CN111339631B - 用于构造针对机动车前照灯的光学元件的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于构造针对前照灯的光学元件的方法，该前照灯应产生预先确定的额定光分布，该光学元件具有光学面，该光学面可由前照灯的光源照明并产生实际光分布，该方法具有以下步骤：创建所述光学面的CAD模型；将所述CAD模型分解成部分孔径面；计算分别由一部分孔径面产生的部分光分布；预先给定光学面的表面元件模型，所述表面元件模型在第一空间方向上和在第二空间方向上具有散射特性；将表面元件模型组合成覆盖光学面的集合体；模拟从光学面发出的实际光分布；以及作为对该集合体的表面元件模型的变化的响应来改变实际光分布。

Description

用于构造针对机动车前照灯的光学元件的方法

技术领域

本发明涉及一种用于构造针对机动车前照灯的光学元件的方法，该机动车前照灯应产生预先确定的额定光分布，该光学元件具有光学面，该光学面能由机动车前照灯的至少一个光源照亮，并且该光学面使至少一个光源的光分布到实际光分布中。

背景技术

这种方法由DE 10 2008 023 551 A1已知。在该已知的方法中，在投影透镜的表面上构造具有光学散射作用的区域。这些区域被划分为单个单元的周期性栅格，这些单个单元分别具有结构元件，该结构元件造成透射光的针对性散射。结构元件由数学基本函数产生，该基本函数描述了单个的凸起或凹陷。使用导致一结构元件的数学函数，该结构元件造成合适的光散射，其光量朝较大的偏转角减小。作为合适的函数尤其提到样条函数(Spline-Funktionen)。

当前的前照灯系统必须满足对其功能性和光品质的强烈改变要求。在此，所有交通参与者的安全性和驾驶员的主动支持特别都是关注的焦点。这些新的要求一方面通过法律规定来限定，另一方面强烈地通过汽车制造商的规定来限定。

系统的复杂性提高，同时越来越多地重视非常高的光品质。在此重要的特征是光的分量相互间的、例如模块化近光灯的多个部分的亮度、均匀性或协调或者在光源的各个成像之间的尽可能不明显的融合。

用于提高复杂性的主要原因是当前适应性的光分布，其基于摄像头来控制并且以下也被称为矩阵光分布。这些矩阵光分布的特征在于，光分布的各个节段能够针对性地变灰或变暗，以避免使其他交通参与者炫目。

在此，特别是这种矩阵光分布，但也可以是纯粹的近光灯功能或其它部分光分布对所使用的光学组件的功能、精度和效率提出了全新的要求。对这些系统的光学面的专门几何调制的使用可以产生或改进所需的特性。由此，这些调制变为整个系统的基本部分。

在此，自由形状结构能够应用于所有的光学有效面，例如应用于投影透镜或附加光学装置或反射器面。

在迄今为止的近光灯功能中要求经限定的明暗过渡部。其可以以多种方式实现，但这些方式主要涉及具有近光灯特性的光功能：

DE 20 2004 005 936 U1示出了玻璃透镜上的不同散射作用的区域，由此实现预先给定的照明图案。根据DE 10 2007 049 835 A1相当类似地提出在玻璃透镜上不同结构化的分区，用于在明暗过渡部处使光软化(Aufweichung)。由JP 2015-035337公开了一种使用网状结构化的球面来使明暗过渡部软化。从DE 10 2007 014 676 84已知波分区。

为此目的，在EP 2 680 047 A1中也提出了一种具有不同的圆形微结构的投影透镜。JP 2014-235836A示出一种具有棱锥形元件的透镜，棱锥形元件在较小炫目的情况下确保车辆的可见性并同时使明暗过渡部软化。另一目的是提供一种用于均匀化光分布的、由JP2014-157733A所公开的光学透镜。在那里所设想的透镜结构化主要用于光分布的均匀化(在这里特别是用于避免车道上的可见条纹)。由EP 3 214 364 A1也已知一种具有两个不同的用于使光软化的微结构分区的透镜。在DE 10 2012 107 427 A1中也示出了用于使明暗过渡部软化的几何元件。

迄今为止，关于新的矩阵光分布仅可以发现少数公开文献：可非常针对性被影响的明暗过渡部由上面已经提到的DE 10 2008 023551A1已知。这里，在透镜面上使用经数学限定的几何元件。在该文献中，所提出的结构的功能性也首次超出近光灯功能。在那里已经提到了矩阵系统，为了使其光均匀化同样可以使用在那里示出的主题。

在DE 2010 027 322A1中提出了在各种类型的微棱锥体上使矩阵光分布均匀化。由文献WO 2015/031925 A1和EP 3 042 118 A1已知微结构，所述微结构不仅能够用于使明暗过渡部软化，而且能够用于使矩阵光分布均匀化。

由JP 201 722 84 32A公开了一种具有伸展的、水平或竖直定向的棱锥面的透镜。在此，分别将一方向配属给一光学面。

由US 9 328 888 B2已知类似的微结构，但是所述微结构仅覆盖投影透镜的一部分。它们用于使光分布的清晰棱边软化。

在下文中，术语"散射"指不同折射角(在折射面的情况下)或者反射角(在反射面的情况下)的所期望的定量组合。

在实际上所有当前已知的矩阵光系统中并且也在许多用于近光灯和远光灯的新的光模块中，在现有技术中示出的功能性不再足够：那里所提出的微结构和几何形状仅能够引起光的不充分的各向异性散射。所产生的偏转角相差太小，并且或多或少地仅用于光的针对性软化。沿着一散射宽度的强度走向只能利用迄今为止的手段受限界地进行控制。散射的这些限制在近光灯光分布中大多是没有问题的。然而，在矩阵光分布中这些限制是有问题的。

在上述文献中描述的结构部分地创建或操作得相当耗费。还存在对于由设计与制作之间的数据转换或传输错误所产生的错误和不精确而言的高风险。可制造性的确保部分地难以实现。通常，时间耗费也是显著的并且在有限时间计划的背景下被评价为临界。

迄今为止的微结构几乎不与当前制作的可能性适配。由此这些可能性没有被充分利用。制作技术方面例如稍后在研发过程中才被考虑。

在水平线以上零直至四度的情况下满足法律规定(光分布中的、尤其在明暗过渡部附近或在所谓的架高区域中的光度测量值)利用迄今的微结构也部分地是不可行的并要求附加的、耗费的措施，部分地要求甚至单独的构件。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种用于构造针对机动车前照灯的光学元件的方法，利用该方法避免了所述的缺点。

该任务利用权利要求1的特征来解决。在此，按照本发明的方法与开头所述的现有技术的区别在于以下步骤：

-创建光学面的CAD模型，

-将CAD模型分解成部分孔径面，

-对于所有部分孔径面进行部分光分布的计算，所述部分光分布分别由一部分孔径面在光分布的不同区域中产生，

-预先给定光学面的表面元件模型，所述表面元件模型在第一空间方向上和在与第一空间方向不同的第二空间方向上具有通过其形状造成的散射特性，

-将多个表面元件模型组合成一覆盖光学面的至少一个连续部分的集合体，

-模拟在该集合体的影响下从光学面发出的实际光分布，以及

-通过改变集合体的表面元件模型的限定了散射特性的形状来使实际光分布迭代地适配于额定光分布。

利用本发明提供了一种方法，该方法使得能够完全生成和处理针对以表面元件模型的形式设计的光学面调制而言的数据。光学面的规划和计算、其光技术效果的分析和其可制造性的评估以及完整的数据产生可以在短时间内以一统一方法执行。理想地，这些预先给定随着上述任务同时被满足。由此可以节省或简化整个构件或其它措施。

当达到所希望的结果时，直接且数学上精确地提供数据用于工具的创建。利用该方法，开展(abgewickelt)光学面的调制的整体处理，所述调制首先作为表面元件模型被计算。这尤其包括表面模型的设计以及其到光学模拟环境中的传递，以便在光学技术上进行优化。当达到所希望的结果时，直接且数学上精确地提供数据用于工具的创建。

通过数据的这种产生和传输来确保可制造性。尤其保证了，在设计和优化表面元件模型时总是以与其在稍后的制造中所使用的精确相同的数据进行工作。不再出现传递错误或不准确性；所有数据集是相同的并且在数学上是精确的。

光学元件的根据本发明的构成允许更好地利用当前矩阵前照灯的可能性。在水平方向上，可以在矩阵光分布的节段之间实现完美过渡部。在竖直方向上，可以利用向下散射在近光灯分布中产生理想的标定点(Aufsetzpunkt)，并且同时可以通过向上指向的散射来增大节段高度。在多行的矩阵光分布中能够实现较清楚地限定的行分隔。

本发明能够实现光的强各向异性的散射。各向异性的散射在此被理解为，照明光源的光通过光学面在不同方向上的偏转是强烈不同的。例如，对于远光灯功能，竖直方向上的散射应当以比向下更大的偏转角向上进行。通过光的各向异性散射可以同时针对性地影响光的多个特性。散射在此情况下不仅在所达到的偏转角方面不同，而且散射光的量也应对于不同的偏转角可以是不同的。因此，针对性地控制散射内部的强度走向。本发明还允许，使光学面的局部不同的调制相互无突出和无缝地联接。在此，首次可以谈及通过光学面上的设计为表面元件模型的自由形状结构的针对性光成形。

利用根据本发明的方法所设计的光学面提供了对可能性的长期未决的扩展和对新要求的简化应对，所述新要求越来越多地由当前的光系统、尤其是矩阵光系统所期望。

首次可以针对性地通过任意光学面上的新型自由形状结构定制地产生强各向异性的散射。在此，尤其可以针对性地控制强度走向。结果，产生的散射能同时改善光的多个特性。在此特别考虑这些特性：

-在矩阵光模块中使节段过渡部均匀化(即使得不可见)；

-处在矩阵光模块的水平和竖直的、分别彼此独立的多个部分光分布之间的无缝融合；

-使光分布的伸展被附加地放大

提高了在调整整体光分布的多个部分时的公差，也就是说，多个部分光分布可较容易地相对彼此调节，这在制造中带来优点。这是可能的，因为散射可以在部分光分布的过渡部上被定制。在该过程中可以谈及针对性的光成形。

功能性的该强扩展导致表面元件模型的复杂性增加。这通过使用覆盖从规划到可制造性的完整要求的方法使得可管理。

设计、光技术分析和通过表面元件模型实现的表面调制和与之相关的数据的产生在所有步骤中都被简单地、透明地和耐用地构型。这使得可以避免错误，因为所有数据都来自相同的计算。

通过新的自由形状结构的功能性提高，能够简化或取消光学构件。因此节省了显著的成本，降低了整个系统的复杂性，并提高了耐用性。

法律规定的光值(例如架高值)可以利用光学面的设计为表面模型的和作为自由形状结构实现的调制而容易地实现。在批量制作条件下获得稳定的光值。这比较耗费且较不可靠的解决方案(例如，迄今为止添加至初级光学装置的附加光学装置)更简单且更可再现。本发明在这种情况下导致较简单和较稳定的生产条件。

通过根据本发明的方法可保证，在规划自由形状结构期间已经考虑了制作技术方面。由此已经在准备阶段确保了结构的可制造性。

一种优选的设计方案的特征在于，在预先给定表面元件模型时通过以下方式确保稍后的可制造性，即在该预先给定时预先给定最小的面曲率半径，所述最小面曲率半径在稍后通过工具制造光学元件时可以被预先给定和遵守。

还优选的是，在所限定的额定光分布和所模拟的实际光分布之间进行比较，并且当额定光分布和所模拟的实际光分布的光值相差超过预先确定的程度时，这样改变表面元件模型，使得所限定的额定光分布和然后重新通过模拟所计算的实际光分布之间的相差减小，并重复该由模拟、改变和比较组成的循环，直至得到所模拟的实际光分布，该实际光分布足够准确地与额定光分布一致。

此外优选的是，每个表面元件模型在符合规定地用作机动车前照灯时具有竖直的散射特性和水平的散射特性。

另一优选的设计方案的特征在于，散射特性通过表面元件模型的限界曲线的形状来确定。

还优选的是，通过针对对于前照灯的主发射方向在水平和竖直散射方向上不同的限界曲线来限界表面元件模型。

此外优选地，NURBS或其他样条或贝塞尔曲线被用作为限界曲线。

另一优选的设计方案的特征在于，针对水平和竖直散射方向的限界曲线的组合产生一表示用于光学面调制的单个表面模型元件的面。

还优选的是，表面元件模型形成光学面的一部分的调制，其方式是，表面元件模型局部地形成光学面的该部分的凹陷和/或凸起。

进一步优选地，通过在水平和竖直方向上的相互排列将表面元件模型组合为一整体面。该整体面被纳入到光技术模拟中并在进一步的步骤中被优化。

另一优选的设计方案的特征在于，表面元件模型在此无缝地且优选以持续可微分的过渡部(至少C1持续，即至少一次持续可微分)彼此联接。

还优选的是，在同一光学面上同时使用不同类型的表面元件模型。

此外优选的是，在光学面上使用不同的表面元件模型，其中，它们可以自由定位并且以可自由选择的顺序布置。

另一优选的设计方案的特征在于，这些不同类型至少以C1持续可微分的方式彼此交错过渡。

还优选的是，表面元件模型的横向伸展处在0.1mm至5mm的范围内，尤其在0.5mm至1mm的范围内，并且表面元件模型的高度从小于一微米直至达到几百微米、尤其从3微米至25微米。

附图说明

本发明的实施例在附图中示出并且在下面的描述中进一步阐述。在此，相同的附图标记在不同的附图中分别表示相同的或至少按照其功能类似的元件。在描述各个附图时必要时也参考来自其他附图的元件。其中分别以示意形式示出：

图1示出了作为本发明技术领域的机动车前照灯；

图2示出了光源的一实施例；

图3示出了矩阵光分布，其中一些节段是激活的或不激活的；

图4示出了作为根据本发明的方法的实施例的流程图；

图5示出了作为CAD模型存在的光学面被分解为部分孔径和部分孔径的光分布贡献；

图6示出了针对限界曲线的示例，该限界曲线用作针对表面单元模型的计算基础；

图7并排示出了针对不同空间方向的两个限界曲线；

图8示出了将图7的限界曲线组合成空间中拱曲的表面元件模型；

图9示出了如何从表面元件模型中产生以整体面形式的集合体的示例；

图10示出了来自被划分为不同区域的光学面的一截段；

图11示出了基于图3中所示的光分布的额定光分布的强度走向；

图12以截段方式示出了同样以图3中所示的光分布为基础的额定光分布的示例；和

图13示出具有带近光灯份额的两行光源的机动车前照灯的强度分布。

具体实施方式

图1详细示出了作为本发明技术领域的机动车前照灯。机动车前照灯10具有壳体12，其光输出开口由透明覆盖板14覆盖。在壳体12中布置有光源16，该光源例如具有多个可单个开关的发光二极管，这些发光二极管布置在至少一行中或至少一行和一列中。光源的光输出面在所示的实施例中由初级光学装置18作为内部的光分布被投影到次级光学装置20的焦点区域f中。在其他设计方案中，初级光学装置18本身可以位于次级光学装置20的焦点中，这也作为直接成像系统是已知的。次级光学装置20将内部光分布作为外部光分布22例如成像到布置在机动车前照灯10前部地带中的测试屏24上。x方向相应于机动车前照灯10的主发射方向。在符合规定地使用机动车前照灯10时，y方向平行于水平线，并且z方向则相应于竖直线。

图2示出了光源16的一实施例。光源具有水平(y方向)并因此在行中并排设置的发光二极管26和竖直(z方向)并因此在列中叠置布置的发光二极管26，所述发光二极管在x方向上发射它们的光。发光二极管26可单独地和/或成组地开关，从而根据开关状态而定可产生不同的内部的和因此还有外部的光分布。各个发光二极管的光分布/图像在y方向和/或在z方向上并排，其中，它们的边缘可以重叠。

图3示出矩阵光分布，其中一些节段是激活的或未激活的。横坐标平行于y方向。纵坐标给出光分布的强度I(亮度)。每个节段是光源16的发光二极管26的光输出面的或多或少清晰的图像，该光源具有一带有六个发光二极管26的行。在左侧，节段28.1被接通，然后跟着两个被关断的节段，并且最后在右侧跟随三个又被激活的节段28.4、28.5、28.6。光分布28在没有光学面的作为自由形状结构实现和作为表面元件模型设计的调制的作用下获得。在这种情况下，节段的边缘向所有侧都被清晰限界。在三个并排的、被激活的节段之间的过渡部可以清楚地识别，这表示不期望的不均匀性。三个相邻节段的过渡部应理想地不可见，使得仅感知到均匀的光带。

图4示出了作为用于构造针对机动车前照灯的光学元件的根据本发明的方法的实施例的流程图，该光学元件具有光学面，该光学面能由机动车前照灯的至少一个光源照亮并且该光学面使至少一个光源的光分布到实际光分布中。

该方法例如由计算机实施，该计算机具有微处理器和存储器，在该存储器中存储有机器可读形式的、与方法步骤相应的指令，用于由微处理器执行。

首先在不属于该方法的步骤30中限定额定光分布。额定光分布的特征例如在于，它在特定的发射角方向和距离上具有预先确定的亮度值，并且在明亮区域内部具有均匀的外观，而在各个明亮区域之间没有例如较亮的或较暗的线。将相应的数据传输给计算机。

在第一步骤32中，根据本发明的方法创建光学面的CAD模型。光学元件例如是次级光学装置的投影透镜。光学面于是例如可以是投影透镜的光输出面。光学面也可以是投影透镜的光输入面或者是折射光的初级光学装置或者透明覆盖板的光输入面或者光输出面。此外，光学面也能够是反射器的反射面。反射器可以是反射从空气入射的光的反射器或全内反射的反射器。

在第二步骤34中，将光学面的CAD模型分解成部分孔径面。

在第三步骤36中，对于所有部分孔径面计算部分光分布，该部分光分布分别由一部分孔径面在光分布的不同区域中产生。以这种方式分析光源的从光学面发出的光。

在第四步骤38中，预先给定光学面的表面元件模型，这些表面元件模型具有由其形状造成的、沿第一空间方向和沿不同于第一空间方向的第二空间方向的散射特性。在这些空间方向上，散射特性可以分别是不对称的，从而例如在关于前照灯中的装入位姿水平的空间方向(在此：y方向)上向右与向左不同地散射并在竖直的空间方向(在此：z方向)上向上与向下不同地散射。

在预先给定表面元件模型时，优选已经提前确保了稍后的可制造性，其中在预先给定时，仅考虑了用于稍后制造所需的工具(如铣刀或车刀)的可行半径，以及还考虑了表面元件模型的高度。

在第五步骤40中，将多个表面元件模型接合为覆盖光学面的至少一个连续部分的集合体。作为该步骤40的结果，通过与光学面的原始初始形状的加性叠加得到光学面的整体面的数学限定。在第六步骤42中进行实际光分布的模拟，该实际光分布从经数学限定的光学面出发并因此在集合体的影响下出发。如果需要，则由计算机作为对集合体的表面元件模型的限定了散射特性的形状的变化的反应来改变所模拟的实际光分布。这种改变允许散射特性的迭代优化。该改变可以在该方法内自动进行。因此，例如在第七步骤44中可以进行预先确定的额定光分布和所模拟的实际光分布之间的比较。如果额定光分布和所模拟的实际光分布的光值(例如在预先确定的空间点处的光分布强度)相差超过预先确定的程度，则程序分支到第八步骤46，在该第八步骤中改变表面元件模型，使得预先确定的额定光分布和然后重复地通过模拟所计算的实际光分布之间的相差减小。这种改变优选也可以通过设计者的干预进行，以便迭代优化散射特性。

从第八步骤46出发，该方法然后分支返回到步骤40中，在该步骤中将改变的表面元件模型重新接合为一集合体。由步骤40、42、44和46构成的循环必要时被多次经过，直至通过迭代改变得到所模拟的实际光分布，该实际光分布足够精确地与额定光分布一致。在这种情况下，方法从步骤44出来分支到第九步骤48，在该第九步骤中，初始形状的表面元件模型的数据被叠加地提供以用于传输到工具制造上，借助于该工具制造能够制造具有利用所计算的表面元件模型所调制的光学面的光学元件。

图5首先阐明了用于次级光学装置投影透镜的光输出面的第二步骤34(分解成部分孔径面)和第三步骤36(计算部分光分布)的可能的结果。

在该示例中，部分孔径面50是矩形。每个矩形配属有透镜或反射器的光学面的一区域。矩形的每个点又配属有一发射角。每个矩形的中心点，如果引向图1，位于x方向上，并因此相应于中心发射方向(射束和x方向之间的角度等于零)。部分孔径的其它点代表其它发射方向。这些其它发射方向在水平方向(矩形的宽边、y方向)上覆盖光分布的水平宽度(散射宽度)，并且它们相应地在竖直方向上(矩形的窄边、z方向)覆盖竖直宽度并因此覆盖光分布的高度。

位于一部分孔径的中心点旁边的点尤其代表由所属发射方向与x方向在水平平面中围出的角度和该发射方向与x方向在竖直平面中围出的角度组成的一对发射角。位于矩形内部的不规则成形的区域因此分别给出了如下这样的方向，在这些方向上，所属的部分孔径发射光源的光。它们因此表示部分光分布52。

因此，图5直接给出，从光学面的哪个地点将多少光发出到光分布的哪个区域中。

从图5中可以通过与额定光分布的比较推导出，对于光学面的哪个地点需要哪个散射特性。

下面描述表面元件模型的产生，如其在图7中的流程图的第四步骤38中进行的那样。

表面元件模型基于数学描述。该数学描述不固定地与特定的计算公式相关联，而是可以根据需要变化。在此也设置了对于水平或竖直的散射方向使用不同的数学描述(限界曲线)。这些散射方向完全彼此独立。作为数学描述，例如使用NURBS、其他样条或者贝塞尔曲线。

原则上也可以随时使用其他数学描述。样条函数具有特别适合于计算机支持的实时分析的巨大优点。

每个表面元件模型具有其布置在其上的光学面的一部分作为基面。

表面元件模型形成光学面的该部分的调制，其方式是，表面元件模型局部地形成光学面的该部分的凹陷和/或凸起。表面模型具有通常在空间上拱曲的表面，光源的光在该表面上散射并且该表面由限界曲线限定。每个表面单元模型具有竖直散射特性和水平散射特性。散射特性由表面单元模型的限界曲线的形状确定。

图6示出了针对在一(例如，竖直，z)方向上用作表面元件模型的计算基础的限界曲线54的示例。在竖直方向上，限界曲线的一区段产生一散射特性B，该散射特性将光份额向下散射。同时，另一区段生成将光份额向上散射的散射特性B’。在此，B被选择得不等于B’，如果这带来优点的话。因此，B和B’具有不同的、通过这些区段的形状可精确控制的强度走向。这些轴线分别具有长度的物理维度。横坐标与z方向平行，并且纵坐标与x方向相应。

图7并排示出了两个限界曲线56、58。在图7的左部分中示出的限界曲线56产生竖直散射，即例如向上的散射A和向下的散射A’。在图7的右部分中示出的限界曲线58产生水平散射，即例如向右的散射B和向左的散射B’。对于水平散射也适用的是，B一般不等于B’。B和B’又不同于A和A’。这同样示例性地在图7中示出。标记A、A’、B、B’在此仅用于语言上的区别，并且除此之外不具有表征散射作用的意义。与波长相比，振幅被夸大地示出。

通过对于水平散射方向和对于竖直散射方向的曲线56、58的适当组合(相加、相乘或其他数学运算)，产生一表示用于光学面调制的单个表面模型元件的面。

图8示出了图7中的水平曲线58和竖直曲线56的组合，其形成在空间中拱曲的表面元件模型60。

图9示出了如何从多个这样的表面元件模型60中产生以整体面62形式的集合体的示例。为此，通过沿水平方向和竖直方向的相互排列，将表面元件模型60周期性地组合为整体面62。表面元件模型60在此无缝地并优选以持续可微分的过渡部(即没有弯折部或阶梯)彼此联接。该C1持续性便于工具和部件的可制造性。C2或C0持续的过渡部也是可能的。表面元件模型60优选地布置在由方形元件形成的笛卡尔栅格中。也可以考虑其它的布置：例如圆形、六边形、菱形、矩形、椭圆形、锯齿状等。

在需要时可以在同一光学面上同时使用不同类型的表面元件模型60。在此，可以在一光学面上使用不同的表面元件模型60，其中，它们可以自由地定位并以可自由选择的顺序布置。在一设计方案中，整个光学面被表面元件模型60占据。在替代设计方案中，仅光学面的一个(连续)部分或多个不彼此连续的部分被表面元件模型60占据。

如果使用不同类型的表面元件模型60，则可以在不同类型彼此邻接的地方限定过渡部区域，利用该过渡部区域在不同类型的表面元件模型60之间实现柔和的、始终为C1持续的过渡部。

图10示出了光学面100，其被划分为n＝四个不同的区域102、104、106、108。数字n是任意选择的并且也可以具有其他值。在四个区域中的每个内部，表面元件模型60可以是相同的，其中，但是表面元件模型同时在区域与区域之间不同。表面元件模型60以笛卡尔方式布置。此外，仅光学面100的多个部分或整个面100可以用由作为自由形状结构的表面元件模型所产生的表面调制来占据。

从这些实施例抽离地通常适用的是，表面元件模型的横向的、即水平的和竖直的伸展优选处于大约0.1mm至大约5mm的范围中。表面元件模型的高度从明显低于一微米直到几百微米。对于横向伸展，常见和典型的值是0.5mm到1mm，对于高度来说是3到25微米。

在设计光学元件时，通过将计算出的、表面元件模型的局部高度逐点加到光学面的分别所属坐标上，将表面元件模型施加到光学面上。

布置在光学面100上的表面元件60的数量在数十到数万的范围内。如果单个表面元件相应地小或者光学面相对大，则也可以有超过十万个表面元件。

通常，其上施加有表面模型的光学面完全被这些表面模型占有。由此典型地使用几百到几万个表面模型。通过这些数量，光散射的耐用性被显著改善。特别是微观范围内的偏差(表面品质)由此被平均并因此不干扰散射特性。甚至一些表面元件的完全失效也是不明显的，因为这通过许多另外的表面元件被补偿。由此总体上显著降低了光学系统的公差敏感性。

在具有初级光学装置和次级光学装置的前照灯中，其中次级光学装置的光学面被表面模型占据，现在可以更简单地设计和制造前置的初级光学装置，因为其几何形状明显被简化。

下面示例性示出了利用所提出的光学面调制可实现的、对简单的矩阵光分布的作用。

图11示出了基于图3中所示的光分布的额定光分布的强度走向的示例。图11的额定光分布28.1通过如下方式产生，即，产生在图3中示出的光分布的光学面通过以合适的方式水平散射的表面元件模型被调制。通过由该调制合成出的、纯水平地并且以合适的特性起作用的散射，光分布的节段被水平地拓宽。同时，由节段的清晰的竖直棱边产生了在水平方向上柔和且均匀的亮度输出(Auslauf)。三个位于右侧的节段之间的过渡部不再可识别。相邻的节段交融，所合成出的光分布现在稍微更宽，但是在节段之间的过渡部的情况下完全均匀。

对作用到节段的上棱边和下棱边上的竖直散射提出完全不同的要求。一方面，向下期望节段协调的、尽可能不可见的过渡到近光灯分布的位于下方的部分中。因此必须获得散射特性，该散射特性类似于近光灯的明暗过渡部，仅在相反的方向上。另一方面，通常期望通过附加的、显著较强的散射来放大节段高度。在此，在新产生的上棱边上也希望节段的相应柔和的输出。

因此，在竖直散射方向上必须通过所提出的表面元件模型同时解决两个任务。所提出的结构能够通过其高的灵活性满足所述要求并造成在图12中示出的光分布。

图12以截段方式示出了额定光分布的示例，该额定光分布同样以在图3中示出的光分布为基础。图12的额定光分布通过如下方式产生，即，产生图3中所示的光分布的光学面通过以合适的方式竖直散射的表面元件模型被调制。在此，将具有纯竖直作用的表面元件模型添加至产生图3中的光分布的光学面。竖直散射是不对称的，并因此是各向异性的。由此，一方面实现向下至近光灯的软化过渡部，并另一方面实现向上放大节段高度(图12中的节段28.1高于图11中的节段28.1)。在图12中的节段28.1左侧，强度走向沿节段28.1高度方向在z方向上绘制。在z方向(图12的左边部分)上的强度的逐渐上升和下降被反映在图12的右边部分中的强度I(y)的中断示出的输出中。

如果现在将水平散射特性(例如图3)与竖直散射特性(例如图11)组合，则得到既在水平方向上又在竖直方向上同时具有所有示出的特性的光分布。因此，获得没有可见的节段边界的均匀光分布，其在光分布同时协调地向上和向下输出的情况下具有放大的节段高度。

对于具有多个叠置布置的节段行的矩阵系统，同样可以采用所提出的自由形状结构。在此，期望向上的散射小，以防止更靠下的节段到位于其上的、关断的节段中的串扰。但是同时需要向下更强的散射，以便软化地设计到其他近光灯分量的过渡部。此外，在节段行之间产生均匀的过渡部。

图13示出具有带近光灯份额的两行光源的机动车前照灯的强度分布I(z)。竖直向上指向的散射仅允许非常小的角度，以避免位于更下方的节段到位于其上的、关断的节段中的不希望的串扰。同时，需要向下的较强散射，以软化地设计到其他近光灯分量的过渡部。此外，力求均匀的节段行过渡部。

本发明一直在很大程度上以矩阵机动车前照灯为例进行描述。但是可以理解，根据本发明的方法的使用不限于矩阵机动车前照灯的光学面，并且对于利用单个光源工作的近光灯的使用或者通常为了实现在任意的灯功能(近光灯、远光灯、部分远光灯、…)内部具有预先确定的强度分布的各向异性散射可以毫无问题地实现。

Claims (15)

1.一种用于构造机动车前照灯(10)的光学元件(18、20、14)的方法，所述机动车前照灯(10)具有壳体(12)，其光输出开口由透明覆盖板(14)覆盖，在壳体(12)中布置有光源(16)，所述光学元件(18、20、14)具有光学面(100)，所述光学面能由所述机动车前照灯(10)的至少一个光源(16)照亮，并且所述光学面在考虑位于光路中的所有光学面的情况下将所述至少一个光源(16)的光分布到实际光分布(22)中，其中，额定光分布在特定的发射角方向和距离上具有预先确定的亮度值，并且在明亮区域内部具有均匀的外观，而在各个明亮区域之间没有较亮的或较暗的线，其中，将相应的数据传输给计算机，

所述方法具有下述步骤：

-创建所述光学面(100)的CAD模型；

-将所述光学面(100)的所述CAD模型分解成部分孔径面(50)；

-对所有部分孔径面(50)进行部分光分布(52)的计算，所述部分光分布(52)分别由一部分孔径面(50)在所述光分布(22)的不同区域中产生；其特征在于，执行以下步骤：

-预先给定所述光学面(100)的表面元件模型(60)，所述表面元件模型(60)在第一空间方向上并且在与所述第一空间方向不同的第二空间方向上具有取决于其形状的散射特性；

-将多个表面元件模型(60)组合成覆盖所述光学面(100)的至少一个连续部分的集合体；

-模拟在所述集合体的影响下从所述光学面(100)发出的实际光分布；

-改变所述实际光分布，作为对所述集合体的表面元件模型(60)的限定了所述散射特性的形状的变化的响应；和

通过改变集合体的表面元件模型的限定了散射特性的形状来使实际光分布迭代地适配于额定光分布。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在预先给定所述表面元件模型(60)的过程中通过以下方式确保稍后的可制造性，即，在预先给定的过程中仅预先给定曲率半径，在稍后通过工具制造所述光学元件的过程中也能够遵守所述曲率半径。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述迭代地适配包括：在所限定的额定光分布和所模拟的实际光分布之间进行比较，并且当所述额定光分布的光值和所模拟的实际光分布的光值相差超过预先确定的程度时，所述表面元件模型(60)改变，以使得所限定的额定光分布和随后再次通过模拟计算的实际光分布之间的相差减小，并且重复由模拟、改变和比较组成的循环，直至得到与所述额定光分布一致的所模拟的实际光分布。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，每个表面元件模型(60)在符合规定的装入位姿中具有竖直的散射特性和水平的散射特性。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述散射特性通过所述表面元件模型(60)的限界曲线(54、56、58)的形状来确定。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述表面元件模型(60)通过对于水平散射方向和竖直散射方向不同的限界曲线(54、56、58)来限界。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，通过针对水平散射方向和竖直散射方向的所述限界曲线(54、56、58)的组合产生表示用于所述光学面(100)的单个的表面元件模型(60)的面的作为自由形状结构实现的调制。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，通过所述表面元件模型局部地形成所述光学面(100)的一部分的凹陷和/或凸起，所述表面元件模型(60)形成所述光学面(100)的这一部分的调制。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述表面元件模型(60)通过沿水平方向和竖直方向的依次排列被组合成整体面(62)。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述表面元件模型(60)在此无缝地并以持续可微分的过渡部彼此邻接。

11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在同一光学面(100)上同时使用不同类型的表面元件模型(60)。

12.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在一光学面(100)上使用不同的表面元件模型(60)，其中，这些不同的表面元件模型(60)能够自由地定位并以能够自由选择的顺序布置。

13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述不同类型以至少一次持续可微分的方式彼此交错过渡，并且所述过渡部通过数学渐变来描述。

14.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述表面元件模型(60)的横向伸展在0.1mm至5mm的范围内，并且所述表面元件模型(60)的高度的范围为：小于一微米直至达到几百微米。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述表面元件模型(60)的高度的范围为：3微米至25微米。