KR20220141895A - 광확산 표면을 포함하는 광학 관련 자동차 부품의 계산 방법 - Google Patents

광확산 표면을 포함하는 광학 관련 자동차 부품의 계산 방법 Download PDF

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마티아스 케메트뮐러
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제트카베 그룹 게엠베하
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Abstract

본 발명은 광확산 표면(1a)을 포함하는 광학 관련 자동차 부품(1)을 계산하기 위한 계산 방법에 관한 것이며, 상기 계산 방법은, 하기 단계들, 즉 a) 광학 관련 자동차 부품(1)의 광확산 표면(1a)의 기설정 가능한 BSDF 분포(2)를 선택하는 분포 선택 단계이며, 광학산 표면(1a)은 광확산 마이크로 광학 요소(3a, 3b, ... 3x)들로 구성되는 것인, 상기 분포 선택 단계; b) 광확산 표면(1a)이 독점적으로 반사식 광학산 방식으로만 작용하는지, 또는 투과 성분이 존재하는지 그 여부에 대한 정보를 선택하는 정보 선택 단계이며, 투과 성분이 존재하는 경우 그 외에도 굴절률의 고려를 위해 표면(1a)을 구성하는 재료의 선택이 수행되는 단계 b1)가 수반되는 것인, 상기 정보 선택 단계; c) 기설정 가능한 선택 범위에서 마이크로 광학 요소(3a, 3b, ...3x)들의 크기 범위를 기설정하는 매개변수를 선택하는 매개변수 선택 단계; d) 단계 c)에 따르는 선택된 크기 범위, 및 경우에 따른 단계 b1)에 따르는 재료의 광학 특성들을 고려하면서 단계 a)에 따라서 선택된 BSDF 분포를 달성하기 위해 알고리즘(4)에 따라서 마이크 광학 요소(3a, 3b, ...3x)들의 상이한 형태들 및 그들의 정량적 분포를 계산하는 계산 단계이며, 단계 a)에 따르는 표면은 단계 c)에 따르는 재료로 이루어져 서로 나란하게 2차원으로 배치되는 복수의 마이크로 광학 요소(3a, 3b, ...3x)로 구성되되, 상기 알고리즘은 하기 부분 단계들, 즉 d1) BSDF 분포의 적어도 일부분을 사용하는 사용 단계, d2) 각도 종속 부분 영역들 내에 단계 d1)에 따른 분포를 분할하는 분할 단계, d3) 각각의 부분 영역에 대해 마이크로 광학 요소들의 반사 또는 투과 표면들의 기하학적 형태를 계산하는 계산 단계, d4) 부분 영역에 대한 분포 함수의 값에 따라서 각각의 부분 영역에 대한 마이크로 광학 요소들의 정량적 비율을 결정하는 결정 단계, 및 d5) 광학 관련 자동차 부품(1)의 표면(1a) 상으로 단계 d4)에 따라 결정된 마이크로 광학 요소(3a, 3b, ...3x)들을 무작위로 분포시키는 분포 단계(Pa, Pb, ...Px)를 포함하는 것인, 상기 계산 단계; 및 e) 디지털 데이터(D)의 형태로 단계 d)에 따르는 계산 결과를 출력하는 출력 단계;를 포함한다.

Description

광확산 표면을 포함하는 광학 관련 자동차 부품의 계산 방법
본 발명은 광확산 표면을 포함하는 광학 관련 자동차 부품을 계산하기 위한 계산 방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 본 발명에 따른 방법에 따라서 제조되는 광학 관련 자동차 부품에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 본 발명에 따른 광학 관련 자동차 부품을 포함하는 자동차 헤드램프에 관한 것이다.
그 외에도, 본 발명은 본 발명에 따른 광학 관련 자동차 부품 및/또는 본 발명에 따른 자동차 헤드램프를 포함하는 자동차에 관한 것이다.
종래 기술로부터는, 균질성(homogeneity), 산란 광, 공간 가시성(spatial visibility) 등과 관련하여 광 기능들의 개선을 달성하기 위해, 광학 구조들의 표면들을 입상화(graining)하는 점이 공지되어 있다. 이런 입상화는 통상 완전히 임의적인 것이며, 그리고 조명 기술의 적용 분야를 위해 최적화되어 있지 않다. 이런 경우, 입상화는 조명 기술 측면에서 정의되어 있지 않다. 그 결과 정의되지 않은 산란 거동이 발생한다. 결과적으로, 그렇게 하여 발생하는 광 분포들은 매우 비효율적인데, 그 이유는 광이 마찬가지로 의도되지 않은 영역들 내로 산란되기 때문이다. 그와 반대로, 목표하는 산란 거동이 달성되어야 한다면, 종래 기술에서는 이를 위해 그 자체가 그에 상응하게 규칙적이면서 그 외에도 규칙적으로 배치된 구조들이 제공되었다. 상기 유형으로 형성되는 표면은 더 이상 "불규칙하게" 그리고 "확산 방식으로" 작용하는 것이 아니라, 육안으로 볼 때 규칙적으로 구조화된 면(structured face)으로서 인식된다.
본 발명의 과제는, 광확산 표면의 산란 거동을 기설정할 수 있으면서도 그럼에도 확산 면(diffusive face)의 광학 인상(optical impression)이 생성되는 정도로 마이크로 광학 요소들을 배치하는데 이용되는 가능성을 제공하는 것에 있다.
상기 과제는, 도입부에 언급한 유형의 방법으로서, 본 발명에 따라 하기 단계들을 포함하는 상기 방법에 의해 해결된다.
a) 광학 관련 자동차 부품의 광확산 표면의 기설정 가능한 BSDF 분포를 선택하는 분포 선택 단계이며, 광학산 표면은 광확산 마이크로 광학 요소들로 구성되는 것인, 상기 분포 선택 단계;
b) 광확산 표면이 독점적으로 반사식 광학산 방식으로만 작용하는지, 또는 투과 성분이 존재하는지 그 여부에 대한 정보를 선택하는 정보 선택 단계이며, 투과 성분이 존재하는 경우 그 외에도 굴절률의 고려를 위해 표면을 구성하는 재료의 선택이 수행되는 단계 b1)가 수반되는 것인, 상기 정보 선택 단계;
c) 기설정 가능한 선택 범위에서 마이크로 광학 요소들의 크기 범위를 기설정하는 매개변수를 선택하는 매개변수 선택 단계;
d) 단계 c)에 따르는 선택된 크기 범위, 및 경우에 따른 단계 b1)에 따르는 재료의 광학 특성들을 고려하면서 단계 a)에 따라서 선택된 BSDF 분포를 달성하기 위해 알고리즘에 따라서 마이크 광학 요소들의 상이한 형태들 및 그들의 정량적 분포를 계산하는 계산 단계이며, 단계 a)에 따르는 표면은 단계 c)에 따르는 재료로 이루어져 서로 나란하게 2차원으로 배치되는 복수의 마이크로 광학 요소로 구성되되, 상기 알고리즘은 하기 부분 단계들, 즉
d1) BSDF 분포의 적어도 일부분을 사용하는 사용 단계,
d2) 각도 종속 부분 영역들 내에 단계 d1)에 따른 분포를 분할하는 분할 단계,
d3) 각각의 부분 영역에 대해 마이크로 광학 요소들의 반사 또는 투과 표면들의 기하학적 형태를 계산하는 계산 단계(즉, 각각의 부분 영역에 대해, 마이크로 광학 요소들의 이를 위해 요구되는 기하학적 형태가 계산됨),
d4) 부분 영역에 대한 분포 함수의 값에 따라서 각각의 부분 영역에 대한 마이크로 광학 요소들의 정량 비율을 결정하는 결정 단계(즉, 예컨대 다른 부분 영역들과 비교되는 정량 비율이 결정됨), 및
d5) 광학 관련 자동차 부품의 표면 상으로 단계 d4)에 따라 결정된 마이크로 광학 요소들을 무작위로 분포시키는 분포 단계를 포함하는 것인,
상기 계산 단계; 및
e) 디지털 데이터의 형태로 단계 d)에 따르는 계산 결과를 출력하는 출력 단계.
이런 방식으로 (예컨대 입상화와 유사한) 표면 구조들이 완성될 수 있되, 이들 표면 구조의 산란 거동은 조명 기술자에 의해 기설정될 수 있지만, 그러나 상기 표면 구조들의 외관과 관련하여서는 규칙적인 패턴들 또는 구조들이 인식되지 않는다. 이 경우, 광학 관련 부품의 산란 거동은 목표한 바대로 기설정될 수 있고 이렇게 의도되는 적용과 관련하여 최적화될 수 있다. 따라서, 미광(stray light)의 방사는 대부분 방지될 수 있다.
"광학 관련 자동차 부품"이란 표현은 자동차에서 적용하도록 정해져 있는 광학 관련 부품을 의미한다. "광학 관련 부품"이란 표현은, 하기 특성들을 포함하는 부품을 의미한다. 요컨대 광학 관련 부품은 광학 관련 부품 자체를 통해 방출되거나, 또는 상기 부품 상으로 입사되는 광의 전파에 영향을 미치되, 광학 관련 부품은 상기 입사 광과 상호 작용하고 그 결과로 광을 방사한다. 광학 관련 부품으로서 고려되는 경우로는 예컨대 광원, 특히 LED 및/또는 레이저 광원, 조리개 또는 조리개 어셈블리, 반사경, 렌즈, 특히 투영 렌즈, 광 도파관, 후벽형 광학계(thick-walled optical system), 프리즘, 광학 격자, 미러, DMD 칩으로서 형성된 MEMS 부품, 및/또는 상기 컴포넌트들을 포함하는 전체 광 모듈 및/또는 어셈블리 그룹 등이 있다. 또한, 상기 언급한 컴포넌트들 중 소수의 컴포넌트 또는 복수의 컴포넌트 역시도 광학 관련 부품을 형성할 수 있다. 광학 관련 부품은 예컨대 지지 프레임 내에 파지될 수 있고, 그리고/또는 조정 시스템에 의해 조정될 수 있되, 조정 시스템은 이를 위해 예컨대 광학 관련 부품 또는 지지 프레임과 연동할 수 있다.
BxDF 분포들은, 입사 광빔과 출사 광빔 간의 전달 함수로서 해석될 수 있는 상대적으로 더 높은 차원의 텐서(tensor)들이다. 다시 말해, BxDF 함수들은 입체각(solid angle) 상으로 입사되는 각각의 가능한 입사 광빔을 매핑한다. BRDF 함수는 반사되는 반 공간(half space) 상으로 입사되는 각각의 가능한 입사 광빔을 매핑하고, BTDF 함수는 투과되는 반 공간 상으로 입사되는 각각의 가능한 입사 광빔을 매핑한다. BSDF 함수는 BRDF 및 BTDF로 이루어진 조합일 수 있으며, 그리고 그에 따라 전체 입체각을 포함할 수 있다. BSDF 분포는, 면(face) 상으로 입사되는 각각의 광빔에 대해, 이런 광빔이 소정의 공간 방향으로 산란되는 확률이 얼마나 높은지를 명시하는 분포를 출력할 수 있는 함수로서 해석될 수 있다. 그리고 실제로 방대한 양의 광자(photon)가 관계되는 면 상에 도달하기 때문에, 상기 산란 확률은 산란되는 광도와 동일한 의미인데, 그 이유는 광 측정 시 대수의 법칙(law of large numbers)이 항상 충족되기 때문이다. 다시 말해, 대개 각각의 입사각에 대해 광도 분포가 획득된다. BSDF 분포는, 각각의 가능한 입사 광빔을 모든 가능한 출사각과 관련시킨다. 그러나 항상 BSDF에서 잘라낸 일부분만을, 즉 정해진 입사각에 대한 방사 거동만을 유의미하게 시각화할 수 있다.
단계 d), 특히 단계 d5)에 따른 알고리즘에 따르는 무작위식 분포는 예컨대 하기 부분 단계들에서 수행될 수 있다.
1. 상대적으로 더 작은 부분 표면들로 전체 표면을 분할하는 분할 단계;
2. 하나의 부분 표면에 대해 의도되는 (부분) 각도 분포, 재료, 투과율/반사율 등을 결정하는 결정 단계;
3. (단계 2의 BSDF 등을 토대로) 대응하는 각도 값들 및 (부분) 각도 비율들 및/또는 가중치들을 계산하는 계산 단계;
4. (각도 범위 및 가중치들을 고려하면서) 단계 2 및 3의 의도되는 분포로 (의사) 난수 생성기를 초기화하는 초기화 단계;
5. 상대적으로 더 작은 단일 광학 요소 영역들로 부분 표면을 분할하고 대표하는 단일 영역 점들(="격자 점들")을 결정하는 분할 및 결정 단계;
6. 하기 부분 단계들에 따라서 상기 격자점들 상의 광학 요소들을 계산하는 계산 단계:
a. 격자점을 선택하는 선택 단계(결정론적으로, 또는 무작위로 가능함),
b. 상기 격자점에 대한 무작위 각도값 샘플을 채취하는 채취 단계(난수 생성기),
c. 선택된 각도값에 대한 단일 광학 요소 형태를 계산하는 계산 단계,
d. 단계 a의 격자점에서 단계 c의 단일 광학 요소를 포지셔닝하는 포지셔닝 단계, 및
e. 모든 선택된 격자점에 하나의 광학 요소가 할당 완료될 때까지 단계 a ~ d를 반복하는 반복 단계;
7. 부분 표면이 광학 요소들에 의해 점유되거나, 또는 부분 각도 분포가 충분히 정확하게 매핑될 때까지, 단계 2 ~ 6을 반복하는 반복 단계; 및
8. 전체 표면이 완전하게 점유되거나, 또는 의도되는 목표 분포(target distribution)가 충분히 정확하게 매핑될 때까지 단계 1 ~ 7을 반복하는 반복 단계.
그렇게 하여, 랜덤 성분들이 사용되면서 생성되어 의도되는 산란 거동을 갖는 표면이 획득될 수 있다.
사람의 눈을 통해 인지되는 마이크로 광학 요소들의 최대 크기의 선택을 통해, 대체로 구조들이 인식되지 않는 점이 달성될 수 있다.
특히, 적어도 소수의 마이크로 광학 요소는 피라미드 형태로 형성될 수 있되, 인접한 피라미드형 마이크로 광학 요소들은 이음매 없이 서로 나란하게 위치하는 방식으로 배치된다.
또한, 적어도 소수의 마이크로 광학 요소는 원추형으로 형성될 수 있다.
기본적으로 상기 구조 형태들은 상호 간에 혼합될 수도 있다. 바람직하게는 모든 마이크로 광학 요소는 피라미드 형태로 또는 원추형으로 형성될 수 있다.
특히 마이크로 광학 요소의 반사 표면 또는 투과 표면의 기울기는 0°와 45° 사이일 수 있되, 상기 기울기의 최댓값은 40°와 45° 사이이다. 기울기가 45°인 경우, 인접한 마이크로 광학 요소가 관련된 조건에서 이중 반사를 통해 거의 180°의 각도를 갖는 반사가 가능하다.
또한, 단계 a)에 따르는 표면은 광반사 마이크로 광학 요소들을 포함할 수 있되, BSDF 분포는, 이런 BSDF 분포 함수에서 국소적 최댓값의 각도 값에 대해 +5° 또는 -5°만큼 오프셋된 인접한 값을 높이와 관련하여 최소한 40%만큼 상회하는 적어도 하나의 국소적 최댓값이 형성되는 정도로 선택된다.
특히, 단계 d1) ~ d5)는 되풀이해서 반복될 수 있되, 매번 반복될 때마다 BSDF 분포의 추가 부분이 고려된다.
또한, 마이크로 광학 요소의 베이스면의 평면 대각선은 350㎚와 2㎜ 사이의 길이를 보유할 수 있다. 마이크로 광학 요소 길이가 350㎚ 미만인 경우, 거의 간섭 효과들이 고려되어야 할 수도 있다.
특히, 단계 d4) 이후, 소수의 마이크로 광학 요소의 기하학적 형태가 돌출부로서 형성되고 다른 마이크로 광학 요소들의 기하학적 형태는 함몰부로서 형성됨으로써, 마이크로 광학 요소들의 광학적 형상의 조작이 수행될 수 있다. 이는, 예컨대 마이크로 광학 요소의 반전을 통해 달성된다(다시 말해, 돌출부 대신 함몰부의 형성을 통해; 그렇게 하며 표면은 훨씬 더 불규칙하게 보일 수 있다).
또한, 광학 관련 자동차 부품은 광학적으로 유효한 광확산 전체 표면을 포함할 수 있되, 이런 전체 표면은 광학적으로 유효한 광확산 부분 표면들로 구성되며, 각각의 광학적으로 유효한 광확산 부분 표면은, 기설정 가능한 BSDF 분포; 및 이를 위해 적합하게 선택되고 선행 청구항들 중 어느 한 항에 따른 방법에 따라서 계산된 마이크로 광학 요소들;을 포함하며, 알고리즘은, 그 외에도, 서로 인접하는 부분 표면들의 BSDF 분포를 고려하도록; 그리고 인접한 부분 표면들 사이의 마이크로 광학 요소들의 분포에서 시각적으로(즉, 육안으로) 인식할 수 있는 차이가 최소화되는 정도로 부분 표면들의 전이 영역에서 인접한 부분 표면들의 소수의 마이크로 광학 요소를 선택하여 전이 영역에서 그룹화하도록; 구성된다.
특히, 마이크로 광학 요소들은 플라스틱 캐리어 또는 유리 캐리어 상에 형성될 수 있되, 마이크로 광학 요소들은, 플라스틱 또는 유리 캐리어의 표면이 알루미늄 증착에 의해 반사 방식으로 코팅됨으로써, 반사 방식으로 형성된다.
특히, 플라스틱 캐리어는 폴리카보네이트로, 또는 PMMA로 구성될 수 있다.
또한, 본 발명은 본 발명에 따른 방법에 따라서 제조되는 광학 관련 자동차 부품에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 본 발명에 따른 광학 관련 자동차 부품을 포함하는 자동차 헤드램프에 관한 것이다.
그 대안으로, 또는 그에 보충하여, 본 발명은 신호 광 장치, 특히 주행 방향 지시등에 관한 것일 수 있다.
또한, 본 발명은 본 발명에 따른 광학 관련 자동차 부품 및/또는 본 발명에 따른 자동차 헤드램프를 포함하는 자동차에 관한 것이다.
달리 표현하면, 본 발명의 선택적인 양태들은 하기와 같이 기술될 수도 있다.
표면에는, 육안으로 전혀 분해되지 않거나, 또는 거의 분해되지 않는 작은 마이크로 광학 요소들이 포함된다. 이런 경우, 종래 광학 요소들에 비해 드문 사례이거나 아직 사용되지 않았던 접근법이 이용된다. 요컨대 각각의 광학 요소는 유일무이하고 독자적으로 계산되며, 그리고 표면의 다른 광학 요소들과 상이한 거동을 갖는다. 그러나 전체적으로, 소정의 표면 영역 내의 모든 광학 요소는, 그 전체로서 정의된 BSDF 분포(산란 거동)를 생성하도록 계산된다. 지금까지의 접근법의 경우, 광학 요소들은, 각각의 광학 요소가 최대한 전체 광 분포를 매핑하도록 계산된다. 본원에서 이용되는 추계학적 접근법의 경우, 각각의 광학 요소는 단지 광 분포의 목표되는 방식으로 작은 부분만을 만들어 낸다. 그런 다음, 전체 광 분포는 단일 광학 요소들의 합의 결과로 생성된다. 그에 따라, 각각의 광학 요소는 자신의 형태 및 자신의 외관과 관련하여 다른 광학 요소들과 구분되며, 그럼으로써 가시성 표면 조직(visible surface texture)의 무작위 변동(random variation)이 달성될 수 있게 된다. 광학 요소들은 계산된 영역 상에 무작위로 분포되며, 그럼으로써 표면 상에 규칙적인 패턴이 형성되지 않게 되고 광학적 형상 내의 구조는 무작위 산란 구조 또는 입상화에 상응하게 된다. 조명 기술의 기능성의 경우, 광학 요소가 상승부로서, 또는 함몰부로서 형성되는지 그 여부는 중요하지 않다. 무작위 광학 요소들의 상기 변동(반전)을 통해, 대개 가시성 구조들을 개시하기 위한 또 다른 가능성이 달성된다.
본 발명을 통해 하기의 또 다른 장점들이 달성될 수 있다. 요컨대 1) 외견상 무작위인 표면 구조들 및/또는 확산층들은 조명 기술의 광학 컴포넌트로서 효과적으로 이용될 수 있으며, 그럼으로써 목표되는 광 사용을 기반으로 시스템의 상대적으로 더 높은 효율성이 달성될 수 있게 된다. 2) 인접한 광학 요소들의 조합 및 목표되는 사용을 통한 주요한 광학 효과(예: 역반사성 입상화, ...). 3) 광 패턴 형성의 의도되는 효과를 달성하기 위해 광의 회절 특성들을 사용하지 않아도 되며(순수 기하학적 광학 요소들), 그럼으로써 상대적으로 더 간단하고 그렇게 하여 상대적으로 더 저렴한 제조 방법들이 이용될 수 있게 된다.
본 발명은, 하기에서, 도면들에 도시되어 있는 예시의 비제한적인 실시형태에 근거하여 보다 더 상세하게 설명된다.
도 1a는 마이크로 광학 요소들의 횡단면을 도시한 개략도이다.
도 1b는 도 1a에 따른 마이크로 광학 요소 상으로 입사되는 예시의 광빔들을 도시한 도면이다.
도 1c는 도 1a 및 도 1b에 따른 마이크로 광학 요소들의 예시의 광도 분포를 도시한 도면이다.
도 2a는 상이한 마이크로 광학 요소들의 복합 구조의 횡단면을 도시한 개략도이다.
도 2b는 도 2a에 따른 마이크로 광학 요소 상으로 입사되는 예시의 광빔들을 도시한 도면이다.
도 2c는 도 2a에 따른 마이크로 광학 요소들의 복합 구조로 인한 결과에 따른 예시의 광도 분포를 도시한 도면이다.
도 3a는 복수의 상이한 마이크로 광학 요소의 복합 구조의 횡단면을 도시한 개략도이다.
도 3b는 도 3a에 따른 마이크로 광학 요소들의 복합 구조로 인한 결과에 따른 예시의 광도 분포를 도시한 도면이다.
도 4a는 도 1a ~ 도 3b와 달리 반사 방식이 아니라, 광 투과 방식으로, 그리고 그에 따라 광 굴절 방식으로 형성되는 복수의 상이한 마이크로 광학 요소의 복합 구조의 횡단면을 도시한 개략도이다.
도 4b는 도 4a에 따른 마이크로 광학 요소들의 복합 구조로 인한 결과에 따른 예시의 광도 분포를 도시한 도면이다.
도 5a는 마이크로 광학 요소들의 목표되는 구성 및 배치를 통해 달성될 수 있는 예시의 광도 분포를 도시한 도면이다.
도 5b 및 5c는 상이한 광도 분포들의 생성을 위해 사용될 수 있는 상이한 마이크로 광학 요소들의 복합 구조를 각각 도시한 도면이다.
도 6a는 본 발명에 따른 방법에 따라서 계산되고 형성된 광학 관련 부품의 표면을 도시한 도면이다.
도 6b ~ 6h는 상이한 광 입사각에 대한 도 6a에 따른 표면의 2차원 광도 분포를 각각 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 방법의 개별 단계들을 나타낸 블록회로도이다.
하기 도면들에서, -다른 방식으로 명시되지 않는 한- 동일한 도면부호들은 동일한 특징들을 나타낸다.
도 1a에는, 마이크로 광학 요소(3a)들의 횡단면의 개략도가 도시되어 있다. 마이크로 광학 요소(3a)들은 광학 관련 자동차 부품(1)(도 6a 참조)의 표면 상에 배치된다. 도 6a에 따른 부품(1)은 원칙적으로 임의의 치수를 보유할 수 있으며, 예컨대 길이 및 폭은 수 밀리미터에서부터 최대 수 미터까지의 크기 사이에서 가변될 수 있으며, 도 6a에 따른 부품(1)은 각각 2㎝와 3㎝ 사이의 길이 및 폭을 보유한다. 그러므로 표면 상에는 예컨대 수천 개 내지 수백만 개의 마이크로 광학 요소가 배치될 수 있으며, 이들 마이크로 광학 요소는 -본 예시에서 매우 작으므로- 도시된 도면에서는 개별적으로 확인할 수 없다.
본 발명은 광확산 표면(1a)을 포함하는 광학 관련 자동차 부품(1)(도 6 참조)을 계산하기 위한 계산 방법에 관한 것이며, 상기 계산 방법은 하기 단계들을 포함한다.
a) 광학 관련 자동차 부품(1)의 광확산 표면(1a)의 기설정 가능한 BSDF 분포(2)(예컨대 도 3b, 4b, 5a, 6b ~ 6h 참조)를 선택하는 분포 선택 단계이며, 광학산 표면(1a)은 광확산 마이크로 광학 요소(3a, 3b, ...3x)들(도 3a 참조)로 구성되는 것인, 상기 분포 선택 단계;
b) 광확산 표면(1a)이 독점적으로 반사식 광학산 방식으로만 작용하는지, 또는 투과 성분이 존재하는지 그 여부에 대한 정보를 선택하는 정보 선택 단계이며, 투과 성분이 존재하는 경우 그 외에도 굴절률의 고려를 위해 표면(1a)을 구성하는 재료의 선택이 수행되는 단계 b1)가 수반되는 것인, 상기 정보 선택 단계;
c) 기설정 가능한 선택 범위에서 마이크로 광학 요소(3a, 3b, ...3x)들의 크기 범위를 기설정하는 매개변수를 선택하는 매개변수 선택 단계; 및
d) 단계 c)에 따르는 선택된 크기 범위, 및 경우에 따른 단계 b1)에 따르는 재료의 광학 특성들을 고려하면서 단계 a)에 따라서 선택된 BSDF 분포를 달성하기 위해 알고리즘(4)(도 7 참조)에 따라서 마이크 광학 요소(3a, 3b, ...3x)들의 상이한 형태들 및 그들의 정량적 분포를 계산하는 계산 단계이며, 단계 a)에 따르는 표면은 단계 c)에 따르는 재료로 이루어져 서로 나란하게 2차원으로 배치되는 복수의 마이크로 광학 요소(3a, 3b, ...3x)로 구성되되, 상기 알고리즘은 하기 부분 단계들, 즉
d1) BSDF 분포(예: 입사각이 0°일 때 분포)의 적어도 일부분을 사용하는 사용 단계,
d2) 각도 종속 부분 영역들 내에 단계 d1)에 따른 분포를 분할하는 분할 단계,
d3) 각각의 부분 영역에 대해 마이크로 광학 요소들의 반사 또는 투과 표면들의 기하학적 형태를 계산하는 계산 단계,
d4) 부분 영역에 대한 분포 함수의 값에 따라서 각각의 부분 영역에 대한 마이크로 광학 요소들의 정량적 비율을 결정하는 결정 단계, 및
d5) 광학 관련 자동차 부품(1)의 표면(1a) 상으로 단계 d4)에 따라 결정된 마이크로 광학 요소(3a, 3b, ...3x)들을 무작위로 분포시키는 분포 단계(Pa, Pb, ...Px)를 포함하는 것인,
상기 계산 단계; 및
e) 디지털 데이터(D)(도 7 참조)의 형태로 단계 d)에 따르는 계산 결과를 출력하는 출력 단계.
도 1b에는, 도 1a에 따른 마이크로 광학 요소(3a) 상으로 입사되고 그 상에서 반사되는 예시의 광빔(L1 및 L2)들이 도시되어 있다. 이런 광빔들은 예컨대 90°의 입사각으로 입사된다. 광빔(L1)은 마이크로 광학 요소(3a)의 경사면 상으로 입사된다(기울기는 α1 = 25°임). 상기 광빔은 수직 입사 방향에 대해 측정할 때 2 x α1, 즉 50° 정도의 각도로 반사된다. 이 경우, 수평 파선은, 단지 다수의 마이크로 광학 요소의 비평면성을 통해서만 정확히 직선인 코스와 다른 반사 표면(1a)의 실질적으로 직선인 코스를 나타낸다. 표면(1a)과 관련하여, 반사된 광빔은 γ1 = 90° - 2 x α1 = 40°의 각도로 기울어진다. 광빔(L2)은 유사한 방식으로 반사된다. 이런 경우에, 광빔(L2)이 우측으로 편향되고 좌측으로는 편향되지 않는다는 점을 제외하고, L1에 대한 대응하는 각도들은 마이크로 광학 요소(3a)의 대칭 구조를 기반으로 기본적으로 서로 일치한다. 그러나 비대칭 기하구조 역시도 제공될 수도 있다.
도 1c에는, 마이크로 광학 요소(3a)의 반사 거동이 도시되어 있다. 따라서, 도 1c에는, 도 1a 및 1b에 따른 마이크로 광학 요소(3a)들의 예시의 광도 분포(즉, 요컨대 90°의 입사각에 대해 BSDF 분포에서 잘라낸 부분)가 도시되어 있다.
도 2a에는, 상이한 마이크로 광학 요소(3a 및 3b)들의 복합 구조의 횡단면의 개략도가 도시되어 있다. 도 2b에는, 도 2a에 따르는 마이크로 광학 요소(3b) 상으로 입사되는 예시의 광빔들이 도시되어 있다. 상기 마이크로 광학 요소(3b)는 예컨대 α1 = α2 = 10° 정도의 각도로 상대적으로 더 평평하게 형성된다. 그 결과에 따른 반사각은 γ1 = γ2 = 70°이다. 도 2a에서의 길이(l1 및 l2)들은, 표면(1a) 상에서, l1 = 2 x l2의 비율로 존재하는 마이크로 광학 요소(3a 및 3b)들의 면적에 따른 비율을 나타낸다. 표면(1a)이 단지 2개의 마이크로 광학 요소(3a 및 3b)로만 구성되고 이들 마이크로 광학 요소는 2:1의 면적 비율로 분포되어 있다고 가정할 때, 도 2c에 따른 반사광의 예시의 광도 분포가 발생할 수도 있으며, 이 경우 광은 90°의 각도로 표면(1a) 상으로 입사된다. 여기서는, +/-40° 정도의 각도로 반사되는 광의 세기는 +/-70° 정도의 각도로 반사되는 광의 세기의 1/2일 수도 있다.
도 1a ~ 2c에서 관계되는 마이크로 광학 요소들은 피라미드 형태를 보유하며, 인접한 피라미드형 마이크로 광학 요소들은 이음매 없이 서로 나란하게 위치하는 방식으로 배치된다. 그 대안으로, 소수의 마이크로 광학 요소가 원추형으로 형성될 수도 있다(도 5c 참조).
도 3a에는, 하나의 표면(1a)을 구성하는 복수의 상이한 마이크로 광학 요소(3a ~ 3x)의 복합 구조의 횡단면의 개략도가 도시되어 있다. 이와 관련하여, 도 3b에는, 도 3a에 따른 마이크로 광학 요소(3a ~ 3x)들의 복합 구조로 인한 결과에 따른 예시의 광도 분포가 도시되어 있다. 이는 예컨대 정규 분포이다.
도 4a에는, 복수의 상이한 마이크로 광학 요소(3a' ~ 3x')의 복합 구조의 횡단면의 개략도가 도시되어 있되, 도 1a ~ 도 3b와 달리, 상기 마이크로 광학 요소(3a' ~ 3x')들은 반사 방식이 아니라, 광 투과 방식으로, 그리고 그에 따라 광 굴절 방식으로 형성되어 있다. 이미 도 1a ~ 도 3b와 관련하여 기술한 반사 효과들 및 각도들은 기본적으로 광 굴절을 통해 유사한 방식으로 실현될 수 있다. 도 4b에는, 도 4a에 따른 마이크로 광학 요소(3a' ~ 3x')들의 복합 구조로 인한 결과에 따른 예시의 광도 분포가 도시되어 있다.
도 5a에는, 마이크로 광학 요소들의 목표되는 구성 및 배치를 통해 달성될 수 있는 예시의 광도 분포가 도시되어 있다. 여기에는, 예컨대 90°의 입사각에 대한 분포가 도시되어 있되, 여기서 표면(1a) 및 그 결과 BSDF 분포는, 이런 BSDF 분포 함수에서, 국소적 최댓값의 각도 값에 대해 +5° 또는 -5°만큼 오프셋된 인접한 값(I2)을 높이와 관련하여 최소한 40%만큼 상회하는 적어도 하나의 국소적 최댓값(I1)이 형성되는 정도로 선택되어 있다. 본 예시에서, 상기 값(I2)은 100% 이상만큼 상회된다. 도 5a의 의미에서의 분포를 통해, 반사 또는 투과의 방향성이 달성될 수 있으며, 각각의 국소적 최댓값은 방향성에 상응한다. 도 5a에 따른 분포는 예컨대 강하게 나타나는 4개의 최댓값(약 +/-40° 및 +/-70°에서)뿐만 아니라, 0°에서 상대적으로 더 약하게 나타나는 하나의 최댓값을 갖는다.
도 5b 및 5c에는, 상이한 광도 분포들의 생성을 위해 사용될 수 있는 상이한 마이크로 광학 요소들의 복합 구조가 각각 예시로서 도시되어 있다.
도 6a에는, 본 발명에 따른 방법에 따라서 계산되고 형성된 표면(1a)을 포함하는 광학 관련 부품(1)이 도시되어 있다. 도 6b ~ 6h에는, BSDF 분포를 도출할 수 있는 근거가 되는 상이한 광 입사각들에 대한 도 6a에 따른 표면의 2차원 광도 분포들이 도시되어 있다.
도 7에는, 본 발명에 따른 방법의 개별 단계들이 블록회로도로 도시되어 있다.
본 발명은 개시되는 실시형태들로 제한되는 것이 아니라, 특허청구범위의 전체 보호 범위를 통해 정의된다. 또한, 본 발명 내지 실시형태들의 개별 양태들은 선정되어 상호 간에 조합될 수 있다.
특허청구범위에 있을 수도 있는 도면부호들은 예시일 뿐이며, 그리고 특허청구범위를 제한하지 않으면서 특허청구범위의 상대적으로 더 간단한 가독성을 위해서만 이용된다.

Claims (15)

  1. 광확산 표면(1a)을 포함하는 광학 관련 자동차 부품(1)을 계산하기 위한 계산 방법에 있어서, 상기 계산 방법은
    a) 상기 광학 관련 자동차 부품(1)의 광확산 표면(1a)의 기설정 가능한 BSDF 분포(2)를 선택하는 분포 선택 단계이며, 상기 광학산 표면(1a)은 광확산 마이크로 광학 요소(3a, 3b, ...3x')들로 구성되는 것인, 상기 분포 선택 단계;
    b) 상기 광확산 표면(1a)이 독점적으로 반사식 광학산 방식으로만 작용하는지, 또는 투과 성분이 존재하는지 그 여부에 대한 정보를 선택하는 정보 선택 단계이며, 투과 성분이 존재하는 경우 그 외에도 굴절률의 고려를 위해 상기 표면(1a)을 구성하는 재료의 선택이 수행되는 단계 b1)가 수반되는 것인, 상기 정보 선택 단계;
    c) 기설정 가능한 선택 범위에서 상기 마이크로 광학 요소(3a, 3b, ...3x)들의 크기 범위를 기설정하는 매개변수를 선택하는 매개변수 선택 단계;
    d) 단계 c)에 따르는 선택된 크기 범위, 및 경우에 따른 단계 b1)에 따르는 재료의 광학 특성들을 고려하면서 단계 a)에 따라서 선택된 BSDF 분포를 달성하기 위해 알고리즘(4)에 따라서 마이크 광학 요소(3a, 3b, ...3x')들의 상이한 형태들 및 그들의 정량적 분포를 계산하는 계산 단계이며, 단계 a)에 따르는 상기 표면은 단계 c)에 따르는 재료로 이루어져 서로 나란하게 2차원으로 배치되는 복수의 마이크로 광학 요소(3a, 3b, ...3x')로 구성되되, 상기 알고리즘은 하기 부분 단계들, 즉
    d1) 상기 BSDF 분포(2)의 적어도 일부분(I(90°))을 사용하는 사용 단계,
    d2) 각도 종속 부분 영역들 내에 단계 d1)에 따른 분포를 분할하는 분할 단계,
    d3) 각각의 부분 영역에 대해 마이크로 광학 요소(3a, 3b, ...3x')들의 반사 또는 투과 표면들의 기하학적 형태를 계산하는 계산 단계,
    d4) 상기 부분 영역에 대한 분포 함수의 값에 따라서 각각의 부분 영역에 대한 상기 마이크로 광학 요소(3a, 3b, ...3x')들의 정량적 비율을 결정하는 결정 단계, 및
    d5) 상기 광학 관련 자동차 부품(1)의 표면(1a) 상으로 단계 d4)에 따라 결정된 상기 마이크로 광학 요소(3a, 3b, ...3x')들을 무작위로 분포시키는 분포 단계(Pa, Pb, ...Px)를 포함하는 것인,
    상기 계산 단계; 및
    e) 디지털 데이터(D)의 형태로 단계 d)에 따르는 계산 결과를 출력하는 출력 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 관련 자동차 부품의 계산 방법.
  2. 제1항에 있어서, 적어도 소수의 마이크로 광학 요소는 피라미드 형태로 형성되되, 인접한 피라미드형 마이크로 광학 요소들은 이음매 없이 서로 나란하게 위치하는 방식으로 배치되는 것을 특징으로 하는 광학 관련 자동차 부품의 계산 방법.
  3. 제2항에 있어서, 적어도 소수의 마이크로 광학 요소는 원추형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 광학 관련 자동차 부품의 계산 방법.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 마이크로 광학 요소(3a', 3b', ...3x')들의 반사 표면 또는 투과 표면의 기울기는 0°와 45° 사이이며, 상기 기울기의 최댓값은 바람직하게는 40°와 45° 사이인 것을 특징으로 하는 광학 관련 자동차 부품의 계산 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 단계 a)에 따르는 상기 표면(1a)은 광반사 마이크로 광학 요소(3a, 3b, ...3x)들을 포함하되, BSDF 분포는, 이런 BSDF 분포 함수에서 국소적 최댓값의 각도 값에 대해 +5° 또는 -5°만큼 오프셋된 인접한 값(I2)을 높이와 관련하여 최소한 40%만큼 상회하는 적어도 하나의 국소적 최댓값(I1)이 형성되는 정도로 선택되는 것을 특징으로 하는 광학 관련 자동차 부품의 계산 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 단계 d1) ~ d5)는 되풀이해서 반복되되, 매번 반복될 때마다 상기 BSDF 분포의 추가 부분이 고려되는 것을 특징으로 하는 광학 관련 자동차 부품의 계산 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 마이크로 광학 요소(3a, 3b, ...3x')의 베이스면의 평면 대각선은 350㎚와 2㎜ 사이의 길이를 보유하는 것을 특징으로 하는 광학 관련 자동차 부품의 계산 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 단계 d4) 이후, 소수의 마이크로 광학 요소(3a, 3b, ...3x')의 기하학적 형태가 돌출부로서 형성되고 다른 마이크로 광학 요소들의 기하학적 형태는 함몰부로서 형성됨으로써, 상기 마이크로 광학 요소(3a, 3b, ...3x')들의 광학적 형상의 조작이 수행되는 것을 특징으로 하는 광학 관련 자동차 부품의 계산 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광학 관련 자동차 부품(1)은 광학적으로 유효한 광확산 전체 표면(1a)을 포함하되, 상기 전체 표면은 광학적으로 유효한 광확산 부분 표면들로 구성되며, 각각의 광학적으로 유효한 광확산 부분 표면은, 기설정 가능한 BSDF 분포; 및 이를 위해 적합하게 선택되고 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 계산 방법에 따라서 계산된 상기 마이크로 광학 요소(3a, 3b, ...3x')들;을 포함하며, 상기 알고리즘(4)은, 그 외에도, 서로 인접하는 부분 표면들의 BSDF 분포를 고려하도록; 그리고 상기 인접한 부분 표면들 사이의 마이크로 광학 요소(3a, 3b, ...3x')들의 분포에서 시각적으로 인식할 수 있는 차이가 최소화되는 정도로 상기 부분 표면들의 전이 영역에서 상기 인접한 부분 표면들의 소수의 마이크로 광학 요소를 선택하여 전이 영역에서 그룹화하도록; 구성되는 것을 특징으로 하는 광학 관련 자동차 부품의 계산 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 계산 방법은, 추가 단계 f), 즉
    f) 계산 결과 및/또는 단계 e)에 따르는 데이터에 따라서 배치되는 상기 마이크로 광학 요소(3a, 3b, ...3x')들의 분포를 포함한 광학산 표면(1a)을 포함하는 광학 관련 자동차 부품(1)을 제조하는 제조 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 관련 자동차 부품의 계산 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 마이크로 광학 요소(3a, 3b, ...3x)들은 플라스틱 캐리어 또는 유리 캐리어 상에 형성되되, 상기 마이크로 광학 요소(3a, 3b, ...3x)들은, 상기 플라스틱 또는 유리 캐리어의 표면이 알루미늄 증착에 의해 반사 방식으로 코팅됨으로써, 반사 방식으로 형성되는 것을 특징으로 하는 광학 관련 자동차 부품의 계산 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 플라스틱 캐리어는 폴리카보네이트로, 또는 PMMA로 구성되는 것을 특징으로 하는 광학 관련 자동차 부품의 계산 방법.
  13. 제9항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따르는 계산 방법에 따라서 제조되는 광학 관련 자동차 부품(1).
  14. 제13항에 따르는 광학 관련 자동차 부품(1)을 포함하는 자동차 헤드램프.
  15. 제13항에 따르는 광학 관련 자동차 부품(1), 및/또는 제14항에 따르는 자동차 헤드램프를 포함하는 자동차.
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