Ручной электрический фонарь: история и современные типы.

Введение

Переносной ручной электрический фонарь

Фонарик (США) или электрический фонарь (ЕС), обычно называемый просто фонарём, представляет собой переносный ручной электрический светильник. Ранее источником света обычно служила миниатюрная лампа накаливания, но с начала 2000-х годов её вытеснили светодиоды (LED). Типичный фонарик состоит из источника света, установленного в отражателе, прозрачной защитной крышки (иногда с линзой) для защиты источника света и отражателя, батареи и выключателя, заключённых в корпус. Изобретение сухой батареи и миниатюрных ламп накаливания позволило создать первые фонарики, работающие от батарей, примерно в 1899 году. Сегодня фонарики в основном используют светодиоды и работают от одноразовых или перезаряжаемых батарей. Некоторые приводятся в действие вращением рукоятки, встряхиванием или сжатием. В некоторых моделях установлены солнечные панели для подзарядки аккумулятора. Фонари используются в качестве источника света на улице, в местах без постоянного освещения, во время отключений электроэнергии или когда требуется портативный источник света. Помимо общего назначения, существуют фонари, адаптированные для специальных целей. Фонари, крепящиеся на голову или шлем, предназначенные для шахтёров и туристов, освобождают обе руки. Некоторые фонари можно использовать под водой или во взрывоопасных средах.

Этимология

Ранние фонари работали на цинково-углеродных батареях, которые не могли обеспечивать стабильный электрический ток и требовали периодической "перезарядки" для продолжения работы. Поскольку эти ранние фонари также использовали неэффективные лампы с угольной нитью, "перезарядка" происходила через короткие промежутки времени. В результате они могли использоваться только короткими вспышками, отсюда и распространенное в Северной Америке название "flashlight" (вспышка). Это "электрическое устройство", разработанное Мизелем, питалось от батарей типа "D", расположенных в бумажной трубке друг за другом, с лампочкой и грубым латунным отражателем на конце. Компания передала некоторые из этих устройств полиции Нью-Йорка, которая оценила их. Лампы с угольной нитью и довольно примитивные сухие элементы делали ранние фонари дорогостоящей новинкой с низкими продажами и небольшим интересом со стороны производителей. Разработка вольфрамовой лампы накаливания в 1904 году, которая была в три раза эффективнее угольных ламп, а также улучшенные батареи различных размеров сделали фонари более полезными и популярными. Преимущество мгновенного включения и отсутствие открытого пламени привели к тому, что ручные электрические фонари начали заменять лампы, работающие на топливе, такие как керосиновые фонари. К 1907 году было доступно несколько типов фонарей: трубчатые ручные фонари, фонари-подставки для длительного использования, карманные фонари-ручки для работы вблизи и большие прожекторные фонари для освещения удаленных объектов. В 1922 году в Соединенных Штатах насчитывалось около 10 миллионов пользователей фонарей, а годовой объем продаж батарей и фонарей составлял 20 миллионов долларов, что сопоставимо с продажами многих электроприборов, работающих от сети. Фонари стали очень популярными в Китае; к концу 1930-х годов 60 компаний производили фонари, некоторые из которых продавались по цене, составляющей треть стоимости аналогичных импортных моделей. Миниатюрные лампы, разработанные для фонарей и автомобильной промышленности, стали важным сектором производства ламп накаливания. Светодиодные фонари появились в начале 2000-х годов. Maglite выпустила свой первый светодиодный фонарь в 2006 году.

Early flashlights ran on zinc–carbon batteries, which could not provide a steady electric current and required periodic "rest" to continue functioning. Because these early flashlights also used energy inefficient carbon filament bulbs, "resting" occurred at short intervals. Consequently, they could be used only in brief flashes, hence the common North American name "flashlight". This "electric device" designed by Misell was powered by "D" batteries laid front to back in a paper tube with the light bulb and a rough brass reflector at the end. The company donated some of these devices to the New York City police, who responded favorably to them. Carbon filament bulbs and fairly crude dry cells made early flashlights an expensive novelty, with low sales and low manufacturer interest. Development of the tungsten filament lamp in 1904, with three times the efficacy of carbon filament types, along with improved batteries in varying sizes made flashlights more useful and popular. The advantage of instant control, and the absence of flame, meant that hand held electric lights began to replace combustion based lamps such as the hurricane lantern. By 1907, several types of flashlights were available: the tubular hand held variety, a lantern style that could be set down for extended use, pocket size penlights for close work, and large reflector searchlight type lamps for lighting distant objects. In 1922 there were an estimated 10 million flashlight users in the United States, with annual sales of renewal batteries and flashlights at $20 million, comparable to sales of many line operated electrical appliances. Flashlights became very popular in China; by the end of the 1930s, 60 companies made flashlights, some selling for as little as one third the cost of equivalent imported models. Miniature lamps developed for flashlight and automotive uses became an important sector of the incandescent lamp manufacturing business. LED flashlights were introduced in the early 2000s. Maglite made their first LED flashlight in 2006.

Светодиодные

В фонарях накаливания используются лампы накаливания, состоящие из стеклянной колбы и вольфрамовой нити. Колбы находятся под вакуумом или заполнены аргоном, криптоном или ксеноном. В некоторых мощных фонарях используются галогенные лампы, в которых колба содержит галогенный газ, например, йод или бром, для увеличения срока службы и эффективности лампы. Во всех фонарях, кроме одноразовых или декоративных, лампу можно заменить; срок службы лампы может составлять всего несколько часов, а яркость луча – около 200 кандел. Одна из популярных моделей перезаряжаемых фокусируемых фонарей использует галогенную лампу и выдает 218 люмен. Для сравнения, бытовая лампа накаливания мощностью 60 ватт производит около 900 люмен. Световая отдача, то есть количество люмен на ватт потребляемой мощности, для ламп фонарей варьируется примерно от 8 до 22 люмен/ватт, в зависимости от размера лампы и используемого газа, при этом наибольшей эффективностью обладают 12-вольтовые галогенные лампы.

Светодиод

Мощные светодиоды (LED) в основном заменили лампы накаливания в практических фонарях. Светодиоды существовали десятилетиями, в основном как маломощные индикаторы. В 1999 году корпорация Lumileds из Сан-Хосе, Калифорния, представила Luxeon LED – высокомощный излучатель белого света. Это позволило создать светодиодные фонари с большей мощностью и временем работы, чем у ламп накаливания. Первым фонарем на базе Luxeon LED стал Arc LS, разработанный в 2001 году. Белые светодиоды в корпусах диаметром 5 мм производят всего несколько люмен каждый; для увеличения светового потока можно объединять множество элементов. Светодиоды большей мощности, потребляющие более 100 миллиампер каждый, упрощают задачу оптического проектирования для создания мощного и сфокусированного луча. Светодиоды значительно эффективнее ламп накаливания: белые светодиоды производят около 100 люмен на ватт, в то время как небольшие лампы накаливания – всего 8-10 люмен на ватт. Светодиодный фонарь имеет большее время работы от батареи, чем фонарь с лампой накаливания аналогичной яркости. Светодиоды также менее хрупкие, чем стеклянные лампы. Светодиодные лампы имеют другой спектр света по сравнению с лампами накаливания и выпускаются в различных диапазонах цветовой температуры и индекса цветопередачи. Поскольку срок службы светодиода обычно превышает срок службы фонаря, он часто устанавливается на постоянной основе. Фонари, предназначенные для ламп накаливания, часто можно модернизировать, заменив лампу на более эффективный светодиод. Светодиодам обычно требуется схема управления для ограничения тока, протекающего через диод. Фонари, работающие от одной или двух одноразовых 1,5-вольтовых батарей, требуют повышающего преобразователя для обеспечения более высокого напряжения, необходимого для работы белого светодиода (около 3,4 вольт). Фонари, использующие три или более сухих элементов, могут использовать только резистор для ограничения тока. Некоторые фонари электронно регулируют ток, протекающий через светодиоды, для стабилизации светового потока по мере разряда батарей. Светодиоды поддерживают почти постоянную цветовую температуру независимо от входного напряжения или тока, в то время как цветовая температура лампы накаливания быстро снижается по мере разряда батареи, становясь более красной и менее заметной. Регулируемые светодиодные фонари могут иметь несколько уровней яркости, выбираемых пользователем в зависимости от задачи, например, низкий уровень для чтения карты и высокий – для проверки дорожного знака. Это было бы сложно реализовать с одной лампой накаливания, поскольку ее эффективность быстро падает при низкой мощности. Светодиодные фонари могут потреблять 1 ватт или больше от батареи, выделяя тепло вместе со светом. В отличие от вольфрамовых нитей, которые должны быть нагреты для излучения света, как световой поток, так и срок службы светодиода уменьшаются с повышением температуры. Для отвода тепла от светодиода небольшие мощные светодиодные фонари часто имеют корпуса, отражатели и другие детали из алюминия или других материалов с высокой теплопроводностью; они могут нагреваться во время использования. Световой поток светодиодных фонарей варьируется в еще более широких пределах, чем у ламп накаливания. Лампы типа "брелок", работающие от таблеточных батарей, или фонари с одним 5-мм светодиодом могут производить всего несколько люмен. Даже небольшой светодиодный фонарик, работающий от батарейки AA, но оснащенный светодиодом, может излучать 100 люмен. Самые мощные светодиодные фонари производят более 100 000 люмен и могут использовать несколько светодиодов. Светодиоды гораздо эффективнее ламп накаливания и фильтров при производстве цветного света. Светодиодный фонарик может содержать разные светодиоды для белого и цветного света, которые пользователь может выбирать для разных целей. Цветные светодиодные фонари используются для сигнализации, специальных проверок, судебно-медицинской экспертизы или для отслеживания следов крови раненых животных. Фонарик может иметь красный светодиод, предназначенный для сохранения сумеречного зрения. Ультрафиолетовые светодиоды могут использоваться для освещения при проверке, например, для обнаружения флуоресцентных красителей, добавляемых в системы кондиционирования воздуха для обнаружения утечек, проверки бумажных денег или обнаружения УФ-маркировок на белье или билетах на мероприятия. Инфракрасные светодиоды могут использоваться в качестве осветителей для систем ночного видения. Светодиодные фонари могут быть совместимы с приборами ночного видения.

Powerful white light emitting diodes (LEDs) have mostly replaced incandescent bulbs in practical flashlights. LEDs existed for decades, mainly as low power indicator lights. In 1999, Lumileds Corporation of San Jose, California, introduced the Luxeon LED, a high power white light emitter. This made possible LED flashlights with power and running time better than incandescent lights. The first Luxeon LED flashlight was the Arc LS, designed in 2001. White LEDs in 5 mm diameter packages produce only a few lumens each; many units may be grouped together to provide additional light. Higher power LEDs, drawing more than 100 milliamperes each, simplify the optical design problem of producing a powerful and tightly controlled beam. LEDs can be significantly more efficient than incandescent lamps, with white LEDs producing on the order of 100 lumens for every watt, compared to 8 10 lumens per watt of small incandescent bulbs. An LED flashlight has a longer battery life than an incandescent flashlight with comparable output. LEDs are also less fragile than glass lamps. LED lamps have different spectra of light compared to incandescent sources, and are made in several ranges of color temperature and color rendering index. Since the LED has a long life compared to the usual life of a flashlight, very often it is permanently installed. Flashlights made for an incandescent lamp can often be upgraded to a more efficient LED lamp. LEDs generally must have some kind of control to limit current through the diode. Flashlights using one or two disposable 1.5 volt cells require a boost converter to provide the higher voltage required by a white LED, which needs around 3.4 volts to function. Flashlights using three or more dry cells may only use a resistor to limit current. Some flashlights electronically regulate the current through the LEDs to stabilize light output as the batteries discharge. LEDs maintain nearly constant color temperature regardless of input voltage or current, while the color temperature of an incandescent bulb rapidly declines as the battery discharges, becoming redder and less visible. Regulated LED flashlights may also have user selectable levels of output appropriate to a task, for example, low light for reading a map and high output for checking a road sign. This would be difficult to do with a single incandescent bulb since efficacy of the lamp drops rapidly at low output. LED flashlights may consume 1 watt or much more from the battery, producing heat as well as light. In contrast to tungsten filaments, which must be hot to produce light, both the light output and the life of an LED decrease with temperature. Heat dissipation for the LED often dictates that small, high power LED flashlights have aluminium or other high heat conductivity bodies, reflectors, and other parts to dissipate heat; they can become warm during use. Light output from LED flashlights varies even more widely than for incandescent lights. "Keychain" type lamps operating on button batteries, or lights using a single 5 mm LED, may only produce a few lumens. Even a small LED flashlight operating on an AA cell, but equipped with an LED, can emit 100 lumens. The most powerful LED flashlights produce more than 100,000 lumens and may use multiple LEDs. LEDs are highly efficient at producing colored light compared with incandescent lamps and filters. An LED flashlight may contain different LEDs for white and colored light, selectable by the user for different purposes. Colored LED flashlights are used for signalling, special inspection tasks, forensic examination, or to track the blood trail of wounded game animals. A flashlight may have a red LED intended to preserve dark adaptation of vision. Ultraviolet LEDs may be used for inspection lights, for example, detecting fluorescent dyes added to air conditioning systems to detect leakage, examining paper currency, or checking UV fluorescing marks on laundry or event ticket holders. Infrared LEDs can be used for illuminators for night vision systems. LED flashlights may be specified to be compatible with night vision devices.

HID

Менее распространенный тип фонарей использует лампу высокого давления (HID-лампу) в качестве источника света. Газоразрядная лампа HID использует смесь солей металлогалогенидов и благородного газа в качестве рабочего тела. Лампы HID производят больше света, чем традиционные лампы накаливания при одинаковом потреблении электроэнергии, хотя и меньше, чем мощные светодиоды. Такая лампа служит дольше и более устойчива к ударам, чем обычная лампа накаливания, поскольку в ней отсутствует относительно хрупкая электрическая нить, характерная для ламп накаливания. Однако они значительно дороже ламп накаливания из-за необходимости в балласте для запуска и работы лампы. Лампе HID требуется некоторое время на разогрев для достижения полной яркости.

ЛЭП

ЛЭП расшифровывается как лазерно-возбужденный фосфор. Источником света является синий лазерный диод, который направлен на фосфорный слой для получения белого света. Первый фонарь LEP появился в 2018 году, и на данный момент существует несколько десятков фонарей LEP, преимущественно китайского производства. В настоящее время используются два типа модулей LEP. В одном типе лазерный луч проходит сквозь фосфорный слой, создавая белый свет, в другом – направляется на слой с помощью зеркала. Зеркальные модули обычно помещены в пластиковый корпус, а модели с прохождением луча сквозь слой чаще всего имеют корпус из меди или алюминия и значительно меньше по размеру, чем пластиковые.

Аксессуары

Некоторые аксессуары для фонарей позволяют изменять цвет света или рассеивать его иначе. Прозрачные цветные пластиковые конусы, надеваемые на линзу фонаря, увеличивают видимость при взгляде сбоку на источник света. Такие сигнальные палочки часто используются для направления движения автомобилей или самолетов в ночное время. Цветные линзы, устанавливаемые на конец фонаря, применяются для подачи сигналов, например, на железнодорожных станциях. Цветной свет иногда полезен охотникам при выслеживании раненого зверя в сумерках или для проведения криминалистического осмотра местности. Красный фильтр помогает сохранить ночное зрение после выключения фонаря и может быть полезен для наблюдения за животными (например, за гнездящимися морскими черепахами логгерхедами), не нарушая их покой. Для некоторых фонарей доступны съемные световоды, состоящие из жестких изогнутых пластиковых стержней или полужестких или гибких трубок, содержащих оптические волокна, для осмотра внутри резервуаров, стен или других конструкций; когда световод не нужен, его можно снять и использовать фонарь для других целей.

Форматы и специальные конструкции

Пероламп – это небольшой фонарик размером с ручку, часто работающий от двух батареек AA или AAA. В некоторых моделях лампочка накаливания имеет встроенную линзу, фокусирующую свет, поэтому в конструкции не предусмотрен отражатель. Другие модели используют лампы накаливания, установленные в отражателях. Светодиодные перолампы становятся все более распространенными. Бюджетные модели могут быть одноразовыми, без возможности замены батарей или лампочек, и иногда на них наносят рекламную информацию для промоакций. Налобный фонарь предназначен для ношения на голове и часто состоит из отдельных блока лампы и блока батарей. Блок батарей может крепиться сзади на голову или в карман для лучшего баланса. Налобные фонари освобождают руки пользователя. Их можно закрепить на козырьке шляпы или установить на каску вместо ремней; другие модели напоминают оправы для очков. Аналогично налобному фонарю, угловой фонарик излучает свет перпендикулярно длине корпуса батареи; его можно закрепить на повязке, ремне или лямке, либо установить на плоскую поверхность. Некоторые модели позволяют регулировать угол наклона головки. Фонарик Fulton MX991/U был угловым фонариком, выдававшимся военнослужащим США; подобные модели остаются популярными. Тактические фонари иногда крепятся к пистолету или винтовке. Они обеспечивают кратковременное освещение цели. Они достаточно малы, чтобы их можно было легко установить на планку Пикатинни ствола оружия. Тактические фонари должны выдерживать отдачу и быть удобными в управлении при удержании оружия. Хотя большинство фонарей рассчитаны на самостоятельную замену батарей и лампочек по мере необходимости, существуют полностью герметичные одноразовые фонари, такие как недорогие брелоки. Когда батареи разряжаются или лампочка перегорает, весь продукт утилизируется. Подводные фонари должны быть водонепроницаемыми под давлением и используются для ночных погружений и дополнительного освещения в местах, недоступных для поверхностного света. В батарейном отсеке подводного фонаря может быть катализатор для рекомбинации выделяющегося из батареи водорода, поскольку во время работы газ нельзя выпускать наружу. Люди, работающие в опасных зонах с высокой концентрацией воспламеняющихся газов или пыли, таких как шахты, машинные отделения судов, химические заводы или зерновые элеваторы, используют фонари с маркировкой "неискрящие", "взрывозащищенные" или "искробезопасные", конструкция которых исключает возможность воспламенения взрывоопасной смеси за пределами фонаря. Фонари могут требовать одобрения уполномоченного органа для конкретных условий эксплуатации и ожидаемых газов или пыли. Повышение внешней температуры фонаря не должно превышать температуру самовоспламенения газа, поэтому замена на более мощные лампы или батареи может привести к потере одобрения. Инспекционные фонари имеют постоянно установленные световоды, содержащие оптические волокна или пластиковые стержни. Другой тип имеет лампу, установленную на конце гибкого кабеля, полужесткого или шарнирного зонда. Такие фонари используются для осмотра внутри резервуаров или внутри конструкций, таких как самолеты. При использовании для осмотра внутренней части резервуаров, содержащих легковоспламеняющиеся жидкости, инспекционные фонари также могут иметь взрывозащищенное исполнение, чтобы исключить возможность воспламенения жидкостей или паров. Отоскопы и офтальмоскопы – это медицинские инструменты, сочетающие в себе ручной источник света и увеличительные линзы для осмотра ушного канала и глаз соответственно. На борту военных кораблей боевые фонари могут использоваться в качестве переносного аварийного освещения. Установленные в основных отсеках корабля, боевые фонари можно отсоединить от крепления и использовать в качестве переносного освещения в случае отключения основного освещения. Боевые фонари могут использовать лампы накаливания или светодиоды и могут работать от одноразовых или перезаряжаемых батарей. Многие фонари имеют цилиндрическую форму, с ламповым узлом, прикрепленным к одному концу. Однако ранние модели имели различные формы. Некоторые напоминали подсвечники, с лампочкой, установленной на верхней части батарейного отсека, закрепленного на плоском основании с ручкой. Многие напоминали фонари, состоящие из ящика для батарей с ручкой и лампой с отражателем, прикрепленными спереди. Электрические фонари используются для освещения большой площади вокруг фонаря, а не для формирования узкого луча; их можно ставить на ровную поверхность или крепить к опорам. Некоторые электрические фонари используют миниатюрные люминесцентные лампы для повышения эффективности по сравнению с лампами накаливания. Портативные ручные электрические прожекторы могут обеспечивать большие отражатели и лампы, а также более мощные батареи, чем трубчатые фонари, предназначенные для ношения в кармане. Многофункциональные портативные устройства могут включать в себя фонарик в качестве одной из функций, например, портативное радио/фонарик. Многие смартфоны имеют кнопку или программное приложение для увеличения яркости экрана или включения вспышки камеры или видеоподсветки, обеспечивая функцию "фонарика". Помимо утилитарных фонарей, существуют декоративные, игрушечные и орнаментальные портативные электрические светильники самых разных форм; в 1890-х годах одним из первых применений портативного аккумуляторного освещения был тип декоративной фарфоровой булавки с спрятанной лампочкой и батарейкой.

A penlight is a small, pen sized flashlight, often containing two AA or AAA batteries. In some types, the incandescent light bulb has an integral lens that focuses the light, so no reflector is built into the penlight. Others use incandescent bulbs mounted in reflectors. LED penlights are becoming increasingly common. Low cost units may be disposable with no provision to replace batteries or bulbs and are sometimes imprinted with advertising for promotional purposes. A headlamp is designed to be worn on the head, often having separate lamp and battery components. The battery pack may be attached at the back of the head or in a pocket to improve balance. Headlamps leave the users' hands' free. A headlamp can be clipped to the brim of a hat, or built to mount on a hard hat, instead of using straps; other types resemble eyeglass frames. Similar to the headlamp, an angle head flashlight emits light perpendicular to the length of the battery tube; it can be clipped to a headband, belt, or webbing or set on a flat surface. Some types allow the user to adjust the angle of the head. The Fulton MX991/U Flashlight was an angle head flashlight issued to US military personnel; similar style lights remain popular. Tactical lights are sometimes mounted to a handgun or rifle. They allow momentary illumination of a target. They are small enough to be easily rail mounted to a gun barrel. Tactical lights must withstand the impact of recoil and must be easily controlled while holding the weapon. Although most flashlights are designed for user replacement of the batteries and the bulb as needed, fully sealed disposable flashlights, such as inexpensive keyring lights, are made. When the batteries are depleted or the bulb fails, the entire product is discarded. Diving lamps must be watertight under pressure and are used for night diving and supplemental illumination where surface light cannot reach. The battery compartment of a dive lamp may have a catalyst to recombine any hydrogen gas emitted from the battery since gas cannot be vented in use. People working in hazardous areas with significant concentrations of flammable gases or dusts, such as mines, engine rooms of ships, chemical plants, or grain elevators, use "nonincendive", "intrinsically safe", or "explosion proof" flashlights constructed so that any spark in the flashlight is not likely to set off an explosion outside the light. The flashlight may require approval by an authority for the particular service and particular gases or dusts expected. The external temperature rise of the flashlight must not exceed the autoignition point of the gas, so substitution of more powerful lamps or batteries may void the approval. Inspection flashlights have permanently mounted light guides containing optical fibers or plastic rods. Another style has a lamp mounted at the end of a flexible cable, or a semirigid or articulated probe. Such lamps are used for inspection inside tanks, or inside structures such as aircraft. Where used for inspecting the interior of tanks containing flammable liquids, the inspection lights may also be rated as flame proof (explosion proof) so that they cannot ignite liquids or vapors. Otoscopes and ophthalmoscopes are medical instruments that combine a hand held light source and magnifying lenses for examination of the ear canal and eyes, respectively. Aboard naval ships, battle lanterns may be used as emergency portable lighting. Installed in major compartments of the ship, a battle lantern can be detached from its mounting and used as portable lighting in the event primary lighting is out of service. Battle lanterns may use either incandescent or LED lamps and may have either disposable primary or rechargeable batteries. Many flashlights are cylindrical in design, with the lamp assembly attached to one end. However, early designs came in a variety of other shapes. Some resembled candlesticks, with a bulb mounted at the top of a battery tube fixed to a flat base, with a handle. Many resembled lanterns, consisting of a battery box with a handle and the lamp and reflector attached to the front. Electric lanterns are used for lighting the broad area immediately around the lantern, as opposed to forming a narrow beam; they can be set down on a level surface or attached to supports. Some electric lanterns use miniature fluorescent lamps for higher efficiency than incandescent bulbs. Portable hand held electric spotlights can provide larger reflectors and lamps and more powerful batteries than tubular flashlights meant to fit in a pocket. Multifunction portable devices may include a flashlight as one of their features, for example, a portable radio/flashlight combination. Many smartphones have a button or software application available to turn up their screen backlights to full intensity or to switch on the camera flash or video light, providing a "flashlight" function. In addition to utilitarian flashlights, novelty, toy, and ornamental portable electric lights have been made in a myriad of shapes; in the 1890s, one of the earliest portable battery light applications was a type of novelty porcelain tie pin with a concealed bulb and battery.

Аккумуляторы

Наиболее распространенным источником питания для фонариков является батарея. Основные (первичные, одноразовые) типы батарей, используемые в фонариках, включают таблеточные элементы, углеродно-цинковые батареи как стандартного, так и повышенной емкости, щелочные и литиевые. Вторичные, перезаряжаемые типы включают свинцово-кислотные аккумуляторы, NiMH, NiCd аккумуляторы и литий-ионные аккумуляторы. Выбор батареи играет определяющую роль в размере, весе, времени работы и форме фонарика. Пользователи фонариков могут предпочесть распространенный тип батареи для упрощения замены. Первичные элементы наиболее экономичны при нечастом использовании. Некоторые типы литиевых первичных элементов могут храниться в течение многих лет с меньшим риском утечки по сравнению с цинковыми батареями. Длительный срок хранения полезен в тех случаях, когда фонарики требуются только в аварийных ситуациях. Литиевые первичные батареи также эффективны при более низких температурах, чем цинковые батареи, все из которых содержат электролиты на водной основе. Литиевые первичные батареи имеют более низкое внутреннее сопротивление, чем цинковые первичные батареи, поэтому они более эффективны в фонариках с высоким потреблением энергии. Фонарики, используемые в течение длительного времени ежедневно, могут быть более экономичны при работе от перезаряжаемых (вторичных) аккумуляторов. Фонарики, предназначенные для перезаряжаемых аккумуляторов, могут позволять зарядку без извлечения аккумуляторов; например, фонарь, установленный в транспортном средстве, может поддерживаться в заряженном состоянии и быть всегда готовым к использованию. Некоторые перезаряжаемые фонарики оснащены индикаторами состояния заряда аккумулятора. Фонари аварийного освещения предназначены для поддержания заряда батарей от сети и автоматического включения при отключении электроэнергии; такой фонарь можно извлечь из розетки и использовать как портативный фонарик. Солнечные фонари используют энергию солнечных элементов для зарядки встроенного аккумулятора для последующего использования.

Механическая мощность

Один тип механического фонаря оснащен винтовым механизмом и пружиной, соединенными с небольшим электрическим генератором (динамо). Некоторые модели используют динамо для зарядки конденсатора или аккумулятора, а другие загораются только во время вращения динамо. Другие генерируют электричество посредством электромагнитной индукции. В них используется мощный постоянный магнит, который свободно перемещается вверх и вниз внутри трубки, проходя через катушку с проволокой. Встряхивание фонаря заряжает конденсатор или перезаряжаемый аккумулятор, который питает источник света. Такие фонари могут быть полезны в экстренных ситуациях, когда нет доступа к электросети и батарейкам. Фонари с динамо были популярны во время Второй мировой войны, поскольку достать запасные батарейки было сложно.

Конденсатор

По крайней мере, один производитель выпускает перезаряжаемый фонарик, использующий суперконденсатор для накопления энергии. Суперконденсатор можно перезаряжать быстрее, чем аккумулятор, и он выдерживает множество циклов зарядки-разрядки без потери емкости; однако время работы ограничено большей, по сравнению с электрохимическими аккумуляторами, массогабаритными характеристиками конденсаторов.

Отражающие устройства и линзы

Отражатель приблизительно параболической формы концентрирует свет, излучаемый лампой, в направленный луч. Некоторые фонари позволяют пользователю регулировать относительное положение лампы и отражателя, обеспечивая переменный эффект фокусировки – от широкого рассеянного света до узкого луча. Отражатели могут быть изготовлены из полированного металла, стекла или пластика с алюминизированным отражающим покрытием. Некоторые производители используют матовую или текстурированную поверхность, напоминающую "апельсиновую корку", вместо гладкого отражателя для улучшения однородности светового пучка. Если используется несколько светодиодов, каждый из них может быть помещен в свой параболический отражатель. Фонари, использующие систему "полного внутреннего отражения", имеют прозрачный оптический элемент (световод), направляющий свет от источника в луч; поверхность отражателя в этом случае не требуется. Для источника света заданного размера, более крупный отражатель или линза позволяют сформировать более сфокусированный луч, при этом улавливая ту же долю излучаемого света. Некоторые фонари используют линзы Френеля, что позволяет снизить вес линзы. Отражатель может иметь плоский прозрачный защитный экран для защиты от грязи и влаги, но в некоторых конструкциях используется пластиковая или стеклянная линза-лупа для формирования концентрированного луча. Защитный экран линзы или отражателя должен быть устойчив к ударам и воздействию тепла от лампы, а также минимизировать потери света из-за отражения или поглощения. Очень маленькие фонари могут не иметь отдельного от лампы отражателя или линзы. Некоторые типы ламп накаливания или небольших светодиодов имеют встроенную линзу. Отражатель формирует узкий, сфокусированный луч, который любители называют "дальнобойностью" (throw), в то время как свет, излучаемый вперед и не попадающий на отражатель, создает широкий рассеянный свет или "заливку" (spill). Поскольку светодиоды излучают большую часть света в полусфере, фонари с линзой, в которых светодиод направлен вперед, или фонари с отражателем, в которых светодиод направлен назад, излучают меньше паразитного света (spill). Фонари с переменным фокусом ("зум" или "от заливки к дальности") могут перемещать отражатель или линзу, либо сам светодиод; перемещение светодиода создает для конструктора проблему поддержания эффективного теплоотвода.

A reflector with an approximately parabolic shape concentrates the light emitted by the bulb into a directed beam. Some flashlights allow the user to adjust the relative position of the lamp and reflector, giving a variable focus effect from a wide floodlight to a narrow beam. Reflectors may be made of polished metal, glass, or plastic with an aluminized reflective finish. Some manufacturers use a pebbled or "orange peel", instead of a smooth reflector, to improve the uniformity of the light beam emitted. Where multiple LEDs are used, each one may be put in its own parabolic reflector. Flashlights using a "total internal reflection" assembly have a transparent optical element (light pipe) to guide light from the source into a beam; no reflector surface is required. For a given size of light source, a larger reflector or lens allows a tighter beam to be produced, while capturing the same fraction of the emitted light. Some flashlights use Fresnel lenses, which allow the weight of the lens to be reduced. The reflector may have a flat transparent cover to keep out dirt and moisture, but some designs have a plastic or glass "bulls eye" lens to form a concentrated beam. The lens or reflector cover must resist impacts and the heat of the lamp, and must not lose too much of the transmitted light to reflection or absorption. Very small flashlights may not have a reflector or lens separate from the lamp. Some types of penlight bulbs or small LEDs have a built in lens. A reflector forms a narrow beam called the "throw" in hobbyist parlance, while light emitted forward misses the reflector and forms a wide flood or "spill" of light. Because LEDs emit most light in a hemisphere, lens lights with the LED facing forward or reflector lights with it facing backwards radiate less spill. Variable focus "zoom" or "flood to throw" lights may move the reflector or lens or they may move the emitter; moving the emitter presents the designer with the problem of maintaining heat dissipation for the LED.

Выключатель управления

Оригинальные фонари 1890-х годов использовали металлическое кольцо вокруг корпуса фонаря из волокна в качестве одного контакта выключателя; второй контакт представлял собой подвижную металлическую петлю, которую можно было опустить, чтобы замкнуть цепь с кольцом. В фонарях использовалось большое разнообразие конструкций механических выключателей, включая слайдерные, качающиеся переключатели, а также кнопки, расположенные сбоку или на конце. Распространенной комбинацией является слайдерный переключатель, позволяющий оставлять свет включенным на длительное время, в сочетании с кнопкой мгновенного действия для прерывистого использования или подачи сигналов. (На более ранних моделях кнопка была выключателем, а слайдер просто фиксировал кнопку в нажатом положении.) Поскольку напряжение и ток невелики, конструкция выключателя ограничивается только доступным пространством и желаемой себестоимостью производства. Выключатели могут быть покрыты гибким резиновым кожухом для защиты от грязи и влаги, а также могут быть оснащены подсветкой для удобства поиска. Другой распространенный тип выключателя основан на повороте головной части фонаря. Фонари, устанавливаемые на оружие, могут иметь дистанционные выключатели для удобства использования. Электронные элементы управления позволяют пользователю выбирать различные уровни яркости или режимы работы, такие как предварительно запрограммированный мигающий маячок или стробоскоп. Электронными элементами управления можно управлять с помощью кнопок, слайдеров, магнитов, вращающихся головок или вращающихся регулировочных колец. Некоторые модели фонарей включают датчик ускорения, позволяющий им реагировать на тряску или выбирать режимы в зависимости от ориентации фонаря при включении. По крайней мере один производитель позволяет пользователям программировать функции фонаря через USB-порт. Электронное управление также может отображать оставшуюся емкость аккумулятора, напряжение или предоставлять информацию о перезарядке или автоматическом снижении яркости по мере разряда аккумулятора.

Материалы

Ранние фонари использовали трубки из вулканизированного волокна или твёрдой резины с металлическими торцевыми крышками. Для их изготовления применялось множество других материалов, включая вытянутую сталь, латунь, медь или серебро с гальваническим покрытием, а также дерево и кожу. Современные фонари обычно изготавливаются из пластика или алюминия. Пластики варьируются от недорогого полистирола и полиэтилена до более сложных смесей ABS или стеклонаполненных эпоксидных смол. Некоторые производители используют собственные пластиковые составы для своей продукции. Желаемый пластик для изготовления фонарей должен легко поддаваться формованию и обеспечивать достаточные механические свойства готового корпуса. Алюминий, в чистом виде, окрашенный или анодированный, является популярным выбором. Он электропроводен, легко обрабатывается и хорошо отводит тепло. Используются несколько стандартных алюминиевых сплавов. Другие металлы включают медь, нержавеющую сталь и титан, которые можно полировать для придания декоративной отделки. Цинк можно отливать в сложные формы. Магний и его сплавы обеспечивают прочность и теплоотвод, аналогичные алюминию, при меньшем весе, но они подвержены коррозии. Металлы могут быть вытянуты в трубчатую форму, или трубный экструдированный материал может быть обработан для нанесения резьбы для головной и хвостовой крышек, насечки для надёжного удержания, а также декоративных и функциональных плоских поверхностей или отверстий в корпусе. Светодиодные фонари могут иметь охлаждающие рёбра, выточенные в их металлических корпусах. Пластики часто формуются литьём под давлением почти в окончательную форму, требуя лишь нескольких дополнительных технологических этапов для завершения сборки. Металлические корпуса обеспечивают лучший теплоотвод для светодиода, но пластики не являются электропроводными и могут быть устойчивы к коррозии и износу.

Правила безопасности

Промышленные, морские, службы общественной безопасности и военные организации разрабатывают технические требования к фонарям для специализированных задач. Как правило, требуются минимальные значения светового потока, габаритных размеров, совместимости и долговечности батарей. Фонари могут подвергаться испытаниям на устойчивость к ударам, воздействию воды и химических веществ, а также на срок службы управляющего выключателя. Фонари, предназначенные для использования во взрывоопасных средах с горючими газами или пылью, испытываются на предмет исключения возможности воспламенения. Фонари, одобренные для использования во взрывоопасных средах, имеют маркировку с указанием органа сертификации (MSHA, ATEX, UL и т.д.) и символы, обозначающие условия, при которых проводились испытания. Фонари для взрывоопасных зон могут быть сконструированы таким образом, чтобы автоматически отключать лампу при ее повреждении, предотвращая воспламенение горючих газов. Нормативные документы для судов и воздушных судов устанавливают количество и общие характеристики фонарей, входящих в стандартное оборудование безопасности. Фонари для небольших судов могут требоваться водонепроницаемыми и плавучими. Вооруженные и другие службы могут выдавать определенные модели фонарей или устанавливать минимальные требования к их характеристикам, которым должны соответствовать сотрудники при самостоятельной покупке.

Стандарты производительности

Бывший стандарт армии США MIL F 3747E описывал характеристики пластиковых фонарей, работающих от двух или трех сухих батарей типа D, в прямом или угловом исполнении, и в стандартном, взрывозащищенном, термостойком, сигнальном и инспекционном вариантах. Стандарт описывал только фонари с лампами накаливания и был отозван в 1996 году. В Соединенных Штатах ANSI в 2009 году опубликовал базовый стандарт производительности фонарей FL1. Этот добровольный стандарт определяет процедуры и условия испытаний для общей светоотдачи, интенсивности луча, рабочей дистанции, ударопрочности и водонепроницаемости, а также времени работы от батареи до снижения светоотдачи до 10% от первоначального значения. Стандарт FL1 дает определения терминов, используемых в маркетинге фонарей, чтобы позволить потребителям сравнивать продукты, прошедшие испытания по этому стандарту. Стандарт рекомендует определенные графические символы и формулировки для упаковки продукта, чтобы потребитель мог идентифицировать продукты, протестированные в соответствии со стандартом. Испытания может проводить сам производитель или независимая испытательная лаборатория. Стандарт FL1 требует, чтобы измерения, указанные на упаковке, проводились с использованием батарей, входящих в комплект с фонарем, или с использованием указанного типа батареи. Первоначальная светоотдача измеряется с помощью интегрирующего сферического фотометра через 30 секунд после включения света с использованием новых (или полностью заряженных) батарей. Общая излучаемая световая энергия указывается в люменах. Интенсивность света определяется путем измерения самой яркой точки в луче, производимом фонарем, в канделах. Поскольку это мера всего света, излучаемого в телесном угле ("конус" света в определенном направлении), интенсивность луча не зависит от расстояния. Рабочая дистанция определяется как расстояние, на котором максимальная освещенность поверхности (освещенность) падает до 0,25 люкс. Это сопоставимо с полной луной в ясную ночь. Расстояние рассчитывается как квадратный корень из (интенсивности луча в канделах, деленной на 0,25 люкс); например, интенсивность луча 1000 кандел дает рабочую дистанцию, равную квадратному корню из (1000/0,25), или 63 метра. Результат указывается в метрах или футах. Рабочая дистанция определяется с точки зрения пользователя фонаря. Свет, направленный непосредственно на наблюдателя, может быть виден на темном фоне на расстоянии, во много раз превышающем это расстояние, особенно если наблюдатель использует приборы ночного видения. Время работы измеряется с использованием поставляемых или указанных батарей, и фонарь включается до тех пор, пока интенсивность луча не снизится до 10% от значения через 30 секунд после включения. Стандарт не оценивает поведение светоотдачи фонаря в течение времени работы. Фонарь с регулируемой мощностью может работать с медленно снижающейся светоотдачей, а затем резко выключаться, в то время как нерегулируемые модели могут иметь резко снижающуюся светоотдачу уже через короткое время. Производители налобных фонарей могут использовать другой стандарт, который оценивает время работы до падения светоотдачи до 1 люкса на расстоянии 2 метров; это значение не сопоставимо с измерением времени работы FL1. Ударопрочность измеряется путем падения фонаря в шести различных ориентациях и проверки его работоспособности и отсутствия крупных трещин или поломок; указывается высота, используемая при испытании. Водонепроницаемость, если она указана, оценивается после испытания на удар; внутри устройства не должно быть видно воды, и оно должно оставаться функциональным. Рейтинги указываются в терминах IP-кода, где струйное распыление соответствует IP X6, кратковременное погружение - IPX7, 30 минут погружения на глубине 1 метр или более - IP X8; (глубина указывается, если она превышает 1 метр). Рейтинг IP X8 по FL1 не означает, что фонарь подходит для использования в качестве подводного фонаря, поскольку протокол испытаний проверяет работоспособность фонаря только после погружения, а не во время погружения. Потребитель должен сам оценить, насколько условия испытаний ANSI соответствуют его требованиям, но все производители, тестирующие по стандарту FL1, могут быть сопоставлены на единой основе. Измерения света более непосредственно связаны с использованием фонарей, чем номинальная потребляемая мощность лампы (ватты), поскольку различные типы светодиодов и ламп накаливания сильно различаются по количеству света, производимого на ватт. Даже один и тот же светодиод или лампа в различных оптических системах будут иметь разные характеристики луча. Видимость объектов зависит от многих факторов, а также от количества света, излучаемого фонарем. Стандарт ANSI FL1 не определяет измерения ширины луча, но потребитель может использовать значения интенсивности в канделах и общей светоотдачи в люменах для оценки характеристик луча. Если у двух фонарей схожая общая светоотдача (в люменах), то устройство с более высоким значением интенсивности в канделах создает более концентрированный луч света, подходящий для освещения удаленных объектов; оно также будет иметь большую рабочую дистанцию. Если у двух фонарей схожая интенсивность в канделах, то фонарь с более высоким значением светоотдачи создаст более широкий луч и осветит большую площадь. Ширина луча (содержащего большую часть мощности луча, или "горячую точку") в несколько градусов соответствует прожектору, полезному для поиска удаленных объектов; ширина луча 20 градусов или более описывается как рассеянный свет, подходящий для освещения широкой близлежащей области. Обычно даже луч фонаря с небольшой горячей точкой имеет некоторое рассеянное освещение вокруг горячей точки. В 2018 году в Соединенных Штатах Underwriter's Laboratories опубликовал стандарт UL 1576 для фонарей и ламп, определяющий требования безопасности и испытания производительности.

The United States Army former standard MIL F 3747E described the performance standard for plastic flashlights using two or three D cell dry batteries, in either straight or angle form, and in standard, explosion proof, heat resistant, traffic direction, and inspection types. The standard described only incandescent lamp flashlights and was withdrawn in 1996. In the United States, ANSI in 2009 published FL1 Flashlight basic performance standard. This voluntary standard defines test procedures and conditions for total light output, beam intensity, working distance, impact and water resistance, and battery running time to 10% of initial light output. The FL1 standard gives definitions for terms used in marketing flashlights, with the intention of allowing the consumer to compare products tested to the standard. The standard recommends particular graphic symbols and wording for the product package, so that the consumer can identify products tested to the standard. Testing may be carried out by the manufacturer itself or by a third party test laboratory. The FL1 standard requires measurements reported on the packaging to be made with the type of batteries packaged with the flashlight, or with an identified type of battery. Initial light output is measured with an integrating sphere photometer, 30 seconds after the light is switched on with fresh (or newly charged) batteries. The total light emitted is reported in lumens. Luminous intensity is determined by measuring the brightest spot in the beam produced by the flashlight, in candelas. Since this is a measure of all the light emitted in a solid angle (the "cone" of light in a particular direction), the beam intensity is independent of distance. The working distance is defined as the distance at which the maximum light falling on a surface (illuminance) would fall to 0.25 lux. This is comparable to a full moon on a clear night. The distance is calculated from the square root of (the beam intensity in candelas divided by 0.25 lux); for example, a beam intensity of 1000 candelas produces a working range rating of the square root of (1000/0.25), or 63 meters. The result is reported in meters or feet. The working distance is from the point of view of the user of the flashlight. A light directly pointed at an observer may be visible against a dark background for many times this distance, especially if the observer has night vision equipment. Run time is measured using the supplied or specified batteries and letting the light run until the intensity of the beam has dropped to 10% of the value 30 seconds after switching on. The standard does not evaluate the behavior of the flashlight output during run time. A regulated flashlight may run at only a slowly declining output and then abruptly cut off, but unregulated types may have steeply declining light output after only a short time. Manufacturers of headlamps may use a different standard which rates run times until light output falls to 1 lux at 2 meters distance; this value is not comparable to the FL 1 runtime measurement. Impact resistance is measured by dropping the flashlight in six different orientations and observing that it still functions and has no large cracks or breaks in it; the height used in the test is reported. Water resistance, if specified, is evaluated after impact testing; no water is to be visible inside the unit and it must remain functional. Ratings are given in IP Code terms, where jet spray corresponds to IP X6, brief immersion to IPX7, 30 minutes immersion at 1 meter or more is IP X8; (the depth is reported if greater than 1 meter). An IP X8 rating by FL1 does not imply that the lamp is suitable for use as a diver's light since the test protocol examines function of the light only after immersion, not during immersion. The consumer must decide how well the ANSI test conditions match their requirements, but all manufacturers testing to the FL1 standard can be compared on a uniform basis. The light measurements are more directly related to the use of flashlights than is the nominal power input to the lamp (watts), since different LED and incandescent lamp types vary widely in the amount of light produced per watt. Even the same LED or lamp in different optical systems will show different beam characteristics. The visibility of objects depends on many factors as well as the amount of light emitted by the flashlight. ANSI standard FL1 does not specify measurements of the beam width angle but the candela intensity and total lumen ratings can be used by the consumer to assess the beam characteristics. Where two flashlights have similar total light (lumen) measures, the unit with the higher candela rating produces a more concentrated beam of light, suitable for lighting distant objects; it will also have a higher working distance. If two lights have similar candela ratings, the light with higher lumen value will produce a wider beam and will light a wider area overall. A beam width (containing most of the power of the beam, or "hot spot") of a few degrees corresponds to a spot light, useful for searching for distant objects; beam widths of 20 degrees or more are described as flood lights, suitable for lighting a wide nearby area. Typically even a flashlight beam with a small hot spot will have some light visible as "spill" around the spot. In 2018, in the United States, Underwriter's Laboratories published UL standard 1576 for flashlights and lanterns, outlining safety requirements and performance tests.