JP2017091713A - 航空障害灯の光源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＬＥＤを用いた高光度航空障害灯としての仕様を満足し、長寿命、軽量で高光度の空障害灯の光源装置。【解決手段】複数のＬＥＤを直列に接続して構成されたＬＥＤモジュール１を実装し且つＬＥＤモジュールの長手方向が水平方向になるように取付けられたＬＥＤ基板２と、開口部３ａが形成され且つＬＥＤ基板を収納する収納体３と、開口部に取り付けられ、開口部から出射されるＬＥＤの光を鉛直方向に集光させる集光レンズ４と、ＬＥＤモジュールから集光レンズよりも遠ざかる位置で且つ集光レンズに重ねて取り付けられ、開口部から出射されるＬＥＤの光を水平方向に拡散させる拡散レンズ５を備え、集光レンズ及び拡散レンズとＬＥＤモジュールとの離間距離により鉛直方向の配光特性を調整する。【選択図】図１

Description

本発明は、昼間、薄明、夜間に飛行する航空機の障害となる建物等の存在を示すために用いられる航空障害灯の光源装置に関する。

従来、昼間、薄明、夜間に飛行する航空機の障害となる高層構築物等（高層ビルを除く）の存在を示すために、航空障害灯が用いられている。航空障害灯は、配光仕様が規定されている。従来の高光度航空障害灯は、発光体にキセノンランプを使用し、指定された光学特性を得るために、反射鏡を使用している。しかし、キセノンランプは寿命があるため、約１年毎にランプを交換する必要がある。そこで、発光ダイオード（ＬＥＤ）を使用した航空障害灯が提案されている。

引用文献１には、鉛直方向の配光の拡がりと水平方向の配光の拡がりが相互に異なるＬＥＤを配列し、鉛直方向における配光仕様を満足しながら全周方向の発光光度を均一化することができる航空障害灯が記載されている。

また、特許文献２、特許文献３には、発光素子の光を、反射体を用いて反射させることにより、配光を調整した光源を用いる航空障害灯が記載されている。複数の光源を周囲に配置し、全周方向に光を出している。

また、特許文献４には、ＬＥＤを光源とした照明装置の配光を調整する方法として、複数のＬＥＤのベアチップを封止材で封止し、封止材の上面は、凹形状および凸形状の少なくとも一つを有し、発光素子が発する光を拡散又は集光する照明装置が記載されている。

また、航空障害灯は、航空局の仕様から指定されており、高光度航空障害灯の主な光学特性は、表１に示すようになっている。

なお、 ビーム角は、各モード毎の実効光度が、ピーク値の最低許容値の５０％に等しくなる値で定義される。鉛直配光は、ピーク光度が発生している鉛直角度に対して対称となる必要はない。昼間、薄明、夜間の各モード毎に、同一の水平角において、ピーク値の最大許容値に対する比率として示される。各モード毎に、同一の水平角において、ピーク値の最低許容値に対する比率として示される。

特開２０１１−２０４４３３号公報 特開２０１３−１９７０１８号公報 特開２０１４−１８２９６１号公報 特開２０１１−１９９２１１号公報

しかしながら、特許文献１は配光特性が異なる砲弾型のＬＥＤを使用するので、ＬＥＤを十分に放熱できないことが考えられ、高光度を必要とする高光度航空障害灯には不向きである。

特許文献２、特許文献３は、反射体の反射面を精度の良い曲面とする必要があるので、製造が困難である。特許文献４は、ＬＥＤの光を容易に拡散又は集光することができるが、鉛直方向と水平方向が大きく異なる配光の精度を確保するために、封止材の上面の凹形状または凸形状を正確に作成することが困難である。

本発明の課題は、ＬＥＤを用いた高光度航空障害灯としての仕様を満足し、長寿命、軽量で高光度の航空障害灯の光源装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る航空障害灯の光源装置は、複数のＬＥＤを直列に接続して構成されたＬＥＤモジュールを実装し且つＬＥＤモジュールの長手方向が水平方向になるように取付けられたＬＥＤ基板と、開口部が形成され且つ前記ＬＥＤ基板を収納する収納体と、前記開口部に取り付けられ、前記開口部から出射される前記ＬＥＤの光を鉛直方向に集光させる集光レンズと、前記ＬＥＤモジュールから前記集光レンズよりも遠ざかる位置で且つ前記集光レンズに重ねて取り付けられ、前記開口部から出射される前記ＬＥＤの光を前記水平方向に拡散させる拡散レンズを備え、前記集光レンズ及び前記拡散レンズと前記ＬＥＤモジュールとの離間距離により前記鉛直方向の配光特性を調整することを特徴とする。

本発明によれば、ＬＥＤの光を鉛直方向に集光する集光レンズと、ＬＥＤの光を水平方向に拡散する拡散レンズとを用い、集光レンズをＬＥＤモジュール側に配置し、拡散レンズを集光レンズの外側に配置し、集光レンズ及び拡散レンズとＬＥＤモジュールとの離間距離により鉛直方向の配光特性を容易に調整することができる。配光特性は、拡散レンズ及び集光レンズの特性を変更することで所望の配光特性を容易に得ることができる。従って、ＬＥＤを用いた高光度航空障害灯としての仕様を満足し、長寿命、軽量で高光度の航空障害灯の光源装置を提供することができる。

本発明に係る航空障害灯の光源装置の鉛直方向の配光特性を示す図である。 本発明に係る航空障害灯の光源装置の水平方向の配光特性を示す図である。 本発明の実施例１に係る航空障害灯の光源装置の構成を示す図である。 本発明の実施例２に係る航空障害灯の光源装置の集光レンズの焦点距離を調整する例を示す図である。 本発明の実施例３に係る航空障害灯の光源装置のＬＥＤの配置により光束を調整する例を示す図である。 本発明の実施例３に係る航空障害灯の光源装置のＬＥＤを千鳥状に配置することにより光束を調整する例を示す図である。 本発明の実施例４に係る航空障害灯の光源装置の集光レンズの鉛直方向の中心位置に対してＬＥＤ位置を僅かに下げた又は上げた例を示す図である。 本発明の実施例５に係る航空障害灯の光源装置の構成を示す図である。 本発明の実施例６に係る航空障害灯の光源装置の温度上昇による熱膨張をレンズの鉛直方向に吸収するとともにケースとレンズとの間に設けられた緩衝材を示す図である。

以下、本発明の実施の形態に係る航空障害灯の光源装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。

まず、高光度航空障害灯は、表１に示す配光特性を満足する必要がある。鉛直方向の配光特性は、図１に示すように、光源の中心から鉛直角度−１°（即ち１°下方向）では、実効光度をピーク値の最低許容値に対する比率の５０％から７５％に低下させる。さらに、光源の中心から鉛直角度−１０°（すなわち１０°下方向）では、実効光度をピーク値の最低許容値に対する比率の３％以下にする。

また、水平方向の配光特性は、図２に示すように、光源からビーム角±６０°の水平方向に対してピーク値の最低許容値に対する比率の５０％以上７５％以下の光度が要求される。また、ビーム角は、ピーク値の最低許容値の５０％が鉛直３°以上７°以下であることが要求される。

図３（ａ）は、本発明の実施例１に係る航空障害灯の光源装置の斜視図、図３（ｂ）は、航空障害灯の光源装置の水平断面図、図３（ｃ）は、航空障害灯の光源装置の鉛直断面図である。

前述した配光特性を満足させるため、図３に示すように、複数のＬＥＤを直列に接続して構成されたＬＥＤモジュール１がＬＥＤ基板２上に実装されている。ＬＥＤの数量は必要とする光度によって決定される。

ＬＥＤ基板２は、ケース３（本発明の収納体に対応）の一面に、ＬＥＤモジュール１の長手方向が水平方向になるように取付けられている。ケース３にはＬＥＤモジュール１の光が出射する一面が開口された開口部３ａが形成されている。

ＬＥＤ基板２の裏面またはケース３の裏面には、冷却フィン１０が取り付けられている。

ＬＥＤモジュール１は、ケース３の開口部３ａと対向する面に実装されている。ＬＥＤモジュール１には、図示しないが、駆動電流を供給する配線が外部から接続されている。

ケース３の開口部３ａには、図３（ｃ）に示すように、鉛直方向にＬＥＤモジュール１からの光を集光する板状の集光レンズ４が装着されている。集光レンズ４は、例えば、アクリル樹脂又はポリカーボネート等からなるフレネルレンズ等が用いられる。集光レンズ４により光は、図３（ｃ）に示すように平行に出射され、鉛直方向に拡散しないように調整される。

なお、集光レンズ４の代わりに、ＬＥＤ自体が集光レンズ４を持っているものを用いても良い。

ＬＥＤモジュール１の中心位置から１°下方向において、実効光度がピーク値の５０％から７５％に低下すれば良い。このため、ＬＥＤモジュール１と集光レンズ４の離間距離は、集光レンズ４の焦点距離に合わせる。即ち、ケース３の横幅は、集光レンズ４の焦点距離によって決定される。

さらに、ＬＥＤモジュール１から集光レンズ４よりも遠ざかる位置で且つ集光レンズ４に重ねて板状のシートレンズからなる拡散レンズ５が取り付けられている。拡散レンズ５は、例えば、アクリル樹脂又はポリカーボネート等からなるフレネルレンズ等が用いられる。拡散レンズ５は、光源であるＬＥＤから±６０°の水平方向に対してピーク値の５０％以上７５％以下の光度となるように調整される。

なお、集光レンズ４と拡散レンズ５を一つの複合レンズとしても良い。

このように構成された実施例１の航空障害灯の光源装置によれば、ＬＥＤの光を鉛直方向に集光する集光レンズ４と、ＬＥＤの光を水平方向に拡散する拡散レンズ５とを用い、集光レンズ４をＬＥＤモジュール１側に配置し、拡散レンズ５を集光レンズ４の外側に配置し、集光レンズ４及び拡散レンズ５とＬＥＤモジュール１との離間距離を焦点距離にすることにより鉛直方向の配光特性を容易に調整することができる。また、拡散レンズ５及び集光レンズ４の特性を変更することで、所望の配光特性を容易に得ることができる。

従って、鉛直方向の配光特性を鉛直角度０°で１００％以上に対して、光源であるＬＥＤの中心から鉛直角度−１°（すなわち１°下方向）では実効光度をピーク値の５０％から７５％に低下させ、さらに鉛直角度−１０°（すなわち１０°下方向）では実効光度をピーク値の３％以下にさせることができる。また、水平方向の配光特性を、光源であるＬＥＤから±６０°の方向に対してピーク値の５０％以上７５％以下の光度にすることができる。

このため、ＬＥＤを用いた高光度航空障害灯としての仕様を満足し、長寿命、軽量で高光度の航空障害灯の光源装置を提供することができる。

なお、拡散レンズ５をＬＥＤモジュール１側に配置すると、光が拡散してから集光することになるので、集光が十分に行われない。このため、集光レンズ４をＬＥＤモジュール１側に配置している。

図４に、実施例２に係る航空障害灯の光源装置の集光レンズの焦点距離を調整する例を示す。図４（ａ）に示すように、集光レンズ４の焦点距離よりもＬＥＤモジュール１と集光レンズ４との距離を長くすることにより光束６ａを集光させることができる。或いは、集光レンズ４の焦点距離をＬＥＤモジュール１と集光レンズ４との距離よりも短くすることにより光束６ａを集光させることができる。

また、図４（ｂ）に示すように、集光レンズ４の焦点距離よりもＬＥＤモジュール１と集光レンズ４との距離を短くすることにより光束６ｂを発散させることができる。或いは、集光レンズ４の焦点距離をＬＥＤモジュール１と集光レンズ４との距離よりも長くすることにより光束６ａを発散させることができる。

このように、光束を集光又は発散させることにより、ピーク値の最低許容値の５０％が、ビーム角の鉛直３°以上７°以下に調整することができる。

図５に、実施例３に係る航空障害灯の光源装置のＬＥＤの配置により光束を調整する例を示す。図５（ａ）にＬＥＤモジュール１を実装したＬＥＤ基板２を示す。図５（ｂ）では、ＬＥＤモジュール１を構成するＬＥＤの幅を調整することにより、光束６の幅を調整して、ピーク値の最低許容値の５０％が、ビーム角の鉛直３°以上７°以下にすることができる。

図６（ａ）（ｂ）に、実施例３に係る航空障害灯の光源装置のＬＥＤを千鳥状に配置することにより光束を調整する例を示す。図６（ａ）に示すように、複数のＬＥＤ１ａ，１ｂを一つずつ交互にずらして配置することで見掛け上のＬＥＤの幅を広げている。これにより、ピーク値の最低許容値の５０％が、ビーム角の鉛直３°以上７°以下に調整することができる。

なお、幅の大きいＬＥＤを複数列並べて設けても、前述した効果と同様な効果が得られる。

図７に、実施例４に係る航空障害灯の光源装置の集光レンズ４の鉛直方向の中心位置に対してＬＥＤ位置を僅かに下げた又は上げた例を示す。

図７（ｂ）は、集光レンズ４の鉛直方向の中心位置ＯとＬＥＤの鉛直方向の中位置Ｏとが同一線上にある。この場合、鉛直方向に対して、水平に発光する。

これに対して、図７（ａ）は、集光レンズ４の鉛直方向の中心位置Ｏに対してＬＥＤの鉛直方向の位置を僅かに上げたもので、下向きに発光する。また、図７（ｃ）は、集光レンズ４の鉛直方向の中心位置Ｏに対してＬＥＤの鉛直方向の位置を僅かに下げたもので、上向きに発光する。

このように鉛直方向の配光特性が変化するので、これらの組み合わせにより鉛直角度−１°、−１０°、ビーム角の鉛直３°以上７°以下に対して仕様を満足させることができる。

なお、集光レンズ４の鉛直方向の中心位置Ｏに対してＬＥＤの鉛直方向の位置を僅かに上下させる代わりに、ＬＥＤの鉛直方向の位置に対して集光レンズ４の鉛直方向の中心位置Ｏを変えるようにしても、同様な効果が得られる。

ＬＥＤ基板２は、図８に示すように、複数のＬＥＤを直列に接続して構成されたＬＥＤモジュール１ｃ，１ｄを鉛直方向にその間隔を調整して複数列備えても良い。このように構成することにより、鉛直方向の配光特性を任意に調整することができるので、表１の仕様を満たすことができる。

また、鉛直方向の各々のＬＥＤモジュール１は、互いにＬＥＤの数が異なるようにしても良い。例えば、一列目のＬＥＤモジュール１ｃは、集光レンズ４の鉛直方向の中心位置とＬＥＤの鉛直方向の中心位置とが同一線上にあり、水平に発光し、ＬＥＤ数を３０個とする。二列目のＬＥＤモジュール１ｄは、集光レンズ４の鉛直方向の中心位置に対して、ＬＥＤの鉛直方向の位置を調整して下げて、上向きに発光し、ＬＥＤ数を１５個とする。これにより、水平方向に１００％の光量とすると、上向きに５０％の光量を発光できる。

集光レンズ４及び拡散レンズ５は、温度上昇により膨張する。このため、集光レンズ４及び拡散レンズ５の横方向が固定された場合には集光レンズ４及び拡散レンズ５が曲がり、あるいは収縮して、集光レンズ４及び拡散レンズ５が緩む。

このため、図９（ａ）（ｂ）に示すように、開口部３Ａにはケース３と集光レンズ４及び拡散レンズ５との間に、集光レンズ４及び拡散レンズ５の熱膨張を吸収する緩衝材８が設けられている。

緩衝材８により集光レンズ４及び拡散レンズ５の熱膨張を吸収するので、集光レンズ４及び拡散レンズ５が緩むことがなくなる。

なお、緩衝材８を用いる代わりに、膨張、収縮しないレンズを使用しても同様な効果が得られる。

なお、本発明は、上述した実施例１乃至５に係る航空障害灯の光源装置に限定されるものではない。例えば、ＬＥＤモジュール１の幅を狭くする。具体的には、幅の狭いＬＥＤを複数の直列に接続する。大きさの小さいＬＥＤを複数並べても良い。

これにより、鉛直角度−１°では実効光度をピーク値の５０％から７５％に低下させ、さらに鉛直角度−１０°では実効光度をピーク値の３％以下にさせることができる。

本発明は、表１の高光度航空障害灯に限定されるものではなく、中光度航空障害灯でも良い。

１ ＬＥＤモジュール
２ ＬＥＤ基板
３ ケース
３ａ 開口部
４ 集光レンズ
５ 拡散レンズ
６，６ａ，６ｂ 光束
８ 緩衝材
１０ 冷却フィン

Claims (8)

1. 複数のＬＥＤを直列に接続して構成されたＬＥＤモジュールを実装し且つ前記ＬＥＤモジュールの長手方向が水平方向になるように取付けられたＬＥＤ基板と、
   開口部が形成され且つ前記ＬＥＤ基板を収納する収納体と、
   前記開口部に取り付けられ、前記開口部から出射される前記ＬＥＤの光を鉛直方向に集光させる集光レンズと、
   前記ＬＥＤモジュールから前記集光レンズよりも遠ざかる位置で且つ前記集光レンズに重ねて取り付けられ、前記開口部から出射される前記ＬＥＤの光を前記水平方向に拡散させる拡散レンズを備え、
   前記集光レンズ及び前記拡散レンズと前記ＬＥＤモジュールとの離間距離により前記鉛直方向の配光特性を調整することを特徴とする航空障害灯の光源装置。
2. 前記離間距離は、前記集光レンズの焦点距離であることを特徴とする請求項１記載の航空障害灯の光源装置。
3. 前記集光レンズの前記鉛直方向における中心位置に対して、前記ＬＥＤモジュールの鉛直方向における位置を鉛直方向に変化させることにより鉛直方向の配光特性を調整することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の航空障害灯の光源装置。
4. 前記ＬＥＤ基板は、前記複数のＬＥＤを直列に接続して構成されたＬＥＤモジュールを鉛直方向に位置を調整して複数列備えることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の航空障害灯の光源装置。
5. 各々のＬＥＤモジュールは、前記ＬＥＤの数が互いに異なることを特徴とする請求項４記載の航空障害灯の光源装置。
6. 前記ＬＥＤ基板は、前記複数のＬＥＤを直列に接続して構成されたＬＥＤモジュールを千鳥状に配置したことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載の航空障害灯の光源装置。
7. 前記ＬＥＤモジュールは、鉛直方向に２列設けられ、
   鉛直方向の各々のＬＥＤモジュールは、互いにＬＥＤの数が異なり、
   一列目のＬＥＤモジュールは、前記集光レンズの鉛直方向の中心位置と前記ＬＥＤの鉛直方向の中心位置とが同一線上にあり、水平に発光し、
   二列目のＬＥＤモジュールは、前記集光レンズの鉛直方向の中心位置に対して前記ＬＥＤの鉛直方向の位置を下げて上向きに発光することを特徴とする請求項４記載の航空障害灯の光源装置。
8. 前記開口部には、前記収納体と前記集光レンズ及び前記拡散レンズとの間に前記集光レンズ及び前記拡散レンズの熱膨張を吸収する緩衝材が設けられることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項記載の航空障害灯の光源装置。

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