飞机外部灯单元及包括所述单元的飞机的制作方法

本发明涉及飞机外部照明。特定来说，本发明涉及具有临近寿命终结检测器的飞机外部灯单元。

背景技术：

几乎所有的飞机都配备有外部灯单元。特定来说，大型客机具备广泛多种外部灯单元。所述外部灯单元是为了广泛多种不同目的而提供，例如允许乘客和/或机组人员查看外部、被动可见性、发信号目的等等。这些外部灯单元的实施例是导航灯(也称为位置灯)、信标灯、防碰撞灯、机翼扫描灯、着陆灯、滑行灯、跑道转弯灯等等。

飞机外部灯单元暴露于极危险的条件。它们必须承受大的气动力以及大的温度变化。特定来说，由于高巡航高度带来的极低温度以及由于涡轮机排气带来的极高温度在飞机外部灯单元的环境中都可能存在。在极端温度下的操作会对现代的飞机外部灯单元中采用的led的老化有害。

为了观测所采用的led的老化，一些飞机外部灯单元配备有用于确定所采用led的光输出水平的传感器。对光输出水平的此观测经常也称为临近寿命终结检测，因为这些灯单元产生临近寿命终结信号，指示所述led已经到达或很快将到达其最大寿命时间。作为对此信号的响应，可以更换飞机外部灯单元的光源或者整个飞机外部灯单元。临近寿命终结检测要求由光源发射的一些光不贡献于退出飞机外部灯单元且形成输出光强度分布的光的量。现有技术飞机外部灯单元在临近寿命终结检测器的包含方面是不令人满意的。

因此，提供具有临近寿命终结检测器的改进包含的飞机外部灯单元将是有益的。此外，提供具有此飞机外部灯单元的飞机将是有益的。

技术实现要素：

本发明的示例性实施方案包含一种飞机外部灯单元，其包括：支撑板；led，其安装到所述支撑板；临近寿命终结检测器，其用于感测所述led的光输出水平，所述临近寿命终结检测器安装到所述支撑板；以及透明光学元件，其用于使所述飞机外部灯单元的输出光强度分布成形，其中所述透明光学元件联合地封围所述led和所述临近寿命终结检测器，其中来自所述led的光通过所述透明光学元件到达所述临近寿命终结检测器。

本发明的示例性实施方案允许使用透明光学元件用于朝向所述临近寿命终结检测器引导来自led的光。以此方式，一个光学结构(即所述透明光学元件)可以用于使飞机外部灯单元的输出光强度分布成形，以及用于朝向所述临近寿命终结检测器引导光。透明光学元件的这种双重用途可以消除对如用于朝向临近寿命终结检测器引导光的先前方法中已经使用的例如反射器等单独重定向元件的需要。

为了确保来自led的光行进通过透明光学元件一直到临近寿命终结检测器，所述透明光学元件可以延伸到led与临近寿命终结检测器之间的路径中。特定来说，所述透明光学元件可以不是形成led和临近寿命终结检测器上的伞状结构的圆顶状结构。而是，所述透明光学元件可以是基本上实心元件。特定来说，所述透明光学元件可以具有在垂直于支撑板的维度中的基本上实心的延伸。更特定来说，所述透明光学元件在其最厚位置可具有在垂直于支撑板的维度中的延伸是所述透明光学元件在平行于支撑板的维度中的最大延伸的20%与120%之间，特定来说是30%与60%之间。

所述透明光学元件联合地封围led和临近寿命终结检测器。换句话说，所述透明光学元件形成围绕led和临近寿命终结检测器的共同壳体。所述透明光学元件和支撑板形成为led和临近寿命终结检测器留下空间的壳体。术语封围led和临近寿命终结检测器意味着透明光学元件和支撑板不形成其中布置led和临近寿命终结检测器的充分内部空间，而是透明光学元件与支撑板之间的空间在尺寸上类似于led和临近寿命终结检测器的体积。例如，透明光学元件与支撑板之间的空间可以是led和临近寿命终结检测器的体积的至多150%、特定来说至多120%。封围led和临近寿命终结检测器的透明光学元件因此提供飞机外部灯单元的高度稳定的光学结构，以及总体高度稳定的飞机外部灯单元。

支撑板可以是印刷电路板，led和临近寿命终结检测器以它们相应的电连接安装在所述印刷电路板上。所述透明光学元件也可以称为透镜元件，因为其折射性质使飞机外部灯单元的输出光强度分布成形。进一步指出，在飞机外部灯单元中可以提供多个led，且所述led可以连同临近寿命终结检测器一起由透明光学元件封围。led的数目和强度可以取决于飞机外部灯单元的特定应用。

临近寿命终结检测器可以是能够感测led的光输出水平的任何种类的装置。特定来说，临近寿命终结检测器可以是光电检测器。此光电检测器可以将指示光输出水平的信号输出到单独控制单元。然而，也可能光电检测器具备嵌入式控制电子元件，例如用于将感测到的光输出水平与光输出水平阈值进行比较的比较器。所述嵌入式控制电子元件则可以进一步能够提供感测到的光输出水平是否低于光输出水平阈值的警报信号。警报信号可以是视觉警报信号，例如指示临近寿命终结的led，或者可以是发射到外部控制单元的信号。也可能警报信号控制飞机外部灯单元进入指示临近寿命终结的模式，例如闪光操作模式或增加频率的闪光操作模式。

根据又一实施方案，所述透明光学元件至少在第一横截面平面内具有全内反射部分，其中来自所述led的光经由所述全内反射部分处的全内反射而到达所述临近寿命终结检测器。透明光学元件的全内反射部分是其外部表面。在透明光学元件内行进且到达全内反射部分的光并不退出透明光学元件到达外部，而是在透明光学元件内进行内部反射且随后到达临近寿命终结检测器。特定来说，全内反射部分具有一种几何形状，其相对于led被配置且布置以使得其提供来自led的光的全内反射。以此方式，全内反射的现象可以用于实现来自led的光的一部分朝向临近寿命终结检测器的重定向，而不需要任何额外反射器或其它重定向光学元件。

根据又一实施方案，临近寿命终结检测器背对支撑板。特定来说，临近寿命终结检测器的光感测部分背对支撑板。以此方式，可实现临近寿命终结检测器到支撑板、特定来说到印刷电路板的方便、稳定且容易实现的安装。以此方式，临近寿命终结检测器的面向方向以及led的主光发射方向都可以垂直于支撑板，其中在透明光学元件的全内反射部分处的全内反射实现led的一些光朝向临近寿命终结检测器的有效重定向。

根据又一实施方案，全内反射部分是平坦表面，其形成第一横截面平面内的线。平坦表面是方便实现的几何结构，其允许以良好受控方式在延伸区域上的全内反射。根据特定实施方案，在所述第一横截面平面内所述全内反射部分相对于所述支撑板具有10°与30°之间的角度。特定来说，在所述第一横截面平面内所述全内反射部分相对于所述支撑板的角度可以在20°与28°之间。以所述范围内的角度提供全内反射部分允许提供全内反射的延伸表面，同时保持透明光学元件的大小紧凑。

根据替代实施方案，所述全内反射部分当从所述飞机外部灯单元外面所见时是凸表面。特定来说，所述全内反射部分可以至少在所述第一横截面平面内是凸的。通过此凸表面，由全内反射部分反射的来自led的光可以在较高程度上朝向临近寿命终结检测器集中，和/或由于朝向其的光集中而可以使用较小的临近寿命终结检测器。

根据又一实施方案，所述全内反射部分在所述第一横截面平面内相对于所述led的主光发射方向位于在60°与90°之间的角范围内，所述led的所述主光发射方向基本上正交于所述支撑板。特定来说，所述全内反射部分可以相对于所述led的主光发射方向位于在70°与90°之间的角范围内。全内反射部分位于给定角范围内并不意味着全内反射部分在第一横截面平面内必须覆盖整个给定角范围。虽然这是可能的，但全内反射部分也可在给定角范围的一部分上延伸。通过给定的角范围，全内反射部分是在飞机外部灯单元的周围光发射方向上。由于飞机外部灯单元的输出光强度分布的法规要求和/或所需表现经常强制周围光发射方向的输出光强度的急剧下降，因此将全内反射部分置于周围光发射方向上允许实现所描述的光强度的下降，以及使来自led的较大量的光朝向临近寿命终结检测器重定向以用于可靠地检测led的光输出水平。因此，临近寿命终结条件存在或不存在的可靠检测可以极方便的方式与实现飞机外部灯单元的输出光强度分布的所需/要求的光强度下降相结合。

根据又一实施方案，所述第一横截面平面是贯穿飞机外部灯单元的水平横截面平面。特定来说，所述第一横截面平面可以是贯穿飞机外部灯单元的水平横截面平面，其贯穿led和临近寿命终结检测器。术语水平横截面平面涉及飞机外部灯单元当组装于飞机中时的定向。因此，当飞机外部灯单元安装到飞机时，led和临近寿命终结检测器可以相对于地面布置于相同或相似的高度。

根据又一实施方案，所述透明光学元件具有用于使所述飞机外部灯单元的输出光强度分布成形的折射性外表面部分。以此方式，透明光学元件可以充当透镜，将led的输出光强度分布变换为飞机外部灯单元的要求和/或所需的输出光强度分布。特定来说，透明光学元件的外表面可以由折射性外表面部分和全内反射部分组成，如上文所述。以此方式，来自led的光由透明光学元件的外表面部分地折射以贡献于所需/要求的输出光强度分布，且部分地朝向临近寿命终结检测器反射以确保可靠的临近寿命终结检测。

根据又一实施方案，led具有基本上正交于支撑板的主光发射方向。所述折射性外表面部分可以在第一横截面平面内围绕led的主光发射方向延伸，且可以邻近于位于折射性外表面部分的至少一侧上的至少一个全内反射部分，和/或所述折射性外表面部分可以在第二横截面平面内相对于led的主光发射方向在-80°至80°之间、特定来说在-90°与90°之间的角范围内延伸。在特定实施方案中，所述折射性外表面部分可以在第一横截面平面内邻近于位于折射性外表面部分的两侧上的两个全内反射部分。以此方式，所述折射性外表面部分可以在飞机外部灯单元的极大部分上延伸，从而通过使用来自led的光的极大部分用于输出光强度分布而确保飞机外部灯单元的高光学效率。还可以确保用于临近寿命终结检测的光量保持较低，且特定来说，仅来自某些横截面平面的光用于临近寿命终结检测。可能选择性地在那些横截面平面内使用光用于临近寿命终结检测，其中可鉴于要求/所需的输出光强度分布相当容易地去除光。又，当飞机外部灯单元安装到飞机时，第一横截面平面可以是水平横截面平面。当飞机外部灯单元安装到飞机时，第二横截面平面可以是垂直横截面平面。应指出，如上所述的全内反射部分的所有方面在当前上下文中也适用。

根据又一实施方案，所述透明光学元件在所述led周围以及在所述临近寿命终结检测器周围实心地到达所述支撑板。特定来说，所述透明光学元件可以到达led与临近寿命终结检测器之间的支撑板。通过作为实心结构完全包围led和临近寿命终结检测器，透明光学元件被成形为提供来自led的光的立即行进路径，所述光大致在临近寿命终结检测器的方向上朝向临近寿命终结检测器退出led。通过包围led的透明光学元件，由led发射的所有光可以经受透明光学元件的折射/反射性质。到达支撑板的透明光学元件涉及透明光学元件与支撑板之间的直接或立即接触。通过在led周围以及在所述临近寿命终结检测器周围实心地到达所述支撑板的透明光学元件，透明光学元件是形成围绕led和临近寿命终结检测器的强且稳定的壳体的实心结构。

根据又一实施方案，所述透明光学元件在所述led和所述临近寿命终结检测器上包覆模制到所述支撑板上。将透明光学元件包覆模制到支撑板上是用于制作透明光学元件的有效方式，同时确保led和临近寿命终结检测器被透明光学元件的紧密封围。

根据又一实施方案，透明光学元件可以由硅酮制成。透明光学元件的硅酮可以具有约1.4的折射率。以由硅酮制成的透明光学元件包覆模制led可以允许消除由于led与透明光学元件之间的界面处的菲涅尔反射所致的损失。

根据又一实施方案，所述透明光学元件与所述led和所述临近寿命终结检测器中的至少一者直接接触。特定来说，所述透明光学元件可以与led和临近寿命终结检测器两者直接接触。换句话说，所述透明光学元件可以对接led和临近寿命终结检测器中的至少一者。再换句话说，透明光学元件与led和临近寿命终结检测器中的一者或两者之间不存在气隙是可能的。通过消除透明光学元件与led之间的气隙，在光的行进路径中的材料不连续的数目得以减少，因此使沿途的损失最少。对于透明光学元件与临近寿命终结检测器之间的界面也是同理。

led可以是由硅酮或塑料盖覆盖的半导体发光二极管，如现有技术中常见。通过例如通过在塑料/硅酮覆盖的led上用硅酮包覆模制透明光学元件而提供与塑料/硅酮覆盖的led直接接触的透明光学元件，在界面处的损失可以消除或者保持极小。这例如是因为透明光学元件的硅酮与led的塑料/硅酮盖相比可以具有极为相似或相同的折射率。

根据又一实施方案，所述飞机外部灯单元不含遮光器。特定来说，来自led的光部分地用于使飞机外部灯单元的输出光强度分布成形且部分地用于经由临近寿命终结检测器执行临近寿命终结检测是可能的。通过朝向临近寿命终结检测器重定向光，有目的地使用此光，但此光不贡献于不需要的角范围内的输出光强度分布，其中在先前的方法中遮光器用于阻挡光。应指出，在临近寿命终结检测器周围支撑板对光的一些吸收是可能的，不会太影响飞机外部灯单元的总体效率。

根据又一实施方案，所述飞机外部灯单元是导航灯单元、防碰撞灯单元以及信标灯单元中的一者。导航灯单元也可以称为位置灯单元。在特定实施方案中，飞机外部灯单元可以是尾部导航灯单元，其可以安装到航空飞机的尾部部分，例如辅助动力单元的排气口下方。

本发明的示例性实施方案进一步包含一种飞机，例如航空飞机或直升机，其包括至少一个如以上任一个实施方案中描述的飞机外部灯单元。特定来说，所述飞机可以包括如以上任一个实施方案中描述的飞机外部灯单元作为安装在飞机的尾部部分处的尾部导航灯单元。以上相对于飞机外部灯单元论述的额外特征、修改和益处作为整体同等地适用于飞机。

附图说明

以下参考附图详细描述本发明的另外实施方案，其中：

图1以透视图示出了根据本发明的示例性实施方案的飞机外部灯单元；

图2在第一横截面平面内示出了贯穿图1的飞机外部灯单元的横截面图；

图3在第二横截面平面内示出了贯穿图1的飞机外部灯单元的横截面图；

图4以透视图示出了根据本发明的另一示例性实施方案的飞机外部灯单元；

图5以透视图示出了根据本发明的又一示例性实施方案的飞机外部灯单元。

具体实施方式

图1以透视图示出了根据本发明的示例性实施方案的飞机外部灯单元2。飞机外部灯单元2可以在各种位置安装到飞机，例如航空飞机或直升机。举例来说，飞机外部灯单元2可以安装到航空飞机的尾部或机翼顶端。

飞机外部灯单元2包括支撑板4，led6和临近寿命终结检测器8安装到所述支撑板。led6基本上安装在支撑板4的中心处。临近寿命终结检测器8沿着轴线a-a与led6间隔开。当组装到飞机的外部时，轴线a-a是飞机外部灯单元的水平轴线。

飞机外部灯单元2进一步包括由硅酮制成的透明光学元件10。透明光学元件10包覆模制于led6和临近寿命终结检测器8上。透明光学元件10相对于支撑板4覆盖且紧密地封围led6和临近寿命终结检测器8。由于led6和临近寿命终结检测器8被透明光学元件10覆盖且无法通过透明光学元件10接近，因此它们在图1中以影线描绘。在图1的示例性实施方案中，透明光学元件10的硅酮具有约1.4的折射率。

透明光学元件10包括折射性外表面部分12、两个全内反射部分14，以及两个连接部分16。这些部分联合形成透明光学元件10的背对支撑板4的外表面。下文将关于图2和3详细描述折射性外表面部分12和全内反射部分14的几何形状。连接部分16对飞机外部灯单元2的光学表现影响很小，且主要是为了在折射性外表面部分12和全内反射部分14周围及之间形成透明光学元件10的连续外表面而提供。透明光学元件10关于轴线b-b对称，所述轴线b-b贯穿led6且基本上垂直于轴线a-a。当安装到飞机时，轴线b-b是垂直轴线。

图2示出了沿着含有轴线a-a且垂直于支撑板4的平面贯穿图1的飞机外部灯单元2的横截面图。图2的横截面图的观看方向是根据图1中的箭头a。飞机外部灯单元2的一般结构未再次描述，且参考上文图1的描述。

透明光学元件10在图2中示出为点绘的结构，在图2的观看方向上折射性外表面部分12和全内反射部分14形成透明光学元件10的上表面。透明光学元件10的下表面沿着支撑板4以及沿着led6和临近寿命终结检测器8的外部轮廓延伸。透明光学元件10是实心结构，其一方面填充折射性外表面部分12与全内反射部分14之间且另一方面填充支撑板4、led6与临近寿命终结检测器8之间的整个空间。特定来说，led6与透明光学元件10之间或者临近寿命终结检测器8与透明光学元件10之间不存在气隙。透明光学元件10封围led6和临近寿命终结检测器8，且完全围绕led6以及临近寿命终结检测器8。透明光学元件10还在led6与临近寿命终结检测器8之间的空间内延伸。

如下描述飞机外部灯单元2的光学表现。led6具有基本上正交于支撑板4的主光发射方向20。主光发射方向20对应于led6的面向方向，即对应于笔直离开支撑板4的方向。此方向称为主光发射方向20，因为它是led6的输出光强度分布中最高光强度的方向。折射性外表面部分12使来自led的在相对于主光发射方向20的+/-72°的角范围内的光折射。折射动作由多个示例性光线22图示。为了不使图2过度拥挤，在图2的观看方向上仅针对飞机外部灯单元2的右半部示出示例性光线22。然而，由于折射性外表面部分12相对于主光发射方向20对称，因此显然在左侧的对应光线是以类似方式折射。折射性外表面部分12使从+/-72°输出的光稍微缩窄到+/-70°。它还重新配置光的角度分布，以便满足示例性飞机外部灯单元2的特定所需输出光强度分布。飞机外部灯单元2的输出光强度分布中在+70°与-70°之间的分布考虑了以下事实：一些飞机尾部导航灯需要在水平平面内具有140°的张开角度。因此，图1的飞机外部灯单元容易可用作航空飞机的尾部导航灯。

相对于主光发射方向20在-72°与-90°之间的角范围内离开led6的光的一部分到达临近寿命终结检测器8。特定来说，在此角范围内的所有光在图2的图中示出为朝向右照到全内反射部分14。所有此光在全内反射部分24处经历全内反射，如示例性光线26图示。作为光电检测器的临近寿命终结检测器8收集此光的大部分，其中一些光由于临近寿命终结检测器8的有限范围而经过临近寿命终结检测器8。以此方式，由led6发射的光的一部分在行进通过透明光学元件10之后到达临近寿命终结检测器8，同时沿途在全内反射部分14处经历全内反射。

在所描绘的示例性实施方案中，全内反射部分14是平坦表面，如图1中也可见。所述平坦表面在图2的横截面图中形成线性轮廓。透明光学元件10关于主光发射方向20对称，也关于全内反射部分14对称。因此，在图2的观看方向上，全内反射部分提供于透明光学元件10的左侧和右侧中的每一侧上。由于在图2的观看方向上临近寿命终结检测器8提供于透明光学元件10的右侧上，因此图2的左侧上的全内反射部分14也可以省去。

在图2中描绘的横截面中，全内反射部分14相对于支撑板4以角度α倾斜。角度α是相对于水平线24而指示，所述水平线平行于支撑板4且因此包围与全内反射部分14相同的角度。在描绘的示例性实施方案中，角度α为约26°。以某一方式选择此角度以使得在-90°至-72°以及72°至90°的角范围内离开led6的光线经历全内反射，而同时，透明光学元件10的横向延伸保持较小。显然此角度可以适于特定应用情形，这取决于输出光强度的所需/所要的输出角度，且取决于透明光学元件10的材料的折射率。

在描绘的示例性实施方案中，临近寿命终结检测器8是光电检测器，其感测照到临近寿命终结检测器8的感测表面上的光量。临近寿命终结检测器8产生指示检测到的光量的信号。以此方式，所述信号指示led6的光输出水平。此信号可以是可变电压信号或pwm信号或可对检测到的led6的光输出水平进行编码的任何其它合适信号。在描绘的示例性实施方案中，此信号提供到飞机外部灯单元2的控制单元(未图示)。在所述控制单元中，将检测到的led6的光输出水平与光输出水平阈值进行比较。如果检测到的光输出水平低于光输出水平阈值，那么led6的光输出已经减小到低于临界水平。控制单元随后产生指示需要维护的警报信号。光输出水平阈值可以界定为当进入服务时led6的光输出水平的某一百分比。举例来说，可界定如果检测到的光输出水平低于led6的初始光输出水平的60%，即低于在飞机外部灯单元2的寿命时间开始时led6的光输出水平的60%，那么飞机外部灯单元2需要维护。

图3示出了贯穿图1的飞机外部灯单元2的第二横截面图，即沿着图1的轴线b-b且垂直于支撑板4的横截面图。在图3的横截面平面内，透明光学元件10的折射性外表面部分12相对于主光发射方向20在从-90°到+90°的角范围上延伸。因此，在图3的横截面平面内由led6发射的所有光被折射，且贡献于飞机外部灯单元2的输出光强度分布。这由图3的右侧上的示例性光线22图示。透明光学元件10在图3的横截面平面内关于主光发射方向20对称，使得图3的左侧上的说明性光线将导致对应的镜像光路径图案。

在图3的横截面平面内折射性外表面部分12的特定形状适于产生满足尾部导航灯单元在垂直维度上的要求的输出光强度分布。特定来说，相对于主光发射方向20在+/-15°的角范围内的光被重定向到+/-10°的角范围。在-45°至-15°以及+15°至+45°的角范围内的光被折射到-39°至-10°以及+10°至+39°的角范围内。在-65°至-45°以及+45°至+65°的角范围内的光被折射到-70°至-39°以及+39°至+70°的角范围内。在-90°至-65°以及+65°至+90°的角范围内的光被折射到-90°至-70°以及+70°至+90°的角范围内。

图4以透视图示出了根据本发明的另一示例性实施方案的飞机外部灯单元2。支撑板4、led6和临近寿命终结检测器8与图1中的对应元件相同，且参考上文对其的描述。图4的飞机外部灯单元2的透明光学元件10类似于图1的透明光学元件10。特定来说，图4的透明光学元件10的折射性外表面部分12在形状上相同于图1的透明光学元件10的折射性外表面部分12。然而，图4的透明光学元件10不包括全内反射部分14和连接部分16的组合。而是，图4的透明光学元件10包括两个全内反射部分14，其联合地以两个钩状形状包围折射性外表面部分12。所述两个全内反射部分14在它们的背对支撑板4的上部侧上稍微凸出。

图5以透视图示出了根据本发明的又一示例性实施方案的飞机外部灯单元2。图5的飞机外部灯单元2相同于图1的飞机外部灯单元2，不同之处是全内反射部分14是凸表面，从而在贯穿led6和临近寿命终结检测器8且垂直于支撑板4的横截面平面内形成凸线。全内反射部分14的此凸几何形状允许经历全内反射的光朝向临近寿命终结检测器8的较强集中。

虽然已经参考示例性实施方案描述了本发明，但本领域的技术人员将了解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以作出各种改变且可用等效物代替本发明的要素。另外，在不脱离本发明的基本范围的情况下可作出许多修改以使特定情形或材料适合于本发明的教示。因此，希望本发明不限于所公开的特定实施方案，而是本发明将包含属于所附权利要求书的范围内的所有实施方案。