JP2020022148A - 列車用光通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】列車用光通信装置について、低コストでありながら様々な状況に対応して良好な通信状態を確保できるようにする。【解決手段】列車の先端面又は／及び後端面に配置され可視光の明滅による光信号を送信する送信手段と、列車の先端面又は／及び後端面に配置され他の装置による光信号を受信する複数個の受信手段としての受光素子１４ａ，１４ｂ，１４ｃと、列車用の前照灯１１又は／及び尾灯１２とを備えた列車用光通信装置１Ａであって、同様の列車用光通信装置１Ｂを有して対向している列車の受光素子１４ａ，１４ｂ，１４ｃに、送信手段で可視光による情報を送信して列車間の通信を行うものとされ、その前照灯１１又は／及び尾灯１２が送信手段を兼ねており、受光素子１４ａ，１４ｂ，１４ｃは横方向に間隔を置いて配置される、ことを特徴とするものとした。【選択図】図５

Description

本発明は、列車用の光通信装置に関し、殊に、列車の先端側及び後端側に設けられ可視光を用いて列車同士の通信を行う列車用光通信装置に関するものである。

列車の運行においては、同一線区の中でも乗降客が多い区間と少ない区間があったり、時間帯によって区間ごとに乗降客数が変動したりすることから、２つの車両編成を連結してその変動に対応しているケースも多い。例えば、乗降客が多い区間では１０両編成の列車と５両編成の列車を連結して１５両編成にして走行させ、乗降客の少ない区間になったら５両編成の列車を切り離すことで１０両編成にして、乗降客数の変動に対応しながら運行上の効率を確保する手法が知られている。

このように２つの車両編成を連結する場合、異なる列車の制御を同時に行うためには、連結箇所に配置した電気連結器を介して双方の列車の制御信号を接続する必要があるところ、電気連結器は１００本近い信号線や電源線が接続されるものであることから周辺機器も含めて高価な装置であり、且つ、機械的接点で構成されていることで接触不良等のトラブルを伴いやすいという問題がある。

これに対し、無線ＬＡＮ技術を用いることにより列車の制御信号を電波にして送受信を行う試みが近年行われている。しかし、無線ＬＡＮ技術においては電波の到達範囲が広いために外部による妨害等のセキュリティ上の脆弱性が指摘されており、セキュリティ確保のために送信側と受信側との間で認証行為が毎回必要になるという難点もあることから、未だ普及するには至っていない。

一方、特開２００７−３１８４６６号公報には、赤外線を利用して列車間における情報伝達を行う技術も提案されており、列車の連結面において、赤外線ビームを受信する受信機とこの受信機に接続され赤外線ビームを送信する送信機を設置することで、互いの制御信号の送受信を行う方式としている。この技術においては、列車の連結部における短い距離の範囲で限定的に光通信を行うことから、前述のようなセキュリティ上の問題が軽減されながら認証行為も不要なものとしている。

しかしながら、列車の先頭車両と最後尾車両において、既存の前照灯と尾灯に加えて赤外線ビームを送信する送信機と赤外線ビームを受信する受信機を新たに設置することは、比較的大きな手間とコストを要することになる。また、線路がカーブする部分や分岐線のような箇所においては連結部の受信機と送信機との間に向きの横ズレが生じるため、通信が一時的に途絶しやすくなるという問題もある。

特開２００７−３１８４６６号公報

本発明は、上記のような問題を解決しようとするものであり、列車用光通信装置について、低コストでありながら様々な状況に対応して良好な通信状態を確保できるようにすることを課題とする。

そこで、本発明は、列車の先端面又は／及び後端面に配置され可視光の明滅による光信号を送信する送信手段と、列車の先端面又は／及び後端面に配置され他の装置による前記光信号を受信する複数個の受信手段と、列車用の前照灯又は／及び尾灯とを備えた列車用光通信装置であって、同様の列車用光通信装置を有して対向している列車の前記受信手段に、前記送信手段で可視光による情報を送信して列車間の通信を行うものとされ、その前照灯又は／及び尾灯が前記送信手段を兼ね、前記複数個の受信手段は横方向に間隔を置いて配置される、ことを特徴とするものとした。

このように、列車の先端面又は／及び後端面に送信手段と受信手段を配置して光通信を行う列車用光通信装置としたことで、列車同士が対向して接続した連結部や並列した上下線の線路上ですれ違う列車間において光通信を行えるものとなるが、前照灯や尾灯が可視光通信の送信手段を兼ねていることで、発光機能を有した送信手段を新たに設ける手間とコストを要しないものとなり、複数個の受信手段が横方向に間隔を置いて配置されることで対向する列車間の向きのズレに対応ながら受信状態を良好に維持しやすいものとなる。

また、この列車用光通信装置において、その前照灯及び尾灯は、１つのライトモジュールに対で内装されており、各々送信手段として機能することが可能とされている、ことを特徴としたものとすれば、前照灯と尾灯が１つのライトモジュールにパッケージとして収まっていることで列車用光通信装置の送信手段がコンパクトに収まるとともに、対向するライトモジュール同士で前照灯と尾灯を用いながら異なる方向の通信を同時に行えるものとなる。

この場合、その受信手段は、１つのライトモジュール内に３個以上配設されているとともに、最も近い位置に隣接するもの同士が左右方向に所定幅以上の間隔を置いて配置されている、ことを特徴としたものとすれば、送信手段と受信手段が１つのパッケージに収まっていることで装置の配設が容易なものとなり、線路のカーブ部分や分岐箇所において対向する列車同士で向きの横ズレが生じた場合でも、横方向に所定間隔を置いて設けた受信部のいずれかで受信しながら一層通信状態を維持しやすいものとなる。

さらに、上述した列車用光通信装置には、同じ信号を受信している複数個の受信手段のうち最も信号レベルが高いものを検出する信号検出手段と、最も信号レベルが高い受信手段に接続を切り換えるスイッチ回路を備えており、受信している信号のうち信号レベルが最も高いものを通信に使用する、ことを特徴とするものとすれば、列車間における対向面の向きのズレで各受信手段における受信レベルが変動するような場合に、そのときに最も受信レベルの高い受信手段に接続を自動的に切り換えるため、良好な受信状態を常に維持しやすいものとなる。

さらにまた、上述した列車用光通信装置において、その受信手段は、その前方位置に可視光を減光するためのフィルターが各々設けられており、減光された可視光を受信して通信に用いることを特徴としたものとすれば、同じライトモジュール内の前照灯や尾灯の光がライトモジュール前面の透光カバー内側面で反射したり、外部からライトモジュール内に光線が進入したりした場合に、それが外乱となって通信状態が悪化してしまうことを回避しやすいものとなる。

この場合、そのフィルターは、近赤外光のみを通過するものであるとすれば、前照灯における白色光や尾灯における赤色光に含まれる近赤外光のみを受信手段で受信しながら、外乱の影響を最小限に抑えやすいものとなる。

前照灯や尾灯が可視光通信の送信手段を兼ねるとともに複数個の受信手段を横方向に間隔を置いて設けた本発明によると、低コストでありながら様々な状況に対応して良好な通信状態を確保可能なものとなる。

本発明における実施の形態である列車用光通信装置の機能的な構成を示す機能ブロック図である。 図１の列車用光通信装置を左右対称の対にして列車の先端面に設けた状態を示す正面図である。 図２のライトモジュールの詳細を示す拡大した正面図である。 図２の列車の２編成を連結した連結部における送受信状態を模式的に示す平面図であって、直線のレール上に載っている場合である。 図２の列車の２編成を連結した連結部における送受信状態を模式的に示す平面図であって、カーブ状のレールに載っている場合である。

以下に、図面を参照しながら本発明を実施するための形態を説明する。

図１は、本実施の形態である列車用光通信装置１Ａの機能的な構成を説明するための機能ブロック図である。本発明は、列車の先端面又は／及び後端面に配置され可視光の明滅による光信号を送信する送信手段と、列車の先端面又は／及び後端面に配置されて他の列車用光通信装置による光信号を受信する複数個の受信手段と、列車用の前照灯又は／及び尾灯とを備えており、同様の装置を有して対向している列車の受信手段に、その送信手段で可視光による情報を送信して列車間の通信を行うものである。

本実施の形態の列車用光通信装置１Ａでは、列車の先端面及び後端面に配置される前照灯１１と尾灯１２をケーシングに内装して１つのパッケージにしたライトモジュール１０Ａと、可視光の明滅による光信号を送信する送信手段としての前照灯１１及び尾灯１２を明滅動作させる駆動手段である駆動装置５ａ，５ｂと、光信号を受信する受信手段として横方向に間隔を置いて配置された複数個の受光素子１４ａ，１４ｂ，１４ｃとを備えている。

この前照灯１１、尾灯１２、３つの受光素子１４ａ，１４ｂ，１４ｃは、ライトモジュール１０Ａにおけるケーシングの透光カバーの内側空間に配設され、対向している列車に配置され同様の構成を有した列車用光通信装置１Ｂ（図４参照）の受光素子１４ａ，１４ｂ，１４ｃに対し、送信手段で可視光による情報を送信しながら列車間の通信を行う方式となっており、ライトモジュール１０Ａに対で内装された前照灯１１及び尾灯１２が、前述した送信手段を各々兼ねるようにした点が本発明における最大の特徴部分となっている。

送信手段となる前照灯１１、尾灯１２に接続してこれらを明滅動作させる駆動装置５ａ，５ｂには、送られてきた送信信号を光通信用に変調するための変調手段と２つの駆動装置５ａ，５ｂへの接続を切り換える切り換え手段を兼ねた変調器兼スイッチ４が接続されている。また、受光素子１４ａ，１４ｂ，１４ｃには、受信した信号を増幅する増幅器７ａ，７ｂ，７ｃが各々接続され、これら増幅器７ａ，７ｂ，７ｃには、増幅した３つの信号のレベルを比較して最も信号レベルが高いものを検出するためのレベル検出器８が各々接続されている。

そして、前述した増幅器７ａ，７ｂ，７ｃは、レベル検出器８に接続されてその検出結果に基づいて３つの増幅器７ａ，７ｂ，７ｃのうちの１つを選択して接続するための選択スイッチ９にも各々接続されており、この選択スイッチ９は、それによる出力を通常の制御信号に復調して送り出すための復調器３に接続されている。

斯かる構成を備えた列車用光通信装置１Ａは、これに対向している列車に配設した同様の構成からなる列車用光通信装置１Ｂとの間で、何らかの理由により各受光素子１４ａ，１４ｂ，１４ｃにおける受信レベルが変動するような状況において、そのときに最も受信レベルの高いものに接続を自動的に切り換えるものとされており、この点も本実施の形態における重要な特徴部分となっている。そのため、本実施の形態の列車用光通信装置１Ａは、様々な状況に対応しながら良好な受信状態を維持しやすいという利点を有している。

尚、この場合の信号レベルの高さの検出方法としては、受光素子１４ａ，１４ｂ，１４ｃで受光した３つの信号を比較しながら最大値のものを検出する方法のほか、明滅動作に対応して点灯した時の信号レベルを最大値とし、滅灯した時のレベルを最小値として、最大値と最小値の差が最も大きいものを検出する方法も想定される。

また、上述した例では、受光素子１４ａ，１４ｂ，１４ｃの切り換えをするための信号レベルの検出は、受光した信号の増幅後に行う構成としているが、受光素子１４ａ，１４ｂ，１４ｃに各々復調器を設ければ、復調した信号における信号品質を確認できるようになるため、一層良好な信号品質による信号選択が可能なものとなる。

図２は、図１の列車用光通信装置１Ａと、それと左右対称の配置にした列車用光通信装置１Ｂを対にして列車の先端側に設けながら、そのライトモジュール１０Ａ，１０Ｂを左右対称に設けた状態を示す正面図であり、図３はそのライトモジュール１０Ａ，１０Ｂを各々拡大して示している。そのライトモジュール１０Ａ，１０Ｂにおいて、前照灯１１，１１と尾灯１２，１２は左右対称の配置となっており、受光素子１４ａ，１４ｂ，１４ｃは、ライトモジュール１０Ａ，１０Ｂ内に各々３個配設されながら左右対称の配置となっている。

そのため、列車の連結部において、左右一対で配置されたライトモジュール１０Ａ，１０Ｂが、対向するライトモジュール１０Ｂ，１０Ａに各々向き合いながら右側と左側で異なる系統の通信を同時に実施可能なものとしている。或いは、左右両側で同じ通信を行う場合においては、光通信経路に遮蔽物が侵入する等の何らかの理由で一方の側の通信状態が悪化した場合でも、それとは離れた位置にある他方の側で通信状態を確保することができる。

また、その受光素子１４ａ，１４ｂ，１４ｃは、最も近い位置に隣接するもの同士が左右方向に少なくとも所定幅以上の間隔を置いて配置されており、ライトモジュール１０Ａ，１０Ｂの横幅に近い範囲をカバーするように配設されている点も特徴となっている。これにより、線路のカーブ部分や分岐箇所において対向する列車同士で向きの横ズレが生じた場合でも、横方向に所定幅以上の間隔を置いて複数個設けた受信部のいずれかで受信しながら、上述したレベル検出器８で通信状態の良いものを検出し、それを選択スイッチ９で選択・接続して通信に使用することにより、常に良好な通信状態を維持しやすいものとしている。

尚、受光素子１４ａ，１４ｂ，１４ｃをライトモジュール１０Ａ，１０Ｂ内に設ける場合、その前方位置に可視光を減光するための図示しないフィルターを各々設けるものとして、減光された可視光を受信しながら通信に用いることが推奨される。これにより、前照灯１１や尾灯１２の光がライトモジュール１０Ａ，１０Ｂの透明カバー内面で反射したり、外部からライトモジュール１０Ａ，１０Ｂ内に光線が侵入したりしても、それが外乱となって通信状態が悪化することを回避しやすいものとなる。

この場合、受光素子１４ａ，１４ｂ，１４ｃに設けるフィルターとしては、近赤外光のみを通過するものを用いることにより、前照灯１１における白色光や尾灯１２における赤色光に含まれる近赤外光のみを受光素子１４ａ，１４ｂ，１４ｃが受信しながら、外乱の影響を最小限に抑えやすくすることが可能となる。

次に、上述した本実施の形態の列車用光通信装置１Ａ，１Ｂにおける受光素子１４ａ，１４ｂ，１４ｃの選択機能（ダイバーシティ機能）について、図面を用いながら詳細に説明する。

図４は、図２の列車の２編成を連結した連結部における送受信状態を模式的に示した平面図であり、連結した列車が直線のレール上に載っている状態である。この場合、Ａ車両は尾灯１２，１２が点灯し、Ｂ車両は前照灯１１，１１が点灯している。このような配置においては、Ｂ車両の前照灯１１，１１で照らされたＡ車両は、ライトモジュール１０Ａ，１０Ｂの最も外側の受光素子１４ａ，１４ａの信号レベルが最も高くなるため、図示しないＡ車両の選択スイッチ９は、この受光素子１４ａ，１４ａを選択して接続している。

一方、Ａ車両の尾灯１２，１２については、これにより照らされたＢ車両のライトモジュール１０Ｂ，１０Ａにおいて最も内側の受光素子１４ｃ，１４ｃに最も強い光が当たっており、その信号レベルが最も高くなることから、図示しないＢ車両の選択スイッチ９は、この受光素子１４ｃ，１４ｃを選択して接続している。

図５は、前述した２編成連結した列車が曲線の線路上に載っている状態である。この場合、Ａ車両においては、カーブ外側のライトモジュール１０Ａで最も外側の受光素子１４ａにＢ車両の前照灯１１の光が最も強く当たり、カーブ内側のライトモジュール１０Ｂでは真ん中の受光素子１４ｂに光が最も強く当たるようになる。そのため、Ａ車両ではライトモジュール１０Ａの受光素子１４ａとライトモジュール１０Ｂの受光素子１４ｂが選択されて接続される。

一方、Ｂ車両においては、カーブ外側のライトモジュール１０Ｂで真ん中の受光素子１４ｂにＡ車両の尾灯１２の光が最も強く当たり、カーブ内側のライトモジュール１０Ａでは、最も内側の受光素子１４ｃに光が最も強く当たるようになる。そのため、Ｂ車両では、ライトモジュール１０Ｂの受光素子１４ｂとライトモジュール１０Ａの受光素子１４ｃが選択されて接続される。

このように、線路におけるカーブ部分や分岐線箇所等で車両の向きにおける相対関係にズレが生じた場合には、その前照灯１１又は尾灯１２による照射位置が変化してしまうが、例えば受光素子による受信手段を一箇所にするためには前照灯１１や尾灯１２の照射範囲を広くする必要性が生じ、照射範囲を広くすることで列車がホームに入って来る際に、ホームで待つ乗客を照射して眩しくさせる結果となってしまう。そのため、照射範囲を広くすることなく受信手段を水平方向に所定間隔を置いて複数個設け、その中から最も良好な受信状態のものを自動的に選択するようにしたものである。

尚、受信手段が横方向に物理的距離を置いて設置されることは光の到達時間が異なることに繋がるが、これを鉄道車両に適用する場合は到達時間差が変調周波数に対して充分に小さいことから、複数箇所の受信手段の信号をそのまま加算しても信号を取り出すことは理論上可能である。ところが、その場合には、受光範囲が拡大したのと同じ結果になってしまうため、外部から侵入した光によるノイズ成分が加算されやすくなる懸念がある。そこで、本実施の形態においては、複数の受信手段の中から最適な信号を選択して使用する方式を採用している。

また、上述した実施の形態においては、列車同士の連結部における通信の場合を説明したが、本実施の形態の列車用光通信装置１Ａ，１Ｂは、並列する上下線の線路上ですれ違う列車同士における通信においても上述と同様の機能を発揮することができる。さらに、線路の近傍に上述した列車用光通信装置１０Ａ，１０Ｂと同様の機能を有した装置を配置しておくことで、走行中又は停車中の列車の先端面又は後端面と線路近傍側との間で上述と同様の通信を行うことも可能である。

さらに、受信手段である受光素子１４ａ，１４ｂ，１４ｃについては、ライトモジュール１０Ａ，１０Ｂのケーシング内に３個配置する場合を説明したが、ケーシング外の車両先端面又は後端面の適宜位置に配置しても良く、その数を４個以上に増加しても良い。これにより、さらに受信範囲を広くすることができ、様々な状況に対応しながら受信状態を一層良好に維持しやすいものとなる。

以上、述べたように、列車用光通信装置について本発明により、低コストでありながら様々な状況に対応して良好な通信状態を確保できるようになった。

１Ａ，１Ｂ 列車用光通信装置、３ 復調器、４ 変調器兼スイッチ、５ａ，５ｂ 駆動装置、７ａ，７ｂ，７ｃ 増幅器、８ レベル検出器、９ 選択スイッチ、１０Ａ，１０Ｂ ライトモジュール、１１ 前照灯、１２ 尾灯、１４ａ，１４ｂ，１４ｃ 受光素子

Claims (6)

1. 列車の先端面又は／及び後端面に配置され可視光の明滅による光信号を送信する送信手段と、列車の先端面又は／及び後端面に配置され他の装置による前記光信号を受信する複数個の受信手段と、列車用の前照灯又は／及び尾灯とを備えた列車用光通信装置であって、同様の列車用光通信装置を有して対向している列車の前記受信手段に、前記送信手段で可視光による情報を送信して列車間の通信を行うものとされ、前記前照灯又は／及び尾灯が前記送信手段を兼ね、前記複数個の受信手段は横方向に間隔を置いて配置される、ことを特徴とする列車用光通信装置。
2. 前記前照灯及び前記尾灯は、１つのライトモジュールに対で内装されており、各々前記送信手段として機能することが可能とされている、ことを特徴とする請求項１に記載した列車用光通信装置。
3. 前記受信手段は、前記１つのライトモジュール内に３個以上配設されているとともに、最も近い位置に隣接するもの同士が左右方向に所定幅以上の間隔を置いて配置されている、ことを特徴とする請求項２に記載した列車用光通信装置。
4. 同じ信号を受信している前記複数個の受信手段のうち、最も信号レベルが高いものを検出する信号検出手段と、前記最も信号レベルが高い受信手段に接続を切り換えるスイッチ回路を備えており、受信している信号のうち信号レベルが最も高いものを通信に使用する、ことを特徴とする請求項１，２又は３に記載した列車用光通信装置。
5. 前記受信手段は、その前方位置に可視光を減光するためのフィルターが各々設けられており、減光された可視光を受信して通信に用いることを特徴とする、請求項１，２，３又は４に記載した列車用光通信装置。
6. 前記フィルターは、近赤外光のみを通過するものであることを特徴とする、請求項５に記載した列車用光通信装置。
   

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