一种远近光切换的一体化自行车灯及其照明方法与流程

本发明涉及光学照明领域，具体的涉及在一种远近光切换的一体化自行车灯及其照明方法。

背景技术：

1、自行车前灯是夜间骑行安全的关键装备。现有自行车前灯的远近光实现方式主要分为以下几类。

2、第一类是单光源单透镜方案，通过调整光源位置或透镜角度来切换远近光，例如切换光源位置相对于透镜的距离，或者转动透镜，使光线穿过不同出射角的透镜。该方案结构简单，但远近光切换时光斑形态变化大，近光模式下远处照度不足，远光模式下近处均匀性差，难以同时满足近处路面均匀照明与远处路况识别的需求。

3、第二类是双光源双透镜方案，近光和远光各自使用一套独立的光源与透镜系统，即具有两个光源系统和两个透镜系统。该方案可分别优化远近光配光，但两套光学系统导致灯具体积大、成本高，且两套光轴的对准装配难度大，长期使用后易出现光轴偏移。

4、第三类是单透镜加机械挡板方案，通过电磁阀驱动挡板遮挡部分光线来形成近光截止线，挡板移开时形成远光。该方案在汽车大灯中应用广泛，但应用于自行车灯时存在明显缺陷：机械挡板及驱动机构增加了灯具体积和重量，电磁阀的机械运动存在磨损和失效风险，且切换时存在机械延迟和噪音，不符合自行车灯对轻量化、高可靠性和快速切换的要求。

5、此外，现有自行车灯普遍缺乏夜间轮廓警示和氛围照明功能。在夜间骑行场景中，自行车灯仅提供前方路面照明，而灯具本身不可见，导致侧面和后方的车辆、行人难以清晰识别自行车位置，存在安全隐患。部分高端自行车灯通过在灯具侧面额外设置led灯带实现警示功能，但需要额外的光源、电路和结构空间，增加了成本和复杂度，且灯带与主照明系统相互独立，无法利用主照明的光线实现一体化设计。

6、所以，亟需一种结构紧凑、无机械运动部件、远近光切换平滑且能兼具主照明和轮廓警示氛围功能的一体化自行车灯，以及相应的远近光切换照明方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种远近光一体自行车灯，为解决上述技术问题。

2、为解决上述技术问题，本技术提供一种远近光切换的一体化自行车灯，包括灯具外壳、主透镜、聚光镜、第一光源、第二光源和驱动控制电路。

3、所述灯具外壳包括导光件和壳体。所述壳体为中空结构，用于容纳和固定各光学元件及电路。所述导光件为框体结构，插接入所述壳体的一端，所述导光件为半透明材质。导光件既作为灯具外壳的前端组成部分，又作为光学元件利用主透镜边缘漏光实现点亮。

4、所述主透镜设置于所述导光件内并被所述框体结构合围。所述主透镜具有相对设置的入射面和出射面。所述出射面为一连续凸曲面。所述入射面由上下相邻的第一曲面和第二曲面构成，所述第一曲面位于所述第二曲面的上方，所述第一曲面和所述第二曲面在彼此连接位置形成水平中心线。所述第一曲面的曲率半径大于所述第二曲面的曲率半径，使所述主透镜上部的厚度小于所述主透镜下部的厚度。所述主透镜在左右两侧边处的厚度大于左右两侧之间区域的厚度。

5、所述聚光镜设置于所述主透镜的入射面一侧，为由平面侧和凸面侧构成的平凸透镜，其平面侧朝向所述第一光源和所述第二光源、凸面侧朝向所述主透镜的入射面。

6、所述第一光源和所述第二光源沿竖直方向上下间隔排列，位于所述聚光镜的平面侧，且且第一光源和所述第二光源距离所述聚光镜的平面侧的水平距离小于所述聚光镜的焦距。所述第一光源位于水平中心线上方，所述第二光源位于水平中心线下方。

7、所述驱动控制电路与所述第一光源和所述第二光源电连接，被配置为控制所述第一光源和所述第二光源分时点亮。

8、其中，所述第一光源发出的部分光线入射至所述第一曲面并经所述主透镜出射后形成近光，所述第二光源发出的部分光线入射至所述第二曲面并经所述主透镜出射后形成远光。所述近光与所述远光在地面上均覆盖一梯形照明区域，所述近光的能量重心位于所述梯形照明区域的下半部，所述远光的能量重心位于所述梯形照明区域的上半部。

9、其中，入射至所述主透镜的部分光线经所述主透镜出射至导光件，所述导光件被点亮，并且经所述导光件出射的光线在地面上形成所述梯形照明区域的边缘。

10、本发明的第二方面在于提供一种照明方法，该照明方法采用上述的远近光切换的一体化自行车灯中，照明方法包括以下步骤：

11、s1、提供一主透镜，所述主透镜的入射面由上下相邻且曲率不同的第一曲面和第二曲面构成，所述第一曲面和所述第二曲面在彼此连接位置形成水平中心线，所述第一曲面的曲率半径大于所述第二曲面的曲率半径；

12、s2、提供一半透明导光件和一中空壳体，将所述导光件插接入所述壳体的一端，将所述主透镜嵌入所述导光件内并被所述导光件的框体结构合围；

13、s3、在所述主透镜的入射面一侧设置一平凸聚光镜，使所述聚光镜的平面侧朝向光源、凸面侧朝向所述主透镜的入射面，且所述聚光镜的凸面侧的中心位于所述水平中心线上；

14、s4、在所述聚光镜的平面侧沿竖直方向上下间隔设置第一光源和第二光源，使所述第一光源位于所述水平中心线上方、所述第二光源位于所述水平中心线下方，第一光源和所述第二光源到所述水平中心线的距离彼此相同，且第一光源和所述第二光源距离所述聚光镜的平面侧的水平距离小于所述聚光镜的焦距；

15、s5、通过驱动控制电路控制所述第一光源和所述第二光源分时点亮，当所述第一光源点亮时形成近光，当所述第二光源点亮时形成远光，所述近光与所述远光在地面上均覆盖同一梯形照明区域，且所述近光的能量重心位于所述梯形照明区域的下半部，所述远光的能量重心位于所述梯形照明区域的上半部；同时，入射至所述主透镜的部分光线经所述主透镜出射至所述导光件，所述导光件被点亮，并经过导光件射出的光线在地面上形成所述梯形照明区域的边缘。

16、有益效果

17、第一，本技术通过主透镜入射面上下分区曲率的形状设计，使单一透镜同时具备近光和远光两种配光能力，无需机械挡板或双透镜系统，结构紧凑、可靠性高。主透镜入射面第一曲面曲率半径大于第二曲面，二者在连接位置形成水平中心线，使透镜上部厚度小于下部厚度。上方第一光源经较平缓的第一曲面出射后形成向下偏折的近光，下方第二光源经更陡峭的第二曲面出射后形成向上偏折的远光。第一曲面较平缓的曲率对上方光源的准直效果适中，使出射光向下偏折角度较大（约负3.8度），传播较短距离即到达地面，形成近处亮的近光；第二曲面较陡峭的曲率对下方光源的准直效果更强，使出射光向上偏折且更接近水平（约正4.4度），传播更远距离才到达地面，形成远处亮的远光。远近光中心角分离度可达6度至9度，切换对比度清晰。主透镜出射面为连续凸曲面，曲率半径远大于入射面，起到配光整形作用，使竖直方向光分布均匀、截止线锐利。主透镜弯月形结构使上部厚度小于下部厚度、左右侧边厚度大于中部厚度，这种厚度分布既保证了光学面型的实现，又有利于注塑成型时的料流填充和减少收缩变形。

18、第二，本技术的平凸聚光镜具有大角度光回收和出射角匹配双重作用。传统设计中聚光镜通常将光源置于焦点处以获得平行出射光，但本技术将光源贴近聚光镜平面侧设置（第一光源和所述第二光源距离所述聚光镜的平面侧的水平距离小于所述聚光镜的焦距），聚光镜不起准直作用，出射光仍保持约12度至14度的较大发散角。聚光镜的真正作用是将光源发出的大于60度的大角度光线弯折收拢至主透镜有效口径内，避免大角度光溢出损失，从而提升整体光利用率。同时，聚光镜出射光保持较大发散角这一特征，与主透镜大曲率入射面的设计前提相匹配——如果是平行光入射主透镜大曲率入射面，会被过度折射导致出射光散乱、光利用率下降，如将至30%以下；而较大发散角的光线入射大曲率面后折射程度适中，能够形成均匀的出射光分布。基于光线追迹仿真，加入聚光镜后远光地面中位照射距离从23.0m提升至32.9m，提升约43%。聚光镜凸面曲率半径优选8mm至16mm，其中12mm为均衡优选值，该范围内光利用率、远光射程和加工可行性各项指标均衡。

19、第三，本技术的半透明导光件具有梯形边缘成形、轮廓照明、警示和氛围灯四重作用，且无需额外光源。入射至主透镜边缘区域的部分光线（约10%至15%）在主透镜内部经全反射或大角度折射后从侧面出射，进入半透明导光件内部。导光件为框体结构，并合围主透镜，半透明材质（例如：透光率30%至60%）使进入的光线均匀扩散后从前端面和外侧面射出，从而使整个导光件被均匀点亮。经导光件出射的光线在地面上形成梯形照明区域的边缘，使照明边界更加清晰可辨，骑行者能够直观判断照明范围。点亮的导光件在夜间呈现发光的方形框，使侧面和对向的车辆、行人能够清晰识别自行车的轮廓和宽度，提升骑行安全性。通过选择不同颜色的半透明材料（红色、黄色、蓝色、绿色等），导光件可分别作为警示灯（红/黄色）或氛围灯（蓝/绿色）使用，满足不同场景和个性化需求。导光件的点亮与主照明同步，无需额外控制电路，结构简洁、成本低廉。

20、第四，本技术的远近光均覆盖同一梯形照明区域，仅能量重心不同——近光能量重心在梯形下半部（近处），远光能量重心在梯形上半部（远处），梯形上下半部的分界线对应于主透镜入射面的水平中心线。这种设计使远近光切换时照明区域不发生跳变，骑行者视觉过渡平滑，同时近光保证近处路面均匀照明，远光保证远处路况识别。基于光线分布模拟，近光模式下梯形下半部光通量占比约60%至65%，地面中位照射距离约6.8m；远光模式下梯形上半部光通量占比约60%至65%，地面中位照射距离约35.6m。

21、第五，本技术每组光源采用三个灯珠水平排布，有利于水平方向光分布均匀化，使梯形照明区域近场端宽度较大，达到12m，满足自行车灯对近处路面宽覆盖的需求。

22、第六，本技术的主透镜和导光件在光线出射方向上均为具有倒角的方形结构，有利于使出射光在竖直平面内形成近似方形的照明区域，截止线锐利，照明均匀。

23、第七，本技术全部光学元件由透光硬质塑胶制成，适合注塑量产，成本低、重量轻，符合自行车灯对轻量化和经济性的要求。