专利名称：手电筒的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种带有发光二极管的手电筒。
背景技术：
带有作为光源的发光二极管的手电筒在原理上是已知的。在较新类型的这种手电筒中，沿照射方向在发光二极管前面设置有聚焦元件，以使发光二极管的光聚焦/会聚成束(bündeln)并由此即使在较大的距离也能在一个限定的面积内实现足够的照射度。
在应用为实现足够的照射度必需的多个发光二极管时，在此在较大的距离处得到一个具有许多不同照射度的区域的光斑图案。传统的手电筒尽管由于采用了白炽灯珠具有高很多的耗电量，但与上述手电筒相比却能产生一个具有均匀照射度分布的清晰界定的光斑，这使得在照明区域内对图案和结构的识别改善很多，并且会产生由于界限清晰较易于引起使用者愉悦的图像。
发明内容
本发明的目的是，提供一种具有发光二极管的手电筒，在该手电筒中由其在较远距离处产生的光斑图案的不均匀性明显降低。
该目的通过一个具有权利要求1的特征的手电筒来实现。
一个根据本发明的手电筒具有一个手电筒基体和一个灯头部。所述灯头部包括至少两个发光二极管和分别配设给所述发光二极管中的一个用于会聚由该发光二极管发射出的光线的各一个光学装置。对于所述用于会聚由当前发光二极管发射出的光线的装置，特别可以采用正透镜/聚光透镜，例如平凸或双凸透镜。
为了在较大的距离处实现一低不均匀性的光斑图案，分别在所述发光二极管中的一个和所述用于会聚由当前发光二极管发射出的光线的光学装置之间设置一个管形件。在此这样设计所述管形件，以使所述管形件在很大程度上防止所述发光二极管中的一个的光线进入一个配设给所述发光二极管中的另一个的用于会聚由当前发光二极管发射出的光线的光学装置中。
通过根据本发明的管状件可以防止一个发光二极管的散射光进入用于会聚由其它发光二极管发射出的光线的光学装置中，以及在散射光被所属管状件反射后造成在较远处由手电筒产生的光斑图案中形成照明较弱的区域。即由此实现对由发光二极管发射的光线的会聚而不会同时被相邻的发光二极管的散射光影响，这样，就在较大距离处得到了一个具有高照射度而较均匀的光斑图案。
本发明的优选实施例和改进方案在说明书、附图和从属权利要求中予以说明。
优选地这样设计所述管状件，以使从所述管状件中射出的相应发光二极管的光线基本上完全投射到相应配设的用于会聚由当前发光二极管发射出的光线的光学装置上。这意味着，所述形成(光斑)图象的装置的光线入口面积不允许明显小于所述管状件的开口面积。因此管状件起到一个孔径光阑的作用，由此在相应的聚焦时在较远距离处的光斑图案中得到界限清晰的、与各发光二极管相配的区域。由于避免了散射光，这在一方面相关于由发光二极管发射的光量在光斑图案中实现了较大的照射度。另一方面通过清晰的限定还得到了对于使用者较舒服和较令人满意的光斑图案。
所述管状件优选地由不透明或半透明的材料制成，但其中在所述管状件的内或外表面分别设有不透光的涂层基本上也是足够的。特别优选地，管状件的内表面是不反光的，在此单纯的光散射尽管是可能的，但优选地同样也被大大降低了。由于制造简单，为此对管状件表面进行不光泽化(mattieren)，是特别有利的。
尽管管状件基本上也可以只是由中间壁和灯头部的壳体形成的，但至少一个管状件的内部空间制成回转对称的。一方面，所述内部空间的这种横截面与所述发光二极管的照射特征相对应，并在另一方面还产生一个由于是圆形的，从而非常吸引人的光斑图案。此外，这种管状件还特别易于制造。为了能够尽量多地会聚由一个发光二极管发射的光线，通常用于会聚其光线的配设给该发光二极管的光学装置在面积上大于其所属的发光二极管。因此特别优选的是，管状件的内部空间的至少一个部分区段具有截锥形的形状。
尽管管状件应该基本上只位于发光二极管和配设于该发光二极管的用于会聚由其发射出的光线的光学装置之间，并特别还可能比发光二极管和配设于该发光二极管的用于会聚由其发射出的光线的光学装置之间的距离短，但优选的是，管状件被固定在一个基体元件上且其朝向发光二极管的端部至少容纳发光二极管的发光体的部分。通过管状件的这种固定方式可以同时实现多个优点。一方面可以实现管状件特别简单的装配，可以通过对基体元件的设置方便地保证所述管状件相互之间的位置，这样只利用一次校准过程就可以完成所有管状件在所述用于会聚的光学装置上的对齐。另一方面，由于(管状件)朝向发光二极管的端部至少容纳该发光二极管的发光体的部分，可以对通常只是由其导电杆(Kontaktstift)固定的发光二极管简单而精确地对齐。由此可以实现发光二极管特别好地对齐在用于会聚由当前发光二极管发射出的光线的光学装置上并得到高的照射度。
特别优选的是，其中至少一个配设于一个发光二极管的管状件的一个端部与配设于该发光二极管的用于会聚由该发光二极管发射出的光线的光学装置或一个固定该装置的元件相邻接。由此还实现了发光二极管和用于会聚其光线的光学装置之间距离的简单的校准，以使该发光二极管对齐在相应的用于会聚由当前发光二极管发射出的光线的光学装置上，由此可以方便地实现在一预定距离区域内由发光二极管发射的光线的好的聚焦。这种效果基本上也可以通过所述基体元件相应的构成/形式例如一体地形成一个间隔件来实现，但至少在所有的管状件的端部都与相应的用于会聚由发光二极管发射的光线的光学装置相邻的情况下，会得到另一个优点，即在用于会聚由当前发光二极管发射出的光线的光学装置上反射的散射光不能顺利地进入管状件之间的灯头部的内部并在这里被反射，这样，就可以避免由此产生的不希望的散射光。
基体元件和管状件优选地是一体形成的，这在一方面允许简单和经济地制造，例如作为塑料注射件，另一方面还保证了管状件之间抗干扰的特别稳定的定位。在此特别优选的是，基体元件基本上具有一聚光反射镜的形状，因此由于管状件沿其周向并也沿其纵向与基体元件相连接，在一方面了实现管状件特别稳定的固定。另一方面当逆照射方向观察时，会得到一由常用手电筒已知的并吸引人的图像。
此外优选的是，用于会聚由当前发光二极管发射出的光线的光学装置相互这样地相向倾斜设置，以使通过发光二极管发射的光线的所述光学装置形成的光束在一个预定区域内相互交叉。为此，特别是在使用透镜作为用于会聚由当前发光二极管发射出的光线的光学装置的情况下，所述光学装置的光轴可以在照射方向上是相对倾斜的。在此所述预定的区域可以通过例如通常的从手电筒到被照射的物体的工作距离，例如在5到10m之间，或通过发光二极管的亮度来确定。由此在所述预定区域内不仅得到一个较大的照射度，还得到了一个限定较好的和较均匀的光斑图案。特别优选的是，这样选择光轴的倾斜度以及透镜的位置和焦距，以使发光二极管的映像(Abbild)位于光束交叉区域内。这样就在所述预定区域内得到一个没有产生干扰的环绕其周围的反射(光斑)的基本上为圆形的照射图案。
所述发光二极管优选地固定在一个印刷电路板上，该印刷电路板具有用于和设置在手电筒基体内的供电触点或可装入手电筒基体内的电池或蓄电池接触连通的接触元件。由此可以特别简单地保持发光二极管，其中同时电流路径可以特别短。
在此所述接触元件特别优选地包括一个第一环形接触面和一个设置所述第一接触面内部的另一个基本上为环或圆形的第二接触面。这使得在手电筒和灯头部即使在不同的角度位置也可以实现一可靠的接触连通，当将灯头部旋上手电筒基体时，特别可能出现所述不同的角度位置。此外还可以将在手电筒基体内并排设置的电池的触点用作供电触点。
在应用一安装有发光二极管的印刷电路板时，优选地将所述基体元件安装在印刷电路板上，这是因为这样一方面可以实现各部件一紧凑的结构，另一方面可以容易地避免由于基体元件和印刷电路板之间的相对运动产生的对向发光二极管供电(线路)的可能的损坏。
尽管用于会聚由当前发光二极管发射出的光线的光学装置基本上可以单独地由相应的固定件保持，但优选的是，用于会聚由当前发光二极管发射出的光线的光学装置为一体地形成在一个前部元件内的透镜。该前部元件在没有透镜的区域可以是半透明或不透明的，这可以通过相应的涂层来实现，但优选的是全部为透明的，这是因为这样可以作为例如塑料注射体非常简单和经济地生产。此外，特别是当使用一个具有一个如上所述的基体元件的灯头部时，只通过一次校准过程就可以简单地对准所有发光二极管。
特别优选地，在此所述透镜可以制成平凸透镜，其平的表面分别形成所述前部元件外侧的一个区域。在另一个特别优选的实施例中，所述透镜可以制成双凸透镜，所述透镜在相同的焦距以及由此相同的光线会聚效果下可以具有较小的曲率半径并由此可以较简单地生产。
尽管所述前部元件可以制成基本上为盘形的，但在一个优选实施形式中该前部元件也可以制成杯形的，其中管状件和带有发光二极管的印刷电路板设置在杯形的内部。由此得到一个易于装配的包括所有光学部件的单元，其中特别是在设有一个基体元件的情况下，可以生产一个可以非常可靠和简单地装配的单元。
为此特别优选的是，所述前部元件和基体元件或印刷电路板本身具有相应的导向元件，该导向元件起扭转止动器的作用。由此，因为只通过导向元件就可以保证发光二极管、管状件和用于会聚由当前发光二极管发射出的光线的光学装置的对齐，在一方面可以实现特别简单的装配。另一方面在使用期间还不会例如因为由所述发光二极管和配设于该发光二极管的用于会聚由当前发光二极管发射出的光线的光学装置之间的相对转动引起的震动或振动而产生失准。
在装配时，可以将基体元件简单地导入杯形的前部元件中，然后在所述杯形的边缘用印刷电路板将其封闭。在此前部元件和印刷电路板之间的连接可以通过例如粘结或在使用塑料件时通过焊接连接实现，但优选的是，前部元件和印刷电路板在所述杯形的边缘通过一卡扣连接相互连接起来。由此可以得到一特别简单的装配过程，此外在其中不会出现可能损坏印刷电路板和发光二极管的高温和包含在粘结剂中的有害溶剂蒸汽。
带有管状件的前部元件和印刷电路板优选地设置在一个筒状的头部壳体中，由此可以实现所述单元的简单的装配。此外，通过相应的材料选择该筒状的头部壳体可以用作前部元件的机械保护件。
为了在潮和湿的情况下也能够使用根据本发明的手电筒，在前部元件和头部壳体之间优选地设置有至少一个，特别优选的是环绕的灯头部密封件，该密封件会防止湿气进入前部元件和头部壳体之间。
为此目的，还可以优选地在灯头部和手电筒基体之间设置一个，特别优选的为环绕的密封件。
为了实现尽可能均匀的照射，所述发光二极管优选地以相同的角间距安装在一个圆上。
优选地设置三个发光二极管，这是因为此时可以在实现的照明和小的能量消耗之间实现一个特别有利的关系。这特别具有重要的意义，这是因为在照明时间相同的情况下一小的能量消耗允许使用较小的电池或蓄电池并由此允许具有较小的重量。
附图的简要说明现在根据附图对一个优选实施例进行实例性的说明。其中
图1示出一个根据一个本发明的优选实施例的手电筒的示意性剖视图，图2示出图1中的手电筒的灯头部的分解视图，
图3示出图2中的灯头部中的印刷电路板朝向手电筒基体的一侧的俯视图，图4示出图2中的灯头部的基体元件沿应向照射方向的俯视图，图5示出图4中的基体元件的透视图。
具体实施形式在图1中一个根据本发明的一个优选实施例的手电筒包括一个手电筒基体10和一个灯头部12。
手电筒基体10制成为管状的，其中在一个端部该手电筒基体被封闭。在其内部空间形成一个用于接纳电池的电池盒14。此外在手电筒基体10中还设有(几个)供电触点，其中只有供电触点16在图1中是可见的。该供电触电16通过一个水密地装入手电筒基体10中的开关18与一个用于一个可装入电池盒14的电池的一极的图中未示出的接触面相连。
在其开口端手电筒基体10具有一用于固定灯头部12的外螺纹部20。在外螺纹部20的端部设有一个环绕地保持在一个槽中的灯头部密封件22。
如图2所示，灯头部12由一个筒状的头部壳体24、一个前部元件26、一个基体元件28和一个具有三个白光-发光二极管的印刷电路板30组成，其中图2中只示出了发光二极管32a和32b。
如图3中可见，印刷电路板30为圆形的，其中三个在图中不可见的发光二极管以相互间相同的角间距设置在一个圆上。如图2中对于发光二极管32a和32b所示出的，发光二极管具有发光体33a或33b并通过导电杆34a或34b固定在印刷电路板30上。在背向安装有发光二极管一侧的背侧上所述印刷电路板具有一个形成为环形的第一接触面36以及一个同样是环形的、同心地设置在第一接触面36中的第二接触面38。所述接触面36和38通过在图中没有示出的印刷导线和电子元件与所述发光二极管相连接，这样在手电筒基体10中的所述供电触点接通之后可以通过接触面36和38向所述发光二极管输送来自安装在手电筒基体内的电池的电流。
此外沿印刷电路板30的周向以相同的角间距设有三个切口40a、40b和40c。
所述前部元件26制成为杯形的并是由一种透明材料例如一种相应的透明的塑料制成的。在其前部板42中对应于发光二极管的布置以相同的角间距一体地在一个圆上形成有三个聚光透镜，其中在图2中只有透镜44a和44b是可见的。所述聚光透镜的弯曲部形成在所述杯形的内侧，这样前部板42向外的侧面是平的。
在前部板42附近在前部元件26的侧壁上形成有以用于接纳一个密封件的环绕的槽46。
沿所述杯形的边缘延伸有一向前部板42的方向偏置的凸肩48。所述杯形的边缘变厚至一个向所述杯形内部伸出的凸缘50，其中所述凸肩48比所述凸缘50向杯形内部伸出更多，且凸肩48和凸缘50之间的距离相当于印刷电路板30的厚度。这样选择前部元件26在凸肩48和凸缘50处的内径，以使得利用压力可将印刷电路板30卡扣在凸缘50和凸肩48之间。
此外在前部元件26的内缘还以相同的角间距设有三个导向凸起，其中在图中只有一个导向凸起52是可见的，且这些导向凸起是这样形成的，即当向所述前部元件26中安装印刷电路板30时，所述导向凸起作用在沿印刷电路板30周向分布的相应开口40a、40b和40c内。在此，前部元件26中的聚光透镜和导向凸起和印刷电路板中或上的切口40a、40b和40c和发光二极管相互这样对齐，即当导向凸起作用在印刷电路板的切口内时，发光二极管与聚光透镜对准。
在前部元件26内通过卡扣在前部元件内的印刷电路板30固定的基体元件28具有一个近似于抛物面的基本形状，并以三个以相同的角间距设置的支承腿54a、54b和54c坐靠在印刷电路板30上(对比图2和图5)。如在图4和图5中可以看到的那样，基体元件28内还形成有三个在一个圆上以相互间相同的角间距设置的管状件56a、56b和56c。管状件56a、56b和56c和带有支承腿54a、54b和54c的基体元件28是一体地由一种不透明的塑料作为塑料注射件形成的。
由于基体元件28和管状件56a、56b和56c之间的接触线在对应于基体元件28的弯曲的同时也沿管状件的纵向延伸，所述管状件在纵向上固定在基体元件28上。
管状件56a、56b和56c基本上形成为同样的，这样，下面以管状件56a的例子对所述管状件进行详细说明。
管状件56a具有一圆柱形的外表面(对比图4和图5)并包括一个回转对称的内部空间。所述内部空间在其朝向发光二极管32a的端部具有一个用于接纳发光二极管32a的发光体33a的圆柱形区段58。在其上连接有一个逐渐变粗的截锥状的管状件内部空间区段60。圆柱形区段58的内径相当于发光二极管32a的发光体33a的外径，而在朝向前部板42或透镜44a的端部，管状件的内径选择为相当于透镜44a的直径。
这样选择支承腿54a、54b和54c的长度，即管状件56a、56b和56c的发光二极管侧的端部坐靠在发光二极管的基座61a、61b和61c上，由此将发光二极管的发光体33a、33b和33c保持在管状件上的一个确定的位置内。此外，这样选择管状件56a、56b和56c的长度，即所述管状件接触到前部板42上，由此一方面保证，发光二极管的发光体位于距聚光透镜44a、44b一确定距离处，其中例如这样选择距离和聚光透镜的焦距，即发光二极管的光线在一大约5m的距离处聚焦。在另一方面会防止基体元件28在前面板42和卡扣在前面件26中的印刷电路板30之间的运动。
安装有基体元件28和印刷电路板30的前部件26在印刷电路板卡扣在前部件中时形成一个包括手电筒的所有光学部件的易于操作的单元。由发光二极管(图2中32a、32b)发射出的光线被管状件56a、56b和56c引导至相应的聚光透镜(图2中44a、44b)上并被所述透镜会聚，而源自一个发光二极管的散射光不会到达配设于另一个发光二极管的聚光透镜上并被其折射。
筒状的头部壳体24在其前端具有一个环绕的突起部62，且沿内表面具有三个以相同的角间距设置的卡块，其中在图2中只有卡块64a和64b是可见的。将由前部件26、基体元件28和印刷电路板30组成的单元推入头部壳体24内，此时以前部板42触碰在突起部62上，并以远离前部件42的边缘卡扣在卡块后面(对比图1)。由此该单元非常简单而可靠地保持在头部壳体24内。
如图1所示，在前部元件26的槽46内设置有一个密封件66，该密封件防止潮气通过前部板42和突起部62之间的间隙进入灯头部12的内部并由此进入手电筒基体10。
此外头部壳体24还具有一内螺纹部68，利用该内螺纹部头部壳体24或整个灯头部12可以旋到手电筒基体10的外螺纹部20上。因此在此这样形成头部壳体24的螺纹侧的端部，即设置在手电筒基体10的外螺纹部20的端部的灯头部密封件22在灯头部已旋上时密封地封闭灯头部12和手电筒基体10之间的间隙。
参考标号表10 手电筒基体12 灯头部14 电池盒16 供电触点18 开关20 外螺纹部22 灯头部密封件24 头部壳体26 前部元件28 基体元件30 印刷电路板32a、32b 发光二极管33a、33b 发光体34a、34b 导电杆36 第一接触面38 第二接触面40a、40b、40c切口42 前部板44a、44b 聚光透镜46 槽48 凸肩50 凸缘52 导向凸起54a、54b、54c支承腿56a、56b、56c管状件
58 内部空间的圆柱形区段60 内部空间的截锥形区段61a、61b基座62 突起部64a、64b卡块66 密封件68 内螺纹部
权利要求
1.具有一个手电筒基体(10)和一个灯头部(12)的手电筒，所述灯头部包括至少两个发光二极管(32a、32b)，分别配设给所述发光二极管(32a、32b)中的一个的用于会聚由当前发光二极管发射出的光线的各一个光学装置(44a、44b)，和在所述发光二极管(32a、32b)中的一个和所述用于会聚由当前发光二极管发射出的光线的光学装置(44a、44b)之间分别设置的一个管形件(56a、56b、56c)，其中这样设计所述管形件(56a、56b、56c)，以使所述管形件在很大程度上防止所述发光二极管(32a、32b)中的一个的光线进入一个配设给所述发光二极管中的另一个的用于会聚由当前发光二极管(32a、32b)发射出的光线的光学装置(44a、44b)中。
2.根据权利要求1的手电筒，其特征在于，这样设计所述管状件(56a、56b、56c)，以使从所述管状件中射出的相应发光二极管(32a、32b)的光线基本上完全投射到相应配设的用于会聚由当前发光二极管(32a、32b)发射出的光线的光学装置(44a、44b)上。
3.根据权利要求1或2的手电筒，其特征在于，至少一个所述管状件(56a、56b、56c)的内表面形成为不反光的，优选地进行过无光泽化的。
4.根据上述权利要求中的一项的手电筒，其特征在于，至少一个所述管状件(56a、56b、56c)的内部空间是回转对称的。
5.根据上述权利要求中的一项的手电筒，其特征在于，所述管状件(56a、56b、56c)被固定在一个基体元件(28)上且其朝向所述发光二极管(32a、32b)的端部至少容纳所述发光二极管(32a、32b)的发光体(33a、33b)的部分。
6.根据权利要求5的手电筒，其特征在于，至少一个配设于一个发光二极管(32a、32b)的管状件(56a、56b、56c)的一个端部与配设于该二极管的光学装置(44a、44b)或一个固定该装置的元件相邻接。
7.根据权利要求5或6的手电筒，其特征在于，所述基体元件(28)和所述管状件(56a、56b、56c)是一体形成的。
8.根据上述权利要求中的一项的手电筒，其特征在于，用于会聚由当前发光二极管发射出的光线的所述光学装置(44a、44b)这样相向倾斜地设置，以使通过所述光学装置(44a、44b)形成的由所述发光二极管发射的光线的光束在一个预定区域内相互交叉。
9.根据上述权利要求中的一项的手电筒，其特征在于，设有一个安装有所述发光二极管(32a、32b)印刷电路板(30)，该印刷电路板具有用于和设置在所述手电筒基体(10)内的供电触点(16)或可装入所述手电筒基体(10)内的电池或蓄电池接触连通的接触元件(36、38)。
10.根据权利要求9的手电筒，其特征在于，所述接触元件(36、38)包括一个第一环形接触面(36)和一个设置所述第一接触面(36)内部的另一个基本上为环形或圆形的第二接触面(38)。
11.根据权利要求9或10并结合权利要求5到7中一项的手电筒，其特征在于，所述基体元件(28)设置在所述印刷电路板(30)上。
12.根据上述权利要求中的一项的手电筒，其特征在于，用于会聚由当前发光二极管发射出的光线的所述光学装置(44a、44b)为一体地形成在一个前部元件(26)内的透镜(44a、44b)。
13.根据权利要求12和权利要求9到11中的一项的手电筒，其特征在于，所述前部元件(26)制成为杯形的；所述管状件(56a、56b、56c)和带有所述发光二极管(32a、32b)的所述印刷电路板(30)设置在杯形的内部。
14.根据上述权利要求12或13中一项和权利要求5到7中的一项的手电筒，其特征在于，所述前部元件(26)和基体元件(28)或所述印刷电路板(30)本身具有相应的起扭转止动器作用的导向元件(40a、40b、40c、52)。
15.根据权利要求13或14的手电筒，其特征在于，所述前部元件(26)和所述印刷电路板(30)在杯形的所述前部元件的边缘通过一卡扣连接(64a、64b)相互连接。
16.根据权利要求13到15中的一项的手电筒，其特征在于，带有所述管状件(56a、56b、56c)的所述前部元件(26)和所述印刷电路板(30)设置在一个筒状的头部壳体(24)中。
17.根据权利要求16的手电筒，其特征在于，在前部元件(26)和头部壳体(24)之间设置有至少一个优选为环绕的灯头部密封件(22)。
18.根据上述权利要求中的一项的手电筒，其特征在于，在灯头部(12)和手电筒基体(10)之间设置一个优选为环绕的密封件。
19.根据上述权利要求中的一项的手电筒，其特征在于，所述发光二极管(32a、32b)以相同的角间距设置在一个圆上。
20.根据上述权利要求中的一项的手电筒，其特征在于，设置有三个发光二极管(32a、32b)。
全文摘要
一个手电筒具有一个手电筒基体(10)和一个灯头部(12)，所述灯头部包括至少两个发光二极管(32a、32b)，分别配设给所述发光二极管(32a、32b)中的一个的用于会聚由当前发光二极管发射出的光线的各一个光学装置(44a)，和分别在所述发光二极管(32a、32b)中的一个和所述用于会聚由当前发光二极管发射出的光线的光学装置(44a、44b)之间设置一个管形件(56a、56b、56c)。这样设计所述管形件(56a、56b、56c)，以使其在很大程度上防止所述发光二极管(32a、32b)中的一个的光线进入一个配设给所述发光二极管(32a、32b)中的另一个的用于会聚由当前发光二极管发射出的光线的光学装置中。
文档编号F21L4/02GK1620577SQ02813093
公开日2005年5月25日 申请日期2002年5月24日 优先权日2001年6月29日
发明者P·劳瑟克, G·霍赫 申请人:麦勒特Slt两合公司