CN105676327B - 一种多曲面后视镜的设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多曲面后视镜的设计方法，建立坐标系，根据不同后视镜，设定眼点、后视镜边框位置即镜面的起始位置和终止位置、镜面中心位置及中心位置面元的朝向、每个面元对应的可视角和面元之间的视野越变角；根据该设定条件逐一计算出X轴正反两个方向和Y轴正反两个方向上每个面元的宽度和朝向，从而设计出整个镜面。该设计方法可以精确控制反光镜的视野范围和视场分布，可以随着具体要求改变曲面结构，且反光镜的镜面对称，大小、厚度可控。

Description

一种多曲面后视镜的设计方法

技术领域

本发明涉及一种后视镜的设计方法，具体说，是涉及一种利用数学计算软件模拟视觉效果来设计后视镜的方法，属于车辆后视镜技术领域。

背景技术

由于汽车结构产生的盲区而引起的交通事故总数达到了总事故数的30％。后视镜作为观察车身后部以及两侧情况的主要车载设备，对于消除汽车的盲区起着至关重要的作用。后视镜随着汽车工业的发展，其设计要求越来越高，需要达到一系列的设计标准，除了要满足国标规定的视野要求以外，要尽可能的扩展视野范围，控制后视镜的大小，还要尽可能的减小失真从而提高视觉舒适度。在现有多曲面后视镜的设计中，如何精确控制多曲面后视镜的视野范围和视场分布是主要的难点，同时，设计出的多曲面后视镜的厚度难以控制。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明的目的是提供一种在扩大视野范围的同时能够对后视镜的大小、厚度进行有效控制的多曲面后视镜的设计方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种多曲面后视镜的设计方法，建立坐标系，设定后视镜在X轴的初始条件，逐一计算出X轴正反两个方向上每个面元的朝向及边界点，直至计算至X轴正反两个方向上的最后一个面元，然后从原点起逐一分别设定X轴正反两个方向上每个面元在Y轴正反两个方向上的初始条件，逐一计算出X轴正反两个方向上每个面元在Y轴正反两个方向上每个面元的朝向及边界点，直至计算至Y轴正反两个方向上的最后一个面元。

作为一种实施方式，具体包括步骤：

S0、建立坐标系XYZO；

Sx1：设定该后视镜在X轴方向上眼点、后视镜边框位置，X轴正反两个方向上第一个面元的朝向，X轴方向上每个面元对应于眼点中的可视范围角度，及在X轴方向上两个面元交界处视野越变角的角度；

Sx2：根据Sx1分别计算出在X轴正反两个方向上的第一个面元在X轴方向上的宽度即第一个面元的边界点及相交于该边界点上的第二个面元的法线方向即第二个面元的朝向；

Sx3：判断新生的边界点的坐标是否超过了后视镜边框位置，如果超过则进入步骤Sy1，如果没有超过则根据Sx1和Sx2，分别计算出X轴正反两个方向上的相交于第一个面元边界点上的第二个面元的宽度即第二个面元的边界点及相交于该边界点上的第三个面元的法线方向即第三个面元的朝向；并根据此新生成的边界点和面元朝向重复此步骤逐一计算出X轴正反两个方向上的下一个面元的朝向和边界，直到进入步骤Sy1；

Sy1：设定该后视镜在Y轴方向上眼点、后视镜边框位置即镜面的起始位置和终止位置，每个X轴上的面元在Y轴正反两个方向上第一个面元的朝向，Y轴方向上每个面元对应于眼点中的可视范围角度，及在Y轴方向上两个面元交界处视野越变角的角度；

Sy2：根据Sy1分别计算出X轴上每个面元在Y轴正反两个方向上的第一个面元在Y轴方向上的宽度即第一个面元的边界点及相交于该边界点上的第二个面元的法线方向即第二个面元的朝向；

Sy3：判断新生的边界点的坐标是否超过了后视镜的边框位置，如果超过则进入步骤Sy4，如果没有超过则根据Sy1和Sy2分别计算出Y轴正反两个方向上的相交于第一面元边界点上的第二面元的宽度即该面元的边界点及相交于该边界点上的第三个面元的法线方向即第三个面元的朝向；并根据此新生成的边界点和面元朝向重复此步骤逐一计算出X轴上的下一个面元在Y轴正反两个方向上的朝向和边界，直到进入步骤Sy4；

Sy4：判断该X轴上的面元是否X轴正反两个方向上的最后一个面元，如果是，则结束，如果不是，则重复Sy1-Sy3计算出后视镜X轴上的所有面元在Y轴正反两个方向上的所有面元的朝向和边界点，直至结束。

作为一种实施方式，Sx1中设定的后视镜上每个面元在X轴方向上对应于眼点中的可视范围角度为1′-20′。

作为一种实施方式，Sy1中设定的后视镜上每个面元在Y轴方向上对应于眼点中的可视范围角度为1′-20′。

作为一种实施方式，Sx1中设定的后视镜在X轴方向上两个面元交界处视野越变角的角度为0′-1′。

作为一种实施方式，Sy1中设定的后视镜在Y轴方向上两个面元交界处视野越变角的角度为0′-1′。

作为一种实施方式，Sx1中设定的后视镜上每个面元在X轴方向上对应于眼点中的可视范围角度与Sy1中设定的后视镜上每个面元在Y轴方向上对应于眼点中的可视范围角度相同。

作为一种实施方式，X轴正反两个方向上第一个面元为一个点即原点或一个四边与所述后视镜基板平行的正方形。

相较于现有技术，本发明的有益技术效果在于：

(1)可以精确控制反光镜的视野范围和视场分布；

(2)可以控制反光镜的厚度；

(3)应变能力强，可以随着具体要求改变曲面结构；

(4)反光镜的行程可实现左右对称以及上下对称。

附图说明

图1为本发明提供的一种多曲面后视镜的设计方法的原理图；

图2为本发明提供的一种多曲面后视镜的设计方法的流程图；

图中标号示意如下：1-眼点区域；2-后视镜基板；3-视网膜成像区域；4-视野区域。

具体实施方式

以下结合本发明的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。

如图1所示，1为眼点区域，E是眼点，2为后视镜基板，该基板与XOY平面平行，3为视网膜成像区域，4为视野区域。图中的S1、S2、S3三条线分别是后视镜中心位置开始往X轴负方向上的第一个面元、第二个面元、第三个面元在面XOZ上的截线段。S1可以为一条线段，也可以是一个点。即第一面元可以是一个点(后视镜中心位置O)，也可以是一个与后视镜基板2平行的正方形(忽略由于视野距离产生的微小变化)O1、O2、O3分别是S1与S2、S2与S3、S3与S4的交点，N1,N2,N3分别是S1、S2、S3所在面元的法线方向，N1较佳的方向为与后视镜基板垂直即跟Z轴平行，这样生成的镜面左右上下为对称的。Φx为后视镜上每个面元在X轴方向上对应于眼点E中的可视范围角度，θx为在X轴方向上两个面元交界处视野越变角的角度。I1、I2、I3、I2’、I3’都在视野区域4的一个面上。

根据不同的车型，可以确定N1，O，E在坐标系中的坐标，即其是已知的，每个面元在眼点E中对应的较佳可视范围夹角是1′-20′。再大的话后视镜增加的可视范围就偏小，与一般的单曲面后视镜区别不大。由于人眼的最小分辨率为1′，所以要使镜面中图像在人眼中是平滑变化的，视野跃变角的范围可以是0′-1′。为了使图像是平滑的，在后视镜的同一个方向上每个面元在眼点E中对应的可视范围角度与视野越变角的比例最好是固定的。

如图2所示，以后视镜中心位置为原点建立坐标系，设定后视镜在X轴的初始条件，逐一计算出X轴正反两个方向上每个面元的朝向及边界点，直至计算至X轴正反两个方向上的最后一个面元，然后从原点起逐一分别设定X轴正反两个方向上每个面元在Y轴正反两个方向上的初始条件，逐一计算出X轴正反两个方向上每个面元在Y轴正反两个方向上每个面元的朝向及边界点，直至计算至Y轴正反两个方向上的最后一个面元。

利用本发明设计出的后视镜是以后视镜的中轴线为对称轴的对称形状，因此，当设计到X轴或Y轴最后一个面元时，后视镜的左右或上下形状相同，不会出现后视镜左右不对称且显示效果不达标的情况。

实施例一

首先运用数学软件，如Matlab，建立坐标系。然后根据不同车型的后视镜，设定眼点E、后视镜边框位置即镜面的起始位置和终止位置的坐标、及镜面中心位置O和该位置面元的法线方向N1即该第一个面元的朝向，本实施例N1与后视镜基板垂直即跟Z轴平行。本实施例中第一面元为一个点即镜面中心O，此时O与O1位置重合。

取后视镜上每个面元在X轴正反两个方向上对应于眼点中的可视范围角度Φx为5′，及在X轴方向上两个面元交界处视野越变角的角度θx为1′。计算负方向上的面元朝向及边界点：根据已知的N1，O1，E及反射定律可以计算出O1位置反射进入眼点的入射光线I1，并以该入射光线为一条边在ZOX面内朝第二个面元方向做1′的视野越变角，则该角的另一条边为第二个面元上O1点反射进入眼点的入射光线I1’。据第O1点和O1点反射进入眼点的入射光线I1’和眼点E可以得出第二个面元的法线方向N2。根据O1，E，N2及Φx为5′可以计算出第二个面元在X轴方向上的宽度即第二个面元另一个边界点O2。此时，判断该边界点O2的坐标是否超过了镜面的终止位置，如果超过则进入Y轴正反两个方向上曲面的计算，如果没有超过则可以根据O2，E，N1及反射定律可以计算出在第二个面元的边界点O2位置反射进入眼点的入射光线I2，并以该入射光线为一条边在ZOX面内朝第三个面元方向做1′的视野越变角，则该角的另一条边为第三个面元上O2点反射进入眼点的入射光线I2’。此时，根据第三个面元上O2点和第三个面元上O2点反射进入眼点的入射光线I2’和眼点E可以为得出第三个面元的法线方向N3，接着，再逐一得出O3，I3，I3’，以此类推，直到镜面的终止位置。计算正方向上的面元朝向及边界点与上述计算负方向上的面元朝向及边界点的原理相同，根据对称原理，正方向上的面元朝向及边界点可同时得到，本发明再此不做赘述。

然后进行X轴正方向的计算，与负方向上类似，设定初始条件后逐一计算出每个面元的朝向和边界。X轴正反方向结束后进行Y轴方向的计算，该计算与X轴正反两方向上的计算类似。以O1、O2、O3等X轴上得到的点为其在Y轴方向上的起始点，逐一计算出该面元在Y轴方向上每个面元的朝向及边界点。本实施例中，取后视镜曲面上每个面元在X轴方向上对应于眼点中的可视范围角度Φy(图中未示出)为5′，及在X轴方向上两个面元交界处视野越变角的角度θy(图中未示出)为0。由于1′的视野越变角人眼是察觉不出的，则最后在X轴方向上视野范围相当于同样宽度的平面后视镜的6/5倍。在Y轴方向上越变角为0，视野范围不变。

实施例二

首先运用数学软件，如Matlab，建立坐标系。然后根据不同车型的后视镜，设定眼点E、后视镜边框位置即镜面的起始位置和终止位置的坐标、及镜面中心位置O和该位置面元的法线方向N1即该第一个面元的朝向，本实施例N1与后视镜基板垂直即跟Z轴平行。本实施例中第一面元为一个点即镜面中心O，此时O与O1位置重合。

取后视镜上每个面元在X轴正反两个方向上对应于眼点中的可视范围角度Φx为5′，及在X轴方向上两个面元交界处视野越变角的角度θx为1′。首先计算负方向上的面元朝向及边界点。根据已知的N1，O1，E及反射定律可以计算出O1位置反射进入眼点的入射光线I1，并以该入射光线为一条边在ZOX面内朝第二个面元方向做1′的视野越变角，则该角的另一条边为第二个面元上O1点反射进入眼点的入射光线I1’。据第O1点和O1点反射进入眼点的入射光线I1’和眼点E可以得出第二个面元的法线方向N2。根据O1，E，N2及Φx为5′可以计算出第二个面元在X轴方向上的宽度即第二个面元另一个边界点O2。此时，判断该边界点O2的坐标是否超过了镜面的终止位置，如果超过则进入Y轴正反两个方向上曲面的计算，如果没有超过则可以根据O2，E，N1及反射定律可以计算出在第二个面元的边界点O2位置反射进入眼点的入射光线I2，并以该入射光线为一条边在ZOX面内朝第三个面元方向做1′的视野越变角，则该角的另一条边为第三个面元上O2点反射进入眼点的入射光线I2’。此时，根据第三个面元上O2点和第三个面元上O2点反射进入眼点的入射光线I2’和眼点E可以为得出第三个面元的法线方向N3，接着，再逐一得出O3，I3，I3’，以此类推，直到镜面的终止位置。

然后进行X轴正方向的计算，与负方向上类似，设定初始条件后逐一计算出每个面元的朝向和边界，根据对称原理，负方向上的面元朝向及边界点可同时得到，本发明再此不做赘述。X轴正反方向结束后进行Y轴方向的计算，该计算与X轴正反两方向上的计算类似。以O1、O2、O3等X轴上得到的点为其在Y轴方向上的起始点，逐一计算出该面元在Y轴方向上每个面元的朝向及边界点。本实施例中，取后视镜上每个面元在X轴方向上对应于眼点中的可视范围角度Φy(图中未示出)为5′，及在X轴方向上两个面元交界处视野越变角的角度θy(图中未示出)为1′。由于1′的视野越变角人眼是察觉不出的，则最后在X轴方向和Y轴方向上视野范围都相当于同样宽度的平面后视镜的6/5倍。由于(6/5)×(6/5)＝1.44，整个平面镜的视野范围相当于同样大小的平面后视镜的1.44倍。

实施例三

首先运用数学软件，如Matlab，建立坐标系。然后根据不同车型的后视镜，设定眼点E、后视镜边框位置即镜面的起始位置和终止位置的坐标、及镜面中心位置O和该位置面元的法线方向N1即该第一个面元的朝向，本实施例N1与后视镜基板垂直即跟Z轴平行。本实施例中第一面元为一个与后视镜基板2平行的正方形，且其中心位置即是镜面中心位置O，此时O到O1的距离为该正方形边长的一半即对应的可视角范围也是一半。。

取后视镜上每个面元在X轴方向上对应于眼点中的可视范围角度Φx为1′，及在X轴方向上两个面元交界处视野越变角的角度θx为0.5′。计算负方向上的面元朝向及边界点：根据O，E，N1及Φx为1′(此时O到O1的距离所对应的可视角为0.5′)可以计算出第一个面元在X轴负方向上的宽度即第一个面元另一个边界点O1。根据已知的N1，O1，E及反射定律可以计算出O1位置反射进入眼点的入射光线I1，并以该入射光线为一条边在ZOX面内朝第二个面元方向做0.5′的视野越变角，则该角的另一条边为第二个面元上O1点反射进入眼点的入射光线I1’。据第O1点和O1点反射进入眼点的入射光线I1’和眼点E可以得出第二个面元的法线方向N2。根据O1，E，N2及Φx为1′可以计算出第二个面元在X轴方向上的宽度即第二个面元另一个边界点O2。此时，判断该边界的点的坐标是否超过了镜面的终止位置，如果超过则进入Y轴方向上曲面的计算，如果没有超过则可以根据O2，E，N2及反射定律可以计算出在第二个面元S2另一个边界点O2位置反射进入眼点的入射光线I2，并以该入射光线为一条边在ZOX面内朝第三个面元方向做0.5′的视野越变角，则该角的另一条边为第三个面元上O2点反射进入眼点的入射光线I2’。此时，根据第三个面元上O2点和第三个面元上O2点反射进入眼点的入射光线I2和眼点E可以为得出第三个面元的法线方向N3，接着，再逐一得出O3，I3，I3’，以此类推，直到后视镜镜面的终止位置。

计算正方向上的面元朝向及边界点与上述计算负方向上的面元朝向及边界点的原理相同，根据对称原理，正方向上的面元朝向及边界点可同时得到，本发明再此不做赘述。

X轴正反方向结束后进行Y轴方向曲面的计算，该计算与X轴正反两方向上的计算类似。以O1、O2、O3等X轴上得到的点为其在Y轴方向上的起始点，逐一计算出该面元在Y轴方向上每个面元的朝向及边界点。本实施例中，取后视镜曲面上每个面元在X轴方向上对应于眼点中的可视范围角度Φy为1′，及在X轴方向上两个面元交界处视野越变角的角度θy为0.5′。由于小于等于1′的视野越变角人眼是察觉不出的，则最后在X轴方向和Y轴方向上视野范围都相当于同样宽度的平面后视镜的1.5倍。由于1.5×1.5＝2.25，整个平面镜的视野范围相当于同样大小的平面后视镜的2.25倍。

实施例四

首先运用数学软件，如Matlab，建立坐标系。然后根据不同车型的后视镜，设定眼点E、后视镜边框位置即镜面的起始位置O1和终止位置的坐标、及镜面中心位置O和该位置面元的法线方向N1即该第一个面元的朝向，本实施例N1与后视镜基板垂直即跟Z轴平行。本实施例中第一面元为一个与后视镜基板2平行的正方形，且其中心位置即是镜面中心位置O，此时O到O1的距离为该正方形边长的一半即对应的可视角范围也是一半。

取后视镜上每个面元在X轴方向上对应于眼点中的可视范围角度Φx为20′，及在X轴方向上两个面元交界处视野越变角的角度θx为1′。计算X轴负方向上的面元朝向及边界点：根据O，E，N1及Φx为20′(X轴负方向所对应的可视角为10′)可以计算出第一个面元在X轴负方向上的宽度即第一个面元另一个边界点O1。根据已知的N1，O1，E及反射定律可以计算出O1位置反射进入眼点的入射光线I1，并以该入射光线为一条边在ZOX面内朝第二个面元方向做1′的视野越变角，则该角的另一条边为第二个面元上O1点反射进入眼点的入射光线I1’。据第O1点和O1点反射进入眼点的入射光线I1’和眼点E可以得出第二个面元的法线方向N2。根据O1，E，N2及Φx为1′可以计算出第二个面元在X轴方向上的宽度即第二个面元另一个边界点O2。此时，判断该边界的点的坐标是否超过了镜面的终止位置，如果超过则进入Y轴方向上曲面的计算，如果没有超过则可以根据O2，E，N2及反射定律可以计算出在第二个面元S2另一个边界点O2位置反射进入眼点的入射光线I2，并以该入射光线为一条边在ZOX面内朝第三个面元方向做1′的视野越变角，则该角的另一条边为第三个面元上O2点反射进入眼点的入射光线I2’。此时，根据第三个面元上O2点和第三个面元上O2点反射进入眼点的入射光线I2和眼点E可以为得出第三个面元的法线方向N3，接着，再逐一得出O3，I3，I3’，以此类推，直到后视镜镜面的终止位置。

计算正方向上的面元朝向及边界点与上述计算负方向上的面元朝向及边界点的原理相同，根据对称原理，正方向上的面元朝向及边界点可同时得到，本发明再此不做赘述。

X轴正反方向结束后进行Y轴方向曲面的计算，该计算与X轴正反两方向上的计算类似。以O1、O2、O3等X轴上得到的点为其在Y轴方向上的起始点，逐一计算出该面元在Y轴方向上每个面元的朝向及边界点。本实施例中，取后视镜曲面上每个面元在X轴方向上对应于眼点中的可视范围角度Φy为20′，及在X轴方向上两个面元交界处视野越变角的角度θy为1′。由于1′的视野越变角人眼是察觉不出的，则最后在X轴方向和Y轴方向上视野范围都相当于同样宽度的平面后视镜的21/20倍。由于(21/20)×(21/20)＝1.1025，整个平面镜的视野范围相当于同样大小的平面后视镜的1.1025倍。

最后有必要在此指出的是：以上所述仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种多曲面后视镜的设计方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

S0、建立坐标系XYZO；

Sx1：设定该后视镜在X轴方向上眼点、后视镜边框位置，X轴正反两个方向上第一个面元的朝向，X轴方向上每个面元对应于眼点中的可视范围角度，及在X轴方向上两个面元交界处视野越变角的角度；

Sx2：根据Sx1分别计算出在X轴正反两个方向上的第一个面元在X轴方向上的宽度即第一个面元的边界点及相交于该边界点上的第二个面元的法线方向即第二个面元的朝向；

Sx3：判断新生的边界点的坐标是否超过了后视镜边框位置，如果超过则进入步骤Sy1，如果没有超过则根据Sx1和Sx2，分别计算出X轴正反两个方向上的相交于第一个面元边界点上的第二个面元的宽度即第二个面元的边界点及相交于该边界点上的第三个面元的法线方向即第三个面元的朝向；并根据此新生成的边界点和面元朝向重复此步骤逐一计算出X轴正反两个方向上的下一个面元的朝向和边界，直到进入步骤Sy1；

Sy1：设定该后视镜在Y轴方向上眼点、后视镜边框位置即镜面的起始位置和终止位置，每个X轴上的面元在Y轴正反两个方向上第一个面元的朝向，Y轴方向上每个面元对应于眼点中的可视范围角度，及在Y轴方向上两个面元交界处视野越变角的角度；

Sy2：根据Sy1分别计算出X轴上每个面元在Y轴正反两个方向上的第一个面元在Y轴方向上的宽度即第一个面元的边界点及相交于该边界点上的第二个面元的法线方向即第二个面元的朝向；

Sy3：判断新生的边界点的坐标是否超过了后视镜的边框位置，如果超过则进入步骤Sy4，如果没有超过则根据Sy1和Sy2分别计算出Y轴正反两个方向上的相交于第一个面元边界点上的第二个面元的宽度即第二个面元的边界点及相交于该边界点上的第三个面元的法线方向即第三个面元的朝向；并根据此新生成的边界点和面元朝向重复此步骤逐一计算出X轴上的下一个面元在Y轴正反两个方向上的朝向和边界，直到进入步骤Sy4；

Sy4：判断该X轴上的面元是否为X轴正反两个方向上的最后一个面元，如果是，则结束，如果不是，则重复Sy1-Sy3计算出后视镜X轴上的所有面元在Y轴正反两个方向上的所有面元的朝向和边界点，直至结束。

2.根据权利要求1所述的多曲面后视镜的设计方法，其特征在于，Sx1中设定的后视镜上每个面元在X轴方向上对应于眼点中的可视范围角度为1′-20′。

3.根据权利要求1所述的多曲面后视镜的设计方法，其特征在于，Sy1中设定的后视镜上每个面元在Y轴方向上对应于眼点中的可视范围角度为1′-20′。

4.根据权利要求1所述的多曲面后视镜的设计方法，其特征在于，Sx1中设定的后视镜在X轴方向上两个面元交界处视野越变角的角度为0′-1′。

5.根据权利要求1所述的多曲面后视镜的设计方法，其特征在于，Sy1中设定的后视镜在Y轴方向上两个面元交界处视野越变角的角度为0′-1′。

6.根据权利要求1所述的多曲面后视镜的设计方法，其特征在于，Sx1中设定的后视镜上每个面元在X轴方向上对应于眼点中的可视范围角度与Sy1中设定的后视镜上每个面元在Y轴方向上对应于眼点中的可视范围角度相同。

7.根据权利要求1所述的多曲面后视镜的设计方法，其特征在于，X轴正反两个方向上第一个面元为一个点即原点或一个四边与所述后视镜的基板平行的正方形。