JP2548044B2 - 光干渉角速度計 - Google Patents
光干渉角速度計Info
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- JP2548044B2 JP2548044B2 JP2324013A JP32401390A JP2548044B2 JP 2548044 B2 JP2548044 B2 JP 2548044B2 JP 2324013 A JP2324013 A JP 2324013A JP 32401390 A JP32401390 A JP 32401390A JP 2548044 B2 JP2548044 B2 JP 2548044B2
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- light
- optical
- light source
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Description
【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は光源よりの光を第１光分岐器で２分し、そ
の一方の光を第２光分岐器で更に２分してループ状光伝
送路の両端に右回り光、左回り光としてそれぞれ供給
し、そのループ状光伝送路から出射した両光を合成して
干渉させ、その干渉光を第１光分岐器で光源側と光検出
器側とに分岐し、その光検出器の出力から、ループ状光
伝送路にその軸心まわりに印加された角速度を検出する
光干渉角速度計に関する。
の一方の光を第２光分岐器で更に２分してループ状光伝
送路の両端に右回り光、左回り光としてそれぞれ供給
し、そのループ状光伝送路から出射した両光を合成して
干渉させ、その干渉光を第１光分岐器で光源側と光検出
器側とに分岐し、その光検出器の出力から、ループ状光
伝送路にその軸心まわりに印加された角速度を検出する
光干渉角速度計に関する。
「従来の技術」 第３図に従来の光干渉角速度計を示す。光源11から出
た光は、光分岐器12において２分され、その一方は偏光
子13を通過した後、光分岐器14へと導かれ、他方は、終
端素子15に終端される。光分岐器14を通過した光は右回
り光と左回り光とに分岐され、左回り光は、光分岐器14
から出た後すぐに位相変調器16によって位相変調を受け
た後、ループ状光伝送路としての光ファイバコイル17の
一端の入射され、光ファイバコイル17を左回りに伝搬し
た後、ふたたび光分岐器14に到達する。一方右回り光は
光分岐器14を出て光ファイバコイル17の他端に入射さ
れ、光ファイバコイル17を左回りに伝搬後、位相変調器
16によって位相変調を受けた後、再び光分岐器14に到達
する。光分岐器14では、これら光ファイバコイル17を伝
搬した右回り光と左回り光とが出会い干渉する。このと
きに右回り光と左回り光とは位相変調器16によって周期
的な位相偏移を受けているため右回り光と左回りとのあ
いだには周期的な位相差が生じる。例えば位相変調器16
を駆動する変調信号の周波数fmが1/（２τ）（τは光フ
ァイバコイル17を光が伝搬する時間）の時、光分岐器14
で合成される右回り光と左回り光との位相差は２τ周期
で変化する。このためこれら両光が合成された干渉光は
互いに強め合ったり弱め合ったりすることが周期τで繰
返され、つまり周期τで強度が変化する光となる。右回
り光と左回り光との位相差に応じて干渉光の強度が周期
τで変化する。
た光は、光分岐器12において２分され、その一方は偏光
子13を通過した後、光分岐器14へと導かれ、他方は、終
端素子15に終端される。光分岐器14を通過した光は右回
り光と左回り光とに分岐され、左回り光は、光分岐器14
から出た後すぐに位相変調器16によって位相変調を受け
た後、ループ状光伝送路としての光ファイバコイル17の
一端の入射され、光ファイバコイル17を左回りに伝搬し
た後、ふたたび光分岐器14に到達する。一方右回り光は
光分岐器14を出て光ファイバコイル17の他端に入射さ
れ、光ファイバコイル17を左回りに伝搬後、位相変調器
16によって位相変調を受けた後、再び光分岐器14に到達
する。光分岐器14では、これら光ファイバコイル17を伝
搬した右回り光と左回り光とが出会い干渉する。このと
きに右回り光と左回り光とは位相変調器16によって周期
的な位相偏移を受けているため右回り光と左回りとのあ
いだには周期的な位相差が生じる。例えば位相変調器16
を駆動する変調信号の周波数fmが1/（２τ）（τは光フ
ァイバコイル17を光が伝搬する時間）の時、光分岐器14
で合成される右回り光と左回り光との位相差は２τ周期
で変化する。このためこれら両光が合成された干渉光は
互いに強め合ったり弱め合ったりすることが周期τで繰
返され、つまり周期τで強度が変化する光となる。右回
り光と左回り光との位相差に応じて干渉光の強度が周期
τで変化する。
光分岐器14よりの干渉光は偏光子13を通じ、光分岐器
12に達し、２つの光に分岐され、その一方は光源11に戻
り、他方は光検出器21で電気信号に変換される。この電
気信号は位相変調周波数fmの２倍の周波数、1/τで変化
する信号となる。
12に達し、２つの光に分岐され、その一方は光源11に戻
り、他方は光検出器21で電気信号に変換される。この電
気信号は位相変調周波数fmの２倍の周波数、1/τで変化
する信号となる。
光ファイバコイル17に、その軸心を中心とする角速度
が印加されると、サニャック効果により、右回り光と左
回り光との間に、その入力角速度に応じた位相差が生じ
る。このため、光検出器21の出力電気信号にその位相差
に応じて、位相変調周波数fmの成分が現れる。光検出器
21の出力は同期検波回路22において位相変調周波数の参
照信号で同期検波される。入力角速度がゼロの場合は前
述したように、光検出器21の出力は位相変調周波数の偶
数倍成分のみ、主として２倍の成分のみであるから同期
検波回路22の出力はゼロであるが、角速度が入力される
と、光検出器21の出力に位相変調周波数と同一周波数の
成分が生じ、その入力角速度の方向及び大きさに応じた
極性及びレベルの出力が同期検波回路22から得られ、こ
れが出力端子23へ供給され、入力角速度を検出すること
ができる。位相変調器16に供給する位相変調信号及び同
期検波回路22へ供給する参照信号は変調信号発生器24で
作られる。
が印加されると、サニャック効果により、右回り光と左
回り光との間に、その入力角速度に応じた位相差が生じ
る。このため、光検出器21の出力電気信号にその位相差
に応じて、位相変調周波数fmの成分が現れる。光検出器
21の出力は同期検波回路22において位相変調周波数の参
照信号で同期検波される。入力角速度がゼロの場合は前
述したように、光検出器21の出力は位相変調周波数の偶
数倍成分のみ、主として２倍の成分のみであるから同期
検波回路22の出力はゼロであるが、角速度が入力される
と、光検出器21の出力に位相変調周波数と同一周波数の
成分が生じ、その入力角速度の方向及び大きさに応じた
極性及びレベルの出力が同期検波回路22から得られ、こ
れが出力端子23へ供給され、入力角速度を検出すること
ができる。位相変調器16に供給する位相変調信号及び同
期検波回路22へ供給する参照信号は変調信号発生器24で
作られる。
「発明が解決しようとする課題」 従来の光干渉角速度計においては、光源11から出射さ
れた光を分岐する光分岐器12の分岐比が１対１に設定さ
れているため、光素子の損失がゼロとし、光源11からの
入射光量を100とすると、偏光子13と終端素子15とに分
岐された光の光量は50ずつとなり、この50の光量が光フ
ァイバコイル17より戻り、光源11へのもどり光の光量と
光検出器21への信号光の光量は25ずつとなり、光学系の
信号対雑音比は大きくとれるが、同時に光源11へのもど
り光量も最大となってしまい、光干渉角速度計の性能が
劣化する欠点があった。
れた光を分岐する光分岐器12の分岐比が１対１に設定さ
れているため、光素子の損失がゼロとし、光源11からの
入射光量を100とすると、偏光子13と終端素子15とに分
岐された光の光量は50ずつとなり、この50の光量が光フ
ァイバコイル17より戻り、光源11へのもどり光の光量と
光検出器21への信号光の光量は25ずつとなり、光学系の
信号対雑音比は大きくとれるが、同時に光源11へのもど
り光量も最大となってしまい、光干渉角速度計の性能が
劣化する欠点があった。
つまり、光干渉角速度計に使用されている光源11は半
導体レーザ等のように光共振器を利用したものが多い。
通常、半導体レーザは、レーザのチップの両端のへき開
面を反射鏡として光の共振器を構成し、この共振器で共
振した光をレーザ光として取り出している。このように
半導体レーザ等のように光の共振を利用した光源におい
ては、半導体レーザチップのへき開面以外のところから
の反射光、あるいはもどり光があると、この反射光、あ
るいはもどり光がレーザチップに入射することによっ
て、半導体レーザを構成している共振器のほかに、別の
共振器が構成されてしまう。この別の共振器は、半導体
レーザの外部に構成されるため外部共振器と呼ばれてい
る。この外部共振器が形成されると、光源のスペクトラ
ム形状、中心波長、可干渉性等が変動する。このような
現象は光干渉角速度計に良く用いられるスーパールミネ
ッセントダイオード（SLD）においても引き起こされる
ことが報告されている。
導体レーザ等のように光共振器を利用したものが多い。
通常、半導体レーザは、レーザのチップの両端のへき開
面を反射鏡として光の共振器を構成し、この共振器で共
振した光をレーザ光として取り出している。このように
半導体レーザ等のように光の共振を利用した光源におい
ては、半導体レーザチップのへき開面以外のところから
の反射光、あるいはもどり光があると、この反射光、あ
るいはもどり光がレーザチップに入射することによっ
て、半導体レーザを構成している共振器のほかに、別の
共振器が構成されてしまう。この別の共振器は、半導体
レーザの外部に構成されるため外部共振器と呼ばれてい
る。この外部共振器が形成されると、光源のスペクトラ
ム形状、中心波長、可干渉性等が変動する。このような
現象は光干渉角速度計に良く用いられるスーパールミネ
ッセントダイオード（SLD）においても引き起こされる
ことが報告されている。
光干渉角速度計において光源11のスペクトラム形状、
中心波長、可干渉性が変動することは致命的であり、特
に中心波長の変動は、直接光干渉角速度計のスケールフ
ァクタの変動に結びつくため問題となる。なぜなら、光
干渉角速度計のスケールファクタは、光源11の波長の関
数となるから、波長変動がスケールファクタの変動に結
びつく。また、光源11の可干渉性の変動は、光干渉角速
度計内での反射、散乱光によって生じるバイアスエラー
量を変動させるため、これも大きな問題となる。
中心波長、可干渉性が変動することは致命的であり、特
に中心波長の変動は、直接光干渉角速度計のスケールフ
ァクタの変動に結びつくため問題となる。なぜなら、光
干渉角速度計のスケールファクタは、光源11の波長の関
数となるから、波長変動がスケールファクタの変動に結
びつく。また、光源11の可干渉性の変動は、光干渉角速
度計内での反射、散乱光によって生じるバイアスエラー
量を変動させるため、これも大きな問題となる。
この発明はスケールファクタ変動、バイアスエラーを
引き起こす光源の波長変動、可干渉性の変動の原因とな
る光源へのもどり光を抑え、スケールファクタ変動およ
びバイアスエラー量を低減した光干渉角速度計を提供す
ることを目的とする。
引き起こす光源の波長変動、可干渉性の変動の原因とな
る光源へのもどり光を抑え、スケールファクタ変動およ
びバイアスエラー量を低減した光干渉角速度計を提供す
ることを目的とする。
「課題を解決するための手段」 この発明によればループ状光伝送路からの戻った干渉
光を光検出器側と光源側とに分岐する光分岐器は、光源
側に分岐される光量より光検出器側へ分岐される光量が
大となるように分岐比が選定されている。つまりこの光
分岐器の分岐比は1:1からずらされており、光源側の光
量：光検出器側の光量が例えば5:95〜40:60、好ましく
は20:80乃至30:70程度に選定される。
光を光検出器側と光源側とに分岐する光分岐器は、光源
側に分岐される光量より光検出器側へ分岐される光量が
大となるように分岐比が選定されている。つまりこの光
分岐器の分岐比は1:1からずらされており、光源側の光
量：光検出器側の光量が例えば5:95〜40:60、好ましく
は20:80乃至30:70程度に選定される。
このような分岐比に選定されているため、光源よりの
光はループ状光伝送路側よりも終端素子側へ多く分岐さ
れ、ループ状光伝送路側の光量が減少し、光学系の信号
対雑音比が小さくなるので、必要に応じてこの信号対雑
音比が所要値以上になるように光源の光量を従来より大
とする。一方ループ状光伝送路を伝搬してきた信号光
（干渉光）、あるいは、光ファイバ内の各点からのレイ
リー散乱光、ファイバ融着点からの反射光等の光源への
戻り光量を低減させることができるため、それによって
引き起こされる光源のスペクトラム形状変動、中心波長
変動、可干渉性の変動を低減することが可能となる。そ
の結果、これら光源特性の変動によってもたらされる光
干渉角速度計のスケールファクタエラーおよびバイアス
エラーを低減させることができる。
光はループ状光伝送路側よりも終端素子側へ多く分岐さ
れ、ループ状光伝送路側の光量が減少し、光学系の信号
対雑音比が小さくなるので、必要に応じてこの信号対雑
音比が所要値以上になるように光源の光量を従来より大
とする。一方ループ状光伝送路を伝搬してきた信号光
（干渉光）、あるいは、光ファイバ内の各点からのレイ
リー散乱光、ファイバ融着点からの反射光等の光源への
戻り光量を低減させることができるため、それによって
引き起こされる光源のスペクトラム形状変動、中心波長
変動、可干渉性の変動を低減することが可能となる。そ
の結果、これら光源特性の変動によってもたらされる光
干渉角速度計のスケールファクタエラーおよびバイアス
エラーを低減させることができる。
「実施例」 第１図にこの発明の実施例を示し、第３図と対応する
部分に同一符号を付けてある。この発明では光源11から
の光は分岐比が、この例では1:4の光分岐器25に入射さ
れ、光分岐器25により２分された光中の光量が少ない方
が偏光子13側へ入射され、多い方が終端素子15へ入射さ
れる。光ファイバコイル17から戻った干渉光は光分岐器
25に入射し、光源11側と光検出器21側とに分岐される。
部分に同一符号を付けてある。この発明では光源11から
の光は分岐比が、この例では1:4の光分岐器25に入射さ
れ、光分岐器25により２分された光中の光量が少ない方
が偏光子13側へ入射され、多い方が終端素子15へ入射さ
れる。光ファイバコイル17から戻った干渉光は光分岐器
25に入射し、光源11側と光検出器21側とに分岐される。
このように構成されているから、光素子の損失がゼロ
とし、光源11からの光の光量を100とすると、偏光子13
側への光の光量は20、終端子15側への光の光量は80とな
り、戻って来た干渉光の光量は20であるから、光源11へ
のもどり光の光量は４となり、光検出器21への信号光の
光量は16となる。このように光源11へのもどり光が従来
よりも可成り少なくなり、それだけ光源11のスペクトラ
ム形状、中心波長、可干渉性が変動し難いものとなり、
光ファイバジャイロのスケールファクタやバイアスエラ
ーも変動が少なくなる。
とし、光源11からの光の光量を100とすると、偏光子13
側への光の光量は20、終端子15側への光の光量は80とな
り、戻って来た干渉光の光量は20であるから、光源11へ
のもどり光の光量は４となり、光検出器21への信号光の
光量は16となる。このように光源11へのもどり光が従来
よりも可成り少なくなり、それだけ光源11のスペクトラ
ム形状、中心波長、可干渉性が変動し難いものとなり、
光ファイバジャイロのスケールファクタやバイアスエラ
ーも変動が少なくなる。
上述においてはこの発明をオープンループ光干渉角速
度計に適用したが、クローズドループ光干渉角速度計に
も適用することができる。その例を第２図に第１図と対
応する部分に同一符号を付けて示す。つまり同期検波回
路22の出力が鋸歯状波発生回路27へ供給され、鋸歯状波
発生回路27はその入力の極性に応じた傾斜方向で、入力
の大きさに応じた傾斜角度で鋸歯状波（段階状鋸歯状波
の場合もある）信号を発生し、その鋸歯状波信号で、光
ファイバコイル17の一端と光分岐器14との間に直列に挿
入された位相変調器28を位相変調し、同期検波回路22の
出力がゼロになるように負帰還制御する。この結果、入
力角速度の極性に応じた極性で、かつ入力角速度の大き
さに応じた周波数の鋸歯状波信号が鋸歯状波発生回路27
より得られ、その鋸歯状波信号と同一周波数のパルス
が、その鋸歯状波信号の極性に応じて出力端子29a、29b
の何れかに出力される。
度計に適用したが、クローズドループ光干渉角速度計に
も適用することができる。その例を第２図に第１図と対
応する部分に同一符号を付けて示す。つまり同期検波回
路22の出力が鋸歯状波発生回路27へ供給され、鋸歯状波
発生回路27はその入力の極性に応じた傾斜方向で、入力
の大きさに応じた傾斜角度で鋸歯状波（段階状鋸歯状波
の場合もある）信号を発生し、その鋸歯状波信号で、光
ファイバコイル17の一端と光分岐器14との間に直列に挿
入された位相変調器28を位相変調し、同期検波回路22の
出力がゼロになるように負帰還制御する。この結果、入
力角速度の極性に応じた極性で、かつ入力角速度の大き
さに応じた周波数の鋸歯状波信号が鋸歯状波発生回路27
より得られ、その鋸歯状波信号と同一周波数のパルス
が、その鋸歯状波信号の極性に応じて出力端子29a、29b
の何れかに出力される。
光分岐器25としては、プリズムを用いたいわゆるバル
ク形のもの、２本の光ファイバのクラフドを研磨して互
いに接合して互いに結合させた光ファイバカプラ、２本
の光ファイバを融着、延伸した光ファイバカプラ、光導
波路よりなる光方向性結合器、光導波路よりなるダブル
Ｙ形の分岐器などを用いることができる。
ク形のもの、２本の光ファイバのクラフドを研磨して互
いに接合して互いに結合させた光ファイバカプラ、２本
の光ファイバを融着、延伸した光ファイバカプラ、光導
波路よりなる光方向性結合器、光導波路よりなるダブル
Ｙ形の分岐器などを用いることができる。
「発明の効果」 以上述べたようにこの発明によれば、光源からの光を
ループ状光伝送路側へ分岐すると共に、ループ状光伝送
路から戻った左、右回り光の干渉光を光検出器側と光源
側とに分岐する光分岐器として、干渉光が光源側より光
検出器側へ分岐される量が多くなるように分岐比が選定
されているため、光源へのもどり光の光量が少なく、光
源のスペクトラム形状、中心波長、可干渉性などの光源
特性の変動量が従来より少なくなり、その結果、光干渉
角速度計のスケールファクタ変動、バイアスエラーが低
減される。
ループ状光伝送路側へ分岐すると共に、ループ状光伝送
路から戻った左、右回り光の干渉光を光検出器側と光源
側とに分岐する光分岐器として、干渉光が光源側より光
検出器側へ分岐される量が多くなるように分岐比が選定
されているため、光源へのもどり光の光量が少なく、光
源のスペクトラム形状、中心波長、可干渉性などの光源
特性の変動量が従来より少なくなり、その結果、光干渉
角速度計のスケールファクタ変動、バイアスエラーが低
減される。
第１図はこの発明の実施例を示すブロック図、第２図は
この発明の他の実施例を示すブロック図、第３図は従来
の光干渉角速度計を示すブロック図である。
この発明の他の実施例を示すブロック図、第３図は従来
の光干渉角速度計を示すブロック図である。
Claims (1)
- 【請求項１】光源からの光を第１光分岐器により分岐
し、その一方の分岐出力光を第２光分岐器により２つの
光に分岐し、その一方の光をループ状光伝送路の一端に
右回り光として入射し、他の光を上記ループ状光伝送路
の他端に左回り光として入射し、そのループ状光伝送路
を通過した上記右回り光と上記左回り光とを上記第２光
分岐器で合成して干渉させ、その干渉光を上記第１光分
岐器で上記光源と光検出器とに分岐供給し、その光検出
器の出力から、上記ループ状光伝送路にその軸心まわり
に印加された角速度を検出する光干渉角速度計におい
て、 上記第１光分岐器における上記光源側への分岐光量より
上記光検出器側への分岐光量が大となるように第１光分
岐器の分岐比が選定されていることを特徴とする光干渉
角速度計。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2324013A JP2548044B2 (ja) | 1990-11-27 | 1990-11-27 | 光干渉角速度計 |
| EP91915269A EP0502196B1 (en) | 1990-08-31 | 1991-08-29 | Optical interference angular velocity meter |
| CA002071882A CA2071882C (en) | 1990-08-31 | 1991-08-29 | Optical interferometric gyro having reduced light to the light source |
| PCT/JP1991/001149 WO1992004597A1 (fr) | 1990-08-31 | 1991-08-29 | Appareil de mesure de la vitesse angulaire par interference optique |
| DE69115877T DE69115877T2 (de) | 1990-08-31 | 1991-08-29 | Gerät zum messen der winkelgeschwindigkeit durch optische interferenz |
| US07/848,967 US5327214A (en) | 1990-08-31 | 1991-08-29 | Optical interferometric gyro having reduced return light to the light source |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2324013A JP2548044B2 (ja) | 1990-11-27 | 1990-11-27 | 光干渉角速度計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04194614A JPH04194614A (ja) | 1992-07-14 |
| JP2548044B2 true JP2548044B2 (ja) | 1996-10-30 |
Family
ID=18161164
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2324013A Expired - Fee Related JP2548044B2 (ja) | 1990-08-31 | 1990-11-27 | 光干渉角速度計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2548044B2 (ja) |
-
1990
- 1990-11-27 JP JP2324013A patent/JP2548044B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04194614A (ja) | 1992-07-14 |
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