JPH02216010A - 光干渉角速度計 - Google Patents

光干渉角速度計

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JPH02216010A
JPH02216010A JP1037275A JP3727589A JPH02216010A JP H02216010 A JPH02216010 A JP H02216010A JP 1037275 A JP1037275 A JP 1037275A JP 3727589 A JP3727589 A JP 3727589A JP H02216010 A JPH02216010 A JP H02216010A
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optical
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optical fiber
waveguide
optical waveguide
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佐久間　一浩
Aritaka Ono
有孝 大野
Eiichi Asami
栄一 浅見
Ryoji Kako
加来　良二
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    • G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
    • G01C19/58—Turn-sensitive devices without moving masses
    • G01C19/64—Gyrometers using the Sagnac effect, i.e. rotation-induced shifts between counter-rotating electromagnetic beams
    • G01C19/72—Gyrometers using the Sagnac effect, i.e. rotation-induced shifts between counter-rotating electromagnetic beams with counter-rotating light beams in a passive ring, e.g. fibre laser gyrometers
    • G01C19/721—Details
    • G01C19/722—Details of the mechanical construction
    • G—PHYSICS
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    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
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    • G02B6/44—Mechanical structures for providing tensile strength and external protection for fibres, e.g. optical transmission cables
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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」 この発明は、光の分岐および結合のために光集積回路と
して構成された光導波路が用いられた光干渉角速度計に
関する。
「従来の技術」 光源からの光を二つに分岐してリング干渉計を構成する
光ファイバコイルに伝搬させ、また光ファイバコイルを
伝搬した二つの光を結合させて干渉光として光検出器に
導くのに、光フアイバカプラの代わりに光集積回路とし
て構成された光導波路が用いられた光干渉角速度計は、
従来、第９図に示すように、円板状の支持構造体６０の
一面側の周縁部にリング干渉計を構成する多層に巻装さ
れた光ファイバコイル６１が取り付けられ、光ファイバ
コイル６１の内側において支持構造体６０上に光源６２
、光検出器６３および光集積回路７０が配され、光集積
回路７０が、例えばニオブ酸リチウムからなる電気光学
結晶に例えばチタンが帯状に拡散されて形成された、中
央の幹部（みきふ）７１と、幹部７１の一端側において
幹部７１と連続する一対の枝部７２ａおよび７２ｂと、
幹部７１の他端側において幹部７１と連続する一対の枝
部７３ａおよび７３ｂとからなる光導波路７４を有する
ものにされ、光集積回路７０の一端および他端に光結合
器７６および７７が設けられ、光導波路７４の枝部７２
ａおよび７２ｂが光ファイバコイル６１の一端６］ａお
よび他端６１ｂに接続され、枝部７３ａおよび７３ｂが
光ファイバ７８および７９によって光源６２および光検
出器６３に接続され、支持構造体６０の他面側に電気回
路部８０が取りイ」けられた構成になっている。
なお、図示していないが、光導波路７４の枝部７２ａお
よび７２ｂのいずれか一方または双方に対しては位相変
調用の電極対が設けられるとともに、電気回路部８０に
は上記の電極対に対して位相変調信号を供給する位相変
調信号発生回路と光検出器６３の出力信号を上記の位相
変調信号で同期検波して光干渉角速度計の出力を得る同
期検波回路が設けられる。
そして、光源６２からの光が光ファイハフ８を通して光
導波路７４の枝部７３ａから幹部７１を通って枝部７２
ａおよび７２ｂに供給されることによって二つに分岐さ
れ、その際、そのいずれか一方または双方の光が上記の
電極対への上記の位相変調信号の供給によって位相変調
され、そのつの光が、一方は左回り光として光ファイバ
コイル６１の一端６１ａから、他方は右回り光として光
ファイバコイル６１の他端６１．　ｂから、それぞれ光
ファイバコイル６１に供給され、この光ファイバコイル
６１を伝１１した二つの光が、上記の左回り光は光ファ
イバコイル６１の他端６１ｂから光導波路７４の枝部７
２ｂを通じて、上記の右回り光は光ファイバコイル６１
の一端６１ａから光導波路７４の枝部７２ａを通して、
それぞれ光導波路７４の幹部７１に供給されることによ
って一つに結合され、その得られた干渉光が光導波路７
４の枝部７３ｂから光ファイハフ９を通じて光検出器６
３に供給されて電気信号に変換され、その電気信号が上
記の位相変調信号で同期検波されて光干渉角速度計の出
力が得られる。
また、上述した従来の光干渉角速度計においては、第１
０図および第１１図に示すように、上述した支持構造体
６０の一面上に基板９１が取りイ」けられ、この基板９
１上に光集積回路７０が接着剤９２によって直接、固定
される。
「発明が解決しようとする課題」 しかしながら、上述した従来の光干渉角速度計において
は、リング干渉計を構成する光ファイバコイル６１の内
側に配される光集積回路７０に形成される光導波路、７
４が十分な長さの幹部７１の一端側および他端側にそれ
ぞれ十分な長さの一対の技部７２ａ、７２ｂおよび７３
ａ、７３ｂが連続する形状にされるため、光集積回路７
０の一端から他端までの長さが大きくなり、これに伴な
って光集積回路７０が内側に配される光ファイバコイル
６１のループ径を大きくせざるを得ないので、光干渉角
速度計全体が大型にならざるを得ない欠点がある。
また、上述した従来の光干渉角速度計においては、基板
９１」二に光集積回路７０が接着剤９２によって直接、
固定されるので、外部から熱が加えられたとき光集積回
路７０を構成する電気光学結晶と基板９１との熱膨張係
数の違いから光集積回路７０に大きな熱応力が発生して
光集積回路７０を構成する電気光学結晶に熱的な歪みを
生じ、電気光学結晶の屈折率が変化して光干渉角速度計
の出力に誤差を生じる不都合がある。
そこで、請求項１の発明においては、光の分岐および結
合のために光集積回路として構成された光導波路が用い
られた光干渉角速度計において、光干渉角速度計全体を
著しく小型化することができるようにしたものである。
また、請求項２の発明においては、光の分岐および結合
のために光集積回路として構成された光導波路が用いら
れた光干渉角速度計において、光集積回路を構成する電
気光学結晶に熱的な歪のをほとんど生じず、電気光学結
晶の熱的な歪みによる屈折率の変化によって光干渉角速
度計の出力の誤差をほとんど生じないようにしたもので
ある。
「課題を解決するための手段」 請求項１の発明においては、光源、リング干渉計を構成
する光ファイバコイル、光検出器および光集積回路を設
け、光集積回路を光ファイバコイルの内側に配するが、
特に、その光集積回路を、それぞれ幹部およびこれと連
続する一対の枝部からなる分岐用光導波路および結合用
先導波路が互いに分離されて並行して形成されたものに
し、分岐用光導波路の一方の枝部および他方の枝部を光
ファイバコイルの一端および他端に接続し、分岐用光導
波路の幹部と結合用光導波路の幹部を光ファイバによっ
て接続し、結合用光導波路の一方の枝部を光ファイバに
よって光源に接続し、結合用光導波路の他方の枝部を光
ファイバによって光検出器に接続する。
請求項２の発明においては、光源、リング干渉計を構成
する光ファイバコイル、光検出器、および光源からの光
を二つに分岐して光ファイバコイルに供給するとともに
光ファイバコイルを伝搬した二つの光を結合させて光検
出器に供給する光導波路が形成された光集積回路を設け
るが、特に、その光集積回路を、この光集積回路を構成
する電気光学結晶と同じ電気光学結晶、またはこの光集
積回路を構成する電気光学結晶と同程度の熱膨張係数を
有する材料からなる補強板に固定し、この補強板を支持
構造体に弾性的に固定する。
「作　用」 上記のように構成された請求項１の発明の光干渉角速度
計においては、リング干渉計を構成する光ファイバコイ
ルの内側に配される光集積回路が分岐用光導波路および
結合用先導波路が互いに分離されて並行して形成された
ものにされるので、光集積回路の一端から他端までの長
さを上述した従来の光干渉角速度計のそれの半分程度に
小さくすることができ、これに伴って光集積回路が内側
に配される光ファイバコイルのループ径を上述した従来
の光干渉角速度計のそれに比べて著しく小さくすること
ができるので、光干渉角速度計全体を上述した従来の光
干渉角速度計に比べて著しく小型化することができる。
上記のように構成された請求項２の発明の光干渉角速度
計においては、外部から熱が加えられたとき補強板と支
持構造体との熱膨張係数の違いから補強板に熱応力が発
生しても、補強板が支持構造体に弾性的に固定されてい
るため補強板が支持構造体に対して変位して、その熱応
力が吸収されるとともに、光集積回路と補強板は同一の
電気光学結晶または同程度の熱膨張係数を有する材料に
よって形成されているため両者の熱膨張係数の違いによ
って光集積回路に直接大きな熱応力が発生することもな
いので、光集積回路を構成する電気光学結晶に熱的な歪
みをほとんど生じず、電気光学結晶の熱的な歪みによる
屈折率の変化によって光干渉角速度計の出力に誤差を生
じることがほとんどない。
「実施例」 第１図は、この発明の光干渉角速度計の一例を示し、ア
ルミニウムやステンレスなどからなる円板状の支持構造
体１０の一面側の周縁部にリング干渉計を構成する多層
に巻装された光ファイバコイル２１が取り付けられ、光
ファイバコイル２１の内側において支持構造体１０上に
光源２２、光検出器２３および光集積回路３０が配され
、光集積回路３０が、例えばニオブ酸リチウムからなる
電気光学結晶に例えばチタンが帯状に拡散されて互いに
分離されて並行して形成された分岐用光導波路３１およ
び結合用光導波路３２を有するものにされ、分岐用光導
波路３１が、光集積回路３０の一端側における一対の枝
部３１．　ａおよび３１ｂと、これと連続する光集積回
路３０の他端側における幹部３１ｃとからなるものにさ
れ、結合用光導波路３２が、光集積回路３０の一端側に
おける幹部３２ｃと、これと連続する光集積回路３０の
他端側における一対の枝部３２ａおよび３２ｂとからな
るものにされ、光集積回路３０の一端および他端に光結
合器３３および３４が設けられ、分岐用光導波路３１の
枝部３１ａおよび３１ｂが光ファイバコイル２１の一端
２１ａおよび他端２１ｂに接続され、分岐用光導波路３
１の幹部３１ｃと結合用光導波路３２の幹部３２ｃが光
ファイバ３５によって接続され、結合用光導波路３２の
技部３２ａおよび３２ｂが光ファイバ３６および３７に
よって光源２２および光検出器２３に接続され、支持構
造体１０の他面側に電気回路部４０が取り付けられる。
図示していないが、分岐用光導波路３１の枝部３１ａお
よび３１．　ｂのいずれか一方または双方に対しては位
相変調用の電極対が設けられるととも乙こ、電気回路部
４０には上記の電極対に対して位相変調信号を供給する
位相変調信号発生回路と光検出器２３の出力信号を上記
の位相変調信号で同期検波して光干渉角速度計の出力を
得る同期検波回路が設けられる。
そして、光源２２からの光が光ファイバ３６を通じて結
合用光導波路３２の枝部３２ａから幹部３２ｃを通り、
光ファイバ３５を通じて分岐用光導波路３１の幹部３１
ｃから枝部３１ａおよび３１ｂに供給されることによっ
て二つに分岐され、その際、そのいずれか一方または双
方の光が上記の電極対への上記の位相変調信号の供給に
よって位相変調され、その二つの光が、一方は左回り光
として光ファイバコイル２］の一端２１．　ａから、他
方は右回り光として光ファイバコイル２１の他端２１ｂ
から、それぞれ光ファイバコイル２１に供給され、この
光ファイバコイル２１を伝搬した二つの光が、上記の左
回り光は光ファイバコイル２１の他端２１１）から分岐
用先導波路３］の枝部３１ｂおよび幹部３１ｃと光ファ
イバ３５を通じて、上記の右回り光は光ファイバコイル
２１の一端２１ａから分岐用光導波路３１の枝部３１ａ
および幹部３１ｃと光ファイバ３５を通して、それぞれ
結合用光導波路３２の幹部３２ｃに供給されることによ
って一つに結合され、その得られた干渉光が結合用光導
波路３２の枝部３２ｂから光ファイバ３７を通して光検
出器２３に供給されて電気信号に変換され、その電気信
号が上記の位相変調信号で同期検波されて光干渉角速度
計の出力が得られる。
このように、リング干渉計を構成する光ファイバコイル
２１の内側に配される光集積回路３０が分岐用光導波路
３１および結合用光導波路３２が互いに分離されて並行
して形成されたものにされるので、光集積回路３０の一
端から他端までの長さを第９図に示した従来の光干渉角
速度計のそれの半分程度に小さくすることができ、これ
に伴って光集積回路３０が内側に配される光ファイバコ
イル２１のループ径を第９図に示した従来の光干渉角速
度計のそれに比べて著しく小さくすることができるので
、第１図に示すように光干渉角速度計全体を第９図に示
した従来の光干渉角速度計に比べて著しく小型化するこ
とができる。
第２図は、この発明の光干渉角速度計の他の例を示し、
分岐用光導波路３１の技部３１ａおよび３１ｂと結合用
光導波路３２の枝部３２ａおよび３２ｂが光集積回路３
０の一端側に形成され、分岐用光導波路３１の幹部３１
ｃおよび結合用光導波路３２の幹部３２ｃが光集積回路
３０の他端側に形成される場合で、この例においても第
１図に示した例と同様の作用を生じ、同様の効果が得ら
れる。
第３図および第４図は、この発明の光干渉角速度計にお
ける光集積回路の支持構造の一例を示し、光集積回路３
０が、光集積回路３０を構成する電気光学結晶であるニ
オブ酸リチウム、または光集積回路３０を構成する電気
光学結晶であるニオブ酸リチウムと同程度の熱膨張係数
を有するにモネルからなる補強板５０に接着剤などによ
って固定され、補強板５０が適当な弾性を有する接着剤
５１によって例えば３点において上述した支持構造体１
０に固定される。
この例においては、外部から熱が加えられたとき補強板
５０と支持構造体１０との熱膨張係数の違いから補強板
５０に熱応力が発生しても、補強板５０が弾性を有する
接着剤５１によって支持構造体１０に固定されているた
め補強板５０が光集積回路３０と一体に支持構造体１０
に対して支持構造体１０の板面方向に変位して、その熱
応力が吸収されるとともに、光集積回路３０と補強板５
０は同一の電気光学結晶または同程度の熱膨張係数を有
する材料によって形成されているため両者の熱膨張係数
の違いによって光集積回路３０に直接大きな熱応力が発
生ずることもないので、光集積回路３０を構成する電気
光学結晶に熱的な歪みをほとんど生じず、電気光学結晶
の熱的な歪みによる屈折率の変化によって光干渉角速度
計の出力に誤差を生しることがほとんどない。
第５図および第６図は、この発明の光干渉角速度肝にお
ける光集積回路の支持構造の他の例を示し、光集積回路
３０が上述した補強板５０に接着剤などによって固定さ
れるとともに、支持構造体１０に台部１１と前後左右の
薄板状支持片１２が形成され、光集積回路３０が固定さ
れた補強板５０が支持構造体１０の台部１１上に載置さ
れて接着剤５２によって支持構造体１０の薄板状支持片
１２に固定される。
この例においては、外部から熱が加えられたとき補強板
５０と支持構造体１０との熱膨張係数の違いから補強板
５０に熱応力が発生しても、補強板５０が支持構造体１
０の薄板状支持片１２に固定されているため第７図に一
部を拡大して示すように支持構造体１０の薄板状支持片
１２が弾性変形することによって補強板５０が光集積回
路３０と一体に支持構造体１０に対して支持構造体１０
の板面方向に変位して、その熱応力が吸収されるととも
に、光集積回路３０と補強板５０は同一の電気光学結晶
または同程度の熱膨張係数を有する材料によって形成さ
れているため両者の熱膨張係Ｇ 数の違いによって光集積回路３０に直接大きな熱応力が
発生することもないので、光集積回路３０を構成する電
気光学結晶に熱的な歪みをほとんど生じず、電気光学結
晶の熱的な歪みによる屈折率の変化によって光干渉角速
度計の出力に誤差を生じることがほとんどない。
第８図は、この発明の光干渉角速度計における光集積回
路の支持構造のさらに他の例を示し、光集積回路３０が
上述した補強板５０に接着剤などによって固定されると
ともに、支持構造体１０に台部１３および左右における
支持溝１４と薄板状支持片１５の組が形成され、光集積
回路３０が固定された補強板５０が支持構造体１０の台
部１３上に載置されて接着剤５３によって支持構造体１
０の支持溝１４および薄板状支持片１５に固定される。
この例においても、第５図、第６図および第７図に示し
た例と同様の作用を生し、同様の効果が得られる。
なお、光集積回路の支持構造に係る請求項２の発明にお
いては、光集積回路を第９図の光集積回路７０で示した
ような構成にしてもよい。
「発明の効果」 上述したように、請求項１の発明によれば、光集積回路
を、それぞれ幹部およびこれと連続する一対の枝部から
なる分岐用光導波路および結合用先導波路が互いに分離
されて並行して形成されたものにするので、光干渉角速
度計全体を従来の光干渉角速度計に比べて著しく小型化
することができる。
請求項２の発明によれば、光集積回路を、この光集積回
路を構成する電気光学結晶と同し電気光学結晶、または
この光集積回路を構成する電気光学結晶と同程度の熱膨
張係数を有する材料からなる補強板に固定し、この補強
板を支持構造体に弾性的に固定するので、光集積回路を
構成する電気光学結晶ムこ熱的な歪みをほとんど生しず
、電気光学結晶の熱的な歪みによる屈折率の変化によっ
て光干渉角速度計の出力に誤差を生じることがほとんど
ない。
【図面の簡単な説明】
第１図は、この発明の光干渉角速度計の一例を示す斜視
図、第２図は、この発明の光干渉角速度計の他の例を示
す平面図、第３図および第４図は、この発明の光干渉角
速度計における光集積回路の支持構造の一例を示す平面
図および側面図、第５図、第６図および第７図は、この
発明の光干渉角速度計における光集積回路の支持構造の
他の例を示す平面図、断面図および熱応力発生時の一部
の断面図、第８図は、この発明の光干渉角速度計におけ
る光集積回路の支持構造のさらに他の例を示す断面図、
第９図は、従来の光干渉角速度計の一例を示す斜視図、
第１０図および第１１図は、従来の光干渉角速度計にお
ける光集積回路の支持構造を示す斜視図および側面図で
ある。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）　光源と、リング干渉計を構成する光ファイバコ
    イルと、光検出器と、上記光ファイバコイルの内側に配
    された光集積回路とを備え、 この光集積回路が、それぞれ幹部およびこれと連続する
    一対の枝部からなる、互いに分離されて並行して形成さ
    れた分岐用光導波路および結合用光導波路を有し、 上記分岐用光導波路の一方の枝部および他方の枝部が上
    記光ファイバコイルの一端および他端に接続され、上記
    分岐用光導波路の幹部と上記結合用光導波路の幹部が光
    ファイバによって接続され、上記結合用光導波路の一方
    の枝部が光ファイバによって上記光源に接続され、上記
    結合用光導波路の他方の枝部が光ファイバによって上記
    光検出器に接続された、 光干渉角速度計。
  2. （２）　光源と、リング干渉計を構成する光ファイバコ
    イルと、光検出器と、上記光源からの光を二つに分岐し
    て上記光ファイバコイルに供給するとともに上記光ファ
    イバコイルを伝搬した二つの光を結合させて上記光検出
    器に供給する光導波路が形成された光集積回路とを備え
    、 この光集積回路が、この光集積回路を構成する電気光学
    結晶と同じ電気光学結晶、またはこの光集積回路を構成
    する電気光学結晶と同程度の熱膨張係数を有する材料か
    らなる補強板に固定され、この補強板が支持構造体に弾
    性的に固定された、 光干渉角速度計。
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