JP2578045B2 - 光干渉角速度計 - Google Patents
光干渉角速度計Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、少くとも一周する光
学路に右回り光と左回り光を通し、その光学路に印加さ
れる軸心まわりの角速度を、右回り光と左回り光との位
相差により検出する光干渉角速度計に関し、特に温度に
対する入出力スケールファクタの安定性を改善するよう
にしたものに関する。
学路に右回り光と左回り光を通し、その光学路に印加さ
れる軸心まわりの角速度を、右回り光と左回り光との位
相差により検出する光干渉角速度計に関し、特に温度に
対する入出力スケールファクタの安定性を改善するよう
にしたものに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の光干渉角速度計（以下ＦＯＧと称
す）を図４を参照して説明する。光源１１からの光Ｉ
は、光カプラ１２、偏光子１３、光カプラ１４を順次経
て光学路１５にその両端から投入される。光学路１５を
伝搬する左右両光は、光学路１５の片端と光カプラ１４
との間に配置した位相変調器１６により位相変調され
る。その位相変調を受けた両光は、光カプラ１４で結合
され干渉し、再び偏光子１３を経て光カプラ１２により
受光器１７へ分岐され光電変換される。光学路１５は、
例えば光ファイバを複数回ループ状に巻いたもので構成
される。光学路１５にその周方向の角速度が印加されな
い状態においては、光学路１５中における両光間の位相
差は、理想的には、ゼロであるが光学路１５の円周回り
に角速度Ωが印加されると、この角速度Ωによっていわ
ゆるサニャック（ｓａｇｎａｃ）効果が生じ両光間に位
相差ΔΦs が生じる。この位相差ΔΦs は、次式で表さ
れる。
す）を図４を参照して説明する。光源１１からの光Ｉ
は、光カプラ１２、偏光子１３、光カプラ１４を順次経
て光学路１５にその両端から投入される。光学路１５を
伝搬する左右両光は、光学路１５の片端と光カプラ１４
との間に配置した位相変調器１６により位相変調され
る。その位相変調を受けた両光は、光カプラ１４で結合
され干渉し、再び偏光子１３を経て光カプラ１２により
受光器１７へ分岐され光電変換される。光学路１５は、
例えば光ファイバを複数回ループ状に巻いたもので構成
される。光学路１５にその周方向の角速度が印加されな
い状態においては、光学路１５中における両光間の位相
差は、理想的には、ゼロであるが光学路１５の円周回り
に角速度Ωが印加されると、この角速度Ωによっていわ
ゆるサニャック（ｓａｇｎａｃ）効果が生じ両光間に位
相差ΔΦs が生じる。この位相差ΔΦs は、次式で表さ
れる。
【０００３】 ΔΦS ＝４πＲＬΩ／（Ｃλ） （１） ここで Ｃ：光速 λ：真空中における光の波長 Ｒ：光ファイバコイル１５の半径 Ｌ：光ファイバコイル１５の光ファイバの長さ ところで受光器１７からの光電変換信号Ｖp は、位相変
調器１６による位相変調をＰ(t) ＝Ａｓｉｎωm ｔとす
ると次式で表わせる。
調器１６による位相変調をＰ(t) ＝Ａｓｉｎωm ｔとす
ると次式で表わせる。
【０００４】 Ｖp ＝（Ｉ／２）ＫOP・Ｋpd｛１＋ｃｏｓΔΦ（Σεn ・（−１）n ・Ｊ2n（Ｘ）・ｃｏｓ２ｎωm ｔ′）−ｓｉｎΔΦ（２Σ（−１）n ・Ｊ2n+1（Ｘ）・ｃｏｓ（２ｎ＋１）ωm ｔ′）｝ （２） ここで、Σはｎ＝０から無限大まで、 ｔ′＝ｔ−τ／２ εn ＝１；ｎ＝０，２；ｎ≧１ ＫOP：光源１１からの出射光Ｉが光学路１５を経て受光
器１７に至るまでの光学的損失 Ｋpd：光電変換係数や増幅利得等で決まる定数 Ｉ：光源１１からの出射光 ＩO ：受光器１７に到達する最大光量（ＩO ＝ＫOP・
Ｉ） Ｊn ：第一種ベッセル関数 Ｘ：２Ａｓｉｎπｆｍτ ΔΦS ：光学系における左右両光間の位相差 ωm ：位相変調の角周波数（ωm ＝２πｆｍ） τ：光学路１５中における光の伝搬時間 （２）式から明らかなように光電変換信号Ｖp には、ｓ
ｉｎΔΦS に比例する項と、ｃｏｓΔΦS に比例する項
とが含まれており、従って干渉光の強度を測定すること
により角速度Ωを検出することができる。
器１７に至るまでの光学的損失 Ｋpd：光電変換係数や増幅利得等で決まる定数 Ｉ：光源１１からの出射光 ＩO ：受光器１７に到達する最大光量（ＩO ＝ＫOP・
Ｉ） Ｊn ：第一種ベッセル関数 Ｘ：２Ａｓｉｎπｆｍτ ΔΦS ：光学系における左右両光間の位相差 ωm ：位相変調の角周波数（ωm ＝２πｆｍ） τ：光学路１５中における光の伝搬時間 （２）式から明らかなように光電変換信号Ｖp には、ｓ
ｉｎΔΦS に比例する項と、ｃｏｓΔΦS に比例する項
とが含まれており、従って干渉光の強度を測定すること
により角速度Ωを検出することができる。
【０００５】受光器１７の出力は、同期検波回路１８に
入力され、そこで位相変調周波数の第３高調波成分がク
ロック回路１９からの参照信号ｆ3 ＝３ｆm を受けて取
り出される。同期検波回路１８の出力は、さらにローパ
スフィルタ（ＬＰＦ）２１によって交流成分がろ波され
適切な利得に設定された後、ＦＯＧ出力として出力端子
２２に取り出される。ＦＯＧの出力Ｖ3 は次式で表され
る。
入力され、そこで位相変調周波数の第３高調波成分がク
ロック回路１９からの参照信号ｆ3 ＝３ｆm を受けて取
り出される。同期検波回路１８の出力は、さらにローパ
スフィルタ（ＬＰＦ）２１によって交流成分がろ波され
適切な利得に設定された後、ＦＯＧ出力として出力端子
２２に取り出される。ＦＯＧの出力Ｖ3 は次式で表され
る。
【０００６】 Ｖ3 ＝Ｉ・ＫOP・Ｋpd・Ｊ3 （Ｘ）・ＫA3・ｓｉｎΔΦS ＝Ｋ3 ・ｓｉｎΔΦS （３） ＫA3：電気回路の利得 ところで（３）式における入力感度Ｋ3 は、ベッセル関
数のＸの値に左右されるため、従来において（特開昭６
２−１２８１１）は、ベッセル関数のＪ2 （Ｘ）とＪ4
（Ｘ）とが交わる位置でＪ3 （Ｘ）が最大値となり、そ
の位置（Ｘ＝４．２）で位相変調を動作させＪ2 （Ｘ）
とＪ4 （Ｘ）とが実質的に等しくなる、即ち受光器１７
の出力中の第２高調波成分と第４高調波成分とが実質的
に等しくなるよう位相変調器１６の駆動状態を制御する
自動制御ループを設けている。（図５のベッセル関数グ
ラフ参照） 以下にその技術について説明する。まず（２）式で示さ
れる受光器１７の出力の内、位相変調周波数の第２高調
波成分が同期検波回路２３によってｆ2 ＝２ｆ m を参照
信号として同期検波され、第４高調波成分が同期検波回
路２４によってｆ4 ＝４ｆm を参照信号として同期検波
される。同期検波によって直流化されたそれぞれの出力
Ｖ2 ，Ｖ4 は、次式で表される。
数のＸの値に左右されるため、従来において（特開昭６
２−１２８１１）は、ベッセル関数のＪ2 （Ｘ）とＪ4
（Ｘ）とが交わる位置でＪ3 （Ｘ）が最大値となり、そ
の位置（Ｘ＝４．２）で位相変調を動作させＪ2 （Ｘ）
とＪ4 （Ｘ）とが実質的に等しくなる、即ち受光器１７
の出力中の第２高調波成分と第４高調波成分とが実質的
に等しくなるよう位相変調器１６の駆動状態を制御する
自動制御ループを設けている。（図５のベッセル関数グ
ラフ参照） 以下にその技術について説明する。まず（２）式で示さ
れる受光器１７の出力の内、位相変調周波数の第２高調
波成分が同期検波回路２３によってｆ2 ＝２ｆ m を参照
信号として同期検波され、第４高調波成分が同期検波回
路２４によってｆ4 ＝４ｆm を参照信号として同期検波
される。同期検波によって直流化されたそれぞれの出力
Ｖ2 ，Ｖ4 は、次式で表される。
【０００７】 Ｖ2 ＝Ｉ・ＫOP・Ｋpd・Ｊ2 （Ｘ）・ＫA2・ｃｏｓΔΦS ＝Ｋ2 ・ｓｉｎΔΦS （４） Ｖ4 ＝Ｉ・ＫOP・Ｋpd・Ｊ4 （Ｘ）・ＫA4・ｃｏｓΔΦS ＝Ｋ4 ・ｓｉｎΔΦS （５） ＫA2 ，ＫA4：電気回路の利得 次に同期検波回路２３の出力Ｖ2 は、差動増幅器２５の
＋入力側に供給され、同期検波回路２４の出力Ｖ4 は差
動増幅器２５の−入力側に入力される。差動増幅器２５
の出力は、積分器２６に入力される。自動電圧調整器２
７は、積分器２６の正の信号によって位相変調器１６に
印加する駆動周波数ｆm の信号の電圧を増加させ、積分
器２６の負の信号によって位相変調器１６に印加する駆
動周波数ｆm の信号の電圧を小さくするよう構成し、自
動制御ループを構成している。ここで装置は、差動増幅
器２５の出力がゼロ、即ちＶ2 ＝Ｖ4 の時（ただし
Ｋ2 ，Ｋ4 は予め等しくなるよう調整されている）第１
種ベッセル関数のＪ2 （Ｘ）とＪ4 （Ｘ）とが同じ値、
即ちＸの値が約４．２０になるように自動電圧調整器２
７によって位相変調器１６に印加される電圧が調整され
る。
＋入力側に供給され、同期検波回路２４の出力Ｖ4 は差
動増幅器２５の−入力側に入力される。差動増幅器２５
の出力は、積分器２６に入力される。自動電圧調整器２
７は、積分器２６の正の信号によって位相変調器１６に
印加する駆動周波数ｆm の信号の電圧を増加させ、積分
器２６の負の信号によって位相変調器１６に印加する駆
動周波数ｆm の信号の電圧を小さくするよう構成し、自
動制御ループを構成している。ここで装置は、差動増幅
器２５の出力がゼロ、即ちＶ2 ＝Ｖ4 の時（ただし
Ｋ2 ，Ｋ4 は予め等しくなるよう調整されている）第１
種ベッセル関数のＪ2 （Ｘ）とＪ4 （Ｘ）とが同じ値、
即ちＸの値が約４．２０になるように自動電圧調整器２
７によって位相変調器１６に印加される電圧が調整され
る。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】ＦＯＧの出力Ｖ3 は、
（３）式から明らかなようにＫ3 は定数であるため一定
条件のもとでは、一定値を示すが、定数Ｋ3 を構成する
要素は、大なり小なり温度係数を持っており温度によっ
てＦＯＧの入出力利得Ｋ3 、即ちスケールファクタが変
化する。先ず第一次ベッセル関数Ｊ3 （Ｘ）は、Ｘ＝
４．２０となるよう位相変調度を調整すれば位相変調度
の温度変動に対して安定になりまたＫpd，ＫA は、本質
的に温度係数は小さい。しかしながら定数ＫOPは、−２
０℃〜＋７０℃の温度変化で３０％近く変動することが
考えられる。そのため従来よりｃｏｓΔΦS 成分を一定
に保つ自動制御を行いスケールファクタの安定化を行っ
ていた。しかしＸ＝４．２０の位置で位相変調を動作さ
せるＦＯＧの場合、スケールファクタの安定化の信号と
して用いるｃｏｓΔΦS 成分（ここでは、Ｊ2 （Ｘ）ま
たはＪ4 （Ｘ））が図５のベッセル関数グラフに示すよ
うに位相変調の大きさに関連するＸの値によって敏感に
変化するためスケールファクタの温度安定化にこのまま
では不適当（高精度化が難しくなる）である。この発明
の目的は、Ｘの値を安定化すると共に、Ｘの変化に対し
てｃｏｓΔΦS 成分を安定にしスケールファクタ安定性
を改善した光干渉角速度計を提供することにある。
（３）式から明らかなようにＫ3 は定数であるため一定
条件のもとでは、一定値を示すが、定数Ｋ3 を構成する
要素は、大なり小なり温度係数を持っており温度によっ
てＦＯＧの入出力利得Ｋ3 、即ちスケールファクタが変
化する。先ず第一次ベッセル関数Ｊ3 （Ｘ）は、Ｘ＝
４．２０となるよう位相変調度を調整すれば位相変調度
の温度変動に対して安定になりまたＫpd，ＫA は、本質
的に温度係数は小さい。しかしながら定数ＫOPは、−２
０℃〜＋７０℃の温度変化で３０％近く変動することが
考えられる。そのため従来よりｃｏｓΔΦS 成分を一定
に保つ自動制御を行いスケールファクタの安定化を行っ
ていた。しかしＸ＝４．２０の位置で位相変調を動作さ
せるＦＯＧの場合、スケールファクタの安定化の信号と
して用いるｃｏｓΔΦS 成分（ここでは、Ｊ2 （Ｘ）ま
たはＪ4 （Ｘ））が図５のベッセル関数グラフに示すよ
うに位相変調の大きさに関連するＸの値によって敏感に
変化するためスケールファクタの温度安定化にこのまま
では不適当（高精度化が難しくなる）である。この発明
の目的は、Ｘの値を安定化すると共に、Ｘの変化に対し
てｃｏｓΔΦS 成分を安定にしスケールファクタ安定性
を改善した光干渉角速度計を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】この発明によれば受光器
からの出力の内位相変調周波数の第２高調波成分を取り
出す第２同期検波手段と、第４高調波成分を取り出す第
３同期検波手段と、第２同期検波手段の出力と第３同期
検波手段の出力との差をゼロにする制御手段と、前記第
２同期検波手段からの出力に前記第３同期検波手段から
の出力を所定の比率、好ましくは１：２．０４の比率で
加算する第１加算手段と、その第１加算手段からの出力
を使用して第１同期検波手段からの出力信号のスケール
ファクタが一定となるように制御する手段とが設けられ
る。
からの出力の内位相変調周波数の第２高調波成分を取り
出す第２同期検波手段と、第４高調波成分を取り出す第
３同期検波手段と、第２同期検波手段の出力と第３同期
検波手段の出力との差をゼロにする制御手段と、前記第
２同期検波手段からの出力に前記第３同期検波手段から
の出力を所定の比率、好ましくは１：２．０４の比率で
加算する第１加算手段と、その第１加算手段からの出力
を使用して第１同期検波手段からの出力信号のスケール
ファクタが一定となるように制御する手段とが設けられ
る。
【００１０】前記制御手段は第１加算手段からの出力と
基準信号発生手段からの基準信号と引き算する減算手段
と、その減算手段からの出力によって光源の光量を制御
する光源光量制御手段からなる。あるいは前記制御手段
は第１同期検波手段からの出力を２乗する第１乗算手段
と、第１加算手段からの出力を２乗する第２乗算手段
と、第１乗算手段と第２乗算手段との出力を加算する第
２加算手段と、その第２加算手段からの出力と基準信号
発生手段からの基準信号と引き算する減算手段と、その
減算手段からの出力によって光源の光量を制御する光源
光量制御手段とからなる。
基準信号発生手段からの基準信号と引き算する減算手段
と、その減算手段からの出力によって光源の光量を制御
する光源光量制御手段からなる。あるいは前記制御手段
は第１同期検波手段からの出力を２乗する第１乗算手段
と、第１加算手段からの出力を２乗する第２乗算手段
と、第１乗算手段と第２乗算手段との出力を加算する第
２加算手段と、その第２加算手段からの出力と基準信号
発生手段からの基準信号と引き算する減算手段と、その
減算手段からの出力によって光源の光量を制御する光源
光量制御手段とからなる。
【００１１】または制御手段は第１同期検波手段からの
出力を２乗する第１乗算手段と、その第１乗算手段の出
力と第１加算手段の出力とを所定の比率で加算する第２
加算手段と、その第２加算手段からの出力と基準信号発
生手段からの基準信号と引き算する減算手段と、その減
算手段からの出力によって光源の光量を制御する光源光
量制御手段とからなる。
出力を２乗する第１乗算手段と、その第１乗算手段の出
力と第１加算手段の出力とを所定の比率で加算する第２
加算手段と、その第２加算手段からの出力と基準信号発
生手段からの基準信号と引き算する減算手段と、その減
算手段からの出力によって光源の光量を制御する光源光
量制御手段とからなる。
【００１２】もしくは制御手段は第１同期検波手段の出
力と第１加算手段の出力とを所定の比率で加算する第２
加算手段と、その第２加算手段からの出力と基準信号発
生手段からの基準信号と引き算する減算手段と、その減
算手段からの出力によって光源の光量を制御する光源光
量制御手段とからなる。前記各光量制御手段の代りに、
減算手段の出力によって受光器およびそれ以降の回路利
得を制御する自動利得制御手段を用いてもよい。
力と第１加算手段の出力とを所定の比率で加算する第２
加算手段と、その第２加算手段からの出力と基準信号発
生手段からの基準信号と引き算する減算手段と、その減
算手段からの出力によって光源の光量を制御する光源光
量制御手段とからなる。前記各光量制御手段の代りに、
減算手段の出力によって受光器およびそれ以降の回路利
得を制御する自動利得制御手段を用いてもよい。
【００１３】
【実施例】次にこの発明の一実施例を図１を参照し説明
する。図１で図４と対応する部分に同一符号を付けてあ
る。この発明では第２同期検波手段の出力と第３同期検
波手段の出力との差をゼロになるように位相変調器を制
御して、Ｘ＝４．２になるように動作点が設定される。
そして第１同期検波回路２３及び２４の両出力Ｖ2，Ｖ4
は所定の比率で加算される。つまり出力Ｖ4 は、増幅
器３１でＫm 倍され、出力Ｖ2 と加算器３２で加算され
る。加算器３２の出力ＶS は、次式で表される。
する。図１で図４と対応する部分に同一符号を付けてあ
る。この発明では第２同期検波手段の出力と第３同期検
波手段の出力との差をゼロになるように位相変調器を制
御して、Ｘ＝４．２になるように動作点が設定される。
そして第１同期検波回路２３及び２４の両出力Ｖ2，Ｖ4
は所定の比率で加算される。つまり出力Ｖ4 は、増幅
器３１でＫm 倍され、出力Ｖ2 と加算器３２で加算され
る。加算器３２の出力ＶS は、次式で表される。
【００１４】 ＶS ＝Ｖ2 ＋Ｋm ・Ｖ4 （６） ここでＫ＝ＫA2・Ｋpd＝ＫA4・Ｋpdとなるように利得を
調整設定すると、（６）式は次式で表される。 ＶS ＝ＩO ・Ｋ・（Ｊ2 （Ｘ）＋Ｋm ・Ｊ4 （Ｘ））・ｃｏｓΔΦS （７ ） 今ここでＫm ＝２．０４にして（７）式の（）内を計算
すると図５に曲線３３として示すようにＸ＝４．２０の
位置で最大となり、かつＸに対して安定するようにな
る。即ちＦＯＧ出力で使用するＪ3 （Ｘ）も最大値を示
す位置と一致する事になる。従って（７）式で示した信
号ＶS は、Ｘ＝４．２０を動作点とするＦＯＧにおいて
Ｘの値に対して安定なｃｏｓΔΦS 成分として用いるこ
とができる。よってＸの値に対して安定な加算器３２の
出力ＶS は、差動増幅器３４で基準電圧発生器３５から
の基準信号ＶR と差動演算される。差動増幅器３４の出
力Ｖeは、次式で表される。
調整設定すると、（６）式は次式で表される。 ＶS ＝ＩO ・Ｋ・（Ｊ2 （Ｘ）＋Ｋm ・Ｊ4 （Ｘ））・ｃｏｓΔΦS （７ ） 今ここでＫm ＝２．０４にして（７）式の（）内を計算
すると図５に曲線３３として示すようにＸ＝４．２０の
位置で最大となり、かつＸに対して安定するようにな
る。即ちＦＯＧ出力で使用するＪ3 （Ｘ）も最大値を示
す位置と一致する事になる。従って（７）式で示した信
号ＶS は、Ｘ＝４．２０を動作点とするＦＯＧにおいて
Ｘの値に対して安定なｃｏｓΔΦS 成分として用いるこ
とができる。よってＸの値に対して安定な加算器３２の
出力ＶS は、差動増幅器３４で基準電圧発生器３５から
の基準信号ＶR と差動演算される。差動増幅器３４の出
力Ｖeは、次式で表される。
【００１５】 Ｖe ＝ＶR −ＶS ＝ＶR −ＩO ・Ｋ・（Ｊ2 (X) ＋Ｋm ・Ｊ4(X)) ・ｃｏｓΔΦS （８） この差動増幅器３４の出力Ｖe は、電気フィルタ３６に
印加される。電気フィルタ３６は、例えば積分器のよう
なものでその出力は、光源１１の光量を制御する光源駆
動回路３７に印加され、光源１１の光量Ｉが制御され
る。ここで初期段階においてＶR ＝ＩO ・Ｋ・（Ｊ
2 （Ｘ）＋Ｋm ・Ｊ4 （Ｘ））＝ＫR に設定されていた
とすると、入力角速度が光学路１５に与えられてない状
態、即ち光学路１５の両光間の位相差ΔΦS が、ゼロの
場合、Ｖe はゼロとなる。ここで周囲温度が変わって受
光器１７に到達する光量ＩO が減少したとする。その結
果、Ｖe は、（８）式より正の電圧となる。この正の電
圧は、次の電気フィルタ３６に印加され、正の積分電圧
を発生するとする。光源駆動回路３７は、この正の積分
電圧によって光源１１の光量が増加するように調整され
てあり、電気フィルタ３６の入力、即ち差動増幅器３４
の出力Ｖe が常にゼロとなるように制御される。その結
果、次式が成り立つ。
印加される。電気フィルタ３６は、例えば積分器のよう
なものでその出力は、光源１１の光量を制御する光源駆
動回路３７に印加され、光源１１の光量Ｉが制御され
る。ここで初期段階においてＶR ＝ＩO ・Ｋ・（Ｊ
2 （Ｘ）＋Ｋm ・Ｊ4 （Ｘ））＝ＫR に設定されていた
とすると、入力角速度が光学路１５に与えられてない状
態、即ち光学路１５の両光間の位相差ΔΦS が、ゼロの
場合、Ｖe はゼロとなる。ここで周囲温度が変わって受
光器１７に到達する光量ＩO が減少したとする。その結
果、Ｖe は、（８）式より正の電圧となる。この正の電
圧は、次の電気フィルタ３６に印加され、正の積分電圧
を発生するとする。光源駆動回路３７は、この正の積分
電圧によって光源１１の光量が増加するように調整され
てあり、電気フィルタ３６の入力、即ち差動増幅器３４
の出力Ｖe が常にゼロとなるように制御される。その結
果、次式が成り立つ。
【００１６】 ＶR ＝ＩO ・Ｋ・（Ｊ2 （Ｋ）＋Ｋm ・Ｊ4 （Ｘ））・ｃｏｓΔΦS （９） 従ってＫ＝ＫPd・ＫA3とし、（３）式に、（９）式の関
係とＩO ＝ＫOP・Ｉの関係を代入するとＦＯＧ出力Ｖ3
は、次式で表される。 Ｖ3 ＝ＶR ・Ｊ3 (X) ・ｓｉｎΔΦS ／｛（Ｊ2 （Ｘ）＋Ｋm ・Ｊ4 （Ｘ）） ・ｃｏｓΔΦS ｝ （１０） （１０）式から明らかなように式の中に受光器１７にお
ける到達光量ＩO の項がなく、かつＸの値に対して安定
であるため周囲温度変化に対して安定なスケールファク
タを持つＦＯＧを提供できる。
係とＩO ＝ＫOP・Ｉの関係を代入するとＦＯＧ出力Ｖ3
は、次式で表される。 Ｖ3 ＝ＶR ・Ｊ3 (X) ・ｓｉｎΔΦS ／｛（Ｊ2 （Ｘ）＋Ｋm ・Ｊ4 （Ｘ）） ・ｃｏｓΔΦS ｝ （１０） （１０）式から明らかなように式の中に受光器１７にお
ける到達光量ＩO の項がなく、かつＸの値に対して安定
であるため周囲温度変化に対して安定なスケールファク
タを持つＦＯＧを提供できる。
【００１７】（１０）式の振幅がどんな入力に対しても
“１”であれば常にＶ3 の振幅は、常に一定となりＦＯ
Ｇのスケールファクタを一定に保つことが出来る。しか
しながら実際は、（１０）式からも明らかなようにサニ
ャック位相差により“１”とならない。即ちリニアリテ
ィ誤差が生じる。これに対しては従来より考えられてい
る手法、その他を用いることができる。
“１”であれば常にＶ3 の振幅は、常に一定となりＦＯ
Ｇのスケールファクタを一定に保つことが出来る。しか
しながら実際は、（１０）式からも明らかなようにサニ
ャック位相差により“１”とならない。即ちリニアリテ
ィ誤差が生じる。これに対しては従来より考えられてい
る手法、その他を用いることができる。
【００１８】まず図２Ａに示す方式は、特開昭６４−６
３８７１に示されている方式であり、まずＦＯＧ出力Ｖ
3 と加算器３２からの出力ＶS をそれぞれ乗算器４１，
４２で２乗し、その各出力を加算器４３で加算する。加
算器４３の出力ＶC は、次式で表される。 ＶC ＝ＫS ・（ｓｉｎ2 ΔΦS ＋ｃｏｓ2 ΔΦS ）＝ＫS （１１） ここでＩO ・Ｋpd・ＫA3・Ｊ3 （Ｘ）＝ＩO ・Ｋ・（Ｊ
2 （Ｘ）＋Ｋm ・Ｊ4 （Ｘ））＝ＫS と成るようにあら
かじめ初期設定して有る。その出力ＶC は、基準信号発
生器４４からの基準信号ＶR と差動増幅器３４で比較さ
れ、その誤差信号Ｖe は電気フィルタ３６に与えられ
る。電気フィルタ３６の出力は、光源駆動回路３７に供
給され、自動制御ループが達成される。この方式は、
（１１）式からも明らかなように出力ＶC にΔΦS 成分
が含まれて無くリニアリティ誤差を生じさせない。
３８７１に示されている方式であり、まずＦＯＧ出力Ｖ
3 と加算器３２からの出力ＶS をそれぞれ乗算器４１，
４２で２乗し、その各出力を加算器４３で加算する。加
算器４３の出力ＶC は、次式で表される。 ＶC ＝ＫS ・（ｓｉｎ2 ΔΦS ＋ｃｏｓ2 ΔΦS ）＝ＫS （１１） ここでＩO ・Ｋpd・ＫA3・Ｊ3 （Ｘ）＝ＩO ・Ｋ・（Ｊ
2 （Ｘ）＋Ｋm ・Ｊ4 （Ｘ））＝ＫS と成るようにあら
かじめ初期設定して有る。その出力ＶC は、基準信号発
生器４４からの基準信号ＶR と差動増幅器３４で比較さ
れ、その誤差信号Ｖe は電気フィルタ３６に与えられ
る。電気フィルタ３６の出力は、光源駆動回路３７に供
給され、自動制御ループが達成される。この方式は、
（１１）式からも明らかなように出力ＶC にΔΦS 成分
が含まれて無くリニアリティ誤差を生じさせない。
【００１９】図２Ｂに示す方式は、ＦＯＧ出力Ｖ3 を乗
算器４１で２乗し、増幅器４４でＫ a 倍した信号と、加
算器３２からの出力ＶS とが加算器４３で加算される。
加算器４３の出力Ｖccは、次式で表される。 Ｖcc＝ＶS ＋Ｋa ・Ｖ3 2 （１２） ここでＫT ＝ＩO ・ＫA3・Ｋpd・Ｊ3 （Ｘ）＝ＩO ・Ｋ
・（Ｊ2 （Ｘ）＋Ｋm ・Ｊ4 （Ｘ））となるように利得
を調整し設定すると（１２）式は次式で表される。
算器４１で２乗し、増幅器４４でＫ a 倍した信号と、加
算器３２からの出力ＶS とが加算器４３で加算される。
加算器４３の出力Ｖccは、次式で表される。 Ｖcc＝ＶS ＋Ｋa ・Ｖ3 2 （１２） ここでＫT ＝ＩO ・ＫA3・Ｋpd・Ｊ3 （Ｘ）＝ＩO ・Ｋ
・（Ｊ2 （Ｘ）＋Ｋm ・Ｊ4 （Ｘ））となるように利得
を調整し設定すると（１２）式は次式で表される。
【００２０】 Ｖcc＝ＫT ・（Ｋa ・ＫT ・ｓｉｎ2 ΔΦS ＋ｃｏｓΔΦS ） （１３） 加算器４３からの出力Ｖccは、基準信号発生器４５から
の基準信号ＶR と差動増幅器３４で比較され、その誤差
信号Ｖeeは電気フィルタ３６に与えられる。電気フィル
タ３６の出力は、光源駆動回路３７に供給され自動制御
ループが達成される。この方式は、（１３）式からも明
らかなように位相差ΔΦS の発生によるスケールファク
タ補正信号であるｃｏｓΔΦS 成分の減少分をｓｉｎΔ
ΦS 成分で補うようにした方式でＫa を調整し補正量を
加減することによりリニアリティを改善できる。
の基準信号ＶR と差動増幅器３４で比較され、その誤差
信号Ｖeeは電気フィルタ３６に与えられる。電気フィル
タ３６の出力は、光源駆動回路３７に供給され自動制御
ループが達成される。この方式は、（１３）式からも明
らかなように位相差ΔΦS の発生によるスケールファク
タ補正信号であるｃｏｓΔΦS 成分の減少分をｓｉｎΔ
ΦS 成分で補うようにした方式でＫa を調整し補正量を
加減することによりリニアリティを改善できる。
【００２１】図３Ａは、上記自動制御を達成したときの
リニアリティのグラフを示す。サニャック位相差ΔΦS
が４５°以内の範囲においてリニアリティが最小となる
Ｋn＝Ｋa ・ＫT の値は、図３ＡよりＫn ＝０．３８と
なる。以上のようにこの方式を実行することにより温度
変化によって光学系の損失等が変わってもスケールファ
クタを安定に保つことが出来、また同時に図３Ａに曲線
４６で示す三角関数本来のリニアリティ誤差（１０％，
ΔΦS ＝４５°で）を０．５％程度に改善することが出
来る。
リニアリティのグラフを示す。サニャック位相差ΔΦS
が４５°以内の範囲においてリニアリティが最小となる
Ｋn＝Ｋa ・ＫT の値は、図３ＡよりＫn ＝０．３８と
なる。以上のようにこの方式を実行することにより温度
変化によって光学系の損失等が変わってもスケールファ
クタを安定に保つことが出来、また同時に図３Ａに曲線
４６で示す三角関数本来のリニアリティ誤差（１０％，
ΔΦS ＝４５°で）を０．５％程度に改善することが出
来る。
【００２２】図３Ｂに示す方式は、ＦＯＧ出力Ｖ3 を絶
対値回路４７で絶対値を出力するようにし、それを増幅
器４４でＫa 倍した信号と、加算器３２からの出力ＶS
とが加算器４３で加算される。加算器４３の出力Ｖc ′
は、次式で表される。 Ｖc ′＝ＶS ＋Ｋa ・Ｖ3 （１４） ここでＫT ＝ＩO ・ＫA3・Ｋpd・Ｊ3 （Ｘ）＝ＩO ・Ｋ
・（Ｊ2 （Ｘ）＋Ｋm ・Ｊ4 （Ｘ））となるように利得
を調整設定すると（１４）式は次式で表される。
対値回路４７で絶対値を出力するようにし、それを増幅
器４４でＫa 倍した信号と、加算器３２からの出力ＶS
とが加算器４３で加算される。加算器４３の出力Ｖc ′
は、次式で表される。 Ｖc ′＝ＶS ＋Ｋa ・Ｖ3 （１４） ここでＫT ＝ＩO ・ＫA3・Ｋpd・Ｊ3 （Ｘ）＝ＩO ・Ｋ
・（Ｊ2 （Ｘ）＋Ｋm ・Ｊ4 （Ｘ））となるように利得
を調整設定すると（１４）式は次式で表される。
【００２３】 Ｖc ′＝ＫT ・（Ｋa ・ｓｉｎΔΦS ＋ｃｏｓΔΦS ） （１５） 加算器４３からの出力Ｖc ′は、基準信号発生器４４か
らの基準信号ＶR と差動増幅器３４で比較され、その誤
差信号Ｖe ′は電気フィルタ３６に与えられる。電気フ
ィルタ３６の出力は、光源駆動回路３７に供給され自動
制御ループが達成される。この方式は、（１５）式から
も明らかなように位相差ΔΦS の発生によるスケールフ
ァクタ補正信号であるｃｏｓΔΦS 成分の減少分をｓｉ
ｎΔΦS 成分で補うようにした方式でＫa を調整し補正
量を加減することによりリニアリティを改善できる。こ
の方式は、図２Ｂに示した方式に比べリニアリティ性能
は劣るが、簡便であり低精度用として使用できる。
らの基準信号ＶR と差動増幅器３４で比較され、その誤
差信号Ｖe ′は電気フィルタ３６に与えられる。電気フ
ィルタ３６の出力は、光源駆動回路３７に供給され自動
制御ループが達成される。この方式は、（１５）式から
も明らかなように位相差ΔΦS の発生によるスケールフ
ァクタ補正信号であるｃｏｓΔΦS 成分の減少分をｓｉ
ｎΔΦS 成分で補うようにした方式でＫa を調整し補正
量を加減することによりリニアリティを改善できる。こ
の方式は、図２Ｂに示した方式に比べリニアリティ性能
は劣るが、簡便であり低精度用として使用できる。
【００２４】図１、図２Ａ、図２Ｂ及び図３Ｂにそれぞ
れ示したＦＯＧは、電気フィルタ３６の出力を光源駆動
回路３７にフィードバックしてたが、図１に点線で示す
ように受光器１７の後段に自動利得制御回路４９を配置
し、それに電気フィルタ３６の出力をフィードバックし
てその自動利得制御回路４９の利得を制御しても上記と
同様の効果を得る事が出来る。
れ示したＦＯＧは、電気フィルタ３６の出力を光源駆動
回路３７にフィードバックしてたが、図１に点線で示す
ように受光器１７の後段に自動利得制御回路４９を配置
し、それに電気フィルタ３６の出力をフィードバックし
てその自動利得制御回路４９の利得を制御しても上記と
同様の効果を得る事が出来る。
【００２５】
【発明の効果】以上述べたようにこの発明によれば、共
に大きな出力である第２同期検波器からの出力と、第３
同期検波器からの出力との差がゼロになるように位相変
調器を制御するので高い安定度でＸ＝４．２に設定でき
る。又受光器１７からの出力の内位相変調周波数の第２
高調波成分を取り出す第一復調手段と、第４高調波を取
り出す第２復調手段と、前記第一復調手段からの出力に
前記第２復調手段からの出力を所定の比率、例えば１：
２．０４の比率で加算する第１加算手段とを設けたの
で、第１種ベッセル関数の変数Ｘに対するｃｏｓΔΦS
成分が安定となる。従ってこのｃｏｓΔΦS 成分を用い
て受光器１７の利得または受光器の後段の回路利得や受
光器１７に到達する光量を制御することにより、周囲温
度によって変動する光学系の損失などの影響を抑え、Ｆ
ＯＧの入出力スケールファクタを安定に保つとともに入
力に対するスケールファクタリニアリティを小さく抑え
ることができる。
に大きな出力である第２同期検波器からの出力と、第３
同期検波器からの出力との差がゼロになるように位相変
調器を制御するので高い安定度でＸ＝４．２に設定でき
る。又受光器１７からの出力の内位相変調周波数の第２
高調波成分を取り出す第一復調手段と、第４高調波を取
り出す第２復調手段と、前記第一復調手段からの出力に
前記第２復調手段からの出力を所定の比率、例えば１：
２．０４の比率で加算する第１加算手段とを設けたの
で、第１種ベッセル関数の変数Ｘに対するｃｏｓΔΦS
成分が安定となる。従ってこのｃｏｓΔΦS 成分を用い
て受光器１７の利得または受光器の後段の回路利得や受
光器１７に到達する光量を制御することにより、周囲温
度によって変動する光学系の損失などの影響を抑え、Ｆ
ＯＧの入出力スケールファクタを安定に保つとともに入
力に対するスケールファクタリニアリティを小さく抑え
ることができる。
【図１】請求項１の発明の実施例を示すブロック図。
【図２】Ａは請求項３の発明の実施例の一部を示すブロ
ック図、Ｂは請求項４の発明の実施例の一部を示すブロ
ック図である。
ック図、Ｂは請求項４の発明の実施例の一部を示すブロ
ック図である。
【図３】Ａはサニャック位相差とスケールファクタリニ
アリティとの関係を示す図、Ｂは請求項５の発明の実施
例の一部を示すブロック図である。
アリティとの関係を示す図、Ｂは請求項５の発明の実施
例の一部を示すブロック図である。
【図４】従来の光干渉角速度計を示すブロック図。
【図５】第１種ベッセル関数のグラフを示す図。
Claims (5)
- 【請求項１】 少なくとも一周する光学路と、その光学
路に対して光源よりの光を右回り光及び左回り光として
入射する分岐手段と、その光学路を伝搬してきた右回り
光及び左回り光を干渉させる干渉手段と、前記分岐手段
と前記光学路の一端との間にこれらと縦続的に配置され
て右回り光及び左回り光に位相変化を与える位相変調手
段と、前記干渉光の光強度を電気信号として検出する受
光器と、その受光器からの出力の内、前記位相変調手段
の変調周波数の第３高周波を同期検波して角速度を出力
する第１同期検波手段と、 前記受光器からの出力の内前記変調周波数の第２高調波
成分を取り出す第２同期検波手段と、 前記変調周波数の第４高調波を前記受光器の出力から取
り出す第３同期検波手段と、 前記第２同期検波手段からの出力に前記第３同期検波か
らの出力を所定の比率で加算する第１加算手段と、前記第２同期検波手段からの出力と前記第３同期検波手
段からの出力との差がゼロになるように前記位相変調手
段を制御する手段と、 その第１加算手段からの出力を使用し前記第１同期検波
手段からの出力信号のスケールファクタが一定となるよ
うに制御する制御手段と、 を有することを特徴とする光干渉角速度計。 - 【請求項２】 前記制御手段は、前記第１加算手段から
の出力と基準信号発生手段からの基準信号と引き算する
減算手段と、その減算手段からの出力によって前記光源
の光量又は前記受光器及びそれ以降の回路利得を制御す
る手段からなることを特徴とする請求項１記載の光干渉
角速度計。 - 【請求項３】 前記制御手段は前記第１同期検波手段か
らの出力を２乗する第１乗算手段と、前記第１加算手段
からの出力を２乗する第２乗算手段と、前記第１乗算手
段と前記第２乗算手段からの出力を加算する第２加算手
段と、その第２加算手段からの出力と基準信号発生手段
からの基準信号と引き算する減算手段と、その減算手段
からの出力によって前記光源の光量又は前記受光器及び
それ以降の回路利得を制御する手段とからなることを特
徴とする請求項１記載の光干渉角速度計。 - 【請求項４】 前記制御手段は前記第１同期検波手段か
らの出力を２乗する第１乗算手段と、その第１乗算手段
の出力と前記第１加算手段の出力とを所定の比率で加算
する第２加算手段と、その第２加算手段からの出力と基
準信号発生手段からの基準信号と引き算する減算手段
と、その減算手段からの出力によって前記光源の光量又
は前記受光器及びそれ以降の回路利得を制御する手段か
らなることを特徴とする請求項１記載の光干渉角速度
計。 - 【請求項５】 前記制御手段は前記第１同期検波手段の
出力と前記第１加算手段の出力とを所定の比率で加算す
る第２加算手段と、その第２加算手段からの出力と基準
信号発生手段からの基準信号と引き算する減算手段と、
その減算手段からの出力によって前記光源の光量又は前
記受光器及びそれ以降の回路利得を制御する手段からな
ることを特徴とする請求項１記載の光干渉角速度計。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4121489A JP2578045B2 (ja) | 1992-05-14 | 1992-05-14 | 光干渉角速度計 |
| DE1993601424 DE69301424T2 (de) | 1992-05-14 | 1993-05-13 | Optischer interferometrischer Drehgeschwindigkeitssensor |
| EP93107836A EP0569993B1 (en) | 1992-05-14 | 1993-05-13 | Optical-interference-type angular rate sensor |
| US08/190,354 US5412472A (en) | 1992-01-30 | 1994-02-01 | Optical-interference type angular velocity or rate sensor having an output of improved linearity |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4121489A JP2578045B2 (ja) | 1992-05-14 | 1992-05-14 | 光干渉角速度計 |
| US08/190,354 US5412472A (en) | 1992-01-30 | 1994-02-01 | Optical-interference type angular velocity or rate sensor having an output of improved linearity |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05312581A JPH05312581A (ja) | 1993-11-22 |
| JP2578045B2 true JP2578045B2 (ja) | 1997-02-05 |
Family
ID=26458844
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4121489A Expired - Fee Related JP2578045B2 (ja) | 1992-01-30 | 1992-05-14 | 光干渉角速度計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2578045B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100973525B1 (ko) * | 2008-04-22 | 2010-08-02 | 한국표준과학연구원 | 회전오차를 감소시킨 광학계 보정 방법 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2557658B2 (ja) * | 1987-09-02 | 1996-11-27 | 日本航空電子工業 株式会社 | 光干渉角速度計 |
| JPH0625669B2 (ja) * | 1987-09-02 | 1994-04-06 | 日本航空電子工業株式会社 | 光干渉角速度計 |
| JPS6463870A (en) * | 1987-09-02 | 1989-03-09 | Japan Aviation Electron | Light interference angular velocity meter |
-
1992
- 1992-05-14 JP JP4121489A patent/JP2578045B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05312581A (ja) | 1993-11-22 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19960806 |
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