CN216769304U - 一种自行车灯的透镜、自行车灯装置以及自行车 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种自行车灯的透镜、自行车灯装置以及自行车，所述透镜包括沿光路方向依次设置并形成一体结构的聚光部、导光部以及准直部；所述导光部包括相对设置并且沿所述光路方向延伸的上侧面和下侧面，所述下侧面包括形成“倒V”形的反射斜面和连接斜面，并且所述反射斜面与所述连接斜面的交线邻近所述准直部的焦点设置；所述聚光部用于将入射的光线汇聚并射向所述焦点处，其中，第一部分光线直接进入所述准直部内出射，第二部分光线被所述反射斜面全反射至所述上侧面上，进而形成具有清晰截止线的照明光斑。本申请提供的自行车灯的透镜能够形成具有清晰截止线的照明光斑，并且结构简单，易于装配。

Description

一种自行车灯的透镜、自行车灯装置以及自行车

技术领域

本申请属于透镜技术领域，特别涉及一种自行车灯的透镜、自行车灯装置以及自行车。

背景技术

自行车作为一种环保的交通工具，可以用来代步、出行或者锻炼。现有的一些自行车上安装有车灯，在昏暗的环境下进行照明，能够提高夜间骑行的安全性。

现有的自行车的前照灯通常采用光源和聚光器件组合的方式进行照明，常用的聚光器件有反光杯、TIR透镜等，这两种聚光器件通常将光源的光线准直出射，在照明时，会对对向的来车或者行人造成视觉眩光。

目前，也有一些自行车车灯通过在光源的光线传播路径上设置挡板将部分光线遮挡后再出射，从而能够形成明暗截止线，减少对对向来车或者行人的影响。然而，这种自行车车灯需要更多的部件组合来实现，结构比较复杂，增加了装配的难度。

实用新型内容

本申请提供了一种自行车灯的透镜、自行车灯装置以及自行车，该透镜能够形成具有清晰截止线的照明光斑，并且结构简单，易于装配。

第一方面，本申请提供一种自行车灯的透镜，包括沿光路方向依次设置并形成一体结构的聚光部、导光部以及准直部；

所述导光部包括相对设置并且沿所述光路方向延伸的上侧面和下侧面，所述下侧面包括形成“倒V”形的反射斜面和连接斜面，并且所述反射斜面与所述连接斜面的交线邻近所述准直部的焦点设置；所述聚光部用于将入射的光线汇聚并射向所述焦点处，其中，第一部分光线直接进入所述准直部内出射，第二部分光线被所述反射斜面全反射至所述上侧面上，进而形成具有清晰截止线的照明光斑。

根据本申请提供的自行车的透镜，该透镜的聚光部用于将入射的光线汇聚并射入到准直部的焦点处，其中，第一部分光线沿其传播方向直接进入准直部内并出射，第二部分光线入射到反射斜面的末端并发生全反射至上侧面上。通过设置反射斜面将第二部分光线全反射，改变了第二部分光线的传播方向使其无法沿原传播方向直接进入准直部，进而准直部原本用于出射第二部分光线的区域没有光线出射，形成暗区，而准直部出射第一部分光线的区域形成亮区，亮区与暗区的交界线即截止线，最终形成具有截止线的照明光斑。截止线下方较为明亮，对路面有较好的照明效果，能够保证骑行的安全性，而截止线上方几乎没有光线，从而不会影响对向来车或者行人，不会出现晃眼的情况。并且，第一部分光线从准直部的焦点处直接进入准直部内，第二部分光线也在焦点处被全反射，使得最终形成的照明光斑清晰、照明效果好，截止线也清晰。

本申请提供的自行车灯的透镜为一体式结构，聚光效果好，对光线的利用率高，并且无需额外设置挡片等结构对光线进行遮挡，一方面节约了成本，另一方面简化了结构，装配容易，能够提高生产效率。本申请提供的透镜通过“倒V”形的反射斜面和连接斜面并将二者的交线邻近焦点设置，既满足了形成清晰的截止线的要求，同时还满足了一体式结构的设计需求，结构巧妙并且简单。

结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述聚光部、所述导光部和所述准直部通过一体成型工艺制成一体结构。

结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述交线与所述焦点的距离小于等于2mm。

结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述聚光部为TIR透镜，所述TIR透镜的后端向内凹陷形成用于容纳光源的入光腔。

结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述准直部的出射面为外凸的自由曲面。

结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述准直部出射所述第一部分光线的部分形成第一区域，所述上侧面能够将所述第二部分光线全反射至所述准直部的所述第一区域内。

第二方面，本申请提供一种自行车灯装置，包括前述第一方面的任一种可能的实现方式提供的自行车灯的透镜以及光源，所述光源出射的光线进入所述聚光部内。

结合第二方面，在一种可能的实现方式中，所述光源的出光面呈矩形。

结合第二方面，在一种可能的实现方式中，所述光源为单芯片LED灯珠；所述自行车灯装置还包括电路板，所述单芯片LED灯珠安装于所述电路板上。

第三方面，本申请提供一种自行车，包括自行车本体以及前述第二方面的任一种可能的实现方式提供的自行车灯装置，所述自行车灯装置安装于所述自行车本体的前端。

附图说明

图1是本申请一实施例提供的自行车灯的透镜整体结构示意图；

图2是图1示出的透镜的聚光部视角的正视图；

图3是沿图2中AA’视角的剖面图；

图4是本申请一实施例提供的透镜的光路示意图；

图5是本申请一实施例提供的自行车灯装置的结构示意图。

附图标记：

100、透镜；10、聚光部；11、入光腔；20、导光部；21、上侧面；22、下侧面；221、反射斜面；222、连接斜面；223、交线；30、准直部；31、焦点；40、光源。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请实施例的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“内”、“外”、“上”、“底”、“前”、“后”等指示的方位或者位置关系(若有的话)为基于附图1所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或者暗示所指的装置或者元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

首先，本申请实施例提供一种自行车灯的透镜，该透镜为一体式结构，结构简单、装配容易，并且能够形成具有清晰的截止线的照明光斑。

图1是本申请一实施例提供的自行车灯的透镜的整体结构示意图，图2是图1示出的透镜的聚光部视角的正视图，图3是沿图2中AA’视角的剖面图，如图1～图3所示，本申请实施例提供的自行车灯的透镜100包括沿着光路方向依次设置并形成一体结构的聚光部10、导光部20以及准直部30。

其中，导光部20包括相对设置并且沿光路方向延伸的上侧面21和下侧面22。如图1和图3所示，导光部20的下侧面22包括反射斜面221和连接斜面222，反射斜面221与连接斜面222整体形成“倒V”形，反射斜面221和连接斜面222的连接处相交形成交线223，并且交线223邻近准直部30的焦点31设置。具体地，反射斜面221和连接斜面222在连接处形成夹角，更准确的说，形成一个二面角，该交线223也即该二面角的棱。

在这里，交线223邻近焦点31设置是指，焦点31与交线223之间的距离较小或者为零(即焦点31位于交线223上)。

图4是本申请一实施例提供的透镜的光路示意图，如图4所示，聚光部10用于将入射的光线(例如图4中光源40发出的光线)汇聚并射向焦点31处，其中，第一部分光线直接进入准直部30内出射(即图4中从准直部30出射并以实线示出的光线)，第二部分光线被反射斜面221全反射至上侧面21上(即图4中以虚线示出的光线)，进而形成具有清晰截止线的照明光斑。具体地，被聚光部10汇聚至焦点31处的光线的第二部分入射在反射斜面221上，具体入射在反射斜面221的末端(靠近交线223也即焦点31的位置)，并在此处发生全反射，第二部分光线被全反射至上侧面21上，而无法直接进入准直部30内；第一部分光线能够沿原传播方向继续传播并直接进入准直部30内出射。

如图4所示，准直部30出射第一部分光线的部分形成第一区域，第一区域整体位于准直部30的下部，而准直部30的上部(第一区域以外的部分)没有光线出射，因此准直部30利用第一部分光线成像后形成的照明光斑具有明暗截止线，第一区域的上边界处也即照明光斑的截止线的位置。

应理解，从聚光部10入射的光线并非完全被汇聚于焦点31一点，而是被汇聚在焦点31的附近形成一定的形状，示例性地，被汇聚在焦点31处的光线形成的形状与入射光线(光源40的出光面)的形状相似。

应理解，连接斜面222连接于反射斜面221的末端和准直部30的底端之间，并且连接斜面222的倾斜方向与反射斜面221的倾斜方向相反，以在焦点31处形成“倒V”形的夹角，从而不会对第一部分光线造成阻挡，使得第一部分光线能够沿其传播方向直接进入准直部30中。在其他实施例中，连接斜面222也可以由交线223处竖直向下延伸，然后再水平延伸以与准直部30连接，此时，连接斜面222整体呈

形状。

在本申请的实施例中，聚光部10为TIR(Total Internal Reflector，全内反射)透镜。如图3所示，TIR透镜为呈杯状的旋转对称体，TIR透镜的后端(原理导光部20的一端)向内凹陷形成用于容纳光源40的入光腔11，入光腔11呈圆台形，入光腔11的前端设置有凸透镜，光源40的光线通过入光腔11的侧壁以及前端的凸透镜射入TIR透镜内。TIR透镜的侧壁为呈抛物面状的全反射面，通过调整TIR透镜的侧壁的抛物面形状，可以使入射的光线在TIR透镜的侧壁上发生全反射并被汇聚在焦点31处。

在本申请的实施例中，如图3所示，准直部30为单曲面聚焦透镜，其出射面为外凸的曲面。单曲面聚焦透镜对直接进入其内的第一部分光线进行准直，使第一部分光线最终平行出射，照明距离远，具有较好的照明效果。

进一步地，准直部30的出射面为自由曲面，能够进一步提升成像效果，达到较好的路照效果。

根据本申请实施例提供的自行车的透镜100，该透镜100的聚光部10用于将入射的光线汇聚并射入到准直部30的焦点31处，其中，第一部分光线沿其传播方向直接进入准直部30内并出射，第二部分光线入射到反射斜面221的末端并发生全反射至上侧面21上。通过设置反射斜面221将第二部分光线全反射，改变了第二部分光线的传播方向使其无法沿原传播方向直接进入准直部30，进而准直部30原本用于出射第二部分光线的区域没有光线出射，形成暗区，而准直部30出射第一部分光线的区域形成亮区，亮区与暗区的交界线即截止线，最终形成具有截止线的照明光斑。截止线下方较为明亮，对路面有较好的照明效果，能够保证骑行的安全性，而截止线上方几乎没有光线，从而不会影响对向来车或者行人，不会出现晃眼的情况。并且，第一部分光线从准直部30的焦点31处直接进入准直部30内，第二部分光线也在焦点31处被反射，使得最终成像的照明光斑清晰、照明效果好，并且截止线也清晰。

本申请提供的自行车灯的透镜100为一体式结构，聚光效果好，对光线的利用率高，并且无需额外设置挡片等结构对光线进行遮挡，一方面节约了成本，另一方面简化了结构，便于装配，能够提高生产效率。本申请提供的透镜100通过形成“倒V”形的反射斜面221和连接斜面222并将二者的交线223邻近焦点31设置，既满足了形成清晰的截止线的要求，同时还满足了一体式结构的设计需求，结构巧妙并且简单。

在本申请的实施例中，透镜100的聚光部10、导光部20以及准直部30通过一体成型工艺制成一体结构。

可选地，透镜100通过注塑成型工艺或者3D打印工艺制成一体结构。

具体地，如图3所示，本申请实施例提供的透镜100内部为实心结构，故而第二部分光线能够在反射斜面221上发生全反射。

具体地，透镜100呈透明状，由聚碳酸酯(Polycarbonate，简称PC)或者聚甲基丙烯酸甲酯(polymethyl methacrylate，简称PMMA)等材料制成。这些材料的成本较低，并且制成的透镜100具有较好的光学性能。

一体成型工艺发展的已经较为成熟，生产效率高，适用于大规模的生产，并且成本低，有利于提升本产品的市场竞争力。透镜100直接一体成型，无需其他的组装步骤，生产效率高，同时也便于与光源40进行装配，同时透镜100的结构稳定，各个部分之间不会错位进而影响照明效果。

在其他实施例中，聚光部10、导光部20以及准直部30也可以通过粘接等方式固定在一起形成透镜100。

可选地，交线223与焦点31的距离小于等于2mm。例如，焦点31与交线223位于一竖直平面内，通过调整交线223与焦点31之间的距离，可以调整照明光斑的截止线的高度。示例性地，交线223位于焦点31竖直下方时，相对于焦点31位于交线223上的情况，此时形成的照明光斑的截止线升高；类似地，交线223位于焦点31竖直上方时，相比于焦点31位于交线223上的情况，此时的照明光斑的截止线降低。

通过改变交线223与焦点31的位置关系，可以调整照明光斑的截止线的高度，从而可以满足不同国家的标准，例如国标GB/T31887.1和德标22aTA23StVZO的要求。

进一步地，上侧面21能够将第二部分光线全反射至准直部30的第一区域内。

在本实施例中，通过延长反射斜面221的长度，使反射斜面221的坡度变缓，进而可以使得被全反射至上侧面21的第二部分光线的入射角满足发生全反射的条件，并在上侧面21上再次发生全反射进入准直部30的第一区域内，如此，可以提高对入射的光线的利用率，提升照明效果，并且上侧面21对第二部分光线进行全反射，再次改变其传播方向，使第二部分光线能够从准直部30的第一区域出射，即在截止线下方的区域出射，从而不会影响照明光斑的截止线的形成。

第二部分光线射入到上侧面21上时，若入射角不满足发生全反射的条件，将直接从上侧面21出射，故而不会对截止线的形成造成影响。

本申请实施例还提供一种自行车灯装置，图5是本申请一实施例提供的自行车灯装置的结构示意图，如图5所示，本申请实施例提供的自行车灯装置包括光源40以及前述实施例提供的透镜100，光源40出射的光线通过聚光部10进入透镜100内。

该自行车灯装置的透镜100通过聚光部10接收光源40出射的光线，并利用透镜100自身的结构对光源40的光线进行反射、折射等处理后使第一部分光线从准直部30的出射面准直射出，进而形成具有清晰截止线的照明光斑，具有良好的照明效果，并且不会影响对向的来车和行人。截止线的形成过程在前文已有详细叙述，在此不再赘述。

可选地，光源40的发光面呈矩形，如此，最终形成的照明光斑也呈矩形，从而能够在路面的宽度方向上形成较宽的光斑，使得照明光斑能够铺满整个路面，以或者更好的路照效果。

具体地，当自行车灯装置固定于自行车上时，光源40的矩形发光面的长边平行于水平路面。

可选地，根据不同的照明需求，光源40的发光面也可以呈正方形、圆形等，本申请对此不做限制。

在本申请的实施例中，光源40为面光源，经过准直部30成像后，形成的光斑均匀、过渡柔和。

在本申请的实施例中，在装配光源40与透镜100时，使光源40的出光面正对TIR透镜的入光腔11并与入光腔11的后端面重合，并且使发光面的中心与TIR透镜的旋转中心位于同一水平线上，以提高对光源40出射的光线的利用率。

可选地，光源40为单芯片LED灯珠，单芯片LED灯珠的尺寸较小(例如1x1mm，1x2mm)，成本低，并且能够满足各个测试点的照度值。

在其他实施例中，光源40也可以为双芯片LED灯珠、三芯片LED灯珠，或者包括多个单芯片LED灯珠，以具有更好的路照效果，本申请对此不做限制。

在本申请的实施例中，自行车灯装置还包括电路板(图中未示出)，光源40安装于电路板上，电路板可以对光源40进行开启和关闭的控制。

进一步地，自行车灯装置还包括用于向光源40供电的电源装置(例如锂电池)，电源装置能够与外部电源连接进行充电，并存储电能为光源40供电。

本申请实施例还提供一种自行车，包括自行车本体和前述实施例提供的自行车灯装置，自行车灯装置安装于自行车本体的前端，作为自行车的前照灯，对前方路面进行照明，提高夜间骑行的安全性。

具体地，自行车灯装置还包括外壳，透镜100、光源40、电路板、电源装置等均固定于外壳内，外壳上设置有能够与自行车本体固定安装的安装件，使得自行车灯装置可以通过自身的外壳固定安装在自行车本体上进而进行照明。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请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申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种自行车灯的透镜，其特征在于，包括沿光路方向依次设置并形成一体结构的聚光部(10)、导光部(20)以及准直部(30)；

所述导光部(20)包括相对设置并且沿所述光路方向延伸的上侧面(21)和下侧面(22)，所述下侧面(22)包括形成“倒V”形的反射斜面(221)和连接斜面(222)，并且所述反射斜面(221)与所述连接斜面(222)的交线(223)邻近所述准直部(30)的焦点(31)设置；所述聚光部(10)用于将入射的光线汇聚并射向所述焦点(31)处，其中，第一部分光线直接进入所述准直部(30)内出射，第二部分光线被所述反射斜面(221)全反射至所述上侧面(21)上，进而形成具有清晰截止线的照明光斑。

2.根据权利要求1所述的透镜，其特征在于，所述聚光部(10)、所述导光部(20)和所述准直部(30)通过一体成型工艺制成一体结构。

3.根据权利要求1或2所述的透镜，其特征在于，所述交线(223)与所述焦点(31)的距离小于等于2mm。

4.根据权利要求2所述的透镜，其特征在于，所述聚光部(10)为TIR透镜，所述TIR透镜的后端向内凹陷形成用于容纳光源(40)的入光腔(11)。

5.根据权利要求4所述的透镜，其特征在于，所述准直部(30)的出射面为外凸的自由曲面。

6.根据权利要求5所述的透镜，其特征在于，所述准直部(30)出射所述第一部分光线的部分形成第一区域，所述上侧面(21)能够将所述第二部分光线全反射至所述准直部(30)的所述第一区域内。

7.一种自行车灯装置，其特征在于，包括权利要求1～6中任一项所述的自行车灯的透镜以及光源(40)，所述光源(40)出射的光线进入所述聚光部(10)内。

8.根据权利要求7所述的自行车灯装置，其特征在于，所述光源(40)的出光面呈矩形。

9.根据权利要求7或8所述的自行车灯装置，其特征在于，所述光源(40)为单芯片LED灯珠；所述自行车灯装置还包括电路板，所述单芯片LED灯珠安装于所述电路板上。

10.一种自行车，其特征在于，包括自行车本体以及权利要求7～9中任一项所述的自行车灯装置，所述自行车灯装置安装于所述自行车本体的前端。

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