JP2010536630A - 航空機用照明装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、航空機用照明装置に関し、特に、着陸及び地上走行で使用される航空機用照明装置に関する。本発明は、第１の方向(9)の主ビーム軸を備えた第１の光源(5)と、第１の方向(9)とは異なる第２の方向(10)の主ビーム軸を備えた第２の光源(6)とを含む。記第１及び第２の光源(5,6)は、これらの光源に供給される電力の変化により、第１及び第２の光源を組合せて複数の異なる方向に正味の光ビームを生成できるように構成されている。

Description

本発明は、航空機用照明装置に関する。詳しくは、着陸及び地上走行の一方または両方で使用される航空機用照明装置に関するが、これに限定されるものではない。

航空機が着陸するときの照明状態が良好でない場合、パイロットが航空機を安全に着陸させるために、航空機の前方の滑走路を航空機から照明する必要が生じる。このような照明状態は、天候不良や夜間の着陸の際に生じる場合がある。また、航空機には、着陸時に、例えば５°以上ピッチが変動することがあり、これによって、航空機前方の照明が望ましい領域の位置も、航空機に対して変動する。

既存の航空機用照明装置は、タングステン白熱ランプを含んでいる。このタングステン白熱ランプは、航空機底部の前端に配置され、航空機が着陸進入を開始したときに点灯する。また、航空機が着陸した後、地上走行により着陸帯から出るときに、滑走路を照明する必要がある場合もあり、この際にもタングステン白熱ランプが使用される。このタングステン白熱ランプは、着陸用の照明装置とは別に点灯する場合もあり、あるいは、着陸用の照明装置とともに点灯する場合もある。

しかし、タングステン白熱ランプは、効率が低く、使用時に大量の熱が発生する。また、タングステン白熱ランプは、典型的には、広い強度分布を有する。したがって、航空機の着陸時に、意図された領域を照明する光は、総光出力のうちの少量に過ぎない。

さらに、タングステン白熱ランプは、航空機の振動によりその寿命が短くなるため、例えば３０時間から１００時間の使用時間の後に交換が必要となる。これによって、航空機の維持費及び運航費が増大する。また、故障率が高いため、航空機の照明システムに高いレベルの冗長性を組み込む必要があり、これによって航空機の重量が増大する。

航空機の重量を増大させる他の要因は、航空機が着陸する際に、航空機のピッチ姿勢、高度、及び対地速度が変動することである。この結果、滑走路の照明を要する領域が変動する。そして、これらの領域を十分に照明するために、航空機に複数の照明装置を備え、複数の照明装置のそれぞれが、航空機に対して異なる領域を照明するように配置して、航空機の位置及び対地速度の変動を補償する必要が生じる可能性がある。照明装置の数が増加すれば、航空機の重量も増大する。そして、周知のように、重量の増大は、航空機にとって不利なものである。

従来、様々な照明位置をとるように照明装置を作動させるモータを備えた航空機用照明装置も存在する（例えば、メッツ（Ｍｅｔｓ）等に付与された米国特許第５３５５１３１号）。しかし、この場合、モータを付加することによって、航空機用照明装置の重量及び複雑性が増大する。

米国特許第５３５５１３１号明細書

本発明は、先行技術に関する上述した欠点の１つまたは複数を軽減または克服するためになされたものである。

本発明に係る航空機用照明装置は、第１の方向の主ビーム軸を備えた第１の光源と、前記第１の方向とは異なる第２の方向の主ビーム軸を備えた第２の光源とを含んでおり、前記第１及び第２の光源は、これらの光源に供給される電力の変化により、前記第１及び第２の光源を組合せて複数の異なる方向に正味の光ビームを生成できるように構成されている。

ここで、光源の主ビーム軸は、光源から射出される光の強度が最大となる方向である。そして、正味の光ビームは、第１の光源から射出される光の分布と第２の光源から射出される光の分布とが重ね合わされることによって生成される。

本発明に係る航空機用照明装置によれば、有利なことに、単一の照明装置によって、複数の異なる方向を照明することが可能となり、さらに有利なことに、照明装置のいかなる要素についても、それを動作させるモータを要することなく、複数の異なる方向を照明することが可能となる。

本発明は、航空機用照明装置の照明方向を変化させる方法も提供するものである。この方法は、少なくとも２つの異なる主照明軸を備えるように構成された複数の光源を含む航空機用照明装置を準備する段階と、前記複数の光源の組合せによって生成される正味の光ビームの方向が変化するように、前記複数の光源に供給される電力を変化させる段階とを含むものである。

本発明に係る方法によれば、有利なことに、航空機の着陸または地上走行の間に照明装置の照明方向を変動させることが可能となり、その結果、これらの機動の間の航空機のピッチの変動を補償することができる。照明方向は、航空機のピッチ、及び／または、航空機の任意の他の空間的特性または時空間的特性に応じて変動させるものであってもよい。このような変動は、制御ユニットによって実施されるものであってもよく、この制御ユニットは、照明装置の一部を構成するものであってもよい。

以下、例示のみを目的として、添付図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。

図１は、正味の光ビームの制御原理を説明するための図である。 図２は、本発明の第１実施形態における照明装置の側断面図である。 図３は、本発明の第１実施形態における照明装置の正面図である。 図４は、本発明に係る照明装置の、航空機との接続を示す側断面図である。

図１は、本発明に係る照明装置で用いられる、正味の光ビームの制御原理を示すグラフである。グラフの横軸は、ビーム方向を度（°）単位で示すものであり、０°は水平を意味する。この水平は、航空機に適用する場合、航空機の前方部分から後方部分までの水平軸を表すものとすることができる。グラフの縦軸は、ビームの強度を示す。したがって、ベル形曲線１は、第１の光源の強度の角度分布を示すものであり、その主ビーム軸（光の強度が最大になる方向）は、−２°である。ベル形曲線２は、−１°の主ビーム軸を備えた第２の光源の強度を示しており、第２の光源の強度及び分布は、主ビーム軸を除いて、第１の光源と同一である。この例において、第１及び第２の光源で発生している強度は、その最大強度の５０％である。ベル形曲線３は、第１及び第２の光源が組合され、第１の光源の強度と第２の光源の強度が重ね合わされることにより、−１．５°の主ビーム軸を備えた正味の光ビームが生成されることを示している。

第１及び第２の光源に供給される電力を変化させることにより、正味の光ビームの主ビーム軸を変化させることができる。例えば、正味の光ビームに要求される方向が、−１．５°と−１°の間であった場合、第１の光源に供給される電力を、（例えば最大強度の４０％に）低減させ、第２の光源に供給される電力を、（例えば最大強度の６０％に）増大させると、各ビームの重ね合わせにより、−１．５°と−１°の間の正味の光ビームが得られる。

図２は、本発明の一実施形態の側断面図であり、図３は、図３に示す実施形態の正面図である。照明装置４は、４個の発光ダイオード（ＬＥＤ）５、６、７、８を含み、これらのＬＥＤは、２×２形に配列されている。この例における照明装置は、それぞれ異なる方向を向いた４個のＬＥＤを備えるものであるが、別の実施形態において、共通の方向を向いた複数のＬＥＤを備えるものであってもよい。例えば、本実施形態におけるそれぞれのＬＥＤを、ＬＥＤアレーと置き換えることができる。また、ＬＥＤを異なる態様に配列することもでき、例えば、４×１形に配列するものであってもよい。さらに、ＬＥＤの数を異なるものとしてもよく、例えば、２個から１０個までの任意の数のＬＥＤを使用することができる。

ＬＥＤは、他の光源と比較して小型かつ軽量であるため、有利に使用される。さらに、ＬＥＤは、狭い分布を有する光を生成するために必要な光学要素を非常に小さくすることができ、また、このような光学要素が、ＬＥＤ及びその筐体に内蔵されていることが多い点でも有利なものである。対照的に、白熱ランプでは、大型で重量のある反射器及びレンズが必要となる。また、ＬＥＤは、様々に異なるレベルで電力を供給することが可能であり、かつ、強度が変化する間の遷移時間が短い。また、ＬＥＤは、長寿命であり、タングステン白熱ランプのように、航空機の振動に対して脆弱でもない。

本実施形態と関連させた説明は省略するが、本発明に係る光源装置は、少なくとも１つの光源に関連付けられた集束要素を含むものであってもよい。

本実施形態における航空機用照明装置は、例えば、機首、主脚、または、翼の前縁等の航空機の外側に取付けられるように構成される。

ＬＥＤ５、６、７、８は、それぞれ異なる方向（−４°、−６°、−２°、０°）を向くように配置されており、この方向によって各ＬＥＤの主ビーム軸が定まる。これらの方向を示す角度は、航空機の水平軸によって定義される水平軸に対する角度である。図２には、ＬＥＤ５の主ビーム軸９と、ＬＥＤ６の主ビーム軸１０が示されている。照明装置４は、ＬＥＤの方向が照明装置に対して固定されるように構成されている。したがって、０°の方向を向くＬＥＤ８は、航空機の水平軸に沿って前方を向くものであり、−２°の方向を向くＬＥＤ７は、この水平軸から２°下がる方向に沿って前方を向くものである。本実施形態では、０°（ＬＥＤ８を最大に発光させた状態）と−６°（ＬＥＤ６を最大に発光させた状態）の間の主ビーム軸を備えた照明を実施することができ、また、各ＬＥＤで発生する光を重ね合わせることにより、この範囲の多数の異なる方向の照明を実施することができる。

図４は、図２を参照して説明した照明装置を、ＬＥＤ５、６、７、８を防護するための透明カバー１１、ＬＥＤが取付けられる本体１２、航空機の電力システム１４並びに航空機のピッチ及び高度の情報１５と接続する制御ユニット１３、及び、航空機に取付けるために本体１２から延びる突起部１６を備えた状態で示す図である。

照明装置は、制御ユニット１３に接続される。本実施形態では、制御ユニットは、照明装置の一部を構成するものであるが、照明装置と制御ユニットとを別個に設けるものであってもよい。制御ユニット１３は、ＬＥＤ５、６、７、８のそれぞれに供給される電力を変化させることによって、ＬＥＤ５、６、７、８の組合せにより生成される正味の光ビームを変化させることが可能なように構成されている。制御ユニット１３は、航空機の電力を、例えばパルス幅変調を使用して、照明装置のＬＥＤを駆動するために適切な形に調整するように構成されるものであってもよい。

また、制御ユニット１３は、航空機の着陸及び地上走行の間の、航空機のピッチ及び高度の変動に関連するデータを受信するように構成されている。これは、この情報を含む航空機のデジタルネットワークへの接続を通じて行われるものであってもよい。制御ユニット１３は、着陸及び地上走行の過程において、常時、最適な地上照明が行われるように、ＬＥＤ５、６、７、８によって生成される正味の光ビームを制御するように構成される。制御ユニット１３は、航空機の高度が所定の高度を超えたときに、照明装置を消灯するように構成されるものであってもよい。

最適な照明条件は、制御ユニット１３に関連付けられた記憶手段に保存される。最適な照明条件は、とりわけ、航空機のピッチ、高度、速度、または、他の空間的特性もしくは時空間的特性に応じて定められるものであってもよい。当業者には容易に理解されるように、着陸及び地上走行の機動の間の特性は航空機によって様々に異なるため、照明装置は、特定の航空機向けに専用に構成されるものであってもよい。あるいは、制御ユニット１３に関連付けられた記憶手段は、それが搭載されて使用される航空機に応じて再書き込み可能なものであってもよい。さらに別の構成として、この記憶手段には、複数の航空機に関連する情報が保存されており、照明装置の設置時に特定の航空機が指定されるものであってもよい。

以上、本発明を特定の実施形態に関連させて説明及び図示したが、本発明が、本明細書に記載されていない多様な変形に適することは、当業者には明らかである。例示のみを目的として、可能な変形例を説明すれば、次の通りである。

例えば、正味の光ビームは、航空機の速度に応じて変化するものであってもよい。透明カバー１１は、ＬＥＤから射出される光を集束するための補助光学要素として機能するものであってもよい。この照明装置の取付け用突起部及び本体のいずれか一方または両方は、照明装置を構成する光源のためのヒートシンクとして機能するものであってもよい。この照明装置で使用される光源は、高輝度放電ランプであってもよい。この照明装置は、点滅させて航空機の視認性を高めることにより、他の航空機または航空管制官に対する警告灯または信号灯として使用することもできる。

上述した説明には、既知の、明白な、または予測可能な均等物を有する要素が記載されており、このような均等物は、それらが個別に記載されたものとして本明細書に含まれる。本発明の真の範囲は、任意の均等物を包含するものとして解釈するべきであり、本発明の真の範囲を判別するためには、請求項を参照しなければならない。また、好適な、有利な、または便利な、等々として記載された本発明の要素または特徴は、任意に選択可能なものであり、独立請求項の範囲を限定するものではないことも明らかである。

Claims (22)

1. 第１の方向の主ビーム軸を備えた第１の光源と、
   前記第１の方向とは異なる第２の方向の主ビーム軸を備えた第２の光源と、を含み、
   前記第１及び第２の光源は、これらの光源に供給される電力の変化により、前記第１及び第２の光源を組合せて複数の異なる方向に正味の光ビームを生成できるように構成されていることを特徴とする航空機用照明装置。
2. 前記正味の光ビームは、航空機の空間的特性または時空間的特性のうちの少なくとも１つに応じて変化するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の航空機用照明装置。
3. 前記正味の光ビームは、航空機のピッチに応じて変化するように構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の航空機用照明装置。
4. 前記正味の光ビームは、航空機の高度に応じて変化するように構成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の航空機用照明装置。
5. 前記正味の光ビームは、航空機の速度に応じて変化するように構成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の航空機用照明装置。
6. 前記第１及び第２の光源に供給される電力を制御するように構成された制御ユニットをさらに含むことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の航空機用照明装置。
7. 前記第１及び第２の光源のうちの少なくとも１つは、発光ダイオードであることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の航空機用照明装置。
8. 前記光源のヒートシンクとして機能するように構成された航空機用取付け部をさらに含むことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の航空機用照明装置。
9. 前記第１及び第２の方向とは異なる第３の方向の主ビーム軸を備えた第３の光源をさらに含み、前記第１、第２、及び第３の光源は、これらの光源に供給される電力の変化により、前記第１、第２、及び第３の光源を組合せて複数の異なる方向に正味の光ビームを生成できるように構成されていることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の航空機用照明装置。
10. 前記第１、第２、及び第３の方向とは異なる第４の方向の主ビーム軸を備えた第４の光源をさらに含み、前記第１、第２、第３、及び第４の光源は、これらの光源に供給される電力の変化により、前記第１、第２、第３、第４の光源を組合せて複数の異なる方向に正味の光ビームを生成できるように構成されていることを特徴とする請求項９に記載の航空機用照明装置。
11. 航空機の外側で使用されることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の航空機用照明装置。
12. 着陸用照明装置及び地上走行用照明装置のうちのいずれか一方または両方であることを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載の航空機用照明装置。
13. 航空機の翼の前縁に取付けられるように構成されることを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項に記載の航空機用照明装置。
14. 航空機の機首または主脚に取付けられるように構成されることを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項に記載の航空機用照明装置。
15. 請求項１から１６のいずれか１項に記載の航空機用照明装置を含む航空機。
16. 航空機用照明装置の照明方向を変化させる方法であって、
    少なくとも２つの異なる主照明軸を備えるように構成された複数の光源を含む航空機用照明装置を準備する段階と、
    前記複数の光源の組合せによって生成される正味の光ビームの方向が変化するように、前記複数の光源に供給される電力を変化させる段階と、
    を含むことを特徴とする方法。
17. 前記電力は、前記光源に関連付けられた制御ユニットによって変化することを特徴とする請求項１６に記載の方法。
18. 前記複数の光源に供給される電力は、航空機の空間的特性または時空間的特性のうちの少なくとも１つに応じて変化することを特徴とする請求項１６または１７に記載の方法。
19. 航空機のピッチを計測し、該計測の結果に応じて前記光源の照明方向を変化させる段階をさらに含むことを特徴とする請求項１６から１８のいずれか１項に記載の方法。
20. 航空機の速度を計測し、該計測の結果に応じて前記光源の照明方向を変化させる段階をさらに含むことを特徴とする請求項１６から１９のいずれか１項に記載の方法。
21. 航空機の高度を計測し、該計測の結果に応じて前記光源の照明方向を変化させる段階をさらに含むことを特徴とする請求項１６から２０のいずれか１項に記載の方法。
22. 航空機用外部照明装置であって、
    第１の方向の主ビーム軸を備えた第１の発光ダイオードと、
    前記第１の方向とは異なる第２の方向の主ビーム軸を備えた第２の発光ダイオードと、を含み、
    前記第１及び第２の方向は、前記航空機用外部照明装置に対して固定されていることを特徴とする航空機用外部照明装置。

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