ES2313448T3 - Sistema de vision indirecta que permite minimizar los angulos muertos sin distorsion de la imagen formada. - Google Patents
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Abstract
Sistema de retrovisión para vehículos automóviles que permite restituir una imagen no deformada de un objeto, caracterizado porque comprende un conjunto catadióptrico de al menos un retrovisor exterior que incluye un espejo no plano y un dioptrio que forma parte de la ventanilla lateral del vehículo o está integrado en ésta, estando dicho espejo y dicho dioptrio configurados y dispuestos de tal manera que la imagen del objeto restituida por el conjunto espejo-dioptrio no esté, o prácticamente no esté, deformada y de tal manera que el ángulo muerto o la zona no cubierta por dicho sistema estén minimizados.
Description
Sistema de visión indirecta que permite
minimizar los ángulos muertos sin distorsión de la imagen
formada.
La presente invención se refiere al ámbito de
los sistemas de visión indirecta tal como la retrovisión. Por
oposición a la visión directa de los objetos por el ojo, el término
"visión indirecta" en el sentido de la presente invención
indica la visión de un objeto mediante un sistema auxiliar que
comprende por ejemplo un espejo, por medio del cual una imagen de
dicho objeto se restituye con o sin ampliación o deformaciones.
La presente invención se refiere más
particularmente a los retrovisores utilizados, por ejemplo, en
vehículos automóviles. El sistema de retrovisión de acuerdo con la
invención permite mejorar notablemente la seguridad en carretera.
Una tal mejora se obtiene reduciendo los ángulos muertos, es decir,
el dominio o campo de visión que queda inaccesible al conductor, en
particular cuando éste efectúa o se dispone a efectuar una maniobra
de adelantamiento. Además, la imagen formada en el retrovisor de
acuerdo con la invención no sufre, o prácticamente no sufre,
deformación o distorsión.
Una buena retrovisión exterior es un elemento
esencial de la seguridad en carretera. En la gran mayoría de los
automóviles actuales la retrovisión exterior se asegura por un
espejo plano situado en el exterior del vehículo. El principal
problema de ese sistema está ligado a la dimensión necesariamente
reducida del espejo y por consiguiente a la presencia de ángulos
muertos, es decir, zonas no accesibles a la visión del conductor.
La presencia de tales zonas obliga al conductor a aumentar los
controles en visión directa, en particular en las situaciones de
cambios de carril, adelantamientos, retenciones, etc.
En 2002 se estima que alrededor del 10% de los
accidentes eran debidos a errores de conducta originados por la
existencia y amplitud de los ángulos muertos durante tales
maniobras.
Con el fin de disminuir, incluso suprimir, los
ángulos muertos, se han propuesto varias soluciones. Un sistema de
retrovisión para vehículos que comprende las características del
preámbulo de la reivindicación 1 se conoce del documento DE 3 146
486 A1.
Según una primera solución, ilustrada por
ejemplo por la patente FR 2.794.700, una cámara permite la
transmisión de las informaciones sobre una pantalla en el interior
del vehículo. Sin embargo, esta solución no contempla bien las
distancias y sobre todo incluye elementos electrónicos susceptibles
de averiarse, lo que implica la inmovilización del vehículo durante
el tiempo de la reparación si no está previsto sistema auxiliar
alguno.
De acuerdo con una segunda solución, ya
utilizada en ciertos vehículos de alta gama, se han propuesto
retrovisores que presentan dos partes: una parte convencional plana
que se prolonga por una parte asférica. La parte asférica, la más
alejada del conductor, está constituida por un espejo asférico, es
decir, que no presenta un radio constante más que en un plano, de
tal manera que el campo de visión del conductor se amplíe
sensiblemente. Esta solución, si permite disminuir mucho el ángulo
muerto duplicando el ángulo de retrovisión, induce sin embargo
deformaciones ópticas y una disminución del tamaño de la imagen
restituida. Por ello, tal reducción y/o deformaciones aumentan
mucho la dificultad de percepción del tamaño, de la velocidad y de
la distancia de los vehículos que entran en el campo de dicha
retrovisión y necesitan por parte del conductor un tiempo de
adaptación que puede ser más o menos largo.
La presente invención se refiere a un sistema de
retrovisión que permite resolver eficazmente los problemas
generados por los dispositivos anteriores. En particular, el sistema
de acuerdo con la invención permite reducir mucho los ángulos
muertos restituyendo a la vez al conductor una imagen, por ejemplo
del vehículo que le adelanta, prácticamente exenta de deformación y
que tiene preferentemente un tamaño idéntico, ligeramente superior o
aproximándose muy sensiblemente a la que tendría dicho vehículo si
éste fuese observado por medio de un espejo plano convencional.
Así, según la invención el objeto puede ampliarse para una
visibilidad mejor. Un tal sistema permite de modo evidente una
mejora muy clara de la seguridad así como confort de conducción, en
particular en las situaciones tales como los cambios de carril, los
adelantamientos o incluso las retenciones.
La invención puede utilizarse en particular de
diferentes maneras y puede tener diferentes objetivos, por
ejemplo:
- -
- mejorar la retrovisión reduciendo los ángulos muertos sin reducir el tamaño del retrovisor exterior,
- -
- conservar una misma retrovisión, pero reducir el tamaño del retrovisor exterior de manera que mejore el aerodinamismo y reducir así de manera sensible el consumo de carburante del vehículo,
- -
- mejorar la retrovisión y reducir el tamaño del retrovisor.
De acuerdo con otro aspecto de la invención,
ésta se puede utilizar también para corregir las deformaciones de
la imagen restituida por un dioptrio constituido por una superficie
acristalada no plana, por ejemplo la luneta trasera del
vehículo.
Más concretamente, la invención se refiere a un
sistema de retrovisión para vehículos automóviles que comprende un
conjunto catadioptrio de al menos un retrovisor exterior o interior
que comprende un espejo no plano y al menos un dioptrio que forma
parte de una ventanilla lateral del vehículo o integrado en ésta,
estando dicho espejo y dicho dioptrio configurados y dispuestos de
tal manera que la imagen del objeto restituido por el conjunto
espejo-dioptrio no sea, o prácticamente no sea,
deformada y de tal manera que el ángulo muerto o la zona no
cubierta por dicho sistema sean minimizados. Por ángulo muerto
minimizado se entiende que en igualdad de superficies de los
espejos el campo de visión inaccesible al conductor es inferior al
obtenido gracias a un retrovisor constituido por un espejo
plano.
De acuerdo con un modo conveniente de la
invención, dicho espejo y dicho dioptrio también se configuran y
orientan de tal manera que la imagen restituida del objeto por el
conjunto espejo-dioptrio sea prácticamente idéntica
o ampliada con respecto a la obtenida por un espejo plano. Por
ejemplo, las dimensiones de la imagen restituida por el conjunto
espejo-dioptrio están comprendidas entre
aproximadamente 1 vez y aproximadamente 2 veces las obtenidas por
un espejo plano, preferentemente entre aproximadamente 1 vez y
aproximadamente 1,5 veces las obtenidas por un espejo plano.
Convenientemente, el sistema de retrovisión para
vehículos automóviles tal como el descrito anteriormente comprende
un retrovisor que incluye un espejo no plano y un dioptrio que forma
parte de la ventanilla del vehículo o integrado en ésta. Por
integrado se entiende que dicho dioptrio puede por ejemplo estar
pegado a una ventanilla lateral delantera del vehículo o formar al
menos una parte de ésta. Por "pegado" se entiende una pegadura
óptica, es decir, que la pegadura se realiza de acuerdo con
cualquier técnica que permite no modificar las características
ópticas del conjunto dioptrio-vidrio.
El espejo no plano de acuerdo con la invención
es en general de tipo esférico convexo, pero se puede utilizar
cualquier otro espejo no plano, por ejemplo un espejo de tipo
cóncavo, tórico, et.
El dioptrio de acuerdo con la invención presenta
al menos una cara de tipo esférico cóncavo o convexo, tórico.
Convenientemente se puede elegir un dioptrio de
tipo lente delgada o de tipo lente de Fresnel. Sin salir del marco
de la invención, dicha lente es convergente o divergente y
preferentemente convergente.
De acuerdo con un modo de realización posible,
el dioptrio se fabrica de vidrio o preferentemente de un material
plástico duro tal como poli(carbonato).
De acuerdo con un modo de realización
particular, dicho dioptrio está constituido por una placa de vidrio
laminado que integra una lámina de material plástico tal como PVB
(poli(vinilbutiral)), de índice óptico variable.
Por ejemplo, el dioptrio puede constituir total
o parcialmente una parte fija delantera de una ventanilla delantera
lateral de un vehículo automóvil.
La invención se refiere también a una ventanilla
lateral delantera para vehículos automóviles que comprende o
incorpora un dioptrio tal como el descrito anteriormente, así como a
vehículos automóviles que integran un tal dioptrio o sistema de
retrovisión descrito anteriormente.
La invención se comprenderá mejor con la
siguiente lectura de dos ejemplos de realización de la invención,
ilustrados respectivamente por las figuras 1 a 6 adjuntas.
Se proporcionan esos ejemplos como puramente
ilustrativos, y no deben considerarse bajo ninguno de los aspectos
descritos como limitadores del alcance de la presente invención.
La figura 1 ilustra un primer modo de
realización de un sistema de retrovisión de acuerdo con la invención
que incluye un dioptrio incorporado a la ventanilla lateral
delantera de un vehículo automóvil asociado a un retrovisor
dispuesto en el exterior del habitáculo.
La figura 2 ilustra un segundo modo de
realización de un sistema de retrovisión de acuerdo con la invención
que incluye un dioptrio incorporado a la ventanilla lateral
delantera de un vehículo automóvil asociado a un retrovisor
dispuesto en el interior del habitáculo.
La figura 3 es una representación esquemática de
la señal óptica constituida por el eje visual del conductor.
La figura 4 muestra la imagen final obtenida de
la mira para la simulación de un retrovisor asférico de acuerdo con
la técnica anterior.
La figura 5 esquematiza la imagen obtenida por
el espejo convexo antes de la corrección.
La figura 6 ilustra la imagen de la mira
percibida por el conductor después de la corrección por el dioptrio
insertado sobre la ventanilla delantera del vehículo.
En la figura 1 se representan, vistas desde
arriba, las diferentes ventanillas que equipan un vehículo
automóvil, a saber, el parabrisas 1, las ventanillas laterales
delantera derecha 2 e izquierda 2' y las ventanillas traseras
laterales 3. Las ventanillas laterales 2 comprenden una parte
deslizante 4 de vidrio y una parte fija o fija delantera 5 de la
que al menos una parte 9 es de poli(carbonato). El retrovisor
que comprende un espejo esférico convexo 6 de acuerdo con la
invención está configurado, posicionado y ajustado de tal manera que
el conjunto de los rayos luminosos procedentes de las diferentes
direcciones comprendidas entre los dos extremos representados por
los trazos discontinuos 7 y 8 puede reflejarse por dicho espejo 6
hacia la parte de poli(carbonato) 9 de la parte fija
delantera 5. Tal como se describirá después de la descripción, la
parte de poli(carbonato) 9 juega convenientemente el papel
de un dioptrio. La imagen de un vehículo transmitida por el espejo
convexo 6 cuyas dimensiones son reducidas y presenta deformaciones
ópticas, se corrige por el dioptrio 9. Este, de acuerdo con la
invención, se configura de tal manera que se restituya una imagen
normal a los ojos 10 del conductor. Por el término "normal" se
entiende que dicha imagen deformada y reducida se restablece y se
envía en una escala del vehículo prácticamente idéntica a la que
tendría el conductor utilizando únicamente un espejo plano clásico.
Por imagen normal se puede entender también, de acuerdo con la
invención, una imagen prácticamente sin deformación en el sentido
de la norma europea 2003/97/CE.
De acuerdo con la invención, las dimensiones del
espejo 6 y del dioptrio 9 se adaptan por construcción de tal manera
que pueda realizarse la corrección cualquiera que sea el punto de
visión del conductor, en particular en función de su posición de
conducción, de su tamaño y su morfología, por ejemplo en el sentido
de la norma europea 2003/97/CE. En el plano de proyección de la
figura 1, el conjunto de las posiciones posibles se esquematiza por
ejemplo por el rectángulo 11. También se pueden prever de acuerdo
con la invención medios de ajuste del retrovisor directamente
accesibles al conductor.
La figura 2 ilustra otro modo de realización
posible de la invención análogo al anterior, pero en el que el
retrovisor se dispone esta vez en el interior del habitáculo del
vehículo. En esta figura se ha conservado una misma numeración para
indicar elementos idénticos o que aseguran la misma función que en
el modo precedente. Según este modo, los rayos luminosos atraviesan
el dioptrio de poli(carbonato) 9 presente sobre la parte fija
delantera 5 que tiene una doble función de desviación hacia el
espejo interior convexo 6 de dichos rayos y de corrección "de
antemano" de las deformaciones y reducciones inducidas por el
espejo convexo. Como en el modo anterior, el conductor percibirá
una imagen normal, en el sentido definido anteriormente.
Se dan los ejemplos de realización de la
invención que siguen, no limitantes, con el fin de ilustrar algunos
modos posibles de realización del presente sistema de retrovisión.
En esos dos ejemplos se considera una situación corriente de
adelantamiento por otro vehículo. Se ha elegido modelar por ejemplo
la imagen de un vehículo situado a 10 metros detrás de la parte
superior de un retrovisor externo que comprende un espejo convexo de
radio 0,450 m.
Ejemplo
1
En este primer ejemplo se ha buscado calcular,
en el caso del ejemplo de realización de la invención ilustrada por
la figura 1, las características ópticas mínimas de los diferentes
elementos que constituyen el sistema de retrovisión descrito.
De acuerdo con los principios muy conocidos de
la óptica geométrica, si A es el objeto (el vehículo), A' la imagen
del objeto por el espejo esférico convexo 6, S el borde del espejo 6
y C el centro de la esfera en la que se ha recortado el espejo,
situándose los cuatro puntos prácticamente sobre el eje óptico, la
reducción inducida por el espejo convexo se da por la relación
\gamma = A'/A
=
CA'/CA
con:
\frac{1}{CA} +
\frac{1}{CA'} =
\frac{2}{CS}
Si se desprecian las imprecisiones debidas al
hecho de que los rayos no son todos perfectamente paralelos al eje
óptico, la imagen deformada del vehículo se forma, por tanto, detrás
del espejo a una distancia CA'= 0,230 m.
El objeto se reduce en 97,7% por el espejo
convexo.
Se ha calculado después, a partir de esta imagen
deformada y reducida, el radio de curvatura mínimo que debería
adoptar un dioptrio de acuerdo con la invención, considerando en un
segundo tiempo la señal óptica constituida por el eje visual 12 del
conductor (figura 3).
En el caso del Mégane II® comercializado por la
sociedad Renault, el retrovisor se sitúa a 0,253 m de la ventanilla
lateral, es decir, del dioptrio.
En la señal óptica constituida por el eje visual
del conductor se puede determinar entonces la distancia OA' entre
el centro del dioptrio O, que se elige ser una lente delgada, y la
imagen A' del vehículo generada por el espejo convexo:
OA' = OC + CA'
= 0,253 + 0,230 = 0,483
m.
De acuerdo con la invención, se investiga al
final una imagen real y no distorsionada del vehículo en la señal
óptica del eje visual del conductor. Convenientemente se puede
utilizar una lente convergente, dispuesta de tal manera que la
imagen corregida A'' de A' se forma entre el centro O de la lente y
el punto focal objeto F de la lente (figura 3).
Se ve sobre la construcción de la figura 3 que
en ese caso es posible obtener una ampliación de la imagen A'. La
elección de una lente convergente para la que el foco imagen objeto
F es superior o igual a 0,483 m permite obtener convenientemente
una imagen final A'' cuyo tamaño se aproxima al obtenido en el caso
clásico de la utilización de un espejo plano.
Por razones de estética y de aerodinamismo del
coche se puede elegir que la cara exterior del dioptrio sea plana.
En ese caso, por aplicación de la relación:
\frac{-1}{F} =
(n - 1)\left(\frac{1}{R1} -
\frac{1}{R2}\right)
con n como índice del
dioptrio,
- -
- n el índice del dioptrio (n=1,585 para poli(carbonato),
- -
- R1 es el radio de la cara exterior del dioptrio (lado retrovisor). Si la cara es plana, R1 = \infty,
- -
- R2 es el radio de la cara interior del dioptrio (lado habitáculo),
se calcula que el radio de curvatura mínimo R2
del dioptrio sobre su cara interior debe ser superior a 0,284
m.
Se demuestra así que la presente invención puede
utilizarse sin dificultad o necesidad de modificación de la
posición del o de los retrovisores que existen sobre los vehículos
actuales.
Ejemplo
2
En este ejemplo se ha buscado modelar, para
condiciones similares a las del ejemplo anterior, la imagen obtenida
por un conductor cuyo vehículo está equipado de un sistema de
retrovisión tal como se ha descrito anteriormente en relación con
la figura 1. El sistema óptico que forma el retrovisor y siendo
catadióptrico el dioptrio (la parte fija anterior) y siendo el eje
óptico del conductor diferente al del dioptrio, la optimización de
las características ópticas del sistema de retrovisión de acuerdo
con la invención, en particular del radio de curvatura del
dioptrio, se ha realizado sobre una estación Silicon Graphics con
ayuda del programa informático Studio© comercializado por la
sociedad Alias Wavefront.
Los cálculos del programa informático han
permitido refinar el tamaño y la potencia óptica de dicho dióptrio
de tal manera que la imagen restituida al conductor no sea, o sea
poco, distorsionada y tenga un tamaño prácticamente idéntico
incluso ampliado respecto a la imagen obtenida por un espejo
plano.
En particular, gracias al programa informático
Studio© se ha refinado por dicotomía el radio de la lente
correspondiente a una prestación óptima de la imagen y susceptible
de convenir cualquiera que sea el punto de visión del conductor, en
función de su posición de conducción, de su tamaño y de su
morfología, por ejemplo en el sentido de la norma europea
2003/97/CE. Para este ejemplo se ha utilizado un retrovisor que
comprende un espejo convexo de radio 0,450 m y dos veces más pequeño
que los retrovisores de la técnica anterior. Como se puede ver por
comparación de las figuras 4 y 5, el retrovisor de acuerdo con la
invención tiene una superficie dos veces más pequeña que la del
retrovisor asférico de acuerdo con la técnica anterior.
Si la cara exterior del dioptrio es plana
(R1=\infty), se obtiene, tras refinamiento del programa
informático, un valor óptimo del radio de curvatura interior del
dioptrio R2= 0,425 m.
En esas condiciones la imagen del vehículo
observada por el conductor se amplía en un factor \gamma = 2,96
con respecto a la imagen formada por el espejo esférico convexo
6.
A partir del programa informático Studio© se han
simulado también las imágenes del objeto que percibe el
conductor.
Más concretamente, la figura 4 muestra la imagen
final obtenida de la mira para la simulación de un retrovisor
asférico de acuerdo con la técnica anterior, la figura 5 la imagen
obtenida por el espejo convexo antes de la corrección, y la figura
6 la imagen de la mira percibida por el conductor tras corrección
por el dioptrio insertado sobre la ventanilla delantera del
vehículo.
La comparación de las figuras 4, 5 y 6 muestra
que el sistema de retrovisión de acuerdo con la invención permite
obtener a la vez una imagen no deformada y de tamaño comparable a la
obtenida por un espejo plano, utilizando un retrovisor de tamaño
dos veces inferior y minimizando los ángulos muertos.
Por supuesto la invención no está limitada a los
modos de realización descritos. En particular, es posible sin salir
del marco de la invención utilizar un material que no sea
poli(carbonato), por ejemplo vidrio o un dioptrio plano que
presenta un índice variable, constituido por ejemplo por una placa
de vidrio laminado que integra una lámina de naturaleza plástica
tal como PVB (poli(vinilbutiral)) de índice óptico variable.
De acuerdo con otro modo posible, se puede utilizar también como
dioptrio una lente de Fresnel adaptada en consecuencia.
Además, por razones de simplicidad, los ejemplos
1 y 2 se han calculado para un sistema óptico simple en el que el
dioptrio corrector está dispuesto idealmente según el eje óptico
constituido por los ojos del conductor y el retrovisor (ver figura
3). Cuando dicho dioptrio está dispuesto sobre la ventanilla lateral
de un vehículo su posición difiere en general sensiblemente de ese
caso ideal, y el radio de curvatura del dioptrio podrá en
particular adaptarse y ajustarse a cada situación, en particular en
función de las posiciones respectivas del retrovisor, del ojo del
conductor y de la ventanilla lateral, según técnicas y cálculos
utilizados frecuentemente en el ámbito de la óptica. En particular,
se puede considerar de acuerdo con la invención un radio de
curvatura no constante del dioptrio utilizado para resolver ese
problema.
También, el dioptrio se puede colocar sobre una
cualquiera de las ventanillas del vehículo (ventanilla lateral
derecha como se ha descrito, ventanilla lateral izquierda, luneta
trasera, etc., estando el retrovisor asociado evidentemente
dispuesto en consecuencia, en el interior o en el exterior del
vehículo.
Claims (14)
1. Sistema de retrovisión para vehículos
automóviles que permite restituir una imagen no deformada de un
objeto, caracterizado porque comprende un conjunto
catadióptrico de al menos un retrovisor exterior que incluye un
espejo no plano y un dioptrio que forma parte de la ventanilla
lateral del vehículo o está integrado en ésta, estando dicho espejo
y dicho dioptrio configurados y dispuestos de tal manera que la
imagen del objeto restituida por el conjunto
espejo-dioptrio no esté, o prácticamente no esté,
deformada y de tal manera que el ángulo muerto o la zona no
cubierta por dicho sistema estén minimizados.
2. Sistema de acuerdo con la reivindicación 1,
en el que dicho espejo y dicho dioptrio están también configurados
y dispuestos de tal manera que la imagen restituida del objeto por
el conjunto espejo-dioptrio sea prácticamente
idéntica o ampliada con respecto a la obtenida por un espejo
plano.
3. Sistema de acuerdo con la reivindicación 1,
en el que las dimensiones de la imagen restituida por el conjunto
espejo-dioptrio están comprendidas entre 1 vez y 2
veces las obtenidas por un espejo plano, preferentemente entre 1 y
1,5 veces las obtenidas por un espejo plano.
4. Sistema de acuerdo con una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que el espejo no plano es del
tipo esférico convexo, del tipo esférico cóncavo, tórico.
5. Sistema de acuerdo con una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que el dioptrio presenta al
menos una cara del tipo esférico cóncavo o convexo, tórico.
6. Sistema de acuerdo con una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que dicho dioptrio es de tipo
lente delgada o de tipo lente de Fresnel.
7. Sistema de acuerdo con la reivindicación 6,
en el que el espejo no plano es de tipo esférico convexo y en el
que dicha lente es convergente.
8. Sistema de acuerdo con una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que el dioptrio presenta un
radio de curvatura no constante.
9. Sistema de acuerdo con una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 5, en el que dicho dioptrio es plano y
presenta un índice variable.
10. Sistema de acuerdo con una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que el dioptrio está fabricado
de vidrio o de un material plástico duro tal como
poli(carbonato).
11. Sistema de acuerdo con la reivindicación 10,
en el que dicho dioptrio está constituido por una placa de vidrio
laminado que integra una lámina de material plástico, tal como PVB
(poli(vinilbutiral)), de índice óptico variable.
12. Sistema de acuerdo con una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que el dioptrio constituye
total o parcialmente una parte fija delantera de una ventanilla
delantera lateral de un vehículo automóvil.
13. Vehículo automóvil que integra el sistema de
acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes.
14. Ventanilla lateral para vehículos
automóviles que comprende o incorpora un dioptrio de acuerdo con una
cualquiera de las reivindicaciones 5 a 12.
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