JP2529487B2 - 光回転検出装置及びその制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、移動体等に使用される
光回転検出装置及びその制御方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光回転検出装置として使用されるジャイ
ロスコープからは、角速度だけでなく、それを積分する
ことにより、方位のデータも得ることができる。そのよ
うなジャイロスコープの内で、光ファイバをセンシング
ループ部に用いた光ファイバジャイロスコープは、可動
部が全くなく且つ小型化が可能であり、更に最小検出可
能角速度（感度）、零点ドリフト、可測範囲（ダイナミ
ックレンジ）、スケールファクタの安定性において、従
来のジャイロスコープと比較して優れているために、近
年注目され、研究開発がなされている。

【０００３】そのような光ファイバジャイロスコープに
は、信号処理方式として位相差バイアス方式、２入力方
式、位相変調方式、周波数変調方式、光ヘテロダイン方
式などの処理方式がある。ここでは、位相変調方式を用
いた光ファイバジャイロスコープを例にとって、図１９
の従来例をもとに、その動作原理を簡単に説明する。

【０００４】まず、光回転検出装置の光学系について以
下に述べる。半導体レーザのような光源１から出射され
た光は、光を分岐結合するための第１の光ファイバカプ
ラ２を介して、偏光子４に入力され、その偏光子４を通
過した光は、光フアィバのようなモードフィルタを介し
て５の第２の光ファイバカプラ等のビームスプリッタに
入力され、そこでさらに２つに分岐される。この２つの
光は、一端をセンシングループ６を構成するように巻回
し、もう一端を周波数で駆動される圧電振動子等で構成
された位相変調器７に巻き付けられた光ファイバの両端
に結合される。そして、光ファイバの両端に結合された
光は、それぞれ、光ファイバセンシングループ６内を右
回り（ＣＷ方向）と左回り（ＣＣＷ方向）とに伝搬し、
出射端より出射し、先に光の分割に用いたビームスプリ
ッタ５により再度合成される。合成された光は所定の光
学系を介し、フォトダイオード３のような受光素子に入
射され、電気信号に変換される。

【０００５】なお位相変調器７としては、円筒状圧電振
動子等に光ファイバを巻き付けたものが一般的に使用さ
れ、センシングループ６内の圧電振動子に巻き付けられ
た光ファイバ部分において、圧電振動子の伸縮に応じて
光ファイバ長や伝搬定数等が変化し、光がその部分を伝
搬するときに位相変調を受ける構成であることが一般的
である。

【０００６】またこのような構成の光ファイバジャイロ
における光路は、入射された光の偏光方向を維持するた
め、全て偏波面保存光ファイバ等によって構成するのが
望まれる。

【０００７】次に、光回転検出装置の信号処理系につい
て、動作を簡単に説明する。まず基準信号発生器２３か
らは、位相変調器駆動回路３３等を介して、位相変調器
７に周波数ｆｍの変調信号が送出される。この信号によ
って、位相変調器７が光ファイバを伝搬している光に位
相変調を行う。一方フォトダイオード３に入力され、光
電変換された電気信号は、２１のプリアンプ等の増幅器
によって増幅後、基準信号発生器２３からの信号とロッ
クインアンプ２４で同期検波される。その出力信号は、
信号処理部２６等によって、光回転検出装置の回転角速
度信号（度／時間）等に変換される。つまり、２６の信
号処理部からの出力信号が、ジャイロスコープの回転出
力信号として取り出される構成になっているのが一般的
である。又光源１の出力を安定化するために、光源駆動
回路２５へフィードバック信号を送出する。

【０００８】ここで光ファイバジャイロスコープの回転
角速度等の検出原理は、サニャック（Sagnac)効果によ
る。つまり、光センシングコイルを伝搬するとき、セン
シングコイルが回転を受けていると、いわゆるサニャッ
ク効果により、右回り光（ＣＷ方向）と左回り光（ＣＣ
Ｗ方向）とに位相差が発生する。この位相差の検出は、
右回り光と左回り光との干渉光の信号成分を検出するこ
とによって行なう。

【０００９】そしてこのような光ファイバジャイロの雑
音要因としては位相変調器によると思われるものが含ま
れると考えられている。このような雑音成分を除去する
ためには、位相変調器の駆動周波数ｆｍつまり、圧電振
動子を駆動する基準位相変調周波数ｆｍとセンシング用
光ファイバループ長Ｌとは、以下の式を満足することが
必要であった。

【００１０】

【数１】

【００１１】一方、上述のように光ファイバをセンシン
グループに用いた光回転検出器においては、強度変調
（ＡＭ）雑音の位相特性の存在は、現在まで見いだされ
ていなかった。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上記構成の光回転検出
装置においては、光ファイバセンシングループとして偏
波面保存光ファイバを用いるため、シングルモード光フ
ァイバ使用時に比較して、コストが上昇する傾向があ
る。

【００１３】また、上記（数１）を満足するように光フ
ァイバセンシングループを設計すると、位相変調器とし
て用いている圧電振動子を駆動する位相変調信号の周波
数ｆｍを小さくしようとすれば、光ファイバセンシング
ループの長さＬを大きくしなければならない等、ｆｍと
Ｌは、逆比例の関係となる制約があった。このため、光
フィバループ長Ｌを短尺化するためには位相変調周波数
ｆｍを増加させなくてはならず、また、変調周波数ｆｍ
を減少させようとすると光ファイバセンシングループ長
Ｌは増加させる必要があるため、光ファイバセンシング
ループの長さＬを減少させることができず、省スペース
や重量低減、ひいてはコスト低減が困難である等との課
題があった。

【００１４】本発明は、上記課題を解決し、低コスト
で、設計自由度が高く、さらに光回転検出装置の回転出
力信号として、低零点ドリフト特性、及び高い信号対雑
音比（Ｓ／Ｎ比）を有する出力を得ることの出来る光回
転検出装置及び光回転検出装置の制御方法を提供するこ
とを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の光回転検出装置は、光源と、前記光源から
射出した光が所定の光路を経て入射し、サニャック効果
を生じるセンシングループ部と、前記センシングループ
部から射出した光を所定の光路を経て受光する受光手段
と、前記受光手段からの出力信号を、その雑音成分が最
小となる位相で制御する信号制御処理手段を具備し、前
記センシングループ部は、センシングループ内を伝搬す
る光の位相を所定の位相に変調する位相変調手段と前記
センシングループ内を伝搬する光を無偏光化するための
偏光解消手段とを有する光回転検出装置である。

【００１６】又、以上の構成を有し受光手段からの出力
信号を、その雑音成分が最小となる位相で所定の制御処
理をする信号制御処理手段を有する光回転検出装置であ
る。

【００１７】又、光源と、周囲を伝搬する光の位相を所
定の位相に変調する位相変調手段を有し、かつ前記光源
から射出した光が所定の光路を経て入射しサニャック効
果を生じるセンシングループ部と、前記センシングルー
プ部から射出した光を所定の光路を経て受光する受光手
段と、前記受光手段からの信号をその信号の雑音成分が
最小となる位相で制御処理する信号制御処理手段とを有
する光回転検出装置である。

【００１８】一方、本発明の光回転検出装置の制御方法
は、光源と、周囲を伝搬する光の位相を所定の位相に変
調する位相変調手段を伝搬する光の無偏光化するための
偏光解消手段とを有し前記光源から射出した光が所定の
光路を経て入射し、サニャック効果を生じるセンシング
ループ部と、前記センシングループ部から射出した光を
所定の光路を経て受光する受光手段とを有する光回転検
出装置の制御方法であって、前記受光手段からの信号を
その信号の雑音成分が最小となる位相で制御処理する光
回転検出装置の制御方法である。

【００１９】又、光源と、周囲を伝搬する光の位相を所
定の位相に変調する位相変調手段を有し前記光源から射
出した光が所定の光路を経て入射し、サニャック効果を
生じるセンシングループ部と、前記センシングループ部
から射出した光を所定の光路を経て受光する受光手段と
を有する光回転検出装置の制御方法であって、前記受光
手段からの信号をその信号の雑音成分が最小となる位相
で制御処理する光回転検出装置の制御方法である。

【００２０】

【作用】本発明は上記構成により、特に偏光解消手段の
存在が、位相変調器で発生する強度変調（ＡＭ）雑音の
低減を図るとともに、伝搬光を強制的に無偏光化（自然
光化）して、センシングループ内での偏波面の変動によ
る不要干渉雑音成分を取り除く。

【００２１】また、特に、信号処理部において強度変調
（ＡＭ）雑音の変動量が最小になるように基準（参照）
信号、もしくは、受光手段からの出力信号の位相を調整
することにより、ドリフト成分が除去された感度の大き
い出力信号を得る。

【００２２】

【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例の詳細を
説明する。

【００２３】（実施例１） 図１は本発明の第１の実施例における光回転検出装置の
模式図を示す。図１において、１はスーパールミネッセ
ンスダイオード（ＳＬＤ）からなる光源であり、２は光
を均等な強度に二分岐し、光源１からの光をその後の光
学系に伝搬後、再び光源１方向へ帰還する光を二分岐
し、一方の光をフォトダイオード３に結合させるための
第１カプラ２である。４は伝搬光の偏光方向を規定する
ための偏光子（例えば積層型偏光子）であり、５は光を
分岐結合、すなわち偏光子４により偏光された光を二分
岐し、その後センシングループ６を時計まわり（ＣＷ方
向）、および反時計回り（ＣＷＷ方向）に伝搬した光
を、再び結合するための第２カプラ５である。８は偏光
解消手段であり、光波を無偏光化（自然光化）するため
に配置されたものである。この偏光解消手段８として
は、長さ比１：２の２本の偏波面保存光ファイバの主軸
角を、４５度傾斜させ融着接続させたＬｙｏｔ（リョ
ー）型ファイバタイプの偏光解消装置（デポラライザ）
を用いている。

【００２４】ここで偏光子４を設ける理由について説明
する。一般に光ファイバ中では、偏波方向の直交した２
つのモードが独立に伝搬可能であり、光ファイバの非軸
対称性により、この二つの直交モード間においてエネル
ギーのカップリング（結合）が存在する。この結合状態
が温度変動等による外乱で変化すると、光回転検出装置
の出力信号に誤差要因となって現れ、その結果、出力信
号のドリフトをもたらす。つまり、光回転検出装置が静
止した状態においても、零点出力特性のドリフトとなっ
て現れ、光回転検出装置の回転入力に対する出力信号の
検出誤差が増加する。この出力信号のドリフトを低減す
るには、時計回り（ＣＷ方向）、反時計回り（ＣＣＷ方
向）の両回り光に対して光ファイバの伝達関数を同一と
すればよい。そこで、光路中の第１カプラ２と第２カプ
ラ５との間に４のような偏光子等を挿入し、センシング
ループ６に対して各々単一の偏波成分の光のみを導き、
さらにセンシングループ６をそれぞれ逆方向に伝搬させ
た後、光源１方向に帰還させた光のうち、前述の光と同
一の偏波成分のみを取り出すようにしたものである。

【００２５】更に、偏光解消手段８の存在により、前述
の光ファイバ中の直交偏波モード間に光路差を発生さ
せ、両直交偏波モードの干渉光成分を低減している。つ
まり伝搬光を強制的に無偏光化（自然光化）して、セン
シングループ６内での偏波状態変動による不要干渉雑音
成分を除去することができる。これにより本光回転検出
装置の出力信号のドリフト成分を低減でき、安定した零
点出力特性を得ることができる。

【００２６】ついで、６は本光回転検出装置の回転角速
度量の検出を行うセンシングループである。７は、セン
シングループ６を伝搬する時計回り（ＣＷ方向）、反時
計回り（ＣＣＷ方向）の両回り光に対し、光学的位相差
を設けるために配置された位相変調器である。この位相
変調器は例えば、円筒状圧電振動子からなる位相変調器
で、この円筒状圧電振動子の周囲に巻回された光路１８
を通過する光に位相変調を与えるものである。すなわ
ち、位相変調器７は本光回転検出装置が回転することに
よりセンシングループ６内で発生する本光回転検出装置
が回転することにより生じる、光の位相差（サニャック
位相差）の検出感度を高めるために、それに巻回された
光路１８中を伝搬する光に位相変調を行う役割を担うも
のである。そして３は、光路１２より入射された光を電
気信号に変換するためのフォトダイオードである。ま
た、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１
８、１９は、それぞれ光が、通過するための光路となっ
ている。

【００２７】本実施例では光路１１、１２、１３、１
４、１５、１６、１７、１９はシングルモード光ファイ
バを用い、光路１８については偏波面保存光ファイバを
用いている。この偏波面保存光ファイバの光路１８への
採用は、位相変調器７に位相変調信号が印加されると円
筒状圧電振動子の伸縮により光路１８には相当のストレ
スがかかるため偏光状態および光強度が不安定になるこ
とを考慮したものである。もっとも、偏光解消手段８に
より、特に光路１５から１６へ向かう光、および光路１
６から光路１５に伝搬する光の偏光解消が十分に得られ
る場合には、シングルモード光ファイバであっても問題
はない。

【００２８】次に図１に基づき、本光回転検出装置の動
作を、詳細に説明する。光源１より出射された光出力
は、光路１１を通り、第１カプラ２に入射する。第１カ
プラ２により均等に二分岐された光の一方は、偏光状態
を１方向のみに規定する偏光子４、光路１４を通過後、
第２カプラ５に入射する。第２カプラ５に入射した光
は、光路１５、１９にそれぞれ均等な強度分布で二分岐
される。まず、光路１５へ入射した光は、次に偏光解消
手段８により、無偏光化（自然光化）され、光路１６を
通過後、センシングループ６を時計回り（ＣＷ方向）に
進行後、光路１７を通り、位相変調器７に巻回された光
路１８、および光路１９を通過後、第２カプラ５に逆方
向で入射する。この光はセンシングループ６を通過後、
位相変調器７により位相変調を受けることになる。次
に、光路１９に対する入射光は前述の光波と全く逆方向
にセンシングループを進行する。つまり、光路１９に入
射された光は、光路１８を通過することにより光学的位
相差を付加された後、光路１７を進行しセンシングルー
プ６内を反時計回り（ＣＣＷ方向）に伝搬する。次に光
路１６を通り、偏光解消手段８により無偏光化されて光
路１５を進行した後に、再度第２カプラ５に前述の光に
対し逆方向から入射する。つまり、第２カプラ５で、互
いに二分岐された光波は、センシングループ６をれぞれ
反対方向に伝搬後、再度第２カプラ５で結合される。こ
の結合された光は光路１４、偏光子４、光路１３を逆方
向に伝搬して、第１カプラ２でさらに二分岐され、光路
１２により、フォトダイオード３に入射され電気信号に
変換される。このフォトダイオード３により光電変換さ
れた信号が後述の様に、光回転検出装置の出力信号とし
て信号処理部２６から送出される。

【００２９】ここで、センシング部内に、偏光解消手段
８を配置しない場合と、配置した場合とにおける本光回
転検出装置の零点出力のドリフト特性を各々図２、図３
に示す。これらの図より、偏光解消手段８がない場合に
は、この光回転検出装置の零点出力のドリフト量が０．
１（度／秒）程度であるのに対し（図２）、偏光解消手
段８を配置した場合には、０．００５（度／秒）と、約
１／２０に低減される（図３）ことが実験により確かめ
られている。

【００３０】なお、本実施例においては、光源１として
スーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）を使用し
たが、半導体レーザ、Ｈｅ−Ｎｅレーザ等の他光源でも
かまわない。

【００３１】又、本実施例では光路１１、１２、１３、
１４、１５、１６、１７、１９は、通常のシングルモー
ド光ファイバを使用したが、偏波面保存光ファイバであ
ってもよく、他の光導波路でも良い。

【００３２】センシングループ６は、シングルモードフ
ァイバで作製したが、偏波面保存光ファイバを用いた構
成でも良い。位相変調器７に巻回された光路１８として
は偏波面保存光ファイバを用いたが、前述のごとく、シ
ングルモード光ファイバでも可能である。

【００３３】又、第１カプラ２、第２カプラ５は、ファ
イバ型カプラを用いており、これにより本光回転検出器
の光学系全体をオールファイバ化することが可能であ
り、安価で信頼性が高く望ましい。また、第１カプラ
２、第２カプラ５は、シングルモードファイバを用いて
作製したが、偏波面保存光ファイバを用いてもよい。

【００３４】又、偏光子４には、積層型偏光子を用いた
が、光ファイバを用いて作製したファイバ型偏光子の構
成であっても良い。さらに、光導波路上に直接金属をク
ラッディングすることにより作製した偏光子、および光
導波路基板にＬｉＮｂｏ３等の異方性光学結晶を用いた
導波路型偏光子を用いてもかまわない。又、本実施例に
おいて、偏光解消手段８の挿入位置は、光路１５、１６
の中間に配置したが、光路１９、１８の間、および１
８、１７の間、さらにセンシングループ６内であっても
かまわない。さらに、偏光解消手段８は偏波面保存ファ
イバの主軸を４５度傾斜させて融着接合したＬｙｏｔ
（リョー）タイブを用いたが、複屈折性結晶を用いたバ
ルクタイプのＬｙｏｔタイプ偏光解消手段を用いてもよ
い。加えて、本実施例では偏光解消手段８の使用数は、
１であるが、前述の挿入位置に複数個配置しても、零点
出力のドリフト低減効果があらわれるということも、実
験的に確認されている。

【００３５】さらに、本実施例では、位相変調器７の構
成として円筒状圧電振動子を用いた構成について述べた
が、導波路型の位相変調器でも良く、光の位相を変調で
きる装置であれば他のものであっても良い。

【００３６】一方、実施例１のように構成した光学系に
つき、同期検波を用いて静止時において得られた零点出
力信号の雑音位相特性の測定結果の詳細例を図４に示
す。この図において、横軸は同期検波のための基準信号
に対し付加された位相シフト量であり、縦軸は零点出力
信号の強度、すなわち零点バイアスと呼ばれている値
で、角速度（度／時間）の単位で表示されている。この
図の縦軸方向の振幅が実質的に零点ドリフトの値を示
し、この雑音成分は強度変調（ＡＭ）雑音成分であり、
位相シフト量の変化に対して一定の位相特性を示してい
る。つまり、ある特定の位相シフト量に対して、出力信
号の変動量が最小値（ゼロ）を有することがわかる。一
方この図には、本光回転検出装置を時計回り方向（ＣＷ
方向）、及び反時計回り方向（ＣＣＷ方向）に角速度
（０．２度／秒）で、実際に回転入力を与えた場合の位
相シフト量に対する出力特性、すなわち出力感度特性を
も同時にプロットしてある。この位相シフト量は、本光
回転検出装置に回転を与えた際に、最大感度を与える位
相を基準としており、０度、及び１８０度、３６０度で
本光回転検出装置の感度は、最大となっている。この図
から光回転検出装置の感度特性の最大感度を与える位相
近傍において、雑音特性がノード（節）を持つことがわ
かる。従って、強度（ＡＭ）雑音が、最小のところで位
相シフト量を固定することにより、本光回転検出装置の
最大感度を有する領域近傍で、出力信号を得ることが可
能である。

【００３７】さらに、図５は、ＡＭ雑音の位相特性を詳
細に示すため縦軸のレンジを拡大、すなわち感度最大
（１８０度）近傍をさらに拡大した図であり、雑音特性
において、ノードの明確な存在がわかる。これらの図か
ら、本光回転検出装置の感度が、０となる位相と観測さ
れた雑音が最小になる位相とが、約９０度異なっている
ことがわかる。言い換えれば、本光回転検出装置の回転
出力信号成分と雑音の主要成分との間には、約９０度の
位相差が存在することがわかる。今回観測された基準
（参照）信号と位相的に同相である雑音成分は、円筒状
圧電振動子を用いた位相変調器７により、光の位相変調
と同時に、光の強度変調（ＡＭ）が、誘起されているこ
とにより発生するものと考えられるが、図５からも更に
解されるように、ＡＭ雑音成分の振幅が、測定中に大き
く変動しているにもかかわらず、このＡＭ雑音の位相
は、ほとんど変化してないことがわかる。そして、周囲
温度を変化させた場合においても、ＡＭ雑音特性のノー
ドが明確に存在していることが、実験的にも、確認され
ている。即ち、−２０度から６０度まで、この光回転検
出装置に温度変化を与えた場合の雑音の位相特性の測定
結果の一例を図６乃至図１０に示す。横軸は位相シフト
量（度）であり、縦軸は角速度（度／秒）に変換されて
表示されている。

【００３８】以上のようなＡＭ雑音の特性を利用して以
下のような光回転検出装置及びその制御方法が得らる。

【００３９】（実施例２）図１１は本発明の第２の実施
例における光回転検出装置及びその制御方法の全体構成
図を示す。本実施例は第１の実施例の光学系構成に、信
号増幅のためのプリアンプ２１、そこを流れる信号に所
定量の位相変化を生じるシフタ２２、同期検波のための
基準信号層の信号を発生する基準信号発生器２３、同期
検波を行うロックインアンプ２４、光源１を駆動する光
源駆動回路２５、ロックインアンプ２４からの出力信号
を入力し光回転検出装置の回転出力信号を送出する信号
処理部２６、信号を出力する信号制御部２７、及び位相
変調器を駆動する位相変調器駆動回路３３を付加したも
のである。

【００４０】即ち、本構成では、信号処理部２６からの
フィードバック信号にもとづき、光源駆動回路２５に対
して光源１に入力される電気信号が、フォトダイオード
３の出力が一定に保たれるように制御されている。さら
に、光路１２を伝搬した光を光電変換したフォトダイオ
ード３からの出力信号は、プリアンプ２１により増幅さ
れて、ロックインアンプ２４に入力される。一方、基準
信号発生器２３から出力される周波数ｆｍの正弦波の基
準（参照）信号は、位相変調器７とシフタ２２とに同時
に送出される。基準信号発生器２３から位相変調器７に
出力された基準信号によって、光路１８を通過する光の
位相が変調されている。また、基準信号発生器２３から
は、同時にシフタ２２に対し、同期信号が送出される。
シフタ２２に入力された基準信号は、所定の位相シフト
量を付加された後、ロックインアンプ２４に入力され
る。なお、このシフタ２２は、位相シフト量を可変にす
ることが可能な構成になっている。次段のロックインア
ンプ２４において、プリアンプ２１からの出力信号と、
シフタ２２からの位相シフト量が付加された基準（参
照）信号とが同期検波される。この同期検波された信号
が、本光回転検出器の干渉光出力信号となっている。こ
の信号は、本光回転検出装置の回転角速度情報を含んだ
信号であり、ロックインアンプ２４から信号処理部２６
に送出され、回転角速度（度／時間）に変換されて得る
ことができる構成となっている。さらに、信号処理部２
６からは、前述の光源駆動部２５と同様に、基準信号発
生器２３に対しても、基準信号発生器２３の出力強度、
すなわち変調度を一定に保つため、フィードバック信号
が送出されている。

【００４１】ここで本実施例においては、ＡＭ雑音成分
が０（最小）となる位相が存在することに注目して、信
号処理部２６においてＡＭ雑音成分が最小になるように
シフタ２２の位相シフト量を調整することにより、ドリ
フト成分が完全に除去され、検出感度の大きい出力信号
を得るものである。

【００４２】即ち、雑音成分の測定結果は信号処理部２
６に入力され、前記信号処理部２６はＡＭ雑音が最小と
なる位相に基準信号の位相をロックするために、基準信
号発生器２３を介してフィードバック信号を印加し、シ
フタ２２の位相シフト量を、常にＡＭ雑音の最小となる
位相値にすることにより、ＡＭ雑音を完全に除去するこ
とが可能であり、良好な零点出力ドリフト特性を得るこ
とができる。

【００４３】本実施例における測定結果は図１２に示さ
れる。図１２の横軸は測定時間であり、縦軸は、角速度
（度／時間）に変換されて表示されている。この図１２
は、２０時間までの測定結果であるが、このような安定
した零点ドリフト特性は、１００時間以上にわたり継続
して得られており、零点出力のドリフト特性を長時間の
連続使用においても安定に保つことができた。

【００４４】なお、本実施例においては、基準信号発生
器２３を介してフィードバック信号を印加し、シフタ２
２の位相シフト量をＡＭ雑音の最小となる位相値にロッ
クしたが、シフタ２２に直接にフィードバック信号を印
加する構成をとることができるのはもちろんである。

【００４５】更に、実際に使用される温度、例えば−２
０度から６０度程度での雑音の位相特性を測定し、これ
らの測定結果を信号処理部２６に入力し、前記信号処理
部２６でＡＭ雑音が最小となる位相に基準信号の位相を
ロックするために、基準信号発生器２３を介してまたは
シフタ２２に直接にフィードバック信号を印加し、シフ
タ２２の位相シフト量を、常にＡＭ雑音の最小となる位
相値にロックするにより、ＡＭ雑音を完全に除去するこ
とも可能であり、幅広い温度レンジでより良好な零点出
力ドリフト特性を得ることができる。

【００４６】一方で、同期検波手段への入力信号に対し
て常に一定の位相特性を持った基準信号で同期検波する
ことができることを利用し、雑音成分が最小になる位相
で同期検波するだけでなく、光回転装置の最大感度を与
えるように位相制御し同期検波等してもよい。

【００４７】一方本実施例における光学系においては基
本的に実施例１と同様の変更が可能であり、、光源１と
してはスーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）を
使用したが、半導体レーザ、Ｈｅ−Ｎｅレーザ等の他光
源でもかまわない。

【００４８】また、光路１１、１２、１３、１４、１
５、１６、１７、１９は、通常のシングルモード光ファ
イバを使用したが、偏波面保存光ファイバであってもよ
く、他の光導波路でも良い。

【００４９】また、第１カプラ２、第２カプラ５は、フ
ァイバ型カプラを用いており、これにより本光回転検出
器の光学系全体をオールファイバ化することが可能であ
り、安価で信頼性が高く望ましい。そして、第１カプラ
２、第２カプラ５は、シングルモードファイバを用いて
作製したが、偏波面保存光ファイバを用いてもよい。

【００５０】また、偏光子４には、積層型偏光子を用い
たが、光ファイバを用いて作製したファイバ型偏光子の
構成であっても良い。さらに、光導波路上に直接金属を
クラッディングすることにより作製した偏光子、および
光導波路基板にＬｉＮｂＯ３等の異方性光学結晶を用い
た導波路型偏光子等を用いてもかまわない。

【００５１】また、偏光解消手段８の挿入位置は、光路
１５、１６の中間に配置したが、光路１９、１８の間、
および１８、１７の間、さらにセンシングループ６内で
あってもかまわない。

【００５２】また、偏光解消手段８は偏波面保存ファイ
バの主軸を４５度傾斜させて融着接合したＬｙｏｔ（リ
ョー）タイプを用いたが、複屈折性結晶を用いたバルク
タイプのＬｙｏｔ型偏光解消手段を用いてもよい。

【００５３】加えて、偏光解消手段８の使用数は、１で
あるが、前述の挿入位置に複数個配置しても、零点出力
のドリフト低減効果があらわれることはもちろんであ
る。

【００５４】センシングループ６は、シングルモードフ
ァイバで作製したが、偏波面保存光ファイバ用いた構成
でも良い。

【００５５】位相変調器７に巻回された光路１８として
は偏波面保存光ファイバを用いたが、前述のごとく、シ
ングルモード光ファイバでも可能である。

【００５６】さらに、本実施例では、位相変調器７の構
成として円筒状圧電振動子を用いた構成について述べた
が、導波路型の位相変調器でも良く、光の位相を変調で
きる装置であれば他のものであっても良い。

【００５７】（実施例３）図１３は、本発明の第３の実
施例の光回転検出装置及びその制御方法の全体構成図を
示す。

【００５８】図１３において、光学系は実施例１と同様
であり、３１は、光源を駆動する光源用駆動回路、３２
は、同期検波のための基準信号を発生する基準信号発生
器、３３は、位相変調器を駆動するための位相変調器駆
動回路、３４は、そこを流れる信号に所定量の位相変化
を生じる可変シフタである。また、３５は、信号増幅の
ためのプリアンプ、３６は、所定の信号の位相を検出す
る位相検波器、３７は、位相検波器３６で検出した位相
の例えば１／２の位相シフト量を位相シフタ３４で発生
させるように、信号のゲイン及び時間応答を補償する補
償回路、３８は、同期検波をおこなうロックインアンプ
である。３２の基準信号発生器は、同期した変調周波数
ｆｍと、２倍の変調周波数２ｆｍの基準（参照）信号と
を同時に発生させることができる信号発生器である。又
２６は、光源駆動回路２１に光源１の発光量が一定とな
るようにフィードバック信号を送りながら、ロックイン
アンプ３８の出力信号を入力し本光回転検出装置の回転
出力信号を送出する信号処理回路部である。

【００５９】この信号制御処理系においては、プリアン
プからの出力信号のうち、高調波信号成分の位相と基準
信号（位相、変調信号）との位相差は一定であることを
用いた制御方法であり、高調波信号成分の位相を検出し
て、ロックインアンプ３８における同期検波の基準（参
照）信号の位相を制御することを目的とし以下の動作を
行うものである。

【００６０】３２の基準信号発生器からは、周波数fmの
基準信号が、位相変調器駆動回路３３とシフタ３４に送
出される。そして、位相変調器７に対しては位相変調器
駆動回路３３を介して駆動信号となる。すなわち、位相
変調器駆動回路３３により、位相変調器７は変調周波数
fmで周囲を伝播する光を変調する。また、同時に、２倍
の周波数２fmの基準（参照）信号が、位相検波器３６に
送出される。一方、フォトダイオード３で電気信号に変
換された出力信号は、３５のプリアンプで増幅され、ロ
ックインアンプ３８に送出される。このフォトダイオー
ド３からの出力信号は、次段のロックインアップ３８内
で、シフタ３４を経た信号を基準（参照）信号として同
期検波される。３４のシフタの位相シフト量は可変式で
あり、そのシフト量は３７の補償回路の出力信号によっ
て制御されている。３６は位相検波器で、基準信号発生
器３２から出力された２倍の周波数２fmの信号を基準
（参照）信号として、プリアンプ３５からの出力信号の
うち、２倍の高周波成分の位相を検出し、結果的に雑音
成分が最小となる位相を得ることができるように配置さ
れている。次段の補償回路３７は、位相検波器３６の出
力を受け、ロックインアンプ３８の基準信号の位相が、
ロックインアンプ入力信号のうち周波数fmの信号成分の
位相に対して、常に一定の関係が保たれ、雑音成分が最
小となる位相で同期検波できるように、シフタ３４の位
相シフト量を制御している。

【００６１】すなわち、このように雑音が最小となる位
相に基準信号の位相をロックすることに注目し、シフタ
３４に直接にフィードバック信号を印加し、シフタ３４
の位相シフト量を、常にＡＭ雑音の最小となる位相値に
することにより、ロックインアンプ３８の同期検波にお
いて雑音最小の位相で同期検波が行なわれ、ＡＭ雑音を
除去することが可能であり、位相変調器７の変調効率
が、その環境、例えば温度の変動等により発生するよう
な場合でも、良好な零点出力ドリフト特性を得ることが
できる。

【００６２】本実施例においても、第２の実施例と同様
に長時間の使用に耐えうる良好な零点ドリフト特性が得
られる。

【００６３】なお、本実例における信号処理系におい
て、位相検波器３６の検波方法として、前述のごとく２
倍の高調波信号成分を検波する構成について述べたが、
４倍の高調波信号成分等他の高調波成分を利用した位相
検波方法でもさしつかえない。

【００６４】また、シフタ３４の挿入位置としては、プ
リアンプ３５とロックインアンプ３８との間であっても
よい。

【００６５】さらに、光回転検出装置の出力信号におけ
るＡＭ雑音低減のための上記の制御方法以外に、光回転
検出装置の最大感度を与えるようにプリアンプ３５から
の出力信号の位相を制御するために、所定の位相制御手
段を設け、制御してもよい。

【００６６】一方本実施例における光学系において、光
源１としてはスーパールミネッセントダイオード（ＳＬ
Ｄ）を使用したが、半導体レーザ、Ｈｅ−Ｎｅレーザ等
の他光源でもかまわない。

【００６７】また、光路１１、１２、１３、１４、１
５、１６、１７、１９は、通常のシングルモード光ファ
イバを使用したが、偏波面保存光ファイバであってもよ
く、他の光導波路でも良い。

【００６８】また、第１カプラ２、第２カプラ５は、フ
ァイバ型カプラを用いており、これにより本光回転検出
器の光学系全体をオールファイバ化することが可能であ
り、安価で信頼性が高く望ましい。そして、第１カプラ
２、第２カプラ５は、シングルモードファイバを用いて
作製したが、偏波面保存光ファイバを用いてもよい。

【００６９】また、偏光子４には、積層型偏光子を用い
たが、光ファイバを用いて作製したファイバ型偏光子の
構成であっても良い。さらに、光導波路上に直接金属を
クラッディングすることにより作製した偏光子、および
光導波路基板にＬｉＮｂＯ３等の異方性光学結晶を用い
た導波路型偏光子等を用いてもかまわない。

【００７０】また、偏光解消手段８の挿入位置は、光路
１５、１６の中間に配置したが、光路１９、１８の間、
および１８、１７の間、さらにセンシングループ６内で
あってもかまわない。

【００７１】また、偏光解消手段８は偏波面保存ファイ
バの主軸を４５度傾斜させて融着接合したＬｙｏｔ（リ
ョー）タイプを用いたが、複屈折性結晶を用いたバルク
タイプのＬｙｏｔ型偏光解消手段を用いてもよい。

【００７２】加えて、偏光解消手段８の使用数は、１で
あるが、前述の挿入位置に複数個配置しても、零点出力
のドリフト低減効果があらわれるということは、実験的
に証明されている。

【００７３】センシングループ６は、シングルモードフ
ァイバで作製したが、偏波面保存光ファイバを用いた構
成でも良い。

【００７４】位相変調器７に巻回された光路１８として
は偏波面保存光ファイバを用いたが、前述のごとく、シ
ングルモード光ファイバでも可能である。

【００７５】さらに、本実施例では、位相変調器７の構
成として円筒状圧電振動子を用いた構成について述べた
が、導波路型の位相変調器でも良く、光の位相を変調で
きる装置であれば他のものであっても良い。

【００７６】（実施例４）図１４は、本発明の第４の実
施例の光回転検出装置及びその制御方法の全体構成図を
示す。

【００７７】この実施例の光学系は第１の実施例と実質
的に同様である。この図をもとに、本実施例の内容を説
明する。

【００７８】本実施例の信号制御処理系においては、プ
リアンプ３５からの出力信号のうち、高調波信号成分の
位相を検出することにより結果的に雑音成分が最小とな
る位相を得て、この位相が一定となるように、位相変調
信号の位相を制御し結果的に位相変調器７を制御するこ
とを目的としたものである。

【００７９】図１４において、３１は、光源用駆動回
路、３２は、基準信号発生器、３３は、位相変調器駆動
回路、３４は、シフタ１である。また、３５は、プリア
ンプ、３６は、位相検波器、３７は、補償回路、３８
は、ロックインアンプ、３９は、シフタ２である。３４
のシフタ１は、可変式シフタで、３９のシフタ２は、固
定式のシフタである。ここで、３７の補償回路は、位相
検波器３６の出力が常に一定の値となるように、３４の
シフタ１の位相シフト量を制御するためのものであ。そ
して３２の基準信号発生器は、同期した変調周波数ｆｍ
と、２倍の変調周波数２ｆｍの基準（参照）信号とを同
時に発生させることができる信号発生器である。又、３
９のシフタ２は、基準信号発生器３２から発生する変調
周波数ｆｍの基準信号に対し、固定量の位相シフト量を
付加し、ロックインアンプ３８に信号を送出する。つま
り、プリアンプ３５からの周波数ｆｍの出力信号に固定
された位相差を与える役割を担っている。

【００８０】次に、この信号制御処理系の動作について
説明する。基準信号発生器３２は、変調周波数ｆｍの信
号をシフタ１に出力すると同時に、２倍の周波数２ｆｍ
の基準（参照）信号を、位相検波器３６に出力する。位
相変調器駆動回路３３は、３４のシフタ１からの信号を
受けて、位相変調器７を変調周波数ｆｍで変調する。一
方、フォトダイオード３で電気信号に変換された出力信
号は、３５のプリアンプで増幅され、ロックインアンプ
３８に送出される。この出力信号は、次段のロックイン
アンプ３８内で、３４のシフタ１の出力信号を基準信号
として同期検波される。

【００８１】ここで位相検波器３６は、基準信号発生器
３２から出力された２倍の周波数２fmの信号を基準（参
照）信号として、プリアンプ３５の出力信号のうち、２
倍の高周波信号成分の位相を検出し結果的に雑音成分が
最小となる位相を得る。そして、その次段の補償回路３
７は、位相検波器３６の出力を受け、ロックインアンプ
３８の基準信号の位相と、ロックインアンプ３８への入
力信号のうち周波数fmの信号成分の位相とが、常に一定
の位相関係が保たれるように、すなわち、雑音成分が最
小の位相で常に同期検波ができるように３４のシフタ１
の位相シフト量を制御し結果的に位相変調器７の変調効
率を制御する。

【００８２】従って本実施例においても、第２の実施例
と同様に雑音成分の最小となる位相値、言い替えれば、
強度（ＡＭ）変調雑音の最小となる位相において光回転
検出装置の回転出力信号を得ることができるため、位相
変調器７の環境、例えば温度の変動等があった場合でも
零点出力特性のドリフトを大幅に低減することができ
る。このような、構成を採用することによって、光回転
検出装置において良好な零点ドリフトの長期安定性が得
られている。

【００８３】同期検波手段への入力信号に対して常に一
定の位相特性を持った基準信号で同期検波することがで
きることを利用し、雑音成分が最小になる位相で同期検
波するだけでなく、光回転装置の最大感度を与えるよう
に位相制御し同期検波等してもよい。

【００８４】更に、第１乃至第３の実施例で述べた光学
系の変更が可能であることはもちろんである。

【００８５】（実施例５）図１５は、本発明の第５の実
施例の光回転検出装置及びその制御方法の全体構成図を
示す。

【００８６】この実施例の光学系は、第１の実施例と実
質的に同様である。又、信号制御処理系は、基本的に第
３及び第４の実施例と同一符号を付した部分は同様であ
るが、電圧制御発振器４０、１／２分周器４１、フィル
タ４２を設けたことが異なっている。

【００８７】この実施例は、プリアンプ２５からの、出
力信号のうち、高調波信号成分の位相が、内部基準信号
の位相と一致するように、基準（参照）信号の周波数を
制御することを目的としたものである。

【００８８】次に本実施例における動作について説明す
る。図１５において、プリアンプ３５からの出力信号の
うち２倍高調波信号成分は、３６の位相検波器で位相検
波される。位相検波器３６の出力信号は、次段の補償回
路３７を通過後、電圧制御発振器４０に入力される。電
圧制御発振器４０から出力される信号の一方は位相検波
器３６に内部基準信号としてフィードバックされ、他方
は１／２分周器４１に送出される。ここで、補償回路３
７は、本実施例の構成のフィードバック制御におけるル
ープ特性が、安定で高精度な制御を維持できる所望の特
性となるように、位相検波器３６からの信号を補償する
ように設計されている回路である。また、電圧制御発振
器４０は、入力信号に対応して、その発振出力周波数を
変化可能な構成になっている発振器である。すなわち、
位相検波器３６で検出された所定の位相情報を含んだ信
号は、補償回路２７により補償され、電圧制御発振器４
０に入力される。

【００８９】電圧制御発振器４０は、このように補償さ
れた信号に応じて、その発振周波数を変化させ、常に安
定した出力信号を送出する。そして、電圧制御発振器４
０から出力される信号のうち一方は、内部基準信号とし
て位相検波器３６に送出され、位相検波器３６は、この
ように安定した基準信号で位相検波する。また、電圧制
御発振器３６の、もう一方の出力信号は、１／２分周器
４１により、周波数を２fmに周波数変換される。周波数
変換された信号は、次段のフィルタ４２により、不必要
な、周波数成分を完全に除去される。このフィルタ４２
の出力信号の一方は位相変調器駆動回路３３に入力さ
れ、位相変調器７の位相変調の安定な変調信号となる。
また、もう一方の出力信号は、固定式シフタ３４に入力
され、ロックインアンプ２８の安定な基準信号となる。

【００９０】従って、本実施例においては、より安定な
基準信号を用いて位相検波、同期検波等が可能である。

【００９１】本実施例においても、位相変調器７の周囲
の環境、例えば温度算の変動により変調効率が変動した
場合でもロックインアンプ２８に入力される高調波成分
の位相が内部の基準信号の位相と一致するように、基準
信号の周波数を制御することにより、雑音成分の最小と
なる位相値、言い替えれば、強度（ＡＭ）変調雑音の最
小となる位相において光回転検出装置の回転出力信号を
得ることが可能であり、零点出力のドリフトを大幅に、
低減することができる。このような、信号制御方法を採
用することによって、本実施例においても良好な零点ド
リフトの長期安定性が得られる。

【００９２】同期検波手段への入力信号に対して常に一
定の位相特性を持った基準信号で同期検波することがで
きることを利用し、雑音成分が最小になる位相で同期検
波するだけでなく、光回転装置の最大感度を与えるよう
に位相制御し同期検波等してもよい。

【００９３】更に、第１乃至第３の実施例で説明したよ
うな光学系の変更が可能であることはもちろんである。

【００９４】（実施例６）図１６は、本発明の第６の実
施例の光回転検出装置及びその制御方法の全体構成図を
示す。

【００９５】この実施例の光学系は、第１の実施例と実
質的に同様である。本実施例の信号制御処理系について
図１６に基づいて説明する。

【００９６】この実施例は、プリアンプ３５からの回転
出力信号を、３８のロックインアンプ１、および、４３
のロックインアンプ２に二分岐し、４３のロックインア
ンプ２において、光回転検出装置の回転信号の出力が零
となるように、２４のシフタ１の位相シフト量を制御す
ることを目的としたものである。

【００９７】図１６において、３１は、光源用駆動回
路、３２は、基準信号発生器、３３は、位相変調器駆動
回路、３４は、シフタ１（可変式）である。また、３５
は、プリアンプ、３８は、ロックインアンプ１、３９
は、シフタ２（固定式）、４３は、ロックインアンプ
２、４４は、２４のシフタ１を制御するためにもうけた
制御回路である。

【００９８】次にこの信号処理系の動作について説明す
る。プリアンプ３５の出力信号のうち周波数ｆｍの信号
成分は、３８のロックインアンプ１と４３のロックイン
アンプ２により、それぞれ同期検波される。３８のロッ
クインアンプ１と４３のロックインアンプ２は、基準信
号器３２の出力信号を基準（参照）信号としているが、
それぞれの基準信号の間には、３９のシフタ２（固定
式）により、あらかじめ設定された位相差が設けられて
いる。そして制御回路４４は、位相変調器駆動回路３３
に印加される位相変調信号の位相を制御することによ
り、４３のロックインアンプ２においてこの光回転検出
装置の回転信号に対する出力が常に０になるように、３
４のシフタ１の位相シフト量を制御している。このよう
に制御することにより、２８のロックインアンプ１で
は、常に雑音成分が０となる点で同期検波できる。すな
わち、ロックインアンプ２の出力０を与える位相とフォ
トダイオード３で受光された信号の雑音成分が最小とな
る位相との間隔を予め得ておくことにより、ロックイン
アンプ１において、実施例１のごとく、雑音成分の最小
となる位相値、言い替えれば、強度（ＡＭ）変調雑音の
最小となる位相値において本光回転検出装置の出力信号
を得ることが可能であり、位相変調器７の環境、例えば
温度の変動等があった場合でも零点出力特性のドリフト
を大幅に低減することができる。つまり、本実施例にお
いても、良好な零点ドリフトの長期安定性が得られてい
る。

【００９９】なお、制御回路４４の機能の一例として、
本光回転検出装置に回転を与えられた場合に、４３のロ
ックインアンプ２の出力信号が０となるような制御を実
施する方法について述べたが、３８のロックインアンプ
１の出力信号と４３のロックインアンプ２の出力信号
が、互いに符号が逆で、同じ値になるように位相制御し
てもかまわない。

【０１００】又、３４で示すシフタ１の挿入位置として
は、プリアンプ３５と３８で示すロックインアンプ１の
間、又は４３で示すロックインアンプ２の間に配置して
もよい。更に、基準信号発生器３２と３８で示すロック
インアンプ１の間、又は４３で示すロックインアンプ２
の間に配置してもよい。

【０１０１】同期検波手段への入力信号に対して常に一
定の位相特性を持った基準信号で同期検波することがで
きることを利用し、雑音成分が最小になる位相で同期検
波するだけでなく、光回転装置の最大感度を与えるよう
に位相制御し同期検波等してもよい。

【０１０２】又、第１乃至第３の実施例で説明したよう
な光学系の変更が可能であることはもちろんである。

【０１０３】又、第３乃至第６実施例において、センシ
ングループ部に偏光解消手段で設ければより、零点ドリ
フト特性を向上できる。

【０１０４】（実施例７）図１７は本発明の第７の実施
例における光回転検出装置の模式図を示す。図１７にお
いて、１はスーパールミネッセンスダイオード（ＳＬ
Ｄ）からなる光源であり、５２は光を均等な強度に二分
岐し、光源１からの光をその後の光学系に伝搬後、再び
光源１方向へ帰還する光を二分岐し、一方の光をフォト
ダイオード３に結合させるためのシングルモードファイ
バで形成された第１カプラである。５４は伝搬光の偏光
方向を規定するための積層型偏光子であり、５５は光を
分岐結合するためすなわち偏光子５４により偏光された
光を二分岐し、その後対称巻センシングループ５６を時
計まわり（ＣＷ方向）、および反時計回り（ＣＷＷ方
向）に伝搬した光を、再び結合するためのシングルモー
ドファイバで形成された第２カプラである。５８は、フ
ァイバタイプデポラライザであり、長さ比１：２の２本
の偏波面保存光ファイバの主軸角を、４５度傾斜させ融
着接合させたＬｙｏｔ（リョー）型ファイバタイプの偏
光解消装置で、光波を無偏光化（自然光化）するために
配置されたものである。

【０１０５】また、５６は本光回転検出器の回転角速度
量の検出を行う対称巻センシングループである。対称巻
センシングループ５６の構造は、断面図である１８図に
示される。ボビン外周は中心軸６０に垂直な面６１で左
右２つの領域６２及び６３に２分割されている。対称巻
センシングループ５６を構成するシングルモードファイ
バの中央部６４を最内層として、この中央部６４を境界
とする２つのシングルモードファイバの領域６５及び６
６のそれぞれを、領域６２と領域６３に対応させて独立
に巻回する。この時、コイル状に巻回されたシングルモ
ードファイバの２（ｎ＋１）層目において（ｎ＝０、
１、２…）、領域６５および６６に巻回されているシン
グルモードファイバの部分は、ともにボビン外周の２つ
の領域を内側すなわち面６１に向かって巻回され、２ｎ
＋１層目では外側に向かって巻回されるという構成とな
っている。これは、いわゆる対称巻の一種であって、前
記シングルモードファイバの中央から等距離にある部分
が、光ファイバコイルの半径方向において、概略同じ位
置に配置され、かつこの断面において中心軸方向に対し
ても面６１について概略対称性を有する構造である。

【０１０６】５７の位相変調器は、対称巻センシングル
ープ５６を伝搬する時計回り（ＣＷ方向）、反時計回り
（ＣＣＷ方向）の両回り光に対し、あらかじめ設定され
た位相差を設けるために配置された位相変調器である。
５７は、円筒状圧電振動子に偏波面保存ファイバ６８を
巻回した構造の位相変調器で、円筒状圧電振動子の周囲
に巻回された偏波面保存ファイバ６８を通過する光に所
定量の位相差を与えるものである。この偏波面保存光フ
ァイバ６８を巻回することによって、円筒圧電振動子型
位相変調器５７に変調信号が印加されるときの円筒状圧
電振動子の伸縮により偏波面保存ファイバ５８に相当の
ストレスがかかっても、偏光状態および光強度が不安定
になることはない。

【０１０７】３は、シングルモードファイバ７２のより
入射された光を電気信号に変換するためのフォトダイオ
ードである。また、シングルモードファイバ７１、７
２、７３、７４、７５、７６、７７、７８、７９は、そ
れぞれ光が通過するための光路となっている。

【０１０８】次に図１７にもとづき、本光回転検出装置
の動作を、説明する。光源１より出射された光出力は、
シングルモードファイバ７１を通り、第１シングルモー
ドファイバカプラ５２に入射する。第２シングルモード
ファイバカプラ５２により均等に二分岐された光の一方
は、偏光状態を１方向のみに規定する積層型偏光子５
４、シングルモードファイバ１４を通過後、第２シング
ルモードカプラ５５に入射する。シングルファイバ中に
は、偏波方向の直交した２つのモードを有する光が独立
に伝搬可能であり、光ファイバの非軸対称性により、こ
の二つの直交モード間においてエネルギーのカップリン
グ（結合）が存在する。この結合状態が温度変動等によ
る外乱で変化すると、光回転検出器の出力特性に誤差要
因となって現れ、その結果、出力のドリフトをもたら
す。つまり、光回転検出器が静止した状態においても、
零点出力特性のドリフトとなって現れ、光回転検出器の
回転出力信号の検出誤差が増加する。したがって、光路
中に５４のような積層型偏光子等を挿入し、対称巻セン
シングループ５６に対して単一の偏波成分の光のみを導
き、さらに対称巻センシングループ５６をそれぞれ逆方
向に伝搬した後、光源１方向に帰還する光のうち、前述
の光と同一の偏波成分のみを取り出している。これによ
り、時計回り（ＣＷ方向）、反時計回り（ＣＣＷ方向）
の両回り光に対して光ファイバの伝達関数は同一とな
り、零点出力特性のドリフトが低減される。特に、積層
型偏光子５４は、他の偏光子に較べ温度による特性変化
が極めて少なく、温度変化に対する零点出力特性のドリ
フトを抑圧することができる。第２シングルモードカプ
ラ５５に入射した光は、シングルモードファイバ７５、
７９にそれぞれ均等な強度分布で二分岐される。まず、
光路７５へ入射した光は、次にファイバタイプデポララ
イザ５８により、無偏光化（自然光化）され、シングル
モードファイバ５６を通過後、対称巻センシングループ
５６を時計回り（ＣＷ方向）に進行後、シングルモード
ファイバ５７を通り、位相変調器７に巻回された偏波面
保存ファイバ６８、およびシングルモードファイバ５９
を通過後、第２シングルモードファイバカプラ５５に逆
方向で入射する。この光は対称巻センシングループ５６
を通過後、円筒圧電振動子型位相変調器５７により位相
変調を受けることになる。ここで、円筒圧電振動子型位
相変調器７は対称巻センシングループ５６内で発生する
本光回転検出装置が回転することにより生じる、光の位
相差（サニャック位相差）の検出感度を高めるために、
それに巻回された偏波面保存ファイバ５８中を伝搬する
光に予め設定された光学的位相差を付加する役割を担う
ものである。次に、シングルモードファイバ５９に対す
る入射光は前述の光波と全く逆方向に対称巻センシング
ループを進行する。つまり、シングルモードファイバ５
９に入射された光は、偏波面保存ファイバ５８を通過し
位相変調器５７により光学的位相差を付加された後、シ
ングルモードファイバ５７を進行し対称巻センシングル
ープ５６内を反時計回り（ＣＣＷ方向）に伝搬する。次
にシングルモードファイバから成るセンシングループ５
６を通り、ファイバタイプデポラライザ５８により無偏
光化されてシングルモードファイバ５５を進行した後
に、再度第２シングルモードファイバカプラ５５に前述
の光に対し逆方向から入射する。つまり、第２シングル
モードファイバカプラ５で、互いに二分岐された光波
は、対称巻センシングループ５６をそれぞれ反対方向に
伝搬後、再度第２シングルモードファイバカプラ５５で
結合される。この結合された光はシングルモードファイ
バ５４、積層型偏光子５４、シングルモードファイバ５
３を逆方向に伝搬して、第１シングルモードファイバカ
プラ２でさらに二分岐され、シングルモードファイバ５
２により、フォトダイオード３に入射され電気信号に変
換される。このフォトダイオード３により光電変換され
た信号が、円筒圧電振動子型位相変調器７に印加されて
いる基準（参照）信号と同期検波され、光回転検出装置
の出力信号となっている。

【０１０９】本実施例において、このような構成を採る
ことにより、第１の実施例で述べたと同様な零点ドリフ
ト特性を得ることができる。

【０１１０】更に、この光学系に第２乃至第６の実施例
で説明した信号制御処理系を結合した構成が可能である
ことはいうまでもない。

【０１１１】

【発明の効果】以上要するに、本発明は高いＳ／Ｎ比を
有し、かつ低零点出力ドリフト特性を有する出力信号を
得ながら、位相変調器の変調信号を低周波化することが
できるため信号処理系が簡略化され簡便な構成を達成で
きる。同時にセンシングループの短尺化が可能であり、
量産性を向上させながら省スペース、計量化が可能であ
り、コスト低減に効果的な設計自由度の高い光回転検出
装置の提供が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例における主として光回転
検出装置を示す図

【図２】偏光解消手段を配置しない場合の零点出力のド
リフト特性を示す図

【図３】偏光解消手段を配置した場合の零点出力のドリ
フト特性を示す図

【図４】本発明の第１の実施例における、光回転検出装
置の雑音位相特性の測定例を示す図

【図５】本発明の第１の実施例における、光回転検出装
置の雑音位相特性の測定例を示す図

【図６】本発明の第１の実施例における、光回転検出装
置の雑音位相特性の測定例を示す図

【図７】本発明の第１の実施例における、光回転検出装
置の雑音位相特性の測定例を示す図

【図８】本発明の第１の実施例における、光回転検出装
置の雑音位相特性の測定例を示す図

【図９】本発明の第１の実施例における、光回転検出装
置の雑音位相特性の測定例を示す図

【図１０】本発明の第１の実施例における、光回転検出
装置の雑音位相特性の測定例を示す図

【図１１】本発明の第２の実施例における、光回転検出
装置及びその制御方法を示す図

【図１２】本発明の第２の実施例における零点ドリフト
の長期安定生の測定例を示す図

【図１３】本発明の第３の実施例における光回転検出装
置及びその制御方法を示す図

【図１４】本発明の第４の実施例における光回転検出装
置及びその制御方法を示す図

【図１５】本発明の第５の実施例における光回転検出装
置及びその制御方法を示す図

【図１６】本発明の第６の実施例における光回転検出装
置及びその制御方法を示す図

【図１７】本発明の第７の実施例における主として光回
転検出装置を示す図

【図１８】本発明の第７の実施例におけるセンシングル
ープの主要断面を示す図

【図１９】従来の光回転検出装置及びその制御方法を示
す図

【符号の説明】

１ 光源 ２ 第１カプラ ３ フォトダイオード ４ 偏光子 ５ 第２カプラ ６ センシングループ ７ 偏光解消手段 ８ 位相変調器 ９ 増幅器 １０ 信号処理部 ２１ プリアンプ ２２ シフタ ２３ 基準信号発生器 ２４ ロックインアンプ ２５ 光源駆動回路 ２６ 信号処理部 ２７ 信号制御部 ３１ 光源駆動回路 ３２ 基準信号発生器 ３３ 位相変調器駆動回路 ３４ シフタ ３５ プリアンプ ３６ 位相検波器 ３７ 補償回路 ３８ ロックインアンプ ３９ シフタ ４０ 電圧制御用発振器 ４１ １／２分周器 ４２ フィルタ ４３ ロックインアンプ ４４ 制御回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 本庄谷 義彦 神奈川県横浜市港北区綱島東４丁目３番 １号 松下通信工業株式会社内 (56)参考文献 特開 平３−71012（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−106416（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−130213（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−204012（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−256812（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−214020（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−235018（ＪＰ，Ａ)

Claims (19)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源と、前記光源から射出した光が所定
   の光路を経て入射し、サニャック効果を生じるセンシン
   グループ部と、前記センシングループ部から射出した光
   を所定の光路を経て受光する受光手段と、前記受光手段
   からの出力信号を、その雑音成分が最小となる位相で制
   御する信号制御処理手段を具備し、前記センシングルー
   プ部は、センシングループ内を伝搬する光の位相を所定
   の位相に変調する位相変調手段と前記センシングループ
   内を伝搬する光を無偏光化するための偏光解消手段とを
   有する光回転検出装置。
2. 【請求項２】 光源から射出した光を二分岐する第１の
   カプラと、前記第１のカプラにより分岐された光の一方
   が入射する偏光子と、前記偏光子から射出した光を二分
   岐する第２のカプラとから成り、センシングループ部は
   前記第２のカプラに結合され、受光手段は前記センシン
   グループ部を経て前記第２のカプラ及び前記偏光子を通
   過し前記第１のカプラで二分岐された光の一方を受光す
   る請求項１記載の光回転検出装置。
3. 【請求項３】 偏光解消手段は、長さ比１：２の２つの
   偏波面保存ファイバーであり、それらの主軸を４５度互
   いに傾斜させ結合して形成する請求項１又は２記載の光
   回転検出装置。
4. 【請求項４】 光源と、前記光源から射出した光を二分
   岐するシングルモードファイバから成る第１のカプラ
   と、前記第１のカプラにより分岐された光の一方が入射
   する積層型偏光子と、前記偏光子から射出した光を二分
   岐するシングルモードファイバから成る第２のカプラ
   と、シングルモードファイバから形成され少なくとも一
   点ついて対称な構成であり前記第２のカプラから射出し
   た光が入射しサニャック効果を生じるセンシングループ
   部と、前記センシングループ部を経て前記第２のカプラ
   及び前記偏光子を通過し前記第１のカプラで二分岐され
   た光の一方を受光する受光手段と、前記受光手段からの
   出力信号を、その雑音成分が最小となる位相で制御する
   信号制御処理手段を具備し、前記センシングループ部
   は、円筒状圧電振動子に偏波面保存ファイバを巻回して
   形成しセンシングループ内を伝搬する光の位相を所定の
   位相に変調する位相変調手段と、長さ比１：２の２つの
   偏波面保存ファイバーであり、それらの主軸を４５度互
   いに傾斜させ結合して形成し前記センシングループ内を
   伝搬する光を無偏光化するための偏光解消手段とを有す
   る光回転検出装置。
5. 【請求項５】 信号制御処理手段は、前記受光手段から
   の信号を、前記信号の所定温度範囲における雑音の位相
   特性を利用し、雑音成分が最小となる位相で制御処理す
   る請求項１ないし４のいずれか記載の光回転検出装置。
6. 【請求項６】 信号制御処理手段は、受光手段からの信
   号を同期検波する同期検波手段と、同期検波に用いる基
   準信号を含む信号を発生させる基準信号発生手段と、雑
   音成分が最小になる位相に基づき前記基準信号発生手段
   からの信号の位相を変化させ前記受光手段の出力信号の
   信号成分を前記雑音が最小となる位相で同期検波により
   検出するように制御する位相制御手段とを有する請求項
   １ないし５のいずれか記載の光回転検出装置。
7. 【請求項７】 光源と、周囲を伝搬する光の位相を所定
   の位相に変調する位相変調手段を有し、かつ前記光源か
   ら射出した光が所定の光路を経て入射しサニャック効果
   を生じるセンシングループ部と、前記センシングループ
   部から射出した光を所定の光路を経て受光する受光手段
   と、前記受光手段からの信号をその信号の雑音成分が最
   小となる位相で制御処理する信号制御処理手段とを有す
   る光回転検出装置。
8. 【請求項８】 光源から射出した光を二分岐する第１の
   カプラと、前記第１のカプラにより分岐された光の一方
   が入射する偏光子と、前記偏光子から射出した光を二分
   岐する第２のカプラとから成り、センシングループ部は
   前記第２のカプラに結合され、前記受光手段は前記セン
   シングループ部を経て前記第２のカプラ及び前記偏光子
   を通過し前記第１のカプラで二分岐された光の一方を受
   光する請求項７記載の光回転検出装置。
9. 【請求項９】 信号制御処理手段が、受光手段からの信
   号の高調波成分の所定位相を検出する位相を検出する位
   相検出手段と、前記受光手段の出力信号の信号成分を前
   記所定の位相に基づき得られた雑音が最小となる位相で
   同期検波により検出する同期検波手段と、前記同期検波
   手段の同期検波に使用する基準信号を含む信号を発生す
   る基準信号発生手段と、前記位相検出手段の検出した前
   記所定の位相に基づき前記基準信号発生手段からの信号
   の位相を変化させ前記受光手段の出力信号の信号成分を
   前記雑音が最小となる位相で同期検波により検出するよ
   うに所定手段を制御する制御手段とを有する請求項８記
   載の光回転検出装置。
10. 【請求項１０】 制御手段が、位相検出手段の検出した
    所定の位相に基づき、基準信号の位相を変化させ、受光
    手段の出力信号の信号成分を、前記雑音が最小となる位
    相で同期検波により検出するように同期検波手段を制御
    する請求項９記載の光回転検出装置。
11. 【請求項１１】 制御手段が、位相検出手段の検出した
    所定の位相に基づき、基準信号発生手段からの信号の位
    相を変化させ、受光手段の出力信号の信号成分を、前記
    雑音成分が最小となる位相で同期検波により検出するよ
    うに位相変調手段を制御する請求項９記載の光回転検出
    装置。
12. 【請求項１２】 制御手段が位相検出手段の検出した所
    定の位相に基づき基準信号の周波数を変化させ受光手段
    の出力信号の信号成分を前記雑音が最小となる位相で同
    期検波により前記同期検波手段が検出するように前記基
    準信号発生手段を制御する請求項９記載の光回転検出装
    置。
13. 【請求項１３】 位相検出手段が、受光手段からの信号
    の大きさが所定値となる位相を同期検波により検出する
    請求項１０記載の光回転検出装置。
14. 【請求項１４】 光源と、周囲を伝搬する光の位相を所
    定の位相に変調する位相変調手段を有し前記光源から射
    出した光が所定の光路を経て入射し、サニャック効果を
    生じるセンシングループ部と、前記センシングループ部
    から射出した光を所定の光路を経て受光する受光手段と
    を有する光回転検出装置の制御方法であって、前記受光
    手段からの信号をその信号の雑音成分が最小となる位相
    で制御処理する光回転検出装置の制御方法。
15. 【請求項１５】 光源と、前記光源から射出した光を二
    分岐する第１のカプラと、前記第１のカプラにより分岐
    された光の一方が入射する偏光子と、前記偏光子から射
    出した光を二分岐する第２のカプラと、前記第２のカプ
    ラに結合され位相変調器を含みサニャック効果を生じる
    センシングループ部と、前記センシングループ部を経て
    前記偏光子を通過し前記第１のカプラて二分岐された光
    の一方を受光する受光手段と、前記受光手段からの信号
    をその信号の雑音の位相特性を利用し雑音成分が最小と
    なる位相で制御処理する信号制御処理手段とを有する光
    回転検出装置の制御方法であって、前記受光手段からの
    信号の所定の位相を検出する工程と、前記受光手段の出
    力信号の信号成分を前記所定の位相に基づき得られた雑
    音が最小となる位相で同期検波により検出する工程と、
    前記同期検波手段の同期検波に使用する基準信号を含む
    信号を発生する工程と、前記位相検出手段の検出した前
    記所定の位相に基づき前記基準信号の位相を変化させ前
    記受光手段の出力信号の信号成分を前記雑音が最小とな
    る位相で同期検波により検出するように前記同期検波手
    段を制御する工程とを有する光回転検出装置の制御方
    法。
16. 【請求項１６】 光源と、前記光源から射出した光を二
    分岐する第１のカプラと、前記第１のカプラにより分岐
    された光の一方が入射する偏光子と、前記偏光子から射
    出した光を二分岐する第２のカプラと、前記第２のカプ
    ラに結合され位相変調器を含みサニャック効果を生じる
    センシングループ部と、前記センシングループ部を経て
    前記偏光子を通過し前記第１のカプラで二分岐された光
    の一方を受光する受光手段と、前記受光手段からの信号
    をその信号の雑音の位相特性を利用し雑音成分が最小と
    なる位相で制御処理する信号制御処理手段とを有する光
    回転検出装置の制御方法であって、前記受光手段からの
    信号の高調波成分の所定の位相を検出する工程と、前記
    受光手段の出力信号の信号成分を前記所定の位相に基づ
    いて得られた雑音が最小となる位相で同期検波により検
    出する工程と、前記同期検波手段の同期検波に使用する
    基準信号を含む信号を発生する工程と、前記位相検出手
    段の検出した所定の位相に基づき、前記基準信号発生手
    段からの信号の位相を変化させ、前記受光手段の出力信
    号の信号成分を、前記雑音が最小となる位相で同期検波
    により検出するように前記位相変調器を制御する工程を
    有する光回転検出装置の制御方法。
17. 【請求項１７】 光源と、前記光源から射出した光を二
    分岐する第１のカプラと、前記第１のカプラにより分岐
    された光の一方が入射する偏光子と、前記偏光子から射
    出した光を二分岐する第２のカプラと、前記第２のカプ
    ラに結合され位相変調器を含みサニャック効果を生じる
    センシングループ部と、前記センシングループ部を経て
    前記偏光子を通過し前記第１のカプラで二分岐された光
    の一方を受光する受光手段と、前記受光手段からの信号
    をその信号の雑音の位相特性を利用し雑音成分が最小と
    なる位相で制御処理する信号制御処理手段とを有する光
    回転検出装置の制御方法であって、受光手段からの信号
    の高調波成分の所定の位相を検出する位相検出工程と、
    前記受光手段の出力信号の信号成分を前記所定の位相に
    基づいて得られた雑音が最小となる位相で同期検波によ
    検出する同期検波工程と、前記同期検波に用いる基準信
    号を含む信号を発生する基準信号発生工程と、前記位相
    検出工程で検出した前記所定の位相に基づき前記基準信
    号の周波数を変化させ前記受光手段の出力信号の信号成
    分を前記雑音が最小となる位相で同期検波により前記同
    期検波工程で検出するように前記基準信号発生手段を制
    御する周波数制御工程とを有する光回転検出装置。
18. 【請求項１８】 光源と、前記光源から射出した光を二
    分岐する第１のカプラと、前記第１のカプラにより分岐
    された光の一方が入射する偏光子と、前記偏光子から射
    出した光を二分岐する第２のカプラと、前記第２のカプ
    ラに結合され位相変調器を含みサニャック効果を生じる
    センシングループ部と、前記センシングループ部を経て
    前記偏光子を通過し前記第１のカプラで二分岐された光
    の一方を受光する受光手段と、前記受光手段からの信号
    をその信号の雑音の位相特性を利用し雑音成分が最小と
    なる位相で制御処理する信号制御処理手段とを有する光
    回転検出装置の制御方法であって、前記受光手段からの
    信号の大きさが所定値となる位相を同期検波により検出
    することにより前記雑音成分が最小となる位相を検出す
    る工程と、前記受光手段の出力信号の信号成分を前記所
    定の位相に基づいて得られた雑音が最小となる位相で同
    期検波により検出する工程と、前記同期検波手段の同期
    検波に使用する基準信号を発生する工程と、前記位相検
    出手段の検出した前記所定の位相に基づき前記基準信号
    発生手段からの信号の位相を変化させ前記受光手段の出
    力信号の信号成分を前記雑音が最小となる位相で同期検
    波により検出するように前記位相変調器を制御する工程
    とを有する光回転検出装置の制御方法。
19. 【請求項１９】 光源と、周囲を伝搬する光の位相を所
    定の位相に変調する位相変調手段と伝搬する光を無偏光
    化するための偏光解消手段とを有し前記光源から射出し
    た光が所定の光路を経て入射し、サニャック効果を生じ
    るセンシングループ部と、前記センシングループ部から
    射出した光を所定の光路を経て受光する受光手段とを有
    する光回転検出装置の制御方法であって、前記受光手段
    からの信号をその信号の雑音成分が最小となる位相で制
    御処理する光回転検出装置の制御方法。