JPH051918A - 光フアイバジヤイロ及びそのユニツト - Google Patents
光フアイバジヤイロ及びそのユニツトInfo
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- JPH051918A JPH051918A JP3153379A JP15337991A JPH051918A JP H051918 A JPH051918 A JP H051918A JP 3153379 A JP3153379 A JP 3153379A JP 15337991 A JP15337991 A JP 15337991A JP H051918 A JPH051918 A JP H051918A
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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
- G01C19/728—Assemblies for measuring along different axes, e.g. triads
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Abstract
(57)【要約】
【目的】組立て性が良く小型化が可能な３軸光ファイバ
ジャイロを得る。 【構成】ユニット形状は四角錐である。正方形板５１を
ベースとし、光源モジュール５２、受光ユニット５３、
光ファイバコイル５４を取り付ける。方向性結合器５６
をベース５１に取り付ける。位相変調器５５に圧電素子
を用い、光ファイバコイル５４の内部に収納する。信号
処理回路基板５８はスタンド５９を介してベース５１に
取り付け、空間的に光ファイバコイル５４の上部に設置
する。偏光子５１０は光ファイバコイル５４の外周に巻
付ける。補強部材５１１を取り付け１軸ユニットとす
る。部品は全てユニット領域である四角錐ＯＡＢＣＯ*
から食み出さないように設置する。この１軸ユニットを
３ユニット用意し、連結部材５１２、５１３及び５１４
を介して連結し３軸光ファイバジャイロとする。
ジャイロを得る。 【構成】ユニット形状は四角錐である。正方形板５１を
ベースとし、光源モジュール５２、受光ユニット５３、
光ファイバコイル５４を取り付ける。方向性結合器５６
をベース５１に取り付ける。位相変調器５５に圧電素子
を用い、光ファイバコイル５４の内部に収納する。信号
処理回路基板５８はスタンド５９を介してベース５１に
取り付け、空間的に光ファイバコイル５４の上部に設置
する。偏光子５１０は光ファイバコイル５４の外周に巻
付ける。補強部材５１１を取り付け１軸ユニットとす
る。部品は全てユニット領域である四角錐ＯＡＢＣＯ*
から食み出さないように設置する。この１軸ユニットを
３ユニット用意し、連結部材５１２、５１３及び５１４
を介して連結し３軸光ファイバジャイロとする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は光ファイバジャイロ及び
そのユニットに係り、特に光ファイバジャイロユニット
の合体によりコンパクトな３軸光ファイバジャイロの構
成を可能にするものに関する。
そのユニットに係り、特に光ファイバジャイロユニット
の合体によりコンパクトな３軸光ファイバジャイロの構
成を可能にするものに関する。
【０００２】
【従来の技術】外部から情報が一切なくても、移動体に
取り付けるだけで角速度や角度を検出し、その姿勢や位
置を制御するためのセンサを一般にジャイロと呼ぶ。光
ファイバジャイロは、サニャック効果を利用して回転の
速度や角度を検知する光ファイバジャイロである。１軸
の光ファイバジャイロは次のような特徴を有するため、
近年産業分野で利用されるようになってきた。
取り付けるだけで角速度や角度を検出し、その姿勢や位
置を制御するためのセンサを一般にジャイロと呼ぶ。光
ファイバジャイロは、サニャック効果を利用して回転の
速度や角度を検知する光ファイバジャイロである。１軸
の光ファイバジャイロは次のような特徴を有するため、
近年産業分野で利用されるようになってきた。
【０００３】（１）可動部がなく、構造が簡単である。
【０００４】（２）起動時間が短い。
【０００５】（３）小型、軽量化が可能である。
【０００６】（４）消費電力が少ない。
【０００７】（５）ダイナミックレジンが広い。
【０００８】（６）量産化、低価格化に適している。
【０００９】図４に代表的な光ファイバジャイロの構成
図を示す。例示した光ファイバジャイロは、光源１１、
受光器１２、光ファイバコイル１３、位相変調器１４、
方向性結合器１５ａ、１５ｂ、偏光子１７及び信号処理
回路を搭載した回路基板１６から構成される。光源１１
から発した光は方向性結合器１５ａを通った後、偏光子
１７により偏光ノイズが取り除かれ、方向性結合器１５
ｂにより２つの光路に分割され、それぞれ光ファイバコ
イル１３の時計回り光と反時計回り光となって伝搬す
る。光ファイバコイル１３は光ファイバをコイル状に巻
いたもので、光ファイバジャイロの回転角速度センサの
働きをするものである。光ファイバコイル１３が回転し
た場合、時計回り光と反時計回り光で位相差が生じ、こ
れを検出することで回転量が検出できる。従って、検出
される回転量は、光ファイバコイル１３の中心軸回りの
回転量、すなわち１軸回りの回転量のみである。位相変
調器１４は、前記した時計回り光と反時計回り光の間に
π／２の位相バイアスを与えるためのもので、これによ
って感度の最適化を図るものである。光ファイバコイル
１３を伝搬してきた時計回り光と反時計回り光は方向性
結合器１５ｂに合流し、両者の位相差により干渉光とな
って前記した光路と逆方向に偏光子１７、方向性結合器
１５ａを通過して受光器１２に入る。受光器１２では前
記した干渉光の強度を測定し、信号処理回路基板１６上
に搭載した信号処理回路によって回転量に変換する。な
お、信号処理回路基板１６上には、光源１１及び位相変
調器１４を駆動するための駆動回路も搭載する場合が多
い。
図を示す。例示した光ファイバジャイロは、光源１１、
受光器１２、光ファイバコイル１３、位相変調器１４、
方向性結合器１５ａ、１５ｂ、偏光子１７及び信号処理
回路を搭載した回路基板１６から構成される。光源１１
から発した光は方向性結合器１５ａを通った後、偏光子
１７により偏光ノイズが取り除かれ、方向性結合器１５
ｂにより２つの光路に分割され、それぞれ光ファイバコ
イル１３の時計回り光と反時計回り光となって伝搬す
る。光ファイバコイル１３は光ファイバをコイル状に巻
いたもので、光ファイバジャイロの回転角速度センサの
働きをするものである。光ファイバコイル１３が回転し
た場合、時計回り光と反時計回り光で位相差が生じ、こ
れを検出することで回転量が検出できる。従って、検出
される回転量は、光ファイバコイル１３の中心軸回りの
回転量、すなわち１軸回りの回転量のみである。位相変
調器１４は、前記した時計回り光と反時計回り光の間に
π／２の位相バイアスを与えるためのもので、これによ
って感度の最適化を図るものである。光ファイバコイル
１３を伝搬してきた時計回り光と反時計回り光は方向性
結合器１５ｂに合流し、両者の位相差により干渉光とな
って前記した光路と逆方向に偏光子１７、方向性結合器
１５ａを通過して受光器１２に入る。受光器１２では前
記した干渉光の強度を測定し、信号処理回路基板１６上
に搭載した信号処理回路によって回転量に変換する。な
お、信号処理回路基板１６上には、光源１１及び位相変
調器１４を駆動するための駆動回路も搭載する場合が多
い。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】前記したように、１個
の光ファイバコイルでは、１軸回りの回転量しか検出で
きないため、立体的な動きをする物体の姿勢を検出する
ためには、光ファイバコイルが３個必要となる。
の光ファイバコイルでは、１軸回りの回転量しか検出で
きないため、立体的な動きをする物体の姿勢を検出する
ためには、光ファイバコイルが３個必要となる。
【００１１】しかも、それらの光ファイバコイルの中心
軸は互に直交することが必要である。光ファイバコイル
を３軸分、それぞれ分離した形で設置すると大きなスペ
ースが必要となるため、従来、図５のようにコイルの大
きさを変え、小さいコイル２３を中位のコイル２２に内
包し、これをさらに大きいコイル２１に内包して設置す
る場合が多かった。しかし、このような設置方法では、
組み立て性が悪く量産性の面で大きな問題となってい
た。また、前記の例に示したような光学部品及び信号処
理回路を搭載した１軸光ファイバジャイロ（一般的には
直方体形状）を３台連結設置したのでは装置が大型化す
るといった問題があった。
軸は互に直交することが必要である。光ファイバコイル
を３軸分、それぞれ分離した形で設置すると大きなスペ
ースが必要となるため、従来、図５のようにコイルの大
きさを変え、小さいコイル２３を中位のコイル２２に内
包し、これをさらに大きいコイル２１に内包して設置す
る場合が多かった。しかし、このような設置方法では、
組み立て性が悪く量産性の面で大きな問題となってい
た。また、前記の例に示したような光学部品及び信号処
理回路を搭載した１軸光ファイバジャイロ（一般的には
直方体形状）を３台連結設置したのでは装置が大型化す
るといった問題があった。
【００１２】本発明の目的は、前記した従来技術の欠点
を解消し、小型化と量産性に優れた新規な光ファイバジ
ャイロ及びそのユニットを提供することにある。
を解消し、小型化と量産性に優れた新規な光ファイバジ
ャイロ及びそのユニットを提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明の光ファイバジャ
イロは、少なくとも光ファイバジャイロとして必要な光
源、受光器、センシングコイル及びジャイロ信号を処理
する回路基板から構成され、１つの軸回りの回転角速度
を検出する光ファイバジャイロを１軸ユニットとし、こ
の１軸ユニットを３ユニット組合せて直交する３軸回り
の回転角速度を検出する３軸光ファイバジャイロに適用
される。この１軸ユニットの形状は、立方体などの立体
を回転軸対称で同一形状に３分割して得た分割体の形状
とし、この分割体形状をした１軸ユニットを３ユニット
回転軸対称位置に相互に連結又は固定部品を介して連結
して、直交する３軸回りの回転角速度を検出するように
したものである。
イロは、少なくとも光ファイバジャイロとして必要な光
源、受光器、センシングコイル及びジャイロ信号を処理
する回路基板から構成され、１つの軸回りの回転角速度
を検出する光ファイバジャイロを１軸ユニットとし、こ
の１軸ユニットを３ユニット組合せて直交する３軸回り
の回転角速度を検出する３軸光ファイバジャイロに適用
される。この１軸ユニットの形状は、立方体などの立体
を回転軸対称で同一形状に３分割して得た分割体の形状
とし、この分割体形状をした１軸ユニットを３ユニット
回転軸対称位置に相互に連結又は固定部品を介して連結
して、直交する３軸回りの回転角速度を検出するように
したものである。
【００１４】また、本発明の光ファイバジャイロユニッ
トは、上述した３軸光ファイバジャイロを構成するユニ
ットに適用される。このユニットは、少なくとも光ファ
イバジャイロとして必要な光源、受光器、センシングコ
イル及びジャイロ信号を処理する回路基板から構成さ
れ、１つの軸回りの回転角速度を検出する光ファイバジ
ャイロを１軸ユニットとする。この１軸ユニットの形状
は、立方体などの立体を回転軸対称で同一形状に３分割
して得た分割体の形状としたものである。この１軸ユニ
ットを他の同一形状の２つの１軸ユニットと組合せ、回
転軸対称位置に相互に連結又は固定部品を介して連結す
ることにより、直交する３軸回りの回転角速度を検出す
る３軸光ファイバジャイロの構成を可能としたものであ
る。
トは、上述した３軸光ファイバジャイロを構成するユニ
ットに適用される。このユニットは、少なくとも光ファ
イバジャイロとして必要な光源、受光器、センシングコ
イル及びジャイロ信号を処理する回路基板から構成さ
れ、１つの軸回りの回転角速度を検出する光ファイバジ
ャイロを１軸ユニットとする。この１軸ユニットの形状
は、立方体などの立体を回転軸対称で同一形状に３分割
して得た分割体の形状としたものである。この１軸ユニ
ットを他の同一形状の２つの１軸ユニットと組合せ、回
転軸対称位置に相互に連結又は固定部品を介して連結す
ることにより、直交する３軸回りの回転角速度を検出す
る３軸光ファイバジャイロの構成を可能としたものであ
る。
【００１５】
【作用】前記した立方体などの立体を回転軸対称に３分
割したユニット形状とは、例えば、図２に示すユニット
形状を指す。図２（ａ）は立方体を示す。図中の記号Ａ
〜Ｆ、ＯＯ* はそれぞれ立方体の頂点を示す。この立方
体を各面上の対角線ＯＢ、ＯＣおよびＯＥを含む平面Ｏ
ＢＯ* 、ＯＣＯ* 、ＯＥＯ* で分割した形状が図２
（ｂ）のユニット１、２、３である。これら３ユニット
は皆全て同一形状で底面が正方形の四角錐形状である。
また、３ユニットを合体して立方体形状としたとき、直
線Ｏ、Ｏ* を軸とする回転軸対称形状となる。
割したユニット形状とは、例えば、図２に示すユニット
形状を指す。図２（ａ）は立方体を示す。図中の記号Ａ
〜Ｆ、ＯＯ* はそれぞれ立方体の頂点を示す。この立方
体を各面上の対角線ＯＢ、ＯＣおよびＯＥを含む平面Ｏ
ＢＯ* 、ＯＣＯ* 、ＯＥＯ* で分割した形状が図２
（ｂ）のユニット１、２、３である。これら３ユニット
は皆全て同一形状で底面が正方形の四角錐形状である。
また、３ユニットを合体して立方体形状としたとき、直
線Ｏ、Ｏ* を軸とする回転軸対称形状となる。
【００１６】また、この形状は必ずしも前記のような四
角錐形状に限定するものではなく、図３のように一部に
突出した形状を有する形状であっても良い。この場合、
同一ユニットの他の面が突出形状と同一形状の陥没形状
となっており、かつその位置が回転対称軸に対して回転
軸対称位置であることが必要である。図３では、ユニッ
ト１の面ＯＢＯ* に突出部（ハッチング部）があり、こ
の突出形状と合同形状の陥没部が同一ユニット１の面Ｏ
ＣＯ* に設けてある。この突出及び陥没形状は直線ＯＯ
* に関して回転軸対称である。ユニット２、３はユニッ
ト１と同一形状であり、直線ＯＯ* に関して回転軸対称
位置に組合せることにより、立方体形状となる。またこ
こでいうユニット形状とは、必ずしも具体的な物体形状
を指すものではなく、光ファイバジャイロとして必要な
各種部品を配置する空間的領域を指す。また、立体形状
は立方体に限定されるものではなく、六方体、八方体な
どの多面体、更には球体であってもよい。要するに回転
軸対称に三分割でき、しかも分割体の形状が同一形状に
なるような立体形状をしていれば、いずれの形状であっ
てもよい。
角錐形状に限定するものではなく、図３のように一部に
突出した形状を有する形状であっても良い。この場合、
同一ユニットの他の面が突出形状と同一形状の陥没形状
となっており、かつその位置が回転対称軸に対して回転
軸対称位置であることが必要である。図３では、ユニッ
ト１の面ＯＢＯ* に突出部（ハッチング部）があり、こ
の突出形状と合同形状の陥没部が同一ユニット１の面Ｏ
ＣＯ* に設けてある。この突出及び陥没形状は直線ＯＯ
* に関して回転軸対称である。ユニット２、３はユニッ
ト１と同一形状であり、直線ＯＯ* に関して回転軸対称
位置に組合せることにより、立方体形状となる。またこ
こでいうユニット形状とは、必ずしも具体的な物体形状
を指すものではなく、光ファイバジャイロとして必要な
各種部品を配置する空間的領域を指す。また、立体形状
は立方体に限定されるものではなく、六方体、八方体な
どの多面体、更には球体であってもよい。要するに回転
軸対称に三分割でき、しかも分割体の形状が同一形状に
なるような立体形状をしていれば、いずれの形状であっ
てもよい。
【００１７】
【実施例】本発明の実施例を図１を用いて説明する。図
１は１つの軸回りの回転角速度を検出する光ファイバジ
ャイロを構成する１軸ユニット５０を示してあり、各部
品を配置する空間的領域（すなわちユニット形状）は前
記図２の例と同様、底面を正方形とする四角錐である。
この四角錐は、図２のユニット１（頂点Ｏ，Ａ，Ｂ，
Ｃ，Ｏ* なる四角錐）と対応するものである。
１は１つの軸回りの回転角速度を検出する光ファイバジ
ャイロを構成する１軸ユニット５０を示してあり、各部
品を配置する空間的領域（すなわちユニット形状）は前
記図２の例と同様、底面を正方形とする四角錐である。
この四角錐は、図２のユニット１（頂点Ｏ，Ａ，Ｂ，
Ｃ，Ｏ* なる四角錐）と対応するものである。
【００１８】以下にその具体的な構造について述べる。
一辺１００ｍｍの正方形板５１をベースとし、この上に
光源モジュール５２、受光ユニット５３、センシングコ
イルを構成する光ファイバコイル５４を取り付け、さら
に２つの方向性結合器５６、５６を取付台５７を介して
ベース５１に取り付けた。また位相変調器５５には円筒
形状の圧電素子を用い、光ファイバコイル５４の内部に
収納した。
一辺１００ｍｍの正方形板５１をベースとし、この上に
光源モジュール５２、受光ユニット５３、センシングコ
イルを構成する光ファイバコイル５４を取り付け、さら
に２つの方向性結合器５６、５６を取付台５７を介して
ベース５１に取り付けた。また位相変調器５５には円筒
形状の圧電素子を用い、光ファイバコイル５４の内部に
収納した。
【００１９】矩形の信号処理回路基板５８は４本のスタ
ンド５９を介してベース５１に取り付け、空間的に光フ
ァイバコイル５４の上部に来るように設置した。また偏
光子５１０は光ファイバ型を用い、光ファイバコイル５
４の外周に巻付け収納した。最後に光ファイバコイル５
４の軸と平行な線Ａ−Ｏ上に補強部材５１１を取り付
け、１軸ユニットとした。
ンド５９を介してベース５１に取り付け、空間的に光フ
ァイバコイル５４の上部に来るように設置した。また偏
光子５１０は光ファイバ型を用い、光ファイバコイル５
４の外周に巻付け収納した。最後に光ファイバコイル５
４の軸と平行な線Ａ−Ｏ上に補強部材５１１を取り付
け、１軸ユニットとした。
【００２０】これらの部品は全て、ユニット領域（四角
錐ＯＡＢＣＯ* ）から食み出さないように設置した。こ
の１軸ユニットを３ユニット用意し、ユニット間を連結
する連結部材５１２、５１３及び５１４を線Ｂ−Ｏ*、
線Ｃ−Ｏ* 及び点Ｏ上にそれぞれ介在させて前記図２例
示の手法により連結し、３軸光ファイバジャイロとし
た。前記したように、各部品は、ユニット領域内に配置
されているため、組み立て時に他のユニットの部品と干
渉することはない。
錐ＯＡＢＣＯ* ）から食み出さないように設置した。こ
の１軸ユニットを３ユニット用意し、ユニット間を連結
する連結部材５１２、５１３及び５１４を線Ｂ−Ｏ*、
線Ｃ−Ｏ* 及び点Ｏ上にそれぞれ介在させて前記図２例
示の手法により連結し、３軸光ファイバジャイロとし
た。前記したように、各部品は、ユニット領域内に配置
されているため、組み立て時に他のユニットの部品と干
渉することはない。
【００２１】以上述べたように本実施例は、光ファイバ
ジャイロとして必要な光学部品と信号処理回路からなる
１軸光ファイバジャイロを一つのユニットとし、このユ
ニット形状を、立方体を回転軸対称に３分割した形状と
した点にある。これによって、３つのユニット形状を全
く同一形状とすることができ、しかも空間的な無駄をな
くすことができ、小型化と量産性を大幅に向上させるこ
とができる。
ジャイロとして必要な光学部品と信号処理回路からなる
１軸光ファイバジャイロを一つのユニットとし、このユ
ニット形状を、立方体を回転軸対称に３分割した形状と
した点にある。これによって、３つのユニット形状を全
く同一形状とすることができ、しかも空間的な無駄をな
くすことができ、小型化と量産性を大幅に向上させるこ
とができる。
【００２２】なお、本実施例では、連結部材を用いて３
ユニットを連結した。連結部材は１軸ユニット間の共通
部品となるもので、前記した四角錐領域から外れるもの
であるが、基本的に本発明の意図する範囲内のものであ
る。
ユニットを連結した。連結部材は１軸ユニット間の共通
部品となるもので、前記した四角錐領域から外れるもの
であるが、基本的に本発明の意図する範囲内のものであ
る。
【００２３】
【発明の効果】本発明によれば３軸光ファイバジャイロ
の製造に際して、１つの形状の１軸ユニットを製造する
だけでよいので量産性を大幅に向上できる。また、３ユ
ニットを回転軸対称位置に合体して１つのまとまった立
体を構成するので、空間的な無駄が小さくなり装置の小
型化を図ることができる。
の製造に際して、１つの形状の１軸ユニットを製造する
だけでよいので量産性を大幅に向上できる。また、３ユ
ニットを回転軸対称位置に合体して１つのまとまった立
体を構成するので、空間的な無駄が小さくなり装置の小
型化を図ることができる。
【図１】本発明の一実施例を示す光ファイバジャイロユ
ニットの斜視図。
ニットの斜視図。
【図２】本発明のユニット形状を示す斜視図。
【図３】本発明のユニット形状の変形例を示す斜視図。
【図４】従来の光ファイバジャイロの一例を示す部品構
成図。
成図。
【図５】従来の３軸光ファイバジャイロにおけるコイル
構成の一実施例を示す斜視図。
構成の一実施例を示す斜視図。
５０ ユニット
５１ ベース
５２ 光源モジュール
５３ 受光ユニット
５４ 光ファイバコイル
５５ 位相変調器
５６ 方向性結合器
５７ 取付台
５８ 信号処理回路基板
５９ スタンド
５１０ 偏光子
５１１ 補強部材
５１２、５１３、５１４ 連結部材
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 外谷 茂雄
茨城県日立市日高町５丁目１番１号 日立
電線株式会社日高工場内
Claims (2)
- 【請求項１】光ファイバジャイロとして必要な光学部品
と信号処理回路とを備えて１軸回りの回転角速度を検出
する光ファイバジャイロを一つのユニットとし、この１
軸ユニットの形状を回転軸対称で同一形状に立体を３分
割して得た分割体の形状とし、該分割体形状をした１軸
ユニットを３ユニット回転軸対称位置に合体して、直交
する３軸回りの回転角速度を検出するように構成したこ
とを特徴とする光ファイバジャイロ。 - 【請求項２】光ファイバジャイロとして必要な光学部品
と信号処理回路とを備えて１軸回りの回転角速度を検出
する光ファイバジャイロを一つのユニットとし、この１
軸ユニットの形状を回転軸対称で同一形状に立体を３分
割して得た分割体の形状としたことを特徴とする光ファ
イバジャイロユニット。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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