CN101688642B - 具有前向散热组件的照明装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种头灯照明装置(10)，其允许调节光束的尺寸并向前散热。所述照明装置包括外壳(42)、设置在所述外壳上用以产生光束的光源(58)、以及设置在所述光束路径上以聚焦所述光束的光学聚焦透镜(64)。所述照明装置(10)还包括透镜环(70)，其支撑所述光学聚焦透镜以便相对所述光源移动所述聚焦透镜，从而调节所述光束的尺寸。所述透镜环(70)还作为外部散热器，与内部散热器(54)成导热关系。

Description

具有前向散热组件的照明装置

发明背景

本发明总体上涉及一种照明装置，更具体地涉及一种便携式照明装置，例如可以佩戴在使用者头上的头灯。

便携式照明装置，例如手电和头灯，通常采用光源，例如白炽灯或一个或多个发光二极管、反光镜、透镜和电源，例如一个或多个电化学电池。常规的头灯通常包括一带箍，其适于佩戴在使用者头上以将头灯定位在使用者前额附近。最常规的头灯提供固定的光束或允许选择不同的发光二极管组合，以便提供不同颜色和光照强度。一些手电筒允许反光镜移动以便改变光束，其经常产生不均匀的光束强度。

照明装置，例如头灯，采用产生热能(热)的光源。为了用诸如发光二极管的光源提高性能，发光二极管通常要求在极端的温度下工作。当发光二极管在高温下工作时，通常用流明来计量的输出光强度和输出光效率通常会减小。因此，需要防止发光二极管过热以便提供高效的照明性能。另外，在常规的头灯组件中，光源产生的热通常向头灯后部传递并可能传递到用户的前额，这也是人们所不希望的。

所以，理想的是提供一种便携的照明装置，例如头灯，其可有效控制温度并保持理想的光源工作温度和提供理想的光照束。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供一种照明装置，其将热量从光源向所述照明装置的前端传导。所述照明装置包括具有前端和后端的外壳和安装在所述外壳前端附近的光源，所述光源可以通电以产生光照和热能。所述照明装置还包括与所述光源有热联系的内部导热散热器。所述照明装置还包括与所述内部散热器成导热关系的外部散热器部件，其通常设置在所述外壳后端的前面，以将所述光源产生的热能导向所述外壳的前端。

根据本发明的另一方面，提供头灯以将所述光源产生的热能从所述后端向所述前端驱散。所述头灯适于佩戴在使用者头上，包括具有前端和后端的外壳和结合在所述外壳上并适于佩戴在使用者头上的带箍。所述头灯还包括安装在所述前端附近的光源。所述头灯还包括与所述光源热连通的内部导热散热器。所述头灯还包括外部导热散热器，其与所述内部散热器热连通并大体上设置在所述外壳后端的前面，以将所述光源产生的热能导向所述外壳的前端。

附图说明

在附图中：

图1是根据本发明一个实施例的适于佩戴在使用者头上的头灯照明装置的前透视图；

图2是所述头灯的前照明组件的前视图；

图3是所述前照明组件的右视图；

图4是所述前照明组件的俯视图；

图5是所述前照明组件的分解组装图；

图6A是沿图2所示的VI-VI线截取的所述前照明组件的截面图，其中所述聚焦透镜调节到最后的位置；

图6B是沿图2所示的VI-VI线截取的所述前照明组件的截面图，其中所述聚焦透镜调节到最前的位置；

图7是根据一实施例的后电池盒组件的分解后透视图；

图8是所述电池盒组件的前透视图；

图9是采用适于容纳7号电池的第一用户可选电池盒的电池盒组件的分解前透视图；

图10是采用适于容纳7号电池的第二用户可选电池盒的电池盒组件的分解前透视图；以及

图11是图9所示电池盒在取下盖子时的电池室的内部示图，进一步说明了电连接关系。

具体实施方式

参见图1，其大体上示出了根据本发明一个实施例的照明装置10，其具有可调节光学聚焦透镜组件和散热器组件。照明装置10以一个适于佩戴在使用者头上的头灯的形式示出和描述。虽然所述照明装置10在这里以一个头灯的形式示出和描述，但应该理解，所述照明装置10可以采用任意数量的照明系统以对目标区域提供光照。

所述照明装置10通常包括前照明组件12、后电池盒组件14和带箍16，其具有一定构形以将所述照明装置10定位并保持在使用者头上。所述带箍16连接所述前照明组件12和所述后电池盒组件14。所述带箍16包括侧带箍部18A和18B，其通常适于缠绕使用者头部的侧面，和顶带箍部18C，其适于套在使用者的头顶。带箍16包括调节扣24，其允许调节所述带箍16的尺寸以适配具体的使用者。

所述电池盒组件14可以具有不同的尺寸和形状以容纳不同尺寸的电池。比如，使用者可以在一个电池盒里使用较大的5号电池以实现较长的使用时间，也可以在另一个电池盒里使用较小的7号电池以减小尺寸和重量。使用者也许会觉得取下顶部带箍18C会更理想，尤其是当使用较轻的电池盒的时候。此外，所述照明装置10具有电源线20，其将所述后电池盒组件14连接到所述前照明组件12。所述电源线20可以具有由两条导线和同轴电缆提供的两条电路路径，以从所述电池盒组件14内的储能电池的正负端子向所述照明组件12的一个或多个光源提供电力。所示的电源线20已经用线夹22相对所述带箍16固定就位。

所述照明组件12在图2至5中的示出更为详细。所述照明组件12包括后基板30，其在所述组件12的背面连接到带箍16的带箍部18A-18C。基板30适于定位在使用者上以便使后表面接触使用者的前额。所述带箍16的各个带箍部18A-18C通过侧部和顶部托臂31连接到基板30。根据一个实施例，基板30由热绝缘的聚合物材料制成并因而不容易导热，因此它是不导热的。基板30在底边还具有一对铰链连接器32，其适于通过螺栓33和螺母33a配合后塑料外壳件34上的铰链连接器35，使得外壳34相对基板30可枢轴转动。

所述后外壳件34形成容纳所述照明组件12的不同构件的外壳的背部。所述后外壳部34连接到前主外壳部42，通过紧固件37保持就位。在所述后外壳部34和前主外壳部42之间设置密封件36，其为两外壳件提供水密结合。塑料螺纹环38具有外螺纹，其适于接合外壳部42的内部的槽39。环38抵靠成型插件40以将其保持就位。紧固件37将后外壳件42连接到插件40。成型插件40用作间隔件，其具有一定构形以容纳并将电路板50保持就位。应该理解，所述后外壳件34和前主外壳件42中的每一个都由热绝缘的聚合物材料制成，因此不导热。类似地，所述成型插件40和环38由不导热的聚合物材料制成。

一对向内延伸的凸片46通过相对侧壁上的槽47延伸进入所述主外壳部42的内表面，其大体上形成阳性件。所述阳性件46以插件的形式示出，其定位在外壳件42的相对侧上并适于接合调节机构中的凹槽，以允许移动聚焦透镜。

电路板50设置在主外壳部42内并包括电路，以开关所述照明装置10并控制照明顺序。电缆连接器26装配于主外壳部42的底部，其连接所述电源线20以接收来自电池盒组件14并向所述电路板50上的电路供电的电力，并向所述光源提供电力。电路构件安装在所述电路板上，包括控制电路78。此外，一对发光二极管74和76安装在电路板50的上部前表面上，用作副光源。根据一实施例，所述发光二极管74和76可以包括红色发光二极管。所述发光二极管74和76随着所述电路板50装配到外壳42中的成型插件40上，定位在第外壳42的所述上透明部后面。在一个实施例中，整个前外壳42都可以是透明的。

第一使用者可按压的按钮44装配到外壳42的顶面，用以开关所述光源并排序其中可选的光强度。此外，设置第二使用者可按压的按钮48，用以允许使用者启动增强模式以增加主光源提供的光强度。

外盖外壳件52与主外壳体42结合。应该理解，所述外盖外壳件52、主外壳体42和后外壳部34基本上构成一个外壳，其支撑和收容各种构件，包括光源、电路和这里所述的各种其他构件。虽然大体上示出的所述外壳由外壳部34、42和52组成，但应该理解的是，可以为所述照明装置10的外壳提供其他形状、尺寸和数量的构件。

内部散热器54设置在外壳42内。内部散热器54由导热材料制成，如铝。所述内部散热器件54位于所述电路板50和不导热塑料件40、38和34的前面。内部散热器54大体上以环形形式示出，其在顶部和平的前表面上具有局部切口。基底56设置在散热器54的前端表面上并且具有开口以接收导线连接器。

发光二极管58作为主光源安装在基底56的顶部。发光二极管58可以焊接到基底56上。发光二极管58可以包括电导线，其从电路板50延伸通过基底56以接收由电路板50和电池盒组件14供给的电力。通过将内部散热器54的前端螺纹地接合反光镜60的后端，主发光二极管58与内部散热器54一起保持就位，使得发光二极管58延伸通过设置在反光镜60中央区域的开口。可选的是，所述发光二极管58和基底56可以用紧固件(如螺钉)固定到内部散热器54。同样，所述内部散热器54可以用螺钉保持到所述反光镜60上。所述反光镜60可以包括反光表面，其反射主发光二极管58产生的光照的一部分。应该理解，采用一些发光二极管，基本上产生的所有光都可以通过窄小的窗口向前投射，使得所述反光镜60反射很少或几乎不反射。

根据一个实施例，主光源58以高功率白色发光二极管的形式实施，其通常为本领域技术人员所知。这种市场上可购得的发光二极管的一个例子是Model No.XRE，可以从Cree公司买到。应该理解，很容易从几个供应商买到不同种类和尺寸的发光二极管。所述发光二极管可以是任何颜色，这取决于使用者的选择。还应该理解的是，其他主光源，如白炽灯，可以代替发光二极管，或多个发光二极管可以单独使用，或与一个或多个其他光源结合使用。

导热透镜环70组装在所述主外壳体42上，用作透镜调节机构和外部散热器。所述透镜环70大体上为圆柱形并有一定的构形以容纳并保持光学聚焦透镜64。所示光学聚焦透镜64在外表面有螺纹62，用于螺纹接合透镜环70的内表面上的槽68。密封环65设置在透镜64和透镜环70的内表面之间以确保水密性。相应地，所述聚焦透镜64螺纹接合在透镜环70内，而透镜环70又接合外壳42。密封件66设置在所述透镜环70和外壳42之间以提供水密封装。

所述透镜环70具有凹槽72，其在外圆柱表面内形成用以接合外壳42中的阳性件46。所述凹槽72以大体螺旋的形状形成，用作阴性插座。在所示的实施例中，所述插座46以具有理想匝数比的双螺旋的形状盘旋，以使所述透镜环70能与单个光学聚焦透镜64相对所述主光源58向前和向后移动。因此，所述光学聚焦透镜64在透镜环70内旋转，以便将所述透镜64相对于所述主光源58向前和向后平移以改变焦距从而改变光束尺寸。应该理解，插座72具有行程限制末端，其用于限制阳性件46的行程以限定旋转行程限制的末端。这样，透镜环70和透镜64作为一个单元顺时针和逆时针旋转，以便朝向和背向所述光源58轴向移动。

相应地，所述照明装置10采用放大透镜64形式的光学聚焦透镜，其将所述发光二极管58产生的光转变方向，使其按理想光路通过所述光学聚焦透镜64。所述可调节透镜环70可以旋转以便相对所述光源58向前和向后移动透镜环70和所述光学透镜64。透镜环70可以在一个方向上旋转以移动透镜64更加靠近图6A所示的主发光二极管58，或可以在相反方向旋转以将聚焦透镜64背向图6B所示的主发光二极管58移动。通过将所述光学透镜64朝向和背向发光二极管58移动，可以调节光的尺寸和强度，同时保持大致一致的光路。

这样，应该理解的是，调节机构用于单个聚焦透镜相对所述发光二极管58的运动，以便获得一致的光束变焦特征，其可聚焦光束并允许在调节光束尺寸的同时大体保持光束的一致性。相应地，所述照明装置10产生的聚光灯束可以通过单个的聚焦透镜进行调节，可从小的圆形高强度点变焦到大的圆形低强度泛光灯束，而且在变化过程中不失焦。

根据一个实施例，所述光学放大镜64是具有凸面的平凸放大镜。应该理解的是，所述放大镜64可以有其他形状，如双凸面放大镜。根据一个实施例，所述放大镜64具有至少一个凸面，以使由所述光源58产生并通过透镜传输的光照改向，变成理想尺寸的光路，从而提供大致一致的光强度，其在所述聚焦透镜64相对所述主光源58移动时在整个光束区域保持一致。

根据一个实例，所述主发光二极管58是高强度发光二极管，能够在350毫安或更高电流时产生高强度光(如大于100流明)。所述发光二极管58的一个实例是Model XRE，可以从Cree公司买到。根据一个实施例，利用平凸放大镜64，所述可调节透镜环70可以在由槽72和凸片46限定的行程限制端之间旋转纵向距离4.5毫米的行程，以便校准所述光束并保持选定的强度方式，如大体一致的强度。

如图5所示，电路板50具有附加的一对副发光二极管74和76，其大体上在所述透镜环70之上的外壳件42的上部内延伸。发光二极管74和76通过外壳体42的大致透光的前壁是可见的。这样，在通电时发光二极管74和76通过外壳42的上前部分是可见的。根据一实施例，所述发光二极管74和76可以包括红色发光二极管，其可提供增强的夜视照明。根据其他实施例，可以采用各种颜色或颜色组合的一个或多个副发光二极管74和76来提供理想的光照。

同样如图所示，电气元件，如电路元件78，安装在电路板50上。应该理解的是，可以采用任意数量的电路结构配置来控制所述照明装置10。例如，电路78可智能设计为微处理器的形式来控制例行程序，以便有选择地控制所述主发光二极管58和一对副发光二极管74和76的通电。根据一实施例，控制电路78被配置成根据所述第一用户可选按钮44的动作来选择所述光源发光二极管58、74和76的通电。根据一实例，可以采用下面的控制顺序。用户按压按钮44可以首先打开所述一对红色发光二极管74和76。接着在预定的时段内，如1.6秒，继而按动按钮44可以使其他光源和光源组合顺序启动。例如，第二次按压按钮44可以切换到设置为高的主发光二极管58。重复按压按钮44可以从中依次设置主发光二极管58，即先是中档，接着是低档，然后是主发光二极管58闪烁，最后关闭所述光源。如果使用者未能在预定时段内按压按钮44，所述控制例行程序会被设定以便在下次按压按钮时关闭所述光源。

所述第二用户可选按钮48大体上示出在所述外壳体42的一侧，与所述按钮44隔开，用作增强模式驱动器。所述增强模式按钮48可以按压以允许使用者以增加的光照启动所述光源58。通过连续地按压所述增强模式按钮48，增加的电流供给到所述主发光二极管58，增强了光照。根据一实例，所述主发光二极管58可以由700毫安的电流提供电力，从而在其额定的高设置下工作，获得大约130流明的光照，而在增强模式，所述主发光二极管58可以由1200毫安的电流提供电力，获得大约190流明的光照。所述控制电路78可以配置成在有限的时段内，如15秒，在增强模式下用于所述主发光二极管58增强光照，以防止所述发光二极管58过热和在所述照明组件12中有过多的热量积累。

此外，可以在所述外壳42中安装热敏电阻55，如在电路板50上与所述主发光二极管58有热联系，从而能检测所述发光二极管58附近的温度。当检测到的温度超过预定的温度限值时，如75℃，所述热敏电阻55监测到的温度可以用来切断所述增强模式。同样应该理解，当达到过高的温度限值时所述热敏电阻55可以用来切断整个照明装置10。

特别参见图6A和6B，其示出了从所述主发光二极管58至导热透镜环70的用以向周围环境散热的导热散热器路径。应该理解的是，所述照明装置10的照明组件12的设计是从所述主发光二极管58通过通向外部环境的导热路径向周围环境散发热能(热)。通过这种方式，提供了一种导热热交换路径使得热能大致向所述照明组件12的前部散发。通过这种方式，避免了大量的热量向后传导到达背板30。所以，特别是在头灯的实施例中，所述照明装置10使传递给使用者的热能最小化。

所述导热透镜环70作为外部散热器被示出，其与所述内部散热器54有热接触。内部散热器54又与下面的主发光二极管58的基底56接触。主发光二极管58产生的热能通过基底56传递到散热器64，又传递到延伸到所述照明组件12的导热环70。导热介质71设置在所述内部散热器54和透镜环70之间。所述导热介质71包括导热脂，如硅脂或糊剂，其在所述透镜环70和散热器54之间提供热传导，并且还用来润滑以便在旋转所述透镜70来调节所述聚焦透镜64的位置时允许所述透镜环70相对所述散热器54移动。根据一实例，所述导热脂可以包括可从Omega Engineering公司买到的

201。这样，可以在所述内部散热器54和透镜环70的外部散热器之间获得增强的热传导，从而进一步增强热传导以便从所述主发光二极管58大体上向使用者前面的外部环境散发热能。通过从所述主发光二极管58散发热能，所述主发光二极管58的运行由于运行环境被保持在较低的温度而获得提高，这种提高有助于增加所述发光二极管的寿命。

参见图7至11，示出了根据一实施例的电池盒组件14。所述照明装置10可以包括多个电池室，每次其中一个可以与所述电池盒组件一起使用。所述电池盒组件14包括底座外壳80，其有连接到电缆20上的电缆连接器28，电缆20在所述电池盒内进行电连接。电池盒室82连接至所述底座部件80，电池盒室82包括一个可容纳特定尺寸和数量电池的电池室，为所述照明组件提供电力。室82具有盖83，其具有弹性的侧臂88，在关闭位置锁定到凸片89。盖83能够取下以取放电池。底座外壳80的前壁还可以有垫子84，其适于接合使用者头部的后侧。

所述电池盒82通过相对侧上的一对燕尾臂90连接至底座部件80，燕尾臂滑动与凹口92形成锁定结合。所述电池盒82具有滑动(扫动)触点94，其与底座部件80中的电路96接合，使得它们能够容易地断开并更换电池。如图9所示，可以提供第一电池盒82以容纳第一尺寸的电池，如7号电池。而如图10所示，可以采用第二电池盒82’以容纳一较大的电池，如5号电池。所述第二较大电池盒82’较大且较沉，电力得到增加。相比之下，较小的电池盒82较小且较轻。使用者可以根据特定的应用从电池盒82或者82’中进行选择，并且只要将合适的电池盒82或82’滑动到底座部件80上就可与所述电池盒组件14一起使用。

参见图11，示出的电池室82具有可接受3节7号电池的电连接。还示出了触点94，其允许与底座部件80上的触点96接合。

所述电池盒组件14还包括指示灯98，如发光二极管。根据一实例，所述指示灯98可以包括绿色发光二极管。所述绿色发光二极管98可以用作指示器，指示所述电池盒82正确连接到所述底座部件80从而形成了充分的电连接。此外，所述发光二极管98可以具有“找我”功能，通过它的闪烁可以对所述照明装置10进行定位。再者，当所述照明装置10通电时所述发光二极管98可以一直亮着，以从所述照明装置10的后面提供可见的灯光指示并因而实现“跟我来”的功能。

根据本发明的不同方面，提供照明装置，其包括具有前端和后端的外壳、安装在所述外壳前端附近的光源，所述光源可通电以产生光照和热能、与所述光源有热联系的内部导热散热器以及外部散热器部件，其与所述内部散热器有热传递关系并且大体上设置在所述外壳后端的前面，以将所述光源产生的热能导向所述外壳的前端。根据本发明的其他方面，所述照明装置包括头灯，其包括连接在所述外壳并适于戴在使用者头上的带箍，其中所述外部导热散热器将所述光源产生的热能从使用者头部驱散。所述照明装置还包括电池室，其连接到所述带箍并与所述外壳分离。所述光源包括发光二极管。所述外部散热器包括环和设置在所述环内的聚焦透镜，所述环是可调节的以相对所述光源移动所述聚焦透镜从而调节光束的尺寸。导热介质设置在所述内部散热器和所述外部散热器之间，并且所述导热介质包括导热脂。

根据本发明的其他方面，提供一种适于佩戴在使用者头上的头灯，所述头灯包括有前端和后端的外壳、接到所述外壳并适于戴在使用者头上的带箍、安装在所述外壳前端附近的光源、与所述光源成热连通的内部导热散热器以及外部导热散热器，其与所述内部散热器热连通并且大体上设置在所述光源的前面，以将所述光源产生的热能导向所述外壳的前端。根据本发明的另外方面，所述光源包括发光二极管。电池室连接到所述带箍并与所述外壳分离。导热介质设置在所述内部散热器和所述外部散热器之间。所述导热介质包括导热脂。所述外部散热器包括环，并且在所述环内有聚焦透镜，所述环是可调节的以相对所述光源移动所述聚焦透镜，从而调节所述光束的尺寸。一种或多种不导热介质设置在所述内部散热器和所述外壳后端之间。

因而，本发明所述的照明装置10可以有利地提供增强的照明装置，其易于调节光照束，并可有利地从所述光源和使用者散发热能。所述照明装置10用在头灯上特别有效，但也可以用在其他照明装置上。

虽然本发明在这里根据特定的优选实施例进行了详细描述，但本领域的技术人员可以进行许多修改和变化而不偏离本发明的精神。因此，我们只想通过所附权利要求的范围来限制本发明，而不是用这里所示的描述实施例的细节和功用来对其进行限制。

Claims (23)

1.一种照明装置，包括：

具有前端和后端的外壳；

安装在所述外壳的前端附近的光源，所述光源可通电以产生光照和热能；

与所述光源有热联系的内部散热器；以及

外部散热器，设置为与所述内部散热器成热传递关系并且大体上设置在所述外壳后端的前面，以将所述光源产生的热能导向所述外壳的前端。

2.权利要求1所述的照明装置，其中所述照明装置是头灯，头灯包括带箍，其结合在所述外壳上并适于佩戴在使用者的头上，其中所述外部散热器将所述光源产生的热能从使用者头部驱散。

3.权利要求2所述的照明装置，其中所述照明装置还包括电池室，其连接到所述带箍并与所述外壳分离。

4.权利要求1至3任一项所述的照明装置，其中所述光源包括发光二极管。

5.权利要求1至3任一项所述的照明装置，其中所述外部散热器包括环。

6.权利要求5所述的照明装置，还包括设置在所述环内的聚焦透镜。

7.权利要求6所述的照明装置，其中所述环是可调节的以相对所述光源移动所述聚焦透镜以便调节光束的尺寸。

8.权利要求1至3任一项所述的照明装置，还包括导热介质，其设置在所述内部散热器和所述外部散热器之间。

9.权利要求8所述的照明装置，其中所述导热介质包括导热脂。

10.一种适于佩戴在使用者头上的头灯，所述头灯包括：

包括前端和后端的外壳；

结合在所述外壳上并适于佩戴在使用者头上的带箍；

安装在所述外壳前端附近的光源；

与所述光源热连通的内部散热器；以及

外部散热器，其与所述内部散热器热连通并且大体上设置在所述光源前方，以将所述光源产生的热能导向所述外壳的前端。

11.权利要求10所述的头灯，其中所述光源包括发光二极管。

12.权利要求10和11任一项所述的头灯，还包括电池室，其连接到所述带箍并与所述外壳分离。

13.权利要求10和11任一项所述的头灯，还包括导热介质，其设置在所述内部散热器和所述外部散热器之间。

14.权利要求13所述的头灯，其中所述导热介质包括导热脂。

15.权利要求10和11任一项所述的头灯，其中所述外部散热器包括环。

16.权利要求15所述的头灯，还包括设置在所述环内的聚焦透镜。

17.权利要求16所述的头灯，其中环是可调节的以相对所述光源移动所述聚焦透镜以便调节光束的尺寸。

18.权利要求10和11中任一项所述的头灯，还包括一种或多种置于所述内部散热器和所述外壳后端之间的不容易导热的介质。

19.权利要求10所述的头灯，还包括设置在所述内部散热器(54)的前端表面上的基底(56)，其中所述光源安装在所述基底(56)的顶部。

20.权利要求19所述的头灯，还包括电路板(50)和电池盒组件，其向所述光源提供电力。

21.权利要求20所述的头灯，还包括热敏电阻(55)，其安装在所述外壳中并与所述光源有热联系，以检测所述光源(58)附近的温度并在检测到的温度超过预定温度限值时关闭增强模式。

22.权利要求10所述的头灯，其中传递给使用者的热能被最小化。

23.权利要求10所述的头灯，其中后外壳件(34)形成所述外壳的背部，其中所述后外壳件(34)由聚合物材料制成。

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