CN1662773B - 聚光光束可调的照明装置 - Google Patents

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Abstract

一种照明装置(10)，包括光源、光管(28)、两个放大凸透镜(40、60)和相对该光源移动两放大透镜(40、60)的调节机构(20)。从光源发射的光被反射镜(26)分散并且引入到光管(28)中。该光管(28)使得准直光穿过第一和第二放大透镜(40、60)后生成强度均匀的圆形聚光光束。该聚光光束的大小用调节机构(20)调节。

Description

聚光光束可调的照明装置
               相关申请的交叉参考
本申请要求2002年6月20日的美国临时申请的优先权，其整个内容引入这里作参考。
                   发明背景
本发明一般涉及照明装置(例如闪光灯)，特别涉及其聚光光束可调和高度均匀的一种便携式照明装置。
通常称为闪光灯或手提灯的便携式照明装置已商品化多年。典型闪光灯的制作一般使用如白炽灯的光源、反射镜、透镜和如一个或多个干电池碱性蓄电池的电源。透镜一般设置在光源和反射镜前方出口上。在某些公知闪光灯中，灯可轴向移近或移离反射镜，从而调节所生成光束的聚光大小。
公知闪光灯生成的聚光光束的强度和分布一般不均匀。尽管可用可调的灯和反射镜聚焦装置来调节所生成的照明聚光光束的大小，但聚光光束的总的几何形状保持不变，强度仍然不均匀。光束强度和分布的不匀造成该照明装置的总的有效性和有用性的下降。
鉴于上述缺点，要求有一种能生成强度和分布高度均匀的聚光光束的便携式照明装置。此外，要求提供其聚光光束大小可调、强度非常均匀的一种照明装置。
                       发明内容
按照本发明的一个方面，提供一种照明装置，包括生成光束的光源、设置在该光束路径上的第一放大透镜和设置在该光束路径上的第二放大透镜。该照明装置包括调节机构，调节该调节机构即可相对光源移动第一和第二放大透镜，从而调节聚光光束大小和生成大致均匀的光束。
本发明照明装置生成比公知的灯生成的光更有用的高度均匀的聚光光束。
从以下说明、权利要求书和附图可进一步理解本发明的上述和其他特征、优点和目的。
                     附图说明
下面结合附图举例说明本发明，附图中：
图1为本发明的具有调节机构的照明装置(闪光灯)的实施例的侧视图；
图2为图1照明装置中使用的光源和调节机构的分解装配图；
图3A为该照明装置一部分的剖面图，示出光源和调节机构处于第一位置；
图3B为图3A所示照明装置的转动90°的部分的剖面图，此外还示出在第一位置生成的光束；
图4A为光源和调节机构部分处于第二位置的剖面图；以及
图4B为图4A的转动90°的所示照明装置的部分剖面图，此外还示出在第二位置生成的光束。
                   具体实施方式
参见图1，所示本发明便携式照明装置10包括光源和调节机构20。该光源和调节机构20作为组件位于壳体12内，生成向照明装置10前方发出的聚光光束。调节机构20调节所生成的聚光光束的大小和强度，从而生成高强度和大致均匀的光束。尽管本文所示、所述照明装置10为一便携式手持闪光灯，但应指出，照明装置10可用于向目标区提供照明的各种照明***中。
便携式照明装置10的制成一体的壳体12包括手柄，手柄上装有控制照明装置10通电的手动开关14。壳体12中电池室内装有多个用作电源的储能蓄电池16(例如4个D尺寸碱性蓄电池)。储能电池16经电路18(如电触头)与高强度灯24电连接。电池16可包括任何数量的一个或多个干电池蓄电池或电化学电池。电池或电化学电池的例子包括碱性锌/二氧化锰、碳/锌、镍金属氢化物、镍铬和基于锂的电化学电池。尽管本文把蓄电池16用作电源，但本发明中使用的电源可使用任何公知电源，包括AC或DC电源。
所示照明装置10在壳体12前端装有与调节机构20的转筒件50外表面啮合的圆柱形调节帽22。调节帽22和转筒件50可围绕中心轴线顺时针和逆时针转动，而如下所述调节所生成圆形聚光光束的大小和强度-尽管调节机构20随着用手转动调节帽22调节聚光光束的大小和强度，但应指出，调节机构20可手动、也可借助于机动组件来调节聚光光束的大小和强度。
图2-4B详细示出照明装置10的包括光源和调节机构20的光生成和大小调节部。所示光源包括用作灯24的白炽灯。光源24可为任何市售光源。例如，光源24可包括一个或多个白炽灯泡或一个或多个发光二极管(LED)。光源24也可使用微型氪气或卤素真空白炽灯。
白炽灯24与抛物线反射镜26装在一起。灯24穿过反射镜26的中央孔位于反射镜26的焦点上。反射镜26把一部分入射光从灯24后方向前方反射。反射镜26可为任何市售反射镜，包括呈下凹反射面的反射镜。反射镜26可用金属或非金属如表面镀金属的聚合材料(塑料)制成。按照一实施例，反射镜26为抛物线、全多面体反射镜。
反射镜26和灯24前方装有光管28。光管28为圆柱形管，其内壁30在向前单向路径上把从灯24和反射镜26发出的光引向一对放大透镜。按照一实施例，光管28由含有镀铝反射内壁30的单管构成。光管28可用任何材料制成，包括铝和聚合物。
光管28的光出口端上有直径缩小的唇32。唇32径向向里弯曲以减小供光线从光管28射出的出口的直径。唇32有助于生成具有均匀边界的更均匀的聚光光束。
如图2所示，调节机构20包括一对支撑导轨34和36，示出为平行圆杆，其第一端固定在光管28内，第二端向外伸出。支撑导轨34和36支撑调节机构20的组件。导轨34和36的第一端如图所示用胶粘牢或用螺纹旋紧在光管28的孔中。支撑导轨34和36上装有内径比光管28外径大的外管38。
外管38内***可轴向运动的第一套筒件42。第一套筒件42有一对供导轨34和36***的圆孔46和48。因此，第一套筒件42可在外管38内在导轨34和36上滑动。具有至少一个凸面的第一放大透镜40支撑在第一套筒件42内。按照一实施例，第一放大透镜40压入配合或粘(例如用胶)在第一套筒件42内壁上。第一放大透镜40也可用其他装配方法装配在第一套筒件42上。第一套筒件42外壁上有向外伸出第一插件44，在本文中该第一插件为插销。插销44可***插座(插槽)，插座从而沿导轨34和36在两个方向上轴向驱动第一套筒件42。第一套筒件42可沿导轨34和36作轴向运动，但无法转动。
支撑导轨34和36上还装有第二套筒件62，第二套筒件62中有供导轨34和36***的孔66和68。因此，第二套筒件62也可在导轨34和36上滑动。第二套筒件62同样支撑有至少一个凸面的第二放大透镜60。按照一实施例，第二放大透镜60压入配合或粘(例如用胶)在第二套筒件62内壁上。第二放大透镜60也可用其他装配方法支撑在第二套筒件62上。第二套筒件62外壁上有向外伸出第二插件64，在本文中该第二插件为插销。插销64可***一插座(插槽)，插座从而沿导轨34和36轴向驱动第二套筒件62。第二套筒件62可沿导轨34和36作轴向运动，但无法转动。
放大透镜40和60为使光穿过透镜的透光的光学放大镜。按照一实施例，放大透镜40和60可分别为双凸放大透镜。按照另一实施例，放大透镜40和60可分别为平凸放大透镜。按照又一实施例，透镜可为双凸放大透镜，另一透镜为平凸放大透镜。放大透镜40和60分别有至少一个凸面使得光从中穿过。
放大透镜40和60可用任何公知透明材料如玻璃或聚合物(例如聚碳酸酯)制成。放大透镜40和60的尺寸视所需聚光直径而定。本发明使用的放大透镜在市场上有多种来源。按照一实施例，第一放大透镜40可使用规格与Model No.NT45-165相同、Edmund IndustrialOptics出售的聚碳酸酯双凸放大透镜。按照一实施例，上述放大透镜前后表面的曲率半径为76.67mm，直径为30mm，边缘厚度为2mm。第二放大透镜按照一实施例可使用前后表面曲率半径为103mm，直径为30mm，边缘厚度为2mm的聚碳酸酯双凸放大透镜。
应该指出，各部件包括灯24、反射镜26、光管28和调节机构20对齐在同一轴线上。光管28的长度和直径和放大透镜40和60的尺寸和放大透镜49与60之间的距离视所需最终聚光光束的大小(直径)而定。所生成的聚光光束的强度也受光管28、放大透镜40和60、灯24和反射镜26的尺寸的影响。
调节机构20包括可围绕其中心轴线转动、从而使得第一和第二套筒件42和62和对应放大透镜40和60互相轴向移近和移离的转筒件50。转筒件50外表面上有啮合调节帽22的纵向凹槽52。转筒件50的直径与外管38相同而抵靠外管38一端。按照所示实施例，外管38和转筒件50为可连接在一起的独立部件。但是，外管38也可与转筒件50制成一体。
转筒件50内圆周面上有第一和第二插槽，在本文中为凹槽54和56。第一凹槽54呈第一圈数比为X圈/单位长度的螺线形。第二凹槽56呈大于第一圈数比X的第二圈数比Y圈/单位长度的螺线形。第二凹槽56的螺线方向与第一凹槽54相反。由于两凹槽54和56的螺线方向相反，因此转动转筒件50就可使得第一和第二套筒件42和62互相移近或移离。
参见图3A-4B，第一套筒件42的插销44***转筒件50的第一凹槽54中。同样，第二套筒件62的插销64***转筒件50的第二凹槽56中。在转筒件50一端把第一插销44与第一凹槽54的最外端对齐即可把第一套筒件52装到转筒件50上。同样，在转筒件50另一端把第一插销64与第二凹槽56的外端对齐即可把第二套筒件62***到转筒件50上。
特别参见图3A和4A，然后把调节帽22装到转筒件50上。调节帽22可由使用者操作，从而转动转筒件50以便使得放大透镜40和60互相移近或移离。用帽22的肋条23啮合转筒件50外表面中的凹槽52即可把调节帽22连接到转筒件50上。但是，应该指出，调节帽22也可构作成供照明装置10的使用者转动转筒件50，从而调节放大透镜40和60的位置，从而在保持光束均匀的同时调节聚光光束的大小和强度。
图3A和3B示出照明装置10的光源和光束调节部处于生成大小可调聚光光束的第一和第二位置。外管38的内壁上有供O形环80嵌入的凹槽82。圆环80又嵌入光管28外表面凹槽84中。从而环80使得外管38可相对光管28转动，但无法相对光管作轴向运动。
第一和第二套筒件42和62以及对应的放大透镜40和60位于透镜40与60相距最远为距离L的第一位置上。如图3B所示，在第一位置上，光源24发出的光在光管28内壁30内前行经第一放大透镜折射、然后在放大透镜40与60之间区域汇聚、交叉和发散成光线72。发散光线72然后经第二放大透镜60的折射后成为聚光均匀的准直光74，照射到目标区上。
转动帽22、从而转筒件50轴向移动第一和第二套筒件42和62以及对应的放大透镜调节机构20就可从图3A和3B所示位置调节到图4A和4B所示第二位置，包括任何中间位置。在第二位置上，放大透镜40与60之间的距离L减小到最靠近位置，所得聚光光束的尺寸变大。如光源强的不变，聚光光束尺寸变大造成强度变小。转动聚焦调节帽22、从而转动转筒件50即可造成放大透镜相对运动。应该指出，转动本发明调节机构20时，放大透镜40和60作轴向相对运动的同时，还相对光源的固定位置，即灯24移动。
如图4B所示，调节机构20处于第二位置时光源即灯24生成的光70照射到第一放大透镜40上。第一放大透镜40使得光70汇聚成光线72’。汇聚光线72’照射到第二放大透镜60上。第二放大透镜60使得光线72’进一步汇聚、交叉，然后发散成锥形光束74’，从而当照射到远处目标区上时，生成较宽但光强减小的聚光光束。
因此，使用本发明调节机构20的照明装置10可构作和调节成在保持聚光光束均匀的同时改变其直径。强度均匀指所生成的聚光光束的光强在聚光光束的所有点上都大致相同。例如聚光光束在中心处的光强与其边缘处相同或大致相同。通过转动帽22和转筒件50，使用者能把聚光光束调节成所需直径和光强。此时，在轴向上互相移近或移离放大透镜40和60，同时放大透镜40和60相对灯24作轴向运动。
尽管以上结合插销插槽结构说明了使用者转动转筒件50造成放大透镜40和60的相对运动和相对灯24的运动，但应指出，也可用其他机械结构使得放大透镜40和60作相对运动和相对灯24的运动。可以看出，在本发明范围内也可移动光源如灯24和放大透镜40和60之一实现本发明的聚光调节。此外，本发明也可自动化，此时用电动机组件造成第一和第二放大透镜40和60的相对运动以及灯24与放大透镜40和60之间的相对运动，从而生成高度均匀的可调聚光光束。
本领域普通技术人员不难看出，可在所公开原理的范围内对本发明作出种种修正和改进。保护范围决定于权利要求和专利法容许的解释宽度。

Claims (20)

1.一种便携式照明装置，包括：
生成光束的光源；
设置在该光束路径上的第一放大透镜；
设置在该光束路径上的第二放大透镜；以及
调节机构，调节该调节机构使得相对光源移动第一和第二放大透镜，从而调节该光束尺寸并生成大致均匀的光束，
其特征在于，该便携式照明装置包括电源，该电源具有与所述光源电连接的电池室，
其中，该调节机构包括圆筒件和一对套筒件；第一套筒件支承第一放大透镜，第二套筒件支承第二放大透镜，该圆筒件和该对套筒件之一上设有第一和第二插座，该圆筒件和该对套筒件的另一个上设有第一和第二插头件；第一和第二插头件在第一和第二插座中运动，从而该圆筒件转动时，该对套筒件彼此相对地在轴向上运动，
其中，所述第一插座具有螺旋地形成螺线形结构的第一凹槽，第一凹槽具有第一圈数比，所述第二插座具有螺旋地形成螺线形结构的第二凹槽，第二凹槽具有第二圈数比，且第二圈数比大于第一圈数比。
2.按权利要求1所述的照明装置，进一步包括用于生成照射在第一和第二放大透镜上的准直光束的光管。
3.按权利要求1所述的照明装置，其特征在于，所述第二凹槽的螺线方向与所述第一凹槽的螺线方向相反。
4.按权利要求1所述的照明装置，其特征在于，该圆筒件具有第一和第二凹槽，所述第一和第二凹槽形成在该圆筒件表面上并且以相反的螺线方向形成，用于界定第一和第二放大透镜的轴向运动；该圆筒件可转动，使得第一放大透镜相对第一凹槽作轴向运动，第二放大透镜相对第二凹槽作轴向运动。
5.按权利要求4所述的照明装置，进一步包括支撑第一放大透镜并且具有用于***第一凹槽中的第一插销的第一套筒件和支撑第二放大透镜并且具有用于***第二凹槽中的第二插销的第二套筒件。
6.按权利要求1所述的照明装置，进一步包括反射镜，其特征在于，该光源装在该反射镜的焦点上。
7.按权利要求1所述的照明装置，其特征在于，第一和第二放大透镜各包括放大凸透镜。
8.按权利要求7所述的照明装置，其特征在于，两放大透镜各包括双凸透镜。
9.按权利要求7所述的照明装置，其特征在于，两放大透镜各包括平凸透镜。
10.一种便携式照明装置，包括：
生成光能的灯；
反射该灯生成的光的反射镜；
以大致准直的光束传输光能的光管；
包括凸面并且设置在该光束路径上的第一放大透镜；
包括凸面并且设置在该光束路径上的第二放大透镜；以及
调节机构，调节该调节机构使得相对该灯移动第一和第二放大透镜，从而调节该光束尺寸并生成大致均匀的光束，
其中，该调节机构包括圆筒件和一对套筒件；该圆筒件和该对套筒件之一上设有第一和第二插座，该圆筒件和该对套筒件的另一个上设有第一和第二插头件；第一和第二插头件在第一和第二插座中运动，从而该圆筒件转动时，该对套筒件彼此相对地在轴向上运动，
其中，所述第一插座具有螺旋地形成螺线形结构的第一凹槽，第一凹槽具有第一圈数比，所述第二插座具有螺旋地形成螺线形结构的第二凹槽，第二凹槽具有第二圈数比，且第二圈数比大于第一圈数比。
11.按权利要求10所述的照明装置，其特征在于，该圆筒件表面上形成有用于界定第一和第二放大透镜的轴向运动的第一和第二凹槽；该圆筒件可转动，使得第一放大透镜相对第一凹槽作轴向运动，第二放大透镜相对第二凹槽作轴向运动。
12.按权利要求11所述的照明装置，进一步包括支撑第一放大透镜并且具有用于***第一凹槽中的第一插销的第一套筒件和支撑第二放大透镜并且具有用于***第二凹槽中的第二插销的第二套筒件。
13.按权利要求10所述的照明装置，其特征在于，第一和第二放大透镜各包括双凸放大镜。
14.按权利要求10所述的照明装置，其特征在于，第一和第二放大透镜各包括平凸放大透镜。
15.一种调节从光源输出的光束的光控制装置，包括：
含有凸面的第一放大透镜；
含有凸面并且设置在第一放大透镜的轴向光路上并与第一放大透镜相隔的第二放大透镜；以及
调节机构，调节该调节机构使得相对移动第一和第二放大透镜，从而在光穿过第一和第二放大透镜时，调节光束尺寸并生成大致均匀的光束，
其中，该调节机构包括圆筒件和一对套筒件；该圆筒件和该对套筒件之一上设有第一和第二插座，该圆筒件和该对套筒件的另一个上设有第一和第二插头件；第一和第二插头件在第一和第二插座中运动，从而该圆筒件转动时，该对套筒件彼此相对地在轴向上运动，
其中，所述第一插座具有螺旋地形成螺线形结构的第一凹槽，第一凹槽具有第一圈数比，所述第二插座具有螺旋地形成螺线形结构的第二凹槽，第二凹槽具有第二圈数比，且第二圈数比大于第一圈数比。
16.按权利要求15所述的光控制装置，其特征在于，该圆筒件表面上形成有用于界定第一和第二放大透镜的轴向运动的第一和第二凹槽；该圆筒件可转动，使得第一放大透镜相对第一凹槽作轴向运动，第二放大透镜相对第二凹槽作轴向运动。
17.按权利要求16所述的光控制装置，进一步包括支撑第一放大透镜并且具有用于***第一凹槽中的第一插销的第一套筒件和支撑第二放大透镜并且具有用于***第二凹槽中的第二插销的第二套筒件。
18.按权利要求15所述的光控制装置，其特征在于，第一和第二放大透镜各包括双凸放大透镜。
19.按权利要求15所述的光控制装置，其特征在于，第一和第二放大透镜各包括平凸透镜。
20.按权利要求15所述的光控制装置，其特征在于，该光束包括聚光光束。
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