JP4519069B2 - 局在した基板応力方法により作成される、制御されたビーム開きを有する再帰反射器 - Google Patents

Description

本発明は、制御されたビーム開きを有する再帰反射製品を作成する方法およびその方法により作成される製品に関する。

再帰反射製品は、マイクロキューブコーナー要素の配列から作成し得ることは周知である。このようなマイクロキューブコーナー要素の配列は、「オス」キューブコーナーのマスターをプレイトの平坦な表面に線引き加工することにより製造し得る。この概略はスタム（Ｓｔａｍｍ）による米国特許番号第３，７１２，７０６号に記載されている。詳細はプリコン（Ｐｒｉｃｏｎｅ）による米国特許番号第４，４７８，７６９号にも記載されており、この特許は共通の譲受人に譲渡されたものであり、その全ては本明細書中に参考として援用される。

米国特許番号第４，４７８，７６９号には、三角錐型キューブコーナー要素を作成する周知の方法が記載されており、この方法では、一連の正確に平行なＶ字型の溝の切れ目を入れるダイヤモンド切削具を用いて、マスタープレイトの平坦な表面に線引き加工をする。等辺の三角錐型キューブコーナーを線引き加工するために、互いに６０°の角度で交差する３組の平行な溝を作成し；各溝は、対称的に配置された実質的に７０．５３°のきょう角を有し、所望のキューブコーナーの高さにより定められる溝の深さに線引き加工される。この方法を用いると自動的に、向きが逆の等辺の三角錐型マイクロキューブの対の配列がマスターの面の上に作成される。非等辺の三角錐型キューブコーナーを線引き加工するためには、例えばローランド（Ｒｏｗｌａｎｄ）による米国特許番号第３，６８４，３４８号に開示されているように、平行な組の溝は７０．５３°とは異なる角度を含み、６０°とは異なる角度で交差する。非三角錐型キューブコーナーを線引き加工する方法は、例えばネルソン（Ｎｅｌｓｏｎ）による米国特許番号第４，９３８，５６３号に開示されているように、一般的には対称的に配置されたＶ字型の溝の３つの平行な組を用いず、キューブコーナーの面が溝の壁から形成される。１つのプレイトを線引き加工する方法以外のキューブコーナー配列を作り出す方法は、米国特許番号第６，０１５，２１４号に開示されている。本発明は、その由来に関せず全てのマイクロキューブコーナー配列に当てはまる。

「オス」または「メス」キューブコーナー要素のマスターは、例えば電鋳法により「オス」「メス」交互の一連の複製物を作成するために用いられ得る。いずれの局面においても、複製物は集められ、この集合体はさらなる複製物を作成するために用いられる。一連の集合および複製局面の後に、１つの「マザー」が形成され得る。この「マザー」は、例えば電鋳法により製造ツールを作成するために用いられ得、このツールは、例えばエンボス加工、キャスティング、圧縮成形または当技術分野で知られている他の方法により、プラスチックシート材料一面にマイクロキューブ再帰反射要素を形成するために用いられ得る。

例えば上記の方法により作成されるマイクロキューブコーナー再帰反射シートは、ハイウェイ標識および道路標示といったハイウェイ安全の用途に用いられる。このような用途において、マイクロキューブコーナー要素は、乗り物のヘッドライトからの光をその乗り物の運転手の目に反射する。これは、ビーム広がり角αが約０°から３°よりも大きな角度の範囲にある不正確な再帰反射である。いかなる状況においても効果があるαの値は、乗り物と、その運転手と、その乗り物から再帰反射材料への距離との幾何学的配置に依存する。例えば、道路標識から約４０メートル離れている大型トラックの右側のヘッドライトと、その運転手に対するビーム広がり角αは約３°であり、道路標識から約６００メートル離れている自動車の左側のヘッドライトと、その運転手に対するビーム広がり角αは約０．０５°である。

回転角εはビーム広がり角αにも関連し、このビーム広がり方向の尺度である。εの値は乗り物の左右のヘッドライトで異なり得、乗り物とその運転手との幾何学的配置および道路標識の位置にも依存し得る。道路標識にランダムな方向で埋め込まれるシートでは、再帰反射は全てのεの値を必要とする。角αおよび角εの値は再帰反射を記述する標準的技法、ＡＳＴＭ Ｅ８０８により定義されており、この文献ではビーム広がり角αを「観測角」と呼んでいる。

理想的には、道路標識に利用されるマイクロキューブコーナー再帰反射シートは、ビーム広がり角の値および回転角の値の範囲にわたり十分な強度を有する再帰反射光のパターンを生成する。例えば、都会でない地域の再帰反射ハイウェイ標識でさえ、約１°のビーム広がり角αのいたるところに光を再帰反射する必要があるが、この角度は、道路標識から約１２０メートル離れた位置の大型トラックの右側のヘッドライトからその運転手へのαの値に相当する。

特にエンボス加工により、マスタープレイトにおいてマイクロキューブコーナー要素を線引き加工し得、複製し得る精度が上がることにより、マイクロキューブコーナー再帰反射シートが非常に狭いビーム広がり角、例えば約０．０°〜約０．５°の範囲にのみわたる適当な再帰反射性を有し得る。所望のビーム広がりおよび配列の非常に短い距離内の全範囲を生成し、その製品の観測者が再帰反射的に均一に見えるようなキューブコーナー配列を提供することは好ましい。

マイクロサイズのキューブコーナー要素により再帰反射される光は、マイクロキューブの大きさが非常に小さいために、ある量の回折を受ける。このような回折により、ビーム広がり角および回転角両者の広い範囲にわたる再帰反射が引き起こされる。αおよびεの特定の範囲は、所与のマイクロキューブの特定の回折パターンに依存する。言い換えれば、キューブの大きさ、キューブの形、キューブ材料の屈折率、およびキューブ面が金属化されているか否かに依存する。しかし、回折は広いビーム広がり角および回転角にわたる再帰反射を強める方法としては望ましくない。これは、広い回折を引き起こす非常に小さなマイクロキューブは、相当な量の光を約３°よりも大きなビーム広がり角αに再帰反射させてしまい、この光は乗り物の運転手には役に立たないためである。回折は、運転手に役に立つようには再帰反射光を分布しそうもない特有の回折パターンも生じ得る。

当技術分野において、９０°から少しずれた二面角に関して意図的な光行差を有するキューブコーナー要素を用いて、ビーム広がり再帰反射を製造する方法が知られている。権威のある論文Ｐ．Ｒ．Ｙｏｄｅｒ，Ｊｒ．著、「Ｓｔｕｄｙ ｏｆ Ｌｉｇｈｔ Ｄｅｖｉａｔｉｏｎ Ｅｒｒｏｒｓ ｉｎ Ｔｒｉｐｌｅ Ｍｉｒｒｏｒｓ ａｎｄ Ｔｅｔｒａｈｅｄｒａｌ Ｐｒｉｓｍ」、Ｊ．Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｏｃ．Ａｍｅｒ、１９５８年７月、第４８巻７号、４９６ページ〜４９９ページには、上記のような光行差の結果生じる周知の斑点パターンが記載されている。

ヘーナン（Ｈｅｅｎａｎ）による米国特許番号第３，８３３，２８５号は共通の譲受人に譲渡されたものであり、その全ては本明細書中に参考として援用されるが、マクロな大きさのキューブコーナーの１つの二面角が他の２つの二面角よりも大きい場合には、マイクロキューブにおける観測角が広がること、および、具体的には再帰反射された光は細長いパターンに広がるということを記載している。

キューブコーナー配列を線引き加工する際に、二面角の異常は、溝サイド角を設計角とわずかに異なる角度にすること（このことはスタムによる米国特許番号第３，７１２，７０６号に記載されている）、および溝のルートの交差角を設計角と異なる角度にすることのいずれか一方または両方により引き起こされる。

アペルドルン（Ａｐｐｅｌｄｏｒｎ）による米国特許番号第４，７７５，２１９号は、テイラードビーム広がりプロファイルを有する再帰反射製品であって、キューブコーナー要素が３組の平行なＶ字型の溝により形成され、少なくとも１組が、反復パターンで、互いに異なる少なくとも２組の溝サイド角を含む、再帰反射製品について開示している。ネルソンによる米国特許番号第４，９３８，５６３号は、米国特許番号第４，７７５，２１９号の方法を、溝サイド角が異なる非反復パターンへと拡張する。

ヘーナン（Ｈｅｅｎａｎ）らによる米国特許番号第６，０１５，２１４号は共通の譲受人に譲渡されたものであるが、Ｖ字型の溝を複数の平坦なプレイトの端に線引き加工することによりマイクロキューブを形成する方法を記載しており、線引き加工されるプレイトの端に対する刃具の傾斜角は、プレイトの端を横断する刃具の移動した距離の関数として各溝が切り込まれる際に連続的に調節され得るということについて開示している。

係属中の米国特許出願番号Ｓ．Ｎ.１０／１６７，１３５（２００２年６月１１日出願）はＳ．Ｎ．６０／２９７，３９４（２００１年６月１１日出願）の利益を主張しているが、再帰反射製品および制御された広いビーム広がりを有する再帰反射製品を作成する方法を開示しており、この再帰反射製品は、少なくとも１つのＶ字型の溝の線引き加工の間に、キューブ二面角の９０°きっかりからの不均一ないずれが制御された態様で刃具および基板表面を互いに振動させることにより、意図的に導入された平行なＶ字型の溝の３つの交差する組を線引き加工することにより生成される。

従って本発明の目的は、制御された広いビーム広がりを有する再帰反射マイクロキューブコーナー要素の配列を含む製品を提供することである。

本発明の他の目的は、このような製品を作成する方法を提供することにある。

（本発明の要約）
本発明の方法に従って、対向する第１および第２表面を有し、第１の表面がキューブコーナー要素の配列を有する基板が提供される。この基板は、第２の表面の１以上の局在領域において、制御された態様で基板材料の応力に局在変化を作り出す加工をする。加工の度合いおよび位置の配置は実質的に規則的にもなり得、または制御された不規則性を有し得る。この基板は、第２の表面における加工により引き起こされる応力の変化が、加工領域の反対側の第１の表面における１つ以上のキューブコーナー要素の１つ以上の二面角に変化を生じるに十分薄い。影響を受けたキューブコーナー要素の二面角の変化は１°の数分の１のオーダーである。この変化は、キューブコーナーにより再帰反射される光のビーム広がりに影響を及ぼし得るキューブコーナーにおける光行差を作り出すのに十分である。１つ以上の光行差を有するキューブコーナー要素を有する配列は、所望の頻度、複製、集合および再複製され得、かつキャスティング、エンボス加工、圧縮成形または他の方法といった、マイクロプリズムシートの製造における使用に適したツールの形成ために使用され得る。このようなツールから作成されるキューブコーナーシートは、光行差のないキューブコーナーを有する配列から作成されるキューブコーナーシート、および固定した角度のずれで実質的に同一に光行差を有するキューブコーナーを有する配列から作成されるキューブコーナーシートと比べて、広い範囲のビーム広がりを有し得る。好適な実施形態では、配列の総再帰反射は実質的に保たれる。

前述したおよび他の特異な本発明の特徴および利点は、添付の図面と併せて以下の詳細な記載を読むことにより、より良く理解されよう。

本明細書における用語「キューブコーナー要素」は、３つの互いに交差する面からなる要素を含み、その二面角は一般的には約９０°であるが正確に９０°である必要はない。

本明細書における用語「基板」は、第１の表面に形成されるオスまたはメスのいずれか一方のキューブコーナー要素の配列を有する材料の層を意味する。その第２の表面は平坦であり得、または一般的には前面の表面におけるキューブコーナーの配列に相当するパターンで少し平坦でなくあり得る。表現「基板の厚み」は、オスキューブコーナー要素に対しては、キューブコーナー要素が上にのる材料の厚みを意味する。表現「基板の厚み」は、メスキューブコーナー要素に対しては、メスキューブコーナー要素により穴が中に形成される材料の総厚みである。

本明細書における用語「ビーム広がり」および「ビーム広がり角」は、再帰反射要素（例えばキューブコーナー）に入ってくる光の方向とその要素から出てゆく光の方向とのなす角を意味する。再帰反射器の光学測定では、この角度は通常「観測角」と呼ばれている。非再帰反射オスキューブコーナーは、慣例的に、そのオスの幾何学的な補完物であり、そのオスと同一の材料から構成される仲間のメスキューブコーナーのビーム広がりを有するものとして説明される。

光は二次元の強度パターンに再帰反射され、ビーム広がり角はこのパターンの真中からの距離を測る。本明細書における表現「ビーム広がりの範囲」は、再帰反射製品の意図された目的に有効であるように再帰反射パターンが比較的強いビーム広がり角の範囲を意味する。

本明細書において、ある物体の「ｎ次の複写」とは、最初の物体からの複写の連鎖の結果生じるものを指し、この連鎖は（ｎ−１）中間複写物を正確に含む。直接複写を１次の複写と呼ぶ。複写とは、キューブコーナーが配列された物体の表面幾何を複写することを指し、大抵の複写方法では、オスの配列からメスの配列が生成され、メスの配列からオスの配列が生成されると理解される。この用語を適用するためには、最後の物体のある部分だけが最初の物体のある部分だけのｎ次の複写物である必要があるということがさらに理解される。一連の複写において集合ステップがある場合には、最後の物体の多くの部分は同一の最初の物体のｎ次の複写物であり得る。最後の物体の一部が最初の物体のｎ次の複写であり、最後の物体の別の部分が同一の最初の物体のｍ次の複写である場合には、最後の物体は最初の物体のｎ次の複写であり、かつｍ次の複写である。電鋳法、キャスティング、鋳型法、エンボス加工、および所望の精度で表面幾何を複写する他の方法により、複写を達成し得る。

本明細書における用語「光行差」は、キューブコーナー要素の１つ以上の二面角における小さな変化であって、この要素により再帰反射される光のビーム広がりに変化を生じるに十分小さな変化を意味する。

本明細書における用語「総再起反射」は、入射光束に対する、ビーム広がり角４°内の再帰反射された光束の量を意味する。入射角はほぼ直角である。入射光はほぼＣＩＥ Ｉｌｌｕｍｉｎａｎｔ Ａであり、感度はほぼＣＩＥ Ｖ（λ）である。再帰反射器に変更を加えるプロセスにより、総再帰反射が保たれているかを決定するときには、再帰反射器のすべての変色に対して補償を行う。オス段階に変更を加えるプロセスにより、総再帰反射が保たれているかを決定するときには、この決定はそのオスから作成されるメス複写物の再帰反射に基づく。

本明細書における用語「平均幾何ビーム広がり」は、多数の光線をレイトレースすることにより値が得られ得るような、キューブコーナーに再帰反射された全ての光線に対するビーム広がり角の平均を意味する。

図１Ａは、第１の表面１３、および第１の表面１３に対向する第２の表面（図示していない）を有する基板１２の平面図であり、第１の表面１３の上には三角錐型キューブコーナー・タイプの再帰反射要素１４の配列が形成される。このキューブコーナーは、図の解釈によるが、オスまたはメスである。

図１Ｂは、キューブがオスである場合における図１Ａに示される基板の正面図を示す。図１Ｃは、キューブがメスである場合における図１Ａに示される基板の正面図を示す。図１Ｃにおいて、全てのキューブコーナーの細部は陰線にある。本明細書では慣例に従い、基板の厚みは図１Ｂおよび図１Ｃに表される寸法「ｔ」と等しい。

キューブコーナー要素１４は、頂点１９においてぶつかる３つの互いに直角な面１６により形成される。互いに直角な面１６は、２つの平面の端１８において互いに交わる。２つの平面の端１８において互いに交わる面１６のなす角は二面角と呼ばれている。幾何学的に完全なキューブコーナー要素では、３つの二面角はそれぞれ正確に９０°である。

本発明の方法において使用するのに好適な基板１２の厚みは、一般的には基板の材料に依存する。電鋳ニッケルの場合では、基板１２の厚みは一般的には約０．１ｍｍ〜約２．０ｍｍの範囲にあり、より好ましくは約０．２ｍｍ〜約１ｍｍの範囲にあり、好適な実施形態においては約０．３ｍｍ〜約０．６ｍｍの範囲にある。基板１２を作成するのに適した材料には金属およびプラスチックが含まれる。基板１２は線引き加工をされたマスターであり得る（そのマスターが分厚すぎない場合には）。基板１２は好ましくはマスターのｎ次の複製であり、このマスターは、例えば線引き加工、上述の米国特許番号第６，０１５，２１４号または上述の米国特許出願番号第１０／１６７，１３５号に開示されている方法により、キューブコーナー要素が形成されたものである。

次いで、基板１２は、第２の表面における１つ以上の局在領域において、制御された態様で加工し、この加工は基板材料の応力に局在変化を作り出すに十分であり、この応力の変化により加工部位の反対側の第１の表面における１つ以上のキューブコーナー要素の１つ以上の二面角に変化が引き起こされる。第２の表面の加工の意図することは、第２の表面の局在領域において材料を加え、取り除き、または修正すること、または、シンプルに局所圧力、温度、もしくは、他の擾乱を加えることである。この加工は、加工の局在領域の反対側におけるキューブコーナー１４を備える材料の応力に変化を引き起こすに十分な程度であり、１つ以上の二面角１８に微小な変化を生じ、従って、キューブコーナー要素に光行差を生じる。この二面角の微小な変化は、通常、１°の数分の１のオーダーである。わずかに湾曲したキューブ面に対しては、二面角はその面に最も適合する平面間の角度により定義される。この方法により製造される面の湾曲の度合いは、光学的には問題になり得ない。

本発明の好適な実施形態において、第２の表面における加工は、第１の表面におけるキューブの面の平坦さおよびキューブの端の鋭さを損ない得ない程度十分に小さな大きさであり得る。その上、表面の平坦さまたはキューブコーナー要素の端の鋭さに悪影響を及ぼし得る第１の表面への加工をする必要はない。従って、本発明の好適な実施形態において、各キューブコーナー要素の総再帰反射は実質的に保たれる。

応力に変化を導入する第２の表面の制御された加工は、第２の表面にエネルギーを加え、化学物質を加え、機械加工を施し、または、圧力を加えるなどの種々の手段により達成され得る。

エネルギーは、例えば、赤外線レーザーまたはペン先端トーチなどによる、電気エネルギーまたは集中された熱として加えられる。例えば、集束されたレーザーエネルギーは、第２の表面の局在領域におけるごく少量の材料を溶かし得る。次いで、溶かされた材料は蒸発し、吹き飛び、または、再凝縮し、基板材料におけるこれらの変化により、局在領域における材料の応力は、増し得、または減じ得る。レーザーパルスは表面１ｃｍ^２あたり約１５０〜約７００点に加えられ得、各パルスは、第１の表面における約１〜約１０個のキューブコーナー要素の二面角に影響を及ぼす。所望の光学効果次第で、単位面積あたりに加えるレーザーパルス数にこの他の値を用い得る。

基板１２がプラスチック材料である場合に、化学物質は特に有用である。このような場合には、基板の第２の表面に溶剤を滴下することにより、基板にわずかなひずみを生じさせ、それにより、第１の表面における少なくとも一部のキューブコーナー要素の二面角に影響を及ぼす。

機械加工方法は、例えばマイクロ穿孔を含み得る。穿孔は、材料の除去を含むが、周りの材料への直接の擾乱はわずかである。穿孔は、好ましくは、既に加工された基板にはいくばくかの内部応力があり；穿孔により応力の局在軽減が提供され；その結果の応力の差により、穿孔の反対側の第１の表面におけるキューブコーナー要素の二面角にわずかな歪みが作り出されるという態様で、本発明の方法において用いられる。

圧力は、例えば、出っ張った鈍い指状のものに第２の表面を接触させることにより、材料の移動を含む局在膨張を製造し得る。このような局在膨張は、応力を作り出す間において材料の総量を保つ。このような局在膨張は、基板の第２の表面に対してロールされ得るフィンガーローラーなどの機械的手段により供給され得る。突き出た指状のものは、ローラー上に１ｃｍ^２あたり約２〜約１０個配置され得、各指先は約７５個のキューブコーナー要素の二面角に影響を及ぼし、このようなフィンガーローラーは市販されている。第２の表面の加工は、シートの第２の（平坦な）表面をフィンガーローラーの上を通過させることにより達成され、それによって、局在膨張の反対側におけるキューブコーナー要素の二面角に変化を生じさせるに十分な程度の局在膨張がシートに作り出される。複写物は加工された製品から作成され得、または、基板は最終シート製品であり得る。

各位置における基板の加工の各々の度合いは、均一または不均一であり得る。加工の度合いのバリエーションはパターン化され得、または、加工の度合いはセミランダムであり得る。加工の位置も、パターン化され得、または、セミランダムであり得る。「セミランダム」とは、統計的に制御されているが、全詳細が制御されてはいない分布を指す。

本発明の１つの実施形態は図２に示される。図２は、第１の表面および第２の表面を有する電鋳ニッケルの基板の顕微鏡写真であり、基板の第１の表面にはメスキューブコーナー要素のパターンを有し、基板の厚みは０．４５ｍｍである。第２の表面における３つの所定の局在領域（矢印で示す）は、０．５ｍｍの間隔で離れており、各領域は、１０６４ｎｍの波長および４．０ｍｓのパルス時間を有し、１．３５Ｊのエネルギーを供給するパルス状の集束されたレーザーの照射を受けたものである。サンプルの切断表面を研磨し、次いで、酸によりエッチングすることにより、顕微鏡写真において粒状構造を明らかにした。図２における明らかにされた粒状構造から、レーザーパルスが基板材料に小さな応力を生成したということが分かり得る。これらの小さな応力は、基板１２を介して、第１の表面におけるキューブコーナー要素の光行差を引き起こす影響を及ぼす。二面角への影響は十分小さく、顕微鏡写真を用いても見えないが、キューブコーナーのビーム広がり角、および、そのように加工された基板のｎ次の複写物である再帰反射製品のビーム広がり角へ光学的に大きな影響を及ぼし得る。

本発明の１つの利点は、二面角に異常を与える溝彫り加工を基にする方法（例えば、先に引用したアペルドルンによる’２１９および係属中の特許出願第１０／１６７，１３５号に記載の方法）と異なり、本方法により、個々の、光行差の大きなキューブコーナーを、比較的光行差の小さなキューブコーナーに囲まれた配列のどこにでも位置させ得るということである。さらに、本明細書において開示する方法の他の利点は、常にキューブコーナーの尖部の反対側の第２の表面における点に加工が集中される場合には、結果として製造される製品が、３つの二面角にほぼ等しい異常を有する光行差の大きなキューブコーナーの集合体であり得るということであり、これは場合により望ましい。さらに、本明細書において開示する方法の他の利点は、その方法を用いることにより、あらかじめ作成されたキューブコーナーマスター、または、あらかじめ作成されたマスターのｎ次の複写物のビーム広がり特性を調節し得るということである。

加工された基板は、当業者に既知の方法により再帰反射製品を作成するために使用され得る。例えば、局在加工が完了した後、基板１２の第１の表面１３から数個の複写物を作成し得、光行差のないキューブコーナー要素を含むキューブコーナー配列の複写物、または、他の加工された基板から作成される他の光行差を有するキューブコーナー配列を伴い、または伴わずに、これらの複写物を集合させ得る。継ぎ目のない集合体の複写物は、ニッケルの電着などにより作成され得る。複写物はツールになり得る。１つ以上の光行差を有するキューブコーナー要素を含むキューブコーナー要素の上記の配列から作成されるツールは、シートなどの再帰反射製品の製造に用いられ得る。そのような製造方法は、当業者に既知であり、例えば、エンボス加工、キャスティング、圧縮成形を含む。本発明のツールは、それらの製造方法およびその変形において用いられ得る。例えば、ツールを作成する方法は米国特許番号第４，４７８，７６９号に開示されており、上記のツールを用いてシートをエンボス加工する方法は米国特許番号第４，４８６，３６３号に開示されているが、この二つの文献は本明細書にその全てを参考として援用される。

複写プロセスの１つ以上の段階において、オスキューブコーナーまたはメスキューブコーナーを有する基板に光行差を加え得る。局在加工の方法により光行差が生じた配列は、元の配列と同一の基板に同一の方法を再び適用することにより、さらに光行差を生じさせられ得る。局在加工の方法により光行差が生じた配列を１回以上複写し得、その複写物は同一の方法によりさらに光行差を生じさせられ得る。全てのスキームには、製品の製造において、局在加工の方法の最終適用がある。いずれかの製品はその方法の最終適用を受けた基板のｎ次複写物であり、それ以外の製品はその方法の最終適用を受ける。

（実施例１）
キューブコーナー要素の尖部のちょうど反対側の第２の表面に加えられるレーザーエネルギーを用い、第１の表面に約０．１ｍｍの高さのメス型の三角錐型キューブコーナー要素の配列を有する０．３８ｍｍの厚みの電鋳ニッケルを本発明に従って加工させる。このレーザーは、１０６４ｎｍの波長および４．０ｍｓのパルス時間を有し、１．４Ｊのエネルギーを供給する放射線を生成する。第２の表面へのパルスは電鋳物に応力を引き起こし、その結果、第１の表面における二面角の一部に歪みを生じさせる。図３Ａは各要素の三角形の形を示す。各三角形の内部にある小さな記号「ｏ」は、キューブコーナーの尖部の位置を示す。各三角形のマイクロキューブの各角における数字は、そこに対応する二面角の測定値の９０°からのずれを分の単位で示したものであり、１°は６０分と等しい。照射されるレーザーの反対側のキューブコーナー要素は図の中心の真上にある。レーザーの焦点に最近接するキューブコーナー要素の二面角は約１／３°〜約１／２°の範囲の光行差を有する。光行差はレーザーパルスの焦点に最近接する中央のキューブが受ける光行差よりも小さいが、レーザーエネルギーのパルスの反対側の要素に近接するキューブコーナー要素も二面角に光行差を受けるということは図３Ａから分かり得る。一般的に、レーザーパルスの焦点に近いほどキューブコーナー要素の二面角の光行差は大きくなり、遠いほど光行差は小さくなる。

現在のところ、基板の厚みが薄くなるほど、レーザーパルス、または、図３Ａに示されるようなキューブコーナー要素において光行差を生み出す他の手段には、より小さなエネルギーが必要とされ、それにより、近接するキューブにはより小さな光行差を生じると考えられている。同様に、基板の厚みが厚くなるほど、レーザーパルスまたは他の手段には、より大きなエネルギーが必要とされると考えられている。従って、近接するキューブに分散されるエネルギーが増大するほど、近接するキューブコーナー要素における二面角の変化は大きくなる。
（実施例２）
実施例１に用いた電鋳ニッケルと同じ電鋳ニッケルの別の位置において、第１の表面における２つのキューブコーナー間のラインのちょうど反対側にあたる第２の表面の一部分にレーザーエネルギーのパルスの焦点が向けられるという点を除き、第１の実施例と同一の態様で第２の表面を加工する。それらの２つのキューブコーナーは図３Ｂの真中に最も近いところに示され、図３Ｂは図３Ａと同じ形式で光行差を示す。図３Ａの真中の１つのキューブに対する光行差よりは小さいが、２つの中心のキューブコーナーにおける二面角の光行差が最も大きく測定された。
（実施例３）
実施例１および実施例２に用いた電鋳ニッケルと同じ電鋳ニッケルの別の位置において、第１の表面の６つのキューブコーナーが接触する点のちょうど反対側にあたる第２の表面の一部分にレーザーエネルギーのパルスの焦点が向けられるという点を除き、第１および第２の実施例と同一の態様で第２の表面を加工する。この点は図３Ｃの真中のすぐ右側に示され、図３Ｃは図３Ａと同じ形式で光行差を示す。この点から広がる各二面角を測定した値は大きな光行差を示した。
（比較計算）
本発明に従って作成された仮定上の金属被覆加工を施していないアクリルのキューブコーナーシートに対して予想される再帰反射特性（図４Ｃ）と比較するために、２つの仮定上の先行技術による金属被膜加工を施していないアクリルのキューブコーナーシートに対して予想される再帰反射特性を図４Ａおよび図４Ｂに示す。図４Ａは、先行技術による仮定上のアクリルシートに対して計算した再帰反射を示したものであるが、端が平行から７°傾けられた三角錐型キューブコーナー要素のパターンを有し、０．１ｍｍの厚みの光行差のないツールからエンボス加工されたものである。アクリルのキューブからの幾何的ビーム広がりの平均は０である。図４Ａの３つの曲線は、シートの３つの異なる回転角(０°、４５°、９０°）に対して計算したＲ_Ａの値を示す。

図４Ｂは、図４Ａの例のシートを作成するために用いたツールと、マスターの線引き加工の間に導入された光行差を有するという点で異なるツールからエンボス加工された先行技術による仮定上のアクリルシートに対して計算した再帰反射を示す。この光行差は、各三角錐型キューブコーナーの２つの短い二面角における誤差が＋９．５分であり、長い二面角における誤差が＋７．０分という形である。これらの等しくない二面角は、図４Ａの傾けられた三角錐型キューブコーナーシートと最も近い幾何学的ビーム広がりの対称的なバランスが生成されるように選択した。アクリルで作成されている場合には、この線引き加工により二面角に生じた光行差を有するキューブコーナーの幾何的ビーム広がりの平均は、４１．５分角と等しい。図４Ｂの３つの曲線は、シートの３つの異なる回転角（０°、４５°９０°）に対して計算したＲ_Ａの値を示す。

図４Ｃは、本発明のツールからエンボス加工された仮定上のアクリルシートに対して計算した再帰反射を示す。このツールは、図４Ａの例のツールと、以下の３点を除き実施例１の態様で第２の表面へのレーザー加工により導入された光行差のパターン、および図３Ａに示される光行差のパターンを有するという点で異なる。その３点とは、（１）１つのキューブの反対側の１点において第２の表面を加工するのではなく、１２個のキューブコーナーごとに加工し、（２）光行差を１．２倍し、少し強いレーザーパルスを加えることの影響を予言し、（３）レーザーエネルギーを加える前に、各キューブコーナー要素の各二面角が＋２分角の正の誤差を有すると仮定する、ということである。本発明のツールにおける二面角の誤差の平均は、０．３分角であり、二面角の誤差の標準偏差は１１．７分角である。上記のツールから作成されるアクリルのキューブコーナーシートの幾何的ビーム広がりの平均は４１．５分角であり、これは図４Ｂの例と等しい。特に、図４Ｃは、３つの異なる回転角（０°、４５°、９０°）に対して測定した、この直前に記載した仮定上のキューブコーナー配列に対して計算したＲ_Ａの値に対応する３つの曲線を示す。

図４Ｄは、図４Ａの３つの曲線の平均と、図４Ｂの３つの曲線の平均と、図４Ｃの３つの曲線の平均とを比較する。図４Ａの先行技術のシートは、ビーム広がり角の非常に狭い範囲にわたり強い強度を示す一方で、記載したような本発明の方法、および、図４Ｃの実施形態と関連して示した本発明の方法により光行差が導入されたキューブコーナー配列に対する再帰反射の値は、ビーム広がり角がより広い利用可能な範囲（約２°までの範囲）にわたり強度を有すると予想されるということが分かり得る。図４Ｂに示される線引き加工により光行差が導入された先行技術のシートは、約０．５°〜約２．０°のビーム広がり角の範囲にわたり、本発明と類似する強度を示すが、より小さなビーム広がり角における図４Ｂの例の強度は不足しており、道路標示などの基本的な用途には本発明よりも望ましくないということも分かり得る。

本発明の好適な実施形態では、第２の表面になされる加工は、キューブコーナー要素を過度に歪め得ず、または、光学的な第１の表面の滑らかさに過度に影響を与え得ず、そのため、配列の総再帰反射は実質的に保たれる。保たれる再帰反射の所望のパーセンテージは、元の配列の総再帰反射および再帰反射製品の最終的な使用に依存して変化し得るが、保たれる総再帰反射は、望ましくは少なくとも９０％、好ましくは９４％以上、最も好ましくは９８％以上である。発明者らが薄い電鋳ニッケルの第２の表面に集束されたレーザーを初めて用いたときに、光学的な第１の表面の滑らかさにいくばくかの低下が起こったように見えた。１つの場合において、メス電鋳物からの総再帰反射は約６％減少した。これは、ツールから製造された製品からの類似の減少を意味し得る。本出願の時点では、非酸化環境において加工させることにより、または、金などの非酸化被覆で電鋳物をスパッタリングすることにより、このような減少は、ほとんど排除されると考えられている。今日では、観測された減少は外部からの表面の劣化現象によるもので、内部現象によるものではなく、または、キューブの面もしくは端に導入された過剰な湾曲によるものではないと考えられている。

今日では、薄い電鋳物の第２の表面への集束されたレーザーを用いるときには、その電鋳物は、電鋳物が上に形成される硬いマンドレルに取り付たままにする。これにより、空気を排除し、かつ、硬い支えを提供する。このような電鋳物からの総再帰反射は、レーザー処理により約２％に過ぎない減少を示すことが判明した。さらに、レーザー処理の前に、支えられた薄い電鋳物の第２の表面に機械加工を施して基板の厚みを正確に均一にすることは有用であり得る。これは、所与のパルスエネルギーの二面角に及ぼす影響が、基板の厚みの関数であるためである。

レーザー処理の前後の電鋳物の総再帰反射を比較するときには、光学的な表面の変色が測定に影響を及ぼし得るということに留意されたい。総再帰反射を測定するために、処理の前後の電鋳物から形成されるプラスチックの複写物を測定し、これを電鋳物の変化を評価するものとして用いた。

マイクロ穿孔またはマイクロ機械加工などの材料の機械的な除去を用いて本発明の方法を実行する場合には、基板は最初から内部応力を有していることが好ましい。次いで、材料の除去は、最初に均一に応力を有していた基板の局在応力の除去を果たす。局所応力の除去および局所応力の付加は、本発明の技術の上で可換である。電鋳された基板に対して、最初の均一な応力は、その形成の間において周知のメッキ応力制御の方法により、達成され得る。本発明は、本発明の精神および範囲から逸脱しない様々な改変および変更をとり得る。本発明は、線引き加工などの全体的な操作により作成される構造に最も有用であり得る。例えば、本発明は本明細書において三角錐型キューブコーナー要素のパターンを用いて示したが、正方形、長方形、５角形または６角形のキューブコーナー要素も使用し得る。本発明は、キューブコーナー以外のミクロな光学系にも使用し得る。従って、本発明の範囲は上記の例に限定されず、添付の特許請求の範囲に記載の限定およびその均等物による限定により支配されるべきである。

当技術分野において知られるような、再帰反射三角錐型キューブコーナー要素の標準的なパターンが上に形成される基板の平面図である。 キューブコーナー要素がオスの場合における、図１Ａの正面図である。 キューブコーナー要素がメスの場合における、図１Ａの正面図である。 １つの表面に複数のキューブコーナー要素を有し、その反対側の表面における３つの離れた位置にレーザーエネルギーを受けた金属基板の断面の顕微鏡写真である。 中央のキューブコーナー要素に応力を導入した三角錐型キューブコーナー要素の実験に基づく配列の図式的な平面図である。 ２つのキューブコーナー要素の間に応力を導入した三角錐型キューブコーナー要素の実験に基づく配列の図式的な平面図である。 ６つのキューブコーナー要素の間に応力を導入した三角錐型キューブコーナー要素の実験に基づく配列の図式的な平面図である。 ３つの異なる回転角に対して２°のビーム広がり角にわたり計算した、仮定上の先行技術における光行差のないキューブコーナーシートのＲ_Ａの値を示すグラフである。 先行技術に従って線引き加工の間に光行差を有するマスターから作成される仮定上の先行技術のキューブコーナーシートのＲ_Ａの値を示すグラフであり、Ｒ_Ａの値は３つの異なる回転角に対して２°のビーム広がり角にわたり計算した。 本発明に従って１２個のキューブコーナーごとに１度応力を導入して作成されるキューブコーナーシートの仮定上のサンプルのＲ_Ａの値を示すグラフであり、Ｒ_Ａの値は３つの異なる回転角に対して２°のビーム広がり角にわたり計算した。 図４Ａの３つの曲線の平均と、図４Ｂの３つの曲線の平均と、図４Ｃの３つの曲線の平均とを比較するグラフである。

Claims (9)

1. 光学要素の配列を製造する方法であって、該方法は、
   対向する第１の表面および第２の表面を有する基板を提供することであって、該第１の表面は、該第１の表面上に光学要素の配列を形成させる工程と、
   該基板の第２の表面の上に１つ以上の局在領域において制御された加工をする工程と
   を包含し、
   該制御された加工は、所望の範囲にわたり広がりを有する光学要素の配列を生成するように、該加工の反対側における１つ以上の光学要素に光行差を生じさせるのに十分な大きさである、再帰反射製品を作成する方法。
2. 前記光学要素は、微小な光学要素である、請求項１に記載の方法。
3. 前記光学要素は、キューブコーナーである、請求項１に記載の方法。
4. 前記制御された加工は、圧力またはエネルギーまたは化学物質を加えることにより、もしくは、機械加工によって達成される、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
5. 加工された配列の総再帰反射が、加工の前の配列の総再帰反射の少なくとも９０％である、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記制御された加工が、前記光学要素の個々の光学要素内の光行差の変化を除いて、前記配列を擾乱しない、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記光学要素の面および／またはエッジの滑らかさが実質的に損なわれないように、前記加工の大きさが十分に小さい、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
8. 所望の範囲にわたり広がりを有する製品を製造する方法であって、該方法は、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法によって製造された配列のｎ次の複写物を作成するステップを包含する、方法。
9. 請求項８に記載の方法によって製造された再帰反射製品。

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