JPH08332952A - 軌道車両用照明装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、本当に確認したい場所付近だけを、
他の部分には光のもれがないように最適に照射する軌道
車両用照明装置を提供する。 【構成】本発明は、軌道車両２に、光の照射方向、光の
照射幅、光量が変更可能な照明器２０を設け、軌道車両
２の現在位置を検出する位置計測装置２２を設け、軌道
車両２の車両速度を検知する車両速度計測装置２３を設
け、軌道の敷設情報が記憶された記憶装置２４を設け、
演算部２１ａをもつ制御装置２１で敷設情報、軌道車両
２の位置情報、軌道車両２の速度情報から、軌道車両２
の現在位置を基準とした前方確認のための前方監視距離
Ｌを決め、この決めた監視距離Ｌに基づき最適な照射方
向、最適な照射角、最適な光量を定め、この定めた照射
方向、照射角、光量になるに照明器２０を制御すること
によって、本当に確認したい場所付近だけを自動制御で
照射するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば鉄道のように予
め決められた軌道に沿って走行する車両の前方の安全確
認のために照明する軌道車両用照明装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】予め決められた軌道（線路）を走行する
車両（軌道車両）には、軌道車両用照明装置として、走
行方向前方を照射する前照灯が装備されている。こうし
た前照灯は、左右方向については一定の方向にしか向い
ておらず、上下方向についてはハイ、ローの二段切替え
のみで照射しているだけである。

【０００３】また新幹線の始発前に保線作業の完了を確
認する車両である確認車の前照灯でさえ、照明器を沢山
つけて明るくして照射範囲を広げ、かつ一部の照明器を
手動で乗務員が見たい方向に動かせるようにした構造で
ある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、車両におい
て、安全確認などの理由から、本当に必要な前方部分が
確認できることが望ましい。ところが、上記した前照灯
（照明装置）では、確かに前方は照明されるものの、本
当に確認したい前方が十分に照射されているかどうか
が、わからない。

【０００５】また照明器を沢山つけたような前照灯で
は、照射範囲を広げているために、軌道近くの沿線住民
宅や周辺道路を走行中の車等に光が入り込むことがあ
り、安眠妨害等の迷惑をもたらしたり、車を運転する人
に眩しさをもたらしたりするおそれがある。

【０００６】特に軌道車両の場合、乗用車等とは異なり
ステアリングが無いために、乗用車等で提案されている
ような、ステアリングを回す角度に応じて、前照灯を左
右に制御する装置を採用することは難しく、軌道車両に
応じた照射特性をもたらす照明装置が要望されている。

【０００７】本発明は上記事情に着目してなされたもの
で、その目的とするところは、軌道車両の運転状態にか
かわらずに、本当に確認したい場所付近だけを、他の部
分には光のもれがないように照射することが可能な軌道
車両用照明装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、軌道車両に、光の照射方向、光の照射幅、
光量が変更可能な照明器を設け、軌道車両の現在位置を
検出する位置検出手段を設け、同車両の車両速度を検知
する車両速度検知手段を設け、軌道の敷設情報が記憶さ
れた記憶手段を設け、敷設情報、軌道車両の位置情報、
軌道車両の速度情報から、軌道車両の現在位置を基準と
した前方確認のための前方監視距離を決める決定手段を
設け、この決めた監視距離に基づき照射方向、照射角、
光量を定める設定手段を設け、この定めた照射方向、照
射角、光量になるに照明器を制御する制御手段を設けた
ことにある。

【０００９】

【作用】本発明によると、曲がり、かつ起伏している軌
道を軌道車両が走行中、決定手段は、軌道の敷設情報
（平面線形，縦断線形）と軌道車両の位置情報との照会
により、現在位置の軌道車両から前方の線路がどのよう
な向きをなして敷設されているかを認識している。

【００１０】これと共に決定手段は、軌道車両の走行速
度と敷設情報（線路勾配）とから、どれだけ制動距離が
必要かを求めていて、この制動距離を元に、本当に確認
したい、軌道車両の現在位置を基準とした同車両の前方
部位付近までの前方監視距離を求めている。具体的に
は、制動距離に空走距離等の余裕を加味した距離を前方
監視距離として求める。

【００１１】この前方監視距離に基づき設定手段は、前
方の照射方向を定める。具体的には、設定手段では、光
の中心が監視距離前方の軌間の中央にするべく、敷設情
報にしたがい照明器の旋回角度と俯仰角度を幾何学的に
求める。

【００１２】また設定手段は、前方監視距離に基づき照
射角を求める。具体的には、設定手段では、前方監視位
置における建築限界（レールを中心として、建物その他
の建造物等を設けてはいけない領域）等による一定範囲
を照射するための光を照射する角度（光柱角；照射幅）
を求める。

【００１３】さらに設定手段は、前方監視距離に基づき
光量を求める。具体的には、最大監視距離（最大監視距
離の時の光量を１００％として、どの距離でもほぼ一定
の明るさにするような監視距離）に応じた光量を求め
る。

【００１４】照明器は、制御手段によって、こうして定
めた最適な照射方向、最適な照射角、最適な光量となる
よう、車両走行中、制御される。これにより、軌道車両
の走行中は、照明器によって、常に本当に確認したい前
方の場所付近だけが、他の部分には光がもれないよう
に、最適に照明されることとなる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明を図１ないし図６に示す一実施
例にもとづいて説明する。図１および図２中、１はレー
ルで構成される線路（軌道）、２は同線路１を走行する
軌道車両である。

【００１６】この軌道車両２の走行方向前側の上部に
は、照明装置３が搭載されている。この照明装置３の構
造が図３に示されている。この照明装置３の構造を説明
すると、４は軌道車両２の上部に設けた旋回台である。

【００１７】この旋回台４は、前側に定めてある旋回中
心ｉを支点として、軌道車両２の上部に左右方向に回動
自在に支持してある。旋回台４の後部側には、出力軸５
ａが貫通するようにして、旋回用モータ５が倒立に据え
付けてある。なお、出力軸５ａの先端部には歯車７が取
着してある。

【００１８】この歯車７は、軌道車両２の上部に設けた
円弧形（旋回中心ｉを中心とする円弧）のラック８と噛
合っていて、旋回用モータ６が作動すると、旋回台４を
旋回中心ｉ回りに回動させる。

【００１９】また旋回台４の上面には、例えば旋回中心
ｉを延長した点を回動支点ｋを支点として定めた、上下
方向に回動自在な基板９が設けられている。この基板９
は、回動中心ｋから前後方向に延びている。

【００２０】この基板９の後部端には、例えば上下方向
に延びる円弧形（回動支点ｋを中心とする円弧）のラッ
ク１０が取着してある。このラック１０は、旋回台４の
後部上面に設置された俯仰用モータ１１の出力軸１１ａ
に在る歯車１２と噛合っていて、俯仰用モータ１１が作
動すると、基板９が回動支点ｋ回りに回動するようにし
てある。

【００２１】また回動支点ｋから後部寄りの基板上面に
は、楕円反射鏡１３ａを有するランプ１３が、出射方向
を前方に向けて搭載してある。つまり、ランプ１３は、
旋回用モータ５の作動により、左右方向の旋回角αが変
更可能で、俯仰用モータ１１の作動により、俯仰角βが
変更可能であり、照射方向（旋回角α，俯仰角β）が変
更可能な構造となっている。

【００２２】またランプ１３は、軌道車両２の上部に搭
載してある、電源電流値が可変可能な電源供給装置１４
に接続されていて、光量が変更可能な構造ともなってい
る。基板９の上面には、楕円反射鏡１３ａの集光点に位
置して、可変式のインテグレータ１５が設けられてい
る。また基板９の前部上面には、インテグレータ１５か
ら出射端から所定の距離、離反した部位に位置して、レ
ンズ１６で構成されるレンズ系１７が設けられ、インテ
グレータ１５の出口端を新たな光源として、レンズ系１
７で一定の距離に照射できるようにしてある。

【００２３】インテグレータ１５には、例えば図５に示
されるように光路１８の中心の回りに、光路１８が縮・
拡径可能となるよう、同中心を囲むように四枚のミラー
１９を設け、図示しない駆動装置にて、これらミラー１
９を縮径方向、拡径方向に滑らかに移動させることによ
り、図４（ａ），（ｂ）に示されるように中心部を変え
ずに光路１８の面積のみを連続的に変更できる構造が用
いてある。

【００２４】これにより、ランプ１３からの照射される
光の幅、つまり照射角（光柱角）γを変更できるように
してある。こうした照明装置３の構造から、照射方向、
光量、照射角がそれぞれ可変可能な照明器２０を構成し
てある。

【００２５】またこの照明器２０には、照射方向、光
量、光柱角を制御する制御系が接続されている。この制
御系が図６に示されている。

【００２６】制御系について説明すれば、図中２１は例
えばマイクロコンピュータで構成された制御装置（制御
手段に相当）で、内部には演算器２１ａが内蔵してあ
る。この制御装置２１は、軌道車両１に搭載されてい
る。

【００２７】この制御装置２１には、旋回用モータ５、
俯仰用モータ１１、インテグレータ１５、電源供給装置
１４が接続されている。また制御装置２１には、軌道車
両２の位置を計測する車両位置計測装置２２（位置検出
手段に相当）、軌道車両２の速度を計測する速度計測装
置２３（車両速度検知手段に相当）が接続されていて、
軌道車両２の現在位置を検出するのに必要な位置情報、
確認したい前方の場所付近を検出するのに必要な速度情
報を制御装置２１へ出力させるようにしてある。

【００２８】さらに制御装置２１には、データ記憶装置
２４（設定手段に相当）が接続されている。このデータ
記憶装置２４には、敷設情報、例えば図２に示されるよ
うな軌道の敷設状態を示す平面線形と縦断線形のデータ
がデータベース化されて記録してあり、必要なデータを
制御装置２１へ出力させるようにしてある。

【００２９】また制御装置２１には、本当に確認したい
車両前方の場所付近を適切に照射させるのに必要な機能
が設定してある。すなわち、制御装置２１には、つぎの
ような機能が設定してある。

【００３０】ａ．車両位置計測装置２２からの位置情報
とデータ記録装置２４から敷設情報８（平面線形、縦断
線形）により、現在走行している軌道車両２の前方の線
路がどのように敷設するのかを認識する機能。

【００３１】ｂ．その結果に加えて速度計測装置２３か
らの速度情報と縦断線形の中の線路勾配から、演算器部
２１ａを用いて、どれだけの制動距離かを求める機能。 ｃ．演算器部２１ａを用いて、制動距離に空走距離等の
余裕を加味した監視距離Ｌ（この前方付近を照射すれ
ば、安全確認作業が行えるとされる距離）を求める機
能。

【００３２】ｄ．その得られる監視距離Ｌから、照射光
の中心を監視距離Ｌ前方の軌間中央にするための旋回角
α、俯仰角βを幾何学的に求める機能。 ｅ．敷設情報にしたがい、その得られる前方監視位置で
の建築限界（レールを中心として建物、その他の建築物
等を設けてはいけない領域）等の一定範囲を照射するた
めの光を照射する角度、つまり照射角（光柱角）γを、
演算器部２１ａを用いて定める機能。

【００３３】ｆ．さらに最大監視距離（監視距離Ｌが最
大のときの光量を１００％として、どの距離でもほぼ一
定の明るさにする監視距離）に応じた光量を求める機
能。 ｇ．軌道車両２の各地点において、得られた旋回角α、
俯仰角β、照射角γ、光量になるよう、旋回用モータ
５、俯仰用モータ１１、電源供給装置１４、インテグレ
ータ１５を制御する機能。

【００３４】こうした機能により、本当に確認したい車
両前方の場所付近だけを照射できるようにしてある。つ
ぎに、このように構成された照明装置３の作用について
説明する。

【００３５】夜間において、図１に示されるように軌道
車両２がランプ１３（前照灯）で前方を照射しながら、
曲がり、かつ起伏している線路１を走行しているとす
る。このとき、ランプ１３の照射方向、照射角、光量
は、制御装置２１により逐次、制御され、本当に安全確
認したい軌道車両２の前方部分を照射している。

【００３６】すなわち、制御装置２１は、軌道の敷設情
報（平面線形，縦断線形）と軌道車両２の位置情報との
照会により、現在位置の軌道車両２から前方の線路がど
のような向きをなして敷設されているかを認識してい
る。

【００３７】そして、これと共に制御装置２１は、演算
器部２１ａを用いて、現在の車両位置情報をもとに、そ
の地点での線路勾配と軌道車両２の走行速度から監視距
離Ｌを決定している。

【００３８】すなわち、車両位置計測装置２２からの現
在位置情報と、データ記憶装置２４から同現在位置情報
をもとに検索したその地点の縦断線形と、速度計測装置
２２からの速度情報とから監視距離Ｌを求めている。

【００３９】例えば５０km/hで走行中の車両が、５パー
ミルの上り勾配にはいったとすると、制御装置２０は監
視距離Ｌが２００ｍ必要となると計算する。ここでいう
監視距離Ｌとは、線路勾配において応じて求められる軌
道車両２の制動距離に、空走距離、余裕を加えて総合し
た距離を意味する。

【００４０】こうした計算が、例えば速度１km/h毎に行
われる。なお、速度域を数段階に分けて監視距離Ｌを設
定してもよく、各速度範囲の最高速度で充分に止まれる
ような距離に設定すれば何等問題はない。むろん、勾配
条件も数段階に分けてもよい。

【００４１】監視距離Ｌが求まると、つぎに制御装置２
０は車両前方の照射方向、光柱角γ、光量Ｐを決定す
る。照射方向の決定には、図１に示されるように任意の
車両位置での軌道面を中心とした座標系ＯーＸＹＺを考
えたとき、軌道に沿って監視距離Ｌだけ離れた地点がそ
の座標系ＯーＸＹＺで、どの地点ｓ（ｘ、ｙ、ｚ）にな
るかを計算すればよい。

【００４２】具体的には、図２（ａ），（ｂ）に示され
るようにランプ位置（照明位置）をｔ（０、０、ｈ）と
すると、照射方向を決める要素となる旋回角α、俯仰角
βは、つぎの与式で求まる。但し、ランプ位置は軌間の
中心で高さｈで取り付けてあるとした。

【００４３】α＝ｔａｎ^-1（ｘ／ｙ） 、 β＝ｔａｎ
^-1［（ｈ−ｚ）／ｙ］ 光柱角γは、照射幅が敷設情報から建築限界等のある範
囲Ｗと定まることから、監視距離Ｌにもとづき、つぎの
与式にしたがって求められる。

【００４４】 γ＝２ＴＡＮ^-1［（Ｗ／２）／（ｘ² ＋ｙ² ）^1/2 ］ 光量Ｐは、監視距離Ｌに応じて、距離の２乗則を用いて
求められる。但し、最大速度における監視距離ＬMAX
（最大監視距離の時の光量を１００％として、どの距離
でもほぼ一定の明るさにするような監視距離）での光量
ＰMAXを基準とするから、各監視距離Ｌと光量Ｐの関係
を示す式はつぎのようになる。

【００４５】Ｐ＝ＰMAX ×（Ｌ² ／Ｌ MAX² ） この与式にしたがって光量Ｐが求められる。制御装置２
０は、このようにして得られた最適な照射方向、最適な
光柱角、最適な光量となるよう、走行中、逐次、旋回用
モータ５、俯仰用モータ１１、電源供給装置１３、イン
テグレータ１５を制御していく。

【００４６】こうした制御により、走行中、軌道車両２
は、照明器２０によって、常に本当に確認したい前方の
場所付近だけが、他の部分には光がもれないように、最
適に照明される。

【００４７】それ故、軌道車両２の運転士が制動距離等
を意識しなくとも、自動的に必要な監視距離Ｌを照射す
ることができ、軌道車両の夜間運転の前方確認が容易と
なる。

【００４８】しかも、本当に確認したい前方の場所付近
だけが最適に照明されるから、沿線住民宅に光が照射さ
れることによる安眠妨害等の迷惑、周辺道路を走行中の
車に照射されて眩しいといった障害の発生を軽減に貢献
する。

【００４９】なお、確認作業を実施するのは運転士でも
あってもよいし、カメラと同期させた自動監視装置と組
み合わせて確認作業を行ってもよい。特に、運転士が乗
らない自動運転の車両の監視用のカメラと組み合わす
と、監視の自動化が期待できる。

【００５０】また一実施例では、連続的に照射範囲を変
える面積可変式のインテグレータを用いたが、これに限
らず、例えば数段階の監視距離にするならば、数個の固
定インテグレータを入れ替える機構のインテグレータを
用いてもよい。

【００５１】なお、上記した一実施例は、本発明に基づ
きなされたものであって、同実施例は本発明の趣旨を逸
脱しない範囲で種々の変更が可能であることはいうまで
もない。

【００５２】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、軌
道車両の運転状態にかかわらずに、本当に確認したい場
所付近だけを、他の部分には光のもれがないように最適
に照射することができる。

【００５３】この結果、自動的に必要な監視距離を照射
することができ、軌道車両の夜間運転の前方確認を容易
にすることができる。しかも、本当に確認したい前方の
場所付近だけが最適に照明されるから、沿線住民宅に光
が照射されることによる安眠妨害等の迷惑、周辺道路を
走行中の車に照射されて眩しいといった障害の発生を軽
減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の照明装置を搭載した軌道車
両を、照射方向を求め方の説明とともに示す斜視図。

【図２】（ａ）は、同軌道車両の縦断線形にもとづく最
適な照射方向、最適な光柱角を説明するための図。
（ｂ）は、同じく軌道車両の平面線形にもとづく最適な
照射方向、最適な光柱角を説明するための図。

【図３】照明装置の照明器構造を説明するための概略構
成図。

【図４】（ａ）は、同照明器のインテグレータによって
光柱角が大きくなる側へ変更したときを示す図。（ｂ）
は、同じくインテグレータによって光柱角が小さくなる
側へ変更したときを示す図。

【図５】インテグレータの可変構造を説明するための
図。

【図６】照明装置の照射方向、光柱角、光量を制御する
制御系を説明するためのブロック図。

【符号の説明】

１…線路（軌道） ２…軌道車両 ４…旋回台 ５…旋回用モ
ータ ７…歯車 ８…ラック ９…基板 １０…ラック １１…俯仰用モータ １２…歯車 １３…ランプ １３ａ…楕円反
射鏡 １４…電源供給装置 １５…インテ
グレータ １６…レンズ ２０…照明器 ２１…制御装置（制御手段、決定手段、設定手段） ２２…車両位置計測装置（位置検出手段） ２３…速度計測装置（車両速度検知手段） ２４…データ記憶装置（記憶手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐々木 敦 東京都千代田区丸の内一丁目６番５号 東 日本旅客鉄道株式会社内 (72)発明者 山下 博 広島県広島市西区観音新町四丁目６番22号 三菱重工業株式会社広島研究所内 (72)発明者 中元 淳 広島県広島市西区観音新町四丁目６番22号 三菱重工業株式会社広島研究所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 軌道車両に設けられた、光の照射方向、
   光の照射幅、光量が変更可能な照明器と、 軌道車両の現在位置を検出する位置検出手段と、 同車両の車両速度を検知する車両速度検知手段と、 軌道の敷設情報が記憶された記憶手段と、 前記敷設情報、前記軌道車両の位置情報、前記軌道車両
   の速度情報から、前記軌道車両の現在位置を基準とした
   前方確認のための前方監視距離を決める決定手段と、 この決めた監視距離に基づき照射方向、照射角、光量を
   定める設定手段と、 この定めた照射方向、照射角、光量になるに前記照明器
   を制御する制御手段と、 を具備したことを特徴とする軌道車両用照明装置。