JPH0310882B2 - - Google Patents
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- JPH0310882B2 JPH0310882B2 JP59244641A JP24464184A JPH0310882B2 JP H0310882 B2 JPH0310882 B2 JP H0310882B2 JP 59244641 A JP59244641 A JP 59244641A JP 24464184 A JP24464184 A JP 24464184A JP H0310882 B2 JPH0310882 B2 JP H0310882B2
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- phase modulation
- optical fiber
- frequency
- light
- modulation element
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- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 20
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Landscapes
- Pressure Sensors (AREA)
- Gyroscopes (AREA)
- Light Guides In General And Applications Therefor (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は、光フアイバジヤイロに関するもので
あり、更に詳述するならば、位相変調方式光フア
イバジヤイロに関するものである。
あり、更に詳述するならば、位相変調方式光フア
イバジヤイロに関するものである。
従来の技術
現在、航空機、飛しよう体、自動車、ロボツト
などのナビゲーシヨンや姿勢制御のための角速度
センサとしてジヤイロが使用されるている。この
ジヤイロを使用すれば、角速度だけでなく、それ
を積分することにより方位などのデータも得るこ
とができる。
などのナビゲーシヨンや姿勢制御のための角速度
センサとしてジヤイロが使用されるている。この
ジヤイロを使用すれば、角速度だけでなく、それ
を積分することにより方位などのデータも得るこ
とができる。
そのようなジヤイロの中で、光フアイバジヤイ
ロは、可動部が全くなく且つ小型化が可能であ
り、更に、最小検出可能角速度（感度）、ドリフ
ト、可測範囲（ダイナミツクレンジ）、スケール
フアクタの安定性の点において、従来のジヤイロ
に比較して優れているために、近年注目され開発
されている。
ロは、可動部が全くなく且つ小型化が可能であ
り、更に、最小検出可能角速度（感度）、ドリフ
ト、可測範囲（ダイナミツクレンジ）、スケール
フアクタの安定性の点において、従来のジヤイロ
に比較して優れているために、近年注目され開発
されている。
そのような光フアイバジヤイロの例は、例え
ば、ギヤロレンジ テー．ジー．、ブカロ ジエ
ー．エー．他『光フアイバセンサ技術』アイ イ
ー イー イー ジヤーナル オブ カンタム
エレクトロニクス（Giallorenzi T.G.、Bucaro
J.A.et al“Optical Fiber Sensor Technology”、
IEEE J.of Quantum Electronics）QE−18、No.
４、pp626−662（1982）やクラシヨウ及びアイ．
ピー．ギレス『光フアイバ ジヤイロスコープ』
ジヤーナル オブ フイジクス エレクトロニク
ス サイエンス インストルメント（Culshaw
and I.P.Giles“Fiber Optic Gyroscopes”J.
Phys.E：Sci Instrum.）16pp5−15、（1983）」
や、坪川、大塚「光フアイバジヤイロスコープ」
レーザ研究、11、No.12、pp889−902（1983）など
に詳しく示されている。
ば、ギヤロレンジ テー．ジー．、ブカロ ジエ
ー．エー．他『光フアイバセンサ技術』アイ イ
ー イー イー ジヤーナル オブ カンタム
エレクトロニクス（Giallorenzi T.G.、Bucaro
J.A.et al“Optical Fiber Sensor Technology”、
IEEE J.of Quantum Electronics）QE−18、No.
４、pp626−662（1982）やクラシヨウ及びアイ．
ピー．ギレス『光フアイバ ジヤイロスコープ』
ジヤーナル オブ フイジクス エレクトロニク
ス サイエンス インストルメント（Culshaw
and I.P.Giles“Fiber Optic Gyroscopes”J.
Phys.E：Sci Instrum.）16pp5−15、（1983）」
や、坪川、大塚「光フアイバジヤイロスコープ」
レーザ研究、11、No.12、pp889−902（1983）など
に詳しく示されている。
光フアイバジヤイロには、位相バイアス方式、
位相変調方式、周波数変調方式などがあるが、そ
の中で、最小検出可能角速度などの点で最も優れ
ているものが、位相変調方式光フアイバジヤイロ
である。
位相変調方式、周波数変調方式などがあるが、そ
の中で、最小検出可能角速度などの点で最も優れ
ているものが、位相変調方式光フアイバジヤイロ
である。
そこで、第３図を参照して、その位相変調方式
光フアイバジヤイロの原理を説明する。
光フアイバジヤイロの原理を説明する。
発光素子１０からのレーザ光は、ビームスプリ
ツタ１２により２つに分けられ、結合レンズ１４
及び１６を介して、光フアイバ１８の両端に結合
される。その光フアイバ１８は、センサコイル２
０を構成するように巻回された部分と、周波数fn
すなわち角周波数ωn（＝2πfn）で駆動されるピエ
ゾ素子のような位相変調素子２２に巻き付けられ
た部分２４とに分けられている。そして、光フア
イバの両端から結合された光は、それぞれ、光フ
アイバのセンサコイル２０内を右回りと左回りに
伝搬し、反対側の端部より出射し、ビームスプリ
ツタ１２により合成されて受光素子２６に入射す
る。
ツタ１２により２つに分けられ、結合レンズ１４
及び１６を介して、光フアイバ１８の両端に結合
される。その光フアイバ１８は、センサコイル２
０を構成するように巻回された部分と、周波数fn
すなわち角周波数ωn（＝2πfn）で駆動されるピエ
ゾ素子のような位相変調素子２２に巻き付けられ
た部分２４とに分けられている。そして、光フア
イバの両端から結合された光は、それぞれ、光フ
アイバのセンサコイル２０内を右回りと左回りに
伝搬し、反対側の端部より出射し、ビームスプリ
ツタ１２により合成されて受光素子２６に入射す
る。
レーザ光がセンサコイル２０を伝搬するとき、
そのセンサコイル２０が回転を受けていると、右
回り光と左回り光とに、いわゆるサニヤツク効果
により、位相差Δθができ、その位相差はセンサ
コイル２０の受けている回転角速度に比例してい
る。一方、光フアイバは、位相変調素子２２に巻
き付けられた部分において、位相変調素子２２の
伸縮に応じて光フアイバ長さが変化し、周波数
fn、すなわち角周波数ωn（＝2πfn）で位相変調さ
れる。
そのセンサコイル２０が回転を受けていると、右
回り光と左回り光とに、いわゆるサニヤツク効果
により、位相差Δθができ、その位相差はセンサ
コイル２０の受けている回転角速度に比例してい
る。一方、光フアイバは、位相変調素子２２に巻
き付けられた部分において、位相変調素子２２の
伸縮に応じて光フアイバ長さが変化し、周波数
fn、すなわち角周波数ωn（＝2πfn）で位相変調さ
れる。
以上のような位相変調方式光フアイバジヤイロ
において、今、位相変調がないとすると、光フア
イバ１８を左回りに伝搬した光の振幅e1及び光フ
アイバ１８を右回りに伝搬した光の振幅e2は次の
ように表される。
において、今、位相変調がないとすると、光フア
イバ１８を左回りに伝搬した光の振幅e1及び光フ
アイバ１８を右回りに伝搬した光の振幅e2は次の
ように表される。
e1＝E1sin（ωt＋Δθ／２）
e2＝E2sin（ωt−Δθ／２）
但し、
E1、E2：左回り光及び右回り光の振幅
ω：光の角周波数
ｔ：時間
Δθ：サニヤツク効果による位相差
Δθ＝4πLa／cλΩ
Ｌ：センサコイルのフアイド長
ａ：センサコイルの直径
ｃ：真空中の光速度
λ：光の波長
Ω：回転角速度
これに対して、位相変調素子２２を駆動する
と、光フアイバ１８を左回りに伝搬した光の振幅
e1及び光フアイバ１８を右回りに伝搬した光の振
幅e2は次のように表される。
と、光フアイバ１８を左回りに伝搬した光の振幅
e1及び光フアイバ１８を右回りに伝搬した光の振
幅e2は次のように表される。
e1＝E1sin｛ωt＋Δθ／２＋bsin（ωnｔ＋φ／
２）｝ e2＝E2sin｛ωt−Δθ／２＋bsin（ωnｔ−φ／
２）｝ 但し、 φ＝nLωn／ｃ＝2nπfnＬ／ｃ ｂ：変調度 以上のような２つの光を重ね合せて受光素子２
６で受光すると、その受光素子２６の出力Ｓ
（Δθ、ｔ）は、次のように表される。
２）｝ e2＝E2sin｛ωt−Δθ／２＋bsin（ωnｔ−φ／
２）｝ 但し、 φ＝nLωn／ｃ＝2nπfnＬ／ｃ ｂ：変調度 以上のような２つの光を重ね合せて受光素子２
６で受光すると、その受光素子２６の出力Ｓ
（Δθ、ｔ）は、次のように表される。
Ｓ（Δθ、ｔ）＝｜E1sin｛ωt＋Δθ／２＋bsin（ωn
ｔ＋φ／２）｝ ＋E2sin｛ωt−Δθ／２＋bsin（ωnｔ−φ／２）｝
｜2＝１／２（E1 2＋E2 2）＋（2ωt以上の成分） −E1E2J0（2bsinφ／２）cosΔθ−E1E22∞ 〓n=1 （−１）nJ2o（2bsinφ／２）cos2nωnｔ・cosΔθ ＋E1E22∞ 〓 〓n=0 （−１）nJ2o+1（2bsinφ／２）cos（2n＋１）ωnｔ
・sinΔθ＝DC成分 ＋2E1E2J1（2bsinφ／２）cosωnｔ・sinΔθ−2E1E2
J2（2bsinφ／２）cos2ωnｔ・cosΔθ ＋高次成分 ………(1) 但し、Ｊはベツセル関数 となる。従つて、位相変調素子２２の変調周波数
fnで同期検波すると、その検波で得れる出力V0
は V0＝CsinΔθ ＝Csin（4πLaΩ／cλ） ………(2) 但し、Ｃ：定数 となる。すなわち、位相変調方式光フアイバジヤ
イロにおいては、位相変調素子の変調周波数fn成
分の振幅から回転角速度に比例する量Δθを検出
することができる。
ｔ＋φ／２）｝ ＋E2sin｛ωt−Δθ／２＋bsin（ωnｔ−φ／２）｝
｜2＝１／２（E1 2＋E2 2）＋（2ωt以上の成分） −E1E2J0（2bsinφ／２）cosΔθ−E1E22∞ 〓n=1 （−１）nJ2o（2bsinφ／２）cos2nωnｔ・cosΔθ ＋E1E22∞ 〓 〓n=0 （−１）nJ2o+1（2bsinφ／２）cos（2n＋１）ωnｔ
・sinΔθ＝DC成分 ＋2E1E2J1（2bsinφ／２）cosωnｔ・sinΔθ−2E1E2
J2（2bsinφ／２）cos2ωnｔ・cosΔθ ＋高次成分 ………(1) 但し、Ｊはベツセル関数 となる。従つて、位相変調素子２２の変調周波数
fnで同期検波すると、その検波で得れる出力V0
は V0＝CsinΔθ ＝Csin（4πLaΩ／cλ） ………(2) 但し、Ｃ：定数 となる。すなわち、位相変調方式光フアイバジヤ
イロにおいては、位相変調素子の変調周波数fn成
分の振幅から回転角速度に比例する量Δθを検出
することができる。
発明が解決しようとする問題点
以上のような位相変調方式光フアイバジヤイロ
にあつては、位相変調素子２２には、ピエゾ半導
体やLiNbO3などの強誘電体結晶を使用した素子
が使用されている。これら圧電振動材料は、通常
に受ける温度の変化程度で、特性が変化しやす
い。具体的に例示するならば、圧電振動素子は、
同一電圧が印加されたときの振動の大きさに温度
依存性を有し、その結果、光フアイバを伝搬する
光に対する変調度に温度依存性ができる。そのた
め、上記した式(2)における定数Ｃが実際には定数
と成らず変化するため、光フアイバジヤイロのス
ケールフアクタがその位相変調素子の温度特性に
より制限されてしまう問題があつた。
にあつては、位相変調素子２２には、ピエゾ半導
体やLiNbO3などの強誘電体結晶を使用した素子
が使用されている。これら圧電振動材料は、通常
に受ける温度の変化程度で、特性が変化しやす
い。具体的に例示するならば、圧電振動素子は、
同一電圧が印加されたときの振動の大きさに温度
依存性を有し、その結果、光フアイバを伝搬する
光に対する変調度に温度依存性ができる。そのた
め、上記した式(2)における定数Ｃが実際には定数
と成らず変化するため、光フアイバジヤイロのス
ケールフアクタがその位相変調素子の温度特性に
より制限されてしまう問題があつた。
そこで、本発明は、上記した問題を解決して、
経時的安定性及び耐環境性に優れた位相変調方式
光フアイバジヤイロを提供せんとするものであ
る。
経時的安定性及び耐環境性に優れた位相変調方式
光フアイバジヤイロを提供せんとするものであ
る。
問題点を解決するための手段
以上の目的の下に、本発明は種々研究し、その
過程において、上記した式(1)のベツセル関数に注
目した。上述したように位相変調方式光フアイバ
ジヤイロでは、受光素子から出力される信号成分
の内のsinΔθの項（上記式(1)の右辺第２項）すな
わち周波数fnの成分の大きさを検出する。その項
に含まれる第１次ベツセル関数は、第２図に示す
ような変化を示し、ｘが約1.8の時最大になる。
過程において、上記した式(1)のベツセル関数に注
目した。上述したように位相変調方式光フアイバ
ジヤイロでは、受光素子から出力される信号成分
の内のsinΔθの項（上記式(1)の右辺第２項）すな
わち周波数fnの成分の大きさを検出する。その項
に含まれる第１次ベツセル関数は、第２図に示す
ような変化を示し、ｘが約1.8の時最大になる。
そこで、受光素子の出力を位相変調素子の変調
周波数fnで同期検波する際、最大振幅の出力を得
るには、J1（2bsinφ／２）が最大となる付近、す
なわち、 2bsinφ／２≒1.8 となるように、位相変調素子の動作点を設定す
る。そのように動作点を設定する１つの手段とし
ては、位相変調素子を駆動する変調電力を制御し
て変調の深さｂを調節することがあり、また、
2bsinφ／２≒1.8を満足する変調度ｂを維持する
ように帰還制御するればよい。
周波数fnで同期検波する際、最大振幅の出力を得
るには、J1（2bsinφ／２）が最大となる付近、す
なわち、 2bsinφ／２≒1.8 となるように、位相変調素子の動作点を設定す
る。そのように動作点を設定する１つの手段とし
ては、位相変調素子を駆動する変調電力を制御し
て変調の深さｂを調節することがあり、また、
2bsinφ／２≒1.8を満足する変調度ｂを維持する
ように帰還制御するればよい。
しかし、第１次ベツセル関数J1（ｘ）はｘが1.8
付近で最大になる一方、ｘが1.8付近で変化して
もJ1（ｘ）の変化は僅かである。そのため、ωn
（＝2πfn）成分の出力レベルをモニタしてJ1
（2bsinφ／２）が最大となるように位相変調素子
の変調度を帰還制御しても、感度よく変調度の制
御を行うことができず、精度よくJ1（2bsinφ／２）
を最大に維持することは困難である。
付近で最大になる一方、ｘが1.8付近で変化して
もJ1（ｘ）の変化は僅かである。そのため、ωn
（＝2πfn）成分の出力レベルをモニタしてJ1
（2bsinφ／２）が最大となるように位相変調素子
の変調度を帰還制御しても、感度よく変調度の制
御を行うことができず、精度よくJ1（2bsinφ／２）
を最大に維持することは困難である。
そこで、ほかの次数のベツセル関数を検討する
と、第２次ベツセル関数J2は、J1が最大値付近
で、J1の半分の大きさを有し、且つ、その傾きが
ほぼ45゜ある。すなわち、J1が最大値付近で、J2
の値は、十分なレベルを有し、且つｘが変化する
とそれに応じて大きく変化する。
と、第２次ベツセル関数J2は、J1が最大値付近
で、J1の半分の大きさを有し、且つ、その傾きが
ほぼ45゜ある。すなわち、J1が最大値付近で、J2
の値は、十分なレベルを有し、且つｘが変化する
とそれに応じて大きく変化する。
なお、上記式(1)において、この第２次ベツセル
関数J2を含む右辺第３項はcosΔθをも含んでい
る。一般に、光フアイバジヤイロは、Δθ≒０付
近で使用されるので、cosΔθ≒１であり、その右
辺第３項は、実際に検出している角速度の影響は
ほとんどない。
関数J2を含む右辺第３項はcosΔθをも含んでい
る。一般に、光フアイバジヤイロは、Δθ≒０付
近で使用されるので、cosΔθ≒１であり、その右
辺第３項は、実際に検出している角速度の影響は
ほとんどない。
従つて、第２次ベツセル関数J2を含む2ωn（＝
2.2πfn）成分の出力レベルをモニタすることによ
り、高感度に、J1最大化のための動作点のズレを
検出することができる。
2.2πfn）成分の出力レベルをモニタすることによ
り、高感度に、J1最大化のための動作点のズレを
検出することができる。
本発明は以上述べた知見に基づいてなされたも
のである。すなわち、本発明によるならば、セン
サコイルを構成する部分と位相変調素子が設けら
れた部分とを有する光フアイバと、前記光フアイ
バの両端に可干渉性光を供給する光源と、前記光
フアイバの両端から該光フアイバを伝搬した光を
受ける受光素子とを少なくとも具備してなる位相
変調方式光フアイバジヤイロにおいて、前記位相
変調素子を周波数fnで駆動する位相変調素子駆動
回路と、前記受光素子の出力を受けて周波数2fn
の成分を抽出して該周波数2fnの成分が一定レベ
ルとなるように前記位相変調素子駆動回路による
位相変調度を制御する変調度制御回路とを設けた
ことを特徴とする位相変調方式光フアイバジヤイ
ロが提供される。
のである。すなわち、本発明によるならば、セン
サコイルを構成する部分と位相変調素子が設けら
れた部分とを有する光フアイバと、前記光フアイ
バの両端に可干渉性光を供給する光源と、前記光
フアイバの両端から該光フアイバを伝搬した光を
受ける受光素子とを少なくとも具備してなる位相
変調方式光フアイバジヤイロにおいて、前記位相
変調素子を周波数fnで駆動する位相変調素子駆動
回路と、前記受光素子の出力を受けて周波数2fn
の成分を抽出して該周波数2fnの成分が一定レベ
ルとなるように前記位相変調素子駆動回路による
位相変調度を制御する変調度制御回路とを設けた
ことを特徴とする位相変調方式光フアイバジヤイ
ロが提供される。
作 用
以上のような位相変調方式光フアイバジヤイロ
においては、受光素子の出力を受けて周波数2fn
の成分を抽出している変調度制御回路が、該周波
数2fnの成分すなわち上記した式(1)の2ωnの項の
成分が一定レベルとなるように、位相変調素子を
周波数fnで駆動する位相変調素子駆動回路による
変調度ｂを制御する。それ故、上記一定レベルを
2bsinφ／２≒1.8のときの上記式(1)の右辺第３項
の値に対応する値に設定することにより、
2bsinφ／２の1.8を中心とする僅かな変化に対し
ても感度よく帰還制御することができる。
においては、受光素子の出力を受けて周波数2fn
の成分を抽出している変調度制御回路が、該周波
数2fnの成分すなわち上記した式(1)の2ωnの項の
成分が一定レベルとなるように、位相変調素子を
周波数fnで駆動する位相変調素子駆動回路による
変調度ｂを制御する。それ故、上記一定レベルを
2bsinφ／２≒1.8のときの上記式(1)の右辺第３項
の値に対応する値に設定することにより、
2bsinφ／２の1.8を中心とする僅かな変化に対し
ても感度よく帰還制御することができる。
従つて、位相変調素子による変調特性が温度に
より変化しても、十分追従して変調度を一定に維
持することができ、位相変調素子の温度依存性に
よる影響を実質的に除去することができる。それ
故、経時的安定性及び耐環境性に優れた位相変調
方式光フアイバジヤイロが実現できる。
より変化しても、十分追従して変調度を一定に維
持することができ、位相変調素子の温度依存性に
よる影響を実質的に除去することができる。それ
故、経時的安定性及び耐環境性に優れた位相変調
方式光フアイバジヤイロが実現できる。
実施例
以下添付図面を参照して本発明による位相変調
方式光フアイバジヤイロの実施例を説明する。
方式光フアイバジヤイロの実施例を説明する。
第１図は、本発明による位相変調方式光フアイ
バジヤイロの１つの実施例の構成を示した図であ
る。この位相変調方式光フアイバジヤイロは、光
フアイバジヤイロの基本的条件を備えた最小構成
を成している。なお、この最小構成については、
イゼキール エス．及びアーデイテイ エイチ．
ジエー．『光フアイバ回転センサ』スプリンガー
−フエアラーク ベルリン（Ezekil S.and
Arditty H.J.：“FiberOptic Rotation
Sensors”、Springer−Verlag Berlin.）1982に詳
しい説明がある。
バジヤイロの１つの実施例の構成を示した図であ
る。この位相変調方式光フアイバジヤイロは、光
フアイバジヤイロの基本的条件を備えた最小構成
を成している。なお、この最小構成については、
イゼキール エス．及びアーデイテイ エイチ．
ジエー．『光フアイバ回転センサ』スプリンガー
−フエアラーク ベルリン（Ezekil S.and
Arditty H.J.：“FiberOptic Rotation
Sensors”、Springer−Verlag Berlin.）1982に詳
しい説明がある。
図示の位相変調方式光フアイバジヤイロにおい
ては、半導体レーザなどの発光素子３０のような
光源が設けられ、レーザ駆動電源３２のような電
源により駆動されて、可干渉性光ビームを発生す
る。その発光素子３０が発生する光ビームは、レ
ンズ３４を介して、ハーフミラー３６のようなビ
ームスプリツタに送られる。そのハーフミラー３
６を透過した光ビームは、レンズ３８を介して、
モードフイルタを構成するシングルモード光フア
イバ４０の一端にに結合される。
ては、半導体レーザなどの発光素子３０のような
光源が設けられ、レーザ駆動電源３２のような電
源により駆動されて、可干渉性光ビームを発生す
る。その発光素子３０が発生する光ビームは、レ
ンズ３４を介して、ハーフミラー３６のようなビ
ームスプリツタに送られる。そのハーフミラー３
６を透過した光ビームは、レンズ３８を介して、
モードフイルタを構成するシングルモード光フア
イバ４０の一端にに結合される。
シングルモード光フアイバ４０の他端から出力
された光ビームは、レンズ４２を介して、ハーフ
ミラー４４のようなビームスプリツタに送られ
る。そして、それらハーフミラー４４で２つに分
けられた光ビームは、それぞれレンズ４６及び４
８を介して、光フアイバ５０の両端に結合され
る。
された光ビームは、レンズ４２を介して、ハーフ
ミラー４４のようなビームスプリツタに送られ
る。そして、それらハーフミラー４４で２つに分
けられた光ビームは、それぞれレンズ４６及び４
８を介して、光フアイバ５０の両端に結合され
る。
光フアイバ５０は、光フアイバセンサを構成す
るように、多数回コイル状に巻かれてセンサコイ
ル５２と、周波数fnで駆動されるピエゾ半導体素
子またはLNO素子（LiNbO3を材料とした素子）
のような位相変調素子５４に巻き付けられた部分
５６とからなつている。
るように、多数回コイル状に巻かれてセンサコイ
ル５２と、周波数fnで駆動されるピエゾ半導体素
子またはLNO素子（LiNbO3を材料とした素子）
のような位相変調素子５４に巻き付けられた部分
５６とからなつている。
光フアイバ５０を右回りと左回りとに伝搬した
光ビームは、光フアイバ５０の両端からそれぞれ
レンズ４６及び４８を介して出力されて、ハーフ
ミラー４４により合成され、更に、レンズ４２を
介してシングルモード光フアイバ４０の他端に結
合される。
光ビームは、光フアイバ５０の両端からそれぞれ
レンズ４６及び４８を介して出力されて、ハーフ
ミラー４４により合成され、更に、レンズ４２を
介してシングルモード光フアイバ４０の他端に結
合される。
そして、そのシングルモード光フアイバ４０に
結合された光ビームは、ハーフミラー３６で反射
されて、レンズ５８を介して、受光素子６０に入
射する。
結合された光ビームは、ハーフミラー３６で反射
されて、レンズ５８を介して、受光素子６０に入
射する。
その受光素子６０の電気出力は、プリアンプ６
２を介して、２つの同期検波器６４Ａ及び６４Ｂ
の入力に接続されている。それら同期検波器６４
Ａ及び６４Ｂは、発振器６６から周波数fn及び
2fnがそれぞれ供給されている。一方、上記した
位相変調素子５４は、発振器６６から周波数fnを
受ける位相変調素子駆動回路６８により周波数fn
で駆動される。
２を介して、２つの同期検波器６４Ａ及び６４Ｂ
の入力に接続されている。それら同期検波器６４
Ａ及び６４Ｂは、発振器６６から周波数fn及び
2fnがそれぞれ供給されている。一方、上記した
位相変調素子５４は、発振器６６から周波数fnを
受ける位相変調素子駆動回路６８により周波数fn
で駆動される。
従つて、同期検波器６４Ａは、受光素子６０の
出力を周波数fnで同期検波し、周波数fnの成分を
含む信号をローパスフイルタ７０Ａに出力し、そ
のローパスフイルタ７０Ａは、周波数fnの成分の
電圧信号を出力する。一方、同期検波器６４Ｂ
は、受光素子６０の出力を周波数2fnで同期検波
し、周波数2fnの成分を含む信号をローパスフイ
ルタ７０Ｂに出力する。そのローパスフイルタ７
０Ｂの出力は、コンパレータ７２の一方の入力に
接続されている。そのコンパレータ７０Ｂの他方
の入力には、基準電圧源７４に接続されている。
かくして、コンパレータ７２は、両入力の差を位
相変調素子駆動回路６８に出力する。
出力を周波数fnで同期検波し、周波数fnの成分を
含む信号をローパスフイルタ７０Ａに出力し、そ
のローパスフイルタ７０Ａは、周波数fnの成分の
電圧信号を出力する。一方、同期検波器６４Ｂ
は、受光素子６０の出力を周波数2fnで同期検波
し、周波数2fnの成分を含む信号をローパスフイ
ルタ７０Ｂに出力する。そのローパスフイルタ７
０Ｂの出力は、コンパレータ７２の一方の入力に
接続されている。そのコンパレータ７０Ｂの他方
の入力には、基準電圧源７４に接続されている。
かくして、コンパレータ７２は、両入力の差を位
相変調素子駆動回路６８に出力する。
以上のように構成される位相変調方式光フアイ
バジヤイロは、次のように動作する。
バジヤイロは、次のように動作する。
電源３２により駆動される発光素子３０からの
光ビームは、レンズ３４を介して、ハーフミラー
３６に送られ、そのハーフミラー３６を透過した
光ビームは、レンズ３８を介して、シングルモー
ド光フアイバ４０の一端に結合されて、単一のモ
ードのレーザ光のみが、それらシングルモード光
フアイバ４０の他端から出力され、レンズ４２を
介して、ハーフミラー４４に送られる。そして、
それらハーフミラー４４で２つに分けられた光ビ
ームは、それぞれレンズ４６及び４８を介して、
光フアイバ５０の両端に結合される。
光ビームは、レンズ３４を介して、ハーフミラー
３６に送られ、そのハーフミラー３６を透過した
光ビームは、レンズ３８を介して、シングルモー
ド光フアイバ４０の一端に結合されて、単一のモ
ードのレーザ光のみが、それらシングルモード光
フアイバ４０の他端から出力され、レンズ４２を
介して、ハーフミラー４４に送られる。そして、
それらハーフミラー４４で２つに分けられた光ビ
ームは、それぞれレンズ４６及び４８を介して、
光フアイバ５０の両端に結合される。
光フアイバ５０に入力された光ビームは、回転
を受けているセンサコイル５２の部分で位相差が
でき、また、位相変調素子駆動回路６８によつて
周波数fnの交流で駆動される位相変調素子５４に
巻き付けられた部分５６において位相変調され
る。
を受けているセンサコイル５２の部分で位相差が
でき、また、位相変調素子駆動回路６８によつて
周波数fnの交流で駆動される位相変調素子５４に
巻き付けられた部分５６において位相変調され
る。
そのように光フアイバ５０において位相差がで
き且つ位相変調された右回り光ビームと左回り光
ビームは、光フアイバ５０の両端からそれぞれレ
ンズ４６及び４８を介して出力されて、ハーフミ
ラー４４により合成され、更に、レンズ４２を介
してシングルモード光フアイバ４０の他端に結合
される。そして、そのシングルモード光フアイバ
４０に結合された光ビームは、ハーフミラー３６
によつてレンズ５８を介して受光素子６０に入射
する。
き且つ位相変調された右回り光ビームと左回り光
ビームは、光フアイバ５０の両端からそれぞれレ
ンズ４６及び４８を介して出力されて、ハーフミ
ラー４４により合成され、更に、レンズ４２を介
してシングルモード光フアイバ４０の他端に結合
される。そして、そのシングルモード光フアイバ
４０に結合された光ビームは、ハーフミラー３６
によつてレンズ５８を介して受光素子６０に入射
する。
受光素子６０の電気出力は、プリアンプ６２を
介して、発振器６６から位相変調素子５４の駆動
周波数fnを参照周波数として受けている同期検波
器６４Ａに入力される。その同期検波器６４Ａ
は、入力信号を周波数fnで同期検波して、周波数
fnの成分を含む信号をローパスフイルタ７０Ａに
出力し、そのローパスフイルタ７０Ａは、周波数
fnの成分すなわち上記した式(1)のfnを含む右辺第
２項の電圧信号を出力する。すなわち、センサコ
イル５２において発生した位相差Δθを示す電圧
信号が出力される。
介して、発振器６６から位相変調素子５４の駆動
周波数fnを参照周波数として受けている同期検波
器６４Ａに入力される。その同期検波器６４Ａ
は、入力信号を周波数fnで同期検波して、周波数
fnの成分を含む信号をローパスフイルタ７０Ａに
出力し、そのローパスフイルタ７０Ａは、周波数
fnの成分すなわち上記した式(1)のfnを含む右辺第
２項の電圧信号を出力する。すなわち、センサコ
イル５２において発生した位相差Δθを示す電圧
信号が出力される。
一方、同期検波器６４Ｂは、周波数2fnを参照
周波数として受けているので、受光素子６０の出
力の内の周波数2fnの成分の電圧、すなわち、上
記した式(1)の右辺第３項の電圧信号をコンパレー
タ７０に出力する。このコンパレータ７０の他方
の入力に接続されている基準電圧源７４は、
2bsinφ／２≒1.8となるときの式(1)の右辺第３項
の値に対応する電圧に設定されているので、その
基準電圧より小さいときには、位相変調素子駆動
回路６８による駆動電圧を増大させて位相変調素
子による変調度を高めさせ、反対に、基準電圧よ
り大きいときには、位相変調素子駆動回路６８に
よる駆動電圧を減少させて位相変調素子による変
調度を低下させる。上述したように、上記した式
(1)のJ2の項の値は、十分なレベルを有し、且つ
2bsinφ／２が変化するとそれに応じて大きく変
化するので、感度よく上記変調度の帰還制御が行
われる。かくして、J1（2bsinφ／２）が最大すな
わち約1.8に維持されるように位相変調素子の変
調度を帰還制御される。
周波数として受けているので、受光素子６０の出
力の内の周波数2fnの成分の電圧、すなわち、上
記した式(1)の右辺第３項の電圧信号をコンパレー
タ７０に出力する。このコンパレータ７０の他方
の入力に接続されている基準電圧源７４は、
2bsinφ／２≒1.8となるときの式(1)の右辺第３項
の値に対応する電圧に設定されているので、その
基準電圧より小さいときには、位相変調素子駆動
回路６８による駆動電圧を増大させて位相変調素
子による変調度を高めさせ、反対に、基準電圧よ
り大きいときには、位相変調素子駆動回路６８に
よる駆動電圧を減少させて位相変調素子による変
調度を低下させる。上述したように、上記した式
(1)のJ2の項の値は、十分なレベルを有し、且つ
2bsinφ／２が変化するとそれに応じて大きく変
化するので、感度よく上記変調度の帰還制御が行
われる。かくして、J1（2bsinφ／２）が最大すな
わち約1.8に維持されるように位相変調素子の変
調度を帰還制御される。
以上の説明からわかるように、同期検波器６４
Ｂ、ローパスフイルタ７０Ｂ、コンパレータ７
２、基準電圧源７４及び発振器６６の周波数2fn
を発振する部分は、位相変調素子駆動回路６８に
対する変調度制御回路を構成しているが、その変
調度制御回路は、上記した構成に限らず、周波数
2fnの成分を検出してそれが一定のレベルにある
ように制御できるものであれば、どのような構成
のものでもよい。
Ｂ、ローパスフイルタ７０Ｂ、コンパレータ７
２、基準電圧源７４及び発振器６６の周波数2fn
を発振する部分は、位相変調素子駆動回路６８に
対する変調度制御回路を構成しているが、その変
調度制御回路は、上記した構成に限らず、周波数
2fnの成分を検出してそれが一定のレベルにある
ように制御できるものであれば、どのような構成
のものでもよい。
また、上記した本発明による位相変調方式光フ
アイバジヤイロは、位相変調素子として温度依存
性の大きなピエゾ半導体やLiNbO3などの強誘電
体結晶を使用した圧電振動素子を使用した場合に
効果があるが、電源電圧の変動などにより変調度
が変動する場合にも、その変調度を一定に維持す
る効果もある。
アイバジヤイロは、位相変調素子として温度依存
性の大きなピエゾ半導体やLiNbO3などの強誘電
体結晶を使用した圧電振動素子を使用した場合に
効果があるが、電源電圧の変動などにより変調度
が変動する場合にも、その変調度を一定に維持す
る効果もある。
発明の効果
以上の説明から明らかなように、本発明による
位相変調方式光フアイバジヤイロは、位相変調素
子を構成する材料の温度特性による動作点のゆら
ぎを高い応答性をもつて防止でき、動作点のゆら
ぎから生じる光フアイバのスケールフアクタの変
動を効果的に抑制することができる。従つて、位
相変調方式光フアイバジヤイロ固有の特徴である
高いスケールフアクタを実現できる。
位相変調方式光フアイバジヤイロは、位相変調素
子を構成する材料の温度特性による動作点のゆら
ぎを高い応答性をもつて防止でき、動作点のゆら
ぎから生じる光フアイバのスケールフアクタの変
動を効果的に抑制することができる。従つて、位
相変調方式光フアイバジヤイロ固有の特徴である
高いスケールフアクタを実現できる。
第１図は、本発明による位相変調方式光フアイ
バジヤイロの１つの実施例の構成を示すブロツク
図である。第２図は、ベツセル関数の変化を示す
グラフである。第３図は、位相変調方式光フアイ
バジヤイロの基本構成を示す概略図である。 〔主な参照番号〕、１０……発光素子、１２…
…ビームスプリツタ、１４，１６……結合レン
ズ、１８……光フアイバ、２０……センサコイ
ル、２２……位相変調素子、２４……光フアイバ
の位相変調部、２６……受光素子、３０……発光
素子、３２……駆動電源、３６……ハーフミラ
ー、４０……シングルモード光フアイバ、５０…
…光フアイバ、５２……センサコイル、５４……
位相変調素子、５６……光フアイバの位相変調
部、６０……受光素子、６４Ａ，６４Ｂ……同期
検波器、６６……発振器、６８……位相変調素子
駆動回路、７０Ａ，７０Ｂ……ローパスフイル
タ、７２……コンパレータ、７４……基準電圧
源。
バジヤイロの１つの実施例の構成を示すブロツク
図である。第２図は、ベツセル関数の変化を示す
グラフである。第３図は、位相変調方式光フアイ
バジヤイロの基本構成を示す概略図である。 〔主な参照番号〕、１０……発光素子、１２…
…ビームスプリツタ、１４，１６……結合レン
ズ、１８……光フアイバ、２０……センサコイ
ル、２２……位相変調素子、２４……光フアイバ
の位相変調部、２６……受光素子、３０……発光
素子、３２……駆動電源、３６……ハーフミラ
ー、４０……シングルモード光フアイバ、５０…
…光フアイバ、５２……センサコイル、５４……
位相変調素子、５６……光フアイバの位相変調
部、６０……受光素子、６４Ａ，６４Ｂ……同期
検波器、６６……発振器、６８……位相変調素子
駆動回路、７０Ａ，７０Ｂ……ローパスフイル
タ、７２……コンパレータ、７４……基準電圧
源。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ センサコイルを構成する部分と位相変調素子
が設けられた部分とを有する光フアイバと、前記
光フアイバの両端に可干渉性光を供給する光源
と、前記光フアイバの両端から該光フアイバを伝
搬した光を受ける受光素子とを少なくとも具備し
てなる位相変調方式光フアイバジヤイロにおい
て、前記位相変調素子を周波数fnで駆動する位相
変調素子駆動回路と、前記受光素子の出力を受け
て周波数2fnの成分を抽出して該周波数2fnの成分
が一定レベルとなるように前記位相変調素子駆動
回路による位相変調度を制御する変調度制御回路
とを設けたことを特徴とする位相変調方式光フア
イバジヤイロ。 ２ 前記変調度制御回路は、前記受光素子の出力
を受ける同期検波器と、周波数fnを前記位相変調
素子駆動回路に供給し周波数2fnを前記同期検波
器に供給する発振器と、前記同期検波器の出力を
受けて基準電圧と比較して前記位相変調素子駆動
回路を制御する比較器とを具備していることを特
徴とする特許請求の範囲第１項記載の位相変調方
式光フアイバジヤイロ。 ３ 前記位相変調素子は、ピエゾ半導体素子また
はLNO素子であることを特徴とする特許請求の
範囲第１項または第２項記載の位相変調方式光フ
アイバジヤイロ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59244641A JPS61124817A (ja) | 1984-11-21 | 1984-11-21 | 位相変調方式光フアイバジヤイロ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59244641A JPS61124817A (ja) | 1984-11-21 | 1984-11-21 | 位相変調方式光フアイバジヤイロ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61124817A JPS61124817A (ja) | 1986-06-12 |
| JPH0310882B2 true JPH0310882B2 (ja) | 1991-02-14 |
Family
ID=17121769
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59244641A Granted JPS61124817A (ja) | 1984-11-21 | 1984-11-21 | 位相変調方式光フアイバジヤイロ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61124817A (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3446663A1 (de) * | 1984-12-21 | 1986-07-10 | Standard Elektrik Lorenz Ag, 7000 Stuttgart | Einrichtung zur messung der drehgeschwindigkeit |
| JPH0231167A (ja) * | 1988-07-20 | 1990-02-01 | Japan Aviation Electron Ind Ltd | 光干渉角速度計 |
| EP0511684B1 (en) * | 1989-03-08 | 1995-08-30 | Sumitomo Electric Industries, Limited | Phase modulated fibre-optic gyroscope |
| JPH06307875A (ja) * | 1993-02-24 | 1994-11-04 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 信号検出方法及び位相変調度変動の検出方法 |
-
1984
- 1984-11-21 JP JP59244641A patent/JPS61124817A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61124817A (ja) | 1986-06-12 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |