(57)【要約】【課題】外部への影響を及ぼさないで測定範囲を広げて、有効に機能させ得る構成としたヘテロコア型光ファイバを利用する光ファイバ型センサマットを提供する。【解決手段】所要平面寸法で上下ならびに周囲を弾性材で水密に包囲され、その内部にヘテロコア型光ファイバにてなる歪みセンサ体２０が配置された光ファイバ型センサマット１であって、前記歪みセンサ体２０は一連の光ファイバ上に複数箇所で設けて負荷領域を分担するように配置され、反負荷作用側でスポンジシート６にて受支され、負荷作用側には受圧力が前記歪みセンサ体２０に作用するように硬質平板１０を介在させて弾性部材が積層された構成である。【選択図】図１
2007248407.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所要外形寸法で上下ならびに周囲を弾性材で水密に包囲してなる外装体の内部に、ヘテロコア型光ファイバにてなる歪みセンサ体が少なくとも１個配置され、前記歪みセンサ体は反負荷作用側で柔軟弾性部材にて受支され、負荷作用側で受圧力が前記歪みセンサ体に作用するように硬質平板を介在させて弾性部材が積層された構成であることを特徴とする光ファイバ型センサマット。
【請求項２】
前記ヘテロコア型光ファイバにてなる歪みセンサ体は、一連の光ファイバ上に複数箇所で設けて負荷領域を分担するように配置された構成である請求項１に記載の光ファイバ型センサマット。
【請求項３】
領域を分担して配される前記歪みセンサ体に対し、負荷作用側には前記外装体の上層弾性材の下側に沿わせて一枚の硬質平板が配され、この硬質平板と前記各歪みセンサ体との間には、それぞれの歪みセンサ体に対応して前記負荷を伝達する弾性部片が配置されて積層構成されている請求項１に記載の光ファイバ型センサマット。
【請求項４】
前記弾性部片は、前記各歪みセンサ体に対し押圧片を介して、直接もしくは弾性シートを介して当接するようにされている請求項３に記載の光ファイバ型センサマット。
【請求項５】
前記外装体の周囲の１箇所に、前記外装体で囲われた内側から取出される光ファイバを、開放側で彎曲容易とする曲面を備える光ファイバ取出し部が設けてある請求項１〜４のいずれかに記載の光ファイバ型センサマット。
【請求項６】
前記歪みセンサ体は、その周辺を覆う弾性チューブを被嵌装着されている請求項１〜５のいずれかに記載の光ファイバ型センサマット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバを用いて人物、その他の有無を平面的に感知する光ファイバ型センサマットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、防犯，介護，その他安全確保の観点から人物の有無を感知する方法の一つとしてセンサマットがある。このセンサマットとしては、例えば電気接点式のものが知られている。この電気接点式のセンサマットは、マットの内部に配置された接点を上部からの踏み付けなどの荷重によって接触させることにより電気を流して感知するものである。また、マット状に形成された導電体を、絶縁層を介在させて複数層に積層し、表裏両面を絶縁層で覆ってなるコンデンサ構造のものが特許文献１によって知られている。このほかに、内部に流体を封入してなる嚢袋を保持シート内に介在させてその嚢袋の開口部に繋がる圧力センサで、前記嚢袋に作用する圧力の変化を検出するような流体圧の変化で感知する形式のセンサマットが特許文献２によって開示されている。
【０００３】
また、光ファイバを利用したセンサも提案されている。この光ファイバを利用したセンサでは、光ファイバの任意の位置にコア径の異なる光ファイバを形成して、外力により当該コア径の異なる部分に生じる曲率変位で光の伝送損失の変化を測定する、ヘテロコア型光ファイバによるセンサが特許文献３によって知られている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２５６８５０号公報
【特許文献２】特開２００２−７１４９６号公報
【特許文献３】特許第３１８０９５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記電気接点式のセンサマットは、金属腐食による接点不良・寿命の短縮、ノイズの発生、引火性雰囲気中での着火の危険性など多くの問題点があり、使用場所が限定される。
【０００６】
また、特許文献１によって知られるものでは、アルミニウム蒸着フイルムなどの導電体をシリコンゴムシートのような絶縁体を介在させてＥＰゴムなどで外部を覆った構造にされているので、厚さ寸法を薄くすることが可能である反面、踏みつけによって生じる静電容量の変化を電気信号として取出すものであるから、広い面積を有するマットに採用する場合、その精度において問題がある。
【０００７】
また、特許文献２によって知られる圧力センサ方式のマットでは、上述のような電気的な問題点は生じないが、圧力媒体として空気を使用する場合、嚢袋としてチューブを屈曲蛇行させて配置するような構造であると、外圧を受けてチューブが変形して加圧されても局部的に圧力変動が生じて閾値設定どおりに機能させるのが難しい。また、使用中に嚢袋に封入した空気がリークすることのない構成が要求されるという問題点がある。
【０００８】
さらに、光ファイバを利用したセンサにおいては、通常のシングルモード光ファイバは曲率半径の大きい緩やかな曲げには殆ど伝達損失を示さないため、損失によって歪み量を計測するためには破断限界に近い屈曲を光ファイバ自体に与える必要がある。破断限界近傍での使用となるため適用範囲が限られる。したがって、測定対象の変化によってはファイバが断線する危険性が生じるという問題がある。また、特許文献３によって知られるヘテロコア型光センサは、僅かな変位を感知できるが、特定の平面的範囲での変位を簡単に検知できるように構成されるものについて知られていない。
【０００９】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、外部への影響を及ぼさないで測定範囲を広げて、有効に機能させ得る構成としたヘテロコア型光ファイバを利用する光ファイバ型センサマットを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記目的を達成するために、本発明による光ファイバ型センサマットは、
所要外形寸法で上下ならびに周囲を弾性材で水密に包囲してなる外装体の内部に、ヘテロコア型光ファイバにてなる歪みセンサ体が少なくとも１個配置され、前記歪みセンサ体は反負荷作用側で柔軟弾性部材にて受支され、負荷作用側で受圧力が前記歪みセンサ体に作用するように硬質平板を介在させて弾性部材が積層された構成であることを特徴とするものである（第１発明）。
【００１１】
前記発明において、前記ヘテロコア型光ファイバにてなる歪みセンサ体は、一連の光ファイバ上に複数箇所で設けて負荷領域を分担するように配置された構成であるのがよい（第２発明）。
【００１２】
また、前記第１発明において、領域を分担して配される前記歪みセンサ体に対し、負荷作用側には前記外装体の上層弾性材の下側に沿わせて一枚の硬質平板が配され、この硬質平板と前記各歪みセンサ体との間には、それぞれの歪みセンサ体に対応して前記負荷を伝達する弾性部片が配置されて積層構成されているのがよい（第３発明）。
【００１３】
前記第３発明において、前記弾性部片は、前記各歪みセンサ体に対し押圧片を介して、直接もしくは弾性シートを介して当接するようにされているのがよい（第４発明）。
【００１４】
また、前記第１発明〜第４発明において、前記外装体の周囲の１箇所に、前記外装体で囲われた内側から取出される光ファイバを開放側で彎曲容易とする曲面を備える光ファイバ取出し部が設けてあるのがよい（第５発明）。
【００１５】
さらに、前記発明において、前記歪みセンサ体は、その周辺を覆う弾性チューブを被嵌装着されているのがよい（第６発明）。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の光ファイバ型センサマットによれば、ヘテロコア型光ファイバにてなる歪みセンサ体を弾性材にてなる平らな外装体の内部に配置して、その外装体の表面側に外力が加えられると、積層構造に内在させた負荷作用側の硬質平板によって前記歪みセンサ体の直上位置以外の箇所に負荷が作用しても確実に作用力を歪みセンサ体に伝達し、外力が除かれると元に復帰するようにして歪みセンサ体が外力を感知する構成とされているので、簡単な機構で設定された平面的な外力の作用をセンシングできるという利点がある。
【００１７】
また、本発明によれば、複数のヘテロコア型光ファイバにてなる歪みセンサ体を一連の光ファイバ上に設けて負荷領域を分担するように配置して、作用面全体を覆う一枚の硬質平板を介してそれら歪みセンサ体に負荷が集中的に働くとともに、その歪みセンサ体を柔軟弾性部材で受止める構成することにより、歪みセンサ体の直上以外で外装体上面のどの位置に負荷が作用しても、前記硬質平板によって歪みセンサ体に負荷作用力が伝達されるから、例えば人がマット（外装体）を踏んだことが直ちに感知できる。したがって、建物の出入口などにフロアマットとして配置して計測装置と接続しておけば、出入りを直ちに検知することができる。また、負荷を計測するセンサ部が外装体で覆われて水密構造とすることができる。そして、外装体内部から取出される光ファイバは、その光ファイバ取出し部において、開放側での彎曲が容易な曲面を備えているので、光ファイバラインを変位させるとき前記曲面に沿わせて変位させれば、光伝送損失を少なくして、折れ曲がりが防止できる。また、外装体の内部に配置される歪みセンサ体は、光ファイバに組み付けられた部分で弾性チューブにより被覆された構造であるから、使用時に直接的に外力が作用しても機能を損なうことがない。
【００１８】
このように前記光ファイバ型センサマットは、光ファイバラインで計測装置と接続することにより、遠隔位置に情報を速やかに伝達できて、情報に対応することができるので、防犯や介護現場などで使用して効果的である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
次に、本発明に係る光ファイバ型センサマットの具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００２０】
図１には本実施形態の光ファイバ型センサマットの上層部を除いて表わす平面図が示されている。図２には本実施形態の光ファイバ型センサマットを模式的に表わす拡大断面図が示されている。図３にはヘテロコア型光センサを模式的に表わす拡大断面図が、図４には光ファイバ取出し部を拡大して表わす平面図が、図５には光ファイバ型センサマットとその計測装置との関係を表わす図が、それぞれ示されている。
【００２１】
この実施形態の光ファイバ型センサマット１は、所要外形寸法に形成された弾性材、例えばゴム質材（ゴム、合成ゴム、軟質合成樹脂などを含む）にてなる外装体２の内部に、後述する積層構造の部材を介してヘテロコア型光センサ２０（以下、「歪みセンサ体２０」という）を複数配置して、周囲を前記外装体２で水密構造に形成され、平面的に外力が作用すると前記歪みセンサ体２０が感知して接続される光ファイバ２７により計測装置３０に感知信号を伝達するように構成されている。
【００２２】
前記外装体２は、ベースシート３と、その周縁部を取り囲むようにしてベースシート３上に固着された枠体５と、上層シート４（本発明における上層弾性材に対応）とで形成され、それらは接着剤で接着して内部が水密になるように形成されている。また、前記上層シート４の表面には、ほぼ全面を凹凸状に形成した滑り止め４′が施されている。
【００２３】
このようにされる外装体２の内部に設けられる歪みセンサ体２０は、一連のシングルモード光ファイバ２７（以下、単に「光ファイバ２７」という。）にて繋がれて、外装体２の周縁部を取り囲むようにしてベースシート３上に固着された枠体５の内側で、図１に示されるように、中央部を除いてほぼ四等分された領域に、それぞれ配置されている。
【００２４】
それら各歪みセンサ体２０の保持構造（本発明の弾性部材に対応）は、ベースシート３の上にそれぞれ独立して配置される適宜肉厚のスポンジシート６（本発明の柔軟弾性部材に相当）が積層され、そのスポンジシート６の上面ほぼ中央位置に前記歪みセンサ体２０が位置するようにして支持され、その歪みセンサ体２０の上側にやや硬質の押圧片７（例えばウレタン樹脂のシート）を介して弾性シート８が配置され、さらにその上に小型の弾性部片９（例えば円形で直径５０ｍｍ）を配置して、その弾性部片９の上側に前記枠体５の内側に収まる寸法の硬質平板１０（例えばアクリル樹脂板、ポリカーボネート板、塩化ビニル板、合板などが好ましい。）を重ねた積層構造にされ、この硬質平板１０に外装体２の上層シート４（本発明の上層弾性材に相当）を重ねて覆った積層構造とされている。なお、前記ベースシート３上に配置されたスポンジシート６はその周囲をゴム質の弾性シート６ａで囲まれて位置ズレが生じないようにされている。言換えると、スポンジシート６は所定箇所を切り抜いた弾性シート６ａに、その切り抜き箇所６ａ′で嵌め合わせて配置されている。
【００２５】
前記ヘテロコア型光センサである歪みセンサ体２０は、図３に模式的に示されるように、光ファイバである本線体２１の途中にその本線体２１のコア径よりも小さいコア径で短い光ファイバであるセンサ素子２２を挿入接続して構成されたものであり、コア径の異なる本線体２１，２１とセンサ素子２２との界面２３，２３で光をリークさせて光の伝送損失を発生させ、そのセンサ素子２２の曲げに対する感度を高めて伝送損失の変化を検知し、センサの役目を果たすものである。図中符号２４，２４′はクラッド、２５はＵＶコート層である。
【００２６】
また、前記歪みセンサ体２０は、その周辺を覆う大きさの弾性チューブ２６（例えばシリコンチューブ、ただしこれに限定されるものではなく、シリコンチューブと同程度の弾性材にてなるチューブでもよい。）で被覆されて保護されている。こうすることにより、この歪みセンサ体２０に直接的に外力が作用しても、外嵌する弾性チューブ２６によってセンサ素子ならびに接合された本線体２１が保護され、損傷することなく歪みを感知する機能を発揮できる。そして、前記スポンジシート６とその周囲に配された弾性シート６ａ上で彎曲した部分において例えば粘着テープ１１で動かないように固定されている。そして、前記光ファイバ２７の光入射側と受光側との各接続部は、前記外装体２の枠体５に設けられた一つのコーナ部Ｑに形成される光ファイバ取出し部１３から外部に引き出され、計測装置３０に接続できるようにされている。
【００２７】
前記光ファイバ取出し部１３は、図４に示されるように、マットの枠体５のコーナ部Ｑに二本の光ファイバ２７が通過できる程度の間隙ｔが設けられ、その間隙ｔに連なる外部隅角を突き合わされる枠体部材５ａ，５ａの両先端５ａ′を、光ファイバ２７（特に線心）が支障なく彎曲できる円弧状に形成されている。そして、前記光ファイバ取出し部１３は挿通する光ファイバ２７以外の空隙をシール材で塞いで防水性を確保するようにされている。
【００２８】
このように構成される本実施形態の光ファイバ型センサマット１は、図５に示されるように、光ファイバ取出し部１３から外部に引き出された光ファイバ２７を所要長さの光ファイバライン２７Ａによって計測装置３０と接続する。こうして、その計測装置３０における検出用の光を入射する光入射手段３１と、前記検出用の光を受光する受光手段３２とによって、前記光ファイバ型センサマット１における光の伝送損失を測定し、情報を検出する光ファイバ型センサマット１として使用される。
【００２９】
この光ファイバ型センサマット１は、例えばフロアに敷設して使用される。そして、上層シート４の表面側を例えば人が踏むと、その踏付け位置がマット上の任意の位置であっても内側に位置している一枚の硬質平板１０に伝達される。すると、この硬質平板１０は他のシート材よりも剛性の高い材料で形成されているので、その下層に配置されているちょうど歪みセンサ体２０の直上に位置する小型の弾性部片９に伝達される。また、前記硬質平板１０は、反りなどがあって十分な平面を確保できなくとも、局部的に配される前記弾性部片９によって作用力（外力）が受止められ、全面的に配される弾性シート８を介してその下層の押圧片７に外力が伝達され、押圧片７が接する歪みセンサ体２０に外力が付加される。すると、その歪みセンサ体２０は、支持されている下面が柔軟なスポンジシート６であるために、外力の作用位置に応じて各歪みセンサ体２０が押下げられることにより、対応した曲げ状態に変位する。なお、外力が解除されると、歪みセンサ体２０およびスポンジシート６は、それぞれの弾性力で元の形状に復元される。こうして、歪みセンサ体２０の曲げによって生じる光の伝送損失を計測装置３０において計測することにより外力の強弱を感知することができる。
【００３０】
前記外装体２で包まれる歪みセンサ体２０を保持する弾性部材の役割は、上層シート４に作用する外力が歪みセンサ体２０直上位置から外れた位置で作用しても、硬質平板１０の下側に小型の弾性部片９を配することとその周囲に空間１６が形成されているので、その硬質平板１０がそのまま変位して弾性部片９に外力を確実に伝達する役割を果たし、弾性部片９がさらに下層の弾性シート８を介して押圧片７に外力を伝達し、歪みセンサ体２０を作用させる。弾性部片９は弾性シート８に接着されて外力で位置ズレしないように保持するとともに、光ファイバ２７に前記弾性部片９の縁が直接接触して支障を来たさないように保護する役目を担っている。また、小型の押圧片７は外力を歪みセンサ体２０に確実に伝達させて僅かな変位でも感知できるように機能させる役目を持ち、スポンジシート６は歪みセンサ体２０を無理なく彎曲させるとともに、外力が解除されると速やかに復元できる働きをするのである。なお、この戻り性を良好にするため、スポンジシート６にはシリコンスポンジを採用するのが好ましい。
【００３１】
このように構成される光ファイバ型センサマット１は、例えば建物の出入口のフロア上に敷設して、遠隔位置に設置した計測装置３０と光ファイバ２７の光入射側接続部および受光側接続部とを光ファイバライン２７で接続しておけば、夜間に出入口を通って光ファイバ型センサマット１を人が踏むことにより、その出入りを離れた位置で感知できる。したがって、建物の出入口あるいは外部からの不審者の侵入が起こり得る箇所の床にこのセンサマット１を配置して遠隔位置、例えば管理室などに計測装置３０を配置して管理するようにすれは、保安を容易にすることができる。なお、前記光の伝送損失を測定するに際し、前記計測装置３０としては光テスタなどを利用すればよい。
【００３２】
本実施形態の光ファイバ型センサマットは、防犯手段として使用するほかに、介護現場での介護者の移動管理や安全管理など、床マットを踏むことでその感知信号を遠隔位置で受けて対処するような用途に活用できる。
【００３３】
以上の実施形態の説明においては、歪みセンサ体２０を保持する弾性部材の一部として弾性シート８を用いているが、必要に応じてこの弾性シート８を省略することが可能である。この場合、各歪みセンサ体２０に対する弾性部片９は、例えば硬質平板１０に接着して保持させるようにすればよい。なお、その弾性シート８を省略する場合、例えば弾性部片９の周縁を面取りして歪みセンサ体２０に負荷が働く際に光ファイバ２７を前記弾性部片９の周縁で傷付けないようにするのが望ましい。
【００３４】
上述の実施形態においては、複数（四個）の歪みセンサ体を配置する構成のものについて記載したが、本発明の趣旨に則すれば、歪みセンサ体を１個以上外装体内に配置して使用することができる。なお、上述の光ファイバ型センサマットの構造については、前記実施形態に限定されるものではなく、必要に応じて変更可能であることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本実施形態の光ファイバ型センサマットの上層部を除いて表わす平面図
【図２】本実施形態の光ファイバ型センサマットを模式的に表わす拡大断面図
【図３】ヘテロコア型光センサを模式的に表わす拡大断面図
【図４】光ファイバ取出し部を拡大して表わす平面図
【図５】光ファイバ型センサマットとその計測装置との関係を表わす構成図
【符号の説明】
【００３６】
１    光ファイバ型センサマット
２    外装体
３    ベースシート
４    上層シート
５    枠体
６    スポンジシート
７    押圧片
８    弾性シート
９    弾性部片
１０    硬質平板
１３    光ファイバ取出し部
２０    歪みセンサ体
２１    光ファイバの本線体
２２    センサ素子
２６    シリコンチューブ（弾性チューブ）
２７    光ファイバ
３０  計測装置
【図１】
2007248407.tif 000003
【図２】
2007248407.tif 000004
【図３】
2007248407.tif 000005
【図４】
2007248407.tif 000006
【図５】
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