JPH02183109A - 光ファイバジャイロスコープ - Google Patents

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１ この発明は、光スアイバジャイロスコープ。

特にリング共振型光ファイバジャイロスコープに及ぼす
温度変動１機械的振動の影響を低減した光フアイバジャ
イロスコープに関するものである。

［従来の技術］ 第３図は１例えば０ｐｔｉｃｓ　　Ｌｅｔｔｅｒｓ　　
第１３巻、第４１３頁（１９８８，５月）に示された従
来の光フアイバジャイロスコープの構成図である。図に
おいて、（１）はレーザ光源。

＜２ａ）、（２ｂ）は第１および第２のレンズ、（３ａ
）、（３ｂ　）、（３ｃ　）は第１．第２．第３のハー
フミラ（４ａ）は第２のハーフミラ−（３ｂ）で導かれ
たレザ光を検出する第１の光検出器、（４ｂ）は第３の
ハーフミラ−（３Ｃ）で導かれたレーザ光を検出する第
２の光検出器、（５ａ）は第１のロックインアンプであ
って、第１の光検出器（４ａ）で電気信号に変換した信
号を第１の増幅器（１３ａ＞で増幅して得られた入力信
号と、第２の光検出器（４ｂ）で電気信号に変換した信
号を第２の増幅器（１３ｂ）で増幅して得られた入力信
号との差を取ったのち、第１の発振器（７ａ）の出力信
号によって同期検波する。（５ｂ）は第２のロックイン
アンプであって、第２の光検出器（４ｂ）で電気信号に
変換した信号を第２の増幅器（１３ｂ）で増幅して得ら
れた入力信号を第１の発振器（７ａ）によって同期検波
する。〈６）は第２のロックインアンプ（５ｂ）の出力
信号によって共振器長を制御する共振器長コントローラ
、＜７ｂ）は第２の発振器１（８）は光ファイバカップ
ラであって、入射した光を二分し一部はそのまま出力す
るが、残りは光ファイバリング共振器内に導く。（９）
は光ファイバ、（１０）は第１のロックインアンプ（５
ａ）と接続される記録計、（１１）は光アイソレータ、
（１２ａ）は光ファイバ（９）が巻き付けられた円筒状
の第１のピエゾ素子、（１２’ｂ）は第２の発Ｓ器（７
ｂ）と接続された第２のピエゾ素子、（１３ｃ）は第３
の増幅器であって、共振器長コントローラ（６）および
第１の発振器（７ａ）の出力信号を増幅して、第１のピ
エゾ素子（１２ａ＞に増幅信号を加える。（１４ａ）は
第１の１／２波長板で７光アイソレータ（１１）を通っ
た光の偏光方向を調整する。＜１４ｂ）は第２の１／２
波長板で、第１のレンズ（２ａ）を通った光の偏光方向
を調整する。（１５ａ）は第２のピエゾ素子（１２ｂ）
上に取り付けられたミラーである。

なお、上記光ファイバカップラ（８）と光ファイバ（９
）とで光ファイバリング共振器を構成している。

従来の光フアイバジャイロスコープは上記のように構成
され、レーザ光源（１）からの出射光は。

光アイソレータ（１１）を通り、１／２波長板（１４ａ
）で偏光方向を調整されたのち、第］のハーフミラ−（
３ａ）で二分され２第１および第２のレンズ（２ａ＞、
（２ｂ）によってそれぞれ光ファイバ〈９）へ入射され
る。光ファイバ（９）に両方向から入射した光は光ファ
イバカップラ（８）を介して、リング状の光ファイバ（
９）内を右回りおよび左回りに伝搬し、その出力光はそ
れぞれ第３のハーフミラ（３ｃ）および第２のハーフミ
ラ−（３ｂ）によって、第２の光検出器（４ｂ）および
第１の光検出器（４ａ）に導かれる。光ファイバカップ
ラ（８）と光ファイバ（９）とで光ファイバリング共振
器を構成しており、レーザ光は、共振器長が下記の式の
条件を満足する時に共振する。

βＬ＝（２ｍ−（１，／２Ｎπ ここで、β−ｎω／Ｃは光ファイバの伝搬定数りは共振
器長１ｍは整数、ｎは光ファイバの実効屈折率、ωは光
の角周波数、Ｃは光速度である。

ジャイロスコープとして動作させるためには、レザ光の
周波数、すなわち動作点を光ファイバリング共振器の共
振点に安定化しておく必要がある。

第３図では、共振器の右回り光を用いて安定化を行って
いる。すなわち、第１のピエゾ素子（１２ａ）を用いて
、リング共振器の共振器長りを角周波数ω、で変調し、
第２の光検出器（４ｂ〉の出力を第２のロックインアン
プ（５ｂ）で検出する。動作点が共振点に安定化されて
いる時は、第２の光検出器（４ｂ）の出力には角周波数
ω、酸成分存在しないため、第２のロックインアンプ（
５ｂ）の出力は０となる。したがって、第２のロックイ
ンアンプ（５ｂ）の出力が常に０となるように共振器長
コントロ〜う（６）、第３の増幅器（１３ｃ）、第１の
ピエゾ素子＜１２ａ）を介して共振器長しにフィードバ
ックをかければ、動作点の安定化が達成される。

回転が生じた時は、右回り光に対しては動作点は共振点
に固定されているが、左回り光はサニヤック（Ｓａｇｎ
ａｃ）効果の分だけ動作点が共振点からずれ、第１の光
検出器（４ａ）の出力には角周波数ω、酸成分現れる。

したがって、第１のロックインアンプ（５ａ）の出力よ
り回転方向と回転角速度に応じた回転検出信号出力を得
ることができる。

光フアイバジャイロスコープにおいては、光ファイバ（
９）の端面における反射光および光ファイバ（９）内に
おけるレイリー散乱光が、右回り光および左回り光と干
渉し、出力に大きなドリフトを生じるため、第２のピエ
ゾ素子＜１２ｂ）と第２の発振器（７ｂ）を用いてミラ
ー（１５ａ）を角周波数ω１で振動させ、左回り光の位
相を角周波数ωで適当な振幅で変調している。また１反
射光を低減するため光ファイバ（９）の両端面を斜め研
磨している。

［発明が解決しようとする課題］ 上記のような従来の光フアイバジャイロスコープでは、
第１および第２のレンズ（２ａ　＞、（２ｂ　）から光
ファイバ（９）へ入射したレーザ光の偏光状態が光ファ
イバカップラ（８）へ到達するまでに光ファイバ（９）
内で温度変動１機械的振動のために変動し、この偏光状
態の変動が出力ドリフトを生じて１回転検出感度を劣化
させるという問題点があった。

この発明は、かかる問題点を解決するためになされたも
ので、温度変動９機械的振動の影響を低減し、低ドリフ
ト高感度の光フアイバジャイロスコープを得ることを目
的とする。

［課題を解決するための手段］ この発明に係る光フアイバジャイロスコープは、レーザ
光源と、このレーザ光源からの出射光を二分岐するため
の第１のハーフミラ−と、光の入射端面が斜めに研磨さ
れている光ファイバカップラと光ファイバとから成る光
ファイバリング共振器と、この光ファイバリング共振器
外部の光路中に設けられた複数の位相変調器と、前記光
ファイバリング共振器内を右回りおよび左回りに伝搬し
た光を２つの光検出器へ導くための第２および第３のハ
ーフミラ−と、レーザ光の角周波数成分を検出する複数
のロックインアンプと、前記光ファイバリング共振器の
動作点の共振点への安定化のための制御系とを備えたも
のである。

［作用］ この発明においては、レーザ光源からのレザ光を光ファ
イバカップラへ導く光ファイバが除去されたことにより
、光ファイバカップラへ入射するレーザ光の偏光状態が
温度変動や機械的振動の影響を受けにくくなり、出力ド
リフトが低減され、また光ファイバカップラの入射端面
が斜め研磨されていることにより８反射光の影響が低減
される。

［実施例］ 第１図はこの発明の一実施例による光フアイバジャイロ
スコープの構成を示す図である０図において、第２の１
／２波長板（１４ｂ）と第１のレンズ（２ａ）間の光路
中に配置された第２のミラ（１５ｂ）および第３のハー
フミラ−（３Ｃ）と第２のレンズ（２ｂ）間に光路中に
配置された第３のミラー（１５ｃ）を新たに設けた以外
は従来のものと同様である。

第２図は第１図の光ファイバカップラ（８）の構成図で
ある０図において、第２図＜ａ）は光ファイバカップラ
（８）の上面図、第２図（ｂ）は光ファイバカップラ（
８）の側面図である。（８ａ）は第１のガラスブロック
、（８ｂ）は第２のガラスブロックで、第１および第２
のガラスブロック（８ａ）。

（８ｂ）で光ファイバカップラ（８）を構成している。

上記のように構成された光フアイバジャイロスコープに
おいて１回転検出は第３図に示す従来例と全く同様にし
て行う、すなわち、角周波数ω。

で光ファイバ（９）と光ファイバカップラ（８）からな
る光ファイバリング共振器の共振器長を微少に変調し、
この光ファイバリング共振器を右回りに通過したレーザ
光を第２の光検出器（４ｂ）で検出する。さらに、レー
ザ光強度に含まれる角周波数ω、酸成分第２のロックイ
ンアンプ（５ｂ）で検出し　それが常に０となるように
共振器長コントロラ（６）を用いて共振器長にフィード
バックしレーザ光の周波数、すなわち動作点をリング共
振器の共振点に安定化する。回転が加わった場合サニヤ
ック効果のため左回り光については動作点が共振点から
ずれるため第１の光検出器（４ａ）の出力には角周波数
ωコ成分が現れる。それを第１のロックインアンプ（５
ａ）で検出することにより回転方向と回転角速度に応じ
た出力を得ることができる。また、従来例と同様に、第
２のピエゾ素子（１２ｂ）と第２の発振器（７ｂ）を用
いて第１のミラー（１５ａ）を角周波数ω１で振動させ
、左回り光の位相を角周波数ω、で適当な振幅で変調し
て、光路中での反射光および光ファイバ〈９）内におけ
るレイリー散乱光の影響を低減している。従来例におい
ては、レーザ光源（１）からのレーザ光を光ファイバカ
ップラ（８）へ導くため光ファイバ（９）を用いていた
が、この実施例においては、し−ザ光を光ファイバカッ
プラ（８）へ導くための光ファイバ（９）を除去し、光
ファイバカップラ（８）の入射端面へ直接レーザ光を入
射している。このため、温度変動や機械的振動による光
フアイバ中での偏波状態の変動がなくなり２偏波状態の
変動に起因する出力ドリフトが大幅に低減される。また
、光ファイバカップラ（８）の入射端面は２第２図に示
すように斜め研磨されており、従来例と同様にレーザ光
の入射端面における反射光を低減し反射光の影響による
出力ドリフトを低減している。

［発明の効果］ この発明は以上説明したとおり、レーザ光源と、このレ
ーザ光源からの出射光を二分岐するための第１のハーフ
ミラ−と、光の入射端面が斜めに研磨されている光ファ
イバカップラと光ファイバとから成る光ファイバリング
共振器と、この光ファイバリング共振器外部の光路中に
設けられた複数の位相変調器と、前記光ファイバリング
共振器内を右回りおよび左回りに伝搬した光を２つの光
検出器へ導くための第２および第３のハーフミラ−と、
レーザ光の角周波数成分を検出する複数のロックインア
ンプと、前記光ファイバリング共振器の動作点の共振点
への安定化のための制御系とを備え、レーザ光源からの
レーザ光を光ファイバカップラへ導く光ファイバを除去
し、レーザ光を光ファイバカップラの入射端面へ直接入
射するようにしたので、温度変動や機械的振動によるレ
ザ光の偏光状態の変動が低減され、低ドリフト高感度の
装置が得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による光フアイバジャイロ
スコープの構成図、第２図は第１図の光ファイバカップ
ラの構成図、第３図は従来の光フアイバジャイロスコー
プの構成図である。 図において、（１）・・　レーザ光源、（２ａ）第１の
レンズ、＜２ｂ）・・・第２のレンズ、（３ａ）・第１
のハーフミラ−、＜３ｂ）・・・第２のハフミラー、（
３ｃ）・・・第３のハーフミラ−（４ａ）・・・第１の
光検出器、（４ｈ）・・・第２の光検出器、（５ａ＞・
・　第１のロックインアンプ、（５ｂ）　　・・第２の
ロックインアンプ、（６）・・・共振器長コントローラ
、（７ａ）・・・第１の発振器、（７ｂ）・・・第２の
発振器、（８）・・・光ファイバカップラ、（９）・・
・光ファイバ、（１０）・記録計、（１１，）・・・光
アイソレータ、（１２ａ）・・第１の、ピエゾ素子、Ｉ
：１２ｂ）・・・第２のピエゾ素子、（Ｌ３ａ）・・・
第１の増幅器、（１３ｂ）・・第２の増幅器、（１３ｃ
）・・・第３の増幅器（］、４ａ）−第１の１／２波長
板、（１４ｂ）−−・第２の１／２波長板、（１５ａ）
・・・第１のミラー、（１５ｂ）−−−第２のミラー、
　（１５Ｃ）−−−第３のミラーである。 なお、各図中同一符号は同−又は相当部分を示す。 代理人　　　曽　　我　　道　　照 革１図 ２ａ＋第１ｈじに ２ｂ　　＋　凡２勇Ｌ％＋ス。 ３０、席１り八−７！う− ３ｂ、昂２の１１−７ミラー ３ｃ；；−；；３＋−シバ−７！１− １２０　冷１のブーｆＮ） ］２ｂ、昂２のげ；デｆ） １３ａ１％１ｎ壇幅恩 ］３ｂＸ第２の増？＆藩 ＋３ｃ　　外３の増幅器 ８　°　光７フイ八°°力９フ゛う ９、たフフイ／ｌ″ １１　　光フイｙＬ−タ １５ａ　　厚１のミラー ＋ｓｂ−冷２Ｉ）ミラー １５ｃ、熱３力い− ｙＩ！Ｅ、２図 （Ｑ） 事件の表示 特願平 １−１９４９号 発明の名称 光フアイバジャイロスコープ 補正をする者 事件との関係　　特許出願人 住　所　　　　　東京都千代田区丸の内二丁目２番３号
名　称　　（８０１）三菱電機株式会社代表者　志岐守
哉

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. レーザ光源と，このレーザ光源からの出射光を二分岐す
   るための第１のハーフミラーと，光の入射端面が斜めに
   研磨されている光ファイバカップラと光ファイバとから
   成る光ファイバリング共振器と，この光ファイバリング
   共振器外部の光路中に設けられた複数の位相変調器と，
   前記光ファイバリング共振器内を右回りおよび左回りに
   伝搬した光を２つの光検出器へ導くための第２および第
   ３のハーフミラーと，レーザ光の角周波数成分を検出す
   る複数のロックインアンプと，前記光ファイバリング共
   振器の動作点の共振点への安定化のための制御系とを備
   え，前記レーザ光源からのレーザ光は前記光ファイバカ
   ップラの入射端面へ直接入射するようにしたことを特徴
   とする光ファイバジャイロスコープ。