JPH0418773B2 - - Google Patents
Info
- Publication number
- JPH0418773B2 JPH0418773B2 JP60048392A JP4839285A JPH0418773B2 JP H0418773 B2 JPH0418773 B2 JP H0418773B2 JP 60048392 A JP60048392 A JP 60048392A JP 4839285 A JP4839285 A JP 4839285A JP H0418773 B2 JPH0418773 B2 JP H0418773B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- light beam
- optical fiber
- frequency shift
- frequency
- 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
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
- G01C19/58—Turn-sensitive devices without moving masses
- G01C19/64—Gyrometers using the Sagnac effect, i.e. rotation-induced shifts between counter-rotating electromagnetic beams
- G01C19/72—Gyrometers 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
- G01C19/723—Heterodyning fibre optic 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)
- Gyroscopes (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明は、光フアイバジヤイロに関するもの
であり、もう少し詳しくいうと、回転軸と共動す
る光伝搬路に、一定の波長の光を時計回り方向と
反時計回り方向に同時に伝搬させ、サグナツク効
果による光の位相差を検出して回転軸回りの回転
角速度に比例した信号を得る光フアイバジヤイロ
に関するものである。
であり、もう少し詳しくいうと、回転軸と共動す
る光伝搬路に、一定の波長の光を時計回り方向と
反時計回り方向に同時に伝搬させ、サグナツク効
果による光の位相差を検出して回転軸回りの回転
角速度に比例した信号を得る光フアイバジヤイロ
に関するものである。
従来の光フアイバジヤイロとして、大きく分け
て３つのタイプがあつた。DCホモダイン法、位
相変調法、および周波数変調法によるものであ
る。以下それぞれについて、構成および動作原理
の概要を述べる。
て３つのタイプがあつた。DCホモダイン法、位
相変調法、および周波数変調法によるものであ
る。以下それぞれについて、構成および動作原理
の概要を述べる。
まず、DCホモダイン法によるものを第１図を
参照して説明すると、光源１から出射された光は
コリメートレンズ２により平行光化され、偏光ビ
ームスプリツタ３に入射する。偏光ビームスプリ
ツタ３に入射した光のうち実線矢印で示すＰ偏光
成分は直進し、破線矢印で示すＳ偏光成分は反射
してそれぞれ偏光子４ｂ，４ａを透過後結合レン
ズ５ｂ，５ａを経て光フアイバループ６内に入射
し、光フアイバループ６内をそれぞれ時計回り方
向、反時計回り方向に伝搬する。光フアイバルー
プ６内を時計回り方向に伝搬した光は結合レンズ
５ａにより平行光化され、偏光子４ａを透過後再
び偏光ビームスプリツタ３に入射し、偏光子（例
えば1/4波長板）９方向に出射する。同様に光フ
アイバループ６内を反時計回り方向に伝搬した光
は結合レンズ５ｂ、偏光子４ｂを透過後再び偏光
ビームスプリツタ３に入射し、Ｓ偏光成分が偏光
子９方向に出射する。Ｐ偏光成分とＳ偏光成分の
光は偏光子９で円偏光化され、検光子１０を経て
検出器１１により検出される。光フアイバループ
６に対し紙面に垂直な回転軸Ａの回りに角速度ω
が入力すると、光フアイバループ６内を相反方向
に伝搬している光にサグナツク効果により位相差
が生じ、この位相差は、検光子１０を出射した干
渉光の強度変化としてDC的に検出される。この
とき、干渉光を形成する２つの光は周波数が同一
で非変調光であることからDCホモダイン法と称
する。検出された干渉光の強度Ｐはsine関数とし
て得られ、次式で表される。
参照して説明すると、光源１から出射された光は
コリメートレンズ２により平行光化され、偏光ビ
ームスプリツタ３に入射する。偏光ビームスプリ
ツタ３に入射した光のうち実線矢印で示すＰ偏光
成分は直進し、破線矢印で示すＳ偏光成分は反射
してそれぞれ偏光子４ｂ，４ａを透過後結合レン
ズ５ｂ，５ａを経て光フアイバループ６内に入射
し、光フアイバループ６内をそれぞれ時計回り方
向、反時計回り方向に伝搬する。光フアイバルー
プ６内を時計回り方向に伝搬した光は結合レンズ
５ａにより平行光化され、偏光子４ａを透過後再
び偏光ビームスプリツタ３に入射し、偏光子（例
えば1/4波長板）９方向に出射する。同様に光フ
アイバループ６内を反時計回り方向に伝搬した光
は結合レンズ５ｂ、偏光子４ｂを透過後再び偏光
ビームスプリツタ３に入射し、Ｓ偏光成分が偏光
子９方向に出射する。Ｐ偏光成分とＳ偏光成分の
光は偏光子９で円偏光化され、検光子１０を経て
検出器１１により検出される。光フアイバループ
６に対し紙面に垂直な回転軸Ａの回りに角速度ω
が入力すると、光フアイバループ６内を相反方向
に伝搬している光にサグナツク効果により位相差
が生じ、この位相差は、検光子１０を出射した干
渉光の強度変化としてDC的に検出される。この
とき、干渉光を形成する２つの光は周波数が同一
で非変調光であることからDCホモダイン法と称
する。検出された干渉光の強度Ｐはsine関数とし
て得られ、次式で表される。
Ｐ＝P0（１＋sin（Kω））
ここで、
Ｋ：4πRL／Cλ
Ｒ：光フアイバループ半径，
Ｌ：光フアイバ長，
Ｃ：真空中における光速，
λ：真空中における光の波長，
ω：入力回転角速度，
P0：ω＝０の時の干渉光の強度
である。
このため、DCホモダイン法には下記のような
欠点があつた。
欠点があつた。
(i) 光源の光量変動や光フアイバ内の偏波面変動
によるP0の変動がジヤイロ出力の誤差要因と
なる。
によるP0の変動がジヤイロ出力の誤差要因と
なる。
(ii) ジヤイロ出力がsine関数であるため直線性が
直接得られない。
直接得られない。
(iii) ジヤイロ出力がsine関数であることから、
Kωが±90degの範囲を越えた場合には干渉光
強度は±90degの範囲で描く強度変化を繰り返
すため、識別できる最大入力角速度に限界があ
る。
Kωが±90degの範囲を越えた場合には干渉光
強度は±90degの範囲で描く強度変化を繰り返
すため、識別できる最大入力角速度に限界があ
る。
(iv) 干渉光がDCであるためジヤイロの最小検出
角速度が検出器１１の１／雑音により制限さ
れる。
角速度が検出器１１の１／雑音により制限さ
れる。
次に、位相変調法について第２図を参照して説
明すると、基本的にはDCホモダイン法に位相変
調器２００を付加したものである。位相変調器２
００は結合レンズ５と光フアイバループ６の間に
設置され、発振器２０１によつて周波数0で駆動
される。位相変調器２００はこの周波数0の駆動
信号電圧に比例し光フアイバを伸縮させる。これ
により、光フアイバループ６を相反方向に伝搬し
た光は、偏光ビームスプリツタ３で再結合される
とき光フアイバの伸縮による位相変調をうける。
従つて、検出器１１で検出される干渉光強度Ｐは
次式で表される。
明すると、基本的にはDCホモダイン法に位相変
調器２００を付加したものである。位相変調器２
００は結合レンズ５と光フアイバループ６の間に
設置され、発振器２０１によつて周波数0で駆動
される。位相変調器２００はこの周波数0の駆動
信号電圧に比例し光フアイバを伸縮させる。これ
により、光フアイバループ６を相反方向に伝搬し
た光は、偏光ビームスプリツタ３で再結合される
とき光フアイバの伸縮による位相変調をうける。
従つて、検出器１１で検出される干渉光強度Ｐは
次式で表される。
Ｐ＝P0〔１＋J0(h)cos（Kω）−2J1(h)sin（Kω）cos
(2π0t)−J2(h)cos(Kω)cos(4π0t)＋…〕
ここで、
J1：１次ベツセル関数，
ｈ：位相変調器200の変調指数，
ｔ：時間
である。
この干渉光強度を検出器１１で電気信号に変換
し検波器２０２において同期検波することによ
り、2P0J／(h)sin（Kω）に比例した出力信号２０
３が得られる。
し検波器２０２において同期検波することによ
り、2P0J／(h)sin（Kω）に比例した出力信号２０
３が得られる。
位相変調法では、DCホモダイン法における(iv)
項記載の１／雑音による最小検知角速度の問題
は解決されるが、(i)，(ii)，(iii)項記載の問題は残
る。
項記載の１／雑音による最小検知角速度の問題
は解決されるが、(i)，(ii)，(iii)項記載の問題は残
る。
次に、周波数変調法について第３図を参照して
説明すると、基本的にDCホモダイン法に周波数
偏移素子３０１を付加したものである。通常、周
波数偏移素子３０１は偏光ビームスプリツタ３と
偏光子４ａ，４ｂの間に設置され発振器３０２に
よつて周波数0で駆動される。光源１から出射さ
れた光は、偏光ビームスプリツタ３により分割さ
れ反射した光は偏光子４ａに入射する前に周波数
偏移素子３０１により周波数偏移素子駆動周波数
0だけ周波数偏移する。周波数偏移後の光は光フ
アイバループ６内を反時計回り方向に伝搬したの
ち再び偏光ビームスプリツタ３に入射する。ま
た、偏光ビームスプリツタ３を透過した光は光源
１から出射した光の周波数のままで光フアイバル
ープ６内を時計回り方向に伝搬し、偏光子４ａを
透過後周波数偏移素子３０１で0の周波数偏移を
受け偏光ビームスプリツタ３に入射する。光フア
イバループ６内を相反方向に伝搬している光は0
の周波数差があるため、検出器１１に入射する干
渉光強度Ｐは次式で表される。
説明すると、基本的にDCホモダイン法に周波数
偏移素子３０１を付加したものである。通常、周
波数偏移素子３０１は偏光ビームスプリツタ３と
偏光子４ａ，４ｂの間に設置され発振器３０２に
よつて周波数0で駆動される。光源１から出射さ
れた光は、偏光ビームスプリツタ３により分割さ
れ反射した光は偏光子４ａに入射する前に周波数
偏移素子３０１により周波数偏移素子駆動周波数
0だけ周波数偏移する。周波数偏移後の光は光フ
アイバループ６内を反時計回り方向に伝搬したの
ち再び偏光ビームスプリツタ３に入射する。ま
た、偏光ビームスプリツタ３を透過した光は光源
１から出射した光の周波数のままで光フアイバル
ープ６内を時計回り方向に伝搬し、偏光子４ａを
透過後周波数偏移素子３０１で0の周波数偏移を
受け偏光ビームスプリツタ３に入射する。光フア
イバループ６内を相反方向に伝搬している光は0
の周波数差があるため、検出器１１に入射する干
渉光強度Ｐは次式で表される。
Ｐ＝P0〔１＋J0(h)cos（Kω＋2πnL0／Ｃ）
−2J1(h)sin(Kω+2πnL1/C)cos（2π2t）…〕
ここで、
0：1＋m・sin（2π2t），
ｔ：時間
1：中心駆動周波数，
m：最大周波数偏移，
2：変調周波数 ，
ｈ：変調指数，
ｎ：光フアイバの等価屈折率，
Ｌ：光フアイバ長，
Ｃ：真空中における光速
である。この干渉光強度Ｐを検出器１１で電気信
号に変換し、検波器３０３において変調周波数2
と同期検波することにより、2J1(h)sin（Kω＋
2πnL1／Ｃ）に比例した出力信号を得る。この
信号が零となるように発振器３０２の出力信号周
波数の中心駆動周波数1を変化させてやる。
2πnL1／ＣがNπ（Ｎ：自然数）に等しくなるよ
うにしておくと、 ＊1＝−KCW／2πnL となる。ここで、＊1は中心駆動周波数変化量を
示す。したがつて周波数変調法においては、DC
ホモダイン法における(i)，(ii)，(iii)，(iv)の問題が
解
決される。
号に変換し、検波器３０３において変調周波数2
と同期検波することにより、2J1(h)sin（Kω＋
2πnL1／Ｃ）に比例した出力信号を得る。この
信号が零となるように発振器３０２の出力信号周
波数の中心駆動周波数1を変化させてやる。
2πnL1／ＣがNπ（Ｎ：自然数）に等しくなるよ
うにしておくと、 ＊1＝−KCW／2πnL となる。ここで、＊1は中心駆動周波数変化量を
示す。したがつて周波数変調法においては、DC
ホモダイン法における(i)，(ii)，(iii)，(iv)の問題が
解
決される。
しかし、かかる周波数変調法においては、以下
の欠点があつた。
の欠点があつた。
(i) 光フアイバループ６内を相反方向に伝搬して
いる光周波数が異なることにより光フアイバの
屈折率の変化が、ジヤイロ出力の誤差要因とな
る。
いる光周波数が異なることにより光フアイバの
屈折率の変化が、ジヤイロ出力の誤差要因とな
る。
(ii) 検波器３０３の出力を零にするため周波数偏
移素子３０１の駆動周波数を変化させることに
より周波数偏移素子３０１を透過した後の光の
光軸にずれを生じ光路差等を生じ、ジヤイロ出
力の誤差要因となる。
移素子３０１の駆動周波数を変化させることに
より周波数偏移素子３０１を透過した後の光の
光軸にずれを生じ光路差等を生じ、ジヤイロ出
力の誤差要因となる。
(i)については、周波数偏移素子３０１をもう１
個、第３図の偏光子４ｂと偏光ビームスプリツタ
３の間に付加することにより入力角速度ωが零の
ときに光フアイバループ６内を伝搬する光の周波
数を同一とし光フアイバの屈折率変化によるドリ
フトが生じないようにする方法がとられるが、入
力角速度ωが零でない場合には解決されないとい
う欠点があつた。
個、第３図の偏光子４ｂと偏光ビームスプリツタ
３の間に付加することにより入力角速度ωが零の
ときに光フアイバループ６内を伝搬する光の周波
数を同一とし光フアイバの屈折率変化によるドリ
フトが生じないようにする方法がとられるが、入
力角速度ωが零でない場合には解決されないとい
う欠点があつた。
この発明は、以上の事情に鑑みてなされたもの
で、光出射装置からの第１光ビームを第２光ビー
ムと第３光ビームに分配したのち再結合し第４光
ビームを形成する光ビーム分配結合器と、回転角
速度を測定すべき回転軸を中心として第２、第３
光ビームをそれぞれ時計回りと反時計回りの相反
方向に伝搬させる光伝搬路形成装置と、この光伝
搬路形成装置内を伝搬した第２、第３光ビームが
再び光ビーム分配結合器に入射する前に光伝搬路
形成装置内を同一伝搬定数で伝搬した第２、第３
光ビームのそれぞれの成分のみを透過させる１双
の検光子と、第４光ビームを第２、第３光ビーム
に再分離し、第２、第３光ビームに周波数偏移を
与えたのち、再結合して第５光ビームを形成する
物理特性が同一で駆動周波数の差が常に一定で、
かつ同位相の第１、第２周波数偏移素子を有する
周波数偏移装置と、第５光ビームを光電変換して
電気信号を発生する光電変換装置と、この電気信
号を信号処理して回転軸回りの回転角速度に比例
した出力を得る信号処理装置を備え、特に従来の
周波数変調法の欠点である温度環境の変化による
周波数偏移装置の駆動周波数の変動及び第１、第
２周波数偏移素子内での光路長差及び伝搬時間差
に起因する２つの光ビームの誤差である位相差の
発生を解消した、光ヘテロダイン法による光フア
イバジヤイロを提供することを目的とするもので
ある。
で、光出射装置からの第１光ビームを第２光ビー
ムと第３光ビームに分配したのち再結合し第４光
ビームを形成する光ビーム分配結合器と、回転角
速度を測定すべき回転軸を中心として第２、第３
光ビームをそれぞれ時計回りと反時計回りの相反
方向に伝搬させる光伝搬路形成装置と、この光伝
搬路形成装置内を伝搬した第２、第３光ビームが
再び光ビーム分配結合器に入射する前に光伝搬路
形成装置内を同一伝搬定数で伝搬した第２、第３
光ビームのそれぞれの成分のみを透過させる１双
の検光子と、第４光ビームを第２、第３光ビーム
に再分離し、第２、第３光ビームに周波数偏移を
与えたのち、再結合して第５光ビームを形成する
物理特性が同一で駆動周波数の差が常に一定で、
かつ同位相の第１、第２周波数偏移素子を有する
周波数偏移装置と、第５光ビームを光電変換して
電気信号を発生する光電変換装置と、この電気信
号を信号処理して回転軸回りの回転角速度に比例
した出力を得る信号処理装置を備え、特に従来の
周波数変調法の欠点である温度環境の変化による
周波数偏移装置の駆動周波数の変動及び第１、第
２周波数偏移素子内での光路長差及び伝搬時間差
に起因する２つの光ビームの誤差である位相差の
発生を解消した、光ヘテロダイン法による光フア
イバジヤイロを提供することを目的とするもので
ある。
以下、この発明を第４図、第５図に示す一実施
例を用いて詳細に説明する。
例を用いて詳細に説明する。
第４図は光学系配置および電気系結線図を示
し、偏光ビームスプリツタ３と偏光子９の間に直
交偏波分離光学素子７ａ、音響光学素子でなる周
波数偏移素子８(1)，８(2)、直交偏波結合光学素子
７ｂを配置する。この発明においては、従来の周
波数変調法によるものと異なり、時計回り方向、
反時計回り方向の光が再び同一光軸上に導かれた
光路４ｅ上に周波数偏移素子８(1)，８(2)を配置し
た点に特徴がある。その他、前述した従来装置に
おけると同一符号は同一部分を示し、説明を省略
する。
し、偏光ビームスプリツタ３と偏光子９の間に直
交偏波分離光学素子７ａ、音響光学素子でなる周
波数偏移素子８(1)，８(2)、直交偏波結合光学素子
７ｂを配置する。この発明においては、従来の周
波数変調法によるものと異なり、時計回り方向、
反時計回り方向の光が再び同一光軸上に導かれた
光路４ｅ上に周波数偏移素子８(1)，８(2)を配置し
た点に特徴がある。その他、前述した従来装置に
おけると同一符号は同一部分を示し、説明を省略
する。
次に動作について説明する。
光出射装置１から出射された第１光ビームはコ
リメートレンズ２で平行光化され、光ビーム分配
結合器を構成する偏光ビームスプリツタ３に入射
し、偏光ビームスプリツタ３に入射した光のうち
実線矢印で示すＰ偏光成分は直進し、破線矢印で
示すＳ偏光成分は反射して第２、第３光ビームと
なり、それぞれ偏光子４ｂ，４ａを透過後、光フ
アイバインターフエースを構成する結合レンズ５
ｂ，５ａを経て、光伝搬路形成装置をなす光フア
イバループ６内に入射し、単一モードの光フアイ
バループでなる光フアイバループ６内をそれぞれ
時計回り方向、反時計回り方向に伝搬する。光フ
アイバループ６内を時計回り方向に伝搬した第２
光ビームは結合レンズ５ａにより平行光化され、
ここで第１検光子として機能する偏光子４ａを透
過後再び偏光ビームスプリツタ３に入射し、Ｐ偏
光成分が周波数偏移素子８方向に出射する。同様
に光フアイバループ６内を反時計回り方向に伝搬
した第３光ビームは結合レンズ５ｂにより平行光
化され、ここで第１検光子として機能する偏光子
４ｂを透過後再び偏光ビームスプリツタ３に入射
し、Ｓ偏光成分が周波数偏移素子８方向に出射す
る。偏光子４ａ，４ｂは、相反方向に伝搬する光
の伝搬定数を一致させるためのものである。偏光
ビームスプリツタ３から周波数偏移子８方向に出
射する２つの直交する偏波面の光は、直交偏波分
離光学子７ａにより２つの異なつた光路により第
１周波数偏移子８(1)に導かれる。この２つの光
が、第１周波数偏移子８(1)におけるブラツグ回折
の＋１次、−１次の回折条件を満たすブラツグ角
で第１周波数偏移子８(1)に入射すれば、第１周波
数偏移素子８(1)内にて一方の光は＋１次のブラツ
グ回折を、また他方の光は−１次のブラツグ回折
を受けて光の進行方向を変え、同時にそれぞれの
光は、＋AOM(1)，−AOM(1)の周波数偏移を受
ける。第１周波数偏移素子８(1)で±１次ブラツグ
回折を受けた２つの光は第２周波数偏移素子８(2)
に導かれる。第２周波数偏移素子８(2)内において
は、第１周波数偏移素子８(1)内において＋１次ブ
ラツグ回折を受けた光は−１次ブラツグ回折を、
−１次ブラツグ回折を受けた光は＋１次ブラツグ
回折を受けて光の進行方向を変えると共に、それ
ぞれの光は−AOM(2)，＋AOM(2)の周波数偏移
を受ける。第２周波数偏移素子８(2)を出射した第
２、第３光ビームは直交偏波結合光学素子７ｂに
て再び同一光軸上に導かれ第５光ビームとなる。
ここで、AOM(1)は、第１周波数偏移素子８(1)
の駆動信号である第２電気信号１３の周波数、
AOM(2)は、第２周波数偏移子８(2)の駆動信号
である第３電気信号１４の周波数である。同一光
軸上に導かれた２つの光は互いに直交する偏波面
をもつているため、このままでは干渉をおこさな
い。よつて、偏光子９を用いて両直線偏光を円偏
光化し、第２検光子１０により１方向のみの偏光
成分をとりだすことにより両光の干渉光を検出器
１１にて検出し、対応する電気信号に変換するこ
とができる。検出器１１にて検出・変換された第
１電気信号１２は２・｜AOM(1)−AOM(2)｜
の周波数をもつ。このように、干渉する光の周波
数が異なる。
リメートレンズ２で平行光化され、光ビーム分配
結合器を構成する偏光ビームスプリツタ３に入射
し、偏光ビームスプリツタ３に入射した光のうち
実線矢印で示すＰ偏光成分は直進し、破線矢印で
示すＳ偏光成分は反射して第２、第３光ビームと
なり、それぞれ偏光子４ｂ，４ａを透過後、光フ
アイバインターフエースを構成する結合レンズ５
ｂ，５ａを経て、光伝搬路形成装置をなす光フア
イバループ６内に入射し、単一モードの光フアイ
バループでなる光フアイバループ６内をそれぞれ
時計回り方向、反時計回り方向に伝搬する。光フ
アイバループ６内を時計回り方向に伝搬した第２
光ビームは結合レンズ５ａにより平行光化され、
ここで第１検光子として機能する偏光子４ａを透
過後再び偏光ビームスプリツタ３に入射し、Ｐ偏
光成分が周波数偏移素子８方向に出射する。同様
に光フアイバループ６内を反時計回り方向に伝搬
した第３光ビームは結合レンズ５ｂにより平行光
化され、ここで第１検光子として機能する偏光子
４ｂを透過後再び偏光ビームスプリツタ３に入射
し、Ｓ偏光成分が周波数偏移素子８方向に出射す
る。偏光子４ａ，４ｂは、相反方向に伝搬する光
の伝搬定数を一致させるためのものである。偏光
ビームスプリツタ３から周波数偏移子８方向に出
射する２つの直交する偏波面の光は、直交偏波分
離光学子７ａにより２つの異なつた光路により第
１周波数偏移子８(1)に導かれる。この２つの光
が、第１周波数偏移子８(1)におけるブラツグ回折
の＋１次、−１次の回折条件を満たすブラツグ角
で第１周波数偏移子８(1)に入射すれば、第１周波
数偏移素子８(1)内にて一方の光は＋１次のブラツ
グ回折を、また他方の光は−１次のブラツグ回折
を受けて光の進行方向を変え、同時にそれぞれの
光は、＋AOM(1)，−AOM(1)の周波数偏移を受
ける。第１周波数偏移素子８(1)で±１次ブラツグ
回折を受けた２つの光は第２周波数偏移素子８(2)
に導かれる。第２周波数偏移素子８(2)内において
は、第１周波数偏移素子８(1)内において＋１次ブ
ラツグ回折を受けた光は−１次ブラツグ回折を、
−１次ブラツグ回折を受けた光は＋１次ブラツグ
回折を受けて光の進行方向を変えると共に、それ
ぞれの光は−AOM(2)，＋AOM(2)の周波数偏移
を受ける。第２周波数偏移素子８(2)を出射した第
２、第３光ビームは直交偏波結合光学素子７ｂに
て再び同一光軸上に導かれ第５光ビームとなる。
ここで、AOM(1)は、第１周波数偏移素子８(1)
の駆動信号である第２電気信号１３の周波数、
AOM(2)は、第２周波数偏移子８(2)の駆動信号
である第３電気信号１４の周波数である。同一光
軸上に導かれた２つの光は互いに直交する偏波面
をもつているため、このままでは干渉をおこさな
い。よつて、偏光子９を用いて両直線偏光を円偏
光化し、第２検光子１０により１方向のみの偏光
成分をとりだすことにより両光の干渉光を検出器
１１にて検出し、対応する電気信号に変換するこ
とができる。検出器１１にて検出・変換された第
１電気信号１２は２・｜AOM(1)−AOM(2)｜
の周波数をもつ。このように、干渉する光の周波
数が異なる。
上記光学系において直交偏波分離光学素子７ａ
及び直交偏波結合光学子素７ｂとして、複屈折を
もつ結晶を用いて同じ頂角をもつ２個のプリズム
を光学軸を直交させて結合したウオラストンブリ
ズムまたはロシヨンプリズムを用いれば、容易に
周波数偏移素子８(1)，８(2)において＋１次、−１
次ブラツグ回折を生じさせるための条件であるブ
ラツグ角を満足する角度に２つの直交する偏波面
の光を同一光軸上に導くことができる。
及び直交偏波結合光学子素７ｂとして、複屈折を
もつ結晶を用いて同じ頂角をもつ２個のプリズム
を光学軸を直交させて結合したウオラストンブリ
ズムまたはロシヨンプリズムを用いれば、容易に
周波数偏移素子８(1)，８(2)において＋１次、−１
次ブラツグ回折を生じさせるための条件であるブ
ラツグ角を満足する角度に２つの直交する偏波面
の光を同一光軸上に導くことができる。
従来の光フアイバジヤイロの干渉する光の周波
数は、３方式とも同一周波数であり、この点で全
てホモダイン法と言える。これに対し、この発明
においては、干渉する光の周波数が異なることよ
り、光ヘテロダイン法によるものということがで
きる。
数は、３方式とも同一周波数であり、この点で全
てホモダイン法と言える。これに対し、この発明
においては、干渉する光の周波数が異なることよ
り、光ヘテロダイン法によるものということがで
きる。
第１、第２周波数偏移素子８(1)，８(2)を駆動し
ている周波数偏移素子駆動装置１５は、第１周波
数偏移素子８(1)を駆動する第２電気信号１３と第
２周波数偏移素子８(2)を駆動する第３電気信号１
４を出力すると共に、第２電気信号１３と第３電
気信号１４の周波数差の２倍の周波数：２・｜
AOM(1)−AOM(2)｜を持ち、同時に第２電気
信号１３、第３電気信号１４と一定の位相関係に
ある第４電気信号１６を出力している。この第４
電気信号１６は、検出器１１で検出・変換された
第１電気信号１２と共に信号処理装置に入力され
る。この信号処理装置は、位相比較回路１７とデ
ジタル変換回路１９から構成される。前記両信号
は位相比較回路１７で位相比較され、前記両信号
間の位相差、つまり位相の遅れ・進み及びその位
相量に比例した第５電気信号１８が出力される。
この第５電気信号１８はデジタル変換回路１９に
入力されてデジタルコード（例えば２進或いは10
進のコード）化信号に変換される。このデジタル
コード化信号がジヤイロ出力信号２０である。
ている周波数偏移素子駆動装置１５は、第１周波
数偏移素子８(1)を駆動する第２電気信号１３と第
２周波数偏移素子８(2)を駆動する第３電気信号１
４を出力すると共に、第２電気信号１３と第３電
気信号１４の周波数差の２倍の周波数：２・｜
AOM(1)−AOM(2)｜を持ち、同時に第２電気
信号１３、第３電気信号１４と一定の位相関係に
ある第４電気信号１６を出力している。この第４
電気信号１６は、検出器１１で検出・変換された
第１電気信号１２と共に信号処理装置に入力され
る。この信号処理装置は、位相比較回路１７とデ
ジタル変換回路１９から構成される。前記両信号
は位相比較回路１７で位相比較され、前記両信号
間の位相差、つまり位相の遅れ・進み及びその位
相量に比例した第５電気信号１８が出力される。
この第５電気信号１８はデジタル変換回路１９に
入力されてデジタルコード（例えば２進或いは10
進のコード）化信号に変換される。このデジタル
コード化信号がジヤイロ出力信号２０である。
以上の過程において、第１電気信号１２と第４
電気信号１６との間の位相関係がとらえられる。
第１電気信号１２の位相は、第２電気信号１３と
第３電気信号１４の位相を基準としている。つま
り、第４電気信号１６の位相を基準としている。
また、第２、第３光ビームは、第１周波数偏移素
子８(1)で±１次ブラツグ回折を受け、第２周波数
偏移素子８(2)で±１次ブラツグ回折を受けること
により、第１電気信号１２と第４電気信号１６の
位相差：φOは、次式で表される。
電気信号１６との間の位相関係がとらえられる。
第１電気信号１２の位相は、第２電気信号１３と
第３電気信号１４の位相を基準としている。つま
り、第４電気信号１６の位相を基準としている。
また、第２、第３光ビームは、第１周波数偏移素
子８(1)で±１次ブラツグ回折を受け、第２周波数
偏移素子８(2)で±１次ブラツグ回折を受けること
により、第１電気信号１２と第４電気信号１６の
位相差：φOは、次式で表される。
φO＝Kω＋4πXAOM(1)AOM(1)／VAOM(1)
−4πXAOM(2)AOM(2)／VAOM(2)
ここで、Kω：サグナツク効果による位相差，
4πXAOM(i)AOM(i)／VAOM(i)
第周波数偏移素子で第２、第３光ビームが±
１次ブラツグ回折を受ける際に光に付加される回
折位相の差（＝１，２）， XAOM(i)：第周波数偏移子に具備された薄
膜体により形成される周知の超音波トランスデ
ユーサ８(1)ａと第２、第３光ビームの光路間の
距離の平均値， VAOM(i)：第周波数偏移素子の光学媒体ｇ
(i)ｂ中の超音波伝搬速度 である。
１次ブラツグ回折を受ける際に光に付加される回
折位相の差（＝１，２）， XAOM(i)：第周波数偏移子に具備された薄
膜体により形成される周知の超音波トランスデ
ユーサ８(1)ａと第２、第３光ビームの光路間の
距離の平均値， VAOM(i)：第周波数偏移素子の光学媒体ｇ
(i)ｂ中の超音波伝搬速度 である。
ここで、回折位相が変化しないとすると、光フ
アイバループ６の回転軸Ａの回りに入力角速度：
ωが入力したときの位相差：φOの変化は、サグ
ナツク効果による位相差：Kωであり、デジタル
変換回路１９の出力信号２０は入力角速度：ωに
比例している。
アイバループ６の回転軸Ａの回りに入力角速度：
ωが入力したときの位相差：φOの変化は、サグ
ナツク効果による位相差：Kωであり、デジタル
変換回路１９の出力信号２０は入力角速度：ωに
比例している。
しかし、一般に環境温度の変化により超音波ト
ランスデユーサｇ(i)ａと光路間の距離：XAOM
(i)、光学媒体ｇ(i)ｂ中の超音波伝搬速度：
VAOM(i)及び第周波数偏移素子ｇ(i)の駆動周
波数：AOM(i)は、変動する。これは、位相
差：φOの回折位相成分の変動を意味し、ひいて
はジヤイロ出力の変動となる。同一光学媒体gb
を用いた場合、XAOM(i)，VAOM(i)の温度係数
は等しい。また、AOM(1)とAOM(2)は、どち
らか一方を基準として発生させることにより同一
温度係数を持たせることができる。従つて、
XAOM(i)を調整することにより第１周波数偏移
素子ｇ(1)と第２周波数偏移素子８(2)で光に付加さ
れる回折位相を互いに打ち消しあうことが可能と
なる。また、AOM(i)を強制的に変化させるこ
となく一定であることから周波数変調法のごとく
周波数偏移素子８を透過後の光軸にずれを生じる
ことはない。
ランスデユーサｇ(i)ａと光路間の距離：XAOM
(i)、光学媒体ｇ(i)ｂ中の超音波伝搬速度：
VAOM(i)及び第周波数偏移素子ｇ(i)の駆動周
波数：AOM(i)は、変動する。これは、位相
差：φOの回折位相成分の変動を意味し、ひいて
はジヤイロ出力の変動となる。同一光学媒体gb
を用いた場合、XAOM(i)，VAOM(i)の温度係数
は等しい。また、AOM(1)とAOM(2)は、どち
らか一方を基準として発生させることにより同一
温度係数を持たせることができる。従つて、
XAOM(i)を調整することにより第１周波数偏移
素子ｇ(1)と第２周波数偏移素子８(2)で光に付加さ
れる回折位相を互いに打ち消しあうことが可能と
なる。また、AOM(i)を強制的に変化させるこ
となく一定であることから周波数変調法のごとく
周波数偏移素子８を透過後の光軸にずれを生じる
ことはない。
この発明においては、上記の構成により周波数
偏移された光の位相と第１、第２周波数偏移素子
８(1)，８(2)の駆動信号１３，１４の位相差は、第
１、第２周波数偏移素子８(1)，８(2)で光に付加さ
れる回折位相の影響を受けず、サグナツク効果に
よる位相差以外の誤差位相を除去でき、光フアイ
バジヤイロとしてより高精度の安定性を得ること
ができる。
偏移された光の位相と第１、第２周波数偏移素子
８(1)，８(2)の駆動信号１３，１４の位相差は、第
１、第２周波数偏移素子８(1)，８(2)で光に付加さ
れる回折位相の影響を受けず、サグナツク効果に
よる位相差以外の誤差位相を除去でき、光フアイ
バジヤイロとしてより高精度の安定性を得ること
ができる。
さらに、位相比較回路１７においては一般に±
360degの位相変化量を検知できることから、DC
ホモダイン法で問題であつた±90degのサグナツ
ク効果による位相差検出範囲が拡大されるととも
に、全検出範囲において直線性良くサグナツク効
果による位相差が検出される。
360degの位相変化量を検知できることから、DC
ホモダイン法で問題であつた±90degのサグナツ
ク効果による位相差検出範囲が拡大されるととも
に、全検出範囲において直線性良くサグナツク効
果による位相差が検出される。
第５図は、本ジヤイロにおける光出射装置１の
構成例を示している。光源１０１は、光１０４，
１０５を出射し、光１０４は、第４図に示す光学
系に入射する。また、光１０５は、光電変換素子
１０２に入射する。光電変換素子１０２は、光１
０５の光量に比例した電流を出力する。この光電
変換素子１０２の出力電流は、光量安定化回路１
０３に入力される。光量安定化回路１０３は、こ
の出力電流値を電圧変換した後、基準電圧と比較
し、その差が零となるように光源１０１の駆動電
流を制御する。これにより、光源１０１のの出射
光１０４，１０５は、光量を一定に保たれる。ま
た、出射光１０４，１０５の光量は、光量安定回
路１０３の基準電圧を可変とすることにより任意
に設定される。
構成例を示している。光源１０１は、光１０４，
１０５を出射し、光１０４は、第４図に示す光学
系に入射する。また、光１０５は、光電変換素子
１０２に入射する。光電変換素子１０２は、光１
０５の光量に比例した電流を出力する。この光電
変換素子１０２の出力電流は、光量安定化回路１
０３に入力される。光量安定化回路１０３は、こ
の出力電流値を電圧変換した後、基準電圧と比較
し、その差が零となるように光源１０１の駆動電
流を制御する。これにより、光源１０１のの出射
光１０４，１０５は、光量を一定に保たれる。ま
た、出射光１０４，１０５の光量は、光量安定回
路１０３の基準電圧を可変とすることにより任意
に設定される。
本発明においては、以上のように第１、第２周
波数偏移素子が同じ物理特性を持ち、かつ、各々
を駆動する駆動信号が同位相で、かつ、周波数の
差が一定になるように構成されているので、本発
明による光ヘテロダイン法において、温度環境に
変化が生じても第１、第２周波数偏移素子による
回析位相の影響が光に付加される事なく、これに
よつてサグナツク効果による位相差以外の影響を
全て除去することが可能となり、高精度で安定な
光フアイバジヤイロを得ることができるという効
果を有する。
波数偏移素子が同じ物理特性を持ち、かつ、各々
を駆動する駆動信号が同位相で、かつ、周波数の
差が一定になるように構成されているので、本発
明による光ヘテロダイン法において、温度環境に
変化が生じても第１、第２周波数偏移素子による
回析位相の影響が光に付加される事なく、これに
よつてサグナツク効果による位相差以外の影響を
全て除去することが可能となり、高精度で安定な
光フアイバジヤイロを得ることができるという効
果を有する。
第１図は、DCホモダイン法による従来例に用
いる光学系配置図、第２図は、位相変調法による
従来例に用いる光学系配置図及び電気系結線図、
第３図は、周波数変調法による従来例に用いる光
学系配置図及び電気系結線図、第４図、第５図は
この発明の一実施例を示し、第４図は、光学系配
置図及び電気系結線図、第５図は、光出射装置の
結線図である。 １…光源（光出射装置）、２…コリメートレン
ズ、３…偏光ビームスプリツタ（光ビーム分配結
合器）、４ａ，４ｂ…偏光子（第１検光子）、５
ａ，５ｂ…結合レンズ（光フアイバインターフエ
ース）、６…光フアイバループ、７ａ…直交偏波
分離光学素子、７ｂ…直交偏波結合光学素子、８
(1)…第１周波数偏移素子、８(2)…第２周波数偏移
素子、８ａ…超音波トランスデユーサ、８ｂ…光
学媒体、９…偏光子、１０…第２検光子、１１…
検出器、１２…検出信号（第１電気信号）、１３
…第１周波数偏移素子駆動信号（第２電気信号）、
１４…第２周波数偏移素子駆動信号（第３電気信
号）、１５…周波数偏移素子駆動装置、１６…第
４電気信号、１７…位相比較回路、１８…位相比
較回路出力信号（第５電気信号）、１９…デジタ
ル変換回路、２０…ジヤイロ出力信号、１０１…
光源、１０２…光電変換素子、１０３…光量安定
化回路。なお、各図中、同一符号は同一又は相当
部分を示す。
いる光学系配置図、第２図は、位相変調法による
従来例に用いる光学系配置図及び電気系結線図、
第３図は、周波数変調法による従来例に用いる光
学系配置図及び電気系結線図、第４図、第５図は
この発明の一実施例を示し、第４図は、光学系配
置図及び電気系結線図、第５図は、光出射装置の
結線図である。 １…光源（光出射装置）、２…コリメートレン
ズ、３…偏光ビームスプリツタ（光ビーム分配結
合器）、４ａ，４ｂ…偏光子（第１検光子）、５
ａ，５ｂ…結合レンズ（光フアイバインターフエ
ース）、６…光フアイバループ、７ａ…直交偏波
分離光学素子、７ｂ…直交偏波結合光学素子、８
(1)…第１周波数偏移素子、８(2)…第２周波数偏移
素子、８ａ…超音波トランスデユーサ、８ｂ…光
学媒体、９…偏光子、１０…第２検光子、１１…
検出器、１２…検出信号（第１電気信号）、１３
…第１周波数偏移素子駆動信号（第２電気信号）、
１４…第２周波数偏移素子駆動信号（第３電気信
号）、１５…周波数偏移素子駆動装置、１６…第
４電気信号、１７…位相比較回路、１８…位相比
較回路出力信号（第５電気信号）、１９…デジタ
ル変換回路、２０…ジヤイロ出力信号、１０１…
光源、１０２…光電変換素子、１０３…光量安定
化回路。なお、各図中、同一符号は同一又は相当
部分を示す。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 第１光ビームを出射する光出射装置、前記第
１光ビームを第２光ビームと第３光ビームに分配
したのち再結合し第４ビームを形成する光ビーム
分配結合器、回転角速度を測定すべき回転軸を中
心として前記第２光ビームと前記第３光ビームを
それぞれ時計回りと反時計回りの相反方向に伝搬
させる光伝搬路を形成する光伝搬路形成装置、前
記光分配結合器と前記光伝搬路形成装置の間に設
置され前記第２、第３光ビームが前記光伝搬路形
成装置内を伝搬したのち前記光ビーム分配結合器
に入射する前に前記光伝搬路形成装置内を同一伝
搬定数で伝搬した前記第２、第３光ビームのそれ
ぞれの成分のみを透過させる１双の第１検光子、
前記第４光ビームを前記第２、第３光ビームに再
分離し、前記第２、第３光ビームに周波数偏移を
与え、再度前記第２、第３ビームを結合させ第５
光ビームを形成する周波数偏移装置、前記第５光
ビームを光電変換して第１電気信号を発生する光
電変換装置、及び前記第１電気信号を信号処理し
て前記回転角速度に比例した出力を得る信号処理
装置を備えてなるサグナツ効果を用いた光フアイ
バジヤイロであつて、前記周波数偏移装置は、直
交する偏波面を持つ第２、第３光ビームの合成光
である第４光ビームを再び前記第２、第３光ビー
ムに分離する直交偏波分離光学素子と、分離され
た前記第２、第３光ビームの周波数を偏移させる
第１周波数偏移素子と、前記第１周波数偏移内を
伝搬した後の前記第２、第３光ビームの周波数を
再度偏移させる第２周波数偏移素子と、前記第２
周波数偏移素子内を伝搬した後の前記第２、第３
光ビームを再結合して第５光ビームを形成する直
交偏波結合光学素子と、前記第１、第２周波数偏
移素子を駆動する周波数偏移素子駆動装置とから
なり、前記第１、第２周波数偏移素子が同じ物理
特性を持ち、各々を駆動する駆動信号が同位相
で、かつ周波数差が一定である光フアイバジヤイ
ロ。 ２ 前記光出射装置は、第１光ビームを出射する
光源と、前記第１光ビームの光量を検出して前記
光量に比例する第１電流を発生する素子と、前記
第１電流を一定に保つように前記光源を制御する
光量安定化回路とからなつている、特許請求の範
囲第１項記載の光フアイバジヤイロ。 ３ 前記光ビーム分配結合器は、第２、第３光ビ
ームが互いに直交する偏波面を有するよう第１光
ビームを分配し、かつ前記第２、第３光ビームが
互いに直交する偏波面をもつて再結合して第４光
ビームを形成するようにされている、特許請求の
範囲第１項記載の光フアイバジヤイロ。 ４ 前記光伝搬路形成装置は、回転軸を中心とし
て単一モードの光フアイバを前記回転軸に垂直か
つコイ状に巻いた光フアイバループと、前記光フ
アイバループの両端にそれぞれ第２、第３光ビー
ムを前記光フアイバループ内に入射させる光フア
イバインターフエースとからなつている、特許請
求の範囲第１項記載の光フアイバジヤイロ。 ５ 前記周波数偏移素子駆動装置は、第１、第２
周波数偏移素子を駆動する第２、第３電気信号
と、前記第２、第３電気信号の周波数差の２倍の
周波数を持つと共に前記第２、第３電気信号と一
定の位相関係にある第４電気信号を発生するよう
にされている、特許請求の範囲第１項記載の光フ
アイバジヤイロ。 ６ 前記光電変換装置は、第５光ビームを円偏光
化する偏光子と、円偏光化された前記第５光ビー
ムを各直交偏波成分に分配する第２検光子と、分
配された前記第５光ビームのいずれか一方の偏波
成分を光電変換して第１電気信号を発生する手段
とからなつている、特許請求の範囲第１項記載の
光フアイバジヤイロ。 ７ 第１電気信号と第４電気信号の位相差を検出
して出力する位相比較回路と、前記位相比較回路
の出力信号である第５電気信号に比例したデジタ
ルコードに変換するデジタル変換回路と、空なる
信号処理装置を備えた特許請求の範囲第１項記載
の光フアイバジヤイロ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60048392A JPS61207918A (ja) | 1985-03-13 | 1985-03-13 | 光ファイバジャイロ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60048392A JPS61207918A (ja) | 1985-03-13 | 1985-03-13 | 光ファイバジャイロ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61207918A JPS61207918A (ja) | 1986-09-16 |
| JPH0418773B2 true JPH0418773B2 (ja) | 1992-03-27 |
Family
ID=12802021
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60048392A Granted JPS61207918A (ja) | 1985-03-13 | 1985-03-13 | 光ファイバジャイロ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61207918A (ja) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5918416A (ja) * | 1982-07-23 | 1984-01-30 | Mitsubishi Precision Co Ltd | 光フアイバ−ジヤイロの出力検出方法 |
-
1985
- 1985-03-13 JP JP60048392A patent/JPS61207918A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61207918A (ja) | 1986-09-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5448745B2 (ja) | 偏光モードにより引き起こされるバイアス誤差が低減されたｒｆｏｇ | |
| US5485274A (en) | Fiber optic interferometer with wavelength-stabilized light source | |
| US4547072A (en) | Optical fiber gyro | |
| US5040896A (en) | Three-crystal temperature-compensated reference interferometer for source wavelength stabilization | |
| US4433915A (en) | Dual-polarization interferometer with a single-mode waveguide | |
| JPH08226822A (ja) | 光ファイバジャイロ及び光集積回路 | |
| US5404220A (en) | Measuring method and measuring apparatus for determining the relative displacement of a diffraction grating with respect to a plurality of beams | |
| GB2046434A (en) | Optical-fibre interferometric gyrometer | |
| JPH0447214A (ja) | 光ファイバジャイロスコープ | |
| JPH0418773B2 (ja) | ||
| JP3357734B2 (ja) | 光応用センサ | |
| JPS6221016A (ja) | 光フアイバジヤイロ装置 | |
| JPH0324972B2 (ja) | ||
| US4720193A (en) | Optical fiber gyroscope | |
| JPS60135816A (ja) | 光フアイバジヤイロ | |
| JPS63138208A (ja) | 位相変調方式光フアイバジヤイロ | |
| JPH0558486B2 (ja) | ||
| JPS5918416A (ja) | 光フアイバ−ジヤイロの出力検出方法 | |
| JPS61286713A (ja) | 光フアイバジヤイロ | |
| JPS5963512A (ja) | 光フアイバ・ジヤイロスコ−プ | |
| JPS6314305B2 (ja) | ||
| JPH02189412A (ja) | 光フアイバジヤイロ | |
| JPS6326326B2 (ja) | ||
| JPH04107421A (ja) | 光導波路型位相変調器 | |
| JP3271019B2 (ja) | 光ファイバジャイロ |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |