(57)【要約】【課題】  光ファイバに一度変位が生じてからその変位が元に戻るまでの時間が短く、曲げ半径の変化が大きくて感度がよく、より安価に光ファイバ変位センサを構築する。【解決手段】  光ファイバ１は、開口部２４を介して円環状空洞部２１内における渦巻きばね２４の外周部に巻き付けられ、その渦巻きばねを介して光ファイバ１の変位がゼロのときに曲げ半径ｒが最大半径ｒｍａｘとなり、その変位が最大のときに曲げ半径ｒが最小半径ｒｍｉｎとなる状態に設定される。光ファイバ１の変位が元に戻るときでも、渦巻きばね２４のばね作用により曲げ半径ｒを連続して増加させることにより、変位量が検出される。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を発する光源と、
前記光源からの光を伝送する光ファイバと、
前記光ファイバの伝送光を検出する光検出器と、
前記光ファイバの曲げ半径を設定し且つその曲げ半径に応じて前記伝送光の漏洩による曲げ損失を与える曲げ損失付与部と、
前記光ファイバに変位が生じるときに前記曲げ損失付与部の曲げ半径を小さくして前記曲げ損失を増大させることにより前記光ファイバの変位量を検出する変位検出手段とを有し、
前記曲げ損失付与部は、
前記曲げ半径の最小半径を内半径とし且つその最大半径を外半径とする円環状空洞部と、
前記円環状空洞部の内半径側に配置される円柱状の最小半径ストッパーと、
前記円環状空洞部の外半径側に配置される最大半径ストッパーと、
前記最大半径ストッパーに形成される光ファイバ導出口と、
前記最小半径ストッパーに巻き付けられ且つ前記円環状空洞部内をその半径方向に伸縮する渦巻きばねとを有し、
前記光ファイバは、
前記ファイバ導出口を介して前記円環状空洞部内における前記渦巻きばねの外周部に巻き付けられ、且つ、その渦巻きばねを介して前記変位が最小のときに前記曲げ半径が最大半径となり且つ前記変位が最大のときに前記曲げ半径が最小半径となる状態に設定され、
前記変位検出手段は、
前記光ファイバの変位が元に戻るときに前記渦巻きばねのばね作用により前記曲げ半径を連続して増加させることにより、前記変位を検出することを特徴とする光ファイバ変位センサ。
【請求項２】
前記光ファイバは、その変位する部分が２重以上に構成されることを特徴とする請求項１記載の光ファイバ変位センサ。
【請求項３】
前記光ファイバは、前記曲げ損失付与部と反対側の部分が固定され、
前記変位検出手段は、前記光ファイバの軸方向に垂直な方向の変位を検出することを特徴とする請求項１から２のいずれか１項に記載の光ファイバ変位センサ。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の光ファイバ変位センサを用いたことを特徴とする衝突検知センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバを使用した、光ファイバの移動量（ファイバ変位）を検知する光ファイバ変位センサ及びこれを用いた衝突検知センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の光ファイバ変位センサとしては、光ファイバを車両バンパに装着するタイプの車両衝突用センサが知られている（例えば、特許文献１参照）。この車両衝突用センサは、車両バンパに沿って少なくとも一部が露出して設けられた漏洩光ファイバと、この漏洩光ファイバの一端側に設けられ、光を入射させる投光ユニットと、その漏洩光ファイバの他端側に設けられ、光を受ける受光ユニットとを備え、車両が衝突したときに漏洩光ファイバが圧縮変形あるいは破断することにより、漏洩光ファイバを伝搬する光の漏洩量が増大し、受光ユニットの受光量が減少することを利用して車両の衝突検知を行なうものである。
【０００３】
また、車両衝突検知以外の光ファイバ変位センサとしては、落石などの衝突検知センサに適用したものが知られている（例えば、特許文献２参照）。この衝突検知センサは、監視区域の地面に立てた複数本の支柱に光ファイバ通線管を折り返し連続架設し、支柱間の光ファイバ通線管に可撓管部を設け、光ファイバ通線管内に光ファイバを収納した構成で、光ファイバ通線管が衝突を受けると、可撓管部とその内部の光ファイバの曲率が大きくなり、光ファイバを伝搬する光の漏洩や反射が多くなることを利用して落石などの衝突検知を行うものである。
【特許文献１】特開平７−１９０７３２号公報
【特許文献２】特開２００２−２６７５４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した従来例を含め、この種の光ファイバ変位センサでは、光ファイバに曲げ損失を付与するために曲げ損失付与部を設ける場合があるが、この場合の曲げ損失付与部は、通常、スポンジ等に巻き付けて変位がないときには曲げ形状を維持する構造のものが使用される。この場合、次のような問題が想定される。
【０００５】
１）光ファイバに一度変位が生じてから、その変位がゼロに戻った場合には、ファイバの曲げ形状が元に戻らない、あるいは元に戻るまで時間が長い。
【０００６】
２）引っ張られる部分のファイバが１心（１本）で構成されているため、曲げ損失付与部での曲げ半径の変化が小さく、感度が低い。
【０００７】
３）通常、光ファイバとしてシングルモードファイバ、光源として使用波長が１．５５μｍ帯のレーザダイオードを使用する必要があるため、高価である。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたもので、光ファイバに一度変位が生じてからその変位が元に戻るまでの時間が短く、曲げ半径の変化が大きくて感度がよく、より安価に構築できる光ファイバ変位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】
【０００９】
上記目的を達成するため、請求項１記載の本発明に係る衝突検知センサは、光を発する光源と、前記光源からの光を伝送する光ファイバと、前記光ファイバの伝送光を検出する光検出器と、前記光ファイバの曲げ半径を設定し且つその曲げ半径に応じて前記伝送光の漏洩による曲げ損失を与える曲げ損失付与部と、前記光ファイバに変位が生じるときに前記曲げ損失付与部の曲げ半径を小さくして前記曲げ損失を増大させることにより前記光ファイバの変位量を検出する変位検出手段とを有し、前記曲げ損失付与部は、前記曲げ半径の最小半径を内半径とし且つその最大半径を外半径とする円環状空洞部と、前記円環状空洞部の内半径側に配置される円柱状の最小半径ストッパーと、前記円環状空洞部の外半径側に配置される最大半径ストッパーと、前記最大半径ストッパーに形成される光ファイバ導出口と、前記最小半径ストッパーに巻き付けられ且つ前記円環状空洞部内をその半径方向に伸縮する渦巻きばねとを有し、前記光ファイバは、前記ファイバ導出口を介して前記円環状空洞部内における前記渦巻きばねの外周部に巻き付けられ、且つ、その渦巻きばねを介して前記変位が最小のときに前記曲げ半径が最大半径となり且つ前記変位が最大のときに前記曲げ半径が最小半径となる状態に設定され、前記変位検出手段は、前記光ファイバの変位が元に戻るときに前記渦巻きばねのばね作用により前記曲げ半径を連続して増加させることにより、前記変位を検出することを要旨とする。
【００１０】
また、請求項２記載の本発明に係る光ファイバ変位センサでは、前記光ファイバは、その変位する部分が２重以上に構成されることを要旨とする。
【００１１】
また、請求項３記載の本発明に係る光ファイバ変位センサでは、前記光ファイバは、前記曲げ損失付与部と反対側の部分が固定され、前記変位検出手段は、前記光ファイバの軸方向に垂直な方向の変位を検出することを要旨とする。
【００１２】
また、請求項４記載の本発明に係る衝突検知センサでは、請求項１から４のいずれか１項に記載の光ファイバ変位センサを用いたことを要旨とする。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１記載の本発明によれば、曲げ損失付与部に渦巻きばねを用いることにより、変位が戻るときも変位に応じたセンサ出力を得ることができる。また、連続した変位にも対応したセンサ出力を得ることができる。
【００１４】
請求項２記載の本発明によれば、変位する部分の光ファイバを２重（２本）以上にすることにより、同じ変位であっても曲げ損失付与部での光ファイバの引っ張られる量は２倍以上となり、曲げ半径の変化が大きく、より高い感度を得ることができる。
【００１５】
請求項３記載の本発明によれば、光ファイバの垂直方向の変位を検出するようにしたため、検出すべき光ファイバの変位方向について軸方向に限らずその選択肢を増やすことができる。
【００１６】
請求項４記載の本発明によれば、上記光ファイバ変位センサを用いて衝突検知センサを構成するため、上記光ファイバ変位センサの効果を最大限に発揮させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明に係る光ファイバ変位センサを実施するための最良の形態を添付図面を参照して説明する。
【００１８】
図１は、光ファイバ変位センサの全体構成を示す。図１において、光ファイバ変位センサは、光ファイバ１を用いてその軸方向の変位量（移動量）Δｘを検出してそのセンサ出力を得るものである。光ファイバ１は、その一端から延びてその途中位置で曲げ損失（伝送光の漏洩による光損失）を与えるために所定の曲げ半径ｒで湾曲（Ｕターン）させ、２重構造（２心）にした状態で他端を一端と同じ側に戻すように配置される。
【００１９】
上記光ファイバ１を用いた光ファイバセンサには、光ファイバ１の曲げ半径ｒを形成する曲げ損失付与部２と、光ファイバ１の両端にそれぞれ光学的に接続される光源（発光部）３１及び光検出器（受光部）３２を一体に有する受発光部３と、受発光部３の光検出器３２にて検出された光信号の光パワーレベルに基づき、光ファイバ２の２重部分がその軸方向に変位（移動）するときの曲げ損失付与部２内での光ファイバ１の曲げ半径ｒの変化による光信号の漏洩に応じた曲げ損失量ａ（ｄＢ）（ａ＝−１０ｌｏｇ（Ｐ／Ｐ０）：Ｐは光信号の光パワーレベルの測定値、Ｐ０はその基準値）を測定する曲げ損失量測定部４と、損失量測定部４で測定される曲げ損失量ａから光ファイバ１の変位量Δｘを演算する変位量演算部５とが設けられる。
【００２０】
なお、光ファイバ１の曲げ損失付与部２と反対側（受発光部３の手前側）にファイバ固定部６を設け、その部分を固定することにより、光ファイバ１に対してその軸方向の変位量Δｘを検出するようにしている。
【００２１】
図２は、曲げ損失付与部２の構造を説明するものである。
【００２２】
図２において、曲げ損失付与部２は、光ファイバ１の曲げ損失を付与すべき曲げ半径ｒの最大半径ｒｍａｘを外半径とし且つその最小半径ｒｍｉｎを内半径とする円環状空洞部２１と、円環状空洞部２１の内半径側（内側中心部）に配置される円柱状の最小半径ストッパー２２と、円環状空洞部２１の外半径側（外側周辺部）に配置される円環状の最大半径ストッパー２３と、最小半径ストッパー２２の外周部に巻き付かれ且つ円環状空洞部２１内をその半径方向に伸縮自在に配置される渦巻きばね２４と、最大半径ストッパー２３の所定位置に形成される光ファイバ１導出口用の最大半径ストッパー開口部２５とを備え、光ファイバ１を最大半径ストッパー開口部２５を介して円環状空洞部２１内の渦巻きばね２４の外周部に巻き付けるように構成されている。
【００２３】
上記構造により、光ファイバ１の変位（ファイバ変位）が最小値すなわちゼロ（変位量Δｘ＝０）の場合には、光ファイバ１は、渦巻きばね２４の力により最大半径ストッパー２３の内周部に押し付けられた状態で、その曲げ半径ｒは最大半径ｒｍａｘを保持する（ｒ＝ｒｍａｘ）。一方、光ファイバ１に軸方向に変位が生じ引っ張られた場合には、その変位量Δｘに応じて渦巻きばね２４を押し縮め、変位が最大（変位量Δｘ＝最大値Δｘｍａｘ）のときに最小半径ストッパー２２の外周部に巻き付き、曲げ半径ｒが最小半径ｒｍｉｎとなる（ｒ＝ｒｍｉｎ）。また、光ファイバ１に一度生じた変位が小さくなる場合には、渦巻きばね２４の力により光ファイバ１の変位に応じて瞬時に曲げ半径ｒが大きくなり、これにより変位に応じた光ファイバ１の曲げ損失を発生させることができる。なお、最小半径ストッパー２２は、光ファイバ１の変位が大きくなった場合に、曲げ半径ｒが小さくなりすぎて、光ファイバ１が破断してしまうことを防ぐ役割をもつ。
【００２４】
図３は、光ファイバ１の変位量Δｘとその曲げ半径ｒとの関係を示すグラフである。図３に示すように、両者は反比例の関係にあり、Δｘ＝０のときにｒ＝ｒｍａｘ、Δｘ＝Δｘｍａｘのときにｒ＝ｒｍｉｎを示す。
【００２５】
図４は、上記曲げ半径ｒと曲げ損失量ａ（ｄＢ）との関係を示すグラフである。図４に示すように、両者も反比例の関係にあり、ｒ＝ｒｍａｘのときにａ＝ａｍｉｎ（最小値）、ｒ＝ｒｍｉｎのときにａ＝ａｍａｘ（最大値）を示す。
【００２６】
変位量演算部５は、上記図３及び図４に示す関係を例えば予めメモリ上のテーブルとして設定しておき、これに基づき例えばＣＰＵ（図示しない）によるプログラム演算により曲げ損失量測定部４にて測定される曲げ損失量ａから変位量Δｘを演算する。
【００２７】
従って、本実施例によれば、曲げ損失付与部２に渦巻きばね２４を用いることにより、光ファイバ１に生じた変位が戻るときもその変位に応じたセンサ出力を得ることができる。また、連続した変位にも対応したセンサ出力を得ることができる。
【００２８】
また、本実施例によれば、曲げ損失付与部２から出ている２本の光ファイバ１が同時に引っ張られる２重構造とすることにより、同じ変位であっても、曲げ損失付与部２での光ファイバ１の引っ張られる量は、１本（１心）の場合と比べると、２倍となり、より高い感度を得ることができる。なお、曲げ損失付与部２から出ている光ファイバ１は２本に限らず、２本以上とすることにより、同じ変位であっても、曲げ損失付与部２での光ファイバ１の引っ張られる量は、１本の場合と比べると、２倍以上となり、より一層高い感度を得ることができる。
【００２９】
なお、本実施例では光ファイバ１の軸方向の変位を検出する場合を説明するが、例えば図５に示すように、上記光ファイバ変位センサと同様の構成（光ファイバ１、曲げ損失付与部２、受発光部３（光源３１、光検出器３２）、曲げ損失量測定部４、変位量演算部５）において、光ファイバ１の曲げ損失付与部２と反対側（受発光部３の手前側）にファイバ固定部６を設けてあるので、その部分を固定することにより、光ファイバ１に対してその軸方向に垂直な方向の変位量Δｙも、上記軸方向の変位量Δｘと同様に検出することができる。
【００３０】
また、上記実施例において、光ファイバ１と光源３１との組み合わせとして、図６（ａ）及び（ｂ）の曲げ−損失特性グラフ（縦軸：曲げ損失量（ｄＢ）、横軸：曲げ半径ｒ（ｃｍ））に示すように、安価なプラスチックファイバとＬＥＤ（使用波長：６６０ｎｍ）との組み合わせを用いた場合（図６（ａ））でも、高価なシングルモードファイバとレーザダイオード（使用波長：１５５０ｎｍ）の組み合わせを用いた場合（図６（ｂ））とほぼ同程度の曲げ損失特性があることが分かり、これにより、より安価な構成で、同程度の性能をもつセンサを実現することが可能となった。
【００３１】
なお、上記光ファイバ変位センサの適用例として、自動車のバンパーに設置することにより、衝突の検出が可能となる。また、その変位速度及び車速データなどから衝突対象物が何であるか（人か電柱であるか等）を判別することができる。
【００３２】
また、上記光ファイバ変位センサの他の適用例として、道路や線路などの落石防止用の金網などに設置することにより、落石による金網などの変形の程度が分かり、落石の規模を判定できる。
【００３３】
以下、上記光ファイバ変位センサを自動車のバンパーに設置した衝突対象物識別装置（車両衝突検知センサ）の適用例を図７〜図１４に基づき説明する。
【００３４】
本適用例の衝突対象物識別装置は、光ファイバの曲げ損失を利用し、例えば人や電柱など衝突物の硬さの異なるものが車両に衝突したときのバンパの変形速度が異なる点に着目し、光ファイバの曲げ損失の変化する時間からバンパの変形速度を算出し、衝突物体を識別する計測システムに適用したものである。
【００３５】
図７は、本適用例による衝突対象物識別装置の全体構成を示す斜視図、図８は、その詳細構成を示すブロック図である。
【００３６】
図７に示す衝突対象物識別装置は、車両１００の前部バンパ９０の例えば裏面側又は表面側にその長手方向（車軸方向）に沿って布線された光ファイバ１０１と、この光ファイバ１０１の両端に光学的に接続された光送受信モジュール１０２と、この光送受信モジュール１０２の出力側に接続された演算処理部１０３と、この演算処理部１０３の出力側に接続されたアクティブフード制御部１０４とを備える。
【００３７】
光ファイバ１０１は、本適用例では、例えばＳＭ（シングルモード）型、φ（外半径）１２５μｍクラッド半径ガラスにＵＶ硬化型樹脂で２５０μｍに被覆され、さらにポリエステルエラストマなどの熱可塑性プラスチックでφ（外半径）０．９ｍｍに被覆された構造のシングルモードファイバでも、あるいはプラスチックファイバでも、いずれでも適用可能である。
【００３８】
この光ファイバ１０１の曲げ損失を与える部分（曲げ損失量の初期値を設定し衝突時以外はその初期値を維持するための光ファイバ曲がり部）を除く固定部１１０、１１０間には、バンパ９０の衝突変形時に光ファイバ１０１の断線を防ぐ目的で、例えばＳＵＳ（ステンレス鋼）等の材料で構成されたパイプ（筒状部材）１１１が設けられ、そのパイプ１１１内に光ファイバ１０１が挿入される。
【００３９】
上記衝突対象物識別装置には、光ファイバ１０１の曲げ損失を付与する部分に上記と同様の構造をもつ曲げ損失付与部２００が設けられる。これにより、光ファイバ１の曲げ半径ｒは、車両バンパ９０の変形に伴う光ファイバ１の引っ張り時以外には、最大半径ｒｍａｘを保つようになっている。
【００４０】
光送受信モジュール１０２は、図８に示すように、光ファイバ１０１の一端側に接続され、光ファイバ１０１への入射光の光源を成すＬＤ（レーザーダイオード）１２２及びその光を光ファイバ１０１を介して受光する受光部（光検出器）を成すＯ／Ｅ（Optical/Electrical：光−電気変換器）１２３と、Ｏ／Ｅ１２３の電圧出力側に接続される曲げ損失量測定部１２４とを有する。この光送受信モジュール１０２において、光ファイバ１０１の一端側から入射されるＬＤ１２２からの所定周波数の光は、光ファイバ１０１中を伝搬し曲げ損失付与部２００を介してＯ／Ｅ１２３にて受光される。
【００４１】
曲げ損失量測定部１２４は、Ｏ／Ｅ１２３からの電圧出力をアナログ信号からデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器１２５と、このＡ／Ｄ変換器１２５からのデジタル信号を一定時間（所定サンプル数分）遅らせて出力する複数の遅延素子１２６…１２６と、この遅延素子１２６…１２６により出力される一定時間遅延後の電圧出力Ｐ０（現時点よりも一定時間前の電圧出力レベル）及びＡ／Ｄ変換器１２５からの遅延されていない電圧出力Ｐ（現時点の電圧出力レベル）に基づいて光ファイバ１０１の曲げ損失量ｄＢ（ｄＢ＝−１０・ｌｏｇ１０Ｐ／Ｐ０）を演算する演算器１２７とを有し、演算された曲げ損失量ｄＢを演算処理部１０３に出力する。この曲げ損失量測定部１２４は、演算処理部１０３内に一体に構成されてもよい。
【００４２】
演算処理部１０３は、図８に示すように、曲げ損失量測定部１２４に接続される入力Ｉ／Ｆ（インターフェース）１３１と、予め設定された制御プログラム（後述参照）に従って装置全体を制御するＣＰＵ１３２と、制御データを記憶するＲＡＭ１３３と、制御プログラム及び対象物識別テーブル１３４ａ（後述参照）を記憶するＲＯＭ１３４と、設定された時間を計時して割り込み信号ＩＮＴを発生しＣＰＵ１３２に出力するタイマ１３５と、車両１００の車軸等に搭載された速度センサである車速エンコーダ（ロータリーエンコーダ）８０のＰＤ（フォトダイオード）８１に接続され、その出力パルスを計数し車速ｖとして出力するパルスカウンタ１３６と、アクティブフード制御部１０４に接続される出力Ｉ／Ｆ（インターフェース）１３７とを有する。
【００４３】
アクティブフード制御部１０４は、図９に示すように、車両用フード（ボンネット）１２０をその前側を支点ＳＰにして後側が開くように跳ね上げる跳ね上げ機構（アクチュエータ）１２１に電気的に接続され、その跳ね上げ機構１２１に対しその開閉状態を制御する制御信号Ｓ１を出力する。車両用フード１２０は、エンジンルームの点検等の通常時には、跳ね上げ機構は動作せず、その後側を支点にして前側が開く構造となっている。
【００４４】
次に、本実施形態の測定原理を説明する。
【００４５】
まず、図１０（ａ）に示すように、車両１００が障害物（衝突対象物）ＯＢに衝突する前の状態から図１０（ｂ）に示すように衝突する場合を考える。この場合、障害物ＯＢが車両バンパ９０に衝突した時に、バンパ９０の変形に伴い、光ファイバ１０１が引っ張られると、曲げ損失付与部２００により与えられる光ファイバ１０１の曲げ半径ｒが衝突前の最大半径ｒｍａｘよりも小さくなる。このように光ファイバ１０１に与える曲げ半径ｒが小さくなると、光ファイバ１０１のコアとクラッドの境界面と光の伝搬方向との角度が変化して光ファイバ１０１外に光が放射され、その部分で伝送光の漏洩が発生する。これを光ファイバ１の曲げ損失（或は曲がりによる放射損失）という。
【００４６】
この光ファイバ１０１の曲げ損失によって、その伝送光を受光する受光部を成すＯ／Ｅ変換器１２３にて変換される光強度に対応する電圧出力は小さくなる。これにより、現時点の電圧出力レベルをＰとし、現時点よりも一定時間前の電圧出力レベルをＰ０としたときに曲げ損失量測定部１２４にて得られる曲げ損失量ｄＢ（ｄＢ＝−１０・ｌｏｇ１０Ｐ／Ｐ０）を演算処理部１０３に入力し、その曲げ損失量ｄＢが演算処理部１０３にて予め設定された第一レベル（トリガレベル）から第二レベル（スレッショルド）までに要する時間を計測することにより、その時間によって衝突物の硬さを知ることができる。
【００４７】
図１１は、上記光ファイバ１０１の曲げ損失量の増加速度を、車両１００に衝突する衝突物が比較的硬い場合と軟らかい場合とで比較するものである。図１１において、横軸は時間ｔの常用対数値（ｌｏｇ（ｔ））、縦軸は光ファイバ１０１の曲げ損失量ｄＢ（ｄＢ＝−１０・ｌｏｇ１０Ｐ／Ｐ０）の常用対数値（ｌｏｇ（ｄＢ））をそれぞれ示す。
【００４８】
また、図１１において、ｄＢｒｅｆ１は予め設定された第１レベル（以下、「トリガレベル」）に対応する曲げ損失量、ｄＢｒｅｆ２は予め設定された第２レベル（以下、「スレッショルド」又は「スレッシュホールド」）に対応する曲げ損失量、ｔ１は曲げ損失量ｄＢがダウンしてトリガレベルｄＢｒｅｆ１に達した時の時間（以下、「トリガ時刻」）、ｔ２は曲げ損失量ｄＢが更にダウンしてスレッショルドｄＢｒｅｆ２に達した時の時間（以下、「スレッショルド時刻」）、Δｔは、トリガ時刻ｔ１からスレッショルド時刻ｔ２に要する所要時間（Δｔ＝ｔ２−ｔ１）をそれぞれ示す。
【００４９】
図１１に示すように、衝突物の硬さの違いにより、所要時間Δｔの値が異なり、衝突物が硬いほど、Δｔの値が小さくなる。そこで、曲げ損失量ｄＢが予め設定されたトリガレベルｄＢｒｅｆ１からスレッシュホールドｄＢｒｅｆ２まで達する際の所要時間Δｔを演算処理部３にて計測し、その時間Δｔによって衝突物の硬さを判断することができる。
【００５０】
また、Δｔの値は、衝突時速度ｖが速いほど小さくなる。そこで、車速ロータリーエンコーダ８０により計測される衝突時の車両進行速度ｖも、演算処理部１０３に取り込んでおくことで、衝突速度ｖに応じて予め設定されたΔｔを衝突物の硬さの判断基準として用いることができる。
【００５１】
図１２は、衝突時の車速ｖを４０〜６０ｋｍ／時（ｈ）の範囲で変えて上記所要時間Δｔの値を測定した実験例の結果を示す。
【００５２】
本実験例には、硬さの異なる衝突物として、人体モデル、電柱１、電柱２を用いた。光送受信モジュール１０２のＬＤ１２２（光源）には、使用波長１．５５μｍのＬＤ（レーザダイオード）、受光部にはＯ／Ｅ変換器（応答周波数２０ＭＨｚ）をそれぞれ使用した。光ファイバ１０１には、使用波長１．５５μｍの１．３ＳＭ（シングルモード）タイプのもので、ＭＦＤ（モードフィールド直半径）９．０μｍ（ａｔ１．３μｍ）、λｃ（遮断波長）１．２０μｍのものを使用した。
【００５３】
上記条件下で、曲げ損失量ｄＢが１．５ｄＢダウン時をトリガ開始時間（トリガ時刻）ｔ１とし、曲げ損失量ｄＢが６ｄＢダウン時をスレッショルド時刻ｔ２を測定し、Δｔを求めた（Δｔ＝ｔ２−ｔ１）。
【００５４】
その結果、図１２に示すように、対象物が人体モデルでは、車速ｖが４０ｋｍ／ｈの時にΔｔ＝６．５ｍｓ、５０ｋｍ／ｈの時にΔｔ＝５．２ｍｓ、６０ｋｍ／ｈの時にΔｔ＝４．３ｍｓであった。これに対し、対象物が電柱１では、車速ｖが４０ｋｍ／ｈの時にΔｔ＝１．１９ｍｓ、５０ｋｍ／ｈの時にΔｔ＝０．９５ｍｓ、６０ｋｍ／ｈの時にΔｔ＝０．７９ｍｓであった。また、対象物が電柱２では、車速ｖが４０ｋｍ／ｈの時にΔｔ＝１．７９ｍｓ、５０ｋｍ／ｈの時にΔｔ＝１．４３ｍｓ、６０ｋｍ／ｈの時にΔｔ＝１．１９ｍｓであった。
【００５５】
上記結果から、車速ｖが４０〜６０ｋｍ／ｈの条件では、人体モデルではΔｔ＝４．３ｍｓ以上、電柱１、２ではΔｔ＝１．７９ｍｓ以下であるため、双方のデータの平均値として、Δｔ＝１０ｍｓ程度（例えば、（４．３＋１．７９）／２＝３ｍｓ等）が、人体かそれ以外の電柱などの硬い物かの判断基準となるしきい値（Δｔ設定時間）として利用できることが分かった。上記実施例では、対象物として人以外の硬い物の例として外半径の異なる２つの電柱を説明しているが、本発明はこれに限らず、コンクリート製構造物の外壁やガードレール等も同様である。
【００５６】
従って、硬さの異なる衝突物の種類に対応付けて、曲げ損失量ｄＢがトリガレベルｄＢｒｅｆ１からスレッシュホールドｄＢｒｅｆ２まで達する際の所要時間Δｔと車速ｖとの相関関係を対象物識別テーブル１３４ａとして演算処理部１０３のＲＯＭ１３４に予め記憶し設定しておけば、衝突時の車両走行速度ｖ及び上記所要時間Δｔを計測し演算処理部１０３に取り込むことで、対象物識別テーブル１３４ａを参照して衝突物を識別することができる。
【００５７】
次に、本実施形態に係る衝突対象物識別装置の動作を図１３に基づいて説明する。図１３は、演算処理部１０３のＣＰＵ１３２が実行する制御プログラムの処理手順を模式的に表す制御フローチャートである。この制御プログラムは、演算処理部１０３のＲＯＭ１３４内に記憶されている。
【００５８】
図１３において、まず、演算処理部１０３のＣＰＵ１３２は、ＲＯＭ１３４内の制御プログラムを実行することにより、タイマ１３５をスタートさせて（ステップＳ１０）、パルスカウンタ１３６を介して車速ｖを入力する（ステップＳ２０）。そして、入力された車速ｖが４０ｋｍ／ｈ≦ｖ≦６０ｋｍ／ｈの条件を満たすか否かを判定し（ステップＳ３０）、この条件を満たしていると判定されたとき、演算器１２７から出力される曲げ損失量ｄＢを入力Ｉ／Ｆ１３１を介して入力する（ステップＳ４０）。
【００５９】
次いで、ＣＰＵ１３２は、入力された曲げ損失量ｄＢがトリガレベルｄＢｒｅｆ１≦ｄＢの条件を満たすか否かを判定し（ステップＳ５０）、この条件を満たしていると判定されたとき、その時点のタイマ１３５の計時をトリガ時刻ｔ１として入力する（ステップＳ６０）。
【００６０】
次いで、ＣＰＵ１３２は、演算器１２７から出力される曲げ損失量ｄＢを入力Ｉ／Ｆ１３１を介して入力し（ステップＳ７０）、入力された曲げ損失量ｄＢがスレッショルドｄＢｒｅｆ２≦ｄＢの条件を満たすか否かを判定し（ステップＳ８０）、この条件を満たしていると判定されたとき、その時点のタイマ１３５の計時をスレッショルド時刻ｔ２として入力する（ステップＳ９０）。
【００６１】
次いで、ＣＰＵ１３２は、入力されたタイマ１３５の計時によるトリガ時刻ｔ１、スレッショルド時刻ｔ２から、所要時間Δｔ＝ｔ２−ｔ１を算出し（ステップＳ１００）、パルスカウンタ１３６を介して車速ｖを入力する（ステップＳ１１０）。そして、対象物識別テーブル１３４ａを参照して、車速ｖ、所要時間Δｔに適合する対象物を抽出し（ステップＳ１２０）、抽出された対象物が人体か否かを判定し（ステップＳ１３０）、人体であると判定された場合、出力Ｉ／Ｆ１３７を介してアクティブフード制御装置１０４に跳ね上げ信号を出力する（ステップＳ１４０）。これにより、車両用フード１２０が跳ね上がり、人間の頭部などが受ける衝撃を吸収緩和することが可能となる。
【００６２】
図１４（ａ）〜（ｄ）は、車両１００に衝突する衝突物ＯＢが人間の場合に、車両用フード１２０を跳ね上げて人間の頭部がエンジンなどに二次的に衝突する際の衝撃を吸収緩和する様子を模式的に示す。図１４（ａ）は、対象物ＯＢである人体と車両１００の衝突前の状態、図１４（ｂ）は、対象物ＯＢである人体との衝突直後に車両用フード１２０が開いて跳ね上がった状態、図１５（ｃ）は、車両用フード１２０が開いた状態から閉じていく状態、図１５（ｄ）は車両用フード１２０が完全に閉じた状態をそれぞれ示す。
【００６３】
従って、本適用によれば、衝突物の硬さに応じてバンパの変形速度が異なることを利用し、バンパの変形に伴う曲げ損失による伝送損失増加速度を検知することにより、衝突物の種類を検知することができる。特に、衝突物が人かそれ以外の硬さの異なるものであるかを検出することが可能となった。これにより、例えば衝突物が人体であると検出された場合のみ車両用フードを跳ね上げることで人間の頭部がボンネットに衝突する際の衝撃を吸収緩和し、保護することができる。
【００６４】
なお、本発明は、代表的に例示した上述の実施形態に限定されるものではなく、当業者であれば、特許請求の範囲の記載内容に基づき、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の態様に変形、変更することができる。これらの変更例や変形例も本発明の権利範囲に属するものである。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
以上のように、本発明の光ファイバ変位センサは、例えば衝突検知センサに適用できる。衝突検知センサの場合、車両バンパに光ファイバを装着して衝突を検出する計測システムや、またその変位速度及び車速データなどから衝突対象物が何であるかを判別する装置、さらに道路や線路などの落石防止用の金網などに設置して落石による金網などの変形の程度、落石の規模を判定する装置等の用途に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の実施例に係る光ファイバ変位センサの全体構成を示す概要図である。
【図２】曲げ損失付与部の構造を説明する斜視図である。
【図３】ファイバ変位量と曲げ半径の関係を示すグラフである。
【図４】曲げ半径と曲げ損失量の関係を示すグラフである。
【図５】光ファイバの垂直方向の変位を検出する場合の光ファイバ変位センサの全体構成を示す概要図である。
【図６】（ａ）及び（ｂ）は、光ファイバ及び光源の組み合わせによる曲げ−損失特性を示すグラフである。
【図７】光ファイバ変位センサを適用した衝突対象物識別装置の全体構成を示す斜視図である。
【図８】衝突対象物識別装置の詳細構成を示すブロック図である。
【図９】車両用フード及びその跳ね上げ機構を説明する側面図である。
【図１０】衝突前後でのバンパの変形及び光ファイバの伸び歪みを説明する図で、（ａ）は衝突前の状態を示す上面図、（ｂ）は衝突後の状態を示す上面図である。
【図１１】衝突物が硬い場合と軟らかい場合における曲げ損失量と時間との関係を示すグラフである。
【図１２】対象物、衝突速度、及びΔｔの対応関係を説明する図である。
【図１３】衝突対象物識別装置の全体動作を説明する概略フローチャートである。
【図１４】（ａ）〜（ｄ）は、衝突物が人体の場合の車両用フードの跳ね上げ状態を説明する図である。
【符号の説明】
【００６７】
１  光ファイバ
２  曲げ損失付与部
３  受発光部
４  曲げ損失量測定部
５  変位量演算部
６  ファイバ固定部
２１  円環状空洞部
２２  最小半径ストッパー
２３  最大半径ストッパー
２４  渦巻きばね
２５  最大半径ストッパー開口部
３１  光源
３２  光検出器
１０１  光ファイバ
１０２  光送受信モジュール
１０３  演算処理部
１０４  アクティブフード制御部
１１１  パイプ
１２２  ＬＤ（レーザーダイオード）
１２３  Ｏ／Ｅ
１２４  曲げ損失量測定部
１２５  Ａ／Ｄ変換器
１２６  遅延素子
１２７  演算器
１３１  入力Ｉ／Ｆ
１３２  ＣＰＵ
１３３  ＲＡＭ
１３４  ＲＯＭ
１３４ａ  対象物識別テーブル
１３５  タイマ
１３６  パルスカウンタ
１３７  出力Ｉ／Ｆ（インターフェース）
１００  車両１２０  車両用フード
１２１  跳ね上げ機構
ＯＢ  対象物
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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