(57)【要約】  【課題】  配線の複雑化を招くことなく複数箇所における検出を可能とすると共に、配線の長距離化が可能な外力検出装置、及びこれを用いた防犯システムを提供する。  【解決手段】  外力検出装置１は、光源５１からの測定光を伝送する伝送用光ファイバ１２に直列かつ離散的に設けられると共に、外力の作用によって測定光に対してそれぞれ異なる光損失量を与える複数の光センサＳを有する多点検出部１０と、多点検出部１０から射出される出力光と測定光の強度差に基づいて、外力が作用した光センサＳを求める演算処理部５５と、を備える。  【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの測定光を伝送する伝送用光ファイバに直列かつ離散的に設けられると共に、外力の作用によって前記測定光に対してそれぞれ異なる光損失量を与える複数の光センサを有する多点検出部と、
前記多点検出部から射出される出力光と前記測定光の強度差に基づいて、外力が作用した光センサを求める演算処理部と、
を備えることを特徴とする外力検出装置。
【請求項２】
前記伝送用光ファイバの一端は、前記測定光を前記伝送用光ファイバに入射すると共に、前記出力光を前記演算処理部に射出する第一光分岐器に接続され、
前記伝送用光ファイバの他端には、前記測定光を反射する全反射部が設けられる、
ことを特徴とする請求項１に記載の外力検出装置。
【請求項３】
光源からの測定光を伝送する伝送用光ファイバに直列かつ離散的に設けられると共に、外力の作用によって前記測定光に対してそれぞれ異なる光損失量を与える複数の光センサを有する複数の多点検出部と、
前記複数の多点検出部が接続されると共に、前記測定光を前記複数の多点検出部のいずれかに入射させる第二光分岐器と、
前記複数の多点検出部のいずれかから射出される出力光と前記測定光の強度差に基づいて、外力が作用した光センサを求める演算処理部と、
を備えることを特徴とする外力検出装置。
【請求項４】
前記第二光分岐器は、前記測定光を入射させる前記多点検出部を、所定時間毎に切り替えることを特徴とする請求項３に記載に外力検出装置。
【請求項５】
前記複数の光センサにおける光損失量は、下式（１）で示すように設定されることを特徴とする請求項１から請求項４のうちいずれか一項に記載の外力検出装置。
【数１】
2006258463.tif 000005
【請求項６】
建造物の開閉部の開閉状態を検出する開閉検出部と、前記開閉検出部からの情報に基づいて所定の警報を行う警報部と、を備える防犯システムにおいて、
前記開閉検出部として、請求項１から請求項５のうちいずれか一項に記載の外力検出装置を用いることを特徴とする防犯システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多点において外力の有無を検出する外力検出装置、及びこれを用いた防犯システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、防犯等の目的のために扉や窓などの開閉を検知する装置として、リードスイッチやマイクロスイッチ等のセンサをドアの枠部等に内蔵し、ドアの開設時にセンサが動作してドアが開かれたことを検知するドア用検知装置が知られている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開昭５６−３６７９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、リードスイッチやマイクロスイッチ等のセンサを用いて扉や窓の開閉状態を検知する従来の装置では、センサ毎の配線が必要である。このため、一つの扉等について多数検出を行う場合や、多数の扉等について一括に検出を行う場合には、配線数が多くなる。したがって、マンション等の集合住宅に適用した場合には、配線が非常に複雑になるという問題がある。また、電圧降下の影響により配線の長さには限界がある等の問題もある。
このため、配線が不要な無線式センサを用いることも考えられるが、送信距離が有限であり、有線の場合に比べて高価であり、また安定性、信頼性に劣る、という問題がある。
【０００４】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、配線の複雑化を招くことなく複数箇所における検出を可能とすると共に、配線の長距離化が可能な外力検出装置を提供することを目的とする。また、このような外力検出装置を用いた防犯システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る外力検出装置及びこれを用いた防犯システムでは、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
第１の発明は、外力検出装置が、光源からの測定光を伝送する伝送用光ファイバに直列かつ離散的に設けられると共に、外力の作用によって測定光に対してそれぞれ異なる光損失量を与える複数の光センサを有する多点検出部と、多点検出部から射出される出力光と測定光の強度差に基づいて、外力が作用した光センサを求める演算処理部、を備えるようにした。
この発明によれば、一本の伝送用光ファイバに複数の外力検出用光センサが直列かつ離散的に設けられた多点検出部を備えるので、光センサ毎に配線を敷設する必要がなくなる。また、伝送用光ファイバを用いているので、配線の長距離化による不具合の発生を回避することができる。更に、各光センサにおける測定光に対する光損失量をそれぞれ異なるように設定したので、多点検出部から射出される出力光の強度と、多点検出部に入射した測定光の強度との差から、いずれの光センサに外力が作用したかを判断することが可能となる。
【０００６】
また、伝送用光ファイバの一端は、測定光を伝送用光ファイバに入射すると共に出力光を演算処理部に射出する第一光分岐器に接続され、伝送用光ファイバの他端には、測定光を反射する全反射部が設けられるものでは、伝送用光ファイバをループ状に敷設する必要がなくなるので、更に配線の複雑化を回避することができる。
【０００７】
また、外力検出装置が、光源からの測定光を伝送する伝送用光ファイバに直列かつ離散的に設けられると共に、外力の作用によって測定光に対してそれぞれ異なる光損失量を与える複数の光センサを有する複数の多点検出部と、複数の多点検出部が接続されると共に、測定光を前記複数の多点検出部のいずれかに入射させる第二光分岐器と、複数の多点検出部のいずれかから射出される出力光と測定光の強度差に基づいて、外力が作用した光センサを求める演算処理部と、を備えるようにした。
この発明によれば、外力の検出点を大幅に増やすことが可能となる。また、略同時に複数箇所において外力の検出を行うことが可能となる。
【０００８】
また、第二光分岐器が、測定光を入射させる多点検出部を所定時間毎に切り替えるものでは、各多点検出部に対する演算処理部の処理を順次切り替えるので、演算処理部の負担を軽減することができる。これにより、外力の検出点の大幅な増加を実現することができる
【０００９】
また、複数の光センサにおける光損失量が、下式（１）で示すように設定されるようにした。
【００１０】
【数１】
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【００１１】
これにより、一乃至複数の光センサに外力が作用した際に、得られた出力光の光損失量から外力が作用した光センサを容易に特定することが可能となる。
【００１２】
第２の発明は、防犯システムが、建造物の開閉部の開閉状態を検出する開閉検出部と、開閉検出部からの情報に基づいて所定の警報を行う警報部と、を備える防犯システムにおいて、開閉検出部として、第１の発明の外力検出装置を用いるようにした。
この発明によれば、建造物に複数箇所存在する開閉部の開閉状態を検出して、所定の警報を行う防犯システムを構築する際に、開閉検出部の配線の敷設を容易化することができるので、防犯システムの構築時間を大幅に短縮することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば以下の効果を得ることができる。
第１の発明によれば、センサ毎に配線を敷設する必要がなくなるので、配線の複雑化が防止される。また、各光センサにおける測定光に対する光損失量をそれぞれ異なるように設定したので、受光した出力光の光損失量から、いずれ光センサに外力が作用したかを容易に検出することが可能となる。
また、第２の発明によれば、防犯システムを構築する際に、開閉検出部の配線の敷設が容易化されるので、防犯システムの構築時間を大幅に短縮することができる。したがって、防犯システムの低コスト化を実現することが可能となる。また、大規模な防犯システムを容易に構築することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の外力検出装置及びこれを用いた防犯システムの第１実施形態について図を参照して説明する。
図１は、本発明の第一実施形態に係る外力検出装置１の構成を示す模式図である。
外力検出装置１は、多点検出部１０と装置本体５０とから構成される。
【００１５】
多点検出部１０は、検出対象となる外力の発生場所に設置されるものであって、伝送用光ファイバ１２と、伝送用光ファイバ１２の先端に設けられた全反射端１４と、伝送用光ファイバ１２に対して直列に、かつ離散的に配置された複数の光センサＳ（Ｓ１〜Ｓｎ）と、から構成される。
【００１６】
伝送用光ファイバ１２は、高純度の石英ガラスやプラスチックから形成されており、その一端は、装置本体５０に接続される。なお、伝送用光ファイバ１２は、伝送損失量が非常に少ないので、装置本体５０と全反射端１４までの距離を十分に延ばすことができる。例えば、１ｋｍ程度の長さに延ばすことも可能である。
全反射端１４は、光を全反射する反射鏡であって、伝送用光ファイバ１２を介して伝送された測定光を全反射して、装置本体５０に向けて射出する。
したがって、多点検出部１０は、装置本体５０に接続された一端から測定光が入射されると、その測定光を伝送用光ファイバ１２を介して、複数の光センサＳに順次伝送する。その一方で、多点検出部１０の先端（伝送用光ファイバ１２の先端）に設けられた全反射端１４において反射した測定光も順次伝送して、装置本体５０に向けて、出力光として射出する。
【００１７】
光センサＳ（Ｓ１〜Ｓｎ）は、外力の作用（歪み、屈曲）によって内部を通過する測定光（全反射端１４において反射した測定光も含む。）に対して損失を与えるものであって、例えば、マイクロベンディングセンサ、コアがヘテロ構造を有するヘテロコアセンサ、或いはＦＢＧ（Fiber Bragg Grating）等が用いられる。すなわち、光センサＳは、伝送用光ファイバ１２から入射された測定光を外力の作用により損失させて、全反射端１４及び装置本体５０に向けて出射する様に設定されている。
また、各光センサＳ１〜Ｓｎは、外力の作用により測定光を損失させる量（損失量）が異なるように設定される。具体的には、各光センサＳ１〜Ｓｎにおける外力の作用による測定光に対する光損失量（Ｌｉ）が、式（１）に示すように、離散的に設定される。
【００１８】
【数２】
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【００１９】
各光センサＳ１〜Ｓｎにおける外力の作用による測定光に対する光損失量を、式（１）に示すように設定するのは、外力が作用した光センサＳを容易に特定可能とするためである。すなわち、多点検出部１０は、複数の光センサＳを有しているので、複数の光センサＳのうちの幾つかに、同時に外力が作用すると、多点検出部１０の出力として得られる出力光は、外力が作用した光センサＳに設定された光損失量の総和だけ損失した強度となる。この際、例えば、２つの光センサＳ１，Ｓ２による測定光の光損失量の和が、他の光センサＳ３による測定光の光損失量と略同一であると、光センサＳ１〜Ｓ３のいずれに外力が作用したのかが判別不可能となってしまう。
そこで、複数の光センサＳによる光損失量の和が、他の光センサＳによる光損失量（または、他の複数の光センサＳによる光損失量の和）と略同一とならないように、各光センサＳ１〜Ｓｎの光損失量を、式（１）に示すように、離散的に設定することが必要となる。言い換えれば、各光センサＳ１〜Ｓｎの光損失量を、式（１）に示すように、離散的に設定することにより、出力として得られる出力光の光損失量から、外力が作用した一乃至複数の光センサＳを一義的に特定することが可能となる。
【００２０】
装置本体５０は、多点検出部１０に対して測定光を入光すると共に、多点検出部１０からの出力光を受光して、外力を受けた光センサＳを特定するものであって、光源５１、光源制御部５２、アイソレータ５３、光カプラ５４、演算処理部５５から構成される。
【００２１】
光源５１は、例えば、レーザダイオード（ＬＤ）であり、光源制御部５２による制御の下で所定波長の測定光を発光して、アイソレータ５３に出射する。
アイソレータ５３は、光源５１で発光された測定光を一方向だけに透過させる素子であり、アイソレータ５３の出射端に接続された光カプラ５４からの光を遮断して、光源５１を保護するために用いられる。
光カプラ５４は、入射した光を分岐する機能を有する装置であって、アイソレータ５３の他に、多点検出部１０の伝送用光ファイバ１２及び演算処理部５５が接続される。そして、光カプラ５４は、アイソレータ５３から入射された測定光を伝送用光ファイバ１２に向けて出射する一方で、この伝送用光ファイバ１２（多点検出部１０）から入射された出力光を演算処理部５５に向けて出射するようになっている。
【００２２】
演算処理部５５は、光カプラ５４から入射された出力光に基づいて、外力が作用した一乃至複数の光センサＳを特定するものであって、受光器５６と信号処理部５７とから構成される。
受光器５６は、光カプラ５４から入射された出力光を受光して、光電効果により、出力光の光強度に応じた電圧信号（受光信号）を出力するものである。なお、受光器５６としては、具体的には、ホトダイオードが用いられる。そして、受光器５６において電圧信号に変換された出力光の受光信号は、信号処理部５７に出力される。
信号処理部５７は、信号処理部５７からの受光信号に基づいて、出力光の光損失量を求め、更に、求めた光損失量から、多点検出部１０における複数の光センサＳのうち、外力が作用した一乃至複数の光センサＳを特定するものである。そして、信号処理部５７による演算データは、外部に出力される。なお、出力光の光損失量から、外力が作用した一乃至複数の光センサＳを検出する方法については、後述する。
【００２３】
次に、上述のように構成された外力検出装置１の動作について説明する。
まず、光源５１からの測定光は、アイソレータ５３及び光カプラ５４を介して、伝送用光ファイバ１２に射出される。そして、伝送用光ファイバ１２に入射した測定光は、伝送用光ファイバ１２に直列かつ離散的に配置された複数の光センサＳ１〜Ｓｎに順次入射する。更に、全反射端１４で全反射した後に、再び伝送用光ファイバ１２に配置された複数の光センサＳ１〜Ｓｎを経由して、出力光として、光カプラ５４に入射する。
【００２４】
ここで、伝送用光ファイバ１２に直列かつ離散的に配置された光センサＳのいずれかに外力作用すると、その光センサＳに設定された光損失量が多点検出部１０を伝送される測定光に与えられる。すなわち、複数の光センサＳに同時に外力が作用すると、測定光には、順次、外力が作用した光センサＳに設定された光損失量が与えられる。そして、最終的には、外力が作用した複数の光センサＳの光損失量の総和が測定光に与えられて、減衰する。そして、このように減衰された光が、伝送用光ファイバ１２の一端から、出力光として光カプラ５４に入射する。
光カプラ５４に入射した出力光は、光カプラ５４から受光器５６に伝送され、電圧信号に変換されて、信号処理部５７に送られる。信号処理部５７においては、受光器５６からの電圧信号から出力光の強度を求め、更に、求めた出力光の強度と、多点検出部１０に向けて射出した測定光の強度とを比較して、多点検出部１０を経由した際に受けた光損失量を求める。
【００２５】
上述したように、信号処理部５７において検出される出力光の光損失量は、外力が作用した一乃至複数の光センサＳにおける光損失量の総和である。
しかしながら、各光センサＳにおける光損失量が、式（１）に示すように、離散的に設定されているので、信号処理部５７により、容易に外力が作用した一乃至複数の光センサＳを一義的に特定することができる。すなわち、各光センサＳ１〜Ｓｎにおける光損失量を、式（１）に示すように、離散的に設定したので、同時に複数の光センサＳに外力が作用した場合であっても、得られた出力光の光損失量から、外力が作用した光センサＳの組み合わせが一義的に求められ、これにより、外力が作用した一乃至複数の光センサＳを特定することができる。
このようにして、多点検出部１０から得られた出力光の光損失量から、外力が作用した一乃至複数の光センサＳを特定することができる。そして、信号処理部５７は、特定された光センサＳに関する情報は演算データとして外部に出力される。
【００２６】
以上のように、一本の伝送用光ファイバ１２に複数の光センサＳを設けた場合であっても、各光センサＳにおける光損失量を、式（１）に示すように、離散的に設定することにより、外力が作用した一乃至複数の光センサＳを確実に特定することが可能となる。そして、外力が作用した一乃至複数の光センサＳを容易に特定することができるので、特別な演算装置等を用意する必要がなく、装置コストの上昇を抑えられる。
なお、外力検出装置１では、伝送用光ファイバ１２が途中で断線或いは切断された場合であっても、断線或いは切断された箇所におけるフレネル反射を利用することにより、断線部位よりも光源５１に近い光センサＳでは、継続して外力検出が可能である。
【００２７】
次に、本発明の外力検出装置の第２実施形態について図を参照して説明する。
図２は、本発明の第二実施形態に係る外力検出装置２の構成を示す模式図である。なお、第１実施形態に係る外力検出装置１と同一の装置、部材等には同一の符号を付して、その説明を省略する。
外力検出装置２は、装置本体６０に対して複数の多点検出部１０が接続されたものである。
また、装置本体６０は、光源５１、光源制御部５２、アイソレータ５３、光カプラ５４、演算処理部５５（受光器５６、信号処理部５７）の他に、多分岐光カプラ５８を備える。
【００２８】
多分岐光カプラ５８は、光分岐器として機能するものであって、光カプラ５４、演算処理部５５、及び複数の多点検出部１０（伝送用光ファイバ１２）が接続される。
そして、多分岐光カプラ５８は、光カプラ５４から入射された測定光を、複数の伝送用光ファイバ１２のいずれかに向けて出射する一方で、この伝送用光ファイバ１２から入射された出力光を演算処理部５５に向けて出射するようになっている。
また、多分岐光カプラ５８における測定光の分岐の切替えは、数μsecで行うことが可能に構成されている。これにより、装置本体６０に複数の多点検出部１０を接続した場合であっても、複数の多点検出部１０を時分割処理により切り替えて順次使用することで、演算処理部５５の負担を増大させることなく、多点での外力検出を行うことが可能としている。
また、複数の多点検出部１０における各光センサＳ１１〜Ｓｍｎの測定光に対する光損失量は、第１実施形態と同様に、式（１）に示すように、離散的に設定される。
【００２９】
このような外力検出装置２では、複数の多点検出部１０を備えるので、複数箇所に多点検出部１０（光センサＳ）を設置するにより、これら複数箇所における外力の検出が可能となる。特に、各多点検出部１０の長さ（伝送用光ファイバ１２の長さ）を任意に設定することができるので、離間した複数箇所における外力検出が可能となる。
また、複数の光センサＳにおける測定光に対する光損失量を、式（１）に示すように、離散的に設定すると共に、複数の多点検出部１０を時分割処理により切り替えて使用しているので、演算処理部５５の負担増大を回避することができる。したがって、装置コストの上昇を抑えつつ、計測箇所の増大を図ることができる。
【００３０】
次に、このような外力検出装置１，２を建造物のドア部や窓部に設置した防犯システムについて説明する。
上述した外力検出装置１，２では、外力を検出する複数の光センサＳを備えているので、この光センサＳを、例えばドア部の蝶番付近等に設置することにより、ドア部の開閉の状態を把握することが可能となる。すなわち、ドアが開いている場合には、蝶番付近等に設置した光センサＳには外力が殆ど作用せず、一方ドアを閉じた場合には、光センサＳに外力が作用するので、光センサＳに作用しているか否かを判断することにより、ドア部の開閉の状態を把握することができる。
なお、光センサＳの設置場所としては、蝶番付近に限らず、ドア枠部であってもよい。ドア枠部にドアが当接することにより、ドア枠部に設けた光センサＳに外力が作用するので、この外力を検出することにより、ドア部の開閉の状態を把握することができる。
なお、一つの光センサＳを配置することにより、ドア部の開閉の状態を把握することが可能であるが、ドア部の開閉判断の信頼性を向上させるために、複数の光センサＳをドア部に設けることが好ましい。
また、スライド式の窓部等の場合には、窓枠に光センサＳを設けることにより、窓部の開閉の状態を把握することができる。ドア部と同様に、複数の光センサＳを設けることが好ましい。
【００３１】
そして、外力検出装置１，２を建造物のドア部や窓部に設置した防犯システムに適用した場合には、一本の伝送用光ファイバ１２に複数の光センサＳが設置されているので、その敷設が容易である。すなわち、外力を検出するセンサ毎にケーブル類を配線する必要がないからである。
また、ドア枠や窓枠にスイッチ類等を埋め込む必要がないので、敷設作業の容易化が図られる。同様に、保守時等における取り換え作業も容易となる。
更に、防犯システムを建造物のドア部や窓部に後付けすることも容易となる。
【００３２】
そして、上述した防犯システムでは、入居者の外出時にドア部や窓部が開いた場合、すなわち、不審者が侵入した場合には、外力検出装置１，２によりドア部や窓部の開閉状態が検出されるので、この検出情報を警報装置に出力して、例えば、非常ベル等を稼働させたり、警備員（警備会社）に連絡したりすることができる。このようにして、盗難等を未然に防ぐことが可能となる。
【００３３】
なお、上述した実施の形態は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
例えば、上述した実施形態においては、伝送用光ファイバ１２の一端に全反射端１４を設けることにより、測定光を反射させて、装置本体５０，６０に入射させる構成について説明したが、これに限らない。
例えば、図３に示すように、一本の伝送用光ファイバ１２の一端を光源５１側に接続し、他端を演算処理部５５側に接続する形態であってもよい。
【００３４】
また、外力検出装置１，２をドア部や窓部等の開閉を検出する防犯システムに適用する場合について説明したが、例えば、雨量計、冠水水位計、又は高速道路における押しボタン式非常通報装置等に適用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の第一実施形態に係る外力検出装置１の構成を示す模式図である。
【図２】本発明の第二実施形態に係る外力検出装置２の構成を示す模式図である。
【図３】本発明の第一実施形態に係る外力検出装置１の変形例（外力検出装置１´）を示す模式図である。
【符号の説明】
【００３６】
Ｓ（Ｓ１〜Ｓｎ，Ｓ１１〜Ｓｍｎ）…光センサ
１，１´，２…外力検出装置
１０…多点検出部
１２…伝送用光ファイバ
１４…全反射端（全反射部）
５１…光源
５４…光カプラ（第二光分岐器）
５５…演算処理部
５８…多分岐カプラ（第二光分岐器）
【図１】
2006258463.tif 000006
【図２】
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【図３】
2006258463.tif 000008