宽视野头灯的制作方法

宽视野头灯
1.相关申请的交叉引用
2.本技术案主张2020年05月09日申请的名称为“宽视野头灯”的第63/022,487号美国临时专利申请案的优先权，所述申请案的全部公开内容通过引用并入本文中。
技术领域
3.本发明涉及具有多种照明能力的头灯。更具体地，本发明涉及多模式头灯，其提供用于照明不同关注区域的多种照明模式。


背景技术：

4.头灯安装在用户的头部，以提供免提照明。传统头灯通常包含聚光灯及/或泛光灯，以照明用户前方的区域。例如，petzl的美国专利7226190公开一种便携式照明灯具，其包括配备有用于发射光束的至少一个发光二极管的发光模块、所述二极管的固定及连接元件以及能够在二极管前方移动以使光束的可视化角度变化的光学聚焦装置。光学聚焦装置有利地由安装在旋转支撑件或旋转手柄上的一个或多个菲涅耳透镜构成，其经设计以占据位于二极管的发光场外部的非活动位置，或占据所述光束穿过透镜的活动位置，以获得短距离的宽照明或长距离的窄照明。
5.传统头灯尽管有用，但是除了前向照明外，传统头灯不提供周边或向下设置的照明。因此，用户需要移动他/她头部以重新定向聚光/泛光光束，以照明其所关注的区域。为了解决传统头灯的周边照明不足，广角头灯经设计以提供广角照明。广角头灯包含沿柔性条带或条带定位的若干led灯，以传递广角连续照明，从而提供正面照明及周边照明。虽然广角头灯能够照明更宽的区域，但是他们不提供去激活灯中的一个或多个以产生各种照明效果的能力，例如仅正面照明或仅周边照明。此外，广角头灯不利用反射器或透镜提供定向照明，即，聚焦照明。相反地，led条带只是简单地投射出广泛的、非聚焦的光。此外，与传统头灯一样，广角头灯不能提供除了向前照明之外的向下照明的能力。
6.基于前述内容，本领域需要一种头灯，该头灯可以提供前向设置照明、远侧周边照明及/或向下设置照明的任何期望组合，以改善用户的整体可见性能力。


技术实现要素：

7.根据本发明的实施例，所述头灯包含设置在所述头灯的前部的第一光源、设置在所述头灯的右侧的第二光源、设置在所述头灯的左侧的第三光源、设置在所述头灯的底部的第四光源及与所述第一光源、所述第二光源、所述第三光源及所述第四光源电连通的电源。所述第一光源配置为照明所述头灯前方的区域，所述第二光源配置为照明所述头灯右侧的区域，所述第三光源配置为照明所述头灯左侧的区域，且所述第四光源配置为照明所述头灯下方的区域。在实施例中，由所述第一光源、所述第二光源及所述第三光源照明的组合视图区域为至少220度。
8.在实施例中，所述第一光源包含聚光灯及一个或多个泛光灯。在实施例中，所述一
个或多个泛光灯设置成与所述聚光灯相邻。在另一个实施例中，所述第一光源还包含一个或多个夜视灯。
9.在实施例中，所述光源中的任一个可单独地激活及操作，或可与剩余光源中的任一个或多个组合激活及操作。
10.在实施例中，所述第一光源、所述第二光源、所述第三光源及所述第四光源是可调光的。
11.在实施例中，所述第一光源、所述第二光源、所述第三光源及所述第四光源中的每一个安置在所述头灯的壳体的独立隔间内，其中每一个隔间通过一个或多个透镜与所述壳体外部的区域分离。所述一个或多个透镜配置为增加由所述第一光源、所述第二光源、所述第三光源及所述第四光源输出的水平和垂直照明度以及光束距离。
12.在实施例中，所述第一光源、所述第二光源、所述第三光源及所述第四光源的光输出范围为100流明到650流明。
13.在实施例中，所述第一光源、所述第二光源、所述第三光源及所述第四光源中的每一个包括至少一个led。
14.在实施例中，所述电源包括至少一个干电池。附加地或替代地，所述电源包括至少一个可充电电池。
15.根据本发明的实施例，头灯包括设置在所述头灯的前部的第一光源、设置在所述头灯的底部的第二光源及与所述第一光源及所述第二光源电连通的电源。所述第一光源配置为照明所述头灯前方的区域，且所述第二光源配置为照明所述头灯下方的区域。在实施例中，所述第一光源及所述第二光源安置在所述头灯的壳体的独立隔间内，其中每一个隔间通过一个或多个透镜与所述壳体外部的区域分离。
16.根据本发明的实施例，头灯包含壳体，设置在所述头灯的前部的第一光源、设置在所述头灯的右侧的第二光源、设置在所述头灯的左侧的第三光源，及与所述第一光源、所述第二光源及所述第三光源电连通的电源。所述第一光源配置为照明所述头灯前方的区域，所述第二光源配置为照明所述头灯右侧的区域，且所述第三光源配置为照明所述头灯左侧的区域。所述第一光源、所述第二光源及所述第三光源中的每一个安置在所述壳体的独立隔间内，其中每一个隔间通过一个或多个透镜与所述壳体外部的区域分离。所述第一光源、所述第二光源及所述第三光源的组合以及光学透镜的组合允许所述头灯照明至少延伸到人眼的远周边视觉的外部边界的视野区域，即中心的右侧和左侧的110度。因而，由所述头灯照明的总组合视图区域为至少220度。
17.本发明的前述以及其它特征及优点将从以下对本发明的优选实施例、附图及权利要求的更具体描述中显而易见。
附图说明
18.为了更完整地理解本发明、目的及其优点，通过参考以下简要描述的附图并结合随后的详细描述。
19.图1示出了根据本发明的实施例的宽视野头灯的前俯视立体图；
20.图2示出了根据本发明的实施例的宽视野头灯的后底部透视图；
21.图3示出了根据本发明的实施例的宽视野头灯的主视图；
22.图4示出了根据本发明的实施例的具有头部束带的宽视野头灯的前俯视立体图；及
23.图5示出了根据本发明的实施例的带有头部束带的宽视野头灯的后底部立体图。
具体实施方式
24.在以下详细描述中，参考构成其一部分的附图，并且在附图中以图示实施例的方式示出了可以实践的实施例。应当理解，在不脱离本范围的情况下，可以利用其它实施例并且进行结构或逻辑改变。因此，以下详细描述不应被视为限制意义，且实施例的范围由所附权利要求及其等同物界定。
25.各种操作可以以可能有助于理解实施例的方式依次描述为多个离散操作；然而，描述的顺序不应被解释为暗示这些操作是顺序相关的。
26.该描述可使用基于透视的描述，例如上/下、后/前、左/右及顶部/底部。此类描述仅用于促进讨论，并不旨在限制所公开的实施例的应用。
27.可使用术语“耦合”及“连接”及其派生词。应当理解，这些术语并不旨在为彼此的同义词。相反，在特定实施例中，“连接”可用于指示两个或更多个元件彼此直接物理接触。“耦合”可能意味着两个或更多个元件直接物理接触。然而，“耦合”也可能意味着两个或更多个元件彼此不直接接触，但仍然相互合作或相互作用。
28.出于描述的目的，以“a/b”的形式或以“a及/或b”的形式的短语意味着(a)、(b)或(a及b)。出于描述的目的，以“a、b及c中的至少一者”的形式的短语意味着(a)、(b)、(c)、(a及b)、(a及c)、(b及c)或(a、b及c)。出于描述的目的，以“(a)b”的形式的短语意味着(b)或(ab)，也就是说，a是可选元素。
29.本描述可使用术语“实施方式”或者“实施例”，其可以各自指代相同或不同实施例中的一个或多个。此外，如关于实施例所使用的术语“包括”、“包含”、“具有”等是同义的。
30.通过参考图1到5可以理解本发明的优选实施方式及其优点，其中相同的附图标记表示相同的元件。
31.参考图1到5，头灯5包含具有多个照明隔间15、20、25、30的壳体10，每一个壳体容纳一个或多个光源35、40、45、50、52、55。光源35、40、45、50、52、55优选地由一个或多个led组成。在实施例中，除了led外，照明隔间15、20、25、30中的一个或多个还含有一个或多个反射器，以收集由led产生的光并将其引导到邻近于头灯5的区域，例如头灯5的前方、旁边、后面及/或下面。此外，每个照明隔间15、20、25、30包含光学透镜60、65、70、75，其配置为增加由光源35、40、45、50、52、55输出的光的水平及垂直照明度以及光束距离。光源35、40、45、50、52、55以及反射器及光学透镜60、65、70、75的阵列允许头灯5照明至少延伸到人眼的远周边视觉的外部边界的视野区域，即中心左右110度。因此，与通常照明约30度的视野区域的传统头灯不同，头灯5照明的总视野区域为至少220度。
32.壳体10设计为防止液体渗入壳体10的内部，包含但不限于电池隔间(未示出)及照明隔间15、20、25、30。根据所需的应用，壳体10可以设计为具有一定程度的耐水性，使得根据规定的条件暴露于水，例如飞溅、喷淋等等，而不会有水进入壳体10的风险。可选地，壳体10可以设计为完全防水，使得壳体10可以完全浸没在水中至预定深度而不会有水进入壳体10的风险。
33.光源35、40、45、50、52、55可单独地激活，也可与其它光源35、40、45、50、52、55中的一个或多个组合激活，具体取决于所需的照明效果。例如，可激活光源35以提供照明头灯5前方的聚焦光束，即聚光光束；可激活光源40以提供照明头灯5前方的宽光束，即泛光光束；可激活光源45，以在头灯5前方提供夜视照明，例如，红色或蓝绿色灯光；可激活光源50、52以向头灯5的侧/后部提供广角照明，即远周边照明；或者可激活光源55，以在头灯5下方提供向下安置的照明。此外，光源35、40、45、50、52、55可以根据用户的特定环境需求以任意组合激活，以提供独特的照明选项。例如，当头灯5位于用户头部前部时，如果用户只想照明其周围及地面的区域，那么他/她可以仅激活光源50、52、55。作为另一示例，如果用户只想照明其前方及地面的区域，那么他/她可结合光源55激活光源35/40中的一个或两个。作为另一个示例，如果用户只想照明他/她自己前面的区域及他/她的外围区域，那么他/她可结合光源50、52激活光源35/40中的一个或两个。这些示例仅用于说明的目的，并且不应被解释为将本发明的照明能力限制于任何特定的照明组合。
34.多功能开关80、85用于开启/关闭和操作头灯5，在优选实施例中，如图所示，开关80、85是按钮开关。用于操作电子设备的开关是本领域技术人员已知的，并且可以以不同于所示出的多种方式来实施。因此，在不偏离本发明的范围的情况下，本发明可以采用其他类型的开关(除了所示的那些之外)。
35.一旦通电，开关80、85可以用于各种功能，包括例如在照明模式之间切换，开关80、85的锁定/解锁操作/功能，调暗光源35、40、45、50、52、55以及设置断电定时器(例如15分钟、30分钟、1小时、2小时等)用于关闭头灯5。在实施例中，开关80、85的功能基于预定动作序列执行，例如，3秒按压/长按开关80、85中的一个或两个，单次按下/点击并释放，或快速双击/点击并释放或按住其中一个开关80、85。例如，开关80、85可以配置为基于开关80、85中的一个或两个的3秒按压/长按来开启/关闭头灯，一旦开启，开关80的单次按压/触摸并释放可以配置为在照明模式之间切换或转换；而开关85的单次按压/触摸并释放可以配置为设置断电定时器。同样地，开关80的快速双击/点击并按住可以配置为锁定/解锁开关80、85的操作；而开关85的快速双击/轻击并按住可以配置为将当前激活的光源35、40、45、50、52、55调暗(或者如果当前处于变暗设置中则将灯返回到全亮度)。前述实施例仅用于说明性目的，并不意味着以任何方式限制本发明的范围。可以以任何方式预先配置开关80、85以实现期望的功能。同样地，可以添加额外的开关(未示出)以执行头灯5的各种功能。
36.光源35、40、45、50、52、55和开关80、85与头灯5内的照明控制模块(未示出)电连通。照明控制模块配置为接收、解释和执行通过开关80、85输入的用户命令。用于使用开关操作设备的电路以及其他机制是本领域技术人员已知的，并且可以以多种方式执行。在不偏离本发明的范围的情况下，任何这样的电路或机制都可以与本发明一起使用。
37.照明控制模块与电池(未示出)电连通。在一些实施例中，头灯5可以配置为仅接收来自一种电池类型的电力，例如一次性使用(即干电池)电池或可充电电池(例如锂离子电池)。或者，头灯5可以配置为双电源或混合电源装置，由此，其可配置为从多个电池类型接收电力，例如一次性使用(即干电池)电池或可充电电池(例如锂离子电池)。对于采用可充电电池的实施例，充电坞或其他充电装置/技术(未示出)可以用于对电池进行充电。充电可以通过本领域已知的任何技术来完成，包括但不限于有线充电和/或感应式充电。
38.可能需要散热器组件(未示出)以将光源35、40、45、50、52、55的工作温度保持在可
接受的操作温度。led散热器的进一步公开不被认为是必要的，因为它们是本领域技术人员已知的技术领域。任何已知的散热方法和/或配置都可以与本发明一起使用。
39.面板90通过铰链95耦合到头灯5的后部，从而允许面板90在打开位置和关闭位置之间转换。在关闭位置，面板90与铰链95相对的边缘可释放地接合头灯的后部，如使用图中所示的可释放紧固件以将面板90固定在关闭位置。如图4-5所示，当释放时，面板90枢转打开，以提供对电池隔室(未示出)的访问和/或促使头带100与头灯5的联接或分离。
40.在优选实施例中，如图4-5所示，头灯5包括用于将头灯5固定到用户头部的头带100。头带100是可调节的并且配置为环绕用户的头部(未示出)，从而将头灯5支撑在用户的头部上。头带100的尺寸可以通过锁定机构固定在期望的直径以适合使用者的头部。将头带100固定在期望尺寸的各种固定机构对于本领域技术人员来说是众所周知的。因此，本发明不限于任何特定的固定机构。在一个实施例中，头带100具有可调节的头戴式支撑件(未示出)。正如用于头带100的固定机构一样，用于保持头戴式支撑件的固定机构是本领域技术人员公知的。因此，本发明不限于任何特定的固定机构。作为使用头带100的替代，头灯可以使用本领域技术人员已知的各种固定机构固定到物体(未示出)，例如眼镜用品(眼镜、护目镜等)、帽子等。因此，头灯5不应被解释为限于与头带100一起使用。
41.在各种实施例中，头灯5包括一个或多个传感器(未示出)。示例传感器包括但不限于环境光传感器、惯性传感器(例如加速度计和/或陀螺仪传感器)、运动传感器(例如热释电红外传感器、微波传感器等)、热传感器、电压检测传感器、距离传感器或任何其他可用于检测头灯5的状况变化的传感器。传感器与控制模块电连通，控制模块配置为从传感器接收实时数据并且实时地直观地启动/调整头灯5的照明条件/操作。例如，基于从传感器接收的数据，控制模块可以配置为调节一个或多个光源35、40、45，50，52，55的强度/输出，复位或调节照明模式，启动低功率待机模式，从待机/睡眠模式唤醒头灯5等。
42.在各种实施例中，控制模块配置为基于从传感器接收的数据和存储在控制模块的存储器中的预编程逻辑来启动和/或调整头灯5的照明设置。例如在实施例中，控制模块配置为将从传感器接收的数据与存储在存储器中的一个或多个阈值进行比较，其中控制模块配置为仅当满足或超过阈值时调整一个或多个光源35、40、45、50、52、55的照明设备输出模式和强度。此外，传感器可以预编程有一个或多个阈值用于检测运动，其中传感器配置为仅在满足或超过阈值时才将数据发送到控制模块。
43.环境光传感器可以用于检测和测量多用途照明设备外部的光强度。在实施例中，控制模块包括程序逻辑，该程序逻辑配置为使用响应于环境光传感器数据的脉冲宽度调制亮度控制来选择和调整照明输出模式并启动和调整一个或多个光源35、40、45、50、52、55的强度。
44.惯性传感器和/或运动传感器可以用于检测头灯5或头灯5外部的运动。在一个实施例中，如果头灯5的运动或在头灯5外部的运动未被检测到预先配置的时间量，则控制模块配置为启动待机模式。在启动待机模式时，控制模块可以配置为保存当前状态设置并且禁用除了一个或多个传感器之外的所有外围设备，例如惯性传感器、运动传感器和/或环境光传感器。如果在待机模式期间检测到达到预定时间量的运动，则控制模块配置为启动操作模式。在一个实施例中，操作模式是在启动待机模式之前使用的照明模式。在一个实施例中，控制模块配置为如果控制模块在待机模式期间检测到电池电量低的状况，则中断待机
模式。在另一个实施例中，如果待机模式由于检测到低电池状况而中断，则控制模块配置为在待机模式中断时启动调光锁定模式。
45.在实施例中，控制模块能够实时响应于传感器数据显示用户手势(例如手波、凸块等)和/或头灯5外部的条件(例如环境光水平的变化等)，以修改照明输出(例如启动照明模式、改变照明模式、改变照明强度等)。在一个实施例中，控制模块包括预编程的逻辑，以基于对从传感器接收的数据的分析来识别手势的出现或头灯5外部的状况的变化。
46.电压检测传感器可以用于监测电池的实时电压水平。控制模块配置为将从电压检测传感器接收的实时电池电压信息与存储在存储器中的电池阈值进行比较，以确定是否需要调整当前操作模式。在一个实施例中，控制模块配置为基于控制模块测量的剩余电池寿命自动调节头灯5的功耗。在一个实施例中，控制模块配置为启动调光模式如果检测到低电池状况。如果检测到低电量状况，则控制模块配置为激活视觉和/或音频指示器，例如低电池光和/或可听蜂鸣声，以向用户提示低电量状况。
47.距离传感器可以用于检测附近的物体并确定到目标的距离。基于由传感器确定的到目标的距离，控制模块配置为增加或减小光强度。例如，如果光对准到用户近距离阅读的手册，则控制模块将基于来自传感器的距离信息来减小光强度并增加扩散。或者，如果光对准到远处的目标，则控制模块将基于来自传感器的距离信息来增加光强度并减少扩散，以将光集中在远处的目标上。距离传感器可以使用本领域已知的对目标执行测量的任何测量检测装置(例如激光器、声波等)。
48.本文仅出于说明的目的使用特定实施例描述了本发明。然而，对于本领域的技术人员来说，很容易明白本发明的原理可以以其他方式实施。同样，显而易见的是，本文公开的本发明的特征、功能和/或元件可以以任何组合使用以产生本发明的各种实施例。因此，本发明不应被视为限制在本文中所公开的特定实施例的范围内，而是与所附权利要求的范围完全相称。