JP3531919B2 - 光ジャイロ、及びその駆動方法並びに信号処理方法 - Google Patents
光ジャイロ、及びその駆動方法並びに信号処理方法Info
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- G01C19/58—Turn-sensitive devices without moving masses
- G01C19/64—Gyrometers using the Sagnac effect, i.e. rotation-induced shifts between counter-rotating electromagnetic beams
- G01C19/66—Ring laser gyrometers
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
- H01S3/08—Construction or shape of optical resonators or components thereof
- H01S3/081—Construction or shape of optical resonators or components thereof comprising three or more reflectors
- H01S3/083—Ring lasers
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- Gyroscopes (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
- Lasers (AREA)
- Studio Devices (AREA)
Description
【０００１】
【発明が属する技術分野】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。
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。
【０００２】
【従来の技術】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４−１
７４３１７号公報、特公平６−３８５２９号公報があ
る。
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４−１
７４３１７号公報、特公平６−３８５２９号公報があ
る。
【０００３】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る、消費電力を低減できる、
起動時間を短縮できるという特徴を有し、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。
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る、消費電力を低減できる、
起動時間を短縮できるという特徴を有し、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。
【０００４】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
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などがある。
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
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などがある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】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。
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。
【０００６】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。
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。
【０００７】そこで、本発明の第１の目的は、精度よく
角速度と回転方向を検知する光ジャイロを提供すること
である。
角速度と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】また、本発明の第２の目的は、精度よく角
速度と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。
速度と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。
【０００９】また、本発明の第３の目的は、精度よく角
速度と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。
速度と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。
【００１０】また、本発明の第４の目的は、静止時のビ
ート周波数が変動することを抑制する光ジャイロの駆動
方法を提供することである。
ート周波数が変動することを抑制する光ジャイロの駆動
方法を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本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、かつ前記
インピーダンス変動を検知する電気端子を備えた２つの
リング共振器型半導体レーザを、お互いに光学的に独立
になるように、お互いに垂直でない面上に備えた光ジャ
イロであって、ある方向の角速度が増大するときに、第
１のリング共振器型半導体レーザにおいてはインピーダ
ンス変動の周波数が低くなり、第２のリング共振器型半
導体レーザにおいてはインピーダンス変動の周波数が高
くなるようにしている。
めの本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、かつ前記
インピーダンス変動を検知する電気端子を備えた２つの
リング共振器型半導体レーザを、お互いに光学的に独立
になるように、お互いに垂直でない面上に備えた光ジャ
イロであって、ある方向の角速度が増大するときに、第
１のリング共振器型半導体レーザにおいてはインピーダ
ンス変動の周波数が低くなり、第２のリング共振器型半
導体レーザにおいてはインピーダンス変動の周波数が高
くなるようにしている。
【００１２】
【００１３】上記構成において、前記２つのリング共振
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とで、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。この結果、角速度に依存する信号から、精度良く角
速度と回転方向を知ることができる。
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とで、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。この結果、角速度に依存する信号から、精度良く角
速度と回転方向を知ることができる。
【００１４】
【００１５】
【００１６】
【００１７】また、上記第１の目的を達成するため、本
出願の発明の光ジャイロは、上記構成において、前記２
つのリング共振器型半導体レーザがその光導波路の一部
にテーパ部をもち、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の部分とで構成されてい
て、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の部分を前記
第１の部分よりも長くしている。
出願の発明の光ジャイロは、上記構成において、前記２
つのリング共振器型半導体レーザがその光導波路の一部
にテーパ部をもち、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の部分とで構成されてい
て、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の部分を前記
第１の部分よりも長くしている。
【００１８】ここで、上記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。
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。
【００１９】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。
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。
【００２０】さて、各リング共振器型半導体レーザ内
で、時計回りのレーザ光と反時計回りのレーザ光の発振
周波数は異なっており、光ビートを発生する。さらに、
前記２つ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。上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、ジャイロの回転
時に一方で増加しもう一方で減少するという関係にあ
る。この光ビートの周波数の変化を、リング共振器型半
導体レーザの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。
で、時計回りのレーザ光と反時計回りのレーザ光の発振
周波数は異なっており、光ビートを発生する。さらに、
前記２つ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。上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、ジャイロの回転
時に一方で増加しもう一方で減少するという関係にあ
る。この光ビートの周波数の変化を、リング共振器型半
導体レーザの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。
【００２１】得られた周波数の変動を信号処理すること
で、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／雑音比を改善できる。この結果、角速度に
依存する信号から、精度良く角速度と回転方向を知るこ
とができる。
で、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／雑音比を改善できる。この結果、角速度に
依存する信号から、精度良く角速度と回転方向を知るこ
とができる。
【００２２】また、上記第１の目的を達成するため、本
出願の発明の光ジャイロは、上記構成において、前記第
１のリング共振器型半導体レーザにおける共振器の囲む
面積と共振器の周回長との比が、前記第２のリング共振
器型半導体レーザにおける共振器の囲む面積と共振器の
周回長との比と等しくしている。
出願の発明の光ジャイロは、上記構成において、前記第
１のリング共振器型半導体レーザにおける共振器の囲む
面積と共振器の周回長との比が、前記第２のリング共振
器型半導体レーザにおける共振器の囲む面積と共振器の
周回長との比と等しくしている。
【００２３】上記構成において、それぞれのリング共振
器型半導体レーザにおける、共振器の囲む面積と共振器
の周回長との比は、角速度変化に対するビート周波数の
変化量の絶対値を決めるパラメータである。２つのリン
グ共振器型半導体レーザ間で、このパラメータが等しい
ときには、上記ビート周波数の変化量は、絶対値が等し
く符号が異なったものとなる。そこで、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さらに容易になり、信号／
雑音比を改善できる。この結果、角速度に依存する信号
から、さらに精度良く角速度と回転方向を知ることがで
きる。
器型半導体レーザにおける、共振器の囲む面積と共振器
の周回長との比は、角速度変化に対するビート周波数の
変化量の絶対値を決めるパラメータである。２つのリン
グ共振器型半導体レーザ間で、このパラメータが等しい
ときには、上記ビート周波数の変化量は、絶対値が等し
く符号が異なったものとなる。そこで、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さらに容易になり、信号／
雑音比を改善できる。この結果、角速度に依存する信号
から、さらに精度良く角速度と回転方向を知ることがで
きる。
【００２４】また、上記第１の目的を達成するため、本
出願の発明の光ジャイロは、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は、それぞれの
共振器の形状がおたがいに鏡像関係であることを特徴と
する。
出願の発明の光ジャイロは、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は、それぞれの
共振器の形状がおたがいに鏡像関係であることを特徴と
する。
【００２５】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の共振器の形状が鏡像関係であ
ることは、共振器損失の周回方向依存性を、２つのリン
グ共振器型半導体レーザで鏡像対称にする。すなわち、
第１のリング共振器型半導体レーザにおける、時計周り
のレーザ光の周回損失は、第２のリング共振器型半導体
レーザにおける、反時計周りのレーザ光の周回損失と同
じとなる。逆も同様である。そこで、前記２つのリング
共振器型半導体レーザで駆動条件が同じときには、静止
時のビート周波数が一致する。この静止時のビート周波
数は、角速度とインピーダンス変動周波数との関係にお
いて、角速度に依存しない成分である。この値が２つの
リング共振器型半導体レーザにおいて一致しているとき
には、２つのリング共振器型半導体レーザからの信号の
減算によって、角速度に依存する信号成分を高精度に分
離することが可能となる。２つの信号の減算によって、
角速度に依存しない雑音成分も抑圧されるので、信号／
雑音比を改善できる。この結果、精度良く角速度と回転
方向を知ることができる。
グ共振器型半導体レーザの共振器の形状が鏡像関係であ
ることは、共振器損失の周回方向依存性を、２つのリン
グ共振器型半導体レーザで鏡像対称にする。すなわち、
第１のリング共振器型半導体レーザにおける、時計周り
のレーザ光の周回損失は、第２のリング共振器型半導体
レーザにおける、反時計周りのレーザ光の周回損失と同
じとなる。逆も同様である。そこで、前記２つのリング
共振器型半導体レーザで駆動条件が同じときには、静止
時のビート周波数が一致する。この静止時のビート周波
数は、角速度とインピーダンス変動周波数との関係にお
いて、角速度に依存しない成分である。この値が２つの
リング共振器型半導体レーザにおいて一致しているとき
には、２つのリング共振器型半導体レーザからの信号の
減算によって、角速度に依存する信号成分を高精度に分
離することが可能となる。２つの信号の減算によって、
角速度に依存しない雑音成分も抑圧されるので、信号／
雑音比を改善できる。この結果、精度良く角速度と回転
方向を知ることができる。
【００２６】
【００２７】
【００２８】
【００２９】
【００３０】また、上記第１の目的を達成するため、本
出願の発明の光ジャイロは、上記構成において、前記２
つのリング共振器型半導体レーザ間の光学的結合を防ぐ
吸収体ないし遮光体を有し、かつ前記吸収体ないし遮光
体が前記リング共振器型半導体レーザに反射光を戻さな
いようにしている。
出願の発明の光ジャイロは、上記構成において、前記２
つのリング共振器型半導体レーザ間の光学的結合を防ぐ
吸収体ないし遮光体を有し、かつ前記吸収体ないし遮光
体が前記リング共振器型半導体レーザに反射光を戻さな
いようにしている。
【００３１】上記構成において、光学的結合を防ぐ吸収
体ないし遮光体は、それぞれのリング共振器型半導体レ
ーザが、光学的に独立にレーザ発振することを可能にす
る。また、前記吸収体ないし遮光体による反射光を、前
記リング共振器型半導体レーザに戻さないことで、時計
回りのレーザ光と反時計回りのレーザ光との間の光学的
結合をふせぎ、ロックインを抑える。
体ないし遮光体は、それぞれのリング共振器型半導体レ
ーザが、光学的に独立にレーザ発振することを可能にす
る。また、前記吸収体ないし遮光体による反射光を、前
記リング共振器型半導体レーザに戻さないことで、時計
回りのレーザ光と反時計回りのレーザ光との間の光学的
結合をふせぎ、ロックインを抑える。
【００３２】このように構成した、光学的に独立な２つ
のリング共振器型半導体レーザからなる前記ジャイロが
回転すると、各リング共振器型半導体レーザ内で、時計
回りと反時計回りのレーザ光の発振周波数が、独立に変
動する。これを信号処理することで角速度がわかるの
で、広い角速度範囲で安定して動作する光ジャイロが実
現できる。
のリング共振器型半導体レーザからなる前記ジャイロが
回転すると、各リング共振器型半導体レーザ内で、時計
回りと反時計回りのレーザ光の発振周波数が、独立に変
動する。これを信号処理することで角速度がわかるの
で、広い角速度範囲で安定して動作する光ジャイロが実
現できる。
【００３３】また、上記第２の目的を達成するため、本
出願の発明の光ジャイロの駆動方法は、前記２つのリン
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。
出願の発明の光ジャイロの駆動方法は、前記２つのリン
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。
【００３４】また、上記第２の目的を達成するため、本
出願の発明の光ジャイロの駆動方法は、前記２つのリン
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。
出願の発明の光ジャイロの駆動方法は、前記２つのリン
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。
【００３５】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、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／雑音比を改善できる。
この結果、角速度に依存する信号から、精度良く角速度
と回転方向を知ることができる。
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、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／雑音比を改善できる。
この結果、角速度に依存する信号から、精度良く角速度
と回転方向を知ることができる。
【００３６】また、上記第２の目的を達成するため、本
出願の発明の光ジャイロの駆動方法は、上記方法におい
て、前記２つのリング共振器型半導体レーザへの注入電
流ないし印加電圧が、同一である。
出願の発明の光ジャイロの駆動方法は、上記方法におい
て、前記２つのリング共振器型半導体レーザへの注入電
流ないし印加電圧が、同一である。
【００３７】上記構成において、注入電流ないし印加電
圧が同一であることは、第１と第２のリング共振器型半
導体レーザ内でのレーザ光の発振周波数、光強度、発熱
などの差を小さくし、静止時のビート周波数を一致させ
るものであり、上記２つのリング共振器型半導体レーザ
の共振器の形状が鏡像対称である場合に、特に有効であ
る。このように駆動することで、角速度とインピーダン
ス変動周波数の関係において、角速度に依存しない成分
となる静止時のビート周波数が、各々のリング共振器型
半導体レーザにおいて共通となる。そこで、角速度に依
存する信号成分と、角速度に依存しない静止時のビート
周波数との分離を、容易かつ高精度に行うことが可能に
なり、信号／雑音比を改善できる。この結果、角速度に
依存する信号から、精度良く角速度と回転方向を知るこ
とができる。
圧が同一であることは、第１と第２のリング共振器型半
導体レーザ内でのレーザ光の発振周波数、光強度、発熱
などの差を小さくし、静止時のビート周波数を一致させ
るものであり、上記２つのリング共振器型半導体レーザ
の共振器の形状が鏡像対称である場合に、特に有効であ
る。このように駆動することで、角速度とインピーダン
ス変動周波数の関係において、角速度に依存しない成分
となる静止時のビート周波数が、各々のリング共振器型
半導体レーザにおいて共通となる。そこで、角速度に依
存する信号成分と、角速度に依存しない静止時のビート
周波数との分離を、容易かつ高精度に行うことが可能に
なり、信号／雑音比を改善できる。この結果、角速度に
依存する信号から、精度良く角速度と回転方向を知るこ
とができる。
【００３８】また、上記第３の目的を達成するため、本
出願の発明の光ジャイロの信号処理方法は、前記２つの
リング共振器型半導体レーザの各々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、角速度と回転方
向を得るようにしている。
出願の発明の光ジャイロの信号処理方法は、前記２つの
リング共振器型半導体レーザの各々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、角速度と回転方
向を得るようにしている。
【００３９】上記構成において、上記２つのリング共振
器型半導体レーザの各々におけるインピーダンス変動の
周波数にたいする演算は、角速度に依存する信号と、角
速度に依存しない静止時のビート周波数成分とを分離す
るものである。
器型半導体レーザの各々におけるインピーダンス変動の
周波数にたいする演算は、角速度に依存する信号と、角
速度に依存しない静止時のビート周波数成分とを分離す
るものである。
【００４０】このとき、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が、同符
号の変化となる静止時ビート周波数の変動や雑音から分
離されるので、信号／雑音比を改善できる。この結果、
角速度に依存する信号から、さらに精度良く角速度と回
転方向を知ることができる。
で反対符号の変化となる角速度に依存する信号が、同符
号の変化となる静止時ビート周波数の変動や雑音から分
離されるので、信号／雑音比を改善できる。この結果、
角速度に依存する信号から、さらに精度良く角速度と回
転方向を知ることができる。
【００４１】また、上記第３の目的を達成するため、本
出願の発明の光ジャイロの信号処理方法は、上記方法に
おいて、前記演算が減算ないし、負の重みつき加重平均
である。
出願の発明の光ジャイロの信号処理方法は、上記方法に
おいて、前記演算が減算ないし、負の重みつき加重平均
である。
【００４２】上記構成において、減算によって得られる
インピーダンス変動周波数の差は、回転方向を表す符号
を含めて角速度に比例したものとなる。前記２つのリン
グ共振器型半導体レーザにおいて、同一駆動条件下、静
止時のビート周波数がおおむね等しく、また、角速度の
変化に対するビート周波数の変化量の絶対値が等しく符
号が異なっているときに、特に効果的である。
インピーダンス変動周波数の差は、回転方向を表す符号
を含めて角速度に比例したものとなる。前記２つのリン
グ共振器型半導体レーザにおいて、同一駆動条件下、静
止時のビート周波数がおおむね等しく、また、角速度の
変化に対するビート周波数の変化量の絶対値が等しく符
号が異なっているときに、特に効果的である。
【００４３】また、負の重み付き加重平均によって、角
速度に依存しない静止時のビート周波数による信号成分
を相殺して、回転方向を表す符号を含めて角速度に比例
した信号が得られる。これは、前記２つのリング共振器
型半導体レーザで、静止時のビート周波数が等しくない
場合に、有効である。
速度に依存しない静止時のビート周波数による信号成分
を相殺して、回転方向を表す符号を含めて角速度に比例
した信号が得られる。これは、前記２つのリング共振器
型半導体レーザで、静止時のビート周波数が等しくない
場合に、有効である。
【００４４】重み付けは、以下のようにおこなえばよ
い。すなわち、前記２つのリング共振器型半導体レーザ
の、静止時のインピーダンス変動周波数それぞれの逆数
をとり、このうちの１つに（−１）を乗じたものを重み
として加重平均をおこなえばよい。
い。すなわち、前記２つのリング共振器型半導体レーザ
の、静止時のインピーダンス変動周波数それぞれの逆数
をとり、このうちの１つに（−１）を乗じたものを重み
として加重平均をおこなえばよい。
【００４５】このとき、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が、同符
号の変化となる静止時ビート周波数の変動や雑音から分
離されるので、信号／雑音比を改善できる。この結果、
角速度に依存する信号から、さらに精度良く角速度と回
転方向を知ることができる。
で反対符号の変化となる角速度に依存する信号が、同符
号の変化となる静止時ビート周波数の変動や雑音から分
離されるので、信号／雑音比を改善できる。この結果、
角速度に依存する信号から、さらに精度良く角速度と回
転方向を知ることができる。
【００４６】
【００４７】
【００４８】
【００４９】
【００５０】
【発明の実施形態】［第１の実施形態］図１にしたがっ
て、本発明の光ジャイロの第１の実施形態を説明する。
て、本発明の光ジャイロの第１の実施形態を説明する。
【００５１】１０は本発明による光ジャイロ素子であ
り、１１、１２はそれぞれリング共振器型半導体レー
ザ、１３と１４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
レーザには１５に示す反時計回りの周回モードと１６に
示す時計回りの周回モードが存在している。
り、１１、１２はそれぞれリング共振器型半導体レー
ザ、１３と１４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
レーザには１５に示す反時計回りの周回モードと１６に
示す時計回りの周回モードが存在している。
【００５２】２つのリング共振器型半導体レーザ１１、
１２は、以下のようにして作製した。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０．１５μｍ）、１．５５μｍ組成の
アンドープＩｎＧａＡｓＰ活性層１０４（厚さ０．１μ
ｍ）、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の電極をオーミック接触
とした。
１２は、以下のようにして作製した。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０．１５μｍ）、１．５５μｍ組成の
アンドープＩｎＧａＡｓＰ活性層１０４（厚さ０．１μ
ｍ）、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の電極をオーミック接触
とした。
【００５３】さて、リング共振器を形成する光導波路の
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１３（および１４）は、反
時計回り（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。特に図示
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、相互に鏡像の関係となってい
る。
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１３（および１４）は、反
時計回り（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。特に図示
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、相互に鏡像の関係となってい
る。
【００５４】同一の基板上に形成されるリング共振器型
半導体レーザ１１とリング共振器型半導体レーザ１２の
配置に際しては、互いのレーザ光が結合しないように間
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光導波路外に
放射されるレーザ光が存在するので、このテーパ部同士
を対向させることや、同一軸上に配置することを避けて
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るとよい。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、光学的に独立にできる。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
光とを光学的に結合させることをふせぎ、ロックインを
抑えた。
半導体レーザ１１とリング共振器型半導体レーザ１２の
配置に際しては、互いのレーザ光が結合しないように間
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光導波路外に
放射されるレーザ光が存在するので、このテーパ部同士
を対向させることや、同一軸上に配置することを避けて
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るとよい。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、光学的に独立にできる。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
光とを光学的に結合させることをふせぎ、ロックインを
抑えた。
【００５５】リング共振器型半導体レーザ１１と１２
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。
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。
【００５６】図２において、１０は本発明による光ジャ
イロであり、１１、１２はそれぞれリング共振器型半導
体レーザ、２０１、２０２は駆動電流入力端子、２０
３、２０４はカップリングコンデンサ、２０５、２０６
はコンパレータ、２０７、２０８はカウンタ、２０９は
ゲイン（−１）の反転器、２１０、２１１は加算器、２
１２は信号出力端子、２１３は誤差信号出力端子であ
る。
イロであり、１１、１２はそれぞれリング共振器型半導
体レーザ、２０１、２０２は駆動電流入力端子、２０
３、２０４はカップリングコンデンサ、２０５、２０６
はコンパレータ、２０７、２０８はカウンタ、２０９は
ゲイン（−１）の反転器、２１０、２１１は加算器、２
１２は信号出力端子、２１３は誤差信号出力端子であ
る。
【００５７】端子２０１と２０２のそれぞれを、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１１（および１２）
では、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。
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１１（および１２）
では、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。
【００５８】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。
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。
【００５９】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
存して発振する状態では、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。 ２πｆ1＋ｄΦ1／ｄｔ＝Ω＋σ1−ρ1Ｓ1−τ12Ｓ2 ２πｆ2＋ｄΦ2／ｄｔ＝Ω＋σ2−ρ2Ｓ2−τ21Ｓ1 （１） ここで、Fｉは位相、Ωは共振角周波数、σiはモードの
引き込み係数、ρi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、ｉ、ｊ＝１、２；ｉ≠ｊである。静止時にレー
ザ光の発振周波数ｆ 10とｆ20が異なっているので、Δｆ
0＝ｆ20−ｆ10という周波数でビートが生じる。
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
存して発振する状態では、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。 ２πｆ1＋ｄΦ1／ｄｔ＝Ω＋σ1−ρ1Ｓ1−τ12Ｓ2 ２πｆ2＋ｄΦ2／ｄｔ＝Ω＋σ2−ρ2Ｓ2−τ21Ｓ1 （１） ここで、Fｉは位相、Ωは共振角周波数、σiはモードの
引き込み係数、ρi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、ｉ、ｊ＝１、２；ｉ≠ｊである。静止時にレー
ザ光の発振周波数ｆ 10とｆ20が異なっているので、Δｆ
0＝ｆ20−ｆ10という周波数でビートが生じる。
【００６０】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 Δｆ1＝２ＳΩ／（λ1 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、λ1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 Δｆ2＝２ＳΩ／（λ2 Ｌ） （３） だけ増加する。ここで、λ2は反時計回りのレーザ光の
媒質内波長である。
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 Δｆ1＝２ＳΩ／（λ1 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、λ1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 Δｆ2＝２ＳΩ／（λ2 Ｌ） （３） だけ増加する。ここで、λ2は反時計回りのレーザ光の
媒質内波長である。
【００６１】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光強度のビートが発生する。回転
時の、ビートの周波数Δｆは、 Δｆ＝ｆ2−ｆ1 ＝ｆ20−ｆ10＋（Δｆ2＋Δｆ1） ＝ｆ20−ｆ10＋（２ＳΩ／Ｌ）・（１／λ2＋１／λ1） （４） である。光強度のビートは、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、｜Δ
ｆ｜が得られる。
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光強度のビートが発生する。回転
時の、ビートの周波数Δｆは、 Δｆ＝ｆ2−ｆ1 ＝ｆ20−ｆ10＋（Δｆ2＋Δｆ1） ＝ｆ20−ｆ10＋（２ＳΩ／Ｌ）・（１／λ2＋１／λ1） （４） である。光強度のビートは、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、｜Δ
ｆ｜が得られる。
【００６２】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Δｆ0＝（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。
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Δｆ0＝（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。
【００６３】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。
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。
【００６４】図３において、実太線の直線部と、これを
延長した実細線が、（３）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
（実細線部）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。
延長した実細線が、（３）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
（実細線部）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。
【００６５】このようなときには、角速度と電圧信号の
周波数との関係は、図３の実太線（（ｆ20−ｆ10）＞０
の場合）や破線（（ｆ20−ｆ10）＜０の場合）のように
なる。いずれも、Δｆ0＝｜ｆ20−ｆ10｜ である。
周波数との関係は、図３の実太線（（ｆ20−ｆ10）＞０
の場合）や破線（（ｆ20−ｆ10）＜０の場合）のように
なる。いずれも、Δｆ0＝｜ｆ20−ｆ10｜ である。
【００６６】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、角速度Wに対して対称
になっている。また、静止時のビート周波数Δｆ0 は等
しい。
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、角速度Wに対して対称
になっている。また、静止時のビート周波数Δｆ0 は等
しい。
【００６７】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２０３、２０４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２０５、２０６によっ
て周波数信号を矩形波状に整形した。カウンタ２０７、
２０８で所定時間内のパルス数をカウントした。反転器
２０９を介して２つのカウンタ２０７と２０８の出力を
加算器２１０において加算した。すなわち、２つのリン
グ共振器型半導体レーザのビート周波数の差を得た。ふ
たつのリング共振器型半導体レーザが同一の駆動条件下
のとき、あるいは、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ときに、
２つのリング共振器型半導体レーザのビート周波数の差
ｆ-は、 ｆ- ＝（２ＳΩ／Ｌ）・（１／λ1、CW＋１／λ1、CCW ＋１／λ2、CW＋１／λ12、CCW ）（５） と、角速度に正比例する。ただし、λj、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。こうして、回転方
向を表す符号を含めて角速度に比例するとして信号出力
２１２が得られた。ただし、信号が角速度に比例する範
囲は、図３に示す−ΩL ＜Ω ＜ΩLの範囲である。ここ
で、ΩLはロックインの影響で式（３）の線形な関係が
維持できなくなる角速度を示す。
角速度を検出した。コンデンサ２０３、２０４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２０５、２０６によっ
て周波数信号を矩形波状に整形した。カウンタ２０７、
２０８で所定時間内のパルス数をカウントした。反転器
２０９を介して２つのカウンタ２０７と２０８の出力を
加算器２１０において加算した。すなわち、２つのリン
グ共振器型半導体レーザのビート周波数の差を得た。ふ
たつのリング共振器型半導体レーザが同一の駆動条件下
のとき、あるいは、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ときに、
２つのリング共振器型半導体レーザのビート周波数の差
ｆ-は、 ｆ- ＝（２ＳΩ／Ｌ）・（１／λ1、CW＋１／λ1、CCW ＋１／λ2、CW＋１／λ12、CCW ）（５） と、角速度に正比例する。ただし、λj、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。こうして、回転方
向を表す符号を含めて角速度に比例するとして信号出力
２１２が得られた。ただし、信号が角速度に比例する範
囲は、図３に示す−ΩL ＜Ω ＜ΩLの範囲である。ここ
で、ΩLはロックインの影響で式（３）の線形な関係が
維持できなくなる角速度を示す。
【００６８】また、加算器２１１において、２つのカウ
ンタ２０７と２０８の出力を加算した。すなわち、２つ
のリング共振器型半導体レーザのビート周波数の和ｆ+
を得た。この量は、 ｆ＋ ＝Δｆ01＋Δｆ02 （６） と表され、角速度に依存しない。ここで、Δｆ0j は、
第ｊのリング共振器型半導体レーザにおける静止時のビ
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
差信号として用いた。すなわち、設定部２１４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２１５としてビー
ト周波数の和の信号２１３を用いた。これにしたがっ
て、調整部２１６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。
ンタ２０７と２０８の出力を加算した。すなわち、２つ
のリング共振器型半導体レーザのビート周波数の和ｆ+
を得た。この量は、 ｆ＋ ＝Δｆ01＋Δｆ02 （６） と表され、角速度に依存しない。ここで、Δｆ0j は、
第ｊのリング共振器型半導体レーザにおける静止時のビ
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
差信号として用いた。すなわち、設定部２１４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２１５としてビー
ト周波数の和の信号２１３を用いた。これにしたがっ
て、調整部２１６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。
【００６９】リング共振器型半導体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。そこで、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フィードバ
ックを制御すればよい。
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。そこで、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フィードバ
ックを制御すればよい。
【００７０】上に述べたように、ビート周波数の差をと
ることで、信号処理に際して静止時のビート周波数とい
う基準値を用いることなく、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、静止
時のビート周波数に相当する量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。
ることで、信号処理に際して静止時のビート周波数とい
う基準値を用いることなく、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、静止
時のビート周波数に相当する量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。
【００７１】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。
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。
【００７２】図９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９１に対して、矢印９２、９３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。９４は補正手段、９５、９６は本実施形態の
ジャイロと駆動回路を１パッケージに収めた振動検出装
置、９７はカメラマイコン、９８は補正レンズであるで
ある。
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９１に対して、矢印９２、９３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。９４は補正手段、９５、９６は本実施形態の
ジャイロと駆動回路を１パッケージに収めた振動検出装
置、９７はカメラマイコン、９８は補正レンズであるで
ある。
【００７３】振動検出装置９５、９６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９７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９７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９４を駆動する。補正手段９４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９８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。
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９７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９７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９４を駆動する。補正手段９４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９８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。
【００７４】本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。
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。
【００７５】［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。
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。
【００７６】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、４３
は、それぞれリング共振器型半導体レーザ、４４はリン
グ共振器型半導体レーザ ４２、４３のそれぞれに対応
した電極、４５は各電極４４とリング共振器型半導体レ
ーザ４２、４３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、４３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。また、各々のリング共振器
型半導体レーザ４２、４３は、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の部分からなるテーパ
部を有している。リング共振器型半導体レーザ４２と４
３とは周回長が同じであり、図５に示すように鏡像対称
となっている。
テム、４１はステムに接続された共通電極、４２、４３
は、それぞれリング共振器型半導体レーザ、４４はリン
グ共振器型半導体レーザ ４２、４３のそれぞれに対応
した電極、４５は各電極４４とリング共振器型半導体レ
ーザ４２、４３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、４３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。また、各々のリング共振器
型半導体レーザ４２、４３は、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の部分からなるテーパ
部を有している。リング共振器型半導体レーザ４２と４
３とは周回長が同じであり、図５に示すように鏡像対称
となっている。
【００７７】上記構成では、各リング共振器型半導体レ
ーザ４２、４３の基板側を共通電極として、ステム４１
に半田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のキャップ層側の電極は各
ワイヤ４５によって、個別の電極４４に接続した。
ーザ４２、４３の基板側を共通電極として、ステム４１
に半田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のキャップ層側の電極は各
ワイヤ４５によって、個別の電極４４に接続した。
【００７８】図４のように、各リング共振器型半導体レ
ーザに電流が流せるように接続し、電流注入を行いなが
ら、電極間での電圧の変化を検出する。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。
ーザに電流が流せるように接続し、電流注入を行いなが
ら、電極間での電圧の変化を検出する。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。
【００７９】図６において、４０は本発明による光ジャ
イロ素子であり、４２、４３はそれぞれリング共振器型
半導体レーザ、６０１、６０２は駆動電流入力端子、６
０３、６０４はカップリングコンデンサ、６０５、６０
６はｆ−Ｖ変換回路、６０７はゲイン（−１）の反転
器、６０８、６０９は加算器、６１０は信号出力端子、
６１１は誤差信号出力端子である。
イロ素子であり、４２、４３はそれぞれリング共振器型
半導体レーザ、６０１、６０２は駆動電流入力端子、６
０３、６０４はカップリングコンデンサ、６０５、６０
６はｆ−Ｖ変換回路、６０７はゲイン（−１）の反転
器、６０８、６０９は加算器、６１０は信号出力端子、
６１１は誤差信号出力端子である。
【００８０】端子６０１と６０２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と４３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と４３では、各々に
時計回りのレーザ光と反時計回りのレーザ光が独立に存
在し、ビート信号が発生する。角速度とビート信号の周
波数の関係は、図３に示したものと同様になる。
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と４３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と４３では、各々に
時計回りのレーザ光と反時計回りのレーザ光が独立に存
在し、ビート信号が発生する。角速度とビート信号の周
波数の関係は、図３に示したものと同様になる。
【００８１】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６０３、６０４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６０５、６０６によ
ってビート信号の周波数に応じた電圧を取りだした。反
転器６０７を介して２つのｆ−Ｖ変換回路６０５と６０
６の出力を加算器６０８において加算した。すなわち、
２つのリング共振器型半導体レーザのビート周波数の差
を得た。第１の実施形態同様、ふたつのリング共振器型
半導体レーザをほぼ同一の駆動条件下で、静止時のビー
ト周波数が一致するように駆動したときに、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６１０が得
られた。
角速度を検出した。コンデンサ６０３、６０４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６０５、６０６によ
ってビート信号の周波数に応じた電圧を取りだした。反
転器６０７を介して２つのｆ−Ｖ変換回路６０５と６０
６の出力を加算器６０８において加算した。すなわち、
２つのリング共振器型半導体レーザのビート周波数の差
を得た。第１の実施形態同様、ふたつのリング共振器型
半導体レーザをほぼ同一の駆動条件下で、静止時のビー
ト周波数が一致するように駆動したときに、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６１０が得
られた。
【００８２】また、加算器６０９において、２つのｆ−
Ｖ変換回路６０５と６０６の出力を加算した。すなわ
ち、２つのリング共振器型半導体レーザのビート周波数
の和に相当する出力を得た。第１の実施形態同様、この
量は、角速度によらない一定値となる。２つのリング共
振器型半導体レーザそれぞれが静止しているときのビー
ト周波数の和に相当する量である。そこで、この量を誤
差信号６１１として取出し、駆動電流のフィードバック
制御回路によってリング共振器型半導体レーザの駆動電
流を調整する。第１の実施形態同様、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。
Ｖ変換回路６０５と６０６の出力を加算した。すなわ
ち、２つのリング共振器型半導体レーザのビート周波数
の和に相当する出力を得た。第１の実施形態同様、この
量は、角速度によらない一定値となる。２つのリング共
振器型半導体レーザそれぞれが静止しているときのビー
ト周波数の和に相当する量である。そこで、この量を誤
差信号６１１として取出し、駆動電流のフィードバック
制御回路によってリング共振器型半導体レーザの駆動電
流を調整する。第１の実施形態同様、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。
【００８３】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。
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。
【００８４】［第３の実施形態］図７は、本発明に係る
光ジャイロの他の駆動と信号処理の方法を示す図であ
る。
光ジャイロの他の駆動と信号処理の方法を示す図であ
る。
【００８５】図７において、７０は本発明による光ジャ
イロであり、７１、７２はそれぞれリング共振器型半導
体レーザ、７０１、７０２は駆動電流入力端子、７０
３、７０４はカップリングコンデンサ、７０５、７０６
はコンパレータ、７０７、７０８はカウンタ、７０９は
ゲイン（−１）の反転器、７１０、７１１は加算器、７
１２は静止時オフセット除去回路、７１３は信号出力端
子、７１４は誤差信号出力端子である。また、７１５は
注入電流の設定部、７１６は電流制御ブロックに対する
誤差信号の入力端子、７１７は注入電流の調整部であ
る。
イロであり、７１、７２はそれぞれリング共振器型半導
体レーザ、７０１、７０２は駆動電流入力端子、７０
３、７０４はカップリングコンデンサ、７０５、７０６
はコンパレータ、７０７、７０８はカウンタ、７０９は
ゲイン（−１）の反転器、７１０、７１１は加算器、７
１２は静止時オフセット除去回路、７１３は信号出力端
子、７１４は誤差信号出力端子である。また、７１５は
注入電流の設定部、７１６は電流制御ブロックに対する
誤差信号の入力端子、７１７は注入電流の調整部であ
る。
【００８６】光ジャイロ素子は、第１の実施形態に示し
たものである。端子７０１と７０２のそれぞれをリング
共振器型半導体レーザ７１、７２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、リング共振器型
半導体レーザ７１、７２では、注入電流がおたがいに異
なっている。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７１（および７
２）では、時計回りのレーザ光と反時計回りのレーザ光
とが独立に存在している。すでに説明したように、テー
パ部によって、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異なっており、これによって静止時
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
レーザ光の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において、注入電流が異なって
いるときには、時計回りと反時計回りのレーザ光の強度
差も異なるので、静止時のビート周波数に差が生じる。
たものである。端子７０１と７０２のそれぞれをリング
共振器型半導体レーザ７１、７２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、リング共振器型
半導体レーザ７１、７２では、注入電流がおたがいに異
なっている。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７１（および７
２）では、時計回りのレーザ光と反時計回りのレーザ光
とが独立に存在している。すでに説明したように、テー
パ部によって、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異なっており、これによって静止時
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
レーザ光の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において、注入電流が異なって
いるときには、時計回りと反時計回りのレーザ光の強度
差も異なるので、静止時のビート周波数に差が生じる。
【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８に示す。実太線と点線は、それぞ
れリング共振器型半導体レーザ７１と７２の特性を示
す。角速度にたいするビート周波数の傾きの絶対値は、
式（４）に示すように、（１／λ、cw＋１／λj、ccw）・
Ｓ/Ｌとなる。この傾きの絶対値は、両素子の波長がほ
ぼ等しく、Ｓ/Ｌが等しいときには、ほぼ等しくなる。
波数Δｆの関係を図８に示す。実太線と点線は、それぞ
れリング共振器型半導体レーザ７１と７２の特性を示
す。角速度にたいするビート周波数の傾きの絶対値は、
式（４）に示すように、（１／λ、cw＋１／λj、ccw）・
Ｓ/Ｌとなる。この傾きの絶対値は、両素子の波長がほ
ぼ等しく、Ｓ/Ｌが等しいときには、ほぼ等しくなる。
【００８８】このようなリング共振器型半導体レーザ７
１、７２からの電圧変動の信号を、コンデンサ７０３、
７０４を介して取り込み、コンパレータ７０５、７０６
によって周波数信号を矩形波状に整形した。カウンタ７
０７、７０８で所定時間内のパルス数をカウントした。
利得（−Δｆ01／Δｆ02）の反転増幅器７０９を介して
２つのカウンタ７０７と７０８の出力を加算器７１０に
おいて加算した。すなわち、２つのリング共振器型半導
体レーザのビート周波数にたいする負の重み付き和とし
て、角速度に正比例する信号出力７１２を得た。
１、７２からの電圧変動の信号を、コンデンサ７０３、
７０４を介して取り込み、コンパレータ７０５、７０６
によって周波数信号を矩形波状に整形した。カウンタ７
０７、７０８で所定時間内のパルス数をカウントした。
利得（−Δｆ01／Δｆ02）の反転増幅器７０９を介して
２つのカウンタ７０７と７０８の出力を加算器７１０に
おいて加算した。すなわち、２つのリング共振器型半導
体レーザのビート周波数にたいする負の重み付き和とし
て、角速度に正比例する信号出力７１２を得た。
【００８９】また、第１の実施形態同様に加算器７１１
において、２つのカウンタ７０７と７０８の出力を加算
した。すなわち、２つのリング共振器型半導体レーザの
ビート周波数の和を得た。この量は、第１の実施形態同
様角速度に依存しないので、この量が変動する時には、
２つのリング共振器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。この量を誤差信号７１４
として取りだし、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７１５にてあ
らかじめ設定した量（静止時のビート周波数の和（（Δ
ｆ01＋Δｆ02）に相当））に対する誤差信号７１６とし
てビート周波数の和の信号７１４を用い、調整部７１７
において、リング共振器型半導体レーザの駆動電流を調
整した。
において、２つのカウンタ７０７と７０８の出力を加算
した。すなわち、２つのリング共振器型半導体レーザの
ビート周波数の和を得た。この量は、第１の実施形態同
様角速度に依存しないので、この量が変動する時には、
２つのリング共振器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。この量を誤差信号７１４
として取りだし、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７１５にてあ
らかじめ設定した量（静止時のビート周波数の和（（Δ
ｆ01＋Δｆ02）に相当））に対する誤差信号７１６とし
てビート周波数の和の信号７１４を用い、調整部７１７
において、リング共振器型半導体レーザの駆動電流を調
整した。
【００９０】上述したように、２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。
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。
【００９１】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、その電流変化を検出するなど、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
化を計測して角速度を知ることもできる。
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、その電流変化を検出するなど、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
化を計測して角速度を知ることもできる。
【００９２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によって、
精度よく角速度と回転方向を検知する光ジャイロが得ら
れた。
精度よく角速度と回転方向を検知する光ジャイロが得ら
れた。
【００９３】
【００９４】また、本発明によって２つのリング共振器
型半導体レーザが光学的に独立であり、安定して動作す
る光ジャイロが得られた。
型半導体レーザが光学的に独立であり、安定して動作す
る光ジャイロが得られた。
【００９５】また、本発明によって、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、精度よく角速度
と回転方向を検知できる光ジャイロの駆動方法が得られ
た。
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、精度よく角速度
と回転方向を検知できる光ジャイロの駆動方法が得られ
た。
【００９６】また、本発明によって、信号処理が容易か
つ高精度におこなえる光ジャイロの駆動方法が得られ
た。
つ高精度におこなえる光ジャイロの駆動方法が得られ
た。
【００９７】また、本発明によって、精度よく角速度と
回転方向を検知することができる光ジャイロの信号処理
方法が得られた。
回転方向を検知することができる光ジャイロの信号処理
方法が得られた。
【００９８】
【図１】本発明による第１の実施形態の光ジャイロの平
面図及び断面図
面図及び断面図
【図２】本発明による第１の実施形態の光ジャイロと駆
動、信号処理回路の回路図
動、信号処理回路の回路図
【図３】本発明による第１の実施形態の光ジャイロにお
けるビート信号の周波数と角速度の関係を示すグラフ
けるビート信号の周波数と角速度の関係を示すグラフ
【図４】本発明による第２の実施形態の光ジャイロの斜
視図
視図
【図５】本発明による第２の実施形態の光ジャイロの平
面図
面図
【図６】本発明による第２の実施形態の光ジャイロと駆
動、信号処理回路の回路図
動、信号処理回路の回路図
【図７】本発明による第３の実施形態の光ジャイロと駆
動、信号処理回路の回路図
動、信号処理回路の回路図
【図８】本発明による第３の実施形態の光ジャイロにお
けるビート信号の周波数と角速度の関係を示すグラフ
けるビート信号の周波数と角速度の関係を示すグラフ
【図９】本発明による第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
動を検出して、防振を行うカメラの概念図
１０、４０、７０ 光ジャイロ素子
１１、１２、４２、４３、７１、７２ リング共振器型
半導体レーザ素子 １３、１４ テーパ部 １５ 反時計回りの周回モード光 １６ 時計回りの周回モード光 ２０５、２０６、７０５、７０６ コンパレータ ２０７、２０８、７０７、７０８ カウンタ ６０５、６０６ ｆ−Ｖ変換回路
半導体レーザ素子 １３、１４ テーパ部 １５ 反時計回りの周回モード光 １６ 時計回りの周回モード光 ２０５、２０６、７０５、７０６ コンパレータ ２０７、２０８、７０７、７０８ カウンタ ６０５、６０６ ｆ−Ｖ変換回路
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(56)参考文献 特開 平７−146150（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−174317（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−139954（ＪＰ，Ａ)
特開 平10−261837（ＪＰ，Ａ)
特開 昭49−88547（ＪＰ，Ａ)
特開 昭57−43486（ＪＰ，Ａ)
特開2002−22459（ＪＰ，Ａ)
特開2002−22457（ＪＰ，Ａ)
特開2002−22456（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
H01S 3/083
H01S 5/10
H01S 5/22 610
H04N 5/232
Claims (10)
- 【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２つのリング共振器型半
導体レーザを、お互いに光学的に独立になるように、お
互いに垂直でない面上に備え、ある方向の角速度が増大
するときに、第１のリング共振器型半導体レーザにおい
てはインピーダンス変動の周波数が低くなり、第２のリ
ング共振器型半導体レーザにおいてはインピーダンス変
動の周波数が高くなる光ジャイロであって、 前記２つのリング共振器型半導体レーザはその光導波路
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の部分とで構成さ
れていて、 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を特徴とする光ジャイロ。 - 【請求項２】 前記第１のリング共振器型半導体レーザ
における共振器の囲む面積と共振器の周回長との比が、
前記第２のリング共振器型半導体レーザにおける共振器
の囲む面積と共振器の周回長との比と等しい請求項１に
記載の光ジャイロ。 - 【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、それぞれの共振器の形状がお互いに鏡像関係
にある請求項１記載の光ジャイロ。 - 【請求項４】 前記２つのリング共振器型半導体レーザ
間の光学的結合を防ぐ吸収体ないし遮光体を有し、前記
吸収体ないし遮光体が前記リング共振器型半導体レーザ
に反射光を戻さない請求項１に記載の光ジャイロ。 - 【請求項５】 請求項１に記載された光ジャイロの駆動
方法であって、 前記２つ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の駆動方法。 - 【請求項６】 請求項１に記載された光ジャイロの駆動
方法であって、 前記２つ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の駆動方法。 - 【請求項７】 前記２つのリング共振器型半導体レーザ
への注入電流又は印加電圧が、同一である請求項５又は
６のいずれか一つに記載の光ジャイロの駆動方法。 - 【請求項８】 請求項１に記載された光ジャイロからの
信号の処理方法であって、 前記２つのリング共振器型半導体レーザの各々における
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、角速度と回転方向を得ることを特徴とする光ジャイ
ロの信号処理方法。 - 【請求項９】 前記演算処理は、減算又は負の重みつき
加重平均である請求項８記載の光ジャイロの信号処理方
法。 - 【請求項１０】 前記重みが、それぞれのリング共振器
型半導体レーザにおける静止時のビート周波数の比に相
当する請求項９に記載の光ジャイロの信号処理方法。
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| JP6391370B2 (ja) | 2014-08-29 | 2018-09-19 | キヤノン株式会社 | 光ポンピング磁力計及び磁気センシング方法 |
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2000
- 2000-07-12 JP JP2000211854A patent/JP3531919B2/ja not_active Expired - Fee Related
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2001
- 2001-07-10 US US09/900,951 patent/US6785003B2/en not_active Expired - Fee Related
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