多模式可攜式發光裝置的製作方法

2023-09-17 16:52:35 2

專利名稱：多模式可攜式發光裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及可攜式發光裝置(包括，例如手電筒、提燈和頭燈)及其電路。
背景技術：
本領域中已知多種手持或可攜式發光裝置，包括手電筒。這樣的發光裝置通常包括具有正電極和負電極的一個或多個幹單元電池。電池在電池艙或殼內電串聯或並聯地布置。電池艙有時也被用於容納發光裝置，由其在手電筒的情況下。從電池電極通過與光源 (例如，燈泡或發光二極體(LED))的電極電耦接的導電裝置建立電路。在通過光源後，電路繼續通過與導電裝置電接觸的光源的第二電極，其又與電池的另一電極電接觸。該電路包括打開或閉合電路的開關。開關閉合電路的動作使得電流能夠通過燈泡、LED或其他光源， 在白熾燈泡的情況下通過燈絲，從而產生光。手電筒和其他可攜式發光裝置通常在手電筒的主電源電路中採用機械電源開關來接通(turn on)和關斷(turn off)手電筒。當用戶期望接通手電筒時，用戶操縱機械電源開關來機械地連接兩個觸點以閉合開關並使電源電路完整，從而使電流從電池的正端經由光源返回到電池的負端。當用戶期望關斷手電筒時，用戶操縱機械開關來將開關的兩個觸點斷開連接，從而打開機械開關並斷開電源電路。因此，這些裝置中的機械開關作為使電源電路導通的導體，並貫穿可攜式發光裝置的操作引導電流。本領域已知多種機械開關設計，包括例如按鈕開關、滑動開關和旋轉頭開關。這樣的開關傾向於清晰直觀，並易於由用戶操作。然而，僅具有簡單機械電源開關的可攜式發光裝置不包括自動操作模式，例如閃爍模式、功率減小模式、或SOS模式。為了在可攜式裝置中包括這樣的自動功能，可攜式發光裝置必須具有更先進的電子裝置。例如，多模式電子手電筒和其他可攜式發光裝置已經被設計為使用由微晶片或微控制器的處理器控制的電子電源開關。在這樣的發光裝置中，通過用戶界面的適當操作選擇被編程在微晶片中的各種模式，例如瞬時開關。在一種方法中，多模式可攜式發光裝置的電子裝置保持持續不斷地連接至電源。 然而，結果是，電子裝置不斷地消耗電力，從而降低了可用的電池壽命，或者在可再充電電池的情況下，降低了充電之間的操作時間。在另一方法中，與光源和控制器電串聯布置的機械電源開關被用於同時切斷為電子裝置和光源供電的電路。結果是，當可攜式發光裝置被關斷時，電子裝置不消耗來自電池的電力。然而，為了通過例如打開然後在預定時間周期內閉合機械電源開關來將機械電源開關用作用來選擇不同操作模式的用戶界面，微晶片被設置有替代的臨時電源。提供替代的臨時電源被以使得當機械電源開關打開時，微晶片將保持被臨時供電 (即使可攜式發光裝置已經被關掉)直到機械電源開關被再次閉合。在沒有替代的臨時電源的情況下，微晶片將在機械電源開關打開時失去電源，使得控制器復位，並且在下次機械電源開關閉合時返回至其操作的默認模式，而不是觸發到下一操作模式。已經使用與控制器並聯布置的一個或多個電容器來作為替代的電源。電容器被選擇為具有足夠的電容，以在機械電源開關打開之後，電壓落至控制器的復位電壓之前，為控制器供電一段適當的時間周期，例如1至2秒。因此，只要機械電源開關在分配的時間範圍內再次閉合，發光裝置將開始以下一操作模式操作。這種方法的缺點在於，需要顯著大的電容以能夠為控制器供電足夠的時段，導致成本增加。此外，在一些結構中，所需的電容器可能具有比被包括在可攜式發光裝置中的印刷電路板上可用的空間量大的物理足跡。

發明內容
本發明的一個目的是提供一種使用機械電源開關作為用戶界面的多模式可攜式發光裝置，其解決了或至少改善了與上面討論的多模式可攜式發光裝置相關的一個或多個問題。因此，在第一方面，提供了具有多模式操作的多模式可攜式發光裝置，例如手電筒。該可攜式發光裝置通過機械電源開關操作。開動該開關為可攜式發光裝置供電和斷電。其也被用於選擇操作模式。在一個實施例中，除了單一機械電源開關之外，不存在其他開關、輸入或任何其他人機界面。在機械電源開關位於閉合(或打開)位置的任何時候，所有電路與電池物理斷開，並且沒有電池電流被消耗。發光裝置可以包括多種操作模式，所述操作模式可以包括例如，正常模式、一個或多個功率節約模式、閃光模式、SOS模式等。根據一個實施例，一種多模式可攜式發光裝置包括殼體，用於容納具有正電極和負電極的可攜式電源；光源，具有第一電極和第二電極；以及主電源電路，用於分別將光源的第一和第二電極連接至可攜式電源的正電極和負電極。主電源電路包括與光源電串聯布置的機械電源開關和電子電源開關。可攜式發光裝置還包括控制器，與機械電源開關串聯電耦接，以使得當機械電源開關被打開時，控制器不被可攜式電源供電。控制器包括用於提供控制電子電源開關的打開和閉合的信號的輸出，並且控制器被配置為以提供至少兩種操作模式的方式控制電子電源開關。在可攜式發光裝置中還包括狀態機，其具有用於臨時存儲操作模式的存儲機構和耦接至控制器的用於將至少一個輸出信號傳輸至控制器的至少一個輸出。此外，控制器被配置為在上電時，基於來自狀態機的至少一個輸出信號確定操作模式，然後將新的操作模式寫入狀態機。根據另一方面，提供了一種操作多模式可攜式發光裝置的方法，所述多模式可攜式發光裝置包括主電源電路，用於將光源連接至可攜式電源；以及控制器，用於控制布置在主電源電路中的與光源電串聯的電子電源開關，其中控制器串聯電連接至布置在主電源電路中的與光源串聯並且作為對於控制器的用戶界面的機械電源開關。該方法包括以下步驟在上電時使用控制器讀取來自狀態機的至少一個輸出信號，以基於該至少一個輸出信號來確定第一操作模式；以及在上電後，將來自控制器的第二操作模式寫入狀態機，其中該狀態機在機械電源開關打開之後將第二操作模式記憶短暫周期，從而如果機械電源開關在所述短暫周期消失之前機械電源開關被閉合，則控制器將以第二操作模式操作。優選地，所述短暫周期足夠長，足以使用戶可靠地打開和閉合機械電源開關而沒有過度的困難。典型地，大約1. 5秒的時間段應該是足夠的。根據另一方面，提供了一種校準用於多模式可攜式發光裝置的驅動電路的一個或多個存儲電容器的方法，其中每個存儲電容器與洩放(bleed off)電阻器並聯地連接至控制器的數據埠。根據一個實施例，所述方法包括為驅動電路供電以對所述一個或多個存儲電容器中的每個充電；去除對驅動電路的供電預定時間間隔；預定時間間隔一旦已經消失，就為驅動電路供電，並測量所述一個或多個存儲電容器的每個上的電壓值；以及將對於所述一個或多個存儲電容器中的每一個測量的電壓存儲在能夠由控制器訪問的非易失性存儲器中。通過下面結合附圖的描述將更好地理解本發明的其他方面、目的、期望特徵、以及優點，附圖中通過示例的方式描述了所公開的發明的多種實施例。然而，應該特別理解，附圖僅是為了示出的目的，並不旨在限定本發明的範圍。


圖1是根據本發明一個實施例的手電筒的透視圖。圖2是的圖1的手電筒的沿由2-2表示的平面截面圖。圖3是圖1的手電筒的前端的沿由2-2表示的平面的放大截面側視圖，其中手電筒被示出為關閉位置。圖4是圖1的手電筒的LED模塊的截面圖。圖5A是保持套環(retaining collar)的側視圖，而圖5B是沿保持套環的縱向截面圖。圖6是用於圖1的手電筒的電路圖的實施例。圖7是根據用於圖1的手電筒的狀態機的一個實施例的電路圖。圖8是用於圖1的手電筒的電路圖的另一實施例。圖9是用於在圖8的電路中的使用的調節電路的一個實施例的電路圖。
具體實施例方式圖1中透視地示出了根據一個實施例的多模式手電筒10。手電筒10合併有多個不同的方面。儘管這些不同的方面已經被合併在手電筒10中，但是應該明確理解，本發明不限於在此描述的手電筒10。相反，下面描述的手電筒10的創造性的特徵，不論是單獨的還是組合的，都形成了本發明的一部分。此外，如本領域技術人員在閱讀了本公開之後將清楚的，本發明的一個或多個方面也可以被合併到其他可攜式發光裝置中，包括例如頭燈和提燈。參考圖1，手電筒10包括頭組件20、筒12、以及尾蓋組件30。頭組件20大致布置在筒12的前端。尾蓋組件30封住筒12的尾端。圖2是圖1的手電筒的沿由2-2表示的平面的截面圖。圖3是圖1的手電筒的前端的沿由2-2表示的平面的放大截面側視圖。在圖2-3中，手電筒被示出為處於關斷位置。參考圖2和圖3，光源14被安裝到筒12的前端。在本實施例中，光源14被安裝為使得其被布置在反射器106的尾端。在其他實施例中，反射器106可以被省略或其形狀可以被改變。筒12是空的管狀結構，適於容納可攜式電源，例如一個或多個電池16。因此，筒 12用作用於容納具有正電極和負電極的可攜式電源的殼體。在示出的實施例中，筒12的大小被設置為容納以串聯布置設置的兩節電池16。在本實施例中，電池優選地為AA大小的鹼性乾電池。然而，可再充電電池可以代替乾電池使用。此外，可以使用具有除了 AA之外大小的電池。筒12還可以被配置為包括單個電池、三節電池、或以串聯或並排布置的超過三節電池的更多個電池。也可以使用其他適當的可攜式電源，包括例如高容量存儲電容器。在示出的實施例中，筒12包括形成在其前端的外徑上的前螺紋18以及形成在其尾端的內徑上的尾螺紋22。本實施例的筒12還包括在前端處從筒的內徑突出的具有減小的直徑的環形唇(annular lip) 24。環形唇M的面向尾部的表面形成用於下面所述的機械電源開關的觸點21。參考圖2，尾蓋組件30包括尾蓋28和導電彈簧部件32。尾蓋28優選地包括外螺紋34的區域，所述外螺紋34用於與形成在筒12的內部上的匹配的尾螺紋22嚙合。也可以採用其他適當的手段來將尾蓋觀附接至筒12。尾蓋觀可以具有不同於圖1-2所示的外部配置。例如，尾蓋觀的外表面可以包括壓花。此外，組成尾蓋觀的材料的一部分可以被去除，從而形成有用於系索的孔的肋。密封元件36可以提供在尾蓋觀和筒12之間的界面處，以提供防水密封。密封元件36可以是0-環或其他適當密封裝置。在示出的實施例中，密封元件36是通過唇形密封 (lip seal)形成的單向閥，其被定向為防止從外部流向手電筒10的內部，同時使得手電筒內的過壓逸出或排放至大氣中。可以在尾蓋觀和筒12之間的界面35上布置徑向的脊，以保證筒12端部不提供對尾蓋觀的鄰近凸緣的氣密密封，從而防止來自手電筒的內部的過壓氣體流。在頒發給Anthony Maglica的美國專利第5，003, 440號中更全面地描述了手電筒中的單向閥的設計和使用，其通過引用結合於此。在本實施例中，筒12和尾蓋觀由金屬形成，優選地由航空器級鋁形成。此外，筒 12、尾蓋觀和導電彈簧部件32形成從光源14的負電極返回的接地返迴路徑的部分。導電彈簧部件32電耦接至尾蓋28和電池16的殼電極。尾蓋28又通過界面35電耦接至筒12。 因此，當尾蓋組件30安裝在筒12中時，導電彈簧部件32形成電池16的殼電極和尾蓋28 之間的電路徑，並且尾蓋28通過例如界面35和/或配對螺紋22、34形成導電彈簧部件32 和筒12之間的電路徑。為了利於電流的流動，置在尾蓋/筒接觸和導電彈簧部件32和尾蓋28之間的界面處的任何已有的表面處理(例如通過陽極電鍍)，應該被去除。除了作為主電源電路中的導體，導電彈簧部件32還將電池16推向手電筒10的前端。結果是，後面的電池的中心電極與前一電池的殼電極電接觸。以這種方式，被包含在筒 12中的電池16電耦接。最前端電池16的中心電極被促使與發光模塊40的可壓縮正觸點 54接觸。參考圖3，發光模塊40布置在筒12的前端，並且在本實施例中，發光模塊40相對於頭組件20的反射器106保持光源14。光源14包括通過第二電路板58與正觸點M電連通的第一正電極，以及與散熱殼體44電連通的第二負電極。光源14可以是發光的任何適當裝置。例如，光源14可以是LED燈、白熾燈、或弧光燈。在示出的實施例中，光源14是 LED燈，發光模塊40是LED模塊。發光模塊40的LED 37優選地基本上以小於180度的球面角來發射光。在其他實施例中，可以使用具有其他發射角的LED，包括以大於180度的角進行發射的LED。在共同待決的美國專利申請第12/188,201號中具體描述了可以用於發光模塊40 的LED模塊的結構，其通過引用結合於此。發光模塊40與保持套環42、筒12和頭組件20 —起形成了與圖6的電路圖中示出的機械電源開關41對應的機械電源開關。機械電源開關41的觸點包括環形區域M的觸點21和發光模塊40的散熱殼體44。在圖3中，手電筒10被示出為關閉狀態(即，開關 41打開)。為了閉合開關41並接通手電筒10，頭組件相對於筒在逆時鐘方向旋轉，從而頭組件20軸向平移遠離筒，並且散熱殼體44與觸點21接觸，從而閉合手電筒10的電路並使手電筒10接通。為了使手電筒10關閉，頭組件以相反的順時針方向轉動，從而頭組件軸向地向筒平移，並且推動發光模塊40的散熱殼體44與筒12的觸點21不接觸。圖4是處於隔離的發光或LED模塊40的截面圖。本發明的LED模塊40包括作為光源14的LED 37、第一電路板38、由可壓縮正觸點M和下絕緣體56形成的下組件M、第二電路板58、由上絕緣體72和上正觸點74和上負觸點(未示出)形成的上組件70、以及由外部散熱殼體44和接觸環81形成的散熱器80，其優選地由金屬製成。為了冗餘，可壓縮正觸點M優選地包括兩個夾具55，用於與第二電路板58電接觸，夾具55之一被移位到圖4中提供的截面視圖中的頁面前。第二電路板58與上正觸點 74和上負觸點或地觸點電接觸，所述上正觸點74和上負觸點或地觸點優選地與第一電路板38的底側焊料連接。為了冗餘，上正觸點74優選地包括兩個夾具76，其中一個被移位到圖4中提供的視圖的頁面前。上接地觸點也包括兩個夾具76用於與第二電路板58電接觸，其中一個被移位在圖4中示出的上正觸點的夾具76之後，另一個被移位在圖4中提供的視圖中的頁面前。上正觸點74通過第一電路板38與LED 37的正觸點電連通，以及上地觸點通過第一電路板38與散熱器80電連通。LED 37和散熱器80附接到第一電路板38，優選地通過焊料連接。第一電路板38， 其優選地是具有通過熱通孔連接的多個導熱層的金屬覆層電路板，其促進了從LED 37至散熱器80的快速和有效的熱傳遞。LED 37可以是任何可以被焊接至印刷電路板的發光二極體。優選的，可以使用絲網應用的焊料膏和回流爐將LED 37焊接至第一電路板38。更優選的，LED 37是由Wiilips Lumileds Lighting Company，LLC 商業獲得的LUXEON Rebel 產品。第二電路板58包括用於操作手電筒10並使其作為多模式手電筒的電路。下組件45優選地通過將可壓縮正觸點M和下絕緣體56共同模製(co-molding) 在一起形成。類似的，上組件70優選地通過將上絕緣體72和上正觸點74以及上負觸點共同模製在一起形成的。因此，上絕緣體和下絕緣體優選地由具有適於該應用的結構和熱性質的可注模塑料形成。上組件70的上正和負觸點被焊接到第一電路板38的底部，第一電路板的前側又被焊接至接觸環81，接觸環可以壓合至散熱殼體44和/或焊接至散熱殼體44。因此，在本實施例中，上組件70被穩固地保持在散熱殼體44中。此外，散熱殼體44的周界被卷到下絕緣體56的環形凹陷83中。散熱殼體44到環形凹陷83中的捲曲將下絕緣體56進而下組件45保持在散熱殼體44中。在製造過程中，在以第二電路板58位於兩者之間的方式將下絕緣體56耦接至散
8熱殼體44之前，可以將填充(potting)材料提供到下絕緣體56中。因此，在將下絕緣體56 耦接至散熱殼體44時，可以將第二電路板58插入填充材料中。如果手電筒10在使用中掉落，該填充材料可以用於保護第二電路板。填充材料可以包括環氧樹脂或其他適當材料。下絕緣體56可以半填充有填充材料，但是也可以使用其他容積的填充材料。當手電筒10處於接通狀態時，散熱殼體44與光源14和筒12熱耦接並且電耦接。 此外，散熱殼體44將第二電路板58的接地路徑電耦接至筒12。因此，散熱殼體44用作用於發光模塊40的負觸點或地觸點。此外，通過如圖2中所示的布置散熱殼體44以使得其在手電筒10接通時處於與筒12很好熱接觸，由光源14產生的熱被有效地吸收和/或通過第一電路板38消散至接觸環81、散熱殼體44，並最終到筒12。這樣，手電筒10能夠有效保護光源14以放置由於熱而被損壞。優選的，散熱殼體44由優良的電和熱導體製成，例如
ο散熱殼體44被形成為使得其在區域78中從具有第一直徑的第一區域77到具有第二更大直徑的第二區域79朝向LED模塊40的後部或底部張開。第一區域77的直徑的大小為使得其可以安裝在環形唇M內而不與環形唇M接觸。下絕緣體56的外徑的大小為使得在筒的內壁和下絕緣56之間在徑向上存在很小或沒有活動範圍(play)。以這樣的方式，可以保持散熱殼體44不與筒12接觸，除了在LED模塊40在筒12內被向前推得足夠遠從而使得散熱殼體44的張開區域78與筒12的環形唇M的觸點21接觸時。散熱殼體44的外表面還包括在具有第一直徑的區域77中的環形凹陷82。環形凹陷82通常垂直於散熱器和筒12的軸。此外，在LED模塊40被安裝在筒12內時，環形凹陷 82被布置為接收保持套環42的鎖定片(locking tab)85(見圖5)。散熱殼體44的張開區域78優選地被成形為沿儘可能多的表面區域與觸點12匹配的形狀，以利於LED模塊40和筒12之間的電和熱傳遞。散熱殼體44的張開區域78的大小為使得一旦被布置在筒12中，散熱殼體44(進而LED模塊40)在前向上的軸向移動將被筒12的環形唇M限制。下絕緣體56包括在其背面88的凹陷89，其被環形肩90環繞，從而凹陷被中心定位。凹陷89的尺寸被設置為深於電池16的中心電極得高度。然而，如圖2和3中所示，當最前方的電池16被向前推向下絕緣體56的背面88時，電池16的中心電極與可壓縮正觸點M嚙合。以這樣的方式，LED模塊40提供了一種簡單的結構，即使在手電筒被振動或跌落(這可能導致一個或多個電池16突然在筒12中軸向移位)時，也能夠提高部件之間的電耦接。此外，因為可壓縮正觸點M可以吸收由於例如使用不當導致的衝擊應力，並且凹陷89深於最前面的電池16的中心電極，所以防止了電池的中心電極和在第二電路板58上提供的手電筒的電子裝置在手電筒10的使用過程中被物理損壞。此外，由於可壓縮正觸點M設置在背面88的肩部90前，因此如果一個或多個電池16從後插入筒12中從而其殼電極指向前方，則不形成與可壓縮正觸點M的電耦接。因此，LED模塊40的配置及其在筒12中的布置將有助於保護手電筒的電子裝置以免被反相電流影響或破壞。在另一實施例中，通過使用包括在手電筒的電路中的二極體來保護手電筒10的電子裝置以免於被反相電流。參考圖2和3，發光模塊40通常布置在筒12的前端。在沒有其他的組件的情況下，發光模塊40被導電彈簧部件32對電池16的動作向前推，直到散熱殼體44的張開區域78與筒12的環形唇M接觸。保持套環42與發光模塊40的散熱殼體44附接，並限制發光模塊40在向後方向上的軸向移動超過預定距離。保持套環42在散熱殼體44的環形凹陷 82處附接至發光模塊40。參考圖3、5A和5B，保持套環42包括周界鎖定片85，其從保持套環42的內表面向內突出；以及肋86，其從保持套環42的外表面向外突出。參考圖3，每個鎖定片85的大小被設置為配合到散熱殼體44的外表上的環形凹陷82。優選地，多個肋86繞保持套環42 的外周等距隔開，以便基本在保持套環42的軸向上延伸。肋86優選地從保持套環的前端延伸至稍微超過保持套環42的軸長度度的一半。設置肋86的尺度以便將發光模塊40的前端和筒12的內徑之間的徑向遊隙(radial play)量限制到期望值。優選地，還將肋86 的尺度設置為從保持套環42向外突出等於或大於鎖定片85向內突出的距離。通過僅使肋延伸至保持套環42的大約中間，保持套環42的尾端87能夠在筒12內的散熱殼體44的外表面上充分地延展，直到周界鎖定片85卡合到環形凹陷82中(見圖3)。一旦周界鎖定片 85卡合到環形凹陷82中，發光模塊40的向後移動被環形唇M限制。因此，通過將保持套環42固定至布置在筒12中的發光模塊40，在沒有電池16安裝在手電筒10中時，保持套環42防止發光模塊40落至筒12的後面以及可能的掉出手電筒10的後端。在優選實施例中，保持套環42由絕緣體(例如塑料)製成。參考圖3，頭組件20布置在筒12的前端。頭組件20包括面蓋102、透鏡104、反射器106和頭108。反射器106和透鏡104被面蓋102剛性地固定就位，面蓋102螺紋連接至頭108。頭108包括形成在其內徑上的螺紋112，其與筒12的前螺紋18嚙合。以這樣的方式進行布置，反射器106可以通過相對於筒12旋轉頭部件20在手電筒10的軸向上移位。在示出的實施例的優選實施方式中，尾蓋觀、筒12、面蓋102和頭108(其基本形成手電筒10的外表面)由航空質量的熱處理的鋁(其可以被選擇地陽極氧化)製成。非導電部件優選地由聚酯類塑料或其他用於絕緣和耐熱的適當材料製成。參考圖3，反射器106的反射廓圖(profile) 118優選為計算機產生的優化的拋物線的一段，其被金屬化以保證高精確光學性質。可選地，反射廓圖118可以包括用於耐熱的電成形(electroformed)鎳基板。優選的，廓圖118由具有小於0. 080英寸(更優選地，在0. 020-0. 050英寸之間) 的焦距的拋物線限定。此外，限定廓圖118的拋物線的頂點和反射器118的尾端開口之間的距離優選為0. 080-0. 130英寸，更優選地為0. 105-0. 115英寸。反射器106的前端的開口具有0. 7-0. 8英寸的直徑，更優選地具有0. 741-0. 743英寸的直徑，而反射器106的尾端的開口優選地具有0. 2-0. 3英寸的直徑，更優選地具有0. 240至0. 250英寸的直徑。此外， 從該頂點至反射器106的尾端的開口的距離與焦距之間的比優選地在1.5 1和6.5 1 的範圍內，更優選地為3.0 1至3.4 1。此外，從頂點至反射器106的前端的開口的距離與焦距之間的比優選地在20 1和40 1的範圍內，更優選的為沈1至31 1。在示出的手電筒10中，反射器106可以選擇性地相對於光源14在軸向上移動。通過相對於筒12旋轉頭部件20，頭部件20沿筒12的前螺紋18行進，並使反射器106相對於光源14軸向位移。通過改變反射器106相對於光源14的軸向位置，手電筒10改變光源 14產生的光的散射。以這樣的方式，手電筒10可以在聚光照明和泛光照明之間調節。儘管示出的實施例採用匹配螺紋來使得反射器106能夠相對於光源14軸向移動，但是在其他實施例中，可以使用其他機制來實現可調聚焦特徵。此外，因為所示實施例的頭部件20不構成電路的一部分，所以其可以從手電筒10 的筒12完全移除，從而手電筒10的尾蓋28端可以插入頭部件20，並且手電筒以「燭光模
式」使用。參考圖3，儘管在此公開的實施例示出了基本上平的透鏡104，然而手電筒10也可以包括具有彎曲表面的透鏡，以進一步改進手電筒10的光學性能。例如，透鏡可以在全部或部分的透鏡表面上包括兩面凸的廓圖或平凸廓圖。也可以在面蓋102和透鏡104、面蓋102和頭108、以及頭108和筒12之間的界面處併入密封元件(例如，0-環75)，以提供防水密封。現在將描述手電筒10的電路。參考圖2-4，手電筒10的電路被示出為在斷開或關斷位置。當頭部件20旋轉以使發光模塊40在向前方向上充分平移使得散熱殼體44的張開區域78與筒12的觸點21電耦接時，電路被閉合或處於接通位置。一旦電路閉合，電能從後面電池16傳導通過其與布置在其前方的電池16的殼電極連接的中心觸點。電能然後從最前方電池16傳導至發光模塊40的可壓縮正觸點M。電能然後通過正極觸點74選擇性地傳導通過第二電路板58上的電子裝置，以及經由第一電路板38至光源14的正電極。 在經過光源14之後，電能出現通過光源14的負電極，其經由第一電路板38電耦接至散熱器80。散熱器80的散熱殼體44電耦接至筒12的觸點21。筒12耦接至尾蓋觀，其與導電彈簧部件32電接觸。最後，尾蓋組件30的導電彈簧部件32通過與最後面的電池的殼電極電耦接來完成電路。以該方式，形成主電源電路來提供電能以使光源14發光。在本實施例中，還形成通過附接至第二電路板58的上端的上接地觸點和第一印刷電路板38從第二電路板58至散熱殼體44的並聯接地路徑，第一印刷電路板38又與散熱器80電接觸。因此，即使第二電路板58上的電子裝置調節光源14的導通和關斷，設置在第二電路板58上的控制器也可以在機械電源開關41被閉合的所有時間保持被供電。參考圖3，為了斷開手電筒10的電路，用戶可以擰或旋轉頭組件20以使發光模塊 40在尾方向上平移，直到散熱殼體44的張開區域78與筒12的觸點21分開。儘管通過使頭部件20從筒離開來接通手電筒10，並通過使頭部件20軸向移向筒 12來關斷手電筒10的所示的實施例，但是通過發光模塊40、保持套環42和環形唇21的簡單重新配置，可以使手電筒10以相反的順序操作。換句話說，使得頭部件20離開筒12的軸向移動將使手電筒關斷，而頭部件20向筒12的軸向移動將使其接通。此外，儘管已經描述了在筒/散熱殼體處打開和閉合電路的旋轉型機械電源開關，但是電路也可以在其他位置閉合或斷開。此外，儘管已經描述了旋轉型機械電源開關， 但是在此描述的本發明的各個方面並不受所採用的機械電源開關類型的限制。也可以採用其他適當的機械電源開關，包括例如，按鈕機械電源開關和滑動型機械電源開關。下面將描述手電筒10的多模式操作。手電筒10優選地提供有多種操作模式。在下面描述的實施例中，手電筒10設置有四種操作模式。每種操作模式允許手電筒10執行手電筒10的四種特定特性中的一種，例如正常操作、功率節約、閃爍或SOS。當手電筒10初始接通時，或如果手電筒10已經被關斷超過預定時間段，手電筒10將自動以第一默認操作模式操作。當手電筒10處在第一操作模式時，如果其關斷小於或等於預定時間段的時間段， 並然後再接通，則手電筒10將改變為第二操作模式。當手電筒10處在第二操作模式時，如果再次關斷小於或等於預定時間段的時間段，並然後再次接通，則手電筒10將改變至第三操作模式。以相同方式，當手電筒10處在第三操作模式時，如果再次關斷小於或等於預定時間段的另一時間段，並然後又接通，則手電筒10將改變至第四操作模式。在本實施例中，預定時間段被設置為等於一點五(1. 5)秒，其是相對很短的時間段，但是足以供手電筒10的操作者操縱頭部件20關斷手電筒10並且隨後再接通手電筒 10。在其他實施例中，更短或更長的周期都可能是期望的。然而，預定時間段優選地小於3 秒，否則對於一般用戶來說，手電筒10在能夠返回至其默認操作模式而不索引遍歷所有的操作模式之前，將不得不保持空閒太長時間。在上述的實施例中，當手電筒10在第四操作模式時，如果其關斷短的時間段，則返回接通，手電筒10將改變回第一操作模式。然而，在具有多於四個操作模式的實施例中， 如果手電筒10關斷小於或等於預定時間段的時間段，並然後返回接通，手電筒10將改變為第五操作模式，如此這般。無論包括的操作模式的數量，例如，2至N，手電筒10都優選地在達到編程在手電筒的電子裝置中的最後模式後循環回第一操作模式。優選地，第一操作模式是正常模式，其中手電筒10的光源14隻要機械電源開關41 保持閉合就提供有最大功率。本實施例中的第二操作模式是功率節約模式，其中手電筒10 的光源14以減少的功率(例如50%功率)操作，以延長電池的壽命。本實施例的第三操作模式是閃爍模式，其中光源14以人眼可察覺的預定頻率或預編程的頻率模式忽明忽暗。第四操作模式是SOS模式，其中光源14自動閃爍為摩爾斯電碼的信號SOS。圖6是圖1的手電筒10的電路圖的一個實施例。在圖6的實施例中，圖1的手電筒10的電路包括電池16、電子開關117、光源14、機械電源開關41、控制器140以及狀態機 150。在示出的實施例中，光源14是LED。在其他實施例中，光源14可以是白熾燈或弧光燈。本實施例中的機械電源開關41對應於由發光模塊40、保持套環42、筒12和頭組件20形成的機械電源開關。如圖所示，本實施例中的機械電源開關41的觸點包括散熱殼體44和筒12的觸點21。控制器140優選地是微控制器，例如ATtiny 13，其是由Atmel公司(San Jose, California)製造的8位微控制器。在其他實施例中，控制器140可以是微處理器、ASIC、 或離散元件。在本實施例中，電池16電串聯布置使得存在正電極122和負電極124，正電極122 對應於最前端電池的正電極，而負電極1 對應於最後端電池的負電極。在其他實施例中， 電池可以電並聯布置。電子開關117具有電壓輸入126、電壓輸出128以及佔空比輸入131。光源14具有第一、正電極58和第二、負電極59。機械電源開關41包括散熱殼體44作為第一觸點，以及筒12的觸點21作為第二觸點。控制器140具有電源輸146、地148、多個數據埠 142 和144、和佔空比輸出130。狀態機150具有多個狀態埠 182、184和接地156。在本實施例中，電池16的正電極122電耦接至電子開關117的電壓輸入126以及控制器140的電源輸入146。電子開關117的電壓輸出1 電耦接至光源14的第一、正電極58。光源14的第二、負電極59電耦接至機械電源開關41的第一觸點(本實施例中的散熱殼體44)。因此，當使機械電源開關41的第二觸點(筒12的觸點21)與第一觸點接觸從而使得機械開關41被閉合時，形成第一閉合電路迴路(對應於手電筒10的主電源電路)， 其中電流從電池16流過電子開關117、光源14和機械電源開關41。電子開關117和光源14被認為是第一閉合電路迴路的負載。當開關41打開時， 該負載與電池16斷開電連接。在一個實施例中，電子開關117是功率電晶體，優選的為ρ-溝道M0SFET，這是因為在本實施例的電路中開關是在高壓側上執行。在其中在電路的低壓側執行開關的實施例中，期望η-溝道M0SFET。在其他實施例中，電子開關117可以是包括限流的ρ-溝道MOSFET 的負載開關，例如由I^airchild Semiconductor製造的FPF 2165。限流負載開關可以為可能遇到大電流情況的系統和負載提供下遊保護。例如，如果手電筒實施例包括串聯的三個或更多個電池則可能期望使用這樣的負載開關。在本實施例中，電池16的正電極122還連接至控制器140的電源輸146。控制器 140的地148連接至機械電源開關41的第一觸點。因此，當機械電源開關41閉合時，還形成了第二閉合電路迴路，其中電流從電池16流過控制器140以及機械電源開關41。控制器 140被看作第二閉合電路迴路的負載。當機械電源開關41被打開時，第二迴路的負載(即控制器)與電池16斷開電連接。因此，如圖6所示，主電源電路包括與光源14電串聯設置的機械電源開關41和電子開關117。此外，控制器140與機械電源開關41電串聯耦接，使得當機械功率開關41打開時，控制器140沒有被電池16供電。控制器140包括用於提供如下控制信號的輸出130， 所述控制信號用於控制電子開關117的打開和閉合。控制器還被配置用於以提供如下所述的至少兩種操作模式的方式來控制電子開關117。狀態機150包括用於臨時存儲操作模式的存儲機構。其包括至少一個輸出(例如輸出182和184)，所述輸出耦接至控制器140，用於傳輸至少一個輸出信號至控制器140。 如下面將更具體描述的，控制器140被配置用於基於來自狀態機150的至少一個輸出信號來確定操作模式。控制器140還在加電後將新的操作模式寫入狀態機150。在本實施例中，電子開關117、控制器14-以及狀態機150都駐留在發光模塊40的第二電路板58上。在其他實施例中，它們可以位於分開的電路板上，並且可以駐留在與發光模塊40不同的位置。在本實施例中，機械電源開關41除了用作主電源開關之外，還用作用於多模式手電筒10的用戶界面。因此，控制器140需要將機械電源開關41的動作解譯為來自用戶的輸入，並相應改變手電筒10的操作模式。因為負載117、14、140以及尤其是控制器140在每次開關41位於關斷位置時不供電，所以當開關41 一旦再次被閉合以接通手電筒10時，控制器140沒有固有方法來知道在上一次機械電源開關41閉合時手電筒10是什麼狀態或模式。因此，每次通過機械電源開關41使手電筒10接通時，使用狀態機150來將手電筒10的狀態信息提供至控制器140。圖7是示出了用於圖1的手電筒10的狀態機150的一個實施例。在圖7的實施例中，使用兩個RC定時電路。一個電路被示出在狀態機150的左側，另一個被示出在狀態機 150的右側。左RC電路包括電容器152，其並聯電耦接至洩放電阻器162。充電電阻172插入在並聯電路152、162和狀態機150的狀態埠 182之間。電阻器172還與RC電路152、 162串聯連接。狀態埠 182電耦接至控制器140的數據埠 142。
右RC電路的配置類似於左RC電路。電容器154與洩放電阻器164並聯電耦接。 充電電阻器174電插入在並聯RC電路154、164和狀態埠 184之間，並且與RC電路154、 164串聯。狀態埠 184還耦接至控制器140的數據埠 144。RC電路152、162和巧4、164 耦接至接地連接156，接地連接156還耦接至機械電源開關41的第一觸點(散熱殼體44)。電容器152、154的電容和電阻器162、164優選地被選為提供大於大約3秒小於大約4秒的時間常數。例如，在一個實施例中，電容器152、154的電容被設置為2. 2 μ F，以及電阻器162、164的電阻被設置為1. 5ΜΩ。結果是，每個並聯RC電路的標稱時間常數(τ ) 等於3.3秒0.24 1 1.5ΜΩ)。該時間常數表示每個電容器152、IM衰退至其充電電壓值的37%所需的時間。因此，如果在手電筒10關斷之前每個電容器152、巧4上的完全充電電壓是3伏，則每個電容器152、巧4上的電壓在3. 3秒的時間常數消逝後將大約為1. 11 伏。作為對比，充電電阻器172、174的電阻優選地被設置得很低(例如10kQ)，從而使得 RC電路172、152和174、154的時間常數非常短(例如，22ms)，從而電容器152和154可以被控制器140幾乎瞬時完全充電(例如，在本實施例中為110ms)。通常，充電電阻器172、 174的電阻應被設置為使得在正常操作過程中，電容器152、巧4在基本上短於用戶接通然後關斷手電筒10所需的時間的時間段內充電。通常，洩放電阻器優選地具有充電電阻器至少兩個數量級大的電阻。當機械電源開關41被打開或處於關斷位置，存儲在電容器152、巧4上的電壓將分別以取決於電容器152、巧4和洩放電阻器162、164的值的給定速率衰減。當機械電源開關 41閉合從而使得手電筒10被再次接通時，將存在保留在每個電容器152、巧4上的駐留電壓。當在機械電壓開關41閉合時加電時，控制器140測量每個電容器152、154上的駐留電壓。控制器140根據其測量的每個電容器的電壓，將保留在每個電容器152、巧4上的駐留電壓解譯成接通或關斷(即，為1或0)。根據解譯出的每個電容器的狀態，控制器140確定並實現手電筒10的適當的操作模式。下表1概述了本實施例的控制器140的每個操作模式被配置為基於控制器140被加電時的每個電容器152、154的狀態來實現。在其他實施例中，可以包括其他模式，或者可以將模式與電容器152、154的不同狀態相關。表1操作模式和電容器Cl和C2上的電壓的概述
權利要求
1.一種多模式可攜式發光裝置，包括殼體，用於容納具有正電極和負電極的可攜式電源；光源，具有第一電極和第二電極；主電源電路，用於將所述光源的所述第一電極和所述第二電極分別連接至所述可攜式電源的所述正電極和所述負電極，所述主電源電路包括與所述光源電串聯布置的電子電源開關和機械電源開關；控制器，與所述機械電源開關串聯電耦接，使得當所述機械電源開關打開時，所述控制器不被所述可攜式電源供電，所述控制器包括用於提供控制所述電子電源開關的打開和閉合的控制信號的輸出，所述控制器被配置用於以提供至少兩種操作模式的方式來控制所述電子電源開關；狀態機，具有用於臨時存儲操作模式的存儲機構以及耦接至控制器以將至少一個輸出信號傳遞至所述控制器的至少一個輸出，其中所述控制器被配置用於基於來自所述狀態機的所述至少一個輸出信號來確定操作模式，並且其中所述控制器被配置用於在加電之後將新的操作模式寫入所述狀態機。
2.根據權利要求1所述的多模式可攜式發光裝置，其中所述控制器是微控制器。
3.根據權利要求1所述的多模式可攜式發光裝置，其中所述控制器被配置用於通過讀取來自所述狀態機的每個輸出信號上的電壓並將所述電壓與存儲在非易失性存儲器中的信息進行比較，來基於來自所述狀態機的所述至少一個輸出信號確定操作模式。
4.根據權利要求3所述的多模式可攜式發光裝置，其中所述狀態機包括與洩放電阻器並聯的至少一個能量存儲裝置。
5.根據權利要求4所述的多模式可攜式發光裝置，其中所述能量存儲裝置是電容器。
6.根據權利要求4所述的多模式可攜式發光裝置，其中所述能量存儲裝置是電感器。
7.根據權利要求3所述的多模式可攜式發光裝置，其中所述非易失性存儲器是 EEPROM。
8.根據權利要求7所述的多模式可攜式發光裝置，其中所述控制器是微控制器，以及所述EEPROM嵌入在所述微控制器中。
9.根據權利要求1所述的多模式可攜式發光裝置，還包括模數轉換器。
10.根據權利要求9所述的多模式可攜式發光裝置，其中所述模數轉換器嵌入在所述控制器中。
11.根據權利要求1所述的多模式可攜式發光裝置，其中所述光源是LED。
12.根據權利要求1所述的多模式可攜式發光裝置，其中所述光源包括燈絲。
13.根據權利要求1所述的多模式可攜式發光裝置，其中所述狀態機包括第一RC電路， 所述第一 RC電路具有電容器和並聯電連接至所述電容器的洩放電阻器。
14.根據權利要求13所述的多模式可攜式發光裝置，其中所述狀態機還包括充電電阻器，所述充電電阻器電串聯布置在所述控制器的數據埠和所述第一 RC電路之間。
15.根據權利要求14所述的多模式可攜式發光裝置，其中所述充電電阻器的電阻基本上小於所述洩放電阻器的電阻。
16.根據權利要求15所述的多模式可攜式發光裝置，其中所述洩放電阻器具有所述充電電阻器至少兩個數量級大的幅值的電阻。
17.根據權利要求1所述的多模式可攜式發光裝置，其中所述狀態機包括連接至所述控制器的兩個狀態輸出，並且所述控制器被配置用於以提供四種操作模式的方式控制所述電子電源開關。
18.根據權利要求1所述的多模式可攜式發光裝置，其中所述操作模式包括正常模式和功率減小模式。
19.根據權利要求1所述的多模式可攜式發光裝置，其中所述操作模式包括正常模式和SOS模式。
20.根據權利要求1所述的多模式可攜式發光裝置，其中所述操作模式包括正常模式和閃爍模式。
21.根據權利要求1所述的多模式可攜式發光裝置，其中所述狀態機將操作模式存儲大於或等於0. 75秒且小於或等於3秒。
22.根據權利要求1所述的多模式可攜式發光裝置，其中所述狀態機將操作模式存儲大於或等於1. 0秒且小於或等於2. 0秒。
23.根據權利要求1所述的多模式可攜式發光裝置，其中所述狀態機將操作模式存儲大約1.5秒。
24.一種操作多模式可攜式發光裝置的方法，所述多模式可攜式發光裝置包括主電源電路，用於將光源連接至可攜式電源；控制器，用於控制與所述光源電串聯布置在所述主電源電路中的電子電源開關，所述控制器與機械電源開關電串聯，所述機械電源開關與所述光源串聯地布置在所述主電源電路中，並作為對於所述控制器的所述用戶界面，所述方法包括以下步驟在加電時，使用所述控制器從狀態機讀取至少一個輸出信號，以基於所述至少一個輸出信號來確定第一操作模式；加電後，將來自所述控制器的第二操作模式寫入所述狀態機，其中所述狀態機將在所述機械電源開關打開之後將所述第二操作模式記住短暫時間段，從而如果所述機械電源開關在所述短暫時間段消逝前被閉合，則所述控制器將以所述第二操作模式操作。
25.根據權利要求16所述的方法，其中所述短暫時間段小於或等於1.5秒。
26.一種校準用於多模式可攜式發光裝置的驅動電路的一個或多個存儲電容器的方法，其中每個存儲電容器與洩放電阻器並聯地連接至控制器的數據埠，所述方法包括為所述驅動電路供電以對所述一個或多個存儲電容器中的每個存儲電容器充電；去除所述驅動電路的供電達預定時間間隔；所述預定時間間隔一旦已經消逝，就為所述驅動電路供電；測量所述一個或多個存儲電容器中每個存儲電容器上的電壓值；以及將對於所述一個或多個存儲電容器中的每個存儲電容器測量的電壓存儲在能夠由所述控制器訪問的非易失性存儲器中。
全文摘要
提供了一種可攜式發光裝置，例如手電筒，其具有機械電源開關和多種操作模式。機械電源開關與發光裝置的控制器串聯布置，並用作對於控制器的用於改變操作模式的用戶界面。由於機械電源開關與控制器串聯，所以可攜式發光裝置在機械開關打開時不消耗電池能量。耦接至控制器的狀態機在每次其被加電時被控制器輪詢，以確定發光裝置的操作模式。
文檔編號H05B37/02GK102577620SQ201080008935
公開日2012年7月11日 申請日期2010年1月14日 優先權日2009年1月14日
發明者S·H·韋斯特 申請人:美光工具公司