具有耦合输出结构的光导体的制作方法

本发明涉及一种具有耦合输出结构的光导体，特别是一种用于将耦合到光导体中的光沿事先确定的方向(此处称为“耦合输出方向”)耦合输出的耦合输出结构。

背景技术：

1、用于将耦合到一个光导体中的光从该光导体中耦合输出的耦合输出结构是已知的。这样，de 10 2015 016 719 a1公开了一种构造为平面的光导体(以下简称为“平面光导体”)，光从侧面耦合到该光导体中，借助置入光导体外层中的耦合输出结构被散射和耦合输出。照射时耦合输出结构的散射效果是“填充物质”在其中起作用，然而这些填充物质尽管具有散射作用，但在可见光照射时对该可见光是透明的。

2、de 10 2014 213 502 a1公开了一种“机动车雷达传感器保护元件”。这样的保护元件以不同的规格在其他领域也是众所周知的，诸如作为抵抗气候影响的雷达设备外壳，形式上为雷达天线罩，所谓的雷达罩，其中对于在这种情况下所使用的例如76.5至81ghz无线电频率范围内的电磁辐射(以下简称为“雷达波”)的尽可能高的透明度是所努力达到的目标。在de 10 2014 213 502 a1中，雷达传感器设置在一个覆盖有保护层的壳体中。然而，所述保护层的厚度在其衰减方面是在保护元件上形成有一层同样起衰减作用的冰层的情况与不形成这种其他层的情况之间的折中。此外，这种结构的缺点基本上是，任何其他层都增加雷达波的衰减，并意味着额外的、高昂的工艺步骤。

3、尽管如上示例性说明的耦合输出结构可以在平面光导体的成型过程中形成，然而通常-同在de 10 2015 016 719 a1中一样-针对光的耦合输出进行了优化，并且由于反射和折射而干扰雷达波。

4、需注意的是，光在这里是指电磁波谱的人眼可见的部分，光导体是指一个光学结构元件，其适合于通过在该光导体的内部部分(或者在例如光导纤维的情况中是纤芯)与外部部分(或者在光导纤维的情况中是包层)之间的分界层处的全反射引导光，其中所述外部部分拥有较低的折射率(例如在空气的情况中为n～1)。因此，可以适宜地在“光-光学的”(约380nm至780nm范围内的电磁辐射)与“雷达-光学的”(约1mm至1m范围内，特别是对于上述雷达频率来说1mm至10mm范围内的电磁辐射)之间进行区分。

技术实现思路

1、本发明的目的是，提供一种具有耦合输出结构的光导体，该光导体根据光学观点以及在雷达波方面都得到优化，就是说，具有一个使例如由吸收或者反射导致的雷达波衰减降低到最小程度的耦合输出结构，一种具有这种光导体的雷达设备和一种用于制作这种光导体的方法。

2、根据本发明，设有一个光导体，其具有一个适合于使耦合到光导体中的光转向事先确定的耦合输出方向的耦合输出结构。该光导体的特征在于：所述耦合输出结构由光导体的表面结构构成。

3、“表面结构”在这里基本上表示明确规定的、几何形状的或者自由形状的、以明确规定的或者不规则的方式布置的、一定形状和尺寸的结构元件，这些结构元件的特征与没有这种结构元件的、非结构化的平坦表面不同，其整体被称为耦合输出结构并且适合于使光导体对雷达波的透明度，更准确地说，透射度最大化，并将事先由反射导致的损失降低到最小程度。特别是，根据本发明，耦合输出结构并不是由涂覆到光导体上的额外光学涂层构成，该涂层的制作如上所述成本高，并且其最佳厚度取决于外界因素。

4、根据一个有利的发展，所述光导体构造为平面光导体，其包括第一主面和与该第一主面相对置的第二主面，其中第一和第二主面垂直于光导体的厚度d的方向延伸，并且所述耦合输出结构构造在第一主面中。

5、根据这个有利的发展，所述光导体因此基本上具有平面平行板的形状，其厚度d是其第一与第二主面以及将第一和第二主面相互连接的侧面之间的距离，其中优选第二主面是平面的和非结构化的，而第一耦合输出结构只构造在第一主面中。作为备选方案，所述耦合输出结构可构造在第一主面中，并额外地构造在第二主面中。作为备选方案，所述光导体也可以“仅仅”是平行的，而不是平面平行的，就是说，由两个平行的，然而弯曲的面构成。

6、根据另一个有利的发展，第一主面具有一个其内构造有耦合输出结构的耦合输出区域和一个其内没有耦合输出结构的非耦合输出区域。

7、根据这个有利的发展，所述耦合输出结构(a)在整个第一主面上，或者(b)仅在第一主面的一部分上延伸。在(b)的情况中，至少第二主面与第一主面的互补的非耦合输出区域相对置的区域是平面的和非结构化的。

8、根据另一个有利的发展，所述耦合输出区域包括多个相互不连接的耦合输出部段。

9、优选一个耦合输出区域的特征-如上所述-在于其参数：其元件的尺寸、形状和数量(密度)。第一主面可以包括一个连在一起的耦合输出区域或者-如在这个有利的发展中-一个细分为多个耦合输出部段a、b、c...的耦合输出区域，其中各耦合输出部段a、b、c...的参数可以相同，也可以不同。因此，在所述光导体的相应横截面中，可能具有例如排列b-n-c-n-a-n-a-n-b...，其中n是非耦合输出区域的组成部分。作为备选方案或者补充方案，参数也可在一个耦合输出部段内变化。

10、根据另一个有利的发展，所述耦合输出区域具有第一厚度d1，非耦合输出区域具有第二厚度d2，其中厚度d1和d2分别为第一主面与第二主面之间的距离，并且d1≠d2。

11、由于第一主面在耦合输出区域中拥有与非结构化的面不同的结构，通过该结构可以实现所期望的雷达-光学和光-光学特性，所以所述耦合输出区域拥有与非耦合输出区域不同的介电特性。因此，耦合输出区域中的第一主面也可称为光导体材料-空气-混合面，或者-与含有气泡的发泡塑料类似-也可称为“泡沫材料”。因此，上述厚度d并不是在整个光导体上都相同，而是局部确定的，其中第一主面的各区域优选逐渐地，作为备选方案阶梯状地相互融为一体，与最佳厚度d2相等的厚度d1取决于元件的尺寸、形状和数量(密度)，它们表示耦合输出区域中第一主面结构的特征并在下文中称为耦合输出区域的参数。是d1＞d2还是d1＜d2，取决于各个元件(在下文中也称为“结构元件”)是否相对第一主面突起，即凸出(d1＞d2)，或者构成凹槽(d1＜d2)。例如，如果所述耦合输出区域占据了整个第一主面的约5％，并且d2＝3.5mm的话，则d1-d2的差约为100m。

12、所述耦合输出结构的高度(或者深度)主要由光学特性(可见区域！)确定。所述光导体的厚度(没有耦合输出结构的区域中的d2或者具有耦合输出结构的区域中的d1)完全从雷达技术的角度选择，更确切地说如下选择，即所述光导体的厚度使雷达衰减达到或者接近最小值。通常，当雷达辐射的(雷达-光学！)路径长度对应于材料中的雷达辐射波长的一半的倍数的话，情况如此。对于d2或者没有耦合输出结构的区域来说，这可以直接通过雷达频率和折射率(或者电容率)算出。对于d1或者具有耦合输出结构(泡沫材料)的区域来说，通过-简化地-利用电容率值的几何平均值进行计算实现这一点。

13、实例：

14、若光导体拥有2.77的电容率数值(以前为相对电容率)r(空气的电容率数值约为1)并且耦合输出结构区域中的空气体积份额在光导体的整个厚度上经计算为5％，则“泡沫材料”区域中(即耦合输出结构的区域中)的电容率平均约为2.638，这意味着这个区域中的最佳层厚d1为3.619mm。与此相比，没有耦合输出结构的区域中的最佳层厚d2为3.532mm。

15、这意味着，尽管耦合输出结构具有500μm的深度，没有耦合输出结构的区域中的层厚仅小了87μm。

16、首先，厚度可以计算出。其次，可以通过光线追踪利用所有可想象的效果模拟它们，在样机上进行测量，进而进行优化。

17、根据另一个有利的发展，所述耦合输出结构包括结构元件，这些结构元件按照二维布拉维晶格的方式布置在其在第一主面中的格点上。

18、在一个k维布拉维晶格中，k个“原始”矢量a,b,c...展开一个k维晶格，并且是如下地展开，即k＝2时，各个格点位于(矢量)点r＝n·a+m·b，其中自然数n,m在整个耦合输出区域或者耦合输出部段上可以是相同的，从而它们是严格规则的。或者，它们可以分别沿至少一个与相应的耦合输出区域或者耦合输出部段平行的方向以确定的或者任意的方式改变，例如既沿方向a也沿方向b变大，使得在这个实例中结构沿方向r延伸。

19、所述结构元件在第一主面的俯视图中可以是旋转对称的或者非旋转对称的或者自由形状的。在俯视图中旋转对称的结构元件可以是具有z倍对称性的多面体、直圆锥体或者截锥体，或者球体或椭圆体的截面。另外，结构元件也可拥有任何不规则的、非对称的或者数学上未定义的形状。

20、也可以为结构元件设置一个球拱作为外罩(过渡区域是不连贯的或者经过贴面的(verblendet))。所有这些结构都可以构成为以垂直壁或者成锥形的壁伸入材料中。也可以采用金字塔状或者棱柱状的结构。

21、根据另一个有利的发展，所述结构元件的尺寸是恒定的，或者以确定的方式沿着至少一个事先确定的、平行于第一主面的方向变化。

22、“沿至少一个事先确定的方向”意味着，格点的尺寸和位置可以变化，就是说，由一个矢量确定，该矢量是a和b的一个线性组合。尺寸也可以是沿一个方向恒定不变的，而沿另一个方向是可变的。“以确定的方式变化”意味着，尺寸按照一定的规定值变化。

23、根据另一个有利的发展，所述多个耦合输出部段中的至少一个包括多个具有构造为不同的耦合输出结构的耦合输出区。

24、根据这个有利的发展，如上所述，各个构成部段可拥有不同的参数。另外，各个构成部段内的参数也可不同地变化。

25、根据另一个有利的发展，所述结构元件分别具有相对于第一主面的高度d3或者深度d4。

26、就是说，高度和深度是分别相对于它们所在的相应耦合输出部段的第一主面测量的，并且如上所述，结构元件可以是突起的或者凹入的，亦或一些是突起的，一些是凹入的。

27、根据另一个有利的发展，所述光导体由一种塑料构成。

28、根据另一个有利的发展，塑料是smma、pmma、pc、pa12、pp、pu或者pet。

29、在这种情况下，smma、pmma、pc、pa12、pp、pu或者pet是：甲基丙烯酸甲酯苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚酰胺12、聚丙烯、聚氨酯或者聚对苯二甲酸乙二醇酯。然而，这份清单仅仅是示例性的。就是说，可以使用任何其他合适的、拥有所需光学和视情况其他特性的塑料。

30、根据本发明，一个雷达设备包括上述光导体和一个用于发射雷达波的雷达传感器，其中第一主面面向该雷达传感器。作为备选方案，也可以考虑相反的情况，即耦合输出结构构造在相反的那侧上。

31、根据一个有利的发展，所述雷达设备另外还包括一个护罩，其中第二主面面向该护罩。

32、根据这个有利的发展，所述护罩是雷达设备的组成部分。然而，作为备选方案，所述护罩可以通过一个不属于雷达设备的外部构件构成，诸如一个光阑部件(blenden-bauteil)，从而通过例如装配到车辆中才产生“完整雷达设备”，其由例如一个用于发射和接收雷达波的雷达传感器、前面确定的平面光导体和护罩构成。

33、根据另一个有利的发展，所述护罩可用作光导体。就是说，由一个唯一的构件承担两个组件的功能。在这个情况中，例如上述光阑部件也可以设计为光导体，且具有上述结构(例如在内侧)，以及在厚度上相适应。

34、根据本发明，用于制作上述光导体的方法包括注塑工艺、光刻工艺或者电镀工艺。