JP5186660B2 - 光スイッチ素子及び光スイッチ - Google Patents

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Description

本発明は、光スイッチ素子及びこれを用いた光スイッチに関し、特に、光光ファイバセンサを用いた光スイッチ素子及びこれを用いた光スイッチに関する。
防爆領域などでは、スイッチの切り替え時に火花が発生するおそれがあるので、電気接点を有するスイッチを用いることができない。そのため、光を利用してオン／オフ状態を切り替える光スイッチが用いられる。
従来の光スイッチとして、発光素子からの光を光ファイバで防爆領域に導き、防爆領域に設けられた光スイッチを通過させ、光スイッチから戻ってくる出力光を光ファイバで防爆領域外へと導いて受光素子で受光し、受光した光量に応じてオン／オフ状態を判断するものが知られている。
上記従来の光スイッチとして、例えば特開２００１−２５０４６２号公報に示されるように、２本の光ファイバの端面同士を向かい合わせて両光ファイバ間に光を伝送させるように構成し、端面同士を十分に合わせて２本の光ファイバ間に伝送する光の端面における損失を小さくした状態と、端面同士をずらせて損失を大きくした状態とを、スイッチ部材の機械的な動作により制御するものが知られている。この光スイッチでは、スイッチ部材の動作状況に応じて、２本の光ファイバを伝送する光量によってオン／オフ状態を判別している。
しかし、これら従来の光スイッチにおいては、スイッチ動作を実現するために、例えばコア径が１ｍｍ程度の太い光ファイバが必要であり、さらにスイッチ動作が安定しないなどの欠点を有していた。
そこで、特開２００５−３３８３６０号公報には、ヘテロコア型の光ファイバセンサを用いた光スイッチが開示されている。この光スイッチにおいては、光ファイバセンサが接触する円盤状部材の外形に応じた大きな曲率となる状態をオン状態とし、光ファイバセンサが円盤状部材と接触せずに小さな曲率となる状態をオフ状態としている。そして、光ファイバセンサの曲率に応じてセンサ光の伝送損失が変化することを利用して、オン／オフ状態を判別している。
なお、ヘテロコア型の光ファイバセンサについては、国際公開９７／４８９９４号パンフレット及び特開２００３−２１４９０６号公報に詳細が開示されている。
上記特開２００５−３３８３６０号公報のように、光ファイバセンサの曲率に応じた光損失を検出してオン／オフ状態を判別する場合、オン状態又はオフ状態の少なくとも一方の状態で、光ファイバセンサが大きな曲率となる状態が生じる。
しかし、光ファイバセンサが大きな曲率となる状態が長時間継続すると、光ファイバセンサが破損するおそれが高くなるという問題がある。また、光ファイバセンサに馴染みが生じ、円盤状部材と接触しないときでも曲率が大きくなり、オン／オフ状態を誤判別するおそれが生じるという問題がある。
さらに、光ファイバセンサが大きな曲率となる状態では光損失が大きくなるので、複数個の光スイッチ素子を直列に接続した場合、光損失の総計が非常に大きくなり、Ｓ／Ｎ比が低下する。このため、各光スイッチ素子毎にオン／オフ状態を判別することが困難になるという問題がある。
本発明は、以上の点に鑑み、光ファイバセンサが大きな曲率となる状態が長時間継続することがない光スイッチ素子及び光スイッチを提供することを目的としている。
本発明の光スイッチ素子は、コア及び該コアの外周に積層されたクラッドを備える光ファイバと、該光ファイバに接続され、該光ファイバとの界面で伝送する光の一部を漏洩する光透過部材とを有し、入射端に入射されて前記光透過部材を通過した光を出射端から出射する光ファイバセンサ、及びスイッチのオン／オフ状態の１回の切り替え時に、前記光ファイバセンサの描く曲線の界面での曲率が、第１の曲率から第２の曲率に変動し、その後前記第１の曲率に戻るように前記光ファイバセンサの形状を規定するスイッチ部材を備えることを特徴とする。
本発明の光スイッチ素子によれば、スイッチのオン／オフ状態の１回の切り替え時に、光ファイバセンサの描く曲線の界面での曲率が、第１の曲率から第２の曲率に変動し、その後第１の曲率に戻る。このため、界面での曲率が第２の曲率を有する曲線を描く形状に光ファイバセンサが規定される時間は短い。従って、この形状に光ファイバセンサが馴染むおそれが少なく、スイッチのオン／オフ状態の切り替えの有無を誤判別するおそれが少なくなる。
なお、光ファイバセンサの描く曲線の界面での曲率は、第１の曲率から第２の曲率に変動した後に第１の曲率に戻るとき、第２の曲率に変動する前の第１の曲率と同じ曲率に必ずしも戻る必要はない。後述する受光部の検出精度を考慮して、前記曲線の界面での曲率が第２の曲率から第１の曲率に近い曲率まで戻ったと判別可能な程度の曲率に戻るものであればよい。
また、本発明の光スイッチ素子において、前記第２の曲率が前記第１の曲率より大きいことが好ましい。
この場合、界面での曲率が第１の曲率より大きな第２の曲率を有する曲線を描く形状に光ファイバセンサが規定される時間は短い。従って、光ファイバセンサが破損するおそれが少なくなる。
また、本発明の光スイッチ素子において、前記スイッチのオン状態からオフ状態への１回の切り替え時における前記スイッチ部材の動作方向と、前記スイッチのオフ状態からオン状態への１回の切り替え時における前記スイッチ部材の動作方向とが逆方向であり、前記スイッチのオン／オフ状態の２回の切り替えにより、前記スイッチ部材が元の位置に戻り、前記スイッチのオン状態からオフ状態への１回の切り替え時における前記第２の曲率と、前記スイッチのオフ状態からオン状態への１回の切り替え時における前記第２の曲率とが同一であることが好ましい。
この場合、スイッチのオン／オフ状態の２回の切り替えにより、スイッチ部材が元の位置に戻る。従って、スイッチ部材の別の動作を加えることなく、スイッチのオン／オフ状態の切り替えを連続して行うことができる。さらに、スイッチのオン状態からオフ状態への１回の切り替え時における第２の曲率と、スイッチのオフ状態からオン状態への１回の切り替え時における第２の曲率とが同一である。従って、界面での曲率が第２の曲率を有する曲線を描く形状に規定された光ファイバセンサにおける光損失を検出することにより、スイッチのオン状態からオフ状態への切り替えとオフ状態からオン状態への切り替えを共に検出することができる。
また、本発明の光スイッチ素子において、前記スイッチのオン状態からオフ状態への１回の切り替え時における前記スイッチ部材の動作方向と、前記スイッチのオフ状態からオン状態への１回の切り替え時における前記スイッチ部材の動作方向とが逆方向であり、前記スイッチのオン／オフ状態の２回の切り替えにより、前記スイッチ部材が元の位置に戻り、前記スイッチのオン状態からオフ状態への１回の切り替え時における前記第２の曲率と、前記スイッチのオフ状態からオン状態への１回の切り替え時における前記第２の曲率との何れか一方が前記第１の曲率より大きく、他の一方が前記第１の曲率より小さいことが好ましい。
この場合、スイッチのオン／オフ状態の２回の切り替えにより、スイッチ部材が元の位置に戻る。従って、スイッチ部材の別の動作を加えることなく、スイッチのオン／オフ状態の切り替えを連続して行うことができる。さらに、スイッチのオン状態からオフ状態への１回の切り替え時における第２の曲率と、スイッチのオフ状態からオン状態への１回の切り替え時における第２の曲率との何れか一方が第１の曲率より大きく、他の一方が第１の曲率より小さい。従って、光損失の変動が一旦増加するか一旦減少するかを検出することにより、スイッチのオン状態からオフ状態への切り替えとオフ状態からオン状態への切り替えを判別することができる。
また、本発明の光スイッチ素子において、前記光ファイバセンサに接して前記光ファイバセンサの形状を規制する規制部材と、該規制部材の変位を初期状態に復元する復元部材とを備え、前記スイッチのオン／オフ状態の１回の切り替え時に、前記スイッチ部材が第１の位置に位置すると共に、前記規制部材が第１の位置に位置し、前記曲線の界面での曲率が前記第１の曲率となるように前記光ファイバセンサの形状を前記規制部材が規制する第１の状態から、前記スイッチ部材が第２の位置に変位することにより、前記規制部材が第２の位置に変位し、前記曲線の界面での曲率が前記第２の曲率となるように前記光ファイバセンサの形状を前記規制部材が規制する第２の状態を経て、前記スイッチ部材が第３の位置に変位することにより、前記規制部材が前記復元部材の復元作用により前記第１の位置に復帰し、前記曲線の界面での曲率が前記第１の曲率となるように前記光ファイバセンサの形状を前記規制部材が規制する第３の状態になることが好ましい。
この場合、規制部材と復元部材とを用いて前記効果を有する光スイッチ素子を簡易に構成することが可能となる。
また、本発明の光スイッチ素子において、前記規制部材と前記復元部材が板バネから構成され一体化していることが好ましい。
この場合、光スイッチ素子をより簡易に構成することが可能となる。
また、本発明の光スイッチ素子において、前記光透過部材は、前記光ファイバのコア径と異なるコア径を有するヘテロコア部であることが好ましい。
この場合、光ファイバセンサの描く曲線の界面での曲率に光損失が依存するので、オン／オフ状態の切り替えの有無を高精度に判別することが可能となる。また、放電による融着などにより簡易に光透過部材を設けることが可能となる。
本発明の光スイッチは、前記本発明の光スイッチ素子と、請求項１から７の何れか１項に記載の光スイッチ素子と、前記光ファイバセンサの入射端に設けられた光源と、前記光ファイバセンサの出射端に設けられた受光部とを備え、前記受光部が受光した光量に基づき、前記光ファイバセンサを伝送された光の損失の変動とその復元を検出することにより、前記スイッチのオン／オフ状態の１回の切り替えを行う。
本発明の光スイッチによれば、前記本発明の光スイッチ素子が有する効果を備えた光スイッチを得ることができる。
また、本発明の光スイッチにおいて、前記光スイッチ素子が直列に複数個接続されていることが好ましい。
この場合、各光スイッチ素子のオン／オフ状態の１回の切り替えを、光ファイバセンサを伝送された光の損失の変動とその復元を検出することにより行う。そのため、前記従来の光スイッチ素子を直列に複数個接続した場合に比べて、オン／オフ状態を判別する際に検出する光損失が小さいので、Ｓ／Ｎ比が向上し、各光スイッチ素子のオン／オフ状態の切り替えを高精度に判別することが可能となる。
また、本発明の光スイッチ素子において、前記変動する光損失量が、前記複数個の光スイッチ素子間において互いに異なるが好ましい。
この場合、変動する光の損失量を検出することにより、オン／オフ状態が切り替えられたスイッチ素子を判別することが可能となる。
また、本発明の光スイッチ素子において、前記変動する光損失速度が、前記複数個の光スイッチ素子間において互いに異なることが好ましい。
この場合、変動する光の損失速度を検出することにより、オン／オフ状態が切り替えられたスイッチ素子を判別することが可能となる。
本発明の第１実施形態に係る光スイッチの構成を示す模式図である。 光スイッチ素子の構成を模式的に示し、（ａ）は上面図、（ｂ）は部分斜視図である。 光ファイバセンサのセンサ部近傍を概念的に示し、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は長手方向断面図である。 （ａ）及び（ｂ）は、入力スイッチの押し込み動作に伴う、光スイッチ素子の動作を説明する模式図である。 （ａ）及び（ｂ）は、入力スイッチの押し出され動作に伴う、光スイッチ素子の動作を説明する模式図である。 光スイッチのオン／オフ状態の別と、光スイッチ素子における光損失に対応する出力信号との対応と示すタイミングチャートである。 （ａ）及び（ｂ）は、本発明の第１実施形態に係る光スイッチ素子の他の例に係るセンサ部近傍の長手方向断面図である。 本発明の第２実施形態に係る光スイッチの構成を示す模式図である。 ２個の光スイッチ素子が直列に接続された光スイッチの各光スイッチ素子のオン／オフ状態の別と、光スイッチ全体の光損失に対応する出力信号との対応を示すタイミングチャートである。 （ａ）から（ｄ）は、本発明の第３実施形態に係る光スイッチ素子の要部の構成を示す模式図である。 ２個の光スイッチ素子が直列に接続された光スイッチの各光スイッチ素子のオン／オフ状態の別と、光スイッチ全体の光損失に対応する出力信号との対応を示すタイミングチャートである。 本発明の第５実施形態に係る光スイッチ素子の構成を模式的に示し、（ａ）は上面図、（ｂ）は部分斜視図、（ｃ）は側面図でである。 （ａ）は、入力スイッチの押し込み動作に伴う、光スイッチ素子の動作を説明する模式図であり、（ｂ）は、入力スイッチの押し出され動作に伴う、光スイッチ素子の動作を説明する模式図である。 光スイッチのオン／オフ状態の別と、光スイッチ素子における光損失に対応する出力信号との対応と示すタイミングチャートである。
以下に、本発明の光スイッチ素子及びこれを用いた光スイッチに係る実施形態について、図面を参照して説明する。
〔第１実施形態〕
図１を参照して、本発明の第１実施形態に係る光スイッチは、光ファイバ２０ａ，２０ｂを含み構成された光ファイバセンサ（センサファイバ）の一部が収容された光スイッチ素子ＳＷと、光ファイバセンサの光入射端である光ファイバ２０ａ端部に設けられた光源１１と、光ファイバセンサの光出射端である光ファイバ２０ｂ端部に設けられた受光部１２とを備えている。また、光スイッチ素子ＳＷには、スイッチのオン／オフ切り替えのためのスイッチ部材である入力ボタンＢが設けられている。
光源１１は、例えば、半導体発光ダイオード（ＬＥＤ）や半導体レーザなどの発光素子を有しており、センサ光を出射する。受光部１２は、例えば、フォトダイドード（ＰＤ）や電荷結合素子（ＣＣＤ）などの受光素子を有する光マルチメータであり、光出射端から出射されるセンサ光を検出する。
図２（ａ）及び図２（ｂ）を参照して、光ファイバセンサは、光ファイバ２０ａ，２０ｂと、該光ファイバ２０ａ，２０ｂの中途部に接続され、光ファイバ２０ａ，２０ｂとの界面４０（図３（ｂ）参照）で伝送する光の一部を漏洩する光透過部材であるセンサ部ＳＰとから構成されている。
光ファイバセンサは、センサ部ＳＰを含む部分が光スイッチ素子ＳＷの筐体１に収容されている。ここでは、光ファイバセンサ、より正確には光ファイバセンサが描く曲線は、筐体１内でΩ字状となるように規定されている。なお、光ファイバセンサは、Ｕ字状やリング状などの形状に規定されていてもよい。また、光ファイバセンサは、筐体１内で１又は複数周回していてもよい。
図３（ａ）及び図３（ｂ）を参照して、光ファイバ２０ａ，２０ｂは、コア２１と、該コア２１の外周に設けられたクラッド２２とを有する。センサ部ＳＰはヘテロコア部３０から構成されている。ヘテロコア部３０は、光ファイバ２０ａ，２０ｂのコア径ａｌと異なるコア径ｂｌを有するコア３１と、その外周に設けられたクラッド３２とを有している。
光ファイバ２０ａ，２０ｂとして、例えば、コア径ａｌが９μｍ程度のシングルモードファイバ、あるいはコア径ａｌが５０μｍ程度のマルチモードファイバを用いることができる。
ヘテロコア部３０におけるコア径ｂｌは、光ファイバ２０ａ，２０ｂのコア径ａｌより十分に小さく、例えば、コア径ａｌが９μｍのとき、コア径ｂｌは５μｍである。また、ヘテロコア部３の長さｃｌは、１ｍｍ乃至数ｃｍであり、例えば０．７ｍｍ乃至２．０ｍｍ程度である。なお、ヘテロコア部３の長さｃｌは、コア径ａｌ，ｂｌによっても、好ましい範囲が異なる。
光ファイバ２０ａ，２０ｂとセンサ部ＳＰを構成するヘテロコア部３０は、長手方向に直交する界面４０でコア２１，３１同士が接合するように略同軸に、例えば、汎用化されている放電による融着などにより、接合されている。
光ファイバ２０ａ，２０ｂの中途部にヘテロコア型のセンサ部ＳＰが接合されてなる構成を有する光ファイバセンサにおいて、センサ部ＳＰのコア径ｂｌと光ファイバ２０ａ，２０ｂのコア径ａｌとが界面４０で異なっている。この界面４０でのコア径の差に起因して、光ファイバセンサを伝送される光の一部がセンサ部ＳＰのクラッド３２へ漏洩し、リーク光Ｗが発生する。
コア径ａｌ，ｂｌの相違が小さくなるようにコア２１，３１の組み合わせを設定すると、リークＷが小さくなり、大部分の光は再びコア２１に入射し、伝送される光の損失（ロス）が小さくなる。コア径ａｌ，ｂｌの差が大きくなるようにコア２１，３１の組み合わせを設定すると、リークＷが大きくなり、伝送されるセンサ光の損失が大きくなる。
ヘテロコア型のセンサ部ＳＰを有する光ファイバセンサにおいて、リークＷの大きさ、即ちセンサ光の損失量は、センサ部ＳＰ近傍の光ファイバセンサの曲率、より正確には、光ファイバセンサが描く曲線の界面４０での曲率の変動により鋭敏に変化し、曲率が大きいほど大きくなる。
図３（ａ）及び図３（ｂ）を参照して、光スイッチ素子ＳＷは、板バネ２ａ，２ｂとバネ弾き部材３とを有する。入力ボタンＢの動作に伴い、板バネ２ａ，２ｂ及びバネ弾き部材３が動作する。入力ボタンＢは、スイッチのオン／オフ状態の切り替え時に動作される部材であると共に、光ファイバセンサの描く曲線の形状を制御する部材でもある。入力ボタンＢは、スイッチのオン／オフ状態の１回の切り替え時に、筐体１内に押し込まれる方向（図中左方向）、あるいは筐体１内から押し出される方向（図中右方向）に、所定距離だけ移動するよう一方向に動作する。
入力ボタンＢは、スイッチのオン／オフ状態の１回の切り替え時に、光ファイバセンサが描く曲線の形状を変動させ、光ファイバセンサが描く曲線の界面４０での曲率を変化させることにより、光ファイバセンサを伝送する光の損失を変動させ、当該損失を変動させた後に、光ファイバセンサが描く曲線の形状を元に戻して、光損失を元に戻すように、板バネ２ａ，２ｂ及びバネ弾き部材３を動作させる。
なお、入力ボタンＢを動作させる構成は任意である。例えば、操作者が入力ボタンＢを直接又は間接的に動作させるものであっても、自動的又は操作者による入力等によって機械的、電気的、磁気的等に入力ボタンＢを動作させるものであってもよい。
板バネ２ａ，２ｂは、光ファイバセンサに接して、光ファイバセンサの描く曲線の形状を規制する規制部材である。板バネ２ａ，２ｂは、互いの間に所定の距離を隔てて平行に配置されており、その基端部がそれぞれ筐体１に固定されている。板バネ２ａ，２ｂは、バネ弾き部材３に先端部が押圧されることによって基端部を支点として動作し、先端部の位置が変動する。なお、板バネ２ａ，２ｂの先端部の移動距離は、例えば、数ｍｍから数ｃｍである。板バネ２ａ，２ｂは、外力が作用しない第１の状態では、光ファイバセンサが描く曲線の界面４０での曲率が曲率Ｒ１（第１の曲率）となる第１の位置に位置するように、具体的には図中垂直状態となるように構成されている。板バネ２ａ，２ｂは、第１の位置から位置変動したとき、第１の位置へ戻るように自身のバネ力が作用する復元機能を有しており、復元部材でもある。
バネ弾き部材３は、板バネ２ａ，２ｂの離間方向を長手方向とする棒状部材からなり、板バネ２ａ，２ｂを弾くための突起部３ａ，３ｂが設けられている。バネ弾き部材３の棒状部材は、その一部が筐体１の外へ突出しており、その端部が入力ボタンＢとなっている。即ち、入力ボタンＢは、バネ弾き部材３に一体的に設けられている。なお、バネ弾き部材３は、図示しないガイド等によって、その長手方向（図中左右方向）に摺動自在に構成されている。
スイッチのオン／オフ状態の切り替え時に入力ボタンＢが押し込まれると、バネ弾き部材３は、図中左方向に動作する。これにより、バネ弾き部材３の突起部３ａ，３ｂが左方向に板バネ２ａ，２ｂを弾く。このとき、板バネ２ａ，２ｂは、光ファイバセンサの描く曲線の形状を変動させて光ファイバセンサを伝送される光の損失を変動させ、当該損失を変動させた後に前記曲線の形状の変動を元に戻して、光損失を元に戻すように動作する。
次に、光スイッチ素子ＳＷの動作について詳細に説明する。
スイッチのオン／オフ状態の切り替えを行うために、入力ボタンＢを図中左方向に押し込み、図２（ａ）に示す状態から図４（ａ）に点線で示す状態に動作させる。このとき、バネ弾き部材３の突起部３ａ，３ｂの先端がそれぞれ板バネ２ａ，２ｂに当接する。この間、板バネ２ａ，２ｂは、変形せずに第１の位置を維持している。従って、光ファイバセンサは、第１の位置に位置する板バネ２ａ，２ｂに挟まれて所定の形状に規定され、光ファイバセンサが描く曲線の界面４０での曲率が曲率Ｒ１となる第１の状態を維持し、光ファイバセンサを伝送する光の損失量も一定値に保たれる。
さらに、入力ボタンＢを押し込み、図４（ａ）に実線で示す状態に動作させる。このとき、バネ弾き部材３の突起部３ａ，３ｂの先端がそれぞれ板バネ２ａ，２ｂに引っかかり、板バネ２ａ，２ｂが押圧されて実線で示す第２の位置に変位する。このとき、板バネ２ｂが光ファイバセンサを押圧し図中左方向に押し込み、光ファイバセンサが描く曲線の形状が変化する。これにより、光ファイバセンサが描く曲線の界面４０での曲率が曲率Ｒ１から曲率Ｒ２（第２の曲率）に増加する第２の状態となり、光ファイバセンサを伝送する光の損失量が増加する。
なお、バネ弾き部材３が押し込まれたとき、板バネ２ａも突起部３ａに押圧されて変位するが、この方向の変位は光ファイバセンサから離間する方向であり、板バネ２ａに規制された部分の光ファイバセンサが描く曲線の形状には影響を与えない。ただし、板バネ２ａに規制された部分の光ファイバセンサが描く曲線の形状が多少変化するものであってもよい。また、形状の変化が大きくなる場合には、図示しないが、光ファイバセンサに接して形状の変化を規制する部材を設けてもよい。
さらに、入力ボタンＢを押し込み、図４（ａ）に実線で示す状態（図４（ｂ）に点線で示す状態と同じ）から図４（ｂ）に実線で示す状態に動作させる。このとき、バネ弾き部材３の突起部３ａ，３ｂの板バネ２ａ，２ｂに対する引っかかりがそれぞれ外れて、板バネ２ａ，２ｂが元の第１の位置に戻る。このとき、板バネ２ｂによる光ファイバセンサの押圧がなくなり、光ファイバセンサが描く曲線の形状が元に戻り、光ファイバセンサが描く曲線の界面４０での曲率が曲率Ｒ２から曲率Ｒ１に戻って第３の状態となり、光ファイバセンサを伝送する光の損失量も、元の大きさに戻る。
なお、端部に入力ボタンＢを一体化して備えるバネ弾き部材３は、図４（ｂ）に実線で示す状態で図示しない係止機構などにより位置を保持、固定されるように構成されている。
以上の入力ボタンＢの押し込み動作により、スイッチをオン状態からオフ状態に、あるいはオフ状態からオン状態に、切り替えることに対応付けることができる。
入力ボタンＢをさらにもう少し押し込むことで、係止機構による位置の保持、固定が解除され、図示しないバネの作用などによって徐々に押し戻され、図２（ａ）に示す元の位置に戻るように構成されている。以下、このときの光スイッチ素子ＳＷの動作について説明する。
スイッチのオン／オフ状態の切り替えを行うために、入力ボタンＢがさらに押し込まれて係止機構による位置の保持、固定が解除されると、入力ボタンＢを図中右方向に徐々に押し戻され、図５（ａ）に点線で示す状態に動作される。このとき、バネ弾き部材３の突起部３ａ，３ｂの先端がそれぞれ板バネ２ａ，２ｂに当接する。この間、板バネ２ａ，２ｂは、変形せずに第１の状態を保っており、光ファイバセンサは板バネ２ａ，２ｂに挟まれて所定の形状に規制され、光ファイバセンサが描く曲線の界面４０での曲率が曲率Ｒ１となる第３の状態（請求項５に記載された発明における第１の状態）を維持し、光ファイバセンサを伝送する光の損失量も一定値に保たれる。
さらに、入力ボタンＢは押し戻され、図５（ａ）に実線で示す状態に動作される。このとき、バネ弾き部材３の突起部３ａ，３ｂの先端がそれぞれ板バネ２ａ，２ｂに引っかかり、板バネ２ａ，２ｂが押圧されて実線で示す第４の位置（請求項５に記載された発明における第２の位置）に変位する。このとき、板バネ２ａが光ファイバセンサを押圧して、光ファイバセンサが描く曲線の形状が変化し、光ファイバセンサが描く曲線の界面４０での曲率が曲率Ｒ１から曲率Ｒ２に増加する第２の状態（請求項５に記載された発明における第２の状態）となり、光ファイバセンサを伝送する光の損失量が増加する。
なお、バネ弾き部材３が押し込まれたとき、板バネ２ｂも突起部３ｂに押圧されて変位するが、この方向の変位は光ファイバセンサから離間する方向であり、板バネ２ｂに規制された部分の光ファイバセンサが描く曲線の形状には影響を与えない。ただし、板バネ２ｂに規制された部分の光ファイバセンサが描く曲線の形状が多少変化するものであってもよい。また、形状の変化が大きくなる場合には、図示しないが、光ファイバセンサに接して形状の変化を規制する部材を設けてもよい。
さらに、入力ボタンＢが押し戻され、図５（ａ）に実線で示す状態（図５（ｂ）に点線で示す状態と同じ）から図５（ｂ）に実線で示す状態に動作させる。このとき、バネ弾き部材３の突起部３ａ，３ｂの板バネ２ａ，２ｂに対する引っかかりがそれぞれ外れて、板バネ２ａ，２ｂが元の第１の位置に戻る。このとき、板バネ２ａによる光ファイバセンサの押圧がなくなり、光ファイバセンサが描く曲線の形状が元に戻り、光ファイバセンサが描く曲線の界面４０での曲率が曲率Ｒ２から曲率Ｒ１に戻って、第１の状態（請求項５に記載された発明における第３の状態）となり、光ファイバセンサを伝送する光の損失量も、元の大きさに戻る。
バネ弾き部材３は、図５（ｂ）に実線で示す状態で再びその位置を保持、固定するように構成されている。以上の入力ボタンＢの動作により、スイッチをオフ状態からオン状態に、あるいは、オン状態からオフ状態に、切り替えることに対応付けることができる。
光スイッチ素子ＳＷにおいては、入力ボタンＢの１回の押し込み動作を、スイッチのオフ状態からオン状態への１回の切り替えに対応付ける場合、入力ボタンＢの１回の押し出し（押し戻し）動作を、スイッチのオン状態からオフ状態への１回の切り替えに対応付けることができる。逆に、入力ボタンＢの１回の押し込み動作を、スイッチのオン状態からオフ状態への１回の切り替えに対応付ける場合、入力ボタンＢの１回の押し出し動作を、スイッチのオフ状態からオン状態への１回の切り替えに対応付けることができる。
即ち、現状のスイッチの状態を別途定義しておき、その定義した状態から、スイッチのオン／オフ状態の切り替えの有無及びその回数を識別することにより、任意の状態でのスイッチのオン／オフ状態の別を識別することができる。従って、光スイッチ素子ＳＷは、使用開始時に、スイッチのオン／オフの初期状態を定義、設定してから使用することになる。
図６に示すタイミングチャートを参照して、例えば、時刻Ｔ０において、光スイッチ素子ＳＷが、図２（ａ）に示す第１の状態をオフ状態と定義する。この第１の状態における光スイッチ素子ＳＷの光損失に対応する出力信号ＳＧを測定する。ここでは、出力信号ＳＧは、光源１１から一定のセンサ光を出射し、光スイッチ素子ＳＷが第１の状態であるときに、受光部１２が受光した光量を基準としている。出力信号ＳＧは、光スイッチ素子ＳＷが第１の状態であるときより、光スイッチ素子ＳＷでの光損失が増加し、受光部１２が受光した光量が減少したとき、正の値となり、光スイッチ素子ＳＷでの光損失が減少し、受光部１２が受光した光量が増加したとき、負の値となる。
期間Ｔ１においては、出力信号ＳＧが一定であり、光スイッチ素子ＳＷは、第１の状態から変動せず、オフ状態が継続している。
時刻Ｔ２において、光スイッチ素子ＳＷの入力ボタンＢが１回押し込まれると、出力信号ＳＧの信号値が一旦増加した後、元の値に戻る。このような出力信号ＳＧの変動を測定したとき、光スイッチ素子ＳＷの状態が変動した、具体的には、第１の状態から第２の状態を経て第３の状態に変動したと判別する。そして、ここでは、この変動により、光スイッチ素子ＳＷがオフ状態からオン状態に切り替えられたことを識別する。
期間Ｔ３においては、出力信号ＳＧが一定であり、光スイッチ素子ＳＷは、第３の状態から変動せず、オン状態が継続している。
時刻Ｔ４において、光スイッチ素子ＳＷの入力ボタンＢが１回押し出されると、時刻Ｔ２と同様に、出力信号ＳＧの信号値が一旦増加した後、元の値に戻る。このような出力信号ＳＧの変動を測定したとき、光スイッチ素子ＳＷの状態が変動した、具体的には、第３の状態から第４の状態を経て第１の状態に変動したと判別する。そして、ここでは、この変動により、光スイッチ素子ＳＷがオン状態からオフ状態に切り替えられたことを識別する。
期間Ｔ５においては、出力信号ＳＧが一定であり、光スイッチ素子ＳＷは、第１の状態から変動せず、オフ状態が継続している。
以上の説明したように、光スイッチ素子ＳＷは、スイッチのオン／オフ状態の１回の切り替え時に、光ファイバセンサの描く曲線の界面４０での曲率が曲率Ｒ１となる第１の状態から、前記曲線の界面４０での曲率が曲率Ｒ２に変動した第２の状態を経た後、前記曲線の界面４０での曲率が曲率Ｒ１に戻る第３の状態となるよう、入力ボタンＢが一方向（図中左方向）に動作することにより、板バネ２ａ，２ｂが光ファイバセンサの形状を規定する。
また、光スイッチ素子ＳＷは、スイッチのオン／オフ状態の１回の切り替え時に、光ファイバセンサの描く曲線の界面４０での曲率が曲率Ｒ１となる第３の状態から、前記曲線の界面４０での曲率が曲率Ｒ２に変動した第４の状態を経た後、前記曲線の界面４０での曲率が曲率Ｒ１に戻る第１の状態となるよう、入力ボタンＢが一方向（図中右方向）に動作することにより、板バネ２ａ，２ｂが光ファイバセンサの形状を規定する。
これらのため、オン／オフの切り替え時に曲率が変動するだけであり、従来のようにオン状態とオフ状態の何れか少なく一方において曲率が大きくなる状態が長期間持続することを回避することができる。
また、前記曲線の界面４０での曲率が曲率Ｒ２と大きくなる形状に光ファイバセンサが規定される時間が短い。このため、光ファイバセンサがこの形状に馴染むおそれが少なく、スイッチのオン／オフ状態の切り替えの有無を誤判別するおそれが少ない。また、光ファイバセンサが破損するおそれが少ない。
また、ヘテロコア部３０から構成されたセンサ部ＳＰを有する光センサファイバを用いることにより、再現性よく光損失を検知することができ、安定したスイッチのオン／オフ状態を高精度に判別することができる。また、光スイッチ素子ＳＷは、電気接点を用いていないので防爆性を有している。
なお、前記曲線の界面４０での曲率が曲率Ｒ１，Ｒ２から多少変化しても、オン／オフ状態を正確に判別できる。そのため、スイッチの繰り返しによる各状態での光ファイバセンサの形状や前記曲線の界面４０での曲率は厳密に一定である必要はない。
なお、センサ部ＳＰとして、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示したヘテロコア部３０以外の構成を採用してもよい。
例えば、図７（ａ）を参照して、センサ部ＳＰは、ヘテロコア部３０のコア３１の径ｂｌが、光ファイバ２０ａ，２０ｂのコア２１の径ａｌよりも大きくなるように構成されていてもよい。
図７（ｂ）を参照して、センサ部ＳＰは、光ファイバ２０ａ，２０ｂのコア２１の屈折率あるいはクラッド２２の屈折率と同等の屈折率を持つ材料から構成されていてもよい。なお、この場合も、センサ部ＳＰは、コア３１の径が、０あるいはクラッド３２の径と同じである一種のヘテロコア構造であると考えることが可能である。
〔第２実施形態〕
図８を参照して、本発明の第２実施形態に係る光スイッチは、複数個の光スイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３が直列に光ファイバ２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ．・・・，２０ｘ間に設けられた１本の光ファイバセンサを有して構成されている。なお、直列に接続される光スイッチ素子の個数は、限定されない。
光ファイバセンサの光入射端である光ファイバ２０ａ端部に光源１１が設けられ、光ファイバセンサの光出射端である光ファイバ２０ｘ端部に受光部１２が設けられている。
複数個の光スイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３には、それぞれのスイッチのオン／オフ切り替えのための入力ボタンＢ１，Ｂ２，Ｂ３が設けられている。各光スイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３は、第１実施形態の光スイッチ素子ＳＷと同様に構成されている。
ここで、複数個の光スイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３において、スイッチのオン／オフ状態の切り替え時において変動される損失の大きさが光スイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３間で互いに異なるように構成されている。例えば、光スイッチ素子ＳＷ１がオン／オフ状態の切り替え時において変動する光損失が０．１ｄＢ、光スイッチ素子ＳＷ２のオン／オフ状態の切り替え時において変動する光損失が０．２ｄＢ、光スイッチ素子ＳＷ３のオン／オフ状態の切り替え時において変動する光損失が０．４ｄＢとなるように構成されている。
これは、各光スイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３において、オン／オフ状態の切り替え時に、光ファイバセンサが描く曲線の界面４０での曲率Ｒ１，Ｒ２の大きさを互いに異ならせることにより実現可能である。
以下、２個の光スイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ２が直列に設けられた１本の光ファイバセンサを有して構成された光スイッチを例に挙げて説明する。
図９に示すタイミングチャートを参照して、例えば、時刻Ｔ０において、各光スイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ２が共に図２（ａ）に示す第１の状態をオフ状態と定義する。この第１の状態における各光スイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ２の光損失の総計に対応する出力信号ＳＧを測定する。
期間Ｔ１においては、出力信号ＳＧが一定であり、光スイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ２は共に、第１の状態から変動せず、オフ状態が継続している。
時刻Ｔ２において、光スイッチ素子ＳＷ１の入力ボタンＢ１が１回押し込まれると、出力信号ＳＧ信号値が光スイッチ素子ＳＷ１の光損失に対応する大きさだけ一旦増加した後、元の値に戻る。このような出力信号ＳＧの変動を測定したとき、光スイッチ素子ＳＷ１の状態が変動した、具体的には、第１の状態から第２の状態を経て第３の状態に変動したと判別する。そして、ここでは、光スイッチ素子ＳＷ１がオフ状態からオン状態に切り替えられたことを識別する。
期間Ｔ３においては、出力信号ＳＧが一定であり、光スイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ２は共に状態が変動せず、光スイッチ素子ＳＷ１はオン状態が継続し。光スイッチ素子ＳＷ２はオフ状態が継続している。
時刻Ｔ４において、光スイッチ素子ＳＷ２の入力ボタンＢ２が１回押し込まれると、出力信号ＳＧの信号値が光スイッチ素子ＳＷ２の光損失に対応する大きさだけ一旦増加した後、元の値に戻る。このような出力信号ＳＧの変動を測定したとき、光スイッチ素子ＳＷ２の状態が変動した、具体的には、第１の状態から第２の状態を経て第３の状態に変動したと判別する。そして、ここでは、光スイッチ素子ＳＷ２がオフ状態からオン状態に切り替えられたことを識別する。
期間Ｔ５においては、出力信号ＳＧが一定であり、光スイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ２は共に、第３の状態から変動せず、オン状態が継続している。
時刻Ｔ６において、光スイッチ素子ＳＷ２の入力ボタンＢ２が１回押し出されると、出力信号ＳＧの信号値が光スイッチ素子ＳＷ２の光損失に対応する大きさだけ一旦増加した後、元の値に戻る。このような出力信号ＳＧの変動を測定したとき、光スイッチ素子ＳＷ２の状態が変動した、具体的には、第３の状態から第４の状態を経て第２の状態に変動したと判別する。そして、ここでは、光スイッチ素子ＳＷ２がオン状態からオフ状態に切り替えられたことを識別する。
期間Ｔ７においては、出力信号ＳＧが一定であり、光スイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ２は共に状態が変動せず、光スイッチ素子ＳＷ１はオン状態が継続し。光スイッチ素子ＳＷ２はオフ状態が継続している。
時刻Ｔ８において、光スイッチ素子ＳＷ１の入力ボタンＢ１が１回押し出されると、出力信号ＳＧの信号値が光スイッチ素子ＳＷ１の光損失に対応する大きさだけ一旦増加した後、元の値に戻る。このような出力信号ＳＧの変動を測定したとき、光スイッチ素子ＳＷ１の状態が変動した、具体的には、第３の状態から第４の状態を経て第２の状態に変動したと判別する。そして、ここでは、光スイッチ素子ＳＷ１がオン状態からオフ状態に切り替えられたことを識別する。
期間Ｔ９においては、出力信号ＳＧが一定であり、光スイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ２は共に、第１の状態から変動せず、オン状態が継続している。
以上説明したように、各光スイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ２のオン／オフ状態の１回の切り替えを、光ファイバセンサを伝送された光の損失の変動とその復元を検出することにより行う。そのため、前記従来の光スイッチ素子を直列に複数個接続した場合に比べて、オン／オフ状態を判別する際に検出する光損失が小さいので、Ｓ／Ｎ比が向上し、各光スイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ２のオン／オフ状態を高精度に判別することが可能となる。
また、変動する光の損失量を検出することにより、オン／オフ状態が切り替えられたスイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ２が何れであるか判別することができる。
〔第３実施形態〕
本発明の第３実施形態に係る光スイッチは、第２実施形態に係る光スイッチと同様に、図８を参照して、複数個の光スイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３が直列に光ファイバ２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ上に設けられた１本の光ファイバセンサを有して構成されている。
各光スイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３は、第１実施形態の光スイッチ素子ＳＷと類似に構成されている。各光スイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３は、スイッチのオン／オフ状態の切り替え時において変動される光損失の変化速度が光スイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３間で互いに異なるように構成されている。例えば、光スイッチ素子ＳＷ１におけるオン／オフ状態の切り替え時に変動される光損失の変化速度が、光スイッチ素子ＳＷ２におけるオン／オフ状態の切り替え時に変動される光損失の変化速度より小さくなるように構成されいる。
これは、図１０（ａ）から図１０（ｄ）を参照して、例えば、各光スイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ２において、バネ弾き部材３と別個に入力ボタンＢを一体的に備えた入力部材４を設け、バネ弾き部材３と入力部材４とを滑り面で滑動可能に保持し、入力ボタンＢの入力を滑り面で滑らせながらバネ弾き部材３に伝達し、オン／オフ状態の切り替えを行う構成として、滑り面の角度をスイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ２毎に変えることにより実現可能である。
バネ弾き部材３の滑り面３ｓが入力部材４の滑り面４ｓと接するように構成されている。バネ弾き部材３と入力部材４とは保持部５等により位置が保持され、それぞれ所定の方向のみに往復移動可能なように規制されている。入力部材４が矢印の方向に押し込まれると、図１０（ｂ）に示すように、バネ弾き部材３と入力部材４が滑り面３ｓ，４ｓで滑動し、バネ弾き部材３は滑り面３ｓで滑りながら入力部材４の押し込まれる方向と直交する方向（図２（ａ）中左方向）に動作する。
図１０（ｃ）に示すバネ弾き部材３及び入力部材４の構成も図１０（ａ）と同様の構成である。図１０（ｃ）に示す入力部材４が矢印の方向に押し込まれると、図１０（ｄ）に示すように、バネ弾き部材３と入力部材４が滑り面３ｓ，４ｓで滑動し、バネ弾き部材３は滑り面３ｓで滑りながら入力部材４の押し込まれる方向と直交する方向（図２（ａ）中左方向）に動作する。
図１０（ａ）及び図１０（ｂ）における滑り面３ｓ，４ｓの角度は、図１０（ｃ）及び図１０（ｄ）における滑り面３ｓ，４ｓの角度と異なっている。図１０（ｂ）において入力部材４が所定距離だけ押し込まれたときのバネ弾き部材３の移動距離ｄ１は、図１０（ｄ）において入力部材４が同じ所定距離だけ押し込まれたときのバネ弾き部材３の移動距離ｄ２より小さくなるように構成されている。
従って、入力部材４が所定距離だけ押し込まれるのに要する時間が同じであるとき、図１０（ａ）及び図１０（ｂ）に示す構成を有する光スイッチ素子ＳＷ１がオン／オフ状態の切り替え時に変動する光損失の変化速度は、図１０（ｃ）及び図１０（ｄ）に示す構成を有する光スイッチ素子ＳＷ２のオン／オフ状態の切り替え時に変動する光損失の変化策度より小さくなる。
図１１に示すタイミングチャートを参照して、例えば、時刻Ｔ０において、光スイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ２が、共に図２（ａ）に示す第１の状態をオフ状態との定義する。この第１の状態における光スイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ２の光損失の総計に対応する出力信号ＳＧを測定する。
期間Ｔ１においては、出力信号ＳＧが一定であり、光スイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ２は、共に第１の状態から変動せず、オフ状態が継続している。
時刻Ｔ２において、光スイッチ素子ＳＷ１の入力ボタンＢ１が１回押し込まれると、出力信号ＳＧの信号値が光スイッチ素子ＳＷ１の光損失に対応する大きさだけ一旦増加した後、元の値に戻る。ここで、出力信号ＳＧの信号値の変化速度が相対的に遅いことから光スイッチ素子ＳＷ１の状態が変動した、具体的には、第１の状態から第２の状態を経て第３の状態に変動したことを判別する。そして、ここでは、この変動により、光スイッチ素子ＳＷ１がオフ状態からオン状態に切り替えられことを識別する。
期間Ｔ３においては、出力信号ＳＧが一定であり、光スイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ２は共に、状態が変動せず、光スイッチ素子ＳＷ１はオン状態が継続し。光スイッチ素子ＳＷ２はオフ状態が継続している。
時刻Ｔ４において、光スイッチ素子ＳＷ２の入力ボタンＢ２が１回押し込まれると、出力信号ＳＧの信号値が光スイッチ素子ＳＷ２の光損失に対応する大きさだけ一旦増加した後、元の値に戻る。ここで、出力信号ＳＧの信号値の変化速度が相対的に速い（時刻Ｔ２における出力信号ＳＧの信号値の変化速度より速い）ことから光スイッチ素子ＳＷ２の状態が変動した、具体的には、第１の状態から第２の状態を経て第３の状態に変動したことを判別する。そして、ここでは、この変動により、光スイッチ素子ＳＷ２がオフ状態からオン状態に切り替えられたことを識別する。
期間Ｔ５においては、出力信号ＳＧが一定であり、光スイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ２は共に、第３の状態から変動せず、オン状態が継続している。
時刻Ｔ６において、光スイッチ素子ＳＷ２の入力ボタンＢ２が１回押し出されると、出力信号ＳＧの信号値が光スイッチ素子ＳＷ２の光損失に対応する大きさだけ一旦増加した後、元の値に戻る。ここで、出力信号ＳＧの信号値の変化速度が相対的に速いことから光スイッチ素子ＳＷ２の状態が変動した、具体的には、第３の状態から第４の状態を経て第１の状態に変動したことを判別する。そして、ここでは、この変動により、光スイッチ素子ＳＷ２がオン状態からオフ状態に切り替えられたことを識別する。
期間Ｔ７においては、出力信号ＳＧが一定であり、光スイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ２は共に、状態が変動せず、光スイッチ素子ＳＷ１はオン状態が継続し。光スイッチ素子ＳＷ２はオフ状態が継続している。
時刻Ｔ８において、光スイッチ素子ＳＷ１の入力ボタンＢ１が１回押し出されると、出力信号ＳＧの信号値が光スイッチ素子ＳＷ１の光損失に対応する大きさだけ一旦増加した後、元の値に戻る。ここで、出力信号ＳＧの信号値の変化速度が相対的に遅いことから光スイッチ素子ＳＷ１の状態が変動した、具体的には、第３の状態から第４の状態を経て第１の状態に変動したことを判別する。そして、ここでは、この変動により、光スイッチ素子ＳＷ１がオン状態からオフ状態に切り替えられたことを識別する。
期間Ｔ９においては、出力信号ＳＧが一定であり、光スイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ２は共に、第１の状態から変動せず、オフ状態が継続していることが示されている。
以上説明したように、各光スイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ２のオン／オフ状態の１回の切り替えを、光ファイバセンサを伝送された光の損失の変動とその復元を検出することにより行う。そのため、前記従来の光スイッチ素子を直列に複数個接続した場合に比べて、オン／オフ状態を判別する際に検出する光損失が小さいので、Ｓ／Ｎ比が向上し、各光スイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ２のオン／オフ状態を高精度に判別することが可能となる。
また、変動する光の損失速度を検出することにより、オン／オフ状態が切り替えられたスイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ２が何れであるか判別することができる。
〔第５実施形態〕
本発明の第５実施形態に係る光スイッチは、第１実施形態に係る光スイッチと同様に、図１を参照して、光スイッチ素子ＳＷ、光源１１及び受光部１２とを備えている。
光スイッチ素子ＳＷは、第１実施形態に係る光スイッチ素子ＳＷと同様に、光ファイバ２０ａ，２０ｂ及びその中途部に設けられたセンサ部ＳＰからなる光ファイバセンサと、スイッチのオン／オフ切り替えのための入力ボタンＢを備えている。光ファイバセンサは、センサ部ＳＰを含む部分が光スイッチ素子ＳＷの筐体１に収容されている。
図１２（ａ）及び図１２（ｂ）を参照して、光スイッチ素子ＳＷは、板バネ６とバネ弾き部材７とを有する。入力ボタンＢの動作に伴い、板バネ６及びバネ弾き部材７が動作する。
入力ボタンＢは、スイッチのオン／オフ状態の１回の切り替え時に、光ファイバセンサが描く曲線の形状を変動させ、光ファイバセンサが描く曲線の界面４０での曲率を変化させることにより、光ファイバセンサを伝送する光の損失を変動させ、当該損失を変動させた後に、光ファイバセンサが描く曲線の形状を元に戻し、光損失を元に戻すように、板バネ６及びバネ弾き部材７を動作させる。
板バネ６は、光ファイバセンサに接して、光ファイバセンサが描く曲線の形状を規制する規制部材である。板バネ６は、バネ弾き部材７に先端部が押圧されることによって基端部を支点として動作し、先端部の位置が変動する。板バネ６は、外力が作用しない第１の状態では、光ファイバセンサが描く曲線の界面４０での曲率が曲率Ｒ１となる第１の位置に位置するように、具体的には図中垂直状態となるように構成されている。板バネ６は、第１の位置から位置変動したとき、第１の位置へ戻るように自身のバネ力が作用する復元機能を有しており、復元部材でもある。
バネ弾き部材７は、丸棒状部材の本体部７ａと、本体部７ａの先端に設けられ、板バネ６を弾くための突起部７ｂとから構成されている。本体部７ａは、その一部が筐体１の外へ突出しており、その端部が入力ボタンＢとなっている。即ち、入力ボタンＢは、バネ弾き部材７に一体的に設けられている。なお、バネ弾き部材７の本体部７ａは、図示しないガイド等によって、その長手方向（図中左右方向）に摺動自在に構成されている。
突起部７ｂは、鉤状になっており、本体部７ａの先端に回転可能に設けられている。突起部７ｂを本体部７ａに対して回転させることにより、図１２（ｃ）を参照して、突起部７ｂと板バネ６が当接する部分に距離が変化するようになっている。例えば、突起部７ｂと板バネ６が当接する部分に距離をＬ１からＬ２に短くすることにより、バネ弾き部材７が同じ距離だけ動作した場合における、板バネ６の先端部の変位の大きさを小さくすることができる。
このように、突起部７ｂを本体部７ａに対して回転させることにより、板バネ６の先端部の変位の大きさを調整する可能となる。これにより、光スイッチ素子ＳＷの各状態における光ファイバセンサの形状が変化し、各状態において光ファイバセンサを描く曲線の界面４０での曲率を変化させて、光損失量を調整することが可能となる。
次に、光スイッチ素子ＳＷの動作について詳細に説明する。
スイッチのオン／オフ状態の切り替えを行うために、入力ボタンＢを図中左方向に押し込み、図１２（ａ）に示す状態から図中左方向に動作させ、バネ弾き部材７の突起部７ｂの先端を板バネ６に当接させる。この間、板バネ６は、変形せずに第１の状態を維持している。従って、光ファイバセンサは板バネ６に接して所定の形状に規制され、光ファイバセンサが描く曲線の界面４０での曲率が曲率Ｒ１となる第１の状態を維持し、光ファイバセンサを伝送する光の損失量も一定値に保たれる。
さらに、入力ボタンＢを押し込み、図１３（ａ）に実線で示す状態に動作させる。このとき、バネ弾き部材７の突起部７ｂの先端が板バネ６に引っかかり、板バネ６が押圧されて実線で示す第２の状態に変位する。このとき、板バネ６が光ファイバセンサを押圧して、光ファイバセンサが描く曲線の形状が変化する。これにより、光ファイバセンサが描く曲線の界面４０での曲率が曲率Ｒ１から曲率Ｒ２に増加する第２の状態となり、光ファイバセンサを伝送する光の損失量が増加する。
さらに、入力ボタンＢを押し込み、図１３（ａ）に実線で示す状態から図１３（ｂ）に点線で示す状態に動作させる。このとき、バネ弾き部材７の突起部７ａの板バネ６に対する引っかかりが外れて、板バネ６が元の第１の位置に戻る。このとき、板バネ６による光ファイバセンサの押圧がなくなり、光ファイバセンサが描く曲線の形状が元に戻り、光ファイバセンサが描く曲線の界面４０での曲率が曲率Ｒ２から曲率Ｒ１に戻って第３の状態となり、光ファイバセンサを伝送する光の損失量も、元の大きさに戻る。
なお、一部が入力ボタンＢとなっているバネ弾き部材３は、図１３（ａ）に点線で示す状態で図示しない係止機構などにより位置を保持、固定されるように構成されている。
以上の入力ボタンＢの動作により、スイッチをオン状態からオフ状態に、あるいはオフ状態からオン状態に、切り替えることに対応付けることができる。
入力ボタンＢをさらにもう少し押し込むことで、係止機構による位置の保持、固定が解除され、不図示のバネの作用などによって徐々に押し戻され、図１２（ａ）に示す元の位置に戻るように構成されている。以下、このときの光スイッチ素子ＳＷの動作について説明する。
スイッチのオン／オフ状態の切り替えを行うために、入力ボタンＢがさらに押し込まれて係止機構による位置の保持、固定が解除されると、入力ボタンＢを図中右方向に徐々に押し戻され、バネ弾き部材７の突起部７ｂの先端が板バネ６に当接する。この間、板バネ６は、変形せずに第１の位置を保っており、光ファイバセンサは板バネ６に接して所定の形状に規制され、光ファイバセンサが描く曲線の界面４０での曲率が曲率Ｒ１となる第３の状態（請求項５に記載された発明における第１の状態）を維持し、光ファイバセンサを伝送する光の損失量も一定値に保たれている。
さらに、入力ボタンＢは押し戻され、図１３（ａ）に実線で示す状態に動作される。このとき、バネ弾き部材７の突起部７ａの先端が板バネ６に引っかかり、板バネ６が押圧されて実線で示す第４の位置（請求項５に記載された発明における第２の位置）に変位する。このとき、板バネ６が光ファイバセンサから離間する方向に移動して、光ファイバセンサが描く曲線の形状が変化し、光ファイバセンサが描く曲線の界面４０での曲率が曲率Ｒ１から曲率Ｒ３に減少する第４の状態（請求項５に記載された発明における第２の状態）になり、光ファイバセンサを伝送する光の損失量が減少する。
さらに、入力ボタンＢが押し戻され、図１３（ｂ）に実線で示す状態から図１３（ｂ）に点線で示す状態に動作させる。このとき、バネ弾き部材７の突起部７ａの板バネ６に対する引っかかりが外れて、板バネ６が元の第１の位置に戻る。このとき、板バネ６により光ファイバセンサが押圧されて、光ファイバセンサが描く曲線の形状が元に戻り、光ファイバセンサが描く曲線の界面４０での曲率が曲率Ｒ３から曲率Ｒ１に戻って、第１の状態（請求項５に記載された発明における第３の状態）となり、光ファイバセンサを伝送する光の損失量も、元の大きさに戻る。
バネ弾き部材７は、図１２（ａ）に実線で示す状態で再びその位置を保持、固定するように構成されている。以上の入力ボタンＢの動作により、スイッチをオフ状態からオン状態に、あるいは、オン状態からオフ状態に、切り替えることに対応付けることができる。
光スイッチ素子ＳＷにおいては、入力ボタンＢの１回の押し込み動作を、スイッチのオフ状態からオン状態への１回の切り替えに対応付ける場合、入力ボタンＢの１回の押し出し動作を、スイッチのオン状態からオフ状態への１回の切り替えに対応付けることができる。逆に、入力ボタンＢの１回の押し込み動作を、スイッチのオン状態からオフ状態への１回の切り替えに対応付ける場合、入力ボタンＢの１回の押し出し動作を、スイッチのオフ状態からオン状態への１回の切り替えに対応付けることができる。
即ち、現状のスイッチの状態を別途定義しておき、その定義した状態から、スイッチのオン／オフ状態の切り替えの有無及びその回数を識別することにより、任意の状態でのスイッチのオン／オフ状態の別を識別することができる。従って、光スイッチ素子ＳＷは、使用開始時に、スイッチのオン／オフの初期状態を定義、設定してから使用することになる。
図１４に示すタイミングチャートを参照して、例えば、時刻Ｔ０において、光スイッチ素子ＳＷが、図１２（ａ）に示す第１の状態をオフ状態と定義する。この第１の状態における光スイッチ素子ＳＷの光損失に対応する出力信号ＳＧを測定する。
期間Ｔ１においては、出力信号ＳＧが一定であり、光スイッチ素子ＳＷは、第１の状態から変動せず、オフ状態が継続している。
時刻Ｔ２において、光スイッチ素子ＳＷの入力ボタンＢが１回押し込まれると、出力信号ＳＧの信号値が一旦増加した後、元の値に戻る。このような出力信号ＳＧの変動を測定したとき、光スイッチ素子ＳＷの状態が変動した、具体的には、第１の状態から第２の状態を経て第３の状態に変動したと判別する。そして、ここでは、光スイッチ素子ＳＷがオフ状態からオン状態に切り替えられたことを識別する。
期間Ｔ３においては、出力信号ＳＧが一定であり、光スイッチ素子ＳＷは、第３の状態から変動せず、オン状態が継続している。
時刻Ｔ４において、光スイッチ素子ＳＷの入力ボタンＢが１回押し出されると、出力信号ＳＧの信号値が一旦減少した後、元の値に戻る。このような出力信号ＳＧの変動を測定したとき、光スイッチ素子ＳＷの状態が変動した、具体的には、第３の状態から第４の状態を経て第１の状態に変動したと判別する。そして、ここでは、光スイッチ素子ＳＷがオン状態からオフ状態に切り替えられたことを識別する。
期間Ｔ５においては、出力信号ＳＧが一定であり、光スイッチ素子ＳＷは、第１の状態から変動せず、オフ状態が継続している。
以上の説明したように、光スイッチ素子ＳＷは、スイッチのオン／オフ状態の１回の切り替え時に、光ファイバセンサの描く曲線の界面４０での曲率が曲率Ｒ１となる第１の状態から、前記曲線の界面４０での曲率を曲率Ｒ２に変動した第２の状態を経た後、前記曲線の界面４０での曲率が曲率Ｒ１に戻る第３の状態となるよう、入力ボタンＢが一方向（図中左方向）に動作することにより、板バネ２ａ，２ｂが光ファイバセンサの形状を規定する。
また、光スイッチ素子ＳＷは、スイッチのオン／オフ状態の１回の切り替え時に、光ファイバセンサの描く曲線の界面４０での曲率が曲率Ｒ１となる第３の状態から、前記曲線の界面４０での曲率を曲率Ｒ３に変動した第４の状態を経た後、前記曲線の界面４０での曲率が曲率Ｒ１に戻る第１の状態となるよう、入力ボタンＢが一方向（図中右方向）に動作することにより、板バネ２ａ，２ｂが光ファイバセンサの形状を規定する。
これらのため、オン／オフの切り替え時に曲率が曲率Ｒ１から一旦曲率Ｒ２又は曲率Ｒ３に変動するだけであり、従来のようにオン状態とオフ状態の何れか少なく一方において曲率が大きくなる状態が長期間持続することを回避することができる。
また、前記曲線の界面４０での曲率が曲率Ｒ２又は曲率Ｒ３となる形状に光ファイバセンサが規定される時間が短い。このため、光ファイバセンサがこれらの形状に馴染むおそれが少なく、スイッチのオン／オフ状態の切り替えの有無を誤判別するおそれが少ない。また、前記曲線の界面４０での曲率が曲率Ｒ２又は曲率Ｒ３の一方が曲率Ｒ１より小さいので、光ファイバセンサが破損するおそれが少ない。
また、オン／オフの切り替え時に曲率が曲率Ｒ１から一旦曲率Ｒ２、曲率Ｒ３の何れに変動したかを判別するだけで、スイッチがオン状態からオフ状態に切り替わったか、オフ状態からオン状態に切り替わったかを認識することができる。
なお。例えば、複数個の光スイッチ素子を直列に接続して共通の受光部で複数個の光スイッチ素子全体の伝送損失を検出する構成とした場合も、上記のような調整機構を設けることが好ましい。この場合、オン／オフ状態のセンサ光の伝送損失が互いに異なる光スイッチ素子を直列に接続し、全伝送損失と各光スイッチ素子の伝送損失の組み合わせを比較することによって、複数個の光スイッチ素子のどの光スイッチ素子がオン状態で、どの光スイッチ素子がオフ状態であるかを容易に判別することが可能となる。
本発明は、上記の各実施形態に限定されず、各実施形態を適宜組み合わせた形態などであってもよく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
例えば、光スイッチ素子ＳＷが板バネとバネ弾き部材以外の構成からなる構成であってもよい。例えば、板バネの替わりに、板部材をつる巻きバネ等により第１の位置に復元可能にしたものであってもよい。また、板バネを直接的に光ファイバセンサに当接する替わりに、板バネを間接的に他の部材を介して光ファイバセンサに当接するものであってもよい。
また、入力ボタンＢは、スイッチのオン／オフ状態の１回の切り替え時に一方向に動作するものであればよく、直線的に動作するものに限定されない。例えば、円周等の曲線に沿って一方向に動作し、この入力ボタンＢの動作を任意の変換機構により変換して、バネ弾き部材３，７を直線的に動作させるものであってもよい。さらには、バネ弾き部材３，７が円周等の曲線に沿って動作するものであってもよい。
また、光源１１や受光部１２も特に限定されず、複数個の発光素子や受光素子をアレイ状に配置した構成としてもよい。
本発明の光スイッチ素子及びこれを用いた光スイッチは、防爆施設などにおけるスイッチに好適に利用可能である。

Claims (11)

  1. コア及び該コアの外周に積層されたクラッドを備える光ファイバと、該光ファイバに接続され、該光ファイバとの界面で伝送する光の一部を漏洩する光透過部材とを有し、入射端に入射されて前記光透過部材を通過した光を出射端から出射する光ファイバセンサ、及び
    スイッチのオン／オフ状態の１回の切り替え時に、前記光ファイバセンサの描く曲線の界面での曲率が、第１の曲率から第２の曲率に変動し、その後前記第１の曲率に戻るように前記光ファイバセンサの形状を規定するスイッチ部材を備えることを特徴とする光スイッチ素子。
  2. 前記第２の曲率が前記第１の曲率より大きいことを特徴とする請求項１に記載の光スイッチ素子。
  3. 前記スイッチのオン状態からオフ状態への１回の切り替え時における前記スイッチ部材の動作方向と、前記スイッチのオフ状態からオン状態への１回の切り替え時における前記スイッチ部材の動作方向とが逆方向であり、前記スイッチのオン／オフ状態の２回の切り替えにより、前記スイッチ部材が元の位置に戻り、
    前記スイッチのオン状態からオフ状態への１回の切り替え時における前記第２の曲率と、前記スイッチのオフ状態からオン状態への１回の切り替え時における前記第２の曲率とが同一であることを特徴とする請求項１又は２に記載の光スイッチ素子。
  4. 前記スイッチのオン状態からオフ状態への１回の切り替え時における前記スイッチ部材の動作方向と、前記スイッチのオフ状態からオン状態への１回の切り替え時における前記スイッチ部材の動作方向とが逆方向であり、前記スイッチのオン／オフ状態の２回の切り替えにより、前記スイッチ部材が元の位置に戻り、
    前記スイッチのオン状態からオフ状態への１回の切り替え時における前記第２の曲率と、前記スイッチのオフ状態からオン状態への１回の切り替え時における前記第２の曲率との何れか一方が前記第１の曲率より大きく、他の一方が前記第１の曲率より小さいことを特徴とする請求項１に記載の光スイッチ素子。
  5. 前記光ファイバセンサに接して前記光ファイバセンサの形状を規制する規制部材と、
    該規制部材の変位を初期状態に復元する復元部材とを備え、
    前記スイッチのオン／オフ状態の１回の切り替え時に、
    前記規制部材が第１の位置に位置し、前記曲線の界面での曲率が前記第１の曲率となるように前記光ファイバセンサの形状を前記規制部材が規制する第１の状態から、
    前記スイッチ部材が変位することにより、該スイッチ部材に当接する前記規制部材が第２の位置に変位し、前記曲線の界面での曲率が前記第２の曲率となるように前記光ファイバセンサの形状を前記規制部材が規制する第２の状態を経て、
    前記スイッチ部材がさらに変位することにより、該スイッチ部材との当接が解除された前記規制部材が前記復元部材の復元作用により前記第１の位置に復帰し、前記曲線の界面での曲率が前記第１の曲率となるように前記光ファイバセンサの形状を前記規制部材が規制する第３の状態になることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の光スイッチ素子。
  6. 前記規制部材と前記復元部材が板バネから構成され一体化していることを特徴とする請求項５に記載の光スイッチ素子。
  7. 前記光透過部材は、前記光ファイバのコア径と異なるコア径を有するヘテロコア部であることを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載の光スイッチ素子。
  8. 請求項１から７の何れか１項に記載の光スイッチ素子と、
    前記光ファイバセンサの入射端に設けられた光源と、
    前記光ファイバセンサの出射端に設けられた受光部とを備え、
    前記受光部が受光した光量に基づき、前記光ファイバセンサを伝送された光の損失の変動とその復元を検出することにより、前記スイッチのオン／オフ状態の１回の切り替えを行うことを特徴とする光スイッチ。
  9. 前記光スイッチ素子が直列に複数個接続されていることを特徴とする請求項８に記載の光スイッチ。
  10. 前記変動する光損失量が、前記複数個の光スイッチ素子間において互いに異なることを特徴とする請求項９に記載の光スイッチ素子。
  11. 前記変動する光損失速度が、前記複数個の光スイッチ素子間において互いに異なることを特徴とする請求項９又は１０に記載の光スイッチ素子。
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