Железнодорожные светофоры предназначены для регулирования движения поездов, маневровых составов, а также регулирования скорости роспуска с сортировочной горки. Также светофоры или дополнительные световые указатели могут информировать машиниста о маршруте или как-либо ещё конкретизировать показание. В связи с общим сходством как по назначению, так и по конструкции, к железнодорожным можно относить и светофоры метрополитенов и легкорельсового транспорта. В этой статье рассматриваются общие характеристики и конструкция светофоров. Об использовании светофоров в железнодорожной сигнализации на различных системах железных дорог, метро и др. внеуличного рельсового транспорта, системах сигнализации см. Железнодорожная светофорная сигнализация.
По эксплуатационным свойствам основное отличие типичного железнодорожного светофора от большинства светофоров на автомобильных дорогах (уличных) — гораздо более узкая направленность основного луча (в России и постсоветском пространстве — обычно угол расхождения около 3°), поскольку в большинстве случаев показание светофора предназначено только для машиниста подвижного состава, находящегося на каком-то одном участке пути. Также отличие заключается в том, что однозначное восприятие показания светофора на железной дороге должно происходить на больших расстояниях — порядка 0,8-1,5 км, что практически исключает использование каких-либо фигур или силуэтов в пределах одного огня.
Как правило, в любой железнодорожной светофорной сигнализации в целом требуется достаточно много различных показаний, а количество возможных для применения цветов очень ограничено — как правило, от 3 до 6 (причём 6 — уже на пределе возможностей человека по восприятию цветов в достаточно сложных условиях видимости), поэтому, как правило, использование только 1 огня какого-либо цвета в масштабе всей системы сигнализации оказывается невозможным. На железных дорогах мира применяются светофоры, выражающие сигнал либо только взаимным расположением огней, либо только их цветом (и часто также миганием), либо как цветами, так и расположением, причем системы сигнализации могут быть как простыми, так и очень сложными для изучения и восприятия.

*******************************************************************
Например, в России, основное значение имеет цвет огней и мигание, а также определено их относительное взаимное положение; при этом все огни светофора, горящие одновременно, располагаются всегда на одной вертикальной линии. Цвета, применяемые в светофорной сигнализации России, называются так: красный, жёлтый, зелёный, лунно-белый, синий. В системах, образовавшихся на базе французской, выделяют фиолетовый цвет; также в некоторых системах фактически жёлтый огонь называют оранжевым.
Традиционно в светофорах в качестве источника света применялась лампа накаливания, причём из-за требования узкой фокусировки луча нить лампы должна быть короткой, а поэтому обычно применяют низковольтные лампы — 12-вольтовые, весьма похожие на старые лампы фар автомобилей или лампы диапроекторов. Также такие лампы более устойчивы к многократным включениям и выключениям, что важно при мигании, к вибрациям. В России используются двухнитевые лампы: одна нить основная, другая запасная, включается управляющей схемой при перегорании основной. Также в последнее время стали применяться светодиодные светофоры. Но на сети железных дорог они не получили большого распространения. Ламповые светофоры, способные передавать показания разных цветов, конструктивно выполняли чаще всего 2 типов: т. н. линзовые и прожекторные.
В России, как и в мире в целом, наиболее распространены линзовые светофоры (англ. colorlight signal). Они имеют для каждого отдельного сигнального огня отдельный т. н. комплект, состоящий из патрона с лампой (и часто — системы для настройки фокусировки при установке), и линзового комплекта, состоящего из нескольких линз (обычно ступенчатых и выпуклых для возможно лучшего использования светового потока) и светофильтров соответствующего цвета. В России линзовый комплект состоит из внутренней ступенчатой цветной линзы-светофильтра и наружной бесцветной ступенчатой линзы. Основные недостатки такого устройства — относительно низкая экономичность (мощность лампы накаливания там обычно составляет 25 Вт, также встречаются лампы мощностью 15 и 35 Вт) из-за плохого использования светового потока (всего 25-30 %), и также возможность смешения показаний при попадании солнечных лучей в линзовые комплекты (из-за этого невозможно применять зеркала, которые сильно улучшили бы использование светового потока).
В последние годы стали широко распространяться светодиодные светофоры, но правда только в метрополитене, то есть такие, в которых источником света служат светодиоды различных цветов. Преимущества светодиодов вообще по сравнению с лампами накаливания — экономичность (кроме «белых» светодиодов, как правило), долговечность, надежность (в том числе за счет множественности светодиодов в одном сигнальном комплекте), ненужность достаточно дорогих цветных линз или светофильтров, для некоторых цветов (зелёный (изумрудный), отчасти синий) — более яркий, насыщенный цвет, что облегчает восприятие в сложных условиях, особенно в яркий солнечный день, также ночью в ярко освещенном городе и т. п. Недостатки же — опять же для некоторых цветов — либо наоборот слишком блеклый, но несколько резкий, раздражающий цвет (это характерно для жёлтого), либо — из-за недоступности определенных цветов светодиодов — просто нестандартный, нетрадиционный цвет (это часто для жёлтого и белого цветов — например, есть пример откровенно синего «лунно-белого» света в московском метро). Красный на имеющихся в настоящее время светодиодных светофорах, видимо, по зрительному восприятию существенно не лучше и не хуже традиционного, по красному свету даже довольно трудно отличить светодиодный светофор от лампового. Также можно считать недостатком то, что светодиоды резко зажигаются и гаснут соответственно тому, как на них подается и снимается напряжение: при мигании огня это довольно сильно раздражает членов локомотивной бригады, кроме того, сам вид мигания непривычен, не воспринимается как железнодорожный светофор, в отличие от плавного разгорания и погасания низковольтных ламп. Но при желании этот недостаток легко устраним простейшими электронными схемами.
Наиболее распространены 2 вида светодиодных светофоров.
*******************************************************************
Первый вид — специфически светодиодный, похожий на уличные светодиодные светофоры. В них каждый сигнальный комплект представляет собой плоскую матрицу со светодиодами, фокусировка луча происходит для каждого светодиода отдельно встроенной в светодиод линзой. Достоинства такого светофора — очень хорошая устойчивость к разбиванию сигнальных комплектов хулиганами, так как матрица защищена каким-либо прочным прозрачным материалом, резкость и четкая видимость показаний начиная со средних расстояний — оба достоинства особенно ценны в городе. Также в некоторых случаях (в случае крутых кривых) достоинством является, безусловно, довольно широкий угол видимости — в других случаях это скорее недостаток. Основной же недостаток такой конструкции — безусловно, раздражающий и часто даже слепящий эффект матрицы на близких расстояниях — обратная сторона особо четкой видимости на средних расстояниях. Это зависит не только и не столько от числа светодиодов и суммарной яркости луча, сколько от диаметра линзы и соответственно яркости видимого диска каждого светодиода — при увеличении диаметра линз вплоть до их смыкания между собой этот нежелательный эффект исчезает.
*******************************************************************
Второй вид — линзовые. Они подобны ламповым линзовым светофорам, и отличаются от них принципиально только тем, что все их линзы бесцветны. Это могут быть как специально разработанные линзовые комплекты для светодиодов, так и обычные ламповые линзовые светофоры, в которых вместо лампы установлен замещающий светодиодный комплект, испускающий в целом свет в широкий сектор, покрывающий всю площадь линзы, а вместо цветной линзы — бесцветная. Такие светофоры от ламповых отличаются только оттенком цвета, характером мигания и в некоторой степени — углом расхождения луча — из-за отличия эффективных размеров собственно источника света. Такой светофор, конечно, не отличается от лампового стойкостью к хулиганам, но весьма экономичен и практически не требует обслуживания, кроме мытья загрязненных и запыленных линз (в то время как срок службы постоянно горящих ламп в светофорах всего около 1000 ч).
По расположению светофоры различают мачтовые, то есть имеющие собственную мачту, подвесные или консольные, то есть установленные на какой-либо конструкции над путями, карликовые, то есть расположенные на небольшой высоте над землей, как правило, на бетонном блоке или низком столбике, а также тоннельные, закрепленные на стене тоннеля. Изредка встречаются и какие-либо особые способы крепления светофоров. Карликовые светофоры дешевле, а также из-за своих габаритов требуют меньшего расстояния между путями, что позволяет часто выиграть несколько метров в длинах путей. Но в целом принято считать, что они обладают несколько худшей видимостью, могут быть перекрыты ходящими по путям людьми, заметены снегом и т. д. Однако при прохождении железной дороги в освещенной городской застройке ночью часто как раз высоко расположенные светофоры оказываются хуже видимыми.
*******************************************************************
Характерной чертой железнодорожных светофоров (кроме большинства стесненных габаритами карликовых и тоннельных) является наличие очень больших по сравнению с диаметром огней фоновых щитов, практически всегда черных, иногда с каймой иного цвета. Часто форма щита каким-либо образом указывает на тип светофора или особенности его значения. Также для таких целей часто используется раскраска мачты. В России формой щита (ромб или квадрат, повернутый диагональю вертикально, в отличие от щитов другой формы — круглых, прямоугольных, овальных) отличаются только повторительные и заградительные светофоры, причем последние также отличаются черно-белой спирально-полосатой окраской мачты. Также для линзовых светофоров России, а в ещё большей степени для старых линзовых светофоров до 80-х годов выпуска характерны весьма длинные козырьки над каждым линзовым комплектом.