JPH03255308A - 光ファイバージャイロ装置 - 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〕 本発明は運動体、例えば航空機、船舶、自動車等の角速
度及びそれ等の方位角を測定する光ファイバージャイロ
装置に関する。

〔従来の技術〕

光のサグナック効果を利用した従来の光ファイバージャ
イロ装置の一例を第５図に示す。同図の例では、駆動電
源（１−２）で駆動されるレーザなどの発光素子（１−
１＞から出た光（１１）が、ビームスプリッタ（１７）
で、右回り光（１３）と、左回り光（１２）とに分割さ
れ、これらの光（１３）、（１２）が２個の集光レンズ
（４）、　（５）を通って一本の光ファイバー（３ａ）
を複数回巻回して形成した光ファイバーループ（３）の
両端（３−１）、　　（３−２）から光ファイバールー
プ〔３）に夫々入射し、夫々光ファイバーループ（３）
を通った後、他方の端（３−２）、　　（３−１）より
集光レンズ（５）。

（４）を通って出射光（１５）、　（１４＞　　として
出射し、ビームスプリッタ（１７）で合成され、互いに
干渉し、その干渉光（１６）が受光素子（２−１）に入
り、その出力が電流−電圧変換器（２−２）を介して電
圧Ｉとして出力されるように構成される。

この構成に於て、光ファイバーループ（３）が角速度を
受けない静止した状態では、出射光（１４）、　（１５
）に位相差が生じないが、光ファイバーループ（３）に
角速度Ωが印加されると、光ファイバーループ（３〕を
互いに逆方向に進む光（１２）、　（１３）　　にサグ
ナック効果が生じ、出射光（１４）、　（１５）　間に
角速度Ωに比例した位相差が生じる。この位相差Δθは
で表わされる。ここで、Ｒは光ファイバーループ（３）
の半径、Ｌは光ファイバーループ（３）の長さ、λは発
光素子（１−１）から出る光の波長、Ｃは光速を示す。

従って、電流−電圧変換器（２−２）からの出力Ｉは Ｉ　ｏｃ　ｌ　＋ｃｏｓ　　Δθ　　　　　　°°°゛
°゛（２）となる。つまり、電流−電圧変換器（２−２
）の出力Ｉを測定することにより、印加角速度Ωを検出
できることになる。しかし、このままでは、入力角速度
Ωが小さな場合、位相差Δθが微小で、ｃｏｓΔθの変
化を検出するのが難しいという欠点がある。

このような点から、例えば第６図に示すような構成の光
ファイバージャイロ装置が提案されている（この方式は
位相変調方式光ファイバージャイロ装置と呼ばれている
）。尚、第６図に於て、第５図と同一符号は互に同一素
子を示すものとする。

この第６図の例えば、第５図に示す例のビームスプリッ
タ（１７）の代わりに、光ファイバーのカプラー（４０
）、　（４１）　　及び光フアイバー偏光子（４２）を
用いて、全光ファイバー型光ファイバージャイロ装置を
構成している。また、この例では、光ファイバージャイ
ロ装置の性能の安定性を図るた袷、２個の光ファイバー
のカプラー（４０）、　（４１）用いると共に、光フア
イバー偏光子（４２）を用いている。

また、第５図の例で示される光ファイバージャイロの微
小入力速度時の感度が小さいという欠点を除去するため
、この第６図の例では、カプラー（４１）の一端（４３
−６）と、ファイバーループ（３）との間に、位相変調
器（６）を設け、信号発生器（７）からの信号で、この
位相変調器（６）を駆動し、光ファイバー　（３ａ）内
を互に逆方向に伝播する光（１２）、　（１３）　　に
位相変調を加えるものである。

位相変調器（６）に印加する信号、つまり、信号発生器
（７）からの信号の角周波数をωｍとすると、電流−電
圧変換器（２−２）の出力■は Ｉ＝Ｋ　（１＋ｃｏｓΔθ（Ｊｏ（Ｘ）＋２　Ｊａ（ｘ
）ｃｏｓ２ωｍ　ｔ　＋−・−＋ｓｉｎΔθ（２Ｊ　＋
　（ｘ）ｓ　ｉｎωｍ　　ｔ　＋−＝）　）　・・”（
３）となる。ここで、Ｘは位相変調度、Ｊｏ、Ｊ、　　
・・・・はベッセル関数、Ｋは比例定数、ｔは時間であ
る。

出力■の角周波数成分の内、角周波数ωｍの成分を、同
期検波器（８）で、信号発生器（７）よりの角周波数ω
ｍの信号を基準として同期検波することにより、ｓｉｎ
Δθに比例する出力を得ることができる。このため、微
小人力角速度時の感度を増大することができる。

全光ファイバー型光ファイバージャイロを構成する場合
、発光素子（１−１）、受光素子（２−１）、光ファイ
バーループ（３）、位相変調器（６）、光ファイバーの
カプラー（４０）、（４１）　　、光フアイバー変調子
（４２）から出ている光ファイバー（３ａ）の接続が必
要である。一般には、光ファイバーの先端をアーク放電
等で溶融して接続する融着接続が行なわれる。

第６図の例では、７ケ所（４３−１）〜（４３−７）の
光ファイバーの融着接続部が存在する。

第７図は位相変調方式光ファイバージャイロ装置の他の
従来例の路線図である。尚、第７図に於て、第５及び第
６図と同一符号は互に同一素子を示すものとする。

この例では、第６図の例の光ファイバー（３ａ）のカプ
ラー（４０）、（４１）　、光フアイバー偏光子（４２
）及び位相変調器（６）の各々を、例えばニオブ酸リチ
ウムの板の上に、光導波路（３Ｓ）と共に作製しいわゆ
る光集積回路を（５０）を構成することにより、第６図
の例の光ファイバーの融着接続を無くした構成としてい
る。

尚、以上示した光ファイバージャイロ装置に用いる光フ
ァイバー（３ａ）は、偏波面保持ファイバーを用いても
よい。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、第６図の例の全光ファイバー型の位相変
調方式光ファイバージャイロ装置においては、カプラー
（４０）、（４１）　　、光フアイバー偏光子（４２）
、位相変調器〔６〕等の光学部品を接続する個所が（４
３−１）〜（４３−７）の７個所も存在し、光フアイバ
ー装置の製作に熟練を要するとともに、各接続点での光
の損失、反射が生じ、ジャイロの角速度分解能に悪影響
を及ぼすという欠点がある。又、偏光子として用いるフ
ァイバー偏光子（４２）の光ファイバーは、センシング
コイル又はループ〔３）及びカプラー（４０）、　（４
１）　　に用いる光ファイバーと、成分及び光の通るコ
ア径が若干違うため、両光ファイバーの接続点（４３−
２）、　（４３−３）での光の損失が、他の接続点、（
４３−１）、　（４３−４）、　（４３−５＞、　（４
３−６）。

（４３−７）に比べ相当大きくなるという欠点を有し、
現在得られる光フアイバー型偏光子の偏光子としての性
能が光ファイバージャイロ装置が必要とする偏光性能に
及ばないという欠点がある。

上記第６図の例が有する接続点が多いという欠点を改良
するために提案された第７図の例の光ファイバージャイ
ロ４董においては、各光学部品をニオブ酸リチウム等の
結晶板上に作り込み、光フアイバー同士の接続を無くし
た構造としているが、光ファイバー（３ａ）と光導波路
（３Ｓ）との間の接続が、４ケ所（５１−１）〜（５１
−４）存在し、この接続点での損失は光フアイバー同士
の接続よりも大きく、光入力点から光出力点までの全損
失は、第６図の例と変わらないという欠点を有し、又、
光集積回路についても、温度変化による屈折率変化が大
きい等の欠点が有り、高精度の光ファイバージャイロ装
置に使用できるものが未だ開発されでいない。

従って、本発明の主目的は、上記従来の欠点を一掃した
新規な光ファイバージャイロ装置を提供せんとするもの
である。

〔課題を解決するための手段〕

本発明によれば、発光素子（１−１）、２個のカプラー
（４０，４１）、光ファイバーループ（３）、位相変調
器（Ｇ）、受光素子（２−１）及び偏光子（４２）を有
する光ファイバージャイロ装置に於て、偏光子として金
属装荷型光ファイバー偏光子（４２）を用いた光ファイ
バージャイロ装置が得られる。

〔作用〕

金属装荷型光ファイバー偏光子を用いることにより、光
ファイバーの接続点が減少し、光ファイバージャイロ装
置の性能が大幅に向上する。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を、第１図を参照して説明する
。尚、同図において第５．６及び７図と同一素子は互に
同一符号を用いて示す。

第１図の本発明の例では、光フアイバーコイル又はルー
プ〔３）、位相変調器（６）、カプラー（４０）、　（
４１）を用い全光ファイバー型の位相変調型光フアイバ
ー装置を構成することは、第６図の従来例と同一である
。然し、第１図の本発明の例で用いる偏光子は、光ファ
イバーを巻いて作成した第５乃至第７図の従来例の光フ
アイバー偏光子ではない。以下、第２図を参照して、本
発明に使用する金属装荷型光ファイバー偏光子（４２）
を説明する。

本発明では、第２図に示す如く、例えばガラス製の基台
（４２−３＞に溝（４２−４）を作り、そこに光ファイ
バー（３ａ）を接着剤等により固定し、そこより突出し
ている光ファイバー（３ａ）の周辺部（３ｂ）を研摩し
、その研摩した面上に、例えば真空蒸着により、ＣａＦ
２等のバッファー層（４２−１）　、Ａ７等の金属層（
４２−２）を順次蒸着し、金属装荷型光ファイバー偏光
子（４２）を形成する。

更に、本発明の第１図に示す例においては、カプラー（
４０）、　（４１）　　の一方の光ファイバー（３ａｌ
）。

（３ａ２）及び上述した金属装荷型光ファイバー偏光子
（４２）の光ファイバー（３ａ）を同一の一本の光ファ
イバー（３＾）で構成すると共に、カプラー（４０）、
　（４１）の他方の光ファイバー（３ａ３）、　（３ａ
４）　　も同一の光ファイバー（３＾′）で構成する。

上記カプラー（４０）、　（４１）　及び偏光子（４２
）の光ファイバーを、上述の如く２本の光ファイバー（
３Ａ）。

（３Ａ’）としたことにより、これ等光ファイバー（３
Ａ）、　（３Ａ　’）とループ（３）の光ファイバー（
３ａ）との接続は、ｇＪ１図に示す（４３−１）、　（
４３−２）の２ケ所に減っている。

第３図は２個のカプラー（４０）、　（４１）及び金属
装荷型光ファイバー偏光子（４２）を例えば同一の石英
製の基板（６０）の上に作成した例である。上記各素子
を同一の基板（６０）上に作成することにより、それ等
全体の寸法を小さくすることができ、かつ、ニオブ酸リ
チウムの板の上に作成する光導波路と違い、光導波路と
して２本の光ファイバー（３Ａ）。

（３八′）を用いるため温度等の影響を受けづらい利点
がある。

！４図に示す本発明の例は、光フアイバーコイル（３）
、カプラー（４０）、（４１）　　、金ｌ１ｉｉｌ装荷
型光ファイバー偏光子（４２）、位相変調器（６）を通
る光ファイバーを一本の光ファイバー（３ａ）とした例
である。この例では、元ファイバー同士の接続点が１個
所もない全光ファイバー光ファイバージャイロを構成し
ている。

〔発明の効果〕

本発明の第１の例によれば、光フアイバー同士の接続個
所が大幅に減少し、接続点での光の損失及び反射等によ
る雑音の低減により、光ファイバージャイロの住能が向
上する。

又、偏光子として金属装荷型光ファイバー偏光子を用い
た事により、ファイバーを巻いた形式のファイバー偏光
子に比べ消光比が大きくなり、光ファイバージャイロの
性能が向上する。

−本の光ファイバージャイロを用いた本発明の他の例に
よれば接続点を大幅に減らす、あるいは無くしてしまえ
る事により、偏波保存ファイバーの軸合せ、融着接続等
の組立工数を低減でき、且つ熟練を要しなくなる利点が
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の光ファイバージャイロ装置の一例を示
す概略図、第２図は本発明に用いる金属装荷型光ファイ
バー偏光子の断面図、第３図は本発明の他の例の主要部
の断面図、ｇＪ４図は本発明の更に他の実施例のブロッ
ク図、第５．６及び７図は夫々従来の光ファイバージャ
イロのブロック図である。 図に於て、（１−１）は発光素子、（２−１）は受光素
子、（３）は光ファイバーループ、（４０）、　（４１
）　　はカプラー、（４２）は金属装荷型光ファイバー
偏光子、（６）は位相変調器を夫々示す。 代　　理　　人 松　　隈　　秀　　盛 手続補正書 平成 ２年 ４月 １９日 夏、事件の表示 平成　２年　特　許　願　第　５３３００号２、発明の
名称 ３、補正をする者 事件との関係 光ファイバージャイロ装置

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、発光素子、２個のカプラー、光ファイバーループ、
   位相変調器、受光素子及び偏光子を有する光ファイバー
   ジャイロ装置において、 上記偏光子として金属装荷型光ファイバー偏光子を用い
   たことを特徴とする光ファイバージャイロ装置。 ２、上記２個のカプラーの一方の光ファイバーと上記金
   属装荷型光ファイバー偏光子の光ファイバーを第１の同
   一の光ファイバーとなすと共に、上記２個のカプラーの
   他方の光ファイバーを第２の同一の光ファイバーとなし
   たことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の光ファ
   イバージャイロ装置。 ３、上記２個のカプラーと上記金属装荷型光ファイバー
   偏光子を同一基台上に設けたことを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の光ファイバージャイロ装置。 ４、上記２個のカプラー、上記金属装荷型光ファイバー
   偏光子、光ファイバーループ及び位相変調器を構成する
   光ファイバーを一本の光ファイバーとしたことを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の光ファイバージャイロ
   装置。