JPH0372214A - 光干渉角速度計 - 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」 この発明は、リニア位相ランプ方式による零位法セロダ
イン変調方式の光干渉角速度計に関する。

「従来の技術」 広ダイナミツクレンジおよび低ドリフトの光干渉角速度
計として、光ファイバコイルの一端側および他端側に、
それぞれ先導波路に対して一対の電極が形成されて構成
されたバイアシング位相変調器およびランプ位相変調器
を設け、そのバイアシング位相変調器およびランプ位相
変調器に位相変調用のバイアシング電圧および鋸歯状波
電圧を印加して、それぞれ光ファイバコイルを伝搬する
二つの光の間に位相差を与えるとともに、光検出器の出
力から光ファイバコイルを伝搬して干渉する二つの光の
間の位相差を検出し、その検出出力によって、その位相
差が所定値になるように上記の鋸歯状波電圧の極性と周
波数を制御ｎするものが考えられている。

第２図は、従来の、このようなリニア位相ランプ方式に
よる零位法セロゲイン変調方式の光干渉角速度計の一例
である。

光ａｌｌからの光１が光結合器１３および偏光子１４を
通して光分岐結合器１５に供給されて二つの光５ａ、５
ｂに分岐され、その二つの光５ａ。

５ｂが、一方の光５ａは光ファイバコイル１７の一端１
７ａから、他方の光５ｂは光ファイバコイル１７の他端
１７ｂから、それぞれ光ファイバコイル１７に供給され
て、一方の光５ａは右回り光として、他方の光５ｂは左
回り光として、それぞれ光ファイバコイル１７を伝搬し
、この光ファイバコイル１７を伝搬した二つの光７ａ、
７ｂが、一方の光７ａは光ファイバコイル１７の他端１
７ｂから、他方の光７ｂは光ファイバコイル１７の一端
１７ａから、それぞれ光分岐結合器１５に供給されて互
いに干渉し、その得られた干渉光９が偏光子１４および
光結合器１３を通して光検出器１９に供給されて電気信
号に変換される点は、般の光干渉角速度計と同じである
。

そして、光分岐結合器１５と光ファイバコイル１７の一
端１７ａとの間にバイアシング位相変調器２１が配され
るとともに、光分岐結合器１５と光ファイバコイル１７
の他端１７ｂとの間にランプ位相変調器２２が配され、
発振器３１からバイアシング位相変調器２１にバイアシ
ング電圧Ｂｉが印加されてバイアシング位相変調１２１
において光ファイバコイル１７の一端１７ａから光ファ
イバコイル１７に供給される光５ａおよび光ファイバコ
イル１７の他＃Ａ１７　ｂから光ファイバコイル１７を
伝搬して光ファイバコイル１７の一端１７ａから光分岐
結合器１５に供給される光７ｂの位相が偏移されるとと
もに、鋸歯状波電圧発生部４０からランプ位相変調器２
２に鋸歯状波電圧Ｒａが印加されてランプ位相変調器２
２において光ファイバコイル１７の他端１７ｂから光フ
ァイバコイル１７に供給される光５ｂおよび光ファイバ
コイル１７の−′６Ａ１７　ａから光ファイバコイル１
７を伝搬して光ファイバコイル１７の他＠１７ｂから光
分岐結合器１５に供給される光７ａの位相が偏移され、
光検出器１９の出力Ｖａが後述するような構成の位相差
検出制御部５０に供給されて後述するように位相差検出
制御部５０において光分岐結合器１５において干渉する
二つの光７ａ７ｂの間の位相差が検出され、位相差検出
制御部５０の出力Ｖｅが鋸歯状波電圧発生部４０に供給
されて、上記の位相差が所定値になるように、すなわち
、上記の位相差からバイアシング位相変調器２１にバイ
アシング電圧Ｂｉが印加されることによって生じる位相
差を除いた、光ファイバコイル１７に入力角速度Ωが加
えられることによって生じるサニャンク位相差ΔφＳと
ランプ位相変調器２２に鋸歯状波電圧Ｒａが印加される
ことによって生しる位相差Δφｒの和の位相差Δφがゼ
ロまたは２πラジアンの整数倍になるように、一般には
ゼロになるように、鋸歯状波電圧Ｒａの極性と周波数が
制御される。

バイアシング電圧Ｂｉは、光５ａ、５ｂが光ファイバコ
イル１７を伝搬するのに要する時間τを半周期とする第
３図に示すような正弦波電圧で、これによるバイアシン
グ位相変調器２１における位相変調は、光ファイバコイ
ル１７を伝搬して干渉する二つの光７ａ、７ｂの間にπ
／２ラジアンの位相差を与えて光干渉角速度計の動作点
を設定するものである。

鋸歯状波電圧Ｒａは、第４図の左側または右側に示すよ
うに正または負になるもので、これによるランプ位相変
調器２２における位相変調は、光ファイバコイル１７を
伝搬して干渉する二つの光７ａ、７ｂの間に最大で２に
πラジアン（ｋ−±１、±２・・・）になる、−Ｃには
±２πラジアンになる位相差Δφｒを与えて上記のよう
にサニャノク位相差ΔφＳを打ち消すものである。

すなわち、光分岐結合器１５において干渉する二つの光
７ａ、７ｂの間の位相差からバイアシング位相変調器２
Ｉにバイアシング電圧Ｂｔが印加されることによって生
じるものを除いたものは、上述したように Δφ＝ΔφＳ＋Δφｒ　　　　　　　・・・・・・　（
１）で表されるが、そのサニヤック位相差ΔφＳは、周
知のように で表される。ただし、Ｒは光ファイバコイル１７の半径
、Ｌは光ファイバコイル１７における光ファイバ長、λ
は光ファイバコイル１７を伝搬する光５ａ、５ｂの波長
、Ｃは真空中における光速である。

そして、ランプ位相変調器２２においては、光ファイバ
コイル１７の他端１７　ｂから光ファイバコイル１７に
供給される光５ｂが、その時の鋸歯状波電圧Ｒａの値に
応した位相偏移φｂを受け、さらに時間τを経て、光フ
ァイバコイル１７の一端１７ａから光ファイバコイル１
７を伝搬して光ファイバコイル１７の他端１７ｂから光
分岐結合器１５に供給される光７ａが、その時の鋸歯状
波電圧ＲａＯ値に応した位相偏移φａを受けるが、入力
角速度Ωが右回り方向に加えられてサニヤック位相差Δ
φＳが負になるときには、位相差検出制御部５０の出力
Ｖｅによって鋸歯状波電圧Ｒａが第４図の左側に示すよ
うに正にされ、上記の位相偏移φａおよびφｂが第５図
の左側に示すような関係になって、ランプ位相変調器２
２に鋸歯状波電圧Ｒａが印加されることによって生しる
位相差Δφｒが正になり、入力角速度Ωが左回り方向に
加えられてサニヤック位相差ΔφＳが正になるときには
、位相差検出制御部５０の出力Ｖｅによって鋸歯状波電
圧Ｒａが第４図の右側に示すように負にされ、上記の位
相偏移φａおよびφｂが第５図の右側に示すような関係
になって、上記の位相差Δφｒが負になる。

したがって、鋸歯状波電圧Ｒａの周期をＴ、周波数をｆ
Ｒとすると、第５図から明らかなようにΔφｒ＝２ｋｇ
−＝２ｋｘ−ｒｆ＊　　　−（３）となり、光ファイバ
コイル１７における光の屈折率をｎとすると、 の関係があるので、 となる、したがって、（１）式で表される位相差Δφが
ゼロになるように、すなわち Δφｒ−−ΔφＳ　　　　　　　　　・・・・・・　（
６）となるように鋸歯状波電圧Ｒａの極性と周波数ｆｔ
が制御されることによって、 ２にπ　・　ｎＬ ２にπ　・　ｎＬ　　　　　　　λＣ ｋｎ　λ となり、 Ｒ で表される。ただし、入力角速度Ωが負方向である右回
り方向に加えられて鋸歯状波電圧Ｒａが正になるときに
はｋが＋１になり、入力角速度Ωが正方向である左回り
方向に加えられて鋸歯状波電圧Ｒａが負になるときには
ｋが−１になる。

したがって、鋸歯状波電圧Ｒａの極性と周波数ｆｌから
入力角速度Ωの方向と大きさを計測することができる。

光検出器１９の出力Ｖａは、バイアシング電圧Ｂｉの周
波数をｆｍ、角周波数をωｍとすると、公知のように Ｖａ冨Ｖｄｃ ・・・・・・　（９） で表される。ただし、Ｖｄｃは直流分、ｋａ、ｋｂは定
数、Ｊ２＋１（Ｘ）、　　、Ｌｚ＋ｔ＋＋（ｘ）は第１
種ベッセル係数で、（９）式の第１項は直流分、第２項
はバイアシング電圧Ｂｉの周波数ｆｍの偶数倍の周波数
の成分、第３項はｆｍの奇数倍の周波数の成分である。

そして、位相差検出制御部５０においては、この光検出
器１９の出力Ｖａから（９）式の第３項の成分のうちの
ｎ＝ｏにおける周波数がｆｍの成分のみが取り出され、
このｆｍの周波数の成分が回し周波数の基準信号によっ
て同期検波されて、光分岐結合器１５において干渉する
二つの光７ａ、７ｂの間の位相差の検出出力として、 Ｖｄ　　＝Ｋｃ　　−、Ｌ　　（ｘ）　　ｓｉｎ　Δ　
φ　　　　　　　　　　・・・・・・　　　０口）で表
される検波出力が得られるようにされる。ただし、Ｋｃ
は定数である。

しかし、上述したように位相差Δφがゼロになるように
鋸歯状波電圧Ｒａの極性と周波数ｆ、が制御されるので
、第６図に示すように、（９）式の第３項に含まれる上
記のｒｍの周波数の成分Ｖｍは微小なレベルになるのに
対して、（９）式の第２項に含まれる特に周波数が２ｆ
ｍの成分Ｖｓがかなり大きなレベルになり、しかも、上
述したように一般にバイアシング電圧Ｂｉは光５ａ、５
ｂが光ファイバコイル１７を伝搬するのに要する時間τ
を半周期とし、 ｆｍ−１／２τ　　　　　　　　　　　・・・・・・　
（１υにされるので、これに（４）式を代入すると、ｆ
ｍ＝Ｃ／２ｎＬ　　　　　　　　　　−０２）となり、
具体的に光ファイバコイル１７における光の屈折率ｎを
１．４７とし、光ファイバコイル１７における光ファイ
バ長りを３００メートルとすると、ｆｍが約３４０ｋＨ
ｚになるように、ｆｍはかなり高くされる。そのため、
光検出器１９の出力Ｖａを直接、中心周波数がｆｍの帯
域通過フィルタに供給する場合には、その帯域通過フィ
ルタの通過帯域幅が広くなるために、出力Ｖａから２ｆ
ｍの周波数の成分Ｖｓを確実に除去してｆｍの周波数の
酸分Ｖｍのみを十分なレベルで取り出すことができない
。

そこで、位相差検出制御部５０においては、光検出器１
９の出力Ｖａがｆｍに対して幾分ずれた周波数の信号と
混合されることによってｒｍの周波数の成分Ｖｍがｆｍ
より十分低い周波数に変換され、その混合出力が、その
ｆｍより十分低い周波数を中心周波数とする帯域通過フ
ィルタに供給されることによって、そのｒｍより十分低
い周波数に変換された成分のみが取り出され、これが同
じ周波数の基準信号によって同期検波されることによっ
てＧｏ）式で表される検波出力Ｖｄが得られる。

すなわち、具体的には、第２図に示すように、光検出器
１９の出力Ｖａが前置増幅回路５１に供給されて、その
直流分Ｖｄｃが除去されるとともに、その交流骨が増幅
されたのら、その交流骨が周波数混合回路５２に供給さ
れて、発振器３２から得られる第６図に示すようにｆｍ
に対してｆｍより十分低い周波数「ｒだけ高い周波数ｆ
ｃａの信号Ｓｃａと混合されて、周波数混合回路５２の
出力Ｖｃとして、第７図に示すように、上述したｆｍの
周波数の成分Ｖｍがｒｒの周波数に変換された成分Ｖｒ
、、ｒｍの周波数の成分Ｖｍがｆｈ＝２ｆｍ＋ｆｒの周
波数に変換された成分ｖｈ、２ｆｍの周波数の成分Ｖｓ
がＣｍに対してｆｒだけ低い周波数Ｆｅｂに変換された
成分■２などを含むものが得られ、この周波数混合回路
５２の出力Ｖｃがｆｒを中心周波数とする帯域通過フィ
ルタ５３に供給される。ｆｒは例えば１０ｋＨｚにされ
る。このように帯域通過フィルタ５３の中心周波数とな
るｒｒがｆｍに比べて著しく低くされて帯域通過フィル
タ５３の通過帯域幅を十分狭くすることができるととも
に、周波数ポ合回路５２の出力Ｖｃの成分のうちｆｒの
周波数の成分Ｖｒ以外のものはｆｅｂ（＝ｆｍ−ｆｒ）
以上の周波数になるので、帯域通過フィルタ５３からは
、ｆｒの周波数の成分Ｖｒのみが、すなわち光検出器１
９の出力Ｖａ中の１ｍの周波数の成分Ｖｍが「ｒの周波
数に変換されたもののみが取り出される。

この帯域通過フィルタ５３から取り出されたｒｒの周波
数の成分Ｖｒは、交流増幅回路５４に供給されて十分な
レベルに増幅されたのち、同期検波回路５５に供給され
てｆｒの周波数の基準信号Ｓｒによって同期検波され、
同期検波回路５５から、光分岐結合器１５において干渉
する二つの光７ａ　　７ｂの間の位相差の検出出力とし
て、００式で表される検波出力Ｖｄが得られる。そして
、この同期検波回路５５の出力ＶｄがＰ■Ｄフィルタ（
比例積分微分フィルタ）５６に供給され、ＰＩＤフィル
タ５６の出力Ｖｅが位相差検出制御部５０の出力として
鋸歯状波電圧発生部４０に供給されて、上述したように
位相差Δφがゼロになるように鋸歯状波電圧Ｒａの極性
と周波数ｆｌｌが制御される。

周波数屯合回路５２においてｆｃａ＝ｆｍ＋ｆｒの周波
数の信号５ｃａＯ代わりにｆｅｂ＝ｆｍ−ｆｒの周波数
の信号Ｓｃｂが、前置増幅回路５１において直流分Ｖｄ
ｃが除去された光検出器１９の出力Ｖａと混合されても
、同様である。

なお、同期検波のためのｆｒの周波数の基準信号Ｓｒは
、発振器３１の出力の周波数がｆｍのバイアシング電圧
Ｂｉと発振器３２の出力の周波数がｆｃａ＝ｆｍ＋ｆｒ
またはｆｃｂ＝ｆｍ−ｆｒの信号ＳｅａまたはＳｃｂが
周波数混合回路３３において混合されて、周波数混合回
路３３からｆｒの周波数の信号および２ｆｍ＋ｆｒの周
波数の信号またはｆｒの周波数の信号および２ｆｍ−ｆ
ｒの周波数の信号が得られ、周波数混合回路３３の出力
がｒｒを中心周波数とする帯域通過フィルタ３４に供給
されて、帯域通過フィルタ３４から「ｒの周波数の信号
のみが取り出され、これが波形整形回路３５に供給され
て、波形整形回路３５から「ｒの周波数の矩形波信号と
して得られる。

「発明が解決しようとする課題」 ランプ位相変調器２２に印加される鋸歯状波電圧Ｒａは
、第４図ではフライバック時間がゼロの理想的な鋸歯状
波電圧として示しているが、実際には、このように鋸歯
状波電圧Ｒａのフライバンク時間をゼロにすることは不
可能で、鋸歯状波電圧Ｒａには数１０ナノ秒以上のフラ
イバック時間が存在する。また、鋸歯状波電圧発生部４
０やランプ位相変調器２２の特性上の問題などから、上
記の位相差Δφｒの最大値を正確に±２πラジアンにす
ることも、実際上不可能である。

そして、このように鋸歯状波電圧Ｒａにフライバック時
間が存在し、また位相差Δφｒの最大値が正確に±２π
ラジアンにならないために、光ファイバコイル１７を伝
搬して干渉する二つの光７ａ、７ｂの間の位相差には、
鋸歯状波電圧Ｒａの周波数ｆＩｌの基本波成分およびそ
の整数倍の周波数の高調波成分からなる誤差分を生し、
この誤差分が光検出器１９の出力Ｖａ中に、第８図に示
すように上述したｆｍの周波数の成分Ｖｍの上側帯波成
分Ｕｌ、Ｕ２・・・および下側帯波成分Ｌｌ、Ｌ２・・
・として現れ、しかも、鋸歯状波電圧Ｒａの周波数ｒ、
が人力角速度Ωに応して変化するので、その上側帯波成
分Ｕｌ、Ｕ２・・・および下側帯波成分Ｌｌ、Ｌ２・・
・の周波数も入力角速度Ωに応じて変化する。

そのため、ｆＲが位相差検出制御部５０における上述し
た同期検波のための基準信号Ｓｒの周波数ｒｒの２倍に
等しくなるときは第９図に示すように上側帯波成分Ｕｌ
または下側帯波成分Ｌｌがそれぞれｆｉａ＝ｆｍ＋２ｆ
ｒまたはｆ　ｉｂ＝　ｆ　ｍ２ｆｒの周波数に一致し、
「、の３倍がｒｒの２倍に等しくなるときは第１０図に
示すように上側帯波成分Ｕ３または下側帯波成分Ｌ３が
それぞれｆｉａまたはｒｉｂの周波数に一致するという
ように、一般にｆ、＝２　ｆ　ｒ／ｎ　（ｎ＝１．２．
３−）になる特定の入力角速度のもとでは、上側帯波成
分Ｕｌ、Ｕ２・・・のいずれか、または下側帯波成分Ｌ
１、Ｌ２・・・のいずれかが、上述したように位相差検
出制御部５０の周波数混合回路５２において光検出器１
９の出力Ｖａと混合される信号ＳｃａまたはＳｃｂの周
波数ｆｃａまたはｆｅｂに対してｒｍのイメージ周波数
となるｆｉａまたはｒｉｂの周波数に一致して、周波数
混合回路５２において信号ＳｃａまたはＳｃｂと混合さ
れることにより上述したｒｍの周波数の成分Ｖｍととも
にｒｒの周波数に変換され、そのｆｒの周波数に変換さ
れた側帯波成分が帯域通過フィルタ５３を通し、交流増
幅回路５４で増幅されて同期検波回路５５に供給される
ことによって、光干渉角速度計の出力にスケールファク
タエラーを生じる。

ただし、そのスケールファクタエラーは、第９図に示す
ように鋸歯状波電圧Ｒａの周波数「、の基本波成分に対
応する上側帯波成分Ｕ１または下側帯波成分Ｌｌがそれ
ぞれｆｉａまたはｒｉｂの周波数に一致するときに最も
大きく現れ、第１０図に一例を示すように高調波成分に
対応する上側帯波成分または下側帯波成分がそれぞれｆ
ｉａまたはｆｊｂの周波数６ご一致するときには概して
小さくなる。

また、ランプ位相変調器２２は、一般に、ニオブ酸リチ
ウムなどからなる電気光学結晶にチタンの拡散などによ
ってシングルモードの先導波路が形成され、その光導波
路に対して一対の電極が形成されて構成され、その一対
の電極間に鋸歯状波電圧Ｒａが印加されることによって
光導波路の屈折率が変化して光導波路を通る光の位相が
偏移されるが、その際、光導波路を通る光の一部が印加
電圧値に応じて先導波路から漏れて結果的に光導波路を
通る光の強度が鋸歯状波電圧Ｒａによって変調され、そ
の強度の変化分が光検出器１９の出力Ｖａ中に、第１１
図に示すように鋸歯状波電圧Ｒａの周波数ｆＲの基本波
成分Ｒ１およびその整数倍の周波数の高調波成分Ｒ２・
・・Ｒｎ・・・として生しる。

そのため、特定の入力角速度のもとで、その基本波成分
Ｒ１または高調波成分Ｒ２・・・Ｒｎ・・・が上述した
ｆｉａまたはｆｉｂの周波数に一致するときには、その
基本波成分Ｒ８または高調波成分Ｒ２・・Ｒｎ・・・が
位相差検出制御部５０の周波数混合回路５２において上
述した信号ＳｃａまたはＳｃｂと混合されることにより
上述したｒｍの周波数の成分Ｖｍとともにｆｒの周波数
に変換され、そのｆｒの周波数に変換された基本波成分
または高調波成分が帯域通過フィルタ５３を通し、交流
増幅回路５４で増幅されて同期検波回路５５に供給され
ることによって、光干渉角速度計の出力にスケールファ
クタエラーを生しる。

第１２図は上述したスケールファクタエラーを示し、ｆ
ｒが１０ｋＨｚにされた場合である。鋸歯状波電圧Ｒａ
の周波数ｆ、に相当する光干渉角速度計の出力パルス数
は人力角速度Ωに応して変化するが、光干渉角速度計の
出力のスケールファクタ、すなわち光干渉角速度計の１
回転当たりの出力パルス数は入力角速度Ωにかかわらず
一定であるべきものである。しかしながら、上述したよ
うに鋸歯状波電圧Ｒａにフライバック時間が存在するた
めに、もしくは鋸歯状波電圧発生部４０やランプ位相変
調器２２の特性上の問題などから位相差Δφ「の最大値
が正確に±２πラジアンにならないために、またはラン
プ位相変調器２２において先導波路を通る光の強度が鋸
歯状波電圧Ｒａによって変調されるために、同図に示す
ように、特定の入力角速度のもとて光干渉角速度計の１
回転当たりの出力パルス数が所定数からずれ、光干渉角
速度計の出力にスケールファクタエラーを生しる。同図
において３４°／秒の人力角速度のもとて特に大きなス
ケールファクタエラーが生しているのは、第９図におい
て説明したように鋸歯状波電圧Ｒａの周波数ｒｌｌの基
本波成分に対応する上側帯波成分Ｕｌまたは下側帯波成
分Ｌ１がそれぞれｆｉａまたはｆｆｂの周波数に一致す
るからである。

そこで、この発明は、リニア位相ランプ方式による零位
法七ロダイン変調方弐の光干渉角速度計において、上述
したようにランプ位相変調器に印加される位相変調用の
鋸歯状波電圧にフライバック時間が存在するなどの各種
の原因によって特定の入力角速度のもとて光干渉角速度
計の出力に生しるスケールファクタエラーを大幅に軽減
することができ、光干渉角速度計の入出力特性の直線性
を著しく改善することができるようにしたものである。

「課題を解決するための手段」 この発明においては、外部信号を位相差検出制御部の出
力に加算して鋸歯状波電圧発生部に供給することによっ
て鋸歯状波電圧の周波数を振動させる。

外部信号としては、鋸歯状波電圧の周波数を振動させる
ものであれば複数の周波数の正弦波信号が台底されたも
のや単一の周波数の正弦波信号などでもよいが、ランダ
ムノイズが最も望ましい。

「作　用Ｊ 上記のように構成された、この発明の光干渉角速度計に
おいては、特定の人力角速度のもとでも外部信号によっ
て鋸歯状波電圧の周波数が振動するので、すなわち鋸歯
状波電圧の周波数が増加方向と減少方向の双方に変えら
れるので、鋸歯状波電圧にフライバンク時間が存在する
などのために光ファイバコイルを伝搬して干渉する二つ
の光の間の位相差に鋸歯状波電圧の周波数の基本波成分
およびその整数倍の周波数の高調波成分からなる誤差分
を生じ、この誤差分が光検出器の出力中にバイアシング
電圧の周波数の成分の上側帯波成分および下側帯波成分
として現れても、あるいはランプ位相変調器において光
導波路を通る光の強度が鋸歯状波電圧によって変調され
、その強度の変化分が光検出器の出力中に鋸歯状波電圧
の周波数の基本波成分およびその整数倍の周波数の高調
波成分として現れても、特定の入力角速度のもとで、そ
の光検出器の出力中に現れる上側帯波成分または下側帯
波成分あるいは基本波成分または高調波成分が位相差検
出制御部において光検出器の出力と混合される信号の周
波数に対してバイアシング電圧の周波数のイメージ周波
数どなる特定の周波数に一致することによってバイアシ
ング電圧の周波数の成分とともに所定の周波数に変換さ
れて帯域通過フィルタを通じて同期検波回路に供給され
る確率が著しく低下する。しかも、鋸歯状波電圧の周波
数が増加方向と減少方向の双方に変えられることによっ
て、正方向のスケールファクタエラーと負方向のスケー
ルファクタエラーが互いに打ち消し合う。したがって、
特定の入力角速度のもとて光干渉角速度計の出力に生し
るスケールファクタエラーが大幅に軽減され、光干渉角
速度計の人出力特性の直線性が著しく改善される。

「実施例」 第１図は、この発明の光干渉角速度計の一例である。

光ａｌｌ、光結合器１３、偏光子１４、光分岐結合器１
５、光ファイバコイル１７、光検出器１９、バイアシン
グ位相変調器２１、ランプ位相変調器２２、バイアシン
グ電圧発生部を構成する発振器３１、鋸歯状波電圧発生
部４０および位相差検出制御部５０からなる系が設けら
れることと、位相差検出制御部５０が、具体的に、前置
増幅回路５１、周波数混合回路５２、帯域通過フィルタ
５３、交流増幅回路５４、同期検波回路５５およびＰＩ
Ｄフィルタ５６からなる構成にされることは、第２図に
示した従来の光干渉角速度計と同じであり、その動作も
、後述するように外部信号■ｎによって鋸歯状波電圧Ｒ
ａの周波数ｆＲが振動させられる点を除いては、第２図
に示した従来の光干渉角速度計と同じである。

ただし、鋸歯状波電圧発生部４０は、この例においては
、コンデンサ４１と、鋸歯状波電圧発生部４０の入力電
圧である後述する外部信号発生加算部６０の出力電圧Ｖ
ｆを電流に変換してコンデンサ４１に供給する電圧電流
変換回路４２と、コンデンサ４１の放電用のスイッチ４
３と、コンデンサ４１の充電電圧を正の基準電圧＋Ｖｐ
ｒと比較する電圧比較回路４５と、コンデンサ４１の充
電電圧を負の基準電圧−Ｖｍｒと比較する電圧比較回路
４６と、電圧比較回路４５および４６の出力の論理和を
得るオアゲート４７と、オアゲート４７の出力によって
トリガーされてスイッチ４３をオンにする単安定マルチ
パイプレーク４日とによって構成されて、位相差検出制
御部５０の出力電圧Ｖｅが正になり、外部信号発生加算
部６０の出力電圧Ｖｆが正になるときには、コンデンサ
４１が正に充電され、その充電電圧が基準電圧＋Ｖｐｒ
に達すると、電圧比較回路４５の出力、したがってオア
ゲート４７の出力が低レベルから高レベルに立ち上がっ
て単安定マルチバイブレーク４８がトリガーされ、スイ
ッチ４３がオンにされてコンデンサ４１が放電される動
作が繰り返されることによって、コンデンサ４１の両端
間に鋸歯状波電圧Ｒａとして最大値が基準電圧＋Ｖｐｒ
に等しい正の鋸歯状波電圧が得られ、位相差検出制御部
５０の出力電圧Ｖｅが負になり、外部信号発生加算部６
０の出力電圧Ｖｆが負になるときには、コンデンサ４１
が負に充電され、その充電電圧が基１１！電圧Ｖｍｒに
達すると、電圧比較回路４６の出力、したがってオアゲ
ート４７の出力が低しヘルから高レベルに立ち上がって
単安定マルチバイブレーク４８がトリガーされ、スイッ
チ４３がオンにされてコンデンサ４１が放電される動作
が繰り返されることによって、コンデンサ４１の両端間
に鋸歯状波電圧Ｒａとして最小値が基準電圧−Ｖｍｒに
等しい負の鋸歯状波電圧が得られる。

この場合、スイッチ４３としては電界効果トランジスタ
などのようにオフ状態のときのリーク電流およびオン状
態のときの抵抗が十分小さいスイ・２チング素子が用い
られるとともに、スイッチ４３がオンにされる時間、す
なわち鋸歯状波電圧Ｒａのフライバッグ時間が十分短く
なるように単安定マルチバイプレークイ８の時定数が設
定される。

そして、この発明においては、位相差検出制御部５０と
鋸歯状波電圧発生部４０との間に外部信号発生加算部６
０が設けられる。外部信号発生加算部６０は、外部信号
発生回路６１と、これから得られる外部信号Ｖｎを位相
差検出制御部５０の出力電圧Ｖｅに加算し、その加算さ
れた電圧Ｖｆを外部信号発生加算部６０の出力電圧とし
て鋸歯状波電圧発生部４０に供給する加算回路６２とに
よって構成される。外部信号Ｖｎとしては、具体的には
ランダムノイズが用いられ、これによって鋸歯状波電圧
発生部４０から得られる鋸歯状波電圧Ｒａの周波数ｆえ
が振動させられるようにされる。

このように特定の入力角速度のもとでも外部信号Ｖｎに
よって鋸歯状波電圧Ｒａの周波数ｆ８が振動するので、
すなわち鋸歯状波電圧Ｒａの周波数ｆ、が増加方向と減
少方向の双方に変えられるので、鋸歯状波電圧Ｒａにフ
ライバッグ時間が存在するために、または鋸歯状波電圧
発生部４０やランプ位相変調器２２の特性上の問題など
からランプ位相変調器２２に鋸歯状波電圧Ｒａが印加さ
れることによって光ファイバコイル１７を伝搬して干渉
する二つの光７ａ、７ｂの間に生しる位相差Δφｒの最
大値が正確に±２πラジアンにならないために、光ファ
イバコイル１７を伝搬して干渉する二つの光７ａ、７ｂ
の間の位相差に鋸歯状波電圧Ｒａの周波数ｆ、の基本波
成分およびその整数倍の周波数の高調波成分からなる誤
差分を生し、この誤差分が光検出器１９の出力Ｖａ中に
、第８図に示すようにバイアシング電圧Ｂｉの周波数ｆ
ｍの成分Ｖｍの上側帯波成分Ｕｌ、Ｕ２・・・および下
側帯波成分Ｌｌ、Ｌ２・・・として現れても、あるいは
ランプ位相変ｍ器２２において先導波路を通る光の強度
が鋸歯状波電圧Ｒａによって変調され、その強度の変化
分が光検出！Ｓ１９の出力Ｖａ中に、第１１図に示すよ
うに鋸歯状波電圧Ｒａの周波数「真の基本波成分Ｒ１お
よびその整数倍の周波数の高調波成分Ｒ２・・・Ｒｎ・
・・として生しても、特定の入力角速度のもとで、その
光検出器１９の出力Ｖａ中に現れる上側帯波成分０１，
０２・・・または下側帯波成分Ｌｌ、Ｌ２・・・あるい
は基本波成分Ｒ１または高調波成分Ｒ２・・・Ｒｎ・・
・が位相差検出制御部５０の周波数混合回路５２におい
て光検出器１９の出力Ｖａと混合される信号Ｓｃａまた
はＳｃｂの周波数ｆｃａまたはｆｃｂに対してｆｍのイ
メージ周波数となる周波数ｆｉａまたはｆｉｂに一致す
ることによってｆｍの周波数の成分Ｖｍとともにｒｒの
周波数に変換されて帯域通過フィルタ５３および交流増
幅回路５４を通じて同期検波回路５５に供給される確率
が著しく低下する。しかも、鋸歯状波電圧Ｒａの周波数
が増加方向と減少方向の双方に変えられることによって
、正方向のスケールファクタエラーと負方向のスケール
ファフタエラーが互いに打ち消し合う。したがって、特
定の入力角速度のもとて光干渉角速度計の出力に生しる
スケールファクタエラーが大幅に軽減され、光干渉角速
度計の入出力特性の直線性が著しく改善される。

具体的に、外部信号Ｖｎとしてランダムノイズが用いら
れる場合には、スケールファクタエラーが従来の１１５
程度に減少する。

なお、位相差検出制御部５０のＰＩＤフィルタ５６の代
わりに同様の機能を有するフィルタが用いられてもよい
。

「発明の効果」 上述したように、この発明によれば、外部信号を位相差
検出制御部の出力に加算して鋸歯状波電圧発生部に供給
することによって鋸歯状波電圧の周波数を振動させるの
で、ランプ位相変調器に印加される位相変調用の鋸歯状
波電圧にフライバック時間が存在するなどの各種の原因
によって特定の入力角速度のもとて光干渉角速度計の出
力に生じるスケールファクタエラーを大幅に軽減するこ
とができ、光干渉角速度計の入出力特性の直線性を著し
く改善することができる。

【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系統
図、第２図は、従来の光干渉角速度計の一例を示す系統
図、第３図、第４図および第５図は、それぞれにおける
バイアシング電圧、鋸歯状波電圧およびランプ位相変調
器における光の位相偏移の態様を示す図、第６図、第７
図、第８図、第９図、第１０図および第１１図は、それ
ぞれの光検出器の出力中に含まれる成分およびそれと７
Ｒ合される信号などの周波数関係を示す図、第１２図は
、第２図に示す従来の光干渉角速度計において出力に生
しるスケールファクタエラーの例を示す図である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）光源と、 光ファイバコイルと、 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
   ルの一端および他端から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
   を干渉させる光分岐結合器と、 この光分岐結合器から得られる干渉光を検出する光検出
   器と、 上記光分岐結合器と上記光ファイバコイルの一端との間
   に配されたバイアシング位相変調器と、 このバイアシング位相変調器に印加される位相変調用の
   バイアシング電圧を発生するバイアシング電圧発生部と
   、 上記光分岐結合器と上記光ファイバコイルの他端との間
   に配されたランプ位相変調器と、このランプ位相変調器
   に印加される位相変調用の鋸歯状波電圧を発生する鋸歯
   状波電圧発生部と、 上記光検出器の出力から上記光分岐結合器において干渉
   する二つの光の間の位相差を検出し、その検出出力によ
   って、その位相差が所定値になるように上記鋸歯状波電
   圧発生部を制御する位相差検出制御部と、 を備える光干渉角速度計において、 外部信号を発生し、その外部信号を上記位相差検出制御
   部の出力に加算して上記鋸歯状波電圧発生部に供給する
   ことによって上記鋸歯状波電圧の周波数を振動させる外
   部信号発生加算部が設けられた、 光干渉角速度計。
2. （２）上記外部信号がランダムノイズである、請求項１
   に記載の光干渉角速度計。