专利名称：汽车用全景后观察镜的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种交通车辆、坦克、装甲车，特别是汽车用的无源全光学系统组成的全景后观察装置。
国内外各类汽车，在驾驶室上侧或窗外均装有用作观察车后景像的凸面镜。然而，这种观察镜不能看到直接处于车子正后面的景物，给驾驶员在倒车时带来很大不便，甚至由于不能准确观察车后景像，致使倒车失误，造成重大伤亡，翻车等事故。
解决这个问题的途经较多，如可以在汽车上安装专用的工业电视，这办法可以得到很好的车后景像，但成本太高，还消耗车载能源。因此不易推广。另外，也可以用光纤传像系统，但要获得高质量的景像，成本同样高。
本实用新型的目的是要提供一种廉价的用于汽车上的无源全光学系统组成的全景后观察装置。它能将汽车正后面2.5×2.5平方米面积处的景物清晰地成像于驾驶室的仪表盘位置处160×80平方毫米的屏上，可供驾驶员准确控制倒车及其他必要的后景观察。
本实用新型的目的是这样实现的用无源全光学的传像系统即廉价的透镜及反射镜组成宽视野，大像面望远装置，以实现车后景物的观察。具体的技术方案叙述如下1、设计要点及指标
A、视野Fv汽车用后观察镜的目的是解决驾驶员在驾驶室内不能直接观察到，或者通过安装在驾驶室外侧的后收景镜不能观察到的，直接处于后正面的景物。因而设计的后观察镜的观察范围(视野)一般应大于车子的宽度(2.5m)。因此，设计规定的视野Fv≥2.5×2.5m2B、景像小倍数M8在A项所规定的视野范围内的景物，不论用何种方式传到驾驶室内形成的景像应有一定大小。太小了不便于观察使用，太大了又会占据太多驾驶室的有用空间。因此，最后景像的大小以50～100平方毫米为宜，取80平方毫米，则景像缩小倍数为M6＝0.08／2.5＝0.032C.景像亮度B8表征人眼感觉的亮度是眼睛接收的光通量的多少，即B＝πjα2e其中j表示景物上某点的发光强度，αe为该点对眼球所张的半孔径角。由于在传输过程中，光的吸收，光通量的损失，驾驶员在驾驶室通过仪器观察到车后景物的亮度B6，一般小于其直接所观察到的景物亮度BD，但希望不要太小，规定在10倍以内。即B6≥BD／10D、机械强度与稳定性由于该系统用于交通工具上，其机械强度与稳定可靠性必须在材料、加工方面加以考虑，以保证有较强的抗振能力与较长的使用寿命。
2、光学系统设计本实用新型采用无源全光学系统实现车后景物的观察。为适应各种不同长短车辆的要求，全系统由物镜透镜组，传输透镜组、观察透镜组三部分组成。三部分的设计分别叙述如下A、物镜透镜组物镜透镜组的作用是在保证大的光通量(亮度)前提下，将规定视野范围内的景物缩小。因此，物镜透镜组必须是一个大孔径短焦距透镜。根据市场上能提供的单个透镜，本实用新型选择四个孔径为100平方毫米而焦距不同的透镜，组合成一焦距为f0＝3.9cm的组合透镜(即收景镜)。所以，如果景物距收景镜距离为a0＝2m，按成像公式1／a0＋1／b0＝1／f0此时，一次像成在透镜后面b0＝3.98cm处，而缩小倍数为m0＝0.02。这样，在收景镜前(即车后)2m处的2.5×2.5平方米的景物，在透景组后的3.98cm处形成5×5平方厘米的缩小景像，而视角处形成5×5平方厘米的缩小景像，而视角θ＝64°收景镜所形成的第一级缩小像，需要传输到距车后数米处的驾驶室，并放大到适于观察的大小。本来收景镜后所形成的一般缩小像就可直接接到传输透镜组的物平面上，由传输透镜组完成图像的输送及放大作用。但是，为了使物镜的设计具有较大的灵活性，在收景镜与传输透镜组之间，作为物镜透镜组的一部分，加入一匹配透镜。根据光学计算，在这样一个组合系统中，当收景镜与匹配镜之间的距离l0改变时，可保持在匹配镜后的某一固定像面上的像，始终清晰。当然，此时物镜透镜组总的放大倍数m与像面上所得的最大视野Fvmax将随l0而改变，其关系如
图1所示，数学表达式如下m=〔(la-f1b1b1-f1)-f0〕(b1-f1)f0·f1]]>Fvmax＝10／m这样，当然要改变视野范围而改变l0时，不会影响物镜透镜组与后面传输透镜组的光学匹配关系。
B、传输透镜组物镜透镜组所形成的缩小景像，需要传输到距物镜透镜组(车后)后面几米处的驾驶室，并放大到适宜于观察的大小。为此设计了具有单元性质的“放大接力”透镜，每个“放大接力”透镜，将物镜透镜组形成的缩小景像往前传输一固定距离，同时使图像获得一固定的放大。附图4为这样的一段“放大接力”透镜。这样对于不同型号的车辆，在设计时可按车子的总长及最后所需图像的放大倍数，或者选择“放大接力”透镜的焦距f，或者这种透镜的个数进行适当的配合，使得即使整个系统的总长度不同了，但物镜透镜组及后面的观察透镜组的设计不必改变，而使整个系统达到相同的性能。
c、观察透镜组传输透镜组所形成的像，需要适当的光学系统配合，以适应驾驶员的观察。观察透镜组的设计基本上类似于冉姆逊(Ramsden)目镜，但冉姆逊目镜形成的像面仅几毫米，观察者只能紧贴透镜观察。这对驾驶员来说是不适宜的。本实用新型设计的系统是由两个透镜及一反射镜组成，其作用是将传输系统形成的实像成在观察透镜组的第一透镜L4的焦距内，由L4最后放大到约为80×80平方毫米的虚像。而该虚像又设计得使之位于最后观察镜L5的焦平面上。这样由虚像上每一点发射出的成像束，将由L5平行射出。这就便于驾驶员在不同的视距内均能清楚看到车后的景像。为了便于驾驶员的观察，在L4及L5间装一反射镜，以满足驾驶员的视角需要。
本实用新型的具体结构由以下实施例及其附图2、3、4、5、给出。
图2是根据本实用新型设计的一套适合于中型客车，大型面包车及解放牌货车的后观察镜系统按比例缩小的整体结构示意图，其剖面图分为三部分在图3、图4、图5、中给出。图中标明了全部设计数据(单位为厘米)。透镜L0是由四个孔径为100mm而焦距不同的透镜组合而成的焦距为f＝3.9cm的组合透镜(或称收景镜)，它和匹配透镜L1组成物镜透镜组。L2、L3为传输透镜组，由两段“放大接力透镜”组成。L4、L5组成观察透镜组。全部透镜根据公式l＝a＋b
m＝b／a＝rb／ral／a＋l／b＝l／f来计算相应的物像距离l，物距a、像距b、缩小倍数m物高ra(物的端点到光轴的距离)，像高rb(像的端点到光轴的距离)和焦距f然后，按照设计数据装在内径为10cm的钢管P内。在装配时，为，了正确调焦，物镜透镜组与传输透镜组间的长度l1及传输透镜组与观察透镜组间的长度l2作成可调。整个系统作为一个整体装在车子底盘D下面并平行汽车主传动轴。观察透镜组在驾驶室处穿过底盘经反射镜M及透镜L5使平行成像束射向驾驶员，便于观察。R为汽车方向盘。
该实施例，完全满足前面所定指标视野F≥2.5×2.5m2缩倍数M6＝m0.m1.m2.m3.m4＝0.032景像亮度的计算设景物发光强度为j按光度学计算得到在整个系统终端即观察镜处的亮度为B8＝πj(m0.m1.m2.m3.m4.)2α2e＝1.02×10－3πjα2e其中le为终像对人眼所张孔径角为αe＝ (2mm)/(500mm) ＝0.04故B8＝1.64×10－8πj而在同一点直接观察时景物对眼睛所张半径角为
αe′＝ 2/5500 ＝3.6×10－4B0＝πjα2e′＝1.32×10－7故 B8≥B0／10
权利要求1.一种交通车辆、坦克、装甲车，特别是汽车用的无源全光学系统组成的全景后观察装置，该装置有透镜和反射镜，其特征在于由透镜和反射镜组成宽视野，大像面的望远系统，此系统包含有物镜透镜组，传输透镜组和观察透镜组三部分。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征是物镜透镜组由一个大孔径短焦距的组合透镜L0和一个匹配透镜L1组成。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征是传输透镜组由两个透镜L2、L3构成。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征是观察透镜组由两个透镜L4、L5及一个反射镜M组成。
5.根据权利要求1、4所述的装置，其特征是反射镜M在两透镜L4、L5之间，位于透镜L5的焦平面上。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征是物镜透镜组与传输透镜组间的长度l1及传输透镜组与观察透镜组的长度l2可调。
专利摘要本实用新型涉及一种交通车辆、坦克、装甲车，特别是汽车用的无源全光学系统组成的全景后观察装置。该装置采用无源全光学的传像系统，即透镜和反射镜组成宽视野，大像面的望远系统，充分利用汽车底盘下面与主传动轴平行的空间，将汽车正后面2.5×2.5平方米面积处的景物清晰地成像于驾驶室的仪表盘位置处160×80平方毫米的屏上，可供驾驶员准确控制倒车及其他必要的后景观察。
文档编号B60R1/08GK2043564SQ8920024
公开日1989年8月30日 申请日期1988年12月31日 优先权日1988年12月31日
发明者陈尔纲, 陈星原 申请人:云南大学