JP5612950B2 - トロリ線測定用投光装置及びトロリ線測定装置 - Google Patents

Description

この発明は、トロリ線の摩耗量や偏位量を測定する際の測定光を投光するトロリ線測定用投光装置及びトロリ線測定装置に係り、特に小型でありながら十分な光量を投光することのできるトロリ線測定用投光装置及びトロリ線測定装置に関するものである。

電車線路における電車車両は、パンタグラフ上面（摺板）を介してトロリ線から所要の電力を得る。トロリ線の下面（摺動面または摺面）とパンタグラフ上面とは、互いに摺動接触によって漸次に摩耗することが知られている。パンタグラフ側の摩耗が一部分に集中しないように、トロリ線は支持電柱ごとに左右方向に交互に偏位されている。トロリ線の摩耗量と偏位量は、検測車等に搭載されたトロリ線測定装置によって、定期的に走行測定され、それぞれの良否として検査されている。

このトロリ線測定装置として、回転多面体鏡（ポリゴンミラー）を水平面で回転させて、回転多面体鏡から反射されたレーザ光をトロリ線に照射して、トロリ線をその偏位範囲に亙って走査するようにしたものがある。それは、レーザ光の走査に応じて得られるトロリ線摺動面からの反射光を穴あきミラーを介して受光素子で受光することでトロリ線摺動面についての検出信号を得て、走査に対して得られる検出信号の発生幅をデータ処理装置で算出することによって、トロリ線摩耗量を測定している。このようなトロリ線摩耗量測定装置を搭載した検測車が特許文献１に記載されている。
また、新幹線から地下鉄まで幅広く営業車の屋根の上に搭載可能に構成されたトロリ線摩耗量検出光学系が特許文献２に記載されている。
トロリ線の摩耗量測定装置の摩耗量を算出するものとしては、ＣＣＤカメラにより画像を採取して画像処理によりトロリ線摺動面の幅を得て、これから摩耗量を測定するようにしたものが特許文献３に記載されている。トロリ線摺動面からの反射信号を得て、その波形からトロリ線摺動面の幅を得て、これから摩耗量を算出するようにしたものが特許文献４〜５に記載されている。

特開２００１−５９７１０号公報 特開２００７−２４６８３号公報 特開平５−９６９８０号公報 特開平５−３４１１３号公報 特開平１０−１９４０１５号公報

通常、トロリ線の摩耗量測定は、夜間行なわれるが、夜間のみならず昼間でも測定しなければならない場合がある。その関係で特許文献１に記載のトロリ線摩耗量測定装置は、トロリ線へレーザ光を照射する光源として固体レーザ（ダイオードＹＡＧレーザ等）を用い、太陽光の下でもトロリ線からの反射光を受光できるようにしている。さらに、トロリ線摩耗量測定装置は、左右方向に交互に偏位されているトロリ線の偏位範囲を検出範囲としてカバーするためにポリゴンミラーを含む走査系が必要であり、全体的に装置が大型化している。
特許文献２に記載のものは、営業車の屋根の上に搭載可能にするめにレーザ光源の幅や配置、反射ミラーの幅やその配置を工夫してはいるが、車両の屋根の上に直接搭載している関係上、車両の重心が高くなり、車体の揺れや走行時の安定性に欠けるという問題がある。また、車両の動揺等によってトロリ線摺動面とトロリ線摩耗量測定光学系の配置関係にずれが生じ、トロリ線からの反射光量が減少するという問題も有する。

この発明は、上述の点に鑑みなされたものであって、小型でありながら十分な光量を投光することができるトロリ線測定用投光装置及びトロリ線測定装置を提供することを目的とする。

本発明に係るトロリ線測定用投光装置の第１の特徴は、レールに沿って変化するトロリ線の偏位範囲に対応した領域にスリット状の投光光を照射するトロリ線測定用投光装置において、前記レールの横断方向に沿って少なくとも２列分配列された複数個の発光ダイオード群と、前記発光ダイオード群のそれぞれから出射する光を前記トロリ線摺動面に集光すると共に隣接する２列分の発光ダイオード群から出射する光を前記トロリ線摺動面の所定位置に集約する集光レンズ群を前記発光ダイオード群のそれぞれの直前に設けることによって、前記スリット状の投光光を照射する投光光学系とを備えたことにある。
トロリ線の偏位範囲に亙ってトロリ線にスリット状の投光光を照射する場合に、レール横断方向に沿って少なくとも２列分配列された複数個の発光ダイオード群によって構成される単色光源を用い、隣接する２列分の各発光ダイオード群からの出射光をトロリ線摺動面の所定位置に集光照射することによって、太陽光の強度との差を十分に大きくすることができ、強いレーザ光を発生する光源を用いなくても昼間の太陽光の光強度より強い反射光をトロリ線摺動面から発生させることができる。これによって、従来必要としていたポリゴンミラー等による回転走査光学系が不要となり、投光系を小型化することができ、トロリ線測定用投光装置を車両の屋根上に搭載することが可能となる。

本発明に係るトロリ線測定用投光装置の第２の特徴は、前記第１の特徴に記載のトロリ線測定用投光装置おいて、前記投光光学系が、前記発光ダイオード群のそれぞれの鉛直光軸に対し前記集光レンズ群の光軸を、前記発光ダイオード群の配列方向と直交する方向にずらして配置することによって、前記２列分の発光ダイオード群から出射する光を前記トロリ線摺動面の所定位置に前記スリット状の投光光として集約して照射するように構成されたことにある。
これは、２列分の発光ダイオード群から出射する光をトロリ線摺動面の所定位置に集約する方法として、発光ダイオード群及び集光レンズ群のそれぞれ光軸をずらすようにしたものである。これによって、単色光源である発光ダイオードを用いて昼間の太陽光の光強度より強い反射光をトロリ線摺動面から発生させることができる。

本発明に係るトロリ線測定用投光装置の第３の特徴は、レールに沿って変化するトロリ線の偏位範囲に対応した領域にスリット状の投光光を照射するトロリ線測定用投光装置において、前記レールの横断方向に沿って少なくとも１列分配列された複数個の発光ダイオード群と、前記発光ダイオード群のそれぞれの直前に設けられ、前記発光ダイオード群のそれぞれから出射する光を所定の拡がりを持った光に変換するコリメートレンズ手段群と、前記コリメートレンズ手段群を通過した光を前記トロリ線摺動面付近に集光ウエストを持つ光に変換するリニアフレネルレンズ手段とを備えたことにある。

本発明に係るトロリ線測定用投光装置の第４の特徴は、前記第３の特徴に記載のトロリ線測定用投光装置おいて、前記コリメートレンズ手段群は、前記発光ダイオード群のそれぞれから出射する光を拡がり角度で約１０度の光に変換し、前記リニアフレネルレンズ手段は、その焦点距離が約２７０［ｍｍ］であって、前記発光ダイオード群からの光を前記トロリ線摺動面付近に集光ウエストを持つ光に変換することにある。

本発明に係るトロリ線測定装置の第１の特徴は、レールに沿って変化するトロリ線の偏位範囲に対応した領域にスリット状の投光光を照射し、前記投光光によって照射された前記トロリ線の摺動面から反射する反射光を受光して前記トロリ線の摺動面の状態を測定するトロリ線測定装置において、前記レールの横断方向に沿って少なくとも２列分配列された複数個の発光ダイオード群と、前記発光ダイオード群のそれぞれから出射する光を前記トロリ線摺動面に集光すると共に隣接する２列分の発光ダイオード群から出射する光を前記トロリ線摺動面の所定位置に集約する集光レンズ群を前記発光ダイオード群のそれぞれの直前に設けることによって、前記スリット状の投光光を照射する投光光学系とを備えたことにある。これは、前記第１の特徴に記載のトロリ線測定用投光装置を用いたトロリ線測定装置の発明に関するものである。

本発明に係るトロリ線測定装置の第２の特徴は、前記第１の特徴に記載のトロリ線測定装置おいて、前記投光光学系が、前記発光ダイオード群のそれぞれの鉛直光軸に対し前記集光レンズ群の光軸を、前記発光ダイオード群の配列方向と直交する方向にずらして配置することによって、前記２列分の発光ダイオード群から出射する光を前記トロリ線摺動面の所定位置に前記スリット状の投光光として集約して照射するように構成されたことにある。これは、前記第２の特徴に記載のトロリ線測定用投光装置を用いたトロリ線測定装置の発明に関するものである。

本発明に係るトロリ線測定装置の第３の特徴は、レールに沿って変化するトロリ線の偏位範囲に対応した領域にスリット状の投光光を照射し、前記投光光によって照射された前記トロリ線の摺動面から反射する反射光を受光して前記トロリ線の摺動面の状態を測定するトロリ線測定装置において、前記レールの横断方向に沿って少なくとも１列分配列された複数個の発光ダイオード群と、前記発光ダイオード群のそれぞれの直前に設けられ、前記発光ダイオード群のそれぞれから出射する光を所定の拡がりを持った光に変換するコリメートレンズ手段群と、前記コリメートレンズ手段群を通過した光を前記トロリ線摺動面付近に集光ウエストを持つ光に変換するリニアフレネルレンズ手段とを備えた投光光学系を用いて前記スリット状の投光光を前記トロリ線の摺動面に照射することにある。これは、前記第３の特徴に記載のトロリ線測定用投光装置を用いたトロリ線測定装置の発明に関するものである。

本発明に係るトロリ線測定装置の第４の特徴は、前記第３の特徴に記載のトロリ線測定装置おいて、前記コリメートレンズ手段群が、前記発光ダイオード群のそれぞれから出射する光を拡がり角度で約１０度の光に変換し、前記リニアフレネルレンズ手段が、その焦点距離が約２７０［ｍｍ］であって、前記発光ダイオード群からの光を前記トロリ線摺動面付近に集光ウエストを持つ光に変換することにある。これは、前記第４の特徴に記載のトロリ線測定用投光装置を用いたトロリ線測定装置の発明に関するものである。

本発明によれば、小型でありながら十分な光量を投光することができるという効果がある。

この発明の測定光学系の測定原理を説明する図である。 図１に示す測定光学系を用いたトロリ線摩耗量測定装置を搭載する架線検測車の側面説明図である。 そのトロリ線摩耗量測定装置の天板を外して内部構造を示す平面概要図である。 図２に示す測定光学系を構成する投光ユニットの概略構成を示す図であり、図４（Ａ）は、投光ユニットの全体構成の斜視図を示し、図４（Ｂ）は、図４（Ａ）の投光ユニットの横断面形状を示すと共に投光光の集光状態の様子を模式的に示す図である。 この発明の一実施の形態に係るトロリ線測定装置の別の実施例のトロリ線測定用投光装置を搭載する架線検測車を側面から見た図である。 図５のトロリ線測定装置の天板を外して内部構造を示す平面概要図である。 図５及び図６の発光ダイオード投光器の概略構成を示す図である。

図１は、この発明に係るトロリ線測定装置の原理を示す図であり、測定光学系の概略を示している。トロリ線測定装置の測定光学系は、投光ユニット２、結像レンズ３、受光ユニット４、パルス駆動回路５、及び受光信号処理部６を含んで構成される。投光ユニット２は、赤外光の範囲にある特定の波長の単色光を集束レンズ３ａを介してトロリ線２０に照射するものである。受光ユニット４は、トロリ線２０からの反射光を結像レンズ３を通して受光する。図１において、右上斜めに向かう矢印線Ｌ１は、投光ユニット２の投光光を模式的に示すものである。投光ユニット２から出射される単色光の波長は、例えば、λ＝８５０［ｎｍ］である。また、右下斜めに向かう矢印線Ｌ２は、トロリ線２０の摺動面２０ａからの反射光を模式的に示すものである。以下、投光光Ｌ１、反射光Ｌ２と表現する。

受光ユニット４は、ＣＣＤラインセンサで構成される受光器であり、ＣＣＤの光感度特性の全光波長領域で反射光Ｌ２を受光する。その全光波長領域は、通常、３００ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲でゆるやかな山型のピーク特性を持ち、可視光領域をカバーし、赤外光領域に達する。パルス駆動回路５は、投光ユニット２をパルス駆動して投光ユニット２の投光光Ｌ１を所定の周期でＯＮ／ＯＦＦしてパルス状の光として発生させる。そして、所定の周期に対応するパルス駆動用の同期信号ＳＹＮを受光信号処理部６に送出する。なお、ここでは投光ユニット２をパルス駆動することによってパルス状の光を発生させているが、投光ユニット２の直前にシャッタ機構を設けて、これを開閉制御することによって投光光Ｌ１をパルス状の光を発生するようにしてもよい。受光信号処理部６は、Ａ／Ｄ変換回路１６、波形データメモリ１７、及び演算装置１８から構成される。演算装置１８により算出されたトロリ線摺動面の検出信号は、デジタル値として測定装置１９に送出される。

図２は、図１に示す測定光学系を用いたトロリ線測定装置を搭載する架線検測車を側面から見た図である。図２において、トロリ線測定装置１０は、架線検測車２２の車両屋根の上面２３に設置されている。トロリ線測定装置１０は、図１示すような測定光学系、トロリ線高さ検出機構７、及び測定光学系制御部８から構成される。測定光学系は、投光ユニット２、結像レンズ３、受光ユニットとして機能するラインセンサカメラ９、パルス駆動回路の機能を備えた測定光学系制御部８、及び受光信号処理部とから構成される。

投光ユニット２は、図１に示すように、レール２１の横断方向（紙面の奥行き方向）に複数ｎ個配列された単色光光源（発光ダイオード群）２ａ，２ｂ，・・・，２ｎから構成される。この単色光光源２ａ，２ｂ，・・・，２ｎは、赤外領域の単色光をスリット状の投光光として断続的に生成する。投光ユニット２の投光光Ｌ１は、昼間の太陽光の赤外領域の光強度より強い反射光をトロリ線２０の摺動面２０ａに発生させるものである。通常、昼間の太陽光の赤外領域の光強度は大きくないので、トロリ線２０と投光ユニット２の距離を２ｍ程度とすれば、単色光ＬＥＤを用いることでそれが可能になる。

この受光ユニットは、ＣＣＤラインセンサを内蔵して構成されるラインセンサカメラ９から構成される。結像レンズ３は、ラインセンサカメラ９の手前に設けられている。この受光ユニットとなるラインセンサカメラ９を構成するＣＣＤラインセンサの各受光器の配列ラインは、投光ユニット２と同様に、レール２１の横断方向（紙面の奥行き方向）に沿っている。図２のトロリ線測定装置では、トロリ線２０の摺動面２０ａからの反射光をラインセンサカメラ９まで導入するための受光光学系を備えている。この受光光学系は、回転ミラー１２と、入射方向に反射光を戻す折り返し反射ミラー１３ａ，１３ｂと、折り返し反射ミラー１３ａ，１３ｂを前後（紙面の左右方向）に移動させるミラー移動機構１４とから構成される。この受光光学系は、トロリ線２０の高さに応じて変化する摺動面２０ａからの反射光Ｌ２の変化をラインセンサカメラ９に導くように反射光Ｌ２の反射角度に応じて制御されるようになっている。なお、投光ユニット２も回転テーブル１５上に搭載されており、その投光光Ｌ１がトロリ線２０の高さに応じて変化する摺動面２０ａの高さに追従するようにその入射角度が制御されるようになっている。

図３は、図２のトロリ線測定装置の天板を外してその内部構造を上側から見た平面概要図である。なお、図３に示す受光光学系は、図２と異なり、ラインセンサカメラ９の分割受光の関係を説明する都合上から折り返し反射ミラー１３ａ，１３ｂ及びミラー移動機構１４を省略してあり、トロリ線２０からの反射光Ｌ２を折り返すことなく、反射光Ｌ２の先にラインセンサカメラ９（９ａ，９ｂ，９ｃ）を設けて直接受光するような形で示してある。

図３に示されるように、図２に示す投光ユニット２は、単色発光の多数の単色光光源（発光ダイオード・ＬＥＤ発光器）２ａ，２ｂ，・・・，２ｎをレール２１の横断方向（図３紙面の上下方向）に配列してあり、スリット状の光束Ｌを発生するように構成されている。レール２１の横断方向（図３の紙面の上下方向）におけるその幅は、トロリ線２０への投光光Ｌ１がトロリ線２０の偏位範囲（約７００［ｍｍ］）をカバーするように構成されている。単色光光源（ＬＥＤ発光器）２ａ，２ｂ，・・・，２ｎからの発光光は、スリット整形用集光レンズ２Ｐを介してスリット状の光束Ｌとしてトロリ線２０に照射される。

受光光学系の回転ミラー１２は、トロリ線２０の偏位範囲（約７００［ｍｍ］）の反射光Ｌ２を受光するためにレール２１の横断方向（図３の紙面の上下方向）に反射光Ｌ２を受光可能な長さを持つミラーとして設置されている。図では回転ミラー１２の回転駆動機構は図示されていないが、回転ミラー１２の背面に回転軸１２ａが固定され、その回転軸１２ａがステッピングモータなどの駆動手段によって駆動されるようになっている。図３において、ラインセンサカメラ９は、３台のラインセンサカメラ９ａ，９ｂ，９ｃから構成される。３台のラインセンサカメラ９ａ，９ｂ，９ｃによってトロリ線２０の摺動面２０ａからの反射光Ｌ２は、それぞれ３分割されて受光されている。なお、各ラインセンサカメラ９ａ，９ｂ，９ｃ間において相互の受光境界領域はオーバーラップしている。このように、トロリ線２０の偏位範囲の視野を３台のラインセンサカメラ９ａ，９ｂ，９ｃでカバーすることができるように構成されている。なお、この分割受光のカメラの台数は、複数台設けられればよく、３台に限定されるものではない。

図２において、トロリ線高さ検出機構７は、トロリ線２０に接触するローラ式接触子７ａと、２本のアームのリンク結合によって構成された曲折支持可能な回動アーム７ｂと、この回動アーム７ｂの根本側のリンクの垂直方向における回動角をポテンションメータによって検出する角度検出器７ｃとから構成される。なお、この種のポテンションメータを用いて回動アーム７ｂの角度に基づいてトロリ線２０の高さを検出するように構成された高さ検出器としては、例えば、特開平７−１２０２２８号等に記載されるようなものがあるので、ここではその詳細な説明は省略する。

図２において、投光ユニット２からトロリ線２０への投光光Ｌ１は、トロリ線測定装置１０の屋根フレーム１０ａに設けられたガラス窓１０ｂを介してトロリ線２０の摺動面２０ａに照射される。トロリ線２０からの反射光Ｌ２は、ガラス窓１０ｂを介して回転ミラー１２、折り返し反射ミラー１３ａ，１３ｂを経て、ラインセンサカメラ９（図３に示す３台のラインセンサカメラ９ａ，９ｂ，９ｃ）のいずれかの視野内に取り込まれ、トロリ線２０の摺動面２０ａを含む画像（一次元波形データ）として受像されることになる。なお、ガラス窓１０ｂは、トロリ線測定装置１０の屋根フレーム１０ａの水平面に対して約１０°程度の角度を持たせて屋根フレーム１０ａに取付けられている。屋根フレーム１０ａの高さは、実際は、トロリ線２０が上下に偏位する下限高さよりも十分に低い位置にある。これによりガラス窓１０ｂの位置が低くなり、トロリ線測定装置１０は、車両の屋根等の高さにほとんど影響を与えることなく設置することができるようになる。

図２において、測定光学系制御部８は、トロリ線高さ検出機構７の角度検出器７ｃから出力されるトロリ線高さ信号を受けて、投光ユニット２の回転テーブル１５と、回転ミラー１２と、ミラー移動機構１４を制御してトロリ線２０の高さが変化してもラインセンサカメラ９の視野内にトロリ線２０の画像（一次元波形データ）が採取されるようにトロリ線２０の高さに応じた追従制御を行なっている。測定光学系制御部８には、トロリ線２０の高さに対する追従制御のための制御データ用テーブル８ａが設けられている。この制御データ用テーブル８ａは、角度検出器７ｃの検出値に対応して回転テーブル１５の角度値、回転ミラー１２の角度値、そしてミラー移動機構１４の移動量とがそれぞれ制御値として格納されている。これらの各制御値は、あらかじめ、トロリ線２０の高さに応じて回転テーブル１５と回転ミラー１２の各角度値とミラー移動機構１４の移動量とが分析されて得られたものである。

回転テーブル１５、回転ミラー１２、及びミラー移動機構１４は、現在の角度及び移動位置を検出するエンコーダ（図示せず）をそれぞれ内蔵しており、それぞれがステッピングモータ（図示せず）により駆動制御されるようになっている。各エンコーダの信号はそれぞれ測定光学系制御部８に入力される。測定光学系制御部８は、制御データ用テーブル８ａを参照して回転テーブル１５、回転ミラー１２、及びミラー移動機構１４をそれぞれ制御して、トロリ線２０の高さの変化に関係なく、ラインセンサカメラ９（３台のラインセンサカメラ９ａ，９ｂ，９ｃ）の視野内にトロリ線２０の摺動面２０ａの画像（一次元波形データ）が受像されるように制御している。

ラインセンサカメラ９（３台のラインセンサカメラ９ａ，９ｂ，９ｃ）は、内部にＡ／Ｄ変換器を備えたデジタルカメラで構成されている。従って、図１の受光信号処理部に必要であったＡ／Ｄ変換回路１６は図３では省略されている。３台のラインセンサカメラ９ａ，９ｂ，９Ｃから出力される一次元イメージのデジタル値は、それぞれパラレルに読み出され、さらに各ラインセンサカメラ９を構成する２つのＣＣＤが同期して同時にかつシリアルに順次出力され、その読出処理は連続的に繰り返される。３台のラインセンサカメラ９ａ，９ｂ，９ｃの一次元イメージのデジタル値は、波形データメモリ１７に出力され、それぞれに波形データメモリ１７の各領域に一次元イメージデータとしてそれぞれ記憶される。なお、波形データメモリ１７には、書込／読出等を行うコントローラが内蔵され、記憶されたデータをプッシュダウンして最新の波形データを先頭に記憶するプッシュダウンバッファメモリとして機能する。従って、一定量が一時的に記憶され、最後の記憶位置からオーバーフローした古い過去の一次元イメージのデジタル値は順次破棄される。その一時的な記憶容量は、演算装置１８の処理時間に関係して設定されている。

波形データメモリ１７に記憶された各一次元のイメージの波形データは、ＤＳＰ等で構成される演算装置１８によって古いものから順次読出されて処理され、処理後に順次消去される。３台のラインセンサカメラ９ａ，９ｂ，９ｃで３分割受光された反射光Ｌ２における摺動面２０ａの画像（一次元イメージデータ）は、波形データとして処理され、そのピーク値ｐが検出され、ピークレベルの実質的に１／２のレベルが算出される。算出された１／２のレベルを基準として、これ以上のレベルを「１」とし、それ未満のレベルを「０」とする、二値化処理が行なわれ、波形データはデジタル値のデータとして算出される。その結果は演算装置１８の内部メモリ（図示せず）に記憶される。デジタル値のデータの中で、「１」が連続する部分の画素数に基づいて、距離に換算されたトロリ線摺動面２０ａの幅が算出されて、トロリ線摺動面２０ａの幅がデジタル値として測定装置１９へ出力される。測定装置１９は、内部にＭＰＵ、メモリ等を有しており、ＭＰＵによりメモリに記憶された所定の処理プログラムが実行されて演算装置１８で算出されたトロリ線摺動面２０ａの幅に基づいてその摩耗量を算出する。

図４は、図２に示す測定光学系を構成する投光ユニットの概略構成を示す図であり、図４（Ａ）は、投光ユニットの全体構成の斜視図を示し、図４（Ｂ）は、図４（Ａ）の投光ユニットの横断面形状を示すと共に投光光の集光状態の様子を模式的に示す図である。投光ユニット２は、スリット状の投光光を照射する投光光学系を構築するものであり、直方体形状の筐体２４と、この筐体２４内に設けられた単色光源実装基板２５と、筐体２４の前面すなわち投光光出射側面に設けられた集光レンズ群２６ａ〜２６ｎ，２７ａ〜２７ｎと、これらの集光レンズ群２６ａ〜２６ｎ，２７ａ〜２７ｎを筐体２４の前面部で保持するレンズホルダ群２８ａ〜２８ｎ，２９ａ〜２９ｎとから構成されている。単色光源実装基板２５は、レール横断方向（図４（Ａ）の紙面の左右方向、図４（Ｂ）の紙面の奥行き方向））に沿って少なくとも上下方向に２列分配列された発光ダイオード群２ａ〜２ｎを片側表面部に実装している。これらの２列分配列の発光ダイオード群２ａ〜２ｎのそれぞれから出射する光をトロリ線摺動面２０ａに集光すると共に隣接する２列分の発光ダイオード群２ａ〜２ｎから出射する光をトロリ線摺動面２０ａの所定位置（照射範囲Ａ１）に集約するものであり、レンズホルダ群２８ａ〜２８ｎ，２９ａ〜２９ｎによってそれぞれの対応する発光ダイオード群２ａ〜２ｎの直前に設けられている。

図４（Ｂ）に示すように、単色光源実装基板２５上にレール横断方向（図４（Ｂ）の紙面の奥行き方向））に沿って２列分配列された単色光光源となる発光ダイオード群２ａ〜２ｎから照射され光は、その前面に設けられた集光レンズ群２６ａ〜２６ｎ，２７ａ〜２７ｎによって照射範囲Ａ１に集約される。上段列の発光ダイオード群２ａ〜２ｎに対応した集光レンズ群２６ａ〜２６ｎの光軸Ｄ１は、上段列の発光ダイオード群２ａ〜２ｎの光軸Ｃ１よりも下側にずれた位置にあり、上段列の発光ダイオード群２ａ〜２ｎから照射された光は、照射範囲Ａ１をカバーするように集約される。一方、下段列の発光ダイオード群２ａ〜２ｎに対応した集光レンズ群２７ａ〜２７ｎの光軸Ｄ２は、下段列の発光ダイオード群２ａ〜２ｎの光軸Ｃ２よりも上側にずれた位置にあり、下段列の発光ダイオード群２ａ〜２ｎから照射された光は、照射範囲Ａ１をカバーするように集約される。すなわち、上段列及び下段列の発光ダイオード群２ａ〜２ｎと集光レンズ群２６ａ〜２６ｎ，２７ａ〜２７ｎとの配置関係は、それぞれの単色光源である上段列の発光ダイオード群２ａ〜２ｎによる照射範囲Ｌ３、及び下段列の発光ダイオード群２ａ〜２ｎによる照射範囲Ｌ４がそれぞれトロリ線摺動面２０ａにおける照射範囲Ａ１に収まるように、それぞれの上段列及び下段列の発光ダイオード群２ａ〜２ｎの光軸Ｃ１，Ｃ２と集光レンズ群２６ａ〜２６ｎ，２７ａ〜２７ｎの光軸Ｄ１，Ｄ２とは、互いに上下方向にずらして配置してある。また、図４（Ａ）に示すように、上段列の発光ダイオード群２ａ〜２ｎの光軸間に下段列の発光ダイオード群２ａ〜２ｎの光軸が位置するようになっており、上段列及び下段列の発光ダイオード群２ａ〜２ｎはそれぞれ各光軸間の光を補うように構成されている。

図５は、この発明の一実施の形態に係るトロリ線測定装置１０の別の実施例のトロリ線測定用投光装置を搭載する架線検測車を側面から見た図である。図６は、図５のトロリ線測定装置１０の天板を外して内部構造を示す平面概要図である。図５及び図６において、図２及び図３と同じ構成のものには同一の符号が付してあるので、その説明は省略する。図７は、図５及び図６の発光ダイオード投光器の概略構成を示す図であり、図７（ａ）は全体構成を示す斜視図であり、図７（ｂ）は発光ダイオード投光器の短手方向の配光イメージを示す側面図である。図５及び図６のトロリ線測定装置１０が図２のものと異なる点は、面発光の単色光源である発光ダイオード群２ａ〜２ｎの光をコリメートレンズ６５ａ〜６５ｎとリニアフレネルレンズ６０にてトロリ線検出位置６１で集光点を持たせて測定するようにした点である。これ以外に、図５及び図６のトロリ線測定装置１０が図２のものと異なる点は、投光ユニット２を発光ダイオード投光器５０と投光角度調整ミラー５１とで構成し、投光角度調整ミラー５１を測定光学系制御部８で制御するようにした点、反射光Ｌ２に含まれる外光波長をカットする外光フィルタ５５を結像レンズ３の手前に設け、反射光Ｌ２を測定しやすくした点である。投光角度調整ミラー５１は、投光光Ｌ１がトロリ線２０の高さに応じて変化する摺動面２０ａの高さに追従するようにその入射角度が測定光学系制御部８にて制御されるようになっている。

発光ダイオード投光器５０は、スリット状の投光光を照射する投光光学系を構築するものであり、単色光源（赤外ＬＥＤ）である発光ダイオード群２ａ〜２ｎを片側表面部に実装した実装基板６９と、発光ダイオード群２ａ〜２ｎの発熱を逃がすためのヒートシンク６３と、集光のための発光ダイオード群２ａ〜２ｎをそれぞれ覆うように実装基板６９に設けられたコリメートレンズ６５ａ〜６５ｎと、リニアフレネルレンズ６０とから構成されている。コリメートレンズ６５ａ〜６５ｎの拡がり角度は約１０度とし、リニアフレネルレンズ６０の焦点距離（ｆ値）は約２７０［ｍｍ］とする。これによって、図７（ｂ）に示すように、実装基板６９上の単色光源である発光ダイオード群２ａ〜２ｎから出射した面発光光は、コリメートレンズ６５ａ〜６５ｎにて平行光束に変換され、さらにリニアフレネルレンズ６０によってトロリ線摺動面２０ａ付近（距離約１７００［ｍｍ］付近）に集光ウエストを持つ光線束（投光光）Ｌ１となる。これによって、単色光源である発光ダイオードを用いて昼間の太陽光の光強度より強い反射光をトロリ線摺動面から発生させることができる。

この実施の形態によれば、投光ユニット２又は発光ダイオード投光器５０を小型でかつ光量を増加することができるという効果がある。特に、発光ダイオード群２ａ〜２ｎとして赤外領域の単色光を使用すれば、太陽光の強度との差が大きくなり、強いレーザ光を発生する光源を設ける必要がなくなる。しかも、トロリ線の偏位範囲に亙ってトロリ線に単色光を照射する場合にはレール横断方向にその光源を複数個配列するだけで済み、単色光光源の光軸方向にレンズを複数使用することが無いため、ポリゴンミラー等による回転走査光学系が不要となり、投光系を小型化できる。その結果、トロリ線摩耗量検出光学系を車両の屋根上にも搭載することが可能になる。投光光が昼間の太陽光の光強度より強い反射光をトロリ線摺動面に発生させるものである。また、車両の動揺等によって発生する傾きがトロリ線摺動面とトロリ線測定光学系の配置関係に傾きによる影響にも対応することができる。

なお、図２及び図３の実施の形態では、単色光源である発光ダイオードを上下２列分配置する場合について説明したが、1列又は３列以上の複数列配置するようにしてもよい。また、図５及び図６の実施の形態では、単色光源である発光ダイオードを１列分配置する場合について説明したが、２列以上の複数列配置するようにしてもよい。これによって、照射光の光量を上げることが可能になる。さらに、上述の実施の形態では、ラインセンサカメラ９を３台のラインセンサカメラ９ａ，９ｂ，９ｃで構成する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、これ以外の台数のカメラで構成してもよい。図示した単色光源である発光ダイオードの数は一例であり、単色光源と照射範囲との距離などに応じてその個数等は適宜変更してもよい。

Ｃ１，Ｃ２…光軸
Ｄ１，Ｄ２…光軸
Ｌ１…投光光
Ａ１，Ｌ３，Ｌ４…照射範囲
１０…トロリ線測定装置
１０ａ…屋根フレーム
１０ｂ…ガラス窓
１２…回転ミラー
１２ａ…回転軸
１３ａ…反射ミラー
１４…ミラー移動機構
１５…回転テーブル
１６…Ａ／Ｄ変換回路
１７…波形データメモリ
１８…演算装置
１９…測定装置
２…投光ユニット
Ｌ２…反射光
２０…トロリ線
２０ａ…トロリ線摺動面
２１…レール
２２…架線検測車
２４…筐体
２５…単色光源実装基板
２６ａ〜２６ｎ，２７ａ〜２７ｎ…集光レンズ群
２８ａ〜２８ｎ，２９ａ〜２９ｎ…レンズホルダ群
２ａ〜２n…発光ダイオード群
２Ｐ…スリット整形用集光レンズ
３…結像レンズ
３ａ…集束レンズ
４…受光ユニット
５…パルス駆動回路
６…受光信号処理部
７…トロリ線高さ検出機構
７ａ…ローラ式接触子
７ｂ…回動アーム
７ｃ…角度検出器
８…測定光学系制御部
８ａ…制御データ用テーブル
９，９ａ，９ｂ，９ｃ…ラインセンサカメラ
５０…発光ダイオード投光器
５１…投光角度調整ミラー
５５…外光フィルタ
６０…リニアフレネルレンズ
６１…トロリ線検出位置
６３…ヒートシンク
６５a〜６５n…コリメートレンズ
６９…実装基板

Claims (6)

1. レールに沿って変化するトロリ線の偏位範囲に対応した領域にスリット状の投光光を照射するトロリ線測定用投光装置において、
   前記レールの横断方向に沿って少なくとも２列分配列された複数個の発光ダイオード群であって、第１列分の発光ダイオード群の鉛直光軸間に第２列分の発光ダイオード群の鉛直光軸がそれぞれ位置するように配置された発光ダイオード群と、
   前記発光ダイオード群のそれぞれから出射する光を前記トロリ線摺動面に集光すると共に隣接する２列分の発光ダイオード群から出射する光を前記トロリ線摺動面の所定位置に集約する集光レンズ群を前記発光ダイオード群のそれぞれの直前に設けることによって、前記スリット状の投光光を照射する投光光学系であって、前記発光ダイオード群のそれぞれの鉛直光軸に対し前記集光レンズ群の光軸を、前記発光ダイオード群の配列方向と直交する方向にずらして配置することによって、前記２列分の発光ダイオード群から出射する光を前記トロリ線摺動面の所定位置に前記スリット状の投光光として集約して照射するように構成された投光光学系と
   を備えたことを特徴とするトロリ線測定用投光装置。
2. レールに沿って変化するトロリ線の偏位範囲に対応した領域にスリット状の投光光を照射するトロリ線測定用投光装置において、
   前記レールの横断方向に沿って少なくとも１列分配列された複数個の発光ダイオード群と、
   前記発光ダイオード群のそれぞれの直前に前記発光ダイオード群のそれぞれを覆うように設けられ、前記発光ダイオード群のそれぞれから出射する光を所定の拡がりを持った光に変換するコリメートレンズ手段群と、
   前記コリメートレンズ手段群を通過した光を前記トロリ線摺動面付近に集光ウエストを持つ光に変換するリニアフレネルレンズ手段と
   を備えたことを特徴とするトロリ線測定用投光装置。
3. 請求項２に記載のトロリ線測定用投光装置おいて、前記コリメートレンズ手段群は、前記発光ダイオード群のそれぞれから出射する光を拡がり角度で約１０度の光に変換し、前記リニアフレネルレンズ手段は、その焦点距離が約２７０［ｍｍ］であって、前記発光ダイオード群からの光を前記トロリ線摺動面付近に集光ウエストを持つ光に変換することを特徴とするトロリ線測定用投光装置。
4. レールに沿って変化するトロリ線の偏位範囲に対応した領域にスリット状の投光光を照射し、前記投光光によって照射された前記トロリ線の摺動面から反射する反射光を受光して前記トロリ線の摺動面の状態を測定するトロリ線測定装置において、
   前記レールの横断方向に沿って少なくとも２列分配列された複数個の発光ダイオード群であって、第１列分の発光ダイオード群の鉛直光軸間に第２列分の発光ダイオード群の鉛直光軸がそれぞれ位置するように配置された発光ダイオード群と、
   前記発光ダイオード群のそれぞれから出射する光を前記トロリ線摺動面に集光すると共に隣接する２列分の発光ダイオード群から出射する光を前記トロリ線摺動面の所定位置に集約する集光レンズ群を前記発光ダイオード群のそれぞれの直前に設けることによって、前記スリット状の投光光を照射する投光光学系であって、前記発光ダイオード群のそれぞれの鉛直光軸に対し前記集光レンズ群の光軸を、前記発光ダイオード群の配列方向と直交する方向にずらして配置することによって、前記２列分の発光ダイオード群から出射する光を前記トロリ線摺動面の所定位置に前記スリット状の投光光として集約して照射するように構成された投光光学系と
   を備えたことを特徴とするトロリ線測定装置。
5. レールに沿って変化するトロリ線の偏位範囲に対応した領域にスリット状の投光光を照射し、前記投光光によって照射された前記トロリ線の摺動面から反射する反射光を受光して前記トロリ線の摺動面の状態を測定するトロリ線測定装置において、
   前記レールの横断方向に沿って少なくとも１列分配列された複数個の発光ダイオード群と、
   前記発光ダイオード群のそれぞれの直前に前記発光ダイオード群のそれぞれを覆うように設けられ、前記発光ダイオード群のそれぞれから出射する光を所定の拡がりを持った光に変換するコリメートレンズ手段群と、
   前記コリメートレンズ手段群を通過した光を前記トロリ線摺動面付近に集光ウエストを持つ光に変換するリニアフレネルレンズ手段と
   を備えた投光光学系を用いて前記スリット状の投光光を前記トロリ線の摺動面に照射することを特徴とするトロリ線測定装置。
6. 請求項５に記載のトロリ線測定装置おいて、前記コリメートレンズ手段群は、前記発光ダイオード群のそれぞれから出射する光を拡がり角度で約１０度の光に変換し、前記リニアフレネルレンズ手段は、その焦点距離が約２７０［ｍｍ］であって、前記発光ダイオード群からの光を前記トロリ線摺動面付近に集光ウエストを持つ光に変換することを特徴とするトロリ線測定装置。

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