JPH1183894A - Optical accelerometer - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an accelerometer which is small and lightweight and has a good temperature chaiacteristic and high precision by adopting a Michelson interferometer as a component element. SOLUTION: This accelerometer includes a light source 11 and an acceleration sensor element 13 made of an optical material substrate on which an input/ output port 3 comprising an optical waveguide 113 receiving light emitted from the light source 11, a coupler part 14 into which the input/output port 3 branches, a first port 1 made of an optical waveguide 38 formed continuously with the coupler part 14, and a second port 2 made of the optical waveguide 38 formed continuously with the coupler part 14, are formed. By providing a light receiver 17, mutually interfering beams of light reflected by the end faces of the first port 1 and the second port 2 are received and converted into electric signals.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、光学式加速度計
に関し、特に、構成素子としてマイケルソン干渉計を採
用する光学式加速度計に関する。The present invention relates to an optical accelerometer, and more particularly, to an optical accelerometer employing a Michelson interferometer as a constituent element.

【０００２】[0002]

【従来の技術】従来例を図８を参照して説明する。光源
１１から送り出された出射光Ｉ_i は、光カプラ１２にお
いて分岐する。ここで、光ファイバセンサコイルの光導
波路３８より成る第１のポート１には分岐光Ｉ₁ として
分岐すると共に、光ファイバセンサコイルの光導波路３
９より成る第２のポート２には分岐光Ｉ₂ として分岐さ
れる。2. Description of the Related Art A conventional example will be described with reference to FIG. The outgoing light I _i sent from the light source 11 branches at the optical coupler 12. Here, with the first port 1 consisting of an optical waveguide 38 of the optical fiber sensor coil branches as a branch light I _1, the optical waveguide 3 of the optical fiber sensor coils
The second port 2 composed of 9 is branched as branched light I _2.

【０００３】第１のポート１の端面には入射光を効率よ
く反射する反射膜１５が塗付され、同様に第２のポート
２の端面には反射膜１６が塗付されている。反射膜１５
および反射膜１６により反射された両反射光は光カプラ
１２において結合され、その一部は干渉光Ｉ₀ として受
光器１７に到達し、ここにおいて電気信号に変換され
る。第１のポート１のセンサコイル３８と第２のポート
２のセンサコイル３９は図９に示される如く、それぞれ
可動板８８の上面と下面に対称的に接着固定されてい
る。可動板８８の中央部には可動板８８を小さな入力加
速度によっても屈曲する適切な重りであるマス２２が取
り付けられている。図９（ｂ）は可動板８８表面を上か
ら視たところを示す図である。The end face of the first port 1 is coated with a reflective film 15 for efficiently reflecting incident light, and similarly, the end face of the second port 2 is coated with a reflective film 16. Reflective film 15
The two reflected lights reflected by the reflection film 16 are combined in the optical coupler 12, and a part thereof reaches the light receiver 17 as interference light I ₀ , where it is converted into an electric signal. As shown in FIG. 9, the sensor coil 38 of the first port 1 and the sensor coil 39 of the second port 2 are symmetrically bonded to the upper and lower surfaces of the movable plate 88, respectively. At the center of the movable plate 88, a mass 22 that is an appropriate weight that bends the movable plate 88 even with a small input acceleration is attached. FIG. 9B is a diagram illustrating the surface of the movable plate 88 viewed from above.

【０００４】ここで、可動板８８に矢印により示される
下向きの入力加速度が加わると、可動板８８が下に凸に
屈曲するところから、上面に形成される第１のポート１
のセンサコイル３８は収縮せしめられる一方、第２のポ
ート２のセンサコイル３９は伸張する。これにより第１
のポート１と第２のポート２の間に入力加速度に対応し
た光路差が現われ、両ポートを伝播する光の間に位相差
が発生する。Here, when a downward input acceleration indicated by an arrow is applied to the movable plate 88, the first port 1 formed on the upper surface starts from the place where the movable plate 88 bends downward.
Are contracted while the sensor coil 39 of the second port 2 is extended. This makes the first
An optical path difference corresponding to the input acceleration appears between the first port 2 and the second port 2, and a phase difference occurs between the light propagating through both ports.

【０００５】ここで、第１のポート１のセンサコイルの
光導波路３８の長さをＬ₁ 、第２のポート２のセンサコ
イルの光導波路３９の長さをＬ₂ とし、光源の周波数を
ｆとすると、 Δφ₁ ＝（２πｎｆ）／Ｃ・ΔＬ （ΔＬ＝２Ｌ₁ −２Ｌ₂ ） ｎ：第１のポート１、第２のポート２の屈折率 Ｃ：光速（３×１０⁸ ｍ／ｓ） ・・・・・・（１） となる。The length of the optical waveguide 38 of the sensor coil of the first port 1 is L ₁ , the length of the optical waveguide 39 of the sensor coil of the second port 2 is L _2, and the frequency of the light source is f. Δφ ₁ = (2πnf) / C · ΔL (ΔL = 2L ₁ −2L ₂ ) n: Refractive index of first port 1 and second port 2 C: Speed of light (3 × 10 ⁸ m / s) (1)

【０００６】光源を周波数変調すると、光源の周波数は
（ｆ＋Δｆ）となるので、両光間の位相差Δφ₂ は、 Δφ₂ ＝｛２πｎ（ｆ＋Δｆ）｝／Ｃ・ΔＬ ・・・・・・（２） 光源を周波数変調したことによる両光間の位相差変調成
分φ_PMは、 φ_PM＝Δφ₂ −Δφ₁ ＝（２πｎΔＬ）／Ｃ・Δｆ ・・・・・・（３） となる。依って、光の周波数変調成分Δｆを Δｆ＝Ａ sin２πｆ_mｔ ・・・・・・（４） で周波数変調すれば、第１のポート１および第２のポー
ト２を伝播する両光間に式（３）により示される位相変
調φ_PMを与えることができる。When the frequency of the light source is modulated, the frequency of the light source becomes (f + Δf). Therefore, the phase difference Δφ ₂ between the two lights is Δφ ₂ = {2πn (f + Δf)} / C · ΔL (...) 2) The phase difference modulation component φ _PM between the two lights due to frequency modulation of the light source is as follows: φ _PM = Δφ ₂ −Δφ ₁ = (2πnΔL) / C · Δf (3) Therefore, if the frequency modulation component Δf of the light is frequency-modulated by Δf = A sin2πf _mt (4), the following equation is obtained between the two lights propagating through the first port 1 and the second port 2. The phase modulation φ _PM indicated by (3) can be provided.

【０００７】 φ_PM＝βsin２πｆ_m ｔ＝βsinω_m ｔ β＝Ａ・（２πｎΔＬ）／Ｃ ω_m ＝２πｆ_m ・・・・・・（５） 一方、受光器１７に到達する干渉光Ｉ₀ は、第１のポー
ト１と第２のポート２の両光間の位相差をΔφとすると
次式で表わされる。 Ｉ₀＝Ｐ₀（１＋cosΔφ） ＝Ｐ₀｛１＋ cos（φ_PM＋Δφ_A）｝ ＝Ｐ₀｛１＋cosΔφ_A（Ｊ₀（β）＋２ΣＪ_2n（β）cos２ｎω_mｔ） − sinΔφ_A（２Σ^*Ｊ_2n+1（β）sin（２ｎ＋１）ω_mｔ） Σ ：総和の範囲は１ないし∞ Σ^* ：総和の範囲は０ないし∞ Ｊ₀ 、Ｊ_2n、Ｊ_2n+1：第１種ベッセル関数 Ｐ₀ ：受光器に到達する最大光量 Δφ_A ：加速度の入力によって生じる第１のポート１ と第２のポート２間の位相差 ・・・・・・（６） 式（６）より、光の周波数変調における変調周波数ｆ_m
の奇数次成分はｓｉｎΔφ_A に比例し、変調周波数ｆ_m
の偶数次成分はｃｏｓΔφ_A に比例することが理解され
る。依って、通常、微小入力加速度において検出感度を
得るため基本波成分のｆ_m で同期検波されｓｉｎΔφ_A
に比例した出力Ｖ₀ が得られる。[0007] _{φ PM = βsin2πf m t = βsinω} m t β = A · (2πnΔL) / C ω m = 2πf m ······ (5) On the other hand, the interference light I ₀ reaching the light receiver 17, Assuming that the phase difference between both lights of the first port 1 and the second port 2 is Δφ, it is expressed by the following equation. I ₀ = P ₀ (1 + cosΔφ) = P ₀ ｛1 + cos (φ _PM + Δφ _A )｝ = P ₀ ｛1 + cos Δφ _A (J ₀ (β) + 2ΣJ _2n (β) cos 2nω _mt ) −sin Δφ _A (2Σ ^* J _{2n +1} (β) sin (2n + 1) ω _mt ) ：: The range of the sum is 1 to ∞ ∞ ^* : The range of the sum is 0 to ∞ J ₀ , J _2n , J _{2n + 1} : Bessel function of the first kind P ₀ : Maximum amount of light reaching the photodetector Δφ _A : Phase difference between the first port 1 and the second port 2 caused by the input of acceleration... (6) From the equation (6), frequency modulation of light modulation frequency f _m in
Are proportional to sin Δφ _A and the modulation frequency f _m
It is understood that the even order component of is proportional to cos Δφ _A. Depending by, usually synchronous detection at f _m of the fundamental wave component to obtain a detection sensitivity in the minute input acceleration Sinderutafai _A
Is obtained in proportion to the output V ₀ .

【０００８】 Ｖ₀ ＝Ｋ_A・Ｐ₀・Ｊ₁sinΔφ_A Ｋ_A ：受光器〜同期検波回路までの利得 ・・・・・・（７）V ₀ = K _A · P ₀ · J ₁ sinΔφ _A K _A : Gain from the photodetector to the synchronous detection circuit (7)

【０００９】[0009]

【発明が解決しようとする課題】上述した通り、従来の
光学式加速度計は、入力加速度を検知するに光ファイバ
コイルの光導波路３８および３９を可動板８８に接着固
定した構成を採用しており、材料の膨張係数その他の物
理特性の相違によりこれら構成部材に周期温度変化によ
る歪が発生し、これに起因して第１のポート１と第２の
ポート２の間に位相差が発生していた。As described above, the conventional optical accelerometer employs a configuration in which the optical waveguides 38 and 39 of an optical fiber coil are bonded and fixed to a movable plate 88 to detect an input acceleration. Due to the difference in the expansion coefficient and other physical characteristics of the materials, distortion due to the periodic temperature change occurs in these constituent members, and as a result, a phase difference occurs between the first port 1 and the second port 2. Was.

【００１０】そして、第１のポート１および第２のポー
ト２は相互に離隔した所に設置されているので、第１の
ポート１と第２のポート２の間に温度の時間的差異が現
われて、これに依っても第１のポート１と第２のポート
２の間に位相差が発生していた。また、第１のポート１
および第２のポート２は、光ファイバコイルにより構成
されるものであり、入力加速度に対する感度を向上する
上において光ファイバコイルの径を大きくする必要があ
るので、ポートのサイズも大きくなる。Since the first port 1 and the second port 2 are set apart from each other, a time difference in temperature appears between the first port 1 and the second port 2. As a result, a phase difference is generated between the first port 1 and the second port 2. Also, the first port 1
The second port 2 is composed of an optical fiber coil. Since the diameter of the optical fiber coil needs to be increased in order to improve the sensitivity to input acceleration, the size of the port also increases.

【００１１】更に、従来の光学式加速度計は、鋸歯状波
の如きフィードバック信号を発生する位相変調器を構成
するに困難を伴うところから、クローズドループ方式の
信号処理をすることができず、オープンループ方式の信
号処理をするものであった。従って、温度変化その他の
環境に起因する光源光量の変動、加速度計を構成する光
学素子の損失変動によって出力特性が変動することがあ
った。Further, the conventional optical accelerometer has difficulty in constructing a phase modulator for generating a feedback signal such as a saw-tooth wave, and therefore cannot perform closed-loop signal processing. The loop-type signal processing was performed. Therefore, output characteristics may fluctuate due to fluctuations in the light source light amount due to temperature changes and other environments, and fluctuations in loss of optical elements constituting the accelerometer.

【００１２】この発明は、構成素子としてマイケルソン
干渉計を採用して上述の問題を解消した小型、軽量、温
度特性良好、そして高精度な光学式加速度計を提供する
ものである。The present invention provides a compact, lightweight, good temperature characteristic, and high-precision optical accelerometer that employs a Michelson interferometer as a constituent element and solves the above-mentioned problems.

【００１３】[0013]

【課題を解決するための手段】[Means for Solving the Problems]

請求項１：光源１１を具備し、光源１１から出射される
光を受光する光導波路１１３より成る入出力ポート３と
入出力ポート３が分岐したカプラ部１４と、カプラ部１
４に連続して形成される光導波路３８より成る第１のポ
ート１と、カプラ部１４に連続して形成される光導波路
３８より成る第２のポート２とを形成した光学材料基板
１３１より成る加速度センサ素子１３を具備し、第１の
ポート１および第２のポート２の端面における反射光の
干渉光を受光してこれを電気信号に変換する受光器１７
を具備する光学式加速度計を構成した。Claim 1: An input / output port 3 comprising an optical waveguide 113 for receiving light emitted from the light source 11, a coupler section 14 from which the input / output port 3 branches, and a coupler section 1
The optical material substrate 131 is formed with the first port 1 formed of the optical waveguide 38 formed continuously with the optical waveguide 4 and the second port 2 formed of the optical waveguide 38 formed continuously with the coupler section 14. A light receiver 17 including an acceleration sensor element 13 for receiving interference light of reflected light at the end faces of the first port 1 and the second port 2 and converting the interference light into an electric signal
An optical accelerometer comprising:

【００１４】請求項２：請求項１に記載される光学式加
速度計において、光学材料基板１３１は石英ガラスその
他のガラスにより構成されるものである光学式加速度計
を構成した。 請求項３：請求項１に記載される光学式加速度計におい
て、光学材料基板１３１はニオブ酸リチュームその他の
光学結晶により構成されるものである光学式加速度計を
構成した。Claim 2: The optical accelerometer according to claim 1, wherein the optical material substrate 131 is an optical accelerometer made of quartz glass or other glass. Claim 3: In the optical accelerometer according to claim 1, an optical accelerometer in which the optical material substrate 131 is made of lithium niobate or another optical crystal is provided.

【００１５】請求項４：請求項１ないし請求項３の内の
何れかに記載される光学式加速度計において、光学材料
基板１３１は入出力ポート３側端部を固定した片持ちば
りに構成したものである光学式加速度計を構成した。 請求項５ 請求項１ないし請求項４の内の何れかに記載される光学
式加速度計において、第１のポート１および第２のポー
ト２は光学材料基板１３１の厚さ方向に互いに離隔して
形成されたものである光学式加速度計を構成した。Claim 4: In the optical accelerometer according to any one of claims 1 to 3, the optical material substrate 131 is formed as a cantilever having an input / output port 3 side end fixed. An optical accelerometer was constructed. Claim 5 In the optical accelerometer according to any one of Claims 1 to 4, the first port 1 and the second port 2 are separated from each other in the thickness direction of the optical material substrate 131. The formed optical accelerometer was constructed.

【００１６】請求項６：請求項１ないし請求項５の内の
何れかに記載される光学式加速度計において、第１のポ
ート１および第２のポート２は光学材料基板１３１の長
さ方向側壁に互いに離隔して形成されたものである光学
式加速度計を構成した。 請求項７：請求項１ないし請求項６の内の何れかに記載
される光学式加速度計において、第１のポート１と第２
のポート２との間には光路差Διが付与されている光学
式加速度計を構成した。Claim 6: In the optical accelerometer according to any one of claims 1 to 5, the first port 1 and the second port 2 are arranged in the longitudinal direction of the optical material substrate 131. An optical accelerometer formed apart from each other was constructed. Claim 7: The optical accelerometer according to any one of claims 1 to 6, wherein the first port 1 and the second port 1 are connected to each other.
An optical accelerometer having an optical path difference Δι between the port 2 and the port 2 is constructed.

【００１７】請求項８：請求項１ないし請求項７の内の
何れかに記載される光学式加速度計において、光学結晶
基板１３１の自由端面に傾斜を施し、構成される第１の
ポート１と第２のポート２の間に光路差Διを付与した
光学式加速度計を構成した。 請求項９：請求項１ないし請求項７の内の何れかに記載
される光学式加速度計において、第１のポート１と第２
のポート２の何れか一方の先端部を切除して両者間に光
路差Διを付与した光学式加速度計を構成した。(8) In the optical accelerometer according to any one of (1) to (7), the free end face of the optical crystal substrate 131 is inclined and the first port 1 is formed. An optical accelerometer having an optical path difference Δι between the second ports 2 was configured. Claim 9: The optical accelerometer according to any one of claims 1 to 7, wherein the first port 1 and the second port 1 are connected to each other.
The tip of one of the ports 2 was cut off to provide an optical path difference Δι between the two.

【００１８】請求項１０：請求項１ないし請求項３の内
の何れかに記載される光学式加速度計において、光学材
料基板１３１はその両端部を固定した両持ちばりに構成
したものである光学式加速度計を構成した。 請求項１１：請求項１０に記載される光学式加速度計に
おいて、第１のポート１および第２のポート２は光学材
料基板１３１の厚さ方向に互いに離隔して形成されたも
のである光学式加速度計を構成した。In a tenth aspect of the present invention, in the optical accelerometer according to any one of the first to third aspects, the optical material substrate 131 is a double-ended beam having both ends fixed. An accelerometer was constructed. Claim 11: The optical accelerometer according to claim 10, wherein the first port 1 and the second port 2 are formed apart from each other in the thickness direction of the optical material substrate 131. An accelerometer was configured.

【００１９】請求項１２：請求項１１に記載される光学
式加速度計において、第１のポートおよび第２のポート
はらせん状の導波路で形成されたものである光学式加速
度計を構成した。 請求項１３：請求項１０および請求項１１に記載される
光学式加速度計において、第１のポートおよび第２のポ
ートは光学材料基板の長さ方向側壁の一方或は双方に互
いに離隔して形成されたものである光学式加速度計を構
成した。Claim 12: The optical accelerometer according to claim 11, wherein the first port and the second port are formed by helical waveguides. Claim 13: In the optical accelerometer according to claim 10 or 11, the first port and the second port are formed on one or both of the longitudinal side walls of the optical material substrate so as to be separated from each other. An optical accelerometer was constructed.

【００２０】請求項１４：請求項１ないし請求項１３の
内の何れかに記載される光学式加速度計において、光源
の光周波数を変調する周波数変調器を具備し、受光器の
出力する電気信号を光周波数の変調信号に関連する信号
により同期検波する同期検波回路を具備する光学式加速
度計を構成した。 請求項１５：請求項１４に記載される光学式加速度計に
おいて、加速度センサ素子の第１のポートおよび第２の
ポートの何れか一方或いは双方に光の位相を変調する位
相変調器を具備し、位相変調器に位相変調信号を印加す
る位相変調駆動回路を具備し、受光器の出力する電気信
号を位相変調信号に関連した信号を参照信号として同期
検波する光学式加速度計を構成した。In a preferred embodiment, the optical accelerometer according to any one of claims 1 to 13, further comprising a frequency modulator for modulating an optical frequency of the light source, and an electric signal output from the light receiver. An optical accelerometer having a synchronous detection circuit for synchronously detecting the signal with a signal related to the modulation signal of the optical frequency was constructed. Claim 15: The optical accelerometer according to claim 14, further comprising a phase modulator that modulates a phase of light at one or both of the first port and the second port of the acceleration sensor element, An optical accelerometer that includes a phase modulation driving circuit that applies a phase modulation signal to the phase modulator and that synchronously detects an electric signal output from the light receiver using a signal related to the phase modulation signal as a reference signal.

【００２１】請求項１６：請求項１ないし請求項１５の
内の何れかに記載される光学式加速度計において、光源
と加速度センサ素子の入出力ポートとの間に光カプラを
具備した光学式加速度計を構成した。 請求項１７：請求項１ないし請求項１６の内の何れかに
記載される光学式加速度計において、光カプラはこれを
光学材料基板に形成して加速度センサ素子に一体化して
全集積化加速度センサ素子としたことを光学式加速度計
を構成した。(16) The optical accelerometer according to any one of (1) to (15), wherein an optical coupler is provided between the light source and the input / output port of the acceleration sensor element. The meter was configured. Claim 17: In the optical accelerometer according to any one of claims 1 to 16, the optical coupler is formed on an optical material substrate and integrated with the acceleration sensor element to form a fully integrated acceleration sensor. An optical accelerometer was configured using the element.

【００２２】請求項１８：請求項１ないし請求項１７の
内の何れかに記載される光学式加速度計において、全集
積化加速度センサ素子はダブルＹカプラより成る光学式
加速度計を構成した。 請求項１９：請求項１ないし請求項１７の内の何れかに
記載される光学式加速度計において、全集積化加速度セ
ンサ素子はディレクショナルカプラより成る光学式加速
度計を構成した。Claim 18: In the optical accelerometer according to any one of claims 1 to 17, all the integrated acceleration sensor elements constitute an optical accelerometer comprising a double Y coupler. Claim 19: In the optical accelerometer according to any one of claims 1 to 17, all the integrated acceleration sensor elements constitute an optical accelerometer comprising a directional coupler.

【００２３】請求項２０：請求項１ないし請求項１７の
内の何れかに記載される光学式加速度計において、光導
波路より成る入出力ポートを偏光子等価経路に構成した
光学式加速度計を構成した。 請求項２１：請求項１ないし請求項１７の内の何れかに
記載される光学式加速度計において、光導波路より成る
入出力ポートに偏光子を挿入接続した光学式加速度計を
構成した。(20) In the optical accelerometer according to any one of (1) to (17), an optical accelerometer in which an input / output port formed of an optical waveguide is formed in a polarizer equivalent path. did. Claim 21: An optical accelerometer according to any one of claims 1 to 17, wherein a polarizer is inserted and connected to an input / output port formed of an optical waveguide.

【００２４】請求項２２：請求項１４および請求項１５
の内の何れかに記載される光学式加速度計において、同
期検波回路の出力に基づいてフィードバック信号を発生
し、フィードバック信号により加速度センサ素子の第１
のポートおよび第２のポートの何れか一方に具備される
位相変調器を駆動して第１のポートと第２のポートの光
の間の位相差を所定値に保持する光学式加速度計を構成
した。Claim 22: Claims 14 and 15
In the optical accelerometer described in any one of the above, a feedback signal is generated based on an output of the synchronous detection circuit, and the first signal of the acceleration sensor element is generated by the feedback signal.
An optical accelerometer that drives a phase modulator provided in one of the first port and the second port to maintain the phase difference between the light of the first port and the light of the second port at a predetermined value did.

【００２５】請求項２３：請求項２２に記載される光学
式加速度計において、フィードバック信号を発生する回
路は、同期検波回路の出力を積分する積分器と積分器の
出力の利得を調整出力するフィードバック信号発生回路
より成る光学式加速度計を構成した。 請求項２４：請求項２２に記載される光学式加速度計に
おいて、フィードバック信号発生回路は、鋸歯状波より
成る第１のフィードバック信号と、第１のフィードバッ
ク信号より任意の遅延時間τ遅延して生成される第１の
フィードバック信号に等しい鋸歯状波より成る第２のフ
ィードバック信号を発生させ、それぞれ第１のポートと
第２のポートの位相変調器に各別に供給して第１のポー
トと第２のポートの光の間の位相差を所定値に保持する
光学式加速度計を構成した。Claim 23: In the optical accelerometer according to claim 22, the circuit for generating the feedback signal includes an integrator for integrating the output of the synchronous detection circuit and a feedback for adjusting and outputting the gain of the output of the integrator. An optical accelerometer comprising a signal generation circuit was constructed. Claim 24: In the optical accelerometer according to claim 22, the feedback signal generation circuit generates the first feedback signal composed of a sawtooth wave and an arbitrary delay time τ delayed from the first feedback signal. A second feedback signal consisting of a sawtooth wave equal to the first feedback signal is generated and supplied to the phase modulators of the first port and the second port, respectively, to provide the first port and the second port. An optical accelerometer that holds the phase difference between the lights of the ports at a predetermined value was constructed.

【００２６】請求項２５：請求項２４に記載される光学
式加速度計において、フィードバック信号は第１のポー
トと第２のポートの光の間の位相差として２ｎπ（ｎ＝
１、２、・・・）でフライバックする鋸歯状波である光
学式加速度計を構成した。 請求項２６：請求項２４および請求項２５に記載される
光学式加速度計において、第１のフィードバック信号お
よび第２のフィードバック信号は、１段の階段の幅が遅
延時間τに等しく階段状鋸歯状波を形成している光学式
加速度計を構成した。Claim 25: In the optical accelerometer according to claim 24, the feedback signal is a phase difference between the light of the first port and the light of the second port, which is 2nπ (n =
1, 2,...) To form an optical accelerometer which is a sawtooth wave flyback. Claim 26: In the optical accelerometer according to claim 24 or claim 25, the first feedback signal and the second feedback signal have a stepped sawtooth shape in which the width of one step is equal to the delay time τ. An optical accelerometer forming a wave was constructed.

【００２７】請求項２７：請求項２４および請求項２５
に記載される光学式加速度計において、第１のフィード
バック信号および第２フィードバック信号は、１段の階
段の幅ｔ_w がｔ_w ≦１／２τである階段状鋸歯状波を形
成している光学式加速度計を構成した。 請求項２８：請求項１ないし請求項２７の内の何れかに
記載される光学式加速度計において、光導波路はシング
ルモード光導波路に構成されているものである光学式加
速度計を構成した。Claim 27: Claims 24 and 25
The optical accelerometer according to the first feedback signal and the second feedback signal, an optical width t _w of 1-step staircase forms a stepped sawtooth wave is t _w ≦ 1 / 2τ An accelerometer was constructed. Claim 28: The optical accelerometer according to any one of claims 1 to 27, wherein the optical waveguide is configured as a single mode optical waveguide.

【００２８】請求項２９：請求項１ないし請求項２８の
内の何れかに記載される光学式加速度計において、第１
のポートと第２のポートの端面に反射膜を形成した光学
式加速度計を構成した。 請求項３０：請求項１ないし請求項２９の内の何れかに
記載される光学式加速度計において、加速度センサ素子
或いは全集積化加速度センサ素子を導電性溶液に浸漬し
た光学式加速度計を構成した。Claim 29: The optical accelerometer according to any one of claims 1 to 28, wherein:
An optical accelerometer in which a reflective film was formed on the end faces of the port and the second port was constructed. Claim 30: In the optical accelerometer according to any one of claims 1 to 29, the optical accelerometer includes an acceleration sensor element or a fully integrated acceleration sensor element immersed in a conductive solution. .

【００２９】請求項３１：請求項１ないし請求項２９の
内の何れかに記載される光学式加速度計において、加速
度センサ素子或いは全集積化加速度センサ素子の表面に
導電性を付与した光学式加速度計を構成した。 請求項３２：請求項１ないし請求項３１の内の何れかに
記載される光学式加速度計において、光学材料基板には
マスを取り付けた光学式加速度計を構成した。Claim 31: The optical accelerometer according to any one of claims 1 to 29, wherein the surface of the acceleration sensor element or the fully integrated acceleration sensor element is provided with conductivity. The meter was configured. Claim 32: In the optical accelerometer according to any one of claims 1 to 31, the optical accelerometer has a mass attached to the optical material substrate.

【００３０】[0030]

【発明の実施の形態】この発明の実施の形態を図１を参
照して説明する。図１において、加速度センサ素子１３
はニオブ酸リチュームＬｉＮｂＯ₃ の光学結晶基板１３
１の側面に、プロトン交換法、Ｔｉ拡散法その他の適宜
の方法により入出力ポート３を構成する光導波路１１
３、第１のポート１を構成する光導波路３８、第２のポ
ート２を構成する光導波路３９を形成したものより成
り、第１のポート１の端面には入射光を効率よく反射す
る反射膜１５が付着され、同様に第２のポート２の端面
には反射膜１６が付着されている。光学材料基板１３１
として石英ガラスその他のガラスにより構成される光学
材料基板を使用することができる。ここで、光学結晶基
板１３１の自由端面には傾斜が施され、構成される第１
のポート１と第２のポート２の間に光路差Διを付与し
ている。なお、この加速度センサ素子１３の製造方法に
ついては、後で具体的に説明する。An embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 1, the acceleration sensor element 13
Is an optical crystal substrate 13 of lithium niobate LiNbO ₃
1, an optical waveguide 11 constituting the input / output port 3 by a proton exchange method, a Ti diffusion method, or another appropriate method.
3, an optical waveguide 38 forming the first port 1 and an optical waveguide 39 forming the second port 2 are formed, and the end face of the first port 1 is a reflection film for efficiently reflecting incident light. A reflection film 16 is also attached to the end face of the second port 2. Optical material substrate 131
An optical material substrate made of quartz glass or other glass can be used as the material. Here, the free end face of the optical crystal substrate 131 is inclined to form the first
The optical path difference Δι is provided between the first port 2 and the second port 2. The method of manufacturing the acceleration sensor element 13 will be specifically described later.

【００３１】加速度センサ素子１３の第１のポート１と
第２のポート２の間には光路差Διが付与されている
が、これは光源１１を周波数変調器２０により周波数変
調し、第１のポート１と第２のポート２との間に位相差
変調を加えるに必要なものであり、任意の値に設定され
る。式（３）を参照するに、Δι＝Ｌ₁ −Ｌ₂ 、ΔＬ＝
２Διである。An optical path difference Δι is provided between the first port 1 and the second port 2 of the acceleration sensor element 13. This is because the light source 11 is frequency-modulated by the frequency modulator 20, This is necessary to add phase difference modulation between the port 1 and the second port 2, and is set to an arbitrary value. Referring to equation (3), Δι = L ₁ −L ₂ and ΔL =
2Δι.

【００３２】光路差Διが付与された第１のポート１お
よび第２のポート２を伝播する光は反射膜１５および反
射膜１６により反射せしめられ、マイケルソン干渉計の
半透明鏡に相当するカプラ部１４において結合して干渉
し、その一部が干渉光Ｉ₀ として光カプラ１２を介して
受光器１７に到達する。結局、光源１１、加速度センサ
素子１３および受光器１７は全体としてマイケルソン干
渉計を構成している。The light propagating through the first port 1 and the second port 2 to which the optical path difference Δι is given is reflected by the reflection films 15 and 16 and is equivalent to a coupler corresponding to a translucent mirror of a Michelson interferometer. The light is coupled and interferes in the unit 14, and a part of the light reaches the light receiver 17 via the optical coupler 12 as interference light I ₀ . After all, the light source 11, the acceleration sensor element 13 and the light receiver 17 constitute a Michelson interferometer as a whole.

【００３３】受光器１７において電気信号に変換された
信号は、同期検波回路１８において同期検波されて入力
加速度に対応した出力が得られる。この出力は、式
（７）により示される出力Ｖ₀ と同じ式になる。図２を
参照して加速度センサ部を説明する。加速度センサ素子
１３は、これを構成するニオブ酸リチュームＬｉＮｂＯ
₃ の光学結晶基板１３１の光カプラ部１４および入出力
ポート３側において、素子保持部２１により加速度セン
サ保持器２６に固定保持されている。第１のポート１お
よび第２のポート２側は入力加速度に対するセンサ部を
構成しており、加速度センサ素子保持部２１近傍を支点
として屈曲運動する構成とされている。第１のポート１
を構成する光導波路３８は光学結晶基板１３１の厚さ方
向上側に形成されると共に第２のポート２を構成する光
導波路３９は光学結晶基板１３１の厚さ方向下側に形成
され、両者は光学結晶基板１３１の厚さ方向に離隔せし
められている。加速度センサ素子１３の加速度センサ素
子保持部２１の反対側である自由端には必要に応じてマ
ス２２が取り付けられ、入力加速度に対する感度が調整
される。矢印により示される入力軸方向に加速度が印加
されると、加速度センサ素子１３は鎖線により示される
如くに屈曲し、第１のポート１および第２のポート２を
構成する光導波路３８、３９が伸縮し、第１のポート１
および第２のポート２の光路長に差が現われる結果、第
１のポート１を伝播する光と第２のポート２を伝播する
光の間に位相差が発生する。The signal converted into an electric signal in the light receiver 17 is synchronously detected by a synchronous detection circuit 18 to obtain an output corresponding to the input acceleration. This output has the same expression as the output V ₀ shown by Expression (7). The acceleration sensor unit will be described with reference to FIG. The acceleration sensor element 13 is composed of lithium niobate LiNbO
_On the side of the optical coupler unit 14 and the input / output port 3 of the _third optical crystal substrate 131, the element holding unit 21 is fixedly held on the acceleration sensor holder 26. The first port 1 and the second port 2 constitute a sensor unit for the input acceleration, and are configured to bend around the vicinity of the acceleration sensor element holding unit 21 as a fulcrum. First port 1
Are formed above the optical crystal substrate 131 in the thickness direction, and the optical waveguide 39 forming the second port 2 is formed below the optical crystal substrate 131 in the thickness direction. Crystal substrate 131 is spaced apart in the thickness direction. A mass 22 is attached to a free end of the acceleration sensor element 13 opposite to the acceleration sensor element holding section 21 as necessary, and sensitivity to input acceleration is adjusted. When acceleration is applied in the direction of the input axis indicated by the arrow, the acceleration sensor element 13 bends as indicated by the dashed line, and the optical waveguides 38 and 39 forming the first port 1 and the second port 2 expand and contract. And the first port 1
As a result, a phase difference occurs between the light propagating through the first port 1 and the light propagating through the second port 2.

【００３４】図１および図２においては、光路差Διを
付与するに、第１のポート１および第２のポート２を光
学材料基板１３１の長さ方向側壁の一方或は双方に互い
に離隔して形成し、加速度センサ素子１３を構成するニ
オブ酸リチュームＬｉＮｂＯ ₃ の光学結晶基板１３１の
自由端面に傾斜を施すことにより実施したが、光路差Δ
ιの付与を特にこれに限定するものではない。例えば、
第１のポート１を構成する光導波路３８および第２のポ
ート２を構成する光導波路３９の内の何れか一方をΔι
だけ切除することに依っても実施することができる。加
速度センサ素子１３を構成する光学結晶基板１３１の入
出力ポート３側の端面にも傾斜が施されているが、これ
は光源１１から出射される光が反射して受光器１７に戻
り、或いは、光カプラ部１４から送り込まれる干渉光Ｉ
₀ がその端面で反射して再び光カプラ部１４に戻るのを
防止するためのものであり、特に性能レベルによって
は、コスト面の有利性から傾斜を施さなくても良い。と
ころで、第１のポート１を構成する光導波路３８および
第２のポート２を構成する光導波路３９を光学材料基板
１３１の長さ方向側壁の双方に互いに離隔して形成する
ことにより、双方の第１のポート１および第２のポート
２間において屈曲による光路差が発生する。これにより
２個の干渉計としての出力を得ることができる。これら
２個の出力を相互に補完し合うことにより光学式加速度
計の特性を最適化することができる。そして、冗長性が
向上して一方が故障しても他方により動作を持続するこ
とができる。In FIGS. 1 and 2, the optical path difference Δι is
To apply, the first port 1 and the second port 2
On one or both of the longitudinal side walls of the material substrate 131
To form the acceleration sensor element 13.
Lithium Obate LiNbO _ThreeOf the optical crystal substrate 131
This was implemented by inclining the free end face, but the optical path difference Δ
The assignment of ι is not particularly limited to this. For example,
The optical waveguide 38 and the second port forming the first port 1
One of the optical waveguides 39 constituting the gate 2 is Δι
It can also be carried out by excision. Addition
Insertion of optical crystal substrate 131 constituting speed sensor element 13
The end face on the output port 3 side is also inclined.
Is reflected from the light source 11 and returned to the light receiver 17
Or the interference light I sent from the optical coupler unit 14.
₀Is reflected at the end face and returns to the optical coupler section 14 again.
To prevent, especially depending on the performance level.
Need not be inclined from the viewpoint of cost. When
At this time, the optical waveguides 38 constituting the first port 1 and
The optical waveguide 39 forming the second port 2 is made of an optical material substrate.
131 formed on both of the longitudinal side walls so as to be separated from each other
Thus, both the first port 1 and the second port
An optical path difference occurs between the two due to bending. This
An output as two interferometers can be obtained. these
Optical acceleration by complementing the two outputs with each other
The characteristics of the meter can be optimized. And the redundancy
So that if one fails, the other will continue to operate.
Can be.

【００３５】図３を参照するに、これは図１における光
カプラ１２を光学結晶基板１３１に一体化し、光カプラ
１２と加速度センサ素子１３を集積化して更に小型化、
コストダウンを図ったものである。図３（ａ）はＹ型カ
プラ部１４と光カプラ１２としてＹ型カプラ部１４’の
２個を使用したものである。図３（ｂ）は２本の光導波
路３８および３９を接近させて光分配結合機能を付与し
た光カプラ３６を構成したものである。Referring to FIG. 3, the optical coupler 12 in FIG. 1 is integrated with an optical crystal substrate 131, and the optical coupler 12 and the acceleration sensor element 13 are integrated to further reduce the size.
This is to reduce costs. FIG. 3A shows the use of two Y-type coupler sections 14 ′ as the Y-type coupler section 14 and the optical coupler 12. FIG. 3B shows an optical coupler 36 provided with an optical distribution coupling function by bringing two optical waveguides 38 and 39 close to each other.

【００３６】図４を参照するに、これは光源１１を周波
数変調し、第１のポート１と第２のポート２の間に位相
差変調を与える代わりに第２のポート２を構成する光導
波路３９の内の光カプラ部１４側に位相変調器５２を配
置し、これを位相変調駆動回路５９により位相変調信号
を印加して駆動し、第１のポート１と第２のポート２の
間に位相変調を与えている。Referring to FIG. 4, this frequency modulates the light source 11 to provide a second port 2 instead of providing a phase difference modulation between the first port 1 and the second port 2. 39, a phase modulator 52 is arranged on the side of the optical coupler section 14, and is driven by applying a phase modulation signal by a phase modulation driving circuit 59, and between the first port 1 and the second port 2 Phase modulation is given.

【００３７】正弦波状の位相変調 Ｐ_(t) ＝Ｐsinω_m ｔ （ω_m ＝２πｆ_m ） ・・・・・・（８） を与えると、干渉光Ｉ₀ は式（６）と同様の導入式によ
り、 Ｉ₀＝Ｐ₀｛１＋ cosΔφ_A （Ｊ₀（Ρ）＋２ΣＪ_2n（Ｐ）cos２ｎω_m ｔ） −sinΔφ_A （２Σ^*Ｊ_2n+1（Ｐ）sin（２ｎ＋１）ω_m ｔ）・・・・・・（９） Σ ：総和の範囲は１ないし∞ Σ^* ：総和の範囲は０ないし∞ となる。[0037] Given a sinusoidal phase modulation _{P (t) = Psinω m t} (ω m = 2πf m) ······ (8), the interference light I ₀ is similar in type with the formula (6) _{the, I 0 = P 0 {1+} cosΔφ A (J 0 (Ρ) + 2ΣJ 2n (P) cos2nω m t) -sinΔφ A (2Σ * J 2n + 1 (P) sin (2n + 1) ω m t) ··· (9) Σ: The range of the sum is 1 to ∞ ^* : The range of the sum is 0 to ∞.

【００３８】図６は第１のポート１と第２のポート２を
伝播する両光間に縦軸方向の時間軸に示される正弦波状
の位相変調を印加したときの干渉光Ｉ₀ の強度を示す図
である。ここで、図６（ａ）は入力加速度が０の場合を
示しており、位相変調の１周期間に干渉光強度変化は２
周期の信号成分が大きく現われている。図６（ｂ）は加
速度が印加されて第１のポート１と第２のポート２の間
に位相差Δφ_A が発生した時の干渉光強度の変化を示し
たものであり、位相変調の周期と同じ成分が干渉光強度
変化に現われている。この関係は式（６）および式
（９）に示される。FIG. 6 shows the intensity of the interference light I ₀ when a sinusoidal phase modulation shown on the time axis in the vertical axis direction is applied between both lights propagating through the first port 1 and the second port 2. FIG. Here, FIG. 6A shows the case where the input acceleration is 0, and the change in the interference light intensity is 2 during one cycle of the phase modulation.
Periodic signal components appear greatly. FIG. 6B shows a change in the intensity of the interference light when a phase difference Δφ _A occurs between the first port 1 and the second port 2 due to the application of the acceleration. The same components as those appearing in the interference light intensity change. This relationship is shown in equations (6) and (9).

【００３９】一方、位相変調においては、正弦波状波形
の代わりに矩形波を印加する場合もある。図７は矩形波
位相変調の実施例を示す。この場合、入力感度の最適化
を意図して±π／２の位相変調が与えられている。Ｉの
領域は入力加速度に対応した位相差Δφ_A が０の状態を
示し、IIの領域は加速度が印加されて位相差Δφ_A が生
じた状態を示す。位相変調のＩの領域のΦ₁ 〜Φ₄ に相
当する干渉光の出力Ｉ ₁ 〜Ｉ₄ は、図に示される如く同
レベルとなり、干渉光の強度の差異は生じないが、IIの
期間はΦ₅ 、Φ₇ に対応するＩ₅ 、Ｉ₇ とΦ₆ 、Φ₈ に
対応するＩ₆ 、Ｉ₈ の干渉光強度に差異ΔＩが生じる。
この差異ΔＩは次式により表わされる。On the other hand, in phase modulation, a sinusoidal waveform
May be applied instead of a square wave. Figure 7 shows a square wave
An example of phase modulation will be described. In this case, optimize the input sensitivity
Π / 2 phase modulation is given. I's
The area is the phase difference Δφ corresponding to the input acceleration_AIs 0
In the area II, acceleration is applied and the phase difference Δφ_AIs raw
This indicates a squeezed state. Φ in I region of phase modulation₁~ Φ_FourPhase
Output I of the corresponding interference light ₁~ I_FourAre the same as shown in the figure.
Level, and there is no difference in the intensity of the interference light.
Period is Φ_Five, Φ₇I corresponding to_Five, I₇And Φ₆, Φ₈To
Corresponding I₆, I₈A difference ΔI occurs in the intensity of the interference light.
This difference ΔI is expressed by the following equation.

【００４０】 ΔＩ＝Ｐ₀sinΔφ_A ・・・・・・（１０） 式（１０）に示される如く、Φ₅ 、Φ₇ に対応する
Ｉ₅ 、Ｉ₇ と、Φ₆ 、Φ₈に対応するＩ₆ 、Ｉ₈ の干渉
光強度の差異ΔＩを検出することにより、位相差Δφ_A
を知ることができる。続いて、干渉光出力Ｉ₁ 〜Ｉ
₈ は、受光器１７において光電変換された後、Ａ／Ｄ変
換されてディジタル復調により式（１０）に対応した演
算処置がなされ、ｓｉｎΔφ_A に比例した出力が得られ
る。図７を参照してディジタル同期検波による信号処理
について説明したが、受光器１７から入力される信号を
矩形波位相変調の周波数で同期検波してもｓｉｎΔφ_A
に比例した出力を得ることができる。この実施例の場
合、位相変調器５２は第２のポート２側に配置したが、
これは第１のポート１側に配置することもでき、また、
両ポートに設置して両方に位相変調信号を印加すること
もできる。ΔI = P ₀ sinΔφ _A (10) As shown in the equation (10), I ₅ and I ₇ corresponding to Φ ₅ and Φ ₇ , and Φ ₆ and Φ ₈ correspond to By detecting the difference ΔI between the interference light intensities of I ₆ and I ₈ , the phase difference Δφ _A
You can know. Subsequently, the interference light outputs I _{1 to} I
₈ is converted photoelectrically in the light receiving unit 17, A / D converted operation treatment corresponding to the formula (10) by the digital demodulation is performed, output proportional to Sinderutafai _A is obtained. Although signal processing by digital synchronous detection has been described with reference to FIG. 7, even if the signal input from the optical receiver 17 is synchronously detected at the frequency of the rectangular wave phase modulation, sinΔφ _A
Can be obtained. In the case of this embodiment, the phase modulator 52 is arranged on the second port 2 side.
It can also be located on the first port 1 side,
A phase modulation signal can be applied to both ports by installing the ports.

【００４１】図５においては、同期検波回路１８の出力
を積分器７２に印加し、積分器７２の出力をフィードバ
ック信号発生回路７３に入力し、第１のポート１と第２
のポート２の間の位相差をゼロにするフィードバック信
号を生成している。ここで、位相変調器５２は光導波路
の周囲に電極を備けたものより成り、これに電圧を印加
すると光導波路の屈折率が変化する。その結果、第１の
ポート１と第２のポート２の光の間に位相差が発生す
る。従って、加速度の入力により発生する第１のポート
１と第２のポート２の光の間の位相差Δφ_A を打ち消す
同じ量で極性が反対方向のフィードバック位相差Δφ_f
を発生させる電圧Ｖ_f を、フィードバック信号として位
相変調器５２に印加すればよい。In FIG. 5, the output of the synchronous detection circuit 18 is applied to the integrator 72, the output of the integrator 72 is input to the feedback signal generation circuit 73, and the first port 1 and the second port
The feedback signal which makes the phase difference between the ports 2 of the first and second ports zero is generated. Here, the phase modulator 52 includes an electrode provided around the optical waveguide, and when a voltage is applied to the electrode, the refractive index of the optical waveguide changes. As a result, a phase difference occurs between the light of the first port 1 and the light of the second port 2. Therefore, the feedback phase difference Δφ _{f with the} same amount and opposite polarity cancels the phase difference Δφ _A between the light of the first port 1 and the light of the second port 2 generated by the input of the acceleration.
The voltage V _f that generates, may be applied to the phase modulator 52 as a feedback signal.

【００４２】同期検波回路１８の出力に積分器７２が挿
入されているので、同期検波回路１８の出力は常に零に
保持される。依って、第１のポート１と第２のポート２
の間の光の位相差は、 Δφ_A ＋Δφ_f ＝０ ・・・・・・（１１） となり、 Δφ_A ＝−Δφ_f ・・・・・・（１２） となる。Since the integrator 72 is inserted in the output of the synchronous detection circuit 18, the output of the synchronous detection circuit 18 is always kept at zero. Therefore, the first port 1 and the second port 2
Is as follows: Δφ _A + Δφ _f = 0 (11) and Δφ _A = −Δφ _f (12)

【００４３】従って、Δφ_f と比例関係にあるフィード
バック信号電圧Ｖ_f を計測すれば、入力加速度に対応し
た位相差Δφ_A を精度よく計測することができる。図
８、図１、図４に示されるオープンループ方式の光学式
加速度計の出力は式（７）、式（１０）に示される如く
ｓｉｎΔφ_A に比例して現われたが、図５に示されるク
ローズドループ方式の光学式加速度計は、出力はΔφ_A
に比例するので本質的にノンリニアリティ性はない。[0043] Thus, by measuring the feedback signal voltage V _f that is proportional to [Delta] [phi _f, the phase difference [Delta] [phi _A corresponding to the input acceleration can be measured accurately. The output of the open-loop optical accelerometer shown in FIGS. 8, 1 and 4 appeared in proportion to sinΔφ _A as shown in equations (7) and (10), but is shown in FIG. The output of the closed-loop optical accelerometer is Δφ _A
Is essentially non-linear.

【００４４】以上の説明においては、フィードバック信
号として入力加速度に比例した電圧を使用して説明した
が、図１２に示される如く、第１のポート１と第２のポ
ート２の光の位相差として２ｎπ（ｎ＝１、２、３・・
・）でフライバックする鋸歯状波を第１のポート１と第
２のポート２にτ時間だけずらして与えても同様にクロ
ーズドループ方式の信号処理を実施することができる。
φ_f1は第１のポート１の光に対して付与されたフィード
バック位相を示し、φ_f2は第２のポート２の光に対して
付与されたフィードバック位相を示す。第１のポート１
と第２のポート２の間の光のフィードバック位相差Δφ
_f は（φ_f1−φ_f2）であるので、図１２（ｂ）の如くに
示される。この図によれば、IIの期間はΔφ_f のフィー
ドバック位相差が得られるが、第１のポート１のフィー
ドバック位相Δ_f1がフライバックしてその後τ期間にあ
たるＩの期間は（−２ｎπ＋Δφ_f ）となり、Δφ_f と
ならないが、（−２ｎπ＋Δφ_f ）の値は、丁度Δφ_f
から２ｎπずらした位置にあり、干渉光強度の周期性か
ら干渉光強度に差は現われず、継続的にフィードバック
位相差を与えたのと同じ働きをする。In the above description, a voltage proportional to the input acceleration was used as the feedback signal. However, as shown in FIG. 12, the phase difference between the light of the first port 1 and the light of the second port 2 was calculated. 2nπ (n = 1, 2, 3,...)
The closed-loop signal processing can be similarly performed even if the saw-tooth wave to be flyback is supplied to the first port 1 and the second port 2 with a delay of τ time.
φ _f1 indicates the feedback phase given to the light of the first port 1, and φ _f2 indicates the feedback phase given to the light of the second port 2. First port 1
Feedback phase difference Δφ between the light and the second port 2
_{Since f} is (φ _f1 −φ _f2 ), it is shown as in FIG. According to this figure, the period of II feedback phase difference [Delta] [phi _f is obtained, a period of I to feedback phase delta _f1 of the first port 1 hits then τ period and flyback (-2nπ + Δφ _f) becomes , Δφ _f , but the value of (−2nπ + Δφ _f ) is just Δφ _f
The position is shifted by 2nπ from the above, and no difference appears in the interference light intensity due to the periodicity of the interference light intensity, and the same operation as when a feedback phase difference is continuously provided.

【００４５】ここで、フィードバック位相差Δφ_f と鋸
歯状波の繰返し周波数ｆとの間の関係は、図１２より、 Δφ_f ＝（２ｎπτ）／Ｔ＝２ｎπτｆ ・・・・・・（１３） となり、入力加速度に対応した位相差Δφ_f は鋸歯状波
の繰返し周波数に比例するので、この周波数を計測すれ
ば入力加速度を知ることができる。Here, the relationship between the feedback phase difference Δφ _f and the repetition frequency f of the sawtooth wave is shown in FIG. 12 as Δφ _f = (2nπτ) / T = 2nπτf (13) Since the phase difference Δφ _f corresponding to the input acceleration is proportional to the repetition frequency of the sawtooth wave, the input acceleration can be known by measuring this frequency.

【００４６】図１３は、フィードバック信号に一段の階
段の幅を第１のポート１に付与するフィードバック位相
と第２のポート２に付与するフィードバック位相の遅延
時間τと同じ時間に設定した階段状鋸歯状波を使用した
ものである。この場合、１段の階段の高さはフィードバ
ック位相差Δφ_f に等しくなる。この階段状鋸歯状波も
その位相が２ｎπ（ｒａｄ）（ｎ＝１、２、３・・・）
を超えた所で丁度２ｎπ（ｒａｄ）だけ絶対値として減
算され、波形としてフライバックされる。この場合のフ
ィードバック位相差Δφ_f と階段状鋸歯状波の繰返し周
波数ｆの間の関係は式（１３）と同じになる。FIG. 13 shows a step-shaped sawtooth set to the same time as the delay time τ of the feedback phase for providing the first port 1 with the width of one step in the feedback signal and the feedback phase for applying the feedback phase to the second port 2. It uses a wave shape. In this case, the height of one step of the staircase is equal to the feedback phase difference [Delta] [phi _f. This step-like sawtooth wave also has a phase of 2nπ (rad) (n = 1, 2, 3,...)
Is subtracted as an absolute value by exactly 2nπ (rad), and flyback is performed as a waveform. In this case, the relationship between the feedback phase difference Δφ _f and the repetition frequency f of the stair-step sawtooth wave is the same as the expression (13).

【００４７】一段の階段の幅ｔ_w がｔ_w ≦１／２τであ
る鋸歯状波も同様に利用することができる。図１３に示
される階段状鋸歯状波の場合、図７に示される矩形波状
位相変調の半周期と一段の階段の幅τと等しくとること
により、Ａ／Ｄ変換からフィードバック信号を発生する
回路までの動作を同一クロックにより処置することがで
きるので、回路構成が簡単になるメリットがある。この
場合、図１４に示される如くディジタルロジック回路に
より、同期検波−積分−フィードバック信号発生回路を
構成することができる。[0047] can be the width t _w of one step of the staircase is utilized sawtooth likewise a t _w ≦ 1 / 2τ. In the case of the step-like sawtooth wave shown in FIG. 13, by setting the half cycle of the rectangular wave-like phase modulation shown in FIG. 7 equal to the width τ of one step, from the A / D conversion to the circuit generating the feedback signal Can be processed by the same clock, so that there is an advantage that the circuit configuration is simplified. In this case, a synchronous detection-integration-feedback signal generation circuit can be constituted by a digital logic circuit as shown in FIG.

【００４８】図１１は光源１１から出射される光Ｉを光
カプラ１２０により３分割し、それぞれを各別の３個の
光学式加速度計に供給する１光源３軸加速度計にを示す
図である。図１１においては、１光源３軸加速度計につ
いて示されているが、加速度計の数は特にこれに限定す
るものではなく、これ以上の数の１光源多軸加速度計を
構成することができる。FIG. 11 is a diagram showing a three-axis one light source accelerometer which divides the light I emitted from the light source 11 into three parts by an optical coupler 120 and supplies the three parts to three different optical accelerometers. . Although FIG. 11 shows one light source three-axis accelerometer, the number of accelerometers is not particularly limited, and a larger number of one light source multi-axis accelerometers can be configured.

【００４９】図１０は加速度センサ素子１３の構成を説
明する図である。第１のポート１および第２のポート
２、入出力ポート３を構成する光導波路３８、３９、１
１３はシングルモードの光導波路により構成される。こ
れら光導波路の幅は光源の波長を０. ８５μｍとすると
３〜４μｍ程度である。そして、第１のポート１と第２
のポート２の導波路間隔は、位相変調器用の電極の幅２
０〜３０μｍ程度を考慮すると、５０μｍ〜１００μｍ
程度となる。また、加速度センサ素子１３の厚みａは、
１５０μｍ〜２００μｍ程度でよい。一方、加速度セン
サ素子の幅ｂはねじれを防止することを考慮して寸法ａ
の１０倍以上の２ｍｍ程度で充分である。更に、加速度
センサ素子１３の全長は、偏光子１０１、光カプラ１
２、位相変調器５２の長さを考慮すると、性能にもよる
が４０〜５０ｍｍ程度となる。FIG. 10 is a diagram for explaining the configuration of the acceleration sensor element 13. Optical waveguides 38, 39, 1 constituting first port 1 and second port 2, and input / output port 3
Reference numeral 13 denotes a single-mode optical waveguide. The width of these optical waveguides is about 3 to 4 μm when the wavelength of the light source is 0.85 μm. And the first port 1 and the second
The distance between the waveguides of the port 2 is the width 2 of the electrode for the phase modulator.
Considering about 0 to 30 μm, 50 to 100 μm
About. The thickness a of the acceleration sensor element 13 is
It may be about 150 μm to 200 μm. On the other hand, the width b of the acceleration sensor element is set to a dimension a in consideration of preventing torsion.
About 2 mm, which is 10 times or more, is sufficient. Further, the total length of the acceleration sensor element 13 is the same as the polarizer 101 and the optical coupler 1.
2. Considering the length of the phase modulator 52, the length is about 40 to 50 mm depending on the performance.

【００５０】以上の通り、加速度センサ素子１３の寸法
は比較的に小型に構成することができる。そして、加速
度センサ素子１３の厚みａおよび幅ｂを非常に小さく構
成することができるので、直交方向に２個の加速度セン
サ素子を同一保持器内に構成することができ、小型化に
有利である。また、図１１に示される如く、１光源で多
軸の加速度センサ素子を駆動することができるので、更
に小型化、軽量化、コストダウン化に有利である。As described above, the dimensions of the acceleration sensor element 13 can be made relatively small. Further, since the thickness a and the width b of the acceleration sensor element 13 can be made very small, two acceleration sensor elements can be formed in the same holder in the orthogonal direction, which is advantageous for miniaturization. . Further, as shown in FIG. 11, a multi-axis acceleration sensor element can be driven by one light source, which is advantageous for further reduction in size, weight, and cost.

【００５１】以上の光学式加速度計において、加速度セ
ンサ素子１３は片持ちばりのものについて説明してきた
が、これを図１５に示される如く両持ちばりのものとす
ることができる。図１５（ａ）は入力軸に加速度が印加
されていないところを示すずであり、図１５（ｂ）は加
速度が印加されたところを少し誇張して示した図であ
る。加速度センサ素子１３を構成する光学結晶基板１３
１は、実際は、殆ど屈曲しない。In the above-described optical accelerometer, the acceleration sensor element 13 has been described as a cantilever type. However, the acceleration sensor element 13 may be a cantilever type as shown in FIG. FIG. 15 (a) does not show a portion where acceleration is not applied to the input shaft, and FIG. 15 (b) shows a portion where acceleration is applied is exaggerated. Optical crystal substrate 13 constituting acceleration sensor element 13
1 is practically hardly bent.

【００５２】この発明は、第１のポート１と第２のポー
ト２を伝搬する光の位相を検知する光学式加速度センサ
である。従って、例えば、図１０に示される加速度セン
サ素子１３において、カプラ部１４により分岐された光
が光反射膜１５および１６により反射して再びカプラ部
１４において結合するまでの間、それぞれの伝搬光は同
じ方向の直線偏光でかつ空間的にシングルモードである
ことが高精度化に必要である。ところが、光源から出射
される光は通常はＸ偏波とＹ偏波の双方の成分により構
成されている。そして、加速度センサ素子１３の光導波
路も多少の複屈折性を有しており、光ファイバとの間の
接続においてＸ偏波とＹ偏波の新たな結合が生じる。従
って、このままでは第１のポート１と第２のポート２に
Ｘ偏波とＹ偏波の光が伝搬し、それぞれ結合して干渉す
る。上述した通り、光導波路は複屈折性を有しているの
で、Ｘ偏波光の伝搬速度とＹ偏波光の伝搬速度が異なり
位相誤差が生じる。そこで、偏光子１０１をカプラ部１
４の手前に置いて、カプラ部１４に入射する不要な片方
の偏波を除去して必要な光のみ通過させる。この偏光子
１０１は、また、共通パスに挿入されているところか
ら、カプラ部１４により結合し、干渉した光が受光器に
向かう前段において第１のポート１および第２のポート
２或は光カプラ１４で発生した不要な偏波の干渉光を除
去することができ、性能の向上が図れる。ここで、プロ
トン交換法により構成した光導波路には本質的に片方の
偏波を消光する働きがあり、偏光子１０１を格別に組み
込まなくても良い場合もある。The present invention is an optical acceleration sensor for detecting the phase of light propagating through the first port 1 and the second port 2. Therefore, for example, in the acceleration sensor element 13 shown in FIG. 10, each of the propagating lights is transmitted until the light branched by the coupler unit 14 is reflected by the light reflecting films 15 and 16 and is coupled again in the coupler unit 14. Linear polarization in the same direction and spatially single mode are necessary for higher precision. However, the light emitted from the light source is usually composed of both X-polarized and Y-polarized components. The optical waveguide of the acceleration sensor element 13 also has some birefringence, and new coupling of X-polarized light and Y-polarized light occurs at the connection with the optical fiber. Accordingly, in this state, the X-polarized light and the Y-polarized light propagate to the first port 1 and the second port 2, respectively, and interfere with each other. As described above, since the optical waveguide has birefringence, the propagation speed of the X-polarized light and the propagation speed of the Y-polarized light are different, and a phase error occurs. Therefore, the polarizer 101 is connected to the coupler unit 1.
4, unnecessary one of the polarized light incident on the coupler unit 14 is removed, and only necessary light passes therethrough. The polarizer 101 is also coupled to the common path by the coupler unit 14 and coupled to the first port 1 and the second port 2 or the optical coupler at a stage before the interfering light travels toward the light receiver. Unnecessary polarized interference light generated at 14 can be removed, and the performance can be improved. Here, the optical waveguide formed by the proton exchange method has a function of essentially quenching one polarization, and there is a case where the polarizer 101 does not need to be specially incorporated.

【００５３】この発明による光源は、小型化、低消費電
力化、低価格化の観点から、半導体レーザを使用すると
好適であるが、レイリー散乱、カー効果、反射端面以外
からの反射光との間の干渉その他の光学的性能阻害要素
を抑制することができる可干渉距離の小さいスーパール
ミネッセントダイオードＳＬＤを使用することにより性
能を更に向上することができる。The light source according to the present invention preferably uses a semiconductor laser from the viewpoints of miniaturization, low power consumption, and low cost. Rayleigh scattering, the Kerr effect, and reflection light from other than the reflection end face are preferable. The performance can be further improved by using a superluminescent diode SLD having a small coherence length, which can suppress the interference and other optical performance impeding elements.

【００５４】ニオブ酸リチューム（ＬｉＮｂＯ₃ ）の如
き光学結晶を加速度センサ素子の基板に使用する場合、
焦電効果、即ち、温度変化により自発分極を伴う効果を
示す結晶の場合、自発分極方向と交又する表面に電荷が
発生し、不要な電場による動作不安定を引き起こす。図
１６は、例えばニオブ酸リチューム（ＬｉＮｂＯ₃ ）の
光学結晶を加速度センサ素子に使用した場合の焦電効果
を示す図である。ここで、光学結晶基板１３１の温度が
変化すると分極の量が変化する結果、Ｚ面１、２にそれ
ぞれ正および負の表面電荷が現われ、これらの電荷によ
り電場が発生する。その結果、光導波路を通る光の位相
が変化せしめられ、これが温度変動による不安定動作の
原因となる。そこで、特開平４−２１４５２６において
説明されている通り、少なくともＺ面１とＺ面２に導電
性接着剤或いは導電膜を付着させて相互間を短絡し、そ
して、ケースグランディングに短絡する。また、Ｘ面お
よびＹ面にも導電性接着剤、導電膜付着させ、相互に短
絡することにより、焦電効果に起因する不安定動作をよ
り少なくすることができる。更に、加速度センサ素子１
３を保持している加速度センサ保持器２６に導電性の溶
液を封入し、加速度センサ素子１３全体或いは一部をこ
の溶液に浸しても同様の効果を奏する。導電性接着剤、
導電膜、導電性溶液を並用することができる。When an optical crystal such as lithium niobate (LiNbO ₃ ) is used for the substrate of the acceleration sensor element,
In the case of a crystal exhibiting a pyroelectric effect, that is, an effect accompanied by spontaneous polarization due to a change in temperature, electric charges are generated on a surface intersecting the direction of spontaneous polarization, causing operation instability due to unnecessary electric fields. FIG. 16 is a diagram showing a pyroelectric effect when an optical crystal of, for example, lithium niobate (LiNbO ₃ ) is used for an acceleration sensor element. Here, when the temperature of the optical crystal substrate 131 changes, the amount of polarization changes. As a result, positive and negative surface charges appear on the Z planes 1 and 2, respectively, and an electric field is generated by these charges. As a result, the phase of light passing through the optical waveguide is changed, which causes unstable operation due to temperature fluctuation. Therefore, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-214526, a conductive adhesive or a conductive film is attached to at least the Z surface 1 and the Z surface 2 to short-circuit each other, and then to case grounding. In addition, a conductive adhesive and a conductive film are also attached to the X and Y surfaces to short-circuit each other, whereby unstable operation due to the pyroelectric effect can be further reduced. Further, the acceleration sensor element 1
A similar effect can be obtained by enclosing a conductive solution in the acceleration sensor holder 26 holding 3 and immersing the whole or a part of the acceleration sensor element 13 in this solution. Conductive adhesive,
A conductive film and a conductive solution can be used together.

【００５５】最後に、Ｔｉ拡散法およびプロトン交換法
について簡単に説明しておく。 Ｔｉ拡散法 ニオブ酸リチューム結晶の如き光学結晶基板１３１の表
面に金属チタンＴｉ膜を付着しておき、これをアルゴン
Ａｒ、窒素Ｎ₂ の如き不活性ガス、或いは酸素（Ｏ₂ ）
雰囲気中において約１０００℃に加熱してＴｉを光学結
晶基板１３１中に熱拡散し、光学結晶基板１３１表面に
高屈折率の金属拡散層より成る光導波路を形成する。Finally, the Ti diffusion method and the proton exchange method will be briefly described. Ti diffusion method A metal titanium Ti film is deposited on the surface of an optical crystal substrate 131 such as a lithium niobate crystal, and this is inert gas such as argon Ar, nitrogen N ₂ , or oxygen (O ₂ ).
By heating to about 1000 ° C. in an atmosphere to thermally diffuse Ti into the optical crystal substrate 131, an optical waveguide made of a metal diffusion layer having a high refractive index is formed on the surface of the optical crystal substrate 131.

【００５６】 プロトン交換法 プロトン交換法は、イオン交換法の一種である。例え
ば、安息香酸をイオン源とし、ニオブ酸リチューム光学
結晶基板１３１の表面において、Ｌｉ⁺ ←→Ｈ⁺の交換
を行なうことにより表面屈折率が増加し、光導波路を形
成する。プロトン交換法により形成された光導波路は、
そのままの状態ではその屈折率がステップ状であり、伝
送損失も大きいので、３５０℃程度の温度においてアニ
ールすることにより光導波路の屈折率分布をなめらかに
し、低損失化することができる。Proton exchange method The proton exchange method is a type of ion exchange method. For example, the surface refractive index is increased by exchanging Li ⁺ ← → H ^{+ on} the surface of the niobate lithium optical crystal substrate 131 using benzoic acid as an ion source, thereby forming an optical waveguide. The optical waveguide formed by the proton exchange method
In this state, the refractive index is step-shaped, and the transmission loss is large. Therefore, annealing at a temperature of about 350 ° C. can smooth the refractive index distribution of the optical waveguide and reduce the loss.

【００５７】[0057]

【発明の効果】以上の通りであって、この発明は、マイ
ケルソン干渉計を集積化して構成し、これを加速度セン
サとして使用することにより、小型、軽量、温度特性良
好、そして高精度な光学式加速度計を提供することがで
きる。そして、加速度センサ素子のセンサ部である第１
のポート１を構成する光導波路と第２のポート２を構成
する光導波路が５０〜１００μｍ程度に極く接近して形
成されているので、ポート間において温度の不均一が発
生し難く、温度安定性が極めて良好である。As described above, according to the present invention, a Michelson interferometer is integrated and used as an acceleration sensor to provide a compact, lightweight, good temperature characteristic, and high-precision optical system. An accelerometer can be provided. Then, the first sensor unit of the acceleration sensor element
Since the optical waveguide forming the port 1 and the optical waveguide forming the second port 2 are formed very close to about 50 to 100 μm, temperature non-uniformity hardly occurs between the ports, and the temperature is stable. The properties are very good.

【００５８】また、第１のポート１および第２のポート
２を構成する導波路は、接着固定されたものではなくし
て光学結晶基板に化学的処理を施して形成されたもので
あるので、耐環境性も良好である。更に、位相変調器を
容易に光学材料に作り込むことができるので、クローズ
ドループ信号処理をすることができることとなり、環境
条件による光量の変化、光学系損失の変化による影響が
出力に現われずに安定した出力特性を得ることができ
る。The waveguides forming the first port 1 and the second port 2 are not bonded and fixed but are formed by subjecting the optical crystal substrate to a chemical treatment. The environment is good. Furthermore, since the phase modulator can be easily built into the optical material, it is possible to perform closed-loop signal processing, and the output is not affected by changes in the amount of light due to environmental conditions and changes in the optical system loss. The obtained output characteristics can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図１】実施例を説明する図。FIG. 1 illustrates an embodiment.

【図２】加速度センサ部の実施例を説明する図。FIG. 2 is a diagram illustrating an embodiment of an acceleration sensor unit.

【図３】光カプラと加速度センサ素子の集積化を説明す
る図。FIG. 3 is a diagram illustrating integration of an optical coupler and an acceleration sensor element.

【図４】他の実施例を説明する図。FIG. 4 is a diagram illustrating another embodiment.

【図５】更に、他の実施例を説明する図。FIG. 5 is a view for explaining still another embodiment.

【図６】正弦波状の位相変調を印加した時の干渉光の強
度を示す図。FIG. 6 is a diagram showing the intensity of interference light when sinusoidal phase modulation is applied.

【図７】矩形波の位相変調を印加した時の干渉光の強度
を示す図。FIG. 7 is a diagram showing the intensity of interference light when phase modulation of a rectangular wave is applied.

【図８】従来例を説明する図。FIG. 8 is a diagram illustrating a conventional example.

【図９】加速度センサ部の従来例を説明する図。FIG. 9 is a diagram illustrating a conventional example of an acceleration sensor unit.

【図１０】加速度センサ部の他の実施例を説明する図。FIG. 10 is a diagram for explaining another embodiment of the acceleration sensor unit.

【図１１】１光源３軸光学式加速度計を説明する図。FIG. 11 is a diagram illustrating a one-light-source three-axis optical accelerometer.

【図１２】鋸歯状波フィードバック信号と位相差を示す
図。FIG. 12 is a diagram showing a saw-tooth wave feedback signal and a phase difference.

【図１３】階段状フィードバック信号と位相差を示す
図。FIG. 13 is a diagram showing a step-like feedback signal and a phase difference.

【図１４】ディジタルロジック回路の同期検波−積分−
フィードバック信号発生回路を説明する図。FIG. 14: Synchronous detection of digital logic circuit-integration-
FIG. 4 illustrates a feedback signal generation circuit.

【図１５】加速度センサ部の更に他の実施例を説明する
図。FIG. 15 is a view for explaining still another embodiment of the acceleration sensor unit.

【図１６】光学結晶を加速度センサ素子に使用した場合
の焦電効果を示す図。FIG. 16 is a diagram showing a pyroelectric effect when an optical crystal is used for an acceleration sensor element.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１ 第１のポート １１ 光源 １１３ 光導波路 １２ 光カプラ １３ 加速度センサ素子 １３’全集積化加速度センサ素子 １３１ 光学結晶基板 １４ カプラ部 １４’カプラ部 １５ 反射膜 １６ 反射膜 １７ 受光器 １８ 同期検波回路 ２ 第２のポート ２０ 周波数変調器 ２１ 加速度センサ素子保持部 ２２ マス ２６ 加速度センサ保持器 ３ 入出力ポート ３６ 光カプラ ３８ 光導波路 ３９ 光導波路 ５２ 位相変調器 ５９ 位相変調駆動回路 ７２ 積分器 ７３ フィードバック信号発生回路 ７４ クリック回路 ７５ Ａ／Ｄ変換回路 ７６ Ｄ／Ａ変換回路 ７７ 発振回路 ８８ 可動板 Reference Signs List 1 first port 11 light source 113 optical waveguide 12 optical coupler 13 acceleration sensor element 13 'fully integrated acceleration sensor element 131 optical crystal substrate 14 coupler section 14' coupler section 15 reflection film 16 reflection film 17 light receiver 18 synchronous detection circuit 2 2nd port 20 frequency modulator 21 acceleration sensor element holding unit 22 mass 26 acceleration sensor holder 3 input / output port 36 optical coupler 38 optical waveguide 39 optical waveguide 52 phase modulator 59 phase modulation drive circuit 72 integrator 73 feedback signal generation Circuit 74 Click circuit 75 A / D conversion circuit 76 D / A conversion circuit 77 Oscillation circuit 88 Movable plate

Claims (32)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 光源を具備し、光源から出射される光を
受光する光導波路より成る入出力ポートと、入出力ポー
トが分岐したカプラ部と、カプラ部に連続して形成され
る光導波路より成る第１のポートと、カプラ部に連続し
て形成される光導波路より成る第２のポートとを形成し
た光学材料基板より成る加速度センサ素子を具備し、 第１のポートおよび第２のポートの端面における反射光
の干渉光を受光してこれを電気信号に変換する受光器を
具備することを特徴とする光学式加速度計。1. An input / output port comprising a light source and comprising an optical waveguide for receiving light emitted from the light source, a coupler section having a branched input / output port, and an optical waveguide formed continuously with the coupler section. An acceleration sensor element comprising an optical material substrate having a first port formed thereon and a second port formed of an optical waveguide formed continuously with the coupler section. An optical accelerometer comprising: a light receiver that receives interference light reflected by an end face and converts the interference light into an electric signal. 【請求項２】 請求項１に記載される光学式加速度計に
おいて、 光学材料基板は石英ガラスその他のガラスにより構成さ
れるものであることを特徴とする光学式加速度計。2. The optical accelerometer according to claim 1, wherein the optical material substrate is made of quartz glass or another glass. 【請求項３】 請求項１に記載される光学式加速度計に
おいて、 光学材料基板はニオブ酸リチュームその他の光学結晶に
より構成されるものであることを特徴とする光学式加速
度計。3. The optical accelerometer according to claim 1, wherein the optical material substrate is formed of lithium niobate or another optical crystal. 【請求項４】 請求項１ないし請求項３の内の何れかに
記載される光学式加速度計において、 光学材料基板は入出力ポート側端部を固定した片持ちば
りに構成したものであることを特徴とする光学式加速度
計。4. The optical accelerometer according to claim 1, wherein the optical material substrate is a cantilever having an input / output port side end fixed. An optical accelerometer characterized by the following. 【請求項５】 請求項１ないし請求項４の内の何れかに
記載される光学式加速度計において、 第１のポートおよび第２のポートは光学材料基板の厚さ
方向に互いに離隔して形成されたものであることを特徴
とする光学式加速度計。5. The optical accelerometer according to claim 1, wherein the first port and the second port are formed apart from each other in a thickness direction of the optical material substrate. An optical accelerometer characterized by being obtained. 【請求項６】 請求項１ないし請求項５の内の何れかに
記載される光学式加速度計において、 第１のポートおよび第２のポートは光学材料基板の長さ
方向側壁の一方或いは双方に互いに離隔して形成された
ものであることを特徴とする光学式加速度計。6. The optical accelerometer according to claim 1, wherein the first port and the second port are provided on one or both of the longitudinal side walls of the optical material substrate. An optical accelerometer formed apart from each other. 【請求項７】 請求項１ないし請求項６の内の何れかに
記載される光学式加速度計において、 第１のポートと第２のポートとの間には光路差が付与さ
れていることを特徴とする光学式加速度計。7. The optical accelerometer according to claim 1, wherein an optical path difference is provided between the first port and the second port. Characteristic optical accelerometer. 【請求項８】 請求項１ないし請求項７の内の何れかに
記載される光学式加速度計において、 光学結晶基板の自由端面に傾斜を施し、構成される第１
のポートと第２のポートの間に光路差を付与したことを
特徴とする光学式加速度計。8. The optical accelerometer according to claim 1, wherein a free end surface of the optical crystal substrate is inclined to form a first accelerometer.
An optical accelerometer characterized in that an optical path difference is provided between the first port and the second port. 【請求項９】 請求項１ないし請求項７の内の何れかに
記載される光学式加速度計において、 第１のポートと第２のポートの何れか一方の先端部を切
除して両者間に光路差を付与したことを特徴とする光学
式加速度計。9. The optical accelerometer according to claim 1, wherein a tip of one of the first port and the second port is cut off, and the other end is cut between the two. An optical accelerometer having an optical path difference. 【請求項１０】 請求項１ないし請求項３の内の何れか
に記載される光学式加速度計において、 光学材料基板はその両端部を固定した両持ちばりに構成
したものであることを特徴とする光学式加速度計。10. The optical accelerometer according to claim 1, wherein the optical material substrate is a double-ended beam having both ends fixed. Optical accelerometer. 【請求項１１】 請求項１０に記載される光学式加速度
計において、 第１のポートおよび第２のポートは光学材料基板の厚さ
方向に互いに離隔して形成されたものであることを特徴
とする光学式加速度計。11. The optical accelerometer according to claim 10, wherein the first port and the second port are formed apart from each other in a thickness direction of the optical material substrate. Optical accelerometer. 【請求項１２】 請求項１１に記載される光学式加速度
計において、 第１のポートおよび第２のポートはらせん状の導波路で
形成されるたことを特徴とする光学式加速度計。12. The optical accelerometer according to claim 11, wherein the first port and the second port are formed by a spiral waveguide. 【請求項１３】 請求項１０および請求項１１に記載さ
れる光学式加速度計において、 第１のポートおよび第２のポートは光学材料基板の長さ
方向側壁の一方或いは双方に互いに離隔して形成された
ものであることを特徴とする光学式加速度計。13. The optical accelerometer according to claim 10, wherein the first port and the second port are formed on one or both of the longitudinal side walls of the optical material substrate so as to be separated from each other. An optical accelerometer characterized by being obtained. 【請求項１４】 請求項１ないし請求項１３の内の何れ
かに記載される光学式加速度計において、 光源の光周波数を変調する周波数変調器を具備し、 受光器の出力する電気信号を光周波数の変調信号に関連
する信号により同期検波する同期検波回路を具備するこ
とを特徴とする光学式加速度計。14. An optical accelerometer according to claim 1, further comprising: a frequency modulator for modulating an optical frequency of a light source, wherein an electric signal output from the light receiver is converted to an optical signal. An optical accelerometer comprising a synchronous detection circuit that performs synchronous detection by a signal related to a frequency modulation signal. 【請求項１５】 請求項１４に記載される光学式加速度
計において、 加速度センサ素子の第１のポートおよび第２のポートの
何れか一方或いは双方に光の位相を変調する位相変調器
を具備し、 位相変調器に位相変調信号を印加する位相変調駆動回路
を具備し、 受光器の出力する電気信号を位相変調信号に関連した信
号を参照信号として同期検波することを特徴とする光学
式加速度計。15. The optical accelerometer according to claim 14, further comprising a phase modulator that modulates a phase of light at one or both of the first port and the second port of the acceleration sensor element. An optical accelerometer comprising: a phase modulation drive circuit for applying a phase modulation signal to a phase modulator; and synchronously detecting an electric signal output from the light receiver using a signal related to the phase modulation signal as a reference signal. . 【請求項１６】 請求項１ないし請求項１５の内の何れ
かに記載される光学式加速度計において、 光源と加速度センサ素子の入出力ポートとの間に光カプ
ラを具備したことを特徴とする光学式加速度計。16. The optical accelerometer according to claim 1, wherein an optical coupler is provided between the light source and the input / output port of the acceleration sensor element. Optical accelerometer. 【請求項１７】 請求項１ないし請求項１６の内の何れ
かに記載される光学式加速度計において、 光カプラはこれを光学材料基板に形成して加速度センサ
素子に一体化して全集積化加速度センサ素子としたたこ
とをことを特徴とする光学式加速度計。17. An optical accelerometer according to claim 1, wherein the optical coupler is formed on an optical material substrate and integrated with the acceleration sensor element to form a fully integrated acceleration sensor. An optical accelerometer comprising a sensor element. 【請求項１８】 請求項１ないし請求項１７の内の何れ
かに記載される光学式加速度計において、 全集積化加速度センサ素子はダブルＹカプラより成るこ
とを特徴とする光学式加速度計。18. An optical accelerometer according to claim 1, wherein said integrated accelerometer comprises a double Y coupler. 【請求項１９】 請求項１ないし請求項１７の内の何れ
かに記載される光学式加速度計において、 全集積化加速度センサ素子はディレクショナルカプラよ
り成ることを特徴とする光学式加速度計。19. The optical accelerometer according to claim 1, wherein the integrated accelerometer element comprises a directional coupler. 【請求項２０】 請求項１ないし請求項１７の内の何れ
かに記載される光学式加速度計において、 光導波路より成る入出力ポートを偏光子等価経路に構成
したことを特徴とする光学式加速度計。20. The optical accelerometer according to claim 1, wherein an input / output port formed of an optical waveguide is configured as a polarizer equivalent path. Total. 【請求項２１】 請求項１ないし請求項１７の内の何れ
かに記載される光学式加速度計において、 光導波路より成る入出力ポートに偏光子を挿入接続した
ことを特徴とする光学式加速度計。21. The optical accelerometer according to claim 1, wherein a polarizer is inserted and connected to an input / output port formed of an optical waveguide. . 【請求項２２】 請求項１４および請求項１５の内の何
れかに記載される光学式加速度計において、 同期検波回路の出力に基づいてフィードバック信号を発
生し、フィードバック信号により加速度センサ素子の第
１のポートおよび第２のポートの何れか一方に具備され
る位相変調器を駆動して第１のポートと第２のポートの
光の間の位相差を所定値に保持することを特徴とする光
学式加速度計。22. The optical accelerometer according to claim 14, wherein a feedback signal is generated based on an output of the synchronous detection circuit, and a first signal of the acceleration sensor element is generated based on the feedback signal. Wherein a phase modulator provided in one of the first port and the second port is driven to maintain a phase difference between the light of the first port and the light of the second port at a predetermined value. Accelerometer. 【請求項２３】 請求項２２に記載される光学式加速度
計において、 フィードバック信号を発生する回路は、同期検波回路の
出力を積分する積分器と積分器の出力の利得を調整出力
するフィードバック信号発生回路より成ることを特徴と
する光学式加速度計。23. The optical accelerometer according to claim 22, wherein the circuit that generates the feedback signal includes an integrator that integrates the output of the synchronous detection circuit and a feedback signal that adjusts and outputs the gain of the output of the integrator. An optical accelerometer comprising a circuit. 【請求項２４】 請求項２２に記載される光学式加速度
計において、 フィードバック信号発生回路は、鋸歯状波より成る第１
のフィードバック信号と、第１のフィードバック信号よ
り任意の遅延時間τ遅延して生成される第１のフィード
バック信号に等しい鋸歯状波より成る第２のフィードバ
ック信号を発生させ、それぞれ第１のポートと第２のポ
ートの位相変調器に各別に供給して第１のポートと第２
のポートの光の間の位相差を所定値に保持することを特
徴とする光学式加速度計。24. The optical accelerometer according to claim 22, wherein the feedback signal generation circuit comprises a first sawtooth wave.
And a second feedback signal consisting of a saw-tooth wave equal to the first feedback signal generated by delaying the first feedback signal by an arbitrary delay time τ, and generating a first port and a second port, respectively. The second port phase modulator is separately supplied to the first port and the second port.
An optical accelerometer for maintaining a phase difference between the lights of the ports at a predetermined value. 【請求項２５】 請求項２４に記載される光学式加速度
計において、 フィードバック信号は第１のポートと第２のポートの光
の間の位相差として２ｎπ（ｎ＝１、２、・・・）でフ
ライバックする鋸歯状波であることを特徴とする光学式
加速度計。25. The optical accelerometer according to claim 24, wherein the feedback signal is 2nπ (n = 1, 2,...) As a phase difference between the light of the first port and the light of the second port. An optical accelerometer characterized by a saw-tooth wave that fly backs at. 【請求項２６】 請求項２４および請求項２５の内の何
れかに記載される光学式加速度計において、 第１のフィードバック信号および第２のフィードバック
信号は、１段の階段の幅が遅延時間τに等しく階段状鋸
歯状波を形成していることを特徴とする光学式加速度
計。26. The optical accelerometer according to claim 24, wherein the first feedback signal and the second feedback signal have a width of one step of the delay time τ. An optical accelerometer characterized in that a step-shaped sawtooth wave is formed in the accelerometer. 【請求項２７】 請求項２４および請求項２５の内の何
れかに記載される光学式加速度計において、 第１のフィードバック信号および第２フィードバック信
号は、１段の階段の幅ｔ_w がｔ_w ≦１／２τである階段
状鋸歯状波を形成していることを特徴とする光学式加速
度計。27. The optical accelerometer according to any one of claims 24 and claim 25, the first feedback signal and the second feedback signal, the width t _w of 1-step staircase is t _w An optical accelerometer characterized by forming a step-like sawtooth wave satisfying ≤ 1 / 2τ. 【請求項２８】 請求項１ないし請求項２７の内の何れ
かに記載される光学式加速度計において、 光導波路はシングルモード光導波路に構成されているも
のであることを特徴とする光学式加速度計。28. The optical accelerometer according to claim 1, wherein the optical waveguide is constituted by a single mode optical waveguide. Total. 【請求項２９】 請求項１ないし請求項２８の内の何れ
かに記載される光学式加速度計において、 第１のポートと第２のポートの端面に反射膜を形成した
ことを特徴とする光学式加速度計。29. The optical accelerometer according to any one of claims 1 to 28, wherein a reflection film is formed on end faces of the first port and the second port. Accelerometer. 【請求項３０】 請求項１ないし請求項２９の内の何れ
かに記載される光学式加速度計において、 加速度センサ素子或いは全集積化加速度センサ素子を導
電性溶液に浸漬したことを特徴とする光学式加速度計。30. The optical accelerometer according to claim 1, wherein the acceleration sensor element or the whole integrated acceleration sensor element is immersed in a conductive solution. Accelerometer. 【請求項３１】 請求項１ないし請求項２９の内の何れ
かに記載される光学式加速度計において、 加速度センサ素子或いは全集積化加速度センサ素子の表
面に導電性を付与したことを特徴とする光学式加速度
計。31. The optical accelerometer according to any one of claims 1 to 29, wherein conductivity is imparted to a surface of the acceleration sensor element or a fully integrated acceleration sensor element. Optical accelerometer. 【請求項３２】 請求項１ないし請求項３１の内の何れ
かに記載される光学式加速度計において、 光学材料基板にはマスを取り付けたことを特徴とする光
学式加速度計。32. The optical accelerometer according to claim 1, wherein a mass is attached to the optical material substrate.