(57)【要約】【課題】反射波長のシフト量の差を緩和することにより、該シフト量に対する補正処理を行うことなく、垂直応力を検出（算出）する。【解決手段】ＦＢＧセンサ４０において、応力方向変換部２２ｘ、２２ｙは、同一の平坦部２０を共有し、応力方向変換部２２ｘは、平坦部２０を基点として、該平坦部２０に直交する＋Ｚ方向に指向して設けられると共に、応力方向変換部２２ｙは、平坦部２０を基点として、−Ｚ方向に指向して設けられている。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
特定波長の光を反射するグレーティングを配列した光ファイバからなる第１及び第２の応力検出センサ部と、
前記第１の応力検出センサ部におけるグレーティングの配列方向とは異なる方向に付与された応力を該配列方向の応力に変換して当該グレーティングに伝達する第１の応力方向変換部と、
前記第２の応力検出センサ部におけるグレーティングの配列方向とは異なる方向に付与された応力を該配列方向の応力に変換して当該グレーティングに伝達する第２の応力方向変換部と、
を備え、
前記第１及び第２の応力方向変換部は、同一の平坦部を共有し、
前記第１の応力方向変換部は、前記平坦部を基点として、該平坦部に直交する第１の垂直方向に指向して設けられると共に、前記第２の応力方向変換部は、前記平坦部を基点として、該平坦部に直交し且つ前記第１の垂直方向とは反対の第２の垂直方向に指向して設けられることを特徴とする光ファイバセンサ。
【請求項２】
請求項１記載のセンサにおいて、
前記平坦部は、前記第１及び第２の応力検出センサ部の各グレーティングの配列方向に沿って配置され、
前記第１の光ファイバは、前記平坦部から前記第１の垂直方向に沿って離間した箇所に配置されると共に、前記第２の光ファイバは、前記平坦部から前記第２の垂直方向に沿って離間した箇所に配置され、
前記第１及び第２の応力方向変換部は、平面視で略直交するように配置されると共に、前記平坦部と、該平坦部から前記第１及び第２の光ファイバに橋架された応力伝達部とをそれぞれ有することを特徴とする光ファイバセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特定波長の光を反射するグレーティングを配列した光ファイバを有する光ファイバセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、光ファイバをセンサとしてシートに配置し、物体から前記シートに圧力（応力）が付与されたときの前記光ファイバの歪みを検出することにより、前記光ファイバが配置された箇所の圧力を検出する圧力センサが知られている（特許文献１及び２参照）。
【０００３】
一方、垂直方向及び水平方向に付与される圧力（垂直応力、水平応力）を電気信号として検出するＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）技術を利用した圧力センサも知られている（特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３８７１８７４号公報
【特許文献２】特開２００２−７１３２３号公報
【特許文献３】特開２００９−６８９８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、光ファイバを利用したセンサ（光ファイバセンサ）には、シート体の内部に埋設した光ファイバのコアに複数個のグレーティング（回折格子）を設けた、ＦＢＧ（Ｆｉｂｅｒ  Ｂｒａｇｇ  Ｇｒａｔｉｎｇ）センサと呼称されるセンサがある。このセンサでは、物体からシート体に応力が付与されると、前記グレーティングに歪みが発生して反射光の波長が変化する現象を利用し、該歪みの発生に伴う前記反射光の波長（反射波長）のシフト量を検出して、検出した該シフト量に基づき前記応力を算出する。
【０００６】
本出願人は、シート体の内部に、該シート体に平行な第１の水平方向（例えば、Ｘ方向）に沿った一方の光ファイバと、前記シート体に平行な第２の水平方向（Ｘ方向に直交するＹ方向）に沿った他方の光ファイバと、前記シート体に直交する方向（Ｚ方向）に付与される垂直応力を前記一方の光ファイバのグレーティングの配列方向に沿った応力に変換して該一方の光ファイバに伝達する一方の応力方向変換部と、前記垂直応力を前記他方の光ファイバのグレーティングの配列方向に沿った応力に変換して該他方の光ファイバに伝達する他方の応力方向変換部とを配置したＦＢＧセンサを案出している（図１参照）。
【０００７】
このＦＢＧセンサでは、シート体に垂直応力が付与されると、一方の応力方向変換部から一方の光ファイバへの応力の伝達と、他方の応力方向変換部から他方の光ファイバへの応力の伝達とによって、各光ファイバのグレーティングがそれぞれ歪み（図３Ｂ及び図４Ｂ参照）、反射光の波長がそれぞれ変化する。これにより、各グレーティングの反射波長のシフト量を検出すれば、検出した各シフト量に基づいて前記垂直応力を算出することができる。
【０００８】
この場合、前記光ファイバ同士の位置的干渉を回避するために、各応力方向変換部を互いに異なる大きさ及び形状にすると、各グレーティングの間で、歪み量の大きさ及びシフト量の大きさが互いに異なるものとなる（図５参照）。これにより、前記垂直応力の算出に先立って、検出した前記各シフト量を補正するための信号処理が必要となる。
【０００９】
本発明は、前記の問題に鑑みなされたものであり、反射波長のシフト量の差を緩和することにより、該シフト量に対する補正処理を行うことなく、垂直応力を検出（算出）することができる光ファイバセンサ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】
【００１０】
本発明に係る光ファイバセンサは、特定波長の光を反射するグレーティングを配列した光ファイバからなる第１及び第２の応力検出センサ部と、前記第１の応力検出センサ部におけるグレーティングの配列方向とは異なる方向に付与された応力を該配列方向の応力に変換して当該グレーティングに伝達する第１の応力方向変換部と、前記第２の応力検出センサ部におけるグレーティングの配列方向とは異なる方向に付与された応力を該配列方向の応力に変換して当該グレーティングに伝達する第２の応力方向変換部とを備え、
前記第１及び第２の応力方向変換部は、同一の平坦部を共有し、前記第１の応力方向変換部は、前記平坦部を基点として、該平坦部に直交する第１の垂直方向に指向して設けられると共に、前記第２の応力方向変換部は、前記平坦部を基点として、該平坦部に直交し且つ前記第１の垂直方向とは反対の第２の垂直方向に指向して設けられることを特徴としている。
【００１１】
本発明によれば、前記第１の応力方向変換部は、前記平坦部を基点として前記第１の垂直方向（例えば、＋Ｚ方向及び−Ｚ方向のうち、いずれか一方の方向）に指向して設けられると共に、前記第２の応力方向変換部は、前記平坦部を基点として、前記第１の垂直方向とは反対の前記第２の垂直方向（前記一方の方向とは反対の他方の方向）に指向して設けられている。
【００１２】
このように、前記第１及び第２の応力方向変換部は、同一の前記平坦部を共有すると共に、互いに異なる方向に指向して設けられている。従って、前記第１及び第２の応力方向変換部は、前記光ファイバセンサ内において、互いに干渉し合うことはなく、この結果、同じ大きさ及び同一形状の部材として構成することが可能になる。
【００１３】
これにより、外部から前記光ファイバセンサに垂直応力が付与される場合でも、前記第１及び第２の光ファイバのグレーティングにおける反射波長のシフト量の差を緩和することができ、該各シフト量に対する補正処理を行うことなく、前記垂直応力を検出（算出）することが可能となる。
【００１４】
また、前記平坦部は、前記第１及び第２の応力検出センサ部の各グレーティングの配列方向に沿って配置され、前記第１の光ファイバは、前記平坦部から前記第１の垂直方向に沿って離間した箇所に配置されると共に、前記第２の光ファイバは、前記平坦部から前記第２の垂直方向に沿って離間した箇所に配置され、前記第１及び第２の応力方向変換部は、平面視で略直交するように配置されると共に、前記平坦部と、該平坦部から前記第１及び第２の光ファイバに橋架された応力伝達部とをそれぞれ有してもよい。
【００１５】
これにより、前記第１及び第２の応力方向変換部を同じ大きさ及び同一形状の部材として容易に構成することができるので、前記各グレーティングにおける反射波長のシフト量の差をより一層緩和することができる。また、前記平坦部と前記第１及び第２の光ファイバとの間を前記応力伝達部で橋架することにより、前記垂直応力を効率よく前記配列方向に沿った方向の応力に変換して前記各グレーティングに伝達することが可能となる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、第１の応力方向変換部は、平坦部を基点として第１の垂直方向に指向して設けられると共に、第２の応力方向変換部は、前記平坦部を基点として、前記第１の垂直方向とは反対の第２の垂直方向に指向して設けられている。
【００１７】
このように、前記第１及び第２の応力方向変換部は、同一の前記平坦部を共有すると共に、互いに異なる方向に指向して設けられている。従って、前記第１及び第２の応力方向変換部は、光ファイバセンサ内において、互いに干渉し合うことはなく、この結果、同じ大きさ及び同一形状の部材として構成することが可能になる。
【００１８】
これにより、外部から前記光ファイバセンサに垂直応力が付与される場合でも、前記第１及び第２の光ファイバのグレーティングにおける反射波長のシフト量の差を緩和することができ、この結果、該各シフト量に対する補正処理を行うことなく、前記垂直応力を検出（算出）することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本実施形態の前提となるＦＢＧセンサをシート体に配置した圧力センサの斜視図である。
【図２】図１の圧力センサの平面図である。
【図３】図３Ａ及び図３Ｂは、Ｘ方向に沿って配置された応力検出センサ部及び応力方向変換部による垂直応力の検出原理の説明図である。
【図４】図４Ａ及び図４Ｂは、Ｙ方向に沿って配置された応力検出センサ部及び応力方向変換部による垂直応力の検出原理の説明図である。
【図５】垂直応力と反射波長のシフト量との関係を示すグラフである。
【図６】本実施形態に係るＦＢＧセンサをシート体に配置した圧力センサの斜視図である。
【図７】図６の圧力センサの平面図である。
【図８】図８Ａ及び図８Ｂは、Ｘ方向に沿って配置された応力検出センサ部及び応力方向変換部による垂直応力の検出原理の説明図である。
【図９】図９Ａ及び図９Ｂは、Ｙ方向に沿って配置された応力検出センサ部及び応力方向変換部による垂直応力の検出原理の説明図である。
【図１０】垂直応力と反射波長のシフト量との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明に係る光ファイバセンサの好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２１】
先ず、本実施形態の説明に先立ち、本実施形態の前提となる光ファイバセンサとしてのＦＢＧセンサ（Ｆｉｂｅｒ  Ｂｒａｇｇ  Ｇｒａｔｉｎｇ  Ｓｅｎｓｏｒ）を利用した応力検出の概要と、本実施形態が解決すべき課題とについて、図１〜図５を参照しながら説明する。
【００２２】
図１は、本出願人が案出した、本実施形態の前提となるＦＢＧセンサ１０を組み込んだ圧力センサ１２の斜視図である。
【００２３】
圧力センサ１２は、可撓性を有するシート体１４の内部に、１本の光ファイバケーブル１６がシート体１４の表面方向（Ｘ−Ｙ方向）に沿って埋設され、該光ファイバケーブル１６に沿ってＦＢＧセンサ１０を配置することにより構成される。
【００２４】
すなわち、光ファイバケーブル１６は、長手方向がＸ方向（第１の水平方向）とされた光ファイバ１６ｘと、長手方向がＹ方向（第２の水平方向）とされた光ファイバ１６ｙとから構成されている。この場合、光ファイバ１６ｘと光ファイバ１６ｙとは、位置的干渉（構造的干渉）の発生を回避するために、互いに異なる高さに配置されているが（図１、図３Ａ及び図４Ａ参照）、平面視では、互いに直交し（図２参照）、直交した箇所にＦＢＧセンサ１０が設けられている。従って、光ファイバケーブル１６とＦＢＧセンサ１０とを、プラスチックや樹脂等の可撓性を有する材料でモールドすることによりシート体１４が形成される。
【００２５】
なお、シート体１４は、ＦＢＧセンサ１０を該シート体１４の内部に固定すると共に、外部から付与される過度の応力や熱等からＦＢＧセンサ１０を保護するために形成される。また、図１では、光ファイバ１６ｘの下方に光ファイバ１６ｙを配置した場合を図示しているが、光ファイバ１６ｘの上方に光ファイバ１６ｙを配置してもよいことは勿論である。さらに、シート体１４における＋Ｘ方向側の側面には、光の入射又は出射が可能な光ファイバ１６ｘの入出力端１８ｘが外部に露呈すると共に、＋Ｙ方向側の側面には、光の入射又は出射が可能な光ファイバ１６ｙの入出力端１８ｙが外部に露呈している。
【００２６】
シート体１４の内部において、光ファイバ１６ｘと光ファイバ１６ｙとが直交する箇所の下方には、Ｘ−Ｙ方向に沿った矩形状の平坦部２０が配置されている。また、シート体１４の内部には、平坦部２０を共有するように、応力方向変換部２２ｘ、２２ｙがＸ方向とＹ方向とに沿ってそれぞれ配置されている。さらに、該直交する箇所において、光ファイバ１６ｘのコア２４ｘには、グレーティング２６ｘが形成されると共に、光ファイバ１６ｙのコア２４ｙには、グレーティング２６ｙが形成され、これらのグレーティング２６ｘ、２６ｙにより応力検出センサ部２８ｘ、２８ｙが構成される。
【００２７】
従って、ＦＢＧセンサ１０は、光ファイバ１６ｘと光ファイバ１６ｙとが直交する箇所を中心として、Ｘ方向に沿って設けられた応力方向変換部２２ｘ（第１の応力方向変換部）及び応力検出センサ部２８ｘ（第１の応力検出センサ部）と、Ｙ方向に沿って設けられた応力方向変換部２２ｙ（第２の応力方向変換部）及び応力検出センサ部２８ｙ（第２の応力検出センサ部）とによって構成されている。
【００２８】
ここで、応力検出センサ部２８ｘのグレーティング２６ｘと、応力検出センサ部２８ｙのグレーティング２６ｙとは、互いに異なる格子間隔と反射波長とを有する。
【００２９】
また、外部からの応力に対する受感部材としての応力方向変換部２２ｘ、２２ｙは、ゴムや樹脂等の弾性体からなる。
【００３０】
応力方向変換部２２ｘは、前述した平坦部２０と、該平坦部２０の対向する二辺（＋Ｘ方向側の辺と−Ｘ方向側の辺）からグレーティング２６ｘの＋Ｘ方向側の端部及び−Ｘ方向側の端部にそれぞれ橋架された２つの応力伝達部３０ｘとを有する。互いに対向するように形成された２つの応力伝達部３０ｘは、平坦部２０に連なると共に光ファイバ１６ｘに向かって傾斜した傾斜部３２ｘと、該傾斜部３２ｘに連なると共に、光ファイバ１６ｘの外周面の一部を囲繞して該光ファイバ１６ｘを支持及び／又は固定する接合部３４ｘとをそれぞれ有する。
【００３１】
一方、応力方向変換部２２ｙは、応力方向変換部２２ｘと同様の構成を備えているが、応力方向変換部２２ｘとの位置的干渉の発生の回避と、光ファイバ１６ｘと光ファイバ１６ｙとの位置的干渉の発生の回避とを図るために、応力方向変換部２２ｙよりも低い高さに設定されている。また、応力方向変換部２２ｙは、平坦部２０と、該平坦部２０の対向する二辺（＋Ｙ方向側の辺と−Ｙ方向側の辺）からグレーティング２６ｙの＋Ｙ方向側の端部及び−Ｙ方向側の端部にそれぞれ橋架された２つの応力伝達部３０ｙとを有する。互いに対向するように形成された２つの応力伝達部３０ｙは、平坦部２０に連なると共に光ファイバ１６ｙに向かって傾斜した傾斜部３２ｙと、該傾斜部３２ｙに連なると共に、光ファイバ１６ｙの外周面の一部を囲繞して該光ファイバ１６ｙを支持及び／又は固定する接合部３４ｙとをそれぞれ有する。
【００３２】
このように、応力方向変換部２２ｘ、２２ｙは、平坦部２０を共有すると共に、いずれも−Ｚ方向に指向して設けられている。しかも、光ファイバ１６ｘ、１６ｙ間での位置的干渉の発生を回避するために、応力方向変換部２２ｘ、２２ｙは、互いに異なる高さに設定されている。
【００３３】
なお、図３Ａ及び図４Ａに示すように、応力付与前における平坦部２０と各傾斜部３２ｘ、３２ｙとのなす角度は、互いに等しい角度φに設定されている。また、ここでは、傾斜部３２ｘの長さをａとし、傾斜部３２ｙの長さをｂとする。
【００３４】
次に、ＦＢＧセンサ１０上方のシート体１４の表面に図示しない物体が接触し、該物体からＦＢＧセンサ１０に対して、垂直応力（＋Ｚ方向に沿った応力）Ｆが付与されたときの垂直応力Ｆの検出と、該垂直応力Ｆの検出の際に惹起される本実施形態が解決すべき課題とについて、図３Ａ〜図５を参照しながら説明する。
【００３５】
応力付与前の応力方向変換部２２ｘ、２２ｙの形状は、平坦部２０を中心とした対称構造（図３Ａ及び図４Ａでは平坦部２０を中心とした左右対称の構造）であるため、前記物体からシート体１４（図１参照）に＋Ｚ方向に沿った垂直応力Ｆが付与されて、平坦部２０が該垂直応力Ｆを受けたときに、各応力伝達部３０ｘ、３０ｙには、理想的に、＋Ｚ方向に沿った応力Ｆ／４がそれぞれ付与される。すなわち、平坦部２０の各辺から４つの傾斜部３２ｘ、３２ｙがそれぞれ延在しているので、１つの応力伝達部３０ｘ、３０ｙに付与される応力は、理想的に、垂直応力Ｆの１／４の大きさのＦ／４となる。
【００３６】
これにより、応力付与後の応力方向変換部２２ｘ、２２ｙの形状は、応力付与前の形状（図３Ａ、図４Ａの形状及び図３Ｂ、図４Ｂの二点鎖線に示す形状）と比較して、全体的に、応力Ｆ／４によって左右対称に大きく変形した形状となる（図３Ｂ及び図４Ｂの実線に示す形状）。これにより、応力Ｆ／４についての傾斜部３２ｘ、３２ｙに沿った方向の成分（力）が各接合部３４ｘ、３４ｙにそれぞれ伝達され、光ファイバ１６ｘ、１６ｙと接合部３４ｘ、３４ｙとの各接合部分には、該応力Ｆ／４に基づく力（傾斜部３２ｘ、３２ｙに沿った方向の力についてのＸ方向及びＹ方向に沿った成分）がそれぞれ付与されることになる。
【００３７】
具体的に、図３Ｂにおいて、光ファイバ１６ｘと−Ｘ方向側の接合部３４ｘとの接合部分には、−Ｘ方向に沿った成分の力がかかると共に、光ファイバ１６ｙと＋Ｘ方向側の接合部３４ｘとの接合部分には、＋Ｘ方向に沿った成分の力がかかる。また、図４Ｂにおいて、光ファイバ１６ｙと＋Ｙ方向側の接合部３４ｙとの接合部分には、＋Ｙ方向に沿った成分の力がかかると共に、光ファイバ１６ｙと−Ｙ方向側の接合部３４ｙとの接合部分には、−Ｙ方向に沿った成分の力がかかる。
【００３８】
この結果、平坦部２０に対して応力伝達部３０ｘ、３０ｙが拡開し、平坦部２０と傾斜部３２ｘ、３２ｙとの成す角度も、φから（φ＋Δφ）に増加する。なお、Δφは、角度φの増加分である。
【００３９】
そして、図３Ｂにおいて、各接合部分に付与される上記の各力がグレーティング２６ｘにそれぞれかかることで、グレーティング２６ｘは、＋Ｘ方向及び−Ｘ方向に略同一量だけ歪む（伸張する）と共に、該グレーティング２６ｘの格子間隔も略同一量だけ変化（増加）する。また、図４Ｂにおいても、グレーティング２６ｘの場合と同様に、グレーティング２６ｙは、＋Ｙ方向及び−Ｙ方向に略同一量だけ歪む（伸張する）と共に、該グレーティング２６ｙの格子間隔も略同一量だけ変化（増加）する。
【００４０】
ここで、シート体１４に垂直応力Ｆが付与されたときのグレーティング２６ｘのＸ方向に沿った歪み量をρａとし、グレーティング２６ｙのＹ方向に沿った歪み量をρｂとすれば、歪み量ρａ、ρｂは、下記の（１）式及び（２）式で表わされる。
ρａ＝ａ×ｃｏｓ（π−Δφ）                                （１）
ρｂ＝ｂ×ｃｏｓ（π−Δφ）                                （２）
【００４１】
また、光ファイバ１６ｘ、１６ｙの位置的干渉の発生を回避するために、応力方向変換部２２ｙは、応力方向変換部２２ｘよりも小さな形状となっているので、ａとｂとの間には、下記（３）式の関係が成り立ち、従って、ρａとρｂとの間には、（４）式の関係が成り立つ。
ａ＞ｂ                                                      （３）
ρａ＞ρｂ                                                  （４）
【００４２】
ここで、歪み量ρａに起因したグレーティング２６ｘの格子間隔の変化量をΔρａとし、歪み量ρｂに起因したグレーティング２６ｙの格子間隔の変化量をΔρｂとすれば、ΔρａとΔρｂとの間には、上記（３）式及び（４）式の関係から、（５）式の関係が成り立つ。
Δρａ＞Δρｂ                                                （５）
【００４３】
従って、コア２４ｘ、２４ｙの有効屈折率をｎｅｆｆとし、入出力端１８ｘ、１８ｙからコア２４ｘ、２４ｙに入射した光がグレーティング２６ｘ、２６ｙで反射したときの反射光の波長（反射波長）のシフト量（波長シフト量）をΔλａ、Δλｂとすれば、各波長シフト量Δλａ、Δλｂは、下記の（６）式及び（７）式で表わされる。
Δλａ＝２×ｎｅｆｆ×Δρａ                                    （６）
Δλｂ＝２×ｎｅｆｆ×Δρｂ                                    （７）
【００４４】
この場合、ΔλａとΔλｂとの間には、下記（８）式の関係が成り立つ。
Δλａ＞Δλｂ                                                （８）
【００４５】
そして、圧力センサ１２では、各波長シフト量Δλａ、Δλｂに基づいて垂直応力Ｆを算出することができる。
【００４６】
しかしながら、圧力センサ１２では、光ファイバ１６ａ、１６ｂの位置的干渉の発生を回避するために、応力方向変換部２２ｘ、２２ｙを互いに異なる大きさとしている。これにより、傾斜部３２ｘ、３２ｙの長さａ、ｂが互いに異なる長さになって、各波長シフト量Δλａ、Δλｂの大きさが互いに異なる量となる（図５参照）。この結果、垂直応力Ｆの算出に先立って、検出した各波長シフト量Δλａ、Δλｂを補正するための信号処理が必要になる。これが、本実施形態の課題である。
【００４７】
次に、上述した課題を解決するための本実施形態に係るＦＢＧセンサ４０と、該ＦＢＧセンサ４０を組み込んだ圧力センサ４２とについて、図６〜図１０を参照しながら説明する。
【００４８】
なお、図６〜図１０では、本実施形態の前提となるＦＢＧセンサ１０及び圧力センサ１２（図１及び図２参照）中、同じ構成要素については、同じ参照符号を付けて、その詳細な説明を省略する。
【００４９】
本実施形態に係るＦＢＧセンサ４０及び圧力センサ４２は、図６に示すように、応力方向変換部２２ｘが平坦部２０を基点として＋Ｚ方向（第１の垂直方向）に指向して設けられると共に、応力方向変換部２２ｙが平坦部２０を基点として、−Ｚ方向（第２の垂直方向）に指向して設けられ、さらには、光ファイバ１６ｘが平坦部２０から＋Ｚ方向に沿って離間した箇所に配置されると共に、光ファイバ１６ｙが平坦部２０から−Ｚ方向に沿って離間した箇所に配置されている点で、本実施形態の前提となるＦＢＧセンサ１０及び圧力センサ１２（図１参照）とは異なる。
【００５０】
この場合、ＦＢＧセンサ４０の応力方向変換部２２ｘは、Ｚ方向を中心軸として応力方向変換部２２ｙを９０°回転させた状態で上下反転した構造とされている。
【００５１】
すなわち、ＦＢＧセンサ４０の応力方向変換部２２ｘ、２２ｙは、平坦部２０を共有しながらも、光ファイバ１６ｘ、１６ｙの位置的干渉（構造的干渉）の発生や、応力方向変換部２２ｘ、２２ｙの位置的干渉の発生を回避するために、＋Ｚ方向と−Ｚ方向とにそれぞれ指向して設けられている。従って、応力方向変換部２２ｘ、２２ｙは、同じ大きさ及び同一形状の部材として構成することが可能となる。そのため、圧力センサ４２におけるＺ方向に沿った光ファイバ１６ｘ、１６ｙの間隔は、圧力センサ１２におけるＺ方向に沿った光ファイバ１６ｘ、１６ｙの間隔よりも大きく設定されている。
【００５２】
なお、ＦＢＧセンサ４０においても、平面視で、光ファイバ１６ｘ、１６ｙは互いに直交すると共に、応力方向変換部２２ｘ、２２ｙも互いに直交している（図７参照）。また、ＦＢＧセンサ４０において、傾斜部３２ｘの長さはｃであり、傾斜部３２ｙの長さはｄである（図８Ａ〜図９Ｂ参照）。さらに、ＦＢＧセンサ４０において、応力付与前における平坦部２０と傾斜部３２ｘ、３２ｙとの成す角度は、いずれも、角度θである（図８Ａ及び図９Ａ参照）。
【００５３】
次に、ＦＢＧセンサ４０上方のシート体１４の表面に図示しない物体が接触し、該物体からＦＢＧセンサ４０に対して、垂直応力（＋Ｚ方向に沿った応力）Ｆが付与されたときの垂直応力Ｆの検出と、該ＦＢＧセンサ４０が奏する顕著な効果とについて、図８Ａ〜図１０を参照しながら説明する。
【００５４】
ＦＢＧセンサ４０においても、応力付与前の応力方向変換部２２ｘ、２２ｙの形状は、平坦部２０を中心とした対称構造であるため、前記物体からシート体１４（図６参照）に＋Ｚ方向に沿った垂直応力Ｆが付与されて、平坦部２０が該垂直応力Ｆを受けたときに、各応力伝達部３０ｘ、３０ｙには、理想的に、＋Ｚ方向に沿った応力Ｆ／４がそれぞれ付与され、応力付与後の応力方向変換部２２ｘ、２２ｙの形状は、応力付与前の形状（図８Ａ、図９Ａの形状及び図８Ｂ、図９Ｂの二点鎖線に示す形状）と比較して、全体的に、応力Ｆ／４によって左右対称に大きく変形した形状となる（図８Ｂ及び図９Ｂの実線に示す形状）。
【００５５】
これにより、応力Ｆ／４についての傾斜部３２ｘ、３２ｙに沿った方向の成分（力）が各接合部３４ｘ、３４ｙにそれぞれ伝達されて、光ファイバ１６ｘ、１６ｙと接合部３４ｘ、３４ｙとの各接合部分には、該応力Ｆ／４に基づく力がそれぞれ付与される。
【００５６】
具体的に、図８Ｂにおいて、光ファイバ１６ｘと−Ｘ方向側の接合部３４ｘとの接合部分には、−Ｘ方向に沿った成分の力がかかると共に、光ファイバ１６ｙと＋Ｘ方向側の接合部３４ｘとの接合部分には、＋Ｘ方向に沿った成分の力がかかる。また、図９Ｂにおいて、光ファイバ１６ｙと＋Ｙ方向側の接合部３４ｙとの接合部分には、＋Ｙ方向に沿った成分の力がかかると共に、光ファイバ１６ｙと−Ｙ方向側の接合部３４ｙとの接合部分には、−Ｙ方向に沿った成分の力がかかる。
【００５７】
この結果、平坦部２０に対して応力伝達部３０ｘ、３０ｙが拡開し、平坦部２０と傾斜部３２ｘ、３２ｙとの成す角度は、θから（θ＋Δθ）に増加する。なお、Δθは、角度θの増加分である。
【００５８】
そして、図８Ｂにおいて、各接合部分に付与される上記の各力がグレーティング２６ｘにそれぞれかかることで、グレーティング２６ｘは、＋Ｘ方向及び−Ｘ方向に略同一量だけ歪む（伸張する）と共に、該グレーティング２６ｘの格子間隔も略同一量だけ変化（増加）する。また、図９Ｂにおいても、グレーティング２６ｘの場合と同様に、グレーティング２６ｙは、＋Ｙ方向及び−Ｙ方向に略同一量だけ歪む（伸張する）と共に、該グレーティング２６ｙの格子間隔も略同一量だけ変化（増加）する。
【００５９】
ここで、垂直応力Ｆをシート体１４に付与したときのグレーティング２６ｘのＸ方向に沿った歪み量をρｃとし、グレーティング２６ｙのＹ方向に沿った歪み量をρｄとすれば、歪み量ρｃ、ρｄは、下記の（９）式及び（１０）式で表わされる。
ρｃ＝ｃ×ｃｏｓ（π−Δθ）                                （９）
ρｄ＝ｄ×ｃｏｓ（π−Δθ）                              （１０）
【００６０】
この場合、ＦＢＧセンサ４０の応力方向変換部２２ｘ、２２ｙは、同じ大きさで且つ同一形状であるため、ｃとｄとの間には、（１１）式の関係が成り立ち、従って、ρｃとρｄとの間には、（１２）式の関係が成り立つ。
ｃ＝ｄ                                                    （１１）
ρｃ＝ρｄ                                                 （１２）
【００６１】
ここで、歪み量ρｃに起因したグレーティング２６ｘの格子間隔の変化量をΔρｃとし、歪み量ρｄに起因したグレーティング２６ｙの格子間隔の変化量をΔρｄとすれば、ΔρｃとΔρｄとの間には、（１３）式の関係が成り立つ。
Δρｃ＝Δρｄ                                              （１３）
【００６２】
従って、ＦＢＧセンサ４０のグレーティング２６ｘ、２６ｙにおける波長シフト量をΔλｃ、Δλｄとすれば、各波長シフト量Δλｃ、Δλｄは、下記の（１４）式及び（１５）式で表わされる。
Δλｃ＝２×ｎｅｆｆ×Δρｃ                                  （１４）
Δλｄ＝２×ｎｅｆｆ×Δρｄ                                  （１５）
【００６３】
この場合、ΔλｃとΔλｄとの間には、（１３）〜（１５）式より、下記（１６）式の関係が成り立つ。
Δλｃ＝Δλｄ                                              （１６）
【００６４】
図１０は、ＦＢＧセンサ４０における垂直応力Ｆと波長シフト量Δλｃ、Δλｄとの関係を示すグラフである。
【００６５】
前述のように、本実施形態に係るＦＢＧセンサ４０では、光ファイバ１６ｘ、１６ｙの位置的干渉の発生や、応力方向変換部２２ｘ、２２ｙの位置的干渉の発生を回避するために、応力方向変換部２２ｘは、同一の平坦部２０を共有し、応力方向変換部２２ｘは、平坦部２０を基点として、＋Ｚ方向に指向して設けられると共に、応力方向変換部２２ｙは、平坦部２０を基点として、−Ｚ方向に指向して設けられている。これにより、応力方向変換部２２ｘ、２２ｙは、ＦＢＧセンサ４０内において、互いに干渉し合うことはなく、同じ大きさ及び同一形状の部材として構成することが可能になる。
【００６６】
これにより、外部からＦＢＧセンサ４０に垂直応力Ｆが付与される場合でも、グレーティング２６ｘ、２６ｙにおける波長シフト量Δλｃ、Δλｄの差を緩和（小さく）することができる（図１０参照）。この結果、該各波長シフト量Δλｃ、Δλｄに対する補正処理を行うことなく、垂直応力Ｆを算出することが可能となる。なお、図１０では、本実施形態との比較のために、本実施形態の前提となるＦＢＧセンサ１０の結果（Δλａ、Δλｂ）も破線で表記している。
【００６７】
しかも、本実施形態に係るＦＢＧセンサ４０では、応力検出センサ部２８ｘ、２８ｙ（光ファイバ１６ｘ、１６ｙ）についても、平坦部２０を基点として、＋Ｚ方向に沿って離間した箇所と、−Ｚ方向に沿って離間した箇所とにそれぞれ配置されている。これにより、応力方向変換部２２ｘ、２２ｙを同じ大きさ及び同一形状の部材として容易に構成できると共に、グレーティング２６ｘ、２６ｙにおける波長シフト量Δλｃ、Δλｄの差をより一層緩和することができる。また、平坦部２０と光ファイバ１６ｘ、１６ｙとの間を応力伝達部３０ｘ、３０ｙで橋架することにより、垂直応力Ｆを効率よくＸ方向又はＹ方向の応力に変換して各グレーティング２６ｘ、２６ｙに伝達することが可能となる。
【００６８】
なお、本発明は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００６９】
１６…光ファイバケーブル            １６ｘ、１６ｙ…光ファイバ
２０…平坦部                        ２２ｘ、２２ｙ…応力方向変換部
２６ｘ、２６ｙ…グレーティング      ２８ｘ、２８ｙ…応力検出センサ部
３０ｘ、３０ｙ…応力伝達部          ４０…ＦＢＧセンサ
４２…圧力センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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