DE102017124744A1

DE102017124744A1 - Restflächenoptimierung

Info

Publication number: DE102017124744A1
Application number: DE102017124744.0A
Authority: DE
Inventors: Boris Bott; Alexander von Hoffmann
Original assignee: Georg Simon Ohm Hochschule fuer Angewandte Wissenschaften Fachhochschule Nurnberg
Current assignee: Georg Simon Ohm Hochschule fuer Angewandte Wissenschaften Fachhochschule Nurnberg
Priority date: 2017-10-23
Filing date: 2017-10-23
Publication date: 2019-04-25

Abstract

Verfahren für Restflächenoptimierung einer mikrostrukturierten, optisch wirksamen Reflexionsoberfläche (100) mit einer vorgebbaren charakteristischen Verteilung einer Rückstrahlintensität über einen Rückstrahlraumwinkel, wobei die Reflexionsoberfläche (100) in eine Vielzahl Mikrofacetten (102) aufgeteilt wird, deren Oberflächen Voronoi-Flächen sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren für Restflächenoptimierung einer mikrostrukturierten, optisch wirksamen Reflexionsoberfläche.
DE 101 08 637 A1 offenbart eine Vorrichtung zum Bilden eines homogenisierten Lichtmusters und ein Verfahren zu ihrer Herstellung.
US 4,951,179 offenbart ein Licht für ein Fahrzeug. WO 2014/045142 A1 , WO 2014/045147 A1 , WO 2014/045158 A1 , WO 2014/045168 A1 , WO 2014/045178 A1 , EP 1 443 464 A2 , WO 2016/003747 A2 und WO 2001/143015 A1 offenbaren eine optische Vorrichtung mit Mikrofacetten.
Diese Mikrofacetten bilden eine mikrostrukturierte, optisch wirksame Reflektionsfläche.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Restflächenoptimierung derartiger Reflexionsoberflächen anzugeben.
Dies wird durch ein Verfahren für Restflächenoptimierung einer mikrostrukturierten, optisch wirksamen Reflexionsoberfläche mit einer vorgebbaren charakteristischen Verteilung einer Rückstrahlintensität über einen Rückstrahlraumwinkel erreicht, dass die Reflexionsoberfläche in eine Vielzahl Mikrofacetten aufgeteilt wird, deren Oberflächen Voronoi-Flächen sind.
Vorteilhafterweise wird die Vielzahl der Mikrofacetten gegenüber der Reflexionsoberfläche um vorgegebene Drehwinkel in einer ersten Richtung und einer zweiten Richtung verdreht angeordnet, wobei die Drehwinkel nach einer Beckmann-Verteilungsfunktion vorgegeben werden, und wobei die Drehwinkel in der ersten Richtung und der zweiten Richtung unabhängig voneinander gewählt werden. Dadurch wird eine Rauheit der Oberfläche erzeugt.
Vorteilhafterweise werden unmittelbar benachbarte Mikrofacetten mit voneinander verschiedenen Anstellwinkeln angeordnet. Dadurch wird eine realistischer wirkende Oberfläche erzeugt.
Vorzugsweise wird eine Anzahl an Mikrofacetten, die mit demselben Anstellwinkel angeordnet werden, abhängig von der Beckmann-Verteilung bestimmt. Dadurch wird eine ausreichend gute Reflexion gewährleistet.
Vorzugsweise werden ebene Flächen, die parallel zur Reflexionsoberfläche angeordnet werden, als Stege zwischen den Mikrofacetten angeordnet. Dadurch wird die Reflexion durch die Stege gleichmäßig über der Reflexionsoberfläche verteilt angeordnet.
Vorzugweise werden die Stege durch Verkleinerung der Voronoi-Flächen erzeugt. Dadurch ist die Größe der Stege gleichmäßig.
Vorzugsweise entspricht ein Flächenanteil der Stege an einer Gesamtfläche der Reflexionsoberfläche einem Wert der Beckmann-Verteilung bei einem Winkel von Null Grad.
Die Erfindung betrifft auch eine Mikrostrukturierte, optisch wirksame Reflexionsoberfläche mit einer vorgebbaren charakteristischen Verteilung einer Rückstrahlintensität über einen Rückstrahlraumwinkel bei der die Reflexionsoberfläche durch ein derartiges Verfahren bestimmt ist.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und der Zeichnung. In der Zeichnung zeigt

1 schematisch eine mikrostrukturierte, optisch wirksame Reflexionsoberfläche nach einer ersten Ausführungsform,
2 schematisch eine mikrostrukturierte, optisch wirksame Reflexionsoberfläche nach einer zweiten Ausführungsform.

Die im Folgenden beschriebenen Voronoi-Flächen werden durch eine Zerlegung des Raumes in Regionen erzeugt, die durch eine vorgegebene Menge an Punkten des Raumes bestimmt werden. Die Punkte werden als Zentren bezeichnet. Jede Region wird durch genau ein Zentrum bestimmt und umfasst alle Punkte des Raumes, die in Bezug zu einer euklidischen Metrik näher an dem Zentrum der Region liegen als an jedem anderen Zentrum.
Die im Folgenden verwendete Beckmann-Verteilung D ist eine Verteilung für spiegelnde Reflexion bei rauen Oberflächen: $D = \frac{1}{m^{2} c o s^{4} \propto} e^{- {(\frac{tan (\propto)}{m^{2}})}^{2}}$
mit

m:: mittlere Neigung der Fläche in einer Richtung,
α:: Anstellwinkel.

Glatte Flächen zeichnen sich durch eine Neigung m = 0 aus. Der Anstellwinkel α = 0° charakterisiert dabei eine in einer ersten Richtung, x-Richtung, und in einer zweiten Richtung, y-Richtung, eines kartesischen Koordinatensystems liegende ebene Fläche.
Mittels der Beckmann-Verteilung können, wie im Folgenden beschrieben, Mikrofacetten einer Reflexionsoberfläche mit einer vorgegebenen Rückstrahlintensität über den Rückstrahlraumwinkel angeordnet werden.
Als Mikrofacette wird im Folgenden eine Teilfläche einer Reflexionsoberfläche bezeichnet.
1 zeigt schematisch eine mikrostrukturierte, optisch wirksame Reflexionsoberfläche 100 nach einer ersten Ausführungsform.
2 zeigt schematisch eine mikrostrukturierte, optisch wirksame Reflexionsoberfläche 100 nach einer zweiten Ausführungsform.
Die Reflexionsoberfläche 100 der ersten Ausführungsform wird nach einem Verfahren für Restflächenoptimierung der mikrostrukturierten, optisch wirksamen Reflexionsoberfläche 100 mit einer vorgebbaren charakteristischen Verteilung einer Rückstrahlintensität über einen Rückstrahlraumwinkel hergestellt oder berechnet.
Die Reflexionsoberfläche 100 wird in eine Vielzahl Mikrofacetten 102 aufgeteilt, deren Oberflächen Voronoi-Flächen sind. Das bedeutet, die Mikrofacetten 102 werden von den Umrisslinien eines Voronoidiagramms begrenzt.
Dazu werden die Zentren für die Reflexionsoberfläche 100 bestimmt und anschließend die Voronoi-Flächen dazu bestimmt.
Die Vielzahl der Mikrofacetten 102 werden gegenüber der Reflexionsoberfläche 100 um vorgegebene Drehwinkel in einer ersten Richtung x und einer zweiten Richtung y verdreht angeordnet. Die Drehwinkel werden nach einer Beckmann-Verteilungsfunktion vorgegeben. Die Drehwinkel werden in der ersten Richtung x und der zweiten Richtung y unabhängig voneinander gewählt. Die Drehwinkel und die Anzahl der Mikrofacetten mit demselben Drehwinkel wird beispielsweise so gewählt, dass ein Flächenanteil der Mikrofacetten an der Gesamtfläche der Reflexionsoberfläche den für Wert annimmt, der für den Anstellwinkel in der Beckmann-Verteilung vorgesehen ist, der diesem Drehwinkel entspricht.
Unmittelbar benachbarte Mikrofacetten 102 werden vorzugsweise mit voneinander verschiedenen Anstellwinkeln angeordnet.
Eine Anzahl an Mikrofacetten 102, die mit demselben Anstellwinkel angeordnet werden, wird abhängig von der Beckmann-Verteilung bestimmt.
Die Reflexionsoberfläche 100 nach der zweiten Ausführungsform wird wie die Reflexionsfläche 100 nach der ersten Ausführungsform erzeugt oder berechnet. In einem zusätzlichen Schritt werden ebenen Flächen 104, die parallel zur Reflexionsoberfläche 100 angeordnet werden, als Stege zwischen den Mikrofacetten 102 angeordnet.
Die Stege werden beispielsweise durch Verkleinerung der Voronoi-Flächen erzeugt. Die Umrisslinien des Voronoidiagrams werden beispielsweise breiter und stellen somit die Stege dar. Die Breite wird beispielsweise so gewählt, dass ein Flächenanteil der Stege an der Gesamtfläche der Reflexionsoberlfäche dem Wert D(α=0) entspricht.
Die durch eines der Verfahren entstehende mikrostrukturierte, optisch wirksame Reflexionsoberfläche 100 hat eine vorgebbare charakteristische Verteilung der Rückstrahlintensität über den Rückstrahlraumwinkel.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10108637 A1 [0002]
US 4951179 [0003]
WO 2014/045142 A1 [0003]
WO 2014/045147 A1 [0003]
WO 2014/045158 A1 [0003]
WO 2014/045168 A1 [0003]
WO 2014/045178 A1 [0003]
EP 1443464 A2 [0003]
WO 2016/003747 A2 [0003]
WO 2001/143015 A1 [0003]

Claims

Verfahren für Restflächenoptimierung einer mikrostrukturierten, optisch wirksamen Reflexionsoberfläche (100) mit einer vorgebbaren charakteristischen Verteilung einer Rückstrahlintensität über einen Rückstrahlraumwinkel, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflexionsoberfläche (100) in eine Vielzahl Mikrofacetten (102) aufgeteilt wird, deren Oberflächen Voronoi-Flächen sind.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vielzahl der Mikrofacetten (102) gegenüber der Reflexionsoberfläche (100) um vorgegebene Drehwinkel in einer ersten Richtung (x) und einer zweiten Richtung (y) verdreht angeordnet wird, wobei die Drehwinkel nach einer Beckmann-Verteilungsfunktion vorgegeben werden, und wobei die Drehwinkel in der ersten Richtung (x) und der zweiten Richtung (y) unabhängig voneinander gewählt werden.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass unmittelbar benachbarte Mikrofacetten (102) mit voneinander verschiedenen Anstellwinkeln angeordnet werden.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anzahl an Mikrofacetten (102), die mit demselben Anstellwinkel angeordnet werden, abhängig von der Beckmann-Verteilung bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ebene Flächen (104), die parallel zur Reflexionsoberfläche (100) angeordnet werden, als Stege zwischen den Mikrofacetten (102) angeordnet werden.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege durch Verkleinerung der Voronoi-Flächen erzeugt werden.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Flächenanteil der Stege an einer Gesamtfläche der Reflexionsoberfläche (100) dem einen Wert der Beckmann-Verteilung bei einem Winkel von Null Grad entspricht.
Mikrostrukturierte, optisch wirksame Reflexionsoberfläche (100) mit einer vorgebbaren charakteristischen Verteilung einer Rückstrahlintensität über einen Rückstrahlraumwinkel, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflexionsoberfläche (100) durch ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 bestimmt ist.