(57)【要約】発光装置は光ガイド（２０）の周縁に光を放射する１以上のダイオード光源（３２）を備える。光ガイド（２０）は放射光を光ガイド（２０）の前面から複数の方向に散乱する一組の拡散素子（２２）を備える。拡散素子は光ガイド（２０）上に分布し、散乱光により特定の特性が得られ、例えば均一性が向上する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
反射ベース（１０）と、
前記反射ベースの前方に設けられ、複数の拡散素子を備えた光ガイド（２０）と、
前記光ガイドの周縁に入射する方向に光を放射する１以上のダイオード光源（３２）とを備え、
前記拡散素子（２２）は前記放射された光を前記光ガイドの前面から複数の方向に散乱するように構成されている、
ダイオード光源を使用する発光装置（１）。
【請求項２】
前記拡散素子は、知覚される明るさの均一性を達成する構造に従って、前記光ガイドの後面に分布する、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記構造はコンピュータシミュレーションにより設計される、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記構造は前記拡散素子の形状、大きさ、相互間隔のうち少なくとも１つを含む、請求項２に記載の装置。
【請求項５】
前記拡散素子は前記光ガイドの後面のエッチングを含む、請求項２に記載の装置。
【請求項６】
前記拡散素子は塗布と印刷の少なくとも１つにより前記光ガイドの後面に形成される、請求項２に記載の装置。
【請求項７】
前記ダイオード光源は赤外光を放射する１以上の赤外線（ＩＲ）ダイオードを備える、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記ダイオード光源はさらに可視光を放射する１以上のＬＥＤを備え、
前記ＬＥＤは第１の動作モードで動作して光を放射し、前記ＩＲダイオードは第２の動作モードで動作して赤外光を放射する、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
さらに、前記光ガイドの前面から出た前記散乱光の方向を変える拡散透過層（４０）が前記光ガイドの前方に設けられる、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
発光装置は編隊灯として航空機の外側に取り付けられる、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
１以上のダイオード光源（３２）から光ガイド（２０）の周縁に入射する方向に光を放射するステップと、
前記放射された光が前記光ガイドから複数の方向に散乱するように構成した、光ガイドの拡散素子（２２）により、前記放射された光を散乱するステップと、
前記光ガイドから後面を介して散乱された光を反射して反射光が前記光ガイドの前面から出射されるようにするステップと、
有する航空機の外側から編隊灯を出力する方法。
【請求項１２】
前記散乱するステップは、前記放射された光を散乱するために、前記光ガイドの後面上に分布する拡散素子を使用し、前記光ガイドは透過性プラスチック材料である、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
さらに、知覚される明るさの均一性を達成する構造に従って、前記拡散素子を前記光ガイドの後面上に分布させるステップを有する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
さらに、コンピュータシミュレーションにより前記拡散素子の構造を決定するステップを有する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記ダイオード光源は１以上の発光ダイオード（ＬＥＤ）と１以上の赤外線（ＩＲ）ダイオードを備え、
出力方法はさらに、
第１のモードの選択に応じて前記ＬＥＤから光を放射するステップと、
第２のモードの選択に応じて前記ＩＲダイオードから赤外光を放射するステップと、
を有する、請求項１１に記載の方法。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は航空機の照明に関し、特に発光ダイオード（ＬＥＤ）を使用した航空機の編隊灯に関する。
【背景技術】
【０００２】
この非仮出願は、２００３年８月１日に提出された米国仮特許出願Ｎｏ．６０／４９１，５３１の米国法１１９条に基づく利益を請求している。
編隊灯は、極めて接近して飛行する他の航空機への視認性を増加するために航空機の外面に取り付けられる。例えば、編隊灯は各種軍用機において、編隊飛行中の機体認識や空間方位活動のために使用される。
【０００３】
従来の航空機編隊灯はエレクトロルミネセントランプ（ＥＬ）技術を使用し、通常、エレクトロルミネセントストリップで構成される。しかしながら、この従来の編隊灯には時間の経過に伴う劣化の問題がある。一般に、ルミネセンスは急速に低下し、通常、数百時間の動作で１／２に低下する。したがって、ＥＬ技術を利用した編隊灯は直ぐに他のパイロットからの認識が困難になる。このため、夜間のような低い視程条件下で航空機が極めて接近して飛行する際に、潜在的な危険な状況になる。
【０００４】
編隊灯の形状や大きさは各種要件に合致しなければならない。特に、編隊灯は比較的薄くなければならない拘束がある。一般に、航空機の外面に使用される編隊灯の厚さは１／２インチ（１．２７ｃｍ）より少ない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、従来のＥＬ技術と同一のパッケージ厚さ及び光均一性を確保しつつ、経時による劣化の少ない編隊灯が望まれる。さらに、従来のＥＬ技術に比べダイオード光源の編隊灯は遥かに明るくなる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の例示の実施形態は、航空機の編隊灯に適したパッケージ厚さ及び光均一性を確保しつつ、ダイオード光源を使用する発光装置に関する。装置は、光源として例えば、１以上の発光ダイオード（ＬＥＤ）を使用する。
【０００７】
例示の実施形態に基づいて、発光装置は、一組の拡散素子が形成された光ガイドと、光ガイドの１以上の周縁に光を放射するように構成された１以上のダイオード光源を備える。拡散素子の作用によりダイオード光源からの光は散乱し、散乱光は光ガイドの前表面から複数の方向に出射する。代表的な一実施形態の場合、光ガイドは反射ベースの前方に設けられる。したがって、ダイオード光源から光ガイドの後面に放射された光は「可視」方向、すなわち前表面に向けて反射する。
【０００８】
拡散素子は所定の視覚特性を実現するために光ガイドの後面に分布する。例えば、拡散素子の分布は出力光が発光装置に沿って均一の明るさになるように設計される。また、拡散素子により、複数の各方向から出力光を見たとき均一の明るさに見えるようになる。
【０００９】
したがって、拡散素子の各種態様、例えば形状、大きさ、相互間隔などは、所期の視覚特性が得られるように設計可能である。例示の実施形態において、拡散素子の構造はコンピュータシミュレーションに基づいて設計される。
【００１０】
例示の実施形態において、光ガイドは透過性のプラスチック材料（例えばアクリル）で構成され、拡散素子はプラスチック光ガイドの後面にエッチング形成される。例えば、拡散素子は光ガイドの後面にレーザーエッチングされる。
【００１１】
代替的な実施形態において、拡散素子は光ガイドの後面の外部コーティング、例えば後面に塗布または印刷して形成される。
本発明の例示の実施形態において、ダイオード光源は可視光を放射する発光ダイオード（ＬＥＤ）を備える。別の実施形態において、ダイオード光源は赤外光を放射する赤外線（ＩＲ）ダイオードを備える。
【００１２】
例示の一実施形態に基づいて、発光装置はダイオード光源としてＬＥＤとＩＲダイオードの両方を備えたデュアルモード装置で構成される。この形態の場合、発光装置は選択的に動作し、可視光モードでは可視光を出力し赤外線モードでは赤外光を出力する。このデュアルモード構成により、軍用機において、通常飛行時は航行の緑光を、偵察時はＩＲ光を放射する編隊灯として発光装置の利用が可能になる。
【００１３】
例示の実施形態に係る発光装置は、さらに、光ガイドの拡散素子から散乱された光の方向を変える拡散透過層を備えてよい。この拡散透過層は光の視覚特性（例えば均一性）を改善するためのものである。例えば、拡散透過層は発光装置の外部レンズで、あるいは光ガイドと外部レンズ間のシートで実現される。
【００１４】
例示の実施形態において、発光装置は航空機の隊列灯として実現される。したがって、発光装置の厚さは、光ガイド込みで実質、１／２インチ（１．２７ｃｍ）以下になる。
本発明の範囲や適用性は以下の詳細な説明から明らかにされる。しかしながら、以下の説明及び実施形態は本発明の好適な実施形態を開示するが、例示にすぎない。当業者には明らかなように、本発明の趣旨及び範囲内で様々な変更及び変形が可能で、以下の説明から明らかになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の例示の実施形態は、ダイオード光源を使用する発光装置に関し、航空機の外面に設けられる編隊灯（フォーメーション・ライト）として使用するのに適している。
図１Ａに本発明の例示の一実施形態に基づいた発光装置の各種部品を示す。図１Ａにおいて、発光装置１は反射層または反射面１５が形成されたベース１０を備える。このベース１０の上方または前方に光ガイド２０が設けられる。光ガイド２０に対して一連の表面実装ダイオード光源３０が設けられ、光を光ガイド２０の周縁に入射する方向に放射する（光ガイド２０の縁に「注入する」光として参照される）。
【００１６】
一組の表面実装ダイオード光源３０のみが図示されているが、本発明の一実施形態において、光ガイド２０の長さ方向の縁にそれぞれ、光を注入する二組の表面実装ダイオード光源３０を備えてよい。また、別の実施形態において、表面実装ダイオード光源３０の組を追加し、光ガイド２０の３または４つの縁に光を注入するようにしてよい。すなわち、光は光ガイド２０の長さと幅の縁の両方に注入可能である。
【００１７】
図１Ａに示すように、光ガイド２０の前面の前には拡散透過層４０が設けられる。この拡散透過層４０は不透明なハウジング５０に設けられたレンズまたは窓で構成される。別の実施形態において、拡散透過層は光ガイドと外部レンズ間に配置されたシートで構成される。
【００１８】
ところで、「前」や「後」などの方向に関する用語を使用して発光装置１の各種部品を説明しているが、この種の用語は発光装置が特定の方向で使用されることを意味しない。説明の便宜上として、例えば、「前方」という用語は「上側」や「上方」の同義語として使用される。同様に、例えば、「後方」という用語は「下側」や「下方」の同義語として使用される。したがって、説明の便宜上、ベース１０は発光装置１の「底部」または「後部」にあるとして説明され、これに続く部品はベース１０の前方または上方にあるとして説明される。
【００１９】
図１Ｂは、発光装置１の各部品が組み立てられて動作可能な状態にある実施形態を示したものである。図１Ａ、図１Ｂに示す実施形態は、航空機の外側に取り付けられる編隊灯として発光装置１を使用するのに特に適している。
【００２０】
以下、図１Ａに示す各種部品について説明する。
ベース１０は反射面または反射層１５を備える。例えば、ベース１０は表面で光が反射する素材で構成される。代替として、ベース１０は、反射性特質を有する外部コーティング１５で少なくとも部分的に覆うことができる。
【００２１】
したがって、ダイオード光源３０の１以上の組からベース１０に放射された光は可視方向（すなわち、発光装置１の前方）に反射する。
各組の表面実装ダイオード光源３０は、発光ダイオード（ＬＥＤ）、または赤外線（ＩＲ）ダイオード、あるいは両者の組合せで構成される。一実施形態において、光ガイド２０の一縁に沿って設けられる一組のダイオード光源３０はＬＥＤで構成され、光ガイド２０の別の縁に沿って設けられる別の組のダイオード光源３０はＩＲダイオードで構成される。代替として、個々の組の表面実装ダイオード光源３０にＩＲダイオードとＬＥＤの双方が設けられてよい。
【００２２】
ＬＥＤとＩＲダイオードの双方を使用する実施形態の場合、発光装置１はデュアルモードで動作可能である。発光装置１は可視モードと偵察モードを有する航空機の編隊灯として使用できる。すなわち、可視モードではＬＥＤのみが点灯し、偵察モードではＩＲダイオードのみが点灯する。編隊灯が偵察モードで動作する機能は、軍用機において、例えば敵の部隊に察知されることを回避するために行われる夜間飛行に好都合である。
【００２３】
図２Ａはベース１０に対する表面実装ダイオード光源３０の組の配置を示したものである。図２Ａにおいて、各組のダイオード光源３０はベース１０と実質的に垂直な表面に取り付けられた個々のダイオード光源３２（例えばＬＥＤまたはＩＲダイオード）で構成される。なお、側面発光型ダイオード光源を使用する場合、各組のダイオード光源はベース上１０にも設けられる。また、図２Ａの構成において、発光装置１の幅方向の縁にもダイオード光源３０の組を追加して設けるようにしてよい。
【００２４】
図２Ａの反射層１５は各ダイオード光源３２から放射された光を上方、すなわち図１Ａに示す拡散透過層４０の方に反射する。発光装置１はこの方向に光を出力するので、反射層１５には発光装置１から放出される光量を増加させる効果がある。
【００２５】
なお、図２Ａは説明のために示したもので、本発明を限定するものではない。本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、様々な変更がこの構成に対して可能である。例えば、表面実装ダイオード光源３０の組を使用する代わりに、ダイオード光源３２を直接ベース１０に取り付けて構成することが可能である。例えば、光源３２として（上述した）側面発光型ダイオード光源が使用可能であり、あるいは上方に光を放射するダイオード光源３２を取り付けてよい。代替として、全ダイオード光源３２を各縁に沿って同一面に設けるのではなく、ダイオード光源３２をそれぞれ、別の表面に取り付けてよい。また、ベース１０や表面実装ダイオード光源３０の形状、寸法は、当業者において検討されるように、各種応用に合わせて変更可能である。
【００２６】
図１Ａにおいて、光ガイド２０はベース１０の反射面の前方に設けられ、光ガイド２０の周縁は表面実装ダイオード光源３０の組から放射された光を受ける。図２Ｂは各組のダイオード光源３０及びベース１０に対する光ガイド２０の配置を示したものである。
【００２７】
例示の実施形態に基づいて、ダイオード光源３０の組は光ガイド２０に対して設けられ、各ダイオード光源３２は光を光ガイド２０の周縁に入射する方向に放射する。
例示の一実施形態において、光ガイド２０の後面（ベース１０に近接する表面）には一組の拡散素子または散乱部が形成される。拡散素子は図３Ａに素子２２で示される。
【００２８】
一実施形態において、光ガイド２０はアクリル材料で構成される。この場合、拡散素子２２は光ガイド２０の後面を直接レーザーエッチングして形成可能である。代替形態において、拡散素子２２は光ガイド２０の後面上の外部層またはコーティングとして形成され、例えば後面上に塗布または印刷される。
【００２９】
例示の実施形態において、拡散素子２２は特定の視覚特性を有するように設計されたパターンまたは構造に従って、光ガイド２０の後面上に分布する。この場合、ダイオード光源３２から光ガイド２０に放射された光の少なくとも一部は拡散素子２２の作用により散乱する。複数の拡散素子２２の構造、例えば大きさ、形状、拡散素子間隔などによって、発光装置１から（透過性拡散窓４０および何らかの外部レンズを通して）出力される光の分布が大幅に変化する。したがって、光ガイド２０の拡散素子２２のパターンに関する各種構造属性（大きさ、形状、間隔など）の１以上を変更することにより、発光装置１の照明特性が改善される。
【００３０】
例えば、光ガイド２０後面上の拡散素子２２構造を変更することにより光ガイド２０前面の長さに沿って光の均一性が改善される。その結果、光ガイド２０から放出される光（したがって、発光装置１の出力）の明るさが発光装置１の長さ方向に関して実質的に均一になる。
【００３１】
さらに、発光装置１を様々な方向から見たときに知覚される明るさの均一性が改善されるように光ガイド２０の拡散素子２２構造を設計することができる。換言すると、拡散素子２２により、発光装置１の明るさは視点に関わらずほぼ一定になり得る。したがって、明るさは、どの角度から発光装置１を眺めても真正面から見たときとほぼ同一に見える。
【００３２】
図３Ａは光ガイド２０後面上にエッチング形成された拡散素子２２の詳細な構造を示したものである。特に、図３Ａは光ガイド２０の部分拡大図により拡散素子２２のパターンを詳細に示したものである。
【００３３】
図３Ａの拡散素子２２は光ガイド２０後面上にレーザーエッチングで形成される。図示のように、各拡散素子２２の形状は円形であることから、拡散素子構造は光ガイド２０上に一種のドットパターンを形成する。図３Ａに示されるように、拡散素子２２の相対的な大きさや間隔は光ガイド２０の全長や全幅に沿って一定である必要はない。例えば、出力光の視覚特性を改善するために、光ガイド２０の縁側にある拡散素子２２の大きさや素子間隔は中央近くにある拡散素子２２と異なってよい。また、視覚特性を改善するために拡散素子２２の形状を変えてもよい。
【００３４】
図３Ｂ及び図３Ｃは拡散素子２２の取り得る各種形状の例を示したものである。図３Ｂ、図３Ｃは、単に、可能な形状の例であり、拡散素子２２をこれらの特定形状に限定するものではない。例えば、形状２２Ａと２２Ｂは光ガイド２０後面上に塗布または印刷される２次元拡散素子２２の例である。一方、形状２２Ｂ〜２２Ｅ、２２Ｇ〜２２Ｉは３次元形状の例であり、後面をエッチングすることにより拡散素子２２が形成される。
【００３５】
なお、図３Ｂ、図３Ｃにおいて、各種３次元形状２２Ｂ〜２２Ｅ、２２Ｇ〜２２Ｉは、使用可能な形状の種類を明示するために深さが誇張して描かれている。例示の実施形態の場合、拡散素子２２のエッチング深さは拡散素子２２の面寸法、例えば長さ、幅、半径などと比較して遥かに小さい。
【００３６】
前記説明において、拡散素子は光ガイド２０後面上にレーザーエッチングまたは塗布により形成されるとしたが、当業者には明らかなように他の方法により拡散素子２２を形成可能である。例えば、拡散素子は化学的エッチングにより光ガイド２０に形成可能である。さらに、前記光ガイド２０はアクリル材であるとして説明したが、当業者において検討されるように、適切な光学特性を有する他の各種素材が使用可能である。
【００３７】
例示の実施形態において、拡散素子２２の大きさや形状、相対的間隔はコンピュータシミュレーションにより決定可能である。この種のコンピュータシミュレーションでは、光ガイド２０材の種類、厚さなどとともにダイオード光源３２の配置、特性などの諸因子を考慮する。このような因子に基づいてコンピュータシミュレーションでは拡散素子２２の形状、大きさ、相互間隔などの関数として、光ガイド２０から放出される光の特性を決定する。この種のシミュレーションは、当業者には明らかなようにコンピュータハードウェアとソフトウェアを従来の任意の手法で組み合わせて実現される。
【００３８】
例えば、この種のコンピュータシミュレーションにより設計者は様々な構造の拡散素子に対して試行錯誤を行って、所期の視覚特性、例えば、発光装置の長さ方向の均一性や異なる視角から見た均一性などをもたらす構造を決定することができる。
【００３９】
しかしながら、当業者には明らかなように、試行錯誤や計算を使用する他の方法により、コンピュータシミュレーションによらないで拡散素子２２の構造を決定してもよい。
再び図１Ａを参照すると、例示の実施形態に基づいて、出力光の視覚均一性をさらに改善するために、光ガイド２０の前方に拡散透過層４０が設けられる。当業者には明らかなように、各種の透過性拡散材で拡散透過層４０を実現可能である。
【００４０】
拡散透過層４０の機能は、発光装置１の動作時に光ガイド２０の拡散素子２２のパターンまたは構造が直に見えないようにすることである。したがって、拡散透過層４０の設計や構造は光ガイド２０の後面に配置される拡散素子２２の構造に依存する。広く知られている様々な方法により、拡散素子２２のパターンに基づいて拡散透過層４０を構成して可視光の均一性を向上させることが可能で、それにより拡散素子２２のパターンは見えなくなる。
【００４１】
しかしながら、発光装置１の出力から拡散素子２２のパターンが見えないようにすることは重要でない場合もある。そのような用途では透過性拡散素子４０を省略してよい。
例示の実施形態において、拡散透過層４０は発光装置１の不透明なハウジング５０に固定された外部レンズに組み込まれる。例えば外部レンズは透過性拡散材で構成される。代替形態において、拡散透過層４０は透明な外部レンズの後方に設けられる。
【００４２】
例示の実施形態において、発光装置１は航空機の編隊灯として実現される。この種の用途では、図１Ｂに示すように発光装置１を組み立てた場合の装置の厚さに各種制約がある。特定の実施形態において、拡散透過層４０、光ガイド２０、及び反射ベース１０の累積厚さが制限される。例えば、この厚さは実質的に１／２インチ（１．２７ｃｍ）以下である。
【００４３】
さらに、本発明の例示の実施形態に基づいて、航空機編隊灯用発光装置１は可視と偵察のデュアルモードで動作可能である。上述したように、編隊灯用発光装置１は偵察モードで赤外（ＩＲ）光を出力するように構成されることから、編隊灯は暗視ゴーグル（ＮＶＧ）技術を使用した場合にのみ可視になる。例えば、偵察時に編隊飛行する軍用機において、敵機や地上部隊に察知されないように、偵察（ＩＲ）モードの編隊灯用発光装置１を利用することができる。
【００４４】
なお、発光装置１は２モードのみに限定されない。例えば、発光装置１は偵察（ＩＲ）モードあるいは複数の可視モードのひとつのいずれかで動作するように構成可能である。この実施形態では、各可視モードは発光装置１から照射される異なる色に対応する。例えば、ダイオード光源３０の組が赤及び緑の発光ダイオード３２を備える場合、発光装置１は赤色、緑色の光にそれぞれ対応するモードを有する。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１Ａ】本発明の例示の一実施形態に係る発光装置の各種部品の分解図を示す。
【図１Ｂ】本発明の例示の一実施形態に係る、動作用に組み立てられた発光装置の各種部品を示す。
【図２Ａ】本発明の例示の一実施形態に係る発光装置のベース、反射層、及び表面実装ダイオード光源を示す。
【図２Ｂ】本発明の例示の一実施形態に係る発光装置のベース及び表面実装ダイオード光源に対する光ガイドを示す。
【図２Ｃ】本発明の例示の一実施形態に係る、動作モードに組み立てられた発光装置の光ガイド及び表面実装ダイオード光源を示す。
【図３Ａ】本発明の例示の一実施形態に係る光ガイド上の拡散素子のパターンを示す。
【図３Ｂ】本発明の例示の一実施形態に係る光ガイドに形成される拡散素子の各種形状の例を示す。
【図３Ｃ】本発明の例示の一実施形態に係る光ガイドに形成される拡散素子の各種形状の例を示す。
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【国際調査報告】
2006524165.tif 000010
2006524165.tif 000011
2006524165.tif 000012