Optical Fiber sensor

Optical Fiber Sensor

Fiber Bragg Gratings（FBG）光ファイバーセンサーを利用した形状認識技術

Fiber Bragg Gratings(FBG)
光ファイバーセンサーを活用したモーショントラッキング技術

⋅ 光ファイバーのコアにrefractive indexが他のGratingを一定の間隔で配置→Refrective indexの違いによる光の反射

⋅ Gratingの間隔に応じて特定の波長の光だけが反射して戻る

⋅ 外部の力や温度の変化によってGratingの間隔が変化し、波長shifting→数pmの微細な変化も測定可能

⋅ 一つの光ファイバーに複数のFBGを刻むことができ、光ファイバーで様々なセンサーを製作できる上、複数の地域で同時測定が可能

⋅ インテロゲータ：光源をFBGセンサーに伝達し、センサーから反射された光の波長を測定する機器

⋅ 波長―位置変換方式：ブロードバンド光源を利用し、同時に伝えられた反射された光波を分散してCCDセンサーに伝達、限られた分解能とSNRの割合

⋅ ⋅Tunableレーザー方式：フィルターを利用してスイーピングレーザーを生成、単一の光波がセンサーに伝達・反射して高い分解能を提供（〜1pm）

Ultra-thin shape sensor

· ３つの光ファイバーを120度の間隔で平行に配置

· センサーの厚さ330㎛

· 長さは応用条件に応じて製作（現在75cmまで製作）

FBGセンサーを利用したモーションキャプチャの模式図

· 光ファイバーセンサー：動きを正確に測定し、耐久性の向上に向けた方法を開発

· 解析アルゴリズム：ストレイン値を利用し、アバター連動アルゴリズムを開発

· 小型化計測器：小型化・軽量化し、身体に着用して無線でシステムに送信

モーションキャプチャとは？

· モーションキャプチャ（Motion capture）とは、体にセンサーを付けたり、カメラを利用するなどの方法で人体の動きをデジタルの形で記録する作業

· 測定方法：光学式、機械式、磁気式、音響式

· 応用分野：スポーツ、医療用、ゲーム、アニメーション産業

従来のモーションキャプチャ製品の現況

Multi-camera
(Organic Motion)

・Multi-cameraを利用したリアルタイム・モーションキャプチャシステム

・マーカーが不要で、最大5人がリアルタイムでモーションキャプチャが可能

・カメラの設置によるスペースの制約あり

・視野の遮蔽による陰影の発生

光学式マーカー
(Vicon)

・光学式マーカーを利用したリアルタイム・モーションキャプチャシステム

・マーカーを付けたモノに対し、赤外線カメラを利用したモーションキャプチャが可能

・カメラの設置によるスペースの制約あり

・視野の遮蔽による陰影の発生

IMU Sensor
(Xsens)

・慣性センサーを利用したリアルタイム・モーションキャプチャシステム

・最大240Hzの測定速度、最大150mの無線測定距離

・Autodest、3dsMax、Mayaなどの3次元グラフィックツールとリアルタイムで可視化・編集可能

・長時間使用によるDrift発生

Magnetic Sensor
(Cea Leti-Minatec)

・Magnetic　sensorを利用したリアルタイム・モーションキャプチャシステム

・Magnetic　sensorを人体に付け、磁場の変化による信号を測定するための方法を研究

・周辺の電磁場による信号の影響に脆弱
・Noise filteringによる
lower sampling rateの問題あり

FBGセンサ―を利用したモーションキャプチャリングシステムのメリット

· 長時間使用によるDrift発生なし

· 身体の多様な関節の動きをそれぞれ同時に測定し、高い正確性を確保

· 指の曲率、動きによる関節の角度を正確に測定可能

· 計測器の小型化を通じて携帯性を確保し、測定空間の制約がない

FBGセンサーを利用した手のモーションキャプチャ

FBGセンサーを利用した人体のモーションキャプチャ

· FBG光ファイバーベースのセンサー（形状、角度、トーション）センサーを利用し、人体の関節の動きを測定。

· モーションキャプチャ技術を利用して仮想現実のアバターを操作できる。

· 歩行分析など医療用にも使用可能で、姿勢モニタリングによりスポーツ産業
関節のモーションをもとにしたアニメーション産業などに活用できる。