JPS61245014A - 光フアイバ回転センサ - Google Patents
光フアイバ回転センサInfo
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- JPS61245014A JPS61245014A JP60087203A JP8720385A JPS61245014A JP S61245014 A JPS61245014 A JP S61245014A JP 60087203 A JP60087203 A JP 60087203A JP 8720385 A JP8720385 A JP 8720385A JP S61245014 A JPS61245014 A JP S61245014A
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［発明の背景と目的］
本発明は光ファイバ回転センサに係り、特に高精度で、
ダイナミックレンジを広くするのに好適な位相変調方式
の光ファイバ回転センサに関するものである。
ダイナミックレンジを広くするのに好適な位相変調方式
の光ファイバ回転センサに関するものである。
光ファイバ内を伝ばんする光の位相変調をかけて感度の
最適化をはかるようにした光ファイバ回転センサについ
ては、ＵＩｒｉＣｈによって０ｐｔｉｓ Ｌｅｔｔ−ｅ
ｒ ＶＯ１５，Ｎα５ 、 Ｐ１７３．１９８０に発表
されている。
最適化をはかるようにした光ファイバ回転センサについ
ては、ＵＩｒｉＣｈによって０ｐｔｉｓ Ｌｅｔｔ−ｅ
ｒ ＶＯ１５，Ｎα５ 、 Ｐ１７３．１９８０に発表
されている。
しかし、この方式の回転センサには、
（１）出力が光源の強度に比例した電圧レベルで得られ
るため、光源の強度変動の影響を直接受ける。
るため、光源の強度変動の影響を直接受ける。
（２）出力が求める回転角度の三角関数として得られる
ため、角速度の周期関数となり、ダイナミックレンジが
狭い。
ため、角速度の周期関数となり、ダイナミックレンジが
狭い。
という問題点があった。（１）に関しては、光源の強度
変動を小さくするため、光源の温度制御を行って温度を
安定化させ、かつ、光源からの光をモニタして光源の駆
動回路へフィードバックして出力を一定にする方法が検
討されているが、温度制御を行うようにすると装置が大
型化し、また、後者のフィードバック機構は効果が不十
分で、実用的でないという問題がある。（２）に関して
は、いくつかの回路を付加して出力として角速度０の５
ｉｎＫ○、ｃｏｓＫＯ（Ｋは常数）の両関数を取り出し
、角速度口の一般角を求める方法が捻案されているが、
計算が複雑であるため処理上に時間がかかり、また、上
記両関数を用いてもに○が［−π。
変動を小さくするため、光源の温度制御を行って温度を
安定化させ、かつ、光源からの光をモニタして光源の駆
動回路へフィードバックして出力を一定にする方法が検
討されているが、温度制御を行うようにすると装置が大
型化し、また、後者のフィードバック機構は効果が不十
分で、実用的でないという問題がある。（２）に関して
は、いくつかの回路を付加して出力として角速度０の５
ｉｎＫ○、ｃｏｓＫＯ（Ｋは常数）の両関数を取り出し
、角速度口の一般角を求める方法が捻案されているが、
計算が複雑であるため処理上に時間がかかり、また、上
記両関数を用いてもに○が［−π。
π］の範囲を越えた場合は０が一意的に定まらないとの
問題点がおる。
問題点がおる。
本発明は上記に鑑みてなされたもので、その目的とする
ところは、光源の強度変動の影響を受けず、回転角速度
に比例した出力が得られる高精度で、ダイナミックレン
ジを広くすることができる光ファイバ回転センサを提供
することにある。
ところは、光源の強度変動の影響を受けず、回転角速度
に比例した出力が得られる高精度で、ダイナミックレン
ジを広くすることができる光ファイバ回転センサを提供
することにある。
［発明の概要］
本発明の特徴は、光源からの光を光分岐合成器で２つに
分岐し、一方の光を光位相変調器を通した後シングルモ
ード光ファイバの一端に入射し、他方の光を上記シング
ルモード光ファイバの他の一端に入射し、上記シングル
モード光ファイバを一周した上記２つの光を上記光分岐
合成器で合成して干渉させ、その干渉光を光検出器で電
気信号に変換した後、同期検波回路で上記光位相変調器
の駆動周波数により同期検波するようにしたものにおい
て、ランプ波発生回路と、このランプ波発生回路の出力
をし上記光位相変調器を駆動する信号に重畳する波形合
成回路と、上記ランプ波発生回路の出力のランプ波の傾
きを上記同期検波回路の出力の大きさに応じて変化さゼ
る微分調整回路とを具備した構成とした点におる。
分岐し、一方の光を光位相変調器を通した後シングルモ
ード光ファイバの一端に入射し、他方の光を上記シング
ルモード光ファイバの他の一端に入射し、上記シングル
モード光ファイバを一周した上記２つの光を上記光分岐
合成器で合成して干渉させ、その干渉光を光検出器で電
気信号に変換した後、同期検波回路で上記光位相変調器
の駆動周波数により同期検波するようにしたものにおい
て、ランプ波発生回路と、このランプ波発生回路の出力
をし上記光位相変調器を駆動する信号に重畳する波形合
成回路と、上記ランプ波発生回路の出力のランプ波の傾
きを上記同期検波回路の出力の大きさに応じて変化さゼ
る微分調整回路とを具備した構成とした点におる。
［実施例］
以下本発明を第１図に示した実施例を用いて詳細に説明
する。
する。
第１図は本発明の光ファイバ回転センサの一実施例を示
す構成図である。第１図において、光源からの光は、光
導波路２に導かれる。光導波路２は光導波路３と方向性
結合部４で空間的に接近して設置してあり、先導波路２
を伝ばんする光の約半分はエバネッセント波として光導
波路３に結合するようにしである。光導波路３は光導波
路５と方向性結合部（光分岐合成器）６で空間的に接近
して設置してあり、光導波路３を伝ばんする光の約半分
からエバネッセント波として先導波路５に結合するよう
にしである。光導波路３を伝ばんした光は、導波路形光
位相変調器７を通過した後シングルモード光ファイバコ
イル８の一端に入射し、先導波路５を伝ばんした光は、
シングルモード光ファイバコイル８の他の一端に入射す
る。これら両方の光はシングルモード光ファイバコイル
８をそれぞれ左まわり、右まわりに伝ばんした後、光導
波路５および３に結合し、方向性結合部６で合成されて
干渉し、光導波路３を伝ばんして光検出器９に入射し、
電気信号に変換される。
す構成図である。第１図において、光源からの光は、光
導波路２に導かれる。光導波路２は光導波路３と方向性
結合部４で空間的に接近して設置してあり、先導波路２
を伝ばんする光の約半分はエバネッセント波として光導
波路３に結合するようにしである。光導波路３は光導波
路５と方向性結合部（光分岐合成器）６で空間的に接近
して設置してあり、光導波路３を伝ばんする光の約半分
からエバネッセント波として先導波路５に結合するよう
にしである。光導波路３を伝ばんした光は、導波路形光
位相変調器７を通過した後シングルモード光ファイバコ
イル８の一端に入射し、先導波路５を伝ばんした光は、
シングルモード光ファイバコイル８の他の一端に入射す
る。これら両方の光はシングルモード光ファイバコイル
８をそれぞれ左まわり、右まわりに伝ばんした後、光導
波路５および３に結合し、方向性結合部６で合成されて
干渉し、光導波路３を伝ばんして光検出器９に入射し、
電気信号に変換される。
１０は波形合成回路で、正弦波発生回路１１とランプ波
発生回路１２との出力信号を合成し、光位相変調器７に
印加する。光位相変調器７は、印加された電気信号の大
きさに比例した量だけ光を位相シフトする。１３は同期
検波回路で、光検出器９からの電気信号から正弦波発生
回路１１からの出力信号と同じ周波数の信号成分を取り
出し、その振幅大きさに比例した信号を出力する。また
、その信号は微分調整回路１４に与えられ、微分調整回
路１４は、同期検波回路１３からの信号の大きさによっ
てランプ波発生回路１２の出力であるランプ波のスロー
プ（微係数）の大きざを調整する。
発生回路１２との出力信号を合成し、光位相変調器７に
印加する。光位相変調器７は、印加された電気信号の大
きさに比例した量だけ光を位相シフトする。１３は同期
検波回路で、光検出器９からの電気信号から正弦波発生
回路１１からの出力信号と同じ周波数の信号成分を取り
出し、その振幅大きさに比例した信号を出力する。また
、その信号は微分調整回路１４に与えられ、微分調整回
路１４は、同期検波回路１３からの信号の大きさによっ
てランプ波発生回路１２の出力であるランプ波のスロー
プ（微係数）の大きざを調整する。
以上の説明において、胸先導波路２，３．５は、通常の
光ＩＣ製造プロセスによって作られる共通の基板１５上
に構成された単一モード先導波路でおる。このプロセス
については、例えば、オーム社から出版されている末松
安晴編著の［半導体レーザと光集積回路」に詳しく解説
されている。また、方向性結合部４，６の特性、構造に
ついては、例えば、電子通信学会研究資料０ＱＥ７８−
２７ Ｐ９〜１６ （１９７８年発行）に詳しく解説さ
れている。導波路形光位相変調器７は、方向性結合部６
の２本の光導波路３，５のうち電圧を印加しない方の先
導波路を取り除くことによって構成できる。
光ＩＣ製造プロセスによって作られる共通の基板１５上
に構成された単一モード先導波路でおる。このプロセス
については、例えば、オーム社から出版されている末松
安晴編著の［半導体レーザと光集積回路」に詳しく解説
されている。また、方向性結合部４，６の特性、構造に
ついては、例えば、電子通信学会研究資料０ＱＥ７８−
２７ Ｐ９〜１６ （１９７８年発行）に詳しく解説さ
れている。導波路形光位相変調器７は、方向性結合部６
の２本の光導波路３，５のうち電圧を印加しない方の先
導波路を取り除くことによって構成できる。
同期検波回路１３、微分調整回路１４、正弦波発生回路
１１．波形合成色１０．ランプ波発生回路１２は、通常
市販されている回路で構成できる。
１１．波形合成色１０．ランプ波発生回路１２は、通常
市販されている回路で構成できる。
シングル光ファイバコイル８は、光の偏波面を保存して
伝ばんすることが望ましく、例えば、偏波面保存光ファ
イバを用いれば簡単に構成できる。
伝ばんすることが望ましく、例えば、偏波面保存光ファ
イバを用いれば簡単に構成できる。
基板１５は、ガラス基板、ＬｉＮｂＯ３基板で構成して
もよいが、ＧａＳｂ基板を用いれば、光源１．光検出器
９ならびに電子回路を同一基板上に構成することが可能
になるからであろう。
もよいが、ＧａＳｂ基板を用いれば、光源１．光検出器
９ならびに電子回路を同一基板上に構成することが可能
になるからであろう。
ランプ波のスロープの調整方法としては、ランプ波の周
波数を一定にしておいて振幅を変化させる方法と、振幅
を一定にしておいて周波数を変える方法とが考えられる
が、後者によれば角速度出力をデジタル化して取り出す
ことができる。
波数を一定にしておいて振幅を変化させる方法と、振幅
を一定にしておいて周波数を変える方法とが考えられる
が、後者によれば角速度出力をデジタル化して取り出す
ことができる。
次に、本発明の原理について説明する。シングルモード
光ファイバコイル８に光を右あるいは左に伝ばんした後
、方向性結合部６で合成される光の電界の大きざをそれ
ぞれＥ 、Ｅ とし、ｃｗ ｃｃ 導波路形光位相変調器７による時刻ｔにおける光の位相
シフト量をＰ（ｔ）とすると、 ・・・（１） ・・・（２） ここに、Ｅｏ ；光源１の強度に比例する常数△φ；系
の受ける角速度によって生じるサグナックの位相差 τ；光がシングルモード光ファイバコイル８を通過する
のに要する時間 となる。
光ファイバコイル８に光を右あるいは左に伝ばんした後
、方向性結合部６で合成される光の電界の大きざをそれ
ぞれＥ 、Ｅ とし、ｃｗ ｃｃ 導波路形光位相変調器７による時刻ｔにおける光の位相
シフト量をＰ（ｔ）とすると、 ・・・（１） ・・・（２） ここに、Ｅｏ ；光源１の強度に比例する常数△φ；系
の受ける角速度によって生じるサグナックの位相差 τ；光がシングルモード光ファイバコイル８を通過する
のに要する時間 となる。
したがって、光検出器９に入射する光のパワー■は、
で表わすことができる。光位相変調器７は、次式で示さ
れる波形の電圧で駆動する。
れる波形の電圧で駆動する。
Ｐ（ｔ）＝φａｓ！ｎ（りｏｉ＋Ａｔ −＜４）（
４）式の右辺の第１項は正弦波発生回路１１の出力、第
２項はランプ波発生回路１２の出力に対応する。このと
き、■は、 Ａ（を−τ））］ ・・・（５） ここで、（・・・）内の第３項をθとおくと、−〇）］ θ十５ｉｎ（Δφ＋Ａτ）ｓｉｎθ） ・・・（６） となり、（６）式のｓｉｎθを、 と展開し、０口で振動する成分を同期検波回路１３で取
り出すと、その出力Ｖは、 で表わされる。ここで、Ｊｎ（Ｚ）はｎ次のベツｔ？／
Ｌｚ１７１１数テおす、Ｊｌ （Ｚ）はＺ＝１．８４で
最大値（＝０．５４）となるから、 となるように、φｏ１ωｏ１τを決めれば、本発明に係
る回転センサの感度は最大となり、Ｖ＝０．２９Ｅｏ
２ｓ ｉ ｎ （△φ＋Ａ ｒ ＞−（１０）で示され
る。
４）式の右辺の第１項は正弦波発生回路１１の出力、第
２項はランプ波発生回路１２の出力に対応する。このと
き、■は、 Ａ（を−τ））］ ・・・（５） ここで、（・・・）内の第３項をθとおくと、−〇）］ θ十５ｉｎ（Δφ＋Ａτ）ｓｉｎθ） ・・・（６） となり、（６）式のｓｉｎθを、 と展開し、０口で振動する成分を同期検波回路１３で取
り出すと、その出力Ｖは、 で表わされる。ここで、Ｊｎ（Ｚ）はｎ次のベツｔ？／
Ｌｚ１７１１数テおす、Ｊｌ （Ｚ）はＺ＝１．８４で
最大値（＝０．５４）となるから、 となるように、φｏ１ωｏ１τを決めれば、本発明に係
る回転センサの感度は最大となり、Ｖ＝０．２９Ｅｏ
２ｓ ｉ ｎ （△φ＋Ａ ｒ ＞−（１０）で示され
る。
ここで、同期検波回路１３の出力ｖ＝Ｏとなるように微
分調整回路１４でランプ波の傾きＡを調整すると、サグ
ナックの位相差Δφは、△φ＝−Ａτ
・・・（１１）より求めることができる。
分調整回路１４でランプ波の傾きＡを調整すると、サグ
ナックの位相差Δφは、△φ＝−Ａτ
・・・（１１）より求めることができる。
このようにして求めた△φは、測定可能な変数Ａに対し
てリニアであるため、ダイナミックレンジが広い。また
、Ａの決め方から明らかなように、測定方法が寒位法で
あるため光源１の強度（Ｅ。
てリニアであるため、ダイナミックレンジが広い。また
、Ａの決め方から明らかなように、測定方法が寒位法で
あるため光源１の強度（Ｅ。
に比例）変動の影響を受けないようにすることができる
。
。
上記したように、本発明の実施例によれば、（イ）測定
方法が寒位法であるため、ダイナミックレンジが広い。
方法が寒位法であるため、ダイナミックレンジが広い。
（ロ）また、光源１の強度変動の影響を受けないので、
高精度でおる。
高精度でおる。
（ハ）出力がデジタル信号で取り出せるため、後処理が
容易である。
容易である。
という利点がある。
なお、導波路形光位相変調器７と方向性結合部６との間
に第２の導波路形光位相変調器を設け、正弦波発生回路
１１の出力を第２の光位相変調器へ印加し、ランプ波発
生回路１２の出力を第１の光位相変調器７へ印加するよ
うにして、波形合成回路１０を使わないようにしてもよ
く、同一の効果を得ることができる。
に第２の導波路形光位相変調器を設け、正弦波発生回路
１１の出力を第２の光位相変調器へ印加し、ランプ波発
生回路１２の出力を第１の光位相変調器７へ印加するよ
うにして、波形合成回路１０を使わないようにしてもよ
く、同一の効果を得ることができる。
［発明の効果コ
以上説明したように、本発明によれば、光源の強度変動
の影響を受けず、高精度の回転角速度に比例した出力が
得られ、かつ、ダイナミックレンジを広くすることがで
き、さらに、出力をデジタル信号で取り出すことができ
、後処理が容易になるという効果がある。
の影響を受けず、高精度の回転角速度に比例した出力が
得られ、かつ、ダイナミックレンジを広くすることがで
き、さらに、出力をデジタル信号で取り出すことができ
、後処理が容易になるという効果がある。
第１図は本発明の光ファイバ回転センサの一実施例を示
す構成図である。 １・・・光源、 ２．３．５・・・光導波路、 ４．６・・・方向性結合部、 ７・・・導波形位相変調器、 ８・・・シングルモード光ファイバコイル、９・・・光
検出器、 １０・・・波形合成回路、 １１・・・正弦波発生回路、 １２・・・ランプ波発生回路、 １３・・・同期検波回路、 １４・・・微分調整回路、 １５・・・基板。 代理人 弁理士 佐 藤 不二雄 第 １ 目 手続補正書く自発） １事件の表示 昭和 ６０ 年 特 許 願第 ８７２０３ 号
２発明の名称 光ファイバ回転センサ ３ 補正をする者 補正の対象 明細書の全文 添付書類の目録 別紙（訂正明細書） １通 以上 訂 正 明 細 書 １、発明の名称 光ファイバ回転センサ２、特許請求の
範囲 （１）光源からの光を光分岐合成器で２つに分岐し、一
方の光を光位相変調器を通した後シングルモード光ファ
イバの一端に入射し、他方の光を前記シングルモード光
ファイバの他の一端に入射し、前記シングルモード光フ
ァイバを一周した前記２つの光を前記光分岐合成器で合
成して干渉させ、その干渉光を光検出器で電気信号に変
換した後、同期検波回路で前記光位相変調器の駆動周波
数により同期検波するようにした光ファイバ回転センサ
において、ランプ波発生回路と、該ランプ波発生回路の
出力を前記光位相変調器を駆動する信号に重畳する波形
合成回路と、前記ランプ波発生回路の出力のランプ波の
傾きを前記同期検波回路の出力の大きさに応じて変化さ
せる微分調整回路とを具備することを特徴とする光ファ
イバ回転センサ。 ３、発明の詳細な説明 ［発明の背景と目的コ 本発明は光ファイバ回転センサに係り、特に高精度で、
ダイナミックレンジを広くするのに好適な位相変調方式
の光ファイバ回転センサに関するものである。 光ファイバ内を伝ばんする光に位相変調をかけて感度の
最適化をはかるようにした光ファイバ回転センサについ
ては、ＵｌｒｉＣｈによって０ｐｔｉｓ Ｌｅｔｔ−ｅ
ｒ ＶＯＩ５． Ｎ（１５、Ｐ１７３．１９８０に発表
されている。 しかし、この方式の回転センサには、 （１）出力が光源の強度に比例した電圧レベルで得られ
るため、光源の強度変動の影響を直接受ける。 （２）出力が求める回転角度の三角関数として得られる
ため、角速度の周期関数となり、ダイナミックレンジが
狭い。 という問題点があった。（１）に関しては、光源の強度
変動を小さくするため、光源の温度制御を行って温度を
安定化させ、かつ、光源からの光をモニタして光源の駆
動回路へフィードバックして出力を一定にする方法が検
討されているが、温度制御を行うようにすると装置が大
型化し、また、後者のフィードバック機構は効果が不十
分で、実用的でないという問題がある。（２）に関して
は、いくつかの回路を付加して出力として角速度Ωの５
ｉｎＫΩ、Ｃ０５ＫΩ（Ｋは常数）の両関数を取り出し
、角速度Ωの一般角を求める方法が提案されているが、
計算が複雑であるため処理上に時間がかかり、また、上
記両関数を用いてもにΩが［−π。 πコの範囲を越えた場合はΩが一意的に定まらないとの
問題点がある。 本発明は上記に鑑みてなされたもので、その目的とする
ところは、光源の強度変動の影響を受けず、回転角速度
に比例した出力が得られる高精度で、ダイナミックレン
ジを広くすることができる光ファイバ回転センサを提供
することにある。 ［発明の概要コ 本発明の特徴は、光源からの光を光分岐合成器で２つに
分岐し、一方の光を光位相変調器を通した後シングルモ
ード光ファイバの一端に入射し、他方の光を上記シング
ルモード光ファイバの他の一端に入射し、上記シングル
モード光ファイバを一周した上記２つの光を上記光分岐
合成器で合成して干渉させ、その干渉光を光検出器で電
気信号に変換した後、同期検波回路で上記光位相変調器
の駆動周波数により同期検波するようにしたものにおい
て、ランプ波発生回路と、このランプ波発生回路の出力
をし上記光位相変調器を駆動する信号に重畳する波形合
成回路と、上記ランプ波発生回路の出力のランプ波の傾
きを上記同期検波回路の出力の大きさに応じて変化させ
る微分調整回路とを具備した構成とした点にある。 ［実施例］ 以下本発明を第１図に示した実施例を用いて詳細に説明
する。 第１図は本発明の光ファイバ回転センサの一実施例を示
す構成図である。第１図において、光源からの光は、先
導波路２に導かれる。光導波路２は光導波路３と方向性
結合部４で空間的に接近して設置してあり、光導波路２
を伝ばんする光の約半分はエバネッセント波として先導
波路３に結合するようにしである。光導波路３は光導波
路５と方向性結合部（光分岐合成器）６で空間的・に接
近して設置してあり、先導波路３を伝ばんする光の約半
分からエバネッセント波として先導波路５に結合するよ
うにしである。光導波路３を伝ばんした光は、導波路形
光位相変調器７を通過した後シングルモード光ファイバ
コイル８の一端に入射し、先導波路５を伝ばんした光は
、シングルモード光ファイバコイル８の他の一端に入射
する。これら両方の光はシングルモード光ファイバコイ
ル８をそれぞれ左まわり、右まわりに伝ばんした後、光
導波路５および３に結合し、方向性結合部６で合成され
て干渉し、先導波路３を伝ばんして光検出器９に入射し
、電気信号に変換される。 １０は波形合成回路で、正弦波発生回路１１とランプ波
発生回路１２との出力信号を合成し、光位相変調器７に
印加する。光位相変調器７は、印加された電気信号の大
きさに比例した量だけ光を位相シフ１〜する。１３は同
期検波回路で、光検出器９からの電気信号から正弦波発
生回路１１からの出力信号と同じ周波数の信号成分を取
り出し、その振幅大きさに比例した信号を出力する。ま
た、その信号は微分調整回路１４に与えられ、微分調整
回路１４は、同期検波回路１３からの信号の大きさによ
ってランプ波発生回路１２の出力でおるランプ波のスロ
ープ（微係数）の大きさを調整する。 以上の説明において、各光導波路２．３．５は、通常の
光ＩＣ製造プロセスによって作られる共通の基板１５上
に構成された単一モード光導波路である。このプロセス
については、例えば、オーム社から出版されている末松
安晴編著の「半導体レーザと光集積回路」に詳しく解説
されている。また、方向性結合部４．６の特性、構造に
ついては、例えば、電子通信学会研究資料０ＱＥ７Ｂ−
２７Ｐ９〜１６（１９７８年発行）に詳しく解説されて
いる。導波路形光位相変調器７は、方向性結合部６の２
本の先導波路３，５のうち電圧を印加しない方の先導波
路を取り除くことによって構成できる。 同期検波回路］３、微分調整回路１４、正弦波発生回路
１１．波形合成色１０．ランプ波発生回路１２は、通常
市販されている回路で構成できる。 シングル光ファイバコイル８は、光の偏波面を保存して
伝ばんすることが望ましく、例えば、偏波面保存光ファ
イバを用いれば簡単に構成できる。 基板１５は、ガラス基板、ＬｉＮｂＯ３基板で構成して
もよいが、ＧａＡ、基板を用いれば、光源１．光検出器
９ならびに電子回路を同一基板上に構成することが可能
になる。 ランプ波のスロープの調整方法としては、ランプ波の周
波数を一定にしておいて振幅を変化させる方法と、振幅
を一定にしておいて周波数を変える方法とが考えられる
が、後者によれば角速度出力をデジタル化して取り出す
ことができる。 次に、本発明の原理について説明する。シングルモード
光ファイバコイル８に光をもメるいは左に伝ばんした後
、方向性結合部６で合成される光の電界の大きさをそれ
ぞれＥ 、Ｅ とし、ｃｗ ｃｃ 導波路形光位相変調器７による時刻主における光の位相
シフト量をＰ （ｔ）とすると、・・・（２） ここに、ＥＤ ：光源１の強度に比例する常数△φ；系
の受ける角速度によって生じるサグナックの位相差 τ；光がシングルモード光ファイバコイル８を通過する
のに要する時間 となる。 したがって、光検出器９に入射する光のパワー■は、 ・・・（１ で表わすことができる。光位相変調器７は、次式で示さ
れる波形の電圧で駆動する。 Ｐ（ｔ）＝φｏｓｉｎ（１）ｏｔ＋Ａｔ −（４）
（４）式の右辺の第１項は正弦波発生回路１１の出力、
第２項はランプ波発生回路１２の出力に対応する。この
とき、■は、 Ａ（を−で））コ ・・・（５） ここで、（・・・）内の第３項をθとおくと、−〇）］ θ十５ｉｎ（△φ＋Ａτ） ｓ ｉ ｎθ）・・・（Ｏ となり、（６）式のｓｉｎθを、 と展開し、ω０で振動する成分を同期検波回路１３で取
り出すと、その出力■は、 で表わされる。ここで、Ｊｎ（Ｚ）はｎ次のベッセル関
数でおり、Ｊｌ （Ｚ）はＺ−１，８４で最大値（＝
０．５４＞となるから、 となるように、φｏ１ωｏ１τを決めれば、本発明に係
る回転センサの感度は最大となり、Ｖ＝０．２９Ｅｏ
２ｓ ｉ ｎ （△φ十Ａ ｒ ＞−（１０）で示され
る。 ここで、同期検波回路１３の出力Ｖ＝Ｑとなるように微
分調整回路１４でランプ波の傾きＡを調整すると、サグ
ナックの位相差Δφは、Δφ＝−Ａτ
・・・（１１）より求めることができる。 このようにして求めたΔφは、測定可能な変数Ａに対し
てリニアであるため、ダイナミックレンジが広い。また
、Ａの決め方から明らかなように、測定方法が零位法で
あるため光源１の強度（Ｅ。 に比例）変動の影響を受けないようにすることができる
。 上記したように、本発明の実施例によれば、（イ）測定
方法が寒位法であるため、ダイナミックレンジが広い。 （ロ）また、光源１の強度変動の影響を受けないので、
高精度である。 （ハ）出力がデジタル信号で取り出せるため、後処理が
容易である。 という利点がある。 なお、導波路形光位相変調器７と方向性結合部６との間
に第２の導波路形光位相変調器を設け、正弦波発生回路
１１の出力を第２の光位相変調器へ印加し、ランプ波発
生回路１２の出力を第１の光位相変調器７へ印加するよ
うにして、波形合成回路１０を使わないようにしてもよ
く、同一の効果を得ることができる。 ［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、光源の強度変動
の影響を受けず、高精度の回転角速度に比例した出力が
得られ、かつ、ダイナミックレンジを広くすることがで
き、ざらに、出力をデジタル信号で取り出すことができ
、後処理が容易になるという効果がある。 ４、図面の簡単な説明 第１図は本発明の光フフイバ回転センサの一実施例を示
す構成図でめる。 １・・・光源、 ２．３．５・・・先導波路、 ４．６・・・方向性結合部、 ７・・・導波路形光位相変調器、 ８・・・シングルモード光ファイバコイル、９・・・光
検出器、 １０・・・波形合成回路、 １１・・・正弦波発生回路、 １２・・・ランプ波発生回路、 １３・・・同期検波回路、 １４・・・微分調整回路、 １５・・・基板。
す構成図である。 １・・・光源、 ２．３．５・・・光導波路、 ４．６・・・方向性結合部、 ７・・・導波形位相変調器、 ８・・・シングルモード光ファイバコイル、９・・・光
検出器、 １０・・・波形合成回路、 １１・・・正弦波発生回路、 １２・・・ランプ波発生回路、 １３・・・同期検波回路、 １４・・・微分調整回路、 １５・・・基板。 代理人 弁理士 佐 藤 不二雄 第 １ 目 手続補正書く自発） １事件の表示 昭和 ６０ 年 特 許 願第 ８７２０３ 号
２発明の名称 光ファイバ回転センサ ３ 補正をする者 補正の対象 明細書の全文 添付書類の目録 別紙（訂正明細書） １通 以上 訂 正 明 細 書 １、発明の名称 光ファイバ回転センサ２、特許請求の
範囲 （１）光源からの光を光分岐合成器で２つに分岐し、一
方の光を光位相変調器を通した後シングルモード光ファ
イバの一端に入射し、他方の光を前記シングルモード光
ファイバの他の一端に入射し、前記シングルモード光フ
ァイバを一周した前記２つの光を前記光分岐合成器で合
成して干渉させ、その干渉光を光検出器で電気信号に変
換した後、同期検波回路で前記光位相変調器の駆動周波
数により同期検波するようにした光ファイバ回転センサ
において、ランプ波発生回路と、該ランプ波発生回路の
出力を前記光位相変調器を駆動する信号に重畳する波形
合成回路と、前記ランプ波発生回路の出力のランプ波の
傾きを前記同期検波回路の出力の大きさに応じて変化さ
せる微分調整回路とを具備することを特徴とする光ファ
イバ回転センサ。 ３、発明の詳細な説明 ［発明の背景と目的コ 本発明は光ファイバ回転センサに係り、特に高精度で、
ダイナミックレンジを広くするのに好適な位相変調方式
の光ファイバ回転センサに関するものである。 光ファイバ内を伝ばんする光に位相変調をかけて感度の
最適化をはかるようにした光ファイバ回転センサについ
ては、ＵｌｒｉＣｈによって０ｐｔｉｓ Ｌｅｔｔ−ｅ
ｒ ＶＯＩ５． Ｎ（１５、Ｐ１７３．１９８０に発表
されている。 しかし、この方式の回転センサには、 （１）出力が光源の強度に比例した電圧レベルで得られ
るため、光源の強度変動の影響を直接受ける。 （２）出力が求める回転角度の三角関数として得られる
ため、角速度の周期関数となり、ダイナミックレンジが
狭い。 という問題点があった。（１）に関しては、光源の強度
変動を小さくするため、光源の温度制御を行って温度を
安定化させ、かつ、光源からの光をモニタして光源の駆
動回路へフィードバックして出力を一定にする方法が検
討されているが、温度制御を行うようにすると装置が大
型化し、また、後者のフィードバック機構は効果が不十
分で、実用的でないという問題がある。（２）に関して
は、いくつかの回路を付加して出力として角速度Ωの５
ｉｎＫΩ、Ｃ０５ＫΩ（Ｋは常数）の両関数を取り出し
、角速度Ωの一般角を求める方法が提案されているが、
計算が複雑であるため処理上に時間がかかり、また、上
記両関数を用いてもにΩが［−π。 πコの範囲を越えた場合はΩが一意的に定まらないとの
問題点がある。 本発明は上記に鑑みてなされたもので、その目的とする
ところは、光源の強度変動の影響を受けず、回転角速度
に比例した出力が得られる高精度で、ダイナミックレン
ジを広くすることができる光ファイバ回転センサを提供
することにある。 ［発明の概要コ 本発明の特徴は、光源からの光を光分岐合成器で２つに
分岐し、一方の光を光位相変調器を通した後シングルモ
ード光ファイバの一端に入射し、他方の光を上記シング
ルモード光ファイバの他の一端に入射し、上記シングル
モード光ファイバを一周した上記２つの光を上記光分岐
合成器で合成して干渉させ、その干渉光を光検出器で電
気信号に変換した後、同期検波回路で上記光位相変調器
の駆動周波数により同期検波するようにしたものにおい
て、ランプ波発生回路と、このランプ波発生回路の出力
をし上記光位相変調器を駆動する信号に重畳する波形合
成回路と、上記ランプ波発生回路の出力のランプ波の傾
きを上記同期検波回路の出力の大きさに応じて変化させ
る微分調整回路とを具備した構成とした点にある。 ［実施例］ 以下本発明を第１図に示した実施例を用いて詳細に説明
する。 第１図は本発明の光ファイバ回転センサの一実施例を示
す構成図である。第１図において、光源からの光は、先
導波路２に導かれる。光導波路２は光導波路３と方向性
結合部４で空間的に接近して設置してあり、光導波路２
を伝ばんする光の約半分はエバネッセント波として先導
波路３に結合するようにしである。光導波路３は光導波
路５と方向性結合部（光分岐合成器）６で空間的・に接
近して設置してあり、先導波路３を伝ばんする光の約半
分からエバネッセント波として先導波路５に結合するよ
うにしである。光導波路３を伝ばんした光は、導波路形
光位相変調器７を通過した後シングルモード光ファイバ
コイル８の一端に入射し、先導波路５を伝ばんした光は
、シングルモード光ファイバコイル８の他の一端に入射
する。これら両方の光はシングルモード光ファイバコイ
ル８をそれぞれ左まわり、右まわりに伝ばんした後、光
導波路５および３に結合し、方向性結合部６で合成され
て干渉し、先導波路３を伝ばんして光検出器９に入射し
、電気信号に変換される。 １０は波形合成回路で、正弦波発生回路１１とランプ波
発生回路１２との出力信号を合成し、光位相変調器７に
印加する。光位相変調器７は、印加された電気信号の大
きさに比例した量だけ光を位相シフ１〜する。１３は同
期検波回路で、光検出器９からの電気信号から正弦波発
生回路１１からの出力信号と同じ周波数の信号成分を取
り出し、その振幅大きさに比例した信号を出力する。ま
た、その信号は微分調整回路１４に与えられ、微分調整
回路１４は、同期検波回路１３からの信号の大きさによ
ってランプ波発生回路１２の出力でおるランプ波のスロ
ープ（微係数）の大きさを調整する。 以上の説明において、各光導波路２．３．５は、通常の
光ＩＣ製造プロセスによって作られる共通の基板１５上
に構成された単一モード光導波路である。このプロセス
については、例えば、オーム社から出版されている末松
安晴編著の「半導体レーザと光集積回路」に詳しく解説
されている。また、方向性結合部４．６の特性、構造に
ついては、例えば、電子通信学会研究資料０ＱＥ７Ｂ−
２７Ｐ９〜１６（１９７８年発行）に詳しく解説されて
いる。導波路形光位相変調器７は、方向性結合部６の２
本の先導波路３，５のうち電圧を印加しない方の先導波
路を取り除くことによって構成できる。 同期検波回路］３、微分調整回路１４、正弦波発生回路
１１．波形合成色１０．ランプ波発生回路１２は、通常
市販されている回路で構成できる。 シングル光ファイバコイル８は、光の偏波面を保存して
伝ばんすることが望ましく、例えば、偏波面保存光ファ
イバを用いれば簡単に構成できる。 基板１５は、ガラス基板、ＬｉＮｂＯ３基板で構成して
もよいが、ＧａＡ、基板を用いれば、光源１．光検出器
９ならびに電子回路を同一基板上に構成することが可能
になる。 ランプ波のスロープの調整方法としては、ランプ波の周
波数を一定にしておいて振幅を変化させる方法と、振幅
を一定にしておいて周波数を変える方法とが考えられる
が、後者によれば角速度出力をデジタル化して取り出す
ことができる。 次に、本発明の原理について説明する。シングルモード
光ファイバコイル８に光をもメるいは左に伝ばんした後
、方向性結合部６で合成される光の電界の大きさをそれ
ぞれＥ 、Ｅ とし、ｃｗ ｃｃ 導波路形光位相変調器７による時刻主における光の位相
シフト量をＰ （ｔ）とすると、・・・（２） ここに、ＥＤ ：光源１の強度に比例する常数△φ；系
の受ける角速度によって生じるサグナックの位相差 τ；光がシングルモード光ファイバコイル８を通過する
のに要する時間 となる。 したがって、光検出器９に入射する光のパワー■は、 ・・・（１ で表わすことができる。光位相変調器７は、次式で示さ
れる波形の電圧で駆動する。 Ｐ（ｔ）＝φｏｓｉｎ（１）ｏｔ＋Ａｔ −（４）
（４）式の右辺の第１項は正弦波発生回路１１の出力、
第２項はランプ波発生回路１２の出力に対応する。この
とき、■は、 Ａ（を−で））コ ・・・（５） ここで、（・・・）内の第３項をθとおくと、−〇）］ θ十５ｉｎ（△φ＋Ａτ） ｓ ｉ ｎθ）・・・（Ｏ となり、（６）式のｓｉｎθを、 と展開し、ω０で振動する成分を同期検波回路１３で取
り出すと、その出力■は、 で表わされる。ここで、Ｊｎ（Ｚ）はｎ次のベッセル関
数でおり、Ｊｌ （Ｚ）はＺ−１，８４で最大値（＝
０．５４＞となるから、 となるように、φｏ１ωｏ１τを決めれば、本発明に係
る回転センサの感度は最大となり、Ｖ＝０．２９Ｅｏ
２ｓ ｉ ｎ （△φ十Ａ ｒ ＞−（１０）で示され
る。 ここで、同期検波回路１３の出力Ｖ＝Ｑとなるように微
分調整回路１４でランプ波の傾きＡを調整すると、サグ
ナックの位相差Δφは、Δφ＝−Ａτ
・・・（１１）より求めることができる。 このようにして求めたΔφは、測定可能な変数Ａに対し
てリニアであるため、ダイナミックレンジが広い。また
、Ａの決め方から明らかなように、測定方法が零位法で
あるため光源１の強度（Ｅ。 に比例）変動の影響を受けないようにすることができる
。 上記したように、本発明の実施例によれば、（イ）測定
方法が寒位法であるため、ダイナミックレンジが広い。 （ロ）また、光源１の強度変動の影響を受けないので、
高精度である。 （ハ）出力がデジタル信号で取り出せるため、後処理が
容易である。 という利点がある。 なお、導波路形光位相変調器７と方向性結合部６との間
に第２の導波路形光位相変調器を設け、正弦波発生回路
１１の出力を第２の光位相変調器へ印加し、ランプ波発
生回路１２の出力を第１の光位相変調器７へ印加するよ
うにして、波形合成回路１０を使わないようにしてもよ
く、同一の効果を得ることができる。 ［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、光源の強度変動
の影響を受けず、高精度の回転角速度に比例した出力が
得られ、かつ、ダイナミックレンジを広くすることがで
き、ざらに、出力をデジタル信号で取り出すことができ
、後処理が容易になるという効果がある。 ４、図面の簡単な説明 第１図は本発明の光フフイバ回転センサの一実施例を示
す構成図でめる。 １・・・光源、 ２．３．５・・・先導波路、 ４．６・・・方向性結合部、 ７・・・導波路形光位相変調器、 ８・・・シングルモード光ファイバコイル、９・・・光
検出器、 １０・・・波形合成回路、 １１・・・正弦波発生回路、 １２・・・ランプ波発生回路、 １３・・・同期検波回路、 １４・・・微分調整回路、 １５・・・基板。
Claims (1)
- （１）光源からの光を光分岐合成器で２つに分岐し、一
方の光を光位相変調器を通した後シングルモード光ファ
イバの一端に入射し、他方の光を前記シングルモード光
ファイバの他の一端に入射し、前記シングルモード光フ
ァイバを一周した前記２つの光を前記光分岐合成器で合
成して干渉させ、その干渉光を光検出器で電気信号に変
換した後、周期検波回路で前記光位相変調器の駆動周波
数により同期検波するようにした光ファイバ回転センサ
において、ランプ波発生回路と、該ランプ波発生回路の
出力を前記光位相変調器を駆動する信号に重畳する波形
合成回路と、前記ランプ波発生回路の出力のランプ波の
傾きを前記同期検波回路の出力の大きさに応じて変化さ
せる微分調整回路とを具備することを特徴とする光ファ
イバ回転センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60087203A JPS61245014A (ja) | 1985-04-23 | 1985-04-23 | 光フアイバ回転センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60087203A JPS61245014A (ja) | 1985-04-23 | 1985-04-23 | 光フアイバ回転センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61245014A true JPS61245014A (ja) | 1986-10-31 |
Family
ID=13908410
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60087203A Pending JPS61245014A (ja) | 1985-04-23 | 1985-04-23 | 光フアイバ回転センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61245014A (ja) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6129715A (ja) * | 1984-06-14 | 1986-02-10 | トムソン―セーエスエフ | 閉ル−プ干渉計において生じる非可逆的位相シフトを測定するための装置 |
-
1985
- 1985-04-23 JP JP60087203A patent/JPS61245014A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6129715A (ja) * | 1984-06-14 | 1986-02-10 | トムソン―セーエスエフ | 閉ル−プ干渉計において生じる非可逆的位相シフトを測定するための装置 |
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