具体实施方式

在图1中的前正视图中示出了优选的电子蜡烛。该蜡烛是电子的并且使用发光二极管(LED)或其它电子光源而不是火焰来产生光，并且旨在以模拟燃烧的蜡烛的方式来操作LED。如图1中所示，电子蜡烛100包括基部102，该基部优选地为杯形，像可容纳茶灯或其它小蜡烛的小柱体一样。如图所示(参见图2)，基部102包括底部102a和向上延伸的侧壁102b，侧壁终止于边缘102c中，从而限定内部空间。优选的电子蜡烛还包括圆顶120，该圆顶优选地由玻璃或塑料形成，该玻璃或塑料可被磨砂处理或以其它方式被构造成为电子蜡烛内生成的光提供漫射效果。在一种型式中，圆顶在内表面上被磨砂，并且因此是半透明的，使得圆顶被照亮，并在LED点亮时产生发光的感觉。内灯泡116可由类似的材料形成，以便漫射来自LED的光，并且旨在产生灯丝或燃烧的灯芯的外观，从而在外圆顶内的空间中提供光集中的区域。

图1的优选的电子蜡烛在图2中在沿着图1中的平面2-2截取的截面图中进一步示出。该截面图中，一些附加的内部部件是可见的，包括上部印刷电路板114和下部印刷电路板106。电池112示出为定位在下部印刷电路板下方。电池以及上部印刷电路板和下部印刷电路板中的每一个都旨在被安装和容纳在基部内。外罩118朝向基部的上端部定位，并覆盖大部分其它部件，但是具有中心开口，该开口容许灯泡延伸穿过外罩，从而进一步容许来自上部印刷电路板上的LED的光照射到灯泡中。外罩还阻挡LED，使得它们不可以被使用者直接看到，因此来自LED的任何光仅当穿过灯泡时才可观察到。在该视图中，代表性的光线200、202、204示出为从安装在上部印刷电路板上的LED 130发出，并且首先朝向并穿过灯泡、然后朝向并穿过圆顶照射。

在图3中示出了优选的电子蜡烛的分解图。在底部处，基部102大体上形成为杯形，其具有被构造成容纳上述其它部件的内部容积。按钮104可装配到基部中，使得按钮的一部分延伸穿过形成在基部的底部中心处的孔103。按钮的上部部分定位成接触下部印刷电路板106上的开关107，以便打开或关闭电子蜡烛LED。应当理解，灯可以其它方式接通或切断，包括通过使用远程控制器、通过运动检测、通过计时器或其它手段。示出了多个螺钉108，用于在将印刷电路板和外罩安装到基部。可使用其它形式的紧固或安装，诸如粘合剂、铆钉、声波焊接或其它。

导电环101可设置在基部的底部处，以提供用于连接到充电站的接触点，充电站可为电子蜡烛系统的任选部分。在一种型式中，任选的导电环进一步通信地耦接到内部电池，以用于为充电电流从充电源向内部可充电电池的流动提供路径。

电池112安装在基部内。在图2的型式中，电池示出为安装到下部印刷电路板的底部，或相反在基部的下部部分处。在这种型式中，通/断开关能够以与上述不同的方式实施，其中开关或按钮居中地延伸穿过基部的底部。在图3的示例中，电池112可使用粘合垫110附接到下部印刷电路板的上部部分。上部印刷电路板将电池夹在上部印刷电路板和下部印刷电路板之间，并经由一个或多个线缆线束109a-c电附接到电池和下部印刷电路板。

灯泡或灯丝附接到上部印刷电路板的顶部部分，并且定位成使得由LED生成的光投射到灯泡的内部中。外罩118覆盖上部印刷电路板，并包括中心开口119以接纳灯泡，从而容许灯泡伸出穿过中心开口，同时将灯泡的基部保持在外罩和上部印刷电路板之间。最后，圆顶120附接到基部的上边缘，优选地以如下方式，在该方式中圆顶例如通过使用螺纹或卡口布置被可移除地附接。

在图4的顶部透视图中示出了LED 130的示例性布置，其中除了圆顶、灯泡和外罩之外的上述部件示出为安装到基部。如图所示，存在单个中心LED和布置成围绕中心LED的圆的多个外围LED。LED 130的集合也定位在圆形上部印刷电路板的中心处，并且因此在基部的上边缘的中心处。在图4的特定示例中，示出总共十二个LED。在本发明的其它型式中，可使用更多或更少的LED。在又一种型式中，提供附加的LED外环，使得存在中心LED和从中心LED向外延伸的两个或更多个同心LED环。

图5示出了优选的上部印刷电路板的俯视平面图，其中多个LED以优选的方式布置。应当理解，LED被示出和描述为安装到上部印刷电路板，但是它们可以不同的方式安装，而不是一般地安装在印刷电路板上，或者明确地安装在上部板上。同样地，在本发明的其它型式中，无需存在两个不同的印刷电路板。此外，在本发明的其它型式中，印刷电路板无需为圆形。

在图5的布置中，多个LED定位在上部印刷电路板114的中心处，其中中心LED 141定位在中间。十个外部LED 131-140的环以圆围绕中心LED。在该示例中，提供总共11个LED，但是如上所述，可使用更大或更小的数量。在该图示中，中心LED 141有阴影，指示其被点亮。外部LED 137中的一个也有阴影并且被点亮。四个其它的LED 138、139、135、136也有阴影并因此被点亮，但是处于比中心LED和第一径向LED 137更低的水平(即，更低的光强度)。其它LED没有阴影，并且因此指示为切断。这种布置使得由多个LED 130产生的总光更强烈地指向板的左下部分(根据观看图5的观察者的习惯)。这种光的取向旨在对应于蜡烛的取向，在该蜡烛中，火焰已被轻微地吹向相同的方向，或者无论出于什么原因已经以其它方式“闪烁”到那个位置。LED的其它组合可备选地被点亮并且处于不同的强度，以产生光已经闪烁或移动到相对于中心的不同位置，或者所述光已经返回到在中心处的最大强度位置的印象。

图6是包括更大系统的任选部件的电子蜡烛的优选电子部件的框图。在一种型式中，如图所示，电子蜡烛可包括红外(IR)遥控器210，其具有支持诸如处理器和存储器的可应用部件的印刷电路板。在一些型式中，IR遥控器可为简单的通/断遥控器，其被配置成在按下通/断按钮或开关时发送IR信号，而不需要处理器或存储器。提供诸如纽扣电池的电池210来给遥控器供电。

在一些型式中，电子蜡烛系统可包括充电平台220。优选地，充电平台包括构造成插入AC功率插座224中的AC/DC墙上适配器222。充电平台(未示出)可包括多个位置，用于在充电平台上的接触区域和电蜡烛的基部上的互补充电接触区域(诸如如上所述的金属环101)之间提供电连接。在一些型式中，在充电平台上提供几个这样的充电接触区域，诸如四个不同的充电接触区域。在其它型式中，充电平台可以不需要电触点，而是可采用感应或其它无线形式的充电。

在所示的系统中，电子蜡烛包括两个独立的印刷电路板(包括如上所述的上部板和下部板)，尽管在其它型式中可使用单个板。在参照图6进一步示出的示例性型式中，卫星板230对应于图2和图3的下部印刷电路板106。卫星板230包括用户按钮232，其对应于如图3中示出的接触开关107。卫星板230还包括反极性和过压保护电路234，其被配置成阻止负电源电压并保护主板240上的部件免于不期望地高(或负)的电源电压。

主板240包括微控制器242，微控制器242具有内部存储器，其具有可由微控制器操作的存储的编程指令，以实施如上所述的LED的受控操作。在一些型式中，可使用附加的外部存储器(尽管在本发明的优选型式中没有示出)。尽管微控制器被示出并合并在本发明的优选型式中，但是应当理解，可使用任何计算机处理器。在本说明书内，术语“处理器”应理解为通常包括具有一个或多个处理器核心的各种基于集成电路的计算机中的任何一种，诸如微控制器、计算机、数字信号处理器、控制器等。还应当理解，许多部件被示出和描述为包括在主板上，但是在其它型式中，所示出的部件中的任何部件可安装在除了主板上的位置，诸如在基部102内的其它位置。同样地，该系统被描述为具有存储在存储器中并可由处理器操作的编程指令，并且在一些型式中，存储器在处理器内部，而在其它型式中，存储器在处理器外部，或者是内部和外部存储器的组合。

在其中提供远程控制器(诸如IR遥控器210)的型式中，主板可包括IR远程接收器244。IR远程接收器通信地耦接到处理器242，以向处理器提供指示通或断状态的信号。任选地，主板可包括加速度计246。在这样的型式中，加速度计被配置成检测加速力(诸如使用者在电子蜡烛上摇动或轻敲，可能以需要多次轻敲的形式)并相应地向控制器提供信号。在从加速度计接收到这样的信号时，处理器将引起LED以像通/断按钮或开关一样的方式打开或关闭(并且启动或结束如下所述的照明模式)。

电池状态LED提供电池250的充电状态的点亮指示。在图示的示例中提供电池充电器252，并且电池充电器252通过墙上适配器222耦接到电池和功率输入端以用于给电池充电，功率输入端是AC功率插座224。尽管可充电电池是优选的并且被描述和示出，但是在其它型式中，可使用标准的不可充电电池。

LED驱动器260耦接到处理器和多个LED 130，引起LED在处理器的控制下以受控的点亮水平打开和关闭。在本发明的一种型式中，多达五个LED在任何时候以受控的顺序以这五个LED内不同的强度被点亮，以模拟蜡烛的闪烁。最优选地，点亮的LED将彼此相邻，并被控制以模拟光的位置相对于中心轴线A-A(参见图4)的径向、角向和强度变化，该中心轴线延伸穿过中心LED的中间，并且优选地也穿过基部102的中心。

在处理器内或否则可由处理器访问的存储器包含存储的编程指令，这些编程指令引起LED在处理器的控制下点亮，在优选的型式中，处理器根据示例性模式由图7至图11中的数据限定。实际的火焰蜡烛具有可在不同模式之间变化的火焰移动，包括在受约束范围内缓慢移动的安静模式、以方向和强度快速变化为特征的风吹模式、强度快速变化但方向移动较小的振荡模式以及位置和强度适度变化的温和模式。蜡烛能够以与这些模式之一一致的方式移动一秒或两秒到可能几秒之间的时段，然后改变到不同的模式，并且然后在如此短暂的时间段内继续改变到不同的照明模式。

在本发明的一种型式中，存储器包含的数据用于根据这样的模式通过控制模拟火焰的表观径向位置、角向位置和强度来控制LED的照明，并进一步控制特定操作模式的选择和该模式的持续时间。在一种形式中，如图所示，数据可以表格形式展示并存储在存储器中，像查找表一样，诸如图7至图10中所示。

考虑到电子蜡烛中LED中的每个的强度，表观火焰位置被限定为光强度的中心。表观火焰位置可在多个LED的中心处，或者可由于外围LED中的一个或多个的照明而从中心向外。当表观火焰位置为向外时，它可在特定的方向上，诸如朝向左下方，如参照图5所示。因此，表观火焰位置被限定为处于特定的角度(围绕中心在0和360度之间)，并且在沿着给定的半径距中心特定的距离处。此外，表观火焰的强度在给定的角向和径向位置处可取决于LED的照明强度而变化。

图7示出了对于径向位置参数的示例性数据表格。径向位置参数控制从LED的中心到外边缘的火焰的表观位置。例如，如果中心LED 141(参见图5)是接通的，但是周围的LED131-140都是切断的，则光(或感知到的火焰)在中心轴线处。点亮外环中的LED之一(诸如LED 137)将引起火焰的表观位置向外并沿着从中心轴线(或中心LED)朝向点亮的LED 137延伸的第一半径R1移动。中心LED和外部LED之间的强度变化将引起火焰的表观径向位置沿着选定的半径R1向外或向内移动。因此，例如，当关闭中心LED 141时，外部LED 137的完全点亮将引起表观火焰沿着半径R1完全向外移动。改变中心LED 141和外部LED 137的相对照度会引起光的强度中心沿着半径R1移动到任何期望的位置。同样地，仅点亮中心LED 141和不同的外部LED 136会引起表观火焰位置沿着第二半径R2移动到任何位置。此外，点亮中心LED和两个外部LED 136和137的组合会引起火焰的表观位置沿着位于LED 136和137之间的第三半径R3移动。LED点亮的其它组合可在不同的径向位置处产生对应于表观火焰位置的光。

在图7的表格中，存在四行数值，在最左边的列中标记为行0、1、2和3。各行对应于不同的操作模式，并且因此在图示的示例中存在四种模式。在其它型式中，可存在更多的模式或更少的模式。该表还示出三个主要类别，包括div、跨度和偏移。最大和最小div值(或频率约束值)由处理器使用来约束参数的随机化的频率。div值越低，参数可变化得越快。处理器使用随机值来确定径向参数可变化的频率，但是随机化受对于特定模式的最大和最小div值约束。

图7还示出了最大和最小跨度值，并且跨度确定参数可变化的范围。径向参数处理沿着单个半径(根据限定的跨度，该半径可延伸横跨中心，使得半径实际上是直径)从中心向外或从外围位置沿朝向中心的方向的移动。因此，跨度限定表观火焰位置沿着半径(其同样可为直径)的移动的距离。与频率一样，跨度由处理器以随机方式确定，但是受对于给定模式的最小值和最大值约束。

图7最后包括偏移最小值和最大值。偏移值是中性或预偏置的位置，使得表观火焰位置沿着半径的容许移动可从偏移+跨度到偏移-跨度变化。同样地，实际偏移被随机化，但是被约束在最小值和最大值之间。因此，径向控制数据限定径向位置参数的操作方式。特别地，它限定沿着特定半径的火焰的表观位置，包括沿着半径行进的距离和沿着半径的这种移动的频率。

图8提供控制表观火焰的角向位置的类似途径。虽然径向位置参数与沿着单个半径的移动有关(例如，沿着R1、R2或R3之一)，但是角向位置参数与表观火焰的角向位置有关。换句话说，角向位置参数与R1、R2或R3(或还有围绕LED的圆的任何其它半径)之一的选择有关。与图7一样，图8的表格提供对应于四种模式的四行数据，并且包括div、跨度和偏移值。div值同样控制参数可变化的频率，其中最小值和最大值约束随机确定的值。较高的值表示较慢的变化频率，并且在优选的型式中，角向位置受div值约束，使得径向位置以比角向位置更大的频率变化。

角向位置表格中的跨度值在0和360之间变化。在第一行(标记为行0)中，最小和最大跨度值为75和120。任何半径可被指定为零度半径，而其它半径可通过在完整的圆中顺时针或逆时针前进而被分配从零度半径直到360度的值。在一个示例中，如图5所示的半径R2可被指定为零度半径，使用顺时针惯例以达到360度并完成圆。来自图8的模式0将表观火焰的角向位置约束在位于75度处的半径(大体上对应于LED 138)和位于120度处的半径(对应于LED 139的附近)之间的位置。在模式1和模式2中，最小和最大为0和360，由此容许位置沿着圆内的任意半径移动。偏移最小和最大限定对随机化的最小和最大偏移的约束，如上所述，并且在图示型式中，最小和最大为0和360。因此，在给定模式下，表观火焰的实际角向移动能够以如上所述受约束的频率在偏移+跨度和偏移-跨度之间变化。此外，根据频率确定，径向位置参数和角向位置参数与在模式的操作期间变化的它们中的每一个相呼应。

图9提供对应于强度参数的优选数据表格，该强度参数指示表观火焰的总强度。在一种型式中，强度等于全部LED照度值的总和。与上述其它参数一样，存在最小和最大频率约束值、最小和最大跨度值以及最小和最大偏移值。因此，强度在特定模式下以受最小和最大频率约束(或div)值约束的随机频率在偏移+跨度值和偏移-跨度值之间变化，偏移+跨度值和偏移-跨度值也被随机化并受其最小值和最大值约束。在一种型式中，系统使用角度和半径将多个LED内的点位置确定作为强度中心。然后，系统根据LED与该点的距离为LED分配强度值，优选地包括分配给中心LED、强度中心的任一侧上的两个LED(如果在中心处没有单个LED)以及在以上指示的LED之外的两个LED的值。全部五个上述LED的总照度(或者对于单个LED而言，如果一个单个LED被确定为处于强度中心)被求和并与所计算的强度相匹配。

图7至图9呈现对于四种不同操作模式的数据，模式中的每种都具有限定的半径、角度和强度特性。在优选的型式中，每种模式都以可辨别的方式不同于其它模式，以便模仿对于真实火焰的不同闪烁模式。因此，在一个示例中，数据限定：第一模式，该第一模式与在受约束范围内的缓慢移动的安静模式一致(从而具有低变化频率，具有容许相对小的移动的跨度和偏移值)；以方向和强度的快速变化为特征的风吹模式(从而具有对应于高变化频率的数据，以及在径向参数、角向参数和强度参数方面更大的容许移动)；强度快速变化但方向移动较小的振荡模式(由高容许频率和较宽的强度许可范围限定，但受径向参数和角向参数约束)；以及位置和强度适度变化的温和模式(由容许中等水平频率变化和中等水平角向、径向和强度变化的适度数据值限定)。

图10呈现说明性的控制表格，其用来控制给定模式将被选择和实施的概率。一旦模式被选择，它就进一步控制该模式的操作的持续时间。在一个示例中，该表格包括持续时间值(标记为“dur”)，该持续时间值还包括限定在其期间模式可操作的秒数的最小值和最大值。模式的操作时长被随机化，并受最小值和最大值约束。

对于操作的任意模式的选择也被随机化，但是会因特定模式将被选择的概率而产生偏差。因此，控制数据优选地包括概率值(标记为“prb”)，该概率值是特定模式将被选择的预设概率。在图10的示例中，模式0具有40%的选择概率，模式1具有20%的概率，并且模式2具有40%的概率。标记为“mod”的最后一列是可关闭或打开每种模式的控制值。

参照图11的流程图进一步描述火焰的移动，该流程图示出通过由处理器操作的存储的编程指令使用如上所述的参数值实施的过程。该过程开始于第一框400，诸如当灯首先经由如上所述的远程控制器或开关接通时。在该步骤，在一种型式中，照度从切断（或零）被带至存储在处理器存储器中的初始值。在一种型式中，在启动步骤的总强度被带至介于0和组合LED的最大总亮度值之间的一半的值。在另一种型式中，启动将强度斜坡上升到最大值，并且然后回落到典型值，以模仿正常蜡烛在被点燃时的“突然燃烧”。

该过程然后前进到下一个框402，在该框中，处理器生成用于使用在如上所述随机函数中的随机种子。例如，随机种子可从诸如电池电压传感器的任何传感器读取一个或多个模拟输入，使用最低有效位来确保唯一的随机种子。随机种子的初始使用进一步确保如下：如果多个灯被同时打开，则所述多个灯在它们的行为方面将不同步。

该过程接下来前进到框404，使用随机函数来选择对于操作的模式中的一种。参照图7至图10中的表格，这可能是对模式0、1、2或3的选择。应当理解，图示的模式是代表性的，并且可存储更多或更少的模式以供选择和使用。同样地，在代表性模式中显示的值也是说明性的，并且其它模式可具有不同的存储参数值。在优选的型式中，该系统包括三种或更多种或者优选地四种不同的模式。在一个示例中，该系统包括在受约束范围内提供缓慢移动的第一模式、提供以方向和强度快速变化为特征的风吹效果的第二模式、提供强度快速变化但方向移动较小的振荡效果的第三模式、以及位置和强度适度变化的温和移动的第四模式。

如上所述，使用分配给限定的模式的概率值(诸如与图10中所示的值一样)来选择操作模式。在这个阶段，该过程还以如上所述的方式为所选择的模式确定随机(但受约束的)持续时间。

一旦确定开始模式和持续时间，该过程就前进到下一个框406，在该框中处理器中存储的编程指令引起对径向位置、角向位置和强度参数的选择。对于给定的径向位置、角向位置和总强度，处理器将确定LED 130中的每个的强度值。在较低的强度值下，在确定的径向和角向位置附近的较小数量的LED将足以产生总强度。但是在较高的总强度值下，局部LED必须被最大程度地点亮，并且更多数量的周围LED也必须被点亮。通过控制点亮的LED的数量和每个单独的LED的强度，可在维持所选择的径向和角向位置的同时实现期望的总强度。

该过程在框408继续，按照需要通过点亮LED来开始实施所选择的模式，以实现由径向位置和角向位置以及总强度限定的表观火焰位置。在由模式限定并且在模式的限定内随机化的频率速率下，表观火焰位置根据新计算的径向偏移、角向偏移和强度值不断变化。在上面确定的模式的持续时间内，以这种方式继续采用所选择的模式。

如上所述，在该模式的操作内，该过程以足以根据所确定的频率实现调整后的参数的速率，不断地确定新的表观火焰位置参数。如由决策框410所指示，该过程不断地评估持续时间是否已经过去，并且如果没有则其继续实施所选择的模式。一旦达到持续时间，该过程就返回到框404以用于选择不同的操作模式。尽管图11示出在对于给定模式的持续时间完成之后临时发生的选择，但是应当理解，可在任何时候选择下一个模式，包括在当前操作模式完成之前。此外，在优选实施例中，模式的选择以随机方式执行。在其它型式中，模式的布置可诸如通过包含模式的实施顺序的表格以伪随机的方式预设，其中顺序是冗长的伪随机列表。然后，以与上述相同的方式实施新模式，其中过程移动到框406以选择对于新模式的开始参数。上述过程在此过程中继续循环，直到关闭或电池耗尽。

虽然已经如上所述示出和描述本发明的优选实施例，但是在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可做出许多改变。因此，本发明的范围不受优选实施例的公开内容限制。相反，本发明应当完整地通过参考下面的权利要求书来确定。