JP3272333B2 - 光ファイバジャイロ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、たとえば、航空
機、船舶、自動車等に適用される、回転角速度または回
転角度を検出する光ファイバジャイロに関し、特に、階
段状のセロダイン信号によりサニャック位相シフトを打
ち消すよう閉ループに構成されたディジタル方式の光フ
ァイバジャイロに関する。

【０００２】

【従来の技術】光ファイバジャイロにおいて、光ファイ
バループを互いに反対方向に伝搬する２つの光を再結合
することで得られた干渉光の光強度変化は、該２つの光
のサニャック位相差をφsとすると、cos(φs)である。
このため、図２５に示すように、サニャック位相差が0
近傍では、該位相差の変化に対して僅かしか光強度が変
化しない。

【０００３】この問題を解決する光ファイバジャイロと
して、特開昭５６−９４６８０号公報記載のものがあ
る。

【０００４】この技術では、光ファイバループを伝搬す
る２つの光を位相変調する位相変調器を設け、該位相変
調器に、図２５に示すように、+π/2および-π/2の位相
シフトを2τ（τ：光ファイバループでの光の伝搬時
間）周期で生じさせる矩形波の位相変調信号を加えるこ
とで、前記干渉光のサニャック位相差による光強度変化
を(P₀/2)・cos(φs±π/2)（ここで、P₀は干渉光の光強
度のピーク値）で取り出せるようにしている。

【０００５】また、従来のディジタル方式の光ファイバ
ジャイロでは、サニャック位相差検出のダイナミックレ
ンジ拡大のため、各階段の持続時間が通常τの階段信号
であるセロダイン信号を位相変調器に入力して、該位相
変調器に対して、光ファイバジャイロへの入力角速度に
応じたサニャック位相差と同量・異符号の位相差を生じ
るよう位相変調を行わせている。これにより、光ファイ
バループを伝搬する２つの光のサニャック位相差を打ち
消すよう閉ループに構成されている。ただし、セロダイ
ン信号の出力を無限に大きくすることはできないため、
通常、セロダイン信号による位相シフトが±2πに達し
たときにリセットしている。

【０００６】ところで、セロダイン信号のリセットが正
確に行われない場合、すなわち、変調ゲインに誤差が含
まれると、光ファイバジャイロの入力レートと出力レー
トとの関係において、スケールファクタ誤差が生ずる。

【０００７】この問題を解決するディジタル方式の光フ
ァイバジャイロとして、特開平３−２１０４１７号公報
記載や特開平３−４８７１５号公報記載のものがある。

【０００８】前者は、位相変調器に入力する位相変調信
号として、 δφ₁=φ₀ δφ₂=aφ₀ δφ₃=-φ₀ δφ₄=-aφ₀ （ここで、φ₀は一定の位相シフト、aはcosφ₀=cos(aφ
₀)を満足する正の定数）からなる４つのステップを一周
期とする信号を用いている。

【０００９】ここで、位相変調信号の各ステップの周期
は、たとえばτ/2（合計で2τ）である。また、aは2で
ある。この場合、変調位相差は図２６のようになる。

【００１０】一方、後者は、位相変調器に入力する位相
変調信号として、位相差電気信号から得た利得信号と合
計位相変調信号とを演算することで得られた信号を用い
ている。この合計位相変調信号は、以下の信号を合計す
ることで得られる。

【００１１】・第一の周波数を用いて作成したセロダイ
ン信号。

【００１２】・第一の周波数を有した周期的方形波より
なる速度バイアス信号。

【００１３】・セロダイン信号の周期の半分に等しい連
続した等間隔時間の終わりで遷移する一連のステップ電
圧よりなる利得バイアス信号。

【００１４】ここで、たとえば、連続した等間隔時間と
はτ/j（jは整数）である。ｊを2とした場合、速度バイ
アス信号は周波数1/2τとなる。また、速度バイアス信
号は、π/2および-π/2間を遷移する方形波であり、利
得バイアス信号は、2π、0、-2π、0の一連の誘起位相
シフトを有する。この場合、変調位相差は、たとえば、 ・0〜τ/2 期間： +π/2+2π=+5π/2 ・τ/2〜τ 期間： +π/2+0=+π/2 ・τ〜3τ/2 期間： -π/2-2π=-5π/2 ・3τ/2〜2τ期間： -π/2+0=-π/2 となり、したがって、図２７のようになる。

【００１５】両者とも、位相変調器に所定周期で位相シ
フトさせる信号を印加することで、サニャック位相差が
0となる光強度の点を周期的にシフトさせ、これによ
り、サニャック位相差の0近傍における光強度の感度を
向上させるようにしている。

【００１６】また、図２６および図２７に示すように、
位相変調器に所定周期で±iπ（図２６ではa=2のとき±
4/3π、図２７では±2π）の位相シフトをさせる信号を
位相変調器に印加することで、該位相シフトの際に生ず
る変調ゲイン誤差をキャンセルし、これにより、光ファ
イバジャイロの入力レートと出力レートとの関係におい
て生ずるスケールファクタ誤差を低減するようにしてい
る。

【００１７】図２８は、図２６に示すような位相変調動
作において、位相変調の変調ゲインGに誤差が含まれて
いる場合の変調位相差を説明するための図である。

【００１８】図示するように、図２６に示すような位相
変調動作において、位相変調の変調ゲインGに誤差が含
まれると、その誤差は、位相シフトがaφ₀（あるいは-a
φ₀）のときの検出光強度とφ₀（あるいは-φ₀）のとき
の検出光強度との差分として現れる（図はG>1の例）。
したがって、位相シフトがaφ₀（あるいは-aφ₀）のと
きの検出光強度とφ₀（あるいは-φ₀）のときの検出光
強度との差分が0となるように、位相変調器に入力する
位相変調信号のゲインを制御することで、位相変調の変
調ゲインGに含まれている誤差をキャンセル（すなわち
変調ゲインG=1）することができる。

【００１９】図２９は、図２７に示すような位相変調動
作において、位相変調の変調ゲインGに誤差が含まれて
いる場合の変調位相差を説明するための図である。

【００２０】図示するように、図２７に示すような位相
変調動作において、位相変調の変調ゲインGに誤差が含
まれると、その誤差は、位相シフトが5π/2（あるいは-
5π/2）のときの検出光強度とπ/2（あるいは-π/2）の
ときの検出光強度との差分として現れる（図はG<1の
例）。したがって、位相シフトが5π/2（あるいは-5π/
2）のときの検出光強度とπ/2（あるいは-π/2）のとき
の検出光強度との差分が0となるように、位相変調器に
入力する位相変調信号のゲインを制御することで、位相
変調の変調ゲインGに含まれている誤差をキャンセル
（すなわち変調ゲインG=1）することができる。

【００２１】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、特開
平３−２１０４１７号公報記載や特開平３−４８７１５
号公報記載のデジタル方式の光ファイバジャイロでは、
２つの位相シフト点（前者ではａφ₀または-ａφ₀とφ₀
または-φ₀の２点、後者では5π/2または-5π/2とπ/2
または-π/2の２点）での検出光強度の差分が0となるよ
うに、位相変調器に入力する位相変調信号のゲインを制
御することで、位相変調の変調ゲインGに含まれている
誤差をキャンセル（すなわち変調ゲインG=1）し、これ
により、光ファイバジャイロの入力レートと出力レート
との関係において生ずるスケールファクタ誤差を低減す
るようにしている。

【００２２】しかしながら、本発明者等が数々の実験を
試みたところ、位相変調の変調ゲインGに含まれている
誤差が0（すなわち変調ゲインG=1）のときに、必ずし
も、スケールファクタ誤差が最小になるとは限らないこ
とが判明した。

【００２３】図３０は、位相変調の変調ゲインGと、光
ファイバジャイロの入力レートと出力レートとの関係に
おいて生ずるスケールファクタ誤差(ppm:part per mill
ion)との関係の一例を示した図である。

【００２４】この図は、あるデジタル方式の光ファイバ
ジャイロにおいて、位相変調信号の変調ゲインGを様々
な値に調整し、そのときの入力角速度とスケールファク
タ誤差との関係を調べた結果を示している。図示するよ
うに、光ファイバジャイロによっては、位相変調の変調
ゲインG≠1のときに、スケールファクタ誤差が最小とな
る場合がある。これは、スケールファクタ誤差の要因と
して、位相変調の変調ゲイン誤差のみならず、位相変調
器や位相変調器を駆動するドライバや干渉光の検出系を
構成する各種電子回路部品などの非線型特性も影響して
いるためと考えられる。

【００２５】光ファイバジャイロに許容されるスケール
ファクタ誤差は用途により異なるが、高精度のものでは
数ppm〜数十ppm以下である。特開平３−２１０４１７号
公報記載や特開平３−４８７１５号公報記載のデジタル
方式の光ファイバジャイロのように、位相変調器や位相
変調器を駆動するドライバや干渉光の検出系を構成する
各種電子回路部品などの非線型特性を考慮せずに、単
に、位相変調の変調ゲインGに含まれている誤差をキャ
ンセル（すなわち変調ゲインG=1）する変調ゲイン制御
では、スケールファクタ誤差を十分に低減することがで
きず、上記のような高精度の光ファイバジャイロを実現
することが困難である。もしくは、上記のような高精度
の光ファイバジャイロを実現するために、非線型特性に
優れた高性能な位相変調器や位相変調器を駆動するドラ
イバや干渉光の検出系を構成する各種電子回路部品など
が必要となり、コストの増加を招く。

【００２６】そもそも、特開平３−２１０４１７号公報
記載や特開平３−４８７１５号公報記載のデジタル方式
の光ファイバジャイロでは、位相変調の変調ゲインGを
１以外の所望の値に制御することができない。光ファイ
バループを互いに反対方向に伝搬する２つの光を生成す
るための光源やその他の光学部品などの特性が変化する
と、検出される干渉光の光強度値が変化する。すなわ
ち、図２８および図２９において、干渉光の強度のピー
ク値P₀が変化する。ピーク値P₀が変化すると、位相変調
の変調ゲインGが一定であっても、２つの位相シフト点
（図２８ではａφ₀または-ａφ₀とφ₀または-φ₀の２
点、図２９では5π/2または-5π/2とπ/2または-π/2の
２点）での検出光強度の差分が変化してしまう。このた
め、光源やその他の光学部品などの特性の変化を考慮し
た場合、特開平３−２１０４１７号公報記載や特開平３
−４８７１５号公報記載のデジタル方式の光ファイバジ
ャイロでは、２つの位相シフト点での検出光強度の差分
が0となるように、位相変調器に入力する位相変調信号
のゲインを制御することで、位相変調の変調ゲインGに
含まれている誤差をキャンセル（すなわち変調ゲインG=
1）することはできるが、位相変調の変調ゲインGを１以
外の所望の値に制御することができない。

【００２７】また、上述したように、光ファイバループ
を互いに反対方向に伝搬する２つの光を生成するための
光源やその他の光学部品などの特性が変化して、検出さ
れる干渉光の光強度値が変化すると、安定したセロダイ
ン制御や変調制御の妨げとなる。特に、セロダイン制御
においては、前記干渉光の光強度値の変化によりサニャ
ック位相差(P₀/2)・cos(φs±π/2)（ここで、P₀は干渉
光の光強度のピーク値、±π/2は位相変調振幅値）の検
出ゲインが変化し、セロダイン制御のループゲインが変
動する。このループゲインの変動は、セロダイン制御の
閉ループ動作における周波数特性の変動をもたらし、セ
ロダイン制御ひいてはジャイロの回転角速度出力の安定
動作の妨げとなる。このため、光源やその他の光学部品
などの特性変化による干渉光の光強度値の変化にかかわ
らず、セロダイン制御系のループゲインが常に所定の値
となるよう制御することが好ましい。

【００２８】しかしながら、上記の特開平３−２１０４
１７号公報記載および特開平３−４８７１５号公報記載
のディジタル方式の光ファイバジャイロでは、この点に
ついて、何ら考慮されていない。

【００２９】また、高精度な光ファイバジャイロでは、
ランダムウォーク値の低減が望まれている。ここで、ラ
ンダムウォーク値とは、干渉光の光強度信号のS/N比を
示す値であり、該信号に含まれるランダムノイズ成分の
実行値で定義される。

【００３０】１９８６年のＳＰＩＥコンファレンスで紹
介されたH.C.Lefevre等による文献「Intergrated Optic
s: A Practical Solution For Fiber-Optic Gyroscop
e」や米国特許第５５３０５４５号では、ランダムウォ
ーク値を最小にするための位相変調信号の振幅は、π/2
からπ未満の範囲にある旨、報告されている。

【００３１】しかしながら、このランダムウォーク値
は、干渉光の光強度値をパラメータとする関数であり、
この光強度値が変化すれば、ランダムウォーク値を最小
にするための位相変調振幅も変化する。上記従来の技術
で説明したディジタル方式の光ファイバジャイロや、米
国特許第５５３０５４５号などでは、光ファイバループ
を互いに反対方向に伝搬する２つの光を生成するために
用いる光源の出力特性の変化やその他の影響などによる
干渉光の光強度値の変化を何ら考慮しておらず、予め定
められた位相変調振幅となるように位相変調信号を生成
している。このため、干渉光の光強度値が変化すると、
ランダムウォーク値を十分に低減することができない。

【００３２】また、上記の特開平３−２１０４１７号公
報記載および特開平３−４８７１５号公報記載のディジ
タル方式の光ファイバジャイロでは、図２６および図２
７に示すように、位相シフトの際に干渉光のピーク点
（最明点）またはボトム点（最暗点）を通過するため、
出力波形にスパイク状のノイズ（光スパイク）が発生す
る。検出光に光スパイクによる誤差が含まれると、変調
制御において誤差が発生し、位相変調信号およびセロダ
イン信号の変調ゲインを最適値にすることができず、結
果として、光ジャイロの出力におけるスケールファクタ
誤差が発生することがある。

【００３３】本発明は、上記事情に基づいてなされたも
のであり、その目的は、安定動作が可能な高精度のディ
ジタル方式の光ファイバジャイロを提供することにあ
る。

【００３４】具体的には、所望の変調ゲインとなるよう
な変調ゲイン制御を可能とすることで、スケールファク
タ誤差をより低減することを目的とする。

【００３５】また、干渉光の光強度変化を検出可能とす
ることで、安定した変調制御およびセロダイン制御を可
能とすることを目的とする。

【００３６】また、干渉光の光強度の変化にかかわら
ず、ランダムウォークによる影響を低減することを目的
とする。

【００３７】さらに、位相変調信号による位相シフトの
際に発生する光スパイクによる影響を除去することで、
正確な変調制御を可能とすることを目的とする。

【００３８】

【課題を解決するための手段】上記目的達成のために、
本発明は、光ファイバループを互いに反対方向に伝搬す
る２つの光を再結合することで得られる干渉光のサニャ
ック位相差に応じた回転角速度または回転角度を検出す
る光ファイバジャイロであって、前記干渉光の光強度を
検出して電気信号に変換する受光手段と、前記受光手段
により検出された干渉光の光強度に応じた信号に基づい
て、前記干渉光のサニャック位相差に応じた信号を算出
するサニャック位相差演算手段と、前記サニャック位相
差演算手段で生成された前記干渉光のサニャック位相差
に応じた信号にしたがい、前記干渉光のサニャック位相
差を打ち消すための階段状波でなるセロダイン信号を生
成するセロダイン信号生成手段と、前記干渉光の位相差
が、±(γ-θ)、±(γ+θ+δ)および±(γ+θ-δ)の６
値、あるいは、±(γ+θ)、±(γ-θ-δ)および±(γ-
θ+δ)の６値を、所定の時間間隔且つ所定の順番で繰り
返しとるように位相変調を行わせるバイアス変調信号
と、前記セロダイン信号生成手段で生成されたセロダイ
ン信号とを合成して、各種位相変調の合成信号を生成す
る合成信号生成手段と、前記合成信号生成手段で生成さ
れた各種位相変調の合成信号にしたがい、前記２つの光
を各々位相変調する位相変調器と、前記受光手段により
検出された干渉光の光強度に応じた信号に基づいて、前
記バイアス変調信号による位相シフトの際に発生する変
調ゲインに応じた信号を生成する変調ゲイン演算手段
と、前記変調ゲイン演算手段で生成された変調ゲインに
応じた信号にしたがい、当該変調ゲイン演算手段で生成
される変調ゲインが所定の値G₀となるように、前記各種
位相変調の合成信号のゲインを制御する変調ゲイン制御
手段と、を備えることを特徴とする。

【００３９】ここで、所定の値G₀とは、たとえば、光フ
ァイバジャイロの製造過程や出荷時において、当該ジャ
イロに対する検査の結果得られた、ジャイロ出力である
回転角速度または回転角度のスケールファクタ誤差を最
小にするゲイン値でもよい。

【００４０】また、前記合成信号生成手段は、θの位相
シフトを行うのに必要な出力値を有する第一の定出力信
号を生成する第一の定出力信号生成手段と、δの位相シ
フトを行うのに必要な出力値を有する第二の定出力信号
を生成する第二の定出力信号生成手段と、γの位相シフ
トを行うのに必要な出力値を有する第三の定出力信号を
生成する第三の定出力信号生成手段と、前記第一の定出
力信号生成手段、前記第二の定出力信号生成手段および
前記第三の定出力信号生成手段で生成された各定出力信
号を用いて、前記バイアス変調信号を生成するバイアス
変調信号生成手段と、前記バイアス変調信号生成手段で
生成されたバイアス変調信号と前記セロダイン信号生成
手段で生成されたセロダイン信号とを加算して、前記各
種位相変調の合成信号を生成する第一の加算手段と、を
有するものでもよい。

【００４１】この場合、前記バイアス変調信号生成手段
は、たとえば、前記第一の定出力信号生成手段で生成さ
れた第一の定出力信号を変調して、周波数1/τ（ただ
し、τは前記光ファイバループでの光の伝搬時間）の矩
形波でなる第一の位相変調信号を生成する第一の変調手
段と、前記第二の定出力信号生成手段で生成された第二
の定出力信号を変調して、パルス幅τ/2のパルスが時間
間隔2τ毎に正負交互に現れる第二の位相変調信号を生
成する第二の変調手段と、前記第一の変調手段で生成さ
れた第一の位相変調信号と前記第二の変調手段で生成さ
れた第二の位相変調信号と前記第三の定出力信号生成手
段で生成された第三の定出力信号とを加算して信号を生
成する第二の加算手段と、前記第二の加算手段で生成さ
れた信号を周波数1/2τで変調することで、前記干渉光
の位相差が、γ+θ+δ、γ-θ、-γ-θ-δ、-γ+θ、γ
+θ-δ、γ-θ、-γ-θ+δ、-γ+θの順番でなる一連の
ステップ、γ-θ、γ+θ+δ、-γ+θ、-γ-θ-δ、γ-
θ、γ+θ-δ、-γ+θ、-γ-θ+δの順番でなる一連の
ステップ、γ-θ-δ、γ+θ、-γ+θ+δ、-γ-θ、γ-
θ+δ、γ+θ、-γ+θ-δ、-γ-θの順番でなる一連の
ステップ、あるいは、γ+θ、γ-θ-δ、-γ-θ、-γ+
θ+δ、γ+θ、γ-θ+δ、-γ-θ、-γ+θ-δの順番で
なる一連のステップ（周期4τ、各ステップの継続時間
τ/2）を繰り返しとるように位相変調を行わせるバイア
ス変調信号を生成する第三の変調手段と、を備えること
で実現できる。

【００４２】本発明による変調位相差の一例を図１に示
す。ここでは、各種位相変調の合成信号として、前記干
渉光の位相差が、γ+θ+δ、γ-θ、-γ-θ-δ、-γ+
θ、γ+θ-δ、γ-θ、-γ-θ+δ、-γ+θの順番でなる
一連のステップ（周期4τ、各ステップの継続時間τ/
2）を繰り返しとるように位相変調を行わせるバイアス
変調信号と、セロダイン信号とを合成することで得られ
る各種位相変調の合成信号を用いた場合における変調位
相差を示している。なお、図１に示す例では、0＜θ≦
π/2、γ=π、0＜δ≦10度に設定し、説明を簡単にする
ため、入力角速度を０にしている。

【００４３】図１に示すように、本発明によれば、各種
位相変調の合成信号による位相シフトがγ+θ+δ（ある
いは-γ-θ-δ）のときに検出される干渉光の光強度と
γ-θ（あるいは-γ+θ）のときに検出される干渉光の
光強度との差分Xや、該位相シフトがγ+θ+δ（あるい
は-γ-θ-δ）のときに検出される干渉光の光強度とγ+
θ-δ（あるいは-γ-θ+δ）のときに検出される干渉光
の光強度との差分Yや、該位相シフトがγ+θ-δ（ある
いは-γ-θ+δ）のときに検出される干渉光の光強度と
γ-θ（あるいは、-γ+θ）のときに検出される干渉光
の光強度との差分Zを求めることができる。これら差分
X、Y、Zの比率は、干渉光の光強度値の変化にかかわら
ず、変調ゲインGに対して一定であるので、これら差分
X、Y、Zのうちの２つを用いることで、光源の出力特性
の変化などによる干渉光の光強度値の変化に影響を受け
ることのない、位相変調の変調ゲインGに応じた信号を
生成することが可能となる。

【００４４】たとえば、差分Yと差分Zを用いて、位相変
調の変調ゲインGが所定の値G₀となるように変調ゲイン
制御する場合、 信号=K₁・Z-Y ただし、K₁=sin(G₀・(γ+θ))・sin(G₀・δ)/(sin(G₀・(θ
-δ/2))・sin(G₀・(γ-δ/2))) を満たす信号を生成し、この信号が零となるように各種
位相変調の合成信号のゲインを制御する。

【００４５】または、差分Xと差分Yを用いて、位相変調
の変調ゲインGが所定の値G₀となるように変調ゲイン制
御する場合、 信号=K₂・X-Y ただし、K₂=sin(G₀・(γ+θ))・sin(G₀・δ)/(sin(G₀・(θ
+δ/2))・sin(G₀・(γ+δ/2))) を満たす信号を生成し、この信号が零となるように各種
位相変調の合成信号のゲインを制御する。

【００４６】あるいは、差分Xと差分Zを用いて、位相変
調の変調ゲインGが所定の値G₀となるように変調ゲイン
制御する場合、 信号=X+K₃・Z ただし、K₃=-sin(G₀・(θ+δ/2))・sin(G₀・(γ+δ/2))/
(sin(G₀・(θ-δ/2))・sin(G₀・(γ-δ/2))) を満たす信号を生成し、この信号が零となるように各種
位相変調の合成信号のゲインを制御する。

【００４７】このように、本発明によれば、光源の出力
特性の変化などによる干渉光の光強度値の変化に影響を
受けることなく、位相変調の変調ゲインGに応じた信号
を生成することができるので、位相変調の変調ゲインG
がスケールファクタ誤差を最小にする変調ゲインG₀（G₀
は1を含む任意の値、したがって1以外の場合もあり得
る）となるように、変調ゲイン制御することが可能にな
る。

【００４８】また、本発明によれば、上記の差分Yある
いは差分Xと差分Zを用いて、干渉光の光強度のピーク値
P₀を求めることができる。

【００４９】たとえば、差分Yを用いて、 P₀=Y/(-sin(G₀・δ)・sin(G₀・(γ+θ))) により、干渉光の光強度のピーク値P₀を求めることがで
きる。

【００５０】あるいは、差分Xと差分Zを用いて、 P₀=(X-Z)/(-sin(G₀・δ)・sin(G₀・(γ+θ))) により、干渉光の光強度のピーク値P₀を求めることがで
きる。

【００５１】したがって、本発明によれば、上記のよう
にして検出した光強度値の変化に応じて、光ファイバジ
ャイロの干渉計からの出力信号ゲインが一定になるよう
に制御することが可能となる。具体的には、干渉計から
の出力信号が低下したときに、電気的に信号を大きくす
ることで、出力信号ゲインが一定になるように制御する
ことができる。これにより、セロダイン制御系のループ
ゲインが常に一定となり、安定したセロダイン制御、ひ
いてはジャイロの回転角速度または回転角度の安定した
出力が得られる。

【００５２】なお、本発明において、前記合成信号生成
手段を上記の構成とした場合、前記変調ゲイン制御手段
は、前記変調ゲイン演算手段で生成された変調ゲインに
応じた信号にしたがい、前記第一の加算手段の出力値を
調節することで、前記各種位相変調の合成信号のゲイン
を制御するようにしてもよい。あるいは、前記変調ゲイ
ン演算手段で生成された変調ゲインに応じた信号にした
がい、前記第一の定出力信号生成手段、前記第二の定出
力信号生成手段および前記第三の定出力信号生成手段で
生成される各定出力信号の出力値と、前記セロダイン信
号生成手段で生成されるセロダイン信号の出力値とを調
節することで、前記各種位相変調の合成信号のゲインを
制御するようにしてもよい。

【００５３】前者の場合、前記第一の加算手段の出力
値、すなわち前記合成信号生成手段で生成された各種位
相変調の合成信号自体の振幅を調整することになる。し
たがって、たとえば乗算器などを用いて、各種位相変調
の合成信号の各ステップの時間幅（図１に示す例ではτ
/2）で演算処理を行うことが要求される。

【００５４】一方、後者の場合、前記第一の定出力信号
生成手段、前記第二の定出力信号生成手段および前記第
三の定出力信号生成手段で生成される各定出力信号の出
力値と、前記セロダイン信号生成手段で生成されるセロ
ダイン信号の出力値を調節するので、前者に比べ、変調
ゲイン制御に要求される演算処理の速度を著しく低速に
することができる。

【００５５】また、本発明において、前記合成信号生成
手段を上記の構成とした場合、前記第一の定出力信号生
成手段は、検出した干渉光の光強度値の変化に応じてθ
が変わるように、第一の定出力信号の出力値を変えるも
のでもよい。たとえば、光強度とθとの対応関係を示す
テーブルを設け、当該テーブルを参照することで、検出
した干渉光の光強度値に対応するθの位相シフトを行う
のに必要な出力値を有する第一の定出力信号を生成する
ようにしてもよい。

【００５６】上述したように、ランダムウォーク値は、
干渉光の光強度値をパラメータとする関数であり、この
光強度値が変化すれば、ランダムウォーク値を最小にす
るための位相変調振幅も変化する。したがって、上記の
ようにすることで、干渉光の光強度値の変化にかかわら
ずランダムウォークによる影響を低減することが可能に
なる。

【００５７】また、本発明において、前記受光手段の出
力側に接続されたスイッチ手段と、前記スイッチング手
段の出力側に接続されたホールド手段と、をさらに設
け、前記スイッチ手段により、前記合成信号生成手段で
生成された各種位相変調の合成信号の立ち上がりおよび
下がりに同期して、前記受光手段により検出された信号
の出力を所定期間遮断し、前記ホールド手段により、前
記スイッチ手段を介して前記受光手段から送られてきた
信号の値を所定時間維持するようにしてもよい。

【００５８】光ファイバループを互いに反対方向に伝搬
する２つの光各々を位相変調すると、該２つの光を再結
合することで得られた干渉光に光スパイクと呼ばれるス
パイク状のノイズが生ずる。

【００５９】図１に示す例では、位相シフトが、+γ-θ
から-γ-θ-δに変わる場合、-γ+θから+γ+θ-δに変
わる場合、+γ-θから-γ-θ+δに変わる場合、そし
て、-γ+θから+γ+θ+δに変わる場合に、図１の検出
光の強度−時間特性に示すように、干渉光の光強度が瞬
間的にピーク値P₀に達する光スパイクが生じている。こ
の光スパイクが検出信号に含まれると、変調制御におい
て誤差が発生し、各種位相変調の合成信号の変調ゲイン
を最適値にすることができず、結果として、ジャイロ出
力におけるスケールファクタ誤差が発生することがあ
る。

【００６０】これに対し、本発明では、前記のスイッチ
手段とホールド手段とをさらに設けることにより、前記
受光手段から出力された信号に含まれる光スパイクによ
る誤差分を除去することができる。また、前記スイッチ
手段が前記受光手段から送られてきた信号を遮断してい
る期間（すなわち、該誤差分が除去されている期間）、
前記ホールド手段に保持された遮断直前の信号が出力さ
れるので、前記スイッチ手段の遮断による不連続動作の
影響を低減するとともに、外部からの電磁ノイズ等の混
入を防止することができ、これにより安定した検出信号
を得ることができ、したがって変調制御およびセロダイ
ン制御の動作をより安定させることができる。

【００６１】なお、前記スイッチ手段は、必ずしも、前
記合成信号生成手段で生成された各種位相変調の合成信
号の立ち上がりおよび下がりの全てに同期して、前記受
光手段から送られてきた信号の出力を所定期間遮断する
必要はない。該合成信号の立ち上がりおよび下がりのう
ち、光スパイクを伴う位相シフトを行うものにのみ同期
して、該電気的信号の出力を所定期間遮断するようにし
てもよい。

【００６２】また、本発明において、前記セロダイン信
号による変調位相差の累積結果が第一の閾値に達する
と、-2πの位相シフトを生じさせるように前記セロダイ
ン信号生成手段をリセットし、かつ、前記セロダイン信
号による変調位相差の累積結果が前記第一の閾値よりも
２π低い第二の閾値に達すると、+2πの位相シフトを生
じさせるように、前記セロダイン信号生成手段をリセッ
トするリセット手段をさらに設けてもよい。

【００６３】このようにした場合、たとえば第一の閾値
を+π、第二の閾値を-πに設定することで、上記従来技
術で説明したディジタル方式の光ファイバジャイロのよ
うに、セロダイン信号による位相シフトが±2πに達し
たときに0にリセットする場合に比べ、セロダイン信号
のピーク−ピーク値を小さくすることができる。これに
より、消費電力を減らすことができる。また、たとえ
ば、前記第一の閾値を+2π、第二の閾値を0に設定する
ことで、セロダイン信号生成のための電源として、単電
源を用いることが可能となる。

【００６４】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の各実施形態につ
いて説明する。

【００６５】まず、本発明の第１実施形態について説明
する。

【００６６】図２は、本発明の第１実施形態が適用され
たディジタル方式の光ファイバジャイロの概略構成図で
ある。

【００６７】ここで、符号５００は光干渉計である。光
干渉計５００は、光源１、カプラ２、偏光子３、カプラ
４、位相変調器５、および、光ファイバが複数回巻かれ
て構成された光ファイバループ６で構成されている。

【００６８】光源１には、コヒーレンス長が長いスーパ
ルミネッセントダイオード（SLD）や、SLDよりもさらに
出力強度が高いエルビウムドウプト光ファイバ光源（ED
FS）などが用いられる。

【００６９】なお、一般に、偏光子３、カプラ４、およ
び位相変調器５は、光集積回路（IOC：Integrated Opti
cal Circuit）として、一つの基板に集積されている。
また、図２では、光ファイバループ６の一端に位相変調
器５を設けているが、これを両端に設け、光ファイバル
ープ６に対して互いに逆方向に位相変調を行うようにし
てもよい。

【００７０】光源１から発せられた光は、カプラ２およ
び偏光子３を経てカプラ４に入射され、そこで２つの光
に分割される。この２つの光のうちの一方は、光ファイ
バループ６を右回りで伝搬し、位相変調器５で位相変調
された後、カプラ４に戻る。他方は、光ファイバループ
６を左回りで伝搬し、位相変調器５で位相変調された
後、カプラ４に戻る。そして、両者は、カプラ４にて合
成される。これにより、干渉光が形成される。

【００７１】ここで、光ファイバループ６に回転角速度
Ωが加えられたとする。この際、光ファイバループ６を
互いに反対方向に伝搬している２つの光の間に光路長差
が生じ、結果として位相差が生じる。この位相差は、上
記の背景技術で説明したように、サニャック位相差φs
と呼ばれている。このサニャック位相差φsは、次式で
表される。

【００７２】 φs=(2πDL/λc)Ω (1) ここで、Dは光ファイバループ６のループ径、Lは光ファ
イバ長、λは光源１から発せられる光の波長、そして、
cは光速である。

【００７３】また、干渉光の光強度Pとサニャック位相
差φsとは、次式の関係がある。

【００７４】 P=(P₀/2)(1+cosφs) (2) ここで、P₀は、干渉光の光強度のピーク値である。

【００７５】さて、カプラ４で形成された干渉光は、受
光器７で受光され、干渉光の光強度に応じた電流信号に
変換される。この電流信号は、電流／電圧（I/V）変換
器８にて、電圧信号に変換された後、広帯域の増幅器９
で増幅される。

【００７６】増幅器９で増幅された電圧信号は、ハイパ
スフィルタや直流オフセット加算器により構成された直
流除去器２０により直流成分が除去された後、広帯域の
増幅器２２で増幅される。その後、スパイク除去器２４
にて、信号に含まれる光スパイクによる成分が除去され
る。このスパイク除去器２４は、スイッチとローパスフ
ィルタ（LPF）とを含んで構成される。その詳細につい
ては後述する。

【００７７】スパイク除去器２４で光スパイク成分が除
去された電圧信号は、セロダイン制御および変調制御の
ためのA/D変換器２６に入力され、そこで、基準信号発
生器３００からのサンプリング信号Dにしたがい、サン
プリングされて、ディジタル信号に変換される。

【００７８】なお、サンプリング信号のサンプリング周
期は、スパイク除去器２４を構成するLPFの時定数など
により異なるが、少なくとも、後述する各種位相変調の
合成信号の各ステップの継続時間（本実施形態ではτ/
2）より短く設定する必要がある。ここで、τは光ファ
イバループ６での光の伝搬時間であり、光ファイバルー
プ６の光ファイバ長をL、光ファイバループ６を構成す
る光ファイバの屈折率をn₀、光速をcとした場合、次式
で表される。

【００７９】 τ=n₀L/c (3) ディジタル信号処理器１００は、A/D変換器２６からの
出力を基に、干渉光のサニャック位相差φsに応じたジ
ャイロ出力（回転角速度あるいは回転角度）を算出す
る。

【００８０】また、ディジタル信号処理器１００は、干
渉光の位相差が、(γ+θ+δ)→(γ-θ)→(-γ-θ-δ)→
(-γ+θ)→(γ+θ-δ)→(γ-θ)→(-γ-θ+δ)→(-γ+
θ)の順番でなる一連のステップ（周期4τ、各ステップ
の継続時間τ/2）を繰り返しとるように位相変調を行わ
せるバイアス変調信号と、算出したサニャック位相差φ
sと同量・異符号の位相差を生じさせる、各階段の継続
時間がτあるいはτ/2の階段状のセロダイン信号とを合
成して、各種位相変調の合成信号を生成する。

【００８１】ただし、上記のバイアス変調信号におい
て、γ=kπ（ただし、kは1以上の整数）であり、 kが奇数：0＜θ≦π/2 kが偶数：π/2≦θ＜π とする。また、0＜δ＜θとする。

【００８２】なお、ディジタル信号処理器１００におい
て、上記のバイアス変調信号は、干渉光の光強度値に応
じて、ランダムウォーク値が最小となるように位相シフ
トの振幅θが決定される。従来の技術の欄で説明したよ
うに、ランダムウォーク値を最小にするための位相変調
振幅は、π/2からπ未満の範囲にあると云われている。
そして、このランダムウォーク値は、干渉光の光強度値
をパラメータとする関数であり、この光強度値が変化す
れば、ランダムウォーク値を最小にするための位相変調
振幅も変化する。そこで、本実施形態では、干渉光の光
強度値とランダムウォーク値を最小にするための位相変
調振幅との関係を示すテーブルを用意し、当該テーブル
参照して、干渉計５００の検出結果から求まる干渉光の
光強度値に対応する振幅θを決定するようにしている。

【００８３】また、ディジタル信号処理器１００におい
て、上記のセロダイン信号は、当該セロダイン信号によ
る変調位相差の累積結果が第一の閾値（たとえば+π）
に達すると、干渉光の位相差が-2πの位相シフトとなる
ようにリセットされ、かつセロダイン信号による変調位
相差の累積結果が第一の閾値よりも2π低い第二の閾値
に達すると、干渉光の位相差が+2πの位相シフトとなる
ようにリセットされる。これにより、セロダイン信号の
出力が無限に大きくなるのを防いでいる。

【００８４】さて、ディジタル信号処理器１００におい
て生成された各種位相変調の合成信号は、D/A変換器１
０にてアナログ信号に変換された後、ドライバ１１を介
して位相変調器５に入力される。

【００８５】これを受けて、位相変調器５は、光ファイ
バループ６を互い反対方向に伝搬する２つの光に対し
て、各種位相変調の合成信号に応じた位相変調を各々行
う。

【００８６】本実施形態による位相変調により、光ファ
イバループ６を互いに反対方向に伝搬する２つの光の間
に生ずる変調位相差と、該２つの光を再結合することで
得られる干渉光の光強度との関係について説明する。

【００８７】図１は、本実施形態の光ファイバジャイロ
による変調位相差を示している。なお、図１に示す例で
は、0＜θ≦π/2、γ=π、0＜δ≦10度に設定してい
る。ただし、本発明はこれに限定されるものではなく、
γ=kπ（kは1以上の整数）、0＜δ＜θであればよい。

【００８８】本実施形態によれば、図１に示すように、
各種位相変調の合成信号による位相シフトがγ+θ+δ
（あるいは-γ-θ-δ）のときに検出される干渉光の光
強度とγ-θ（あるいは-γ+θ）のときに検出される干
渉光の光強度との差分Xや、該位相シフトがγ+θ+δ
（あるいは-γ-θ-δ）のときに検出される干渉光の光
強度とγ+θ-δ（あるいは-γ-θ+δ）のときに検出さ
れる干渉光の光強度との差分Yや、該位相シフトがγ+θ
-δ（あるいは-γ-θ+δ）のときに検出される干渉光の
光強度とγ-θ（あるいは、-γ+θ）のときに検出され
る干渉光の光強度との差分Zを求めることができる。そ
して、これら差分X、Y、Zのうちの２つを用いること
で、光源の出力特性の変化などによる干渉光の光強度値
の変化に影響を受けることのない、位相変調の変調ゲイ
ンGに応じた信号を生成することが可能となる。このよ
うに、本実施形態によれば、光源１の出力特性の変化な
どによる干渉光の光強度値の変化に影響を受けることな
く、位相変調の変調ゲインGに応じた信号を生成するこ
とができるので、位相変調の変調ゲインGがスケールフ
ァクタ誤差を最小にする変調ゲインG₀（G₀は1を含む任
意の値、したがって1以外の場合もあり得る）となるよ
うに、変調ゲイン制御することが可能になる。

【００８９】また、本実施形態によれば、上記の差分Y
あるいは差分Xと差分Zを用いて、干渉光の光強度のピー
ク値P₀を求めることができるので、求めたピーク値P₀か
ら干渉光の光強度変化を検出し、これに応じて、セロダ
イン制御系（デジタル信号処理器１００、光干渉計５０
０、受光器７などを含むループ）のループゲインが常に
一定になるようAGC（Automatic Gain Control）制御す
ることにより、安定したセロダイン制御ひいてはジャイ
ロの回転角速度または回転角度の安定した出力が得られ
る。

【００９０】さらに、本実施形態では、上述したよう
に、ディジタル信号処理器１００において、干渉光の光
強度値とランダムウォーク値を最小にするための位相変
調振幅との関係を示すテーブルを用意し、当該テーブル
を参照して、干渉計５００の検出結果から求まる干渉光
の光強度値に対応する振幅θとなるように、上記のバイ
アス変調信号を生成している。このようにすることで、
干渉光の光強度の変化にかかわらず、ランダムウォーク
による影響を抑制することができる。

【００９１】さらに、本実施形態では、スパイク除去器
２４を設けて、受光器７から出力された干渉光の検出信
号に含まれる光スパイクによる誤差分を除去している。
これにより、より正確な変調制御を行うことが可能とな
り、ひいては、ジャイロのスケールファクタ誤差を低減
することが可能となる。また、光スパイクによる誤差分
を除去している間は、直前にホールドされた信号が出力
されるため、スイッチ手段の遮断による不連続動作の影
響を低減することができるとともに、外部からの電磁ノ
イズなどの混入を防止することができ、したがって、安
定した信号検出を行うことができるので、変調制御およ
びセロダイン制御の動作を、より安定させることができ
る。

【００９２】次に、本実施形態の主要な構成であるスパ
イク除去器２４、およびディジタル信号処理器１００に
ついて、詳しく説明する。

【００９３】まず、スパイク除去器２４について説明す
る。

【００９４】図３は、スパイク除去器２４の概略構成図
である。

【００９５】スパイク除去器２４は、図３に示すよう
に、スイッチ４０と、抵抗器およびコンデンサでなるロ
ーパスフィルタ（LPF）兼ホールド回路４２と、増幅器
４６とでなる。

【００９６】スイッチ４０は、増幅器２２から送られて
きた電圧信号の出力を、基準信号発生器３００で生成さ
れた信号Eにしたがって所定期間遮断する。ここで、信
号Eは、1/τの周波数を持ち、かつディジタル信号処理
器１００で生成される各種位相変調の合成信号に同期し
た基準信号である。また、遮断期間は、干渉光の光スパ
イクの発生時間を考慮して設定する。スイッチ４０によ
り、増幅器２２から送られてきた電圧信号に含まれる干
渉光の光スパイクによる誤差成分を除去することができ
る。

【００９７】LPF兼ホールド回路４２は、スイッチ４０
がオンのときは、スイッチ４０を介して送られてきた電
圧信号に含まれる白色雑音成分やその他の高周波電磁ノ
イズを除去する。また、スイッチ４０がオフ（遮断）の
ときは、LPF兼ホールド回路４２を構成するコンデンサ
に蓄えられた電荷により、遮断直前の電圧信号を保持す
る。この電圧信号は増幅器４６を介してA/D変換器２６
へ出力される。

【００９８】このように、LPF兼ホールド回路４２によ
り、スイッチ４０のオン・オフによる不連続動作の影響
を低減することができるとともに、外部からの電磁ノイ
ズなどの混入を防止することができる。これにより、安
定した信号検出を行うことができるので、変調制御およ
びセロダイン制御の動作を、より安定させることができ
る。

【００９９】また、電圧信号に含まれる各種雑音成分を
除去するようにLPFの時定数を設定し、帯域制限を行う
ことにより、A/D変換器２６において、最少のサンプリ
ング数によりジャイロ出力における最良のランダムウォ
ーク値を得ることができる。すなわち、極度のオーバサ
ンプルを行う必要がなくなるため、A/D変換器２６およ
びディジタル信号処理器１００の処理速度を、従来の光
ファイバジャイロに比べ低くすることができ、より安価
の部品で光ファイバジャイロを構成することが可能とな
る。

【０１００】くわえて、本実施形態では、電圧信号を増
幅器２２により十分に増幅した後、上記スパイク除去器
２４により光スパイクを除去している。この構成では、
電圧信号が十分に増幅されているので、スイッチ４０の
オン・オフによって発生するノイズの影響を効果的に低
減することができ、安定した信号検出を行う上で、より
好ましい構成となっている。

【０１０１】なお、増幅器４６は、バッファ構成となっ
ているが、増幅器４６を用いずに、LPF兼ホールド回路
４２出力を、直接、A/D変換器２６に入力するようにし
てもよい。

【０１０２】以上、スパイク除去器２４について説明し
た。

【０１０３】次に、デジタル信号処理器１００について
説明する。

【０１０４】図４は、ディジタル信号処理器１００の概
略構成図である。

【０１０５】ディジタル信号処理器１００は、図４に示
すように、信号処理部１１０と、セロダイン制御部１４
０と、変調制御部１７０と、光強度演算部２１０と、ジ
ャイロ出力演算部２４０とにより構成される。これらの
各構成は、ASIC（Application Specific Inteｇrated C
ircuits）、FPGA（Field Programmable Gate Array）な
どの集積ロジックICによりハード的に実現されるもので
もよいし、あるいは、DSP（Digital Signal Processo
r）などの計算機によりソフトウエア的に実現されるも
のでもよい。また、各構成での具体的な処理は、以下に
説明するものに限定されるものではなく、同じ機能を実
現できるものであれば、どのようなものであってもよ
い。

【０１０６】信号処理部１１０は、A/D変換器２６から
出力された信号のゲインを調節し、これを復調する。

【０１０７】図５は、図４に示す信号処理部１１０の概
略構成図である。

【０１０８】乗算器１３４は、A/D変換器２６の出力信
号と光強度演算部２１０からのAGC（Automatic Gain Co
ntrol）信号との乗算を行う。これにより、A/D変換器２
６の出力信号のゲインが常に一定になるように調整され
る。このようにすることで、セロダイン制御部１４０、
変調制御部１７０および光強度演算部２１０の動作を安
定させることが可能となり、ひいては、ジャイロの回転
角速度または回転角度を安定して出力することができ
る。

【０１０９】なお、上記の乗算器１３４の代わりに、ア
ナログ乗算器を用いてもよい。この場合、当該アナログ
乗算器は、A/D変換器２６の前段に置かれる。光強度演
算部２１０からのAGC信号は、D/A変換器によりアナログ
信号に変換された後、当該アナログ乗算器に入力され、
ここで、A/D変換器２６に入力される電圧信号のゲイン
が常に一定になるように調整される。

【０１１０】第１復調器１１２は、基準信号発生器３０
０で生成された基準信号B（周波数1/τで、たとえば±1
の２値を有するパルス信号）により、乗算器１３４の出
力信号を復調する。この復調器は、たとえば乗算器で構
成される。

【０１１１】なお、A/D変換器２６でのサンプリング間
隔がτ/2より短い場合、すなわちサンプリング点がτ/2
期間中に２カ所以上ある場合は、A/D変換器２６と第１
復調器１１２との間に平均化処理を行うフィルタを設
け、第１復調器１１２への入力信号がτ/2間隔で出力さ
れるようにする。

【０１１２】第２復調器１１４は、基準信号発生器３０
０で生成された基準信号A（周波数1/2τで、たとえば±
1の２値を有するパルス信号）により、第１復調器１１
２の出力信号を復調する。この復調器は、たとえば乗算
器で構成される。

【０１１３】第１演算器１１６は、時間2τあるいは4τ
毎に、第２復調器１１４の出力について、時間τだけず
れたもの同士の和をとって平均し出力する。この出力は
セロダイン制御部１４０を含む閉ループであるセロダイ
ン制御系の偏差信号である。

【０１１４】ここで、図１に示すような位相変調動作に
おいて、光ファイバループ６に角速度が入力され、サニ
ャック位相差φsが生じた場合を想定する。この場合、
変調位相差は図６に示すようになる。

【０１１５】図６に示すように、A/D変換器２６の出力
（検出信号）を第１復調器１１２により周波数1/τで復
調し、この復調結果を第２復調器１１４により周波数1/
2τで復調すると、復調された検出信号の符号は、2τ期
間において、τ/2毎に、(+)→(-)→(-)→(+)と変わる。
したがって、τずれた出力同士の和をとることで、セロ
ダイン信号生成のために必要なサニャック位相差φsに
応じた信号（セロダイン制御系の偏差信号）を取り出す
ことができる。

【０１１６】第２演算器１２２は、乗算器１３４の出力
信号について、図１に示すように、4τ期間において、
各種位相変調の合成信号による位相シフトがγ+θ+δ
（あるいは-γ-θ-δ）のときに検出される干渉光の光
強度に応じた信号とγ+θ-δ（あるいは-γ-θ+δ）の
ときに検出される干渉光の光強度に応じた信号の差分
Y、および、該位相シフトがγ+θ-δ（あるいは-γ-θ+
δ）のときに検出される干渉光の光強度に応じた信号と
γ-θ（あるいは、-γ+θ）のときに検出される干渉光
の光強度に応じた信号の差分Zを検出する。ここで、差
分Yは干渉光の光強度のピーク値P₀に比例した値を有す
る。この差分Yに応じた信号は、光強度演算部２１０へ
送出される。

【０１１７】第３演算器１２４は、第２演算器１２２で
検出した差分Y、Zを基に次式を満たす信号を生成する。

【０１１８】 信号=K₁・Z-Y (4) ただし、K₁=sin(G₀・(γ+θ))・sin(G₀・δ)/(sin(G₀・(θ
-δ/2))・sin(G₀・(γ-δ/2))) ここで、G₀は、光ファイバジャイロの製造過程や出荷時
において、当該ジャイロに対する検査の結果得られた、
ジャイロ出力である回転角速度または回転角度のスケー
ルファクタ誤差を最小にするゲイン値である。すなわ
ち、位相変調器５に入力する各種位相変調の合成信号の
ゲインを調節することで、位相変調の変調ゲインGを様
々な値に調整し、そのときの入力角速度とスケールファ
クタ誤差との関係を調べ、その結果得られたスケールフ
ァクタ誤差を最小にする位相変調の変調ゲインを、G₀と
して、予め設定したものである。また、γは、図１に示
す例ではπである。

【０１１９】この信号は、位相変調の変調ゲインGがG₀
のときに0となる、変調制御部１７０を含む閉ループで
ある変調制御系の偏差信号である。この偏差信号は変調
制御部１７０へ出力される。

【０１２０】ここで、図１に示すような位相変調動作に
おいて、位相変調器５による位相変調の変調ゲインGに
誤差が含まれている場合を想定する。この場合、変調位
相差は図７に示すようになる。

【０１２１】本実施形態では、後述する変調制御部１７
０において、上記の式（４）によって特定される偏差信
号が常に0になるように、位相変調器５へ出力する各種
位相変調の合成信号のゲインを調節している。上記の式
（４）は、位相変調の変調ゲインGがG₀のときに、偏差
信号が0になるよう設定されている。したがって、位相
変調の変調ゲインが、常に、ジャイロ出力のスケールフ
ァクタ誤差を最小にするゲイン値として予め設定された
値G₀となるように、各種位相変調の合成信号のゲインを
調節することができる。

【０１２２】図８（ａ）に変調ゲインGと上記の式
（４）の関係を、そして、図８（ｂ）に上記の式（４）
のG₀とK₁の関係を示す。図８（ａ）に示す例では、変調
ゲインG=0.99のときに式（４）が0になるように、すな
わち、式（４）のG₀を0.99に設定した場合の例を示して
いる。ここで、差分Y、Zの比率は、光源の出力特性の変
化などによる干渉光の光強度値の変化にかかわらず、変
調ゲインGに対して一定であるので、変調ゲインGと上記
の式（４）の関係は、干渉光の光強度値の変化に関係な
く成立する。したがって、本実施形態によれば、干渉光
の光強度値の変化にかかわらず、位相変調の変調ゲイン
を1または1以外の所望の値G₀となるように制御すること
が可能となる。

【０１２３】図４に戻って説明を続ける。

【０１２４】セロダイン制御部１４０は、信号処理部１
１０の第１演算器１１６から出力されたサニャック位相
差φsに応じた信号にしたがいセロダイン信号を生成す
る。

【０１２５】図９は、図４に示すセロダイン制御部１４
０の概略構成図である。

【０１２６】第１演算器１４２は、信号処理部１１０か
ら送られてきたサニャック位相差φsに応じた信号を2τ
あるいは4τの時間間隔で積分する。この結果は、光フ
ァイバループ６への入力角速度に比例した信号になる。

【０１２７】第２演算器１４４は、増幅器あるいはロー
パスフィルタとして機能する。なお、ゲインあるいはフ
ィルタ定数の設定は、セロダイン制御系のサーボループ
の設計にしたがい行う。

【０１２８】第３演算器１４６は、第２演算器１４４を
介して送られてきた第１演算器１４２の出力信号をτあ
るいはτ/2の時間間隔で積分する。上述したように、第
１演算器１４２の出力信号は、光ファイバループ６への
入力角速度に比例した信号である。該入力角速度が一定
ならば、第１演算器１４２の出力信号も一定となる。こ
の場合、第３演算器１４６の出力結果は、各階段の継続
時間がτあるいはτ/2で、高さが一定の階段信号にな
る。この階段信号は、セロダイン信号として、変調制御
部１７０へ出力される。

【０１２９】比較器１５０は、第３演算器１４６から出
力されたセロダイン信号による変調位相差の累積結果
が、第一の閾値、あるいは第一の閾値よりも2π低い第
二の閾値に達したか否かを判断する。そして、第一の閾
値に達した場合は、干渉光の位相差が-2πの位相シフト
となるように第３演算器１４６をリセットする。また、
第二の閾値に達した場合は、干渉光の位相差が+2πの位
相シフトとなるように第３演算器１４６をリセットす
る。

【０１３０】ここで、比較器１５０の動作を図１０〜図
１２を用いて、さらに詳しく説明する。図１０は、第一
の閾値を+2π、第二の閾値を-2πに設定した場合におけ
る、比較器１５０の動作フローを示している。

【０１３１】比較器１５０は、まず、第３演算器１４６
で生成されたセロダイン信号による変調位相差の累積結
果が2πに達したか否かを判断する（ステップ１００
１）。

【０１３２】2πに達した場合は、-2πの位相シフト
（負リセット）を行うものと判定する（ステップ１００
２）。その後、第３演算器１４６に対して、干渉光の位
相差が-2πの位相シフトとなるように指令を出す（ステ
ップ１００３）。これを受けて、第３演算器１４６は、
干渉光の位相差が、-2πの位相シフトとなるようにセロ
ダイン信号の出力を調節する。

【０１３３】一方、2πに達していない場合は、セロダ
イン信号による変調位相差の累積結果が-2πに達したか
否かを判断する（ステップ１００４）。

【０１３４】-2πに達した場合は、+2πの位相シフト
（正リセット）を行うものと判定する（ステップ１００
５）。その後、第３演算器１４６に対して、干渉光の位
相差が+2πの位相シフトとなるように指令を出す（ステ
ップ１００６）。これを受けて、第３演算器１４６は、
干渉光の位相差が+2πの位相シフトとなるようにセロダ
イン信号の出力を調節する。

【０１３５】一方、-2πに達していない場合は、リセッ
トの必要なしと判断する（ステップ１００７）。この場
合、第３演算器１４６に対して位相シフトの指令を出力
しない。

【０１３６】図１１は、第一の閾値を+2π、第二の閾値
を0に設定した場合における、比較器１５０の動作フロ
ーを示している。このフローにおいて、図１０に示すフ
ローと異なる点は、ステップ１００４の代わりにステッ
プ１００４ａを設け、ここで、セロダイン信号による変
調位相差の累積結果が0より小さくなったか否かを判断
する。そして、0より小さい場合はステップ１００５へ
移行し、そうでない場合はステップ１００７へ移行す
る。

【０１３７】図１２は、第一の閾値を+π、第二の閾値
を-πに設定した場合における、比較器１５０の動作フ
ローを示している。このフローにおいて、図１０に示す
フローと異なる点は、ステップ１００１、１００４の代
わりにステップ１００１ａ、１００４ｂを各々設けたこ
とである。

【０１３８】ステップ１００１ａでは、セロダイン信号
による変調位相差の累積結果が+πに達したか否かを判
断する。+πに達した場合はステップ１００２へ移行
し、そうでない場合はステップ１００４ｂへ移行する。

【０１３９】ステップ１００４ｂでは、セロダイン信号
による変調位相差の累積結果が-πに達したか否かを判
断する。-πに達した場合はステップ１００５へ移行
し、そうでない場合はステップ１００７へ移行する。

【０１４０】図１３に第３演算器１４６で生成されるセ
ロダイン信号の波形を示す。ここで、図１３（ａ）は図
１０に示すフローにより第３演算器１４６で生成される
セロダイン信号の波形を示しており、図１３（ｂ）は図
１１に示すフローにより第３演算器１４６で生成される
セロダイン信号の波形を示している。また、図１３
（ｃ）は図１２に示すフローにより第３演算器１４６で
生成されるセロダイン信号の波形を示している。

【０１４１】これらの波形から分かるように、図１１の
フローによれば、光ファイバループ６への入力角速度の
極性によらず、セロダイン信号を単極性で生成すること
ができる。このため、セロダイン信号生成のためのD/A
変換器やドライバを単電源で構成することが可能とな
る。

【０１４２】通常、ディジタル信号処理器１００および
基準信号発生器３００は、+5V等の単電源で動作するの
で、D/A変換器１０が単電源で動作可能であれば、電源
の共通化が可能となり、装置の小型化、低コスト化が可
能になる。

【０１４３】なお、図１１のフローにおいて、ステップ
１００１で、セロダイン信号による変調位相差の累積結
果が0より大きくなったか否かを判断し、ステップ１０
０４ａで、セロダイン信号による変調位相差の累積結果
が-2π以下になったか否かを判断するようにしても、同
様の効果を奏する。

【０１４４】また、図１２のフローによれば、セロダイ
ン信号のピーク−ピーク値は、図１０に示すフローに比
べ1/2に低減される。これにより、位相変調器５の終端
抵抗での消費電力を1/4に低減させることが可能とな
る。

【０１４５】第４演算器１５２は、後述する変調制御部
１７０で生成された変調ゲイン制御のための基準信号
（上記の式（４）で特定される位相変調の変調ゲインG
に応じた信号が0となるように、すなわち、位相変調の
変調ゲインGが所定の値G₀となるように、出力値が補正
された基準信号）に基づいて、比較器１５０で用いる第
一、第二の閾値を特定するための値や、第３演算器１４
６でのリセットによる位相シフト量を特定するための値
を出力する。たとえば、基準信号が2πの位相シフトを
行うのに必要な出力値を有する場合、この基準信号の出
力値から第一、第二の閾値を特定するための値やリセッ
トによる位相シフト量を特定するための値を算出して出
力する。

【０１４６】また、第４演算器１５２は、上記の基準信
号による変調ゲインの制御に伴い必要となるジャイロ出
力演算のためのスケールファクタ修正値を、ジャイロ出
力演算部２４０へ出力する。

【０１４７】図４に戻って説明を続ける。

【０１４８】変調制御部１７０は、θの位相シフトを行
うのに必要な値を有する第１の定出力信号を変調するこ
とで得られた周波数1/τの矩形波でなる第１の位相変調
信号と、δの位相シフトを行うのに必要な値を有する第
２の定出力信号を変調することで得られた、パルス幅τ
/2のパルスが時間間隔2τ毎に正負交互に現れる第２の
位相変調信号と、γの位相シフトを行うのに必要な値を
有する第３の定出力信号とを合成し、これを周波数1/2
τで変調することで、干渉光の位相差が、(γ+θ+δ)→
(γ-θ)→(-γ-θ-δ)→(-γ+θ)→(γ+θ-δ)→(γ-
θ)→(-γ-θ+δ)→(-γ+θ)の順番でなる一連のステッ
プ（周期4τ、各ステップの継続時間τ/2）を繰り返し
とるように位相変調を行わせるバイアス変調信号を生成
する。

【０１４９】そして、上記のようにして生成したバイア
ス変調信号と、セロダイン制御部１４０で生成したセロ
ダイン信号とを合成して、各種位相変調の合成信号を生
成する。

【０１５０】図１４は、図４に示す変調制御部１７０の
概略構成図である。

【０１５１】基準値記憶部１９６には、θ、γおよびδ
の位相シフトを各々行わせるために必要な出力値を生成
するための基準値（たとえば、2πの位相シフトを行わ
せるために必要な出力値）が記憶されており、この値を
基準信号として出力する。

【０１５２】第１演算器１７２は、信号処理部１１０か
ら送られてきた変調制御系の偏差信号（上記の式（４）
で特定される変調ゲインGに応じた信号）を積分する積
分器である。

【０１５３】第２演算器１７４は、増幅器あるいはロー
パスフィルタである。変調制御系のサーボループの設計
に合わせてゲインあるいはフィルタ定数を設計する。

【０１５４】第３演算器１９０は、第２演算器１７４か
ら出力された変調制御系の偏差信号にしたがい、基準値
記憶部１９６から出力された基準信号を調節する。たと
えば、変調制御系の偏差信号が正の値を有する場合は基
準信号の出力値（たとえば、2πの位相シフトを行うの
に必要な値）が小さくなるように調節し、変調制御系の
偏差信号が負の値を有する場合は、基準信号の出力値が
大きくなるように調節する。

【０１５５】このようにすることで、変調制御系の動作
（サーボループ）により、変調制御系の偏差信号が0と
なるように、すなわち、変調ゲインGが所定の値G₀とな
るように、出力値が補正された基準信号を生成する。こ
の第３演算器１９０には、たとえば加算器などが用いら
れる。

【０１５６】振幅θ発生器２０２は、第３演算器１９０
にて出力値が補正された基準信号を基に、光強度演算部
２１０から送られてきた位相変調の振幅値θの位相シフ
トを行うのに必要な値を有する定出力信号を生成する。
たとえば、基準信号が2πの位相シフトを行うのに必要
な出力値を有する場合、この基準信号の出力値から光強
度演算部２１０で決定されたθの位相シフトを行うのに
必要な値を算出して出力する。

【０１５７】振幅δ発生器１８０は、第３演算器１９０
にて出力値が補正された基準信号を基に、δの位相シフ
トを行わせるために必要な値を有する定出力信号を生成
する。たとえば、基準信号が2πの位相シフトを行うの
に必要な出力値を有する場合、この基準信号の出力値か
らδの位相シフトを行うのに必要な値を算出して出力す
る。

【０１５８】振幅γ発生器２０８は、第３演算器１９０
にて出力値が補正された基準信号を基に、γの位相シフ
トを行わせるために必要な値を有する定出力信号を生成
する。たとえば、基準信号が2πの位相シフトを行うの
に必要な出力値を有する場合、この基準信号の出力値か
らγの位相シフトを行うのに必要な値を算出して出力す
る。

【０１５９】位相変調発生器２０４は、基準信号発生器
３００で生成された基準信号B（周波数1/τ、たとえば
±1の２値をとるパルス信号）にしたがい、振幅θ発生
器２０２で生成された定出力信号を変調し、これによ
り、周波数1/τの矩形波でなる第１の位相変調信号を生
成する。この位相変調発生器２０４は、たとえば乗算器
で構成される。

【０１６０】δ変調発生器１８２は、基準信号発生器３
００で生成された上記の基準信号Ｂを基に、各ステップ
の継続時間がτ/2で1→0→0→0という一連のステップを
繰り返すパルス信号を生成し、これを、基準信号発生器
３００で生成された基準信号C（周波数1/4τで、たとえ
ば±1の２値をとるパルス信号）で変調する。これによ
り、各ステップの継続時間がτ/2で1→0→0→0→-1→0
→0→0という一連ステップを繰り返すパルス信号を生成
する。

【０１６１】次に、δ変調発生器１８２は、この生成し
たパルス信号にしたがい、振幅δ発生器１８０で生成さ
れた定出力信号を変調し、これにより、パルス幅τ/2の
パルスが時間間隔2τ毎に正負交互に現れる第２の位相
変調信号を生成する。

【０１６２】加算器２０６は、位相変調発生器２０４で
生成された第１の位相変調信号と、δ変調発生器１８２
で生成された第２の位相変調信号と、振幅γ発生器２０
８で生成された定出力信号とを、同期させて加算する。

【０１６３】変調発生器２００は、基準信号発生器３０
０で生成された基準信号A（位相変調の動作点切換周波
数1/2τで、たとえば±1の２値をとるパルス信号）によ
り、加算器２０６の出力信号を変調する。これにより、
干渉光の位相差が、(γ+θ+δ)→(γ-θ)→(-γ-θ-δ)
→(-γ+θ)→(γ+θ-δ)→(γ-θ)→(-γ-θ+δ)→(-γ
+θ)の順番でなる一連のステップ（周期4τ、各ステッ
プの継続時間τ/2）を繰り返しとるように位相変調を行
わせるバイアス変調信号を生成する。

【０１６４】加算器１７６は、変調発生器２００で生成
されたバイアス変調信号とセロダイン制御部１４０で生
成されたセロダイン信号とを加算して、各種位相変調の
合成信号を生成する。

【０１６５】図１５に、変調制御部１７０の各部での出
力信号波形を示す。

【０１６６】図１５（ａ）は位相変調発生器２０４の出
力信号（第１の位相変調信号）波形を、図１５（ｂ）は
δ変調発生器１８２の出力信号（第２の位相変調信号）
波形を、図１５（ｃ）は加算器２０６の出力信号波形
を、そして、図１５（ｄ）は、変調発生器２００の出力
信号（バイアス変調信号）波形を示している。

【０１６７】図１５（ａ）に示す第１の位相変調信号
は、時間τに対して対称波形となっており、τ時間ずれ
たもの同士の差がゼロである。光ファイバループ６を互
いに反対方向に伝搬する２つの光の位相差は、τ時間ず
れたもの同士の間で発生するため、図１５（ａ）に示し
た第１の位相変調信号では、干渉光において、位相差を
発生させることができない。すなわち、位相変調がかか
らない。

【０１６８】図１５（ｄ）に示すバイアス変調信号は、
図１５（ａ）に示す第１の位相変調信号と図１５（ｂ）
に示す第２の位相変調信号と振幅γ発生器２０８で生成
された定出力信号とを同期させて加算した信号（図１５
（ｃ）に示す信号）を、周波数1/2τで変調したもので
ある。周波数1/2τで変調することにより、バイアス変
調信号は、時間τ毎に極性が交互に変わり、τ時間ずれ
たもの同士の間で生じる干渉光の位相差を発生させる。
この周期4τ、各ステップの継続時間τ/2のバイアス変
調信号により、干渉光の位相差が、(γ+θ+δ)→(γ-
θ)→(-γ-θ-δ)→(-γ+θ)→(γ+θ-δ)→(γ-θ)→
(-γ-θ+δ)→(-γ+θ)の順番でなる一連のステップ
（周期4τ、各ステップの継続時間τ/2）を繰り返しと
るように位相変調を行わせることができる。

【０１６９】なお、光ファイバループ６を互いに反対方
向に伝搬する２つの光の位相差は、τ時間ずれたもの同
士の間で発生するので、上記第１の位相変調信号とし
て、位相変調器５に対し、θ/2の位相シフトを行わせる
よう設定することにより、干渉光の位相差において、振
幅θの位相シフトを発生させることができる。

【０１７０】また、上記第２の位相変調信号として、位
相変調器５に対して、各ステップの継続時間τ/2で、(+
δ)→0→0→0→(-δ)→0→0→0でなる一連の位相シフト
を繰り返しとるように位相変調を行わせるものを用いる
ことで、干渉光の位相差において、各ステップの継続時
間τ/2で、(+δ)→0→(-δ)→0→(-δ)→0→(+δ)→0で
なる一連の位相シフトを繰り返し発生させることができ
る。

【０１７１】さらに、上記γの位相シフトを行うのに必
要な定出力信号として、位相変調器５に対し、γ/2の位
相シフトを行わせるよう設定することにより、干渉光の
位相差において、振幅γの位相シフトを発生させること
ができる。

【０１７２】図４に戻って説明を続ける。

【０１７３】光強度演算部２１０は、信号処理部１１０
の第２演算器１２２で求めた干渉光の光強度のピーク値
P₀に比例した信号Y（差分Yに応じた信号）と、変調制御
部１７０から出力されたθ、δおよびγの位相シフトを
行うのに必要な値を各々有する定出力信号とに基づい
て、干渉光の光強度のピーク値P₀を求める。そして、予
め用意された、干渉光の光強度のピーク値とランダムウ
ォーク値を最小とする最適位相変調振幅との対応関係を
示すテーブルを参照して、求めたピーク値P₀に応じた位
相変調の振幅値θを決定する。

【０１７４】また、光強度演算部２１０は、求めたピー
ク値P₀を基に、セロダイン制御系のループゲインを一定
にするためのAGC信号を生成する。このAGC信号は、上述
した信号処理部１１０の乗算器１３４へ出力される。

【０１７５】さらに、光強度演算部２１０は、予め用意
された、干渉光の光強度のピーク値と光ファイバジャイ
ロの入出力のスケールファクタ誤差を補正するためのス
ケールファクタ補正係数との対応関係を示すテーブルを
参照し、求めたピーク値P₀に応じたスケールファクタ補
正係数を決定する。

【０１７６】図１６は、図４に示す光強度演算部２１０
の概略構成図である。

【０１７７】第１演算器２１２は、信号処理部１１０の
第２演算器１２２で求めた干渉光の光強度のピーク値P₀
に比例した信号Yと、変調制御部１７０から出力された
θ、δおよびγの位相シフトを行うのに必要な値を各々
有する定出力信号とに基づいて、干渉光の光強度のピー
ク値P₀を求めるための演算処理を行う。

【０１７８】この演算処理は、次式により行われる。

【０１７９】 P₀=Y/(-sin(G₀・δ)・sin(G₀・(γ+θ))) (5) ここで、図１に示す例ではγ=πである。この演算処理
は、高速に処理する必要がない。msec前後の間隔で処理
すればよい。したがって、信号処理部１１０の第２演算
器１２２で求めた信号Yを平均化し、この平均化された
値を用いて、上記の式（５）により干渉光の光強度のピ
ーク値P₀を求めるようにしてもよい。

【０１８０】第２演算器２１４は、図示していないが、
干渉光の光強度のピーク値とランダムウォーク値を最小
とする最適位相変調振幅との対応関係を示すテーブルを
記憶している。そして、第１演算器２１２で算出された
干渉光の光強度のピーク値P₀に応じた最適位相変調振幅
を前記テーブルから検索し、これを位相変調の振幅値θ
として変調制御部１７０の振幅θ発生器２０２へ出力す
る。

【０１８１】レジスタ２１６は、干渉計５００の組み立
て時に第１演算器２１２にて最初に算出された干渉光の
光強度のピーク値を、初期値として記憶する。

【０１８２】第３演算器２１８は、第１演算器２１２で
求めた干渉光の光強度のピーク値P₀とレジスタ２１６に
記憶された初期値との差分を求める。

【０１８３】第４演算器２２０は、第３演算器２１８の
結果を積分する。この積分結果を、AGC信号として、信
号処理部１１０の乗算器１３４へ出力する。

【０１８４】第５演算器２２２は、図示していないが、
干渉光の光強度のピーク値と光ファイバジャイロの入出
力のスケールファクタ誤差を補正するためのスケールフ
ァクタ補正係数との対応関係を示すテーブルを記憶して
いる。そして、第１演算器２１２で算出された干渉光の
光強度のピーク値P₀に応じたスケールファクタ補正係数
を前記テーブルから検索して、ジャイロ出力演算部２４
０へ出力する。

【０１８５】ここで、干渉光の光強度のピーク値とラン
ダムウォーク値を最小にする最適位相変調振幅との関係
について説明する。なお、干渉光の光強度のピーク値と
光ファイバジャイロの入出力のスケールファクタ誤差を
補正するためのスケールファクタ補正係数との関係につ
いては後述する。

【０１８６】光ファイバジャイロにより検出される干渉
光の光強度に応じた信号には、以下に説明するような、
数種類のランダムノイズが重畳している。

【０１８７】．光源１の相対強度雑音 最初に、光源１の相対強度雑音（RIN：Relative Intens
ity Noise）が干渉計５００の出力光に重畳する。RINは
以下のように定義される。

【０１８８】 RIN[dB/Hz]≡10・log(δP²/Pa²/B) (6) N´_RIN[1/(Hz^1/2)]≡δP/Pa/B^1/2 (7) ここで、δP²は光強度のゆらぎの２乗平均値であり、Pa
は平均光強度であり、Bは実数領域のみで定義された等
価帯域幅である。

【０１８９】任意の位相変調振幅Ψ[rad]が印加されて
いる場合の平均強度は、次式で表される。

【０１９０】 P_a=(P₀/２)・(1+cosΨ) (8) これにより、干渉計５００の出力光に含まれるランダムノイズ量は、 N´_RIN・P_a[Wrms/(Hz^1/2)] =N´_RIN・(P₀/2)・(1+cosΨ) (9 ) となる。

【０１９１】．受光器７でのショットノイズ 次に、RINが重畳した干渉計５００の出力光は、受光器
７にて電流信号に変換されるが、このとき、変換された
信号の出力値に相関したショットノイズが重畳される。
このショットノイズは次式のように定義される。

【０１９２】 N´_SN[Arms/(Hz^1/2)]≡(2・e・i)^1/2 =(e・P₀・S・(1+cosΨ))^1/2 (10) ここで、eは電子の電荷量（=1.6×10^-19[c]）であり、i
は光を変換することで発生した平均電流値[A]であり、S
は受光器７の感度[A/W]である。また、N´_SNは、実数領
域のみにおいて定義されたノイズの実効値である。

【０１９３】．電流／電圧変換器８でのノイズ 次に、ショットノイズが重畳した電流信号は、電流／電
圧変換器８において電圧信号に変換される。この際、使
用した抵抗のサーマルノイズやその他の電流・電圧ノイ
ズが重畳する。サーマルノイズおよび電流・電圧ノイズ
は、次式で表される。

【０１９４】 N´_TN[Vrms/(Hz^1/2)]≡(4・k・R・T)^1/2 (11) N´_VN[Vrms/(Hz^1/2)]≡(V_N ²+(I_N・R)²)^1/2 (12 ) ここで、kはボルツマン定数（=1.38×10^-23[J/゜K]）で
あり、Rは電流／電圧変換器８の抵抗値[Ω]であり、Tは
絶対温度[゜K]を表し、N´_TNは実数領域のみにおいて定
義されたノイズの実効値である。また、V_Nは演算増幅器
の電圧ノイズ、I_Nは電流ノイズである。N´_VNは実数領
域のみにおいて定義されたノイズの実効値である。

【０１９５】以上説明した〜のランダムノイズが重
畳した電圧信号は、A/D変換器２６にてサンプリングさ
れ、その後、ディジタル信号処理器１００において、セ
ロダイン制御や回転角速度（回転角度）演算等に供され
る。電圧信号におけるランダムノイズ量は、上記の
（９）〜（１２）式より、 V_noise[Vrms/(Hz^1/2)] =((N´_RIN・(P₀/2)・S・R(1+cosΨ))²+R²・e ・P₀・S・(1+cosΨ)+N´_TN ²+N´_VN ²)^1/2 (13) で表される。この式から、任意の位相変調振幅Ψに対す
るランダムウォーク値の理論式を導くことができる。

【０１９６】光ファイバループ６に角速度Ω[rad/s]が
入力され、これによりサニャック位相差φs[rad]が発生
した場合を想定する。上述したように、本実施形態で
は、この位相差φsに応じた干渉光の光強度を、光ファ
イバループ６を互いに反対方向に伝搬する２つの光に振
幅Ψ[rad]で位相変調することで検出している。

【０１９７】いま、上述したランダムノイズを考慮しな
ければ、サニャック位相差φsが発生している振幅Ψで
位相変調された干渉光の光強度P(+Ψ)、P(-Ψ)は、次式
で表される。

【０１９８】 P(+Ψ)=(P₀/2)・(1+cos(φs+Ψ)) (14) P(-Ψ)=(P₀/2)・(1+cos(φs-Ψ)) (15) したがって、同期検波による復調信号V_outは、 V_out=(P(+Ψ)-P(-Ψ))・S・R・1/2 =(P₀/2)・(cos(φs+Ψ)-cos(φs-Ψ))・S・R・1/2 =-(P₀/2)・S・R・sin(φs)・sin(Ψ) (16) ここで、この式（１６）に上記の式（１）を代入すると、 V_out=-(P₀/2)・S・R ・sin{2π・D・L・Ω/(λ・c)}・sin(Ψ) (17) この式から入力角速度Ωを算出すると、 Ω=(λ・c/(2π・D・L)) ・sin^-1[V_out/{(-P₀/2)・S・R・sin(Ψ)}] (18) となる。

【０１９９】ジャイロのランダムウォーク値RWKは、複
素領域で定義された等価帯域幅±2Bで定義されることが
一般的であるため、1/(2^1/2)をかけて、実数領域定義か
ら複素領域定義に変換すると、上記の式(１３）、（１
８）より、以下のように表される。

【０２００】 RWK[rad/(s^1/2)] ＝λ・c/(2π・D・L) ・sin^-1[V_noise/{(-P₀/2)・S・R・sin(Ψ)}]・{1/(2^1/2)} ＝λ・c/(2π・D・L・2^1/2) ・sin^-1[{N´_RIN・(P₀/2)・S・R ・(1+cos(Ψ))}²+R²・e・P₀・S ・(1+cos(Ψ))+N´_TN ²+N´_VN ²]^1/2 /{(-P₀/2)・S・R・sin(Ψ)} (19) RWK[゜/(h^1/2)] ＝λ・c/(2π・D・L・2^1/2) ・sin^-1[{N´_RIN・(P₀/2)・S・R・(1+cos(Ψ))}²+R²・e ・P₀・S・(1＋cos(Ψ))＋N´_TN ²＋N´_VN ²]^1/2 /{(-P₀/2)・S・R・sin(Ψ)} ・(3600)^1/2・180/π (20 ) 上記の式（１９）、（２０）から分かるように、ランダ
ムウォーク値は、干渉光の光強度のピーク値P₀と位相変
調振幅とをパラメータとする関数であり、干渉光の光強
度のピーク値P₀が変われば、ランダムウォーク値を最小
とする位相変調振幅も変わる。

【０２０１】図１７に、光源１の相対強度雑音RINを-11
5[dB/Hz]、干渉光の光強度のピーク値P₀を2〜50μWとし
たときの、ランダムウォーク値−位相変調振幅値特性を
示す。ここで、横軸は干渉光特性のcos曲線における変
調の深さΨであり、γ=πの場合はγ-θの値を表し、γ
=2πの場合はθの値を表す。

【０２０２】この図によれば、干渉光の光強度のピーク
値P₀によってランダムウォーク値を最小とする位相変調
の振幅値も変わることが分かる。たとえば、P₀=50μWで
の最適振幅値は約170度であるが、P₀=2μWでは130度で
ある。

【０２０３】そこで、本実施形態では、第２演算器２１
４に、上記の式（１９）、（２０）式から求まる干渉光
の光強度のピーク値P₀とランダムウォーク値を最小とす
る最適位相変調振幅との対応関係を示すテーブルを予め
記憶しておき、第１演算器２１２で算出された干渉光の
光強度のピーク値P₀に応じた最適位相変調振幅を前記テ
ーブルから検索している。

【０２０４】図４に戻って説明を続ける。

【０２０５】ジャイロ出力演算部２４０は、セロダイン
制御部１４０の第１演算器１４２から送られてきたサニ
ャック位相差φsに応じた信号にしたがい、光ファイバ
ループ６への入力回転角速度あるいは回転角度を算出す
る。

【０２０６】図１８は、図４に示すジャイロ出力演算部
２４０の概略構成図である。

【０２０７】第１演算器２４２は、セロダイン制御部１
４０の第１演算器１４２から送られてきたサニャック位
相差φs、すなわち光ファイバループ６への入力回転角
速度に応じた信号を時間積分する。この結果は、光ファ
イバループ６の回転角度に比例したものとなる。なお、
平均回転角速度を求める場合は、この積分結果をさらに
積分時間で除算してやればよい。

【０２０８】レジスタ２４４には、光ファイバジャイロ
の初期状態における、入出力のスケールファクタ値が記
憶される。

【０２０９】第２演算器２４６は、レジスタ２４４に記
憶されたスケールファクタ値と、光強度演算部２１０の
第５演算器２２２から送られてきたスケールファクタ補
正係数と、セロダイン制御部１４０の第４演算器１５２
から送られてきた、変調制御部１７０の第３演算器１９
０で生成した基準信号（出力値が正しく補正された基準
信号）による変調ゲイン制御に伴い必要となるスケール
ファクタ修正値とを用いて、第１演算器２４２の出力を
補正する。これにより、光ファイバループ６への入力回
転角速度あるいは回転角度を算出する。この第２演算器
２４６は、たとえば乗算器で構成される。

【０２１０】ここで、干渉光の光強度のピーク値と光フ
ァイバジャイロの入出力のスケールファクタ誤差を補正
するためのスケールファクタ補正係数との関係について
説明する。

【０２１１】光ファイバジャイロの出力値（具体的に
は、ジャイロ出力演算部２４０で算出される回転角速度
あるいは回転角度）は、干渉光の光強度のピーク値P₀の
変化に相関して変化する。これは、以下の理由によるも
のと考えられる。

【０２１２】光ファイバループ６への入力回転角速度Ω
に対するジャイロ出力演算部２４０での角度増分をθ
_angleとした場合、セロダイン信号のリセットにより2π
の位相シフトが発生した場合の角度増分θ_sngleは、次
式で表される。

【０２１３】 θ_angle=n₀・λ/D (21) この式は、セロダイン信号の各階段の継続時間τを用いて、等価的に、 θ_angle=c・λ・τ/D/L (22 ) で表すことができる。

【０２１４】ところで、干渉光の光強度のピーク値P₀の
変化は、光源１から光ファイバループ６を介して受光器
７に至るまでの光路における損失が変化した場合に発生
するが、それらの損失特性は光の波長によって異なる。
本実施形態において、光ファイバジャイロに用いる光源
１は、上述したように、コヒーレンス長が長く、また、
波長のスペクトル特性は数十〜数百nmに渡り広く分布し
ている。そのため、損失の変化により、光強度が変化
し、実効的な光の重心波長値が変化する。この結果、上
記の式（２１）、（２２）における重心波長λ値が変化
して、角度増分θ _angleが変化する。これが、入出力の
スケールファクタ誤差になるものと考えられる。

【０２１５】本発明者等が確認したところ、スケールフ
ァクタの感度は、光強度値10％の変化に対し、おおよそ
数十〜数百ｐｐｍであった。光強度値は、温度や経年変
化等により容易に変化してしまう。これでは、数〜数十
ppm以下のスケールファクタ誤差が要求される高性能な
光ファイバジャイロに用いることができない。

【０２１６】そこで、本実施形態では、上述したよう
に、光強度演算部２１０の第５演算器２２２において、
干渉光の光強度のピーク値と、スケールファクタ補正係
数（レジスタ２４４に格納されたスケールファクタ値の
補正係数）との対応関係を示すテーブルを予め記憶し、
光強度演算部２１０の第１演算器２１２で算出された干
渉光の光強度のピーク値に応じたスケールファクタ補正
係数を前記テーブルから検索している。そして、ジャイ
ロ出力演算部２４０の第２演算器２４６において、検索
した補正係数を用いてレジスタに記憶されたスケールフ
ァクタ値を補正している（具体的には、レジスタに記憶
されたスケールファクタ値に補正係数を乗算した結果
を、ジャイロ出力演算部２４０の第１演算器２４２から
出力された回転角度あるいは平均角速度に応じた結果に
乗算する）。

【０２１７】このようにすることで、光強度値の変化に
よって生じるスケールファクタ誤差を補正している。

【０２１８】以上、本発明の第１実施形態について説明
した。

【０２１９】本実施形態では、変調制御部１７０におい
て、干渉光の位相差が、(γ+θ+δ)→(γ-θ)→(-γ-θ
-δ)→(-γ+θ)→(γ+θ-δ)→(γ-θ)→(-γ-θ+δ)→
(-γ+θ)の順番でなる一連のステップ（周期4τ、各ス
テップの継続時間τ/2）を繰り返しとるように位相変調
を行わせるバイアス変調信号と、光ファイバジャイロへ
の入力角速度に応じたサニャック位相差φsと同量・異
符号の位相差を生じさせる、各階段の継続時間がτある
いはτ/2の階段状のセロダイン信号とを合成して、各種
位相変調の合成信号を生成し、これを位相変調器５に入
力している。

【０２２０】そして、信号処理部１１０において、各種
位相変調の合成信号による位相シフトがγ+θ+δ（ある
いは-γ-θ-δ）のときに検出される干渉光の光強度と
γ+θ-δ（あるいは-γ-θ+δ）のときに検出される干
渉光の光強度との差分Y、および、該位相シフトがγ+θ
-δ（あるいは-γ-θ+δ）のときに検出される干渉光の
光強度とγ-θ（あるいは、-γ+θ）のときに検出され
る干渉光の光強度との差分Zを求めている。そして、差
分Y、Zを用いて位相変調の変調ゲインGに応じた信号を
生成し、当該信号にしたがい、各種位相変調の合成信号
のゲインを制御している。ここで、差分Y、Zの比率は、
光源の出力特性の変化などによる干渉光の光強度値の変
化にかかわらず、変調ゲインGに対して一定である。

【０２２１】したがって、本実施形態によれば、差分
Y、Zを用いることにより、光源の出力特性の変化などに
よる干渉光の光強度値の変化に影響を受けない、位相変
調の変調ゲインGに応じた信号を生成することができる
ので、位相変調の変調ゲインGがスケールファクタ誤差
を最小にする変調ゲインG₀（G₀は1を含む任意の値、し
たがって1以外の場合もあり得る）となるように、変調
ゲイン制御することが可能になる。

【０２２２】また、本実施形態では、上記の差分Yを用
いて干渉光の光強度のピーク値P₀を求め、求めたピーク
値P₀から光干渉計５００を構成する光源１やその他の光
学部品などの特性変化による干渉光の光強度値の変化を
検出し、これに応じて光干渉計５００からの出力信号ゲ
インが一定になるようにAGC制御している。具体的に
は、光干渉計５００からの出力信号が低下したときに、
電気的に信号を大きくすることで、出力信号ゲインが一
定になるように制御している。

【０２２３】このようにすることで、セロダイン制御系
のループゲインを常に一定にすることができ、安定した
セロダイン制御、ひいてはジャイロの回転角速度または
回転角度を安定して出力することができる。

【０２２４】また、本実施形態では、光強度演算部２１
０において、干渉光の光強度のピーク値とランダムウォ
ーク値を最小とする最適位相変調振幅との対応関係を示
すテーブルを参照し、上記のようにして求めた干渉光の
光強度のピーク値P₀に応じた最適位相変調振幅を前記テ
ーブルから検索し、これを位相変調の振幅値θとして変
調制御部１７０の振幅θ発生器２０２へ出力している。

【０２２５】このようにすることで、干渉光の光強度の
ピーク値P₀の変化にかかわらず、ランダムウォークによ
る影響の少ない位相変調が行えるように、各種位相変調
の合成信号を生成することができる。

【０２２６】また、本実施形態では、信号処理部１１０
において、A/D変換器２６の出力を第１復調器１１２に
より周波数1/τで復調し、この復調結果を第２復調器１
１４により周波数1/2τで復調することで、時間2τにお
いて、極性がτ/2毎に(+)→(-)→(-)→(+)と変わる検出
信号を生成している。そして、上記の検出信号につい
て、第１演算器１１６により、時間2τまたは4τ毎に、
時間τだけずれたものの同士の和をとって平均すること
で、セロダイン信号生成のために必要なサニャック位相
差φsに応じた信号（セロダイン制御系の偏差信号）を
取り出している。

【０２２７】このようにすることで、たとえば、温度や
振動などによる光強度のゆらぎや受光器７の出力からA/
D変換器２６の入力部までにおける低周波電磁ノイズの
混入などにより、光干渉計５００からの出力信号に、あ
る傾きをもった直流成分が重畳している場合、この直流
成分の変動分をキャンセルすることができる。すなわ
ち、上記の検出信号について、時間τだけずれたものの
同士の和に含まれる直流成分の変動分はその極性が交互
に変わるので、時間2τまたは4τ毎に平均化することで
直流成分の変動分をキャンセルすることができる。これ
により、より正確なサニャック位相差検出が可能とな
り、また、ジャイロ出力（回転角速度または回転角度）
の精度を向上させることができる。

【０２２８】また、本実施形態では、上述したように、
前記バイアス変調信号により干渉光の位相差を発生さ
せ、この際に検出される干渉光の光強度値を用いて、サ
ニャック位相差、位相変調の変調ゲインおよび干渉光の
光強度値の変化を検出することができるので、セロダイ
ン制御、変調制御、および光強度演算のための検出信号
を共有することができる。このため、セロダイン制御、
変調制御、および光強度演算用の検出信号生成のための
A/D変換器が１つで済む。

【０２２９】さらに、本実施形態によれば、以下のよう
な効果を有する。

【０２３０】従来のデジタル方式の光ファイバジャイロ
では、たとえば、米国特許第４７０５３９９号記載のよ
うに、セロダイン信号（デジタルの階段状ランプ）に対
して、該信号が2πに達すると-2πの位相シフトを行う
ようにリセットするとともに、セロダイン信号と位相変
調信号との合成信号に対しても、該信号が2πに達する
と-2πの位相シフトを行うようにリセットしている。

【０２３１】このため、セロダイン信号と位相変調信号
との合成信号が2πに達してから、セロダイン信号が2π
に達するまで、リセットが繰り返し行われることにな
る。特に、光ファイバジャイロへの入力角速度が非常に
低い場合、リセットの繰り返しが長時間に渡って行われ
ることになるため、ロックイン現象と呼ばれる、入力角
速度測定を測定不可能な不感帯が発生してしまう。

【０２３２】これに対し、本実施形態では、セロダイン
信号に対してのみリセットを行うようにしているので、
光ファイバジャイロへの入力角速度が非常に低い場合
に、リセットが繰り返し行われることはない。したがっ
て、低入力角速度時におけるロックイン現象を防止する
ことができる。

【０２３３】次に、本発明の第２実施形態について説明
する。

【０２３４】上記の第１実施形態では、変調ゲイン制御
として、位相変調の変調ゲインGが予め設定された所定
の値G₀となるように、変調制御部１７０の振幅θ発生器
２０２、振幅δ発生器１８０および振幅γ発生器２０８
で生成される各定出力信号の出力値を調節するととも
に、セロダイン制御部１５２の比較器１５０、第３演算
器１４６で用いる第一、第二の閾値やセロダイン信号の
リセットによる位相シフト量を調節することで、各種位
相変調の合成信号のゲインを制御した。これに対し、本
実施形態では、変調ゲイン制御として、位相変調の変調
ゲインGが予め設定された所定の値G₀となるように、生
成された各種位相変調の合成信号自体の振幅を調節する
ようにしている。

【０２３５】図１９は、本発明の第２実施形態が適用さ
れた光ファイバジャイロで用いるディジタル信号処理器
１００ａの概略構成図である。

【０２３６】なお、本実施形態の光ファイバジャイロの
その他の構成は図１に示す第１実施形態のものと同様で
あるので、その説明を省略する。

【０２３７】図１９に示す本実施形態で用いるディジタ
ル信号処理器１００ａが図４に示す第１実施形態で用い
るディジタル信号処理器１００と異なる点は、セロダイ
ン制御部１４０、変調制御部１７０およびジャイロ出力
演算部２４０に代えて、それぞれ、セロダイン制御部１
４０ａ、変調制御部１７０ａおよびジャイロ出力演算部
２４０ａを用いたことである。その他の構成は、図４に
示すディジタル信号処理器１００と同様である。

【０２３８】図２０は、図１９に示すセロダイン制御部
１４０ａの概略構成図である。この図において、図９に
示すセロダイン制御部１４０と同じものには同じ符号を
付している。

【０２３９】図２０に示すセロダイン制御部１４０ａが
図９に示すセロダイン制御部１４０と異なる点は、第４
演算器１５２に代えて基準値記憶部１４８を設けたこと
である。基準値記憶部１４８は、比較器１５０で用いる
第一、第二の閾値を特定するための値や第３演算器１４
６でのリセットによる位相シフト量を特定するための値
を格納している。

【０２４０】上述したように、本実施形態では、変調ゲ
イン制御として、位相変調の変調ゲインGが予め設定さ
れた所定の値G₀となるように、生成された各種位相変調
の合成信号自体の振幅を調節するようにしている。した
がって、第１実施形態のように、変調ゲイン制御のため
に、比較器１５０で用いる第一、第二の閾値を特定する
ための値や第３演算器１４６でのリセットによる位相シ
フト量を特定するための値を調整して、セロダイン信号
に対してゲインを調整する必要がない。

【０２４１】そこで、本実施形態では、比較器１５０で
用いる第一、第二の閾値を特定するための値や第３演算
器１４６でのリセットによる位相シフト量を特定するた
めの値として、予め定められた一定値を基準値記憶部１
４８に格納するようにしている。

【０２４２】図２１は、図１９に示す変調制御部１７０
ａの概略構成図である。この図において、図１４に示す
変調制御１４０と同じものには同じ符号を付している。

【０２４３】図２１に示す変調制御部１７０ａが図１４
に示す変調制御部１７０と異なる点は、第１演算器１７
２、第２演算器１７４、および第３演算器１９０に代え
て、第１演算器１７２ａ、第２演算器１７４ａ、および
乗算器１７８を設けたことである。

【０２４４】第１演算器１７２ａは、信号処理部１１０
から送られてきた変調制御系の偏差信号（上記の式
（４）で特定される変調ゲインGに応じた信号）を積分
する積分器である。

【０２４５】第２演算器１７４ａは、増幅器あるいはロ
ーパスフィルタである。変調制御系のサーボループの設
計に合わせてゲインあるいはフィルタ定数を設計する。

【０２４６】乗算器１７８は、第２演算器１７４から出
力された変調制御系の偏差信号がゼロとなるように、す
なわち位相変調の変調ゲインGが予め設定された所定の
値G₀となるように、加算器１７６から出力された各種位
相変調の合成信号のゲインを調節する。

【０２４７】このように、本実施形態では、位相変調の
変調ゲインGが予め設定された所定の値G₀となるよう
に、生成された各種位相変調の合成信号自体の振幅を調
節することで、変調ゲイン制御を行っている。したがっ
て、第１実施形態のように、変調ゲイン制御のために、
振幅θ発生器２０２より出力されるθの位相シフトを行
うために必要な定出力信号、振幅δ発生器１８０より出
力されるδの位相シフトを行うために必要な定出力信
号、および、振幅γ発生器２０８より出力されるγの位
相シフトを行うために必要な定出力信号の出力値を調節
する必要がない。このため、基準値記憶部１９６に格納
されている値を、直接、振幅θ発生器２０２、振幅δ発
生器１８０および振幅γ発生器２０８に与えるようにし
ている。

【０２４８】図２２は、図１９に示すジャイロ出力演算
部２４０ａの概略構成図である。この図において、図１
８に示すジャイロ出力演算部２４０と同じものには同じ
符号を付している。

【０２４９】図２２に示すジャイロ出力演算部２４０ａ
が図１８に示すジャイロ出力演算部２４０と異なる点
は、第２演算器２４６に代えて第２演算器２４６ａを設
けたことである。第２演算器２４６ａは、レジスタ２４
４に記憶されたスケールファクタ値と、光強度演算部２
１０の第５演算器２２２から送られてきたスケールファ
クタ補正係数とを用いて、第１演算器２４２の出力を補
正する。これにより、光ファイバループ６への入力回転
角速度あるいは回転角度を算出する。

【０２５０】以上、本発明の第２実施形態について説明
した。

【０２５１】本実施形態においても、第１実施形態と同
様、位相変調の変調ゲインGがスケールファクタ誤差を
最小にする変調ゲインG₀（G₀は1を含む任意の値、した
がって1以外の場合もあり得る）となるように、変調ゲ
イン制御することが可能になる。

【０２５２】ただし、本実施形態では、図２１に示すよ
うに、加算器１７６の出力側に乗算器１７８を設け、こ
の乗算器１７８により、変調制御系の偏差信号がゼロと
なるように（すなわち位相変調の変調ゲインGが予め設
定された所定の値G₀となるように）、加算器１７６から
出力された各種位相変調の合成信号の振幅を調節するこ
とで、変調ゲインの制御を行っている。この場合、乗算
器１７６において、各種位相変調の合成信号の各ステッ
プの時間幅、すなわち時間τ/2毎に演算処理を行うこと
が要求される。たとえば、光ファイバループ６の光ファ
イバ長Lを100m〜2kmとした場合、光ファイバループ６で
の光伝搬時間τは、上記の式（３）より、約500nsec〜1
0μsecとなる。この場合、本実施形態では、τ/2毎の演
算、すなわち、250nsec〜5μsec毎の演算が必要とな
る。

【０２５３】これに対し、第１実施形態では、変調ゲイ
ン制御として、変調制御系の偏差信号がゼロとなるよう
に（すなわち位相変調の変調ゲインGが予め設定された
所定の値G₀となるように）、変調制御部１７０の振幅θ
発生器２０２、振幅δ発生器１８０および振幅γ発生器
２０８で生成される各定出力信号の出力値を調節すると
ともに、セロダイン制御部１５２の比較器１５０、第３
演算器１４６で用いる第一、第二の閾値やセロダイン信
号のリセットによる位相シフト量を調節することで、各
種位相変調の合成信号のゲインを制御している。

【０２５４】このため、第１実施形態では、変調ゲイン
を修正するのに必要な処理速度で演算を行えばよい。通
常、数msec以下の処理速度で演算を行えば、十分な変調
ゲイン制御が可能となる。

【０２５５】したがって、第１実施形態は、本実施形態
に比べ変調ゲイン制御に要求される演算処理の速度を低
速にすることができる。この点、第１実施形態の方が有
利といえる。

【０２５６】以上、本発明の各実施形態について説明し
た。

【０２５７】なお、本発明は上記の各実施形態に限定さ
れるものではなく、様々な変形が可能である。

【０２５８】たとえば、上記の各実施形態では、信号処
理部１１０の第２演算器１２２により、各種位相変調の
合成信号による位相シフトがγ+θ+δ（あるいは-γ-θ
-δ）のときに検出される干渉光の光強度とγ+θ-δ
（あるいは-γ-θ+δ）のときに検出される干渉光の光
強度との差分Y、および、該位相シフトがγ+θ-δ（あ
るいは-γ-θ+δ）のときに検出される干渉光の光強度
とγ-θ（あるいは、-γ+θ）のときに検出される干渉
光の光強度との差分Zを求め、第３演算器１２４におい
て、上記の式（４）により変調ゲインGに応じた信号
（変調ゲインGが所定の値G₀のときに0となる変調制御系
の偏差信号）を生成している。

【０２５９】しかしながら、本発明はこれに限定される
ものではない。信号処理部１１０の第２演算器１２２に
より、各種位相変調の合成信号による位相シフトがγ+
θ+δ（あるいは-γ-θ-δ）のときに検出される干渉光
の光強度とγ-θ（あるいは-γ+θ）のときに検出され
る干渉光の光強度との差分X、該位相シフトがγ+θ+δ
（あるいは-γ-θ-δ）のときに検出される干渉光の光
強度とγ+θ-δ（あるいは-γ-θ+δ）のときに検出さ
れる干渉光の光強度との差分Y、および、該位相シフト
がγ+θ-δ（あるいは-γ-θ+δ）のときに検出される
干渉光の光強度とγ-θ（あるいは、-γ+θ）のときに
検出される干渉光の光強度との差分Zのうちのいずれか
２つを求め、第３演算器１２４において、第２演算器１
２２で求めた差分X、Y、Zのうちのいずれか２つを用い
ることで、変調ゲインGに応じた信号（変調ゲインGが所
定の値G₀のときに0となる変調制御系の偏差信号）を生
成するようにしてもよい。

【０２６０】たとえば、第３演算器１２４において、第
２演算器１２２で検出した差分X、Yを基に次式を満たす
信号を生成するようにしてもよい。

【０２６１】 信号=K₂・X-Y (23) ただし、K₂=sin(G₀・(γ+θ))・sin(G₀・δ)/(sin(G₀・(θ
+δ/2))・sin(G₀・(γ+δ/2))) この信号も、上記の式（４）で示された信号と同様、位
相変調の変調ゲインGがG₀のときに0となる、変調制御部
１７０を含む閉ループである変調制御系の偏差信号であ
る。

【０２６２】図２３（ａ）に変調ゲインGと上記の式
（２３）の関係を、そして、図２３（ｂ）に上記の式
（２３）のG₀とK₂の関係を示す。図２３（ａ）に示す例
では、変調ゲインG=1.01のときに式（２３）が0になる
ように、すなわち、式（２３）のG₀を1.01に設定した場
合の例を示している。ここで、差分X、Yの比率は、光源
の出力特性の変化などによる干渉光の光強度値の変化に
かかわらず、変調ゲインGに対して一定であるので、変
調ゲインGと上記の式（２３）の関係は、干渉光の光強
度値の変化に関係なく成立する。したがって、この場合
でも、干渉光の光強度値の変化にかかわらず、位相変調
の変調ゲインを1または1以外の所望の値G₀となるように
制御することが可能となる。

【０２６３】また、第３演算器１２４において、第２演
算器１２２で検出した差分X、Zを基に次式を満たす信号
を生成するようにしてもよい。

【０２６４】 信号=X+K₃・Z (24) ただし、K₃=-sin(G₀・(θ+δ/2))・sin(G₀・(γ+δ/2))/
(sin(G₀・(θ-δ/2))・sin(G₀・(γ-δ/2))) この信号も、上記の式（４）や式（２３）で示された信
号と同様、位相変調の変調ゲインGがG₀のときに0とな
る、変調制御部１７０を含む閉ループである変調制御系
の偏差信号である。

【０２６５】図２４（ａ）に変調ゲインGと上記の式
（２４）の関係を、そして、図２４（ｂ）に上記の式
（２４）の差分X、Zと変調ゲインGの関係を示す。図２
４（ａ）に示す例では、変調ゲインG=1のときに式（２
４）が0になるように、すなわち、式（２４）のG₀を1に
設定した場合の例を示している。ここで、差分X、Zの比
率は、図２４（ｂ）に示すように、光源の出力特性の変
化などによる干渉光の光強度値の変化にかかわらず、変
調ゲインGに対して一定であるので、変調ゲインGと上記
の式（２４）の関係は、干渉光の光強度値の変化に関係
なく成立する。したがって、この場合でも、干渉光の光
強度値の変化にかかわらず、位相変調の変調ゲインを1
または1以外の所望の値G₀となるように制御することが
可能となる。

【０２６６】なお、第２演算器１２２において差分X、Z
を検出するようにした場合、光強度演算部２１０の第１
演算器２１２は、この差分X、Zを用いて、次式により干
渉光の光強度のピーク値P₀を求めるようにすればよい。

【０２６７】 P₀=(X-Z)/(-sin(G₀・δ)・sin(G₀・(γ+θ))) (25) また、上記の各実施形態では、変調制御部１７０、１７
０ａにおいて、θの位相シフトを行うのに必要な値を有
する第１の定出力信号を変調することで得られた周波数
1/τの矩形波でなる第１の位相変調信号と、δの位相シ
フトを行うのに必要な値を有する第２の定出力信号を変
調することで得られた、パルス幅τ/2のパルスが時間間
隔2τ毎に正負交互に現れる第２の位相変調信号と、γ
の位相シフトを行うのに必要な値を有する第３の定出力
信号とを合成し、これを周波数1/2τで変調すること
で、干渉光の位相差が、(γ+θ+δ)→(γ-θ)→(-γ-θ
-δ)→(-γ+θ)→(γ+θ-δ)→(γ-θ)→(-γ-θ+δ)→
(-γ+θ)の順番でなる一連のステップ（周期4τ、各ス
テップの継続時間τ/2）を繰り返しとるように位相変調
を行わせるバイアス変調信号を生成している。そして、
上記のようにして生成したバイアス変調信号と、セロダ
イン制御部１４０で生成したセロダイン信号とを合成し
て、各種位相変調の合成信号を生成している。

【０２６８】しかしながら、バイアス変調信号は、上記
のものに限定されるものではない。バイアス変調信号
は、干渉光の位相差が、±(γ-θ)、±(γ+θ+δ)、お
よび±(γ+θ-δ)の６値、あるいは、±(γ+θ)、±(γ
-θ-δ)、および±(γ-θ+δ)の６値を、所定の時間間
隔且つ所定の順番で繰り返しとるように位相変調を行わ
せるものであればよい。

【０２６９】たとえば、θの位相シフトを行うのに必要
な値を有する第１の定出力信号を変調することで得られ
た周波数1/τの矩形波でなる第１の位相変調信号と、δ
の位相シフトを行うのに必要な値を有する第２の定出力
信号を変調することで得られた、パルス幅τ/2のパルス
が時間間隔2τ毎に正負交互に現れる第２の位相変調信
号と、γの位相シフトを行うのに必要な値を有する第３
の定出力信号とを合成し、これを周波数1/2τで変調す
ることで、干渉光の位相差が、(γ-θ)→(γ+θ+δ)→
(-γ+θ)→(-γ-θ-δ)→(γ-θ)→(γ+θ-δ)→(-γ+
θ)→(-γ-θ+δ)の順番でなる一連のステップ、もしく
は、(γ-θ-δ)→(γ+θ)→(-γ+θ+δ)→(-γ-θ)→
(γ-θ+δ)→(γ+θ)→(-γ+θ-δ)→(-γ-θ)の順番で
なる一連のステップ、あるいは、(γ+θ)→(γ-θ-δ)
→(-γ-θ)→(-γ+θ+δ)→(γ+θ)→(γ-θ+δ)→(-γ
-θ)→(-γ+θ-δ)の順番でなる一連のステップ（周期4
τ、各ステップの継続時間τ/2）を繰り返しとるように
位相変調を行わせるバイアス変調信号を生成するように
してもよい。

【０２７０】これは、変調制御部１７０、１７０ａにお
いて、第１の位相変調信号、第２の位相変調信号および
第３の定出力信号を生成し、これらを加算器２０６によ
り加算し、それから、変調発生器２００により、周波数
1/2τの変調信号で変調してバイアス変調信号を生成す
る際に、第１の位相変調信号、第２の位相変調信号、お
よび周波数1/2τの変調信号の各位相（同期）関係を調
整することで実現できる。

【０２７１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
安定動作が可能な高精度のディジタル方式の光ファイバ
ジャイロを提供することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態における干渉光の光強度
と変調位相差との関係を説明するための図である。

【図２】本発明の第１実施形態が適用されたディジタル
方式の光ファイバジャイロの概略構成図である。

【図３】図１に示すスパイク除去器２４の概略構成図で
ある。

【図４】図１に示すディジタル信号処理器１００の概略
構成図である。

【図５】図４に示す信号処理部１１０の概略構成図であ
る。

【図６】図１に示すような位相変調動作において、光フ
ァイバループ６に角速度が入力され、サニャック位相差
φsが生じた場合の変調位相差を説明するための図であ
る。

【図７】図１に示すような位相変調動作において、位相
変調器５による位相変調の変調ゲインGに誤差が含まれ
ている場合の変調位相差を説明するための図である。

【図８】式（４）により示される変調制御系の偏差信号
と変調ゲインGとの関係を示す図である。

【図９】図４に示すセロダイン制御部１４０の概略構成
図である。

【図１０】図９において、第一の閾値を+2π、第二の閾
値を-2πに設定した場合における、比較器１５０の動作
フローを示す図である。

【図１１】図９において、第一の閾値を+2π、第二の閾
値を0に設定した場合における、比較器１５０の動作フ
ローを示す図である。

【図１２】図９において、第一の閾値を+π、第二の閾
値を-πに設定した場合における、比較器１５０の動作
フローを示す図である。

【図１３】図９に示す第３演算器１４６で生成されるセ
ロダイン信号の波形を示す図である。

【図１４】図４に示す変調制御部１７０の概略構成図で
ある。

【図１５】図１４に示す変調制御部１７０の各部での出
力信号の波形を示す図である。

【図１６】図４に示す光強度演算部２１０の概略構成図
である。

【図１７】光源１の相対強度雑音RINを-115[dB/Hz]、干
渉光の光強度のピーク値P₀を2〜50μWとしたときのラン
ダムウォーク値−位相変調振幅値特性を示す図である。

【図１８】図４に示すジャイロ出力演算部２４０の概略
構成図である。

【図１９】本発明の第２実施形態が適用された光ファイ
バジャイロに用いるディジタル信号処理器１００ａの概
略構成図である。

【図２０】図１９に示すセロダイン制御部１４０ａの概
略構成図である。

【図２１】図１９に示す変調制御部１７０ａの概略構成
図である。

【図２２】図１９に示すジャイロ出力演算部２４０ａの
概略構成図である。

【図２３】式（２３）により示される変調制御系の偏差
信号と変調ゲインGとの関係を示す図である。

【図２４】式（２４）により示される変調制御系の偏差
信号と変調ゲインGとの関係を示す図である。

【図２５】従来のジャイロによる変調位相差を説明する
ための図である。

【図２６】従来のジャイロによる変調位相差を説明する
ための図である。

【図２７】従来のジャイロによる変調位相差を説明する
ための図である。

【図２８】図２６に示すような位相変調動作において、
位相変調の変調ゲインGに誤差が含まれている場合の変
調位相差を説明するための図である。

【図２９】図２７に示すような位相変調動作において、
位相変調の変調ゲインGに誤差が含まれている場合の変
調位相差を説明するための図である。

【図３０】位相変調の変調ゲインGと、光ファイバジャ
イロの入力レートと出力レートの関係において生ずるス
ケールファクタ誤差との関係の一例を示した図である。

【符号の説明】

１…光源 ２、４…カプラ ３…偏光子 ５…位相変調器 ６…光ファイバループ ７…受光器 ８…電流／電圧（Ｉ／Ｖ）変換器 ９、２２…増幅器 １０…Ｄ／Ａ変換器 １１…ドライバ ２０…直流除去器 ２４…スパイク除去器 ２６…Ａ／Ｄ変換器 ４０…スイッチ ４２…ＬＰＦ ４６…演算増幅器 １００、１００ａ…ディジタル信号処理器 １１０…信号処理部 １１２…第１復調器 １１４…第２復調器 １１６、１４２、１７２、１７２ａ、２１２、２４２…
第１演算器 １２２、１４４、１７４、１７４ａ、２１４、２４６、
２４６ａ…第２演算器 １２４、１４６、１９０、２１８…第３演算器 １３４、１７８…乗算器 １５２、２２０…第４演算器 １４０、１４０ａ…セロダイン制御部 １４８、１９６…基準値記憶部 １５０…比較器 １７０、１７０ａ…変調制御部 １７６、２０６…加算器 １８０…振幅δ発生器 １８２…δ変調発生器 ２００…変調発生器 ２０２…振幅θ発生器 ２０４…位相変調発生器 ２０８…振幅γ発生器 ２１０…光強度演算部 ２１６、２４４…レジスタ ２２２・・・第５演算器 ２４０、２４０ａ・・・ジャイロ出力演算部 ３００・・・基準信号発生器 ５００・・・干渉計

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 諸星 幹雄 東京都大田区南蒲田２丁目16番46号 株 式会社トキメック内 (72)発明者 山本 貫志 東京都大田区南蒲田２丁目16番46号 株 式会社トキメック内 (56)参考文献 特開 平11−304498（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−42974（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−42976（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−129861（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−239911（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−170869（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−255613（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01C 19/64 - 19/72

Claims (27)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光ファイバループを互いに反対方向に伝搬
   する２つの光を再結合することで得られる干渉光のサニ
   ャック位相差に応じた回転角速度または回転角度を検出
   する光ファイバジャイロであって、 前記干渉光の光強度を検出して電気信号に変換する受光
   手段と、 前記受光手段により検出された干渉光の光強度に応じた
   信号に基づいて、前記干渉光のサニャック位相差に応じ
   た信号を算出するサニャック位相差演算手段と、 前記サニャック位相差演算手段で生成された前記干渉光
   のサニャック位相差に応じた信号にしたがい、前記干渉
   光のサニャック位相差を打ち消すための階段状波でなる
   セロダイン信号を生成するセロダイン信号生成手段と、 前記干渉光の位相差が、±(γ-θ)、±(γ+θ+δ)およ
   び±(γ+θ-δ)の６値、あるいは、±(γ+θ)、±(γ-
   θ-δ)および±(γ-θ+δ)の６値を、所定の時間間隔且
   つ所定の順番で繰り返しとるように位相変調を行わせる
   バイアス変調信号と、前記セロダイン信号生成手段で生
   成されたセロダイン信号とを合成して、各種位相変調の
   合成信号を生成する合成信号生成手段と、 前記合成信号生成手段で生成された各種位相変調の合成
   信号にしたがい、前記２つの光を各々位相変調する位相
   変調器と、 前記受光手段により検出された干渉光の光強度に応じた
   信号に基づいて、前記バイアス変調信号による位相シフ
   トの際に発生する変調ゲインに応じた信号を生成する変
   調ゲイン演算手段と、 前記変調ゲイン演算手段で生成された変調ゲインに応じ
   た信号にしたがい、当該変調ゲイン演算手段で生成され
   る変調ゲインが所定の値G₀となるように、前記各種位相
   変調の合成信号のゲインを制御する変調ゲイン制御手段
   と、を備えることを特徴とする光ファイバジャイロ。
2. 【請求項２】請求項１記載の光ファイバジャイロであっ
   て、 前記所定の値G₀は、ジャイロ出力である回転角速度また
   は回転角度のスケールファクタ誤差を最小にするゲイン
   値として予め設定された値であることを特徴とする光フ
   ァイバジャイロ。
3. 【請求項３】請求項１または２記載の光ファイバジャイ
   ロであって、 前記変調ゲイン演算手段は、 前記各種位相変調の合成信号による位相シフトがγ+θ+
   δ（あるいは-γ-θ-δ）のときに前記受光手段により
   検出された信号と該位相シフトがγ+θ-δ（あるいは-
   γ-θ+δ）のときに前記受光手段により検出された信号
   との差分Y、および、該位相シフトがγ+θ-δ（あるい
   は-γ-θ+δ）のときに前記受光手段により検出された
   信号と該位相シフトがγ-θ（あるいは、-γ+θ）のと
   きに前記受光手段により検出された信号との差分Zを求
   め、 信号=K₁・Z-Y ただし、K₁=sin(G₀・(γ+θ))・sin(G₀・δ)/(sin(G₀・(θ
   -δ/2))・sin(G₀・(γ-δ/2))) を満たす信号を、前記変調ゲインに応じた信号として出
   力するものであり、 前記変調ゲイン制御手段は、 前記変調ゲイン演算手段から出力される信号が零になる
   ように、前記各種位相変調の合成信号のゲインを制御す
   ることを特徴とする光ファイバジャイロ。
4. 【請求項４】請求項１または２記載の光ファイバジャイ
   ロであって、 前記変調ゲイン演算手段は、 前記各種位相変調の合成信号による位相シフトがγ+θ+
   δ（あるいは-γ-θ-δ）のときに前記受光手段により
   検出された信号と該位相シフトがγ-θ（あるいは-γ+
   θ）のときに前記受光手段により検出された信号との差
   分X、および、該位相シフトがγ+θ+δ（あるいは、-γ
   -θ-δ）のときに前記受光手段により検出された信号と
   該位相シフトがγ+θ-δ（あるいは-γ-θ+δ）のとき
   に前記受光手段により検出された信号との差分Yを求
   め、 信号=K₂・X-Y ただし、K₂=sin(G₀・(γ+θ))・sin(G₀・δ)/(sin(G₀・(θ
   +δ/2))・sin(G₀・(γ+δ/2))) を満たす信号を、前記変調ゲインに応じた信号として出
   力するものであり、 前記変調ゲイン制御手段は、 前記変調ゲイン演算手段から出力される信号が零になる
   ように、前記各種位相変調の合成信号のゲインを制御す
   ることを特徴とする光ファイバジャイロ。
5. 【請求項５】請求項１または２記載の光ファイバジャイ
   ロであって、 前記変調ゲイン演算手段は、 前記各種位相変調の合成信号による位相シフトがγ+θ+
   δ（あるいは-γ-θ-δ）のときに前記受光手段により
   検出された信号と該位相シフトがγ-θ（あるいは-γ+
   θ）のときに前記受光手段により検出された信号との差
   分X、および、該位相シフトがγ+θ-δ（あるいは-γ-
   θ+δ）のときに前記受光手段により検出された信号と
   該位相シフトがγ-θ（あるいは、-γ+θ）のときに前
   記受光手段により検出された信号との差分Zを求め、 信号=X+K₃・Z ただし、K₃=-sin(G₀・(θ+δ/2))・sin(G₀・(γ+δ/2))/
   (sin(G₀・(θ-δ/2))・sin(G₀・(γ-δ/2))) を満たす信号を、前記変調ゲインに応じた信号として出
   力するものであり、 前記変調ゲイン制御手段は、 前記変調ゲイン演算手段から出力される信号が零になる
   ように、前記各種位相変調の合成信号のゲインを制御す
   ることを特徴とする光ファイバジャイロ。
6. 【請求項６】請求項１または２記載の光ファイバジャイ
   ロであって、 前記合成信号生成手段は、 θの位相シフトを行うのに必要な出力値を有する第一の
   定出力信号を生成する第一の定出力信号生成手段と、 δの位相シフトを行うのに必要な出力値を有する第二の
   定出力信号を生成する第二の定出力信号生成手段と、 γの位相シフトを行うのに必要な出力値を有する第三の
   定出力信号を生成する第三の定出力信号生成手段と、 前記第一の定出力信号生成手段、前記第二の定出力信号
   生成手段および前記第三の定出力信号生成手段で生成さ
   れた各定出力信号を用いて、前記バイアス変調信号を生
   成するバイアス変調信号生成手段と、 前記バイアス変調信号生成手段で生成されたバイアス変
   調信号と前記セロダイン信号生成手段で生成されたセロ
   ダイン信号とを加算して、前記各種位相変調の合成信号
   を生成する第一の加算手段と、を有することを特徴とす
   る光ファイバジャイロ。
7. 【請求項７】請求項６記載の光ファイバジャイロであっ
   て、 前記バイアス変調信号生成手段は、 前記第一の定出力信号生成手段で生成された第一の定出
   力信号を変調して、周波数1/τ（ただし、τは前記光フ
   ァイバループでの光の伝搬時間）の矩形波でなる第一の
   位相変調信号を生成する第一の変調手段と、 前記第二の定出力信号生成手段で生成された第二の定出
   力信号を変調して、パルス幅τ/2のパルスが時間間隔2
   τ毎に正負交互に現れる第二の位相変調信号を生成する
   第二の変調手段と、 前記第一の変調手段で生成された第一の位相変調信号と
   前記第二の変調手段で生成された第二の位相変調信号と
   前記第三の定出力信号生成手段で生成された第三の定出
   力信号とを加算して信号を生成する第二の加算手段と、 前記第二の加算手段で生成された信号を周波数1/2τで
   変調することで、前記干渉光の位相差が、γ+θ+δ、γ
   -θ、-γ-θ-δ、-γ+θ、γ+θ-δ、γ-θ、-γ-θ+
   δ、-γ+θの順番でなる一連のステップ、γ-θ、γ+θ
   +δ、-γ+θ、-γ-θ-δ、γ-θ、γ+θ-δ、-γ+θ、-
   γ-θ+δの順番でなる一連のステップ、γ-θ-δ、γ+
   θ、-γ+θ+δ、-γ-θ、γ-θ+δ、γ+θ、-γ+θ-
   δ、-γ-θの順番でなる一連のステップ、あるいは、γ
   +θ、γ-θ-δ、-γ-θ、-γ+θ+δ、γ+θ、γ-θ+
   δ、-γ-θ、-γ+θ-δの順番でなる一連のステップ
   （周期4τ、各ステップの継続時間τ/2）を繰り返しと
   るように位相変調を行わせるバイアス変調信号を生成す
   る第三の変調手段と、を備えることを特徴とする光ファ
   イバジャイロ。
8. 【請求項８】請求項７記載の光ファイバジャイロであっ
   て、 前記サニャック位相差演算手段は、 前記受光手段により検出した信号を1/τの周波数で復調
   する第一の復調手段と、 前記第一の復調手段の出力を1/2τの周波数で復調する
   第二の復調手段と、 前記第二の復調手段の出力を、時間2τまたは4τ毎に、
   時間τだけずれたもの同士の和をとって平均化すること
   で、前記干渉光のサニャック位相差に応じた信号を生成
   する演算手段と、を備え、 前記セロダイン信号は、τまたはτ/2の継続時間を有す
   る階段状の信号であることを特徴とする光ファイバジャ
   イロ。
9. 【請求項９】請求項６、７または８記載の光ファイバジ
   ャイロであって、 前記変調ゲイン制御手段は、 前記変調ゲイン演算手段で生成された変調ゲインに応じ
   た信号にしたがい、前記第一の定出力信号生成手段、前
   記第二の定出力信号生成手段および前記第三の定出力信
   号生成手段で生成される各定出力信号の出力値と、前記
   セロダイン信号生成手段で生成されるセロダイン信号の
   出力値とを調節することで、前記各種位相変調の合成信
   号のゲインを制御することを特徴とする光ファイバジャ
   イロ。
10. 【請求項１０】請求項６、７または８記載の光ファイバ
    ジャイロであって、 前記変調ゲイン制御手段は、 前記変調ゲイン演算手段で生成された変調ゲインに応じ
    た信号にしたがい、前記第一の加算手段の出力値を調節
    することで、前記各種位相変調の合成信号のゲインを制
    御することを特徴とする光ファイバジャイロ。
11. 【請求項１１】請求項１または２記載の光ファイバジャ
    イロであって、 前記受光手段により検出された干渉光の光強度に応じた
    信号に基づいて、前記干渉光のサニャック位相差に応じ
    た回転角速度または回転角度を算出するジャイロ出力演
    算手段と、 前記受光手段により検出された干渉光の光強度に応じた
    信号に基づいて、前記干渉光の光強度値を求める光強度
    演算手段と、をさらに備え、 前記ジャイロ出力演算手段は、 前記光強度演算手段で求めた前記干渉光の光強度値に応
    じて算出結果を補正して出力することを特徴とする光フ
    ァイバジャイロ。
12. 【請求項１２】請求項１１記載の光ファイバジャイロで
    あって、 前記ジャイロ出力演算手段は、 光強度値とジャイロ出力である回転角速度または回転角
    度のスケールファクタ誤差を補正するための補正係数と
    の対応関係を示すテーブルを有し、当該テーブルに示さ
    れた、前記光強度演算手段で求めた前記干渉光の光強度
    値に対応する補正係数にしたがって、算出結果を補正し
    て出力することを特徴とする光ファイバジャイロ。
13. 【請求項１３】請求項１１または１２記載の光ファイバ
    ジャイロであって、 前記光強度演算手段で求めた前記干渉光の光強度値と所
    定の基準値との差分にしたがい、AGC（Automatic Gain
    Control）信号を生成するAGC信号生成手段と、 前記AGC信号生成手段で生成されたAGC信号にしたがい、
    前記受光手段で検出された信号のゲインを制御するルー
    プゲイン制御手段と、をさらに備えることを特徴とする
    光ファイバジャイロ。
14. 【請求項１４】請求項１１、１２または１３記載の光フ
    ァイバジャイロであって、 前記合成信号生成手段は、 θの位相シフトを行うのに必要な出力値を有する第一の
    定出力信号を生成する第一の定出力信号生成手段と、 δの位相シフトを行うのに必要な出力値を有する第二の
    定出力信号を生成する第二の定出力信号生成手段と、 γの位相シフトを行うのに必要な出力値を有する第三の
    定出力信号を生成する第三の定出力信号生成手段と、 前記第一の定出力信号生成手段、前記第二の定出力信号
    生成手段および前記第三の定出力信号生成手段で生成さ
    れた各定出力信号を用いて、前記バイアス変調信号を生
    成するバイアス変調信号生成手段と、 前記バイアス変調信号生成手段で生成されたバイアス変
    調信号と前記セロダイン信号生成手段で生成されたセロ
    ダイン信号とを加算して、前記各種位相変調の合成信号
    を生成する第一の加算手段と、を有し、 前記第一の定出力信号生成手段は、 前記光強度演算手段で求めた前記干渉光の光強度値に応
    じてθの値が変わるように、前記第一の定出力信号の出
    力値を変えることを特徴とする光ファイバジャイロ。
15. 【請求項１５】請求項１４記載の光ファイバジャイロで
    あって、 前記第一の定出力信号生成手段は、 光強度値とθとの対応関係を示すテーブルを有し、当該
    テーブルに示された、前記光強度演算手段で求めた前記
    干渉光の光強度値に対応するθの位相シフトを行うのに
    必要な出力値を有する前記第一の定出力信号を生成する
    ことを特徴とする光ファイバジャイロ。
16. 【請求項１６】請求項１１、１２、１３、１４または１
    ５記載の光ファイバジャイロであって、 前記光強度演算手段は、 前記各種位相変調の合成信号による位相シフトがγ+θ+
    δ（あるいは、-γ-θ-δ）のときに前記受光手段によ
    り検出された信号と該位相シフトがγ+θ-δ（あるいは
    -γ-θ+δ）のときに前記受光手段により検出された信
    号との差分Yを求め、求めた差分Yを基に、前記干渉光の
    光強度値として、当該干渉光のピーク値を求めることを
    特徴とする光ファイバジャイロ。
17. 【請求項１７】請求項１６記載の光ファイバジャイロで
    あって、 前記光強度演算手段は、 前記干渉光の光強度のピーク値をP₀とした場合、 P₀=Y/(-sin(G₀・δ)・sin(G₀・(γ+θ))) により、前記干渉光の光強度のピーク値を求めることを
    特徴とする光ファイバジャイロ。
18. 【請求項１８】請求項１１、１２、１３、１４または１
    ５記載の光ファイバジャイロであって、 前記光強度演算手段は、 前記各種位相変調の合成信号による位相シフトがγ+θ+
    δ（あるいは-γ-θ-δ）のときに前記受光手段により
    検出された信号と該位相シフトがγ-θ（あるいは-γ+
    θ）のときに前記受光手段により検出された信号との差
    分X、および、該位相シフトがγ+θ-δ（あるいは-γ-
    θ+δ）のときに前記受光手段により検出された信号と
    該位相シフトがγ-θ（あるいは、-γ+θ）のときに前
    記受光手段により検出された信号との差分Zを求め、求
    めた差分X、Zを基に、前記干渉光の光強度値として、当
    該干渉光のピーク値を求めることを特徴とする光ファイ
    バジャイロ。
19. 【請求項１９】請求項１８記載の光ファイバジャイロで
    あって、 前記光強度演算手段は、 前記干渉光の光強度のピーク値をP₀とした場合、 P₀=(X-Z)/(-sin(G₀・δ)・sin(G₀・(γ+θ))) により、前記干渉光の光強度のピーク値を求めることを
    特徴とする光ファイバジャイロ。
20. 【請求項２０】請求項１または２記載の光ファイバジャ
    イロであって、 前記受光手段の出力側に接続されたスイッチ手段と、 前記スイッチ手段の出力側に接続されたホールド手段
    と、をさらに備え、 前記スイッチ手段は、 前記合成信号生成手段で生成された各種位相変調の合成
    信号の立ち上がりおよび下がりに同期して、前記受光手
    段により検出された信号の出力を所定期間遮断するもの
    であり、 前記ホールド手段は、 前記スイッチング手段を介して前記受光手段から送られ
    てきた信号の値を所定時間維持するものであることを特
    徴とする光ファイバジャイロ。
21. 【請求項２１】請求項２０記載の光ファイバジャイロで
    あって、 前記ホールド手段は、 抵抗とコンデンサとでなるフィルタであることを特徴と
    する光ファイバジャイロ。
22. 【請求項２２】請求項１または２記載の光ファイバジャ
    イロであって、 前記セロダイン信号による変調位相差の累積結果が第一
    の閾値に達すると、-2πの位相シフトを生じさせるよう
    に、前記セロダイン信号生成手段をリセットし、かつ、
    前記セロダイン信号による変調位相差の累積結果が前記
    第一の閾値よりも2π低い第二の閾値に達すると、+2π
    の位相シフトを生じさせるように、前記セロダイン信号
    生成手段をリセットするリセット手段をさらに備えるこ
    とを特徴とする光ファイバジャイロ。
23. 【請求項２３】請求項２２記載の光ファイバジャイロで
    あって、 前記第一の閾値は+πであり、前記第二の閾値は-πであ
    ることを特徴とする光ファイバジャイロ。
24. 【請求項２４】請求項２２記載の光ファイバジャイロで
    あって、 前記第一の閾値は+2πであり、前記第二の閾値は0であ
    ることを特徴とする光ファイバジャイロ。
25. 【請求項２５】請求項２２、２３または２４記載の光フ
    ァイバジャイロであって、 前記合成信号生成手段は、 θの位相シフトを行うのに必要な出力値を有する第一の
    定出力信号を生成する第一の定出力信号生成手段と、 δの位相シフトを行うのに必要な出力値を有する第二の
    定出力信号を生成する第二の定出力信号生成手段と、 γの位相シフトを行うのに必要な出力値を有する第三の
    定出力信号を生成する第三の定出力信号生成手段と、 前記第一の定出力信号生成手段、前記第二の定出力信号
    生成手段および前記第三の定出力信号生成手段で生成さ
    れた各定出力信号を用いて、前記バイアス変調信号を生
    成するバイアス変調信号生成手段と、 前記バイアス変調信号生成手段で生成されたバイアス変
    調信号と前記セロダイン信号生成手段で生成されたセロ
    ダイン信号とを加算して、前記各種位相変調の合成信号
    を生成する第一の加算手段と、を有し、 前記変調ゲイン制御手段は、 前記変調ゲイン演算手段で生成された変調ゲインに応じ
    た信号にしたがい、前記第一の定出力信号生成手段、前
    記第二の定出力信号生成手段および前記第三の定出力信
    号生成手段で生成される各定出力信号の出力値と、前記
    セロダイン信号生成手段で生成されるセロダイン信号の
    出力値とを調節することで、前記各種位相変調の合成信
    号のゲインを制御するものであり、 かつ、前記セロダイン信号生成手段で生成されるセロダ
    イン信号の出力値の調節は、前記変調ゲイン演算手段で
    生成された変調ゲインに応じた信号にしたがい、前記リ
    セット手段における前記第一、第二の閾値、およびリセ
    ットにより生じさせる位相シフト量を調節することで行
    われることを特徴とする光ファイバジャイロ。
26. 【請求項２６】請求項１または２記載の光ファイバジャ
    イロであって、 δ≠0，γ=kπ（ただし、kは1以上の整数）であり、 kが奇数：0＜θ≦π/2 kが偶数：π/2≦θ＜π であることを特徴とする光ファイバジャイロ。
27. 【請求項２７】請求項２６記載の光ファイバジャイロで
    あって、 kは1であることを特徴とする光ファイバジャイロ。