トロリ線摩耗量検出光学系およびトロリ線摩耗量測定装置
【課題】
装置高さが低くかつ小型化が可能なトロリ線摩耗量検出光学系およびトロリ線摩耗量測定装置を提供することにある。
【解決手段】
この発明は、レール横断方向に配列された単色光光源複数個によりスリット状の投光光を生成してトロリ線の摺動面に照射する投光ユニットと、第１の受光器、単色光の波長範囲を除去するフィルタを介してトロリ線からの反射光を受ける第２の受光器とを設け、２つの受光器の受光信号の差により摺動面についての検出信号を得るものである。
装置高さが低くかつ小型化が可能なトロリ線摩耗量検出光学系およびトロリ線摩耗量測定装置を提供することにある。
【解決手段】
この発明は、レール横断方向に配列された単色光光源複数個によりスリット状の投光光を生成してトロリ線の摺動面に照射する投光ユニットと、第１の受光器、単色光の波長範囲を除去するフィルタを介してトロリ線からの反射光を受ける第２の受光器とを設け、２つの受光器の受光信号の差により摺動面についての検出信号を得るものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、トロリ線摩耗量検出光学系およびトロリ線摩耗量測定装置に関し、詳しくは、鉄道車両への電力供給用として架設されたトロリ線に対して、その摩耗量を測定するための測定光学系において、測定光学系を小型化でき、それにより車両の屋根上にも搭載することが可能なトロリ線摩耗量検出光学系に関する。
【背景技術】
【０００２】
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、互いの摺動接触により漸次に摩耗する。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、検測車等にトロリ線摩耗量測定装置を搭載し、定期的に走行測定してそれぞれの良否が検査されている。
【０００３】
トロリ線摩耗量測定装置の１つに回転多面鏡（ポリゴンミラー）を水平面で回転させて、トロリ線へレーザ光を照射してトロリ線をその偏位範囲に亙って走査するものがある。その１つは、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、走査に対応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し、それにより、トロリ線摩耗量を測定する。このようなトロリ線摩耗量測定装置を搭載する検測車はすでに公知である（特許文献１）。
また、新幹線から地下鉄まで幅広く営業車の屋根上にも搭載可能なトロリ線摩耗量検出光学系について出願人はすでに出願している（特許文献２）。
【０００４】
トロリ線の摩耗量測定装置の摩耗量算出としては、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もの（特許文献３）、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ものなどが公知である（特許文献４〜７）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−５９７１０号公報
【特許文献２】特開２００７−２４６８３号公報
【特許文献３】特開平５−９６９８０号公報
【特許文献４】特開平５−３４１１３号公報
【特許文献５】特開平５−２９０１３４号公報
【特許文献６】特開平１０−１９４０１５号公報
【特許文献７】特開２００５−２７１６６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
トロリ線の摩耗量を昼夜測定をしなければならない関係で特許文献１に示されるような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が固体レーザとしてのダイオードＹＡＧレーザと気体のＨe−Ｎeレーザ等を用い、太陽光に負けない強いレーザ光を発生してトロリ線から反射光を得なければならない。さらに、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になる。そのため、装置が大型化する欠点がある。
特許文献２のものは、営業車の屋根上にも搭載可能にするた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にしている。しかし、トロリ線摩耗量測定装置が車両の屋根の大部分を占めるために、車両の高さ自体が高くなった構造となり、車両の重心が高く、車体の揺れ等、走行の安定性に欠ける問題がある。
この発明の目的は、このような従来技術の問題点を解決するものであって、装置高さが低くかつ小型化が可能なトロリ線摩耗量検出光学系を提供することにある。
この発明の他の目的は、測定光学系を小型化できかつ車両の屋根上にも搭載することが可能なトロリ線摩耗量測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
このような目的と達成するためのこの発明のトロリ線摩耗量検出光学系およびトロリ線摩耗量測定装置の特徴は、トロリ線の偏位範囲に亙る投光光をトロリ線に照射してトロリ線の摺動面からの反射光を受光してトロリ線の摺動面についての検出信号を得るトロリ線摩耗量検出光学系において、
レール横断方向に配列された単色光光源複数個によりスリット状の投光光を生成してトロリ線の摺動面に照射する投光ユニットと、トロリ線の偏位範囲をカバーする視野を有する受光ユニットとを備えていて、
前記投光光が昼間の太陽光の光強度より強い反射光を摺動面に発生させるものであり、前記の視野において摺動面からの反射光を受けてその受光面に摺動面の映像を受ける第１の受光器と前記の視野において摺動面からの反射光のうち単色光の波長を除去するフィルタと前記の視野においてこのフィルタを介してその受光面に摺動面の映像を受ける第２の受光器とを前記の受光ユニットが有し、第１の受光器の検出信号と第２の受光器の検出信号の差により摺動面についての検出信号を得るものである。
【発明の効果】
【０００８】
このように、この発明にあっては、レール横断方向に配列された単色光光源複数個によりスリット状の投光光を生成してトロリ線の摺動面に照射する投光ユニットを設け、第１の受光器、単色光の波長範囲を除去するフィルタを介してトロリ線からの反射光を受ける第２の受光器との２つの受光器の受光信号の差により摺動面についての検出信号を得る。投光光は、トロリ線の摺動面からの反射光を単色光にしかつ昼間の太陽光の光強度より強い反射光を摺動面に発生させるものであるので、昼間でも太陽光の光強度に負けない反射光が得られる。
特に、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を配列するだけで済むので、これによりポリゴンミラー等による回転走査が不要となり、投光系と受光系とを小型化できる。
その結果、投光系と受光系の小型化が可能になり、これにより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。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、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２】図２（ａ）〜（ｄ）は、赤外領域の単色光の波長を除去するフィルタがある場合とそうでない場合についての測定光学系の受光器における受光信号の説明図である。
【図３】図３は、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。
【図４】図４は、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。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１は、この発明の原理を説明するものであって、１は、トロリ線摩耗量測定装置１０（図３参照）の測定光学系である。これは、投光ユニット２と結像レンズ３と受光ユニット４とからなる。
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トロリ線２０に照射する。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。
図中、Ｌ１は、投光ユニット２の投光光であり、投光ユニット２による単色光の波長は、例えば、λ＝８５０ｎｍである。Ｌ2は、トロリ線２０の摺動面２０ａからの反射光である。なお、３ａは投光ユニット２の集束レンズである。
受光ユニット４には、受光器４ａと受光器４ｂの２つの受光器が内蔵され、受光器４ａ，４ｂは、ＣＣＤラインセンサの受光器である。受光器４ａは、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。
受光器４ｂには、ＣＣＤラインセンサの手前に投光ユニット２の単色光の波長，λ＝８５０ｎｍを除去するフィルタ４ｃが設けられ、その受光感度特性は、λ＝８５０ｎｍを除いたＣＣＤの全光波長領域となっている。
【００１１】
投光ユニット２は、図３に示すレール２１の横断方向に配列された赤外領域の単色光光源複数個２ａ，２ｂ…からなり、これらによりスリット状の投光光を生成する。そこで、各受光器４ａ，受光器４ｂにおけるＣＣＤラインセンサの配列ラインは、レール２１の横断方向、すなわち、紙面に垂直な方向になっている。
この受光ユニット４は、図３に示すように、結像レンズ３とともにフィルタ４ｃが内蔵された２本のＣＣＤラインセンサを有するラインセンサカメラ９として設けることができる。
図１に戻り、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１ｍ〜１．５ｍ程度とすれば、１Ｗ程度の比較的小さい出力の単色光ＬＥＤを用いることでそれが可能になる。
したがって、このような光源をレール横断方向に配列してもトロリ線摩耗量測定装置１０での占有面積は少ない。
【００１２】
それぞれの受光器４ａと受光器４ｂの受光信号Ａ，Ｂは、差動増幅器５に入力され、ここで差が採られて波形スライス回路６を経てトロリ線摺動面の検出信号Ｓとして出力される。
図２は、受光信号Ａ，Ｂについての説明図である。
フィルタ４ｃのない受光器４ａで得られる受光信号Ａは、図２（ａ）に示すように、天空からの外来光（以下天空ノイズ）の受光信号Ａ1とトロリ線２０の摺動面２０ａからの単色光の反射光Ａ2との和となる。それがＣＣＤのライン方向に沿って発生する。なお、受光器４ａと受光器４ｂの受光信号は、ＣＣＤのライン方向に沿って同時に同期してかつシリアルに順次出力され、その読出が連続的に繰り返される。その読出回路は図示していない。
縦軸は明るさ（受光レベル）であり、横軸はＣＣＤラインセンサが配列されるライン方向（レール横断方向）である。以下図２（ｂ）〜（ｄ）も同様である。
【００１３】
夜間は、受光信号Ａ1の受光レベルは低いが、各種の外来ノイズが混じるので、比較的低いレベルで受光信号Ａ1が存在している。
これに対して手前にフィルタ４ｃが設けられた受光器４ｂの受光信号Ｂは、図２（ｂ）に示すように、フィルタ４ｃの除去効果により天空ノイズの受光信号Ｂ1が主体となり、単色光の反射光Ｂ2は低く抑えられる。
その結果、これらの差分を採った差動増幅器５の出力信号Ｃは、図２（ｃ）に示すように、トロリ線摩耗量に対応する幅を持つパルス状のトロリ線摺動面反射信号（差分信号）Ｃ（＝Ａ1＋Ａ2−Ｂ1−Ｂ2）となり、これが波形スライス回路６を経て図２（ｄ）に示すトロリ線摺動面の検出信号Ｓとして波形スライス回路６から出力される。
【００１４】
図１に戻り、波形スライス回路６は、ピークレベル検出回路６ａとクリップ回路６ｂとからなり、ピークレベル検出回路６ａによりピーク値Ｐが検出され、このピーク値Ｐを受けてピークレベルの実質的に１／２のレベルを生成するクリップ回路６ｂによりピークレベルの実質的に１／２のレベルでトロリ線摺動面反射信号Ｃの波形がクリップあるいはスライスされて図２（ｄ）に示すトロリ線摺動面の検出信号Ｓが生成される。
なお、ピークレベルの実質的に１／２のレベルは、例えば、抵抗分割による分圧電圧として生成され、ピークレベル検出回路６ａで検出されたピーク値Ｐは、検出信号Ｓの出力の後縁によりリセットされる。
これにより、波形スライス回路６からトロリ線摺動面の検出信号Ｓ（パルス上の信号）のパルス幅としてトロリ線摺動面の幅を得ることができる。
検出信号Ｓに基づいてのトロリ線摩耗量（残存径）の算出は、先行技術文献として挙げた各種の特許公報に記載されるところであるのでその説明は割愛する。
【００１５】
図３は、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。
図３において、１０は、トロリ線摩耗量測定装置であって、架線検測車２２の車両屋根上面２３に設置されている。
トロリ線摩耗量測定装置１０は、測定光学系１と、トロリ線高さ検出機構７と測定光学系制御部８とからなる。
測定光学系１は、投光ユニット２と、結像レンズ３とフィルタ４ｃとが内蔵された２本のＣＣＤラインセンサを有するラインセンサカメラ９、そしてこのラインセンサカメラ９の手前に設けられた受光光学系１１とからなる。
受光光学系１１は、回転ミラー１２、入射方向に反射光を戻す折り返し反射ミラー１３、そして折り返し反射ミラー１３を前後に移動させるミラー移動機構１４とで構成され、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角度が制御される。
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角度制御される。
【００１６】
図４は、トロリ線摩耗量測定装置１０の天板を外して内部構造を示す平面概要図である。
なお、図４に示す受光光学系１１は、図３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１３とそのミラー移動機構１４とを省略し、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形で図示してある。
この図４に示されるように、図３に示す投光ユニット２は、単色発光の多数のＬＥＤ発光器２ａ，２ｂ，…２ｎをレール２１の横断方向に配列してスリット状の光束Ｌを発生する。レール２１の横断方向におけるその幅は、トロリ線２０への照射光Ｌ1がトロリ線２０の偏位範囲（≒７００ｍｍ）をカバーするものである。
ＬＥＤ発光器２ａ，２ｂ，…２ｎ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。
なお、投光ユニット２は、ＬＥＤ発光器２ａ〜２ｎに換えて点線で示すような半導体レーザ光源２Ｑを横方向拡大レンズによりレール２１の横断方向に拡大してスリット状の光束Ｌを生成してもよい。
【００１７】
受光光学系１１の回転ミラー１２は、トロリ線２０の偏位範囲（≒７００ｍｍ）の反射光Ｌ2を受光するためにレール２１の横断方向に反射光Ｌ2の受光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、その回転軸がステッピングモータにより駆動される構成を採る。
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からなり、これらにより反射光Ｌ2を３分割していずれかのカメラに摺動面２０ａからの反射光が入射されるように分割受光する。なお、相互の受光境界領域はオーバーラップしている。これにより、トロリ線２０の偏位範囲をカバーする視野を形成する。
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台に限定されない。
【００１８】
ここで図３へと戻り、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本のアームがリンク結合した曲折支持の回動アーム７ｂ、回動アーム７ｂの根本側のリンクの回動角を検出するポテンションメータによる垂直方向の角度検出器７ｃとからなる。
なお、この種のポテンションメータによる回動アームの角度でトロリ線の高さ検出をする高さ検出器は、例えば、特開平７−１２０２２８号等に記載されるように、周知の技術であるので、詳細な説明は割愛する。
【００１９】
投光ユニット２からトロリ線２０への投光光Ｌ1は、トロリ線摩耗量測定装置１０の屋根フレーム１０ａ（図３参照）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１３を経て、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）のいずれかの視野内に入り、トロリ線２０の摺動面２０ａを含む画像（一次元波形データ）がこれにより受像される。
なお、ガラス窓１０ｂは、トロリ線摩耗量測定装置１０の屋根フレーム１０ａの水平面に対して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の位置が低くなる。そこで、トロリ線摩耗量測定装置１０は、車両の屋根等の高さにほとんど影響を受けることなく設置できる。
【００２０】
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からの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、そしてミラー移動機構１４と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の高さに応じて追従させる制御をする。
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に制御データのテーブル８ａが設けられている。この制御データのテーブル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の移動量とが制御値として格納されている。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。
【００２１】
一方、回転テーブル１５と、回転ミラー１２、そしてミラー移動機構１４には、現在の角度、移動位置を示すエンコーダがそれぞれ内蔵されていて、それぞれステッピングモータにより駆動され、各エンコーダの信号が測定光学系制御部８に入力されている。
そこで、測定光学系制御部８は、制御データのテーブル８ａを参照して回転テーブル１５と、回転ミラー１２、そしてミラー移動機構１４とを制御して、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する。
【００２２】
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変換器を有するデジタルカメラである。したがって、そのイメージ出力はデジタル値となる。３台のラインセンサカメラ９ａ，９ｂ，９ｃの一次元のイメージのデジタル値は、パラレルに読み出され、さらに各ラインセンサカメラの２つのＣＣＤが同時に同期してかつシリアルに順次出力され、その読出が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の一次元のイメージのデジタル値は、波形データメモリ１６へと送出されて、それぞれに波形データメモリ１６の各領域に一次元のイメージとしてそれぞれに記憶される。なお、波形データメモリ１６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である。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の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１７の処理時間に関係して設定されている。
３台のラインセンサカメラ９ａ，９ｂ，９ｃの各一次元のイメージは、図２（ａ），図２（ｂ）に示す波形信号のいずれかがあるいはこれらが重複してデジタル値としてそれぞれの領域に記憶される。
【００２３】
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により古いものから順次読出されて処理された後の波形データは消去される。
３台のラインセンサカメラ９ａ，９ｂ，９ｃで３分割受光した反射光Ｌ2における摺動面２０ａの画像（一次元波形データ）が重複のないものとして受光信号Ａと受光信号Ｂのそれぞれに相当する波形データが合成される。次に１つのトロリ線２０の摺動面２０ａの波形データとして処理され、図２（ａ），図２（ｂ）に示す波形信号が生成され、これらの差分の演算処理がなされて、トロリ線摺動面反射信号（差分信号）Ｃ（＝Ａ1＋Ａ2−Ｂ1−Ｂ2）に相当するデータが算出される。
さらに、ピーク値Ｐが検出されてピークレベルの実質的に１／２のレベルが算出され、この１／２のレベルを基準として、これ以上を“１”とし、それ未満を“０”とする二値化処理がなされて図２（ｄ）に示すようなトロリ線摺動面の検出信号Ｓに相当するパルス幅を持つデジタル値のデータが算出される。それが内部メモリに記憶される。そして、これの“１”が連続する部分の画素数から距離（トロリ線摺動面の検出信号Ｓのパルス幅に対応）に換算してトロリ線摺動面の幅が算出されて、トロリ線摺動面の幅がデジタル値として測定装置１８へと送出される。
測定装置１８は、内部にＭＰＵ、メモリ等を有していて、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１７で算出されたトロリ線摺動面の幅に基づいて摩耗量を算出する。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
以上説明してきたが、実施例では、赤外領域の単色光を用いているが、単色光は、昼間の太陽光の光強度より強い反射光をトロリ線の摺動面に発生させる単色光であれば、赤外領域のものに限定されるものではない。
また、実施例では、トロリ線の摺動面からの反射光を一次元のＣＣＤラインセンサあるいは一次元のＣＣＤカメラで受けているが、この発明の受光器は、一次元のＣＣＤラインセンサあるいはＣＣＤカメラに限定されるものではなく、二次元ＣＣＤの映像を１次元に圧縮してもよく、レール横断方向に配列され摺動面の映像を採取できる受光器であれば、どのような受光器であってもよい。
さらに、実施例では、演算装置１７を測定装置１８の外部に設けているが、演算装置１７の処理機能は、測定装置１８に設けられたＭＰＵによりプログラム処理にて実現可能であるので、演算装置１７が削除され、測定装置１８により演算装置１７が実現されてもよい。
この場合の処理プログラムとしては、複数台のラインセンサカメラの受光信号から反射光Ｌ2が重複のないものとして受光信号Ａと受光信号Ｂのそれぞれに相当する波形データを合成する合成処理プログラム、受光信号Ａと受光信号Ｂのそれぞれに相当する波形データに基づいてこれらの差分の演算処理によりトロリ線摺動面反射信号（差分信号）Ｃを算出する処理プログラム、ピーク値検出プログラム、二値化処理プログラム、トロリ線摺動面の摺動面の幅算出プログラム等である。
なお、さらに、波形データメモリ１６も測定装置１８の内部に設けられていてもよい。
【符号の説明】
【００２５】
１…測定光学系、２…投光ユニット、
３…結像レンズ、４…受光ユニット、
４ａ，４ｂ…受光器、５…差動増幅器、
６…波形スライス回路、７…トロリ線高さ検出機構、
８…測定光学系制御部、８ａ…制御データのテーブル、
９…ラインセンサカメラ、
１０…トロリ線摩耗量測定装置、１１…受光光学系、
１２…回転ミラー、１３…折り返し反射ミラー、
１４…ミラー移動機構、１５…回転テーブル、
１６…波形データメモリ、１７…演算装置、
１８…測定装置、２０…トロリ線、２０ａ…摺動面、
２１…レール、２２…架線検測車、２３…車両屋根上面。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、トロリ線摩耗量検出光学系およびトロリ線摩耗量測定装置に関し、詳しくは、鉄道車両への電力供給用として架設されたトロリ線に対して、その摩耗量を測定するための測定光学系において、測定光学系を小型化でき、それにより車両の屋根上にも搭載することが可能なトロリ線摩耗量検出光学系に関する。
【背景技術】
【０００２】
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、互いの摺動接触により漸次に摩耗する。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、検測車等にトロリ線摩耗量測定装置を搭載し、定期的に走行測定してそれぞれの良否が検査されている。
【０００３】
トロリ線摩耗量測定装置の１つに回転多面鏡（ポリゴンミラー）を水平面で回転させて、トロリ線へレーザ光を照射してトロリ線をその偏位範囲に亙って走査するものがある。その１つは、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、走査に対応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し、それにより、トロリ線摩耗量を測定する。このようなトロリ線摩耗量測定装置を搭載する検測車はすでに公知である（特許文献１）。
また、新幹線から地下鉄まで幅広く営業車の屋根上にも搭載可能なトロリ線摩耗量検出光学系について出願人はすでに出願している（特許文献２）。
【０００４】
トロリ線の摩耗量測定装置の摩耗量算出としては、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もの（特許文献３）、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ものなどが公知である（特許文献４〜７）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−５９７１０号公報
【特許文献２】特開２００７−２４６８３号公報
【特許文献３】特開平５−９６９８０号公報
【特許文献４】特開平５−３４１１３号公報
【特許文献５】特開平５−２９０１３４号公報
【特許文献６】特開平１０−１９４０１５号公報
【特許文献７】特開２００５−２７１６６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
トロリ線の摩耗量を昼夜測定をしなければならない関係で特許文献１に示されるような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が固体レーザとしてのダイオードＹＡＧレーザと気体のＨe−Ｎeレーザ等を用い、太陽光に負けない強いレーザ光を発生してトロリ線から反射光を得なければならない。さらに、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になる。そのため、装置が大型化する欠点がある。
特許文献２のものは、営業車の屋根上にも搭載可能にするた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にしている。しかし、トロリ線摩耗量測定装置が車両の屋根の大部分を占めるために、車両の高さ自体が高くなった構造となり、車両の重心が高く、車体の揺れ等、走行の安定性に欠ける問題がある。
この発明の目的は、このような従来技術の問題点を解決するものであって、装置高さが低くかつ小型化が可能なトロリ線摩耗量検出光学系を提供することにある。
この発明の他の目的は、測定光学系を小型化できかつ車両の屋根上にも搭載することが可能なトロリ線摩耗量測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
このような目的と達成するためのこの発明のトロリ線摩耗量検出光学系およびトロリ線摩耗量測定装置の特徴は、トロリ線の偏位範囲に亙る投光光をトロリ線に照射してトロリ線の摺動面からの反射光を受光してトロリ線の摺動面についての検出信号を得るトロリ線摩耗量検出光学系において、
レール横断方向に配列された単色光光源複数個によりスリット状の投光光を生成してトロリ線の摺動面に照射する投光ユニットと、トロリ線の偏位範囲をカバーする視野を有する受光ユニットとを備えていて、
前記投光光が昼間の太陽光の光強度より強い反射光を摺動面に発生させるものであり、前記の視野において摺動面からの反射光を受けてその受光面に摺動面の映像を受ける第１の受光器と前記の視野において摺動面からの反射光のうち単色光の波長を除去するフィルタと前記の視野においてこのフィルタを介してその受光面に摺動面の映像を受ける第２の受光器とを前記の受光ユニットが有し、第１の受光器の検出信号と第２の受光器の検出信号の差により摺動面についての検出信号を得るものである。
【発明の効果】
【０００８】
このように、この発明にあっては、レール横断方向に配列された単色光光源複数個によりスリット状の投光光を生成してトロリ線の摺動面に照射する投光ユニットを設け、第１の受光器、単色光の波長範囲を除去するフィルタを介してトロリ線からの反射光を受ける第２の受光器との２つの受光器の受光信号の差により摺動面についての検出信号を得る。投光光は、トロリ線の摺動面からの反射光を単色光にしかつ昼間の太陽光の光強度より強い反射光を摺動面に発生させるものであるので、昼間でも太陽光の光強度に負けない反射光が得られる。
特に、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を配列するだけで済むので、これによりポリゴンミラー等による回転走査が不要となり、投光系と受光系とを小型化できる。
その結果、投光系と受光系の小型化が可能になり、これにより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。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、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２】図２（ａ）〜（ｄ）は、赤外領域の単色光の波長を除去するフィルタがある場合とそうでない場合についての測定光学系の受光器における受光信号の説明図である。
【図３】図３は、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。
【図４】図４は、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。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１は、この発明の原理を説明するものであって、１は、トロリ線摩耗量測定装置１０（図３参照）の測定光学系である。これは、投光ユニット２と結像レンズ３と受光ユニット４とからなる。
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トロリ線２０に照射する。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。
図中、Ｌ１は、投光ユニット２の投光光であり、投光ユニット２による単色光の波長は、例えば、λ＝８５０ｎｍである。Ｌ2は、トロリ線２０の摺動面２０ａからの反射光である。なお、３ａは投光ユニット２の集束レンズである。
受光ユニット４には、受光器４ａと受光器４ｂの２つの受光器が内蔵され、受光器４ａ，４ｂは、ＣＣＤラインセンサの受光器である。受光器４ａは、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。
受光器４ｂには、ＣＣＤラインセンサの手前に投光ユニット２の単色光の波長，λ＝８５０ｎｍを除去するフィルタ４ｃが設けられ、その受光感度特性は、λ＝８５０ｎｍを除いたＣＣＤの全光波長領域となっている。
【００１１】
投光ユニット２は、図３に示すレール２１の横断方向に配列された赤外領域の単色光光源複数個２ａ，２ｂ…からなり、これらによりスリット状の投光光を生成する。そこで、各受光器４ａ，受光器４ｂにおけるＣＣＤラインセンサの配列ラインは、レール２１の横断方向、すなわち、紙面に垂直な方向になっている。
この受光ユニット４は、図３に示すように、結像レンズ３とともにフィルタ４ｃが内蔵された２本のＣＣＤラインセンサを有するラインセンサカメラ９として設けることができる。
図１に戻り、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１ｍ〜１．５ｍ程度とすれば、１Ｗ程度の比較的小さい出力の単色光ＬＥＤを用いることでそれが可能になる。
したがって、このような光源をレール横断方向に配列してもトロリ線摩耗量測定装置１０での占有面積は少ない。
【００１２】
それぞれの受光器４ａと受光器４ｂの受光信号Ａ，Ｂは、差動増幅器５に入力され、ここで差が採られて波形スライス回路６を経てトロリ線摺動面の検出信号Ｓとして出力される。
図２は、受光信号Ａ，Ｂについての説明図である。
フィルタ４ｃのない受光器４ａで得られる受光信号Ａは、図２（ａ）に示すように、天空からの外来光（以下天空ノイズ）の受光信号Ａ1とトロリ線２０の摺動面２０ａからの単色光の反射光Ａ2との和となる。それがＣＣＤのライン方向に沿って発生する。なお、受光器４ａと受光器４ｂの受光信号は、ＣＣＤのライン方向に沿って同時に同期してかつシリアルに順次出力され、その読出が連続的に繰り返される。その読出回路は図示していない。
縦軸は明るさ（受光レベル）であり、横軸はＣＣＤラインセンサが配列されるライン方向（レール横断方向）である。以下図２（ｂ）〜（ｄ）も同様である。
【００１３】
夜間は、受光信号Ａ1の受光レベルは低いが、各種の外来ノイズが混じるので、比較的低いレベルで受光信号Ａ1が存在している。
これに対して手前にフィルタ４ｃが設けられた受光器４ｂの受光信号Ｂは、図２（ｂ）に示すように、フィルタ４ｃの除去効果により天空ノイズの受光信号Ｂ1が主体となり、単色光の反射光Ｂ2は低く抑えられる。
その結果、これらの差分を採った差動増幅器５の出力信号Ｃは、図２（ｃ）に示すように、トロリ線摩耗量に対応する幅を持つパルス状のトロリ線摺動面反射信号（差分信号）Ｃ（＝Ａ1＋Ａ2−Ｂ1−Ｂ2）となり、これが波形スライス回路６を経て図２（ｄ）に示すトロリ線摺動面の検出信号Ｓとして波形スライス回路６から出力される。
【００１４】
図１に戻り、波形スライス回路６は、ピークレベル検出回路６ａとクリップ回路６ｂとからなり、ピークレベル検出回路６ａによりピーク値Ｐが検出され、このピーク値Ｐを受けてピークレベルの実質的に１／２のレベルを生成するクリップ回路６ｂによりピークレベルの実質的に１／２のレベルでトロリ線摺動面反射信号Ｃの波形がクリップあるいはスライスされて図２（ｄ）に示すトロリ線摺動面の検出信号Ｓが生成される。
なお、ピークレベルの実質的に１／２のレベルは、例えば、抵抗分割による分圧電圧として生成され、ピークレベル検出回路６ａで検出されたピーク値Ｐは、検出信号Ｓの出力の後縁によりリセットされる。
これにより、波形スライス回路６からトロリ線摺動面の検出信号Ｓ（パルス上の信号）のパルス幅としてトロリ線摺動面の幅を得ることができる。
検出信号Ｓに基づいてのトロリ線摩耗量（残存径）の算出は、先行技術文献として挙げた各種の特許公報に記載されるところであるのでその説明は割愛する。
【００１５】
図３は、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。
図３において、１０は、トロリ線摩耗量測定装置であって、架線検測車２２の車両屋根上面２３に設置されている。
トロリ線摩耗量測定装置１０は、測定光学系１と、トロリ線高さ検出機構７と測定光学系制御部８とからなる。
測定光学系１は、投光ユニット２と、結像レンズ３とフィルタ４ｃとが内蔵された２本のＣＣＤラインセンサを有するラインセンサカメラ９、そしてこのラインセンサカメラ９の手前に設けられた受光光学系１１とからなる。
受光光学系１１は、回転ミラー１２、入射方向に反射光を戻す折り返し反射ミラー１３、そして折り返し反射ミラー１３を前後に移動させるミラー移動機構１４とで構成され、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角度が制御される。
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角度制御される。
【００１６】
図４は、トロリ線摩耗量測定装置１０の天板を外して内部構造を示す平面概要図である。
なお、図４に示す受光光学系１１は、図３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１３とそのミラー移動機構１４とを省略し、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形で図示してある。
この図４に示されるように、図３に示す投光ユニット２は、単色発光の多数のＬＥＤ発光器２ａ，２ｂ，…２ｎをレール２１の横断方向に配列してスリット状の光束Ｌを発生する。レール２１の横断方向におけるその幅は、トロリ線２０への照射光Ｌ1がトロリ線２０の偏位範囲（≒７００ｍｍ）をカバーするものである。
ＬＥＤ発光器２ａ，２ｂ，…２ｎ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。
なお、投光ユニット２は、ＬＥＤ発光器２ａ〜２ｎに換えて点線で示すような半導体レーザ光源２Ｑを横方向拡大レンズによりレール２１の横断方向に拡大してスリット状の光束Ｌを生成してもよい。
【００１７】
受光光学系１１の回転ミラー１２は、トロリ線２０の偏位範囲（≒７００ｍｍ）の反射光Ｌ2を受光するためにレール２１の横断方向に反射光Ｌ2の受光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、その回転軸がステッピングモータにより駆動される構成を採る。
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からなり、これらにより反射光Ｌ2を３分割していずれかのカメラに摺動面２０ａからの反射光が入射されるように分割受光する。なお、相互の受光境界領域はオーバーラップしている。これにより、トロリ線２０の偏位範囲をカバーする視野を形成する。
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台に限定されない。
【００１８】
ここで図３へと戻り、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本のアームがリンク結合した曲折支持の回動アーム７ｂ、回動アーム７ｂの根本側のリンクの回動角を検出するポテンションメータによる垂直方向の角度検出器７ｃとからなる。
なお、この種のポテンションメータによる回動アームの角度でトロリ線の高さ検出をする高さ検出器は、例えば、特開平７−１２０２２８号等に記載されるように、周知の技術であるので、詳細な説明は割愛する。
【００１９】
投光ユニット２からトロリ線２０への投光光Ｌ1は、トロリ線摩耗量測定装置１０の屋根フレーム１０ａ（図３参照）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１３を経て、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）のいずれかの視野内に入り、トロリ線２０の摺動面２０ａを含む画像（一次元波形データ）がこれにより受像される。
なお、ガラス窓１０ｂは、トロリ線摩耗量測定装置１０の屋根フレーム１０ａの水平面に対して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の位置が低くなる。そこで、トロリ線摩耗量測定装置１０は、車両の屋根等の高さにほとんど影響を受けることなく設置できる。
【００２０】
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からの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、そしてミラー移動機構１４と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の高さに応じて追従させる制御をする。
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に制御データのテーブル８ａが設けられている。この制御データのテーブル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の移動量とが制御値として格納されている。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。
【００２１】
一方、回転テーブル１５と、回転ミラー１２、そしてミラー移動機構１４には、現在の角度、移動位置を示すエンコーダがそれぞれ内蔵されていて、それぞれステッピングモータにより駆動され、各エンコーダの信号が測定光学系制御部８に入力されている。
そこで、測定光学系制御部８は、制御データのテーブル８ａを参照して回転テーブル１５と、回転ミラー１２、そしてミラー移動機構１４とを制御して、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する。
【００２２】
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変換器を有するデジタルカメラである。したがって、そのイメージ出力はデジタル値となる。３台のラインセンサカメラ９ａ，９ｂ，９ｃの一次元のイメージのデジタル値は、パラレルに読み出され、さらに各ラインセンサカメラの２つのＣＣＤが同時に同期してかつシリアルに順次出力され、その読出が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の一次元のイメージのデジタル値は、波形データメモリ１６へと送出されて、それぞれに波形データメモリ１６の各領域に一次元のイメージとしてそれぞれに記憶される。なお、波形データメモリ１６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である。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の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１７の処理時間に関係して設定されている。
３台のラインセンサカメラ９ａ，９ｂ，９ｃの各一次元のイメージは、図２（ａ），図２（ｂ）に示す波形信号のいずれかがあるいはこれらが重複してデジタル値としてそれぞれの領域に記憶される。
【００２３】
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により古いものから順次読出されて処理された後の波形データは消去される。
３台のラインセンサカメラ９ａ，９ｂ，９ｃで３分割受光した反射光Ｌ2における摺動面２０ａの画像（一次元波形データ）が重複のないものとして受光信号Ａと受光信号Ｂのそれぞれに相当する波形データが合成される。次に１つのトロリ線２０の摺動面２０ａの波形データとして処理され、図２（ａ），図２（ｂ）に示す波形信号が生成され、これらの差分の演算処理がなされて、トロリ線摺動面反射信号（差分信号）Ｃ（＝Ａ1＋Ａ2−Ｂ1−Ｂ2）に相当するデータが算出される。
さらに、ピーク値Ｐが検出されてピークレベルの実質的に１／２のレベルが算出され、この１／２のレベルを基準として、これ以上を“１”とし、それ未満を“０”とする二値化処理がなされて図２（ｄ）に示すようなトロリ線摺動面の検出信号Ｓに相当するパルス幅を持つデジタル値のデータが算出される。それが内部メモリに記憶される。そして、これの“１”が連続する部分の画素数から距離（トロリ線摺動面の検出信号Ｓのパルス幅に対応）に換算してトロリ線摺動面の幅が算出されて、トロリ線摺動面の幅がデジタル値として測定装置１８へと送出される。
測定装置１８は、内部にＭＰＵ、メモリ等を有していて、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１７で算出されたトロリ線摺動面の幅に基づいて摩耗量を算出する。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
以上説明してきたが、実施例では、赤外領域の単色光を用いているが、単色光は、昼間の太陽光の光強度より強い反射光をトロリ線の摺動面に発生させる単色光であれば、赤外領域のものに限定されるものではない。
また、実施例では、トロリ線の摺動面からの反射光を一次元のＣＣＤラインセンサあるいは一次元のＣＣＤカメラで受けているが、この発明の受光器は、一次元のＣＣＤラインセンサあるいはＣＣＤカメラに限定されるものではなく、二次元ＣＣＤの映像を１次元に圧縮してもよく、レール横断方向に配列され摺動面の映像を採取できる受光器であれば、どのような受光器であってもよい。
さらに、実施例では、演算装置１７を測定装置１８の外部に設けているが、演算装置１７の処理機能は、測定装置１８に設けられたＭＰＵによりプログラム処理にて実現可能であるので、演算装置１７が削除され、測定装置１８により演算装置１７が実現されてもよい。
この場合の処理プログラムとしては、複数台のラインセンサカメラの受光信号から反射光Ｌ2が重複のないものとして受光信号Ａと受光信号Ｂのそれぞれに相当する波形データを合成する合成処理プログラム、受光信号Ａと受光信号Ｂのそれぞれに相当する波形データに基づいてこれらの差分の演算処理によりトロリ線摺動面反射信号（差分信号）Ｃを算出する処理プログラム、ピーク値検出プログラム、二値化処理プログラム、トロリ線摺動面の摺動面の幅算出プログラム等である。
なお、さらに、波形データメモリ１６も測定装置１８の内部に設けられていてもよい。
【符号の説明】
【００２５】
１…測定光学系、２…投光ユニット、
３…結像レンズ、４…受光ユニット、
４ａ，４ｂ…受光器、５…差動増幅器、
６…波形スライス回路、７…トロリ線高さ検出機構、
８…測定光学系制御部、８ａ…制御データのテーブル、
９…ラインセンサカメラ、
１０…トロリ線摩耗量測定装置、１１…受光光学系、
１２…回転ミラー、１３…折り返し反射ミラー、
１４…ミラー移動機構、１５…回転テーブル、
１６…波形データメモリ、１７…演算装置、
１８…測定装置、２０…トロリ線、２０ａ…摺動面、
２１…レール、２２…架線検測車、２３…車両屋根上面。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トロリ線の偏位範囲に亙る投光光を前記トロリ線に照射して前記トロリ線の摺動面からの反射光を受光して前記摺動面についての検出信号を得るトロリ線摩耗量検出光学系において、
レール横断方向に配列された単色光光源複数個によりスリット状の前記投光光を生成して前記トロリ線の摺動面に照射する投光ユニットと、
前記トロリ線の偏位範囲をカバーする視野を有する受光ユニットとを備え、
前記投光光は、昼間の太陽光の光強度より強い反射光を前記摺動面に発生させるものであり、
前記受光ユニットは、前記視野において前記摺動面からの反射光を受けてその受光面に前記摺動面の映像を受ける第１の受光器と、前記視野において前記摺動面からの反射光のうち前記単色光の波長を除去するフィルタと、前記視野においてこのフィルタを介してその受光面に前記摺動面の映像を受ける第２の受光器とを有し、
前記第１の受光器の検出信号と前記第２の受光器の検出信号の差により前記摺動面についての検出信号を得るトロリ線摩耗量検出光学系。
【請求項２】
前記投光光は、赤外領域の単色光であり、前記第１および第２の受光器は、前記摺動面の映像がその受光面にレンズを介して結像される請求項１記載のトロリ線摩耗量検出光学系。
【請求項３】
前記第１および第２の受光器は、前記レンズを有するＣＣＤカメラであり、前記視野は、前記ＣＣＤカメラが前記レール横断方向に複数個設けられて形成され、前記投光ユニットと複数の前記ＣＣＤカメラとが車両の屋根の上に設けられている請求項２記載のトロリ線摩耗量検出光学系。
【請求項４】
さらに、回転ミラーと入射方向に反射光を戻す折り返し反射ミラーとを有し、前記摺動面からの反射光を前記回転ミラーで受けて前記折り返し反射ミラーに入射させて前記摺動面からの反射光を複数の前記ＣＣＤカメラに入射させる請求項３記載のトロリ線摩耗量検出光学系。
【請求項５】
さらに、トロリ線の高さ検出器を有し、前記投光ユニットと前記回転ミラーと前記折り返し反射ミラーとは、前記トロリ線の高さ検出器により検出される前記トロリ線の高さに応じて前記摺動面からの反射光が複数の前記ＣＣＤカメラのいずれかに入射させるように制御される請求項４記載のトロリ線摩耗量検出光学系。
【請求項６】
トロリ線の偏位範囲に亙る投光光を前記トロリ線に照射して前記トロリ線の摺動面からの反射光を受光して前記摺動面についての検出信号を得るトロリ線摩耗量検出光学系と、前記検出信号を受けて前記トロリ線の摩耗量を算出する測定装置とを備えるトロリ線摩耗量測定装置において、
前記トロリ線摩耗量検出光学系は、レール横断方向に配列された単色光光源複数個によりスリット状の前記投光光を生成して前記トロリ線の摺動面に照射する投光ユニットと、
前記トロリ線の偏位範囲をカバーする視野を有する受光ユニットとを備え、
前記投光光は、昼間の太陽光の光強度より強い反射光を前記摺動面に発生させるものであり、
前記受光ユニットは、前記視野において前記摺動面からの反射光を受けてその受光面に前記摺動面の映像を受ける第１の受光器と、前記視野において前記摺動面からの反射光のうち前記単色光の波長を除去するフィルタと、前記視野においてこのフィルタを介してその受光面に前記摺動面の映像を受ける第２の受光器とを有し、前記第１の受光器の検出信号と前記第２の受光器の検出信号の差により前記摺動面についての検出信号を得るトロリ線摩耗量測定装置。
【請求項７】
前記投光光は、赤外領域の単色光であり、前記第１および第２の受光器は、前記摺動面の映像がその受光面にレンズを介して結像される請求項６記載のトロリ線摩耗量測定装置。
【請求項８】
前記第１および第２の受光器は、前記レンズを有するＣＣＤカメラであり、前記視野は、前記ＣＣＤカメラが前記レール横断方向に複数個設けられて形成され、前記投光ユニットと複数の前記ＣＣＤカメラとが車両の屋根の上に設けられている請求項７記載のトロリ線摩耗量測定装置。
【請求項９】
さらに、回転ミラーと入射方向に反射光を戻す折り返し反射ミラーとを有し、前記摺動面からの反射光を前記回転ミラーで受けて前記折り返し反射ミラーに入射させて前記摺動面からの反射光を複数の前記ＣＣＤカメラのいずれかに入射させる請求項８記載のトロリ線摩耗量測定装置。
【請求項１０】
さらに、トロリ線の高さ検出器を有し、前記投光ユニットと前記回転ミラーと前記折り返し反射ミラーとは、前記トロリ線の高さ検出器により検出される前記トロリ線の高さに応じて前記摺動面からの反射光が複数の前記ＣＣＤカメラに入射させるように制御される請求項９記載のトロリ線摩耗量測定装置。
【請求項１】
トロリ線の偏位範囲に亙る投光光を前記トロリ線に照射して前記トロリ線の摺動面からの反射光を受光して前記摺動面についての検出信号を得るトロリ線摩耗量検出光学系において、
レール横断方向に配列された単色光光源複数個によりスリット状の前記投光光を生成して前記トロリ線の摺動面に照射する投光ユニットと、
前記トロリ線の偏位範囲をカバーする視野を有する受光ユニットとを備え、
前記投光光は、昼間の太陽光の光強度より強い反射光を前記摺動面に発生させるものであり、
前記受光ユニットは、前記視野において前記摺動面からの反射光を受けてその受光面に前記摺動面の映像を受ける第１の受光器と、前記視野において前記摺動面からの反射光のうち前記単色光の波長を除去するフィルタと、前記視野においてこのフィルタを介してその受光面に前記摺動面の映像を受ける第２の受光器とを有し、
前記第１の受光器の検出信号と前記第２の受光器の検出信号の差により前記摺動面についての検出信号を得るトロリ線摩耗量検出光学系。
【請求項２】
前記投光光は、赤外領域の単色光であり、前記第１および第２の受光器は、前記摺動面の映像がその受光面にレンズを介して結像される請求項１記載のトロリ線摩耗量検出光学系。
【請求項３】
前記第１および第２の受光器は、前記レンズを有するＣＣＤカメラであり、前記視野は、前記ＣＣＤカメラが前記レール横断方向に複数個設けられて形成され、前記投光ユニットと複数の前記ＣＣＤカメラとが車両の屋根の上に設けられている請求項２記載のトロリ線摩耗量検出光学系。
【請求項４】
さらに、回転ミラーと入射方向に反射光を戻す折り返し反射ミラーとを有し、前記摺動面からの反射光を前記回転ミラーで受けて前記折り返し反射ミラーに入射させて前記摺動面からの反射光を複数の前記ＣＣＤカメラに入射させる請求項３記載のトロリ線摩耗量検出光学系。
【請求項５】
さらに、トロリ線の高さ検出器を有し、前記投光ユニットと前記回転ミラーと前記折り返し反射ミラーとは、前記トロリ線の高さ検出器により検出される前記トロリ線の高さに応じて前記摺動面からの反射光が複数の前記ＣＣＤカメラのいずれかに入射させるように制御される請求項４記載のトロリ線摩耗量検出光学系。
【請求項６】
トロリ線の偏位範囲に亙る投光光を前記トロリ線に照射して前記トロリ線の摺動面からの反射光を受光して前記摺動面についての検出信号を得るトロリ線摩耗量検出光学系と、前記検出信号を受けて前記トロリ線の摩耗量を算出する測定装置とを備えるトロリ線摩耗量測定装置において、
前記トロリ線摩耗量検出光学系は、レール横断方向に配列された単色光光源複数個によりスリット状の前記投光光を生成して前記トロリ線の摺動面に照射する投光ユニットと、
前記トロリ線の偏位範囲をカバーする視野を有する受光ユニットとを備え、
前記投光光は、昼間の太陽光の光強度より強い反射光を前記摺動面に発生させるものであり、
前記受光ユニットは、前記視野において前記摺動面からの反射光を受けてその受光面に前記摺動面の映像を受ける第１の受光器と、前記視野において前記摺動面からの反射光のうち前記単色光の波長を除去するフィルタと、前記視野においてこのフィルタを介してその受光面に前記摺動面の映像を受ける第２の受光器とを有し、前記第１の受光器の検出信号と前記第２の受光器の検出信号の差により前記摺動面についての検出信号を得るトロリ線摩耗量測定装置。
【請求項７】
前記投光光は、赤外領域の単色光であり、前記第１および第２の受光器は、前記摺動面の映像がその受光面にレンズを介して結像される請求項６記載のトロリ線摩耗量測定装置。
【請求項８】
前記第１および第２の受光器は、前記レンズを有するＣＣＤカメラであり、前記視野は、前記ＣＣＤカメラが前記レール横断方向に複数個設けられて形成され、前記投光ユニットと複数の前記ＣＣＤカメラとが車両の屋根の上に設けられている請求項７記載のトロリ線摩耗量測定装置。
【請求項９】
さらに、回転ミラーと入射方向に反射光を戻す折り返し反射ミラーとを有し、前記摺動面からの反射光を前記回転ミラーで受けて前記折り返し反射ミラーに入射させて前記摺動面からの反射光を複数の前記ＣＣＤカメラのいずれかに入射させる請求項８記載のトロリ線摩耗量測定装置。
【請求項１０】
さらに、トロリ線の高さ検出器を有し、前記投光ユニットと前記回転ミラーと前記折り返し反射ミラーとは、前記トロリ線の高さ検出器により検出される前記トロリ線の高さに応じて前記摺動面からの反射光が複数の前記ＣＣＤカメラに入射させるように制御される請求項９記載のトロリ線摩耗量測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１０−２４３２７４（Ｐ２０１０−２４３２７４Ａ）
【公開日】平成２２年１０月２８日（２０１０．１０．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−９０７６０（Ｐ２００９−９０７６０）
【出願日】平成２１年４月３日（２００９．４．３）
【出願人】（５０１３８７８３９）株式会社日立ハイテクノロジーズ (4,325)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１０月２８日（２０１０．１０．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年４月３日（２００９．４．３）
【出願人】（５０１３８７８３９）株式会社日立ハイテクノロジーズ (4,325)
【Ｆターム（参考）】
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