用于计算具有光散射表面的光学相关的机动车部件的方法与流程

1.本发明涉及一种用于计算具有光散射表面的光学相关的机动车部件的方法。
2.此外，本发明涉及一种按照根据本发明的方法制造的光学相关的机动车部件。
3.此外，本发明涉及一种机动车前照灯，该机动车前照灯包括根据本发明的光学相关的机动车部件。
4.此外，本发明还涉及一种机动车，该机动车包括根据本发明的光学相关的机动车部件和/或根据本发明的机动车前照灯。


背景技术：

5.从现有技术中已知的是，使光学结构的表面粒化，以便获得关于均匀性、散射光、空间可见性等的光功能的改善。这些颗粒（narbungen）通常是完全随机的并且未针对光技术应用领域被优化。在这些情况下，颗粒在光技术上是未定义的。由此得出未定义的散射特性。作为结果，由此产生的光分布是非常低效的，因为光同样在不期望的区域中被散射。而如果应实现有针对性的散射特性，则在现有技术中为此创建了相应的规则结构，这些规则结构此外规则地布置。这样构成的表面不再显得“不规则”并且起“散射”作用，而是可以用肉眼识别为规则地结构化的面。


技术实现要素：

6.本发明的任务在于，创建一种可能性，利用该可能性可以预先给定光散射表面的散射行为，然而微光学器件布置为产生漫射面的光学印象。
7.该任务利用开头提到的类型的方法来解决，该方法根据本发明包括如下步骤：a）选择光学相关的机动车部件的光散射表面的可预先给定的bsdf分布，其中该光散射表面由光散射微光学元件组合成，b）选择关于光散射表面是否仅仅起反射性光散射作用或是否存在透射部分的信息，其中在存在透射部分的情况下此外进行步骤b1），按照该步骤b1），为了考虑到折射率，进行组合成表面的材料的选择，c）从可预先给定的选择范围中选择预先给定微光学元件的尺寸范围的参数，d）在考虑到根据步骤c）选择的尺寸范围以及必要时根据步骤b1）的材料的光学特性的情况下，根据用于获得根据步骤a）选择的bsdf分布的算法计算微光学元件的不同形状和微光学元件的数量分布，其中根据步骤a）的表面由多个并排平面布置的微光学元件组合成，所述微光学元件由根据步骤c）的材料组成，其中所述算法包括如下子步骤：d1）使用bsdf分布的至少一部分，d2）将按照步骤d1）的分布划分为与角度有关的子区域，d3）针对每个子区域计算微光学元件的反射或透射面的几何形状（即针对每个子区域计算微光学元件的为此所需的几何形状），d4）针对每个子区域根据用于该子区域的分布函数的值确定微光学元件的数量份
额（即例如确定与其他子区域相比的数量比）， d5）将根据步骤d4）确定的微光学元件随机分布到光学相关的机动车部件的表面上，e）以数字数据的形式输出根据步骤d）的计算结果。
8.以这种方式可以创建（例如类似颗粒的）表面结构，所述表面结构的散射特性可以由灯光师预先给定，但是所述表面结构在其外观上没有显示出（erkennen lassen）规则的图案或结构。光学相关的部件的散射特性可以在此情况下有针对性地被预先给定并且这样关于所期望的应用被优化。因此可以在很大程度上避免错误光（fehllicht）的辐射。
9.表述“光学相关的机动车部件”被理解为被规定用于机动车中的应用的光学相关的部件。表述“光学相关的部件”被理解为具有如下特性的部件：光学相关的部件影响光的传播，所述光要么通过光学相关的部件本身发射，要么射到该光学相关的部件上，其中该光学相关的部件与该入射的光相互作用并且随后辐射光。视为光学相关的部件的例如有：光源，尤其led和/或激光光源，光阑或光阑装置，反射器，透镜，尤其投影透镜，光导体，厚壁光学器件，棱镜，光栅，反射镜，构成为dmd芯片的mems部件，和/或整个光模块或包括这样的构件的组件，等等。这些提到的构件中的单个或多个也可以构成光学相关的部件。光学相关的部件例如可以被保持在支承框架中和/或是借助于调节系统可调节的，其中该调节系统为此可以作用在光学相关的部件或支承框架上。
10.bxdf分布是高维张量，该高维张量可以被解释为入射光束和出射光束之间的传递函数。因此，bxdf函数将每个可能的入射光束映射到立体角上。到反射半空间的brdf函数，到透射半空间的btdf函数。bsdf函数可以是brdf和btdf的组合并且因此包括整个立体角。bsdf分布可以理解为可以针对入射到面上的每个光束输出分布的函数，该分布说明该光束在某个空间方向上被散射的可能性有多大。并且由于在实践中极大数量的光子到达有关的面上，所以该散射概率与散射光强度是意义相同的，因为大数定律在光测量时总是得到满足。因此，针对任何入射角都得到光强度分布。bsdf分布使每个可能的入射光束与所有可能的出射角相关。但是，有意义地，可以总是可视化bsdf的仅仅一个部分，换言之针对确定的入射角的辐射特性。
11.根据按照步骤d）、尤其步骤d5）的算法的随机分布例如可以在如下子步骤中进行：1. 将总面细分为更小的子面，2. 针对子面确定所期望的（子）角度分布、材料、透射/反射等，3. （根据2. 的bsdf等）计算相应的角度值和（子）角度关系或权重，4. 利用步骤2. 和3. 的所期望的分布（考虑角度范围和权重）初始化（伪）随机发生器，5. 将子面细分为更小的单个光学器件区域并且规定有代表性的单个区域点（=“网格点”），6. 按照如下子步骤计算这些网格点处的光学器件：a. 选择网格点（可能确定性地或随机地）。b. 针对所述网格点绘制（ziehen）随机角度值样本（随机发生器）c. 针对所选择的角度值计算单个光学器件形状d. 将 c.的单个光学器件定位在a.的网格点处
e. 重复子步骤a-d，直到所有所选择的网格点都被分配光学器件7. 重复步骤2.-6.，直到子面被光学器件占据或子角度分布足够精确地被映射8. 重复步骤1.-7.，直到总面完全被占据或所期望的目标分布足够精确地被映射。
12.由此可以获得在使用随机分量的情况下生成的具有所期望的散射特性的面。
13.通过选择低于人眼的感知的微光学元件的最大尺寸，可以实现完全不能识别出结构。
14.尤其可以规定，至少各个微光学元件棱锥体形地构成，其中相邻的棱锥体形的微光学元件无缝地并排布置。
15.此外可以规定，至少各个微光学元件圆锥形地构成。
16.原则上，这些结构形状也可以相互混合。优选地，所有微光学元件都可以棱锥体形或圆锥形地构成。
17.尤其可以规定，微光学器件的反射面或透射面的倾斜度在0
°
和45
°
之间，其中倾斜度的最大值优选地在40
°
和45
°
之间。在倾斜度为45
°
的情况下，在求助于相邻的微光学元件的情况下通过双重反射以180
°
的角度反射已经是可能的。
18.此外可以规定，根据步骤a）的表面具有光反射微光学元件，其中bsdf分布被选择，使得在该bsdf分布函数中构成至少一个局部最大值，所述局部最大值在大小方面超过了相对于该局部最大值的角度值偏移了 5
°
或-5
°
的相邻值至少40%。
19.尤其可以规定，步骤d1）至d5）迭代地被重复，其中在每次重复时考虑bsdf分布的附加的部分。
20.此外可以规定，微光学元件的底面的面对角线具有在350nm和2mm之间的长度。在微光学元件长度低于350nm的情况下必须已经考虑干涉效应。
21.尤其可以规定，在步骤d4）之后，通过将各个微光学元件的几何形状构成为凸起并且将其他微光学元件的几何形状构成为凹陷，进行对微光学元件的光学外观的操纵。这例如通过倒置微光学元件（即构成凹陷而不是凸起；由此表面可以看起来更不规则）来实现。
22.此外可以规定，光学相关的机动车部件具有光学上有效的光散射总面，该总面由光学上有效的光散射子面组合成，其中每个光学上有效的光散射子面具有可预先给定的bsdf分布和适合于此的对根据按照前述权利要求之一的方法所计算的微光学元件的选择，其中该算法此外设立用于，考虑彼此邻接的子面的bsdf分布并且在子面的过渡区域中选择相邻子面的各个微光学元件并在过渡区域中分组，使得使相邻子面之间的微光学器件的分布的视觉上（即用裸眼）可识别的差别最小化。
23.尤其可以规定，微光学元件构成在塑料载体或玻璃载体上，其中微光学元件构成为反射性的，其方式是：借助铝蒸镀对塑料或玻璃载体的表面进行反射性涂覆。
24.尤其可以规定，该塑料载体由聚碳酸酯或pmma组成。
25.此外，本发明涉及一种按照根据本发明的方法制造的光学相关的机动车部件。
26.此外，本发明涉及一种机动车前照灯，该机动车前照灯包括根据本发明的光学相关的机动车部件。
27.对此替代地或补充地，也可以涉及信号灯设备、尤其行驶方向指示灯。
28.此外，本发明涉及一种机动车，该机动车包括根据本发明的光学相关的机动车部
件和/或根据本发明的机动车前照灯。
29.换言之，本发明的可选方面也可以如下来描述：在表面上计算小的微光学器件，所述微光学器件不能或几乎不再能够用裸眼分辨。在此情况下，使用与以前的光学器件相比不寻常的或者还从未使用的方案：每个光学器件都独一无二地和独立地计算并具有与表面的其他光学器件不同的特性。但是，总体而言，在某一面区域中的所有光学器件都被计算，使得这些光学器件作为整体产生所定义的bsdf分布（散射特性）。在以前的方案中，计算光学器件，使得每个光学器件尽可能地映射完整的光分布。在这里所使用的随机方案中，每个光学器件仅引起光分布的有针对性地小的部分。然后，总光分布由单个光学器件的总和产生。因此，每个光学元件在其形状和其外观方面都与其他光学器件不同，由此可以获得可见表面纹理的随机变化。光学器件随机地分布到所计算出的区域上，使得没有规则的图案构成在表面上并且结构在光学外观上对应于随机的散射结构或颗粒。对于光技术功能而言，光学器件是构成为凸起还是凹陷并不重要。经由随机光学器件的这种变化（倒置）具有显现可见结构的另一可能性。
30.通过本发明可以获得如下其他优点：1）显然随机的表面结构或漫射体层可以有效地被用作光学技术的光学构件，由此可以基于有针对性的光使用而实现该系统的更高的效率。2）经由相邻的光学器件（例如回射的颗粒，......）的组合和有针对性使用的有趣的光学效应。3）不必使用光的衍射特性来获得光图像形成的期望效果（纯几何光学器件），由此可以使用更简单和由此更便宜的制造方法。
附图说明
31.在下文中借助在图中图解说明的示例性的和非限制性的实施方式更详细地解释本发明。其中：图1a示出微光学元件的横截面的示意图，图1b示出射到根据图1a的微光学元件上的示例性光束，图1c示出按照图1a和图1b的微光学元件的示例性光强度分布，图2a示出不同微光学元件的复合体的横截面的示意图，图2b示出射到根据图2a的微光学元件上的示例性光束，图2c示出由按照图2a的微光学元件的复合体得出的示例性光强度分布，图3a示出多个不同的微光学元件的复合体的横截面的示意视图，图3b示出由按照图3a的微光学元件的复合体得出的示例性光强度分布，图4a示出多个不同的微光学元件的复合体的横截面的示意图，所述微光学元件与图1a至图3b不同不是构成为反射性的，而是构成为透光的并且因此折射光的。图4b示出由按照图4a的微光学元件的复合体得出的示例性光强度分布，图5a示出通过微光学元件的有针对性的设计和布置可获得的示例性光强度分布，图5b和图5c分别示出可以被用于产生不同的光强度分布的不同的微光学元件的复合体，图6a示出按照根据本发明的方法所计算和形成的光学相关的部件的表面，图6b至图6h针对不同的光入射角示出按照图6a的面的二维光强度分布，以及图7以框图示出根据本发明的方法的各个步骤。
32.在如下图中，除非另有说明，相同的附图标记表示相同的特征。
具体实施方式
33.图1a示出微光学元件3a的横截面的示意图。微光学元件3a布置在光学相关的机动车部件1（参见图6a）的表面上。根据图6a的部件1原则上可以具有任意大小，例如长度和宽度可以在几毫米直到几米之间变化，根据图6a的部件1具有分别在2cm到3cm之间的长度和宽度。因此，例如数千到数百万个微光学元件可以布置在表面上，这些微光学元件（其在当前的示例中非常小）在所示出的图中不能单独地被识别出。
34.本发明涉及一种用于计算具有光散射表面1a的光学相关的机动车部件1（参见图6）的方法，所述方法包括如下步骤：a）选择光学相关的机动车部件1的光散射表面1a的可预先给定的bsdf分布2（参见例如图3b、图4b、图5a、图6b至图6h），其中该光散射表面1a由光散射微光学元件3a，3b，...3x（参见图3a）组合成，b）选择关于光散射表面1a是否仅仅起反射性光散射作用或是否存在透射部分的信息，其中在存在透射部分的情况下此外进行步骤b1，按照该步骤b1，为了考虑到折射率，进行组合成表面1a的材料的选择，c）从可预先给定的选择范围中选择预先给定微光学元件3a, 3b, ...3x的尺寸范围的参数，d）在考虑到根据步骤c）选择的尺寸范围以及必要时根据步骤b1）的材料的光学特性的情况下，根据用于获得根据步骤a）选择的bsdf分布的算法4（参见图7）计算微光学元件3a, 3b, ...3x的不同形状和这些微光学元件的数量分布，其中根据步骤a）的表面由多个并排平面布置的微光学元件3a, 3b, ...3x组合成，所述微光学元件由根据步骤c）的材料组成，其中所述算法包括如下子步骤：d1）使用bsdf分布（例如在入射角为0
°
的情况下的分布）的至少一部分，d2）将按照步骤d1）的分布划分为与角度有关的子区域，d3）针对每个子区域计算微光学元件的反射或透射面的几何形状，d4）针对每个子区域根据用于该子区域的分布函数的值确定微光学元件的数量份额，d5）将根据步骤d4）确定的微光学元件3a, 3b, ...3x随机分布pa, pb,
ꢀ…
px到光学相关的机动车部件1的表面1a上，e）以数字数据d的形式输出根据步骤d）的计算结果（参见图7）。
35.图1b示出射到根据图1a的微光学元件3a上并且被反射的示例性光束l1和l2。这些光束例如以90
°
的入射角入射，并且光束l1射中微光学元件3a的倾斜面（倾斜度为α
1 = 25
°
）。该光束以相对于垂直的入射方向所测量的大小为2x α1、即50
°
的角度被反射。水平虚线在此应指示反射面1a的基本上笔直的走向，该走向仅仅由于很多微光学器件的不平坦性而偏离精确笔直的走向。相对于面1a，被反射的光束以角度γ
1 = 90
°‑ꢀ
2 x α
1 = 40
°
倾斜。光束l2以类似的方式被反射。在这种情况下，由于微光学元件3a的对称结构，相关角度与l1基本上一致，除了光束l2向右而不是向左被偏转。但是，也可以设置不对称的几何结构。
36.图1c示出微光学器件3a的反射特性。图1c示出按照图1a和图1b的微光学元件3a的
示例性光强度分布（即bsdf分布的一部分-即针对90
°
的入射角）。
37.图2a示出不同的微光学元件3a和3b的复合体的横截面的示意图。图2b示出射到根据图2a的微光学元件3b上的示例性光束。该微光学元件3b例如构成为更平坦，其中角度大小为 α1= α2= 10
°
。由此得出反射角γ
1 = γ
2 =70
°
。图2a中的长度l1和l2代表微光学元件3a和3b在表面1a上的面积份额，当前比例为l1=2xl2。假设表面1a仅由这两个微光学元件3a和3b组成并且这些微光学元件以面积比2:1分布，得到根据图2c的反射光的示例性光强度分布，其中光在此情况下以90
°
的角度入射到表面1a上。其中以大小为 /-40
°
的角度被反射的光的强度将是以大小为 /-70
°
的角度被反射的光的强度的一半。
38.在图1a至图2c中有关的微光学元件具有棱锥体形状，其中相邻的棱锥体形的微光学元件无缝地并排布置。替代于此，各个微光学元件也可以圆锥形地构成（参见图5c）。
39.图3a示出多个不同的微光学元件3a至3x的复合体的横截面的示意图，所述微光学元件组合成表面1a。图3b此外示出由按照图3a的微光学元件3a至3x的复合体得出的示例性光强度分布。在此例如涉及正态分布。
40.图4a示出多个不同的微光学元件3a'至3x'的复合体的横截面的示意图，与图1a至图3b不同，这些微光学元件3a'至3x'不是构成为反射性的，而是构成为透光的并且因此折射光的。已经结合图1a至图3b描述的反射效果和角度原则上可以以类似的方式通过光折射实现。图4b示出由按照图4a的微光学元件3a'至3x'的复合体得出的示例性光强度分布，图5a示出通过微光学元件的有针对性的设计和布置可获得的示例性光强度分布。其中例如示出了针对入射角90
°
的分布，其中表面1a和因此bsdf分布被选择，使得在该bsdf分布函数中构成至少一个局部最大值i1，所述局部最大值在大小方面超过了相对于局部最大值的角度值偏移了 5
°
或-5
°
的相邻值i2至少40%。在当前的示例中，该值i2被超过了100%以上。通过在图5a意义上的分布可以获得反射或透射的方向效应，其中每个局部最大值对应于方向效应。根据图5a的分布例如具有四个非常明显的最大值（在大约 /-40
°
和 /-70
°
处）以及在0
°
处不太明显的最大值。
41.图5b和5c分别示例性地示出不同的微光学元件的复合体，所述微光学元件可以被用于产生不同的光强度分布。
42.图6a示出包括按照根据本发明的方法所计算和形成的表面1a的光学相关的部件1。图6b至图6h针对不同的光入射角示出按照图6a的面的二维光强度分布，由此可以导出bsdf分布。
43.图7以框图示出根据本发明的方法的各个步骤。
44.本发明并不限于所示出的实施方式，而是通过权利要求的整个保护范围来限定。本发明或实施方式的各个方面也可以被考虑并相互组合。权利要求中的可能的附图标记都是示例性的并且仅用于权利要求的更容易的可读性，而不限制这些权利要求。