[发明专利]大视野无畸变后视镜

说明书

技术领域

本发明涉及车辆后视镜设计技术，具体涉及一种大视野无畸变后视镜的设计方法。

背景技术

车辆后视镜是重要的车辆主动安全装置，是驾驶员坐在驾驶室座位上直接获取外部信息的工具。如果后视镜有盲区和图像变形，则在变道、拐弯、倒车时会造成撞车、撞人等，给安全行车带来严重隐患。

目前车辆后视镜主要有平面镜、球面镜、组合镜、双曲面镜和渐变曲面镜等，这些后视镜存在如下几个方面的问题：(1)平面镜的优点是图像无畸变，距离感真实，缺点是视野不足，存在盲区，这些盲区对安全行驶带来隐患。(2)采用小曲率的球面镜能扩大视野，但图象畸变严重，使驾驶员难以正确判断侧后方的真实情况。(3)采用多个不同镜子组成的组合镜，优点是可以在一定程度上消除盲区，但是其各自成像、图象分割、断裂，并且结构复杂，安装凌乱，驾驶员不可能在瞬时间同时观察数面镜子，容易造成误判而导致车祸发生。(4)双曲面镜一般是由平面镜(或大曲率镜)和曲面镜(小曲率镜)进行组合，因此它兼有两种镜面的优点，前者图像无畸变(或畸变不明显)，后者可以扩大视野。但它的缺点是两种镜面过渡时图像发生突然畸变，距离感也发生突变，会导致驾驶员眩晕和距离感的反差错觉，难以适应。(5)渐变曲面镜的镜面是由多个不同曲率半径的表面光滑连接而成的复合曲面。其特点是从上至下曲率半径越来越小，上半部镜面曲率半径很大，下半部镜面曲率半径不但从上至下越来越小，而且从一侧至另一侧也是越来越小，这种后视镜具有视野大的优点，缺点是距离感很差，并且成像的变化规律不规则。

随着汽车工业迅速发展，国内外不断有人研究车辆后视镜的盲区问题，提出了一些新的后视镜设计方法，采用这些方法设计的后视镜尽管视野较大，但其对后视目标的速度和距离真实感差，并且有些后视镜成像的纵向和横向比例失衡，影响了驾驶员对目标的判断，同样会产生安全隐患。综上所述，现有的这些后视镜设计方法都存在难以同时满足图像无畸变、大视野和距离真实感要求的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有技术的上述问题，提供一种能够同时满足图像无畸变、兼顾大视野和距离真实感的要求，视野放大倍率合理，符合驾驶者习惯，能够用于各种车型左右侧的外后视镜以及内后视镜，能够适配各种外形和尺寸大小的大视野后视镜的设计方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种大视野无畸变后视镜的设计方法，步骤包括：

1)输入及设置初始设计参数：输入镜面上任意点的物点入射光线和像点反射光线之间的夹角β、镜面的镜外形尺寸；初始化设置眼点的坐标、镜面的初始点坐标、像平面与眼点之间的距离L、物平面与镜面之间的距离D以及视野放大系数α；

2)针对所设计后视镜镜面上任意点和对应物点、像点之间确定空间坐标关系；基于所述初始设计参数以及任意点和对应物点、像点之间的空间坐标关系确定像点的坐标代数表达式和物点的坐标代数表达式，并根据光线反射基本原理：(a)入射角等于反射角和(b)入射光线、反射光线与该点镜面法向向量共面进行以下推导计算：

对于镜面上任意一点(x，y，z)，设入射光线到像平面上对应点的方向余弦为(A_x，A_y，A_z)，反射光线到像平面上对应点的方向余弦为(B_x，B_y，B_z)，可以得到：

式(1)、(2)中V_Im(x，y，z)表示入射光线的向量，V_Ob(x，y，z)表示反射光线的向量，||·||为向量求模算子，(x，y，z)表示所设计后视镜镜面上的点，(x_Ob，y_Ob，z_Ob)表示点(x，y，z)对应的物点坐标，(x_Im，y_Im，z_Im)表示点(x，y，z)对应的像点坐标；

假设所设计后视镜镜面的镜面方程为f＝z+g(x，y)＝0、镜面上任一点的法向矢量的方向余弦为(N_x，N_y，N_z)，可以表示为：

假设一垂直于入射光线向量与镜面法向矢量的向量为P(x，y，z)，其方向余弦为(P_x，P_y，P_z)，由条件(a)可以知道：

由(3)式和(4)式可以得到：