特許 7738620 無線通信装置及び鉄道車両用通信システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-09-04

(45)【発行日】2025-09-12

(54)【発明の名称】無線通信装置及び鉄道車両用通信システム

(51)【国際特許分類】

   B61L 25/02 20060101AFI20250905BHJP

【ＦＩ】

B61L25/02 Z

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2023182502

(22)【出願日】2023-10-24

(65)【公開番号】P2025072020

(43)【公開日】2025-05-09

【審査請求日】2024-07-26

(73)【特許権者】

【識別番号】390010054

【氏名又は名称】コイト電工株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100134832

【弁理士】

【氏名又は名称】瀧野 文雄

(74)【代理人】

【識別番号】100165308

【弁理士】

【氏名又は名称】津田 俊明

(74)【代理人】

【識別番号】100115048

【弁理士】

【氏名又は名称】福田 康弘

(72)【発明者】

【氏名】宮崎 歩

【審査官】鶴江 陽介

(56)【参考文献】

【文献】特開２００３－４８５４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国実用新案第２０５８４７２８２（ＣＮ，Ｕ）

【文献】特開２０１４－４２１５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２２－７０６７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平９－３２２０１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－３１２２３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－６０９０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－２５２０１７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ６１Ｌ １／００－９９／００

Ｂ６１Ｃ １７／００

Ｂ６１Ｄ ３７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

鉄道車両内に設置された無線中継器から電波を受信するとともに、前記無線中継器へ電波を送信する電波無線通信部と、
前記鉄道車両と連結された他の鉄道車両へ光信号を照射するとともに、前記他の鉄道車両から光信号を受光する光無線通信部と、を備え、
前記電波無線通信部は、受信した電波に含まれる伝送情報を電気信号に変換して前記光無線通信部に出力し、前記光無線通信部は、前記伝送情報を光信号に変換して前記他の鉄道車両へ照射し、
前記光無線通信部は、前記他の鉄道車両から受光した光信号に含まれる伝送情報を電気信号に変換して前記電波無線通信部に出力し、前記電波無線通信部は、前記伝送情報を電波に含めて前記無線中継器へ送信する、
ことを特徴とする無線通信装置。

【請求項2】

前記鉄道車両の運転室の前面窓に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。

【請求項3】

請求項１または２に記載の無線通信装置と、
前記無線中継器と、
前記鉄道車両内に設けられた前記無線中継器と電波による無線通信可能な車内設備と、
を有し、
前記無線通信装置は、前記他の鉄道車両との間は光による無線通信を行い、前記鉄道車両内は電波による無線通信を行う、
ことを特徴とする鉄道車両用通信システム。

【請求項4】

前記車内設備には、前記鉄道車両の客室の出入口ドア上部に設けられた表示装置を含むことを特徴とする請求項３に記載の鉄道車両用通信システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、鉄道車両に設けられる無線通信装置及び鉄道車両用通信システムに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、鉄道車両においては、客室内に例えば次の停車駅や広告等を表示するための表示装置が設置されている。この種の表示装置は、例えば先頭車両にサーバを設置してそこから各車両の表示器へ配信する（例えば、特許文献１を参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１０－１６５７５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載されたようなシステムは、新たに車両を製造する際に合わせて設けるのであればよいが、既存の車両に設ける場合は、車両の改造が必要となる。特に複数の車両に跨るネットワークを構築するためには電気連結器への配線工事が必要となるため、導入コストが上昇してしまう。

【0005】

また、車両内あるいは編成内で既にネットワークが構築されていると、それらを連結して列車を構成する際に複数のネットワークを接続する必要がある。そのために、列車内ネットワークの再設定をする必要が生じ手間がかかる。

【0006】

そこで、本発明は、既存車両においても容易にネットワークシステムの増設をすることができる無線通信装置及び鉄道車両用通信システムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するためになされた請求項１に記載された発明は、鉄道車両内に設置された無線中継器から電波を受信するとともに、前記無線中継器へ電波を送信する電波無線通信部と、前記鉄道車両と連結された他の鉄道車両へ光信号を照射するとともに、前記他の鉄道車両から光信号を受光する光無線通信部と、を備え、前記電波無線通信部は、受信した電波に含まれる伝送情報を電気信号に変換して前記光無線通信部に出力し、前記光無線通信部は、前記伝送情報を光信号に変換して前記他の鉄道車両へ照射し、前記光無線通信部は、前記他の鉄道車両から受光した光信号に含まれる伝送情報を電気信号に変換して前記電波無線通信部に出力し、前記電波無線通信部は、前記伝送情報を電波に含めて前記無線中継器へ送信する、ことを特徴とする無線通信装置である。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、光無線通信部により車両間の電気連結器への配線が不要となる。さらに、電波無線通信部により車両内の有線の配線の増設が不要となる。したがって、既存車両においても容易にネットワークシステムの増設をすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の一実施形態にかかる鉄道車両用通信システムの概略構成図である。

【図2】図１に示された光無線通信機の設置例である。

【図3】図１に示された光無線通信機の機能構成図である。

【図4】列車が複数両からなる場合の概略構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明の一実施形態を、図１～図４を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態にかかる鉄道車両用通信システムの概略構成図である。鉄道車両用通信システムは複数の鉄道車両が連結された列車に設置されるものであるが、図１はその要部のみを示したものである。

【0011】

図１に示した鉄道車両用通信システム１は、光無線通信機１１と、無線ＬＡＮアクセスポイント１２と、車内表示装置１３、１４と、光無線通信機２１と、無線ＬＡＮアクセスポイント２２と、動画配信装置２３と、を備えている。

【0012】

図１に示した構成のうち、光無線通信機１１と、無線ＬＡＮアクセスポイント１２と、車内表示装置１３、１４と、は、列車の編成Ａに設けられる。一方、光無線通信機２１と、無線ＬＡＮアクセスポイント２２と、動画配信装置２３と、は、列車の編成Ｂに設けられる。

【0013】

編成Ａは、少なくとも鉄道車両Ｔａを含む１両以上からなる。図１では、編成Ａとしては鉄道車両Ｔａのみを示しているが、複数両で編成されていてもよい。編成Ｂは、少なくとも鉄道車両Ｔｂを含む１両以上からなる。図１では、編成Ｂとしては鉄道車両Ｔｂのみを示しているが、複数両で編成されていてもよい。編成Ａと編成Ｂは車庫で併結されてもよいが、例えばラッシュ時等に、編成Ｂが所定の駅等で編成Ａに増併結されてもよい。

【0014】

光無線通信機１１は、編成Ａを構成する鉄道車両のうち、編成Ｂと連結される鉄道車両Ｔａに設けられる。光無線通信機１１は、編成Ｂの鉄道車両Ｔｂに設けられた光無線通信機２１と対向するように設けられる。光無線通信機１１は、例えば鉄道車両Ｔａの鉄道車両Ｔｂと相対する窓に設置される。図２に光無線通信機１１の設置例を示す。

【0015】

図２は、鉄道車両Ｔａの端部に設けられた運転室の前面窓越し（窓の内側）に光無線通信機１１を設置した例である。図２に示したように、運転室には操作盤５１の上部に前面窓Ｗが設けられている。そして、図２の場合は、光無線通信機１１は、前面窓Ｗの上部に設置している。図２では、前面窓の先には線路が見え、鉄道車両Ｔｂが連結されていないが、鉄道車両用通信システム１を構築する際には、前面窓Ｗ越しに鉄道車両Ｔｂが見え、鉄道車両Ｔｂの前面窓越しには光無線通信機２１が観察できる。なお、前面窓Ｗの上部に限らず、光信号の送受信が可能かつ、当該運転室で運転士が乗務した際に支障にならない位置であれば他の位置であってもよい。

【0016】

光無線通信機１１の機能構成を図３に示す。光無線通信機１１は、電波無線通信部１１１と、光無線通信部１１２と、電源部１１３と、を備えている。

【0017】

電波無線通信部１１１は、無線ＬＡＮアクセスポイント１２と電波を媒体とする無線通信を行う。具体的には、ＩＥＥＥ８０２．１１などの無線ＬＡＮ（Local Area Network）の通信規格を用いることができる。電波無線通信部１１１は、図３に示したように電波受信部１１１ａと、電波送信部１１１ｂと、アンテナ１１１ｃと、を備えている。

【0018】

電波受信部１１１ａは、無線ＬＡＮアクセスポイント１２より送信された電波をアンテナ１１１ｃを介して受信する。電波受信部１１１ａは、受信した電波に含まれる例えばＩＥＥＥ８０２．１１のフレームから編成Ｂへ送信するデータ（伝送情報）を抽出し、抽出したデータを後述する光送信部１１２ａに出力する。

【0019】

電波送信部１１１ｂは、後述する光受信部１１２ｂから出力されたデータ（伝送情報）が入力され、その入力されたデータを例えばＩＥＥＥ８０２．１１フレームに変換してアンテナ１１１ｃを介して電波として無線ＬＡＮアクセスポイント１２へ送信する。

【0020】

光無線通信部１１２は、編成Ｂに設けられた光無線通信機２１と、例えば赤外光等の光による無線通信を行う。つまり光を媒体として、鉄道車両間の自由空間を伝播させる。光無線通信部１１２は、図２に示したように光送信部１１２ａと、光受信部１１２ｂと、を備えている。

【0021】

光送信部１１２ａは、電波受信部１１１ａから出力されたデータ（伝送情報）が入力される。光送信部１１２ａは、発光ダイオード等の光源を有し、入力されたデータを光信号に変換し、例えば赤外光として光無線通信機２１へ送信（照射）する。

【0022】

光受信部１１２ｂは、フォトダイオード等の受光素子を有し、光無線通信機２１から送信された例えば赤外光を受信（受光）する。光受信部１１２ｂは、受信した光信号を電気信号に変換し、編成Ａ（鉄道車両Ｔａ）内のネットワークへ送信するデータ（伝送情報）を抽出して電波送信部１１１ｂに出力する。

【0023】

電源部１１３は、例えば鉄道車両Ｔａから給電を受け、光無線通信機１１内の各機能ブロックを動作させるための電力を供給する。

【0024】

無線ＬＡＮアクセスポイント１２は、鉄道車両Ｔａに設置された周知の無線通信機器である（無線ＬＡＮ親機とも呼ばれる）。無線ＬＡＮアクセスポイント１２は、鉄道車両Ｔａに設けられた無線通信可能な機器（光無線通信機１１、車内表示装置１３、１４）と電波による無線通信を行い、これらの機器の通信を中継する無線中継器として機能する。

【0025】

車内表示装置１３、１４は、例えば客室内の出入口ドア上部に設置されている車内設備である。車内表示装置１３、１４は、例えば次の停車駅や広告等が表示される。車内表示装置１３、１４は、無線ＬＡＮアクセスポイント１２と無線通信するための無線通信機器（無線ＬＡＮ子機とも呼ばれる）を備えている。車内表示装置１３、１４無線ＬＡＮアクセスポイント１２から送信される動画データ等を受信して、内部に保存、及び表示することが可能となっている。なお、車内表示装置１３と車内表示装置１４とは同じ構成であるが、便宜上符号を分ける。

【0026】

光無線通信機２１は、編成Ｂを構成する鉄道車両のうち、編成Ａと連結される鉄道車両Ｔｂに設けられる。光無線通信機２１は、編成Ａの鉄道車両Ｔａに設けられた光無線通信機１１と対向するように設けられる。光無線通信機２１は、例えば鉄道車両Ｔｂの鉄道車両Ｔａと相対する窓に設置される。光無線通信機２１の機能構成は光無線通信機１１と同様であるため説明を省略する。

【0027】

無線ＬＡＮアクセスポイント２２は、鉄道車両Ｔｂに設置された周知の無線通信機器である。無線ＬＡＮアクセスポイント２２は、鉄道車両Ｔｂに設けられた無線通信可能な機器（光無線通信機２１、動画配信装置２３）と電波による無線通信を行う。なお、無線ＬＡＮアクセスポイント１２と無線ＬＡＮアクセスポイント２２とは同じ構成であるが、便宜上符号を分ける。

【0028】

動画配信装置２３は、鉄道車両Ｔｂに設置された車内設備であり、車内表示装置１３、１４に配信する広告等の動画像が格納されている。動画配信装置２３は、無線ＬＡＮアクセスポイント２２と無線通信するための無線通信機器を備えている。動画配信装置２３は、例えば停車駅や車庫等において有線接続された記録媒体等から動画像が格納される。あるいは、動画配信装置２３は、走行中または停車中に列車外のサーバ装置等から無線通信により動画像を取得、格納してもよい。

【0029】

次に上述した構成の鉄道車両用通信システム１の動作について図１を参照して説明する。まず、車庫等で編成Ａに編成Ｂが併結される。このとき光無線通信機１１と光無線通信機２１とが対向する（互いの照射光が受光可能となる）。すると、編成Ａのネットワーク（鉄道車両Ｔａの無線ネットワーク）と編成Ｂのネットワーク（鉄道車両Ｔｂの無線ネットワーク）とが接続される。ここで、光無線通信機１１は編成Ａのネットワークに属する機器であり、光無線通信機２１は編成Ｂのネットワークに属する機器である。光無線通信機１１は編成Ａのネットワークで車内表示装置１３等の他の機器と既に通信可能な状態である。一方、光無線通信機２１は編成Ｂのネットワークで動画配信装置２３等の他の機器と既に通信可能な状態である。

【0030】

そして、光無線通信機１１と光無線通信機２１との間は光信号で１対１の通信を行っている。このとき、相手方の識別等は特に行わない。つまり、光受信部１１２ｂで電気信号に復調可能な信号を受信した場合は、相手のネットワーク（編成）のＳＳＩＤ（Service Set IDentifier）やアドレス等を問わず通信を行う。したがって、双方のネットワークは車両間の通信に何ら関与しない。そのため、編成Ａと編成Ｂを併結するにあたり、ネットワークの設定は不要である。例えば、光無線通信機２１から光無線通信機１１へ送信された動画配信装置２３の動画像データは、編成Ａにおいては、光無線通信機１１（電波送信部１１１ｂ）が送信したデータとして扱われる。

【0031】

上記のようにして編成Ａと編成Ｂとが併結されると、動画配信装置２３から配信された動画像データは、無線ＬＡＮアクセスポイント２２、光無線通信機２１、光無線通信機１１、無線ＬＡＮアクセスポイント１２を介して車内表示装置１３、１４へ送られ、当該動画像が車内表示装置１３に表示、あるいは蓄積される。

【0032】

なお、本実施形態では、車内設備として車内表示装置１３、１４と、動画配信装置２３と、を示したが、これらに限らない。例えば客室内を撮像する車内監視カメラや、車体の側面に設置され、出入口ドアから乗客の乗降を撮像する車側監視カメラ等が撮像した動画像や静止画像の映像データを伝送してもよい。また、伝送情報の受信先としては、運転室に設けられ、運転士が監視するモニタ装置等であってもよい。あるいは、非常通報装置やドアコックの動作信号等を伝送してもよい。また、乗客や乗務員が視認する情報に限らず、音声情報や機器間で送受信される制御情報等を伝送してもよい。

【0033】

また、図１では、１カ所の車両間の通信と、２両の無線ネットワークのみを示したが、３両以上からなる列車に適用することもできる。３両以上の場合の概略構成を図４に示す。

【0034】

図４は、鉄道車両Ｔ１～Ｔ４の４両編成の列車ＴＲの例である。鉄道車両Ｔ１～Ｔ３には、光無線通信機１１、無線ＬＡＮアクセスポイント１２、車内表示装置１３がそれぞれ設けられている。鉄道車両Ｔ４には、光無線通信機１１、無線ＬＡＮアクセスポイント１２、車内表示装置１３に加えて動画配信装置２３が設けられている。なお、光無線通信機１１と光無線通信機２１とは同じ構成であるため、図４では光無線通信機１１で示している。また、無線ＬＡＮアクセスポイント１２、車内表示装置１３も同様に、同じ構成の機器のうち一方の符号で示している。

【0035】

図４において鉄道車両Ｔ１～Ｔ４の内部に記載された破線は、例えばＩＥＥＥ８０２．１１等の電波による無線通信を示し、鉄道車両間（光無線通信機１１間）の実線は光による無線通信を示している。なお、図４では、列車ＴＲを構成する鉄道車両が全て無線ＬＡＮと光無線とを利用しているが、例えば鉄道車両Ｔ２、Ｔ３等一部のみであってもよい。

【0036】

また、図４に示したように、動画配信装置２３が設けられる鉄道車両Ｔ４にも車内表示装置１３が設けられていてもよい。その場合は、鉄道車両Ｔ４内の無線ネットワークを介して車内表示装置１３が動画像データを取得する。

【0037】

上述した説明から明らかなように、光無線通信機１１、２１は、本実施形態にかかる無線通信装置として機能する。

【0038】

本実施形態によれば、光無線通信機１１は、鉄道車両Ｔａ内に設置された無線ＬＡＮアクセスポイント１２から電波を受信するとともに、無線ＬＡＮアクセスポイント１２へ電波を送信する電波無線通信部１１１と、鉄道車両Ｔａに連結された鉄道車両Ｔｂへ光信号を照射するとともに、鉄道車両Ｔｂから光信号を受光する光無線通信部１１２と、を備えている。そして、電波無線通信部１１１は、受信した電波に含まれる伝送情報を電気信号に変換して光無線通信部１１２に出力し、光無線通信部１１２は、伝送情報を光信号に変換して鉄道車両Ｔｂへ照射する。さらに、光無線通信部１１２は、鉄道車両Ｔｂから受光した光信号に含まれる伝送情報を電気信号に変換して電波無線通信部１１１に出力し、電波無線通信部１１１は、伝送情報を電波に含めて無線ＬＡＮアクセスポイント１２へ送信する。

【0039】

光無線通信機１１が上記のように構成されることにより、光無線通信部１１２により鉄道車両間の電気連結器への配線が不要となる。さらに、電波無線通信部１１１により鉄道車両内の有線の配線の増設が不要となる。したがって、既存車両においても容易にネットワークシステムの増設をすることができる。

【0040】

また、車両間は光無線通信を行うので、連結相手が変わり列車全体のネットワーク構成が変化しても設定等の変更作業が不要で即時に通信が可能となる。

【0041】

また、光無線通信機１１は、例えば鉄道車両Ｔａの運転室の前面窓Ｗに設けられているので、連結される相手方の鉄道車両Ｔｂに設けられる光無線通信機２１と最短距離で通信することが可能となる。そのため、天候など外部環境の影響を最小限に抑え、通信の信頼性を確保することができる。また、室内に光無線通信機１１が設けられるので、防水等の耐候性を持たせる必要がなく、メンテナンス等も行い易い。

【0042】

また、鉄道車両用通信システム１は、光無線通信機１１と、無線ＬＡＮアクセスポイント１２と、例えば車内表示装置１３と、を有している。そして、光無線通信機１１は、鉄道車両Ｔｂとの間は光による無線通信を行い、鉄道車両Ｔａ内は電波による無線通信を行う。このようにすることにより、鉄道車両Ｔａ内に有線のよる配線を設けずにネットワークを構築することが可能となる。したがって、既存車両にネットワークシステムを容易に増設することが可能となる。

【0043】

また、車内表示装置１３は、鉄道車両Ｔａの客室の出入口ドア上部に設けられているので、車内表示装置１３に表示するための動画像データ等を無線通信により取得することができる。そのため、車内表示装置１３を既存車両に新設または増設する際に有線による配線を敷設する必要が無く、車内表示装置を後付けするのが容易となる。

【0044】

また、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。即ち、当業者は、従来公知の知見に従い、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。かかる変形によってもなお本発明の無線通信装置及び鉄道車両用通信システムの構成を具備する限り、勿論、本発明の範疇に含まれるものである。

【符号の説明】

【0045】

１ 鉄道車両用通信システム
１１ 光無線通信機（無線通信装置）
１１１ 電波無線通信部
１１２ 光無線通信部
１２ 無線ＬＡＮアクセスポイント（無線中継器）
１３ 車内表示装置（車内設備、表示装置）
２１ 光無線通信機（無線通信装置）
２２ 無線ＬＡＮアクセスポイント（無線中継器）
２３ 動画配信装置（車内設備）
Ｔａ 鉄道車両
Ｔｂ 鉄道車両（他の鉄道車両）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】