JP2001124564A - Optical gyro and method using the same for detecting rotation direction - Google Patents

Optical gyro and method using the same for detecting rotation direction

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JP2001124564A
JP2001124564A JP30259799A JP30259799A JP2001124564A JP 2001124564 A JP2001124564 A JP 2001124564A JP 30259799 A JP30259799 A JP 30259799A JP 30259799 A JP30259799 A JP 30259799A JP 2001124564 A JP2001124564 A JP 2001124564A
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light
light receiving
receiving elements
optical gyro
optical
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JP30259799A
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Japanese (ja)
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Natsuhiko Mizutani
夏彦 水谷
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Canon Inc
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical gyro element which avoids strong locking-in phenomenon by suppressing back scattering at a light extracting part, can operate with a low oscillation threshold and has a wide allowance range of an assembly error thereof. SOLUTION: A light 18 extracted from a rightward turn mode 16 by an extraction mirror 13 and a light 19 taken from a leftward turn mode 17 by a take mirror 12 form interference fringes in the vicinity of photodetectors 14 and 15. In order to suppress reflection at the plane of incidence of the photodetector so as not to combine with a laser oscillation mode, a normal of the plane of the photodetector is made different from the advancing direction of the light taken from an element. The two photodetectors 14 and 15 are set on an observation face, so that the interval between the centers of the photodetectors 14 and 15 become an (N/2+1/4) times (N is an integer) a pitch A of the interference fringe pattern.

Description

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

【0001】[0001]

【発明が属する技術分野】本発明は、光ジャイロ及びこ
れを用いた回転方向の検知方法に関し、特に、半導体リ
ングレーザを用いて回転を検知する光ジャイロ装置とそ
の駆動、信号処理に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical gyro and a method for detecting a rotational direction using the optical gyro, and more particularly, to an optical gyro device for detecting rotation using a semiconductor ring laser, and its driving and signal processing.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、物体の回転、すなわち角速度を検
知するジャイロとしては、回転子や振動子をもつ機械的
ジャイロや、光ジャイロが知られている。光ジャイロ
は、瞬間起動が可能でダイナミックレンジが広いため、
ジャイロ分野で革新をもたらしつつある。光ジャイロに
は、リングレーザ型ジャイロ、光ファイバジャイロ、受
動型リング共振器ジャイロなどがある。ガスレーザを用
いたリングレーザ型ジャイロはすでに航空機などで実用
化されている。また、小型で高精度なリングレーザ型ジ
ャイロとして、半導体基板上に集積された半導体レーザ
ジャイロは、たとえば、特開平5−288556号公報
に開示されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a gyro for detecting the rotation of an object, that is, an angular velocity, a mechanical gyro having a rotor and a vibrator and an optical gyro are known. Since the optical gyro can be activated instantaneously and has a wide dynamic range,
It is bringing innovation in the gyro field. The optical gyro includes a ring laser gyro, an optical fiber gyro, a passive ring resonator gyro, and the like. A ring laser type gyro using a gas laser has already been put to practical use in aircraft and the like. Further, a semiconductor laser gyro integrated on a semiconductor substrate as a small and high-precision ring laser gyro is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 5-288556.

【0003】このような、レーザジャイロの信号処理と
しては、周波数−電圧変換回路によって、出力信号の振
動周波数を電圧信号に変換する方法がある。又、周波数
−電圧変換回路には、アナログ信号を処理するもの、信
号を二値化してパルス数を数えるもの等がある。
As such a signal processing of a laser gyro, there is a method of converting the oscillation frequency of an output signal into a voltage signal by a frequency-voltage conversion circuit. The frequency-voltage conversion circuit includes a circuit for processing an analog signal and a circuit for counting the number of pulses by binarizing the signal.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のリング
レーザ型ジャイロは、そのままの出力信号からは回転方
向の検知ができず、微少回転振動(ディザ)を加えて、
ディザと信号の相関から回転方向を検知していた。
However, the conventional ring laser type gyro cannot detect the direction of rotation from the output signal as it is, and applies a slight rotational vibration (dither) to the gyro.
The direction of rotation was detected from the correlation between dither and signal.

【0005】また、リングレーザ素子から光を取り出し
て別の素子で受光するリングレーザジャイロにおいて
は、光取り出し部での後方散乱が、時計回りの光と反時
計回りの光の間に光学的な結合をもたらし、小さな角速
度の領域でロックイン現象が生じていた。これは、時計
回りの光と反時計回りの光の間の結合のために、発振周
波数が一方のモードの周波数に引き込まれ、信号が出力
されない、というものであった。
[0005] In a ring laser gyro that extracts light from a ring laser element and receives light with another element, backscattering at the light extraction section causes an optical difference between clockwise light and counterclockwise light. Due to the coupling, the lock-in phenomenon occurred in a region of small angular velocity. This is because the oscillation frequency is pulled into the frequency of one mode due to the coupling between the clockwise light and the counterclockwise light, and no signal is output.

【0006】そこで、本発明の第1の課題は、機械的な
微少振動(ディザ)を印加しない場合であっても回転方
向を検知するリングレーザジャイロを提供することであ
る。
Accordingly, a first object of the present invention is to provide a ring laser gyro that detects the direction of rotation even when no mechanical micro vibration (dither) is applied.

【0007】又、本発明の第2の課題は、光取り出し部
での後方散乱を抑えることでロックイン現象が強く生じ
ることを回避しまた低発振しきい値で動作するリングレ
ーザジャイロを提供することである。
A second object of the present invention is to provide a ring laser gyro which prevents a lock-in phenomenon from occurring strongly by suppressing backscattering at a light extraction portion and operates at a low oscillation threshold. That is.

【0008】又、本発明の第3の課題は、電気的な補正
が可能で素子の組立て誤差の許容範囲の広い光ジャイロ
素子を提供することである。
A third object of the present invention is to provide an optical gyro element which can be electrically corrected and has a wide allowable range of element assembly errors.

【0009】本発明の第4の課題は、戻り光によってロ
ックイン現象が強く生じることを回避したリングレーザ
ジャイロを提供することである。
A fourth object of the present invention is to provide a ring laser gyro in which a lock-in phenomenon is not strongly generated by return light.

【0010】本発明の第5の課題は、素子の感度低下や
S/Nの劣化を抑えたリングレーザジャイロを提供する
ことである。
A fifth object of the present invention is to provide a ring laser gyro in which the sensitivity of the element is reduced and the S / N ratio is suppressed.

【0011】本発明の第6の課題は、S/Nが改善しか
つ組立ての位置精度が緩やかなリングレーザジャイロを
提供することである。
A sixth object of the present invention is to provide a ring laser gyro having an improved S / N and a gradual positional accuracy in assembly.

【0012】本発明の第7の課題は、全構成要素を基板
上にモノリシックに形成でき、回転方向検知できるリン
グレーザジャイロを提供することである。
A seventh object of the present invention is to provide a ring laser gyro in which all components can be formed monolithically on a substrate and the direction of rotation can be detected.

【0013】本発明の第8の課題は、機械的な微少振動
(ディザ)を印加することなく回転方向検知できるリン
グレーザジャイロを提供することである。
An eighth object of the present invention is to provide a ring laser gyro capable of detecting a rotation direction without applying mechanical minute vibration (dither).

【0014】本発明の第9の課題は、機械的なディザを
印加することなく信号処理によって回転方向検知できる
リングレーザジャイロを提供することである。
A ninth object of the present invention is to provide a ring laser gyro which can detect a rotation direction by signal processing without applying mechanical dither.

【0015】本発明の第10の課題は、機械的なディザ
を印加することなく信号処理によって回転方向検知で
き、干渉縞ピッチの変動の影響を受けないリングレーザ
ジャイロを提供することである。
[0015] A tenth object of the present invention is to provide a ring laser gyro which can detect a rotation direction by signal processing without applying mechanical dither and is not affected by fluctuation of interference fringe pitch.

【0016】本発明の第11の課題は、機械的なディザ
を印加することなく回転方向検知できるリングレーザジ
ャイロの回転方向検知方法を提供することである。
An eleventh object of the present invention is to provide a method for detecting the rotation direction of a ring laser gyro which can detect the rotation direction without applying mechanical dither.

【0017】本発明の第12の課題は、機械的なディザ
を印加することなく信号処理によって回転方向検知で
き、干渉縞ピッチの変動の影響を受けないリングレーザ
ジャイロの回転方向検知方法を提供することである。
A twelfth object of the present invention is to provide a method of detecting the rotation direction of a ring laser gyro which can detect the rotation direction by signal processing without applying mechanical dither and is not affected by the fluctuation of the interference fringe pitch. That is.

【0018】[0018]

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めの本発明の光ジャイロは、励起手段とリング形状の共
振器と時計回りの光の一部を出力する第1の光出力部と
反時計回りの光の一部を出力する第2の光出力部とを有
する半導体リングレーザと、前記第1及び第2の光出力
部から取り出された時計回り及び反時計回りの光の重な
る位置に置かれた複数の受光素子とを備えている。
An optical gyro according to the present invention for solving the above-mentioned problems includes an exciting means, a ring-shaped resonator, and a first optical output section for outputting a part of clockwise light. A semiconductor ring laser having a second light output unit for outputting a part of the counterclockwise light, and an overlapping position of the clockwise and counterclockwise light extracted from the first and second light output units And a plurality of light receiving elements placed in the same.

【0019】又、本発明の回転方向検出方法は、上述し
た光ジャイロを用いて、前記複数の受光素子からの光強
度信号によって、受光素子の位置に形成された干渉縞パ
タンの変動周期と移動方向を検知してこれから角速度と
回転方向を得るようにしている。
Further, according to the rotation direction detecting method of the present invention, the fluctuation period and the movement period of the interference fringe pattern formed at the position of the light receiving element by the light intensity signal from the plurality of light receiving elements using the optical gyro described above. The direction is detected, and the angular velocity and the rotation direction are obtained from this.

【0020】又、本発明の回転方向検出方法において
は、前記複数の受光素子からの光強度信号によって、ア
レイ素子の位置に形成された干渉縞パタンの移動の速度
と方向を検知してこれから角速度と回転方向を得るよう
にしている。
In the rotation direction detecting method according to the present invention, the speed and direction of the movement of the interference fringe pattern formed at the position of the array element are detected based on the light intensity signals from the plurality of light receiving elements, and the angular velocity is detected. And the direction of rotation.

【0021】[0021]

【発明の実施の形態】以下、数式を参照して本発明の実
施形態について説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to mathematical expressions.

【0022】[実施形態1]実施形態1においては、光
ジャイロは、励起手段とリング形状の共振器と時計回り
の光の一部を出力する第1の光出力部と反時計回りの光
の一部を出力する第2の光出力部とを有する半導体リン
グレーザと、前記第1及び第2の光出力部から取り出さ
れた時計回り及び反時計回りの光の重なる位置に置かれ
た複数の受光素子を有する。
[Embodiment 1] In Embodiment 1, the optical gyro includes an exciting unit, a ring-shaped resonator, a first optical output unit for outputting a part of clockwise light, and a counterclockwise light output unit. A semiconductor ring laser having a second light output unit for outputting a part thereof; and a plurality of clockwise and counterclockwise light beams extracted from the first and second light output units disposed at overlapping positions. It has a light receiving element.

【0023】上記構成において、電流注入によって利得
の生じたリング共振器内では、時計回りの周回モードと
反時計回りの周回モードが独立に存在している。素子が
慣性系に対して角速度を持たない場合には、この右回り
モードと左回りモードの発振周波数に差はなく、活性層
の利得ピーク波長の共振器モードでのレーザ発振となっ
ている。
In the above configuration, a clockwise rotation mode and a counterclockwise rotation mode exist independently in a ring resonator in which a gain is generated by current injection. When the element has no angular velocity with respect to the inertial system, there is no difference between the oscillation frequencies of the clockwise mode and the counterclockwise mode, and the laser oscillation is in the resonator mode with the gain peak wavelength of the active layer.

【0024】このリング共振器から時計回りの光の一部
を出力する出力手段によって時計回りの光の一部を出力
し、また反時計回りの光の一部を出力する出力手段によ
って反時計回りの光の一部を出力し、所定の観察面に、
時計回り及び反時計回りの光を重ねて到達させる。
Output means for outputting a part of the clockwise light from the ring resonator outputs a part of the clockwise light, and output means for outputting a part of the counterclockwise light turns the counterclockwise light. Output part of the light,
The clockwise and counterclockwise light is superimposed and reached.

【0025】簡単のために、観察面が光出力手段から離
れていて、それぞれ平行ビームとして扱える場合を考え
る。2つのビームが観察面の法線に対してそれぞれ角度
±ε/2だけ傾いて入射するものとする。ここで、2つ
のビームで規定される面を入射面と称することとする。
For the sake of simplicity, consider a case where the observation surface is far from the light output means and can be treated as parallel beams. It is assumed that the two beams are incident at an angle of ± ε / 2 with respect to the normal to the observation surface. Here, the plane defined by the two beams is referred to as an incident plane.

【0026】入射面と観察面の交わりをX軸とし、時計
回りの光がX軸の正の方向から、反時計回りの光がX軸の
負の方向から入射する場合に、観察面上での光強度分布
は、次の式で表される。
When the intersection of the incident surface and the observation surface is the X axis, and clockwise light enters from the positive direction of the X axis and counterclockwise light enters from the negative direction of the X axis, Is represented by the following equation.

【0027】I=I0(1+cosΦ) ここに、Φ=2πεX/λ+2π(f1-f2)t ここで、λは半導体レーザジャイロが静止しているとき
光の波長、f1,f2はそれぞれ時計回りの光の発振周
波数と反時計回りの光の発振周波数である。半導体レー
ザジャイロが静止している場合にはf1=f2なので干
渉縞は時間変化がない。また、干渉縞のピッチはλ/ε
で表されることがわかる。
I = I 0 (1 + cos Φ) where Φ = 2πεX / λ + 2π (f1-f2) t where λ is the wavelength of light when the semiconductor laser gyro is stationary, and f1 and f2 are clocks, respectively. The oscillation frequency of the surrounding light and the oscillation frequency of the counterclockwise light. When the semiconductor laser gyro is stationary, the interference fringes do not change with time because f1 = f2. The pitch of the interference fringes is λ / ε
It can be seen that

【0028】ここで、半導体レーザジャイロが角速度Ω
で時計回りに回転すると、時計回りの第1のレーザ光の
発振周波数は、非回転時と比べて、Δf1=2SΩ/λ
Lだけ減少する。ここでSはリング共振器の囲む面積、
Lはレーザの光路長である。また同時に、反時計回りの
第2のレーザ光の発振周波数は、非回転時と比べて、Δ
f2=2SΩ/λLだけ増加する。このとき、光強度分
布Iは、ビート周波数f2−f1=4SΩ/λLで振動
し、干渉縞パタンは、xの正の方向に移動していく。
Here, the semiconductor laser gyro has an angular velocity Ω
, The oscillation frequency of the first clockwise laser beam becomes Δf1 = 2SΩ / λ compared with the non-rotational case.
Decrease by L. Where S is the area surrounding the ring resonator,
L is the optical path length of the laser. At the same time, the oscillation frequency of the second laser light in the counterclockwise direction is ΔΔ
f2 = 2SΩ / λL. At this time, the light intensity distribution I oscillates at a beat frequency f2−f1 = 4SΩ / λL, and the interference fringe pattern moves in the positive direction of x.

【0029】また、レーザジャイロが反時計回りに回転
すると、光強度分布は、ビート周波数(f1−f2)=
4SΩ/λLで振動し、干渉縞は、xの負の方向に移動
していく。
When the laser gyro rotates counterclockwise, the light intensity distribution becomes equal to the beat frequency (f1-f2) =
Oscillating at 4 SΩ / λL, the interference fringes move in the negative x direction.

【0030】2つの光がそれぞれ平行ビームではない場
合も、光強度分布Iで表された干渉縞ピッチは不当間隔
となるが、ビートに応じた干渉縞の移動が見られるとい
うことは変わらない。
Even when the two lights are not parallel beams, the interference fringe pitch represented by the light intensity distribution I becomes an irregular interval, but the movement of the interference fringes according to the beat remains unchanged.

【0031】そこで観察面上に、干渉縞のピッチと異な
る間隔で複数の受光素子を配置して位相の異なる光強度
振動を検知することで、振動周波数から回転の角速度の
絶対値を知り、この振動の位相差から干渉縞の移動方向
を検知することができる。それゆえ、回転方向の検知で
きるリングレーザジャイロとなる。
Therefore, by arranging a plurality of light receiving elements on the observation surface at intervals different from the pitch of the interference fringes and detecting light intensity vibrations having different phases, the absolute value of the angular velocity of rotation is known from the vibration frequency. The moving direction of the interference fringes can be detected from the phase difference of the vibration. Therefore, the ring laser gyro can detect the rotation direction.

【0032】[実施形態2]実施形態2においては、第
1及び第2の光出力部が、導波路断面の一部分に対して
設けた反射ミラーである。
[Second Embodiment] In the second embodiment, the first and second light output sections are reflection mirrors provided on a part of the waveguide section.

【0033】上記構成において反射ミラーは、導波モー
ド光の波面を空間的に分割し、ミラー面に到達する部分
を導波路外に取出し、ミラー面に到達しない導波モード
光には影響を与えない、波面分割型の光分岐素子として
機能する。このとき後方散乱が小さいので時計回りの光
と反時計回りの光の結合を抑え、ロックイン特性を劣化
させない。また、挿入損失は幾何学的形状によって設計
可能であるので、これを小さく抑えた低発振しきい値・
低駆動電流の光ジャイロとすることができる。
In the above configuration, the reflection mirror spatially divides the wavefront of the guided mode light, takes out the portion reaching the mirror surface out of the waveguide, and affects the guided mode light that does not reach the mirror surface. It functions as a wavefront splitting type optical splitter. At this time, since the backscattering is small, the coupling between the clockwise light and the counterclockwise light is suppressed, and the lock-in characteristics are not deteriorated. Also, since the insertion loss can be designed by the geometrical shape, the low oscillation threshold
An optical gyro having a low driving current can be obtained.

【0034】[実施形態3]実施形態3においては、複
数の受光素子が、アレイ状に形成された受光素子群、又
はCCDアレイである。
[Third Embodiment] In the third embodiment, the plurality of light receiving elements are a light receiving element group formed in an array or a CCD array.

【0035】上記構成において、受光素子を2つ以上の
アレイ状の受光素子又はCCDアレイとすることで、補
間などの信号処理が可能となり、受光素子の位置する観
察面上での干渉縞のピッチが設計と異なる場合にも信号
処理によって感度よく干渉縞の移動方向を検知すること
が可能になる。すなわち、受光素子の位置が設計上の観
察面からずれても電気的に補正が可能になり、素子の組
立て誤差の許容範囲を広くすることができる。
In the above arrangement, signal processing such as interpolation can be performed by using two or more arrays of light receiving elements or a CCD array as the light receiving elements, and the pitch of interference fringes on the observation surface where the light receiving elements are located. Is different from the design, the moving direction of the interference fringes can be detected with high sensitivity by signal processing. That is, even if the position of the light receiving element deviates from the designed observation plane, it can be electrically corrected, and the allowable range of the error in assembling the element can be increased.

【0036】[実施形態4]実施形態4においては、複
数の受光素子の受光面が、受光素子に入射する二つの光
線のいずれとも垂直ではない。
[Fourth Embodiment] In the fourth embodiment, the light receiving surfaces of the plurality of light receiving elements are not perpendicular to any of the two light beams incident on the light receiving elements.

【0037】上記構成において、このような受光面の配
置は、受光面での反射光が同じ光路を逆に戻って素子内
に結合して時計回りの光と反時計回りの光の間に光学結
合が生じることを防ぐ。すなわち、このような配置によ
ってロックイン現象が強く生じることを回避する。
In the above configuration, such an arrangement of the light receiving surface is such that the reflected light on the light receiving surface returns to the same optical path in the reverse direction and is coupled into the element, so that the optical path is formed between the clockwise light and the counterclockwise light. Prevents binding. That is, it is possible to prevent the lock-in phenomenon from being strongly generated by such an arrangement.

【0038】[実施形態5]実施形態5においては、複
数の受光素子の受光面の法線が、受光素子に入射する二
つの光線のなす角の二等分線とならないようにしてい
る。
[Fifth Embodiment] In the fifth embodiment, the normal line of the light receiving surface of the plurality of light receiving elements is prevented from being a bisector of an angle formed by two light beams incident on the light receiving elements.

【0039】上記構成において、受光面をこのように配
置することで、受光面での反射光が戻り光として素子内
に戻って同一周回方向の光と光学結合することを防ぐ。
戻り光による外部共振器モードの形成を抑えるものであ
り、素子の感度低下やS/Nの劣化を抑える。
In the above configuration, by arranging the light receiving surface in this way, it is possible to prevent the light reflected on the light receiving surface from returning to the inside of the device as return light and being optically coupled with light in the same circuit direction.
This suppresses the formation of the external resonator mode due to the return light, and suppresses the reduction in the sensitivity of the element and the deterioration of the S / N.

【0040】[実施形態6]実施形態6においては、レ
ーザ光に対して透明な部材で構成された平行板を有し、
この平行板の片面にフレネルレンズによる光路変換素子
を設け、反対の面上に受光素子を置いている。
[Embodiment 6] In Embodiment 6, a parallel plate made of a member transparent to laser light is provided.
An optical path conversion element using a Fresnel lens is provided on one side of the parallel plate, and a light receiving element is placed on the opposite side.

【0041】上記構成において、光路変換素子はリング
レーザから取り出されたそれぞれの発散光を平行光に変
換するとともに光の進行方向を曲げて平行板裏面の観察
面上で二つの平行光を重ねて干渉させるものである。
In the above configuration, the optical path conversion element converts each divergent light extracted from the ring laser into a parallel light and bends the traveling direction of the light to superimpose the two parallel lights on the observation surface on the back surface of the parallel plate. It causes interference.

【0042】平行光を重ねあわせるので、観察面を離し
た場合にも干渉縞のコントラストの劣化が小さく、また
均一なピッチの干渉縞が形成される。前者によって、S
/Nが改善し、後者によってディテクタを設置する位置
精度が緩やかになった。また、石英板を厚くすること
で、干渉縞を形成する二つの光線のなす角を小さくで
き、形成される干渉縞のピッチを大きくできた。このこ
とによって、ディテクタの受光面積を大きくしてS/N
を改善したり、組立ての位置精度を緩やかなものとでき
た。
Since the parallel lights are superimposed, the contrast of the interference fringes does not deteriorate much even when the observation surface is separated, and interference fringes having a uniform pitch are formed. By the former, S
/ N has been improved, and the latter has reduced the positional accuracy of installing the detector. Further, by making the quartz plate thicker, the angle formed by the two light beams forming the interference fringes could be reduced, and the pitch of the formed interference fringes could be increased. As a result, the light receiving area of the detector is increased and the S / N
And the positional accuracy of the assembly was moderated.

【0043】[実施形態7]実施形態7においては、複
数の受光素子として、リングレーザと同一の層構成を用
いているか、又は、リングレーザと同一の層構成のレー
ザ素子を用いる。
[Embodiment 7] In Embodiment 7, as the plurality of light receiving elements, the same layer configuration as that of the ring laser is used, or a laser element having the same layer configuration as the ring laser is used.

【0044】上記構成によって、リング共振器レーザ
と、出力光の伝播方向を変換する光学素子と、受光素子
とが同一の層構成となるので、全構成要素を基板上にモ
ノリシックに形成できる。
With the above configuration, the ring resonator laser, the optical element for changing the propagation direction of the output light, and the light receiving element have the same layer configuration, so that all the components can be formed monolithically on the substrate.

【0045】[実施形態8]実施形態8においては、複
数の受光素子からの光強度信号によって、受光素子の位
置に形成された干渉縞パタンの変動周期と移動方向を検
知してこれから角速度と回転方向を得るようにしてい
る。
[Eighth Embodiment] In the eighth embodiment, the fluctuation period and the moving direction of the interference fringe pattern formed at the position of the light receiving element are detected based on the light intensity signals from the plurality of light receiving elements, and the angular velocity and the rotation are determined. I try to get directions.

【0046】上記構成において、上述した光強度分布
I、Δf1、Δf2の各式から分かるように、各受光素
子における光強度信号の変動周期から素子の角速度を知
ることができ、また複数の受光素子での光強度信号の変
動の位相差から干渉縞パタンの移動の方向、すなわち回
転方向を検知することができる。
In the above configuration, as can be seen from the above-described equations of the light intensity distributions I, Δf1, and Δf2, the angular velocity of the element can be obtained from the fluctuation cycle of the light intensity signal in each light receiving element. The direction of movement of the interference fringe pattern, that is, the direction of rotation, can be detected from the phase difference of the fluctuation of the light intensity signal in step (1).

【0047】[実施形態9]実施形態9においては、複
数の受光素子の少なくとも二つの間隔が前記干渉縞パタ
ンのピッチの整数倍とは異っている。
Ninth Embodiment In the ninth embodiment, at least two intervals between the plurality of light receiving elements are different from an integral multiple of the pitch of the interference fringe pattern.

【0048】上記構成において、干渉縞ピッチの整数倍
とは異なる間隔で設けた複数の受光素子から得られる光
強度信号は、同じ振動周期で時間変化し、かつ信号の位
相が異なっているので、この位相差から回転方向を検知
できる。
In the above configuration, the light intensity signals obtained from the plurality of light receiving elements provided at intervals different from the integral multiple of the interference fringe pitch change with time in the same oscillation cycle and have different signal phases. The direction of rotation can be detected from this phase difference.

【0049】具体的には、二つの受光素子を中心の間隔
が干渉縞パタンのピッチΛのN/2+1/4倍(Nは整
数)となるように置かれている場合を例にとって説明す
る。第1の受光素子の位置のx座標を−Λ/4、第2の
受光素子の位置のx座標を2Λとすると、上述した光強
度分布Iの式から、第1の受光素子から干渉縞パタンの
sin(2π(f1−f2)t)に相当する信号が、第
2の受光素子からcos(2π(f1−f2)t)とに
相当する信号が得られることがわかる。この結果、第2
の受光素子での光強度が極大近くのときに、第1の受光
素子での光強度が増加している場合には干渉縞がxの負
の方向に移動しており、第1の受光素子での光強度が減
少している場合には干渉縞がxの正の方向に移動してい
ることがわかる。
More specifically, a case will be described as an example where two light receiving elements are placed so that the center interval is N / 2 + / times the pitch 倍 of the interference fringe pattern (N is an integer). Assuming that the x-coordinate of the position of the first light-receiving element is −Λ / 4 and the x-coordinate of the position of the second light-receiving element is 2Λ, from the above-described expression of the light intensity distribution I, the interference fringe pattern is obtained from the first light-receiving element It can be seen that a signal corresponding to sin (2π (f1-f2) t) is obtained from the second light receiving element as a signal corresponding to cos (2π (f1-f2) t). As a result, the second
When the light intensity at the first light-receiving element is increasing when the light intensity at the light-receiving element is close to the maximum, the interference fringe moves in the negative direction of x, and the first light-receiving element It can be seen that the interference fringes are moving in the positive x direction when the light intensity at is reduced.

【0050】[実施形態10]実施形態10において
は、光の重なる位置に置かれたアレイ状の受光素子群か
らの光強度信号によって、この受光素子群の位置に形成
された干渉縞パタンの移動の速度と方向を検知してこれ
から角速度と回転方向を得るようにしている。
[Tenth Embodiment] In the tenth embodiment, the movement of the interference fringe pattern formed at the position of the light receiving element group is performed by the light intensity signal from the array of light receiving element groups placed at the position where the light overlaps. The speed and direction are detected, and the angular speed and rotation direction are obtained from this.

【0051】上記構成において、アレイ状の素子で干渉
縞パタンを受光し、この強度信号を信号処理をして干渉
縞パタンを表す関数を得る。その時間変化を調べること
で干渉縞パタンの移動の速度と方向を検知し、角速度と
回転方向が得られる。等間隔ではない干渉縞パタンが形
成される場合にも有効である。また、素子温度が変化し
て、レーザの発振波長が変動して干渉縞ピッチが変動す
るような場合にも、常に同じ信号処理が可能である。
In the above configuration, the interference fringe pattern is received by the array-shaped elements, and the intensity signal is subjected to signal processing to obtain a function representing the interference fringe pattern. By examining the time change, the speed and direction of the movement of the interference fringe pattern are detected, and the angular velocity and the rotation direction can be obtained. This is also effective when interference fringe patterns that are not equally spaced are formed. In addition, even when the element temperature changes, the oscillation wavelength of the laser fluctuates, and the interference fringe pitch fluctuates, the same signal processing can always be performed.

【0052】[実施形態11]実施形態11において
は、複数の受光素子からの光強度信号によって、受光素
子の位置に形成された干渉縞パタンの変動周期と移動方
向を検知してこれから角速度と回転方向を得るようにし
ている。
[Eleventh Embodiment] In the eleventh embodiment, the fluctuation period and the moving direction of the interference fringe pattern formed at the position of the light receiving element are detected based on the light intensity signals from the plurality of light receiving elements, and the angular velocity and the rotation are determined. I try to get directions.

【0053】上記構成において、干渉縞ピッチの整数倍
とは異なる間隔で設けた複数の受光素子から得られる光
強度信号は、同じ振動周期で時間変化し、かつ信号の位
相が異なっているので、この位相差から干渉縞パタンの
移動方向を得て回転方向を検知できる。
In the above configuration, the light intensity signals obtained from the plurality of light receiving elements provided at intervals different from the integral multiple of the interference fringe pitch change with time in the same oscillation cycle and have different signal phases. The direction of movement of the interference fringe pattern can be obtained from this phase difference to detect the direction of rotation.

【0054】[実施形態12]実施形態12において
は、複数の受光素子からの光強度信号によってアレイ素
子の位置に形成された干渉縞パタンの移動の速度と方向
を検知してこれから角速度と回転方向を得るようにして
いる。
[Twelfth Embodiment] In a twelfth embodiment, the speed and direction of the movement of the interference fringe pattern formed at the position of the array element are detected based on the light intensity signals from the plurality of light receiving elements, and the angular velocity and the rotation direction are detected. I'm trying to get

【0055】上記構成において、アレイ状の素子で干渉
縞パタンを受光し、この強度信号を信号処理をして干渉
縞パタンを表す関数を得る。その時間変化を調べること
で干渉縞パタンの移動の速度と方向を検知し、角速度と
回転方向が得られる。等間隔ではない干渉縞パタンが形
成される場合にも有効である。また、素子温度が変化し
て、レーザの発振波長が変動して干渉縞ピッチが変動す
るような場合にも、常に同じ信号処理が可能である。
In the above configuration, the interference fringe pattern is received by the array-shaped elements, and the intensity signal is subjected to signal processing to obtain a function representing the interference fringe pattern. By examining the time change, the speed and direction of the movement of the interference fringe pattern are detected, and the angular velocity and the rotation direction can be obtained. This is also effective when interference fringe patterns that are not equally spaced are formed. In addition, even when the element temperature changes, the oscillation wavelength of the laser fluctuates, and the interference fringe pitch fluctuates, the same signal processing can always be performed.

【0056】[0056]

【実施例】[第1の実施例]図1(a)は、第1の実施
例の光ジャイロの平面図である。10は本実施例の光ジ
ャイロであり、11はリング共振器型半導体レーザ素
子、12と13は導波路の一部に設けた光取り出し用ミ
ラー、14と15はホトディテクタである。リング共振
器型半導体レーザ素子では16に示す時計回りの周回モ
ードと17に示す反時計回りの周回モードが存在してい
る。
FIG. 1A is a plan view of an optical gyro according to a first embodiment. Reference numeral 10 denotes an optical gyro according to the present embodiment, reference numeral 11 denotes a ring resonator type semiconductor laser device, reference numerals 12 and 13 denote light extraction mirrors provided on a part of a waveguide, and reference numerals 14 and 15 denote photodetectors. The ring resonator type semiconductor laser device has a clockwise rotation mode shown by 16 and a counterclockwise rotation mode shown by 17.

【0057】、図1(b)は、第1の実施例のリング共
振器型半導体レーザ素子11とホトディテクタ14,1
5の断面図である。リング共振器型半導体レーザ素子1
1とホトディテクタ14,15は、以下のようにして作
製した。
FIG. 1B shows the ring resonator type semiconductor laser device 11 and the photodetectors 14, 1 of the first embodiment.
5 is a sectional view of FIG. Ring resonator type semiconductor laser device 1
1 and the photodetectors 14 and 15 were produced as follows.

【0058】はじめに、n−InP基板102上に、
1.3μm組成のノンドープInGaAsP光ガイド層
103(厚さ0.15μm)、1.55μm組成のアン
ドープInGaAsP活性層104(厚さ0.1μ
m)、1.3μm組成のノンドープInGaAsP光ガ
イド層105(厚さ0.15μm)、p−InPクラッ
ド層106(厚さ1.5μm)p−InGaAsキャッ
プ層107を結晶成長した。フォトレジストを塗布し、
マスクパタンを露光、現像して導波路形状とミラー形状
のレジストパタンを形成した。塩素ガスを用いたリアク
ティブイオンエッチングによって、高さ3μmのハイメ
サ形状のリッジ導波路とホトディテクタ部を形成した。
First, on the n-InP substrate 102,
Non-doped InGaAsP light guide layer 103 having a composition of 1.3 μm (thickness 0.15 μm), undoped InGaAsP active layer 104 having a composition of 1.55 μm (thickness 0.1 μm)
m) A non-doped InGaAsP light guide layer 105 (thickness: 0.15 μm) and a p-InP cladding layer 106 (thickness: 1.5 μm) having a composition of 1.3 μm and a p-InGaAs cap layer 107 were crystal-grown. Apply photoresist,
The mask pattern was exposed and developed to form a resist pattern having a waveguide shape and a mirror shape. A high mesa-shaped ridge waveguide having a height of 3 μm and a photodetector portion were formed by reactive ion etching using chlorine gas.

【0059】次に、Cr/Auをリッジ導波路上部とホ
トディテクタ上に蒸着して、p−電極108とした。
Next, Cr / Au was vapor-deposited on the ridge waveguide and the photodetector to form a p-electrode 108.

【0060】一方、ウェハの下側にはAuGe/Auを
蒸着してn−電極101とした。水素雰囲気中でアロイ
化して、p−、n−の電極をオーミック接触とした。
On the other hand, AuGe / Au was deposited on the lower side of the wafer to form an n-electrode 101. The alloy was formed in a hydrogen atmosphere, and the p- and n- electrodes were brought into ohmic contact.

【0061】次に、リング共振器型半導体素子11のレ
ーザ発振について説明する。半導体層と空気では屈折率
が異なるため、界面では反射が生じる。半導体層の屈折
率3.5であれば、半導体と空気の界面に対する法線と
レーザ光のなす角が16.6度以上となるときに全反射
となる。リング共振器型レーザ素子11では、導波路折
れ曲がり部のコーナーミラーにおいて導波路と半導体/
空気界面の法線のなす角が45度となっており、全反射
条件を満たしている。全反射されるモードは他のモード
と比べてミラー損失分だけしきい値利得が小さくなるの
で、低注入電流レベルでレーザ発振する。また、この発
振モードに対する利得の集中によって、その他のモード
の発振を抑圧する。光取り出し用ミラー12と13は、
導波モード光の一部を全反射によって導波路外に取出
す。ミラーで折かえされた光は導波路から空気中に放射
されるが、この界面での反射を戻り光として結合させな
いためには、導波路の長さ方向に対するミラー面の傾き
を45度からわずかにずらしている。
Next, laser oscillation of the ring resonator type semiconductor device 11 will be described. Since the refractive index is different between the semiconductor layer and air, reflection occurs at the interface. If the refractive index of the semiconductor layer is 3.5, total reflection occurs when the angle between the laser beam and the normal to the interface between the semiconductor and air is 16.6 degrees or more. In the ring resonator type laser element 11, the waveguide and the semiconductor / laser are bent at the corner mirror at the bent portion of the waveguide.
The angle formed by the normal to the air interface is 45 degrees, which satisfies the condition of total reflection. In the mode of total reflection, the threshold gain is smaller by the mirror loss than in the other modes, so that the laser oscillates at a low injection current level. The concentration of the gain in the oscillation mode suppresses the oscillation in the other modes. The light extraction mirrors 12 and 13
Part of the guided mode light is extracted out of the waveguide by total internal reflection. The light folded by the mirror is emitted from the waveguide into the air, but in order to prevent reflection at this interface from being coupled as return light, the inclination of the mirror surface with respect to the length direction of the waveguide must be slightly reduced from 45 degrees. It is shifted to.

【0062】本実施例の半導体レーザ素子11はしきい
値15mAでレーザ発振した。
The semiconductor laser device 11 of this embodiment oscillated at a threshold of 15 mA.

【0063】リング共振器では、右回りの周回モード1
6と左回りの周回モード17とが独立に存在している。
光ジャイロが慣性系に対して角速度を持たない場合に
は、この右回りモードと左回りモードの発振周波数に差
はなく、活性層の利得ピーク波長でのレーザ発振となっ
ている。また、光ジャイロがある角速度で回転している
ときには、右回りの周回モード16の発振周波数と左回
りの周回モード17の発振周波数に差が出る。
In the ring resonator, clockwise rotation mode 1
6 and the counterclockwise rotation mode 17 exist independently.
When the optical gyro has no angular velocity with respect to the inertial system, there is no difference between the oscillation frequencies of the clockwise mode and the counterclockwise mode, and the laser oscillates at the gain peak wavelength of the active layer. When the optical gyro is rotating at a certain angular velocity, there is a difference between the oscillation frequency of the clockwise rotation mode 16 and the oscillation frequency of the counterclockwise rotation mode 17.

【0064】取り出しミラー13によって右回りの周回
モード16から取出された光18と、取り出しミラー1
2によって左回りの周回モード17から取出された光1
9とはホトディテクタ14,15の近傍では干渉縞を形
成する。
The light 18 extracted from the clockwise rotation mode 16 by the extraction mirror 13 and the extraction mirror 1
Light 1 extracted from the counterclockwise rotation mode 17 by 2
9 forms interference fringes near the photodetectors 14 and 15.

【0065】ホトディテクタ14と15は逆バイアスを
印加してあり、入射光に応じた電流を取出すことができ
る。また、ホトディテクタの入射面での反射がレーザ発
振モードと結合することを抑えるために、ホトディテク
タの入射面の法線を素子から取出された光の進行方向と
異ならせている。
The photodetectors 14 and 15 are applied with a reverse bias, and can extract a current corresponding to the incident light. Further, in order to suppress the reflection at the incident surface of the photodetector from being coupled with the laser oscillation mode, the normal line of the incident surface of the photodetector is made different from the traveling direction of the light extracted from the element.

【0066】観察面上には、2つのホト・ディテクタ1
4と15が、中心の間隔が上記干渉縞パタンのピッチΛ
の(N/2+1/4)倍(Nは整数)となるように置か
れている。この配置によって、干渉縞パタンのcos
(2π(f1−f2)t)に相当する信号と、sin
(2π(f1−f2)t)とに相当する信号が得られる
ので、信号処理によって干渉縞パタンの移動方向、すな
わちf1とf2の大小関係がわかり、回転方向を検知で
きる。また、干渉縞の振動の周期から、回転の角速度が
分かる。あるいは、干渉縞パタンの移動速度Λ・(f1
−f2)から回転の角速度がわかる。
On the observation surface, two photo detectors 1
4 and 15, the distance between the centers is the pitch of the interference fringe pattern.
(N / 2 + /) times (N is an integer). With this arrangement, the cos of the interference fringe pattern
(2π (f1-f2) t) signal and sin
Since a signal corresponding to (2π (f1−f2) t) is obtained, the moving direction of the interference fringe pattern, that is, the magnitude relationship between f1 and f2, can be determined by signal processing, and the rotation direction can be detected. The angular velocity of the rotation can be determined from the period of the vibration of the interference fringes. Alternatively, the moving speed of the interference fringe pattern Λ · (f1
−f2) shows the angular velocity of rotation.

【0067】さて、光ジャイロが、カメラの手振れや自
動車の姿勢変化によって30度毎秒の角速度で時計回り
に回転したときには、レーザ光の発振周波数f1は20
0Hz増加し、f2の発振周波数は、200Hz減少し
た。ホトディテクタ14,15では、400Hzの信号
を検知し、これから回転速度と回転方向を得た。
When the optical gyro rotates clockwise at an angular velocity of 30 degrees per second due to camera shake or a change in the attitude of the automobile, the oscillation frequency f1 of the laser beam becomes 20.
The frequency increased by 0 Hz, and the oscillation frequency of f2 decreased by 200 Hz. The photodetectors 14 and 15 detected a signal of 400 Hz, and obtained a rotation speed and a rotation direction from this.

【0068】ホトディテクタ14,15は順バイアス印
加として、インピーダンス変化を検知してもよい。
The photodetectors 14 and 15 may detect a change in impedance by applying a forward bias.

【0069】この実施例では半導体材料としてInGa
AsP/InP系を用いたが、GaAs系、ZnSe
系、InGaN系などの電流注入によってレーザ発振さ
せることのできる材料系であっても構わない。 [第2の実施例]図2は、第2の実施例の光ジャイロの
平面図である。20は第2の実施例の光ジャイロであ
り、21はリング共振器型半導体レーザ素子、22と2
3は導波路の一部に設けた光取り出しミラー、24はア
レイ状のホトディテクタであり、リング共振器型半導体
レーザ素子21の基板の劈開端面に接して基板よりも上
側に受光部を設けるように固定されている。リング共振
器型半導体レーザ素子21では25に示す時計回りの周
回モードと26に示す反時計回りの周回モードが存在し
ている。
In this embodiment, InGa is used as a semiconductor material.
AsP / InP system was used, but GaAs system, ZnSe
A material such as an InGaN-based material that can cause laser oscillation by current injection may be used. Second Embodiment FIG. 2 is a plan view of an optical gyro according to a second embodiment. 20 is an optical gyro according to the second embodiment, 21 is a ring resonator type semiconductor laser device, and 22 and 2
Reference numeral 3 denotes a light extraction mirror provided on a part of the waveguide, and reference numeral 24 denotes an array-shaped photodetector, which is provided in contact with the cleavage end face of the substrate of the ring resonator type semiconductor laser device 21 so as to provide a light receiving portion above the substrate. It is fixed to. The ring resonator type semiconductor laser device 21 has a clockwise rotation mode indicated by 25 and a counterclockwise rotation mode indicated by 26.

【0070】リング共振器型半導体レーザ素子の構成と
動作は、第1の実施例と同様である。
The configuration and operation of the ring resonator type semiconductor laser device are the same as in the first embodiment.

【0071】取り出しミラー23によって右回りの周回
モード25から取出された光27と、取り出しミラー2
2によって左回りの周回モード26から取出された光2
8とは、光ジャイロ素子の基板の端面において干渉縞を
形成する。
The light 27 extracted from the clockwise rotation mode 25 by the extraction mirror 23 and the extraction mirror 2
2 extracted from the counterclockwise rotation mode 26 by
8 forms an interference fringe on the end face of the substrate of the optical gyro element.

【0072】アレイ状のホトディテクタ24の素子間隔
は、受光面への入射角とレーザ波長から定まる干渉縞ピ
ッチの1/2よりも小さくなっている。ホトディテクタ
24で基板端面の位置での干渉縞をモニタし、この出力
を信号処理して干渉縞パタンを得ることができる。この
干渉縞パタンの移動の方向と速度を検出した。これによ
り回転方向と角速度を得た。
The element spacing of the arrayed photodetector 24 is smaller than 1 / of the interference fringe pitch determined by the angle of incidence on the light receiving surface and the laser wavelength. The interference fringes at the position of the substrate end surface are monitored by the photodetector 24, and the output is signal-processed to obtain an interference fringe pattern. The direction and speed of movement of this interference fringe pattern were detected. Thereby, the rotation direction and the angular velocity were obtained.

【0073】素子がAlGaAs系材料などからなって
いて、発振波長がシリコンのCCDが感度を有する波長
の場合には、安価なCCDアレイ素子によって干渉縞パ
タンを観測してもよい。 [第3の実施例]図3は、第3の実施例の斜視図であ
る。31はリング共振器型半導体レーザ素子、32と3
3はリング共振器型半導体レーザから取り出した光、3
4は石英板でありフレネルレンズ35が形成されてい
る。36は石英板の裏面に設けたホトディテクタであ
る。
When the device is made of an AlGaAs material or the like and the oscillation wavelength is a wavelength at which a silicon CCD has sensitivity, the interference fringe pattern may be observed with an inexpensive CCD array device. [Third Embodiment] FIG. 3 is a perspective view of a third embodiment. 31 is a ring resonator type semiconductor laser device, 32 and 3
3 is light extracted from the ring resonator type semiconductor laser, 3
Reference numeral 4 denotes a quartz plate on which a Fresnel lens 35 is formed. Reference numeral 36 denotes a photodetector provided on the back surface of the quartz plate.

【0074】リング共振器型半導体レーザの構成は、第
1または第2の実施例と同様であり、右回りのレーザ光
の一部が取り出された32と左回りのレーザ光の一部が
取り出された33が基板から放射される。石英板34上
のフレネルレンズ35によってレーザ光をコリメートし
て平行光とし、また進行方向をわずかに曲げて、石英板
34裏面でこれらの平行光が重なるようにする。
The configuration of the ring resonator type semiconductor laser is the same as that of the first or second embodiment. Part 32 of the clockwise laser light is extracted and part of the clockwise laser light is extracted. 33 are emitted from the substrate. The laser light is collimated by the Fresnel lens 35 on the quartz plate 34 to be parallel light, and the traveling direction is slightly bent so that these parallel lights overlap on the back surface of the quartz plate 34.

【0075】石英板34裏面では、右回り光と左回り光
による干渉縞が形成され、第1、第2の実施例同様に、
2つのホトディテクタ36,37によって、干渉縞の移
動速度と移動方向を検知して、素子の回転速度と方向を
知ることができた。
On the back surface of the quartz plate 34, interference fringes due to clockwise light and counterclockwise light are formed, as in the first and second embodiments.
The moving speed and moving direction of the interference fringes were detected by the two photodetectors 36 and 37, and the rotational speed and direction of the element could be known.

【0076】先の実施例と比べると、フレネルレンズに
よってビームをコリメートしたために、干渉縞のコント
ラストが改善し、均一なピッチの干渉縞が形成される。
前者によって、S/Nが改善し、後者によってディテク
タを設置する位置精度が緩やかになった。また、石英板
を厚くすることなどの光路の設計によって、干渉縞を形
成する二つの光線のなす角を小さくでき、形成される干
渉縞のピッチを大きくできた。このことで、ディテクタ
の受光面積を大きくしたり、位置精度を緩やかなものと
できる。
Compared with the previous embodiment, since the beam is collimated by the Fresnel lens, the contrast of the interference fringes is improved, and interference fringes having a uniform pitch are formed.
The former has improved the S / N, and the latter has loosened the positional accuracy of installing the detector. Also, by designing the optical path such as making the quartz plate thicker, the angle between the two light beams forming the interference fringes could be reduced, and the pitch of the formed interference fringes could be increased. Thus, the light receiving area of the detector can be increased and the positional accuracy can be reduced.

【0077】[0077]

【発明の効果】以上説明した実施形態1の本発明によれ
ば、回転の角速度と回転方向を検知することのできる光
ジャイロが得られる。
According to the first embodiment of the present invention described above, an optical gyro capable of detecting the angular velocity and direction of rotation can be obtained.

【0078】又、実施形態2の本発明によれば、ロック
イン特性が劣化せず低発振しきい値の光ジャイロが得ら
れる。
According to the second embodiment of the present invention, an optical gyro having a low oscillation threshold without deteriorating the lock-in characteristic can be obtained.

【0079】又、実施形態3の本発明によれば、受光素
子の位置が設計上の観察面からずれても電気的に補正が
可能になり、素子の組立て誤差の許容範囲を広くするこ
とができるジャイロが得られる。
According to the third embodiment of the present invention, even if the position of the light receiving element is deviated from the designed observation plane, it is possible to electrically correct the light receiving element, thereby increasing the allowable range of the element assembly error. A gyro that can be obtained.

【0080】又、実施形態4の本発明によれば、戻り光
によってロックイン現象が強く生じることを回避した光
ジャイロが得られる。
Further, according to the fourth embodiment of the present invention, it is possible to obtain an optical gyro in which a lock-in phenomenon is not strongly generated by return light.

【0081】又、実施形態5の本発明によれば、戻り光
による外部共振器モードの形成を抑えて素子の感度低下
やS/Nの劣化を抑えた光ジャイロが得られる。
According to the fifth embodiment of the present invention, it is possible to obtain an optical gyro in which the formation of the external resonator mode due to the return light is suppressed and the sensitivity of the element is reduced and the S / N is suppressed from deteriorating.

【0082】又、実施形態6の本発明によれば、S/N
が改善しかつ組立ての位置精度が緩やかな光ジャイロが
得られる。
According to the sixth embodiment of the present invention, the S / N
Thus, an optical gyro can be obtained in which the gyro is improved and the positional accuracy of the assembly is moderate.

【0083】又、実施形態7の本発明によれば、部品点
数が少なく、回転の角速度と回転方向を検知することの
できる光ジャイロが得られる。
According to the seventh embodiment of the present invention, an optical gyro having a small number of components and capable of detecting the angular velocity and the rotational direction of rotation can be obtained.

【0084】又、実施形態8,9の本発明によれば、複
数の受光素子での信号の位相差から、回転方向を検知す
ることのできる光ジャイロが得られる。
According to the eighth and ninth embodiments of the present invention, an optical gyro that can detect the direction of rotation from the phase difference between signals at a plurality of light receiving elements can be obtained.

【0085】又、実施形態10の本発明によれば、干渉
縞パタンの移動の速度と方向を検知し、角速度と回転方
向の得られる光ジャイロが得られる。
According to the tenth embodiment of the present invention, the speed and direction of the movement of the interference fringe pattern are detected, and an optical gyro that can obtain the angular speed and the rotation direction can be obtained.

【0086】又、実施形態11の本発明によれば、複数
の受光素子での信号の位相差から、回転方向を検知する
ことのできる光ジャイロの回転方向の検知方法が得られ
た。
Further, according to the eleventh embodiment of the present invention, a method for detecting the rotation direction of the optical gyro, which can detect the rotation direction from the phase difference between the signals at the plurality of light receiving elements, is obtained.

【0087】又、実施形態12の本発明によれば、干渉
縞パタンの移動の速度と方向を検知し、角速度と回転方
向の得られる光ジャイロの回転方向の検知方法が得られ
る。
According to the twelfth embodiment of the present invention, it is possible to detect a moving speed and a direction of an interference fringe pattern, and obtain a method of detecting a rotation direction of an optical gyro that can obtain an angular velocity and a rotation direction.

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

【図1】第1の実施例の光ジャイロの平面図及び断面図FIG. 1 is a plan view and a sectional view of an optical gyro according to a first embodiment.

【図2】第2の実施例の光ジャイロの平面図FIG. 2 is a plan view of an optical gyro according to a second embodiment.

【図3】第3の実施例の光ジャイロの斜視図FIG. 3 is a perspective view of an optical gyro according to a third embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10,20 光ジャイロ素子 11,21,31 リング共振器型半導体レーザ素子 12,13,22,23 光取り出し用ミラー 14,15,36 ホトディテクタ 16,25 時計回りの周回モード光 17,26 反時計回りの周回モード光 24 アレイ状のホトディテクタ 31 リング共振器型半導体レーザ素子 32,33 リング共振器型半導体レーザから取り出し
た光 34 石英板 35 フレネルレンズ
10, 20 Optical gyro element 11, 21, 31 Ring resonator type semiconductor laser element 12, 13, 22, 23 Light extraction mirror 14, 15, 36 Photodetector 16, 25 Clockwise circling mode light 17, 26 Counterclockwise Circumferential mode light 24 Array photodetector 31 Ring resonator type semiconductor laser device 32, 33 Light extracted from ring resonator type semiconductor laser 34 Quartz plate 35 Fresnel lens

Claims (14)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 励起手段とリング形状の共振器と時計回
りの光の一部を出力する第1の光出力部と反時計回りの
光の一部を出力する第2の光出力部とを有する半導体リ
ングレーザと、前記第1及び第2の光出力部から取り出
された時計回り及び反時計回りの光の重なる位置に置か
れた複数の受光素子を有することを特徴とする光ジャイ
ロ。
A first light output unit for outputting a part of clockwise light and a second light output unit for outputting a part of counterclockwise light; 1. An optical gyro comprising: a semiconductor ring laser having a plurality of light receiving elements disposed at positions where clockwise and counterclockwise light extracted from the first and second light output units overlap.
【請求項2】 前記第1及び第2の光出力部が、導波路
断面の一部分に対して設けた反射ミラーであることを特
徴とする請求項1記載の光ジャイロ。
2. The optical gyro according to claim 1, wherein the first and second optical output sections are reflection mirrors provided on a part of a waveguide section.
【請求項3】 前記複数の受光素子が、アレイ状に形成
された受光素子群であることを特徴とする請求項1記載
の光ジャイロ。
3. The optical gyro according to claim 1, wherein the plurality of light receiving elements are light receiving element groups formed in an array.
【請求項4】 前記複数の受光素子として、CCDアレ
イを有することを特徴とする請求項1記載の光ジャイ
ロ。
4. An optical gyro according to claim 1, wherein said plurality of light receiving elements include a CCD array.
【請求項5】 前記複数の受光素子の受光面が、受光素
子に入射する二つの光線のいずれとも垂直ではないこと
を特徴とする請求項1記載の光ジャイロ。
5. The optical gyro according to claim 1, wherein light receiving surfaces of the plurality of light receiving elements are not perpendicular to any of two light beams incident on the light receiving elements.
【請求項6】 前記複数の受光素子の受光面の法線が、
受光素子に入射する二つの光線のなす角の二等分線とな
らないことを特徴とする請求項1記載の光ジャイロ。
6. A normal line of a light receiving surface of the plurality of light receiving elements,
2. The optical gyro according to claim 1, wherein the angle does not become a bisector of an angle formed by two light beams incident on the light receiving element.
【請求項7】 レーザ光に対して透明な部材で構成され
た平行板を有し、この平行板の片面にフレネルレンズに
よる光路変換素子を設け、反対の面上に受光素子を置い
たことを特徴とする請求項1記載の光ジャイロ。
7. A parallel plate made of a member transparent to a laser beam, wherein an optical path conversion element using a Fresnel lens is provided on one surface of the parallel plate, and a light receiving element is placed on the opposite surface. The optical gyro according to claim 1, wherein:
【請求項8】 前記複数の受光素子として、リングレー
ザと同一の層構成を用いたことを特徴とする請求項1記
載の光ジャイロ。
8. The optical gyro according to claim 1, wherein the plurality of light receiving elements have the same layer configuration as a ring laser.
【請求項9】 前記複数の受光素子として、リングレー
ザと同一の層構成のレーザ素子を用いたことを特徴とす
る請求項1記載の光ジャイロ。
9. The optical gyro according to claim 1, wherein a laser element having the same layer configuration as a ring laser is used as the plurality of light receiving elements.
【請求項10】 前記複数の受光素子からの光強度信号
によって、受光素子の位置に形成された干渉縞パタンの
変動周期と移動方向を検知してこれから角速度と回転方
向を得ることを特徴とする請求項1記載の光ジャイロ。
10. The method according to claim 1, wherein a fluctuation period and a moving direction of an interference fringe pattern formed at a position of the light receiving element are detected based on light intensity signals from the plurality of light receiving elements, and an angular velocity and a rotation direction are obtained from the detected fluctuation period and moving direction. The optical gyro according to claim 1.
【請求項11】 前記複数の受光素子の少なくとも二つ
の間隔が前記干渉縞パタンのピッチの整数倍とは異って
いることを特徴とする請求項10記載の光ジャイロ。
11. The optical gyro according to claim 10, wherein at least two intervals between the plurality of light receiving elements are different from an integral multiple of a pitch of the interference fringe pattern.
【請求項12】 前記アレイ状の受光素子群からの光強
度信号によって、アレイ素子の位置に形成された干渉縞
パタンの移動の速度と方向を検知してこれから角速度と
回転方向を得ることを特徴とする請求項3記載の光ジャ
イロ。
12. The method according to claim 1, wherein a speed and a direction of movement of an interference fringe pattern formed at a position of the array element are detected based on a light intensity signal from the light receiving element group in the array, and an angular velocity and a rotation direction are obtained from the detected speed and direction. The optical gyro according to claim 3, wherein
【請求項13】 励起手段とリング形状の共振器と時計
回りの光の一部を出力する第1の光出力部と反時計回り
の光の一部を出力する第2の光出力部とを有する半導体
リングレーザと、前記第1及び第2の光出力部から取り
出された時計回り及び反時計回りの光の重なる位置に置
かれた複数の受光素子を有する光ジャイロを用いた回転
方向検知方法であって、 前記複数の受光素子からの光強度信号によって、受光素
子の位置に形成された干渉縞パタンの変動周期と移動方
向を検知してこれから角速度と回転方向を得ることを特
徴とする光ジャイロの回転方向検知方法。
13. A pumping means, a ring-shaped resonator, a first light output unit for outputting a part of clockwise light, and a second light output unit for outputting a part of counterclockwise light. Direction detecting method using a semiconductor gyro having a semiconductor ring laser and a plurality of light receiving elements placed at positions where clockwise and counterclockwise lights extracted from the first and second light output portions overlap each other A light intensity signal from the plurality of light receiving elements, detecting a fluctuation period and a moving direction of an interference fringe pattern formed at a position of the light receiving element, and obtaining an angular velocity and a rotation direction from the detected light. Gyro rotation direction detection method.
【請求項14】 励起手段とリング形状の共振器と時計
回りの光の一部を出力する第1の光出力部と反時計回り
の光の一部を出力する第2の光出力部とを有する半導体
リングレーザと、前記第1及び第2の光出力部から取り
出された時計回り及び反時計回りの光の重なる位置に置
かれたアレイ状の受光素子群を有する光ジャイロを用い
た回転方向検知方法であって、 前記複数の受光素子からの光強度信号によって、アレイ
素子の位置に形成された干渉縞パタンの移動の速度と方
向を検知してこれから角速度と回転方向を得ることを特
徴とする光ジャイロの回転方向検知方法。
14. An excitation means, a ring-shaped resonator, a first light output unit for outputting a part of clockwise light, and a second light output unit for outputting a part of counterclockwise light. Direction using an optical gyro having a semiconductor ring laser having an array of light receiving elements arranged in a position where clockwise and counterclockwise light extracted from the first and second optical output portions overlaps A detection method, wherein light intensity signals from the plurality of light receiving elements detect a speed and a direction of movement of an interference fringe pattern formed at a position of an array element and obtain an angular velocity and a rotation direction from the detected speed and direction. A method for detecting the rotation direction of an optical gyro.
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