KR20170012527A - Airport Flight Approach Lighting Apparatus - Google Patents

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KR20170012527A
KR20170012527A KR1020170010130A KR20170010130A KR20170012527A KR 20170012527 A KR20170012527 A KR 20170012527A KR 1020170010130 A KR1020170010130 A KR 1020170010130A KR 20170010130 A KR20170010130 A KR 20170010130A KR 20170012527 A KR20170012527 A KR 20170012527A
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Abstract

The present invention relates to runway edge lights buried in an airport runway and, more specifically, relates to runway edge lights for an airport using energy-saving semiconductor light sources that meet various conditions required for the runway edge lights. To achieve such a technical solution, the present invention comprises: a light-emitting diode (LED) light source for visible light; and a light source for infrared light using a vertical-cavity surface-emitting laser (VCSEL) chip package where single VCSEL unit light sources are arranged and packaged. The present invention may provide runway edge lights using energy-saving semiconductor light sources that meet various conditions required for the runway edge lights.

Description

공항 활주로 유도등 {Airport Flight Approach Lighting Apparatus} Airport Flight Approach Lighting Apparatus

본 발명은 공항 활주로에 매입되는 유도등에 관한 것으로, 보다 자세하게는 공항 활주로 유도등에 요구되는 다양한 요건을 만족시키는 절전형 반도체 광원 이용 공항 활주로 유도등에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to an induction lamp purchased in an airport runway, and more particularly to a power-saving semiconductor runway airport runway guide lamp that satisfies various requirements required for an airport runway guide lamp.

항공기의 활주로 이착륙시에 이착륙에 도움을 주기 위해 유도등이 사용되는데, 종래기술에 따른 활주로 유도등은 전통적으로 열광원을 사용하고, 이러한 열광원에서는 가시광선 스펙트럼 성분과 적외선 스펙트럼 성분이 동시에 방출되어 비행기의 이착륙시에 기상 조건이 양호한 때에는 가시광선 스펙트럼을 사용하여 조종사가 육안으로 직접 유도등을 보면서 조정을 하여 이착륙을 시도하고, 기상 조건이 악화된 때에는 조종사가 조종석에서 적외선 카메라를 가동시켜서 이 열광원에서 방출되는 적외선을 감지하여 이착륙을 하게 된다. A guide light is used to help take-off and landing of an aircraft during take-off and landing of an aircraft. Traditionally, a runway guide light according to the prior art uses a light source. In such a light source, visible light spectrum component and infrared light spectrum component are simultaneously emitted, When the weather conditions are good at take-off and landing, the pilot uses the visible light spectrum to try and make landing and landing adjustments while watching the pilot directly. When the weather conditions deteriorate, the pilot drives the infrared camera in the cockpit and releases The infrared ray is detected and the takeoff and landing is carried out.

그런데, 이러한 열광원형 유도등은 전력 소비가 매우 커서(개당 100~500W) 최근에는 에너지 효율이 좋은 LED 광원을 이용한 유도등의 필요성이 대두되었지만, 에너지 효율이 좋은 LED(예: 백색광 LED)에서는 적외선 파장대가 거의 방출되지 않아서 실용화가 어려운 실정이다. In recent years, the need for an induction lamp using an energy-efficient LED light source has arisen, but in an energy-efficient LED (for example, a white light LED), an infrared wavelength band It is hardly practically used because it is hardly released.

또한, 이러한 단점을 감안하여 최근 미국의 국립연구소와 주립대학교의 공동 연구에서는, 탄소 베이스 나노 재료를 사용한 열광원을 섭씨 약 600~900도 정도로 가열하여 적외선 카메라에서 감지할 수 있는 적외선을 발생시키는 것을 성공시켜서 이를 활주로 유도등에 사용하고자 하였지만, 고온 가열 단열재 개발 및 상대적으로 높은 소비전력 등의 여러 문제가 아직 해결되지 못하여 현장에 적용되지 못하고 있는 실정이다. In view of the above disadvantages, in recent years, in collaboration with the National Institute of the United States of America and the State University, in order to generate infrared rays that can be detected by an infrared camera by heating a light source using a carbon-based nano material to about 600 to 900 degrees centigrade However, it has not been applied to the field because many problems such as development of high-temperature heating insulation and relatively high power consumption have not been solved yet.

종래기술의 이러한 문제점을 감안하여, 본 발명은, 공항 활주로 유도등에 요구되는 다양한 요건을 만족시키는 절전형 반도체 광원 이용 공항 활주로 유도등을 제공한다. SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above problems of the prior art, the present invention provides an energy-efficient airport runway guide lamp that satisfies various requirements required for an airport runway guide lamp.

이상과 같은 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은, 공항 활주로용 유도등에 있어서, In order to accomplish the above object, the present invention provides an induction lamp for an airport runway,

가시광선용 LED 광원; LED light source for visible light;

싱글 VCSEL 단위 광원들을 배치하여 패키지화한 VCSEL 칩 패키지를 사용하는 적외선용 광원을 포함하는 것을 특징으로 한다. And a light source for infrared rays using a VCSEL chip package in which single VCSEL unit light sources are arranged and packaged.

본 발명을 이용하면, 공항 활주로 유도등에 요구되는 다양한 요건을 만족시키는 절전형 반도체 광원 및 램프를 제공하는 것이 가능해진다. By using the present invention, it becomes possible to provide a power-saving semiconductor light source and a lamp that satisfy various requirements required for an airport runway guide lamp.

도1은 본 발명에 따라 공항 활주로 유도등에 사용되는 적외선용 VCSEL 어레이 칩 패키지를 도시함.
도2는 본 발명에 따른 공항 활주로 유도등의 램프 구조의 제1실시예.
도3은 본 발명에 따른 공항 활주로 유도등의 램프 구조의 제2실시예.
도4는 본 발명에 따른 공항 활주로 유도등의 램프 구조의 제3실시예.
도5는 본 발명에 따른 공항 활주로 유도등의 램프 구조의 제4실시예.
도6은 본 발명에 따라 VCSEL 어레이 칩 패키지의 상부에 렌즈가 적용되는 것을 도시함.
1 shows a VCSEL array chip package for infrared used in an airport runway guide lamp according to the present invention.
2 is a first embodiment of a lamp structure of an airport runway guide lamp according to the present invention.
3 is a second embodiment of a lamp structure of an airport runway guide lamp according to the present invention.
4 is a third embodiment of a lamp structure of an airport runway guide lamp according to the present invention.
5 is a fourth embodiment of a lamp structure of an airport runway guide lamp according to the present invention.
Figure 6 illustrates the application of a lens on top of a VCSEL array chip package in accordance with the present invention.

먼저, 절전형 반도체 광원을 사용하는 공항 활주로 유도등에 요구되는 필수 요건들에 대해 설명하기로 한다. First, the essential requirements required for an airport runway guide lamp using a power-saving semiconductor light source will be described.

1. 공항 활주로 유도등은 광파장 성분으로 가시광선과 적외선 성분을 동시에 방출해야 한다. 1. The airport runway guide light must emit visible light and infrared light simultaneously as a light wavelength component.

2. 활주로에서 공중으로 투시될 때의 배광 패턴은 조사영역 (illuminated beam coverage)과 조사영역 내의 광신호 세기를 공항 관제탑과 조종석의 조정사가 모두 제어 시스템 내에서 감지할 수 있는 범위이어야 한다. 2. The light distribution pattern when viewed from the runway in the air should be such that both the illuminated beam coverage and the optical signal intensity within the irradiated area can be detected by the control station and the cockpit coordinator in the control system.

3. 미국 연방항공청(FAA)에서 요구하는 에너지 소비 조건(바람직하게는 30W 미만, 우선적으로는 45W 미만)을 만족해야 한다. 3. Meet the energy consumption requirements (preferably less than 30W, preferentially less than 45W) required by the United States Federal Aviation Administration (FAA).

그리고, 이러한 필수 요건 이외에도, 등기구 사이즈를 고려하여 광원들이 PAR-38(직경 4.75인치, 약120mm) 또는 PAR-56(직경 7인치, 약 177mm)의 공항 활주로 유도등용 등(램프)기구 사이즈 내에 모두 배치되어야 한다는 추가 요건이 존재한다. In addition to these essential requirements, in addition to the requirements of the luminaire, the light sources are all located within the PARAM-38 (diameter 4.75 inches, about 120 mm) or PAR-56 (diameter 7 inches, about 177 mm) airport runway guidance lamp There is an additional requirement that it must be deployed.

한편, 미국 연방항공청(FAA)에서는 1300 ~ 2400 nm스펙트럼 대의 적외선을 항공 감시 시스템에서 사용하는 카메라 센서가 탐지가능해야 한다는 조건과 레이저 직진성으로 인한 눈의 안전 문제를 만족시키면, 레이저 다이오드가 적외선 광원으로 사용 가능하다고 정의하고 있다. On the other hand, the US Federal Aviation Administration (FAA), when the camera sensor using 1300 ~ 2400 nm spectral range infrared sensor is required to be detectable and the eye safety problem due to laser straightness is satisfied, the laser diode is used as an infrared light source It is defined as usable.

따라서, 본 발명에서는 가시광선용 LED에, 추가적으로 고에너지 효율과 우수한 광특성을 가지는 적외선용 반도체 광원을 사용하여 상기의 요건들을 만족시키는 공항 활주로 유도등을 제공한다. Accordingly, the present invention provides an airport runway guide lamp that satisfies the above requirements by using a semiconductor light source for infrared rays having high energy efficiency and excellent optical characteristics in addition to the LED for visible light.

즉, 본 발명의 유도등에서는, 기존의 White Steady Burning 램프(PAR-38) 또는 Green Threshold 램프(PAR-56)에 사용되고 있는 열광원 대신에, 가시광선용 LED광원(예: 백색광 LED, 녹색광 LED)과 함께, LED광원에서 거의 방출되지 않는 적외선 광원으로서, 반도체 계열을 이용한 VCSEL (Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser) (예를 들면, III-V족 계열의 반도체 InP 베이스에 InAlGaAs, InGaAs, InAlAs, InGaAsP, GaInAsSb, InSb 를 적용한 VCSEL 광원) 어레이를 사용하여, 미국 연방항공청(FAA)에서 요구하는 유도등의 여러 조건을 만족시키고자 한다.That is, in the guide light of the present invention, the light source used in the conventional white steady burning lamp (PAR-38) or the green threshold lamp (PAR-56) Instead, a VCSEL (Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser) using a semiconductor system (for example, a III-V light source such as a III-V light source) is used as an infrared light source that is hardly emitted from an LED light source, (VCSEL light source) array that uses InAlGaAs, InGaAs, InAlAs, InGaAsP, GaInAsSb, and InSb for the -V family of semiconductor InP bases) to meet various requirements of the guide lights required by the FAA.

결국, 본 발명에서는 적외선 광원으로서 싱글 VCSEL (Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser) 단위 광원을 일정한 어레이로 배열함으로써, 활주로 유도등에서 요구하는 적외선 영역에서의 광파워 조건과 빔패턴 및 구동 파워 조건을 만족시키고자 한다. As a result, in the present invention, a single VCSEL (Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser) unit light source as an infrared light source is arranged in a constant array to satisfy the optical power condition, the beam pattern and the driving power condition in the infrared region required for runway guidance, I will.

또한, 본 발명에 사용되는 VCSEL은 높은 광효율과 적절한 광파워, 특히 표면 발광구조를 유지함으로써 빔 발산 각도(Beam divergence angle)가 원형 대칭(circular symmetric)하기 때문에 FWHM (Full Width Half Maximum, 반치폭)을 약10도 정도 유지하여 공항 유도등에서 요구되는 빔패턴 기준과 유사한 발광각을 가지게 되어 적외선 카메라에 용이하게 센싱된다. In addition, since the VCSEL used in the present invention has a high optical efficiency and an appropriate optical power, particularly a surface light emitting structure, the beam divergence angle is circularly symmetric, so that the full width half maximum (FWHM) It is maintained at about 10 degrees so that it has a light emission angle similar to the beam pattern reference required in airport guidance and the like and is easily sensed by the infrared camera.

그리고, 일반 레이저나 반도체 레이저에 시준렌즈 (Collimation lens)가 적용된 레이저는 직진성이 좋아서 먼 거리에서도 단위 면적당 파워밀도가 높지만, VCSEL은 약 10도 정도의 FWHM을 가지고 일정 거리를 전파해 갈 경우 파워밀도가 현저히 떨어지게 된다. 예를 들어 직진성이 좋은 일반 레이저의 파워밀도가 1 mW/cm2 일 때에 100 m 전파거리에서의 10도 FWHM 빔의 VCSEL의 경우에는 FWHM 파워의 면적이 약 1,000 m2 이고 단위 cm2당 파워밀도가 1/107 (1 천만분의 1)이하로 급격히 떨어지기 때문에, 공항관계자 및 조종사에게는 눈의 안전 (Eye-safe)에는 전혀 문제가 안 된다. In addition, a laser with a collimation lens applied to a general laser or a semiconductor laser has a high power density per unit area even at a long distance because of its good linearity. However, when the VCSEL has a FWHM of about 10 degrees and propagates a certain distance, . For example, for a VCSEL of a 10-degree FWHM beam at 100 m propagation distance when the power density of a normal laser with a good linearity is 1 mW / cm 2 , the area of the FWHM power is about 1,000 m 2 and the power density per cm 2 Is one-tenth of 7 (one in 10 million), so it is not a problem for eye-safe for airport officials and pilots.

이제, 이러한 점을 좀 더 현실적인 실제 작업환경 영역, 즉 짧은 거리와 연방항공청에서 요구하는 더욱 좁은 빔 발산각을 갖는 경우에 대해 살펴 보자. Now, let's look at this in the more realistic real-world working area, with shorter distances and narrower beam divergence angles required by the Federal Aviation Administration.

레이저 파워가 1 W에 +/- 8°의 FWHM (FAA에서의 성능요구조건 반치폭 각도) 빔 발산 각도를 가지고 있다고 가정하는 경우에, 전파 거리 약 4 m에서의 빔 영역 면적은 약 10,000 cm2가 되므로, 결과적으로 레이저의 전력 밀도는 0.1 mW/cm2 정도로 되어 상당히 떨어지게 된다. 결국, 이러한 정도는 1550 nm의 파장에서의 시력 보호 조건에 대해 정의된 MPE (Maximum Permissible Exposure, 최대 허용 노광량)값인 약 1 mW 보다도 1/10 정도의 무척 작은 값일 뿐만 아니라, 눈으로 빛이 들어오는 면적은 통상 0.39 cm2 이므로 눈의 망막으로 들어오는 광파워는 위에서 계산된 값(0.1 mW/cm2 )의 39% 정도가 되어 실제로 망막에 들어오는 광파워는 더욱 더 작게 되기 때문에, 공항관계자 및 조종사의 눈의 안전 (Eye-safe)을 아주 충분하게 보장하게 된다. 더구나 공항에서의 조명기구(lighting apparatus)설치, 유지 보수 작업자들은 고도로 훈련된 면허를 가지고 있는 사람들이 보호용 안경을 쓰고 작업함으로, 작업시 발생할 수 있는 눈의 안전(eye safety)은 더욱 더 보장되게 된다.Assuming that the laser power has an FWHM (Performance Requirements Full-Width Angle Angle) beam divergence angle of +/- 8 ° at 1 W, the beam area area at a propagation distance of about 4 m is about 10,000 cm 2 As a result, the power density of the laser is about 0.1 mW / cm 2 , which is considerably deteriorated. Ultimately, this is not only a very small value of about 1/10 of the maximum permissible exposure (MPE) value defined for the visual acuity protection condition at a wavelength of 1550 nm, but also about 1 mW, is because normal 0.39 cm 2 because it is the optical power entering the retina of the eye is 39% of the value (0.1 mW / cm 2) calculation on the optical power actually entering the retina is even smaller, airport personnel, and the eyes of the pilot Eye-safe. ≪ / RTI > In addition, installation and maintenance personnel of lighting apparatus at airports are encouraged to use eyeglasses with highly trained licenses to ensure that their eye safety during operation is guaranteed even more .

한편, 공항 조건 등에 따라 관제탑과 조종사에게 요구되는 빔패턴 조건이 10도 정도의 FWHM에서 약간 상이하더라도(예를들면, 8도) VCSEL에서 나오는 빔을 원형 대칭(circular symmetric)한 조건에 가깝게 어레이를 구성하고 적절한 투과용 렌즈를 적용하여 필요한 빔패턴을 용이하게 제어할 수 있는 장점이 있다. On the other hand, even if the beam pattern condition required for the control tower and the pilot is slightly different from the FWHM of about 10 degrees (for example, 8 degrees) depending on the airport conditions, the beam from the VCSEL is arrayed close to the circular symmetric condition And a necessary beam pattern can be easily controlled by applying an appropriate transmission lens.

또한, VCSEL은 신뢰성과 수명 특성 또한 다른 어떤 광원보다 우수하다. 즉, VCSEL 기술을 응용하여 적절한 어레이로 패키지하여 가시광 LED와 함께 PAR-38이나 PAR-56 등기구에 적절하게 배치하여 램프를 구성하면, 미국 연방항공청(FAA)에서 요구하는 적외선 파장대, 빔패턴 구현, 저파워 소모 및 작은 사이즈 구현이 모두 가능해진다. In addition, the VCSEL is superior in reliability and lifetime characteristics to any other light source. In other words, if the VCSEL technology is applied to a suitable array and the lamp is configured appropriately in the PAR-38 or PAR-56 luminaires together with the visible light LED, the infrared wavelength band, the beam pattern implementation required by the Federal Aviation Administration (FAA) Both low power consumption and small size implementations are possible.

한편, 가장 널리 사용되고 있는 미국의 연방항공청 (FAA)에서 발행된 문건에서는, 적외선의 경우에는 약 8도의 빔 발산각을 요구하고 있지만, 가시광선 LED 광원의 경우는 원형 대칭(circular symmetric)한 빔의 발산각에 대해 반치폭(FWHM)이 약 +/- 4 ~ 8도 정도로 되어야 한다고 규약하고 있는데, 가시광원 LED는 렌즈 없이 발산각의 반치폭이 약 120도 정도의 Lambertian 빔 패턴이 나오지만 이를 약 4~10도의 반치폭으로 만드는 렌즈는 상용화(한국의 Any Casting사 또는 대만의 LED Link사의 Narrow Beam Angle용 렌즈)가 되어 있을 정도로 널리 알려져 있다. On the other hand, documents issued by the FAA, the most widely used document in the United States, require a beam divergence angle of about 8 degrees in the case of infrared rays, but a circular symmetric beam in the case of visible light LED light sources (FWHM) should be about +/- 4 to 8 degrees for the divergence angle. The visible light LED has a Lambertian beam pattern with a half-width of about 120 degrees without a lens, but it is about 4 to 10 The half-width lens is widely known to be commercialized (Any Casting in Korea or Narrow Beam Angle lens in Taiwan's LED Link) .

이제, 본 발명에 따라 가시광선용 LED 광원과 적외선용 VCSEL광원의 조합을 사용하는 유도등을 만드는 방법에 대해 도면을 참작하여 설명하기로 한다. Now, a method of making an induction lamp using a combination of an LED light source for a visible ray and a VCSEL light source for an infrared ray according to the present invention will be described with reference to the drawings.

기존의 Green Threshold PAR-56 램프 또는 White Steady Burning PAR-38 램프에 사용되고 있는 열광원 대신에, 본 발명에서 고효율 유도등 램프를 제공하기 위하여, 본 발명은 가시광의 고효율 LED 광원과 함께, LED광원이 적외선을 거의 방출하지 않는 점을 감안하여 1300 ~ 2400 nm 영역의 적외선 광원으로서 반도체 광원인 VCSEL을 어레이 구조를 사용하여, 이들을 패키지화한 유도등 램프를 제공한다.Existing Green Threshold PAR-56 or White Steady Burning PAR-38 Instead, in order to provide a highly efficient directing lamp in the present invention, the present invention takes into consideration that the LED light source rarely emits infrared rays together with the high efficiency LED light source of visible light, The VCSEL is provided with an array structure, and the guide lamp is packaged.

여기서, 공항 유도등에서 요구되는 광파워 특성 범위(눈의 안전 + 적외선 카메라 감지 가능)와 빔 패턴 조건을 동시에 만족시키기 위하여, 본 발명에서 사용되는 VCSEL 어레이 구조는, 아래 도1에 도시된 바와 같이 동일한 반도체 디바이스 제조 공정을 활용하여 VCSEL 싱글 칩(5) 구조를 5 x 5 ~ 30 x 30 으로 반복하여 형성되는 사각형 어레이 마스크를 통하여 어레이 구조를 형성하는 어레이 칩(array chip)(1)으로 제작되고, 이러한 어레이 칩(1)이 티오캔(TO Can)(2) 내에 실장되는 VCSEL 어레이 칩 패키지 형태로 사용되게 된다. Here, in order to simultaneously satisfy the optical power characteristic range (eye safety + infrared camera detection) required for airport guidance and the like and the beam pattern condition, the VCSEL array structure used in the present invention is the same as shown in FIG. 1 (1) for forming an array structure through a rectangular array mask formed by repeating a VCSEL single chip (5) structure at 5 x 5 to 30 x 30 by utilizing a semiconductor device manufacturing process, This array chip 1 is used in the form of a VCSEL array chip package which is mounted in a TO can (2).

그리고, 이러한 어레이 칩은 동일한 싱글 디바이스가 반복된 구조이고, 공정상 마스크만 다를 뿐 모든 반도체 공정은 1개의 싱글 칩 제조나 어레이 칩 제조나 거의 동일한 공정을 통하여 제작된다. Such array chips are formed by repeating the same single devices, and all the semiconductor processes are manufactured through one single chip fabrication, array chip fabrication, or almost the same process only with masks in the process.

또한, 이러한 VCSEL 어레이 칩 패키지의 상부에는 적외선광을 투과시키면서 어레이 칩(1)을 보호하는 글라스 윈도우(glass window)(3)가 존재하고, 하부에는 글라스 윈도우(3)와 어레이 칩(1)이 설치되는 스템(stem)(4)이 존재한다. A glass window 3 for protecting the array chip 1 while transmitting infrared light is provided on the upper portion of the VCSEL array chip package and a glass window 3 and an array chip 1 There is a stem 4 to be installed.

그리고, VCSEL 어레이 칩(1)은 도1과 같은 정사각형 배열이 아닐 수도 있으며 다양한 구조가 가능하다. 예를 들어, 10 x 10의 정사각형 배열 구조 대신에 9 x 11의 직사각형 배열 구조도 충분히 가능하다. The VCSEL array chip 1 may not be a square array as shown in FIG. 1 and may have various structures. For example, instead of a 10 x 10 square array structure, a 9 x 11 rectangular array structure is also possible.

또한, 요구되는 광출력(바람직하게는 순수 광출력 약 0.5 W)과 빔패턴의 조건을 감안하여, PAR-38, PAR-56의 공간 내의 메탈(metal) PCB에는 LED를 우선 배치하고, FR4 PCB에는 VCSEL 어레이 칩 티오캔(TO Can)패키지를 실장하며, FR4 PCB를 열전도도가 좋은 하부기판 (substrate)의 상부에 적절한 TIM (Thermal Interface Material) 재료를 이용하여 장착하는 등의 다양한 방법으로, 가시광선용 LED와 적외선용 VCSEL 어레이 칩 패키지를 전원공급장치와 함께 주어진 PAR-38, PAR-56 기구물 내에 배치하게 된다. Considering the required light output (preferably about 0.5 W of pure optical output power) and beam pattern conditions, the LEDs are placed first in the metal PCB in the space of the PAR-38 and PAR-56, A VCSEL array chip TO can package is mounted and an FR4 PCB is mounted on a substrate having a good thermal conductivity using an appropriate TIM (Thermal Interface Material) material, And a VCSEL array chip package for infrared LEDs and infrared rays will be placed in the PAR-38 and PAR-56 appliances provided with the power supply.

예를 들어, 도2와 같이 메탈 PCB(6)에 가시광선용 LED들(7)이 원주 형태로 배열되고 가운데에 단일의 적외선용 VCSEL 어레이 칩 패키지(8)가 FR4 PCB(9)상에 배치되는 것도 가능하고, 도3과 같이 LED들(7)이 일측에 배치되고 다른 측에 단일의 적외선용 VCSEL 어레이 칩 패키지(8)가 FR4 PCB(9)상에 배치되는 것도 가능하며, 도4, 5와 같이 어레이 칩 크기를 줄여서 2개 이상 10개 미만 정도의 복수의 패키지로 적외선 광원을 구성하여 중앙에 VCSEL 어레이 칩 패키들(8)을 FR4 PCB(9)상에 모아서 배치하거나(도4) 일측에 VCSEL 어레이 칩 패키지들(8)을 FR4 PCB(9)상에 모아서 배치하는 것(도5)도 가능하다(도4, 5에서는 2개의 패키지를 사용하는 것을 도시함). For example, as shown in FIG. 2, visible light-emitting LEDs 7 are arranged in a columnar shape on a metal PCB 6 and a single VCSEL array chip package 8 for infrared rays are arranged on an FR4 PCB 9 It is also possible that LEDs 7 are arranged on one side and a single infrared VCSEL array chip package 8 on the other side is arranged on the FR4 PCB 9 as in Fig. The VCSEL array chip packages 8 are arranged on the FR4 PCB 9 in the center by arranging the infrared light sources in a plurality of packages of less than 2 and less than 10 by reducing the array chip size as shown in FIG. (FIG. 5) in which the VCSEL array chip packages 8 are arranged on the FR4 PCB 9 (FIG. 4 and FIG. 5 show the use of two packages).

한편, 상기의 VCSEL 어레이 칩 패키지 구조에서 공항의 신호 제어 조건과 적외선 카메라 감지 감도 조건에 따라 출력 및 빔 패턴을 맞춤형으로 유지하기 위하여, 본 발명에서는, 바람직하게는 적외선 VCSEL광원의 싱글 칩(5)은 엑티브 면적 크기가 5 ~ 50 um 이내의 크기를 가지며, 싱글 칩들(5) 사이의 간격은 약 5 ~ 250 um 정도의 간격을 가지며, 이에 따른 어레이 칩 크기는 5 x 5 어레이의 경우 싱글 칩 간격에 따라 약 30 um x 30 um ~ 1300 um x 1300 um 정도의 크기를 가지며 최대 30 x 30 어레이의 경우에는 싱글 칩 간격에 따라서 약 155 um x 155 um ~ 7550 um x 7550 um 정도가 된다. 다만, 현실적으로 가장 널리 사용될 수 있는 어레이 칩 크기는 약 1000 um x 1000 um ~ 2000 um x 2000 um 정도가 된다. In order to maintain the output and the beam pattern customized according to the signal control conditions of the airport and the infrared camera sensing sensitivity in the VCSEL array chip package structure, in the present invention, preferably, the single chip 5 of the infrared VCSEL light source, The active area size is within 5 to 50 μm, the spacing between single chips 5 is about 5 to 250 μm, and the array chip size is 5 × 5 in case of single chip spacing In the case of a maximum of 30 x 30 arrays, about 155 um x 75 um to 7550 um x 7550 um according to a single chip interval. However, in reality, the most widely used array chip size is about 1000 um x 1000 um to 2000 um x 2000 um.

그리고, 이러한 VCSEL 어레이 칩 패키지는, 도1과 같이 광통신에 널리 사용되는 TO56 ~ TO9 타입의 스템(4) + 글라스 윈도우(3) 타입의 티오 캔 타입(TO Can type) 패키지에 실장되는 구조를 가지며 TEC (Thermo Electric Cooler, 열전냉각기)에 의해 쿨링을 하는 것이 바람직하지만, 공항 사정에 따라 TEC 없이 구동하였을 때 VCSEL 어레이의 광출력이 유도등에서 필요한 출력을 제공할 경우에는 TEC 없는 티오 캔 타입 패키지로 유도등을 구성할 수도 있다. 1, the VCSEL array chip package has a structure in which it is mounted in a TO Can type package of a TOF6 to TO9 type stem 4 and a glass window 3 type widely used in optical communication Cooling by TEC (Thermo Electric Cooler) is preferable. However, if the optical output of the VCSEL array provides the necessary output for induction when it is driven without TEC according to the airport conditions, .

또한, 본 발명의 램프를 구성함에 있어서, 적외선 반도체 VCSEL 어레이 칩 패키지를 가시광 LED 패키지와 함께 설치한 하이브리드 타입의 모듈을 동일한 PCB에 동일한 히트 싱크(heat Sink)에 설치하여 동일 램프 기구물 (PAR-38 또는 PAR-56)에 장착하는 것도 가능하고, 어댑티브 히트 싱크(adaptive heat sink)를 서멀 그리스(thermal grease)나 서멀 패드(thermal pad)를 이용하여 VCSEL 어레이 칩 패키지에만 따로 부착하는 것도 가능하며, 어댑티브 히트 싱크를 동일 PCB나 동일 FR4 PCB에 장착할 때 스크류(screw)나 클램프(clamp)를 활용하여 고정하는 구조도 가능하다. In building the lamp of the present invention, a hybrid type module in which an infrared semiconductor VCSEL array chip package is installed together with a visible light LED package is mounted on the same PCB on the same heat sink to form the same lamp fixture (PAR-38 It is also possible to attach the adaptive heat sink to the VCSEL array chip package separately using a thermal grease or a thermal pad, It is also possible to use a screw or a clamp to fix the heat sink to the same PCB or the same FR4 PCB.

그리고, 공항 유도등에서 요구되는 빔 패턴을 정확하게 맞추기 위하여 도6과 같이 각 VCSEL 어레이 칩 내장 티오 캔 패키지는 VCSEL 광원 어레이 칩 상부에 렌즈(10)가 부착되는 구조도 가능하다(물론, 렌즈가 티오 캔 외부에 적용되는 것도 가능하다). In order to precisely match the beam pattern required in the airport guidance, etc., it is also possible to have a structure in which the lens 10 is attached to the upper part of the VCSEL light source array chip of each VCSEL array chip built-in Ti can package as shown in FIG. 6 It is also possible to apply it to the outside).

한편, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되는 것이 아니라 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 실시예가 가능하다는 것에 유의해야 한다. While the present invention has been described in connection with certain exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the appended claims.

예를 들어, 상기에서는 싱글 VCSEL 단위 광원을 도1과 같은 어레이 형태로 배열하여 형성되는 VCSEL 어레이 칩 패키지를 사용하는 것으로 기재하였으나, 본 발명에서는 싱글 VCSEL 단위 광원을 어레이 형태로 배열하지 않고 다양한 형태로 배치하여 형성되는 VCSEL 칩 패키지도 가능하다. For example, in the above description, a VCSEL array chip package formed by arranging a single VCSEL unit light source in the form of an array as shown in FIG. 1 is used. However, in the present invention, instead of arranging the single VCSEL unit light sources in an array form, VCSEL chip packages formed by arranging them are also possible.

Claims (15)

공항 활주로의 이착륙 유도등에 있어서,
가시광선을 방출하는 LED들을 포함하는 LED 패키지;
공항 활주로의 이착륙 유도등에서 가시광선 광원에 대해 요구되는 빔 패턴 범위를 정확하게 맞추기 위해, 상기 LED의 상부에 부착되는 LED용 렌즈;
1300~2400 nm 영역의 적외선을 방출하고, 싱글 VCSEL 단위 광원들을 배치하여 패키지화한 VCSEL 칩 패키지;
상기 LED 패키지가 상부에 배치되는 가시광선용 기판;
상기 VCSEL 칩 패키지가 상부에 배치되는 적외선용 기판;
상기 LED 패키지와 상기 VCSEL 칩 패키지에 전원을 공급하는 전원공급장치;
상기 가시광선용 기판, 상기 적외선용 기판 및 상기 전원공급장치가 배치되는 기구물을 포함하고,
상기 VCSEL 칩 패키지는, 상부로 상기 적외선용 반도체 레이져 패키지의 적외선광을 투과시키면서 상기 VCSEL 칩 패키지를 보호하는 글라스 윈도우와, 상기 글라스 윈도우와 상기 VCSEL 칩 패키지가 상부에 설치되는 스템을 가지는 티오 캔 타입 패키지에 내장되는 것을 특징으로 하는 공항 활주로의 이착륙 유도등.
In the takeoff and landing light of an airport runway,
An LED package including LEDs emitting visible light;
A lens for an LED attached to an upper portion of the LED to precisely match a beam pattern range required for a visible light source in an airport runway take off and landing induction,
A VCSEL chip package that emits infrared rays in the range of 1300 to 2400 nm and arranges and packages a single VCSEL unit light source;
A substrate for visible light on which the LED package is disposed;
An infrared ray substrate on which the VCSEL chip package is disposed;
A power supply for supplying power to the LED package and the VCSEL chip package;
A substrate for visible light, a substrate for infrared rays, and an apparatus in which the power supply device is disposed,
The VCSEL chip package may include a glass window for transmitting the infrared light of the infrared semiconductor laser package to protect the VCSEL chip package and a tiocan can type having the glass window and the stem on which the VCSEL chip package is installed Take-off light of airport runway which is built in package.
제1항에 있어서,
상기 VCSEL 칩 패키지는 상기 VCSEL 단위 광원을 어레이 형태로 배열하여 패키지화한 VCSEL 어레이 칩 패키지인 것을 특징으로 하는 공항 활주로의 이착륙 유도등.
The method according to claim 1,
Wherein the VCSEL chip package is a VCSEL array chip package in which the VCSEL unit light sources are arrayed and packaged.
제1항에 있어서,
상기 LED는 백색광 LED 또는 녹색광 LED인 것을 특징으로 하는 공항 활주로의 이착륙 유도등.
The method according to claim 1,
Wherein the LED is a white light LED or a green light LED.
제1항에 있어서, 
상기 기구물은 PAR-38 기구물인 것을 특징으로 하는 공항 활주로의 이착륙 유도등.
The method according to claim 1,
Wherein said mechanism is a PAR-38 mechanism.
제1항에 있어서, 
상기 기구물은 PAR-56 기구물인 것을 특징으로 하는 공항 활주로의 이착륙 유도등.
The method according to claim 1,
Wherein said device is a PAR-56 device.
제2항에 있어서,
상기 VCSEL 어레이 칩의 구조는 상기 싱글 VCSEL 단위 광원의 칩을 5 x 5 ~ 30 x 30의 사각형 어레이 형태로 배열한 구조인 것을 특징으로 하는 공항 활주로의 이착륙 유도등.
3. The method of claim 2,
Wherein the structure of the VCSEL array chip is a structure in which the chips of the single VCSEL unit light source are arranged in a rectangular array of 5 x 5 to 30 x 30.
제6항에 있어서,
상기 싱글 VCSEL 단위 광원 칩의 액티브 면적은 5 ~ 50um 이내의 크기이고, 상기 싱글 VCSEL 단위 광원 칩들의 간격은 5~ 250 um 인 것을 특징으로 하는 공항 활주로의 이착륙 유도등.
The method according to claim 6,
Wherein an active area of the single VCSEL unit light source chip is 5 to 50 μm or less and an interval of the single VCSEL unit light source chips is 5 to 250 μm.
제2항에 있어서,
공항 활주로의 이착륙 유도등에서 적외선 광원에 대해 요구되는 빔 패턴 범위를 정확하게 맞추기 위해, 상기 VCSEL 어레이 칩 패키지의 상부에 부착되는 VCSEL 어레이 칩 패키지용 렌즈를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공항 활주로의 이착륙 유도등.
3. The method of claim 2,
Further comprising a lens for a VCSEL array chip package attached to an upper portion of the VCSEL array chip package in order to precisely match a beam pattern range required for an infrared light source in takeoff and landing of an airport runway or the like.
제8항에 있어서,
상기 VCSEL 어레이 칩 패키지는 TEC 쿨링을 하는 것을 특징으로 하는 공항 활주로의 이착륙 유도등.
9. The method of claim 8,
Wherein the VCSEL array chip package performs TEC cooling.
제1항에 있어서,
상기 가시광선용 기판과 상기 적외선용 기판이 동일한 PCB인 것을 특징으로 하는 공항 활주로의 이착륙 유도등.
The method according to claim 1,
Wherein the visible light ray substrate and the infrared ray substrate are the same PCB.
제1항에 있어서,
어댑티브 히트 싱크를 서멀 그리스나 서멀 패드를 이용하여 상기 VCSEL 칩 패키지에만 따로 부착하는 것을 특징으로 하는 공항 활주로의 이착륙 유도등.
The method according to claim 1,
Wherein the adaptive heat sink is separately attached to the VCSEL chip package using thermal grease or a thermal pad.
제1항에 있어서,
상기 가시광선용 기판은 메탈 PCB인 것을 특징으로 하는 공항 활주로의 이착륙 유도등.
The method according to claim 1,
Wherein the substrate for visible light is a metal PCB.
제12항에 있어서,
상기 적외선용 기판은 FR4 PCB이며, 상기 FR4 PCB가 상기 메탈 PCB의 상부 표면에 부착되는 것을 특징으로 하는 공항 활주로의 이착륙 유도등.
13. The method of claim 12,
Wherein the substrate for infrared rays is an FR4 PCB, and the FR4 PCB is attached to an upper surface of the metal PCB.
제1항에 있어서,
상기 적외선용 기판이 상기 가시광선용 기판 위의 중앙에 배치되고, 적어도 하나의 VCSEL 칩 패키지가 적외선용 기판상에 배치되며, 적외선용 기판의 둘레의 가시광선용 기판상에 LED 패키지들이 배치되는 것을 특징으로 하는 공항 활주로의 이착륙 유도등.
The method according to claim 1,
Wherein at least one VCSEL chip package is disposed on the substrate for visible light and the LED packages are arranged on the substrate for visible light around the substrate for infrared light, Take off landing light of airport runway.
제1항에 있어서,
상기 적외선용 기판이 상기 가시광선용 기판 위의 일측에 배치되고, 적어도 하나의 VCSEL 칩 패키지가 적외선용 기판에 배치되며, 다른 측의 가시광선용 기판상에 LED 패키지들이 배치되는 것을 특징으로 하는 공항 활주로의 이착륙 유도등.
The method according to claim 1,
Characterized in that the infrared substrate is disposed on one side of the visible light ray substrate and at least one VCSEL chip package is disposed on the infrared ray substrate and the LED packages are disposed on the other visible light ray substrate. Takeoff landing lights.
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