JP2004077396A - Light emitting head, remote switching system utilizing it, and method of detecting couple of forces - Google Patents

Light emitting head, remote switching system utilizing it, and method of detecting couple of forces Download PDF

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Naohiro Ueno
上野 直広
Chao-Nan Xu
徐 超男
Hiroshi Tateyama
立山 博
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a light emitting head that can transmit a mechanical external force by directly converting the force into an optical signal, and to provide a remote switching system using the head. <P>SOLUTION: The light emitting head 1 is provided with a pressing mechanism 5 which impresses a mechanical pressure upon an object from the outside, a light emitting board 8 made of a light emitting material which emits light when the pressure 11 impressed upon the mechanism 5 is transmitted to the material, and an optical passage 2, such as the optical fiber etc., which transmits the light emitted from the light emitting board 8 as an optical signal. The remote switching system is constituted of the light emitting head 1 and a photodetector which detects the optical signal and can remotely operate equipment to be operated in accordance with the detected result of the photodetetor. Since the light emitting head 1 and remote switching system can directly convert the force impressed from the outside into the optical signal, the head 1 and system can transmit the optical signal without being affected by electromagnetic noises. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【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
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a light emitting head that converts mechanical external forces such as frictional force, shearing force, impact force, and pressure into an optical signal and transmits the light signal, a remote switch system that remotely operates a mechanical device using the light emitting head, And a detection method for detecting a couple using the light emitting head.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, a system called “fly-by-light” is expected as a “flight control actuation system” that is a system of an aircraft control device. This fly-by-light is a system that measures the movement of the control stick controlled by the pilot with a sensor and transmits the signal to an actuator that operates a control surface such as a rudder, elevator, auxiliary wing, etc. via an optical fiber. It is. This fly-by-light has many advantages such as being resistant to electromagnetic interference, being small and lightweight, and having excellent fire resistance and corrosion resistance.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
The device for converting the mechanical operation of the control stick into an electric signal used in the fly-by-light described above is a combination of electric switches in principle. Therefore, by the time the optical signal is transmitted to the optical fiber, it is necessary to convert this mechanical movement of the control stick into an electric signal and then into an optical signal. Since such signal conversion contributes to lowering the reliability of the entire system, it is preferable that the number of conversions is as small as possible, and the movement of the mechanical control stick (ie, mechanical external force) is directly transmitted to the optical signal. More preferably, the conversion to However, there has been no device that directly converts a mechanical external force into an optical signal.
[0004]
Therefore, the present invention provides a light emitting head capable of directly converting a mechanical external force into an optical signal using a light emitting material and transmitting the signal, and using the light emitting head to remotely operate various mechanical devices. It is an object of the present invention to provide a simple optical remote switch system. The present invention also provides a method for detecting a couple using the light emitting head.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
The present inventors applied a variety of loads to a bulk body made by mixing a stress-stimulated powder that emits light due to stress in a material itself with a transparent optical resin. It has been found that the emission intensity increases in proportion. In addition, the present inventors have found that when this light emission is measured by a photodetector via a transmission means such as a glass fiber, the stress applied to the bulk body can be measured remotely. Along with that, it is possible to distinguish between two states such as ON and OFF by setting a threshold value for the emission intensity, and to use the emission intensity value itself as a state value to set the intermediate value from ON to OFF. It has been found that a general state can be detected.
[0006]
Furthermore, the present inventors have also found that in a bulk body formed of a material that emits light by destruction, the occurrence of destruction can be detected by light emission, so that two states such as on and off can be distinguished. Was. The present inventors have completed the present invention based on these findings.
[0007]
That is, the light emitting head according to the present invention includes: an application unit that applies an external force; a light emitting unit that includes a light emitting material that emits light when the external force is applied; and a transmission unit that transmits light emitted from the light emitting unit as an optical signal. It is characterized by having.
[0008]
The light emitting head generates light by applying a mechanical external force such as a frictional force, a shearing force, an impact force, and a pressure, and transmits the light as an optical signal to another device. In order to exhibit such a function, the present light emitting head is provided with a light emitting means including a light emitting material having a property of emitting light when an external force is applied as described above, and applying an external force to the light emitting means. Application means for applying the voltage is attached. If the application means is connected to, for example, an operation lever, the pressure applied by operating the operation lever can be applied to the light emitting means.
[0009]
The light emitting head further includes a transmitting unit that transmits light emitted from the light emitting unit as an optical signal. Specific examples of the transmission means include an optical fiber and an optical waveguide in which a tube whose inside is coated with a reflective film and a reflecting mirror are combined. As described above, the transmission means plays a role of transmitting light between the optical devices, and thus can be called an optical path.
[0010]
The light emitting head of the present invention can directly convert a mechanical external force such as a frictional force, a shearing force, an impact force, and a pressure into an optical signal and transmit the optical signal to an external device. Therefore, for example, in an aircraft control system, a mechanical external force generated by the operation of a control stick (operation lever) can be directly converted into an optical signal and transmitted to an actuator which is a driving device. That is, the operation of the control stick is once converted into an electric signal, and then, the number of signal conversions is reduced as compared with a conventional control system in which the electric signal is converted into an optical signal and transmitted to a driving device. Can be. As a result, the operation of the control stick by the pilot can be more accurately transmitted to the drive device without being affected by electromagnetic noise, and the reliability of the control system can be improved.
[0011]
In the above light emitting head, it is preferable that the light emitting material is a stress light emitting material that changes light emission intensity in proportion to the intensity of the external force.
[0012]
The “stress light-emitting material” is a light-emitting material that emits light by stress. That is, the stress-stimulated luminescent material has a property that the material itself emits light in response to a stimulus of a mechanical external force, and also has a property that the light-emitting intensity changes in proportion to the intensity of the external force. Specific examples of the stress luminescent material include those described in JP-A-11-116946, JP-A-2001-049251, JP-A-2001-064638, JP-A-3273317 and JP-A-2992631. Can be.
[0013]
As described above, since the stress-stimulated luminescent material can change the luminous intensity according to the intensity of the external force, if the stress-stimulated luminescent material is used as the luminescent material, it is possible to continuously transmit an optical signal according to the intensity of the external force. A light emitting head can be provided.
[0014]
In the above light emitting head, the light emitting material may be a destructive light emitting material that causes a destructive light emitting phenomenon. This destructive light emission phenomenon is a phenomenon in which light is emitted when the light is destroyed by application of a predetermined pressure or more. The details of the destructive luminescence phenomenon are described in the reference document (Alan J. Walton, “Tribolescence”, Advanced in Physics Vol. 26, No. 6, 887-948, 1977). When the trajectory of an electron inside changes due to the destruction of a crystal or molecule, the difference in energy is emitted as light, a physical phenomenon that has been well known since ancient times.
[0015]
The destructive luminescence phenomenon is mainly observed in a material in which the target center of the crystal structure does not exist, but it can also be observed in other materials such as rock sugar and rock salt. Therefore, as the destructive light emitting material, for example, an inorganic material such as quartz and an organic material such as PDF can be used. However, there is a minimum limit (approximately 2 to 3 mm) in the size of the crystal, and if it is powdered, destructive luminescence will not occur. Therefore, when quartz is used as the destructive luminescent material, it is preferable to make it into a flake shape like a quartz oscillator. Further, since PDF is a resin, it can be formed into an arbitrary shape such as a plate shape.
[0016]
A light emitting head using such a destructive light emitting material can detect the occurrence of destruction in the light emitting means by emitting light and transmit the light as an optical signal. Therefore, two states such as ON and OFF can be distinguished.
[0017]
In the light emitting head as described above, a plurality of the light emitting means are provided for one applying means for applying an external force, and the transmitting means is provided for each of the plurality of light emitting means. May be adopted.
[0018]
According to the above configuration, each of the plurality of light emitting units emits light in accordance with the direction and / or intensity of the external force applied to the application unit, and can be transmitted to each of the transmission units. As a result, the externally applied force can be converted into an optical signal more accurately and in detail according to the intensity and / or direction.
[0019]
In addition, a remote switch system according to the present invention includes the above-described light emitting head and a light detector that detects an optical signal output from a transmission unit of the light emitting head. The operation target device is remotely controlled accordingly.
[0020]
The remote switch system can detect an optical signal transmitted by the light emitting head. Then, a signal corresponding to the detection result can be sent to various devices as operation target devices connected to the remote switch system to perform remote control. Since this remote switch system has a light emitting head that can directly convert a mechanical external force into an optical signal, accurate remote operation can be performed without being affected by electromagnetic noise. Improve overall system reliability.
[0021]
The remote switch system may be analog. The “analog type” means a method of detecting each light emission intensity according to the magnitude of the external force as an optical signal.
[0022]
According to this, not only the ON / OFF of the external force can be detected, but also the magnitude thereof can be detected. Therefore, various devices can be operated in an analog manner according to the magnitude of the external force, and it can be expected that the usability of the remote switch system can be further expanded.
[0023]
In the remote switch system, a plurality of the light emitting heads may be provided, and a single detector may be provided.
[0024]
Further, in the plurality of light emitting heads, the wavelength of the peak value of the emission spectrum of the light emitting material included in the light emitting means may be different for each light emitting head.
[0025]
According to the above configuration, each of the external forces applied to the plurality of light emitting heads can be identified from the difference in the peak of the emission spectrum of the corresponding light emitting head. Therefore, if each light emitting head is provided with an operation lever or the like, a single detector can transmit optical signals corresponding to the operation from a plurality of operation levers. When devices are connected to the end of the detector, complicated remote operation can be performed accurately.
[0026]
A couple detection method according to the present invention is to detect a couple using the above-described light emitting head and a photodetector that detects a signal output by a transmission unit of the light emitting head.
[0027]
Here, the couple means a pair of forces acting on one object with the same magnitude and being parallel and opposite in direction, and refers to a force that is a source of torsion and rotational movement of the object. Therefore, the method of detecting a couple is a method of detecting a torsion or rotation as a couple when the object is twisted due to the action of the couple or when the object performs a rotational motion. .
[0028]
According to the above method, when the application means of the light emitting head rotates and a couple is applied, it is recognized as a couple and an optical signal corresponding to the couple can be detected. That is, the couple acting by the rotational motion can be directly converted into an optical signal and detected as an optical signal. Therefore, by using this method, a complicated operation such as a rotation operation can be remotely controlled.
[0029]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. Note that the present invention is not limited to this description.
[0030]
[Embodiment 1]
First, a first embodiment of the present invention will be described below.
[0031]
FIG. 1 is a sectional view showing a configuration of a light emitting head 1 according to the present embodiment. The light emitting head 1 shown in FIG. 1 has a pressing force for applying a mechanical pressure to a light emitting plate 8 (light emitting means) containing a stress light emitting material in which the material itself emits light in proportion to a stress (force according to a load applied to an object). It is a light emitting head provided with a mechanism 5 (applying means).
[0032]
As shown in FIG. 1, the light emitting head 1 includes a pressing mechanism 5 to which a mechanical pressure 11 (external force) is applied from the outside, a light emitting plate 8 that emits light by stress, an optical fiber that transmits the emitted light as a signal, and the like. The optical path 2 is included. The pressing mechanism 5 is held via a support component 6 for holding the pressing mechanism 5 and an elastic body 7 such as a spring for preventing falling-off and controlling the pressure 11.
[0033]
Further, in the light emitting head 1 according to the first embodiment, the light emitting plate 8 contains a stress light emitting material. As the stress-stimulated luminescent material, those described in JP-A-11-116946, JP-A-2001-049251, JP-A-2001-064638, JP-A-3273317 and JP-A-2992631 are used. can do. When such a stress-stimulated luminescent material is used for the light-emitting plate 8, it may be formed into a powder, mixed with a transparent optical resin, and formed into a plate. The end of the formed light emitting plate 8 is fixed by the support component 6.
[0034]
In the light emitting head 1 configured as described above, when a mechanical pressure 11 is applied to the pressing mechanism 5 from the outside, the force is transmitted to the center or the surface of the light emitting plate 8, and the light emitting plate 8 emits light. The light emitted from the optical path 2 such as an optical fiber can be received and transmitted from the back surface of the light emitting plate 8 as an optical signal. The optical path 2 preferably has a shielding structure such as an optical fiber in order to block noise light from the outside.
[0035]
Since the light emitting plate 8 contains a stress light emitting material, the light emitting intensity also changes in proportion to the magnitude (intensity) of the applied pressure 11. Therefore, the value of the applied pressure 11 can be transmitted as a continuous light signal by the light emission intensity.
[0036]
In the light-emitting head 1, the contact area between the light-emitting plate 8 and the pressing mechanism 5 is preferably as small as possible in order to concentrate stress. Further, in the light emitting head 1, it is preferable that the light emitting plate 8 and the optical path 2 are closely attached or adhered so that the optical path 2 can efficiently obtain light generated in the light emitting plate.
[0037]
Next, an analog remote switch system obtained by using the light emitting head 1 will be described below.
[0038]
FIG. 2 shows the configuration of this remote switch system. As shown in FIG. 2, the remote switch system 14 is formed by connecting the above-described light emitting head 1 and a photodetector 3 for detecting an optical signal by an optical path 2 for transmitting an optical signal.
[0039]
The photodetector 3 includes a photodiode, a phototransistor, a CCD, a photomultiplier tube, and the like as a photodetection device, and outputs a result of detecting light intensity or emission spectrum as an electric signal or a mechanical operation such as a movement of a pen. It is. In the present embodiment, the photodetector 3 is connected to the operation target device 16 via the electric wire 15 as shown in FIG. Can be sent. Thereby, the operation target device 16 can be remotely controlled based on an instruction by a continuous optical signal corresponding to the magnitude of the pressure applied to the pressing mechanism 5 of the light emitting head 1.
[0040]
In addition, when outputting only a simple ON / OFF state to one or a plurality of operation target devices, a threshold value is set for the detected light intensity. In such a case, the signal may be output as a mechanical operation such as a mechanical swing such as a mechanical swing of an electric signal or a pointer so as to be turned off or a combination of the opposite. When outputting continuous information to one or a plurality of operation target devices, a continuous voltage or current proportional to the emission intensity, an encoded electric signal, or a continuous pointer What is necessary is just to output as a mechanical operation like a shake.
[0041]
As described above, the present remote switch system can directly convert the applied pressure to an optical signal and send it to a photodetector, so that there is no need to convert an electrical signal to an optical signal, and electromagnetic noise can be reduced. It can be prevented from being affected. Therefore, accurate remote control can be performed, and the reliability of the entire system can be improved.
[0042]
[Embodiment 2]
Next, a second embodiment of the present invention will be described below.
[0043]
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a configuration of the light emitting head 1 according to the present embodiment. The light emitting head 1 shown in FIG. 3 is a light emitting head provided with a pressing mechanism 5 for applying a mechanical force to a light emitting plate 9 containing a destructive light emitting material that emits light when destroyed. For the sake of convenience, members having the same functions as those described in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
[0044]
As shown in FIG. 3, the light emitting head 1 according to the present embodiment includes a pressing mechanism 5 to which a mechanical pressure 11 (external force) is applied from the outside, a light emitting plate 9 that emits light by stress, and a signal that emits light. And an optical path 2 such as an optical fiber that transmits light. The pressing mechanism 5 is held via a support component 6 for holding the pressing mechanism 5 and an elastic body 7 such as a spring for preventing falling-off and controlling the pressure 11. As can be seen from a comparison with the light emitting head shown in FIG. 1, the light emitting head 1 shown in FIG. 3 is different from the light emitting head of the first embodiment in the shape of the light emitting plate 9.
[0045]
The light emitting plate 9 contains a destructive light emitting material that emits light when it is destroyed by application of a predetermined pressure (breaking pressure) as a light emitting material. The light-emitting plate 9 is arranged in contact with the pressing mechanism 9, and breaks when a pressure equal to or higher than the breaking pressure is applied from the pressing mechanism 5. When the light emitting plate 9 is broken by a pressure higher than the breaking force, light is emitted and transmitted to the optical path 2 as an optical signal. That is, when a pressure higher than the breaking force is applied, an optical signal is sent to the optical path 2, and when a pressure less than the breaking force is applied, an optical signal is sent to the optical path 2. There is no mechanism.
[0046]
Therefore, if a remote switch system similar to that of the first embodiment is created using the above-described light-emitting head 1, the applied pressure 11 can be distinguished into two states, that is, a pressure equal to or higher than the burst pressure and lower than the burst pressure. The switch can be turned on and off according to these two states.
[0047]
An inorganic material such as quartz or an organic material such as PDF can be used as the destructive luminescent material. When the light emitting plate 9 is formed using this destructive light emitting material, a method of forming the light emitting plate by molding the material itself can be adopted. Alternatively, a powdery destructive luminescent material may be enclosed in a hollow elastic plate made of a resin such as transparent acrylic or polycarbonate. According to this, the powdery destructive luminescent material contained therein is more finely destroyed as the elastic plate is deformed, so that light can be generated.
[0048]
As described above, in the light emitting head 1 of the present embodiment, the presence or absence of the application of the pressure equal to or higher than the breaking pressure is identified as the presence or absence of light emission. This breaking pressure can be appropriately adjusted by the thickness of the light emitting plate 9 and the elastic coefficient of the elastic body 7 holding the pressing mechanism 5. Since the light emitting plate 9 breaks in the present light emitting head 1, it is desirable that there is a gap between the light emitting plate 9 and the optical path 2 as shown in FIG.
[0049]
[Embodiment 3]
Next, a third embodiment of the present invention will be described below.
[0050]
The remote switch system according to the present embodiment includes a plurality of light emitting heads to form a parallel switch. FIG. 4 shows the configuration of this remote switch system. For the sake of convenience, members having the same functions as those described in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
[0051]
As shown in FIG. 4, the optical paths 2, 2, 2,... Of the individual light emitting heads 1, 1, 1,... Are connected by an optical mixer 4 such as a prism, a lens, a reflection film, and a waveguide. , One photodetector 3. Thus, the pressure applied to each of the light emitting heads 1, 1, 1,... Can be detected by one photodetector 3 as an optical signal.
[0052]
Further, in the remote switch system of the present embodiment, it is possible to adopt a configuration in which the peak wavelengths of the emission spectra of the light emitting materials used for the individual light emitting heads 1, 1, 1,. In the case of such a configuration, it is possible to distinguish which light emitting head has transmitted the optical signal from the difference in the peak of the spectrum detected by the photodetector 3. At this time, a photodetector 3 having a function of distinguishing individual peak intensities of the emission spectrum is used.
[0053]
As shown in FIG. 4, the remote switch system as described above can transmit a detection result of an optical signal to the operation target device 16 as an electric signal by being connected to the operation target device 16 via the electric wire 15. it can. Thus, the operation target device 16 can be remotely controlled according to the pressure applied from the plurality of light emitting heads.
[0054]
[Embodiment 4]
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described below.
[0055]
The light-emitting heads described in the first to third embodiments basically detect only the pressure applied to the pressing mechanism 5. However, there is a case where it is desired to identify the operation direction of one operation lever such as a control stick of an aircraft. Therefore, in the present embodiment, a light emitting head that can identify the operation direction of the operation lever will be described.
[0056]
In the light emitting head according to the present embodiment, as shown in FIG. 5, the operation lever is connected to the application means, and the direction and the magnitude of the force applied to the operation lever are controlled by a plurality of light emission means including the stress light emitting material. It is identified by using the number. For the sake of convenience, members having the same functions as those described in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
[0057]
As shown in FIG. 5, the present light emitting head has a pressing mechanism 5 operable in a horizontal direction (direction indicated by an arrow 12) in the drawing, an operating lever 10 for operating the pressing mechanism 5, and an end face in a support component 6 held. It is composed of a combination of two light emitting plates 8.8 and two optical paths 2.2, such as optical fibers, which are closely or adhered thereto. The operation lever 10 is supported by the support component 6 via an elastic body such as a spring and maintains a neutral state. When an operation force 12 is applied to the operation lever in the horizontal direction in the drawing, the pressing mechanism 5 applies pressure to one of the left and right light emitting plates, and light is emitted from the light emitting plates. At this time, the direction of the operation force can be identified based on which of the left and right light emitting plates emits light. In addition, as in the light emitting head 1 according to the first embodiment, when a stress light emitting material is used for the light emitting plates 8, it is possible to detect the magnitude of the operation force based on the light emission intensity.
[0058]
Therefore, the light emitting head according to the present embodiment can convert a force applied from the outside into an optical signal more accurately and in detail according to the strength and / or direction. In addition, if a remote switch system is configured using such a light emitting head, a more complicated operation target device can be accurately remotely controlled without being affected by electromagnetic noise.
[0059]
The light emitting head shown in FIG. 5 identifies the operation force only in two simple horizontal directions. However, the light emitting head according to the present invention is not limited to this, and it is possible to identify the operation force in another direction.
[0060]
An example of such an example is one that identifies the operating force in each of the x, y, and z axis directions in a three-dimensional space. When the operation force in the three-dimensional space is identified in this way, although not shown, the pressing mechanism 5 is formed into a three-dimensional structure such as a sphere so that the pressing mechanism 5 can be operated in each axial direction in the support component 6. You should leave it. By arranging two sets of the light emitting plate and the optical path in each axial direction, the pressing mechanism exerts pressure on the light emitting plate by the operating force of the operation lever, thereby performing an operation of determining from which light emitting plate light is generated. The direction of the force can be detected. Furthermore, if a stress-stimulated luminescent material is used for the luminescent plate, the magnitude of the operating force can be detected based on the luminescent intensity.
[0061]
Further, the light emitting head can be used as a light emitting head of a remote switch system as described in the first embodiment. If such a remote switch system is used, more accurate and detailed remote operation can be performed on the operation target device.
[0062]
As still another embodiment of the present invention, a method for detecting an external force applied to the operation lever when the external force is a couple using the light emitting head of the present invention will be described below with reference to FIG. .
[0063]
Fig. 6 is a bird's-eye view (a view looking down from above) showing the configuration of the operation lever 10, the light emitting heads 1 ', 1 ", etc., capable of detecting a couple. As shown in Fig. 6, an arrow 13 is shown. The two light emitting heads 1 ′ and 1 ″ are disposed at symmetrical positions with respect to one operation lever 10 on which a couple indicated by a symbol acts. Each of the light emitting heads 1 'and 1 "is similar to the light emitting head shown in FIG. 5, but is connected to the axis of the operation lever 10 so that the movable direction of the pressing mechanism 5 shown in FIG. Have been.
[0064]
The light emitting head shown in FIG. 6 is provided with a plurality of light emitting means including a stress light emitting material, and has an operating lever 10 connected to the pressing mechanism 5, and the direction and magnitude of a couple applied to the operating lever 10. Is to be identified. Thus, the couple acting on the operation lever 10 can be detected. That is, for example, when a clockwise couple (indicated by an arrow 13) acts, a light-up force acts on the light emitting head 1 'and a force acts downward on the light-emitting head 1 ". If a mere force acts instead of a couple, the direction of the force detected by the light emitting heads 1 'and 1 "becomes the same, so that the couple is detected. It can be distinguished from the case where it works.
[0065]
The method for detecting a couple as described above can be used, for example, for a torque sensor. More specifically, the above-described couple detection method can be used as a joystick that detects a torsion operation of a stick, a torque sensor of a robot that operates in an explosion-proof environment, and the like.
[0066]
The light emitting head and the remote switch system described in each of the above embodiments can be used for, for example, an aircraft control system. That is, a remote control system of the present invention may be connected to a plurality of control surfaces such as a rudder, a lifting wing, and an auxiliary wing of the aircraft as the above-mentioned operation target devices, thereby forming an aircraft control system. In such a steering system, a control stick operated by a pilot plays a role as an operation lever attached to the above-described pressing mechanism of the light emitting head. When the operation of the control stick is applied as an external force to the light emitting head, light emission is thereby generated, and the light can be directly transmitted as an optical signal. Therefore, each control without influence of electromagnetic noise can be performed. The control surface can be remotely controlled appropriately.
[0067]
Further, the light emitting head and the remote switch system according to the present invention have excellent explosion-proof properties because there is no electric contact. Therefore, in an environment where volatile and flammable substances such as gasoline are likely to be filled (for example, at an oil digging site), switches of equipment operation panels and places where explosives are handled (for example, gunpowder storage and ammunition storage, etc.) ) Can also be used as an equipment operation panel.
[0068]
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible within the scope of the claims, and the present invention can be implemented by appropriately combining technical means disclosed in different embodiments. The form is also included in the technical scope of the present invention.
[0069]
【The invention's effect】
As described above, the light emitting head according to the present invention includes: an applying unit that applies an external force; a light emitting unit that includes a light emitting material that emits light when the external force is applied; and a transmission that transmits light emitted from the light emitting unit as an optical signal. Means.
[0070]
The light emitting head of the present invention can directly convert a mechanical external force such as a frictional force, a shearing force, an impact force, and a pressure into an optical signal and transmit the optical signal to an external device. Therefore, for example, a mechanical external force generated by the operation of a control stick (operation lever) of an aircraft can be directly converted into an optical signal and transmitted to an actuator which is a driving device. That is, the operation of the control stick is once converted into an electric signal, and then, the number of signal conversions is reduced as compared with a conventional control system in which the electric signal is converted into an optical signal and transmitted to a driving device. Can be. As a result, the operation of the control stick by the pilot can be more accurately transmitted to the drive device without being affected by electromagnetic noise, and the reliability of the control system can be improved. In addition, such an effect is effective not only for the aircraft operation system but also for remote control of other devices.
[0071]
In the above light emitting head, it is preferable that the light emitting material is a stress light emitting material that changes light emission intensity in proportion to the intensity of the external force. Since the above-mentioned stress-stimulated luminescent material can change the luminous intensity according to the intensity of the external force, the use of the stress-stimulated luminescent material as the luminescent material provides a light-emitting head capable of continuously transmitting an optical signal according to the intensity of the external force. It has the effect of being able to.
[0072]
In the above-described light-emitting head, the light-emitting material may be a destructive light-emitting material that emits light when it is destroyed by applying a predetermined pressure or more. A light emitting head using such a destructive light emitting material can detect the occurrence of destruction in the light emitting means by emitting light and transmit the light as an optical signal. For this reason, there is an effect that two states such as ON / OFF can be distinguished.
[0073]
In the light emitting head as described above, a plurality of the light emitting means are provided for one applying means for applying an external force, and the transmitting means is provided for each of the plurality of light emitting means. May be adopted.
[0074]
According to the above configuration, each of the plurality of light emitting units emits light in accordance with the direction and / or intensity of the external force applied to the application unit, and can be transmitted to each transmission unit. Depending on its intensity and / or direction, the applied force can be converted to a more precise and detailed optical signal.
[0075]
In addition, a remote switch system according to the present invention includes the above-described light emitting head and a light detector that detects an optical signal output from a transmission unit of the light emitting head. The operation target device is remotely controlled accordingly.
[0076]
The remote switch system detects an optical signal transmitted by the light emitting head, and sends a signal according to the detection result to various devices that are operation target devices connected to the remote switch system, Can be operated remotely. This remote switch system can perform accurate remote control without being affected by electromagnetic noise, and improves the reliability of the entire system. In addition, a remote switch system having excellent explosion-proof properties can be provided.
[0077]
The remote switch system may be analog. According to this, not only the ON / OFF of the external force can be detected, but also the magnitude thereof can be detected. Therefore, it can be expected that the usability of the remote switch system can be further expanded.
[0078]
In the remote switch system, a plurality of the light emitting heads may be provided, and a single detector may be provided. Further, in the plurality of light emitting heads, the wavelength of the peak value of the emission spectrum of the light emitting material included in the light emitting means may be different for each light emitting head.
[0079]
According to the above configuration, each of the external forces applied to the plurality of light emitting heads can be identified from the difference in the peak of the emission spectrum of the corresponding light emitting head. Therefore, if each light emitting head is provided with an operation lever or the like, a single detector can transmit optical signals corresponding to the operation from a plurality of operation levers.
[0080]
A couple detection method according to the present invention is to detect a couple using the above-described light emitting head and a photodetector that detects a signal output by a transmission unit of the light emitting head.
[0081]
According to the above method, when the application means of the light emitting head rotates and a couple is applied, it is recognized as a couple and an optical signal corresponding to the couple can be detected. That is, the couple acting by the rotational motion can be directly converted into an optical signal and detected as an optical signal.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view showing a configuration of a light emitting head according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration of a remote switch system according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a sectional view showing a configuration of a light emitting head according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of an optical remote switch system according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a sectional view illustrating a configuration of a light emitting head according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 6 is an overhead view showing a configuration of a light emitting head according to still another embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1, 1'1 "light emitting head
2 Optical path (transmission means)
3 Photodetector
4 Optical mixer
5 Pressing mechanism (application means)
6 Supporting parts
7 Elastic body
8 Light-emitting plate (light-emitting means)
9 Light-emitting plate (light-emitting means)
10 Operation lever
11 pressure (external force)
12 Operating force (external force)
13 Couple (external force / couple)
14 Remote switch system
15 Electric wires
16 Operation target equipment

Claims (9)

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。A light emitting head comprising: an applying unit for applying an external force; a light emitting unit including a light emitting material that emits light when the external force is applied; and a transmitting unit for transmitting light emitted from the light emitting unit as an optical signal. 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。The light emitting head according to claim 1, wherein the light emitting material is a stress light emitting material. 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。The light emitting head according to claim 1, wherein the light emitting material is a destructive light emitting material that emits light when it is destroyed by applying a predetermined pressure or more. 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。4. The light emitting device according to claim 1, wherein a plurality of the light emitting units are provided for one application unit, and the transmission unit is provided for each of the plurality of light emitting units. 5. The light-emitting head according to the above. 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。A light emitting head according to any one of claims 1 to 4, and a light detector for detecting an optical signal output from a transmission means of the light emitting head, and operated according to a detection result of the light detector. A remote switch system for remotely controlling a target device. 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。The remote switch system according to claim 5, wherein the remote switch system is of an analog type. 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。The remote switch system according to claim 5, wherein a plurality of the light emitting heads are provided, and one detector is provided. 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。8. The remote switch system according to claim 7, wherein, in the plurality of light emitting heads, a wavelength of a peak value of an emission spectrum of a light emitting material included in the light emitting means is different for each light emitting head. 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。A detection method for detecting a couple using the light emitting head according to claim 4 and a light detector that detects an optical signal output from a transmission unit of the light emitting head.
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