JPH0260127B2 - - Google Patents

Info

Publication number
JPH0260127B2
JPH0260127B2 JP58193230A JP19323083A JPH0260127B2 JP H0260127 B2 JPH0260127 B2 JP H0260127B2 JP 58193230 A JP58193230 A JP 58193230A JP 19323083 A JP19323083 A JP 19323083A JP H0260127 B2 JPH0260127 B2 JP H0260127B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
optical fiber
semi
mirror
laser gyroscope
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP58193230A
Other languages
English (en)
Other versions
JPS6085313A (ja
Inventor
Koji Akyama
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yokogawa Electric Corp
Original Assignee
Yokogawa Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Yokogawa Electric Corp filed Critical Yokogawa Electric Corp
Priority to JP58193230A priority Critical patent/JPS6085313A/ja
Publication of JPS6085313A publication Critical patent/JPS6085313A/ja
Publication of JPH0260127B2 publication Critical patent/JPH0260127B2/ja
Granted legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01CMEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C19/00Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
    • G01C19/58Turn-sensitive devices without moving masses
    • G01C19/64Gyrometers using the Sagnac effect, i.e. rotation-induced shifts between counter-rotating electromagnetic beams
    • G01C19/72Gyrometers using the Sagnac effect, i.e. rotation-induced shifts between counter-rotating electromagnetic beams with counter-rotating light beams in a passive ring, e.g. fibre laser gyrometers

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Lasers (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)
  • Gyroscopes (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、航空機等の移動体の慣性空間におけ
る自己位置、速度、姿勢等を知るための慣性航法
装置の角速度センサーとして用いられるジヤイ
ロ、特にレーザ光源と光フアイバを用いた光フア
イバレーザジヤイロに関する。
〈従来技術〉 第1図に光フアイバレーザジヤイロの基本構成
を示す。1は可干渉レーザ光を発生する半導体レ
ーザ、L1は1よりの出射光を平行ビームbに集
光するレンズ、2はビームbを反射光b1、透過光
b2に2分するための半透過鏡(ビームスプリツタ
ー)である。2分されたビームb1,b2は、集光レ
ンズL2,L3を介してループ状に巻回された単一
モード光フアイバ3の両端より左回り光及び右回
り光として入射する。この光フアイバよりの出射
光b2′及びb1′は集光レンズL2及びL3を介して再び
半透過鏡2を透過及び反射し、干渉光b3として集
光レンズL4を介してフオトダイオード等による
受光素子4に入射する。
ここで、光学系全体が紙面に平行な面内で慣性
空間に対して角速度Ωで回転すると、左回り光b1
と右回り光b2の間にはサグナク(SAGNAC)効
果により、 Δθ=4πlr/cλ・Ω (1) なる位相差が生じる。ただし、l,rはフアイバ
の長さ及びループ半径、c,λは真空中でのレー
ザ光の光速、波長である。
従つて、受光素子4で観測される干渉光b3の強
度Iは、b1′=Acosωt、b2′=Acos(ωt+Δθ)と
したとき、 I=|b1′+b2′|2=Acosωt +Acos(ωt+Δθ)|2 =A|cos2ωt+cos2(ωt+Δθ) +2cosωtcos(ωt+θ)| =A(1+cosΔθ) =A{1+cos(4πlr/Cλ・Ω)} (2) で表わされる。
(2)式より明らかなように、Ωの変化に対するI
の変化はΩの余弦に比例するので、Ωが極めて小
さいときの変化率は極めて小さく、微小回転時の
感度が低い欠点がある。
この問題点を解決するためには、(2)式を正弦に
比例する形、即ち位相を90゜遅らせるように光学
系の構成を工夫すればよく、従来デフオーカス
法、直交偏波法、位相変調法、光ヘテロダイン法
等10種以上の手法が提案されているが、そのいず
れもパワー利用効率が著るしく低下したり、2つ
の偏波状態を同特性で伝達する光フアイバの実現
がむずかしかつたり、又付加要素を多数必要とし
て構造が複雑高価になる欠点を有している(種々
の光学系の構成法に関しては「計測と制御」第20
巻第10号(昭和56年10月)第937頁〜第946頁に詳
述されている)。
〈本発明の構成〉 本発明は複雑な光学系の構成や付加要素を一切
必要としないで、干渉波に対して90゜の位相遅れ
を作ることができる光フアイバレーザジヤイロを
提供するもので、その構成上の特徴点は、 (1) レーザ光源として直線偏光光源を用いる。
(2) 光フアイバとして偏波面保存光フアイバを用
いる。
(3) 半透過鏡としてインコネルハーフミラーのご
とき反射によつて位相遅れ特性を有する金属薄
膜を用い、入射角を所定の値にすることによ
り、2回反射光に対し90゜の位相遅れを持たせ
る。
の組合せにある。(1),(2),(3)の要素はいずれも市
販品を利用することができる。
以下実施例により、本発明の具体的構成を説明
する。第2図において1は直線偏光のレーザ光を
発生する半導体レーザ、5はインコネルハーフミ
ラー等の金属薄膜で構成された半透過鏡、6は偏
波面保存特性を有する光フアイバである。Pはレ
ーザ光の偏波面を示し、紙面に平行である。φは
各ビームの半透過鏡5への入射角、反射角を示
し、特定の値に選定される。集光レンズL1〜L4
受光素子4は第1図の構成と同一であり、干渉光
b3を受光して角速度Ωを求める基本構成も第1図
と同一である。
次に本発明の特徴部である金属薄膜の半透過鏡
5の特性について説明する。第3図は入射角φに
対する2回反射時の位相遅れαの関係を、金属
Au、Niとインコネルハーフミラーと比較したも
のである。インコネルハーフミラーは、ガラス基
板上にNi、Cr、Feの合金を蒸着したものであり、
ガラスと金属の中間的特性を有し、特定な入射
角、ほぼ75゜のとき2回反射の位相遅れが90゜とな
る特性を有する。一方、透過光に対しては位相遅
れはない。
従つて、第2図においてφ≒75゜とした場合は、
b1及びb1′は半透過鏡5を2回反射しており、ビ
ームb2及びb2′は2回透過しているので、この2
つのビーム間に90゜の位相差ができ、干渉光b3
は90゜の位相遅れを生じ、(2)式は、 I=A{1+cos(4πlr/Cλ・Ω−90゜)} =A{1+sin(4πlr/CλΩ)} (3) となり、第4図に示すごとく、回転角速度Ωがゼ
ロのとき最大感度となつて微小角速度変化の測定
限界を向上させることが可能となる。
即ち、本発明によれば、光源よりのレーザビー
ムを2分する半透過鏡として位相遅れ特性を有す
る金属薄膜を用いると共に光フアイバとして偏波
面保存形のものを使用するという、入手の容易な
要素による極めて簡単な構成で90゜の位相差を作
り出すことができる。
第5図は、Ω又はl,rが大きくなり、位相差
が波長の一周期以上になつた場合の本発明の応用
例であり、一点鎖線のブロツクBは、第2図に示
した本発明の実施例と同一であり、受光素子4に
より(3)式の出力を得る。7は光源よりのビームb
の途中に挿入された第2の半透過鏡で、第1の半
透過鏡を形成する5を1回反射、一回透過したビ
ーム同士の干渉光b4を分離して集光レンズL5を介
して第2の受光素子8に入射させる。この場合の
干渉光b4を形成する2光線は、金属薄膜の半透過
鏡5を夫々1回反射、透過しているので位相遅れ
は等しく位相差は0であり、干渉光b4に位相遅れ
は生じない。従つて受光素子8に生ずる出力は(2)
式のごとく、第1図の従来例と同じ余弦に比例す
るものとなる。
9及び10は、受光素子4及び8に生ずる(3)
式、(2)式で表わされる出力を増幅すると共にバイ
アス成分を除く増幅器であり、利得を調節して振
幅をそろえる。従つてその出力x1,x2は夫々、 x1=Asin4πlr/C・Ω x2=Acos4πlr/C・Ω となる。第6図において実線はx1を点線はx2
夫々示す。x1,x2は自乗演算器11,12、加算
器13、開平回路14を介して自乗平均演算され
て振幅Aが計算され、この信号とインバータ15
を介して得られる反転信号−Aがアナログ・デイ
ジタル変換器16の基準信号として供給される。
17はマイクロプロセツサ18の指令で駆動され
る切換スイツチであり、x1又はx2の内感度の高い
方の信号を選択してアナログ・デイジタル変換器
16の入力端子に供給する。選択された信号x1
はx2はデイジタル変換されてマイクロプロセツサ
18に読み込まれる。一方x1,x2はパルス整形・
信号処理回路19に導かれ、第7図に示すごと
く、x1及びx2の変化率が最大になるタイミング、
即ち90゜ごとにパルスPを発生させ(P1,P2,P3
……)でカウンタ20に供給する。カウンタ20
は積算されたパルス数をマイクロプロセツサ18
に供給し、マイクロプロセツサはカウンタ20よ
りのパルス数とアナログデイジタル変換器よりの
デイジタル値を補間的に加算する計算を実行し、
現在の角速度Ωを表示装置21に表示させる。
第7図において、現在の角速度がΩ0であつた
場合は、19よりパルスはP1〜P4の4個が90゜毎
に発生し、P4より次の90゜までの間はx1又はx2
アナログ的変化を利用して補間する。即ちA/2
を基準にΩ0に対応するx1の値x0を用いる。補間
用信号としてx1を用いるかx2を用いるかはマイク
ロプロセツサ18が判断して切換スイツチ17を
制御する。判断基準は検出感度の高い方を選択す
るわけであるが、x1又はx2を両方チエツクして、
A/2に近い方を感度が高い信号として扱う。
このような構成において、パルスPはデイジタ
ル的であり、かつアナログ信号x1,x2のデイジタ
ル変換においては、振幅Aを基準信号として用い
るため、振幅Aの変動が補償された高精度のデイ
ジタル変換が可能である。更にアナログ信号につ
いては感度の高い方の信号が自動的に選択される
ため、全体として微小角速度より高角速度にわた
つて高精度、高感度の光フアイバレーザジヤイロ
を実現することが可能である。
以上の実施例では、光フアイバとして偏波面保
存光フアイバを示したが、通常の単一モード光フ
アイバを用いる場合には、第8図に示すように半
透過鏡5を反射及び透過したビームb1及びb2と光
フアイバの入射端間に偏光板又は偏光プリズム2
2及び23を設置し、この光フアイバを通過して
出射するビームb1′,b2′の内、紙面に平行な偏光
成分Pのみを干渉光b3として取出すようにすれば
よい。
又金属薄膜の半透過鏡は、容易に入手できるも
のとしてインコネルハーフミラーを例示したが、
種々の金属蒸着による半透過鏡を作成することも
でき、その場合は2回反射による位相遅れ特性は
インコネルハーフミラーとは異つたものとなり、
従つて本発明に適用する場合の特定の入射角は
75゜以外の角度になることは言うまでもない。
〈効果〉 以上説明した本発明光フアイバレーザジヤイロ
の効果をまとめると、 (1) 位相遅れを作る手段として金属薄膜の半透過
鏡の特性を利用しているため、従来技術のよう
な複雑な付加要素は一切必要なく、極めて簡素
な構成で微小角速度に対し高感度の光フアイバ
レーザジヤイロを実現できる。
(2) 位相遅れを作るために右回りと左回りの光路
に差をもたせる必要がなく、両光路の差はゼロ
なので、光学系の変動による光路差変動や、レ
ーザ光源のスペクトル変動による誤差は発生し
ない。
(3) 右回り光と左回り光は同じ偏波面なので、光
フアイバ内での伝達関数は全く同じであり、温
度変動による伝達関数の変動(直交偏波方式で
はこれが問題となる)の影響を受けない。
(4) 第5図のごとく、正弦比例信号x1と余弦比例
信号x2を容易に検出できるので、Ωが大きくな
り、又はlやrを大きくした場合に感度の高い
信号を選択して使用することができ、更に両信
号の自乗平均より振幅を計算してこれを基準に
アナログ変化を検出できるので、振幅変動に影
響されない高精度の測定が可能である。
(5) 正弦比例信号と余弦比例信号が同時に得られ
るので、第7図のごとく各信号での変化率最大
の時にパルスを発生させる方式をとれば、Ωの
増加方向と減少方向によつて、パルスの発生順
序が逆となるのでΩの変化方向が容易にわか
り、さらには、回転方向を容易に識別すること
ができる。
(6) 光学的素子はすべて受動素子で構成できるの
で、構成が簡単で誤差が小さい。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の光フアイバレーザジヤイロの基
本構成図、第2図は本発明レーザジヤイロの一実
施例を示す構成図、第3図はインコネルハーフミ
ラーの特性図、第4図は本発明レーザジヤイロの
出力特性図、第5図は本発明の応用例を示す構成
図、第6図、第7図はその出力特性図、第8図は
本発明の他の実施例の主要部を示す構成図であ
る。 1……半導体レーザ、4……受光素子、5……
金属薄膜の半透過鏡、6……偏波面保存光フアイ
バ、9,10……増幅器、16……アナログ・デ
イジタル変換器、17……切換スイツチ、18…
…マイクロプロセツサ、20……カウンタ、21
……表示器、L1〜L5……集光レンズ。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 直線偏光の可干渉性光源と、この光源の出射
    光を所定の角度で入射して反射及び透過によりこ
    れを2方向に分ける金属薄膜の半透過鏡と、2方
    向に分かれた光線をその両端面に入射する光フア
    イバと、この光フアイバよりの出射光が上記半透
    過鏡を再度反射及び透過して混合干渉した干渉光
    を受ける受光素子とを有し、上記半透過鏡の入射
    の角度を特定な値にすることにより上記混合干渉
    する2光線の間に90゜の位相差を与えたことを特
    徴とする光フアイバレーザジヤイロ。 2 特許請求の範囲1において、上記半透過鏡と
    してインコネルハーフミラーを用いると共に、こ
    の半透過鏡への入射の角度をほぼ75゜としたこと
    を特徴とする光フアイバレーザジヤイロ。 3 特許請求の範囲1において、光フアイバとし
    て偏波面保存光フアイバを用いることを特徴とす
    る光フアイバレーザジヤイロ。 4 特許請求範囲1において、光フアイバとして
    単一モード光フアイバを用い、その両端面に偏光
    板又は偏光プリズムを設置したことを特徴とする
    光フアイバレーザジヤイロ。 5 直線偏光の可干渉性光源と、この光源の出力
    光を所定の角度で入射して反射及び透過によりこ
    れを2方向に分ける金属薄膜の第1の半透過鏡
    と、2方向に分かれた光線をその両端面に入射す
    る光フアイバと、この光フアイバよりの出射光が
    上記半透過鏡を再び反射及び透過して混合干渉し
    た干渉光を受ける第1の受光素子と、上記半透過
    鏡を透過及び反射して上記光源側に戻る干渉光を
    上記光源の光路より分離する第2の半透過鏡と、
    この半透過鏡よりの干渉光を受ける第2の受光素
    子と、上記第1、第2受光素子の出力の自乗和の
    平方根を演算する回路と、この回路の出力を基準
    として上記第1又は第2受光素子の出力を取出す
    ことを特徴とする光フアイバレーザジヤイロ。 6 特許請求の範囲5において、上記第1、第2
    受光素子の内測定すべき角速度に対して感度の高
    い方を切換える選択手段を設けたことを特徴とす
    る光フアイバレーザジヤイロ。
JP58193230A 1983-10-14 1983-10-14 光フアイバレ−ザジヤイロ Granted JPS6085313A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP58193230A JPS6085313A (ja) 1983-10-14 1983-10-14 光フアイバレ−ザジヤイロ

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP58193230A JPS6085313A (ja) 1983-10-14 1983-10-14 光フアイバレ−ザジヤイロ

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS6085313A JPS6085313A (ja) 1985-05-14
JPH0260127B2 true JPH0260127B2 (ja) 1990-12-14

Family

ID=16304484

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP58193230A Granted JPS6085313A (ja) 1983-10-14 1983-10-14 光フアイバレ−ザジヤイロ

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS6085313A (ja)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6086411A (ja) * 1983-10-19 1985-05-16 Tech Res & Dev Inst Of Japan Def Agency 光ファイバ型ジャイロスコープの出力処理装置
JPS6212812A (ja) * 1985-07-10 1987-01-21 Japan Aviation Electronics Ind Ltd 光干渉角速度計

Also Published As

Publication number Publication date
JPS6085313A (ja) 1985-05-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US3891321A (en) Optical method and apparatus for measuring the relative displacement of a diffraction grid
US4299490A (en) Phase nulling optical gyro
US3601490A (en) Laser interferometer
US4702603A (en) Optical phase decoder for interferometers
JP2024510392A (ja) Lidarシステムにおける循環器の使用
US4981354A (en) Optical differential tilt sensor
US4922095A (en) Method and apparatus for sensing disturbance using fiber-optic polarization rotation
US4027976A (en) Optical interferometer
US4183670A (en) Interferometer
CA1189725A (en) Dual-polarization interferometer with a single-mode waveguide
CN115164863B (zh) 一种基于联级量子弱测量的光纤陀螺仪
JPS61219803A (ja) 物理量測定装置
US5067813A (en) Optical apparatus for measuring displacement of an object
JPH0260127B2 (ja)
CN217585826U (zh) 一种双通道干涉仪
US4720193A (en) Optical fiber gyroscope
RU81317U1 (ru) Устройство для измерения угловых скоростей вращения
US5606414A (en) Interferometric ship's heading reference system
JP2981927B2 (ja) 多相分割用光学系
RU1770741C (ru) Интерференционное устройство дл измерени угловых перемещений
JP2691899B2 (ja) 干渉計
JPH04155260A (ja) 回転速度測定装置
SU1174886A1 (ru) Автоколлиматор
SU1416864A1 (ru) Устройство дл измерени угловых перемещений объекта
JPS58225301A (ja) 光学式変位測定装置