JPS6352332B2 - - Google Patents

Description

請求の範囲 １ 少なくとも１種類の環境の影響を感知するこ
とが出来る、反対向きに伝播する光ビームを用い
る光学装置に於て、第１の光ビームを発生する光
源と、該第１の光ビームを少なくとも第２及び第
３の光ビームに分割する手段と、前記環境の影響
を加えることの出来る光路と、前記第２及び第３
の光ビームを前記光路に沿つて反対向きに差し向
けて、前記第２及び第３の光ビームに対して反対
向きに伝播する光路を設定する手段と、一方のビ
ームが前記反対向きに伝播する光路を通過する前
に周波数偏移を受け、他方のビームが前記反対向
きに伝播する光路を通過した後に周波数偏移を受
ける様に、前記第２及び第３の光ビームの途中に
配置されていて、前記第２及び第３の光ビームの
間に周波数偏移を作ることが出来る手段と、一方
のビームが前記反対向きに伝播する光路を通過す
る前に変り、他方のビームが前記反対向きに伝播
する光路を通過した後に変わる様に、前記第２及
び第３の光ビームの途中に配置されていて、前記
第２及び第３の光ビームの間の非相反移相を変え
ることが出来る手段と、前記第２及び第３の光ビ
ームが前記反対向きに伝播する光路に差し向けら
れた後、前記第２及び第２の光ビームを第４の光
ビームに再び組合せる手段と、該第４の光ビーム
を検出して、それから前記環境の影響によつて誘
起された位相を表わす出力を発生する手段と、該
検出する手段、並びに前記第２及び第３の光ビー
ムの間の非相反移相を変えることが出来る手段に
接続されていて、前記検出手段の出力を補償し
て、該位相補償の程度を表わす出力を発生すると
共に、該位相補償の程度を表わす出力を前記非相
反移相を変えることの出来る手段に印加すること
によつて、前記検出手段の出力を、前記環境の影
響のない位相関係に復元する手段とを有し、前記
位相補償の程度を表わす出力が環境の影響の大き
さも表わす光学装置。

２ 請求の範囲１に記載した光学装置に於て、前
記第２及び第３の光ビームの間の非相反移相を変
えることが出来る手段が、前記検出手段の出力を
環境の影響のない位相関係に復元する為に前記検
出手段の出力を補償する手段に接続された光学デ
イザ発生器と、前記反対向きに伝播する光路内に
配置された光フアイバと、前記光学デイザ発生器
によつて駆動される様に接続されると共に、前記
光学フアイバに力を加えて非相反移相を導入する
様に配置された変換器とを含む光学装置。

３ 請求の範囲２に記載した光学装置に於て、前
記検出手段の出力を環境の影響のない位相関係に
復元する為に、前記検出手段の出力を補償する手
段が、前記第４の光ビームを検出する手段の出力
並びに前記光学デイザ発生器に接続されていて、
それから同期復調出力を発生する同期復調器と、
該同期復調出力を受取つて、それから積分した同
期復調出力を発生する様に接続された積分器と、
前記積分した同期復調出力に接続されていて、前
記積分した同期復調出力と共に周波数が変化する
出力を持ち、前記位相補償の程度を表わす出力を
発生する発振器とを含む光学装置。

４ 請求の範囲１に記載した光学装置に於て、前
記第２及び第３の光ビームの間の非相反移相を変
えることが出来る手段が、第１、第２及び第３の
面を持つ偏光キユーブのビーム分割器を有し、前
記第２の光ビームが前記第１の面を通つて、予定
の偏光状態で前記第２の面から出る様にし、前記
第３の面に向けられて、前記第２の光ビームの予
定の偏光状態とは反対の予定の偏光状態をもつて
前記第２の面から出る様にし、更に、前記第２の
面から出る第２及び第３のビームがそれを通過す
る様に配置された1/4波長板と、該1/4波長板から
出た第２の及び第３のビームを移相して、該移相
した第２及び第３のビームを逆に前記1/4波長板
及び偏光キユーブのビーム分割器の前記第３及び
第１の面に夫々通す様に配置された可変エタロン
とを含んでいる光学装置。

５ 請求の範囲４に記載した光学装置に於て、前
記可変エタロンが、反射率の高い鏡と、該反射率
が高い鏡及び前記1/4波長板の間に配置された部
分的に反射性の鏡と、該部分的に反射性の鏡を前
記反射率の高い鏡に接近させたり、それから遠ざ
けたりする手段とを含んでいる光学装置。

６ 請求の範囲４に記載した光学装置に於て、前
記可変エタロンが反射率の高い鏡と、該反射率の
高い鏡及び前記1/4波長板の間に配置された部分
的に反射性の鏡と、前記反射率が高い鏡及び部分
的に反射性の鏡の間に配置されていて、反射率が
高い鏡及び部分的に反射性の鏡の間の光路長を変
える電気光学式変調器とを含んでいる光学装置。

７ 請求の範囲１に記載した光学装置に於て、前
記第２及び第３の光ビームの間の非相反移相を変
えることが出来る手段が、端を持つ光学フアイバ
を含み、前記第２及び第３の光ビームが予定の方
向に前記端に入り又は前記端を出て光学フアイバ
を通過し、更に、前記光学フアイバの前記端を前
記第２及び第３のビームの予定の方向に動かす手
段を含んでいる光学装置。

８ 請求の範囲７に記載した光学装置に於て、前
記第２及び第３のビームの予定の方向に前記光学
フアイバの端を動かす手段が、前記光学フアイバ
の前記端に取付けられた基板と、加えられた信号
に応答して前記基板を動かす様に接続された力を
発生する要素とを含んでいる光学装置。

９ 請求の範囲１に記載した光学装置に於て、前
記第２及び第３の光ビームの間の非相反移相を変
えることが出来る手段が、少なくとも１つの端を
持つていて前記第２及び第３の光ビームがその中
を通過する光学フアイバと、該光学フアイバの前
記端に取付けられたフエルールと、前記光学フア
イバの前記端に隣接して取付けられたクランプ
と、前記フエルール及びクランプの間に配置され
ていて、加えられた信号に応答して前記光学フア
イバに応力を加える力を発生する要素とを含んで
いる光学装置。

１０ 請求の範囲１に記載した光学装置に於て、
前記第２及び第３の光ビームの間の非相反移相を
変えることが出来る手段が、前記第２及び第３の
光ビームがその中を通過する光学フアイバと、該
光学フアイバの周りに配置されていて、加えられ
た信号に応答して該光学フアイバに応力を加える
円筒形力発生要素とを含んでいる光学装置。

１１ 請求の範囲１に記載した光学装置に於て、
前記第２及び第３の光ビームの間の非相反移相を
変えることが出来る手段が、前記第２及び第３の
光ビームがその中を通過する光学フアイバと、該
光学フアイバの周りに接続された１対の相隔たる
クランプと、該相隔たるクランプの間に配置され
ていて、加えられた信号に応答して、前記光学フ
アイバに応力を加える力発生要素とを含んでいる
光学装置。

１２ 請求の範囲１に記載した光学装置に於て、
前記第２及び第３の光ビームの間の非相反移相を
変えることが出来る手段が、前記第２及び第３の
光ビームがその中を通過する光学フアイバと、該
光学フアイバの周りに配置された第１及び第２の
クランプ部分を持つていて、第１のクランプ部分
が光学フアイバと接触しているクランプと、前記
第２のクランプ部分及び光学フアイバの間に配置
されていて、当該力発生要素に加えられた信号に
応答して前記光学フアイバに応力を加える力発生
要素とを含んでいる光学装置。

１３ 請求の範囲１に記載した光学装置に於て、
前記第２及び第３の光ビームの間の非相反移相を
変えることが出来る手段が、前記第２及び第３の
光ビームがその中を通過する光学フアイバと、該
光学フアイバの一部分の周りに配置された流体容
器と、該容器に配置されていて、該容器に対して
力を加える力発生要素とを含み、該力発生要素に
加えられた信号に応答して、前記力が前記流体に
よつて光学フアイバに伝達されて光学フアイバに
応力を加えるようにした光学装置。

１４ 請求の範囲１３に記載した光学装置に於
て、力発生要素が圧電素子である光学装置。

１５ 請求の範囲１に記載した光学装置に於て、
前記第２及び第３の光ビームの間で周波数を偏移
させることが出来る手段が音響光学式変調器を含
み、該変調器は、第１の側面、該第１の側面に対
して直角の第２の側面、前記第１の側面に対して
ブラツグの角度だけ直角から異なる様に配置され
た第３の側面及び第４の側面を持つていて、前記
第１の側面がブラツグの角度だけ直角から異なる
様に前記第１の光ビーム内に配置される変調素子
と、前記第１の側面に隣接して前記第２の側面に
取付けられ、予定の搬送波周波数で駆動される第
１の変換器と、前記第１の側面から隔てゝ前記第
３の側面に取付けられ、前記予定の搬送波周波数
とは偏移周波数だけ異なる周波数で駆動される第
２の変換器とを有し、この為、前記第１のビーム
の周波数、前記第１のビームの周波数に偏移周波
数を加えた周波数、並びに前記第１のビームの周
波数から前記偏移周波数を差し引いた周波数のビ
ームが、前記第４の面から相異なる予定の方向に
出て来る様にした光学装置。

１６ 請求の範囲１に記載した光学装置に於て、
前記第２及び第３の光ビームの間で周波数を偏移
させることが出来る手段が音響光学式変調器を含
み、該変調器は、第１の側面、該第１の側面に対
してブラツグの角度だけ直角から異なる様に配置
された第２の側面、前記第１の側面に対してブラ
ツグの角度だけ直角から異なる様に配置された第
３の側面及び前記第１の側面と平行な第４の側面
を持つていて、前記第１の側面が前記第１の光ビ
ーム内に、それに対して直角に配置されている梯
形変調素子と、前記第１の側面に隣接して前記第
２の側面に取付けられ、予定の搬送波周波数で駆
動される第１の変換器と、前記第１の側面から隔
たつて前記第３の側面に取付けられていて、前記
予定の搬送波周波数から偏移周波数だけ異なる周
波数で駆動される第２の変換器とを有し、こうし
て前記第１のビームの周波数を持つビームが前記
第４の面から直角に出て来ると共に、前記第１の
ビームの周波数から前記予定の搬送波周波数だけ
異なる周波数のビームが前記第４の面からブラツ
グの直角の２倍だけ直角と異なる角度で出て来る
と共に、前記第１のビームの周波数から前記第２
の変換器が駆動される周波数だけ異なる周波数の
ビームが、前記第４の面からブラツグの角度の２
倍だけ直角と異なる角度で出て来る様にした光学
装置。

１７ 請求の範囲１に記載した光学装置に於て、
前記第２及び第３の光ビームの間で周波数を偏移
させることが出来る手段が音響光学式変調器を含
み、該変調器は、第１の側面、該第１の側面に対
して直角の第２の側面、前記第１の側面に対して
直角の第３の側面、及び前記第１の側面に対して
平行な第４の側面を持つていて、前記第１の側面
が前記第１の光ビーム内に配置されている変調素
子と、前記第２の側面に取付けられていて予定の
搬送波周波数で駆動される第１の変換器と、前記
第３の側面に取付けられていて、前記予定の搬送
波周波数から偏移周波数だけ異なる周波数で駆動
される第２の変換器とを有し、こうして前記第１
のビームの周波数を持つビームが前記第４の面か
ら、前記第１のビームと平行に出て来ると共に、
前記第１のビームの周波数から前記予定の搬送波
周波数だけ異なる周波数のビームが前記第４の面
から、前記第１のビームに対してブラツグの角度
をなす様に出て来ると共に、前記第１のビームの
周波数から前記第２の変換器が駆動される周波数
だけ異なる周波数のビームが、前記第４の面から
前記第１のビームに対してブラツグの角度をなす
様に出て来る光学装置。

１８ 請求の範囲１に記載した光学装置に於て、
前記第２及び第３の光ビームの間で周波数を偏移
させることが出来る手段が音響光学式変調器を含
み、該変調器が第１の側面、該第１の側面に対し
て直角の第２の側面、前記第１の側面に対して直
角の第３の側面及び前記第１の側面に対して平行
な第４の側面を持つていて、前記第１の側面が前
記第１の光ビーム内に配置される変調素子と、前
記第２の側面に取付けられていて予定の搬送波周
波数で駆動される第１の変換器と、前記第３の側
面に取付けられていて、前記予定の搬送波周波数
から偏移周波数だけ異なる周波数で駆動される第
２の変換器とを有し、この為、前記第１のビーム
の周波数を持つ第１の変調器出力ビーム、前記第
１のビームの周波数から前記予定の搬送波周波数
だけ異なる周波数の第２の変調器出力ビーム、及
び前記第１のビームの周波数から前記第２の変換
器が駆動される周波数だけ異なる周波数の第３の
変調器出力ビームが、前記第４の面から前記第１
のビームに対して予定の角度で出て来る様にした
光学装置。

１９ 請求の範囲１８に記載した光学装置に於
て、前記第２及び第３の変換器が互いに直角に取
付けられている光学装置。

２０ 請求の範囲１に記載した光学装置に於て、
前記第２及び第３の光ビームの間で周波数を偏移
させることが出来る手段が音響光学式変調器を含
み、該変調器は、第１の側面、該第１の側面に対
してブラツグの角度だけ直角と異なるように配置
された第２の側面、前記第１の側面に対してブラ
ツグの角度の５倍だけ直角と異なる様に配置され
た第３の側面、及び前記第１の側面に対してブラ
ツグの角度の３倍だけ異なる第４の反射性側面を
持つていて、前記第１の側面が前記第１の光ビー
ムに対して直角に配置されている変調素子と、前
記第２の側面に取付けられていて予定の搬送波周
波数で駆動される第１の変換器と、前記第３の側
面に取付けられていて前記予定の搬送波周波数か
ら偏移周波数だけ異なる周波数で駆動される第２
の変換器とを有し、こうして前記第１のビームの
周波数を持つ第１の変調器出力ビーム、前記第１
のビームの周波数から前記予定の搬送波周波数だ
け異なる周波数の第２の変調器出力ビーム、及び
前記第１のビームの周波数から前記第２の変換器
が駆動される周波数だけ異なる周波数の第３の変
調器出力ビームが、前記第１の面から前記第１の
ビームに対して予定の角度で出て来る様にした光
学装置。

２１ 請求の範囲２０に記載した光学装置に於
て、前記第１のビームが前記第１の面に対して直
角に入り、前記第１の変調器出力ビームが前記第
１の面からブラツグの角度の６倍の角度で出て来
ると共に、前記第２の変調器出力ビームが前記第
１の面からブラツグの角度の10倍の角度で出て来
ると共に前記第３の変調器出力ビームが前記第１
の面からブラツグの角度の４倍の角度で出て来る
様にした光学装置。

２２ 少なくとも１種類の環境の影響を感知する
ことが出来る反対向きに伝播する光ビームを用い
る光学装置に於て、第１の光ビームを発生する光
源と、該第１の光ビームを少なくとも第２及び第
３の光ビームに分割する手段と、環境の影響を加
えることが出来る光路と、前記第２及び第３の光
ビームを前記光路に沿つて反対向きに差し向けて
第２及び第３のビームに対して反対向きに伝播す
る光路を設定する手段と、一方のビームが前記反
対向きに伝播する光路を通過する前に変わり且つ
他方のビームが前記反対向きに伝播する光路を通
過した後に変わる様に、前記第２及び第３の光ビ
ームの間の非相反移相を変えることが出来る手段
と、前記第２及び第３の光ビームが前記反対向き
に伝播する光路に沿つて差し向けられた後、前記
第２及び第３のビームを第４の光ビームに再び組
合せる手段と、該第４の光ビームを検出して、そ
れから環境の影響によつて誘起された位相を表わ
す出力を発生する手段と、該検出手段並びに前記
第２及び第３の光ビームの間の非相反移相を変え
ることができる手段に接続されていて、前記検出
手段の出力を補償して、位相補償の程度を表わす
出力を発生すると共に位相補償の程度を表わす出
力を前記非相反移相を変えることが出来る手段に
印加することによつて、前記検出手段の出力を環
境の影響がない時の位相関係に復元する手段とを
有し、前記非相反移相を変えることが出来る手段
は、前記検出手段の出力を補償して、該検出手段
の出力を環境の影響がない時の位相関係に復元す
る前記手段に接続された光学デイザ発生器、前記
反対向きに伝播する光路内に配置された光学フア
イバ、及び前記光学デイザ発生器によつて駆動さ
れる様に接続されると共に、前記光学フアイバに
力を加えて非相反移相を導入する様に配置された
変換器を含んでおり、前記位相補償の程度を表わ
す出力が、環境の影響の大きさをも表わす様にし
た光学装置。

２３ 請求の範囲２２に記載した光学装置に於
て、前記光学フアイバが偏光維持光学フアイバで
あり、更に、前記第１の光ビームの所望の偏光状
態を設定する手段を有する光学装置。

２４ 請求の範囲２２に記載した光学装置に於
て、前記第１の光ビームの所望の直線偏光状態を
設定する手段と、前記所望の直線偏光状態に対し
て約45゜で、光学装置の出力帯域幅より十分高い
周波数で、前記光学フアイバに正弦状に力を加え
て、該光学フアイバに付加的な複屈折を誘起し
て、第２及び第３の光ビームの強度を平均して正
しい偏光状態に維持する手段とを有する光学装
置。

発明の要約 光ビームを分割して、その回転を感知しようと
する光学コイルの両端に導入する改良された小形
光学ジヤイロを提供する。少なくとも１つの周波
数偏移器を配置してビームの周波数に影響を与
え、非相反移相を導入し又は調節する。次にビー
ムを混合して、合成ビームを適当な回路で検出し
て解析し、光路の回転を表わす出力を発生する。

関連する出願との関係 この出願は、何れもリチヤードF.カヒル及びエ
ーリツク・アツドの1978年12月７日に出願された
米公特許願通し番号第967267号「位相ゼロ形光学
ジヤイロ」及び1981年１月16日に出願された米国
特許出願通し番号第225731号「光学式音響感知装
置」に関連する。この何れもこの出願人の被譲渡
人に譲渡されており、これらの出願は、この出願
で全部記載したものとして引用する。

発明の背景 従来の機械的なジヤイロは大抵の用途に利用す
ることが出来るが、そのコストが高く、始動時間
が長く、信頼性が低くて、加速に伴う問題がある
為、光学ジヤイロの様な固体形の慣性感知装置を
実現することが大いに魅力がある。広い範囲の製
品として受入れられる為には、光学ジヤイロはダ
イナミツク・レンジが大きくなければならない。
例えば、有人航空機に対する慣性航法装置に使う
ジヤイロは、航法、兵器の射撃の制御並びに支
持、及び偵察の各機能を達成する為の十分な精度
を持ちながら、約400゜／秒の尖頭角度入力速度を
感知することが出来なければならない。その反対
に、バイアス不安定度は0.01゜／時よりよくなけ
ればならない。

これはダイナミツク・レンジとしては約８桁で
あり、これが航法用光学ジヤイロの性能としての
主な目的である。第２に、それに劣らず重要な性
能の目標としては、倍率の安定度、距離係数の非
対称性並びに倍率の直線性から成る倍率の誤差が
10ppm以下であること、加速度に対する感度が
0.01゜／時／ｇ以下であること、−30〓乃至160〓
の動作温度がとれること、軸線整合不安定度が10
アーク秒以下であること、並びに10ｇまでの直線
加速度に耐え得ることが挙げられる。

これまでの所、リング・レーザに基づく慣性感
知の考えが最もよい結果を生んだ。例えば、低い
回転速度に於けるリング・レーザ・ジヤイロに特
有なロツクイン問題を回避する為に、デイザリン
グと呼ばれる機械的な方法を用いたリング・レー
ザ・ジヤイロを利用し得る。このジヤイロは現在
利用し得るジヤイロの内で最善の性能を持つが、
機械的なデイザリングを使うことは、純枠な固体
装置の潜在的な利点を見捨てるものである。この
従来のジヤイロは、一体化した構造を持つてい
て、極めて品質の高い光学系を必要とする為、大
型で費用が高い。この他に現在利用し得るリン
グ・レーザ・ジヤイロは、ロツクイン区域からの
電子式のバイアスとして作用する磁気光学鏡に基
づいており、低い回転速度での動作が出来る。こ
れは前に述べた機械的なデイザリングを用いたリ
ング・ジヤイロよりも一層小型で費用が安い。然
し、その性能はそれ程よくなく、その費用は依然
として高く、生産の経済性によるコスト低下の見
込みも小さいと思われる。

リング・レーザの空洞にバイアス要素としてフ
アラデー回転子を導入する努力をしたものを含め
て、この他のレーザ・ジヤイロが提案されてい
る。然し、この様な装置は熱並びに磁気に対する
感度が極めて大きい為、上に述べた様な性能の条
件に合う位に開発が進められるかどうか、疑問が
ある。水晶を使つて周波数を右廻り及び左廻りの
円偏光モードに分割するという多重発振器（４ヨ
ード）リング・レーザの考えを現在追求している
研究者もいる。この各々のモードがフアラデー要
素によつて再び分割される。この後、各組の円偏
光の光ビームを混合して、回転速度に応じた周波
数出力を求める。多重発振器方式は、前に述べた
商業的に利用し得る２つのジヤイロとは異なる
が、光学部品並びに最終的な読出しの点で一層複
雑になる装置を用いることにより、寸法並びにコ
ストが大幅に減少することを期待する理由は何も
ない様に思われる。将来、上に述べた光学ジヤイ
ロ又はその考えが、高い精度、小さな寸法並びに
安いコストと云う所望の条件を充たすことは考え
られない。

米国特許第3879310号には、リング空洞内にあ
る可飽和吸収ガス要素を基本として、可飽和吸収
ガスの作用によつて際立つたバイアス安定性を達
成し得るという点で、潜在的な利点を提供するリ
ング・レーザ・ジヤイロが記載されている。ヘリ
ウム・ネオンの好ましい3.39ｍ線の動作は、極め
て高い利得を持つが、これによつて潜在的に一層
小形で性能の高いリング・レーザ・ジヤイロが得
られる。この米国特許のリング・レーザ・ジヤイ
ロは、現在開発されているものに較べて、競争し
得る潜在的な利点があるが、従来のリング・レー
ザ・ジヤイロの特徴である同じ問題の多くが残
る。即ち、長い開発時間、高級で、従つて高価な
光学装置を必要とすること、並びにネオン・ガス
のレーザ媒質の利得の為、基本的な寸法の制約が
あることである。

リング・レーザ・ジヤイロと異なり、受動形空
洞を持つレーザ・ジヤイロ形式は、主にかなり減
衰が小さい単一モードのフアイバが最近になつて
利用出来る様になつたことにより、最近になつて
初めて研究が行なわれている。この１つの装置
は、エタロンによつて発生され、反対向きに伝播
するビームによつて相異なる２方向に測定される
通過帯の差を利用する。その欠点は、実際のエタ
ロンではｑ（又は純度）が制限されている為、航
法用のジヤイロ条件を充たすことが出来ないこと
である。この最近のジヤイロを例外として、受動
空洞形レーザ・ジヤイロに関する公知の全ての積
極的な研究結果は、単一モードのフアイバ・コイ
ルを通過する反対向きに伝播するビームを用い
る。

単一モードの光学フアイバ・コイルで反対向き
に伝播する２つのビームを混合することにより、
フリンジ・パターンを発生することが出来ること
を実証した研究者がいる。フアイバ・コイルの回
転運動により、２つのビームの間に移相が生じ、
その結果、中心のフリンジの強度に変化が生ず
る。１つの装置は相対的な強度測定値を用いて回
転速度を決定する。強度は0.01％よりも細かく測
定することが困難であるから、この装置のダイナ
ミツク・レンジは非常に限られている。他のグル
ープの研究では、反対向きに伝播するビームの位
相差を読出すことが一層容易に出来る様にする手
段を開発している。然し、それらは、基本的には
アナログ測定装置である為、基本的にダイナミツ
ク・レンジが依然として制限されている。

位相ゼロ形光学フアイバ・レーザ・ジヤイロ方
式が、オプテイツク・レターズ誌、第４巻第93頁
（1979年３月）所載のR.F.カヒル及びE.アツドの
論文「位相ゼロ形光学フアイバ・レーザ・ジヤイ
ロ」、アブライド・オプテイツクス誌、第19巻第
3054頁（1980年９月15日号）所載のR.F.カヒル及
びE.アツドの論文「固体位相ゼロ形光学ジヤイ
ロ」、及び1978年12月13日にSPIE第157巻、「レー
ザ慣性回転感知装置」でJ.L.デービス及びS.エゼ
キールによつて発表された論文「多重ターン・フ
アイバ・サグナツク（SAGNAC）干渉計を用い
たシヨツト雑音を制限した慣性回転測定方法」に
記載されている。こういう論文は、初期の位相ゼ
ロ形光学フアイバ・ジヤイロを記載したものであ
り、これらは動作することが証明されたが、その
考えを実用に至らしめるのに必要な大掛りな開発
にはまだ入つておらず、この為、光学フアイバを
用いる際に受動形空洞方式を採用し、そのまゝで
は、リング・レーザ・ジヤイロによつて達成され
るよりも、ダイナミツク・レンジをずつと低レベ
ルに制限する様な感度の小さい非直線アナログ出
力を避けることにより、リング・レーザ・ジヤイ
ロに固有の問題を側路することが出来る。

前に述べたカヒル及びアツドのジヤイロは、正
弦形感知装置ではなく、直線形回転感知装置であ
る。これは回転速度に比例する周波数変化を通じ
て、本質的にデイジタルの出力を発生する。この
ジヤイロは、回転による非相反移相をゼロにする
為に、光学フアイバ・コイル内を反対向きに伝播
するビームの間に誘起された周波数の差から生ず
る非相反移相を用いる。この為、これはダイナミ
ツク・レンジを広くし、感度を高くし、直線形で
回転を感知する可能性を持つている。更にこれは
今日の誘導装置に望ましい本質的にデイジタルの
出力を持つている。この発明はこのジヤイロの
種々の改良形式を説明する。

以上従来の装置について簡単に説明した所か
ら、２つの大きな結論を導き出すことが出来る。
第１に、18年間開発が続けられているリング・レ
ーザ・ジヤイロは、予見し得る将来に寸法又はコ
ストの大幅な減少が恐らく出来ないであろうと云
うこと、そして第２に、受動空洞形レーザ・ジヤ
イロ、特に光学フアイバに基づくものは、突破口
となる発明がなければ、現存のリング・レーザ・
ジヤイロの性能レベルに達する望みが殆んどない
ことである。必要なのは、そのコスト並びに寸法
から、長期的にみて、慣性誘導装置に現在要求さ
れる品質の高いジヤイロだけでなく、最終的には
電気的な慣性表示信号を必要とするあらゆる目的
にとつても、代替装置となり得る様に、広いダイ
ナミツク・レンジを持つコストの安い固体レー
ザ・ジヤイロである。

発明の簡単な説明 最も簡単な形式では、この発明の受動形光学フ
アイバ・ジヤイロは、少なくともその使い方の点
では、単色性でコヒーレントである光源を含む。
ビーム分割器が光源からのビームに作用して、光
学フアイバ・コイルに対して反対向きに伝播する
２つのビームを発生する。反対向きに伝播するビ
ームが光学フアイバ・コイルを出て、回転した
後、ビーム分割器によつて再び組合される。再び
組合されるビームの間には次の式で表わされるフ
リンジ・シフトがある。

Z_R＝２ΩRL／λc (1) こゝでＲは光学フアイバ・コイルの半径、λは
波長、Ωは回転速度、Ｌは光学フアイバ・コイル
の長さ、ｃは光速である。再び組合されたビーム
が検出器に反射され、この検出器が回転による余
弦状の強度変化を通じてフリンジ・シフトを監視
する。この装置は簡単であるが、非直線的なアナ
ログ出力を持ち、ダイナミツク・レンジが限られ
ていて、装置の出力の強度変動により、誤差を生
じ易い。

こういう問題を避ける為、回転による移相をゼ
ロにする非相反移相を装置に導入する。源からの
光が周波数F₀で放出されていて、ビーム分割器
によつて反対方きに伝播するビームに分割される
場合、時計廻りに循環する光ビームは光学フアイ
バ・コイルを周波数F₀で通過するが、反時計廻
りのビームはコイルを周波数F₀＋Ｆで循環する。
こゝでＦは適当な周波数偏移器によつて反時計廻
りのビームに導入される。光学フアイバ・コイル
を伝播する２つのビームの間の周波数の差Ｆによ
つて生ずる相対的なフリンジ・シフトは次の式で
表わされる。

Z_F＝（F_cw−F_ccw）t_D＝−Ft_D＝−FLn／ｃ (2) こゝでt_Dはフアイバ・コイルを通る遅延時間で
あり、ｎはその屈折率である。

この装置のゼロ合せをする為には、光学フアイ
バ・コイルを反対向きに伝播する光ビームの周波
数の差によるフリンジ・シフトにより、回転によ
るフリンジ・シフトを打ち消さなければならな
い。即ち、ゼロ状態の判断基準は次の式によつて
表わされる。

Z_R＋Z_F＝０（又はオフセツト周波数
を使う時は任意の整数） (3) 式(1)及び(2)を組合せれば、次の様になる。

Ｆ＝２ΩＲ／λn (4) 式(3)のゼロ状態が成立する様に保証する為、交
流位相感知形検出方式を用いる。反対向きに伝播
するビームの間の非相反移相が速度ωで導入され
る。式(3)の条件が成立する時、ωの第２高調波だ
けが検出器に現われる。装置が回転すると、ωの
第１高調波信号が、回転速度に応じた振幅及び位
相を持つて、検出器に入る。この信号と同期的に
復調し、その結果得られた出力電圧を積分器に印
加すると、この積分器は電圧制御発振器の出力周
波数を補正し、帰還ループを閉じて装置のゼロ合
せをする。

ジヤイロの性能は、種々の部品の悪影響を受
け、これらの部品が振動並びに機械的な撓みによ
つて起す相対的な動きが、装置に誤差を持込む。
その為、この発明の実施例では、この構造が漸進
的に単一の頑丈な要素を目指して構成される。

温度変化によつて、光学フアイバ・コイルの複
屈折が変化することにより、装置の偏光状態が変
わつた場合、信号の急速な低下が起り得る。この
不測の事態は、装置の垂直の直線偏光状態に対し
て45゜で、フアイバ・コイルの１端に取付けられ
た圧電変換器素子で構成された強度維持素子によ
つて処理する。この素子が、ジヤイロの出力帯域
幅より十分高い周波数で正弦状に振動すると共
に、光学フアイバ・コイルに誘起された付加的な
複屈折により、光強度の半分が平均して正しい偏
光状態にある様に、振幅を調節する。複雑になる
ことを忍べば、70％又は更に多くの光が正しい偏
光状態に保たれる様な装置を構成することが出来
る。普通の単一モード・フアイバと性能並びにコ
ストの点で競争力のある様な、偏光状態を保存す
る単一モード・フアイバが将来利用出来る様にな
れば、この様な強度維持素子は必要ではなくな
る。

不正確さに対するこの他の満足し得る解決策と
しては、光路の相反状態を保証する様に単一モー
ドの空間フイルタ及び偏光子を適当に配置するこ
とにより、ジヤイロの環境に対する感度を少なく
することが出来るし、音響光学変調器の放熱部を
設けることにより、温度勾配によるビームのそれ
を防止することが出来るし、ビーム分割モードで
変調器を使うことにより、装置の光学的な効率を
高めることが出来ると同時に、最適の性能が得ら
れる様な変調器の条件を著しく緩和することが出
来るし、フアイバ・コイルの両端を一直線に埋込
むことにより、音響光学式変調器はビーム分割モ
ードで動作することが出来ると共に、こういう重
要な位置の相対的な動きが防止されるし、光学的
な位相デイザ素子を使うことにより、電子回路支
持パツケージの条件を緩和することが出来るし、
大掛りなじやま板及びシールドを設けることによ
り、漂遊の光が検出器に入らない様にすることが
出来る。後で説明する様に、上に述べた様な改良
された形式により、種々の装置の条件に合う様
に、小さな寸法で高い性能を持つと共に、安いコ
ストで製造することの出来る光学フアイバ・ジヤ
イロが得られる。これはリング・レーザ・ジヤイ
ロの大きなダイナミツク・レンジ及び高い性能レ
ベルを持つと共に、光学フアイバ通信の分野で開
発された部品のコスト並びに寸法の減少という利
点を活用する。

ジヤイロに関連して開発された考えに基づく一
連の感知装置を使つて、フアイバの長さを測定
し、光源の出力波長を決定し、磁界、電界、音響
信号、圧力、温度、加速度、又は光学フアイバに
非相反移相を誘起し得るあらゆる環境の影響を測
定することが出来る。

従つて、この発明の目的は、慣性の変化を感知
する手段を提供することである。

別の目的は、環境の温度、圧力及び振動条件の
広い動作範囲にわたり、大きな動作能力を持ち且
つ小さな誤差を持つ改良されたジヤイロ装置を提
供することである。

別の目的は、機械的なジヤイロスコープに基づ
く慣性誘導装置に代る改良された手段を提供する
ことである。

別の目的は、固体部品の小さなパツケージとし
て構成することにより、性能の高い慣性感知装置
のコストを切下げることである。

別の目的は、現在利用し得る部品で満足に動作
しながら、然も一層良い個別の部品が開発された
時に、性能を改善することが出来る様にした改良
された慣性感知装置を提供することである。

別の目的は、光学フアイバに非相反移相を誘起
し得る光学フアイバの長さ、波長又はあらゆる環
境の条件に対する感知装置を提供することであ
る。

この発明の上記並びにその他の目的並びに利点
は、以下図面について好ましい実施例を詳しく説
明する所から、当業者に明らかになろう。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に従つて構成された改良され
た小形光学ジヤイロのブロツク図である。

第２図は回転しない時のこの発明のジヤイロの
開放ループ動作中に検出された信号を示すグラフ
である。

第３図は回転する時のこの発明のジヤイロの開
放ループ動作中に検出される信号を示すグラフで
ある。

第４図は直径５吋で厚さ１吋のジヤイロの略図
である。

第５図は第４図に従つて構成されたジヤイロの
ゼロ雑音レベルで、時間に対する出力（度／秒）
を示したグラフである。

第６図は第４図のジヤイロの回転速度（度／
秒）に対する周波数出力（Hz）を示すグラフであ
る。

第７図は第４図のジヤイロの３角形速度駆動装
置を用いたデータ・サンプルに対するジヤイロ出
力（度／秒）を示すグラフである。

第８図は第４図のジヤイロの長期バイアス・ド
リフトを示す周波数（ＫHz）対時間のグラフであ
る。

第９図は第４図のジヤイロの短期バイアス・ド
リフトを示す周波数（ＫHz）対時間（秒）のグラ
フである。

第１０図はこの発明に従つて構成された直径
2.5吋、厚さ0.65吋のジヤイロの図である。

第１０Ａ図は直径2.5吋の100メートルのフアイ
バ・コイルを用いた第１０図のジヤイロの短期バ
イアス・ドリフトを示す周波数（Hz）対時間
（秒）のグラフである。

第１０Ｂ図は直径６吋で1100メートルのフアイ
バ・コイルを用いた第１０図のジヤイロの長期バ
イアス・ドリフトを示す角度ドリフト（度数）対
時間（秒）のグラフである。

第１０Ｃ図は直径2.5吋の100メートルのフアイ
バ・コイルを用いた第１０図のジヤイロの検出器
の出力強度を周波数の関数として示すグラフであ
る。

第１０Ｄ図は直径６吋で1100メートルのフアイ
バ・コイルを用いた第１０図のジヤイロの検出器
の出力強度を周波数の関数として示すグラフであ
る。

第１０Ｅ図は直径６吋で1100メートルのフアイ
バ・コイルを用いた第１０図のジヤイロの、0.1
度／秒の入力回転速度に対する応答を示すグラフ
である。

第１０Ｆ図は直径６吋で1100メートルのフアイ
バ・コイルを用いた第１０図のジヤイロの直線性
を周波数の関数として示すグラフである。

第１０Ｇ図は単一素子２状態強度維持素子の図
である。

第１０Ｈ図は多重素子多重状態強度維持素子の
図である。

第１１図はこの発明のジヤイロ装置に於ける典
型的な音響光学式変調器の動作を示す線図であ
る。

第１２図はこの発明のジヤイロの単一パス音響
光学式変調器の形式を示す簡略平面図である。

第１３図は反射モードの配置を利用した第４図
及び第１０図に示すものよりも更に小形の光学ジ
ヤイロの略図である。

第１４図は反射形の音響光学式変調器の斜視図
である。

第１５図は２つの固体ブロツクの光学部品だけ
を用いたこの発明の更に小形のジヤイロの略図で
ある。

第１６図は一部透過性の可動鏡で空洞間隔が制
御されるエタロンを用いた位相変調器の略図であ
る。

第１７図は電気光学式変調器によつて空洞間隔
が制御されるエタロンを用いた位相変調器の略図
である。

第１８Ａ図は圧電素子によつて駆動し得る基板
に装着されたフアイバの端によつて形成された位
相変調器の略図である。

第１８Ｂ図は２重インライン・フアイバ及び可
動鏡を基本とする光学式位相変調器の略図であ
る。

第１９図は光学フアイバの内、圧電シリンダ内
に取付けられていて、エポキシで所定位置に埋込
まれた部分によつて形成された位相変調器の略図
である。

第２０図は圧電素子の動きに比例する圧力をフ
アイバに加える液体充填容器を通る様に配置され
た光学フアイバで構成される位相変調器の略図で
ある。

第２１図は圧電式に作動されるクランプの作用
によつてフアイバに力が加えられる様な位相変調
器の略図である。

第２２図はそれを引伸すことによつてフアイバ
に力が加えられる様な位相変調器の略図である。

第２３図はフアイバは引伸す別の位相変調器の
略図である。

第２４図は周波数偏移器／ビーム分割器の略図
である。

第２５図は周波数偏移器／ビーム分割器の別の
実施例の略図である。

第２６図は非平面形周波数偏移器／ビーム分割
器の略図である。

第２７図は反射モード周波数偏移器／ビームの
分割器の略図である。

第２８図は改良された小形の光学ジヤイロの略
図である。

第２９図は波長を測定して分散によるバイア
ス・ドリフトを除く為に位相ゼロ形光学ジヤイロ
を使うことが出来る様子を示す線図である。

第３０Ａ図及び第３０Ｂ図は２重変換器を持つ
音響光学式変調器スイツチの略図である。

第３１Ａ図及び第３１Ｂ図はバタフライ形音響
光学式変調器スイツチの略図である。

第３２図はバタフライ形音響光学式変調器スイ
ツチを用いた小形の位相ゼロ形光学ジヤイロの略
図である。

第３３Ａ図及び第３３Ｂ図は２重インライン形
音響光学式変調器スイツチの略図である。

第３４図は別の実施例の改良された小形の光学
ジヤイロの略図である。

第３５図は２番目の別の実施例の改良された小
形の光学ジヤイロの略図である。

第３６図は３番目の別の実施例の改良された小
形の光学ジヤイロの略図である。

第３７図は３番目の別の実施例を変形した改良
された小形の光学ジヤイロの略図である。

第３８図は全部フアイバで構成された位相ゼロ
形光学ジヤイロの略図である。

第３９図は全部フアイバで構成された位相ゼロ
形光学ジヤイロの別の実施例の略図である。

第４０Ａ図は多重化形式の全部フアイバで構成
された位相ゼロ形光学ジヤイロ３個一組の略図で
ある。

第４０Ｂ図はバルク光学系に基づく多重化形式
に位相ゼロ形光学ジヤイロの３個１組の略図であ
る。

第４１図はフアイバ・ビーム分割器を大量生産
する手段を示す。

第４２図はインライン・フアイバ偏光子を大量
生産する手段を示す。

第４３Ａ図及び第４３Ｂ図はインライン・フア
イバ周波数偏移器を大量生産する手段を示す。

第４４図はインライン・フアイバ周波数偏移器
を製造する別の手段を示す。

第４５図は光学フアイバ長さ感知装置として構
成された第３５図の素子の略図である。

第４６図は波長感知装置として配置された第３
２図の素子の略図である。

第４７図は環境影響感知装置として配置された
第３２図の素子の略図である。

図示の実施例の詳しい説明 図面について説明すると、具体的に参照数字で
云えば、第１図の数字２０は簡単な形の受動形光
学フアイバ・ジヤイロを表わす。ジヤイロ２０が
レーザ２２の様な適当な光源を含んでいて、その
出力は光ビーム２４であり、これは単一周波数に
することが出来るが、広帯域の多重光源も使うこ
とが出来る。ビーム２４がビーム分割器２６に向
けられ、それを通過して、ビーム２８が第２のビ
ーム分割器３０に送られる。ビーム分割器３０が
ビーム２８を時計廻り（cw）ビーム３２及び反
時計廻り（ccw）ビーム３４に分割する。ccwビ
ーム３４は周波数偏移器３６によつて周波数が偏
移させられ、その後鏡３８によつて光学フアイ
バ・コイル４２のフアイバ４１の端４０に反射さ
れる。場合によつては、このコイルは反射面を持
つ硝子ブロツク、又は一連の鏡に置き換えて、適
当な光路を作ることが出来る。この後、ccwビー
ム３４がコイル４２を通過して、コイル４２が回
転していれば、その作用を受け、その位相がその
回転に対して遅延し又は進む。この度、ccwビー
ム３４がコイル４２の端４４からビーム分割器３
０へ出て行く。他方のビーム、即ちcwビーム３
２は端４４に入り、光学フアイバ・コイル４２に
沿つて進み、そこでコイル４２の回転に応じて、
移相作用を受ける。cwビーム３２がコイル４２
の端４０から鏡３８に出て行き、周波数偏移器３
６によつてビーム分割器３０に反射される。ビー
ム分割器３０がビーム３２及び３４を組合せビー
ム４６に再び組合せ、この組合せビームがビーム
分割器２６によつて検出器４８に反射される。

レーザ２２からの光が周波数F₀で入り、周波
数偏移器３６がccwビーム３４の周波数に周波数
Ｆを加えるとすると、コイル４２内を時計廻りに
循環するビーム３２はコイル４２を周波数F₀で
通過するが、ccwビーム３４はコイル４２を周波
数F₀＋Ｆで循環する。ビーム３２及び３４がビ
ーム分割器３０の所で、周波数F₀＋Ｆで再び組
合され、光学フアイバ・コイルを伝播する２つの
ビームの間の周波数差Ｆによつて生ずる相対的な
フリンジ・シフトが、前掲の式(2)によつて表わさ
れる。装置のゼロ合せをする為には、検出器４８
で振幅変化として検出されるフリンジ・シフト
は、光学フアイバ・コイル４２を反対向きに伝播
する光ビーム３２及び３４の周波数差によるフリ
ンジ・シフトによつて打ち消さなければならな
い。それが、前掲の式(3)によつて定義される様
に、ゼロ合せ状態に対する判断基準である。式(3)
のゼロ合せ状態が成立する様に保証する為、交流
位相感知形検出方式を用いる。ビーム３２及び３
４の間の非相反移相が位相デイザ素子４９（これ
は圧電素子、フアラデー効果コイル又はその他の
位相発生装置であつてよい）の作用により、速度
ωで導入される。この素子４９はフアイバ・コイ
ル４２の１端４０の近くに取付けられている。式
(3)の条件が成立する時、第２図に示す様に、ωの
第２高調波だけが検出器４８に現われる。コイル
４２が回転すると、ωの第１高調波信号が、第３
図に示す様に回転速度に依存した振幅並びに位相
で、検出器４８に入る。検出器４８からの信号が
同期復調器５０に印加される。この復調器から出
る出力電圧が積分器５２に印加され、これが電圧
制御発振器５４の出力周波数を補正する。電圧制
御発振器５４は、装置の出力であると共に周波数
偏移器３６に対する制御周波数でもある周波数出
力を発生する。位相デイザ素子４９は光学デイザ
発生器５６によつて駆動される。この発生器は同
期復調器５０に対する同期信号をも発生する。

この発明に従つて構成された典型的なジヤイロ
７８が、第４図に直径５吋で厚さ１吋のパツケー
ジとして構成された場合が示されている。光ビー
ム８０がｐ−偏光状態で単一モード単一周波数の
レーザ・ダイオード８２によつて発生され、レン
ズ装置８４によつてコリメート並びに開口絞り作
用が行なわれる。光ビーム８０が次に回転可能な
偏光子８６を通過し、ビーム８０中の残留ｓ−偏
光を除去する。第２の回転可能な偏光子８８がジ
ヤイロ７８の出力検出器９０の前に配置されてい
て、入力偏光子８６の状態を基準偏光子９２と釣
合せる様に整合している。この手順により、ジヤ
イロ７８の全体にわたつて単一の偏光が設定さ
れ、環境の影響に対するジヤイロ７８の感度を下
げる。ビーム８０がビーム分割器９７に入り、こ
の点で反対向きに伝播するビーム９６，９８が設
定される。ビーム９６が鏡１００及び前述の基準
偏光子９２によつて音響光学式変調器１０２に向
けられ、そこで周波数偏移を受ける。周波数偏移
したビーム９６がプリズム１０４を通過する。こ
のプリズムはプリズム１０４がそれを一組の方向
ぎめウエツヂ及び波長板１０８に内部反射する。
ウエツヂ１０６は、その中を通過する光ビームの
向きを制御する為に使われ、波長板１０８はビー
ムの偏光状態を制御する為に使われる。この後、
光ビーム９６が鏡１１０，１１２によつて反射さ
れてから、レンズ装置１１４によつてフエルール
１１６に集束される。フエルール１１６は、光学
フアイバ・コイル１２２に形成された光学フアイ
バ１２０の端１１８を支持している。光学フアイ
バ・コイル１２２がジヤイロ７８の受動形感知素
子である。光ビーム９６がフアイバ・コイル１２
２の中を反時計廻りに伝播して、フアイバ１２０
の他端１２６にあるフエルール１２４から出て行
く。この後、ccwビーム９６がレンズ装置１２８
によつてもう１回コリメート作用を受け、鏡１３
０によつて、ウエツヂ１０６及び波長板１０８と
同様な一組の光学ウエツヂ１３２及び波長板１３
４に通される。この場合も、ウエツヂがフアイバ
の端１２６に対する光ビームの向きを制御し、波
長板がビーム９６の偏光状態を制御する。ウエツ
ヂ１３２及び波長板１３４を通過した後、ccwビ
ーム９６が鏡１３６によつて中心ビーム分割器９
４に反射され、そこで鏡１３８に反射されて、回
転可能な偏光子８８を通り、検出器９０に入る。
第２のビーム９８は装置内を反対向きに循環し、
コイル１２２を時計廻りに通り、ビーム分割器９
４でccwビーム９６と混合されて、所望のフリン
ジ・シフトを発生する。

ジヤイロ７８の試験は、ダイナミツク・レン
ジ、ゼロ雑音レベル、距離係数、直線性、音響感
度、磁気感度及びバイアス・ドリフトの評価を含
んでいた。この装置が、（第５図に見られる様に、
ゼロ雑音レベルは約100゜／時のRMS値を持つ）
約100゜／時乃至400゜／秒のダイナミツク・レンジ
にわたつて動作する様に、残留誤差源を確認し且
つ最小限にしようとして、ジヤイロ７８のこの他
の試験並びに変更も行なわれた。第６図は、ジヤ
イロ７８をのせて回転させる速度テーブルに装着
したタコメータによつて測定した回転速度に対す
るジヤイロ７８の周波数出力のグラフである。こ
のデータは、速度テーブルを矩形波入力、即ち時
計廻りの一定速度で駆動し、その後同じ大きさに
反時計廻りに反対の速度で駆動することによつて
得られた。２つの状態の間の差を、ジヤイロ７８
及びタコメータによつて発生された速度出力とし
て取出した。２番目の試験は、速度テーブルを３
角形速度入力波形で駆動することを含んでいた。
ジヤイロ７８の出力は相次ぐ各々のデータ点を
別々の線で結ぶことによつてグラフにした。７／
秒の標本化速度では、ピークに於ける高速の向き
の変換を解明することが出来なかつたので、３角
形の先端は途切れている。このデータが第７図に
示されている。両方の試験で、倍率並びに直線性
は１％未満で一致しており、この限界はタコメー
タの読出しの不確実さによるものである。

ジヤイロ７８に対する音響雑音並びに磁界の影
響を判定する為、一連の試験を行なつた。音響雑
音の場合、４吋のスピーカをジヤイロ７８に隣接
して取付け、スピーカの周波数範囲全体にわたつ
て90dBレベルで運転したが、出力に観測し得る
様な影響はなかつた。次にスピーカをジヤイロ７
８に直接的に配置して、この手順を繰返した。ジ
ヤイロ７８は1390及び2780Hzで共振し、出力信号
にこういう周波数で観測し得る正弦状の摂動を生
じた。然し、これは整流によつて速度誤差を発生
しなかつた。共振効果は厳密に機械的な性質のも
のであつて、一層良いパツケージ方法を用いて減
少することが出来ると思われる。更に、これはジ
ヤイロ７８の様なジヤイロにとつて要求される最
高周波数応筒、典型的には約数百Hzより十分高い
所である。ジヤイロ７８に小形の1000ガウスの磁
石をいろいろな形で配置することにより、出力信
号の摂動を誘起する様に試みた。光学フアイバ・
コイル１２２に特別の関心を向けたが、測定し得
る様な影響は観察されなかつた。

第９図に示す様に、0.5秒乃至200秒の積分時間
にわたり、バイアス・ドリフトを測定した。第８
図及び第９図にみられる雑音の実質的な部分は、
測定値を記録する為に使われたデイジタル形ボル
ト計の量子化誤差によるものであつた。然し、長
期ドリフトはジヤイロ７８の特性である。この様
な残留バイアス・ドリフトは、光学パツケージの
温度並びに機械的な不整合の様な因子に関係す
る。

ジヤイロ７８の残留誤差源については大掛りに
検討し、実験的に解明した。こういう結果に基づ
いて、直径2.5吋、厚さ0.65吋のパツケージにな
る様に設計された第１０図に示すジヤイロ１５０
を開発した。ジヤイロ１５０では、単一モード単
一周波数レーザ・ダイオード１５２からの光が、
レンズ装置１５４によつてコリメートされ、出力
ビーム分割器１５６を通過する。この光ビームが
第２のレンズ１５８によつてフアイバ空間フイル
タ１６２の端１６０に集束される。フアイバ空間
フイルタ１６２の目的は、望ましくない全てのモ
ードを除去し、光ビームに特に明確に限定され
た、はつきりした単一モードを設定することであ
る。フイルタ１５２を通過した後、光ビームが他
端１６４から出て行つて、レンズ装置１６６によ
つて再びコリメートされる。次に偏光キユーブの
ビーム分割器１６８が、光ビームに単一の偏光状
態（この特定の例では、ｓ−偏光状態）を設定す
ると共に、ビームを音響光学式変調器１７０に向
ける鏡としても作用するという２重の作用をす
る。音響光学式変調器１７０がビームを周波数偏
移した１次ビーム及び０次ビームに分割する。こ
の各々のビームがレンズ装置１７０によつて治具
１８０に埋込んだ光学フアイバ・コイル１７８の
両端１７４，１７６に集束される。どちらの次数
のビームを使うかは実質的な違いがないが、この
例では、０次の分割光ビームがフアイバ・コイル
１７８のフアイバ１８２の端１７４に伝播して、
強度維持素子１８４を通る。この素子が偏光状態
をスクランブルし、装置の信号レベルが０以外の
値に保たれる様に保証する。偏光状態を保存する
フアイバがコイル１７８に用いられゝば、強度維
持素子１８４は不要になる。この後、フアイバ・
コイル１７８の光ビームが光学デイザ素子１８６
を通過し、これが前に第１図乃至第３図に関連し
て説明した様な検出に使われる正弦状信号を発生
する。光ビームが、フアイバを非常に急な直径で
曲げることを必要とする様な配置の設計上の問題
を解決する度に必要なフアイバ・クロスオーバ１
８８を通過した後、反時計廻りにフアイバ・コイ
ル１７８を循環する。ccwビームがコイル１７８
の他端１７６でフエルール治具１８０から出て行
き、そこでレンズ装置１７２によつて再びコリメ
ートされ、音響光学式変調器／ビーム分割器１７
０と、偏光キユーブのビーム分割器１６８及びレ
ンズ装置１６６によつて、フアイバ空間フイルタ
の端１６４に戻される。光ビームがフアイバ空間
フイルタ１６２を逆に通り、その端１６０から出
て、レンズ装置１５８によつて再びコリメートさ
れる。次に光ビームがビーム分割器１５６によつ
て反射され、検出レンズ装置１９２及び検出鏡１
９４によつて、開口１９０から出力検出器１９６
に集束される。２番目のビームは、音響光学式変
調器１７０から出る１次ビームから始まつて、ジ
ヤイロ１５０の中を時計廻りに循環し、音響光学
式変調器１７０で再び組合されて、反時計廻り及
び時計廻りに回転するビームを混合したものにな
るビームを形成し、これが回転によつて誘起され
た位相情報を持つている。

第１０図に見られる様に、第４図に示したジヤ
イロ７８に較べて、部品の数が大体半分に減少し
ている。この様に数が減少したことゝ組合せて、
主要な部品の間の隔たりを大幅に減少すると共
に、各々の素子を厚手の整合板（図に示してな
い）にしつかりと埋込んだことにより、振動並び
に機械的な撓みによる不整合が最小限に抑えられ
る。

第１０図のジヤイロは大掛りな試験の対象とし
た。一般的に、環境に対する感度の減少の点で、
第４図に示す５吋のジヤイロ７８より、大体２桁
程度よい。環境の影響によつて残る誤差の項は、
主に波長ドリフトによるものであり、次に述べる
手順によつて補償又は除去することが出来る。第
１０Ａ図は、300秒のバイアス・ドリフト試験の
間、長さ100メートル、直径2.5吋のフアイバ・コ
イル１７８を用いた第１０図のジヤイロ１５０の
周波数出力のグラフである。第１０Ｂ図は、時間
に対して向首角の変化を描くことによる、4000秒
のバイアス・ドリフト試験の結果である。この試
験では、2.5吋のフアイバ・コイル１７８に代え
て、感度を高めた直径６吋の1100メートルのフア
イバ・コイルを用いた。バイアス・ドリフトが約
12゜／時に減少していることが判る。温度を制御
しようとはせず、大部分の残留ドリフトはレー
ザ・ダイオード１５２の出力波長の温度による変
化に帰因する。第１０Ｃ図は、音響光学式変調器
１７０の周波数を走査した時のジヤイロ１５０の
検出器１９６の出力を示す。この場合、100メー
トルのフアイバ・コイル１７８を使つたが、これ
は、隣合つたフリンジの間の隔たりが、ｃを真空
中の光速、Ｌをフアイバ・コイルの長さ、ｎをフ
アイバの屈折率とすると、ｃ／Lnで表わされる
ことから、実際に決定することが出来る。コイル
１７８のフアイバの長さが判つていれば、フリン
ジの間の隔たりを利用して、ｎが波長の関数であ
るから、波長を監視することが出来る。第１０Ｄ
図は1100メートルのフアイバ・コイルを用いたこ
の方法の能力を例示している。同じ周波数幅にわ
たり、フリンジが11倍に増えていることに注意さ
れたい。即ち、位相ゼロ形光学ジヤイロ１５０
は、入力の波長が判つていれば、寸法の判らない
コイルにある光学フアイバの長さを測定する手段
になる。逆に、フアイバ・コイルの長さが判つて
いれば、源の波長を決定することが出来る。こう
いう能力は、光学フアイバの利用者、特に電気通
信産業でかなり重要である。

第１０Ｅ図は、直径６吋の1100メートルの光学
フアイバ・コイルを用いた第１０図のジヤイロ１
５０に、0.1゜／秒の入力の回転速度に対する応答
を示す。第１０Ｆ図は、約4MHzの周波数範囲に
わたるジヤイロ１５０の直線性を示す。残留非直
線性は、測定周期にわたるバイアス・ドリフトに
よるものと考えられる。

温度変化により、光学フアイバ・コイルの複屈
折が変化することによつて、装置の偏光状態が変
わると、信号の急な低下が起り得る。この不測の
事態を処理する為、ジヤイロ１５０では、偏光キ
ユーブのビーム分割器１６８によつて定められた
装置の直線垂直偏光状態に対して45゜で、フアイ
バ・コイル１７８の端１７４の近くに取付けた圧
電素子で構成される強度維持素子１８４を設け
る。この素子は、ジヤイロの出力帯域幅より十分
高い周波数で正弦状に振動し、その振幅は、光学
フアイバ・コイル１７８に誘起された付加的な複
屈折により、平均して光強度の半分が正しい偏光
状態になる様に調節する。高い信号レベルを保つ
為に、この他の方法を使うことも出来る。一般的
に、普通の単一モード・フアイバは、長くて弱い
複屈折波長板と考えることが出来る。フアイバの
複屈折は、線引き過程の間に発生されることがあ
り、或いは環境の影響によつてフアイバに加えら
れた応力によつて誘発されることがある。特に、
フアイバの全体的な複屈折は、環境の変動が起る
時に変化することがあり、その結果時間依存性を
持つ偏光の回転並びに変換が生ずる。

こゝで説明する別の強度維持方式の基本的な考
えは、環境による偏光状態の変化は、それを補償
する様な複屈折に変化を人工的に誘発することに
よつて、軽減することが出来ると云うことであ
る。一般的に、任意のコヒーレントな偏光状態
は、四分の一波長板及び半波長板を直列に適当に
配置することにより、任意の他の偏光状態に変換
することが出来る。光学フアイバの短い長さにわ
たつて圧力を加えることにより、実効的な可変の
四分の一又は半波長板を作ることが出来るから、
更に複雑になることを我慢すれば、適当と思われ
るどんなレベルにでも、偏光状態を制御すること
が出来る。

１例として、装置の限定された偏光状態に対し
て45゜に整合している１個の圧電素子１９７を考
える。簡単の為、圧電素子１９７を２つの状態で
のみ運転する。即ち、電圧を印加せず、偏光状態
を変えないオフ状態と、電圧Ｖを印加して、フア
イバ１９８の長さを実効的な半波長板に制御した
オン状態である。任意の楕円偏光状態が第１０Ｇ
図の強度維持素子１９７の中を伝播していて、偏
光状態の長軸が象限１９８ａ，１９８ｃにある場
合、装置はオフ状態にとゞまる。これが装置の好
ましい偏光状態だからである。長軸が象限１９８
ｂ及び１９８ｄにあると、装置はオンに切換わ
り、半波長板が偏光の長軸を好ましい第１象限及
び第３象限に回転させる。完全な円偏光の特別の
場合、オン状態もオフ状態も好ましい状態ではな
く、光強度の50％が夫々の場合に保たれる。圧電
素子１９７をオン及びオフ状態にして、装置の強
度を周期的に標本化することにより、偏光が好ま
しい状態に保たれる。強度レベルが最高になる状
態を選択する。この為、簡単な単一素子の２状態
装置を用いて、装置の光強度の少なくとも50％を
保持することが出来る。

追加の素子を付け加え、多重状態又は連続的な
状態をとれる様にすることにより、一層高い性能
を達成し得る。１例として、第１０Ｈ図に示す様
に、２つの圧電素子１９９ａ及び１９９ｂを直径
に配置することが出来る。第１の圧電素子１９９
ａは、直線の垂直とした装置の偏光状態と整合し
ている。第２の圧電素子１９９ｂは第１の素子１
９９ａに対して45゜で整合している。各々の圧電
素子１９９ａ，１９９ｂを０±Ｖ／２及び±Ｖボ
ルトで刺激して、フアイバがオフ状態、四分の一
波長板及び半波長板の状態をとる様にする。電圧
Ｖによつて半波長板の状態になれば、Ｖ／２は四
分の一波長板の状態を厳密に模擬する。これら２
つの素子１９９ａ及び１９９ｂのとれる状態を標
本化して、最大の強度レベルを選択することによ
り、装置の強度レベルを70％を越える所に保つこ
とが出来る。将来、偏光状態を保存する単一モー
ド・フアイバが利用出来る様になり、性能やコス
トが普通の第一モード・フアイバと競争力を持つ
ものであれば、強度維持素子１８４は必要ではな
くなる。それまで、こういう方法は、現在利用し
得る単一モード・フアイバを使える様にする満足
し得る解決策である。

単一モード空間フイルタ１６２及び偏光子１６
８を適当に配置することにより、光路の相反状態
が保証され、環境に対する感度が減少する。音響
光学式変調器１７０は、その温度勾配によるビー
ムのそれを防止する為に、放熱部を設けることが
好ましい。変調器１７０をビーム分割モードで使
うことにより、ジヤイロ１５０の光学的な効率が
高くなり、最適の性能を得る為の変調器１７０に
対する条件が著しく緩和される。フアイバ・コイ
ル１７８の端１７４，１７６はインライン形に埋
込み、音響光学式変調器１７０がビーム分割モー
ドで動作出来る様にすると共に、これらの重要な
位置の相対的な動きを防止する。光学的な位相デ
イザ素子１８６を導入して、電子式の支持パツケ
ージの条件を緩和し、このパツケージに大掛りな
じやま板及び遮蔽（図に示していない）を設け
て、漂遊の光が検出器１９６に入らない様にする
ことが出来る。

分割並びに混合作用がどの様に行なわれるかを
理解する為、音響光学式変調器１７０が第１１図
に詳しく示されている。この図は、音響光学式変
調器１７０の基本的な作用を例示している。周波
数νの入射ビームが２つの光ビームに分割され、
０次ビームはそれずに変調器１７０を周波数νで
通過し、１次ビームはブラツクの角度で回折し、
周波数がν＋Ｆに偏移している。ここでＦは音の
場の周波数である。

第１２図は音響光学式変調器１７０がジヤイロ
１５０でビーム分割器並びに周波数偏移器として
の２重の作用をする様に使われる様子を示す。フ
アイバ空間フイルタ１６２が入力／出力光ポート
として作用する。特に光ビーム２００がフアイバ
空間フイルタ１６２の端１６４から音響光学式変
調器に入り、レンズ装置１６６によつてコリメー
トされ、ブラツグの角度で音響光学式変調器１７
０に差し向けられる。音響光学式変調器１７０
は、光ビーム２００を０次ビーム２０２及び周波
数偏移した１次ビーム２０４に分割する。０次ビ
ーム２０２がレンズ装置１７２に入り、フアイ
バ・コイル１７８の端１７４に集束される。この
後、光ビーム２０２がフアイバ・コイル１７８に
入り、フアイバの端１７６から出て行く。次に光
ビーム２０２がレンズ装置１７２によつてコリメ
ートされ、ブラツグの角度で音響光学式変調器１
７０に再び入る。光ビーム２０２の一部分は周波
数偏移していて、光ビーム２０６として、レンズ
装置１６６によつてフアイバ空間フイルタ１６２
に送り返される。光ビーム２０２の他方の部分２
０８は音響光学式変調器１７０によつて周波数偏
移を受けず、光ビーム２０８として装置を出て行
く。

光ビーム２００の他方の部分は周波数偏移を受
け、ブラツグの角度の２倍の角度で回折し、ビー
ム２０４になる。ビーム２０４がフアイバ・コイ
ル１７８の端１７６に入り、ビーム２０２と反対
向きに循環する。ビーム２０４がフアイバ・コイ
ル１７８の端１７４から出て行き、レンズ装置１
７２によつて音響光学式変調器１７０に差し向け
られる。ビーム２０４の一部分２１０が、周波数
偏移又は回折なしに、直接的に音響光学式変調器
１７０を通過して、レンズ装置１６６によりフア
イバ空間フイルタに集束されるが、他方の部分２
１２は周波数が下向きに偏移し、回折して、図示
の様に装置から出て行く。光ビーム２０６及び２
１０が同じ周波数偏移を受けるが、光ビーム２０
６はフアイバ・コイル１７８を通過した後に周波
数偏移を受けるのに対し、ビーム２１０はフアイ
バ・コイル１７８を通過する前に周波数偏移して
いることに注意されたい。この為、ビーム２０６
及び２１０はフアイバ・コイル１７８内では異な
る周波数であるが、フアイバ空間フイルタ１６２
では同じ周波数の光ビームとして混合される。こ
の為、これらの光ビームに対して加えられる、回
転によつて誘起された位相情報を抽出することが
出来る。混合された光ビーム２０８，２１２を出
力として使うことも可能である。これは、光ビー
ム２０８は周波数偏移を受けておらず、光ビーム
２１２はフアイバ・コイル１７８に入る前に上向
きに偏移し、それから下向きに偏移して、光ビー
ム２１２となり、この為、ビーム２１２及び２０
８が同じ周波数であつて位相を比較することが出
来るからである。

第１３図には、反射モードの音響光学式変調器
を用いる更に小形のジヤイロ２２０が示されてい
る。この場合、レーザ・ダイオード２２２からの
光がレンズ装置２２４によつてコリメートされ、
出力ビーム分割器２２６を通過する。光ビームが
レンズ装置２２８によつてフアイバ空間フイルタ
２３２の端２３０に集束される。フアイバ空間フ
イルタ２３２を通過した後、光ビームがその端２
３４から出て行く。端２３４はフエルール２３６
によつて所定位置に保持されている。フエルール
は、空間フイルタの端２３４と、ジヤイロ２２０
の回転感知素子として作用する光学フアイバ・コ
イル２４２の端２３８，２４０との両方を収容し
ている。光ビームがレンズ装置２４４によつて再
びコリメートされ、偏光キユーブのビーム分割器
２４６によつて偏光させられる。このビーム分割
器はビームを音響光学式変調器２４８に方向ぎめ
する様にも作用する。音響光学式変調器２４８が
その対側にある鏡２５０と組合さつて、光ビーム
を０次及び１次ビームに分割し、これらが偏光キ
ユーブのビーム分割器２４６及びレンズ装置２４
４を介して、フエルール２３６に埋込まれたフア
イバ・コイル２４２の両端２３８，２４０に差し
向けられる。光ビームの内の予定の１つ、例えば
０次ビームがフアイバ・コイル２４２を循環し、
光学デイザ素子２５１及び強度維持素子２５２を
通越して、他端２４０から出て行く。この後、こ
の光ビームがレンズ装置２４４によつて再びコリ
メートされ、偏光キユーブのビーム分割器２４６
によつて、音響光学式変調器２４８及び鏡２５０
の組合せに戻される。この時、０次ビームは周波
数偏移しており、フアイバ空間フイルタ２３２の
端２３４に返され、レンズ装置２２８によつて再
びコリメートされ、ビーム分割器２２６からレン
ズ装置２５４及び鏡２５６に反射される。レンズ
２５４及び鏡２５６がこのビームを開口２５８を
介して光強度検出器２６０に集束する。音響光学
式変調器２４８を通る１回目のパスの間に発生さ
れる偏向した１次ビームも同様であり、これはコ
イル２４２を反対向きに循環し、今述べたビーム
と組合さつて、回転しているコイル２４２を通過
することによつて生じた位相差に従つて、強度変
調された組合せ出力ビームを形成する。図に示し
てないが、一方のビームがコイル２４２をcwに
通り、他方がcwに通る様に、クロスオーバ１８
８と同様なクロスオーバが設けられている。

第１４図はジヤイロ２２０に示す様な反射モー
ド形式に使われた光学音響式変調器２８０を示し
ており、鏡２８２が変調器の後面２８４に設けら
れている。光ビーム２８６が空間フイルタ２９０
の端２８８に出力され、音響光学式変調器の前面
２９４に形成することの出来るレンズ装置２９２
によつてコリメートされ、変換器素子２９９によ
つて発生された音響の場の作用により、０次及び
１次ビーム２９６，２９８に分割される。これら
のビームが鏡２８２によつて、フアイバ・コイル
２４２の両端３００，３０２に差し向けられる。
鏡２８２は角度ψだけ僅かに傾斜している。光ビ
ーム２９６，２９８がコイル２４２を循環し、音
響光学式変調器２８０に再び入り、前に第１２図
について述べたのと全く同じ様に、フアイバ空間
フイルタ２９０に戻される。鏡２８２が装置の折
曲げ作用をし、この結果一層小形の設計が出来
る。フアイバの３つの端２８８，３００，３０２
が第１４図に示す向きである必要はない。特に、
それらは何も図示の様な直角の形成ではなく、イ
ンラインの向きであつてもよい。直角の形式は、
光学音響式変調器の結晶の有効長を実効的に２倍
にするので、装置全体の性能を高めると云う利点
がある。

この発明に従つて構成されたジヤイロ３２０
は、第１５図に示す様に、空隙なしに固体ブロツ
クの形に構成することが出来る。この構成は、部
品の間のすき間をなくすことによつて、ジヤイロ
３２０の後方反射を最小限に抑え、光路が完全に
内蔵されている為に汚染の問題をなくし、温度勾
配、衝撃及び振動の様な環境の影響に対する感度
を下げると共に、全体的な寸法を小さくする可能
性を含めて、多数の利点がある。

ジヤイロ３２０がレーザ・ダイオード３２２を
含み、これから放出される光ビームが階段形屈折
率レンズ３２４によつてコリメートされる。レン
ズ３２４はビーム分割器のキユーブ３２６に結合
されている。これは、面を化学的に調製した後、
光学用接着又は融着の様な方法によつて行なうこ
とが出来る。光ビームがキユーブ３２６を通過
し、第２の階段形屈折率レンズ３２８によつてフ
アイバ空間フイルタ３３２の端３３０に集束され
る。光ビームが他端３３４から出て行き、偏光キ
ユーブのビーム分割器３３８に坐着する階段形屈
折率レンズ３３６によつて再びコリメートされ
る。偏光キユーブのビーム分割器３３８がこのビ
ームを、その後面３３４に鏡３４２を持つ音響光
学式変調器３４０に差し向ける。偏光キユーブの
ビーム分割器３３８がジヤイロ３２０の偏光状態
を定める。音響光学式変調器３４０及び鏡３４２
が組合さつて、ビームを分割してその周波数偏移
を行なう様に作用する。前に第１０図及び第１３
図について説明した様に、この結果得られる２つ
のビームが、偏光ビーム分割器３３８及びレンズ
３３６により、光学フアイバ・コイル３５０の両
端３４６，３４８に差し向けられる。２つのビー
ムがフアイバ・コイル３５０を反対向きに循環す
る。強度維持変換器３５２が、光ビームの少なく
とも半分のエネルギが正しい偏光状態に保たれる
様に保証し、光学デイザ変換器３５４が端３４６
の様なコイルの同じ端（他端であつてもよい）に
接続されて、光ビームに正弦状の位相敏感信号を
加える。フアイバ・コイル３５０の他端３４８，
３４６から出た時、反対向きに伝播する２つのビ
ームが音響光学式変調器３４０で再び組合され、
偏光キユーブのビーム分割器３３８及びレンズ３
３６により、フアイバ空間フイルタ３３２に送り
返される。混合された光ビームが空間フイルタの
フアイバ３３２の中を逆に伝播し、レンズ３２８
によつて再びコリメートされ、階段形屈折率レン
ズ３５８によつて、検出器３５６に反射される。
レンズ３５８は光ビームを開口３６０を介して検
出器３５６に集束する様に作用する。図から判る
様に、ジヤイロ３２０は、希望する慣性の力以外
の外部の影響によつて乱される惧れのあるものが
部品の径路に殆んどないが、動作の点では、これ
まで説明した他のジヤイロと同様に作用する。

以下、この発明の光学ジヤイロに使われる若干
の素子を詳しく説明する。第１６図は光学デイザ
素子として使うことが出来るバルク光学部品の位
相変調器３７０を示す。光ビーム３７２が偏光キ
ユーブのビーム分割器３７４に入り、ｐ−偏光状
態でそれを通過する。四分の一波長板３７６が光
ビーム３７２を円偏光状態に変換する。この後光
ビームが、圧電駆動器３８２に装着した一部分透
過性の鏡３８０と不動の反射率の大きい鏡３８４
とによつて形成された可変エタロン３７８に入
る。鏡３８０を正弦状に駆動することにより、光
ビーム３７２に対する光学的な位相デイザが設定
される。エタロン３７８の中を何回もパスがある
から、鏡３８０の小さな偏移に対して大きな移相
を達成することが出来る。デイザ作用を受けた光
ビーム３８６がエタロン３７８から出て行き、波
長板３７６によつてｓ−偏光状態に変換される。
次に偏光キユーブのビーム分割器がデイザ作用を
受けた光ビーム３８６を通路３８８に沿つて反射
する。装置３７０にｓ−偏光状態で入る光ビーム
３９０がデイザ作用を受けた光ビーム３９４とし
て通路３９２に沿つて出て行くから、装置は相反
形である。

第１６図に関連して説明したのと同様な作用を
持つ装置４００が第１７図に示されている。然
し、エタロンの鏡の間の光学的な通路の長さを変
える為に機械的な動きを使う代りに、装置４００
は電気光学式変調器４０２を用いている。電気光
学式変調器４０２は、印加電圧によつて、エタロ
ン４０８の一部分透過性の鏡４０４と反射率が非
常に大きい鏡４０６との間の光路長を制御する為
に使われる。この形式は、偏光キユーブのビーム
分割器３７４、四分の一波長板３７６、２つの鏡
４０４，４０６及び電気光学式変調器４０２の全
ての部品を一体に接着することが出来るので、固
体ブロツクの形式にすることが出来るという利点
がある。

非常に簡単な光学的な位相デイザ素子４２０が
第１８Ａ図に示されている。光学フアイバ４２４
の端４２２を、基部要素４３２によつて接続され
た圧電素子４３０によつて、入及び出の光ビーム
４２６，４２８に近づけたり、それから遠ざけた
りする。これを利用して、ジヤイロのコイル内を
反対向きに伝播する光ビームの間の相対的な光路
のずれを設定することが出来る。

第１８Ｂ図は２重インライン・フアイバ４３
３，４３４を基本とする光学的な位相デイザ素子
４３２を示す。上側の入力フアイバ４３３から出
力される光４３５を、レンズ４３６及び鏡４３７
によつて、下側のフアイバ４３４に再び結像す
る。これに取付けられた駆動器４３８によつて起
る鏡４３７の動きが、位相デイザとして使われる
光路長の変化を生ずる。動きの方向は、矢印４３
９で示す様に、全体的に光路４３５と平行であ
る。

第１９図乃至第２３図は、フアイバ内の実効的
な光路長を制御出来る様にする１群の装置を示し
ており、これは光学的なデイザを与えるのに有用
である。この各々の装置は、フアイバに力を加え
て、フアイバの屈折率を変える。この力は曲げ、
圧縮、希薄化、捩れ、伸び又は電界或いは磁界の
作用であつてよい。第１９図に示す形式４４０で
は、フアイバ４４２が、エポキシの隅肉４４８に
よつてフアイバ４４２に取付けられた圧電円筒４
４６内に配置されている。圧電円筒４４６に電圧
を印加すると、フアイバ４４２に力が加えられ、
それによつてその屈折率が変化する。この効果の
程度は、電圧の大きさに関係し、こうしてフアイ
バ４４２を通る光ビームの位相を制御することが
出来る。電磁界によつて制御し得る被覆をフアイ
バ４４２の上に直接的に沈積することにより、外
観並びに作用が同様な素子を構成することが出来
る。この例は、円筒４４６がニツケルの磁歪ジヤ
ケツト又はポリ弗化ビニリデン（PVF）プラス
チツクの圧電被覆である場合である。

多くの光学フアイバ位相変調器でぶつかる１つ
の難点は、力が一様に加えられないことであり、
この結果可変の複屈折を生じ、誤差信号を招く。
この問題を避ける為、第２０図の装置４６０は流
体を充填した室４６２を用い、これがフアイバ４
６４に一様な圧力を加える。流体４６６によつて
加えられた圧力が圧電素子４６８によつて制御さ
れる。この圧電素子が容器４６２の頂部４７０を
変形させるか、或いはその一部分を変形させる。

移相器として用いることが出来るこの他の素子
として、第２１図に示した圧電式クランプ装置４
８０がある。装置４８０は１対の圧電素子４８
４，４８６をフアイバ４８８の両側に押えつける
クランプ部材４８２を含んでいる。圧電素子４８
４，４８６を付勢すると、フアイバ４８８に圧縮
力が加わる。これによつてフアイバ４８８に複屈
折が誘起されるが、これは前に説明した強度維持
方式と組合せて使うことが出来る。

第２２図は変調を発生する為にフアイバ５０２
を引伸す位相変調器素子５００を示す。これはエ
ポキシの様な接着剤５０８によつてフアイバ５０
２に結合されると共に、圧電素子５１０によつて
隔てられた２つのクランプ５０４，５０６を含
む。電圧が印加されると、圧電素子がクランプ５
０４，５０６を押し離し、フアイバ５０２を引伸
す。

第２３図は、フアイバの端のフエルール５２２
に組込まれた、引伸しに基づく位相変調器５２０
を示す。この形式は非常にまとまりのよいという
利点がある。変換器５２０がフエルール５２２の
反対側でクランプ５２８によつてフアイバ５２６
の周りに押えつけられた圧電素子５２４を含んで
いて、フアイバ５２６を引伸す。第２２図及び第
２３図のクランプ５０４，５０６，５２８は単に
エポキシの玉であつてよい。

第１１図及び第１２図について説明した音響光
学式変調器１７０は、入つて来る光ビームを、そ
の一方が周波数偏移を受ける２つのビームに分割
する。周波数偏移は変調器１７０をブラツグ方式
で動作させることが出来る様にする搬送波周波数
F_cと、光学ジヤイロに回転によつて誘起された移
相をゼロにする為に使われる周波数Ｆとから成
る。精度の高い装置では、フアイバ・コイルに入
る前に、反対向きに伝播する両方のビームを搬送
周波数だけずらすのが、こうすると分散によるバ
イアス・ドリフト誤差が除かれるので、望まし
い。多数の変換器を持つ単一の音響光学式変調器
素子を用いて、この状態を達成することが出来
る。第２４図乃至第２７図は種々の実施例を示
す。

第２４図では、光ビーム５４０が、周波数F_c
で、変換器５４４に対してブラツグの角度αで、
変調器素子５４２の端５４１に入る。このビーム
５４０が、端５４１に隣接して接続された第１の
変換器５４４によつて発生される、音響光学式変
調器５４６の搬送波周波数である周波数F_cの音波
の作用によつて分割される。光ビーム５４０の一
部分５４８は周波数偏移を受けず、それは変調器
素子５４２の他端５５０からこの状態で出て行
く。光ビーム５４０の別の部分５５２は−F_cだけ
周波数偏移して、ブラツグの角度αで第２の変換
器５５４の音の場に入る。それが２つのビーム５
５６及び５５８に分割される。光ビーム５５６は
付加的な周波数偏移を受けないが、光ビーム５５
８は周波数がF_c＋Ｆだけ上向きに偏移して、周波
数の正味の変化は入つて来る光ビーム５４０に対
してＦになる。光ビーム５４８及び５５８を使つ
て、ジヤイロのコイルを反対向きに伝搬するビー
ムとする。

第２５図は若干異なる構成で同様な性能を持つ
装置５７０を示す。光ビーム５７２が、ブラツグ
の角度で傾斜した両側５８２，５８４に取付けら
れた変換器５７８，５８０に対し、ブラツグの角
度αで、音響光学式変調器素子５７６の前面５７
４に入る。変換器５７８によつて発生された音の
場の中で、ビーム５７２の一部分が分割され、ビ
ーム５８６としてF_cだけ周波数偏移する。これは
変調器素子５７６の他端５８７から出て行く。ビ
ーム５７２の残りの部分５８８は引続いて変調器
素子５７６の中を通過して、変換器５８０によつ
て発生される音の場に達し、そこでビーム５８８
の一部分が分割され、ビーム５９０としてF_c＋Ｆ
だけ周波数偏移する。ビーム５８６及び５９０が
図示の様に端５８７から出て行き、ジヤイロのフ
アイバ・コイルの両端に結合される。２つのビー
ム５８６，５９０の周波数の差はＦである。

第２６図に示す様に、変調器６０４の２つの変
換器６００，６０２を同じ平面内にある様に拘束
する必要はない。変調器６０４では、入力ビーム
６０６が、変調器素子６２０の90゜をなす側面６
１６及び６１８に取付けられた変換器６１２，６
１４により、夫々ビーム６０８，６１０に分割さ
れる。

周波数Ｆだけ隔たる、空間的に分解された２つ
の光ビームを発生する音響光学式変調器は、第１
４図について述べたのと同様な反射モードに構成
することが出来る。第２７図はこの種のジヤイロ
の１実施例６３０を示す。光ビーム６３２が第１
の変換器６３４に対してブラツグの角度αで、変
調器６３０に入る。ビーム６３２の一部分はF_cだ
け周波数偏移して、分割されてビーム６３６とな
る。ビーム６３２はこの後引続いて、前面６４０
に対して3αの傾斜を持つ後面６３８で反射され
る。第２の変換器６４２が面６４０に対して5α
をなす面６４４に取付けられており、この為、後
面６３８から反射されたビーム６３２は変換器６
４２に対してブラツグの角度を持つ。ビーム６３
２の一部分がF_c＋Ｆだけ周波数偏移し、ビーム６
４６としてそらされる。ビーム６３６及び６４６
を使つて、フアイバ・コイルを反対向きに伝播す
る。周波数がＦだけ異なるビームとする。

第１０図、第１３図及び第１５図に示したジヤ
イロ１５０，２２０及び３２０は、第２４図、第
２５図、第２６図及び第２７図に示す形の音響光
学式変調器５４６，５７０，６０４，６３０を用
いることが出来る。これらの変調器は、反対向き
に伝播するビームの間に、回転速度に比例する周
波数差Ｆを設定することが出来る様にする。回転
がない時、Ｆ＝０であり、従つて、反対向きに伝
播するビームの間の相対的な分散によるバイア
ス・ドリフトが０になる。この代りに、この誤差
項は倍率誤差になるが、その制約はバイアス・ド
リフトよりずつと厳しさが低く、これは光源の出
力波長を監視することによつて補正することが出
来る。

光源の出力波長を監視する多数の手段がある。
レーザ・ダイオード又はLEDの場合、装置の温
度を監視すれば、１℃の分解能に対して倍率補正
は約100PPMになる。10PPM又はそれよりよい
倍率精度を達成する為には、位置検出器と組合せ
たミニエイチヤア格子を用いることが出来る。第
２８図はこういう方法を実施した実施例のジヤイ
ロ６６０を示す。ジヤイロ６６０は第１５図に示
したジヤイロ３２０と同様であり、動きを感知す
る部分に空隙のない実質的に固体ブロツクの構成
である。ジヤイロ６６０が光ビームを放出するレ
ーザ・ダイオード６６２を含む。レーザ・ダイオ
ード６６２の光出力は、電源である光学周波数調
整手段６６５から印加される電圧を変えることに
よつて制御される。電源である光学周波数調整手
段６６５も、飛行中の低温始動の為、又は後で説
明する他の理由により、制御自在に変えることが
出来る。ダイオード６６２からの光ビームがビー
ム分割器キユーブ６６６に結合された段階形屈折
率レンズ６６４によつてコリメートされる。光ビ
ームがキユーブ６６６を通過して、第２の段階形
屈折率６６８により、フアイバ空間フイルタ６７
２の端６７０に集束される。光ビームは他端６７
４から出て行き階段形屈折率レンズ６７６によつ
て再びコリメートされる。レンズ６７６が第２の
偏光キユーブのビーム分割器６７８に接続されて
いる。偏光キユーブのビーム分割器６７８が、そ
の後面６８４に鏡６８２を持つ２重変換器音響光
学式変調器６８０にビームを差し向ける。偏光キ
ユーブのビーム分割器６８０がジヤイロ６６０の
偏光状態を定める。音響光学式変調器６８０及び
鏡６８２が組合さつて、ビームを分割してその周
波数偏移を生ずる様に作用する。第１０図及び第
１３図について説明した様に、この結果得られる
２本のビームが、偏光ビーム分割器６７８及びレ
ンズ６７６により、光学フアイバ・コイル６９０
の両端６８６，６８８に差し向けられる。２本の
ビームがフアイバ・コイル６９０を反対向きに循
環する。強度維持変換器６９２が、光ビームの少
なくとも半分のエネルギが正しい偏光状態に保た
れる様に保証し、光学デイザ変換器６９４がコイ
ル６９０に接続されて、光ビームに対して正弦状
の位相敏感信号を加える。両方の変換器６９２，
６９４がフアイバ・コイル６９０の同じ端に隣接
して接続されることが示されているが、これは必
要ではなく、その何れの端の近くに接続してもよ
い。フアイバ・コイル６９０の両端６８８，６８
６から出て来ると、反対向きに伝播する２本のビ
ームが再び組合されて音響光学式変調器６８０に
入り、偏光キユーブのビーム分割器６７８及びレ
ンズ６７６により、フアイバ空間フイルタ６７２
に戻される。混合された光ビームがフアイバ空間
フイルタ６７２を逆に伝播し、レンズ６６８によ
つて再びコリメートされ、階段形屈折率レンズ６
９８により、検出器６９６に向つて反射される。

図示の様に、温度プローブ７００がレーザ・ダ
イオード６６２に接続されていて、その温度を感
知する。温度プローブの電気出力は、１℃の分解
能に対して約100PPMの前述の補正が得られる様
な倍率にすることが出来る。10PPM又はこれよ
り高い分解能又は更によい分解能にするには、ミ
ニエイチヤア格子７０２を、偏光キユーブのビー
ム分割器６６６によつて反射された、レーザ・ダ
イオード６６２からのビームの一部分７０４を遮
る様に位置ぎめする。周波数の差により、ビーム
の部分７０４が、その周波数に応じた角度で、格
子７０２で回折される。ビーム部分７０４を回折
した後、それが適当なレンズ装置７０６を通過
し、位置検出器７０８に集束される。位置検出器
７０８に於けるビーム部分７０４の位置は、レー
ザ・ダイオード６６２の出力波長の精密な目安で
ある。この代りに、この発明のジヤイロは、フア
イバ・コイル内の分散を利用することにより、レ
ーザ源の波長を自動的に追跡することが出来る。
この可能性により、飛行中の低温始動時からの回
転速度を決定することが出来る。

第１０Ｃ図及び第１０Ｄ図は、周波数が大幅に
隔たるフリンジをこの発明のジヤイロが標本化す
ることが出来ることを示している。第２９図は２
つのフリンジ・パターン７１０，７１２を例示し
ており、分散によるバイアス・ドリフトなしに回
転速度を抽出する為、並びに倍率誤差を補正する
為の波長の変化を決定する為に、この能力をどの
様に利用するかを示している。回転がない場合、
パターン７１０のフリンジ７１４は、任意である
が予定の周波数の点７１５，７１６，７１７に対
して図示の様な位置にある。回転が起ると、フリ
ンジ７１４が周波数７１５，７１６，７１７に対
してシフトし、回転速度は次の形になる。

Ω＝（F₂−F₁）nλ／4R (4) こゝでＭ番目及び−Ｍ番目のフリンジの間の周
波数差F₂−F₁をとることにより、０次フリンジ
の周波数偏数を決定することが出来、分散による
バイアス・ドリフトはなくなる。光源の波長の変
化は次の式 dλ＝ΔF₁＋ΔF₂／F₁＋F₂〔１／（λ₀／n₀）／dn／dλ
〕(5) を使つて抽出することが出来、倍率を補正する為
に使うことが出来る。こういう方法は、精度の高
い光学フアイバ・ジヤイロをうまく用いる為に非
常に重要である。

飛行中の低温始動時からの０次の他方のフリン
ジの位置を決定する為には、Ｍ次フリンジの周波
数の位置が次の式で表わされることに注意された
い。

F_M＝２ΩＲ／λn Mc／Ln (6) 第１項は回転にするフリンジの位置の周波数変
化に対応し、フリンジの次数に無関係である。第
２項はフリンジの次数に関係すると共に、波長に
も関係する。即ち ΔMc／Ln＝−Mc／Ln〔λ／ｎ dn／dλ〕dλ／λ＝−Mc
／Ln dλ／λ(7) こゝでフアイバ・コイルの長さの変化は無視し
ている。レーザ・ダイオードに対する電力入力を
変調すること等により、ジヤイロの入力波長を振
動させ又は切換え、波長の変化に伴うフリンジの
位置の動きを標本化すると、Ｍ次及び−Ｍ次のピ
ーク位置を決定することが出来、これから０次の
ピーク位置を抽出することが出来る。

出来るだけ正確に波長を監視する為、出来るだ
け大幅に周波数が隔たるフリンジを測定すべきで
ある。この目的を達成する１つの方法は、第２４
図乃至第２７図の音響光学式ビーム分割器と同様
に、音響光学式変調器スイツチを用いることであ
る。第３０Ａ図は、簡単な音響光学式変調器周波
数スイツチ７２０を示す。光ビーム７２２が端面
７２４と垂直に、変調器７２０に入る。２重変換
器７２６，７２８が光ビーム７２２に対してブラ
ツグの角度で整合していて、光ビーム７２２の上
向きの偏移を生ずる。変換器７２６を周波数F₁
で付勢すると、上向きに偏移した周波数F₁で偏
向ビームが発生される。反対側の変換器７２８を
F₂で付勢すると、図示の様に、反対向きに偏向
した上向きに偏移した光ビームがF₂で発生され
る。第３０Ｂ図は、光ビーム７３６が下向きに偏
移する様に、変換器７３２，７３４が入力ビーム
７３６から遠ざかる向きにブラツグの角度で配置
されている時の、同様な変調器７３０の作用を示
す。第３１Ａ図及び第３１Ｂ図は、バタフライ形
音響光学式変調器スイツチ７４０を形成する為
に、第３０Ａ図及び第３０Ｂ図の変調器７２０，
７３０をどの様に組合せるかを示している。特
に、スイツチ７４０は、入力光ビームに対して−
F₁、０及びF₂だけ偏移した周波数で３つの別々
のビームが発生される様に、変換器７２８及び７
３４を夫々F₁及びF₂で付勢することによつて、
作動することが出来ることに注意されたい。第３
１Ａ図及び第３１Ｂ図に示す様に、向い合つた変
換器７２６，７３２をF₁及びF₂で付勢すること
により、これらの光ビームの角度偏差を切換える
ことが出来る。第１２図について説明したのと同
様に、この角度で偏向した光ビームを光学フアイ
バ・コイルの両端に結合することにより、コイル
にF₁＋F₂だけ異なる、反対向きに伝播するビー
ムを設定することが出来る。反対側の１対の変調
器に切換えると、光ビームは周波数が−F₁−F₂
だけ異なる。この為、両方の場合に、周波数が
2F₁＋2F₂だけ異なるフリンジ位置を測定するこ
とにより、光源の出力波長を高い精度まで測定す
ることが出来る。バタフライ形音響光学式変調器
スイツチ７４０を用いた小形の位相ゼロ形光学ジ
ヤイロ７５０が第３２図に示されている。これ
は、第１０図、第１３図、第１５図及び第２８図
について説明したジヤイロ１５０，２２０，３２
０，６６０と同様に作用する。

波長を監視することによつて倍率が正確に決定
される他に、このスイツチ方式を使うと、ゼロ周
波数の両側で標本化を行なう時、バイアス・ドリ
フトがなくなる。この方式の３番目の重要な特徴
は、出力光信号が入つて来る光信号から周波数偏
移していることである。反対向きに伝播するビー
ムだけがこの周波数だけ偏移するから、出力信号
は、装置の散乱成分、フアイバに於けるレーレー
後方散乱並びに同様な影響により、検出器に入射
する外来の光から隔離される。

ジヤイロ７５０が光源７５２を含み、これが段
階形屈折率レンズ７５４を介してビーム分割器７
５６に光ビームを送出し、この分割器で、ビーム
の一部分が階段形屈折率レンズ７６０を介して光
源出力モニタ７５８に偏向される。このモニタは
前に説明した形式であつてよい。源７５２からの
残りの光が別の段階形屈折率レンズ７６２を通過
し、フアイバ空間フイルタ７６６の端７６４に結
合され、これがビームを別の階段形屈折率レンズ
７６８を介して偏光子７７０に伝達する。ビーム
が偏光子７７０からバタフライ形音響光学式変調
器スイツチ７４０に入り、そこで上に述べた様に
作用を受けて、階段形屈折率レンズ７７８によ
り、光学フアイバ・コイル７７６の両端７７２，
７７４に送られる。光学位相デイザ素子及び強度
維持素子７８０，７８２が光学フアイバ・コイル
７７６に配置されていて、デイザ作用を加えると
共に、コイル７７６内を反対向きに伝播するビー
ムの強度を維持する。この後、反対向きに伝播す
るビームがスイツチ７４０を逆に通り、フイルタ
７６６を通つて、ビーム分割器７５６により、出
力検出器７８４へと偏向される。

バタフライ形スイツチ７４０の別の方式は、第
３３Ａ図及び第３３Ｂ図に示す２重インライン形
音響光学式変調器スイツチ７９０である。この場
合、０次ビーム７９２を使つて、反対向きに伝播
するビーム７６４の内の一方を発生し、他方の光
ビーム７９６の周波数は、変調器７９８又は８０
０の一方又は他方をオンに転ずることにより、Ｆ
から−Ｆに切換える。スイツチ７９０は、バタフ
ライ形スイツチ７４０により一層簡単であるとい
う利点があり、任意の所定の時に、１つの変換器
８０２又は８０４しか作用しないので、所要エネ
ルギが少ない、スイツチ７９０はジヤイロ７５０
のバタフライ形スイツチ７４０の代りに使うこと
が出来、この時、波長を追跡する為に利用し得る
フリンジの間の周波数間隔が、1/2に減少すると
いう欠点がある。

第３４図は、中心のビーム分割器としてビーム
分割ウエツジ８１２を使う小形の位相ゼロ形光学
ジヤイロ８１０を示す。特に光源８１４からの出
力が、階段形屈折率レンズ８１６によつてコリメ
ートされ、ビーム分割キユーブ８１８に入る。こ
の光ビームの一部分が階段形屈折率レンズ８２０
に分割され、光源モニタ８２２に集束される。こ
のモニタは帰環ループ（図に示してない）と組合
せて使つて、光源８１４の出力を安定化すること
が出来る。モニタ８２２の出力は、光源の振幅の
変動が起る時、出力検出器８２４の信号に対する
利得を適当に調節する為にも使うことが出来る。
光ビームの残りの部分が階段形屈折率レンズ８２
６によつて、フアイバ空間フイルタ８３０の端８
２８に集束される。光ビームは空間フイルタ８３
０を出て、階段形屈折率レンズ８３２によつて再
びコリメートされ、素子８３４によつて偏向させ
られ、ビーム分割ウエツジ８３６によつて反対向
きに伝播するビームに分割される。一方の光ビー
ムが偏光子８３４を逆に通過し、レンズ８３２に
よつてフアイバの端８３８に集束される。この光
ビームが光学デイザ素子８４０を通過する。素子
８４０は、検出の為に、光ビームに交流位相変調
を加える。この後光ビームが先に進んで、フアイ
バ内の変化する複屈折による信号の脱落を避ける
為に使われる強度維持素子８４２を通過する。素
子８４２は、偏光を保存するフアイバを使えば不
要である。光ビームがフアイバの端８４４から出
て、階段形屈折率レンズ８４６によつてコリメー
トされる。コリメートされた光ビームが、反射モ
ードで動作する為の反射性後面８５０を持つ音響
光学式変調器８４８に入る。反射モードで動作す
ることにより、真直ぐに通過する方式と較べた
時、所定の効率に対して、長さ及び駆動電力の条
件が小さくなる。偏向した１次ビームがレンズ８
４６によつて光学フアイバ・コイル８５４の端８
５２に集束される。この光ビームは光学フアイ
バ・コイル８５４の他端８５６から出て、階段形
屈折率レンズ８５８によつてコリメートされる。
コリメートされたビームが、反射モードで動作す
る為の反射性後面８６２を持つ第２の音響光学式
変調器８６０に入り、偏向された１次ビームがレ
ンズ８５８によつてフアイバの端８６４に集束さ
れる。光ビームがフアイバの他端８６６から出
て、レンズ８３２によつて再びコリメートされ
る。この光ビームが偏光子８３４に入り、ビーム
分割ウエツジ８３６から反射される。この光ビー
ムの一部分が偏光子８３４を逆に通り、レンズ８
３２によつてフアイバ空間フイルタ８３０の端８
６８に集束される。光ビームはレンズ８３０を出
て、レンズ８２６によつて再びコリメートされ、
ビーム分割器８１８から、階段形屈折率レンズ８
７０及び開口８７２を介して、出力変換器８２４
に反射される。装置内を同様な光ビームが反対向
きに伝播し、２つの光ビームが混合されて、ジヤ
イロ８１０の出力を形成する。

第３５図は直線通過モードの音響光学式変調器
８８２及び８８４を用いる小形のジヤイロ８８０
を示す。この場合、源８８６からの光がコリメー
トされて、フアイバ空間フイルタ８８８の端に集
束される。フイルタを通過した後、光が再びコリ
メートされ、偏光子８９０で偏光させられてか
ら、中心のビーム分割器８９２により、反対向き
に伝播するビームに分割される。分割された一方
の光ビームが真直ぐにビーム分割器８９２を通過
して、音響光学式変調器８８２に入る。この変調
器８８２からの１次回折ビームがフアイバ・コイ
ル８９６の１端８６４に集束される。普通の単一
モード・フアイバを使う場合、強度維持素子８９
８を使うが、偏光を保存するフアイバを用いれ
ば、これは不要である。コイル８９６の一端９０
０で、素子５２０と同様な光学デイザ素子９０２
を用いて、フアイバを引伸すことにより、又は前
に説明した４２０，４４０，４６０，４８０，５
００の様な他の位相変調器の内の任意の１つを用
いることによつて、光学デイザが設定される。光
がフアイバ・コイル８９６の他端９００から出
て、再びコリメートされて、第２の音響光学式変
調器８８４に入る。この後、１次回折ビームはビ
ーム分割器８９２で反射され、偏向させられて、
フアイバ空間フイルタ８８８に集束される。フア
イバ空間フイルタ８８８を出た後、光ビームが再
びコリメートされ、ビーム分割器９０４からレン
ズ９０８及び開口９１０を介して、出力検出器９
０６に反射される。分割された他方の光ビームは
反対向きにコイル８９８を通過してから、ビーム
分割器８９２で再び組合され、検出器９０６で混
合ビームとして最終的に検出される。

第３６図及び第３７図は単一ブロツクを用い、
音響光学式変調器を持たない簡単なアナログ・ジ
ヤイロ９１２，９１４を示している。何れに於て
も、源９１６からの光がコリメートされ、ビーム
分割器９１８を通過する。この光ビームの一部分
を分割して、光源出力モニタ９２０に送ることが
出来る。光ビームの残りの部分が、第３６図に示
す様に偏光ビーム分割器９２２による反射の後、
又は第３７図に示す様に偏光子９２４及びプリズ
ム９２５を直進した後、偏光させられる。この
後、光ビームが階段形屈折率レンズ９２６に反射
され、フアイバ空間フイルタ９２８に集束され
る。この光ビームは空間フイルタ９２８を出て、
レンズ９２９によつて再びコリメートされ、ビー
ム分割ウエツジ９３０によつて反対向きに伝播す
るビームに分割される。この後、２本のビームが
フアイバ・コイル９３２を反対向きに伝播し、再
び組合されて、フアイバ空間フイルタ９２８に戻
され、これまでの図面について説明したのと同様
に、検出器９３４に入射する。２本のビームの間
に基本的な周波数の差はないから、コイル９３２
を通過する間に２本のビームに加えられた情報の
復号は、光学デイザ素子９３６によつてビームに
発生された差並びに強度維持素子９３８（偏光を
保存するフアイバを使わない限り）のビーム維持
作用に頼らなければならない。勿論、装置９１
２，９１４のダイナミツク・レンジは、それらが
アナログ検出を使わなければならないので、著し
く減少する。ジヤイロ９４０の場合に示した様
に、ジヤイロ９１２の光路内に配置された音響光
学式変調器又は反射性音響光学式変調器をジヤイ
ロ９１４のウエツジ９３０の代りに使う場合、そ
れらはこれまで説明した他のデイジタル装置と同
様に動作することが出来る。

第３８図は全部フアイバの位相ゼロ形光学ジヤ
イロ９４０の略図である。光源９４２がフアイ
バ・ビーム分割器９４４にピグテール接続されて
いる。ビーム分割器９４４に対する入力光ビーム
が２つの部分に分割される。一方の部分は光源出
力モニタ９４６に差し向けられ、これは光源９４
２の振幅変動を補正する為に使うことが出来る。
光ビームの他方の部分はフアイバ偏光子９４８を
通過することによつて偏光させられ、中心のビー
ム分割器９５０により、反対向きに伝播するビー
ムに分割される。反時計廻りに伝播する光ビーム
は、フアイバ周波数偏移器８５２によつて周波数
偏移を受け、光学フアイバ・コイル９５４に入
る。フアイバ・コイル９５４を出た後、このビー
ムは第２のフアイバ周波数偏移器９５６によつて
周波数偏移を受ける。この後光ビームが強度維持
素子９５８に入る。これは信号の脱落を防止する
が、偏光状態を保存するフアイバを用いた場合は
不要である。中心のビーム分割器９５０に戻る前
に、検出の為、光学位相デイザ素子９６０によつ
て光ビームに位相変調が加えられる。この後、光
ビームがビーム分割器９５０を介してフアイバ偏
光子９４８及び入力／出力ビーム分割器９４４を
通つて出力検出器９６２に差し向けられる。ビー
ム分割器９５０からの他方のビームは時計廻りに
コイル９５４を通つて、種々の素子の作用を受け
てから、ビーム分割器９５０で再び組合される。
従つて、ジヤイロ９４０は前に述べたジヤイロと
同じ様に動作する。

全てフアイバの位相ゼロ形光学ジヤイロ９４０
の変形９７０が第３９図に示されている。この場
合、光学フアイバのビーム分割器９５０及び光学
フアイバの周波数偏移器９５２，９５６が、第４
１図に示す様な周波数偏移器／ビーム分割器９７
２に置き換えられている。ジヤイロ９７０の動作
は、音響光学式変調器／ビーム分割器６８０又は
７４０を用いたバルク形光学位相ゼロ形光学ジヤ
イロ６６０又は７５０について前に説明した動作
と同様である。

第４０Ａ図は全てフアイバの位相ゼロ形光学ジ
ヤイロ９４０又は９７０を多重化して３個一組９
８０とする様子を示している。これはフアイバ・
ビーム分割器９８２，９８４を用いて、３種類の
異なる周波数で動作している３つの回転感知コイ
ル９８６，９８８，９９０及び光学デイザ素子９
９２，９９４，９９６を分離し、各々の個別の感
知装置９９８，１０００及び１００２からの出力
信号を多重化することが出来る様にしている。コ
イル９８６，９８８及び９９０が直角の向きであ
る場合、１つの光源９４２、１つの光学モニタ９
４６及び１つの出力検出器９６２しか必要としな
い３軸ジヤイロが得られる。第４０Ｂ図に示す様
な個別のバルク光学部品を用いて、光学ジヤイロ
を３個一組１００３に多重化することも可能であ
る。第４０Ｂ図の同様な部品には、第４０Ａ図と
同じ参照符号を用いている。

第４１図は第４０図のビーム分割器９８２，９
８４の様な光学フアイバ・ビーム分割器を大量生
産する方法を示す。フアイバ１００４を心棒１０
０６の周りに巻付ける。次に、フアイバ１００４
の片側１００８をすり減らして、その被覆が所望
の深さまで取巻られる様にする。別の心棒１０１
０にフアイバ１０１２を巻付けて、同じ様に平坦
な側面１０１４を設け、すり減らした区域が互い
に接触する様に整合させる。これらを融着又は接
着方法によつて結合する。心棒１００６及び１０
１０に設けられたフアイバ１０００及び１０１２
をこの後切断して多重ビーム分割器１０１６を形
成する。

第４２図は第３８図及び第３９図の偏光子９４
８の様なインライン形フアイバ偏光子を大量生産
する方法を示す。フアイバ１０２０を心棒１０２
２に巻付け、フアイバ１０２０のコイルの片側１
０２４を、フアイバ・ビーム分割器１０１６の場
合と同じ様にすり減らす。然し、この場合、側面
１０２４に複屈折板１０２６を配置して、１つの
直線偏光だけがフアイバ１０２０を伝播する様に
する。フアイバ１０２０及び板１０２６を切断し
て偏光子１０２８を形成する。光が板１０２６に
漏れることにより、他の偏光状態はなくなる。

第４３Ａ図及び第４３Ｂ図は、偏移器９５２，
９５６の様なインライン・フアイバ周波数偏移器
を円大量生産する方法を示す。心棒１０３０を作
つて基板１０３２を支持するか、或いは心棒１０
３０自体が基板１０３４を含んでいてよい。フア
イバ周波数偏移器の変換器として作用する薄手の
圧電ウエーハ１０３６を基板１０３２又は１０３
４に結合する。次に光学フアイバ１０３８を基板
１０３２又は１０３４に巻付け、所定位置に結合
する。この後、基板１０３２又は１０３４を薄片
に切断して、個別の周波数偏移器１０４０又は１
０４２を形成する。

別の方法が第４４図に示されている。この場
合、光学フアイバ・ビーム分割器１０４４が音波
発生器１０４６に直接的に結合される。この時、
入力光ビーム１０４７は０次及び１次回折ビーム
１０４８及び１０５０として別々のチヤンネルに
分割される。

上に述べた位相ゼロ合せ方法並びにその配置は
若干変更して、多数の有用な装置及び感知装置を
形成することが出来る。第４５図は第１０Ｃ図及
び第１０Ｄ図について述べた様に、巻枠１０６４
にあるフアイバ１０６２の長さを測定する為に使
うことの出来る位相ゼロ形光学フアイバ診断装置
１０６０を示す。この場合、これまでに設明した
基本的な位相ゼロ形光学ジヤイロの任意の設計を
使うことが出来るが、図面にはジヤイロ８８０を
示してある。基本的な変更は、試験しようとする
或る長さのフアイバ１０６２を取付ける為にフア
イバ整合治具１０６６，１０６８が設けられてい
ることである。これらの治具１０６６，１０６８
は、微小位置ぎめ装置でフアイバの端１０７４，
１０７６を整合させる為に使われるＶ字形溝で構
成することが出来る。その長さは検出器９０６の
出力から決定することが出来る。

第４６図は、前に第１０Ｃ図、第１０Ｄ図、第
２９図及び第３２図について説明したのと同様
に、未知の源からの出力波長を決定する為に使う
ことが出来る位相ゼロ形光学分光計１０９０を示
す。主な違いは、光源７５２が未知の周波数を持
つ光源１０９２に置き換えられていることであ
る。この他の位相ゼロ形光学ジヤイロの配置を使
うことが出来るが、ジヤイロ７５０が図面に示さ
れている。光源１０９２の出力の波長は、前に第
１０Ｃ図及び第１０Ｄ図について説明した様に、
周波数変化のあたりの、検出器に入射するフリン
ジの数から決定することが出来る。周波数を非常
に正確に測定することが出来るから、こうして非
常に感度の高い分光計を形成することが出来る。
コイル７７６が不動に保たれている場合又は８の
字形に巻かれていて、如何なる回転の影響もゼロ
にする様になつている時、フリンジの測定が更に
容易になる。

第４７図は、磁力計、電位計、音響感知装置、
加速度計、圧力又は温度感知装置として使うこと
が出来る形式の汎用位相ゼロ形装置１１００を示
す。基本的には、光学フアイバに非相反移相を誘
起せしめることの出来る任意の環境の影響を位相
ゼロ形光学感知装置によつて検出することが出来
る。１例として、感知するフアイバ部分１１０２
をニツケル又はその他の任意の磁歪材料で被覆す
ることにより、磁界や存在する時、被覆が収縮し
て、フアイバ・コイル１１０２の感知部分に屈折
率の変化を招く。フアイバ・コイル７７６の長さ
の半分が被覆されていて、残り半分１１０４がこ
の影響から遮蔽されている場合、最大の感度が得
られる。図示の様に、コイルの部分１１０２はコ
イルの部分１１０４と反対向きに巻かれており、
この為コイル７７６の回転はその出力に影響を与
えない。この屈折率変化の時間的に変化する部分
が、フアイバ・コイル７７６を反対向きに伝播す
るビームの間に非相反移相を誘起し、これが位相
ゼロ方式によつて感知され、磁界の変化を測定す
る為に使われる。圧電被覆材料を使うことによ
り、電界を感知する電位計を作ることが出来る。
音波（圧力変動）並びに温度変化の検出も、圧力
又は温度の化によつて急速に収縮し又は変形する
材料でフアイバを被覆することにより、又はフア
イバに対して直接的にこの変化を加えることによ
つて、同様に達成することが出来る。特に、コイ
ル１１０２の感知部分を感圧材料で埋込み、感知
装置１１００の出力を積分することにより、加速
度計を形成することが出来る。

以上、この発明の最初に述べた目的並びに利点
を全て達成する新規な小形で受動形の光学フアイ
バ・ジヤイロ並びに関連した装置を図示し且つ説
明した。然し、以上の説明から、当業者には、こ
の発明のいろいろな変更、置換並びにこの他の使
い方が考えられよう。この様な全ての変更並びに
他の使い方は、この発明の範囲内に属すると考え
られ、この発明の範囲は請求の範囲の記載のみに
よつて限定されることを承知されたい。