JP4112618B2 - 光ファイバ巻線の負方向のトリミング - Google Patents
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Description
関連特許出願
本出願は、１９９３年７月２１日出願の国際出願第ＰＣＴ／ＵＳ９３／０６８４４号に関連している。
発明の分野
本発明は光ファイバコイルに関し、特に、回転センサで使用される光ファイバコイルの負方向のトリミングに関する。
発明の背景
本発明は、高度衛星航法システムおよび慣性誘導システムで使用できる光学回転検出装置に関する。
光学回転検出装置はリングレーザージャイロ，光ファイバ回転センサなどを含む。通常、光ファイバ回転センサは、光源と、ビームスプリッタと、検出器と、プラットフォームに装着された光路とを含む干渉計を具備する。光源からの光はビームスプリッタにより２本のビームに分割され、それらのビームは光路の両端部へ導かれた後、その光路に沿って互いに逆方向に伝搬する。光路から出ると、光ビームは再び組合わされ、得られた組合わせ光ビームを検出器により検出する。検出器に接続する検出回路は、互いに逆方向に伝搬する光ビームの位相差を検出する。
この光ファイバ回転センサが回転を受けていないと仮定した場合、互いに逆方向に伝搬する光ビームの位相の差は全く検出されないのが理想的である。これに対し、センサが回転を受けた場合には、互いに逆方向に伝搬する光ビームの位相差が発生し、それを検出して回転の程度と方向を知ることができる。
光ファイバ回転センサにおいては、スプールの周囲に通常は複数の層として光ファイバを巻き付けることによって光路を形成し、その各層が複数の巻きを含む。現在、そのようなコイルは四重極として巻き付けられるのが典型的である。四重極巻線形コイルを形成するために、連続する１本の光ファイバの第１の端部を第１の中間スプールに巻き付け、連続する光ファイバの第２の端部を第２の中間スプールに巻き付ける。次に、第１の中間スプールを使用して、第１の巻きの層をセンサスプールの周囲に時計回り方向に巻き付ける。この第１の層はセンサスプールの周囲にセンサスプールの第１の端部から第２の端部に向かって巻き付けられる。次に、第２の中間スプールを使用して、第２の巻きの層をセンサスプールの周囲に反時計回り方向に巻き付ける。この第２の層はセンサスプールの周囲にセンサスプールの第１の端部から第２の端部に向かって巻き付けられる。その後、第２の中間スプールの光ファイバをセンサスプールの第２の端部から第１の端部に戻すように巻き付けて、第３の層を形成する。次に、第１の中間スプールを使用して、第４の巻きの層をスプールの第２の端部から第１の端部に向かって巻き付ける。
このように、光ファイバの一方の端部の一部を使用して第１及び第４の巻きの層を形成し、他端部の一部を使用して第２及び第３の層を形成する。これら４つの巻きの層を、通常、四重極という。光ファイバの第１の端部と第２の端部を指示するために「＋」と「−」をそれぞれ用いると、この四重極は＋−−＋の所定の巻線パターンで巻き付けられたことになり、「＋」層の光ファイバの長さは「−」層の光ファイバの長さとほぼ等しい。光ファイバ回転センサとして望まれる回数だけ、四重極を繰り返して行く。従って、第１の四重極の周囲に第２の四重極を＋−−＋の層で巻き付けると、得られる２つの四重極の構造は＋−−＋＋−−＋の所定の巻線パターンを有することになる。国際公開番号第ＷＯ−９３／１１４０６号は、交番する四重極（すなわち、「＋−−＋−＋＋−」パターン）から構成される八重極巻線として知られているコイルを巻き付ける方法を開示する。
このように巻き付けられた光ファイバコイルが光路に対する時間で変動する軸方向及び／又は半径方向従属変化を受けると、光路に沿って互いに逆方向に伝搬する光ビームに位相差が発生する恐れがある。その場合、この光ファイバコイルを採用している光ファイバ回転センサは回転を誤って指示する。すなわち、この位相差は誤差である。たとえば、軸方向及び／又は半径方向の時間で変動する温度勾配は、光路に対する軸方向及び／又は半径方向従属変化を発生させ、その結果、互いに逆方向に伝搬する光ビームに位相差が発生し、この位相差が誤差である。誤差は、機械的及び／又は音響振動、軸方向及び／又は半径方向の時間で変動する圧力勾配、軸方向及び／又は半径方向の時間で変動するひずみ勾配などの他の環境条件によっても起こりうるが、それらには限定されない。また、コイルの層を軸方向及び／又は半径方向に一貫性をもたずに巻き付けると、そのような誤差はさらに大きくなる可能性がある。従って、本発明を軸方向及び／又は半径方向の時間で変動する温度勾配によって発生する誤差に関して論じるが、本発明は、他の軸方向及び／又は半径方向の影響に起因する誤差を実質的に減少させる場合にも同様に有用である。そこで、軸方向及び／又は半径方向の影響に起因する誤差をここでは軸方向及び／又は半径方向関連誤差という。
本発明とは異なり、１９９４年７月１２日にＰａｔｅｒｓｏｎ他へ発行された米国特許第５，３２９，３４９号は、ファイバの長さを変えるために、コイルからファイバの複数の部分を文字通り切除する（又はコイルの端部にファイバを重ね継ぎする）必要があるような、コイルをトリミングする「試行錯誤」的方法を開示している。ファイバの長さを変えることにより、コイル内における中間点の位置が変わり、コイルは「トリミング」されたことになる。同様に、国際公開番号第ＷＯ−９４／０２８０９号は正方向のトリミング方法を開示している。
発明の概要
本発明により、そのような誤差を相当に減少できる。従って、本発明の１つの面では、光ファイバコイル構体は光ファイバコイルと、誤差減少手段とを具備する。光ファイバコイルは第１及び第２の軸方向端部と、第１の軸方向端部と第２の軸方向端部との間に巻き付けられた複数の層と、中間点とを有する。複数の層は合わせてＣ回の光ファイバの巻きを有する。光ファイバは第１の末端Ｅ1と第２の末端Ｅ2との間に延び出し、Ｃ回の巻きのうちＣ1回の巻きは光ファイバの第１の端部によって中間点から巻き付けられ、Ｃ回の巻きのうちＣ2回の巻きは光ファイバの第２の端部によって中間点から巻き付けられる。Ｃ＝Ｃ1＋Ｃ2であり、Ｉ1はＥ1と中間点との間の光ファイバの長さであって、Ｃ1回の巻きを含み、Ｉ2はＥ2と中間点との間の光ファイバの長さであって、Ｃ2回の巻きを含む。誤差減少手段は、光ファイバコイルに沿って互いに逆方向に伝搬する光の位相の誤差を減少させるもので、誤差減少手段は光ファイバの第１の端部の長さの負方向のトリミングを含み、その負方向のトリミングの長さはＩ2−Ｉ1に等しい。
本発明の別の面によれば、光ファイバコイル構体を巻き付ける方法は、(i)ある数をｓとし、１より大きい数をｎとするとき、ｓ個のセグメントの各々がｎ個の巻きの層から成るパターンを有し、ｎ個の巻きの層のうち少なくとも１つを主として光ファイバの第１の端部から巻き付け、且つｎ個の巻きの層のうち少なくとも第２の層を主として光ファイバの第２の端部から巻き付けるようにして、ｓ個のセグメントを有する光ファイバコイルを巻き付ける工程と；(ii)光ファイバコイルを通って互いに逆方向に伝搬する光の位相の誤差が負方向のトリミング部分なしの場合の誤差と比べて少なくなるように、光ファイバの第１及び第２の端部のうち少なくとも一方の端部の一部を１つのｓセグメントとは等しくない長さの負方向のトリミング部分として外す工程とから成る。
本発明のさらに別の面によれば、光ファイバコイルは、所定の巻線パターンで巻き付けられた複数の層を具備する。光ファイバコイルは検出軸を有し、各層は、検出軸の周囲に巻き付けられ且つ１本の光ファイバコイルから巻き付けられる複数の巻きを含む。各々の巻きは所定の巻線パターンの中で予測可能な場所を有する。光ファイバコイルの所定の巻線パターンを中断するように、光ファイバコイル中の光ファイバの少なくとも１つの層の一部は欠落している。
本発明のさらに別の面によれば、検出軸を有する光ファイバコイルを巻き付ける方法は、(i)各々の巻きが所定の巻線パターンの中の予測可能な場所を有するように各層を検出軸の周囲に複数の巻きとして巻き付けて、１本の光ファイバから所定の巻線パターンで複数の層を巻き付ける工程と；(ii)光ファイバコイルの所定の巻線パターンを中断するように光ファイバコイル中の光ファイバの少なくとも１つの層の一部を外す工程とから成る。
本発明の別の面によれば、検出軸を有する光ファイバコイルを巻き付ける方法は、(i)各々の巻きが所定の巻線パターンの中で予測可能な場所を有するように各層を検出軸の周囲に複数の巻きとし巻き付けて、１本の光ファイバから所定の巻線パターンで複数の層を巻き付ける工程と；(ii)光ファイバコイルの所定の巻線パターンを中断するように、所定の巻線パターンが完成する前に巻き付けを終了する工程とから成る。
本発明のさらに別の面によれば、検出軸を有し且つ第１の端部と、第２の端部とを有する１本の光ファイバから巻き付けられる光ファイバコイルを巻き付ける方法は、(i)第１の巻きの層の各々の巻きが所定の巻線パターンと一致する位置に巻き付けて、光ファイバの第１の端部から第１の巻きの層を巻き付ける工程と；(ii)第２の巻きの層の各々の巻きを所定の巻線パターンと一致する位置に巻き付けるように光ファイバの第２の端部から第２の巻きの層を巻き付ける工程と；(iii)第３の巻きの層の各々の巻きを所定の巻線パターンと一致する位置に巻き付けるように光ファイバの第２の端部から第３の巻きの層を巻き付ける工程と；(iv)第４の巻きの層の各々の巻きを所定の巻線パターンと一致する位置に巻き付けるように光ファイバの第１の端部から第４の巻きの層を巻き付ける工程と；(v)光ファイバコイルの所定の巻線パターンを中断するように光ファイバコイル中の光ファイバの少なくとも１つの層の一部を外す工程とから成る。
本発明のさらに別の面によれば、検出軸を有し且つ第１の端部と、第２の端部とを有する１本の光ファイバから巻き付けられる光ファイバコイルを巻き付ける方法は、(i)第１の巻きの層の各々の巻きを所定の巻線パターンと一致する位置に巻き付けて、光ファイバの第１の端部から第１の巻きの層を巻き付ける工程と；(ii)第２の巻きの層の各々の巻きを所定の巻線パターンと一致する位置に巻き付けるように光ファイバの第２の端部から第２の巻きの層を巻き付ける工程と；(iii)第３の巻きの層の各々の巻きを所定の巻線パターンと一致する位置に巻き付けるように光ファイバの第２の端部から第３の巻きの層を巻き付ける工程と；(iv)第４の巻きの層の各々の巻きを所定の巻線パターンと一致する位置に巻き付けるように光ファイバの第１の端部から第４の巻きの層を巻き付ける工程と；(v)光ファイバコイルの所定の巻線パターンを中断するように、所定の巻線パターンを完成する前に層の少なくとも１つを巻き付けを終了する工程とから成る。
本発明の別の面によれば、検出軸を有する光ファイバコイルを巻き付ける方法は、(i)各々の巻きが所定の巻線パターンの中で予測可能な場所を有するように各層を検出軸の周囲に複数の巻きとして巻き付けて、１本の光ファイバから所定の巻線パターンで複数の層を巻き付ける工程と；(ii)光ファイバコイルの所定の巻線パターンを中断し且つ光ファイバコイルにおける測定誤差を減少させるように光ファイバコイル中の光ファイバの少なくとも１つの層の一部を外す工程とから成る。
本発明のさらに別の面によれば、複数の層を有し、各層は１本の光ファイバの対応する端部から巻き付けられる複数のコイル巻きから構成されるような光ファイバコイルをトリミングする方法は、（ａ）光ファイバコイルを通って互いに逆方向に伝搬する光ビームの差を確定できるように光ファイバコイルを装着する工程と；（ｂ）光ファイバコイルを通って互いに逆方向に伝搬する光ビームの差を観測する工程と；（ｃ）光ファイバコイルを通って互いに逆方向に伝搬する光ビームの位相の誤差を減少させるように光ファイバコイルの１つの層の少なくとも一部を外す工程とから成る。
【図面の簡単な説明】
これらの特徴及び利点並びにその他の特徴及び利点は、図面と関連させて本発明を詳細に考慮することによりさらに明白になるであろう。
図１は、＋−−＋＋−−＋の所定の巻線パターンで巻き付けられた２つの四重極を有する従来の光ファイバコイル構造を示す。
図２は、軸方向関連誤差をほぼ排除するように図１に示す光ファイバコイルの正方向のトリミングを採用した構造を示す。
図３は、＋−−＋−＋＋−の所定の巻線パターンで巻き付けられた別の光ファイバコイル構造を示す。
図４は、軸方向関連誤差をほぼ排除するように図３に示す光ファイバコイルの正方向のトリミングを採用した構造を示す。
図５は、本発明による光ファイバコイルを巻き付けるときに有用である光ファイバを示す。
図６は、半径方向関連誤差をほぼ排除するために光ファイバコイルの正方向のトリミングを採用した構造を示す。
図７は、軸方向関連誤差と半径方向関連誤差の双方をほぼ排除するために光ファイバコイルの正方向のトリミングを採用した構造を示す。
図８は、図７に示す構造に類似しているが、光ファイバコイルを正方向にトリミングするときに使用される光ファイバの量を少なくした構造を示す。
図９は、軸方向関連誤差をほぼ排除するために光ファイバコイルの負方向のトリミングを採用した構造を示す。
図１０は、半径方向関連誤差をほぼ排除するために光ファイバコイルの負方向のトリミングを採用した別の構造を示す。
詳細な説明
図１に示すように、四重極巻線形光ファイバコイル１０は図５に示す光ファイバ１２の両端部を用いて巻き付けられる。光ファイバ１２は第１の端部１４と、第２の端部１６と、第１の端部１４と第２の端部１６との間のポイント１８とを有する。従って、四重極巻線形光ファイバコイル１０の層１は、光ファイバ１２のポイント１８の箇所又はその付近の箇所から始めて、第１の端部１４を用いて時計回り方向に巻き付けられることになる。層１は図１からわかるように上向きの方向に巻き付けられる。すなわち、この層の各々の巻きは、センサスプール３３の端部３２から端部３１へ直前の巻きの上に形成される。四重極巻線形光ファイバコイル１０は検出軸３４を有するが、図１に示す四重極巻線形光ファイバコイル１０の場合、検出軸３４はセンサスプール３３の中心線に沿っている。層１が所望の回数だけ巻き付けられたならば、光ファイバ１２のポイント１８の箇所又はその付近の箇所から始めて、層２が第２の端部１６を用いて反時計回り方向に巻き付けられて行く。図１でわかるように、層２もセンサスプール３３の端部３２から端部３１まで上向き方向に巻き付けられる。
センサスプール３３の端部３１から端部３２へ層３を巻き付けるために、光ファイバ１２の第２の端部１６の反時計回り方向の巻き付けは下向きの方向に続けられる。光ファイバ１２の第１の端部１４を光ファイバ１２のループ２１を経て層１から層４へ渡し、層４はセンサスプール３３の端部３１から端部３２へ時計回り方向に下向きに巻き付けられる。層５は、光ファイバ１２の第１の端部１４を用いて、センサスプール３３の端部３２から端部３１へ時計回り方向に上向きに巻き付けられる。光ファイバ１２の第２の端部１６を光ファイバ１２のループ２５を経て層３から層６へ渡し、層６及び７はセンサスプール３３の端部３１と端部３２との間で反時計回り方向に矢印の方向に巻き付けられる。光ファイバ１２の第１の端部１４を光ファイバ１２のループ２６を経て層５から層８へ渡し、層８はセンサスプール３３の端部３１から端部３２へ時計回り方向に、矢印の方向に巻き付けられる。
図１からわかるように、「Ｘ」を付した巻きは、光ファイバの第１の端部から時計回り方向か、反時計回り方向のいずれかで巻き付けられていることを示し、「Ｘ」のない巻きは、光ファイバ１２の第２の端部１６が時計回り方向か、反時計回り方向のうち他方の向きに巻き付けられていることを示している。また、各々の層を巻き付けるために光ファイバ１２のどの端部を使用するかということと、層の各々の巻きが巻き付けられる相対方向とを指示するために、便宜上、四重極巻線形光ファイバコイル１０の層を「＋」と「−」の記号２２を付して指示してある。従って、層１〜４は第１の四重極を形成し、層５〜８は第２の四重極を形成することになる。図１に示すように、これら２つの四重極は同じ＋−−＋の所定の巻線パターンを有する。
このように、四重極は、通常、４の任意の倍数である層の総数を有するものとして説明される。しかしながら、この数の層を巻き付けた後には、四重極の組合わせ＋層における光ファイバの長さは四重極の組合わせ−層における光ファイバの長さと等しくないこともある。たとえば、四重極の層は等しい巻き数でない場合も考えられる。そのような場合には、四重極の出力の誤差が生じるおそれがある。従って、これまでは、組合わせ＋層の光ファイバの長さを組合わせ−層の光ファイバの長さと等しくするために、四重極に１つ又は２つの余分な層に追加するのが通例であった。それら１つ又は２つの余分な層はトリミング層ではなく、単に四重極の所定の巻線パターンを完成するために追加されるにすぎない。
図５の矢印で指示する通り、層１及び２の巻線は光ファイバ１２のポイント１８の付近で始まり、図５に示す矢印の方向に、このポイント１８から光ファイバ１２の第１の端部１４の末端２３と、光ファイバ１２の第２の端部１６の末端２４とに向かって進んで行く。光ファイバ１２の第１の端部１４の末端２３は四重極巻線形光ファイバコイル１０から引出され、光ファイバ１２の第２の端部１６の末端２４も四重極巻線形光ファイバコイル１０から引出される。１本の光ビームから分割され、光ファイバ１２が形成する光路に沿って互いに逆方向に伝搬するように使用される２本の光ビームは、それぞれ対応する末端２３及び２４に入射する。末端２３に入射した光ビームは層８，５，４，１，２，３，６及び７をこの順に通って伝搬し、末端２４から出る。末端２４に入射した他方の光ビームは層７，６，３，２，１，４，５及び８をこの順に通って伝搬し、末端２３から出る。射出後の光ビームは再び組合わされ、それら２本の光ビームの位相を比較できるように検出器により光ビームを検出する。
図１の右側からわかるように、四重極巻線形光ファイバコイル１０が通常巻き付けられる経路の関係上、「＋」の層と、「−」の層は軸方向距離２７だけずれている。すなわち、層１の巻き１は層２の巻き１に対し軸方向距離２７だけずれており、層１の巻き２は層２の巻き２に対し軸方向距離２７だけずれている。これ以降の層の巻きについても同様である。四重極巻線形光ファイバコイル１０のような四重極巻線形光ファイバコイルを巻き付けるために使用される巻き付け方法に応じて、この軸方向距離２７は図示するようなファイバ１本分の直径であっても良く、あるいは、ファイバ１本分の直径の数分の一又はファイバ数本分に相当する直径であっても良い。この軸方向距離２７によって軸方向に空間的ずれが生じるため、光ファイバコイルに軸方向の時間で変動する熱勾配が加わった場合、「＋」層の巻きは対応する「−」層の巻きとはわずかに異なる温度変化速度を受けることになる。
四重極巻線形光ファイバコイル１０の「−」の半体は「＋」の半体に対し空間的にずれているので、四重極巻線形光ファイバコイル１０の「＋」の半体と「−」の半体の対応する巻きをそれぞれ互いに逆方向に伝搬して進んでいる光ビームは、わずかな温度変化速度の差を受けることになる。（四重極巻線形光ファイバコイル１０のコイル半体は（1）時計回り方向に巻き付けられた全ての「＋」の巻きと、（2）反時計回り方向に巻き付けられた全ての「−」の巻きである。）従って、互いに逆方向に伝搬する光ビームは異なる光路長を進む。互いに逆方向に伝搬する光ビームは異なる光路長を進むので、光ファイバ１２から射出する光ビームの位相差が発生する。この位相差は四重極巻線形光ファイバコイル１０を組込んだ回転センサの回転とは無関係であるので、ここでは、位相差を誤差として定義する。
時間で変動する温度勾配は次の式により表わされる：
式中、ΔＴ31／Δｔはコイルの端部３１における温度変化の速度、ΔＴ32／Δｔはコイルの端部３２における温度変化の速度、ΔＴax／Δｔはコイルの両端部における温度変化の速度の軸方向差である。「＋」の層と「−」の層の対応する巻き（軸方向距離２７だけ離間している）の間の温度変化の速度の差ｄは、ΔＴax／Δｔを１つの層の中の巻き数で除した値である。この差ｄはごく小さいが、この小さな差の影響はコイル半体の全体にわたって蓄積して、相対的に大きくなる。コイル全体にわたるこの影響の蓄積は、互いに逆方向に伝搬するビームの位相差を発生させ、その結果、回転の誤表示は相対的に大きくなる。
この軸方向の時間で変動する温度勾配に従属する誤差を低減する方法の１つは、光ファイバ１２の第１の端部１４及び第２の端部１６から四重極巻線形光ファイバコイル１０に至るトリミング長さを追加し且つそれらのトリミング長さを互いに軸方向に変位させることにより、四重極巻線形光ファイバコイル１０を正方向にトリミングするというものである。たとえば、図２に示すように、光ファイバ１２の第１の端部１４によって層８を巻き付けた後に、四重極巻線形光ファイバコイル１０の外周部又はその付近に、光ファイバ１２の第１の端部１４の第１のトリミング部分３５を形成する。第１のトリミング部分３５は四重極巻線形光ファイバコイル１０の外周部に巻き付けられた複数のトリミング巻きの形態をとり、センサスプール３３の端部３２に又はその付近に配置されても良い。同様に、四重極巻線形光ファイバコイル１０の外周部又はその付近に、光ファイバ１２の第２の端部１６の第２のトリミング部分３６を形成する。この第２のトリミング部分３６は四重極巻線形光ファイバコイル１０の外周部に巻き付けられた複数のトリミング巻きの形態をとり、センサスプール３３の端部３１に又はその付近に配置されても良い。
図２に示すように、第１のトリミング部分３５と第２のトリミング部分３６は互いに半径方向にではなく、軸方向にずれている。第１のトリミング部分３５と第２のトリミング部分３６の量、並びに第１のトリミング部分３５と第２のトリミング部分３６の位置ずれの量は、四重極巻線形光ファイバコイル１０が受ける軸方向の時間で変動する温度勾配に起因する軸方向関連誤差を最小にするように選択できる。すなわち、四重極巻線形光ファイバコイル１０のトリミング中、四重極巻線形光ファイバコイル１０を安定した静止プラットフォーム上に装着して、光ファイバ１２の末端２３及び２４に光ビームを入射させる。そこで、四重極巻線形光ファイバコイル１０に軸方向の時間で変動する温度勾配を加える。互いに逆方向に伝搬して、末端２３及び２４から射出した光ビームを組合わせ、位相差を検出する。次に、第１のトリミング部分３５と第２のトリミング部分３６を追加し、コイルの２つの半体の空間的変位に作用する軸方向の時間で変動する温度勾配によって発生する軸方向関連誤差が十分に小さくなるまで、全長と空間的ずれを調整しつつ追加する。
八重極巻線形光ファイバコイルなどの他の光ファイバコイルにもトリミングを適用でき、有利である。八重極巻線形光ファイバコイルにもトリミングを適用でき、有利である。八重極巻線形光ファイバコイル４０を図３に示す。この八重極巻線形光ファイバコイル４０は、その中心線に沿って検出軸を有する。
八重極巻線形光ファイバコイル４０は本質的には、互いに逆方向に巻き付けられた連続する四重極である。すなわち、八重極巻線形光ファイバコイル４０の層１〜４は所定の四重極＋−−＋巻線パターンによって巻き付けられ、一方、八重極巻線形光ファイバコイル４０の層５〜８は所定の逆四重極−＋＋−巻線パターンによって巻き付けられる。特定していえば、光ファイバ１２の「＋」の第１の端部１４は、ポイント１８から又はその付近から始めて、層１を巻き付けるために使用され、光ファイバ１２の「−」の第２の端部１６は、ポイント１８から又はその付近から始めて、層２及び３を巻き付けるために使用され、光ファイバ１２の「＋」の第１の端部１４は層４を巻き付けるために使用され、光ファイバ１２の「−」の第２の端部１６は層５を巻き付けるために使用され、光ファイバ１２の「＋」の第１の端部１４は層６を巻き付けるために使用され、光ファイバ１２の「−」の第２の端部１６は層８を巻き付けるために使用される。層１，４，６及び７は時計回り方向に巻き付けられ、層２，３，５及び８は反時計回り方向に巻き付けられても良い。
軸方向に向いた時間で変動する温度勾配に起因する軸方向関連誤差は、図４に示すようなトリミング部分４１及び４２によって八重極巻線形光ファイバコイル４０をトリミングすることによりほぼ排除できる。これらのトリミング部分４１及び４２は、図２に関連して説明したのと同じ方式で適用できるであろう。
図６に示すように、半径方向に加わる時間で変動する温度勾配に起因する半径方向関連誤差を補正する目的でもトリミングを使用することが可能である。光ファイバコイル１００は層１，２，３及び４を有するが、光ファイバコイル１００の層の数は３つ以下又は５つ以上であっても良い。また、光ファイバコイル１００は四重極巻線形光ファイバコイル、八重極巻線形光ファイバコイル又は他の何らかの光ファイバコイルのいずれであっても良い。光ファイバコイル１００の各層は複数の巻きを有する。光ファイバコイル１００はその中心線に沿って検出軸を有していても良い。層１は光ファイバ１２の第１の端部１４から光ファイバコイル１００の端部１０１から端部１０２へ巻き付けられている。層２は光ファイバ１２の第２の端部１６から、光ファイバコイル１００の端部１０１から端部１０２へ巻き付けられている。層３は光ファイバ１２の第２の端部１６から、光ファイバコイル１００の端部１０２から端部１０１へ巻き付けられている。層４は光ファイバ１２の第１の端部１４から、光ファイバコイル１００の端部１０２から端部１０１へ巻き付けられている。
光ファイバコイル１００の最も外側の層（すなわち、図６の例の層４）を巻き付けた後、光ファイバコイル１００の内周部又はその付近に、光ファイバ１２の第１の端部１４を使用してトリミング部分１０３を形成し、第１の光ビームを受光し且つ第２の光ビームを射出するために、このトリミング部分を延出部分１０４として引出す。トリミング部分１０３は光ファイバコイル１００の内周部の周囲に巻き付けられた複数のトリミング巻きの形態をとり、端部１０１又はその付近に配置されても良いが、トリミング部分１０３は光ファイバコイル１００上の任意の場所又はその付近に配置できる。同様に、光ファイバコイル１００の外周部又はその付近に、光ファイバ１２の第２の端部１６を使用してトリミング部分１０５を形成し、第２の光ビームを受光し且つ第１の光ビームを射出するために、このトリミング部分を延出部分１０６として引出す。トリミング部分１０５は光ファイバコイル１００の外周部の周囲に巻き付けられた複数のトリミング巻きの形態をとり、端部１０１又はその付近に配置されても良いが、トリミング部分１０５は光ファイバコイル１００上の任意の場所又はその付近に配置できる。
図６からわかるように、トリミング部分１０３及び１０５は半径方向に互いに空間的にずれているが、軸方向にはずれていない。矢印１０７は半径方向を示す。従って、トリミング部分１０３及び１０５の量と、トリミング部分１０３とトリミング部分１０５との空間的位置ずれの量は、半径方向に加えられる時間で変動する勾配に起因する半径方向関連誤差を補正（すなわち、減少）するために選択できる。すなわち、光ファイバコイル１００のトリミング中、光ファイバコイル１００を安定した静止プラットフォームに装着した状態で、光ファイバ１２の延出部分１０４及び１０６に光ビームを入射させる。光ファイバコイル１００に、半径方向の時間で変動する温度勾配を加えることができる。延出部分１０４及び１０６から射出した互いに逆方向に伝搬する光ビームを組合わせ、位相差を検出する。そこで、コイルの２つの半体の空間的変位に作用する半径方向の時間で変動する温度勾配に起因する半径方向関連誤差が最小になるまで、ある全長と空間的位置ずれを伴って第１のトリミング部分１０３及び第２のトリミング部分１０５を追加すれば良い。
図７に示すように、軸方向に加えられる時間で変動する温度勾配と半径方向に加えられる時間で変動する温度勾配の双方に起因する軸方向及び半径方向関連誤差を補正するために、トリミングを使用することができる。光ファイバコイル１１０は層１，２，３及び４を有するが、光ファイバコイル１１０の層の数は３つ以下又は５つ以上であっても良い。また、光ファイバコイル１１０は四重極巻線形光ファイバコイル，八重極巻線形光ファイバコイル又は他の何らかの光ファイバコイルのいずれかであれば良い。光ファイバコイル１１０の各層は複数の巻きを有する。光ファイバコイル１１０はその中心線に沿って検出軸を有していても良い。層１は光ファイバ１２の第１の端部１４から光ファイバコイル１１０の端部１１２から端部１１１へ巻き付けられている。層２は光ファイバ１２の第２の端部１６から、光ファイバコイル１１０の端部１１２から端部１１１へ巻き付けられている。層３は光ファイバ１２の第２の端部１６から、光ファイバコイル１１０の端部１１１から端部１１２に向かって巻き付けられている。層４は光ファイバ１２の第１の端部１４から、光ファイバコイル１１０の端部１１１から端部１１２に向かって巻き付けられている。
光ファイバコイル１１０の最も外側の層（すなわち、図７の例では層４）を巻き付けた後、光ファイバコイル１１０の外周部又はその付近に、光ファイバ１２の第１の端部１４を使用してトリミング部分１１３及び１１４を形成する。次に、第１の光ビームを受光し且つ第２の光ビームを射出するために、光ファイバ１２の第１の端部１４を延出部分１１５として引出す。トリミング部分１１３及び１１４は、それぞれ、光ファイバコイル１００の外周部の周囲に巻き付けられる相応する数のトリミング巻きの形態をとっていても良い。同様に、光ファイバ１２の第２の端部１６を使用して、光ファイバコイル１００の外周部又はその付近にトリミング部分１１６を形成すると共に、光ファイバコイル１１０の内周部又はその付近にトリミング部分１１７を形成する。次に、第２の光ビームを受光し且つ第１の光ビームを射出するために、光ファイバ１２の第２の端部１６を延出部分１１８として引出す。トリミング部分１１６及び１１７は、それぞれ、光ファイバコイル１１０の外周部及び内周部の周囲に巻き付けられる相応する数のトリミング巻きの形態をとっていても良い。
図７からわかるように、トリミング部分１１３と１１６は軸方向に互いに空間的にずれているが、半径方向にはずれていない。一方、トリミング部分１１４と１１７は半径方向に互いに空間的にずれているが、軸方向にはずれていない。従って、トリミング部分１１３と１１６の全長と、トリミング部分１１３とトリミング部分１１６との空間的ずれの量とを、軸方向に加えられる時間で変動する温度勾配に起因する軸方向関連誤差を補正（すなわち、減少）するために選択できる。また、半径方向に加えられる時間で変動する温度勾配に起因する半径方向関連誤差を補正（すなわち、減少）するために、トリミング部分１１４と１１７の全長と、トリミング部分１１４とトリミング部分１１７との空間的ずれの量とを選択できる。
そこで、光ファイバコイル１１０を安定した静止プラットフォームに装着した状態で、延出部分１１５及び１１８に光ビームを入射させる。光ファイバコイル１１０に時間で変動する温度勾配を加えることができる。延出部分１１５及び１１８を射出した互いに逆方向に伝搬する光ビームを組合わせ、位相差を検出する。次に、コイルの２つの半体の空間的変位に作用する軸方向の時間で変動する温度勾配に起因する軸方向関連誤差が最小になるまで、ある全長と軸方向で空間的ずれを伴って、トリミング部分１１３及び１１６を追加することができる。半径方向に時間で変動する温度勾配を加えることもでき、そこで、光ファイバ層に作用する半径方向の時間で変動する温度勾配に起因する半径方向関連誤差が最小になるまで、ある全長と半径方向位置ずれを伴って、トリミング１１４及び１１７を追加できる。
希望に応じて、図７に示すトリミング部分の一部を排除することができる。図７に見られるように、トリミング部分１１４及び１１７をトリミング部分１１６と同じ軸方向関係で、たとえば、光ファイバコイル１１０の端部１１１の付近に巻き付けると、トリミング長さ１１６を通る光の伝搬に及ぼされる影響と、トリミング部分１１４を通る光の伝搬に及ぼされる影響は同一であり、正味の影響はない。従って、トリミング部分１１４と１１６から同数の巻きを外す限り、誤差の同量の低減が実現される。そのような構造を図８に示す。図８は、トリミング部分１１４がトリミング部分１１３と延出部分（すなわち、リード）１１５との間に２回の巻きを有し且つトリミング部分１１７はトリミング部分１１６と延出部分１１８との間に２回の巻きを有するものと想定している。そこで、トリミング部分１２０はトリミング部分１１３に相当し、トリミング部分１１４の２回の巻きがトリミング部分１１６の３回の巻きのうち２回分と相殺し合った後にトリミング部分１２１が得られ、トリミング部分１２２はトリミング部分１１７に相当する。
図８からわかるように、トリミング部分１２０はトリミング部分１２１及び１２２から軸方向に空間的にずれており、トリミング部分１２１及び１２２は互いに対して半径方向に空間的にずれている。図８に示す光ファイバコイルはその中心線に沿って検出軸を有する。図７と図８を比較することにより、トリミング部分１１６の２回分の巻きと、トリミング部分１１４の２回分の巻きがなくなっていることがわかる。それでもなお、図８に示す光ファイバコイルは、図７に示す光ファイバコイルにより達成されるのと同じ誤差の減少が達成される。
正方向のトリミング方法で使用される光ファイバの追加部分は光ファイバコイルを巻き付けるときの所定の巻線パターンを中断するように、すなわち、それと一致しないように配置されるので、先に説明したような光ファイバコイルの正方向のトリミングは軸方向及び／又は半径方向関連誤差を減少させるのには有効である。ここでいう「中断」は、光ファイバコイルを巻き付けるときの所定の巻線パターンの連続性又は一様性を破断するものとして定義できる。
四重極巻線形光ファイバコイルは、たとえば、各々が同じ＋−−＋の所定の巻線パターンを有する１つ又は複数のセグメントを有するように巻き付けられる。さらに、この所定の巻線パターンをもって巻き付けられた四重極巻線形光ファイバコイルの各半体は他のどの層ともほぼ同じ巻き数を有し、また、「＋」層の全てを巻き付けるために使用される光ファイバの長さは、「−」層の全てを巻き付けるために使用される光ファイバの長さとほぼ等しい。従って、所定の巻線パターンの各々の巻きを四重極巻線形光ファイバコイルの先に巻き付けられた巻きから予測できるであろう。光ファイバコイルを正方向にトリミングするために使用される光ファイバの追加分は、光ファイバコイルの予測可能な巻線パターンにおける巻きの配列からは光ファイバの追加分の場所を予測しえないように配置されている。
同様に、光ファイバコイルを巻き付けるときの所定の巻線パターンを中断し、それにより、そのようにしなければ発生すると考えられる軸方向及び／又は半径方向関連誤差を減少させるように、光ファイバの十分な量の予測可能な巻きを外すことにより、光ファイバコイルを負方向にトリミングしても良い。すなわち、光ファイバコイルを巻き付けたときの所定の巻線パターンを中断するように先に巻き付けられた光ファイバコイルから光ファイバのトリミング部分を外すことにより、光ファイバコイルを負トリミングしても良い。あるいは、光ファイバコイルの所定の巻線パターンが完成する前に光ファイバコイルの巻き付けを終了することにより、光ファイバコイルを負方向にトリミングしても良い。軸方向又は半径方向の関連誤差を所望のレベルに減少させるように、巻線の終端点を選択しても良い。
負方向にトリミングした後の光ファイバコイル１３０を図９に示す。光ファイバコイル１３０の層の数は図より少なくても、多くても良い。また、光ファイバコイル１３０は四重極巻線形光ファイバコイル，八重極巻線形光ファイバコイル又は他の何らかの光ファイバコイルのいずれかであれば良い。負方向のトリミングの前に、光ファイバ１３０の各セグメントが典型的な所定の四重極＋−−＋巻線パターンを有し、光ファイバコイル１３０の各半体がほぼ同じ巻き数を有し且つ「＋」層の全てを巻き付けるために使用される光ファイバの長さが「−」層の全てを巻き付けるために使用される光ファイバの長さとほぼ等しくなるように、光ファイバコイル１３０を巻き付けてある。従って、所定の巻線パターンの中の各々の巻きを光ファイバコイル１３０の先に巻き付けられた巻きから予測できる。
図９に示すように、光ファイバコイル１３０は最も外側の「＋」層１３１と、最も外側の「−」層１３２とを有する。光ファイバコイル１３０はその中心線に沿って検出軸を有していても良い。まず、最も外側の「＋」層１３１と最も外側の「−」層１３２が典型的な四重極巻線形光ファイバコイルの所定の巻線パターンを完成するために必要な全ての巻きを有するように、光ファイバコイル１３０を巻き付ける。その後、最も外側の「＋」層１３１及び／又は最も外側の「−」層１３２から、ある量の光ファイバを外す。この量は、軸方向又は半径方向の関連誤差が所望のレベルまで減少するように選択される。
図９に特定して示すように、最も外側の「＋」層１３１の２回分の巻きが外されており、最も外側の「−」層１３２の１回分の巻きが外されている。しかし、軸方向又は半径方向の関連誤差を所望のレベルに減少させるために光ファイバコイル１３０から外さなければならない光ファイバの量は図９に示す量とは異なる場合もあるということを理解すべきである。軸方向又は半径方向の関連誤差を所望のレベルに減少させるために光ファイバコイル１３０から外さなければならない光ファイバの特定の量は、光ファイバコイル１３０の大きさ、光ファイバコイル１３０の層を巻き付けるときの一致性などの要因によって決まる。
このように、トリミングに先立って光ファイバコイル１３０を巻き付けたときの所定の巻線パターンは、光ファイバコイル１３０の最も外側の「＋」層１３１及び／又は最も外側の「−」層１３２からの光ファイバの外すことによって中断されている。この中断の量は、中断を行わないと光ファイバコイル１３０により発生すると考えられる軸方向又は半径方向の関連誤差を減少させるように選択される。さらに、図９は光ファイバコイル１３０の最も外側の「＋」層１３１及び「−」層１３２から光ファイバを外す場合を示しているが、光ファイバコイル１３０の軸方向又は半径方向の関連誤差が減少するのであれば、光ファイバコイル３０の他のいずれかの層から光ファイバを外しても良い。ところが、光ファイバコイル１３０の最も外側の「＋」層１３１及び「−」層１３２以外の層から光ファイバを外すときには、負方向のトリミング工程の間に光ファイバのトリミング部分を外した後に、光ファイバコイル１３０の光ファイバの端部を再び接合するために光ファイバを接続する必要が生じるであろう。あるいは、接続が必要になる内側の１つ又は複数の層の光ファイバを外すのに代わって、内側の１つ又は複数の層の巻き付け中に１つ又は複数の巻き、もしくはその一部を省略しても良い。この方法では、端部が接続を必要とするような状態にはならないであろう。
光ファイバコイルの負方向トリミングは、光ファイバの正方向のトリミングで使用される手順に類似する手順により実現できる。すなわち、光ファイバコイルを安定した静止プラットフォームに装着する。光ファイバコイル１３０の光ファイバを互いに逆方向に伝搬する光ビームが進むように、光ファイバコイル１３０の延出部分１３３及び１３４などの末端部に光ビームを入射させる。光ファイバコイル１３０に軸方向又は半径方向の時間で変動する温度勾配を加える。延出部分１３３及び１３４から射出する互いに逆方向に伝搬する光ビームの位相差がほとんど又は全くなくなるまで、最も外側の「＋」層１３１及び／又は最も外側の「−」層１３２の一部を外せば良い。
先に論じた通り、軸方向又は半径方向の関連誤差を所望のレベルまで減少させるために光ファイバコイルから外さなければならない光ファイバの特定の量は、トリミングすべき特定の光ファイバコイルによって決まる。従って、図１０に示すように、負方向のトリミングを実行するために、光ファイバコイルの１つの層からのみ光ファイバを外すことも可能であろう。すなわち、光ファイバコイル１４０は最も外側の「＋」層１４１と、最も外側の「−」層１４２とを含む。トリミング前、最も外側の「−」層１４２は、図１に示す四重極巻線形光ファイバコイル１０のような四重極巻線形光ファイバコイルの所定の巻線パターンを完成するのに十分な巻きを有していた。ところが、当初は四重極巻線形光ファイバコイルの所定の巻線パターンを完成するのに十分な光ファイバを有していた最も外側の「＋」層１４１からは、トリミングを行わないと発生すると考えられる軸方向又は半径方向の関連誤差を減少させるように十分な光ファイバが外されている。光ファイバコイル１４０はその中心線に沿って検出軸を有する。
本発明の範囲から逸脱せずに本発明の変形を実施できる。たとえば、ここで開示したトリミングは軸方向又は半径方向の時間で変動する温度勾配によって発生する軸方向又は半径方向の関連誤差を減少させるために適用されていたが、軸方向又は半径方向の時間で変動する圧力勾配、軸方向又は半径方向の時間で変動するひずみ勾配、軸方向又は半径方向の音響振動勾配による誤差、及び軸方向又は半径方向の巻き付けの不均一性に起因する誤差などの、軸方向又は半径方向の時間で変動する温度勾配以外の原因によって悪化する誤差を減少させるためにトリミングを使用することもできる。
また、先に説明したような光ファイバコイルの負方向のトリミングを四重極巻線形光ファイバコイルに関連して開示したが、図３に示す八重極巻線形光ファイバコイル４０などの他の種類の光ファイバコイルに負方向のトリミングを適用しても有利であろう。
加えて、先に論じた通り、光ファイバコイルを巻き付けたときの所定の巻線パターンを中断するように、先に巻き付けられた光ファイバコイルから光ファイバのトリミング部分を外すことにより、光ファイバコイルを負方向にトリミングしても良いが、その代わりに、光ファイバコイルの所定の巻線パターンが完成する前に光ファイバコイルの巻き付けを終了することにより、光ファイバコイルを負方向にトリミングしても良い。
さらに、先に論じた通り、光ファイバコイルを巻き付けたときの所定の巻線パターンを中断するように、先に巻き付けられた光ファイバコイルの最後の層から光ファイバのトリミング部分を外すことにより、光ファイバコイルを負方向にトリミングしても良いが、その代わりに、先に巻き付けられた光ファイバコイルの最後の層以外の層（最後の層の次の層など）から光ファイバのトリミング部分を外すことにより、光ファイバコイルを負方向にトリミングしても良い。
さらに、先に説明した本発明の実施形態は光ファイバコイルにおける軸方向関連誤差又は光ファイバコイルにおける半径方向関連誤差の負方向のトリミングに関連するものであるが、同じ光ファイバコイルの軸方向関連誤差と半径方向関連誤差の双方を負方向のトリミングすることも可能であろう。たとえば、軸方向関連誤差と半径方向関連誤差の双方をトリミングにより排除するように、光ファイバコイルの内側と外側の双方の層から光ファイバを外しても良い。先に論じた通り、内側の層から光ファイバから外した場合には、内側の１つ又は複数の層から光ファイバの一部を外すことにより形成された光ファイバ端部を再び接続するための接続が必要になるであろう。あるいは、接続が必要になるような、内側の１つ又は複数の層からの光ファイバを外すのに代わりに、内側の１つ又は複数の層の巻き付けの間に１つ又は複数の巻き、もしくはその一部を省略しても良い。この方法では、端部が接続を必要とするような状態にはならないであろう。
従って、本発明をその好ましい実施形態により説明したが、本発明の範囲はそれには限定されない。本発明の範囲は以下の一連の請求の範囲により定義される範囲によってのみ限定される。
本出願は、１９９３年７月２１日出願の国際出願第ＰＣＴ／ＵＳ９３／０６８４４号に関連している。
発明の分野
本発明は光ファイバコイルに関し、特に、回転センサで使用される光ファイバコイルの負方向のトリミングに関する。
発明の背景
本発明は、高度衛星航法システムおよび慣性誘導システムで使用できる光学回転検出装置に関する。
光学回転検出装置はリングレーザージャイロ，光ファイバ回転センサなどを含む。通常、光ファイバ回転センサは、光源と、ビームスプリッタと、検出器と、プラットフォームに装着された光路とを含む干渉計を具備する。光源からの光はビームスプリッタにより２本のビームに分割され、それらのビームは光路の両端部へ導かれた後、その光路に沿って互いに逆方向に伝搬する。光路から出ると、光ビームは再び組合わされ、得られた組合わせ光ビームを検出器により検出する。検出器に接続する検出回路は、互いに逆方向に伝搬する光ビームの位相差を検出する。
この光ファイバ回転センサが回転を受けていないと仮定した場合、互いに逆方向に伝搬する光ビームの位相の差は全く検出されないのが理想的である。これに対し、センサが回転を受けた場合には、互いに逆方向に伝搬する光ビームの位相差が発生し、それを検出して回転の程度と方向を知ることができる。
光ファイバ回転センサにおいては、スプールの周囲に通常は複数の層として光ファイバを巻き付けることによって光路を形成し、その各層が複数の巻きを含む。現在、そのようなコイルは四重極として巻き付けられるのが典型的である。四重極巻線形コイルを形成するために、連続する１本の光ファイバの第１の端部を第１の中間スプールに巻き付け、連続する光ファイバの第２の端部を第２の中間スプールに巻き付ける。次に、第１の中間スプールを使用して、第１の巻きの層をセンサスプールの周囲に時計回り方向に巻き付ける。この第１の層はセンサスプールの周囲にセンサスプールの第１の端部から第２の端部に向かって巻き付けられる。次に、第２の中間スプールを使用して、第２の巻きの層をセンサスプールの周囲に反時計回り方向に巻き付ける。この第２の層はセンサスプールの周囲にセンサスプールの第１の端部から第２の端部に向かって巻き付けられる。その後、第２の中間スプールの光ファイバをセンサスプールの第２の端部から第１の端部に戻すように巻き付けて、第３の層を形成する。次に、第１の中間スプールを使用して、第４の巻きの層をスプールの第２の端部から第１の端部に向かって巻き付ける。
このように、光ファイバの一方の端部の一部を使用して第１及び第４の巻きの層を形成し、他端部の一部を使用して第２及び第３の層を形成する。これら４つの巻きの層を、通常、四重極という。光ファイバの第１の端部と第２の端部を指示するために「＋」と「−」をそれぞれ用いると、この四重極は＋−−＋の所定の巻線パターンで巻き付けられたことになり、「＋」層の光ファイバの長さは「−」層の光ファイバの長さとほぼ等しい。光ファイバ回転センサとして望まれる回数だけ、四重極を繰り返して行く。従って、第１の四重極の周囲に第２の四重極を＋−−＋の層で巻き付けると、得られる２つの四重極の構造は＋−−＋＋−−＋の所定の巻線パターンを有することになる。国際公開番号第ＷＯ−９３／１１４０６号は、交番する四重極（すなわち、「＋−−＋−＋＋−」パターン）から構成される八重極巻線として知られているコイルを巻き付ける方法を開示する。
このように巻き付けられた光ファイバコイルが光路に対する時間で変動する軸方向及び／又は半径方向従属変化を受けると、光路に沿って互いに逆方向に伝搬する光ビームに位相差が発生する恐れがある。その場合、この光ファイバコイルを採用している光ファイバ回転センサは回転を誤って指示する。すなわち、この位相差は誤差である。たとえば、軸方向及び／又は半径方向の時間で変動する温度勾配は、光路に対する軸方向及び／又は半径方向従属変化を発生させ、その結果、互いに逆方向に伝搬する光ビームに位相差が発生し、この位相差が誤差である。誤差は、機械的及び／又は音響振動、軸方向及び／又は半径方向の時間で変動する圧力勾配、軸方向及び／又は半径方向の時間で変動するひずみ勾配などの他の環境条件によっても起こりうるが、それらには限定されない。また、コイルの層を軸方向及び／又は半径方向に一貫性をもたずに巻き付けると、そのような誤差はさらに大きくなる可能性がある。従って、本発明を軸方向及び／又は半径方向の時間で変動する温度勾配によって発生する誤差に関して論じるが、本発明は、他の軸方向及び／又は半径方向の影響に起因する誤差を実質的に減少させる場合にも同様に有用である。そこで、軸方向及び／又は半径方向の影響に起因する誤差をここでは軸方向及び／又は半径方向関連誤差という。
本発明とは異なり、１９９４年７月１２日にＰａｔｅｒｓｏｎ他へ発行された米国特許第５，３２９，３４９号は、ファイバの長さを変えるために、コイルからファイバの複数の部分を文字通り切除する（又はコイルの端部にファイバを重ね継ぎする）必要があるような、コイルをトリミングする「試行錯誤」的方法を開示している。ファイバの長さを変えることにより、コイル内における中間点の位置が変わり、コイルは「トリミング」されたことになる。同様に、国際公開番号第ＷＯ−９４／０２８０９号は正方向のトリミング方法を開示している。
発明の概要
本発明により、そのような誤差を相当に減少できる。従って、本発明の１つの面では、光ファイバコイル構体は光ファイバコイルと、誤差減少手段とを具備する。光ファイバコイルは第１及び第２の軸方向端部と、第１の軸方向端部と第２の軸方向端部との間に巻き付けられた複数の層と、中間点とを有する。複数の層は合わせてＣ回の光ファイバの巻きを有する。光ファイバは第１の末端Ｅ1と第２の末端Ｅ2との間に延び出し、Ｃ回の巻きのうちＣ1回の巻きは光ファイバの第１の端部によって中間点から巻き付けられ、Ｃ回の巻きのうちＣ2回の巻きは光ファイバの第２の端部によって中間点から巻き付けられる。Ｃ＝Ｃ1＋Ｃ2であり、Ｉ1はＥ1と中間点との間の光ファイバの長さであって、Ｃ1回の巻きを含み、Ｉ2はＥ2と中間点との間の光ファイバの長さであって、Ｃ2回の巻きを含む。誤差減少手段は、光ファイバコイルに沿って互いに逆方向に伝搬する光の位相の誤差を減少させるもので、誤差減少手段は光ファイバの第１の端部の長さの負方向のトリミングを含み、その負方向のトリミングの長さはＩ2−Ｉ1に等しい。
本発明の別の面によれば、光ファイバコイル構体を巻き付ける方法は、(i)ある数をｓとし、１より大きい数をｎとするとき、ｓ個のセグメントの各々がｎ個の巻きの層から成るパターンを有し、ｎ個の巻きの層のうち少なくとも１つを主として光ファイバの第１の端部から巻き付け、且つｎ個の巻きの層のうち少なくとも第２の層を主として光ファイバの第２の端部から巻き付けるようにして、ｓ個のセグメントを有する光ファイバコイルを巻き付ける工程と；(ii)光ファイバコイルを通って互いに逆方向に伝搬する光の位相の誤差が負方向のトリミング部分なしの場合の誤差と比べて少なくなるように、光ファイバの第１及び第２の端部のうち少なくとも一方の端部の一部を１つのｓセグメントとは等しくない長さの負方向のトリミング部分として外す工程とから成る。
本発明のさらに別の面によれば、光ファイバコイルは、所定の巻線パターンで巻き付けられた複数の層を具備する。光ファイバコイルは検出軸を有し、各層は、検出軸の周囲に巻き付けられ且つ１本の光ファイバコイルから巻き付けられる複数の巻きを含む。各々の巻きは所定の巻線パターンの中で予測可能な場所を有する。光ファイバコイルの所定の巻線パターンを中断するように、光ファイバコイル中の光ファイバの少なくとも１つの層の一部は欠落している。
本発明のさらに別の面によれば、検出軸を有する光ファイバコイルを巻き付ける方法は、(i)各々の巻きが所定の巻線パターンの中の予測可能な場所を有するように各層を検出軸の周囲に複数の巻きとして巻き付けて、１本の光ファイバから所定の巻線パターンで複数の層を巻き付ける工程と；(ii)光ファイバコイルの所定の巻線パターンを中断するように光ファイバコイル中の光ファイバの少なくとも１つの層の一部を外す工程とから成る。
本発明の別の面によれば、検出軸を有する光ファイバコイルを巻き付ける方法は、(i)各々の巻きが所定の巻線パターンの中で予測可能な場所を有するように各層を検出軸の周囲に複数の巻きとし巻き付けて、１本の光ファイバから所定の巻線パターンで複数の層を巻き付ける工程と；(ii)光ファイバコイルの所定の巻線パターンを中断するように、所定の巻線パターンが完成する前に巻き付けを終了する工程とから成る。
本発明のさらに別の面によれば、検出軸を有し且つ第１の端部と、第２の端部とを有する１本の光ファイバから巻き付けられる光ファイバコイルを巻き付ける方法は、(i)第１の巻きの層の各々の巻きが所定の巻線パターンと一致する位置に巻き付けて、光ファイバの第１の端部から第１の巻きの層を巻き付ける工程と；(ii)第２の巻きの層の各々の巻きを所定の巻線パターンと一致する位置に巻き付けるように光ファイバの第２の端部から第２の巻きの層を巻き付ける工程と；(iii)第３の巻きの層の各々の巻きを所定の巻線パターンと一致する位置に巻き付けるように光ファイバの第２の端部から第３の巻きの層を巻き付ける工程と；(iv)第４の巻きの層の各々の巻きを所定の巻線パターンと一致する位置に巻き付けるように光ファイバの第１の端部から第４の巻きの層を巻き付ける工程と；(v)光ファイバコイルの所定の巻線パターンを中断するように光ファイバコイル中の光ファイバの少なくとも１つの層の一部を外す工程とから成る。
本発明のさらに別の面によれば、検出軸を有し且つ第１の端部と、第２の端部とを有する１本の光ファイバから巻き付けられる光ファイバコイルを巻き付ける方法は、(i)第１の巻きの層の各々の巻きを所定の巻線パターンと一致する位置に巻き付けて、光ファイバの第１の端部から第１の巻きの層を巻き付ける工程と；(ii)第２の巻きの層の各々の巻きを所定の巻線パターンと一致する位置に巻き付けるように光ファイバの第２の端部から第２の巻きの層を巻き付ける工程と；(iii)第３の巻きの層の各々の巻きを所定の巻線パターンと一致する位置に巻き付けるように光ファイバの第２の端部から第３の巻きの層を巻き付ける工程と；(iv)第４の巻きの層の各々の巻きを所定の巻線パターンと一致する位置に巻き付けるように光ファイバの第１の端部から第４の巻きの層を巻き付ける工程と；(v)光ファイバコイルの所定の巻線パターンを中断するように、所定の巻線パターンを完成する前に層の少なくとも１つを巻き付けを終了する工程とから成る。
本発明の別の面によれば、検出軸を有する光ファイバコイルを巻き付ける方法は、(i)各々の巻きが所定の巻線パターンの中で予測可能な場所を有するように各層を検出軸の周囲に複数の巻きとして巻き付けて、１本の光ファイバから所定の巻線パターンで複数の層を巻き付ける工程と；(ii)光ファイバコイルの所定の巻線パターンを中断し且つ光ファイバコイルにおける測定誤差を減少させるように光ファイバコイル中の光ファイバの少なくとも１つの層の一部を外す工程とから成る。
本発明のさらに別の面によれば、複数の層を有し、各層は１本の光ファイバの対応する端部から巻き付けられる複数のコイル巻きから構成されるような光ファイバコイルをトリミングする方法は、（ａ）光ファイバコイルを通って互いに逆方向に伝搬する光ビームの差を確定できるように光ファイバコイルを装着する工程と；（ｂ）光ファイバコイルを通って互いに逆方向に伝搬する光ビームの差を観測する工程と；（ｃ）光ファイバコイルを通って互いに逆方向に伝搬する光ビームの位相の誤差を減少させるように光ファイバコイルの１つの層の少なくとも一部を外す工程とから成る。
【図面の簡単な説明】
これらの特徴及び利点並びにその他の特徴及び利点は、図面と関連させて本発明を詳細に考慮することによりさらに明白になるであろう。
図１は、＋−−＋＋−−＋の所定の巻線パターンで巻き付けられた２つの四重極を有する従来の光ファイバコイル構造を示す。
図２は、軸方向関連誤差をほぼ排除するように図１に示す光ファイバコイルの正方向のトリミングを採用した構造を示す。
図３は、＋−−＋−＋＋−の所定の巻線パターンで巻き付けられた別の光ファイバコイル構造を示す。
図４は、軸方向関連誤差をほぼ排除するように図３に示す光ファイバコイルの正方向のトリミングを採用した構造を示す。
図５は、本発明による光ファイバコイルを巻き付けるときに有用である光ファイバを示す。
図６は、半径方向関連誤差をほぼ排除するために光ファイバコイルの正方向のトリミングを採用した構造を示す。
図７は、軸方向関連誤差と半径方向関連誤差の双方をほぼ排除するために光ファイバコイルの正方向のトリミングを採用した構造を示す。
図８は、図７に示す構造に類似しているが、光ファイバコイルを正方向にトリミングするときに使用される光ファイバの量を少なくした構造を示す。
図９は、軸方向関連誤差をほぼ排除するために光ファイバコイルの負方向のトリミングを採用した構造を示す。
図１０は、半径方向関連誤差をほぼ排除するために光ファイバコイルの負方向のトリミングを採用した別の構造を示す。
詳細な説明
図１に示すように、四重極巻線形光ファイバコイル１０は図５に示す光ファイバ１２の両端部を用いて巻き付けられる。光ファイバ１２は第１の端部１４と、第２の端部１６と、第１の端部１４と第２の端部１６との間のポイント１８とを有する。従って、四重極巻線形光ファイバコイル１０の層１は、光ファイバ１２のポイント１８の箇所又はその付近の箇所から始めて、第１の端部１４を用いて時計回り方向に巻き付けられることになる。層１は図１からわかるように上向きの方向に巻き付けられる。すなわち、この層の各々の巻きは、センサスプール３３の端部３２から端部３１へ直前の巻きの上に形成される。四重極巻線形光ファイバコイル１０は検出軸３４を有するが、図１に示す四重極巻線形光ファイバコイル１０の場合、検出軸３４はセンサスプール３３の中心線に沿っている。層１が所望の回数だけ巻き付けられたならば、光ファイバ１２のポイント１８の箇所又はその付近の箇所から始めて、層２が第２の端部１６を用いて反時計回り方向に巻き付けられて行く。図１でわかるように、層２もセンサスプール３３の端部３２から端部３１まで上向き方向に巻き付けられる。
センサスプール３３の端部３１から端部３２へ層３を巻き付けるために、光ファイバ１２の第２の端部１６の反時計回り方向の巻き付けは下向きの方向に続けられる。光ファイバ１２の第１の端部１４を光ファイバ１２のループ２１を経て層１から層４へ渡し、層４はセンサスプール３３の端部３１から端部３２へ時計回り方向に下向きに巻き付けられる。層５は、光ファイバ１２の第１の端部１４を用いて、センサスプール３３の端部３２から端部３１へ時計回り方向に上向きに巻き付けられる。光ファイバ１２の第２の端部１６を光ファイバ１２のループ２５を経て層３から層６へ渡し、層６及び７はセンサスプール３３の端部３１と端部３２との間で反時計回り方向に矢印の方向に巻き付けられる。光ファイバ１２の第１の端部１４を光ファイバ１２のループ２６を経て層５から層８へ渡し、層８はセンサスプール３３の端部３１から端部３２へ時計回り方向に、矢印の方向に巻き付けられる。
図１からわかるように、「Ｘ」を付した巻きは、光ファイバの第１の端部から時計回り方向か、反時計回り方向のいずれかで巻き付けられていることを示し、「Ｘ」のない巻きは、光ファイバ１２の第２の端部１６が時計回り方向か、反時計回り方向のうち他方の向きに巻き付けられていることを示している。また、各々の層を巻き付けるために光ファイバ１２のどの端部を使用するかということと、層の各々の巻きが巻き付けられる相対方向とを指示するために、便宜上、四重極巻線形光ファイバコイル１０の層を「＋」と「−」の記号２２を付して指示してある。従って、層１〜４は第１の四重極を形成し、層５〜８は第２の四重極を形成することになる。図１に示すように、これら２つの四重極は同じ＋−−＋の所定の巻線パターンを有する。
このように、四重極は、通常、４の任意の倍数である層の総数を有するものとして説明される。しかしながら、この数の層を巻き付けた後には、四重極の組合わせ＋層における光ファイバの長さは四重極の組合わせ−層における光ファイバの長さと等しくないこともある。たとえば、四重極の層は等しい巻き数でない場合も考えられる。そのような場合には、四重極の出力の誤差が生じるおそれがある。従って、これまでは、組合わせ＋層の光ファイバの長さを組合わせ−層の光ファイバの長さと等しくするために、四重極に１つ又は２つの余分な層に追加するのが通例であった。それら１つ又は２つの余分な層はトリミング層ではなく、単に四重極の所定の巻線パターンを完成するために追加されるにすぎない。
図５の矢印で指示する通り、層１及び２の巻線は光ファイバ１２のポイント１８の付近で始まり、図５に示す矢印の方向に、このポイント１８から光ファイバ１２の第１の端部１４の末端２３と、光ファイバ１２の第２の端部１６の末端２４とに向かって進んで行く。光ファイバ１２の第１の端部１４の末端２３は四重極巻線形光ファイバコイル１０から引出され、光ファイバ１２の第２の端部１６の末端２４も四重極巻線形光ファイバコイル１０から引出される。１本の光ビームから分割され、光ファイバ１２が形成する光路に沿って互いに逆方向に伝搬するように使用される２本の光ビームは、それぞれ対応する末端２３及び２４に入射する。末端２３に入射した光ビームは層８，５，４，１，２，３，６及び７をこの順に通って伝搬し、末端２４から出る。末端２４に入射した他方の光ビームは層７，６，３，２，１，４，５及び８をこの順に通って伝搬し、末端２３から出る。射出後の光ビームは再び組合わされ、それら２本の光ビームの位相を比較できるように検出器により光ビームを検出する。
図１の右側からわかるように、四重極巻線形光ファイバコイル１０が通常巻き付けられる経路の関係上、「＋」の層と、「−」の層は軸方向距離２７だけずれている。すなわち、層１の巻き１は層２の巻き１に対し軸方向距離２７だけずれており、層１の巻き２は層２の巻き２に対し軸方向距離２７だけずれている。これ以降の層の巻きについても同様である。四重極巻線形光ファイバコイル１０のような四重極巻線形光ファイバコイルを巻き付けるために使用される巻き付け方法に応じて、この軸方向距離２７は図示するようなファイバ１本分の直径であっても良く、あるいは、ファイバ１本分の直径の数分の一又はファイバ数本分に相当する直径であっても良い。この軸方向距離２７によって軸方向に空間的ずれが生じるため、光ファイバコイルに軸方向の時間で変動する熱勾配が加わった場合、「＋」層の巻きは対応する「−」層の巻きとはわずかに異なる温度変化速度を受けることになる。
四重極巻線形光ファイバコイル１０の「−」の半体は「＋」の半体に対し空間的にずれているので、四重極巻線形光ファイバコイル１０の「＋」の半体と「−」の半体の対応する巻きをそれぞれ互いに逆方向に伝搬して進んでいる光ビームは、わずかな温度変化速度の差を受けることになる。（四重極巻線形光ファイバコイル１０のコイル半体は（1）時計回り方向に巻き付けられた全ての「＋」の巻きと、（2）反時計回り方向に巻き付けられた全ての「−」の巻きである。）従って、互いに逆方向に伝搬する光ビームは異なる光路長を進む。互いに逆方向に伝搬する光ビームは異なる光路長を進むので、光ファイバ１２から射出する光ビームの位相差が発生する。この位相差は四重極巻線形光ファイバコイル１０を組込んだ回転センサの回転とは無関係であるので、ここでは、位相差を誤差として定義する。
時間で変動する温度勾配は次の式により表わされる：
この軸方向の時間で変動する温度勾配に従属する誤差を低減する方法の１つは、光ファイバ１２の第１の端部１４及び第２の端部１６から四重極巻線形光ファイバコイル１０に至るトリミング長さを追加し且つそれらのトリミング長さを互いに軸方向に変位させることにより、四重極巻線形光ファイバコイル１０を正方向にトリミングするというものである。たとえば、図２に示すように、光ファイバ１２の第１の端部１４によって層８を巻き付けた後に、四重極巻線形光ファイバコイル１０の外周部又はその付近に、光ファイバ１２の第１の端部１４の第１のトリミング部分３５を形成する。第１のトリミング部分３５は四重極巻線形光ファイバコイル１０の外周部に巻き付けられた複数のトリミング巻きの形態をとり、センサスプール３３の端部３２に又はその付近に配置されても良い。同様に、四重極巻線形光ファイバコイル１０の外周部又はその付近に、光ファイバ１２の第２の端部１６の第２のトリミング部分３６を形成する。この第２のトリミング部分３６は四重極巻線形光ファイバコイル１０の外周部に巻き付けられた複数のトリミング巻きの形態をとり、センサスプール３３の端部３１に又はその付近に配置されても良い。
図２に示すように、第１のトリミング部分３５と第２のトリミング部分３６は互いに半径方向にではなく、軸方向にずれている。第１のトリミング部分３５と第２のトリミング部分３６の量、並びに第１のトリミング部分３５と第２のトリミング部分３６の位置ずれの量は、四重極巻線形光ファイバコイル１０が受ける軸方向の時間で変動する温度勾配に起因する軸方向関連誤差を最小にするように選択できる。すなわち、四重極巻線形光ファイバコイル１０のトリミング中、四重極巻線形光ファイバコイル１０を安定した静止プラットフォーム上に装着して、光ファイバ１２の末端２３及び２４に光ビームを入射させる。そこで、四重極巻線形光ファイバコイル１０に軸方向の時間で変動する温度勾配を加える。互いに逆方向に伝搬して、末端２３及び２４から射出した光ビームを組合わせ、位相差を検出する。次に、第１のトリミング部分３５と第２のトリミング部分３６を追加し、コイルの２つの半体の空間的変位に作用する軸方向の時間で変動する温度勾配によって発生する軸方向関連誤差が十分に小さくなるまで、全長と空間的ずれを調整しつつ追加する。
八重極巻線形光ファイバコイルなどの他の光ファイバコイルにもトリミングを適用でき、有利である。八重極巻線形光ファイバコイルにもトリミングを適用でき、有利である。八重極巻線形光ファイバコイル４０を図３に示す。この八重極巻線形光ファイバコイル４０は、その中心線に沿って検出軸を有する。
八重極巻線形光ファイバコイル４０は本質的には、互いに逆方向に巻き付けられた連続する四重極である。すなわち、八重極巻線形光ファイバコイル４０の層１〜４は所定の四重極＋−−＋巻線パターンによって巻き付けられ、一方、八重極巻線形光ファイバコイル４０の層５〜８は所定の逆四重極−＋＋−巻線パターンによって巻き付けられる。特定していえば、光ファイバ１２の「＋」の第１の端部１４は、ポイント１８から又はその付近から始めて、層１を巻き付けるために使用され、光ファイバ１２の「−」の第２の端部１６は、ポイント１８から又はその付近から始めて、層２及び３を巻き付けるために使用され、光ファイバ１２の「＋」の第１の端部１４は層４を巻き付けるために使用され、光ファイバ１２の「−」の第２の端部１６は層５を巻き付けるために使用され、光ファイバ１２の「＋」の第１の端部１４は層６を巻き付けるために使用され、光ファイバ１２の「−」の第２の端部１６は層８を巻き付けるために使用される。層１，４，６及び７は時計回り方向に巻き付けられ、層２，３，５及び８は反時計回り方向に巻き付けられても良い。
軸方向に向いた時間で変動する温度勾配に起因する軸方向関連誤差は、図４に示すようなトリミング部分４１及び４２によって八重極巻線形光ファイバコイル４０をトリミングすることによりほぼ排除できる。これらのトリミング部分４１及び４２は、図２に関連して説明したのと同じ方式で適用できるであろう。
図６に示すように、半径方向に加わる時間で変動する温度勾配に起因する半径方向関連誤差を補正する目的でもトリミングを使用することが可能である。光ファイバコイル１００は層１，２，３及び４を有するが、光ファイバコイル１００の層の数は３つ以下又は５つ以上であっても良い。また、光ファイバコイル１００は四重極巻線形光ファイバコイル、八重極巻線形光ファイバコイル又は他の何らかの光ファイバコイルのいずれであっても良い。光ファイバコイル１００の各層は複数の巻きを有する。光ファイバコイル１００はその中心線に沿って検出軸を有していても良い。層１は光ファイバ１２の第１の端部１４から光ファイバコイル１００の端部１０１から端部１０２へ巻き付けられている。層２は光ファイバ１２の第２の端部１６から、光ファイバコイル１００の端部１０１から端部１０２へ巻き付けられている。層３は光ファイバ１２の第２の端部１６から、光ファイバコイル１００の端部１０２から端部１０１へ巻き付けられている。層４は光ファイバ１２の第１の端部１４から、光ファイバコイル１００の端部１０２から端部１０１へ巻き付けられている。
光ファイバコイル１００の最も外側の層（すなわち、図６の例の層４）を巻き付けた後、光ファイバコイル１００の内周部又はその付近に、光ファイバ１２の第１の端部１４を使用してトリミング部分１０３を形成し、第１の光ビームを受光し且つ第２の光ビームを射出するために、このトリミング部分を延出部分１０４として引出す。トリミング部分１０３は光ファイバコイル１００の内周部の周囲に巻き付けられた複数のトリミング巻きの形態をとり、端部１０１又はその付近に配置されても良いが、トリミング部分１０３は光ファイバコイル１００上の任意の場所又はその付近に配置できる。同様に、光ファイバコイル１００の外周部又はその付近に、光ファイバ１２の第２の端部１６を使用してトリミング部分１０５を形成し、第２の光ビームを受光し且つ第１の光ビームを射出するために、このトリミング部分を延出部分１０６として引出す。トリミング部分１０５は光ファイバコイル１００の外周部の周囲に巻き付けられた複数のトリミング巻きの形態をとり、端部１０１又はその付近に配置されても良いが、トリミング部分１０５は光ファイバコイル１００上の任意の場所又はその付近に配置できる。
図６からわかるように、トリミング部分１０３及び１０５は半径方向に互いに空間的にずれているが、軸方向にはずれていない。矢印１０７は半径方向を示す。従って、トリミング部分１０３及び１０５の量と、トリミング部分１０３とトリミング部分１０５との空間的位置ずれの量は、半径方向に加えられる時間で変動する勾配に起因する半径方向関連誤差を補正（すなわち、減少）するために選択できる。すなわち、光ファイバコイル１００のトリミング中、光ファイバコイル１００を安定した静止プラットフォームに装着した状態で、光ファイバ１２の延出部分１０４及び１０６に光ビームを入射させる。光ファイバコイル１００に、半径方向の時間で変動する温度勾配を加えることができる。延出部分１０４及び１０６から射出した互いに逆方向に伝搬する光ビームを組合わせ、位相差を検出する。そこで、コイルの２つの半体の空間的変位に作用する半径方向の時間で変動する温度勾配に起因する半径方向関連誤差が最小になるまで、ある全長と空間的位置ずれを伴って第１のトリミング部分１０３及び第２のトリミング部分１０５を追加すれば良い。
図７に示すように、軸方向に加えられる時間で変動する温度勾配と半径方向に加えられる時間で変動する温度勾配の双方に起因する軸方向及び半径方向関連誤差を補正するために、トリミングを使用することができる。光ファイバコイル１１０は層１，２，３及び４を有するが、光ファイバコイル１１０の層の数は３つ以下又は５つ以上であっても良い。また、光ファイバコイル１１０は四重極巻線形光ファイバコイル，八重極巻線形光ファイバコイル又は他の何らかの光ファイバコイルのいずれかであれば良い。光ファイバコイル１１０の各層は複数の巻きを有する。光ファイバコイル１１０はその中心線に沿って検出軸を有していても良い。層１は光ファイバ１２の第１の端部１４から光ファイバコイル１１０の端部１１２から端部１１１へ巻き付けられている。層２は光ファイバ１２の第２の端部１６から、光ファイバコイル１１０の端部１１２から端部１１１へ巻き付けられている。層３は光ファイバ１２の第２の端部１６から、光ファイバコイル１１０の端部１１１から端部１１２に向かって巻き付けられている。層４は光ファイバ１２の第１の端部１４から、光ファイバコイル１１０の端部１１１から端部１１２に向かって巻き付けられている。
光ファイバコイル１１０の最も外側の層（すなわち、図７の例では層４）を巻き付けた後、光ファイバコイル１１０の外周部又はその付近に、光ファイバ１２の第１の端部１４を使用してトリミング部分１１３及び１１４を形成する。次に、第１の光ビームを受光し且つ第２の光ビームを射出するために、光ファイバ１２の第１の端部１４を延出部分１１５として引出す。トリミング部分１１３及び１１４は、それぞれ、光ファイバコイル１００の外周部の周囲に巻き付けられる相応する数のトリミング巻きの形態をとっていても良い。同様に、光ファイバ１２の第２の端部１６を使用して、光ファイバコイル１００の外周部又はその付近にトリミング部分１１６を形成すると共に、光ファイバコイル１１０の内周部又はその付近にトリミング部分１１７を形成する。次に、第２の光ビームを受光し且つ第１の光ビームを射出するために、光ファイバ１２の第２の端部１６を延出部分１１８として引出す。トリミング部分１１６及び１１７は、それぞれ、光ファイバコイル１１０の外周部及び内周部の周囲に巻き付けられる相応する数のトリミング巻きの形態をとっていても良い。
図７からわかるように、トリミング部分１１３と１１６は軸方向に互いに空間的にずれているが、半径方向にはずれていない。一方、トリミング部分１１４と１１７は半径方向に互いに空間的にずれているが、軸方向にはずれていない。従って、トリミング部分１１３と１１６の全長と、トリミング部分１１３とトリミング部分１１６との空間的ずれの量とを、軸方向に加えられる時間で変動する温度勾配に起因する軸方向関連誤差を補正（すなわち、減少）するために選択できる。また、半径方向に加えられる時間で変動する温度勾配に起因する半径方向関連誤差を補正（すなわち、減少）するために、トリミング部分１１４と１１７の全長と、トリミング部分１１４とトリミング部分１１７との空間的ずれの量とを選択できる。
そこで、光ファイバコイル１１０を安定した静止プラットフォームに装着した状態で、延出部分１１５及び１１８に光ビームを入射させる。光ファイバコイル１１０に時間で変動する温度勾配を加えることができる。延出部分１１５及び１１８を射出した互いに逆方向に伝搬する光ビームを組合わせ、位相差を検出する。次に、コイルの２つの半体の空間的変位に作用する軸方向の時間で変動する温度勾配に起因する軸方向関連誤差が最小になるまで、ある全長と軸方向で空間的ずれを伴って、トリミング部分１１３及び１１６を追加することができる。半径方向に時間で変動する温度勾配を加えることもでき、そこで、光ファイバ層に作用する半径方向の時間で変動する温度勾配に起因する半径方向関連誤差が最小になるまで、ある全長と半径方向位置ずれを伴って、トリミング１１４及び１１７を追加できる。
希望に応じて、図７に示すトリミング部分の一部を排除することができる。図７に見られるように、トリミング部分１１４及び１１７をトリミング部分１１６と同じ軸方向関係で、たとえば、光ファイバコイル１１０の端部１１１の付近に巻き付けると、トリミング長さ１１６を通る光の伝搬に及ぼされる影響と、トリミング部分１１４を通る光の伝搬に及ぼされる影響は同一であり、正味の影響はない。従って、トリミング部分１１４と１１６から同数の巻きを外す限り、誤差の同量の低減が実現される。そのような構造を図８に示す。図８は、トリミング部分１１４がトリミング部分１１３と延出部分（すなわち、リード）１１５との間に２回の巻きを有し且つトリミング部分１１７はトリミング部分１１６と延出部分１１８との間に２回の巻きを有するものと想定している。そこで、トリミング部分１２０はトリミング部分１１３に相当し、トリミング部分１１４の２回の巻きがトリミング部分１１６の３回の巻きのうち２回分と相殺し合った後にトリミング部分１２１が得られ、トリミング部分１２２はトリミング部分１１７に相当する。
図８からわかるように、トリミング部分１２０はトリミング部分１２１及び１２２から軸方向に空間的にずれており、トリミング部分１２１及び１２２は互いに対して半径方向に空間的にずれている。図８に示す光ファイバコイルはその中心線に沿って検出軸を有する。図７と図８を比較することにより、トリミング部分１１６の２回分の巻きと、トリミング部分１１４の２回分の巻きがなくなっていることがわかる。それでもなお、図８に示す光ファイバコイルは、図７に示す光ファイバコイルにより達成されるのと同じ誤差の減少が達成される。
正方向のトリミング方法で使用される光ファイバの追加部分は光ファイバコイルを巻き付けるときの所定の巻線パターンを中断するように、すなわち、それと一致しないように配置されるので、先に説明したような光ファイバコイルの正方向のトリミングは軸方向及び／又は半径方向関連誤差を減少させるのには有効である。ここでいう「中断」は、光ファイバコイルを巻き付けるときの所定の巻線パターンの連続性又は一様性を破断するものとして定義できる。
四重極巻線形光ファイバコイルは、たとえば、各々が同じ＋−−＋の所定の巻線パターンを有する１つ又は複数のセグメントを有するように巻き付けられる。さらに、この所定の巻線パターンをもって巻き付けられた四重極巻線形光ファイバコイルの各半体は他のどの層ともほぼ同じ巻き数を有し、また、「＋」層の全てを巻き付けるために使用される光ファイバの長さは、「−」層の全てを巻き付けるために使用される光ファイバの長さとほぼ等しい。従って、所定の巻線パターンの各々の巻きを四重極巻線形光ファイバコイルの先に巻き付けられた巻きから予測できるであろう。光ファイバコイルを正方向にトリミングするために使用される光ファイバの追加分は、光ファイバコイルの予測可能な巻線パターンにおける巻きの配列からは光ファイバの追加分の場所を予測しえないように配置されている。
同様に、光ファイバコイルを巻き付けるときの所定の巻線パターンを中断し、それにより、そのようにしなければ発生すると考えられる軸方向及び／又は半径方向関連誤差を減少させるように、光ファイバの十分な量の予測可能な巻きを外すことにより、光ファイバコイルを負方向にトリミングしても良い。すなわち、光ファイバコイルを巻き付けたときの所定の巻線パターンを中断するように先に巻き付けられた光ファイバコイルから光ファイバのトリミング部分を外すことにより、光ファイバコイルを負トリミングしても良い。あるいは、光ファイバコイルの所定の巻線パターンが完成する前に光ファイバコイルの巻き付けを終了することにより、光ファイバコイルを負方向にトリミングしても良い。軸方向又は半径方向の関連誤差を所望のレベルに減少させるように、巻線の終端点を選択しても良い。
負方向にトリミングした後の光ファイバコイル１３０を図９に示す。光ファイバコイル１３０の層の数は図より少なくても、多くても良い。また、光ファイバコイル１３０は四重極巻線形光ファイバコイル，八重極巻線形光ファイバコイル又は他の何らかの光ファイバコイルのいずれかであれば良い。負方向のトリミングの前に、光ファイバ１３０の各セグメントが典型的な所定の四重極＋−−＋巻線パターンを有し、光ファイバコイル１３０の各半体がほぼ同じ巻き数を有し且つ「＋」層の全てを巻き付けるために使用される光ファイバの長さが「−」層の全てを巻き付けるために使用される光ファイバの長さとほぼ等しくなるように、光ファイバコイル１３０を巻き付けてある。従って、所定の巻線パターンの中の各々の巻きを光ファイバコイル１３０の先に巻き付けられた巻きから予測できる。
図９に示すように、光ファイバコイル１３０は最も外側の「＋」層１３１と、最も外側の「−」層１３２とを有する。光ファイバコイル１３０はその中心線に沿って検出軸を有していても良い。まず、最も外側の「＋」層１３１と最も外側の「−」層１３２が典型的な四重極巻線形光ファイバコイルの所定の巻線パターンを完成するために必要な全ての巻きを有するように、光ファイバコイル１３０を巻き付ける。その後、最も外側の「＋」層１３１及び／又は最も外側の「−」層１３２から、ある量の光ファイバを外す。この量は、軸方向又は半径方向の関連誤差が所望のレベルまで減少するように選択される。
図９に特定して示すように、最も外側の「＋」層１３１の２回分の巻きが外されており、最も外側の「−」層１３２の１回分の巻きが外されている。しかし、軸方向又は半径方向の関連誤差を所望のレベルに減少させるために光ファイバコイル１３０から外さなければならない光ファイバの量は図９に示す量とは異なる場合もあるということを理解すべきである。軸方向又は半径方向の関連誤差を所望のレベルに減少させるために光ファイバコイル１３０から外さなければならない光ファイバの特定の量は、光ファイバコイル１３０の大きさ、光ファイバコイル１３０の層を巻き付けるときの一致性などの要因によって決まる。
このように、トリミングに先立って光ファイバコイル１３０を巻き付けたときの所定の巻線パターンは、光ファイバコイル１３０の最も外側の「＋」層１３１及び／又は最も外側の「−」層１３２からの光ファイバの外すことによって中断されている。この中断の量は、中断を行わないと光ファイバコイル１３０により発生すると考えられる軸方向又は半径方向の関連誤差を減少させるように選択される。さらに、図９は光ファイバコイル１３０の最も外側の「＋」層１３１及び「−」層１３２から光ファイバを外す場合を示しているが、光ファイバコイル１３０の軸方向又は半径方向の関連誤差が減少するのであれば、光ファイバコイル３０の他のいずれかの層から光ファイバを外しても良い。ところが、光ファイバコイル１３０の最も外側の「＋」層１３１及び「−」層１３２以外の層から光ファイバを外すときには、負方向のトリミング工程の間に光ファイバのトリミング部分を外した後に、光ファイバコイル１３０の光ファイバの端部を再び接合するために光ファイバを接続する必要が生じるであろう。あるいは、接続が必要になる内側の１つ又は複数の層の光ファイバを外すのに代わって、内側の１つ又は複数の層の巻き付け中に１つ又は複数の巻き、もしくはその一部を省略しても良い。この方法では、端部が接続を必要とするような状態にはならないであろう。
光ファイバコイルの負方向トリミングは、光ファイバの正方向のトリミングで使用される手順に類似する手順により実現できる。すなわち、光ファイバコイルを安定した静止プラットフォームに装着する。光ファイバコイル１３０の光ファイバを互いに逆方向に伝搬する光ビームが進むように、光ファイバコイル１３０の延出部分１３３及び１３４などの末端部に光ビームを入射させる。光ファイバコイル１３０に軸方向又は半径方向の時間で変動する温度勾配を加える。延出部分１３３及び１３４から射出する互いに逆方向に伝搬する光ビームの位相差がほとんど又は全くなくなるまで、最も外側の「＋」層１３１及び／又は最も外側の「−」層１３２の一部を外せば良い。
先に論じた通り、軸方向又は半径方向の関連誤差を所望のレベルまで減少させるために光ファイバコイルから外さなければならない光ファイバの特定の量は、トリミングすべき特定の光ファイバコイルによって決まる。従って、図１０に示すように、負方向のトリミングを実行するために、光ファイバコイルの１つの層からのみ光ファイバを外すことも可能であろう。すなわち、光ファイバコイル１４０は最も外側の「＋」層１４１と、最も外側の「−」層１４２とを含む。トリミング前、最も外側の「−」層１４２は、図１に示す四重極巻線形光ファイバコイル１０のような四重極巻線形光ファイバコイルの所定の巻線パターンを完成するのに十分な巻きを有していた。ところが、当初は四重極巻線形光ファイバコイルの所定の巻線パターンを完成するのに十分な光ファイバを有していた最も外側の「＋」層１４１からは、トリミングを行わないと発生すると考えられる軸方向又は半径方向の関連誤差を減少させるように十分な光ファイバが外されている。光ファイバコイル１４０はその中心線に沿って検出軸を有する。
本発明の範囲から逸脱せずに本発明の変形を実施できる。たとえば、ここで開示したトリミングは軸方向又は半径方向の時間で変動する温度勾配によって発生する軸方向又は半径方向の関連誤差を減少させるために適用されていたが、軸方向又は半径方向の時間で変動する圧力勾配、軸方向又は半径方向の時間で変動するひずみ勾配、軸方向又は半径方向の音響振動勾配による誤差、及び軸方向又は半径方向の巻き付けの不均一性に起因する誤差などの、軸方向又は半径方向の時間で変動する温度勾配以外の原因によって悪化する誤差を減少させるためにトリミングを使用することもできる。
また、先に説明したような光ファイバコイルの負方向のトリミングを四重極巻線形光ファイバコイルに関連して開示したが、図３に示す八重極巻線形光ファイバコイル４０などの他の種類の光ファイバコイルに負方向のトリミングを適用しても有利であろう。
加えて、先に論じた通り、光ファイバコイルを巻き付けたときの所定の巻線パターンを中断するように、先に巻き付けられた光ファイバコイルから光ファイバのトリミング部分を外すことにより、光ファイバコイルを負方向にトリミングしても良いが、その代わりに、光ファイバコイルの所定の巻線パターンが完成する前に光ファイバコイルの巻き付けを終了することにより、光ファイバコイルを負方向にトリミングしても良い。
さらに、先に論じた通り、光ファイバコイルを巻き付けたときの所定の巻線パターンを中断するように、先に巻き付けられた光ファイバコイルの最後の層から光ファイバのトリミング部分を外すことにより、光ファイバコイルを負方向にトリミングしても良いが、その代わりに、先に巻き付けられた光ファイバコイルの最後の層以外の層（最後の層の次の層など）から光ファイバのトリミング部分を外すことにより、光ファイバコイルを負方向にトリミングしても良い。
さらに、先に説明した本発明の実施形態は光ファイバコイルにおける軸方向関連誤差又は光ファイバコイルにおける半径方向関連誤差の負方向のトリミングに関連するものであるが、同じ光ファイバコイルの軸方向関連誤差と半径方向関連誤差の双方を負方向のトリミングすることも可能であろう。たとえば、軸方向関連誤差と半径方向関連誤差の双方をトリミングにより排除するように、光ファイバコイルの内側と外側の双方の層から光ファイバを外しても良い。先に論じた通り、内側の層から光ファイバから外した場合には、内側の１つ又は複数の層から光ファイバの一部を外すことにより形成された光ファイバ端部を再び接続するための接続が必要になるであろう。あるいは、接続が必要になるような、内側の１つ又は複数の層からの光ファイバを外すのに代わりに、内側の１つ又は複数の層の巻き付けの間に１つ又は複数の巻き、もしくはその一部を省略しても良い。この方法では、端部が接続を必要とするような状態にはならないであろう。
従って、本発明をその好ましい実施形態により説明したが、本発明の範囲はそれには限定されない。本発明の範囲は以下の一連の請求の範囲により定義される範囲によってのみ限定される。
Claims (12)
- 所定の巻線パターンで巻き付けられた複数の層から構成され、検出軸を有し、各層は検出軸の周囲に巻き付けられ且つ１本の光ファイバから巻き付けられる複数の巻きを含み、各々の巻きは所定の巻線パターンの中の予測可能な場所を有する光ファイバコイルであって、
前記複数の層の少なくとも１つの内側層は前記複数の層の少なくとも１つの層の複数の巻より少なく、かつ光ファイバコイルの所定の巻線パターンを中断するように、この内側層の一部は欠落していることを特徴とする光ファイバーコイル。 - 複数の層は主として光ファイバの第１の端部から巻き付けられる第１の層を含み、
複数の層は主として光ファイバの第２の端部から巻き付けられる第２の層を含み、
複数の層は主として光ファイバの第２の端部から巻き付けられる第３の層を含み、且つ
複数の層は主として光ファイバの第１の端部から巻き付けられる第４の層を含む請求項１記載の光ファイバコイル。 - 第２の層は第１の層を覆うように巻き付けられ、
第３の層は第２の層を覆うように巻き付けられ、
第４の層は第３の層を覆うように巻き付けられ、且つ
光ファイバコイルの所定の巻線パターンを中断するように光ファイバコイルの第４の層にある光ファイバの一部が欠落している請求項２記載の光ファイバコイル。 - 第２の層は第１の層を覆うように巻き付けられ、
第３の層は第２の層を覆うように巻き付けられ、
第４の層は第３の層を覆うように巻き付けられ、且つ
光ファイバコイルの所定の巻線パターンを中断するように光ファイバコイルの第３の層にある光ファイバの一部が欠落している請求項２記載の光ファイバコイル。 - 第２の層は第１の層を覆うように巻き付けられ、
第３の層は第２の層を覆うように巻き付けられ、
第４の層は第３の層を覆うように巻き付けられ、且つ
光ファイバコイルの所定の巻線パターンを中断するように光ファイバコイルの第３及び第４の層の各々にある光ファイバの一部が欠落している請求項２記載の光ファイバコイル。 - 光ファイバコイルの所定の巻線パターンを中断するように光ファイバコイル中の光ファイバの少なくとも最後の層の一部が欠落している請求項１記載の光ファイバコイル。
- 光ファイバコイルの所定の巻線パターンを中断するように光ファイバコイル中の光ファイバの少なくとも最後の層の次の層の一部が欠落している請求項１記載の光ファイバコイル。
- 検出軸を有する光ファイバコイルを巻き付ける方法であって、１本の光ファイバから所定の巻線パターンで複数の層を巻き付けることから成り、各層は各々の巻きが所定の巻線パターンの中の予測可能な場所を有するように検出軸の周囲に複数の巻きとして巻き付けられ、さらに、光ファイバコイルの所定の巻線パターンを中断することから成り、前記複数の層の少なくとも１つの内側層の一部が欠落して、この内側層は前記複数の層の少なくとも１つの層の複数の巻より少ないことを特徴とする光ファイバコイルの巻き付け方法。
- １本の光ファイバから所定の巻線パターンで複数の層を巻き付ける工程は、
主として光ファイバの第１の端部から第１の層を巻き付ける工程と；
主として光ファイバの第２の端部から第２の層を巻き付ける工程と；
主として光ファイバの第２の端部から第３の層を巻き付ける工程と；
主として光ファイバの第１の端部から第４の層を巻き付ける工程とを含む請求項８記載の方法。 - 第２の層を巻き付ける工程は、第１の層を覆うように第２の層を巻き付ける工程から成り；
第３の層を巻き付ける工程は、第２の層を覆うように第３の層を巻き付ける工程から成り；
第４の層を巻き付ける工程は、第３の層を覆うように第４の層を巻き付ける工程から成り；
光ファイバの一部を外す工程は、光ファイバコイルの所定の巻線パターンを中断するように光ファイバコイルの第４の層にある光ファイバの一部を外す工程から成る請求項９記載の方法。 - 第２の層を巻き付ける工程は、第１の層を覆うように第２の層を巻き付ける工程から成り；
第３の層を巻き付ける工程は、第２の層を覆うように第３の層を巻き付ける工程から成り；
第４の層を巻き付ける工程は、第３の層を覆うように第４の層を巻き付ける工程から成り；
光ファイバの一部を外す工程は、光ファイバコイルの所定の巻線パターンを中断するように光ファイバコイルの第３の層にある光ファイバの一部を外す工程から成る請求項９記載の方法。 - 第２の層を巻き付ける工程は、第１の層を覆うように第２の層を巻き付ける工程から成り；
第３の層を巻き付ける工程は、第２の層を覆うように第３の層を巻き付ける工程から成り；
第４の層を巻き付ける工程は、第３の層を覆うように第４の層を巻き付ける工程から成り；
光ファイバの一部を外す工程は、光ファイバコイルの所定の巻線パターンを中断するように光ファイバコイルの第３及び第４の層の各々にある光ファイバの一部を外す工程から成る請求項９記載の方法。
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