JP2838123B2 - 光ファイバジャイロの構造 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】光ファイバジャイロの構造に関
し、特に光ファイバコイル内の温度分布の均一化に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】光ファイバジャイロは航空機、ロケット
等に搭載され、角速度を検出するのに用いられる。その
ブロック構成の一例を図２に示す。光源１の光は光カプ
ラ２，３を順次通って光ファイバコイル４に入射する。
光ファイバコイル４に入射した右回り光Ｌ_R は光ファイ
バコイル４を通り光変調器５で位相変調された後、光カ
プラ３から光カプラ２へ戻される。一方光ファイバ４に
入射した左回り光Ｌ_L は光変調器５で変調された後光フ
ァイバコイル４を通り、光カプラ３から光カプラ２に戻
される。光カプラ２に戻された右回り光Ｌ_R と左回り光
Ｌ_L との干渉光（その位相は入力角速度に対応する）が
光電変換器６で検出され、電気信号に変換される。その
電気信号Ｓａは信号処理回路７で処理されて入力角速度
に対応した信号Ｓｂが得られる。

【０００３】図２の光ファイバジャイロは、図３に示す
ように、基板８上に実装され、カバー９で密封される。
基板８上の最大の部品は光ファイバコイル４であり、円
筒部と上鍔及び下鍔より成る糸巻状のボビン４ａに巻回
され、そのボビン４ａがリング状のスペーサ１０を介し
て、基板８上に取付けられる。光ファイバコイル４以外
の部品は、概ねボビン４ａの円筒部で囲まれた基板上に
直接或いは取付具を用いて中空部に立体的に取付けられ
る。光源は高温環境下では特性が劣化するのでペルチェ
素子１１で冷却される。該素子の放熱部は基板８に対接
されている。ペルチェ素子で奪った熱はその放熱部から
基板８を通って、基板８を取付ける機体１３に逃すよう
にしている。しかしペルチェ素子１１の放熱部は一般に
高温となっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】外部環境の変化によっ
て、光ファイバジャイロを取付けている機体１３の温度
が上昇した場合、ペルチェ素子１１より基板８を伝導し
て機体１３に放散される熱の量が少くなり、基板８の温
度が著しく上昇する。そのとき、基板８の熱にスペーサ
１０からボビン４ａに伝導し、更に、光ファイバコイル
４に伝導して行く。その時光ファイバコイル４の基板８
に近い下側のＰｂ点の温度に対して基板８より遠い上側
のＰａ点の温度が低く、両点の間に大きな温度勾配が発
生する。

【０００５】このような温度勾配が光ファイバコイル４
内に発生すると、光ファイバコイルの右回り光と左回り
光との間に速度差が生じ、干渉光の位相が変化し、結果
として角速度の検出値に誤差を生ずる。この発明の目的
は、上記従来の問題を解決して、光ファイバ内の温度勾
配を小さくして、角速度の検出誤差を低減しようとする
ものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】

（１）請求項１の発明では、ボビン円筒部の高さＨｂ
（Ｈｂ＞Ｈ／２；Ｈはボビンの高さ）の内周面より一体
にフランジ２１が突設され、そのフランジを支持する支
持筒２２が基板上にほぼ直角に突設され、基板とボビン
の下鍔との間に空隙が形成される。

【０００７】（２）請求項２の発明では、前記（１）に
おいて、基板が熱伝導の良好な金属製とされる。 （３）請求項３の発明では、前記（１）において、支持
筒が基板と一体に形成されている。 （４）請求項４の発明では、前記（１）において、基板
に密閉用カバーが被せられ、その内部に不活性ガスが封
入されている。

【０００８】（５）請求項５の発明では、前記（１）に
おいて、基板の形状がほぼ円形とされる。

【０００９】

【実施例】光ファイバコイル４内の温度勾配を小さくす
るために、この発明を得る前の段階で初めに考えられた
光ファイバジャイロの構造を図１Ｂに、図３と対応する
部分に同じ符号を付けて示し、重複説明を省略する。図
１Ｂの場合には、ボビン４ａの円筒部の軸線方向のほぼ
真中にその内周面より一体にリング状のフランジ２１が
突設される。一方、基板８の上面より一体に（又は別部
材にて）、支持（円）筒２２が、ボビンの中心孔内に同
軸心状に、ほぼ直角に突設され、その上端とフランジ２
１の底面とが互いに固定され、光ファイバコイル４が支
持（円）筒２２で支持される。支持筒２２の基板８から
の高さＨａは、 Ｈａ≒Ｈ／２＋Δ−ｔ／２ …（１） に設定される。Ｈはボビン４ａの高さ、Δは基板８とボ
ビン４ａの下鍔との間に設定される空隙の寸法、ｔはフ
ランジ２１の厚さである。

【００１０】このようにすると、ペルチェ素子１１で発
生した熱の一部は、基板８−支持筒２２−フランジ２１
−ボビン４ａ−コイル４の第１の経路で光ファイバコイ
ル４に伝導する。フランジ２１をボビン４ａの高さのほ
ぼ真中に設けた理由は、コイルの上側の点Ｐａと下側の
点Ｐｂとをフランジ２１よりほぼ等距離にすることによ
って、両点の温度上昇をほぼ同じにしようとしたためで
ある。

【００１１】図１Ｂの光ファイバジャイロを実験した結
果、従来の図３のものに比べればコイル内の温度勾配は
小さくなったが、しかし、なおかなり存在することが分
った。その原因の１つは、光ファイバジャイロの寸法を
小型にしなければならないため、基板８とボビン４ａと
の間の空隙の寸法Δをあまり大きくできないためであ
る。基板８の熱で、空隙（寸法Δ）の不活性ガスが高温
とされ、ボビン４ａの下鍔が熱くなり、下鍔と接する下
側のコイルに熱が伝導して行く（この熱の伝導経路を第
２の経路と呼ぶ）。このためどうしてもコイルのＰｂ点
の方がＰａ点より温度が高くなる。

【００１２】そこでこの発明では、ボビンのフランジ２
１の高さＨｂはＨｂ＞Ｈ／２に設定される。従来はＨｂ
≒Ｈ／２である。フランジ２１の基板８からの高さＨａ
は、 Ｈａ＝Ｈｂ＋Δ−ｔ／２ …（２） このようにすると、フランジ２１の位置がコイルの上側
のＰａ点に近づき下側のＰｂ点からは遠くなる。従っ
て、基板８−支持筒２２−フランジ２１−ボビン４ａ−
コイル４の第１の経路の熱伝導によって生ずるコイルの
温度上昇はＰａ点の方がＰｂ点より高くされる。

【００１３】従って、図１Ｂの例で述べた、基板８−空
隙（Δ）−ボビン（主に下鍔）４ａ−コイル４の第２の
経路の熱伝導による温度上昇とは逆の温度勾配となる。
従って、第１の経路と第２の経路の熱伝導の重畳によっ
てＰａ点とＰｂ点の温度上昇はほぼ同じとなり、コイル
内の温度勾配をほとんど無くすことができる。基板８に
は熱伝導のよい金属材料を用いるのが望ましい（請求項
２）。支持筒２２は温度上昇が繰返され、形状の歪が経
年的に増加する傾向にある。しかし支持筒２２を基板８
と同一材料で一体に形成することによって、その歪を軽
減することができる（請求項３）。しかし、場合によっ
ては、ねじ、接着剤等によって締結、一体化してもよ
い。カバー９内に不活性ガスを封入して内部の湿度を下
げ、部品の経年変化を抑え、光ファイバジャイロの寿命
を延ばすことができる（請求項４）。基板８の形状を光
ファイバコイル４と同心の円形にすると占有スペースが
節約できて望ましい（請求項５）。

【００１４】

【発明の効果】この発明では、光ファイバコイル４の円
筒状ボビンの内周面にリング状のフランジ２１が突設さ
れ、その高さＨｂはボビンの高さＨの半分より大きく設
定され、そのフランジ２１を支持する支持筒２２が基板
８上に突設され、基板８とボビン４ａの下鍔との間に空
隙（寸法Δ）が設けられる。

【００１５】基板８−支持筒２２−フランジ２１−ボビ
ン４ａ−コイル４の第１の経路と、基板８−空隙（Δ）
−ボビン（下鍔）４ａ−光コイル４の第２の経路とによ
ってそれぞれ生ずるコイルの上部と下部との間の温度勾
配が互いに逆になって、全体として温度勾配がほとんど
ないコイルが得られる。これにより光ファイバジャイロ
の角速度の温度勾配による誤差を大幅に低減することが
可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】Ａはこの発明の実施例を示す断面図、Ｂはこの
発明を得る前の段階で提案された光ファイバジャイロの
断面図。

【図２】光ファイバジャイロのブロック図。

【図３】従来の光ファイバジャイロの断面図。

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円筒状の光ファイバコイル（円筒部とそ
   の両端の上鍔及び下鍔とより成る糸巻状のボビンに光フ
   ァイバが巻回されている）が、基板上にほぼ直角に取付
   けられ、前記円筒部に囲まれた前記基板の上面に、光フ
   ァイバジャイロの光源を冷却する部材の放熱部が取付け
   られている光ファイバジャイロの構造において、 前記円筒部の高さＨｂ（Ｈｂ＞Ｈ／２；Ｈはボビンの高
   さ）の内周面より一体にフランジ（２１）が突設され、 そのフランジを支持する支持筒（２２）が前記基板上に
   ほぼ直角に突設され、 前記基板とボビンの下鍔との間に空隙が形成されている
   ことを特徴とする、 光ファイバジャイロの構造。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記基板が熱伝導の
   良好な金属製であることを特徴とする光ファイバジャイ
   ロの構造。
3. 【請求項３】 請求項１において、前記支持筒が前記基
   板と一体に形成されていることを特徴とする光ファイバ
   ジャイロの構造。
4. 【請求項４】 請求項１において、前記基板に密閉用カ
   バーが被せられ、その内部に不活性ガスが封入されてい
   ることを特徴とする光ファイバジャイロの構造。
5. 【請求項５】 請求項１において、前記基板の形状がほ
   ぼ円形であることを特徴とする光ファイバジャイロの構
   造。