(57)【要約】【課題】マット状センサとして十分な感度を持ち、安価かつ安全性の高いマット状センサを提供する。【解決手段】第１マット１４ａの一方の主面に対して凸状となるように複数の突起体１５が配設され、光ファイバ１１が複数の突起体１５の各先端に接し、両方の端部が第１マット１４ａの外部に引き出されるように配設されている。また、光源１２が光ファイバ１１の一方の端部に対してセンサ光を出射するように設けられ、受光部１３が光ファイバ１１の他方の端部から出射されるセンサ光を検出するように設けられている構成とする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１マットと、
前記第１マットの一方の主面に対して凸状となるように前記一方の主面に配設された複数の突起体と、
前記複数の突起体の各先端に接し、両方の端部が前記第１マットの外部に引き出されるように配設された光ファイバと、
前記光ファイバの一方の端部に対してセンサ光を出射する光源と、
前記光ファイバの他方の端部から出射される前記センサ光を検出する受光部と
を有する光ファイバマット状センサ。
【請求項２】
前記光ファイバが前記突起体に押圧されたときに前記光ファイバの局所的な曲げが誘起される
請求項１に記載の光ファイバマット状センサ。
【請求項３】
前記光ファイバの局所的な曲げが誘起されたときに前記光ファイバ中を伝送する前記センサ光に損失が生じる
請求項２に記載の光ファイバマット状センサ。
【請求項４】
前記光ファイバがプラスチックファイバである
請求項１〜３のいずれかに記載の光ファイバマット状センサ。
【請求項５】
前記光ファイバがグラスファイバである
請求項１〜３のいずれかに記載の光ファイバマット状センサ。
【請求項６】
前記複数の突起体が前記光ファイバの延伸方向と異なる方向に相互に結合して一体に形成されている
請求項１〜５のいずれかに記載の光ファイバマット状センサ。
【請求項７】
前記突起体を介して前記第１マットに重ねられて配設された第２マットをさらに有し、
前記第２マットと前記突起体とで前記光ファイバを挟むように構成されている
請求項１〜６のいずれかに記載の光ファイバマット状センサ。
【請求項８】
前記第１マット側を上面にして設置され、前記第１マットの他方の主面から印加された圧力を感知する
請求項７に記載の光ファイバマット状センサ。
【請求項９】
前記第２マット側を上面にして設置され、前記第２マットの前記第１マット側とは反対の主面から印加された圧力を感知する
請求項７に記載の光ファイバマット状センサ。
【請求項１０】
前記突起体により前記光ファイバが押圧された部分では圧縮され、押圧されていない部分では前記光ファイバを前記第１マット側に押し上げるような反発性を前記第２マットが有する
請求項７〜９のいずれかに記載の光ファイバマット状センサ。
【請求項１１】
前記突起体により押圧された部分と前記押圧されていない部分の境界近傍において前記光ファイバの曲げが誘起される
請求項１０に記載の光ファイバマット状センサ。
【請求項１２】
前記突起体により前記光ファイバが押圧された部分では圧縮され、押圧されていない部分では前記光ファイバを前記第１マット側に押し上げるような反発性を有する床面上に、前記第１マット側を上面にして配置されて用いられ、前記第１マットの他方の主面から印加された圧力を感知する
請求項１〜６のいずれかに記載の光ファイバマット状センサ。
【請求項１３】
前記突起体の前記光ファイバの延伸方向の断面が略矩形である
請求項１〜１２のいずれかに記載の光ファイバマット状センサ。
【請求項１４】
前記略矩形の幅が前記光ファイバの曲げ損失が生じる曲率の直径より十分に小さい
請求項１３に記載の光ファイバマット状センサ。
【請求項１５】
前記突起体の前記光ファイバの延伸方向の断面が略円弧形状である
請求項１〜１２のいずれかに記載の光ファイバマット状センサ。
【請求項１６】
前記略円弧形状の弦の長さが前記光ファイバの曲げ損失が生じる曲率の直径より十分に小さい
請求項１５に記載の光ファイバマット状センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光ファイバマット状センサに関し、特に、プラスチック光ファイバを用いた光ファイバマット状センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、自動ドアにおいてドア通行人の有無を感知する装置としてマットセンサが知られている。
マットセンサは、マット上に通行人が乗ることなどによる圧力を感知するマット状のセンサである。
例えば自動ドアのセンサとして用いられる場合、マットセンサの出力信号がドアの開閉制御部に伝達され、マット上に通行人が乗ったときに自動的にドアが開くように構成される。
【０００３】
従来のマットセンサは、電気的センサをマットに埋め込んで形成されたものであり、製造コストが高価である上に、電気的センサを用いているので、少量の水がかかっただけで容易に漏電するおそれがあり、防水対策を万全に講じる必要があった。
さらに、電気的に感知して電気信号を授受することから、防爆施設などにおいては使用することができなかった。
【０００４】
一方、光ファイバを用いたセンサとして種々のタイプが開発され、建築物のセキュリティシステムなどの用途に利用がなされている。
例えば、特許文献１には、ＦＢＧ（fiber bragg grating）と呼ばれる光ファイバセンサが開示されている。ＦＢＧは、光ファイバの伝送路上で、ブラッグの原理に従って特定の波長の光を透過あるいは反射するように構成した可変光学フィルタである。
また、例えば特許文献２には、光ファイバを用いたマットセンサが開示されている。
【特許文献１】特公表２００３−５３２１４０号公報
【特許文献２】特表２００２−５０７２７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本願は上記の状況に鑑みてなされたものであり、マット状センサとして十分な感度を持ち、安価かつ安全性の高いマット状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】
【０００６】
上記の課題を解決するため、本発明の光ファイバマット状センサは、第１マットと、前記第１マットの一方の主面に対して凸状となるように前記一方の主面に配設された複数の突起体と、前記複数の突起体の各先端に接し、両方の端部が前記第１マットの外部に引き出されるように配設された光ファイバと、前記光ファイバの一方の端部に対してセンサ光を出射する光源と、前記光ファイバの他方の端部から出射される前記センサ光を検出する受光部とを有する。
【０００７】
上記の本発明の光ファイバマット状センサは、第１マットの一方の主面に対して凸状となるように複数の突起体が配設され、光ファイバが複数の突起体の各先端に接し、両方の端部が第１マットの外部に引き出されるように配設されている。また、光源が光ファイバの一方の端部に対してセンサ光を出射するように設けられ、受光部が光ファイバの他方の端部から出射されるセンサ光を検出するように設けられている。
【０００８】
上記の本発明の光ファイバマット状センサは、好適には、前記光ファイバが前記突起体に押圧されたときに前記光ファイバの局所的な曲げが誘起され、さらに好適には、前記光ファイバの局所的な曲げが誘起されたときに前記光ファイバ中を伝送する前記センサ光に損失が生じる構成である。
【０００９】
上記の本発明の光ファイバマット状センサは、好適には、前記光ファイバがプラスチックファイバである。
あるいは好適には、前記光ファイバがグラスファイバである。
また、好適には、前記複数の突起体が前記光ファイバの延伸方向と異なる方向に相互に結合して一体に形成されている。
【００１０】
上記の本発明の光ファイバマット状センサは、好適には、前記突起体を介して前記第１マットに重ねられて配設された第２マットをさらに有し、前記第２マットと前記突起体とで前記光ファイバを挟むように構成されている。
さらに好適には、前記第１マット側を上面にして設置され、前記第１マットの他方の主面から印加された圧力を感知する。
あるいはさらに好適には、前記第２マット側を上面にして設置され、前記第２マットの前記第１マット側とは反対の主面から印加された圧力を感知する。
【００１１】
上記の本発明の光ファイバマット状センサは、好適には、前記突起体により前記光ファイバが押圧された部分では圧縮され、押圧されていない部分では前記光ファイバを前記第１マット側に押し上げるような反発性を前記第２マットが有する。
さらに好適には、前記突起体により押圧された部分と前記押圧されていない部分の境界近傍において前記光ファイバの曲げが誘起される。
【００１２】
上記の本発明の光ファイバマット状センサは、好適には、前記突起体により前記光ファイバが押圧された部分では圧縮され、押圧されていない部分では前記光ファイバを前記第１マット側に押し上げるような反発性を有する床面上に、前記第１マット側を上面にして配置されて用いられ、前記第１マットの他方の主面から印加された圧力を感知する。
【００１３】
上記の本発明の光ファイバマット状センサは、好適には、前記突起体の前記光ファイバの延伸方向の断面が略矩形であり、さらに好適には、前記略矩形の幅が前記光ファイバの曲げ損失が生じる曲率の直径より十分に小さい。
あるいは好適には、前記突起体の前記光ファイバの延伸方向の断面が略円弧形状であり、さらに好適には前記略円弧形状の弦の長さが前記光ファイバの曲げ損失が生じる曲率の直径より十分に小さい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の光ファイバマット状センサは、プラスチックファイバあるいはグラスファイバなどの光ファイバに突起体を押圧する構成としたものであり、マット状センサとして十分な感度を持ち、安価かつ安全性の高いマット状センサである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に、本発明の光ファイバマット状センサの実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１６】
第１実施形態
図１は本実施形態に係る光ファイバマット状センサの模式構成図である。
例えば、センサヘッド１０から光ファイバ１１の両端が引き出されており、光ファイバ１１の入射端に対してセンサ光を出射する光源１２が光学的に接続されており、光ファイバ１１の出射端に対して、出射端から出射されるセンサ光を検出する受光部１３が光学的に接続されている。
受光部１３で検出されるセンサ光の強度によりセンサヘッドを構成するマットの主面に印加される圧力を感知する構成となっている。
受光部１３は外部の上位機器に接続され、例えば自動ドアのセンサとして用いられる場合にはドア開閉制御部などに接続される。
【００１７】
また、図２は本実施形態に係る光ファイバマット状センサのセンサヘッド部の模式的平面図であり、図３は要部の断面図である。
センサヘッド１０は、例えば、第１マット１４ａと第２マット１４ｂが重ねあわされて配設され、光ファイバ１１が２枚のマット（１４ａ，１４ｂ）に挟み込まれた構成であり、光ファイバ１１の両方の端部が重ねあわされた第１マット１４ａ及び第２マット１４ｂの外部に引き出されるように配設されている。
【００１８】
ここで、本実施形態の光ファイバマット状センサにおいては、第１マット１４ａの第２マット１４ｂ側の一方の主面に対して凸状となるように複数の突起体１５が配設されている。
【００１９】
突起体１５は、例えば、第１マット１４ａと一体に形成されている。あるいは、第１マット１４ａと突起体１５が別々に構成され、第１マット１４ａに対してずれないように固定されている構成としてもよい。
【００２０】
上記の構成において、光ファイバ１１は複数の突起体１５の各先端に接するように固定され、突起体１５の形成箇所をなぞるように配設される。
【００２１】
本実施形態の光ファイバマット状センサでは、上記のように突起体１５を介して第１マット１４ａと第２マット１４ｂが重ねられて配設され、第２マット１４ｂと突起体１５とで光ファイバ１１を挟んだ構成となっている。
【００２２】
第１マット１４ａは、例えばゴムマットなどからなる。
突起体１５は、第１マット１４ａと同じ材料から形成することで第１マット１４ａと一体に構成できる。尚、異なる材料から構成するようにしてもよい。
【００２３】
一方、第２マット１４ｂは、例えば、突起体１５により光ファイバ１１が押圧された部分では圧縮され、押圧されていない部分では光ファイバ１１を第１マット１４ａ側に押し上げるような反発性を有する材料からなるマットであることが好ましく、例えば表面にカーペットが張り合わされたマットや発泡性のゴムマットなどを用いることができる。
【００２４】
上記の構成の光ファイバマット状センサは、例えば、第１マット側を上面にして設置され、第１マットの他方の主面から印加された圧力を感知する。
【００２５】
図４は、本実施形態の光ファイバマット状センサが圧力を感知する機構を説明する模式図である。
図４に示すように、第１マットの他方の主面から圧力Ｐが印加されると、突起体１５により光ファイバ１１が押圧された部分では圧縮され、押圧されていない部分では光ファイバ１１を第１マット１４ａ側に押し上げる。このため、突起体１５により押圧された部分と押圧されていない部分の境界近傍１１ａにおいて光ファイバ１１の曲げが誘起される。
【００２６】
上記のようにして、光ファイバが突起体１５に押圧されたときに光ファイバの局所的な曲げが誘起されると、光ファイバ中を伝送するセンサ光に損失が生じる。これにより、受光部で受光するセンサ光の光量が変化するので、これを検出することにより、第１マットの他方の主面から印加された圧力を感知することができる。
【００２７】
光ファイバとしては、例えばプラスチックファイバあるいはグラスファイバを用いることができる。ここでは、ＦＢＧなどのセンサ部は不要であり、通常の光伝送用の光ファイバをそのまま利用することができる。
プラスチックファイバは、例えば、直径が９２０〜１０４０μｍのポリメチルメタクリレートなどからなるコアの外周を被覆して、例えば１０μｍ程度の厚みのフッ素樹脂などからなるクラッドが設けられた構成である。例えば、損失増加が０．５ｄＢ以下である最小曲げ半径は２５ｍｍ程度であり、これより小さい円の曲率で局所的に曲げが発生すると伝送する光の損失が急激に大きくなる。
グラスファイバは、例えば、例えばコア径９μｍのシングルモードファイバなどを用いることができる。
【００２８】
光源１２としては、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）あるいはレーザダイオード（ＬＤ）などの半導体発光素子を用いることができる。その他の光源としてもよい。
例えば、光ファイバとしてプラスチックファイバを用いる場合には、光源として安価なＬＥＤを好ましく用いることができる。プラスチックファイバは遠距離の伝送には不向きでありが、１００ｍ程度の伝送には適しており、通常の広さのセンシングや短距離のセンシングには十分使用できる。従って、光源及び光ファイバとして安価な材料を採用でき、光ファイバマット状センサのコストを大きく削減できる。
【００２９】
一方、光ファイバとしてグラスファイバを用いる場合には、光源としてＬＤを好ましく用いることができる。この場合には光ファイバの伝送距離を数ｋｍ程度にまで長くとることができ、広い面積でのセンシングや遠い場所のセンシングを行うことができる。
【００３０】
本実施形態の光ファイバマット状センサにおいては、図３に示すように、突起体１５の光ファイバ１１の延伸方向の断面を例えば略矩形としているが、略矩形の幅を例えば数〜十数ｍｍ程度として、光ファイバ１５の曲げ損失が生じる曲率の直径（例えばプラスチックファイバでは２５ｍｍ）より十分に小さいと、圧力を受けたときに誘起される光ファイバの曲げの曲率が小さくなって、圧力感知の感度が高められるので好ましい。
【００３１】
本実施形態の光ファイバマット状センサは、マット状センサとして十分な感度を持ち、安価かつ安全性の高いマット状センサである。
本実施形態の光ファイバマット状センサは、通常の光伝送に用いる構成の光ファイバを用いた簡単な構造でセンシング可能であり、ＦＢＧなどの高価なセンサ部が不要であり、マット状センサとして大幅なコスト削減が可能である。さらに、光源としてＬＥＤを用いることも可能であり、さらなるコスト削減が可能である。
【００３２】
上記のように特別な構造のセンサ部を持たない光ファイバでの圧力センシングを可能にしているのは、第１マットとの間に突起体を設けて、突起体が光ファイバを押圧するときに光ファイバに曲げを誘起することを可能にしたことによる。
【００３３】
特に、光ファイバとしてプラスチックファイバを用いた場合にはプラスチックの可撓性により局所的な曲げを生じさせやすくなるため、非常に高感度なマット状センサを実現できる。
また、光ファイバとしてグラスファイバを用いた場合には、プラスチックファイバほど高感度ではないが、突起体を組み合わせることによりセンサ部を持たずしてマット状センサとして機能するのに十分な感度を持つことが可能となる。
【００３４】
マット状センサとしては電気的センサを用いていないので非常に安全性が高い。光源、センサヘッドから受光部まで光で信号の授受を行っており、漏電のおそれがない。電気的スパークによる引火、火災、誘爆のなく、安全防爆性を有しており、防爆施設に適用することができる。
【００３５】
また、光ファイバを延伸することで、遠隔地でリアルタイムに感知することができ、例えば複数のセンサを集中管理センター一箇所で管理することができる。特に、例えば光ファイバとしてグラスファイバを用い、光源としてＬＤを採用することで数ｋｍ程度にまで延伸可能である。
【００３６】
また、電磁波の影響を受けず、与えることもない。
さらに光ファイバを用いているので金属腐食による接点不良などの不具合が起こらない。
【００３７】
本実施形態の光ファイバマット状センサは、例えば自動ドアのセンサとして適用できる。
また、介護施設などにおける起床センサあるいは徘徊センサとして適用できる。
また、例えばセキュリティシステムなどの用途において、フロア全体に本実施形態のマット状センサを適用することも可能である。例えばグラスファイバを用いて光源としてＬＤを用いることで、フロア全体のような広い領域をセンシングすることが可能である。
また、カーペットの下に配置して用いることなども可能である。
【００３８】
第２実施形態
図５は本実施形態に係る光ファイバマット状センサのセンサヘッド部の要部の断面図である。
本実施形態の光ファイバマット状センサは、突起体１５の光ファイバの延伸方向の断面が略円弧形状であることを除いて実質的に第１実施形態の光ファイバマット状センサと同様の構成である。
第１実施形態の光ファイバマット状センサと同様に、マット状センサとして十分な感度を持ち、安価かつ安全性の高いマット状センサである。
この場合、略円弧形状の弦の長さを例えば数〜十数ｍｍ程度として、光ファイバの曲げ損失が生じる曲率の直径（例えば２５ｍｍ）より十分に小さいことが好ましい。これにより、感度を高めることができる。
【００３９】
第３実施形態
図６は、本実施形態に係る光ファイバマット状センサの突起体の形状を示す模式平面図である。
本実施形態に係る光ファイバマット状センサの突起体１５は、複数の突起体１５が光ファイバ１１の延伸方向と異なる方向に相互に結合して一体に形成されている構成である。
例えば、図６に示すように格子状の構造体とすることもできる。この場合、縦及び横に伸びる細長い部材の交点（格子点）は光ファイバが押圧されても感度が得られないので、上記の交点を除いて光ファイバが配置されるようにすることが好ましい。
あるいは、ストライプ状に細長い突起体が並んでいるレイアウトとすることも可能である。
上記の突起体１５は、例えば第１マットと一体に形成されていてもよい。あるいは、別々に構成されていてもよい。
【００４０】
第４実施形態
図７は本実施形態に係る光ファイバマット状センサのセンサヘッド部の要部の断面図である。
本実施形態の光ファイバマット状センサは、第２マット側を上面にして設置されていることを除いて実質的に第１実施形態の光ファイバマット状センサと同様の構成である。
【００４１】
図８は、本実施形態の光ファイバマット状センサが圧力を感知する機構を説明する模式図である。
図８に示すように、本実施形態の光ファイバマット状センサでは、第２マット１４ｂの第１マット１４ａ側とは反対の主面から圧力Ｐが印加されると、光ファイバ１１を下方に押し下げる。ここで、突起体１５が設けられている部分では光ファイバ１１が下げられるのが妨げられ、第２マットが圧縮されるのみであるのに対し、突起体１５が設けられていない領域では光ファイバ１１が押し下げられる。これは、突起体１５により光ファイバ１１が押圧された部分で第２マット１４ｂが圧縮され、押圧されていない部分では光ファイバ１１を第１マット１４ａ側に押し上げたのと同様の構成となる。このため、突起体１５により押圧された部分と押圧されていない部分の境界近傍１１ａにおいて光ファイバ１１の曲げが誘起される。
第１実施形態と同様にマット状センサとして十分な感度を持ち、安価かつ安全性の高いマット状センサを実現できる。
【００４２】
第５実施形態
図９は本実施形態に係る光ファイバマット状センサの模式構成図である。
実質的に第１実施形態の光ファイバマット状センサにおいて、第２マットを有さない構成となっている。
上記の本実施形態の光ファイバマット状センサは、突起体１５により光ファイバ１１が押圧された部分では圧縮され、押圧されていない部分では光ファイバ１１を第１マット１４ａ側に押し上げるような反発性を有する床面上に、第１マット１４ａ側を上面にして配置されて用いることができる。
これは、床面が第１実施形態の光ファイバマット状センサの第２マットと同様の働きを行うことによる。
第１実施形態と同様に、第１マット１４ａの他方の主面から印加された圧力を感知することができる。
第１実施形態と同様にマット状センサとして十分な感度を持ち、安価かつ安全性の高いマット状センサを実現できる。
【００４３】
本発明は上記の説明に限定されない。
例えば、光ファイバはプラスチックファイバでもグラスファイバでもよく、さらにどのような構造のプラスチックファイバでもグラスファイバにも適用可能である。
その他、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。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明の光ファイバマット状センサは、自動ドアのセンサ、あるいは、介護施設などにおける起床センサあるいは徘徊センサとして適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】図１は本発明の第１実施形態に係る光ファイバマット状センサの模式構成図である。
【図２】図２は本発明の第１実施形態に係る光ファイバマット状センサのセンサヘッド部の模式的平面図である。
【図３】図３は本発明の第１実施形態に係る光ファイバマット状センサの要部の断面図である。
【図４】図４は本発明の第１実施形態の光ファイバマット状センサが圧力を感知する機構を説明する模式図である。
【図５】図５は本発明の第２実施形態に係る光ファイバマット状センサのセンサヘッド部の要部の断面図である。
【図６】図６は本発明の第３実施形態に係る光ファイバマット状センサの突起体の形状を示す模式平面図である。
【図７】図７は本発明の第４実施形態に係る光ファイバマット状センサのセンサヘッド部の要部の断面図である。
【図８】図８は本発明の第４実施形態の光ファイバマット状センサが圧力を感知する機構を説明する模式図である。
【図９】図９は本発明の第５実施形態に係る光ファイバマット状センサの模式構成図である。
【符号の説明】
【００４６】
１０…センサヘッド
１１…光ファイバ
１１ａ…境界近傍
１２…光源
１３…受光部
１４ａ…第１マット
１４ｂ…第２マット
１５…突起体
Ｐ…圧力
【図１】
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【図２】
2007248393.tif 000004
【図３】
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【図４】
2007248393.tif 000006
【図５】
2007248393.tif 000007
【図６】
2007248393.tif 000008
【図７】
2007248393.tif 000009
【図８】
2007248393.tif 000010
【図９】
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