JPH02189412A - 光フアイバジヤイロ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、サグナック効果を利用して移動体の回転角
度あるいは回転角速度等をｉｉｌ’ｌ定する光ファイバ
ジャイロに係り、特にその測定レンジの拡大並びに測定
精度の向上を併せ図る上で好適な処理回路構成の具現に
関する。

〔従来の技術〕

周知のように、光ファイバジャイロは、サグナック効果
を利用した干渉形レーザジャイロの干渉系を光ファイバ
によって構成したものであり、ビームスプリッタを介し
て２分した光ビーム（レーザ光）を光ファイバループの
両端から入射せしめるとともに、これら入射光の該光フ
ァイバループによる各伝搬光を再びビームスプリッタを
介して同一光路に導くことによって、ｌ　Ｗｅ光ラフア
イパルプ、サグナック効果に基づく光下渉を得るように
している。この′１；渉先は、適宜のフォトディテクタ
を通して、上記光ファイバループのループ方向への回転
情報（角速度）を示す電気信号として取り出される。

ところで、こうした光ファイバジャイロにおいては、感
度向上のための種々の工夫が提案されており、中でも、
上記光ファイバループを伝搬する光の位相を所要に変調
せしめ、同光ファイバループの回転情報をπ／２だけ移
相した情報すなわちｓｉｎ関数情報として取り出す（通
常上記回転情報を示す信号は、光ファイバループの静止
状態で最大値を示すｃｏｓ関数情報として出力される）
ようにした位相変調方式が１分解能を高め、かつ零点を
安定化し得る方式として注目を集めている。第３図に、
こうした位相変調方式を採用した光ファイバジャイロの
一例を示す。

すなわちこの第３図に示す光ファイバジャイロにおいて
、■はレーザビーム発生器、２ａおよび２ｂは上記ビー
ムスプリッタとして作用する光カプラ、３は光ファイバ
ループ（光フアイバコイル）、４はＰＺＴ（電気歪振動
子）等からなる位相変調器、５は上記フォトディテクタ
として用いられるフォトダイオ−１−１６は上記位相変
調器４を駆動するための周波数ｆ、なる電気信号を発生
する発振器、そして７は上記フ第１・ダイオード５を通
じて光−電変換された信号を上記発振８〃６から出力さ
れる周波数ｆｏなる信号に基づきロックインして抽出出
力するロックイン増幅８ｔであり、通常このロックイン
増幅器７からは、上記フォトダイオード５によって光−
電変換される干渉光成分のうち、基本周波数の変調成分
である。

Ｅｏ＝ＫＪｔ（’１）２ｓｉｎ２Δ０　　　　　　−（
１）ただし、ｙｌ＝２ｍｆｓｉｎ２ｉｆｏＴここで、Ｋ
　　：定数 Ｊｌ　　：第１種ベッセル関数−次項 ２ΔＯ：サグナック位相差 ｍｆ　：変調指数 ｆｏ　　　：変調周波数 Ｔ　　：光フアイバ中の光伝搬時間 なる成分が、その出力Ｅｏとして抽出されることが知ら
れている。因みに、ベッセル関数表によれば、η＝１．
８４　　にてＪｔ（η）の値が最大となることがわかっ
ていることから、通常こうした光ファイバジャイロでは
、η＝１．８４　　といった値が得られるよう変調指数
ｍｆ　（一般には位相変調器４に加える電圧値によって
決定される）を定めた上で、上記（１）式に示されるｓ
ｉｎ波成分を取り出すようにしている。

このように、第３図に例示したような位相変調方式の光
ファイバジャイロによれば、位相変調を施さない場合に
、第４図（ａ）に示されるようなｃｏｓ関数情報として
取り出される干渉光出力を、上記の位相変調によって、
同第４図（ｂ）に示されるようなｓｊｎ　１５！Ｉ数情
報として取り出すことがｉｉＪ能となる。これら第４図
（ｉ３）および（ｂ）を比較して明らかなように、この
ことは、出光ファイバジャイロの低速回転域におけるリ
ニアリティーが改善され、ひいては同低速回転域におけ
る４１す定感度も大幅に向上されることを意味する。

〔発明が解決しようとする課題〕

以上のように、位相変調方式による光ファイバジャイロ
は、その低速回転域におけるリニアリティーを改善し、
開城での感度を向上するといった点においては確かに有
効であるものの、第３図に示したような光ファイバジャ
イロでは、測定レンジが狭く、実用上はなお問題を残す
ものであった。

すなわち第４図（ｂ）に範囲Ｒとして示されるように、
該光ファイバジャイロの場合、サグナック位相シフト２
Δθを基準にして、±（π／２）の範囲でしかその回転
角速度を測定することができなかった。例えば同第４図
（ｂ）に付記するように、（π／２）±αといった値を
想定した場合、これはｓｉｎ　２Δ０　の波形上におい
て値、符号共に等しく、２Δ０の値が（π／２）−αな
のか、あるいは（π／２）＋αなのか識別することがで
きないのである。しかも、この２ΔＯの値が±（π／２
）付近となる領域では、同２Δθの値の変化に対するｓ
ｉｎ　２ΔＯの値の変化が緩慢となって、同領域での、
ｉｌＱ定精度を劣化させることから、実質的に使用でき
る１ｌｌＱ定レンジは、上記の範囲Ｒ（第４図（ｂ）参
照）よりも更に狭いものとなっている。

また、第３図に示したような光ファイバジャイロでは、
ビーム発生器１から発生されるレーザの１１力に変動が
来たす場合はもとより、光学系の損失や、光カブラ２ａ
および２ｂの分岐比に、温度変化などを起因とした変動
が生したような場合。

その測定値がこれらの要因によって直接影響を受けるこ
ととなる。これでは、たとえ上記ａｌ’ｌ定レンジの面
での改善が可能であったとしても、そのｈ＋ｇ定値の信
頼性を保つことはできない。

この発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり
、６１す定レンジの拡大とａｌｌ定精度の向上とを併せ
図ることのできる光ファイバジャイロを提供することを
ｌ］的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明では、前記サグナック干渉光のフォトディテク
タによる光−電変換信号からｓＪｎ波成分およびｃｏｓ
波成分の信号をそれぞれ抽出する検波手段と、これら抽
出されたｓ　ｉ　ｎ波成分信号およびｃｏｓ波成分信号
からｔａｎ成分を演算する第１の演算手段と、同しくこ
れら抽出されたｓｊｎ波成分信号およびｃｏｓ波成分信
号からｃｏｔ成分を演算する第２の演算手段と、これら
第１および第２の演算手段による演算結果に応じて上記
ｔａｎ成分若しくはｃｏｔ成分のいずれもその絶対値が
１以下となる範囲の値を光ファイバループのループ方向
回転情報として出力する第３の演算手段と、をそれぞれ
具えて光ファイバジャイロを構成するようにする。

〔作用〕

上記検波手段を通じて抽出されるｓｊｎ波成分信号およ
びｃｏｓ波成分信号には、サグナック干渉光の主に振幅
変動の要因となる各種不安定要素係数（雑音係数）が共
通に含まれる。したがって、上記第１および第２の演算
手段を通じてこれら２種の信号からｔａｎ成分（＝ｓｉ
ｎ波成分／Ｃｏ！ＩＩ波成分）あるいはｃｏｔ成分（＝
ｃｏｓ波成分／ｓｉｎ波成分）を演算することにより、
上記雑音係数は相殺され、サグナック位相差に純粋に対
応した信号成分のみが取り出されるようになる。

また、これらｔａｎ成分およびｃｏｔ成分の値は、互い
にその絶対値が１以下となる範囲では、各々絶対値１を
頂点としてサグナック位相差（２Δθ）方向に連続する
ようになるものであり、上記第３の演算手段の如く、い
ずれも絶対値が１以下となる範囲でこれらｔａｎ成分若
しくはｃｏｔ成分の値の該当するものを選出するように
することで、前記測定レンジも自ずと拡大されることと
なる。

〔実施例〕

第１図に、この発明にかかる光ファイバジャイロの一実
施例を示す。なおこの第１図において、先の第３図に示
した要素と同一の要素にはそれぞれ同一の符号を付して
示している。

はじめに、該実施例に関する理解を容易とするために、
同第１図を参照して１位相変調力式光ファイバジャイロ
による角速度出力について考察を加えてみる。

いま、光ファイバループ３の半径を１（、同ループ３を
構成する光ファイバの全長をＩｌ、同ループ３がそのル
ープ方向に回転するときの角速度をΩとするとき、サグ
ナック効果による干渉光の位相差へ〇が、 λＣ として表わされることはよく知られている。ここで、λ
は上記光ファイバループ３を伝搬する光の波長であり、
またＣは同伝搬先の光速である。

また、同第１図に付記して示すビーム発生器１から発生
される光信号ｅしが、 ８Ｌ：　Ｋｓｉｎωｔ　　　　　　　　　　　　　　　
　　−（３）Ｋ　：定数 ωＬ：先の角周波数 で表わされるとき、これが光カブラ２ａまたは２ｂによ
って２分されてＣＷ力方向右回り方向）で上記光フフイ
バルーブ３に入射される光信号ｅｃは、 ｅ　ｃ　＝　Ｋ１５ｉｎωｔ Ｋ１　：当該光路定数　　　　　　　　　・・・（４）
同じく２分されてＣＣＷ方向（左回り方向）で同光ファ
イバループ３に入射される光信号ｅＱＱは、ｅ　ｃ　ｃ
　＝　Ｋ１５ｉｎωｔ　　　　　　　　　　＝（５）Ｋ
２：当該光路定数 となり、更にこれら光信号ｅｃおよびＱＱＱが、位相変
調器４によって位相変調され、かつ上記光ファイバルー
プ３を通じてサグナック位相シフトを受けて、同光ファ
イバループ３から光カプラ２ｂへ帰還される光信号ｅ　
ｃ　ｒｎおよびｅｃｃ、ｍは、それぞれ ｅｃｍ＝Ｋｔｓｉｎ（ωｔ＋α＋Δｆ））　　　　・（
６）ｅ　　ｃ　　ｃ　　ｍ　　＝　　Ｋ２ｓｉｎ（ω　
し　−　β　−Δ　θ　）　　　　　　　・・（７）と
なる。ここで、αおよびβは、位相変調器４によってそ
れぞれ上記光信号ｅｃおよびＱＱＱに与えられる変調量
を示し、それぞれ ａ＝ｍ　ｆｓｉｎ（ｐ　Ｌ＋γ）　　　　　　　　−（
８）β＝　ｍ　ｆ　５ｉｎ（ｐ　を−γ）・・（９）ｍ
ｆ：変調指数（変調の深さを示す値）Ｉ、仁：変調する
角周波数 γ　：角周波数に対する位相差 といった内容を有している。

さて、こうした光ファイバジャイロ（ジャイロ部１．０
）にあっては、」二記（６）式および（７）式として示
される光信号ａ　ｃ　ｒｎおよびＱ　（２ＣＩｎが、光
カプラ２ｂおよび２ａを介して同一光路に導かれ、フォ
トダイオード５に合成入力（入射）されるものと考えら
れる。ここに、この合成光（干渉光）をＰ＋、とすると
き、該干渉光ＰＬは、次式によって与えられる。

ＰＬ：　　　ｅｃｍ＋ｅｃｃｍ　　　”：ＫＩＫＺ（１
−ｃｏｓ（２（１１ｔ　＋　α＋β））　（１−ｃｏｓ
（２ΔＯ＋β−α）〕・・・（１０） 一方、」二記（８）式および（９）式からα＋β＝　ｍ
　ｆ　（ｓｉｎ（ｐ　ｔ　＋７　）十５ｉｎ（Ｐ　ｔ　
　’／　））＝２ｍｆｓｉｎｐｔｃｏｓｙ　　　　°・
＝（１１）α　−β　＝　ｍ　　ｆ　　（ｓｉｎ（ｐ　
　ｔ　　＋　　ｙ　）−ｓｉｎ（ｐ　　ｔ　　　　ｙ　
））＝−２ｍ　ｆ　ｃｏｓ　ｐ　ｔ　ｓｉｎγ　　　　
−（１２）であることから、これら（１１）式および（
１２）式を上記（ｌＯ）式に代入して、 ＰＬ＝ＫｔＫｚ（１−Ｃｏｇ（２（１１ｔ　＋２ｍ　ｆ
ｓｉｎｐ　ｔ、ｃｏｓγ）〕Ｘ（１＋ｃｏｓ（２Δθ−
２ｍ　ｆｃｏｓｐ　ｔｓｉｎｙ））：ＫＩＫＺ（１−ｃ
ｏｓ２　（１）　ｔｃｏＳ（２ｍ　ｆｃｏｓＹｓｉｎｐ
　ｔ）−ｓｉｎ２ωし５ｉｎ（２ｍ　ｆ　ｃｏｓ　ｙ　
ｓｉｎ　ｐ　ｔ　））Ｘ（１＋ｃｏｓ２ΔＯｃｏｓ（２
ｍｆｓｉｎｙｃｏｓｐ　ｔ）＋　ｓｉｎ　２ΔＯ５ｉｎ
（２ｍ　ｆ　ｓｉｎγｃｏｓｐｔ））・・・（１３） こうして与えられる干渉光ＰＬがフォトダイオード５を
通じて電流信号に変換（光−電変換）される。この際、
該フォトダイオード５は光の角周波数ωしには応答しな
いことから、この変換電流は、これを■【、とすると、
上記（１３）式におけるｃｏｓωｔ、ｓｉｎωしを含ま
ない項、すなわちＩＬ＝ＫｚＫｚ（１＋ｃｏｓ２Δθｃ
ｏｓ（２ｍ　ｆｓｉｎｙｃｏｓｐ　ｔ）＋５ｉｎ２Δθ
ｓｉｎ（２ｍｆｓｉｎｙｃｏｓｐ　Ｌ））　　−（１４
）といった形にて表わされることとなる。この（１４）
式を級数展開すれば、 ＩＬ＝ＫｔＫｚ（１＋ｃｏｓ２Δ（Ｊ　ｏ（２ｒｎ　ｆ
　ｓｉｎγ）Ｘｃｏｓ（２ｎ＋１）ｐ　ｔ）） ＝ＫｔＫｚ（１＋ｃｏｓ２ΔθＪｏ（２ｍｆｓｉｎｙ）
＋２ｓＬｎ２ΔθＪｔ（２ｍｆｓｉｎｙ）ｃｏｓｐ　ｔ
−２ｃｏｓ２ΔθＪ　ｚ（２ｍ　ｆ　５ｉｎｙ　）ｃｏ
ｓ２　ｐ　ｔ−２ｓｉｎ　２ΔＯＪｓ（２ｍｆｓｉｎｙ
）ｃｏｓ３ｐ　ｔ＋２ｃｏｓ２ΔθＪａ（２ｍｆｓｉｎ
γ）ｃｏｓ４　ｐ　　ｔ＋　２　ｓｉｎ　２ΔＯＪａ（
２ｍｆｓｉｎＹ）ｃｏｓ５ｐ　ｔ〕 ・・（１５） となり、上記電流ＩＬは、各次高調波成分が合成されて
構成されていることがわかる。位相変調方式光ファイバ
ジャイロにあっては通常、この（１５）式における基本
波成分、すなわち ｒ２ｓｉｒ＋２ΔθＪ　ｔ（２ｍ　ｆ　５ｉｎｙ）ｃｏ
ｓｐ　ｔ　４項を抽出して、その角速度出力としている
（前記（］）式ここで、同（１５）式におけるｓｉｎγ
　の値について検討してみる。

上記ｒ２ｓｉｎ２ΔＯＪ　１（２ｍ　ｆ　５ｉｎｙ）ｃ
ｏｓｐ　ｔ　Ｊにおいてその抽出出力を最大にもってい
くためには、ｒ　Ｊ　ｔ（２ｍ　ｆ　５ｉｎｙ）４を最
大にする必要がある。このための最適なる方法は、ｓｉ
ｎγ　を最大にし、ｒｎ　ｆの値を最小にして ２ｍｆｓｉｎｙ＝１．８４ とすることである。このときＪｌ　（１，８４）が最大
となる。なお、これとは逆に、　ｓｉｎγ　を小にし、
ｍｆを大きくしてＪｔ　（１，８４）とすることは、位
相変調器（ＰＺＴ）４への印加電圧を大きくすることで
あり、これでは該変調器の不要モード振動が大きく、変
調雑音も増大する。

このように、ｓｉｎγ　を最大にしないと、すなわちγ
＝（π／２）にしないと、Ｓ／Ｎのよくない結果となる
。

したがって実用上は、上記（８）式および（９）式につ
いても、これを とする必要がある。このことは、光ビームが光ファイバ
ループ３内を伝搬する時間内に対称に変調位相が動くこ
とを意味する。最後に、こうした条件に基づく前記変調
周波数ｆｏの最適値について、これを考察してみる。

いま、光ファイバループ３中の光伝搬時間Ｔが、Ｔ＝　
ｎ　Ｌ／Ｃ−（１６） ｎ：コア屈折率 Ｌ：光ファイバの全長 Ｃ：光速 の如く決められるとすると、上記変調位相が対称に動く
ための条件は、 Ｔ／　２　Ｎ　＝　ｎ　Ｌ／Ｃ−（１７）Ｎ＝１．２，
３．・・・ となる。

一方、変調周波数をｆとすれば、これはｆ＝１／Ｔ　　
　　　　　　　　　　　　・・・（１８）となる。

したがって、この（１８）式に上記（１７）式を代入す
れば。

ｆ　＝　Ｃ／　２　Ｎ　ｎ　Ｌ　　　　　　　　　　　
＝・（１９）となり、上記γ＝（π／２）を満足させ得
る最小の変調周波数ｆａは、 ｉ　ｏ＝　Ｃ／　２　ｎ　Ｌ　　　　　　　　　　　　
”・（２０）となることがわかる。

次に、第２図を併せ参照して、第１図に示す実施例装置
の原理についてまず説明する８この実施例では、上記（
１５）式の如く求められる角速度出力のｒ　２ｓｉｎ　
２ΔθＪ　１（２ｍ　ｆ　ｓｉｎ　ｙ　）ｃｏｓ　ｐ　
ｔ　４項とｒ２ｃｏｓ２ΔＯＪｚ（２ｍｆｓｉｎｙ）ｃ
ｏｓ２ｐ　ｔＪ項とをそれぞれ抽出して、すなわちより
一般的には、５ｉｎ２Δ０の成分とｃｏｓ２Δθの成分
とをそれぞれ抽出して用いる。これら抽出される成分は
。

第２図（ａ）に示されるように、２ΔＯの値に応じてそ
れぞれ周期的にその値が変化する。なお、上記の考察に
おいては、５１項のみを抽出することを想定して、上記
（２ｍｆｓｉｎｙ）の値を（１，８４）に選ぶことが、
その振幅を最大にもっていく上で好ましい旨説明したが
、ここでの例のように、Ｊｔ項および５２項の２つの成
分を用いる場合には、それぞれの（２ｍｆｓｉｎｙ）の
値を（２，４）付近に選ぶことが、それぞれの振幅値を
同等のものとし、かつ直流成分（Ｊｏ項）を最小とする
上で有効である。これらはいずれも、第１種ベッセル関
数によって明らかである。

またこの実施例では、上記ｓｉｎ　２Δθ　の成分とｃ
ｏｓ　２Δθ　の成分とを相互に割算することによつて
、ｔａｎ　２Δ０　の成分（＝ｓｉｎ２ΔＯ／ＣＯ５２
Δθ）とｃｏｔ　２ΔＯの成分（＝ｃｏｓ２ΔＯ／５ｉ
ｎ２ΔＯ）とを新たに求め、第２図（ｂ）、（ｃ）およ
び（ｅ）に示されるように、２ΔＯの値が、−一≦≦２
八〇≦πの各範囲では、該実施例光ファイバジャイロの
角速度出力として上記ｔａｎ　２ΔＯの値を採用し、ま
た同２ΔＯの値が、−一π≦２ΔＯ同角速度出力として
上記ｃｏｔ　２ΔＯの値を採用する。因みに、こうした
条件のもとで採用されるこれらの各位は、いずれも互の
絶対値が１以下の値となり、またこれら全ての範囲にわ
たって高いリニアリティーが維持される。

そしてこの実施例では、上記抽出された５ｉｎ２ΔＯ若
しくはｃｏｓ　２Δθ　の各成分の値について更にこれ
を、上記角速度出力の７１ｉｌｌ定域を特定するための
参照情報として用いる。

すなわち、第２図（ｂ）に破線にて示す５ｉｎ２ΔＯの
値の特定と同第２図（ｂ）に実線にて示すｔａｎ　２Δ
０　およびｃｏｔ２ΔＯの上記採用される範囲での値の
特性とを比較して明らかなように、例えば第２図（ｄ）
でいう４１す定職１と測定域１■とでは、共にその採用
される出力値が０≦ｔａｎ２ΔＯ≦１の範囲となって、
この値のみでは、これらいずれの測定域での値かが判別
不能であるところ、同第２図（ｂ）の如く、上記ｓｉｎ
　２ΔＯの値を参照するようにすることで、その正負の
符号に基づき、瞭然とこれらｉｌｌ！ｌ定域の判定職可
能になる。図示されるーπ≦２八〇≦πの範囲では、出
力値が０≦ｔａｎ　２Δθ≦１の範囲にあって、５ｊｎ
２Δ１）の値の符号が正（第２図（ｂ）の斜線領域）と
なる３１１定域は、第２図（ｄ）に示す測定域１以外に
存在しない。このことは、第２図（Ｃ）に示すｃｏｓ　
２ΔＯの値（符号）との関係においても準用される。次
表は、第２図（ｄ）に示される各７１１！Ｉ定域別に、
これら特定される関係を一覧したものである。

このような原理に基づいて角速度の４１１定を行なうよ
うにすれば、少なくとも２ΔＯの変化範囲で２πラジア
ンに相当するレンジ領域においては、いかなる状況下に
あっても、すなわち時間的に連続して追わなくとも即座
にその測定域を的確に把握することができるとともに、
同領域中のいかなる部分においても、リニアリティーに
富んだ感度の高い角速度測定が実現される。また、上記
の如＜　ｔａｎ成分およびｃｏｔ成分を演算することで
、前記（１５）式における定数ＫＩＫ２は相殺されるこ
ととなり、したがってこれら定数Ｋ　ＩＫ　２に含まれ
る不安定要素によって上記測定される角速度出力が悪影
響を受けることもない。

さて、第１図に示す実施例装置は、こうした原理のもと
に構成されたもので、同第１図に示される如く、先に考
察を施したジャイロ部１０と、該ジャイロ部１０の位相
変調器４を駆動するための変調制御部２０と、同ジャイ
ロ部１０のフォトダイオード５（通常Ｐｉｎフォトダイ
オードが用いられる）を通じて光−電変換された電気信
号を所要に処理して角速度出力若しくは角度出力を得る
ための信号処理部３０と、の大きくは３つの部分を有し
て構成される。

このうち、変調制御部２０は、前記（ｚＯ）式にて示さ
れるような最適変調周波数ｆＯの４倍の周波数の信号４
ｆｏを発振出力する発振器２１、この９！振された信号
４Ｊｏ　を受入してこれを１／２分周する第１分周器２
２、この１／２分周された信号２ｆｏを受入して更にこ
れを１／２分周する第２分周器２３、そしてこの第２分
周器２３による分周によって上記周波数ｆ　ｏ　となっ
た信号を例えば」１記原理で述べた如＜（２ｍｆｓｉｎ
γ）＝（２，４）とし得る値に増幅してジャイロ部１０
の位相変調器４に印加する増幅器２４．をそれぞれ具え
て構成されている。この変調制御部２０では、上記増幅
器２４を通じた位相変調器４の駆動制御はもとより、上
記第１および第２分周器２２および２３を通じて、上記
信号処理部３０に対する同期４３号の形成をも併せ行な
うようになっている。

また、信号処理部３０は、ジャイロ部１０のフォトダイ
オード５を通じて光−電変換された電流ＩＬ　　（前記
（１５）式参照）を電圧４ｉ号に変換する■／Ｖ　（電
流／電圧）コンバータ３１、この変換された電圧信号を
所要に増幅する交流増幅器３２、この増幅された信号か
ら変調制御部２０の上記第１分周器２２による分周出力
２ｆｏに基づいてその第２次高調波底分、すなわち前記
（１５）式におけるｒ２ｃｏｓ２ΔＯｄｚ（２ｍｆｓｉ
ｎγ）ｃｏｓ２ｐ（１の項の振幅値ＫＩＫｚ２ｃｍｏｓ
２ΔθＪ　２（２１Ｔｌ　ｆ　ｓｉｎ　ｙ　）に相当す
る信号を抽出（同期検波）する第１同期検波器３３ａ、
この同期検波された信号（アナログ信号）を適宜の分解
能にてディジタル信号に変換する第１Ａ／Ｄ（アナログ
／ディジタル）コンバータ３４ａ、上記交流増幅器３２
にて増幅された信号から変調制御部２０の上記第２分周
器２３による分周出力ｆａに基づいてその基本波成分、
すなわち前記（１５）式における ｒ　２　ｓｉｎ　２ΔＯＪｌ（２ｍｆｓｉｎｙ）ｃｏｓ
ｐ　ｔＪの項の振幅値Ｋ　ＩＫ　２２　ｓｉｎ　２Δθ
Ｊ　ｔ（２ｒｎ　ｆ　ｓｉｎ　ｙ　）に相当する信号を
抽出（同期検波）する第２同期検波器３３ｂ、この同期
検波された信号を」二記第１Δ／Ｄコンバータ３４ａと
同様にディジタル信号に変換する第２　Ａ　／　Ｄコン
バータ３４ｂ、これらＡ／Ｄコンバータ３４−　ａの出
力（ｃｏｓ　２ΔＯ成分）およびＡ／Ｄコンバータ３４
ｂの出力（ｓｉｎ２ΔＯ成分）をそれぞれ受入して上記
の原理にて述へたｔａｎ　２Δ０　の成分（＝ｓｉｎ２
Δ０／ｃｏｓ２ΔＯ）を演算出力するｔａｎ演算器３５
、同じくこれらＡ／Ｄコンバータ３４ａおよび３４ｂの
出力をそれぞれ受入して上記の原理にて述へたｃｏｓ　
２ΔＯの成分（＝ｃｏｓ２ΔＯ／５ｉｎ２Δ０）を演算
出力するｃｏｔ演算器３６．そして上記Ａ　／、　Ｄコ
ンバータ３４ａ若しくは３４ｂの出力を参照しつつ、こ
れらｔａｎ演算器３５およびｃｏｔ演算器３６による演
算結果に応じて、いずれもその絶対値が１以下となる範
囲の値を、ジャイロ部１０の角速度情報として、または
これを時間積分して角度情報として演算出力する演算装
置３７、をそれぞれ具えて構成されている。

すなわちこの信号処理部３０において、上記第１および
第２同期検波器３３ａおよび３３ｂは、それぞれその検
波動作を通じて、第２図（、）に示される如く２種の信
号成分ｃｏｓ　２Δθ　およびｓｉｎ　２Δθ　の抽出
を行ない、また上記ｔａｎ演算器３５およびｃｏｔ演算
器３６は、それぞれの除算演算を通じて、上述した原理
に基づくリニアリティーの高い角速度値の算出（第２図
（ｂ）または（Ｑ）参照）、並びに不安定要素の含まれ
る定数Ｋ　ＩＫ　２の相殺を行ない、そして上記演算装
置３７は、上記各算出された角速度値の、上記抽出され
たｃｏｓ　２八〇　成分若しくはｓｉｎ　２ΔＯ成分信
号の符号を参照しつつの選出動作を通じて、上述した原
理に基づく測定角速度値の特定を行なう。

このように、第１図に示した実施例装置によれば、上述
した原理に即して、光ファイバジャイロとして高い精度
のもとにその角速度を測定することのできるレンジを、
２ΔＯの値を基準として少なくとも−π≦２Δθ≦πの
範囲まで拡大することができるとともに、ジャイロ部１
０での光伝搬に際して生じる定数ＫＩＫ２を相殺して、
この測定される値を更に信頼性の高いものとすることが
できる。

なお、上記−π≦２Δθ≦πの範囲とは、時間的に不連
続であれ、即座にその角速度値を特定することのできる
範囲であり、例えば２Δθ＝Ｏの時点から時間的に連続
して同測定がなされる場合には、この測定することので
きるレンジも±ψ（無限大）となる。またこの場合には
、測定域を特定するためのｃｏｓ　２Δ０成分若しくは
ｓｉｎ　２へ〇成分信号の参照も不要となり、上記演算
装置３７としては、ｔａｎ演算器３５およびｃｏｔ演算
器３６にて算出される各位のいずれもその絶対値が１以
下となる範囲のものを都度選出する機能のみを有するこ
とで足りる６因みに、上記「時間的に不連続」とは、ジ
ャイロ部１０（光ファイバループ３）が回動した後に電
源（図示せず）が投入されたり、測定中に電源の切換え
や、明断が行なわれたりするような状況を意味する。

また、上記相殺される定数ＫｘＫｚとは、ビーム発生器
１から発生される光ビームの出力変動をはじめ、光カプ
ラ２ａおよび２ｂの分岐比変動、光ファイバループ３の
損失変動、等々の要素が実質的に集約される定数である
。したがってこの定数Ｋ　Ｉ　Ｋ　ｚが相殺されるとい
うことは、ジャイロ部１０の角速度出力に生じるこれら
変動要素による悪影響が全て除去されることを、低味す
る。

ところで、上記の実施例においては、第１図あるいは第
３図に示されるような位相変調方式光ファイバジャイロ
にこの発明が適用される場合についてその原理並びに構
成例を示したが、サグナック効果による干渉光出力から
、上記のｓｉｎ波成分およびｃｏｓ波成分さえこれを共
に抽出できるものであれば、他のいかなる方式の光ファ
イバジャイロであれ、この発明の適用は可能である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明にかかる光ファイバジャ
イロによれば、広い角速度若しくは角度範囲にわたって
、リニアリティーに優れた高感度測定が実現されるとと
もに、測定値の安定性および信頼性も高く維持されるよ
うになる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明にかかる光ファイバジャイロの一実施
例を示すブロック図、第２図はこの実施例光ファイバジ
ャイロの動作原理並びに動作特性を示す線図、第３図は
従来の位相変調方式光ファイバジャイロの一例を示すブ
ロック図、第４図は位相変調と施さない場合と位相変調
を施す場合とで光ファイバジャイロの動作特性を対比し
て示す線図である。 １・・・ビーム発生器、２ａ、２ｂ・・・光カプラ、３
・・・光ファイバループ、４・・・位相変調器、５・・
・フ第１・ダイオード、２１・・・発振器、２２．２３
・・・１７２分周器、３３ａ、３３ｂ・・・同期検波器
、３５・・・ｔａｎ演算器、３６・・・ｃｏｔ演算器、
３７・・・演算装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ビームスプリッタを介して２分した光ビームを光フ
   ァイバループの両端から入射せしめるとともに、これら
   入射光の該光ファイバループによる各伝搬光を再びビー
   ムスプリッタを介して同一光路に導く、これら導かれた
   光のサグナック効果に基づく干渉光を前記光ファイバル
   ープのループ方向回転情報としてフォトディテクタを通
   じて光−電変換抽出する光ファイバジャイロにおいて、 前記フォトディテクタによる光−電変換信号からｓｉｎ
   波成分およびｃｏｓ波成分の信号をそれぞれ抽出する検
   波手段と、 前記抽出されたｓｉｎ波成分信号およびｃｏｓ波成分信
   号からｔａｎ成分を演算する第１の演算手段と、 前記抽出されたｓｉｎ波成分信号およびｃｏｓ波成分信
   号からｃｏｔ成分を演算する第２の演算手段と、 これら第１および第２の演算手段による演算結果に応じ
   て、前記ｔａｎ成分若しくはｃｏｔ成分のいずれもその
   絶対値が１以下となる範囲の値を、前記光ファイバルー
   プのループ方向回転情報として出力する第３の演算手段
   と、 を具えたことを特徴とする光ファイバジャイロ。 ２、前記第３の演算手段は、前記検波手段により抽出さ
   れたｓｉｎ波成分信号若しくはｃｏｓ波成分信号の正、
   負の符号を参照して、前記回転情報として出力する値の
   測定域を特定する、 請求項１記載の光ファイバジャイロ。