JPS60123722A - 光フアイバジヤイロ - 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】 この発明は、光７アイパジヤイロに関する臀のであり、
もう少し祥しくいうと、回転軸と共動する光体搬路に、
一定の元を時針回り方向と反時計回り方向に同時に伝搬
させ、サグナック効果による光の位殉差を検出して回転
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
ャイロに関するものである。

従来の光７アイバジヤイｐとして、大きく分けて３つの
タイプがあった。ＤＣホそダイン広、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、構成および動作原卯の概要を述べる。

まず、ＤＣホモダイン法によるものをｍｔ図を参照して
説明すると、光Ｊｉから出射された光はコリメートレン
ズコによって平行光化され、１Ｈ光ビームスクリツクＪ
に入射する。偏光ビームスプリッタ３に入射した光のう
ち実線矢印で示す８偏光成分は反射してそれぞれ偏光子
４１ｂ。

４ｉａを透過被結合レンズｊｂ、ｊａを経て光フアイバ
ループル内に入射し、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＠１回り方向に伝搬した光は結合レンズ
ｊａにより平行光化され、偏光子４ｔａを透過後再び偏
光ビームスプリッタＪに入射し、偏光子（例えば）／４
を波長板）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ｊｂ、
偏光子ａｂを透過後再び偏光ビームスプリッタＪに入射
し、８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りで円偏光化され、検光子ｉ
ｏを経【検出器ｌ／により検出される。元ファイバルー
プ６に、紙面に垂直な回転Ｊ！ＩＩＡの回りに角速度ω
が入力すると、光フアイバルーツ６内を相反方向に伝搬
している光にサグナック効果により位相差が生じ、この
位相差は、検光子ｌθ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、９強度Ｐは５
ｉｎｅ　関数として得られ、次式で表ねされる。

ｐ　＝　Ｐ、　（ｓｉｎ　（Ｋω）＋ノ　）ここで、Ｋ
　Ｅ　４ＩｆｆＲＬ／ＣＸ Ｒ＝光７アイパループ半径、 Ｌ：光フアイバ長、 Ｃ：真壁中における光速、 Ｘ：真空中における光の波長、 ω：人力角速度、 Ｐ、：ω＝θのときの干渉光強度、 である。

このため、ＤＣＣホモダインには下記のような欠点があ
った。

（：）　光源の光量変動や元ファイバ内のｉ＃ｉＩ波曲
変動によるＰｏの製動がジャイロ出力の娯差要因となる
。

（１）　ジャイロ出力が５ｉｎｅ　関数であるため血縁
性が直接得られない。

Ｕ＋ｌ）　ジャイロ出力が５ｉｎｓ　関数であることが
ら、Ｋωが士り０６ｅｇの範囲を越えた場合には干渉光
強度は士ｔ　Ｏｄｏｇ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。

（ｌｖ）　干渉光がＤＣであるためジャイロの最小検出
角速度が検出器ｌｌの／ｌｆｍ音により制限される。

次に、位相変調法について第−囚を鈴照にして説明する
と、基本的にはＤＣホモダイン法に位相変調器−〇〇を
付加したものである。位相変調器−〇〇は結合レンズｊ
ａ（ｊｂ）と光ファイバルーン乙の間に配置され、発振
器−ｏｉによって周波数ｆ、で駆セｂされる。位相変調
器−〇〇はこの周波数１．の躯動（＝号電圧に比例し光
ファイバを伸縮させる。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、偏光ビームスプリッタＪ
で再結合されるとき光ファイバの伸幅による位相変調を
うける。従って、検出器／／で検出される干渉光強度Ｐ
は次式で表わされる。

Ｐ−Ｐｏ（／＋Ｊｏ（ｈ）ωＳ（ＫＧ）−−Ｊ　１　（
ｈ）ｓｉｎ　（ＫＧ）ｃｏｓ（コアｒｆｏ　Ｔ　＞　−
，７１（ｈ）ＣＯ３（ＫＧ）　Ｃｏｓ　（ｑｙｒｆ′Ｏ
Ｔ）七−・）ここで、Ｊｌ：１次ベツセ／ｌ／関数、ｈ
：位相変調器コ００の変１１Ｍ指数、Ｔ：時間、 である。

この干渉光強度Ｐを検出器／ｌで電気’ｌｃＴ号に変換
し検波器−〇、１において同期検波することにより、−
Ｐ。Ｊｔ（ｈ）ｓｉｎ　（ｘω）に比例した出力信号、
２１７Ｊが得られる。

しかし、位相変６糊法では、ＤＣホモダイン法における
（１ｖ）項記載の／／ｆ雑音による最小検知角速度の問
題は解決されるが、（１）、（ｌｉ八（ＩＢ）項記載の
間順は残る。

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索子３ｏｉ
を付加したものである。通′８、周波数偏移素子ＪＯ／
は偏光ビームスプリッタＪと偏光子ｌＩａ　（ｐｂ　）
の間に設置され発振器ＪＯ−によって周波数１０で駆動
される。光源／から出射された光は、偏光ビームスプリ
ッタ３により分割され反射した光は偏光子４ｔａに入射
する前に周波数偏移素子、３０／により周波数偏移索子
駆動周波数ｆ。たけ周波数偏移する。

周波数変調法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古び偏光ビームスプリッタＪに入射
する０また、偏光ビームスプリッタＪを透過した光は光
源／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、偏光子ダａを透過後局波
数偏移素子ＪＯ／でｆｏの周波数偏移を党け１１１６光
ビー−，４スプリツタＪに入射する０光フアイバループ
６内を相反方向に伝搬している光はｆｏの）Ｒ波数差が
あるため、検出器／／に入射する干渉光強度Ｐは次式で
表わされる０ Ｐ＝Ｐ０（／　＋Ｊ（ｔ（ｈ）ｃｏｓ　（ＫＧ）＋Ｊｒ
ｎＬ　ｆ、　／Ｃ）−λＪ、（ｈ）ｓｉｎ　（Ｋω＋コ
πｎＬｆ、／Ｃ）二ｏｓ（コ１ｒｆ２　Ｔ）　・）ここ
で、九ミ、ｆ　＋ｆＴｎｓｉＪＩ（コπｆ！’Ｉ’）、
雪 Ｔ：時間１ 、／、：中心駆動周波数、 ｆｍ：最大周波数偏移、 ｆ、：変調周波数、 ｈ：変調指数、 ｎ：光ファイバの等価屈折率、 Ｌ：光ファイバ長、 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／／で電気信号に変
換し、検波器ＪＯＪで変調周波数りと同期検波すること
により、ｓｉａ　（Ｋω＋コπｎ　Ｌ　ｆｙ’Ｃ）に比
例した出力イ＾号を得る。この信号が零となるように発
振器ＪＯ２の出力信号周波数の中心駆動周波数ｆ、を変
化させてやる。ＪＥｎＬｆ、／ＣがＮｒｒ（Ｎ：自然数
）に等しくなるようにしておくと、 ＊ｆ、＝　−ＫＣω／コπｎＬ となる。ここで、＊ｆ、は中心駆動周波数変化量を示す
。したがって、周波数変調法によるものは、ＤＣホモダ
イン法における（１）　、　（ＩＩ）　、　（Ｉｌｌ、
　（ｌｖ）の同順が解決される。

しかし、かかる周波数変調法にあっては、以下の欠点が
あった。

（１）光ファイバルーズ６内を相反方向に伝搬し【いる
光周波数が異なることより光コアイノくの屈折率の変化
が、ジャイロ出力の誤差秩因となる。

（１）　検波器ＪＯＪの出力を零にするため周波数偏移
素子ＪＯ／の駆動周波数を変化させることにより周波数
偏移索子３θ／を透過した後の光の光軸にずれを生じ光
路差等を生じ、ジャイロ出力の誤差袂因を生成する　。

（１）については、周波数偏移索子３０／をもう７個、
第３図の偏光子ｅｂと偏光ビームスプリッタＪ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元ファイバ
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った。

この発明は、以上の事情′に鎌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−光ビームと第３光ビ
ームに分配した後再結合して第弘光ビームを形成する光
ビーム分配結合器と、被測定回転軸を中心として第一、
第３元ビームを時計回り方向と反時計回り方向の相反方
向に伝搬させる元伝搬路形成装置と、この先伝搬路形成
装置内を伝搬した第一、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これらの光成分のみを透過させ
るｌ双の検光子と、第１光ビームを第一、第３光ビーム
に再分離し、第一、第１光ビームＫ）〜波数偏移を生ぜ
しめたのち再結合して第３光ビームを形成する周波数偏
移装置と、第３光ビームを光臨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（ｉ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、従来のＪ方式による装置の欠点を解消した
、光ヘテロダイン法による光７アイパジヤイロを提供す
ることを目的とするものである。　。

また、この発明の目的は、信号処理に好適な上記１百号
処理装置を備えた光ファイバジャイ四を提供することで
ある。

以下、この発明を第４図〜第７図に示す一実施例を用い
て詳細に説明する。

第ダ図は光学系の構成を示し、偏光ビームスプリッタＪ
と偏光子りの間に直交偏波分離光学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侮
び同一光軸上に導かれた光路ダｅ上に周波数偏移素子Ｓ
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、説す」を省略す
る。

次に動作について説明する。

光出射装置！ｔ、ｌから出射された第１光ビームはコリ
メートレンズコで平行光化され、元ビーム分配結合器を
構成する偏光ビームスプリッタＪに入射し、偏光ビーム
スプリッタＪ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８偏光成分は反射して第
一、第１光ビームとなり、それぞれ偏光子４１ｂ、ｌＩ
ａを透過後、光フアイバインターフェースを構成する結
合レンズｊｂ、、ｔａを経て、元伝搬路形成装置をなす
光フアイバループ６内に入射し、単一モードの光ファイ
バでなる光フアイバループ６内をそれぞれ時計回り方向
、反時針回り方向に伝搬する０光フアイバループ６内を
時計回り方向に伝搬した第−光ビームは結合レンズ！ａ
により平行光化され、ここで検光子とじて機能する偏光
子弘ａを透過後再び偏光ビームスプリッタＪに入射し、
Ｐ偏光成分が周波数偏移素子を方向へ出射する。同様に
光フアイバループ６内を長時４回り方向に伝搬した光は
結合レンズｊｂ、検光子として機能する偏光子４１ｂを
透過後再び偏光ビームスプリッタ３に入射し、８偏光成
分が周波数偏移索子ｌ方向に出射する。

１−光子４ｔａ、　Ｉｌｂ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
プリッタＪから周波数偏移素子Ｓ方向に出射する２つの
直交する偏波面の光は、直交、偏波分離光学素子？ａＫ
より一つの異なった光路に沿って周波数例＄素子ｔに樽
かれる。この２つの光が、周波数偏移素子ｇにおけるブ
ラッグ回折の十１次、　−／次の回折条件を満たすブラ
ック角で周波数偏移素子Ｓに入射すれば、周波数偏移素
子を内にて一方の光は＋７次のブラッグ回折を、また他
方の光は一／次のブラッ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、＋ｆＡｏＭ、−ｆＡＯＭ
の周波偏移を受けて、直交偏波結合光学素子りｂにて梅
び同一光軸上に導かれる。ここで、ｆＡＯＭ　は超音波
トランスジューサｔａによる周波数偏移素子Ｓの超音波
駆動周波数である。同一光軸上に尋かれた一つの光は互
いに直交する偏波面をもっているため、このままでは干
渉をおこさないため、偏光子？を用いて両直線偏光を円
偏光化して、第Ｊ検光子ＩＯにより７方向のみの偏光成
分をとりだすことにより一つの光の干渉光を検出器ｌ／
で検出できる。検出器ｌ／で検出された検出信号Ｉコは
コｆＡＯＭ　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７ｅＬ及び直
交ｍ波結合光学素子７ｂとして、複屈折をもつ結晶を用
いて同じ頂角をもつ一個のプリズムを光学軸を直交させ
て結合したクオフストンプリズムまたはロションプリズ
ムを用いれく各局に周波数偏移素子ｊにおいて＋１次、
−７次のブラッグ回折を生じさせるための条件であるブ
ラッグ角の角度に２つの直交する偏波面の光を分離でき
、また、ブラッグ角をもった一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ャ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
といえる。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、光ヘテ算ダイン法による
ものということができる。

ここで、周波数ＩＪＩＩｉ移素子ｇを用いて光に周波数
偏移を与え、位相を検出する構成において＋’Ｌ環境温
度の変化により、周波数偏移素子ｇの光学媒体Ｅｃ中の
超音波伝搬速度が変動した場黴周波数偏移索子ｌｌＩＣ
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
スジューサ５ａと光路間に距離があるため、超音波の伝
搬速度との時間的相関により、周波数偏移された光の位
相と周波数偏移素子Ｓの駆動信号／Ｊの位相の差に変動
が生じる。この位相差の変動は、ジャイロ出力の変動と
なり、誤差要因となる。この問題を解消するため、超音
波伝搬速度の変動を周波数偏移素子ｌの超音波トランス
ジューサぬと反対側の軸面に設けられた周知の薄膜体で
なる超音波検出器ｔｂにて光学媒体＆ｃ中を伝搬してく
る超音波を検出し、この検出信号１７と周波数偏移素子
ｊの駆動（Ｉ！号／Ｊとの位相差を第Ｓ図に示す周波数
偏移素子駆動装置の第１位相比較回路−７にて検出する
。第１位相比較回路コアは前記の位相差に比例した出力
を出す。

この出力が一定、すなわち、検出信号１９と駆動信号／
Ｊの位相差が一定となるように駆動信号／Ｊの周波数ｆ
　を制御し、光学媒体８ＣＯＭ 内に常に一定の波数の超音波が存在するように制御する
。この制御は上記の波数制御と同時に周波数偏移素子ざ
に入射する光の入射角及び周波数偏移素子ｇかも出射す
る光の出射角、すなわちブラング角：Ｂをも一定に保つ
Ｏこれは、次式からよく解る。

Ｂ＝ｘｆＡｏＭ／コｖＡＯＭ ここで、Ｘ：真空中の光の波長、 ｖＡＯＭ＝光学媒体光学媒体ｆ超音波伝搬速度である。

上式において、ｆＡＯＭ／ｖＡＯＭは超音波の波数を表
わしており、超音波の波数が一定になるように制御すれ
ば、ブラック角二Ｂも一定に保たれる。

上記の制御のために、駆動信号／Ｊを発生させるための
第１発振回路コＯと、第７位相比較回路Ｊ／の出力が一
定になるように第１発振回路コθを制御する第１１ｂｌ
Ｊ御回路ココ及び第１位相比較回路コｌから構成される
周波数偏移素子・駆動装置を設置する。

この発明においては、上記の制御により超音波トランス
ジューサＪａと光路間に當に一定の波数が存在し、周波
数偏移された光の位相と周波数偏移素子Ｓの駆１１ｈ１
言号／Ｊの位相差は、光学媒体ｔｃの超音波伝搬速度の
変動の影響を受けず、サグナック位相以外の誤差位相と
しての位相変動要因を除去することができる。と同時に
、プ２ッグ角二Ｂを一定に保つことから１周波数偏移素
子ざに入出射する元の光軸のずれを生じない構成とｔｂ
つており、光７アイパジヤイｐとしてより高精度の安定
性を得ることができる。

８＋４１発振回路−２０は、駆動信号／Ｊと一定の位相
関係にあり、かつ超音波駆動周波′ｉｙ、：ｆＡｏＭの
２倍の周波数二コｆ　の周波数をもつ参照ＯＭ 信号−２３を駆動信号／Ｊと共に、発生する。この参照
４ＭＭ２Ｓと検出器ｌ／で検出された検出信号ｌコは第
６図に示す信号処刑装置に接続される０ この信号処刑装置は、検出信号／−および参前信号コ３
がそれぞれ入力する第１電圧比較回路コｌと第、２ｍ電
圧比較路−ｊ、第７９Ｌ圧比較回路コダが入力する第ｌ
デジタル混合器コロ、この第１デジタル混合”を着、２
ｔに入力する第一発振回路コロ、この第一発振回路２７
に入力する第３位相比較回路２ｇ、第２電圧比較Ｎ路コ
３および第一発振回路コアが入力し第３位相比較回路２
にへ出力する第２デジタル混合器−デ、第２電圧比較Ｎ
路コＳから入力され第３位相比較−１路コｇへ出力する
同期周波数カクンタ回路３０、この同期周波数カクンタ
回路から入力され、第２デジタル混合器−６が入力する
第一位相比較回路３．２へ出力する位相偏移回路Ｊ／。

第２電圧比較回路コ５および第一位相比較回路Ｊコから
人力され、位相偏移回路Ｊ／へ出力するパルス−コード
変換回路Ｊ弘へ出力する位箱１パルス変換回路３３で結
成されている。

以上の構成により、検出信号／２と参照イど号コＪは、
それぞれ−７電圧比較回路Ｊダと第−電圧比較回路−５
でアナログ電気信号から基準電圧と比較されデジタ／ｌ
／′Ｉｔ気信号に変換されも第２電圧比較Ｎ路コｊの出
力信号の１つは同期周波数カクンタ回路ＪＱＫよりｔ／
Ｎ（Ｎ：正の偶数）倍に周波数分周される。この分周信
号の一つは第３位相比較回路−８において、第ｌデジタ
ル混合器コロの出力信号と位相比較される。第３位相比
較回路−ｇは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出力を出す。第３位相
比較回路、２ｇの出力信号は第一発振回路コクに入力し
、第一発振回路コアは第３位相比較回路−Ｓの出力４１
号に比例した周波数をもつ信号な出力する。第２発振回
路コクの出カイは号の一つは前記第一デジタル混合器２
デに入力し、第２電圧比較回路２３の出力信号とデジタ
ル混合される。第一デジタル混合器λりの出力信号は、
第一発振回路コアの出力信号の周波数と第１電圧比較回
路、２！の出力信号の周波数の差の周波数をもつ。

この第ｌデジタル混合器コロの出力信号は前述したよう
に第３位相比較回路−ｇに入力し、同期周波数カウンタ
回路ＪＯの出力信号と位相比千父される。

上記の第３位相比較回路コＳ、第２発振回路２７、第ｌ
デジタル混合器コロから構成されるループにより、Ｍコ
デジタル混合器コデの出力信号の周波数は同期周波数カ
クンタ回路３０の出力信号の周波数と等しくなる。

第一発振回路コアの出力信号は第ｌデジタル混合器コロ
にも入力しｆ；ＡＩ電圧比較回路Ｊダの出力信号とデジ
タル混合される。これにより、第７電圧比較回路コダの
出力信号は第２電圧比較Ｎ路、２ｊの出力（ｉ（号との
位相関係を失うことなく同期周波数カクンタ回路ＪＯの
出力１６号のもつ周波数に等しい周波数に変換される。

同期周波数カクンタ回路３０の出力信号の一つは位相偏
移回路Ｊ／を紳て、第ｌデジタル混合器コロの出力信号
と共に第−位相偏移回路工に入力する。この両信号は第
２位相比較回路工で位相比較されｓｉｒ記両（１号間の
位相の遅れ・進み及びその位相差量に比例した信号が出
力される０ 以上の過程において、検出信号ｌコと参照信号コＪの位
相関係がとらえられる。検出信号ｌコの位相は、参照信
号コＪの位相を基準としており、入力角速度：ωが零の
ときは一定であり変化しないが、光フアイバループ６の
回転軸Ａの回りに零でない入力角速度：ωが入力したと
きには、サグナック位相差：にωを生じ、これが検出信
号７．７と参照信号−Ｊの位相関係を変化させる。この
位相変化量はサグナック位相差：にωそのままであり、
第一位相比較回路３コの出力信号に比例する。従って、
第２位相比較回路Ｊコの出力信号を検出するだけでも入
力角速度：ωは検出される。しかし、この場合には一般
に士Ｊ６０ｄｅｇの位相変化量検知範囲に制限される。

そこで、第２位相比較回路３コの出力イＭ号と第２電圧
比較Ｎ路ＪＳの出力信号を位４ｕ−パルス変換回路Ｊ３
に入力し、謁コ位相比軟回路Ｊコの出力信号を第一電圧
比較回路コＳの出力信号の−周期を７パルスとするパル
ス数に変換すｔこのパルス数は、パルス−コード変換回
路３ダに入力し、デジタルコード（例えば、コ進あるい
は１０．ａのコード）に変換され、位相ＩＰＩｌ移回ｂ
ｌ、）　、７　ｉに入力される。このデジタルコードは
、位相偏移１回路Ｊ／ＩＩＣおいて同期周波数カウンタ
回路ＪＯの出力信号にデジタル加算される。このデジタ
ル加算によりＩＯＪ期周波周波数カウンタ回路３０力惰
号の位相は第２位相比較回路Ｊコで検出された位相量に
対し、位相の遅れ・進みの逆転した位相量だけシフトさ
れて、位相変移回路Ｊ／から出力される。この出力信号
は、再び第一位相比較回路３−に入力し、第７デジタル
混合器コロの出力イピ号と位相比較される。

この発明においては、上記の位相偏移回路Ｊ／第コ位相
比較回路Ｊコ、位相−パルス変換回路ＪＪ及びパルス−
コード変換回路ＪＱからなるループにより、第一位相比
較回路Ｊコの出力信号が常に零、すなわち電気的に見か
け玉検出（ｉｔ号／−と参照信号１３間のサグナック位
相差がが位相偏移回路Ｊ／を制御する。このとき、）く
ルスーコード変換回路３ダの出力であるデジタルコード
３Ｓは、検出イぎ号／コと参照信号、２３間に生じたサ
グナック位相差に比例している。

従って、前記の第２位相比較回路Ｊコの出力信号を検出
する開ループの場合と異なり位相変化量検知範囲は、デ
ジタルコードのビット数を増やすに従って拡大すること
が可能となる。と同時に、デジタルコードがコンピュー
タ（例えベマイクロプロセッサ等）に直接接続可能であ
る０第７図は、本ジャイロのその他の物坤的樋或光出射
装置を示している０光源１０／は、光・１０４Ｉ、１０
！ｒを出射し、光１０弘は、ｐｇ　ｕ図に示す光学系に
入射する０また、光ｉｏｓは、光電変換素子１０コに入
射する。光電変換素子１０コは、光ｉｏｓの光量に比例
した電流を出力する。この光電変換素子／Ｑコの出力′
醸流＋’４光量安定化回路ｉｏｓに入力される。光量安
定化回路１０Ｊ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１０／
の１＃勲電流を制御する。これにより、光源ｉｏｉの出
射光１０４１，１０には、光量を一定に保たれる。また
、出射光１０４４．１０ｊの光量は、光景安定化回路／
θＪの基準電圧を可変と−することにより任意に設定さ
れる。

この発明においては、サグナック位相差を干渉光の強度
ではなくｆｆｆｉ接位相比較により検知しており、ＤＣ
ホモダイン法で欠点となっていた。

（１）　光源の光量変動や光フアイバ内の個波面変！１
１ｂに・よるＰｏの変動がジャイロ出力の誤差要因とな
句。

（１１）　ジャイロ出力が５ｉｎｅ　関数であるため、
直線性が直接得られない。

［１１１）　ジャイロ出力が５ｉｎｅ　関数であること
かペサグナツク位相：にωが±ｑ　ｏ　ｄｏｇの範囲を
越えた場合には、干渉光強度は士？　Ｏｄｅ’ｇ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。

０３点が解消され、また、検出４Ｎ号ｌコが、コｆＡｏ
Ｍ　の周波数をもつことから解るようＫＡＣ検知のため （１ｖ）干渉光がＤＣであるためジャイロの最小検知角
速度が検出器／／の／／ｆ雑音によりｆｌ！ＩＩ限され
る。

の欠点も解消される。

さらに、第亭図に示したように、周波数偏移素子ｌを光
路１ｍ上に設置したことにより、光フアイバループ６内
を相反方向に伝搬する光のｊ−波数は同一となる０また
、第３図に示す周波数偏移素子駆動装置で光路を一犀に
保っているＱこれにより、周波数変調法で欠点となって
いた（１）光７アイバループ６内を相反方向に伝搬して
いる光拘波数が異なることより光ファイバの屈折率の変
化が、ジャイロ出力の誤差要因となる。

（１）　検波器ＪＯＩＩの出力を零にするため周波数偏
移索子ＪＯ／の駆動周波数を変化させることにより周波
数偏移索子ＪＯ／を透過した後の光の光軸にずれを住じ
光路赤等を生じ、ジヤイロ出力の誤差要因を生成する。

のコ点が解消される。さらに好適なイｕ号処理装置によ
り、簡易、正確に回転角速度を迅速に知ることができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第Ｊ図は従来装置を示し、第１図はＤＣホモダ
イン法に用いる光学系配置図、第２図は位相変調法に用
いる光学系配置および電気系結線図、第３図は周波数変
調法に用いる光学系配置ｄおよび電気系結線図、ｍｙ図
〜第７図はこの発明の一実施例な示し、第ダ図は光学未
配置４図、第Ｓ図は周波数偏移素子＆ルＩ＋装（直の結
線図、第６図は４８号処坤装随の結線図、第７図は光出
射装置の精細図である。 ／°°・光源（光出射装置）、コ・・・コリメートレン
ズ、Ｊ・・・偏光ビームスプリッタ、４’ａ、４’ｂ・
・・偏光子１４／倹光子）１．ｔａ、　ｊｂ・・・結合
レンズ（光フアイバインターフェース）、６・・・元フ
ァイバループ、７ａ・・・直交偏波結合光学素子、？ｂ
・・・直交偏波結合光学素子、Ｓ・・・周波数偏移素子
、ｆａ・・・超音波トランスジューサ、ｇｂ・・・超音
波検出５、Ｓｃ・・・光学媒体、？・・・偏光子。 １０・・・第一検光子、ｌｌ・・・検出器、ノコ・・・
検出信号（第７電気信号）ｂ’ａ・・・駆動イｇ号、１
９・・・検出信号、２θ・・・第７発振路％コト・・第
１位相比較回路、ココ・・・第１制御回路、コＪ・・・
＠３３電気信％コダ・・・第１電圧比較回路、２３・・
・第λ電圧比較回路、コロ・・・第１デジタル混合器、
コア・・・第コ発振器、−ざ・・・第３位相比較回路、
コブ・・・第１デジタル混合器、３θ・・・同期同波数
カウンタ回路、３ノ・・・位相偏移回路、３．２・・・
第２位相比較回路、３３・・・位相−パルス変換回路、
Ｊ４１・・・パルス−コード変換回路、３３・・・デジ
タルコード、１０１　・・・光源、／Ｑコ　・・・光゛
電変換素子％Ｉθ３　・・・光量安定化回路。 なお、各図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。 特￥１・出願人　三菱グレシジョン株式会社第３区 帛４叉 毘５図 兜７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｉｌｌ　サグナック効果を用いた光フアイバジャイロで
   あって、 第１光ビームを出射する光出射装置と、前記第１光ビー
   ムを第１光ビームと第３光ビームに分配したのち丹結合
   して第１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（ｉｌｊｌ定すべぎ回転−１１を中心とし
   て前記第、２．第３光ビームを時計回り方向と反時計回
   り方向の相反方向にそれぞれ伝搬させる光伝搬路な形成
   する光体搬路形成装置と、前Ｐ光ビーム分配結合器と前
   記光体搬路形成装置の間に配置され前記第コ、第３光ビ
   ームが前記光伝搬路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体搬路形成装置内を同一伝
   搬定数で伝搬した前記第コ、第３光ビームそれぞれの成
   分のみを透過させるｌ双の第１検光子と、 前記第ダ光ビー４を前記第コ、第３光ビームに再分離し
   て前記第コ、第３光ビームに周波数偏移を与え、再度前
   記第コ、第３光ビームを結合して第Ｓ光ビームを形成す
   る周波数偏移装置と。 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
   る光電変換装置と、 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と、を備えてなる光フアイ
   バジャ・ｆ口。 （２）　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１１ｊ／Ｌ流を発生する素子と、前記第１′ｔＬ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
   、 を備えた光出射装置を有する特許請求の範囲第７項記載
   の光フアイバジャイロ。 （３）　第コ、第３光ビームが互いに直交する偏波面を
   有するよう前記第７光ビームを分配し、かつ前記第一、
   第３光ビームが互いに直交する偏波面をもって再結合し
   て第１光ビームを形成する光ビーム分配結合器を備えた
   特許請求の範囲第７項記載の光フアイバジャイロ。 （４）　回転軸を中心として単一モードの光ファイバを
   前記回転軸に垂直かつコイル状に巻いた光フアイバルー
   プと、 この元ファイバルーズの両端にそれぞれ第一、第３光ビ
   ームを前記光ファイバループ内釦入射させる光フアイバ
   インターフェースと、からなる元伝搬路形成装置Ｗを備
   えた特＃！「請求の範囲第７項記載の光フアイバジャイ
   ロ。 （５）　直交する偏波面をもつ第一、第３光ビームの合
   成光である第ダ光ビームを再び前記第コ、第３元ビーム
   に第１分離角で分離する直交偏波分離光学素子と、 分離された前記第コ、第３光ビームの伝搬方向を前記第
   １分離角で前記第一、第３光ビームが交差するよう変化
   させると共に前記第コ、第３光ビームの周波数に同一周
   波数偏移量を一方にはプラス、他方にはマイナスして周
   波数偏移させる周波数偏移素子と、 この周波数偏移素子を伝搬した後の前記第り、第３光ビ
   ームが前記第１分離角で交差する位置に配置され前記第
   一、第３光ビームを再結合して第３光ビームを形成する
   直交偏波結合光学素子と、 前記同一周波数偏移量に等しい周波数をもつ駆動信号で
   前記周波数偏移素子を態動する周波数偏移素子駆動装置
   と、 からなる周波数偏移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ャイロ。 （６）　駆動信号を超音波に変換する超音波トランスジ
   ューサと。 前記超音波が伝搬しかつ第一、第３光ビームが伝搬する
   光学媒体と、 この光学媒体の前記超音波トランスジューサの反対側に
   おいて伝搬してくる前記超廿波な第２電気信号に変換す
   る超音波検出器と、からなる周波数偏移素子を備えた特
   許請求の範囲ｈＳＳ項記載の光フアイバジャイロ。 （７）　駆動信号と前記駆動信号の駆動周波数の２倍の
   周波数をもつと共に前記側ＷＪＪ　（Ｎ号と一定の位相
   関係にある第３電気信号を発する第１発掘回路と。 第２１１気信号と前記駆動１６号の位相を比較する第１
   位相比較回路と、 前記第２１ｕ気イａ号と前記駆動信号の位相差が一定と
   なるように、かつ光学媒体内に常に一定の超音波の波数
   が存在するように前記第７発振回路を制御する第７制イ
   卸回路と、からなる周波数偏移素子駆動装置を備えた―
   許請求の範囲第５項記載め光フアイバジャイロ。 （８）第３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３光ビームを各直交偏波成分に分配する第
   ２検光子と、 分配はれた前Ｂｅ第Ｓ光ビームのいずれか一方の＋ａ波
   成分な光電変換して第７電気信号を発生する光π１．変
   換素子と、 からなる光電変換装置を備えた特許請求の範囲第１項記
   載の光フアイバジャイロ。 （９）　サグナック効果を用いた光フアイバジャイロで
   あって、 第１光ビームを出射する光出射装置と、前記第１光ビー
   ムを第一光ビームと第３光ビームに分配したのち再結合
   して第１光ビームを形成する光ビーム分配結合器と、 回転角速度な測定すべき回転軸を中心として前記Ｍコ、
   第３光ビームを時計回り方向と反時計回り方向の相反方
   向にそれぞれ伝搬させる光伝搬路な形成する元伝搬路形
   成装置と、前記光ビーム分配結合器と前記元伝搬路形成
   装置の間に配置され前記第一、第３光ビームが前記光伝
   搬路内を伝搬したのち前記光ビーム分配結合器に入射す
   る前に前記光体搬路形成装置内を同一伝搬定数で伝搬し
   た前記第一、第３光ビームそれぞれの成分のみを透過さ
   せるｌ双の第１の検光子と、 前記第ダ光ビームを前記第一、第３元ビームに再分離し
   て前記第一、第３光ビームに周波数偏移を与え、再度前
   記第コ、第３光ビームを結合して第９光ビームを形成す
   る周波数偏移装置と、 前記第３光ビームな光電変換して第１電気−ＩＦ３号を
   発生する光電変ｌ史装置と、前記周波数偏移装置の周波
   数偏移素子を駆動する信号のコ倍の周波数でかつ前記駆
   動信号と一定の位相関係にある第３電気信号を発生する
   第１発振回路と、 アナログ信号である前記第１［気信号を基Ｉｓ電圧と比
   較してデジタル電気信号に変換する第１電圧比較回路と
   、 アナログも気イη号である前記第３′？ｘ、気信号を基
   準電圧と比較してデジタル電気信号に変換して出力する
   第一電圧比較回路と、 前記第一電圧比較回路の出力信号を入力し前記出力信号
   の周波数を′／Ｎ　（Ｎ：正の偶数）倍に分周した信号
   を出力する同期周波数カウンタ回路と、 前記第一電圧比較回路の出力信号と前記同期周波数カウ
   ンタ回路の出力信号を入力し、前記第２電圧比較回路の
   出力信号と混合したとき前記同期周波数カウンタ回路の
   出力信号の周波数と等しい周波数をもつ信号が得られる
   周波数の出力信号を発生する位相同期ループ回路と、 前記第７電圧比較回路および前記位相同期ループ回路の
   出力信号を入力してデジタル混合し前記同期周波数カウ
   ンタ回路の出カイへ号の周波数をもつ出力を発生する第
   １デジタル混合器と。 第１入力端と前記同期周波数カウンタ回路の出力信号を
   入力する第一入力端を備え前記第１１第コ入力端信号を
   デジタル加減算して得られる信号に比例した位相量だけ
   前Ｆ同期周波数カウンタ回路の出力信号の６γ相を偏移
   した信号を出力する位相偏移回路と、 前記第７デジタル混合器および前記位相偏移回路の出力
   イロ号を入力して位相比較し前記第１デジタル混合器の
   出力信号の前記位相偏移回路の出力信号に対する遅れ進
   みの判断および前記両出力個号間の位相差を検出して出
   力する第２位相比較回路と、 この第２位相比較回路の出力信号を前記第：１電圧比較
   回路の出力信号の１周期を７パルスとするパルス数に変
   換して前記第一位相比較回路から出力される前記第１デ
   ジタル混合器と前記位相偏移回路の出力信号の位相関係
   を示す信号をパルス数として出力する位１ンルス変換回
   路と、 前記パルス数をカウントして前記パルス数が零となるデ
   ジタルコードな出力するとともに前！ｅ位相偏移回路の
   前記第１入力端に入力するパルス−コード変換回路と、 を備えてなる光フアイバジャイロ。 Ｑｌ　第１電気信号と鈍３司：気イ■号の位相関係に比
   例し回転軸の回転角速度に比例する出力信号を発生する
   パルス−コード変換回路を備えた特許請求の範囲第９項
   記載の光ファ５イバジヤイロ。 なり　第１入力端と第一電圧比較回路の出力信号を入力
   する第一入力端を備え前記第１％第一入力端イｕ＠をデ
   ジタル混合し両者の周波外蓋に相当する周波数の信号を
   出力″１−る第２２デジタル混合器と、 この第２デジタル混合器と同期周波数カウンタ回路の出
   カイ＝号の位相を比較して両イｂ号間の位相の遅れ進み
   およびその位相量に比例した信号を出力する第３位相比
   較回路と。 この第３位相比較回路の出力信号を入力し前記第一デジ
   タル混合器の前記第１入力端に入力し前記第一電圧比較
   回路のＷカ（ｉ号と混合したとき前記同期周波数カウン
   タ回路の１・５１波数と等しい周波数のイ＝１号が得ら
   れる出力信号を発生する第一発振回路と、 からなる位相同期ループ回路を侃えた特許請求の範囲第
   ９項記載の光ファイバジャイロＯ