JP2893484B2 - 光ファイバ・ジャイロスコープ変調誤差減少 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 本発明は光ファイバ装置位相変調器に関するものであ
り、更に詳しく言えば、状態が変化する中で内部を進行
する電磁波のそのような位相変調を行うための装置に関
するものである。

光ファイバ・ジャイロスコープはそのジャイロスコー
プを支持している物体の回転を検出するための魅力的な
手段である。そのようなジャイロスコープは超小型に製
作でき、かなりな機械的衝撃、かなりな温度変化、およ
びその他の極端な環境に耐えるように製作できる。動く
部品が無いから、それらは保守をほとんど不要にでき、
コストの面で経済的になる潜在性を有する。それらは、
別の種類の光学的ジャイロスコープでは問題になる低回
転速度にも敏感である。

光ファイバ・ジャイロスコープは、検出すべき回転の
中心である軸線を中心としてコアに巻かれるコイル状の
光ファイバを有する。光ファイバの典型的な長さは100
〜2000メートル程度で、閉じた光路の一部である。その
光路中に電磁波、または光波が導入され、コイル中を互
いに逆向きに伝わって最終的に光検出器に入射する一対
の波に分割される。コア、またはコイル状光ファイバの
検出軸線を中心とする回転により、そのような波の１つ
に対して、ある回転の向きでは光路長が実効的に長くな
り、逆の向きでは光路長が実効的に短くなる。別の向き
では逆の結果が起きる。波の間のような光路長の差によ
っていずれの回転の向きにおいてもそれらの波の間に位
相推移が導入される、すなわち、周知のサニャック効果
である。回転による位相差推移の量、すなわち出力信号
の量が、互いに逆向きに伝わる２つの電磁波がたどるコ
イルを通る光路全体の長さに依存し、従って長い光ファ
イバでは大きな位相差を得ることができるが、コイル状
に巻かれている結果として占有体積は比較的小さい。

光検出器装置の光ダイオードからの出力電流は、コイ
ル状光ファイバを互いに逆向きに伝わった後で検出器に
入力する電磁波に応答して、二乗余弦関数に従う。すな
わち、出力電流はそれら２つの波の間の位相差の余弦に
依存する。余弦関数は偶関数でるから、そのような出力
関数は位相推移の相対的な向きを示さないために、コイ
ル軸線を中心とする回転向きについて示さない。また、
零位相付近での余弦関数の変化率、従ってそのような出
力関数は低い回転速度では感度が非常に低い。

それらの満足できない特性のために互いに逆向きに進
む２つの電磁波の間の位相差は、光学的位相変調器、あ
るいはバイアス変調器と呼ばれる時もある、をコイル状
光ファイバの一方の側の光路中に置くことにより、変調
される。その結果、互いに逆向きに伝わるそれらの波の
１つはコイル中を伝わる間に変調器を通るが、コイルを
逆の向きに伝わっている他の波はコイルを出る時に変調
器を通る。

また、復調器装置の一部として機能する位相感知検出
器が、光検出器出力電流を表す信号を受けるために設け
られる。変調器により行われる振幅変調を減少または解
消するために位相変調器と位相感知検出器をいわゆる
「適正な」周波数で正弦信号発生器により動作させるこ
とができるが、同じ基本周波数の他の波形種類をも使用
できる。周波数をより管理できる値へ低下させるために
その他の周波数を使用でき、かつその他の周波数のこと
がしばしばである。

位相感知検出器の結果信号出力は正弦関数に追従す
る、すなわち、出力信号は、光ダイオードへ入射する２
つの電磁波の間の位相差、主として、他の大きくはある
が望ましくない位相差の発生がない時に、コイルの軸線
を中心とする回転による位相推移の正弦に依存する。正
弦関数は位相推移が零の時に変化率が最大であり、した
がって零位相推移の両側で正弦を代数的に変化する奇関
数である。したがって、位相感知検出器信号は、コイル
の軸線を中心とする回転がどの向きに起きるかを指示で
き、かつ零回転速度付近の回転速度の関数として信号値
の最大変化率を与えることができる、すなわち、検出器
の出力信号が低い回転速度に対して感度が高いように、
零付近の位相推移に対する検出器の感度が最高である。
もちろん、これは他の原因、すなわち、誤差に基づく位
相推移が十分に小さい場合だけ可能である。また、それ
らの環境におけるこの出力信号は、比較的低い回転速度
においては直線に非常に近い。位相感知検出器の出力信
号に対するそのような特性は、光位相変調無しの光検出
器の出力電流の特性より大幅な改善である。

従来技術からそのような装置の例が図１に示されてい
る。装置の光学部分は、この装置が可逆的である、すな
わち、後で述べるように、可逆的でない位相差推移の特
性の導入を除き、逆向きに伝わる各電磁波に対してほぼ
同一の光路が生ずる。コイル状光ファイバは、検出すべ
き回転の中心を成す軸線の周囲に巻かれる単一モード光
ファイバを用いてコアまたは巻き枠の周囲にコイル10を
形成する。単一モード光ファイバを使用することにより
電磁波すなわち光路を一意に定めることができ、かつそ
のような導かれる波の位相前面を一意に定めることもで
きる。これは可逆性の維持を極めて大きく支援する。

また、避けることができない機械的ストレス、磁界中
のファラデー効果、あるいはその他の源からひき起こさ
れて、互いに逆向きに伝わる波の間の変化する位相差推
移を生じさせることがある分極化変動が比較的大きくな
るように、ファイバ中に非常に大きい複屈折が構成され
る。したがって、装置中の他の光学部品に応じて電磁波
を伝播させるために、高い屈折率の軸線、すなわちより
遅い伝播軸線、または低い率が選択される。この装置に
おいては、ここで用いられる光学部品を考慮して遅い軸
線が選択されている。

コイル10内を互いに逆向きに伝わる電磁波は図１にお
ける電磁波源、または光源11から供給される。この源は
典型的にはレーザダイオードである。レーザダイオード
は典型的な波長が830nmである、典型的にはスペクトラ
ムの近赤外線部分にある電磁波を供給する。コイル10に
おける散乱側におけるレイレーおよびフレネル散乱によ
るそれらの波の間の位相推移差を減少させるために、源
11は放射される光のために短い可干渉性波長を持たなけ
ればならない。コイル10中の非直線カー効果のために、
互いに逆向きに伝わる２つの電磁波の強さの違いが、そ
れらの間の位相差を異なるようにすることがある。この
状況は、源11として短い可干渉性波長を持つことによっ
ても克服できる。そうすると形式上の位相推移打ち消し
が行われることになる。

レーザ・ダイオード11と光ファイバ・コイル10の間に
は、コイル10を形成している光ファイバの端部を全体の
光路をいくつかの光路部分ヘ分離するいつかの光学的結
合部品間へ延長させる、図１における光路装置が示され
ている。偏光維持光ファイバの一部が、最適光放射点に
おいてレーザ・ダイオード11に対して位置させられる。
その点から第１の光学的方向性結合器12まで光ファイバ
が延長する。

光学的方向性結合器12は光伝送媒体を含む。この光伝
送媒体は４つのポートの間に延びている。２つの点がそ
の媒体の各端部上にあり、図１においては結合器12の各
端部に示されている。それらのポートの１つが、それに
対して位置させられているレーザ・ダイオード11から延
長する光ファイバを有する。光学的方向性結合器12の感
知端部における別のポートには、それに対して位置させ
られている別の光ファイバが示されている。その光ファ
イバは、光検出器装置14へ電気的に接続される光ダイオ
ード13に対して位置させられるように延長する。

光ダイオード13は、それに対向して位置させられてい
る光ファイバから入射する電磁波、または光波を受け、
応答して光電流を供給する。この光電流は、上記のよう
に、入射するほぼコヒーレントな２つの光波の場合に
は、そのような一対のほぼコヒーレントな光波の間の位
相差の余弦に依存する光電流出力を供給するに際して余
弦関数に追従する。この光起電力装置は非常に低いイン
ピーダンスで動作して、入射する放射の直線関数である
光電流を供給する、典型的にはｐ−ｉ−ｎ光ダイオード
とすることができる。

光学的方向性結合器12はその他の端部のポートに別の
光ファイバを有する。その光ファイバは偏光器12まで延
長する。結合器12の同じ側における他のポートにおいて
は、光ファイバの別の部分を含めて、非反射性の終端装
置16が存在する。

光学的方向性結合器12は、その任意のポートに電磁波
または光を受け、そのおよぼ半分が、入来ポートを有す
るその端部とは反対側の端部の結合器12の２つのポート
のおのおのに現れる。他方、結合器12の入来光ポートと
同じ端部におけるポートへはそのような波または光は送
られない。

偏光器15が用いられる理由は、単一空間モードファイ
バにおいてさえも、ファイバを通る電磁波において２つ
の偏光モードが可能だからである。したがって、それら
の偏光モードの１つを上記遅い軸線に沿って光ファイバ
を通らせ、他の偏光モードを阻止する目的で偏光器15が
設けられる。しかし、偏光器15は阻止することを意図し
ている１つの偏光状態にある光を完全に阻止するわけで
はない。また、このためにその内部を互いに逆向きに進
む２つの電磁波の間で小さい非可逆位相推移が生じさせ
られるから、それらの電磁波の間に小さい非可逆位相推
移差が生じさせられる。その非可逆位相推移差は偏光器
が置かれている環境の状態に応じて変化することがあ
る。これに関して、用いられている光ファイバ中の高い
複屈折が、上記のように、この結果としての位相差を減
少することを再び支援する。

偏光器15はそれのいずれの端部にもポートを有する。
電磁波伝送媒体がその内部でポートの間に位置させられ
る。それの端部におけるポートのうち、光学的方向性結
合器12へ接続されているポートとは反対側のポートに別
の光ファイバの部分が位置させられる。その光ファイバ
は別の光学的方向性結合器17まで延長する。その光学的
方向性結合器は結合器12と同じ波伝送特性を有する。

偏光器15へ結合されているポートがある結合器17の同
じ端部におけるポートが、別の光ファイバ部分を用いて
非反射性終端装置18へ接続される。結合器17の他の端部
におけるポートについて考えると、１つはコイル10中の
光ファイバの１つの端部から延びている光路中の光学部
品へ接続される。他のポートは光ファイバ10の残りの端
部へ直結される。コイル10と結合器17の間の、コイル10
の直結されてインタフェースする側とは反対の側には、
光学的位相変調器19が設けられる。光学的位相変調器19
は、図１にそれの両端部が含まれているのが示されてい
る伝送媒体の両端部に２つのポートを有する。コイル10
からの光ファイバは変調器19のポートに取り付けられ
る。結合器17から延長する光ファイバは変調器19の他端
部に取り付けられる。

光変調器19は電気信号を受けて、それらの電気信号に
よって伝送媒体、または複数の伝送媒体の屈折率を変化
させることにより内部を通る光路長を変える。それによ
り伝送させられている電磁波に位相差を導入させる。そ
れらの電気信号はバイアス変調信号発生器29により変調
器19へ供給される。そのバイアス変調信号発生器は変調
周波数f_gの正弦波電圧出力信号を発生する。その変調周
波数はC₁sin（ω_gt）に等しくする事を意図するもので
ある。ここに、ω_gは変調周波数f_gのラジアン周波数に
等しいものである。他の適当な周期的波形も代わりに使
用できる。

これによって、源11により放射された電磁波、または
光波がたどる光路に沿って形成された、図１に装置の光
学部分の説明は終わりである。そのような電磁波はその
源から光ファイバ部分を通って光学的方向性結合器12へ
結合される。源11から結合器12へ入るその波のいくらか
は、それの反対側のポートへ結合されている非反射終端
装置16において失われるが、その波の残りは偏光器15を
通って光学的方向性結合器17へ送られる。

結合器17はビーム分割装置として機能する。このび分
割装置においては偏光器15から受け、そのポートに入る
電磁波をほぼ半分に分割する。それの一方の部分はそれ
の両端における２つのポートの各ポートから出る。結合
器17の他端部における１つのポートから電磁波は光ファ
イバ・コイル10と変調器19を通って結合器17へ戻る。そ
こで、この戻る波の一部が、結合器17の偏光器15の接続
端部における他のポートへ接続されている非反射性装置
18において失われるが、その波の残りは結合器17の他の
ポートを通って偏光器15と結合器12に達し、そこでそれ
の一部は光ダイオード13へ送られる。偏光器15からコイ
ル10へ送られた波の他の部分はコイル10の他のポートに
おいて結合器17の端部を離れ、変調器19と光ファイバ・
コイル10を通って結合器17へ再び入り、再び、それの一
部は他の部分と同じ経路をたどって最終的には光ダイオ
ード13に入射する。

上記のように、光ダイオード13は、それへ入射する２
つの電磁波または光波の強さに比例し、従って、次の式 により与えられ、そのダイオードへ入射するそれら２つ
の電磁波の間の位相差の余弦に追従することが予測され
る出力光電流、_PD13を供給する。その理由は、その電
流が、光ダイオード13へ入射する２つのほぼコヒーレン
トな波の結果としての光の強さであって、ピーク値I₀か
ら、２つの波の間でどれだけの建設的な干渉または破壊
的な干渉が起きるかに依存するより小さい値まで変化す
る強さに依存するからである。この波の干渉はコイル10
を形成するそのコイルの軸線を中心とするコイル状光フ
ァイバの回転と共に変化する。というのはその回転によ
り波の間に位相推移φ_Rが導入されるからである。更
に、この光ダイオードの出力電流中には、変調器19によ
り振幅値がφ_mの付加可変位相推移が導入される。その
付加可変位相推移はcos（ω_gt）として変化することを
意図される。

光学的位相変調器19は上記のような種類のものであっ
て、上記のように余弦関数に従う光検出装置14の出力信
号を、正弦関数に従う信号へ変換するために、復調装置
の一部として位相感知検出器とともに用いられる。その
ような正弦関数に従うと、上記のように、出力信号がコ
イル10の軸線を中心とする回転の速度と、その回転の向
きとについての情報を供給する。

このように、光ダイオード13を含んでいる光検出装置
14の出力信号は電圧へ変換され、増幅器23へ供給され、
そこで増幅されてからフィルタ22を介して位相感知検出
器手段23へ送られる。位相復調装置の部分として機能す
る位相感知検出器手段23は周知の装置である。そのよう
な位相感知検出器装置は濾波された光ダイオード装置の
出力信号の第１高調波の振幅、または変調信号発生器20
の基本周波数の振幅を取り出して、光ダイオード13へ入
射している電磁波の相対的な位相の指示を供給する。こ
の情報は正弦関数に従う出力信号で位相感知検出器23に
より供給される。すなわち、この出力信号は光ダイオー
ド13へ入射する２つの電磁波の間の位相差の正弦に従
う。

バイアス変調器信号発生器20は、光路中の光を上記周
波数f_gで変調する際に、光検出装置14において再び組合
わされた電磁波により発生されている高調波成分へ導き
もする。フィルタ22は光検出器14の出力信号の周波数成
分、すなわち、第１高調波を振幅器21により増幅した後
で通す帯域フィルタである。

動作時には、光路中のコイル10を通る互いに逆向きに
伝わる２つの電磁波における位相差の変化は、回転のた
めに、変調器19による位相差の変化と比較して比較的徐
々に変化する。回転、またはサニャック光波化、による
どのような位相差も２つの電磁波の間の位相差を単に推
移させるだけである。フィルタ22の出力端子に現れる、
光検出装置14の出力信号の変調周波数成分の振幅換算係
数は、ａ）変調器19および発生器20によるそれらの波の
位相変調の振幅値と、ｂ）装置における種々の利得を表
す定数との係数だけ更に修正されたこの位相差の正弦に
よりセットされることが予測される。それから、この信
号成分中の発生器20と変調器19によるこの正弦変調の周
期的作用が、復調器装置（検出器）出力信号の振幅換算
係数だけに依存して、位相感知検出器23を含んでいる装
置において復調により除去して、復調器装置（検出器）
出力信号を残す。

したがって、増幅器21の出力端子における電圧は： V_21-OUT＝ｋ｛１＋cos［φ_R＋φ_m（ω_gt＋θ）］｝ として典型的に現れる。係数ｋは装置から増幅器21の出
力端子までの利得を表す。記号θは発生器20により供給
される信号の位相に関する増幅器21の出力信号中の付加
位相遅れを表す。この位相推移のあるものは光検出装置
14中ヘ導入され、あるものは変調器19における、発生器
20により供給された信号の位相と、変調器19中の媒体の
屈折率とそれの長さの少なくとも一方、したがって変化
を持つ際の変調器19の応答との間の位相推移のような他
の源からによるものである。先の式において用いられて
いるその他の記号は、上の最初の式において有する意味
と同じ意味を有する。

以上の式はベッセル級数展開で展開して次の式を与え
ることができる。

増幅器21の出力端子におけるこの信号はフィルタ22の
入力端子へ供給される。

上記のように、フィルタ22は主として最後の式からの
第１の調波、すなわち、変調周波数成分を通す。その結
果、フィルタ22の出力信号を次のように書くことができ
る： V_22-out＝−2kJ₁（φ_m）sinθ_Rcos（ω_gt＋θ＋Ψ₁） 現れる別の位相遅れ項Ψ₁はフィルタ22を通った結果と
して付加された第１の高調波項中の付加位相差である。
この付加位相差はほぼ一定であること、およびフィルタ
22の既知の特性であることが予測される。

それからフィルタ22からの信号は、バイアス変調器発
生器20からの信号のように、位相感知検出器23へ加えら
れる。後者はC₁sin（ω_gt）に等しくすることを再び意
図するものである。ここに、ω_gは変調周波数f_gに等し
いラジアン周波数である。θ＋Ψ₁に等しい位相推移を
位相感知検出器23により出力信号へ加えることができる
とすると、発生器20の出力信号とともにその検出器の出
力は次のようなものであろう。

V₂₃-out＝ｋ′J₁（φ_m）sinθ_R 定数ｋ′は位相感知検出器23を含めた装置利得である。

しかし、それらの予測される結果は図１の装置では達
成されないこともある。予測される結果を達成できない
１つの理由は、バイアス信号発生器20が上記のように光
路中の光を位相変調器19において周波数f_gで変調する
と、再び組合わされた電磁波により光検出装置14におい
て高調波成分が発生される結果となるばかりでなく、発
生器20と変調器19において非直線性が発生されるため
に、変化する光路位相中にある高調波成分を直接供給す
る結果となるからである。

すなわち、第１の可能性として、変調発生器20により
その出力端子へ供給された出力信号が周波数f_gの基本信
号ばかりでなく、その重要な高調波も含むことがある。
そのような高調波を含まない信号を供給できるとして
も、位相変調器19における非直線成分特性およびヒステ
リシスのために、光路中に供給される変化する位相中に
そのような高調波が導入される結果となることがある。
そのような高調波のために光ファイバ・ジャイロスコー
プの出力信号中に大きなレートバイアス誤差が生ずる結
果となることがある。したがって、変調装置に起因する
そのような誤差が減少されるか、解消される干渉計型光
ファイバ・ジャイロスコープが望まれる。

発明の概要 本発明は、前記コイル状光ファイバ中を互いに逆向き
に伝わって、ある位相関係で光検出器へ入射する電磁波
を基にした光ファイバ回転センサのための誤差制御装置
を提供するものである。互いに逆向きに伝わるそれらの
電磁波は、位相変調発生器により動作させられるバイア
ス光学的位相変調器を通り、センサ出力信号中に誤差を
生じさせる第２高調波歪みに寄与することがある。許容
できるセンサを得るために、両方の電磁波を等価出力誤
差限界以下に保つ両者の寄与の直接制限、または制限要
因と寄与の組合わせを等価出力誤差限界以下に保つ前記
制限要因による間接制限を使用できる。光ファイバ部分
で巻かれた圧電体を有する変調器のバイアス光学的位相
変調器寄与の制御が、非直線スチフネスを持つ圧電体層
を装着することにより行われる。

図面の簡単な説明 図１は信号処理装置と光伝送路および装置構成を組合
わせる本発明のシステム概略線図を示す。

図2Aおよび図2Bは本発明の変調器装置を示す。

好適な実施例の詳細な説明 典型的には、コイルから出入りする光路へ、バイアス
変調サブシステムの位相変調器19および変調発生器20に
より加えられる時間的に変化する位相中の基本波の後の
ちょうど次の高調波が、大きい誤差を生じさせるために
十分に大きい振幅を有する。したがって、第２の高調波
だけを考える必要がある。よって、第２高調波を無く
し、出力信号、とくに、C₁sin（ω_gt）としてではなく
て V₂₀＝C₂［cosω_gt＋δ_ecos（２ω_gt＋Ψ′_e）］ として変化するより大きい出力電圧振幅の出力信号を供
給するために取られる対策無しに、変調信号発生器20を
考察できる。正弦関数表現から余弦関数表現への変化は
随意の選択である。

発生器20の出力信号のこの表現において、δ_eは基本
成分の振幅に対する、希望の出力を歪ませる望ましくな
い第２高調波信号の相対的な振幅、C₂は発生器の全体的
な利得定数である。その利得定数はそれからの基本出力
信号を希望の振幅で供給するために十分な値にセットさ
れる。第２高調波信号成分の発生におおいて発生された
位相Ψ′_eは、基本信号に対して随意に選択された零位
相値に対して随意に選択されていた。

位相変調器19は圧電効果を示すセラミック物質体で構
成でき、それの周囲に何回か巻かれているコイル10から
ループ結合器17へ導く光ファイバの一部を有する。この
セラミック体は典型的には、ジルコチタン酸鉛（PZT）
のような物質で形成された中空円筒（環）の裁断された
ものであって、この環を相互に接続し、かつ発生器20と
の相互接続へ導く電気的リードが裁断されている円筒形
物体の外側湾曲面と内側湾曲面にそれぞれ１つずつ典型
的に置かれる。電気的な励振の下に、環は等価電気回路
要素により少なくとも部分的に模すことができる電気回
路要素として働く。

変調発生器20からの基本信号はセラミック環を放射状
に膨張収縮させることにより、環の外側湾曲面の周縁部
を伸張および短縮させて、その環の周囲に巻かれている
光ファイバを伸ばし、およびそのような伸びを緩和して
それの長さを実行的に伸ばし、縮める。この動作はその
光ファイバ中の光路長を振動的に変化させることによ
り、それを通るどのような電磁波の位相も変調する。

あるいは、位相変調器19は、典型的には、チタンまた
は陽子が拡散さた交換導波器を有する、リチウム・ニオ
ブ酸鉛（LiNbO₃）で構成された基板を有する集積化され
た光学的チップで構成できる。変調発生器20は、電気光
学的効果により内部で位相変調を行わせる導波器の両側
の一対の電極へ接続されている電気リードにより電気的
に相互に接続される。導波器に沿って進行する電磁波の
位相は、電極へ加えられる発生器20の出力信号に応じて
電極により加えられる電界として変化させられて、それ
の間の導波器部分中の実行屈折率を電気光学的に変化さ
せてそれらの電磁波を変調する。集積化された光学的チ
ップによる電気的部品の動作は、チップ基板上のそれら
の電極においても示される。それらは等価電気回路要
素、再び主として容量、により少なくとも部分的にシミ
ュレートできる。

光ファイバ・ジャイロスコープにおいて使用するため
に選択されたそのような装置のいずれかへ変調発生器20
の出力電圧V₂₀を加えると、その装置の光路部分を通る
電磁波の位相φ（ｔ）が時間的に変化させられることに
なる。ジャイロスコープ装置の光路中で時間的に変化す
る位相変化で反射させられるように選択された位相変調
器装置を通って伝えられる変調発生器20の出力信号中の
第２高調波成分ばかりでなく、この発生器出力信号の基
本成分の必要な相対的に大きい電圧振幅をそのような装
置へ加えることで、別の第２高調波成分をその時間的に
変化する位相変化へ典型的に供給する機械的な応答がそ
れから発生されることになる。したがって、用いられて
いる位相変調器装置の光路に沿って伝わる電磁波が受け
る、バイアス変調装置がひき起こす時間的に変化する位
相変化は、 φ（ｔ）＝C₂φ₁cosω_gt＋C₂φ₂δ_ecos（２ω_gt＋Ψ_e） ＋C₂φ₁δ_mcos（２ω_gt＋Ψ_m） である。この結果としての位相応答においては、位相変
調器19の振幅応答は、その変調器の光路部分における第
１高調波変化成分への変換に際して、その変調器へ加え
られる変調発生器20の出力信号の第１高調波変化成分の
効果は、電気機械的作用および機械光学的作用を含むφ
₁である。変調器19の光路部分における位相変化へ適用
した効果を変換する結果として、変調発生器20の出力信
号の第２高調波成分に対する変調器19の直線振幅応答の
ために時間的に変化する位相第２高調波成分が生じる。
この応答はφ₂と名づけられる。この応答φ₂は電気機械
的作用と機械光学的作用を再び含む。

別の時間的に変化する位相第２高調波成分は、変調発
生器20の出力信号を変調器19の光路部分における位相変
化へ変換する結果として、変調発生器20の出力信号の第
１高調波成分に対するその変調器19の非直線振幅応答に
よっても生ずる。時間的に変化する第１高調波成分へ発
生器第１高調波成分を変換する応答に対する応答の大き
さはδ_mと名づけられる。この時間的に変化する第２高
調波成分が生ずる理由は、時間的に変化する第１高調波
成分に対する機械的な非直線性がΨ_mだからである。第
２高調波周波数における位相変調器19の電気的刺激と、
機械的応答との間にある位相推移が存在することがある
から、第１の時間的に変化する光路位相変化成分中の位
相Ψ_eは、変調発生器20の出力信号の打愛２高調波成分
中の位相Ψ′_eとは異なることに注目されたい。対応す
る時間的に変化する第２高調波光路位相変化成分を生ず
る機械的な非直線性が、位相変調器19の構造材料におけ
る非直線的な挙動と、位相変調器19における材料のヒス
テリシスと構造部品の関係、たとえば、機械的結合との
ために典型的に生ずる。

コイル10と位相変調器19を通った後で結合器17におい
て再結合された互いに逆向きに伝わる電磁波の間の正味
の非可逆的位相差φ_m（ｔ）はφ（ｔ）−φ（ｔ−γ）
である。ここに、γは電磁波が変調器19を出てコイル10
を進み、そのコイルの反対側における対称的な点に到達
するまでの時間の長さである。φ_m（ｔ）に対するこの
定義は、ｔΔｔ′＋τ/2を基にしてｔを代入することに
より、この量についての式をより便利に取り扱うことに
よって対称的にできる。時間の長さτは電磁波が位相変
調器19からコイル10の他の側における対称的な点までコ
イル10を通る伝播時間である。φ_m（ｔ）の定義を用い
て、および前記代入を行うと次の結果が与えられる。

φ_m（ｔ）＝φ（ｔ）−φ（ｔ−τ） ＝φ（ｔ′＋τ/2）−φ（ｔ′−τ/2）ｔΔｔ′＋τ/2
に対して ＝C₂φ₁［cos（ω_gt′＋ω_gτ/2） −cos（ω_gt′−ω_gτ/2）］ ＋C₂φ₂δ_θ［cos（２ω_gt′＋ω_gτ＋Ψ_θ） −cos（２ω_gt′−ω_gτ＋Ψ_θ）］ ＋C₂φ₁δ_m［cos（２ω_gt′＋ω_gτ＋Ψ_m） −cos（２ω_gt′＋ω_gτ＋Ψ_m）］ ＝−２C₂φ₁sin（ω_gτ/2）sinω_gt′ −２C₂φ₂δ_θsin（ω_gτ）sin（２ω_gt′＋Ψ_θ） −２C₂φ₁δ_msin（ω_gτ）sin（２ω_gt′＋Ψ_m） ここに、最後の式は三角恒等式を用いて得られたもので
ある。基本高調波項の振幅が変調振幅φ_m、またはφ_m Δ
−2C₂φ₁sinω_gτ/2と定義されるものとすると、この最
後の式を次のように書き替えることができる。

この位相を持つ電磁波は光検出器13に達し、従ってこ
の最後の位相差を使用するために_PD13 に対する上の式を、この近似に到達するために三角恒等
式を用いて、書き替えねばならない。すなわち、 上の式はベッセル級数展開で展開できる。そのベッセル
級数は三角恒等式に組合わされて、光検出器13の出力中
に現れる次のような第１高調波成分を生ずる。

変調発生器20からの第１高調波信号はω_gtの余弦に追従
するから、φ_R＝０、すなわち、零回転速度におけるど
のような位相差も誤差と見積もることができるようにコ
イル10のどのような回転も無視すると仮定して、変調発
生器20の基本周波数において、最後の式の同相成分は次
式のように位相感知検出器23（sinω_gt′を乗ぜられた
項）により取り出される。

定数ｋ′は、再び、上に与えたV_23-outの第１の式中に
現れる定数であって、位相感知検出器23の前、および内
部、の装置部品における利得定数をカバーするものであ
る。

したがって、取り出された同相信号成分の式が示すよ
うに、位相感知検出器23の出力信号中にオフセット値が
存在する、すなわち、コイル10へのどのような入力回転
速度も存在しないにもかかわらず、そのコイルの回転速
度を示す出力値が存在する。しかし、ジャイロスコープ
が接続されている後続の信号処理回路は、第２高調波歪
みが存在しないということを基にして上記第１の式で与
えられた予測された態様での信号V_23-outを受けるよう
に構成されるであろう。すなわち、 これは位相検知検出器23の任意の出力値が なる回転速度（実際には回転速度誤差）を示すことを意
味する。したがって、これら最後の２つの式を等しいと
おくと、 の値が得られる。その値は、後続の信号処理装置により
獲得されて、有効な回転速度として送出されてしまう。
この値は この結果は、有用なジャイロスコープを有するために回
転速度誤差 が比較的小さく何とか保たれるであろう、という仮定を
基にして簡単にできる。そうするとオフセット回転速度
誤差は直接に、 周囲に光ファイバを巻かれ、溶融結合器を用いたセラ
ミック体を基にした位相変調器を用い、１時間当たり数
度の出力誤差を有する比較的ゆるやかな性能の光ファイ
バ・ジャイロスコープを提供できるようにする構成の、
開ループ干渉計光ファイバ・ジャイロスコープについて
考える。そのような構成はバイアス変調周波数、または
変調発生器20の出力信号の基本成分の周波数も何十キロ
ヘルツに制限する。

それらの環境においては、予測される出力信号を最大
にするために基本バイアス変調成分の振幅φ_mの振幅の
典型的な値が1.84として選択されるものとすると、実効
オフセット誤差 の最後の式の右辺の初めの３つの係数が一緒になって１
のオーダーの値を生ずる。したがって、式を次式で非常
に良く近似できる。

１時間当たり数度のそのような装置に対する典型的な許
容された誤差に鑑みて、 は典型的に または として指定される。明らかに、この不等性を満たさなけ
ればならないとすると、この不等式の右辺の各項は不等
性を個々に満たさなければならない。すなわち、 周囲に光ファイバが巻かれたセラミック環で構成され
た位相変調器において、それを通る光路部分中に第２高
調波周波数で生ずる時間的に変化する位相変化における
応答が、基本周波数で生ずるそれのたった10分の１であ
ること、したがって、φ₂／φ₁0.1であることが典型
的に見出だされている。係数Ψ_eは１より決して大きく
はできず、Ψ_eは予測できない変化を受けて、それが１
より小さい任意の値を常に取るという仮定を阻止する。
したがって、δ_e≦10^-5である結果を与える誤差解析の
ために、値sinΨ_eは約１であるとして取り扱わねばなら
ない。

δ_eは、変調発生器20により供給される出力信号の第
２の高調波成分の、第１高調波成分の振幅に対する振幅
であるから、第２高調波成分は基本成分の振幅より100d
b低くなければならない。すなわち、変調発生器20につ
いての仕様をシステム出力誤差についての仕様から20dB
の率だけ低下させるように、位相変調器の機械的な応答
は、変調発生器20により発生された第２高調波成分の影
響を抑制することを十分支援する。

他方、結果がδ_m≦10_-6であるから、sinΨ_mの予測不
能性のためにそれを約１であると再び見なさなければな
らない。したがって、δ_mは、時間的に変化する第１高
調波光路位相変化成分に対する位相変調器19の非直線機
械的応答に起因する時間的に変化する第１高調波光路位
相変化成分の振幅であるから、機械的にひき起こされた
第２高調波位相変化成分振幅は、基本的な高調波光路位
相変化成分の振幅より120dB低くなければならない。

変調発生器20の出力信号に対する要求、δ_e≦10_-5す
なわち−100dBは、発生器20の出力信号の基本周波数ω_g
の２倍の周波数において少なくとも100dB減衰させるよ
うに、十分な数の極を持つフィルタに通した後で供給す
ることにより、満たすことができる。そのようなフィル
タは、位相変調器19を動作させるためにその発生器によ
り供給することを求められる電圧振幅の範囲にわたって
非直線動作を示さない要素で構成せねばならない。その
ような構成は、基本成分に対する第２の高調波成分の振
幅の比が、図１の光ファイバ・ジャイロスコープ装置に
対する回転速度において許されている位相誤差より小さ
い出力信号を生ずる。

位相変調器19に対するδ_m≦10^-6、すなわち−120dB、
という機械的要求は、周囲に光ファイバを数回巻かれた
セラミック環を有する構造を用いて満たすことがはるか
に困難なことがある。分離されているセラミック体環
は、基本成分周波数ω_gにおける振動モードが環の外面
の前後の半径方向の振動運動であり、かつその運動によ
る外面周縁部が変化しないように数字８のパターンのあ
るものに追従する点で、その環の周期的運動に対する振
動モードに良く適するが、更に大きな問題が生ずる。動
く環についてのどのような制約もその環の内部に僅かな
変形をひき起こして、運動中にその他の高調波成分を生
じさせることがあるそれらの高調波成分は、周囲に巻か
れている光ファイバの引き伸し運動へ変えられる。ファ
イバの長さ寸法のそのような変化の結果としての影響に
より光路位相変化中に第２高調波成分が生じさせられ、
それを通る電磁波中に第２高調波成分が誘導される。

そのうような制約の１つが、環へ固定されている相互
接続線である。その相互接続線はその環へ機械的荷重を
加え、更に詳しくいえば、不平衡な機械的荷重を加え
る。典型的にはるかに重大な不平衡制約源は、その環を
希望の場所へ固定するために潜在的に使用できる多くの
種類のマウントによりその環へ伝えられる荷重である。
最後に、環の周囲に光ファイバを巻くことは荷重制約、
とくにかなりのヒステリシス源と、半径方向に振動する
環および温度の周期的変動、および経時変化の結果とし
て起きる移動によるファイバの伸長プロセスによる時間
的に変化する機械的不平衡との少なくとも一方と、一様
でない荷重制約との両方の原因となり得る。環対中のセ
ラミック物質中の不均質のためにそのようなヒステリシ
スと、その他の有害な影響との少なくとも一方もひき起
こすことがある。それら種々の非直線性はδ_mの値を形
成することに寄与し、更に詳しくいえば、第２高調波
と、とくにヒステリシスが値Ψ_mの形成に寄与する。

図2Aと図2Bは、ヒステリシスと、その他の機械的不平
衡との、少なくとも一方を含むそれらの種類の非直線性
を大幅に減少するために構成された光学的位相変調器の
上面図と、横断面側面図とをそれぞれ示す。PZTセラミ
ック環30がハウンジング31のくぼんでいる部分に位置さ
せられているのが示されている。そのくぼんでいる部分
はこのハウジングの上面における平底穴の形をしてい
る。この穴は、ハウジング31により形成された、円形横
断面の外側垂直側面により囲まれる。この穴の中央部に
は、ハウジング31の上面にほぼ平行で、その上面より高
い上面を有する直円筒の形の中心コア32がある。

下側の解放セル、すなわち、柔らかい発泡材層33がこ
の穴の底面の上に設けられる。その層の中央穴によりコ
ア32がそれを貫いて上へ延長できるようにされる。その
上およびコア32の周囲にセラミック物質環30が配置させ
られる。環30は、その環30の高さと同じ厚さの円板状の
別の開放セル、柔らかい発泡材のリング34によりこのコ
アに対してほぼ中央に維持させられる。発泡材のリング
34中の穴によりコア34がそれを貫通して延長することも
許される。

上側の開放セル、すなわち、柔らかい発泡材層35がリ
ング34および環30の上面の大部分の上、およびその中を
貫いて上へ延長するコア32の周囲に配置させられる。中
心に固定用の穴を有する固定板36が環30および層35のほ
とんどと、固定用穴により露出させられているコア部分
を除くコア32の全ての上に配置させられる。雄ねじ37が
固定板36の固定用穴36の中にねじこまれ、コアの上面の
中心に設けられているねじ穴に入れられる。

固定用板36がコア32の上面へ強く押し付けられるまで
ねじ37を回す。この操作により、ハウジング31内の穴の
反復可能な深さとコア32の反復可能な高さを与えられ
て、その環の高さと、それらの層の厚さとにより決定さ
れるかなりな反復可能な下向きの力が開放セルの間の環
30と、柔らかい発泡材層35、33との組合わせへ加えられ
る。このように、環30を保持する力はユニットごとにか
なり良く知られており、かつかなり反復可能である。

層35と33は多少非線形ばねとして作用し、環30はそれ
らの層によりかなり軽く保持され、それらの層中のスチ
フネスは非常に小さくて、環がそれらの層の間の中心に
あるとするならば、それらの層へ加えられる環の力に抗
する。しかし、たとえば、機械的衝撃により、すなわ
ち、それらの層のいずれかの層の向きに大きい距離だけ
動かされ、層が比較的堅くなると、それらの層へ加えら
れる環の力に対するそれらの層の抵抗は非常に急速に増
大する。環30がコア32へ向かって半径方向へ動かされる
ものとすると、心出し用のリング34は類似のやり方で作
用する。環30へかかるこの比較的軽い荷重は、発生器20
により強制される環の周期的な運動中に第２高調波成分
の発生を抑制するが、それでも比較的大きい運動振幅か
ら環30をよく抑制されたままにする。

環30の内側湾曲面と外側湾曲面をそれぞれ電気的に接
続するために一対の可撓性線38、39が用いられる。相互
接続線38、39は非常に良くたわませることができるか
ら、環30へほとんど機械的荷重を与えない。相互接続線
38、39により加えられる荷重を避けることを助ける、環
の可能な代替物は、環ではなくてセラミック物質の中実
円板である。というのは、そのような円板は周期運動の
下で静止節点場所を生じ、その静止節点場所へそれらの
線を固定することによりその円板の運動を妨害しないか
らである。

結合器27と、環30の周囲に巻かれているコイル10との
間を延長する光ファイバの一部40が環30の外側湾曲面の
中央部の周囲に巻かれている様子が図2Aと図2Bに示され
ている。環30の外側湾曲面の光ファイバ40が巻かれてい
る部分より上の部分へ可撓性線39が接続される。巻かれ
ている光ファイバが変調中に行う伸びプロセス中のヒス
テリシスおよび滑りを大幅に減少するには、光ファイバ
の部分40の外被が薄く、堅くてシリカ・コアへ良く接着
する必要がある。

またこの目的のために、光ファイバの部分40は環30の
外側湾曲面の周囲に約40グラムの張力に下に巻かれる。
その巻き作業は紫外線で硬化できるエポキシでその面を
湿らせて行われる。そのエポキシは、巻かれた光ファイ
バの部分を介して覆われ、その後で硬化してその部分を
環30の外側湾曲面へ強く接合する。環30の周囲の光ファ
イバ40中のループの一部だけの伸びを避けるために、光
ファイバ部分40は、環30の外面の周囲に整数巻き回数だ
け対称的に巻かれる。

位相変調器19のそのような構造の結果として、機械的
な応答が発生した第２高調波成分が、基本周波数成分振
幅より80dBより小さい振幅の機械的に引き起こされる、
時間的に変化する第２高調波光路位相変化を有すること
を比較的容易に達成し、かつ、気をつければ、基本成分
の振幅より120dB以上小さい振幅を有するであろう位相
変調器が得られることになる。このようにして、図2A、
図2Bの位相変調器は図１の光ファイバ・ジャイロスコー
プ装置の出力信号中のオフセット位相誤差成分に対して
許されているものより多くない第２高調波位相変化成分
を供給するという要求を満たすことができる。

第２高調波成分の存在によるオフセット位相誤差に対
して上で見出だされた表現は、そのようなオフセット誤
差を減少または解消する更に２つの可能性を示すもので
ある。最初のものは、係数［１−J₃（φ_m）／J₁（φ_m］
中で見出だされる。位相変化φ_mの基本成分の振幅を、
予測される出力信号を最大にするために用いられる値1.
84より十分に高い値3.05に選択することにより、その係
数を零へ、または零に非常に近くさせることができる。
この結果として も零になる。バイアス変調基本成分の振幅値を選択し、
維持する装置は、デーン（P.Dane）他による「光ファイ
バ・ジャイロスコープ・バイアス変調振幅決定（Fiber
Optic Gyroscope Bias Modulation Amplitude Determin
ation）」という名称の先に出願され、本願と同じ譲り
受け人へ譲渡された未決の米国特許出願No.07/636,305
に記載されている。参考のためにそれをここに含める。
その装置はバイアス変調振幅を3.05に完全に維持するこ
とはできず、より大きい直角信号によるオフセットが増
加するが、この係数のために、零ではないが、比較的小
さい値を供給するためにこの装置を使用できる。それは
次に、光ファイバ・ジャイロスコープ出力信号オフセッ
ト位相誤差仕様が不変のままであるとしても、δ_eとδ_m
が満たさねばならない限界を高くできる。

そのために見出だされている式において示されている
オフセット位相誤差を解消するか、大幅に減少するため
の残されている他の可能性が係数cosω_gτ/2により提供
される。周知のように、変調発生器20により位相変調器
19を動作させる際におけるω_gのためのいわゆる「固有
周波数」が存在する。その変調周波数においては、コイ
ル10中を互いに逆向きに伝わる電磁波の変調は位相が18
0異なる。それはバイアス変調装置の動作に種々の利益
をもたらす。ω_gまたはω_g-pに対する固有周波数はω
_g-pτ＝πである。その周波数においては、明らかにω_g
/2＝π/2である。cosπ/2＝０であるから、 も零になる。図2Aと図2Bに記載されている種類の位相変
調器はその典型的な周波数で通常動作できない。これは
コイル10を形成するために用いられている比較的短い長
さの光ファイバに対してであり、（もっともそれはより
長い長さにも適当である）、したがって、１つの選択
は、とくにコイル状光ファイバ・ジャイロスコープが含
まれないのであれば、集積化された光学的チップ位相変
調器を使用することである。

φ_mの典型的な値である1.84が再び用いられるものと
すると、［１−J₃（φ_m／J₁（φ_m）］は再びおよび１で
あろう。他方、集積化された光学的チップを使用する
と、機械的な応答比からの支援を解消する、すなわち、
φ₁／φ₂はほぼ１である。というのは、集積化された光
学的チップは、電極の間の容量が超高調波において大き
くなるまで周波数に依存する大きな効果を導入しない電
気光学的効果を使用する際に広い帯域幅を示すからであ
る。その結果、δ_eにより満たすべき限界を高くするの
にもたらされるこの要因の支援が解消される。更に、δ
_mはほぼ零であるから、任意の大きさの集積化された光
学的チップの使用における機械的に引き起こされる第２
高調波成分の困難が存在しないであろう。この結果は、
そのようなチップにおける物体中の光弾性効果が電気光
学的効果と比較して小さいからである。そのような集積
された光学的チップは横軸効果（quadrature effect）
のみをもたらすその他の非直線性を示す。それらの環境
においては、上の に対して見出だされる結果から、およびsinΨ_eが１の値
を考えねばならないということに再び注目すると、誤差
位相を と書くことができる。

しかし、τが、温度変化により膨張収縮するコイル10
の光ファイバのための温度の関数であるから、cos（ω_g
τ/2）を零へセットすること、またはω_g/2をπ/2へセ
ットしようとすることには大きな困難がある。典型的に
は、この温度依存性は （1/τ）ｄτ/dT10^-5／℃ のオーダーである。ここにＴはセ氏温度を表す。この温
度依存性によりcos（ω_gτ/2）における対応する温度依
存性をもたらす。それは、約π/2であるω_gτ/2に対し
て、ほぼ dcos（ω_gτ/2）/dT＝（−π/2）10^-5／℃ であることを示すことができる。したがって、室温から
60℃の最大変化に対してcos（ω_gτ/2）は次の値だけ変
化するであろう。

｜Δcos（ω_g１τ/2）｜＝60×π/2×10^-5＝10^-3 したがって、cos（ω_gτ/2）は零の10^-3にどれ程の接近
を保つかを予測できない。したがって、 である。

したがって、変調発生器からの第１高調波成分に対す
る第２高調波成分の相対的な振幅に対する要求は、位相
変調器19が固有周波数において動作させられる状況にお
いては60dBだけ厳しくない。これは、光ファイバが周囲
に巻かれているセラミック体、またはそのようなセラミ
ック体および巻きを用いるコイル10中の長い長さの光フ
ァイバによるよりも、集積化された光学回路を用いるこ
とによって達成される。他方、集積化された光学的チッ
プと長い長さの光ファイバの少なくとも一方を用いるこ
との費用は、高品質の光ファイバ・ジャイロスコープを
必要な費用で販売できるようにするためにそのようなジ
ャイロスコープを供給せねばならないことをしばしば意
味する。したがって を、10^-8以下にする、または１時間当たり１度のほんの
一部にするというように、大幅に減少できる。集積化さ
れた光学的チップの状況においては、変調発生器20によ
り供給される第１高調波成分に対する第２高調波成分の
振幅δ_eに対する要求は、 より小さいという以前の状況におけるものより厳しくは
ない。

多くの状況においては、変調発生器20は位相変調器19
を動作させるために正弦波ではなくて方形波を供給する
方が便利である。たとえば、図１の装置に示されている
ものとは異なるある復調法においては、その波形は非常
に便利なことがある。そのような方形波は、それが真の
方形波であれば、偶数高調波を含まず、従って位相変調
器19を動作させる際に重要になりそうである高調波、第
２高調波、のみは存在しない。

更に、ほぼ容量性の付加を駆動するために方形波を供
給することは非常に困難であり、とくに、より高い周波
数においてはそうである。50％デューティサイクル以外
のデューティサイクルは大きな困難ではない。というの
は、そのような非対称的な矩形波は位相検出器により供
給される直角信号を単に生じさせるからである。他方、
矩形波または方形波の立上がり時間と立ち下がり時間が
等しくないとすると、第２高調波成分が発生されてオフ
セット位相誤差を生じさせることになる。発生器20から
の結果としての第２高調波成分δ_eのそれからの基本成
分に対する制限は、そのための上記式に示されているよ
うな許容された光ファイバ・ジャイロスコープ位相誤差
制限に関連されたままであり、ほぼ δ_e＝（立上がり時間−立上がり時間）／τ に関連づけられることを示すことができる。コイル10の
長さを1.0kmと選択したとすると、τは約５μｓであ
る。δ_eが要求δ_e≦10^-5を再び満たさなければならない
とすると、波の立上がり時間と立上がり時間の差は0.05
nsを超えない。

以上、本発明を好適な実施例について説明したが、本
発明の要旨および範囲を逸脱することなしに、態様およ
び詳細に対して種々の変更を行えることが当業者は分か
るであろう。

フロントページの続き (72)発明者 オーガスト，リチャード・ジェイ アメリカ合衆国 85254 アリゾナ州・ スコッツデイル・ノース 56ティエイチ プレイス・12612 (72)発明者 ディマンド，ケヴィン・ビイ アメリカ合衆国 85020 アリゾナ州・ フィーニックス・ノース ドリーミー ドロウ ドライブ ナンバー129・7557 (72)発明者 エイング，ディック アメリカ合衆国 85302 アリゾナ州・ グレンデイル・ウエスト エル カミニ ト・4561 (72)発明者 ブレイク，ジェイムズ・エヌ アメリカ合衆国 85032 アリゾナ州・ フィーニックス・イースト フリース ドライブ・4416 (72)発明者 フェス，ジョン・アール アメリカ合衆国 85023 アリゾナ州・ フィーニックス・ノース ６ティエイチ アヴェニュ・15811 (56)参考文献 特開 平４−122317（ＪＰ，Ａ) 特公 平５−45162（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01C 19/00 - 19/72

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】コイル状に巻かれた光ファイバ（10）中を
   相互に逆向きに伝わって光検出器（13）に入射する電磁
   波対の位相関係により、前記コイル状に巻かれた光ファ
   イバ（10）の軸線を中心とする回転の検出をする回転セ
   ンサであって、前記位相関係には、得られる回転速度に
   許容される所望の最大オフセット誤差に相当する実効最
   大オフセット誤差が含まれている、回転センサにおい
   て： 入力端子を有しており、前記光検出器（13）に至る光路
   上で前記コイル状に巻かれた光ファイバ（10）へ到達し
   又はそれから出る電磁波がたどる光路部分中の選択され
   た光路部分に配置されたバイアス光学的位相変調器手段
   （19）を備え、このバイアス光学的位相変調器手段によ
   り、その中を通過して前記光路に沿って伝わる電磁波の
   位相変調が行え、前記コイル状に巻かれた光ファイバ
   （10）中を相互に逆向きに伝わる電磁波に対して、変化
   する位相差が、前記入力端子における電気信号に応じて
   与えられ、この電気信号が第１周波数でほぼ周期的であ
   る場合に、前記第１周波数の２倍の周波数で変化する位
   相差であって、前記第１周波数で変化する位相差の振幅
   に対して微少な第１割合に相当する振幅を持っている、
   前記第１周波数の２倍の周波数で変化する位相差も生
   じ； 前記バイアス光学的位相変調器手段の前記入力端子へ電
   気的に接続された出力端子を有し、この出力端子へほぼ
   周期的な電気的出力信号をへ供給できる位相変調発生器
   手段（20）を備え、前記電気的出力信号は、選択された
   基本周波数で選択された振幅の基本成分を有していると
   ともに、前記基本周波数の２倍の周波数の高調波成分で
   あって、前記基本成分の振幅に対して微少な第２割合に
   相当する振幅を持っている、高調波成分を有しており； 前記光検出器（13）へ電気的に接続されて、前記光検出
   器（13）へ入射する電磁波対の間に生ずる任意の位相差
   を表す光検出器出力を受ける検出入力端子と、前記検出
   入力端子に与えられる信号の成分の振幅を表す信号を前
   記基本周波数を基にして生じる出力端子とを有する信号
   成分選択手段（14,21,22）を備え； 前記バイアス光学的位相変調器手段（19）によって、前
   記コイル状に巻かれた光ファイバ（10）中を相互に逆向
   きに伝わる電磁波対間に、前記基本周波数で基本位相差
   振幅で変化する位相差が、前記位相変調発生器手段（2
   0）からの電気的出力信号に応答して与えられ、前記微
   少な第１割合および第２割合の双方が、前記基本位相差
   振幅に対する前記実効最大オフセット誤差の比よりも小
   さく設定されている、ことを特徴とする回転センサ。
2. 【請求項２】コイル状に巻かれた光ファイバ（10）中を
   相互に逆向きに伝わって光検出器（13）に入射する電磁
   波対の位相関係により、前記コイル状に巻かれた光ファ
   イバ（10）の軸線を中心とする回転の検出をする回転セ
   ンサであって、前記位相関係には、得られる回転速度に
   許容される所望の最大オフセット誤差に相当する実効最
   大オフセット誤差が含まれている、回転センサにおい
   て： 入力端子を有しており、前記光検出器（13）に至る光路
   上で前記コイル状に巻かれた光ファイバ（10）へ到達し
   又はそれから出る電磁波がたどる光路部分中の選択され
   た光路部分に配置されたバイアス光学的位相変調器手段
   （19）を備え、このバイアス光学的位相変調器手段によ
   り、その中を通過して前記光路に沿って伝わる電磁波の
   位相変調が行え、前記コイル状に巻かれた光ファイバ
   （10）中を相互に逆向きに伝わる電磁波に対して、変化
   する位相差が、前記入力端子における電気信号に応じて
   与えられ、この電気信号が第１周波数でほぼ周期的であ
   る場合に、前記第１周波数の２倍の周波数で変化する位
   相差であって、前記第１周波数で変化する位相差の振幅
   に対して微少な第１割合に相当する振幅を持っている、
   前記第１周波数の２倍の周波数で変化する位相差も生
   じ； 前記バイアス光学的位相変調器手段の前記入力端子へ電
   気的に接続された出力端子を有し、この出力端子へほぼ
   周期的な電気的出力信号をへ供給できる位相変調発生器
   手段（20）を備え、前記電気的出力信号は、選択された
   基本周波数で選択された振幅の基本成分を有していると
   ともに、前記基本周波数の２倍の周波数の高調波成分で
   あって、前記基本成分の振幅に対して微少な第２割合に
   相当する振幅を持っている、高調波成分を有しており； 前記光検出器（13）へ電気的に接続されて、前記光検出
   器（13）へ入射する電磁波対の間に生ずる任意の位相差
   を表す光検出器出力を受ける検出入力端子と、前記検出
   入力端子に与えられる信号の成分の振幅を表す信号を前
   記基本周波数を基にして生じる出力端子とを有する信号
   成分選択手段（14,21,22）を備え； 前記バイアス光学的位相変調器手段（19）によって、前
   記コイル状に巻かれた光ファイバ（10）中を相互に逆向
   きに伝わる電磁波対間に、前記基本周波数で基本位相差
   振幅で変化する位相差が、前記位相変調発生器手段（2
   0）からの電気的出力信号に応答して与えられ、バイア
   ス光学的位相変調器手段（19）および位相変調発生器手
   段（20）には、前記第１割合および第２割合の少なくと
   も一方に乗じられる重みづけ係数が与えられてそれら間
   の積が形成され、前記第１割合および第２割合の前記一
   方が、前記基本位相差振幅に対する前記実効最大オフセ
   ット誤差の比よりも大きくても、前記積と前記第１割合
   および第２割合の他方とはそれら双方が、前記基本位相
   差振幅に対する前記実効最大オフセット誤差の前記比よ
   りも小さくなるよう、パラメータが設定されている、こ
   とを特徴とする回転センサ。
3. 【請求項３】光路中に位置されて、前記光路に沿って伝
   播する電磁波を位相変調できるバイアス光学的位相変調
   器であって： 入力端子と、この入力端子へ供給される電気信号に応答
   して周囲長さを変えることができる回転面とを有する圧
   電物質構造手段（30）と； 光路中に挿入でき、かつ前記回転面に巻かれるコイルを
   形成するある長さの光ファイバ（40）と； 圧縮できるが、圧縮に対する抵抗が十分に圧縮されると
   大幅に増加するという、非直線スチフネスを有している
   一対のインタフェース層（33,35）と； 前記一対のインタフェース層（33,35）の間に、前記圧
   電物質構造手段（30）を装着する固定手段（32,36,37）
   とを備え； 前記圧電物質構造手段（30）は環状に構成され、さら
   に、圧縮できるが、圧縮に対する抵抗が十分に圧縮され
   ると大幅に増加するという、非直線スチフネスを有して
   いる心出し用リング（34）であって、前記圧電物質環構
   造手段（30）の内部で、位置決め用の剛性コアの周りに
   位置させられている、ことを特徴とするバイアス光学的
   位相変調器。