JPH02189413A - 光フアイバジヤイロのスケールフアクタ安定化方法 - 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、サグナック効果を利用して移動体の回転角度
あるいは回−転角速度等を測定する光ファイバジャイロ
に係り、特にそのスケールファクタの安定化を図る上で
好適な方法の具現に関する。

〔従来の技術〕

周知のように、光ファイバジャイロは、サグナック効果
を利用した干渉形レーザジャイロの干渉系を光ファイバ
によって構成したものであり、ビームスプリッタを介し
て２分した光ビームを光ファイバループの両端から入射
せしめるとともに、これら入射光の該光ファイバループ
による各伝搬光を再びビームスプリッタを介して同一光
路に導くことによって、上記光ファイバループの、サグ
ナック効果に基づく光干渉を得るようにしている。

この干渉光は、適宜のフォトディテクタを通じて、上記
光ファイバループのループ方向への回転情報（角速度）
を示す電気信号として取り出される。

ところで、こうした光ファイバジャイロにおいては、感
度向上のための種々の工夫が提案されており、中でも、
上記光ファイバループを伝搬する光の位相を所要に変調
せしめ、同光ファイバループの回転情報をπ／２だけ移
相した情報すなわちｓｕｎ関数情報として取り出す（通
常上記回転情報を示す信号は、光ファイバループの静止
状態で最大値を示すｃｏｓ関数情報として出力される）
ようにした位相変調方式が、分解能を高め、かつ零点を
安定化し得る方式として注目を集めている。第３図に、
こうした位相変調方式を採用した光ファイバジャイロの
一例を示す。

すなわちこの第３図に示す光ファイバジャイロにおいて
、１はレーザビーム発生器、２ａおよび２ｂは上記ビー
ムスプリッタとして作用する光カプラ、３は光ファイバ
ループ（光フアイバコイル）。

４はｐｚｒ（１気歪振動子）等からなる位相変調器、５
は上記フォトディテクタとして用いられるフォトダイオ
ード、６は上記位相変調器４を駆動するための周波数ｆ
ｏなる電気信号を発生する発振器、そして７は上記フォ
トダイオード５を通じて光−電変換された信号を上記発
振器６から出力される周波数ｆｏなる信号に基づきロッ
クインして抽出出力するロックイン増幅器であり、通常
このロックイン増幅器７からは、上記フォトダイオード
５によって光−電変換される干渉光成分のうち、基本周
波数の変調成分である。

Ｅｏ＝　Ｋ　Ｊ　１（７１）２ｓｉｎ２Δθ　　　　　
　・（１）ただし、＋７　＝　２ｍｆｓｉｎ２　ｚｆｏ
Ｔここで、Ｋ　：定数 Ｊｌ：第１種ベッセル関数−次項 ２Δθ：サグナック位相差 ｍｆ：変調指数 ｆｏ　：変調周波数 Ｔ：光フアイバ中の光伝搬時間 なる成分が、その出力Ｅｏとして抽出されることが知ら
れている。因みに、ベッセル関数表によれば、η＝１．
８４にてＪｔ（η）の値が最大となることがわかってい
ることから、通常こうした光ファイバジャイロでは、η
＝１．８４　　といった値が得られるよう変調指数ｍｆ
（一般には位相変調器４に加える電圧値によって決定さ
れる）を定めた上で、上記（１）式に示されるｓｉｎ波
成分を取り出すようにしている。

このように、第３図に例示したような位相変調方式の光
ファイバジャイロによれば、位相変調を施さない場合に
、第４図（ａ）に示されるようなｃｏｓ関数情報として
取り出される干渉光出力を、上記の位相変調によって、
同第４図（ｂ）に示されるようなｓｉｎ関数情報として
取り出すことが可能となる。これら第４図（ａ）および
（ｂ）を比軟して明らかなように、このことは、出光フ
ァイバジャイロの低速回転域におけるリニアリティーが
改善され、ひいては同低速回転域における測定感度も大
幅に向上されることを意味する。

〔発明が解決しようとする課題〕

以上のように、位相変調方式による光ファイバジャイロ
は、その低速回転域におけるリニアリティーを改善し、
開城での感度についてはこれを大きく向上し得るものの
、スケールファクタ、すなわち同一角速度に対する出力
値（測定値）の変動が大きく、実用上はなお問題を残す
ものであった。

なお、こうしたスケールファクタ変動の要因としては、 （イ）光ファイバの偏光の不安定。

（ロ）周囲温度の変化等に起因する光ファイバの伸縮。

（ハ）これら（イ）あるいは（ロ）などに更に起因して
生ずる位相変調回路の変調深さの不安定。

因みに、この変調深さとは通常、位相変調器に印加され
る電圧の大きさやその周波数（変調周波数）によって略
決定されるが、この位相変調器に巻回される光ファイバ
や光ファイバループを構成する光ファイバに、上記（イ
）あるいは（ロ）などの支障が来たす場合には、たとえ
上記位相変調器に印加する電圧や周波数を一定に保持し
たところで、一定した変調深さは得られない。

等々、があげられる。

この発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり
、上記変動要因を解消して安定したスケールファクタを
得ることのできる光ファイバジャイロのスケールファク
タ安定化方法を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明では、フォトディテクタを通じて取り出される
光−電変換信号のある特定の波形成分に注目した場合、
これはその振幅や収斂値に変動が生じる場合であっても
、その関数形は常に相似した関係に維持されることに着
目し、まず上記特定の波形成分として例えば直流項成分
を上記光−電変換信号から取り出してその関数形を求め
、次いでこの求めた関数形に基づいて、所望とする位相
変調深さを得るための変調指数とその係数との積によっ
て表わされる値に対応した位相変調電圧若しくは位相変
調周波数を求めつつ、その都度、前回求められた位相変
調電圧若しくは位相変調周波数の値を参照して、上記変
調指数とその係数との積の値が一定に保たれるよう、上
記位相変調電圧若しくは位相変調周波数を制御するよう
にする。

〔作用〕

上記取り出される直流項成分の関数形が、その振幅や収
斂値の変化に係わらずに相似した関係に保たれることは
上記の通りであるが、このことは上記所望とする位相変
調深さを得るための値、すなわち変調指数とその係数と
の積によって表わされる値に対応した位相変調電圧若し
くは位相変調周波数を、上記取り出されかつ求められる
関数形に基づいて予め求めておけば、以後、この求めた
値を一定にする制御を行なうことで、その後いかなる場
合も、同−深さの位相変調が施されるようになることを
意味する。勿論、こうした１つの波形成分（例えば直流
項成分）についてその位相変調深さを同一に制御するこ
とができれば、実際に角速度出力として取り出される他
の波形成分（例えば基本波成分）においても、その位相
変調深さは同一に保たれる。また、こうして位相変調深
さが同一に保たれるということは、前述したスケールフ
ァクタ変動の要因として挙げた各不安定要素も、この変
調制御によって実質的に吸収され、解消されることを意
味する。

〔実施例〕

第１図に、この発明にかかる光ファイバジャイロのスケ
ールファクタ安定化方法の一実施例が適用される装置例
を示す。なおこの第１図において、先の第３図に示した
要素と同一の要素にはそれぞれ同一の符号を付して示し
ている。

はじめに、該実施例に関する理解を容易とするために、
同第１図を参照して、位相変調方式光ファイバジャイロ
による角速度出力について考察を加えてみる。

いま、光ファイバループ３の半径をＲ１同ループ３を構
成する光ファイバの全長をＬ、同ループ３がそのループ
方向に回転するときの角速度をΩとするとき、サグナッ
ク効果による干渉光の位相差Δθが、 λＣ として表わされることはよく知られている。ここで、λ
は上記光ファイバループ３を伝搬する光の波長であり、
またＣは同伝搬光の光速である。

また、同第１図に付記して示すビーム発生器１から発生
される光信号ｅＬが、 （３Ｌ：　Ｋ　ｓｉｎ　ｃ、＋ｔ　　　　　　　　　　
　・・（３）Ｋ　：定数 ωし：先の角周波数 で表わされるとき、これが光カプラ２ａおよび２ｂによ
って２分されてＣＷ力方向右回り方向）で上記光ファイ
バループ３に入射される光信号ｅｃは。

ｃｃ＝ｋｒｓｉｎ　　ωｔ ｋｌ：当該光路定数　　　　　　・・・（４）同じく２
分されてＣＣＷ方向（左回り方向）で同光ファイバルー
プ３に入射される光信号ｅｃｃは、ｅｃｃ＝　ｋ　２．
ｓｉｎ　（１１ｔ　　　　　　　　　　−・（５）ｋ２
：当該光路定数 となり、更にこれら光信号ｅｃおよびｅｃｃが、位相変
調器４によって位相変調され、かつ上記光ファイバルー
プ３を通じてサグナック位相シフトを受けて、同光ファ
イバループ３から光カプラ２ｂへ帰還される光信号ｅｃ
ｍおよびｅｃｃｍは、それぞれｅｃｍ＝　ｋ　ｔ　ｓｉ
ｎ　（ωｔ＋　ａ＋Δθ）　　　　　−（６）ｅｃｃｍ
＝　ｋ　Ｚ　ｓｕｎ　（（ＩＪ　を−β−八へ）　　　
　　−（７）となる。ここで、αおよびβは、位相変調
器４によってそれぞれ上記光信号ｅｃおよびｅｃｃに与
えられる変調量を示し、それぞれ ａ　＝ｍｆ　ｓｊ、ｎ　　（ｐｔ＋　ｙ　）　　　　　
　　　　・・・（８）β＝ｎ＋ｆ　ｓｉｎ　　（ｐｔ−
ｙ）　　　　　　　　　・・・（９）ｍｆ：変調指数（
変調の深さを示す値）ｐｔ：変調する角周波数 ｒ：角周波数に対する位相差 といった内容を有している。

さて、こうした光ファイバジャイロ（ジャイロ部１０）
にあっては、上記（６）式および（７）式として示され
る光信号ｅｃＩｌ！およびｅｃｃｍが、光カプラ２ｂお
よび２ａを介して同一光路に導かれ、フォトダイオード
５に合成入力（入射）されるものと考えられる。ここに
、この合成光（干渉光）をＰＬとするとき、該干渉光Ｐ
Ｌは、次式によって与えられる。

Ｐ＋、＝　ｌ　ｅ　ａｍ＋ｅｃ　ｃｍ　ｌ　２＝ｋｔｋ
ｚ［１，ｃｏｓ（２ωｔ＋α＋β））　（１−ｃｏｓ（
２Δ０＋β−α）〕・・・（＋０） 一方、上記（８）式および（９）式からα　＋　β　＝
　ｍｆ（ｓｉｎ　（ｐし＋　γ）＋ｓｉｎ＜ｐｔ＋　γ
）〕＝　２ｍｆ　ｓｉｎ　ｐｔ　ｃｏｓ　ｙ　　　　　
　・・（１１）α−β＝ｎぼ［５ｉｎ（ｐｔ＋γ）−ｓ
ｉｎ（ｐｔ＋　ｙ　））＝　−２ｍｆ　ｃｏｓ　ｐｔ　
ｓｉｎ　ｙ　　　　・・・（１２）であることから、こ
れら（１１）式および（１２）式を上記（１０）式に代
入して、 ＰＬ：　ｋｔｋｚ（１−ｃｏｓ（２ωｔ＋２　ｍ　ｆ　
　ｓｉｎ　　ｐｔ　　ｅｏｓ　　Ｙ））ｘ　（１＋ｃｏ
ｓ（２Δθ−２ｍｆ　ｃｏｓ　ｐｔ　ｓ、ｔｎγ）〕＝
　ｋｘｋｚ（１−ｃｏｓ　２　ωｔ　ｃｏｓ（２ｍｆ　
ｃｏｓ　ｒ　ｓｉｎ　ｐｔ）−ｓｉｎ　２　ωｔ　ｓｉ
ｎ　（２ｍｆ　ｃｏｓγｓｉｎ　ｐｔ））Ｘ（１＋ｃｏ
ｓ２Δθｃｏｓ（２ｍｆ　ｓｉｎ　ｙ　ｃｏｓ　ｐｔ）
＋ｓｉｎ　２Δθｓｉｎ（２ｍｆ　ｓｉｎγｃｏｓ　ｐ
ｔ））・・・（１３） こうして与えられる干渉光ＰＬがフォトダイオード５を
通じて電流信号に変換（光−電変換）される。この際、
該フォトダイオード５は光の角周波数ωｔには応答しな
いことから、この変換電流は、これを工しとすると、上
記（１３）式におけるｃｏｓωｔ、　ｓｉｎ　ωｔを含
まない項、すなわちＩＬ＝ｋｔｋｚ（１＋ｃｏｓ２　Δ
　ａｃｏｓ（２ｍｆ　　ｓｉｎ　　ｙ　　ｃｏｓ　　ｐ
ｔ）＋ｓｉｎ　２Δθｓｉｎ（２ｍｆ　ｓｉｎ　ｙ　ｃ
ｏｓ　ｐｔ））・・・（１４） といった形にて表わされることとなる。この（１４）式
を級数展開すれば、 ｎ＝１ ＝ｋｔｋｚ（１＋ｃｏｓ２ΔθＪｏ（２ｍｆ　ｓｉｎ　
ｙ）＋２ｓｉｎ２ΔθＪ　＋（２ｍｆ　ｓｉｎγ）ｃｏ
ｓ　Ｐｔ−２ｃｏｓ２ΔθＪｚ（２ｍｆ　ｓｉｎ　ｙ）
ｃｏｓ　２　ｐｔ−２ｓｉｎ　２Δ　θ　Ｊ　３（２ｍ
ｆ　　ｓｉｎ　　γ）ｃｏｓ　　３　　ｐｔ＋２ｃｏｓ
２ΔＯＪａ（２ｍｆ　ｓｉｎ　ｙ）ｃｏｓ　４　ｐｔ＋
２ｓｉｎ２ΔＯＪａ（２ｍｆ　ｓｉｎ　ｙ）ｃｏｓ　５
　ｐｔＪ ・・・（１５） となり、上記電流ＩＬは、各次高調波成分が合成されて
構成されていることがわかる。位相変調方式光ファイバ
ジャイロにあっては通常、この（１５）式における基本
波成分、すなわちｒ２　ｓｉｎ　２ΔＯ、Ｊ　ｔ（２ｍ
ｆ　ｓｉｎ　γ）ｃｏｓ　ｐｔＪ項を抽出して、その角
速度出力どしている（前記（１）式参照）。

ここで、同（１５）式におけるｓｉｎ　ｒの値について
検討してみる。

上記ｒ２ｓｉｎ２ΔＯＪｘ（２ｍｆ　ｓｉｎ　ｙ　）ｃ
ｏｓ　ｐｔＪにおいてその抽出出力を最大にもっていく
ためには、ｒＪ　ｔ（２ｍｆ　ｓｉｎ　γ）」を最大に
する必要がある。

このための最適なる方法は、ｓｉｎ　γ　を最大にし。

ｍｆの値を最小にして ２ｎ＋ｆ　ｓｉｎ　γ＝１．８４ とすることである。このときＪｉ（１，８４＞が最大と
なる。なお、これとは逆に、ｓｉｎ　γ　を小にし、ｍ
ｆを大きくしてＪｌ（１，８４）とすることは、位相変
調器（ＰＺＴ）４への印加電圧を大きくすることであり
、これでは該変調器の不要モード振動が大きく、変調雑
音も増大する。

このように、ｓｉｎ　γを最大にしないと、すなわちγ
＝（π／２）にしないと、Ｓ　／　Ｈのよくない結果と
なる。

したがって実用上は、上記（８）式および（９）式につ
いても、これを とする必要がある。このことは、光ビームが光ファイバ
ループ３内を伝搬する時間内に対称に変調位相が動くこ
とを意味する。最後に、こうした条件に基づく前記変調
周波数ｆｏの最適値について、これを考察してみる。

いま、光ファイバループ３中の光伝搬時間Ｔが、Ｔ＝ｎ
　Ｌ／Ｃ−（１６） ｎ：コア屈折率 Ｌ：光ファイバの全長 Ｃ：光速 の如く決められるとすると、上記変調位相が対称に動く
ための条件は、 Ｔ／　２　Ｎ　＝　ｎ　Ｌ／　Ｃ＝ｌ１７）Ｎ＝１．２
，３．・・・ となる。

一方、変調周波数をｆとすれば、これはｆ＝１／Ｔ　　
　　　　　　　　　　　・・・（１８）となる。

したがって、この（１８）式に上記（１７）式を代入す
れば、 ｆ＝ｃ／２ＮｎＬ　　　　　　　　　−（１９）となり
、上記γ＝（π／２）を満足させ得る最小の変調周波数
ｆｏは、 ｆ　ｏ＝　Ｃ／　２　ｎ　Ｌ　　　　　　　　　　−（
２０）となることがわかる。

次に、第２図を併せ参照して、この実施例の原理につい
てまず説明する。

いま、上記（１５）式の直流項に着目する。この出力は
、フ第１−ダイオード５の出力のうち、キャリアに変調
周波数成分を有しない成分であることから、ローパスフ
ィルタを用いて容易に取り出し得る。そしてその値は、
上記（１５）式から明らかなように Ｉ＝ｋｘＬｃｚ　　（１＋ｃｏｓ２　Δ　ＱＪｏ（２ｍ
ｆ　　ｓｉｎ　　ｙ）：１・（２１） で表わされる。サグナック位相差へ〇が零となっている
場合（すなわちｃｏｓ　２Δ０＝１の場合）、その関数
形は第２図（、）のようになる。

またここで、光ファイバジャイロの動作時における同直
流項の値を、ｃｏｓ２八〇　をパラメータとして表わす
と、これは第２図（ｂ）の如く振幅が変化する。すなわ
ちこの場合、各関数形は、このｃｏｓ　２Δθ　の各位
に応じて、Ｉ＝ｋｔｋ２にまつわりつつ収斂するような
形を示すが、各々Ｉ＝ｋｔｋ２と交差する（２ｍｆｓｉ
ｎ　γ）上の点ｑ１＋　ｑ２＋　ｑ、３・・・の値は変
わらない。

一方、光ファイバジャイロにあっては通常、し−ザ出力
の変動、あるいは光学系の損失や消光比の変動、光カプ
ラの分岐比の変動１等々が生じると、上記（１５）式の
ｋｌｋｚの値が変動する。したがってこの場合、上記直
流項の値（関数形）も、第２図（ｃ）に示される如く収
斂値が変動するものの、例えばｋｘｋｚ＝１およびｋｔ
ｋｚ＝ｏ、７５　　に関して、これら関数がｋｌＬｃｚ
＝１あるいはｋｔｋｚ＝０．７５と交差する（２ｍｆ　
ｓｉｎ　？）上の点’Ｔｌ＋ｑ２＃　ｑ３・・・の値は
、この場合も変わらない。

このように、光−電変換出力のうちのある特定の成分の
みに着目すると、その振幅や収斂値が変化する場合であ
れ、関数形は相似する。したがって、例えば第２図（ａ
）に示されるような特定の成分（直流項成分）について
のサンプルとなる１つの関数形を求めるとともに、この
関数形に基づいて、例えば先の ２ｍｆ　ｓｉｎ　ｙ＝１．８４ とし得る位相変調器（ＰＺＴ）４への交流印加電圧（２
ｍｆ可変要素）若しくは変調周波数（ｓｉｎγ可変要素
）を予め求め、以後上記サンプルとして都度その関数形
を求める毎に、この２ｍｆｓｉｎγ＝１．８４　　とい
った関係が維持されるようこれら印加電圧若しくは変調
周波数を換算制御するようにすれば、いかなる場合も、
位相変調器４を通じた同−深さの位相変調が実現される
ようになる。

勿論、こうした同−深さによる位相変調が実現されれば
、これによって前述した不安定要素が吸収されてスケー
ルファクタの安定化が図られることとなり、この結果と
して、角速度出力として抽出される任意成分の信号の再
現性も著しく向上されるようになる。

さて、第１図に示す装置は、こうした原理に基づくスケ
ールファクタ安定化方法の一実施例を好適に実現する装
置として構成されたもので、同第１図に示される如く、
先に考察を施したジャイロ部１０と、該ジャイロ部１０
の位相変調器（ＰＺＴ）４を遇区動するための変調制御
部２０と、同ジャイロ部１０のフォトダイオード５（通
常Ｐｉｎフォトダイオー下が用いられる）を通じて光−
電変換された電気信号を所要に処理して角速度出力若し
くは角度出力を得るための信号処理部３ｏと、上記光−
電変換された信号から更に上記原理で述べた直流項成分
を取り出してスケールファクタ安定化のための上記原理
に基づく所要の制御を実行するスケールファクタ制御部
４０と、の大きくは４つの部分を有して構成される。

このうち、変調制御部２０は、前記（２０）式にて示さ
れるような最適変調周波数ｆｏのｎ倍の周波数の信号に
ｆｏを発振出力する発振器２１、この発振された信号に
ｆｏを受入して、最終的にこれを１　／　ｎ分周する分
周回路２２、この分周によって上記周波数ｆｏとなった
信号の電圧（振幅値）を、その制御端に加えられる制御
指令ＣＤに基づき可変増幅するプログラマブル増幅器２
３、そしてこの可変増幅された信号を更に所要に増幅し
てジャイロ部１０の位相変調器４に印加する出力増幅器
２４をそれぞれ具えて構成されている。このように、こ
の変調制御部２０は、上記プログラマブル増幅器２３を
通じて、位相変調器４に印加する変調電圧値を自在に制
御することができるようになっている。また、上記分周
回路２２を通じて分周された信号は、信号処理部３０に
も与えられ、該信号処理部３０において所望信号成分を
抽出（同期検波）する際の同期信号としても利用される
。

また、信号処理部３０は、ジャイロ部１０のフォトダイ
オード５を通じて光−電変換された電流ＩＬ　　（前記
（１５）式参照）を電圧信号に変換するＩ／Ｖ（電流／
電圧）コンバータ３１、およびこの変換された電圧信号
から上記分周回路２２による分周信号（同期信号）に基
づいて例えばその基本波成分（前記（１５）式における
Ｊ１項の成分、詳しくは同項ｒ２ｓｉｎ２ΔθＪｘ（２
ｍｆ　ｓｉｎ　ｙ）ｃｏｓ　ｐｔＪ項の振幅値ｋ　ｔ　
ｋ　ｘ　２　ｓｉｎ　２ΔθＪ１（２ｍｆｓｉｎ　γ）
に相当する信号）を抽出（同期検波）し、更にこの抽出
信号に基づいてジャイロ部１０の角速度情報、若しくは
これを時間積分して得られる角度情報を出力する測定信
号処理回路３２、をそれぞれ具えて構成されている。因
みにこの例のように、光−電変換信号の基本波成分を抽
出してその測定値（角速度）出力とする場合、この特性
は先の第４図（ｂ）に示した態様となる。

そして、スケールファクタ制御部４０は、上記Ｉ／Ｖコ
ンバータ３１による電圧変換信号から前記（１５）式の
直流頂底分子ｋ１ｋｚ　（１＋ｃｏｓ　２ΔＯＪｏ（２
ｍｆｓｉｎ　γ）〕」に相当する信号成分のみを抽出ろ
波するローパスフィルタ４１、このろ波出力が位相変調
器４による無変調時にある所定の値に維持されるよう利
得設定される増幅器４２、この増幅器出力を適宜の分解
能にてディジタル信号に変換するＡ／Ｄ　（アナログ／
ディジタル）コンバータ４３、このＡ／Ｄ変換出力に基
づき以下に詳述する態様で上記プログラマブル増幅器２
３に与える制御指令ＣＤを演算出力する演算回路（ＣＰ
Ｕ）４４、そしてこの演算回路４４による上記の演算に
際し、先の原理でいうところの関数形サンプル値並びに
角速度出力として抽出所望とする成分を好適に得るため
の変調深さ（例えば２ｒｎｆ　ｓｉｎ　ｙ＝１．８４）
に関してこれを満足し得る位相変調器４への印加電圧値
（より正確には、該電圧値が得られるためのプログラマ
ブル増幅器２３への制御指令値）が記憶されるメモリ４
５、をそれぞれ具えて構成されている。

以下に、上記プログラマブル増幅器２３および演算回路
４４を中心とした該例示装置全体としての動作について
説明する。

まず、当該ジャイロ部１０の当該時点での位相変調特性
（関数形サンプル）を求めるための処理として、プログ
ラマブル増幅器２３に対し、その位相変調用の出力交流
電圧を零から十分大きな値まで変化せしめるようなスキ
ャン指令を、その制御指令ＣＤとして与える。このスキ
ャン指令は、外部の適宜な回路を通じて与えるようにし
てもよいし、演算回路４４内に予めプログラムされた指
令として該演算回路４４を通じて与えるようにしてもよ
い。なおこのとき、変調指数ｍｆの係数であるｓｉｎ　
γの値は一定（例えばｓｉｎ　γ＝１）にしておく。こ
うした処理は、先の第２図（ａ）における２ｍｆの値を
零から十分な大きさまでスキャンすることを意味し、こ
れにより演算回路４４には、同第２図（ａ）に示される
波形に対応してその関数形（ジャイロ部１０の当該時点
での位相変調特性）を示す信号が、このスキャンに伴っ
て順次取り込まれる。演算回路４４では、この取り込ま
れた信号（関数形）に基づき、当該関数形の極大値をも
つ２ｍｆの値、および極小値をもつ２ｍｆの値、それぞ
れ求めるとともに、同関数形において定まる収斂値と同
関数形との交点に対応する２ｍｆの値から各々これら極
大値および極小値に対応する２ｍｆの値までの比の値を
求めて、これらを上記メモリ４５に一時記憶し、また特
にその初期時には、更に上記極大値および極小値に対応
した２ｍｆの値から１例えば２ｍｆ　ｓｉｎ　ｙ＝１．
８４　といった所望の位相変調深さが得られるための位
相変調器４への印加電圧値（正確には該電圧値が得られ
るためのプログラマブル増幅器２３への制御指令値）を
求めて、これも同メモリ４５に一時記憶する。

こうしてジャイロ部１０の当該時点での位相変調特性に
基づく制御値（プログラマブル増幅器２３に対する制御
指令値）が決定されると１次に、この決定された制御値
に基づいて位相変調器４が駆動され、これに基づいて同
ジャイロ部１０および上記信号処理部３０を通じた角速
度の測定処理が実行される。すなわちこれにより、当該
時点でのある何らかの角速度出力゛が得られることとな
る。

こうして１つの角速度出力が得られると、再び上記プロ
グラマブル増幅器２３にスキャン指令が与えられて、上
記同様の位相変調特性の抽出並びに該抽出特性に基づく
制御値の決定動作が繰り返される。ただしこの２度目以
降の制御値の決定に際し、上記演算回路４４では、上記
求められる比の値を監視して、これが維持されている場
合、すなわち今回抽出された関数形と前回の関数形とが
相似である旨判断される場合には、上記メモリ４５に格
納されている制御値についてもこれを前回の値に維持し
、量比の値が異なっている場合にのみ、この制御値の更
新を行なう。

こうして制御値が更新された場合、次に実行される角速
度の測定処理も、この更新された内容に対応した位相変
調電圧（２ｒｎｆ）に基づいてなされることとなる。し
たがって、上記演算回路４４を通して、都度採取される
関数形の相似条件がｉ＋１足される方向で、上記制御値
（位相変調電圧２ｍｆ）が更新されるものとすれば、こ
の４１す定処理に際して出力される角速度の値も、常に
同−深さの位相変調条件に基づく再現性の良いものとな
る。勿論このときであれ、」二記予め定めた例えば２ｎ
＋ｆｓｉｎγ＝］、、８４　　といった条件は満足され
ている。これは、上記制御値（位相変調電圧２　ｍ　ｆ
　）の更新によって、位相変調器４に巻回された光ファ
イバの伸縮等の変動が吸収されていることに外ならない
。

このように、この装置では、位相変調電圧２ｍｆのスキ
ャンをはじめとする制御値決定までの処理と、この決定
された制御値に基づく角速度測定処理とを、交互に実行
することによって、都度の測定値（角速度出力）の再現
性向丘を図るようにしている。これはコンピュータによ
る処理を想定したもので、実際には、上記各処理毎に５
ｍＳ、すなわち１０ｍ５を単位としたサイクルでの処理
が可能である。

なお、上記の例では（２ｍｆｓｉｎ　γ）のうち、ｓｉ
ｎ　γについてはこれを一定に保ち、２ｍｆの値につい
てのみこれを積極的に制御することで、該（２ｍｆｓｉ
ｎ　γ）の値を一定に保つ場合について述べたが、先の
原理にても述べたように、この（２ｍｆｓｉｎ　γ）の
値を一定とするには、ｓｉｎ　γの値の方を積極的に制
御するようにしても勿論よい。ただし実用上は、このｓ
ｉｎ　γは、零から］までの値しかとれないため、所要
の制御範囲を得るためには、位相変調器（ＰＺＴ）４に
加える電圧、すなわち２ｍｆの値を十分に大きくしてお
く必要がある。このｓｉｎ　γの制御が、位相変調周波
数ｆ　ｏの制御であることは前述した通りである。

また上記の実施例では、フォトダイオード５による光−
電変換出力のうちの基本波成分、すなわち５１項のみを
抽出することを想定して、上記（２ｍｆ　ｓｉｎ　γ）
の値を（１，８４，）に選ぶことが、その振幅を最大に
もっていく上で好ましい旨説明したが、他に例えば、開
光−電変換出力から、Ｊ　ｓ項および５２項の２つの成
分（前記（１５）式参照）を抽出し用いるような場合に
は、それぞれの（２ｍｆ　ｓｊｎ　γ）の値を（２，４
）付近に選ぶことが、それぞれその振幅値を同等のもの
とし、かつ直流項成分（Ｊｏ項）を最小とする上で有効
であることが、第１種ベッセル関数から明らかである。

したがってこのような場合には、　＋１ｉＪ記所望の位
相変調深さを得るために選ばれる該（２ｍｆｓ、Ｌｎ　
γ）の値も（２，４）付近に設定されることが好ましい
。

なお、このように５１項および５２項の２つの成分を抽
出することは、こうした光ファイバジャイロの測定レン
ジを拡大せしめる上で有効であり、また更には、これら
成分からｔａｎ成分およびｃｏｔ成分を演算するように
して、測定レンジの拡大に併わせだ雑音成分の相殺除去
を図る上でも有効である。ただし、この発明にかかるス
ケールファクタ安定化方法が、こうしたいわば測定信号
処理回路３２の構成によって限定されるものではないこ
とは勿論である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明にかかる光ファイバジャ
イロのスケールファクタ安定化方法によれば、位相変調
に際して生じる各種不安定要素が良好に吸収されて、い
かなる場合も均一した位相変調深さが得られるようにな
る。そしてその結果、角速度出力として抽出される任意
成分の信号の再現性も著しく向上されることとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明にかかる光ファイバジャイロのスケー
ルファクタ安定化方法の一実施例についてこれを実現す
る装置の一例を示すブロック図、第２図はこの発明の原
理として関数形の相似性を説明するための線図、第３図
は従来の位相変調方式光ファイバジャイロの一例を示す
ブロック図、第４図は位相変調を施さない場合と位相変
調を施す場合とで光ファイバジイヤロの動作特性を対比
して示す線図である。 １・・・ビーム発生器、２ａ、２ｂ・・・光カプラ、３
・・・光ファイバループ、４・・・位相変調器、５・・
・フォトダイオード、２１・・・発振器、２２・・・分
周回路、２３・・プログラマブル増幅器、３１・・・Ｉ
／Ｖコンバータ、３２・・４１ｇ定信号処理回路、４１
・・・ローパスフィルタ、４２・・・増幅器、４３・・
・Ａ　／　Ｉ）コンパ２ｍｊｓ＋ｎγい）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ビームスプリッタを介して２分した光ビームを光フ
   ァイバループの両端から入射せしめるとともに、これら
   入射光の該光ファイバループによる各伝搬光に位相変調
   を施しつつ、これら伝搬光を再びビームスプリッタを介
   して同一光路に導き、これら導かれた光のサグナツク効
   果に基づく干渉光を前記光ファイバループのループ方向
   回転情報としてフォトディテクタを通じて光−電変換抽
   出する光ファイバジャイロにおいて、 前記位相変調に際しての変調深さ決定に寄与する位相変
   調電圧若しくは位相変調周波数を適宜にスキャンしつつ
   、前記光−電変換出力からその特定の波形成分を取り出
   してこの関数形を求める第１の手順と、 この求めた関数形に基づいて、所望とする位相変調深さ
   を得るための変調指数とその係数との積の値に対応した
   位相変調電圧若しくは位相変調周波数を求める第２の手
   順と、 これら第１および第２の手順の実行の都度、前回求めら
   れた前記位相変調電圧若しくは位相変調周波数の値を参
   照して、前記変調指数とその係数との積め値が一定に保
   たれるよう、前記位相変調電圧若しくは位相変調周波数
   を制御する第３の手順と、 を具える光ファイバジャイロのスケールファクタ安定化
   方法。 ２、前記光−電変換出力から取り出される特定の波形成
   分は、直流項成分である。 請求項（１）記載の光ファイバジャイロのスケールファ
   クタ安定化方法。 ３、前記第１乃至第３の手順は、前記光−電変換出力に
   基づく角速度測定値が演算出力される毎に、これに先だ
   つて実行される 請求項（２）記載の光ファイバジャイロのスケールファ
   クタ安定化方法。