改进的手电筒 本发明的技术领域
本发明涉及手电筒领域，特别是手持携带的电池供电手电筒。
本发明的技术背景
手电筒通常包含一个带有端盖以保持一节或多节电池的电池盒、一个与一节或多节电池电气连通的灯泡以及一个用于将灯泡发出的光线向特定方向反射的反射器。电池与灯泡之间的电气连通装置通常包含一个开关机构，其用于选择性地从电池向灯泡供应电能，以使手电筒能够打开和关闭。手电筒的主要功能是提供一种能够向特定方向发射光线的易于携带存储的光源。
某些手电筒能够通过使灯泡沿反射器光轴方向在反射器内移动而使手电筒发射的光线聚集和散焦。反射器通常采用抛物线反射器，因为当灯泡位于抛物线反射器的焦点时，这种反射器能够实现理论上的光线聚集。在这一点，位于抛物线反射器焦点处的灯泡发射出的光线被平行于抛物线光轴反射出来。请参考图1A，图中显示了一个位于抛物线反射器焦点处地灯泡发射出的光束分布情况。相反，如图1B所示，当灯泡从抛物线反射器焦点移开时，抛物线反射器散射(即散焦)的光线将产生明显的环绕着反射光线中心的光线空隙，从而降低了灯泡发出光线的聚集能力。
用于使手电筒运转的电能通常由手电筒的电池盒中保持着的一节电池或者两节或多节串联电池而提供。当电池中的电荷耗尽后，使用者通常要更换电池，即卸下端盖，从电池盒中取出旧的电池，将新的电池插入电池盒中，再重新装上端盖。然而，在更换手电筒中的多节电池时，使用者可能会将电池不正确地放置成非串联布置。例如，使用者可能不正确地排列新电池，从而使得电池的正极彼此面对，或将旧电池混入新电池中并将新电池与旧电池错误排列。电池的错误排列将导致不希望有的后果，例如因爆炸而伤及手电筒使用者。
此外，电池会自然发出氢气。因此，当电池容纳在手电筒的电池盒中时，电池发出的氢气可能会聚集在手电筒中。在某些情况下，失效的电池可能发出大量的氢气。其结果是，氢气可能聚集在手电筒中，从而导致在手电筒使用者身上发生不希望有的后果，例如因爆炸而导致物理伤害的可能性增加。
最后，手电筒中的部件有时需要更换。例如，当手电筒灯泡中的灯丝烧毁后即需要更换灯泡，在需要使用手电筒的场合(例如，在没有其它光源时，包括在野外宿营时夜晚或黑暗中发生停电时)经常会发现灯丝被烧毁的现象。手电筒通常包含一个位于端盖内的备用灯泡。将一个烧毁的灯泡更换成一个放置在端盖中的备用灯泡是件困难的事，特别是在光线很弱或没有的条件下。例如，在停电时，为了更换普通手电筒中的灯泡，使用者需要卸下端盖，找到并抓住位于端盖中的小的备用灯泡而又不能使电池从手电筒中落出，重新装上端盖，卸下头部组件，更换烧毁的灯泡并重新装上头部组件，所有这些均要在黑暗中完成。
本发明概述
本发明的一个目的是提供一种改进的手电筒，其具有改进的开关和聚集性能。
本发明的另一个目的是提供一种改进的手电筒，其能够使灯泡发出的光线的聚集最大化，将聚集的光线最佳聚焦为一个投射光束，并且在整个聚焦范围内使光束中的空隙最小化。
根据本发明的一个实施例，一种改进的手电筒具有一个端盖、电池盒、头部组件和灯托组件。在本发明的一个实施例中，头部组件包含一个椭圆反射器，其用于在光源位于椭圆反射器中时提高被手电筒反射的光线量。优选的结构是，椭圆反射器的偏心率不小于大约0.80且不大于大约0.99。优选的结构是，椭圆反射器的顶点曲率不小于大约2.0且不大于大约5.2。在一种结构中，椭圆反射器的偏心率为大约0.96而顶点曲率为大约3.1。
根据本发明的另一个实施例，一种手电筒中装有一个椭圆反射器，其与一个负透镜即凹透镜或平透镜即平面透镜相配合。在这一点，当手电筒的椭圆反射器与一个负透镜或平透镜相配合时，手电筒的聚焦和光线聚集性能最佳。优选的结构是，椭圆反射器与一个有效焦距不大于大约-2.5”的透镜相配合。在一种结构中，一个偏心率为大约0.96而顶点曲率为大约3.1的椭圆反射器与一个有效焦距为大约0”的透镜相配合。
根据本发明的另一个实施例，头部组件包含一个双曲线反射器，其用于在光源位于椭圆反射器中时提高被手电筒反射的光线量。优选的结构是，双曲线反射器的偏心率不小于大约1.01且不大于大约1.25。优选的结构是，双曲线反射器的顶点曲率不小于大约2.0且不大于大约7.0。在一种结构中，双曲线反射器的偏心率为大约1.04而顶点曲率为大约3.3。
根据本发明的另一个实施例，手电筒中装有一个双曲线反射器，其与一个正透镜即凸透镜或平透镜即平面透镜相配合。在这一点，当手电筒的双曲线反射器与一个正透镜或平透镜相配合时，手电筒的聚焦和光线聚集性能最佳。优选的结构是，双曲线反射器与一个有效焦距优选不小于大约2.5”。在一种结构中，一个偏心率为大约1.04而顶点曲率为大约3.3的抛物线反射器与一个有效焦距为大约0”的透镜相配合。
本发明的另一个目的是提供一种改进的手电筒，其在电池与光源之间具有改进的电气连通性能。
根据本发明的另一个实施例，手电筒包含电极接头，它们可以充分降低不正确排列在手电筒中的电池传输电能的可能性。在这一点，用于接触电池负极的电极接头包含一个位于电极接头中央的不导电部分和一个位于电极接头周边的导电部分。因此，当电池插入手电筒中而使得正极面对着该电极接头时，正极只能接触到电极接头的不导电部分而不能接触到导电部分。此外，用于接触电池正极的电极接头包含一个带不导电涂层的导电弹簧。因此，当电池插入手电筒中而使得负极面对着该电极接头时，负极只能接触到不导电涂层部分。
本发明的另一个目的是提供一种改进的手电筒，其带有一个灯托组件，以便于更换灯泡。
在本发明的一个实施例中，灯托组件包含一个灯座，其带有一个灯泡导块，以引导灯泡装入灯座中并为灯泡提供一个锁紧位置。根据本发明的一个实施例，导块方便了在不理想光线状态下更换灯泡，并且能够在手电筒受到振动时防止灯泡受到冲击。
本发明的另一个目的是提供一种改进的手电筒，其能够将一个备用灯泡保持在手电筒灯泡附近，以便在需要时简便且容易地更换灯泡。
根据本发明的一个实施例，手电筒包含一个灯托组件，其带有一个刻槽，以接收并保持一个备用灯泡。因此，仅仅通过将头部组件从电池盒上卸下即可容易地触及备用灯泡，而且为了更换灯泡所要作的全部事情仅仅是，卸下位于灯座中的灯泡，取下备用灯泡，再将备用灯泡插入灯座中。优选的结构是，灯托组件还包含一个磷光涂层或添加剂层，其用于在黑暗状态下照明，以便于在不理想的光线状况下更换灯泡。
在另一个实施例中，手电筒包含一个用于容纳一节或多节电池的电池盒、一个灯泡、用于保持上述灯泡并选择性地将灯泡与一节或多节电池电气连通的电气连通装置以及一个附着在电池盒上并可以相对于电池盒旋转从而选择性地将灯泡与保持在电池盒中的一节或多节电池电气连通的头部组件。在这一点，当手电筒“打开”或“关闭”时，灯托组件将在电池盒内移动。灯托组件包含一个灯托、一个导电弹簧、一个开关板、一个锁杆、一个锁球、一个开关触点、一个弹簧触点、一个导电条和一个条支撑。在组装好后，灯托组件能够被轴向锁紧并可以相对于电池盒旋转。通过将组装好的头部组件连接到电池盒上，以使灯泡位于反射器的第一中央开口中，即可将手电筒的头部组装好。其结果是，头部组件以可拆卸的方式连接着电池盒。在完全就位后，头部组件将咬合开关板，而头部组件的旋转将导致灯托组件旋转。灯托组件可以在三个锁扣之间旋转。第一个锁扣出现在头部组件从电池盒上拆下或连接时。第二个锁扣出现在头部组件位于“关闭”位置时。第三个锁扣出现在头部组件位于“打开”位置时。这些锁扣是通过锁球定位在三个成形于电池盒外棱边上的槽中的相应一个中而获得的。其结果是，通过头部组件的径向运动，手电筒能够在“打开”和“关闭”锁扣位置之间移动。在“关闭”位置，开关触点不接触导电条。而在“打开”位置，开关触点将接触导电条。“打开”锁扣出现在锁球位于电池盒外棱边上的第二槽中时。值得注意的是，锁扣机构与开关机构物理分开。
在手电筒的另一个实施例中，备用灯泡被灯托组件保持锁紧，直至手电筒的使用者旋转灯托组件以将一个备用灯泡开口与备用灯泡对准为止。
附图简述
图1A显示了当光源位于反射器焦点时一个抛物线反射器散射出的光束。
图1B显示了当光源散焦到焦点至反射器曲率顶点距离的1/3时一个抛物线反射器散射出的光束。
图2是一个根据本发明的手电筒的透视图。
图3是用于显示图2中的手电筒组装方式的分解透视图。
图4是端盖、电池盒、灯托组件和头部组件的分解侧视图。
图5是图2中的手电筒沿2-2所示平面所作的手电筒中央部位横截面图。
图6A是端盖内部的分解透视图。
图6B是沿2-2所示平面所作的端盖横截面图。
图7A是头部组件的分解透视图。
图7B是图7A中的头部组件沿7-7所示平面所作的局部横截面图。
图8A是灯托组件的分解透视图。
图8B是图8A中的灯托组件沿8-8所示平面所作的局部横截面图。
图9A和9B是图2中的手电筒沿2-2所示平面所作的横截面图，分别显示了正确排列和不正确排列的电池。
图10是安置在电池盒中的灯托组件的透视图。
图11是图2中的手电筒沿2-2所示平面所作的局部横截面图，显示了位于“关闭”位置时的手电筒。
图12是图2中的手电筒沿2-2所示平面所作的局部横截面图，显示了位于“打开”位置时的手电筒。
图13A和13B显示了各种偏心率下的模拟结果。
图14A显示了灯泡在插入灯座之前的情景。
图14B显示了灯泡插入灯座时的情景。
图14C显示了一个备用灯泡从用于保持备用灯泡的刻槽中取下时的情景。
图15A是头部组件从电池盒上卸下时灯托组件的前视图。
图15B是头部组件连接到电池盒上时灯托组件的前视图。
图16是用于显示图2中的手电筒带有替换性灯托组件时的组装方式的分解透视图。
图17是端盖、电池盒、替换性灯托组件和头部组件的分解侧视图。
图18是图2中的手电筒带有替换性灯托组件时沿2-2所示平面所作的手电筒中央部位横截面图。
图19是图7A中的头部组件沿7-7所示平面所作的局部横截面图，显示了一个不同形状的用于接收替换性灯托组件的导块。
图20是替换性灯托组件的分解图。
图21是图20中的灯托组件沿20-20所示平面所作的局部横截面图。
图22A是替换性灯托组件安置在电池盒中而锁杆和开关板与灯托组件分开时的透视图。
图22B是替换性灯托组件完全组装到电池盒上时的透视图。
图22C是图23A中透视图的侧视图。
图23是替换性灯托组件(不带开关板)在电池盒第二端处的前视图，显示了当头部组件能够连接在电池盒第二端上或拆卸下来时替换性灯托组件的位置。
图24是替换性灯托组件(不带开关板)在电池盒第二端处的前视图，显示了当手电筒位于“关闭”位置时替换性灯托组件的位置。
图25是替换性灯托组件(不带开关板)在电池盒第二端处的前视图，显示了当手电筒位于“打开”位置时替换性灯托组件的位置。
图26是替换性灯托组件(不带开关板)在电池盒第二端处的前视图，显示了替换性灯托组件在暴露出备用灯泡时的位置。
图27是替换性灯托组件安置在电池盒中而锁杆和开关板与灯托组件分开时的透视图。
详细说明
请参考图2至5，所示的根据本发明一个实施例的手电筒10具有一个电池盒20、端盖30、头部组件40和灯托组件50。电池盒20包含一个用于以串联方式保持两节电池60、62的内部部分、位于第一端210和第二端220的开口、一个位于第一端210的第一O形圈230和一个位于第二端220的第二O形密封圈240。再请参考图6A和6B，端盖30包含一个用于便于将手电筒10直立在平表面上的弓形三角架部分310、内螺纹320和一个导电盘330。再请参考图7A和7B，头部组件40包含一个头部件410、一个第一O形圈420、一个前罩430、一个反射器440、一个第二O形圈450和一个透镜460。头部件410包含一个第一端411、一个在第一端411处位于头部件410内部的圆形挂耳412、导块413、一个第二端414和在第二端414处位于头部件410内部的凸块415。反射器440包含一个位于反射器440内的反射表面、一个第一中央开口442、一个与第一中央开口442基本对置的第二中央开口444、翼板446和外螺纹448。优选的结构是，反射器440由耐用合成材料制成，例如通用电气公司供应的名称为ULTEM的材料。前罩430包含一个第一端431、位于第一端431处并用于拧在反射器440的外螺纹448中的内螺纹432、一个位于第一端431的凹入挂耳433、一个第二端434和一个位于第二端434的圆形挂耳435。透镜460装于前罩430的第一端431的圆周上。手电筒10的外部由金属或耐用合成材料制成。例如，手电筒10的外部可以由聚碳酸脂或丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物或通用电气公司供应的名称为CYCOLOY的聚碳酸脂制成。
如图5所示，保持着两节电池60、62的电池盒20在其第一端210被端盖30封闭，并在第二端220被头部组件40封闭。请参考图4-8，端盖30在第一端以可拆卸的方式连接在电池盒20上，以选择性地暴露电池盒20的内部部分，以便插入或取出电池60、62。在这一点，电池盒包含位于电池盒20的第一端210的外表面上的螺纹250，其用于咬合端盖30的内螺纹320。当端盖30拧在电池盒20上后，第一O形圈230用于提供贴紧连接。
灯托组件50包含两个实施例。在每个实施例中，灯托组件50均安置在电池盒20的第二端220。在第一个实施例中，当手电筒10“关闭”或“打开”时，灯托组件50不在电池盒20的第二端220内移动。在这一点，请参考图8A和8B，灯托组件50包含一个灯托510、一个导电弹簧520、一个开关杆530、一个第二杆540、一个开关弹簧550、一个开关触点560、一个第二弹簧570、一个弹簧座580、一个导电条590和一个条支撑592。弹簧座580包含一个弹簧挂耳582、第一挂耳584、第二挂耳586和一个导电触点588。优选的结构是，弹簧座580包含一个刻槽589，其中可以放置一种氢催化剂，以吸收电池60、62发出的氢气。如图10所示，当被组装到电池盒20上时，灯托组件50不会伸展超出电池盒20的第二端220。请参考图3、4、8A、8B和10，通过首先将导电弹簧520连接到弹簧座580上，可以将灯托组件50组装在电池盒20上。弹簧座580包含一个弹簧挂耳582，其用于咬合并限制导电弹簧520的一部分。弹簧座580和导电弹簧520随后被连接在电池盒20的第二端220上。在这一点，弹簧座580包含一个第一挂耳584和一个第二挂耳586，以咬合电池盒20的第二端220。电池盒20包含一个端部导块260，而且该端部导块260包含一个用于咬合第一挂耳584的第一凹入挂耳262和一个用于咬合第二挂耳586的第二凹入挂耳263。请参考图10，通过将弹簧座580和相连导电弹簧520插入电池盒20的第一端210中，并将弹簧座580移向电池盒20的第二端220，直至第一凹入挂耳262咬合第一挂耳584而第二凹入挂耳263咬合第二挂耳586，可以将弹簧座580和导电弹簧520连接在第二端220上。
当开关杆530和第二杆540组装在灯托510上后，灯托510随后被插在电池盒20的第二端220中。灯托510包含挂耳511、一个开关槽512和一个第二槽513。开关杆530包含挂耳532和槽534，而第二杆540包含挂耳542和槽544。开关杆530的槽534与开关槽512配合，以使开关杆530能够沿着开关槽512滑动。第二杆540的槽544与第二槽513配合，以使第二杆540能够沿着第二槽513滑动。请参考图3、5、8A、8B和10，通过将开关槽512与端部导块260的第一槽口264对准，并将第二槽513与端部导块260的第二槽口266对准，可以将灯托510局部插在电池盒20的第二端220中。一旦局部插入，即可以通过插入开关弹簧550和第二弹簧570并且将开关杆530的槽534与开关槽512对准并咬合以及将第二杆540的槽544与第二槽513对准并咬合，从而使开关杆530和第二杆540弹簧加载于灯托510上。随着开关杆530和第二杆540被压下，灯托510完全安置在电池盒20的第二端220中。其结果是，如图10所示，开关杆530的挂耳532和第二杆540的挂耳542会在点514处咬合电池盒20。如图5所示，灯托510的挂耳511咬合着电池盒20内部。请参考图3、8A和10，开关槽512咬合着端部导块260的凹入挂耳265，而第二槽513咬合着端部导块260的凹入挂耳267。优选的结构是，灯托组件510锁扣配合在电池盒20上。请参考图11，灯托510环绕着弹簧挂耳582，以进一步将导电弹簧520锁紧在弹簧座580上。请参考图11，弹簧座580不接触电池盒20的内部。请参考图10，当灯泡70安装在灯托组件50中后，灯泡70从电池盒20的第二端220伸出。
请参考图7A和7B，通过首先将反射器440插入前罩430的第一端431中再将反射器440的螺纹448拧入前罩430的内螺纹432中，可以将头部组件40组装好。第二O形圈450随后被插入圆形凹入挂耳433中，再通过将透镜460压入圆形凹入挂耳433中而将透镜460牢固连接在前罩上。O形圈450用于确保透镜460与前罩430之间的连接。优选的结构是，透镜460锁扣配合在前罩430上。第一O形圈420随后在前罩430的第二端434处放置在圆形挂耳435上，之后，将前罩430的第二端434插入头部件410的第一端411中，以使反射器440的翼板446对准头部件410的导块413。当前罩430的第二端434完全插入头部件410的第一端411中后，前罩430的圆形挂耳435将咬合头部件410的圆形挂耳412，而反射器440的翼板446将咬合头部件410的导块413。其结果是，前罩430只能够相对于头部件410(即径向)旋转，而不能从头部件410(即轴向)移开。优选的结构是，前罩430锁扣配合在头部件410上。由于而反射器440的翼板446咬合着头部件410的导块413，因此当前罩430径向移动时，反射器440将在前罩430中移动。
在灯托组件50被组装在电池盒20中后，通过将组装好的头部组件40连接到电池盒20上，以使灯泡70位于反射器440的第一中央开口442中，手电筒10的头部即被组装好。在这一点，头部组件40在第二端220处以可移动的方式连接着电池盒20。图10和15A显示了灯托组件50组装在电池盒20上而头部组件从电池盒20上取走后的情景。电池盒20包含端部导块260，其形成在电池盒20的第二端220的外表面上。请参考图3和10，端部导块260包含路径261，以咬合头部件410上的凸块415。凸块415对准路径261，而头部组件40被引导着沿方向287移动，直至头部组件40完全安置在电池盒20的第二端220上。之后，头部组件沿方向288旋转到一个第一锁扣，这是由于开关杆530位于两个导块413之间而导致的。在这个位置，手电筒10处于“关闭”位置。在这个位置，头部组件40只能够相对于电池盒20(即径向)旋转，而不能从电池盒20(即轴向)移开。第二O形圈240用于确保头部组件40与电池盒20之间的牢固连接。
当电池60、62被完全组装并正确排列之后，手电筒10能够选择性地将灯泡70电气连通到电池60、62。电池盒20包含一个导电条590，其沿着电池盒20的长度伸展于第一端210与第二端220之间。导电条590被条支撑592支撑在电池盒20的第一端210处。请参考图6A和6B，端盖30包含一个不导电区域340。请参考图8，当端盖30连接在电池盒20上后，导电盘330在点593处电气连通着导电条590。当电池60如图9A所示那样被正确地排列在电池盒20中后，导电盘330将电池60的负极触点电气连通到导电条590。当电池60如图9B所示那样被不正确地排列在电池盒20中后，不导电区域340可以阻止电气连通。在这一点，如图6A所示，由于具有开口331，因此不正确排列的电池60的正极触点只接触不导电区域340，而不会接触导电盘330。
灯托组件50可以根据头部组件40的径向运动而选择性地将灯泡70电气连通到正确排列的电池60、62。请参考图11，所示手电筒10处于“关闭”位置。请参考图3、10和12，通过沿方向288旋转头部组件40，手电筒10移向“打开”位置。而通过将头部组件40从“关闭”位置沿着与方向288相反的方向旋转并将头部组件40沿着路径261从电池盒20上脱离，可以将手电筒10的头部卸下。
请参考图8-12、14A、14B、14C和15，灯托510包含一个灯座515和一个灯泡导块516，该灯座用于保持带一个第一销72和一个第二销74的灯泡70。当手电筒10的头部组装好后，灯泡导块516不接触反射器440。在这一点，反射器440被挡块436阻止而不能接触灯泡导块516，如图11所示。灯泡导块516是这样一个导块，其可以在安装灯泡70时便于将灯泡70的第一销72和第二销74与灯座515对准。灯泡导块516还可以在安装灯泡70时支撑灯泡70的一个部分，从而为灯泡70提供一个锁紧位置。因此，灯泡导块516便于在不理想的光线状况下更换灯泡70，同时又能在手电筒10受到振动时防止灯泡70受到反射器440的冲击。此外，灯托510能够接收和保持一个备用灯泡71。在这一点，灯托510包含一个刻槽517，其能够接收一个备用灯泡71。
如图15B所示，当手电筒10的头部组装好后，位于刻槽517中的备用灯泡71被开关杆530的挂耳532覆盖着。如图15A所示，当头部组件40从电池盒20上卸下之后，位于刻槽517中的备用灯泡71即不被开关杆530的挂耳532覆盖着了。因此，如图10、14A、14B、14C、15A和15B所示，在头部组件40从电池盒20上卸下后，备用灯泡71很容易触及，因而位于刻槽517中的备用灯泡71可以接触到。在这一点，为更换灯泡70所要作的全部事情仅仅是，将灯泡70从灯座515中取出，将备用灯泡71从刻槽517中取出，在将备用灯泡安装在灯座515中。优选的结构是，绝缘灯托510包含一个磷光涂层或添加剂层，用以在黑暗状态下照明，以便于在不理想的光线状况下更换灯泡。
请参考图8A、8B、9A和9B，当灯泡70位于灯托组件50中时，第一销72通过导电触点551而电气连通着开关弹簧550，而第二销74通过第一导电触点588电气连通着弹簧520。导电弹簧520包含一个部分521，其具有一个不导电涂层和一个尾部522。如图9A所示，当电池62正确地排列在电池盒20中后，尾部522将接触电池62的正极。如图9B所示，带不导电涂层的部分521可以防止不正确排列的电池62的电气接触。在这一点，不正确排列的电池62的负极只接触导电弹簧520的不导电部分而不接触导电部分，从而阻止电气接触并排除了因极性倒置而导致的毁坏性后果。
请参考图5、8A、8B、11和12，当手电筒10的头部组装好后，开关杆530可以在“打开”和“关闭”位置之间移动。开关杆530包含一个开关触点560，其带有一个棱边561。开关触点560电气连通着开关弹簧550。请参考图11，所示手电筒10位于“关闭”位置。在这个位置，由于开关杆530位于头部件410中的两个导块413之间，因此开关杆530完全展开。其结果是，开关杆530不会在点594处将棱边561电气连通到导电条590。此外，位于完全展开位置的开关杆520提供出一个锁扣，以将手电筒10保持在“关闭”位置，直至手电筒10被移至“打开”位置。请参考图12，手电筒10位于“打开”位置。在这个位置，由于开关杆530接触到头部件410中的一个导块413，因此开关杆530被压下。其结果是，开关杆530在点594处将棱边561电气连通到导电条590。在这个“打开”位置，第二杆540位于头部件410中的两个导块413之间。在这一点，当灯托组件从“关闭”位置沿方向288旋转时，第二杆540不再接触一个导块413，而且第二杆540由于头部件410中的两个导块413之间而完全展开。完全展开的第二杆540提供出一个锁扣，以将手电筒10保持在“打开”位置，直至手电筒10被移至“关闭”位置。优选的结构是，头部组件40可以在“关闭”和“打开”位置之间旋转30度。
灯泡70在反射器440中进行的用于将灯泡70发出的光线聚焦和散焦的运动与头部组件40“打开”和“关闭”手电筒10的径向运动无关。在组装好后，如图11和12所示，灯泡70通过反射器440的第一中央开口442而位于反射器440内部。因此，将前罩430相对于头部件410旋转将导致反射器440在前罩430中相对于头部件410轴向移动。其结果是，反射器440相对于灯泡70移动，而这个运动使得，当灯泡70位于反射器440的焦点时，灯泡70发出的光线被聚焦，而当灯泡70从反射器440的焦点离开时，灯泡70发出的光线被散焦。
如前所述并参考图16-27，灯托组件50包含第二个实施例，其中当手电筒10“关闭”或“打开”时，灯托组件50会在电池盒20的第二端220内移动。请参考图20，灯托组件500包含一个灯托610、一个导电弹簧620、一个开关板630、一个锁杆640、一个锁球650、一个开关触点660、一个弹簧触点670、一个导电条690和一个条支撑692。通过首先将导电弹簧620连接到灯托610上，可以将灯托组件500组装到电池盒20上。灯托610包含一个弹簧挂耳(未示出)，其咬合并限定着导电弹簧690的一部分，以保持导电弹簧690与弹簧触点670接触，如图21所示。灯托610和相连导电弹簧620随后被连接在电池盒20的第二端220上。请参考图18，灯托610包含一个挂耳612，其用于邻近于第二端220在区域614中接触电池盒20内部的一部分。通过将灯托610和相连导电弹簧620插入电池盒20的第一端210，并将灯托610向着电池盒20的第二端220移动直至挂耳612在区域614咬合到电池盒20内部，可以实现灯托610和相连导电弹簧620的定位。灯托610还包含一个挂耳(未示出)，其对准电池盒20内部的一个相应槽(未示出)，以确保灯托610和相连弹簧620被适宜地定位在电池盒20的第二端220上。在图22A和27中，所示灯托610位于电池盒20的第二端220上。
请参考图22A、22B、22C和27，当灯座610暴露在电池盒20的第二端220上时，灯托组件500可以被组装。在这一点，锁球650在导块611处定位于灯托610上，之后，通过将锁板球口642定位在锁球650上并将槽644对准灯托610上的螺孔612，可以将锁板640定位在灯托610上。开关板630随后被定位，以使开口631对准螺孔612。通过将螺钉(未示出)插入开口631，并将螺钉拧入螺孔612中，再将开关板630锁紧在灯托610上，可以将灯托组件500完全组装好。其结果是，灯托组件500被轴向固定并可以在电池盒20的第二端220上旋转。
如前所述并主要参考图18，在灯托组件500已经被组装在电池盒20中后，通过将组装好的头部组件40连接到电池盒20上，以使灯泡70位于反射器440的中央开口442中，手电筒10的头部即被组装好。在这一点，头部组件40在第二端220处以可移动的方式连接着电池盒20。图22B显示了灯托组件500组装在电池盒20上而头部组件40从电池盒20上取走后的情景。电池盒20包含端部导块260，其形成在电池盒20的第二端220的外表面上。端部导块260包含路径261，其用于在头部组件40连接到电池盒20上或拆下时咬合头部件410上的凸块415。凸块415对准路径261，而头部组件40被引导着沿方向287移动，直至头部组件40完全安置在电池盒20的第二端220上。而通过沿着由方向287相反的方向移动头部组件40直至头部组件40被卸下，可以将头部组件40拆下下来。图23中显示了当头部组件40能够连接到电池盒20上或拆下时灯托组件500(不带开关板)的位置。请参考图23和27，灯托组件位于一个第一锁扣处，这是由于锁球650定位在一个在第二端220处位于电池盒20外缘上的第一槽652中而实现的。
在完全就位后，头部组件40的导块413咬合着开关板630上的槽634，而头部组件40的旋转将导致灯座组件500旋转。之后，头部组件40沿方向288旋转到一个第二锁扣处，这是由于锁球650定位在一个在第二端220处位于电池盒20外缘上的第二槽652中而实现的。在这个位置，手电筒10处于“关闭”位置。图24中显示了当头部组件40位于“关闭”位置时灯托组件500(不带开关板)的位置。在这个位置，头部组件40只能够相对于电池盒20(即径向)旋转，而不能从电池盒20(即轴向)移开。通过将头部组件40从“关闭”位置沿着与方向288相反的方向旋转到第一锁扣，并沿着路径261将头部组件40从电池盒20上卸下，可以将手电筒10的头部拆卸下来。
当电池60、62被完全组装并正确排列之后，手电筒10能够选择性地将灯泡70电气连通到电池60、62。请参考图20，电池盒20包含一个导电条690，其沿着电池盒20的长度伸展于第一端210与第二端220之间。导电条690被条支撑692支撑在电池盒20的第一端210处。灯托组件50可以根据头部组件40的径向运动而选择性地将灯泡70电气连通到正确排列的电池60、62。请参考图21，当灯泡70位于灯托组件500中时，第一销72通过弹簧触点670而电气连通着开关弹簧620，而第二销74则电气连通着开关触点660。请参考图16-22，通过头部组件沿方向288的径向运动，手电筒10可以在“打开”和“关闭”位置之间移动。如图24所示，在“关闭”位置开关触点660不接触导电条690。而如图25所示，开关触点660接触导电条690。在这一点，当头部组件40沿方向288旋转时，灯托组件500也会旋转。当锁球滚动到一个在第二端220处位于电池盒20外缘上的第三槽652中后，即出现“打开”锁扣。值得注意的是，锁扣机构是与开关机构物理分开的。优选的结构是，头部组件40可以在“关闭”和“打开”位置之间旋转30度。灯泡70在反射器440中进行的用于将灯泡70发出的光线聚焦和散焦的运动与头部组件40“打开”和“关闭”手电筒10的径向运动无关，如前所述。
备用灯泡71被开关板630牢固保持着，直至手电筒10的使用者旋转灯托组件500以使备用灯泡开口632对准备用灯泡71。请参考图23，图中显示了当头部组件40从电池盒20上拆走之后灯托组件500(不带开关板)所处的位置。通过沿着与方向288相反的方向旋转灯托组件，备用灯泡开口632将从这个位置开始移动而与备用灯泡71对准。图26中显示了当备用灯泡开口632与备用灯泡71对准时灯托组件500(不带开关板)所处的位置。一旦对准，备用灯泡71即可以从灯托组件500中取出。
值得注意的是，反射器440和透镜460相组合而实现了本发明的一个目的，即在灯泡70在反射器440中的整个运动范围内，使灯泡70发出光线的聚集性能得到改进，并使反射器440射出的光线获得最佳焦斑和最小光线空隙。在这一点，本发明的一个实施例中采用了圆锥形反射器440，而不是抛物线反射器。
反射器440的顶点曲率(即实际形状)是通过下面的一个用于顶点笛卡尔坐标系中的方程而确定的：f(r)=Cr2/(1+(1-SC2r2))----(1.1)]]>
其中C为顶点曲率，r为距圆柱形光心的径向距离，而S等于1减去偏心率的平方。在这一点，现已发现使用非抛物线反射器可以使光线空隙最小化，而这种光线空隙在使用抛物线反射器时是很明显的，如图1B所示。此外，还发现，将非抛物线反射器与适宜的透镜曲率相配合可以使非抛物线反射器发出的光线方向最优化。对于椭圆反射器(即0＜偏心率＜1)，现已确定出当光源放置在最佳光学焦点上时，使用负透镜或平透镜能产生更均匀和强度更高的光线模式。对于双曲线反射器(即偏心率＞1)，现已确定出当光源放置在最佳光学焦点上时，使用正透镜或平透镜能产生更均匀和强度更高的光线模式。
请参考图13A和13B中所示的表，表中显示了利用方程1.1求出的一组模拟数据，其中偏心率的范围为0.8至1.25。图13A和13B中所示结果的尺寸准则为：(ⅰ)反射器孔径(即反射器440的第二中央开口444的尺寸)为1.4375”；(ⅱ)反射器开口(即反射器440的第一中央开口442的尺寸)为0.19”；(ⅲ)手电筒10在120”的距离处可以照亮的最大焦斑尺寸为29”；(ⅳ)在整个焦点范围内(即灯泡70沿着反射器440的光轴从反射器440的焦点附近至灯泡70离开反射器440的点的运动，对于椭圆反射器该离开点为第一中央开口442，对于双曲线反射器该离开点为第二中央开口444)获得最小光线空隙；(ⅴ)灯泡70在焦点范围内的最大运动范围不超过0.25”；(ⅵ)反射器聚集的光线包角的最小角度为大约100度；以及(ⅶ)透镜的有效焦距不小于大约-2.5”。
对于每个给定的偏心率与透镜组合方式，顶点曲率可以调节以在角度范围内获得最小的焦斑，并使反射器440聚集的光线的包角最大化。对于每个偏心率，这个过程是这样进行的，即采用一个有效焦距绝对值不小于2.5”的透镜试样进行模拟，其中顶点曲率逐渐增大直至灯泡70完全散焦(即灯泡70离开反射器440，对于椭圆反射器该离开点为第一中央开口442，对于双曲线反射器该离开点为第二中央开口444)而不出现空隙为止。顶点曲率的值不能增大超出取出空隙所需的合理值，这是由于随着灯泡70离开反射器440的角度，继续增大顶点曲率将进一步降低灯泡70的光束的势能放大率。
考虑到模拟结果和所用特定准则，椭圆反射器的偏心率优选不小于大约0.80且不大于大约0.99。优选的结构是，椭圆反射器的顶点曲率不小于大约2.0且不大于大约5.2。在一种结构中，椭圆反射器的偏心率为大约0.96而顶点曲率为大约3.1。在本发明的一个实施例中，手电筒10中装有一个椭圆反射器，其与一个负透镜或平透镜相配合。优选的结构是，椭圆反射器与一个有效焦距优选不大于大约-2.5”且不大于大约0”的透镜相配合。在一种结构中，一个偏心率为大约0.96而顶点曲率为大约3.1的椭圆反射器440与一个有效焦距为大约0”的透镜460相配合。
根据本发明的另一个实施例，头部组件40包含一个双曲线反射器。优选的结构是，双曲线反射器的偏心率不小于大约1.01且不大于大约1.25。优选的结构是，双曲线反射器的顶点曲率不小于大约2.0且不大于大约7.2。在一种结构中，双曲线反射器的偏心率为大约1.04而顶点曲率为大约3.3。在另一个实施例中，手电筒10中装有一个双曲线反射器，其与一个正透镜或平透镜相配合。优选的结构是，双曲线反射器与一个有效焦距优选不小于大约2.5”的透镜相配合。在一种结构中，一个偏心率为大约1.04而顶点曲率为大约3.3的抛物线反射器440与一个有效焦距为大约0”的透镜460相配合。
前面对本发明进行的说明是出于解释和描述的目的。该说明并不对这里公开的发明构成限制。因此，与前面所述要旨相等同的发明和修改以及相关技术中的技巧和知识包含在本发明的范围之内。可以认为权利要求包含了所有被在先技术所允许的替换性实施例。