JP3531918B2 - Optical gyro, driving method thereof, and signal processing method - Google Patents

Optical gyro, driving method thereof, and signal processing method

Info

Publication number
JP3531918B2
JP3531918B2 JP2000211853A JP2000211853A JP3531918B2 JP 3531918 B2 JP3531918 B2 JP 3531918B2 JP 2000211853 A JP2000211853 A JP 2000211853A JP 2000211853 A JP2000211853 A JP 2000211853A JP 3531918 B2 JP3531918 B2 JP 3531918B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
type semiconductor
ring resonator
resonator type
angular velocity
semiconductor laser
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2000211853A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2002022457A (en
Inventor
夏彦 水谷
貴陽 沼居
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
Priority to JP2000211853A priority Critical patent/JP3531918B2/en
Priority to US09/900,953 priority patent/US6586725B2/en
Publication of JP2002022457A publication Critical patent/JP2002022457A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3531918B2 publication Critical patent/JP3531918B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Lasers (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)
  • Gyroscopes (AREA)
  • Adjustment Of Camera Lenses (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION

【0002】本発明は、リング共振器型半導体レーザを
用いて回転を検知する光ジャイロ装置、特に回転方向を
検知可能な半導体光ジャイロ装置とその駆動方法と信号
処理方法に関する。
The present invention relates to an optical gyro device for detecting rotation by using a ring resonator type semiconductor laser, and more particularly to a semiconductor optical gyro device capable of detecting a rotation direction, a driving method thereof and a signal processing method.

【従来の技術】[Prior art]

【0003】従来、物体の回転、すなわち角速度を検知
するジャイロとしては、回転子や振動子をもつ機械的ジ
ャイロや、光ジャイロが知られている。光ジャイロは、
瞬間起動が可能でダイナミックレンジが広いため、ジャ
イロ分野で革新をもたらしつつある。光ジャイロには、
リングレーザ型ジャイロ、光ファイバジャイロ、受動型
リング共振器ジャイロなどがある。ガスレーザを用いた
リングレーザ型ジャイロは、すでに航空機などで実用化
されている。また、小型で高精度なリングレーザ型ジャ
イロとして、半導体基板上のリング共振器型半導体レー
ザからなるジャイロが提案されている。この公知文献と
して、特公昭62−39836号公報、特開平4−17
4317号公報、特公平6−38529号公報がある。
Conventionally, as a gyro that detects the rotation of an object, that is, the angular velocity, a mechanical gyro having a rotor and a vibrator, and an optical gyro are known. Optical gyro
Since it can be activated instantaneously and has a wide dynamic range, it is innovating in the gyro field. Optical gyro,
There are ring laser type gyros, optical fiber gyros, passive type ring resonator gyros and the like. A ring laser type gyro using a gas laser has already been put to practical use in aircraft and the like. Further, as a small and highly accurate ring laser type gyro, a gyro composed of a ring resonator type semiconductor laser on a semiconductor substrate has been proposed. As this publicly known document, Japanese Patent Publication No. Sho 62-39836 and Japanese Patent Laid-Open No. 4-17
4317 and Japanese Patent Publication No. 6-38529.

【0004】リング共振器型半導体レーザからなるジャ
イロは、振動子を有する機械式ジャイロと比べて、さら
に素子サイズを小さくでき、消費電力を低減でき、起動
時間を短縮できるという特徴をもっているため、スチル
カメラおよびビデオカメラの手振れによる撮影ミスを防
ぐ防振制御装置に使用するのに好適な素子である。
A gyro composed of a ring resonator type semiconductor laser is characterized in that the element size can be further reduced, power consumption can be reduced, and start-up time can be shortened as compared with a mechanical gyro having a vibrator. It is an element suitable for use in an image stabilization control device that prevents shooting errors due to camera shake of a camera and a video camera.

【0005】このような、ジャイロでは、ビート周波数
が角速度の情報をもっている。そして、ビート周波数を
検出するために、周波数−電圧変換回路によってビート
信号の振動周波数を電圧信号に変換する方法や、周波数
カウンタによって直接ビート周波数を検出する方法等が
ある。
In such a gyro, the beat frequency has information on the angular velocity. Then, in order to detect the beat frequency, there are a method of converting the vibration frequency of the beat signal into a voltage signal by a frequency-voltage conversion circuit, a method of directly detecting the beat frequency by a frequency counter, and the like.

【発明が解決しようとする課題】[Problems to be Solved by the Invention]

【0006】しかしながら、従来のリング共振器型半導
体レーザからなるジャイロは、そのままの出力信号から
は回転方向の検知ができなかった。そのため、微小回転
振動(ディザ)を加えて、ディザと信号の相関から回転
方向を検知していた。また、特公昭62−39836号
公報、特開平4−174317号公報においては、回転
方向検知の方法は示されていない。
However, the conventional gyro composed of the ring resonator type semiconductor laser cannot detect the rotational direction from the output signal as it is. Therefore, a minute rotational vibration (dither) is added and the rotational direction is detected from the correlation between the dither and the signal. Further, Japanese Patent Publication No. Sho 62-39836 and Japanese Patent Laid-Open No. 4-174317 do not show a method for detecting the rotational direction.

【0007】また、特公平6−38529号公報におい
ては、2個の電極から得られる信号の位相情報を比較す
ることで、回転方向を検知することができると述べられ
ているが、そのための信号処理方法は、具体的には示さ
れていない。
In Japanese Patent Publication No. 6-38529, it is stated that the rotation direction can be detected by comparing the phase information of the signals obtained from the two electrodes. The treatment method is not specifically shown.

【0008】そこで、本発明の第1の目的は、精度よく
回転方向を検知する光ジャイロを提供することである。
[0008] Therefore, a first object of the present invention is to provide an optical gyro that accurately detects the rotation direction.

【0009】また、本発明の第2の目的は、精度よく回
転方向を検知する光ジャイロの駆動方法を提供すること
である。
A second object of the present invention is to provide a method of driving an optical gyro that detects the direction of rotation with high accuracy.

【0010】また、本発明の第3の目的は、精度よく回
転方向を検知する光ジャイロの信号処理方法を提供する
ことである。
A third object of the present invention is to provide a signal processing method for an optical gyro that accurately detects the rotation direction.

【課題を解決するための手段】[Means for Solving the Problems]

【0011】上記第1の目的を達成するため、本出願の
第1の発明の光ジャイロは、印加された角速度に応じて
端子間のインピーダンス変動の周期が変わり、前記イン
ピーダンス変動を検知する電気端子を備えたリング共振
器型半導体レーザを、3つ以上、おたがいに光学的に独
立になるように、おたがいに垂直ではない面上に備えた
光ジャイロであって、少なくとも、ある方向の角速度が
増大するときにインピーダンス変動の周波数が低くなる
第1のリング共振器型半導体レーザと、前記第1のリン
グ共振器型半導体レーザのインピーダンス変動の周期が
低くなるときにインピーダンス変動の周波数が高くなる
第2のリング共振器型半導体レーザと、角速度の絶対値
が増大するときにインピーダンス変動の周波数が高くな
る第3のリング共振器型半導体レーザとを含む。上記構
成において、それぞれのリング共振器型半導体レーザが
おたがいに光学的に独立であることから、光ジャイロが
どちらの方向に回転を受けた場合にも、第1および第2
のリング共振器型半導体レーザのインピーダンス変動の
周波数は一方が低くなり、他方が高くなる。また、第3
のリング共振器型半導体レーザでは、ロックインが大き
く影響する角速度の小さい領域をのぞいては、インピー
ダンス変動の周波数が回転の角速度の絶対値に比例す
る。
In order to achieve the above-mentioned first object, the optical gyro of the first invention of the present application is such that the cycle of impedance variation between terminals changes according to the applied angular velocity, and an electrical terminal for detecting the impedance variation. An optical gyro provided with three or more ring resonator type semiconductor lasers on a plane that is not perpendicular to each other so that they are optically independent of each other , and at least when the angular velocity in a certain direction increases. A first ring resonator type semiconductor laser having a low impedance fluctuation frequency, and a second ring having a high impedance fluctuation frequency when the impedance fluctuation period of the first ring resonator type semiconductor laser decreases. Both the resonator-type semiconductor laser and the third ring in which the frequency of impedance fluctuation increases when the absolute value of the angular velocity increases And a vessel-type semiconductor laser. In the above structure, since the ring resonator type semiconductor lasers are optically independent from each other, the first and second optical gyros are rotated regardless of which direction the optical gyro is rotated.
The frequency of the impedance variation of the ring resonator type semiconductor laser is low on one side and high on the other side. Also, the third
In the ring resonator type semiconductor laser, the frequency of impedance fluctuation is proportional to the absolute value of the angular velocity of rotation except for the region where the lock-in greatly affects the small angular velocity.

【0012】上記構成において、それぞれのリング共振
器型半導体レーザがおたがいに光学的に独立であること
から、光ジャイロがどちらの方向に回転を受けた場合に
も、第1および第2のリング共振器型半導体レーザのイ
ンピーダンス変動の周波数は一方が低くなり、他方が高
くなる。また、第3のリング共振器型半導体レーザで
は、ロックインが大きく影響する角速度の小さい領域を
のぞいては、インピーダンス変動の周波数が回転の角速
度の絶対値に比例する。
In the above structure, since the respective ring resonator type semiconductor lasers are optically independent from each other, the first and second ring resonators are irrespective of which direction the optical gyro is rotated. One of the frequencies of impedance fluctuation of the semiconductor laser is low and the other is high. Further, in the third ring resonator type semiconductor laser, the frequency of impedance fluctuation is proportional to the absolute value of the angular velocity of rotation except for the region where the angular velocity has a small effect on the small angular velocity.

【0013】そこで、角速度の小さい領域では、第1お
よび第2のリング共振器型半導体レーザにおけるインピ
ーダンス変動の周波数変化を信号処理する。これらのリ
ング共振器型半導体レーザ間で同符号の変化となる雑音
と、反対符号の変化となる角速度に依存する信号とを分
離することが可能となるので、信号対雑音比を改善で
き、回転方向を表す符号を含めて精度良く角速度が得ら
れる。また、第3のリング共振器型半導体レーザにおい
て、ロックインの影響のない角速度の大きい領域では、
第3のリング共振器型半導体レーザにおけるインピーダ
ンス変動の周波数変化から角速度を得られる。この角速
度は、静止時のインピーダンス変動周波数の変動に影響
されないので、精度良く角速度が得られる。また、この
角速度領域でも、第1および第2のリング共振器型半導
体レーザにおけるインピーダンス変動の周波数変化を信
号処理して、これらのリング共振器型半導体レーザ間で
反対符号の変化となる、角速度に依存する信号を分離で
きるので、この符号から回転方向がわかる。
Therefore, in a region where the angular velocity is small, signal processing is performed on the frequency change of impedance fluctuation in the first and second ring resonator type semiconductor lasers. It is possible to separate the noise with the same sign change and the signal with the opposite sign change depending on the angular velocity between these ring resonator type semiconductor lasers, so that the signal-to-noise ratio can be improved and the rotation can be improved. It is possible to accurately obtain the angular velocity including the sign indicating the direction. Further, in the third ring resonator type semiconductor laser, in a region where the angular velocity is large and which is not affected by lock-in,
The angular velocity can be obtained from the frequency change of the impedance fluctuation in the third ring resonator type semiconductor laser. Since the angular velocity is not affected by the fluctuation of the impedance fluctuation frequency at rest, the angular velocity can be obtained with high accuracy. Also in this angular velocity region, the signal processing is performed on the frequency change of the impedance fluctuation in the first and second ring resonator type semiconductor lasers, and the angular speed becomes the change of the opposite sign between these ring resonator type semiconductor lasers. Since the dependent signal can be separated, the direction of rotation can be known from this code.

【0014】また、上記第1の目的を達成するため、本
出願の第の発明の光ジャイロは、第1の発明におい
て、前記第1と第2のリング共振器型半導体レーザは、
それぞれの光共振器内でおたがいに反対方向に周回し、
かつ静止時に発振周波数の異なる2つのレーザ光を有
し、前記時計回りのレーザ光と反時計回りのレーザ光と
の発振周波数の大小関係が、前記2つのレーザの間で逆
転していることと、前記第3のリング共振器型半導体レ
ーザは、その光共振器内でおたがいに反対方向に周回す
るレーザ光の発振周波数が、静止時に同一である。
[0014] To achieve the first object, an optical gyro of the second invention of the present application, the first invention odor <br/> Te, the first and second ring resonator type semiconductor Laser
Orbiting in the opposite direction in each optical resonator,
And having two laser beams having different oscillation frequencies when stationary, the magnitude relationship between the oscillation frequencies of the clockwise laser beam and the counterclockwise laser beam is reversed between the two lasers. In the third ring resonator type semiconductor laser, the oscillation frequency of the laser light that circulates in the opposite direction in the optical resonator is the same at rest.

【0015】上記構成において、前記第1と第2のリン
グ共振器型半導体レーザにおいて、それぞれの光共振器
内でおたがいに反対方向に周回し、かつ静止時に発振周
波数の異なる2つのレーザ光は、前記光共振器内で光ビ
ートを発生する。さらに、前記第1と第2のリング共振
器型半導体レーザはおたがいに光学的に独立なので、こ
れらを備えた前記ジャイロが回転したときに、それぞれ
のレーザ光の発振周波数は、独立に変化する。前記時計
回りのレーザ光と反時計回りのレーザ光との発振周波数
の大小関係が、前記2つのリング共振器型半導体レーザ
の間で逆転しているので、これらの光共振器内での光の
ビート周波数は、前記ジャイロの回転時に、一方で増加
し、もう一方で減少する。
In the above-mentioned structure, in the first and second ring resonator type semiconductor lasers, two laser lights that circulate in opposite directions in the respective optical resonators and have different oscillation frequencies at rest are An optical beat is generated in the optical resonator. Further, since the first and second ring resonator type semiconductor lasers are optically independent from each other, when the gyro equipped with them is rotated, the oscillation frequencies of the respective laser lights change independently. Since the magnitude relationship between the oscillation frequencies of the clockwise laser light and the counterclockwise laser light is reversed between the two ring resonator type semiconductor lasers, the light in these optical resonators is The beat frequency increases on the one hand and decreases on the other hand when the gyro rotates.

【0016】また、第3のリング共振器型半導体レーザ
において、回転の角速度が大きくロックインの影響がな
いときには、時計回りと反時計回りのレーザ光の発振周
波数は独立に変化して、光共振器内で光のビートを発生
する。この光のビートの周波数は角速度の絶対値に比例
する。これらの第1から第3のリング共振器型半導体レ
ーザにおける光ビートの周波数の変化は、いずれも端子
間におけるインピーダンス変動の周波数の変動として検
出することができる。
Further, in the third ring resonator type semiconductor laser, when the angular velocity of rotation is large and there is no influence of lock-in, the oscillation frequencies of the clockwise and counterclockwise laser light are changed independently to cause optical resonance. The light beat is generated inside the vessel. The frequency of this light beat is proportional to the absolute value of the angular velocity. Any change in the frequency of the optical beat in these first to third ring resonator type semiconductor lasers can be detected as a change in the frequency of the impedance change between the terminals.

【0017】そこで、角速度の小さい領域では、第1お
よび第2のリング共振器型半導体レーザにおけるインピ
ーダンス変動の周波数変化を信号処理する。これらのリ
ング共振器型半導体レーザ間で同符号の変化となる雑音
と、反対符号の変化となる角速度に依存する信号とを分
離することが可能となるので、信号対雑音比を改善で
き、回転方向を表す符号を含めて精度良く角速度が得ら
れる。また、第3のリング共振器型半導体レーザにおい
て、ロックインの影響のない角速度の大きい領域では、
第3のリング共振器型半導体レーザにおけるインピーダ
ンス変動の周波数変化から角速度を得られる。この角速
度は、静止時のインピーダンス変動周波数の変動に影響
されないので、精度良く角速度が得られる。また、この
角速度領域でも、第1および第2のリング共振器型半導
体レーザにおけるインピーダンス変動の周波数変化を信
号処理して、これらのリング共振器型半導体レーザ間で
反対符号の変化となる、角速度に依存する信号を分離で
きるので、この符号から回転方向がわかる。
Therefore, in a region where the angular velocity is small, signal processing is performed on the frequency change of impedance fluctuation in the first and second ring resonator type semiconductor lasers. It is possible to separate the noise with the same sign change and the signal with the opposite sign change depending on the angular velocity between these ring resonator type semiconductor lasers, so that the signal-to-noise ratio can be improved and the rotation can be improved. It is possible to accurately obtain the angular velocity including the sign indicating the direction. Further, in the third ring resonator type semiconductor laser, in a region where the angular velocity is large and which is not affected by lock-in,
The angular velocity can be obtained from the frequency change of the impedance fluctuation in the third ring resonator type semiconductor laser. Since the angular velocity is not affected by the fluctuation of the impedance fluctuation frequency at rest, the angular velocity can be obtained with high accuracy. Also in this angular velocity region, the signal processing is performed on the frequency change of the impedance fluctuation in the first and second ring resonator type semiconductor lasers, and the angular speed becomes the change of the opposite sign between these ring resonator type semiconductor lasers. Since the dependent signal can be separated, the direction of rotation can be known from this code.

【0018】また上記第1の目的を達成するため、本出
願の第の発明の光ジャイロは、第1の発明において、
前記第1と第2のリング共振器型半導体レーザは、光導
波路の一部にテーパ部があり、前記テーパ部は時計回り
のレーザ光の伝搬方向に沿って徐々に光導波路の幅が広
くなる第1の部分と徐々に光導波路の幅が狭くなる第2
の部分からなり、第1のリング共振器型半導体レーザに
おいては前記第1の部分が前記第2の部分よりも長く、
第2のリング共振器型半導体レーザにおいては前記第2
の部分が前記第1の部分よりも長いことと、第3のリン
グ共振器型半導体レーザは前記テーパ部をもたないこと
を特徴とする。
In order to achieve the above first object, the optical gyro of the third invention of the present application is the same as that of the first invention ,
In the first and second ring resonator type semiconductor lasers, a part of the optical waveguide has a taper portion, and the taper portion gradually widens the width of the optical waveguide along the clockwise laser light propagation direction. The first part and the second part where the width of the optical waveguide gradually narrows
In the first ring resonator type semiconductor laser, the first portion is longer than the second portion,
In the second ring resonator type semiconductor laser, the second
Is longer than the first portion, and the third ring resonator type semiconductor laser does not have the taper portion.

【0019】上記構成において、上記第1と第2のリン
グ共振器型半導体レーザのテーパ部は、静止時の時計回
りのレーザ光と反時計回りのレーザ光との発振周波数に
差を与えるために導入した構造である。さらに、第1と
第2のリング共振器型半導体レーザでは、上記テーパ部
の第1の部分と第2の部分の長さの大小関係が逆転して
いる。このことによって、第1と第2のリング共振器型
半導体レーザの間では、共振器損失の周回方向依存性が
逆転したものになり、これによって、時計回りのレーザ
光と反時計回りのレーザ光との発振周波数の大小関係が
逆転している。
In the above structure, the taper portions of the first and second ring resonator type semiconductor lasers provide a difference in oscillation frequency between the clockwise clockwise laser light and the counterclockwise laser light at rest. This is the introduced structure. Further, in the first and second ring resonator type semiconductor lasers, the magnitude relation of the lengths of the first portion and the second portion of the tapered portion is reversed. As a result, the dependence of the resonator loss on the orbiting direction is reversed between the first and second ring resonator type semiconductor lasers, whereby the clockwise laser light and the counterclockwise laser light are reversed. And the magnitude relationship of the oscillation frequency is reversed.

【0020】ここで上記テーパ部は、より詳細には以下
のように作用する。光共振器内のレーザ光は、光導波路
界面において全反射を繰り返しながら伝搬していく。上
記テーパ部においては、光導波路界面への入射角が全反
射条件からずれるので、導波損が生じる。周回方向によ
って、テーパ部での界面への入射角が異なるので損失に
差が生じ、共振器損失が周回方向に依存することにな
る。共振器損失に差があるので、リングレーザの発振し
きい値に差が生じ、周回方向の異なる2つのレーザ光が
共存して発振するときに、その光子数密度に差が生じ
る。この光子数密度の差は、非線形効果によってレーザ
光の発振周波数に差を与える。
More specifically, the taper portion operates as follows in more detail. The laser light in the optical resonator propagates while repeating total reflection at the interface of the optical waveguide. At the tapered portion, the incident angle to the interface of the optical waveguide deviates from the total reflection condition, so that a waveguide loss occurs. Since the incident angle on the interface at the taper portion differs depending on the circulating direction, there is a difference in loss, and the resonator loss depends on the circulating direction. Since there is a difference in the resonator loss, a difference occurs in the oscillation threshold of the ring laser, and when two laser lights having different orbiting directions coexist and oscillate, a difference in the photon number density occurs. This difference in the photon number density gives a difference in the oscillation frequency of the laser light due to the non-linear effect.

【0021】また上記構成において、第3のリング共振
器型半導体レーザにおいてはテーパ部がないので、共振
器損失の周回方向依存性がなく、静止時には時計回りの
レーザ光と反時計回りのレーザ光の発振周波数は一致す
る。
Further, in the above structure, since the third ring resonator type semiconductor laser has no taper portion, there is no dependency of the resonator loss in the orbiting direction, and the clockwise laser light and the counterclockwise laser light when stationary. The oscillating frequencies of are identical.

【0022】前記第1と第2のリング共振器型半導体レ
ーザにおいて、それぞれの光共振器内でおたがいに反対
方向に周回し、かつ静止時に発振周波数の異なる2つの
レーザ光は、前記光共振器内で光ビートを発生する。さ
らに、前記第1と第2のリング共振器型半導体レーザは
おたがいに光学的に独立なので、これらを備えた前記ジ
ャイロが回転したときに、それぞれのレーザ光の発振周
波数は、独立に変化する。前記時計回りのレーザ光と反
時計回りのレーザ光との発振周波数の大小関係が、前記
2つのリング共振器型半導体レーザの間で逆転している
ので、これらの光共振器内での光のビート周波数は、前
記ジャイロの回転時に一方で増加しもう一方で減少す
る。
In the first and second ring resonator type semiconductor lasers, two laser lights that circulate in opposite directions in the respective optical resonators and have different oscillation frequencies at rest are generated in the optical resonators. To generate a light beat. Further, since the first and second ring resonator type semiconductor lasers are optically independent from each other, when the gyro equipped with them is rotated, the oscillation frequencies of the respective laser lights change independently. Since the magnitude relationship between the oscillation frequencies of the clockwise laser light and the counterclockwise laser light is reversed between the two ring resonator type semiconductor lasers, the light in these optical resonators is The beat frequency increases on the one hand and decreases on the other hand when the gyro rotates.

【0023】また、第3のリング共振器型半導体レーザ
において、回転の角速度が大きくロックインの影響がな
いときには、時計回りと反時計回りのレーザ光の発振周
波数は独立に変化して、光共振器内で光のビートを発生
する。この光のビートの周波数は回転の角速度の絶対値
に比例する。これらの第1から第3のリング共振器型半
導体レーザにおける光ビートの周波数の変化は、いずれ
も端子間におけるインピーダンス変動の周波数の変動と
して検出することができる。
In the third ring resonator type semiconductor laser, when the angular velocity of rotation is large and there is no influence of lock-in, the oscillation frequencies of the clockwise and counterclockwise laser beams change independently to cause optical resonance. The light beat is generated inside the vessel. The frequency of this light beat is proportional to the absolute value of the angular velocity of rotation. Any change in the frequency of the optical beat in these first to third ring resonator type semiconductor lasers can be detected as a change in the frequency of the impedance change between the terminals.

【0024】そこで、角速度の小さい領域では、第1お
よび第2のリング共振器型半導体レーザにおけるインピ
ーダンス変動の周波数変化を信号処理する。これらのリ
ング共振器型半導体レーザ間で同符号の変化となる雑音
と、反対符号の変化となる角速度に依存する信号とを分
離することが可能となるので、信号対雑音比を改善で
き、回転方向を表す符号を含めて精度良く角速度が得ら
れる。また、第3のリング共振器型半導体レーザにおい
て、ロックインの影響のない角速度の大きい領域では、
第3のリング共振器型半導体レーザにおけるインピーダ
ンス変動の周波数変化から角速度を得られる。この角速
度は、静止時のインピーダンス変動周波数の変動に影響
されないので、精度良く角速度が得られる。また、この
角速度領域でも、第1および第2のリング共振器型半導
体レーザにおけるインピーダンス変動の周波数変化を信
号処理して、これらのリング共振器型半導体レーザ間で
反対符号の変化となる、角速度に依存する信号を分離で
きるので、この符号から回転方向がわかる。
Therefore, in a region where the angular velocity is small, signal processing is performed on the frequency change of impedance fluctuation in the first and second ring resonator type semiconductor lasers. It is possible to separate the noise with the same sign change and the signal with the opposite sign change depending on the angular velocity between these ring resonator type semiconductor lasers, so that the signal-to-noise ratio can be improved and the rotation can be improved. It is possible to accurately obtain the angular velocity including the sign indicating the direction. Further, in the third ring resonator type semiconductor laser, in a region where the angular velocity is large and which is not affected by lock-in,
The angular velocity can be obtained from the frequency change of the impedance fluctuation in the third ring resonator type semiconductor laser. Since the angular velocity is not affected by the fluctuation of the impedance fluctuation frequency at rest, the angular velocity can be obtained with high accuracy. Also in this angular velocity region, the signal processing is performed on the frequency change of the impedance fluctuation in the first and second ring resonator type semiconductor lasers, and the angular speed becomes the change of the opposite sign between these ring resonator type semiconductor lasers. Since the dependent signal can be separated, the direction of rotation can be known from this code.

【0025】また、上記第2の目的を達成するため、本
出願の第の発明の光ジャイロの駆動方法は、前記複数
のリング共振器型半導体レーザの各々を定電流駆動し、
前記電気端子から電圧変動を検知するようにしている。
Further, in order to achieve the above-mentioned second object, an optical gyro driving method of a fourth invention of the present application is to drive each of the plurality of ring resonator type semiconductor lasers with a constant current,
A voltage change is detected from the electric terminal.

【0026】また、上記第2の目的を達成するため、本
出願の第の発明の光ジャイロの駆動方法は、第1の発
明の光ジャイロを駆動する方法であって、前記第1、第
2及び第3のリング共振器型半導体レーザの各々を定電
圧駆動し、前記電気端子から駆動電流の変動を検知する
ようにしている。
Further, the order to achieve the second object, the driving method for an optical gyroscope of the fifth invention of the present application, the first origination
A method of driving a light of the optical gyro, the first, second
Each of the second and third ring resonator type semiconductor lasers is driven at a constant voltage, and the fluctuation of the driving current is detected from the electric terminal.

【0027】上記構成において、定電圧駆動および定電
流駆動という駆動方法は、簡単な回路構成によって素子
のインピーダンス変動を取りだすことを可能にし、さま
ざまな信号の処理回路との容易な接続が実現できる。信
号の処理回路において、前記第1と第2のリング共振器
型半導体レーザ間で反対符号の変化となる角速度に依存
する信号と、同符号の変化となる静止時ビート周波数の
変動や雑音とを分離することが可能となり、信号対雑音
比を改善できる。また、角速度に応じて信号処理方法を
切り替えることが可能となり、角速度が大きいときに
は、第3のリング共振器型半導体レーザからの信号によ
って精度よく角速度を知ることができる。こうして、広
い角速度範囲において、精度良く角速度と回転方向を知
ることができる。
In the above structure, the driving method of constant voltage driving and constant current driving makes it possible to take out the impedance variation of the element with a simple circuit structure and realize easy connection with various signal processing circuits. In the signal processing circuit, a signal depending on the angular velocity, which has a change in opposite sign between the first and second ring resonator type semiconductor lasers, and a fluctuation in static beat frequency and noise, which have a change in the same sign, are generated. Separation is possible and the signal-to-noise ratio can be improved. Further, it becomes possible to switch the signal processing method according to the angular velocity, and when the angular velocity is large, the angular velocity can be accurately known from the signal from the third ring resonator type semiconductor laser. In this way, it is possible to accurately know the angular velocity and the rotation direction in a wide angular velocity range.

【0028】また、上記第3の目的を達成するため、本
出願の第の発明の光ジャイロの信号処理方法は、第1
の発明の光ジャイロからの信号処理方法であって、角速
度の値に応じて、前記第1、第2及び第3のリング共振
器型半導体レーザの中から特定のひとつあるいは複数を
選択し、前記選択したリング共振器型半導体レーザから
の信号を用いて角速度を得る。
In order to achieve the third object, the signal processing method of the optical gyroscope according to the sixth invention of the present application is the first method .
The method of processing a signal from an optical gyro according to the invention of claim 1, wherein one or more specific ones are selected from the first, second and third ring resonator type semiconductor lasers according to the value of the angular velocity, The angular velocity is obtained using the signal from the selected ring resonator type semiconductor laser.

【0029】上記構成において、第1と第2のリング共
振器型半導体レーザを選択することで、角速度の小さい
領域から角速度に応じたビート周波数の変化がえられる
ので、これを信号処理して、信号対雑音比を改善したう
えで、回転方向と角速度を知ることができる。また、ロ
ックインの影響しない角速度の大きな領域では、前記第
3のリング共振器型半導体レーザから、角速度の絶対値
に比例したビート周波数が得られるので、高い精度で角
速度が得られる。そこで、角速度に応じて、素子を選択
して信号処理を行うことで、高い精度でかつ雑音の影響
の小さな角速度信号を得ることができる。また、インピ
ーダンス変動の周波数の高い素子を選択して、これから
の信号を信号処理に用いることで、ジャイロの応答速度
を改善できる。
In the above structure, by selecting the first and second ring resonator type semiconductor lasers, the beat frequency can be changed in accordance with the angular velocity from a region having a small angular velocity. The direction of rotation and angular velocity can be known after improving the signal-to-noise ratio. Further, in a region where the angular velocity is not affected by the lock-in, a beat frequency proportional to the absolute value of the angular velocity can be obtained from the third ring resonator type semiconductor laser, so that the angular velocity can be obtained with high accuracy. Therefore, by selecting an element according to the angular velocity and performing signal processing, it is possible to obtain an angular velocity signal with high accuracy and small influence of noise. In addition, the response speed of the gyro can be improved by selecting an element having a high frequency of impedance fluctuation and using the signal from this for signal processing.

【0030】また、上記第3の目的を達成するため、本
出願の第の発明の光ジャイロの信号処理方法は、第6
の発明において、角速度の絶対値が所定の値より小さい
ときには、前記第1と第2のリング共振器型半導体レー
ザからの信号のみを用いて角速度を得る。
In order to achieve the third object, the signal processing method of the optical gyroscope according to the seventh invention of the present application is the sixth invention.
In the invention , when the absolute value of the angular velocity is smaller than a predetermined value, the angular velocity is obtained using only the signals from the first and second ring resonator type semiconductor lasers.

【0031】上記構成において、角速度の絶対値が所定
の値より小さいときにも、前記第1と第2のリング共振
器型半導体レーザでは、ロックインの影響がないので、
角速度に応じてインピーダンス変動周波数が変化する。
これらを信号処理して、回転方向と角速度を知ることが
できる。
In the above structure, even when the absolute value of the angular velocity is smaller than the predetermined value, the lock-in does not affect the first and second ring resonator type semiconductor lasers.
The impedance fluctuation frequency changes according to the angular velocity.
By performing signal processing on these signals, the rotation direction and angular velocity can be known.

【0032】より詳細には、光ジャイロがどちらの方向
に回転を受けた場合にも、第1および第2のリング共振
器型半導体レーザのインピーダンス変動の周波数は一方
が低くなり、他方が高くなる。信号処理によって、これ
らのリング共振器型半導体レーザ間で反対符号の変化と
なる角速度に依存する信号と、同符号の変化となる雑音
とを分離して、信号対雑音比を改善できるので、回転方
向を表す符号を含めて精度良く角速度が得られる。
More specifically, no matter which direction the optical gyro is rotated, one of the frequencies of impedance fluctuation of the first and second ring resonator type semiconductor lasers is low and the other is high. . By the signal processing, the signal that depends on the angular velocity, which changes the opposite sign between these ring resonator type semiconductor lasers, and the noise, which changes the same sign, can be separated to improve the signal-to-noise ratio. It is possible to accurately obtain the angular velocity including the sign indicating the direction.

【0033】また、上記第3の目的を達成するため、本
出願の第の発明の光ジャイロの信号処理方法は、第6
の発明において、角速度の絶対値が所定の値より大きい
ときには、前記第3のリング共振器型半導体レーザにお
けるインピーダンス変動の周波数にたいして演算して、
角速度の絶対値を得ることを特徴とする。
In order to achieve the third object, the signal processing method of the optical gyroscope according to the eighth invention of the present application is the sixth invention.
In the invention , when the absolute value of the angular velocity is larger than a predetermined value, the frequency of impedance fluctuation in the third ring resonator type semiconductor laser is calculated,
It is characterized by obtaining the absolute value of the angular velocity.

【0034】これらの構成において、角速度の絶対値が
所定の値より大きく、ロックインの影響がないときに
は、前記第3のリング共振器型半導体レーザでは、静止
時ビート周波数が存在しないので、その変動の影響を受
けることなく、角速度の絶対値に比例したインピーダン
ス変動周波数が生じるので、これから角速度の絶対値を
精度よく知ることができる。また、このとき回転方向
は、前記第1と第2のリング共振器型半導体レーザのう
ちの少なくともひとつにおいて、端子間のインピーダン
ス変動の周波数と基準周波数を比較して知ることができ
る。あるいは、回転方向は、前記第1と第2のリング共
振器型半導体レーザの端子間で、インピーダンス変動の
周波数を比較して知ることができる。こうして、静止時
ビート周波数の変動の影響をうけずに、高い精度で角速
度と回転方向を得ることができる。
In these configurations, when the absolute value of the angular velocity is larger than a predetermined value and there is no influence of lock-in, the beat frequency at rest does not exist in the third ring resonator type semiconductor laser, and therefore the fluctuation thereof. Since the impedance variation frequency proportional to the absolute value of the angular velocity is generated without being affected by, the absolute value of the angular velocity can be known accurately from this. At this time, the rotation direction can be known by comparing the frequency of impedance variation between the terminals and the reference frequency in at least one of the first and second ring resonator type semiconductor lasers. Alternatively, the rotation direction can be known by comparing the frequency of impedance fluctuation between the terminals of the first and second ring resonator type semiconductor lasers. In this way, the angular velocity and the rotation direction can be obtained with high accuracy without being affected by the fluctuation of the beat frequency at rest.

【発明の実施の形態】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0035】以下、図面を参照して本発明の実施の形態
について説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0036】[第1の実施形態] 図1は、本発明の光ジャイロの第1の実施形態の平面図
及び断面図である。10は、本発明による光ジャイロで
あり、11,12,13は、それぞれリング共振器型半
導体レーザ、14と15は、光導波路の一部に設けた導
波路幅の変化する部分(テーパ部)である。リング共振
器型半導体レーザでは、反時計回りの周回モード16
と、時計回りの周回モード17が存在している。
First Embodiment FIG. 1 is a plan view and a sectional view of a first embodiment of an optical gyro of the present invention. Reference numeral 10 is an optical gyro according to the present invention, reference numerals 11, 12 and 13 are ring resonator type semiconductor lasers, and reference numerals 14 and 15 are portions (tapered portions) provided in a part of the optical waveguide where the waveguide width changes. Is. In the ring resonator type semiconductor laser, the counterclockwise rotation mode 16
There is a clockwise orbit mode 17.

【0037】3つのリング共振器型半導体レーザ素子1
1,12,13は以下のようにして作製した。
Three ring resonator type semiconductor laser devices 1
1, 12 and 13 were manufactured as follows.

【0038】はじめに、図1の素子断面図に示す半導体
多層構造を有機金属気相成長法によって成膜した。すな
わち、n−InP基板102上に、1.3μm組成のア
ンドープInGaAsP光ガイド層103(厚さ0.1
5μm)、1.55μm組成のアンドープInGaAs
P活性層、104(厚さ0.1μm)、1.3μm組成
のアンドープInGaAsP光ガイド層105(厚さ
0.15μm)、p−InPクラッド層106(厚さ
1.5μm)、p−InGaAsキャップ層107を結
晶成長した。フォトレジストを塗布し、マスクパタンを
露光、現像してリング共振器形状のレジストパタンを形
成した。塩素ガスを用いたリアクティブイオンエッチン
グによって、高さ3μmのハイメサ形状のリッジ導波路
からなるリング共振器型半導体レーザを形成した。Cr
/Auをリッジ導波路上部に蒸着して、p−電極108
とした。ウェハの下側にはAuGe/Ni/Auを蒸着
してn−電極101とした。水素雰囲気中でアロイ化し
て、p,nの電極と半導体の界面オーミック接触とし
た。
First, the semiconductor multi-layer structure shown in the element cross-sectional view of FIG. 1 was formed by a metal organic chemical vapor deposition method. That is, on the n-InP substrate 102, an undoped InGaAsP optical guide layer 103 (thickness: 0.1 μm) having a composition of 1.3 μm is formed.
5 μm), 1.55 μm composition undoped InGaAs
P active layer, 104 (thickness 0.1 μm), 1.3 μm composition undoped InGaAsP optical guide layer 105 (thickness 0.15 μm), p-InP clad layer 106 (thickness 1.5 μm), p-InGaAs cap The layer 107 was crystal-grown. A photoresist was applied, and the mask pattern was exposed and developed to form a ring resonator-shaped resist pattern. A ring resonator type semiconductor laser having a height of 3 μm and made of a high-mesa ridge waveguide was formed by reactive ion etching using chlorine gas. Cr
/ Au is vapor-deposited on the ridge waveguide to form the p-electrode 108.
And AuGe / Ni / Au was vapor-deposited on the lower side of the wafer to form an n-electrode 101. After being alloyed in a hydrogen atmosphere, the interface between the p and n electrodes and the semiconductor was brought into ohmic contact.

【0039】さて、リング導波路を形成する導波路の形
状について、以下に詳細に説明する。リング共振器型半
導体レーザ11,12は、各々が非対称な形状となって
いる。すなわち、テーパ部14(および15)は、反時
計回り(時計回り)のレーザ光の伝搬方向に沿って、光
導波路の幅が広くなる第1の部分と、光導波路の幅が狭
くなる第2の部分からなっていて、第1の部分と第2の
部分では長さが異なっている。図示した例では第1の部
分が極端に短くなっている。リング共振器型半導体レー
ザ11とリング共振器型半導体レーザ12の共振器の形
状は、おたがいに鏡像対称の関係となっている。
Now, the shape of the waveguide forming the ring waveguide will be described in detail below. Each of the ring resonator type semiconductor lasers 11 and 12 has an asymmetrical shape. That is, the tapered portion 14 (and 15) has a first portion in which the width of the optical waveguide is wide and a second portion in which the width of the optical waveguide is narrow along the counterclockwise (clockwise) propagation direction of the laser light. The first portion and the second portion have different lengths. In the illustrated example, the first portion is extremely short. The shape of the resonators of the ring resonator type semiconductor laser 11 and the ring resonator type semiconductor laser 12 is mirror-symmetrical to each other.

【0040】同一の基板上に形成される複数のリング共
振器型半導体レーザ11,12,および13の配置に際
しては、互いのレーザの光が結合しないようにレーザの
間隔をあけて配置した。エバネッセント光の影響を避け
るためにおよそ15mm以上の間隔としている。また、
非対称のテーパ部では、モード変換に伴って導波路外に
放射されるレーザ光が存在するので、このテーパ部同士
を対向させないことや、同一軸上に配置しないことに留
意している。また、それぞれのリング共振器型半導体レ
ーザ間に、半導体層をエッチングせずに残した吸収体を
形成してもよい。さらに、この吸収体の側面および上面
に絶縁膜、電極金属を形成して遮光体としてもよい。ま
た、素子側面に形成した絶縁膜とこの上に形成した電極
金属によって、遮光体としてもよい。これらの遮光体
は、遮光体表面での反射光がリング共振器型半導体レー
ザに戻らないように傾けて配置すればよい。これらの素
子配置、吸収体、遮光体によって、リング共振器型半導
体レーザ間の相互作用を低減させることができる。ま
た、反射光が時計回りのレーザ光と反時計回りのレーザ
光とを結合させることをふせぎ、ロックインを抑えた。
When arranging the plurality of ring resonator type semiconductor lasers 11, 12 and 13 formed on the same substrate, the lasers are arranged at intervals so that the laser beams are not coupled to each other. In order to avoid the influence of evanescent light, the interval is set to approximately 15 mm or more. Also,
At the asymmetric taper portion, since laser light emitted outside the waveguide due to mode conversion exists, it is noted that the taper portions do not face each other or are not arranged on the same axis. Further, an absorber in which the semiconductor layer is left without being etched may be formed between the respective ring resonator type semiconductor lasers. Further, an insulating film and an electrode metal may be formed on the side surface and the upper surface of the absorber to serve as a light shield. Further, a light shield may be formed by an insulating film formed on the side surface of the element and an electrode metal formed on the insulating film. These light shields may be arranged so as to be inclined so that the reflected light on the surface of the light shield does not return to the ring resonator type semiconductor laser. The element arrangement, the absorber, and the light shield can reduce the interaction between the ring resonator type semiconductor lasers. In addition, the reflected light is prevented from coupling the clockwise laser light and the counterclockwise laser light, thereby suppressing the lock-in.

【0041】リング共振器型半導体レーザ11,12,
13に、それぞれ独立に電流注入をして端子電圧を検出
するために、図2に示すような回路を用いた。
Ring resonator type semiconductor lasers 11, 12,
A circuit as shown in FIG. 2 was used to independently inject current into 13 and detect the terminal voltage.

【0042】図2において、10は本発明による光ジャ
イロであり、11,12,13はそれぞれリング共振器
型半導体レーザ、201,202,203は駆動電流入
力端子、204,205,206はカップリングコンデ
ンサ、207,208,209はコンパレータ、21
0,211,212はカウンタ、213は信号処理回
路、214は出力端子、215,216は誤差信号出力
端子である。
In FIG. 2, 10 is an optical gyro according to the present invention, 11, 12 and 13 are ring resonator type semiconductor lasers, 201, 202 and 203 are drive current input terminals, and 204, 205 and 206 are couplings. Capacitors, 207, 208, 209 are comparators, 21
Reference numerals 0, 211 and 212 are counters, 213 is a signal processing circuit, 214 is an output terminal, and 215 and 216 are error signal output terminals.

【0043】端子201,202,203のそれぞれを
電源に接続してリング共振器型半導体レーザの発振しき
い値電流以上で定電流駆動する。発振しきい値以上の注
入電流ではリング共振器型半導体レーザ11(および1
2)の中で、それぞれ時計回りと反時計回りのレーザ光
が独立に存在している。
Each of the terminals 201, 202 and 203 is connected to a power source and driven at a constant current above the oscillation threshold current of the ring resonator type semiconductor laser. At the injection current above the oscillation threshold, the ring resonator type semiconductor laser 11 (and 1
In 2), the clockwise and counterclockwise laser lights exist independently.

【0044】時計回りのレーザ光と反時計回りのレーザ
光とでは、静止時のレーザ光の発振周波数が異なってい
る。これは以下にのべるように、リング共振器型半導体
レーザ11(および12)の非対称なテーパ部の作用に
よる。レーザ光は光導波路界面で全反射を繰り返しなが
ら伝搬していくが、テーパ部においては、光導波路界面
への入射角度が変化するので導波損が生じる。周回方向
によって、テーパ部での入射角が異なるので損失に差が
生じ、共振器損失が周回方向に依存することになる。
The oscillation frequency of the laser light at rest differs between the clockwise laser light and the counterclockwise laser light. This is due to the action of the asymmetric taper portion of the ring resonator type semiconductor laser 11 (and 12) as described below. The laser light propagates while repeating total reflection at the interface of the optical waveguide, but at the tapered portion, the incident angle to the interface of the optical waveguide changes, so that waveguide loss occurs. Since the incident angle at the taper portion differs depending on the circulating direction, the loss varies, and the resonator loss depends on the circulating direction.

【0045】レーザ光の周回方向によって共振器損失に
差があるため、リング共振器型半導体レーザの発振しき
い値に周回方向による差が生じる。2つのレーザ光が共
存する状態では、非線形光学効果によって、2つのレー
ザ光の光子数密度に差が生じる。共存する2つのレーザ
光(モード)の発振周波数fjと光子数密度Sjの間には
以下の関係があり、光子数密度に差があれば、発振周波
数に差が生じることがわかる。 ここで、Φ は位相、Ωは共振角周波数、σはモード
の引き込み係数、ρはモードの自己押し出しを示す係
数、τijは、モードの相互押し出しを示す係数であ
る。ただし、ij=12;i≠jである。静止時に
レーザ光の発振周波数f10とf20が異なっているの
で、Δf=f20−f10という周波数でビートが生
じる。
Since there is a difference in the resonator loss depending on the circulating direction of the laser light, a difference occurs in the oscillation threshold of the ring resonator type semiconductor laser depending on the circulating direction. In the state where the two laser lights coexist, a difference occurs in the photon number density of the two laser lights due to the nonlinear optical effect. There is the following relationship between the oscillating frequencies f j of two coexisting laser beams (modes) and the photon number density S j , and it can be seen that if there is a difference in the photon number density, there is a difference in the oscillating frequency. Here, Φ i is a phase, Ω is a resonance angular frequency, σ i is a mode pull-in coefficient, ρ i is a coefficient showing self-extrusion of modes, and τ ij is a coefficient showing mutual push-out of modes. However, i , j = 1 , 2; i ≠ j. Since the oscillation frequencies f 10 and f 20 of the laser light are different when stationary, a beat occurs at a frequency Δf 0 = f 20 −f 10 .

【0046】一方、また、発振しきい値以上の注入電流
で、リング共振器型半導体レーザ13の中で、レーザ発
振が生じる。テーパ部のないリング共振器型半導体レー
ザ13においては、静止時には2つのモードの光子数密
度に差がなく、発振周波数が等しい。
On the other hand, laser oscillation occurs in the ring resonator type semiconductor laser 13 with an injection current above the oscillation threshold. In the ring resonator type semiconductor laser 13 having no taper portion, there is no difference in the photon number density of the two modes at rest, and the oscillation frequencies are equal.

【0047】ここで、リング共振器型半導体レーザが角
速度Ωで時計回りに回転すると、時計回りの第1のレー
ザ光の発振周波数は、非回転時の発振周波数f10と比
べて Δf = 2SΩ/(λ L) (2) だけ減少する。ここでSはリング共振器の囲む面積、L
は光路長、λは時計回りのレーザ光の媒質内波長であ
る。また同時に、反時計回りの第2のレーザ光の発振周
波数は、非回転時の発振周波数f20と比べて Δf = 2SΩ/(λ L) (3) だけ増加する。ここで、λは第2のレーザ光の媒質内
波長である。
Here, when the ring resonator type semiconductor laser rotates clockwise at an angular velocity Ω, the oscillation frequency of the clockwise first laser light is Δf 1 = 2SΩ as compared with the oscillation frequency f 10 when it is not rotating. / (Λ 1 L) (2) decrease. Where S is the area surrounded by the ring resonator, L
Is the optical path length, and λ 1 is the wavelength of the clockwise laser light in the medium. At the same time, the oscillation frequency of the counterclockwise second laser light is Δf 2 = 2SΩ / (λ 2 compared to the oscillation frequency f 20 when not rotating. L) (3) increase. Here, λ 2 is the in-medium wavelength of the second laser light.

【0048】リング共振器の中で、時計回りの第1のレ
ーザ光と反時計回りの第2のレーザ光が共存しているの
で、第1のレーザ光と第2のレーザ光の発振周波数との
差の周波数に相当したビート光が発生する。回転時の、
ビートの周波数Δfは、 である。ビート光は、同じ周波数Δfでの反転分布の脈
動を引き起こし、端子間のインピーダンスを変化させ
る。そこで、定電流駆動をしている場合には、端子間電
圧に、上記Δfという周波数での電圧変動が観測され
る。ただし、観測できる周波数は常に正なので、|Δf
|が得られる。
Since the clockwise first laser light and the counterclockwise second laser light coexist in the ring resonator, the oscillation frequencies of the first laser light and the second laser light are different from each other. Beat light corresponding to the frequency of the difference is generated. When rotating,
The beat frequency Δf is Is. The beat light causes pulsation of population inversion at the same frequency Δf and changes impedance between terminals. Therefore, when the constant current driving is performed, the voltage fluctuation at the frequency Δf is observed in the inter-terminal voltage. However, the observed frequency is always positive, so | Δf
| Is obtained.

【0049】上に述べたように、静止時にレーザ光の発
振周波数f10とf20が異なっていれば、図3に示す
ように、静止時にΔf=(f20−f10)というビ
ートが生じ、図3の直線部に示すように、回転時に回転
方向に応じてビート周波数が増減する。
As described above, if the oscillation frequencies f 10 and f 20 of the laser light are different at rest, as shown in FIG. 3, the beat Δf 0 = (f 20 −f 10 ) is obtained at rest. As shown in the straight line portion of FIG. 3, the beat frequency increases or decreases according to the rotation direction during rotation.

【0050】このようにして、リング共振器型半導体レ
ーザから得られる電圧信号の周波数と角速度の関係につ
いて図3によって説明する。
The relationship between the frequency of the voltage signal obtained from the ring resonator type semiconductor laser and the angular velocity in this manner will be described with reference to FIG.

【0051】図3において、aおよびcの実線の直線部
と、これを延長した破線が、(4)式で表されるΔfで
ある。2つのレーザ光の発振周波数差があるしきい値以
下のとき(破線部)には、2つのレーザ光の間は強結合
状態となって、2モード独立のレーザ発振ができなくな
る場合がある。このとき、光のビートおよび電圧の周期
的変動は観測できない。
In FIG. 3, the straight line portions of solid lines a and c and the extended broken line thereof are Δf expressed by the equation (4). When the difference between the oscillation frequencies of the two laser beams is less than a certain threshold value (broken line portion), the two laser beams may be in a strong coupling state and two-mode independent laser oscillation may not be possible. At this time, the beat of light and the periodic fluctuation of the voltage cannot be observed.

【0052】このようなときには、角速度と電圧信号の
関係は、図3の実線で示したようなものになる。aの実
線は(f20−f10)>0の場合、cの点線は(f
20−f10)<0の場合を示している。いずれも、Δ
=|f20−f10|である。またbの実線は(f
20−f10)=0の場合を示す。これは、後方散乱に
よって、静止時に2つのモードが強結合となっている場
合の例である。後方散乱が十分小さく、静止時において
も2つのレーザ光が弱結合であれば、回転とともにビー
ト光が生じる。
In such a case, the relationship between the angular velocity and the voltage signal is as shown by the solid line in FIG. If the solid line of a is (f 20 −f 10 )> 0, the dotted line of c is (f 20
Shows a case of 20 -f 10) <0. Both are Δ
f 0 = | f 20 −f 10 |. The solid line of b is (f
The case where 20 −f 10 ) = 0 is shown. This is an example in which two modes are strongly coupled at rest due to backscattering. If the backscattering is sufficiently small and the two laser beams are weakly coupled even at rest, beat light is generated with rotation.

【0053】おたがいに鏡像対称にあるリング共振器型
半導体レーザ11と12の、同一駆動条件下での角速度
と電圧信号の周波数との関係は、図3のaとcに示した
ものであり、角速度Ωに対して対称になっている。ま
た、静止時のビート周波数Δf は等しい。また、b
の実線の示すリング共振器型半導体レーザの特性は、テ
ーパ部のないリング共振器型半導体レーザ13の特性で
ある。ここで、3つのリング共振器型半導体レーザ1
1,12,13は角速度に対するビート周波数の傾きが
同一となるよう、リング共振器の囲む面積Sとリング共
振器の光路長Lの比S/Lを等しく構成している。
The relationship between the angular velocities and the frequency of the voltage signal of the ring resonator type semiconductor lasers 11 and 12 which are mirror-symmetrical to each other under the same driving condition is shown in a and c of FIG. It is symmetrical with respect to Ω . In addition, the beat frequency Δf 0 at rest Are equal. Also, b
The characteristic of the ring resonator type semiconductor laser 13 indicated by the solid line is the characteristic of the ring resonator type semiconductor laser 13 having no taper portion. Here, three ring resonator type semiconductor lasers 1
1, 12 and 13 have the same ratio S / L between the area S surrounded by the ring resonator and the optical path length L of the ring resonator so that the beat frequency has the same inclination with respect to the angular velocity.

【0054】図2に示す信号処理回路で、以下のように
角速度を検出した。コンデンサ204,205,206
を介して、各々のリング共振器型半導体レーザからの電
圧変動の信号を取り込み、コンパレータ207,20
8,209によって周波数信号を矩形波状に整形した。
カウンタ210,211,212で所定時間内のパルス
数をカウントした。各素子からのパルス数を信号処理回
路213に取り込んで、以下のような処理をして角速度
信号および、駆動電流調整のための誤差信号を得た。
With the signal processing circuit shown in FIG. 2, the angular velocity was detected as follows. Capacitors 204, 205, 206
The voltage fluctuation signal from each ring resonator type semiconductor laser is fetched via the
The frequency signal was shaped into a rectangular wave by the 8 and 209.
The number of pulses within a predetermined time was counted by the counters 210, 211 and 212. The number of pulses from each element was taken into the signal processing circuit 213, and the following processing was performed to obtain an angular velocity signal and an error signal for adjusting the drive current.

【0055】まず、テーパのないリング共振器型半導体
レーザ13でのロックインの影響が無視できる角速度Ω
cを、基準としてあらかじめ設定した。|Ω|<Ωcの
範囲とΩc≦|Ω|の範囲とで、信号処理回路213で
の処理を以下のように変えた。
First, the angular velocity Ω where the effect of lock-in in the ring resonator type semiconductor laser 13 without taper can be ignored.
c was preset as a reference. The processing in the signal processing circuit 213 was changed as follows in the range of | Ω | <Ωc and the range of Ωc ≦ | Ω |.

【0056】|Ω|<Ωcの範囲では、第1と第2のリ
ング共振器型半導体レーザ11,12のビート周波数の
差f-が、 と、角速度に正比例することを利用した。ただし、λ
j,cw,λj,ccw (j=1,2)は、第jのリ
ング共振器型半導体レーザでの、時計回りおよび反時計
回りのレーザ光の発振波長であり、おたがいにほぼ等し
い。そこでこの周波数差を2で割って、回転方向を表す
符号を含めて角速度に比例する信号出力を得た。また、
リング共振器型半導体レーザ11とリング共振器型半導
体レーザ12のそれぞれからの信号周波数の和f+を求
めた。この量は、 f = Δf01 + Δf02 となり、ジャイロの角速度に依存しない。ここで、Δf
0jは、第jのリング共振器型半導体レーザの静止時の
ビート周波数である。この量が変動する時には、2つの
リング共振器型半導体レーザの少なくとも一方におい
て、静止時のビート周波数が変動しているので、式
(5)による角速度の検出は、誤差を含んだものとな
る。そこで、この量を誤差信号215,216として取
出し、駆動電流のフィードバック制御回路への誤差信号
として戻す。すなわち、設定部217にてあらかじめ設
定した量(静止時のビート周波数の2倍に相当するf
の初期値)に対する誤差信号としてビート周波数の和の
信号215,216を用いた。これにしたがって、調整
部219において、リング共振器型半導体レーザの駆動
電流を調整する。
In the range of | Ω | <Ωc, the difference f between the beat frequencies of the first and second ring resonator type semiconductor lasers 11 and 12 is , And the fact that it is directly proportional to the angular velocity was used. Where λ
j, cw, λ j, ccw (J = 1, 2) are oscillation wavelengths of the clockwise and counterclockwise laser light in the j-th ring resonator type semiconductor laser, which are almost equal to each other. Therefore, this frequency difference was divided by 2 to obtain a signal output that is proportional to the angular velocity including the code indicating the rotation direction. Also,
The sum f + of the signal frequencies from the ring resonator type semiconductor laser 11 and the ring resonator type semiconductor laser 12 was obtained. This amount is f + = Δf 01 + Δf 02 and does not depend on the angular velocity of the gyro. Where Δf
0j is the beat frequency of the j-th ring resonator type semiconductor laser at rest. When this amount fluctuates, since the beat frequency at rest in at least one of the two ring resonator type semiconductor lasers fluctuates, the detection of the angular velocity by the equation (5) includes an error. Therefore, this amount is taken out as error signals 215 and 216 and returned as an error signal to the feedback control circuit of the drive current. That is, the amount set in advance by the setting unit 217 (f + corresponding to twice the beat frequency at rest)
The sum signals 215 and 216 of the beat frequencies are used as the error signals for the initial value of the. According to this, the adjusting unit 219 adjusts the drive current of the ring resonator type semiconductor laser.

【0057】リング共振器型レーザの駆動電流をしきい
値より増加していくと式(1)に示す2モード間の光強
度の差も増加し、静止時のビート周波数が大きくなる傾
向があるので、静止時のビート周波数が増大したときに
は駆動電流を減少し、静止時のビート周波数が減少した
ときには駆動電流を増やすように制御すればよい。
When the drive current of the ring resonator type laser is increased above the threshold value, the difference in light intensity between the two modes shown in equation (1) also increases, and the beat frequency at rest tends to increase. Therefore, the drive current may be decreased when the beat frequency at rest increases, and the drive current may be increased when the beat frequency at rest decreases.

【0058】Ωc≦|Ω|の範囲では、テーパのないリ
ング共振器型半導体レーザ13からの信号の周波数は、
(2S|Ω|/L)・(1/λ13,cw+1/λ
13,ccw)と角速度の絶対値に比例し、静止時ビー
ト周波数変動の影響を受けないので、これを信号出力と
する。また、リング共振器型半導体レーザ11とリング
共振器型半導体レーザ12からの信号の周波数を比較
し、回転方向(Ωの符号)を決定すればよい。あるい
は、あらかじめ定めた、静止時のビート周波数Δf
refとリング共振器型半導体レーザ11あるいは12
からの信号の周波数を比較して、回転方向をもとめても
よい。Ωc≦|Ω|の範囲では、Δfrefが真の静止
時ビート周波数Δf01(あるいはΔf02)からずれ
たときにも、そのずれが4SΩc/Lλより小さけれ
ば、正しい回転方向が得られる。
In the range of Ωc ≦ │Ω│, the frequency of the signal from the ring resonator type semiconductor laser 13 without taper is
(2S | Ω | / L) · (1 / λ 13, cw + 1 / λ
13, ccw ), which is proportional to the absolute value of the angular velocity and is not affected by the beat frequency fluctuation at rest, so this is used as the signal output. Further, the frequencies of the signals from the ring resonator type semiconductor laser 11 and the ring resonator type semiconductor laser 12 may be compared to determine the rotation direction (sign of Ω). Alternatively, a predetermined beat frequency Δf at rest
ref and ring resonator type semiconductor laser 11 or 12
The direction of rotation may be determined by comparing the frequencies of the signals from the. In the range of Ωc ≦ | Ω |, even when Δf ref deviates from the true stationary beat frequency Δf 01 (or Δf 02 ), if the deviation is smaller than 4SΩc / Lλ, the correct rotation direction can be obtained.

【0059】また、リング共振器型半導体レーザ11と
リング共振器型半導体レーザ12のそれぞれからのビー
ト周波数と式(4)を用いて得られる各素子で測定した
角速度と、上記リング共振器型半導体レーザ13から得
られる角速度の差を誤差信号として、リング共振器型半
導体レーザ11とリング共振器型半導体レーザ12の駆
動条件にフィードバック制御を行い、静止時ビート周波
数変動を抑えた。
The beat frequencies from the ring resonator type semiconductor laser 11 and the ring resonator type semiconductor laser 12 and the angular velocities measured by the respective elements obtained by using the equation (4), and the ring resonator type semiconductor Using the difference in angular velocity obtained from the laser 13 as an error signal, feedback control was performed on the driving conditions of the ring resonator type semiconductor laser 11 and the ring resonator type semiconductor laser 12 to suppress the beat frequency fluctuation at rest.

【0060】ところで、角速度の絶対値がさらに大き
く、テーパ付きのリング共振器型半導体レーザ11ない
し12のいずれかでロックイン現象がおきるときには、
その素子については上記のフィードバック制御を中断し
た。このため、リング共振器型半導体レーザ11を制御
するための誤差信号215とリング共振器型半導体レー
ザ12を制御するための誤差信号216とを別の出力と
した。
By the way, when the absolute value of the angular velocity is larger and the lock-in phenomenon occurs in any of the tapered ring resonator type semiconductor lasers 11 to 12,
The feedback control was suspended for the device. Therefore, the error signal 215 for controlling the ring resonator type semiconductor laser 11 and the error signal 216 for controlling the ring resonator type semiconductor laser 12 are provided as different outputs.

【0061】上述したように、角速度の小さいときには
ビート周波数の減算によって、静止時のビート周波数と
いう基準値を用いずに、回転方向を表す符号も含めて角
速度に比例した信号が得られた。また同時に、角速度に
よらず静止時のビート周波数を安定させるフィードバッ
ク制御を行って、安定性に優れた光ジャイロとすること
ができた。また、角速度の大きいときには、テーパ部な
しのリング共振器型半導体レーザから、角速度の絶対値
に比例した信号を得た。このとき、回転方向はテーパ付
きのリング共振器型半導体レーザからの信号の比較によ
って得た。また、このときは、テーパ無しのリング共振
器型半導体レーザのビート周波数を基準としてテーパ付
きリング共振器型半導体レーザの駆動条件にフィードバ
ック制御を行って、安定性に優れた光ジャイロとするこ
とができた。
As described above, when the angular velocity is small, by subtracting the beat frequency, a signal proportional to the angular velocity including the sign indicating the rotation direction is obtained without using the reference value of the beat frequency at rest. At the same time, feedback control was performed to stabilize the beat frequency at rest regardless of angular velocity, and an optical gyro with excellent stability could be obtained. Further, when the angular velocity was large, a signal proportional to the absolute value of the angular velocity was obtained from the ring resonator type semiconductor laser without the taper portion. At this time, the rotation direction was obtained by comparing signals from the tapered ring resonator type semiconductor laser. Further, at this time, feedback control may be performed on the driving condition of the tapered ring resonator type semiconductor laser with reference to the beat frequency of the ring resonator type semiconductor laser without taper, and an optical gyro with excellent stability may be obtained. did it.

【0062】この実施形態では半導体材料としてInG
aAsP/InP系を用いたが、GaAs系、ZnSe
系、InGaN系などの電流注入によってレーザ発振さ
せることのできる材料系であっても構わない。また、フ
ィードバック制御系が駆動電流を制御する例を示した
が、素子の温度調整回路に対するフィードバック制御を
行って静止時のビート周波数を安定させてもよい。この
場合、素子の温度を下げることで素子のしきい値電流を
下げると、同一駆動電流での2モード間の強度差が大き
くなって静止時のビート周波数は増大する傾向がある。
静止時のビート周波数が増大したときには素子の温度を
上げ、静止時のビート周波数が減少したときには素子の
温度を下げるように制御すればよい。
In this embodiment, InG is used as the semiconductor material.
Although an aAsP / InP system was used, GaAs system, ZnSe
It may be a material system capable of oscillating laser by current injection such as a system or InGaN system. Also, an example has been shown in which the feedback control system controls the drive current, but feedback control may be performed on the temperature adjustment circuit of the element to stabilize the beat frequency at rest. In this case, if the threshold current of the element is lowered by lowering the temperature of the element, the intensity difference between the two modes at the same drive current increases, and the beat frequency at rest tends to increase.
The temperature of the element may be raised when the beat frequency at rest is increased, and the temperature of the element may be lowered when the beat frequency at rest is reduced.

【0063】また、|Ω|>Ωcの範囲で、テーパ部の
ないリング共振器型半導体レーザ13からのビート周波
数を基準にして、テーパ部のあるリング共振器型半導体
レーザ11,12の駆動条件を制御するフィードバック
の方法としては、上記に示したように素子ごとに角速度
を求める方法の他にも、|Ω|<Ωcの範囲での信号処
理と同様に、テーパ付きリング共振器型半導体レーザ1
1と12からのビート周波数の差として得られる角速度
とリング共振器型半導体レーザ13から得られる角速度
との差を誤差信号とする方法を用いてもよい。
Further, in the range of | Ω |> Ωc, the driving condition of the ring resonator type semiconductor lasers 11 and 12 having the tapered portion is set with reference to the beat frequency from the ring resonator type semiconductor laser 13 having no tapered portion. In addition to the method of obtaining the angular velocity for each element as described above, as a feedback method for controlling the, a tapered ring resonator type semiconductor laser is used as in the signal processing in the range of | Ω | <Ωc. 1
A method of using the difference between the angular velocity obtained as the difference between the beat frequencies from 1 and 12 and the angular velocity obtained from the ring resonator type semiconductor laser 13 as the error signal may be used.

【0064】図11は、本実施形態のジャイロを用いた
防振システムを有するコンパクトカメラを示す。このカ
メラは、光軸111に対して、矢印112,113で示
すカメラの縦振れおよび横振れに対して振れ補正を行う
機能を有している。114は補正手段、115,116
は本実施形態のジャイロと駆動回路を一つのパッケージ
に収めた振動検出装置、117はCPU(カメラマイコ
ン)であり、118は補正レンズである。
FIG. 11 shows a compact camera having an image stabilization system using the gyro of this embodiment. This camera has a function of performing shake correction on the optical axis 111 with respect to vertical shake and horizontal shake of the camera indicated by arrows 112 and 113. Reference numeral 114 is a correction means, and 115 and 116.
Is a vibration detection device in which the gyro and the drive circuit of this embodiment are contained in one package, 117 is a CPU (camera microcomputer), and 118 is a correction lens.

【0065】振動検出装置115,116からの出力信
号は、それぞれ、カメラの縦振れおよび横振れの角速度
に相当する。この信号を、カメラマイコン117に入力
する。カメラのレリーズボタンが押し切り状態となった
ときに、カメラマイコン117にて、焦点距離、被写体
の距離に応じた信号の補正を加え、この信号によって補
正手段114を駆動する。補正手段114では、駆動信
号に応じて、光軸と直交する面内で2軸方向に補正レン
ズ118を移動させて、振れ補正を行い、カメラの振れ
による撮影ミスを防ぐ。
The output signals from the vibration detection devices 115 and 116 correspond to the angular velocities of the vertical shake and the horizontal shake of the camera, respectively. This signal is input to the camera microcomputer 117. When the release button of the camera is fully pressed, the camera microcomputer 117 corrects the signal according to the focal length and the distance to the subject, and the correction means 114 is driven by this signal. In the correction unit 114, the correction lens 118 is moved in the biaxial directions in the plane orthogonal to the optical axis in accordance with the drive signal to perform the shake correction, thereby preventing a shooting error due to the shake of the camera.

【0066】本実施例実施形態のジャイロからなる振動
検出装置は、小型、低消費電力であるので、コンパクト
カメラに適した防振システムを構成することができた。
Since the vibration detecting device including the gyro of the present embodiment is small in size and consumes less power, it is possible to construct an anti-vibration system suitable for a compact camera.

【0067】[第2の実施形態] 図4は、本発明に係る光ジャイロの他の一例を示す斜視
図であり、リング共振器型半導体レーザを一つの筐体内
に複数設けた場合を示す。
[Second Embodiment] FIG. 4 is a perspective view showing another example of the optical gyro according to the present invention, showing a case where a plurality of ring resonator type semiconductor lasers are provided in one housing.

【0068】図4において、40は筐体として用いたス
テム、41はステムに接続された共通電極、42,4
3,44は、それぞれリング共振器型半導体レーザ、4
5はリング共振器型半導体レーザ42,43,44の各
素子に対応した電極、46は各電極45とリング共振器
型半導体レーザ42,43,44とを接続するワイヤで
ある。ここで、リング共振器型半導体レーザ42,4
3,44の各々の層構成は、第1の実施の形態として示
したリング共振器型半導体レーザと同じ構成である。
In FIG. 4, 40 is a stem used as a housing, 41 is a common electrode connected to the stem, and 42, 4
3 and 44 are ring resonator type semiconductor lasers and 4 respectively.
Reference numeral 5 is an electrode corresponding to each element of the ring resonator type semiconductor lasers 42, 43 and 44, and 46 is a wire connecting each electrode 45 and the ring resonator type semiconductor lasers 42, 43 and 44. Here, the ring resonator type semiconductor lasers 42, 4
The respective layer configurations of 3 and 44 are the same as those of the ring resonator type semiconductor laser shown as the first embodiment.

【0069】また、図5に示すようにリング共振器型半
導体レーザ42と44には、時計回りのレーザ光の伝搬
方向に沿って、徐々に光導波路の幅が広くなる第1の部
分と、徐々に光導波路の幅が狭くなる第2の部分からな
るテーパ部421および441が有り、またお互いに共
振器の周回長が同じであり、さらに鏡像対称となってい
る。また、リング共振器型半導体レーザ43の共振器の
周回長は、リング共振器型半導体レーザ42および44
と同じである。ただし、図5に示すようにテーパ部がな
い。
Further, as shown in FIG. 5, in the ring resonator type semiconductor lasers 42 and 44, a first portion in which the width of the optical waveguide is gradually widened along the clockwise laser light propagation direction, There are taper portions 421 and 441 each of which has a second portion in which the width of the optical waveguide is gradually narrowed, and the circumference lengths of the resonators are the same with each other, and the two portions are mirror image symmetric. The circumference of the resonator of the ring resonator type semiconductor laser 43 is determined by the ring resonator type semiconductor lasers 42 and 44.
Is the same as. However, there is no tapered portion as shown in FIG.

【0070】上記構成では、各リング共振器型半導体レ
ーザ42,43,44の基板側を共通電極として、ステ
ム41にハンダによって個別に接着するとともに、各リ
ング共振器型半導体レーザ42,43,44のキャップ
層側の電極は各ワイヤ46によって、個別の電極45に
接続した。
In the above structure, the ring resonator type semiconductor lasers 42, 43, 44 are individually bonded to the stem 41 by soldering, using the substrate side of the ring resonator type semiconductor lasers 42, 43, 44 as a common electrode, and the ring resonator type semiconductor lasers 42, 43, 44 are individually bonded. The electrode on the cap layer side of was connected to the individual electrode 45 by each wire 46.

【0071】図4のように素子に電流が流せるように接
続し、電流注入を行いながら、各リング共振器型半導体
レーザの電極間における電圧変化を検出する。電流の注
入と電圧の検出を同一の電極で行うために、ここでは図
6に示すような回路を用いた。
As shown in FIG. 4, the device is connected so that a current can flow, and while the current is being injected, the voltage change between the electrodes of each ring resonator type semiconductor laser is detected. In order to perform current injection and voltage detection with the same electrode, a circuit as shown in FIG. 6 was used here.

【0072】図6において、40は本発明による光ジャ
イロであり、42,43,44はそれぞれリング共振器
型半導体レーザ、601,602,603は駆動電流入
力端子、604,605,606はカップリングコンデ
ンサ、607,608,609はf−V変換回路、61
0は信号処理部である。また、611は信号出力端子、
612は制御信号出力端子、613は駆動電流ON/O
FFのための制御信号出力端子である。
In FIG. 6, 40 is an optical gyro according to the present invention, 42, 43 and 44 are ring resonator type semiconductor lasers, 601, 602 and 603 are drive current input terminals, and 604, 605 and 606 are couplings. Capacitors 607, 608, 609 are f-V conversion circuits, 61
Reference numeral 0 is a signal processing unit. 611 is a signal output terminal,
612 is a control signal output terminal, 613 is a drive current ON / O
This is a control signal output terminal for the FF.

【0073】端子601,602,603のそれぞれか
ら、リング共振器型半導体レーザの発振しきい値電流以
上の電流で、リング共振器型半導体レーザ42,43,
44を定電流駆動する。発振しきい値以上の電流注入に
よって利得の生じたリング共振器型半導体レーザ42,
43,44では、それぞれ、時計回りと反時計回りのレ
ーザ光が存在する。特に、テーパ部つきのリング共振器
型半導体レーザ42、および44では、時計回りと反時
計回りのレーザ光は独立で、発振周波数がおたがいに異
なっているので、光のビートが発生する。
From each of the terminals 601, 602 and 603, the ring resonator type semiconductor lasers 42, 43, and 42 are supplied with a current higher than the oscillation threshold current of the ring resonator type semiconductor laser.
44 is driven with a constant current. A ring resonator type semiconductor laser 42 in which a gain is generated by injecting a current above an oscillation threshold
At 43 and 44, clockwise and counterclockwise laser lights are present, respectively. In particular, in the ring resonator type semiconductor lasers 42 and 44 having the tapered portion, the clockwise and counterclockwise laser lights are independent and the oscillation frequencies are different from each other, so that a beat of light is generated.

【0074】角速度と各リング共振器型半導体レーザか
らのビート信号の周波数との関係を図7に示した。ここ
で、3つのリング共振器型半導体レーザ42,43,4
4は角速度に対するビート周波数の傾きが同一となるよ
う、リング共振器の囲む面積Sとリング共振器の光路長
Lの比S/Lを等しく構成している。特にテーパ付きの
リング共振器型半導体レーザ42,44はさらに後述す
るように、静止時のビート周波数が一致するように駆動
条件を制御した。
FIG. 7 shows the relationship between the angular velocity and the frequency of the beat signal from each ring resonator type semiconductor laser. Here, three ring resonator type semiconductor lasers 42, 43, 4
In No. 4, the ratio S / L of the area S surrounded by the ring resonator and the optical path length L of the ring resonator is made equal so that the inclination of the beat frequency with respect to the angular velocity is the same. In particular, the driving conditions of the tapered ring resonator type semiconductor lasers 42 and 44 were controlled so that the beat frequencies at the time of rest were matched, as will be described later.

【0075】図6に示す信号処理回路で、以下のように
角速度を検出した。コンデンサ604,605,606
を介して、各々のリング共振器型半導体レーザからの電
圧変動の信号を取り込み、f−V変換回路607,60
8,609によってビート信号の周波数に応じた電圧に
変換した。さらに信号処理部610において、以下のよ
うな処理をして角速度信号611と駆動電流調整のため
の誤差信号612、駆動電流ON/OFFのための制御
信号613を得た。
The signal processing circuit shown in FIG. 6 detects the angular velocity as follows. Capacitors 604, 605, 606
The signal of the voltage fluctuation from each ring resonator type semiconductor laser is taken in via the f-V conversion circuits 607 and 60.
The voltage was converted into a voltage according to the frequency of the beat signal by 8, 609. Further, in the signal processing unit 610, the following processing was performed to obtain an angular velocity signal 611, an error signal 612 for adjusting the drive current, and a control signal 613 for turning on / off the drive current.

【0076】まず、テーパのないリング共振器型半導体
レーザ43でのロックインの影響が無視できる角速度Ω
cと、これより小さな角速度のΩsを基準としてあらか
じめ設定した。第1の実施形態と同様に、測定された角
速度Ωの値に応じて、|Ω|<Ωcの範囲とΩc≦|Ω
|の範囲とで、信号処理回路213での処理を変えた。
First, the angular velocity Ω where the influence of lock-in in the ring resonator type semiconductor laser 43 without taper can be ignored.
c and Ωs having an angular velocity smaller than this, were set in advance as a reference. Similar to the first embodiment, depending on the value of the measured angular velocity Ω, the range of | Ω | <Ωc and Ωc ≦ | Ω
The processing in the signal processing circuit 213 was changed within the range of |.

【0077】|Ω|<Ωcの範囲では、ふたつのリング
共振器型半導体レーザ42,44のビート周波数の差と
して得られる、角速度に比例する信号(回転方向を表す
符号も含む)を信号出力とした。また、リング共振器型
半導体レーザ42,44からの信号周波数の和をとるこ
とで、角速度によらずに静止時のビート周波数の和が得
られるので、これが一定となるように素子の駆動電流に
対するフィードバック制御を行った。
In the range of | Ω | <Ωc, a signal (including a sign indicating the rotation direction) proportional to the angular velocity, which is obtained as the difference between the beat frequencies of the two ring resonator type semiconductor lasers 42 and 44, is used as the signal output. did. Also, by summing the signal frequencies from the ring resonator type semiconductor lasers 42 and 44, the sum of the beat frequencies at rest can be obtained regardless of the angular velocity. Feedback control was performed.

【0078】Ωc≦|Ω|の範囲では、テーパのないリ
ング共振器型半導体レーザ43から角速度の絶対値に比
例する信号が得られるので、これを信号出力とした。回
転方向(Ωの符号)は、リング共振器型半導体レーザ4
2,44からの信号の周波数を、基準(静止時のビート
周波数)と比較して決定した。また、リング共振器型半
導体レーザ42,44のそれぞれのビート周波数から式
(4)を用いて素子ごとに得られる角速度と、リング共
振器型半導体レーザ43からの角速度との差を誤差信号
として、リング共振器型半導体レーザ42,44の駆動
条件にフィードバック制御を行い、静止時ビート周波数
の変動を抑えた。特に、本実施形態では、リング共振器
型半導体レーザ42,44とリング共振器型半導体レー
ザ43の共振器の光路長が等しく、角速度に対するビー
ト周波数の傾きが同一なので、f−V変換出力607と
f−V変換出力608の和または差として(回転方向に
よる)、リング共振器型半導体レーザ42の静止時ビー
ト周波数が得られた。また、f−V変換出力609とf
−V変換出力607の和または差として(回転方向によ
る)、リング共振器型半導体レーザ44の静止時ビート
周波数が得られた。このように、制御用の誤差信号を抽
出する処理が簡単なものとなった。
In the range of Ωc ≦ │Ω│, a signal which is proportional to the absolute value of the angular velocity can be obtained from the ring resonator type semiconductor laser 43 having no taper, and this is used as the signal output. The rotation direction (sign of Ω) is the same as the ring resonator type semiconductor laser 4
The frequency of the signal from 2,44 was determined by comparison with a reference (beat frequency at rest). Further, the difference between the angular velocity obtained from each of the beat frequencies of the ring resonator type semiconductor lasers 42 and 44 by using the equation (4) and the angular velocity from the ring resonator type semiconductor laser 43 is defined as an error signal, Feedback control was performed on the driving conditions of the ring resonator type semiconductor lasers 42 and 44 to suppress the fluctuation of the beat frequency at rest. Particularly, in the present embodiment, since the optical path lengths of the resonators of the ring resonator type semiconductor lasers 42 and 44 and the ring resonator type semiconductor laser 43 are equal and the inclination of the beat frequency with respect to the angular velocity is the same, the fV conversion output 607 is The static beat frequency of the ring resonator type semiconductor laser 42 was obtained as the sum or difference of the fV conversion outputs 608 (depending on the rotation direction). Also, f-V conversion output 609 and f
The static beat frequency of the ring resonator type semiconductor laser 44 was obtained as the sum or difference of the −V conversion outputs 607 (depending on the rotation direction). In this way, the process for extracting the control error signal is simplified.

【0079】さらに、このようにして得られた角速度が
|Ω|≦Ωs(<Ωc)の場合には、リング共振器型半
導体レーザ43への電流供給の制御信号613をオフと
し、リング共振器型半導体レーザ43の駆動を停止し
て、消費電力化を低減した。このとき、|Ω|<Ωcな
ので、リング共振器型半導体レーザ42と44からの信
号だけで、角速度は得られている。スイッチング角速度
Ωsにたいして、図7に示すヒステリシス領域幅Δsを
設定してもよい。例えば、角速度Ωの絶対値が(Ωs+
Δs)を超えるときに駆動を開始し、角速度が(Ωs−
Δs)より小さくなるとき駆動を停止することで、角速
度がΩs近傍で微小に変動するときに頻繁なOn/Of
fの繰り返しを避けることができる。
Further, when the angular velocity thus obtained is | Ω | ≦ Ωs (<Ωc), the control signal 613 for supplying the current to the ring resonator type semiconductor laser 43 is turned off and the ring resonator is turned on. Driving of the semiconductor laser 43 is stopped to reduce power consumption. At this time, since | Ω | <Ωc, the angular velocity is obtained only by the signals from the ring resonator type semiconductor lasers 42 and 44. The hysteresis region width Δs shown in FIG. 7 may be set for the switching angular velocity Ωs. For example, the absolute value of angular velocity Ω is (Ωs +
Driving is started when Δs is exceeded, and the angular velocity is (Ωs−
By stopping the drive when it becomes smaller than Δs), frequent On / Of is performed when the angular velocity slightly changes in the vicinity of Ωs.
The repetition of f can be avoided.

【0080】上記説明ではリング共振器型半導体レーザ
43の駆動電流をOn/Offする例を示したが、さら
に、第2のスイッチング角速度Ωs2をΩcよりも大き
い角速度に設定して、これより角速度の絶対値が大きい
場合には、2つのテーパ付きのリング共振器型半導体レ
ーザのうちでビート周波数が低くなっているものの駆動
を停止することもできる。Ωs2より角速度の絶対値が
大きい領域では、テーパ付きのリング共振器型半導体レ
ーザの駆動を両方とも停止するという構成も可能であ
る。
In the above description, an example in which the drive current of the ring resonator type semiconductor laser 43 is set to On / Off is shown. Furthermore, the second switching angular velocity Ωs2 is set to an angular velocity larger than Ωc, and an angular velocity higher than this is set. When the absolute value is large, it is possible to stop driving of the two ring resonator type semiconductor lasers with a taper whose beat frequency is low. In a region where the absolute value of the angular velocity is larger than Ωs2, it is possible to stop driving both of the tapered ring resonator type semiconductor lasers.

【0081】上記説明では筐体としてステムを用いた例
を示したが、本発明による筐体は、複数個のリング共振
器型半導体レーザをハイブリッド実装することができれ
ばどのような形態のものでもよく、例えばケースなどで
も構わない。これまで述べた2つの実施形態では、リン
グ共振器型半導体レーザのリング共振器形状として四角
形のものを示したが、円周状、三角形状など閉じた経路
をなすものを適用してよい。
In the above description, an example in which the stem is used as the case has been shown, but the case according to the present invention may be of any form as long as a plurality of ring resonator type semiconductor lasers can be hybrid-mounted. For example, a case may be used. In the above-described two embodiments, the ring resonator shape of the ring resonator type semiconductor laser has a quadrangle shape, but a ring path having a closed path such as a circular shape or a triangular shape may be applied.

【0082】[第3の実施形態] 図8は、本発明に係る光ジャイロの他の実施形態を示す
図である。
[Third Embodiment] FIG. 8 is a view showing another embodiment of the optical gyro according to the present invention.

【0083】図8において、80は本発明による光ジャ
イロであり、81,82はテーパ部のあるリング共振器
型半導体レーザ、83はテーパ部の無いリング共振器型
半導体レーザである。レーザの層構成は第1の実施形態
と同様である。
In FIG. 8, 80 is an optical gyro according to the present invention, 81 and 82 are ring resonator type semiconductor lasers having a tapered portion, and 83 is a ring resonator type semiconductor laser having no tapered portion. The layer structure of the laser is similar to that of the first embodiment.

【0084】また、図9は、本発明に係る光ジャイロの
駆動回路を示す図である。図9において、901,90
2,903は駆動電流入力端子、904,905,90
6はカップリングコンデンサ、907,908,909
はコンパレータ、910,911,912はカウンタ、
913は信号処理回路、914は信号出力端子、915
は誤差信号出力端子である。また、916は注入電流の
設定部916,917は電流制御ブロックに対する誤差
信号の入力端子、918は注入電流の調整部である。
FIG. 9 is a diagram showing an optical gyro drive circuit according to the present invention. In FIG. 9, 901 and 90
2, 903 are drive current input terminals, 904, 905, 90
6 is a coupling capacitor, 907, 908, 909
Is a comparator, 910, 911 and 912 are counters,
913 is a signal processing circuit, 914 is a signal output terminal, 915
Is an error signal output terminal. Further, 916 is an injection current setting unit 916, 917 is an error signal input terminal for the current control block, and 918 is an injection current adjustment unit.

【0085】リング共振器型半導体レーザ81と82に
はテーパ部があり、共振器形状は鏡像関係にある。ま
た、リング共振器型半導体レーザ83は、前記リング共
振器型半導体レーザ81,82と比べて、共振器の周回
長が短く、共振器の囲む面積と共振器の周回長の比S/
Lが小さい。
The ring resonator type semiconductor lasers 81 and 82 have a tapered portion, and the resonator shapes are mirror images. In addition, the ring resonator type semiconductor laser 83 has a shorter resonator circumference length than the ring resonator type semiconductor lasers 81 and 82, and the ratio S / of the area surrounded by the resonator and the resonator circumference length S /.
L is small.

【0086】駆動電流入力端子901と902と903
のそれぞれをリング共振器型半導体レーザ81,82,
83それぞれの発振しきい値電流以上で定電流駆動す
る。ただし、ここでは注入電流をおたがいに変えてい
る。その結果、発振しきい値以上の電流注入によって利
得の生じたリング共振器型半導体レーザ81(および8
2,83)では、時計回りと反時計回りのレーザ光が存
在している。テーパ部のあるリング共振器型半導体レー
ザ81、および82では、テーパ形状の導波路部分の存
在によって、時計回りと反時計回りのレーザ光は独立
で、その発振周波数は異なっており、このことによって
静止時にもビート信号が生じる。ところでこのビート信
号の周波数は、式(1)に示すように周回方向の異なる
2つのレーザモードの光強度差に依存している。そこ
で、2つのリング共振器型半導体レーザの注入電流が異
なっているときには、2つのリング共振器型半導体レー
ザの静止時ビート周波数も異なっている。また、テーパ
部のないリング共振器型半導体レーザ83では、静止時
には2つのレーザ光の周波数は等しく、ビートは生じな
い。
Drive current input terminals 901, 902 and 903
Of the ring resonator type semiconductor lasers 81, 82,
A constant current drive is performed when the oscillation threshold currents of the respective 83 are exceeded. However, the injection current is changed here. As a result, the ring resonator type semiconductor laser 81 (and
2, 83), clockwise and counterclockwise laser light exists. In the ring resonator type semiconductor lasers 81 and 82 having the tapered portion, the clockwise and counterclockwise laser lights are independent and the oscillation frequencies thereof are different due to the existence of the tapered waveguide portion. A beat signal is generated even when stationary. By the way, the frequency of the beat signal depends on the light intensity difference between two laser modes in different circling directions as shown in the equation (1). Therefore, when the injection currents of the two ring resonator type semiconductor lasers are different, the stationary beat frequencies of the two ring resonator type semiconductor lasers are also different. Further, in the ring resonator type semiconductor laser 83 having no taper portion, the frequencies of the two laser lights are equal to each other at rest, and no beat occurs.

【0087】次に、ジャイロの回転角速度Ωとビート周
波数Δfの関係を図10に示す。実線と点線は、それぞ
れリング共振器型半導体レーザ81と82の特性を示
す。ここで、式(4)で示される回転時のビート周波数
Δfの角速度Ωにたいする傾きの絶対値は、2S(1/
λ+1/λ)/Lとなるので、2つのリング共振器
型半導体レーザでレーザ光の波長がほぼ等しく、S/L
が等しければ、どちらの素子においても等しいと考えて
よい。また、リング共振器型半導体レーザ83の特性
も、図10中に一点鎖線で示した。
Next, FIG. 10 shows the relationship between the rotational angular velocity Ω of the gyro and the beat frequency Δf. The solid and dotted lines show the characteristics of the ring resonator type semiconductor lasers 81 and 82, respectively. Here, the absolute value of the inclination of the beat frequency Δf at the time of rotation with respect to the angular velocity Ω expressed by the equation (4) is 2S (1 /
λ 2 + 1 / λ 1 ) / L, the two ring resonator type semiconductor lasers have almost the same wavelength of laser light, and S / L
If they are equal, it can be considered that both elements are equal. The characteristics of the ring resonator type semiconductor laser 83 are also shown by the alternate long and short dash line in FIG.

【0088】このようなリング共振器型半導体レーザ8
1,82,83からの電圧変動の信号を、コンデンサ8
04,805,806を介して取り込み、コンパレータ
807,808,809によって周波数信号を矩形波状
に整形した。カウンタ810,811,812で所定時
間内のパルス数をカウントし、信号処理回路にて演算処
理した。
Such a ring resonator type semiconductor laser 8
The voltage fluctuation signals from 1, 82, and 83 are fed to the capacitor 8
04, 805, 806, and the frequency signal is shaped into a rectangular wave by comparators 807, 808, 809. The number of pulses within a predetermined time was counted by the counters 810, 811, 812, and arithmetic processing was performed by the signal processing circuit.

【0089】すなわち、図中aで示した角速度範囲で
は、2つのリング共振器型半導体レーザ81,82のビ
ート周波数の差から、静止時ビート周波数の差(Δf
01−Δf02)を減じて、角速度に比例する信号を得
た。
That is, in the angular velocity range shown by a in the figure, from the difference in beat frequencies of the two ring resonator type semiconductor lasers 81 and 82, the difference in the beat frequency at rest (Δf
01- Δf 02 ) was subtracted to obtain a signal proportional to the angular velocity.

【0090】また、図中b1で示した角度範囲では、リ
ング共振器型半導体レーザ82の静止時ビート周波数Δ
02 からビート周波数を減じたものに、リング共振
器型レーザ83のビート周波数を(−2)倍(リング共
振器型レーザ82と83のL/Sの比と回転方向をあら
わす(−1)との積)したものを加えて、符号も含めて
角速度に比例する信号を得た。
In the angular range shown by b1 in the figure, the beat frequency Δ of the ring resonator type semiconductor laser 82 at rest is
f 02 The beat frequency of the ring resonator type laser 83 is (−2) times (the ratio of L / S of the ring resonator type lasers 82 and 83 and the rotation direction (−1)). Then, a signal proportional to the angular velocity including the sign was obtained.

【0091】また、図中b2で示した角度範囲では、リ
ング共振器型半導体レーザ81のビート周波数から静止
時ビート周波数Δf02 を減じたものに、リング共振
器型レーザ83のビート周波数を2倍(リング共振器型
レーザ81と83のL/Sの比)したものを加えて、角
速度に比例する信号914を得た。
In the angular range indicated by b2 in the figure, the beat frequency Δf 02 at rest from the beat frequency of the ring resonator type semiconductor laser 81. Was added to the one obtained by subtracting the beat frequency of the ring resonator type laser 83 (L / S ratio of the ring resonator type lasers 81 and 83) to obtain a signal 914 proportional to the angular velocity.

【0092】また、図中aで示した角速度範囲では、2
つのリング共振器型半導体レーザ8182のビート周
波数の和から、角速度に依存しない量(Δf01+Δf
02)を求めた。また、図中b1で示した角度範囲で
は、リング共振器型半導体レーザ82のビート周波数か
ら、リング共振器型レーザ83のビート周波数を2倍し
たものを減じて、角速度に依存しない量(Δf02)を
求めた。また、図中b2で示した角度範囲では、リング
共振器型半導体レーザ81のビート周波数から、リング
共振器型半導体レーザ83のビート周波数を2倍したも
のを減じて、角速度に依存しない量(Δf01)を求め
た。これらの量を誤差信号915として取出し、駆動電
流のフィードバック制御回路への誤差信号として戻す。
すなわち、設定部916にてあらかじめ設定した量(角
速度の領域に応じて、Δf01+Δf02,Δf02
Δf01のいずれか)に対する誤差信号917として上
記誤差信号915を用い、調整部918において、レー
ザの駆動電流を調整した。
In the angular velocity range indicated by a in the figure, 2
From the sum of the beat frequencies of the two ring resonator type semiconductor lasers 81 1 and 82 2, the amount (Δf 01 + Δf) that does not depend on the angular velocity is obtained.
02 ). Further, in the angular range indicated by b1 in the figure, the beat frequency of the ring resonator type semiconductor laser 82 is reduced by twice the beat frequency of the ring resonator type laser 83 to obtain an amount that does not depend on the angular velocity (Δf 02 ) Was asked. Further, in the angular range indicated by b2 in the figure, the beat frequency of the ring resonator type semiconductor laser 81 is reduced by a value obtained by doubling the beat frequency of the ring resonator type semiconductor laser 83 to obtain an amount (Δf that does not depend on the angular velocity). 01 ). These amounts are taken out as an error signal 915 and returned as an error signal to the drive current feedback control circuit.
That is, an amount set in advance by the setting unit 916 (Δf 01 + Δf 02 , Δf 02 , depending on the angular velocity region,
The error signal 915 is used as the error signal 917 for any one of Δf 01 ), and the adjusting unit 918 adjusts the laser drive current.

【0093】上述したように、3つの素子からのビート
周波数を用いた演算によって、回転方向を表す符号も含
めて角速度に比例した信号が得られた。また同時に、角
速度に依存しない信号を安定させるフィードバック制御
を行って、安定性に優れた光ジャイロとすることができ
た。
As described above, by the calculation using the beat frequencies from the three elements, a signal proportional to the angular velocity including the sign indicating the rotation direction was obtained. At the same time, feedback control that stabilizes the signal independent of the angular velocity was performed, and an optical gyro with excellent stability could be obtained.

【0094】これまで述べた3つの実施形態では、定電
流駆動を行い、素子の角速度に応じた端子間電圧変動を
検出する場合を示したが、素子を駆動しているときに素
子の受けた角速度によって素子インピーダンスが変化す
るのを検出するという測定原理から明らかなように、素
子を定電圧駆動して電流変化を検出したり、その他のイ
ンピーダンス測定法によってインピーダンス変化を計測
したりして、角速度を知ることもできる。
In the three embodiments described so far, the case where the constant current driving is performed to detect the voltage variation between the terminals according to the angular velocity of the element has been described, but the element receives the voltage while driving the element. As is clear from the measurement principle that the element impedance changes depending on the angular velocity, the element is driven at a constant voltage to detect the current change, or the impedance change is measured by another impedance measurement method. You can also know

【発明の効果】【The invention's effect】

【0095】以上説明したように、本出願に係る第1か
の発明によって、精度よく回転の角速度と回転方向
を検知することのできる光ジャイロが得られた。
As described above, according to the first to third inventions of the present application, the optical gyro capable of accurately detecting the angular velocity of rotation and the rotation direction is obtained.

【0096】また第、第の発明によって、容易な回
路構成によって素子のインピーダンス変動を観測でき、
種々の信号の処理回路と容易に接続できるので、精度よ
く回転の角速度と回転方向を検知することのできる光ジ
ャイロの駆動方法が得られた。
Further, according to the fourth and fifth inventions, the impedance variation of the element can be observed with a simple circuit configuration,
A method for driving an optical gyro, which can detect the angular velocity and direction of rotation with high accuracy, has been obtained because it can be easily connected to various signal processing circuits.

【0097】また第から第の発明によって、回転の
角速度と回転方向を精度良く検知することのできる光ジ
ャイロの信号処理方法が得られた。
Further, according to the sixth to eighth inventions, the signal processing method of the optical gyro which can detect the angular velocity of rotation and the rotation direction with high accuracy is obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【0098】[0098]

【図1】本発明の第1の実施形態の光ジャイロFIG. 1 is an optical gyro according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第1の実施形態の光ジャイロと駆動、
信号処理回路
FIG. 2 is an optical gyro and drive according to the first embodiment of the present invention;
Signal processing circuit

【図3】本発明の第1の実施形態による光ジャイロのビ
ート信号の周波数と角速度
FIG. 3 shows the frequency and angular velocity of the beat signal of the optical gyro according to the first embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第2の実施形態の光ジャイロFIG. 4 is an optical gyro according to a second embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第2の実施形態の光ジャイロの平面図FIG. 5 is a plan view of an optical gyro according to a second embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第2の実施形態の光ジャイロと駆動、
信号処理回路
FIG. 6 is an optical gyro and drive according to a second embodiment of the present invention;
Signal processing circuit

【図7】本発明の第2の実施形態による光ジャイロのビ
ート信号の周波数と角速度
FIG. 7 shows the frequency and angular velocity of the beat signal of the optical gyro according to the second embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第3の実施形態の光ジャイロの平面図FIG. 8 is a plan view of an optical gyro according to a third embodiment of the present invention.

【図9】本発明の第3の実施形態の光ジャイロと駆動、
信号処理回路
FIG. 9 is an optical gyro and drive according to a third embodiment of the present invention,
Signal processing circuit

【図10】本発明の第3の実施形態による光ジャイロの
ビート信号の周波数と角速度
FIG. 10 shows the frequency and angular velocity of the beat signal of the optical gyro according to the third embodiment of the present invention.

【図11】本発明の第1の実施形態の光ジャイロで振動
を検出して、防振を行うカメラの概念図
FIG. 11 is a conceptual diagram of a camera that detects vibrations by the optical gyroscope according to the first embodiment of the present invention to perform vibration isolation.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

【0099】 10,40,80 光ジャイロ素子 11,12,13 リング共振器型半導体レーザ素子 42,43,44 リング共振器型半導体レーザ素子 81,82,83リング共振器型半導体レーザ素子 14,15,421,441 テーパ部 16 反時計回りの周回モード光 17 時計回りの周回モード光 207,208,209 コンパレータ 907,908,909 コンパレータ 210,211,212 カウンタ 910,911,912 カウンタ 607,608,609 f−V変換回路 213,610,913 信号処理部[0099] 10, 40, 80 Optical gyro element Ring resonator type semiconductor laser device 42,43,44 ring resonator type semiconductor laser device 81, 82, 83 ring resonator type semiconductor laser device 14, 15, 421, 441 Tapered part 16 Counterclockwise orbital mode light 17 clockwise orbit mode light 207, 208, 209 comparator 907, 908, 909 Comparator 210, 211, 212 counter 910, 911, 912 counter 607, 608, 609 f-V conversion circuit 213, 610, 913 Signal processing unit

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平7−139954(JP,A) 特開 平7−146150(JP,A) 特開 平10−261837(JP,A) 特開2002−22456(JP,A) 特開2002−22459(JP,A) 特開2002−22458(JP,A) 特許3323844(JP,B2) 特許3363862(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01C 19/64 - 19/72 G03B 5/00 H01S 3/083 H01S 5/10 ─────────────────────────────────────────────────── --Continued from the front page (56) References JP-A-7-139954 (JP, A) JP-A-7-146150 (JP, A) JP-A-10-261837 (JP, A) JP-A-2002-22456 (JP, A) JP 2002-22459 (JP, A) JP 2002-22458 (JP, A) JP 3323844 (JP, B2) JP 3363862 (JP, B2) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) G01C 19/64-19/72 G03B 5/00 H01S 3/083 H01S 5/10

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 印加された角速度に応じて端子間のイン
ピーダンス変動の周期が変わり、前記インピーダンス変
動を検知する電気端子を備えたリング共振器型半導体レ
ーザを、3つ以上、おたがいに光学的に独立になるよう
、おたがいに垂直ではない面上に備えた光ジャイロで
あって、少なくとも、ある方向の角速度が増大するとき
にインピーダンス変動の周波数が低くなる第1のリング
共振器型半導体レーザと、前記第1のリング共振器型半
導体レーザのインピーダンス変動の周期が低くなるとき
にインピーダンス変動の周波数が高くなる第2のリング
共振器型半導体レーザと、角速度の絶対値が増大すると
きにインピーダンス変動の周波数が高くなる第3のリン
グ共振器型半導体レーザとを含むことを特徴とする光ジ
ャイロ。
1. A ring resonator type semiconductor laser having three or more ring resonator type semiconductor lasers, each of which has an electrical terminal for detecting the impedance variation, in which the cycle of impedance variation between the terminals varies depending on the applied angular velocity, and is optically independent of each other. And a first ring resonator type semiconductor laser, which is an optical gyroscope provided on a surface that is not perpendicular to each other , in which the frequency of impedance fluctuation becomes low at least when the angular velocity in a certain direction increases, A second ring resonator type semiconductor laser whose frequency of impedance fluctuation increases when the cycle of impedance fluctuation of the first ring resonator semiconductor laser decreases, and a frequency of impedance fluctuation which increases when the absolute value of the angular velocity increases. An optical gyro including a third ring resonator type semiconductor laser having a high wavelength.
【請求項2】 前記第1と第2のリング共振器型半導体
レーザは、それぞれの光共振器内でおたがいに反対方向
に周回し、かつ静止時に発振周波数の異なる2つのレー
ザ光を発振し、前記時計回りのレーザ光と反時計回りの
レーザ光との発振周波数の大小関係が、前記2つのレー
ザの間で逆転しており、前記第3のリング共振器型半導
体レーザは、その光共振器内でおたがいに反対方向に周
回するレーザ光の発振周波数が、静止時に同一であるこ
とを特徴とする請求項1記載の光ジャイロ。
2. The first and second ring resonator type semiconductor lasers circulate in opposite directions in their respective optical resonators and oscillate two laser lights having different oscillation frequencies when stationary, The magnitude relationship between the oscillation frequencies of the clockwise laser light and the counterclockwise laser light is reversed between the two lasers, and the third ring resonator type semiconductor laser is provided in the optical resonator. 2. The optical gyro according to claim 1, wherein the oscillation frequencies of the laser beams that circulate in opposite directions are the same when stationary.
【請求項3】 前記第1と第2のリング共振器型半導体
レーザは、光導波路の一部にテーパ部があり、前記テー
パ部は時計回りのレーザ光の伝搬方向に沿って徐々に光
導波路の幅が広くなる第1の部分と徐々に光導波路の幅
が狭くなる第2の部分からなり、前記第1のリング共振
器型半導体レーザにおいては前記第1の部分が前記第2
の部分よりも長く、前記第2のリング共振器型半導体レ
ーザにおいては前記第2の部分が前記第1の部分よりも
長く、前記第3のリング共振器型半導体レーザは前記テ
ーパ部をもたないことを特徴とする請求項1に記載され
た光ジャイロ。
3. The first and second ring resonator type semiconductor lasers have a taper portion in a part of an optical waveguide, and the taper portion gradually extends in the clockwise optical waveguide propagation direction. Of the first ring resonator type semiconductor laser, the first ring resonator type semiconductor laser includes a first portion having a wide width and a second portion having a gradually narrowing width of the optical waveguide.
Of the second ring resonator type semiconductor laser, the second part of the second ring resonator type semiconductor laser is longer than the first part, and the third ring resonator type semiconductor laser has the tapered portion. The optical gyro according to claim 1, wherein the optical gyro is absent.
【請求項4】 請求項1に記載された光ジャイロを駆動
する方法であって、前記第1、第2及び第3のリング共
振器型半導体レーザの各々を定電流駆動し、前記電気端
子から電圧変動を検知することを特徴とする光ジャイロ
駆動方法。
4. A method for driving an optical gyro according to claim 1 , wherein each of the first, second and third ring resonator type semiconductor lasers is driven with a constant current, and is driven from the electrical terminal. An optical gyro driving method characterized by detecting voltage fluctuations.
【請求項5】 請求項1に記載された光ジャイロを駆動
する方法であって、前記第1、第2及び第3のリング共
振器型半導体レーザの各々を定電圧駆動し、前記電気端
子から駆動電流の変動を検知することを特徴とする光ジ
ャイロ駆動方法。
5. A method for driving an optical gyro according to claim 1 , wherein each of the first, second and third ring resonator type semiconductor lasers is driven at a constant voltage, and is driven from the electric terminal. An optical gyro driving method, which is characterized by detecting a change in driving current.
【請求項6】 請求項1に記載された光ジャイロからの
信号処理の方法であって、角速度の値に応じて、前記
1、第2及び第3のリング共振器型半導体レーザの中か
ら特定の1又は2以上を選択し、前記選択したリング共
振器型半導体レーザからの信号を用いて角速度を得るこ
とを特徴とする光ジャイロの信号処理方法。
6. A method of processing a signal from an optical gyro according to claim 1, wherein the first signal is output according to a value of an angular velocity .
A specific one or two or more are selected from the first, second and third ring resonator type semiconductor lasers, and the angular velocity is obtained by using the signal from the selected ring resonator type semiconductor laser. Optical gyro signal processing method.
【請求項7】 角速度の絶対値が所定の値より小さいと
きには、前記第1と第2のリング共振器型半導体レーザ
からの信号のみを用いて角速度を得ることを特徴とする
請求項記載の光ジャイロの信号処理方法。
When the absolute value of 7. angular velocity is smaller than a predetermined value, according to claim 6, wherein the obtaining the angular velocity by using only the signal from the first and second ring resonator type semiconductor laser Optical gyro signal processing method.
【請求項8】 角速度の絶対値が所定の値より大きいと
きには、前記第3のリング共振器型半導体レーザにおけ
るインピーダンス変動の周波数に基づいて演算処理を行
い、角速度の絶対値を得ることを特徴とする請求項
記載の光ジャイロの信号処理方法。
8. When the absolute value of the angular velocity is larger than a predetermined value, arithmetic processing is performed based on the frequency of impedance fluctuation in the third ring resonator type semiconductor laser to obtain the absolute value of the angular velocity. The signal processing method of the optical gyro according to claim 6 .
JP2000211853A 2000-07-12 2000-07-12 Optical gyro, driving method thereof, and signal processing method Expired - Fee Related JP3531918B2 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000211853A JP3531918B2 (en) 2000-07-12 2000-07-12 Optical gyro, driving method thereof, and signal processing method
US09/900,953 US6586725B2 (en) 2000-07-12 2001-07-10 Optical gyro, driving method and signal processing method therefor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000211853A JP3531918B2 (en) 2000-07-12 2000-07-12 Optical gyro, driving method thereof, and signal processing method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2002022457A JP2002022457A (en) 2002-01-23
JP3531918B2 true JP3531918B2 (en) 2004-05-31

Family

ID=18707879

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2000211853A Expired - Fee Related JP3531918B2 (en) 2000-07-12 2000-07-12 Optical gyro, driving method thereof, and signal processing method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3531918B2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6649990B2 (en) 2002-03-29 2003-11-18 Intel Corporation Method and apparatus for incorporating a low contrast interface and a high contrast interface into an optical device
FI20095201A0 (en) * 2009-03-02 2009-03-02 Vti Technologies Oy Oscillating micromechanical angular velocity sensor

Also Published As

Publication number Publication date
JP2002022457A (en) 2002-01-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6559949B1 (en) Gyro apparatus and gyroscope with multiple interfering laser beams affecting an electrical signal flowing therethrough
EP1020706B1 (en) Laser apparatus and gyroscope
JPH04174317A (en) Semiconductor laser gyro
JP3531919B2 (en) Optical gyro, driving method thereof, and signal processing method
JP3531917B2 (en) Ring laser
US6603557B2 (en) Ring laser gyro having ring resonator semiconductor lasers and driving method thereof
JP3531918B2 (en) Optical gyro, driving method thereof, and signal processing method
US6586725B2 (en) Optical gyro, driving method and signal processing method therefor
JP3535813B2 (en) Gyro device, gyro device driving method, and signal detection method
US6631002B1 (en) Control of laser beams in a ring laser gyro
EP1028308B1 (en) Gyro
JP2002340565A (en) Optical gyro, drive method therefor and signal processing method
JP3472244B2 (en) Optical gyro, driving method and signal processing method
US6448552B1 (en) Gyro
JP2000205863A (en) Optical gyro
JP2003042769A (en) Optical gyro and driving method therefor
JP2002350141A (en) Method for driving optical gyro
JP2002350142A (en) Optical gyro and its driving method
JP2002005666A (en) Semiconductor ring laser gyro, its driving method, and semiconductor ring laser
JP2002243452A (en) Gyro and its driving method

Legal Events

Date Code Title Description
A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20031202

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20040202

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20040226

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20040301

R150 Certificate of patent (=grant) or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080312

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090312

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100312

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100312

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110312

Year of fee payment: 7

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees