JPH1183894A - Optical accelerometer - Google Patents
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- JPH1183894A JPH1183894A JP9245165A JP24516597A JPH1183894A JP H1183894 A JPH1183894 A JP H1183894A JP 9245165 A JP9245165 A JP 9245165A JP 24516597 A JP24516597 A JP 24516597A JP H1183894 A JPH1183894 A JP H1183894A
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Abstract
Description
【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Ii 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φPMは、 φPM=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 sin2πfmt ・・・・・・(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φPM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】 φPM=βsin2πfm t=βsinωm t β=A・(2πnΔL)/C ωm =2πfm ・・・・・・(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(φPM+ΔφA)} =P0{1+cosΔφA(J0(β)+2ΣJ2n(β)cos2nωmt) − sinΔφA(2Σ*J2n+1(β)sin(2n+1)ωmt) Σ :総和の範囲は1ないし∞ Σ* :総和の範囲は0ないし∞ J0 、J2n、J2n+1:第1種ベッセル関数 P0 :受光器に到達する最大光量 ΔφA :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fm
の奇数次成分はsinΔφA に比例し、変調周波数fm
の偶数次成分はcosΔφA 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fm で同期検波されsinΔφA
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 =KA・P0・J1sinΔφA KA :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]
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tw がtw ≦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) =Psinωm t (ωm =2πfm ) ・・・・・・(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+ cosΔφA (J0(Ρ)+2ΣJ2n(P)cos2nωm t) −sinΔφA (2Σ*J2n+1(P)sin(2n+1)ωm 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ΔφA 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ΔφA 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ΔφA 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 accelerationAIs 0
In the area II, acceleration is applied and the phase difference ΔφAIs raw
This indicates a squeezed state. Φ in I region of phase modulation1~ ΦFourPhase
Output I of the corresponding interference light 1~ IFourAre the same as shown in the figure.
Level, and there is no difference in the intensity of the interference light.
Period is ΦFive, Φ7I corresponding toFive, 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=P0sinΔφA ・・・・・・(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ΔφA
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、sinΔφA 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sinΔφA
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ΔφA 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Δφf
を発生させる電圧Vf 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、 ΔφA +Δφf =0 ・・・・・・(11) となり、 ΔφA =−Δφf ・・・・・・(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、Δφf と比例関係にあるフィード
バック信号電圧Vf を計測すれば、入力加速度に対応し
た位相差ΔφA 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
sinΔφA 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ΔφA
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。
φf1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、φf2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(φf1−φf2)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Δφf 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Δf1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+Δφf )となり、Δφf と
ならないが、(−2nπ+Δφf )の値は、丁度Δφf
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Δφf と鋸
歯状波の繰返し周波数fとの間の関係は、図12より、 Δφf =(2nπτ)/T=2nπτf ・・・・・・(13) となり、入力加速度に対応した位相差Δφf 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Δφf 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Δφf 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tw がtw ≦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.
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)
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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. .
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.
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.
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.
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.
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.
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. .
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.
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.
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.
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.
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.
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tw がtw ≦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.
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.
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.
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.
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.
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.
Priority Applications (1)
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JP9245165A JPH1183894A (en) | 1997-09-10 | 1997-09-10 | Optical accelerometer |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP9245165A JPH1183894A (en) | 1997-09-10 | 1997-09-10 | Optical accelerometer |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JPH1183894A true JPH1183894A (en) | 1999-03-26 |
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ID=17129584
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP9245165A Withdrawn JPH1183894A (en) | 1997-09-10 | 1997-09-10 | Optical accelerometer |
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Country | Link |
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JP (1) | JPH1183894A (en) |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2010094190A1 (en) * | 2009-02-23 | 2010-08-26 | 东南大学 | Cantilever beam structural resonant-type integrated optical waveguide accelerometer |
CN101833016A (en) * | 2010-05-17 | 2010-09-15 | 哈尔滨工程大学 | Micro-accelerometer sensor based on embedded core type twin-core polarization maintaining fiber |
CN101858926A (en) * | 2010-05-17 | 2010-10-13 | 哈尔滨工程大学 | Integrated two-dimensional fiber optic micro accelerometer based on four-core fiber optic |
CN101865935A (en) * | 2010-06-04 | 2010-10-20 | 哈尔滨工程大学 | Two-dimension high-precision combined interference type fiber integrated accelerometer |
AU2006201171B2 (en) * | 2005-03-31 | 2011-04-28 | Geospace Technologies Corporation | Optical accelerometer, optical inclinometer and seismic sensor system using such accelerometer and inclinometer |
CN104977427A (en) * | 2015-06-29 | 2015-10-14 | 广西师范大学 | Dual-cylindrical MIM surface plasmon waveguide structured acceleration sensing device |
CN108982914A (en) * | 2018-09-01 | 2018-12-11 | 哈尔滨工程大学 | A kind of mini-coax fiber optic Michelson extrinsic type accelerometer |
CN108982912A (en) * | 2018-09-01 | 2018-12-11 | 哈尔滨工程大学 | A kind of miniature differential formula off-axis fiber optic Michelson extrinsic type accelerometer |
-
1997
- 1997-09-10 JP JP9245165A patent/JPH1183894A/en not_active Withdrawn
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
AU2006201171B2 (en) * | 2005-03-31 | 2011-04-28 | Geospace Technologies Corporation | Optical accelerometer, optical inclinometer and seismic sensor system using such accelerometer and inclinometer |
WO2010094190A1 (en) * | 2009-02-23 | 2010-08-26 | 东南大学 | Cantilever beam structural resonant-type integrated optical waveguide accelerometer |
US20110303008A1 (en) * | 2009-02-23 | 2011-12-15 | Tong Zhang | Cantilever beam structural resonant-type integrated optical waveguide accelerometer |
US8640542B2 (en) * | 2009-02-23 | 2014-02-04 | Southeast University | Cantilever beam structural resonant-type integrated optical waveguide accelerometer |
CN101833016A (en) * | 2010-05-17 | 2010-09-15 | 哈尔滨工程大学 | Micro-accelerometer sensor based on embedded core type twin-core polarization maintaining fiber |
CN101858926A (en) * | 2010-05-17 | 2010-10-13 | 哈尔滨工程大学 | Integrated two-dimensional fiber optic micro accelerometer based on four-core fiber optic |
CN101865935A (en) * | 2010-06-04 | 2010-10-20 | 哈尔滨工程大学 | Two-dimension high-precision combined interference type fiber integrated accelerometer |
CN104977427A (en) * | 2015-06-29 | 2015-10-14 | 广西师范大学 | Dual-cylindrical MIM surface plasmon waveguide structured acceleration sensing device |
CN108982914A (en) * | 2018-09-01 | 2018-12-11 | 哈尔滨工程大学 | A kind of mini-coax fiber optic Michelson extrinsic type accelerometer |
CN108982912A (en) * | 2018-09-01 | 2018-12-11 | 哈尔滨工程大学 | A kind of miniature differential formula off-axis fiber optic Michelson extrinsic type accelerometer |
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