JPH02186217A - 所定パラメータを測定する装置及びその方法 - 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） 本発明は、セロダイン＜５ｅｒｒｏｄｙｎｅ’）変ユリ
により駆動される集積光学位相変調器の応用、特に、集
積光学位相変調装置を用いパラメータ（物理ｆ７ｔ）を
測定する装置及び方法に関する。

（従来技術の説明） 集積光学位相変調器は、光学デバイスの分野では周波数
シフトに広く使用されている。このような変調器の応用
例として、光信号に所望な位相シフト（移相）を行う為
にこの変調器を鋸歯状波形で駆動することが挙げられる
。

上記移相は、クローズド（ｃｌｏｓｅｄ）ループ又はオ
ーブンループ系にして行われる。

ゼロダイン駆動の変調器の応用例として、特に、光フア
イバジャイロ、通信回路、コヒーレント光に基づくセン
サ等がある。光フアイバジャイロ（スコープ）への応用
例を以下に示す。但し、他の応用例があることに注意さ
れたい。

光フアイバジャイロに於いて、コヒーレントな光ビーム
は、２つのビームコンポーネントに分割される。このビ
ームコンポーネントは、光フアイバコイルの各端に放出
され、再結合されるまで反対方向に伝搬し、光学検出用
コイルを横切った後、例えば、検知器でのフリンゲ（縞
）のパターン（模様）のような干渉現象を形成する。

例えば、上記コイルの平面と直交するコンポーネントを
ｆＴする回転を受けると、サグナック効果として知られ
る非往復（１つのビームに働き他方には働かない）位相
シフトが２つの反対方向伝搬ビーム間に生じ、干渉現象
の変化、例えば、縞模様にシフトが生じる。この縞模様
のシフトの大きさと方向とは、各々軸の回りのコイルに
掛かる回転速度と回転方向に比例する。

先ず、サグナック効果は、直線路及び回転路での光の挙
動を扱う単純なケースを考察することにより理解されよ
う。

最初に、同じ速度で高速道路を１台が他の（台に追従す
る２台の車両を考えてみる。この時後方の車両に居る人
間が０７Ｘ方の車両に居る人間に向って第１の野球ボー
ルを投げる。又、その際、後方の車両が走行道路側面に
立っている別の人間を通過する瞬間、前方のトラックに
居る人間に第２の野球ボールを投げる。第１の野球ボー
ルは、後方車両から前方車両まで空気を介して車両の共
通速度とボールが放たれた初期速度を加えた速度で投げ
られる。初期速度が等しく空気摩擦損失を無視すれば、
第２の野球ボールは明らかＩこ第１のボールより初期速
度分ある為遅れて到達する。

次に、同じ２台の車両が同じ経路を同じ一定速度で再度
走行する場合を考えてみる。この場合、夜間とする。

後方車両にいる人間がフラッシュライトを有し前方車両
の人間が光検出器を有している場合である。同様にして
、道路にいる人間もフラッシュライトを有する。

後方車両が走行道路にいる人間のそばを通過する時、両
方のフラッシュライトがオンとなる。等方媒体に於ける
光速度が基準フレームと独立ならば、検出器を持ってい
る前方車両の人間は、同時に、検出器で２つのビームを
受光することとなる。

第２の例では、光フアイバジャイロと比較するため光以
外の同じ場合を考察してみる。（その方が、サグナック
効果を素人に対し十分に理解されよう）。

非常に小柄な人間がレコードプレイヤの回転ディスクの
縁に立っており、このレコードプレイヤには、上記人間
の居る場所を除く縁周囲の頭縁に沿って長い金属管を有
しているとする。又、その人間が２つのピストルを持ち
、上記金属管の２つの開口部の間に立っているとする。

もし彼が同時に開口部に向って銃を撃ち、すぐその場を
出て開［１部の間の空間に標的を挿入すると、同時にそ
の金属管から出る２つの銃弾が観察することが出来、標
的に同時に当たることが観察される。

一方、」二足金属管が光ファイバであり、又、ピストル
と標的との代わりに２台のフラッシュライトと１台の光
検出器を使えば、ディスクの回転方向に沿って伝搬する
フラッシュライト（照明器）からの光ビームは、その検
出器までの距離からして反対方向から到達するビームよ
りも長い時間かかって上記検出器に到達する。元来、い
ずれかの基準フレームと光とは独立しているので、ディ
スクの回転方向に沿うビームは、回転反対方向のビーム
よりも長い距離走行しなければならない。又、各々のビ
ームに対する距離は、光ファイバの長さとは特定のビー
ムの遷移時間中のディスクの移動量分異なる。これら相
異は、両ビームを再結合させ・種々の積極的（ｃｏｎｓ
ｔｒｕｃｔ　１ｖｅ）及び消極的（、ｄｅｓｔｒｕｃｔ
　１ｖｃ）干渉を起こしディスクの速度及び方向に各々
応じて大きさと方向とが変わる干渉縞を作る。

２つのビーム間の位相差は、位相変調器に結合する検出
器の出力を使用するコイル内のビームに更に非往復位相
シフトを行わせることにより零にすることか出来る。概
念的には、「フィルを零にする」ことは、スケールが読
み取れる零位置になるまで患者の重量が違った重りを摺
動することにより零とする不均衡を生むような医者のス
ケールを使用することに似ている。光ファイバジャイロ
スコープでは、医者のスケールとは異なり、患者の重量
即ちジャイロの軸の回りの角回転速度は、連続して変化
しても良い。

サグナック効果は、縞のシフトの大きさと方向を検出し
、又、変７Ｊ８器を駆動してシフトを零にするのに必要
な位相補償を与える駆動信号を出す制御回路により自動
的に補償できる（即ち零にすることが出来る）。角速度
に正比例させるために必要な位相補償度が測定可能であ
る。

集積光学位相変′：Ａ器を含む種々の変！！！器は、公
知である。このような変′：Ａ器は、チタンで拡散しな
いリチウムニオブ酸塩（ｎｉｏｂａｔｅ）クリスタル、
又は、−船釣には、電圧誘起電界により変化４−る回折
指数を有することが可能な光学材料からなる。この電界
は、零入力（ｑｕｉｅｓｃａｎｔ）（非付勢）指数（又
は、この零入力指数の１：又は以下のある選択指数値で
もよい）より上又は下側に回折指数を上げるか下げる為
に異なる極性でに記光学材料に印加される。単一の変調
器は、１つのコンポーネントビームがコイルに入り他の
コンポーネントビームがコイルを出る時の１つのコンポ
ーネントビームの位相をシフトする位置にあるようにす
るため、コイルの一端又はその近傍に位置ζる。変’Ｊ
Ｍ７Ｃ＝がコイルの中央に位置するならば、その効果は
両方に存在するビームに対し同時であり同等効果は引き
起こさない。しかしながら、所望な非往復的効果は、そ
れだけでは所望な効果を引き起こさない変調器の非対称
の位置決めにより引き起こされるだけでなく、変調器に
印加する電圧が傾斜的に変化しそのため同時にコイルの
別々の端を入る一対の光パケット（ｐａｃｋｅｔ）は、
位相変調器が異なる回折指数を持つ特異なる時間で変調
器を伝搬するという事実によってら生じる。従って、異
なる遅延度合を有することとなる。

光フアイバジャイロ用位相変調器に対する閉塞ループの
駆動回路は、概念的には、両方のビームが同一の長さの
コイルを常に“見る°か、同一の長さのコイルを見せ掛
けで横断するようにさせ、丁１つ、同時にこのループか
ら出るようにする為に、両ビームに対し位相変調器が（
ジャイロの回転方向に応じて）コイルを異なる度合いで
“長くする“又は°短くする“ようにするものであると
して考察してもよい。勿論、」二足パラグラフで述べた
ように、コイルの長さは、実際には変化しない。

むしろ、」−記効果は、ループの小部分の（変調器によ
り占有される）回折指数を連続的に変化させることによ
り達成される。この結果、２つのビームに異なる度合い
の遅延をかけることとなる。閉塞ループでコイルを最終
的には零にするのに必要な変調電圧のレベルと方向とは
、光フアイバジャイロの回転速度に正比例する。ランプ
電圧を使用して変調器を駆動させると、その電圧のスロ
ープは、ジャイロの回転速度の変化に比例して変化する
ように設定されることが行なわれる。この時、正のスロ
ープは負のスロープによって指示されるものと反対方向
の回転を指示する。

もし変調器の回折指数が制限なく増加又は減少でき、両
極性の大きさが不定である電圧源が人手できれば、必要
な限りコイルを零にするため変調度を増加又は減少させ
ることが可能である。（このことは、上記医者のスケー
ルの例では、スケールの測定能力を越えて増加する患者
の重量に似ている）。勿論、上記のことは例外であり、
通常は、一定振幅の鋸歯状波形が位相変調器に印加され
、その周波数が回転速度を示し、その極性の変化するス
ロープが回転方向を指示している。（例えば、周波数シ
フトを行うために使用される鋸歯状波形の最初の従来例
として米国特許第２．９２７．２８０号（１９６０年３
月１日発行）を参照されたい。本特許には、クライスト
ロンの鋸歯状波形変：Ｊ８（効率的１００％）対従来技
術の正弦波変調方法（不要な周波数を除去するためにフ
ィルタを使用することが必要なため効率が約３４％）の
効率を開示している。しかしながら、なにも特殊な鋸歯
状波形駆動回路は詳細に開示していない。）（従来技術
の問題点） 変調器に対し鋸歯状波形を使用することは、波形の周期
が不連続となるという問題が発生する。

そのうし最も問題となる課題は、不連続それ自身の継続
期間と不連続継続時間が零とならない原因となる不要な
高調波の存在である。

勿論、両方を最小限に抑えることは望ましいことである
。（光フアイバジャイロに於いて）一定のフライバック
期間がコイルを零にするのに必要な位相シフトと回転速
度との間の正比例関係に悪影響を及ぼすことは、「鋸歯
状波形による位相変調されたフィードバックを持つ閉塞
ループの光ファイバ　ジャイロスコープ」という名称で
オブテイ・ツク　レタース、第１０巻、Ｎ０９６の１９
８５年６月に出たニー、エバーグ及びジー、シフナーに
よって書かれた書簡で研究されている。この書簡では、
はぼ理想的な鋸歯状波形のフライバック期間は期間全体
のおよそ２パーセントであることを示唆している。（本
吉簡の第６図、添付見出し、及び第３０１頁から第３０
２頁に関するテキストを参照のこと。） 所謂、理想に近い２％のフライバック期間を有するこの
ような閉塞ループ制御回路に於いて使用される鋸歯状波
形発生器は、具体的には、コンデンサ、放電スイッチ、
及び変調電圧の大きさを示すフィードバック信号に応動
する放電可能な積分器を形成する演算増幅器（オペアン
プ）に並列に接続された位相変調器からなる。積分器の
コンデンサに掛かる電圧（電荷）（又、変調器に現れる
）は、積分器の出力が鋸歯状波形の所望一定振幅に対応
する選択レベルを越えていると比較器によって検出する
毎に放電される。この回路構成では、鋸歯状波形の周波
数が、上記ジャイロの回転速度に正比例する。又、デジ
タル周波数カウンタを、角速度、又は、角度に変換出来
る周波数を読み取るように接続出来る。

従来技術で使用される別の鋸歯状波形発生器は、米国特
許第３．９５２．３０６号（１９７６年４月２０日発行
）に示す一定ピーク振幅周波数可変鋸歯状波形を発生す
る発生器の閉塞ループ版である。この回路は、掃引発生
器の出力（例えば、鋸歯状波形発生器）を使い、キャパ
シタ（コンデンサ）を充電して可変周波数鋸歯状波形の
ランプを与える電流源と、放電回路を介しコンデンサが
放電される周波数を制御する電圧制御型マルチバイブレ
ータとの両方を駆動する。又、コンデンサの鋸歯状出力
電圧は、負荷に低いインピーダンスを与える為にバッフ
ァアンプに送られる。

（」二足米国特許第３．９５２．３０６号で記述される
ことは、電流源を使用してコンデンサに直線的に充電し
、スレンヨルドレベルを設定し、コンデンサを放電する
ためのユニジャンクショントランジスタを使用ケるセロ
ダイン方法である。該電流源は、鋸歯状波形の周波数を
変化させるためにｌ′ｉＪ変としている。しかしながら
、１０　ｋ　Ｉ（ｚまでの周波数では満足することが判
明したが、ユニジャンクンジントランジスタでの遅延発
生により、１０　ｋ、　Ｈｚ以上の周波数では、振幅の
変動が周波数を掃引したとき起きた。）（上記特許のコ
ラムＩ、ライン（線）２０から２８までに示す開示内容
を参照の事。） セロダイン方法を使った周波数シフトの場合、ランプ（
ｒａｍｐ）がリセットされると、絶対位相シフトの鋸歯
状波形のピーク値がコヒーレントな光の波長の整数分に
等しくない（２ラヂアンの位相シフト）ならばループ上
の光伝搬遅延期間中に検出器に乱調が起きる。換言すれ
ば、各鋸歯期間の終了で行われた位相変調の最大振幅は
、ファイバコイルに伝搬する全波長の１又はそれ以上と
等しくなければならない。リセット時の瞬間位相変調度
は、１つのコヒーレントの光の波長より大きいか小さい
値であるならば、互いに反対方向に伝搬する光波はコヒ
ーレントな周期の全く同じ相対点ではリセットされない
。このことは、各コヒーレントのサイクルが他のコヒー
レントのサイクルに対して早期又は遅れて始まる変調と
なり、そのため位相誤差を伴う。

位相を零とした点でのこの位相誤差を取り扱う方法とし
ては、受光器を誤差からゲートすることであり、ランプ
時間からの信号を使用してセロダイン変調のランプ波形
の周期を制御することが挙げられよう。

リセット期間からの誤差信号も第２の制御ループでのＶ
２ｐ＋スレショルドを制御するのに使用可能である。

この事について、エイチ、シー、レフエブレービー、エ
イチ、グレインドルグ、エイチ、ジェイ。

アルヂッチ、ニス、バトウ、及びエム、バプチョンによ
る「デジタル位相ランプを使用した二重閉塞ループ　ハ
イブリッド　光ファイバ　ジャイロスコープ」を参照さ
れたい。本文献では、新しい周期と古い周期との比を、
その初期値からジャイロ　スケール　ファクタを更新す
るのに使用可能であると記述している。従って、不正確
なセロダイン変コ〜の振幅制御によるスケールファクタ
のドリフトは、上記方法で補償可能である。

エイチ　ンー、レヘプレ他による上記文献では、アナロ
グのランプに代わりファイバセンシングコイルを介する
群伝搬時間に対応するステップ継続時間を持つ位相ステ
ップを使用することがＩＩＪ能であることを示唆してい
る。

本発明の目的は、集積光学位相変調器のゼロダイン位相
変調に関連するパラメータを測定する新規な装置及びそ
の方法を提供することにある。

（間麗点を解決するための手段及び作用）上記目的を達
成する為本発明に係る上記方法に於いて、ａ）集積光学
位相変調器に電荷を蓄積し第１電荷１を蓄積するとサン
プル信号を出力し、ｂ）前記サンプル信号に応答して、
而記位相変調器から第２電荷量を除去し、ｃ）１１η記
サンプル信号の発生回数を計数してこれにより所定パラ
メータの大きさを指示する工程からなることを特徴とす
る。又、上記目的を達成するため、上記本発明に係る装
置は、ａ）集積光学位相変調器に電荷を蓄積し第１電荷
量を蓄積するとサンプル信号を出力する第１手段と、ｂ
）前記サンプル信号に応答し、前記位相変調器から第２
電荷頃を除去する第２手段と、Ｃ）前記サンプル信号の
発生回数を計数しこれにより所定パラメータの大きさを
指示する第３手段とからなることを特徴とする。

従来の装置及び方法では、前記位相変調器の持つ固有容
量を考えてこの位相変調器から、測定パラメータを示す
ランプ電圧とその周波数に応じ出来るだけ速く放電させ
たに過ぎないという不便さがあった。一方、本発明に係
る位相変調器では、この位相変調器を角度情報の電荷と
いう形の倉庫と考えている。この考察から、新規な測定
技術が使われて上記電荷を制御して取り出し測定パラメ
ータのより信頼性のある指示値を達成させている。

上記のように、同一の′；５２所定ｍの蓄積電荷が４二
記の第２所定量になる毎に放電させる。又、測定信号の
発生回数がパラメータの大きさを示すものとして３を数
される。以上が、本発明の第１の特徴である。

更に、上記本発明に於いて、電流制御信号の大きさに応
じて、その１を変化させて電荷を上記位相変調器に送っ
ている。このことにより、ランプ変調電圧を上記集積光
学位相変Ｆｌ器に供給することとなる。従って、該変調
器の持つ固有容１がこの電荷を蓄積する。又、このラン
プ電圧が所定！１１（−上記参照）を越えると、放電す
る。更に、この位相変調器自身がランプ変調電圧を与え
るのでＬ記位相変調４を伝搬する先のランプする位相ソ
フトが行なわれる。

に２第１の特徴を有する上記装置及び方法では、抵抗が
、電流源と位相変調器の間に接続されている。これによ
り、駆動回路自身の一定の電気伝搬遅延に関連して起き
る鋸歯状波形自身の周波数変動のために生じる種々の鋸
歯状波形のオーバシュート分が補償される。この抵抗の
抵抗値は、可変電流源からの電荷を蓄積するため使用さ
れる容量によって除算される電気伝搬遅延に等しく設定
される。

」上記第１の特徴を有する装置及び方法では、電荷が集
積光学位相変調器から一定の割合で、繰り返し所定期間
、位相変調ムに電荷が貯蔵される割合に応じた周波数で
引き出される。所定期間毎の引き出し量は、周知の電荷
量であり、又、貯蔵電荷墳は、測定パラメータ、例えば
、ジャイロの回転角に正比例するので、所定期間毎の引
き出し量は、測定パラメータ、例えば、角度のような測
定パラメータを表わし、これが合計されて全回転角を示
すか、あるいは、時間と比較され回転速度を得る。

又、上記目的を達成するために、本発明に係るＬ記装置
及び方法では、集積光学位相変調器が周波数可変鋸歯状
発生器の一部として接続されている。位相変：ＪＮ′ａ
の回折指数が鋸歯状波形信号に応動して変調される。こ
の鋸歯状信号は、集積光学位相変調器のｉＴする固有容
量により位相変調器に現れる電圧で与えられる。この固
有容量は、可変電流源に接続されている。可変電流源は
、電流制御信号に応動して偵を変えてこの固有容量を充
電するために使用される。この固有容１の電荷を鋸歯状
波形信号とする。この電荷は、」二足容量に接続された
スイッチにより周期的に放電される。このスイッチは、
ｔＥ歯状波形信号及び基準信号に応動するコンパレータ
（比較器）により供給される放電信号に応動して上記容
重を放電させる。コンパレータは、基Ｑ電圧レベルより
も大きい鋸歯状信号を検出すると、上記放電信号を出す
。以上が、本発明に係る上記装置及び方法の第２の特徴
である。

上記第２の特徴をａする装置及び方法では１．上記のよ
うに構成された駆動回路が、閉塞ループ状態で接続され
集積光学位相変調器を駆動し光フアイバジャイロ用検出
コイルの２つの互いに反対方向に伝搬するビームＪｊＤ
の位相差を示すフィードバック信号に応動して上記検出
コイルの零化を制御する。

又、上記第２の特徴を有する駆動回路は、２つの等しい
電流を与える電流スプリッタを入れることにより変更し
てよい。その等しい大きさの電流の一方は、閉塞ループ
で使用され集積光学位相変調４を駆動してコイルの２つ
の別方向伝搬ビーム間の位相差を示すフィードバック信
号に応動し光フアイバジャイロの零点を制御するのに使
用される。他の等しい電流は、鋸歯状波形のリセットに
よっても乱されない電荷蓄積にのみ使用される。

上記のように本発明に係る所定パラメータを測定する装
置及び方法の特徴は、総て、特許請求の範囲に記載され
ている如くである。

発明者の於いては、測定パラメータとして鋸歯状波形電
圧でなく集積光学位相変調器固有の容量に充電された電
荷に技術の焦点を変えることにより測定技術の高精度化
に多大な貢献をしている。

従来から、後者の電荷についてはリセット時（ブランキ
ング期間）問題にされず鋸歯状波形の電圧と周波数とを
測定の基準として使用していた。このような基準は高周
波数では不精確になることを考慮すれば、上記測定技術
に価値のある貢献をしていることとなる。又、この不精
確となる原因としては、例えば、高速のコンパレータで
は低速のコンパレータよりもその電圧の精度か低いこと
による。

本発明は、上記のように、集積光学位相変調器を直接可
変電流源により充電され鋸歯状波形のレベルが所定レベ
ルを越える毎に放電スイッチによって周期的にダンプさ
れるコンデンサからなるほぼ一定振幅で周波数可変の鋸
歯状発生器に接続するごとにより、鋸歯状波形の周期全
体の２％以下のフライバック周期が、高い信頼性、高い
直線性、及びリンギングが殆ど無い状態で達成されるわ
けである。発明者は、フライバック期間又はリセット期
間を試験した。この時、その値は２マイクロ秒の全鋸歯
状波形アクティブ期間の０．３％を示した。このような
値を示すことは、変調がかなり高い精度を持って行われ
ていることである。

従来の方法では、演算増幅器（オペアンプ）からなる積
分器を使用すると、オペアンプは放電スイツチと整合さ
れずフライバック期間を遅らせたり又波形のリンギング
が生じていた。又、従来からバッファ増幅器をコンデン
サと負荷との間に配設することにより負荷自身が低いイ
ンピーダンスの場合、負荷により低い出力インピーダン
スがみられることが確認されている。

しかしながら、集積光学位ｍ変Ｂ器の場合、発明者は、
この変調器はそれ自身高いインピーダンスの容量負荷で
あるから、コンデンサと負荷との間に低い出力インピー
ダンスの電圧増幅器又はバッファを設けることは、全く
不必要であり悪い影響を及ぼす。このような不要なデバ
イスを回路全体から取り除くことと性能を著しく改りす
ることにより、集積光学位相変！ｌｌ器を用いた光位相
変調技術に多大な貢献をすることとなる。

本明細弁に開示する技術は、通常のデジタル技術より優
れたものである。

何故ならば、デジタル技術は、オペアンプの使用を意味
し、且つ、検出された縞をデジタルの位相ランプに変換
するデジタル−アナログ（Ｄ／Ａ）全換器のようなデバ
イスの使用を意味する。

一方、本発明では、可変電流源に直接結合された集積光
学位相変調器の有する固有の容量を使用することにより
、新漬のセロダイン変調が、鋸歯状波形のオーバシュー
トに対し簡単に補償して簡ｒＩｔにしかも直接に達成さ
れるものである。

（実施例） 以下、添付図面を参照して本発明に係る所定パラメータ
を測定する装置及びその方法の実施例を詳細に説明する
。

第１図は、集積光学位相変調器及びその周辺回路を示す
。

第１図に於いて、集積光学位相変調器１２を伝搬する先
にランプ位相シフトを与える回路１０が備えられている
。この位相変」Ｉ２に加えて、上記回路１０は、高出力
インピーダンス可変電流源１４と、位相変調器ｔ２の電
圧を測定するコンパレータ１６と、可変電流源１４によ
り位相変調ｎ＋２に送られそこでその固有古漬により蓄
えられた電荷を減衰させるスイッチ１８とからなる。

又、所望ならば、外付けのコンデンサ２０を付加５ｆｆ
ｉ（キャパシタンス）を加えるため位相変調器１２と並
列に備えて良い。

ライン２２上の制御信号により可変電流源に指令を与え
所定選択レベルの電流２４を与える。ライン２６上の基
準信号がコンパレータＩ６の一方の人力に与えられ他方
の入力には位相変調器１２からの信号が入る。位相変Ｄ
ＭＥの電圧がライン２６の基準電圧の大きさを越えると
、コンパレータ１６はスイッチ１ｇを閉塞するためライ
ン２８にダンプ信号を与える。その結果、位相変調器Ｉ
２の容１内に蓄えられた電荷を減衰（ｄ　ｕ　ｍ　ｐ　
）させる。この電荷蓄積エネルギは、スイッチ１８の内
部抵抗を介して放出される。

第２図は、第２Ａ図と第２Ｂ図とからなり、第１図に使
用される同じ参照符号を使用し、本発明を光フアイバジ
ャイロに適用可能な装置の詳細なブロック図である。

第１図に於ける同じ参照符号で示す構成要素に加えて、
第１図に示すオーパンニート補償抵抗３２からなる付加
構成要素がある。しかしながら非接続状態である。所望
ならば、ジャンパ３６を取り除くことによりノード３４
とノード３５との間で接続は可能である。

第２図に於いて、マイナス５ボルトとプラス５ボルトの
間で変化するライン２２上の両極ＤＣ信号がバッファ３
７の非反転入力端子（第２Ａ図のＩＯで示す）に入る。

バッファ３７は該ＤＣ信号をバッファし高出力インピー
ダンス可変電流源１４に送る。この可変電流源１４は、
例えば、ノード３４から見れば高インピーダンスを形成
する公知の方法で接続される複数のトランジスタからな
る。図面に示す電流源１４は、ライン２４でノード３４
に於いてプラス、マイナス７３５マイクロアンペアの値
で大きさが上記ＤＣ信号に応動して変わるいずれか一方
の極性の電流を出力する。

この電流は、集積オブチック位相変調器Ｉ２に固有な容
Ｍに送られる。又、所望ならばノード３４に正又は負方
向のランプ電圧を発生する付加容量（コンデンサ）２０
にも送られる。ノード３４での電圧は、コンパレータ１
６内の一対のライン２６ａとライン２６ｂ上の一対の基
準電圧（＋ＶＲＥＦ、　−Ｖ　ＲＥＦ）と比較されるよ
うにランプアップ（斜めに上昇）する（絶対方向で）。

コンパレータ１６（第２Ｂ図）は、ノード３４に高イン
ピーダンス入力を与え、ランプ電圧を２つのコンパレー
タ４２．４４の各々の一方の入力端子に与えるバッファ
４０を打する。２つのコンパレータのうち一方は、ノー
ド３４での正又は負方向のランプ信号がライン２６λ又
は２６ｂの内の基準電圧（十Ｖ　ＲＥＦ、　−Ｖ　ＲＥ
Ｆ）を（絶対的意味で）越えた場合トリガされる。

次に、一対のライン４６．４８のいずれかは、ライン２
８上のダンプ信号をスイッチ１８に与えるＮＯＲゲート
５０に出力（ｌｏｗ　　１ｅｖｅｌ）信号を与える。ラ
イン４６．４８上の再生信号は、アップダウン（ＵＰ／
ＤＯＷＮ）カウンタ又は周波数カウンタに送られる。こ
のカウンタは、この再生周波数を所望のように絶対角又
は角回転速度に関係付ける。

鋸歯状波形の周期よりは時間が短い。しかしながら、ダ
ンプ信号の立ち上がりから適当なコンパレータが基準電
圧以下を検知し、出力を出さなくするに十分な）１の放
電をコンデンサが行うまでかかる時１７０と少くとも同
じであるとする。この長すぎる信号を非常に短い信号に
変換する為に、ライン２８−トの信号は、最初に（セル
フ）リセットワンソヨット回路５２に送られる。このワ
ンショト回路５２は、この信号に応動して、約４０ナノ
秒鮭続するライン５４に短い継続パルス信号を送る。

このライン５４上の信号パルスにより、高速スイッチ５
６が、低抵抗で、位相変調ｉ１２の電荷を一対のスイッ
チ５８．６０の並列抵抗に入れ貯蔵したエネルギが放出
される。上記のようにコンデンサ２０ら又十分なレベル
の電流を与える為に位相変コ、す器■２が有する容量と
並列に接続しても良い。

換言すれば、コンデンサ２０がなくともライン２４の？
［ｔｄレベルは、１００マイクロアンペア以下のレベル
でよいのであるが、これ以下では変調精度の点で作動す
るには困難となるので上記容量を加えるものである。

本発明の重要な事は、回路の伝搬遅延を自動的に修正す
るためにノード３４とノード３５との間に挿入された抵
抗３２を使用していることである。

抵抗値は、ノード３４から、コンパレータ１６、スイッ
チ１８を介し、ノード３５までの幾つかのコンポーネン
ト伝搬遅延を最初に決定することにより算出してよい。

これは、以下により特徴付けられる。

Ｖｅｒｒｏｒ　　−＝　　Ｃ（＋）（Δｔ　ｄｅｌａｙ
）　］／Ｃ。

ここで、 」二の式で、ｉは、抵抗３２に流れる電流を△ｔ　ｄｅ
ｌａｙは、ノード３４からノード３５までの伝搬遅延を
、Ｃは、位相変調器の容量とコンデンサ２０との和を表
わす。

Ｖｅｒｒｏｒ　　＝ｉ　　ｘ　　Ｒなので、所望抵抗（
Ｒ）はコンデンサ値によって除されたデルタ時間遅延（
△ｔ　ｄｅｌａｙ）に等しい。

第２図の実施例に示す回路については、コンパレータと
スイッチとを介してノード３４からノード３５までの時
間遅延は、はぼ２１９ナノ秒である。（位相変調器１２
の固有容量は、２０ｐＦ（ピコファラッド）とする。） 発明者は、使用デバイスが異なれば異なる種々の伝搬遅
延となることを製造者の仕様を参考とすることにより演
算した。可変周波数鋸歯状波形周期に対する割合として
の遅延により生じたオーパンニートの度合いは、鋸歯状
波形周波数が回転速度が増加すると高くなることから増
大する。伝搬遅延が固定され、且つ、鋸歯状波形の周期
が可変であれば、オーバシュートによる誤差は変動し又
高い鋸歯状波形の周波数では更に顕著になる。５００　
Ｋ　＋−１ｚの最大ランプ速度については、この遅延は
ランプ周期のほぼ大部分を示す。ところが抵抗３２の存
在により自動的にノード３４からノード３５までノード
３４での電圧をノード３５での電圧よりも高くする（絶
対値の意味で）ことにより電圧が伝搬するのを待ってい
る門生じるいずれのランプ電圧のオーバシュートを補償
する。この結果、ランプ電圧がトリ、ガポイントにじき
に到達すると、コンパレータは応答する（コンデンサ１
２．２０で表される全容量）。「じきに」とは鋸歯状波
形の周波数とは無関係に電気伝搬遅延に等しい。この効
果は、補償抵抗３２に流れる電流のレベルの増加又は減
少により生じる。これは、鋸歯状波形の増加するスロー
プ又は減少するスロープが、ランプ電流のスロープのい
ずれかの変化と完全に一致する補償抵抗の電圧を自動的
に増加させているからである。鋸歯状波形の周波数の変
動は、伝搬遅延によって表される鋸歯状周期の一部を変
える。しかし、このような変化は、補償抵抗３２へ流れ
る電流の増加又は減少により自動的に補償される。

又、第２図はモニタ６６により回転速度を監視する第２
の方法を示す。

このモニタ６６は、インダクタ６８と、電流電圧変換器
７０と、電圧増幅器７４と、ライン７６とからなる。イ
ンダクタ６８は、連続電流を上記ｍ流電圧変換器７０に
送る。電流電圧変換器７０は、ライン７２の電圧信号を
電圧増幅器７４に送る。電圧増幅器７４は、ライン７６
に増幅出力信号を出す。又、この増幅出力信号は、電圧
周波数（Ｖ／Ｆ）変換器に送られ、回転速度を直接指示
するため供給される。このモニタ６６を使用する回転速
度監視方法、ライン４６．４８上の信号を監視する上記
方法、あるいは他の方法が使用される。

第３図は、ジャイロに限らないが本発明に係る測定技術
を使用した本発明の第３の特徴を示す回路の簡略ブロッ
ク図である。

位相変調器８０では、ライン８２上の入力光信号に応動
しそこを通過させる。この光入力信号は、位相変調器８
０に固有の容量の板８６．８８間の電圧に応じて変調さ
れた後ライン８４上に出力光信号として送られる。この
板８６．８８間の電圧はコンデンサ９０の電圧により直
接制御される。

このコンデンサ９０は、可変ｉｉ流スプリブタ椋９２か
ら電圧電流変換器９６に送られるライン９４上の制御信
号により制御されて送られる電荷を貯蔵する。又、電圧
電流変換器９６は、ライン９４上のコマンド信号をライ
ン９８上の電流（ｉ）コマンド信号の形で可変電流スビ
リプタ源９２に送る。コンデンサ９０は、第１図及び第
２図と関連して上記したように位相変調器のみの容量を
使用する場合は省略してもよい。

可変電流スプリブタ源９２は、同一レベルのライン＋０
０．１０２の２つの電流を出力する。換言すれば、出力
電流は半分に分割されライン１００」二の半分が貯蔵用
にコンデンサ９０（そして位相変調器８０の容量）に送
られ他の半分は別のコンデンサ＋０４に貯蔵用に送られ
る。

コンデンサ９０と位相変調器８０の容量とは、並列であ
り、ノード１０６の電圧がライン１０８上の基準電圧を
越えるまでライン１００の電流を蓄積する。コンパレー
タ１１０は、ライン１１２」〕のダンプ信号をスイッチ
１１４に与え、スイッチ１１４は、コンデンサ９０の電
荷を接地側１１４に落とす。この回路部分はｍ１図第２
図に対し記載した方法と同じ方法で作動する。

しかしながら、回路の別の部分は可変電流源９２からの
電流の１分がとられノード！１６での電圧を有するコン
デンサ１０４に貯蔵する。ノード１１６の電圧は、コン
デンサ１０４だけでなくコンデンサ９０と位相変調器８
６の並列容量に貯蔵される電荷量を指示する。電荷は２
つの分岐点で同じであるが、ノード１０６での電圧は、
ランプをリセットすることにより導入される不連続性を
経験する必要がなく各分岐点での容１全体の簡単な比率
を使うことにより推定出来る。

換３ずれば、電流は定電流源１１８によりコンデンサ１
０／Ｉからコンパレータ１２０、ワンジョブ）１２１、
及びスイッチ１２２の制御の元で所定選択期間中引き出
される。コンパレータ１２０゜ワンショットマルチ＋２
１．及びスイッチ１２２とは一緒になって電荷か、一定
の割合でワンジョブ）１２１の一部パルス幅の期間、ラ
イン１２４の所定選択期間中引をノード１１６の電圧が
越えると常時コンデンサから引き出される。電荷を所定
の時間で制御された割合で引き出すことにより同じ量の
電荷が各サンプリング期間取り出される。

合計すれば、この電荷はジャイロの全回転角度量を示す
。角度情報は自分自身のために純粋に使用可能であるが
、時間と関連させ回転速度を求めるように使用できる。

従って、回転角又は回転速度はスレショルドとは独立し
た方法で測定出来る。このことは電圧基準、コンパレー
タのスレショルドレベルとランプのリセット点等の変動
とは無関係となる。その代わり、電流源に依存すること
と使用コンデンサの安定性に依存する。

従って、本発明の基本概念は、容量により集積光学位相
変調器に充電された電荷が上記ジャイロスコープの回転
角度の目安となることである。

第３図に示す回路は、単一方向の測定技術を示すのみで
あるが、第２図の回路が２方向性である方法と同じ方法
で回路を２方向性にさせるように拡張するよう技術を応
用させることができる。加えて、増幅器１２６が、ライ
ン１１６の電圧をライン１２８１こ送りＬ記装置と同じ
データ抽出装置に送るのに使用してもよい。

第４図は、本発明に係る上記装置の第３の特徴を示す測
定方法の実施例である。

第４図の実施例は、光フアイバジャイロに適用可能であ
る。しかしながら、本発明の適用はこれに限定されない
ことに注意されたい。

第４図に示す回路は、光フアイバジャイロの零化機能を
具体化したものである。

サンプル／ホールド回路１４０は、ライン１４２の位相
零信号に応動する。位相零信号はライン１４４に送られ
オペアンプ１４６、コンデンサ１４８、及び集積オブチ
ック位相変調器１５０からなる積分器に送られる。ここ
で、集積オプチック位相変調器をオペアンプからなる積
分器の一部として使用する回路構成は、従来技術とこの
位相変ＪＡＩ　Ｚ４に放電スイッチを使わない点で異な
る。その代わり、一対の反対極性の定電流源１５２．１
５４がｆ′１ＸｒＡｆ、を位相変調器１５０及びコンデ
ンサ１４８から取り出すのに使用される。

本発明の第３の特徴によれば、積分器のノード１５６で
の出力を一対のコンパレータ１．５８．１６０を用いて
検出すれば上記取り出しが行われる。

この一対のコンパレータ１５８．１６０は、各々、並列
コンデンサ対１４８．１５０の許容電荷蓄積の上限と下
限を検知する。これら上限又は下限のいずれかを検出す
ると、ライン１６２又は１６４上の信号がオワ（ＯＲ）
ゲート１６６に送られ、オワゲート１６６は、ライン１
６８の出力信号をデジタルワンショット１７０に送る。

ライン１７２の周波数基準信号は、ワンショット（マル
チバイブレーク）１７０に送られる。このワンショット
は、ライン＋７４にある所定継続時間の出力パルスをサ
ンプル／ホールド回路１４０に送る。そしてライン１７
４にパルスを受信する前にその大きさまでライン１４４
の信号を保持する。このことはライン１４２のエラー信
号を短い期間消去する為のもので、その期間ライン＋７
６．１７８のいずれかの信号に応動しいずれかの定電流
源によりコンデンサ＋４８．１５０から電流を取り出す
。

このライン＋７６又はライン１７８の信号は、スイッチ
１８０又はスイッチ１８２を閉塞させる。

ライン１７６．１７８の信号はアンド（ＡＮｒ））ゲー
ト＋８０．１８２により送り出される。このアンドゲー
ト１８０，１８２は、ワンショット！７０からのライン
１７４の信号とフリップフロップ１８８からの一対の信
号＋８４．１８６とにそれぞれ応動する。フリップフロ
ップ１８８は、図示のようにライン１．８４．１８６の
コンパレータ出力信号に応動する。フリップフロップ１
８８は、アンドゲート１８０，１８２の一方を、その両
方がライン１７４でパルスを受信する前にイネーブル（
ｅｎａｂ　Ｉ　ｅ）するためにライン１８４．１８６に
信号を送る。

上記のように、位相変調をオペアンプ付きの積分器を使
用し、スイッチが鋸歯状波形のリセット期間中の蓄積さ
れた電荷を放電するために位相変調器と並列に使用され
るセロダイン変調技術は公知である。

従来はスイッチング時発生する乱調を回避するだめにリ
セット期間ジャイロを消去（ｂｌａｎ、ｋｏｕｔ）する
ことをしていた。この従来の方法は、リセット期間ライ
ン１４２のエラーを消去するのに使用される第４図で示
すサンプル／ホールド回路１４０にも使用されている。

このブランキング期間角度回転速度のような測定パラメ
ータが一定のままであると仮定する。このことは幾つか
の応用では許される範囲内の不正確である。

しかしながら、従来の方法と異なり、第４図は、上記リ
セット時貯えられた電荷を放電するために位相変調器に
スイッチを設けていないことを示している。その代わり
、高周波数での電圧コンパレータに対して電流源によっ
て達成可能な高い安定性を持つ全く新しい測定方法を使
用している。このような高い周波数では、応答の速いコ
ンパレータは応答の遅いコンパレータでも達成可能な精
度を落とすことになる。即ち、定電流源１５２．１５４
を使用することにより一定量（束）繰り返しコンデンサ
１４８，１５０の電荷を取り出すと、ライン１８６、】
８４上のエナーブリング（ｅｎａｂｌｉｎｇ）信号に関
連してライン１７４のパルスの発生がジャイロが回転す
る角度蛍に正比例するように指示する。この量は、アッ
プ／ダウンカウンタ２００で総計される。同様に、ジャ
イロの回転速度は、ライン１７４ａ上の信号によって示
される時間に対するライン１７４のパルス数をカウント
することにより求められる。

従って、位相変調器１５０を電荷という形での角度情報
の倉庫として見れば、本発明に係る新規な測定装置及び
方法はその電荷からの電流を制御して測定することとな
り、より信頼性のあるジャイロ等の回転の指示値が得ら
れる。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明に係る所定パラメータ特に
光ファイバジャイロスコープの回転量及びを測定する装
置及びその方法は、全く新規なものである。又、以下に
示す優れた効果を有する。

（Ｉ）、集積光学位相変調器が有する固有容量に電荷量
制御信号の大きさに応じてその量を変えて電荷を供給し
ている。蛍の変化する電荷がランブする変調電圧を表わ
ケ。このことにより、集積光学位相変調回路を伝搬する
互いに反対方向の光信号に対しランプする位相シフトが
施される。これが光ファイバジャイロスコープの回転量
等の測定の目安を提供する。その測定値は高い信頼性を
与え変調精度の著しい向上をもたらす。

（２）、鋸歯状波形信号電圧ではなく集積光学位相変調
器の持つ固有容量に充電された電荷にパラメータ測定の
焦点を充てたことにより、高精度にパラメータが測定可
能となる。

（３）、鋸歯状波形のオーバシュートに対して簡単に補
償可能である。又、位相変調器自身高いインピーダンス
の容量負荷を有するので、後段に電圧増幅器やバッファ
を設ける必要はない。従って、構成が簡略化される。

（４）　光ファイバジャイロスコープやその他の測定装
置に広く応用可能である。

（５）、その他、本発明は優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る所定パラメータ測定装置に於け
る集積光学位相変調器の駆動装置の簡略ブロック図であ
る。 第２図は、第２Δ図と第２Ｂ図とからなり、第１図に示
す上記駆動装置を更に詳細に示した回路ブ〔ノック図で
ある。 第３図は、電流測定法を行う本発明に係る上記装置の他
の実施例を示す回路ブロック図である。 第４図は、電流測定法を行う本発明に係る」二足装置の
他の実施例を示す回路ブロック図である。 （符号の説明） ｌＯ・・光伝搬にランプ位相シフトをする回路１２・・
・集積光学位相変調器　１４・・・高出力インピーダン
ス可変電流源　１６・・・コンパレータ　　１８・・ス
イッチ　２０・・・コンデンサ　２２・・・ライン２４
・・・１ｎ流２６．２８−ライン　　２８・・・ライン
　３２・・・抵抗　３４．３５・・ノード　４０・・バ
ッファ　４２，４／Ｉ・・・コンパレータ　４６．４８
・ライン　５０・・・ノア（ＮＯＲ）ゲート　５４ライ
ン　５６．５８．６０・・・スイッチ　６８・・・イン
ダクタ　７０・・・電流電圧変換器　７２・・・ライン
　７４・・・電圧増幅器　７６・・・ライン　８０・・
・集積光学位相変調器　８２．８４・・・ライン　８６
．８８・・・板　９０・・・コンデンサ　９２・・・可
変電流スブリブタ源　９４・・・ライン　９６・・・電
圧電流変換器　９８．１００，１０２・・・ライン　１
０４・・・コンデンサ　１２１・・・ワンショット　１
２２・・・スイッチ　１１Ｇ　　・ノード　１１８・・
・定電流源　＋２６増幅Ｄ１２８・・・ライン　１４０
・・・サンプル／７１；−ルド回路　１４２．１４４・
・・ライン　１４６・オペアンプ　１４８・・・キャパ
シタ　１５０・・・集積光学位相変調器　＋５２．１５
４・・・定電流源１５６・・・ノード　１５８．１６０
・・・コンパレータ１６２．１６４・・・ライン　１６
６・・・オワ（ＯＲ）ゲート　＋６８・・・ライン　１
７０・・・ワンショット１７２、＋７４、＋７６．１７
８・・・ライン　１８０、＋８２・・・アンド（ＡＮＤ
）ゲート　１８４．１８６・・・ライン信号　１８８・
・・フリップフロップ＋８０Ａ、１８２Ａ・・・スイッ
ヂ 一 ５、＋　　　−一一一二 ＦｌＧ２．Ａ ヒ１◇ど

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）、ａ）集積光学位相変調器に電荷を蓄積し、第１
   電荷量蓄積するとサンプル信号を出力し、ｂ）前記サン
   プル信号に応答して、前 記位相変調器から第２電荷量を除去し、 ｃ）前記サンプル信号の発生回数を計 数してこれにより所定パラメータの大きさを指示する工
   程からなることを特徴とする方法。
2. （２）、ａ）集積光学位相変調器に電荷を蓄積し第１電
   荷量を蓄積するとサンプル信号を出力する第１手段と、 ｂ）前記サンプル信号に応答し、前記位 相変調器から第２電荷量を除去する第２手段と、ｃ）前
   記サンプル信号の発生回数を計数 しこれにより所定パラメータの大きさを指示する第３手
   段とからなることを特徴とする装置。
3. （３）、ａ）集積光学位相変調器に蓄積された電荷量を
   監視し、前記電荷量が第１電荷量となると所定時間に測
   定信号を出力し、 ｂ）前記測定信号に応動し、前記位相変 調器から第２電荷量を放電させ、 ｃ）前記測定信号の発生回数を計数しそ の計数値が前記位相変調器のゼロダイン変調に関するパ
   ラメータを指示する工程からなる前記パラメータを測定
   する方法。
4. （４）、ａ）集積光学位相変調器に蓄積された電荷量を
   監視し、前記電荷量が第１電荷量となると所定時間に測
   定信号を出力する第１手段と、ｂ）前記測定信号に応動
   し、前記位相変 調器から第２電荷量を放電させる第２手段と、ｃ）前記
   測定信号の発生回数を計数しそ の計数値が前記位相変調器のゼロダイン変調に関するパ
   ラメータを指示する第３手段とからなる前記パラメータ
   を測定する装置。
5. （５）、ａ）所定変調率制御信号に応動し、前記所定変
   調率制御信号の大きさに比例する変調率で変調電荷を光
   ファイバジャイロスコープの位相を変調する駆動コンデ
   ンサに供給し、 ｂ）測定コンデンサに前記変調率に等し い割合で測定電荷を供給し、 ｃ）前記測定コンデンサに測定電荷を蓄 積させ前記測定コンデンサにて電圧信号として指示させ
   、 ｄ）前記電圧信号の大きさと所定電圧信 号の大きさとを比較し、 ｅ）前記電圧信号の大きさの方が前記所 定電圧信号よりも大きい時前記蓄積電荷から一定量除去
   し、 ｆ）前記除去した蓄積電荷の全量に正比 例するとして前記ジャイロスコープの回転角度を求める
   工程からなることを特徴とする前記光ファイバジャイロ
   スコープの回転角度を示す信号を提供する方法。
6. （６）、ａ）所定変調器制御信号に応動し、前記所定変
   調器制御信号の大きさに比例する変調率で変調電荷を光
   ファイバジャイロスコープの位相をｂ）測定コンデンサ
   に前記変調率に等し い割合で測定電荷を供給して、前記測定コンデンサに測
   定電荷を蓄積させ前記測定コンデンサにて電圧信号とし
   て指示させる第２手段と、 ｃ）前記電圧信号の大きさと基準電圧信 号の大きさとを比較する第３手段と、 ｄ）前記第３手段により前記電圧信号の 大きさの方が前記基準電圧信号よりも大きいと判定する
   と、前記蓄積電荷から一定量除去する第４手段と、 ｅ）前記除去した蓄積電荷の全量に正比 例するとして前記ジャイロスコープの回転角度を求める
   第５手段とからなることを特徴とする前記光ファイバジ
   ャイロスコープの回転角度を示す信号を提供する装置。