JPH0323844B2 - - Google Patents
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- JPH0323844B2 JPH0323844B2 JP60124262A JP12426285A JPH0323844B2 JP H0323844 B2 JPH0323844 B2 JP H0323844B2 JP 60124262 A JP60124262 A JP 60124262A JP 12426285 A JP12426285 A JP 12426285A JP H0323844 B2 JPH0323844 B2 JP H0323844B2
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- optical fiber
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- light
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- phase difference
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Landscapes
- Gyroscopes (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、飛翔体、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。
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、光及びその光が伝搬する光フアイバが磁界
や電界の影響を受け難いため、シールドの問題な
くどのような環境でも使用でき、また、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、光及びその光が伝搬する光フアイバが磁界
や電界の影響を受け難いため、シールドの問題な
くどのような環境でも使用でき、また、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−．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
（Culshawand I.P.Giles“Fiber Optic
Gyroscopes”J.Phys.E：Sci Instrum.）16 pp5
−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−．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
（Culshawand I.P.Giles“Fiber Optic
Gyroscopes”J.Phys.E：Sci Instrum.）16 pp5
−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。
(a) 光フアイバジヤイロの原理
ここで、光フアイバジヤイロの原理を第８図
を参照して説明する。
を参照して説明する。
受光素子１０からの光をビームスプリツタ１
２により分割して、コイル状に多数回シングル
モード光フアイバ１８を巻回した光フアイバル
ープすなわちセンサコイル２０の両端に入力し
て、センサコイル２０に右回り（CW）と左回
り（CCW）に光を伝搬させる。そのとき、セ
ンサコイル２０が角速度Ωで回転していると、
右回り光、左回り光に位相差Δθが生じ、Δθを
測定することによつて角速度Ωを検出するもの
である。
２により分割して、コイル状に多数回シングル
モード光フアイバ１８を巻回した光フアイバル
ープすなわちセンサコイル２０の両端に入力し
て、センサコイル２０に右回り（CW）と左回
り（CCW）に光を伝搬させる。そのとき、セ
ンサコイル２０が角速度Ωで回転していると、
右回り光、左回り光に位相差Δθが生じ、Δθを
測定することによつて角速度Ωを検出するもの
である。
センサコイル２０の中を右回りに伝搬した光
及び左回りに伝搬した光の電界の強さEcw、
Eccwは、次のように表される。
及び左回りに伝搬した光の電界の強さEcw、
Eccwは、次のように表される。
Ecw＝Ersin（ωt＋Δθ／２）
Eccw＝ELsin（ωt−Δθ／２）
但し、Er、EL：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 そのように位相差Δθが生じた左回り光と右
回り光とをビームスプリツタ１２で合成して、
受光素子２６に入射する。その受光素子２６の
検出強度から、位相差Δθを知ることができる。
その位相差Δθは、次のように表すことができ
る。
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 そのように位相差Δθが生じた左回り光と右
回り光とをビームスプリツタ１２で合成して、
受光素子２６に入射する。その受光素子２６の
検出強度から、位相差Δθを知ることができる。
その位相差Δθは、次のように表すことができ
る。
Δθ＝4πLa／cλΩ ……(1)
但し、Ｌ：センサコイルのフアイバ長
ａ：センサコイルの半径
ｃ：真空中の光速度
λ：光の波長
Ω：回転角速度
これをサニヤツク効果という。
位相差Δθの検出方法には多様のものがあり、
様々なものが提案されている。
様々なものが提案されている。
最も簡単に、左回り光、右回り光の和を、受
光素子で二乗検波すると、出力Ｉは、 Ｉ∝｛１＋cos（Δθ）｝ ……(2) という形になる。
光素子で二乗検波すると、出力Ｉは、 Ｉ∝｛１＋cos（Δθ）｝ ……(2) という形になる。
これはcosの中にΔθがあるので、Δθが０に
近い時の感度が悪いという欠点がある。
近い時の感度が悪いという欠点がある。
そこで、左回り、右回りの光のいずれかの位
相を90゜ずらして、二乗検波するという光学機
構が提案されている。この場合、出力Ｉは、 Ｉ∝｛１＋sin（Δθ）｝ ……(3) の形になるから、Δθが０に近い時の感度が良
い。
相を90゜ずらして、二乗検波するという光学機
構が提案されている。この場合、出力Ｉは、 Ｉ∝｛１＋sin（Δθ）｝ ……(3) の形になるから、Δθが０に近い時の感度が良
い。
しかし、いずれか一方の光を分離するために
は、光路を分離するための新たなビームスプリ
ツタが３つ必要になる。また、分離された光路
の長さを常に等しくおかなければならない。
は、光路を分離するための新たなビームスプリ
ツタが３つ必要になる。また、分離された光路
の長さを常に等しくおかなければならない。
Δθが０に近い時の感度の改善を、上述した
ように静的な光学的な検出機構によつて行うに
は、上記のような難点がある。
ように静的な光学的な検出機構によつて行うに
は、上記のような難点がある。
(b) 位相変調方式光フアイバジヤイロ
そこで、動的な機構によつて、Δθを検出し
ようとする光フアイバジヤイロも多く提案され
ている。例えば、位相変調方式、周波数変調方
式などである。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。
ようとする光フアイバジヤイロも多く提案され
ている。例えば、位相変調方式、周波数変調方
式などである。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。
位相変調方式光フアイバジヤイロは、光フア
イバのセンサコイルの一方の端に、位相変調素
子を設け、変調信号の大きさを測定することに
より位相差Δθを求める方式である。
イバのセンサコイルの一方の端に、位相変調素
子を設け、変調信号の大きさを測定することに
より位相差Δθを求める方式である。
この位相変調方式光フアイバジヤイロについ
て第９図を参照して説明する。
て第９図を参照して説明する。
発光素子１０からの可干渉光は、ビームスプ
リツタ１２により２つに分けられ、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２０を構成するように巻回さ
れた部分と、角周波数ωn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２
６に入射する。
リツタ１２により２つに分けられ、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２０を構成するように巻回さ
れた部分と、角周波数ωn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２
６に入射する。
位相変調素子をセンサコイルに対して非対称
な位置に設けると、同時に発光素子を出た光
が、右回り、左回りに分けられてセンサコイル
と位相変調素子巻回部とを通過するが、変調の
時刻が異なるので、受光素子で出力を二乗検波
した時、変調信号が出力に現われる。変調信号
の振幅にΔθが含まれるから、変調信号の大き
さを知つてΔθを求めることができる。
な位置に設けると、同時に発光素子を出た光
が、右回り、左回りに分けられてセンサコイル
と位相変調素子巻回部とを通過するが、変調の
時刻が異なるので、受光素子で出力を二乗検波
した時、変調信号が出力に現われる。変調信号
の振幅にΔθが含まれるから、変調信号の大き
さを知つてΔθを求めることができる。
例えば、位相変調器を左回り光の入射端の近
傍に設けたとする。光フアイバのセンサコイル
の長さがＬ、フアイバコアの屈折率をｎ、光速
をｃとすると、光がセンサコイルを通過するに
要する時間τは τ＝nL／ｃ ……(4) である。
傍に設けたとする。光フアイバのセンサコイル
の長さがＬ、フアイバコアの屈折率をｎ、光速
をｃとすると、光がセンサコイルを通過するに
要する時間τは τ＝nL／ｃ ……(4) である。
変調信号が、上記したように、角周波数ωn
の正弦波であるとする。同時に発光素子を出た
光が、右回り光、左回り光に分かれ、それぞれ
位相変調を受ける時の、変調信号の位相差φ
は、 φ＝ωnτ ＝nLωn／ｃ ＝2πfnnL／ｃ ……(5) 但し、ωn＝2πfn となる。
の正弦波であるとする。同時に発光素子を出た
光が、右回り光、左回り光に分かれ、それぞれ
位相変調を受ける時の、変調信号の位相差φ
は、 φ＝ωnτ ＝nLωn／ｃ ＝2πfnnL／ｃ ……(5) 但し、ωn＝2πfn となる。
サニヤツク効果により、右回り光、左回り光
は、±Δθ／２の位相差を持つが、位相変調素子
によつて、位相がさらに変調される。位相変調
素子の振幅をｂとすると、右回り光、左回り光
の電界の強さEcw、Eccwは、 Ecw＝ Ersin（ωt＋Δθ／２＋bsin（ωnｔ＋φ）｝……(6) Eccw＝ ELsin｛ωt−Δθ／２＋bsin（ωnｔ）｝ ……(7) となる。
は、±Δθ／２の位相差を持つが、位相変調素子
によつて、位相がさらに変調される。位相変調
素子の振幅をｂとすると、右回り光、左回り光
の電界の強さEcw、Eccwは、 Ecw＝ Ersin（ωt＋Δθ／２＋bsin（ωnｔ＋φ）｝……(6) Eccw＝ ELsin｛ωt−Δθ／２＋bsin（ωnｔ）｝ ……(7) となる。
以上のような電界強度を有する右回り光、左
回り光は、ビームスプリツタ１２で合成されて
受光素子２６によつて二乗検波されるので、受
光素子の出力Ｓ（Δθ、ｔ）はEcwとEccwの和を
二乗したものに比例する。
回り光は、ビームスプリツタ１２で合成されて
受光素子２６によつて二乗検波されるので、受
光素子の出力Ｓ（Δθ、ｔ）はEcwとEccwの和を
二乗したものに比例する。
Ｓ（Δθ、ｔ）＝｛Ecw＋Eccw｝2 ……(8)
これを計算すると、
Ｓ（Δθ、ｔ）＝ErELcos｛Δθ−2bsin（φ／
２）cos（ωnｔ＋φ／２）｝＋D.C.＋｛2ω以上｝……(
9) 但し、D.C.は直流成を意味する。
２）cos（ωnｔ＋φ／２）｝＋D.C.＋｛2ω以上｝……(
9) 但し、D.C.は直流成を意味する。
｛2ω以上｝は、光の角振動数の２倍の振動
数の項という意味である。なお、これは検出器
にはかからないので０である。
数の項という意味である。なお、これは検出器
にはかからないので０である。
となる。かくして、位相変調素子によりもたら
される位相差φがあるので、Δθを、変調信号
の振幅に関係づけて得ることができる。
される位相差φがあるので、Δθを、変調信号
の振幅に関係づけて得ることができる。
そこで、D.C.を省略して、Ｓ（Δθ、ｔ）をベ
ツセル函数を使つて級数展開する。まず、(9)式
は次のように表される。
ツセル函数を使つて級数展開する。まず、(9)式
は次のように表される。
Ｓ（Δθ、ｔ）＝ErEL〔cosΔθcos｛2bsinφ／２cos（
ωnｔ＋φ／２）｝−sinΔθsin｛2bsinφ／２cos（ωn
ｔ＋φ／２）｝……(10) 一方、ベツセル函数の母函数展開から、 であるｔ＝ei〓と置くと、 eIxsin〓＝∞ 〓n=-∞ Jo（ｘ）eni〓 ……(12) と表すことができる。(12)式の実数部、虚数部の展
開から、(10)式のcos、sinの部分の級数展開を得る
ことができる。Ｓ（Δθ、ｔ）を、これらの部分に
分けて、 Ｓ（Δθ、ｔ） ＝（SccosΔθ＋SssinΔθ）ErEL ……(13) と書くと、θ→θ＋π／２の変換をした後、 J-o（ｘ）＝（−）nJo（ｘ） ……(14) 但し、ｎは正の整数 という性質を使つて、 ξ＝2bsinφ／２ ……(15) とおいて、上記ScとSsを書くと、 Sc＝Jp（ξ）＋２∞ 〓n=1 （−）nJ2o（ξ）cos2nωnｔ
……（16） Ss＝２∞ 〓n=0 （−）nJ2o+1（ξ）cos（2n＋１）ωnｔ
……（17） となる。そこで、再び、Ｓ（Δθ、ｔ）を表すと
次の如くである。
ωnｔ＋φ／２）｝−sinΔθsin｛2bsinφ／２cos（ωn
ｔ＋φ／２）｝……(10) 一方、ベツセル函数の母函数展開から、 であるｔ＝ei〓と置くと、 eIxsin〓＝∞ 〓n=-∞ Jo（ｘ）eni〓 ……(12) と表すことができる。(12)式の実数部、虚数部の展
開から、(10)式のcos、sinの部分の級数展開を得る
ことができる。Ｓ（Δθ、ｔ）を、これらの部分に
分けて、 Ｓ（Δθ、ｔ） ＝（SccosΔθ＋SssinΔθ）ErEL ……(13) と書くと、θ→θ＋π／２の変換をした後、 J-o（ｘ）＝（−）nJo（ｘ） ……(14) 但し、ｎは正の整数 という性質を使つて、 ξ＝2bsinφ／２ ……(15) とおいて、上記ScとSsを書くと、 Sc＝Jp（ξ）＋２∞ 〓n=1 （−）nJ2o（ξ）cos2nωnｔ
……（16） Ss＝２∞ 〓n=0 （−）nJ2o+1（ξ）cos（2n＋１）ωnｔ
……（17） となる。そこで、再び、Ｓ（Δθ、ｔ）を表すと
次の如くである。
Ｓ（Δθ、ｔ）＝1/2（Er 2＋EL 2）＋（2ωt以上の
成分）＋ErELJp（ξ） cosΔθ＋ErEL２∞ 〓n=1 （−１）nJ2o（ξ）cos2nωnｔ・cosΔθ ＋ErEL２∞ 〓 〓n=0 （−１）nJ2o+1（ξ）cos（2n＋１）ωnｔ・sinΔθ
……(10)′ ＝DC成分＋2ErELJ1（ξ）cosωnｔ・sinΔθ−2ErELJ
2（ξ）cos2ωnｔ・cosΔθ＋高次成分……(10)″ これは、変調信号ωnの基本波と、高周波信
号の級数和である。
成分）＋ErELJp（ξ） cosΔθ＋ErEL２∞ 〓n=1 （−１）nJ2o（ξ）cos2nωnｔ・cosΔθ ＋ErEL２∞ 〓 〓n=0 （−１）nJ2o+1（ξ）cos（2n＋１）ωnｔ・sinΔθ
……(10)′ ＝DC成分＋2ErELJ1（ξ）cosωnｔ・sinΔθ−2ErELJ
2（ξ）cos2ωnｔ・cosΔθ＋高次成分……(10)″ これは、変調信号ωnの基本波と、高周波信
号の級数和である。
適当なフイルタを使えば、基本波ωn又は任
意の次数の周調波の信号を取り出すことができ
る。どの信号を採用しても、cosΔθ又はsinΔθ
の大きさを知ることができる。
意の次数の周調波の信号を取り出すことができ
る。どの信号を採用しても、cosΔθ又はsinΔθ
の大きさを知ることができる。
その場合、その次数のベツセル函数Jo（ξ）
の値が大きくなるよう、位相変調素子による変
調の振幅ｂ、変調角周波数ωn、センサコイル
通過時間τを設定すべきである。
の値が大きくなるよう、位相変調素子による変
調の振幅ｂ、変調角周波数ωn、センサコイル
通過時間τを設定すべきである。
最も高感度が期待できるのは、(17)式の１次
の項（ｎ＝０）すなわち(10)″式の右辺第２項で
ある。これは、基本波成分である。この基本波
成分をＰ（Δθ、ｔ）とすると、 Ｐ（Δθ、ｔ）＝2ErELJ1（ξ）cosωnｔ・sinΔθ
……（18） である。
の項（ｎ＝０）すなわち(10)″式の右辺第２項で
ある。これは、基本波成分である。この基本波
成分をＰ（Δθ、ｔ）とすると、 Ｐ（Δθ、ｔ）＝2ErELJ1（ξ）cosωnｔ・sinΔθ
……（18） である。
従つて、圧電振動素子の変調角周波数ωnで
同期検波すると、その検波で得れる出力Voは Vo＝CsinΔθ …（19） 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、圧電振動素子の変調角周波
数ωn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。
同期検波すると、その検波で得れる出力Voは Vo＝CsinΔθ …（19） 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、圧電振動素子の変調角周波
数ωn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
しかしながら、位相変調方式光フアイバジヤイ
ロにあつては、上記式からわかるように、Δθが
±π／２に近ずくと、それに伴い、Δθの変化に
対するVoの変化が小さくなり、実用上測定が困
難になる。
ロにあつては、上記式からわかるように、Δθが
±π／２に近ずくと、それに伴い、Δθの変化に
対するVoの変化が小さくなり、実用上測定が困
難になる。
このように従来の位相変調方式光フアイバジヤ
イロは、ダイナミツクレンジが狭い問題があつ
た。
イロは、ダイナミツクレンジが狭い問題があつ
た。
そこで、位相変調方式光フアイバジヤイロのダ
イナミツクレンジ拡大法が研究され、そのいくつ
かは既に発表されている。その１例を挙げると、
下記の論文である。
イナミツクレンジ拡大法が研究され、そのいくつ
かは既に発表されている。その１例を挙げると、
下記の論文である。
(1) エイチ．シー．レフブル、ピーエイチ．グラ
ムドージ、エイチ．ジエ−．アーデヘテー「デ
ジタフエーズランプを使用したダブルクローズ
ドループハイブリツドジヤイロスコープ」第３
回光フアイバセンサ国際会議（H.C.Lefevre、
PH.Graindorge、H.J.Ardity、Double Clesed
−Loop Hybride Fiber Gyroscope Using
Digital Phase Ramp、Third International
Conference on Optical Fiber Sensors）
1985、PDS7−１〜PDS7−５ (2) ビー．ワイ．キム及びエイチ．ジエー．シヨ
ー「フエーズデイテクシヨンを使用したリニア
スケールフアクタを持つオール光フアイバジヤ
イロ」エスピーアイイー 光フアイバ及びレー
ザセンサ（B.Y.Kim and H.J.shaw、All−
fiber−optic gyroscope with linear scale
factor using phase detection SPIE Fiber
Opticand Laser Sensors ）Vol.478 1984
PP.142〜148 上記した文献に開示されている方法は、理論的
にはそれぞれダイナミツクレンジの拡大に成功し
ているが、実際には以下のような問題がある。す
なわち、実用上必要とされるダイナミツクレンジ
は、例えば10-3deg／secから1000deg／secと106
以上もある。一方、上記の文献に開示されている
各種の工夫は、すべてアナログ信号で出力を得て
いるか、又は信号処理するため出力を電圧あるい
は電流で取り出している。しかし106もの広いダ
イナミツクレンジをカバーしようとすると、例え
ば、電源電圧10Vとすると、少なくとも10-5V＝
10μVを出力することがあり、これは実用上極め
て困難を伴う。
ムドージ、エイチ．ジエ−．アーデヘテー「デ
ジタフエーズランプを使用したダブルクローズ
ドループハイブリツドジヤイロスコープ」第３
回光フアイバセンサ国際会議（H.C.Lefevre、
PH.Graindorge、H.J.Ardity、Double Clesed
−Loop Hybride Fiber Gyroscope Using
Digital Phase Ramp、Third International
Conference on Optical Fiber Sensors）
1985、PDS7−１〜PDS7−５ (2) ビー．ワイ．キム及びエイチ．ジエー．シヨ
ー「フエーズデイテクシヨンを使用したリニア
スケールフアクタを持つオール光フアイバジヤ
イロ」エスピーアイイー 光フアイバ及びレー
ザセンサ（B.Y.Kim and H.J.shaw、All−
fiber−optic gyroscope with linear scale
factor using phase detection SPIE Fiber
Opticand Laser Sensors ）Vol.478 1984
PP.142〜148 上記した文献に開示されている方法は、理論的
にはそれぞれダイナミツクレンジの拡大に成功し
ているが、実際には以下のような問題がある。す
なわち、実用上必要とされるダイナミツクレンジ
は、例えば10-3deg／secから1000deg／secと106
以上もある。一方、上記の文献に開示されている
各種の工夫は、すべてアナログ信号で出力を得て
いるか、又は信号処理するため出力を電圧あるい
は電流で取り出している。しかし106もの広いダ
イナミツクレンジをカバーしようとすると、例え
ば、電源電圧10Vとすると、少なくとも10-5V＝
10μVを出力することがあり、これは実用上極め
て困難を伴う。
そこで、本発明は、最小検出可能角速度及びド
リフトなどの点で最も優れているにもかかわらず
ダイナミツクレンジが原理上狭い位相変調方式光
フアイバジヤイロに、実用上必要なダイナミツク
レンジを与えるようとするものである。
リフトなどの点で最も優れているにもかかわらず
ダイナミツクレンジが原理上狭い位相変調方式光
フアイバジヤイロに、実用上必要なダイナミツク
レンジを与えるようとするものである。
問題点を解決するための手段
すなわち、本発明によるならば、発光素子と、
多数回コイル状に巻回されたセンサコイル部分を
含み且つ前記発光素子からの光が分岐されて両端
に結合され該センサコイルを両方向に伝搬した光
を両端から出力する光フアイバと、該光フアイバ
を伝搬した両回り光を受ける受光素子とを具備
し、前記センサコイルが回転したときに生ずる両
回り光間の位相差から回転角速度を測定する光フ
アイバジヤイロにおいて、前記センサコイルの端
部付近に設けられた第１の位相変調器と、前記受
光素子の出力を受けて、該受光素子からの位相差
を表す電圧が実質的に零となるような鋸歯状波駆
動パルスを、該第１の位相変調器に供給する零位
法サーボ回路と、位相差が小さいとき前記受光素
子の出力を位相差信号として出力し、一方、位相
差が大きいとき前記零位法サーボ回路の電圧を位
相差信号として出力する切り換えスイツチとを具
備することを特徴とする光フアイバジヤイロが提
供される。
多数回コイル状に巻回されたセンサコイル部分を
含み且つ前記発光素子からの光が分岐されて両端
に結合され該センサコイルを両方向に伝搬した光
を両端から出力する光フアイバと、該光フアイバ
を伝搬した両回り光を受ける受光素子とを具備
し、前記センサコイルが回転したときに生ずる両
回り光間の位相差から回転角速度を測定する光フ
アイバジヤイロにおいて、前記センサコイルの端
部付近に設けられた第１の位相変調器と、前記受
光素子の出力を受けて、該受光素子からの位相差
を表す電圧が実質的に零となるような鋸歯状波駆
動パルスを、該第１の位相変調器に供給する零位
法サーボ回路と、位相差が小さいとき前記受光素
子の出力を位相差信号として出力し、一方、位相
差が大きいとき前記零位法サーボ回路の電圧を位
相差信号として出力する切り換えスイツチとを具
備することを特徴とする光フアイバジヤイロが提
供される。
作 用
以上のような光フアイバジヤイロにおいては、
零位法サーボ回路を設けたことにより、受光素子
の出力そのものからでなく、零位法サーボ回路の
制御電圧から、センサコイルが受けた回転による
位相差を得ることができる。従つて、センサコイ
ルに生じた位相差に応じて、位相差が小さいとき
前記受光素子の出力を位相差信号として出力し、
一方、位相差が大きいとき前記零囲法サーボ回路
の電圧を位相差信号として出力することにより、
広いダイナミツクレンジにわたつて安定な出力を
得ることができ、広い範囲にわたつて正確を測定
を実施することができる。
零位法サーボ回路を設けたことにより、受光素子
の出力そのものからでなく、零位法サーボ回路の
制御電圧から、センサコイルが受けた回転による
位相差を得ることができる。従つて、センサコイ
ルに生じた位相差に応じて、位相差が小さいとき
前記受光素子の出力を位相差信号として出力し、
一方、位相差が大きいとき前記零囲法サーボ回路
の電圧を位相差信号として出力することにより、
広いダイナミツクレンジにわたつて安定な出力を
得ることができ、広い範囲にわたつて正確を測定
を実施することができる。
実施例
以下、添付図面を参照して本発明を実施した光
フアイバジヤイロを説明する。
フアイバジヤイロを説明する。
第１図は、本発明を実施した位相変調方式光フ
アイバジヤイロの１実施例の構成を示した図であ
る。図示の位相変調方式光フアイバジヤイロにお
いては、受光素子３２のような光源が設けられ、
電源（不図示）により駆動されて、光ビームを発
生する。なお、光源としては、He−Neレーザ、
半導体レーザ、スーパールミネツセントダイオー
ドなどが使用できる。その発光素子３２が発生す
る光ビームは、ハーフミラーのようなビームスプ
リツタ３４に送られる。このビームスプリツタ３
４は、光を受光素子３６に分岐するためのもので
ある。ビームスプリツタ３４を通過した光は、シ
ングルモード光フアイバ３８の一端に結合され、
その他端から出射した光は、ビームスプリツタ４
０に入力する。このビームスプリツタ３４は、光
を２つに分岐して、光フアイバ４２両端に結合す
るものである。
アイバジヤイロの１実施例の構成を示した図であ
る。図示の位相変調方式光フアイバジヤイロにお
いては、受光素子３２のような光源が設けられ、
電源（不図示）により駆動されて、光ビームを発
生する。なお、光源としては、He−Neレーザ、
半導体レーザ、スーパールミネツセントダイオー
ドなどが使用できる。その発光素子３２が発生す
る光ビームは、ハーフミラーのようなビームスプ
リツタ３４に送られる。このビームスプリツタ３
４は、光を受光素子３６に分岐するためのもので
ある。ビームスプリツタ３４を通過した光は、シ
ングルモード光フアイバ３８の一端に結合され、
その他端から出射した光は、ビームスプリツタ４
０に入力する。このビームスプリツタ３４は、光
を２つに分岐して、光フアイバ４２両端に結合す
るものである。
光フアイバ４２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４４と、位相変調器４６及び４８にそれぞれ結
合された部分とからなつている。
るように、多数回コイル状に巻かれてセンサコイ
ル４４と、位相変調器４６及び４８にそれぞれ結
合された部分とからなつている。
一方の位相変調器４６は、例えば、圧電振動素
子で構成され、位相変調用の交流励振電源５０に
接続され、角周波数ωnの正弦波の交流で駆動さ
れるようになされている。この場合、光フアイバ
４２は、例えば圧電振動素子４６に巻き付けられ
る。
子で構成され、位相変調用の交流励振電源５０に
接続され、角周波数ωnの正弦波の交流で駆動さ
れるようになされている。この場合、光フアイバ
４２は、例えば圧電振動素子４６に巻き付けられ
る。
他方の位相変調器４８は、第２図に示すような
鋸歯状波で駆動されるためのものである。しか
し、鋸歯状波での位相変調は、圧電振動子の共振
を利用する方法では実現困難である。このため、
LiNbO3等の電気光学結晶を使つた方式が有効で
あると考えられる。変調効率の点から、導波型素
子にすることが望ましい。例えば、第３図に示す
ように、LiNbO3基板５２の表面に光導波路５４
を設け、その光導波路５４を挟むように一対の電
極５６を埋め込んで構成される。この場合、光導
波路５４が光フアイバ４２の一方の端に挿入さ
れ、一対の電極５６の間に鋸歯状波が印加され
る。
鋸歯状波で駆動されるためのものである。しか
し、鋸歯状波での位相変調は、圧電振動子の共振
を利用する方法では実現困難である。このため、
LiNbO3等の電気光学結晶を使つた方式が有効で
あると考えられる。変調効率の点から、導波型素
子にすることが望ましい。例えば、第３図に示す
ように、LiNbO3基板５２の表面に光導波路５４
を設け、その光導波路５４を挟むように一対の電
極５６を埋め込んで構成される。この場合、光導
波路５４が光フアイバ４２の一方の端に挿入さ
れ、一対の電極５６の間に鋸歯状波が印加され
る。
光フアイバ４２を右回りと左回りとに伝搬した
光ビームは、光フアイバ４２の両端から出力され
て、ビームスプリツタ４０によりまとめられ、シ
ングルモード光フアイバ３８とビームスプリツタ
３４を介して、受光素子３６に入射する。
光ビームは、光フアイバ４２の両端から出力され
て、ビームスプリツタ４０によりまとめられ、シ
ングルモード光フアイバ３８とビームスプリツタ
３４を介して、受光素子３６に入射する。
その受光素子の電気出力は、増幅器５８を介し
て同期検波器６０の入力に接続されている。この
同期検波器６０は、上述した圧電振動素子４６と
同様に、位相変調用の交流励振電源５０に接続さ
れ、それぞれ角周波数ωnの交流を受けるように
なされている。そして、同期検波器６０の出力
は、Ａ／Ｄ変換器６２を介してスイツチ６４の一
方の入力端子に接続されている。
て同期検波器６０の入力に接続されている。この
同期検波器６０は、上述した圧電振動素子４６と
同様に、位相変調用の交流励振電源５０に接続さ
れ、それぞれ角周波数ωnの交流を受けるように
なされている。そして、同期検波器６０の出力
は、Ａ／Ｄ変換器６２を介してスイツチ６４の一
方の入力端子に接続されている。
また、位相変調器４８に鋸歯状波を供給する回
路は、同期検波器６０のアナログ出力を受ける減
算回路６６と、その出力を受ける積分回路６８と
を有している。すなわち、減算回路６６と積分回
路６８とは、差動積分器を構成している。その積
分回路６８の出力は、電圧制御発振回路７０と、
Ａ／Ｄ変換器７２と、電圧判定回路７４とのそれ
ぞれの入力に接続されている。この電圧制御発振
回路７０は、入力電圧Vfに比例した周波数ｆの
信号発生して、波形成形回路７６に出力する。そ
の周波数ｆの信号を受ける波形成形回路７６は、
ピーク値V0が一定で、周期Ｔが１／ｆで、且つ
極性が入力電圧Vfと同一の鋸歯状波を発生して、
位相変調器４８に印加する。このような電圧制御
発振回路及び波形成形回路は従来周知であるので
説明は省略する。特に、上記条件の鋸歯状波を発
生する波形成形回路は、いわゆる定振幅鋸歯状波
発生回路により実現できる。
路は、同期検波器６０のアナログ出力を受ける減
算回路６６と、その出力を受ける積分回路６８と
を有している。すなわち、減算回路６６と積分回
路６８とは、差動積分器を構成している。その積
分回路６８の出力は、電圧制御発振回路７０と、
Ａ／Ｄ変換器７２と、電圧判定回路７４とのそれ
ぞれの入力に接続されている。この電圧制御発振
回路７０は、入力電圧Vfに比例した周波数ｆの
信号発生して、波形成形回路７６に出力する。そ
の周波数ｆの信号を受ける波形成形回路７６は、
ピーク値V0が一定で、周期Ｔが１／ｆで、且つ
極性が入力電圧Vfと同一の鋸歯状波を発生して、
位相変調器４８に印加する。このような電圧制御
発振回路及び波形成形回路は従来周知であるので
説明は省略する。特に、上記条件の鋸歯状波を発
生する波形成形回路は、いわゆる定振幅鋸歯状波
発生回路により実現できる。
かくして、減算回路６６と、積分回路６８と、
電圧制御発振回路７０と、波形成形回路７６と
は、光フアイバ４２に対して零位法サーボ回路を
構成している。一方、Ａ／Ｄ変換器７２のデジタ
ル出力は、スイツチ６４の他方の入力端子に接続
されている。
電圧制御発振回路７０と、波形成形回路７６と
は、光フアイバ４２に対して零位法サーボ回路を
構成している。一方、Ａ／Ｄ変換器７２のデジタ
ル出力は、スイツチ６４の他方の入力端子に接続
されている。
そして、電圧判定回路７４は、積分回路６８の
アナログ出力電圧を所定の基準電圧と比較して、
積分回路６８のアナログ出力電圧が所定の基準電
圧より大きいとき、電圧制御発振回路７０を動作
状態に置くと共にスイツチ６４がＡ／Ｄ変換器７
２のデジタル出力を位相差信号として出力するよ
うにスイツチ６４を切り換え、他方、積分回路６
８のアナログ出力電圧が所定の基準電圧より小さ
いとき、電圧制御発振回路７０を不動作状態に置
くと共にスイツチ６４がＡ／Ｄ変換器６２のデジ
タル出力を位相差信号として出力するようにスイ
ツチ６４を切り換えるように、動作する。
アナログ出力電圧を所定の基準電圧と比較して、
積分回路６８のアナログ出力電圧が所定の基準電
圧より大きいとき、電圧制御発振回路７０を動作
状態に置くと共にスイツチ６４がＡ／Ｄ変換器７
２のデジタル出力を位相差信号として出力するよ
うにスイツチ６４を切り換え、他方、積分回路６
８のアナログ出力電圧が所定の基準電圧より小さ
いとき、電圧制御発振回路７０を不動作状態に置
くと共にスイツチ６４がＡ／Ｄ変換器６２のデジ
タル出力を位相差信号として出力するようにスイ
ツチ６４を切り換えるように、動作する。
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、位相変調器４８が動作しないときは、
従来の位相変調方式光フアイバジヤイロと同様に
動作する。一方、位相変調器４８が動作するとき
は、位相変調器４６と４８とによる位相変調が、
光フアイバ４２を両方向に伝搬する光に対して作
用される。
において、位相変調器４８が動作しないときは、
従来の位相変調方式光フアイバジヤイロと同様に
動作する。一方、位相変調器４８が動作するとき
は、位相変調器４６と４８とによる位相変調が、
光フアイバ４２を両方向に伝搬する光に対して作
用される。
位相変調器４８が動作するときの零位法による
光フアイバジヤイロの動作原理は、上述した文献
(1)に詳述されている。今、位相変調器４６による
位相のずれをωnとし、位相変調器４８による位
相のずれをφとすると、受光素子３６の出力の
ωn成分は、次のように表せる。
光フアイバジヤイロの動作原理は、上述した文献
(1)に詳述されている。今、位相変調器４６による
位相のずれをωnとし、位相変調器４８による位
相のずれをφとすると、受光素子３６の出力の
ωn成分は、次のように表せる。
Ｓ（Δθ）＝2ErELJ1（2bsinφ／２）cosωn
ｔ・sin｛φ−Δθ｝……（20） 但し、ｂ：変調度、φ＝nL／ｃ・ωn ここで、φは、鋸歯状波のその勾配と共に変化
する関数であるので、第１図の同期検波器６０の
出力電圧V1は、 V1＝Ｃ・sin（aτ＋Δθ） ……(21) 但し、Ｃ：定数 τ：光がセンサコイルを伝搬するに要
する時間（(4)式参照） Δθ：サニヤツク効果による位相差 ａ＝Vo／Ｔ（鋸歯状波の勾配） V0：鋸歯状波のピーク電圧 Ｔ：鋸歯状波の周期 と表すことができる。従つて、V1＝０を常に保
つように、すなわち ａ＝−Δθ／τ となるように、鋸歯状波の勾配ａをサーボ回路に
よりフイードバツク制御することにより、その勾
配ａからΔθ（＝−aτ）を得ることができる。そし
て、上記したように、鋸歯状波のピーク電圧Vo
は一定しているので、その勾配ａは、 ａ＝V0／Ｔ＝V0f（但しｆ＝１／Ｔ） の関係より、周波数に比例しており、位相変調器
４８の駆動周波数すなわち電圧制御発振回路の発
振周波数から求めることが原理的に可能である。
ｔ・sin｛φ−Δθ｝……（20） 但し、ｂ：変調度、φ＝nL／ｃ・ωn ここで、φは、鋸歯状波のその勾配と共に変化
する関数であるので、第１図の同期検波器６０の
出力電圧V1は、 V1＝Ｃ・sin（aτ＋Δθ） ……(21) 但し、Ｃ：定数 τ：光がセンサコイルを伝搬するに要
する時間（(4)式参照） Δθ：サニヤツク効果による位相差 ａ＝Vo／Ｔ（鋸歯状波の勾配） V0：鋸歯状波のピーク電圧 Ｔ：鋸歯状波の周期 と表すことができる。従つて、V1＝０を常に保
つように、すなわち ａ＝−Δθ／τ となるように、鋸歯状波の勾配ａをサーボ回路に
よりフイードバツク制御することにより、その勾
配ａからΔθ（＝−aτ）を得ることができる。そし
て、上記したように、鋸歯状波のピーク電圧Vo
は一定しているので、その勾配ａは、 ａ＝V0／Ｔ＝V0f（但しｆ＝１／Ｔ） の関係より、周波数に比例しており、位相変調器
４８の駆動周波数すなわち電圧制御発振回路の発
振周波数から求めることが原理的に可能である。
今、V1＝Ａ・sin（aτ＋Δθ）を簡略化して、Ｖ
＝sin（aτ＋Δθ）として、そのフイードバツク制
御の応答性と、Δθを表す実際的な電圧について
検討する。
＝sin（aτ＋Δθ）として、そのフイードバツク制
御の応答性と、Δθを表す実際的な電圧について
検討する。
Ｖ＝sin（aτ＋Δθ）におけるＶとaτ＋Δθとの関
係を示すと第４図の如くなる。そこで、Ｖが零と
なる条件を求めるに際し、（aτ＋Δθ）が１に比較
して十分小さいとすると、 Ｖ＝aτ＋Δθ と表すことができる。
係を示すと第４図の如くなる。そこで、Ｖが零と
なる条件を求めるに際し、（aτ＋Δθ）が１に比較
して十分小さいとすると、 Ｖ＝aτ＋Δθ と表すことができる。
一方、ここで、第１図の回路における零位法サ
ーボ回路を抽出して図示すると、第５図のように
なる。すなわち、光フアイバジヤイロ（FOG）
の光学系の出力Ｖは、まず利得−Ａの増幅器Ａで
増幅され、その出力−AVは、次いで、積分器Ｃ
に入力されて積分され、その出力電圧Vfが電圧
制御鋸歯状波発生器VCOに入力される。
ーボ回路を抽出して図示すると、第５図のように
なる。すなわち、光フアイバジヤイロ（FOG）
の光学系の出力Ｖは、まず利得−Ａの増幅器Ａで
増幅され、その出力−AVは、次いで、積分器Ｃ
に入力されて積分され、その出力電圧Vfが電圧
制御鋸歯状波発生器VCOに入力される。
かかる信号処理を追跡して、Ｖ＝aτ＋Δθを解
析すると、ａは上記したように、ａ＝V0／Ｔ＝
V0fであり、またそのｆは、ｆ＝cVf（但し、ｃは
電圧と周波数との間の比例定数）の関係があり、
更に、そのVfは、以下のように表すことができ
る。
析すると、ａは上記したように、ａ＝V0／Ｔ＝
V0fであり、またそのｆは、ｆ＝cVf（但し、ｃは
電圧と周波数との間の比例定数）の関係があり、
更に、そのVfは、以下のように表すことができ
る。
Vf＝−A∫t 0Vdt
従つて、Ｖは、以下のように表せる。
Ｖ＝−τV0cA∫t 0Vdt＋Δθ ……(22)
かかる式をｔで微分すると、
dv／dt＋τV0cA＝０
となり、すなわち、
Ｖ＝Δθ（１−e-〓cAV0t） ……(23)
となる。上記(23)式の時定数は、１／τcAV0とな
り、ＶとΔθとの関係は第６図に示すようになる。
従つて、ｃ、Ａ、V0、を選択することにより、
十分な応答性を持つて積分回路６８の出力Ｖで、
Δθを表すことができる。
り、ＶとΔθとの関係は第６図に示すようになる。
従つて、ｃ、Ａ、V0、を選択することにより、
十分な応答性を持つて積分回路６８の出力Ｖで、
Δθを表すことができる。
また、上記した(22)式の特性は簡単に実現でき
る。例えば、第７図に示すような積分回路により
実現できる。その場合、 Vf＝−（１／RC）∫t 0Vdt と表すことができ、Ｃ＝0.1μF＝10-7F、Ｒ＝
1KΩ＝103Ωとすると、 Vf＝−104×∫t 0Vdt 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。
る。例えば、第７図に示すような積分回路により
実現できる。その場合、 Vf＝−（１／RC）∫t 0Vdt と表すことができ、Ｃ＝0.1μF＝10-7F、Ｒ＝
1KΩ＝103Ωとすると、 Vf＝−104×∫t 0Vdt 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。
電源により駆動される発光素子３２からの光ビ
ームは、ビームスプリツタ３４、シングルモード
光フアイバ３８を通過してビームスプリツタ４０
で２つに分岐され光フアイバ４２の両端に結合さ
れる。
ームは、ビームスプリツタ３４、シングルモード
光フアイバ３８を通過してビームスプリツタ４０
で２つに分岐され光フアイバ４２の両端に結合さ
れる。
光フアイバ４２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４４の部分で位相差が
でき、また、交流励振電源５０からの角周波数
ωnの正弦波交流で駆動される圧電振動素子４６
及び電気光学効果位相変調器４８にそれぞれ結合
された部分において位相変される。
を受けているセンサコイル４４の部分で位相差が
でき、また、交流励振電源５０からの角周波数
ωnの正弦波交流で駆動される圧電振動素子４６
及び電気光学効果位相変調器４８にそれぞれ結合
された部分において位相変される。
そのように光フアイバ４２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４２の両端から出力され
て、ビームスプリツタ４０により合成され、更
に、シングルモード光フアイバ３８とビームスプ
リツタ３４を介して受光素子３６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４２の両端から出力され
て、ビームスプリツタ４０により合成され、更
に、シングルモード光フアイバ３８とビームスプ
リツタ３４を介して受光素子３６に入射する。
その受光素子３６の出力は、同期検波器６０に
よりωnで同期検波される。
よりωnで同期検波される。
このとき、積分回路６８の出力電圧Vfが基準
レベルより小さいときは、電圧判定回路７４は、
Ａ／Ｄ変換器６２の出力をスイツチ６４を介して
出力させると共に、電圧制御発振回路７０を不動
作状態に置く。従つて、このときは、位相変調器
４８による位相変調はなされていない。
レベルより小さいときは、電圧判定回路７４は、
Ａ／Ｄ変換器６２の出力をスイツチ６４を介して
出力させると共に、電圧制御発振回路７０を不動
作状態に置く。従つて、このときは、位相変調器
４８による位相変調はなされていない。
一方、積分回路６８の出力電圧Vfが基準レベ
ルより大きいときまたは大きくなつたときは、電
圧判定回路７４は、Ａ／Ｄ変換器７２の出力をス
イツチ６４を介して出力させると共に、電圧制御
発振回路７０を動作状態に置く。従つて、このと
きは、位相変調器４８にる位相変調がなされ、零
位法により測定がなされ、その時の位相差Δθを
表す電圧信号が積分回路６８より出力され、Ａ／
Ｄ変換器７２により変換されて出力される。
ルより大きいときまたは大きくなつたときは、電
圧判定回路７４は、Ａ／Ｄ変換器７２の出力をス
イツチ６４を介して出力させると共に、電圧制御
発振回路７０を動作状態に置く。従つて、このと
きは、位相変調器４８にる位相変調がなされ、零
位法により測定がなされ、その時の位相差Δθを
表す電圧信号が積分回路６８より出力され、Ａ／
Ｄ変換器７２により変換されて出力される。
以上のように、同期検波器６０の出力と、積分
回路６８の出力とを別々にＡ／Ｄ変換している理
由は、それぞれの測定方法の相違により、同期検
波器６０のアナログ電圧と、積分回路７０のアナ
ログ電圧とがそれぞれ異なる位相差Δθを表して
いる。具体的には、積分回路７０のアナログ電圧
は、小さくても、大きな位相差Δθを表している。
例えば、10-3deg／secから1000deg／secまでの
106のダイナミツクレンジを全体で確保する場合、
位相変調器４８が動作せず、従来の位相変調方式
光フアイバジヤイロと同様に動作するときに、
10-3deg／secから1deg／secまで範囲をカバーし、
位相変調器４８が動作して零位法により測定する
ときは、1deg／secから1000deg／secまでの範囲
をカバーするようにする。
回路６８の出力とを別々にＡ／Ｄ変換している理
由は、それぞれの測定方法の相違により、同期検
波器６０のアナログ電圧と、積分回路７０のアナ
ログ電圧とがそれぞれ異なる位相差Δθを表して
いる。具体的には、積分回路７０のアナログ電圧
は、小さくても、大きな位相差Δθを表している。
例えば、10-3deg／secから1000deg／secまでの
106のダイナミツクレンジを全体で確保する場合、
位相変調器４８が動作せず、従来の位相変調方式
光フアイバジヤイロと同様に動作するときに、
10-3deg／secから1deg／secまで範囲をカバーし、
位相変調器４８が動作して零位法により測定する
ときは、1deg／secから1000deg／secまでの範囲
をカバーするようにする。
なお、上記実施例において、鋸歯状波による位
相変調器は、電気光学効果を利用したものに限ら
ず、鋸歯状波による位相変調が可能ならば、どの
ような素子を使用してもよい。
相変調器は、電気光学効果を利用したものに限ら
ず、鋸歯状波による位相変調が可能ならば、どの
ような素子を使用してもよい。
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
光フアイバジヤイロは、回転角速度の小さい領域
と大きい領域を各々扱いやすい方法で信号をとり
出し、切り変えて用いるので、広いダイナミツク
レンジを無理なく、比較的容易に出力を安定にと
り出せる。
光フアイバジヤイロは、回転角速度の小さい領域
と大きい領域を各々扱いやすい方法で信号をとり
出し、切り変えて用いるので、広いダイナミツク
レンジを無理なく、比較的容易に出力を安定にと
り出せる。
第１図は、本発明による光フアイバジヤイロの
原理を図解する光学系統図であり、第２図は、第
１図の位相変調方式光フアイバジヤイロにおいて
位相変調器に印加される鋸歯状波の波形図であ
り、第３図は、第１図の位相変調方式光フアイバ
ジヤイロに使用されている電気光学位相変調器の
１例を図示する概略斜視図であり、第４図は、第
１図の位相変調方式光フアイバジヤイロにおける
受光素子の出力電圧と、位相差との関係を示すグ
ラフであり、第５図は、第１図の位相変調方式光
フアイバジヤイロにおける零位法サーボ系の系統
図であり、第６図は、第１図の位相変調方式光フ
アイバジヤイロにおいて位相変調器に鋸歯状波が
印加された場合の位相差Δθと鋸歯状波制御電圧
との関係を示すグラフであり、第７図は、典型的
な積分回路の回路図であり、第８図は、光フアイ
バジヤイロの原理を説明する基本構成図であり、
第９図は、位相変調方式光フアイバジヤイロの原
理を説明する基本構成図である。 〔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、２６……受光素子、
３２……光源、３４，４０……ビームスプリツ
タ、３６……受光素子、３８……シングルモード
光フアイバ、４２……光フアイバ、４４……セン
サコイル、４６……圧電振動素子、４８……電気
光学効果位相変調器、５０……正弦波交流励振電
源、５２……LiNbO3基板、５４……光導波路、
５６……電極、５８……増幅器、６０……同期検
波器、６２，７２……Ａ／Ｄ変換器、６４……ス
イツチ、６６……減算器、６８……積分回路、７
０……電圧制御発振回路、７４……電圧判定回
路、７６……波形成形回路。
原理を図解する光学系統図であり、第２図は、第
１図の位相変調方式光フアイバジヤイロにおいて
位相変調器に印加される鋸歯状波の波形図であ
り、第３図は、第１図の位相変調方式光フアイバ
ジヤイロに使用されている電気光学位相変調器の
１例を図示する概略斜視図であり、第４図は、第
１図の位相変調方式光フアイバジヤイロにおける
受光素子の出力電圧と、位相差との関係を示すグ
ラフであり、第５図は、第１図の位相変調方式光
フアイバジヤイロにおける零位法サーボ系の系統
図であり、第６図は、第１図の位相変調方式光フ
アイバジヤイロにおいて位相変調器に鋸歯状波が
印加された場合の位相差Δθと鋸歯状波制御電圧
との関係を示すグラフであり、第７図は、典型的
な積分回路の回路図であり、第８図は、光フアイ
バジヤイロの原理を説明する基本構成図であり、
第９図は、位相変調方式光フアイバジヤイロの原
理を説明する基本構成図である。 〔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、２６……受光素子、
３２……光源、３４，４０……ビームスプリツ
タ、３６……受光素子、３８……シングルモード
光フアイバ、４２……光フアイバ、４４……セン
サコイル、４６……圧電振動素子、４８……電気
光学効果位相変調器、５０……正弦波交流励振電
源、５２……LiNbO3基板、５４……光導波路、
５６……電極、５８……増幅器、６０……同期検
波器、６２，７２……Ａ／Ｄ変換器、６４……ス
イツチ、６６……減算器、６８……積分回路、７
０……電圧制御発振回路、７４……電圧判定回
路、７６……波形成形回路。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 発光素子と、多数回コイル状に巻回されたセ
ンサコイル部分を含み且つ前記発光素子からの光
が分岐されて両端に結合され該センサコイルを両
方向に伝搬した光を両端から出力する光フアイバ
と、該光フアイバを伝搬した両回り光を受ける受
光素子とを具備し、前記センサコイルが回転した
ときに生ずる両回り光間の位相差から回転角速度
を測定する光フアイバジヤイロにおいて、前記セ
ンサコイルの端部付近に設けられた第１の位相変
調器と、前記受光素子の出力を受けて、該受光素
子からの位相差を表す電圧が実質的に零となるよ
うな鋸歯状波駆動パルスを、該第１の位相変調器
に供給する零位法サーボ回路と、位相差が小さい
とき前記受光素子の出力を位相差信号として出力
し、一方、位相差が大きいとき前記零位法サーボ
回路の電圧を位相差信号として出力する切り換え
スイツチとを具備することを特徴とする光フアイ
バジヤイロ。 ２ 前記センサコイルの端部付近に設けられた第
２の位相変調器と、前記第１の位相変調器の駆動
周波数で前記受光素子の出力を同期検波する同期
検波器とを更に具備しており、前記電圧制御発振
回路は、前記同期検波器の出力を受け、また、前
記切り換えスイツチは、位相差が小さいとき前記
同期検波器の出力を位相差信号として出力するこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の光フ
アイバジヤイロ。 ３ 前記第１の位相変調器は、電気光学効果を利
用した位相変調器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項記載の光フアイバジ
ヤイロ。 ４ 前記零位法サーボ回路は、前記受光素子の出
力を受ける差動積分器と、該差動積分器の出力を
受ける電圧制御発振回路と、該電圧制御発振回路
の出力を受けて鋸歯状波を前記第１の位相変調器
に出力する波形成形回路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項から第３項まで
のいずれかに記載の光フアイバジヤイロ。 ５ 前記位相差信号をデジタル信号に変換する
Ａ／Ｄ変換器が設けられていることを特徴とする
特許請求の範囲第１項から第４項までのいずれか
に記載の光フアイバジヤイロ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60124262A JPS61283812A (ja) | 1985-06-10 | 1985-06-10 | 広いダイナミツクレンジを有する光フアイバジヤイロ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60124262A JPS61283812A (ja) | 1985-06-10 | 1985-06-10 | 広いダイナミツクレンジを有する光フアイバジヤイロ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61283812A JPS61283812A (ja) | 1986-12-13 |
| JPH0323844B2 true JPH0323844B2 (ja) | 1991-03-29 |
Family
ID=14880974
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60124262A Granted JPS61283812A (ja) | 1985-06-10 | 1985-06-10 | 広いダイナミツクレンジを有する光フアイバジヤイロ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61283812A (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5020912A (en) * | 1989-02-03 | 1991-06-04 | Litton Systems, Inc. | Fiber optic rotation sensing system and method for basing a feedback signal outside of a legion of instability |
| FR2899681B1 (fr) * | 2006-04-11 | 2008-08-22 | Ixsea Soc Par Actions Simplifi | Procede et dispositif de mesure a fibre optique, et gyrometre asservis en puissance |
| US7633626B2 (en) * | 2006-12-13 | 2009-12-15 | Northrop Grumman Guidance and Electronics Co., Inc. | Fiber optic gyroscope deadband circumvention apparatus and method |
| US7859678B2 (en) * | 2008-12-09 | 2010-12-28 | Northrop Grumman Guidance And Electronic Co., Inc. | Automatic gain control for fiber optic gyroscope deterministic control loops |
-
1985
- 1985-06-10 JP JP60124262A patent/JPS61283812A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61283812A (ja) | 1986-12-13 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |