JP2003519788A - 光ファイバ・センサにおける電子的ｒｉｎ低減装置及び方法 - Google Patents
光ファイバ・センサにおける電子的ｒｉｎ低減装置及び方法Info
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Abstract
(57)【要約】
本発明は、光センサ、特に光ファイバ・センサにおいて雑音、特にＲＩＮ雑音を低減する装置及び方法を指向している。光センサは、測定されるべきある物理量を表すセンサ出力信号を生成する。なお、センサ出力信号はまた、第１の雑音成分を含み、それは第１の検出器により検出される。別個の検出器が、光センサの入力光源における入力光雑音成分を検出し、第２の雑音成分を生成する。第２の雑音成分は、電子的に処理され、且つ光センサを通るセンサ入力光が受ける時間遅延に実質的に対応する時間遅延により時間遅延され又は位相偏移させられる。次いで、時間遅延された処理した信号は、センサ出力信号から減算され、測定された物理量に対応する低減した雑音光センサ信号を生成する。
Description
【０００１】
［発明の分野］
本発明は、光ファイバ・センサに関し、特に、磁界を測定する光ファイバ・ジ
ャイロスコープ及び光ファイバ・センサに関する。
ャイロスコープ及び光ファイバ・センサに関する。
【０００２】
［発明の背景］
光ファイバ・センサを用いて、対象物の回転（光ファイバ・ジャイロスコープ
と称される。）、センサの近傍の電流から生じる磁界（光ファイバ電流センサと
称される。）のような様々な物理的量を測定することができる。そのような光フ
ァイバ・センサは、典型的には、スレッショルド以下で動作するレーザ、スーパ
ールミネセント・ダイオード（ＳＬＤ）又はファイバ・スーパールミネセント源
のような広帯域源に結合された光ファイバ部、広帯域源により放出された光放射
をファイバ、好ましくはファイバ・コイルに結合するための結合器、少なくとも
１つの偏光子及び少なくとも１つの位相変調器、及びファイバを通る（ｔｒａｖ
ｅｒｓｅ）光信号同士間の位相偏移又は偏光差を検出する検出器を含む。光信号
同士間の位相又は偏光偏移は、例えば、ファイバ・コイルの回転により、又は磁
気ファラデーにより導入され得る。用語「光ファイバ・センサ及びジャイロ」は
、光ファイバ・ジャイロスコープ及び光ファイバ電流センサの両方を言うため交
換可能に用いられるであろう。
と称される。）、センサの近傍の電流から生じる磁界（光ファイバ電流センサと
称される。）のような様々な物理的量を測定することができる。そのような光フ
ァイバ・センサは、典型的には、スレッショルド以下で動作するレーザ、スーパ
ールミネセント・ダイオード（ＳＬＤ）又はファイバ・スーパールミネセント源
のような広帯域源に結合された光ファイバ部、広帯域源により放出された光放射
をファイバ、好ましくはファイバ・コイルに結合するための結合器、少なくとも
１つの偏光子及び少なくとも１つの位相変調器、及びファイバを通る（ｔｒａｖ
ｅｒｓｅ）光信号同士間の位相偏移又は偏光差を検出する検出器を含む。光信号
同士間の位相又は偏光偏移は、例えば、ファイバ・コイルの回転により、又は磁
気ファラデーにより導入され得る。用語「光ファイバ・センサ及びジャイロ」は
、光ファイバ・ジャイロスコープ及び光ファイバ電流センサの両方を言うため交
換可能に用いられるであろう。
【０００３】
光ファイバ・センサの電気的出力信号は、様々なソース（源）から生じる雑音
成分を含む。例えばＩＥＥＥ標準５２８、慣性センサ技術（本明細書に援用され
ている。）に定義されるように角度ランダム・ウォーク（ＡＲＷ）として現れる
傾向を有する出力雑音は、雑音成分の起源に依存する、光検出器入力での光パワ
ーに関する様々な関数依存性を有する。例えば、光検出器電子機器におけるトラ
ンスインピーダンス増幅器フィードバック抵抗で発生する熱雑音は、光パワーと
は独立である。検出器電流の量子化性質と関連したショット雑音は、光パワーの
平方根に比例するように示されることができ、一方、その有限の帯域幅に起因し
た光源の光に固有であり且つ光検出器上に衝突し且つフリッカ雑音（１／ｆ）で
ある相対強度雑音（ＲＩＮ）は、光パワーに比例する。ＲＩＮ及びフリッカ雑音
は、光パワーに関する同じ関数依存性を有するので、用語「ＲＩＮ」は以降ＲＩ
Ｎ及びフリッカ雑音の両方を意味する。
成分を含む。例えばＩＥＥＥ標準５２８、慣性センサ技術（本明細書に援用され
ている。）に定義されるように角度ランダム・ウォーク（ＡＲＷ）として現れる
傾向を有する出力雑音は、雑音成分の起源に依存する、光検出器入力での光パワ
ーに関する様々な関数依存性を有する。例えば、光検出器電子機器におけるトラ
ンスインピーダンス増幅器フィードバック抵抗で発生する熱雑音は、光パワーと
は独立である。検出器電流の量子化性質と関連したショット雑音は、光パワーの
平方根に比例するように示されることができ、一方、その有限の帯域幅に起因し
た光源の光に固有であり且つ光検出器上に衝突し且つフリッカ雑音（１／ｆ）で
ある相対強度雑音（ＲＩＮ）は、光パワーに比例する。ＲＩＮ及びフリッカ雑音
は、光パワーに関する同じ関数依存性を有するので、用語「ＲＩＮ」は以降ＲＩ
Ｎ及びフリッカ雑音の両方を意味する。
【０００４】
ソース・パワーが増大されるので、ＲＩＮは、光ファイバ・センサ・システム
の雑音に関連した性能を向上させ続けさせるよりむしろ飽和させる。ＲＩＮを軽
減することができない場合、それを超えた更なる実際的改善が可能であるパワー
・レベルが存在する。例えば、ＥＤＦＳ（エルビウムをドープされたファイバ源
）は、その高い光パワー及び波長の安定性に起因して、多くの場合高性能光ファ
イバ・センサの当然の選定と考えられるが、そのＥＤＦＳは、高いＲＩＮを有す
る傾向がある。他方、スーパールミネセント・ダイオード（ＳＬＤ）は、そのよ
り大きな帯域幅に起因して一層低いＲＩＮを有する傾向があるが、しかしパワー
及び寿命における制限という難点があり、その実用性を制限している。
の雑音に関連した性能を向上させ続けさせるよりむしろ飽和させる。ＲＩＮを軽
減することができない場合、それを超えた更なる実際的改善が可能であるパワー
・レベルが存在する。例えば、ＥＤＦＳ（エルビウムをドープされたファイバ源
）は、その高い光パワー及び波長の安定性に起因して、多くの場合高性能光ファ
イバ・センサの当然の選定と考えられるが、そのＥＤＦＳは、高いＲＩＮを有す
る傾向がある。他方、スーパールミネセント・ダイオード（ＳＬＤ）は、そのよ
り大きな帯域幅に起因して一層低いＲＩＮを有する傾向があるが、しかしパワー
及び寿命における制限という難点があり、その実用性を制限している。
【０００５】
米国特許Ｎｏ．５，３３１，４０４に記載され、そして図１１に図示されてい
る一つのアプローチにおいて、光ファイバ・センサにおけるＲＩＮは、光源１８
により放出された光の一部を、光ファイバ・センサ５０のファイバ２２と実質的
に同じ長さを有する「ダミー」ファイバ３０の中に結合することにより、低減さ
れる。次いで、「ダミー」ファイバの一つの端部で検出された出力信号３４は、
乗算器３６において、検出器３２により検出された光ファイバ・センサの信号出
力のレプリカにより変調され、そして減算器３８において、増幅器３２、３４に
おけるチャネル利得を適切に調整した後の光ファイバ・センサの出力信号から減
算される。換言すると、このケースにおける「ダミー」ファイバ３０は、光ファ
イバ・センサを通る光が受ける時間遅延と整合するためのアナログ時間遅延線と
して動作する。しかしながら、このアプローチは、光ファイバ・センサ・コイル
とほぼ同じ長さのファイバの第２のコイルを必要とする。
る一つのアプローチにおいて、光ファイバ・センサにおけるＲＩＮは、光源１８
により放出された光の一部を、光ファイバ・センサ５０のファイバ２２と実質的
に同じ長さを有する「ダミー」ファイバ３０の中に結合することにより、低減さ
れる。次いで、「ダミー」ファイバの一つの端部で検出された出力信号３４は、
乗算器３６において、検出器３２により検出された光ファイバ・センサの信号出
力のレプリカにより変調され、そして減算器３８において、増幅器３２、３４に
おけるチャネル利得を適切に調整した後の光ファイバ・センサの出力信号から減
算される。換言すると、このケースにおける「ダミー」ファイバ３０は、光ファ
イバ・センサを通る光が受ける時間遅延と整合するためのアナログ時間遅延線と
して動作する。しかしながら、このアプローチは、光ファイバ・センサ・コイル
とほぼ同じ長さのファイバの第２のコイルを必要とする。
【０００６】
米国特許Ｎｏ．５，６５５，０３５に開示された別のアプローチにおいては、
２つの光ファイバ・センサは、同じ光源により励起されることができるが、しか
し複数の感度軸は直径の対向方向に指向されている。検出された出力が加えられ
、それによりＲＩＮを減算する。なお、ＲＩＮが共通源で生じるので、ＲＩＮは
両方のチャネルに対して共通である。このアプローチは、光ファイバ・センサの
光部品総数（光源を除く。）を２倍にし、それは高価で且つ嵩がかさばる。
２つの光ファイバ・センサは、同じ光源により励起されることができるが、しか
し複数の感度軸は直径の対向方向に指向されている。検出された出力が加えられ
、それによりＲＩＮを減算する。なお、ＲＩＮが共通源で生じるので、ＲＩＮは
両方のチャネルに対して共通である。このアプローチは、光ファイバ・センサの
光部品総数（光源を除く。）を２倍にし、それは高価で且つ嵩がかさばる。
【０００７】
従って、ＲＩＮ雑音成分を排除又は少なくとも低減しながら、同時に重さ及び
複雑さを加えない光ファイバ・センサを設けることが望ましいであろう。
複雑さを加えない光ファイバ・センサを設けることが望ましいであろう。
【０００８】
［本発明の概要］
本発明は、光ファイバ・センサ内の雑音、特にＲＩＮ雑音を低減する装置及び
方法を指向する。
方法を指向する。
【０００９】
本発明の一局面によれば、光ファイバ・センサ・システムは、センサ入力光を
生成する光源、及び該センサ入力光を受け取り且つ物理量を測定するよう適合さ
れた光ファイバ・センサを含む。光ファイバ・センサは、上記物理量及び第１の
雑音成分を含むセンサ出力信号を生成し、該センサ出力信号は第１の検出器によ
り検出される。第２の検出器は、第２の雑音成分を含む光源により生成されたセ
ンサ入力光を検出する。電子的プロセッサは、第１及び第２の検出器に結合され
、そして電子的時間遅延を第２の雑音成分に与える遅延回路を含む。なお、その
電子的時間遅延は、光ファイバ・センサを通るセンサ入力光の時間遅延に実質的
に対応する。電子的プロセッサは更に乗算器を含み、該乗算器は、時間遅延した
第２の雑音成分にセンサ出力信号を乗算する。電子的プロセッサは更に減算器を
含み、該減算器は、乗算された時間遅延した第２の雑音成分をセンサ出力信号か
ら減算して、低減した雑音を有する光ファイバ・センサ信号を生成する。
生成する光源、及び該センサ入力光を受け取り且つ物理量を測定するよう適合さ
れた光ファイバ・センサを含む。光ファイバ・センサは、上記物理量及び第１の
雑音成分を含むセンサ出力信号を生成し、該センサ出力信号は第１の検出器によ
り検出される。第２の検出器は、第２の雑音成分を含む光源により生成されたセ
ンサ入力光を検出する。電子的プロセッサは、第１及び第２の検出器に結合され
、そして電子的時間遅延を第２の雑音成分に与える遅延回路を含む。なお、その
電子的時間遅延は、光ファイバ・センサを通るセンサ入力光の時間遅延に実質的
に対応する。電子的プロセッサは更に乗算器を含み、該乗算器は、時間遅延した
第２の雑音成分にセンサ出力信号を乗算する。電子的プロセッサは更に減算器を
含み、該減算器は、乗算された時間遅延した第２の雑音成分をセンサ出力信号か
ら減算して、低減した雑音を有する光ファイバ・センサ信号を生成する。
【００１０】
本発明の別の局面によれば、低減した雑音を有する測定信号を光ファイバ・セ
ンサから生成する方法が提供される。その方法は、測定信号及び第１の雑音成分
を含むセンサ出力信号を測定するステップと、第２の雑音成分を表す光ファイバ
・センサ入力光の入力光雑音成分を測定するステップとを含む。第２の雑音成分
は電子的に時間遅延される。なお、その時間遅延は、光ファイバ・センサを通る
センサ入力光のセンサ時間遅延に実質的に対応する。次いで、時間遅延された第
２の雑音成分は、センサ出力信号と乗算され、そしてその乗算された第２の雑音
成分は、センサ出力信号から減算され、低減した雑音測定信号を生成する。
ンサから生成する方法が提供される。その方法は、測定信号及び第１の雑音成分
を含むセンサ出力信号を測定するステップと、第２の雑音成分を表す光ファイバ
・センサ入力光の入力光雑音成分を測定するステップとを含む。第２の雑音成分
は電子的に時間遅延される。なお、その時間遅延は、光ファイバ・センサを通る
センサ入力光のセンサ時間遅延に実質的に対応する。次いで、時間遅延された第
２の雑音成分は、センサ出力信号と乗算され、そしてその乗算された第２の雑音
成分は、センサ出力信号から減算され、低減した雑音測定信号を生成する。
【００１１】
本発明の更に別の局面によれば、低減した雑音を有する測定信号を光ファイバ
・センサから生成する方法が提供される。その方法は、測定信号及び第１の雑音
成分を含むセンサ出力信号を測定するステップと、第２の雑音成分を表す光ファ
イバ・センサ入力光の入力光雑音成分を測定するステップとを含む。第２の雑音
成分はセンサ信号と乗算され、そしてセンサ出力信号及び乗算された第２の雑音
成分は周波数領域に変換される。変換された乗算した雑音信号の振幅及び位相の
うちの少なくとも１つは、相対的位相偏移がセンサ時間遅延に対応するように、
変換されたセンサ出力信号のそれぞれの振幅及び位相に関して調整される。乗算
された第２の雑音成分は、センサ出力信号から減算され、低減した雑音測定信号
を生成する。
・センサから生成する方法が提供される。その方法は、測定信号及び第１の雑音
成分を含むセンサ出力信号を測定するステップと、第２の雑音成分を表す光ファ
イバ・センサ入力光の入力光雑音成分を測定するステップとを含む。第２の雑音
成分はセンサ信号と乗算され、そしてセンサ出力信号及び乗算された第２の雑音
成分は周波数領域に変換される。変換された乗算した雑音信号の振幅及び位相の
うちの少なくとも１つは、相対的位相偏移がセンサ時間遅延に対応するように、
変換されたセンサ出力信号のそれぞれの振幅及び位相に関して調整される。乗算
された第２の雑音成分は、センサ出力信号から減算され、低減した雑音測定信号
を生成する。
【００１２】
本発明のまた別の局面によれば、低減した雑音を有するセンサ信号を生成する
光センサ・システムは、センサ入力光を生成する光源と、センサ入力光を受け取
り且つ物理量を測定するよう適合された光センサとを含み、該光センサは、物理
量及び第１の雑音成分を有するセンサ出力信号を生成する。第１の検出器は、セ
ンサ出力信号を検出し、一方、第２の検出器は、第２の雑音成分を有するセンサ
入力光を検出する。電子的プロセッサは、第１及び第２の検出器に結合され、そ
して第２の雑音成分をセンサ出力信号に対して電子的に時間遅延し、その電子的
時間遅延は、実質的に、光ファイバ・センサを通るセンサ入力光の時間遅延に対
応する。プロセッサは、乗算された時間遅延した第２の雑音成分の関数である変
調された信号をセンサ出力信号から減算して、低減した雑音を有するセンサ信号
を生成する。
光センサ・システムは、センサ入力光を生成する光源と、センサ入力光を受け取
り且つ物理量を測定するよう適合された光センサとを含み、該光センサは、物理
量及び第１の雑音成分を有するセンサ出力信号を生成する。第１の検出器は、セ
ンサ出力信号を検出し、一方、第２の検出器は、第２の雑音成分を有するセンサ
入力光を検出する。電子的プロセッサは、第１及び第２の検出器に結合され、そ
して第２の雑音成分をセンサ出力信号に対して電子的に時間遅延し、その電子的
時間遅延は、実質的に、光ファイバ・センサを通るセンサ入力光の時間遅延に対
応する。プロセッサは、乗算された時間遅延した第２の雑音成分の関数である変
調された信号をセンサ出力信号から減算して、低減した雑音を有するセンサ信号
を生成する。
【００１３】
本発明の実施形態は、以下の特徴の１つ以上を含み得る。測定された物理量は
、光ファイバ・センサの回転、又は電流により生成され得る磁界であり得る。入
力光雑音成分を検出する第２の検出器は、光ファイバ・センサの入力部に結合さ
れ得て、又は光ファイバ・センサ入力光を生成する光源に直接結合され得る。電
子的プロセッサは、マルチチャネル・サンプル及びホールド装置と、前記光ファ
イバ・センサを通るセンサ入力光のセンサ時間遅延に実質的に対応する時間期間
だけ、サンプリングされた第２の雑音成分をサンプリングされたセンサ出力信号
に対して電子的に時間偏移（時間シフト）させる電子的遅延装置とを含み得る。
代替として、プロセッサは、センサ出力信号及び変調された雑音信号を周波数領
域に変換する、離散的フーリエ変換を実行するフーリエ変換プロセッサのような
、変換プロセッサを含み得る。スペクトル重み付け関数が、変換されたセンサ出
力信号及び第２の雑音成分に適用される。相対的振幅及び位相は、センサ出力信
号を第２の雑音成分と、測定信号が光ファイバ・センサにより生成されないスペ
クトル領域で比較することにより決定され得る。センサ出力信号及び／又は第２
の雑音成分の相対的利得は、例えば、センサ出力信号の雑音パワー及び第２の雑
音成分との比に等しい相対的利得補正を設定することにより調整され得る。
、光ファイバ・センサの回転、又は電流により生成され得る磁界であり得る。入
力光雑音成分を検出する第２の検出器は、光ファイバ・センサの入力部に結合さ
れ得て、又は光ファイバ・センサ入力光を生成する光源に直接結合され得る。電
子的プロセッサは、マルチチャネル・サンプル及びホールド装置と、前記光ファ
イバ・センサを通るセンサ入力光のセンサ時間遅延に実質的に対応する時間期間
だけ、サンプリングされた第２の雑音成分をサンプリングされたセンサ出力信号
に対して電子的に時間偏移（時間シフト）させる電子的遅延装置とを含み得る。
代替として、プロセッサは、センサ出力信号及び変調された雑音信号を周波数領
域に変換する、離散的フーリエ変換を実行するフーリエ変換プロセッサのような
、変換プロセッサを含み得る。スペクトル重み付け関数が、変換されたセンサ出
力信号及び第２の雑音成分に適用される。相対的振幅及び位相は、センサ出力信
号を第２の雑音成分と、測定信号が光ファイバ・センサにより生成されないスペ
クトル領域で比較することにより決定され得る。センサ出力信号及び／又は第２
の雑音成分の相対的利得は、例えば、センサ出力信号の雑音パワー及び第２の雑
音成分との比に等しい相対的利得補正を設定することにより調整され得る。
【００１４】
本発明の更なる特徴及び利点は、ある一定の実施形態の以下の説明及び特許請
求の範囲から明らかになるであろう。 添付の図面は本発明のある一定の例示的実施形態を示し、そこにおいて類似の
参照番号は類似の構成要素を示す。これらの図示された実施形態は、本発明の例
示として理解されるべきであり、決して制限するものではないと理解されるべき
である。
求の範囲から明らかになるであろう。 添付の図面は本発明のある一定の例示的実施形態を示し、そこにおいて類似の
参照番号は類似の構成要素を示す。これらの図示された実施形態は、本発明の例
示として理解されるべきであり、決して制限するものではないと理解されるべき
である。
【００１５】
［ある一定の例示的実施形態の詳細な説明］
本発明は、光ファイバ・センサにおける雑音、特にＲＩＮ雑音を低減する装置
及び方法を指向している。特に、本明細書に記載された雑音低減システム及び方
法は、追加のかさばる光ファイバ部品を必要とすることなくＲＩＮ雑音を低減す
ることができる。本出願の光ファイバ・センサは、光ファイバ・センサの出力信
号を測定するための第１の検出器と、センサの光路をまだ通っていないで光源の
シグネチャー（ｓｉｇｎａｔｕｒｅ）を表す第２の信号を測定するための第２の
検出器とを用いる。第２の信号は、第１の信号に対して電子的に遅延され、そし
てセンサ信号のレプリカ（ｒｅｐｌｉｃａ）により変調され、且つ適切な増幅後
に第１の信号から減算される。
及び方法を指向している。特に、本明細書に記載された雑音低減システム及び方
法は、追加のかさばる光ファイバ部品を必要とすることなくＲＩＮ雑音を低減す
ることができる。本出願の光ファイバ・センサは、光ファイバ・センサの出力信
号を測定するための第１の検出器と、センサの光路をまだ通っていないで光源の
シグネチャー（ｓｉｇｎａｔｕｒｅ）を表す第２の信号を測定するための第２の
検出器とを用いる。第２の信号は、第１の信号に対して電子的に遅延され、そし
てセンサ信号のレプリカ（ｒｅｐｌｉｃａ）により変調され、且つ適切な増幅後
に第１の信号から減算される。
【００１６】
最初に図１を参照すると、光ファイバ・センサ１０は光源１８を含み、該光源
１８は、スーパールミネセンス又は超蛍光を示す広いスペクトル・スーパールミ
ネセント源（ＳＬＳ）であり得る。なお、スーパールミネセンス又は超蛍光は、
レージング（ｌａｓｉｎｇ）・スレッショルド未満で、又は光共振器を使用する
ことなしに自然発生的光子の本質的に単光路増幅器として動作される高利得レー
ザ材料で観測されるようなものである。ＳＬＳの一例はスーパールミネセント・
ダイオード（ＳＬＤ）である。代替として、半導体ＳＬＳの温度安定性より向上
した温度安定性を有するスーパールミネセント・ファイバ源（ＳＦＳ）を用い得
る。更に、ＳＦＳでの使用可能なパワーはＳＬＤのそれより著しく高い。光源は
、偏光されても又は偏光されなくてもよい。
１８は、スーパールミネセンス又は超蛍光を示す広いスペクトル・スーパールミ
ネセント源（ＳＬＳ）であり得る。なお、スーパールミネセンス又は超蛍光は、
レージング（ｌａｓｉｎｇ）・スレッショルド未満で、又は光共振器を使用する
ことなしに自然発生的光子の本質的に単光路増幅器として動作される高利得レー
ザ材料で観測されるようなものである。ＳＬＳの一例はスーパールミネセント・
ダイオード（ＳＬＤ）である。代替として、半導体ＳＬＳの温度安定性より向上
した温度安定性を有するスーパールミネセント・ファイバ源（ＳＦＳ）を用い得
る。更に、ＳＦＳでの使用可能なパワーはＳＬＤのそれより著しく高い。光源は
、偏光されても又は偏光されなくてもよい。
【００１７】
ファイバ・コイル２２は単に光導波路構造を表し、一体型導波路構造のような
他の光導波路、例えば、適切な基板上に形成された薄膜導波路を、ファイバ・コ
イル２２の光ファイバの代わりに又はそれに加えて用い得ることが当業者により
認められるであろう。
他の光導波路、例えば、適切な基板上に形成された薄膜導波路を、ファイバ・コ
イル２２の光ファイバの代わりに又はそれに加えて用い得ることが当業者により
認められるであろう。
【００１８】
光源は、方向性結合器として組み込まれる入力結合器２０に結合される。入力
結合器２０から出てくる光の第１の部分は、第１の偏光子２８（例えば、Ｄｙｏ
ｔｔへの米国特許Ｎｏ．５，７３９，９４４に記載されているタイプのファイバ
偏光子）を介して、光ファイバ・センサのコイルのようなファイバ・コイル２２
に送られる。なお、ファイバ・コイル２２は、５〜６メートルから５〜６キロメ
ートルの長さを有し、そして偏光保持ファイバ又は従来の単一モード・ファイバ
から構成されてよい。ファイバ・コイル２２の出力信号は、第１の検出器２４（
これは従来のｐ−ｎ又はアバランシェ光検出器であってよい。）により検出され
、そしてマルチチャネル・ディジタル・スコープ２９、又は電気入力信号を時間
分解する（ｔｉｍｅ−ｒｅｓｏｌｖｉｎｇ）ことができる別の適切な信号プロセ
ッサの第１の入力チャネル１２に入力される。
結合器２０から出てくる光の第１の部分は、第１の偏光子２８（例えば、Ｄｙｏ
ｔｔへの米国特許Ｎｏ．５，７３９，９４４に記載されているタイプのファイバ
偏光子）を介して、光ファイバ・センサのコイルのようなファイバ・コイル２２
に送られる。なお、ファイバ・コイル２２は、５〜６メートルから５〜６キロメ
ートルの長さを有し、そして偏光保持ファイバ又は従来の単一モード・ファイバ
から構成されてよい。ファイバ・コイル２２の出力信号は、第１の検出器２４（
これは従来のｐ−ｎ又はアバランシェ光検出器であってよい。）により検出され
、そしてマルチチャネル・ディジタル・スコープ２９、又は電気入力信号を時間
分解する（ｔｉｍｅ−ｒｅｓｏｌｖｉｎｇ）ことができる別の適切な信号プロセ
ッサの第１の入力チャネル１２に入力される。
【００１９】
入力結合器２０から出る光の第２の部分は、第１の偏光子２８の偏光軸に対し
て実質的に平行な偏光軸を有する第２の偏光子２６を介して送られ、そして第２
の検出器３４により検出される。偏光子２６及び２８は、ファイバ偏光子又は偏
光ファイバ（ｐｏｌａｒｉｚｉｎｇ ｆｉｂｅｒ）として、あるいは上記光部品
の１つ以上を組み込んだ一体型光学回路で実現され得る。偏光子２６及び２８は
、各光路で同じ偏光を選択する。第２の検出器３４により検出された信号は、マ
ルチチャネル・ディジタル・スコープ２９の第２の入力チャネル１４に入力され
る。入力チャネルはまた、当該技術の光源１８で既知であるように、可変利得増
幅器を含んでもよい。
て実質的に平行な偏光軸を有する第２の偏光子２６を介して送られ、そして第２
の検出器３４により検出される。偏光子２６及び２８は、ファイバ偏光子又は偏
光ファイバ（ｐｏｌａｒｉｚｉｎｇ ｆｉｂｅｒ）として、あるいは上記光部品
の１つ以上を組み込んだ一体型光学回路で実現され得る。偏光子２６及び２８は
、各光路で同じ偏光を選択する。第２の検出器３４により検出された信号は、マ
ルチチャネル・ディジタル・スコープ２９の第２の入力チャネル１４に入力され
る。入力チャネルはまた、当該技術の光源１８で既知であるように、可変利得増
幅器を含んでもよい。
【００２０】
ここで、図２Ａ〜図２Ｃを参照すると、検出器３４の自己共分散が図２Ａに示
され、そして検出器２４の自己共分散が図２Ｂに示されている。図２Ｂは、遅延
された信号、即ちファイバ・コイル２２を通る信号の自己共分散を表す。試験は
、光源１８としてＳＬＤを用いて行われ、ほぼ２０マイクロワットの検出パワー
を、検出器２４及び３４のそれぞれで生じた。この例において、マルチチャネル
・ディジタル・スコープ２９の入力チャネル１２及び１４の増幅は、表示された
信号同士が等しい振幅を有するように調整される。
され、そして検出器２４の自己共分散が図２Ｂに示されている。図２Ｂは、遅延
された信号、即ちファイバ・コイル２２を通る信号の自己共分散を表す。試験は
、光源１８としてＳＬＤを用いて行われ、ほぼ２０マイクロワットの検出パワー
を、検出器２４及び３４のそれぞれで生じた。この例において、マルチチャネル
・ディジタル・スコープ２９の入力チャネル１２及び１４の増幅は、表示された
信号同士が等しい振幅を有するように調整される。
【００２１】
図２Ｃは、入力チャネル１２での増幅された入力信号と入力チャネル１４での
増幅された入力信号との間の交差共分散（ｃｒｏｓｓ−ｃｏｖａｉａｎｃｅ）を
示す。両方のチャネルに存在する信号は、６サンプリング単位（ｓａｍｐｌｉｎ
ｇ ｕｎｉｔｓ）（遅れ（ｌａｇｓ））だけ遅延されたとき最大の交差共分散を
有する。なお、６サンプリング単位は、用いられた例示的サンプリング速度で、
ほぼ１．２マイクロ秒に等しく、それは、ほぼ例示的な２００メートルの光ファ
イバ・コイルにおける予想される伝搬遅延に等しい。従って、我々は、ＲＩＮ雑
音がＰＭファイバ・コイルを歪みなしに通過すると、及びディジタル遅延がＲＩ
Ｎを減算することに効果的であると結論付けることができる。
増幅された入力信号との間の交差共分散（ｃｒｏｓｓ−ｃｏｖａｉａｎｃｅ）を
示す。両方のチャネルに存在する信号は、６サンプリング単位（ｓａｍｐｌｉｎ
ｇ ｕｎｉｔｓ）（遅れ（ｌａｇｓ））だけ遅延されたとき最大の交差共分散を
有する。なお、６サンプリング単位は、用いられた例示的サンプリング速度で、
ほぼ１．２マイクロ秒に等しく、それは、ほぼ例示的な２００メートルの光ファ
イバ・コイルにおける予想される伝搬遅延に等しい。従って、我々は、ＲＩＮ雑
音がＰＭファイバ・コイルを歪みなしに通過すると、及びディジタル遅延がＲＩ
Ｎを減算することに効果的であると結論付けることができる。
【００２２】
２つの個別の信号は、ＲＩＮに加えて、真にランダムであり且つその２つのチ
ャネル間で相関付けされる筈がない熱及びショット雑音を含むので、交差共分散
の最大値は、その２つの個別の信号のどちらよりも小さい。達成される相殺の有
効性は、２つのチャネルの位相及び振幅の整合の質に依存するであろう。
ャネル間で相関付けされる筈がない熱及びショット雑音を含むので、交差共分散
の最大値は、その２つの個別の信号のどちらよりも小さい。達成される相殺の有
効性は、２つのチャネルの位相及び振幅の整合の質に依存するであろう。
【００２３】
図３は、検出器３４を用いて測定された遅延した信号を、検出器２４を用いて
測定されたファイバ・コイル２２の出力信号と相関付けて、ＲＩＮ雑音を低減す
る有効性を示す。図２Ａに示された自己共分散を与えた直接波形は、図２Ａに示
された自己共分散を与えた図２Ｂの遅延した波形から減算され、そしてその残り
のパワーは遅延（遅れ）の関数として計算された。その結果が図３に示されてい
る。最小パワーは、１．２マイクロ秒に等しい約６の遅れで観測され、それは、
例示的な２００メートルのファイバ・コイルに対して予測した時間遅延と一致す
る。直接波形及び遅延した波形はＲＩＮ雑音が相殺されないときインコヒーレン
トに足されるので、ＲＩＮ雑音の達成された低減は、実際には最大パワーの半分
におけるパワー・レベルと比較されるべきである。このことに基づいて、雑音の
ほぼ５０パーセントが相殺された。検出器／増幅器２４、１２及び３４、１４の
それぞれの伝達関数同士間に一層良好な整合を与えることにより、ＲＩＮ雑音の
相殺を更に改善することができるであろう。もし光源のパワーが増大される場合
、ＲＩＮに寄与可能な総合雑音の割合は増大するであろうし、そしてこの技術に
より雑音を低減させる全体能力は増強されるであろう。図２及び図３に示された
実験結果は、光がファイバ・コイル２２を通った後で検出された信号から時間遅
延されたソース基準信号を減算することにより、ＲＩＮ雑音が実質的に低減され
ることができることを示している。この発明の概念に基づいて、ＲＩＮ雑音を低
減する装置の様々な実施形態が図４から図１０に図示されている。
測定されたファイバ・コイル２２の出力信号と相関付けて、ＲＩＮ雑音を低減す
る有効性を示す。図２Ａに示された自己共分散を与えた直接波形は、図２Ａに示
された自己共分散を与えた図２Ｂの遅延した波形から減算され、そしてその残り
のパワーは遅延（遅れ）の関数として計算された。その結果が図３に示されてい
る。最小パワーは、１．２マイクロ秒に等しい約６の遅れで観測され、それは、
例示的な２００メートルのファイバ・コイルに対して予測した時間遅延と一致す
る。直接波形及び遅延した波形はＲＩＮ雑音が相殺されないときインコヒーレン
トに足されるので、ＲＩＮ雑音の達成された低減は、実際には最大パワーの半分
におけるパワー・レベルと比較されるべきである。このことに基づいて、雑音の
ほぼ５０パーセントが相殺された。検出器／増幅器２４、１２及び３４、１４の
それぞれの伝達関数同士間に一層良好な整合を与えることにより、ＲＩＮ雑音の
相殺を更に改善することができるであろう。もし光源のパワーが増大される場合
、ＲＩＮに寄与可能な総合雑音の割合は増大するであろうし、そしてこの技術に
より雑音を低減させる全体能力は増強されるであろう。図２及び図３に示された
実験結果は、光がファイバ・コイル２２を通った後で検出された信号から時間遅
延されたソース基準信号を減算することにより、ＲＩＮ雑音が実質的に低減され
ることができることを示している。この発明の概念に基づいて、ＲＩＮ雑音を低
減する装置の様々な実施形態が図４から図１０に図示されている。
【００２４】
ここで図４を参照すると、第１の実施形態において、光源１８からの光は、入
力結合器２０に結合され、該入力結合器２０から出る光の第１の部分は、第１の
偏光子２８を介して第２の結合器２３に送られ、該第２の結合器２３は、反対方
向に円偏波された２つの反対方向伝搬光ビームをファイバ・コイル２２のそれぞ
れの端部の中へ放つ。これらの反対方向伝搬光ビームの位相は、それぞれの反対
方向伝搬光ビームがファイバ・コイルにそれぞれのコイル端部で入るとき、位相
変調器２５により変調される。検出器３２は、ファイバ結合器２０の戻りタップ
に結合され、そしてファイバ結合器２３で組み合わされた反対方向伝搬光ビーム
の干渉により生成された干渉光の光学的パワーを測定する。干渉光は、所望のジ
ャイロ信号に加えて、とりわけ、ＲＩＮ雑音を含む。
力結合器２０に結合され、該入力結合器２０から出る光の第１の部分は、第１の
偏光子２８を介して第２の結合器２３に送られ、該第２の結合器２３は、反対方
向に円偏波された２つの反対方向伝搬光ビームをファイバ・コイル２２のそれぞ
れの端部の中へ放つ。これらの反対方向伝搬光ビームの位相は、それぞれの反対
方向伝搬光ビームがファイバ・コイルにそれぞれのコイル端部で入るとき、位相
変調器２５により変調される。検出器３２は、ファイバ結合器２０の戻りタップ
に結合され、そしてファイバ結合器２３で組み合わされた反対方向伝搬光ビーム
の干渉により生成された干渉光の光学的パワーを測定する。干渉光は、所望のジ
ャイロ信号に加えて、とりわけ、ＲＩＮ雑音を含む。
【００２５】
入力結合器２０のまだ使用していないタップから出る光の第２の部分は、第１
の偏光子２８の偏光軸に実質的に平行な偏光軸を有する第２の偏光子２６を通っ
て送られ、そして第２の検出器３４により検出される。この光の検出された第２
の部分３５は、ＲＩＮ雑音並びに前述した他のインコヒーレント雑音源を表す。
他の雑音源はここでの議論には含まれない。ＲＩＮ（光源雑音）サンプルは、そ
の帯域幅が検出器の帯域幅より大きい遅延装置４０で遅延され、それによりその
時間遅延は、本質的に、雑音の相殺が希望され且つジャイロ信号が存在する帯域
幅にわたり一定である。遅延装置４０は、アナログ遅延線であってもよく、又は
シフト・レジスタ又はコンピュータ・メモリ・バッファでディジタルに実現され
てもよい。次いで、ＲＩＮ雑音サンプルは、乗算器３６において、光検出器３２
に戻された信号の波形３７により乗算される。ジャイロ波形はまた、ＤＣブロッ
ク４４を通されて、減算処理の前にジャイロ信号のＤＣ成分を排除することがで
きる。次いで、修正されたＲＩＮ雑音サンプルは、減算器３８において光ファイ
バ・センサ信号から減算される。しかしながら、ジャイロ信号はこれまで修正さ
れなくて、そして当該技術で既知の様々な従来の開又は閉ループ処理方法により
処理されることができる。相殺の程度を向上させるため、２つの信号経路の利得
は、ジャイロの光学的回路における損失を考慮して、一致させるべきである。一
般的に、これは、ジャイロ信号を含まない周波数範囲内の雑音パワー同士を比較
し、次いでその２つのチャネルにおける雑音パワー同士を増幅器３２及び３４の
利得を調整することにより等しいように設定することにより行うことができる。
その信号の位相情報も必要とされる場合、その比較を交差スペクトルとして行う
ことができるであろう。次いで、低減したＲＩＮ成分を有するその結果生じた時
間依存波形は更に、例えば、復調器又はディジタル信号プロセッサ４６において
、ＲＩＮ相殺を受けなかった光ファイバ・センサ信号のそれと同じ要領で処理さ
れることができる。
の偏光子２８の偏光軸に実質的に平行な偏光軸を有する第２の偏光子２６を通っ
て送られ、そして第２の検出器３４により検出される。この光の検出された第２
の部分３５は、ＲＩＮ雑音並びに前述した他のインコヒーレント雑音源を表す。
他の雑音源はここでの議論には含まれない。ＲＩＮ（光源雑音）サンプルは、そ
の帯域幅が検出器の帯域幅より大きい遅延装置４０で遅延され、それによりその
時間遅延は、本質的に、雑音の相殺が希望され且つジャイロ信号が存在する帯域
幅にわたり一定である。遅延装置４０は、アナログ遅延線であってもよく、又は
シフト・レジスタ又はコンピュータ・メモリ・バッファでディジタルに実現され
てもよい。次いで、ＲＩＮ雑音サンプルは、乗算器３６において、光検出器３２
に戻された信号の波形３７により乗算される。ジャイロ波形はまた、ＤＣブロッ
ク４４を通されて、減算処理の前にジャイロ信号のＤＣ成分を排除することがで
きる。次いで、修正されたＲＩＮ雑音サンプルは、減算器３８において光ファイ
バ・センサ信号から減算される。しかしながら、ジャイロ信号はこれまで修正さ
れなくて、そして当該技術で既知の様々な従来の開又は閉ループ処理方法により
処理されることができる。相殺の程度を向上させるため、２つの信号経路の利得
は、ジャイロの光学的回路における損失を考慮して、一致させるべきである。一
般的に、これは、ジャイロ信号を含まない周波数範囲内の雑音パワー同士を比較
し、次いでその２つのチャネルにおける雑音パワー同士を増幅器３２及び３４の
利得を調整することにより等しいように設定することにより行うことができる。
その信号の位相情報も必要とされる場合、その比較を交差スペクトルとして行う
ことができるであろう。次いで、低減したＲＩＮ成分を有するその結果生じた時
間依存波形は更に、例えば、復調器又はディジタル信号プロセッサ４６において
、ＲＩＮ相殺を受けなかった光ファイバ・センサ信号のそれと同じ要領で処理さ
れることができる。
【００２６】
図５に図示された第２の実施形態においては、前述の動作は、ディジタル信号
処理技術を用いて実行される。光ファイバ・センサ検出器３２の出力でのジャイ
ロ信号、及び検出器３４でのＲＩＮ雑音サンプル信号の両方は、ここでは、例え
ば、Ａ／Ｄ変換器を含み得るマルチチャネル・サンプル・アンド・ホールド（Ｓ
／Ｈ）増幅器５０により、同時にサンプリングされる。サンプリング速度は、有
効なナイキスト・レート・サンプルが検出器の全帯域幅に対して得られるように
選定される。同じサンプリング速度での非同時サンプリングにより導入される誤
差はまた、高いサンプリング速度を選択することにより最小にすることができる
。信号は、離散的サンプル間隔、例えば、５ＭＨｚのサンプリング周波数に対応
する０．２マイクロ秒でサンプリングされる。検出器３４で検出されたＲＩＮ雑
音のサンプルは、光ファイバ・センサを通らず、従ってそれは、各サンプリング
点で、光ファイバ・センサ信号３２の雑音内容より早い時間での雑音を表す。な
お、光ファイバ・センサ信号３２は、光ファイバ・センサでの物理的時間遅延に
等しい時間偏移を有する。次いで、サンプリングされたジャイロ信号及びＲＩＮ
雑音は、信号処理装置５２で処理され、それはここで詳細に説明されるであろう
。
処理技術を用いて実行される。光ファイバ・センサ検出器３２の出力でのジャイ
ロ信号、及び検出器３４でのＲＩＮ雑音サンプル信号の両方は、ここでは、例え
ば、Ａ／Ｄ変換器を含み得るマルチチャネル・サンプル・アンド・ホールド（Ｓ
／Ｈ）増幅器５０により、同時にサンプリングされる。サンプリング速度は、有
効なナイキスト・レート・サンプルが検出器の全帯域幅に対して得られるように
選定される。同じサンプリング速度での非同時サンプリングにより導入される誤
差はまた、高いサンプリング速度を選択することにより最小にすることができる
。信号は、離散的サンプル間隔、例えば、５ＭＨｚのサンプリング周波数に対応
する０．２マイクロ秒でサンプリングされる。検出器３４で検出されたＲＩＮ雑
音のサンプルは、光ファイバ・センサを通らず、従ってそれは、各サンプリング
点で、光ファイバ・センサ信号３２の雑音内容より早い時間での雑音を表す。な
お、光ファイバ・センサ信号３２は、光ファイバ・センサでの物理的時間遅延に
等しい時間偏移を有する。次いで、サンプリングされたジャイロ信号及びＲＩＮ
雑音は、信号処理装置５２で処理され、それはここで詳細に説明されるであろう
。
【００２７】
ここで図６から図８を参照すると、ＲＩＮ雑音サンプルの時間遅延、振幅及び
位相調整を与えて、ＲＩＮ雑音をジャイロ信号から減算して、ＲＩＮを低減した
ジャイロ信号を生成する信号処理装置５２の３つの実施形態が示されている。信
号処理装置５２の第１の実施形態５２ａが図６に図示されている。遅延されてい
ないＲＩＮサンプルは、ディジタル遅延装置５４において、ジャイロ・データに
対して或る整数個のディジタル・サンプル時間だけ遅延され、それによりサンプ
リングされたＲＩＮ雑音の遅延は、実質的に光ファイバ・センサ信号により受け
た遅延に等しくなる。ジャイロ・コイルにおける光の時間遅延が或る整数個のサ
ンプル時間に等しい場合、２つの信号は正確に整列される。しかしながら、ＲＩ
Ｎサンプルがサンプル時間のゆっくり変化する関数であるので、ＲＩＮ雑音は、
たとえ時間遅延が或る整数個のサンプル時間に等しくなくても、相変わらず実質
的に低減される。ディジタル遅延装置５４は、環状バッファとして実現され得る
が、しかしシフト・レジスタのような他の手段もまた用い得る。次いで、遅延さ
れたＲＩＮ雑音信号の振幅は、そして所望の場合にはその位相も、可変利得増幅
器５６ａで調整され、そして増幅され且つ位相偏移された信号は、乗算器５８ａ
においてジャイロ信号と乗算される。次いで、乗算器５８ａの出力信号は、減算
器６０においてジャイロ信号から減算され、所望のＲＩＮ低減したジャイロ信号
を生成する。
位相調整を与えて、ＲＩＮ雑音をジャイロ信号から減算して、ＲＩＮを低減した
ジャイロ信号を生成する信号処理装置５２の３つの実施形態が示されている。信
号処理装置５２の第１の実施形態５２ａが図６に図示されている。遅延されてい
ないＲＩＮサンプルは、ディジタル遅延装置５４において、ジャイロ・データに
対して或る整数個のディジタル・サンプル時間だけ遅延され、それによりサンプ
リングされたＲＩＮ雑音の遅延は、実質的に光ファイバ・センサ信号により受け
た遅延に等しくなる。ジャイロ・コイルにおける光の時間遅延が或る整数個のサ
ンプル時間に等しい場合、２つの信号は正確に整列される。しかしながら、ＲＩ
Ｎサンプルがサンプル時間のゆっくり変化する関数であるので、ＲＩＮ雑音は、
たとえ時間遅延が或る整数個のサンプル時間に等しくなくても、相変わらず実質
的に低減される。ディジタル遅延装置５４は、環状バッファとして実現され得る
が、しかしシフト・レジスタのような他の手段もまた用い得る。次いで、遅延さ
れたＲＩＮ雑音信号の振幅は、そして所望の場合にはその位相も、可変利得増幅
器５６ａで調整され、そして増幅され且つ位相偏移された信号は、乗算器５８ａ
においてジャイロ信号と乗算される。次いで、乗算器５８ａの出力信号は、減算
器６０においてジャイロ信号から減算され、所望のＲＩＮ低減したジャイロ信号
を生成する。
【００２８】
図７に図示された別の実施形態においては、遅延されたＲＩＮサンプル・デー
タは、振幅（及び位相）が可変利得増幅器５６ｂで調整される前に、最初に、乗
算器５８ｂにおいてジャイロ信号と乗算される。次いで、前のように、可変利得
増幅器５６ｂの出力信号は、減算器６０においてジャイロ信号から減算され、所
望のＲＩＮ低減したジャイロ信号を生成する。
タは、振幅（及び位相）が可変利得増幅器５６ｂで調整される前に、最初に、乗
算器５８ｂにおいてジャイロ信号と乗算される。次いで、前のように、可変利得
増幅器５６ｂの出力信号は、減算器６０においてジャイロ信号から減算され、所
望のＲＩＮ低減したジャイロ信号を生成する。
【００２９】
ここで図８を参照すると、アナログ信号は、図４及び図８に示されるように、
ＤＣブロック４４によりＡＣ結合増幅器を介して頻繁に処理され、その場合アナ
ログ信号即ちジャイロ信号のＤＣ成分が失われる。正しい雑音成分の振幅は、Ｄ
Ｃ成分にＲＩＮ雑音信号を乗算することにより復元することができる。これは、
例えば、サニャック干渉計に対する標準方程式（ｓｔａｎｄａｒｄ ｅｑｕａｔ
ｉｏｎ）における変調の深さ（ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｄｅｐｔｈ）及び回転速
度を用いて、ジャイロ信号の他のスペクトル成分に対するジャイロ信号のＤＣ成
分の大きさを決定することにより行うことができる。そのプロセスは次のように
動作する。即ち、図７の実施形態におけるように、遅延されたＲＩＮサンプル・
データは、最初に乗算器５８ｂにおいてジャイロ信号と乗算される。更に、前述
した要領で適切にスケーリングされたＤＣ成分ｋＪ０は、乗算器５９において、
遅延されたＲＩＮ雑音と乗算され、そして加算器６２において、乗算器５８ｂか
ら導出された出力信号に加えられる。加算器６２の出力信号の振幅（及び位相）
は、可変利得増幅器５６ｂで調整され、そして減算器６０においてジャイロ信号
から減算され、所望のＲＩＮ低減したジャイロ信号を生成する。
ＤＣブロック４４によりＡＣ結合増幅器を介して頻繁に処理され、その場合アナ
ログ信号即ちジャイロ信号のＤＣ成分が失われる。正しい雑音成分の振幅は、Ｄ
Ｃ成分にＲＩＮ雑音信号を乗算することにより復元することができる。これは、
例えば、サニャック干渉計に対する標準方程式（ｓｔａｎｄａｒｄ ｅｑｕａｔ
ｉｏｎ）における変調の深さ（ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｄｅｐｔｈ）及び回転速
度を用いて、ジャイロ信号の他のスペクトル成分に対するジャイロ信号のＤＣ成
分の大きさを決定することにより行うことができる。そのプロセスは次のように
動作する。即ち、図７の実施形態におけるように、遅延されたＲＩＮサンプル・
データは、最初に乗算器５８ｂにおいてジャイロ信号と乗算される。更に、前述
した要領で適切にスケーリングされたＤＣ成分ｋＪ０は、乗算器５９において、
遅延されたＲＩＮ雑音と乗算され、そして加算器６２において、乗算器５８ｂか
ら導出された出力信号に加えられる。加算器６２の出力信号の振幅（及び位相）
は、可変利得増幅器５６ｂで調整され、そして減算器６０においてジャイロ信号
から減算され、所望のＲＩＮ低減したジャイロ信号を生成する。
【００３０】
雑音は、最初に時間遅延され、次いでセンサ出力信号により変調されるのが好
ましい。それは、さもなければ、減算された信号の中の変調された雑音は、正し
い時間関係を持たないからである。しかしながら、２つの動作は、復調が開ルー
プ・ジャイロのような狭帯域で行われる場合顕著な誤差を生成することなしに交
換可能であり得る。この場合、検出器の帯域幅は小さく、そして変調する信号の
基本周波数のみが復調される。
ましい。それは、さもなければ、減算された信号の中の変調された雑音は、正し
い時間関係を持たないからである。しかしながら、２つの動作は、復調が開ルー
プ・ジャイロのような狭帯域で行われる場合顕著な誤差を生成することなしに交
換可能であり得る。この場合、検出器の帯域幅は小さく、そして変調する信号の
基本周波数のみが復調される。
【００３１】
その結果生じるＲＩＮを低減したジャイロ信号は、当該技術で既知である標準
の開又は閉ループ処理方法のいずれかにより処理することができる。増幅器５６
ａ及び５６ｂの利得は、ジャイロ信号を含まない周波数範囲内の雑音パワー同士
を比較し且つこの周波数範囲内の雑音パワー同士を等しいように設定することに
より調整され得る。
の開又は閉ループ処理方法のいずれかにより処理することができる。増幅器５６
ａ及び５６ｂの利得は、ジャイロ信号を含まない周波数範囲内の雑音パワー同士
を比較し且つこの周波数範囲内の雑音パワー同士を等しいように設定することに
より調整され得る。
【００３２】
タイミングが正しい状態にあるために、コイルの長さは、サンプリング時間間
隔と整合する長さに制限され、それは変調周波数の関数である。これは、通常は
著しい制約ではなく、そしてある実行においては、変調周波数は特定の要求され
たコイル長を補償するため変えることができるであろう。この条件を厳密に満足
させることができない場合、時間誤差自体が検出器の電子的帯域幅の逆数と比較
して小さいならば性能の劣化は小さい。
隔と整合する長さに制限され、それは変調周波数の関数である。これは、通常は
著しい制約ではなく、そしてある実行においては、変調周波数は特定の要求され
たコイル長を補償するため変えることができるであろう。この条件を厳密に満足
させることができない場合、時間誤差自体が検出器の電子的帯域幅の逆数と比較
して小さいならば性能の劣化は小さい。
【００３３】
図９に図示された別の実施形態に従って、光ファイバ構成要素は、光ファイバ
・センサ信号及びＲＩＮ雑音サンプルが時間領域の代わりに周波数領域で処理さ
れることを除いて、図４の第１の実施形態のやり方と同じやり方で配置される。
検出された光ファイバ・センサ（ジャイロ）信号３２は、例えば、離散的フーリ
エ変換（ＤＦＴ）７２を用いてフーリエ変換されて、そのスペクトル内容を抽出
する。検出されたＲＩＮ雑音サンプル３４は、乗算器７５において、前述したよ
うに、光ファイバ・センサ信号により乗算され、次いで、例えば、光ファイバ・
センサ信号３２と似た要領で、離散的フーリエ変換（ＤＦＴ）８３を用いてフー
リエ変換される。光ファイバ・センサの検出帯域幅内のＲＩＮ雑音のみが信号対
雑音比に悪影響を与えるので、変調周波数に対応する周波数のみを計算する必要
がある。ＲＩＮ雑音信号の信号スペクトル・ビンに関する結果は、可変利得増幅
器８６において振幅及び位相について調整される。なお、周波数領域における位
相偏移は、前述の時間領域における時間偏移に対応する。次いで、周波数領域に
おけるその結果生じたＲＩＮ雑音信号は、フーリエ変換（ＤＦＴ）７２の出力で
導出された対応光ファイバ・センサ信号（相変わらず複素形式である。）から減
算器７８で減算される。その結果は更に、例えば、ディジタル信号プロセッサ９
０で、ＲＩＮ相殺を受けなかった光ファイバ・センサ信号の要領と同一の要領で
処理されることができる。例えば、ＲＩＮを低減したジャイロ信号を表すディジ
タル信号プロセッサ９０の出力は、帯域幅を低減するため積分され、又は振幅及
び符号へ変換され得る。
・センサ信号及びＲＩＮ雑音サンプルが時間領域の代わりに周波数領域で処理さ
れることを除いて、図４の第１の実施形態のやり方と同じやり方で配置される。
検出された光ファイバ・センサ（ジャイロ）信号３２は、例えば、離散的フーリ
エ変換（ＤＦＴ）７２を用いてフーリエ変換されて、そのスペクトル内容を抽出
する。検出されたＲＩＮ雑音サンプル３４は、乗算器７５において、前述したよ
うに、光ファイバ・センサ信号により乗算され、次いで、例えば、光ファイバ・
センサ信号３２と似た要領で、離散的フーリエ変換（ＤＦＴ）８３を用いてフー
リエ変換される。光ファイバ・センサの検出帯域幅内のＲＩＮ雑音のみが信号対
雑音比に悪影響を与えるので、変調周波数に対応する周波数のみを計算する必要
がある。ＲＩＮ雑音信号の信号スペクトル・ビンに関する結果は、可変利得増幅
器８６において振幅及び位相について調整される。なお、周波数領域における位
相偏移は、前述の時間領域における時間偏移に対応する。次いで、周波数領域に
おけるその結果生じたＲＩＮ雑音信号は、フーリエ変換（ＤＦＴ）７２の出力で
導出された対応光ファイバ・センサ信号（相変わらず複素形式である。）から減
算器７８で減算される。その結果は更に、例えば、ディジタル信号プロセッサ９
０で、ＲＩＮ相殺を受けなかった光ファイバ・センサ信号の要領と同一の要領で
処理されることができる。例えば、ＲＩＮを低減したジャイロ信号を表すディジ
タル信号プロセッサ９０の出力は、帯域幅を低減するため積分され、又は振幅及
び符号へ変換され得る。
【００３４】
ＲＩＮ雑音に対する適切な振幅及び位相補正は、多くの方法で決定することが
できる。一つのアプローチでは、ＤＦＴは、予想される光ファイバ・センサ信号
が存在しないスペクトル領域において光ファイバ・センサ信号及びＲＩＮ信号の
両方について実行される。換言すれば、それは、開ループの実行においては、変
調周波数に等しくなく且つその変調周波数の倍数にも等しくない周波数で実行さ
れる。スペクトル重み付け関数がそれぞれの信号に適用され、光ファイバ・セン
サ信号のスペクトル漏れ（ｓｐｅｃｔｒａｌ ｌｅａｋａｇｅ）を雑音チャネル
の中に抑圧し得ることが有利である。信号チャネルの少なくとも１つに適用され
た利得補正は２つのチャネルの雑音パワー同士の比に等しいのに対して、位相補
正は雑音サンプル同士間の位相差の負量である。この解析においては、雑音のＲ
ＩＮ成分が熱及びショット雑音のような他の雑音成分より十分大きいことが仮定
されている。たとえＲＩＮ成分が支配的雑音寄与分でなくても、他の雑音源のラ
ンダムな性質は、比較のための平均時間が増大するにつれ、それら他の雑音源の
ランダムな性質はそれらの影響力を低減するであろう。
できる。一つのアプローチでは、ＤＦＴは、予想される光ファイバ・センサ信号
が存在しないスペクトル領域において光ファイバ・センサ信号及びＲＩＮ信号の
両方について実行される。換言すれば、それは、開ループの実行においては、変
調周波数に等しくなく且つその変調周波数の倍数にも等しくない周波数で実行さ
れる。スペクトル重み付け関数がそれぞれの信号に適用され、光ファイバ・セン
サ信号のスペクトル漏れ（ｓｐｅｃｔｒａｌ ｌｅａｋａｇｅ）を雑音チャネル
の中に抑圧し得ることが有利である。信号チャネルの少なくとも１つに適用され
た利得補正は２つのチャネルの雑音パワー同士の比に等しいのに対して、位相補
正は雑音サンプル同士間の位相差の負量である。この解析においては、雑音のＲ
ＩＮ成分が熱及びショット雑音のような他の雑音成分より十分大きいことが仮定
されている。たとえＲＩＮ成分が支配的雑音寄与分でなくても、他の雑音源のラ
ンダムな性質は、比較のための平均時間が増大するにつれ、それら他の雑音源の
ランダムな性質はそれらの影響力を低減するであろう。
【００３５】
図１０に図示された更に別の実施形態に従って、光ファイバの構成要素は、Ｒ
ＩＮサンプル信号が例えば光出力パワーをモニタするため多くの場合組み込まれ
る検出器（図示せず）により光源又はレーザ１８の後部ファセットでサンプリン
グされることを除いて、図４の第１の実施形態のやり方と同じやり方で配置され
る。この構成は、レーザ光が偏光される応用に最良に適している。しかしながら
、レーザ光、並びに偏光子を通過した光が偏光されそうにないので、ＲＩＮにつ
いての潜在的改善はレーザ光源の偏光により制限される。しかしながら、レーザ
光自体が偏光されない場合、追加の偏光子２０及び２６を用い得る。
ＩＮサンプル信号が例えば光出力パワーをモニタするため多くの場合組み込まれ
る検出器（図示せず）により光源又はレーザ１８の後部ファセットでサンプリン
グされることを除いて、図４の第１の実施形態のやり方と同じやり方で配置され
る。この構成は、レーザ光が偏光される応用に最良に適している。しかしながら
、レーザ光、並びに偏光子を通過した光が偏光されそうにないので、ＲＩＮにつ
いての潜在的改善はレーザ光源の偏光により制限される。しかしながら、レーザ
光自体が偏光されない場合、追加の偏光子２０及び２６を用い得る。
【００３６】
本発明が図示されそして詳細に説明された好適な実施形態と関係して開示され
たが、それについての様々な修正及び改良が当業者に容易に明らかになるであろ
う。例えば、同じ雑音低減概念がまた、連続的ループのように又は反射形偏光形
態で実行され得るサニャック効果に基づいて干渉型光ファイバ磁界及び／又は電
流センサに適用されることができる。電流センサにおいては、λ／４波長板が光
源とファイバ・コイルとの間に挿入され、反対の円偏波方向を持つ反対方向に伝
搬する光ビームを生成する。これらのセンサは、信号処理が類似しているので、
干渉型光ファイバの光ファイバ・ジャイロと同じやり方で解析されることができ
る。
たが、それについての様々な修正及び改良が当業者に容易に明らかになるであろ
う。例えば、同じ雑音低減概念がまた、連続的ループのように又は反射形偏光形
態で実行され得るサニャック効果に基づいて干渉型光ファイバ磁界及び／又は電
流センサに適用されることができる。電流センサにおいては、λ／４波長板が光
源とファイバ・コイルとの間に挿入され、反対の円偏波方向を持つ反対方向に伝
搬する光ビームを生成する。これらのセンサは、信号処理が類似しているので、
干渉型光ファイバの光ファイバ・ジャイロと同じやり方で解析されることができ
る。
【００３７】
更に、光ファイバ・センサはファイバとして実現される必要はないが、しかし
基板上に形成され得る及び／又は基板と一体に形成され得る光導波路から作って
もよい。 従って、本発明の趣旨及び範囲は特許請求の範囲によってのみ制限されるべき
である。
基板上に形成され得る及び／又は基板と一体に形成され得る光導波路から作って
もよい。 従って、本発明の趣旨及び範囲は特許請求の範囲によってのみ制限されるべき
である。
【図１】
図１は、遅延されていない信号及びファイバ・コイルにより遅延された信号を
測定する実験的設定である。
測定する実験的設定である。
【図２】
図２は、図１の遅延された信号及び遅延されてない信号及び相関された信号を
示す。
示す。
【図３】
図３は、図１の遅延された信号と遅延されてない信号との差信号を示す。
【図４】
図４は、本発明に従った光ファイバ・センサ・システムの第１の実施形態を示
す。
す。
【図５】
図５は、本発明に従った光ファイバ・センサ・システムの第２の実施形態を示
す。
す。
【図６】
図６は、図５の信号処理回路の第１の実施形態を示す。
【図７】
図７は、図５の信号処理回路の第２の実施形態を示す。
【図８】
図８は、図５の信号処理回路の第３の実施形態を示す。
【図９】
図９は、本発明に従った光ファイバ・センサ・システムの第３の実施形態を示
す。
す。
【図１０】
図１０は、本発明に従った光ファイバ・センサ・システムの第４の実施形態を
示す。
示す。
【図１１】
図１１は、従来技術の電流センサを示す。
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１３年１２月２１日（２００１．１２．２１）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の名称】 光ファイバ・センサにおける電子的ＲＩＮ低減装置及び方法
【特許請求の範囲】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
［発明の分野］
本発明は、光ファイバ・センサに関し、特に、磁界を測定する光ファイバ・ジ
ャイロスコープ及び光ファイバ・センサに関する。
ャイロスコープ及び光ファイバ・センサに関する。
【０００２】
［発明の背景］
光ファイバ・センサを用いて、対象物の回転（光ファイバ・ジャイロスコープ
と称される。）、センサの近傍の電流から生じる磁界（光ファイバ電流センサと
称される。）のような様々な物理的量を測定することができる。そのような光フ
ァイバ・センサは、典型的には、スレッショルド以下で動作するレーザ、スーパ
ールミネセント・ダイオード（ＳＬＤ）又はファイバ・スーパールミネセント源
のような広帯域源に結合された光ファイバ部、広帯域源により放出された光放射
をファイバ、好ましくはファイバ・コイルに結合するための結合器、少なくとも
１つの偏光子及び少なくとも１つの位相変調器、及びファイバを通る（ｔｒａｖ
ｅｒｓｅ）光信号同士間の位相偏移又は偏光差を検出する検出器を含む。光信号
同士間の位相又は偏光偏移は、例えば、ファイバ・コイルの回転により、又は磁
界により導入され得る。用語「光ファイバ・センサ及びジャイロ」は、光ファイ
バ・ジャイロスコープ及び光ファイバ電流センサの両方を言うため交換可能に用
いられるであろう。
と称される。）、センサの近傍の電流から生じる磁界（光ファイバ電流センサと
称される。）のような様々な物理的量を測定することができる。そのような光フ
ァイバ・センサは、典型的には、スレッショルド以下で動作するレーザ、スーパ
ールミネセント・ダイオード（ＳＬＤ）又はファイバ・スーパールミネセント源
のような広帯域源に結合された光ファイバ部、広帯域源により放出された光放射
をファイバ、好ましくはファイバ・コイルに結合するための結合器、少なくとも
１つの偏光子及び少なくとも１つの位相変調器、及びファイバを通る（ｔｒａｖ
ｅｒｓｅ）光信号同士間の位相偏移又は偏光差を検出する検出器を含む。光信号
同士間の位相又は偏光偏移は、例えば、ファイバ・コイルの回転により、又は磁
界により導入され得る。用語「光ファイバ・センサ及びジャイロ」は、光ファイ
バ・ジャイロスコープ及び光ファイバ電流センサの両方を言うため交換可能に用
いられるであろう。
【０００３】
光ファイバ・センサの電気的出力信号は、様々なソース（源）から生じる雑音
成分を含む。例えばＩＥＥＥ標準５２８、慣性センサ技術（本明細書に援用され
ている。）に定義されるように角度ランダム・ウォーク（ＡＲＷ）として現れる
傾向を有する出力雑音は、雑音成分の起源に依存する、光検出器入力での光パワ
ーに関する様々な関数依存性を有する。例えば、光検出器電子機器におけるトラ
ンスインピーダンス増幅器フィードバック抵抗で発生する熱雑音は、光パワーと
は独立である。検出器電流の量子化性質と関連したショット雑音は、光パワーの
平方根に比例するように示されることができ、一方、その有限の帯域幅に起因し
た光源の光に固有であり且つ光検出器上に衝突し且つフリッカ雑音（１／ｆ）で
ある相対強度雑音（ＲＩＮ）は、光パワーに比例する。ＲＩＮ及びフリッカ雑音
は、光パワーに関する同じ関数依存性を有するので、用語「ＲＩＮ」は以降ＲＩ
Ｎ及びフリッカ雑音の両方を意味する。
成分を含む。例えばＩＥＥＥ標準５２８、慣性センサ技術（本明細書に援用され
ている。）に定義されるように角度ランダム・ウォーク（ＡＲＷ）として現れる
傾向を有する出力雑音は、雑音成分の起源に依存する、光検出器入力での光パワ
ーに関する様々な関数依存性を有する。例えば、光検出器電子機器におけるトラ
ンスインピーダンス増幅器フィードバック抵抗で発生する熱雑音は、光パワーと
は独立である。検出器電流の量子化性質と関連したショット雑音は、光パワーの
平方根に比例するように示されることができ、一方、その有限の帯域幅に起因し
た光源の光に固有であり且つ光検出器上に衝突し且つフリッカ雑音（１／ｆ）で
ある相対強度雑音（ＲＩＮ）は、光パワーに比例する。ＲＩＮ及びフリッカ雑音
は、光パワーに関する同じ関数依存性を有するので、用語「ＲＩＮ」は以降ＲＩ
Ｎ及びフリッカ雑音の両方を意味する。
【０００４】
ソース・パワーが増大されるので、ＲＩＮは、光ファイバ・センサ・システム
の雑音に関連した性能を向上させ続けさせるよりむしろ飽和させる。ＲＩＮを軽
減することができない場合、それを超えた更なる実際的改善が可能であるパワー
・レベルが存在する。例えば、ＥＤＦＳ（エルビウムをドープされたファイバ源
）は、その高い光パワー及び波長の安定性に起因して、多くの場合高性能光ファ
イバ・センサの当然の選定と考えられるが、そのＥＤＦＳは、高いＲＩＮを有す
る傾向がある。他方、スーパールミネセント・ダイオード（ＳＬＤ）は、そのよ
り大きな帯域幅に起因して一層低いＲＩＮを有する傾向があるが、しかしパワー
及び寿命における制限という難点があり、その実用性を制限している。
の雑音に関連した性能を向上させ続けさせるよりむしろ飽和させる。ＲＩＮを軽
減することができない場合、それを超えた更なる実際的改善が可能であるパワー
・レベルが存在する。例えば、ＥＤＦＳ（エルビウムをドープされたファイバ源
）は、その高い光パワー及び波長の安定性に起因して、多くの場合高性能光ファ
イバ・センサの当然の選定と考えられるが、そのＥＤＦＳは、高いＲＩＮを有す
る傾向がある。他方、スーパールミネセント・ダイオード（ＳＬＤ）は、そのよ
り大きな帯域幅に起因して一層低いＲＩＮを有する傾向があるが、しかしパワー
及び寿命における制限という難点があり、その実用性を制限している。
【０００５】
米国特許Ｎｏ．５，３３１，４０４に記載され、そして図１１に図示されてい
る一つのアプローチにおいて、光ファイバ・センサにおけるＲＩＮは、光源１９
により放出された光の一部を、光ファイバ・センサ５のファイバ２２と実質的に
同じ長さを有する「ダミー」ファイバ３０の中に結合することにより、低減され
る。次いで、検出器３４により「ダミー」ファイバ３０の一つの端部で検出され
た出力信号は、乗算器３６において、検出器３２により検出された光ファイバ・
センサ５の信号出力のレプリカにより変調され、そして減算器３８において、チ
ャネル利得の適切な調整を有するＡＣ結合増幅器４０、４２を通った後で検出器
３２により検出された光ファイバ・センサ５の出力信号から減算される。換言す
ると、このケースにおける「ダミー」ファイバ３０は、光ファイバ・センサ５を
通る光が受ける時間遅延と整合するためのアナログ時間遅延線として動作する。
しかしながら、このアプローチは、光ファイバ・センサ・コイルとほぼ同じ長さ
のファイバの第２のコイルを必要とする。
る一つのアプローチにおいて、光ファイバ・センサにおけるＲＩＮは、光源１９
により放出された光の一部を、光ファイバ・センサ５のファイバ２２と実質的に
同じ長さを有する「ダミー」ファイバ３０の中に結合することにより、低減され
る。次いで、検出器３４により「ダミー」ファイバ３０の一つの端部で検出され
た出力信号は、乗算器３６において、検出器３２により検出された光ファイバ・
センサ５の信号出力のレプリカにより変調され、そして減算器３８において、チ
ャネル利得の適切な調整を有するＡＣ結合増幅器４０、４２を通った後で検出器
３２により検出された光ファイバ・センサ５の出力信号から減算される。換言す
ると、このケースにおける「ダミー」ファイバ３０は、光ファイバ・センサ５を
通る光が受ける時間遅延と整合するためのアナログ時間遅延線として動作する。
しかしながら、このアプローチは、光ファイバ・センサ・コイルとほぼ同じ長さ
のファイバの第２のコイルを必要とする。
【０００６】
米国特許Ｎｏ．５，６５５，０３５に開示された別のアプローチにおいては、
２つの光ファイバ・センサは、同じ光源により励起されることができるが、しか
し複数の感度軸は直径の対向方向に指向されている。検出された出力が加えられ
、それによりＲＩＮを減算する。なお、ＲＩＮが共通源で生じるので、ＲＩＮは
両方のチャネルに対して共通である。このアプローチは、光ファイバ・センサの
光部品総数（光源を除く。）を２倍にし、それは高価で且つ嵩がかさばる。
２つの光ファイバ・センサは、同じ光源により励起されることができるが、しか
し複数の感度軸は直径の対向方向に指向されている。検出された出力が加えられ
、それによりＲＩＮを減算する。なお、ＲＩＮが共通源で生じるので、ＲＩＮは
両方のチャネルに対して共通である。このアプローチは、光ファイバ・センサの
光部品総数（光源を除く。）を２倍にし、それは高価で且つ嵩がかさばる。
【０００７】
従って、ＲＩＮ雑音成分を排除又は少なくとも低減しながら、同時に重さ及び
複雑さを加えない光ファイバ・センサを設けることが望ましいであろう。
複雑さを加えない光ファイバ・センサを設けることが望ましいであろう。
【０００８】
［本発明の概要］
本発明は、光ファイバ・センサ内の雑音、特にＲＩＮ雑音を低減する装置及び
方法を指向する。
方法を指向する。
【０００９】
本発明の一局面によれば、低減した雑音を有する光ファイバ信号を生成する光
ファイバ・センサ・システムは、センサ入力光を受け取り且つ且つ物理量を測定
するよう適合された光ファイバ・センサを含む。光ファイバ・センサは、上記物
理量及び第１の雑音成分に対応するセンサ出力信号を生成し、該センサ出力信号
は第１の検出器により検出される。第２の検出器は、第２の雑音成分に対応する
センサ入力光を検出する。電子的プロセッサは、第１及び第２の検出器に結合さ
れ、そして時間遅延された第２の雑音成分にセンサ出力信号を乗算する乗算器と
、センサ出力信号及び乗算された第２の雑音成分を周波数領域に変換する少なく
とも１つの変換プロセッサとを含む。電子的プロセッサは更に、周波数領域にお
ける変換された乗算した第２の雑音成分を変換されたセンサ出力信号に対して位
相偏移させることにより、光ファイバ・センサを通るセンサ入力光の時間遅延に
実質的に対応する電子的時間遅延を変換された乗算した第２の雑音成分に与える
遅延回路を含む。電子的プロセッサは更に減算器を含み、該減算器は、変換され
乗算され時間遅延された第２の雑音成分をセンサ出力信号から減算して、低減し
た雑音を有する光ファイバ・センサ信号を生成する。
ファイバ・センサ・システムは、センサ入力光を受け取り且つ且つ物理量を測定
するよう適合された光ファイバ・センサを含む。光ファイバ・センサは、上記物
理量及び第１の雑音成分に対応するセンサ出力信号を生成し、該センサ出力信号
は第１の検出器により検出される。第２の検出器は、第２の雑音成分に対応する
センサ入力光を検出する。電子的プロセッサは、第１及び第２の検出器に結合さ
れ、そして時間遅延された第２の雑音成分にセンサ出力信号を乗算する乗算器と
、センサ出力信号及び乗算された第２の雑音成分を周波数領域に変換する少なく
とも１つの変換プロセッサとを含む。電子的プロセッサは更に、周波数領域にお
ける変換された乗算した第２の雑音成分を変換されたセンサ出力信号に対して位
相偏移させることにより、光ファイバ・センサを通るセンサ入力光の時間遅延に
実質的に対応する電子的時間遅延を変換された乗算した第２の雑音成分に与える
遅延回路を含む。電子的プロセッサは更に減算器を含み、該減算器は、変換され
乗算され時間遅延された第２の雑音成分をセンサ出力信号から減算して、低減し
た雑音を有する光ファイバ・センサ信号を生成する。
【００１０】
本発明の別の局面によれば、低減した雑音を有する測定信号を光ファイバ・セ
ンサから生成する方法が提供される。その方法は、測定信号及び第１の雑音成分
を含むセンサ出力信号を測定するステップと、第２の雑音成分を表す光ファイバ
・センサ入力光の入力光雑音成分を測定するステップとを含む。第２の雑音成分
は電子的に時間遅延される。なお、その時間遅延は、光ファイバ・センサを通る
センサ入力光のセンサ時間遅延に実質的に対応する。次いで、時間遅延された第
２の雑音成分は、センサ出力信号と乗算され、そしてその乗算された第２の雑音
成分は、センサ出力信号から減算され、低減した雑音測定信号を生成する。
ンサから生成する方法が提供される。その方法は、測定信号及び第１の雑音成分
を含むセンサ出力信号を測定するステップと、第２の雑音成分を表す光ファイバ
・センサ入力光の入力光雑音成分を測定するステップとを含む。第２の雑音成分
は電子的に時間遅延される。なお、その時間遅延は、光ファイバ・センサを通る
センサ入力光のセンサ時間遅延に実質的に対応する。次いで、時間遅延された第
２の雑音成分は、センサ出力信号と乗算され、そしてその乗算された第２の雑音
成分は、センサ出力信号から減算され、低減した雑音測定信号を生成する。
【００１１】
本発明の更に別の局面によれば、低減した雑音を有する測定信号を光ファイバ
・センサから生成する方法が提供される。その方法は、測定信号及び第１の雑音
成分を含むセンサ出力信号を測定するステップと、第２の雑音成分を表す光ファ
イバ・センサ入力光の入力光雑音成分を測定するステップとを含む。第２の雑音
成分はセンサ信号と乗算され、そしてセンサ出力信号及び乗算された第２の雑音
成分は周波数領域に変換される。変換された乗算した雑音信号の振幅及び任意に
位相は、相対的位相偏移がセンサ時間遅延に対応するように、変換されたセンサ
出力信号のそれぞれの振幅及び位相に関して調整される。乗算された第２の雑音
成分は、センサ出力信号から減算され、低減した雑音測定信号を生成する。
・センサから生成する方法が提供される。その方法は、測定信号及び第１の雑音
成分を含むセンサ出力信号を測定するステップと、第２の雑音成分を表す光ファ
イバ・センサ入力光の入力光雑音成分を測定するステップとを含む。第２の雑音
成分はセンサ信号と乗算され、そしてセンサ出力信号及び乗算された第２の雑音
成分は周波数領域に変換される。変換された乗算した雑音信号の振幅及び任意に
位相は、相対的位相偏移がセンサ時間遅延に対応するように、変換されたセンサ
出力信号のそれぞれの振幅及び位相に関して調整される。乗算された第２の雑音
成分は、センサ出力信号から減算され、低減した雑音測定信号を生成する。
【００１２】
本発明のまた別の局面によれば、低減した雑音を有するセンサ信号を生成する
光センサ・システムは、センサ入力光を生成する光源と、センサ入力光を受け取
り且つ物理量を測定するよう適合された光センサとを含み、該光センサは、物理
量及び第１の雑音成分を有するセンサ出力信号を生成する。第１の検出器は、セ
ンサ出力信号を検出し、一方、第２の検出器は、第２の雑音成分を有するセンサ
入力光を検出する。電子的プロセッサは、第１及び第２の検出器に結合され、そ
して第２の雑音成分をセンサ出力信号に対して電子的に時間遅延し、その電子的
時間遅延は、実質的に、光センサを通るセンサ入力光の時間遅延に対応する。プ
ロセッサは、前記センサ出力信号を乗算された時間遅延した第２の雑音成分の関
数である変調された信号をセンサ出力信号から減算して、低減した雑音を有する
センサ信号を生成する。
光センサ・システムは、センサ入力光を生成する光源と、センサ入力光を受け取
り且つ物理量を測定するよう適合された光センサとを含み、該光センサは、物理
量及び第１の雑音成分を有するセンサ出力信号を生成する。第１の検出器は、セ
ンサ出力信号を検出し、一方、第２の検出器は、第２の雑音成分を有するセンサ
入力光を検出する。電子的プロセッサは、第１及び第２の検出器に結合され、そ
して第２の雑音成分をセンサ出力信号に対して電子的に時間遅延し、その電子的
時間遅延は、実質的に、光センサを通るセンサ入力光の時間遅延に対応する。プ
ロセッサは、前記センサ出力信号を乗算された時間遅延した第２の雑音成分の関
数である変調された信号をセンサ出力信号から減算して、低減した雑音を有する
センサ信号を生成する。
【００１３】
本発明の実施形態は、以下の特徴の１つ以上を含み得る。光センサは、光ファ
イバ・センサであってよい。測定された物理量は、光ファイバ・センサの回転、
又は電流により生成され得る磁界であり得る。入力光雑音成分を検出する第２の
検出器は、光ファイバ・センサの入力部に結合され得て、又は光ファイバ・セン
サ入力光を生成する光源に直接結合され得る。電子的プロセッサは、マルチチャ
ネル・サンプル及びホールド装置と、前記光ファイバ・センサを通るセンサ入力
光のセンサ時間遅延に実質的に対応する時間期間だけ、サンプリングされた第２
の雑音成分をサンプリングされたセンサ出力信号に対して電子的に時間偏移（時
間シフト）させる電子的遅延装置とを含み得る。変換プロセッサを有する電子的
プロセッサは、前記の変換された乗算した第２の雑音成分の振幅及び位相を調整
する増幅器を含み得る。変換プロセッサは、離散的フーリエ変換を実行するフー
リエ変換プロセッサであり得る。スペクトル重み付け関数が、変換されたセンサ
出力信号及び第２の雑音成分に適用される。相対的振幅及び位相は、センサ出力
信号を第２の雑音成分と、測定信号が光ファイバ・センサにより生成されないス
ペクトル領域で比較することにより決定され得る。センサ出力信号及び／又は第
２の雑音成分の相対的利得は、例えば、センサ出力信号の雑音パワー及び第２の
雑音成分との比に等しい相対的利得補正を設定することにより調整され得る。
イバ・センサであってよい。測定された物理量は、光ファイバ・センサの回転、
又は電流により生成され得る磁界であり得る。入力光雑音成分を検出する第２の
検出器は、光ファイバ・センサの入力部に結合され得て、又は光ファイバ・セン
サ入力光を生成する光源に直接結合され得る。電子的プロセッサは、マルチチャ
ネル・サンプル及びホールド装置と、前記光ファイバ・センサを通るセンサ入力
光のセンサ時間遅延に実質的に対応する時間期間だけ、サンプリングされた第２
の雑音成分をサンプリングされたセンサ出力信号に対して電子的に時間偏移（時
間シフト）させる電子的遅延装置とを含み得る。変換プロセッサを有する電子的
プロセッサは、前記の変換された乗算した第２の雑音成分の振幅及び位相を調整
する増幅器を含み得る。変換プロセッサは、離散的フーリエ変換を実行するフー
リエ変換プロセッサであり得る。スペクトル重み付け関数が、変換されたセンサ
出力信号及び第２の雑音成分に適用される。相対的振幅及び位相は、センサ出力
信号を第２の雑音成分と、測定信号が光ファイバ・センサにより生成されないス
ペクトル領域で比較することにより決定され得る。センサ出力信号及び／又は第
２の雑音成分の相対的利得は、例えば、センサ出力信号の雑音パワー及び第２の
雑音成分との比に等しい相対的利得補正を設定することにより調整され得る。
【００１４】
本発明の更なる特徴及び利点は、ある一定の実施形態の以下の説明及び特許請
求の範囲から明らかになるであろう。 添付の図面は本発明のある一定の例示的実施形態を示し、そこにおいて類似の
参照番号は類似の構成要素を示す。これらの図示された実施形態は、本発明の例
示として理解されるべきであり、決して制限するものではないと理解されるべき
である。
求の範囲から明らかになるであろう。 添付の図面は本発明のある一定の例示的実施形態を示し、そこにおいて類似の
参照番号は類似の構成要素を示す。これらの図示された実施形態は、本発明の例
示として理解されるべきであり、決して制限するものではないと理解されるべき
である。
【００１５】
［ある一定の例示的実施形態の詳細な説明］
本発明は、光ファイバ・センサにおける雑音、特にＲＩＮ雑音を低減する装置
及び方法を指向している。特に、本明細書に記載された雑音低減システム及び方
法は、追加のかさばる光ファイバ部品を必要とすることなくＲＩＮ雑音を低減す
ることができる。本出願の光ファイバ・センサは、光ファイバ・センサの出力信
号を測定するための第１の検出器と、センサの光路をまだ通っていないで光源の
シグネチャー（ｓｉｇｎａｔｕｒｅ）を表す第２の信号を測定するための第２の
検出器とを用いる。第２の信号は、第１の信号に対して電子的に遅延され、そし
てセンサ信号のレプリカ（ｒｅｐｌｉｃａ）により変調され、且つ適切な増幅後
に第１の信号から減算される。
及び方法を指向している。特に、本明細書に記載された雑音低減システム及び方
法は、追加のかさばる光ファイバ部品を必要とすることなくＲＩＮ雑音を低減す
ることができる。本出願の光ファイバ・センサは、光ファイバ・センサの出力信
号を測定するための第１の検出器と、センサの光路をまだ通っていないで光源の
シグネチャー（ｓｉｇｎａｔｕｒｅ）を表す第２の信号を測定するための第２の
検出器とを用いる。第２の信号は、第１の信号に対して電子的に遅延され、そし
てセンサ信号のレプリカ（ｒｅｐｌｉｃａ）により変調され、且つ適切な増幅後
に第１の信号から減算される。
【００１６】
最初に図１を参照すると、光ファイバ・センサ１０は光源１８を含み、該光源
１８は、スーパールミネセンス又は超蛍光を示す広いスペクトル・スーパールミ
ネセント源（ＳＬＳ）であり得る。なお、スーパールミネセンス又は超蛍光は、
レージング（ｌａｓｉｎｇ）・スレッショルド未満で、又は光共振器を使用する
ことなしに自然発生的光子の本質的に単光路増幅器（複数）として動作される高
利得レーザ材料で観測されるようなものである。ＳＬＳの一例はスーパールミネ
セント・ダイオード（ＳＬＤ）である。代替として、半導体ＳＬＳより向上した
温度安定性を有するスーパールミネセント・ファイバ源（ＳＦＳ）を用い得る。
更に、ＳＦＳでの使用可能なパワーはＳＬＤのそれより著しく高い。光源１８は
、偏光されても又は偏光されなくてもよい。
１８は、スーパールミネセンス又は超蛍光を示す広いスペクトル・スーパールミ
ネセント源（ＳＬＳ）であり得る。なお、スーパールミネセンス又は超蛍光は、
レージング（ｌａｓｉｎｇ）・スレッショルド未満で、又は光共振器を使用する
ことなしに自然発生的光子の本質的に単光路増幅器（複数）として動作される高
利得レーザ材料で観測されるようなものである。ＳＬＳの一例はスーパールミネ
セント・ダイオード（ＳＬＤ）である。代替として、半導体ＳＬＳより向上した
温度安定性を有するスーパールミネセント・ファイバ源（ＳＦＳ）を用い得る。
更に、ＳＦＳでの使用可能なパワーはＳＬＤのそれより著しく高い。光源１８は
、偏光されても又は偏光されなくてもよい。
【００１７】
光源１８は、方向性結合器として組み込まれる入力結合器２０に結合される。
入力結合器２０から出てくる光の第１の部分は、第１の偏光子２８（例えば、Ｄ
ｙｏｔｔへの米国特許Ｎｏ．５，７３９，９４４に記載されているタイプのファ
イバ偏光子）を介して、光ファイバ・センサのコイルのようなファイバ・コイル
２２に送られる。なお、ファイバ・コイル２２は、５〜６メートルから５〜６キ
ロメートルの長さを有し、そして偏光保持ファイバ又は従来の単一モード・ファ
イバから構成されてよい。ファイバ・コイル２２は単に光導波路構造を表し、一
体型導波路構造のような他の光導波路、例えば、適切な基板上に形成された薄膜
導波路を、ファイバ・コイル２２の光ファイバの代わりに又はそれに加えて用い
得ることが当業者により認められるであろう。ファイバ・コイル２２の出力信号
は、第１の検出器２４（これは従来のｐ−ｎ又はアバランシェ光検出器であって
よい。）により検出され、そしてマルチチャネル・ディジタル・スコープ２９、
又は電気入力信号を時間分解する（ｔｉｍｅ−ｒｅｓｏｌｖｉｎｇ）ことができ
る別の適切な信号プロセッサの第１の入力チャネル１２に入力される。
入力結合器２０から出てくる光の第１の部分は、第１の偏光子２８（例えば、Ｄ
ｙｏｔｔへの米国特許Ｎｏ．５，７３９，９４４に記載されているタイプのファ
イバ偏光子）を介して、光ファイバ・センサのコイルのようなファイバ・コイル
２２に送られる。なお、ファイバ・コイル２２は、５〜６メートルから５〜６キ
ロメートルの長さを有し、そして偏光保持ファイバ又は従来の単一モード・ファ
イバから構成されてよい。ファイバ・コイル２２は単に光導波路構造を表し、一
体型導波路構造のような他の光導波路、例えば、適切な基板上に形成された薄膜
導波路を、ファイバ・コイル２２の光ファイバの代わりに又はそれに加えて用い
得ることが当業者により認められるであろう。ファイバ・コイル２２の出力信号
は、第１の検出器２４（これは従来のｐ−ｎ又はアバランシェ光検出器であって
よい。）により検出され、そしてマルチチャネル・ディジタル・スコープ２９、
又は電気入力信号を時間分解する（ｔｉｍｅ−ｒｅｓｏｌｖｉｎｇ）ことができ
る別の適切な信号プロセッサの第１の入力チャネル１２に入力される。
【００１８】
入力結合器２０から出る光の第２の部分は、第１の偏光子２８の偏光軸に対し
て実質的に平行な偏光軸を有する第２の偏光子２６を介して送られ、そして第２
の検出器３４により検出される。偏光子２６及び２８は、ファイバ偏光子又は偏
光ファイバ（ｐｏｌａｒｉｚｉｎｇ ｆｉｂｅｒ）として、あるいは上記光部品
の１つ以上を組み込んだ一体型光学回路で実現され得る。偏光子２６及び２８は
、各光路で同じ偏光を選択する。第２の検出器３４により検出された信号は、マ
ルチチャネル・ディジタル・スコープ２９の第２の入力チャネル１４に入力され
る。入力チャネルはまた、当該技術で知られているように、可変利得増幅器を含
んでもよい。
て実質的に平行な偏光軸を有する第２の偏光子２６を介して送られ、そして第２
の検出器３４により検出される。偏光子２６及び２８は、ファイバ偏光子又は偏
光ファイバ（ｐｏｌａｒｉｚｉｎｇ ｆｉｂｅｒ）として、あるいは上記光部品
の１つ以上を組み込んだ一体型光学回路で実現され得る。偏光子２６及び２８は
、各光路で同じ偏光を選択する。第２の検出器３４により検出された信号は、マ
ルチチャネル・ディジタル・スコープ２９の第２の入力チャネル１４に入力され
る。入力チャネルはまた、当該技術で知られているように、可変利得増幅器を含
んでもよい。
【００１９】
ここで、図２Ａ〜図２Ｃを参照すると、検出器３４の自己共分散が図２Ａに示
され、そして検出器２４の自己共分散が図２Ｂに示されている。図２Ｂは、遅延
された信号、即ちファイバ・コイル２２を通る信号の自己共分散を表す。試験は
、光源１８としてＳＬＤを用いて行われ、ほぼ２０マイクロワットの検出パワー
を、検出器２４及び３４のそれぞれで生じた。この例において、マルチチャネル
・ディジタル・スコープ２９の入力チャネル１２及び１４の増幅は、表示された
信号同士が等しい振幅を有するように調整される。
され、そして検出器２４の自己共分散が図２Ｂに示されている。図２Ｂは、遅延
された信号、即ちファイバ・コイル２２を通る信号の自己共分散を表す。試験は
、光源１８としてＳＬＤを用いて行われ、ほぼ２０マイクロワットの検出パワー
を、検出器２４及び３４のそれぞれで生じた。この例において、マルチチャネル
・ディジタル・スコープ２９の入力チャネル１２及び１４の増幅は、表示された
信号同士が等しい振幅を有するように調整される。
【００２０】
図２Ｃは、入力チャネル１２での増幅された入力信号と入力チャネル１４での
増幅された入力信号との間の交差共分散（ｃｒｏｓｓ−ｃｏｖａｉａｎｃｅ）を
示す。両方のチャネルに存在する信号は、６サンプリング単位（ｓａｍｐｌｉｎ
ｇ ｕｎｉｔｓ）（遅れ（ｌａｇｓ））だけ遅延されたとき最大の交差共分散を
有する。なお、６サンプリング単位は、用いられた例示的サンプリング速度で、
ほぼ１．２マイクロ秒に等しく、それは、ほぼ例示的な２００メートルの光ファ
イバ・コイル２２における予想される伝搬遅延に等しい。従って、我々は、ＲＩ
Ｎ雑音がＰＭファイバ・コイルを歪みなしに通過すると、及びディジタル遅延が
ＲＩＮを減算することに効果的であると結論付けることができる。
増幅された入力信号との間の交差共分散（ｃｒｏｓｓ−ｃｏｖａｉａｎｃｅ）を
示す。両方のチャネルに存在する信号は、６サンプリング単位（ｓａｍｐｌｉｎ
ｇ ｕｎｉｔｓ）（遅れ（ｌａｇｓ））だけ遅延されたとき最大の交差共分散を
有する。なお、６サンプリング単位は、用いられた例示的サンプリング速度で、
ほぼ１．２マイクロ秒に等しく、それは、ほぼ例示的な２００メートルの光ファ
イバ・コイル２２における予想される伝搬遅延に等しい。従って、我々は、ＲＩ
Ｎ雑音がＰＭファイバ・コイルを歪みなしに通過すると、及びディジタル遅延が
ＲＩＮを減算することに効果的であると結論付けることができる。
【００２１】
２つの個別の信号は、ＲＩＮに加えて、真にランダムであり且つその２つのチ
ャネル間で相関付けされる筈がない熱及びショット雑音を含むので、交差共分散
の最大値は、その２つの個別の信号のどちらよりも小さい。達成される相殺の有
効性は、２つのチャネルの位相及び振幅の整合の質に依存するであろう。
ャネル間で相関付けされる筈がない熱及びショット雑音を含むので、交差共分散
の最大値は、その２つの個別の信号のどちらよりも小さい。達成される相殺の有
効性は、２つのチャネルの位相及び振幅の整合の質に依存するであろう。
【００２２】
図３は、検出器３４を用いて測定された遅延した信号を、検出器２４を用いて
測定されたファイバ・コイル２２の出力信号と相関付けて、ＲＩＮ雑音を低減す
る有効性を示す。図２Ａに示された自己共分散を与えた直接波形は、図２Ｂに示
された自己共分散を与えた遅延した波形から減算され、そしてその残りのパワー
は遅延（遅れ）の関数として計算された。その結果が図３に示されている。最小
パワーは、１．２マイクロ秒に等しい約６の遅れで観測され、それは、例示的な
２００メートルのファイバ・コイル２２に対して予測した時間遅延と一致する。
直接波形及び遅延した波形はＲＩＮ雑音が相殺されないときインコヒーレントに
足されるので、ＲＩＮ雑音の達成された低減は、実際には最大パワーの半分にお
けるパワー・レベルと比較されるべきである。このことに基づいて、雑音のほぼ
５０パーセントが相殺された。検出器／増幅器２４、１２及び３４、１４のそれ
ぞれの伝達関数同士間に一層良好な整合を与えることにより、ＲＩＮ雑音の相殺
を更に改善することができるであろう。もし光源のパワーが増大される場合、Ｒ
ＩＮに寄与可能な総合雑音の割合は増大するであろうし、そしてこの技術により
雑音を低減させる全体能力は増強されるであろう。図２及び図３に示された実験
結果は、光がファイバ・コイル２２を通った後で検出された信号から時間遅延さ
れたソース基準信号を減算することにより、ＲＩＮ雑音が実質的に低減されるこ
とができることを示している。この発明の概念に基づいて、ＲＩＮ雑音を低減す
る装置の様々な実施形態が図４から図１０に図示されている。
測定されたファイバ・コイル２２の出力信号と相関付けて、ＲＩＮ雑音を低減す
る有効性を示す。図２Ａに示された自己共分散を与えた直接波形は、図２Ｂに示
された自己共分散を与えた遅延した波形から減算され、そしてその残りのパワー
は遅延（遅れ）の関数として計算された。その結果が図３に示されている。最小
パワーは、１．２マイクロ秒に等しい約６の遅れで観測され、それは、例示的な
２００メートルのファイバ・コイル２２に対して予測した時間遅延と一致する。
直接波形及び遅延した波形はＲＩＮ雑音が相殺されないときインコヒーレントに
足されるので、ＲＩＮ雑音の達成された低減は、実際には最大パワーの半分にお
けるパワー・レベルと比較されるべきである。このことに基づいて、雑音のほぼ
５０パーセントが相殺された。検出器／増幅器２４、１２及び３４、１４のそれ
ぞれの伝達関数同士間に一層良好な整合を与えることにより、ＲＩＮ雑音の相殺
を更に改善することができるであろう。もし光源のパワーが増大される場合、Ｒ
ＩＮに寄与可能な総合雑音の割合は増大するであろうし、そしてこの技術により
雑音を低減させる全体能力は増強されるであろう。図２及び図３に示された実験
結果は、光がファイバ・コイル２２を通った後で検出された信号から時間遅延さ
れたソース基準信号を減算することにより、ＲＩＮ雑音が実質的に低減されるこ
とができることを示している。この発明の概念に基づいて、ＲＩＮ雑音を低減す
る装置の様々な実施形態が図４から図１０に図示されている。
【００２３】
ここで図４を参照すると、第１の実施形態において、光源１８からの光は、入
力結合器２０に結合され、該入力結合器２０から出る光の第１の部分は、第１の
偏光子２８を介して第２の結合器２３に送られ、該第２の結合器２３は、反対方
向に円偏波された２つの反対方向伝搬光ビームをファイバ・コイル２２のそれぞ
れの端部の中へ放つ。これらの反対方向伝搬光ビームの位相は、それぞれの反対
方向伝搬光ビームがファイバ・コイルにそれぞれのコイル端部で入るとき、位相
変調器２５により変調される。検出器及び増幅器３２は、ファイバ結合器２０の
戻りタップに結合され、そしてファイバ結合器２３で組み合わされた反対方向伝
搬光ビームの干渉により生成された干渉光の光学的パワーを測定する。干渉光は
、所望のジャイロ信号に加えて、とりわけ、ＲＩＮ雑音を含む。
力結合器２０に結合され、該入力結合器２０から出る光の第１の部分は、第１の
偏光子２８を介して第２の結合器２３に送られ、該第２の結合器２３は、反対方
向に円偏波された２つの反対方向伝搬光ビームをファイバ・コイル２２のそれぞ
れの端部の中へ放つ。これらの反対方向伝搬光ビームの位相は、それぞれの反対
方向伝搬光ビームがファイバ・コイルにそれぞれのコイル端部で入るとき、位相
変調器２５により変調される。検出器及び増幅器３２は、ファイバ結合器２０の
戻りタップに結合され、そしてファイバ結合器２３で組み合わされた反対方向伝
搬光ビームの干渉により生成された干渉光の光学的パワーを測定する。干渉光は
、所望のジャイロ信号に加えて、とりわけ、ＲＩＮ雑音を含む。
【００２４】
入力結合器２０のまだ使用していないタップから出る光の第２の部分は、第１
の偏光子２８の偏光軸に実質的に平行な偏光軸を有する第２の偏光子２６を通っ
て送られ、そして第２の検出器及び増幅器３４により検出される。この光の検出
された第２の部分３５は、ＲＩＮ雑音並びに前述した他のインコヒーレント雑音
源を表す。他の雑音源はここでの議論には含まれない。ＲＩＮ（光源雑音）サン
プル３５は、その帯域幅が検出器の帯域幅より大きい遅延装置４１で遅延され、
それによりその時間遅延は、本質的に、雑音の相殺が希望され且つジャイロ信号
が存在する帯域幅にわたり一定である。遅延装置４１は、アナログ遅延線であっ
てもよく、又はシフト・レジスタ又はコンピュータ・メモリ・バッファでディジ
タルに実現されてもよい。次いで、ＲＩＮ雑音サンプル３５は、乗算器３６にお
いて、光検出器３２に戻された信号の波形３７により乗算される。ジャイロ波形
はまた、ＤＣブロック４４を通されて、減算処理の前にジャイロ信号のＤＣ成分
を排除することができる。次いで、乗算されたＲＩＮ雑音サンプル３５は、減算
器３８において光ファイバ・センサ信号から減算される。しかしながら、ジャイ
ロ信号はこれまで修正されなくて、そして当該技術で既知の様々な従来の開又は
閉ループ処理方法により処理されることができる。相殺の程度を向上させるため
、２つの信号経路の利得は、ジャイロの光学的回路における損失を考慮して、一
致させるべきである。一般的に、これは、ジャイロ信号を含まない周波数範囲内
の雑音パワー同士を比較し、次いでその２つのチャネルにおける雑音パワー同士
を検出器及び増幅器３２及び３４の利得を調整することにより等しいように設定
することにより行うことができる。その信号の位相情報も必要とされる場合、そ
の比較を交差スペクトルとして行うことができるであろう。次いで、低減したＲ
ＩＮ成分を有するその結果生じた時間依存波形は更に、例えば、復調器又はディ
ジタル信号プロセッサ４６において、ＲＩＮ相殺を受けなかった光ファイバ・セ
ンサ信号のそれと同じ要領で処理されることができる。
の偏光子２８の偏光軸に実質的に平行な偏光軸を有する第２の偏光子２６を通っ
て送られ、そして第２の検出器及び増幅器３４により検出される。この光の検出
された第２の部分３５は、ＲＩＮ雑音並びに前述した他のインコヒーレント雑音
源を表す。他の雑音源はここでの議論には含まれない。ＲＩＮ（光源雑音）サン
プル３５は、その帯域幅が検出器の帯域幅より大きい遅延装置４１で遅延され、
それによりその時間遅延は、本質的に、雑音の相殺が希望され且つジャイロ信号
が存在する帯域幅にわたり一定である。遅延装置４１は、アナログ遅延線であっ
てもよく、又はシフト・レジスタ又はコンピュータ・メモリ・バッファでディジ
タルに実現されてもよい。次いで、ＲＩＮ雑音サンプル３５は、乗算器３６にお
いて、光検出器３２に戻された信号の波形３７により乗算される。ジャイロ波形
はまた、ＤＣブロック４４を通されて、減算処理の前にジャイロ信号のＤＣ成分
を排除することができる。次いで、乗算されたＲＩＮ雑音サンプル３５は、減算
器３８において光ファイバ・センサ信号から減算される。しかしながら、ジャイ
ロ信号はこれまで修正されなくて、そして当該技術で既知の様々な従来の開又は
閉ループ処理方法により処理されることができる。相殺の程度を向上させるため
、２つの信号経路の利得は、ジャイロの光学的回路における損失を考慮して、一
致させるべきである。一般的に、これは、ジャイロ信号を含まない周波数範囲内
の雑音パワー同士を比較し、次いでその２つのチャネルにおける雑音パワー同士
を検出器及び増幅器３２及び３４の利得を調整することにより等しいように設定
することにより行うことができる。その信号の位相情報も必要とされる場合、そ
の比較を交差スペクトルとして行うことができるであろう。次いで、低減したＲ
ＩＮ成分を有するその結果生じた時間依存波形は更に、例えば、復調器又はディ
ジタル信号プロセッサ４６において、ＲＩＮ相殺を受けなかった光ファイバ・セ
ンサ信号のそれと同じ要領で処理されることができる。
【００２５】
図５に図示された第２の実施形態においては、前述の動作は、ディジタル信号
処理技術を用いて実行される。光ファイバ・センサ検出器３２の出力でのジャイ
ロ信号、及び検出器３４の出力でのＲＩＮ雑音サンプル信号の両方は、ここでは
、例えば、Ａ／Ｄ変換器を含み得るマルチチャネル・サンプル・アンド・ホール
ド（Ｓ／Ｈ）増幅器５０により、同時にサンプリングされる。サンプリング速度
は、有効なナイキスト・レート・サンプルが検出器の全帯域幅に対して得られる
ように選定される。同じサンプリング速度での非同時サンプリングにより導入さ
れる誤差はまた、高いサンプリング速度を選択することにより最小にすることが
できる。信号は、離散的サンプル間隔、例えば、５ＭＨｚのサンプリング周波数
に対応する０．２マイクロ秒でサンプリングされる。検出器３４で検出されたＲ
ＩＮ雑音のサンプル３５は、光ファイバ・センサを通らず、従ってそれは、各サ
ンプリング点で、検出器３２で検出された光ファイバ・センサ信号３７の雑音内
容より早い時間での雑音を表す。なお、光ファイバ・センサ信号３２は、光ファ
イバ・センサでの物理的時間遅延に等しい時間偏移を有する。次いで、サンプリ
ングされたジャイロ信号３７及びＲＩＮ雑音３５は、信号処理装置５２で処理さ
れ、それはここで詳細に説明されるであろう。
処理技術を用いて実行される。光ファイバ・センサ検出器３２の出力でのジャイ
ロ信号、及び検出器３４の出力でのＲＩＮ雑音サンプル信号の両方は、ここでは
、例えば、Ａ／Ｄ変換器を含み得るマルチチャネル・サンプル・アンド・ホール
ド（Ｓ／Ｈ）増幅器５０により、同時にサンプリングされる。サンプリング速度
は、有効なナイキスト・レート・サンプルが検出器の全帯域幅に対して得られる
ように選定される。同じサンプリング速度での非同時サンプリングにより導入さ
れる誤差はまた、高いサンプリング速度を選択することにより最小にすることが
できる。信号は、離散的サンプル間隔、例えば、５ＭＨｚのサンプリング周波数
に対応する０．２マイクロ秒でサンプリングされる。検出器３４で検出されたＲ
ＩＮ雑音のサンプル３５は、光ファイバ・センサを通らず、従ってそれは、各サ
ンプリング点で、検出器３２で検出された光ファイバ・センサ信号３７の雑音内
容より早い時間での雑音を表す。なお、光ファイバ・センサ信号３２は、光ファ
イバ・センサでの物理的時間遅延に等しい時間偏移を有する。次いで、サンプリ
ングされたジャイロ信号３７及びＲＩＮ雑音３５は、信号処理装置５２で処理さ
れ、それはここで詳細に説明されるであろう。
【００２６】
ここで図６から図８を参照すると、ＲＩＮ雑音サンプル３５の時間遅延、振幅
及び位相調整を与えて、ＲＩＮ雑音をジャイロ信号から減算して、ＲＩＮを低減
したジャイロ信号を生成する信号処理装置５２の３つの実施形態が示されている
。信号処理装置５２の第１の実施形態５２ａが図６に図示されている。遅延され
ていないＲＩＮサンプル３５は、ディジタル遅延装置５４において、ジャイロ・
データ３７に対して或る整数個のディジタル・サンプル時間だけ遅延され、それ
によりサンプリングされたＲＩＮ雑音３５の遅延は、実質的に光ファイバ・セン
サ信号３７により受けた遅延に等しくなる。ジャイロ・コイルにおける光の時間
遅延が或る整数個のサンプル時間に等しい場合、２つの信号は正確に整列される
。しかしながら、ＲＩＮサンプルがサンプル時間のゆっくり変化する関数である
ので、ＲＩＮ雑音は、たとえ時間遅延が或る整数個のサンプル時間に等しくなく
ても、相変わらず実質的に低減される。ディジタル遅延装置５４は、環状バッフ
ァとして実現され得るが、しかしシフト・レジスタのような他の手段もまた用い
得る。次いで、遅延されたＲＩＮ雑音信号３５の振幅は、そして所望の場合には
その位相も、可変利得増幅器５６ａで調整され、そして増幅され且つ位相偏移さ
れた信号は、乗算器５８ａにおいてジャイロ信号３７と乗算される。次いで、乗
算器５８ａの出力信号は、減算器６０においてジャイロ信号３７から減算され、
所望のＲＩＮ低減したジャイロ信号を生成する。
及び位相調整を与えて、ＲＩＮ雑音をジャイロ信号から減算して、ＲＩＮを低減
したジャイロ信号を生成する信号処理装置５２の３つの実施形態が示されている
。信号処理装置５２の第１の実施形態５２ａが図６に図示されている。遅延され
ていないＲＩＮサンプル３５は、ディジタル遅延装置５４において、ジャイロ・
データ３７に対して或る整数個のディジタル・サンプル時間だけ遅延され、それ
によりサンプリングされたＲＩＮ雑音３５の遅延は、実質的に光ファイバ・セン
サ信号３７により受けた遅延に等しくなる。ジャイロ・コイルにおける光の時間
遅延が或る整数個のサンプル時間に等しい場合、２つの信号は正確に整列される
。しかしながら、ＲＩＮサンプルがサンプル時間のゆっくり変化する関数である
ので、ＲＩＮ雑音は、たとえ時間遅延が或る整数個のサンプル時間に等しくなく
ても、相変わらず実質的に低減される。ディジタル遅延装置５４は、環状バッフ
ァとして実現され得るが、しかしシフト・レジスタのような他の手段もまた用い
得る。次いで、遅延されたＲＩＮ雑音信号３５の振幅は、そして所望の場合には
その位相も、可変利得増幅器５６ａで調整され、そして増幅され且つ位相偏移さ
れた信号は、乗算器５８ａにおいてジャイロ信号３７と乗算される。次いで、乗
算器５８ａの出力信号は、減算器６０においてジャイロ信号３７から減算され、
所望のＲＩＮ低減したジャイロ信号を生成する。
【００２７】
図７に図示された別の実施形態５２ｂにおいては、遅延されたＲＩＮサンプル
・データ３５は、振幅（及び位相）が可変利得増幅器５６ｂで調整される前に、
最初に、乗算器５８ｂにおいてジャイロ信号３７と乗算される。次いで、可変利
得増幅器５６ｂの出力信号は、減算器６０においてジャイロ信号３７から減算さ
れ、所望のＲＩＮ低減したジャイロ信号を生成する。
・データ３５は、振幅（及び位相）が可変利得増幅器５６ｂで調整される前に、
最初に、乗算器５８ｂにおいてジャイロ信号３７と乗算される。次いで、可変利
得増幅器５６ｂの出力信号は、減算器６０においてジャイロ信号３７から減算さ
れ、所望のＲＩＮ低減したジャイロ信号を生成する。
【００２８】
ここで図８を参照すると、アナログ信号は、図４及び図８に示されるように、
ＤＣブロック４４によりＡＣ結合増幅器を介して頻繁に処理され、その場合アナ
ログ信号即ちジャイロ信号３７のＤＣ成分が失われる。正しい雑音成分の振幅は
、ＤＣ成分にＲＩＮ雑音信号３５を乗算することにより復元することができる。
これは、例えば、サニャック干渉計に対する標準方程式（ｓｔａｎｄａｒｄ ｅ
ｑｕａｔｉｏｎ）における変調の深さ（ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｄｅｐｔｈ）及
び回転速度を用いて、ジャイロ信号３７の他のスペクトル成分に対するジャイロ
信号３７のＤＣ成分の大きさを決定することにより行うことができる。そのプロ
セスは図８の実施形態５２ｃに対して次のように動作する。即ち、図７の実施形
態におけるように、遅延されたＲＩＮサンプル・データ３５は、最初に乗算器５
８ｂにおいてジャイロ信号３７と乗算される。更に、前述した要領で適切にスケ
ーリングされたＤＣ成分ｋＪ０は、乗算器５９において、遅延されたＲＩＮ雑音
３５と乗算され、そして加算器６２において、乗算器５８ｂから導出された出力
信号に加えられる。加算器６２の出力信号の振幅（及び位相）は、可変利得増幅
器５６ｂで調整され、そして減算器６０においてジャイロ信号３７から減算され
、所望のＲＩＮ低減したジャイロ信号を生成する。
ＤＣブロック４４によりＡＣ結合増幅器を介して頻繁に処理され、その場合アナ
ログ信号即ちジャイロ信号３７のＤＣ成分が失われる。正しい雑音成分の振幅は
、ＤＣ成分にＲＩＮ雑音信号３５を乗算することにより復元することができる。
これは、例えば、サニャック干渉計に対する標準方程式（ｓｔａｎｄａｒｄ ｅ
ｑｕａｔｉｏｎ）における変調の深さ（ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｄｅｐｔｈ）及
び回転速度を用いて、ジャイロ信号３７の他のスペクトル成分に対するジャイロ
信号３７のＤＣ成分の大きさを決定することにより行うことができる。そのプロ
セスは図８の実施形態５２ｃに対して次のように動作する。即ち、図７の実施形
態におけるように、遅延されたＲＩＮサンプル・データ３５は、最初に乗算器５
８ｂにおいてジャイロ信号３７と乗算される。更に、前述した要領で適切にスケ
ーリングされたＤＣ成分ｋＪ０は、乗算器５９において、遅延されたＲＩＮ雑音
３５と乗算され、そして加算器６２において、乗算器５８ｂから導出された出力
信号に加えられる。加算器６２の出力信号の振幅（及び位相）は、可変利得増幅
器５６ｂで調整され、そして減算器６０においてジャイロ信号３７から減算され
、所望のＲＩＮ低減したジャイロ信号を生成する。
【００２９】
雑音３５は、最初に遅延装置５４において時間遅延され、次いでセンサ出力信
号３７により変調されるのが好ましい。それは、さもなければ、減算された信号
の中の変調された雑音は、正しい時間関係を持たないからである。しかしながら
、２つの動作は、復調が開ループ・ジャイロのような狭帯域で行われる場合顕著
な誤差を生成することなしに交換可能であり得る。この場合、検出器の帯域幅は
小さく、そして変調する信号の基本周波数のみが復調される。
号３７により変調されるのが好ましい。それは、さもなければ、減算された信号
の中の変調された雑音は、正しい時間関係を持たないからである。しかしながら
、２つの動作は、復調が開ループ・ジャイロのような狭帯域で行われる場合顕著
な誤差を生成することなしに交換可能であり得る。この場合、検出器の帯域幅は
小さく、そして変調する信号の基本周波数のみが復調される。
【００３０】
その結果生じるＲＩＮを低減したジャイロ信号は、当該技術で既知である標準
の開又は閉ループ処理方法のいずれかにより処理することができる。増幅器５６
ａ及び５６ｂの利得は、ジャイロ信号３７を含まない周波数範囲内の雑音パワー
同士を比較し且つこの周波数範囲内の雑音パワー同士を等しいように設定するこ
とにより調整され得る。
の開又は閉ループ処理方法のいずれかにより処理することができる。増幅器５６
ａ及び５６ｂの利得は、ジャイロ信号３７を含まない周波数範囲内の雑音パワー
同士を比較し且つこの周波数範囲内の雑音パワー同士を等しいように設定するこ
とにより調整され得る。
【００３１】
タイミングが正しい状態にあるために、コイルの長さは、サンプリング時間間
隔と整合する長さに制限され、それは変調周波数の関数である。これは、通常は
著しい制約ではなく、そしてある実行においては、変調周波数は特定の要求され
たコイル長を補償するため変えることができるであろう。この条件を厳密に満足
させることができない場合、時間誤差自体が検出器の電子的帯域幅の逆数と比較
して小さいならば性能の劣化は小さい。
隔と整合する長さに制限され、それは変調周波数の関数である。これは、通常は
著しい制約ではなく、そしてある実行においては、変調周波数は特定の要求され
たコイル長を補償するため変えることができるであろう。この条件を厳密に満足
させることができない場合、時間誤差自体が検出器の電子的帯域幅の逆数と比較
して小さいならば性能の劣化は小さい。
【００３２】
図９に図示された別の実施形態に従って、光ファイバ構成要素は、光ファイバ
・センサ信号３７及びＲＩＮ雑音サンプル３５が時間領域の代わりに周波数領域
で処理されることを除いて、図４の第１の実施形態のやり方と同じやり方で配置
される。光ファイバ・センサ（ジャイロ）信号３７は、検出器３２により検出さ
れ、そして例えば、離散的フーリエ変換（ＤＦＴ）７２を用いてフーリエ変換さ
れて、そのスペクトル内容を抽出する。ＲＩＮ雑音サンプル３５は、検出器３４
により検出され、そして乗算器７５において、前述したように、光ファイバ・セ
ンサ信号３７により乗算され、次いで、例えば、光ファイバ・センサ信号３７と
似た要領で、離散的フーリエ変換（ＤＦＴ）８３を用いてフーリエ変換される。
光ファイバ・センサの検出帯域幅内のＲＩＮ雑音のみが信号対雑音比に悪影響を
与えるので、変調周波数に対応する周波数のみを計算する必要がある。ＲＩＮ雑
音信号３５の信号スペクトル・ビンに関する結果は、可変利得増幅器８６におい
て振幅及び位相について調整される。なお、周波数領域における位相偏移は、前
述の時間領域における時間偏移に対応する。次いで、周波数領域におけるその結
果生じたＲＩＮ雑音信号は、フーリエ変換（ＤＦＴ）７２の出力で導出された対
応光ファイバ・センサ信号３７（相変わらず複素形式である。）から減算器７８
で減算される。その結果は更に、例えば、ディジタル信号プロセッサ９０で、Ｒ
ＩＮ相殺を受けなかった光ファイバ・センサ信号の要領と同一の要領で処理され
ることができる。例えば、ＲＩＮを低減したジャイロ信号を表すディジタル信号
プロセッサ９０の出力は、帯域幅を低減するため積分され、又は振幅及び符号へ
変換され得る。
・センサ信号３７及びＲＩＮ雑音サンプル３５が時間領域の代わりに周波数領域
で処理されることを除いて、図４の第１の実施形態のやり方と同じやり方で配置
される。光ファイバ・センサ（ジャイロ）信号３７は、検出器３２により検出さ
れ、そして例えば、離散的フーリエ変換（ＤＦＴ）７２を用いてフーリエ変換さ
れて、そのスペクトル内容を抽出する。ＲＩＮ雑音サンプル３５は、検出器３４
により検出され、そして乗算器７５において、前述したように、光ファイバ・セ
ンサ信号３７により乗算され、次いで、例えば、光ファイバ・センサ信号３７と
似た要領で、離散的フーリエ変換（ＤＦＴ）８３を用いてフーリエ変換される。
光ファイバ・センサの検出帯域幅内のＲＩＮ雑音のみが信号対雑音比に悪影響を
与えるので、変調周波数に対応する周波数のみを計算する必要がある。ＲＩＮ雑
音信号３５の信号スペクトル・ビンに関する結果は、可変利得増幅器８６におい
て振幅及び位相について調整される。なお、周波数領域における位相偏移は、前
述の時間領域における時間偏移に対応する。次いで、周波数領域におけるその結
果生じたＲＩＮ雑音信号は、フーリエ変換（ＤＦＴ）７２の出力で導出された対
応光ファイバ・センサ信号３７（相変わらず複素形式である。）から減算器７８
で減算される。その結果は更に、例えば、ディジタル信号プロセッサ９０で、Ｒ
ＩＮ相殺を受けなかった光ファイバ・センサ信号の要領と同一の要領で処理され
ることができる。例えば、ＲＩＮを低減したジャイロ信号を表すディジタル信号
プロセッサ９０の出力は、帯域幅を低減するため積分され、又は振幅及び符号へ
変換され得る。
【００３３】
ＲＩＮ雑音に対する適切な振幅及び位相補正は、多くの方法で決定することが
できる。一つのアプローチでは、ＤＦＴは、予想される光ファイバ・センサ信号
が存在しないスペクトル領域において光ファイバ・センサ信号及びＲＩＮ信号の
両方について実行される。換言すれば、それは、開ループの実行においては、変
調周波数に等しくなく且つその変調周波数の倍数にも等しくない周波数で実行さ
れる。スペクトル重み付け関数がそれぞれの信号に適用され、光ファイバ・セン
サ信号のスペクトル漏れ（ｓｐｅｃｔｒａｌ ｌｅａｋａｇｅ）を雑音チャネル
の中に抑圧し得ることが有利である。信号チャネルの少なくとも１つに適用され
た利得補正は２つのチャネルの雑音パワー同士の比に等しいのに対して、位相補
正は雑音サンプル同士間の位相差の負量である。この解析においては、雑音のＲ
ＩＮ成分が熱及びショット雑音のような他の雑音成分より十分大きいことが仮定
されている。たとえＲＩＮ成分が支配的雑音寄与分でなくても、他の雑音源のラ
ンダムな性質は、比較のための平均時間が増大するにつれ、それら他の雑音源の
ランダムな性質はそれらの影響力を低減するであろう。
できる。一つのアプローチでは、ＤＦＴは、予想される光ファイバ・センサ信号
が存在しないスペクトル領域において光ファイバ・センサ信号及びＲＩＮ信号の
両方について実行される。換言すれば、それは、開ループの実行においては、変
調周波数に等しくなく且つその変調周波数の倍数にも等しくない周波数で実行さ
れる。スペクトル重み付け関数がそれぞれの信号に適用され、光ファイバ・セン
サ信号のスペクトル漏れ（ｓｐｅｃｔｒａｌ ｌｅａｋａｇｅ）を雑音チャネル
の中に抑圧し得ることが有利である。信号チャネルの少なくとも１つに適用され
た利得補正は２つのチャネルの雑音パワー同士の比に等しいのに対して、位相補
正は雑音サンプル同士間の位相差の負量である。この解析においては、雑音のＲ
ＩＮ成分が熱及びショット雑音のような他の雑音成分より十分大きいことが仮定
されている。たとえＲＩＮ成分が支配的雑音寄与分でなくても、他の雑音源のラ
ンダムな性質は、比較のための平均時間が増大するにつれ、それら他の雑音源の
ランダムな性質はそれらの影響力を低減するであろう。
【００３４】
図１０に図示された更に別の実施形態に従って、光ファイバの構成要素は、Ｒ
ＩＮサンプル信号が例えば光出力パワーをモニタするため多くの場合組み込まれ
る検出器３４により光源又はレーザ１８の後部ファセットでサンプリングされる
ことを除いて、図５の実施形態のやり方と同じやり方で配置される。この構成は
、レーザ光が偏光される応用に最良に適している。しかしながら、レーザ光、並
びに偏光子を通過した光が偏光されそうにないので、ＲＩＮについての潜在的改
善はレーザ光源の偏光により制限される。偏光子２６は、レーザ光自体が偏光さ
れない場合用い得る。
ＩＮサンプル信号が例えば光出力パワーをモニタするため多くの場合組み込まれ
る検出器３４により光源又はレーザ１８の後部ファセットでサンプリングされる
ことを除いて、図５の実施形態のやり方と同じやり方で配置される。この構成は
、レーザ光が偏光される応用に最良に適している。しかしながら、レーザ光、並
びに偏光子を通過した光が偏光されそうにないので、ＲＩＮについての潜在的改
善はレーザ光源の偏光により制限される。偏光子２６は、レーザ光自体が偏光さ
れない場合用い得る。
【００３５】
本発明が図示されそして詳細に説明された好適な実施形態と関係して開示され
たが、それについての様々な修正及び改良が当業者に容易に明らかになるであろ
う。例えば、同じ雑音低減概念がまた、連続的ループのように又は反射形偏光形
態で実行され得るファラデー効果に基づいて干渉型光ファイバ磁界及び／又は電
流センサに適用されることができる。電流センサにおいては、λ／４波長板が光
源とファイバ・コイルとの間に挿入され、反対の円偏波方向を持つ反対方向に伝
搬する光ビームを生成する。これらのセンサは、信号処理が類似しているので、
干渉型光ファイバの光ファイバ・ジャイロと同じやり方で解析されることができ
る。
たが、それについての様々な修正及び改良が当業者に容易に明らかになるであろ
う。例えば、同じ雑音低減概念がまた、連続的ループのように又は反射形偏光形
態で実行され得るファラデー効果に基づいて干渉型光ファイバ磁界及び／又は電
流センサに適用されることができる。電流センサにおいては、λ／４波長板が光
源とファイバ・コイルとの間に挿入され、反対の円偏波方向を持つ反対方向に伝
搬する光ビームを生成する。これらのセンサは、信号処理が類似しているので、
干渉型光ファイバの光ファイバ・ジャイロと同じやり方で解析されることができ
る。
【００３６】
更に、光ファイバ・センサはファイバとして実現される必要はないが、しかし
基板上に形成され得る及び／又は基板と一体に形成され得る光導波路から作って
もよい。 従って、本発明の趣旨及び範囲は特許請求の範囲によってのみ制限されるべき
である。
基板上に形成され得る及び／又は基板と一体に形成され得る光導波路から作って
もよい。 従って、本発明の趣旨及び範囲は特許請求の範囲によってのみ制限されるべき
である。
【図面の簡単な説明】
【図１】
図１は、遅延されていない信号及びファイバ・コイルにより遅延された信号を
測定する実験的設定である。
測定する実験的設定である。
【図２】
図２は、図１の遅延された信号及び遅延されてない信号及び相関された信号を
示す。
示す。
【図３】
図３は、図１の遅延された信号と遅延されてない信号との差信号を示す。
【図４】
図４は、本発明に従った光ファイバ・センサ・システムの第１の実施形態を示
す。
す。
【図５】
図５は、本発明に従った光ファイバ・センサ・システムの第２の実施形態を示
す。
す。
【図６】
図６は、図５の信号処理回路の第１の実施形態を示す。
【図７】
図７は、図５の信号処理回路の第２の実施形態を示す。
【図８】
図８は、図５の信号処理回路の第３の実施形態を示す。
【図９】
図９は、本発明に従った光ファイバ・センサ・システムの第３の実施形態を示
す。
す。
【図１０】
図１０は、本発明に従った光ファイバ・センサ・システムの第４の実施形態を
示す。
示す。
【図１１】
図１１は、従来技術の電流センサを示す。
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１４年２月２５日（２００２．２．２５）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
本発明の一局面によれば、低減した雑音を有する光ファイバ信号を生成する光
ファイバ・センサ・システムは、センサ入力光を受け取り且つ且つ物理量を測定
するよう適合された光ファイバ・センサを含む。光ファイバ・センサは、上記物
理量及び第１の雑音成分に対応するセンサ出力信号を生成し、該センサ出力信号
は第１の検出器により検出される。第２の検出器は、第２の雑音成分に対応する
センサ入力光を検出する。電子的プロセッサは、第１及び第２の検出器に結合さ
れ、そして時間遅延された第２の雑音成分に前記センサ出力信号を乗算する乗算
器と、前記センサ出力信号及び前記の乗算された第２の雑音成分を周波数領域に
変換する少なくとも１つの変換プロセッサとを含む。電子的プロセッサは更に、
周波数領域における前記の変換された乗算した第２の雑音成分を前記の変換され
たセンサ出力信号に対して位相偏移させることにより、前記光ファイバ・センサ
を通るセンサ入力光の時間遅延に実質的に対応する電子的時間遅延を前記の変換
された乗算した第２の雑音成分に与える遅延回路を含む。電子的プロセッサは更
に減算器を含み、該減算器は、前記の時間遅延され変換され乗算された第２の雑
音成分をセンサ出力信号から減算して、低減した雑音を有する光ファイバ・セン
サ信号を生成する。
ファイバ・センサ・システムは、センサ入力光を受け取り且つ且つ物理量を測定
するよう適合された光ファイバ・センサを含む。光ファイバ・センサは、上記物
理量及び第１の雑音成分に対応するセンサ出力信号を生成し、該センサ出力信号
は第１の検出器により検出される。第２の検出器は、第２の雑音成分に対応する
センサ入力光を検出する。電子的プロセッサは、第１及び第２の検出器に結合さ
れ、そして時間遅延された第２の雑音成分に前記センサ出力信号を乗算する乗算
器と、前記センサ出力信号及び前記の乗算された第２の雑音成分を周波数領域に
変換する少なくとも１つの変換プロセッサとを含む。電子的プロセッサは更に、
周波数領域における前記の変換された乗算した第２の雑音成分を前記の変換され
たセンサ出力信号に対して位相偏移させることにより、前記光ファイバ・センサ
を通るセンサ入力光の時間遅延に実質的に対応する電子的時間遅延を前記の変換
された乗算した第２の雑音成分に与える遅延回路を含む。電子的プロセッサは更
に減算器を含み、該減算器は、前記の時間遅延され変換され乗算された第２の雑
音成分をセンサ出力信号から減算して、低減した雑音を有する光ファイバ・セン
サ信号を生成する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
本発明の更に別の局面によれば、低減した雑音を有する測定信号を光ファイバ
・センサから生成する方法が提供される。その方法は、測定信号及び第１の雑音
成分を含むセンサ出力信号を測定するステップと、第２の雑音成分を表す光ファ
イバ・センサ入力光の入力光雑音成分を測定するステップとを含む。第２の雑音
成分はセンサ信号と乗算され、そしてセンサ出力信号及び乗算された第２の雑音
成分は周波数領域に変換される。変換された乗算した雑音信号の振幅及び位相は
、相対的位相偏移がセンサ時間遅延に対応するように、変換されたセンサ出力信
号のそれぞれの振幅及び位相に関して調整される。乗算された第２の雑音成分は
、センサ出力信号から減算され、低減した雑音測定信号を生成する。
・センサから生成する方法が提供される。その方法は、測定信号及び第１の雑音
成分を含むセンサ出力信号を測定するステップと、第２の雑音成分を表す光ファ
イバ・センサ入力光の入力光雑音成分を測定するステップとを含む。第２の雑音
成分はセンサ信号と乗算され、そしてセンサ出力信号及び乗算された第２の雑音
成分は周波数領域に変換される。変換された乗算した雑音信号の振幅及び位相は
、相対的位相偏移がセンサ時間遅延に対応するように、変換されたセンサ出力信
号のそれぞれの振幅及び位相に関して調整される。乗算された第２の雑音成分は
、センサ出力信号から減算され、低減した雑音測定信号を生成する。
【手続補正書】
【提出日】平成１４年１１月８日（２００２．１１．８）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】発明の詳細な説明
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
［発明の分野］
本発明は、光ファイバ・センサに関し、特に、磁界を測定する光ファイバ・ジ
ャイロスコープ及び光ファイバ・センサに関する。
ャイロスコープ及び光ファイバ・センサに関する。
【０００２】
［発明の背景］
光ファイバ・センサを用いて、対象物の回転（光ファイバ・ジャイロスコープ
と称される。）、センサの近傍の電流から生じる磁界（光ファイバ電流センサと
称される。）のような様々な物理的量を測定することができる。そのような光フ
ァイバ・センサは、典型的には、スレッショルド以下で動作するレーザ、スーパ
ールミネセント・ダイオード（ＳＬＤ）又はファイバ・スーパールミネセント源
のような広帯域源に結合された光ファイバ部、広帯域源により放出された光放射
をファイバ、好ましくはファイバ・コイルに結合するための結合器、少なくとも
１つの偏光子及び少なくとも１つの位相変調器、及びファイバを通る（ｔｒａｖ
ｅｒｓｅ）光信号同士間の位相偏移又は偏光差を検出する検出器を含む。光信号
同士間の位相又は偏光偏移は、例えば、ファイバ・コイルの回転により、又は磁
界により導入され得る。用語「光ファイバ・センサ及びジャイロ」は、光ファイ
バ・ジャイロスコープ及び光ファイバ電流センサの両方を言うため交換可能に用
いられるであろう。
と称される。）、センサの近傍の電流から生じる磁界（光ファイバ電流センサと
称される。）のような様々な物理的量を測定することができる。そのような光フ
ァイバ・センサは、典型的には、スレッショルド以下で動作するレーザ、スーパ
ールミネセント・ダイオード（ＳＬＤ）又はファイバ・スーパールミネセント源
のような広帯域源に結合された光ファイバ部、広帯域源により放出された光放射
をファイバ、好ましくはファイバ・コイルに結合するための結合器、少なくとも
１つの偏光子及び少なくとも１つの位相変調器、及びファイバを通る（ｔｒａｖ
ｅｒｓｅ）光信号同士間の位相偏移又は偏光差を検出する検出器を含む。光信号
同士間の位相又は偏光偏移は、例えば、ファイバ・コイルの回転により、又は磁
界により導入され得る。用語「光ファイバ・センサ及びジャイロ」は、光ファイ
バ・ジャイロスコープ及び光ファイバ電流センサの両方を言うため交換可能に用
いられるであろう。
【０００３】
光ファイバ・センサの電気的出力信号は、様々なソース（源）から生じる雑音
成分を含む。例えばＩＥＥＥ標準５２８、慣性センサ技術（本明細書に援用され
ている。）に定義されるように角度ランダム・ウォーク（ＡＲＷ）として現れる
傾向を有する出力雑音は、雑音成分の起源に依存する、光検出器入力での光パワ
ーに関する様々な関数依存性を有する。例えば、光検出器電子機器におけるトラ
ンスインピーダンス増幅器フィードバック抵抗で発生する熱雑音は、光パワーと
は独立である。検出器電流の量子化性質と関連したショット雑音は、光パワーの
平方根に比例するように示されることができ、一方、その有限の帯域幅に起因し
た光源の光に固有であり且つ光検出器上に衝突し且つフリッカ雑音（１／ｆ）で
ある相対強度雑音（ＲＩＮ）は、光パワーに比例する。ＲＩＮ及びフリッカ雑音
は、光パワーに関する同じ関数依存性を有するので、用語「ＲＩＮ」は以降ＲＩ
Ｎ及びフリッカ雑音の両方を意味する。
成分を含む。例えばＩＥＥＥ標準５２８、慣性センサ技術（本明細書に援用され
ている。）に定義されるように角度ランダム・ウォーク（ＡＲＷ）として現れる
傾向を有する出力雑音は、雑音成分の起源に依存する、光検出器入力での光パワ
ーに関する様々な関数依存性を有する。例えば、光検出器電子機器におけるトラ
ンスインピーダンス増幅器フィードバック抵抗で発生する熱雑音は、光パワーと
は独立である。検出器電流の量子化性質と関連したショット雑音は、光パワーの
平方根に比例するように示されることができ、一方、その有限の帯域幅に起因し
た光源の光に固有であり且つ光検出器上に衝突し且つフリッカ雑音（１／ｆ）で
ある相対強度雑音（ＲＩＮ）は、光パワーに比例する。ＲＩＮ及びフリッカ雑音
は、光パワーに関する同じ関数依存性を有するので、用語「ＲＩＮ」は以降ＲＩ
Ｎ及びフリッカ雑音の両方を意味する。
【０００４】
ソース・パワーが増大されるので、ＲＩＮは、光ファイバ・センサ・システム
の雑音に関連した性能を向上させ続けさせるよりむしろ飽和させる。ＲＩＮを軽
減することができない場合、それを超えた更なる実際的改善が可能であるパワー
・レベルが存在する。例えば、ＥＤＦＳ（エルビウムをドープされたファイバ源
）は、その高い光パワー及び波長の安定性に起因して、多くの場合高性能光ファ
イバ・センサの当然の選定と考えられるが、そのＥＤＦＳは、高いＲＩＮを有す
る傾向がある。他方、スーパールミネセント・ダイオード（ＳＬＤ）は、そのよ
り大きな帯域幅に起因して一層低いＲＩＮを有する傾向があるが、しかしパワー
及び寿命における制限という難点があり、その実用性を制限している。
の雑音に関連した性能を向上させ続けさせるよりむしろ飽和させる。ＲＩＮを軽
減することができない場合、それを超えた更なる実際的改善が可能であるパワー
・レベルが存在する。例えば、ＥＤＦＳ（エルビウムをドープされたファイバ源
）は、その高い光パワー及び波長の安定性に起因して、多くの場合高性能光ファ
イバ・センサの当然の選定と考えられるが、そのＥＤＦＳは、高いＲＩＮを有す
る傾向がある。他方、スーパールミネセント・ダイオード（ＳＬＤ）は、そのよ
り大きな帯域幅に起因して一層低いＲＩＮを有する傾向があるが、しかしパワー
及び寿命における制限という難点があり、その実用性を制限している。
【０００５】
米国特許Ｎｏ．５，３３１，４０４に記載され、そして図１１に図示されてい
る一つのアプローチにおいて、光ファイバ・センサにおけるＲＩＮは、光源１９
により放出された光の一部を、光ファイバ・センサ５のファイバ２２と実質的に
同じ長さを有する「ダミー」ファイバ３０の中に結合することにより、低減され
る。次いで、検出器３４により「ダミー」ファイバ３０の一つの端部で検出され
た出力信号は、乗算器３６において、検出器３２により検出された光ファイバ・
センサ５の信号出力のレプリカにより変調され、そして減算器３８において、チ
ャネル利得の適切な調整を有するＡＣ結合増幅器４０、４２を通った後で検出器
３２により検出された光ファイバ・センサ５の出力信号から減算される。換言す
ると、このケースにおける「ダミー」ファイバ３０は、光ファイバ・センサ５を
通る光が受ける時間遅延と整合するためのアナログ時間遅延線として動作する。
しかしながら、このアプローチは、光ファイバ・センサ・コイルとほぼ同じ長さ
のファイバの第２のコイルを必要とする。
る一つのアプローチにおいて、光ファイバ・センサにおけるＲＩＮは、光源１９
により放出された光の一部を、光ファイバ・センサ５のファイバ２２と実質的に
同じ長さを有する「ダミー」ファイバ３０の中に結合することにより、低減され
る。次いで、検出器３４により「ダミー」ファイバ３０の一つの端部で検出され
た出力信号は、乗算器３６において、検出器３２により検出された光ファイバ・
センサ５の信号出力のレプリカにより変調され、そして減算器３８において、チ
ャネル利得の適切な調整を有するＡＣ結合増幅器４０、４２を通った後で検出器
３２により検出された光ファイバ・センサ５の出力信号から減算される。換言す
ると、このケースにおける「ダミー」ファイバ３０は、光ファイバ・センサ５を
通る光が受ける時間遅延と整合するためのアナログ時間遅延線として動作する。
しかしながら、このアプローチは、光ファイバ・センサ・コイルとほぼ同じ長さ
のファイバの第２のコイルを必要とする。
【０００６】
米国特許Ｎｏ．５，６５５，０３５に開示された別のアプローチにおいては、
２つの光ファイバ・センサは、同じ光源により励起されることができるが、しか
し複数の感度軸は直径の対向方向に指向されている。検出された出力が加えられ
、それによりＲＩＮを減算する。なお、ＲＩＮが共通源で生じるので、ＲＩＮは
両方のチャネルに対して共通である。このアプローチは、光ファイバ・センサの
光部品総数（光源を除く。）を２倍にし、それは高価で且つ嵩がかさばる。
２つの光ファイバ・センサは、同じ光源により励起されることができるが、しか
し複数の感度軸は直径の対向方向に指向されている。検出された出力が加えられ
、それによりＲＩＮを減算する。なお、ＲＩＮが共通源で生じるので、ＲＩＮは
両方のチャネルに対して共通である。このアプローチは、光ファイバ・センサの
光部品総数（光源を除く。）を２倍にし、それは高価で且つ嵩がかさばる。
【０００７】
従って、ＲＩＮ雑音成分を排除又は少なくとも低減しながら、同時に重さ及び
複雑さを加えない光ファイバ・センサを設けることが望ましいであろう。
複雑さを加えない光ファイバ・センサを設けることが望ましいであろう。
【０００８】
［本発明の概要］
本発明は、光ファイバ・センサ内の雑音、特にＲＩＮ雑音を低減する装置及び
方法を指向する。
方法を指向する。
【０００９】
本発明の一局面によれば、光ファイバ・センサ・システムは、センサ入力光を
生成する光源、及び該センサ入力光を受け取り且つ物理量を測定するよう適合さ
れた光ファイバ・センサを含む。光ファイバ・センサは、上記物理量及び第１の
雑音成分を含むセンサ出力信号を生成し、該センサ出力信号は第１の検出器によ
り検出される。第２の検出器は、第２の雑音成分を含む光源により生成されたセ
ンサ入力光を検出する。電子的プロセッサは、第１及び第２の検出器に結合され
、そして電子的時間遅延を第２の雑音成分に与える遅延回路を含む。なお、その
電子的時間遅延は、光ファイバ・センサを通るセンサ入力光の時間遅延に実質的
に対応する。電子的プロセッサは更に乗算器を含み、該乗算器は、時間遅延した
第２の雑音成分にセンサ出力信号を乗算する。電子的プロセッサは更に減算器を
含み、該減算器は、乗算された時間遅延した第２の雑音成分をセンサ出力信号か
ら減算して、低減した雑音を有する光ファイバ・センサ信号を生成する。
生成する光源、及び該センサ入力光を受け取り且つ物理量を測定するよう適合さ
れた光ファイバ・センサを含む。光ファイバ・センサは、上記物理量及び第１の
雑音成分を含むセンサ出力信号を生成し、該センサ出力信号は第１の検出器によ
り検出される。第２の検出器は、第２の雑音成分を含む光源により生成されたセ
ンサ入力光を検出する。電子的プロセッサは、第１及び第２の検出器に結合され
、そして電子的時間遅延を第２の雑音成分に与える遅延回路を含む。なお、その
電子的時間遅延は、光ファイバ・センサを通るセンサ入力光の時間遅延に実質的
に対応する。電子的プロセッサは更に乗算器を含み、該乗算器は、時間遅延した
第２の雑音成分にセンサ出力信号を乗算する。電子的プロセッサは更に減算器を
含み、該減算器は、乗算された時間遅延した第２の雑音成分をセンサ出力信号か
ら減算して、低減した雑音を有する光ファイバ・センサ信号を生成する。
【００１０】
本発明の別の局面によれば、低減した雑音を有する測定信号を光ファイバ・セ
ンサから生成する方法が提供される。その方法は、測定信号及び第１の雑音成分
を含むセンサ出力信号を測定するステップと、第２の雑音成分を表す光ファイバ
・センサ入力光の入力光雑音成分を測定するステップとを含む。第２の雑音成分
は電子的に時間遅延される。なお、その時間遅延は、光ファイバ・センサを通る
センサ入力光のセンサ時間遅延に実質的に対応する。次いで、時間遅延された第
２の雑音成分は、センサ出力信号と乗算され、そしてその乗算された第２の雑音
成分は、センサ出力信号から減算され、低減した雑音測定信号を生成する。
ンサから生成する方法が提供される。その方法は、測定信号及び第１の雑音成分
を含むセンサ出力信号を測定するステップと、第２の雑音成分を表す光ファイバ
・センサ入力光の入力光雑音成分を測定するステップとを含む。第２の雑音成分
は電子的に時間遅延される。なお、その時間遅延は、光ファイバ・センサを通る
センサ入力光のセンサ時間遅延に実質的に対応する。次いで、時間遅延された第
２の雑音成分は、センサ出力信号と乗算され、そしてその乗算された第２の雑音
成分は、センサ出力信号から減算され、低減した雑音測定信号を生成する。
【００１１】
本発明の更に別の局面によれば、低減した雑音を有する測定信号を光ファイバ
・センサから生成する方法が提供される。その方法は、測定信号及び第１の雑音
成分を含むセンサ出力信号を測定するステップと、第２の雑音成分を表す光ファ
イバ・センサ入力光の入力光雑音成分を測定するステップとを含む。第２の雑音
成分はセンサ信号と乗算され、そしてセンサ出力信号及び乗算された第２の雑音
成分は周波数領域に変換される。変換された乗算した雑音信号の振幅及び位相の
うちの少なくとも１つは、相対的位相偏移がセンサ時間遅延に対応するように、
変換されたセンサ出力信号のそれぞれの振幅及び位相に関して調整される。乗算
された第２の雑音成分は、センサ出力信号から減算され、低減した雑音測定信号
を生成する。
・センサから生成する方法が提供される。その方法は、測定信号及び第１の雑音
成分を含むセンサ出力信号を測定するステップと、第２の雑音成分を表す光ファ
イバ・センサ入力光の入力光雑音成分を測定するステップとを含む。第２の雑音
成分はセンサ信号と乗算され、そしてセンサ出力信号及び乗算された第２の雑音
成分は周波数領域に変換される。変換された乗算した雑音信号の振幅及び位相の
うちの少なくとも１つは、相対的位相偏移がセンサ時間遅延に対応するように、
変換されたセンサ出力信号のそれぞれの振幅及び位相に関して調整される。乗算
された第２の雑音成分は、センサ出力信号から減算され、低減した雑音測定信号
を生成する。
【００１２】
本発明のまた別の局面によれば、低減した雑音を有するセンサ信号を生成する
光センサ・システムは、センサ入力光を生成する光源と、センサ入力光を受け取
り且つ物理量を測定するよう適合された光センサとを含み、該光センサは、物理
量及び第１の雑音成分を有するセンサ出力信号を生成する。第１の検出器は、セ
ンサ出力信号を検出し、一方、第２の検出器は、第２の雑音成分を有するセンサ
入力光を検出する。電子的プロセッサは、第１及び第２の検出器に結合され、そ
して第２の雑音成分をセンサ出力信号に対して電子的に時間遅延し、その電子的
時間遅延は、実質的に、光ファイバ・センサを通るセンサ入力光の時間遅延に対
応する。プロセッサは、乗算された時間遅延した第２の雑音成分の関数である変
調された信号をセンサ出力信号から減算して、低減した雑音を有するセンサ信号
を生成する。
光センサ・システムは、センサ入力光を生成する光源と、センサ入力光を受け取
り且つ物理量を測定するよう適合された光センサとを含み、該光センサは、物理
量及び第１の雑音成分を有するセンサ出力信号を生成する。第１の検出器は、セ
ンサ出力信号を検出し、一方、第２の検出器は、第２の雑音成分を有するセンサ
入力光を検出する。電子的プロセッサは、第１及び第２の検出器に結合され、そ
して第２の雑音成分をセンサ出力信号に対して電子的に時間遅延し、その電子的
時間遅延は、実質的に、光ファイバ・センサを通るセンサ入力光の時間遅延に対
応する。プロセッサは、乗算された時間遅延した第２の雑音成分の関数である変
調された信号をセンサ出力信号から減算して、低減した雑音を有するセンサ信号
を生成する。
【００１３】
本発明の実施形態は、以下の特徴の１つ以上を含み得る。測定された物理量は
、光ファイバ・センサの回転、又は電流により生成され得る磁界であり得る。入
力光雑音成分を検出する第２の検出器は、光ファイバ・センサの入力部に結合さ
れ得て、又は光ファイバ・センサ入力光を生成する光源に直接結合され得る。電
子的プロセッサは、マルチチャネル・サンプル及びホールド装置と、前記光ファ
イバ・センサを通るセンサ入力光のセンサ時間遅延に実質的に対応する時間期間
だけ、サンプリングされた第２の雑音成分をサンプリングされたセンサ出力信号
に対して電子的に時間偏移（時間シフト）させる電子的遅延装置とを含み得る。
代替として、プロセッサは、センサ出力信号及び変調された雑音信号を周波数領
域に変換する、離散的フーリエ変換を実行するフーリエ変換プロセッサのような
、変換プロセッサを含み得る。スペクトル重み付け関数が、変換されたセンサ出
力信号及び第２の雑音成分に適用される。相対的振幅及び位相は、センサ出力信
号を第２の雑音成分と、測定信号が光ファイバ・センサにより生成されないスペ
クトル領域で比較することにより決定され得る。センサ出力信号及び／又は第２
の雑音成分の相対的利得は、例えば、センサ出力信号の雑音パワー及び第２の雑
音成分との比に等しい相対的利得補正を設定することにより調整され得る。
、光ファイバ・センサの回転、又は電流により生成され得る磁界であり得る。入
力光雑音成分を検出する第２の検出器は、光ファイバ・センサの入力部に結合さ
れ得て、又は光ファイバ・センサ入力光を生成する光源に直接結合され得る。電
子的プロセッサは、マルチチャネル・サンプル及びホールド装置と、前記光ファ
イバ・センサを通るセンサ入力光のセンサ時間遅延に実質的に対応する時間期間
だけ、サンプリングされた第２の雑音成分をサンプリングされたセンサ出力信号
に対して電子的に時間偏移（時間シフト）させる電子的遅延装置とを含み得る。
代替として、プロセッサは、センサ出力信号及び変調された雑音信号を周波数領
域に変換する、離散的フーリエ変換を実行するフーリエ変換プロセッサのような
、変換プロセッサを含み得る。スペクトル重み付け関数が、変換されたセンサ出
力信号及び第２の雑音成分に適用される。相対的振幅及び位相は、センサ出力信
号を第２の雑音成分と、測定信号が光ファイバ・センサにより生成されないスペ
クトル領域で比較することにより決定され得る。センサ出力信号及び／又は第２
の雑音成分の相対的利得は、例えば、センサ出力信号の雑音パワー及び第２の雑
音成分との比に等しい相対的利得補正を設定することにより調整され得る。
【００１４】
本発明の更なる特徴及び利点は、ある一定の実施形態の以下の説明及び特許請
求の範囲から明らかになるであろう。 添付の図面は本発明のある一定の例示的実施形態を示し、そこにおいて類似の
参照番号は類似の構成要素を示す。これらの図示された実施形態は、本発明の例
示として理解されるべきであり、決して制限するものではないと理解されるべき
である。
求の範囲から明らかになるであろう。 添付の図面は本発明のある一定の例示的実施形態を示し、そこにおいて類似の
参照番号は類似の構成要素を示す。これらの図示された実施形態は、本発明の例
示として理解されるべきであり、決して制限するものではないと理解されるべき
である。
【００１５】
［ある一定の例示的実施形態の詳細な説明］
本発明は、光ファイバ・センサにおける雑音、特にＲＩＮ雑音を低減する装置
及び方法を指向している。特に、本明細書に記載された雑音低減システム及び方
法は、追加のかさばる光ファイバ部品を必要とすることなくＲＩＮ雑音を低減す
ることができる。本出願の光ファイバ・センサは、光ファイバ・センサの出力信
号を測定するための第１の検出器と、センサの光路をまだ通っていないで光源の
シグネチャー（ｓｉｇｎａｔｕｒｅ）を表す第２の信号を測定するための第２の
検出器とを用いる。第２の信号は、第１の信号に対して電子的に遅延され、そし
てセンサ信号のレプリカ（ｒｅｐｌｉｃａ）により変調され、且つ適切な増幅後
に第１の信号から減算される。
及び方法を指向している。特に、本明細書に記載された雑音低減システム及び方
法は、追加のかさばる光ファイバ部品を必要とすることなくＲＩＮ雑音を低減す
ることができる。本出願の光ファイバ・センサは、光ファイバ・センサの出力信
号を測定するための第１の検出器と、センサの光路をまだ通っていないで光源の
シグネチャー（ｓｉｇｎａｔｕｒｅ）を表す第２の信号を測定するための第２の
検出器とを用いる。第２の信号は、第１の信号に対して電子的に遅延され、そし
てセンサ信号のレプリカ（ｒｅｐｌｉｃａ）により変調され、且つ適切な増幅後
に第１の信号から減算される。
【００１６】
最初に図１を参照すると、光ファイバ・センサ１０は光源１８を含み、該光源
１８は、スーパールミネセンス又は超蛍光を示す広いスペクトル・スーパールミ
ネセント源（ＳＬＳ）であり得る。なお、スーパールミネセンス又は超蛍光は、
レージング（ｌａｓｉｎｇ）・スレッショルド未満で、又は光共振器を使用する
ことなしに自然発生的光子の本質的に単光路増幅器（複数）として動作される高
利得レーザ材料で観測されるようなものである。ＳＬＳの一例はスーパールミネ
セント・ダイオード（ＳＬＤ）である。代替として、半導体ＳＬＳより向上した
温度安定性を有するスーパールミネセント・ファイバ源（ＳＦＳ）を用い得る。
更に、ＳＦＳでの使用可能なパワーはＳＬＤのそれより著しく高い。光源１８は
、偏光されても又は偏光されなくてもよい。
１８は、スーパールミネセンス又は超蛍光を示す広いスペクトル・スーパールミ
ネセント源（ＳＬＳ）であり得る。なお、スーパールミネセンス又は超蛍光は、
レージング（ｌａｓｉｎｇ）・スレッショルド未満で、又は光共振器を使用する
ことなしに自然発生的光子の本質的に単光路増幅器（複数）として動作される高
利得レーザ材料で観測されるようなものである。ＳＬＳの一例はスーパールミネ
セント・ダイオード（ＳＬＤ）である。代替として、半導体ＳＬＳより向上した
温度安定性を有するスーパールミネセント・ファイバ源（ＳＦＳ）を用い得る。
更に、ＳＦＳでの使用可能なパワーはＳＬＤのそれより著しく高い。光源１８は
、偏光されても又は偏光されなくてもよい。
【００１７】
光源１８は、方向性結合器として組み込まれる入力結合器２０に結合される。
入力結合器２０から出てくる光の第１の部分は、第１の偏光子２８（例えば、Ｄ
ｙｏｔｔへの米国特許Ｎｏ．５，７３９，９４４に記載されているタイプのファ
イバ偏光子）を介して、光ファイバ・センサのコイルのようなファイバ・コイル
２２に送られる。なお、ファイバ・コイル２２は、５〜６メートルから５〜６キ
ロメートルの長さを有し、そして偏光保持ファイバ又は従来の単一モード・ファ
イバから構成されてよい。ファイバ・コイル２２は単に光導波路構造を表し、一
体型導波路構造のような他の光導波路、例えば、適切な基板上に形成された薄膜
導波路を、ファイバ・コイル２２の光ファイバの代わりに又はそれに加えて用い
得ることが当業者により認められるであろう。ファイバ・コイル２２の出力信号
は、第１の検出器２４（これは従来のｐ−ｎ又はアバランシェ光検出器であって
よい。）により検出され、そしてマルチチャネル・ディジタル・スコープ２９、
又は電気入力信号を時間分解する（ｔｉｍｅ−ｒｅｓｏｌｖｉｎｇ）ことができ
る別の適切な信号プロセッサの第１の入力チャネル１２に入力される。
入力結合器２０から出てくる光の第１の部分は、第１の偏光子２８（例えば、Ｄ
ｙｏｔｔへの米国特許Ｎｏ．５，７３９，９４４に記載されているタイプのファ
イバ偏光子）を介して、光ファイバ・センサのコイルのようなファイバ・コイル
２２に送られる。なお、ファイバ・コイル２２は、５〜６メートルから５〜６キ
ロメートルの長さを有し、そして偏光保持ファイバ又は従来の単一モード・ファ
イバから構成されてよい。ファイバ・コイル２２は単に光導波路構造を表し、一
体型導波路構造のような他の光導波路、例えば、適切な基板上に形成された薄膜
導波路を、ファイバ・コイル２２の光ファイバの代わりに又はそれに加えて用い
得ることが当業者により認められるであろう。ファイバ・コイル２２の出力信号
は、第１の検出器２４（これは従来のｐ−ｎ又はアバランシェ光検出器であって
よい。）により検出され、そしてマルチチャネル・ディジタル・スコープ２９、
又は電気入力信号を時間分解する（ｔｉｍｅ−ｒｅｓｏｌｖｉｎｇ）ことができ
る別の適切な信号プロセッサの第１の入力チャネル１２に入力される。
【００１８】
入力結合器２０から出る光の第２の部分は、第１の偏光子２８の偏光軸に対し
て実質的に平行な偏光軸を有する第２の偏光子２６を介して送られ、そして第２
の検出器３４により検出される。偏光子２６及び２８は、ファイバ偏光子又は偏
光ファイバ（ｐｏｌａｒｉｚｉｎｇ ｆｉｂｅｒ）として、あるいは上記光部品
の１つ以上を組み込んだ一体型光学回路で実現され得る。偏光子２６及び２８は
、各光路で同じ偏光を選択する。第２の検出器３４により検出された信号は、マ
ルチチャネル・ディジタル・スコープ２９の第２の入力チャネル１４に入力され
る。入力チャネルはまた、当該技術で知られているように、可変利得増幅器を含
んでもよい。
て実質的に平行な偏光軸を有する第２の偏光子２６を介して送られ、そして第２
の検出器３４により検出される。偏光子２６及び２８は、ファイバ偏光子又は偏
光ファイバ（ｐｏｌａｒｉｚｉｎｇ ｆｉｂｅｒ）として、あるいは上記光部品
の１つ以上を組み込んだ一体型光学回路で実現され得る。偏光子２６及び２８は
、各光路で同じ偏光を選択する。第２の検出器３４により検出された信号は、マ
ルチチャネル・ディジタル・スコープ２９の第２の入力チャネル１４に入力され
る。入力チャネルはまた、当該技術で知られているように、可変利得増幅器を含
んでもよい。
【００１９】
ここで、図２Ａ〜図２Ｃを参照すると、検出器３４の自己共分散が図２Ａに示
され、そして検出器２４の自己共分散が図２Ｂに示されている。図２Ｂは、遅延
された信号、即ちファイバ・コイル２２を通る信号の自己共分散を表す。試験は
、光源１８としてＳＬＤを用いて行われ、ほぼ２０マイクロワットの検出パワー
を、検出器２４及び３４のそれぞれで生じた。この例において、マルチチャネル
・ディジタル・スコープ２９の入力チャネル１２及び１４の増幅は、表示された
信号同士が等しい振幅を有するように調整される。
され、そして検出器２４の自己共分散が図２Ｂに示されている。図２Ｂは、遅延
された信号、即ちファイバ・コイル２２を通る信号の自己共分散を表す。試験は
、光源１８としてＳＬＤを用いて行われ、ほぼ２０マイクロワットの検出パワー
を、検出器２４及び３４のそれぞれで生じた。この例において、マルチチャネル
・ディジタル・スコープ２９の入力チャネル１２及び１４の増幅は、表示された
信号同士が等しい振幅を有するように調整される。
【００２０】
図２Ｃは、入力チャネル１２での増幅された入力信号と入力チャネル１４での
増幅された入力信号との間の交差共分散（ｃｒｏｓｓ−ｃｏｖａｉａｎｃｅ）を
示す。両方のチャネルに存在する信号は、６サンプリング単位（ｓａｍｐｌｉｎ
ｇ ｕｎｉｔｓ）（遅れ（ｌａｇｓ））だけ遅延されたとき最大の交差共分散を
有する。なお、６サンプリング単位は、用いられた例示的サンプリング速度で、
ほぼ１．２マイクロ秒に等しく、それは、ほぼ例示的な２００メートルの光ファ
イバ・コイル２２における予想される伝搬遅延に等しい。従って、我々は、ＲＩ
Ｎ雑音がＰＭファイバ・コイルを歪みなしに通過すると、及びディジタル遅延が
ＲＩＮを減算することに効果的であると結論付けることができる。
増幅された入力信号との間の交差共分散（ｃｒｏｓｓ−ｃｏｖａｉａｎｃｅ）を
示す。両方のチャネルに存在する信号は、６サンプリング単位（ｓａｍｐｌｉｎ
ｇ ｕｎｉｔｓ）（遅れ（ｌａｇｓ））だけ遅延されたとき最大の交差共分散を
有する。なお、６サンプリング単位は、用いられた例示的サンプリング速度で、
ほぼ１．２マイクロ秒に等しく、それは、ほぼ例示的な２００メートルの光ファ
イバ・コイル２２における予想される伝搬遅延に等しい。従って、我々は、ＲＩ
Ｎ雑音がＰＭファイバ・コイルを歪みなしに通過すると、及びディジタル遅延が
ＲＩＮを減算することに効果的であると結論付けることができる。
【００２１】
２つの個別の信号は、ＲＩＮに加えて、真にランダムであり且つその２つのチ
ャネル間で相関付けされる筈がない熱及びショット雑音を含むので、交差共分散
の最大値は、その２つの個別の信号のどちらよりも小さい。達成される相殺の有
効性は、２つのチャネルの位相及び振幅の整合の質に依存するであろう。
ャネル間で相関付けされる筈がない熱及びショット雑音を含むので、交差共分散
の最大値は、その２つの個別の信号のどちらよりも小さい。達成される相殺の有
効性は、２つのチャネルの位相及び振幅の整合の質に依存するであろう。
【００２２】
図３は、検出器３４を用いて測定された遅延した信号を、検出器２４を用いて
測定されたファイバ・コイル２２の出力信号と相関付けて、ＲＩＮ雑音を低減す
る有効性を示す。図２Ａに示された自己共分散を与えた直接波形は、図２Ｂに示
された自己共分散を与えた遅延した波形から減算され、そしてその残りのパワー
は遅延（遅れ）の関数として計算された。その結果が図３に示されている。最小
パワーは、１．２マイクロ秒に等しい約６の遅れで観測され、それは、例示的な
２００メートルのファイバ・コイル２２に対して予測した時間遅延と一致する。
直接波形及び遅延した波形はＲＩＮ雑音が相殺されないときインコヒーレントに
足されるので、ＲＩＮ雑音の達成された低減は、実際には最大パワーの半分にお
けるパワー・レベルと比較されるべきである。このことに基づいて、雑音のほぼ
５０パーセントが相殺された。検出器／増幅器２４、１２及び３４、１４のそれ
ぞれの伝達関数同士間に一層良好な整合を与えることにより、ＲＩＮ雑音の相殺
を更に改善することができるであろう。もし光源のパワーが増大される場合、Ｒ
ＩＮに寄与可能な総合雑音の割合は増大するであろうし、そしてこの技術により
雑音を低減させる全体能力は増強されるであろう。図２及び図３に示された実験
結果は、光がファイバ・コイル２２を通った後で検出された信号から時間遅延さ
れたソース基準信号を減算することにより、ＲＩＮ雑音が実質的に低減されるこ
とができることを示している。この発明の概念に基づいて、ＲＩＮ雑音を低減す
る装置の様々な実施形態が図４から図１０に図示されている。
測定されたファイバ・コイル２２の出力信号と相関付けて、ＲＩＮ雑音を低減す
る有効性を示す。図２Ａに示された自己共分散を与えた直接波形は、図２Ｂに示
された自己共分散を与えた遅延した波形から減算され、そしてその残りのパワー
は遅延（遅れ）の関数として計算された。その結果が図３に示されている。最小
パワーは、１．２マイクロ秒に等しい約６の遅れで観測され、それは、例示的な
２００メートルのファイバ・コイル２２に対して予測した時間遅延と一致する。
直接波形及び遅延した波形はＲＩＮ雑音が相殺されないときインコヒーレントに
足されるので、ＲＩＮ雑音の達成された低減は、実際には最大パワーの半分にお
けるパワー・レベルと比較されるべきである。このことに基づいて、雑音のほぼ
５０パーセントが相殺された。検出器／増幅器２４、１２及び３４、１４のそれ
ぞれの伝達関数同士間に一層良好な整合を与えることにより、ＲＩＮ雑音の相殺
を更に改善することができるであろう。もし光源のパワーが増大される場合、Ｒ
ＩＮに寄与可能な総合雑音の割合は増大するであろうし、そしてこの技術により
雑音を低減させる全体能力は増強されるであろう。図２及び図３に示された実験
結果は、光がファイバ・コイル２２を通った後で検出された信号から時間遅延さ
れたソース基準信号を減算することにより、ＲＩＮ雑音が実質的に低減されるこ
とができることを示している。この発明の概念に基づいて、ＲＩＮ雑音を低減す
る装置の様々な実施形態が図４から図１０に図示されている。
【００２３】
ここで図４を参照すると、第１の実施形態において、光源１８からの光は、入
力結合器２０に結合され、該入力結合器２０から出る光の第１の部分は、第１の
偏光子２８を介して第２の結合器２３に送られ、該第２の結合器２３は、反対方
向に円偏波された２つの反対方向伝搬光ビームをファイバ・コイル２２のそれぞ
れの端部の中へ放つ。これらの反対方向伝搬光ビームの位相は、それぞれの反対
方向伝搬光ビームがファイバ・コイルにそれぞれのコイル端部で入るとき、位相
変調器２５により変調される。検出器及び増幅器３２は、ファイバ結合器２０の
戻りタップに結合され、そしてファイバ結合器２３で組み合わされた反対方向伝
搬光ビームの干渉により生成された干渉光の光学的パワーを測定する。干渉光は
、所望のジャイロ信号に加えて、とりわけ、ＲＩＮ雑音を含む。
力結合器２０に結合され、該入力結合器２０から出る光の第１の部分は、第１の
偏光子２８を介して第２の結合器２３に送られ、該第２の結合器２３は、反対方
向に円偏波された２つの反対方向伝搬光ビームをファイバ・コイル２２のそれぞ
れの端部の中へ放つ。これらの反対方向伝搬光ビームの位相は、それぞれの反対
方向伝搬光ビームがファイバ・コイルにそれぞれのコイル端部で入るとき、位相
変調器２５により変調される。検出器及び増幅器３２は、ファイバ結合器２０の
戻りタップに結合され、そしてファイバ結合器２３で組み合わされた反対方向伝
搬光ビームの干渉により生成された干渉光の光学的パワーを測定する。干渉光は
、所望のジャイロ信号に加えて、とりわけ、ＲＩＮ雑音を含む。
【００２４】
入力結合器２０のまだ使用していないタップから出る光の第２の部分は、第１
の偏光子２８の偏光軸に実質的に平行な偏光軸を有する第２の偏光子２６を通っ
て送られ、そして第２の検出器及び増幅器３４により検出される。この光の検出
された第２の部分３５は、ＲＩＮ雑音並びに前述した他のインコヒーレント雑音
源を表す。他の雑音源はここでの議論には含まれない。ＲＩＮ（光源雑音）サン
プル３５は、その帯域幅が検出器の帯域幅より大きい遅延装置４１で遅延され、
それによりその時間遅延は、本質的に、雑音の相殺が希望され且つジャイロ信号
が存在する帯域幅にわたり一定である。遅延装置４１は、アナログ遅延線であっ
てもよく、又はシフト・レジスタ又はコンピュータ・メモリ・バッファでディジ
タルに実現されてもよい。次いで、ＲＩＮ雑音サンプル３５は、乗算器３６にお
いて、光検出器３２に戻された信号の波形３７により乗算される。ジャイロ波形
はまた、ＤＣブロック４４を通されて、減算処理の前にジャイロ信号のＤＣ成分
を排除することができる。次いで、乗算されたＲＩＮ雑音サンプル３５は、減算
器３８において光ファイバ・センサ信号から減算される。しかしながら、ジャイ
ロ信号はこれまで修正されなくて、そして当該技術で既知の様々な従来の開又は
閉ループ処理方法により処理されることができる。相殺の程度を向上させるため
、２つの信号経路の利得は、ジャイロの光学的回路における損失を考慮して、一
致させるべきである。一般的に、これは、ジャイロ信号を含まない周波数範囲内
の雑音パワー同士を比較し、次いでその２つのチャネルにおける雑音パワー同士
を検出器及び増幅器３２及び３４の利得を調整することにより等しいように設定
することにより行うことができる。その信号の位相情報も必要とされる場合、そ
の比較を交差スペクトルとして行うことができるであろう。次いで、低減したＲ
ＩＮ成分を有するその結果生じた時間依存波形は更に、例えば、復調器又はディ
ジタル信号プロセッサ４６において、ＲＩＮ相殺を受けなかった光ファイバ・セ
ンサ信号のそれと同じ要領で処理されることができる。
の偏光子２８の偏光軸に実質的に平行な偏光軸を有する第２の偏光子２６を通っ
て送られ、そして第２の検出器及び増幅器３４により検出される。この光の検出
された第２の部分３５は、ＲＩＮ雑音並びに前述した他のインコヒーレント雑音
源を表す。他の雑音源はここでの議論には含まれない。ＲＩＮ（光源雑音）サン
プル３５は、その帯域幅が検出器の帯域幅より大きい遅延装置４１で遅延され、
それによりその時間遅延は、本質的に、雑音の相殺が希望され且つジャイロ信号
が存在する帯域幅にわたり一定である。遅延装置４１は、アナログ遅延線であっ
てもよく、又はシフト・レジスタ又はコンピュータ・メモリ・バッファでディジ
タルに実現されてもよい。次いで、ＲＩＮ雑音サンプル３５は、乗算器３６にお
いて、光検出器３２に戻された信号の波形３７により乗算される。ジャイロ波形
はまた、ＤＣブロック４４を通されて、減算処理の前にジャイロ信号のＤＣ成分
を排除することができる。次いで、乗算されたＲＩＮ雑音サンプル３５は、減算
器３８において光ファイバ・センサ信号から減算される。しかしながら、ジャイ
ロ信号はこれまで修正されなくて、そして当該技術で既知の様々な従来の開又は
閉ループ処理方法により処理されることができる。相殺の程度を向上させるため
、２つの信号経路の利得は、ジャイロの光学的回路における損失を考慮して、一
致させるべきである。一般的に、これは、ジャイロ信号を含まない周波数範囲内
の雑音パワー同士を比較し、次いでその２つのチャネルにおける雑音パワー同士
を検出器及び増幅器３２及び３４の利得を調整することにより等しいように設定
することにより行うことができる。その信号の位相情報も必要とされる場合、そ
の比較を交差スペクトルとして行うことができるであろう。次いで、低減したＲ
ＩＮ成分を有するその結果生じた時間依存波形は更に、例えば、復調器又はディ
ジタル信号プロセッサ４６において、ＲＩＮ相殺を受けなかった光ファイバ・セ
ンサ信号のそれと同じ要領で処理されることができる。
【００２５】
図５に図示された第２の実施形態においては、前述の動作は、ディジタル信号
処理技術を用いて実行される。光ファイバ・センサ検出器３２の出力でのジャイ
ロ信号、及び検出器３４の出力でのＲＩＮ雑音サンプル信号の両方は、ここでは
、例えば、Ａ／Ｄ変換器を含み得るマルチチャネル・サンプル・アンド・ホール
ド（Ｓ／Ｈ）増幅器５０により、同時にサンプリングされる。サンプリング速度
は、有効なナイキスト・レート・サンプルが検出器の全帯域幅に対して得られる
ように選定される。同じサンプリング速度での非同時サンプリングにより導入さ
れる誤差はまた、高いサンプリング速度を選択することにより最小にすることが
できる。信号は、離散的サンプル間隔、例えば、５ＭＨｚのサンプリング周波数
に対応する０．２マイクロ秒でサンプリングされる。検出器３４で検出されたＲ
ＩＮ雑音のサンプル３５は、光ファイバ・センサを通らず、従ってそれは、各サ
ンプリング点で、検出器３２で検出された光ファイバ・センサ信号３７の雑音内
容より早い時間での雑音を表す。なお、光ファイバ・センサ信号３２は、光ファ
イバ・センサでの物理的時間遅延に等しい時間偏移を有する。次いで、サンプリ
ングされたジャイロ信号３７及びＲＩＮ雑音３５は、信号処理装置５２で処理さ
れ、それはここで詳細に説明されるであろう。
処理技術を用いて実行される。光ファイバ・センサ検出器３２の出力でのジャイ
ロ信号、及び検出器３４の出力でのＲＩＮ雑音サンプル信号の両方は、ここでは
、例えば、Ａ／Ｄ変換器を含み得るマルチチャネル・サンプル・アンド・ホール
ド（Ｓ／Ｈ）増幅器５０により、同時にサンプリングされる。サンプリング速度
は、有効なナイキスト・レート・サンプルが検出器の全帯域幅に対して得られる
ように選定される。同じサンプリング速度での非同時サンプリングにより導入さ
れる誤差はまた、高いサンプリング速度を選択することにより最小にすることが
できる。信号は、離散的サンプル間隔、例えば、５ＭＨｚのサンプリング周波数
に対応する０．２マイクロ秒でサンプリングされる。検出器３４で検出されたＲ
ＩＮ雑音のサンプル３５は、光ファイバ・センサを通らず、従ってそれは、各サ
ンプリング点で、検出器３２で検出された光ファイバ・センサ信号３７の雑音内
容より早い時間での雑音を表す。なお、光ファイバ・センサ信号３２は、光ファ
イバ・センサでの物理的時間遅延に等しい時間偏移を有する。次いで、サンプリ
ングされたジャイロ信号３７及びＲＩＮ雑音３５は、信号処理装置５２で処理さ
れ、それはここで詳細に説明されるであろう。
【００２６】
ここで図６から図８を参照すると、ＲＩＮ雑音サンプル３５の時間遅延、振幅
及び位相調整を与えて、ＲＩＮ雑音をジャイロ信号から減算して、ＲＩＮを低減
したジャイロ信号を生成する信号処理装置５２の３つの実施形態が示されている
。信号処理装置５２の第１の実施形態５２ａが図６に図示されている。遅延され
ていないＲＩＮサンプル３５は、ディジタル遅延装置５４において、ジャイロ・
データ３７に対して或る整数個のディジタル・サンプル時間だけ遅延され、それ
によりサンプリングされたＲＩＮ雑音３５の遅延は、実質的に光ファイバ・セン
サ信号３７により受けた遅延に等しくなる。ジャイロ・コイルにおける光の時間
遅延が或る整数個のサンプル時間に等しい場合、２つの信号は正確に整列される
。しかしながら、ＲＩＮサンプルがサンプル時間のゆっくり変化する関数である
ので、ＲＩＮ雑音は、たとえ時間遅延が或る整数個のサンプル時間に等しくなく
ても、相変わらず実質的に低減される。ディジタル遅延装置５４は、環状バッフ
ァとして実現され得るが、しかしシフト・レジスタのような他の手段もまた用い
得る。次いで、遅延されたＲＩＮ雑音信号３５の振幅は、そして所望の場合には
その位相も、可変利得増幅器５６ａで調整され、そして増幅され且つ位相偏移さ
れた信号は、乗算器５８ａにおいてジャイロ信号３７と乗算される。次いで、乗
算器５８ａの出力信号は、減算器６０においてジャイロ信号３７から減算され、
所望のＲＩＮ低減したジャイロ信号を生成する。
及び位相調整を与えて、ＲＩＮ雑音をジャイロ信号から減算して、ＲＩＮを低減
したジャイロ信号を生成する信号処理装置５２の３つの実施形態が示されている
。信号処理装置５２の第１の実施形態５２ａが図６に図示されている。遅延され
ていないＲＩＮサンプル３５は、ディジタル遅延装置５４において、ジャイロ・
データ３７に対して或る整数個のディジタル・サンプル時間だけ遅延され、それ
によりサンプリングされたＲＩＮ雑音３５の遅延は、実質的に光ファイバ・セン
サ信号３７により受けた遅延に等しくなる。ジャイロ・コイルにおける光の時間
遅延が或る整数個のサンプル時間に等しい場合、２つの信号は正確に整列される
。しかしながら、ＲＩＮサンプルがサンプル時間のゆっくり変化する関数である
ので、ＲＩＮ雑音は、たとえ時間遅延が或る整数個のサンプル時間に等しくなく
ても、相変わらず実質的に低減される。ディジタル遅延装置５４は、環状バッフ
ァとして実現され得るが、しかしシフト・レジスタのような他の手段もまた用い
得る。次いで、遅延されたＲＩＮ雑音信号３５の振幅は、そして所望の場合には
その位相も、可変利得増幅器５６ａで調整され、そして増幅され且つ位相偏移さ
れた信号は、乗算器５８ａにおいてジャイロ信号３７と乗算される。次いで、乗
算器５８ａの出力信号は、減算器６０においてジャイロ信号３７から減算され、
所望のＲＩＮ低減したジャイロ信号を生成する。
【００２７】
図７に図示された別の実施形態５２ｂにおいては、遅延されたＲＩＮサンプル
・データ３５は、振幅（及び位相）が可変利得増幅器５６ｂで調整される前に、
最初に、乗算器５８ｂにおいてジャイロ信号３７と乗算される。次いで、可変利
得増幅器５６ｂの出力信号は、減算器６０においてジャイロ信号３７から減算さ
れ、所望のＲＩＮ低減したジャイロ信号を生成する。
・データ３５は、振幅（及び位相）が可変利得増幅器５６ｂで調整される前に、
最初に、乗算器５８ｂにおいてジャイロ信号３７と乗算される。次いで、可変利
得増幅器５６ｂの出力信号は、減算器６０においてジャイロ信号３７から減算さ
れ、所望のＲＩＮ低減したジャイロ信号を生成する。
【００２８】
ここで図８を参照すると、アナログ信号は、図４及び図８に示されるように、
ＤＣブロック４４によりＡＣ結合増幅器を介して頻繁に処理され、その場合アナ
ログ信号即ちジャイロ信号３７のＤＣ成分が失われる。正しい雑音成分の振幅は
、ＤＣ成分にＲＩＮ雑音信号３５を乗算することにより復元することができる。
これは、例えば、サニャック干渉計に対する標準方程式（ｓｔａｎｄａｒｄ ｅ
ｑｕａｔｉｏｎ）における変調の深さ（ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｄｅｐｔｈ）及
び回転速度を用いて、ジャイロ信号３７の他のスペクトル成分に対するジャイロ
信号３７のＤＣ成分の大きさを決定することにより行うことができる。そのプロ
セスは図８の実施形態５２ｃに対して次のように動作する。即ち、図７の実施形
態におけるように、遅延されたＲＩＮサンプル・データ３５は、最初に乗算器５
８ｂにおいてジャイロ信号３７と乗算される。更に、前述した要領で適切にスケ
ーリングされたＤＣ成分ｋＪ０は、乗算器５９において、遅延されたＲＩＮ雑音
３５と乗算され、そして加算器６２において、乗算器５８ｂから導出された出力
信号に加えられる。加算器６２の出力信号の振幅（及び位相）は、可変利得増幅
器５６ｂで調整され、そして減算器６０においてジャイロ信号３７から減算され
、所望のＲＩＮ低減したジャイロ信号を生成する。
ＤＣブロック４４によりＡＣ結合増幅器を介して頻繁に処理され、その場合アナ
ログ信号即ちジャイロ信号３７のＤＣ成分が失われる。正しい雑音成分の振幅は
、ＤＣ成分にＲＩＮ雑音信号３５を乗算することにより復元することができる。
これは、例えば、サニャック干渉計に対する標準方程式（ｓｔａｎｄａｒｄ ｅ
ｑｕａｔｉｏｎ）における変調の深さ（ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｄｅｐｔｈ）及
び回転速度を用いて、ジャイロ信号３７の他のスペクトル成分に対するジャイロ
信号３７のＤＣ成分の大きさを決定することにより行うことができる。そのプロ
セスは図８の実施形態５２ｃに対して次のように動作する。即ち、図７の実施形
態におけるように、遅延されたＲＩＮサンプル・データ３５は、最初に乗算器５
８ｂにおいてジャイロ信号３７と乗算される。更に、前述した要領で適切にスケ
ーリングされたＤＣ成分ｋＪ０は、乗算器５９において、遅延されたＲＩＮ雑音
３５と乗算され、そして加算器６２において、乗算器５８ｂから導出された出力
信号に加えられる。加算器６２の出力信号の振幅（及び位相）は、可変利得増幅
器５６ｂで調整され、そして減算器６０においてジャイロ信号３７から減算され
、所望のＲＩＮ低減したジャイロ信号を生成する。
【００２９】
雑音３５は、最初に遅延装置５４において時間遅延され、次いでセンサ出力信
号３７により変調されるのが好ましい。それは、さもなければ、減算された信号
の中の変調された雑音は、正しい時間関係を持たないからである。しかしながら
、２つの動作は、復調が開ループ・ジャイロのような狭帯域で行われる場合顕著
な誤差を生成することなしに交換可能であり得る。この場合、検出器の帯域幅は
小さく、そして変調する信号の基本周波数のみが復調される。
号３７により変調されるのが好ましい。それは、さもなければ、減算された信号
の中の変調された雑音は、正しい時間関係を持たないからである。しかしながら
、２つの動作は、復調が開ループ・ジャイロのような狭帯域で行われる場合顕著
な誤差を生成することなしに交換可能であり得る。この場合、検出器の帯域幅は
小さく、そして変調する信号の基本周波数のみが復調される。
【００３０】
その結果生じるＲＩＮを低減したジャイロ信号は、当該技術で既知である標準
の開又は閉ループ処理方法のいずれかにより処理することができる。増幅器５６
ａ及び５６ｂの利得は、ジャイロ信号３７を含まない周波数範囲内の雑音パワー
同士を比較し且つこの周波数範囲内の雑音パワー同士を等しいように設定するこ
とにより調整され得る。
の開又は閉ループ処理方法のいずれかにより処理することができる。増幅器５６
ａ及び５６ｂの利得は、ジャイロ信号３７を含まない周波数範囲内の雑音パワー
同士を比較し且つこの周波数範囲内の雑音パワー同士を等しいように設定するこ
とにより調整され得る。
【００３１】
タイミングが正しい状態にあるために、コイルの長さは、サンプリング時間間
隔と整合する長さに制限され、それは変調周波数の関数である。これは、通常は
著しい制約ではなく、そしてある実行においては、変調周波数は特定の要求され
たコイル長を補償するため変えることができるであろう。この条件を厳密に満足
させることができない場合、時間誤差自体が検出器の電子的帯域幅の逆数と比較
して小さいならば性能の劣化は小さい。
隔と整合する長さに制限され、それは変調周波数の関数である。これは、通常は
著しい制約ではなく、そしてある実行においては、変調周波数は特定の要求され
たコイル長を補償するため変えることができるであろう。この条件を厳密に満足
させることができない場合、時間誤差自体が検出器の電子的帯域幅の逆数と比較
して小さいならば性能の劣化は小さい。
【００３２】
図９に図示された別の実施形態に従って、光ファイバ構成要素は、光ファイバ
・センサ信号３７及びＲＩＮ雑音サンプル３５が時間領域の代わりに周波数領域
で処理されることを除いて、図４の第１の実施形態のやり方と同じやり方で配置
される。光ファイバ・センサ（ジャイロ）信号３７は、検出器３２により検出さ
れ、そして例えば、離散的フーリエ変換（ＤＦＴ）７２を用いてフーリエ変換さ
れて、そのスペクトル内容を抽出する。ＲＩＮ雑音サンプル３５は、検出器３４
により検出され、そして乗算器７５において、前述したように、光ファイバ・セ
ンサ信号３７により乗算され、次いで、例えば、光ファイバ・センサ信号３７と
似た要領で、離散的フーリエ変換（ＤＦＴ）８３を用いてフーリエ変換される。
光ファイバ・センサの検出帯域幅内のＲＩＮ雑音のみが信号対雑音比に悪影響を
与えるので、変調周波数に対応する周波数のみを計算する必要がある。ＲＩＮ雑
音信号３５の信号スペクトル・ビンに関する結果は、可変利得増幅器８６におい
て振幅及び位相について調整される。なお、周波数領域における位相偏移は、前
述の時間領域における時間偏移に対応する。次いで、周波数領域におけるその結
果生じたＲＩＮ雑音信号は、フーリエ変換（ＤＦＴ）７２の出力で導出された対
応光ファイバ・センサ信号３７（相変わらず複素形式である。）から減算器７８
で減算される。その結果は更に、例えば、ディジタル信号プロセッサ９０で、Ｒ
ＩＮ相殺を受けなかった光ファイバ・センサ信号の要領と同一の要領で処理され
ることができる。例えば、ＲＩＮを低減したジャイロ信号を表すディジタル信号
プロセッサ９０の出力は、帯域幅を低減するため積分され、又は振幅及び符号へ
変換され得る。
・センサ信号３７及びＲＩＮ雑音サンプル３５が時間領域の代わりに周波数領域
で処理されることを除いて、図４の第１の実施形態のやり方と同じやり方で配置
される。光ファイバ・センサ（ジャイロ）信号３７は、検出器３２により検出さ
れ、そして例えば、離散的フーリエ変換（ＤＦＴ）７２を用いてフーリエ変換さ
れて、そのスペクトル内容を抽出する。ＲＩＮ雑音サンプル３５は、検出器３４
により検出され、そして乗算器７５において、前述したように、光ファイバ・セ
ンサ信号３７により乗算され、次いで、例えば、光ファイバ・センサ信号３７と
似た要領で、離散的フーリエ変換（ＤＦＴ）８３を用いてフーリエ変換される。
光ファイバ・センサの検出帯域幅内のＲＩＮ雑音のみが信号対雑音比に悪影響を
与えるので、変調周波数に対応する周波数のみを計算する必要がある。ＲＩＮ雑
音信号３５の信号スペクトル・ビンに関する結果は、可変利得増幅器８６におい
て振幅及び位相について調整される。なお、周波数領域における位相偏移は、前
述の時間領域における時間偏移に対応する。次いで、周波数領域におけるその結
果生じたＲＩＮ雑音信号は、フーリエ変換（ＤＦＴ）７２の出力で導出された対
応光ファイバ・センサ信号３７（相変わらず複素形式である。）から減算器７８
で減算される。その結果は更に、例えば、ディジタル信号プロセッサ９０で、Ｒ
ＩＮ相殺を受けなかった光ファイバ・センサ信号の要領と同一の要領で処理され
ることができる。例えば、ＲＩＮを低減したジャイロ信号を表すディジタル信号
プロセッサ９０の出力は、帯域幅を低減するため積分され、又は振幅及び符号へ
変換され得る。
【００３３】
ＲＩＮ雑音に対する適切な振幅及び位相補正は、多くの方法で決定することが
できる。一つのアプローチでは、ＤＦＴは、予想される光ファイバ・センサ信号
が存在しないスペクトル領域において光ファイバ・センサ信号及びＲＩＮ信号の
両方について実行される。換言すれば、それは、開ループの実行においては、変
調周波数に等しくなく且つその変調周波数の倍数にも等しくない周波数で実行さ
れる。スペクトル重み付け関数がそれぞれの信号に適用され、光ファイバ・セン
サ信号のスペクトル漏れ（ｓｐｅｃｔｒａｌ ｌｅａｋａｇｅ）を雑音チャネル
の中に抑圧し得ることが有利である。信号チャネルの少なくとも１つに適用され
た利得補正は２つのチャネルの雑音パワー同士の比に等しいのに対して、位相補
正は雑音サンプル同士間の位相差の負量である。この解析においては、雑音のＲ
ＩＮ成分が熱及びショット雑音のような他の雑音成分より十分大きいことが仮定
されている。たとえＲＩＮ成分が支配的雑音寄与分でなくても、他の雑音源のラ
ンダムな性質は、比較のための平均時間が増大するにつれ、それら他の雑音源の
ランダムな性質はそれらの影響力を低減するであろう。
できる。一つのアプローチでは、ＤＦＴは、予想される光ファイバ・センサ信号
が存在しないスペクトル領域において光ファイバ・センサ信号及びＲＩＮ信号の
両方について実行される。換言すれば、それは、開ループの実行においては、変
調周波数に等しくなく且つその変調周波数の倍数にも等しくない周波数で実行さ
れる。スペクトル重み付け関数がそれぞれの信号に適用され、光ファイバ・セン
サ信号のスペクトル漏れ（ｓｐｅｃｔｒａｌ ｌｅａｋａｇｅ）を雑音チャネル
の中に抑圧し得ることが有利である。信号チャネルの少なくとも１つに適用され
た利得補正は２つのチャネルの雑音パワー同士の比に等しいのに対して、位相補
正は雑音サンプル同士間の位相差の負量である。この解析においては、雑音のＲ
ＩＮ成分が熱及びショット雑音のような他の雑音成分より十分大きいことが仮定
されている。たとえＲＩＮ成分が支配的雑音寄与分でなくても、他の雑音源のラ
ンダムな性質は、比較のための平均時間が増大するにつれ、それら他の雑音源の
ランダムな性質はそれらの影響力を低減するであろう。
【００３４】
図１０に図示された更に別の実施形態に従って、光ファイバの構成要素は、Ｒ
ＩＮサンプル信号が例えば光出力パワーをモニタするため多くの場合組み込まれ
る検出器３４により光源又はレーザ１８の後部ファセットでサンプリングされる
ことを除いて、図５の実施形態のやり方と同じやり方で配置される。この構成は
、レーザ光が偏光される応用に最良に適している。しかしながら、レーザ光、並
びに偏光子を通過した光が偏光されそうにないので、ＲＩＮについての潜在的改
善はレーザ光源の偏光により制限される。偏光子２６は、レーザ光自体が偏光さ
れない場合用い得る。
ＩＮサンプル信号が例えば光出力パワーをモニタするため多くの場合組み込まれ
る検出器３４により光源又はレーザ１８の後部ファセットでサンプリングされる
ことを除いて、図５の実施形態のやり方と同じやり方で配置される。この構成は
、レーザ光が偏光される応用に最良に適している。しかしながら、レーザ光、並
びに偏光子を通過した光が偏光されそうにないので、ＲＩＮについての潜在的改
善はレーザ光源の偏光により制限される。偏光子２６は、レーザ光自体が偏光さ
れない場合用い得る。
【００３５】
本発明が図示されそして詳細に説明された好適な実施形態と関係して開示され
たが、それについての様々な修正及び改良が当業者に容易に明らかになるであろ
う。例えば、同じ雑音低減概念がまた、連続的ループのように又は反射形偏光形
態で実行され得るファラデー効果に基づいて干渉型光ファイバ磁界及び／又は電
流センサに適用されることができる。電流センサにおいては、λ／４波長板が光
源とファイバ・コイルとの間に挿入され、反対の円偏波方向を持つ反対方向に伝
搬する光ビームを生成する。これらのセンサは、信号処理が類似しているので、
干渉型光ファイバの光ファイバ・ジャイロと同じやり方で解析されることができ
る。
たが、それについての様々な修正及び改良が当業者に容易に明らかになるであろ
う。例えば、同じ雑音低減概念がまた、連続的ループのように又は反射形偏光形
態で実行され得るファラデー効果に基づいて干渉型光ファイバ磁界及び／又は電
流センサに適用されることができる。電流センサにおいては、λ／４波長板が光
源とファイバ・コイルとの間に挿入され、反対の円偏波方向を持つ反対方向に伝
搬する光ビームを生成する。これらのセンサは、信号処理が類似しているので、
干渉型光ファイバの光ファイバ・ジャイロと同じやり方で解析されることができ
る。
【００３６】
更に、光ファイバ・センサはファイバとして実現される必要はないが、しかし
基板上に形成され得る及び／又は基板と一体に形成され得る光導波路から作って
もよい。 従って、本発明の趣旨及び範囲は特許請求の範囲によってのみ制限されるべき
である。
基板上に形成され得る及び／又は基板と一体に形成され得る光導波路から作って
もよい。 従って、本発明の趣旨及び範囲は特許請求の範囲によってのみ制限されるべき
である。
【手続補正書】
【提出日】平成１４年１１月８日（２００２．１１．８）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
本発明のまた別の局面によれば、低減した雑音を有するセンサ信号を生成する
光センサ・システムは、センサ入力光を生成する光源と、センサ入力光を受け取
り且つ物理量を測定するよう適合された光センサとを含み、該光センサは、物理
量及び第１の雑音成分を有するセンサ出力信号を生成する。第１の検出器は、セ
ンサ出力信号を検出し、一方、第２の検出器は、第２の雑音成分を有するセンサ
入力光を検出する。電子的プロセッサは、第１及び第２の検出器に結合され、そ
して第２の雑音成分をセンサ出力信号に対して電子的に時間遅延し、その電子的
時間遅延は、実質的に、光センサを通るセンサ入力光の時間遅延に対応する。プ
ロセッサは、前記センサ出力信号を乗算された時間遅延した第２の雑音成分の関
数である変調された信号をセンサ出力信号から減算して、低減した雑音を有する
センサ信号を生成する。
光センサ・システムは、センサ入力光を生成する光源と、センサ入力光を受け取
り且つ物理量を測定するよう適合された光センサとを含み、該光センサは、物理
量及び第１の雑音成分を有するセンサ出力信号を生成する。第１の検出器は、セ
ンサ出力信号を検出し、一方、第２の検出器は、第２の雑音成分を有するセンサ
入力光を検出する。電子的プロセッサは、第１及び第２の検出器に結合され、そ
して第２の雑音成分をセンサ出力信号に対して電子的に時間遅延し、その電子的
時間遅延は、実質的に、光センサを通るセンサ入力光の時間遅延に対応する。プ
ロセッサは、前記センサ出力信号を乗算された時間遅延した第２の雑音成分の関
数である変調された信号をセンサ出力信号から減算して、低減した雑音を有する
センサ信号を生成する。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
本発明の実施形態は、以下の特徴の１つ以上を含み得る。光センサは、光ファ
イバ・センサであってよい。測定された物理量は、光ファイバ・センサの回転、
又は電流により生成され得る磁界であり得る。入力光雑音成分を検出する第２の
検出器は、光ファイバ・センサの入力部に結合され得て、又は光ファイバ・セン
サ入力光を生成する光源に直接結合され得る。電子的プロセッサは、マルチチャ
ネル・サンプル及びホールド装置と、前記光ファイバ・センサを通るセンサ入力
光のセンサ時間遅延に実質的に対応する時間期間だけ、サンプリングされた第２
の雑音成分をサンプリングされたセンサ出力信号に対して電子的に時間偏移（時
間シフト）させる電子的遅延装置とを含み得る。変換プロセッサを有する電子的
プロセッサは、前記の変換された乗算した第２の雑音成分の振幅及び位相を調整
する増幅器を含み得る。変換プロセッサは、離散的フーリエ変換を実行するフー
リエ変換プロセッサであり得る。スペクトル重み付け関数が、変換されたセンサ
出力信号及び第２の雑音成分に適用される。相対的振幅及び位相は、センサ出力
信号を第２の雑音成分と、測定信号が光ファイバ・センサにより生成されないス
ペクトル領域で比較することにより決定され得る。センサ出力信号及び／又は第
２の雑音成分の相対的利得は、例えば、センサ出力信号の雑音パワー及び第２の
雑音成分との比に等しい相対的利得補正を設定することにより調整され得る。
イバ・センサであってよい。測定された物理量は、光ファイバ・センサの回転、
又は電流により生成され得る磁界であり得る。入力光雑音成分を検出する第２の
検出器は、光ファイバ・センサの入力部に結合され得て、又は光ファイバ・セン
サ入力光を生成する光源に直接結合され得る。電子的プロセッサは、マルチチャ
ネル・サンプル及びホールド装置と、前記光ファイバ・センサを通るセンサ入力
光のセンサ時間遅延に実質的に対応する時間期間だけ、サンプリングされた第２
の雑音成分をサンプリングされたセンサ出力信号に対して電子的に時間偏移（時
間シフト）させる電子的遅延装置とを含み得る。変換プロセッサを有する電子的
プロセッサは、前記の変換された乗算した第２の雑音成分の振幅及び位相を調整
する増幅器を含み得る。変換プロセッサは、離散的フーリエ変換を実行するフー
リエ変換プロセッサであり得る。スペクトル重み付け関数が、変換されたセンサ
出力信号及び第２の雑音成分に適用される。相対的振幅及び位相は、センサ出力
信号を第２の雑音成分と、測定信号が光ファイバ・センサにより生成されないス
ペクトル領域で比較することにより決定され得る。センサ出力信号及び／又は第
２の雑音成分の相対的利得は、例えば、センサ出力信号の雑音パワー及び第２の
雑音成分との比に等しい相対的利得補正を設定することにより調整され得る。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 ベネット，シドニー・エム
アメリカ合衆国イリノイ州60610，シカゴ，
ノース・ディアボーン・パークウェイ
1301，ユニット 706
Ｆターム(参考） 2F105 BB03 DD02 DE01 DE12 DE21
DE25 DF07
2G086 DD05
Claims (24)
- 【請求項１】 低減した雑音を有する光ファイバ・センサ信号を生成する光
ファイバ・センサ・システムにおいて、 センサ入力光を受け取るよう適合され且つある物理量を測定するよう適合され
た光ファイバ・センサであって、前記物理量及び第１の雑音成分に対応するセン
サ出力信号を生成する光ファイバ・センサと、 前記センサ出力信号を検出する第１の検出器と、 第２の雑音成分に対応するセンサ入力光を検出する第２の検出器と、 前記第１及び第２の検出器に結合された電子的プロセッサと、を備え、 前記電子的プロセッサは、 前記光ファイバ・センサを通る前記センサ入力光の時間遅延に実質的に対応す
る電子的時間遅延を第２の雑音成分に与える遅延回路と、 前記の時間遅延された第２の雑音成分に前記センサ出力信号を乗算する乗算器
と、 前記の乗算された時間遅延した第２の雑音成分を前記センサ出力信号から減算
して、低減した雑音を有する光ファイバ・センサ信号を生成する減算器と を含む、光ファイバ・センサ・システム。 - 【請求項２】 前記物理量が前記光ファイバ・センサの回転である請求項１
記載の光ファイバ・センサ・システム。 - 【請求項３】 前記物理量が磁界である請求項１記載の光ファイバ・センサ
・システム。 - 【請求項４】 前記磁界が電流により生成される請求項３記載の光ファイバ
・センサ・システム。 - 【請求項５】 前記電子的プロセッサは更に、前記の時間遅延された第２の
雑音成分の振幅及び位相のうちの少なくとも１つを調整する増幅器を含む請求項
１記載の光ファイバ・センサ・システム。 - 【請求項６】 少なくとも前記センサ出力信号は、その少なくとも前記セン
サ出力信号のＤＣ成分を抑圧するように増幅され、 前記の抑圧されたＤＣ成分は、前記センサ出力信号と乗算され、且つ前記の乗
算された時間遅延した第２の雑音成分に加えられる 請求項１記載の光ファイバ・センサ・システム。 - 【請求項７】 前記第２の検出器は前記光ファイバ・センサの入力部に結合
される請求項１記載の光ファイバ・センサ・システム。 - 【請求項８】 前記第２の検出器は光源に直接結合される請求項１記載の光
ファイバ・センサ・システム。 - 【請求項９】 前記電子的プロセッサは、前記センサ出力信号及び第２の雑
音成分を共通のサンプリング時間でサンプリングするサンプル及びホールド装置
を備え、 前記の電子的遅延回路は、前記光ファイバ・センサを通る前記センサ入力光の
センサ時間遅延に実質的に等しいサンプリング時間の個数だけ、前記のサンプリ
ングされた第２の雑音成分を前記のサンプリングされたセンサ出力信号に対して
偏移させる、請求項１記載の光ファイバ・センサ・システム。 - 【請求項１０】 前記電子的プロセッサは更に、前記センサ出力信号及び前
記第２の雑音成分を周波数領域に変換する少なくとも１つの変換プロセッサを備
え、 前記の電子的時間遅延は、周波数領域における前記の変換された第２の雑音成
分を前記の変換されたセンサ出力信号に対して位相偏移させることにより生成さ
れる 請求項１記載の光ファイバ・センサ・システム。 - 【請求項１１】 前記プロセッサがフーリエ変換プロセッサである請求項１
０記載の光ファイバ・センサ・システム。 - 【請求項１２】 光ファイバ・センサから低減した雑音を有する測定信号を
生成する方法において、 測定信号及び第１の雑音成分を含むセンサ出力信号を測定するステップと、 第２の雑音成分を表す光ファイバ・センサ入力光の入力光雑音成分を測定する
ステップと、 前記第２の雑音成分を電子的に時間遅延するステップであって、前記時間遅延
は前記光ファイバ・センサを通る前記センサ入力光のセンサ時間遅延に実質的に
対応する、前記電子的に時間遅延するステップと、 前記の時間遅延された第２の雑音成分に前記センサ出力信号を乗算するステッ
プと、 前記の乗算された第２の雑音成分を前記センサ出力信号から減算して、低減し
た雑音測定信号を生成するステップと を備える方法。 - 【請求項１３】 前記測定信号は、前記光ファイバ・センサの回転に対する
前記光ファイバ・センサの応答を表す請求項１２記載の方法。 - 【請求項１４】 前記測定信号は、磁界に対する前記光ファイバ・センサの
応答を表す請求項１２記載の方法。 - 【請求項１５】 前記磁界が電流により生成される請求項１４記載の方法。
- 【請求項１６】 前記入力光雑音成分が前記光ファイバ・センサの入力部で
検出される請求項１２記載の方法。 - 【請求項１７】 光ファイバ・センサから低減した雑音を有する測定信号を
生成する方法において、 測定信号及び第１の雑音成分を含むセンサ出力信号を測定するステップと、 第２の雑音成分を表す光ファイバ・センサ入力光の入力光雑音成分を測定する
ステップと、 前記第２の雑音成分に前記センサ出力信号を乗算するステップと、 前記センサ出力信号及び前記の乗算された第２の雑音成分を周波数領域に変換
し、且つ前記の変換された乗算した雑音信号の振幅及び位相のうちの少なくとも
１つを前記の変換されたセンサ出力信号のそれぞれの振幅及び位相に対して、相
対的位相偏移が前記センサ時間遅延に対応するように調整するステップと、 前記の乗算された第２の雑音成分を前記センサ出力信号から減算して、低減し
た雑音測定信号を生成するステップと を備える方法。 - 【請求項１８】 前記の相対的振幅及び位相は、前記センサ出力信号と前記
第２の雑音成分とを、測定信号が前記光ファイバ・センサにより生成されないス
ペクトル領域で比較することにより決定される請求項１７記載の方法。 - 【請求項１９】 スペクトル重み付け関数が、前記の変換されたセンサ出力
信号及び前記第２の雑音成分に適用される請求項１７記載の方法。 - 【請求項２０】 相対的利得補正が、前記センサ出力信号及び前記第２の雑
音成分のうちの少なくとも１つに適用され、 前記相対的利得補正は、前記センサ出力信号と前記第２の雑音成分との雑音電
力の比に等しく、 前記の位相補正は、前記第１の雑音成分と前記第２の雑音成分との位相差の負
量である 請求項１８記載の方法。 - 【請求項２１】 低減した雑音を有するセンサ信号を生成する光センサ・シ
ステムにおいて、 センサ入力光を生成する光源と、 前記センサ入力光を受け取り且つある物理量を測定するよう適合された光セン
サであって、前記物理量及び第１の雑音成分を有するセンサ出力信号を生成する
光センサと、 前記センサ出力信号を検出する第１の検出器と、 第２の雑音成分を有するセンサ入力光を検出する第２の検出器と、 前記第１及び第２の検出器に結合された電子的プロセッサと、を備え、 前記電子的プロセッサは、前記第２の雑音成分を前記センサ出力信号に対して
電子的に時間遅延させ、 前記の電子的時間遅延は、前記光ファイバ・センサを通る前記センサ入力光の
時間遅延に実質的に対応し、 前記電子的プロセッサは更に、前記の乗算された時間遅延した第２の雑音成分
の関数である変調された信号を前記センサ出力信号から減算して、低減した雑音
を有するセンサ信号を生成する、光センサ・システム。 - 【請求項２２】 前記光センサが光導波路を備える請求項２１記載の光セン
サ・システム。 - 【請求項２３】 前記光導波路が一体型光導波路である請求項２２記載の光
センサ・システム。 - 【請求項２４】 前記の変調された信号は、前記の時間遅延された第２の雑
音成分と前記センサ出力信号との乗算により生成される請求項２１記載の光セン
サ・システム。
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