JP7057641B2 - 視覚安全性のためのレーザ・エア・データ・センサの取付および操作 - Google Patents

視覚安全性のためのレーザ・エア・データ・センサの取付および操作 Download PDF

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Description

[0001] レーザ・ベースの検知は、航空機およびその他の輸送機関上の旧式センサに取って代わる、またはこれらを増強することができる魅力的なセンサ技術である。レーザ・ベースの検知は、種々の航空宇宙用途において使用することができ、従前からのエア・データ・プローブ(例えば、ピトー管、ピトー静止管、迎え角翼(angle of attack vane)等)に取って代わる潜在的な可能性を有する。レーザ・ベース・エア・データ・センサは、航空機の影響から遠く離れた空間域の空気(volume of air)をサンプリングできることにおいて、従前からのエア・データ・プローブに対してレーザ・ベース・データ・センサは多大な利点をもたらす。また、レーザ・ベース・エア・データ・センサは、レーザ・ベースのエア・データ・センサからの測定値を使用して計算されるエア・データ・パラメータの精度を犠牲にすることなく、従前からのエア・データ・プローブよりも、高い取付位置柔軟性が得られる。更に、レーザ・ベース・エア・データ・センサは、従前からのエア・データ・プローブと比較して、損傷、アイシング、およびその他の飛行中の危険に対する影響の受けやすさを低減させた。
[0002] しかしながら、レーザ・ベース・センサの長距離能力およびレーザ光ビームの使用のために、レーザ・ベース・センサは、操作者、保守要員、または市民を、既定された最大許容露出レベルを超える光エネルギに露出させることによって、彼らに対して潜在的な安全性の懸念を引き起こすおそれがある。これは、特に、分子後方散乱を使用するレーザ・ベース・センサ(「ソフト・リターン」レーザ・ベース・センサ)の実装の場合に当てはまり、このような実装のためのレーザ光ビームの強度および波長によるものである。航空機またはその他の輸送機関上における使用のために認定されるためには、レーザ・ベース・エア・データ・センサの使用が承認される前に、これら視覚安全性に対する懸念が対処されていることが、示されなければならない。
[0003] 以上で述べた理由、および本明細書を読んで理解すると当業者には明白になる、以下で述べる理由のために、当技術分野には、視覚安全性の要件に対処した、レーザ・ベース・センサの取付構成および動作が求められている。
[0004] 本開示の実施形態は、視覚安全性の要件に対処するために使用することができる、輸送機関上におけるレーザ・エア・データ・センサの動作システムおよび方法を提供する。この動作システム及び方法は、以下の明細書を読んで研究することにより理解されよう。
[0005] ある実施形態では、システムは、輸送機関と、この輸送機関の第1部分に取り付けられたレーザ・エア・データ・センサとを含み、このレーザ・エア・データ・センサが、1本以上のレーザ光ビームを送信するように構成されたレーザ送受信器と、集光素子とを含む。レーザ送受信器のウィンドウは、1本以上のレーザ光ビームを、輸送機関から遠ざかるように、および輸送機関の垂直軸に対してほぼ平行に送信するように、固定され方向付けられる。
[0006] ある実施形態では、システムは、輸送機関と、この輸送機関の第1部分に取り付けられたレーザ・エア・データ・センサとを含み、このレーザ・エア・データ・センサが、1本以上のレーザ光ビームを送信するように構成されたレーザ送受信器を含む。レーザ送受信器のウィンドウは、1本以上のレーザ光ビームを輸送機関の第2部分に向けて送信するように、固定され方向付けられる。レーザ・エア・データ・センサは、選択された測定領域において、乱されない空気流を測定するように構成され、選択された測定領域が、レーザ送受信器のウィンドウと輸送機関の第2部分との間に位置付けられる。
[0007] ある実施形態では、システムは、輸送機関と、この輸送機関の第1部分に取り付けられたレーザ・エア・データ・センサであって、このレーザ・エア・データ・センサが、レーザ送受信器を含み、レーザ送受信器が、1本以上のレーザ光ビームを送信するように構成される、レーザ・エア・データ・センサとを含む。更に、このシステムは、メモリに結合された少なくとも1つの処理デバイスを含み、この少なくとも1つの処理デバイスが、輸送機関の1つ以上の動作パラメータに基づいて1本以上のレーザ光ビームを減衰させるために、レーザ・エア・データ・センサを制御するように構成される。
[0008] 図面は例示的な実施形態を示すに過ぎず、したがって範囲を限定するように解釈しないことを理解した上で、添付図面の使用を通じて、更に具体的にそして詳細に、例示的な実施形態について説明する。
図1は、本開示の一実施形態によるレーザ・ベース・エア・データ・センサを含む例示的な輸送機関のブロック図である。 図2は、本開示の一実施形態による輸送機関上のレーザ・エア・データ・センサの例示的な取付構成を示す。 図3は、本開示の一実施形態による輸送機関上のレーザ・エア・データ・センサの例示的な取付構成である。 図4は、本開示の一実施形態による輸送機関上のレーザ・エア・データ・センサの例示的な取付構成を示す。 図5は、本開示の一実施形態による輸送機関上のレーザ・エア・データ・センサの例示的な取付構成を示す。 図6は、本開示の一実施形態による輸送機関上のレーザ・エア・データ・センサの例示的な取付構成を示す。 図7は、本開示の一実施形態による輸送機関上のレーザ・エア・データ・センサの例示的な取付構成を示す。 図8は、本開示の一実施形態による輸送機関上のレーザ・エア・データ・センサの例示的な取付構成を示す。 図9Aは、本開示の一実施形態による輸送機関上におけるレーザ・エア・データ・センサの例示的な動作方法を示す。 図9Bは、本開示の一実施形態による輸送機関上におけるレーザ・エア・データ・センサの例示的な動作方法を示す。 図10は、本開示の一実施形態による輸送機関上におけるレーザ・ベース・エア・データ・センサの例示的な動作方法に対する安全帯を示す。
[0019] 慣例にしたがって、説明する種々の構造は、同じ拡縮率で描かれるのではく、例示的な実施形態に関連がある特定の構造を強調するように描かれている。
[0020] 以下の詳細な説明では、添付図面を参照する。添付図面は、本明細書の一部を形成し、その中には具体的な例示的実施形態が例示として示される。しかしながら、他の実施形態も利用できること、そして論理的、機械的、および電気的変更が行われてもよいことは理解されてしかるべきである。更に、図面の図および明細書において提示される方法は、個々のステップが実行され得る順序を限定するように解釈してはならない。したがって、以下の詳細な説明は、限定的な意味で捕らえてはならない。
[0021] 以下で説明する実施形態は、視覚安全性の要件に対処するために使用することができる、輸送機関上におけるレーザ・エア・データ・センサのための取付構成および動作方法を含む。ある実施形態では、レーザ・エア・データ・センサは、既定された最大許容露出レベルを超える光エネルギへの目の露出の可能性を低減する特定の構成で取り付けられる。ある実施形態では、レーザ・エア・データ・センサのレーザ送受信器が固定され、1本以上のレーザ光ビームを輸送機関の垂直軸に対してほぼ並行に送信するように、レーザ・エア・データ・センサが輸送機関上に取り付けられる。他の実施形態では、レーザ・エア・データ・センサのレーザ送受信器が固定され、1本以上のレーザ光ビームを輸送機関の他の部分に向けて送信するように、レーザ・エア・データ・センサが輸送機関上に取り付けられる。この部分は、1本以上のレーザ光ビームに対してバックストップとして機能する。ある実施形態では、既定の最大許容露出レベルを超える光エネルギへの目の露出の可能性を低減するように、レーザ・エア・データ・センサを動作させる。ある実施形態では、レーザ送受信器によって送信される1本以上のレーザ光ビームが、輸送機関の1つ以上の動作パラメータに基づいて減衰されるように、レーザ・エア・データ・センサを動作させる。
[0022] 図1は、輸送機関101の一例のブロック図である。輸送機関101は、レーザ・ベース・エア・データ・センサ、具体的には、LIDARエア・データ・センサ102を含む。尚、他の実施態様では、エレメント102が、代わりに、LIDARエア・データ・センサ以外の他のレーザ・ベース・エア・データ・センサを含んでもよいことは注記してしかるべきである。他のレーザ・ベース・エア・データ・センサは、ある空間域の空気において原子、分子等と相互作用する1本以上のレーザ光ビームの後方散乱を受光することに基づいて動作する。したがって、エレメント102は、本明細書では総じてレーザ・エア・データ・センサ102と呼ぶことにする。例示的な実施形態では、輸送機関は航空機、地上系輸送機関、海中輸送機関等である。
[0023] レーザ・エア・データ・センサ102は、1本以上のレーザ光ビーム112を送信するように構成されたレーザ送受信器104を含む。尚、レーザ・エア・データ・センサ102は、所望であれば、1つよりも多いレーザ送受信器104を含むことができることは理解されてしかるべきである。レーザ送受信器104は、動作の間は固定され、レーザ送受信器104から放出された1本以上のレーザ光ビーム112を誘導するウィンドウを含む。また、レーザ・エア・データ・センサ102は、ある空間域の空気において原子、分子等と相互作用する1本以上のレーザ光ビーム112の後方散乱による、1本以上のレーザ光ビーム112の反射部分を集光する集光素子106も含む。例示的な実施形態では、集光素子106は、1つ以上のレンズおよび/または1つ以上のミラーを有するテレスコープ(telescope)を含む。集光素子106の視野は、1本以上のレーザ光ビーム112の伝搬と重複するように方向付けられている。
[0024] レーザ・エア・データ・センサ102は、輸送機関101の外面上に取り付けられる。外面は、輸送機関101の外板(skin)とも呼ぶ。例示的な実施形態では、レーザ・エア・データ・センサ102の外面が輸送機関101の外面と整合する(align)ように、レーザ・エア・データ・センサ102は輸送機関101の外面と面一で取り付けられる。レーザ・エア・データ・センサ102を面一で取り付けることにより、レーザ・エア・データ・センサ102によって起こされる引っ張り(drag)が低減される。図2~図10に関して本明細書において更に詳しく説明するが、レーザ・エア・データ・センサ102は、輸送機関101上の種々の位置に取り付けることができ、レーザ光ビーム112を種々の方向に誘導することができる。
[0025] 概略的に、レーザ・エア・データ・センサ102は、輸送機関101から離れた選択測定領域114内にある空気を測定するように構成または調整(tune)される。具体的に、レーザ・エア・データ・センサ102は、空間域の自由流空気(freestream air)を測定するように制御され、自由流空気のことを平静気流(undistributed airflow) とも呼ぶ。更に、レーザ・エア・データ・センサ102は、輸送機関付近における空間域の自由流空気を測定するように構成されているので、エア・データ・パラメータ(例えば、対気速度)を計算するときにこの情報が有用になる。レーザ・エア・データ・センサ102は、輸送機関101によって乱される空気を測定するようには構成されていない。このように構成されると、所望のエア・データ・パラメータを計算するための測定値の精度が低くなる。例えば、レーザ・エア・データ・センサ102は、航空機のエンジン吸気口における空間域の空気を測定するためには使用されない。何故なら、この空間域の空気はエンジン吸気によって乱されるからである。例示的な実施形態では、レーザ・エア・データ・センサ102は、マッピング・アプリケーションに使用されるLIDARを調査するというような動作の間1本以上のレーザ光ビーム112を走査せずに、固定されたままである。レーザ・エア・データ・センサ102の測定領域114は、集光素子106の視野と1本以上のレーザ光ビーム112の伝搬との重複を幾何学的に調節することによって制御することができる。具体的には、測定領域114は、1本以上のレーザ光ビーム112がレーザ送受信器104から送信される角度、および/または集光素子106の視野を調節することによって、制御することができる。
[0026] 例示的な実施形態では、輸送機関101はメモリ110に結合された少なくとも1つの処理デバイス108も含み、少なくとも1つの処理デバイス108は、レーザ・エア・データ・センサ102に通信可能に結合されている。例示的な実施形態では、レーザ・エア・データ・センサ102は、測定領域114から取り込まれた測定値を少なくとも1つの処理デバイス108に供給する。処理デバイス108は、1つ以上のエア・データ・パラメータを計算するように、および/またはレーザ・エア・データ・センサ102の動作を制御するように構成されている。少なくとも1つの処理デバイス108は、風速、攻撃角度、横滑り角度、または当業者には周知のその他のエア・データ・パラメータを計算するように構成することができる。また、少なくとも1つの処理デバイス108は、レーザ・エア・データ・センサ102を制御するように構成することもできる。例えば、少なくとも1つの処理デバイス108は、レーザ送受信器104または集光素子106を調節することによって、レーザ・エア・データ・センサ102の測定領域114の位置を調節するために、制御信号を供給することができる。
[0027] レーザ・エア・データ・センサ102によって送信された1本以上のレーザ光ビーム112は、測定領域114の後直ちに減衰することはないので、人は、適正な視覚安全性処置が取られていない場合、潜在的に既定の最大許容露出レベルを超えた光エネルギに晒される可能性がある。以下の図2~図10では、レーザ・エア・データ・センサ102のような、レーザ・・エア・データ・センサのための取付構成および/または動作方法について論ずる。これらはレーザ・エア・データ・センサを使用するときの視覚安全性に関する懸念に対処する。尚、図2~図10の実施形態の各々は、図1に関して以上で論じた実施形態と共に、または組み合わせて使用できることは理解されてしかるべきである。更に、図1~図10に含まれる構造の内、同様の名称が付けられたものには、同様の番号が付けられている。例えば、図1におけるレーザ・エア・データ・センサには102という番号が付けられており、一方図3におけるレーザ・エア・データ・センサには302という番号が付けられている。1つの図に関して説明するこのような実施形態のエレメントの機能、構造、およびその他の説明は、他の図に含まれる同様の名前を付けられた構造にも適用することができ、その逆も成り立つ。
[0028] 図2~図4は、レーザ・エア・データ・センサの例示的な取付構造を示し、レーザ送受信器は1本以上のレーザ光ビームを、人がいなさそうな方向に送信する。図2~図4は航空機または航空機の部品(component)を示すが、これは図示を容易にするためであり、これらの取付構成は他の種類の輸送機関にも同様に使用可能であることは認められてしかるべきである。
[0029] 図2は、本開示の一実施形態による、輸送機関上におけるレーザ・エア・データ・センサ202の取付構成の一例200を示す。図2には3つのレーザ・エア・データ・センサ202-1、202-2、202-3が示されているが、1つ以上のレーザ・エア・データ・センサ202が含まれてもよいことは理解されてしかるべきである。
[0030] 図2に示す実施形態では、各レーザ・エア・データ・センサ202が輸送機関201に取り付けられ、各レーザ・エア・データ・センサ202のレーザ送受信器のウィンドウが、1本以上のレーザ光ビーム212を輸送機関201の垂直軸に対してほぼ平行に送信するように、固定され方向付けられている。具体的には、レーザ送受信器のウィンドウは、1本以上のレーザ光ビーム212を輸送機関201の表面から垂直方向に上下に送信するように方向付けることができる。例示的な実施形態では、レーザ・エア・データ・センサ202は輸送機関201の外面と面一に取り付けられ、レーザ・ベース・エア・データ・センサの外面が輸送機関201の外面と整合するようにしている。
[0031] 輸送機関201が航空機であるとき、レーザ・エア・データ・センサ202を航空機の機体の上位または下位部分に取り付けることができる。例示的な実施形態では、レーザ・エア・データ・センサ202は、レーザ送受信器のウィンドウが、航空機の上面または底面のいずれかにおいて、機体の垂直軸部分から10度以内に位置付けられるように取り付けられる。図2に示す取付構造の測定領域は、航空機の機体から選択された距離に位置付けられるように構成されている。先に論じたように、この距離は、レーザ・エア・データ・センサが自由流空気、即ち、航空機によって乱されない空気をサンプリングするように選択されている。
[0032] 図3は、本開示の一実施形態による、輸送機関301上におけるレーザ・エア・データ・センサ302の取付構造の一例300を示す。図3に示す例示的な実施形態は、レーザ・エア・データ・センサ302が4本のレーザ光ビーム312を航空機の垂直軸に対してほぼ平行に送信することを除いて、図2に示す取付構成と同様である。例示的な実施形態では、4本のレーザ光ビーム312の各々によって取り込まれた測定値を組み合わせて一緒に平均化すると、図2に関して先に説明したものと比較して、1つ以上のエア・データ・パラメータの総合的な計算値が一層精度高く求められるように、レーザ光ビーム312が互いに特定の幾何学的関係で送信される。ある実施形態では、特定のエア・データ・パラメータを計算するために測定値を供給するには、1本よりも多いレーザ光ビームが必要となり、1本のレーザ光ビームでは、十分な情報を処理デバイスに計算のために供給するには不十分である。
[0033] 図4は、本開示の一実施形態による、輸送機関401上におけるレーザ・エア・データ・センサ402の取付構成の一例400を示す。図4に示す例示的な実施形態は、レーザ・エア・データ・センサ402が、機体ではなく、航空機の翼403に取り付けられていることを除いて、図2~図3に示す取付構造200、300と同様である。例示的な実施形態では、レーザ・エア・データ・センサ402の外面が航空機の翼403の外面と整合するように、レーザ・ベース・エア・データ・センサ402が航空機の翼403の表面と面一に取り付けられている。図4のレーザ・エア・データ・センサ402は翼403の上面と面一に取付られ、レーザ光ビーム412を、翼403の上面から上向きの方向にそして航空機の垂直軸に対してほぼ平行に送信するが、レーザ・エア・データ・センサ402は翼403の底面と面一に取り付けられ、レーザ光ビーム412を翼403の底面から下向きの方向にそして航空機の垂直軸に対してほぼ平行に送信するように構成することもできることは理解されてしかるべきである。
[0034] 他の実施形態では、図2~図4に関して先に論じたレーザ・エア・データ・センサは、航空機自体の部品の表面から上向きまたは下向きに、そして航空機の垂直軸に対してほぼ平行に1本以上のレーザ光ビームを送信することができる、航空機の他の部品にも取り付けることができる。このような実施形態では、先に論じたように、航空機の部品の外面と面一にレーザ・エア・データ・センサを取り付けることもできる。ある実施形態では、航空機の他の部品には、航空機の水平スタビライザが含まれる。
[0035] 図2~図4に関して先に論じたレーザ・エア・データ・センサの取付構成の例は、人によって占められレーザ光ビームへの露出による損傷が生じそうなエリアから遠ざかるようにレーザ光ビームを送信することによって、視覚安全性に備える。具体的には、人が輸送機関の直接上または輸送機関の直接下に位置することや、レーザ・エア・データ・センサによって送出されたレーザ光ビームが危害の原因となる程に近い範囲内に位置することは可能性が低い。更に、ある実施形態では、レーザ・エア・データ・センサを機体の垂直位置から10度以内に位置付けることによって、レーザ・エア・データ・センサを取り付けるための正当な量の柔軟性が得られ、更に、航空機周囲において、レーザ光ビームが、既定された最大許容露出レベルを超える光エネルギへの露出を招く可能性があるエリアを限定する。
[0036] 図5~図8は、視覚安全性に備えるために、1本以上のレーザ光ビームを輸送機関一部に向けて送信するレーザ・エア・データ・センサの例示的な取付構成を示す。図5~図8は航空機または航空機部品を示すが、これは図示を容易にするためであり、同様の取付構成は他のタイプの輸送機関にも同様に使用できることは理解されてしかるべきである。
[0037] 図5は、本開示の一実施形態によるレーザ・エア・データ・センサ502の取付構成の一例500を示す。図5には3つのレーザ・エア・データ・センサ502-1、502-2、502-3が示されているが、1つ以上のレーザ・ベース・エア・データ・センサ502が含まれてもよいことは理解されてしかるべきである。
[0038] 図5の実施形態例では、レーザ・エア・データ・センサ502-1が航空機501の機体上に取り付けられ、レーザ送受信器のウィンドウは、航空機501の翼503上にあるウィングレット505に向けてレーザ光ビーム512-1を送信するように、固定され方向付けられている。例示的な実施形態では、レーザ・エア・データ・センサ502-1は、航空機501の機体の表面と面一で取り付けられる。ある実施形態では、ウィングレット505は、追加の材料515を含み、ここでレーザ光ビーム512-1がウィングレット505の表面と接触する。このような実施形態では、追加の材料515がウィングレットの一部またはウィングレット全体を覆ってもよい。例示的な実施形態では、追加の材料515は吸光材を含む。この吸光材は、1本以上のレーザ光ビーム512-1の波長に関して非反射的である。例示的な実施形態では、吸光材は、1本以上のレーザ光ビーム512-1の波長において光エネルギの少なくとも50%を吸収する不透明な材料である非反射材料である。他の実施形態では、追加の材料515は、1本以上のレーザ光ビーム512-1の波長に関して反射的である高反射材料を含む。このような実施形態では、追加の材料515は、1本以上の光ビーム512-1が、人によって占められそうもない方向(例えば、航空機501の垂直軸に対して平行)に反射されるように、位置付けられる、または方向付けられる。レーザ・エア・データ・センサ502-1の測定領域514-1は、レーザ・エア・データ・センサ502-1とウィングレット505との間に位置する。測定領域514-1の正確な位置は、自由流空気、即ち、航空機によって乱されない空間域の空気をサンプリングするように調節することができる。
[0039] レーザ・エア・データ・センサ502-2は、航空機501の垂直スタビライザ(または水平尾翼とも言う)507上に取り付けられている。例示的な実施形態では、レーザ・エア・データ・センサ502-2は、垂直スタビライザ507の表面と面一に取り付けられる。レーザ・エア・データ・センサ502-2のウィンドウは、1本以上のレーザ光ビームを航空機501の翼503上のウィングレット505に向けて送信するように、固定され構成されている。例示的な実施形態では、レーザ・エア・データ・センサ502-1、502-2の双方が、図5に示すように、組み合わせて使用される場合、レーザ光ビーム512-1、512-2は、同じ位置または異なる位置でウィングレット505と接触するように構成することができる。レーザ・エア・データ・センサ502-2の測定領域514-2は、レーザ・エア・データ・センサ502-2とウィングレット505との間に位置付けられ、測定領域514-2の正確な位置は、自由流空気、即ち、航空機によって乱されない空間域の空気をサンプリングするように調節することができる。
[0040] レーザ・エア・データ・センサ502-3は、航空機501の翼503上に取り付けられている。例示的な実施形態では、レーザ・エア・データ・センサ502-3は、翼503の表面と面一に取り付けられる。レーザ・エア・データ・センサ502-3のウィンドウは、1本以上のレーザ光ビーム512-3を、航空機の垂直スタビライザ507に取り付けられた水平スタビライザ509に向けて送信するように、固定され構成されている。例示的な実施形態では、水平スタビライザ509の表面は、先に説明した追加の材料515と同様の、追加の材料を含み、1本以上のレーザ光ビーム512-3が水平スタビライザ509の表面に接触するところに位置付けられる。レーザ・エア・データ・センサ502-3の測定領域514-3は、レーザ・エア・データ・センサ502-3と水平スタビライザ509との間に位置付けられ、測定領域514-3の正確な位置は、自由流空気、即ち、航空機501によって乱されない空間域の空気をサンプリングするように調節することができる。
[0041] ある実施形態では、レーザ・エア・データ・センサ502が水平スタビライザ509にも取り付けられてもよく、レーザ送受信器のウィンドウは、1本以上のレーザ光ビームを翼503またはウィングレット505に向けて送信するように固定される。このような実施形態では、先に説明した追加の材料515と同様の、追加の材料が、1本以上のレーザ光ビーム512が翼503またはウィングレット505の表面と接触するところに位置付けられてもよい。このようなレーザ・エア・データ・センサ502の測定領域514は、レーザ・エア・データ・センサ502と翼503またはウィングレット505の水平面との間に位置付けられ、測定領域514の正確な位置は、自由流空気、即ち、航空機501によって乱されない空間域の空気をサンプリングするように調節することができる。
[0042] 図6は、本開示の一実施形態によるレーザ・エア・データ・センサ602の取付構成の一例600を示す。図6には2つのレーザ・エア・データ・センサ602-1、602-2が示されているが、1つ以上のレーザ・エア・データ・センサ602が含まれてもよいことは理解されてしかるべきである。
[0043] 図6の実施形態例では、レーザ・エア・データ・センサ602-1が航空機のウィングレット上に取り付けられ、レーザ送受信器のウィンドウは、レーザ光ビーム612-1を航空機601の複数の表面に向けて送信するように固定されている。複数の表面には、航空機の機体および垂直スタビライザが含まれる。図6は複数のレーザ光ビーム612-1を示すが、レーザ・エア・データ・センサ602-1は1本以上のレーザ光ビーム612-1を送信するように構成できることは理解されてしかるべきである。例示的な実施形態では、レーザ・エア・データ・センサ602-1は、航空機のウィングレットの表面と面一に取り付けられる。ある実施形態では、機体および垂直スタビライザの表面は、図5に関して先に説明した追加の材料515と同様の、追加の材料を含み、1本以上のレーザ光ビーム612-1が機体および垂直スタビライザの表面に接触するところに位置付けられる。レーザ・エア・データ・センサ602-1の測定領域は、レーザ・エア・データ・センサ602-1と機体および垂直スタビライザの表面との間に位置付けられ、この測定領域の正確な位置は、自由流空気、即ち、航空機によって乱されない空間域の空気をサンプリングするように調節することができる。
[0044] レーザ・エア・データ・センサ602-2は、航空機の翼に取り付けられている。例示的な実施形態では、レーザ・エア・データ・センサ602-2は、航空機の翼の表面と面一に取り付けられる。レーザ・エア・データ・センサ602-2のウィンドウは、1本以上のレーザ光ビーム612-2を航空機の垂直スタビライザに向けて送信するように固定され構成されている。ある実施形態では、垂直スタビライザの表面は、図5に関して先に説明した追加の材料515と同様の、追加の材料を含み、1本以上のレーザ光ビーム612-2が垂直スタビライザの表面と接触するところに位置付けられる。レーザ・エア・データ・センサ602-2の測定領域は、レーザ・エア・データ・センサ602-2と垂直スタビライザとの間に位置付けられ、この測定領域の正確な位置は、自由流空気、即ち、航空機によって乱されない空間域の空気をサンプリングするように調節することができる。
[0045] 図7は、本開示の一実施形態によるレーザ・エア・データ・センサ702の取付構成の一例700を示す。具体的には、図7は、レーザ光ビーム712を航空機701のエンジン吸気口711に向けて誘導する取付構成700を示す。図7には2つのレーザ・エア・データ・センサ702-1、702-2が示されているが、1つ以上のレーザ・エア・データ・センサ702が含まれてもよいことは理解されてしかるべきである。
[0046] 図7の実施形態例では、レーザ・エア・データ・センサ702-1が航空機の翼上に取り付けられ、レーザ送受信器のウィンドウは、1本以上のレーザ光ビーム712-1をエンジン吸気口711に向けて送信するように固定され構成されている。例示的な実施形態では、レーザ・エア・データ・センサ702-1は航空機の翼の表面と面一に取り付けられる。ある実施形態では、1本以上のレーザ光ビーム712-1は、航空機エンジンのファンと接触するように送信される。他の実施形態では、1本以上のレーザ光ビーム712-1は、エンジン吸気口711内部の表面と接触するように送信される。このような実施形態では、エンジン吸気口711の表面は、図5に関して先に説明した追加の材料515と同様の追加の材料を含むことができ、1本以上のレーザ光ビーム712-1がエンジン吸気口711の表面と接触するところに位置付けられる。レーザ・エア・データ・センサ702-1の測定領域は、レーザ・エア・データ・センサ701-2とエンジン吸気口711との間に位置付けられ、この測定領域の正確な位置は、自由流空気、即ち、航空機によって乱されない空間域の空気をサンプリングするように調節することができる。
[0047] レーザ・エア・データ・センサ702-2は、航空機701の機体に取り付けられている。例示的な実施形態では、レーザ・エア・データ・センサ702-2は、航空機701の機体の表面と面一に取り付けられる。レーザ・エア・データ・センサ702-2のウィンドウは、1本以上のレーザ光ビーム712-2をエンジン吸気口711に向けて送信するように固定され構成されている。ある実施形態では、1本以上のレーザ光ビーム712-2は、航空機エンジンのファンに接触するように送信される。他の実施形態では、1本以上のレーザ光ビーム712-2は、エンジン吸気口711内の表面に接触するように送信される。このような実施形態では、エンジン吸気口711の表面は、図5に関して先に説明した追加の材料515と同様の追加の材料を含むことができ、1つ以上のレーザ光ビーム712-1がエンジン吸気口711の表面と接触するところに位置付けられる。レーザ・エア・データ・センサ702-2の測定領域は、レーザ・エア・データ・センサ702-2とエンジン吸気口711との間に位置付けられ、測定領域の正確な位置は、自由流空気、即ち、航空機によって乱されない空間域の空気をサンプリングするように調節することができる。
[0048] 例示的な実施形態では、レーザ・エア・データ・センサ702は、航空機701のウィングレット上に取り付けることができ、またはレーザ送受信器のウィンドウがレーザ光ビームを航空機のエンジン吸気口に向けて送信することを可能にする航空機701の他の部品上に取り付けることもできる。図8に示す航空機801のように、エンジン吸気口811が翼の下に位置付けられる航空機構成では、レーザ・エア・データ・センサ802が、機体に取り付けられ、レーザ送受信器のウィンドウがレーザ光ビーム812を航空機801のエンジン吸気口811に向けて送信するように構成することができる。
[0049] 図5~図8に関して以上で論じたレーザ・エア・データ・センサの取付構成例は、レーザ・エア・データ・センサと輸送機関の他の部品との間の光路が、人によって占められそうもなく、レーザ光ビームへの露出による損傷を生じそうもない、輸送機関の他の部品に向けてレーザ光ビームを送信することによって、視覚安全性に備える。更に、これらの取付構成の一部は、航空機においてレーザ光ビームを減衰させるので、視覚安全上の危険域(risk)を、レーザ光ビームの波長が空気中で減衰するのに要する距離に制限するのではなく、航空機の半径に制限することができる。
[0050] 図9A~図9Bは、レーザ・エア・データ・センサの複数の動作段階を示す。例えば、図9Aは、輸送機関の動作パラメータが視覚安全性について低い危険性を示す間(during low eye safety risk operating parameters of the vehicle)における輸送機関上のレーザ・エア・データ・センサの動作を表し、図9Bは、輸送機関の動作パラメータが視覚安全性について高い危険性を示す間(during high eye safety risk operating parameters of the vehicle)における輸送機関上のレーザ・エア・データ・センサの動作を表す。図9A~図9Bには2つのレーザ・エア・データ・センサ902-1、902-2が示されているが、1つ以上のレーザ・エア・データ・センサ902が含まれてもよいことは理解されてしかるべきである。更に、具体的な動作例について航空機に関して論ずるが、動作方法は、同様に他のタイプの輸送機関にも適用可能であることも理解されてしかるべきである。
[0051] 第1レーザ・エア・データ・センサ902-1が輸送機関901上に取り付けられ、図3に関して先に説明したレーザ・エア・データ・センサ302-1と同様に動作する。レーザ送受信器のウィンドウは、1本以上のレーザ光ビーム912-1を輸送機関901の垂直軸に対してほぼ平行に送信するように固定され構成されている。第2レーザ・エア・データ・センサ902-2は、輸送機関901の側面部に取り付けられ、1本以上のレーザ光ビーム912-2は、図5~図8に関して先に説明したように、輸送機関901の他の部分と接触することによって、必ずしも遮断または停止させられるとは限らない。
[0052] 輸送機関の動作パラメータが視覚安全性について低い危険性を示す間、視覚安全性は主要な懸念ではない。何故なら、人はレーザ光ビーム912-1、912-2に露出されそうもないからである。したがって、レーザ・エア・データ・センサ912-1、912-2の双方は、既定の最大許容露出レベルを超える光エネルギへの露出の危険性を高めることなく、最大パワー・モードで常時動作させることができる。しかしながら、輸送機関の動作パラメータが視覚安全性について高い危険性を示す間、レーザ・エア・データ・センサ912-2の動作が修正されない場合、他の輸送機関内にいる人、地上乗務員、航空管制官等が、レーザ光ビーム912-2に露出されるおそれがある。したがって、レーザ・エア・データ・センサ902-2は、輸送機関901の1つ以上の動作パラメータに基づいて、レーザ光ビーム912-2を減衰するように、レーザ・エア・データ・センサ902-2を制御するように構成されている。例示的な実施形態では、レーザ・エア・データ・センサ902-2は、メモリ110のようなメモリに結合された処理デバイス108のような処理デバイスによって制御される。ある実施形態では、処理デバイスは、レーザ・ビーム光912-2を遮断するためにシャッタ(例えば、機械式シャッタ)を制御する。ある実施形態では、処理デバイスは、輸送機関901の1つ以上の動作パラメータに基づいて、低パワー・モードで動作するように、レーザ・エア・データ・センサ902-2に制御信号を供給する。低パワー・モードは、1本以上のレーザ光ビーム912-2の強度レベルを低下させることを含むことができる。
[0053] 図10は、本開示の一実施形態によるレーザ・エア・データ・センサの動作に対する安全帯範囲の例を示す。具体的には、航空機1001のレーザ・エア・データ・センサの最大パワー・モードに対する安全帯限界1030は、レーザ・エア・データ・センサの低パワー・モードに対する安全帯限界1020よりも、航空機から遠くなっている。例示的な実施形態では、低パワー・モード中における1本以上のレーザ光ビームの波長は、空気中で、最大パワー・モード中の1本以上のレーザ光ビームの波長よりも速く、目に安全なレベルまで減衰する。
[0054] 再度図9A~図9Bを参照すると、ある実施形態では、輸送機関901の1つ以上の動作パラメータは、輸送機関901の地理的位置を含むことができ、輸送機関901が、選択された地理的位置にあるとき、レーザ光ビーム912-2を遮断する(shuttered)か、またはレーザ・エア・データ・センサ902-2のパワー・レベルを、低い方のパワー・モードに低下させる。例示的な実施形態では、選択された地理的位置は、空港における位置(例えば、ゲートまたは滑走路)、または人がレーザ光ビーム912-2に露出される可能性が高い他のエリアを含むとよい。例示的な実施形態では、選択された地理的位置、および選択された地理的位置に対する座標の範囲のリストを作成し、メモリ110上のデータベースに格納する。少なくとも1つの処理デバイス108は、輸送機関についてのデータを全地球測位システム(GPS)センサ等から得ることができ、このデータを、データベースに格納されている情報と比較することができる。少なくとも1つの処理デバイス108が、選択された位置の内1つに輸送機関が位置すると判断したとき、少なくとも1つの処理デバイス108は1本以上のレーザ光ビーム912-2を遮断する、および/またはレーザ・エア・データ・センサ902-2のパワー・レベルを低下させるように構成されている。
[0055] ある実施形態では、輸送機関901の1つ以上の動作パラメータは、輸送機関901の速度を含むことができ、輸送機関901の速度が選択された閾値未満になったとき、1本以上のレーザ光ビーム912-2を遮断する、および/またはレーザ・エア・データ・センサ902-2のパワー・レベルを、低い方のパワー・モードに低下させる。例示的な実施形態では、航空機については、この航空機が離陸するために必要な速度に閾値速度が対応してもよい。他の例示的な実施形態では、レーザ光ビームの強度、および輸送機関が特定の速度で移動しているときの目に対する可能な露出時間に基づいて、閾値速度が決定されてもよい。例えば、輸送機関が高速で(at a high rate of speed)移動している場合、可能な露出時間は非常に短く、地上作業の間であっても、レーザ・エア・データ・センサ902-2のレーザ光ビーム912-2の強度が懸念にならないこともある。
[0056] ある実施形態では、輸送機関901の1つ以上の動作パラメータは、輸送機関901の輸送段階を含むことができる。輸送機関901が航空機である例示的な実施形態では、輸送段階は、地上走行、離陸、飛行中、着陸等を含むことができる。どの動作段階が、レーザ光ビームへの人の露出が懸念になる状況(例えば、地上走行中、ゲートにいるとき、または着陸中)と相関があるか判定することができ、1本以上のレーザ光ビーム912-2を遮断することができ、および/またはレーザ・エア・データ・センサ902-2のパワー・レベルを、これらの動作段階において、低い方のパワー・モードで動作させることができる。他の動作段階の間、1本以上のレーザ光ビーム912-2は遮断されず、レーザ・エア・データ・センサ902-2を最大パワー・モードで動作させることができる。
[0057] ある実施形態では、輸送機関の1つ以上の動作パラメータは、車輪上重量ロジック(Weight on Wheels logic)または他の空地ロジック(Air/Ground logic)を含むことができ、輸送機関の車輪上に重量がある(例えば、輸送機関が地上にある)と判断されたときに、レーザ光ビーム912-2を遮断し、および/またはレーザ・エア・データ・センサのパワー・レベルが低い方のパワー・モードに低下させる。しかしながら、輸送機関の車輪上に重量がないとき(例えば、輸送機関が空中にある)、レーザ光ビーム912-2は遮断されず、レーザ・ベース・エア・データ・センサを最大パワー・モードで動作させることができる。
[0058] 例示的な実施形態では、第1レーザ・エア・データ・センサ902-1は、更に視覚安全性を高めるために、輸送機関の1つ以上の動作パラメータに基づいて、レーザ光ビーム912-1を遮断する、および/または低パワー・モードで動作するように構成することもできる。
[0059] 図9A~図10に関して先に論じたレーザ・エア・データ・センサの動作方法は、1本以上のレーザ光ビームを減衰させることによって、視覚安全性に備える。ある実施形態では、これは、レーザ光ビームを遮断すること、および/またはレーザ・エア・データ・センサを低パワー・モードで動作させることを含むことができる。レーザを遮断することによって、レーザ光ビームへの目の露出の危険性を解消し、一方レーザ・ベース・エア・データ・センサを低パワー・モードで動作させることにより、視覚安全性が懸念となるエリアを縮小する。また、図9A~図10に関して以上で論じたレーザ・エア・データ・センサの動作技法は、図2~図8に関して先に論じた取付構成と組み合わせて、特定の取付構成によって、レーザ光ビームへの露出の危険性を更に低下させることによりレーザ・エア・データ・センサの視覚安全性を向上させることもできる。
[0060] 種々の代替実施形態では、本開示全体にわたって説明したシステム・エレメント、方法ステップ、または例(例えば、少なくとも1つの処理デバイス108、またはその下位部品のような)は、1つ以上のコンピュータ・システム、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ(FPGA)、または同様のデバイスを使用し、これらのエレメント、プロセス、または例を実現するためのコードを実行することによって、実現することができ、前記コードは、前記コードは非一時的データ記憶デバイス上に格納される。したがって、本開示の他の実施形態は、コンピュータ読み取り可能媒体上にあるプログラム命令を構成するエレメントを含むことができる。このようなコンピュータ・システムによってプログラム命令が実装されると、本明細書において説明した実施形態を実現することを可能にする。本明細書において使用する場合、「コンピュータ読み取り可能媒体」という用語は、非一時的物理形態を有する有形メモリ記憶デバイスを指す。このような非一時的物理形態は、パンチ・カード、磁気ディスクまたはテープ、任意の光データ記憶システム、フラッシュ・リード・オンリ・メモリ(ROM)、不揮発性ROM、プログラマブルROM(PROM)、消去可能-プログラマブルROM(E-PROM)、ランダム・アクセス・メモリ(RAM)、あるいは物理的有形形態を有する任意のその他の形態の永続的、半永続的、または一時的メモリ記憶システムまたはデバイスのような、しかしこれらには限定されない、コンピュータ・メモリ・デバイスを含むことができる。プログラム命令は、コンピュータ・システム・プロセッサによって実行されるコンピュータ実行可能命令、および超高速集積回路(VHSIC)ハードウェア記述言語(VHDL)のようなハードウェア記述言語を含むが、これらに限定されるのではない。
実施形態例
[0061] 例1は、システムを含み、このシステムは、輸送機関と、この輸送機関の第1部分に取り付けられたレーザ・エア・データ・センサとを含む。レーザ・エア・データ・センサは、レーザ送受信器と集光素子とを含み、レーザ送受信器が、1本以上のレーザ光ビームを送信するように構成され、レーザ送受信器のウィンドウが、1本以上のレーザ光ビームを、輸送機関から遠ざかるように、そして輸送機関の垂直軸に対してほぼ平行に送信するように、固定され方向付けられる。
[0062] 例2は、例1のシステムを含み、レーザ・エア・データ・センサが、光検出および測距(LIDAR)エア・データ・センサを含む。
[0063] 例3は、例2のシステムを含み、輸送機関が航空機を含み、レーザ送受信器のウィンドウが、航空機の垂直軸の10度以内に位置付けられ、航空機の上位機体または航空機の下位機体の内一方に取り付けられる。
[0064] 例4は、例1~3のシステムを含み、輸送機関が、更に、メモリに結合された少なくとも1つの処理デバイスを含み、少なくとも1つの処理デバイスが、輸送機関の1つ以上の動作パラメータに基づいて、1本以上のレーザ光ビームを遮断する、またはレーザ・エア・データ・センサの動作を低パワー・モードに調節するために、レーザ・エア・データ・センサを制御するように構成される。
[0065] 例5は、例4のシステムを含み、輸送機関の1つ以上の動作パラメータが、車輪上重量ロジック、輸送機関の地理的位置、輸送機関の速度、または輸送機関の輸送段階の内少なくとも1つを含む。
[0066] 例6は、例1~5のいずれかのシステムを含み、レーザ・エア・データ・センサが、選択された測定領域における空間域の自由流空気をサンプリングするように構成される。
[0067] 例7は、例1~6のいずれかのシステムを含み、レーザ・エア・データ・センサが、輸送機関の第1部分において輸送機関の外面と面一に取り付けられる。
[0068] 例8は、システムを含み、輸送機関と、この輸送機関の第1部分に取り付けられたレーザ・エア・データ・センサとを含む。レーザ・エア・データ・センサは、レーザ送受信器と集光素子とを含み、レーザ送受信器が、1本以上のレーザ光ビームを送信するように構成され、レーザ送受信器のウィンドウが、1本以上のレーザ光ビームを輸送機関の第2部分に向けて送信するように、固定され方向付けられ、レーザ・エア・データ・センサが、選択された測定領域において、乱されない空気流を測定するように構成され、選択された測定領域が、レーザ送受信器のウィンドウと輸送機関の第2部分との間に位置付けられる。
[0069] 例9は、例8のシステムを含み、輸送機関の第2部分が吸光材を含み、この吸光材が、1本以上のレーザ光ビームの波長に関して非反射的であり、レーザ送受信器のウィンドウが、1本以上のレーザ光ビームを、輸送機関の第2部分上の吸光材に向けて送信するように方向付けられる。
[0070] 例10は、例8~9のいずれかのシステムを含み、輸送機関が航空機を含み、輸送機関の第1部分は航空機の機体を含み、航空機の第2部分は航空機のウィングレットを含む。
[0071] 例11は、例8~10のいずれかのシステムを含み、輸送機関が航空機を含み、航空機の第1部分は航空機の翼または航空機のウィングレットを含み、航空機の第2部分は航空機のスタビライザまたは航空機の機体を含む。
[0072] 例12は、例8~11のいずれかのシステムを含み、輸送機関が航空機を含み、航空機の第1部分は航空機のスタビライザを含み、航空機の第2部分は航空機の翼または航空機のウィングレットを含む。
[0073] 例13は、例8~12のいずれかのシステムを含み、輸送機関が航空機を含み、輸送機関の第1部分は、航空機の機体、航空機の翼、または航空機のウィングレットを含み、航空機の第2部分はエンジン吸気口であり、レーザ・エア・データ・センサの測定領域がレーザ送受信器とエンジン吸気口との間にあり、測定領域における空気が輸送機関の動作中にエンジン吸気口によって乱されないように、測定領域がエンジン吸気口から十分な距離のところにある。
[0074] 例14は、例8~13のいずれかのシステムを含み、レーザ・エア・データ・センサが、輸送機関の第1部分において、輸送機関の表面に面一に取り付けられる。
[0075] 例15は、例8~14のいずれかのシステムを含み、輸送機関が、更に、メモリに結合された少なくとも1つの処理デバイスを含み、この少なくとも1つの処理デバイスが、輸送機関の1つ以上の動作パラメータに基づいて、1本以上のレーザ光ビームを遮断する、またはレーザ・エア・データ・センサの動作を低パワー・モードに調節するために、レーザ・エア・データ・センサを制御するように構成され、輸送機関の1つ以上の動作パラメータが、車輪上重量ロジック、輸送機関の地理的位置、輸送機関の速度、または輸送機関の輸送段階の内少なくとも1つを含む。
[0076] 例16は、システムを含み、輸送機関と、この輸送機関の第1部分に取り付けられたレーザ・エア・データ・センサであって、レーザ送受信器と集光素子とを含み、レーザ送受信器が、1本以上のレーザ光ビームを送信するように構成される、レーザ・エア・データ・センサと、メモリに結合された少なくとも1つの処理デバイスであって、輸送機関の1つ以上の動作パラメータに基づいて1本以上のレーザ光ビームを減衰させるために、レーザ・エア・データ・センサを制御するように構成される、少なくとも1つの処理デバイスとを含む。
[0077] 例17は、例16のシステムを含み、輸送機関の1つ以上の動作パラメータが、車輪上重量ロジック、輸送機関の地理的位置、輸送機関の速度、または輸送機関の輸送段階の内少なくとも1つを含む。
[0078] 例18は、例16~17のいずれかのシステムを含み、1本以上のレーザ光ビームの減衰が、シャッタによって1本以上のレーザ光ビームを遮断する、またはレーザ・エア・データ・センサの動作を低パワー・モードに調節することの内少なくとも1つを含む。
[0079] 例19は、例16~18のいずれかのシステムを含み、レーザ送受信器のウィンドウが、1本以上のレーザ光ビームを輸送機関の第2部分に向けて送信するように固定され方向付けられる。
[0080] 例20は、例19のシステムを含み、輸送機関の第2部分が、吸光材を含み、この吸光材が、1本以上のレーザ光ビームの波長に関して非反射的であり、レーザ送受信器のウィンドウが、1本以上のレーザ光ビームを、輸送機関の第2部分上の吸光材に向けて送信するように方向付けられる。
[0081] 以上、本明細書では具体的な実施形態について図示および説明したが、同じ目的を達成すると考えられる構成であればいずれも、示した具体的な実施形態と置き換えてもよいことは当業者には認められよう。したがって、本発明は、特許請求の範囲およびその均等物によってのみ限定されることを意図するのは明白である。

Claims (3)

  1. 輸送機関と、
    前記輸送機関の第1部分に取り付けられたレーザ・エア・データ・センサと、
    を含み、前記レーザ・エア・データ・センサが、レーザ送受信器と集光素子とを含み、前記レーザ送受信器が、1本以上のレーザ光ビームを送信するように構成され、前記レーザ送受信器のウィンドウが、前記1本以上のレーザ光ビームを前記輸送機関の第2部分に向けて送信するように固定され方向付けられ、前記輸送機関の前記第2部分が、吸光材を含み、前記レーザ・エア・データ・センサが、選択された測定領域において、乱されない空気流を測定するように構成され、前記選択された測定領域が、前記レーザ送受信器のウィンドウと前記輸送機関の第2部分との間に位置付けられる、システム。
  2. 前記吸光材は、前記1本以上のレーザ光ビームの波長に関して非反射的であり、前記レーザ送受信器の前記ウィンドウが、前記1本以上のレーザ光ビームを前記輸送機関の前記第2部分の前記吸光材に向けて送信するように方向付けられる、請求項1に記載のシステム。
  3. 輸送機関と、
    前記輸送機関の第1部分に取り付けられたレーザ・エア・データ・センサであって、前記レーザ・エア・データ・センサが、レーザ送受信器と集光素子とを含み、前記レーザ送受信器が、1本以上のレーザ光ビームを送信するように構成される、レーザ・エア・データ・センサと、
    メモリに結合された少なくとも1つの処理デバイスであって、前記少なくとも1つの処理デバイスが、前記輸送機関の1つ以上の動作パラメータに基づいて前記1本以上のレーザ光ビームを減衰させるために、前記レーザ・エア・データ・センサを制御するように構成される、少なくとも1つの処理デバイスと、
    を含み、前記輸送機関の前記1つ以上の動作パラメータは
    記輸送機関の位置、
    または前記輸送機関の輸送段階
    のうちの少なくとも1つを含む、
    システム。
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