JP2004268905A

JP2004268905A - 光信号継手

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Inventors: Martin Wolfgang Meyer; マーティン・ボルフガング・マイアー
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Abstract

【課題】信頼性の高い信号伝送を可能にする光伝送継ぎ手を提供する。
【解決手段】互いに連結された二つの車両用の光信号継手と、そのような信号継手を備えた導電性継手が記述される。信号継手は、それぞれ各車両に搭載され、それらの間で光信号が伝送される第１及び第２継手部材１０，１２を備える。第１継手部材１０は、伝送すべき光信号を生成する送信装置３８を備える。第２継手部材１２は、伝送された光信号を検出する受信装置４０を備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、互いに連結された二つの車両、特に、互いに連結されたレール車（鉄道など、レール上を走行する乗り物）用の光信号継手に係り、一方の車両に搭載された第１継手部材と、他方の車両に搭載された第２継手部材とを備え、それら部材間で光信号が伝送されるものである。本発明は更に、そのような信号継手を少なくとも１つ有する、レール車用の導電性継手（conductive coupling）に関する。

信号及びデーターを伝送する車両の技術において、従来の電気信号コンダクタ（導手）と比較していくつかの実質的な利点を有する光コンダクタが多く使用されるようになっている。これら利点の中には、大きな伝送バンド幅（帯域幅）を有すること、および電磁気外乱（妨害）場に対して妨害感受性が小さいことがある。このような光学信号継手は、信号が１つの車両内のみを伝送されるのではなく、互いに連結された２つの車両間（列車の各車両間など）をも伝送される場合に必要である。

上記のような光学信号継手は、例えば、レール車用の中間バッファ継手が開示されている特許文献１から知ることができる。導電性継手は、異なる物体間において、列車のある車両から他の車両へとブレーキ及び駆動電流を制御するインパルス（impulses）を伝送するために作用する中間バッファー継手に属する。導電継手は、一つのワゴン（車両）にそれぞれ備えられた２つの接触キャリヤーから成る。そして、キャリヤー中には複数の電気接点と共に、光コンダクタ（導体）が配置されている。２つの光コンダクターのうち少なくとも１つは弾力的に付勢されており、車両の継手の接触キャリヤーが互いの方向に移動すると、２つの光コンダクタはそれらの端面で互いに押し付けられる。互いに押し付けられたこれら光コンダクタを介して、一方の車両から他方の車両へと光信号を伝送することができる。

独国特許発明第２８５４９６２（ＤＥ２８５４９６２Ｃ２）独国特許発明第２９２２９３７（ＤＥ２９２２９３７Ｃ２）独国特許出願公開第１００５２０２０（ＤＥ１００５２０２０Ａ１）

しかしながら、このような光学信号継手では、重大な伝送ミスが発生する場合がある。この理由は、２つの光コンダクタの光軸が互いに傾斜すること、及び転位移動（ずれ）することにより光信号が湾曲し、これによって、光信号が一方の光コンダクタから他方のコンダクタへと伝送されるときに極度に減じられるからである。しかしながら、このような光軸の転位移動あるいは傾斜を回避することは、互いに連結された車両においては困難である。なぜなら、２つの継手部材が互いに堅固に連結されておらず、かつ比較的大きな機械的応力を受けるからである。信頼性の低い信号伝送の他の理由として、そのような信号継手の摩耗及び汚染に対する感受性があるが、これについても、車両に用いる場合のラフな条件を考慮すれば回避することは困難である。

これらの問題点を回避するための光信号継手が、特許文献２に提案されている。この光信号継手では、光コンダクタがそれらの端面で互いに押し付けられず、代わりに、光はレンズピースの補助によって一方の光コンダクタから他方のコンダクタへと大気を通して伝送される。しかしながら、そのような信号継手は比較的複雑で高価となる。また、期待された信頼性を提供できない場合もある。

上記の問題を考慮して、特許文献３に開示されているものが近年提案された。これは、荒い（ラフな）条件下で適用される場合において、光コンダクタの従来の光継手（結合）を完全に廃止し、代わりとして、最初に第一の光コンダクタ内に導かれた光信号を電気信号に変換し、これら信号を通常の電気継手により伝送し、電気信号を再び光信号に変換し、それら光信号を第二の光コンダクタに送るものである。この解決策では、上述した光信号継手の利点、すなわち、大きな伝送バンド幅、電磁気妨害（かく乱）場に対する低い感受性を全て失うことになる。なぜなら、車両の連結部分（連結部近傍）は通常、高電流の信号が伝送され、強い電磁気かく乱場が直接生み出されるため、光信号継手を、かく乱場に対して敏感な（感受性の高い）電気継手に置き換えることは有益ではない。また、車両の継手部分では信号継手用のスペースが制限されるため、高い伝送バンド幅を有する光信号継手の方が電気継手よりも有効である。

本発明の課題は、互いに連結された車両間で信頼の高い信号伝送を確実にできる光信号継手を提供することにある。

この課題は、上述した種類の光信号継手において、第１継手部材が伝送すべき光信号を作成する送信装置を備えると共に、第２継手部材が伝送された光信号を検出する受信装置を備えることにより解決される。

２つの光コンダクタのパッシブ継手としてその本質を表現できる従来の信号継手と比較すると、本発明の信号継手は、伝送すべき光信号が信号継手内でのみ生成され、伝送された光信号もまた信号継手内で検出される、アクティブ要素を有する。

光信号は信号継手のみを通るので、それら光信号を、信号継手専用の光特性に適合させることが可能である。その結果、信号伝送の信頼性が大きく向上する。例えば、汚染、摩耗、湿気、機械的（寸法的）な不正確さにより、信号継手において予期されたよりも大きな伝送信号の減衰が生じた場合、第１継手で生成される信号はそれに応じて強く生成され、それにより増加した減衰が補正される。

このように補正可能であるため、信号継手による光減衰（それは、信号継手の光学的（オプティックス）な品質要求（quality requirements）を低下させる）をある程度許容することができる。従って、製造コストは、送信及び受信装置の設備コストと等しいかそれ以上の程度まで削減できる。

また、第１継手部材内で非常に強い光信号を生成し、車両が互いに近接しているが連結はされておらず、光伝導要素の端面同士がまだ係合していない状態でも、それら光信号を第２継手部材により受信できるようにすることも可能である。非連結状態での信号伝送は、例えば、継手がカーブを進行しているときなどに有用である。この場合、車両に対するホイールの位置に関する情報を伝送しても良い。これにより、カーブの曲率に関する情報を与えて、進行する継手の機械的な継手部材のポジショニングを補助する。

一方の車両から他方の車両への信号伝送において、本発明の信号継手を使用した場合の信号通路は、絶えず３つの部分に分けられる（分類できる）。信号源から第１継手部材までの部分と、第２継手部材から信号の到達点までの部分と、第１継手部材の送信装置内で光信号として生成された信号が、信号継手を通過する経路である中間部分である。信号が不完全な（欠点のある）状態で到達点に到達した場合、３つの部分のどこに欠点の源が存在するのかを比較的容易に判定できる。例えば、送信装置で作成された光信号に制御信号を加え（伴わせ）、受信装置により正確な信号が伝送されたかどうかを判定することができる。また、信号を送信及び受信装置中で改善することができ、それによって信号伝送の信頼性が向上する。

従来の光信号継手では、外乱は全ての３つの部分に蓄積する。そのため、僅かな伝送エラーが生じるだけでなく、外乱の源が信号通路のどの部分に存在するのかを判定すること、あるいは、エラーの原因が一つの外乱源ではなく複数の外乱源の組み合わせなのかを判定することは困難である。

本発明の信号継手の更なる長所は、従来の信号継手よりも広い範囲で使用可能なことである。上述したように、従来の光信号継手は本質的に、連結された車両が有する２つの光コンダクタを接続するように作用するが、本発明の信号継手では、一般的な種類の信号を、それらが個々の車両内において、光信号、電気信号、水圧信号又は空気（空圧）信号のどの状態で存在しているかに関わらず、伝送することができる。なぜなら、車両内に存在する信号がどの状態（電気信号、光信号、水圧信号、空圧信号）であっても、第１継手部材の送信装置内で、特に光信号継手を通過するように意図された光信号に変換されるからである。その光信号は第２継手部材の受信装置によって検出され、その後、元の信号（電気信号、光信号、水圧信号、空圧信号）に復元され、他の車両へ伝送される。

第１継手部材は、送信装置における信号生成をコントロールするマイクロプロセッサを備えることが好ましい。それに加えて、又はその代わりに、第２継手部材が、受信装置で検出された信号を処理するマイクロプロセッサを備えることが好ましい。信号生成及び信号処理のためのマイクロプロセッサを使用することによって、光信号継手の信頼性及び柔軟性（適応性）が更に向上する。なぜなら、マイクロプロセッサによって、異なる物体間で信号を検査（判定）及び改良（改善）することができるからである。更に、光信号継手によれば、構造の異なる２つの車両を、信号が異なる方法で処理及び／又は伝送されるように連結することができる。信号はマイクロプロセッサにより伝送される。信号は、信号継手内のマイクロプロセッサにより、個々の車両に要求される形式へと変更される。

好適な例では、第１継手部材のマイクロプロセッサが、複数の独立した信号を多重化信号へと組み合わせるようにプログラムされ、第２継手部材のマイクロプロセッサが、多重化信号を複数の独立した信号へと分割するようにプログラムされる。この場合、複数の異なる信号を信号継手により同時に伝送できるため、信号継手の数を低減できる。

光信号継手の更に好適な例では、第１及び第２継手部材の光伝導要素のうち一方が球状の凹型端面を有し、他方がその凹型端面と同じ曲率半径を有する球状の凸型端面を有し、それら光伝導要素の少なくとも一方が弾力的に付勢され、２台の車両が互いに連結されたときに、光伝導要素がそれらの端面で互いに押し付けられる。連結された状態では、一方の継手部材の凸型端面が他方の継手部材の凹型端面に正確に整合し、それら端面の間に、光信号を減じてしまうエアギャップが生じることはない。

一方又は両方の光伝導要素を付勢することによる圧力によって、凸型端面が凹型端面の窪み内に押圧され、２つの継手部材が自動的に互いにセンタリング（芯合わせ）される。従って、この信号継手によれば、光伝導要素の光軸の機械的な変位を防止できる。従来の信号継手では、この変位により光信号の減衰が引き起こされてしまう。

また、球状の端面は、それら端面同士が互いにリフトされる（離間する）ことなく、光伝導要素の光軸が互いに傾斜することを可能にする。そのように傾斜する場合、球状の凸型端面は球状の凹型端面上を、ソケット継手のソケット継手ヘッドのようにスライドする。このとき、端面同士の間にエアギャップ（隙間）が形成されることはない。これは、平らな端面を備え、信号継手が互いに傾斜すると必ず、伝送された信号の許容不可な減衰を引き起こすエアギャップが形成される従来の信号継手と比較して大きな利点である。

継手部材が互いに傾くことにより減衰が起こるかどうかは、信号継手がレール車間で光信号を伝送するために使用される場合、特に重要となる。従来のレール車用の信号継手は、継手部材同士を直線的に導く（ガイドする）ことにより、継手同士が傾くことを防止するものである。しかしながら、高い機械的負荷がかかるために実際には確実に防止できず、伝送された光信号の大きな減衰を引き起こしてしまうことがある。上述した改良された信号継手では、直線状にガイドするという主旨（principal）は完全になくなる。なぜなら、継手部材同士が比較的大きく傾斜しても、信号の減衰は許容範囲となるからである。つまり、改良された信号継手は、規定の範囲において「傾斜可能」である。

改良された信号継手の光伝導要素はそれぞれ、光不透過スリーブと、そのスリーブ中に収容された透過コアとを備えることが好ましい。継手部材が連結されると、光不透過スリーブは、日光から保護（シールド）された光トンネルを形成する。従って、端面部分のスリーブの壁厚が薄すぎなければ、光伝導要素が互いに傾斜しても、日光は透過コア内には侵入しない。スリーブの端部の壁厚は、端面の曲率半径の少なくとも１／１０（１／１０以上）、より好ましくは少なくとも１／５（１／５以上）であることが望ましい。

更に好適な例では、光不透過スリーブが導電性を有し、２つの継手部材の光伝導要素の端面同士が互いに押圧されることにより、対応するスリーブ間に、一方の継手部材から他方の継手部材へと電気信号を伝送可能な電気的接点が形成される。それにより、信号伝送用の、第２の独立したチャンネルが形成され、光信号継手の信頼性が更に向上する。

光伝導要素がそれぞれ光不透過スリーブと透過コアとを備える場合、通常は、各球状端面は、スリーブにより形成される部分と、透過コアにより形成される部分とを有する。例えば、コア及びスリーブが円筒状（円状）である場合、コアにより形成される端面部分はボール（球状）セグメントの形状を有し、通常の場合、この部分（ボールセグメント）はスリーブにより形成される環状の部分と滑らかに連続する。

上述した更に好適な例（電気信号がスリーブ内を通して伝送されるもの）では、耐食性の接触（接点）を得るために、スリーブにより形成される端面部分が硬質金（Ａｕ合金、hard gold）でメッキされることが好ましい。

スリーブ間の良好な電気接触を確保するためには、スリーブが若干、透過コアを越えて延出することが、それが可能である場合は有効である。この場合、光伝導要素同士が互いに係合する面である端面は、上述した通常の場合とは異なり、環状かつ球状部分を有するスリーブの球状端面によってのみ形成される。このため、この説明では、そのような球状部分も「球状の面」として言及される。従って、球状のスリーブ端部は、上述した「球状端面」の特殊なケースとして扱われる。

継手部材間を光信号として伝送される信号の少なくとも１部分は、２つの継手部材のスリーブを通る電気信号として更に伝送されることが好ましい。光信号の伝送が妨害される、又は完全に失敗した場合において、リザーブ内に予備の電気信号を有する。異なる方法によるこの二重伝送は、安全に関する信号（例えば、連結されたレール車両のブレーキ信号など）の場合、非常に重要である。このような信号は、欠点を含んだ信号や、不完全な信号が伝送されることは絶対に回避しなければならない。

信号継手の第１及び／又は第２継手部材は、軸方向の一端にスリーブ状に形成された部分を有するハウジングを備えることが好ましい。スリーブ状部分の内部には、光伝導要素が、スライド可能に、かつ軸方向一端側に弾性的に付勢されて収容される。ハウジングの軸方向の他端には、接触キャリヤー内に設置（取り付け）されるように設計された接続ピンが形成される。

光伝導要素のスリーブが導電性を有する場合、光伝導要素のスリーブと、それと付随する部材のハウジングのスリーブ状部分との間に、電気信号が伝送可能な電気的すり接触を設けることが好ましい。そうすれば、ハウジングを、電気信号を受信し、さらに伝送するために使用できる。

接続ピンは、互いに隔離（絶縁）された２つの部分を備えることが好ましい。接続ピンが接触キャリヤーに取り付けられると、一方の部分がグランド電位と接触し、他方の部分が電気信号コンダクタと接触する。

車両用の光信号継手は、通常、特殊な（専用の）コンダクタ継手に一体的に設けられる。それらの半分は小さな機械的な遊びを有する。しかしながら、上述した信号継手は、継手部材同士の変位に対する感受性が通常の継手と比較して非常に小さいので、継手部材用の特殊なコンダクタ継手は必ずしも必要でない。代わりに、継手部材は、機械的な継手の継手ヘッド（連結ヘッド）に直接設けることもできる。図示する光信号継手によれば、継手ヘッド間に通常存在する遊びが、その遊びが機能に影響を及ぼすことがないようにできる。

本発明は更に、互いに連結可能な二つのレール車のコンダクタを接続するための導電性継手に関する。二つの接触キャリヤーがレール車にそれぞれ取り付けられ、送信装置を備えた信号継手部材が一方の接触キャリヤー内に少なくとも一つ配置され、受信装置を備えた信号継手部材が他方の接触キャリヤー内に少なくとも一つ配置され、それら継手部材が共に上述したタイプのいずれか一つの光信号継手を形成（構成）する。

この場合、各接触キャリヤー内に、送信装置を備えた信号継手部材と、受信装置を備えた信号継手部材との両方が設けられ、それらによって上述したような光信号継手が二つ形成されることが好ましい。そうすれば、導電性継手の両側から、光信号を反対側へ伝送することが可能である。この場合、各接触キャリヤーの継手部材の送信及び受信装置は、送信装置における信号生成をコントロールすると共に、受信装置で検出された信号を処理する共通のマイクロプロセッサと接続されることが好ましい。

互いに連結された車両間で信頼の高い信号伝送を確実にできるという効果を奏する。

図１は、本発明の一実施形態に係る信号継手の第一継手部材（接続部材）１０の長手方向に沿った断面図であり、（ａ）が各部品を展開した状態を、（ｂ）が組み立てられた状態を示している。図２は、同じ信号継手の第二継手部材（接続部材）１２の長手方向に沿った断面図であり、（ａ）が各部品を展開した状態を、（ｂ）が組み立てられた状態を示している。第一及び第二継手部材１０，１２は、構成部材の多くが同様であるので、それら同様の部材は同一の参照番号で示す。

継手部材１０，１２は各々、スリーブ状部分１６を備えたハウジング１４を有し、そのスリーブ状部分１６内には光伝導要素（light conducting element）１８が軸方向にスライド可能に支持される。光伝導要素（光伝送要素）１８は、スプリング２０の付勢力に対向して、ハウジング１４のスリーブ状部分１６内へと押し込むことが可能である。スプリング２０の代わりに、スリーブ状部分１６中に収容（捕集）した気体により光伝導要素１８を付勢することも可能である。光伝導要素１８はそれぞれ、光不透過（オペーク）スリーブ２２と、そのスリーブ２２内に収容された透過コア２４とを備える。

第一継手部材１０の光伝導要素１８は、ハウジング１４のスリーブ状部分１６から間隔を隔てて位置する球状の凹型端面２６を有する（図１参照）。また、第二継手部材１２の光伝導要素１８は、球状の凹型端面２６の曲率半径と等しい曲率半径を有する球状の凸型端面２６’を有する。球状凹型端面２６及び球状凸型端面２６’は、透過コア２４に形成されるだけでなく、光伝導要素１８のスリーブ２２の軸方向端部にも連続的に形成される。

従って、第一及び第二継手部材１０，１２の球状端面２６，２６’は、透過コア２４により形成された部分２６ａ，２６’ａと、スリーブ２２により形成された部分２６ｂ，２６’ｂとを有している。つまり、部分２６ｂ，２６’ｂは環状の球面部である。しかしながら、以下の記述では、このような球状部分をたんに「球状面」という。

スリーブ２２にはガイド溝２７が形成され、そのガイド溝２７にはガイドピン２８が収容される。このため、光伝導要素１８の移動は、ガイドピン２８と係合するガイド溝２７の一端部により制限される。

スリーブ状のハウジング部分１６の内側スペースは、２つの円筒状の部分により構成される。１つは小径部（内方部）３０であり、他方は小径部３０よりも大きな直径を有する大径部（外方部）３２である。円筒状の内側スペース部分３０，３２の間には、ハウジング１４の内壁に形成された肩部３４が形成される。外側内部スペース部分（大径部）３２内には、光伝導要素１８とスプリング２０とが配置される。スプリング２０は、その一端が光伝導要素１８と係合し、他端が肩部３４の隣に位置する金属リング３６と係合する。

内側内部スペース部分（小径部）３０内には、第一継手部材１０では送信装置３８（図１参照）が、第二継手部材１２では受信装置４０（図２参照）が収容される。送信装置３８及び受信装置４０はそれぞれ、ハウジング１４のスリーブ状部分１６に接合された接地結線（ground connection）４２を有している。また、送信装置３８及び受信装置４０はそれぞれ、信号ターミナル４４を有している。

ハウジング１４は、光伝導要素１８から遠い側の端部において、接地コネクタ部分４８と、信号コネクタ部分５０と、接地コネクタ部分４８と信号コネクタ部分５０との間に位置し、それら接地コネクタ部分４８と信号コネクタ部分５０とを電気的に分離する絶縁ピース５２とを有する中空接続ピン４６を備える。信号コネクタ４４は、接続ピン（コネクタピン）４６の中空スペースを通って案内され、信号コネクタ部分５０と接合される。内側内部スペース部分（小径部）３０とコネクタピン４６の中空スペースは、図１及び図２においてハッチングで示すポッタント（pottant）材料で満たされる。コネクタピン４６の接地コネクタ部分４８には外部ねじ５４が形成されており、これにより継手部材１０，１２がコンタクト（接触）キャリヤの接地電位ソケット内に螺合できるようになっている。

図３（ａ）では、第一継手部材１０と第二継手部材１２とが接続された状態で示される。この状態では、光伝導要素１８の端面２６，２６’は互いに押し付けられ、送信装置３８により第一継手部材１０の光伝導要素１８の透過コア２４内に送られた光信号は、端面２６，２６’を介して第二継手部材１２の光伝導要素１８の透過コア２２内へと伝送され、受信装置４０により検出される。また、光伝導要素１８の光不透過スリーブ２２は、日光（daylight）から保護（シールド）された光トンネルを形成する。この光トンネルは、送信装置３８と受信装置４０とを接続する。

２つの光伝導要素１８がそれぞれ、対応する継手部材１０，１２のハウジング１４内でスライド可能であるので、継手部材１０，１２は、信号継手の機能を損なうことなく、互いに離間および近接する方向にある程度移動できる。例えば、図３（ｂ）に示す継手部材１０，１２は、図３（ａ）の状態から、互いに近接する方向に若干移動している。このとき、光伝導要素１８同士の位置関係は変化していない。従って、光の伝導（伝送）は妨害されない（乱されない）。従って、図示する信号継手は、継手の接続方向（光伝導要素１８の中心軸によって形成される光軸に沿う方向）における、２つの継手部材１０，１２の相対的な配置（位置関係）に対する所定の許容量を保証（確保）する。更に、スプリング圧により付勢された端面２６，２６’は、光伝導要素１８，１８の光軸が互いに変位する（ずれる）ことを防止する。このことは、継手部材を互いに適切な方向に方向付けし、かつその方向を維持することを助長する。

図３（ｃ）では、２つの継手部材１０，１２が、同様に、接続された状態で示される。図３（ａ）及び図３（ｂ）と違う点は、この場合、継手部材１０，１２が互いに一線状に整列されておらず、互いに傾斜している点である。これは、光伝導要素１８の光軸（それぞれ対応する透過コア２４の対称軸（symmetry axis）と一致する）が、互いに所定の角度で起立していることを意味する。端面２６，２６’は、それらが球状であるため、この傾斜（起立）にかかわらず互いの間にギャップが生じることなく位置する。その結果、端面２６，２６’を通る経路における光の減衰は、リミット（上限）内に維持される。従って、信号継手は、その機能に影響を及ぼすことなく、ある程度の角度で曲げることが可能である。このことは、従来使用されていた平らな端面と比較して、大きな利点である。平らな端面では、継手が傾斜すると端面同士が互いにリフト（離反）され、一方の継手部材から他方の継手部材への光伝送が極度に減じられてしまう。

図３（ｃ）では、信号継手がその限界（最大）角度で曲がっている状態を示している。このときの継手部材同士の傾斜角は約１１゜である。これ以上傾斜すると、日光が光トンネル内に入り、光信号を歪めてしまうだろう。日光が光トンネル内に侵入する限界角度は、端面２６，２６’における光不透過スリーブの壁の厚さと、端面２６，２６’の曲率半径との関係により決定される。図例では、端面２６における第１継手部材１０の光不透過スリーブ２２の壁厚は、第２継手部材１２の光不透過スリーブ２２の壁厚よりも薄い。従って、端面２６における第１継手部材１０の光不透過スリーブ２２の壁厚が、限界角の値の決定因である。第１継手部材１０の光不透過スリーブ２２の壁厚は、球状端面２６，２６’の曲率半径の約１／５の値と等しい。

図３（ａ）〜図３（ｃ）から分かるように、２つの継手部材１０，１２は、スリーブ２２により形成される球状端面部分２６ｂ，２６’ｂで互いに係合する。従って、これらスリーブ２２が電気的伝導性を有すれば、２つのスリーブ２２を介して２つの継手部材１０，１２間で電気信号を伝送することもできる。このため、端面部分２６ｂ，２６’ｂは、硬質な金（hard gold）でめっきされることが好ましい。

このように電気信号をも伝送可能であるため、信号伝送の信頼性は更に増加する。特に、安全リザーブ（reserve）として、光信号又はその光信号の中で最も重要な部分を、「予備の（冗長、redundant）」電気信号としてスリーブ２２を通して付加的に伝送することが望ましい。電気信号をスリーブ２２に導き、その電気信号を再びスリーブ２２外へと伝送するために、図示しない継手の変形例では、接地されていないハウジング１４（この点が図１〜図３に示したものとは異なる）を介して信号を伝達することが可能である。スリーブ状のハウジング部分１６とスリーブ２２との間には、図示しないすり接点（ワイピング接点、sliding contact）を用いることができる。

図４は、送信装置３８の機能的な概略図である。図から分かるように、入力電圧Ｖｉｎは、接地コネクション４２と、基準レジスタ（scaling resistor）５６を通る信号コネクション４４との間に供給され、コンデンサ５８とレジスタ６０とを備えた高域フィルタ（ハイパスフィルタ）を通って、発光ダイオード６２に供給される。発光ダイオード（ＬＥＤ）６２は供給された電圧に対応する光を発する。供給電圧（入力電圧）Ｖｉｎと発光ダイオード６２の放射強度（radiated power ）Ｓとの関係が、図４の右側のダイアグラムに概略的に示される。図の横座標は時間であり、縦座標は、未定義のユニットにおける入力電圧Ｖｉｎと放射強度Ｓとを示す。

図５は、受信装置４０の機能的な概略図である。受信装置４０は、入力された光の強度（輝度）に応じた電圧を生産するフォトダイオード６４を備える。この電圧は、オペアンプ６６、レジスタ６８及びコンデンサ７０により第１回路区間で適切に増幅され、オペアンプ７２により出力電圧Ｖｏｕｔへと反転（invert）される。受信した放射強度Ｓ’（ＬＥＤ６２から放射された放射強度に減衰係数を乗じたもの）と受信装置４０の出力信号（電圧）Ｖｏｕｔとの関係が、図５の右側のダイアグラムに概略的に示される。図の横座標は時間であり、縦座標は未定義のユニットにおける受信放射強度Ｓ’と出力電圧Ｖｏｕｔとを示す。

送信装置３８及び受信装置４０は、受信装置４０の出力信号Ｖｏｕｔが、伝送される光信号に起こりうる減衰にもかかわらず、入力電圧Ｖｉｎと一致するように設計される。従って、継手部材１０，１２間を伝送される光信号が、所定の減衰を受けたとしても、有効に伝達される電気信号Ｖｏｕｔはオリジナルの信号（入力信号）Ｖｉｎに対して減じられない。

電気入力信号Ｖｉｎは、例えば、同軸ケーブルを介して２台の車両内を伝送され、適切な信号継手内で送信装置３８により光信号に変換される電気高周波信号であっても良い。しかしながら、アクティブ要素３８，４０を備えた信号継手は、車内で光信号が既に光コンダクタを介して伝送される場合、他の使用に用いても良い。これら信号は、第１継手部材１０内で最初に電気信号に変換され、その後、送信装置３８に供給される。受信装置４０の出力信号Ｖｏｕｔは、その後、第２継手部材１２内で光信号に再び変換され、それに続く光コンダクタに供給される。

図６は、自動レール車継手と共に使用した光継手の部分断面図である。自動レール車継手は、牽引された部材をしばしば連結したり連結解除したりする必要がある場合に使用される。そのため、導電性継手は、その電気的・光的接触（接点）が、牽引部材の自動継手と共に、自動的に連結されるように設計される。

導電性継手は、電気接点（図示せず）の列に沿った２つの接触キャリヤー７４，７６を備える。上述した信号継手の継手部材１０，１２も使用される。継手部材１０，１２は、コネクター・ピン４６のネジ５４によって接触キャリヤー７４，７６内に挿入され、それによって、ネジ５４はグランド電位にさらされる。同時に、第１継手部材１０の信号コネクタ部分５０は、概略的に示された第１信号処理ユニット７８と電気的に接触し、また、第２継手部材１２の信号コネクタ部分５０は、概略的に示された第２信号処理ユニット８０と電気的に接触する。

継手部材１０，１２は非常に容易に取り付け及び取り外しできることが理解されるだろう。このことは、従来の光信号継手と比較して大きな利点となる。従来の光信号継手の継手部材は光コンダクタと接続され、取り付け又は交換が非常に困難であり、特に接触キャリヤー７４，７６の前方端部から取り付け又は交換することができない
図示した形態では、第１信号処理ユニット７８には、同軸ケーブル８２から電気信号が、光コンダクタ８４から光信号が供給される。光コンダクタ８４の光信号は、コンバーターユニット８６内で電気信号に変換され、電気信号コンダクタ（同軸ケーブル）８２の電気信号と共に制御ユニット８８に伝送される。制御ユニット８８では、２つの入力電気信号が多重化信号へと処理され、その多重化信号は第１継手部材の信号コネクタ部分５０に伝送される。このため制御ユニット８８はマイクロプロセッサ（図示せず）を有する。マイクロプロセッサは、産業ＰＣ、又はいわゆるフィールドプログラム可能なゲートアレイ（field programmable gate array：ＦＰＧＡ）を備えている。通常のマイクロプロセッサと比較すると、ＦＰＧＡは、複数のコマンドを同時に処理できるという長所を持つ。この能力は、複雑な状況（involved circumstances）での純粋な（genuine）マルチタスキングに必要とされる。

制御ユニット８８は更にデータ・コンダクタ９０と接続されており、このデータ・コンダクタ９０を介して信号処理のための更なる情報を伝達できるようになっている。例えば、データ・コンダクタ９０を介して、既に伝送された信号が完全には受信されておらず、再度送信されること、などを伝えることができる。

送信装置３８による電気多重化信号の光信号への変換、及びそれらの第１継手部材１０から第２継手部材１２への伝送は、上述した方法でなされる。受信装置４０中で生成された電気信号は、第２継手部材１２の信号コネクタ５０から第２信号処理ユニット８０の制御ユニット９２に達する。制御ユニット９２では、多重化信号は個々の信号に分割される。電気コンダクタ８２からのオリジナル入力信号は、電気コンダクタ９４によってさらに伝送される。光コンダクタ８４からのオリジナル入力信号は、コンバーターユニット９６内で再び光信号に変換され、光コンダクタ９８に供給される。

更にデータ・コンダクタ１００によって、制御ユニット９２からの信号がさらに伝送される場合がある。例えば、信号エラーが受信された場合の障害申告（リポート）などである。制御ユニット９２は同様に産業ＰＣ又はＦＰＧＡ（図示せず）を備える。

信号処理ユニット７８，８０は、継手部材１０，１２のハウジング１４を包含することができる。さらに、信号処理ユニット７８，８０は各々、伝送可能継手部材（第１継手部材１０と同様のもの）及び受信可能継手部材（第２継手部材１２と同様のもの）と接続されても良い。信号は継手の両面から反対側に伝送されることが可能である。また、信号処理ユニット７８，８０は互いに両方向（双方向）に伝達（連絡）可能である。

継手部材１０，１１は、図６に示す接触キャリヤーに配列可能なだけでなく、機械的なレール車継手の継手ヘッド、例えば、自動中間バッファー継手（図示せず）等に設けることも可能である。機械的な公差に対する光信号継手の上述した無感受性は、この配置を可能にする。それは、従来の光信号継手の場合には機能しないだろう。従って、多くの場合、個別の（独立した）コンダクタ継手は省略できる。

（ａ）は（本発明の一実施形態の）信号継手の第一継手部材の展開断面図であり、（ｂ）は組み立てた状態の断面図である。（ａ）は（本発明の一実施形態の）信号継手の第二継手部材の展開断面図であり、（ｂ）は組み立てた状態の断面図である。（ａ）は、図１及び図２に示す継手部材が連結された状態を示す断面図である。（ｂ）は、図３（ａ）に示す連結された継手部材の断面図であり、継手部材同士の間隔が光軸方向に狭められた状態を示している。（ｃ）は、図３（ａ）に示す連結された継手部材の断面図であり、継手部材の光軸が互いに傾斜した状態を示している。第一継手部材の送信装置の機能的な概略図である。第二継手部材の受信装置の機能的な概略図である。信号継手の継手部材をそれぞれ使用する2つの接触キャリヤーを備えた列車用のコンダクタ継手の部分断面図である。

符号の説明

１０第１継手部材
１２第２継手部材
１４ハウジング
１６スリーブ状ハウジング部分
１８光伝導要素
２０スプリング
２２光不透過スリーブ
２４透過コア
２６，２６’ 球状端面
２７ガイド溝
２８ガイドピン
３０内側内部スペース部分
３２外側内部スペース部分
３４肩部
３６金属リング
３８送信装置
４０受信装置
４２接地結線
４４信号コネクタ
４６コネクタピン
４８接地コネクタ部分
５０信号コネクタ部分
５２絶縁ピース
５４外部ねじ
５６レジスタ
５８コンデンサ
６０レジスタ
６２発光ダイオード
６４フォトダイオード
６６オペアンプ
６８レジスタ
７０コンデンサ
７２オペアンプ
７４接触キャリヤー
７６接触キャリヤー
７８信号処理ユニット
８０信号処理ユニット
８２電気信号コンダクタ
８４光コンダクタ
８６信号コンバーター
８８制御ユニット
９０データ・コンダクタ
９２制御ユニット
９４電気信号コンダクタ
９６信号コンバーター
９８光コンダクタ
１００データ・コンダクタ

Claims

互いに連結された二つの車両、特に互いに連結されたレール車用の光信号継手であって、一方の車両に固定された第１継手部材（１０）と、他方の車両に固定された第２継手部材（１２）とを備え、それら継手部材間を光信号が伝送される光信号継手において、上記第１継手部材（１０）が、伝送すべき光信号を生成する送信装置（３８）を備え、上記第２継手部材（１２）が、伝送された光信号を検出する受信装置（４０）を備えることを特徴とする光信号継手。
上記第１継手部材（１０）が、送信装置（３８）における上記信号の生成をコントロールするマイクロプロセッサを備える請求項１記載の光信号継手。
上記第２継手部材（１２）が、上記受信装置（４０）により検出された上記信号を処理するマイクロプロセッサを備える請求項１又は２記載の光信号継手。
上記第１継手部材（１０）の上記マイクロプロセッサが、複数の独立した信号を組み合わせて多重化信号へとするようにプログラムされ、上記第２継手部材（１２）のマイクロプロセッサが、上記多重化信号を複数の独立した信号に分割するようにプログラムされる請求項２及び３記載の光信号継手。
上記送信装置（３８）が、上記光信号を生成するための少なくとも一つのＬＥＤ（６２）を有する請求項１〜４いずれか一つに記載の光信号継手。
上記受信装置（４０）が、上記光信号を検出するためのフォトダイオード（６４）を有する請求項１〜５いずれか一つに記載の光信号継手。
上記第１及び第２継手部材（１０、１２）各々が光伝導要素（１８）を有し、それら光伝導要素の一方が球状の凹型端面（２６）を有し、他方が凹型端面（２６）と同一の曲率半径を有する球状の凸型端面（２６’）を有し、それら光伝導要素の少なくとも一方が弾性的に付勢され、上記二つの車両が互いに連結されると、上記光伝導要素（１８）同士がそれらの端面（２６、２６’）で互いに押し付けられる請求項１〜６いずれか一つに記載の光信号継手。
上記光伝導要素（１８）がそれぞれ、光不透過スリーブ（２２）と、スリーブ（２２）中に収容される透過コア（２４）を備えた請求項７記載の光信号継手。
上記端面（２６、２６’）部分における上記スリーブ（２２）の壁厚が、上記端面（２６、２６’）の曲率半径の少なくとも１／１０、好ましくは１／５と等しい値を有する請求項８記載の光信号継手。
上記光不透過スリーブ（２２）が導電性を有すると共に、上記端面（２６、２６ｂ、２６’、２６’ｂ）が互いに押し付けられ、上記第１及び第２継手部材（１０、１２）の上記光伝導要素（１８）が、対応するスリーブ（２２）間に、一方の継手部材（１０、１２）から他方の継手部材（１２、１０）へと電気信号を伝送可能な電気的接点が形成される請求項８又は９記載の光信号継手。
各スリーブ（２２）の上記端面（２６、２６’）の一部分（２６ｂ、２６’ｂ）が、硬質金でメッキされる請求項１０記載の光信号継手。
上記継手部材（１０、１２）間を光信号として伝送される信号の少なくとも１部分が、２つの継手部材（１０、１２）のスリーブ（２２）を介して電気信号として更に伝送される請求項１０又は１１記載の光信号継手。
上記第１及び第２継手部材（１０、１２）の各々がハウジング（１４）を有し、そのハウジング（１４）の軸方向の一端にスリーブ状の部分（１６）が形成され、そのスリーブ状の部分（１６）内に上記光伝導要素（１８）が軸方向にスライド可能に支持され、その光伝導要素（１８）は上記軸方向の一端側に弾性的に付勢され、上記ハウジング（１４）の軸方向の他端には、接触キャリヤー（７４、７６）内に配置されるように設計された接続ピン（４６）が形成される請求項７〜１２いずれか一つに記載の光信号継手。
上記光伝導要素（１８）のスリーブ（２２）と、各継手部材（１０、１２）のハウジング（１４）のスリーブ状部分（１６）との間に電気的すり接触が設けられ、上記スリーブ状部分（１６）と上記スリーブ（２２）との間で電気信号が伝送可能である請求項１０〜１３いずれか一つに記載の光信号継手。
互いに絶縁された２つの部分（４８、５０）を有する接続ピン（４６）を備え、上記接続ピン（４６）が上記接触キャリヤー（７４、７６）に取り付けられると、上記二つの部分の一方がグランド電位と接触し、他方が電気信号コンダクタと接触する請求項１３又は１４記載の光信号継手。
上記継手部材（１０、１２）が、レール車用の機械的継手の継手ヘッド内に配置される請求項１〜１５いずれか一つに記載の光信号継手。
互いに連結された二つのレール車のコンダクタを接続するための導電性継手であって、各レール車に接触キャリヤー（７４、７６）が設けられた導電性継手において、送信装置（３８）を備えた信号継手部材（１０）が一方の接触キャリヤー（７４）に少なくとも一つ配置され、受信装置（４０）を備えた信号継手部材（１２）が他方の接触キャリヤー（７６）に少なくとも一つ配置され、それら継手部材（１０、１２）により請求項１〜１１いずれか一つに記載の光信号継手が形成される導電性継手。
各接触キャリヤー（７４、７６）にそれぞれ、送信装置（３８）を備えた信号継手部材（１０）と、受信装置（４０）を備えた信号継手部材（１２）の両方が配置され、それら継手部材同士により請求項１〜１１いずれか一つに記載の光信号継手が二つ形成される請求項１７記載の導電性継手。
各接触キャリヤー（７４、７６）の上記継手部材（１０、１２）の上記送信装置（３８）及び上記受信装置（４０）が、上記送信装置（３８）における信号生成をコントロールすると共に、受信装置（４０）により検出された信号を処理する共通のマイクロプロセッサに接続された請求項１８記載の導電性継手。