CN1876500A

CN1876500A - 防碰撞的光信号装置

Info

Publication number: CN1876500A
Application number: CNA2006101060575A
Authority: CN
Inventors: P·艾维克; P·米利特; E·本那福斯
Original assignee: ECE SAS
Current assignee: Safran Electronics and Defense Cockpit Solutions SAS
Priority date: 2005-06-06
Filing date: 2006-05-29
Publication date: 2006-12-13
Also published as: EP1731423B1; DE602006003472D1; FR2886713A1; EP1731423A1; ATE413329T1; US20070002572A1

Abstract

主要用于装在飞行器机翼上的光信号装置，包括多个装在支撑3上的照明元件5，7以及将各照明元件5，7一起发出的光线成形的元件，所述光线成形元件带有反射元件8，9，每个反射元件的反射面8a，9a包括至少一个基本为锥形的部分。照明元件5，7的光轴的方向与待发射光线的方向基本垂直。

Description

防碰撞的光信号装置

本发明涉及光信号装置，特别是一种装在飞行器上的防碰撞的光信号装置。

更具体地说，本发明涉及一种包括多个装在支撑上的照明元件以及将各照明元件一起发出的光线成形的元件，光线成形元件带有反射元件，反射元件的反射面包括一个基本为锥形的母线。

从文献WO 03/095894知道一种光信号装置，该装置包括一个总横截剖面为抛物线形状的反射器，反射器中装有光电二极管网，这些二极管之间排成直线，并将这些二极管布置在由反射器限定的抛物线的聚焦轴附近。光电二极管朝向待照射的方向。该装置还包括一个能够将二极管发出的但没有被反射器反射的光重新朝向待照射方向的聚焦透镜。

这种光信号装置的缺陷在于为获得比较强的光线而设置大量光电二极管。此外，该装置需要聚焦透镜，这样就大大提高了成本，而且没有对防碰撞装置提出任何建议。

因此本发明旨在克服这些缺陷，提出一种特别能用作防撞装置的光信号装置，该装置紧凑，而且在给定照度下降低能量消耗。

本发明另一个目的在于提供一种能够得到不均匀光线角度分布的光信号装置。

根据本发明的一个方面，主要用于装在飞行器机翼上的光信号装置包括多个装在支撑上的照明元件以及将各照明元件一起发出的光线成形的元件，所述光线成形元件带有反射元件。每个反射元件的反射面包括至少一个基本为锥形的部分。根据本发明的一个方面，照明元件的光轴被安装成使被发射光线的大部分的方向基本与照射方向垂直。

换句话说，将照明元件设置在能使发射光线的大部分的方向朝向反射元件的反射面。

根据这种布置，可以获得比用传统光信号装置得到的光照效率高许多的光照效率，本发明装置的效率约为70％。

照明元件的光轴相对于照射方向的定向不仅减少了光信号装置的能量消耗，而且还减少了为得到光束所需要的照明元件的数量，所述光束根据所要求的照射截面具有所需要的强度，可以根据规定提出强度。

因而就可以得到使所装的照明元件数量减少，而且有利于使装置紧凑的光信号装置。

所述反射面最好出自基本为锥形的母线，将照明元件的光轴定向成基本与所述母线轴垂直。

反射面最好沿与反射面的母线轴基本垂直的轴具有转动对称性。

换句话说，反射面沿与照明元件的光轴基本平行的轴具有转动对称性。这样的反射面的好处在于能够设计出特别紧凑的光信号装置。

反射元件最好被用于保证增大第一角区中发射的光线强度，将该反射元件做成能够将来自照明元件的光线直接发送到第二角区的形状，应当根据所述第一和第二角区形成的角度区域发送光线。

换句话说，反射元件不仅具有对照明元件发出的光线定向的作用，而且还有能够满足有关规定可能提出的要求的准直作用。事实上，在将光信号装置装在飞行器机翼上时，该装置要受到某些规定限制，特别是FAR(英语是《FederalAviaton Regulation》)，该规定提出的要求主要是被发射光线的特性，即发射强度和区域。因此反射元件用于遵守这些要求。

通过部分抛物线可以产生反射面，照明元件基本处在抛物线的焦点处。

由反射面和各个照明元件的位置形成的抛物线的参数最好构成将所述照明元件发出的光线成形的元件。

在一个实施模式中，反射面的母线是半抛物线。这种实施模式还可以提高装置的紧凑型，在将该装置装在飞行器上时，主要能够减少装置的迎面阻力。

照明元件可以包括光电二极管。用光电二极管产生光线是有利的，只要这些二极管使用寿命长，其使用寿命明显高于白灼灯的使用寿命，它要求相隔较长时间进行保养工作。

最好对反射元件的反射面进行表面处理。

光线成形元件最好由反射元件构成。

光线成形元件最好包括一个盘形电路，照明元件装在该电路上。

在一个实施模式中，主要装在飞行器机翼上的光信号装置带有第一和第二组分别装在第一和第二电路上的照明元件，能够遮挡分别来自第一和第二组照明元件的光线以便使发射的光线成形的第一和第二反射元件。反射元件包括配有至少一个基本锥形部分的反射面，将照明元件的光轴定向，使其基本垂直于待照射的方向。

根据一个基本特征，沿轴向方向将第一反射元件装在第一和第二电路之间。

由此，利用这样的装置，就能在半区域中得到不均匀角度分布的光线。这个主要通过将反射元件设置在装置的支撑底座的同一侧得到。

换句话说，根据相同的总方向例如垂直向上的方向布置光线反射元件的方向。

因此，就在一个平面的同一侧布置两排或层在轴向彼此错开的反射元件。反射元件被堆积起来。

通过阅读了下面结合附图详细描述的作为非限定性例子的实施方案将会更清楚地理解本发明，其中：

图1是根据本发明第一实施模式的光信号装置的侧面立视图；

图2是图1光信号装置的局部示意图；

图3是说明图1光信号装置所需要的光线角度分布的示意图；

图4是说明由图1光信号装置所发出的光线相对于规则所需要的分布的角度分布曲线图；和

图5是根据本发明第二实施模式的光信号装置的侧面立视图。

如图1所示，总体上用标号1表示的光信号装置基本沿垂直支撑轴2延伸。

将装置1装在飞行器上，例如直升机或飞机上，该装置发出周期亮光形式的光信号由信号表示存在装有该装置的飞行器，因而构成防碰撞装置。

现在参见图3，装置1在工作时应当在一个水平平面内并根据一个垂直平面内的不均匀角度分布发射出360°的光线，所述分布相对于水平平面例如从0°扩展到+75°。

需要遵守的沿垂直平面的角度分布逐步减小，这种角度分布包括一连串的角度分区，每个分区构成一个强度平台。角度分区形成一个角度范围，光线应当根据该角度范围发射。

角度分布包括的第一角度分区S1从θ₀-θ₁扩展，它们相对于水平平面分别为0°和+5°，在该分区内光线所要求的有效光强最大，例如至少是600cd。所述有效光强根据Blondel-Rey法计算。

当然，也可以考虑采用不同级别的最小光强，例如400cd，150cd，甚至100cd。该强度是装置1在角度分区内需要遵守的最小强度。

第二角度分区S2从θ₁-θ₂扩展，θ₂相对于水平平面为+10°，在该分区内的光强为最大光强的60％。第三角度分区S3从θ₂-θ₃扩展，θ₃为+20°，在该分区内光强为最大光强的20％。第四角度分区S4从θ₃-θ₄扩展，θ₄相对于水平平面为+30°，在该分区内光强为最大光强的10％。最后，第五角度分区S5从θ₄-θ₅扩展，θ₅相对于水平平面为+75°，在该分区内光线强度为最大光强的5％左右。

现在重新参见图1。为了得到这种角度分布，光信号装置1包括一个底座3，此处的底座为圆柱形，它的一个面上带有第一电路4。

电路4的总形状为圆柱形，其周边相对于底座3的周边明显向内偏移，该电路包括第一组照明元件5，它们靠近第一电路4的周边在圆周上均匀分布，此处的照明元件有12个。将照明元件5设置在电路4的上表面上，将电路4的下表面固定在底座3上，而底座本身被装在飞行器上。

与电源(未示出)相连的电路4能够向第一组照明元件5发送供电信号，例如齿形信号，该信号的频率适合于使光按照预定周期发射，例如45次闪光/分钟。第一组照明元件5被装在电路4的上表面上，电路4的下表面被装在大直径的底座3上，而底座本身被装在飞行器上。

装置1还包括圆柱形的第二电路6，该电路的径向尺寸明显小于第一电路4的径向尺寸。通过组装两个U形半电路(未示出)可以得到该电路6，第二电路的总体形状也可为盘形。

电路6相对于电路4沿轴向朝上偏移，刚性地将该电路6固定在电路4上(未示出)。该电路6包括第二组照明元件7，它们靠近电路6的周边在圆周上均匀分布，此处的照明元件有8个，将这些照明元件连接到与电路4相连的电源上。第一和第二组照明元件5，7基本按轴2的相同径向距离设置。第一和第二组照明元件5，7包括光电二极管，例如Lumileds LUXEON1W型光电二极管，它在2π球面体的立体角内发射。

该装置1包括使第一和第二组照明元件5，7发射的光线成型的成形元件，成形元件包括例如反射器的反射元件8和9，反射器上分别带有反射面8a，9a，反射面包括基本为锥形的部分，此处的轴向剖面总体上为半抛物线型。此处用《包括基本为锥形的部分的表面》表示由锥形产生的表面，或是由一系列用切线延续的圆或环产生的表面，所述这些圆或环可以类似于一个锥形。

沿轴向将反射元件8装在所述电路4的上表面和所述电路6的下表面之间。将反射元件8安装和固定在第一组照明元件5附近的底座3上，同时径向朝内偏移。同样，将反射元件9安装在第二组照明元件7附近的底座3上，同时径向朝内偏移。此处反射面8a，9a是凹的，然而也可以考虑用凸的反射面8a，9a。最好对反射元件8，9进行光学处理，它们遮挡光线的反射能力约为90％。

将第一和第二组照明元件5，7共同发出的光线的反射元件8，9设置成能朝反射面8a，9a的方向发射一部分光线，这些反射元件能够得到强度均匀的光线，光线在水平方向上按照360°的角度分布，其沿垂直方向的分配遵守图3看到的垂直分配。反射元件8，9确保增大沿第一角度区域发射的光强，所述第一角度区域就是在0°和+10°之间扩展的第一角度分区S1，S2(图3)，照明元件5，7直接将光束发送到第二角度区域中，第二角度区域就是在+10°和+75°之间扩展的角度分区S3，S4和S5(图3)。

如图2所示，将光线反射元件8的反射面8a设置成能遮挡来自第一组照明元件5的光线，这些光线按照与水平面成的角度基本大于75°的角发射，利用反射面8a的形状，按照允许的角度范围反射光线，发送的光强提高。

利用半抛物母线绕轴2的转动产生反射面8a，母线的方程式是y＝(2px)^1/2。半抛物线的转动轴2在此处基本垂直于反射面8a的母线轴10，所述反射面的母线轴基本被引向需照明的方向。母线轴10相对于基本水平轴的偏离角度可以在0-10°。处在电路6附近的反射面8a的外缘在径向上相对于照明元件5朝外偏离。

最好使照明元件5处在半抛物线的焦点上。将照明元件5设置在电路4上，照明元件5的每个光轴或定向轴5a的方向基本垂直于反射面8a的母线轴10。换句话说，照明元件5所处的位置能将光线主要向反射元件8的反射面8a发射，也就是朝上发射。

应注意的是，要选择产生反射面8a的母线方程的参数p以及第一组照明元件5相对于该半抛物线焦点的位置，以便在反射以后得到平行射线。光线反射元件8的反射面8a可以将发出的射线反射，同时射线的光强增加了。

同样，反射元件9的反射面9a的横截面形状也为半抛物线型，其形状和方向的关系式为y＝(2px)^1/2，以便遮挡来自照明元件7的光线，这些光线按照基本大于60°的角发射，以便按照允许的角度范围反射光线。形成反射面9a的抛物线公式中的参数p等于2。将照明元件7基本设置在半抛物线的焦点上，以便得到平行反射光线。将照明元件7设置成能使所述元件7的每个光轴基本与反射面9a的母线轴垂直。

装置1还包括一个被固定到底座3的周边上的罩11，该罩盖住装置的不同元件。罩11是透光或半透光的，例如可以用浇注合成材料制成。罩11的总体形状可以是圆柱形，也可以考虑用流线型。

装置1还包括一个例如散热器的换热元件(未示出)，可以将换热元件装在底座3上，以便能够将因照明元件5，7发出的光线的辐射和所述光线的反射所产生的热量排放到装置1的外面。最好将反射元件8，9直接装到散热器上，从而能够很好地排放热。还可以考虑将散热器与反射元件8，9成一体地制成，以便增加热量的排放。散热器可以是椭圆状，它基本沿轴10延伸，从而在装置1装到飞行器上时减少可能出现的阻力。

在工作时，分别用反射元件8，9的反射面8a，9a回收出自照明元件5，7的光线，以便根据允许的角度范围将这些光线按照基本平行发出的光的结合体的形式反射，此处所允许的角度范围为0-75°。

利用横截面基本为锥形，最好总体形状为半抛物线型的反射面8a，9a以及使这些表面8a，9a的相对布置的优点在于能够使得照明元件5，7根据允许的角度范围发出的光线不均匀，而且还使得根据第一角度范围发出的光强增大，这里的第一角度范围是0-+10°之间。

当然，也可以考虑采用轴向截面为椭圆形或双曲线形的反射面8a，9a。还可以考虑采用例如与抛物线类似的反射面，反射面由多个小平面构成。

图4表示由光信号装置所发出的光线强度的角度分布和由需遵守的规则所需要的角度分布，这两个分布分别为曲线12和13。

发出的基本不均匀的光线的角度分布应当在θ₀和θ₅之间扩展。须遵守的角度分布13以阶梯式减少，并包括一连串不同的角度分区。这种分布包括第一阶梯，第二阶梯，第三阶梯，第四阶梯和第五阶梯，在第一阶梯中光强对应于最大的I₁，在第二阶梯中光强I₂是光强I₁的60％，在第三阶梯中光强I₃是光强I₁的20％，在第四阶梯中光强I₄是光强I₁的10％，在第五阶梯中光强I₅是光强I₁的5％。

对于曲线12的在θ₆和θ₇之间扩展的第一部分，这两个角度的值分别为-75°和-10°，光强基本为零。曲线12的上升的第二部分在约5°的θ₇和θ₈之间扩展，该第二部分的斜率基本是常数，并且具有最大的强度I₈，基本为强度I₁的120％。下降的第三部分延续所述第二部分，该第三部分在约17.5°的θ₈和θ₉之间扩展，该第三部分的斜率与第二部分的斜率基本相反。第四部分斜率基本为零，它在50°的θ₉和θ₁₀之间扩展，然后是下降的第五部分在θ₁₀和θ₅之间扩展，由装置1发出的光强显然比θ₅处要求的光强I₅高。不论角度如何，由光信号装置发出的光强(曲线12)都高于由规则限定的光强(曲线13)。

图5示出的是一种变型实施例，其中相同的元件有相同的标号，不同之处在于反射元件9的径向尺寸小于反射元件8的径向尺寸。换句话说，反射元件8的周边相对于反射元件9的周边在径向上向外偏离，此处认为是从轴2向外偏离。因此可以设想电路6的外周边相对于反射元件8的下端径向朝内偏离，同时将照明元件7设置在限定反射面9a的半抛物线的焦点上。利用这种布置，电路6最好能用单个预制好的环构成，所述照明元件7装在该环上，同时可以方便地安装反射元件8。

在一种变型实施例中，根据所需要或所要求的光束强度，还可以考虑用一个含有单个反射元件的装置1，或是含有多于两个反射元件的装置1。

不论采取哪个实施模式，光信号装置可以根据角度区域得到不均匀的来自照明元件的光线以及使发出的光强局部提高，但不需要特殊元件来提高所述的光强，利用单个光线成形元件实现光线的反射和光强的局部增大。

另外，利用横截面总体为半抛物线的反射面以及照明元件的光轴相对于反射面的母线基本垂直的定向可以得到特别紧凑的装置。

Claims

1.一种主要用于装在飞行器机翼上的光信号装置，包括多个装在一个支撑上的照明元件(5，7)以及将各照明元件一起发出的光线成形的元件，所述成形元件带有反射元件(8，9)，反射元件的反射面(8a，9a)包括至少一个基本为锥形的部分，其特征在于照明元件(5，7)的光轴的方向基本与待照明的方向垂直。

2.根据权利要求1的装置，其特征在于所述反射面(8a)出自基本为锥形的母线，将照明元件(5)定向成基本与所述母线的轴(10)垂直。

3.根据权利要求2的装置，其特征在于反射面(8a)沿与反射面(8a)的母线轴(10)基本垂直的轴(2)具有转动对称性。

4.根据上述任一权利要求的装置，其特征在于所述反射元件(8，9)被用于保证增大第一角区(S1，S2)中发射的光线强度，将该反射元件做成能够将来自照明元件(5，7)的光线直接发送到第二角度分区(S3，S4，S5)的形状，所述第一和第二角度分区形成角度区域(S1，S2，S3，S4，S5)，光线应当按照该角度区域发射。

5.根据上述任一权利要求的装置，其特征在于通过部分抛物线产生反射面，所述照明元件基本处在抛物线的焦点处。

6.根据权利要求5的装置，其特征在于反射面的母线是半抛物线。

7.根据上述任一权利要求的装置，其特征在于照明元件(5，7)包括光电二极管。

8.根据上述任一权利要求的装置，其特征在于对反射元件(8，9)的反射面(8a，9a)进行表面处理。

9.根据上述任一权利要求的装置，其特征在于光线成形元件由反射元件构成。

10.根据上述任一权利要求的装置，其特征在于该装置包括盘形电路(6)，所述照明元件(7)装在该电路上。