JPH01209317A

JPH01209317A - 方位センサ

Info

Publication number: JPH01209317A
Application number: JP63034848A
Authority: JP
Inventors: Toshihiro Tanaka; 智弘田中; Makoto Nara; 誠奈良; Kiyohiko Nakazawa; 中澤　斉彦; Nobuaki Yoshida; 宣昭吉田
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1988-02-17
Filing date: 1988-02-17
Publication date: 1989-08-23
Anticipated expiration: 2012-01-08
Also published as: JP2569692B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、方位センサに関し、特に、光のサニアック効
果を使って回転角速度を検出するようになした光ジャイ
ロを利用して構成した方位センサに関する。

（従来の技術）従来、方位信号を得るために、光ファイバを巻回して構
成される光フアイバジャイロを用いたものがある。その
ものは、例えば、光フアイバループの作るループ面を鉛
直面内に設け、ループ面を鉛直軸の回りに回転させて、
方位信号を得ている。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、光フアイバループの作るループ面を鉛直
面内に設け、ループ面を鉛直軸の回りに回転させて方位
信号を得る構成では、回転時の回転むらによってノイズ
信号が生じてしまう場合がある。

この場合には、特開昭６１−１６９７１４号公報に開示
されているように、２本の光フアイバループを同一方向
に同一回数相隣接して同一ボビンに巻回し、変調部の位
置をそれぞれの光フアイバループの相異なる端部に設け
ることによって、出力信号の位相をそれぞれ１８０度ず
らし、さらに、この２つの出力信号の差動をとることに
よって、同相のノイズをキャンセルすることが考えられ
る。

しかしながら、このようなノイズキャンセルの方法では
、回転むらによるノイズ信号も１８０度反転してしまう
ので、回転むらによるノイズ信号を除去することができ
ない。

そこで本発明は、回転時の回転むらによって生ずるノイ
ズ信号の影響を受けることのない方位センサ、を得るこ
とを目的とする。

（問題点を解決する為の手段）本発明は、光ジャイロのループ面の方位を変化させつつ
、前記光ジャイロから方位信号を出力させるようになし
た方位センサにおいて、前記光ジャイロのループ面の方
位を間欠的に変化させる回転制御手段（２）と、前記光
ジャイロの静止時に前記方位信号を入力する信号読込手
段（３）と、前記信号読込手段に読込まれた信号によっ
て正しい方位信号を演算する演算手段（４）と、を設け
たことを特徴とする方位センサである。

（作用）本発明では、光ジャイロのループ面の方位を回転制御手
段が間欠的に変化させ、光ジャイロが静止したときに信
号読込手段が方位信号を入力し、演算手段は信号読込手
段に間欠的に読み込まれた方位信号によって正しい方位
信号を演算している。

すなわち、本発明によれば、光ジャイロが静止したとき
の信号に基づいて方位信号を得ているので、光ジャイロ
の回転によって生ずるノイズ（回転むら等による）の影
響を受けない正しい方位信号を得ることができる。

（実施例）以下、図面に示した実施例に基づいて本発明を説明する
。

第１図は本発明の一実施例のブロック図であって、光フ
アイバジャイロ１は、回転制御手段２によってループ面
の方位が間欠的に変化させられるようになっている０回
転制御装置２は、光フアイバジャイロ１を一定の回転角
度毎に間欠的に回転し、信号読込装置３に停止信号を出
力する０回転制？ｌ装置２から光フアイバジャイロ１の
停止信号が入力されると、そのときの方位信号を光フア
イバジャイロｌから読み込む、信号読込装置３に読み込
まれた方位信号は、光フアイバジャイロ１の回転角度と
共に演算装置４に出力され、演算装置４はこの入力デー
タに基づいて光フアイバジャイロ１の正しい方位信号を
求め、この方位信号に基づいて、表示装置５に回転開始
位置における目標点の方位を表示させる。

以下、第１図の各ブロックを詳細に説明する。

第２図は、光フアイバジャイロ１の光学系及び電気系を
示したブロック図であり、第３図は第２図の光学系及び
電気系を組み上げた斜視図である。

第２図において、スーパールミネセントダイオードの如
き光源１１から射出された測定光は、光ファイバを通っ
て分岐カプラに入り、再び光ファイバを通って偏光子１
３に達する。偏光子１３から射出された直線偏光は、分
岐カプラ１２Ｂにより、光フアイバループ１４の両端か
ら逆方向へ進行するように入射される。光フアイバルー
プ１４を通って再び両端から射出された光は、再び分岐
カプラ１２Ｂによって光ファイバＦ、に導かれ、偏光子
１３、光ファイバＦｔ、カブラ１２Ａを通ってディテク
タ１６に入射する。ディテクタ１６から出力される光電
変換信号は、ＡＰＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ　Ｐｏｗｅｒ
　Ｃｏｎｔｒｏｌ）回路１７に入力されて、ＡＰＣ回路
１７が光源１１からの射出光の強さを一定に制御するた
めに用いられると共に、増幅器１８に人力される。増幅
器１８の出力信号は検波器１９に入力される。

一方、光フアイバループ１４を形成する光ファイバを伸
縮するために、光ファイバが数回巻回されたピエゾ素子
１５が発振器２０の出力信号によって一定周期で伸縮さ
れており、また、発振器２０からの上記一定周期の基本
波信号は、検波器１９に入力されており、増幅器１８か
らの信号中の上記一定周期の基本波成分のみが検波器１
９から出力される。この検波器１９の出力信号が方位信
号である。

なお、光フアイバループ１４を形成する光ファイバとし
ては、シングルモードファイバ又は偏光保持型のファイ
バが用いられる。

これらの光学系と電気系とは概略第３図に示したように
組み上げられる。すなわち、光フアイバループは楕円形
のボビン３０に矢印の方向に巻回され、光ｉａｌ！、分
岐カプラ１２Ａ、１２Ｂ、偏光子１３、（接続用）光フ
ァイバＦ、　、Ｆ、　、Ｆｌ、の如き光学部品ＯＰ、デ
ィテクタ１６、ＡＰＣ回路１７、増幅器１８、検波器１
９、発振器２０、の如き電気部品ＥＬ及びピエゾ素子１
５は、ボビン３０の内側に全て固定するようになすと、
省スペースが計れる。

第４図は、回転制御装置２と信号読込装置３、演算袋Ｍ
４、表示装置５を示したものである。エンコーダ３１は
、光フアイバジャイロ１　（実質的には光フアイバルー
プ１４）の回転を検出するいわゆるロータリエンコーダ
であって、光フアイバジャイロ１の回転軸に同軸に固定
された目盛円板の目盛を光電式、磁気式等で読み取るも
ので、光フアイバジャイロ１の所定回転角毎にパルスが
出力される。カウンタ３２は、エンコーダ３１からのパ
ルスを計数し、所定の計数値に達するとカウントアツプ
信号を出力すると共に、それ自身はリセットされるもの
である。所定の計数値は、方位信号を得るに必要なデー
タの数で３６０度を割って得られる角度に相当するエン
コーダ３１のパルス数である。カウンタ３２のカウント
アツプ信号はタイマ３３に入力され、タイマ３３はこの
カウントアツプ信号によって計時を開始する。

一方、光フアイバジャイロ１を回転するモータ３４は、
駆動信号発生回路３７からの駆動信号をゲート３６を介
して入力する駆動回路３５によって回転制御される。ゲ
ート３６は通常は開いており駆動信号が駆動回路３５に
入力されているが、タイマ３３からの所定の計時信号が
入力されると閉じて駆動回路３５によるモータ３４の回
転を停止させる。

タイマ３３は、端子ａに第１の計時信号を所定時間出力
すると共に、端子すには、カウントアツプ信号が生じた
後、所定時間後に第２の計時信号を出力する。第１の計
時信号は、カウンタ３２のカウントアツプ信号が出力さ
れてから、コンピュータ４０が方位信号を取り込むに必
要十分な所定時間出力される。また、第２の計時信号は
、モータ３４が停止して安定な方位信号が光フアイバジ
ャイロから出力されるようになった後にコンピュータ４
０が方位信号を取り込むように、カウントアツプ信号が
出力された後、所定時間後に出力される。

コンピュータ４０は、タイマ３３から送出される第２の
計時信号に応答して、光フアイバジャイロから出力され
る方位信号を取り込み、メモリ４１に記憶させる。タイ
マ３３から送出される第２の計時信号の数は、初期位置
からのモータ３４の回転角度、すなわち、光フアイバル
ープ１４の回転角度に対応している。従って、メモリ３
３には、初期位置からの所定角度毎の方位信号データが
記憶される。但し、コンピュータ４０の中で、光フアイ
バループ１４の位置を表わすθはエンコーダ３１のゼロ
点からの角度に換算される。

コンピュータ４０による演算処理の原理は以下の如くで
ある。すなわち、検波器１９で基本周波数成分を取り出
した方位信号Ｓ（θ）は、時刻ｔにおける光フアイバジ
ャイロのファイバループが張る平面のエンコーダ３１の
ゼロ点からの回転角をθとし、同平面の回転軸からの傾
きの角をψとすれば、Ｓ（θ）　＝　Ａ−ｐ　＠　　・Ｊｌ　　（Ｚ）・５ｉ
ｎ（Ｋ　・Ωｙ　　・５ｉｎ（θ＋φ、　）　・ｃｏｓ
ψ）・・・・・・（１）となる。

但しこのとき、１Ｋ・ΩＥ　　・５ｉｎ（θ＋φｔ　）　　・ｃｏｓψ
ｌｚ　１０−’・・・・・・・・・（２）となり、この値は１に比べて充分小さいので、−般にｓ
ｉｎ　Ｒ隻Ｒであるから、（１）式は、Ｓ（θ）＝Ａ−ＰＧ　　・Ｊ、（Ｚ）　　・Ｋ・Ωｔ・
ｃｏｓψ・５ｉｎ（θ＋φＥ）・・・・・・（３）とな
る。

この方位信号θ（１）には、実際には、ドリフトオフセ
ットが含まれるが、１周期の測定時間が数秒程度と大変
短くしているので、方位信号θ（１）が１周期変化した
ときのドリフト量は、直線的な変化に近似できるので、
演算処理によりキャンセルすることができる。

すなわち第６図のように、ドリフトオフセットのない信
号Ｓ０に直線的に変化するドリフトオフセットｄが加わ
ることにより、信号Ｓｌが得られたとすると、Ｓｌから
直線ｄに従って増加したオフセント分だけ差し引（こと
により、ドリフトオフセットをキャンセルすることがで
きる。

但しこのときの直線ｄは、測定開始点と１周期測定終了
点を結ぶことにより得る。

従って、θ＝θ。、θ１・・・・・・、θ７のときに得
られる信号Ｓ（θ）−８（θ。）、Ｓ（θＩ）、・・・
・・・、Ｓ（θ７）から例えば最小２乗法等のカーブフ
ィッティング手段により（３）式の最適カーブを算出す
ることにより、エンコーダ３１のゼロ点から真北までの
角度φ１、を求めることができる。

但し、エンコーダ３１のゼロ点と目標点を決定する望遠
鏡５５の光軸との間の角度は、天体観測等により、例え
ば望遠鏡５５の光軸を真北に合わせたときの本装置の出
力から求め、常にオフセットとして差し引くことにより
方位を求める。

メモリ４１には上述のθとＳ（θ）とが対応して記憶さ
れているから、コンピュータ４０はファイバループの一
回転分の方位信号データの収集が終了すると、上述の演
算を行い、結果を表示器４２（表示手段５）に表示させ
る。

ところで、上述の初期位置は第５図に示したような装置
によって設定される。すなわち、第５図は、本発明を用
いた方位センサの一例を示す斜視部分切欠図であって、
円筒状の枠体５０内には、第２図で示した光フアイバジ
ャイロの光学系等を収納した光学系ブロック５１、スリ
ップリング５２、回転角度検出用の目盛円板５３が、枠
体５０に固定されたモータ５４の回転軸に軸合せされて
固設されている。スリップリング５２にリング状に設け
た導体部５２ａには、不図示の配線によって、光学系ブ
ロック５１の検波器１９の出力端子が接続されると共に
、枠体５０に固定した不図示のブラシが常に接しており
、その結果光学系ブロック５１が回転していても、検波
器１９の出力信号がブラシを介して枠体５０の固定側部
に取り出せるようになっている。必要ならば、枠体５０
の外部からスリップリング５２を介して光学系ブロック
５１に電力を供給することもできる。また、枠体５０に
は、目盛円板５３の目盛を読み取りパルス化するための
角度検出器が固設されており、前述のロータリエンコー
ダ３１が構成されている。

さらに、枠体５０の上面には、規準用の望遠鏡５５が固
設されていると共に、下面には三脚５６に固定するため
の固定部が設けられている。そして、望遠鏡５５は、枠
体５０に対して鉛直面内にて回転自在であり、枠体５０
は三脚５６に対して鉛直軸の回りに回転自在である。

回転制御装置２、信号読込装置３、演算装置４、表示装
置５は、第５図には図示していないが、枠体５０に固定
しても良いし、また、コード等で枠体５０内部と接続す
るようにしても良い。

このような構造であるから、測定者はまず、方位を測定
したい目標物を望遠鏡５５で規準し、不図示の測定開始
スイッチをオンすると、装置が初期設定状態となり、モ
ータ５４が回転を始める。

モータ５４は所定回転角毎に停止し、そこでの方位信号
がコンピュータ４０を介してメモリ４１に記憶され、そ
の結果、メモリ４１には、例えば第６図に黒丸で示した
如きデータが記憶される。コンピュータ４０は、これら
のデータから最小２乗法により最適カーブＳ、を求め、
ついで、ドリフトオフセントｄを補正したドリフト補正
カーブＳ。を求める。そして、ドリフト補正カーブＳ０
が零点を横切る角度を求め、規準方向の方位を表示装置
に表示させる。

以上実施例では、光フアイバジャイロ、特に位相変調さ
せてＳ／Ｎを良くする方式を使って説明したが、この方
式以外の光フアイバジャイロ、又はいわゆるリングレー
ザジャイロなど、サニアンク効果を使って回転角速度を
検出する手段ならば、別の方法でも実施できることはい
うまでもない。

（発明の効果）以上述べたように本発明によれば、光ジャイロが静止し
たときの信号に基づいて方位信号を得ているので、光ジ
ャイロの回転によって生ずるノイズ（回転むら等による
）の影響を受けない正しい方位信号を得ることができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のブロック図、第２図は光フ
アイバジャイロの光学系及び電気系を示したブロック図
、第３図は第２図の光学系及び電気系を組み上げた斜視
図、第４図は光フアイバジャイロからの信号の処理系を
示すブロック図、第５図は、方位センサの主要部を示す
斜視部分切欠図、第６図はコンピュータによるデータ処
理過程を説明するグラフ、である。（主要部分の符号の説明）１・・・光フアイバジャイロ、　　２・・・回転制御装
置、３・・・信号読込装置、　４・・・演算装置。出願人　　日本光学工業株式会社

Claims

【特許請求の範囲】光ジャイロのループ面の方位を変化させつつ、前記光ジ
ャイロから方位信号を出力させるようになした方位セン
サにおいて、前記光ジャイロのループ面の方位を間欠的に変化させる
回転制御手段と、前記光ジャイロの静止時に前記方位信号を入力する信号
読込手段と、前記信号読込手段に読込まれた信号によって正しい方位
信号を演算する演算手段と、を設けたことを特徴とする方位センサ。