专利名称：便携式照明装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种便携式照明装置，特别是一种照明光的颜色可调节的便携式照明装置。
背景技术：
照明有着悠久历史且对人类文明至关重要。伴随这技术革新，照明的原材料、能量利用效率与照明质量都在不断进步。目前电能是照明的主要能源形式，据统计，全世界所消耗的电能中约有20%被用于照明。与生活照明、商业照明、工业照明等领域相比，便携式照明是一个较小的种类，主要应用于户外运动、室内应急、执法与军事活动等等。便携式照明设备包括手电筒、灯笼、头灯、自行车灯、潜水灯等类别。其中手电筒是最大的一类。手电筒通常采用电池供电，并包含便于手持的结构，可将光投射到某一特定方向。手电筒的发光器件通常为白炽灯泡、发光二极管(LED)或者气体放电灯泡。发光二极管由于具有能量效率高、寿命长、稳定性好等优点，逐渐成为手电筒首选发光器件。但发光二极管的缺点是，其工作电压范围窄，需要较复杂的驱动电路；同时大功率发光二极管工作时会发出大量热量，因而也需要合理的散热结构。另外，不像传统发光器件(例如钨丝白炽灯泡)可发出连续频谱的光线，发光二极管所发出的光的频谱分布较窄，若要得到日常照明所用的白光，还必须进行合理的混光设计。最常用的方法是使用绿光二极管(例如InGaN芯片)搭配含磷的衬底，绿光与衬底受激发产生的黄光相混合，从而产生白光。通过调整各单一颜色光线的比例，可以得到不同的色温和令人满意的显色指数。另一方面，通过不同基色的光线按不同比例混合，我们也可以产生色彩学所定义的可见光范围内的任意一种颜色的光。最常用的基色是红，绿，蓝三色。即在一个照明设备内安装红、绿、蓝三色发光器件，便可产生多彩照明光。多色彩照明已经在建筑照明、商业广告、舞台效果等领域广泛应用，而在便携式照明领域应用目前还很少。一种照明光颜色可调的便携式照明装置，其优点是非常突出的。对于户外运动领域的使用者来说，夜间查看地图首选红光，追踪动物首选动物不易察觉的绿光，而追踪血迹则蓝光最佳。在日常生活当中，随着个人偏好与心情的不同，人们也希望有一种手电筒能让他们自己来定制照明光的颜色，而不是让生产厂商预先设定。美国专利US7293893(Paul Kim, 2004)公开了一种可发出除白光以外两种不同波长光的手电筒。美国专利US7896518 (Danny Holmes, 2008)也描述了一种由两个按钮控制的可发出至少3种颜色光的手电筒。这两项专利所述手电筒都可发出不同颜色的照明光，但是他们并没有提到不同光的混合以及由此产生其他颜色的光。中国专利CN92210445.X(李春一，1992)、CN9322833L 4(蒲德奉等，1993)、CN2667289Y(赖政章，2003)、CN201057370Y(李光伟，2006)、CN201059428Y (陈建民，2007)、CN201944560U (李德胜等，2010)、CN201764268U(邵水土，2010)、CN202419153U(章东盘，2011)、CN202419160U(黄斐，2012)与CN102537678A(梁洪峰等，2012)，都涉及到可发出不同颜色照明光的手电筒，但是都只是将控制开关与不同色彩发光器件对应，每个发光器件只有开和关两种状态，无法让使用者对某单一颜色的强度进行定量调节。美国专利US6016038 (George Mueller, 1997)公开了一种含多个发光二极管的照明设备，以及控制其发光强度和颜色的方法，他们的技术主要应用于建筑照明领域。虽然该专利文献也提到这种方法在手电筒上的应用，但它采用的是多个分体发光二极管，且每个发光二极管对应一个控制装置(例如电位器)，因而无法据此生产出轻巧便携的产品，各色光混合均匀性也无法实现。中国专利CN2903652Y(吴定丰，2006)公开了一种可发出不同颜色照明光的手电筒，它采用一种含有不同波长发光二极管芯片的“全彩” 二极管模块，通过一个设置于筒身周边的功能开关来选择手电筒所发出光的颜色。此专利的局限在于它仍只能让使用者从预先设定的几种颜色中选择，而不能让使用者在任何时候随心所欲地调节颜色。而且，随着电池电量的消耗，电池的电压和内阻发生变化，实际照明的颜色会发生变化，使用者就无法真正选择到想要的颜色。此专利所述手电筒没有包含独立的混光模块，因而也无法得到令人满意的混光效果。
发明内容本实用新型提供一种便携式照明装置，特别是一种照明光的颜色可调节的便携式照明装置。为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案为:一种便携式照明装置，包括:电池，用于给发光元件和控制电路提供电源；发光器件，包括两个以上可发出不同颜色光的发光单元；混光单元，用于混合所述各发光单元发出的光；周边元件，用于响应使用者的操作；电路模块，包括用于调节电池输出的电源管理模块和用于响应周边元件以控制发光器件的控制电路。优选地，所述电池为一节CR123锂电池或两节AA电池。优选地，所述发光单元为发光二级管芯。在某些优选实施例中，所述周边元件至少包括一个轻触开关和一个调节器件。优选地，所述调节器件为电位器。优选地，所述调节器件为霍尔效应传感器。优选地，所述混光单元包括复眼透镜，所述复眼透镜将所述各发光单元发出的光均匀混合为发散光。优选地，所述混光单元包括镀有混光涂层的镜片，所述混光涂层由有机或无机光扩散剂、透明树脂粘胶组成，所述镜片将所述各发光单元发出的光均匀混合为发散光。在某些优选的实施例中，所述便携式照明装置还包括反光杯，用于汇聚所述混光单元混合后的发散光，以较小发散角投射出去。在某些优选的实施例中，所述便携式照明装置还包括外壳，所述外壳内设置有电池、发光器件、混光单元、电路模块，所述周边元件包括可转动设置在外壳上的旋转套。在某些特定实施例中，所述便携式照明装置是一种手电筒。[0027]其中:所述每一个发光二极管可以发出特定频谱的光，可视为一种基本颜色，这些不同基本颜色的光可以混合产生视觉上的其他颜色的光，所述混光单元将各个单一发光单元发出的基本颜色的光均匀地混合在一起，将投射到物体表面光的空间差异控制到最小；所述轻触开关、电位器等控制元件安装在外壳上，所述控制电路响应使用者对控制元件的操作，发送控制信号给发光元件，这些元件组成的系统通过控制每个单一发光单元的光强，以达到让使用者便捷地手动调节输出光颜色的目的；所述电源管理模块，调整电池的输出，使其符合发光元件与控制电路的工作电压和电流，并且保证在电池由满电至电量即将耗尽的过程中，输出照明光的光强和颜色保持稳定。本实用新型的有益效果是:突破了以往既有产品的局限，将最新电子技术应用在手电筒上，实现了照明光颜色、强度和频闪的连续可调，保证了照明光的混光均匀性和色彩稳定性以及电池电能的高效利用，并且产品操作简易，体积紧凑、轻巧，具有很好美观性。
图1是本实用新型的系统模块图。图2A是本实用新型实施例1的第一立体图。图2B是本实用新型实施例1的第二立体图。图3是本实用新型实施例1的立体分解图。图4是本实用新型实施例1的剖视图。图5是本实用新型操作的较佳逻辑流程图。图6是本实用新型实施例2的侧视图。图中，1、电池；2、机械系统；3、电路模块；4、光学模块；5、周边元件；6、散热结构；7、导电结构；8、锁紧/壳体结构；9、电源管理模块；10、综合系统；11、微控制器；12、LED驱动单元；13、反光单元；14、混光单元；15、高功率RGB LED ;16、显示器件；17、轻触开关；18、电位器；20、壳体；21、头部；22、尾部；23、透镜；24、圆柱直筒部位；25、凹槽阵列部位；26、手持部似；27、按钮部似；28、尾部圆柱部似；29、刻度；31、尾部关起结构；32、尾部通孔；33、尾部调节部件；34、扳手部位；35、刻线；36、筒头部分；37、筒身部分；38、尾盖部分；41、锁紧环；42、密封圈；43、筒头壳体；44、平面玻璃镜片；45、第一反光杯；46、复眼透镜；47、第二反光杯；48、锁紧环；49、LED驱动电路板；51、接头；52、套筒；53、筒身壳体；54、密封圈；55、电池；56、挡板；57、橡胶垫片；58、螺钉；59、电极；60、电路组装体；61、轻触开关；62、第一电路板；63、第二电路板；64、支撑柱；65、螺母；66、尾盖壳体；67、通孔；68、密封圈；69、旋钮套；70、锁紧套；71、衬套；72、导线；73、电位器；74、啮合部位；75、筒身壳体前端导电面；76、电路板导电面；77、筒身壳体后端导电面；78、尾盖导电面；79、尾盖导电面；80、电路板导电面；82、手电筒；83、套筒；84、筒身壳体；85、AA电池。
具体实施方式
附图说明了照明光颜色连续可调的便携式照明装置的实施范例，所采用的名词和术语是为了方便理解，须给予最大的涵盖范围。[0041]实施例1图1是本实用新型的较佳系统模块图。所述便携式照明装置为一种手电筒，手电筒的综合系统10由电池1、机械系统2、电路模块3、光学模块4和周边元件5组成。机械系统2包扩散热结构6、导电结构7和锁紧/壳体结构8。电路模块3包括电源管理模块9、微控制器11和LED驱动单元12。光学模块4包括高功率RGB LED 15、混光单元14、反光单元13。周边元件5包括轻触开关17、电位器18和显示元件16。所述模块和单元须理解为功能性的模块，而非实际物理器件。对应到具体实施范例上，同一个物理器件可能包含多项功能，而多个物理器件可能合起来实现一个功能。机械系统2用于安装电子器件、光学器件和电池。电池I的正负极与电源管理模块9相连。电源管理模块9调整电池的输出，提供其他电路环节所需的电压和电流。微控制器11接收周边元件5的输入，并发送相应的信号给LED驱动单元12。高功率RGB LED15发出的光通过混光单元14和反光单元13后离开手电筒，产生高性能全色系的照明光。周边元件5中，电位器18的功能是响应使用者的操作，并提供一个可连续变化和量化的信号给微控制器11，它也可由相似功能其他器件来代替，例如霍尔效应传感器等。显示器件56为可选项，从以上实施范例的具体说明可知，系统的工作状态可通过输出照明光来指示。通过减少不必要的器件，产品可以做的紧凑和高效。图2A和图2B是本实用新型实施例1的立体图。手电筒为图1所示系统10的物理头现。图2A和图2B展不了手电筒20的外部特征。手电筒20包括头部21和尾部22，头部21设置有透镜23，照明光从透镜23输出。头部21还设置有圆柱直筒部位24，其内部设置有光学模块4的元器件，凹槽阵列部位65起增强散热的作用。手电筒20的中间部位为手持部位66，手电筒20的尾部22具有圆柱部位28，圆柱部位28设有按钮部位27和刻度29。在图2B中，可看到尾部22具有一个突起结构31，突起结构31上设有一个通孔32用于安装挂绳附件。尾部22还具有一个调节部件33，调节部件33上设有扳手部位34和刻线 35.。图3是图2所示手电筒20的立体分解图。为叙述方便，各零部件被分为3组:筒头部分36，筒身部分37和尾盖部分38。筒头部分36包括锁紧环41、密封圈42、筒头壳体43、平面玻璃镜片44、第一反光杯45、复眼透镜46、第二反光杯47、锁紧环48、LED驱动电路板49和接头51 ;筒身部分37包括套筒52、筒身壳体53、密封圈54和电池55 ;尾盖部分38包括挡板56、橡胶垫片57、螺钉58、电路组装体60、螺母65、尾盖壳体66、密封圈68、旋钮套69、锁紧套70和衬套71。图4所示为本实用新型实施例1手电筒20沿其轴心线的剖视图，它说明了图3中各零件组装后的状态。筒头壳体43是一个圆柱管状零件，它具有包含和支撑手电筒头部分各零部件的作用。第一反光杯45、平面玻璃镜片44和密封圈42从前端装进筒头壳体4且第一反光杯45的后端顶住筒头壳体43内的档壁。锁紧圈41通过螺纹固定在筒头壳体43内，并且卡紧第一反光杯45、平面玻璃镜片44和密封圈42，并具有防水功能。复眼透镜46、第二反光杯47、高功率RGB LED15、接头51和LED驱动电路板49从筒头壳体43的后端装进去且通过锁紧圈48锁紧，复眼透镜46紧紧卡在反光杯45和反光杯47之间。如图4所示，高功率RGB LED为直插式全彩二极管，它是一种标准化的器件，内部有红、绿、蓝3种发光单元15a、15b和15c。红光涵盖波长范围490nm至840nm，峰值在660nm ；绿光涵盖波长范围360nm至700nm，峰值在520nm ;蓝光涵盖波长范围3IOnm至640nm，峰值在470nm。每一单个发光单元的光通量设定在20流明至70流明之间，驱动电流在350mA左右，驱动电压在2V至3V之间。采用直插式二极管的优点是方便散热，防止二极管产生的大量热量直接传到电路板，从而提高电子器件的效率和寿命。复眼透镜46的作用是将不同发光单元发出的光均匀混合在一起，使照明设备输出的光的颜色均一。高功率RBG LED发出的光，一部分直接投射到复眼透镜46，另一部分经第二反光杯47反射后再到复眼透镜。复眼透镜的每一个小单元相当于一个凸透镜，可将其接收到的光发散，从而消除各发光单元空间位置差异对出射光线的影响。从复眼透镜出来的发散光直接出射，或者经第一反光杯45反射后出射。复眼透镜46可采用光学塑料材料注塑成型，例如聚碳酸酯PC、亚克力PMMA等。复眼透镜46也可由镀有混光涂层的平面镜片来代替，混光涂层由有机或无机光扩散剂及透明树脂粘胶组成，涂层厚度可在几十微米至几百微米之间，但其缺点是光通量损失较大。本实用新型所采用的复眼透镜或镀有混光涂层的平面镜片离发光单元都有一定距离，各色光能够更好地发散，最终出射的混合光颜色更加均一。这种方式的混光效果比在LED封装的透光体添加混光剂要好很多。反光杯的反光面做成橘皮面，可进一步改善混光效果。筒头部分的LED驱动电路板49为LED驱动电路，它接受电路组装体60传来的控制信号，控制红15a、绿15b、蓝发光单元15c的工作状态。本实施例采用脉宽调制方式(PWM)控制发光二极管的亮度，微控制器11根据周边元件5的输入和内部记忆数据判断系统的工作模式和状态，解析出高功率RGB LED15的输出值，再通过查找颜色表，从相应管脚输出PWM信号至LED驱动电路板49。筒身壳体53是一个圆柱筒状零件，连接筒头部分36和尾盖部分38。电池55安装在筒身壳体53内部，负极朝向筒头部分36，正极朝向尾部尾盖部分38。本实施例所用电池55为一节CR123A锂锰电池，其外径约16毫米，长度约34毫米。LED驱动电路板49上设置有弹簧50接触电池55的负极。套筒52与筒身壳体53的下凹部位相配合，方便手握、保护筒身，可用塑料或橡胶加工。筒头壳体43与筒身壳体53采用螺纹连接，组装后螺纹上胶，两者不可拆开或变松，以保证手电筒的可靠耐用。尾盖壳体66是尾盖部分38的基座。锁紧套70是一个圆柱状零件，前端有内螺纹，后端有挡壁结构。锁紧套70通过螺纹与筒身壳体53连接，从而将尾盖部分38与筒身部分37连接在一起。当锁紧套70转动时，尾盖部分38整体发生平移，靠近或远离筒身，以实现尾盖部分的锁紧和释放。衬套71采用柔性的橡胶或塑料加工，其内侧突起部位可与尾盖壳体66的内凹部位啮合，从而实现锁紧与定位。电路组装体60包括第一电路板62、第二电路板63、轻触开关61、电极59、电位器73和4个支撑柱，通过螺钉58固定在尾盖壳体66内部。尾盖壳体66侧面设置有通孔67，与轻触开关61和手电外部的按钮部位27对应。按压按钮部位27，即可操作轻触开关61，将信号传到微控制器。电位器73通过表面贴片或直插方式安装在第二电路板63后部的中央，也可固定在尾盖壳体66内。电位器73与旋钮套69配合，转动69即可调节电位器71的输出。电路组装体60包括了微控制器11和电源管理模块9的电路，各电子器件通过体积较小的表面贴片方式分布在第一电路板62和第二电路板63的两面,4个支撑柱64在两个电路板之间传导电信号。微控制器11为商业通用8管脚单片机，电位器73连接微控制器11的模/数转化输入端口，轻触开关61连接微控制器11的输入端口探测上升/下跳沿，电位器73的3个输出端口向LED驱动单元的LED驱动电路板49发送PWM信号。筒头壳体43、筒身壳体53和尾盖壳体66米用导电金属材料加工,例如招。可基于铝型材加工，表面进行氧化处理，某些部位需要在氧化之后再加工。图4中，壳体53的表面75与LED驱动电路板49的表面76接触并导电，壳体53的表面77与壳体66的表面78接触并导电，第二电路板63的表面79与壳体66的表面80接触并导电,且都与电池的负极导通。因而，壳体53的表面75和77，与壳体66的表面78与80需要在氧化后再加工。4芯的排线72用于连接LED驱动电路板49与电路组装体60。图4所示状态，电路处于闭合状态，若松开锁紧套70，表面77与78脱离接触，电路断开。密封圈42，54，68与橡胶垫片57可防止水分与湿气进入手电筒20的内部，因而本实用新型的较佳实施例是防水的。图5是操作本实用新型的一种较佳方式的逻辑流程图。为便于理解，对实施例手电筒定义了模式和状态的概念。一旦电路闭合，系统可处于3种模式下:睡眠模式，全色系工作模式和白光工作模式。在每种工作模式下，系统又有不同的工作状态。使用者通过对轻触开关的简易操作，可改变系统的工作模式和状态，以下将详细叙述。当系统处于睡眠模式SOO时，快速地按压轻触开关61 (例如，按压时间小于I秒钟)，系统便可被唤醒，进入全色系模式的正常照明状态S10，或者白光模式的正常照明状态S20。进入SlO还是S20取决于系统进入睡眠前的工作模式。在正常照明状态SlO或S20下，快速按压轻触开关，系统便由工作状态转到睡眠模式。睡眠模式下，高功率RGB LED处于关闭状态，系统只消耗很少的电量。而在SlO或S20状态下，高功率RGB LED根据微控制器存储的颜色/亮度/频闪参数，输出相应的照明光，这是系统的正常工作状态。在系统处于工作模式的任何时刻，长时间按压轻触开关(例如，按压时间大于3秒钟)，系统将在全色系模式与白光模式之间转换。在全色系模式下，使用者通过依次调整红、绿、蓝3种基色的强度来将输出光的颜色设置为任何颜色。在白光模式下，使用者只允许调整白光的强度和色温。在两种模式下，使用者都可以设置输出光的频闪。使用者通过按压轻触开关一定时间(例如2秒钟)来使系统进入不同的调节状态。在全色系模式下，从正常照明状态S10，系统可依次进入红光调节状态S12，绿光调节状态S14，蓝光调节状态S16和频闪调节状态S18。在进入每一个调节状态之前，系统都会进入相应的过渡状态。在各个过度状态下，手电筒输出特定颜色照明光并且闪烁，以指示系统所处的状态。各个过度状态持续一段时间(例如3秒钟)之后，自动转入下一个调节状态。在每一个调节状态，使用者转动旋钮套69来调节电位器的输出，微处理器11据此来设定相应参数并且实时调整手电筒的输出。使用者一旦对输出光满意，便可快速按压轻触开关，此时的照明参数便被存储起来。在频闪调节状态之后，系统回到正常照明状态。在白光模式下，从正常照明状态S20，系统可依次进入亮度调节状态S22，色温调节状态S24和频闪调节状态S26。在进入每一个调节状态之前，系统都会进入持续一段时间的相应的过渡状态。在频闪调节状态之后，系统回到正常照明状态。实施例2如图6所示为本实用新型实施例2的侧视图，将两节A A电池代替CR123A锂电池，筒身壳体84和套筒83较长，其它零件以及操作方式都与实施例1相同。图1系统模块与图5逻辑流程都完全适用于图6所示实施例2。相似地，本实用新型也可改用其他种类和其他数量的电池来供电，例如AAA电池、纽扣电池、手机电池等。本实用新型不局限于以上所示的两个实施例。本实用新型涵盖的设备，不局限于用金属材料加工的壳体，它也涵盖塑料及其他材料壳体的设备；它也不局限于直筒状的设备，也可以是其他任何合适的形状；其功能也不局限于传统意义的手电筒，也可以是其他类别的便携式照明工具，例如头灯、灯笼、自行车灯等等。
权利要求1.一种便携式照明装置，包括: 电池，用于给发光器件和控制电路提供电源； 发光器件，包括两个以上可发出不同颜色光的发光单元； 混光单元，用于混合所述各发光单元发出不同颜色的光； 周边元件，用于响应使用者的操作； 电路模块，包括用于调节电池输出的电源管理模块和用于响应周边元件以控制发光器件的控制电路。
2.根据权利要求1所述的便携式照明装置，其特征在于所述电池为一节CR123锂电池或两节AA电池。
3.根据权利要求1所述的便携式照明装置，其特征在于所述发光单元为发光二级管。
4.根据权利要求1所述的便携式照明装置，其特征在于所述周边元件至少包括一个轻触开关和一个调节器件。
5.根据权利要求1所述的便携式照明装置，其特征在于所述调节器件为电位器。
6.根据权利要求1所述的便携式照明装置，其特征在于所述调节器件为霍尔效应传感器。
7.根据权利要求1所述的便携式照明装置，其特征在于所述混光单元包括复眼透镜，所述复眼透镜将所述各发光单元发出的光均匀混合为发散光。
8.根据权利要求1所述的便携式照明装置，其特征在于所述混光单元包括镀有混光涂层的镜片，所述混光涂层由有机或无机光扩散剂、透明树脂粘胶组成，所述镜片将所述各发光单元发出的光均匀混合为发散光。
9.根据权利要求1所述的便携式照明装置，其特征在于所述便携式照明装置还包括反光杯，用于汇聚所述混光单元混合后的发散光。
10.根据权利要求1所述的便携式照明装置，其特征在于所述便携式照明装置还包括外壳，所述外壳内设置有电池、发光器件、混光单元、电路模块，所述周边元件包括可转动设置在外壳上的旋转套。
11.一种手电筒，其特征在于:它包括上述任一权利要求中的便携式照明装置。
专利摘要本实用新型涉及一种便携式照明装置，特别是一种照明光的颜色可连续调节的便携式照明装置，包括电池，用于给发光器件和控制电路提供电源；发光器件，包括两个以上可发出不同颜色光的发光单元；混光单元，用于混合所述各发光单元发出的光；周边元件，用于响应使用者的操作；电路模块，包括用于调节电池输出的电源管理模块和用于响应周边元件且控制发光器件的控制电路。本实用新型提供的便携式照明装置实现了照明光颜色、强度和频闪的连续可调，且采用电池供电，外形紧凑，具有很好的防水性能和散热设计。
文档编号F21V5/04GK202938042SQ20122064089
公开日2013年5月15日 申请日期2012年11月29日 优先权日2012年6月1日
发明者吴有金 申请人:苏州利柔电子技术有限公司