JP3281915B2 - 多軸光ファイバジャイロ - Google Patents

多軸光ファイバジャイロ

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は多軸光ファイバジ
ャイロの経済的構成に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の3軸光ファイバジャイロ(以下F
OGと言う)は図4に示すように、軸線が互いに直交す
る第1軸、第2軸及び第3軸方向にそれぞれ配された光
ファイバコイル6a,6b,6cを備えた第1乃至第3
FOG1a,1b,1cで各軸方向の回転角速度を検出
するようになっている。
【0003】各ジャイロの光学系及び信号処理回路の構
成はほゞ同一であるので、第1FOG1aについて説明
する。光源2aからの光は光源側光分岐器3aを介して
偏光子4aを通過させて、直交するx偏波及びy偏波の
うちのいずれか一方を選択し、コイル側光分岐器5aを
通過させ、左右両回り光として第1光ファイバコイル6
aに導入し、その左右両回り光を第1光ファイバコイル
6aの一端に付加した位相変調器7aで第1駆動信号S
aにより変調し、その変調された左右両回り光を第1の
コイル側光分岐器5aにより合波する。その合波した光
は互いに干渉し、その干渉光を第1の光源側光分岐器3
aに接続された第1受光器8aにより検出する。その検
出出力は信号処理回路9に入力される。
【0004】こゝで、第1軸方向の、つまり第1軸回り
の角速度運動が光ファイバコイル6aに加わると、コイ
ル側光分岐器5aで合波される左右両回り光にサニャッ
ク効果による位相差Φ=(4πrL/Cλ)Ωを生じ
る。こゝでΩは入力角速度、rとLが光ファイバコイル
6aの半径と全長、Cとλが真空中の光速度と光波長で
ある。従って、干渉光の強度変化を検出し、信号処理回
路9aで信号処理することにより、入力角速度Ωを検出
できる。
【0005】実際の光ファイバジャイロでは、検出感度
をよくするために、位相変調器7aを十分な振動数の第
1駆動信号Saで駆動し、信号処理回路9a内で同期検
波して、入力角速度Ωの極性と大きさを検出する。なお
2軸FOGでは図4の第3FOG1cが削除される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】多軸FOGは姿勢制御
関係などをはじめ各方面で広く利用されているが、最近
その経済化及び小型化が強く要請されるようになって来
た。この発明は、これらの要請に応えるために為された
ものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】(1)一般の3軸FOG
では、光源からの光を光源側光分岐器で3分岐し、それ
らの各分岐光を直交各軸用の光学系(少なくともコイル
側光分岐器、光ファイバコイル及び位相変調器を有す
る)に入力する。また専用の受光器を用いないで、光源
に内蔵されたモニタ用の受光器を各軸の光学系で共用す
る。そのため各軸の位相変調器の駆動信号に異なる周波
数を用いる。
【0008】(2)請求項の2軸FOGは、光源を共
用化し、光源に内蔵の受光器を用いる点は上記(1)と
同様であるが、更に各軸の光学系に偏光子を用いない
で、かつ測定精度を低下させないようにしている。その
ため共用化する1つの光源の光を偏光ビームスプリッタ
でx,y偏波に分離し、それらの各偏波を直交する各軸
の光学系にそれぞれ入力する。
【0009】(3)請求項の3軸FOGは、上記
(2)項の2軸FOGを3軸に拡張している。そのた
め、偏光ビームスプリッタと第2軸用の光学系のコイル
側光分岐器との間にスプリッタ側光分岐器を挿入して、
偏光ビームスプリッタで分離されたy偏波を2分岐し
て、それぞれ第2軸及び第3軸用の光学系に入力する。
【0010】
【発明の実施の形態】(1)一般の3軸FOGの例を図
1に、図4と対応する部分に同じ符号を付けて示す。F
OGの構成部品のうち最も高価なものは偏光子であり、
次に光源である。一般の3軸FOGでは光源を共用化す
ると共に、専用の受光器を用いないで、光源に内蔵され
ているモニタ用の1個の受光器を共通に用いる。
【0011】そのため、1つの光源2からの光を光源側
光分岐器3に入力して3分岐し、その第1乃至第3分岐
光を、直交する第1乃至第3軸に対応する第1乃至第3
の光学系にそれぞれ入力する。それら各光学系のうち、
第1の光学系は、従来例で述べたように偏光子4a,コ
イル側光分岐器5a,前記第1軸方向の軸線をもつ光フ
ァイバコイル6a,位相変調器7aで構成される。しか
し精度は低下するが、経済化のため偏光子4aを省略す
る場合もある。第2,第3の光学系の構成も同様であ
る。
【0012】コイル側光分岐器5a,5b,5cでそれ
ぞれ左右両回り光を合波した3系統の光を、光源側光分
岐器3で合波し、更に光源2内の光学系を通過させて、
光源に内蔵されているモニタ用の受光器14で検出し、
その検出出力の一部を信号処理回路9a,9b,9cに
供給する。光源内の光学系では、レーザダイオード11
より一方に放射された光をレンズ12で集光し、光ファ
イバ13を介して外部に出力する。また、レーザダイオ
ード11より前記と反対方向に放射された光がモニタ用
の受光器14で検出される。本来は、その検出出力を光
量安定化回路15が監視して光量が一定のレベルとなる
ように電源回路16を制御し、電源回路16よりレーザ
ダイオード11に供給する電流を調整している。この発
明では、その受光器14の検出出力の一部を、直交3軸
にそれぞれ対応する各光学系の干渉光の強度変化に対応
する信号として利用している。
【0013】受光器14を各光学系で共用化しているの
で、位相変調器7a,7b,7cに対する駆動信号S
a,Sb,Scの周波数f1,f2,f3を異なる周波
数としている。 (2)請求項の2軸FOGは、図2に示すように、光
源2を共用化すると共に内蔵の受光器14を利用するの
一般の3軸FOGと同様である。しかし請求項
は、FOGの精度を低下させずに、高価な偏光子を削除
する。その代わり、図1のように光源の光を光源側光分
岐器3で単に分岐させるだけではなく、偏光ビームスプ
リッタ10を用いて光源2の光をx偏波とy偏波に分離
し、それらx偏波及びy偏波を直交する第1軸及び第2
軸に対応する第1,第2の光学系に入力する。その第1
の光学系はコイル側光分岐器5a,光ファイバコイル6
a及び位相変調器7aで構成される。第2の光学系の構
成も同様である。位相変調器7a、7bは周波数の異な
る駆動信号Sa(f1)及びSb(f2)でそれぞれ駆
動される。
【0014】(3)請求項の3軸FOGは、請求項
の2軸FOGを3軸に拡張したものである。そのため、
偏光ビームスプリッタ10とコイル側光分岐器5bとの
間に光源側光分岐器3を挿入して、偏光ビームスプリッ
タ10で、分離されたy偏波を2分岐して、一方の分岐
光を第2軸用の光学系に、他方の分岐光を第3軸用の光
学系に入力している。
【0015】(4)その他 図1〜図3の各種光分岐器3,5a,5b,5c,光フ
ァイバコイル6a,6b,6c等及びこれら相互をつな
ぐ光ファイバに偏波保持機能を持たせて、測定精度を向
上させることができる。また、それより精度は多少劣る
が、これらの部材をより安価なシングルモード伝搬機能
を有するもの(偏波保持機能は持たない)を用いること
ができる。
【0016】なお、コイル側光分岐器5(5a,5b,
5c)及び位相変調器7(7a,7b,7c)に光集積
したものを用いることもできる。
【0017】
【発明の効果】
(1)この発明では、光源2を各軸用の光学系で共用化
すると共に、専用の受光器を用いないで、光源内にもと
もと存在するモニタ用の受光器14を用いているので、
従来に比べて大幅な経済化及び小型化を達成できる。 (2)光源の光を偏光ビームスプリッタ10でx,y偏
波に分離し、その分離したx,y偏波を各軸の光学系に
入力するようにした場合には、測定精度を落とさずに各
光学系より偏光子を削減することが可能となり、経済化
及び小型化がいっそう促進される。
【0018】(3)従来例では各軸の光学系とも偏光子
4を用いてx偏波またはy偏波の一方を選択し、他方を
無駄に捨てていたが、この発明において偏光ビームスプ
リッタで分離したx,y偏波の両方を用いる場合には、
上記の無駄が無くなり、有効光に対する光源の電力効率
が頗るよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】一般の3軸FOGの例を示すブロック図。
【図2】請求項の発明の実施例を示すブロック図。
【図3】請求項の発明の実施例を示すブロック図。
【図4】従来の3軸光ファイバジャイロのブロック図。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−224511(JP,A) 特開 平6−186043(JP,A) 特開 平6−341841(JP,A) 特許3223353(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01C 19/72

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光源からの光を偏光ビームスプリッタに
    入力して、互いに直交するx偏波及びy偏波に分離し、 その分離したx偏波を第1のコイル側光分岐器を通過さ
    せ、第1の左右両回り光として第1光ファイバコイルに
    導入し、その第1の左右両回り光を第1光ファイバコイ
    ルの一端に付加した位相変調器で第1駆動信号により変
    調し、その変調された第1の左右両回り光を第1のコイ
    ル側光分岐器により合波し、 前記分離したy偏波を第2のコイル側光分岐器を通過さ
    せ、第2の左右両回り光として、第1光ファイバコイル
    の軸線と直角な軸線をもつ第2光ファイバコイルに導入
    し、その第2の左右両回り光を第2光ファイバコイルの
    一端に付加した位相変調器で第1駆動信号と周波数の異
    なる第2駆動信号により変調し、その変調された第2の
    左右両回り光を第2のコイル側光分岐器により合波し、 前記第1,第2のコイル側光分岐器でそれぞれ合波した
    2系統の光を前記偏光ビームスプリッタで合波し、更に
    前記光源内の光学系を通過させて、光源に内蔵されてい
    るモニタ用の受光器により検出することを特徴とする多
    軸光ファイバジャイロ。
  2. 【請求項2】 光源からの光を偏光ビームスプリッタに
    入力して、互いに直交するx偏波及びy偏波に分離し、 その分離したx偏波を第1のコイル側光分岐器を通過さ
    せ、左右両回り光として第1光ファイバコイルに導入
    し、その左右両回り光を第1光ファイバコイルの一端に
    付加した位相変調器で第1駆動信号により変調し、その
    変調された左右両回り光を第1のコイル側光分岐器によ
    り合波し、 前記分離したy偏波をスプリッタ側光分岐器で2分岐
    し、その一方の分岐光を第2のコイル側光分岐器を通過
    させ、左右両回り光として、第1光ファイバコイルの軸
    線と直角な軸線をもつ第2光ファイバコイルに導入し、
    その左右両回り光を第2光ファイバコイルの一端に付加
    した位相変調器で第1駆動信号と周波数の異なる第2駆
    動信号により変調し、その変調された左右両回り光を第
    2のコイル側光分岐器により合波し、 前記スプリッタ側光分岐器にて分岐された他方の分岐光
    を第3のコイル側光分岐器を通過させ、左右両回り光と
    して、第1,第2光ファイバコイルの軸線と直角な軸線
    をもつ第3光ファイバコイルに導入し、その左右両回り
    光を第3光ファイバコイルの一端に付加した位相変調器
    で第1,第2駆動信号と周波数の異なる第3駆動信号に
    より変調し、その変調された左右両回り光を第3のコイ
    ル側光分岐器により合波し、 前記第1,第2及び第3のコイル側光分岐器でそれぞれ
    合波した3系統の光を前記スプリッタ側光分岐器及び偏
    光ビームスプリッタにより合波し、更に前記光源内の光
    学系を通過させて光源に内蔵されているモニタ用の受光
    器により検出することを特徴とする多軸光ファイバジャ
    イロ。
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