(57)【要約】  機械的電源スイッチと多操作モードを有する懐中電灯のような携帯照明装置が提供される。機械的電源スイッチは照明装置のコントローラと直列に配置され、コントローラに対するユーザインターフェースとしての役割を果たし、動作モードを変更する。機械的電源スイッチがコントローラと直列であるため、機械的スイッチが開いているときに携帯照明装置は電池電力を消費しない。コントローラに結合された状態機械は、照明装置の動作モードを決定するまで、給電される毎にコントローラにより引かれる。調整回路はコントローラ及び光源を給電するのに使用される。調整回路は電流調整と電圧調整の間で変化する。
2014505981.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源を受け入れるハウジングと、
光源と、
光源を電源に接続し、機械的電源スイッチを含む主電源回路と、
前記機械的電源スイッチと直列に連結され、前記光源及びコントローラに給電する調整回路とからなり、
前記コントローラは、パス幅変調（ＰＷＭ）信号を前記調整回路に提供して、多モードの懐中電灯動作を提供し、これによりＰＷＭ信号のオンサイクル中は、前記調整信号は前記光源と前記コントローラの両方を給電する電流調整信号であり、ＰＷＭ信号のオフサイクル中は、前記調整信号は前記コントローラを給電する電圧調整信号である多モード携帯照明装置。
【請求項２】
前記装置は懐中電灯である請求項１に記載の多モード携帯照明装置。
【請求項３】
前記光源はＬＥＤである請求項１に記載の多モード携帯照明装置。
【請求項４】
前記コントローラは、前記光源に印加される電圧と同じ電圧が供給される請求項１に記載の多モード携帯照明装置。
【請求項５】
前記コントローラは、携帯エネルギ源により給電される請求項１に記載の多モード携帯照明装置。
【請求項６】
電源と、
光源と、
光源を電源に接続し、機械的電源スイッチを含む主電源回路と、
前記機械的電源スイッチと直列に連結され、前記光源及びコントローラに給電する調整回路とからなり、
前記調整回路は、第１時間に前記光源及びコントローラにエネルギを供給する電流調整回路として作用し、第２時間に前記コントローラにエネルギを供給する電圧調整回路として作用する多モード懐中電灯。
【請求項７】
前記コントローラは、パス幅変調（ＰＷＭ）信号を前記調整回路に提供して、多モードの懐中電灯動作を提供し、これによりＰＷＭ信号のオンサイクル中は、前記調整回路は前記光源と前記コントローラの両方を給電する電流調整回路として作用し、ＰＷＭ信号のオフサイクル中は、前記調整回路は前記コントローラを給電する電圧調整回路として作用する請求項６に記載の多モード懐中電灯。
【請求項８】
前記光源はＬＥＤである請求項６に記載の多モード懐中電灯。
【請求項９】
前記第２時間中に前記調整回路により供給される電圧は、前記コントローラを給電するには十分であるが、前記ＬＥＤを順方向バイアスするには不十分である請求項８に記載の多モード懐中電灯。
【請求項１０】
前記第２時間中に供給される電圧は約２．５ボルトである請求項９に記載の多モード懐中電灯。
【請求項１１】
前記電源を収容する円筒部を有する請求項６に記載の多モード懐中電灯。
【請求項１２】
前記光源は前記第２時間中にオフされたままであり、これにより前記コントローラが給電されている間に前記光源の調光を提供する請求項６に記載の多モード懐中電灯。
【請求項１３】
前記コントローラは前記電源によって給電されない請求項６に記載の多モード懐中電灯。
【請求項１４】
前記調整回路により供給されるエネルギは、前記コントローラを１００％の時間給電するのに十分であるが、５０％の時間だけ前記光源を給電するには不十分である請求項６に記載の多モード懐中電灯。
【請求項１５】
前記調整回路により提供される電圧は、前記第１時間中は約３．２ボルトであり、前記第２時間中は約２．０ボルトである請求項１４に記載の多モード懐中電灯。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は２００９年１月１４日に出願された米国出願第12/353,396号に基づく優先権を主張する一部継続出願であり、その内容は参照することでここに記載されているように組み入れる。
【０００２】
本発明は例えば懐中電灯、ランタン、ヘッドランプを含む携帯照明装置及びその回路に関する。
【背景技術】
【０００３】
懐中電灯を含む種々のハンドヘルド又はポータブルの照明装置が当業者に公知である。このような照明装置は典型的には正極及び負極の電極を有する１又は複数の乾電池を含む。電池は電池室又は電池ハウジングに電気的に直列又は並列に配置されている。また、電池室は、特に懐中電灯の場合、照明装置を保持するのに使用されることがある。電気回路は、電池電極から、電球又は発光ダイオード（ＬＥＤ）のような光源の電極と電気的に接続される導電手段を介して設立される。光源を通過した後、電気回路は、光源の第２電極を通り、導電手段と電気的に接触し、電池の他の電極と電気的に接触する。回路は該回路を開閉するスイッチを含む。電気回路を閉じるスイッチの駆動により、電流が電球、ＬＥＤその他の光源を通過し、発熱電球の場合はフィラメントを通り、光を発生する。
【０００４】
懐中電灯及び他の携帯照明装置は、従来、懐中電灯の主電源回路に機械的電源スイッチを使用して、懐中電灯を「オン」し、また懐中電灯を「オフ」していた。ユーザが懐中電灯を「オン」することを望むとき、ユーザは機械的電源スイッチを操作し、２つの接点を機械的に接続してスイッチを閉にし、回路を完結する。これにより、電流が電池の正極から流れ、光源を通って、電池の負極に戻る。ユーザが懐中電灯を「オフ」することを望むとき、ユーザは機械的スイッチを操作し、スイッチの２つの接点を非接続にし、これによりスイッチを開にし、電源回路を遮断する。したがって、このような装置の機械的スイッチは、電源回路を確立し、携帯照明装置の操作により電流を導通する導体としての役割を果たす。
【０００５】
機械的スイッチの様々な設計が当業者に公知であり、例えばプッシュボタンスイッチ、スライドスイッチ、及び回転ヘッドスイッチを含む。このようなスイッチは、かなり直感的であり、ユーザにより操作することが容易である。しかしながら、簡単な機械的電源スイッチを有する携帯照明装置は、例えば、明滅モード、節電モード、ＳＯＳモードのような自動操作モードを含まない。携帯照明装置にそのような自動機能を含めるには、携帯照明装置は高度な電子技術を有していなければならない。
【０００６】
例えば、多モード電子懐中電灯その他の携帯照明装置は、マイクロチップ又はマイクロコントローラにより制御される電子電源スイッチを使用して設計されている。このような照明装置では、マイクロチップにプログラムされた種々のモードは、瞬間スイッチのようなユーザインターフェースの適切な操作により選択される。
【０００７】
一つのアプローチでは、多モード携帯照明装置の電子装置は電源に常に接続されたままである。しかし、この結果、電子装置は常に電力を消費し、有効な電池寿命を低下させ、充電式の電池の場合には充電間の動作時間を低下させる。
【０００８】
他のアプローチでは、光源とコントローラに電気的に並列に配置された機械的電源スイッチは、電子装置と光源に給電する回路を同時に遮断するのに使用される。この結果、電子装置は、携帯照明装置がオフされたときでも電池からの電力を消費しない。しかしながら、例えば所定の時間内に機械的電源スイッチを開閉することにより、機械的電源スイッチが異なる動作モードを選択するユーザインターフェースとして使用されるために、マイクロチップは、代替臨時電源を備えている。
【０００９】
代替臨時電源は、機械的スイッチが開になったとき、携帯照明装置が遮断されても、機械的電源スイッチが再び閉になるまでは、マイクロチップが臨時的に給電されたままとなるように設けられる。代替臨時電源が無い場合、マイクロチップは機械的電源スイッチが開になったときに電力を失い、次に機械的スイッチが閉になったときに、次の動作モードに切り替わらないで、リセットされ、デフォルト動作モードに戻る。
【００１０】
コントローラと並列に配置された１又は複数のコンデンサが代替電源として使用されている。コンデンサは、機械的スイッチが開き、コントローラのリセット電圧以下に低下する前の１，２秒の適切な時間、コントローラに給電するのに十分な容量を有するように選択される。したがって、機械的電源スイッチが割り当てられた時間フレーム内で再び閉にされる限り、照明装置は次の動作モードで動作が開始される。
【００１１】
このアプローチの欠点は、適切な時間の間にコントローラを給電することができるように多大な容量が要求され、コストが増加することである。また、ある形態では、必要なコンデンサは、携帯照明装置に含められる印刷回路基板上で利用できる空きスペースよりも大きい物理的設置面積を有するかもしれない。
【発明の概要】
【００１２】
本発明の目的は、ユーザインターフェースとして機械的電源スイッチを使用し、前述した多モード携帯照明装置に関連する１又は複数の問題を直面し又は少なくとも改善した多モード携帯照明装置を提供することである。
【００１３】
したがって、第１の特徴では、多数の動作モードを有する懐中電灯のような多モード携帯照明装置が提供されている。携帯照明装置は機械的電源スイッチにより動作される。このスイッチの駆動は携帯照明装置をオンオフする。動作モードを選択するのに使用される。一つの実施形態では、単一の機械的電源スイッチ以外の、他のスイッチ、入力、又は他のマンマシンインターフェースはない。機械的電源スイッチがオフ（又は開）位置にあるときはいつでも、全ての回路は電池から物理的に遮断され、電池電流は消費されない。照明装置は、多数動作モードを含み、該動作モードは、例えば、通常モード、１又は複数の節電モード、明滅モード、ＳＯＳモード等を含む。
【００１４】
一つの実施形態によれば、他モード携帯照明装置は、正電極と負電極を有する携帯電源を受け入れるハウジングと、第１電極と第２電極を有する光源と、光源の第１と第２電極を携帯電源の正と負電極にそれぞれ接続する主電源回路とからなる。主電源回路は、光源と電気的に直列に配置された機械的電源スイッチと電子電源スイッチとを含む。携帯照明装置はさらに、機械的電源スイッチと直列に電気的に結合されたコントローラを有し、これにより、機械的電源スイッチが開かれているとき、コントローラは携帯電源により給電されない。コントローラは、電子電源スイッチの開閉を制御する制御信号を提供する出力を含み、コントローラは少なくとも２つの動作モードを提供する方法で電子電源スイッチを制御するように構成されている。また、動作モードを一時記憶するメモリ機構と、少なくとも１つの出力信号をコントローラに伝送するためにコントローラに連結された少なくとも１つの出力とを有する状態機械、携帯照明装置に含まれている。さらに、コントローラは、給電時に状態機械からの少なくとも１つの出力信号に基づいて動作モードを決定し、新しい動作モードを状態機械に書き込むように構成されている。
【００１５】
他の特徴によれば、光源を携帯電源に接続する主電源回路と、主電源回路に配置され、電源と電気的に直列である電子電源スイッチを制御するコントローラとを含み、コントローラは、光源と直列である主電源回路に配置されてコントローラに対するユーザインターフェースとしての役割を果たす機械的電源スイッチに並列に電気的に接続さている、他モード携帯照明装置を動作させる方法である。この方法は、給電時にコントローラを使用して、状態機械からの少なくとも１つの出力信号を読み取り、少なくとも１つの出力信号に基づいて第１の運転モードを決定するステップと、給電に続いてコントローラからの第２動作モードを状態機械に書き込むステップとからなり、ここで状態機械は、機械的電源スイッチが開かれた後、短時間で第２の動作モードを想起し、これにより、短時間が経過する前に機械的電源スイッチが閉じられると、コントローラは第２の動作モードで動作する。好ましくは、短時間は、ユーザが過度の困難性を伴うことなく機械的電源スイッチを容易に開閉するのに十分長い。典型的には約１．５秒の時間が適切である。
【００１６】
他の特徴によると、他モード携帯照明装置の駆動回路の１又は複数のメモリコンデンサを校正する方法が提供され、ここで各メモリコンデンサはブリードオフ抵抗と並列のコントローラのデータポートに接続されている。一つの実施形態による方法は、駆動回路を給電し、１又は複数のメモリコンデンサを充電し、所定の時間間隔で駆動回路から電力を除去し、所定の時間間隔が経過するや否や駆動回路を給電し、１又は複数のメモリコンデンサの電圧値を測定し、１又は複数のメモリコンデンサに対して測定された電圧をコントローラでアクセス可能な非揮発性メモリに記憶することからなる。
【００１７】
他の特徴によると、マイクロプロセッサが調整回路により給電される回路が記載されている。調整回路は、電流調整回路と電圧調整回路との間で変化し、これは、ＬＥＤのような光源がパルス幅変調によりオンオフされることを可能にし、ＰＷＭ信号のオフサイクル中に、マイクロコントローラが依然として給電されたままである。
【００１８】
本発明のさらなる特徴、目的、望ましい特徴及び効果は、本発明の種々の実施例を例として示す添付図面に関連してなされる以下の明細書からより良く理解されるであろう。しかしながら、図面は説明のみを目的とするもので、発明の限界を意図するものではないことを明確に理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施例による懐中電灯の斜視図。
【００２０】
【図２】図１の懐中電灯の２−２で示す面での断面図。
【００２１】
【図３】図１の懐中電灯の前端の２−２で示す面での拡大断面図であり、懐中電灯がＯＦＦ位置で示されている。
【００２２】
【図４】図１の懐中電灯のＬＥＤモジュールの断面図。
【００２３】
【図５】図５Ａは保持カラーの側面図、図５Ｂは保持カラーを通る長手方向断面図。
【００２４】
【図６】図１の懐中電灯用の回路図の実施例。
【００２５】
【図７】図１の懐中電灯用の状態機械（state machine）の一実施例による回路図。
【００２６】
【図８】図１の懐中電灯用の回路図の他の実施例。
【００２７】
【図９】図８の回路図で使用するための調整回路の一実施例の回路図。
【００２８】
【図１０】図１の懐中電灯用の回路図の他の実施例。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
ある実施形態による多モード懐中電灯１０が図１に遠近法で示されている。懐中電灯１０は多くの独特な特徴を組み入れている。これらの独特な特徴は全て懐中電灯１０に組み入れられているが、本発明はここに記載された懐中電灯１０に限定されるものではないことを明確に理解されるべきである。むしろ、以下に説明する懐中電灯１０の発明的特徴は、個別でも組み合わせても、全て本発明の一部を構成する。さらに、この開示を見た当業者に明らかなように、本発明の１又は複数の特徴は、例えばヘッドランプやランタンを含む他の携帯照明装置に組み入れられてもよい。
【００３０】
図１を参照すると、懐中電灯１０は、頭部アセンブリ２０、円筒部１２及び後尾キャップアセンブリ３０を含む。頭部アセンブリ２０は円筒部１２の前端の周囲に配置されている。後尾キャップアセンブリ３０は円筒部１２の後部を包囲している。
【００３１】
図２は、図１の懐中電灯の２−２で示す面での断面図である。図３は、図１の懐中電灯の前端の２−２で示す面での拡大断面図である。懐中電灯は、図２−３でオフ位置で示されている。
【００３２】
図２，３を参照すると、光源１４が円筒部１２の前端に装着されている。本実施形態では、光源１４は、反射器１０６の後端に配置されるように装着されている。他の実施形態では、反射器１０６は省略されてもよいし、その形状を偏光されてもよい。
【００３３】
円筒部１２は携帯電源、例えば１又は複数の電池１６を収容するのに適した中空筒状構造である。したがって、円筒部１２は正極と負極を有する携帯電源を受け入れるハウジングの役割を果たす。
【００３４】
図示された実施例では、円筒部１２は、直列配置で配設される２つの電池１６を収容するように大きさが決められている。電池は、本実施形態では、好ましくはＡＡサイズのアルカリ型乾電池である。しかしながら、乾電池の代わりに充電可能な電池が使用されてもよい。
【００３５】
円筒部１２は、１つの電池、３つの電池、又は３つ以上の複数の電池を含み、直列又は並列に配置するように構成されてもよい。例えば大容量貯蔵コンデンサを含む他の適切な携帯型電源が使用されてもよい。
【００３６】
図示された実施形態では、円筒部１２は前端の外径部に形成された前ねじ１８と、後端の内径部に形成された後ねじ２２とを含む。本実施形態の円筒部１２は、前端に円筒部の内径から突出する縮経された環状リップ２４を含む。環状リップ２４の後向き面は以下に説明する機械的電源スイッチの接点２１を形成する。
【００３７】
図２を参照すると、後尾キャップアセンブリ３０は後尾キャップ２８と導電性スプリング部材３２を含む。後尾キャップ２８は好ましくは円筒部１２の内面に形成された対応する後ねじ２２と係合する外ねじ３４の領域を含む。後尾キャップ２８を円筒部１２に取り付けるのに他の適切な手段が使用されてもよい。後尾キャップ２８は図１−２に示すものより異なる外部形状を有していてもよい。例えば、後尾キャップ２８の外部表面はギザギザを有していてもよい。また、後尾キャップ２８をなす材料の一部分を除去して、リブがストラップ用の穴を形成するようにしてもよい。
【００３８】
後尾キャップ２８と円筒部１２の間の境界に、水密シールを提供するためのシール要素３６が設けられてもよい。シール要素３６はＯリング又は他の適切なシール具であってもよい。図示された実施形態では、シール要素３６は、リップシールで形成された一方向バルブであり、該バルブは、外側から懐中電灯１０の内部への流れを防止すると同時に、懐中電灯内の過圧を逃がし又は大気に開放するようになっている。後尾キャップ２８７と円筒部１２の間の境界３５には、半径方向スパイン（spine）が配置されて、円筒部１２の端が後尾キャップ２８の隣接フランジに対してガス密シールを提供しないことを保証し、懐中電灯の内部からの過圧ガスの流れを妨げるようにしてもよい。
【００３９】
懐中電灯における一方向バルブの設計及び使用は、アンソニー・マグリカに発行された米国特許第5,003,440号により十分に記載されているので、参照することでこれを組み入れる。
【００４０】
本実施形態では、円筒部１２と後尾キャップ２８は、金属好ましくは航空機グレードのアルミニウムで形成される。また、円筒部１２、後尾キャップ２８、及び導電性スプリング部材３２は、光源１４の負極からの地帰路の一部を形成している。導電性スプリング部材３２は、電池１６のケース電極と後尾キャップ２８に電気的に接続されている。後尾キャップ２８はインターフェース３５を介して円筒部１２に電気的に接続されている。したがって、後尾キャップアセンブリ３０が円筒部１２に装着されると、導電性スプリング部材３２は電池１６のケース電極と後尾キャップ２８の間に電気路を形成し、後尾キャップ２８は例えばインターフェース３５及び/又は嵌合ねじ２２，３４を介して導電性スプリング部材３２と円筒部１２の間の電気路を形成する。
【００４１】
電気の流れを促進するために、後尾キャップ/円筒部接点、及び導電性スプリング部材３２と後尾キャップ２８の間のインターフェースに配置された陽極酸化処理のような既存の表面処理は、除去されなければならない。
【００４２】
主電源回路において導体としての機能を有することに加えて、導電性スプリング部材３２は、電池１６を懐中電灯１０の前に向かって付勢している。この結果、後方電池の中央電極は次の前方電極のケース電極と電気的に接触する。このようにして、円筒部１２に収容された電池１６は電気的に接続される。最前方の電池１６の中央電極は、付勢されて照明モジュール４０の圧縮可能な正接点５４と接触している。
【００４３】
図３を参照すると、照明モジュール４０は、円筒部１２の前端に配置され、本実施形態では、特に、光源１４を頭部アセンブリ２０の反射器１０６に対して保持している。光源１４は、第２回路基板５８を介して正接点５４と電気的に導通する第１の正電極と、ヒートシンクハウジング４４と電気的に導通する第２の負電極とを含む。光源１４は、光を発生する任意の適切な装置であってもよい。例えば、光源１４は、ＬＥＤランプ、白熱電球、アーク灯とすることができる。図示された実施形態では、光源１４はＬＥＤランプであり、照明モジュール４０はＬＥＤモジュールである。照明モジュール４０のＬＥＤ３７は、１８０°以下の球面角で光を放射することが好ましい。他の実施形態では、１８０°以上の角度で放射するＬＥＤを含み、他の放射角を有するＬＥＤを使用してもよい。
【００４４】
照明モジュール４０に使用されてもよいＬＥＤモジュールの構造は、同時係属の米国特許出願番号12/188,201号に詳細に記載され、参照することでここに組み入れる。
【００４５】
照明モジュール４０は、保持カラー４２、円筒部１２、及び頭部アセンブリ２０とともに、図６の回路図に示す機械的電源スイッチ４１に対応する機械的電源スイッチを形成する。機械的電源スイッチ４１の接点は、環状領域２４の接点２１と照明モジュール４０のヒートシンクハウジング４４とからなる。図３では、懐中電灯１０はオフ状態（すなわち、スイッチ４１は開）で示されている。スイッチ４１を閉にして懐中電灯１０をオンにするために、頭部アセンブリは円筒部に対して反時計回り方向に回転される。そうすると、頭部アセンブリ２０は円筒部から離れて軸方向に平行移動し、ヒートシンハウジング４４は接点２１と接触する。これにより、懐中電灯１０の回路が閉じ、懐中電灯１０がオンになる。懐中電灯１０をオフにするために、頭部アセンブリは反対の時計回り方向に回転される。そうすると、頭部アセンブリは円筒部に対して軸方向に平行移動し、照明モジュール４０のヒートシンクハウジング４４を押して円筒部１２の接点２１と非接触にする。
【００４６】
図４は、分離した照明又はＬＥＤモジュール４０の断面図である。本実施形態のＬＥＤモジュール４０は、光源１４としてのＬＥＤ３７、第１回路基板３８、圧縮可能な正接点５４と下部絶縁体５６により形成された下部アセンブリ４５、第２回路基板５８、上部絶縁体７２と上部正接点７４と上部負接点（不図示）により形成された上部アセンブリ７０、及び好ましくは金属で作製される外部ヒートシンクハウジング４４と接点リング８１により形成されたヒートシンク８０を含む。
【００４７】
重複性をもたせるために、圧縮可能な正接点５４は、好ましくは、第２回路基板５８と電気的に接触する２つのクリップ５５を含み、一方のクリップ５５は図４に与えられた断面図では紙面の前に配置されている。第２回路基板５８は、上部正接点７４と上部正又は負接点と電気的に接触し、これらの接点は好ましくは第１回路基板３８の底側にはんだ接続されている。重複性をもたせるために、上部正接点７４は、好ましくは、２つのクリップ７６を含み、その一方は図４に与えられた断面図で紙面の前に配置されている。また、上部グランド接点も、第２回路基板５８と電気的に接触する２つのクリップ７６を含み、その一方は図４に示す上部正接点のクリップ７６の後ろに配置され、もう一方は図４に与えられた断面図の紙面の前に配置されている。上部正接点７４は、第１回路基板３８を介してＬＥＤ３７の正極と電気的に導通し、上部グランド接点は、第１回路基板３８を介してヒートシンク８０と電気的に導通している。
【００４８】
ＬＥＤ３７とヒートシンク８０は、好ましくははんだ接続により、第１回路基板３８に取り付けられている。第１回路基板３８は、好ましくはサーマルビア（thermal via）により接続された複数の熱伝導層を有する金属クラッド回路基板であり、ＬＥＤ３７からヒートシンク８０への熱の迅速かつ効率的な伝導を促進する。
【００４９】
ＬＥＤ３７は、印刷回路基板にはんだ付けができる任意の発光ダイオードとすることができる。好ましくは、ＬＥＤ３７は、スクリーン応用はんだペーストとリフロー炉を使用して、第１回路基板３８にはんだ付けすることができる。さらに好ましくは、ＬＥＤ３７は、フォリップス・ルミレッズ・ライティング・カンパニーＬＬＣから商業的に入手可能なLUXEON（登録商標）Revel製品である。
【００５０】
第２回路基板５８は、懐中電灯を作動させ、多モード懐中電灯として機能させる回路を含む。
【００５１】
下部アセンブリ４５は、好ましくは、圧縮可能な正接点５４と下部絶縁体５６を共に同時成形することにより形成される。同様に、上部アセンブリ７０は、上部絶縁体７２と上部正接点７４と上部負接点を共に同時成形することにより形成される。したがって、上部及び下部絶縁体は、好ましくは、射出成形可能なプラスチックから形成され、利用に適切な構造と熱特性を備えている。
【００５２】
上部アセンブリ７０の上部正接点及び負接点は、第１回路基板３８の底にはんだ付けされ、該回路基板の前側は接点リング８１にはんだ付けされ、該接点リングはヒートシンクハウジング４４に嵌合及び/又ははんだ付けされている。したがって、上部アセンブリ７０は本実施形態では、ヒートシンクハウジング４４内に強固に保持されている。さらに、ヒートシンクハウジング４４の周囲は下部絶縁体５６の環状凹部８３に圧着（crimp）されている。ヒートシンクハウジング４４の環状凹部８３への圧着により、下部絶縁体５６と下部アセンブリ４５はヒートシンクハウジング４４内に保持される。
【００５３】
製造中、第２回路基板５８を配置して下部絶縁体５６をヒートシンクハウジング４４に取り付ける前に、埋め込み用材料（potting material）を下部絶縁体５６に設けてもよい。したがって、第２回路基板５８は、下部絶縁体５６がヒートシンクハウジング４４に取り付けられる際に、埋め込み用材料に挿入される。この埋め込み用材料は、懐中電灯１０が使用時に落とされた場合、第２回路基板を保護する役割を果たす。埋め込み用材料は、エポキシ樹脂その他の適切な材料からなる。下部絶縁体５６は埋め込み用材料で半分満たされてもよいが、その他の容量を使用してもよい。
【００５４】
懐中電灯１０がオン状態にあるとき、ヒートシンクハウジング４４は光源１４と円筒部１２を熱的及び電気的に結合する。また、ヒートシンクハウジング４４は第２回路基板５８の接地経路を円筒部１２に電気的に結合する。したがってヒートシンクハウジング４４は照明モジュール４０に対する負、又はグランドの接点としての役割を果たす。さらに、ヒートシンクハウジング４４を、懐中電灯１０がオンのとき円筒部１２と熱的に接触するように、図２に示すように配置することにより、光源１４により発生する熱は、第１回路基板３８から、接触リング８１ヒートシンクハウジング４４、最後に円筒部１２に効率的に吸収され及び/又は放散される。懐中電灯１０は、光源１４が熱により損傷を受けるのを有効に保護することができる。好ましくは、ヒートシンクハウジング４４はアルミニウムのような良好な電気及び熱導電体から形成される。
【００５５】
ヒートシンクハウジング４４は、ＬＥＤモジュール４０の後ろ又は底に向かう領域７８において、第１径を有する第１領域７７から、大きな第２径を有する第２領域７９に広がるように形成されている。第１領域７７の径は、環状リップ２４と接触することなく、環状リップ２４に嵌合するように大きさが決められている。下部絶縁体５６の外径は、円筒部の内壁と下部絶縁体５６の間に半径方向の遊びが僅か又は無いように、大きさが決められている。このようにして、ヒートシンクハウジング４４は、ＬＥＤモジュール４０が円筒部内で前方に離れるように押されて、ヒートシンクハウジング４４の拡大領域７８は円筒部１２の環状リップ２４の接点２２１と接触しているときを除き、円筒部１２と接触するのを避けることができる。
【００５６】
ヒートシンクハウジング４４の外面は、第１径の領域７７に環状凹部８２を含む。環状凹部８２はヒートシンク及び円筒部１２の軸にほぼ垂直である。また、環状凹部８２は、ＬＥＤモジュール４０が円筒部１２内に装着されているとき、保持カラー４２の固定タブ８５（図５参照）を受け入れるように配置されている。
【００５７】
ヒートシンクハウジング４４の拡大領域７８は、好ましくは、ＬＥＤモジュール４０と円筒部１２の間の電気的及び熱的導通を促進するために、できるだけ大きな表面領域に沿って、接点２１と係合するように形成されている。ヒートシンクハウジング４４の拡大領域７８は、円筒部１２に配置されたときに、ヒートシンクハウジング４４及びＬＥＤモジュールの前方への軸方向移動が円筒部１２の環状リップ２４により制限されるように、大きさが決められている。
【００５８】
下部絶縁体５６は、その背面８８に凹部８９を含み、該凹部は、中央に位置するように、環状肩部９０により包囲されている。凹部８９は、電池１６の中央電極の高さよりも深くなるように寸法が決められている。しかし、図２及び３に示すように、最も前の電池１６が下部絶縁体５６の背面８８に対して前方に付勢されているとき、電池１６の中央電極は圧縮可能な正接点５４と係合する。このようにして、ＬＥＤモジュール４０は、懐中電灯がぶつけられ、落とされて、電池１６が突然円筒部１２内で軸方向に変位するようなときでも、部材間の電気的結合を高める簡単な形態を提供する。さらに、圧縮可能な正接点５４が例えば誤操作による衝撃応力を吸収し、凹部８９が最前方の電池１６の中央電極よりも深いため、電池の中央電極と第２回路基板５８に設けられた懐中電灯の電子装置は、懐中電灯１０の使用中の物理的損傷からうまく保護される。
【００５９】
また、圧縮可能な正接点５４が背面８８の肩９０の前方に配置されているので、電池１６が円筒部１２の後向きに挿入されてケース電極が前方に向けられた場合、圧縮可能な正接点５４との電気的結合が形成されない。したがって、ＬＥＤモジュール４０の形態及びその円筒部１２内での配置は、懐中電灯の電子装置が逆電流により影響を受け又は損傷するのを防止することを補助する。他の実施形態では、懐中電灯１０の電子装置は、懐中電灯の電気回路に含まれるダイオードの使用により、逆電流から保護される。
【００６０】
図２と３を参照すると、照明モジュール４０は、円筒部１２のほぼ前端に配置されている。さらなるアセンブリがない限り、照明モジュール４０は、ヒートシンクハウジング４４の拡大領域７８が円筒部１２の環状リップ２４と接触するまで、電池１６上の導線性スプリング部材３２の作用により、前方に付勢される。保持カラー４２は、照明モジュール４０のヒートシンクハウジング４４に取り付いて、照明モジュール４０の後方への所定の距離を超える軸方向移動を制限する。保持カラー４２はヒートシンクハウジング４４の環状凹部８２で照明モジュール４０に取り付いている。
【００６１】
図３，５Ａ，５Ｂを参照すると、保持カラー４２は、保持リング４２の内方に突出する周方向の固定タブ８５と、保持カラー４２の外面から外方に突出するリブ８６を含む。図３を参照すると、各固定タブ８５はヒートシンクハウジング４４の外側で環状凹部８２に嵌合するように大きさが決められている。複数のリブ８６が、保持カラー４２のほぼ軸方向に延びるように、保持カラー４２の外周の回りに等間隔で配置されている。リブ８６は、好ましくは、保持カラーの前から延びて、保持カラー４２の軸長さの半分を僅かに越えている。リブ８６は、照明モジュール４０の前端と円筒部１２の内径との間半径方向の遊びの量を所望の量に制限するように、寸法が決められている。また、リブ８６は、内方に突出する固定タブ８５と同じかそれより大きい距離だけ、保持カラー４２から外方に突出するように、寸法が決められることが好ましい。保持カラー４２のほぼ中央まで延びるリブを有するだけで、保持カラー４２の後端８７は、周方向の固定タブ８５が環状凹部８２に嵌入するまで、円筒部１２内でヒートシンクハウジング４４の外面を十分に越えて拡大することができる（図３参照）。一旦周方向固定タブ８５が環状凹部８２に嵌入すると、照明モジュール４０の後方移動は環状リップ２４により制約される。したがって、保持カラー２４を円筒部１２内に配置されている照明モジュール４０に固定することにより、保持カラー４２は、電池１６が懐中電灯１０に装着されていない場合に、照明モジュール４０が円筒部１２の後方に脱落し、懐中電灯１０の後端から飛び出す可能性があるのを防止する。好ましい実施形態では、保持カラー４２は、例えばプラスチックのような絶縁体から製作される。
【００６２】
図３を参照すると、頭部アセンブリ２０は円筒部１２の前端に配置されている。頭部アセンブリ２０は表面キャップ１０２、レンズ１０４、反射器１０６、及びヘッド１０８を含む。反射器１０６とレンズ１０４は表面キャップ１０２により適所に強固に保持され、表面キャップはヘッド１０８にねじで連結されている。ヘッド１０８は内径部に形成されたねじ１１２を有し、該ねじは円筒部１２の前ねじ１８と係合している。このように配置されているので、反射器１０６は、頭部アセンブリ２０を円筒部１２に対して回転させることで、懐中電灯１０の軸方向に変位することができる。
【００６３】
図示された実施形態の実施例では、後尾キャップ２８、円筒部１２、表面キャップ１０２、及びヘッド１０８は、懐中電灯のほぼ外表面を形成するが、航空機品質の熱処理アルミニウムから製造され、選択的に陽極酸化処理されてもよい。非導電性部材は、絶縁及び耐熱に適したポリエステルプラスチックその他の材料から製作されることが好ましい。
【００６４】
図３を参照すると、反射器１０６の反射面形状１１８は、コンピュータで生成された最適化放物線の断面であることが好ましく、高精密光学を保証するために金属化される。オプションとして、反射面形状１１８は耐熱性のため電鋳ニッケル基板を含んでもよい。
【００６５】
好ましくは、反射面形状１１８は、０．０８０インチ以下、さらにこ好ましくは０．０２０−０．０５０インチの焦点距離を有する放物線によって規定される。また、反射面形状１１８を規定する放物線の頂点と反射器１１８の後部開口との間の距離は、好ましくは０．０８０−０．１３０インチ、さらに好ましくは０．１０５−０．１１５インチである。反射器１０６の前端の開口は、好ましくは０．７−０．８インチ、さらに好ましくは０．７４１−０．７４３インチの径を有し、反射器１０６の後端の開口は、好ましくは０．２−０．３インチ、さらに好ましくは０．２４０−０．２５０インチの径を有する。さらに、頂点から反射器１０６の後端の開口までの距離と焦点距離との比は、好ましくは、１．５：１から６．５：１、さらに好ましくは３．０：１から３．４：１の範囲である。さらに、頂点から反射器１０６の前端の開口までの距離と焦点距離の比は、好ましくは、２０：１から４０：１、さらに好ましくは２６：１から３１：１の範囲である。
【００６６】
図示された懐中電灯１０では、反射器１０６は光源１４に対して軸方向に選択的に移動されてもよい。頭部アセンブリ２０を円筒部１２に対して回転させることにより、頭部アセンブリ２０は円筒部１２の前ねじ１８に沿って進行し、反射器１０６を光源１４に対して軸方向に変位させる。反射器１０６の光源１４に対する軸方向位置を変化させることにより、懐中電灯１０は光源１４により生成される光の放散を変化させる。このようにして、懐中電灯１０はスポットと大量光の間で調整することができる。
【００６７】
図示された実施形態は反射器１０６の光源１４に対する軸方向の移動を可能にするために合ねじを使用しているが、他の実施形態では調整可能な焦点の特徴を達成する他の機構を使用してもよい。
【００６８】
また、図示された実施形態の頭部アセンブリ２０は、電気回路の一部を形成していないため、懐中電灯１０の円筒部１２から完全に除去されてもよく、これにより懐中電灯１０の後尾キャップ２８の端部を頭部アセンブリ２０に挿入して、懐中電灯を「キャンドルモード」で使用してもよい。
【００６９】
図３に戻って参照すると、ここに開示された実施形態は実質的に平坦なレンズ１０４を示しているが、その代わり、懐中電灯１０は、該懐中電灯の光学特性をさらに向上するために、湾曲した面を有するレンズを含んでいてもよい。例えば、レンズはレンズ面の全体又は一部に両凸レンズ形状、平凸形状を含んでいてもよい。
【００７０】
表面キャップ１０２とレンズ１０４の間、表面キャップ１０２とヘッド１０８の間、ヘッド１０８と円筒部１２の間の境界には、水密シールを提供するＯリング７５のようなシール部材を組み入れてもよい。
【００７１】
懐中電灯１０の電気回路を説明する。図２−４を参照すると、懐中電灯１０の電気回路が開又はオフ位置で示されている。頭部アセンブリ２０が回転され、照明モジュール４０を前方向に十分に平行移動し、ヒートシンクハウジング４４が円筒部１２の接点２１と電気的に結合すると、電気回路が閉じられ、オン位置になる。回路が閉じられると、電気エネルギは、後部電池１６からその中央電極を介して、前方に配置された電池１６のケース電極に伝わる。そして、電気エネルギは最前の電池から照明モジュール４０の圧縮可能な正接点５４に伝わる。電気エネルギは、選択的に、第２回路基板５８上の電子機器、上部接点７４を通り、第１回路基板３８を介して光源１４の正電極に伝わる。光源１４を通過すると、電気エネルギは、第１回路基板３８を介してヒートシンク８０に電気的に結合された光源１４の負電極を通って、現われる。ヒートシンク８０のヒートシンクハウジング４４は円筒部１２の接点２１に電気的に接続されている。円筒部１２は後尾キャップ２８に結合され、該後尾キャップは導電性スプリング部材３２と電気的に接続している。最後に、後尾キャップアセンブリ３０の導電性スプリング部材３２は、最後方の電池のケース電極と電気的に接続することにより、回路を完成する。このようにして、主電源回路は光源１４を照明する電気エネルギを提供するように形成されている。
【００７２】
本実施形態では、第２回路基板５８から、該第２回路基板５８の上端に取り付けられた上部グランド接点と、ヒートシンク８０に電気的に接触している第１印刷回路基板３８とを介して、ヒートシンクハウジング４４まで、並列の接地経路が形成されている。したがって、第２回路基板５８に設けられたコントローラは、第２回路基板５８上の電子装置が光源１４をオン及びオフに調節したとしても、機械的電源スイッチ４１が閉にされる全ての時点で給電されたままとなる
【００７３】
図３を参照すると、懐中電灯１０の電気回路を開くために、ユーザは、頭部アセンブリ２０を捩り又は回転させて、ヒートシンクハウジング４４の拡大領域７８が円筒部１２の接点２１から離れるまで、照明モジュール４０を後方に平行移動させる。
【００７４】
懐中電灯１０の図示された実施形態では、照明モジュール４０、保持カラー４２及び環状リップ２１の簡単な再構成によって、頭部アセンブリ２０を円筒部から離れるように移動させることによりオンされ、頭部アセンブリ２０を円筒部１２に向かって軸方向に平行移動させることによりオフされるが、懐中電灯１０は逆順で動作するように形成されてもよい。換言すれば、円筒部１２から離れる頭部アセンブリ２０の軸方向移動が懐中電灯をオフさせ、頭部アセンブリ２０の円筒部１２に向かう軸方向移動が懐中電灯をオンさせる。
【００７５】
さらに、円筒部/ヒートシンクハウジングで電気回路を開閉する回転型の機械的電源スイッチを説明してきたが、電気回路は他の方法で開閉されてもよい。また、回転型機械的電源スイッチを説明してきたが、ここに説明する本発明の種々の特徴は、使用する機械的スイッチの型式に制限されない。例えば、プッシュボタンとスライド型の機械的電源スイッチを含む他の適切な機械的電源スイッチが使用されてもよい。
【００７６】
懐中電灯１０の多モード動作を説明する。懐中電灯１０は好ましくは複数の動作モードを備える。以下に説明する実施形態では、懐中電灯１０は４つの動作モードを備えている。各動作モードは、懐中電灯１０が該懐中電灯１０の４つの特定の特徴、例えば、通常動作、節電、明滅、又はＳＯＳの１つを実行するのを許容する。懐中電灯１０が初期に所定時間以上オンされ、又は懐中電灯１０がオフされていたとき、懐中電灯１０は最初のデフォルトの動作モードを自動的に動作する。懐中電灯１０が最初の動作モードにある間、所定時間以内である時間オフされ、次にオンに戻されると、懐中電灯１０は、第２の動作モードに変更する。懐中電灯１０が第２の動作モードにある間、所定時間以内である時間再びオフされ、次にオンに戻されると、懐中電灯１０は、第３の動作モードに変更する。同様にして、懐中電灯１０が第３の動作モードにある間、所定時間以内である時間再びオフされ、次にオンに戻されると、懐中電灯１０は、第４の動作モードに変更する。
【００７７】
好ましい実施形態では、所定時間は、比較的短時間である１秒半（１．５秒）に設定されているが、懐中電灯１０のオペレータが頭部アセンブリ２０を操作して、懐中電灯１０をオフし、懐中電灯１０をオンに戻すのに十分な時間であってもよい。多の実施形態では、より短い又は長い期間が望ましい。しかしながら、所定時間は、好ましくは３秒以下であり、そうでなければ、全ての動作モードを割り当てることなく、動作モードのデフォルトモードに戻る前、懐中電灯１０は平均的なユーザにとって長時間動作しない状態に置かれなければならない。
【００７８】
前述した実施形態では、懐中電灯１０は第４の動作モードにあるが、短時間オフされ、オンに戻されると、懐中電灯１０は第１の動作モードに戻るように変化する。４以上の動作モードを有するさらに他の実施形態では、懐中電灯１０が所定時間以下の間オフされ、オンに戻されると、懐中電灯１０は第５の動作モードに変化する。含まれる２からＮの動作モードの数に拘わらず、懐中電灯は、該懐中電灯の電子装置にプログラムされた最後のモードに達した後、最初の動作モードにサイクルを戻す。
【００７９】
好ましくは、第１動作モードは、機械的電源スイッチ４１が閉である限り、懐中電灯１０の光源１４が最大電力を備える通常モードである。本実施形態における第２モードは、電池の寿命を延ばすために、懐中電灯１０の光源１４が低電力（例えば電力５０％）で動作される節電モードである。本実施形態の第３動作モードは、光源１４が所定の周期で、又は人間の眼に知覚できるプログラムされた周波数パターンで点滅する明滅モードである。第４動作モードは、光源１４が自動的にモールス信号のＳＯＳ信号に点滅するＳＯＳモードである。
【００８０】
図６は、図１の懐中電灯１０の回路図の一実施形態である。図６の実施形態では、図１の懐中電灯１０の回路は、電池１６、電子スイッチ１１７、光源１４、機械的電源スイッチ４１、コントローラ１４０、及び状態機械１５０を含む。図示された実施形態では、光源１４はＬＥＤである。他の実施形態では、光源１４は白熱電球又はアーク灯であってもよい。
【００８１】
本実施形態における機械的電源スイッチ４１は、照明モジュール４０、保持カラー４２、円筒部１２、及び頭部アセンブリ２０により形成された機械的電源スイッチに相当する。図示するように、本実施形態における機械的電源スイッチ４１の接点はヒートシンクハウジング４４と円筒部１３の接点２１とからなる。
【００８２】
コントローラ１４０は、マイクロコントローラ、例えば、カリフォルニア州サンホセのアットメル（Atmel）・コーポレーションにより製造される８ビットマイクロコンピュータであるATtiny13（登録商標）が好ましい。他の実施形態では、コントローラ１４０はマイクロプロセッサ、ASIC、又は個別部品（discrete component）であってもよい。
【００８３】
好ましい実施形態では、電池１６は電気的に直列に配置され、正電極１２２と負電極１２４があり、正電極１２２は最前位の電池の電極に相当し、負電極１２４は最後位の電池の負電極に相当する。他の実施形態では、電池は電気的に並列に配置される。
【００８４】
電子スイッチ１１７は、電圧入力１２６、電圧出力１２８及びデューティサイクル入力１３１を有する。光源１４は、第１の正電極５８、第２の負電極５９を有する。機械的電源スイッチ４１は、第１の接点としてヒートシンクハウジング４４と、第２接点として円筒部１２の接点２１を含む。コントローラ１４０は、電力入力１４６、グランド１４８、複数のデータポート１４２，１４４、及びデューティサイクル出力１３０を有する。状態機械１５０は、複数の状態ポート１８２，１８４とグランド接続１５６を有す。
【００８５】
好ましい実施形態では、電池１６の正電極１２２は、電子スイッチ１１７の電圧入力１２０とコントローラ１４０の電源入力１４６に電気的に連結されている。電子スイッチ１１７の電圧出力１２８は、光源１４の第１の正電極５８に電気的に接続されている。光源１４の第２の負電極５９は、機械的電源スイッチ４１の第１接点（本実施形態ではヒートシンクハウジング）に電気的に連結されている。したがって、機械的電源スイッチ４１の第２接点（円筒部１２の接点２１）が第１接点と接触し、機械的スイッチ４１が閉じられたとき、第１の閉回路ループ（懐中電灯１０の主電源回路に相当）が形成され、該ループで、電流が電池１６から、電子スイッチ１１７を通り、電源１４、及び機械的電源スイッチ４１に流れる。
【００８６】
電子スイッチ１１７と光源１４は、第１閉回路ループの負荷と考えられる。スイッチ４１が開かれると、負荷は電池１６から電気的に切断される。
【００８７】
一つの実施形態では、電子スイッチ１１７はパワートランジスタ、好ましくはｐチャンネルＭＯＳＦＥＴであり、スイッチングが本実施形態の回路のハイ側で実行される。スイッチングが回路のロー側で実行される実施形態では、ｎチャンネルＭＯＳＦＥＴが望ましい。さらに他の実施形態では、電子スイッチ１１７は、フェアチャイルド（Fairchild）セミコンダクタにより製造されるＦＰＦ２１６５のような電流制限型ｐチャンネルＭＯＳＦＥＴを含む負荷スイッチである。電流制限型負荷スイッチは、大電流状態に直面するシステムと負荷に対する下流保護を提供する。例えば、懐中電灯の実施形態が３又はそれ以上の電池１６を直列で含む場合に、そのような負荷スイッチを使用することが望ましい。
【００８８】
本実施形態では、電池１６の正電極１２２はコントローラ１４０の電源入力１４６に接続されている。コントローラ１４０のグランド１４８は機械的電源スイッチ１４０の第１接点に接続している。したがって、機械的電源スイッチ４１が閉じられると、第２閉回路ループが形成され、該ループで、電流が電池１６から、コントローラ１４０を通り、機械的電源スイッチ４１に流れる。コントローラ１４０は、第２閉回路ループの負荷と考えられる。機械的スイッチ４１が閉じられると、第２ループの負荷、すなわちコントローラは電池１６から電気的に切断される。
【００８９】
したがって、図６に示すように、主電源回路は光源１４と電気的に直列に配置された機械的電源スイッチ４１と電子スイッチ１１７を含む。また、コントローラ１４０は、機械的電源スイッチ４１と電気的に直列に連結され、機械的電源スイッチ４１が開かれたときに、コントローラ１４０は電池１６によって給電されない。コントローラ１４０は、電子スイッチ１１７の開閉を制御する制御信号を提供するための出力１３０を含む。コントローラは、以下に説明するように、少なくとも２つの動作モードを提供する方法で、電子スイッチ１１７を制御するように形成されている。
【００９０】
状態機械１５０は動作モードを一時的に保管する記憶機構を含む。該記憶機構は、少なくとも１つの出力信号をコントローラ１４０に送信するために、コントローラ１４０に連結された少なくとも１つの出力（例えば、出力１８２と１８４）を含む。以下にさらに詳細に説明するように、コントローラ１４０は、状態機械１５０からの少なくとも１つの出力信号に基づいて動作モードを決定するように形成されている。コントローラ１４０はまた、パワーアップに続く新しい動作モードを状態機械１５０に書き込む。
【００９１】
好ましい実施形態では、電子スイッチ１１７、コントローラ１４０、及び状態機械１５０は全て照明モジュール４０の第２回路基板５８に存在する。他の実施形態では、それらは、別個の回路基板に存在してもよく、また照明モジュール４０以外の位置に存在してもよい。
【００９２】
本実施形態では、機械的電源スイッチ４１は、主電源スイッチとしての役割を果たすのに加えて、多モード懐中電灯１０に対するユーザインターフェースとして使用される。したがって、コントローラ１４０は、ユーザから入力される際に機械的電源スイッチの動作を解明し、それにしたがって懐中電灯１０の動作モードを変更するように要求される。
【００９３】
負荷１１７，１４，１４０及び特にコントローラ１４０はスイッチ４１がオフ位置にある毎に給電されるため、スイッチ４１が再び閉じられて懐中電灯１０がオンすると、コントローラ１４０は、機械的スイッチ４１が閉じられた最後のときに懐中電灯１０がどの状態又はモードにあったかを知る固有の方法がない。したがって、状態機械１５０は、懐中電灯１０が機械的電源スイッチ４１によりオンされる毎に、懐中電灯１０の状態情報をコントローラ１４０に提供するのに使用される。
【００９４】
図７は、図１の懐中電灯１０のための状態機械１５０の１つの実施形態を示す回路図である。図７の実施形態では、２つのＲＣタイミング回路が使用されている。１つは状態機械１５０の左に示され、他は状態機械１５０の右に示されている。左のＲＣ回路はブリードオフ抵抗１６２に電気的に並列に結合されたコンデンサ１５２を含む。充電抵抗１７２が並列ＲＣ回路１５２，１６２と状態機械１５０の状態ポート１８２の間に介設されている。抵抗１７２はまたＲＣ回路１５２，１６２と直列に接続されている。状態ポート１８２はコントローラ１４０のデータポート１４２に電気的に結合されている。
【００９５】
右側のＲＣ回路の構成は左側のＲＣ回路に類似している。コンデンサ１５４はブリードオフ抵抗１６４に電気的に並列に連結されている。並列ＲＣ回路１５４，１６４と状態ポート１８４の間に、充電抵抗１７４が介設され、ＲＣ回路１５４，１６４と直列になっている。状態ポート１８４はコントローラ１４０のデータポート１４４に連結されている。ＲＣ回路１５２，１６２と１５４，１６４の両方は、グランド接続１５６に連結され、該グランド接続は機械的電源スイッチ４１の第１接点（ヒートシンクハウジング４４）にさらに連結されている。
【００９６】
コンデンサ１５２，１５４の容量と抵抗１６２，１６４は、好ましくは、約３秒以上約４秒以下の時定数を提供するように選択される。例えば、１つの実施形態では、コンデンサ１５２，１５４の容量は２．２μＦに設定され、ブリードオフ抵抗１６２，１６４の抵抗は１．５ＭΩに設定される。この結果、各並列ＲＣ回路に対する公称時定数（τ）は３．３秒（２．２μＦ×１．５ＭΩ）に等しい。この時定数は、各コンデンサ１５２，１５４が充電された電圧値の３７％まで減衰する時間を表している。したがって、懐中電灯１０がオフする前の各コンデンサ１５２，１５４の完全に充電された電圧が３ボルトであれば、３．３秒の時定数が経過した後の各コンデンサ１５２，１５４の電圧は約１．１１ボルトとなるであろう。これと対照的に、充電抵抗１７２，１７４の抵抗は好ましくは非常に低く（例えば１０ＫΩ）設定され、これによりＲＣ回路１７２，１５２と１７４，１５４の時定数（τ）は非常に短く（例えば、２２ｍｓ）、これによりコンデンサ１５２と１５４はコントローラ１４０によりほとんど瞬間的に（例えば本実施形態では１１０ｍｓ）完全に充電することができる。一般に、充電抵抗１７２，１７４の抵抗は、通常動作中にユーザが懐中電灯１０をオンしてオフするのにかかるよりも実質的に短い時間でコンデンサ１５２，１５４が充電されるように設定されるべきである。一般に、ブリードオフ抵抗は好ましくは充電抵抗より大きな少なくとも２桁の大きさの抵抗を有する。
【００９７】
機械的電源スイッチ４１が開かれ又はオフ位置にあるとき、コンデンサ１５２，１５４に蓄えられた電圧はコンデンサ１５２，１５４とブリードオフ抵抗１６２，１６４のそれぞれの値に依存する所定の割合で減衰する。機械的電源スイッチ４１が閉じられ、懐中電灯１０がオンに戻されると、コンデンサ１５２，１５４に留まる残留電圧がある。各コンデンサ１５２，１５４の残留電圧は、機械的電源スイッチ４１が閉じられ給電されると、コントローラ１４０によって測定される。コントローラ１４０は、各コンデンサに対して測定した電圧に依存して、各コンデンサ１５２，１５４に留まる残留電圧がオンかオフ（すなわち、１か０）を解明する。各コンデンサの解明された状態に基づいて、コントローラ１４０は懐中電灯１０に対する最適な動作モードを決定し実行する。以下の表１は、本実施形態のコントローラ１４０が給電されたときにおける各コンデンサ１５２，１５４の状態に基づいて実施するように構成されている各動作モードを要約したものである。他の実施形態では、他のモードを含めてもよいし、モードをコンデンサ１５２，１５４の異なる状態に関連させてもよい。
【表１】
2014505981.tif 000003
【００９８】
以上から分かるように、コントローラ１４０は、コンデンサ１５２，１５４に蓄えられた残留電圧を容易に使用することができ、コントローラ１４０が給電される毎に、懐中電灯１０の動作モードを決定することができる。さらに、表１に示すように、２つの並列ＲＣＥ回路（１５２，１５４と１５４，１６４）を使用することにより、４つの動作モードを許容できる。より多くの並列ＲＣ回路を使用することにより、より多くのモードを実行することができる。各コンデンサは２つの論理値を表現するのに使用することができるため、利用可能な動作モードの数は２ｎであり、ここでｎは並列ＲＣ回路の数である。例えば、ＲＣ回路は最大２つの動作モードを生じ、２つのＲＣ回路は最大４つの動作モードを生じ、３つのＲＣ回路は最大８つの動作モードを生じる。
【００９９】
有益なことに、機械的電源スイッチ４１が十分な時間開かれ又はオフ位置のままになっていれば、コンデンサ１５２，１５４の残留電圧は初期状態に拘わらずゼロ（０）ボルトに減衰する。この結果、コントローラ１４０が再びオンすると、コントローラ１４０は、表１に示すように、いずれかのコンデンサ１５２又は１５４の電圧を測定せず、懐中電灯１０を初期の「通常」動作モードに置く。
【０１００】
コントローラ１４０が各コンデンサ１５２，１５４に留まっている残留電圧がオンかオフ状態（すなわち、１か０）であるかを解明する方法を説明する。一つの実施形態では、給電時に各コンデンサ１５２と１５４に留まる残留電圧はコントローラ１４０に埋設されているアナログデジタルコンバータ（ＡＤＣ）により測定される。測定電圧は非揮発性メモリに記憶されている電圧と比較される。測定電圧がコンデンサ用のメモリに記憶されている電圧以上であれば、コンデンサはオン状態であると処理され、これに対しコンデンサに対する測定電圧がコンデンサに対して記憶された電圧以下であれば、オフ状態であると処理される。各コンデンサ１５２，１５４に対するメモリに記憶された電圧は、例えば、機械的電源スイッチ４１の開から所定時間閾値例えば１．５秒が経過した後に各コンデンサの残留電圧がいくらであるかに対応する。これは、ユーザが通常モードから節電モードに切り替えること望む場合に、彼/彼女は懐中電灯１０をオンに戻す前の１．５秒まで懐中電灯１０をオフし、懐中電灯を節電モードに変更することができることを意味している。時間を長くすることにより懐中電灯を通常モードに戻すことができる。
【０１０１】
各コンデンサ１５２，１５４の非揮発性メモリに記憶された減衰電圧値は減衰式Ｖｃ＝Ｅｅ−ｔ/τに基づいて計算されてもよいが、より好ましいアプローチは、所望の時間が経過したときに各コンデンサ１５２，１５４に記憶された電圧を実験的に決定して、そのコンデンサの残留値をコントローラ１４０の将来の参照値とするために非揮発性メモリに記憶することである。
【０１０２】
コンデンサの製造公差が比較的高いため、コンデンサの実際容量は公称値から著しく変化し、また同じ公称容量を有する他のコンデンサの実際容量から著しく変化していることがある。この結果、同じ公称容量を有するコンデンサはブリードオフ中に実質的に異なる割合で放電し、高い容量を有するコンデンサは低容量のコンデンサよりもドレンに時間がかかる。このような変動性をシステムから排除するために、好ましい実施形態では、製造中に校正（calibration）手順が実施され、各コンデンサ１５２，１５４の放電率を正常化又は標準化する。校正手順の実施形態を以下に詳細に説明する。
【０１０３】
第２回路基板５８が製造されると、基板はＬＥＤに接続され、懐中電灯１０の負荷をシミュレーションし、コントローラの関連ピンをローに駆動し、校正信号をコントローラに与える。次にコントローラと負荷を給電し、両コンデンサ１５２，１５４を完全に充電する。コントローラ１４０とＬＥＤへの給電を正確な間隔例えば１．５秒間隔で遮断する。設定された時間間隔が経過すると、回路が給電され、各コンデンサ１５２，１５４の電圧値がコントローラ１４０により正確に測定され、コントローラは各コンデンサの測定電圧をコントローラ１４０に埋設されたＥＥＰＲＯＭのような非揮発性メモリに記憶する。非揮発性メモリに記憶された電圧値は、所定の期間（例えば１．５秒）が経過した後の各コンデンサの減衰電圧閾値を正確に反映している。したがって、この手順は懐中電灯の他モードのオン/オフタイミングに影響を与える容量公差の影響を排除する。
【０１０４】
所定期間は好ましくは０．７５以上、３．０秒以下である。さらに好ましくは、所定時間は１．０秒以上２．０秒以下である。またさらに好ましくは、所定時間は１．５秒である。
【０１０５】
懐中電灯１０の異なるモード間の動作を表１及び図７に関連させて説明する。懐中電灯１０が初期にオンされ、又は１．５秒経過後にオンされると、懐中電灯１０は通常モードで動作される。コントローラ１４０は、データポート１４４を引き上げることにより、充電抵抗１７４を介してＣ２コンデンサ１５４を充電する。例えば、懐中電灯が直列の３つの電池を含むなら、コンデンサ１５２の電圧は約４．５ボルトであり、懐中電灯１０が２つの電池のみを含むなら、コンデンサ１５４の電圧は約３．０ボルトである。同時に、コントローラ１４はデータポート１４２を引き下げることによりＣ１コンデンサ１５２を放電し、この結果、Ｃ１コンデンサ１５２の電圧は０ボルトに近づく。表１の２つの右側の欄に示すように、Ｃ１コンデンサ１５２の倫理値は０に設定され、Ｃ２コンデンサ１５４の論理値は１に設定されている。図示された実施形態では、充電抵抗１７２，１７４の値は好ましくは１０ＫΩ以下に設定され、これによりコンデンサ１５２，１５４は約５０ｍｓ以下で完全に充電することができる。
【０１０６】
懐中電灯１０が通常モードである間、懐中電灯が例えば１．５秒以内でオフされ、オンに戻された場合、データポート１４２で測定される電圧値は０に近づき、データポート１４４で測定される電圧値は非揮発性メモリに記憶されている１．５秒の電圧閾値より高くなる。コントローラ１４０はデータポート１４２，１４４に現れる電圧をメモリの対応する値と比較し、訂正動作モードは現在、節電モードである第２モードであること決定する。コントローラ１４０は、通常モードで説明した方法を使用して、Ｃ１コンデンサ１５２を充電し、Ｃ２コンデンサ１５４を放電する。表１に示すように、Ｃ１コンデンサ１５２の論理値は１に設定され、Ｃ２コンデンサ倫理値は０に設定される。
【０１０７】
懐中電灯１０が節電モードにある間、懐中電灯が例えば１．５秒以内でオフされ、オンに戻されると、データポート１４４で測定される電圧値は０ボルトに近づき、データポート１４２で測定される電圧値は非揮発性メモリに記憶された１．５秒の電圧閾値より高くなる。コントローラ１４０はデータポート１４２，１４４に現れる電圧をメモリの対応する値と比較し、訂正動作モードは現在、明滅モードである第３モードであること決定する。コントローラ１４０は、Ｃ１コンデンサ１５２とＣ２コンデンサ１５４の両方を充電する。表１に示すように、Ｃ１コンデンサ１５２とＣ２コンデンサ１５４の論理値は両方とも１に設定される。懐中電灯１０が明滅モードにある間、光源はコントローラ１４０に記憶された周波数でオンオフし視覚的に明滅する。
【０１０８】
懐中電灯１０が明滅モードである間、懐中電灯が例えば１．５秒以内でオフされ、オンに戻された場合、両方のデータポート１４２，１４４で測定される電圧値は非揮発性メモリに記憶されている対応する１．５秒の電圧閾値より高くなる。コントローラ１４０はデータポート１４２，１４４に現れる電圧をメモリの対応する値と比較し、訂正動作モードは現在、ＳＯＳモードである第４モードであること決定する。コントローラ１４０は、Ｃ１コンデンサ１５２とＣ２コンデンサ１５４の両方を放電する。表１に示すように、Ｃ１コンデンサ１５２とＣ２コンデンサ１５４の論理値は両方とも０に設定される。
【０１０９】
表１に反映されているように、上記工程は、ユーザがコントローラ１４０にプログラムされている種々の動作モードに割り当ていている間、無期限に継続する。
【０１１０】
図７に示す実施形態では、ＲＣ回路１５２，１６２と１５４，１６４は、コントローラ１４０が給電時に実行する次の動作モードを記憶する一時記憶手段又は装置状態機械１５０として使用される。他の実施形態では、コンデンサ１５２と１５４以外のエネルギ貯蔵装置が使用されてもよい。例えば、コンデンサ１５２，１５４の代わりに、インダクタをブリードオフ抵抗１６２，１６４と並列に使用して、一時エネルギ貯蔵手段又は装置としてＲＬ回路を形成してもよい。この方法では、ＬＣＤ基板タイミング回路はデータポート１４２，１４４に接続される。
【０１１１】
光の変動を最小化するために、電子スイッチ１１７の出力を校正又は標準化する次の手順を使用してもよい。最初に、電流制限負荷スイッチのためのＩＳＥＴ抵抗が、電子スイッチ１１７から出力されて光源１４に供給されるのが望ましい最小出力電流に基づいて選択される。電流制限装置の広範な製造公差のために、ほとんど全ての装置は通常、変調されない限り、所定出力電流制限以上の電流を出力している。したがって、コントローラ１４０は、パルス幅変調（ＰＷＭ）信号を使用して、ポート１３０及び電子スイッチ１１７のデューティサイクル入力１３１を制御するように構成されている。このＰＷＭ信号のデューティサイクルを調整することにより、電子スイッチ１１７からの平均出力電流は所望のレベルに制御することができる。
【０１１２】
コントローラが電流制限電子スイッチ１１７の平均出力電流を所望のレベルに制御するのに使用するデューティサイクルは、コントローラに埋設されたＥＥＰＲＯＭのような非揮発性メモリに記憶されている。校正手順の間、メモリに記憶された初期デューティサイクル値は１００％に設定され、機能テスト中に、適切なデューティサイクルに達して電子スイッチ１１７から所望の平均出力電流を生成するまで、減少される。一つの実施形態では、電流制限電子スイッチ１１７のデューティサイクルは、電子スイッチが光源１４に５２５ｍＡの出力電流を供給するまで、減少される。所望の平均電流に達すると、所望の平均電流に帰結するデューティサイクルはコントローラ１１４の非揮発性メモリに戻して記憶され、光源１４は異なる動作モードの間、節電モードを除き、常に最大デューティサイクルで動作する。節電モードでは、デューティサイクルは「通常」モードから所望の節電に帰結するようにさらに減少される（例えば、２５％又は５０％）。
【０１１３】
以上の説明では、電流制限負荷スイッチは光源１４に供給される電流を制限する電子スイッチ１１７として使用された。電池１６又は他の携帯電源により光源１４に与えられる電流を増加又は減少する他の実施形態では、図８に示すように、電流調整回路１６０が電子スイッチ１１７からの出力と光源１１４の間に介設されてもよい。デザインの要求により、電流調整回路１６０は従来のブーストコンバータ、バック（buck）コンバータ、ブースト/バックコンバータであってもよい。
【０１１４】
図９は、調整回路１６０用の回路図を示し、例えば並列に接続された１つの電池１６から光源１４に供給される平均電流を増加するブーストコンバータ１６２からなる。ブーストコンバータ回路は、マイクロチップ１６３、スイッチングトランジスタ１６４、電子スイッチ１１７と光源１４に直列に配置されたインダクタ１６５、及びスイッチングトランジスタ１６４のエミッタに直列に接続された電流検出抵抗１６６を含む。コンデンサ１６７，１６８は、本実施形態では、マイクロチップ１６３のＶｃｃピン及びＳＴＤＮピンとグランドの間に設けられている。これは、インダクタ１６５が充電されたときに、過渡的な突入電流によって生じる入力共給（input supply）に関する電圧降下を制限するために行われる。図９に示すブーストコンバータ回路１６２では、光源１４は電池寿命を最大化するためにパルス電流を供給される。他の実施形態では、ブーストコンバータは従来の方法で配置され、光源１４の輝度を最大化する低電流を提供してもよい。一つの好ましい実施形態では、マイクロチップ１６３は、好ましくはゼーテックス（Zetex）セミコンダクタによるＺＸＳＣ３１０Ｅ５（登録商標）からなる。スイッチングトランジスタ１６３は好ましくは両極トランジスタであるが、他のスイッチングトランジスタからなっていてもよい。光源１４に連続ＤＣ電流出力を与えるブースト回路を含む他のブーストコンバータ回路を利用してもよい。
【０１１５】
図１０は、ＬＥＤのような光源１４を駆動するブースト回路を含む代案の回路を示す。図示するように、この回路は光源１４とコントローラ１４０に給電する調整回路１９０を含む。さらに詳しくは、調整回路１９０の出力１２８はコントローラ１４０の電源入力１４６に接続されてもよい。これにより、コントローラ１４０はＬＥＤのような光源１４に付与されたと同じ電圧により給電される。この回路の利点は、コントローラは電池により給電する必要がなく、電池電圧が下がってコントローラ１４０に不十分な電力を提供するような事態を回避しうることである。
【０１１６】
コントローラ１４０は図示するように調整回路１９０に連結されてもよい。調整回路１９０は入力ＥＮを含み、図示するように接地されている（ＧＮＤ）。調整回路１９０は図９に示すものと類似していてもよいが、異なる形態の調整回路を使用してもよい。
【０１１７】
図１０の回路では、コントローラ１４０はポート１３０を制御し、信号１３１を入力ＥＮを介して調整回路１９０に入力するように構成されている。コントローラ１４０は、調整回路１９０への入力信号１３１をＰＷＭ信号を使用して制御してもよい。このように、図１０の調整回路１９０は電流調整回路としての役割を果たし、ＰＷＭを介して光源１４にエネルギを提供し、これによりＬＥＤ又は他の光源１４はＰＷＭにより「薄暗く」されてもよい。換言すれば、光源は適切なデューティサイクル及び周波数でオンオフされ、ユーザに視認される平均輝度を制御する。
【０１１８】
しかしながら、調整回路１９０に与えられるＰＷＭ信号のオフサイクルの間、電力がコントローラ１４０に供給されず、コントローラ１４０がオフする問題が生じる。この問題に対処するため、図１０の回路は、前述の電流調整回路がＰＷＭのオフ相の間に電圧調整回路に変換されることを提供している。このようにして、調整回路１９０は、ＰＷＭ信号のオンサイクル中の電流調整回路とＰＷＭ信号のオフサイクル中の電圧調整回路の間で変化する。
【０１１９】
ＰＷＭ信号のオフサイクル中、電圧は２．０ボルトに調整され、この電圧はマイクロコントローラを動作するのに十分であるが、ＬＥＤのような光源１４をフォワードバイアスするのに十分ではない。電圧は所望により他のレベルに調整されてもよい。したがって、ＰＷＭ信号のオフサイクル中、コントローラ１４０は、ＬＥＤがオフしている間依然として給電され、コントローラ１４０が給電されている間に光源１４の所望の「薄暗さ」提供する。
【０１２０】
一つの実施例では、調整回路１９０の出力は、光源１４を給電する約３．２ボルトと、５０％デューティサイクルでの２．０ボルト（コントローラは給電されたまま）との間で切り換えてもよい。換言すれば、マイクロコントローラ１４０への給電は１００％の時間、適切であると考えられ、５０％の時間では電力はＬＥＤから光を放出するのに適切であると考えられる（光は５０パーセント薄暗くされる）。
【０１２１】
以上の開示で、改良された懐中電灯の種々の実施形態とその部材を示したが、多くの修正、変更、代案実施例、代案材料が当業者により企図され、本発明の種々の特徴を達成するのに利用されてもよい。例えば、前述した回路は図１に示す懐中電灯以外の懐中電灯や照明装置に使用されてもよい。したがって、この説明は一例を示すためにのみであり、発明の範囲を制限するものではない。
【符号の説明】
【０１２２】
１０  懐中電灯
１２  円筒部（ハウジング）
１４  光源（ＬＥＤ）
１６  電源
４１  機械的電源スイッチ
１４０  コントローラ
１６０，１９０  調整回路
【図１】
2014505981.tif 000004
【図２】
2014505981.tif 000005
【図３】
2014505981.tif 000006
【図４】
2014505981.tif 000007
【図５Ａ】
2014505981.tif 000008
【図５Ｂ】
2014505981.tif 000009
【図６】
2014505981.tif 000010
【図７】
2014505981.tif 000011
【図８】
2014505981.tif 000012
【図９】
2014505981.tif 000013
【図１０】
2014505981.tif 000014
【国際調査報告】
2014505981.tif 000015
2014505981.tif 000016
2014505981.tif 000017