JPH03130612A - 光干渉角速度計 - 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、リニア位相ランプ方式による零位法七ロダ
イン変調方式の光干渉角速度計に関する。

「従来の技術」 広ダイナミツクレンジおよび低ドリフトの光干渉角速度
計として、光ファイバコイルの一端側および他端側に、
それぞれ光導波路に対して一対の電捲が形成されて構成
されたバイアシング位相変調器およびランプ位相変調器
を設け、そのバイアシング位相変調器およびランプ位相
変調器に位相変調用のバイアシング電圧および鋸歯状波
電圧を印加して、それぞれ光ファイバコイルを伝搬する
二つの光の間に位相差を与えるとともに、光検出器の出
力から光ファイバコイルを伝搬して干渉する二つの光の
間の位相差を検出し、その検出出力によって、その位相
差が所定値になるように上記の鋸歯状波電圧の極性と周
波数を制御するものが考えられている。

第２図は、従来の、このようなリニア位相ランプ方式に
よる零位法七ロダイン変調方式の光干渉角速度計の一例
である。

光源１１からの光１が光結合器１３および偏光子Ｉ４を
通じて光分岐結合器１５に供給されて二つの光５ａ、５
ｂに分岐され、その二つの光５ａ。

５ｂが、一方の光５ａは光ファイバコイル１７の一端１
７ａから、他方の光５ｂは光ファイバコイル１７の他端
１７ｂから、それぞれ光ファイバコイル１７に供給され
て、一方の光５ａは右回り光として、他方の光５ｂは左
回り光として、それぞれ光ファイバコイル１７を伝搬し
、この光ファイバコイルＩ７を伝搬した二つの光７ａ、
７ｂが、一方の光７ａは光ファイバコイル１７の他端１
７ｂから、他方の光７ｂは光ファイバコイル１７の一端
１７ａから、それぞれ光分岐結合器１５に供給されて互
いに干渉し、その得られた干渉光９が偏光子１４および
光結合器１３を通じて光検出器Ｉ９に供給されて電気信
号に変換される点は、−般の光干渉角速度計と同じであ
る。

そして、光分岐結合器１５と光ファイバコイル１７の一
端１７ａとの間にバイアシング位相変調器２１が配され
るとともに、光分岐結合器１５と光ファイバコイル１７
の他端１７ｂとの間にランプ位相変調器２２が配され、
発振器３１からバイアシング位相変調器２１にバイアシ
ング電圧Ｂｉが印加されてバイアシング位相変調器２１
において光ファイバコイル１７の一端１７ａから光ファ
イバコイル１７に供給される光５ａおよび光ファイバコ
イル１７の他端１７ｂから光ファイバコイル１７を伝搬
して光ファイバコイル１７の一端１７ａから光分岐結合
器１５に供給される光７ｂの位相が偏移されるとともに
、鋸歯状波電圧発生部４０からランプ位相変調器２２に
鋸歯状波電圧Ｒａが印加されてランプ位相変調器２２に
おいて光ファイバコイル１７の他端１７ｂから光ファイ
バコイル１７に供給される光５ｂおよび光ファイバコイ
ル１７の一端１７ａから光ファイバコイル１７を伝搬し
て光ファイバコイル１７の他端１７ｂから光分岐結合器
１５に供給される光７ａの位相が偏移され、光検出器１
９の出力Ｖａが後述するような構成の位相差検出制御部
５０に供給されて後述するように位相差検出制御部５０
において光分岐結合器１５において干渉する二つの光７
ａ７ｂの間の位相差が検出され、位相差検出制御部５０
の出力Ｖｅが鋸歯状波電圧発生部４０に供給されて、上
記の位相差が所定値になるように、すなわち、上記の位
相差からバイアシング位相変調器２１にバイアシング電
圧Ｂｉが印加されることによって生じる位相差を除いた
、光ファイバコイル１７に入力角速度Ωが加えられるこ
とによって生じるサニヤック位相差ΔφＳとランプ位相
変調器２２に鋸歯状波電圧Ｒａが印加されることによっ
て生じる位相差Δφｒの和の位相差Δφがゼロまたは２
πラジアンの整数倍になるように、一般にはゼロになる
ように、鋸歯状波電圧Ｒａの極性と周波数が制御される
。

バイアシング電圧Ｂｉは、光５ａ、５ｂが光ファイバコ
イル１７を伝搬するのに要する時間τを半周期とする第
３図に示すような正弦波電圧で、これによるバイアシン
グ位相変調器２１における位相変調は、光ファイバコイ
ル１７を伝搬して干渉する二つの光７ａ、７ｂの間にπ
／２ラジアンの位相差を与えて光干渉角速度計の動作点
を設定するものである。

鋸歯状波電圧Ｒａは、第４図の左側または右側に示すよ
うに正または負になるもので、これによるランプ位相変
調器２２における位相変調は、光ファイバコイル１７を
伝搬して干渉する二つの光７ａ、７ｂの間に最大で２に
πラジアン（ｋ＝±１、±２・・・）になる、一般には
±２πラジアンになる位相差Δφｒを与えて上記のよう
にサニヤック位相差ΔφＳを打ち消すものである。

すなわち、光分岐結合器１５において干渉する二つの光
７ａ、７ｂの間の位相差からバイアシング位相変調器２
１にバイアシング電圧Ｂｉが印加されることによって生
じるものを除いたものは、上述したように Δφ＝ΔφＳ＋Δφｒ　　　　　　　・・・・・・　（
１）で表されるが、そのサニヤック位相差ΔφＳは、周
知のように λ　Ｃ で表される。ただし、Ｒは光ファイバコイル１７の半径
、Ｌは光ファイバコイル１７における光ファイバ長、λ
は光ファイバコイル１７を伝搬スる光５ａ、５ｂの波長
、Ｃは真空中における光速である。

そして、ランプ位相変調器２２においては、光ファイバ
コイル１７の他端１７ｂから光ファイバコイル１７に供
給される光５ｂが、その時の鋸歯状波電圧Ｒａの値に応
じた位相偏移φｂを受け、さらに時間τを経て、光ファ
イバコイル１７の一端１７ａから光ファイバコイル１７
番伝搬して光ファイバコイル１７の他端１７ｂから光分
岐結合器１５に供給される光７ａが、その時の鋸歯状波
電圧Ｒａの値に応じた位相偏移φａを受けるが、入力角
速度Ωが右回り方向に加えられてサニヤック位相差Δφ
Ｓが負になるときには、位相差検出制御部５０の出力Ｖ
ｅによって鋸歯状波電圧Ｒａが第４図の左側に示すよう
に正にされ、上記の位相偏移φａおよびφｂが第５図の
左側に示すような関係になって、ランプ位相変調器２２
に鋸歯状波電圧Ｒａが印加されることによって生じる位
相差Δφｒが正になり、入力角速度Ωが左回り方向に加
えられてサニヤック位相差ΔφＳが正になるときには、
位相差検出制御部５０の出力Ｖｅによって鋸歯状波電圧
Ｒａが第４図の右側に示すように負にされ、上記の位相
偏移φａおよびφｂが第５図の右側に示すような関係に
なって、上記の位相差Δφ「が負になる。

したがって、鋸歯状波電圧Ｒａの周期をＴ、周波数をｆ
Ｒとすると、第５図から明らかなようにΔφｒ＝２　ｋ
π−＝２　ｋπ−ｒ　ｆ＋＋　−（３）となり、光ファ
イバコイル１７における光の屈折率をｎとすると、 ｎＬ ・・・・・　（４） の関係があるので、 ｎＬ Δφ「＝２にπ　　　　　ｆ、　　　　　・・・・・・
　（５）となる。したがって、（１）式で表される位相
差Δφがゼロになるように、すなわち Δφｒ＝−ΔφＳ　　　　　　　　　・・・・・・　（
６）となるように鋸歯状波電圧Ｒａの極性と周波数ｆ８
が制御されることによって、 ２にπ　・　ｎＬ ΔφＳ ２にπ　・　ｎＬ Ｃ ４πＲＬ ２にπ　・　ｎ、　Ｌ λＣ ｋｎ　　λ となり、 Ｒ で表される。ただし、入力角速度Ωが負方向である右回
り方向に加えられて鋸歯状波電圧Ｒａが正になるときに
はｋが＋１になり、入力角速度Ωが正方向である左回り
方向に加えられて鋸歯状波電圧Ｒａが負になるときには
ｋが−１になる。

したがって、鋸歯状波電圧Ｒａの極性と周波数ｆ、から
入力角速度Ωの方向と大きさを計測することができる。

光検出器１９の出力Ｖａは、バイアシング電圧Ｂｉの周
波数をｆｍ、角周波数をωｍとすると、公知のように Ｖａ＝Ｖｄｃ ・・・・・・　（９） で表される。ただし、Ｖｄｃは直流分、Ｋａ、Ｋｂは定
数、Ｊｚｎ（ｘ）、　　ＪＺ＊、１（Ｘ）は第１種ベッ
セル係数で、（９）式の第１項は直流分、第２項はバイ
アシング電圧Ｂｉの周波数ｆｍの偶数倍の周波数の成分
、第３項はｒｍの奇数倍の周波数の成分である。

そして、位相差検出制御部５０においては、この光検出
器１９の出力Ｖａから（９）式の第３項の成分のうちの
ｎ＝０における周波数がｆｍの成分のみが取り出され、
このｒｍの周波数の成分が同じ周波数の基準信号によっ
て同期検波されて、光分岐結合器１５において干渉する
二つの光７ａ、７ｂの間の位相差の検出出力として、 Ｖｄ＝Ｋｃ　　−Ｊ＋（ｘ）ｓｉｎΔφ　　　　　　　
　　　・・・・・・ＣＤ）で表される検波出力が得られ
るようにされる。ただし、Ｋｃは定数である。

しかし、上述したように位相差Δφがゼロになるように
鋸歯状波電圧Ｒａの極性と周波数ｆ、が制御されるので
、第６図に示すように、（９）式の第３項に含まれる上
記のｒｍの周波数の成分Ｖｍは微小なレベルになるのに
対して、（９）式の第２項に含まれる特に周波数が２ｆ
ｍの成分Ｖｓがかなり大きなレベルになり、しかも、上
述したように一般にバイアシング電圧Ｂｉは光５ａ、５
ｂが光ファイバコイル１７を伝搬するのに要する時間τ
を半周期とし、 ｆ　ｍ＝　１　／　２　ｒ　　　　　　　　　　　−（
１０にされるので、これに（４）式を代入すると、ｆ　
ｍ＝Ｃ／　２　ｎ　Ｌ　　　　　　　　　　・−＝　　
０２１となり、具体的に光ファイバコイル１７における
光の屈折率ｎを１．４７とし、光ファイバコイル１７に
おける光ファイバ長りを３００メートルとすると、ｆｍ
が約３４０　ｋＨｚになるように、ｆｍはかなり高くさ
れる。そのため、光検出器１９の出力Ｖａを直接、中心
周波数がｆｍの帯域通過フィルタに供給する場合には、
その帯域通過フィルタの通過帯域幅が広くなるために、
出力Ｖａから２ｆｍの周波数の成分Ｖｓを確実に除去し
てｆｍの周波数の成分Ｖｍのみを十分なレベルで取り出
すことができない。

そこで、位相差検出制御部５０においては、光検出器１
９の出力Ｖａがｆｍに対してｆｍより十分低い中間周波
数だけ離れた周波数の信号と混合されることによってｆ
ｍの周波数の成分Ｖｍが上記の中間周波数に変換され、
その混合出力が、その中間周波数を中心周波数とする帯
域通過フィルタに供給されることによって、その中間周
波数に変換された成分のみが取り出され、これが同じ周
波数の基準信号によって同期検波されることによって０
０式で表される検波出力Ｖｄが得られる。

すなわち、具体的には、第２図に示すように、光検出器
１９の出力Ｖａが前置増幅回路５１に供給されて、その
直流分Ｖｄｃが除去されるとともに、その交流分が増幅
されたのち、その交流分が周波数混合回路５２に供給さ
れて、発振器３２から得られる第６図に示すようにｆｍ
に対してｆｍより十分低い中間周波数ｆｒだけ高い周波
数ｒｃａの信号Ｓｃａと混合されて、周波数混合回路５
２の出力Ｖｃとして、第７図に示すように、上述したｆ
ｍの周波数の成分Ｖｍがｆｒの周波数に変換された成分
Ｖｒ、ｆｍの周波数の成分Ｖｍがｆ　ｈ＝２　ｆｍ＋ｒ
ｒの周波数に変換された成分ｖｈ、２ｆｍの周波数の成
分Ｖｓがｆｍに対してｆｒだけ低い周波数ｆｅｂに変換
された成分■ｌなどを含むものが得られ、この周波数混
合回路５２の出力Ｖｃがｒ「を中心周波数とする帯域通
過フィルタ５３に供給される。ｒｒは例えば１０ｋＨｚ
にされる。このように帯域通過フィルタ５３の中心周波
数となるｆｒがｆｍに比べて著しく低くされて帯域通過
フィルタ５３の通過帯域幅を十分狭くすることができる
とともに、周波数混合回路５２の出力Ｖｃの成分のうち
ｆ「の周波数の成分Ｖｒ以外のものはＦｅｂ（−ｆｍ−
ｆｒ）以上の周波数になるので、帯域道通フィルタ５３
からは、ｆｒの周波数の成分Ｖｒのみが、すなわち光検
出器１９の出力Ｖａ中のｆｍの周波数の成分Ｖｍがｆｒ
の周波数に変換されたもののみが取り出される。

この帯域通過フィルタ５３がら取り出されたｆ「の周波
数の成分ｖｒは、交流増幅回路５４に供給されて十分な
レベルに増幅されたのち、同期検波回路５５に供給され
てｆｒの周波数の基準信号Ｓｒによって同期検波され、
同期検波回路５５がら、光分岐結合器１５において干渉
する二つの光７ａ、７ｂの間の位相差の検出出力として
、００１式で表される検波出力Ｖｄが得られる。そして
、この同期検波回路５５の出力ＶｄがＰＩＤフィルタ（
比例積分微分フィルタ）５６に供給され、ＰＩＤフィル
タ５６の出力Ｖｅが位相差検出制御部５０の出力として
鋸歯状波電圧発生部４ｏに供給されて、上述したように
位相差Δφがゼロになるように鋸歯状波電圧Ｒａの極性
と周波数ｆＲが制御される。

周波数混合回路５２においてｆｃａ＝ｆｍ＋ｆｒの周波
数の信号Ｓｃａの代わりにｆｃｂ＝ｆｍ−ｆｒの周波数
の信号Ｓｃｂが、前置増幅回路５１において直流分Ｖｄ
ｃが除去された光検出器１９の出力■ａと混合されても
、同様である。

なお、同期検波のためのｒｒの周波数の基準信号Ｓｒは
一例として発振器３１の出力の周波数がｆｍのバイアシ
ング電圧Ｂｉと発振器３２の出力のｆｃａ＝ｆｍ＋ｆｒ
またはｆｅｂ＝ｆｍ−ｆｒの周波数の信号Ｓｃａまたは
Ｓｃｂが周波数混合回路３３において混合され、周波数
混合回路３３の出力がｒｒを中心周波数とする帯域通過
フィルタ３４に供給されて、帯域通過フィルタ３４から
ｆｒの周波数の信号のみが取り出され、これが波形整形
回路３５に供給されて、波形整形回路３５からｆｒの周
波数の矩形波信号として得られる。

「発明が解決しようとする課題」 ランプ位相変調器２２に印加される鋸歯状波電圧Ｒａは
、第４図ではフライバック時間がゼロの理想的な鋸歯状
波電圧として示しているが、実際には、このように鋸歯
状波電圧Ｒａのフライバック時間をゼロにすることは不
可能で、鋸歯状波電圧Ｒａには数１０ナノ秒以上のフラ
イバック時間が存在する。また、鋸歯状波電圧発生部４
０やランプ位相変ｇＩ器２２の特性上の問題などから、
上記の位相差Δφｒの最大値を正確に±２πラジアンに
することも、実際上不可能である。

そして、このように鋸歯状波電圧Ｒａにフライバック時
間が存在し、またイα相差Δφｒの最大値が正確に±２
πラジアンにならないために、光ファイバコイル１７を
伝搬して干渉する二つの光７ａ、７ｂの間の位相差には
鋸歯状波電圧Ｒａの周波数ｆ、の基本波成分およびその
整数倍の周波数の高調波成分からなる誤差分を住じ、こ
の誤差分が光検出器１９の出力Ｖａ中に第８図に示すよ
うに上述したｆｍの周波数の成分Ｖｍの上側帯波Ｕ１、
Ｕ２・・・および下側帯波Ｌｌ、Ｌ２・・・として現れ
、しかも、鋸歯状波電圧Ｒａの周波数ｆｌＩが入力角速
度Ωに応して変化するので、その上側帯波０１、Ｕ２・
・・および下側帯波Ｌｌ、Ｌ２・・・の周波数も入力角
速度Ωに応じて変化する。

そのため、ｆ８がｒｒの２倍に等しくなるときは第９図
に示すように上側帯波Ｕ１または下側帯波Ｌ１がそれぞ
れｆｉａ＝ｆｍ＋２ｆｒまたはｒｉｂ−ｆｍ−２（ｒの
周波数に一致し、ｆ、の３倍がｆｒの２倍に等しくなる
ときは第１０図に示すように上側帯波Ｕ３または下側帯
波Ｌ３がそれぞれｆｉａまたはｆｉｂの周波数に一致す
るというように、一般にｆ、＝２　ｆ　ｒ／ｎ　（ｎ＝
　１．２．３−）になる特定の入力角速度のもとでは、
上側帯波Ｕｌ。

Ｕ２・・・または下側帯波Ｌｌ、Ｌ２・・・のいずれか
が、上述したように位相差検出制御部５０の周波数混合
回路５２において光検出器１９の出力Ｖａと混合される
信号ＳｅａまたＳｃｂの周波数である（ｃａまたはｆｃ
ｂに対してｆｍのイメージ周波数となるｆｉａまたはｆ
ｉｂの周波数に一致して、周波数混合回路５２において
信号ＳｃａまたはＳｃｂと混合されることにより上述し
たｆｍの周波数の成分Ｖｍとともにｆｒの周波数に変換
され、そのｆｒの周波数に変換された側帯波成分が帯域
通過フィルタ５３を通じて交流増幅回路５４で増幅され
たのち同期検波回路５５においてｆｒの周波数の基準信
号Ｓｒによって同期検波されることによって、光干渉角
速度針の出力にスケールファクタエラーを生じただし、
そのスケールファクタエラーは、第９図に示すように鋸
歯状波電圧Ｒａの周波数ｆ８の基本波成分に対応する上
側帯波Ｕ１または下側帯波Ｌ１がそれぞれＨａまたは目
すの周波数に一致するときに最も大きく現れ、第１０図
に一例を示すように高調波成分に対応する上側帯波また
は下側帯波がそれぞれｆｉａまたはｆｉｂの周波数に一
致するときには概して小さくなる。

第１１図は上述したスケールファクタエラーを示し、ｆ
ｒが１０ｋＨｚにされた場合である。鋸歯状波電圧Ｒａ
の周波数ｆ、に相当する光干渉角速度計の出力パルス数
は入力角速度Ωに応じて変化するが、光干渉角速度計の
出力のスケールファクタ、すなわち光干渉角速度計の１
回転当たりの出力パルス数は入力角速度Ωにかかわらず
一定であるべきものである。しかしながら、上述したよ
うに鋸歯状波電圧Ｒａにフライバック時間が存在し、ま
た位相差Δφｒの最大値が正確に±２πラジアンになら
ないために、同図に示すように特定の入力角速度のもと
で光干渉角速度計の１回転当たりの出力パルス数が所定
数からずれ、光干渉角速度計の出力にスケールファクタ
エラーを生じる。同図において３４°／秒の入力角速度
のもとて特に大きなスケールファクタエラーが生じてい
るのは、第９図において説明したように鋸歯状波電圧Ｒ
ａの周波数ｆ、の基本波成分に対応する上側帯波Ｕ１ま
たは下側帯波Ｌ１がそれぞれｒｉａまたはｆｉｂの周波
数に一致するからである。

そこで、この発明は、リニア位相ランプ方式による零位
法七ロダイン変調方式の光干渉角速度計において、上述
したようにランプ位相変調器に印加される位相変調用の
鋸歯状波電圧にフライバック時間が存在するなどのため
に特定の入力角速度のもとて光干渉角速度針の出力に生
じるスケールファクタエラーを大幅に軽減することがで
き、光干渉角速度計の入出力特性の直線性を著しく改善
することができるようにしたものである。

「課題を解決するための手段」 この発明においては、位相差検出制御部に対して、光検
出器の出力をバイアシング電圧の周波数である所定周波
数に対して設定された中間周波数の２倍の周波数だけ離
れた周波数であるイメージ周波数の基準信号によって同
期検波し、その同期検波出力によって位相差検出制御部
の同期検波回路の出力から光検出器の出力中の上記イメ
ージ周波数の成分についての検波出力成分を除去するイ
メージ周波数成分検出除去部を設ける。

「作　用」 上記のように構成された、この発明の光干渉角速度計に
おいては、ランプ位相変調器に印加される位相変調用の
鋸歯状波電圧にフライバック時間が存在するなどのため
に光ファイバコイルを伝搬して干渉する二つの光の間の
位相差に鋸歯状波電圧の周波数の基本波成分およびその
整数倍の周波数の高調波成分からなる誤差分を生じ、こ
の誤差分が光検出器の出力中にバイアシング電圧の周波
数である所定周波数の成分の上側帯波および下側帯波と
して現れ、特定の入力角速度のもとで、その上側帯波ま
たは下側帯波のいずれかが上記イメ−ジ周波数に一致し
て位相差検出制御部の周波数混合回路において上記所定
周波数の成分とともに上記中間周波数に変換され、その
中間周波数に変換された側帯波成分が位相差検出制御部
の同期検波回路において同じ中間周波数の基準信号によ
って同期検波されて、位相差検出制御部の同期検波出力
中に、その中間周波数に変換された側帯波成分について
の検波出力成分、すなわち光検出器の出力中の上記イメ
ージ周波数の成分についての検波出力成分を生じても、
イメージ周波数成分検出除去部の同期検波出力によって
位相差検出制御部の同期検波出力から、その光検出器の
出力中の上記イメージ周波数の成分についての検波出力
成分が除去されるので、鋸歯状波電圧にフライバック時
間が存在するなどのために特定の入力角速度のもとて光
干渉角速度計の出力に生じるスケールファクタエラーが
大幅に軽減され、光干渉角速度計の入出力特性の直線性
が著しく改善される。

「実施例」 第１図は、この発明の光干渉角速度計の一例である。

光源１１、光結合器１３、偏光子１４、光分岐結合器１
５、光ファイバコイル１７、光検出器１９、バイアシン
グ位相変調器２１、ランプ位相変調器２２、バイアシン
グ電圧発生部を構成する発振器３１、鋸歯状波電圧発生
部４０および位相差検出制御部５０からなる系が設けら
れることと、位相差検出制御部５０が、具体的に、前置
増幅回路５１、周波数混合回路５２、帯域通過フィルタ
５３、交流増幅回路５４、同期検波回路５５およびＰＩ
Ｄフィルタ５６を有する構成にされることは、第２図に
示した従来の光干渉角速度計と同じであり、その動作も
、後述するように位相差検出制御部５０の同期検波回路
５５の出力Ｖｄがら光検出器１９の出力Ｖａ中のｆｉａ
＝　ｆ　ｍ＋２　ｆ　ｒまたはｆｉｂ＝ｆｍ−２ｆｒの
周波数の成分についての検波出力成分が除去される点を
除いては、第２図に示した従来の光干渉角速度計と同じ
である。

ただし、鋸歯状波電圧発生部４０は、この例においては
、コンデンサ４１と、鋸歯状波電圧発生部４０の入力電
圧である位相差検出制？２］を部５ｏの出力電圧Ｖｅを
電流に変換してコンデンサ４１に供給する電圧電流変換
回路４２と、コンデンサ４Ｉの放電用のスイッチ４３と
、コンデンサ４１の充電電圧を正の基準電圧＋Ｖｐｒと
比較する電圧比較回路４５と、コンデンサ４１の充電電
圧を負の基準電圧−■ｌｌｒと比較する電圧比較回路４
６と、電圧比較回路４５および４６の出力の論理和を得
るオアゲート４７と、オアゲート４７の出力によってト
リガーされてスイッチ４３をオンにする単安定マルチバ
イブレーク４８とによって構成されて、位相差検出制御
部５０の出力電圧Ｖｅが正になるときには、コンデンサ
４１が正に充電され、その充１ｉ！電圧が基準電圧子Ｖ
ｐｒに達すると、電圧比較回路４５の出力、したがって
オアゲート４７の出力が低レベルから高レベルに立ち上
がって単安定マルチパイプレーク４８がトリガーされ、
スイッチ４３がオンにされてコンデンサ４１が放電され
る動作が繰り返されることによって、コンデンサ４１の
両端間に鋸歯状波電圧Ｒａとして最大値が基準電圧子Ｖ
ｐｒに等しい正の鋸歯状波電圧が得られ、位相差検出制
御部５０の出力電圧ｖｅが負になるときには、コンデン
サ４１が負に充電され、その充電電圧が基準電圧−■１
Ｉｌｒに達すると、電圧比較回路４６の出力、したがっ
てオアゲート４７の出力が低レベルから高レベルに立ち
上がって単安定マルチバイブレータ４８がトリガーされ
、スイッチ４３がオンにされてコンデンサ４１が放電さ
れる動作が繰り返されることによって、コンデンサ４１
の両端間に鋸歯状波電圧Ｒａとして最小値が基準電圧−
Ｖ＋ｗｒに等しい負の鋸歯状波電圧が得られる。

この場合、スイッチ４３としては電界効果トランジスタ
などのようにオフ状態のときのリーク電流およびオン状
態のときの抵抗が十分小さいスイッチング素子が用いら
れるとともに、スイッチ４３がオンにされる時間、すな
わち鋸歯状波電圧Ｒａのフライバック時間が十分短くな
るように単安定マルチバイブレータ４日の時定数が設定
される。

そして、この発明においては、位相差検出制御部５０に
対してイメージ周波数成分検出除去部７０が設けられる
。イメージ周波数成分検出除去部７０は、位相差検出制
御部５０の周波数混合回路５２において光検出器１９の
出力Ｖａ中の交流分に対してｆｃａ＝ｆｍ＋ｆｒの周波
数の信号Ｓｅａが混合される場合には光検出１１９の出
力Ｖａをｆｉａ＝ｆｍ＋２ｆｒの周波数の基準信号Ｓｉ
ａによって同期検波して光検出器１９の出力Ｖａ中のｆ
ｉａの周波数の成分を検出し、位相差検出制御部５０の
周波数混合回路５２において光検出器１９の出力Ｖａ中
の交流分に対してｆｃｂ−ｆｍ−ｒｒの周波数の信号Ｓ
ｃｂが混合される場合には光検出器１９の出力Ｖａをｆ
ｌｂ−ｆｍ−２ｒ　ｒの周波数の基準信号Ｓｉｂによっ
て同期検波して光検出器１９の出力Ｖａ中のｆｉｂの周
波数の成分を検出する同期検波回路７１と、この同期検
波回路７１の出力■ｉの直流分を取り出す低域通過フィ
ルタ７２と、この低域通過フィルタ７２の出力を増幅す
る直流増幅回路７３と、位相差検出制御部５０の同期検
波回路５５の出力Ｖｄから直流増幅回路７３の出力Ｖｊ
を減算する減算回路７４とによって構成され、直流増幅
回路７３の出力Ｖｊが同期検波回路５５の出力Ｖｄ中の
光検出器１９の出力Ｖａ中のｆｉａまたはｆｉｂの周波
数の成分についての検波出力成分と等しいレベルになる
ように直流増幅回路７３の利得が設定され、位相差検出
制御部５０においては減算回路７４の出力ＶｇがＰＩＤ
フィルタ５６に供給される。

ランプ位相変調器２２に印加される位相変調用の鋸歯状
波電圧Ｒａにフライバック時間が存在するなどのために
光ファイバコイル１７を伝搬して干渉する二つの光？ａ
、７ｂの間の位相差に鋸歯状波電圧Ｒａの周波数ｆ１０
基本波成分およびその整数倍の周波数の高調波成分から
なる誤差分を生じ、この誤差分が光検出器１９の出力Ｖ
ａ中に第８図に示すようにｆｍの周波数の成分Ｖｍの上
側帯波Ｕｌ、０２・・・および下側帯波Ｌｌ、Ｌ２・・
・として現れ、第９図または第１０図に一例を示すよう
に、特定の人力角速度のもとで、その上側帯波Ｕｌ、Ｕ
２・・・または下側帯波Ｌｌ、Ｌ２・・・のいずれかが
ｆｊａ＝ｆｍ＋２ｆｒまたはｒ　ｉｂ＝　ｆ　ｍ　−２
ｆｒの周波数に一致して位相差検出制御部５０の周波数
混合回路５２においてｆｃａ＝　ｆ　ｍ＋　ｆ　ｒまた
はｆｅｂ＝ｒｍ−ｆｒの周波数の信号ＳｃａまたばＳｃ
ｂと混合されることによりｒｍの周波数の成分Ｖｍとと
もにｆｒの周波数に変換され、そのｒｒの周波数に変換
された側帯波成分が帯域通過フィルタ５３を通じて交流
増幅回路５４で増幅されたのち同期検波回路５５におい
てｆｒの周波数の基準信号Ｓｒによって同期検波されて
、同期検波回路５５の出力Ｖｄ中に、そのｆｒの周波数
に変換された側帯波成分についての検波出力成分、すな
わち光検出器１９の出力Ｖａ中のｆｊａ＝ｆｍ＋２ｆｒ
またはｆｉｂｘｒｍ−２ｆｒの周波数の成分についての
検波出力成分を生じても、減算回路７４において直流増
幅回路７３の出力Ｖｊによって同期検波回路５５の出力
Ｖｄから、その光検出器１９の出力Ｖａ中のｆｉａまた
はｆｔｂの周波数の成分についての検波出力成分が除去
されるので、鋸歯状波電圧Ｒａにフライバック時間が存
在するなどのために特定の入力角速度のもとて光干渉角
速度計の出力に生しるスケールファクタエラーが大幅に
軽減され、光干渉角速度計の入出力特性の直線性が著し
く改善される。

なお、−例として、位相差検出制御部５００周波数混合
同路５２に供給されるｆｃａ＝ｒｍ＋ｆｒまたはｆｃｂ
＝　ｆ　ｍ　−ｆｍｒの周波数の信号ＳｃａまたばＳｃ
ｂは、発振器８１から得られる２ｆｃａ＝２ｆｍ＋２　
ｒ　ｒまたは２　ｆｃｂ＝２　ｆ　ｍ−２ｒ　ｒの周波
数の信号ＸｃａまたはＸｃｂが分周回路８２に供給され
て１／２に分周されることによって得られ、位相差検出
制御部５０の同期検波回路５５に供給されるｆｒの周波
数の基準信号Ｓ［は、発振器３１の出力のｆｍの周波数
のバイアシング電圧Ｂｉと分周回路８２の出力のｆｃａ
またはｆｃｂの周波数の信号ＳｃａまたはＳｃｂが周波
数混合回路８３において混合され、周波数混合回路８３
の出力°がｆｒを中心周波数とする帯域通過フィルタ８
４に供給されて帯域通過フィルタ８４からｆ「の周波数
の信号のみが取り出され、これが波形整形回路８５に供
給されて、波形整形回路８５からｆｒの周波数の矩形波
信号として得られるとともに、イメージ周波数成分検出
除去部７０の同期検波回路７１に供給されるｆｉａ＝ｆ
ｍ＋２ｆｒまたはｆ　ｉｂ＝　ｆ　ｍ−２ｆｒの周波数
の基準信号ＳｉａまたはＳｉｂは、発振器３１の出力の
ｆｍの周波数のバイアシング電圧Ｂｉと発振器８１の出
力の２ｆｃａ＝２ｆｍ＋２ｒｒまたは２　ｆｃｂ＝２　
ｆ　ｍ−２ｆ　ｒの周波数の信号ＸｃａまたはＸｃｂが
周波数混合回路８６において混合され、周波数混合回路
８６の出力がｆ　：ａ−１ｍ＋２ｆｒまたはｆｉｂ＝　
ｆ　ｍ−２ｒ　ｒを中心周波数とする帯域通過フィルタ
８７に供給されて帯域通過フィルタ８７からｆｉａまた
はｆｉｂの周波数の信号のみが取り出され、これが波形
整形回路８８に供給されて、波形整形回路８８からｆｉ
ａまたはｆｉｂの周波数の矩形波信号として得られる。

なお、位相差検出制御部５０のＰＩＤフィルタ５６の代
わりに同様の機能を有するフィルタが用いられてもよい
。

「発明の効果」 上述したように、この発明によれば、ランプ位相変調器
に印加される位相変調用の鋸歯状波電圧にフライバンク
時間が存在するなどのために特定の入力角速度のもとて
光干渉角速度計の出力に生じるスケールファクタエラー
を大幅に軽減することができ、光干渉角速度計の入出力
特性の直線性を著しく改善することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の光干渉角速度針の一例を示す系統
図、第２図は、従来の光干渉角速度計の一例を示す系統
図、第３図、第４図および第５図は、それぞれにおける
バイアシング電圧、鋸歯状波電圧およびランプ位相変調
器における光の位相偏移の態様を示す図、第６図、第７
図、第８図、第９図および第１０図は、それぞれの光検
出器の出力中に含まれる成分およびそれと混合される信
号などの周波数関係を示す図、第１１図は、第２図に示
す従来の光干渉角速度計において出力に生じるスケール
ファクタエラーの例を示す図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）光源と、 光ファイバコイルと、 上記光源からの光を二つに分岐して上記光ファイバコイ
   ルの一端および他端から上記光ファイバコイルに供給す
   るとともに、上記光ファイバコイルを伝搬した二つの光
   を干渉させる光分岐結合器と、 この光分岐結合器から得られる干渉光を検出する光検出
   器と、 上記光分岐結合器と上記光ファイバコイルの一端との間
   に配されたバイアシング位相変調器と、 このバイアシング位相変調器に印加される位相変調用の
   所定周波数のバイアシング電圧を発生するバイアシング
   電圧発生部と、 上記光分岐結合器と上記光ファイバコイルの他端との間
   に配されたランプ位相変調器と、このランプ位相変調器
   に印加される位相変調用の鋸歯状波電圧を発生する鋸歯
   状波電圧発生部と、 上記光検出器の出力から上記光分岐結合器において干渉
   する二つの光の間の位相差を検出し、その検出出力によ
   って、その位相差が所定値になるように上記鋸歯状波電
   圧発生部を制御する位相差検出制御部と を備え、 上記位相差検出制御部が、上記光検出器の出力に上記所
   定周波数に対して設定された中間周波数だけ離れた周波
   数の信号を混合する周波数混合回路と、この周波数混合
   回路の出力中の上記中間周波数の成分を同じ周波数の基
   準信号によって同期検波する同期検波回路とを有する 光干渉角速度計において、 上記位相差検出制御部に対して、上記光検出器の出力を
   上記所定周波数に対して上記中間周波数の２倍の周波数
   だけ離れた周波数であるイメージ周波数の基準信号によ
   って同期検波し、その同期検波出力によって上記位相差
   検出制御部の同期検波回路の出力から上記光検出器の出
   力中の上記イメージ周波数の成分についての検波出力成
   分を除去するイメージ周波数成分検出除去部が設けられ
   た、 光干渉角速度計。