JP3343767B2 - 光ファイバジャイロ - Google Patents
光ファイバジャイロInfo
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば航空機、船舶、
自動車等の角速度計として使用して好適な光ファイバジ
ャイロに関し、より詳細には、ディジタルクローズドル
ープ方式によって位相変調する形式の光ファイバジャイ
ロにおいて変調度制御方法を改良することに関する。
自動車等の角速度計として使用して好適な光ファイバジ
ャイロに関し、より詳細には、ディジタルクローズドル
ープ方式によって位相変調する形式の光ファイバジャイ
ロにおいて変調度制御方法を改良することに関する。
【０００２】
【従来の技術】光ファイバジャイロは光のサグナック効
果（サニャック効果ともいう。）を利用して角速度を計
測するように構成されており、高い信頼性を有し装置を
小型化することができる利点がある。光ファイバジャイ
ロのうち、干渉型光ファイバジャイロと称する形式のも
のがあり、これは複数回巻かれた光ファイバループより
なる１本の長い光路を互いに反対方向に光を伝播させ斯
かる２つの伝播光の位相差より角速度を求めるように構
成されている。
果（サニャック効果ともいう。）を利用して角速度を計
測するように構成されており、高い信頼性を有し装置を
小型化することができる利点がある。光ファイバジャイ
ロのうち、干渉型光ファイバジャイロと称する形式のも
のがあり、これは複数回巻かれた光ファイバループより
なる１本の長い光路を互いに反対方向に光を伝播させ斯
かる２つの伝播光の位相差より角速度を求めるように構
成されている。
【０００３】図５を参照して従来のファイバジャイロの
構成例を説明する。尚、図５で参照符号１０３が付され
た点線部分は後に説明するディジタルクローズドループ
方式の構成例である。光ファイバジャイロは、半導体レ
ーザ、発光ダイオード等の光源１と入射光を電流に変換
する受光器２と１本の光ファイバを複数回巻いて形成さ
れた光ファイバループ３と偏光子４と光ファイバを伝播
する光を合成し又は分岐するカプラ５、６とを有する。
構成例を説明する。尚、図５で参照符号１０３が付され
た点線部分は後に説明するディジタルクローズドループ
方式の構成例である。光ファイバジャイロは、半導体レ
ーザ、発光ダイオード等の光源１と入射光を電流に変換
する受光器２と１本の光ファイバを複数回巻いて形成さ
れた光ファイバループ３と偏光子４と光ファイバを伝播
する光を合成し又は分岐するカプラ５、６とを有する。
【０００４】光源１より出力された光線は第１のカプラ
５及び偏光子４を経由して第２のカプラ６に導かれる。
第２のカプラ６によって光線は分岐され、斯くして分岐
された２つの光線は光ファイバループ３を互いに反対方
向に伝播する。即ち、一方は光ファイバループ３を右周
りに伝播し、他方は左周りに伝播する。
５及び偏光子４を経由して第２のカプラ６に導かれる。
第２のカプラ６によって光線は分岐され、斯くして分岐
された２つの光線は光ファイバループ３を互いに反対方
向に伝播する。即ち、一方は光ファイバループ３を右周
りに伝播し、他方は左周りに伝播する。
【０００５】光ファイバループ３に外力として角速度Ω
が加わると、サグナック効果によって、光ファイバルー
プ３内を互いに反対方向に伝播する光の間に位相差Δθ
が生じる。斯かる位相差Δθは角速度Ωに比例し、次の
式で表される。
が加わると、サグナック効果によって、光ファイバルー
プ３内を互いに反対方向に伝播する光の間に位相差Δθ
が生じる。斯かる位相差Δθは角速度Ωに比例し、次の
式で表される。
【０００６】
【数１】Δθ＝（２πＤＬ／λｃ）Ω
【０００７】ここに、Ｄは光ファイバループ３のループ
径、Ｌは光ファイバループ３の長さ、λは光源１から出
力される光の波長、ｃは光速、Ωは光ファイバループ３
のループの中心軸線周りの角速度を表す。
径、Ｌは光ファイバループ３の長さ、λは光源１から出
力される光の波長、ｃは光速、Ωは光ファイバループ３
のループの中心軸線周りの角速度を表す。
【０００８】位相差Δθを求める方法として、従来、位
相変調方式及び斯かる位相変調方式を改良したセロダイ
ン方式が知られており、斯かる方法の詳細については例
えば本願出願人と同一の出願人による特願平４−２６７
５６を参照されたい。
相変調方式及び斯かる位相変調方式を改良したセロダイ
ン方式が知られており、斯かる方法の詳細については例
えば本願出願人と同一の出願人による特願平４−２６７
５６を参照されたい。
【０００９】位相変調方式によると、光ファイバループ
３の一端に位相変調器８が設けられ、斯かる位相変調器
８によって光ファイバループ３を右周りに伝播する光と
左周りに伝播する光はそれぞれ位相変調される。
３の一端に位相変調器８が設けられ、斯かる位相変調器
８によって光ファイバループ３を右周りに伝播する光と
左周りに伝播する光はそれぞれ位相変調される。
【００１０】位相変調器８によって位相変調された２つ
の光より干渉光が生成され、それが受光器２によって受
光され、電流信号に変換されて出力される。受光器２よ
り出力された電流信号は電流電圧変換器７によって電圧
信号に変換され、それより位相差Δθが求められる。受
光器２が受光する干渉光の強さＩP は、次の式によって
表される。
の光より干渉光が生成され、それが受光器２によって受
光され、電流信号に変換されて出力される。受光器２よ
り出力された電流信号は電流電圧変換器７によって電圧
信号に変換され、それより位相差Δθが求められる。受
光器２が受光する干渉光の強さＩP は、次の式によって
表される。
【００１１】
【数２】 ＩP ＝ＩO 〔１＋ｃｏｓ｛Δθ＋φ（ｔ）−φ（ｔ−τ）｝〕 ＝ＩO ｛１＋ｃｏｓ（Δθ＋φ）｝ ＝ＩO （１＋ｃｏｓｘ）
【００１２】ここで、
【００１３】
【数３】φ＝φ（ｔ）−φ（ｔ−τ） ｘ＝Δθ＋φ
【００１４】である。また、ＩO は光の強さに関係する
定数、τは光が光ファイバループ３を伝播する時間であ
る。
定数、τは光が光ファイバループ３を伝播する時間であ
る。
【００１５】これらの数式にて、記号Δθ、φ（ｔ）、
φ（ｔ−τ）、φ、ｘはいずれも位相差を表すが、記号
Δθは外力角速度Ωによって発生する位相差、記号φ
（ｔ）は右周りに伝播する光が位相変調器８によって生
成される位相変化分、記号φ（ｔ−τ）は左周りに伝播
する光が位相変調器８によって生成される位相変化分、
記号φは干渉光に含まれる位相変調器８によって生成さ
れる位相差、記号ｘは角速度による位相差と位相変調器
８による位相差の両者が合成されて生成された位相差で
ある。
φ（ｔ−τ）、φ、ｘはいずれも位相差を表すが、記号
Δθは外力角速度Ωによって発生する位相差、記号φ
（ｔ）は右周りに伝播する光が位相変調器８によって生
成される位相変化分、記号φ（ｔ−τ）は左周りに伝播
する光が位相変調器８によって生成される位相変化分、
記号φは干渉光に含まれる位相変調器８によって生成さ
れる位相差、記号ｘは角速度による位相差と位相変調器
８による位相差の両者が合成されて生成された位相差で
ある。
【００１６】数２の式において、光の強さＩP は受光器
２の出力として得られ、位相差φは位相変調器８によっ
て適当な値に定められるから、位相差Δθを求めること
ができ、更に数１の式によって角速度Ωが求められる。
２の出力として得られ、位相差φは位相変調器８によっ
て適当な値に定められるから、位相差Δθを求めること
ができ、更に数１の式によって角速度Ωが求められる。
【００１７】ディジタルクローズドループ方式を説明す
る前に、ディジタルデモジュレーション方式及びディジ
タルフェーズランプ方式について簡単に説明する。ディ
ジタルクローズドループ方式はディジタルデモジュレー
ション方式及びディジタルフェーズランプ方式を組み合
わせたものである。
る前に、ディジタルデモジュレーション方式及びディジ
タルフェーズランプ方式について簡単に説明する。ディ
ジタルクローズドループ方式はディジタルデモジュレー
ション方式及びディジタルフェーズランプ方式を組み合
わせたものである。
【００１８】ディジタルデモジュレーション方式では、
位相変調器８によって右周りの光と左周りの光は位相差
φ＝φ（ｔ）−φ（ｔ−τ）がφ＝＋π／２とφ＝−π
／２に交互に変化するように位相変調される。
位相変調器８によって右周りの光と左周りの光は位相差
φ＝φ（ｔ）−φ（ｔ−τ）がφ＝＋π／２とφ＝−π
／２に交互に変化するように位相変調される。
【００１９】位相差がφ＝＋π／２のときの光の強さＩ
P と位相差がφ＝−π／２のときの光の強さＩP の差を
求めると、数２の第２の式にφ＝±π／２を代入して、
P と位相差がφ＝−π／２のときの光の強さＩP の差を
求めると、数２の第２の式にφ＝±π／２を代入して、
【００２０】
【数４】 ＩP （Δθ−π／２）X −ＩP （Δθ＋π／２）X ＝ＩO ｛１＋ｃｏｓ（Δθ−π／２）｝−ＩO ｛１＋ｃｏｓ（Δθ＋π／２）｝ ＝２ＩO ｓｉｎ（Δθ）
【００２１】この式の右辺は位相変調器８によって生成
された位相差φを含まないから、この式より位相差Δθ
を求めることができる。
された位相差φを含まないから、この式より位相差Δθ
を求めることができる。
【００２２】こうして、ディジタルデモジュレーション
方式によると、位相変調器８によって右周りの光は位相
差変化分φ（ｔ）だけ位相変調され、左周りの光は位相
差変化分φ（ｔ−τ）だけ位相変調され、２つの位相差
変化分の差φ｛＝φ（ｔ）−φ（ｔ−τ）｝が交互に＋
π／２及び−π／２になるように構成されている。次に
数４の式に示すように、位相差がφ＝＋π／２のときの
光の強さＩP と位相差がφ＝−π／２のときの光の強さ
ＩP の差を求め、これよりΔθの値が求められる。
方式によると、位相変調器８によって右周りの光は位相
差変化分φ（ｔ）だけ位相変調され、左周りの光は位相
差変化分φ（ｔ−τ）だけ位相変調され、２つの位相差
変化分の差φ｛＝φ（ｔ）−φ（ｔ−τ）｝が交互に＋
π／２及び−π／２になるように構成されている。次に
数４の式に示すように、位相差がφ＝＋π／２のときの
光の強さＩP と位相差がφ＝−π／２のときの光の強さ
ＩP の差を求め、これよりΔθの値が求められる。
【００２３】次に、図６を参照して、数２の式を使用し
て、位相差φがφ＝±π／２のときの光の強さＩP （Δ
θ±π／２）X を求める方法を示す。
て、位相差φがφ＝±π／２のときの光の強さＩP （Δ
θ±π／２）X を求める方法を示す。
【００２４】図６Ａは数２の第３の式のグラフであり、
位相差ｘと光の強さＩP の関係を表すのによく用いられ
る。斯かるグラフにて、横軸はｘ（＝Δθ＋φ）、縦軸
は光の強さＩP （ｘ）即ちＩP （Δθ＋φ）X である。
図６Ａの下側に示された図６Ｂ及び図６Ｃは横軸（図６
Ａの縦軸方向）が時間、縦軸（図６Ａの横軸方向）がｘ
（＝Δθ＋φ）である。図６Ａの右側に示された図６Ｄ
及び図６Ｅは横軸（図６Ａの横軸方向）が時間、縦軸
（図６Ａの横軸方向）が光の強さＩP である。
位相差ｘと光の強さＩP の関係を表すのによく用いられ
る。斯かるグラフにて、横軸はｘ（＝Δθ＋φ）、縦軸
は光の強さＩP （ｘ）即ちＩP （Δθ＋φ）X である。
図６Ａの下側に示された図６Ｂ及び図６Ｃは横軸（図６
Ａの縦軸方向）が時間、縦軸（図６Ａの横軸方向）がｘ
（＝Δθ＋φ）である。図６Ａの右側に示された図６Ｄ
及び図６Ｅは横軸（図６Ａの横軸方向）が時間、縦軸
（図６Ａの横軸方向）が光の強さＩP である。
【００２５】図６Ｂは数２の式においてΔθ＝０の場合
のｘ（＝Δθ＋φ＝φ）の波形を示し、図６Ｄは斯かる
場合の光の強さＩP を表す。同様に、図６Ｃは数２の式
においてΔθ≠０の場合のｘ（＝Δθ＋φ）の波形を示
し、図６Ｅは斯かる場合の光の強さＩP を表す。
のｘ（＝Δθ＋φ＝φ）の波形を示し、図６Ｄは斯かる
場合の光の強さＩP を表す。同様に、図６Ｃは数２の式
においてΔθ≠０の場合のｘ（＝Δθ＋φ）の波形を示
し、図６Ｅは斯かる場合の光の強さＩP を表す。
【００２６】図６Ｂのｘ（＝Δθ＋φ＝φ）は時間τ毎
に交互に＋π／２と−π／２に変化する矩形波だから、
光の強さＩP の値はＩP （＋π／２）X とＩP （−π／
２） X とが交互に得られる。
に交互に＋π／２と−π／２に変化する矩形波だから、
光の強さＩP の値はＩP （＋π／２）X とＩP （−π／
２） X とが交互に得られる。
【００２７】図６Ｄにて光の強さＩP の信号波形が時間
τ毎にスポーク状の突起部を有するのは、図６Ｂの波形
にて示すｘの値が−π／２と＋π／２との間を変化する
ときに、図６Ａの正弦波の光の強さＩP が増加するから
である。
τ毎にスポーク状の突起部を有するのは、図６Ｂの波形
にて示すｘの値が−π／２と＋π／２との間を変化する
ときに、図６Ａの正弦波の光の強さＩP が増加するから
である。
【００２８】Δθ＝０の場合には、図６Ｂに示すように
ｘの値が＋π／２と−π／２とに交互に変化しても、光
の強さＩP は図６Ｄに示すように（スポーク状の突起部
を除いて）一定値となる。しかしながら、Δθ≠０の場
合には、図６Ｃに示すようにｘの値は時間τ毎に交互に
Δθ＋π／２とΔθ−π／２に変化し、このとき光の強
さＩP は図６Ｅに示すように（スポーク状の突起部を除
いて）時間τ毎に交互に変化する。
ｘの値が＋π／２と−π／２とに交互に変化しても、光
の強さＩP は図６Ｄに示すように（スポーク状の突起部
を除いて）一定値となる。しかしながら、Δθ≠０の場
合には、図６Ｃに示すようにｘの値は時間τ毎に交互に
Δθ＋π／２とΔθ−π／２に変化し、このとき光の強
さＩP は図６Ｅに示すように（スポーク状の突起部を除
いて）時間τ毎に交互に変化する。
【００２９】図６Ｅの矩形波がハイレベルにあるのはｘ
＝Δθ−π／２のときの光の強さＩ P （Δθ−π／２）
X を表し、矩形波がロウレベルにあるのはｘ＝Δθ＋π
／２のときの光の強さＩP （Δθ＋π／２）X を表す。
従って、図６Ｅの矩形波のハイレベルとロウレベルの差
は、ＩP （Δθ−π／２）X −ＩP （Δθ＋π／２） X
に対応している。
＝Δθ−π／２のときの光の強さＩ P （Δθ−π／２）
X を表し、矩形波がロウレベルにあるのはｘ＝Δθ＋π
／２のときの光の強さＩP （Δθ＋π／２）X を表す。
従って、図６Ｅの矩形波のハイレベルとロウレベルの差
は、ＩP （Δθ−π／２）X −ＩP （Δθ＋π／２） X
に対応している。
【００３０】即ち、図６Ｅの矩形波のハイレベルとロウ
レベルの差の大きさは数４の式の右辺を表す。こうし
て、ディジタルデモジュレーション方式では、図６Ａの
光の強さＩP を示す正弦波より、図６Ｅの光の強さＩP
の矩形波が生成され、斯かる矩形波のハイレベルとロウ
レベルの差を求めて数４の式によってΔθが求められ
る。尚、図６Ａの光の強さＩを表す正弦波信号は受光器
７によって出力され、図６Ｄ及び図６Ｅの光の強さＩP
を表す矩形波信号のディジタル値はＡ／Ｄ変換器１０に
よって得られる。
レベルの差の大きさは数４の式の右辺を表す。こうし
て、ディジタルデモジュレーション方式では、図６Ａの
光の強さＩP を示す正弦波より、図６Ｅの光の強さＩP
の矩形波が生成され、斯かる矩形波のハイレベルとロウ
レベルの差を求めて数４の式によってΔθが求められ
る。尚、図６Ａの光の強さＩを表す正弦波信号は受光器
７によって出力され、図６Ｄ及び図６Ｅの光の強さＩP
を表す矩形波信号のディジタル値はＡ／Ｄ変換器１０に
よって得られる。
【００３１】次に図７Ａ及び図７Ｂを参照してディジタ
ルフェーズランプ方式の位相変調を説明する。ディジタ
ルフェーズランプ方式では、位相変調器８によって、右
周りの光は、図７Ａに示す如き、位相差φ（ｔ）＝φP
（ｔ）が生成するように位相変調され、同様に、左周り
の光は、図７Ｂに示す如き、位相差φ（ｔ−τ）＝φ P
（ｔ−τ）が生成するように位相変調される。
ルフェーズランプ方式の位相変調を説明する。ディジタ
ルフェーズランプ方式では、位相変調器８によって、右
周りの光は、図７Ａに示す如き、位相差φ（ｔ）＝φP
（ｔ）が生成するように位相変調され、同様に、左周り
の光は、図７Ｂに示す如き、位相差φ（ｔ−τ）＝φ P
（ｔ−τ）が生成するように位相変調される。
【００３２】ディジタルフェーズランプ方式における位
相差変化分φ（ｔ）＝φP （ｔ）及びφ（ｔ−τ）＝φ
P （ｔ−τ）は、図示のように、時間τ毎に１段の高さ
がφ S だけ変化する階段状波形である。
相差変化分φ（ｔ）＝φP （ｔ）及びφ（ｔ−τ）＝φ
P （ｔ−τ）は、図示のように、時間τ毎に１段の高さ
がφ S だけ変化する階段状波形である。
【００３３】従って右周りの光と左周りの光の位相差φ
はφ＝φ（ｔ）−φ（ｔ−τ）＝φ S となり、数３の式
によって表される合計の位相差はｘ＝Δθ＋φS とな
る。この位相差ｘ＝Δθ＋φS はφS を制御して打ち消
すことが可能である。このとき、φS は−Δθに等しく
なり、次の式より角速度Ωを求めることができる。
はφ＝φ（ｔ）−φ（ｔ−τ）＝φ S となり、数３の式
によって表される合計の位相差はｘ＝Δθ＋φS とな
る。この位相差ｘ＝Δθ＋φS はφS を制御して打ち消
すことが可能である。このとき、φS は−Δθに等しく
なり、次の式より角速度Ωを求めることができる。
【００３４】
【数５】Ω＝（λｃ／２πＤＬ）φS
【００３５】図７Ａ及び図７Ｂに示すように、ディジタ
ルフェーズランプ方式の位相変調では、位相差変化分φ
P （ｔ）、φP （ｔ−τ）が０以下又は２π以上となる
ことはない。即ち、位相差変化分φP （ｔ）、φP （ｔ
−τ）の値は、時間τ毎に１段の高さがφS だけ増加す
るが、０以下又は２π以上となるとリセットされて、常
に０より大きく又は２πより小さい値に維持される。
ルフェーズランプ方式の位相変調では、位相差変化分φ
P （ｔ）、φP （ｔ−τ）が０以下又は２π以上となる
ことはない。即ち、位相差変化分φP （ｔ）、φP （ｔ
−τ）の値は、時間τ毎に１段の高さがφS だけ増加す
るが、０以下又は２π以上となるとリセットされて、常
に０より大きく又は２πより小さい値に維持される。
【００３６】位相差変化分φP （ｔ）、φP （ｔ−τ）
は時間τ毎に位相が変化するので、ｎステップ時（１ス
テップの時間幅τ）の位相差変化分をそれぞれφ
P （ｔ）＝φP 〔ｎ〕、φP （ｔ−τ）＝φP 〔ｎ−
１〕と表すことができる。従って、図７Ａ及び図７Ｂの
階段状波形の位相差φP （ｔ）、φP （ｔ−τ）は次の
式で表すことができる。
は時間τ毎に位相が変化するので、ｎステップ時（１ス
テップの時間幅τ）の位相差変化分をそれぞれφ
P （ｔ）＝φP 〔ｎ〕、φP （ｔ−τ）＝φP 〔ｎ−
１〕と表すことができる。従って、図７Ａ及び図７Ｂの
階段状波形の位相差φP （ｔ）、φP （ｔ−τ）は次の
式で表すことができる。
【００３７】
【数６】 φP 〔ｎ〕＝φP 〔ｎ−１〕＋φS ＋２πｋ1 〔ｎ〕 φP 〔ｎ−１〕＝φP 〔ｎ−２〕＋φS ＋２πｋ1 〔ｎ−１〕
【００３８】この式でｋ1 （整数）はリセット係数であ
る。リセット係数ｋ1 は階段状波が段差φS だけ変化し
ている範囲では０である。φP 〔ｎ〕、φP 〔ｎ−１〕
の値が０以下または２π以上になる場合は、φ
P 〔ｎ〕、φP 〔ｎ−１〕の値が０から２πの範囲とな
るように、リセット係数ｋ1 の値は選択され、それによ
ってφ P 〔ｎ〕、φP 〔ｎ−１〕はリセットされる。
尚、階段状波の１段の高さφS の値は数５の式より明ら
かなように、刻々変化する。
る。リセット係数ｋ1 は階段状波が段差φS だけ変化し
ている範囲では０である。φP 〔ｎ〕、φP 〔ｎ−１〕
の値が０以下または２π以上になる場合は、φ
P 〔ｎ〕、φP 〔ｎ−１〕の値が０から２πの範囲とな
るように、リセット係数ｋ1 の値は選択され、それによ
ってφ P 〔ｎ〕、φP 〔ｎ−１〕はリセットされる。
尚、階段状波の１段の高さφS の値は数５の式より明ら
かなように、刻々変化する。
【００３９】図７Ｃに示す位相変調波φm ′（ｔ）及び
図７Ｄに示す位相変調波φm ′（ｔ−τ）は前述のディ
ジタルデモジュレーション方式で使用される位相変調波
である。斯かる位相変調波は、ステップ毎に即ち時間τ
毎に＋π／４、−π／４と値が反転する矩形波であり、
これらをφm ′（ｔ）＝φm ′〔ｎ〕、φm ′（ｔ−
τ）＝φm ′〔ｎ−１〕と表すこととする。
図７Ｄに示す位相変調波φm ′（ｔ−τ）は前述のディ
ジタルデモジュレーション方式で使用される位相変調波
である。斯かる位相変調波は、ステップ毎に即ち時間τ
毎に＋π／４、−π／４と値が反転する矩形波であり、
これらをφm ′（ｔ）＝φm ′〔ｎ〕、φm ′（ｔ−
τ）＝φm ′〔ｎ−１〕と表すこととする。
【００４０】次に図８を参照してディジタルクローズド
ループ方式の位相変調を説明する。図８Ｆに示すφ
（ｔ）は右周りの光が位相変調器８によって変調された
位相変化分を表す波形であり、図７Ａの位相差変化分φ
P （ｔ）と図７Ｃの位相差φm ′（ｔ）を加算して得ら
れる。図８Ｇに示すφ（ｔ−τ）は左周りの光が位相変
調器８によって変調された位相変化分を表す波形であ
り、図７Ｂの位相差変化分φ P （ｔ−τ）と図７Ｄの位
相差φm ′（ｔ−τ）を加算して得られる。これらの波
形はそれぞれ次の式で表される。
ループ方式の位相変調を説明する。図８Ｆに示すφ
（ｔ）は右周りの光が位相変調器８によって変調された
位相変化分を表す波形であり、図７Ａの位相差変化分φ
P （ｔ）と図７Ｃの位相差φm ′（ｔ）を加算して得ら
れる。図８Ｇに示すφ（ｔ−τ）は左周りの光が位相変
調器８によって変調された位相変化分を表す波形であ
り、図７Ｂの位相差変化分φ P （ｔ−τ）と図７Ｄの位
相差φm ′（ｔ−τ）を加算して得られる。これらの波
形はそれぞれ次の式で表される。
【００４１】
【数７】 φ（ｔ）＝φP 〔ｎ〕＋φm ′〔ｎ〕 ＝φP 〔ｎ−１〕＋φS ＋２πｋ1 〔ｎ〕＋φm ′〔ｎ〕＋２πｋ2 〔 ｎ〕 φ（ｔ−τ）＝φP 〔ｎ−１〕＋φm ′〔ｎ−１〕 ＝φP 〔ｎ−２〕＋φS ＋２πｋ1 〔ｎ−１〕＋φm ′〔ｎ−１〕 ＋２πｋ2 〔ｎ−１〕
【００４２】リセット係数ｋ2 （整数）はφ（ｔ）及び
φ（ｔ−τ）が０以下または２π以上になる場合に、φ
（ｔ）及びφ（ｔ−τ）の値を０から２πの範囲となる
ように、選択される。それによってφ（ｔ）、φ（ｔ−
τ）はリセットされる。
φ（ｔ−τ）が０以下または２π以上になる場合に、φ
（ｔ）及びφ（ｔ−τ）の値を０から２πの範囲となる
ように、選択される。それによってφ（ｔ）、φ（ｔ−
τ）はリセットされる。
【００４３】数７の第１の式で表される位相差φ（ｔ）
は右周りの光が位相変調器８によって変調された位相変
化分であり、数７の第２の式で表される位相差φ（ｔ−
τ）は左周りの光が位相変調器８によって変調された位
相変化分を示している。
は右周りの光が位相変調器８によって変調された位相変
化分であり、数７の第２の式で表される位相差φ（ｔ−
τ）は左周りの光が位相変調器８によって変調された位
相変化分を示している。
【００４４】図８Ｈはディジタルクローズドループ方式
において干渉光が位相変調器８によって生成された位相
差φ＝φ（ｔ）−φ（ｔ−τ）の波形を表し、図８Ｆの
φ（ｔ）と図８Ｇのφ（ｔ−τ）より得られる。この位
相差φは数７の式の２つの式の差より求められ、次の式
で表される。
において干渉光が位相変調器８によって生成された位相
差φ＝φ（ｔ）−φ（ｔ−τ）の波形を表し、図８Ｆの
φ（ｔ）と図８Ｇのφ（ｔ−τ）より得られる。この位
相差φは数７の式の２つの式の差より求められ、次の式
で表される。
【００４５】
【数８】 φ＝φ（ｔ）−φ（ｔ−τ） ＝φ〔ｎ〕−φ〔ｎ−１〕 ＝φS ＋φm ′〔ｎ〕−φm ′〔ｎ−１〕＋２πｋ3 〔ｎ〕 ＝φS ＋φm 〔ｎ〕＋２πｋ3 〔ｎ〕
【００４６】ここで、ｋ3 （整数）はリセット係数であ
る。
る。
【００４７】
【数９】 φm 〔ｎ〕＝φm ′〔ｎ〕−φm ′〔ｎ−１〕 ｋ3 〔ｎ〕＝ｋ1 〔ｎ〕−ｋ1 〔ｎ−１〕＋ｋ2 〔ｎ〕−ｋ2 〔ｎ−１〕
【００４８】以下に適宜、数８の式のφS をディジタル
フェーズランプ位相差、φm 〔ｎ〕をディジタルデモジ
ュレーション位相差と称することとする。
フェーズランプ位相差、φm 〔ｎ〕をディジタルデモジ
ュレーション位相差と称することとする。
【００４９】ディジタルデモジュレーション位相差φm
〔ｎ〕は図７Ｅに示す。φm ′〔ｎ〕、φm ′〔ｎ−
１〕の値はステップ毎に−π／４、＋π／４に反転する
から、ディジタルデモジュレーション位相差φm 〔ｎ〕
の値はステップ毎に−π／２、＋π／２に反転する。
〔ｎ〕は図７Ｅに示す。φm ′〔ｎ〕、φm ′〔ｎ−
１〕の値はステップ毎に−π／４、＋π／４に反転する
から、ディジタルデモジュレーション位相差φm 〔ｎ〕
の値はステップ毎に−π／２、＋π／２に反転する。
【００５０】ディジタルデモジュレーション位相差φm
〔ｎ〕が−π／２、＋π／２の時の光の強さの値をそれ
ぞれＩ〔−π／２〕、Ｉ〔＋π／２〕、リセット係数を
ｋ3〔−π／２〕、ｋ3 〔＋π／２〕として、光の強さ
ＩP の値の差を計算すると、数２の第２式に数８の式を
代入して、
〔ｎ〕が−π／２、＋π／２の時の光の強さの値をそれ
ぞれＩ〔−π／２〕、Ｉ〔＋π／２〕、リセット係数を
ｋ3〔−π／２〕、ｋ3 〔＋π／２〕として、光の強さ
ＩP の値の差を計算すると、数２の第２式に数８の式を
代入して、
【００５１】
【数１０】 ＩP 〔−π／２〕−ＩP 〔＋π／２〕 ＝ＩO 〔１＋ｃｏｓ｛Δθ＋（φS −π／２＋２πｋ3 〔−π／２〕）｝〕 −ＩO 〔１＋ｃｏｓ｛Δθ＋（φS ＋π／２＋２πｋ3 〔＋π／２〕）｝〕 ＝ＩO ｛ｓｉｎ（Δθ＋φS ）＋ｓｉｎ（Δθ＋φS ）｝ ＝２ＩO ｓｉｎ（Δθ＋φS ）
【００５２】ディジタルクローズドループ方式では、数
１０の式の値がゼロとなるように制御される。即ち、サ
グナック効果による位相差Δθを打ち消すようにφS の
大きさが制御される。
１０の式の値がゼロとなるように制御される。即ち、サ
グナック効果による位相差Δθを打ち消すようにφS の
大きさが制御される。
【００５３】
【数１１】Δθ＋φS ＝０
【００５４】こうして、ディジタルフェーズランプ位相
差φS は−Δθと等しくなり、数５の式より角速度Ωを
求めることができる。尚、図８Ｈにて破線で示したレベ
ルがφS に相当する。
差φS は−Δθと等しくなり、数５の式より角速度Ωを
求めることができる。尚、図８Ｈにて破線で示したレベ
ルがφS に相当する。
【００５５】数１１の式の条件が満たされている場合に
は、数８の式を数３の式に代入して次の式を得る。
は、数８の式を数３の式に代入して次の式を得る。
【００５６】
【数１２】ｘ＝Δθ＋φ ＝Δθ＋φS ＋φm 〔ｎ〕＋２πｋ3 〔ｎ〕 ＝φm 〔ｎ〕＋２πｋ3 〔ｎ〕
【００５７】この式でφm 〔ｎ〕＝±π／２である。非
リセット状態ではリセット係数ｋ3はｋ3 ＝０、リセッ
ト状態ではリセット係数ｋ3 （整数）はｋ3 ≠０であ
る。位相変調器８によって生成される位相差ｘの値はｘ
＝＋π／２、−π／２、＋３π／２、−３π／２等とな
る。位相差ｘ＝±３π／２の状態はリセット状態と呼ば
れる。
リセット状態ではリセット係数ｋ3はｋ3 ＝０、リセッ
ト状態ではリセット係数ｋ3 （整数）はｋ3 ≠０であ
る。位相変調器８によって生成される位相差ｘの値はｘ
＝＋π／２、−π／２、＋３π／２、−３π／２等とな
る。位相差ｘ＝±３π／２の状態はリセット状態と呼ば
れる。
【００５８】図８Ｉに数１２の式の位相差ｘの波形を示
す。ｘ＝＋π／２、−π／２、＋３π／２、−３π／２
のときの光の強さの値ＩP をそれぞれ、Ｉ（＋π／２）
X 、Ｉ（−π／２）X 、Ｉ（＋３π／２）X 、Ｉ（−３
π／２）X として、位相変調器８において、位相変化分
φP （ｔ）、φP （ｔ−τ）が正確に０又は２πでリセ
ットされる場合には、次の式が成立する。
す。ｘ＝＋π／２、−π／２、＋３π／２、−３π／２
のときの光の強さの値ＩP をそれぞれ、Ｉ（＋π／２）
X 、Ｉ（−π／２）X 、Ｉ（＋３π／２）X 、Ｉ（−３
π／２）X として、位相変調器８において、位相変化分
φP （ｔ）、φP （ｔ−τ）が正確に０又は２πでリセ
ットされる場合には、次の式が成立する。
【００５９】
【数１３】Ｉ（＋π／２）X ＝Ｉ（−３π／２）X Ｉ（−π／２）X ＝Ｉ（＋３π／２）X
【００６０】再び図５を参照して説明する。図５の点線
部１０３は従来のディジタルクローズドループ方式の制
御部の第１の構成例を示す。タイミング信号発生器９は
周期τのタイミング信号を発生し、斯かるタイミング信
号をＡ／Ｄ変換器１０とディジタル演算部１１とＤ／Ａ
変換器１２に供給する。このタイミング信号を制御信号
としてＡ／Ｄ変換器１０とディジタル演算部１１とＤ／
Ａ変換器１２は動作する。電流電圧変換器７からの光の
強さＩP を示す信号はＡ／Ｄ変換器１０によってディジ
タル信号に変換され、斯かるディジタル信号はディジタ
ル演算部１１に供給される。
部１０３は従来のディジタルクローズドループ方式の制
御部の第１の構成例を示す。タイミング信号発生器９は
周期τのタイミング信号を発生し、斯かるタイミング信
号をＡ／Ｄ変換器１０とディジタル演算部１１とＤ／Ａ
変換器１２に供給する。このタイミング信号を制御信号
としてＡ／Ｄ変換器１０とディジタル演算部１１とＤ／
Ａ変換器１２は動作する。電流電圧変換器７からの光の
強さＩP を示す信号はＡ／Ｄ変換器１０によってディジ
タル信号に変換され、斯かるディジタル信号はディジタ
ル演算部１１に供給される。
【００６１】ディジタル演算部１１では、図７及び図８
を参照して説明したクローズドループ方式による位相変
化分φ（ｔ）が生成される。ディジタル演算部１１の出
力信号はＤ／Ａ変換器１２に供給される。Ｄ／Ａ変換器
１２からは位相変調信号φ（ｔ）が位相変調器８に供給
される。
を参照して説明したクローズドループ方式による位相変
化分φ（ｔ）が生成される。ディジタル演算部１１の出
力信号はＤ／Ａ変換器１２に供給される。Ｄ／Ａ変換器
１２からは位相変調信号φ（ｔ）が位相変調器８に供給
される。
【００６２】図９は図５に示したディジタルクローズド
ループ方式の制御部１０３の主要部を示し、これを参照
してその動作を詳細に説明する。タイミング信号発生器
９からのタイミング信号はスイッチ回路１１１に入力さ
れ、スイッチ回路１１１によってＡ／Ｄ変換器１０から
のディジタル信号が第１のレジスタ１１２−１と第２の
レジスタ１１２−２に入力される。
ループ方式の制御部１０３の主要部を示し、これを参照
してその動作を詳細に説明する。タイミング信号発生器
９からのタイミング信号はスイッチ回路１１１に入力さ
れ、スイッチ回路１１１によってＡ／Ｄ変換器１０から
のディジタル信号が第１のレジスタ１１２−１と第２の
レジスタ１１２−２に入力される。
【００６３】第１のレジスタ１１２−１には位相差がｘ
＝＋π／２のときの光の強さＩ（＋π／２）X が記憶さ
れ、第２のレジスタ１１２−２には位相差がｘ＝−π／
２のときの光の強さＩ（−π／２）X が記憶される。リ
セット状態であれば、位相差がｘ＝±３π／２のときの
光の強さＩ（±３π／２）X がＡ／Ｄ変換器１０より出
力されるが、数１３の式の関係を用いて求められた値が
それぞれに対応するレジスタ１１２−１、１１２−２に
記憶される。
＝＋π／２のときの光の強さＩ（＋π／２）X が記憶さ
れ、第２のレジスタ１１２−２には位相差がｘ＝−π／
２のときの光の強さＩ（−π／２）X が記憶される。リ
セット状態であれば、位相差がｘ＝±３π／２のときの
光の強さＩ（±３π／２）X がＡ／Ｄ変換器１０より出
力されるが、数１３の式の関係を用いて求められた値が
それぞれに対応するレジスタ１１２−１、１１２−２に
記憶される。
【００６４】第１の演算部１１３−１では第１のレジス
タ１１２−１に記憶された値Ｉ（＋π／２）X と第２の
レジスタ１１２−２に記憶された値Ｉ（−π／２）X の
差が計算され、斯かる差の値を示す信号が第２の演算部
１１３−２へ出力される。この差の値をΔとすると次の
式によって表される。
タ１１２−１に記憶された値Ｉ（＋π／２）X と第２の
レジスタ１１２−２に記憶された値Ｉ（−π／２）X の
差が計算され、斯かる差の値を示す信号が第２の演算部
１１３−２へ出力される。この差の値をΔとすると次の
式によって表される。
【００６５】
【数１４】Δ＝Ｉ（＋π／２）X −Ｉ（−π／２）X ＝Ｉ（−３π／２）X −Ｉ（＋３π／２）X
【００６６】図１０を参照して第２の演算部１１３−２
の構成及びその動作を説明する。第１の演算部１１３−
１からの差の信号Δは第１の加算器１１３−２Ａに入力
され、その結果は第３のレジスタ１１３−２Ｂに記憶さ
れる。斯かる記憶された値は次のタイミングで第１の加
算器１１３−２Ａに入力され、第１の演算部１１３−１
からの差の信号Δに加算されて第３のレジスタ１１３−
２Ｂに記憶される。
の構成及びその動作を説明する。第１の演算部１１３−
１からの差の信号Δは第１の加算器１１３−２Ａに入力
され、その結果は第３のレジスタ１１３−２Ｂに記憶さ
れる。斯かる記憶された値は次のタイミングで第１の加
算器１１３−２Ａに入力され、第１の演算部１１３−１
からの差の信号Δに加算されて第３のレジスタ１１３−
２Ｂに記憶される。
【００６７】こうして、第１の演算部１１３−１から出
力されたの差の信号Δがゼロになると、第３のレジスタ
１１３−２Ｂの値は一定値に保持される。この保持され
た一定値がディジタルフェーズランプ位相差φS の値で
ある。このφS の値より、数５の式から角速度Ωを求め
ることができる。第３のレジスタ１１３−２Ｂからの出
力は第２の演算部１１３−２からの出力として、第３の
演算部１１３−３に供給される。
力されたの差の信号Δがゼロになると、第３のレジスタ
１１３−２Ｂの値は一定値に保持される。この保持され
た一定値がディジタルフェーズランプ位相差φS の値で
ある。このφS の値より、数５の式から角速度Ωを求め
ることができる。第３のレジスタ１１３−２Ｂからの出
力は第２の演算部１１３−２からの出力として、第３の
演算部１１３−３に供給される。
【００６８】再び図９を参照すると、第３の演算部１１
３−３では数６の式の演算及びリセット処理が行われ
る。第３の演算部１１３−３より出力された位相差信号
φP （ｔ）は第４の演算部１１３−４に供給される。
３−３では数６の式の演算及びリセット処理が行われ
る。第３の演算部１１３−３より出力された位相差信号
φP （ｔ）は第４の演算部１１３−４に供給される。
【００６９】変調信号発生部１１４はタイミング信号発
生器９からのタイミング信号を入力して、時間τ毎に交
互に値が＋π／４、−π／４に反転する位相差信号
φm ’（ｔ）を発生する。第４の演算部１１３−４は変
調信号発生部１１４からの位相差信号φm ’（ｔ）と第
３の演算部１１３−３からの位相差信号φP （ｔ）を入
力し、数７の式の演算及びリセット処理を行う。第４の
演算部１１３−４からの出力φ（ｔ）はＤ／Ａ変換器１
２に出力され、Ｄ／Ａ変換器１２の出力は位相変調器８
に出力される。
生器９からのタイミング信号を入力して、時間τ毎に交
互に値が＋π／４、−π／４に反転する位相差信号
φm ’（ｔ）を発生する。第４の演算部１１３−４は変
調信号発生部１１４からの位相差信号φm ’（ｔ）と第
３の演算部１１３−３からの位相差信号φP （ｔ）を入
力し、数７の式の演算及びリセット処理を行う。第４の
演算部１１３−４からの出力φ（ｔ）はＤ／Ａ変換器１
２に出力され、Ｄ／Ａ変換器１２の出力は位相変調器８
に出力される。
【００７０】こうして、ディジタルクローズドループ方
式では、角速度Ωが変化すると光ファイバループ内に生
じた位相差Δθに等しいディジタルフェーズランプ位相
差φ S が作り出され、これがジャイロ信号として第２の
演算部１１３−２より出力されることになる。
式では、角速度Ωが変化すると光ファイバループ内に生
じた位相差Δθに等しいディジタルフェーズランプ位相
差φ S が作り出され、これがジャイロ信号として第２の
演算部１１３−２より出力されることになる。
【００７１】ところが、このような動作をおこなって正
しい信号を得るためには、位相変調器８において、正確
に０又は２πでリセットされなければならない。即ち、
数７の式の右周りの光の位相変化分φ（ｔ）と左周りの
光の位相変化分φ（ｔ−τ）が正確に０又は２πでリセ
ットされなければならない。
しい信号を得るためには、位相変調器８において、正確
に０又は２πでリセットされなければならない。即ち、
数７の式の右周りの光の位相変化分φ（ｔ）と左周りの
光の位相変化分φ（ｔ−τ）が正確に０又は２πでリセ
ットされなければならない。
【００７２】一般に位相変調器８は温度感度を持ってお
り、Ｄ／Ａ変換器１２からの出力が一定でも、温度が変
化すると位相変調器８の変調度が変化し、その光の位相
が変化することとなる。従って、リセット値がφ（ｔ）
＝０又は２πより偏倚することとなる。
り、Ｄ／Ａ変換器１２からの出力が一定でも、温度が変
化すると位相変調器８の変調度が変化し、その光の位相
が変化することとなる。従って、リセット値がφ（ｔ）
＝０又は２πより偏倚することとなる。
【００７３】これを補正するにはφ（ｔ）＝０又は２π
に相当するＤ／Ａ変換器１２からの出力を補正すればよ
い。従来、このφ（ｔ）＝０又は２πからのズレの検出
及び補正は次のように行っていた。
に相当するＤ／Ａ変換器１２からの出力を補正すればよ
い。従来、このφ（ｔ）＝０又は２πからのズレの検出
及び補正は次のように行っていた。
【００７４】図１１に位相差ｘと光の強さＩP の関係を
示す。図１１にて図１１Ａ、図１１Ｂ、図１１Ｃ、図１
１Ｄ、図１１Ｅの縦軸と横軸は図６と同じであるので、
説明は省略する。図１１は図５に示した従来の光ファイ
バジャイロが動作している状態を示している。
示す。図１１にて図１１Ａ、図１１Ｂ、図１１Ｃ、図１
１Ｄ、図１１Ｅの縦軸と横軸は図６と同じであるので、
説明は省略する。図１１は図５に示した従来の光ファイ
バジャイロが動作している状態を示している。
【００７５】図１１Ｂは位相変調器８が正しくφ（ｔ）
＝０又は２πでリセットされる場合を示している。この
時、数１２の式に示したように、リセット時ではｘの値
が＋３π／２、−３π／２等の値をとる。ここで、ｘ＝
−π／２、＋π／２、＋３π／２、−３π／２のときの
光の強さＩP の値の点をそれぞれI 、II、III 、IVとす
ると、図１１Ｄに示すようにI 、II、III 、IV点の光の
強さＩP は（スポーク状の突起部を除いて）同じ値をと
り、区別がつかない。
＝０又は２πでリセットされる場合を示している。この
時、数１２の式に示したように、リセット時ではｘの値
が＋３π／２、−３π／２等の値をとる。ここで、ｘ＝
−π／２、＋π／２、＋３π／２、−３π／２のときの
光の強さＩP の値の点をそれぞれI 、II、III 、IVとす
ると、図１１Ｄに示すようにI 、II、III 、IV点の光の
強さＩP は（スポーク状の突起部を除いて）同じ値をと
り、区別がつかない。
【００７６】図１１Ｃはリセットがφ（ｔ）＝０又は２
πより偏倚してされた場合の位相差信号を示している。
同様に、ｘ＝−π／２、＋π／２、＋３π／２、−３π
／２のときの光の強さＩP は図１１Ａに示すようにI
′、II′、III ′、IV′点となる。従って、図１１Ｅ
に示すようにI ′、II′の組とIII ′、IV′の組では組
の中では同じ値であるが、それぞれの組の値は異なる。
即ち、数１３の式は成立しない。数１３の式の両辺の偏
差を求める。
πより偏倚してされた場合の位相差信号を示している。
同様に、ｘ＝−π／２、＋π／２、＋３π／２、−３π
／２のときの光の強さＩP は図１１Ａに示すようにI
′、II′、III ′、IV′点となる。従って、図１１Ｅ
に示すようにI ′、II′の組とIII ′、IV′の組では組
の中では同じ値であるが、それぞれの組の値は異なる。
即ち、数１３の式は成立しない。数１３の式の両辺の偏
差を求める。
【００７７】
【数１５】 ε＝（リセット状態でない時の光の強さ）−（リセット状態の時の光の強さ） ＝Ｉ（＋π／２）X −Ｉ（−３π／２）X ＝Ｉ（−π／２）X −Ｉ（＋３π／２）X
【００７８】数１５の式で示される偏値εの値がゼロに
なるように、位相変調器８へ供給する電圧の値を制御す
れば、正しくφ（ｔ）＝０又は２πでリセットされるこ
ととなる。
なるように、位相変調器８へ供給する電圧の値を制御す
れば、正しくφ（ｔ）＝０又は２πでリセットされるこ
ととなる。
【００７９】図１２を参照して従来の光ファイバジャイ
ロの他の例を説明する。この例では、ディジタルクロー
ズドループ方式の制御部１０５はφ（ｔ）＝０又は２π
からのズレを検出し、補正を行う機能を有する。これは
位相変調器８へ供給する電圧を補正するもので変調度制
御方法と呼ばれる。
ロの他の例を説明する。この例では、ディジタルクロー
ズドループ方式の制御部１０５はφ（ｔ）＝０又は２π
からのズレを検出し、補正を行う機能を有する。これは
位相変調器８へ供給する電圧を補正するもので変調度制
御方法と呼ばれる。
【００８０】図１２の点線部１０５は従来のディジタル
クローズドループ方式の制御部の第２の構成例を示す。
タイミング信号発生器９は周期τのタイミング信号を発
生し、斯かるタイミング信号をＡ／Ｄ変換器１０とディ
ジタル演算部１１と第１のＤ／Ａ変換器１２と第２のＤ
／Ａ変換器１３に供給する。このタイミング信号を制御
信号としてＡ／Ｄ変換器１０とディジタル演算部１１と
Ｄ／Ａ変換器１２、１３は動作する。電流電圧変換器７
からの光の強さＩP を示す信号はＡ／Ｄ変換器１０によ
ってディジタル信号に変換され、斯かるディジタル信号
はディジタル演算部１１に供給される。
クローズドループ方式の制御部の第２の構成例を示す。
タイミング信号発生器９は周期τのタイミング信号を発
生し、斯かるタイミング信号をＡ／Ｄ変換器１０とディ
ジタル演算部１１と第１のＤ／Ａ変換器１２と第２のＤ
／Ａ変換器１３に供給する。このタイミング信号を制御
信号としてＡ／Ｄ変換器１０とディジタル演算部１１と
Ｄ／Ａ変換器１２、１３は動作する。電流電圧変換器７
からの光の強さＩP を示す信号はＡ／Ｄ変換器１０によ
ってディジタル信号に変換され、斯かるディジタル信号
はディジタル演算部１１に供給される。
【００８１】ディジタル演算部１１では、図７及び図８
を参照して説明したクローズドループ方式による位相変
化分φ（ｔ）が生成される。ディジタル演算部１１の出
力信号は第１のＤ／Ａ変換器１２に供給される。第１の
Ｄ／Ａ変換器１２からの位相変調信号φ（ｔ）は可変利
得増幅器１４に供給される。
を参照して説明したクローズドループ方式による位相変
化分φ（ｔ）が生成される。ディジタル演算部１１の出
力信号は第１のＤ／Ａ変換器１２に供給される。第１の
Ｄ／Ａ変換器１２からの位相変調信号φ（ｔ）は可変利
得増幅器１４に供給される。
【００８２】一方、ディジタル演算部１１からはリセッ
ト状態φ（ｔ）＝０又は２πを補正するための補正信号
が第２のＤ／Ａ変換器１３に供給される。第２のＤ／Ａ
変換器１３は可変利得増幅器１４へ制御信号を供給す
る。斯かる制御信号によって、可変利得増幅器１４から
位相変調器８へ補正された電圧の値が供給され、それに
よって正しくφ（ｔ）＝０又は２πの値にてリセットさ
れることとなる。
ト状態φ（ｔ）＝０又は２πを補正するための補正信号
が第２のＤ／Ａ変換器１３に供給される。第２のＤ／Ａ
変換器１３は可変利得増幅器１４へ制御信号を供給す
る。斯かる制御信号によって、可変利得増幅器１４から
位相変調器８へ補正された電圧の値が供給され、それに
よって正しくφ（ｔ）＝０又は２πの値にてリセットさ
れることとなる。
【００８３】図１３は図１２に示したディジタルクロー
ズドループ方式の制御部１０５の主要部を示し、これを
参照してその動作を詳細に説明する。尚、説明にあたっ
て図９に示した例と同じ動作をする部分は省略する。
ズドループ方式の制御部１０５の主要部を示し、これを
参照してその動作を詳細に説明する。尚、説明にあたっ
て図９に示した例と同じ動作をする部分は省略する。
【００８４】タイミング信号発生器９からのタイミング
信号はスイッチ回路１１１及び変調信号発生部１１４に
出力される。変調信号発生部１１４はタイミング信号発
生器９からのタイミング信号によって値が＋π／４、−
π／４に交互に反転する位相差信号φm ’（ｔ）を発生
する。第４の演算部１１３−４は斯かる位相差信号
φ m ’（ｔ）を入力し、数７の式の演算及びリセット処
理を行う。
信号はスイッチ回路１１１及び変調信号発生部１１４に
出力される。変調信号発生部１１４はタイミング信号発
生器９からのタイミング信号によって値が＋π／４、−
π／４に交互に反転する位相差信号φm ’（ｔ）を発生
する。第４の演算部１１３−４は斯かる位相差信号
φ m ’（ｔ）を入力し、数７の式の演算及びリセット処
理を行う。
【００８５】第４の演算部１１３−４からの出力信号φ
（ｔ）は第１のＤ／Ａ変換器１２に出力される。一方、
第４の演算部１１３−４からはスイッチ回路１１１と第
１の演算部１１３−１と第５の演算部１１３−５へ制御
信号が出力される。
（ｔ）は第１のＤ／Ａ変換器１２に出力される。一方、
第４の演算部１１３−４からはスイッチ回路１１１と第
１の演算部１１３−１と第５の演算部１１３−５へ制御
信号が出力される。
【００８６】スイッチ回路１１１はタイミング信号発生
器９からのタイミング信号を入力し、Ａ／Ｄ変換器１０
からのディジタル信号を第１〜第４のレジスタ１１２−
１〜１１２−４に入力する。
器９からのタイミング信号を入力し、Ａ／Ｄ変換器１０
からのディジタル信号を第１〜第４のレジスタ１１２−
１〜１１２−４に入力する。
【００８７】第１のレジスタ１１２−１は位相差ｘが＋
π／２のときの光の強さＩ（＋π／２）X を記憶し、第
２のレジスタ１１２−２は位相差ｘが−π／２のときの
光の強さＩ（−π／２）X を記憶し、第２のレジスタ１
１２−２は位相差ｘが−３π／２のときの光の強さＩ
（−３π／２）X を記憶し、第３のレジスタ１１２−３
は位相差ｘが＋３π／２のときの光の強さＩ（＋３π／
２）X を記憶し、第４のレジスタ１１２−４は位相差ｘ
が−３π／２のときの光の強さＩ（−３π／２） X を記
憶する。
π／２のときの光の強さＩ（＋π／２）X を記憶し、第
２のレジスタ１１２−２は位相差ｘが−π／２のときの
光の強さＩ（−π／２）X を記憶し、第２のレジスタ１
１２−２は位相差ｘが−３π／２のときの光の強さＩ
（−３π／２）X を記憶し、第３のレジスタ１１２−３
は位相差ｘが＋３π／２のときの光の強さＩ（＋３π／
２）X を記憶し、第４のレジスタ１１２−４は位相差ｘ
が−３π／２のときの光の強さＩ（−３π／２） X を記
憶する。
【００８８】第１の演算部１１３−１は第１のレジスタ
１１２−１の値と第２のレジスタ１１２−２の値の差Δ
1 を計算し、又は第３のレジスタ１１２−３の値と第４
のレジスタ１１２−４の値の差Δ2 を計算し、計算され
た差Δ1 、Δ2 の値を第２の演算部１１３−２へ出力す
る。そのどちらを演算するかは第４の演算部１１３−４
からの制御信号によって選択される。
１１２−１の値と第２のレジスタ１１２−２の値の差Δ
1 を計算し、又は第３のレジスタ１１２−３の値と第４
のレジスタ１１２−４の値の差Δ2 を計算し、計算され
た差Δ1 、Δ2 の値を第２の演算部１１３−２へ出力す
る。そのどちらを演算するかは第４の演算部１１３−４
からの制御信号によって選択される。
【００８９】
【数１６】Δ1 ＝Ｉ（＋π／２）X −Ｉ（−π／２）X Δ2 ＝Ｉ（−３π／２）X −Ｉ（＋３π／２）X
【００９０】第２の演算部１１３−２と第３の演算部１
１３−３の動作は図９の例と同じであるので説明を省略
する。
１３−３の動作は図９の例と同じであるので説明を省略
する。
【００９１】第５の演算部１１３−５では次の数１７の
式によって誤差信号ε1 又はε2 が演算される。そのど
ちらを演算するかは第４の演算部１１３−４からの制御
信号によって選択される。斯かる演算の結果ε1 又はε
2 は第６の演算部１１３−６へ出力される。
式によって誤差信号ε1 又はε2 が演算される。そのど
ちらを演算するかは第４の演算部１１３−４からの制御
信号によって選択される。斯かる演算の結果ε1 又はε
2 は第６の演算部１１３−６へ出力される。
【００９２】
【数１７】ε1 ＝Ｉ（＋π／２）X −Ｉ（−３π／２）
X ε2 ＝Ｉ（−π／２）X −Ｉ（＋３π／２）X
X ε2 ＝Ｉ（−π／２）X −Ｉ（＋３π／２）X
【００９３】第４の演算部１１３−４からの制御信号を
使用してリセット状態が判別される。即ち、斯かる制御
信号によって数１６の式の光出力の差信号Δ1 、Δ2 又
は数１７の式の誤差信号ε1 、ε2 が選択され、それに
よってリセットが正確になされているかが判別される。
使用してリセット状態が判別される。即ち、斯かる制御
信号によって数１６の式の光出力の差信号Δ1 、Δ2 又
は数１７の式の誤差信号ε1 、ε2 が選択され、それに
よってリセットが正確になされているかが判別される。
【００９４】図１４は第６の演算部１１３−６の構成例
を示す。第５の演算部１１３−５からの誤差信号ε1 又
はε2 は第１の加算器１１３−６Ａに入力され、第１の
加算器１１３−６Ａからの出力信号は第５のレジスタ１
１３−６Ｂに記憶される。第５のレジスタ１１３−６Ｂ
に記憶された値は、タイミング信号の次のタイミングで
第１の加算器１１３−６Ａに入力され、第５の演算部１
１３−５からの誤差信号ε1 又はε2 に加算され、その
結果は第５のレジスタ１１３−６Ｂに記憶される。つま
り、第５の演算部１１３−５からの誤差信号ε1 又はε
2 がゼロになると、第５のレジスタ１１３−６Ｂの記憶
値は一定値に保持される。この一定値が補正値となって
第２のＤ／Ａ変換器１３へ出力される。
を示す。第５の演算部１１３−５からの誤差信号ε1 又
はε2 は第１の加算器１１３−６Ａに入力され、第１の
加算器１１３−６Ａからの出力信号は第５のレジスタ１
１３−６Ｂに記憶される。第５のレジスタ１１３−６Ｂ
に記憶された値は、タイミング信号の次のタイミングで
第１の加算器１１３−６Ａに入力され、第５の演算部１
１３−５からの誤差信号ε1 又はε2 に加算され、その
結果は第５のレジスタ１１３−６Ｂに記憶される。つま
り、第５の演算部１１３−５からの誤差信号ε1 又はε
2 がゼロになると、第５のレジスタ１１３−６Ｂの記憶
値は一定値に保持される。この一定値が補正値となって
第２のＤ／Ａ変換器１３へ出力される。
【００９５】再び図１３を参照すると、第２のＤ／Ａ変
換器１３はタイミング信号発生器９からのタイミング信
号を入力し、可変利得増幅器１４のゲインを制御する信
号を発生する。つまり、第５の演算部１１３−５からの
誤差信号ε1 又はε2 がゼロになるように、第２のＤ／
Ａ変換器１３からの出力が制御される。
換器１３はタイミング信号発生器９からのタイミング信
号を入力し、可変利得増幅器１４のゲインを制御する信
号を発生する。つまり、第５の演算部１１３−５からの
誤差信号ε1 又はε2 がゼロになるように、第２のＤ／
Ａ変換器１３からの出力が制御される。
【００９６】誤差信号ε1 、ε2 がゼロの時は、数１３
の式で示した関係が満たされているから、リセット状態
では可変利得増幅器１４から位相変調器８に出力される
電圧信号と位相変調器８において位相差φ（ｔ）＝０又
は２πとが正しく１：１に対応している。つまり正確に
位相差φ（ｔ）＝０又は２πでリセットされる状態とな
る。この結果、スケールファクタ精度が向上し、高性能
なジャイロを得ることができる。
の式で示した関係が満たされているから、リセット状態
では可変利得増幅器１４から位相変調器８に出力される
電圧信号と位相変調器８において位相差φ（ｔ）＝０又
は２πとが正しく１：１に対応している。つまり正確に
位相差φ（ｔ）＝０又は２πでリセットされる状態とな
る。この結果、スケールファクタ精度が向上し、高性能
なジャイロを得ることができる。
【００９７】
【発明が解決しようとする課題】従来のディジタルクロ
ーズドループ方式の位相変調方法において使用されてい
る変調度制御方法は、入力角速度Ωの大きさに依存して
幾つかの不都合があった。
ーズドループ方式の位相変調方法において使用されてい
る変調度制御方法は、入力角速度Ωの大きさに依存して
幾つかの不都合があった。
【００９８】図１５は位相差ｘと光の強さＩP の関係を
示す。図１５で図１５Ａ、図１５Ｂ、図１５Ｃ、図１５
Ｄ、図１５Ｅの縦軸と横軸は図６と同じでありその詳細
な説明は省略する。図１５は図１２に示した従来の光フ
ァイバジャイロが動作している状態を示している。
示す。図１５で図１５Ａ、図１５Ｂ、図１５Ｃ、図１５
Ｄ、図１５Ｅの縦軸と横軸は図６と同じでありその詳細
な説明は省略する。図１５は図１２に示した従来の光フ
ァイバジャイロが動作している状態を示している。
【００９９】図１５Ｂは入力角速度Ωが大きく、位相差
Δθが＋π／２＜Δθ＜＋πの状態を示している。位相
差ｘの値がｘ＝−π／２、＋π／２、＋３π／２、−３
π／２、−５π／２、＋５π／２の時の光の強さＩP の
値の点をそれぞれＩ、II、III 、IV、Ｖ、VIとすると、
VI点で位相差ｘがｘ＝５π／２となる。
Δθが＋π／２＜Δθ＜＋πの状態を示している。位相
差ｘの値がｘ＝−π／２、＋π／２、＋３π／２、−３
π／２、−５π／２、＋５π／２の時の光の強さＩP の
値の点をそれぞれＩ、II、III 、IV、Ｖ、VIとすると、
VI点で位相差ｘがｘ＝５π／２となる。
【０１００】図１５Ｃは入力角速度Ωが更に大きく、位
相差Δθが＋π＜Δθ＜＋３π／２の状態を示してい
る。同じようにVI点で位相差ｘがｘ＝５π／２となる。
相差Δθが＋π＜Δθ＜＋３π／２の状態を示してい
る。同じようにVI点で位相差ｘがｘ＝５π／２となる。
【０１０１】図１５Ｂに対応する光の強さＩP は図１５
Ｄに、図１５Ｃに対応する光の強さＩP は図１５Ｅにそ
れぞれ示す。この場合、可能な光の強さＩP の値はＩ、
II、III 、IV点の４つの状態となる。これは入力角速度
Ωが正の場合であり、負の場合まで考慮すると、Ｉ、I
I、III 、IV、Ｖ、VI点の６つの状態が起こり得る。
Ｄに、図１５Ｃに対応する光の強さＩP は図１５Ｅにそ
れぞれ示す。この場合、可能な光の強さＩP の値はＩ、
II、III 、IV点の４つの状態となる。これは入力角速度
Ωが正の場合であり、負の場合まで考慮すると、Ｉ、I
I、III 、IV、Ｖ、VI点の６つの状態が起こり得る。
【０１０２】既に、図１１を参照して説明したように、
これらの６つの状態の光の強さＩPの値は正しくφ
（ｔ）＝０又は２πの値でリセットされている時は、全
て等しく同じ値となるが、φ（ｔ）＝０又は２πから偏
倚した状態でリセットされている時は、Ｉ、IIの組とII
I 、IVの組とＶ、VIの組の３組は互いに異なる値とな
る。従って、補正計算を行うためには、これら全ての状
態の光の強さＩP の値を記憶しなければならない。つま
り、入力角速度Ωに対応して位相差Δθが−３π／２＜
Δθ＜＋３π／２の範囲の場合には図１３の主要部にて
示したレジスタの数が４個ではなく、位相差ｘ＝Δθ＋
φに対応して６個準備する必要がある。
これらの６つの状態の光の強さＩPの値は正しくφ
（ｔ）＝０又は２πの値でリセットされている時は、全
て等しく同じ値となるが、φ（ｔ）＝０又は２πから偏
倚した状態でリセットされている時は、Ｉ、IIの組とII
I 、IVの組とＶ、VIの組の３組は互いに異なる値とな
る。従って、補正計算を行うためには、これら全ての状
態の光の強さＩP の値を記憶しなければならない。つま
り、入力角速度Ωに対応して位相差Δθが−３π／２＜
Δθ＜＋３π／２の範囲の場合には図１３の主要部にて
示したレジスタの数が４個ではなく、位相差ｘ＝Δθ＋
φに対応して６個準備する必要がある。
【０１０３】さらに入力角速度Ωが大きくなると、位相
差ｘ＝±７π／２、±９π／２、±１１π／２等の状態
が起こり得ることになり、それに対応してレジスタの数
がより多く必要となる。
差ｘ＝±７π／２、±９π／２、±１１π／２等の状態
が起こり得ることになり、それに対応してレジスタの数
がより多く必要となる。
【０１０４】本発明は、斯かる点に鑑み、入力角速度Ω
の値が大きくなっても、それに対応して位相差ｘを記憶
するためのレジスタの数を増加させることがなく、簡単
な装置によって正確に位相変調することができる光ファ
イバジャイロ及びそれを使用した角速度測定方法を提供
することを目的とする。
の値が大きくなっても、それに対応して位相差ｘを記憶
するためのレジスタの数を増加させることがなく、簡単
な装置によって正確に位相変調することができる光ファ
イバジャイロ及びそれを使用した角速度測定方法を提供
することを目的とする。
【０１０５】即ち、本発明は、入力角速度Ωの大きさに
関係なく正確にリセット状態の偏倚を補正して正確な位
相変調をすることができる光ファイバジャイロ及びそれ
を使用した角速度測定方法を提供することを目的とす
る。
関係なく正確にリセット状態の偏倚を補正して正確な位
相変調をすることができる光ファイバジャイロ及びそれ
を使用した角速度測定方法を提供することを目的とす
る。
【０１０６】
【課題を解決するための手段】本発明によれは、光ファ
イバループ３と、光ファイバループ３内を互いに反対方
向に伝搬する第１の伝播光と第２の伝播光をそれぞれ位
相変調する位相変調器８と、第１の伝播光と第２の伝播
光の干渉光を検出する受光器２と、を有し、光ファイバ
ループ３がループの中心軸線周りに角速度Ωにて回転す
るとき第１の伝播光と第２の伝播光との間に発生する位
相差Δθより角速度Ωを求めるように構成された光ファ
イバジャイロにおいて、干渉光に周期τ（τは伝播光が
光ファイバループを伝播するのに要する時間）の矩形波
形の位相差φが生成されるように第１及び第２の伝播光
はディジタルクローズドループ方式によって位相変調さ
れ、次式によって求められる変調度誤差εによって位相
変調器８による変調度を制御するように構成されている
ことを特徴とする。 但し、Ｉ〔ｎ〕、Ｉ〔ｎ−２〕は上記位相差φの矩形波
形のステップ数がｎ、ｎ−２の時の上記受光器によって
検出される干渉光の強さのディジタル値、ｋ〔ｎ〕、ｋ
〔ｎ−２〕は上記位相差φの矩形波形のステップ数が
ｎ、ｎ−２の時のリセット係数、ＩO は上記受光器によ
って検出される干渉光の強さに関係する係数。
イバループ３と、光ファイバループ３内を互いに反対方
向に伝搬する第１の伝播光と第２の伝播光をそれぞれ位
相変調する位相変調器８と、第１の伝播光と第２の伝播
光の干渉光を検出する受光器２と、を有し、光ファイバ
ループ３がループの中心軸線周りに角速度Ωにて回転す
るとき第１の伝播光と第２の伝播光との間に発生する位
相差Δθより角速度Ωを求めるように構成された光ファ
イバジャイロにおいて、干渉光に周期τ（τは伝播光が
光ファイバループを伝播するのに要する時間）の矩形波
形の位相差φが生成されるように第１及び第２の伝播光
はディジタルクローズドループ方式によって位相変調さ
れ、次式によって求められる変調度誤差εによって位相
変調器８による変調度を制御するように構成されている
ことを特徴とする。 但し、Ｉ〔ｎ〕、Ｉ〔ｎ−２〕は上記位相差φの矩形波
形のステップ数がｎ、ｎ−２の時の上記受光器によって
検出される干渉光の強さのディジタル値、ｋ〔ｎ〕、ｋ
〔ｎ−２〕は上記位相差φの矩形波形のステップ数が
ｎ、ｎ−２の時のリセット係数、ＩO は上記受光器によ
って検出される干渉光の強さに関係する係数。
【０１０７】本発明によれば、光ファイバジャイロにお
いて、ディジタルクローズドループ方式の位相変調にお
いて、受光器２によって検出される干渉光の光の強さを
指示する信号ＩP は次の式によって表される位相差ｘを
含み、 ｘ＝Δθ＋φ φ：位相変調器８によって生成される位相差 Δθ：角速度によって発生する位相差 位相差φは、 φ＝φS ＋φm 〔ｎ〕＋２πｋ〔ｎ〕 φS ：ディジタルフェーズランプ位相差 φm 〔ｎ〕：ディジタルデモジュレーション位相差 ｋ〔ｎ〕：リセット係数（整数） によって表され、 Ｉ〔ｎ〕−Ｉ〔ｎ−１〕＝０ となるように、位相差φが生成されることを特徴とす
る。
いて、ディジタルクローズドループ方式の位相変調にお
いて、受光器２によって検出される干渉光の光の強さを
指示する信号ＩP は次の式によって表される位相差ｘを
含み、 ｘ＝Δθ＋φ φ：位相変調器８によって生成される位相差 Δθ：角速度によって発生する位相差 位相差φは、 φ＝φS ＋φm 〔ｎ〕＋２πｋ〔ｎ〕 φS ：ディジタルフェーズランプ位相差 φm 〔ｎ〕：ディジタルデモジュレーション位相差 ｋ〔ｎ〕：リセット係数（整数） によって表され、 Ｉ〔ｎ〕−Ｉ〔ｎ−１〕＝０ となるように、位相差φが生成されることを特徴とす
る。
【０１０８】本発明によれば、光ファイバジャイロにお
いて、光源１と、光源１より出力された光を分配する第
１のカプラ５と、第１のカプラ５を経由した光を偏光す
る偏光子４と、偏光子４を経由した光を光ファイバルー
プ３内を互いに反対方向に伝搬する第１の伝播光と第２
の伝播光に分配しそれより干渉光を生成する第２のカプ
ラ６と、第２のカプラ６によって生成された干渉光を偏
光子４及び第１のカプラ５を経由して受光するための受
光器２と、受光器２より出力された電流信号を電圧信号
に変換するための電流電圧変換器７と、電流電圧変換器
７より出力されたアナログ信号をディジタル信号に変換
するためのＡ／Ｄ変換器１０と、Ａ／Ｄ変換器１０より
出力されたディジタル信号より角速度Ωを演算しそれを
ジャイロ信号として出力するディジタル演算部１１と、
ディジタル演算部１１より出力されたディジタル信号を
アナログ信号に変換して位相変調器８に制御信号を供給
するＤ／Ａ変換器１２と、を有することを特徴とする。
いて、光源１と、光源１より出力された光を分配する第
１のカプラ５と、第１のカプラ５を経由した光を偏光す
る偏光子４と、偏光子４を経由した光を光ファイバルー
プ３内を互いに反対方向に伝搬する第１の伝播光と第２
の伝播光に分配しそれより干渉光を生成する第２のカプ
ラ６と、第２のカプラ６によって生成された干渉光を偏
光子４及び第１のカプラ５を経由して受光するための受
光器２と、受光器２より出力された電流信号を電圧信号
に変換するための電流電圧変換器７と、電流電圧変換器
７より出力されたアナログ信号をディジタル信号に変換
するためのＡ／Ｄ変換器１０と、Ａ／Ｄ変換器１０より
出力されたディジタル信号より角速度Ωを演算しそれを
ジャイロ信号として出力するディジタル演算部１１と、
ディジタル演算部１１より出力されたディジタル信号を
アナログ信号に変換して位相変調器８に制御信号を供給
するＤ／Ａ変換器１２と、を有することを特徴とする。
【０１０９】本発明によれば、光ファイバジャイロにお
いて、偏光子４と第２のカプラ６と位相変調器８とは１
つの光集積回路５１に含まれるように構成されているこ
とを特徴とする。
いて、偏光子４と第２のカプラ６と位相変調器８とは１
つの光集積回路５１に含まれるように構成されているこ
とを特徴とする。
【０１１０】本発明によれば、光ファイバジャイロにお
いて、ディジタル演算部１１は光の強さのディジタル値
Ｉ〔ｎ〕、Ｉ〔ｎ−１〕、Ｉ〔ｎ−２〕をそれぞれ記憶
する３つのレジスタ１１２−１、１１２−２、１１２−
３とリセット係数ｋ〔ｎ〕、ｋ〔ｎ−１〕、ｋ〔ｎ−
２〕をそれぞれ記憶する３つのレジスタ１１３−４Ａ、
１１３−４Ｂ、１１３−４Ｃとこれらのレジスタに記憶
されたディジタル値を使用して角速度Ωを演算する演算
部１１３−２と変調度誤差εを演算する演算部１１３−
４、１１３−５、１１３−６とを有するように構成され
ていることを特徴とする。
いて、ディジタル演算部１１は光の強さのディジタル値
Ｉ〔ｎ〕、Ｉ〔ｎ−１〕、Ｉ〔ｎ−２〕をそれぞれ記憶
する３つのレジスタ１１２−１、１１２−２、１１２−
３とリセット係数ｋ〔ｎ〕、ｋ〔ｎ−１〕、ｋ〔ｎ−
２〕をそれぞれ記憶する３つのレジスタ１１３−４Ａ、
１１３−４Ｂ、１１３−４Ｃとこれらのレジスタに記憶
されたディジタル値を使用して角速度Ωを演算する演算
部１１３−２と変調度誤差εを演算する演算部１１３−
４、１１３−５、１１３−６とを有するように構成され
ていることを特徴とする。
【０１１１】本発明によれば、光ファイバループ３がル
ープの中心軸線周りに角速度Ωにて回転するとき光ファ
イバループ３内を互いに反対方向に伝搬する第１の伝播
光と第２の伝播光との間に発生する位相差Δθより角速
度Ωを演算するように構成された角速度測定方法におい
て、第１の伝播光と第２の伝播光をそれぞれディジタル
クローズドループ方式によって位相変調することと、位
相変調された第１の伝播光と第２の伝播光の干渉光を検
出して光の強さをディジタル値として求めることと、を
含み、ディジタルクローズドループ方式の位相変調にお
いて、干渉光に周期τ（τは伝播光が光ファイバループ
を伝播するのに要する時間）の矩形波形の位相差φが生
成され、次式によって求められる変調度誤差εによって
位相変調度を制御するように構成されていることを特徴
とする。 但し、Ｉ〔ｎ〕、Ｉ〔ｎ−２〕は位相差φの矩形波形の
ステップ数がｎ、ｎ−２の時の受光器２によって検出さ
れる干渉光の強さのディジタル値、ｋ〔ｎ〕、ｋ〔ｎ−
２〕は位相差φの矩形波形のステップ数がｎ、ｎ−２の
時のリセット係数、ＩO は受光器２によって検出される
干渉光の強さに関係する係数。
ープの中心軸線周りに角速度Ωにて回転するとき光ファ
イバループ３内を互いに反対方向に伝搬する第１の伝播
光と第２の伝播光との間に発生する位相差Δθより角速
度Ωを演算するように構成された角速度測定方法におい
て、第１の伝播光と第２の伝播光をそれぞれディジタル
クローズドループ方式によって位相変調することと、位
相変調された第１の伝播光と第２の伝播光の干渉光を検
出して光の強さをディジタル値として求めることと、を
含み、ディジタルクローズドループ方式の位相変調にお
いて、干渉光に周期τ（τは伝播光が光ファイバループ
を伝播するのに要する時間）の矩形波形の位相差φが生
成され、次式によって求められる変調度誤差εによって
位相変調度を制御するように構成されていることを特徴
とする。 但し、Ｉ〔ｎ〕、Ｉ〔ｎ−２〕は位相差φの矩形波形の
ステップ数がｎ、ｎ−２の時の受光器２によって検出さ
れる干渉光の強さのディジタル値、ｋ〔ｎ〕、ｋ〔ｎ−
２〕は位相差φの矩形波形のステップ数がｎ、ｎ−２の
時のリセット係数、ＩO は受光器２によって検出される
干渉光の強さに関係する係数。
【０１１２】本発明によれば、角速度測定方法におい
て、ディジタルクローズドループ方式の位相変調におい
て、干渉光の光の強さを指示する信号ＩP は次の式によ
って表される位相差ｘを含み、 ｘ＝Δθ＋φ φ：位相変調によって生成される位相差 Δθ：角速度によって発生する位相差 位相差φは φ＝φS ＋φm 〔ｎ〕＋２πｋ〔ｎ〕 φS ：ディジタルフェーズランプ位相差 φm 〔ｎ〕：ディジタルデモジュレーション位相差 ｋ〔ｎ〕：リセット係数（整数） によって表され、 Ｉ〔ｎ〕−Ｉ〔ｎ−１〕＝０ となるように、位相差φが生成されることを特徴とす
る。
て、ディジタルクローズドループ方式の位相変調におい
て、干渉光の光の強さを指示する信号ＩP は次の式によ
って表される位相差ｘを含み、 ｘ＝Δθ＋φ φ：位相変調によって生成される位相差 Δθ：角速度によって発生する位相差 位相差φは φ＝φS ＋φm 〔ｎ〕＋２πｋ〔ｎ〕 φS ：ディジタルフェーズランプ位相差 φm 〔ｎ〕：ディジタルデモジュレーション位相差 ｋ〔ｎ〕：リセット係数（整数） によって表され、 Ｉ〔ｎ〕−Ｉ〔ｎ−１〕＝０ となるように、位相差φが生成されることを特徴とす
る。
【０１１３】
【作用】ディジタルクローズドループ方式の位相変調方
法によると、干渉光には数２１の式によって表される位
相差φが生成され、数２７の式の左辺がゼロとなるよう
に制御される。
法によると、干渉光には数２１の式によって表される位
相差φが生成され、数２７の式の左辺がゼロとなるよう
に制御される。
【０１１４】従って、リセットが正確にφ（ｔ）＝０又
は２πにてなされている場合、即ち、変調度誤差εがゼ
ロの時はΔθ＋φS ＝０となりΔθ＝−φS より位相差
Δθが正確に求められる。しかしながら、リセットがφ
（ｔ）＝０又は２πより偏倚してなされている場合、即
ち、変調度誤差εがゼロでない時は、Δθ＋φS ≠０で
あり、真の位相差Δθを求めるためには、変調度誤差ε
の値を求める必要がある。
は２πにてなされている場合、即ち、変調度誤差εがゼ
ロの時はΔθ＋φS ＝０となりΔθ＝−φS より位相差
Δθが正確に求められる。しかしながら、リセットがφ
（ｔ）＝０又は２πより偏倚してなされている場合、即
ち、変調度誤差εがゼロでない時は、Δθ＋φS ≠０で
あり、真の位相差Δθを求めるためには、変調度誤差ε
の値を求める必要がある。
【０１１５】本例では、変調度誤差εは数２５の式によ
って求められる。斯かる変調度誤差εは、数２５の式よ
り明らかなように、ステップ数ｎ、ｎ−２の時の光の強
さのディジタル値Ｉ〔ｎ〕、Ｉ〔ｎ−２〕とリセット係
数ｋ〔ｎ〕、ｋ〔ｎ−２〕によって求められる。したが
って、入力角速度Ωが大きい場合でも変調度誤差εを正
確に求めることができる。
って求められる。斯かる変調度誤差εは、数２５の式よ
り明らかなように、ステップ数ｎ、ｎ−２の時の光の強
さのディジタル値Ｉ〔ｎ〕、Ｉ〔ｎ−２〕とリセット係
数ｋ〔ｎ〕、ｋ〔ｎ−２〕によって求められる。したが
って、入力角速度Ωが大きい場合でも変調度誤差εを正
確に求めることができる。
【０１１６】
【実施例】以下に、先ず本発明の概念について説明す
る。ディジタルクローズドループ方式において、位相差
φ（ｔ）がφ（ｔ）＝０又は２πより偏倚されてリセッ
トされる場合の変調度の誤差εを求める。従来例の説明
と同様に、ディジタルクローズドループ方式にて、右周
りの光が位相変調器８によって変調される位相変化分φ
（ｔ）＝φ〔ｎ〕を求める。
る。ディジタルクローズドループ方式において、位相差
φ（ｔ）がφ（ｔ）＝０又は２πより偏倚されてリセッ
トされる場合の変調度の誤差εを求める。従来例の説明
と同様に、ディジタルクローズドループ方式にて、右周
りの光が位相変調器８によって変調される位相変化分φ
（ｔ）＝φ〔ｎ〕を求める。
【０１１７】ディジタルフェーズランプ処理における位
相差φP （ｔ）は、時間τ毎に１段の高さがφS だけ増
加する階段状波であり、ｎステップ時（１ステップの時
間幅τ）の位相差をφP 〔ｎ〕とすると、
相差φP （ｔ）は、時間τ毎に１段の高さがφS だけ増
加する階段状波であり、ｎステップ時（１ステップの時
間幅τ）の位相差をφP 〔ｎ〕とすると、
【０１１８】
【数１８】φP 〔ｎ〕＝φP 〔ｎ−１〕＋φS
【０１１９】である。次にディジタルデモジュレーショ
ン処理をする。即ちこの式に変調位相差信号φm ′
（ｔ）を加算する。φm ′（ｔ）は、ステップ毎に＋π
／４、−π／４に値が反転する。
ン処理をする。即ちこの式に変調位相差信号φm ′
（ｔ）を加算する。φm ′（ｔ）は、ステップ毎に＋π
／４、−π／４に値が反転する。
【０１２０】
【数１９】 φ（ｔ）＝φ〔ｎ〕 ＝φP 〔ｎ〕＋φm ′〔ｎ〕＋２πｋ1 〔ｎ〕 ＝φP 〔ｎ−１〕＋φS ＋φm ′〔ｎ〕＋２πｋ1 〔ｎ〕
【０１２１】リセット係数ｋ1 （整数）は数１９の式で
表される位相差φ〔ｎ〕が階段状に増加している間はゼ
ロであるが、φ〔ｎ〕が０以下または２π以上になる場
合は、リセットされてφ〔ｎ〕の値が０から２πの範囲
になるように選択される。
表される位相差φ〔ｎ〕が階段状に増加している間はゼ
ロであるが、φ〔ｎ〕が０以下または２π以上になる場
合は、リセットされてφ〔ｎ〕の値が０から２πの範囲
になるように選択される。
【０１２２】左周りの光が位相変調器８によって変調さ
れる位相変化分φ（ｔ−τ）＝φ〔ｎ−１〕も同様に次
のようになる。
れる位相変化分φ（ｔ−τ）＝φ〔ｎ−１〕も同様に次
のようになる。
【０１２３】
【数２０】 φ（ｔ−τ）＝φ〔ｎ−１〕 ＝φP 〔ｎ−１〕＋φm ′〔ｎ−１〕＋２πｋ2 〔ｎ−１〕 ＝φP 〔ｎ−２〕＋φS ＋φm ′〔ｎ−１〕＋２πｋ2 〔ｎ−１〕
【０１２４】数８の式と同様に、干渉光が位相変調器８
によって生成される位相差φを求めると、
によって生成される位相差φを求めると、
【０１２５】
【数２１】 φ＝φ（ｔ）−φ（ｔ−τ） ＝φ〔ｎ〕−φ〔ｎ−１〕 ＝φS ＋φm ′〔ｎ〕−φm ′〔ｎ−１〕＋２πｋ〔ｎ〕 ＝φS ＋φm 〔ｎ〕＋２πｋ〔ｎ〕
【０１２６】ここで、φm 〔ｎ〕は数８の式及び数９の
式のφm 〔ｎ〕に相当し、ステップ毎に−π／２、＋π
／２と値が反転し、（−１）n-1 π／２と表すことがで
きる。また、リセット係数ｋは数８の式及び数９の式に
よって表されるリセット係数ｋ3 に相当する。即ち、
式のφm 〔ｎ〕に相当し、ステップ毎に−π／２、＋π
／２と値が反転し、（−１）n-1 π／２と表すことがで
きる。また、リセット係数ｋは数８の式及び数９の式に
よって表されるリセット係数ｋ3 に相当する。即ち、
【０１２７】
【数２２】φm 〔ｎ〕＝φm ′〔ｎ〕−φm ′〔ｎ−
１〕 ＝（−１）n-1 π／２ ｋ〔ｎ〕＝ｋ1 〔ｎ〕−ｋ2 〔ｎ−１〕
１〕 ＝（−１）n-1 π／２ ｋ〔ｎ〕＝ｋ1 〔ｎ〕−ｋ2 〔ｎ−１〕
【０１２８】ここで、数８の式と同様に、適宜、φS を
ディジタルフェーズランプ位相差、φm 〔ｎ〕をディジ
タルデモジュレーション位相差と称することとする。
ディジタルフェーズランプ位相差、φm 〔ｎ〕をディジ
タルデモジュレーション位相差と称することとする。
【０１２９】次に、変調度の誤差εを考慮して光の強さ
ＩP を求める。数２の式に数２１の式及び数２２の式を
代入する。但し、Δθ＋φS とεの値は十分に小さいも
のとする。
ＩP を求める。数２の式に数２１の式及び数２２の式を
代入する。但し、Δθ＋φS とεの値は十分に小さいも
のとする。
【０１３０】
【数２３】 ＩP ＝ＩO 〔１＋ｃｏｓ｛Δθ＋（１＋ε）φ｝〕 ＝ＩO 〔１＋ｃｏｓ｛Δθ＋（１＋ε）（φ（ｔ）−φ（ｔ−τ））｝〕 ＝ＩO 〔１＋ｃｏｓ｛Δθ＋（１＋ε）（φ〔ｎ〕−φ〔ｎ−１〕）｝〕 ＝ＩO 〔１＋ｃｏｓ｛Δθ＋φS ＋φm 〔ｎ〕＋２πｋ〔ｎ〕 ＋ε（φS ＋φm 〔ｎ〕＋２πｋ〔ｎ〕）｝〕 ＝ＩO 〔１＋ｃｏｓ｛Δθ＋φS ＋（−１）n-1 π／２ ＋ε（φS ＋（−１）n-1 π／２＋２πｋ〔ｎ〕）｝〕 ＝ＩO 〔１＋（−１）n ｓｉｎ｛Δθ＋φS ＋ε（φS ＋（−１）n-1 π／２＋２πｋ〔ｎ〕）｝〕 ≒ＩO 〔１＋（−１）n ｛Δθ＋φS ＋ε（φS ＋（−１）n-1 π／２＋２πｋ〔ｎ〕）｝〕 ＝ＩO 〔１−επ／２＋（−１）n ｛Δθ＋φS ＋ε（φS ＋２πｋ〔ｎ〕）｝〕
【０１３１】こうして、光の強さＩP はステップ数ｎの
関数として表される。次に、ステップ数ｎに相当する時
点での光の強さＩP 〔ｎ〕とステップ数ｎ−２に相当す
る時点での光の強さＩP 〔ｎ−２〕の差を計算する。そ
の時のリセット係数をｋ〔ｎ〕、ｋ〔ｎ−２〕とし、Δ
θ＋φS とεの値が十分に小さいとする。
関数として表される。次に、ステップ数ｎに相当する時
点での光の強さＩP 〔ｎ〕とステップ数ｎ−２に相当す
る時点での光の強さＩP 〔ｎ−２〕の差を計算する。そ
の時のリセット係数をｋ〔ｎ〕、ｋ〔ｎ−２〕とし、Δ
θ＋φS とεの値が十分に小さいとする。
【０１３２】
【数２４】 Ｉ〔ｎ〕−Ｉ〔ｎ−２〕 ＝ＩO 〔（−１）n ｛Δθ＋φS ＋ε（φS ＋２πｋ〔ｎ〕）｝〕 −ＩO 〔（−１）n-2 ｛Δθ＋φS ＋ε（φS ＋２πｋ〔ｎ−２〕）｝〕 ＝２πＩO （−１）n ε（ｋ〔ｎ〕−ｋ〔ｎ−２〕）
【０１３３】したがって、ｋ〔ｎ〕−ｋ〔ｎ−２〕≠０
の場合には、次の式より変調度誤差εを求めることがで
きる。
の場合には、次の式より変調度誤差εを求めることがで
きる。
【０１３４】
【数２５】
【０１３５】ここに係数Ｋは次の式によって表される。
【０１３６】
【数２６】
【０１３７】数２５の式は入力角速度Ωに制限がなく、
入力角速度Ωがどのような値であっても変調度誤差εを
求めることができることを示している。従って、斯かる
変調度誤差εを変調度制御のための制御信号として使用
すれば、入力角速度Ωの大きさに制限なく、変調度制御
を行うことができる。
入力角速度Ωがどのような値であっても変調度誤差εを
求めることができることを示している。従って、斯かる
変調度誤差εを変調度制御のための制御信号として使用
すれば、入力角速度Ωの大きさに制限なく、変調度制御
を行うことができる。
【０１３８】また、この数２５の式は２つの光の強さの
値ＩP を使用して変調度誤差εを求めることができるこ
とを示している。ｋ〔ｎ〕−ｋ〔ｎ−２〕＝０の場合に
は、ｋ〔ｎ〕−ｋ〔ｎ−２〕≠０となるステップ数ｎま
で待って演算すればよい。従って、ディジタル演算部１
１は斯かる２つのリセット係数ｋ〔ｎ〕、ｋ〔ｎ−２〕
の値を生成するように構成すればよい。
値ＩP を使用して変調度誤差εを求めることができるこ
とを示している。ｋ〔ｎ〕−ｋ〔ｎ−２〕＝０の場合に
は、ｋ〔ｎ〕−ｋ〔ｎ−２〕≠０となるステップ数ｎま
で待って演算すればよい。従って、ディジタル演算部１
１は斯かる２つのリセット係数ｋ〔ｎ〕、ｋ〔ｎ−２〕
の値を生成するように構成すればよい。
【０１３９】図１を参照して本発明によるディジタルク
ローズドループ方式の光ファイバジャイロの位相変調の
例を説明する。本例のディジタルクローズドループ方式
の位相変調は、例えば、図７及び図８に示した位相差信
号を用いてよい。図１Ａは図８Ｆのφ（ｔ）に対応して
おり、図１Ｂはリセット係数ｋの波形を示し、図１Ｃは
図８Ｈのφ（ｔ）−φ（ｔ−τ）に対応している。
ローズドループ方式の光ファイバジャイロの位相変調の
例を説明する。本例のディジタルクローズドループ方式
の位相変調は、例えば、図７及び図８に示した位相差信
号を用いてよい。図１Ａは図８Ｆのφ（ｔ）に対応して
おり、図１Ｂはリセット係数ｋの波形を示し、図１Ｃは
図８Ｈのφ（ｔ）−φ（ｔ−τ）に対応している。
【０１４０】この例では、非リセット状態ではリセット
係数ｋはｋ＝０となり、リセット状態ではリセット係数
ｋはｋ＝±１となる。非リセット状態のとき、位相差φ
（ｔ）は１ステップ間隔にて増加し、φ（ｔ）＝２πに
近づくとリセット状態となり、φ（ｔ）が２πを超える
ことはない。
係数ｋはｋ＝０となり、リセット状態ではリセット係数
ｋはｋ＝±１となる。非リセット状態のとき、位相差φ
（ｔ）は１ステップ間隔にて増加し、φ（ｔ）＝２πに
近づくとリセット状態となり、φ（ｔ）が２πを超える
ことはない。
【０１４１】図２は本発明によるディジタルクローズド
ループ方式の光ファイバジャイロの構成例である。この
構成例では、光ファイバジャイロは光源１と入射光を電
流に変換する受光器２と光ファイバループ３とカプラ５
と光集積回路５１とを有し、斯かる光集積回路５１は偏
光子４とカプラ６と位相変調器８の機能を含む。
ループ方式の光ファイバジャイロの構成例である。この
構成例では、光ファイバジャイロは光源１と入射光を電
流に変換する受光器２と光ファイバループ３とカプラ５
と光集積回路５１とを有し、斯かる光集積回路５１は偏
光子４とカプラ６と位相変調器８の機能を含む。
【０１４２】光源１より出力された光はカプラ５を経由
して光集積回路５１に導かれる。光集積回路５１におい
て、この光は、偏光子４、Ｙ分岐状のカプラ６を経由し
て光ファイバループ３を互いに反対方向に伝搬する。
して光集積回路５１に導かれる。光集積回路５１におい
て、この光は、偏光子４、Ｙ分岐状のカプラ６を経由し
て光ファイバループ３を互いに反対方向に伝搬する。
【０１４３】光集積回路５１はチタン拡散型のＬｉＮｂ
Ｏ3 によって形成されたものであってよい。斯かる場
合、偏光子４は金属装荷型に形成されてよい。しかしな
がら、この光集積回路５１はプロトン交換型のＬｉＮｂ
Ｏ3 によって形成されたものであってよい。斯かる場
合、プロトン交換型のＬｉＮｂＯ3 が偏光子の機能を果
たすので偏光子４は省略されることができる。
Ｏ3 によって形成されたものであってよい。斯かる場
合、偏光子４は金属装荷型に形成されてよい。しかしな
がら、この光集積回路５１はプロトン交換型のＬｉＮｂ
Ｏ3 によって形成されたものであってよい。斯かる場
合、プロトン交換型のＬｉＮｂＯ3 が偏光子の機能を果
たすので偏光子４は省略されることができる。
【０１４４】位相変調器８はＹ分岐の後端に配置されて
いるが、Ｙ分岐の両端に設けてプッシュプル動作をさせ
るように構成してもよい。
いるが、Ｙ分岐の両端に設けてプッシュプル動作をさせ
るように構成してもよい。
【０１４５】図２の点線部１０１は本発明によるディジ
タルクローズドループ方式の制御部の構成例である。こ
の構成例は図５に示した従来の光ファイバジャイロの制
御部の構成例１０３と基本的には同じである。
タルクローズドループ方式の制御部の構成例である。こ
の構成例は図５に示した従来の光ファイバジャイロの制
御部の構成例１０３と基本的には同じである。
【０１４６】図３は図２の制御部の主要部を示してお
り、これを参照してその動作を説明する。タイミング信
号発生器９は周期τのタイミング信号を発生し、斯かる
タイミング信号はＡ／Ｄ変換器１０、第１の演算部１１
３−１、変調信号発生部１１４及びＤ／Ａ変換器１２へ
出力される。
り、これを参照してその動作を説明する。タイミング信
号発生器９は周期τのタイミング信号を発生し、斯かる
タイミング信号はＡ／Ｄ変換器１０、第１の演算部１１
３−１、変調信号発生部１１４及びＤ／Ａ変換器１２へ
出力される。
【０１４７】Ａ／Ｄ変換器１０は、タイミング信号発生
器９からのタイミング信号によって、電流電圧変換器７
からの信号をディジタル値に変換する。斯かるＡ／Ｄ変
換器１０によるディジタル変換は図１１Ａの光の強さＩ
P より図１１Ｄ又は図１１Ｅの波形に変換することに対
応している。
器９からのタイミング信号によって、電流電圧変換器７
からの信号をディジタル値に変換する。斯かるＡ／Ｄ変
換器１０によるディジタル変換は図１１Ａの光の強さＩ
P より図１１Ｄ又は図１１Ｅの波形に変換することに対
応している。
【０１４８】先ずＡ／Ｄ変換器１０からのディジタル信
号ＩP は第１のレジスタ１１２−１に入力される。タイ
ミング信号の次のタイミングで、第１のレジスタ１１２
−１に記憶された値は第２のレジスタ１１２−２に入力
され、第１のレジスタ１１２−１にはＡ／Ｄ変換器１０
からの出力が記憶される。
号ＩP は第１のレジスタ１１２−１に入力される。タイ
ミング信号の次のタイミングで、第１のレジスタ１１２
−１に記憶された値は第２のレジスタ１１２−２に入力
され、第１のレジスタ１１２−１にはＡ／Ｄ変換器１０
からの出力が記憶される。
【０１４９】次のタイミングで、第２のレジスタ１１２
−２に記憶された値は第３のレジスタ１１２−３に入力
され、第２のレジスタ１１２−２には第１のレジスタ１
１２−１に記憶された値が記憶され、第１のレジスタ１
１２−１にはＡ／Ｄ変換器１０からの出力が記憶され
る。
−２に記憶された値は第３のレジスタ１１２−３に入力
され、第２のレジスタ１１２−２には第１のレジスタ１
１２−１に記憶された値が記憶され、第１のレジスタ１
１２−１にはＡ／Ｄ変換器１０からの出力が記憶され
る。
【０１５０】このとき、第１のレジスタ１１２−１には
ステップ数ｎのときの光の強さＩ〔ｎ〕が記憶され、第
２のレジスタにはステップ数ｎ−１のときの光の強さＩ
〔ｎ−１〕が記憶され、第３のレジスタにはステップ数
ｎ−２のときの光の強さＩ〔ｎ−２〕が記憶される。
ステップ数ｎのときの光の強さＩ〔ｎ〕が記憶され、第
２のレジスタにはステップ数ｎ−１のときの光の強さＩ
〔ｎ−１〕が記憶され、第３のレジスタにはステップ数
ｎ−２のときの光の強さＩ〔ｎ−２〕が記憶される。
【０１５１】次に、第１のレジスタ１１２−１に記憶さ
れた値Ｉ〔ｎ〕と第２のレジスタ１１２−２に記憶され
た値Ｉ〔ｎ−１〕は第１の演算部１１３−１に出力さ
れ、第１のレジスタ１１２−１に記憶された値Ｉ〔ｎ〕
と第３のレジスタ１１２−３に記憶された値Ｉ〔ｎ−
２〕は第５の演算部１１３−５に出力される。
れた値Ｉ〔ｎ〕と第２のレジスタ１１２−２に記憶され
た値Ｉ〔ｎ−１〕は第１の演算部１１３−１に出力さ
れ、第１のレジスタ１１２−１に記憶された値Ｉ〔ｎ〕
と第３のレジスタ１１２−３に記憶された値Ｉ〔ｎ−
２〕は第５の演算部１１３−５に出力される。
【０１５２】第１の演算部１１３−１は、タイミング信
号発生器９からの周期τのタイミング信号を入力し第１
のレジスタ１１２−１に記憶された値Ｉ〔ｎ〕と第２の
レジスタ１１２−２に記憶された値Ｉ〔ｎ−１〕との差
を演算し、斯かる差信号を第２の演算部１１３−２へ出
力する。従って、数１０の式の代わりに次の式が成立す
る。
号発生器９からの周期τのタイミング信号を入力し第１
のレジスタ１１２−１に記憶された値Ｉ〔ｎ〕と第２の
レジスタ１１２−２に記憶された値Ｉ〔ｎ−１〕との差
を演算し、斯かる差信号を第２の演算部１１３−２へ出
力する。従って、数１０の式の代わりに次の式が成立す
る。
【０１５３】
【数２７】 Ｉ〔ｎ〕−Ｉ〔ｎ−１〕 ＝ＩO 〔１＋ｃｏｓ｛Δθ＋（φS −（−１）n-1 π／２ ＋２πｋ3 〔ｎ〕）｝〕−ＩO 〔１＋ｃｏｓ｛Δθ ＋（φS −（−１）n-2 π／２＋２πｋ3 〔ｎ−１〕）｝〕 ＝ＩO ｛（−１）n-1 ｓｉｎ（Δθ＋φS ） ＋（−１）n-1 ｓｉｎ（Δθ＋φS ）｝ ＝（−１）n-1 ・２ＩO ｓｉｎ（Δθ＋φS ）
【０１５４】ディジタルクローズドループ方式では、数
２７の式の値がゼロとなるように制御される。即ち、サ
グナック効果による位相差Δθを打ち消すようにφS の
大きさが制御される。
２７の式の値がゼロとなるように制御される。即ち、サ
グナック効果による位相差Δθを打ち消すようにφS の
大きさが制御される。
【０１５５】
【数２８】Δθ＋φS ＝０
【０１５６】こうして、ディジタルフェーズランプ位相
差φS は−Δθと等しくなり、数５の式より角速度Ωを
求めることができる。尚、図１Ｃにて破線で示したレベ
ルがφS に相当する。
差φS は−Δθと等しくなり、数５の式より角速度Ωを
求めることができる。尚、図１Ｃにて破線で示したレベ
ルがφS に相当する。
【０１５７】再び図３を参照する。第２の演算部１１３
−２の構成例及びその動作は図１０に示した第２の演算
部１１３−２の例と同じである。この第２の演算部１１
３−２からディジタルフェーズランプ位相差φS の値が
ジャイロ信号として出力される。第２の演算部１１３−
２からの出力は第３の演算部１１３−３へ供給される。
−２の構成例及びその動作は図１０に示した第２の演算
部１１３−２の例と同じである。この第２の演算部１１
３−２からディジタルフェーズランプ位相差φS の値が
ジャイロ信号として出力される。第２の演算部１１３−
２からの出力は第３の演算部１１３−３へ供給される。
【０１５８】変調信号発生部１１４はタイミング信号発
生器９からのタイミング信号を入力して＋π／２と−π
／２に交互に変化する位相差信号φm （ｔ）を発生す
る。斯かる位相差信号φm （ｔ）は図７Ｅに示す。
生器９からのタイミング信号を入力して＋π／２と−π
／２に交互に変化する位相差信号φm （ｔ）を発生す
る。斯かる位相差信号φm （ｔ）は図７Ｅに示す。
【０１５９】第３の演算部１１３−３は変調信号発生部
１１４からの位相差信号φm （ｔ）を入力し、数１９の
式の位相差φ（ｔ）＝φ〔ｎ〕を求める演算及びリセッ
ト処理を行う。を第３の演算部１１３−３からは、位相
差φ（ｔ）を示す信号が第７の演算部１１３−７に出力
され、リセット係数ｋ〔ｎ〕を示す信号が第４の演算部
１１３−４に出力される。
１１４からの位相差信号φm （ｔ）を入力し、数１９の
式の位相差φ（ｔ）＝φ〔ｎ〕を求める演算及びリセッ
ト処理を行う。を第３の演算部１１３−３からは、位相
差φ（ｔ）を示す信号が第７の演算部１１３−７に出力
され、リセット係数ｋ〔ｎ〕を示す信号が第４の演算部
１１３−４に出力される。
【０１６０】第４の演算部１１３−４では第３の演算部
１１３−３からの出力信号とタイミング信号発生器９か
らの周期τのタイミング信号を入力して数２６の式の係
数Ｋを求める演算を行う。
１１３−３からの出力信号とタイミング信号発生器９か
らの周期τのタイミング信号を入力して数２６の式の係
数Ｋを求める演算を行う。
【０１６１】図４は第４の演算部１１３−４の構成例を
示す。第４の演算部１１３−４は３つのレジスタ１１３
−４Ａ、１１３−４Ｂ、１１３−４Ｃと第８の演算部１
１３−４Ｄとを有する。先ず第３の演算部１１３−３か
らの出力は第１のレジスタ１１３−４Ａに入力される。
タイミング信号の次のタイミングで、第１のレジスタ１
１３−４Ａに記憶された値は第２のレジスタ１１３−４
Ｂに入力され、第１のレジスタ１１３−４Ａには第３の
演算部１１３−３からの出力が記憶される。
示す。第４の演算部１１３−４は３つのレジスタ１１３
−４Ａ、１１３−４Ｂ、１１３−４Ｃと第８の演算部１
１３−４Ｄとを有する。先ず第３の演算部１１３−３か
らの出力は第１のレジスタ１１３−４Ａに入力される。
タイミング信号の次のタイミングで、第１のレジスタ１
１３−４Ａに記憶された値は第２のレジスタ１１３−４
Ｂに入力され、第１のレジスタ１１３−４Ａには第３の
演算部１１３−３からの出力が記憶される。
【０１６２】次のタイミングで、第２のレジスタ１１３
−４Ｂに記憶された値は第３のレジスタ１１３−４Ｃに
入力され、第２のレジスタ１１３−４Ａには第１のレジ
スタ１１３−４Ａに記憶された値が入力され、第１のレ
ジスタ１１３−４Ａには第３の演算部１１３−３からの
出力が記憶される。次のタイミングで、第３のレジスタ
１１３−４Ｃに記憶された値は第８の演算部１１３−４
Ｄに出力され、第３のレジスタ１１３−４Ｃには第２の
レジスタ１１３−４Ｂに記憶された値が入力され、第２
のレジスタ１１３−４Ａには第１のレジスタ１１３−４
Ａに記憶された値が入力され、第１のレジスタ１１３−
４Ａには第３の演算部１１３−３からの出力が記憶され
る。
−４Ｂに記憶された値は第３のレジスタ１１３−４Ｃに
入力され、第２のレジスタ１１３−４Ａには第１のレジ
スタ１１３−４Ａに記憶された値が入力され、第１のレ
ジスタ１１３−４Ａには第３の演算部１１３−３からの
出力が記憶される。次のタイミングで、第３のレジスタ
１１３−４Ｃに記憶された値は第８の演算部１１３−４
Ｄに出力され、第３のレジスタ１１３−４Ｃには第２の
レジスタ１１３−４Ｂに記憶された値が入力され、第２
のレジスタ１１３−４Ａには第１のレジスタ１１３−４
Ａに記憶された値が入力され、第１のレジスタ１１３−
４Ａには第３の演算部１１３−３からの出力が記憶され
る。
【０１６３】第８の演算部１１３−４Ｄでは第１のレジ
スタ１１３−４Ａに記憶された値と第３のレジスタ１１
３−４Ｃに記憶された値の差が求められ、それより数２
６の式のＫを求める演算が行われ、その結果Ｋが出力さ
れる。ｋ〔ｎ〕−ｋ〔ｎ−２〕＝０の場合には、Ｋ＝０
が出力される。
スタ１１３−４Ａに記憶された値と第３のレジスタ１１
３−４Ｃに記憶された値の差が求められ、それより数２
６の式のＫを求める演算が行われ、その結果Ｋが出力さ
れる。ｋ〔ｎ〕−ｋ〔ｎ−２〕＝０の場合には、Ｋ＝０
が出力される。
【０１６４】再び図３を参照する。第５の演算部１１３
−５は数２５の式によって変調度誤差εを計算する。第
５の演算部１１３−５は第４の演算部１１３−４から出
力された係数Ｋを示す信号を入力する。一方、第５の演
算部１１３−５では第１のレジスタ１１２−１に記憶さ
れた値Ｉ〔ｎ〕と第３のレジスタ１１２−３に記憶され
た値Ｉ〔ｎ−２〕を入力してその差を計算する。斯かる
差の値と係数Ｋの値によって変調度誤差εが計算され
る。第５の演算部１１３−５からの出力は第６の演算部
１１３−６へ出力される。
−５は数２５の式によって変調度誤差εを計算する。第
５の演算部１１３−５は第４の演算部１１３−４から出
力された係数Ｋを示す信号を入力する。一方、第５の演
算部１１３−５では第１のレジスタ１１２−１に記憶さ
れた値Ｉ〔ｎ〕と第３のレジスタ１１２−３に記憶され
た値Ｉ〔ｎ−２〕を入力してその差を計算する。斯かる
差の値と係数Ｋの値によって変調度誤差εが計算され
る。第５の演算部１１３−５からの出力は第６の演算部
１１３−６へ出力される。
【０１６５】第６の演算部１１３−６の構成例及びその
動作は図１４の第６の演算部１１３−６の例と同じであ
る。第６の演算部１１３−６からは変調度の補正信号ε
0 が第７の演算部１１３−７へ出力される。
動作は図１４の第６の演算部１１３−６の例と同じであ
る。第６の演算部１１３−６からは変調度の補正信号ε
0 が第７の演算部１１３−７へ出力される。
【０１６６】第７の演算部１１３−７では、第６の演算
部１１３−６からの補正信号ε0 によって第３の演算部
１１３−３からの変調度信号を制御する。この結果はＤ
／Ａ変換器１２へ出力される。つまり、第５の演算部１
１３−５からの出力がゼロとなるように第７の演算部１
１３−７からの出力が制御される。
部１１３−６からの補正信号ε0 によって第３の演算部
１１３−３からの変調度信号を制御する。この結果はＤ
／Ａ変換器１２へ出力される。つまり、第５の演算部１
１３−５からの出力がゼロとなるように第７の演算部１
１３−７からの出力が制御される。
【０１６７】以上本発明の実施例について詳細に説明し
てきたが、本発明は上述の実施例に限ることなく本発明
の要旨を逸脱することなく他の種々の構成が採り得るこ
とは当業者にとって容易に理解されよう。
てきたが、本発明は上述の実施例に限ることなく本発明
の要旨を逸脱することなく他の種々の構成が採り得るこ
とは当業者にとって容易に理解されよう。
【０１６８】
【発明の効果】本発明によると、ディジタルクローズド
ループ方式の光ファイバジャイロにおいて、数２５の式
に示す如き入力角速度Ωに無関係な変調度誤差εを変調
度制御のための制御信号として使用するから、入力角速
度Ωの大きさに無関係に、変調度制御をなすことができ
る利点がある。
ループ方式の光ファイバジャイロにおいて、数２５の式
に示す如き入力角速度Ωに無関係な変調度誤差εを変調
度制御のための制御信号として使用するから、入力角速
度Ωの大きさに無関係に、変調度制御をなすことができ
る利点がある。
【０１６９】本発明によると、ディジタルクローズドル
ープ方式の光ファイバジャイロにおいて、入力角速度Ω
に無関係な変調度誤差εを変調度制御のための制御信号
として使用するように構成されており、斯かる変調度誤
差εは数２５の式に示す如き２つの異なる時間（周期τ
の矩形波信号の２つの異なるステップ）に対する光の強
さのディジタル値Ｉ〔ｎ〕、Ｉ〔ｎ−２〕より求められ
るから、斯かる２つの光の強さの値Ｉを記憶するための
レジスタを用意すればよく、入力角速度Ωの大きさΩが
大きくなり、位相差ｘ＝±５π／２、±７π／２、±９
π／２、±１１π／２等の状態が起っても、それに対応
してレジスタの数を増加する必要がない利点がある。
ープ方式の光ファイバジャイロにおいて、入力角速度Ω
に無関係な変調度誤差εを変調度制御のための制御信号
として使用するように構成されており、斯かる変調度誤
差εは数２５の式に示す如き２つの異なる時間（周期τ
の矩形波信号の２つの異なるステップ）に対する光の強
さのディジタル値Ｉ〔ｎ〕、Ｉ〔ｎ−２〕より求められ
るから、斯かる２つの光の強さの値Ｉを記憶するための
レジスタを用意すればよく、入力角速度Ωの大きさΩが
大きくなり、位相差ｘ＝±５π／２、±７π／２、±９
π／２、±１１π／２等の状態が起っても、それに対応
してレジスタの数を増加する必要がない利点がある。
【０１７０】本発明によれば、ディジタルクローズドル
ープ方式の光ファイバジャイロにおいて、入力角速度Ω
の大きさに無関係にスケールファクタ誤差を除去して高
い精度のジャイロ信号を提供することができる利点があ
る。
ープ方式の光ファイバジャイロにおいて、入力角速度Ω
の大きさに無関係にスケールファクタ誤差を除去して高
い精度のジャイロ信号を提供することができる利点があ
る。
【図１】本発明による光ファイバジャイロの変調位相差
信号の波形を示す図である。
信号の波形を示す図である。
【図２】本発明による光ファイバジャイロの構成例を示
す図である。
す図である。
【図３】本発明による光ファイバジャイロの主要部の構
成例を示す図である。
成例を示す図である。
【図４】本発明による第４の演算部の構成例を示す図で
ある。
ある。
【図５】従来の光ファイバジャイロの構成例を示す図で
ある。
ある。
【図６】ディジタルデモジュレーション方式を説明する
説明図である。
説明図である。
【図７】ディジタルクローズドループ方式を説明する説
明図である。
明図である。
【図８】ディジタルクローズドループ方式を説明する説
明図である。
明図である。
【図９】従来の光ファイバジャイロの主要部の構成例を
示す図である。
示す図である。
【図１０】従来例の第２の演算部の構成例を示す図であ
る。
る。
【図１１】位相差と光の強さの関係を説明する説明図で
ある。
ある。
【図１２】従来の光ファイバジャイロの他の構成例を示
す図である。
す図である。
【図１３】従来の光ファイバジャイロの主要部の他の構
成例を示す図である。
成例を示す図である。
【図１４】従来例の第６の演算部の構成例を示す図であ
る。
る。
【図１５】位相差と光の強さの関係を説明する説明図で
ある。
ある。
１ 光源 ２ 受光器 ３ 光ファイバループ ４ 偏光子 ５、６ カプラ ７ 電流電圧変換器 ８ 位相変調器 ９ タイミング信号発生器 １０ Ａ／Ｄ変換器 １１ ディジタル演算部 １２、１３ Ｄ／Ａ変換器 １４ 可変利得増幅器 ５１ 光集積回路 １０１、１０３、１０５ 制御部 １１１ スイッチ回路 １１２−１〜１１２−４ レジスタ １１３−１〜１１３−１０ 演算部 １１４ 変調信号発生部 １１５ 変調信号制御部
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−223581（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−186043（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−160104（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−369420（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−249912（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01C 19/72
Claims (7)
- 【請求項１】 光ファイバループと、該光ファイバルー
プ内を互いに反対方向に伝搬する第１の伝播光と第２の
伝播光をそれぞれ位相変調する位相変調器と、上記第１
の伝播光と第２の伝播光の干渉光を検出する受光器と、
を有し、上記光ファイバループがループの中心軸線周り
に角速度Ωにて回転するとき上記第１の伝播光と第２の
伝播光との間に発生する位相差Δθより上記角速度Ωを
求めるように構成された光ファイバジャイロにおいて、 上記干渉光に周期τ（τは伝播光が光ファイバループを
伝播するのに要する時間）の矩形波形の位相差φが生成
されるように上記第１及び第２の伝播光はディジタルク
ローズドループ方式によって位相変調され、次式によっ
て求められる変調度誤差εによって上記位相変調器によ
る変調度を制御するように構成されていることを特徴と
する光ファイバジャイロ。 但し、Ｉ〔ｎ〕、Ｉ〔ｎ−２〕は上記位相差φの矩形波
形のステップ数がｎ、ｎ−２の時の上記受光器によって
検出される干渉光の強さのディジタル値、ｋ〔ｎ〕、ｋ
〔ｎ−２〕は上記位相差φの矩形波形のステップ数が
ｎ、ｎ−２の時のリセット係数、ＩO は上記受光器によ
って検出される干渉光の強さに関係する係数。 - 【請求項２】 請求項１記載の光ファイバジャイロにお
いて、上記ディジタルクローズドループ方式の位相変調
において、上記受光器によって検出される干渉光の光の
強さを指示する信号ＩP は次の式によって表される位相
差ｘを含み、 ｘ＝Δθ＋φ φ：上記位相変調器によって生成される上記位相差 Δθ：角速度によって発生する位相差 上記位相差φは、 φ＝φS ＋φm 〔ｎ〕＋２πｋ〔ｎ〕 φS ：ディジタルフェーズランプ位相差 φm 〔ｎ〕：ディジタルデモジュレーション位相差 ｋ〔ｎ〕：リセット係数（整数） によって表され、 Ｉ〔ｎ〕−Ｉ〔ｎ−１〕＝０ となるように、上記位相差φが生成されることを特徴と
する光ファイバジャイロ。 - 【請求項３】 請求項１又は２記載の光ファイバジャイ
ロにおいて、光源と、該光源より出力された光を分配す
る第１のカプラと、該第１のカプラを経由した光を偏光
する偏光子と、該偏光子を経由した光を上記光ファイバ
ループ内を互いに反対方向に伝搬する上記第１の伝播光
と第２の伝播光に分配しそれより干渉光を生成する第２
のカプラと、該第２のカプラによって生成された干渉光
を上記偏光子及び上記第１のカプラを経由して受光する
ための受光器と、該受光器より出力された電流信号を電
圧信号に変換するための電流電圧変換器と、該電流電圧
変換器より出力されたアナログ信号をディジタル信号に
変換するためのＡ／Ｄ変換器と、該Ａ／Ｄ変換器より出
力されたディジタル信号より上記角速度Ωを演算しそれ
をジャイロ信号として出力するディジタル演算部と、該
ディジタル演算部より出力されたディジタル信号をアナ
ログ信号に変換して上記位相変調器に制御信号を供給す
るＤ／Ａ変換器と、を有することを特徴とする光ファイ
バジャイロ。 - 【請求項４】 請求項３記載の光ファイバジャイロにお
いて、上記偏光子と上記第２のカプラと上記位相変調器
とは１つの光集積回路に含まれるように構成されている
ことを特徴とする光ファイバジャイロ。 - 【請求項５】 請求項３又は４記載の光ファイバジャイ
ロにおいて、上記ディジタル演算部は上記光の強さのデ
ィジタル値Ｉ〔ｎ〕、Ｉ〔ｎ−１〕、Ｉ〔ｎ−２〕をそ
れぞれ記憶する３つのレジスタと上記リセット係数ｋ
〔ｎ〕、ｋ〔ｎ−１〕、ｋ〔ｎ−２〕をそれぞれ記憶す
る３つのレジスタと上記レジスタに記憶されたディジタ
ル値を使用して上記角速度Ωを演算する演算部と上記変
調度誤差εを演算する演算部とを有するように構成され
ていることを特徴とする光ファイバジャイロ。 - 【請求項６】 光ファイバループがループの中心軸線周
りに角速度Ωにて回転するとき上記光ファイバループ内
を互いに反対方向に伝搬する第１の伝播光と第２の伝播
光との間に発生する位相差Δθより上記角速度Ωを演算
するように構成された角速度測定方法において、 上記第１の伝播光と第２の伝播光をそれぞれディジタル
クローズドループ方式によって位相変調することと、 上記位相変調された第１の伝播光と第２の伝播光の干渉
光を検出して光の強さをディジタル値として求めること
と、を含み、 上記ディジタルクローズドループ方式の位相変調におい
て、上記干渉光に周期τ（τは伝播光が光ファイバルー
プを伝播するのに要する時間）の矩形波形の位相差φが
生成され、次式によって求められる変調度誤差εによっ
て位相変調度を制御するように構成されていることを特
徴とする角速度測定方法。 但し、Ｉ〔ｎ〕、Ｉ〔ｎ−２〕は上記位相差φの矩形波
形のステップ数がｎ、ｎ−２の時の上記受光器によって
検出される干渉光の強さのディジタル値、ｋ〔ｎ〕、ｋ
〔ｎ−２〕は上記位相差φの矩形波形のステップ数が
ｎ、ｎ−２の時のリセット係数、ＩO は上記受光器によ
って検出される干渉光の強さに関係する係数。 - 【請求項７】 請求項６記載の角速度測定方法におい
て、上記ディジタルクローズドループ方式の位相変調に
おいて、上記干渉光の光の強さを指示する信号ＩPは次
の式によって表される位相差ｘを含み、 ｘ＝Δθ＋φ φ：上記位相変調によって生成される位相差 Δθ：角速度によって発生する位相差 上記位相差φは φ＝φS ＋φm 〔ｎ〕＋２πｋ〔ｎ〕 φS ：ディジタルフェーズランプ位相差 φm 〔ｎ〕：ディジタルデモジュレーション位相差 ｋ〔ｎ〕：リセット係数（整数） によって表され、 Ｉ〔ｎ〕−Ｉ〔ｎ−１〕＝０ となるように、上記位相差φが生成されることを特徴と
する角速度測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28133393A JP3343767B2 (ja) | 1993-11-10 | 1993-11-10 | 光ファイバジャイロ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28133393A JP3343767B2 (ja) | 1993-11-10 | 1993-11-10 | 光ファイバジャイロ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07134039A JPH07134039A (ja) | 1995-05-23 |
| JP3343767B2 true JP3343767B2 (ja) | 2002-11-11 |
Family
ID=17637649
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28133393A Expired - Fee Related JP3343767B2 (ja) | 1993-11-10 | 1993-11-10 | 光ファイバジャイロ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3343767B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
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|---|---|---|---|---|
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| US9429426B2 (en) | 2014-01-22 | 2016-08-30 | Northrop Grumman Systems Corporation | Adaptive inertial measurement system and method |
| CN107014367B (zh) * | 2017-04-10 | 2020-09-01 | 中国船舶重工集团公司第七0七研究所 | 一种优化光纤陀螺动态性能的方法 |
| CN112729272B (zh) * | 2020-12-21 | 2022-08-05 | 重庆华渝电气集团有限公司 | 一种2π参数全数字调整光纤陀螺阶梯波重合度调整方法 |
-
1993
- 1993-11-10 JP JP28133393A patent/JP3343767B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07134039A (ja) | 1995-05-23 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |