JP2001066142A - Resonance-type optical gyro - Google Patents

Resonance-type optical gyro

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JP2001066142A
JP2001066142A JP24234099A JP24234099A JP2001066142A JP 2001066142 A JP2001066142 A JP 2001066142A JP 24234099 A JP24234099 A JP 24234099A JP 24234099 A JP24234099 A JP 24234099A JP 2001066142 A JP2001066142 A JP 2001066142A
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JP
Japan
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optical
laser light
gyro
electric signal
laser beam
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Application number
JP24234099A
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Japanese (ja)
Inventor
Satoshi Ohara
悟史 大原
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Yokogawa Denshikiki Co Ltd
Original Assignee
Yokogawa Denshikiki Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an accurate optical fiber gyro easily adjustable. SOLUTION: A light source 1 is a laser beam generating source and injects the generated laser beam L to a gyro chip 2. The gyro chip 2 branches the laser beam L to a laser beam LCCW and a laser beam LCW, and when injects them, performs phase modulation for the laser beam LCW and the laser beam LCCW respectively based on a modulation signal HCW and a modulation signal HCCW. A CCW light receiver 7 converts the laser beam LCCW to an electric signal DCCW, and outputs it to a CCW optical signal processing portion 9. A CW light receiver 8 converts the laser beam LCW to an electric signal DCW, and outputs it to a CW optical signal processing portion 10. The CCW optical signal processing portion 9 synchronously detects wave of the inputted electric signal DCCW, and outputs an electric signal QCCW to the CW optical signal processing portion 10. The CW optical signal processing portion 10 synchronously detects wave of the inputted electric signal DCW, and generates an electric signal QCW. The CW optical signal processing portion 10, based on the electric signal QCW and the inputted electric signal QCCW, determines a resonance frequency Δf, and calculates a rotation angular velocity Ω.

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】本発明は、搭載する移動物体
の回転角速度の検出を行う光共振器を用いた共振型光ジ
ャイロに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a resonance type optical gyro using an optical resonator for detecting a rotational angular velocity of a mounted moving object.

【0002】[0002]

【従来の技術】運動する物体(飛行機および艦船など)
の回転角速度を求めることにより、この物体の現在の姿
勢角や方位角を捉えることが可能となる。そのため、飛
行機、艦船および潜水艦などには、広大な空や広大な海
を自分の力で目的値へ向かって、迷わずに正確に運行す
るために、慣性航法装置やジャイロコンパス等が搭載さ
れている。この慣性航法装置やジャイロコンパス等は、
プラットホーム方式から稼働部のないストラップダウン
方式へ移行しつつある。
2. Description of the Related Art Moving objects (such as airplanes and ships)
By obtaining the rotational angular velocity of the object, the current attitude angle and azimuth angle of the object can be captured. Therefore, airplanes, ships and submarines are equipped with inertial navigation systems and gyro-compasses, etc., to operate the vast sky and the vast sea toward the target value with your own power and without any hesitation. I have. This inertial navigation device and gyro compass
The platform system is shifting to a strap-down system with no moving parts.

【0003】そのため、慣性航法装置やジャイロコンパ
ス等には、回転角速度を測定するジャイロスコープ(以
下、ジャイロとする)が内蔵されているが、機械式ジャ
イロから光ジャイロへ移行している。光ジャイロには、
リングレーザジャイロ(RLG),干渉型光ジャイロ及
び共振型光ジャイロの3種類がある。ここで、RLG
は、実用化されているが、ロックイン対策にディザ機構
または回転テーブル機構を必要とし、かつ高精度なミラ
ーが必要なため、信頼性及びコストの面で問題がある。
このため、稼働部が全くなく、高精度なミラーを必要と
しない干渉型又は共振型光ジャイロが開発されている。
For this reason, a gyroscope (hereinafter, referred to as a gyroscope) for measuring a rotational angular velocity is built in an inertial navigation device, a gyro compass, or the like, but the use of a mechanical gyro has shifted to an optical gyro. In the light gyro,
There are three types: a ring laser gyro (RLG), an interference type optical gyro, and a resonance type optical gyro. Where RLG
Although they have been put to practical use, they require a dither mechanism or a rotary table mechanism for lock-in countermeasures, and require high-precision mirrors, and thus have problems in reliability and cost.
For this reason, an interference-type or resonance-type optical gyro that has no moving part and does not require a high-precision mirror has been developed.

【0004】光ジャイロの基本原理を図4を用いて説明
する。図4は、光ジャイロの概念図である。図4に示す
様に、共振型光ジャイロスコープ(共振型光ジャイロ)
は、光共振器RSに対して進行波形のレーザ発信を光源
LSからビームスプリッタBSを介して行い、光ファイ
バのループに時計回り(CW:Clock Wise)
の方向のレーザ光および反時計回り(CCW:Coun
ter ClockWise)の方向のレーザ光を入力
させる。
The basic principle of the optical gyro will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a conceptual diagram of the optical gyro. As shown in FIG. 4, a resonant optical gyroscope (resonant optical gyroscope)
Transmits a laser beam having a traveling waveform to the optical resonator RS from the light source LS via the beam splitter BS, and rotates clockwise (CW: Clock Wise) in a loop of the optical fiber.
Direction and counterclockwise (CCW:
ter ClockWise).

【0005】このとき、共振型光ジャイロの系が静止し
ていれば、両周りのレーザ光は、同一の光路を伝搬する
ため、両レーザ光間の共振周波数差が「0」となる。し
かし、この共振型光ジャイロの系が矢印方向に回転角速
度Ωにより回転すると、光共振器RSにおいてCWに伝
搬されるレーザ光とCCWに伝搬されるレーザ光の光路
の長さがサニャック効果により異なり、両レーザ光の共
振周波数が異なったものとなる。
At this time, if the system of the resonance type optical gyro is stationary, the laser light around both sides propagates on the same optical path, so that the resonance frequency difference between the two laser lights becomes “0”. However, when the resonance type optical gyro system is rotated at a rotational angular velocity Ω in the direction of the arrow, the optical path length of the laser light propagated to the CW and the laser light propagated to the CCW in the optical resonator RS differs due to the Sagnac effect. Then, the resonance frequencies of the two laser beams are different.

【0006】このときレーザ光の共振周波数のスペクト
ルが鋭い(半値幅が小さい)ため、回転角速度がわずか
なものであっても測定される共振周波数差としては大き
な値となり、検出される回転角速度Ωの検出精度が高く
なる。そのため、共振型光ジャイロは、近年ジャイロス
コープとして期待される様になってきている。本発明で
は、共振型光ジャイロに用いられる光共振器を構成する
光導波手段を光ファイバ及び光導波路とする。
At this time, since the spectrum of the resonance frequency of the laser beam is sharp (the half width is small), even if the rotation angular velocity is slight, the measured resonance frequency difference has a large value and the detected rotation angular velocity Ω Detection accuracy increases. For this reason, the resonance type optical gyro has recently been expected as a gyroscope. In the present invention, the optical waveguide means constituting the optical resonator used in the resonance type optical gyro is an optical fiber and an optical waveguide.

【0007】従来の共振型光ジャイロの説明を図5を用
いて行う。図5は、従来の共振型光ジャイロの構成の一
例を示すブロック図である。この図において、1は光源
部であり、たとえば半導体レーザ等によるレーザ光発生
源である。また、光源部1は、発生したレーザ光Lを強
度変調器100へ射出する。強度変調器100は、発振
器101の発生する周波数により強度変調を行い、レー
ザ光MLをジャイロチップ2へ射出する。カー効果及び
後方散乱(光学的雑音)の影響がどの程度あるかを検出
するために強度変調を掛けている。
A conventional resonance type optical gyro will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a block diagram showing an example of a configuration of a conventional resonance type optical gyro. In this figure, reference numeral 1 denotes a light source unit, which is a laser light source such as a semiconductor laser. The light source unit 1 emits the generated laser light L to the intensity modulator 100. The intensity modulator 100 performs intensity modulation with the frequency generated by the oscillator 101, and emits a laser beam ML to the gyro chip 2. Intensity modulation is applied to detect the degree of Kerr effect and backscattering (optical noise).

【0008】この強度変調は、発振器101より入力さ
れる、図6に示す周期Tpの波形信号により行われる。
この波形信号の周期Tpは、共振型光ジャイロの共振状
態を保つため、レーザ光が光共振器102を一周する時
間の整数倍にする必要がある。この関係がずれると、共
振周波数に誤差が生じ、回転角速度Ωが正確に求められ
ない。ここで、光共振器102は、例えば光ファイバで
構成されているとする。
This intensity modulation is performed by a waveform signal having a period Tp shown in FIG.
The period Tp of the waveform signal needs to be an integral multiple of the time for the laser light to make one round of the optical resonator 102 in order to maintain the resonance state of the resonance type optical gyro. If this relationship deviates, an error occurs in the resonance frequency, and the rotational angular velocity Ω cannot be obtained accurately. Here, it is assumed that the optical resonator 102 is formed of, for example, an optical fiber.

【0009】また、周期Tpにおける強度I0の幅と強度
I0’の幅とが「1:1」である必要がある。すなわ
ち、強度I0と強度I0’との切り換えが、時間「Tp/
2」毎に行われなければ、正確な強度変調が行えず、光
共振器102における共振周波数に誤差が生じ、回転角
速度Ωが正確に求められない。ここで、強度I0は、光
源部1から射出した時点、すなわち強度変調器100に
入射した時点のレーザ光の強度を示している。
Further, the width of the intensity I0 and the width of the intensity I0 'in the cycle Tp must be "1: 1". That is, the switching between the intensity I0 and the intensity I0 'is performed at the time "Tp /
2), accurate intensity modulation cannot be performed, an error occurs in the resonance frequency of the optical resonator 102, and the rotational angular velocity Ω cannot be obtained accurately. Here, the intensity I0 indicates the intensity of the laser beam at the time of emission from the light source unit 1, that is, at the time of incidence on the intensity modulator 100.

【0010】ジャイロチップ2は、強度変調器100か
ら入射されるレーザ光MLを分配し、光ファイバ3及び
光ファイバ4に射出する。ここで、光ファイバ3に出力
されるレーザ光MLは、光共振器102において反時計
回りのレーザ光LCCWとして出力される。
The gyro chip 2 distributes the laser light ML incident from the intensity modulator 100 and emits the laser light ML to the optical fibers 3 and 4. Here, the laser light ML output to the optical fiber 3 is output as a counterclockwise laser light L CCW in the optical resonator 102.

【0011】また、光ファイバ4に出力されるレーザ光
MLは、光共振器102において時計回りのレーザ光L
CWとして出力される。このとき、レーザ光LCCWとレー
ザ光LCWとは、ジャイロチップ2において、周波数を分
離することで後方散乱及びカー効果の影響を防止するた
め、位相変調が行われている。
The laser light ML output to the optical fiber 4 is supplied to the optical resonator 102 by a clockwise laser light L.
Output as CW. At this time, the laser light L CCW and the laser light LC W are subjected to phase modulation in the gyro chip 2 in order to separate the frequencies to prevent the effects of the back scattering and the Kerr effect.

【0012】ここで、この位相変調は、図7に示す時間
単位「τ」毎に位相をずらし、時間「2π/Δω」にお
いて、位相を「2π」ずらす。そして、位相の変化「Δ
ω」は、レーザ光LCWとレーザ光LCCWとの位相変調に
おいて異なっている。すなわち、レーザ光LCWとレーザ
光LCCWとの位相が「2π」ずれる時刻が異なるため、
実質的に、異なる周波数変調が行われたことになる。
In this phase modulation, the phase is shifted every time unit “τ” shown in FIG. 7, and the phase is shifted “2π” at time “2π / Δω”. Then, the phase change “Δ
ω ”differs in the phase modulation between the laser light LCW and the laser light LCCW. That is, since the time when the phase of the laser light LCW and the phase of the laser light LCCW are shifted by “2π” is different,
In effect, different frequency modulations have been performed.

【0013】また、時間「2π/Δω」の間に位相が正
確に「2π」ずれないと、強度変調器100で行われて
いる強度変調と同様に、共振周波数に誤差が生じ、回転
角速度Ωが正確に求められない。このジャイロチップ2
における位相制御は、CW光信号処理部109及びCC
W光信号処理部110からの各々の変調信号HCWと変調
信号HCCWとで行われている。
If the phase does not shift exactly by “2π” during the time “2π / Δω”, an error occurs in the resonance frequency as in the case of the intensity modulation performed by the intensity modulator 100, and the rotational angular velocity Ω Is not determined exactly. This gyro chip 2
Is controlled by the CW optical signal processing unit 109 and the CC
The modulation is performed by each modulation signal HCW and modulation signal HCCW from the W light signal processing unit 110.

【0014】変調を受けたレーザ光LCCWは、ジャイロ
チップ2からカプラ105及びカプラ103を介して光
共振器102へ入射し、光共振器102内を反時計周り
に回転する。同様に、変調を受けたレーザ光LCWは、ジ
ャイロチップ2からカプラ105及びカプラ103を介
して光共振器102へ入射し、光共振器102内を時計
周りに回転する。
The modulated laser light L CCW enters the optical resonator 102 from the gyro chip 2 via the coupler 105 and the coupler 103, and rotates inside the optical resonator 102 counterclockwise. Similarly, the modulated laser light LCW enters the optical resonator 102 from the gyro chip 2 via the coupler 105 and the coupler 103, and rotates clockwise in the optical resonator 102.

【0015】CCW光受光器7は、カプラ103及びカ
プラ105を介して、入射されるレーザ光LCWを図8
(a)に示す電気信号DCWへ変換し、この電気信号DCW
をCW光信号処理部109へ出力する。また、CW光受
光器8は、カプラ103及びカプラ106を介して、入
射されるレーザ光LCCWを図8(a)に示す電気信号DC
CWへ変換し、この電気信号DCCWをCCW光信号処理部
110へ出力する。
The CCW light receiver 7 converts the laser light LCW incident via the coupler 103 and the coupler 105 into the light shown in FIG.
The electric signal DCW shown in FIG.
To the CW optical signal processing unit 109. Further, the CW light receiver 8 converts the incident laser light L CCW via the coupler 103 and the coupler 106 into an electric signal DC shown in FIG.
The signal is converted into CW, and the electric signal DCW is output to the CCW optical signal processing unit 110.

【0016】CW光信号処理部109は、入力される電
気信号DCWを同期検波して、結果として図8(b)に示
す電気信号QCWをCCW光信号処理部110へ出力す
る。また、CW光信号処理部109は、光源1から射出
するレーザ光Lの周波数が、常に、電気信号QCWから求
められる共振周波数fCWと一致するよう制御するた
め、、光源駆動部11へ制御信号を出力する。
The CW optical signal processing section 109 synchronously detects the input electric signal DCW, and outputs an electric signal QCW shown in FIG. 8B to the CCW optical signal processing section 110 as a result. In addition, the CW optical signal processing unit 109 sends a control signal to the light source driving unit 11 in order to control the frequency of the laser light L emitted from the light source 1 to always match the resonance frequency fCW obtained from the electric signal QCW. Output.

【0017】光源駆動部11は、光駆動信号SCにより
光源部1の発生するレーザ光Lの周波数の制御を行う。
CCW光信号処理部110は、入力される電気信号DCC
Wを同期検波して、結果として図8(b)に示す電気信
号QCCWを生成し、入力される電気信号QCWとの比較を
行う。
The light source driving section 11 controls the frequency of the laser light L generated by the light source section 1 based on the light driving signal SC.
The CCW optical signal processing unit 110 receives the input electric signal DCC
W is synchronously detected, and as a result, an electric signal QCCW shown in FIG. 8B is generated and compared with the input electric signal QCW.

【0018】すなわち、図8(b)に示す電気信号QCW
が「0(X軸:レーザ光周波数)」とクロスする周波数
(共振周波数)fCWと、または電気信号QCCWが「0
(X軸:レーザ光周波数)」とクロスする周波数(共振
周波数)fCCWとから共振周波数差Δfを求める。さら
に、CCW光信号処理部110は、求めた共振周波数差
Δfをジャイロ出力部112へ出力する。ジャイロ出力
部112は、入力された共振周波数差Δfを用い、回転
角速度Ωを下記に示す(1)に基づく演算処理により求
める。
That is, the electric signal QCW shown in FIG.
Is the frequency (resonance frequency) f CW that crosses “0 (X axis: laser light frequency)” or the electric signal Q CCW is “0
(X-axis: laser light frequency) ”and the crossing frequency (resonance frequency) f CCW to obtain the resonance frequency difference Δf. Further, the CCW optical signal processing unit 110 outputs the obtained resonance frequency difference Δf to the gyro output unit 112. The gyro output unit 112 uses the input resonance frequency difference Δf to determine the rotational angular velocity Ω by an arithmetic process based on the following (1).

【0019】 Ω=(Δf・λ・p/(4A・r)) …… (1) ここで、λは光源部1により発生されたレーザ光Lの真
空中における波長であり、pは光共振器102の周長で
あり、Aは光共振器102の閉路面積であり、rは光共
振器102の半径である。
Ω = (Δf · λ · p / (4A · r)) (1) where λ is the wavelength of the laser beam L generated by the light source unit 1 in a vacuum, and p is the optical resonance. A is the circumference of the optical resonator 102, A is the closed area of the optical resonator 102, and r is the radius of the optical resonator 102.

【0020】また、CCW光信号処理部110は、上述
した演算処理により求めた回転角速度Ωを図示しない外
部回路へ出力する。
Further, the CCW optical signal processing section 110 outputs the rotational angular velocity Ω obtained by the above-described arithmetic processing to an external circuit (not shown).

【0021】さらに、強度変調器100による強度変調
に基づき、CCW光信号処理部110が電気信号QCCW
と電気信号QCWとの強度差を求め、CW光信号処理部1
09及びCCW光信号処理部110は、各々変調信号H
CWと変調信号HCCWとによりこの強度差が「0」となる
ように、ジャイロチップ2で位相変調の時間「τ」の調
整を行い、レーザ光LCWとレーザ光LCCWとの強度調整
を行う。この時間「τ」の調整を行うことで、位相変調
の進度が変わることに伴い、レーザ光の強度が調整され
る。
Further, based on the intensity modulation by the intensity modulator 100, the CCW optical signal processing unit 110
The difference in intensity between the signal and the electric signal QCW is obtained, and the CW optical signal processing unit 1
09 and the CCW optical signal processing unit 110 respectively
The phase modulation time “τ” is adjusted by the gyro chip 2 so that the intensity difference between the CW and the modulation signal HCCW becomes “0”, and the intensity adjustment between the laser light LCW and the laser light LCCW is performed. By adjusting the time “τ”, the intensity of the laser beam is adjusted with the progress of the phase modulation.

【0022】たとえば、共振型光ジャイロの系が矢印Z
の方向へ回転したとすると、光共振器102を伝搬する
レーザ光LCWの光路が見かけ上において長くなり、図8
(b)に示す共振周波数fCWは低くなる。一方、ファイ
バリング光共振器106を伝搬するレーザ光LCCWの光
路が見かけ上において短くなり、図8(b)に示すに示
す共振周波数fCCWは高くなる。
For example, the system of the resonance type optical gyro is indicated by an arrow Z.
8, the optical path of the laser light LCW propagating through the optical resonator 102 becomes apparently longer.
The resonance frequency fCW shown in FIG. On the other hand, the optical path of the laser light L CCW propagating through the fiber ring optical resonator 106 is apparently short, and the resonance frequency f CCW shown in FIG.

【0023】そして、CCW光信号処理部110は、共
振周波数fCWと共振周波数fCCWとからレーザ光LCWと
レーザ光LCCWとの共振周波数差Δfを求める。これによ
り、CCW光信号処理部110は、矢印Z方向へ回転す
る共振型光ファイバジャイロの系の回転角速度Ωを
(1)式に基づく演算処理により求める。
Then, the CCW optical signal processing unit 110 obtains a resonance frequency difference Δf between the laser light LCW and the laser light LCCW from the resonance frequency fCW and the resonance frequency fCCW. Thereby, the CCW optical signal processing unit 110 obtains the rotational angular velocity Ω of the system of the resonance type optical fiber gyro rotating in the arrow Z direction by the arithmetic processing based on the equation (1).

【0024】また、たとえば、共振型光ジャイロの系が
矢印Zに対して逆方向へ回転したとすると、光共振器1
02を伝搬するレーザ光LCWの光路が見かけ上において
短くなり、図8(b)に示す共振周波数fCWは高くな
る。一方、光共振器102を伝搬するレーザ光LCCWの
光路が見かけ上において長くなり、図8(b)に示す共
振周波数fCCWは低くなる。
For example, if the system of the resonance type optical gyro rotates in the direction opposite to the arrow Z, the optical resonator 1
The optical path of the laser light LCW propagating through the laser beam 02 becomes apparently shorter, and the resonance frequency fCW shown in FIG. On the other hand, the optical path of the laser light L CCW propagating through the optical resonator 102 becomes apparently longer, and the resonance frequency f CCW shown in FIG.

【0025】そして、CCW光信号処理部110は、共
振周波数fCWと共振周波数fCCWとからレーザ光LCWと
レーザ光LCCWとの共振周波数差Δfを求める。これによ
り、CCW光信号処理部110は、矢印Zと逆方向へ回
転する共振型光ジャイロの系の回転角速度Ωを(1)式
に基づく演算処理により求める。
Then, the CCW optical signal processing section 110 obtains a resonance frequency difference Δf between the laser light LCW and the laser light LCCW from the resonance frequency fCW and the resonance frequency fCCW. Thus, the CCW optical signal processing unit 110 obtains the rotational angular velocity Ω of the resonance type optical gyro rotating in the direction opposite to the arrow Z by the arithmetic processing based on the equation (1).

【0026】[0026]

【発明が解決しようとする課題】上述したように、共振
型光ジャイロは、レーザ光LCW及びレーザ光LCCWとの
光共振器102における光路差を共振周波数差Δfとし
て検出する。ここで、光源の周波数を一方のレーザ光、
例えばレーザ光LCWの光路の共振周波数fCWに維持する
ように制御し、もう一方のレーザ光LCCWの共振周波数
fCCWのずれから回転角速度Ωを検出する。
As described above, the resonance type optical gyro detects an optical path difference between the laser light LCW and the laser light LCCW in the optical resonator 102 as a resonance frequency difference Δf. Here, the frequency of the light source is set to one laser light,
For example, control is performed so as to maintain the resonance frequency fCW of the optical path of the laser light LCW, and the rotational angular velocity Ω is detected from the deviation of the resonance frequency fCCW of the other laser light LCCW.

【0027】また、共振型光ジャイロは、共振現象を利
用するため、高干渉性(高いコヒーレント性)の光源を
用いる必要がある。この際に起きる問題の一つが光学
部、すなわち光共振器102において発生する光雑音で
ある。このうち、カー効果及び後方散乱による光雑音
は、時計回りのレーザ光LCWと反時計回りのレーザ光L
CCWとが同一の光導波手段、すなわち光共振器102を
伝搬するため、レーザ光LCWとレーザ光LCCWとが相互
に影響して起こる。
Further, since the resonance type optical gyro utilizes a resonance phenomenon, it is necessary to use a light source having high coherence (high coherence). One of the problems that occurs at this time is optical noise generated in the optical unit, that is, the optical resonator 102. Among them, the optical noise due to the Kerr effect and the backscattering is caused by the clockwise laser light LCW and the counterclockwise laser light L
Since the CCW propagates through the same optical waveguide means, that is, the optical resonator 102, the laser light LCW and the laser light LCCW affect each other.

【0028】一方、後方散乱は、一方のレーザ光LCWが
光導波手段中の屈折揺らぎなどにより、伝搬方向(時計
回り方向)とは反対方向(反時計回り方向)に散乱光を
生成してしまうもので、他方のレーザ光LCCWと干渉
し、光雑音となる。
On the other hand, in the back scattering, one laser beam LCW generates scattered light in a direction opposite to the propagation direction (clockwise) (counterclockwise) due to refraction fluctuation in the optical waveguide means. It interferes with the other laser light L CCW and becomes optical noise.

【0029】これらの光雑音の影響を低減するため、上
述した様に、強度変調したレーザ光のサンプリングによ
る光雑音により劣化したレーザ光強度の補正や、BPS
K方式による位相変調技術等を用いているが、十分では
ない。すなわち、図8(a)に示すように、CW光受光
器8に入射するレーザ光LCW及びCCW光受光器7に入
射するレーザ光LCCWの双方が、共振周波数を得るため
の信号強度にノイズが乗った状態となっている。
In order to reduce the influence of these optical noises, as described above, correction of the laser light intensity deteriorated by the optical noise by sampling the intensity-modulated laser light, BPS
Although a phase modulation technique by the K system is used, it is not sufficient. That is, as shown in FIG. 8A, both the laser light LCW incident on the CW light receiver 8 and the laser light LCCW incident on the CCW light receiver 7 have noise in the signal intensity for obtaining the resonance frequency. It is in a riding state.

【0030】このため、CW光信号処理部109及びC
CW光信号処理部110において、各々検出される電気
信号QCW及び電気信号QCCWは、図8(b)に示すよう
に共振周波数fCWと共振周波数fCCWともに、共振点誤
差を有することになる。従って、共振周波数fCWと共振
周波数fCCWとの共振周波数差Δfから求める回転角速
度Ωの精度は、非常に悪くなり、図9の示すように真値
に対して誤差が非常に大きくなっている。
Therefore, the CW optical signal processing unit 109 and CW
The electric signal QCW and the electric signal QCW detected respectively in the CW optical signal processing unit 110 have a resonance point error in both the resonance frequency fCW and the resonance frequency fCCW as shown in FIG. 8B. Therefore, the accuracy of the rotational angular velocity Ω obtained from the resonance frequency difference Δf between the resonance frequency fCW and the resonance frequency fCCW is extremely poor, and the error is very large with respect to the true value as shown in FIG.

【0031】図9は、一定速度で回転させたときの、時
間経過による回転角速度を示す電圧の真値(理論的な計
算結果)に対する精度を求めた図である。このように従
来の共振型光ジャイロには、上述したように、同一の光
導波手段を両方向に回るレーザ光を利用していることに
よる光雑音の問題があり、求める回転角速度Ωを高い精
度で求めることができない問題がある。
FIG. 9 is a diagram showing the accuracy with respect to the true value (theoretical calculation result) of the voltage indicating the rotational angular velocity over time when the motor is rotated at a constant speed. As described above, the conventional resonance type optical gyro has a problem of optical noise due to the use of laser light rotating in the same optical waveguide means in both directions, as described above. There is a problem that cannot be sought.

【0032】また、従来の共振型光ジャイロは、光雑音
の影響を低減させるため、強度変調回路や高精度位相変
調回路等を用いるため、装置の構成が複雑となり、調整
が複雑となり、装置全体の信頼性が低下する欠点があ
る。
Further, the conventional resonance type optical gyro uses an intensity modulation circuit, a high-precision phase modulation circuit and the like in order to reduce the influence of optical noise. There is a disadvantage that the reliability of the device decreases.

【0033】本発明はこのような背景の下になされたも
ので、調整が簡易であり、かつ、高精度な共振型光ジャ
イロを提供することを目的とする。
The present invention has been made under such a background, and an object of the present invention is to provide a resonance type optical gyro which is easy to adjust and has high accuracy.

【0034】[0034]

【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、共振
型光ジャイロにおいて、注入電流の注入量に応じた所定
の周波数のレーザ光を発生するレーザ光源と、所定の共
振周波数の波長と同長の光路長を有する光導波手段がリ
ング状に形成された第1の光共振器と、所定の共振周波
数の波長と同長の光路長を有する光導波手段がリング状
に形成された第2の光共振器と、第1の光共振器と第2
の光共振器とに各々前記レーザ光を分配するジャイロチ
ップと、前記第1の光共振器から出力される第1のレー
ザ光を第1の電気信号へ変換し、変換されたこの第1の
電気信号を検波し、検波結果として第1の検波信号を出
力する第1の検波手段と、前記第2の光共振器から出力
される第2のレーザ光を第2の電気信号へ変換し、変換
されたこの第2の電気信号を検波し、検波結果として第
2の検波信号を出力する第2の検波手段と、第1の検波
信号と第2の検波信号とに基づき回転角速度を求める信
号処理部とを具備することを特徴とする。
According to a first aspect of the present invention, in a resonance type optical gyro, a laser light source for generating a laser beam having a predetermined frequency in accordance with an injection amount of an injection current; A first optical resonator in which optical waveguide means having the same optical path length is formed in a ring shape, and a first optical resonator in which optical waveguide means having an optical path length having the same length as a wavelength of a predetermined resonance frequency are formed in a ring shape. 2, the first optical resonator and the second optical resonator.
A gyro chip for distributing the laser light to each of the optical resonators; converting the first laser light output from the first optical resonator into a first electric signal; A first detection unit that detects an electric signal and outputs a first detection signal as a detection result, and converts a second laser beam output from the second optical resonator into a second electric signal; A second detection means for detecting the converted second electric signal and outputting a second detection signal as a detection result, and a signal for obtaining a rotational angular velocity based on the first detection signal and the second detection signal And a processing unit.

【0035】請求項2記載の発明は、請求項1記載の共
振型光ジャイロにおいて、前記ジャイロチップが、前記
レーザ光源から出力されるレーザ光を前記第1の光共振
器において時計回り方向に第1のレーザ光として伝搬さ
せ、前記レーザ光源から出力されるレーザ光が反時計回
り方向に第2のレーザ光として、前記第2の光共振器に
おいて伝搬させることを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, in the resonance type optical gyro according to the first aspect, the gyro chip causes the laser light output from the laser light source to rotate clockwise in the first optical resonator. The laser light propagates as one laser light, and the laser light output from the laser light source propagates in the second optical resonator as a second laser light in a counterclockwise direction.

【0036】請求項3記載の発明は、請求項1または請
求項2記載の共振型光ジャイロにおいて、前記ジャイロ
チップが、前記第1の光共振器において伝搬される第1
のレーザ光と、前記第2の光共振器において伝搬される
第2のレーザ光とを位相変調したのち各々を前記第1の
光共振器及び前記第2の光共振器へ出力することを特徴
とする。
According to a third aspect of the present invention, in the resonance type optical gyro according to the first or second aspect, the gyro chip has a first optical resonator which propagates in the first optical resonator.
And after phase-modulating the laser light and the second laser light propagating in the second optical resonator, respectively, and then outputting the modulated laser light to the first optical resonator and the second optical resonator. And

【0037】請求項4記載の発明は、請求項1ないし請
求項3のいずれかに記載の共振型光ジャイロにおいて、
前記光源の出力するレーザ光の周波数を、前記第1の光
共振器の共振周波数に一致させる光源駆動部を具備する
ことを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a resonance type optical gyro according to any one of the first to third aspects,
A light source driving unit that matches a frequency of the laser light output from the light source with a resonance frequency of the first optical resonator.

【0038】[0038]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態について説明する。図1は本発明の一実施形態に
よる共振型光ファイバジャイロの構成を示すブロック図
である。この図において、1は光源部でありたとえばフ
ァブリ・ペロー型の半導体レーザ等によるレーザ光発生
源である。また、光源部1は、発生したレーザ光Lをジ
ャイロチップ2に射出する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a resonance type optical fiber gyro according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a light source unit, which is a laser light source such as a Fabry-Perot type semiconductor laser. Further, the light source unit 1 emits the generated laser light L to the gyro chip 2.

【0039】ジャイロチップ2は、入射したレーザ光L
を光共振器R1内を伝搬するレーザ光LCCWと光共振器R
2内を伝搬するレーザ光LCWとに分岐させ、レーザ光LC
CWを光ファイバ5へ、レーザ光LCWを光ファイバ6へ射
出する。また、ジャイロチップ2は、レーザ光LCW及び
レーザ光LCCWを射出するとき、CW光変調信号処理部
10からの変調信号HCWと、CCW光変調信号処理部9
からの変調信号HCCWとにより、各々レーザ光LCW及び
レーザ光LCCWに対する位相変調を行う。
The gyro chip 2 receives the incident laser light L
Laser light L CCW propagating in the optical resonator R1 and the optical resonator R
2 and the laser light LCW propagating in the
CW is emitted to the optical fiber 5 and laser light LCW is emitted to the optical fiber 6. When emitting the laser light LCW and the laser light LCCW, the gyro chip 2 receives the modulation signal HCW from the CW light modulation signal processing unit 10 and the CCW light modulation signal processing unit 9.
The phase modulation is performed on the laser light LCW and the laser light LCCW by the modulation signal HCCW from

【0040】この一実施形態における共振型光ジャイロ
の位相変調は、従来例に示した位相変調の処理と同様で
ある。ここで行われる位相変調は、CCW光信号処理部
9及びCW光信号処理部10において、ファイバリング
20とファイバリング21の各々の共振周波数を求める
ために、レーザ光LCCW及びレーザ光LCWの周波数をス
キャンするために行われている。
The phase modulation of the resonant optical gyro in this embodiment is the same as the phase modulation processing shown in the conventional example. The phase modulation performed here is performed by changing the frequencies of the laser light L CCW and the laser light LC W in the CCW optical signal processing unit 9 and the CW optical signal processing unit 10 in order to obtain the resonance frequencies of the fiber rings 20 and 21. Scanning has been done.

【0041】光ファイバ5は、ファイバカプラ30を介
して光共振器R1内の光ファイバリング20へ、レーザ
光LCCWを伝搬する。そして、入射されたレーザ光LCCW
は、ファイバリング20内において反時計回りに伝搬す
る。同様に、光ファイバ6は、ファイバカプラ31を介
して光共振器R2内の光ファイバループ21へ、レーザ
光LCWを伝搬する。そして、入射されたレーザ光LCW
は、ファイバリング21内において時計回りに伝搬す
る。
The optical fiber 5 propagates the laser light L CCW via the fiber coupler 30 to the optical fiber ring 20 in the optical resonator R1. Then, the incident laser light L CCW
Propagates counterclockwise in the fiber ring 20. Similarly, the optical fiber 6 propagates the laser light LCW to the optical fiber loop 21 in the optical resonator R2 via the fiber coupler 31. Then, the incident laser light LCW
Propagates clockwise in the fiber ring 21.

【0042】CCW光受光器7は、入射されたレーザ光
LCCWを図2(a)に示す電気信号DCCWへ変換し、この
電気信号DCCWをCCW光信号処理部9へ出力する。同
様に、CW光受光器8は、入射されたレーザ光LCWを図
2(a)に示す電気信号DCWへ変換し、この電気信号D
CWをCW光信号処理部10へ出力する。ここで、電気信
号DCCWと電気信号DCWとは、同様の図2(a)を用い
て、電気信号QCCWと電気信号QCWとの形状を示してい
るが、共振型光ジャイロの回転状態により共振周波数が
互いに異なった値となっている。
The CCW light receiver 7 converts the incident laser light LCCW into an electric signal DCW shown in FIG. 2A and outputs this electric signal DCW to the CCW light signal processor 9. Similarly, the CW light receiver 8 converts the incident laser light LCW into an electric signal DCW shown in FIG.
The CW is output to the CW optical signal processing unit 10. Here, the electric signal DCW and the electric signal DCW show the shape of the electric signal QCW and the electric signal QCW using the same FIG. 2A, but the resonance frequency depends on the rotation state of the resonance type optical gyro. Have different values from each other.

【0043】CCW光信号処理部9は、入力される電気
信号DCCWを同期検波し、この検波結果として図2
(b)に示す電気信号QCCWをCW光信号処理部10へ
出力する。この電気信号QCWの波形において、「0」ク
ロス(光周波数を示すX軸と交わる点)した部分、すな
わち周波数の微分係数において最大値を有する周波数が
光共振器R1のファイバリング20の共振周波数fCCW
である。
The CCW optical signal processing section 9 performs synchronous detection of the input electric signal DCW, and as a result of this detection, FIG.
The electric signal QCCW shown in FIG. In the waveform of the electric signal QCW, a portion where a "0" cross (a point intersecting with the X axis indicating the optical frequency), that is, the frequency having the maximum value in the differential coefficient of the frequency is the resonance frequency fCCW of the fiber ring 20 of the optical resonator R1
It is.

【0044】CW光信号処理部10は、入力される電気
信号DCWを同期検波し、この検波結果として図2(b)
に示す電気信号QCWを生成する。この電気信号QCWの波
形において、「0」クロス(光周波数を示すX軸と交わ
る点)した部分、すなわち光強度の微分係数が「0」と
なる周波数が光共振器R2のファイバリング21の共振
周波数fCWである。
The CW optical signal processing section 10 performs synchronous detection of the input electric signal DCW, and obtains the detection result as shown in FIG.
The electric signal QCW shown in FIG. In the waveform of the electric signal QCW, a portion where a “0” cross (a point intersecting with the X axis indicating the optical frequency), that is, a frequency at which the differential coefficient of the light intensity becomes “0” is a resonance of the fiber ring 21 of the optical resonator R2. The frequency is fCW.

【0045】ここで、電気信号QCCWと電気信号QCWと
は、同様の図2(b)を用いて、電気信号QCCWと電気
信号QCWとの形状を示しているが、共振型光ジャイロの
回転状態により、共振周波数fCCWと共振周波数fCWと
が互いに異なった値となっている。
Here, the electric signal QCW and the electric signal QCW show the shapes of the electric signal QCW and the electric signal QCW using the same FIG. 2B, but the rotational state of the resonance type optical gyro is shown. Accordingly, the resonance frequency fCCW and the resonance frequency fCW have different values from each other.

【0046】また、CW光信号処理部10は、電気信号
QCWと入力される電気信号QCCWとから、共振周波数Δ
fを求める。すなわち、図2(b)に示す電気信号QCW
が「0(X軸:レーザ光周波数)」とクロスする周波数
(共振周波数)fCWと、電気信号QCCWが「0(X軸:
レーザ光周波数)」とクロスする周波数(共振周波数)
fCCWとから共振周波数差Δfを求める。
The CW optical signal processing section 10 calculates the resonance frequency ΔC from the electric signal QCW and the inputted electric signal QCW.
Find f. That is, the electric signal QCW shown in FIG.
Is the frequency (resonance frequency) fCW that crosses "0 (X-axis: laser light frequency)" and the electric signal QCCW is "0 (X-axis: laser light frequency)."
(Resonant frequency) that crosses the laser light frequency
The resonance frequency difference Δf is obtained from fCCW.

【0047】さらに、CW光信号処理部10は、この共
振周波数Δfから従来例に示した式(1)により回転角
速度Ωを演算して求める。さらに、CW光信号処理部1
0は、演算された回転角速度Ωのデータをジャイロ出力
部12へ出力する。ジャイロ出力部12は、入力される
回転角速度Ωのデータを図3に示す電圧データへ変換
し、この電圧データを外部回路へ出力する。
Further, the CW optical signal processing section 10 calculates the rotational angular velocity Ω from the resonance frequency Δf by the equation (1) shown in the conventional example. Further, the CW optical signal processing unit 1
0 outputs the calculated data of the rotational angular velocity Ω to the gyro output unit 12. The gyro output unit 12 converts the input data of the rotational angular velocity Ω into voltage data shown in FIG. 3, and outputs this voltage data to an external circuit.

【0048】また、CW光信号処理部10が電気信号Q
CCWと電気信号QCWとの強度差を求め、CW光信号処理
部10及びCCW光信号処理部9は、各々変調信号HCW
と変調信号HCCWとによりこの強度差が「0」となるよ
うに、ジャイロチップ2において、上述した位相変調の
時間「τ」の調整を行い、レーザ光LCWとレーザ光LCC
Wとの強度調整を行う。この時間「τ」の調整を行うこ
とで、位相変調の進度が変わることに伴い、レーザ光の
強度が調整される。
Further, the CW optical signal processing section 10 outputs the electric signal Q
The intensity difference between the CCW and the electric signal QCW is obtained, and the CW optical signal processing unit 10 and the CCW optical signal processing unit 9 respectively output the modulated signal HCW
In the gyro chip 2, the above-mentioned phase modulation time “τ” is adjusted so that the intensity difference becomes “0” by the laser beam LCW and the laser beam LCCW.
Adjust strength with W. By adjusting the time “τ”, the intensity of the laser beam is adjusted with the progress of the phase modulation.

【0049】さらに、CCW光信号処理部9は、光源部
1から射出されるレーザ光Lの周波数が、常に、同期検
波された電気信号QCCWから求められる共振周波数fCCW
と一致するように、光源部1から射出されるレーザ光L
の周波数を制御する。すなわち、CCW光信号処理部9
は、光源部1から射出されるレーザ光Lの周波数を制御
する制御信号を光源駆動部11へ出力する。
Further, the CCW optical signal processing section 9 determines that the frequency of the laser light L emitted from the light source section 1 is always the resonance frequency f CCW obtained from the synchronously detected electric signal Q CCW.
, The laser light L emitted from the light source unit 1
To control the frequency. That is, the CCW optical signal processing unit 9
Outputs a control signal for controlling the frequency of the laser light L emitted from the light source unit 1 to the light source driving unit 11.

【0050】光源駆動部11は、CCW光信号処理部9
からの制御信号に基づき、光源部1へ、射出するレーザ
光Lの周波数を制御する光駆動信号SCを出力する。光
源部1は、入力される光駆動信号SCにより、射出する
レーザ光Lの周波数を制御する。これにより、光源部1
から射出されるレーザ光Lの周波数は、CCW光信号処
理部9で検出されるレーザ光LCCWの共振周波数と、常
に、一致するよう制御されている。
The light source driving section 11 includes the CCW optical signal processing section 9
And outputs a light drive signal SC for controlling the frequency of the emitted laser light L to the light source unit 1 based on the control signal from the controller. The light source unit 1 controls the frequency of the emitted laser light L according to the input optical drive signal SC. Thereby, the light source unit 1
Is controlled so that the frequency of the laser light L emitted from the laser light LCCW always coincides with the resonance frequency of the laser light LCCW detected by the CCW optical signal processing unit 9.

【0051】次に、図1,図2及び図3を参照して、上
述した一実施形態の動作例を説明する。光源部1は、所
定の周波数のレーザ光Lを、ジャイロチップ2へ射出す
る。そして、ジャイロチップ2は、入力されたレーザ光
Lをレーザ光LCWとレーザ光LCCWとに分配する。
Next, an operation example of the above-described embodiment will be described with reference to FIGS. The light source unit 1 emits a laser beam L having a predetermined frequency to the gyro chip 2. Then, the gyro chip 2 distributes the input laser light L into a laser light LCW and a laser light LCCW.

【0052】そして、ジャイロチップ2は、変調信号H
CWに基づきレーザ光LCWに対して所定の位相変調を行
い、変調されたレーザ光LCWを光ファイバ5及びカプラ
30を介して、ファイバリング20へ射出する。同様
に、ジャイロチップ2は、変調信号HCCWに基づきレー
ザ光LCCWに対して所定の位相変調を行い、変調された
レーザ光LCCWを光ファイバ6及びカプラ31を介し
て、ファイバリング21へ射出する。
The gyro chip 2 outputs the modulated signal H
A predetermined phase modulation is performed on the laser light LCW based on the CW, and the modulated laser light LCW is emitted to the fiber ring 20 via the optical fiber 5 and the coupler 30. Similarly, the gyro chip 2 performs a predetermined phase modulation on the laser light LCCW based on the modulation signal HCCW, and emits the modulated laser light LCCW to the fiber ring 21 via the optical fiber 6 and the coupler 31.

【0053】このとき、共振型光ジャイロの系が回転し
ていないとすると、サニャック効果が起こらず、光共振
器R1におけるファイバリング20の光路長と、光共振
器R2におけるファイバリング21の光路長とが変化せ
ずに同一である。このため、CCW光信号処理部9にお
いて同期検波して得られる共振周波数fCCWと、CW光
信号処理部10において同期検波して得られる共振周波
数fCWとの周波数差Δfは、「0」である。
At this time, if the resonance type optical gyro system is not rotating, the Sagnac effect does not occur, and the optical path length of the fiber ring 20 in the optical resonator R1 and the optical path length of the fiber ring 21 in the optical resonator R2. Are the same without change. Therefore, the frequency difference Δf between the resonance frequency f CCW obtained by synchronous detection in the CCW optical signal processing unit 9 and the resonance frequency f CW obtained by synchronous detection in the CW optical signal processing unit 10 is “0”.

【0054】そして、CW光信号処理部10は、「0」
の周波数差Δfのデータに基づき、上述した(1)式に
よる演算処理により回転角速度Ωを求める。ここで、回
転角速度Ωは、周波数差Δfが「0」のため、「0」と
求まる。この結果、CW光信号処理部10は、得られた
回転角速度Ω「0」のデータをジャイロ出力部12に対
して出力する。
Then, the CW optical signal processing section 10 outputs "0"
The rotational angular velocity Ω is obtained by the above-described equation (1) based on the data of the frequency difference Δf. Here, the rotational angular velocity Ω is obtained as “0” because the frequency difference Δf is “0”. As a result, the CW optical signal processing unit 10 outputs the obtained data of the rotational angular velocity Ω “0” to the gyro output unit 12.

【0055】この結果、ジャイロ出力部12は、入力さ
れる回転角速度Ω「0」のデータに対応する電圧データ
を図3に示す状態で外部回路へ出力する。
As a result, the gyro output unit 12 outputs voltage data corresponding to the input data of the rotational angular velocity Ω “0” to the external circuit in the state shown in FIG.

【0056】次に、例えば、共振型光ジャイロの系が矢
印Zの方向へ、一定の角速度により回転したとすると、
サニャック効果が起こり、光共振器R2のファイバリン
グ21を伝搬するレーザ光LCWの光路長が見かけ上にお
いて長くなり、図2(b)に示す共振周波数fCWは低く
なる。一方、光共振器R1のファイバリング20を伝搬
するレーザ光LCCWの光路長が見かけ上において短くな
り、図2(b)に示すに示す共振周波数fCCWは高くな
る。
Next, for example, if the resonance type optical gyro system is rotated at a constant angular velocity in the direction of arrow Z,
The Sagnac effect occurs, the optical path length of the laser light LCW propagating through the fiber ring 21 of the optical resonator R2 becomes apparently longer, and the resonance frequency fCW shown in FIG. On the other hand, the optical path length of the laser light L CCW propagating through the fiber ring 20 of the optical resonator R1 is apparently short, and the resonance frequency f CCW shown in FIG.

【0057】そして、CW光信号処理部10は、共振周
波数fCWと共振周波数fCCWとからレーザ光LCWとレー
ザ光LCCWとの共振周波数差Δfを求める。これにより、
CW光信号処理部10は、矢印Z方向へ回転する共振型
光ファイバジャイロの系の回転角速度Ωを上述した
(1)式に基づく演算処理により求める。このとき、C
CW光信号処理部9は、入力される電気信号DCCWを同
期検波して得られる電気信号QCCWに基づき求められる
共振周波数fCCWに、光源部1の射出するレーザ光Lの
周波数を合わせるため、制御信号を光駆動部11へ出力
する。
Then, the CW optical signal processing section 10 obtains a resonance frequency difference Δf between the laser light LCW and the laser light LCCW from the resonance frequency fCW and the resonance frequency fCCW. This allows
The CW optical signal processing unit 10 obtains the rotation angular velocity Ω of the system of the resonance type optical fiber gyro rotating in the direction of the arrow Z by the arithmetic processing based on the above equation (1). At this time, C
The CW optical signal processing unit 9 controls the control signal to adjust the frequency of the laser light L emitted from the light source unit 1 to the resonance frequency fCCW obtained based on the electric signal QCCW obtained by synchronously detecting the input electric signal DCCW. Is output to the optical drive unit 11.

【0058】そして、光源駆動部11は、光駆動信号S
Cを光源部1へ出力する。これにより、光源部1は、常
にファイバリング20の有する共振周波数fC、すなわ
ち共振周波数fCCWと同一の周波数のレーザ光Lを射出
する。このため、ファイバリング20の有する共振周波
数fCCWが基準となり、この共振周波数fCCWに対して、
共振周波数fCWが大きいか小さいか、すなわち、周波数
差Δfが極性において正か負かにより、回転方向が決定
される。
Then, the light source driving section 11 outputs the light driving signal S
C is output to the light source unit 1. Accordingly, the light source unit 1 always emits the laser light L having the same frequency as the resonance frequency fc of the fiber ring 20, that is, the resonance frequency fCCW. For this reason, the resonance frequency fCCW of the fiber ring 20 is used as a reference.
The direction of rotation is determined by whether the resonance frequency fcW is large or small, that is, whether the frequency difference Δf is positive or negative in polarity.

【0059】次に、共振型光ジャイロの系が矢印Zに対
して逆方向へ、一定の角速度により回転したとすると、
光共振器R2のファイバリング21を伝搬するレーザ光
LCWの光路長が見かけ上において短くなり、図2(b)
に示す共振周波数fCWは高くなる。一方、光共振器R1
のファイバリング20を伝搬するレーザ光LCCWの光路
長が見かけ上において長くなり、図2(b)に示す共振
周波数fCCWは低くなる。
Next, assuming that the system of the resonance type optical gyro rotates at a constant angular velocity in a direction opposite to the arrow Z,
The optical path length of the laser light LCW propagating through the fiber ring 21 of the optical resonator R2 is apparently shortened, and FIG.
The resonance frequency fCW shown in FIG. On the other hand, the optical resonator R1
The optical path length of the laser light L CCW propagating through the fiber ring 20 becomes apparently longer, and the resonance frequency f CCW shown in FIG.

【0060】そして、CW光信号処理部10は、共振周
波数fCWと共振周波数fCCWとからレーザ光LCWとレー
ザ光LCCWとの共振周波数差Δfを求める。これにより、
CW光信号処理部10は、矢印Zと逆方向へ回転する共
振型光ジャイロの系の回転角速度Ωを(1)式に基づく
演算処理により求める。このとき、CCW光信号処理部
9は、入力される電気信号DCCWを同期検波して得られ
る電気信号QCCWに基づき求められる共振周波数fCCW
に、光源部1の射出するレーザ光Lの周波数を合わせる
ため、制御信号を光源駆動部11へ出力する。
Then, the CW optical signal processing section 10 obtains a resonance frequency difference Δf between the laser light LCW and the laser light LCCW from the resonance frequency fCW and the resonance frequency fCCW. This allows
The CW optical signal processing unit 10 obtains the rotation angular velocity Ω of the system of the resonance type optical gyro rotating in the direction opposite to the arrow Z by the arithmetic processing based on the equation (1). At this time, the CCW optical signal processing unit 9 generates a resonance frequency f CCW obtained based on an electric signal Q CCW obtained by synchronously detecting the input electric signal DC CW.
Then, a control signal is output to the light source driving unit 11 in order to match the frequency of the laser light L emitted from the light source unit 1.

【0061】そして、光駆動部11は、光駆動信号SC
を光源部1へ出力する。これにより、光源部1は、常に
ファイバリング20の有する共振周波数fC、すなわち
共振周波数fCCWと同一の周波数のレーザ光Lを射出す
る。このため、ファイバリング20の有する共振周波数
fCCWが基準となり、この共振周波数fCCWに対して、共
振周波数fCWが大きいか小さいか、すなわち、周波数差
Δfが極性において正か負かにより、回転方向が決定さ
れる。このとき得られる周波数差Δfの極性は、上述し
た矢印Z方向に共振型光ジャイロの系が回転した場合と
逆の極性において求められる。
Then, the optical drive section 11 outputs the optical drive signal SC
Is output to the light source unit 1. Accordingly, the light source unit 1 always emits the laser light L having the same frequency as the resonance frequency fc of the fiber ring 20, that is, the resonance frequency fCCW. Therefore, the resonance frequency fCCW of the fiber ring 20 is used as a reference, and the rotation direction is determined based on whether the resonance frequency fCW is large or small with respect to the resonance frequency fCCW, that is, whether the frequency difference Δf is positive or negative in polarity. Is done. The polarity of the frequency difference Δf obtained at this time is obtained with a polarity opposite to that when the system of the resonance type optical gyro is rotated in the above-described arrow Z direction.

【0062】上述したように、本発明の一実施形態の共
振型光ジャイロは、時計回りのレーザ光LCWと反時計回
りのレーザ光LCCWとの伝搬に対して、各々異なる光共
振器R1及び光共振器R2を有しているため、従来の時
計回りと反時計回りのレーザ光が共通の光共振器を伝搬
するために起こる光カー効果及び後方散乱などの光学的
雑音が図9に示すようにジャイロ出力に乗らず、図3の
ように安定した出力が得られるため、誤差成分が発生す
る原因を除去でき、精度の高い回転角速度Ωのデータが
得られる効果がある。
As described above, the resonance type optical gyro according to the embodiment of the present invention has different optical resonators R1 and R2 for the propagation of the clockwise laser light LCW and the counterclockwise laser light LCCW. Since the resonator R2 is provided, optical noise such as the optical Kerr effect and backscattering that occurs when the conventional clockwise and counterclockwise laser light propagates through the common optical resonator is shown in FIG. Since a stable output is obtained as shown in FIG. 3 without riding on the gyro output, it is possible to eliminate the cause of the occurrence of the error component, and to obtain an accurate rotation angular velocity Ω data.

【0063】以上、本発明の一実施形態を図面を参照し
て詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限ら
れるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設
計変更等があっても本発明に含まれる。例えば、図1に
示す一実施形態において、光共振器R1のファイバリン
グ20,共振器R2のファイバリング21,光ファイバ
5及び光ファイバ6等の光伝搬手段として光ファイバを
用いているが、光伝搬手段として光搬送路を用いること
も可能である。
As mentioned above, one embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to this embodiment, and a design change or the like may be made without departing from the gist of the present invention. The present invention is also included in the present invention. For example, in the embodiment shown in FIG. 1, optical fibers are used as light propagation means such as the fiber ring 20 of the optical resonator R1, the fiber ring 21 of the resonator R2, the optical fiber 5, the optical fiber 6, and the like. It is also possible to use an optical transport path as the propagation means.

【0064】[0064]

【発明の効果】本発明によれば、注入電流の注入量に応
じた所定の周波数のレーザ光を発生するレーザ光源と、
所定の共振周波数の波長と同長の光路長を有する光導波
手段がリング状に形成された第1の光共振器と、所定の
共振周波数の波長と同長の光路長を有する光導波手段が
リング状に形成された第2の光共振器と、第1の光共振
器と第2の光共振器とに各々前記レーザ光を分配するジ
ャイロチップと、前記第1の光共振器から出力される第
1のレーザ光を第1の電気信号へ変換し、変換されたこ
の第1の電気信号を検波し、検波結果として第1の検波
信号を出力する第1の検波手段と、前記第2の光共振器
から出力される第2のレーザ光を第2の電気信号へ変換
し、変換されたこの第2の電気信号を検波し、検波結果
として第2の検波信号を出力する第2の検波手段と、第
1の検波信号と第2の検波信号とに基づき回転角速度を
求める信号処理部とを具備するため、第1のレーザ光が
時計回りに伝搬する第1の光共振器と、第2のレーザ光
が反時計回りに伝搬する第2の光共振器とが異なるた
め、従来の時計回りと反時計回りのレーザ光が共通の光
共振器を伝搬するために起こる光カー効果及び後方散乱
などの光学的雑音が互いに起こらず、安定したレーザ光
の伝搬が行われるため、誤差成分が発生する原因を除去
でき、精度の高い回転角速度のデータが得られる効果が
ある。
According to the present invention, a laser light source for generating a laser beam having a predetermined frequency in accordance with an injection amount of an injection current;
A first optical resonator in which optical waveguide means having the same optical path length as the wavelength of the predetermined resonance frequency is formed in a ring shape; and an optical waveguide means having the same optical path length as the wavelength of the predetermined resonance frequency. A second optical resonator formed in a ring shape; a gyro chip for distributing the laser light to each of the first optical resonator and the second optical resonator; and a gyro chip output from the first optical resonator. First detecting means for converting the first laser light into a first electric signal, detecting the converted first electric signal, and outputting a first detection signal as a detection result; A second laser light output from the optical resonator of the second is converted into a second electric signal, the converted second electric signal is detected, and a second detection signal is output as a detection result. Detection means, and a signal processing unit for obtaining a rotational angular velocity based on the first detection signal and the second detection signal , The first optical resonator in which the first laser light propagates clockwise is different from the second optical resonator in which the second laser light propagates counterclockwise. Optical noise such as the optical Kerr effect and backscattering, which occur when the laser light in the clockwise and counterclockwise directions propagates through the common optical resonator, do not occur, and stable laser light propagation is performed. The cause of occurrence can be eliminated, and there is an effect that highly accurate rotation angular velocity data can be obtained.

【0065】また、本発明によれば、前記ジャイロチッ
プが、前記レーザ光源から出力されるレーザ光を前記第
1の光共振器において時計回り方向に第1のレーザ光と
して伝搬させ、前記レーザ光源から出力されるレーザ光
が反時計回り方向に第2のレーザ光として、前記第2の
光共振器において伝搬させるため、第1のレーザ光が時
計回りに伝搬する第1の光共振器と、第2のレーザ光が
反時計回りに伝搬する第2の光共振器とが異なるため、
従来の時計回りと反時計回りのレーザ光が共通の光共振
器を伝搬するために起こる光カー効果及び後方散乱など
の光学的雑音が互いに起こらず、安定したレーザ光の伝
搬が行われるため、誤差成分が発生する原因を除去で
き、精度の高い回転角速度のデータが得られる効果があ
る。
Further, according to the present invention, the gyro chip propagates the laser light output from the laser light source in the first optical resonator in the clockwise direction as the first laser light. A first optical resonator in which the first laser light propagates clockwise in order to cause the laser light output from to propagate in the second optical resonator as a second laser light in the counterclockwise direction; Since the second laser light is different from the second optical resonator in which the second laser light propagates counterclockwise,
Conventional clockwise and counterclockwise laser light propagates through a common optical resonator, optical Kerr effect and optical noise such as backscatter do not occur with each other, and stable laser light propagation is performed. The cause of the occurrence of the error component can be eliminated, and there is an effect that highly accurate rotation angular velocity data can be obtained.

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

【図1】 本発明の一実施形態による共振型光ジャイロ
の構成を示すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of a resonant optical gyro according to an embodiment of the present invention.

【図2】 図1におけるCW光信号処理部10(CCW
光信号処理部9)の動作を説明する図である。
FIG. 2 shows a CW optical signal processing unit 10 (CCW
It is a figure explaining operation | movement of the optical signal processing part 9).

【図3】 図1におけるジャイロ出力部12の出力する
電圧データを示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing voltage data output from a gyro output unit 12 in FIG. 1;

【図4】 共振型光ジャイロの概念を説明する概念図で
ある。
FIG. 4 is a conceptual diagram illustrating the concept of a resonance type optical gyro.

【図5】 従来例による共振型光ジャイロの概念を説明
するブロック図である。
FIG. 5 is a block diagram illustrating the concept of a resonance type optical gyro according to a conventional example.

【図6】 従来例による共振型光ジャイロにおける強度
変調の動作を説明するタイミングチャートである。
FIG. 6 is a timing chart illustrating an operation of intensity modulation in a resonance type optical gyro according to a conventional example.

【図7】 共振型光ジャイロにおける位相変調の処理に
おける動作を説明するタイミングチャートである。
FIG. 7 is a timing chart illustrating an operation in a phase modulation process in the resonance type optical gyro.

【図8】 図5におけるCW光信号処理部109(CC
W光信号処理部110)の動作を説明する図である。
FIG. 8 shows a CW optical signal processing unit 109 (CC
FIG. 3 is a diagram illustrating the operation of a W optical signal processing unit 110).

【図9】 図5におけるジャイロ出力部112の出力す
る電圧データを示す図である。
9 is a diagram showing voltage data output from a gyro output unit 112 in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 光源部 2 ジャイロチップ 5、6 光ファイバ 7 CCW光受光器 8 CW光受光器 9 CCW光信号処理部 10 CW光信号処理部 11 光源駆動部 12 ジャイロ出力部 20,21 ファイバリング 30,31 カプラ R1,R2 光共振器 REFERENCE SIGNS LIST 1 light source unit 2 gyro chip 5, 6 optical fiber 7 CCW optical receiver 8 CW optical receiver 9 CCW optical signal processing unit 10 CW optical signal processing unit 11 light source driving unit 12 gyro output unit 20, 21 fiber ring 30, 31 coupler R1, R2 optical resonator

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 注入電流の注入量に応じた所定の周波数
のレーザ光を発生するレーザ光源と、 所定の共振周波数の波長と同長の光路長を有する光導波
手段がリング状に形成された第1の光共振器と所定の共
振周波数の波長と同長の光路長を有する光導波手段がリ
ング状に形成された第2の光共振器と、 第1の光共振器と第2の光共振器とに各々前記レーザ光
を分配するジャイロチップと、 前記第1の光共振器から出力される第1のレーザ光を第
1の電気信号へ変換し、変換されたこの第1の電気信号
を検波し、検波結果として第1の検波信号を出力する第
1の検波手段と、 前記第2の光共振器から出力される第2のレーザ光を第
2の電気信号へ変換し、変換されたこの第2の電気信号
を検波し、検波結果として第2の検波信号を出力する第
2の検波手段と、 第1の検波信号と第2の検波信号とに基づき回転角速度
を求める信号処理部とを具備することを特徴とする共振
型光ジャイロ。
1. A laser light source for generating a laser beam having a predetermined frequency corresponding to an injection amount of an injection current, and an optical waveguide having the same optical path length as a wavelength of a predetermined resonance frequency are formed in a ring shape. A second optical resonator in which an optical waveguide having the same optical path length as the wavelength of the first optical resonator and a predetermined resonance frequency is formed in a ring shape; a first optical resonator and a second optical resonator; A gyro chip for distributing the laser light to a resonator, a first laser light output from the first optical resonator to a first electric signal, and the converted first electric signal , And a first detection means for outputting a first detection signal as a detection result, and a second laser light output from the second optical resonator is converted into a second electric signal, and converted. The second electric signal is detected, and a second detected signal is output as a detection result. And detection means, the first detection signal and the resonance type optical gyro, characterized by comprising a signal processing unit for obtaining a rotational angular velocity based on the second detection signal.
【請求項2】 前記ジャイロチップが、前記レーザ光源
から出力されるレーザ光を前記第1の光共振器において
時計回り方向に第1のレーザ光として伝搬させ、前記レ
ーザ光源から出力されるレーザ光が反時計回り方向に第
2のレーザ光として、前記第2の光共振器において伝搬
させることを特徴とする請求項1記載の共振型光ジャイ
ロ。
2. The laser beam output from the laser light source, wherein the gyro chip propagates the laser light output from the laser light source in the first optical resonator in a clockwise direction as a first laser light. 2. The resonance type optical gyro according to claim 1, wherein the laser beam propagates in the second optical resonator as a second laser beam in a counterclockwise direction.
【請求項3】 前記ジャイロチップが、前記第1の光共
振器において伝搬される第1のレーザ光と、前記第2の
光共振器において伝搬される第2のレーザ光とを位相変
調したのち各々を前記第1の光共振器及び前記第2の光
共振器へ出力することを特徴とする請求項1または請求
項2記載の共振型光ジャイロ。
3. The gyro chip after phase-modulating a first laser beam propagated in the first optical resonator and a second laser beam propagated in the second optical resonator. 3. The resonance type optical gyro according to claim 1, wherein each is output to the first optical resonator and the second optical resonator.
【請求項4】 前記光源の出力するレーザ光の周波数
を、前記第1の光共振器の共振周波数に一致させる光源
駆動部を具備することを特徴とする請求項1ないし請求
項3のいずれかに記載の共振型光ジャイロ。
4. The apparatus according to claim 1, further comprising: a light source driving unit configured to match a frequency of the laser light output from the light source with a resonance frequency of the first optical resonator. 2. A resonance type optical gyro according to item 1.
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