(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
航空機位置灯として用いられる発光ダイオード（ＬＥＤ）アセンブリであって、
ベース回路基板と電気的に通じている第１の複数の回路基板を含み、前記第１の複数の回路基板の各回路基板は前記第１の複数の回路基板の他の各々の回路基板と平行であり、各回路基板は前記ベース回路基板に対し同じ鋭角で配置され、前記ＬＥＤアセンブリはさらに、
前記ベース回路基板と電気的に通じている第２の複数の回路基板を含み、前記第２の複数の回路基板の各回路基板は、前記第２の複数の回路基板が扇形の構造を形成するように、前記ベース回路基板に対し異なる角度で配置され、前記ＬＥＤアセンブリはさらに、
前記第１の複数の回路基板と前記第２の複数の回路基板とに電気的に取付けられた複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）を含み、
前記第１の複数の回路基板および前記第２の複数の回路基板の各回路基板は対向する第１および第２の縁を有し、各回路基板は前記第１の縁において前記ベース回路基板に取付けられ、前記複数のＬＥＤは前記各回路基板に前記第２の縁において取付けられる、発光ダイオード（ＬＥＤ）アセンブリ。
【請求項２】
前記第１の複数の回路基板および前記第２の複数の回路基板の各回路基板は、前記第１の複数の回路基板および前記第２の複数の回路基板の他のすべての回路基板と同一である、請求項１に記載のＬＥＤアセンブリ。
【請求項３】
前記第１の複数の回路基板と前記第２の複数の回路基板とに取付けられている前記複数のＬＥＤは同一である、請求項１に記載のＬＥＤアセンブリ。
【請求項４】
前記第１の複数の回路基板および前記第２の複数の回路基板のそれぞれに取付けられた前記複数のＬＥＤは、前記複数のＬＥＤの少なくとも１つのＬＥＤが前記複数のＬＥＤの別のＬＥＤに対しある角度で配置されるよう、扇状のパターンを形成している、請求項１に記載のＬＥＤアセンブリ。
【請求項５】
前記複数のＬＥＤはＬＥＤの列を含み、ＬＥＤの各列は前記第１の複数の回路基板および前記第２の複数の回路基板のそれぞれの回路基板に電気的に取付けられている、請求項１に記載のＬＥＤアセンブリ。
【請求項６】
前記第１の複数の回路基板および前記第２の複数の回路基板の各回路基板は、前記ベース回路基板にほぼ垂直な平面に位置して前記各回路基板の前記第１の縁から前記対向する第２の縁へ延びる軸を定義し、前記各回路基板に取付けられた前記複数のＬＥＤの少なくとも１つのＬＥＤが前記軸に整列している、請求項１に記載のＬＥＤアセンブリ。
【請求項７】
各回路基板の前記第２の縁は、協力してアーチ状の縁を定義する複数の縁部を含む、請求項１に記載のＬＥＤアセンブリ。
【請求項８】
前記複数のＬＥＤは、ＬＥＤが前記複数の縁部の各々に当接するよう、前記第１の複数の回路基板および前記第２の複数の回路基板に取付けられる、請求項７に記載のＬＥＤアセンブリ。
【請求項９】
航空機位置灯として用いられる発光ダイオード（ＬＥＤ）アセンブリであって、
ベース回路基板と、
前記ベース回路に取付けられた、対向する第１および第２の縁を有する複数の回路基板とを含み、各回路基板は、前記回路基板の前記第１の縁に沿って前記ベース回路基板と電気的および機械的に接続され、前記ＬＥＤアセンブリはさらに、
各回路基板と電気的に通じ、前記回路基板の前記第２の縁に当接する複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）を含み、
前記複数の回路基板の少なくとも１つが、前記複数の回路基板の別のものに対し傾斜している、発光ダイオード（ＬＥＤ）アセンブリ。
【請求項１０】
前記複数のＬＥＤの少なくとも１つが、前記複数のＬＥＤの別のものに対し傾斜している、請求項９に記載のＬＥＤアセンブリ。
【請求項１１】
各回路基板の前記第２の縁は、協力してアーチ状の縁を定義する複数の縁部を含む、請求項９に記載のＬＥＤアセンブリ。
【請求項１２】
前記複数の回路基板の各回路基板は同一である、請求項９に記載のＬＥＤアセンブリ。
【請求項１３】
前記複数のＬＥＤの各ＬＥＤは同一である、請求項９に記載のＬＥＤアセンブリ。
【請求項１４】
前記複数のＬＥＤは、少なくとも１つのＬＥＤが前記複数の縁部の各々に当接するよう各回路基板に取付けられる、請求項１１に記載のＬＥＤアセンブリ。
【請求項１５】
航空機位置灯として用いられる発光ダイオード（ＬＥＤ）アセンブリであって、
ベース回路基板と、
前記ベース回路基板と電気的に通じている複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）と、
前記複数のＬＥＤに隣接して位置し、第１の光学セクションと第２の光学セクションとを含む光学カバーとを含み、
前記第１の光学セクションは前記光学カバーの前記複数のＬＥＤとは反対側に位置する第１の複数の面を含み、前記第１の複数の面の各面は前記第１の複数の面の他の各々の面に平行で、前記第１の複数の面の各面は前記ベース回路基板に対し同じ鋭角で配置されており、
第２の光学セクションは前記光学カバーの前記複数のＬＥＤとは反対側に位置する第２の複数の面を含み、前記第２の複数の面の各面は前記ベース回路基板に対し、前記第２の複数の面の他の各々の面とは異なる角度で配置されている、発光ダイオード（ＬＥＤ）アセンブリ。
【請求項１６】
前記複数のＬＥＤの各々は同一である、請求項１５に記載のＬＥＤアセンブリ。
【請求項１７】
前記第１の複数の面の各面および前記第２の複数の面の各面は前記複数のＬＥＤのそれぞれのＬＥＤに対応する、請求項１５に記載のＬＥＤアセンブリ。
【請求項１８】
前記第１の複数の面の各面および前記第２の複数の面の各面は前記複数のＬＥＤの少なくとも１つのＬＥＤに対応する、請求項１５に記載のＬＥＤアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の分野】
この発明は一般に、航空機位置灯に関し、より詳細には、発光ダイオードアセンブリによって形成される航空機位置灯に関する。
【０００２】
【発明の背景】
米国連邦航空局規則は航空機に対し、その航空機の姿勢および位置を近くの飛行中および地上設置の実在物に識別されやすくする位置（または航空）灯を含むよう要求している。より詳細には、飛行機は１つの赤色灯と１つの緑色灯からなる左右位置灯を有し、それらが横方向に実用上できるだけ間隔をおき、飛行機が正常の飛行位置にある場合、赤色灯が飛行機の左側にあり、緑色灯が飛行機の右側にあるというように飛行機に設置されていることが要求されている。また、飛行機は、飛行機の尾部あるいは各翼端のできるだけ後方に取付けられた白色灯である後方位置灯を有する必要がある。
【０００３】
たいていの飛行機メーカーは、白熱光源を用いて実施された位置灯を飛行機に設置することにより、これらの規則を遵守している。一方、位置灯の中には、ハロゲンランプを用いて動作するものもあり、これらは白熱電球よりも耐用寿命が長くなり得る。これら２種類の光源はたびたび用いられる。なぜなら、これらは連邦航空局（ＦＡＡ）によって公布された連邦航空規則により要求されている光分布および光強度を達成できるからである。ＦＡＡは、飛行機の向きによって定義される水平面および垂直面両面での多数の変位角において、位置灯が最小強度を有することを要求している。この規則はまた、ある水平および垂直位置において位置灯が特定の光強度の値を超えないことを要求している。つまり、位置灯の意図された適用範囲内においては、ＦＡＡは最小強度のみを制定しており、意図された適用範囲外では、ＦＡＡは最大強度を制定している。このように、飛行機の姿勢および位置は多数の視角から簡単に判断でき、同時に、灯が位置灯の適用範囲を上回って強すぎるために他のパイロット、航空機灯、および地上設置の実在物を混乱させたりまたは圧倒したりすることがないようにする。
【０００４】
水平および垂直光強度要件に加え、連邦航空規則は、各位置灯が国際照明委員会の色度座標に基づいた特定の色を有することも要求している。連邦航空規則はこれらの色度座標を用いて、位置灯として適切な特定範囲の色度または色を定義し、これらは航空用赤色、航空用緑色、および航空用白色と定義される。左位置灯は航空用赤色、右位置灯は航空用緑色、および後方位置灯は航空用白色であることが義務付けられている。
【０００５】
たいていの位置灯は白色の白熱光源およびハロゲン光源を用いているため、位置灯メーカーはしばしば、これら特定の色要件を灯カバーの使用により達成している。灯カバーは通常、カラーガラスから作られ、光源の前に配置される。しかし、このようなカバーを飛行状態において白熱またはハロゲン光源と用いると、好ましくない結果を招く場合がある。たとえば、赤色および緑色のガラスカバーの透過率は、わずか約２０％である。このため、光強度要件を満たすためには、比較的高出力のランプを用いることになる。高出力の白熱およびハロゲン光源は大量の熱を放出するので、これがガラスでできた灯カバーを粉砕するおそれがある。さらに、灯カバーは温度とともに色や透過率が変化する場合があり、温度変化に応じて、光強度および色が連邦航空規則の特定の要件外に変動する場合がある。
【０００６】
位置灯は航空機が夜間運行するたびに動作しなければならず、また、特に大型商用機においては灯に手が届きにくい場合があるので、位置灯にとって寿命が長く確実に動作するということは有利である。しかし、残念ながら、従来の白熱灯およびハロゲンランプを使用した位置灯は通常、作動時間が１０００から２０００時間たつと切れる場合がある。これは、飛行中、または滑走路上で短時間乗り継ぎの待ち合わせをする間など、都合の悪いときに起こり得る。その結果、このような位置灯内部のランプは、飛行機がタールマカダム舗装路上にある間に頻繁に交換される。この頻繁なランプの交換は、飛行機の操縦士、整備員、航空交通管制、および飛行機の乗客または貨物に対し、大きな負担をかける。
【０００７】
航空機の遅延および必要な整備に関連するコストに加え、カラーフィルタガラスと組合せて用いられる従来の光源は、大量の電力供給を必要とし、また非常に重い場合があり、この２点は飛行機の設計において好ましくない。この点に関し、白熱およびハロゲン位置灯は、ＦＡＡの点灯要件を適切な余裕および冗長性を含めて満たす強度を与えるためには、各々約１５０〜２００ワットの電力を必要とする。たとえば、連邦航空規則のもとに必要とされる光強度の２倍を提供するためには、１００〜２００ワットの位置灯が通常採用される。各々の飛行機には位置灯が多数取付けられるため、この高電力要件は大量電力負荷の一因となり、これは飛行機の発電機には限度があるため好ましくない。さらに、白熱およびハロゲン位置灯、および灯カバーの重量が重いため、灯の設置は困難になり、航空機に好ましくない重量を追加することになる。最後に、（赤色および白色の）白熱およびハロゲン位置灯は、幅広いスペクトルと比較的大量の赤外線エネルギとを有する光を発するため、軍および夜間救助用途に採用されているような夜間視界映像システム（ＮＶＩＳ）を灯が妨害してしまうことになる。
【０００８】
したがって、ＦＡＡの光強度および分布要件を達成しつつ、従来の位置灯より寿命が長く整備を必要としない、信頼性のある位置灯に対し、継続した要望がある。さらに、そのような灯は、従来の位置灯より電力消費が少なく、製造コストも少なく、軽量で、スペクトル分布が狭く、赤外線エネルギが少ないこと、したがって夜間視界映像システムに適合できるということが望ましい。
【０００９】
【発明の概要】
この発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）のアセンブリを用いて、連邦航空規則の点灯要件を満たし、同時に、従来の白熱およびハロゲン位置灯より寿命が長く、従来の位置灯より比較的軽量で、安く、電力を必要としない位置灯を生産するものである。連邦航空規則の点灯色要件を遵守するため、カラーＬＥＤを選択してもよく、カラー灯カバーが不要になる。さらに、ＬＥＤのスペクトル分布は狭いので、この発明の位置灯は従来の白熱灯ベースの位置灯に比べ、夜間視界映像システムをあまり妨害しないという、さらなる利点がもたらされる。
【００１０】
この発明の一実施例によれば、航空機位置灯として用いられる発光ダイオード（ＬＥＤ）アセンブリは、ベース回路基板と電気的に通じている第１の複数の回路基板を含む。第１の複数の回路基板の各回路基板は、第１の複数の回路基板のその他すべての回路基板と平行である。また、第１の複数の回路基板の各々は、ベース回路基板に対し同じ鋭角で配置されている。ＬＥＤアセンブリは、ベース回路基板に電気的に通じている第２の複数の回路基板も含む。第２の複数の回路基板の各回路基板は、第２の複数の回路基板のその他すべての回路基板に対しある角度で配置されている。そのように、そこにおいて第２の複数の回路基板は、扇状の構造を形成している。また、ＬＥＤアセンブリは、前記第１の複数の回路基板および前記第２の複数の回路基板に電気的に取付けられた複数の発光ダイオードを含む。
【００１１】
アセンブリの製造を容易にし、製造および整備に関連するコストを下げるため、ＬＥＤアセンブリにおける第１の複数の回路基板および第２の複数の回路基板の各回路基板は、第１の複数の回路基板および第２の複数の回路基板のその他すべての回路基板と同一であり得る。複数のＬＥＤはＬＥＤの列を含むことができ、このＬＥＤの各列が、第１の複数の回路基板および第２の複数の回路基板の単一の回路基板に電気的に取付けられている。各回路基板は次に、その第１の縁において、ベース回路基板に電気的および機械的に接続されることができる。この実施例では、ＬＥＤは次に、第１の縁のほぼ反対側にある第２の縁において、回路基板に接続されている。
【００１２】
さらに、第１の複数の回路基板および第２の複数の回路基板の各回路基板は、回路基板の第１および第２の縁の間に延び、ベース回路基板に垂直な面に配置された１本の軸を定義できる。この実施例では、複数のＬＥＤのうち少なくとも１つのＬＥＤがこの軸に整列するように回路基板に接続されることができる。また、少なくとも１つのＬＥＤが、協力してアーチ型の縁を定義する部分に対し傾斜するように回路基板上に設置されていてもよい。
【００１３】
一実施例において、各回路基板の第２の縁は、多数の縁を含むことができる。ＬＥＤは、異なる方向に向けられるよう、この複数の縁部に当接することができる。たとえば、いくつかのＬＥＤが、回路基板により定義された垂直軸と平行になるよう、中心縁部に当接できる。また、ＬＥＤは、中心縁部に対し傾斜している他の縁部の上に取付けられることができる。たとえば、ＬＥＤは、回路基板により定義された軸に対し、±１２°、および±２４°の角度で取付けられることができる。ＬＥＤの向きは一般に、回路基板により定義される軸に対する多数の縁部の角度から導き出されるので、ＬＥＤの正しい角方位は、ＬＥＤを直接、回路基板の縁部に隣接して配置することにより確保されてもよい。
【００１４】
ＬＥＤおよび回路基板をベース回路基板上においてどう向けるかは、位置灯が連邦航空規則の点灯要件を満たし、かつ上回るように定めることができる。選択されたＬＥＤの既知の光分布を用いて、コンピュータ上で動作するソフトウェアを利用して、この発明による位置灯のスペースのすべての点における光強度を定めてもよい。このソフトウェアはそうするために、多数のＬＥＤからの発光の既知特性を加える従来の数式を用いてプログラムされ、所与のＬＥＤアセンブリに対する光強度の３次元的線図を作成するようになっていてもよい。したがって、試行錯誤を経て、この発明の最も有効な実施例を定めることができる。
【００１５】
ＬＥＤは、カラー灯カバーを位置灯の前に置かなくてもすむように、連邦航空規則の特定の色要件を満たすよう選択することができる。さらに、選択されたＬＥＤは、従来の位置灯ほど夜間視覚映像システムを妨害しないように、狭いスペクトル分布を有することができる。
【００１６】
この発明の別の実施例によれば、航空機位置灯として用いられる発光ダイオード（ＬＥＤ）アセンブリは、ベース回路基板と、そのベース回路基板と電気的に通じている複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）とを含む。ＬＥＤアセンブリはまた、複数のＬＥＤに隣接して配置されたガラスまたは光学プラスチックのカバー（レンズ）も含み、この光学カバーは、第１の光学セクションと第２の光学セクションとを含む。第１の光学セクションは、光学カバーの複数のＬＥＤとは反対側に位置する第１の複数の面を含むことができ、第１の複数の面の各面は第１の複数の面の他の各々の面と平行になっており、第１の複数の面の各面はベース回路基板に対し同じ鋭角で配置されている。第２の光学セクションは、光学カバーの複数のＬＥＤとは反対側に位置する第２の複数の面を含むことができ、第２の複数の面の各面はベース回路基板に対し、第２の複数の面の他の各々の面と異なる角度で配置されている。
【００１７】
この発明の一つの局面によれば、第１の複数の面の各面および第２の複数の面の各面は、複数のＬＥＤのそれぞれのＬＥＤに対応できる。代替的に、第１の複数の面の各面および第２の複数の面の各面は、複数のＬＥＤの少なくとも１つのＬＥＤと対応できる。
【００１８】
さらに、第１の実施例と同様、位置灯アセンブリ内に配置された複数のＬＥＤの各々は、同一であり得る。
【００１９】
この発明の他の特徴および利点は、以下の図面および詳細な説明を検討するきことにより当業者には明確となるであろう。このような特徴および利点はすべて、特許請求の範囲に定義されたこの発明の範囲内に含められるよう意図されている。
【００２０】
【詳細な説明】
この発明の好ましい実施例を示す添付図面を参照して、この発明を以下により詳細に説明する。しかし、この発明は数多くの異なる形態で実施されてもよく、ここに記載された実施例に限定されると解釈すべきではない。むしろ、これらの実施例は、この開示が完璧および完全で、発明の範囲を当業者に十分伝えるよう提供されるものである。全体にわたり、同じ数字は同じ要素を示す。
【００２１】
まず、この発明の一つの局面による前方位置灯が、さまざまな方向に取付けられたＬＥＤのアセンブリも含めて紹介され、位置灯の個々の構成要素のより詳細な説明が続く。次に、さまざまな種類のＬＥＤの使用が、その向き、位置灯の構成要素の向きに対する効果、および利点も含めて説明される。最後に、設計技術者が前方位置灯を所定の要件を満たすように調整できるようになるソフトウェアプログラムが説明される。
【００２２】
図１は、この発明の一実施例に従った前方位置灯１０を示す。前方位置灯１０は、ベース回路基板１５と、ベース回路基板１５に電気的および機械的に接続された複数の回路基板とを含む。前方位置灯１０はまた、各回路基板２０の上に電気的および機械的に取付けられた複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）２５も含む。また、前方位置灯１０は、ベース回路基板１５と電気的に通じている電源１２を含み、これは次に、ベース回路基板１５に対し多数の方向に光を発するＬＥＤ２５に電力を供給する。前方位置灯１０は、ボルト、クランプ、ねじ、接着剤、またはその他の適切な周知の手段によって飛行機に取付けることができる。飛行機の翼における前方位置灯１０の１つの位置が、図５Ａに図示されている。
【００２３】
再度図１を参照すると、複数の回路基板は、少なくとも１つの回路基板２０がベース回路基板１５の表面１７に対し一鋭角で配置されるように、さまざまな角度でベース回路基板１５に接続されることができる。複数の回路基板は、当業者に周知の任意の適切な手法を用いて、ベース回路基板１５に直接取付けることができる。代替的に、複数の回路基板は、図４に示すように、取付構造を用いてベース回路基板１５に取付けることができる。表面１７に対し少なくとも１つの回路基板２０、より好ましくは複数の回路基板を傾斜させたりまたは斜めにする目的は、図１に示すように、ｙ軸と−ｙ軸との方向において垂直な（ｚ軸の）光分布（つまり、ｚ軸方向において±ｘ軸を中心とする光分布）を達成することにある。同様に、各々の個々の回路基板２０に接続された複数のＬＥＤ２５は、ｘ軸と−ｘ軸との方向において垂直な（ｚ軸の）光の分散（つまり、ｚ軸方向において±ｙ軸を中心とする光の分散）を達成するために、異なる角度に向けられていてもよい。たとえば、少なくとも１つのＬＥＤ２３がｘ軸の方を向き、少なくとも１つのＬＥＤ２４が−ｘ軸の方を向くように、ＬＥＤ２５は回路基板２０上に扇状に取付けられることができる。したがって、回路基板および各基板２０上に配置されたＬＥＤ２５の組合せられた向きによって、前方位置灯１０は、ｘ、ｙ、およびｚ軸によって定義された３次元空間において多数の方向に発光することができる。図１の実施例では、ＬＥＤが３０の異なる角方位を向くように、１５６のＬＥＤが１３の回路基板上に取付けられており、この構成は以下に、図４を参照しながらより詳細に説明される。しかし、希望すれば、位置灯１０は異なる数の回路基板および異なる数のＬＥＤを含むことができる。
【００２４】
この発明による位置灯１０の１つの利点は、従来の白熱およびハロゲン位置灯ほど電力を必要としない灯により最小位置灯強度が達成できることにある。たとえば、従来の光源がＦＡＡの位置灯強度要件を適切な余裕と冗長性も含めて満たすためには約２００ワットの電力を必要とするのに対し、図１に示された、１５６の従来のＬＥＤと１３の回路基板とを利用した実施例は、約２０ワットの電力を必要とする。このような電力減少は、効率のよい電力管理が重要である航空機設計にとって好ましい。さらに、従来の位置灯とは異なり、ＬＥＤを流れる電流は、電圧変化が位置灯１０の光強度またはＬＥＤを流れる電流に影響を及ぼさないよう、電流調整集積回路チップを介して調整されるべきである。ＬＥＤは電圧の小さな変化に基づいて電流に大きな変動が起こる半導体を利用しており、これがＬＥＤの半導体材料に有害な影響を与えるおそれがあるため、この電流調整が必要となる場合がある。位置灯１０およびその個々の構成要素は、図２〜５についてより詳細に説明される。
【００２５】
図２は、この発明の一実施例に従った、図１に示された位置灯１０の回路基板２０の斜視図である。この発明の一つの局面によれば、位置灯１０の各々の個々の回路基板２０は同一であり得る。したがって、図２の回路基板２０は、位置灯１０に含まれる複数の回路基板の任意の回路基板を表わすものであってもよい。しかし、各回路基板２０が形状および構造両方において特有のものであり得ることは理解されるであろう。にもかかわらず、同一の回路基板の使用が好ましい。なぜなら、同一の回路基板は、位置灯１０の製造および整備コストを最小限に抑え、その組立および整備を簡略化するからである。さらに、同一の回路基板を使用すると、不良基板の交換が簡略化できる。回路基板２０は、ベース回路基板１５と電気的および機械的に接続するための第１の縁４０と、第１の縁４０のほぼ反対側にある第２の縁４４とを含むことができる。また、回路基板は、第１および第２の縁４０、４４の間に延びる軸３５を定義できる。回路基板が一旦取付けられると、軸３５は、ベース回路基板１５の上側の表面１７に対しほぼ垂直な平面内に配置される。複数のＬＥＤ２５は、回路基板２０の第２の縁４４に電気的および機械的に接続される。図２の実施例では、ＬＥＤ２５は、１つの列を形成して第２の縁４４に接続されている。
【００２６】
回路基板２０の第２の縁４４は通常、複数の縁部を含み、これらは図３Ａを参照してより詳細に説明される。この実施例では、ＬＥＤ２５が縁部の各々に沿って取付けられていることが好ましい。しかし、ＬＥＤ２５が回路基板２０に別の方法でも取付けられることは、当業者には理解できるであろう。たとえば、ＬＥＤ２５は、第２の縁４４の近くの回路基板の一面または両面に配置されていてもよい。いずれにせよ、ＬＥＤ２５は一般に、ベース回路基板１５の表面１７から遠ざかるように発光することができる。図２の実施例にあるように、回路基板の第２の縁はアーチ状であり得るので、ＬＥＤ２５は、その上に取付けられた場合に複数の方向に発光してもよい。また、ＬＥＤ２５は、異なる垂直変位に向けられるよう取付けられているため、ＬＥＤ２５からの側方発光は隣接するＬＥＤ２５によって遮断されず、以下に説明するように、垂直角度光強度要件を満たす上で役に立つ。
【００２７】
ＬＥＤ２５は回路基板２０にＬＥＤリード線２７により電気的に接続３０されており、これは想像線で図示されている。ＬＥＤリード線２７は、回路基板２０にジャンパタイプの接続を提供する結合線または類似のものであってもよい。または、ＬＥＤリード線２７は、回路基板２０の上または内に配置された配線であってもよい。代替的に、回路基板２０は導電性端子を含んでいてもよく、これにＬＥＤ２５が接続されてもよい。当業者には理解されるであろうが、回路基板２０は、複数のＬＥＤ２５を電気的および機械的に受けるのに適切なプリント回路基板、プリント配線基板、または他の任意の基板を含むことができ、ＬＥＤ２５が電源１２により電力を供給されるようにベース回路基板１５に電気的および機械的に接続されることができる（図１参照）。この点に関し、ベース回路基板１５およびその上に取付けられる複数の回路基板は通常、電源１２によりＬＥＤ２５に供給される電流を効果的に扇形に広げる電気配線網を含む。
【００２８】
図３Ａは、図２の回路基板２０の正面図を示し、回路基板２０により規定された軸３５に対するＬＥＤ２５の角方位を含む。回路基板２０の第２の縁４４は、アーチ状の縁を形成する多数の縁部４５〜４９を含むことができる。図３Ａに示された実施例では、ＬＥＤ２５は、５つの異なる方向に向けられるよう、多数の縁部４５〜４９に当接する。より詳細には、４つのＬＥＤ２５が、軸３５に平行となるように第２の縁４４の中心縁部４５に当接し、２つのＬＥＤ２５が、軸３５に対し１２°傾斜するように第２の縁４４の第１の中間縁部４６に当接し、２つのＬＥＤ２５が、軸３５に対し２４°傾斜するように第２の縁４４の第１の外側縁部４８に当接する。同様に、２つのＬＥＤ２５が、軸３５に対し−１２°の角度で第２の縁４４の第２の中間縁部４７に取付けられ、２つのＬＥＤ２５が、軸３５に対し−２４°の角度で第２の外側縁部４９に取付けられる。
【００２９】
図３Ａからわかるように、回路基板２０の軸３５から特定の角度（つまり０°、±１２°、または±２４°）に向けられたＬＥＤ２５は、その角方位を、軸３５に対する多数の縁部４５〜４９の角度から導き出す。この実施例では、中心縁部４５に対し、中間縁部４６、４７はそれぞれ±１２度、外側縁部４８および４９はそれぞれ±２４度、傾斜している。このように、ＬＥＤ２５の特定の角方位は、ＬＥＤ２５を直接、回路基板２０の第２の縁４４における多数の縁部４５〜４９に隣接して配置することにより、達成されてもよい。１つの実施例が示されているが、ＬＥＤアセンブリがＬＥＤ２５の多数の角方位を与える多数の構成を有することができることは、理解されるであろう。たとえば、回路基板２０は、個々のＬＥＤに対しそれぞれ１つの縁部、というようにより多くの縁部を含んでいてもよいし、また、滑らかで連続したアーチ状の縁を含み、その上にＬＥＤが取付けられていてもよい。さらに、回路基板２０の第２の縁４４は単一の直線状の縁のみを含み、ＬＥＤ２５の角方位はＬＥＤ２５を回路基板２０に取付ける方法によって与えられていてもよい。たとえば、１つまたはそれ以上のＬＥＤ２５が、ＬＥＤリード線２７の長さを変更することにより、直線状の縁に対して傾斜するようになっていてもよい。また、回路基板２０上に取付けられるＬＥＤ２５の数は、ＬＥＤ２５の種類およびＬＥＤ２５の強度だけでなく、位置灯１０に含まれる回路基板の数によって変わる場合があることは、当業者に理解されるべきである。これについては以下に説明する。
【００３０】
図３Ｂは、この発明の一実施例に従った、図２に示す回路基板の正面図であり、光分布ベクトルを含む。上述したように、回路基板の第２の縁はアーチ状であり得るので、ＬＥＤ２５は複数の方向へ発光してもよい。３つのＬＥＤの光分布が、光分布ベクトルを用いて図３Ｂに図示されている。回路基板２０の第２の縁４４がアーチ状であるため、ＬＥＤ２５は異なる垂直変位にあり、このためＬＥＤ２５からの側方発光は隣接するＬＥＤ２５によって遮断されず、位置灯１０が連邦航空垂直角度光強度要件を満たす上で役立つことが、理解されるであろう。
【００３１】
図４は、この発明の一実施例に従った、図１の位置灯１０の側面図であり、複数の回路基板をベース回路基板１５に取付ける取付構造を含む。取付構造は、ベース回路基板と一体化していてもよいし、または、ベース回路基板１５とは分かれていて、各々が別個に構成された後、ベース回路基板１５に取付けられてもよい。取付構造は、回路基板をベース回路基板１５に対し一定の位置に保持するのに十分な強度を有し、位置灯の動作を妨害しないような、適切な材料から構成することができる。たとえば、取付構造は、成型プラスチックから形成されてもよい。取付構造が回路基板を特定の角度に取付けることを容易化することは、理解されるべきである。また、取付構造が必ず、回路基板をベース回路基板１５に電気的に接続させることも、理解されるべきである。
【００３２】
図４は、１３の回路基板がベース回路基板１５に電気的および機械的に取付けられている様子を示している。図１〜３に示すように、位置灯１０の個々の回路基板２０は、ベース回路基板１５の表面１７に対し異なった角度で取付けられてはいるものの、同一のものである。各回路基板２０およびその上のそれぞれのＬＥＤ２５の特定の向きは、位置灯１０を飛行機の翼端に取付けた場合に、連邦航空規則により要求される光強度を達成、および上回るよう、選択されたものである。
【００３３】
図４の実施例では、位置灯１０は第１の複数の回路基板５０と第２の複数の回路基板５５とを含み、これらはともに位置灯１０の複数の回路基板を構成している。第１の複数の回路基板５０の各回路基板２０は、第１の複数の回路基板５０の他の各々の回路基板２０に平行である。また、第１の複数の回路基板５０の各回路基板２０は、ベース回路基板１５の表面１７に対し、一鋭角で配置されている。これに対し、第２の複数の回路基板５５の各回路基板２０は、第２の複数の回路基板５５が扇形の構造を形成するように、互いに対して傾斜している。
【００３４】
第１の複数の回路基板５０および第２の複数の回路基板５５を構成する各回路基板２０の角方位は、飛行方向軸に対して図示されている。飛行方向（ＤＯＦ）軸は、飛行機のＤＯＦを示し、灯が飛行機の翼端に取付けられた場合の、飛行機のＤＯＦに対する位置灯１０の姿勢を特定する。また、１１０°の機外角度を表わす軸も図示されているが、これは、連邦航空規則の下での最小光強度を必要とする、ＤＯＦ軸からの最大水平角度である。この１１０°の角度は、図５Ａを参照すればより簡単に理解できる。同図は、位置灯１０に対する１１０°の水平角度を図示している。
【００３５】
図４の実施例では、第１の複数の回路基板５０の各回路基板２０は、その軸３５（図２および３に図示）がＤＯＦ軸から７°の角度θにあるように、ベース回路基板１５に取付けられている。図示された実施例では、８つの回路基板がこの向きでベース回路基板１５に電気的および機械的に接続されている。また、図示された実施例では、５つの回路基板が第２の複数の回路基板５５を構成している。５つの個々の回路基板２０の垂直軸は、ＤＯＦ軸に対し２５°、４１°、５９°、７７°、および９５°傾斜している。
【００３６】
ＤＯＦに対する各々の個々の回路基板２０の変位θの角度は、図５Ａを参照すればわかるように、さまざまな水平角度における連邦航空規則の光強度要件に基づいて選択されている。図５Ａは、飛行機左翼上の前方位置灯に対する水平要件を図示したものと、そのような灯の全水平位置についての光強度要件を列記した表とを示している。たとえば、水平角度０〜１０°では、連邦航空要件は４０カンデラの最小光強度を要求している。１０〜２０度では３０カンデラの光強度が要求され、ＤＯＦから２０〜１１０度の角度では５カンデラが要求されている。飛行機の翼上の前方灯１０の向きは、図５Ａに示されたｙ−ｚ軸を参照すれば理解できる。同様に、図３に示すように、ＬＥＤ２５を各回路基板２０に配置することは、垂直変位における光強度についての連邦航空規則要件に基づいている。図５Ｂは、垂直角度に対する連邦航空規則前方位置灯強度要件と、飛行機左翼上の前方位置灯に対する要件を図示したものとを示す。垂直角度における光強度についての要件は、翼の位置の上と下とで対称的になっている。このように、図１および図５Ｂを参照すると、光強度要件は、ｘ軸および−ｘ軸上の対応する位置に対して等しくなっている。
【００３７】
第１の複数の回路基板５０および第２の複数の回路基板５５に含まれる各基板２０の特定の角方位は変る場合があるということは、当業者には理解されるであろう。しかし、上述の有利な実施例では、以下にさらに説明するように、図４における回路基板の好ましい向き、および用いられるＬＥＤの数は、任意の所与の垂直および水平変位における光強度に対する連邦航空要件の２倍を達成するために選択されたものである。しかし、当業者には理解されることであるが、連邦航空規則の下での位置灯に対する最小点灯要件をやはり満たし、または達成するさらなる角変位も採用されてもよい。たとえば、代替実施例は、複数の回路基板を含むが、その回路基板のどれもが互いに平行にはなっていなくてもよい。別の代替実施例では、より多数の回路基板が用いられており、ＤＯＦからの回路基板の角変位が図４に示すものと異なっていてもよい。たとえば、図４の実施例における第２の複数の回路基板５５を含む回路基板は、たとえば、１°から８９°の角度に向けられた任意の数の回路基板を含んでいてもよい。
【００３８】
個々のＬＥＤ２５および回路基板２０の好ましい向きは、近接して配置された多数のＬＥＤの周知の性能特性を用いてＬＥＤの位置を計算することにより定めることができる。まず、多数のＬＥＤが組合わさった場合、それらの個々の光パターンは一緒に合わさる（つまり、重ね合わせが働く）ことが知られている。さらに、光パターンが同じである多数のＬＥＤが同じ方向に向けられた場合、強度の形状、またはアポタイゼーションのパターンは、個々のＬＥＤにより放出されたパターンと同じままであるが、光の明るさは増加する。これら周知の現象と、連邦航空規則の水平および垂直光強度要件とを考慮すれば、この発明によるＬＥＤ２５および回路基板２０の好ましい向きは定めることができる。しかし、まず、さまざまな種類のＬＥＤを使用すること、およびそれらの向きを含めた効果について説明する。
【００３９】
図３Ａについて述べたように、位置灯１０を構成するＬＥＤ２５の種類は変る場合があることは理解されるであろう。図１〜４に図示されたこの発明の実施例では、Ｔ  １−３／４ハイインテンシティ（High Intensity）３０°ＬＥＤ（カリフォルニア州サンホセ、ヒューレットパッカード社製造）が利用された。ＬＥＤ２５の種類は、最小光強度要件を満たすために必要とされるＬＥＤの数、および回路基板２０の向きおよび数に影響を及ぼす場合がある。たとえば、この発明に用いられるＬＥＤとしては、直径が０．１９０インチで、一般に狭い光パターンを生成するＴ  １−３／４型のＬＥＤ、より幅の広い光パターンを生成するＨＰスーパーフラックス（Superflux）（ヒューレットパッカード（ＨＰ）社の商標）ＬＥＤ、またはコウモリの翼の形をした光パターンを生成し、ＬＥＤの垂直軸から一定角度離れたところで最も強い強度となるＨＰバラクーダ（Barracuda）ＬＥＤが挙げられる。さらに、ＬＥＤの外部レンズの形状、ＬＥＤの内部リフレクタの形状、ＬＥＤのアノード、カソード、およびダイを取り囲む封入材の屈折率、ならびに、レンズおよび／または内部リフレクタに対するダイの位置が、ＬＥＤ素子の強度パターンを規定する。
【００４０】
図２に示された各回路基板が位置灯のその他の回路基板と好ましくは交換可能であるため、位置灯１０全体にわたり利用されているＬＥＤ２５は同じ種類であることが好ましいが、これは要求されてはいない。また、カラー灯カバーを不要にするため、個々の灯カバー１０用に選択された各ＬＥＤは、連邦航空規則の色要件を遵守すべきである。要求された色度要件を満たす赤色、緑色、および白色のＬＥＤは、ヒューレットパッカードおよび他のＬＥＤ供給業者によって商品化されている。たとえば、ヒューレットパッカード（カリフォルニア州サンホセ）製造の航空用緑色ＬＥＤは、ＩｎＧａＮ（窒化ガリウムインジウム）により構成され、航空用赤色ＬＥＤは、ＡｌＩｎＧａＰ（リン化アルミニウムガリウムインジウム）により構成されている。これらカラーＬＥＤを用いることで、カラー灯カバーは削除することができ、潜在的に重量およびコストの削減につながり、従来の位置灯に見られたような、灯カバーが温度変化にさらされる場合に起きる透過率および光強度の変化から生じる困難を克服する。ＬＥＤを保護し翼が流線形となるためには、透明のガラスカバーは依然として必要であることは、当業者には理解されるであろう。
【００４１】
この発明におけるＬＥＤの使用による、白熱およびハロゲン位置灯をしのぐさらなる利点は、ＬＥＤによって生成される光のスペクトルが狭いことにある。ＬＥＤは本来、夜間視覚映像システムにより適合する。なぜなら、白熱光源またはフィルタを通した白熱光源がもっと幅広いスペクトルを有する（白熱光源は５０，０００ｎｍまで、およびそれ以上のエネルギを与える）のに比べ、それらが４５０〜９３０ナノメートルの範囲において生成する放射輝度はゼロ、または非常に少ない。夜間視覚映像システム（ＮＶＩＳ）は４５０から９３０ナノメートルのスペクトル感度幅を有するので、ＬＥＤはＮＶＩＳのゲインをそれだけしか削減せず、またはそれだけしかその動作を妨害しない。ＮＶＩＳは軍および夜間救助活動、その他数多くの用途に利用することができる。
【００４２】
図１〜４に図示されたＬＥＤ２５および回路基板２０の向きを含む、この発明の上述の実施例は、コンピュータ上で動作するソフトウェアプログラムを用いて定められたものである。このソフトウェアプログラムは、従来のコンピュータソフトウェア言語（マスキャド（Mathcad）６．０、マスソフト（Mathsoft）社製造）を用いて特にこの用途用に書かれたもので、既知の数式を用い、ＬＥＤアセンブリ全体の強度パターンを予測するために、ユーザが何百ものＬＥＤの強度パターンと角度位置を特定できるようにするものである。このソフトウェアは、ＬＥＤアセンブリの総強度パターンを計算し、全角度位置においてそれを前方位置灯に対して連邦航空規則が要求する強度と比較することができる。
【００４３】
このソフトウェアプログラムにより、設計技術者は、位置灯の設計用に検討されているあらゆる周知のＬＥＤの強度パターンを特定することができる。各ＬＥＤメーカーから提供された情報に基づき、任意の角変位に対し各ＬＥＤにより発光される光の強度が入力できる。次に設計技術者は、ＬＥＤの異なる種類の組合せをさまざまな角変位において異なる強度で実験し、異なる水平および垂直角度における何百ものＬＥＤの位置をシミュレートすることができる。このソフトウェアはすべてのＬＥＤの光強度を合計して、ＬＥＤアセンブリ全体用の合成した強度パターンを生成することができる。このように、プロトタイプを作ったり試験したりせずにＬＥＤアセンブリを完全に分析することができる。
【００４４】
位置灯１０の上述した実施例は、図１〜４について図示し述べたように、ソフトウェアプログラムを用いて定められたものである。しかし、他にもいくつかの構成が定められてもよいことは理解されるであろう。たとえば、設計者は、さまざまな角度に向けられた任意の数の回路基板を用い、その上に配置された任意の数のＬＥＤを含む位置灯を組立てて、連邦航空規則の前方灯強度要件を満たすに十分な位置灯を製造してもよい。試行錯誤に基づき、前方（赤色および緑色）および後方（白色）位置灯の両方を含む任意の数の位置灯が、そのような規則を遵守しているかどうかを試験することができる。このソフトウェアプログラムが、数式に基づいて光強度パターンを見積る、単なる時間削減ツールであることは理解されるであろう。この発明による前方位置灯は、そのようなプログラムを用いなくても組立てることができる。また、位置灯の光強度は数学的概算とは異なる場合があるので、位置灯を組立てた後で光強度を測定し、図１〜４に示された実施例において達成されたように、灯が連邦航空点灯要件を満たすかどうかを検証する必要がある。
【００４５】
ＬＥＤのアセンブリは、連邦航空規則の点灯要件を満たし、同時に従来の白熱およびハロゲン位置灯よりも寿命が長く、従来の位置灯より比較的軽量で安く、電力をそれほど必要としない位置灯を与える。さらに、連邦航空規則の点灯色要件を遵守するためにカラーＬＥＤを選択してもよいので、カラー灯カバーが不要になる。その上、ＬＥＤのスペクトル分布が狭いことにより、この発明の位置灯は従来の位置灯に比べ、夜間視覚映像システムの動作をほぼそれだけしか妨害しない、というさらなる利点がもたらされる。
【００４６】
図６Ａは、この発明の別の実施例に従った位置灯１００の斜視図を示し、図６Ｂは位置灯１００の側面図を示す。図６Ａおよび６Ｂに示された実施例によれば、ＬＥＤ１２５がベース回路基板１５０に対しおおむね垂直に向けられるよう、複数のＬＥＤ１２５は、当業界で周知の方法によって、ベース回路基板１５０に直接取付けられ、格子またはその他の形状に配列されていてもよい。複数の方向に光強度を設定するために、透明の灯カバーまたはレンズ１３０がＬＥＤ１２５の上方に配置されるか、またはＬＥＤ１２５に直接隣接して配置されてもよく、この透明の灯カバー１３０は１つまたはそれ以上のガラスまたは光学プラスチック部分を含むことができ、これによりＬＥＤ１２５は多数の方向に発光することができる。透明の光学灯カバー１３０は、連邦航空規則により要求されている所要光分布および強度を達成するために、ＬＥＤ１２５からの光を、多数の方向に、そして適切な角度に向ける。ベース回路基板は電源に電気的に接続されており、ＬＥＤ１２５は電力を供給されるようベース回路基板１５０と電気的に通じていることは、当業者には理解できるであろう。この実施例の透明な光学灯カバーは光学プラスチックから作られているが、代替実施例では、光学カバー１３０はガラスまたは他の適切な材料から製造することもできる。光学灯カバー１３０の透過特性は鏡面的（透明）であるが、別の代替実施例では、光学灯カバー１３０は、位置灯の光強度に対する連邦航空規則要件を達成するため、鏡面的、または拡散的（半透明）、またはその両方の組合せとなる場合もある。透明の光学灯カバー１３０は、ある領域では屈折を、他の領域では内部反射を用いて、ＬＥＤ１２５から生じる光の望ましい角偏向を達成するよう設計されている。別の代替実施例は１つ以上の回路基板１００と光学灯カバー１３０とを含み、それらが比較的互いに近接して、または必要であれば少し間隔をあけて、同じ方向にまたは異なる角度に向けられて、特定の航空機設置を容易にするようになっていてもよい。
【００４７】
図６Ｂに示すように、透明の光学灯カバー１３０は、セクション１３５と第２のセクション１３８とを含むことができる。第１のセクション１３５は、光学灯カバー１３０の複数のＬＥＤ１２５とは反対側に位置する複数の面を含むことができる。第１のセクション１３５の複数の面の各々は互いに平行であり、ベース回路基板１５０に対し同じ鋭角で配置されている。これらの面は、光を飛行方向（ＤＯＦ）軸に対し水平に７°屈折させるように傾斜していることが図示されている。第２のセクション１３８も、光学灯カバー１３０の複数のＬＥＤ１２５とは反対側に位置する複数の面を含むことができる。しかし、第１のセクション１３５の複数の面とは異なり、第２のセクション１３８の各々の面は、ベース回路基板１５０に対し、第２のセクション１３８の他の各々の面とは異なる（水平および垂直）角度に配置されている。これらの面は、光をＤＯＦ軸に対し水平に２５°、４１°、５９°、７７°、および９５°屈折または内部反射させるように傾斜していることが示されている。また、これらの面の角度により、灯が光を垂直軸において−２４°、−１２°、０°、１２°、および２４°の角度に屈折させる。
【００４８】
この発明の一つの局面によれば、位置灯１００内に位置する複数のＬＥＤ１２５の各々は、同一であり得る。さらに、第１の複数の面の各面と第２の複数の面の各面とは、複数のＬＥＤ１２５のそれぞれのＬＥＤに対応できる。代替的に、第１の複数の面の各面と第２の複数の面の各面とは、複数のＬＥＤ１２５の２つ以上のＬＥＤに対応できる。
【００４９】
面を上述の角度に向ける目的は、ＬＥＤ１２５が多数の方向に発光し、ＦＡＲの光強度要件を満たすことにある。しかし、当業者にはわかることであるが、図１〜４に示した実施例と同様、図６Ａおよび６Ｂの実施例は、任意の数および種類のＬＥＤを用いて実施することができ、多数の方向および角度に向けられた任意の数のセクションを有する灯カバーを利用することができる。さらに、位置灯の第１の実施例と同様、セクションの向き、ＬＥＤの数およびＬＥＤの種類は、上述したようにコンピュータプログラムを用いて定めることができる。また、灯カバー１３０の光学透過特性は、鏡面的（透明）、拡散的（半透明）、または鏡面的と拡散的との組合せとなり得る。灯カバー１３０は、散乱を最小限に抑えてＬＥＤからの光を向けるために鏡面的になっている領域と、個々のＬＥＤまたはＬＥＤの集まりからの光を散乱させるために半透明となっている他の領域とを有することができる。当業者なら、ＦＡＡが最小強度を要求している極限的な垂直角度位置に光を分布させるために、拡散透過がいかに用いられるかについて理解できるであろう。灯カバー１３０の上には、不透明で特定の方向には光を通さない区域があってもよい。灯カバー１３０上の不透明区域は、光が隣接する位置灯の角領域における強度を上回らないよう制限するために用いることができる。図６Ａおよび６Ｂに図示された位置灯の１つの利点は、図１〜４について述べられた位置灯１０よりも製造および整備コストが低くなる、ということにある。これは、ＬＥＤ１２５がベース回路基板１５０の表面１７０に直接、ベース回路基板１５０に対しすべて同じ角度で取付けられているためである。傾斜した面がカバーのＬＥＤ１２５に隣接する側に配置される別の実施例が構成されてもよいことは、理解されるであろう。
【００５０】
この発明の数多くの修正および他の実施例が、上記説明および添付図面に示された教義の恩恵を有する、この発明が属する技術分野の熟練者の脳裏に浮かぶであろう。したがって、この発明は開示された特定の実施例に限定されるものではなく、修正および他の実施例が特許請求の範囲に含まれるよう意図されていることが理解されるべきである。ここでは特定の用語が用いられているが、それらは包括的および説明的な意味でのみ使用されており、限定する目的では使用されていない。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の一実施例に従った位置灯の斜視図である。
【図２】  この発明の一実施例に従った、図１に示された位置灯の回路基板の斜視図である。
【図３Ａ】  この発明の一実施例に従った、図２に示された回路基板の正面図である。
【図３Ｂ】  この発明の一実施例に従った、光分布ベクトルを含む、図２に示された回路基板の正面図である。
【図４】  この発明の一実施例に従った、図１の位置灯の側面図である。
【図５Ａ】  水平角度に対する連邦航空規則の前方位置灯強度乗数要件と、飛行機の左翼上の前方位置灯に対する要件を図示した図である。
【図５Ｂ】  垂直角度に対する連邦航空規則の前方位置灯強度要件と、飛行機の左翼上の前方位置灯に対する要件を図示した図である。
【図６Ａ】  この発明の別の実施例に従った位置灯の斜視図である。
【図６Ｂ】  この発明の一実施例に従った、図６Ａの位置灯の側面図である。
【図１】
0004553540.tif 000002
【図２】
0004553540.tif 000003
【図３Ａ】
0004553540.tif 000004
【図３Ｂ】
0004553540.tif 000005
【図４】
0004553540.tif 000006
【図５Ａ】
0004553540.tif 000007
【図５Ｂ】
0004553540.tif 000008
【図６Ａ】
0004553540.tif 000009
【図６Ｂ】
0004553540.tif 000010