(57)【要約】【課題】機械的な外力を直接光信号に変換して伝達することが可能な発光ヘッド、及びそれを用いた遠隔スイッチシステムを提供する。【解決手段】本発明の発光ヘッド１は、外部からの機械的な圧力１１を加えるための押付機構５と、押付機構５に印加された圧力１１が伝わると発光する発光材料を発光板８と、この発光板８から発光した光を光信号として伝達する光ファイバーなどの光学通路２とを備えている。本発明の遠隔スイッチシステムは、この発光ヘッド１と光信号を検出する光検出器とから構成され、光検出器の検出結果に応じて操作対象機器を遠隔操作することができる。この発光ヘッド１及び遠隔スイッチシステムは、外部から印加された力を直接光信号に変換するため、電磁的なノイズの影響を受けることなく光信号を伝達させることができる。【選択図】　図１
2004077396.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外力を加える印加手段と、前記外力が加えられると発光する発光材料を含む発光手段と、前記発光手段から発光した光を光信号として伝達する伝達手段とを備えることを特徴とする発光ヘッド。
【請求項２】
前記発光材料は、応力発光材料であることを特徴とする請求項１に記載の発光ヘッド。
【請求項３】
前記発光材料は、所定以上の圧力が加えられて破壊されると発光する破壊発光材料であることを特徴とする請求項１に記載の発光ヘッド。
【請求項４】
前記印加手段一個に対して前記発光手段が複数個設けられ、かつ、複数個の発光手段のそれぞれに前記伝達手段が設けられていることを特徴とする請求項１ないし３の何れか１項に記載の発光ヘッド。
【請求項５】
請求項１ないし４の何れか１項に記載の発光ヘッドと、当該発光ヘッドの伝達手段より出力された光信号を検出する光検出器とを含み、前記光検出器の検出結果に応じて操作対象機器を遠隔操作することを特徴とする遠隔スイッチシステム。
【請求項６】
前記遠隔スイッチシステムは、アナログ式であることを特徴とする請求項５に記載の遠隔スイッチシステム。
【請求項７】
前記発光ヘッドは複数個設けられ、前記検出器は１個設けられていることを特徴とする請求項５または６に記載の遠隔スイッチシステム。
【請求項８】
複数個設けられた前記発光ヘッドにおいて、当該発光手段に含まれる発光材料の発光スペクトルのピーク値の波長が、発光ヘッドごとに異なっていることを特徴とする請求項７に記載の遠隔スイッチシステム。
【請求項９】
請求項４に記載の発光ヘッドと、当該発光ヘッドの伝達手段より出力された光信号を検出する光検出器とを用いて偶力を検出する検出方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、摩擦力、せん断力、衝撃力、圧力などの機械的な外力を光信号に変換して伝達する発光ヘッド、その発光ヘッドを利用して機械装置を遠隔から操作する遠隔スイッチシステム、及び、その発光ヘッドを利用して偶力を検出する検出方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、航空機の操縦装置のシステムである「フライト・コントロール・アクチュエーション・システム」として、「フライ・バイ・ライト」という方式が期待されている。このフライ・バイ・ライトとは、パイロットの操縦する操縦桿の動きをセンサによって測定し、その信号を光ファイバーを介して方向舵、昇降舵、補助翼などの操縦舵面を操作するアクチュエータに伝達するシステムである。このフライ・バイ・ライトは、電磁障害に対して強い、小型で軽量である、耐火性・耐食性などに優れているなどという数々の利点を備えている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述のフライ・バイ・ライトで用いられる機械的な操縦桿の動きを電気信号に変換するデバイスは、原理的には電気的なスイッチの組み合わせである。従って、光ファイバーへ光信号が送信されるまでには、この機械的な操縦桿の動きを電気信号へ変換し、さらに光信号へと変換する必要がある。このような信号変換は、システム全体の信頼性を低下させる一因となるため、その変換回数はできるだけ少ないことが好ましく、機械的な操縦桿の動き（即ち、機械的な外力）を直接光信号へ変換することがさらに好ましい。しかしながら、従来は機械的な外力を直接光信号へ変換するデバイスは存在しなかった。
【０００４】
そこで本発明は、発光材料を用いて機械的な外力を直接光信号に変換して伝達することが可能な発光ヘッド、及びその発光ヘッドを用いて様々な機械装置を遠隔から操作することが可能な光学式の遠隔スイッチシステムを提供することを目的とする。また、本発明はこの発光ヘッドを用いて偶力を検出する方法についても提供する。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、材料自体が応力により発光する応力発光粉末を透明光学樹脂に混合して作成したバルク体に種々の荷重を印加したところ、応力の集中する部分では発光強度が高く、応力に比例して発光強度が増大することを見出した。また、本発明者等は、この発光をグラスファイバなどの伝達手段を介して光検出器で計測すると、バルク体に印加された応力を遠隔から測定できることを見出した。そして、それに伴い、発光強度に閾値を設定することでオン・オフのような２つの状態を区別することができること、また、発光強度の値そのものを状態値として用いることでオンからオフまでの中間的な状態も検出できることを見出した。
【０００６】
さらに、本発明者等は、破壊によって発光する材料で形成したバルク体では、破壊が発生したことを発光によって検知できるため、オン・オフのような２つの状態を区別することができることをも見出した。本発明者等は、これらの知見に基づいて、本発明を完成させるに至った。
【０００７】
即ち、本発明に係る発光ヘッドは、外力を加える印加手段と、前記外力が加えられると発光する発光材料を含む発光手段と、前記発光手段から発光した光を光信号として伝達する伝達手段とを備えることを特徴としている。
【０００８】
この発光ヘッドは、摩擦力、せん断力、衝撃力、圧力などの機械的な外力を加えることによって光を発生させ、その光を光信号として他の装置などへ伝達するものである。このような機能を発揮するために、本発光ヘッドは、上述のように外力が加えられると発光する性質を有する発光材料を含む発光手段が備えられているとともに、この発光手段に対して外力を印加させるための印加手段が取り付けられている。この印加手段は、例えば操作レバーなどと接続されれば、その操作レバーを動作させることによって加えられる圧力を発光手段に印加させることができる。
【０００９】
そして、上記発光ヘッドには、さらに発光手段から発光した光を光信号として伝達する伝達手段が備えられている。この伝達手段として具体的には光ファイバー、あるいは、内部を反射膜でコーティングした管と反射鏡とを組み合わせた光導波管などを挙げることができる。このように、上記伝達手段は各光学装置間において、光を伝達するという役割を果たすことから、光学通路と呼ぶこともできる。
【００１０】
本発光ヘッドは、上述のような構成によって、摩擦力、せん断力、衝撃力、圧力などの機械的な外力を直接光信号へ変換し、外部の機器へ送信することができる。そのため、例えば航空機の操縦システムなどにおいて、操縦桿（操作レバー）の動作によって生じる機械的な外力を、直接光信号に変換し、駆動装置であるアクチュエータへ送信することができる。即ち、操縦桿の動作を一旦電気信号へ変換し、その後、この電気信号を光信号へ変換して駆動装置へ送信していた従来の操縦システムと比較して、信号の変換回数を減少させることができる。これによって、電磁的なノイズの影響を受けることなく、パイロットによる操縦桿の動作をより的確に駆動装置へ伝達させることが可能となり、操縦システムの信頼性を向上させることができる。
【００１１】
上記の発光ヘッドにおいて、前記発光材料は、前記外力の強度に比例して発光強度を変化させる応力発光材料であることが好ましい。
【００１２】
上記「応力発光材料」とは、応力によって発光する発光材料である。即ち、応力発光材料は、機械的な外力の刺激に応じて材料自体が発光するという性質を有するとともに、その外力の強度に比例して発光強度を変化させるという性質をも有している。この応力発光材料として具体的には、特開平１１−１１６９４６号公報、特開２００１−０４９２５１号公報、特開２００１−０６４６３８号公報、特許第３２７３３１７号公報、特許第２９９２６３１に記載のものを挙げることができる。
【００１３】
上述のように、上記応力発光材料は外力の強度によって発光強度を変化させることができるため、発光材料として応力発光材料を用いれば、外力の強度に応じた光信号の連続的な送信が可能な発光ヘッドを提供することができる。
【００１４】
上記の発光ヘッドにおいて、前記発光材料は破壊発光現象を生ずる破壊発光材料であってもよい。この破壊発光現象とは、所定以上の圧力が加えられて破壊されると発光するという現象である。破壊発光現象についての詳細は、参考文献（Ａｌａｎ　Ｊ．　Ｗａｌｔｏｎ，　“Ｔｒｉｂｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ”，　Ａｄｖａｎｃｅｄ　ｉｎ　Ｐｈｉｓｉｃｓ　Ｖｏｌ．２６，　Ｎｏ．６，８８７−９４８，１９７７）に記載の通りであるが、材料の結晶あるいは分子中の電子の軌道が結晶や分子の破壊によって遷移するときに、そのエネルギーの差が光として放出される現象であり、古くからよく知られた物理現象である。
【００１５】
上記破壊発光現象は、主に結晶構造の対象中心が存在しない材料において観測されるが、この他にも氷砂糖や岩塩などで観測することができる。そこで、上記破壊発光材料として、例えば、水晶のような無機材料系、ＰＤＦのような有機材料系のものを使用することができる。但し、結晶の大きさには最小限界（およそ２〜３ｍｍ）があり、粉末状にしてしまうと破壊発光が発生しなくなってしまう。そのため、破壊発光材料として水晶を用いる場合には、水晶振動子のように薄片状にすることが好ましい。また、ＰＤＦは樹脂であるため、板状など任意の形状に成形することができる。
【００１６】
このような破壊発光材料を用いた発光ヘッドは、発光手段に破壊が発生したことを発光によって検知し、光信号として送信することができる。そのため、オン・オフのような２つの状態を区別することができる。
【００１７】
上述のような発光ヘッドにおいては、外力を加える１個の印加手段に対して前記発光手段が複数個設けられており、かつ、この複数個の発光手段のそれぞれに前記伝達手段が設けられているという構成であってもよい。
【００１８】
上記の構成によれば、前記印加手段に加えられる外力の方向及び／又は強度に応じて前記複数個の発光手段のそれぞれが発光し、それぞれの伝達手段に伝達させることができる。これによって、外部から加えられる力を、その強度及び／又は方向に応じて、より正確かつ詳細に光信号へ変換することができる。
【００１９】
また、本発明に係る遠隔スイッチシステムは、上述の発光ヘッドと、当該発光ヘッドの伝達手段から出力された光信号を検出する光検出器とを含んで構成され、この光検出器の検出結果に応じて操作対象機器を遠隔操作することを特徴としている。
【００２０】
上記の遠隔スイッチシステムは、上記発光ヘッドによって伝達される光信号を検出することができる。そして、この遠隔スイッチシステムと接続された操作対象機器である各種機器類に対して、その検出結果に応じた信号を送り、遠隔操作することができる。この遠隔スイッチシステムは、機械的な外力を直接光信号に変換することができる発光ヘッドを備えているため、電磁的なノイズの影響を受けることなく、正確な遠隔操作を実施することができ、システム全体の信頼性を向上させる。
【００２１】
上記遠隔スイッチシステムは、アナログ式であってもよい。この「アナログ式」とは、外力の大きさに応じた各発光強度を光信号として検出する方式のことを意味する。
【００２２】
これによれば、外力のオン・オフのみを検出できるだけでなく、その大きさについても検出することができる。それゆえ、外力の大きさに応じて、様々な機器類をアナログ的に操作することが可能となり、本遠隔スイッチシステムの利用可能性をより広げられることが期待できる。
【００２３】
上記遠隔スイッチシステムにおいて、前記発光ヘッドは複数個設けられ、前記検出器は１個設けられているという構成であってもよい。
【００２４】
さらに、複数個設けられた前記発光ヘッドにおいて、当該発光手段に含まれる発光材料の発光スペクトルのピーク値の波長は、発光ヘッドごとに異なっていてもよい。
【００２５】
上記の構成によれば、複数の発光ヘッドにおいて印加された外力それぞれを、該当する発光ヘッドの発光スペクトルのピークの違いから、識別することができる。それゆえ、各発光ヘッドに操作レバーなどを設ければ、一つの検出器で、複数の操作レバーからその動作に応じた光信号を送信できる。また、この検出器の先に機器類が接続された場合には、複雑な遠隔操作を的確に行うことが可能となる。
【００２６】
また、本発明に係る偶力の検出方法は、上述の発光ヘッドと、当該発光ヘッドの伝達手段によって出力された信号を検出する光検出器とを用いて偶力を検出するというものである。
【００２７】
ここで偶力とは、一物体に作用する大きさが等しく平行で向きが反対の一対の力のことを意味し、物体のねじれや回転運動の元となる力のことを言う。従って、上記偶力を検出する方法とは、偶力が作用することによって物体にねじれが生じたり、物体が回転運動を行ったりする場合に、そのねじれや回転を偶力として検出する方法である。
【００２８】
上記の方法によれば、発光ヘッドの印加手段が回転し偶力が働いた場合に、それを偶力として認識し、それに応じた光信号を検出することができる。即ち、回転運動によって働く偶力を直接光信号に変換し、光信号として検出することができる。従って、この方法を利用することによって、回転動作などの複雑な動作を遠隔操作することができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について、図１ないし図６を用いて以下に説明する。なお、本発明はこの記載に限定されるものではない。
【００３０】
〔実施の形態１〕
先ず、本発明の第１の実施形態について以下に説明する。
【００３１】
図１は、本実施の形態に係る発光ヘッド１の構成を示す断面図である。図１に示す発光ヘッド１は、材料自体が応力（物体にかかる荷重に応じた力）に比例して発光する応力発光材料を含む発光板８（発光手段）に機械的な圧力を印加する押付機構５（印加手段）が備えられた発光ヘッドである。
【００３２】
上記発光ヘッド１は、図１に示すように、外部からの機械的な圧力１１（外力）が印加される押付機構５、応力によって発光する発光板８、発光した光を信号として伝達する光ファイバーなどの光学通路２を含んで構成されている。そして、上記押付機構５は、抜け落ち防止や圧力１１の制御のために、押付機構５を保持する支持部品６、及びバネなどの弾性体７を介して保持されている。
【００３３】
また、本実施の形態１の発光ヘッド１において、発光板８には応力発光材料が含まれている。この応力発光材料には、特開平１１−１１６９４６号公報、特開２００１−０４９２５１号公報、特開２００１−０６４６３８号公報、特許第３２７３３１７号公報、特許第２９９２６３１号公報に記載されているものを使用することができる。このような応力発光材料を発光板８に用いる場合には、粉末状にして透明な光学樹脂に混合し、板状に成形すればよい。成形された発光板８は、支持部品６によって端部が固定される。
【００３４】
上述のような構成の発光ヘッド１は、押付機構５に外部から機械的な圧力１１が加えられると、その力が発光板８の中心あるいは表面に伝わり、発光板８は発光する。この発光を発光板８の裏面から光ファイバーなどの光学通路２が光信号として受け取り、伝達することができる。この光学通路２は外界からのノイズ光を遮断するために、光ファイバーのような遮蔽構造を有していることが好ましい。
【００３５】
なお、発光板８には応力発光材料が含まれているため、印加された圧力１１の大きさ（強度）に比例して発光強度も変化する。それゆえ、印加圧力１１の値を発光強度によって連続的な光信号として伝達することができる。
【００３６】
上記発光ヘッド１において、発光板８と押付機構５との接触部位は、応力を集中させるために、できるだけ小面積であることが好ましい。また、上記発光ヘッド１において、発光板８と光学通路２とは、発光板に発生した光を光学通路２が効率よく取得できるように、密着あるいは接着していることが好ましい。
【００３７】
続いて、上述の発光ヘッド１を用いて得られるアナログ式の遠隔スイッチシステムについて以下に説明する。
【００３８】
図２に、この遠隔スイッチシステムの構成を示す。図２に示すように、本遠隔スイッチシステム１４は、上述の発光ヘッド１と、光信号を検出する光検出器３とが光信号を伝達する光学通路２によって接続されて形成されている。
【００３９】
光検出器３は、フォトダイオードやフォトトランジスタ、ＣＣＤ、光電子倍増管などを光検出デバイスとして備え、光強度や発光スペクトルを検出した結果を電気信号やペンの動きなどの機械的動作として出力するものである。本実施の形態において、この光検出器３は、図２に示すように、電線１５を介して操作対象機器１６と接続されることによって、光信号の検出結果を電気信号として操作対象機器１６に送信することができる。これによって、発光ヘッド１の押付機構５に印加される圧力の大きさに応じた連続的な光信号による指示に基づいて、操作対象機器１６を遠隔操作することができる。
【００４０】
なお、単数あるいは複数個の操作対象装置に対して単なるオン・オフ状態のみを出力する場合には、検出光強度に閾値を設定し、その閾値以上の発光強度に達した場合はオン、達しない場合はオフとなるように、あるいはその逆の組み合わせになるように電気信号や指針の機械的な振れなどの機械的な動作として出力するようにすればよい。単数あるいは複数個の操作対象装置に対して連続的な情報を出力する場合には、発光強度に比例した連続的な電圧や電流として、また符号化された電気信号として、あるいは連続的な指針の振れのような機械的な動作として出力すればよい。
【００４１】
上述のように、本遠隔スイッチシステムは、印加される圧力を直接光信号へ変換し光検出器へ送ることができるため、電気信号から光信号への変換を必要とせず、電磁的なノイズの影響を受けることを防止することができる。そのため、正確な遠隔操作を実施することができ、システム全体の信頼性を向上させることができる。
【００４２】
〔実施の形態２〕
次に、本発明の第２の実施形態について以下に説明する。
【００４３】
図３は、本実施の形態に係る発光ヘッド１の構成を示す断面図である。図３に示す発光ヘッド１は、破壊されると発光する破壊発光材料を含む発光板９に機械的な力を印加する押付機構５が備えられた発光ヘッドである。なお、説明の便宜上、前記実施の形態１にて示した各部材と同一の機能を有する部材には、同一の符号を付記し、その説明を省略する。
【００４４】
図３に示すように、本実施の形態に係る発光ヘッド１は、外部からの機械的な圧力１１（外力）が印加される押付機構５、応力によって発光する発光板９、発光した光を信号として伝達する光ファイバーなどの光学通路２を含んで構成されている。そして、上記押付機構５は、抜け落ち防止や圧力１１の制御のために、押付機構５を保持する支持部品６、及びバネなどの弾性体７を介して保持されている。図１に示す発光ヘッドと比較すれば分かるように、図３に示す発光ヘッド１は、発光板９の形状が実施の形態１のものとは異なっている。
【００４５】
この発光板９には、発光材料として所定以上の圧力（破壊圧力）が加えられて破壊されると発光する破壊発光材料が含まれている。発光板９は、押付機構９に接触して配されており、破壊圧力以上の圧力が押付機構５から印加されると破断するようになっている。この破壊力以上の圧力によって発光板９が破断されると、光が放出され光信号として光学通路２へ送信される。即ち、上記破壊力以上の圧力が印加された場合は、光学通路２に光信号が送られ、上記破壊力に満たない圧力が印加された場合には、光学通路２には光信号が送られないような仕組みになっている。
【００４６】
従って、上述の発光ヘッド１を用いて、実施の形態１と同様の遠隔スイッチシステムを作成すれば、印加される圧力１１を破壊圧力以上・破壊圧力未満という２つの状態に区別することができ、この２つの状態に応じてスイッチのオン・オフを行うことができる。
【００４７】
上記破壊発光材料には、水晶のような無機材料系のもの、あるいは、ＰＤＦのような有機材料系のものを用いることができる。この破壊発光材料を用いて発光板９を作成する場合には、材料そのものを成形して発光板とする方法を採用することができる。あるいは、中空にした透明のアクリルやポリカーボネイトなどの樹脂からなる弾性板中に、粉末状にした破壊発光材料を封入してもよい。これによれば、上記弾性板の変形に伴って中に含まれる粉末状の破壊発光材料がさらに細かく破壊されるため、光を発生させることができる。
【００４８】
このように、本実施の形態の発光ヘッド１においては、破壊圧力以上の圧力の印加の有無が、発光の有無として識別される。この破壊圧力は、発光板９の厚さ、押付機構５を保持する弾性体７の弾性係数によって適宜調節することができる。なお、本発光ヘッド１では発光板９の破断が発生するので、発光板９と光学通路２との間には、図３に示すように空隙があることが望ましい。
【００４９】
〔実施の形態３〕
次に、本発明の第３の実施形態について以下に説明する。
【００５０】
本実施の形態に係る遠隔スイッチシステムは、複数個の発光ヘッドを備えて並列的なスイッチを形成するものである。図４には、この遠隔スイッチシステムの構成を示す。なお、説明の便宜上、前記実施の形態１にて示した各部材と同一の機能を有する部材には、同一の符号を付記し、その説明を省略する。
【００５１】
図４に示すように、個々の発光ヘッド１、１、１、…の各光学通路２、２、２、…は、プリズム、レンズ、反射膜、導波路などの光混合器４によって接続されて、一つの光検出器３と連結されている。これによって、各発光ヘッド１、１、１、…に印加された圧力を一つの光検出器３によって光信号として検出することができる。
【００５２】
さらに、本実施の形態の遠隔スイッチシステムにおいては、個々の発光ヘッド１、１、１…に用いる発光材料の発光スペクトルのピーク波長が異なるような構成にすることも可能である。このような構成にした場合には、光検出器３によって検出されるスペクトルのピークの違いから、どの発光ヘッドから光信号が送信されたか峻別することができる。このとき、上記光検出器３には、発光スペクトルの個々のピーク強度を峻別できる機能を有するものを用いる。
【００５３】
上述のような遠隔スイッチシステムは、図４に示すように、電線１５を介して操作対象機器１６と接続されることによって、光信号の検出結果を電気信号として操作対象機器１６に送信することができる。これによって、複数の発光ヘッドから印加された圧力に応じて、操作対象機器１６を遠隔操作することができる。
【００５４】
〔実施の形態４〕
次に、本発明の第４の実施形態について以下に説明する。
【００５５】
上述の実施の形態１から３に示す発光ヘッドは、基本的には押付機構５に印加される圧力のみを検出するものである。しかしながら、航空機の操縦桿などのように一本の操作レバーの操作方向を識別したい場合がある。そこで、本実施の形態においては、操作レバーの操作方向を識別できる発光ヘッドについて説明する。
【００５６】
本実施の形態に係る発光ヘッドは、図５に示すように、印加手段に操作レバーが接続され、この操作レバーに印加される力の方向及び大きさを、応力発光材料を含む発光手段を複数個用いて識別するものである。なお、説明の便宜上、前記実施の形態１にて示した各部材と同一の機能を有する部材には、同一の符号を付記し、その説明を省略する。
【００５７】
図５に示すように、本発光ヘッドは、図面内の水平方向（矢印１２に示す方向）に動作可能な押付機構５と、それを操作する操作レバー１０、支持部品６内の端面を保持された２つの発光板８・８、及びそれに密着あるいは接着させた光ファイバなどの２本の光学通路２・２の組合せから構成される。操作レバー１０は、バネのような弾性体を介して支持部品６に支持され中立状態を保つ。操作レバーに対して図面内の水平方向に操作力１２を印加すると、押付機構５は左右発光板のどちらかに対して圧力を及ぼし、発光板から光が放出される。このとき、左右どちらの発光板から光が放出されたかによって操作力の方向を識別することができる。なお、上記実施の形態１に係る発光ヘッド１のように、発光板８・８に応力発光材料を用いれば、発光強度によって操作力の大きさを検出することも可能である。
【００５８】
それゆえ、本実施の形態に係る発光ヘッドは、外部から加えられる力を、その強度及び／又は方向に応じて、より正確かつ詳細に光信号へ変換することができる。また、このような発光ヘッドを用いて遠隔スイッチシステム構成すれば、より複雑な操作対象機器を電磁的なノイズの影響を受けることなく正確に遠隔操作することができる。
【００５９】
なお、図５に示す発光ヘッドは、操作力を単純な水平２方向のみについて識別するものである。しかしながら、本発明に係る発光ヘッドはこれに限定されることなく、さらに他方向の操作力についても識別することができる。
【００６０】
そのような例として、３次元空間内におけるｘ、ｙ、ｚ各軸方向の操作力を識別するものを挙げることができる。このように３次元空間内における操作力を識別する場合には、図示はしないが、押付機構５を球体のような３次元構造物にし、支持部品６内で各軸方向へ動作可能なようにしておけばよい。発光板と光学通路との組合せを各軸方向に２組づつ配置することで、操作レバーの操作力によって押付機構が発光板に圧力を及ぼし、それによって光がどの発光板から発生したかという操作力の方向を検出することができる。さらに、発光板に応力発光材料を使用すれば、その発光強度によって操作力の大きさも検出することができる。
【００６１】
また、上記発光ヘッドを実施の形態１に示すような遠隔スイッチシステムの発光ヘッドとして用いることもできる。このような遠隔スイッチシステムを用いれば、操作対象機器に対してより正確かつ詳細な遠隔操作を行うことができる。
【００６２】
本発明のさらに他の実施の形態として、操作レバーに印加される外力が偶力である場合に、本発明の発光ヘッドを用いてこれを検出する方法について、図６を用いて以下に説明する。
【００６３】
図６は、偶力の検出を行うことができる操作レバー１０、発光ヘッド１’、１”などの構成を示す俯瞰図（上部から見下ろした図）である。図６に示すように、矢印１３で示される偶力が作用する１つの操作レバー１０に対して、２つの発光ヘッド１’、１”が左右対称となる位置に配されている。この発光ヘッド１’、１”は、それぞれ図５に示す発光ヘッドと同様のものであるが、上記操作レバー１０の軸には、図５に示す押付機構５の可動方向が直交するように接続されている。
【００６４】
図６に示す発光ヘッドは、応力発光材料を含む発光手段が複数個設けられるとともに、押付機構５に操作レバー１０が接続されており、この操作レバー１０に印加される偶力の方向及び大きさを識別するものである。これによって、操作レバー１０にかかる偶力を検出することができる。即ち、例えば時計回りの偶力（矢印１３で示す）が作用する場合には、発光ヘッド１’には図面上方へ向かう力が作用し、発光ヘッド１”には図面下方へ向かう力が作用し、これを偶力として検出することができる。もし、偶力ではなく単なる力が作用する場合には、発光ヘッド１’及び１”で検出される力の方向が同一となるので、偶力が作用する場合と峻別することができる。
【００６５】
上述のような偶力の検出方法は、例えばトルクセンサに利用することができる。より具体的には、上記の偶力の検出方法は、スティックのねじり動作を検出するようなジョイスティックや、防爆環境下で動作するロボットのトルクセンサなどとして使用することができる。
【００６６】
上述の各実施の形態に示した発光ヘッドおよび遠隔スイッチシステムは、例えば、航空機の操縦システムなどに利用することができる。即ち、本発明の遠隔スイッチシステムと、上述の操作対象機器として航空機の方向舵、昇降翼、補助翼などの複数の操縦舵面とを接続することによって、航空機の操縦システムを形成すればよい。このような操縦システムにおいて、パイロットが操縦する操縦桿が上述の発光ヘッドの押付機構に取り付けられた操作レバーとしての役割を担う。そして、上記の操縦桿の動作が上記発光ヘッドに外力として印加されれば、それによって発光が発生し、直接光信号として伝達させることができるため、電磁的なノイズの影響を受けることなく各操縦舵面を適切に遠隔操作することができる。
【００６７】
また、本発明に係る発光ヘッドおよび遠隔スイッチシステムは、電気的な接点が存在しないことから、防爆性に優れている。従って、揮発性かつ引火性を有するガソリンのような物質が充満しやすい環境下（例えば、石油採掘現場など）における機器操作盤のスイッチや、火薬類を取り扱う場所（例えば、火薬庫や弾薬庫など）の機器操作盤として使用することもできる。
【００６８】
本発明は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても、本発明の技術的範囲に含まれる。
【００６９】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る発光ヘッドは、外力を加える印加手段と、前記外力が加えられると発光する発光材料を含む発光手段と、前記発光手段から発光した光を光信号として伝達する伝達手段とを備えることを特徴としている。
【００７０】
本発光ヘッドは、上述のような構成によって、摩擦力、せん断力、衝撃力、圧力などの機械的な外力を直接光信号へ変換し、外部の機器へ送信することができる。そのため、例えば航空機の操縦桿（操作レバー）の動作によって生じる機械的な外力を、直接光信号に変換し、駆動装置であるアクチュエータへ送信することができる。即ち、操縦桿の動作を一旦電気信号へ変換し、その後、この電気信号を光信号へ変換して駆動装置へ送信していた従来の操縦システムと比較して、信号の変換回数を減少させることができる。これによって、電磁的なノイズの影響を受けることなく、パイロットによる操縦桿の動作をより的確に駆動装置へ伝達させることが可能となり、操縦システムの信頼性を向上させることができるという効果を奏する。なお、このような効果は、航空機の操縦システムのみに限られることなく、その他の機器類の遠隔操作にも有効である。
【００７１】
上記の発光ヘッドにおいて、前記発光材料は、前記外力の強度に比例して発光強度を変化させる応力発光材料であることが好ましい。上記応力発光材料は外力の強度によって発光強度を変化させることができるため、発光材料として応力発光材料を用いれば、外力の強度に応じた光信号の連続的な送信が可能な発光ヘッドを提供することができるという効果を奏する。
【００７２】
上記の発光ヘッドにおいて、前記発光材料は、所定以上の圧力が加えられて破壊されると発光する破壊発光材料であってもよい。このような破壊発光材料を用いた発光ヘッドは、発光手段に破壊が発生したことを発光によって検知し、光信号として送信することができる。そのため、オン・オフのような２つの状態を区別することができるという効果を奏する。
【００７３】
上述のような発光ヘッドにおいては、外力を加える１個の印加手段に対して前記発光手段が複数個設けられており、かつ、この複数個の発光手段のそれぞれに前記伝達手段が設けられているという構成であってもよい。
【００７４】
上記の構成によれば、前記印加手段に加えられる外力の方向及び／又は強度に応じて前記複数個の発光手段のそれぞれが発光し、それぞれの伝達手段に伝達させることができるため、外部から加えられる力を、その強度及び／又は方向に応じて、より正確かつ詳細に光信号へ変換することができる。
【００７５】
また、本発明に係る遠隔スイッチシステムは、上述の発光ヘッドと、当該発光ヘッドの伝達手段から出力された光信号を検出する光検出器とを含んで構成され、この光検出器の検出結果に応じて操作対象機器を遠隔操作することを特徴としている。
【００７６】
上記の遠隔スイッチシステムは、上記発光ヘッドによって伝達される光信号を検出し、この遠隔スイッチシステムと接続された操作対象機器である各種機器類に対して、その検出結果に応じた信号を送り、遠隔操作することができる。この遠隔スイッチシステムは、電磁的なノイズの影響を受けることなく、正確な遠隔操作を実施することができ、システム全体の信頼性を向上させる。それに加え、防爆性に優れた遠隔スイッチシステムを提供することができる。
【００７７】
上記遠隔スイッチシステムは、アナログ式であってもよい。これによれば、外力のオン・オフのみを検出できるだけでなく、その大きさについても検出することができる。それゆえ、本遠隔スイッチシステムの利用可能性をより広げられることが期待できる。
【００７８】
上記遠隔スイッチシステムにおいて、前記発光ヘッドは複数個設けられ、前記検出器は１個設けられているという構成であってもよい。さらに、複数個設けられた前記発光ヘッドにおいて、当該発光手段に含まれる発光材料の発光スペクトルのピーク値の波長は、発光ヘッドごとに異なっていてもよい。
【００７９】
上記の構成によれば、複数の発光ヘッドにおいて印加された外力それぞれを、該当する発光ヘッドの発光スペクトルのピークの違いから、識別することができる。それゆえ、各発光ヘッドに操作レバーなどを設ければ、一つの検出器で、複数の操作レバーからその動作に応じた光信号を送信できる。
【００８０】
また、本発明に係る偶力の検出方法は、上述の発光ヘッドと、当該発光ヘッドの伝達手段によって出力された信号を検出する光検出器とを用いて偶力を検出するというものである。
【００８１】
上記の方法によれば、発光ヘッドの印加手段が回転し偶力が働いた場合に、それを偶力として認識し、それに応じた光信号を検出することができる。即ち、回転運動によって働く偶力を直接光信号に変換し、光信号として検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る発光ヘッドの構成を示す断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る遠隔スイッチシステムの構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る発光ヘッドの構成を示す断面図である。
【図４】本発明の第３の実施の形態に係る光学式遠隔スイッチシステムの構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の第４の実施の形態に係る発光ヘッドの構成を示す断面図である。
【図６】本発明のさらに他の実施の形態に係る発光ヘッドの構成を示す俯瞰図である。
【符号の説明】
１、１’１”　　発光ヘッド
２　　光学通路（伝達手段）
３　　光検出器
４　　光混合器
５　　押付機構（印加手段）
６　　支持部品
７　　弾性体
８　　発光板（発光手段）
９　　発光板（発光手段）
１０　　操作レバー
１１　　圧力（外力）
１２　　操作力（外力）
１３　　偶力（外力・偶力）
１４　　遠隔スイッチシステム
１５　　電線
１６　　操作対象機器
【図１】
2004077396.tif 000003
【図２】
2004077396.tif 000004
【図３】
2004077396.tif 000005
【図４】
2004077396.tif 000006
【図５】
2004077396.tif 000007
【図６】
2004077396.tif 000008