JPH06265361A - 位相変調器およびそれを用いた光回転検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、移動体等に使用される光回転検出
装置と，その主要構成部品である位相変調器に関するも
ので，低雑音特性・高信頼性を有する光回転検出装置を
実現できる位相変調器とその作製方法を提供することを
目的とする。 【構成】 円筒状圧電振動子に光ファイバを巻き付けた
位相変調器の構成において，巻き付けるファイバの固定
を２点のみとし，さらに，圧電振動子を高熱伝導性を有
するシリコーン系シート上に１端のみを接着固定するこ
とにより，従来の位相変調器に対して電気特性，温度特
性，振動特性を向上させることが可能なファイバ型位相
変調器を実現できる。さらに，これを光ファイバジャイ
ロに応用することによって，低雑音・高信頼性の光回転
検出装置が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、移動体等に使用される
光回転検出装置に関し、特にその主要光学構成部品であ
る位相変調器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から光回転検出装置として使用され
るジャイロスコープは、角速度だけでなく、それを積分
することにより方位のデータをも得ることができる。

【０００３】そのようなジャイロスコープの内で、光フ
ァイバをセンシングループ部に用いた光ファイバジャイ
ロスコープは、可動部が全くなくかつ小型化が可能であ
り、さらに最小検出可能角速度（最小検出感度）、零点
ドリフト、可測範囲（ダイナミックレンジ）、スケール
ファクタ（精度）の安定性において、従来のジャイロス
コープと比較して優れているために、近年注目され、盛
んに研究開発がなされている。

【０００４】そのような光ファイバジャイロスコープに
は、信号処理方式として位相差バイアス方式、２入力方
式、位相変調方式、周波数変調方式、光ヘテロダイン方
式などの処理方式がある。

【０００５】この中でも、位相変調方式を用いた光ファ
イバジャイロは、高い零点安定性を有しており、実用化
に適した方式として現在期待されている。

【０００６】この位相変調方式の場合、高い変調効率を
有し、しかも環境変化、特に温度変化に対しても安定に
光の位相を変調することが極めて重要となってくる。

【０００７】ここでは、位相変調方式を用いた光ファイ
バジャイロスコープを例にとって、図７の従来例をもと
に、その動作原理を説明する。

【０００８】まず、光回転検出装置の光学系について以
下に述べる。半導体レーザのような光源１から出射され
た光は、光を分岐結合するための第１の光ファイバカプ
ラ２を介して、偏光子４に入力され、その偏光子４を通
過した光は、光ファイバのようなモードフィルタを介し
て５の第２の光ファイバカプラ等のビームスプリッタに
入力され、そこでさらに２つに分岐される。

【０００９】この２つの光は、一端をセンシングコイル
６を構成するように巻回し、もう一端を特定の周波数で
駆動される圧電振動子等で構成された位相変調器７に巻
き付けられた光ファイバの両端に結合される。

【００１０】そして、光ファイバの両端に結合された光
は、それぞれ、光ファイバセンシングループ６内を右回
り（ＣＷ方向）と、左回り（ＣＣＷ方向）とに伝搬し、
出射端より出射し、先に光の分割に用いたビームスプリ
ッタ５により、再度合成される。

【００１１】合成された光は所定の光学系を介し、フォ
トダイオード３のような受光素子に入射され、電気信号
に変換される。

【００１２】ここで、位相変調器７としては、円筒状圧
電振動子等に光ファイバを巻き付けたものが一般的に使
用され、センシングループ内の圧電振動子に巻き付けら
れた光ファイバ部分において、圧電振動子の伸縮に応じ
て光ファイバ長や伝搬定数等が変化し、光が圧電振動子
に光ファイバが巻き付けられた部分を通過するときに位
相変調を受ける構成が一般的である。

【００１３】ここで、従来技術による圧電振動子を用い
た位相変調器の断面構成図を図８に示す。

【００１４】位相変調器の構造について、この図をもと
に以下に説明する。２１は、円筒状の圧電振動子であ
り、その外周には、光ファイバ２２が１層のみ巻き付け
られている。

【００１５】この光ファイバ２２は、光ファイバ巻き付
け面全面にわたり接着用樹脂２３で圧電振動子２１の表
面に固定されている。

【００１６】これは、光ファイバ２２が圧電振動子２１
から脱落するのを防ぎ、さらに、巻き付けられた光ファ
イバ全体を保護することを目的としている。

【００１７】また、光ファイバジャイロはファイバ内伝
搬光の偏波面の変動による雑音を低減するために、すべ
ての経路を偏波面保存ファイバで形成されており、圧電
振動子に巻き付ける光ファイバも偏波面保存ファイバが
一般的に用いられている。

【００１８】また、２６、３０、３１は、それぞれ圧電
振動子型位相変調器を固定するための固定用台座、上端
固定用部材、および固定用のネジを示している。

【００１９】位相変調器の固定方法としては、図８のよ
うに円筒状圧電振動子２１を上下方向に挟み込んで固定
する方法が用いられており、位相変調器の下端は、樹脂
系接着剤でプラスチック等の絶縁材料で形成された台座
２６にネジ止め、または接着固定されている。

【００２０】次に位相変調器の動作について簡単に説明
する。圧電振動子２１に変調信号を印加すると、圧電振
動子２１が直径方向、および上下方向にそれぞれ機械的
に振動し、その振動に対応して巻き付けられた光ファイ
バ２２の伝搬定数や長さ等が変化し、圧電振動子を通過
する伝搬光が位相変調される。

【００２１】このような構成の位相変調器では、圧電振
動子の機械的振動を光の位相に高効率、低歪でしかも安
定に変換することが要求される。

【００２２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
圧電振動子を用いた位相変調器の構成においては、均一
な張力分布で、かつ位置精度よく光ファイバを圧電振動
子に巻き付けることは非常に難しいため、光ファイバが
巻き付けられた圧電振動子の外周面全面にわたりエポキ
シ系接着剤等の樹脂系接着剤によって固定された光ファ
イバの不均一な残留応力や、巻き付け位置の不均一さが
そのままの状態で保存されてしまう。

【００２３】このため、光回転検出装置の主要構成部品
である位相変調器の製作歩留まりが低下する原因にもな
っていた。

【００２４】また、位相変調器に均一な状態で光ファイ
バを巻き付けたとしても、位相変調器を使用する環境温
度等が変化するとき、製作時の状態が均一性を保つ最も
適切な状態とは限らない。

【００２５】そして、圧電振動子を正弦波等の電気信号
を用いて変調する場合、巻き付けられた光ファイバに応
力の不均一分布が存在していると、機械的振動によって
光の位相を変調する際に、不必要な高調波に起因した振
動成分が誘起される。

【００２６】これにより、ファイバジャイロの位相雑音
が発生し光回転検出装置の検出感度を著しく劣化させる
原因となってしまうという課題があった。

【００２７】加えて、光ファイバジャイロの経路をすべ
てシングルモードファイバによって構成すると、位相変
調器として用いられている円筒状圧電振動子に巻き付け
られたシングルモードファイバ中を両回りに光が伝搬す
る際に、伝搬光の直交成分間の結合（カップリング）が
生じ、干渉光強度が不規則に変動する。

【００２８】この結果、光回転検出装置の出力信号が不
規則的に変動する。これは、零点ドリフトと呼ばれてお
り，光ファイバジャイロの性能劣化の原因となってしま
うという課題があった。

【００２９】一方で、圧電振動子を構成する圧電材料自
体には、固有の温度特性が存在し、周囲の温度変化に対
して共振周波数が変化するのみならず、電気的特性、特
に位相特性が大幅に変化してしまうという課題もあっ
た。

【００３０】加えて、円筒状圧電振動子の場合、直径方
向に振動するモードと円筒の上下方向に振動する２つの
共振モードが存在しているが、従来の固定方法によう
に、円筒の上下方向から機械的な力で保持すると、上下
方向の振動モードのみならず、直径方向の振動モードも
影響を受けることになる。

【００３１】つまり、光の位相変調の不安定性を増加さ
せる原因にもなっている。光回転検出装置に用いられる
位相変調器は、変調度を非常に高精度に調整・制御する
必要があり、このような振動モードの変化を伴う圧電振
動子の機械的固定方法を採用することは困難であった。

【００３２】本発明は，上記従来技術の課題を解決する
もので，低コスト、設計自由度が高く、さらに光回転検
出装置の回転出力信号として、低零点ドリフト特性、及
び高い信号対雑音比（Ｓ／Ｎ比）を有する出力を得るこ
との出来る光回転検出装置を提供するとともに、高安定
・高効率・高信頼性を有し、しかも低歪の位相変調器、
およびそれを用いた光回転検出器を提供することを目的
とする。

【００３３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の位相変調器は、圧電振動子と、前記圧電振
動子に少なくとも１層以上巻回された光ファイバとを有
する位相変調器であって、前記光ファイバは、厚電振動
子上の巻始め部と巻終わり部の少なくとも２箇所で固定
されている位相変調器である。

【００３４】または、圧電振動子と、前記圧電振動子に
少なくとも２層以上巻回された光ファイバとを有する位
相変調器であって、前記光ファイバは、厚電振動子上の
巻始め部、巻終わり部、および前記巻始め部と前記巻終
わり部との途中部分の少なくとも３箇所で固定されてい
る位相変調器である。

【００３５】そして、これらの場合、位相変調器が、片
持ちフローティング支持手段により相手部材に取付られ
ていることが好適である。

【００３６】また、片持ちフローティング支持手段は、
円筒形状の厚電振動子の光ファイバが巻回されていない
部分と相手部材との間に位置する。

【００３７】また、片持ちフローティング支持手段が、
シリコーンからなるシート部材であることが好適であ
る。

【００３８】また、厚電振動子に巻回された光ファイバ
は、シングルモードファイバであってもよく、偏波面保
存ファイバであってもよい。

【００３９】さらに、本発明の光回転検出装置は、光源
と、前記光源から射出した光が所定の光路を経て入射
し、サニャック効果を生じるセンシングループ部と、前
記センシングループ部から射出した光を所定の光路を経
て受光する受光手段とを有し、前記センシングループ部
は、センシングループ内を伝搬する光の位相を所定の位
相に変調する位相変調手段を含み、前記位相変調手段
は、上記の位相変調器である光回転検出装置である。

【００４０】この光回転検出器は、さらに、センシング
グループ内を伝搬する光を無偏光化するための偏光解消
手段とを含んでもよい。

【００４１】また、光回転検出装置の光学要素は、ファ
イバを利用して作製してもよい。

【００４２】

【作用】上記構成の内、位相変調器に巻き付けられた光
ファイバが，少なくとも２箇所で円筒状圧電振動子外周
面に接着固定されているために、巻き付けられた光ファ
イバのほとんどの部分は限定的ではあるが、圧電振動子
の外周表面を移動することが可能である。

【００４３】特に、圧電振動子が機械的に振動している
場合、光ファイバと圧電振動子外周面の間の摩擦抵抗が
減少するので、光ファイバは圧電振動子外周表面をより
一層滑り易くなる。

【００４４】そのため、光位相変調器作製時に生じた光
ファイバに存在する応力等の不均一分布は、圧電振動子
をたとえば数秒という極短時間振動させただけで解消さ
れ、光ファイバは均一で安定な状態に自動的に再配置さ
れる。

【００４５】よって、製作時の不均一さは保存されず、
低歪の位相変調が実現される。さらに、環境温度等の動
作条件が変化しても、その都度、圧電振動子が振動を開
始すれば，短時間で均一分布になるように光ファイバが
再配置される。

【００４６】さらに、本発明による高熱伝導性を有する
シリコーンシート上に位相変調器を接着固定することに
より、周囲の温度変化に対しても，圧電振動子の発熱を
押さえ、共振周波数の変動が抑制されるとともに，シリ
コーンシートにより圧電振動子の振動が吸収される。

【００４７】同時に、圧電振動子の２つの振動モードを
独立に調整・制御することが可能であり、光ファイバジ
ャイロの高精度化・高信頼性化が実現される。

【００４８】加えて、本発明による圧電振動子の外周面
に光ファイバをたとえば２層に巻き付けた位相変調器を
用いることにより、変調効率の向上および、変調信号の
低電力化がなされる。

【００４９】また、すべてシングルモードファイバで構
成した光回転検出装置において、本発明による圧電振動
子に偏波面保存ファイバを巻き付けた構成の位相変調器
を用いることにより、伝搬光の直交成分間の不必要なカ
ップリングを低減することが可能であり、偏波変動によ
る雑音成分が除去される。

【００５０】以上まとめれば、上記構成の位相変調器を
光回転検出装置に応用すれば、光ファイバジャイロの低
価格化・高性能化が達成されるとともに、高信頼性を有
する光ファイバジャイロの実現が同時に実現される。

【００５１】

【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例を詳細に
説明する。

【００５２】（実施例１）図１は、本発明の第１の実施
例における光回転検出装置の模式図を示す。

【００５３】図１において、１は、スーパールミネッセ
ンスダイオード（ＳＬＤ）からなる光源であり、２は、
光を均等な強度に二分岐し、光源１からの光をその後の
光学系に伝搬後、再び光源１方向へ帰還する光を二分岐
し、一方の光をフォトダイオード３に結合させるための
第１カプラである。

【００５４】ここで、３は、光路１２より入射された光
を電気信号に変換するためのフォトダイオードである。

【００５５】４は、伝搬光の偏光方向を規定するための
偏光子（例えば積層型偏光子）である。

【００５６】ここで偏光子４を設ける理由について簡単
に説明する。一般に光ファイバ中では、偏波方向の直交
した２つのモードが独立に伝搬可能であり、光ファイバ
の非軸対称性により、この二つの直交モード間において
エネルギーのカップリング（結合）が存在する。

【００５７】この結合状態が温度変動等による外乱で変
化すると、光回転検出装置の出力信号に誤差要因となっ
て現れ、その結果、出力信号のドリフトをもたらす。

【００５８】つまり、光回転検出装置が静止した状態に
おいても、零点出力特性のドリフトとなって現れ、光回
転検出装置の回転入力に対する出力信号の検出誤差が増
加する。

【００５９】この出力信号のドリフトを低減するには、
時計回り（ＣＷ方向）、反時計回り（ＣＣＷ方向）の両
回り光に対して、光ファイバの伝達関数を実質的に同一
とすればよい。

【００６０】そこで、光路中の第１カプラ２と第２カプ
ラ５との間に、偏光子４を挿入し、センシングループ６
に対して、各々単一の偏波成分の光のみを導き、さらに
センシングループ６内をそれぞれ逆方向に伝搬させた
後、光源１方向に帰還させた光のうち、前述の光と同一
の偏波成分のみを取出すようにしたものである。

【００６１】５は、光を分岐結合する、すなわち偏光子
４により偏光された光を二分岐し、その後センシングル
ープ６を時計まわり（ＣＷ方向）、および反時計回り
（ＣＷＷ方向）に伝搬した光を、再び結合するための第
２カプラである。

【００６２】ここで、センシングループ６は、本光回転
検出装置の回転角速度量の検出を行うための部位であ
る。

【００６３】７は、センシングループ６を伝搬する時計
回り（ＣＷ方向）、反時計回り（ＣＣＷ方向）の両回り
光に対し、光学的位相差を設けるために配置された位相
変調器である。

【００６４】この位相変調器７は、円筒状圧電振動子か
らなる位相変調器で、この円筒状圧電振動子の周囲に巻
回された光路１８内を通過する光に位相変調を与えるも
のである。

【００６５】すなわち、位相変調器７は、本光回転検出
装置が回転することによりセンシングループ６内で発生
する本光回転検出装置が回転することにより生じる、光
の位相差（サニャック位相差）の検出感度を高めるため
に、それに巻回された光路１８中を伝搬する光に位相変
調を行う役割を担う。

【００６６】８は偏光解消手段であり、光波を偏光化
（自然光化）するために配置されたものである。

【００６７】この偏光解消手段８としては、長さ比１：
２の２本の偏波面保存光ファイバの主軸角を、４５度傾
斜させ融着接続させたＬｙｏｔ（リョー）型ファイバタ
イプの偏光解消装置（デポラライザ）を用いている。

【００６８】そして、この偏光解消手段８の存在は、前
述の光ファイバ中の直交偏波モード間に光路差を発生さ
せ、両直交偏波モードの干渉光成分を低減する。

【００６９】つまり、伝搬光を強制的に無偏光化（自然
光化）して、センシングループ６内での偏波状態変動に
よる不要干渉雑音成分を除去することができる。

【００７０】これにより本光回転検出装置の出力信号の
ドリフト成分を低減でき、安定した零点出力特性を得る
ことができる。

【００７１】また、１１乃至１９は、それぞれ光が、通
過するための光路である。本実施例では、光路１１乃至
１９には、シングルモード光ファイバを用いている。

【００７２】次に、図１に基づき、本光回転検出装置の
動作を詳細に説明する。光源１より出射された光出力
は、光路１１を通過し、第１カプラ２に入射される。

【００７３】第１カプラ２により均等に二分岐された光
の一方は、偏光状態を１方向のみに規定する偏光子４、
光路１４を通過後、第２カプラ５に入射する。

【００７４】第２カプラ５に入射した光は、光路１５、
１９にそれぞれ均等な強度分布で二分岐される。

【００７５】そして、まず、光路１５へ入射した光は、
次に偏光解消手段８により、無偏光化（自然光化）さ
れ、光路１６を通過後、センシングループ６を時計回り
（ＣＷ方向）に進行後、光路１７を通り、位相変調器７
に巻回された光路１８、および光路１９を通過後、第２
カプラ５に逆方向で入射する。

【００７６】この光はセンシングループ６を通過後、位
相変調器７により位相変調を受けることになる。

【００７７】一方で、光路１９に対する入射光は前述の
光と全く逆方向にセンシングループ６を進行する。

【００７８】つまり、光路１９に入射された光は、光路
１８を通過することにより光学的位相差を付加された
後、光路１７を進行しセンシングループ６内を反時計回
り（ＣＣＷ方向）に伝搬する。

【００７９】次に、光路１６を通り、偏光解消手段８に
より無偏光化されて光路１５を進行した後に、再度第２
カプラ５に前述の光に対し逆方向から入射する。

【００８０】つまり、第２カプラ５で、互いに二分岐さ
れた光波は、センシングループ６をれぞれ反対方向に伝
搬後、再度第２カプラ５で結合される。

【００８１】この結合された光は光路１４、偏光子４、
光路１３を逆方向に伝搬して、第１カプラ２でさらに二
分岐され、光路１２により、フォトダイオード３に入射
され電気信号に変換される。

【００８２】このフォトダイオード３により光電変換さ
れた信号が、光回転検出装置の出力信号となる構成であ
る。

【００８３】ここで、センシング部内に偏光解消手段８
を配置することにより、零点ドリフトが約１／５０に低
減されることが実験により確かめられている。

【００８４】次に、光の位相変調器として用いられてい
る円筒状圧電振動子７について、その断面図を示す図２
をも用いながら説明する。

【００８５】図２において、２１は円筒状圧電振動子、
２２は圧電振動子２１の外周面に巻き付けられた光ファ
イバである。

【００８６】２３、２４はそれぞれ光ファイバの巻始め
部、および巻終わり部である。従って、光路１８は、円
筒状圧電振動子２１に対して２３、２４部のみで接着固
定されている。

【００８７】このように、位相変調器７に巻き付けられ
た光ファイバ２２が、少なくとも２箇所で円筒状圧電振
動子２１外周面に接着固定されていると、巻き付けられ
た光ファイバの他のほとんどの部分は幾分拘束はされる
ものの、その圧電振動子の外周表面を移動することが可
能である。

【００８８】一般に、光ファイバジャイロは、移動物体
の回転方向等の移動情報の測定に用いられるため、その
内部の位相変調器７自体にも、移動物体の移動による振
動が伝達され、機械的に振動を起こす。

【００８９】そのため、例えばこの振動を利用すれば、
光位相変調器７の作製時に生じた光ファイバに存在する
応力等の不均一分布は、圧電振動子２１を数秒オーダー
という極短時間、機械的に振動させただけで解消され、
光ファイバは均一で安定な状態に自動的に再配置され
る。

【００９０】さらに、位相変調器７が機械的に連続的に
振動している場合、光ファイバ２２と圧電振動子２１外
周面の間の摩擦抵抗が減少する傾向にあるため、光ファ
イバ２２は圧電振動子２１外周表面をより一層滑り易く
なり、光ファイバは２２は、継続的に均一で安定な状態
に自動的に再配置され続ける。

【００９１】本実施例の構成により、光ファイバジャイ
ロを製作して、静止時の零点出力特性を測定した結果を
図３に示す。

【００９２】横軸は、測定時間、縦軸は回転出力値に変
換されたジャイロ出力である。図３より、安定した低い
レベルの零点出力変動のジャイロ出力が、長時間にわた
り得られていることが分かる。

【００９３】ここで、本実施例においては、移動体の振
動を利用したが、別途振動器を追加して、光ファイバジ
ャイロ全体、または位相変調器７を機械的に振動させて
もよい。

【００９４】なお、接着剤としては、シリコーン系接着
剤を用いることが好適であるが、圧電振動子２１の振動
に対し影響を与えないものであれば他のものでもよい。

【００９５】また、本実施例においては、光源１として
スーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）を使用し
たが、半導体レーザ、Ｈｅ−Ｎｅレーザ等の他光源でも
かまわない。

【００９６】また、本実施例では光路１１、１２、１
３、１４、１５、１６、１７、１９は、通常のシングル
モード光ファイバを使用したが、偏波面保存光ファイバ
であってもよく、他の光導波路でもよい。

【００９７】また、センシングループ６は、シングルモ
ードファイバで作製したが、偏波面保存光ファイバを用
いた構成でもよい。

【００９８】また、位相変調器７に巻回された光路１８
としてはシングルモードファイバを用いたが、前述の如
く偏波面保存光ファイバでも可能である。

【００９９】また、第１カプラ２、第２カプラ５は、フ
ァイバ型カプラを用いており、これにより本光回転検出
器の光学系全体をオールファイバ化することが可能であ
り、安価で信頼性が高く望ましい。

【０１００】また、第１カプラ２、第２カプラ５は、シ
ングルモードファイバを用いて作製したが、偏波面保存
光ファイバを用いてもかまわない。

【０１０１】また、偏光子４には、積層型偏光子を用い
たが、光ファイバを用いて作製したファイバ型偏光子の
構成であっても良い。

【０１０２】また、光導波路上に直接金属をクラッディ
ングすることにより作製した偏光子、および光導波路基
板にＬｉＮｂｏ３等の異方性光学結晶を用いた導波路型
偏光子を用いてもかまわない。

【０１０３】また、本実施例において、偏光解消手段８
の挿入位置は、光路１５、１６の中間に配置したが、光
路１９、１８の間、および１８、１７の間、さらにセン
シングループ６内であってもかまわない。

【０１０４】また、偏光解消手段８は偏波面保存ファイ
バの主軸を４５度傾斜させて融着接合したＬｙｏｔ（リ
ョー）タイプを用いたが、複屈折性結晶を用いたバルク
タイプのＬｙｏｔタイプ偏光解消手段を用いてもよい。

【０１０５】加えて、本実施例では偏光解消手段８の使
用数は、１のみであるが、前述の挿入位置に複数個配置
しても、零点出力のドリフト低減効果があらわれる。

【０１０６】（実施例２）本発明の第２の実施例につい
て説明する。

【０１０７】本発明の第２の実施例における光回転検出
装置は、実施例１に示す光学構成のうち、光路１１乃至
１７、光路１９、およびセンシングループ６は、通常の
シングルモード光ファイバを使用し、光路１８のみ偏波
面保存光ファイバで構成されている点が異なっている。

【０１０８】つまり、図２に示されている光ファイバ２
２のみが偏波面保存ファイバで構成されている。

【０１０９】前述のように、位相変調手段により、光路
をすべて通常のシングルモードファイバで構成すると、
センシングループ内での伝搬光の偏波状態の変動が光フ
ァイバジャイロの出力雑音となり、検出精度の低下を引
き起こす。

【０１１０】この精度の低下を防止するために，本実施
例では、伝搬光の偏波変動が生じにくい偏波保持ファイ
バを光路１８に用いている。

【０１１１】また、この偏波面保存光ファイバの光路１
８への採用は、位相変調器７に位相変調信号が印加され
ると円筒状圧電振動子の機械的振動、伸縮により光路１
８には相当のストレスがかかるため偏光状態および光強
度が不安定になることを考慮したものである。

【０１１２】さらに、偏光解消手段８により、特に光路
１５から１６へ向かう光、および光路１６から光路１５
に伝搬する光の偏光解消が十分に得られない場合にも、
偏波面保持ファイバを光路１８に適用すると、零点ドリ
フトがよりに改善されることになる。

【０１１３】なお本実施例でも、位相変調器への光ファ
イバの接着固定にシリコーン系接着剤を用いたが、圧電
振動子２１の振動に対し影響を与えないものであれば、
他の接着剤を使用してもさしつかえない。

【０１１４】（実施例３）本発明の第３の実施例につい
て、図面を参照しながら説明する。

【０１１５】本発明の第３の実施例における光回転検出
装置は、実施例１に示す光学構成のうち、図４に示すよ
うな円筒状圧電振動子２１の固定方法を用いている点が
異なっている。

【０１１６】以下、図４をもとに、実施例３の構成を説
明する。２３、２４は、それぞれ光ファイバの巻付け開
始部および終了部である。

【０１１７】２５、２７は、それぞれ圧電振動子２１に
高熱伝導性を有するシリコーンシート２６と、そのシリ
コーンシート２６とケース２８とを固定するための接着
剤である。

【０１１８】図のように光の位相変調器７として用いて
いる円筒状圧電振動子２１は、直径方向の１つの端面
で、シリコーンシート２６に固定されているため、機械
的振動、つまり伸縮の自由度は変化しない。

【０１１９】さらに、２６のシリコーンシートは、高い
熱伝導性を有しているため、変調信号の印加によって発
生する円筒状圧電振動子２１の熱量をケース２８に効率
良く伝達することが可能である。

【０１２０】これにより、圧電素子の温度特性を向上さ
せることができる。加えて，シリコーンシート２６に
は、圧電振動子２１の機械的振動を吸収する効果も同時
に保有しているため、振動がケース２８に伝搬するのを
防止することも可能である。

【０１２１】従って、本発明によれば位相変調時の偏光
状態の変動、および光強度の不安定性が除去できるだけ
でなく、圧電素子の温度特性を向上させ、さらに機械的
振動を吸収することが可能になる位相変調器を作製する
ことができる。

【０１２２】なお、本実施例では、位相変調器への光フ
ァイバの接着固定および、圧電振動子２１とシリコーン
シート２６、およびシリコーンシート２６とケース２８
との接着固定に、シリコーン系接着剤を用いたが、圧電
振動子２１の直径方向の振動に対し影響を与えないもの
であれば，他の接着剤を使用してもよい。 （実施例４）本発明の第４の実施例について説明する。

【０１２３】本発明の第４の実施例における光回転検出
装置は，実施例１に示す光学構成のうち、図５に示すよ
うな多層に光ファイバ３０が巻き付けられた円筒状圧電
振動子２１を用いている点が異なっている。

【０１２４】以下、図５をもとに、本実施例の位相変調
器について説明する。この位相変調器は、圧電振動子２
１に対して光ファイバが２層に巻き付けられている構成
を有している。

【０１２５】つまり、２３の巻き始めより途中部分２４
まで、圧電振動子２１の表面に接触しながら巻き付けら
れ、途中部分２４からは、前述とは逆方向に２層目の光
ファイバ３０が、１層めのファイバの谷部に沿って巻き
終わり２９まで巻回されている。

【０１２６】ここで、接着箇所は、２３、２４および２
９の３箇所である。このように、光ファイバの巻き付け
を２層にすると、円筒状圧電振動子２１に変調信号が印
加された際に生じる光ファイバの伸縮量変化は、１層に
比べ約２倍となる。

【０１２７】つまり、本発明によれば位相変調器に同じ
変調信号を印加した場合の変調効率を約２倍に向上させ
ることが可能であり、位相変調器の小型化と低消費電力
化を同時に達成させることができる。

【０１２８】本実施例により作製した位相変調器の光フ
ァイバ巻き付けターン数と規格化された変調電圧との関
係を図５に示す。

【０１２９】巻き付けターン数の増加によって、変調電
圧が低下し、変調効率が向上していること、および２層
構造にすることによりより変調効率が上がることが確認
された。

【０１３０】なお、本実施例では、位相変調器への光フ
ァイバの接着固定および、圧電振動子２１とシリコーン
シート２６、およびシリコーンシート２６とケース２８
との接着固定にシリコーン系接着剤を用いたが、圧電振
動子２１の直径方向の振動に対し影響を与えないもので
あれば，他の接着剤を使用してもいっこうにさしつかえ
ない。

【０１３１】また、本実施例では、光ファイバと圧電振
動子２１との接着部を３箇所としたが、上記接着剤を使
用すれば第１、第２層の間に接着剤を用いてもよい。

【０１３２】さらに、所望する場合には、３層以上の構
成とすることができる。

【０１３３】

【発明の効果】以上の構成によれば、本発明は高いＳ／
Ｎ比を有し、かつ低零点出力ドリフト特性を有する出力
信号を得ることができる光回転検出装置、および安定な
光の位相変調を可能とする位相変調器とを簡便な構成で
達成させることができる。

【０１３４】これによって、量産性を向上させながら省
スペース、小型軽量化、低消費電力化も可能であり、コ
スト低減に効果的な設計自由度の高い光回転検出装置、
および位相変調器の提供が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例における主として光回転検出装
置を示す構成図

【図２】本発明の第１、第２の実施例における主として
位相変調器を示す断面図

【図３】本発明の第１の実施例における光回転検出装置
の零点ドリフト特性の測定例を示す図

【図４】本発明の第３の実施例における主として位相変
調器を示す図

【図５】本発明の第４の実施例における主として位相変
調器を示す図

【図６】本発明の第４の実施例における巻き付けターン
数と変調電圧の測定例を示す図

【図７】従来の光ファイバジャイロの主として光学系の
構成図

【図８】従来の位相変調器の断面図

【符号の説明】

１ 光源 ２ 第１カプラ ３ フォトダイオード ４ 偏光子 ５ 第２カプラ ６ センシングループ ７ 位相変調器 ８ 偏光解消手段 １１ 光路 １２ 光路 １３ 光路 １４ 光路 １５ 光路 １６ 光路 １７ 光路 １８ 光路 １９ 光路 ２１ 圧電振動子 ２２ 光ファイバ ２３ 接着部 ２４ 接着部 ２５ 接着部 ２６ 固定用台座 ２７ 接着部 ２８ ケース本体 ２９ 接着部 ３０ 上端固定用部材 ３１ 固定用ネジ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 竹居 優子 神奈川県川崎市多摩区東三田３丁目10番１ 号 松下技研株式会社内 (72)発明者 坪坂 晋 神奈川県川崎市多摩区東三田３丁目10番１ 号 松下技研株式会社内 (72)発明者 今村 浩子 神奈川県川崎市多摩区東三田３丁目10番１ 号 松下技研株式会社内 (72)発明者 本庄谷 義彦 神奈川県横浜市港北区綱島東四丁目３番１ 号 松下通信工業株式会社内

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電振動子と、前記圧電振動子に少なく
   とも１層以上巻回された光ファイバとを有する位相変調
   器であって、前記光ファイバは、厚電振動子上の巻始め
   部と巻終わり部の少なくとも２箇所で固定されている位
   相変調器。
2. 【請求項２】 圧電振動子と、前記圧電振動子に少なく
   とも２層以上巻回された光ファイバとを有する位相変調
   器であって、前記光ファイバは、厚電振動子上の巻始め
   部、巻終わり部、および前記巻始め部と前記巻終わり部
   との途中部分の少なくとも３箇所で固定されている位相
   変調器。
3. 【請求項３】 位相変調器が、片持ちフローティング支
   持手段により相手部材に取付られている請求項１または
   ２記載の位相変調器。
4. 【請求項４】 片持ちフローティング支持手段が、円筒
   形状の厚電振動子の光ファイバが巻回されていない部分
   と相手部材との間に位置する請求項３記載の位相変調
   器。
5. 【請求項５】 片持ちフローティング支持手段が、高熱
   電導度のシリコーンからなるシート部材である請求項４
   記載の位相変調器。
6. 【請求項６】 厚電振動子に巻回された光ファイバは、
   シングルモードファイバである請求項１から５記載の位
   相変調器。
7. 【請求項７】 厚電振動子に巻回された光ファイバは、
   偏波面保存ファイバである請求項１から５記載の位相変
   調器。
8. 【請求項８】 光源と、前記光源から射出した光が所定
   の光路を経て入射し、サニャック効果を生じるセンシン
   グループ部と、前記センシングループ部から射出した光
   を所定の光路を経て受光する受光手段とを有し、前記セ
   ンシングループ部は、センシングループ内を伝搬する光
   の位相を所定の位相に変調する位相変調手段を含み、前
   記位相変調手段は、請求項１から７記載の位相変調器で
   ある光回転検出装置。
9. 【請求項９】 光源と、前記光源から射出した光が所定
   の光路を経て入射し、サニャック効果を生じるセンシン
   グループ部と、前記センシングループ部から射出した光
   を所定の光路を経て受光する受光手段とを有し、前記セ
   ンシングループ部は、センシングループ内を伝搬する光
   の位相を所定の位相に変調する位相変調手段と前記セン
   シングループ内を伝搬する光を無偏光化するための偏光
   解消手段とを含み、前記位相変調手段は、請求項１から
   ７記載の位相変調器である光回転検出装置。
10. 【請求項１０】 さらに、光源から射出した光を二分岐
    する第１のカプラと、前記第１のカプラにより分岐され
    た光の一方が入射する偏光子と、前記偏光子から射出し
    た光を二分岐する第２のカプラとを有し、センシングル
    ープ部は前記第２のカプラに結合され、受光手段は前記
    センシングループ部を経て前記第２のカプラ及び前記偏
    光子を通過し前記第１のカプラで二分岐された光の一方
    を受光する請求項８または９記載の光回転検出装置。
11. 【請求項１１】 光源と、前記光源から射出した光を二
    分岐するシングルモードファイバから成る第１のカプラ
    と、前記第１のカプラにより分岐された光の一方が入射
    する偏光子と、前記偏光子から射出した光を二分岐する
    シングルモードファイバから成る第２のカプラと、シン
    グルモードファイバから形成され前記第２のカプラから
    射出した光が入射しサニャック効果を生じるセンシング
    ループ部と、前記センシングループ部を経て前記第２の
    カプラ及び前記偏光子を通過し前記第１のカプラで二分
    岐された光の一方を受光する受光手段とを有し、前記セ
    ンシングループ部は、請求項１から７記載の位相変調器
    である位相変調手段と、長さ比１：２の２つの偏波面保
    存ファイバであってそれらの主軸を４５度互いに傾斜さ
    せ結合して形成し前記センシングループ内を伝搬する光
    を無偏光化するための偏光解消手段とを有する光回転検
    出装置。
12. 【請求項１２】 偏光子が、ファイバ型偏光子である請
    求項１１記載の光回転検出装置。