JP2016031268A - 面状荷重センサ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】荷重により変形する変形面を有する測定対象物に対して、多数の受感部を必要とすることなく、該測定対象物の変形面に作用する荷重を検知できる面状荷重センサ装置を提供する。
【解決手段】ヘテロコア部３が測定対象物Ｗの変形面Ｓｆの測定対象領域の周縁部又は側方に配置される光ファイバ２と、ヘテロコア部３の屈曲度合を変化させる力を、測定対象領域における変形面Ｓｆの変形に応じて光ファイバ２に伝達するように構成された線状又は面状の力伝達部材５とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、光ファイバを用いて構成される面状荷重センサ装置に関する。

面領域に作用する荷重を検出するセンサ装置としては、例えば特許文献１，２に見られる如く、面状の部材の複数の局所部のそれぞれに受感部を備えるものが一般に知られている。

特開２００８−３２５２２号公報 特開２００９−２７６１２７号公報

特許文献１，２に見られる如き従来のセンサ装置では、面状の部材中に多数の受感部を備えるために、センサ装置が、複雑な構成になりやすいと共に、高価なものとなりやすい。また、多数の受感部からの信号処理を行う測定器の演算処理負荷が大きなものとなりやすい。

本発明はかかる背景に鑑みてなされたものであり、荷重により変形する変形面を有する測定対象物に対して、多数の受感部を必要とすることなく、該測定対象物の変形面に作用する荷重を検知できる面状荷重センサ装置を提供することを目的とする。

本発明の面状荷重センサ装置は、上記の目的を達成するために、荷重により変形する変形面を有する測定対象物の変形面に作用する荷重を検知する面状荷重センサ装置であって、
コア及びクラッドを有する光伝送部と該光伝送部のコア及びクラッドに各々連なるコア及びクラッドを有するヘテロコア部とを含み、該ヘテロコア部のコアが前記光伝送部のコアと異径に形成されており、該ヘテロコア部が前記測定対象物の変形面の測定対象領域の周縁部又は側方に配置される光ファイバと、
前記光ファイバのヘテロコア部の屈曲度合を変化させる力を、前記測定対象領域における前記変形面の変形に応じて前記光ファイバに伝達するように構成された線状又は面状の力伝達部材とを備えることを特徴とする（第１発明）。

かかる第１発明によれば、測定対象物の変形面の測定対象領域に作用する荷重によって該測定対象領域における変形面の変形が発生すると、その変形に応じた力が、測定対象領域の周縁部又は側方に配置される前記光ファイバのヘテロコア部に、線状又は面状の力伝達部材を介して作用する。そして、その力によって、ヘテロコア部の屈曲度合が変化する。

従って、前記測定対象領域での変形面の荷重による変形に応じて、ヘテロコア部の屈曲度合が変化する。この場合、ヘテロコア部の屈曲度合の変化は、測定対象領域での変形面に対する荷重のかかり具合や、該荷重の大きさ等に応じたものとなる。

ここで、前記ヘテロコア部を有する光ファイバでは、該光ファイバの光伝送部のコアに光を入射した場合に、入射光の一部がヘテロコア部にて漏出する。そして、光の漏出量は、ヘテロコア部の屈曲度合が大きいほど、多くなる。このため、ヘテロコア部の屈曲度合が大きいほど、光ファイバでの光の伝送損失が増加する。

従って、光ファイバに光を入射して、該光の伝送損失を測定することで、ヘテロコア部の屈曲度合を把握でき、ひいては、測定対象領域で測定対象物の変形面に作用する荷重の状態を検知できることとなる。

よって、第１発明の面状荷重センサ装置によれば、荷重により変形する変形面を有する測定対象物に対して、多数の受感部を必要とすることなく、該測定対象物の変形面に作用する荷重を検知できる。

かかる第１発明は、より具体的な構成として、次のような態様を採用できる。すなわち、第１発明の第１の態様では、前記力伝達部材は、前記測定対象領域における前記変形面に沿うように延在し、該変形面の変形に伴い撓むように張設される１つ又は複数の可撓性線状部材により構成され、前記可撓性線状部材は、前記測定対象領域における前記変形面の変形に伴う該可撓性線状部材の撓みによって該可撓性線状部材に発生する張力を、前記ヘテロコア部の屈曲度合を変化させる力として前記光ファイバに伝達するように該光ファイバに連結される（第２発明）。

この第２発明によれば、前記可撓性線状部材の張力によって、前記測定対象領域における前記変形面の変形に応じた力を光ファイバに伝達して、該光ファイバのヘテロコア部の屈曲度合を変化させることができる。

従って、測定対象領域で変形面に作用する荷重の状態に応じてヘテロコア部の屈曲度合を変化させることができる。

かかる第２発明では、前記力伝達部材は、複数の可撓性線状部材により構成され、該複数の可撓性線状部材は、それぞれの一端部が前記光ファイバのヘテロコア部の配置箇所に集中するように配置されて、該ヘテロコア部に連結されると共に、当該一端部側から前記測定対象領域における前記変形面に沿って放射状に延在するように配設されることが好ましい（第３発明）。

この第３発明によれば、光ファイバのヘテロコア部に連結された複数の可撓性線状部材が放射状に延在するので、前記測定対象領域が広くても、その各所に作用する荷重に対してヘテロコア部の屈曲度合を変化させることができる。従って、測定対象領域が広くても、該測定対象領域の様々な箇所に作用する荷重を感度よく検知することが可能となる。

上記第３発明では、前記ヘテロコア部の軸心方向の一端部寄りの部分と他端部寄りの部分との２つの部分で前記光ファイバに固定された連結用部材をさらに備えており、前記複数の可撓性線状部材は、それぞれの一端部が前記連結用部材に固定され、該連結用部材を介して前記光ファイバのヘテロコア部に連結されることが好ましい（第４発明）。

この第４発明によれば、前記連結用部材は、種々様々な形状のものを採用できるので、複数の可撓性線状部材をヘテロコア部に連結することが容易になる。また、ヘテロコア部の特定の局所にだけ可撓性線状部材の張力が作用するのを防止して、該ヘテロコア部の損傷を防止できる。

上記第２〜第４発明では、前記測定対象領域における前記変形面を覆うように配置されて、該変形面の変形に倣って弾性変形する弾性体シートをさらに備え、前記可撓性線状部材は、前記弾性体シートに装着されているという構成を採用することもできる（第５発明）。

この第５発明によれば、弾性体シートに前記可撓性線状部材をあらかじめ装着しておくことができるので、測定対象物に対する面状荷重センサ装置の設置を容易に行うことが可能となる。

前記第１発明は、次のような態様を採用することもできる。すなわち、第１発明の第２の態様では、前記力伝達部材は、前記測定対象領域における前記変形面を覆うように配置されて、該変形面の変形に倣って弾性変形する弾性体シートにより構成され、前記弾性体シートは、前記測定対象領域における前記変形面の変形に伴う該弾性体シートの弾性変形によって発生する弾性力を、前記ヘテロコア部の屈曲度合を変化させる力として前記光ファイバに伝達するために、該弾性体シートの周縁部のうちの局所部分が前記光ファイバのヘテロコア部に連結されると共に、該弾性体シートの周縁部のうちの前記局所部分と間隔を存する部分が前記測定対象領域の周縁部で前記測定対象物に固定される（第６発明）。

この第６発明によれば、前記弾性体シートの弾性力によって、前記測定対象領域における前記変形面の変形に応じた力を光ファイバに伝達して、該光ファイバのヘテロコア部の屈曲度合を変化させることができる。

従って、測定対象領域で変形面に作用する荷重に応じてヘテロコア部の屈曲度合を変化させることができる。

かかる第６発明では、前記弾性体シートは多角形状に形成されており、前記弾性体シートの局所部分は、該弾性体シートの１つの角部であり、前記局所部分と間隔を存する部分は、該弾性体シートの前記１つの角部以外の他の各角部であることが好ましい（第７発明）。

この第７発明によれば、前記弾性体シートの各所に作用する荷重に対してヘテロコア部の屈曲度合を変化させることができる。従って、該測定対象領域の様々な箇所に作用する荷重を感度よく検知することが可能となる。

上記第６発明又は第７発明では、前記光ファイバのヘテロコア部は、曲率を有する状態で前記弾性体シートの局所部分に固着されていることが好ましい（第８発明）。

この第８発明によれば、前記測定対象領域で作用する荷重に応じて前記弾性体シートの弾性変形が生じた場合に、高い応答性でヘテロコア部の屈曲度合の変化を開始させることができる。

また、前記第１発明は、その適用例として、前記測定対象物が、寝具のマットレスであり、前記変形面及び測定対象領域が、前記マットレスの表面であるという態様を採用できる（第９発明）。

この第９発明によれば、例えば人の就寝時等において、マットレスの表面上に人が横臥した状態で、該マットレスの表面にどのように荷重が作用しているのかというようなことを本発明の面状荷重センサ装置を利用して測定することが可能となる。

かかる第９発明では、前記第２〜第８発明と同様の態様を採用することもできるが、例えば次のような態様を採用することもできる。

すなわち、複数の前記光ファイバと、該複数の光ファイバのそれぞれに対応する前記力伝達部材を各々構成する複数の可撓性線状部材とを備えており、前記複数の可撓性線状部材のそれぞれは、前記マットレスの長手方向の互いに異なる配置位置で、前記マットレスの表面に沿って該マットレスの幅方向に延在し、当該配置位置でのマットレスの表面の変形に伴い撓むように配設されており、各可撓性線状部材は、前記マットレスの表面の変形に伴う該可撓性線状部材の撓みによって該可撓性線状部材に発生する張力を、該可撓性線状部材に対応する光ファイバのヘテロコア部の屈曲度合を変化させる力として該光ファイバに伝達するように該光ファイバのヘテロコア部に連結されている（第１０発明）。

この第１０発明によれば、各可撓性線状部材の張力によって、該可撓性線状部材の配置位置の近辺での前記変形面の変形に応じた力を該可撓性線状部材に対応する光ファイバに伝達して、該光ファイバのヘテロコア部の屈曲度合を変化させることができる。

従って、マットレスの長手方向の種々様々の位置で該マットレスの表面に作用する荷重の状態に応じて１つ以上の光ファイバのヘテロコア部の屈曲度合を変化させることができる。ひいては、マットレスの長手方向の種々様々の位置で該マットレスの表面に作用する荷重の状態を検知できる。

上記第１０発明では、前記複数の可撓性線状部材の配置位置は、前記マットレスの表面上に横臥する人の胸に対向する位置と腹に対向する位置との少なくともいずれか一方の位置を含む態様を採用できる（第１１発明）。

ここで、一般に、マットレスに横臥した人の呼吸動作によって、前記マットレスの表面のうち、人の胸に対向する箇所と腹に対向する箇所とに作用する荷重の周期的な変動が生じる。従って、第１１発明によれば、人の呼吸動作に応じた荷重の周期的な変動を測定することが可能となる。

また、上記第１０発明又は第１１発明では、前記複数の可撓性線状部材は、前記マットレスの幅方向の両側面のうちの一方側に配置される光ファイバのヘテロコア部に連結される可撓性線状部材と、前記マットレスの幅方向の両側面のうちの他方側に配置される光ファイバのヘテロコア部に連結される可撓性線状部材との二つの可撓性線状部材を含む態様を採用できる（第１２発明）。

ここで、各光ファイバのヘテロコア部の屈曲度合は、マットレスの幅方向での人の横臥位置が該ヘテロコア部に近い場合よりも遠い場合の方が小さくなる傾向がある。

このため、マットレスの表面上の人の横臥位置が、マットレスの幅方向の両側面のうちの一方側又は他方側に偏っている場合には、前記二つの可撓性線状部材のうちの一方の可撓性線状部材に対応する光ファイバのヘテロコア部の屈曲度合が比較的大きなものとなると共に、他方の可撓性線状部材に対応する光ファイバのヘテロコア部の屈曲度合が比較的小さなものとなる。

従って、上記二つの光ファイバでそれぞれのヘテロコア部の屈曲度合に応じた測定データを取得することで、それらの測定データに基づいてマットレスの幅方向での人の横臥位置を把握することが可能となる。

（ａ）は本発明の第１実施形態の面状荷重センサ装置の斜視図、（ｂ）は第１実施形態の面状荷重センサ装置の一部を拡大して示す図。 ヘテロコア部及び光伝送部を有する光ファイバの断面図。 第１実施形態の面状荷重センサ装置を使用した測定システムの一例を示す図。 第１実施形態の面状荷重センサ装置を使用した測定データを示すグラフ。 第１実施形態の面状荷重センサ装置を使用した測定データを示すグラフ。 （ａ）は本発明の第２実施形態の面状荷重センサ装置の斜視図、（ｂ）は第２実施形態の面状荷重センサ装置の一部を拡大して示す図。 第２実施形態の面状荷重センサ装置を使用した測定システムの一例を示す図。 第２実施形態の面状荷重センサ装置を使用した測定データを示すグラフ。 第２実施形態の面状荷重センサ装置を使用した測定データを示すグラフ。 第２実施形態の面状荷重センサ装置を使用した測定データを示すグラフ。 （ａ）は本発明の第３実施形態の面状荷重センサ装置の斜視図、（ｂ）は第３実施形態の面状荷重センサ装置の一部を拡大して示す図。 第３実施形態の面状荷重センサ装置を使用した測定システムの一例を示す図。 （ａ）〜（ｃ）は第３実施形態の面状荷重センサ装置を使用した測定データを示すグラフ。

［第１実施形態］
本発明の第１実施形態を図１〜図５を参照して以下に説明する。

図１（ａ）を参照して、本実施形態の面状荷重センサ装置１は、光ファイバ２と、光ファイバ２に連結された複数の可撓性線状部材５と、弾性体シート７とを備える。

光ファイバ２は、図２に示す如く、コアの径が異なる光ファイバを連接して構成されたものであり、所定長（例えば２ｍｍ）のヘテロコア部３と、該ヘテロコア部３の軸心方向の両端に連接された光伝送部４，４とを含む。

各光伝送部４は、一定径（例えば９μｍ）のコア４ａとその外周のクラッド４ｂとを有する光ファイバにより構成され、ヘテロコア部３は、光伝送部４のコア４ａよりも小さい一定径（例えば５μｍ）のコア３ａとその外周のクラッド３ｂとを有する光ファイバにより構成されている。これらのヘテロコア部３及び各光伝送部４を構成する光ファイバは、例えばシングルモード光ファイバである。

そして、ヘテロコア部３のコア３ａ及びクラッド３ｂが、各々、各光伝送部４のコア４ａ、クラッド４ｂに連なるようにして、光伝送部４，４を構成する光ファイバが、ヘテロコア部３を構成する光ファイバの軸方向両端に、融着等により同軸心に接合されている。

なお、本実施形態では、ヘテロコア部３のコア３ａの径は一定であるが、該コア３ａの径は一定でなくてもよい。例えば、該コア３ａの径は、ヘテロコア部３の両端寄りの部分で、徐々に変化する（光伝送部４から遠ざかるに伴い徐々に縮径する）ように形成されていてもよい。

図１（ａ）を参照して、前記弾性体シート７は、弾性体（例えばシリコーンゴム）により形成された薄いシートであり、本実施形態では、方形状に形成されている。弾性体シート７の厚さは、例えば１ｍｍである。

この弾性体シート７の周縁部には、弾性体シート７よりも高剛性の部材（例えばプラスチック）により構成された方形枠状のフレーム８が装着されている。

そして、本実施形態では、上記フレーム８に、光ファイバ２のヘテロコア部３の軸心方向の両側部を構成する光伝送部４，４が固定されている。

具体的には、光ファイバ２は、図１（ａ）に示すように、弾性体シート７の裏面（図１（ａ）では下面）側で、該弾性体シート７の周縁部の一辺（図示例では長辺）に沿って延在するように配設されている。この場合、弾性体シート７の周縁部の一辺の中央付近にヘテロコア部３が位置するようにして、光ファイバ２が配設されている。そして、光ファイバ２のヘテロコア部３の軸心方向の両側部を構成する光伝送部４，４がフレーム８に接着剤等により固定されている。

この場合、ヘテロコア部３は、フレーム８に固定されていないので、該ヘテロコア部３は、その屈曲度合（曲率）を変化させることが可能である。

なお、各光伝送部４は、フレーム８に沿った部分の全体をフレーム８に固定せずともよよい。例えば、各光伝送部４のヘテロコア部３寄りの所定長部分を、フレーム８に固定しないようにしてもよい。

可撓性線状部材５は、本発明における線状の力伝達部材に相当するものであり、伸縮し難い柔軟な糸状部材、例えば、ポリエステル製の糸により構成されている。そして、複数の可撓性線状部材５が、以下に説明する如く弾性体シート７に装着されると共に、各可撓性線状部材５の一端部が連結用部材９を介して光ファイバ２に連結されている。

上記連結用部材９は、弾性体シート７及び光ファイバ２よりも曲がり難いもの（例えば真鍮）により構成されたものであり、本実施形態では、図１（ｂ）に示すように環状（円環状）に形成されている。なお、連結用部材９の直径は例えば３ｍｍである。

そして、この環状の連結用部材９の内側を光ファイバ２のヘテロコア部３が横断するようにして、該ヘテロコア部３の軸心方向の一端寄りの部分と他端寄りの部分とに連結用部材９が接着剤等により固定されている。

この連結用部材９に、ヘテロコア部３の軸心方向に交差する方向の力を付与することで、ヘテロコア部３の屈曲度合を変化させることが可能となっている。

上記のように光ファイバ２に固定された連結用部材９に、複数の可撓性線状部材５のそれぞれの一端部が結び付けられている（ひいては固定されている）。この場合、連結用部材９は、ヘテロコア部３の長さと同程度の大きさのものであるので、複数の可撓性線状部材５のそれぞれの一端部は、ヘテロコア部３の近辺の局所域に集中するように配置された状態で、該連結用部材９を介してヘテロコア部３に連結されることとなる。

なお、連結用部材９への可撓性線状部材５の一端部の固定は、接着剤等により行うようにしてもよい。

上記複数の可撓性線状部材５は、それぞれの一端部側から弾性体シート７の裏面に沿って放射状に延在するように張設され、該弾性体シート７に接着剤等により固着されている。この場合、各可撓性線状部材５は、弾性体シート７の一辺側の位置から、該一辺に対向する辺又は交差する辺の箇所まで該弾性体シート７を横切るように延在される。なお、各可撓性線状部材５は、外部からの荷重によって弾性体シート７が変形した際に、その変形に各可撓性線状部材５が追従するように弾性体シート７に固着される。

また、弾性体シート７には、連結用部材９及びヘテロコア部３に臨む開口穴１０が穿設されており、この開口穴１０の内側にて、連結用部材９が、弾性体シート７と干渉せずに可撓性線状部材５の張力によって動く（ひいては、ヘテロコア部３の屈曲度合が変化する）ことが可能となっている。

本実施形態の面状荷重センサ装置１は以上の如く構成されている。

次に、以上の如く構成された面状荷重センサ装置１による測定手法を説明する。

本実施形態では、弾性体シート７が、測定対象物Ｗの変形面Ｓｆ（荷重により変形する面）の測定対象領域を覆うようにして変形面Ｓｆ上に配置され、この状態で弾性体シート７の周縁部がフレーム８を介して変形面Ｓｆの測定対象領域に取り付けられる。

この場合、フレーム８は、接着剤、面ファスナ、両面テープ等を介して測定対象領域の周縁部に固定される。

なお、この場合、光ファイバ２の光伝送部４，４（ヘテロコア部３の軸心方向の両側の部分）が、フレーム８を介して測定対象領域の周縁部に固定されることとなる。

上記測定対象領域は、そこに作用する荷重の状態（該測定対象領域に荷重が作用しているか否か等の状態）を検知しようとする領域であり、本実施形態では、弾性体シート７とほぼ同じサイズの方形領域である。

そして、図３に示す如き測定システム１５が構成され、この測定システム１５を用いて測定が行われる。

この測定システム１５は、光ファイバ２に入射する光を出力する光源１６と、光ファイバ２から出射する光を受光する光検出器１７と、光検出器１７の出力を図示しないＡＤ変換器を介して取り込むデータ処理装置１８とを備える。

光源１６は、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザダイオード（ＬＤ）等により構成され、光ファイバ２の光伝送部４，４のうちの一方側の一端に接続される。

光検出器１７は、フォトダイオード（ＰＤ）等により構成され、光ファイバ２の光伝送部４，４のうちの他方側の他端に接続される。

データ処理装置１８は、パーソナルコンピュータ等のコンピュータにより構成される。

上記のように弾性体シート７の周縁部を、測定対象物Ｗの変形面Ｓｆにフレーム８を介して取り付けた状態で、測定システム１５の光源１６から光ファイバ２に光が入射され、光ファイバ２からの出射光が光検出器１７により検出される。

そして、データ処理装置１８により、光検出器１７の出力により示される出射光の強度が計測され、該出射光の強度に基づいて光ファイバ２における光の伝送損失等が計測される。

ここで、本実施形態の光ファイバ２は、ヘテロコア部３を有するため、光源１６側の光伝送部４のコア４ａをヘテロコア部３に向かって伝送される光の一部は、ヘテロコア部３のクラッド３ｂに進入する。そして、ヘテロコア部３の屈曲度合（曲率）が大きくなるほど、ヘテロコア部３のクラッド３ｂから外部に漏出する光が多くなるので、光ファイバ２における光の伝送損失が増加する。

従って、光ファイバ２における光の伝送損失は、ヘテロコア部３の屈曲度合に応じたものとなる。

一方、ヘテロコア部３の屈曲度合は、測定対象物Ｗの変形面Ｓｆの測定対象領域の変形に応じて変化する。

さらに詳細には、上記の如く面状荷重センサ装置１の弾性体シート７が測定対象物Ｗの変形面Ｓｆに取り付けられているので、該変形面Ｓｆの測定対象領域が、そこに作用する荷重によって変形を生じると、その変形に応じて、該測定対象領域の変形形状に倣うようにして弾性体シート７が弾性変形する。そして、この弾性変形に応じて、いずれかの可撓性線状部材５が撓むこととなる。

この場合、可撓性線状部材５の撓みに応じて該可撓性線状部材５に発生する張力が変化し、ひいては、光ファイバ２のヘテロコア部３にその屈曲度合を変化させる力が作用する。

また、この場合、測定対象領域への荷重の作用箇所に応じて、該測定対象領域及び弾性体シート７の変形形状が変化するので、連結用部材９を介して光ファイバ２に作用する力の大きさ等が変化する。

従って、光ファイバ２における光の伝送損失に基づいて、測定対象物Ｗの変形面Ｓｆの測定対象領域に作用する荷重状態を検知することができる。

本実施形態の面状荷重センサ装置１による具体的な測定例を図４及び図５に示す。図４は、弾性体シート７をウレタン樹脂等により構成された測定対象物の表面上に設置した状態で、弾性体シート７の特定の荷重付与箇所（図３の点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３の箇所）に図示しないフォースゲージにより該弾性体シート７の厚み方向の押圧荷重を付与した場合の測定例を示すグラフである。図４の横軸は、付与した押圧荷重、縦軸は光ファイバ２における光の伝送損失である。なお、伝送損失は、荷重がゼロである場合の伝送損失を基準（＝ゼロ）とする相対値（デシベル単位で表した相対値）である。

この場合、図４中のグラフａ１は、図３の点Ｐ１を荷重付与箇所とした場合の測定データを示すグラフ、グラフａ２は、図３の点Ｐ２を荷重付与箇所とした場合の測定データを示すグラフ、グラフａ３は、図３の点Ｐ３を荷重付与箇所とした場合の測定データを示すグラフである。なお、各グラフａ１，ａ２，ａ３は、付与する押圧荷重を増加させる場合の測定データと、該押圧荷重を減少させる場合の測定データとを示している。

グラフａ１〜ａ３に示されるように、Ｐ１〜Ｐ３のいずれの荷重付与箇所においても、付与する押圧荷重が大きいほど、ヘテロコア部３の屈曲度合が大きくなることで、光の伝送損失が増加することが確認された。

また、グラフａ１とａ２とを比較して判るように、可撓性線状部材５上の荷重付与箇所（点Ｐ２）で押圧荷重を作用させた場合の方が、可撓性線状部材５上でない荷重付与箇所（点Ｐ１）で押圧荷重を作用させた場合よりも、押圧荷重の変化に対する光の伝送損失の変化の感度が高まることが判る。

また、グラフａ１とａ３とを比較して判るように、荷重付与箇所がヘテロコア部３から遠い場合（点Ｐ３）よりもヘテロコア部３に近い場合（点Ｐ２）の方が、押圧荷重の変化に対する光の伝送損失の変化の感度が高まることが判る。

図５は、弾性体シート７をウレタン樹脂等により構成された測定対象物の表面上に設置して、該弾性体シート７の周縁部のフレーム８を測定対象物に固定した状態で、弾性体シート７の特定の荷重付与箇所（図３の点Ｐ１の箇所）を、所定時間（例えば２秒間）摘み挙げる（換言すれば、弾性体シート７の荷重付与箇所を表面側に突出させるように該荷重付与箇所に荷重を付与する）ことを繰り返した場合の測定例を示すグラフである。図４の横軸は、経過時間、縦軸は光ファイバ２における光の伝送損失である。なお、伝送損失は、図５の場合と同様に、荷重がゼロである場合の伝送損失を基準（＝ゼロ）とする相対値（デシベル単位で表した相対値）である。

図５のグラフを参照して判るように、弾性体シート７を摘み挙げることによって、ヘテロコア部３の屈曲度合が大ききくなることで、光の伝送損失が増加することが判る。

なお、弾性体シート７の摘み挙げの期間中に、光の伝送損失が若干減少していく。これは、弾性体シート７が伸びるためと考えられる。

以上のように、弾性体シート７に作用する荷重状態に応じて光ファイバ２における光の伝送損失が変化するので、該伝送損失に基づいて、弾性体シート７を配置する測定対象物Ｗの変形面Ｓｆに作用する荷重状態を検知することができる。

ここで、以上説明した第１実施形態に関連する変形態様をいくつか説明する。

本実施形態では、フレーム８を備えたが、フレーム８を省略し、弾性体シート７の周縁部を直接的に測定対象領域の周縁部に取り付けるようにしてもよい。

また、光ファイバ２のヘテロコア部３の軸心方向の両側部分を測定対象領域の周縁部に直接的に固定してもよい。

また、光ファイバ２のヘテロコア部３は、測定対象領域の周縁部から多少離れた箇所で該測定対象領域の側方に配置するようにしてもよい。

また、可撓性線状部材５は、弾性体シート７に埋設してもよい。さらに、連結用部材９を省略し、可撓性線状部材５の一端部をヘテロコア部３に直接的に接着剤等により固定してもよい。

また、測定対象領域が比較的幅の狭い領域であるような場合には、可撓性線状部材５の個数は１つであってもよい。

また、可撓性線状部材５は、金属製のものであってもよい。

また、弾性体シート７の形状は、方形状以外の形状であってもよい。例えば、三角形、五角形等、四角形以外の多角形状、あるいは、円形状、楕円形状、ひし形形状等であってもよい。

さらに、弾性体シート７を省略し、可撓性線状部材５を測定対象物Ｗの測定対象領域に装着するようにしてもよい。

補足すると、本実施形態の面状荷重センサ装置１では、弾性体シート７を測定対象物とみなすこともできる。その場合、可撓性線状部材５は、測定対象物（ここでは弾性体シート７）に直接的に装着され、また、光ファイバ２のヘテロコア部３の軸心方向の両側部分（光伝送部４，４）が測定対象領域（ここでは弾性体シート７の表面又は裏面）の周縁部で測定対象物に取り付けられることとなる。

［第２実施形態］
次に本発明の第２実施形態を図６〜図１０を参照して説明する。

図６（ａ）を参照して、本実施形態の面状荷重センサ装置２１は、光ファイバ２と、光ファイバ２に連結された弾性体シート２２とを備える。

光ファイバ２の構造は、図２を参照して説明した第１実施形態の光ファイバと同じであある。従って、本実施形態での説明は省略する。

前記弾性体シート２２は、本発明における面状の力伝達部材に相当する。この弾性体シート２２は、弾性体（例えばシリコーンゴム）により形成された薄いシートであり、本実施形態では、方形状に形成されている。弾性体シート２２の厚さは、例えば０．５ｍｍである。

この弾性体シート２２の周縁部には、弾性体シート２２よりも高剛性の部材（例えばプラスチック）により構成された方形枠状のフレーム２３が配置され、該フレーム２３に弾性体シート２２の周縁部の複数箇所が接着剤２４ａにより固定されている。

本実施形態では、弾性体シート２２の周縁部のうち、３つの角部がそれぞれ接着剤２４ａによりフレーム２３に固定されている。

そして、本実施形態では、光ファイバ２のヘテロコア部３が、弾性体シート２２の周縁部に固定されている。さらに、上記フレーム２３に、光ファイバ２のヘテロコア部３の軸心方向の両側部を構成する光伝送部４，４が固定されている。

具体的には、図６（ｂ）に示すように、光ファイバ２のヘテロコア部３は、弾性体シート２２の周縁部のうち、フレーム２３に固定されていない残りの１つの角部（局所部分）に接着剤２４ｂにより固定されている。この場合、本実施形態では、ヘテロコア部３は、多少屈曲された状態（若干の曲率を有する状態）で、弾性体シート２２の当該１つの角部に固定されている。

そして、光ファイバ２のヘテロコア部３の軸心方向の両側部を構成する光伝送部４，４のそれぞれのヘテロコア部３寄りの部分が、フレーム２３に固定されている。該フレーム２３ヘの光伝送部４，４の固定は、例えば接着剤２４ｃによりなされる。

この場合、ヘテロコア部３と、これを固定した弾性体シート２２の角部とは、フレーム２３に固定されていないので、弾性体シート２２の弾性変形により発生する弾性力によって、ヘテロコア部３の屈曲度合（曲率）を変化させることが可能である。

本実施形態の面状荷重センサ装置２１は以上の如く構成されている。

次に、以上の如く構成された面状荷重センサ装置２１による測定手法を説明する。

本実施形態では、弾性体シート２２が、測定対象物Ｗの変形面Ｓｆ（荷重により変形する面）の測定対象領域を覆うようにして変形面Ｓｆ上に配置され、この状態でフレーム２３が変形面Ｓｆの測定対象領域に取り付けられる。

この場合、フレーム２３は、接着剤、面ファスナ、両面テープ等を介して測定対象領域の周縁部に固定される。

なお、この場合、弾性体シート２２のフレーム２３に固定された部分（前記ヘテロコア部３が固定される角部以外の３つの角部）が、フレーム２３を介して測定対象領域の周縁部に固定されることとなる。また、光ファイバ２の光伝送部４，４（ヘテロコア部３の軸心方向の両側の部分）が、フレーム２３を介して測定対象領域に固定されることとなる。

上記測定対象領域は、そこに作用する荷重状態（該測定対象領域に荷重が作用しているか否か等の状態）を検知しようとする領域であり、本実施形態では、弾性体シート２２とほぼ同じサイズの方形領域である。

そして、図７に示す如き測定システム２５が構成され、この測定システム２５を用いて測定が行われる。

この測定システム２５は、光ファイバ２に入射する光を出力する光源２６と、光ファイバ２から出射する光を受光する光検出器２７と、光検出器２７の出力を図示しないＡＤ変換器を介して取り込むデータ処理装置２８とを備える。

光源２６は、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザダイオード（ＬＤ）等により構成され、光ファイバ２の光伝送部４，４のうちの一方側の一端に接続される。

光検出器２７は、フォトダイオード（ＰＤ）等により構成され、光ファイバ２の光伝送部４，４のうちの他方側の他端に接続される。

データ処理装置２８は、パーソナルコンピュータ等のコンピュータにより構成される。

上記のように弾性体シート２２の周縁部を、測定対象物Ｗの変形面Ｓｆにフレーム２３を介して取り付けた状態で、測定システム２５の光源２６から光ファイバ２に光が入射され、光ファイバ２からの出射光が光検出器２７により検出される。

そして、データ処理装置２８により、光検出器２７の出力により示される出射光の強度が計測され、該出射光の強度に基づいて光ファイバ２における光の伝送損失等が計測される。

ここで、本実施形態の光ファイバ２における光の伝送損失は、第１実施形態で説明した通り、該光ファイバ２のヘテロコア部３の屈曲度合に応じたものとなる。

一方、本実施形態では、ヘテロコア部３の屈曲度合は、測定対象物Ｗの変形面Ｓｆの測定対象領域の変形に応じて変化する。

さらに詳細には、上記の如く面状荷重センサ装置２１の弾性体シート２２が測定対象物Ｗの変形面Ｓｆに取り付けられているので、該変形面Ｓｆの測定対象領域の変形（該測定対象領域に作用する荷重に応じた変形）に応じて、該測定対象領域の変形形状に倣うようにして弾性体シート２２が弾性変形する。

この場合、測定対象物Ｗの測定対象領域の変形（ひいては、弾性体シート２２の弾性変形）に応じて該弾性体シート２２が発生する弾性力によって、光ファイバ２のヘテロコア部３にその屈曲度合を変化させる力が作用する。

また、この場合、測定対象領域への荷重の作用箇所に応じて、該測定対象領域及び弾性体シート２２の変形形状が変化するので、光ファイバ２のヘテロコア部３に作用する力の大きさ等が変化する。

従って、光ファイバ２における光の伝送損失に基づいて、測定対象物Ｗの変形面Ｓｆの測定対象領域に作用する荷重状態を検知することができる。

また、本実施形態では、光ファイバ２のヘテロコア部３は、多少屈曲させた状態で、弾性体シート２２の角部に接着されている。

このため、弾性体シート２２の弾性変形に対して素早い応答性でヘテロコア部３の屈曲度合を変化させ、ひいては、素早い応答性で光ファイバ２における光の伝送損失を変化させることができる。

本実施形態の面状荷重センサ装置２１による具体的な測定例を図８〜図１０に示す。図８〜図１０は、弾性体シート２２をウレタン樹脂等により構成された測定対象物の表面上に設置した状態で、弾性体シート２２の特定の荷重付与箇所（図７の点Ｐ１１〜Ｐ１９の箇所）に図示しないフォースゲージにより該弾性体シート２２の法線方向の押圧荷重を付与した場合の測定例を示すグラフである。図８〜図１０の横軸は、付与した押圧荷重、縦軸は光ファイバ２における光の伝送損失である。なお、伝送損失は、荷重がゼロである場合の伝送損失を基準（＝ゼロ）とする相対値（デシベル単位で表した相対値）である。

この場合、図８中のグラフａ１１〜ａ１３はそれぞれ、図７の点Ｐ１１、Ｐ１２、Ｐ１３を荷重付与箇所とした場合の測定データを示すグラフ、図９中のグラフａ１４〜ａ１６は、図７の点Ｐ１４、Ｐ１５、Ｐ１６を荷重付与箇所とした場合の測定データを示すグラフ、図１０中のグラフａ１７〜ａ１９は、図７の点Ｐ１７、Ｐ１８、Ｐ１９を荷重付与箇所とした場合の測定データを示すグラフである。なお、各グラフａ１１〜ａ１９は、付与する押圧荷重を増加させる場合の測定データと、該押圧荷重を減少させる場合の測定データとを示している。

グラフａ１１〜ａ１９に示されるように、Ｐ１１〜Ｐ１９のいずれの荷重付与箇所においても、付与する押圧荷重が大きいほど、ヘテロコア部３の屈曲度合が大きくなることで、光の伝送損失が増加することが確認された。

また、グラフａ１１，ａ１５，ａ１９と、他のグラフとを比較して判るように、ヘテロコア部３から見て、弾性体シート２２の対角線方向における荷重付与箇所（点Ｐ１１，Ｐ１５，Ｐ１９）において、荷重の変化に対する光の伝送損失の変化の感度が高いものとなることが判る。

また、グラフａ１３，ａ１６，ａ１７，ａ１８と、グラフａ１２，ａ１４とを比較して判るように、ヘテロコア部３から見て、該ヘテロコア部３が配置された弾性体シート２２角部に連なる該弾性体シート２２の２つの辺に沿った位置の荷重付与箇所（点Ｐ１３，Ｐ１６，Ｐ１７，Ｐ１８）の方が、当該２つの辺に沿った位置ではない荷重付与箇所（点Ｐ１２，Ｐ１４）よりも、荷重の変化に対する光の伝送損失の変化の感度が高くなることが判る。

ここで、以上説明した第１実施形態に関連する変形態様をいくつか説明する。

本実施形態では、フレーム２３を備えたが、フレーム２３を省略し、弾性体シート２２の周縁部（ヘテロコア部３が固定された角部と間隔を有する部分）を直接的に測定対象領域の周縁部に取り付けるようにしてもよい。

また、光ファイバ２のヘテロコア部３の軸心方向の両側部分を測定対象領域の周縁部に直接的に固定したり、あるいは、測定対象物Ｗと別部材に固定するようにしてもよい。

また、弾性体シート２２の形状は、方形状以外の形状であってもよい。例えば、三角形、五角形等、四角形以外の多角形状、あるいは、円形状、楕円形状、ひし形形状等であってもよい。

［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態を図１１〜図１３を参照して説明する。

本実施形態の面状荷重センサ装置３１は、寝具のマットレスＭｔを測定対象物として、該マットレスＭｔの表面（上面）に作用する荷重状態を検知するように構成されている。この場合、マットレスＭｔの表面（上面）が変形面及び測定対象領域に相当する。

面状荷重センサ装置３１は、具体的には、複数の光ファイバ２と、各光ファイバ２にそれぞれ連結された複数の可撓性線状部材３２とを備える。本実施形態では、面状荷重センサ装置３１は、光ファイバ２と可撓性線状部材３２との組対が３対備えている。

各光ファイバ２の構造は、図２を参照して説明した第１実施形態の光ファイバと同じである。従って、本実施形態での説明は省略する。

各可撓性線状部材３２は、本発明における線状の力伝達部材に相当するものであり、伸縮し難い柔軟な糸状部材、例えば、ポリエステル製の糸により構成されている。

そして、３つの可撓性線状部材３２，３２，３２は、マットレスＭｔの長手方向に間隔を存して該マットレスＭｔの幅方向に互いに平行に延在するように所定の位置に配置されている。

これらの可撓性線状部材３２，３２，３２の配置位置は、マットレスＭｔに人がうつ伏せに横臥したときに、人の胸に対向する位置、鳩尾に対向する位置、腹に対向する位置である。以降の説明では人の胸に対向する位置の可撓性線状部材３２、鳩尾に対向する位置の可撓性線状部材３２、腹に対向する位置の可撓性線状部材３２を区別する場合に、それぞれを、参照符号３２ａ，３２ｂ，３３ｃで表す。また、可撓性線状部材３２ａ，３２ｂ，３２ｃにそれぞれ対応する光ファイバ２を、それぞれ、参照符号２ａ，２ｂ，２ｃで表す。

本実施形態では、各可撓性線状部材３２は、マットレスＭｔの表面寄りで該表面に沿って延在するように、該マットレスＭｔの内部に配置されている。そして、各可撓性線状部材３２の一端部は、マットレスＭｔの幅方向の両側面Ｍt1，Ｍt2のうちの一方の側面Ｍt1又は他方の側面Ｍt2に接着剤等により固定されている。

より詳しくは、本実施形態では、３つの可撓性線状部材３２，３２，３２のうちの２つ、例えば、人の胸と腹とにそれぞれ対向する位置の可撓性線状部材３２ａ，３２ｃは、マットレスＭｔの側面Ｍt1側の一端部が該側面Ｍt1に固定され、残りの１つの可撓性線状部材３２ｂ（人の鳩尾に対向する位置の可撓性線状部材３２ｂ）は、側面Ｍt1と反対側の側面Ｍt2側の一端部が該側面Ｍt2に固定されている。

また、マットレスＭｔの側面Ｍt2の上部には、可撓性線状部材３２ａ，３２ｃの他端部を各々突出させた切欠き部ｍa，ｍcが形成され、マットレスＭｔの側面Ｍt1の上部には、可撓性線状部材３２ｂの他端部を突出させた切欠き部ｍbが形成されている。

そして、切欠き部ｍa，ｍb，ｍcのそれぞれにおいて、可撓性線状部材３２ａ，３２ｂ，３２ｃに各々対応する光ファイバ２のヘテロコア部３が各可撓性線状部材３２ａ，３２ｂ，３２ｃのそれぞれの他端部に固定されている。

より詳しくは、可撓性線状部材３２ａに対応する光ファイバ２ａは、マットレスＭｔの側面Ｍt2側に配置され、そのヘテロコア部３が切欠き部ｍaに臨むようにしてマットレスＭｔの長手方向に延在されている。そして、光ファイバ２ａのヘテロコア部３の軸心方向の両側部にて、光伝送部４，４がマットレスＭｔの側面Ｍt2に接着剤等により固定されている。さらに該光ファイバ２ａのヘテロコア部３の中央部に、張設状態の可撓性線状部材３２ａの他端部が切欠き部ｍaにて接着剤等により固定されている。

同様に、可撓性線状部材３２ｃに対応する光ファイバ２ｃは、マットレスＭｔの側面Ｍt2側に配置され、そのヘテロコア部３が切欠き部ｍcに臨むようにしてマットレスＭｔの長手方向に延在されている。そして、光ファイバ２ｃのヘテロコア部３の軸心方向の両側部にて、光伝送部４，４がマットレスＭｔの側面Ｍt2に接着剤等により固定されている。さらに該光ファイバ２ｃのヘテロコア部３の中央部に、張設状態の可撓性線状部材３２ｃの他端部が切欠き部ｍcにて接着剤等により固定されている。

また、可撓性線状部材３２ｂに対応する光ファイバ２ｂは、マットレスＭｔの側面Ｍt1側に配置され、そのヘテロコア部３が切欠き部ｍbに臨むようにしてマットレスＭｔの手方向に延在されている。そして、光ファイバ２ｂのヘテロコア部３の軸心方向の両側部にて、光伝送部４，４がマットレスＭｔの側面Ｍt2に接着剤等により固定されている。さらに該光ファイバ２ｃのヘテロコア部３の中央部に、張設状態の可撓性線状部材３２ｂの他端部が切欠き部ｍcにて接着剤等により固定されている。

上記の如くマットレスＭｔに配置された各可撓性線状部材３２ｃが光ファイバ２のヘテロコア部３に連結されているので、マットレスＭｔの表面（上面）が、各可撓性線状部材３２の配置箇所で弾性変形すると、各可撓性線状部材３２が撓みつつ、該可撓性線状部材３２の張力によって、該可撓性線状部材３２に対応する光ファイバ２のヘテロコア部３の屈曲度合が変化することとなる。

本実施形態の面状荷重センサ装置３１は以上の如く構成されている。

次に、以上の如く構成された面状荷重センサ装置３１による測定手法を説明する。

本実施形態では、図１２に示す如き測定システム３５が構成される。そして、図示の如くマットレスＭｔ上に人が横臥した状態で測定が行われる。

上記測定システム３５は、各光ファイバ２に入射する光を出力する光源３６と、各光ファイバ２から出射する光を受光する光検出器３７と、光検出器３７の出力（各光ファイバ２毎の出射光の強度を示す出力）を図示しないＡＤ変換器を介して取り込むデータ処理装置３８とを備える。

光源３６は、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザダイオード（ＬＤ）等により構成され、各光ファイバ２の光伝送部４，４のうちの一方側の一端に接続される。

光検出器３７は、フォトダイオード（ＰＤ）等により構成され、各光ファイバ２の光伝送部４，４のうちの他方側の他端に接続される。

データ処理装置３８は、パーソナルコンピュータ等のコンピュータにより構成される。

マットレスＭｔの表面上に図１２に示す如く人が横臥する。この場合、人は、その胸、鳩尾、腹がそれぞれ可撓性線状部材３２ａ，３２ｂ，３２ｃの直上位置になるようにしてマットレスＭｔの表面上に横臥する。

この状態で、測定システム３５の光源３６から各光ファイバ２に光が入射され、各光ファイバ２からの出射光が光検出器３７により検出される。

そして、データ処理装置３８により、光検出器３７の出力により示される各光ファイバ２毎の出射光の強度が計測され、該出射光の強度に基づいて各光ファイバ２における光の伝送損失等が計測される。

ここで、本実施形態の各光ファイバ２は、第１実施形態で説明した通り、光ファイバ２における光の伝送損失がヘテロコア部３の屈曲度合に応じたものとなる。

一方、本実施形態では、各光ファイバ２のヘテロコア部３の屈曲度合は、該光ファイバ２に対応する可撓性線状部材３２の配置箇所近辺でのマットレスＭｔの表面（変形面）の変形に応じて変化する。

さらに詳細には、マットレスＭｔに横臥した人の体重や、呼吸動作に起因してマットレスＭｔの表面（上面）に荷重が作用し、その荷重に応じてマットレスＭｔの表面が弾性変形する。そして、その弾性変形に応じて、各可撓性線状部材３２が撓み、その撓みに応じて発生する張力により該可撓性線状部材３２に対応する光ファイバ２のヘテロコア部３の屈曲度合が変化する。

従って、各光ファイバ２における光の伝送損失に基づいて、マットレスＭｔの表面上に横臥した人の体重や呼吸動作に起因してマットレスＭｔの表面（上面）に作用する荷重状態を検知することができる。

この場合、特に、マットレスＭｔの表面のうち、人の胸に対向する箇所（可撓性線状部材３２ａの配置箇所）と腹に対向する箇所（可撓性線状部材３２ｃの配置箇所）とでは、人の呼吸動作に起因して、これらの箇所に作用する荷重の周期的な変動が生じる。ひいては、可撓性線状部材３２ａ，３２ｃにそれぞれ対応する光ファイバ２ａ，２ｃのそれぞれのヘテロコア部３，３の屈曲度合の周期的な変動が生じる。

このため、特に、光ファイバ２ａ，２ｃにおける光の伝送損失の計時変化を観測することで、マットレスＭｔ上に横臥した人の呼吸状態を把握することができる。

また、本実施形態では、光ファイバ２ａ，２ｃのそれぞれのヘテロコア部３と、光ファイバ２ｂのヘテロコア部３とがマットレスＭｔの幅方向で互いに反対側に配置されているため、光ファイバ２ａ又は２ｃにおける光の伝送損失と、光ファイバ２ｂにおける光の伝送損失とに基づいて、マットレスＭｔの幅方向での人の横臥位置を概略的に把握することができる。

すなわち、各光ファイバ２のヘテロコア部３の屈曲度合は、マットレスＭｔの幅方向での人の横臥位置が該ヘテロコア部３に近い場合よりも遠い場合の方が小さくなる傾向がある。

このため、マットレスＭｔ上の人の横臥位置が、マットレスＭｔの幅方向の両側面Ｍt1，Ｍt2のうちの側面Ｍt1寄りの位置である場合には、光ファイバ２ａ，２ｃのそれぞれのヘテロコア部３の屈曲度合が比較的小さなものとなる（ひいては、光ファイバ２ａ，２ｃにおける光の伝送損失が比較的小さなものとなる）一方、光ファイバ２ｂのヘテロコア部３の屈曲度合が比較的大きなものとなる（ひいては、光ファイバ２ｂにおける光の伝送損失が比較的大きなものとなる）。

逆に、マットレスＭｔ上の人の横臥位置が、マットレスＭｔの幅方向の両側面Ｍt1，Ｍt2のうちの側面Ｍt2寄りの位置である場合には、光ファイバ２ａ，２ｃのそれぞれのヘテロコア部３の屈曲度合が比較的大きなものとなる（ひいては、光ファイバ２ａ，２ｃにおける光の伝送損失が比較的大きなものとなる）一方、光ファイバ２ｂのヘテロコア部３の屈曲度合が比較的小さなものとなる（ひいては、光ファイバ２ｂにおける光の伝送損失が比較的小さなものとなる）。

従って、光ファイバ２ａ又は２ｃにおける光の伝送損失と、光ファイバ２ｂにおける光の伝送損失とに基づいて、マットレスＭｔの幅方向での人の横臥位置を概略的に把握することができる。

本実施形態の面状荷重センサ装置３１による具体的な測定例を図１３（ａ）〜（ｃ）に示す。図１３（ａ）〜（ｃ）は、マットレスＭｔの幅方向のほぼ中央位置で、該マットレスＭｔ上に人が横臥した状態での測定例を示すグラフである。この場合、マットレスＭｔ上の人の横臥状態は、その胸、鳩尾、腹をそれぞれ、可撓性線状部材３２ａ，３２ｂ，３２ｃに対向させて、うつ伏せに横臥した状態である。

図１３（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、光ファイバ２ａ，２ｂ，２ｃにおける光の伝送損失の測定例である。そして、図１３（ａ）〜（ｃ）の横軸は経過時間、縦軸は各光ファイバ２における光の伝送損失である。なお、伝送損失は、荷重がゼロである場合の伝送損失を基準（＝ゼロ）とする相対値（デシベル単位で表した相対値）である。

図１３（ａ），（ｃ）のグラフで示されるように、人の胸に対向する可撓性線状部材３２ａに対応する光ファイバ２ａにおける光の伝送損失と、人の腹に対向する可撓性線状部材３２ｃに対応する光ファイバ２ｃにおける光の伝送損失とは、人の呼吸動作に起因して周期的な変動を生じている。

この場合、人の呼吸動作に起因して、人の胸に対向する箇所と腹に対向する箇所とでマットレスＭｔの上面に作用する荷重の増加及び減少が、当該両方の箇所で逆相の関係で発生する（一方の箇所で荷重の増加時に他方の箇所で荷重が減少する）ことから、光ファイバ２ａ，２ｃとで光の伝送損失の周期的な変動が互いに逆相の関係で生じている。

ここで、以上説明した第１実施形態に関連する変形態様をいくつか説明する。

本実施形態では、マットレスＭｔに３つの可撓性線状部材３２を備えたが、２つ又は４つ以上の可撓性線状部材３２を備えるようにしてもよい。例えば、可撓性線状部材３２ａ，３２ｂ，３２ｃのうちのいずれか１つを省略したり、さらに多くの可撓性線状部材を追加してもよい。

また、本実施形態では、光ファイバ２ａ，２ｃのそれぞれのヘテロコア部３と、光ファイバ２ｂのヘテロコア部３とがマットレスＭｔの幅方向で互いに反対側に配置したが、例えば全てのヘテロコア部３をマットレスＭｔの幅方向で同じ側面側に配置してもよい。

また、可撓性線状部材３２は、マットレスＭｔの表面に露出した状態で配置されていてもよい。

なお、以上説明した各実施形態では、光ファイバ２は、一端から入射した光を他端から出射するものであるが、例えば光のヘテロコア部３の一端（光の入射側と反対側の一端）、あるいは、該一端に連なる光伝送部４の途中部にミラーを備えておき、ヘテロコア部３に進入した光をミラーで反射させた後に入射口側に戻すように構成されていてもよい。

また、ヘテロコア部３のコア３ａは、光伝送部４のコア４ａの径よりも大きい径に形成されていてもよい。

１，２１，３１…面状荷重センサ装置、２…光ファイバ、３…ヘテロコア部、４…光伝送部４、３ａ，４ａ…コア、３ｂ，４ｂ…クラッド、５，３２…可撓性線状部材（力伝達部材）、７…弾性体シート、９…連結用部材、２２…弾性体シート（力伝達部材）、Ｗ…測定対象物、Ｍｔ…マットレス。

Claims (12)

1. 荷重により変形する変形面を有する測定対象物の変形面に作用する荷重を検知する面状荷重センサ装置であって、
   コア及びクラッドを有する光伝送部と該光伝送部のコア及びクラッドに各々連なるコア及びクラッドを有するヘテロコア部とを含み、該ヘテロコア部のコアが前記光伝送部のコアと異径に形成されており、該ヘテロコア部が前記測定対象物の変形面の測定対象領域の周縁部又は側方に配置される光ファイバと、
   前記光ファイバのヘテロコア部の屈曲度合を変化させる力を、前記測定対象領域における前記変形面の変形に応じて前記光ファイバに伝達するように構成された線状又は面状の力伝達部材とを備えることを特徴とする面状荷重センサ装置。
2. 請求項１記載の面状荷重センサ装置において、
   前記力伝達部材は、前記測定対象領域における前記変形面に沿うように延在し、該変形面の変形に伴い撓むように張設される１つ又は複数の可撓性線状部材により構成され、
   前記可撓性線状部材は、前記測定対象領域における前記変形面の変形に伴う該可撓性線状部材の撓みによって該可撓性線状部材に発生する張力を、前記ヘテロコア部の屈曲度合を変化させる力として前記光ファイバに伝達するように該光ファイバに連結されることを特徴とする面状荷重センサ装置。
3. 請求項２記載の面状荷重センサ装置において、
   前記力伝達部材は、複数の可撓性線状部材により構成され、該複数の可撓性線状部材は、それぞれの一端部が前記光ファイバのヘテロコア部の配置箇所に集中するように配置されて、該ヘテロコア部に連結されると共に、当該一端部側から前記測定対象領域における前記変形面に沿って放射状に延在するように配設されることを特徴とする面状荷重センサ装置。
4. 請求項３記載の面状荷重センサ装置において、
   前記ヘテロコア部の軸心方向の一端部寄りの部分と他端部寄りの部分との２つの部分で前記光ファイバに固定された連結用部材をさらに備えており、前記複数の可撓性線状部材は、それぞれの一端部が前記連結用部材に固定され、該連結用部材を介して前記光ファイバのヘテロコア部に連結されることを特徴とする面状荷重センサ装置。
5. 請求項２〜４のいずれか１項に記載の面状荷重センサ装置において、
   前記測定対象領域における前記変形面を覆うように配置されて、該変形面の変形に倣って弾性変形する弾性体シートをさらに備え、前記可撓性線状部材は、前記弾性体シートに装着されていることを特徴とする面状荷重センサ装置。
6. 請求項１記載の面状荷重センサ装置において、
   前記力伝達部材は、前記測定対象領域における前記変形面を覆うように配置されて、該変形面の変形に倣って弾性変形する弾性体シートにより構成され、
   前記弾性体シートは、前記測定対象領域における前記変形面の変形に伴う該弾性体シートの弾性変形によって発生する弾性力を、前記ヘテロコア部の屈曲度合を変化させる力として前記光ファイバに伝達するために、該弾性体シートの周縁部のうちの局所部分が前記光ファイバのヘテロコア部に連結されると共に、該弾性体シートの周縁部のうちの前記局所部分と間隔を存する部分が前記測定対象領域の周縁部で前記測定対象物に固定されることを特徴する面状荷重センサ装置。
7. 請求項６記載の面状荷重センサ装置において、
   前記弾性体シートは多角形状に形成されており、前記弾性体シートの局所部分は、該弾性体シートの１つの角部であり、前記局所部分と間隔を存する１つ以上の部位は、該弾性体シートの前記１つの角部以外の他の各角部であることを特徴とする面状荷重センサ装置。
8. 請求項６又は７記載の面状荷重センサ装置において、
   前記光ファイバのヘテロコア部は、曲率を有する状態で前記弾性体シートの局所部分に固着されていることを特徴とする面状荷重センサ装置。
9. 請求項１記載の面状荷重センサ装置において、
   前記測定対象物は、寝具のマットレスであり、前記変形面及び測定対象領域は、前記マットレスの表面であることを特徴とする面状荷重センサ装置。
10. 請求項９記載の面状荷重センサ装置において、
    複数の前記光ファイバと、該複数の光ファイバのそれぞれに対応する前記力伝達部材を各々構成する複数の可撓性線状部材とを備えており、
    前記複数の可撓性線状部材のそれぞれは、前記マットレスの長手方向の互いに異なる配置位置で、前記マットレスの表面に沿って該マットレスの幅方向に延在し、当該配置位置でのマットレスの表面の変形に伴い撓むように配設されており、
    各可撓性線状部材は、前記マットレスの表面の変形に伴う該可撓性線状部材の撓みによって該可撓性線状部材に発生する張力を、該可撓性線状部材に対応する光ファイバのヘテロコア部の屈曲度合を変化させる力として該光ファイバに伝達するように該光ファイバのヘテロコア部に連結されていることを特徴とする面状荷重センサ装置。
11. 請求項１０記載の面状荷重センサ装置において、
    前記複数の可撓性線状部材の配置位置は、前記マットレスの表面上に横臥する人の胸に対向する位置と腹に対向する位置との少なくともいずれか一方の位置を含むことを特徴とする面状荷重センサ装置。
12. 請求項１０又は１１記載の面状荷重センサ装置において、
    前記複数の可撓性線状部材は、前記マットレスの幅方向の両側面のうちの一方側に配置される光ファイバのヘテロコア部に連結される可撓性線状部材と、前記マットレスの幅方向の両側面のうちの他方側に配置される光ファイバのヘテロコア部に連結される可撓性線状部材と二つの可撓性線状部材を含むことを特徴とする面状荷重センサ装置。