JP2012517656A - マルチモード可搬照明装置 - Google Patents

Abstract

機械式電力スイッチと複数の動作モードを有する懐中電灯のような可搬照明装置が提供される。機械式電力スイッチは、照明装置のコントローラと直列に配設され、動作モードを変更するためのコントローラに対するユーザインターフェイスとして機能する。機械式電力スイッチがコントローラと直列であるので、可搬照明装置は、機械式スイッチが開かれているときに電池の電力を消費しない。コントローラに接続された状態装置は、毎回、照明装置の動作モードを決定するために通電される。

Description

本発明は、例えば、懐中電灯、ランタンおよびヘッドランプを含む可搬照明装置、並びに、それらの回路に関する。

懐中電灯を含む多様な手持ちまたは可搬照明装置が公知である。そのような照明装置は、典型的には、正負の電極を有する１以上の乾電池を含む。電池は、バッテリ室またはハウジングの中に電気的に直列または並列に配置される。また、バッテリ室は、時には、特に懐中電灯の場合には、照明装置を保持するために使用される。電池の電極から電球または発光ダイオード（ＬＥＤ）のような光源の電極に接続された導電手段を通して、電気回路が形成される。電源を通った後、電気回路は、電池のもう一方の電極に電気的にさらに接触する導電手段と電気的に接触した光源の第２の電極を通って延伸する。回路は、回路を開閉するスイッチを含む。電気回路を閉鎖するスイッチの駆動は、電球、ＬＥＤまたは他の光源―そして、白熱電球の場合はフィラメント―を通して電流が流れることを可能にし、それによって光を発生する。

懐中電灯および他の可搬照明装置は、従来、懐中電灯を点灯および懐中電灯を消灯するために、懐中電灯の主電力回路に機械式電力スイッチを使用してきた。ユーザが懐中電灯の点灯を望むとき、ユーザは、機械式電力スイッチを操作し、２つの接点を機械的に接続して、スイッチを閉じ、電力回路を完成させ、それによって、電流が、電池の正極から光源を通して流れ、電池の負極に戻ることを可能にする。ユーザが懐中電灯の消灯を望むとき、ユーザは、機械式電力スイッチを操作し、２つの接点を切り離し、それにより、スイッチを開き、電力回路を遮断する。そのような装置の機械式スイッチは、それ故、電力回路を完成させ、可搬照明装置の運転を通して電流を流す導電体として作用する。

例えば、押し釦スイッチ、スライドスイッチおよび回転ヘッドスイッチを含む、多様な機械式スイッチのデザインが公知である。そのようなスイッチは、かなり直感的でユーザが操作しやすい傾向にある。しかしながら、単に簡単な機械式電力スイッチを有する可搬照明装置は、例えば、点滅モード、節電モードまたはＳＯＳモードのような、自動動作モードを含まない。そのような自動化された機能を可搬照明装置に含めるためには、可搬照明装置は、進歩した電子機器を有する必要がある。

例えば、マルチモード電子懐中電灯および他の可搬照明装置は、マイクロチップまたはマイクロコントローラのプロセッサにより制御される電子式電力スイッチを使用して設計されている。そ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多様なモードが、瞬時スイッチのようなユーザインターフェイスの適当な操作を通して選択される。

１つの方法において、可搬照明装置の電子部品は、電源に常時接続されたままである。その結果、電子部品は常時電力を消費し、それにより、電池の可用寿命を、または、充電池の場合には充電の間の稼働時間を短縮する。

他の方法において、光源およびコントローラと電気的に直列に配設した機械式電力スイッチが使用されて、同時に電子部品および光源に通電する回路を遮断する。結果として、可搬照明装置を消灯したとき、電子部品は電池からの電力を消費しない。しかしながら、機械式電力スイッチを、運転の異なるモードを選択するためのユーザインターフェイスとして使用、例えば、機械式電力スイッチを開放してから所定の時間後に閉鎖するために、代替仮電源を備えるマイクロチップが設けられる。

代替仮電源は、機械式電力スイッチが開放されたときに、可搬照明装置のスイッチが切られても、機械式電力スイッチが再度閉じられるまで、マイクロチップが仮に通電されたままにする。代替仮電源がない場合、機械式電力スイッチが開放されたときに、マイクロチップは電力を喪失し、コントローラをリセットし、次に機械式電力スイッチが閉鎖されたときの運転を、次の動作モードに切り換える代わりに、その初期設定モードに戻すことになる。

コントローラと並列に配設した１以上のキャパシタが代替仮電源として使用されている。キャパシタは、１から２秒のような好ましい時間だけ、機械式電力スイッチの開放に続いてコントローラのリセット電圧を下まわる前にコントローラに通電するために十分な容量を有するように選択される。したがって、割り当てた時間フレームの中で機械式電力スイッチを再度閉鎖する限り、照明装置は、次の動作モードで運転され始める。

この適用例の欠点は、適当な時間だけコントローラに通電可能とするために、かなりの容量が必要とされ、結果としてコストが増大することである。加えて、いくつかの構成では、必要なキャパシタは、可搬照明装置に含まれる印刷回路基板上で利用可能なスペースよりも大きな物理的設置面積を有するかもしれない。

本願の課題は、ユーザインターフェイスとして機械式電力スイッチを使用し、上述のマルチモード可搬照明装置に関係する１以上の問題を解決または少なくとも改善する、マルチモード可搬照明装置を提供することである。

そこで、第１の局面では、複数の動作モードを備える懐中電灯のようなマルチモード可搬照明装置が提供される。可搬照明装置は、機械式電力スイッチにより操作される。このスイッチの駆動は、可搬照明装置の通電および電力遮断する。それは、動作モード選択にも使用される。１つの実施形態において、単一の機械式電力スイッチ以外には、他のスイッチ、入力、または、いかなるマンマシンインターフェイスも存在しない。機械式電力スイッチがオフ（開放）位置にあるとき、すべての回路は物理的に電池から切り離され、電池電流を消費しない。照明装置は、多数の動作モードを含んでもよく、動作モードは、例えば、通常モード、１以上の省電力モード、点滅モード、ＳＯＳモード等を含んでもよい。

１つの実施形態によれば、マルチモード可搬照明装置は、正極および負極を有する可搬電源を受け入れるハウジングと、第１の電極および第２の電極を有する光源と、光源の第１および第２の電極を可搬電源の正極および負極にそれぞれ接続する主電力回路とを含む。主電力回路は、光源と電気的に直列に配設された機械式電力スイッチおよび電子式電力スイッチを含む。可搬照明装置は、さらに、機械式電力スイッチに電気的に直列に接続されたコントローラを含み、機械式電力スイッチが開かれたときにコントローラは可搬電源によって通電されない。コントローラは、電子式電力スイッチの開閉の制御のための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式電力スイッチを制御するように構成されている。一時的に動作モードを記憶するメモリ機構と、少なくとも１つの出力信号の通信のためのコントローラに接続された少なくとも１つの出力とを有する状態装置も、可搬照明装置に含まれている。さらに、コントローラは、通電時に状態装置からの少なくとも１つの出力信号に基づいて動作モードを決定し、状態装置に新しい動作モードを書き込むように構成されている。

他の局面によれば、マルチモード可搬照明装置の操作方法は、光源を可搬電源に接続するための主電力回路と、光源と電気的に直列に接続され、主電力回路に配設された電子式電力スイッチを制御するためのコントローラとを含み、コントローラは、主電力回路に光源と電気的に直列に接続された機械式電力スイッチと電気的に直列に接続され、機械式電力スイッチは、コントローラのユーザインターフェイスとして機能する。方法は、コントローラを使用して通電して少なくとも１つの状態装置から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の動作モードを決定するステップと、通電後に状態装置にコントローラから第２の動作モードを書き込むステップとを含み、状態装置は、機械式電力スイッチが開かれた後に、第２の動作モードを短時間だけ記憶し、もしも前記短時間が経過する前に機械式電力スイッチが閉鎖されたなら、コントローラが第２の動作モードで運転する。好ましくは、前記短時間は、ユーザが過度に困難でなく機械式電力スイッチを確実に開閉するために十分に長い。典型的には、約１．５秒の時間が適当である。

他の局面によれば、マルチモード可搬照明装置用の駆動回路の１以上の記憶キャパシタを較正する方法が提供される。そこでは、それぞれの記憶キャパシタは、ブリードオフ抵抗と並列なコントローラのデータ端子に接続されている。１つの実施形態に係る方法は、駆動回路に通電して２以上の記憶キャパシタにそれぞれ充電し、所定の時間だけ駆動回路の通電を停止し、前記所定の時間が経過してすぐに駆動回路に通電し、１以上の記憶キャパシタのそれぞれの電圧値を測定し、測定した１以上の記憶キャパシタのそれぞれの電圧値をコントローラがアクセス可能な不揮発性メモリに記憶する。

本発明のさらなる局面、課題、好ましい特徴、および、利点は、開示した発明の様々な実施形態を例示の方法として図示した添付した図面に関して考察した以下の説明からよりよく理解されるであろう。しかしながら、図面は、説明の目的のみであり、本発明の限度を規定することを意図しないことがはっきりと理解されなければならない。

本願発明の実施形態に係る懐中電灯の斜視図である。 図１の懐中電灯の２−２で示した平面で取った断面図である。 図１の懐中電灯の先端の２−２で示した平面で取った断面図であり、懐中電灯はオフ状態が示されている。 図１の懐中電灯のＬＥＤモジュールの断面図である。 保持カラーの側面図である。 保持カラーを通る長手断面図である。 図１の懐中電灯のための回路図の実施形態である。 図１の懐中電灯のための状態装置の１つの実施形態に係る回路図である。 図１の懐中電灯のための回路図の他の実施形態である。 図８の回路に使用するための調節回路の１つの実施形態の回路図である。

実施形態に係るマルチモード懐中電灯１０は、図１に斜視図が示されている。懐中電灯１０は、多くの注目すべき特徴を包含する。これらの注目すべき特徴は、すべて懐中電灯１０に包含されているが、本発明は、ここに説明する懐中電灯１０に限定されないことが明確に理解されるべきである。懐中電灯１０の独創的な特徴が以下に説明されるが、個別または組み合わせの両方がすべて本発明の一部を形成する。さらに、本開示を見た後に当業者にとって明らかとなるように、本発明の１以上の特徴は、例えば、ヘッドランプおよびランタンを含む他の可搬照明装置に組み込んでもよい。

図１を参照すると、懐中電灯１０は、ヘッドアセンブリ２０、胴１２、および、後部キャップアセンブリ３０を含む。ヘッドアセンブリ２０は、胴１２の先端に配設されている。後部キャップアセンブリ３０は、胴１２の後端を包み込む。

図２は、図１の懐中電灯の２−２によって示した平面を通して取った断面図である。図３は、図１の懐中電灯の先端の２−２によって示した平面を通して取った拡大側方断面図である。懐中電灯は、図２，３においてオフ状態で示されている。

図２および３を参照すると、光源１４が胴１２の先端に取り付けられている。本実施形態において、光源１４は、反射板１０６の後端に配置されるように取り付けられている。他の実施形態では、反射板１０６は、省略または形状変更されてもよい。

胴１２は、例えば、１以上の電池１６のような可搬電源を収容するのに適した中空の、筒状構造である。したがって、胴１２は、正極および負極を有する可搬電源を受け入れるハウジングの役目を果たす。

図示した実施形態において、胴１２は、直列に配置された２つの電池１６を収容する大きさである。電池は、好ましくは、本実施形態においては、単三型（ＡＡ）のアルカリ乾電池である。しかしながら、充電池を乾電池の代わりに使用してもよい。さらに、単三型以外の大きさの電池を使用してもよい。

胴１２は、１つの電池、３つの電池、または、４つ以上の複数の電池の直列または並列に配置したもののいずれかを含むように構成されてもよい。例えば大容量蓄電キャパシタを含む他の好ましい可搬電源もまた使用してもよい。

図示した実施形態において、胴１２は、その先端の外径に形成された前部ねじ１８と、その後端の内径に形成された後部ねじ２２とを含む。本実施形態の胴１２は、また、前端における胴の内径から突出する縮径した環状リップ２４を含む。環状リップ２４の後側の面は、後述する機械式電力スイッチの接点２１を形成する。

図２を参照すると、後部キャプアセンブリ３０は、後部キャップ２８と導電性ばね部材３２とを含む。後部キャップ２８は、好ましくは、胴１２の内部に形成した適合する後部ねじ２２に係合する外ねじ３４の部分を含む。他の好ましい手段を、後部キャップ２８を胴１２に取り付けるために適用してもよい。後部キャップ２８は、図１，２に示したものとは異なる外部構造を有してもよい。例えば、後部キャップ２８の外面は、ギザギザを有してもよい。また、後部キャップ２８を構成する材料の一部が除去されて、紐を付けるための穴を備えるリブを形成してもよい。

シール部材３６が、後部キャップ２８と胴１２との間の界面に防水シールを提供するために設けられてもよい。シール部材３６は、Ｏリングまたは他の適当なシール装置であってもよい。図示した実施形態では、シール部材３６は、懐中電灯１０の内部への外側からの流れを防止するが、同時に、懐中電灯内の過剰な圧力を雰囲気に逃がすリップシールによって形成された逆止弁である。径方向突起が後部キャップ２８と胴１２との間の界面に配設され、胴１２の端部が後部キャップ２８の隣接するフランジに対して気密なシールを提供せず、それにより、懐中電灯の内部からの過剰な圧力の気体の流れを妨げないことを確実にしてもよい。

懐中電灯における逆止弁の設計および使用は、アンソニー・マグリカに付与され、ここに参照して組み入れる米国特許第５００３４４０号にさらに完全に記載されている。

本実施形態において、胴１２および後部キャップ２８は、金属、好ましくは航空機用アルミニウムで形成されている。さらに、胴１２、後部キャップ２８および導電性ばね部材３２は、光源１４の負極からの接地戻り流路を形成する。導電性はね部材３２は、電池１６のケース電極（負極）および後部キャップ２８に電気的に接続されている。後部キャップ２８は、そして、界面３５を通して胴１２に電気的に接続されている。これにより、後部キャップアセンブリ３０が胴１２に取り付けられたとき、導電性ばね部材３２は、バッテリ１６のケース電極と後部キャップ２８との間の電路を形成し、後部キャップ２８は、例えば、界面２５および／または螺合するねじ２２，３４を通して、導電性ばね部材３２と胴１２との間の電路を形成する。

電気の流れを促進するために、キャップ／胴接触部および導電性ばね部材３２と後部キャップ２８との間の界面に施した、陽極処理のような、いかなる表面処理の存在も除去されるべきである。

主電力回路における導電部材として機能することに加えて、導電性ばね部材３２は、また、電池１６を懐中電灯１０の前方に向かって付勢する。結果として、後側の電池の中心電極（正極）は前側の次の電池のケース電極と接触する。このようにして、胴１２に収容された電池１６は、電気的に接続される。最前の電池１６の中心電極は、発光モジュール４０の圧縮可能な正接点５４と接触するように付勢される。

図３を参照すると、発光モジュール４０は、胴１２の前端に配設され、本実施形態では、他の部材の中でも、光源１４をヘッドアセンブリ２０の反射板１６に対して保持する。光源１４は、第１に、第２回路基板５８を介して正接点５４と電気的に導通する正極と、第２に、ヒートシンクハウジング４４と電気的に導通する負極とを含む。光源１４は、光を発生するいかなる適当な装置であってもよい。例えば、光源１４は、ＬＥＤ電球、白熱電球またはアーク電球であり得る。図示した実施形態では、光源１４は、ＬＥＤ電球であり、発光モジュール４０は、ＬＥＤモジュールである。発光モジュール４０のＬＥＤ３７は、好ましくは、実質的に１８０°よりも小さい球面角で光を放出する。他の実施形態では、１８０°より大きい角度で放出するＬＥＤを含む、他の放射角度を有するＬＥＤを使用してもよい。

発光モジュール４０に使用してもよいＬＥＤモジュールの構造は、参照してここに組み入れる出願中の米国特許出願第１２／１８８２０１号に詳細に説明されている。

発光モジュール４０は、保持カラー４２、胴１２およびヘッドアセンブリ２０と共に、図６の回路図に示した機械式電力スイッチ４１に相当する機械式電力スイッチを形成する。機械式電力スイッチ４１の接点は、環状部２４の接点２１と発光モジュール４０のヒートシンクハウジング４４とからなる。図３において、懐中電灯１０は、オフ状態（つまり、スイッチ４１が開）が示されている。スイッチ４１を閉じて懐中電灯１０をオンするために、ヘッドアセンブリは、胴に対して反時計回りに回転させられる。ヘッドアセンブリ２０が軸方向に胴から遠ざけられ、ヒートシンクハウジング４４が接点２１と当接するようになり、それによって、懐中電灯１０の回路が閉じて懐中電灯１０がオンする。懐中電灯１０をオフするために、ヘッドアセンブリは、逆方向、時計回りに回転させられ、ヘッドアセンブリが軸方向に胴に向かって移動させられ、発光モジュール４０のヒートシンクハウジング４４を押して胴１２の接点と非接触にする。

図４は、分離された照明またはＬＥＤモジュール４０の断面図である。光源１４としてＬＥＤ３７を含む本実施形態のＬＥＤモジュール４０は、第１回路基板３８と、圧縮可能な正接点５４および下側絶縁体５６により形成された下側アセンブリ４５と、第１回路基板５８と、上側絶縁体７２、上側正接点７４および上側負極（不図示）により形成された上側アセンブリ７０と、好ましくは金属からなる外側ヒートシンクハウジング４４および接触リング８１により形成されたヒートシンク８０とを含む。

冗長性のために、圧縮可能な正接点５４は、好ましくは、第１回路基板５８を有する電気的に接触する２つのクリップ５５を含み、クリップ５５の一方は、図４に提供した断面図の紙面前方に配置されている。第２回路基板５８は、好ましくは第１回路基板３８の底面にはんだ付けされている上側正接点７４および上側負接点または接地接点に電気的に接触する。冗長性のために、上側正接点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に提供された図の紙面前方に配置されている。上側接地接点も、第２回路基板５８と電気的に接触する２つのクリップを含み、その一方は、図４に示した上側正接点のクリップ７６の後方に配置され、もう一方は、図４に提供された図の紙面前方に配置されている。上側正接点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、上側接地接点は、第１回路基板３８を介してヒートシンク８０と電気的に導通する。

ＬＥＤ３７とヒートシンク８０とは、第１回路基板３８に、好ましくははんだ付けにより取り付けられている。好ましくは、熱ビア（スルーホール）で接続された複数の熱伝導層を有する金属被覆回路基板である第１回路基板３８は、迅速で効果的な熱伝達を促進する。

ＬＥＤ３７は、印刷回路基板にはんだ付けできるいかなる発光ダイオードでもあり得る。好ましくは、ＬＥＤ３７は、第１回路基板３８に、スクリーン塗布したはんだペーストおよびリフローオーブンを用いてはんだ付けできる。より好ましくは、ＬＥＤ３７は、フィリップス・ルミレッズ社から発売されている製品、登録商標ルクシオン（ＬＵＸＥＯＮ）レベル（Ｒｅｂｅｌ）である。

第２回路基板５８は、懐中電灯１０を操作し、マルチモード懐中電灯として機能させるための回路を含む。

下側アセンブリ４５は、好ましくは、圧縮可能な正接点５４と下側絶縁体５６とを一緒にモールド成形して形成される。同様に、上側アセンブリ７０は、好ましくは、上側絶縁体７２と上側正接点７４と上側負接点とを一緒にモールド成型して形成される。これにより、上側および下側絶縁体は、好ましくは、適用例に好ましい構造的および熱的品質を備える射出成形可能なプラスチックで形成される。

上側アセンブリ７０の上側正接点および負接点は、第１回路基板３８の底にはんだ付けされており、第１回路基板３８の前側が接触リング８１にはんだ付けされており、接触リング８１がヒートシンクハウジング４４に締まり嵌めおよび／またははんだ付けされ得る。これにより、上側アセンブリ７０は、本実施形態のヒートシンクハウジング４４の中にしっかりと保持される。さらに、ヒートシンクハウジング４４の外周は、下側絶縁体５６の環状凹部８３の中に圧着されている。ヒートシンクハウジング４４の環状凹部への圧着は、下側絶縁体５６、ひいては、下側アセンブリ４５をヒートシンクハウジング４４の中に保持する。

製造過程において、下側絶縁体５６をヒートシンクハウジング４４にその間に位置する第２回路基板５８と共に結合する前に、埋込材料が下側絶縁体５６の中に設けられてもよい。したがって、第２回路基板５８は、下側絶縁体５６がヒートシンクハウジング４４に結合されるように、埋込材料の中に挿入されてもよい。この埋込材料は、懐中電灯１０が後の使用に際して落下しても、第２回路基板を保護する役目を果たすかもしれない。埋込材料は、エポキシ樹脂または他の適当な材質を含んでもよい。下側絶縁体５６は、埋込材料で半ばまで充填されてもよいが、埋込材の他に容積が使用されてもよい。

懐中電灯１０がオン状態のとき、ヒートシンクハウジング４４は、光源１４と胴１２とを、熱的および電気的に接続する。加えて、ヒートシンクハウジング４４は、第２回路基５８板の接地路を胴１２に接続する。ヒートシンクハウジング４４は、それ故、発光モジュール４０の負または接地接点としての役目を果たす。さらに、図２に示すように、ヒートシンクハウジング４４を懐中電灯１０がオンのときに胴１２に熱的によく接触するように配置することで、光源１４で発生した熱が、リング８１、ヒートシンクハウジング４４そして最終的に胴１２に接触する第１回路基板によって、効率よく発散および／または消散する。これにより、懐中電灯１０は、効果的に光源１４が熱により損傷しないように保護できる。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電気的および熱的な伝導体からなる。

ヒートシンクハウジング４４は、部分７８において、ＬＥＤモジュール４０の後背または底に向かって、第１の径を有する第１の部分７７から、より大きな第２の径を有する第２の部分７９まで広がる。第１の部分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の中に挿入できるような大きさである。下側絶縁体５６の外径は、胴の内壁と下側絶縁体５６との間の径方向の遊びが小さいか皆無であるような大きさである。このように、ヒートシンクハウジング４４は、ヒートシンクハウジング４４の拡大部７８が胴１２の環状リップ２４の接点２１と接触するようにＬＥＤモジュール４０が胴１２の中で前向きに十分に押されたときを除いて、胴１２と接触しないように保持される。

ヒートシンクハウジング４４の外面もまた、第１の径の部分７７に環状凹部８２を含む。環状凹部８２は、ヒートシンクおよび胴１２に対して略直角である。加えて、環状凹部８２は、ＬＥＤモジュール４０が胴１２の中に取り付けられたときに、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。

ヒートシンクハウジング４４の拡大部分７８は、好ましくは、ＬＥＤモジュール４０と胴１２との間の電気的および熱的伝導を促進するために表面積を大きくするように接点２１と嵌合する形状である。ヒートシンクハウジング４４の拡大部分７８は、また、胴１２内に配設されたなら、ヒートシンクハウジング４４、そして結果として、ＬＥＤモジュール４０の軸方向の移動が、前方向において胴１２の環状リップ２４により制限されるような大きさである。

下側絶縁体５６は、その背面８８に、凹部が中心に位置するように環状肩９０によって取り囲まれた凹部８９を含む。凹部８９は、電池１６の中心電極の高さよりも深い寸法である。しかしながら、図２および３に示すように、最前の電池１６が下側絶縁体５６の背面に向かって前方に付勢されたとき、電池１６の中心電極が圧縮可能な正接点５４と係合する。このように、ＬＥＤモジュール４０は、１または複数の電池１６を胴１２の中で軸方向に急に移動させる懐中電灯の振動または落下のときでも構成要素の間の電気的接続を促進する簡単な構造を提供する。さらに、圧縮可能な正接点５４は、例えば、誤った取り扱いによる衝撃応力を吸収するかもしれない、そして、凹部８９は、最前の電池１６の中心電極よりも深いので、電池の中心電極および第２回路基板５８に設けられた懐中電灯の電子部品は、懐中電灯１０の使用の間の物理的損傷から保護される。

また、圧縮可能な正接点５４は、背面８８の肩９０の前方に配設されているので、もしも電池１６がケース電極が前を向くように胴１２の中に逆向きに挿入されたとしても、圧縮可能な正接点５４と電気的接触が形成されない。したがって、ＬＥＤモジュール４０の構造と、その胴１２内への配置は、懐中電灯の電子部品を逆方向電流による悪影響または損傷から保護することを助ける。他の実施形態において、懐中電灯１０の電子部品は、懐中電灯の電気回路に含まれるダイオードの使用によって逆方向電流から保護される。

図２および３を参照すると、発光モジュール４０は、胴１２の略先端に配置されている。さらなるアセンブリがないときは、発光モジュール４０は、電池１６上の導電性ばね部材３２の作用によって、ヒートシンクハウジング４４の拡大部分７８が胴１２の環状リップ２４に接触するまで、前方に付勢される。保持カラー４２は、発光モジュール４０のヒートシンクハウジング４４に付着し、他の部材の中での発光モジュール４０の所定距離を超える後方への軸方向の移動を制限する。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において、発光モジュール４０に付着する。

図３、５Ａおよび５Ｂを参照すると、保持カラー４２は、保持カラー４２の背面から内側に突出した外周固定タブ８５、および、保持カラー４２の外面から外側に突出したリブ８６を含む。図３を参照すると、固定タブ８５は、それぞれ、ヒートシンクハウジング４４の外側の環状凹部８２の中に嵌合する。複数のリブ８６は、概略保持カラー４３の軸方向に延伸するように、保持カラー４２の外周に好ましい等しい間隔を空けられている。リブ８６は、好ましくは保持カラーの前部から保持カラー４２の軸方向の長さの半分よりも僅かに長く延伸する。リブ８６は、発光モジュールの先端と胴１２の内径との間の径方向の遊びの量を所望の量に制限するような寸法である。リブ８６は、固定タブ８５が内側に突出する以上の距離だけ保持カラー４２から外側に突出する寸法であることが好ましい。保持カラー４２の半ばあたりまで延伸するリブを有することだけで、保持カラー４２の後端は、固定タブ８５の外周が環状凹部８２の中に嵌合するまで、胴１２の中でヒートシンクハウジング４４の外面を超えて十分に拡大できる（図３参照）。一度、外周固定タブ８５が環状凹部８２に嵌合したなら、発光モジュール４０の後方への移動が環状リップ２４によって制限される。よって、保持カラー４２の胴１２の中に配置された発光モジュール４０への固定により、保持カラー４２は、発光モジュール４０が胴１２の後部から外れないように、そして、懐中電灯１０に電池１６が挿入されていないときに懐中電灯１０の後端から外れることがないように維持する。好ましい実施形態において、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なる。

図３を参照すると、ヘッドアセンブリ２０は、胴１２の先端に配設されている。ヘッドアセンブリ２０は、前面キャップ１０２、レンズ１０４、反射板１０６およびヘッド１０８を含む。反射板１０６およびレンズ１０４は、前面キャップ１０２によって定位置に堅固に保持され、それによりヘッド１０８に接続される。ヘッド１０８は、胴１２の前部ねじ１８に係合するその内径に形成されたねじ１１２を含む。このように構成され、反射板１０６は、ヘッドアセンブリ２０の胴１２に対する回転により、懐中電灯１０の軸方向に移動させられてもよい。

図示した実施形態の好ましい実施において、全体として懐中電灯１０の外表面を形成する後部キャップ２８、胴１２、前面キャップ１０２およびヘッド１０８は、選択的に陽極酸化されてもよい、航空機品質の熱処理したアルミニウムで製造される。非導電性構成要素は、好ましくは、ポリエステル樹脂、或いは、絶縁および耐熱のために適当な他の材料からなる。

図３に戻ると、反射板１０６の反射形状１１８は、好ましくは、高精度の光学性を保証するために金属化された、コンピュータで最適化された放物面の一部である。選択的に、反射形状１１８は、耐熱のために電鋳ニッケル基板を含んでもよい。

形状１１８は、好ましくは０．０８０インチ以下、より好ましくは０．０２０−０．０５０インチの焦点距離を有する放物面により画定される。さらに、形状１１８を画定する放物面の頂点と反射板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、より好ましくは０．１０５−０．１１５インチである。反射板１０６の前端の開口は、好ましくは０．７−０．８インチ、より好ましくは０．７４１−０．７４３インチの径を有し、反射板１０６の後端の開口は、好ましくは０．２−０．３インチ、より好ましくは０．２４０から０．２５０インチの径を有する。さらに、頂点から反射板１０６の後端の開口までの距離と焦点距離との間の比は、好ましくは１．５：１から６．５：１の範囲であり、より好ましくは３．０：から３．４：１の範囲である。さらに、頂点から反射板の前端の開口までの距離と焦点距離との間の比は、好ましくは２０：１から４０：１の範囲、より好ましくは２６：１から３１：１の範囲である。

図示した懐中電灯１０において、反射板１０６は、選択的に、光源に対して軸方向に移動させられてもよい。ヘッドアセンブリ２０を胴１２に対して回転することにより、ヘッドアセンブリ２０は、胴１２の前部ねじ１８に沿って移動し、反射板１０６の光源１４に対する軸方向の変位を生じる。反射板１０６の光源１４に対する光軸方向に位置を変化させることにより、懐中電灯１０は、光源１４により発生された光の広がりを変化させる。このようにして、懐中電灯１０は、スポット照明と全体照明との間で調節され得る。

図示した実施形態は、反射板１０６の光源１４に対する軸方向の移動を可能にするために螺合するねじを採用するが、他の実施形態では、合焦機能の調整を達成するために他の機構を採用してもよい。

さらに、図示した実施形態のヘッドアセンブリ２０は、電気回路の一部を構成しないので、懐中電灯１０の胴１２から完全に取り外されてもよい。懐中電灯１０の後端の後部キャップ２８がヘッドアセンブリ２０の中に挿入されて、懐中電灯を「キャンドルモード」で使用してもよい。

図３に戻ると、ここに開示した実施形態は、実質的に平坦なレンズ１０４を図示するが、懐中電灯１０は、代わりに、懐中電灯１０の光学性能をさらに向上させるために、湾曲した表面を有するレンズを含んでもよい。例えば、レンズは、レンズ表面の全体または一部において両凸形状または平凸形状を含んでもよい。

Ｏリング７５のようなシール部材が、前面キャップ１０２とレンズ１０４との間、前面キャップ１０２とヘッド１０８との間、および、ヘッド１０８と胴１２との間に、水封シールを提供するために組み込まれてもよい。

懐中電灯１０の電気回路をこれより説明する。図２−４を参照すると、懐中電灯１０の電気回路は、開またはオフ状態として示されている。ヒートシンクハウジング４４の拡大部分７８が胴１２の接点２１に電気的に接続されるように、発光モジュール４０を前方に十分に移動させるためにヘッドアセンブリ２０が回転されたとき、電気回路は、閉またはオン状態になる。一度、回路が閉じられると、電気エネルギーが、後側の電池１６から、その前側に配置された電池１６のケース電極に接続されている後側の電池１６の中心電極を通して流れる。そして、電気エネルギーは、最前の電池１６から、発光モジュール４０の圧縮可能な正接点５４に流れる。そして、電気エネルギーは、第２回路基板５８の電子部品を通して、上側正接点７４を通して、第１回路基板３８を介して光源１４の正極に流れる。光源１４を通過した後、電気エネルギーは、第１回路基板３８を介してヒートシンク８０に電気的に接続された光源１４の負極を通して現れる。ヒートシンク８０のヒートシンクハウジング４４は、胴１２の接点２１に電気的に接続されている。胴１２は、導電性ばね部材３２と電気的に接続された後部キャップ２８に接続されている。最終的に、後部キャップアセンブリ３０の導電性ばね部材３２は、最後尾の電池のケース電極に電気的に接続されることによって回路を完成させる。このようにして、主電力回路が形成されて、光源１４を発光させるための電気エネルギーを提供する。

本実施形態では、また、並列接地路が、第２回路基板５８および第１印刷回路基板３８の上端に取り付けられ、そして、ヒートシンク８０に電気的に接触する上側接地接点を通して、第２回路基板５８からヒートシンクハウジング４４まで形成されている。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、機械式電力スイッチ４１が閉じられたとき、第２回路基板５８上の電子部品が光源１４のオン／オフを変化させたとしても、常に通電されたままになってもよい。

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、ヘッドアセンブリ２０を捻るか回転させて、発光モジュール４０をヒートシンクハウジング４４の拡大部分７８が胴１２の接点から隔離するまで後方に移動させる。

懐中電灯１０の図示した実施形態は、ヘッドアセンブリ２０を胴から離れるように移動させることで点灯し、ヘッドアセンブリ２０を胴１２に向かって軸方向に移動させることによって消灯するが、発光モジュール４０，保持カラー５２および環状リップ２１の簡素な再構成を通して、懐中電灯１０は逆動作するように、換言すると、ヘッドアセンブリ２０の胴１２から遠ざかる軸方向の移動は、懐中電灯を消灯させ、ヘッドアセンブリ２０の胴１２に向かう軸方向の移動は、懐中電灯を点灯させるように構成できる。

さらに、胴／ヒートシンクハウジングにおいて電気回路を開閉する回転型の機械式電力スイッチを説明したが、電気回路は、他の場所で開閉されてもよい。さらに、回転型の機械式電力スイッチを説明したが、ここに説明するように、本発明の多様な局面は、回転型の機械式電力スイッチを採用したものに限定されない。例えば、押し釦およびスライド型機械式電力スイッチを含む他の適切な機械式電力スイッチを採用してもよい。

懐中電灯１０のマルチモード動作をこれより説明する。懐中電灯１０は、好ましくは、多数の動作モードを提供する。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る。各動作モードは、懐中電灯１０が、例えば、通常動作、節電、点滅またはＳＯＳのような懐中電灯１０の４つの具体的機能の１つを実行することを可能にする。懐中電灯１０が最初に点灯したとき、または、懐中電灯が所定の時間より長く消灯されたときは、懐中電灯１０は、自動的に第１の、デフォルト動作モードで動作する。懐中電灯１０が第１動作モードである間に、所定時間以下の時間だけ消灯されて再点灯されたなら、懐中電灯１０は、第２動作モードに変わる。懐中電灯１０が第２動作モードである間に、所定時間以下の時間だけ消灯されて再点灯されたなら、懐中電灯１０は、第３動作モードに変わる。同様に、懐中電灯１０が第３動作モードである間に、所定時間以下の時間だけ消灯されて再点灯されたなら、懐中電灯１０は、第４動作モードに変わる。

本実施形態において、所定時間は、比較的短時間ではあるが、ヘッドアセンブリ２０を操作して、懐中電灯１０を消灯し、懐中電灯１０を再点灯させるのに十分な時間より長い１．５秒に設定されている。他の実施形態では、より長い時間またはより短い時間が望ましいかもしれない。しかしながら、所定時間は、好ましくは３秒未満であり、そうでなければ、懐中電灯１０は、すべての動作モードを一巡することなくデフォルトの動作モードに戻し得るまでに要する無駄時間が平均的ユーザにとって長すぎる。

上述の実施形態において、懐中電灯１０が第４動作モードである間に、短時間だけ消灯されてから再点灯されると、懐中電灯１０は、第１動作モードに戻る。さらに、４つより多い動作モードを有する実施形態では、懐中電灯１０が所定時間以下の時間だけオフされてから再度オンされたなら、懐中電灯１０は、第５動作モード等に変化する。含まれる動作モードの数、例えば２からＮに拘わらず、懐中電灯は、好ましくは、懐中電灯の電子部品にプログラムされた最後のモードに到達した後に、最初の動作モードに循環して戻る。

好ましくは、第１動作モードは、機械式電力スイッチ４１が閉鎖されている限り懐中電灯１０の光源１４が最大電力を提供する通常モードである。本実施形態の第２動作モードは、懐中電灯１０の光源１４が電池の寿命を延長するために低減された電力（例えば５０％電力）で動作する省電力モードである。本実施形態の第３動作モードは、光源１４が人間の知覚できる所定の頻度またはプログラムされた周期パターンで点灯および消灯する点滅モードである。第４動作モードは、光源１４が自動的にモールス信号のＳＯＳ信号を発光するＳＯＳモードである。

図６は、図１の懐中電灯１０のための回路図の１つの実施形態である。図６の実施形態において、懐中電灯１０のための回路は、電池１６、電子式スイッチ１１７、光源１４、機械式電力スイッチ４１、コントローラ１４０および状態装置１５０を含む。図示した実施形態において、光源１４は、ＬＥＤである。他の実施形態では、光源１４は、白熱電球またはアーク電球であってもよい。

機械式電力スイッチ４１は、本実施形態において発光モジュール４０、保持カラー４２、胴１２およびヘッドアセンブリ２０によって形成される機械式電力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式電力スイッチ４１の接点は、ヒートシンクハウジング４４および胴１２の接点２１を含む。

コントローラ１４０は、好ましくは、カリフォルニア州サンホセのアトメル社製の８ビットマイクロコントローラであるＡＴｔｉｎｙのようなマイクロコントローラである。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（特定用途用ＩＣ）または単機能部品である。

本実施形態において、電池１６は、最前の電池の正極に相当する正極１２２と末尾の電池の負極に相当する負極１２４とを有する正極１２２および負極１２４が存在するように、電気的に直列に配置される。他の実施形態では、電池は、電気的に並列に配置されてもよい。

電子式スイッチ１１７は、電圧入力１２６、電圧出力１２８およびデューティサイクル入力１３１を有する。光源１４は、第１に正極５８および第２に負極５９を有する。機械式電力スイッチ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の接点として胴１２の接点２１とを有する。コントローラ１４０は、電力入力１４６、接地１４８、複数のデータ端子１４２，１４４およびデューティサイクル出力１３０を有する。状態装置１５０は、複数の状態端子１８２，１８４および接地接続部１５６を有する。

本実施形態において、電池１６の正極１１２は、電子式スイッチ１１７の電圧入力１２６およびコントローラ１４０の電力供給入力１４６に電気的に接続されている。電子式スイッチ１１７の電圧出力１２８は、最初に光源１４の正極５８に電気的に接続されている。続いて、光源１４の負極５９は、機械式電力スイッチ４１の第１の接点（本実施形態ではヒートシンクハウジング４４）に電気的に接続されている。このため、機械式スイッチ４２が閉じるように、機械式電力スイッチ４１の第２の接点（胴１２の接点２１）が第１の電極に接触すると、第１の閉回路（懐中電灯１０の主電力回路に相当）が形成され、電池１６から電子式スイッチ１１７、光源１４および機械式電力スイッチ４１を通して電流が流れる。

電子式スイッチ１１７および光源１４は、第１の閉回路の負荷と考えられる。スイッチ４１を開いたとき、負荷は電池１６から電気的に切り離される。

１つの実施形態において、電子式スイッチ１１７は、パワートランジスタ、本実施形態においてスイッチングが高圧側でなされるので、好ましくはｐチャネルＭＯＳＦＥＴである。回路の低圧側でスイッチングを行う実施形態では、ｎチャネルＭＯＳＦＥＴが好ましいであろう。さらに他の実施形態では、電子式スイッチ１１７は、フェアチャイルド・セミコンダクター社製ＦＰＦ２１６５のような、電流制限ｐチャネルＭＯＳＦＥＴを含む負荷スイッチであってもよい。電流制限負荷スイッチは、下流の大電流が流れるかもしれないシステムおよび負荷を保護するかもしれない。例えば、懐中電灯の実施形態が３つ以上の直列の電池を含む場合には、負荷スイッチの使用が望ましいかもしれない。

本実施形態において、電池１６の正極は、コントローラ１４０の電力入力１４６にも接続されている。コントローラ１４０の接地部１４８は、機械式電力スイッチ４１の第１の接点に接続されている。このため、機械式電力スイッチが閉じられたとき、電池１６からコントローラ１４および機械式電力スイッチ４１を通して電流が流れる第２の閉回路も形成される。コントローラ１４０は、第２の閉回路の負荷と考えられる。機械式電力スイッチ４１が開かれたとき、第２の回路の負荷、つまり、コントローラは、電池１６から電気的に切り離される。

したがって、図６に示すように、主電力回路は、光源１４と電気的に直列に配置された機械式電力スイッチ４１および電子式スイッチ１１７を含む。さらに、コントローラ１４０は、機械式電力スイッチ４１が開かれたときにコントローラ１４０が電池１６によって通電されないように、機械式電力スイッチ４１と電気的に直列に接続されている。コントローラ１４０は、電子式スイッチ１１７の開閉を制御するための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、以下に説明する少なくとも２つの動作モードを提供する方法で、電子式スイッチ１１７を制御するように構成されている。

状態装置１５０は、動作モードを一時的に記憶するためのメモリ機構を含む。状態装置１５０は、コントローラ１４０への少なくとも１つの出力信号を通信するために、コントローラ１４０に接続された少なくとも１つの出力（例えば出力１８２および１８４）を含む。以下により詳細に説明するように、コントローラ１４０は、状態装置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構成されている。コントローラ１４０は、また、通電された後に状態装置１５０に新しい動作モードを書き込む。

本実施形態において、電子式スイッチ１１７、コントローラ１４０および状態装置１５０は、すべて、発光モジュール４０の第２回路基板５８上に存在する。他の実施形態では、それらは、別の回路基板上に存在してもよく、発光モジュール４０以外の位置に存在してもよい。

本実施形態において、機械式電力スイッチ４１は、主電力スイッチとして機能するのに加えて、マルチモード懐中電灯１０のユーザインターフェイスとして使用される。したがって、コントローラ１４０は、ユーザからの入力、ひいては、懐中電灯１０の動作モードの変化として、機械式電力スイッチ４１の動作を読み取る必要がある。

負荷１１７，１４，１４０、特にコントローラ１４０は、スイッチ４１がオフ位置になる度に電源遮断され、スイッチ４１がもう一度閉じられると、懐中電灯１０を点灯する。コントローラ１４０は、本来的に、機械式電力スイッチ４１が全開閉じられたときに懐中電灯１０のモードがどの状態であったかを知る術がない。したがって、状態装置１５０は、機械式電力スイッチ４１によって懐中電灯１０が点灯される度に、懐中電灯１０の状態の情報をコントローラ１４０に提供するために使用される。

図７は、図１の懐中電灯１０のための状態装置の１つの実施形態を示す回路図である。図７の実施形態においては、２つのＲＣタイミング回路が使用されている。一方は、状態装置１５０の左側に示され、他方は、状態装置１５０の右側に示されている。左のＲＣ回路は、ブリードオフ抵抗１６２と電気的に並列に接続されたキャパシタ１５２を含む。充電抵抗１７２が、ＲＣ回路１５２，１６２と状態装置１５０の状態端子１８２との間に介設されている。抵抗１７２は、また、並列なＲＣ回路１５２，１６２と直列に接続されている。状態端子１８２は、コントローラ１４のデータ端子１４２に電気的に接続されている。

右のＲＣ回路の構成は、左のＲＣ回路と同様である。キャパシタ１５４は、ブリードオフ抵抗１６４と電気的に並列に接続されている。充電抵抗１７４は、並列なＲＣ回路１５４，１６４と状態端子１８４との間に、ＲＣ回路１５４，１６４と直列に電気的に介設されている。状態端子１８４は、さらに、コントローラ１４０のデータ端子１４４に接続されている。ＲＣ回路１５２，１６２および１５４，１６４の両方は、機械式電力スイッチの第１の接点（ヒートシンクハウジング４４）にさらに接続された接地接続部１５６に接続されている。

キャパシタ１５２，１５４の容量および抵抗１６２，１６４は、好ましくは、約３秒超、約４秒未満の時定数を提供するように選択される。例えば、１つの実施形態において、キャパシタ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。結果として、計算上の時定数（τ）は、３．３秒（２．２μＦ×１．５ＭΩ）である。この時定数は、キャパシタ１５２，１５４のそれぞれの充電電圧の値が３７％に減衰するための時間を示す。このため、懐中電灯１０を消灯する前にキャパシタ１５２，１５４のそれぞれの完全に充電した電圧が３ボルトであれば、キャパシタ１５２，１５４のそれぞれの電圧は、時定数の３．３秒が経過した後に１．１ボルトになる。一方、充電抵抗１７２，１７４は、好ましくは、ＲＣ回路１７２，１５２および１７４，１５４の時定数（τ）が非常に短く（例えば２２ｍｓ）なり、キャパシタ１５２および１５４がコントローラによって略一瞬（例えば本実施形態では１１０ｍｓ）で完全に充電され得るように、非常に低く（例えば１０ｋΩ）設定される。通常、充電抵抗１７２，１７４の抵抗値は、キャパシタ１５２，１５４が通常の操作の間にユーザが懐中電灯１０を点灯および消灯するのに要するであろうよりも実質的に短い時間に受電されるように設定されねばならない。通常、ブリードオフ抵抗は、充電抵抗よりも少なくとも２桁大きい抵抗を有することが好ましい。

機械式電力スイッチ４１が開かれ、または、オフ位置にあるとき、キャパシタ１５２，１５４に蓄えられた電圧は、それぞれキャパシタ１５２，１５４およびブリードオフ抵抗１６２，１６４の値に依存する所定の比率で減衰する。懐中電灯を再点灯するように機械式電力スイッチ４１が閉じられたとき、各キャパシタ１５２，１５４に残留電圧が存在する。各キャパシタ１５２，１５４の残留電圧は、機械式電力スイッチ４１が閉じられたときの通電により、コントローラ１４０によって測定される。コントローラ１４０は、各キャパシタ１５２，１５４に残存する残留電圧を、各キャパシタについて測定した電圧にしたがってオンまたはオフ（つまり１または０）として読み取る。読み取った各キャパシタの状態に基づいて、コントローラ１４０は、懐中電灯１０の適切な動作モードを決定して事項する。下の表に、コントローラ１４に通電したときに各キャパシタ１５２，１５４の状態に基づいて行われるように構成されている本実施形態のコントローラ１４０それぞれの動作モードをまとめる。他の実施形態では、他のモードが含まれてもよく、モードがキャパシタ１５２，１５４の異なる状態と関連してもよい。

動作モードとキャパシタＣ１およびＣ２の電圧値とのまとめ

先に示したように、コントローラ１４０は、コントローラ１４０が通電される度に懐中電灯１０の動作モードを決定するのに、キャパシタ１５２，１５４に記憶された残留電圧を容易に使用できる。さらに、表１に示すように、２つの並列ＲＣ回路（１５２，１６２および）１５４，および１６４）は、４つの動作モードを可能にする。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できる。各キャパシタは、２つの論理値を表すのに使用できるため、ｎをＲＣ回路の数とすると、２^ｎの動作モードが使用されてもよい。例えば、１つのＲＣ回路は最大２つの動作モードを生じさせ、２つのＲＣ回路は最大４つの動作モードを生じさせ、３つのＲＣ回路は、最大８つの動作モードを生じさせる等である。

都合よく、機械的電力スイッチ４１が十分な時間だけ開いたまま、または、オフ位置のままであれば、キャパシタ１５２，１５４の残留電圧は、その初期状態に拘わらず、ゼロ（０）ボルトに減衰する。結果的に、コントローラ１４０が再度オンしたとき、コントローラ１４０は、いずれもキャパシタ１５２，１５４においても電圧を検出せず、そして、表１に示すように、懐中電灯１０を、最初のまたは「通常」動作モードにする。

コントローラ１４がどのように各キャパシタ１５２，１５４に残る残留電圧を読み取っても、オンまたはオフ状態（つまり、１または０）であると説明される。１つの実施形態において、通電時に各キャパシタ１５２および１５４に残る残留電圧は、コントローラ１４０に組み込まれたアナログ−ディジタル変換器（ＡＤＣ）によって測定される。測定された電圧は、不揮発性メモリに記憶された電圧と比較される。測定された電圧がそのキャパシタについてメモリに記憶した電圧以上であれば、キャパシタは、オン状態であるものとして取り扱われるが、そのキャパシタについて測定された電圧がそのキャパシタについて記憶された電圧よりも小さければ、それはオフ状態であるものとして取り扱われる。各キャパシタ１５２，１５４についてメモリに記憶された電圧は、例えば、機械式電力スイッチ４１が開かれてからの所定時間閾値、例えば１．５秒が経過した後に各キャパシタにあるべき残留電圧に相当してもよい。これは、ユーザが通常モードから省電力モードに切り換えたいのであれば、彼／彼女は、懐中電灯１０を再点灯する前に最大１．５秒間消灯でき、懐中電灯は省電力モードに変わる。それ以上の時間は、懐中電灯を通常モードに戻す。

各キャパシタ１５２，１５４について不揮発性メモリに記憶した減衰電圧値は、減衰式Ｖ_Ｃ＝Ｅｅ^−ｔ／τに基づいて計算してもよいが、より好ましいアプローチは、所望の所定時間が経過した後の各キャパシタ１５２，１５４により記憶される電圧を経験的に決定し、コントローラ１４０の将来の参照のためにそのキャパシタについて不揮発性メモリに残留値を記憶することである。

キャパシタの製造誤差は比較的大きいので、キャパシタの実際の容量は、公称値および同じ公称容量を有する他のキャパシタの実際の容量とは大きく異なり得る。結果として、同じ公称容量を有するキャパシタは、ブリードオフの間、実質的に異なる比率で、大きな容量のキャパシタは、小さい容量のキャパシタよりも長い時間をかけて流出させるように放電し得る。そのようなバラツキをシステムから除外するために、好ましい実施形態では、各キャパシタ１５２，１５４の放電率の標準化または調整のために、製造中に較正が行われる。較正の実施形態の詳細な説明は以下に説明する。

一度、第２回路基板５８が製造されたなら、基板は、コントローラの関連するピンが、コントローラに較正信号を提供するために駆動される間、ＬＥＤに接続されて懐中電灯１０の負荷を擬態する。そして、コントローラおよび負荷は通電され、キャパシタ１５２，１５４の両方は完全に充電される。コントローラ１４０およびＬＥＤへの電力は、正確な間隔、例えば１．５秒で遮断される。設定時間が経過した後、回路は通電され、各キャパシタ１５２，１５４の電圧値がコントローラ１４０によって正確に測定され、そして、コントローラ１４０は、コントローラ１４０に組み込まれたＥＥＰＲＯＭのような不揮発性メモリに各キャパシタの測定された電圧値を記憶する。各キャパシタ１５２，１５４のために不揮発性メモリに記憶された電圧値は、所定時間（例えば１．５秒）が経過した後の各キャパシタの減衰電圧閾値を正確に反映する。このため、この手順は、懐中電灯の複数のモードのオン／オフのタイミングに影響し得るキャパシタの誤差の作用を除去する。

予め設定される時間は、好ましくは０．７５秒以上、３秒以下である。より好ましくは、予め設定される時間は、１秒以上、２秒以下である。さらにより好ましくは、予め設定される時間は、１．５秒である。

異なるモードの間の懐中電灯１０の動作は、表１および図７と関連して説明される。懐中電灯１０が最初に点灯または１．５秒以上経過した後に点灯されたとき、懐中電灯１０は通常モードで動作する。そして、コントローラ１４０は、データ端子１４４の情報を引き出すことによって、充電抵抗１７４を通してキャパシタＣ２，１５４を充電する。例えば、懐中電灯が直列な３つの電池を含む場合、キャパシタ１５２の電圧は、およそ４．５ボルトであるが、懐中電灯１０が２つのバッテリを含むだけであれば、キャパシタ１５４の電圧はおよそ３．０ボルトである。同時に、コントローラ１４０は、データ端子１４２の情報を引き出すことによってキャパシタＣ１，１５２を放電し、結果として、キャパシタＣ１，１５２の電圧を０ボルトに近づける。表１の最も右側の２列に示すように、キャパシタＣ１，１５２の論理値は０に設定され、キャパシタＣ２，１５４の論理値は１に設定される。図示した実施形態において、充電抵抗１７２，１７４の値は、キャパシタ１５２，１５４を約５０ｍｓ以下で完全に充填できるように、好ましくは１０ｋΩに設定される。

懐中電灯１０が通常モードである間に、例えば１．５秒未満だけ消灯されて再点灯されたなら、データ端子１４２で測定される電圧値は、０ボルトに近く、データ端子１４４で測定される電圧値は、不揮発性メモリに記憶した１．５秒電圧閾値よりも高くなる。コントローラ１４０は、データ端子１４２，１４４に存在する電圧値をメモリの対応する値と比較し、正しい動作モードが、現在、省電力モードである第２の動作モードであると決定する。そして、コントローラ１４０は、通常モードにおいて説明した方法を使用して、キャパシタＣ１，１５２を充電し、キャパシタＣ２，１５４を放電する。表１に示すように、キャパシタＣ１，１５２の論理値は１に設定され、キャパシタＣ２，１５４の論理値は０に設定される。

懐中電灯１０が省電力モードである間に、例えば１．５秒未満だけ消灯されて再点灯されたなら、データ端子１４４で測定される電圧値は、０ボルトに近く、データ端子１４２で測定される電圧値は、不揮発性メモリに記憶した１．５秒電圧閾値よりも高くなる。コントローラ１４０は、データ端子１４２，１４４に存在する電圧値をメモリの対応する値と比較し、正しい動作モードが、現在、点滅モードである第３の動作モードであると決定する。そして、コントローラ１４０は、キャパシタＣ１，１５２およびＣ２，１５４を充電する。表１に示すように、キャパシタＣ１，１５２およびＣ２，１５４の論理値は、いずれも１に設定される。懐中電灯１０が点滅モードであるとき、光源はコントローラ１４０に記憶した周波数でオンとオフを視認可能に点滅する。

懐中電灯１０が点滅モードである間に、例えば１．５秒未満だけ消灯されて再点灯されたなら、データ端子１４２および１４４で測定される電圧値は、不揮発性メモリに記憶したそれぞれの１．５秒電圧閾値よりも高くなる。コントローラ１４０は、データ端子１４２，１４４に存在する電圧値をメモリの対応する値と比較し、正しい動作モードが、現在、ＳＯＳモードである第４の動作モードであると決定する。そして、コントローラ１４０は、キャパシタＣ１，１５２およびＣ２，１５４を放電する。表１に示すように、キャパシタＣ１，１５２およびＣ２，１５４の論理値は、いずれも０に設定される。

表１を反映して、ユーザがコントローラ１４０にプログラムされた多様な動作モードを順送りする間、上述のプロセスはいつまでも続く。

図７に図示した実施形態において、ＲＣ回路１５２，１６２および１５４，１６４は、通電時にコントローラ１４０が実行すべき次の動作モードを記憶するための状態装置１５０の一時記憶手段または装置として使用される。他の実施形態では、キャパシタ以外のエネルギー蓄積装置を使用してもよい。例えば、キャパシタ１５２，１５４の代わりに、ブリードオフ抵抗１６２，１６４と並列なインダクタが使用されて、一時エネルギー蓄積装置であるＲＬ回路を形成してもよい。この場合、ＬＣタイミング回路がデータ端子１４２，１４４に接続される。

懐中電灯１０が直列に３つの電池を保持するのであれば、電子式スイッチ１１７は、好ましくは、特に光源１４がＬＥＤを含むときは、光源１４に供給される電流を望ましいレベルに調節するために電流制限負荷スイッチを含む。好ましくは、電子式スイッチ１１７は、電池１６からの直流電流をパルス電流に変換する。電流制限スイッチは、フェアチャイルド・セミコンダクター・製ＦＰＦ２１６３のような市販素子であり得る。光源１４に供給される出力電流は、電流制限スイッチのＩＳＥＴピンに接続された抵抗によって設定され得る。しかしながら、このタイプの電流制限負荷スイッチは、望ましい誤差（例えば±２５％）よりも大きな誤差を有するので、スイッチへの出力電流が設計要求により５００ｍＡに設定され、例えばスイッチが±２５％の誤差を有するのであれば、負荷スイッチへの出力電流のあり得る実際の範囲は、３７５ｍＡから６２５ｍＡの間になる。このため、電流制限負荷スイッチの製造誤差は、懐中電灯間の発光強度の望まざる差を生じる。

照明間のバラツキを最小化するために、以下の手順が採用され、電子式スイッチ１１７の出力を較正または標準化する。先ず、電流制限負荷スイッチのためのＩＳＥＴ抵抗は、電子式スイッチ１１７から出力されて光源１４に供給されるのに望ましい最小の出力電流に基づいて選択されてもよい。電流制限装置の大きな製造誤差のために、すべての装置の殆どは、変換しなくても望ましい出力電流の限度以上を実際に出力する。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、端子１３０、ひいては、電子式スイッチ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る。このＰＷＭ信号のデューティサイクルを調節することにより、電子式スイッチ１１７からの平均出力電流は、望ましいレベルに制御され得る。

コントローラが電流制限電子式スイッチ１１７の平均出力電流を望ましいレベルに制御するために使用するデューティサイクルは、コントローラに組み込まれたＥＥＰＲＯＭのような不揮発性メモリに記憶される。較正手順の間、メモリに記憶された初期デューティサイクル値は、１００％に設定されており、電子式スイッチ１１７からの望ましい平均出力電流が生成される適切なデューティサイクルに達するまで機能テストの間に減少させられる。１つの実施形態において、電流制限電子式スイッチ１１７のデューティサイクルは、電子式スイッチが光源１４に５２５ｍＡの出力電流を供給するまで減じられる。一度、望ましい平均電流が達成されると、望ましい平均電流を生じさせるデューティサイクルは、コントローラ１１４の不揮発性メモリに書き戻され、光源１４が、省電力モードを除く異なる動作モードの間にも常に最大のデューティサイクルで動作させられる。省電力モードでは、デューティサイクルは、さらに減じられて「通常」モードからの所望の省電力（例えば２５％または５０％）を生じさせる。

先の検討において、電流制限負荷スイッチは、電子式スイッチ１１７として採用されて、光源１４に供給される電流を制限する。電池１６または他の可搬電源によって光源１４に提供される電流を増大または減少させることが望まれる他の実施形態では、図８に示すように、調圧回路１６０が電気的に電子式スイッチ１１７の出力と光源１４との間に配設されてもよい。設計上の要求に応じて、調圧回路１６０は、従来のブーストコンバータ、高圧コンバータまたは昇圧／高圧コンバータであってもよい。

図９は、例えば直列に接続された２つの電池から光源１４に供給される平均電流を昇圧するためのブーストコンバータ１６２を含む調節回路１６０の回路図を示す。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、電子式スイッチ１１７および光源１４と直列に配設されたインダクタ１６５、並びに、スイッチングトランジスタ１６４のエミッタと直列に接続された検流抵抗１６６を含む。本実施形態には、キャパシタ１６７，１６８もまた、マイクロチップ１６３のＶｃｃピンおよびＳＴＤＮピンと接地との間に設けられている。これは、インダクタ１６５が充填されたときに、過渡的突入電流により生じた入力の電圧低下を制限するためになされている。図９に示したブーストコンバータ回路１６２において、光源１４は、電池寿命を最長化するためにパルス電流が供給される。他の実施形態において、ブーストコンバータは、光源１４の光を最大化するために定電流が供給される。１つの実施形態において、マイクロチップ１６３は、好ましくは、ゼテックス・セミコンダクタ社（Ｚｅｔｅｘ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）製ＺＸＳＣ３１０Ｅ５からなる。スイッチングトランジスタ１６３は、好ましくは、バイポーラトランジスタであるが、他のスイッチングトランジスタを含んでもよい。光源１４に連続直流電流出力を提供するブースト回路を含む他のブーストコンバータ回路も採用できる。

改良された懐中電灯の多様な実施形態およびそれぞれの構成要素は、上記開示に示されているが、多くの改良、変更、変形実施形態および代替材料が当業者によって予期され、本発明の多様な局面を達成するのに利用されてもよい。したがって、この説明は、例示の方法としてのみなされ、以下に記載した本発明の特許請求の範囲を制限するものではないことが明確に理解されるべきである。

Claims (26)

1. 正極および負極を有する可搬電源を受け入れるハウジングと、
   第１電極および第２電極を有する光源と、
   前記光源の第１電極および第２電極をそれぞれ前記可搬電源の正極および負極に接続すする主電力回路であって、前記光源と電気的に直列に接続された機械式電力スイッチおよび電子式電力スイッチを含む主電力回路と、
   前記機械式電力スイッチが開かれて、前記コントローラが前記可搬電源によって通電されないように、前記機械式電力スイッチと直列に接続されたコントローラであって、前記電子式電力スイッチの開閉を制御するための制御信号を提供するための出力を含み、少なくとも２つの動作モードを提供するような方法で前記電子式電力スイッチを制御するように構成されたコントローラと、
   一時的に動作モードを記憶する記憶機構と、少なくとも１つの出力信号を前記コントローラに伝達するために前記コントローラに接続された少なくとも１つの出力とを有する状態装置とを含み、
   前記コントローラは、前記状態装置からの少なくとも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構成され、前記コントローラは、通電後に前記状態装置に新しい動作モードを書き込むように構成されている、マルチモード可搬照明装置。
2. 前記コントローラは、マイクロコントローラである請求項１に記載のマルチモード可搬照明装置。
3. 前記コントローラは、前記状態装置からの出力信号の電圧を読み取り、当該電圧を不揮発性メモリに記憶した情報と比較することにより、前記状態装置からの少なくとも１つの出力信号に基づいて前記動作モードを決定するように構成されている請求項１に記載のマルチモード可搬照明装置。
4. 前記状態装置は、ブリードオフ抵抗と並列な少なくとも１つのエネルギー蓄積装置を含む請求項３に記載のマルチモード可搬照明装置。
5. 前記エネルギー蓄積装置は、キャパシタである請求項４に記載のマルチモード可搬照明装置。
6. 前記エネルギー蓄積装置は、インダクタである請求項４に記載のマルチモード可搬照明装置。
7. 前記不揮発性メモリは、ＥＥＰＲＯＭである請求項３に記載のマルチモード可搬照明装置。
8. 前記コントローラは、マイクロコントローラであり、前記ＥＥＰＲＯＭは、前記マイクロコントローラに組み込まれている請求項７に記載のマルチモード可搬照明装置。
9. アナログ−ディジタル変換器をさらに含む請求項１に記載のマルチモード可搬照明装置。
10. 前記アナログ−ディジタル変換器は、前記コントローラに組み込まれている請求項９に記載のマルチモード可搬照明装置。
11. 前記光源は、ＬＥＤである請求項１に記載のマルチモード可搬照明装置。
12. 前記光源は、フィラメントを含む請求項１に記載のマルチモード可搬照明装置。
13. 前記状態装置は、キャパシタおよび前記キャパシタと電気的に並列に接続されたブリードオフ抵抗を有する第１ＲＣ回路を含む請求項１に記載のマルチモード可搬照明装置。
14. 前記状態装置は、前記コントローラのデータ端子と前記第１ＲＣ回路との間に電気的に直列に配設された充電抵抗をさらに含む請求項１３に記載のマルチモード可搬照明装置。
15. 前記充電抵抗の抵抗値は、前記ブリードオフ抵抗の抵抗値よりも小さい請求項１４に記載のマルチモード可搬照明装置。
16. 前記ブリードオフ抵抗は、前記充電抵抗よりも少なくとも２けた大きい抵抗値を有する請求項１５に記載のマルチモード可搬照明装置。
17. 前記状態装置は、前記コントローラに接続された２つの状態出力を含み、前記コントローラは、４つの動作モードを提供するように、前記電子式電力スイッチを制御するよう構成されている請求項１に記載のマルチモード可搬照明装置。
18. 前記動作モードは、通常モードと省電力モードとを含む請求項１に記載のマルチモード可搬照明装置。
19. 前記動作モードは、通常モードとＳＯＳモードとを含む請求項１に記載のマルチモード可搬照明装置。
20. 前記動作モードは、通常モードと点滅モードとを含む請求項１に記載のマルチモード可搬照明装置。
21. 前記状態装置は、０．７５秒以上、３秒未満の時間だけ、動作モードを記憶する請求項１に記載のマルチモード可搬照明装置。
22. 前記状態装置は、１．０秒以上、２．０秒以下の時間だけ、動作モードを記憶する請求項１に記載のマルチモード可搬照明装置。
23. 前記状態装置は、約１．５秒間だけ動作モードを記憶する請求項１に記載のマルチモード可搬照明装置。
24. 光源を可搬電源に接続する主電力回路と、前記光源と電気的に直列に前記主電力回路に配設された電子式電力スイッチを制御するコントローラとを含み、前記コントローラが、前記主電力回路内に前記光源と直列に配設されて前記コントローラのユーザインターフェイスとして機能する機械式電力スイッチと電気的に直列に接続された、マルチモード可搬照明装置の操作方法であって、
    通電時に、前記コントローラを使用して、前記状態装置からの少なくとも１つの出力信号を読み取り、前記少なくとも１つの出力信号に基づいて、第１の動作モードを定めるステップと、
    通電後に、前記コントローラから前記状態装置に第２の動作モードを書き込むステップとを含み、
    前記状態装置は、第２の動作モードを、前記機械式電力スイッチが開かれた後に短時間だけ記憶し、前記短時間が経過する前に前記機械式電力スイッチが閉じられたときに、前記コントローラが前記第２の動作モードで動作する方法。
25. 前記短時間は、１．５秒以下である請求項１６に記載の方法。
26. マルチモード可搬照明装置用の駆動回路の１以上の記録キャパシタを較正する方法であって、前記記録キャパシタは、コントローラのデータ端子に、ブリードオフ抵抗と並列に接続されており、
    前駆駆動回路に通電して前記１以上の記憶キャパシタをそれぞれ充電し、
    所定の時間だけ前記駆動回路から電力を遮断し、
    前記所定の時間が経過したらスグに前記駆動回路に通電し、
    前記１以上の記録キャパシタのそれぞれの電圧値を測定し、
    前記１以上の記録キャパシタのそれぞれについて測定した電圧を前記コントローラがアクセス可能な不揮発性メモリに記憶する方法。

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