JP3144600B2 - 光振動ジャイロ - Google Patents
光振動ジャイロInfo
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ＶＴＲカメラの手振れ
防止、自動車のナビゲーションシステムなどにおける、
回転の角速度を測定するために使用する光振動ジャイロ
に関するものである。
防止、自動車のナビゲーションシステムなどにおける、
回転の角速度を測定するために使用する光振動ジャイロ
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、回転角速度を測定するジャイロに
は、光ファイバジャイロや圧電振動ジャイロ（振動物体
に回転角速度を加えることにより振動と直角方向に生じ
るコリオリの力を利用）等が知られている。
は、光ファイバジャイロや圧電振動ジャイロ（振動物体
に回転角速度を加えることにより振動と直角方向に生じ
るコリオリの力を利用）等が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】光ファイバジャイロは
巻数をかせぐ必要があり、大きくなることや高価格など
の理由でその利用が一部の分野にとどまっている。また
従来の圧電振動ジャイロは図７に示すように、音片型振
動子８０に対して駆動用と検出用とで別々の圧電磁器８
１、８２を用いていたので、振動子長軸方向の揺れに対
するノイズが生じ、高感度化に問題があった。また、駆
動用及び検出用の二つの圧電磁器を振動子に接着する必
要があり、部品調節が必要、小形化が困難などの問題が
あった。
巻数をかせぐ必要があり、大きくなることや高価格など
の理由でその利用が一部の分野にとどまっている。また
従来の圧電振動ジャイロは図７に示すように、音片型振
動子８０に対して駆動用と検出用とで別々の圧電磁器８
１、８２を用いていたので、振動子長軸方向の揺れに対
するノイズが生じ、高感度化に問題があった。また、駆
動用及び検出用の二つの圧電磁器を振動子に接着する必
要があり、部品調節が必要、小形化が困難などの問題が
あった。
【０００４】本発明の目的は、圧電磁器を振動子に接着
するという従来の圧電作用による振動励起ではなく、光
ビームの熱応力による振動励起を利用することによっ
て、圧電磁器が不要で、振動子と励起用光源（例えば半
導体レーザ）の一体集積化を可能とした光振動ジャイロ
を提供することにある。
するという従来の圧電作用による振動励起ではなく、光
ビームの熱応力による振動励起を利用することによっ
て、圧電磁器が不要で、振動子と励起用光源（例えば半
導体レーザ）の一体集積化を可能とした光振動ジャイロ
を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１では、半導体レーザ基板に垂直な振動子
と、該振動子の垂直軸を中心とする回転に伴うコリオリ
の力によって振動子の振動と直角方向に生じる変位を検
出するための検出用半導体レーザと、検出用半導体レー
ザの光出力を検出する光検出器とを同一基板上に集積化
した。また請求項２では、半導体レーザ基板に垂直な振
動子と、該振動子に固有振動を励起するための振動励起
用半導体レーザと、振動子の垂直軸を中心とする回転に
伴うコリオリの力によって振動子の振動と直角方向に生
じる変位を検出するための検出用半導体レーザと、検出
用半導体レーザの光出力を検出する光検出器とを同一基
板上に集積化した。また請求項３では、半導体レーザ基
板に垂直な三角柱状振動子と、該振動子の一辺（励振
辺）に光パルスビームを照射して固有振動を励起するた
めの振動励起用半導体レーザと、振動子の垂直軸を中心
とする回転に伴うコリオリの力によって振動子の振動と
直角方向に生じる変位を測定するために、該振動子の他
の二辺（検出辺）のそれぞれに配置した検出用半導体レ
ーザと、各検出用半導体レーザの光出力を検出する光検
出器とを同一基板上に集積化した。
め、請求項１では、半導体レーザ基板に垂直な振動子
と、該振動子の垂直軸を中心とする回転に伴うコリオリ
の力によって振動子の振動と直角方向に生じる変位を検
出するための検出用半導体レーザと、検出用半導体レー
ザの光出力を検出する光検出器とを同一基板上に集積化
した。また請求項２では、半導体レーザ基板に垂直な振
動子と、該振動子に固有振動を励起するための振動励起
用半導体レーザと、振動子の垂直軸を中心とする回転に
伴うコリオリの力によって振動子の振動と直角方向に生
じる変位を検出するための検出用半導体レーザと、検出
用半導体レーザの光出力を検出する光検出器とを同一基
板上に集積化した。また請求項３では、半導体レーザ基
板に垂直な三角柱状振動子と、該振動子の一辺（励振
辺）に光パルスビームを照射して固有振動を励起するた
めの振動励起用半導体レーザと、振動子の垂直軸を中心
とする回転に伴うコリオリの力によって振動子の振動と
直角方向に生じる変位を測定するために、該振動子の他
の二辺（検出辺）のそれぞれに配置した検出用半導体レ
ーザと、各検出用半導体レーザの光出力を検出する光検
出器とを同一基板上に集積化した。
【０００６】
【作用】本発明によれば、光強度変調をうけたレーザ光
が振動子に照射されると、振動子はレーザ光を吸収し、
熱的な歪みを受け、光強度変調周波数が振動子の固有周
波数と一致するとき、最大振幅で振動する。この状態
で、光振動ジャイロが振動子の垂直軸の回りに回転する
と、振動子はコリオリの力により固有振動の方向と直角
方向の変位を受ける。このため、検出用半導体レーザと
振動子の間隔ｈがΔｈ変化する。即ち、振動子は検出用
半導体レーザの外部ミラーに相当するので、振動子から
の帰還光と内部光とが干渉し、検出用半導体レーザの端
面と振動子との距離に応じて、検出用半導体レーザの光
強度はλ／２の周期で変化する。つまり、振動子がΔｈ
の変位を受け、これに応じた光強度変化ΔＰが生じる。
この光強度変化を光検出器で検出することによって、振
動子の振動と直角方向に生ずる変位を検出することがで
きる。
が振動子に照射されると、振動子はレーザ光を吸収し、
熱的な歪みを受け、光強度変調周波数が振動子の固有周
波数と一致するとき、最大振幅で振動する。この状態
で、光振動ジャイロが振動子の垂直軸の回りに回転する
と、振動子はコリオリの力により固有振動の方向と直角
方向の変位を受ける。このため、検出用半導体レーザと
振動子の間隔ｈがΔｈ変化する。即ち、振動子は検出用
半導体レーザの外部ミラーに相当するので、振動子から
の帰還光と内部光とが干渉し、検出用半導体レーザの端
面と振動子との距離に応じて、検出用半導体レーザの光
強度はλ／２の周期で変化する。つまり、振動子がΔｈ
の変位を受け、これに応じた光強度変化ΔＰが生じる。
この光強度変化を光検出器で検出することによって、振
動子の振動と直角方向に生ずる変位を検出することがで
きる。
【０００７】また、振動子と半導体レーザの集積化はＧ
ａＡｓマイクロマシン技術で可能なので、小型、低価格
の光振動ジャイロを提供できる。
ａＡｓマイクロマシン技術で可能なので、小型、低価格
の光振動ジャイロを提供できる。
【０００８】
【実施例】図１は本発明の第１の実施例を示す斜視図で
ある。１は半導体レーザ基板、２は活性層、３は振動
子、４は検出用半導体レーザ、５は光検出器である。振
動子３、検出用半導体レーザ４、光検出器５は、半導体
レーザ基板１上に集積化して設けられ、互いに分離溝８
で分離されている。６は外部から入射する振動励起用の
レーザ光（以下、励起光）で、振動子３の固有周波数の
パルス光で振動子３の活性層２を中心として照射する。
振動子３はこの励起光を吸収し、熱的な歪みを受け、励
起光の光軸（進行）方向に振動する。検出用半導体レー
ザ４の光出射口７から光が出射され、振動子３の側面を
照射する。この反射光は再び、光出射口７へ帰還し検出
用半導体レーザ４の、図示しない内部光と干渉し、その
光出力を光入射口９で受けて光検出器５で検出する。
ある。１は半導体レーザ基板、２は活性層、３は振動
子、４は検出用半導体レーザ、５は光検出器である。振
動子３、検出用半導体レーザ４、光検出器５は、半導体
レーザ基板１上に集積化して設けられ、互いに分離溝８
で分離されている。６は外部から入射する振動励起用の
レーザ光（以下、励起光）で、振動子３の固有周波数の
パルス光で振動子３の活性層２を中心として照射する。
振動子３はこの励起光を吸収し、熱的な歪みを受け、励
起光の光軸（進行）方向に振動する。検出用半導体レー
ザ４の光出射口７から光が出射され、振動子３の側面を
照射する。この反射光は再び、光出射口７へ帰還し検出
用半導体レーザ４の、図示しない内部光と干渉し、その
光出力を光入射口９で受けて光検出器５で検出する。
【０００９】この状態で、光振動ジャイロが振動子３の
垂直軸Ｚの回りに回転すると、振動子３はコリオリの力
により固有振動の方向と直角方向の変位を受ける。この
ため、検出用半導体レーザ４と振動子３の間隔ｈがΔｈ
変化する。この変位は図２に示す原理で検出できる。即
ち、振動子３は検出用半導体レーザ４の外部ミラーに相
当するので、振動子３からの帰還光と内部光とが干渉
し、検出用半導体レーザ４の端面と振動子３との距離ｈ
に応じて、検出用半導体レーザ４の光強度はλ／２の周
期で変化する（図２）。振動子３がΔｈの変位を受け、
これに応じた光強度変化ΔＰが生じる。この光強度変化
は光検出器５で検出される。なお、変位の絶対値（回転
角速度）はλ／４の変位の時の光強度変化Ｐから知るこ
とができる。 なお、このような振動子３、検出用半導
体レーザ４、光検出器５は反応性イオンビームによる形
状加工により半導体レーザ基板１に一括作製できる。
垂直軸Ｚの回りに回転すると、振動子３はコリオリの力
により固有振動の方向と直角方向の変位を受ける。この
ため、検出用半導体レーザ４と振動子３の間隔ｈがΔｈ
変化する。この変位は図２に示す原理で検出できる。即
ち、振動子３は検出用半導体レーザ４の外部ミラーに相
当するので、振動子３からの帰還光と内部光とが干渉
し、検出用半導体レーザ４の端面と振動子３との距離ｈ
に応じて、検出用半導体レーザ４の光強度はλ／２の周
期で変化する（図２）。振動子３がΔｈの変位を受け、
これに応じた光強度変化ΔＰが生じる。この光強度変化
は光検出器５で検出される。なお、変位の絶対値（回転
角速度）はλ／４の変位の時の光強度変化Ｐから知るこ
とができる。 なお、このような振動子３、検出用半導
体レーザ４、光検出器５は反応性イオンビームによる形
状加工により半導体レーザ基板１に一括作製できる。
【００１０】図３は本発明の第２の実施例を示す上面図
である。本実施例は外部から入射する振動励起光６の光
源を振動励起用半導体レーザ６０として半導体レーザ基
板１の上に一体化したもので、その他の構成、動作原
理、作製法は第１の実施例と同じである。なお、図４は
振動子３の側面に照射される半導体レーザ６０からの光
強度分布の計算値である。半導体レーザ６０と振動子３
の間隔が２０μｍあっても、光エネルギーは振動子３に
十分吸収され、振動を励起できる。図５は振動子３の長
さが５０μｍの場合の共振周波数特性例で、励起用半導
体レーザ６０の光出力は４０ｍＷである。共振周波数は
f0=1.006ＭＨｚで、そのＱ値は約250 であった。
である。本実施例は外部から入射する振動励起光６の光
源を振動励起用半導体レーザ６０として半導体レーザ基
板１の上に一体化したもので、その他の構成、動作原
理、作製法は第１の実施例と同じである。なお、図４は
振動子３の側面に照射される半導体レーザ６０からの光
強度分布の計算値である。半導体レーザ６０と振動子３
の間隔が２０μｍあっても、光エネルギーは振動子３に
十分吸収され、振動を励起できる。図５は振動子３の長
さが５０μｍの場合の共振周波数特性例で、励起用半導
体レーザ６０の光出力は４０ｍＷである。共振周波数は
f0=1.006ＭＨｚで、そのＱ値は約250 であった。
【００１１】図６は本発明の第３の実施例を示す図であ
る。３０は半導体レーザ基板１に垂直な三角柱状振動
子、６０は振動励起用半導体レーザで、該振動子３０の
一辺（励振辺３１）に光ビームを照射して振動子３０に
固有振動を励起する。回転に伴うコリオリの力によって
生じる固有振動方向と垂直方向の振動子３０の変位Δｈ
を測定するため、振動子３０の他の二辺（検出辺３２、
３３）のそれぞれには半導体レーザ４１、４２と光検出
器５１、５２を配置し、これらの素子はすべて同一基板
上に集積化されている。検出辺３２、３３とそれに相対
する検出用半導体レーザ４１、４２の端面４１１、４２
１は平行である。これに垂直な方向の変位成分が第１の
実施例に示した複合共振作用で光検出器５１、５２の光
出力として検出され、差動演算処理器７０を経て、コリ
オリの力によって生じる振動子３０の変位Δｈ、つまり
角速度を測定する。なお、７１は出力端子である。その
他の構成、動作原理、作製方法は第１の実施例と同じで
ある。
る。３０は半導体レーザ基板１に垂直な三角柱状振動
子、６０は振動励起用半導体レーザで、該振動子３０の
一辺（励振辺３１）に光ビームを照射して振動子３０に
固有振動を励起する。回転に伴うコリオリの力によって
生じる固有振動方向と垂直方向の振動子３０の変位Δｈ
を測定するため、振動子３０の他の二辺（検出辺３２、
３３）のそれぞれには半導体レーザ４１、４２と光検出
器５１、５２を配置し、これらの素子はすべて同一基板
上に集積化されている。検出辺３２、３３とそれに相対
する検出用半導体レーザ４１、４２の端面４１１、４２
１は平行である。これに垂直な方向の変位成分が第１の
実施例に示した複合共振作用で光検出器５１、５２の光
出力として検出され、差動演算処理器７０を経て、コリ
オリの力によって生じる振動子３０の変位Δｈ、つまり
角速度を測定する。なお、７１は出力端子である。その
他の構成、動作原理、作製方法は第１の実施例と同じで
ある。
【００１２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の光振動ジ
ャイロでは光の熱応力による振動励起、半導体レーザの
複合共振作用による変位計測を利用するので、駆動用、
検出用部品が振動子とともに一体化でき、部品の位置合
わせが不要で、超小形化が可能である。また、この光振
動ジャイロは、半導体レーザチップの上にフォトリソグ
ラフィー技術、プレーナ技術を用いて大量、一括生産で
きるので、低価格で高信頼であり実用価値が高い。この
ため、ナビゲーションシステムやビデオカメラの手ぶれ
防止等に応用できる。
ャイロでは光の熱応力による振動励起、半導体レーザの
複合共振作用による変位計測を利用するので、駆動用、
検出用部品が振動子とともに一体化でき、部品の位置合
わせが不要で、超小形化が可能である。また、この光振
動ジャイロは、半導体レーザチップの上にフォトリソグ
ラフィー技術、プレーナ技術を用いて大量、一括生産で
きるので、低価格で高信頼であり実用価値が高い。この
ため、ナビゲーションシステムやビデオカメラの手ぶれ
防止等に応用できる。
【図１】本発明の第１の実施例を示す光振動ジャイロの
構成図
構成図
【図２】回転に伴うコリオリの力によって生じる固有振
動方向と直角方向の振動子の変位測定原理図
動方向と直角方向の振動子の変位測定原理図
【図３】本発明の第２の実施例を示す光振動ジャイロの
構成図
構成図
【図４】振動子の側面に照射される半導体レーザの光強
度分布図
度分布図
【図５】振動子の共振周波数特性図
【図６】本発明の第３の実施例を示す光振動ジャイロの
構成図
構成図
【図７】従来の圧電振動ジャイロの構成図
１…半導体レーザ基板、３…振動子、４…検出用半導体
レーザ、５…光検出器、３０…三角柱振動子、６０…振
動励起用半導体レーザ。
レーザ、５…光検出器、３０…三角柱振動子、６０…振
動励起用半導体レーザ。
フロントページの続き (72)発明者 鈴木 与志雄 東京都千代田区内幸町１丁目１番６号 日本電信電話株式会社内 (56)参考文献 特開 昭61−100608（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−187610（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−210908（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−168812（ＪＰ，Ｕ) 英国特許出願公開2186085（ＧＢ，Ａ) 英国特許出願公開2158579（ＧＢ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01C 19/56 G01P 9/04
Claims (3)
- 【請求項１】 半導体レーザ基板に垂直な振動子と、該
振動子の垂直軸を中心とする回転に伴うコリオリの力に
よって振動子の振動と直角方向に生じる変位を検出する
ための検出用半導体レーザと、検出用半導体レーザの光
出力を検出する光検出器とを同一基板上に集積化したこ
とを特徴とする光振動ジャイロ。 - 【請求項２】 半導体レーザ基板に垂直な振動子と、該
振動子に固有振動を励起するための振動励起用半導体レ
ーザと、振動子の垂直軸を中心とする回転に伴うコリオ
リの力によって振動子の振動と直角方向に生じる変位を
検出するための検出用半導体レーザと、検出用半導体レ
ーザの光出力を検出する光検出器とを同一基板上に集積
化したことを特徴とする光振動ジャイロ。 - 【請求項３】 半導体レーザ基板に垂直な三角柱状振動
子と、該振動子の一辺（励振辺）に光パルスビームを照
射して固有振動を励起するための振動励起用半導体レー
ザと、振動子の垂直軸を中心とする回転に伴うコリオリ
の力によって振動子の振動と直角方向に生じる変位を測
定するために、該振動子の他の二辺（検出辺）のそれぞ
れに配置した検出用半導体レーザと、各検出用半導体レ
ーザの光出力を検出する光検出器とを同一基板上に集積
化したことを特徴とする光振動ジャイロ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28030092A JP3144600B2 (ja) | 1992-10-19 | 1992-10-19 | 光振動ジャイロ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28030092A JP3144600B2 (ja) | 1992-10-19 | 1992-10-19 | 光振動ジャイロ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06129856A JPH06129856A (ja) | 1994-05-13 |
| JP3144600B2 true JP3144600B2 (ja) | 2001-03-12 |
Family
ID=17623068
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28030092A Expired - Fee Related JP3144600B2 (ja) | 1992-10-19 | 1992-10-19 | 光振動ジャイロ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3144600B2 (ja) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2158579A (en) | 1984-01-23 | 1985-11-13 | Piezoelectric Technology Inves | Angular rate sensor system |
| GB2186085A (en) | 1986-02-04 | 1987-08-05 | Draper Lab Charles S | Vibratory digital integrating accelerometer |
-
1992
- 1992-10-19 JP JP28030092A patent/JP3144600B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2158579A (en) | 1984-01-23 | 1985-11-13 | Piezoelectric Technology Inves | Angular rate sensor system |
| GB2186085A (en) | 1986-02-04 | 1987-08-05 | Draper Lab Charles S | Vibratory digital integrating accelerometer |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06129856A (ja) | 1994-05-13 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |