JP3156126B2 - 光ファイバ回転センサ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の背景】この発明は、ジャイロスコープにおいて
用いられるような回転センサ、特に光ファイバ回転セン
サに関する。 【０００２】通常、光ファイバ回転センサは、光波がル
ープの周囲を反対方向に伝播するように結合される、光
ファイバ材料のループを備える。このループの回転は、
回転速度に対応する位相差の量により、周知のSagnac効
果に基づき、反対方向に伝播する波間に相対的な位相差
を生み出す。再結合されると、この逆方向に伝播する波
はループの回転速度に応じて強度が変化する光出力信号
を与えるように、強め合いまたは弱め合い干渉する。通
常、回転検出は、この光出力信号の検出によりなされ
る。 【０００３】従来のこの種の装置は、検出ループに入力
される光を発生しかつ導くための巨大な光学的構成要素
を用いていた。これらの装置は、他の形式の回転センサ
をかなり改善するものであったが、ある種の限界とその
他の欠点を有する。たとえば、様々な装置構成要素は、
装置が正しく動作するように、極めて小さな許容誤差範
囲内で相互に整列されていなければならない。この微妙
な整列配置を達成しかつ維持することはしばしば困難で
あり、特に、この装置が機械的な振動、熱の変動および
他の物理的な障害にさらされている場合には特に困難で
ある。 【０００４】回転検出のためにSagnac効果を利用する回
転センサは、動作の安定性を与えるための補償装置を必
要とする。補償装置の一例は、（オプティクスレターズ
１９８０年５月号第５巻No.5）「低ドリフトの光ファイ
バ回転検出（Fiber Optic Rotation Sensing with Low
drift)」と題されるウルリッヒ（Ulrich) による論文に
開示されている。この方法は、逆方向に伝播する光波を
変調しかつこの変調周波数において光出力波を検出する
ことを含む。しかしながら、変調器に欠陥があるため、
このような変調は逆方向に伝播する波したがって光出力
信号において振幅変調を生じがちである。この振幅変調
は変調器により直接引起こされるかもしれず、あるいは
ファイバへの変調器の機械的な作用により引起こされる
偏光変調の発現であるかもしれない。いずれの場合にお
いても、このような振幅変調は、光出力信号を歪ませ、
したがって回転センサの精度を低下させるものであるた
め、不都合なものである。 【０００５】 【発明の概要】この発明は、検出ループおよび光を案内
しかつ処理するための構成要素が、光ファイバ材料から
なる連続的なとぎれていないストランドに沿って配置さ
れかつ構成されている、すべての光ファイバ回転センサ
を与えることにより、従来技術のこれらの問題点および
他の問題点を解消する。それによって整列配置の問題は
低下されあるいは克服され、それゆえに、この発明の回
転センサは巨大な光学的構成要素を利用する従来のセン
サに比べて、かなり機械的な衝撃に対して強くかつ影響
されない。 【０００６】この回転センサは、光ファイバからなる方
向性結合器のようなすべての光ファイバ構成要素を備
え、この光ファイバ方向性結合器は、（ａ）光源からの
光を、検出ループの周囲を逆方向に伝播する２個の波に
分離し、かつ（ｂ）逆方向に伝播する波を結合して光出
力信号を与える。入力された光、逆方向に伝播する波お
よび光出力信号の正しい偏光は、光ファイバ偏光子およ
び光ファイバ偏光制御器により確立され、制御されかつ
維持される。第２の光ファイバ結合器が、連続したスト
ランドからの光出力信号を、出力信号強度に比例する電
気信号を出力する光検出器に結合するために設けられ
る。 【０００７】回転センサの動作安定性および感度は、逆
方向に伝播する波の位相変調により、および光出力信号
の第１調波を測定するための同期検出装置を用いること
により改善される。開示する検出装置では、この第１調
波の大きさは、ループの回転速度に比例しており、した
がってこのような第１調波の測定がループの回転速度を
直接表示する。 【０００８】（偏光変調により直接的あるいは間接的
に）位相変調器により引起こされる光出力信号の奇数調
波における振幅変調は、或る特定の周波数における位相
変調を行なうことにより解消され得ることがわかった。
用いた検出装置が、（たとえば第１調波のような）或る
奇数調波のみを検出するので、振幅変調を引起こす位相
変調器の作用は、このような周波数における動作により
除去され得る。このことは、回転検出における誤差の大
きな発生源を除去し、それによって回転センサの精度を
向上させる。 【０００９】この発明において用いる検出装置は回転検
出精度を大きく改善するが、回転検出における他の誤差
発生源がこの検出装置の有効性を制限し得ることもわか
った。このような誤差源の１つは、地磁気による磁場の
ような周囲の磁場により引起こされる。これらの周囲の
磁場は、ファラデ効果により、逆方向に伝播する波間に
位相差を生じさせ、このファラデ効果は光出力信号の強
度に影響する。この発明では、周囲の磁場から回転セン
サを有効にシールドするために、比較的大きな透磁性を
有する材料からなるハウジング内に回転センサを配置す
ることにより、周囲の磁場の影響が減少されあるいは除
去される。 【００１０】この発明は、光学的分離装置を用いて、光
出力信号が光源に戻ることを防止する。好ましくは、こ
の光学的分離装置を用いることにより、連続的なファイ
バストランドからの光出力信号を結合するための結合器
の必要性を解消する。この結合器の除去は、装置による
損失を大きく減少させ、それによって検出器における光
出力信号の強度を増加させる。 【００１１】ここに開示した実施例では、戻り散乱の影
響が、戻り散乱光と逆方向に伝播する波との間のコヒー
レンスを減少するために、ファイバへの入力光を変調す
るための第２の位相変調器を用いることにより減少され
る。代わりに、このような戻り散乱の影響を、比較的短
かなコヒーレンス長を有する光源を用いることにより減
少してもよい。 【００１２】 【実施例】図１に示すように、この発明の回転センサ
は、連続的な長さの光ファイバストランド１２へ光を導
くために、光源１０を備え、このストランド１２の一部
は検出ループ１４に巻回されている。この明細書で使用
するとき、参照番号１２は、連続的な光ファイバストラ
ンド全体を示すものであり、他方補助的文字（Ａ，Ｂ，
Ｃなど）を伴う参照番号１２は、光ファイバ１２の部分
を示す。 【００１３】図示した実施例では、光源１０は、０．８
２ミクロンの大きさの波長を有する光を発生するガリウ
ム砒素（ＧａＡｓ）レーザを備える。特定の実施例によ
れば、光源１０は、モデルＧＯ−ＤＩＰレーザダイオー
ドを備えており、これはニュージャージー州、サウスプ
レインフィールド、ハードレイＲｄ．３００５のジェネ
ラルオプトロニクスコーポレーション（General Optron
ics Corp..) から入手可能である。ストランド１２のよ
うな光ファイバストランドは、好ましくは、たとえば外
径が８０ミクロン、コア部の径が４ミクロンの単一モー
ドファイバである。ループ１４は、スプールまたは他の
適切な支持部（図示せず）の周囲に巻回された複数の巻
回数を有するファイバ１２を備える。特定の実施例で
は、このループ１４は、１４センチメートルの径のもの
の周囲に約１０００回巻回されたファイバを有する。 【００１４】好ましくは、ループ１４は、中心から始ま
り対称的に巻回されており、そのためループ１４の対称
点が近接している。特に、このファイバはスプールの周
囲に巻回されており、そのためループ１４の中央部分の
巻回部は、スプールに隣接する最も内側に位置してお
り、ループの端部の方での巻回部はファイバループ１４
の両端部が中心の巻回部に対して対称に配置されており
かつループ１４の両端部が中心巻回部に関して対称に配
置されループ１４の外側では自由に動き得るように、ル
ープの両端部の方向での巻回部分がスプールの最も外側
に配置されている。このことは、このような対称性が逆
方向に伝播する波の双方へ同様の影響を与えるために経
時的に変化する温度勾配および圧力勾配を引起こすの
で、回転センサの環境への感度を減少させることがわか
る。 【００１５】光源１０からの光は、光源１０に対してフ
ァイバ１２を突きあわせることにより、ファイバ１２の
一方端部に光学的に結合される。この光を導きかつ処理
するための様々な構成要素が、連続的なストランド１２
に沿って様々な位置に配置されすなわち形成される。こ
れらの構成要素の相対的な位置を述べるために、連続的
なファイバ１２がそれぞれ１２Ａないし１２Ｇで示され
た７個の部分に分けられて述べられるであろう。この部
分１２Ａないし１２Ｅは光源１０に結合されたループ１
４の一方側に存在し、かつ部分１２Ｆおよび１２Ｇはル
ープ１４の他方側に存在する。 【００１６】部分１２Ａおよび１２Ｂ間には偏光制御器
２４が光源１０に隣接して設けられている。制御器２４
として用いるための偏光制御器の好ましい形式は、１９
８０年９月２５日に発行されたエレクトロニクスレター
（第１６巻第２５）に述べられている。しかしながら、
偏光制御器２４についての記述が次に与えられ、それに
よってこの制御器２４が入力された光の偏光の状態およ
び方向の双方の調整を許容し得ることが今や理解される
であろう。 【００１７】次に、結合器２６のポートＣ，Ｄを通過す
るファイバ２８の第２のストランドに光出力を結合する
ために、ファイバ１２がファイバの部分１２Ｂ，１２Ｃ
間に配置される方向性結合器２６のポートＡ，Ｂを通っ
ており、このポートＣはポートＡと結合器の同一の側に
存在し、ポートＤはポートＢと結合器の同一の側に存在
する。ポートＤから延びるファイバ２８の端部は、点Ｎ
Ｃ（接続されていないことを示す）において非反射性で
終了しており、他方ポートＣから延びるファイバ２８の
端部は、光検出器３０に光学的に結合されている。特定
の実施例によれば、光検出器３０は、標準的な逆バイア
スされたシリコンＰＩＮタイプのフォトダイオードであ
る。この発明において用いるのに好ましい結合器は、１
９８０年５月２７日に発行されたエレクトロニクスレタ
ー（第１６巻第７号）において詳細に述べられている。 【００１８】結合器２６のポートＢから延びるファイバ
部分１２Ｃは、部分１２Ｃ，１２Ｄ間に配置された偏光
子３２を通る。この偏光子３２は、ファイバ１２の或る
偏光モードで光が通過することを許容し、他方他の偏光
モードで光が通過することを防止する。好ましくは、偏
光制御器２４が、入力光の偏光を調整するのに用いら
れ、そのためこのような偏光は偏光子３２により通過さ
れたものと実質的に同一である。これによって、入力光
が偏光子を介して伝播するとき光出力の損失が減少す
る。この発明において用いるのに好ましい形式の偏光子
は、１９８０年１１月に発行されたオプティクスレター
（第５巻第１１号）において記載されている。 【００１９】偏光子３２を通過した後、ファイバ１２は
ファイバ部分１２Ｄ，１２Ｅ間に配置される方向性結合
器３４のポートＡ，Ｂを通過する。好ましくは、この結
合器３４は結合器２６に関して上述したのと同一の形式
のものが用いられる。ファイバ１２は、次に、ループ１
４に巻回され、偏光制御器３６はループ１４とファイバ
部分１２Ｅとの間に配置される。この偏光制御器３６
は、制御器２４に関して議論した形式のものであっても
よく、かつループ１４を介して逆方向に伝播する波の偏
光を調整するのに用いられ、そのためこれらの波の重ね
合わせにより形成される光出力信号は最小の光出力損失
を維持しつつ偏光子３２により有効に通過される偏光を
有する。このように、双方の偏光制御器２４，３６を用
いることにより、ファイバ１２を伝播する光の偏光は、
最大限の光出力を得るために調整され得る。 【００２０】ＡＣ発電機４０により駆動されかつライン
３９によりそれに接続される変調器３８は、ファイバ１
２上で、ループ１４とファイバ部分１２Ｆとの間に取付
けられる。この変調器３８は、ＰＺＴシリンダを備えて
おり、この周囲にはファイバ１２が巻回されている。フ
ァイバ１２はこのシリンダに接続されており、そのため
発電機４０からの変調信号に応じてシリンダが半径方向
に拡がるとき、ファイバ１２を引き延ばす。この発明に
用いるのにの好ましい代わりの形式の変調器（図示せ
ず）は、シリンダの端部において短い毛細管チュブに結
合されたファイバ１２の４個の部分を長手方向に引き延
ばすＰＺＴシリンダを備える。当業者は、この代替の形
式の変調器が変調器３８よりも伝播する光信号に対して
より小さな偏光変調を与えるかもしれないことを認識す
るであろうが、次に、変調器３８は偏光変調の好ましく
ない影響を除去する周波数で動作され得ることを理解す
るであろう。このように、いずれの形式の変調器も、こ
の発明に使用するのに好ましいものである。 【００２１】次に、ファイバ１２は、結合器３４のポー
トＣ，Ｄを通り、このファイバ部分１２ＦはポートＤか
ら延びており、ファイバ部分１２ＧはポートＣから延び
ている。ファイバ部分１２Ｇは、点「ＮＣ」（接続され
ていないことを意味する）において非反射性で終了して
いる。ＡＣ発電機４０からの出力信号が、ライン４４で
ロックイン増幅器４６に与えられ、このロックイン増幅
器４６もまたライン４８により、光検出器３０の出力を
受入れるために接続されている。この増幅器４６への信
号は、変調周波数で増幅器４６が検出出力信号を同期検
出し得るために基準信号を与える。したがって、この増
幅器４６は、変調器３８の基本周波数（すなわち第１調
波）におけるバンドパスフィルタを与え、この周波数以
外の他のすべての周波数を遮断する。以下においては、
検出器出力信号の第１調波成分の大きさが操作範囲全体
にわたり、ループ１４の回転速度に比例することが理解
されるであろう。増幅器４６は、第１調波成分に比例す
る信号を出力し、したがって回転速度を直接表示し、こ
の回転速度はライン４９によりディスプレイ４７へ増幅
器の出力信号を与えることよりディスプレイパネル４７
で視覚的にディスプレイされる。 【００２２】結合器２６，３４ この発明の回転センサすなわちジャイロスコープにおい
て結合器２６，３４として用いるための好ましい光ファ
イバ方向性結合器は、第２図に示される。この結合器
は、それぞれ直方体の基部すなわちブロック５３Ａ，５
３Ｂの光学的に平坦な対向表面内に形成された長手方向
に延びる弧状の溝５２Ａ，５２Ｂ内に取付けられた単一
モード光ファイバ材料からなる２本のストランド５０
Ａ，５０Ｂを含む。ブロック５３Ａと溝５２Ａ内に取付
けられたストランド５０Ａは、この結合器の半体５１Ａ
として示され、ブロック５３Ｂとこの溝５２Ｂ内に取付
けられたストランド５０Ｂとは結合器半体５１Ｂとして
参照される。 【００２３】弧状の溝５２Ａ，５２Ｂは、ファイバ５０
の径に比べて比較的大きな曲率半径を有しており、かつ
その内部に取付けられたときファイバ５０が溝５２の底
壁により規定される経路に適合することを可能とするフ
ァイバ径よりもやや大きな幅を有している。この溝５２
Ａ，５２Ｂの深さは、それぞれブロック５３Ａ，５３Ｂ
の中心での最小の深さから、それぞれブロック５３Ａ，
５３Ｂの端縁における最大深さにまで変化する。このこ
とは、光ファイバストランド５０Ａ，５０Ｂが溝５２
Ａ，５２Ｂ内に取付けられた場合、中心に向かって次第
に狭まりかつブロック５３Ａ，５３Ｂの両端に向かって
次第に拡がることを可能とし、それによってモードの変
動を介して出力損失を引起こし得るファイバ５０のすべ
ての方向の鋭い曲がりあるいは急な変化を除去する。示
された実施例では、溝５２は断面長方形であるが、Ｕ字
状断面あるいはＶ字状断面のようなファイバ５０に適合
する他の適切な断面形状を代わりに用い得ることが理解
されるであろう。 【００２４】示した実施例では、ブロック５３の中心に
は、ストランド５０を取付ける溝５２の深さがストラン
ド５０の径よりも小さく、他方ブロック５３の両端縁で
は、溝５２の深さはストランド５０の径と少なくとも等
しい大きさである。光ファイバ材料は各ストランド５０
Ａ，５０Ｂからたとえばラッピングにより、それぞれ楕
円形状の平坦な表面を形成するように除去され、この平
面はブロック５３Ａ，５３Ｂの対向表面と同一平面であ
る。光ファイバ材料が除去されたところのこれらの楕円
表面は、この明細書中ではファイバの「対向表面」とし
て示される。したがって、除去された光ファイバ材料の
量は、ブロック５３の両端縁の方で０から、ブロック５
３の中心に向かって最大に次第に増加する。光ファイバ
材料のこの偏った除去は、ファイバが次第に狭まりかつ
拡がることを可能とし、これは逆向きの反射および光エ
ネルギの過剰な損失を避けるためには有利である。 【００２５】示した実施例では、結合器半体５１Ａ，５
１Ｂは同一でありかつともにブロック５３Ａ，５３Ｂの
対向表面を位置決めすることにより組立てられ、そのた
めストランド５０Ａ，５０Ｂの対向表面は対向関係にあ
る。 【００２６】屈折率整合オイルのような屈折率整合物質
（図示せず）が、ブロック５３の対向表面間に設けられ
る。この物質は、クラッド部の屈折率にほぼ等しい屈折
率を有しており、かつ光学的に平坦な表面が永久に固定
され得ることを防止する。このオイルは、毛細管作用に
より、ブロック５３間にも導入される。 【００２７】相互作用領域５４が、ストランド５０の接
合部に形成されており、ここで光がエバネセントフィー
ルド結合によりストランド間に伝送される。エバネセン
トフィールド結合を確実に確保するために、ファイバ５
０から除去された材料の量は、注意深く制御されねばな
らず、そのためストランド５０のコア部間のスペースは
所定の「クリティカル領域」内にあることがわかる。エ
バネセントフィールドは、クラッド部内に延び、かつ各
コア部の外側の距離に応じて迅速に減少する。このよう
に、各コア部が他方のエバネセントフィールド内で実質
的に位置決めされることを可能とするのに充分な量の材
料が除去される。除去される材料が少なすぎれば、コア
部はエバネセントフィールドが所望の案内モードの相互
作用を引起こすことを可能とするほど充分に近接せず、
したがって不充分な結合がもたらされる。逆に、除去さ
れる材料が多すぎれば、ファイバの伝播特性は変化し、
モードの変動に基づく光エネルギの損失をもたらす。し
かしながら、ストランド５０のコア部間のスペースがク
リティカル領域内にあれば、各ストランドは、他のスト
ランドからのエバネセントフィールドエネルギのかなり
の部分を受入れ、良好な結合が大きなエネルギ損失なし
に達成される。このクリティカル領域は、ファイバ５０
Ａ、５０Ｂのエバネセントフィールド結合を与えるのに
充分な強度を有して重なり合うことすなわち各コア部が
他方のエバネセントフィールド内に存在することを確保
する領域を含む。しかしながら、先に示したように、モ
ードの変動は、コア部が近接しすぎた場合に発生する。
たとえば、単一モード光ファイバにおけるＨＥ₁₁モード
のような弱い案内モードについては、コア部を露出する
ためにファイバ５０から充分な量の材料が除去されたと
きにこのようなモードの変動が発生する。このように、
クリティカル領域は、かなりのモードの変動により引起
こされるパワーの損失なく結合を生じるために、充分な
強度でエバネセントフィールドが重なり合う領域と定義
される。 【００２８】或る特定の結合器についてのクリティカル
領域の面積は、ファイバ自身のパラメータおよび結合器
の幾何的形状のような多数の相関要素に依存する。さら
に、ステップインデックス特性を有する単一モードファ
イバについては、クリティカル領域は極めて狭い。示し
た形式の単一モード光ファイバでは、結合器の中心にお
けるストランド５０間の中心−中心間距離は、コア部の
径の数倍（たとえば２ないし３倍）以下であることが要
求される。 【００２９】好ましくは、ストランド５０Ａ，５０Ｂ
は、（１）相互に同一であり、（２）相互作用領域５４
において同一の曲率半径を有し、かつ（３）各対向表面
を形成するためにそこから除去された光ファイバ材料の
量に等しい。このように、ファイバ５０がその対向表面
の平面内で相互作用領域５４を介して対称であり、その
ため対向表面は重ね合わされたとき同一の拡がりを有す
る。このことは、２本のファイバ５０Ａ，５０Ｂが相互
作用領域５４において同一の伝播特性を有し、それによ
って異なる伝播特性に関連される結合の減衰を避ける。 【００３０】ブロックすなわち基部５３は、すべての好
ましい剛性材料により製造され得る。或る好ましい実施
例では、基部５３は、ほぼ長さ１インチ（２．５４セン
チメートル）、幅１インチ（２．５４センチメートル）
および厚み０．４インチ（１．１６センチメートル）の
大きさの溶融石英ガラスからなる略直方体ブロックから
なる。この実施例では、光ファイバストランド５０は、
エポキシ接着剤のような適切な接着剤により溝５２内に
固定される。溶融石英ブロック５３の１つの効果は、ガ
ラスファイバと類似した熱膨張係数を有することであ
り、この効果は、ブロック５３およびファイバ５０が製
造工程の間いずれかの熱処理にさらされる場合、極めて
重要である。ブロック５３についての他の適切な材料は
シリコンであり、これもまたこの用途についての優れた
熱的特性を有する。 【００３１】この結合器は、図２に示すように、４個の
ポートＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄを備える。図２の斜視図から観察
したとき、それぞれストランド５０Ａ，５０Ｂに対応す
るポートＡ，Ｃは、結合器の左側にあり、他方ストラン
ド５０Ａ，５０Ｂにそれぞれ対応するポートＢ，Ｄは結
合器の右側に存在する。議論のために、入力光がポート
Ａに与えられると仮定する。この光は結合器を通り、ポ
ートＢおよび／またはポートＤで出力され、ストランド
５０間に結合される出力の量に依存する。この点に関
し、用語「標準化された結合力」は、結合された出力の
総出力に対する比率として定義される。上述の例では、
標準化された結合出力は、ポートＤにおける出力のポー
トＢおよびポートＤにおける出力の合計に対する比率に
等しい。この比率もまた「結合効率」として示され、そ
のように用いられるときには通常パーセントで表示され
る。したがって、用語「標準化された結合出力」がこの
明細書中で用いられるとき、対応する結合効率は標準化
された結合出力の１００倍であることがわかる。この点
について、実験は、図２に示した形式の結合器が１００
パーセントまでの結合効率を有することを示した。しか
しながら、この結合器は、ブロック５３の対向表面をオ
フセットすることにより、結合効率を０と最大値との間
の任意の所望の値に調整するためにチューニングされ得
る。このようなチューニングは、好ましくは、ブロック
５３を相互に相対的に横方向に摺動させることにより達
成され得る。 【００３２】この結合器は、高度の方向性を有してお
り、結合器の一方側に加えられる実質的にすべての出力
がこの結合器の他方側に伝えられる。すなわち、入力ポ
ートＡに与えられる実質的にすべての光が、ポートＣに
対する逆方向の結合を生じることなく、出力ポートＢ，
Ｄに伝えられる。同様に、入力ポートＣに与えられる実
質的にすべての光が、出力ポートＢ，Ｄに与えられる。
さらに、この方向性は対称性を有する。このように、入
力ポートＢまたは入力ポートＤのいずれかに入力された
光は、出力ポートＡ，Ｃに伝えられる。さらに、この結
合器は、偏光に関してほとんど選択性を有せず、したが
って結合された光の偏光を保持する。このように、たと
えば垂直方向の偏光を有する光線がポートＡに入力され
ると、ポートＡからポートＢまで直線的に通過した光と
同様に、ポートＡからポートＤに結合された光も垂直偏
光を維持するであろう。 【００３３】前述の説明から明らかなように、この結合
器は、入力光を２個の逆方向に伝播する波Ｗ１，Ｗ２
（図１を参照）に分離するように機能することがわか
る。さらに、この結合器は反対方向に伝播する波がルー
プ１４（図１）を横切ると、これを再結合するようにも
機能する。 【００３４】示した実施例では、各結合器２６，３４は
この結合効率の選択が光検出器３０（図１）における最
大光出力を与えるので、５０パーセントの結合効率を有
する。この明細書で用いるとき、用語「結合効率」と
は、結合された出力の総出力に対する比率であり、パー
セントで表わされるものを示すものとして定義される。
たとえば、図２を参照して、光がポートＡに入力される
と、結合効率はポートＤにおける出力のポートＢおよび
ポートＤにおける出力の合計に対する比に等しいである
だろう。さらに、結合器３４についての結合効率が５０
パーセントであれば、反対方向に伝播する波Ｗ１，Ｗ２
は量的に等しいことが確保される。 【００３５】偏光子３２ 図１の回転センサにおいて用いるのに好ましい偏光子
は、図３に示される。この偏光子は複屈折結晶６０を含
み、この複屈折結晶６０はファイバ１２により伝達され
る光のエバネセントフィールド内に位置決めされてい
る。このファイバ１２は、スロット６２内に取付けられ
ており、このスロット６２は略直方体石英ブロック６４
の上部表面６３に開口している。スロット６２は、弧状
の曲面状底部壁を有しており、ファイバはこの底部壁に
沿うようにスロット６２内に取付けられている。ブロッ
ク６４の上部表面６３は、領域６７内でファイバ１２か
ら一部のクラッド部を除去するようにラップされる。こ
の結晶６０は、ブロック６４内に取付けられており、結
晶の下方表面６８は結晶６０をファイバ１２のエバネセ
ントフィールド内に位置決めするために、ブロック６４
の上部表面６３に対向している。 【００３６】ファイバ１２と複屈折材料６０の相対屈折
率は、所望の偏光モードの波の速度がファイバ１２内で
よりも複屈折結晶６０内でより大きく、他方好ましくな
い偏光モードの波の速度が複屈折結晶６０内よりもファ
イバ１２内で大きいように、選ばれている。好ましくな
い偏光モードの光がファイバ１２から複屈折結晶６０ま
で結合されるのに対して、好ましい偏光モードの光はフ
ァイバ１２のコア部により案内され続ける。このよう
に、偏光子３２は、光が或る偏光モードで通過し、他方
他の偏光モードでは通過することを防止されるように動
作する。先に示したように、偏光制御器２４，３６（図
１）が、入力光の偏光および光学的出力信号を調整する
のに用いられ、そのため偏光子を介しての出力損失は最
小にされる。 【００３７】偏光制御器２４，３６ 図１の回転センサに用いるのに好ましい偏光制御器の一
例は、図４に示される。この制御器は、その内部に複数
個の直立ブロック７２Ａないし７２Ｄが取付けられてい
る基部７０を含む。ブロック７２の一方側に隣接する部
分間には、スプール７４Ａないし７４Ｃが、それぞれシ
ャフト７６Ａないし７６Ｃに接線方向に取付けられてい
る。シャフト７６は、相互に軸方向に整列されており、
かつブロック７２間で回転可能に取付けられている。ス
プール７４は、一般的には円筒形状を有しており、かつ
シャフト７６の軸に垂直なスプール７４の軸により、シ
ャフト７６に対して接線方向に位置決めされている。ス
トランド１２は、シャフト７６内の軸方向の孔を介して
延びており、かつ３個のコイル７８Ａないし７８Ｃを形
成するように、スプール７４のそれぞれの周囲に巻回さ
れている。コイル７８の半径は、ファイバ１２が各コイ
ル７８内で複屈折媒体を形成するために引張られている
ように選ばれる。３個のコイル７８Ａないし７８Ｃは、
ファイバ１２の複屈折を調整するために、それぞれシャ
フト７４ないし７４Ｃの軸のまわりに相互に独立に回転
可能にされており、したがってファイバ１２を通過する
光の偏光を制御する。 【００３８】コイル７８内の巻回部分の径と数とは、外
側のコイル７８Ａ，７８Ｃが４分の１波長の空間的遅延
を与え、他方中心コイル７８Ｄが２分の１波長の空間遅
延を与えるようにされている。４分の１波長コイル７８
Ａ，７８Ｃは、偏光の楕円性を制御し、２分の１波長コ
イル７８Ｂは偏光の方向を制御する。このことは、ファ
イバ１２を通過する光の全範囲の偏光調整を可能とす
る。しかしながら、（中心コイル７８Ｂにより与えられ
るのではなく）偏光の方向が２個の４分の１波長コイル
７８Ａ，７８Ｃにより偏光の楕円性を正しく調整するこ
とを介して間接的に制御され得るので、偏光制御器が単
に２個の４分の１波長コイル７８Ａ，７８Ｃのみを備え
るように変形されてもよいことがわかる。したがって、
偏光制御器２４，３６は、４分の１波長コイル７８Ａ，
７８Ｃのみを含むように図１に示されている。この配置
は、制御器２４，３６の全体の大きさを小さくするもの
であるため、大きさに制限のあるこの発明の或る種の用
途において有利であるかもしれない。このように、偏光
制御器２４，３６は、入力光および反対方向に伝播する
波の双方の偏光の確立、維持および制御のための手段を
与える。 【００３９】位相変調あるいは偏光制御を伴わない動作 偏光子３２（図１）および位相変調器３８の機能と重要
性をより一層理解するために、回転センサの動作が、ま
ず、これらの構成要素がこの装置から除去されているよ
うに説明される。したがって、図５は、図１の回転セン
サから変調器３８、偏光子３２およびこれに関連する構
成要素が除去された回転センサを略図的に示す。 【００４０】光は、レーザ光源１０からファイバを伝播
するためにファイバ１２まで結合される。光が結合器２
６のポートＡに入り、そこでは一部の光がポートＤによ
り失われる。残りの光は、結合器３４のポートＡからポ
ートＢまで伝播し、この結合器３４では２個の反対方向
に伝播する等しい大きさの波Ｗ１，Ｗ２に分離される。
波Ｗ１は、ループ１４の周囲を反時計方向にポートＢか
ら伝播し、他方波Ｗ２はループ１４の周囲を反時計方向
にポートＤから伝播する。波Ｗ１，Ｗ２がループ１４を
横切った後、これらの波は光出力信号を形成するために
結合器３４により再結合され、この光出力信号は結合器
３４のポートＡから結合器２６のポートＢまで伝播す
る。一部の光出力信号は、光検出器３０までファイバ２
８に沿って伝播するために、結合器２６のポートＢから
ポートＣまで結合される。この光検出器３０は、光出力
信号によりその上に印加された光強度に比例する電気信
号を出力する。 【００４１】この出力信号の強度は、波Ｗ１，Ｗ２が結
合器３４で再結合されすなわち重ね合わされたときに、
波Ｗ１，Ｗ２間の干渉の量および形式（すなわち強め合
いあるいは弱め合い）により変化するであろう。このと
き、ファイバの複屈折の影響を無視すれば、波Ｗ１，Ｗ
２はループ１４の周囲の同一の光学的経路を通過する。
このように、ループ１４が静止していると仮定すれば、
波Ｗ１，Ｗ２が結合器３４で再結合されるとき、波Ｗ
１，Ｗ２は位相差を発生せずに強め合い、かつ光出力信
号強度は最大となるであろう。しかしながら、ループ１
４が回転されるとき、逆方向に伝播する波Ｗ１，Ｗ２
は、Sagnac効果により同位相でシフトし、そのため結合
器３４で重ね合わされたとき光出力信号の強度を弱める
ように干渉し合うであろう。ループ１４の回転により引
起こされる、波Ｗ１，Ｗ２間のこのようなSagnac位相差
は、次の関係式により定義される。 【００４２】 【数１】 【００４３】式中、Ａは光ファイバのループ１４により
結合される領域を、Ｎは領域Ａの周囲の光ファイバの巻
回数を、Ωはループの平面に垂直な軸のまわりのループ
の角速度、ならびにλおよびｃはループに与えられる光
の波長および角速度をそれぞれ示す。 【００４４】光出力信号（Ｉ_T ）の強度は、波Ｗ１，Ｗ
２間のSagnac位相差（φ_WS）の関数であり、次の式によ
り定義される。 【００４５】 【数２】【００４６】式中Ｉ₁ およびＩ₂ はそれぞれ、波Ｗ１，
Ｗ２の個々の強度を示す。 【００４７】式（１）および（２）から、光出力信号強
度が回転速度（Ω）の関数であることがわかる。このよ
うに、この回転速度の数値は、検出器３０を用いて、光
出力信号強度を測定することにより得られ得る。 【００４８】図６は、曲線８０を示し、これは光出力信
号（Ｉ_T ）の強度と、半体方向に伝播する波Ｗ１，Ｗ２
間のSagnac位相差（φ_WS）との間の関係を表わす。この
曲線８０は、コサイン曲線を示し、光出力信号強度はSa
gnac位相差（φ_WS）が０であるときに最大となる。 【００４９】反対方向に伝播する波Ｗ１，Ｗ２間の位相
差源のみが、ループ１４の回転であると仮定すれば、こ
の曲線８０は垂直まわりに対称に変化するであろう。し
かしながら、現実には、反対方向に伝播する波Ｗ１，Ｗ
２間の位相差はループ１４の回転によるだけでなく、光
ファイバ１２の残留複屈折によっても引起こされ得る。
ファイバの複屈折が単一モードファイバ１２の２個の偏
光モードのそれぞれが異なる速度で光を伝播させるの
で、複屈折により誘起させる位相差が生じる。これは、
非可逆的にかつ非回転性で誘起された位相差を波Ｗ１，
Ｗ２間に発生し、これは、たとえば想像線で示す曲線８
２により表わされるように、図６の波８０を歪ませすな
わちシフトするように波Ｗ１，Ｗ２を干渉させる。この
ような複屈折により誘起された非可逆性の位相差は、回
転性を有するように誘起されたSagnac位相差と見分けが
つかず、かつ温度および圧力のようなファイバの複屈折
を変化させる環境要素に依存する。したがって、ファイ
バの複屈折は、光ファイバ回転センサの誤差の主要な原
因となる。 【００５０】偏光子３２による動作 ファイバの複屈折に基づく非可逆性動作の問題は、単一
の偏光モードのみの利用を許容し得る上述したような
（図１の）偏光子３２により、この発明の回転センサで
解決される。このように、偏光子３２がこの装置に導入
されると、図５の参照番号８４により示される点では、
偏光子３２を介して入力される光が所望の偏光モードで
ループ１４内を伝播する。さらに、逆方向に伝播する波
が、光出力信号を形成するために再結合されると、光出
力信号が結合器３４のポートＡから結合器２６のポート
Ｂまで伝播するとき光出力信号が偏光子３２をも通過す
るので、ループに入力された光と異なる偏光のすべての
光は光検出器３０に達することを防止される。このよう
に、光出力信号が検出器３０に達すると、この光出力信
号はループに入力される光と同一の偏光を正確に有する
であろう。それゆえに、同一の偏光子３２を介して入力
光と出力光信号とを通過させることにより、単に１個の
光学的経路のみが用いられ、それによって複屈折により
誘起される位相差の問題を解消し得る。さらに、偏光制
御器２４，３６（図１）は、偏光子３２における光出力
損失を減少させるためにしたがって検出器３０における
信号強度を最大とするために、それぞれ、入力光の偏光
および光出力信号を調整するのに用いられ得ることがわ
かる。 【００５１】位相変調器３８における動作 図６を再度参照して、曲線８０はコサインの関数である
ため、光出力信号は波Ｗ１，Ｗ２間の小さな位相差（φ
_WS）に対して非線形であることがわかる。さらに、光出
力信号強度は、φ_WS の小さな値に対して、位相差にお
ける変化に相対的に反応しない。この非線形性および無
反応性は、検出器３０により測定された光強度（Ｉ_T ）
をループ１４の回転速度の信号表示Ω（式１）への変換
を困難なものとする。 【００５２】さらに、上述のように、偏光子３２を用い
ることにより、波Ｗ１，Ｗ２間の複屈折により誘起され
た位相差が除去されるが、ファイバの複屈折により引起
こされる偏光モード間の交差結合は、このような交差結
合光が偏光子３２により検出器３０に達することを防止
するため、光出力信号の光学的強度を減少させる。この
ように、ファイバの複屈折における変化は、図６の曲線
８０の大きさを、たとえば曲線８４に示すように変化さ
せる。図６の曲線８０，８２，８４は拡大して描かれて
いないことが理解されるであろう。 【００５３】前述の問題点は、位相変調器３８、信号発
生器４０および図１に示すロックイン増幅器４６を利用
する同期検出装置によりこの発明の回転センサにおいて
解決される。図７を参照して、位相変調器３８は、信号
発生器４０の或る周波数において伝播する波Ｗ１，Ｗ２
のそれぞれの位相を変調する。しかしながら、図１から
明らかなように、位相変調器３８は、ループ１４の一方
端部に配置されている。このように、波Ｗ１の変調は波
Ｗ２の変調と同位相であることは必ずしも必要ではな
い。実際、波Ｗ１，Ｗ２の変調は同位相でないことが、
この同期検出装置の正しい動作において必要である。図
７を参照して、曲線９０により表わされる波Ｗ１の変調
が曲線９２により表わされる波Ｗ２の変調と位相におい
て１８０度ずれていることが好ましい。波Ｗ１の波Ｗ２
の変調に対するこのような１８０度の位相差を与える変
調周波数を用いることは、検出器３０により測定される
光出力信号における変調器により誘起された振幅変調を
除去する点において特に効果的である。この変調周波数
（ｆｍ）は、次の式により計算される。 【００５４】 【数３】式中、Ｌは逆方向に伝播する波Ｗ１，Ｗ２についての結
合器３４と変調器３８との間のファイバ長の差（すなわ
ち、ループ１４の他方側での変調器３８と対称点の間に
おけるファイバに沿って測定された距離）であり、neg
は単一モードファイバ１２についての透過屈折率であ
り、ならびにｃはループ１４に入力される光の自由空間
速度を示す。 【００５５】この変調周波数（ｆｍ）では、曲線９０，
９２による波Ｗ１，Ｗ２の位相変調に基づく、相互に逆
方向に伝播する波Ｗ１，Ｗ２間の位相差が、図７の曲線
９４により表わされる。波Ｗ１，Ｗ２間の位相差のこの
変調は、このような位相差φ_Wmが回転により誘起された
Sagnac位相差φ_WSと見分けがつかないため、図６の曲線
８０による光出力信号強度（Ｉ_T ) を変調するであろ
う。 【００５６】前述の説明は、図８および図９を参照する
ことによりより一層明確に理解され得るが、この図８お
よび図９は、図７の曲線９４により定義される位相変調
φ_Wmの効果と、図６の曲線８０により表わされる光出力
信号の強度（Ｉ_T ）に基づくSagnac位相差φ_WSの効果を
グラフで表わすものである。しかしながら、図７および
図８の議論に先立ち、まず変調された光出力信号が波Ｗ
１，Ｗ２間の総位相差の関数であることを理解すべきで
ある。さらに、このような総位相差は、回転により誘起
されたSagnac位相差φ_WSおよび時間により変化する変調
により誘起された位相差φ_Wmとからなる。このように、
波Ｗ１，Ｗ２間の総位相差φ_W は、次の式で表現され得
る。 【００５７】 【数４】 【００５８】したがって、回転により誘起された位相差
φ_WSと同様に変調により誘起された位相差φ_Wmの効果が
図８および図９に関連して考慮されるので、曲線８０に
ついての水平軸は、図６に示すように総位相差が単に回
転により誘起された位相差よりも考慮されることを示す
ために、φ_W として表示されている。 【００５９】今図８を参照して、出力信号（曲線８０）
の強度Ｉ_T に基づく位相変調φ_Wm（曲線９４）の効果が
議論されるであろう。図８では、ループ１４が静止して
いると仮定され、したがって光信号はSagnac効果により
影響されない。特に、変調により誘起された位相差曲線
９４はその垂直軸に対称に曲線８０による光出力信号を
変化させ、そのため検出器３０により測定される光学的
強度は曲線９６により示すように、変調周波数の第２次
調波に等しい周波数で定期的に変化することがわかる。
上で議論したように、ロックイン増幅器４６が変調器３
８の変調周波数（すなわち第１次調波）において検出器
の出力信号を同期検出するために信号発生器４０（図
１）により能動化されるので、ならびに検出器出力信号
が曲線９６により示されるように変調周波数の第２次調
波であるので、増幅器の出力信号は０であり、かつディ
スプレイ４７は回転速度が０であることを表示するであ
ろう。たとえ複屈折により誘起された振幅変動が図６の
曲線８４に関して議論したように、光出力信号中に発生
したとしても、図８の曲線９６は第２次調波周波数を維
持し続けるであろうことが理解されるべきである。この
ように、この複屈折により誘起された振幅変動は、増幅
器４６の出力信号に影響しないであろう。それゆえに、
この発明の検出装置は、実質的に安定な動作点を与える
ものであり、特にループ１４が静止しているとき複屈折
の変化に変動されない。 【００６０】ループ１４が回転されるときには、先に議
論したように、逆方向に伝播する波Ｗ１，Ｗ２はSagnac
効果に従い同位相でシフトされる。Sagnac効果は、変調
器３８により生み出される位相差φ_Wmに加えて位相差φ
_WSを与え、そのため曲線９４全体が図９に示す位置に等
しい量だけ、図８に示す位置から同位相で移動される。
このことは、光出力信号が器８０により非対称的に変化
することを引起こし、それによって図９の曲線９６に示
すようにこの信号を調波的に歪ませ、結果、曲線９８に
より想像線で示されるように、変調器３８の基本（すな
わち第１次調波）周波数で或る成分を含む。この曲線９
８のＲＭＳ値が回転により誘起されたSagnac位相差φ_WS
のサインに比例することがわかるであろう。増幅器４６
は変調器３８の基本周波数を有する信号を検出するの
で、増幅器４６は、ループの回転速度を表示するための
曲線９８のＲＭＳ値に比例するディスプレイ４７への或
る信号を出力するであろう。 【００６１】図９は、ループ１４の（たとえば時計方向
の）回転の一方方向についての光出力信号の強度を表わ
す。しかしながら、ループ１４が等しい速さで（たとえ
ば反時計方向に）逆方向に回転されるならば、光出力信
号の強度波形９６は、曲線９８が図９に示される位置か
ら１８０度シフトされるように移動されることを除いて
は、図９に示すものとほぼ同一であることが理解される
であろう。ロックイン増幅器４６は、信号発生器４０よ
りの基準信号の位相と曲線９８についてのこの１８０度
の位相差とを比較することにより、曲線９８についての
１８０度位相差を検出して、ループの回転が時計方向で
あるか反時計方向であるかを決定する。回転方向に依存
して、増幅器４６は、ディスプレイ４７に対して正また
は負のいずれかの信号を出力する。しかしながら、回転
の方向とは無関係に、信号の大きさはループ１４の回転
速度に等しい。 【００６２】増幅器の出力信号の波形は、曲線１００の
ように図１０で示される。この曲線１００は曲がりくね
っており、かつループ１４の回転が時計方向あるいは反
時計方向であるかに依存して回転速度０から正または負
の方向に変動することがわかる。さらに、曲線１００
は、原点に関して対称的に変動しかつ回転を測定するた
めの相対的に幅の広い動作範囲を与える、或る実質的に
線形の部分１０２を有する。また、曲線１００の傾斜
は、その全線形動作範囲１０２にわたり優れた感度を与
える。 【００６３】このように、同期検出装置を用いることに
より、非線形性の問題、感応しない問題ならびに複屈折
により誘起される振幅変動の問題が減少されすなわち除
去される。 【００６４】この検出装置のさらに他の効果は、変調器
３８のような人工の位相変調器の状態が、偏光変調を通
じて直接的にあるいは間接的に光出力信号における振幅
変調を引起こすという事実に関する。しかしながら、式
３に関しての議論から思い起こされるように、波Ｗ１お
よびＷ２の変調間の位相差が１８０度である特定の周波
数で動作させることにより、波が光出力信号を形成する
ように重ね合わされるとき、変調器３８により逆方向に
伝播する波Ｗ１，Ｗ２のそれぞれにより誘起される振幅
変調の奇数調波周波数成分が相互に相殺される。このよ
うに、上述の検出装置は、光出力信号の偶数調波（すな
わち基本周波数）のみを検出するものであるため、振幅
変調による影響は除去される。それゆえに、式３により
定義される特定の周波数で動作させることにより、なら
びに光出力信号の偶数調波のみを検出することにより、
この発明の回転センサは、変調器により誘起される振幅
偏光変調とは独立に動作し得る。 【００６５】特定の周波数で動作するさらに他の利益
は、波Ｗ１，Ｗ２が光出力信号を形成するために重ね合
わされたとき、この逆方向に伝播する波Ｗ１，Ｗ２のそ
れぞれにおいて変調器３８により誘起された位相変調の
偶数調波が相殺することにある。これらの偶数調波はこ
の検出装置により検出され得る光出力信号にスプリアス
偶数調波を生み出すので、この除去は回転検出の精度を
向上させる。 【００６６】式３で定義される周波数で位相変調器３８
を動作することに加えて、位相変調量を調整し、光出力
信号強度の検出された第１次調波量を最大にすることが
好ましい。なぜならば、これにより回転検出感度および
精度を改善し得るからである。図７，図８および図９に
おいてＺで示された大きさにより表わされる波Ｗ１，Ｗ
２間の変調器により誘起された位相差の量が１．８４ラ
ジアンであるとき、光出力信号強度の第１次調波は最大
となることがわかる。これは、２個の重ね合わされた波
間の位相差φ_W と、それぞれ独立の強度Ｉ₁ ，Ｉ₂ を有
する重ね合わされた波の総強度（Ｉ_T ）についての次の
式に関しより一層理解され得るであろう。 【００６７】 【数５】 【００６８】式中Ｊ_n （Ｚ）はＺのｎ次ベッセル関数で
あり、Ｚは波Ｗ１，Ｗ２間の変調器により誘起された位
相差のピークの大きさを示す。それゆえに、Ｉ_T の第１
次調波のみを検出すれば、 【００６９】 【数６】 【００７０】このように、光出力信号強度の第１次調波
は、第１次ベッセル関数Ｊ₁ （Ｚ）の値に依存する。Ｚ
が１．８４ラジアンに等しいときＪ₁ （Ｚ）が最大であ
るので、位相変調の大きさは、好ましくは、波Ｗ１，Ｗ
２間の変調器により誘起された位相差（Ｚ）の大きさが
１．８４ラジアンとなるように選択される。 【００７１】戻り散乱の影響の低減 周知のように、光ファイバ技術の現状は光学的に完全な
ものではなく、少量の光の散乱を引起こす欠点を有す
る。この減少は、レイリー散乱としてよく知られてい
る。このような散乱は光の一部がファイバから失われる
ことを引起こすけれども、このような損失の量は比較的
小さく、それゆえに、大きな問題ではない。レイリー散
乱に関する主な問題は、失われる散乱光ではなく、むし
ろもとの伝播方向と半体方向にファイバを電するように
光が反射されることにある。これは、通常戻り散乱光と
して知られている。このような戻り散乱光は逆方向に伝
播する波Ｗ１，Ｗ２を備える光とコヒーレントであるた
め、伝播する波と強め合いの干渉あるいは弱め合いの干
渉を生じ、それによって装置内にノイズを発生しすなわ
ち検出器３０により測定されるように、光出力信号強度
におけるスプリアス変動をもたらす。 【００７２】逆方向に伝播する波とコヒーレントな或る
波からの戻り散乱光の一部は、ループ１４の中心のコヒ
ーレントの長さ内で散乱されるものである。このよう
に、光源のコヒーレンス長を減少させることにより、戻
り散乱光と逆方向に伝播する波との間のコヒーレンスは
減少される。戻り散乱光の残りの部分は、逆方向に伝播
する波とコヒーレントではなく、したがってそれらの間
の干渉はランダムに変化し、平均化される。それゆえ
に、この戻り散乱光のコヒーレントでない部分は実質的
に一定の強度を有し、結果、光出力信号強度に大きな変
動を引起こさない。したがって、この発明では、戻り散
乱光の影響は、たとえば１メートル内外の比較的短なコ
ヒーレンス長を有するレーザを光源１０として用いるこ
とにより減少される。特定の実施例によれば、光源１０
は上述のようにジェネラルオプトロニクスコーポレーシ
ョンから商業的に入手し得るようなモデルＧＯ−ＤＩＰ
レーザダイオードであってよい。 【００７３】戻り散乱光と逆方向に伝播する波との間の
強め合い干渉あるいは弱め合い干渉を防止する代わりの
方法は、ループ１４の中心にこの装置に付加的な位相変
調器（図示せず）を設けることを含む。この位相変調器
は、変調器３８と同期されていない。 【００７４】伝播する波は、ループの周囲を通過する際
この付加的な位相変調器を一度だけ通過するであろう。
波が付加的な位相変調器に達する前に、伝播する波から
発生する戻り散乱については、光源から伝播する波およ
び戻り散乱光のいずれもが付加的な変調器を通過しない
ので、戻り散乱はこの付加的な変調器により変調された
位相を有するものではないであろう。 【００７５】他方、波がこの付加的な位相変調器を通過
した後に、伝播する波から発生する戻り散乱について
は、伝播する波が付加的な位相変調器を通過したとき
と、戻り散乱光が付加的な位相変調器を通過したときと
の２度、効果的に位相変調されるであろう。 【００７６】このように、付加的な位相変調器が位相シ
フトφ（ｔ）を導入するならば、ループ１４の中心以外
のすべての点に由来する戻り散乱波は、０または２φ
（ｔ）のいずれかの位相シフトを有し、そのいずれかは
伝播する波についてのφ（ｔ）位相シフトに関して変化
する時間である。この干渉を変化させる時間は、平均化
し、戻り散乱光の影響を有効に除去する。 【００７７】戻り散乱光からの強め合い干渉または弱め
合い干渉を防止する他の代わりの方法では、変調器３８
と同期されていない付加的な位相変調器は、光源１０の
出力側に導入され得る。 【００７８】この場合、ループ１４の中心以外のすべて
の点で発生する戻り散乱は、戻り散乱光が発生する伝播
する波よりも、光源１０から検出器３０までの様々な光
学的経路長を有するであろう。 【００７９】このように、伝播する波はループ１４を１
度通過し、他方戻り散乱波およびそれが由来する伝播す
る波はループ１４の一部を２度通過する。この部分がル
ープの２分の１であるならば、経路長は異なる。 【００８０】経路長が異なるので、検出器３０に達する
伝播する波は、同時に検出器３０に達する戻り散乱波よ
りも異なる回数だけ光源１０で発生されねばならない。 【００８１】光源１０において付加的な位相変調器によ
り投入される位相差は、伝播する波に対して位相差φ
（ｔ）を導入するが、散乱光に対してはφ（ｔ＋ｋ）を
投入し、このここではＫは、波がループ１４を通過する
間の時間差を示す。φ（ｔ＋ｋ）がφ（ｔ）に関して時
間により変化するので、戻り散乱干渉は、時間的に平均
化され、戻り散乱の影響を有効に除去する。 【００８２】周囲の磁場の影響の低減 地磁気による磁場のような周囲の磁場は、逆方向に伝播
する波Ｗ１，Ｗ２間の位相差を導入することにより、こ
の発明の回転検出精度に制限を与えることがわかってい
る。このような磁場は、逆方向に伝播する波Ｗ１，Ｗ２
のいずれかの位相を、相互に相対的に反対方向にシフト
させ、一方を導き他方を遅延させる。 【００８３】波Ｗ１，Ｗ２のこの位相シフトは、波Ｗ
１，Ｗ２の伝播方向に平行なＢ場を有する周囲の磁場の
成分に基づくものである。この磁場成分は、ファラデー
効果としてよく知られている現象を生じ、このファラデ
ー効果は、各波についての偏光方向を回転させる。これ
は、この明細書においてファラデー回転として示され
る。光波の偏光を各偏光モードで伝播する逆方向回転す
る２個の円偏光成分の合成として表現すれば、この磁場
は、或る偏光モードでの光の伝播速度を減少させ、他方
他のモードでの光の伝播速度を増加させることにより、
このようなファラデー効果を導くものと考えられ得る。 【００８４】光波の偏光は、その楕円の程度により特徴
付けられ得る。楕円性が０であるならば、偏光は通常
「直線」として示される。この状態では、等しい量の光
が各モードに存在する。同様に、楕円度が１であるなら
ば、この偏光は円偏光として示され、すべての光が単一
のモードとなるであろう。さらに、楕円度が０と１との
間にあるとき、この偏光は楕円偏光として示され、かつ
このモードは光の量と等しくはない。 【００８５】波の偏光が直線であるとき、ファラデー効
果に基づく偏光モードの伝播速度における差の変化は、
波の位相には何ら影響しない。しかしながら、波の偏光
が直線以外の場合（すなわち楕円あるいは円偏光）、伝
播速度における差の変化は、波の位相のシフトを引起こ
し、このような位相シフト量は偏光の楕円度に依存す
る。偏光が円偏光または楕円偏光であるとき、上述のよ
うに、２個の偏光モードのそれぞれにおいて等しくない
量の光が存在するので、一方のモードの伝播速度が増大
するならば、他方は減少し、合計の効果は波の伝播速度
を増加または減少させ、それによって波の位相をシフト
させる。たとえば、ファラデー効果が１次モードについ
ての伝播速度を増大させ、かつ２次モードについての速
度を減少させると仮定すれば、さらに１次モードの光が
２次モードの光よりもより拡がりを有するものと仮定す
れば、このファラデ効果は位相シフトをもたらすであろ
う。他方、２次モードにおける光が１次モードよりもよ
り拡がっていると仮定すれば、ファラデー効果は遅延層
をもたらすであろう。 【００８６】上で示したように、ファラデ効果から得ら
れる位相シフトは、波Ｗ１，Ｗ２がループ１４を介して
逆方向に伝播するとき、波Ｗ１，Ｗ２についての直線偏
光を維持することにより除去され得る。残念ながら、し
かしながら、現在入手し得る光ファイバは、ファイバを
波Ｗ１，Ｗ２を通過するとき偏光の各状態を変化させる
残留複屈折を有するものであるため、これを実現するこ
とは困難である。たとえば、波Ｗ１，Ｗ２がループ１４
に導入されたとき直線偏光であるならば、波がループ１
４を通過するとき、このような残留複屈折がこの偏光を
たとえば楕円のように変化させるであろう。したがっ
て、各波Ｗ１，Ｗ２がループ１４を出て行くときファラ
デ効果に基づく位相シフトを示す。さらに、図１の実施
例では、これらの位相シフトは半体方向であり、したが
って波Ｗ１，Ｗ２間の位相差を生み出す。 【００８７】前述の説明は、実施例を参照することによ
りより一層理解され得る。この議論を単純化するため
に、多巻回ループよりもむしろ単一巻回ループであるよ
うに示されている図１の回転センサのループ部分を、図
１１に示す。さらに、ファイバの残留複屈折は、参照番
号１１７で示される点において、ループ１４の中心に集
中して存在すると考えられる。また、地磁気の磁場（Ｂ
場）は、矢印１１８により示される方向にループの平面
内に存在すると考えられ、そのためこのＢ場は図１１で
観察されるように、ループの上部および底部に存在する
ファイバにほぼ平行である。図１の議論から思い起こさ
れるように、波Ｗ１，Ｗ２は、ループ１４内に入るとき
直線偏光でありかつ偏光制御器３６はこのファイバの複
屈折を補償するように調整されており、そのため波Ｗ
１，Ｗ２がループ１４から出て行くとき、波Ｗ１，Ｗ２
の偏光もまた直線である。さらに、ファイバの複屈折が
ループ１４の周囲に対称に分散されている限り、図１１
の場合のように、そのように調整された制御器３６とと
もに波Ｗ１，Ｗ２の偏光は、ループ１４の任意の点の場
合と同様であるだろう。この実施例では、ループ１１７
の中心における複屈折が、４分の１波長だけ各波の位相
を変化させると考えられ、そのため曲線偏光の光は円偏
光に変換され、かつ逆の場合も同様となる。このよう
に、位相を等しい量だけすなわち４分の１波長だけシフ
トさせることにより、制御器３６がこの位相の変化を補
償するように調整される。 【００８８】直線偏光波Ｗ１がループ１４を横切り始め
るとき、制御器３６の複屈折は、その偏光状態をたとえ
ば右手円偏光に変換させる。この波Ｗ１がループ１４の
上部部分を通過するとき、その位相はファラデー効果に
より、場１１８の存在に基づきシフトされるであろう。
ループ１４の中心１１７において残留複屈折に達する
と、波Ｗ１の円偏光は直線偏光に変換されるであろう。
波Ｗ１の偏光がループ１４の底部部分全体を通じて直線
であり続けるので、場１１８は波Ｗ１に何ら影響を与え
ないであろう。同様に、ループの下方部分を最初に横切
る波Ｗ２はこの下方部分で場１１８により影響されな
い。なぜならばその偏光は点１１７における複屈折に達
するまで直線であり続けるであろうからである。この点
１１７において、波Ｗ２の偏光はたとえば右手円偏光に
変換されしたがって波Ｗ２がループの上部部分を横切る
と、その位相はファラデー効果により、場１１８の存在
に基づきシフトされるであろう。しかしながら、波Ｗ
１，Ｗ２がループ１４の上部部分を同一の偏光で反対方
向に伝播するが、場１１８が同一方向であり続けるた
め、場１１８により誘起される波Ｗ１，Ｗ２の各位相シ
フトは反対方向となるであろう。このように、波Ｗ１，
Ｗ２がファラデー効果により結合器３４に到達すると
き、波Ｗ１，Ｗ２間には位相差が存在するであろう。そ
れゆえに、周囲の磁場は光ファイバ回転センサにおける
非可逆性挙動の原因となることがわかる。 【００８９】ファラデ効果による周囲の磁場により引起
こされる回転検出誤差を除去するために、この発明は、
図１２に示す、回転センサをシールドしあるいは分離す
るための、特にこのような周囲の磁場からループ１４と
結合器３４とをシールドしすなわち分離するためのハウ
ジング１１０を含む。示した実施例では、ハウジング１
１０は、周囲の磁気的環境から回転センサを有効にシー
ルドするのに充分な透磁性を有するμメタルからなる円
筒状チューブを備える。ハウジング１１０の大きさは、
この回転センサの構造的な大きさと周囲の磁場のホステ
ィリティとを適合するように選ばれる。特定の実施例に
よれば。μメタルのシールドは、直径７インチ、長さ１
８インチおよび厚み１６分の１インチである。いずれの
場合でも、用いる大きさおよび材料は、好ましくは、回
転センサの検出精度と等しい量だけ、ファイバへ悪影響
を与える磁場を減少すべきである。すなわち、磁場強度
の減少は、回転検出精度がこのような磁場により生じた
ファラデー効果によって制限されないようなものである
べきである。周囲の磁場が、すべて、地磁気による磁場
（すなわち約０．５ガウスの磁場）に基づくものである
と仮定すれば、上述のシールドの例は、磁場を約１００
ないし０．００５のファクタだけ減少させ、これは約
０．１度／時間の長期間の安定性を達成するのに必要な
ものである。 【００９０】ループ１４を含む回転センサの光ファイバ
構成要素が、ハウジング１１０内に取付けられた基部プ
レート１１２上に取付けられ得る。ハウジングの両端部
は、μメタルキャップ１１４により閉じられており、そ
の一方は増幅器ライン４８および変調器ライン３９の通
過のための適切な開口１１６を有する（図１）。 【００９１】光出力信号からの光源１０の分離 図１に関しての議論から想起されるように、光源１０か
らの入力光の一部が結合器２６により、ファイバ２８に
結合され、ここでは「ＮＣ」で印された非反射性末端で
失われる。さらに、波Ｗ１，Ｗ２がループ１４から戻
り、かつ光出力信号を形成するために結合されるとき、
この信号の一部が結合器３４のポートＣを介して失われ
る。出力信号の残りの部分は光源１０の方向に戻るよう
に伝播し、光源では光出力信号の一部が結合器２６によ
り光検出器３０への伝播のために、ファイバ１２からフ
ァイバ２８まで結合される。光出力信号の残りの結合さ
れていない部分は、レーザ光源１０にファイバ１２を介
して伝播するが、失われる。結合器２６，３４が５０％
の結合効率を有すると仮定すれば、結合器２６，３４か
ら生じるこの装置の損失は８７．５％である。結合器２
６単独では、光出力におけるこの損失は６７．５％とな
る。 【００９２】これらの装置の損失を減少するために、こ
の発明は、図１３に示すように、光源１０と偏光制御器
２４との間に配置された光ファイバからなる分離器１２
０を含む。この分離器１２０は、偏光子１２２と、磁気
回転子すなわちファラデ回転子１２４とを備える。この
実施例では、結合器２６（図１）の必要性が、偏光子１
２２により遮断される光の強度を測定するために検出器
３０を配置することにより除去される。この光は、レン
ズ１２６により光検出器３０上に焦点が合わされる。 【００９３】光ファイバ分離器の動作は、図１４および
図１５を参照して、より一層明確に理解され得る。まず
図１４を参照して、偏光子１２２により通過される光の
偏光は、光源１０により生み出された光と整合されその
ためファイバ１２に導入されるすべての光が偏光子１２
２を通過し、磁気回転子１２４に至る。しかしながら、
この偏光整合は制御器２４，３６に関して上で議論した
形式の偏光制御器により達成され得ることが理解される
であろう。この議論のために、光源１０により発生した
光を垂直方向の直線偏光と仮定し、かつ偏光子１２２は
この方向の偏光を通過させ、他方他の方向の偏光を遮断
すると仮定する。この直線偏光は、図１４において矢印
ＷＳで表わされている。 【００９４】図１４から明らかなように、光源１０によ
り発生した光源光ＷＳは、偏光子１２２を通過する際の
偏光を変化されない。しかしながら、この光が回転子１
２４を通過するとき、その偏光方向は４５度だけ回転さ
れる。図１３に戻り、次に、この光ＷＳは偏光制御器２
４を介して伝播し、この偏光制御器２４ではその偏光は
前に議論したように、偏光子３２を介してより効果的に
通過するために調製される。たとえば、偏光子３２が直
線で垂直方向の偏光を有する光を通過するように設計さ
れているならば、制御器２４は、回転子１２４により発
生されたものと反対方向に、４５度だけ偏光の方向を回
転するように調製されており、そのためこの光は再度垂
直に変更される。次に、この光はループ１４の周囲を伝
播させるために、結合器３４により逆方向に伝播する波
Ｗ１，Ｗ２に分離される。ループ１４を横切った後、波
Ｗ１，Ｗ２は結合器３４により再結合され、偏光子３２
を介して逆に伝播する光出力信号を形成する。偏光制御
器３６が、逆方向に伝播する波の偏光を調製するのに用
いられ、そのため光出力信号がたとえば直線の垂直方向
の偏光で、偏光子３２を有効に通過することを思い起こ
すであろう。可逆装置である、偏光制御器２４は、次
に、光出力信号の偏光の方向を４５度だけ回転し、その
ため、制御器２４から出ていくとき、制御器２４に入っ
たときの光源光と同一の偏光を有する。したがって、図
１５に示すように、光出力信号ＷＯが、観察者から見
て、分離器１２０を出ていく光源光ＷＳ（図１４）の偏
光と同一の偏光で分離器１２０に入るように示されてい
る。光出力信号ＷＯが回転子１２４を通過するとき、偏
光の方向はさらに４５度だけ回転される。偏光の方向が
光の伝播方向と無関係に同一であることが回転子１２４
の独特の特徴である。このように、光源の光の最初の４
５度の回転と、光出力信号の第２の４５度の回転とが、
光出力信号ＷＯが回転子１２４を離れるとき水平方向の
偏光を有するように加わる。偏光子１２２が通過する偏
光に垂直な偏光を遮断するので、光出力信号ＷＯは、偏
光子１２２を介して光源１０まで伝播することを防止さ
れる。偏光子１２２はファイバ１２からの光を結合し、
その結果信号ＷＯが方向性をもって分散する光の中で偏
光子１２２から発せられる。好ましくは、偏光子１２２
は、偏光子３２に関して上で議論したものと同一の形式
のものである。この形式の偏光子により遮断された光は
相対的に小さな入射角（たとえば２０度）を有する直線
的な光線でそこから発せられ、したがって検出器３０の
感光性表面は、特別に大きくあるいは独特の形状を有す
る必要はない。示した実施例では、この感光性表面は約
１ミリの径を有する。 【００９５】この光は、上で述べたようにレンズ１２６
を用いて検出器３０上に焦点を合わすことにより、検出
器３０上に投射される。代わりに、たとえば５００ミク
ロンのコア径を有する光ファイバ（図示せず）を検出器
３０へ光を導くために用いることができ、このファイバ
の一方端部を偏光子の真近に位置決めすることにより、
偏光子により遮断された光をファイバに導入することが
でき、かつファイバの他方端部を位置決めすることによ
り、ファイバからの光を検出器３０に入射させることが
できる。たとえ偏光子１２２により遮断されたすべての
光がたとえば焦点レンズあるいは案内ファイバのアライ
ンメントの若干のずれに基づき、検出器３０の感光性表
面上に投射されないとしても、結合器２６（図１）の除
去により生じる光出力信号の強度の増加によりより以上
にこれは補償されることがわかる。 【００９６】さらに、光がこの偏光子により遮断された
とき、偏光子１２２から発せられた上述の直線光の方向
は、他の伝播方向よりも或る伝播方向から異なるもので
あるだろう。すなわち、或る方向での伝播については、
光は偏光子１２２の一方側で発せられ、他方他の方向で
の伝播については、光は偏光子の他方側に発せられる。
それゆえに、たとえ光源光の偏光が偏光子を通過した光
と正確に同一でない場合であっても、すべての偏光子に
より遮断された光源光は検出器の方向を向かず、したが
って光出力信号強度の測定に干渉を与えない。 【００９７】図１６に示すように、磁気光学回転子は、
曲線部分と直線部分とを有する一連のファイバループを
与えるように、軸１７０に巻回されたファイバ１３２を
備える。軸１７０はアルミニウムのような非磁性材料か
らなり、断面四角形の中央バー部分１７０を備える。１
対の円筒状部分１７４，１７６は、中心部分１７２の両
端部に形成されており、それらに対して垂直である。こ
の円筒部分１７４，１７６は、相互に直角をなすように
配向されている。図１６において観察されるように、円
筒状部分１７４は中央部分１７２の各平行側面から突出
する、右端部１７５（ａ）および左端部１７５（ｂ）を
有する。同様に、円筒状部分１７６は、中央部分１７２
の各平行側面から突出する、上端部１７７（ａ）および
下端部１７７（ｂ）を有する。さらに、円筒部分１７
４，１７６は、中心部分１７２の側面と等しく、あるい
はこれよりも大きい径を有する。 【００９８】ファイバ１３２は、まず円筒部分１７６の
上端部１７７（ａ）の周囲に巻回されて、２個の直線部
分１８０，１８２に結合する曲線状ファイバ部分１７８
を形成する。次に、このファイバは水平方向円筒部分１
７４の左端部１７５（ｂ）の周囲に巻回されて、直線部
分１８４と直線部分１８２とを接続する曲線部分１８３
を形成する。この巻回は、曲線部分１８４を直線部分１
８８に接続するために、垂直方向の円筒部分１７６の下
端部１７７（ｂ）の周囲に他の曲線部分１８６を形成す
ることにより続く。最後に、他の曲線部分１９０が、直
線部分１８８を直線部分１９２と接続するために水平部
分１７４の右端部１７５（ｂ）の周囲にファイバ１３２
を巻回することにより形成される。この巻回は、直線部
分１８０，１８２，１８４，１８８，１９２が相互に平
行であるようになされることが理解され得る。さらに、
ファイバを前述のように巻回することにより、曲線部分
１７８，１８６が水平方向平面内に存在し、曲線部分１
８３，１９０が垂直平面内に存在する。 【００９９】説明を明確にするために、単に４個の巻回
部（曲線部分）のみが図１６のファイバ１３２に設けら
れているが、ファイバ１３２はさらに多くの巻回部を与
えるように同一の方法で巻回されていてもよい。さら
に、以下の記載から理解され得るように、曲線部分は２
分の１回転を備えるように示されているが、これらはＮ
＋１／２回転（ｎは整数）を備え、さらに図１６に示す
ように直線部分が位置決めされることを許容する。 【０１００】軸１７０を図１７に示すように磁石２００
の極間に位置決めすることにより磁場がファイバ１３２
に与えられ、そのためこの磁石のＢ場はファイバ１３２
の直線部分に平行である。磁石２００はいずれの形式す
なわち形状を有するのであってもよい。たとえば、電磁
石あるいは永久磁石のいずれであってもよい。さらに、
この磁石は、たとえばトロイド形状をしていてもよく、
または馬蹄形のものであってもよい。 【０１０１】光が直線部分１８０，１８２，１８４，１
８８，１９２を介して伝播するとき、その偏光方向はフ
ァラデー効果より磁場により回転される。図１６に示す
ようにファイバ１３２が巻回されると、ファイバ１３２
を伝播する光は或る直線部分から他の直線部分へ通過す
る際その偏光の方向を逆転する。したがって、光はたと
えば直線部分１８０，１８４，１９２を介してＢ場と同
一の方向に伝播するが、たとえば直線部分１８２，１８
８を介してＢ場から半体方向に伝播するであろう。それ
ゆえに、磁場はファラデ効果によりその偏光を回転し、
そのため固定の（すなわち静止した）観察者の視点から
は、いずれかの２個の隣接する直線部分１８０，１８
２，１８４，１８８，１９２におけるファラデー回転が
同一方向であるように見えるであろう。しかしながら、
たとえこれらの回転が同一の方向であったとしても、こ
れらは通常、相互に加わるわけではない。なぜならば、
曲線部分１７８，１８３，１８６，１９０の周囲に伝播
することにより、或る直線部分での（静止した観察者か
ら見た）偏光の方向が逆転され、隣接する直線部分の光
と鏡像をなし、したがっていずれかの２個の直線部分に
おけるファラデー効果による回転が相殺し、合計０の回
転を与えるからである。図１６の磁気光学回転子は、曲
線部分１７８，１８３，１８６，１９０を形成すること
により、（すなわち円筒状部分１７４，１７６の直径
と、ファイバ１３２の巻回数とを選択することにより）
この問題を解消し、そのためこれらの曲線部分は、２分
の１波長の偏光モードすなわち１８０度の位相差の光間
に空間的な分離を与えるのに充分な直線複屈折をそれぞ
れ生み出す。このことは、より有利には、観察者から見
た偏光方向が各直線部分１８０，１８２，１８４，１８
８，１９２のいずれかにおいて同一であるようにし、そ
のためファラデ回転は相互に相殺するよりも相互に加わ
り合う。したがって、一連の直線部分を設けることによ
り、たとえ１個の直線部分についてのファラデ回転が比
較的小さいものであっても、大きなファラデ回転が得ら
れる。 【０１０２】ファイバ１３２に与えられる磁場（Ｂ場）
の強度がほぼ１０００ガウスであるならば、以下に記載
される特性により巻回されたファイバが、いずれの方向
でもファイバを伝播する光に対して４５度の総ファラデ
ー回転を与えるであろう。このように、光波が或る方向
でファイバ１３２を伝播するならば、ならびに他の方向
でファイバを戻るならば、合計のファラデー回転は９０
度となるであろう。このファラデ回転の量は、図１４お
よび図１５に関して議論したように、光学的分離器とし
てこの磁気光学回転子を用いることを許容する。 【０１０３】たとえば、或る実施例では、合計３２の巻
回部が用いられる。この実施例の特性は以下のとおりで
ある。

【図面の簡単な説明】 【図１】この発明の回転センサの略図であり、光ファイ
バ材料からなる連続的なとぎれていないストランドに沿
って配置された光ファイバ構成要素を示し、かつ信号発
生器、光検出器、ロックイン増幅器およびこの検出装置
に関連するディスプレイをさらに示す。 【図２】図１の回転センサに用いるための光ファイバ方
向性結合器の一実施例についての断面図である。 【図３】図１の回転センサに用いる光ファイバ偏光子の
一例を示す断面図である。 【図４】図１の回転センサに用いるための光ファイバ偏
光制御器の一例を示す斜視図である。 【図５】偏光子、偏光制御器およびそこから除去された
位相変調器とともに、図１の回転センサを略図的に示す
図である。 【図６】光検出器により測定された、回転により誘起さ
れたSagnac位相差の関数として、光出力信号の強度を表
わしたグラフであり、複屈折により誘起された位相差お
よび振幅の変動の効果を表わす。 【図７】各逆方向に伝播する波の位相変調および逆方向
に伝播する波間の位相差を示す、時間の関数としての位
相差を表わすグラフである。 【図８】ループが載置しているときの、光検出器により
測定された、光出力信号強度上での位相変調の影響を表
わす略図である。 【図９】ループか回転している場合の検出器により測定
された光出力信号強度への位相変調の影響を示す略図で
ある。 【図１０】回転により誘起されたSagnac位相差の関数と
してのアンプの出力信号を示すグラフであり、図１の回
転センサについての動作範囲を表わす。 【図１１】逆方向に伝播する波への地磁気の影響を表わ
すために、図１の回転センサのループ部分を単純化した
略図である。 【図１２】検出ループを周囲の磁場からシールドするた
めに、検出ループを囲繞するためのハウジングを示す略
図である。 【図１３】光出力信号が光源に達するのを防止するため
に設けられた光学的分離装置とともに、図１の回転セン
サを示す略図であり、かつ連続的なファイバストランド
から光出力信号を引出すのに結合器が必要でないよう
に、この分離装置により拒絶された光を検出するように
配置された光検出器を示す。 【図１４】光源から検出ループの方向へ伝播する光への
分離装置の影響を示す、光源と光学的分離装置との略図
である。 【図１５】図１４に相当する図であり、光出力信号がル
ープから戻り光源の方向に伝播するときの、光出力信号
への光学的分離装置の影響を示す斜視図である。 【図１６】磁気光学回転子を形成するために、光ファイ
バを巻回する好ましい方法を示す斜視図である。 【図１７】図１３に示した光学的分離装置において用い
るための磁気光学回転子の一例を示す略図である。 【符号の説明】 曲線部分の数： ３２ 直線部分の数： ３３ １個の直線部分の長さ：１２cm 軸上円筒部分の径： ２．５cm 各曲線部分の巻回数： １．５ ファイバの外径： １１０ミクロン 光の波長： ０．６３３ミクロン ファイバの全長： ４メートル すべて概略値である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ショウ，ハーバート・ジョン アメリカ合衆国、94305 カリフォルニ ア州、スタンフォード、アルバレィド ウ・ロウ、719 (72)発明者 レフィーバ，エルベイ・シー アメリカ合衆国、94303 カリフォルニ ア州、パロ・アルト、モレノ・アベニ ュ、992 (72)発明者 バーグ，ラルフ・アラン アメリカ合衆国、94303 カリフォルニ ア州、パロ・アルト、モレノ・アベニ ュ、992 (56)参考文献 特開 昭56−94680（ＪＰ，Ａ) 英国公開2050598（ＧＢ，Ａ) ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＬＥＴＴＥ ＲＳ，24ｔｈ Ｊａｎｕａｒｙ1974、Ｖ ｏｌ．10，Ｎｏ．２、21−22 ＯＰＴＩＣＳ ＬＥＴＴＥＲＳ，Ｖｏ ｌ．５，Ｎｏ．11，Ｎｏｖｅｍｂｅｒ 1980，479−480 ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＬＥＴＴＥ ＲＳ，27ｔｈ Ｍａｒｃｈ1980、Ｖｏ ｌ．16，Ｎｏ．７、260−261 ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＬＥＴＴＥ ＲＳ，25ｔｈ Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ 1980、Ｖｏｌ．16，Ｎｏ．20、778−780

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．全光ファイバ回転センサであって、該センサは光波
   を発生する光源（１０）； 光ファイバループ（１４）と光ファイバ導波路（１２Ａ
   −１２Ｇ）とを構成する単一モード光ファイバ（１２）
   であって、該光源（１０）が該単一モード光ファイバの
   一端に光学的に結合されて該光波が該光ファイバ導波路
   を経由して該ループへと伝播しており、そして該光源か
   ら該単一モード光ファイバの一端へ結合された光波が該
   単一モード光ファイバの他端（ＮＣ）迄実質的に逆向き
   の反射なしに伝播するよう連続的である単一モード光フ
   ァイバ（１２）； 該光源と該ループとの間に配置された光学的方向性結合
   器であって、該ループ中で互いに反対方向に伝播する一
   対の光波を該ループに提供しそして該ループを伝播後の
   該互いに反対方向に伝播した一対の光波を結合して該ル
   ープの回転速度を示す光出力信号を生成する光学的方向
   性結合器（３４）； 該光源（１０）と該方向性結合器（３４）との間に配置
   され、該ループ（１４）へ伝播していく光波と該ループ
   （１４）から伝播してきた光出力信号とが同じ所定の直
   線偏光されるようにしている偏光子（３２）； 該光出力信号を受信するよう配置され、該ループの回転
   速度を決定するための該光出力信号を検出する検出器
   （３０）； 駆動信号に応答して該単一モード光ファイバの一部分の
   長さを変化させるＰＺＴ部材を含む、該ループ（１４）
   と該方向性結合器（３４）との間に設けられた位相変調
   器（３８）であって、該互いに反対方向に伝播する一対
   の光波を位相変調している位相変調器（３８）；及び該
   位相変調器（３８）に同期され、該検出された光出力信
   号に応答して該ループ（１４）の回転速度を示す電気信
   号を生成している電気回路（４６）とからなり、 該偏光子（３２）、該光学的方向性結合器（３４）及び
   該位相変調器（３８）の各々は該単一モード光ファイバ
   の一部分である光ファイバ部材からなることを特徴とす
   る全光ファイバ回転センサ。 ２．請求項１に記載の全光ファイバ回転センサにおい
   て、該ループ（１４）はスプールの周囲に巻回され、該
   ループの中央部分の巻回部は該スプールに隣接する最も
   内側に位置し、該ループの端部の方での巻回部は該ルー
   プの両端部が中心巻回部に対して対称に配置されている
   全光ファイバ回転センサ。 ３．請求項１に記載の全光ファイバ回転センサにおい
   て、該単一モード光ファイバ（１２）の該他端（ＮＣ）
   は非反射性で終了している全光ファイバ回転センサ。 ４．請求項１に記載の全光ファイバ回転センサにおい
   て、第２の単一モード光ファイバ（２８）及び該光源
   （１０）と該偏光子（３２）との間に配置された第２の
   方向性結合器（２６）とを含み、 該第２の方向性結合器（２６）は、該単一モード光ファ
   イバ（１２）の一部分である光ファイバ部材と該第２の
   単一モード光ファイバ（２８）の一部分である光ファイ
   バ部材とからなり、該偏光子（１２）を通った該光出力
   信号を該第２の単一モード光ファイバに結合しており、
   そして該検出器は該第２の単一モード光ファイバの一端
   で該光出力信号を検出している全光ファイバ回転セン
   サ。 ５．請求項４に記載の全光ファイバ回転センサにおい
   て、該単一モードファイバ（１２）と該第２の単一モー
   ド光ファイバ（２８）の他端（ＮＣ）のそれぞれは非反
   射性で終了している全光ファイバ回転センサ。