双聚焦手电筒的制作方法

本申请要求2014年8月1日提交的、题为“FLOOD/SPOT FLASHLIGHT(泛光/聚光手电筒)”的美国临时专利申请第62/032,470号的优先权，该申请的公开内容通过引用整体结合于此。

技术领域

本公开涉及双聚焦便携式照明设备，诸如发射具有不同的聚焦距离和/或光束宽度的光束的手电筒。

背景

已经制造了手电筒，该手电筒允许以连续范围的光束宽度和/或聚焦距离来调节光束从泛光束(flood beam)到窄光束的范围，反之亦然。然而，这样的系统通常折损泛光束的光输出或聚光束(spot beam)的窄聚焦(例如，光束距离)。例如，可折损泛光灯的亮度以便实现聚光束的长光束距离，或可折损聚光束的光束距离以便实现泛光模式中的更多光输出，或者可折损泛光束的亮度与聚光束的光束距离两者。

附图说明

通过下列具体描述结合附图，将容易理解实施例。通过示例方式而非通过限制的方式在附图的各图中示出各实施例。

图1示出了双聚焦手电筒的前视立体图，其中该手电筒具有单个透镜，该单个透镜具有两个设置在其中的分开的聚焦元件，每个聚焦元件从透镜的中心偏移一短距离；

图2示出了图1的双聚焦手电筒的部分剖视图，示出了穿过两个聚焦元件中的每一个的部分截面图，并示出了具有两个不同强度的两个LED光源，其中两个LED中的一个LED被定位在每个聚焦元件的后面，且其中每个LED被安装成距其相应的聚焦元件不同距离；

图3A与图3B示出图1的双聚焦手电筒的透镜的透视图(图3A)与截面图(图3B)，示出了两个聚焦元件，这两个聚焦元件中的每一个与透镜的中心稍微地间隔开；

图4A与图4B示出图1的双聚焦手电筒的透镜与基底构件的分解视图(图4A)与透视图(图4B)，示出了基底构件以及两个聚焦元件，其中两个LED光源被安装至基底构件；

图5A与图5B是图4的透镜、基底构件、以及LED的两个截面图，示出了来自泛光聚焦元件/LED的光分布(图5A)以及来自聚光聚焦元件/LED的光分布(图5B)；以及

图6A与图6B是具有有着三个聚焦元件的透镜、与有着四个聚焦元件的透镜的手电筒的透视图，所有附图都根据各实施例。

所公开的实施例的详细描述

在以下详细描述中，参考了附图，附图形成本文的一部分，且可被实践的实施例以示例性方式被示出在附图中。应理解，可利用其它实施例并可作出结构或逻辑改变而不背离此范围。因此，不以限制意义作出以下详细描述，并且实施例的范围由所附权利要求及其等效方案来限定。

可将各个操作以可对理解实施例有帮助的方式依次描述为多个离散的操作；然而描述的顺序不应被解释为暗示这些操作是顺序依赖的。

说明书可使用基于立体的描述，诸如上/下、后/前、以及顶部/底部。这样的描述仅用于帮助讨论且不旨在限制所公开的实施例的应用。

可使用术语“耦合”和“连接”连同其衍生词。应当理解的是，这些术语不旨在作为彼此的同义词。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或电接触。“耦合”可表示两个或更多个元件直接物理接触或电接触。然而，“耦合”还可意味着两个或更多元件彼此不直接接触，但仍然彼此协作或相互作用。

出于描述的目的，“A/B”形式或“A和/或B”形式的短语意思是(A)、(B)或(A和B)。出于描述的目的，“A、B和C中的至少一个”形式的短语意思是(A)、(B)、(C)、(A和B)、(A和C)、(B和C)或(A、B和C)。出于描述的目的，“(A)B”形式的短语意思是(B)或(AB)，即，A是任选要素。

说明书可使用术语“实施例”或“各实施例”，其各自可指代一个或多个相同或不同的实施例。此外，有关于各实施例而使用的术语“包含”、“包括”、“具有”等是同义的。

本文中的实施例提供允许便携式照明设备(诸如手电筒)的光学系统，该光学系统优化了泛光束和聚光束两者的光输出以及光束聚焦。市场上存在多种手电筒，该手电筒允许调整光学部件与光源之间的距离以便将光束的聚焦从泛光束改变成聚光束，反之亦然。然而，这些照明系统具有各种限制。一些手电筒以聚光束配置中的光束距离为代价寻求优化泛光束的光输出(例如，流明)。其他的手电筒寻求优化聚光位置中的光束距离，但是牺牲了泛光位置中的光输出。又一些其他手电筒折损光束距离与光输出两者，以设法在产生最佳泛光与最佳聚光之间折中。

相较之下，本文所公开的照明系统的各实施例包括具有设置在其中的两个分开的聚焦元件的单个透镜，一个用于泛光束，而一个用于聚光束。在各实施例中，两个聚焦元件中的每一个聚焦元件与透镜的中心间隔开一小距离，并且每一个聚焦元件被定位在两个光源(诸如LED)中的一个光源的前面。在各实施例中，泛光束聚焦元件以及聚光束聚焦元件各自设计成执行单个功能(例如，聚光束聚焦或泛光束聚焦)。例如，在各实施例中，可优化泛光束聚焦元件以使光束成形(shape)为宽的、始终如一的泛光束，在各实施例中，该泛光束可在宽的区域上提供明亮的照明。在各实施例中，可优化聚光束聚焦元件以使光束聚焦成窄的、明亮的光束，在各实施例中，该光束可行进一大的距离。

在各实施例中，也可优化每个光源的尺寸以在所选择的条件下(例如，泛光束或聚光束)最佳地执行。在各实施例中，与泛光束聚焦元件配对的LED(例如，泛光束LED)与聚光束LED相比可具有较大尺寸的“管芯(die)”或发光表面，并且在一些实施例中它可具有比聚光束LED更宽的光输出的视角和/或可发射比聚光束LED更多的流明。在各实施例中，使用具有更大管芯的LED帮助产生更容易被散布成宽的、明亮的光束的更宽、更亮的光。

相反地，在各实施例中，与聚光束聚焦元件配对的LED(例如，聚光束LED)可具有较小尺寸的“管芯”或发光表面(与泛光束LED相比)，且它可具有比泛光束LED更窄的光输出的视角和/或可发射比泛光束LED更少的流明。在各实施例中，使用针对聚光束的具有较小视角的LED可能是有帮助的，因为光以更紧密的(tighter)光束离开LED，藉此使得当光穿过聚焦元件时，光更易成形为甚至更紧密的光束。在各实施例中，较小的“聚光束”LED可比较大的“泛光束”LED发射更少的光，但是更紧密的视角意味着光将是更强烈并且被“捆扎(packed)”成更小光束。在各实施例中，即使使用较小的LED，“紧密的”聚光束可比来自较亮且较大的“泛光束”LED的大的、分散的(spread-out)泛光束行进更远。

此外，在各实施例中，每个LED与其在较大透镜内的对应的聚焦元件之间的距离可被固定并被优化以产生最佳的泛光束或最佳的聚光束。例如，每个LED可被设置在基底构件上，当基底构件被安装在手电筒中时，基底构件定位较大的“泛光束”LED距“泛光束”聚焦元件一短距离，并定位较小的“聚光束”LED距“聚光束”聚焦元件一较大距离。在各实施例中，定位“聚光束”LED向后距离聚焦元件更远可允许“聚光束”聚焦元件将聚光束成形为紧密的光束。相反地，定位“泛光束”LED距聚焦元件一较小距离可允许“泛光束”聚焦元件在较大区域上散布泛光束。

因此，各实施例中所公开的是克服现有技术设备的缺点的双聚焦手电筒。在常规的单个LED聚焦手电筒中，一个LED必须用作聚光束与泛光束两者的光源。在具有有着小管芯、紧密的视角以及较低的总的光输出的LED的手电筒中，所得的聚光束将是明亮、紧密的，并将行进长距离，但是将牺牲泛光束的宽度与总的光输出。相反地，在具有有着大管芯、宽视角以及高的总的光输出的LED的手电筒中，泛光束将是大的且总的流明等级(rating)将是高的，但是聚光束将行进较短距离、在尺寸上将是较宽的、并且对于长距离使用将不是那么的合适。本文所公开的双聚焦手电筒克服了这些问题，并可产生最佳的聚光束以及最佳的泛光束两者。

本文所公开的双聚焦手电筒的另一个优势是它们不包括任何聚焦调整机制，因为每个光源与其聚焦元件之间的距离是固定的。因此，在各实施例中，所公开的手电筒可几乎不具有或没有移动部件，并且因此，它们可比现有聚焦手电筒更亮和/或更耐用。此外，在各实施例中，使用者可在泛光设置、聚光设置、和/或双设置之间切换(toggle)，在双设置中，通过推压单个按钮或开关来点亮两个LED，例如，该按钮或开关可位于外壳上的任何方便的位置中，诸如手电筒的端部或侧面。例如，在一些实施例中，使用者可通过单个按钮的反复激活来打开手电筒并在“聚光”模式与“泛光”模式(或“聚光”模式、“泛光”模式、与“双源”模式)之间循环。在其他实施例中，可针对“电源”、“聚光”、“泛光”以及任选地“双源”(例如，聚光LED与泛光LED两者同时被上电(powered on))提供分开的按钮或其他控制元件。

图1示出了根据各实施例的双聚焦手电筒的前视立体图，其中所述手电筒具有单个透镜，该单个透镜具有两个设置在其中的分开的聚焦元件，每个聚焦元件从透镜的中心偏移一短距离。在所示的实施例中，手电筒100可具有传统的或常规的细长外壳102，该外壳102在一端处具有单个透镜104。在各实施例中，透镜104可包括两个分开的聚焦元件106a、106b，用于利用聚光束聚焦元件106a使光束成形为聚光束，或用于利用泛光束聚焦元件106b使光束成形为泛光束。尽管将透镜104示为圆形的，但本领域技术人员将理解它可采用其他形式，诸如四边形的、椭圆的或新月形的。

在各实施例中，可将聚光聚焦元件106a与泛光聚焦元件106b两者与透镜104的中心点稍微分隔开。尽管所示的实施例将两个聚焦元件106a、106b示为与透镜104的几何中心点稍微地隔开不同的距离，但是在其他实施例中，它们可与透镜104的几何中心点隔开大约相同的距离。此外，虽然将两个聚焦元件106a、106b示作不同的尺寸，但是在其他实施例中，它们可以具有基本相似的直径。

图2示出了根据各实施例的图1的双聚焦手电筒的局部剖视图。在所示的实施例中，可穿过两个聚焦元件106a、106b中的每一个看到局部截面图，并且各自具有不同的强度的两个LED光源110a、110b被直接定位在透镜104的后面。在各实施例中，聚光束LED 110a可在聚光束聚焦元件106a的后面被置于中心，并且泛光束LED 110b可在泛光束聚焦元件106b的后面被置于中心。在各实施例中，聚光束LED 110a与泛光束LED 110b相比可具有较小的管芯和较窄的视角，该泛光束LED 110b可具有相应较大的管芯与较宽的视角。在各实施例中，在尺寸、视角以及亮度(例如，流明)上的这些不同可与不同的聚焦元件106a、106b协同工作以产生具有长光束距离的紧密的聚光束以及亮的并且宽的泛光束。

在各实施例中，两个LED 110a、110b可被安装到基底构件108，该基底构件108可包括两个基座112a、112b，两个基座112a、112b被配置成将两个LED 110a、110b中的每一个定位在每个聚焦元件106a、106b后面的最佳聚焦距离，以创建最佳的聚光束与最佳的泛光束。在所示的实施例中，聚光束聚焦元件106a与聚光束LED 110a之间的距离比泛光束聚焦元件106b与泛光束LED 110b之间的距离大。在各实施例中，在空间上的此不同可至少部分地由于聚光束聚焦元件106a与泛光束聚焦元件106b的不同光学器件(optics)。

图3A与图3B示出根据各实施例的图1的双聚焦手电筒的透镜的透视图(图3A)与截面图(图3B)，示出了两个聚焦元件，这两个聚焦元件中的每一个与透镜的中心稍微地间隔开。在所示的实施例中，透镜104包括两个聚焦元件106a、106b，并且在各实施例中，泛光束聚焦元件106b可包括适配成将光分散成宽光束的平凸、双凸、凸凹或凹凸透镜。尽管将泛光束聚焦元件106示作大体圆形的，但在一些实施例中，泛光束聚焦元件106b可具有椭圆形或细长的形状。例如，在一些应用(诸如汽车、摩托车或自行车前灯)中，将光束成形以延伸出到使用者的周边视觉的侧面而不是通过向上(在不需要照明的地方)发送光而浪费了光是有利的。在一些应用中，椭圆形的光束在形状上可比常规的圆形光束更接近人类的自然视场。

如在图3B中最佳地看到的，在各实施例中，聚光束聚焦元件106a可以是更复杂的透镜，该透镜具有协同工作以将光聚焦成窄的、紧密的光束的中心聚焦元件114与圆环部分116。在各实施例中，中心聚焦元件114可以是平凸透镜、双凸透镜、凸凹透镜或凹凸透镜。

在一些实施例中，聚光束聚焦元件106a与泛光束聚焦元件106b中的一个或两者可包括后方空隙(rear void)118a、118b，该后方空隙可适配用于接收LED和/或基座的至少一部分。在各实施例中，聚光束可使用内反射以“收集”光并向前地反射光。例如，光线可穿过中心聚焦元件，并随后可通过透镜的圆环部分的内部侧壁或外部侧壁被向前反射成窄的、聚焦的光束。在将在下面更为详细讨论的图5B中最佳地示出此特征。

图4A与图4B示出了根据各实施例的图1的双聚焦手电筒的透镜的分解视图(图4A)与透视图(图4B)，示出了基底构件以及两个聚焦元件，其中两个LED光源被安装至基底构件。在一些实施例中，透镜104可包括后方空隙118a、118b，该后方空隙可适配用于接收LED 110a、110b和/或基座112a、112b的至少一部分。

图5A与图5B是根据各实施例的图4的透镜、基底构件、以及LED的两个截面图，示出了来自泛光聚焦元件/LED的光分布(图5A)以及来自聚光聚焦元件/LED的光分布(图5B)。如图5A中所示，当光从泛光束LED 110b穿过透镜104的泛光束聚焦元件106b时，泛光束聚焦元件106b将光引导成宽的、明亮的泛光束120b。如图5B中所示，当光从聚光束LED 110a穿过透镜104的聚光束聚焦元件106a时，聚光束聚焦元件106a的中心聚焦元件114以及圆环部分116协同工作以将光引导成紧密的、窄的聚光束120a。在一些实施例中，圆环部分可以向前的方向从圆环部分116的内部侧壁116a反射光，然而在其他实施例中，圆环部分可以向前的方向从外部侧壁116b反射光，或者圆环部分可以向前的方向从内部侧壁116a与外部侧壁116b两者反射光。

本领域技术人员将理解，在一些情况下，可期望同时照亮聚光束LED与泛光束LED两者，例如当需要长距离光束但是也期望近场的一般照明的时候。在这些实例中，可同时照亮聚光束LED与泛光束LED两者。此外，如图6A与图6B中所示，在各实施例中，透镜104可包括三个(图6A)或四个(图6B)分开的聚焦元件106a、106b、106c以及106d，以用于利用聚光束聚焦元件106a将光束成形为聚光束，用于利用泛光束聚焦元件106b将光束成形为泛光束，以及附加的聚焦元件用于从第三(且任选地第四或更多)光源成形光束。尽管聚焦元件106c与106d被示作泛光束聚焦元件，本领域技术人员将理解，附加的聚光束聚焦元件或甚至简单的反射镜可进行取代。在各实施例中，附加的光源可以是彩色LED，诸如红色、蓝色、绿色或UV LED，或者它们可以是红外LED。例如，在各实施例中，红外LED可与夜视镜协同使用。

尽管本文已示出和描述了某些实施例，然而本领域内技术人员应当理解，估计实现相同目的的广泛种类的替代和/或等效实施例或实现可取代所示和所描述的实施例而不背离此范围。本领域技术人员将容易理解，可以非常广泛种类的方式来实现各实施例。本申请旨在覆盖本文所讨论的实施例的任何调整或变型。因此，各实施例显然旨在仅由所附权利要求及其等同方案限制。