JPH0251126B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （発明の対象） 本発明は運動体の角速度や運動方向を測定する
ためのジヤイロスコープに係り、特に光のドツプ
ラー効果を利用して前記角速度や運動方向を測定
するジヤイロスコープに関するものである。

（従来技術） 一般に光のドツプラー効果を利用した例えば光
フアイバー型レーザ・ジヤイロスコープは第１図
に示すように構成されている。即ち、ビーム光を
発生するレーザ発生装置１のレーザ光進行方向に
ビーム分割器２を設置し、分割された分割光の進
行方向に夫々集光レンズ３Ａ，３Ｂを設置し、か
つ各集光レンズ３Ａ，３Ｂの焦点に、光フアイバ
ーを複数回巻回して形成したフアイバーループ４
の両端を位置させ、また前記フアイバーループ４
を通つた光が前記ビーム分割器２を透過あるいは
反射される方向で前記レーザ発生装置１とは異な
る位置に集光レンズ５を設置し、さらに集光レン
ズ７を出た光を投影する投影面６を設置してなる
光学装置を備えている。

尚、７Ａ，７Ｂは光の位相偏移装置で、投影面
６に光の干渉縞を作るためのものであり、少なく
とも一方側に設置すればよい。

上記構成においてレーザ発生装置１から出たレ
ーザ光は矢印のように進光して分割され、これが
フアイバーループ４の両端から同時に逆方向に進
行する。フアイバーループ４から出た光は合成さ
れ集光レンズ５を介して投影面６に同心円状の干
渉縞を投影する。ここで、前記フアイバーループ
４が静止していれば合成光に位相差がなく前記干
渉縞が静止しているが、例えば前記フアイバール
ープ４が羽矢印９で示すように反時計方向に回転
を受けるとフアイバーループ４内を互いに逆方向
に進む光８Ａ，８Ｂの光路差が生じ、光８Ａの光
路が長くなる。その結果、投影面６上に到達した
合成光間に位相差が生じて前記干渉縞の径が変化
する。この干渉縞の変化を第２図に示すように、
前記投影面６に干渉縞を横切るように光センサを
複数配置してなるラインセンサ１０で読取り、運
動体の角速度、回転方向を測定している。具体的
には、ラインセンサ１０の各光センサで受光した
時の出力を第３図に示すように、干渉縞中心から
の距離と光量との関係で表わし、光の最明点Ｂ，
Ｄ及び最暗点Ｃ間の距離T₁，T₂の変化及び各点
Ｂ〜Ｄの中心Ｏから距離の変化を検出することに
より角速度及び回転方向を測定している。

このため前記各点Ｂ〜Ｄの真の位置を検出しな
ければ正確な角速度、回転方向の検出はできな
い。特に光量と距離との関係が正弦波であるのに
対し、各光センサの出力が段階的となるために、
前記各点Ｂ〜Ｄ付近の変化率は各光センサの出力
に差が出ず、その結果真の最明点Ｂ，Ｄ及び最暗
点Ｃを求めることが困難であつた。

（発明の目的） 本発明は上記の点に鑑みなされたもので、その
目的とするところは、干渉縞の最明点と最暗点を
正確に検出して測定精度を向上し得るジヤイロス
コープを提供することにある。

（発明の要点） 本発明は上記目的を達成するために、明暗検出
器の複数の光センサによる各出力の差を細分して
前記干渉縞の明暗を正弦波に変換するＡ／Ｄ変換
器と、前記正弦波の正負両方向の変化の中で夫々
同じ条件となる位置を算出し、算出された両位置
の1/2を前記干渉縞の最明点及び最暗点として算
出する演算装置とを備えたのである。

以下本発明による一実施例を第４図乃至第６図
について説明する。まず、レーザ発生装置１、ビ
ーム分割器２、集光レンズ３Ａ，３Ｂ，５、フア
イバーループ４、位相偏移装置７Ａ，７Ｂ、複数
の光センサを備えたラインセンサ１０の配置構成
や光の進行方向または運動体の運動などは従来
（第１図）と同じである。異なるのは明暗検出器
であるラインセンサ１０の各光センサ１０Ａ，１
０Ｂ，１０Ｃ……の各出力を増幅する増幅器１３
を設け、この増幅器１３に増幅された明暗の出力
の各差を電気的に細分して正弦波に変換するＡ／
Ｄ変換器１４を接続し、かつこのＡ／Ｄ変換器１
４に前記正弦波の変化率が正負両方向で夫々最大
となる位置を算出すると共に、算された両位置の
１／２を算出する演算装置１５を接続した点である。

以上のような機器を備えることにより、第５図
のようにラインセンサ１０上に投影された光の干
渉縞１１は、各光センサ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ
……によつて光の明暗として検出され、この検出
出力を増幅した後Ａ／Ｄ変換器１４により各光セ
ンサ１０Ａ−１０Ｂ間、１０Ｂ−１０Ｃ間、１０
Ｃ−１０Ｄ間……の出力の差を電気的に細分化す
る。この細分化により光センサ１０Ａ，１０Ｂ…
…の数のｎ倍に解像力を上げることができ、これ
ら前記各光センサの出力と細分化の信号をもとに
形成される正弦波は実際の干渉縞の明暗の変化に
近似するものとなる。そして第６図に示すよう
に、演算装置１５により前記形成された正弦波の
変化率が最大となる位置Ｅ，Ｆ，Ｇを算出し、そ
の時の中心からの距離ｅ，ｆ，ｇを夫々算出す
る。その後、前記Ｅ−Ｆ間及びＦ−Ｇ間の中心位
置を求め、その位置が正から負への曲線変化の中
にあるときは最明点Lmとなり、また負から正へ
の曲線変化の中にあるときは最暗点Dmとなる。
これら求められた最明点Lmと最暗点Dmの中心
からの距離ｌ，ｄを測定することにより、真の位
置に接近させた最明点及び最暗点を求めることが
でき、その結果運動体の運動によつて変化する干
渉縞の変化量を精度よく測定することができる。

尚、前記曲線変化率最大位置Ｅ−Ｆ間、Ｆ−Ｇ
間の中心を求める場合、（ｅ＋ｆ）／２、（ｆ＋
ｇ）／２で求めればよい。

以上の説明は正弦波の正負両方向の変化の中で
の同じ条件を、変化率最大位置としたが、第７図
に示すように正方向変化及び負方向変化の中で出
力レベルか等しい位置を算出して最明点と最暗点
を求めることもできる。即ち、第７図に示す正弦
波において、出力レベルＰとなる位置Ｈ，Ｉ，
Ｊ，Ｋの中心からの距離ｈ，ｉ，ｊ，ｋを検出す
る。次に、距離ｈ，ｉ間及びｉ，ｊ間を前記実施
例と同じように求めることにより、最明点Lmと
最暗点Dmが得られ、この時の中心からの距離
ｌ，ｄを算出すれば正確な位置を知ることができ
る。また、位置Ｈ−Ｉ及びＪ−Ｋ間で隣接する二
つの最明点を求め、この二つの最明点間の中心を
最暗点として求めてもよい。

尚、以上の実施例はフアイバーループを用いた
光フアイバー型レーザ・ジヤイロスコープについ
て説明したが、同様な干渉縞を投影するようなも
のであれば本発明を適用できるのは勿論である。

（発明の効果） 以上説明したように本発明はＡ／Ｄ変換器によ
り光センサの各出力差を細分化して光の干渉縞の
明暗変化に近似させた正弦波を形成し、この正弦
波の正負両方向の変化の中から同じ条件となる位
置を算出し、算出された両位置の中心を前記干渉
縞の最明点及び最暗点としたので、前記最明点及
び最暗点の位置を正確に得ることができ、その結
果測定精度のすぐれたジヤイロスコープを得るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は光フアイバー型レーザ・ジヤイロスコ
ープを示す基本構成図、第２図は干渉縞とライン
センサとを示す関係図、第３図は干渉縞の明暗の
変化を示すグラフ、第４図は本発明によるジヤイ
ロスコープの一実施例を示すブロツク構成図、第
５図は干渉縞と光センサとの関係を示す概略平面
図、第６図及び第７図は夫々本発明によるジヤイ
ロスコープで得られる干渉縞の明暗の変化を示す
グラフである。 １０……ラインセンサ、１４……Ａ／Ｄ変換
器、１５……演算装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 閉ざされた同一光路に逆方向から同時に光を
   導入し、かつ前記光路から導出した光を同一平面
   内に干渉縞として投影する光学装置と、前記干渉
   縞を横切る方向に光センサを複数配列し前記干渉
   縞の明暗を検出する明暗検出器と、この明暗検出
   器の隣接する光センサの出力差を細分して前記干
   渉縞の明暗を正弦波に変換するＡ／Ｄ変換器と、
   前記正弦波の正方向及び負方向の変化の中で夫々
   同じ条件となる位置を算出すると共に、これら両
   位置の1/2を前記干渉縞の最明点及び最暗点とし
   て算出する演算装置とを備えてなるジヤイロスコ
   ープ。