WO2017182171A1 - An die krümmung einer grundfläche angepasste retroreflektoranordnung und verfahren zu seiner berechnung - Google Patents

An die krümmung einer grundfläche angepasste retroreflektoranordnung und verfahren zu seiner berechnung Download PDF

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WO2017182171A1
WO2017182171A1 PCT/EP2017/053909 EP2017053909W WO2017182171A1 WO 2017182171 A1 WO2017182171 A1 WO 2017182171A1 EP 2017053909 W EP2017053909 W EP 2017053909W WO 2017182171 A1 WO2017182171 A1 WO 2017182171A1
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WO
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retroreflectors
curvature
retroreflector
blocks
grid
Prior art date
Application number
PCT/EP2017/053909
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English (en)
French (fr)
Inventor
Felix THIELE
Benjamin ETTENHUBER
Dominik REULE
Andreas KIPPER
Steven DAVÉ
Alexander Von Hoffmann
Art BERAUER
Original Assignee
Technische Hochschule Nuernberg Georg Simon Ohm
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/12—Reflex reflectors
    • G02B5/122—Reflex reflectors cube corner, trihedral or triple reflector type
    • G02B5/124—Reflex reflectors cube corner, trihedral or triple reflector type plural reflecting elements forming part of a unitary plate or sheet

Definitions

  • the invention relates to a method for distributing retro-reflectors on curved freeform surfaces and a
  • a retroreflector is a reflective material
  • a totally reflecting geometry made of a transparent material, the radiation incident from a radiation source largely independent of a Alignment of the retroreflector largely reflected in the direction back to the radiation source.
  • optical axis and a thickness of the reflective material are significant to the retroreflective value of the retroreflector.
  • Retroreflektoren to the optical axis therefore desirable without a thickness of the reflective material for the
  • curved freeform surfaces are developed according to two different strategies. After a first procedure will be
  • Retroreflectors of the same size i. identical
  • retroreflectors of the same size i.e. identical key width, are aligned with the local normal
  • the object of the present invention is an improved retroreflector arrangement for curved freeform surfaces provide. It is the technical object of the invention to combine the strengths of both methods: an always ideal alignment of the retroreflector to the optical axis
  • a key width of the retroreflectors in the distribution is not made constant.
  • Retroreflektoren adapted to a radius of curvature of the freeform surface, wherein a small radius of curvature too small
  • the key width is changed stepwise.
  • a gradation of the key width from stage to stage follows a particular integer ratio greater than 1.
  • a retroreflector assembly is provided for a curved freeform surface, wherein a distribution of retroreflectors in the
  • Retroreflector arrangement is arranged on the curved freeform surface, wherein a key width of the Retroreflectors in the distribution is not made constant.
  • the wrench size is one
  • Radius of curvature of the freeform surface adapted, with a small radius of curvature leads to small retroreflectors.
  • the wrench size is gradual
  • a grading of the key width from stage to stage follows an integer ratio greater than 1.
  • 1 is a representation for defining a key width of a prism
  • Fig. 2 shows a dependence of a retroreflector from
  • FIG. 5 simulation results for the dependence of the retroreflectance value on the key width for different light distributions (2 or 6 hotspot method in the case of an ideal reflector geometry with production-related
  • Retroreflector arrangement is divided in a uniform grid
  • FIG. 7 Method Step 2: The individual reflector geometries are generated at the grid intersection points,
  • Retroreflectors enlarge the more a surface is curved
  • Retroreflectors enlarge the more the surfaces are curved
  • Retroreflectors enlarge the more the surfaces are curved
  • FIG. 11 alignment of individual retroreflectors on multiply scaled screens
  • FIG. 33 Luminous intensity distribution for orientation to the surface normal
  • FIG. 33 Luminous intensity distribution for alignment with the optical axis
  • FIG. 1 shows an example of a retro-reflector.
  • the reflector is also called a retroreflector. More specifically, Figure 1 shows a representation for defining a key width 101 of a prism 102, which serves as a retroreflector.
  • An incident light beam 103 is ideally always reflected back in the direction from which the incident light beam 103 comes, regardless of the angle of incidence.
  • the emerging light beam 104 is thus ideally substantially parallel to the incident light beam 103.
  • this is undesirable for a reflector intended to reflect the light of a vehicle's illumination. Rather, the light should be reflected at a predetermined angle of, for example, 20 degrees.
  • Reflector arrangements or surfaces with angles of attack optimized for the reflection of light from a vehicle illumination produce 2 or 6 hot spots depending on the angles of incidence.
  • a hotspot is the local maximum of the light intensity reflected back from a triple prism.
  • FIG. 2 shows a dependency of a retroreflector on a angle of rotation of the retroreflector with respect to an optical axis of the retroreflector.
  • the twist angle indicates how the Reflector is tilted relative to the optical axis. More specifically, Figure 2 shows a retroreflective value R plotted against the twist angle for different materials in a 6-hotspot eta 0.1 method.
  • FIG. 3 shows simulation results for a dependence of a reflectance on the key width at different light distributions (2 or 6 hot spot method) in the case of an ideal reflector geometry without production-related fillets.
  • FIG. 4 shows simulation results for a dependence of a retroreflectance value on the key width for different light distributions (2 or 6 hotspot methods) in the case of an ideal reflector geometry without production-related rounding.
  • FIG. 5 shows simulation results for the dependency of the retroreflectance value on the key width for different light distributions (2 or 6 hotspot method in the case of an ideal retroreflector geometry with production-related fillets (here: with the cutter radius 0.2 mm).
  • Retroreflektoren that are performed without rounding, the specific retroreflective value R 'and the reflectance decrease with increasing key width ( Figures 3 and 4).
  • Retroreflektoren for manufacturing reasons always with small fillets (depending on the manufacturing process 20 ⁇ to 200 ⁇ ) are provided. As a result, in practice, the results are reversed: the retroreflective value increases in the case of an ideal retroreflector geometry production-related rounding (here: 0.2 mm) with increasing wrench size (Figure 5).
  • the solution of the object of the invention is that the key width of the retroreflector is not made constant, but decreases with increasing curvature of the base.
  • Retroreflector arrangement is shown in FIG.
  • a retroreflector arrangement is also referred to below as a reflector.
  • a design method for achieving the object of the invention comprises the following steps:
  • a curved surface 601 of a reflector 600 (polysurface) is divided into a uniform grid (FIG. 6).
  • the grid is generated by individual so-called iso-curves in the X and Y directions.
  • the grid is based on two immediately adjacent iso-curves 602, 603 in X.
  • the grid consists of different
  • the individual retro-reflector geometries are generated at the intersections of the iso-curves.
  • an intersection 607 is exemplary in FIG. 6
  • Reflector size the densest possible package, at which the individual retroreflectors do not overlap, arises. It is between a first embodiment with
  • a cubic is one
  • Twin prism In this three flat surfaces are like this arranged, for example, that they are each at an angle of 90 ° to each other.
  • a twin cubic ie a twin triplet, is an example of a retroreflector based on the principle of total reflection.
  • twin cubics 701 are generated. These are shown in FIG. The linear arrangement of the individual geometries allows a more efficient
  • every second point of intersection has to be removed in order to optimally arrange the geometry. This is also shown in Figures 22, 23 described later.
  • FIG. 11 schematically shows three steps for grid sizes. This leads to a better utilization of the surface.
  • each reduced to a particular integer fraction of the original grid size raster generated is illustrated in FIG. 12 using the example of the reflector 600.
  • FIG. 12 schematically illustrates three steps for grid sizes
  • FIG. 12 shows a first grid 121
  • the middle illustration of FIG. 12 shows a second
  • FIG. 12 shows a smaller third grid 123 parallel to the second grid 122
  • a grid forms a framework.
  • twin Cubics are generated in the first embodiment, which are adapted to the respective grid size. This is shown schematically in FIG. 13 for the three grids 121, 122, 123.
  • Curvature values are grouped in curvature levels.
  • FIG. 14 illustrates a simplified three-step solution; be provided more stages.
  • the retroreflectors in the first embodiment i. Twin Cubics, distributed across the surface and scaled in size.
  • FIG. 1 To enter surface geometry to cover multiple curved surfaces covering with retroreflectors. This is shown in FIG. There are areas of the reflector 600 whose surface 601 has the same curvature with the same stage with numbered from 1 to 8 from the outside to the inside. The level 1 is the largest and the level 8 is the smallest curvature.
  • the key width can not be arbitrarily reduced or increased arbitrarily. It depends on the
  • Manufacturing process is an ideal workspace in which the width of the wrench can be adjusted.
  • FIG. 16 shows an overview of a Grasshopper script for determining a retroreflector arrangement adapted to the curvature of a base area.
  • the Grasshopper script represents a method for calculating the retroreflector arrangement.
  • Figures 16-0 to 16-35 show excerpts from the Grasshopper script of Figure 16.
  • the Grasshopper script is for description in blocks
  • FIG. 16-1 shows a block 16-1.
  • FIG. 16-2 shows a block 16-2.
  • Figure 16-3 is a block 16-3
  • Figures 16-4 to 16-13 are further blocks.
  • Figure 16-14 shows a block 16-14.
  • Figures 16-15 through 16-34 show blocks 16-15 through 16-34.
  • Block 16-0 and block 16-2 have a connection AI and a connection M01. Block 16-2 is over
  • Block 16-3 is connected via connection Gl to block 16-25 and via connection El to blocks 16-4 to 16-13.
  • Block 16-14 is connected to block 16-2 via connection Dl.
  • Block 16-1 is connected to block 16-13 via connection Fl.
  • Blocks 16-4 through 16-13 define variables V9 through VI as
  • Connection M02 connects blocks 16-3 and 16-4.
  • Connection M03 connects blocks 16-4 and 16-5.
  • Links M04 and M05 connect blocks 16-4 and 16-25.
  • Connection M06 connects blocks 16-4 and 16-14.
  • Connection M07 connects block 16-4 to block 16-15.
  • Connection M08 connects blocks 16-15 and 16-25.
  • Links M09 connects blocks 16-15 and 16-26.
  • MIO and Mll connections connect blocks 16-5 and 16-26.
  • Connection M12 connects block 16-5 to block 16-16.
  • Connection M13 connects blocks 16-16 and 16-26.
  • Connections M14 connects blocks 16-16 and 16-27.
  • Links M15 and M16 connect blocks 16-6 and 16-27.
  • Connection M17 connects block 16-6 to block 16-17.
  • Connection M18 connects blocks 16-17 and 16-27.
  • Links M19 connects blocks 16-17 and 16-28.
  • Links M20 and M21 connect blocks 16-7 and 16-28.
  • Connection M22 connects block 16-7 to block 16-18.
  • Connection M23 connects blocks 16-18 and 16-28.
  • Links M24 connects blocks 16-18 and 16-29.
  • Links M25 and M26 connect blocks 16-8 and 16-29.
  • Connection M27 connects block 16-8 to block 16-19.
  • Connection M28 connects blocks 16-19 and 16-29.
  • Links M29 connects blocks 16-19 and 16-30.
  • Links M30 and M31 connect blocks 16-9 and 16-30.
  • Connection M32 connects block 16-9 to block 16-20.
  • Connection M33 connects blocks 16-20 and 16-30.
  • Links M34 connects blocks 16-20 and 16-31.
  • Links M35 and M36 connect blocks 16-10 and 16-31.
  • Connection M36 connects block 16-10 to block 16-21.
  • Connection M37 connects blocks 16-10 and 16-21.
  • Links M38 connects blocks 16-21 and 16-31.
  • Links M39 connects blocks 16-21 and 16-32.
  • Links M40 and M41 connect blocks 16-11 and 16-32.
  • Connection M42 connects block 16-22 to block 16-32.
  • Connection M43 connects blocks 16-22 and 16-33.
  • Links M44 and M45 connect blocks 16-12 and 16-33.
  • Links M46 connects blocks 16-12 and 16-23.
  • Links M47 connects blocks 16-23 and 16-33.
  • Connection M48 connects block 16-23 to block 16-34.
  • Links M50 and M51 connect blocks 16-13 and 16-34.
  • Connections M52 connects blocks 16-13 and 16-24.
  • Links M53 connects blocks 16-24 and 16-34.
  • connection R1 connects blocks 16-14 and 16-25 and 16-14 and 16-29.
  • Connection M49 connects block 16-14 to block 16-25.
  • FIGS 16-36 through 16-39 show detailed portions of an implementation of an exemplary Grasshopper script
  • Figure 16-36 illustrates an input in accordance with block 16-0 to which a geometry, ie, a curved surface geometry, is input, corresponding to block 16-0. From the geometry, mean value curves are generated in the X and Y directions from the curvature of the curved surface. At the output of this section, an output X-curve and an output Y-curve are output. The geometry is distributed to the first part of the values.
  • Figure 16-37 schematically illustrates the blocks 16-1, 16-2 in one embodiment.
  • the connections AI, Bl, Cl, Dl are shown for the geometry corresponding to block 16-2.
  • Reference points and reference size for size scaling of the geometry to be distributed are correspondingly for connection Bl from block 16-2 to output reference point, reference size. Interpolation of the regions between two scaling stages corresponding to block 16-1 becomes an output of interpolated values.
  • FIGS. 16-38 and 16-39 illustrate a processing according to FIG.
  • the sequence of blocks 16-4, 16-5, 16-15, 16-16, 16-26, 16-27 For example, the sequence of blocks 16-4, 16-5, 16-15, 16-16, 16-26, 16-27.
  • a raster of size n i. The fineness n is generated on the geometry.
  • the output are grid points on the geometry for determining the curvature at the grid points of the geometry. Curvature values are sorted by size. The total list of values is divided into n steps.
  • the geometry A becomes X and Y directions
  • Mean curves generated from the curvature The output is an XY curve. From the XY curve, a first raster of size n is generated, a second raster of size xx / n and optionally a third raster of size n-2x / n on the geometry. At the exit grid points are created on the geometry. For this Grid points, the curvature at the grid points on the geometry is determined in each case.
  • Step 1 includes by way of example the input of the parameters curved surface,
  • Wrenchsize is the
  • step 2 the grid on the
  • step 3 the grid is applied to the arrangement of the reflector geometry.
  • step 4 the curvature is determined.
  • step 5 elements are superimposed depending on the curvature, with strong ones
  • Curvature corresponds to small reflectors and weak curvature large reflectors.
  • Figure 18 illustrates in more detail the definition of an input from step 1 in Grasshopper: input are the curved surface A, in the example curved surface 601, the reflector geometry R, in the example the geometry of the triples mirror, and the wrenchsize D, Dl, Dn, im Example the key size of
  • the Wrenchsize is for example w 2.0, w 4.0.
  • FIGS. 19 to 21 illustrate step 2 in more detail:
  • the area 601 becomes a U and V coordinate system
  • a raster is generated from raster lines 181, 18n extending in the U direction and raster lines 191, 19n extending in the V direction.
  • FIG. 20 shows the rasters for D 1, D 2, D 3 as solid, dash-dotted or
  • FIG. 22 shows step 3 in more detail
  • Triple mirrors must be removed every second point of intersection in order to be able to optimally arrange the geometry for triple. From the set of the total points 2201, middle figure in FIG. 22, an amount of the reduced points 2202, lower
  • FIGS. 23 and 24 illustrate step 4 in more detail
  • Retroreflector geometry R is on the respective
  • FIG. 25 shows step 5 in more detail.
  • K, Kl, Kn for respective geometries G, Gl, Gn
  • Retroreflectors with one of the matching Wrenchsize D, Dl, Dn adopted and displayed. The resulting
  • Arrangement is designated in Figure 25 from the outside beginning with 1 to 8 inside. Starting from strong curvature, with 1 is designated, the curvature decreases to the center of the curved surface 601, which is denoted by 8, weak curvature.
  • the size of the reflectors decreases with increasing curvature. In the designated 8 area large reflectors are used. In contrast, the smallest reflector is used in the area denoted by 1. The result is preferably a homogeneous distribution of the reflectors.
  • Retroreflectors with Wrenchsize mounted between 2mm and 4mm with a gradation of 0.2mm. This area is hereinafter referred to as area 1.
  • area 1 This area is hereinafter referred to as area 1.
  • Injection molded parts is to pay attention to a uniform material thickness. Failure to comply with this rule may result in uneven cooling, deformation, sink marks and inaccurate or non-functional parts. Even with retroreflectors, even the smallest deviations in dimensions affect the functionality of the reflector.
  • Retroreflective value can always be used without the material thickness having to increase significantly.

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Abstract

Verfahren zur Verteilung von Retroreflektoren auf einer gekrümmten Freiformfläche, wobeieine Schlüsselweite der Retroreflektoren in der Verteilung nicht konstant ausgeführt ist. Retroreflektoranordnung für eine gekrümmte Freiformfläche, wobeieine Verteilung von Retroreflektoren in der Retroreflektoranordnung auf der gekrümmten Freiformfläche angeordnet ist, wobei eine Schlüsselweite der Retroreflektoren in der Verteilung nicht konstant ausgeführt ist. Dies erlaubt eine stets ideale Ausrichtung der Retroreflektoren zur optischen Achse. Damit ergibt sich stets der maximale Rückstrahlwert, ohne dass eine Materialstärke zunimmt.

Description

An die Krümmung einer Grundfläche angepasste
Retroreflektoranordnung und Verfahren zu seiner Berechnung
Beschreibung
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verteilung von Retro- Reflektoren auf gekrümmten Freiformflächen und einen
entsprechenden Retroreflektor .
Stand der Technik
Ein Retroreflektor ist ein reflektierendes Material,
insbesondere eine totalreflektierende Geometrie aus einem transparenten Material, das eine von einer Strahlungsquelle einfallende Strahlung weitgehend unabhängig von einer Ausrichtung des Retroreflektors größtenteils in Richtung zurück zur Strahlungsquelle reflektiert.
Eine Ausrichtung des Retroreflektors bezüglich seiner
optischen Achse und eine Stärke des reflektierenden Materials sind für den Rückstrahlwert des Retroreflektors bedeutsam. Für die Anordnung von Retroreflektoren auf gekrümmten
Freiformflächen ist eine ideale Ausrichtung der
Retroreflektoren zur optischen Achse daher wünschenswert ohne dass eine Stärke des reflektierenden Materials für den
Retroreflektor zu stark zunimmt.
Nach dem Stand der Technik können Retroreflektoren auf
gekrümmten Freiformflächen nach zwei verschiedenen Strategien entwickelt werden. Nach einem ersten Verfahren werden
Retroreflektoren in gleicher Größe, d.h. identischer
„Schlüsselweite", siehe Figur 1, mit einer Ausrichtung
entsprechend der optischen Achse des Gesamtsystems
ausgerichtet. Nachteilig bei diesem Verfahren ist, dass durch die Krümmung der Grundfläche die resultierende Materialstärke der Struktur nicht gleichmäßig ist. Dies führt
spritzgusstechnisch zu Schwierigkeiten.
Nach einem zweiten Verfahren werden Retroreflektoren in gleicher Größe, d.h.: identischer Schlüsselweite, mit einer Ausrichtung entsprechend der örtlichen Normalen zur
Freiformfläche ausgerichtet. Nachteilig bei diesem Verfahren ist, dass ab einer bestimmten Krümmung, die abhängig vom
Brechungsindex des jeweiligen Materials ist, die Funktion des Freiformreflektors nicht mehr sichergestellt werden kann.
Zudem nimmt mit zunehmender Krümmung der Grundfläche und damit zunehmender Verdrehung des Rückstrahlers gegenüber der
optischen Achse der spezifische Rückstrahlwert ab (Figur 2) .
Aufgabe der Erfindung
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es eine verbesserte Retroreflektoranordnung für gekrümmte Freiformflächen bereitzustellen. Es ist die technische Aufgabe der Erfindung, die Stärken beider Verfahren zu verbinden: Eine stets ideale Ausrichtung des Rückstrahlers zur optischen Achse bei
möglichst konstanter Materialstärke und damit besserer
Herstellbarkeit zu erzielen. Zudem soll durch bessere
Herstellbarkeit und bessere Winkelausrichtung der spezifische Rückstrahlwert erhöht werden.
Offenbarung der Erfindung
Dies wird durch das Verfahren und die Vorrichtung gemäß den unabhängigen Ansprüchen erreicht. Dadurch wird für gekrümmte Freiformflächen ein gegenüber dem Stand der Technik
verbesserter Rückstrahlwert erreicht.
Bezüglich des Verfahrens ist eine Verteilung von
Retroreflektoren auf einer gekrümmten Freiformfläche
vorgesehen, wobei eine Schlüsselweite der Retroreflektoren in der Verteilung nicht konstant ausgeführt ist.
Vorteilhafterweise wird die Schlüsselweite der
Retroreflektoren an einen Krümmungsradius der Freiformfläche angepasst, wobei ein kleiner Krümmungsradius zu kleinen
Retroreflektoren führt.
Vorteilhafterweise wird die Schlüsselweite stufenweise geändert .
Vorteilhafterweise folgt eine Stufung der Schlüsselweite von Stufe zu Stufe einem insbesondere ganzzahligen Verhältnis größer 1.
Bezüglich der Vorrichtung ist eine Retroreflektorenanordnung für eine gekrümmte Freiformfläche vorgesehen, wobei eine Verteilung von Retroreflektoren in der
Retroreflektoranordnung auf der gekrümmten Freiformfläche angeordnet ist, wobei eine Schlüsselweite der Retroreflektoren in der Verteilung nicht konstant ausgeführt ist .
Vorteilhafterweise ist die Schlüsselweite an einen
Krümmungsradius der Freiformfläche angepasst, wobei ein kleiner Krümmungsradius zu kleinen Retroreflektoren führt.
Vorteilhafterweise ist die Schlüsselweite stufenweise
geändert .
Vorteilhafterweise folgt eine Stufung der Schlüsselweite von Stufe zu Stufe einem ganzzahligen Verhältnis größer 1.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und den Zeichnungen.
Kurzbeschreibung der Figuren
In den Figuren zeigt:
Fig. 1 eine Darstellung zur Definition einer Schlüsselweite eines Prismas,
Fig. 2 eine Abhängigkeit eines Rückstrahlers vom
Verdrehwinkel des Rückstrahlers gegenüber einer optischen Achse,
Fig. 3 Simulationsergebnisse für eine Abhängigkeit eines
Reflexionsgrades von der Schlüsselweite bei unterschiedlichen Lichtverteilungen (2 oder 6 Hotspot Verfahren) im Fall einer idealen Rückstrahlergeometrie ohne fertigungsbedingte
Verrundungen,
Fig. 4 Simulationsergebnisse für eine Abhängigkeit eines
Rückstrahlwertes von der Schlüsselweite bei unterschiedlichen Lichtverteilungen (2 oder 6 Hotspot Verfahren) im Fall einer idealen Rückstrahlergeometrie ohne fertigungsbedingte
Verrundungen, Fig. 5 Simulationsergebnisse für die Abhängigkeit des Rückstrahlwertes von der Schlüsselweite bei unterschiedlichen Lichtverteilungen (2 oder 6 Hotspot Verfahren im Fall einer idealen Rückstrahlergeometrie mit fertigungsbedingten
Verrundungen (hier: mit dem Fräserradius 0,2 mm),
Fig. 6 Verfahrensschritt 1: Ein Polysurface einer
Retroreflektoranordnung wird in einem gleichmäßigen Raster aufgeteilt,
Fig. 7 Verfahrensschritt 2: An den Rasterschnittpunkten werden die einzelnen Reflektorgeometrien erzeugt,
Fig. 8 Suboptimale Lücken zwischen einzelnen
Retroreflektoren vergrößern sich je stärker eine Fläche gekrümmt ist,
Fig. 9 Suboptimale Lücken zwischen den einzelnen
Retroreflektoren vergrößern sich je stärker die Flächen gekrümmt sind,
Fig. 10 Suboptimale Lücken zwischen den einzelnen
Retroreflektoren vergrößern sich je stärker die Flächen gekrümmt sind,
Fig. 11 Ausrichtung einzelner Retroreflektoren auf mehrfach skalierten Rastern,
Fig. 12 Skalierte Raster,
Fig. 13 Skalierte Raster mit skalierten Retroreflektoren,
Fig. 14 Übertriebene Prinzipdarstellung zur Umsetzung der
Abhängigkeit der Schlüsselweite von der Krümmung der Grundfläche,
Fig. 15 Anwendung des Verfahrens an einer gekrümmten
Heckleuchtengeometrie. Die unterschiedlichen Ziffern repräsentieren Bereiche unterschiedlicher
Schlüsselweite,
Fig. 16 ein Grasshopper Skript,
Fig. 16-0 bis 16-35 Ausschnitte aus dem Grasshopper Skript, bis 16-39 Ausschnitte einer
Funktionsbeschreibung,
Schematischer Aufbau des Grasshopper Skriptes,
Definition eines Inputs in Grasshopper,
Bestimmen einer Rasterbreite in U und V für eine jeweilige Wrenchsize,
Erzeugen eines Rasters für eine Wrenchsize,
Erzeugen eines Rasters auf einer gekrümmten Fläche,
Erzeugen von Schnittpunkten von einzelnen Rasterlinien, Einfügen eines Versatzes zwischen benachbarten Reihen im Raster,
Kopieren einer jeweils passenden Wrenchsize auf Rasterpunkte,
Ermitteln einer Krümmung an jedem Rasterpunkt,
Einblenden von Elementen in Abhängigkeit der Krümmung,
Ansicht einer X-Y-Ebene für eine erfindungsgemäße Anordnung,
Ansicht der X-Y-Ebene für eine Ausrichtung zur optischen Achse,
Ansicht der X-Y-Ebene für eine Ausrichtung zur Oberflächennormalen,
Ansicht einer Z-X-Ebene für die erfindungsgemäße Anordnung,
Ansicht der Z-X-Ebene für eine Ausrichtung zur optischen Achse,
Ansicht der Z-X-Ebene für eine Ausrichtung zur Oberflächennormalen,
Lichtstärkeverteilung für die Ausrichtung zur Oberflächennormalen, Fig. 33 Lichtstärkeverteilung für die Ausrichtung zur optischen Achse,
Fig. 34 Lichtstärkeverteilung für die erfindungsgemäße
Anordnung .
Detaillierte Beschreibung
Lösung der Aufgabe der Erfindung
In der folgenden Beschreibung werden Elemente mit gleicher oder ähnlicher Funktion mit demselben Bezugszeichen bezeichnet .
Figur 1 zeigt ein Beispiel für einen Rückstrahler. Der Rückstrahler wird auch als Retroreflektor bezeichnet. Genauer zeigt Figur 1 eine Darstellung zur Definition einer Schlüsselweite 101 eines Prismas 102, das als Retroreflektor dient. Ein einfallender Lichtstrahl 103 wird idealerweise unabhängig vom Einstrahlwinkel immer in die Richtung zurückgeworfen, aus der der einfallende Lichtstrahl 103 kommt. Der austretende Lichtstrahl 104 ist somit idealerweise im Wesentlichen parallel zum einfallenden Lichtstrahl 103. Für einen Reflektor, der das Licht einer Fahrzeugbeleuchtung reflektieren soll, ist dies jedoch nicht erwünscht. Vielmehr soll das Licht unter einem vorgegebenen Anstellwinkel von beispielsweise 20 Grad reflektiert werden. Durch Reflektoranordnungen oder -Oberflächen mit für die Reflektion von Licht einer Fahrzeugbeleuchtung optimierten Anstellwinkeln entstehen je nach Anstellwinkeln 2 oder 6 Hotspots. Als Hotspot wird das lokale Maximum der aus einem Tripelprisma zurückgestrahlten Lichtintensität bezeichnet.
Figur 2 zeigt eine Abhängigkeit eines Rückstrahlers von einem Verdrehwinkel des Rückstrahlers gegenüber einer optischen Achse des Rückstrahlers. Der Verdrehwinkel gibt an, wie der Rückstrahler gegenüber der optischen Achse verkippt ist. Genauer zeigt Figur 2 einen Rückstrahlwert R aufgetragen über dem Verdrehwinkel für unterschiedliche Materialien bei einem 6-Hotspot eta 0.1 Verfahren.
Figur 3 zeigt Simulationsergebnisse für eine Abhängigkeit eines Reflexionsgrades von der Schlüsselweite bei unterschiedlichen Lichtverteilungen (2 oder 6 Hotspot Verfahren) im Fall einer idealen Rückstrahlergeometrie ohne fertigungsbedingte Verrundungen .
Figur 4 zeigt Simulationsergebnisse für eine Abhängigkeit eines Rückstrahlwertes von der Schlüsselweite bei unterschiedlichen Lichtverteilungen (2 oder 6 Hotspot Verfahren) im Fall einer idealen Rückstrahlergeometrie ohne fertigungsbedingte Verrundungen.
Figur 5 zeigt Simulationsergebnisse für die Abhängigkeit des Rückstrahlwertes von der Schlüsselweite bei unterschiedlichen Lichtverteilungen (2 oder 6 Hotspot Verfahren im Fall einer idealen Rückstrahlergeometrie mit fertigungsbedingten Verrundungen (hier: mit dem Fräserradius 0,2 mm) .
Aus diesen Simulationen ist bekannt, dass bei idealen
Retroreflektoren, die ohne Verrundungen ausgeführt sind, der spezifische Rückstrahlwert R' und der Reflexionsgrad mit zunehmender Schlüsselweite sinken (Figuren 3 und 4) .
In der Praxis lässt es sich aber nicht vermeiden, dass
Retroreflektoren aus fertigungstechnischen Gründen stets mit kleinen Verrundungen (abhängig vom Fertigungsverfahren 20 μιη bis 200 μιη) versehen sind. Dies führt dazu, dass es in der Praxis zu umgekehrten Ergebnissen kommt: der Rückstrahlwert steigt im Fall einer idealen Rückstrahlergeometrie mit fertigungsbedingten Verrundungen (hier: 0,2 mm) mit zunehmender Schlüsselweite (Figur 5) .
Die Lösung der Aufgabe der Erfindung besteht darin, dass die Schlüsselweite des Retroreflektors nicht konstant ausgeführt ist, sondern mit zunehmender Krümmung der Grundfläche abnimmt.
Eine Prinzipdarstellung der die Aufgabe lösenden
Retroreflektoranordnung ist in Figur 14 dargestellt. Eine Retroreflektoranordnung wird im Folgenden auch als Reflektor bezeichnet .
Ein Entwurfsverfahren zur Lösung der Aufgabe der Erfindung umfasst die folgenden Schritte:
Eine gekrümmte Fläche 601 eines Reflektors 600 (Polysurface) wird in einem gleichmäßigen Raster (Grid) aufgeteilt (Figur 6) . Das Raster wird durch einzelne so genannte Iso-Curves in X und Y Richtung erzeugt. Beispielhaft wird das Raster anhand zwei unmittelbar benachbarten Iso-Curves 602, 603 in X
Richtung sowie zwei unmittelbar benachbarten Iso-Curves 604, 605 in Y Richtung beschrieben. Diese schließen eine Fläche 606 des Rasters ein. Das Raster besteht aus verschiedenen
derartigen Flächen einer durchschnittlichen Längenausdehnung einer Fläche, zur jeweiligen Achse.
An den Schnittpunkten der Iso-Curves werden die einzelnen Retro-Reflektorgeometrien erzeugt. Für die Iso-Curves 602 und 604 ist ein Schnittpunkt 607 beispielhaft in Figur 6
dargestellt. Die Anzahl der Schnittpunkte wird durch
Ausprobieren so festgelegt, dass für die jeweilige
Reflektorgröße die dichtmöglichste Packung, bei der sich die einzelnen Retroreflektoren noch nicht überschneiden, entsteht. Dabei ist zwischen einer ersten Ausführungsform mit
sogenannten Twin-Cubics und einer zweiten Ausführungsform mit Tripelspiegeln zu unterscheiden. Ein Cubic ist ein
Tripelprisma . Bei diesem werden drei plane Flächen so angeordnet, dass sie beispielsweise jeweils im Winkel von 90° zueinander stehen. Ein Twin-Cubic, d.h. ein Zwillingstripel , ist ein Beispiel eines Retroreflektors , der auf dem Prinzip der Totalreflektion aufgebaut ist.
In der ersten Ausführungsform werden sogenannte Twin-Cubics 701 erzeugt. Diese sind in Figur 7 dargestellt. Die lineare Anordnung der Einzelgeometrien erlaubt eine effizientere
Flächenausnutzung und das Löschen jedes zweiten Schnittpunktes ist somit nicht erforderlich.
Bei der zweiten Ausführungsform mit Tripelspiegeln muss jeder zweite Schnittpunkt entfernt werden um die Geometrie optimal anordnen zu können. Dies ist auch in den später beschriebenen Figuren 22, 23 dargestellt.
Unabhängig von der Ausführungsform, d.h. unabhängig davon, welcher Retroreflektor verwendet wird, führt dies auf mehrfach gekrümmten Flächen zu einem nicht gewünschten Effekt der
Anordnung, denn es entstehen Lücken 801 zwischen den einzelnen Retroreflektoren 802 (Figuren 8, 9 und 10) . Dies führt zu einer suboptimalen Ausnutzung der Fläche: Die Lücken
vergrößern sich je stärker die Flächen gekrümmt sind.
Um dies zu vermeiden, werden die Elemente skaliert und auf einem verkleinerten Raster ausgerichtet. Dadurch können die Zwischenräume 111 erheblich verkleinert werden. Figur 11 stellt schematisch drei Stufen für Rastergrößen dar. Dies führt zu einer besseren Ausnutzung der Oberfläche.
Beispielsweise werden auf der Fläche weitere, jeweils auf einen insbesondere ganzzahligen Bruchteil der ursprünglichen Rastergröße verkleinerte Raster erzeugt. Dies ist in Figur 12 am Beispiel des Reflektors 600 dargestellt. Figur 12 stellt schematisch drei Stufen für Rastergrößen dar. Die obere
Abbildung von Figur 12 zeigt ein erstes Raster 121, die mittlere Abbildung von Figur 12 zeigt ein zweites,
demgegenüber kleineres zweites Raster 122, die untere Abbildung von Figur 12 zeigt ein gegenüber dem zweiten Raster 122 kleineres drittes Raster 123. Parallel verlaufende
unmittelbar benachbarte Iso-Curves liegen bei größerem Raster weiter voneinander entfernt als bei kleinerem Raster.
Ein Raster bildet ein Grundgerüst. Auf diesem Grundgerüst werden in der ersten Ausführungsform Twin-Cubics erzeugt, die an die jeweilige Rastergröße angepasst sind. Dies ist in Figur 13 schematisch für die drei Raster 121, 122, 123 dargestellt.
Zu den einzelnen Rasterpunkten, die den Schnittpunkten der Iso-Curves entsprechen, wird dann eine jeweilige Krümmung ermittelt. Krümmungswerte werden in Krümmungsstufen gruppiert.
In der in Figur 14 dargestellten ersten Ausführungsform wurde in drei Krümmungsstufen (leichte 1, mittlere 2 und starke 3 Krümmung) gruppiert. Für die jeweiligen Krümmungsstufen werden verschieden große Retroreflektoren verwendet, deren Größe vorzugsweise in einem insbesondere ganzzahligen Verhältnis zueinander stehen. Für die jeweiligen Bereiche auf der Fläche mit einer leichten Krümmung werden in der ersten
Ausführungsform große Twin-Cubics 141 als Retroreflektoren verwendet, für Bereiche mit mittlerer Krümmung werden weniger große Twin-Cubics 142 verwendet und für Bereiche mit starker Krümmung werden kleine Twin-Cubics 143 verwendet. Figur 14 stellt eine vereinfachte Lösung mit drei Schritten dar, es können mehr Schritte, d.h. mehr Stufen vorgesehen sein.
Auf diese Weise werden die Retroreflektoren in der ersten Ausführungsform, d.h. Twin-Cubics, auf der Fläche verteilt und in ihrer Größe skaliert. Durch das Anordnen auf der Fläche mit einer der jeweiligen ortsabhängigen Krümmung zugeordneten Schlüsselbreite ist es möglich, direkt auf die
Flächengeometrie einzugehen, um mehrfach gekrümmte Flächen deckender mit Retroreflektoren zu belegen. Dies ist in Figur 15 dargestellt. Dort sind Bereiche des Reflektors 600 deren Fläche 601 dieselbe Krümmung aufweist mit derselben Stufe mit derselben Nummer von 1 bis 8 von außen nach innen nummeriert. Dabei stellt die Stufe 1 die größte und die Stufe 8 die geringste Krümmung dar.
Dem Vorgehen ist folgende Grenze gesetzt: Aus
fertigungstechnischer Sicht, aber auch unter Berücksichtigung der Abhängigkeit des Rückstrahlwert von der Schlüsselweite (Figur 3) kann die Schlüsselweite nicht beliebig reduziert oder beliebig erhöht werden. Es ergibt sich abhängig vom
Fertigungsverfahren ein idealer Arbeitsbereich, in dem die Schlüsselweite angepasst werden kann.
Zur Berechnung der Schlüsselweite der Tripelspiegel nach der zweiten Ausführungsform in Abhängigkeit von der Krümmung und Position wird das Programm Grashopper, welches heute frei verfügbar ist [1], verwendet. Grasshopper läuft unter dem Entwurfsprogramm Rhino3D [2] .
Schematischer Aufbau des Grasshopper Skriptes
Figur 16 zeigt einen Überblick über ein Grasshopper Skript zur Bestimmung einer an die Krümmung einer Grundfläche angepasste Retroreflektoranordnung . Das Grasshopper Skript stellt ein Verfahren zur Berechnung der Retroreflektoranordnung dar. Die Figuren 16-0 bis 16-35 zeigen Ausschnitte aus dem Grasshopper Skript von Figur 16.
Das Grasshopper Skript ist zur Beschreibung in Blöcke
aufgeteilt, die in den Figuren 16-0 bis 16-35 dargestellt sind. Die Blöcke sind durch alphanummerisch gekennzeichnete Ein-/Ausgänge miteinander verbunden, wobei ein jeweils
Eingänge und ein Ausgänge mit derselben alphanummerischen Kennzeichnung miteinander verbunden sind. Unabhängig davon sind einzelne Grasshopper Komponenten wie in den Blöcken 16-0 bis 16-35 dargestellt verbunden. In Figur 16-0 ist ein Block 16-0 dargestellt. In Figur 16-1 ist ein Block 16-1 dargestellt. In Figur 16-2 ist ein Block 16-2 dargestellt. In Figur 16-3 ist ein Block 16-3
dargestellt. Figuren 16-4 bis 16-13 sind weitere Blöcke .
Figur 16-14 ist ein Block 16-14 dargestellt. In Figuren 16-15 bis 16-34 sind Blöcke 16-15 bis 16-34 dargestellt.
Der Block 16-0 und der Block 16-2 weisen eine Verbindung AI und eine Verbindung M01 auf. Der Block 16-2 ist über
Verbindungen AI, Bl, Cl, Dl mit den Blöcken 16-4 bis 16-13 verbunden. Der Block 16-3 ist über Verbindung Gl mit dem Block 16-25 und über Verbindung El mit den Blöcken 16-4 bis 16-13 verbunden. Der Block 16-14 ist über Verbindung Dl mit dem Block 16-2 verbunden. Der Block 16-1 ist über Verbindung Fl mit dem Block 16-13 verbunden.
Blöcke 16-4 bis 16-13 definieren Variablen V9 bis VI als
Eingang in den jeweiligen Block 16-4 bis 16-13 und in den jeweiligen der Blöcke 16-25 bis 16-34 in dieser Reihenfolge.
Verbindung M02 verbindet die Blöcke 16-3 und 16-4. Verbindung M03 verbindet die Blöcke 16-4 und 16-5. Verbindungen M04 und M05 verbinden die Blöcke 16-4 und 16-25. Verbindung M06 verbindet die Blöcke 16-4 und 16-14. Verbindung M07 verbindet Block 16-4 mit Block 16-15.
Verbindung M08 verbindet die Blöcke 16-15 und 16-25.
Verbindungen M09 verbindet die Blöcke 16-15 und 16-26.
Verbindungen MIO und Mll verbinden die Blöcke 16-5 und 16-26. Verbindung M12 verbindet Block 16-5 mit Block 16-16.
Verbindung M13 verbindet die Blöcke 16-16 und 16-26.
Verbindungen M14 verbindet die Blöcke 16-16 und 16-27.
Verbindungen M15 und M16 verbinden die Blöcke 16-6 und 16-27. Verbindung M17 verbindet Block 16-6 mit Block 16-17.
Verbindung M18 verbindet die Blöcke 16-17 und 16-27.
Verbindungen M19 verbindet die Blöcke 16-17 und 16-28. Verbindungen M20 und M21 verbinden die Blöcke 16-7 und 16-28. Verbindung M22 verbindet Block 16-7 mit Block 16-18.
Verbindung M23 verbindet die Blöcke 16-18 und 16-28.
Verbindungen M24 verbindet die Blöcke 16-18 und 16-29.
Verbindungen M25 und M26 verbinden die Blöcke 16-8 und 16-29. Verbindung M27 verbindet Block 16-8 mit Block 16-19.
Verbindung M28 verbindet die Blöcke 16-19 und 16-29.
Verbindungen M29 verbindet die Blöcke 16-19 und 16-30.
Verbindungen M30 und M31 verbinden die Blöcke 16-9 und 16-30. Verbindung M32 verbindet Block 16-9 mit Block 16-20.
Verbindung M33 verbindet die Blöcke 16-20 und 16-30.
Verbindungen M34 verbindet die Blöcke 16-20 und 16-31.
Verbindungen M35 und M36 verbinden die Blöcke 16-10 und 16-31. Verbindung M36 verbindet Block 16-10 mit Block 16-21.
Verbindung M37 verbindet die Blöcke 16-10 und 16-21.
Verbindungen M38 verbindet die Blöcke 16-21 und 16-31.
Verbindungen M39 verbindet die Blöcke 16-21 und 16-32.
Verbindungen M40 und M41 verbinden die Blöcke 16-11 und 16-32. Verbindung M42 verbindet Block 16-22 mit Block 16-32.
Verbindung M43 verbindet die Blöcke 16-22 und 16-33.
Verbindungen M44 und M45 verbinden die Blöcke 16-12 und 16-33. Verbindungen M46 verbindet die Blöcke 16-12 und 16-23.
Verbindungen M47 verbindet die Blöcke 16-23 und 16-33.
Verbindung M48 verbindet Block 16-23 mit Block 16-34.
Verbindungen M50 und M51 verbinden die Blöcke 16-13 und 16-34. Verbindungen M52 verbindet die Blöcke 16-13 und 16-24.
Verbindungen M53 verbindet die Blöcke 16-24 und 16-34.
Die Verbindung Rl verbindet die Blöcke 16-14 und 16-25 sowie 16-14 und 16-29.
Verbindung M49 verbindet Block 16-14 mit Block 16-25.
Figuren 16-36 bis 16-39 zeigen detaillierte Ausschnitte einer Umsetzung eines beispielhaften Grasshopper Skripts mit
j eweiliger Funktionsbeschreibung . Figur 16-36 stellt einen Eingang gemäß Block 16-0 dar, an dem eine Geometrie, d.h. eine Geometrie einer gekrümmten Fläche, entsprechend Block 16-0 eingegeben wird. Aus der Geometrie werden in X- und Y-Richtung Mittelwertkurven aus der Krümmung der gekrümmten Fläche erzeugt. Am Ausgang dieses Ausschnitts werden eine Ausgangs-X-Kurve und eine Ausgangs-Y-Kurve ausgegeben. Auf den ersten Teil der Werte wird die Geometrie verteilt .
Figur 16-37 stellt schematisch die Blöcke 16-1, 16-2 in einer Ausgestaltung dar. Die Verbindungen AI, Bl, Cl, Dl sind für die Geometrie entsprechend Block 16-2 dargestellt.
Referenzpunkte und Referenzgröße zur Größenskalierung der zu verteilenden Geometrie werden entsprechend für Verbindung Bl aus Block 16-2 zu Ausgang Referenzpunkt, Referenzgröße. Eine Interpolation der Bereiche zwischen zwei Skalierungsstufen entsprechend Block 16-1 wird zu einem Ausgang interpolierter Werte .
Figur 16-38 und 16-39 stellt eine Bearbeitung gemäß
beispielsweise der Folge der Blöcke 16-4, 16-5, 16-15,16-16, 16-26, 16-27 dar. Ein Raster der Größe n d.h. der Feinheit n wird auf der Geometrie erzeugt. Der Ausgang sind Rasterpunkte auf der Geometrie für eine Ermittlung der Krümmung an den Rasterpunkten der Geometrie. Krümmungswerte werden der Größe nach sortiert. Die Gesamtliste der Werte wird in n Schritte zerteilt .
Aus der Geometrie A werden jeweils in X und Y Richtung
Mittelwertkurven aus der Krümmung erzeugt. Der Ausgang ist eine XY Kurve. Aus der XY Kurve wird ein erstes Raster der Größe n ein zweites Raster der Größe x-x/n und optional ein drittes Raster der Größe n-2x/n auf der Geometrie erzeugt. Am Ausgang entstehen Rasterpunkte auf der Geometrie. Für diese Rasterpunkte wird jeweils die Krümmung an den Rasterpunkten auf der Geometrie bestimmt.
Eine Interpolation der Bereiche zwischen zwei
Skalierungsstufen ist ebenfalls vorgesehen.
Die übrigen Funktionen des Grasshopper Skripts sind in den jeweiligen Figuren ersichtlich und werden im Folgenden anhand eines allgemeinen AblaufSchemas beschrieben.
Zunächst werden die nötigen Geometrien, d.h. Angaben zu der zuvor beschriebenen gekrümmten Fläche 601 an Grashopper übergeben. Die Figur 17 gibt einen Überblick über das Schema des Verfahrens in fünf Schritten 1 bis 5. Schritt 1 umfasst beispielhaft die Eingabe der Parameter Gekrümmtefläche,
Reflektor Geometrien, Wrenchsize. Wrenchsize ist die
Schlüsselgröße. In Schritt 2 wird das Raster auf der
gekrümmten Fläche generiert. In Schritt 3 wird das Raster auf die Anordnung der Reflektor Geometrie appliziert. In Schritt 4 wird die Krümmung ermittelt. In Schritt 5 werden Elemente in Abhängigkeit von der Krümmung eingeblendet, wobei starke
Krümmung kleinen Reflektoren und schwache Krümmung großen Reflektoren entspricht.
Figur 18 stellt die Definition eines Inputs aus Schritt 1 in Grasshopper genauer dar: Input sind die Gekrümmtefläche A, im Beispiel gekrümmten Fläche 601, die Reflektor-Geometrie R, im Beispiel die Geometrie der Triplespiegel , und die wrenchsize D, Dl, Dn, im Beispiel die Schlüsselgröße der
Triplespiegel. Die Wrenchsize ist beispielweise w 2.0, w 4.0.
Figuren 19 bis 21 stellen den Schritt 2 genauer dar:
Die Fläche 601 wird in ein U und V Koordinatensystem
unterteilt . Auf der gekrümmten Fläche 601 wird aus in U-Richtung verlaufenden Rasterlinien 181, 18n und in V-Richtung verlaufenden Rasterlinien 191, 19n ein Raster erzeugt. Die
Schnittpunkte der einzelnen Rasterlinien 181, 18n und 191,
19n werden bestimmt und es wird ein Versatz zwischen den Schnittpunkten benachbarter Reihen erzeugt. Bei der Ausführung für Tripelspiegel wird jeder zweite Schnittpunkt gelöscht. Die Wrenchsize wird im Schritt 1 vorgegeben. Je nach Anzahl der Wrenchsizes D, Dl, Dn wird das Raster 2001 in der
entsprechenden Wrenchsize erzeugt. Figur 20 stellt die Raster für Dl, D2, D3 als durchgezogene, strich-punktierte bzw.
gepunktete Linien dar. Auf Grundlage der Punkte auf der gekrümmten Fläche wird ein Raster aus Kurven C erzeugt. C sind die projizierten Rasterlinien auf der gekrümmten Flache 601. Dies ist in Figur 21 für die gekrümmte Fläche 601 dargestellt.
Figur 22 stellt den Schritt 3 genauer dar. Bei den
Tripelspiegeln muss jeder zweite Schnittpunkt entfernt werden um die Geometrie für Tripel optimal anordnen zu können. Aus der Menge der gesamt Punkte 2201, mittlere Abbildung in Figur 22, wird eine Menge der reduzierten Punkte 2202, untere
Abbildung in Figur 22, als Ausgangspunkte P erzeugt.
Figur 23 und 24 stellen den Schritt 4 genauer dar. Eine
Retroreflektor-Geometrie R wird auf die jeweiligen
Schnittpunkte des Rasters aus Kurven C kopiert. Krümmungen K, Kl, Kn an den Schnittpunkten P werden abhängig von der Gekrümmtefläche A ermittelt. Geometrien G angeordnet an einem jeweiligen Schnittpunkt werden erzeugt. P sind exakt
definierte Punkte auf der gekrümmten Fläche 601.
Figur 25 stellt den Schritt 5 genauer dar. Je nach Krümmung K, Kl, Kn werden für jeweilige Geometrien G, Gl, Gn
Retroreflektoren mit einer der dafür passenden Wrenchsize D, Dl, Dn übernommen und eingeblendet. Die resultierende
Anordnung ist in Figur 25 von außen beginnend mit 1 bis 8 innen bezeichnet. Ausgehend von starker Krümmung, die mit 1 bezeichnet ist, sinkt die Krümmung zur Mitte der gekrümmten Fläche 601, die mit 8, schwache Krümmung, bezeichnet ist. Die Größe der Reflektoren nimmt mit steigender Krümmung ab. Im mit 8 bezeichneten Bereich werden große Reflektoren verwendet. Im mit 1 bezeichneten Bereich werden demgegenüber die kleinsten Reflektoren verwendet. Es entsteht vorzugsweise eine homogene Verteilung der Reflektoren.
Anwendungsbeispiel der Erfindung
Im folgenden Abschnitt wird die Umsetzung der Erfindung an einem realen Beispiel aufgezeigt. Dazu werden auf einer gekrümmten Fläche, nach dem oben erläuterten Prinzip,
Retroreflektoren mit Wrenchsize zwischen 2mm und 4mm mit einer Abstufung von 0,2mm angebracht. Diese Fläche wird im Weiteren als Fläche 1 bezeichnet. Zudem werden auf zwei weiteren
Flächen, welche die identischen Maße wie Fläche 1 besitzen, Retroreflektoren der Wrenchsize 3mm angebracht. Bei einer dieser Flächen werden die Reflektoren nach der
Oberflächennormalen ausgerichtet, im Weiteren als Fläche 2 bezeichnet. Bei der Anderen werden die Reflektoren zur
optischen Achse hin ausgerichtet, im Weiteren als Fläche 3 bezeichnet .
Aus Blickrichtung der optischen Achse (Z-Achse) ist deutlich zu erkennen, dass bei Fläche 1 am Übergang zwischen den einzelnen Wrenchsizebereichen Lücken 2600, 2601, 2602, 2603, 2604, und 2605 entstehen, welche sich jedoch nicht vermeiden lassen. Dies ist in Figur 26 dargestellt. Bei den Flächen 2 und 3 treten diese Lücken nicht auf. Bei der Fläche 3 sieht man aus diesem Blickwinkel eine in Figur 27 dargestellte gleichmäßige Reflektorverteilung über die komplette Fläche. Bei der Fläche 2 sieht man wie die Reflektorelemente, wie in Figur 28 dargestellt, immer weiter aus der optimalen
Ausrichtung zur optischen Achse (z-Achse) verkippt werden. Aus der Frontansicht (Blickrichtung Y-Achse) sind bei der Fläche 1 wieder die entstehenden Lücken zu sehen. In Figur 29 sind beispielhaft die Lücken 2601, 2602 der Fläche 1
dargestellt. Im Vergleich zur in Figur 30 dargestellten Fläche 3 sind die einzelnen Retroreflektoren jedoch deutlich dichter gepackt. Dadurch entsteht eine gleichmäßigere Materialdicke. Bei Fläche 2 ist die Materialstärke für alle
Retroreflektorelemente konstant, die einzelnen Elemente werden aber immer weiter aus der optimalen Ausrichtung zur Z-Achse verkippt. Dies ist in Figur 31 dargestellt.
Dadurch, dass die einzelnen Retroreflektoren bei Fläche 1 dichter zusammengepackt wurden, konnte der Weg, den das Licht zweimal im Material durchlaufen muss, von einem Maximalwert von 9,31mm, Figur 30, auf einen Maximalwert von 6,70mm, Figur 29, reduziert werden.
Für ebene Flächen ergibt sich bei einer Wrechsize von 3mm und einer Wandstärke von 1,8mm eine maximale Materialstärke von 4,25mm. Diese setzt sich aus der Tiefe des Reflektorelements von 2,45mm und der Wandstärke von 1,8mm zusammen.
Eine der grundlegenden Regeln beim Konstruieren von
Spritzgussteilen ist, auf eine gleichmäßige Materialdicke zu achten. Hält man sich nicht an diese Regel, können durch ungleichmäßiges abkühlen Verformungen, Einfallstellen und ungenaue oder nicht funktionsfähige Teile entstehen. Gerade bei Retroreflektoren wirken sich schon kleinste Abweichungen an den Abmaßen auf die Funktionalität des Reflektors aus.
Für alle drei Flächen ist das Ergebnis von lichttechnischen Simulationen mit dem Programm LucidShape in den Figuren 32 bis 34 dargestellt. Dazu wurden den Geometrien die optischen
Materialeigenschaften von PMMA zugewiesen. Anschließend wurden die Geometrien aus einer Lichtquelle mit 100 lumen beleuchtet. Die Strahlen treffen als Parallelstrahlen auf die Geometrien auf. Die reflektierten Strahlen werden von einem Candelasensor erfasst .
Bei einem in der ECE-R3 definierten Prüfpunkt, welcher bei H=0° und V=0,33° liegt, erreicht Fläche 2 einen Wert von
11203,5 Candela. Diese Messung ist in Figur 32 abgebildet. Bei Fläche 3 wurde ein Wert von 20021,5 Candela gemessen. Diese Messung ist in Figur 33 abgebildet. Bei Fläche 1 wurde ein Wert von 20726,4 Candela gemessen. Diese Messung ist in Figur 34 abgebildet.
Aus den oben angegebenen Werten geht hervor, dass durch die Ausrichtung zur optischen Achse der Wirkungsgrad um 78,7
Prozent gesteigert wird. Durch die Anpassung der Wrenchsize, konnte dieser Wert nochmals um 3,52 Prozent gesteigert werden. Diese Steigerung wird durch die gleichmäßigere Wandstärke und die dadurch entstehenden kürzeren Wege, die das Licht im
Material zurücklegen muss, bewirkt.
Durch die Anpassung der Wrenchsize je nach aktueller Krümmung lässt sich der Vorteil eines deutlich erhöhten Wirkungsgrades, der durch die durch die Ausrichtung der Reflektorgeometrie zur optischen Achse entsteht, mit den konstruktiven Vorteilen durch eine einheitliche Materialdicke kombinieren.
Es ergibt sich eine stets ideale Ausrichtung der
Retroreflektoren zur optischen Achse. Der maximale
Rückstrahlwert lässt sich damit stets nutzen, ohne dass die Materialstärke stark zunehmen muss.
Zitierte Nicht-Patentliteratur:
[1] https : / /modelab . is/download/grasshopper-primer-third- edition-2 /
[2] https : //www. rhino3d . com/de/download

Claims

Patentansprüche
Verfahren zur Verteilung von Retroreflektoren auf einer gekrümmten Freiformfläche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schlüsselweite der Retroreflektoren in der
Verteilung nicht konstant ausgeführt ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlüsselweite der Retroreflektoren an einen
Krümmungsradius der Freiformfläche angepasst wird, wobei ein kleiner Krümmungsradius zu kleinen Retroreflektoren führt .
Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, dass die Schlüsselweite stufenweise geändert wird.
Verfahren nach den Ansprüchen 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Stufung der Schlüsselweite von Stufe zu Stufe einem insbesondere ganzzahligen Verhältnis größer 1 folgt.
Retroreflektoranordnung für eine gekrümmte
Freiformfläche, dadurch gekennzeichnet, dass eine
Verteilung von Retroreflektoren in der
Retroreflektoranordnung auf der gekrümmten Freiformfläche angeordnet ist, wobei eine Schlüsselweite der
Retroreflektoren in der Verteilung nicht konstant
ausgeführt ist.
Retroreflektoranordnung nach Anspruch 5, dadurch
gekennzeichnet, dass die Schlüsselweite an einen
Krümmungsradius der Freiformfläche angepasst ist, wobei ein kleiner Krümmungsradius zu kleinen Retroreflektoren führt . Retroreflektoranordnung nach den Ansprüchen 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlüsselweite
stufenweise geändert ist.
Retroreflektoranordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Stufung der
Schlüsselweite von Stufe zu Stufe einem ganzzahligen Verhältnis größer 1 folgt.
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