(57)【要約】【課題】  多点もしくは分布的に光ファイバの状態を解析するセンシングシステムを提供する。【解決手段】  センシングシステム１０では，第２の光ファイバが，光カプラ２１０を介して一対の第１の光ファイバＡ，Ｂを橋渡しする。第２の光ファイバには，３Ｐサーキュレータ２３０を介して，センサ２４０が設けられた光ファイバＣ，Ｄ・・が並列に設けられている。光信号解析装置１００は，パルスジェネレータ１０５，光源１１０，受光部１１５および解析表示部１２０を含んで構成されている。光源１１０は，第１の光ファイバＡに光パルス信号を入射する。受光部１１５は，第１の光ファイバＢから出射された光パルス信号を受光する。解析表示部１２０は，この戻り光の位置とパワーの差分値との関係を自動解析する。これにより，第２の光ファイバの外圧の状態を多点または分布的に解析することができる。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の光ファイバと；
前記第１の光ファイバに設けられ，前記第１の光ファイバに伝送される光パルス信号を分波または合波する１または２以上の光カプラと；
前記１または２以上の光カプラのうち，いずれかの光カプラを介して前記第１の光ファイバからそれぞれ分岐した複数の第２の光ファイバと；
前記各第２の光ファイバに伝送される光パルス信号の状態変化をそれぞれ検知する複数のセンサと；
前記第１の光ファイバに光パルス信号を入射し，入射された光パルス信号に対して前記第１の光ファイバから出射された光パルス信号を測定することにより，前記入射された光パルス信号に対して前記複数のセンサによりそれぞれ検知された光パルス信号の状態変化を解析する解析装置と；を備えることを特徴とするセンシングシステム。
【請求項２】
前記複数のセンサは，前記第１の光ファイバに対して並列に設けられることを特徴とする請求項１に記載されたセンシングシステム。
【請求項３】
前記各光カプラは，
前記光パルス信号を分岐する際に，分岐された各光パルス信号のパワーを制御することを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載されたセンシングシステム。
【請求項４】
前記解析装置は，
前記光パルス信号の状態変化を判定することにより，前記光ファイバに作用している外圧の状態を検出する請求項１〜３のいずれかに記載されたセンシングシステム。
【請求項５】
前記複数のセンサによりそれぞれ検知される複数の光パルス信号は，
前記第１の光ファイバの一部または全部，および，前記複数の第２の光ファイバのうちのいずれかを用いて形成される，異なる長さの複数の経路をそれぞれ通って伝送されることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載されたセンシングシステム。
【請求項６】
前記第１の光ファイバは，一対設けられ，
前記各第２の光ファイバは，
一対の第１の光ファイバにそれぞれ設けられた各光カプラを介して前記一対の第１の光ファイバ間を橋渡しするように設けられ，
第２の光ファイバ内の分岐部分には，サーキュレータまたは方向性結合器がそれぞれ備えられ，
前記複数のセンサは，
前記橋渡しした第２の光ファイバから分岐し，前記サーキュレータまたは方向性結合器を介して，終端部が切断された光ファイバに伝送される光パルス信号の状態変化を検知することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載されたセンシングシステム。
【請求項７】
前記解析装置は，
前記前記一対の第１の光ファイバのうち，一方の第１の光ファイバに光パルス信号を入射し，前記入射された光パルス信号に対して前記他方の第１の光ファイバから出射された光パルス信号を測定する光信号解析装置であることを特徴とする請求項６に記載されたセンシングシステム。
【請求項８】
前記センシングシステムであって，さらに，
前記第１の光ファイバからそれぞれ分岐された各第２の光ファイバの終端に設けられ，前記各第２の光ファイバに伝送される光パルス信号を反射する反射ミラーを備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載されたセンシングシステム。
【請求項９】
前記各センサは，
前記各第２の光ファイバに局所的な曲げを生じさせる機構を有し，前記各第２の光ファイバの一部または全部を覆うセンサであることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載されたセンシングシステム。
【請求項１０】
前記複数のセンサは，
所与の監視領域に設けられ，光パルス信号の状態変化をそれぞれ検知することにより，前記監視領域の状態を検知することを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載されたセンシングシステム。
【請求項１１】
前記解析装置は，
前記第１の光ファイバから出射された光パルス信号のパワーの変化値を求め，求められた光パルス信号のパワーの変化値と予め定められた閾値とを比較することにより，前記監視領域の状態を解析する請求項１０に記載されたセンシングシステム。
【請求項１２】
前記解析装置は，
前記求められた光パルス信号のパワーの変化値と予め定められた複数の閾値とを比較することにより，前記監視領域に存在する物体を解析する請求項１１に記載されたセンシングシステム。
【請求項１３】
前記各センサは，
前記第２の光ファイバ毎にそれぞれ複数個ずつ設けられることを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載されたセンシングシステム。
【請求項１４】
前記監視領域に前記複数の第２の光ファイバを並べて配設することにより，前記第２の光ファイバ毎にそれぞれ複数個ずつ設けられたセンサを，前記監視領域にマトリクス状に配置することを特徴とする請求項１３に記載されたセンシングシステム。
【請求項１５】
前記監視領域に前記各第２の光ファイバを網目状に並べて配設することにより，配設された各第２の光ファイバの交点を含み，前記交点付近の各第２の光ファイバに局所的な曲げを生じさせる機構をもつ前記複数のセンサをマトリクス状に配置することを特徴とする請求項１３に記載されたセンシングシステム。
【請求項１６】
前記監視領域内に一方向に並べられた複数の第２の光ファイバ長がすべて異なることを特徴とする請求項１４または請求項１５のいずれかに記載されたセンシングシステム。
【請求項１７】
前記第１の光ファイバから，前記並べて配設される複数の第２の光ファイバを分岐するために，前記いずれかの光カプラに代えて光スイッチを設けることを特徴とする請求項１４〜１６のいずれかに記載されたセンシングシステム。
【請求項１８】
前記マトリクス状に配置されたセンサにより，マトリクススイッチまたはイメージセンサとして機能することを特徴とする請求項１４〜１７のいずれかに記載されたセンシングシステム。
【請求項１９】
前記センシングシステムであって，さらに，
ゲートを通過する物体を検知するゲートセンサを備え，
前記解析装置は，
前記求められた光パルス信号のパワーの変化値に基づいて，前記監視領域のうちゲートセンサの所定領域にて，予め定められた閾値を超える光パルス信号のパワーのピークが前記いずれかのセンサにより所定時間内に２以上検知されたか否かを解析し，
前記ゲートセンサは，
前記解析装置により前記２以上の光パルス信号のパワーのピークがみとめられ，かつ，前記ゲートセンサが前記２以上の光パルス信号のパワーのピークがみとめられたときから所定時間内に前記ピークの個数未満の物体しか検知しないという条件を満たした場合，警告を発することを特徴とする請求項１１〜１８のいずれかに記載されたセンシングシステム。
【請求項２０】
前記ゲートセンサは，
前記条件を満たした場合であっても，前記解析装置により２以上の光パルス信号のパワーのピークがみとめられる前に，前記解析装置により前記求められた光パルス信号のパワーの変化値に基づいて，前記監視領域のうち，ゲートセンサ近傍の所定領域以外の領域にて，前記いずれかのセンサにより予め定められた閾値を超える光パルス信号のパワーのピークが所定時間内に２以上検知されていない場合には警告を発しないことを特徴とする請求項１９に記載されたセンシングシステム。
【請求項２１】
前記センシングシステムであって，さらに,
光源から前記第１の光ファイバへ光パルス信号を入射し，入射された光パルス信号に対して前記第１の光ファイバから出射された光パルス信号を受光部にて受光するための前記第１の光ファイバの分岐部分にサーキュレータまたは光カプラのいずれかを備えることを特徴とする請求項８〜１８のいずれかに記載されたセンシングシステム。
【請求項２２】
前記センシングシステムであって，さらに,
前記第１の光ファイバへ光パルス信号を入射する光源への戻り光を抑制するためのアイソレータを備えることを特徴とする請求項１〜２１のいずれかに記載されたセンシングシステム。
【請求項２３】
前記解析装置は，
前記光パルス信号の状態変化を判定することにより，前記光ファイバに作用している水分または気体の状態を検出する請求項１〜３のいずれかに記載されたセンシングシステム。
【請求項２４】
前記各センサは，
試薬を混入した所定の気体または液体がその内部に充填されたセルであることを特徴とする請求項２３に記載されたセンシングシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，光ファイバ内に伝送される光パルス信号の状態変化を検出するセンシングシステムに関する。特に，所与の監視領域に張り巡らされた光ファイバ内に伝送される光パルス信号の状態変化を検出するセンシングシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
敷設された光ファイバの破断点を検出するために，従来から，ＯＴＤＲ（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｔｉｍｅ  Ｄｏｍａｉｎ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｅｒ）装置を利用した種々のセンシングシステムが提案されている。（たとえば，特許文献１を参照。）。そのうち，たとえば，図１４に示したＯＴＤＲ装置９００は，パルスジェネレータ９０５，光源９１０，光カプラ９１５，受光部９２０（ＡＰＤ：Ａｖａｌａｎｃｈｅ  Ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ（または，ＰＤ：Ｐｈｏｔｏ  Ｄｉｏｄｅ）＋ＡＤ変換器）および解析表示部９２５を含んで構成される。光ファイバ９５０は，光カプラ９１５を介して光源９１０および受光部９２０に接続されている。
【０００３】
光源９１０は，パルスジェネレータ９０５により生成された光パルス信号を光ファイバ９５０の一端に入射する。光カプラ９１５は，光パルス信号を合波または分波する。ＡＰＤ９２０は，入射された光パルス信号の一部が破断点（位置ｓ４）で反射されて得られる反射光や，位置ｓ１，ｓ２，ｓ３・・・から戻ってくる後方散乱光（レーリー散乱光）を受光する。解析表示部９２５は，受光部９２０により受光された反射光や後方散乱光がＯＴＤＲ装置９００に戻ってくるまでの遅延時間を測定することによって破断点までの距離を算出するとともに，各地点での光ファイバ９５０の伝送損失（光パルス信号のパワー，光強度の損失）を求め，その結果を表示する。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−０１２９７０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，従来のセンシングシステム９０によれば，たとえば，図１５の光ファイバ９５０の位置ｓ１，ｓ４のように，光ファイバ９５０に２箇所以上の折曲部分または破断部分が存在すると，ＯＴＤＲ装置９００に最初に戻ってくる戻り光（図１５では，位置ｓ１にて発生した反射光）の状態変化を解析することはできても，位置ｓ１にて発生した光パワーの損失が大きく，その後に戻ってくる戻り光（位置ｓ４にて発生した反射光）のパワーのレベルがノイズフロア（光信号かノイズかを検出不可能なレベル）まで低下するため，その後の光パルス信号の状態変化を解析することができないという問題があった。
【０００６】
そこで，本発明は，このような問題に鑑みてなされたもので，複数のセンサを多点もしくは分布的に設けることにより，多点もしくは分布的に光ファイバの状態を解析するセンシング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】
【０００７】
上記課題を解決するために，本発明のある観点によれば，第１の光ファイバと，上記第１の光ファイバに設けられ，上記第１の光ファイバに伝送される光パルス信号を分波または合波する１または２以上の光カプラと，上記１または２以上の光カプラのうち，いずれかの光カプラを介して上記第１の光ファイバからそれぞれ分岐した複数の第２の光ファイバと，上記各第２の光ファイバに伝送される光パルス信号の状態変化をそれぞれ検知する複数のセンサと，上記第１の光ファイバに光パルス信号を入射し，入射された光パルス信号に対して上記第１の光ファイバから出射された光パルス信号を測定することにより，上記入射された光パルス信号に対して上記複数のセンサによりそれぞれ検知された光パルス信号の状態変化を解析する解析装置と，を備えることを特徴とするセンシングシステムが提供される。
【０００８】
光ファイバに応力が作用したり，光ファイバが折曲されると，光ファイバ内に伝送される光パルス信号の状態に変化が生じる。解析装置によれば，光ファイバ内に伝送される光パルス信号に生じるこのような状態変化を測定することにより，光ファイバの一部に作用する外圧の状態を簡易かつ正確に判定することができる。
【０００９】
ここで，本発明にかかるセンシングシステムでは，各光カプラを介して複数の第２の光ファイバが，第１の光ファイバから分岐するとともに，各第２の光ファイバには，複数のセンサが設けられている。すなわち，複数のセンサは，第１の光ファイバに対して並列に設けられている。また，第１の光ファイバと第２の光ファイバとの分岐点に設けられた各光カプラは，光パルス信号を分岐する際に，第１の光ファイバに分岐される光パルス信号のパワーと第２の光ファイバに分岐される光パルス信号のパワーとの比率を制御する。
【００１０】
したがって，各第２の光ファイバには，必ず，ある比率によって定められたパワーの光パルス信号が伝送される。換言すれば，各センサは，パワーのレベルがノイズフロアまで低下することなく，必ず，あるパワー以上のレベルを持った光パルス信号に対して，その状態変化を検知することができる。これにより，光ファイバに２以上の比較的大きな状態変化（伝送損失）が生じた場合であっても，最初に戻ってくる戻り光により，その後に戻ってくる戻り光が解析不能となることはない。その結果，解析装置は，多点もしくは分布的に設けられた複数のセンサにより検出された複数の戻り光の状態変化によって，多点もしくは分布的に光ファイバの状態（たとえば，光ファイバの外圧の状態）をセンシングすることができる。
【００１１】
光パルス信号の状態変化とは，具体的には，第１の光ファイバに入射された光パルス信号に対して，第１の光ファイバから出射される後方散乱光（レーリー散乱光）またはフレネル反射光のパワー（光強度）の変化や，第１の光ファイバに入射された光パルス信号に対して，反射ミラーにより反射された光パルス信号のパワーの変化をいう。このとき，入射された光パルス信号に対する出射された光のパワーの状態は，出射された光のパワーの波形自身によって示されてもよいし，出射された反射光のパワーの変化値（たとえば，出射された反射光のパワーの差分値，微分値，偏分値，移動平均）などの物理量によって示されてもよい。
【００１２】
本発明にかかるセンシングシステムが，次のような構成を有する場合を考える。すなわち，第１の光ファイバは，並んで一対設けられている。各第２の光ファイバは，一対の第１の光ファイバにそれぞれ設けられた各光カプラを介して上記一対の第１の光ファイバ間を橋渡しするように設けられる。また，第２の光ファイバ内の分岐部分には，サーキュレータまたは方向性結合器がそれぞれ備えられている。上記複数のセンサは，上記橋渡しした第２の光ファイバから分岐し，上記サーキュレータまたは方向性結合器を介して，終端部が切断された光ファイバに伝送される光パルス信号の状態変化を検知する。
【００１３】
また，上記複数のセンサによりそれぞれ検知される複数の光パルス信号は，上記第１の光ファイバの一部または全部，および，上記複数の第２の光ファイバのうちのいずれかを用いて形成される，異なる長さの複数の経路をそれぞれ通って伝送される。解析装置は，上記一対の第１の光ファイバのうち，一方の第１の光ファイバに光パルス信号を入射し，上記入射された光パルス信号に対して上記他方の第１の光ファイバから出射された光パルス信号を測定する光信号解析装置である。
【００１４】
このような構成によれば，光信号解析装置により測定された，光ファイバから出射される反射光またはレーリー散乱光の波形に基づいて上記物理量を得ることができる。
【００１５】
また，本発明にかかるセンシングシステムは，第１の光ファイバからそれぞれ分岐した各第２の光ファイバの終端に反射ミラーを設け，各第２の光ファイバに伝送される光パルス信号を反射ミラーにて反射する構成を有していてもよい。このような構成によれば，解析装置により測定された，光ファイバから出射される反射光のパルスの波形に基づいて上記物理量を得ることができる。
【００１６】
このとき，光源から前記第１の光ファイバへ光パルス信号を入射し，入射された光パルス信号に対して前記第１の光ファイバから出射された光パルス信号を受光部にて受光するための前記第１の光ファイバの分岐部分にサーキュレータまたは光カプラのいずれかを備えていてもよい。
【００１７】
また，各センサは，上記各第２の光ファイバに局所的な曲げを生じさせる機構をもった，上記各第２の光ファイバの一部または全部を覆うセンサであってもよい。このセンサがもつ局所的な曲げを生じさせる機構の一例としては，光ファイバを２枚の光ファイバ封入用シートにて上下からサンドイッチするとともに，さらに，光ファイバに対して局所的な応力を付与するための局所応力付与用シートを，光ファイバ封入用シート内の光ファイバに接触するように設けた機構が挙げられる。このような機構により，各センサは光ファイバへの外力を光ファイバに伝えやすくすることによって，光ファイバに生じた曲げなどを検知することができる。
【００１８】
以上の構成を有する本発明にかかるセンシングシステムは，所与の監視領域を監視するシステムに利用することができる。具体的には，センシングシステムの複数のセンサを所与の監視領域に配置して，光パルス信号の状態変化をそれぞれ検知することにより，上記監視領域の状態を検知することができる。
【００１９】
たとえば，センサとして機能する光ファイバを並列に監視領域に敷設することにより，踏み切り上の障害物検知システム，侵入者足取り取得システム，重なり侵入検知システムに応用することができる。
【００２０】
また，各センサは，上記第２の光ファイバ毎にそれぞれ複数個設けられていて，このように複数のセンサを有する第２の光ファイバをタッチパネルなどの所定の監視領域に並べて配設することにより，複数個のシートセンサを上記監視領域にマトリクス状に配置してもよい。また，上記監視領域に上記各第２の光ファイバを網目状に並べて配設することにより，配設された各第２の光ファイバの交点を含み，上記交点付近の各第２の光ファイバに局所的な曲げを生じさせる機構をもつ上記複数のセンサをマトリクス状に配置するようにしてもよい。このように構成されたセンシングシステムは，マトリクススイッチもしくはイメージセンサとして機能することができる。
【００２１】
また，このように構成されたセンシングシステムにおいて，上記第１の光ファイバから，上記並べて配設される複数の第２の光ファイバを分岐するために用いられた光カプラに代えて光スイッチを用いてもよい。これによれば，第１の光ファイバから分岐される第２の光ファイバの数が多くなった場合や，光源からの光信号のパワーが小さい場合であって，光カプラにて光信号のパワー配分を制御すると各第２の光ファイバに伝送される光パルス信号のパワーが非常に小さくなってしまう場合に有効である。すなわち，光カプラに代えて設けられた光スイッチにより，光源からの光信号のパワーを分けて各第２の光ファイバに分波するのではなく，光源からの光パルス信号を時分割で強制的に切り替える。これにより，第１の光ファイバからの分岐が多くなった場合や，光源からの光信号のパワーが小さい場合であっても，各第２の光ファイバに伝送される光パルス信号のパワーを光源から出力される光信号のパワーに維持することができる。
【００２２】
このようにして，本発明にかかるセンシングシステムを監視システムに利用した場合，上記解析装置は，上記第１の光ファイバから出射された光パルス信号のパワーの変化値を求め，求められた光パルス信号のパワーの変化値と予め定められた閾値とを比較することにより，上記監視領域の状態を解析することができる。
【００２３】
また，上記解析装置は，上記求められた光パルス信号のパワーの変化値と予め定められた複数の閾値とを比較することにより，上記監視領域に存在する物体を解析することができる。たとえば，物体の重さ（物体Ａの重さ＞物体Ｂの重さ＞物体Ｃの重さ）に応じて複数の閾値（閾値ａ＞閾値ｂ＞閾値ｃ）が予め設けられている場合，解析装置は，光パルス信号のパワーの変化値が閾値ａを超えれば，監視領域に存在する物体は物体Ａであると解析する。また，解析装置は，光パルス信号のパワーの変化値が，閾値ａと閾値ｂとの間にあれば，監視領域に存在する物体は物体Ｂであると解析し，光パルス信号のパワーの変化値が，閾値ｂと閾値ｃとの間にあれば，監視領域に存在する物体は物体Ｃであると解析する。
【００２４】
このような監視システムに利用されるセンシングシステムでは，上記監視領域内にて一方向に並べられた複数の第２の光ファイバ長がすべて異なることにより，戻り光の光パルス信号が順序良く監視装置に伝送される。これにより，光パルス信号に状態変化が発生した光ファイバの分岐ブランチの位置を特定することができる。
【００２５】
また，本発明にかかるセンシングシステムは，つぎのような監視システムに利用することもできる。具体的には，上記センシングシステムは，さらに，ゲートを通過する物体を検知するゲートセンサを備える。このようなセンシングシステムでは，まず，上記解析装置が，上記求められた光パルス信号のパワーの変化値に基づいて，上記監視領域のうちゲートセンサ近傍の所定領域にて，予め定められた閾値を超える光パルス信号のパワーのピークが上記いずれかのセンサにより所定時間内に２以上検知されたか否かを解析する。
【００２６】
つぎに，上記解析装置により上記２以上の光パルス信号のパワーのピークがみとめられ，かつ，上記ゲートセンサが，上記２以上の光パルス信号のパワーのピークがみとめられたときから所定時間内に上記ピークの個数未満の物体しか検知しなかった場合，ゲートセンサは警告を発する。これにより，入口や出口に設けられたゲートセンサ（たとえば，赤外センサ）だけでは検出することができなかった重なり侵入（２人以上の人間が重なって出入りすること）を見つけ出すことができる。この結果，違法行為を効果的に抑止することができる。
【００２７】
このセンシングシステムでは，上記ゲートセンサは，上記２つの条件を満たした場合であっても，上記１つ目の条件がみとめられる前に，上記解析装置により上記求められた光パルス信号のパワーの変化値に基づいて，上記監視領域のうち，ゲートセンサ近傍の所定領域以外の領域にて，上記いずれかのセンサにより予め定められた閾値を超える光パルス信号のパワーのピークが所定時間内に２以上検知されていないという条件が満たされていれば，警告を発しないようにしてもよい。これによれば，２以上の物体が，ゲートセンサ近傍の所定領域以外の領域からゲートセンサ近傍の所定領域に向かって移動したと予測できなかった場合には，上記２つの条件を満たした場合であっても重なり侵入と判定しないように制御することができる。
【００２８】
また，上記センシングシステムであって，さらに,上記第１の光ファイバへ上記光パルス信号を入射する光源への戻り光を抑制するためのアイソレータを備えていてもよい。これによれば，光源と第１の光ファイバとの間にアイソレータを挿入することにより，強い戻り光によって光源（レーザ）が破壊されることを回避することができる。
【００２９】
上記解析装置は，上記光パルス信号の状態変化を判定することにより，上記光ファイバに作用している水分または気体の状態を検出するようにしてもよい。このとき，上記各センサは，試薬を混入した所定の気体または液体がその内部に充填されたセルであってもよい。
【００３０】
これによれば，光ファイバに設けられたセルにより，光ファイバ周辺の媒質によって光ファイバを伝送する光パルス信号の透過光量が変化する。これを利用して，解析装置が光パルス信号の透過光の変化値を解析することにより，光ファイバ周辺の水分または気体の状態を判定することができる。この結果，解析装置は，多点もしくは分布的に設けられたセンサにより検出された複数の戻り光の状態変化によって，多点もしくは分布的に光ファイバの状態（たとえば，光ファイバ近傍の水分または気体の状態）をセンシングすることができる。
【発明の効果】
【００３１】
以上説明したように本発明によれば，複数のセンサを多点もしくは分布的に設けることにより，多点もしくは分布的に光ファイバの状態を解析するセンシングシステムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下に添付図面を参照しながら，本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお，本明細書及び図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００３３】
（第１実施形態）
まず，第１実施形態にかかるセンシングシステム１０について，図１を参照しながら説明する。本実施形態にかかるセンシングシステム１０は，光信号解析装置を用いた多重化センシングシステムである。光信号解析装置１００は，パルスジェネレータ１０５，光源１１０，受光部１１５および解析表示部１２０を含んで構成されている。光信号解析装置１００は，解析装置の一例である。
【００３４】
光信号解析装置１００には，並んで配設された一対の第１の光ファイバ２００のうち，一本の第１の光ファイバ２００（光ファイバ２００ａ１，２００ｂ１，２００ｃ１・・・にて示される光ファイバ２００，以下，第１の光ファイバＡともいう。）から構成される第１の光ファイバは，光カプラ２１０ａ１，２１０ｂ１・・・を介して光源１１０に接続されている。また，もう一本の第１の光ファイバ２００（光ファイバ２００ａ２，２００ｂ２，２００ｃ２・・・にて示される光ファイバ２００，以下，第１の光ファイバＢともいう。）から構成される第１の光ファイバは，光カプラ２１０ａ２，２１０ｂ２・・・を介して受光部１１５に接続されている。光カプラ２１０は，第１の光ファイバ２００に直列に設けられ，第１の光ファイバ２００内にて伝送される光パルス信号を分波または合波する。
【００３５】
第２の光ファイバ２２０は，第２の光ファイバ２２０ａ，２２０ｂ，２２０ｃから構成されていて，第２の光ファイバ２２０ａ，２２０ｃは，第１の光ファイバ間を橋渡しするようにいずれかの光カプラ２１０を介して第１の光ファイバ２００に接続されている。
【００３６】
第２の光ファイバ２２０ｂは，その終端が切断されることにより，その終端にて第２の光ファイバ２２０ｂを伝送する光パルス信号を反射するようになっている。本実施形態にかかるセンシングシステムでは，第２の光ファイバ２２０ｂ１，２２０ｂ２・・・自身が，センサ２４０として機能する。たとえば，第１のセンサ２４０ａ（すなわち，第２の光ファイバ２２０ｂ１）は，光源１１０から入射され，第１の経路を通って第２の光ファイバ２２０ｂ１に伝送される光パルス信号の状態変化を検知するようになっている。また，第２のセンサ２４０ｂ（すなわち，第２の光ファイバ２２０ｂ２）は，光源１１０から入射され，第２の経路を通って第２の光ファイバ２２０ｂ２に伝送される光パルス信号の状態変化を検知するようになっている。
【００３７】
なお，センサ２４０は，第２の光ファイバ２２０ｂに局所的な曲げを生じさせる機構をもった，各第２の光ファイバ２２０ｂの一部または全部を覆う略平面状のセンサ（以下，シートセンサともいう。）であってもよい。このセンサがもつ局所的な曲げを生じさせる機構の一例としては，第２の光ファイバ２２０ｂを２枚の光ファイバ封入用シートにて上下からサンドイッチするとともに，さらに，光ファイバに対して局所的な応力を付与するための局所応力付与用シートを，光ファイバ封入用シート内の第２の光ファイバ２２０ｂに接触するように設けた機構が挙げられる。このような機構により，光ファイバへの外力が光ファイバに伝わりやすくなる。この結果，センサ２４０は，第２の光ファイバ２２０ｂに生じた曲げなどを検知しやすくなる。
【００３８】
第２の光ファイバ２２０ａ，２２０ｃおよび光ファイバ２２０ｂ（センサ２４０）は，３ポートサーキュレータ２３０にて結合されている。３ポートサーキュレータ２３０は，３つのポートを有している。それぞれのポートには，３ポートサーキュレータ２３０を介して略Ｔ字状に形成される３本の光ファイバ２２０ａ，２２０ｂ，２２０ｃが接続されている。第２の光ファイバ２２０ａに接続されているポート１は，第２の光ファイバ２２０ａ内にて伝送された光パルス信号を入力し，光ファイバ２２０ｂ（センサ２４０）に接続されているポート２に出力する。ポート２は，光ファイバ２２０ｂ（センサ２４０）内にて伝送された光パルス信号を入力し，第２の光ファイバ２２０ｃに接続されているポート３に出力するようになっている。３ポートサーキュレータは，分岐されたパワーに余裕がある場合は，方向性結合器で構成されていてもよい。
【００３９】
なお，第１の経路は，第１の光ファイバ２００ａ１，光カプラ２１０ａ１，第２の光ファイバ２２０ａ１，３ポートサーキュレータ２３０ａ，第２の光ファイバ２２０ｂ１，第２の光ファイバ２２０ｃ１，光カプラ２１０ａ２および第１の光ファイバ２００ａ２を介して光パルス信号が伝送される経路である。また，第２の経路は，第１の光ファイバ２００ａ１，光カプラ２１０ａ１，第１の光ファイバ２００ｂ１，光カプラ２１０ｂ１，第２の光ファイバ２２０ａ２，３ポートサーキュレータ２３０ｂ，第２の光ファイバ２２０ｂ２，第２の光ファイバ２２０ｃ２，光カプラ２１０ｂ２，第１の光ファイバ２００ｂ２，光カプラ２１０ａ２，および第１の光ファイバ２００ａ２を介して光パルス信号が伝送される経路である。このようにして，第１の光ファイバ２００と第２の光ファイバ２２０とが梯子型のアレイ状に構成されることにより，ｎ個（ｎ≧２）の異なる長さをもった経路が形成される。
【００４０】
このようにして張り巡らされた光ファイバに対し，光源１１０は，パルスジェネレータ１０５を用いて光パルス信号を入射する。受光部１１５は，光源１１０から入射された光パルス信号の一部が，応力や屈折率変化により局所的にパワー変動を生じることにより，各センサ２４０の位置ｔ１，ｔ２，ｔ４から戻ってくる後方散乱光や，位置ｔ３，ｔ５の光ファイバ２２０ｂ１，２２０ｂ２の切断面で反射される反射光を受光する。受光部１１５は，精度の高いＡＰＤから構成されていてもよく，または，精度は落ちるが安価なＰＤ（Ｐｈｏｔｏ  Ｄｉｏｄｅ）とＡＤ（Ａｎａｌｏｇ／Ｄｉｇｉｔａｌ）変換器とから構成されていてもよい。受光部１１５により受光されたアナログ信号は，デジタル信号に変換後，解析表示部１２０に出力されるようになっている。
【００４１】
解析表示部１２０は，受光部１１５により受光された戻り光が光信号解析装置１００に戻ってくるまでの遅延時間を測定することによって破断点や折曲点までの距離（すなわち，位置ｔ１〜ｔ５）を算出する。また，解析表示部１２０は，各センサ２４０の各地点での光ファイバ２２０ｂの伝送損失（光パルス信号のパワー（光強度））を求め，その結果を表示する。
【００４２】
以上，本実施形態にかかるセンシングシステム１０によれば，光信号解析装置１００が，戻ってくる光パルス信号の状態変化を解析することにより，たとえば，図１では，第１のセンサ２４０ａの検出範囲において，位置ｔ１，ｔ２，ｔ３にて強いパワーの戻り光パルス信号が検出され，同様に，第２のセンサ２４０ｂの検出範囲において，位置ｔ４，ｔ５にて強いパワーの戻り光パルス信号が検出されたことを知ることができる。
【００４３】
このように，本実施形態にかかるセンシングシステム１０によれば，梯子状に張り巡らされ，アレイ構成をもつ光ファイバの一部を複数のセンサ２４０として並列に設けた。このような構成により，光信号解析装置１００により測定される光パルス信号のパワーのレベルがノイズフロアまで低下することを回避することができる。
【００４４】
具体的には，図１５の従来のセンシングシステム９０と比較して図２に示したように，複数のセンサ２４０（第２の光ファイバＣ，Ｄ・・・）が，一対の第１の光ファイバＡ，Ｂに対して並列に配設されている。また，第１の光ファイバと第２の光ファイバとの分岐点に設けられた光カプラ２１０は，光パルス信号を分波する際に，第１の光ファイバに分波される光パルス信号のパワーと第２の光ファイバに分波される光パルス信号のパワーとの比率を制御する。
【００４５】
したがって，各第２の光ファイバには，必ず，ある比率によって定められたパワーの光パルス信号が伝送される。換言すれば，各センサ２４０は，パワーのレベルがノイズフロアまで低下することなく，必ず，あるパワー以上のレベルを持った光パルス信号に対して，その状態変化を検知することができる。これにより，光ファイバに２以上の比較的大きな状態変化（伝送損失）が生じた場合であっても，最初に戻ってくる戻り光（図２では，位置ｔ６にて発生した反射光）によりその後に戻ってくる戻り光（位置ｔ７にて発生した反射光）が解析不能となることはない。この結果，光信号解析装置１００は，２以上の戻り光の状態変化を多点または分布的に解析することができ，光ファイバに作用する外圧の状態をより正確に知ることができる。
【００４６】
なお，本実施形態にかかるセンシングシステム１０の第１の光ファイバ２００ａ１上に光源１１０への戻り光を抑制するためのアイソレータ（図示せず）を設けてもよい。このように，光源１１０と光カプラ２１０ａ１との間の第１の光ファイバ２００ａ１上にアイソレータを挿入することにより，強い戻り光によって光源１１０が破壊されることを回避することができる。
【００４７】
（実施例１）
＜踏み切り上の障害物検知システム＞
以上に説明したセンシングシステム１０は，たとえば，踏み切り上の障害物検知システムに利用すると効果的である。その理由を以下に述べる。
【００４８】
全部のセンサを光ファイバに直列に接続した従来のシステムを踏み切り上の障害物検知システムに利用すると，前述したように２つ以上の物体を検出することができない，すなわち，物体の存否しか判らないという場合がある。また，図３の従来システムに示したように，全部のセンサに個々にトランシーバを設けて２以上の物体を検出しようとした場合，光ファイバの本数が多くなるため，踏み切り上の監視領域に多数の光ファイバを敷設することが事実上非常に困難となり，非現実的であるばかりか，システムを構築するために非常に高いコストがかかる。
【００４９】
これに対して，図３の踏み切り上の障害物検知システムに応用したセンシングシステム１０によれば，一対の光ファイバ（第１の光ファイバＡ，Ｂ）を１本這わせるだけで，光ファイバＣ，Ｄ，Ｅ，Ｆ・・・への多重化が可能となるため，従来システムの問題を解消しつつ，２つ以上の物体を確実に検出することができる。
【００５０】
つぎに，本実施例の具体的構成および光信号解析装置１００による解析結果について説明する。本実施例では，多重化された光ファイバＣ，Ｄ，Ｅ，Ｆ・・・の各光ファイバには，複数のセンサ２４０群（複数のシートセンサ）が設けられている。これによれば，解析装置は，各センサ２４０により検知され，各光ファイバを経由して伝送された光パルス信号を順序良く取り込むことができる。これにより，光パルス信号に状態変化が発生した１または２以上の位置を多点もしくは分布的に解析することができる。
【００５１】
つぎに，図３に示したのように，光ファイバＣ上に車が放置され，光ファイバＥ上に大人と小人がいる場合の光信号解析装置１００による解析結果について，具体的に説明する。
【００５２】
光ファイバＣのセンサ群は，車の重みが光ファイバＣに作用していることを検知する。光ファイバＥのセンサ群は，大人，小人の重みがそれぞれ光ファイバＥに作用していることを検知する。受光部１１５は，各センサ群により検知された戻り光信号の光パワーの波形を受光する。
【００５３】
解析表示部１２０は，戻り光信号が戻ってきた時刻より車，大人および小人が存在する位置を解析し，図４上部に示した解析結果をグラフに表示する。グラフの横軸は時間（位置）を示し，縦軸は光ファイバからの戻り光のパワーを示している。
【００５４】
各光ファイバのセンサ群が検知する範囲は，図４のチャネルＣｈの窓として表される。これは，センサ群により検知された光パルス信号の戻り光が光信号解析装置１００に戻った時の時間の範囲を示している。換言すれば，チャネルＣｈの窓は，チャネルＣｈのトリガ信号（あるセンサ群のチャネルＣｈが始まるときに発生する。具体的には，光がコネクタを通るときに発生する。）が，光信号解析装置１００に戻った時刻からそのセンサ群によりそれぞれ検知が可能な時間（距離）を示す。なお，トリガ信号は，戻り光が伝送される経路の長さが温度などにより変化した場合であっても，チャネルＣｈの始まりを検知することができるため有効である。
【００５５】
この光パワーの波形に対しては，閾値を設定しただけでは監視領域に存在する物体の状態を自動判定することはできない。そこで，解析表示部１２０による自動検出を可能とするために，解析表示部１２０は，光パワーの波形に対して時間軸に沿って差分を求める。このようにして求められた差分は，図４の下部に示したように，チャネルＣｈ窓内で負の値をとる。
【００５６】
図４の下部に示した負の値をとるスパイク信号の絶対値は，測定対象となる物体の物理量（重量など）を示す。また，スパイク信号が発生した時間値が，物体が存在する位置を示す。このようにして求められた差分値によれば，物体の自動検出だけでなく，監視領域に存在する物体の種類（状態）を多点または分布的に解析することができる。その理由を説明するために，解析表示部１２０による差分解析動作を以下に述べる。
【００５７】
まず，解析表示部１２０は，予め定められた複数の閾値Ｓｔｈ１，Ｓｔｈ２，Ｓｔｈ３と差分波形とを比較する。閾値Ｓｔｈ１，Ｓｔｈ２，Ｓｔｈ３は，物体の重さ（この場合は，小人の重さ，大人の重さ，車の重さ）に応じて予め定められた閾値（閾値Ｓｔｈ１＜閾値Ｓｔｈ２＜閾値Ｓｔｈ３）である。この場合，解析表示部１２０は，スパイク信号が閾値Ｓｔｈ３を超えた位置ｔ９に，「車」が存在すると解析する。また，解析表示部１２０は，スパイク信号が閾値Ｓｔｈ３と閾値Ｓｔｈ２との間にある位置ｔ１３に，「大人」が存在すると解析する。さらに，解析表示部１２０は，スパイク信号が閾値Ｓｔｈ２と閾値Ｓｔｈ１との間にある位置ｔ１４に，「小人」が存在すると解析する。
【００５８】
このようにして，本システムによれば，光ファイバの敷設が簡単でシステムを構築しやすい構成により，従来，正確に監視することができなかった，監視領域に存在する「複数」の物体の状態を多点または分布的に解析することができる。
【００５９】
以上では，解析表示部１２０は，監視領域に存在する物体の状態を解析するために，戻り光信号の差分値を求めた。しかし，これは解析手法の一例にすぎず，解析表示部１２０は，光パルス信号のパワーの変化値として，たとえば，光パルス信号のパワー微分値，偏分値，移動平均などの物理量を求めることにより，監視領域に存在する物体の状態を解析してもよい。
【００６０】
（実施例２）
＜重なり侵入検知システム＞
つぎに，本実施形態にかかるセンシングシステム１０を，重なり侵入検知システムに利用した場合について，図５を参照しながら説明する。図５は，本実施形態にかかるセンシングシステム１０を利用した重なり侵入検知システムを示している。これは，光信号解析装置１００を用いて監視領域内での重なり侵入（２人以上の人間が重なって出入りすること）を解析するシステムである。
【００６１】
本センシングシステム１０では，光ファイバＣ〜Ｊが監視領域に並列に張り巡らされている。光ファイバＪが敷設された領域近傍には，たとえば，赤外線を用いてゲートを通過する物体を検知するゲートセンサ５００が設けられている。本センシングシステム１０のゲートセンサ５００付近を拡大した図６に示したように，各光ファイバ（センサ２４０）は，一対の第１の光ファイバＡ，Ｂに並列に設けられていて，一対の第１の光ファイバＡ，Ｂには図示しない光信号解析装置１００が接続されている。なお，図６では，複数のセンサ２４０が，各光ファイバ（光ファイバＨ，Ｉ，Ｊ・・・）にマトリクス状に図示されている。しかし，これは，説明の便宜のためであり，実際には，図５の光ファイバＣ〜Ｊが，センサ２４０としてそれぞれ機能してもよい。
【００６２】
本センシングシステム１０に設けられた複数のセンサ２４０（光ファイバＣ〜Ｊ）では，数ｍ〜数十ｍ程度の空間分解能が可能である。したがって，本センシングシステム１０では，図５（ｃ）に示したように，たとえば，幅５ｍの道路に対して，数ｃｍ（図５では３ｃｍ）程度の間隔でジグザグに光ファイバを張り巡らせると，数ｃｍ程度の分解能（進行方向）が実現可能である。さらに，このように，光ファイバを並列に敷設したことにより，各光ファイバを敷設した区間毎に監視領域が分けられている（区間ごとにチャネルＣｈの窓が設けられている）ので，大重量の物体の解析する場所と小重量の物体の解析する場所とをチャネルＣｈの窓毎に管理することができる。
【００６３】
そこで，このような管理が可能な本センシングシステム１０が，どのようにして物体の重なり侵入を検知するかについて説明する。図７は，本センシングシステム１０により実行される重なり侵入検知処理のフローチャートを示した図である。
【００６４】
まず，解析表示部１２０は，ステップ７００から処理を開始して，ステップ７０５にて，上述したように演算された戻り光のパワーの差分値に基づいて，監視領域のうち，ゲートセンサ近傍の所定領域（たとえば，第２の光ファイバＪが敷設された領域）以外の領域にて，いずれかのセンサ２４０により予め定められた閾値Ｓｔｈ５を超える戻り光のパワーのピークが，所定時間内に２以上検知されたか否かを判定する（条件１）。
【００６５】
ここでは，図５（ｂ）に示したように，第２の光ファイバｄ，ｅが敷設された領域（位置ｔ２０付近）にて，戻り光のパワーのピークが所定時間内に２以上検知されている。そこで，解析表示部１２０は，条件１を満たしていると判定して，ステップ７１０に進んで，戻り光のパワーの差分値に基づいて，監視領域のうち，ゲートセンサ５００近傍の所定領域（第２の光ファイバＪが敷設された領域）にて，予め定められた閾値Ｓｔｈ５を超える戻り光のパワーのピークがいずれかのセンサ２４０により所定時間内に２以上検知されたか否かを判定する（条件２）。
【００６６】
ここでは，図５（ｄ）に示したように，第２の光ファイバＪが敷設された領域（位置ｔ２１付近）にて，戻り光のパワーのピークが所定時間内に２以上検知されている。そこで，解析表示部１２０は，条件２を満たしていると判定して，条件１および条件２を満たしている旨を知らせる信号をゲートセンサ５００に送信する。
【００６７】
この信号を受信したゲートセンサ５００は，ステップ７１５にて，この信号を受信したときから所定時間内に解析表示部１２０により条件２にて判定されたピークの個数未満の物体しか検知しなかったか否かを判定する。所定時間内に条件２にて判定されたピークの個数未満の物体しか検知しなかった場合（条件３），ゲートセンサ５００は，ステップ７２０に進んで，警告を発し，ステップ７９５にて本処理を終了する。
【００６８】
一方，上記条件１〜３のすべてを満たしていない場合には，解析表示部１２０またはゲートセンサ５００は，直ちにステップ７９５に進んで本処理を終了する。
【００６９】
本システムによれば，入口や出口に設けられたゲートセンサ５００だけでは検出することができなかった重なり侵入（２人以上の人間が重なって出入りすること）を発見することができる。この結果，違法行為を効果的に抑止することができる。
【００７０】
なお，ゲートセンサ５００は，条件２および条件３を満たしていれば，条件１を満たしていない場合であっても，警告を発するようにしてもよい。これによれば，２以上の物体が，ゲートセンサ５００近傍の所定領域以外の領域からゲートセンサ５００近傍の所定領域に向かって移動したと予測できなかった場合には，上記２つの条件を満たした場合であっても重なり侵入と判定しないように制御することができる。
【００７１】
（第２実施形態）
第２実施形態にかかるセンシングシステム１０は，光ファイバ端部の反射光を用いたシステムである点で，レーリー散乱光を用いたシステムである第１実施形態にかかるセンシングシステム１０と大きく相異する。そこで，この相異点を中心に，第２実施形態にかかるセンシングシステム１０について，図８を参照しながら説明する。
【００７２】
本実施形態の光信号解析装置３００は，パルスジェネレータ１０５，光源１１０，受光部１１５，光カプラ３０５および解析表示部３１０を含んで構成される。光源１１０には，第１の光ファイバＡが接続されている。第１の光ファイバＡは，光カプラ３０５を介して分岐し，分岐された一方の第１の光ファイバＡには，受光部１１５（ＰＤ＋ＡＤ変換器）が接続されている。なお，光カプラ３０５の代わりにサーキュレータを用いることもできる。光カプラを用いると安価という利点があり，サーキュレータを用いると光信号のパワーのロスが少ないという利点がある。
【００７３】
分岐された他方の第１の光ファイバＡには，光カプラ３０５とともに，複数の光カプラ２１０ａ，２１０ｂ，・・・，２１０ｎ・・・が直列に接続されていて，これらの光カプラ２１０ａ，２１０ｂ，・・・を介して第２の光ファイバＣ，Ｄ，・・・，Ｐ・・・がそれぞれ接続されている。
【００７４】
タッチセンサ２６０（第１のタッチセンサ２６０ａ，第２のタッチセンサ２６０ｂ，・・・，第ｎのタッチセンサ２６０ｎ）は，第２の光ファイバ（第２の光ファイバＣ，Ｄ，・・・，第２の光ファイバＰ）は，第１の光ファイバＡに対して並列に設けられる。タッチセンサ２６０は，第１の光ファイバに対して並列に複数設けられるセンサの一例である。
【００７５】
反射ミラー２７０（反射ミラー２７０ａ，２７０ｂ・・・２７０ｎ）は，第１の光ファイバＡからそれぞれ分岐した各第２の光ファイバＣ，Ｄ・・・Ｐの終端に設けられ，各第２の光ファイバに伝送される光パルス信号を反射するようになっている。
【００７６】
このような構成により，光源１１０から第１の光ファイバＡに入射された光パルス信号は，各光カプラ２１０にて分波されて，各第２の光ファイバにそれぞれ伝送され，各反射ミラー２７０により反射され，各第２の光ファイバを戻って各光カプラ２１０にて合波され，さらに，光カプラ３０５で分波され，受光部１１５を経て解析表示部３１０に入力される。タッチセンサ２６０は，このようにして，反射ミラー２７０により反射され，各第２の光ファイバを往復する光パルス信号の状態変化（たとえば，光パワーの変化値）をそれぞれ検知するようになっている。
【００７７】
各タッチセンサ２６０にて検知される各光パルス信号の伝送経路の長さは，第１の光ファイバＡに遅延ファイバを設けるなどして，解析装置３００が各光パルス信号を判別可能な程度に異なっている。解析表示部３１０は，このような経路を伝送され，順番に戻ってきた各光パルス信号の時刻から各タッチセンサ２６０の位置を算出する。また，解析表示部３１０は，戻り光パルス信号のレベルを光パワー強度として測定する。
【００７８】
これにより，図８に示した各光パルス信号の位置と光パワー強度から，解析表示部３１０は，いずれのセンサに外圧が加わって伝送損失が発生したかを自動解析する。たとえば，ここでは，解析表示部３１０は，第２のタッチセンサ２６０ｂにて検出された光パワーの減衰状態から，第２のタッチセンサ２６０ｂに外圧が加わって伝送損失が発生したと自動解析する。
【００７９】
なお，たとえば，充分なＳ／Ｎ比（Ｓｉｇｎａｌ  ｔｏ  Ｎｏｉｓｅ  ｒａｔｉｏ）が確保できなかった場合など，解析装置３００は，必要に応じて，パルスジェネレータ１０５により生成され，光源１１０から出力される光パルス信号の戻り光を繰り返し解析することにより，複数回の解析結果の平均値に基づいて，いずれのセンサに外圧が加わって伝送損失が発生したかを自動解析してもよい。
【００８０】
また，本実施形態にかかるセンシングシステム１０の光源１１０と光カプラ３０５との間の第１の光ファイバ２００Ａ上にアイソレータ（図示せず）を挿入してもよい。これによれば，強い戻り光によって光源１１０が破壊されることを回避することができる。
【００８１】
（実施例３）
＜マトリクススイッチ１＞
以上に説明した本実施形態にかかるセンシングシステム１０は，たとえば，図９に示したマトリクススイッチ１を実現するシステムに利用することができる。このシステムについて以下に説明する。
【００８２】
本センシングシステム１０では，第１の光ファイバＡが，その一端にて光カプラ３０５を介して解析装置３００に接続され，他端にて光カプラ２１０ａを介して第２の光ファイバＣおよび第２の光ファイバＤに分岐している。分岐された各第２の光ファイバＣ，Ｄは，光カプラ２１０ａ３，２１０ａ４を介して，さらに，各４本の第２の光ファイバ（第２の光ファイバＣ１〜Ｃ４および第２の光ファイバＤ１〜Ｄ４）にそれぞれ分岐している。
【００８３】
各４本の第２の光ファイバは，マトリクススイッチを構成する領域（監視領域）に縦横に網目状に並べてそれぞれ敷設されている。このように敷設された第２の光ファイバ（第２の光ファイバＣ１〜Ｃ４および第２の光ファイバＤ１〜Ｄ４）の各交点には，タッチセンサ２６０がそれぞれ設置されている。
【００８４】
タッチセンサ２６０をＩ−Ｉ面にて切断した図１０に示したように，タッチセンサ２６０は，パネル部２６０ａ，スポンジ２６０ｂおよび凹部２６０ｃから構成されている。パネル部２６０ａは，その下面略中央にて突出した逆凸形状を有する。スポンジ２６０ｂは，パネル部２６０ａの下面周縁部に設けられ，パネル部２６０ａに上部から外力が加わった際の緩衝材として機能するようになっている。凹部２６０ｃは，その上面略中央にて，パネル部２６０ａの凸形状と略同一形状でパネル部２６０ａの凸部分を挿入可能な凹形状（へこみ部分）を有する。第２の光ファイバＤ４は，緩衝部材２６０ｂと凹部２６０ｃとの間にてタッチセンサ２６０を貫通している。
【００８５】
パネル上部から外力が加わると，スポンジ２６０ｂが高さ方向に収縮し，パネル部２６０ａが降下するため，パネル部２６０ａの突出部分が，凹部２６０ｃのへこみ部分に挿入される。このとき，第２の光ファイバＣ（第２の光ファイバＣ１〜Ｃ４），または，第２の光ファイバＤ（第２の光ファイバＤ１〜Ｄ４）は，パネル部２６０ａの突出部分と凹部２６０ｃのへこみ部分とに挟まれることにより，局所的に折れ曲がる。このような構成により，タッチセンサ２６０は，パネル部２６０ａへの押力を効果的に第２の光ファイバに伝えることができる。
【００８６】
再び，図９に戻って説明を続ける。タッチパネル部６００は，１６個のタッチセンサ２６０を有し，各タッチセンサ２６０によりタッチパネル部６００への押力を検出する。各４本の光ファイバ（第２の光ファイバＣ１〜Ｃ４および第２の光ファイバＤ１〜Ｄ４）には，異なる長さの遅延ファイバが取り付けられている。また，第２の光ファイバＤにも，遅延ファイバが取り付けられている。このようにして，タッチセンサ２６０にて検知される各光パルス信号の伝送経路の長さは，解析装置３００により各光パルス信号を判別可能なように異なる長さになっている。
【００８７】
このように構成された本センシングシステム１０に対して，打鍵の位置が，位置３ｂの単点であったとする。この場合，解析表示部３１０は，各タッチセンサ２６０にて検知された各光パルス信号の位置と光パワー強度を解析し，図９に示したように表示する。これによれば，位置ｂおよび位置３にて光パワーに損失が生じていることがわかる。このようにして，解析表示部３１０は，打鍵の位置が位置３ｂであることを自動解析する。
【００８８】
従来の方式では，マトリクススイッチを作るために，発光素子ＬＤ（Ｌａｓｅｒ  ｄｉｏｄｅ）および受光素子ＰＤを多数個用いる必要があった。また，タッチパネル部６００に電気的機構が必要であった。しかし，以上に説明した本センシングシステム１０は，１本の光ファイバを分岐させるだけで構築可能であり，また，光カプラと反射ミラーと遅延ファイバのみでタッチパネル部を構成することができる。
【００８９】
この結果，安価かつフレキシブルに本センシングシステム１０を構築できるばかりでなく，電気部分がないので水中などでも本センシングシステム１０を使用することができ，さらに，電源も不要という全光入力端末の利点を生かすことができる。また，光ファイバをタッチパネル部６００に並べる簡単な構造なので，数ｍｍピッチのセンサ機能をもつマトリクススイッチを簡単に作ることができる。
【００９０】
なお，実施例３のセンシングシステム１０では，タッチパネル部６００に敷設する第２の光ファイバの本数（センシングノード数）を，つぎに説明する実施例４の場合の１６本（＝４２（Ｎ２））から８本（＝２×４（２×Ｎ））に減らすことができる。
【００９１】
(実施例４)
＜マトリクススイッチ２＞
つぎに，図１１に示したように，実施形態２にかかるセンシングシステム１０を，複数点にて打鍵された位置を特定可能なマトリクススイッチ２に応用した場合について説明する。
【００９２】
本センシングシステム１０では，第１の光ファイバＡは，その一端にて光カプラ３０５を介して解析装置３００に接続され，他端にて光カプラ２１０ａを介して４本の第２の光ファイバに分岐している。各光カプラ２１０ａは，光のパワーを４分割してそれぞれ分岐された光ファイバに伝送するようになっている。
【００９３】
４本の第２の光ファイバは，各光カプラ２１０ａ５〜２１０ａ８にて，さらに，図１２の右（点線内）に拡大して示したように，それぞれ４本の第２の光ファイバに分岐する。このようにして，１６本の第２の光ファイバは，タッチパネル部６００内にて，一方向（ここでは，横方向）に並んで敷設されている。なお，図１１では，タッチセンサ２６０を「○」で示し，押圧されているタッチセンサ２６０およびゴーストが出ているタッチセンサ２６０を「◎」で示している。
【００９４】
このように構成された本センシングシステム１０に対して，打鍵の位置が，位置２ｃおよび位置３ｂであったとする。この場合，実施例３のシステムにかかるマトリックススイッチ１では，位置２ｃおよび位置３ｂを同時に押すと，解析表示部３１０は，打鍵の位置が，位置２ｃおよび位置３ｂであるか，位置２ｂおよび位置３ｃであるか，を判別することができなかった。よって，押圧されている位置２ｃおよび位置３ｂのタッチセンサ２６０の他にも，位置２ｂおよび位置３ｃのタッチセンサ２６０に押圧されている旨を示すゴーストが出てしまう。
【００９５】
しかし，本センシングシステム１０にかかる解析表示部３１０は，１６本の光ファイバから戻ってくる光パルス信号に基づいて，図１１に示したように，１６個のタッチセンサ２６０の位置と各位置での光パワー強度を解析する。この結果，解析表示部３１０は，位置２ｃおよび位置３ｂにて光パワーに損失が生じていると判別する。
【００９６】
本センシングシステム１０は，数本の光ファイバのみで構築可能であり，また，光カプラと反射ミラーと遅延ファイバのみでタッチパネル部が構成される。この結果，以上に説明したマトリクススイッチ２のセンシングシステム１０によれば，安価かつフレキシブルに本センシングシステム１０を構築できるにもかかわらず，複数点にて打鍵された位置を精度よく特定することができる。
【００９７】
また，電気部分がないので水中などで本センシングシステム１０を使用することができ，さらに，電源も不要という全光入力端末の利点を生かすことができる。また，光ファイバをタッチパネル部に並べるだけなので，数ｍｍピッチのセンサ機能をもつマトリクススイッチを簡単に作ることができる。したがって，本実施例のシステムは,たとえば，タッチパネル部６００に侵入した侵入者の足の靴跡を解析するシステムなど，高い空間分解能を必要とするシステムにも利用することができる。
【００９８】
(実施例５)
＜マトリクススイッチ３＞
つぎに，実施例５にかかるマトリクススイッチ３のセンシングシステム１０について，図１２を参照しながら説明する。本センシングシステム１０が，実施例４にかかるマトリクススイッチ２のセンシングシステム１０と異なる点は，光カプラ２１０ａに代えて光スイッチ８００を設けた点のみである。
【００９９】
これによれば，第１の光ファイバＡから分岐する第２の光ファイバの数が多くなった場合や，光源１１０からの光信号のパワーが小さい場合であって，各光カプラ２１０ａ（光カプラ２１０ａ５〜光カプラ２１０ａ８）にて各分波された信号に光パルス信号のパワーを分配すると，タッチパネル部６００に敷設された各第２の光ファイバに伝送される光パルス信号のパワーが非常に小さくなってしまう場合に特に有効である。
【０１００】
すなわち，本センシングシステム１０では，光カプラ２１０ａに代えて設けられた光スイッチ８００が，光源１１０からの光パルス信号のパワーを分けて各第２の光ファイバに分波する代わりに，光源１１０からの光パルス信号を時分割にて強制的に切り替える。これによって，第１の光ファイバＡからの分岐が多くなった場合や，光源１１０からの光信号のパワーが小さい場合であっても，各第２の光ファイバに伝送される光パルス信号のパワーを解析装置３００が解析可能な程度に維持することができる。
【０１０１】
（実施例６）
＜マトリックススイッチ４＞
なお，第１実施形態にかかるセンシングシステム１０を，マトリックススイッチ４に応用することもできる。この場合について，図１３を参照しながら説明する。図１３（ａ）は，第１実施形態にかかるセンシングシステム１０を利用したマトリックススイッチ４を示している。これは，センサ２４０により検知された光パルス信号のパワーの状態変化を，光信号解析装置１００を用いて解析することにより，たとえば，タッチパネル部６００に侵入した侵入者の足取りを解析するシステムである。
【０１０２】
本システムでは，複数のセンサ２４０（シートセンサであってもよい）が，タッチパネル部６００内にマトリクス状に図示されている。光ファイバＣ，Ｄ，Ｅ，Ｆは，侵入者の足取りを監視する監視領域内（タッチパネル部６００）に一方向に向けて並列に敷設される。これにより，各センサ２４０は，監視領域に並列に配置されることになる。また，各センサ２４０により検知された光パルス信号が伝送される経路は，センサ毎にすべて異なる長さになる。
【０１０３】
たとえば，監視領域の位置２ｃおよび位置３ｂを侵入者が歩いた場合を考える。このとき，位置２ｃおよび位置３ｂの各センサ２４０には，侵入者の体重が外力として加わる。これにより，位置２ｃおよび位置３ｂの各センサ２４０は，光ファイバＤおよび光ファイバＥに伝送される光パルス信号のパワーの変化を検知する。光信号解析装置１００は，図１３（ｂ）に示したように，各センサの位置と戻り光のパワーの変化とを関連付けて解析し，その結果を表示する。また，光信号解析装置１００は，図１３（ｃ）に示したように，戻り光のパワーの変化値（差分値）を演算し，その差分値と閾値Ｓｔｈ４とを比較することにより，侵入者が位置２ｃおよび位置３ｂを歩いたと解析する。
【０１０４】
図１６（ａ）に示した従来のセンシングシステム９０によれば，監視領域内に配置されたセンサに加わる外圧が１つの場合には，ＯＴＤＲ装置９００がその打鍵の位置を的確に解析することができた。しかし，監視領域内に配置されたセンサに加わる外圧が２つ以上の場合，従来のシステムでは，すべてのセンサ光ファイバ９５０に直列に接続されているため，１つの打鍵により生じた戻り光のパワーの損失により，その後の戻り光のパワーがノイズフロアまで降下し，その後の解析が不可能な場合があった。たとえば，図１６（ｂ）および図１６（ｃ）に示したように，ＯＴＤＲ装置９００は，位置２ｃの打鍵を解析することはできるが，位置３ｂの打鍵を解析することはできなかった。また，電気式の歪センサを用いてこのようなシステムを構築することも考えられるが，この場合，センサの耐久性に問題がある。
【０１０５】
しかし，本センシングシステム１０では，各光ファイバＣ，Ｄ，Ｅ，Ｆに設けられたチャネルＣｈ毎のセンサ群が，一対の第１の光ファイバ（光ファイＡ，Ｂ）に並列に設けられている。このような構成により，事実上，監視領域内を各チャネルＣｈのセンサ群により検知可能な複数の領域（チャネルＣｈ）に分けることができる。これにより，あるチャネルＣｈの領域内の打鍵により生じた戻り光のパワーの損失により，その後の戻り光のパワーがノイズフロアまで降下しても，つぎのチャネルＣｈの領域内の戻り光のパワーを解析することができる。この結果，監視領域内のセンサに加わる外圧が２つ以上（この場合には，位置２ｃおよび位置３ｂの２つ）であっても，すべての打鍵の位置を的確に解析することができる。
【０１０６】
（変形例）
つぎに説明するセンシングシステム１０の変形例では，透過光の状態を検知するための試薬を混入した所定の気体または液体がその内部に充填されたセル（図示せず）によりセンサ２４０が構成される。このセンサ２４０は，任意の位置にて切断された光ファイバ２２０ｂを突き合わせる（調芯する）ように切断した間に挿着されるようになっている。この場合，光ファイバ周辺の媒質（気体，液体）によって光ファイバ２２０ｂを伝送する光パルス信号の透過光量が変化する。このことを利用して，光信号解析装置１００が光パルス信号の透過光の変化値を解析することにより，監視領域の水分または気体の状態を判定するようにしてもよい。
【０１０７】
以上，添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが，本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された範疇内において，各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【０１０８】
たとえば，以上に説明したマトリックススイッチ１〜４は，たとえば，タッチセンサシステムやイメージセンサシステムとして利用することができる。また，たとえば，マトリックススイッチ１〜４の構成を踏み切り上の障害物検知システム，あるいは,重なり侵入検知システムに適用することも可能である。
【０１０９】
また，すべての実施の形態では，各構成要素の各動作はお互いに関連しており，各構成要素の動作は，上記に示された動作の関連を考慮しながら，一連の動作として置き換えることができる。そして，このように置き換えることにより，方法の発明の実施形態とすることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１１０】
本発明は，複数のセンサを多点もしくは分布的に設けることにより，多点もしくは分布的に光ファイバの状態を解析するセンシングシステムに適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１１１】
【図１】第１実施形態にかかるセンシングシステムの全体構成図および同システムによる検出結果を示した図である。
【図２】同実施形態における他の検出結果を示した図である。
【図３】同実施形態にかかるセンシングシステムを実施例１の踏み切り上の障害物検知システムに利用した図である。
【図４】踏み切り上の障害物検知システムによる検出結果を示した図である。
【図５】同実施形態にかかるセンシングシステムを実施例２の重なり侵入検知システムに利用した図である。
【図６】重なり侵入検知システムの一部を拡大し拡大図である。
【図７】重なり侵入検知システムにて解析表示部またはゲートセンサが実行する重なり侵入検知処理ルーチンを示したフローチャートである。
【図８】第２実施形態にかかるセンシングシステムの全体構成図および同システムによる検出結果を示した図である。
【図９】同実施形態にかかるセンシングシステムを実施例３のマトリクススイッチ１のシステムに利用した図である。
【図１０】タッチセンサの縦断面図である。
【図１１】同実施形態にかかるセンシングシステムを実施例４のマトリクススイッチ２のシステムに利用した図である。
【図１２】同実施形態にかかるセンシングシステムを実施例５のマトリクススイッチ３のシステムに利用した図である。
【図１３】第１実施形態にかかるセンシングシステムを実施例６の侵入者足取り取得システムに利用した図である。
【図１４】従来のセンシングシステムの全体構成図および同システムによる検出結果を示した図である。
【図１５】従来のセンシングシステムにおける他の検出結果を示した図である。
【図１６】従来のセンシングシステムをマトリクススイッチのシステムに利用した図である。
【符号の説明】
【０１１２】
１０            センシングシステム
１００          光信号解析装置
１１０          光源
１１５          受光部
１２０          解析表示部
２００          第１の光ファイバ
２１０          光カプラ
２２０          第２の光ファイバ
２３０          ３ポートサーキュレータ
２４０          センサ
２６０          タッチセンサ
２７０          反射ミラー
３００          解析装置
３０５          光カプラ
３１０          解析表示部
５００          ゲートセンサ
６００          タッチパネル部
８００          光スイッチ
【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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【図１５】
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【図１６】
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