JPH038382A - リング共振器ジヤイロ - 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】 この発明は、リング共振器ジャイロに関する。

リング共振器ジャイロの典型的な例は、５−１０メート
ルの長さにできる繊維コイルを有する。光は、時計回り
（ＣＵ）および反時計回り（ＣＣＭ）の方向でコイルの
中に射入され、典型的には、ＣＷおよびＣＣｖのビーム
は、透過されまたは損失する以前に、何回もループを回
って進む。コイルを回るＣｖおよびＣＣＷのビームの繰
返し進行は、典型的には１００倍だけ、コイルの有効長
さを増大させる。共振器の透過した強度■（δ）は、共
振において目立つ傾斜を有し、次のよう、に書くことが
できる。

Ｃ＝（１−ｒ２）　・（１−ｙ２）／　（１−ｒ　ｙ）
”およびＦ＝　４ｒｙ／（１−ｒｙ）２ ここで。

δ＝共振からの位相食違い γ＝共振器のまわりの透過した振幅 ｒ＝結合器の反射塵 ジャイロがコイルの軸線のまわりを回転すると、回転で
誘導され非相互的である位相変位が、加えられる回転の
大きさおよび向きに依存した位相および向きのＣＷおよ
びＣＣＷのビームに加えられる。

非相互的な位相変位は、共振から遠ざかる両反対向きに
ＣｗおよびＣＣｗのビームの双方を動かす。共振は、双
方のビームにおいて、回転によって誘導された非相互的
な位相変位を補償する非相互的な位相変位を加えるよう
に、それらの相対振動数を変化させることによって、回
復する。ＣｖおよびＣＣＶのビームの振動数の間の差は
、加えられる回転率に関連する。

加えられる回転率以外の他の要因が共振から遠ざかるよ
うにビームを動かすかも知れない。特に。

コイルの経路長の変化は、同じ向きに共振から共に遠ざ
かるＣすおよびＣＣｖのビームに、相互的な位相変位を
加えるという、効果を有する。共振においてビームを保
つように径路の長さを制御すること、が重要であり、こ
れは、典型的には、圧電変換器を使用してコイルに応力
を加えることによってなされた。

従来、ビームの相対振動数、および共振でビームを維持
するために加えられる応力の量は、２つの別々の光検出
器によってＣｔｔおよびＣＣＶのビームの強度を別々に
監視することによって、制御された。典型的には、一方
のビーム（例えばＣｔｔ）の検出された強度が、ＣＷの
ビームを共振させるように繊維光学コイルの長さを調節
するに、使用された。

他のビームの検出された強度は、ビームを共振させるた
めに加えるべき振動数の差を従って位相変化を決定する
に使用される。

２つの信号のための共振位置の比較は、２つの光検出器
の整合が臨界的であるから、問題を伴なう。実際に、共
振の半幅の約１０−６から１０′″７に整合された相対
共振位置を有することが必要である。

実際には、共振に対して必要なものに関して半幅の１０
−３から１０−’より近くになるようにＣＣＶのビーム
に加えられた位相変位を得ることが困難である。

他の方向が次いで、１０″′３における約一部分にこの
誤差によって決定された食違いに、整合させることが必
要である。これら問題の成るものを少くとも緩和するこ
とが、この発明の目的である。

この発明の１つの観点によれば、使用の際にＣ１１ｌの
ビームとＣＣすみビームが、リングを離れたのちに検出
器で干渉するような、リング共振器ジャイロを提供する
ことにある。

開示された実施例は、単一の検出器が使用され、Ｃｖお
よびＣＣｌ１１のビームのおのおのが、同じ構成要素（
異なる方向とはいえ）を通過し、それで光学的相互作用
が従来の技術と比べて改良されるから、共通のモードの
拒絶比でかなりの改良を容易にすると信ぜられる。また
、ビームの強度を個々に監視するよりもむしろ相対位相
情報を使用することは、良好な正確度を提供すると本質
的に信ぜられる。

この発明は１種々の方法で遂行でき、その一実施例につ
いて、図面を参照しながら、以下に説明する。

第４図を参照して説明するリング共振器の実施例は、前
述した従来の提案におけるようにＣすのおよびＣＣＩの
ビームの強度を個々に検出する代りに、相対位相情報を
提供するため、ＣｗおよびＣＣｖのビームを単一の感知
器で検出させる。次いで、相対位相情報は、２つのサー
ボループによって使用され、その一方は、加えられる率
が存しないときに、ＣｖおよびＣＣνＣｖムを共振に保
つために、経路長の制御を維持し、他方は１回転によっ
て誘起される非相互的な位相変位を補償するように、Ｃ
ＷおよびＣＣｗのビームに加えられる差動振動数を調節
する。

ＣＶおよびＣＣ１１ｌのビーム、並びにＣＷおよびＣＣ
ｌ１ｌのビームの干渉によって形成された合成ビーム、
の強度の変化について、最初に、作動の一般的原理で説
明し、次いで、第４図に図示された実施例の説明に従っ
て説明する。Ｊｌ整の関数としてのリング共振器ジャイ
ロの各単一ビームに対する透過した強度は、前述した一
般式１によって与えられ、その典型的なグラフは第１図
に図示される。

第２図は、ジャイロの回転によって誘起された非相互的
な位相変位の関数としての、Ｃ−およびＣＣｗのビーム
の干渉によって発生した合成信号の典型的な強度変化を
示す。強度の最小値は、通常引出される単一のビームの
強度より僅かに広い。

第２図は、平均径路長が共振であると仮定して引出され
た。小さな食違い（すなわち、繊維の長さが共振に対し
て真に正しくないときの、経路長の誤差）に対しては、
第３図におけるようなグラフが得られる。曲線が、ゼロ
率で最小になるとして依然として対称であり、それで経
路長の制御に対する別個の仕事として、信号処理手段が
、この最小を見るために適用できる、という点に注目す
ることは重要である。１つの場合には、最小を得ために
（すなわち、回転で誘起された非相互的な位相変位を補
償するために）、非相互的な経路長が調節され、他の場
合には、（すなわち、径路の長さの変化によって誘起さ
れた相互的位相変位を補償するために）、相互的経路長
が調節される。加えられる率がないときに対して、干渉
させられたＣすおよびＣＣＶのビームの強度Ｉｔは、Ｉ
Ｃ＝４（１−、） １＋Ｆｓｉｎ２（δ／２） で与えられる。これは同調曲線であり、これによって、
相互的な経路長が、再び強度の最小値に対して調節され
、第１図におけると同じである。２つのサーボに対して
、同じ時に同じ曲線から最小点を別々の見出するため、
２つの別々の諜え振動数が加えられ、同時の検出がおの
おのに加えられる。同時検出器のおのおのは、他の振動
数がノイズ入力してだけ作用するせまい帯域のフィルタ
として作用する。２つの震え振動数の適当な選択によっ
て、１つのサーボは他のサーボに影響を与えない。

第４図を参照すれば、せまい帯域のレーザ源１０からの
光は、繊維によって集積光学チップ１２に送られる。こ
のチップ１２には、光を２つの等しい部分に分る結合器
１４が存する。光は次いで、２つの移相変調器ＰＭＩ（
反時回りで共振器の中に進む）およびＰＮ２（時計回り
で進む）を通して送られる。

次いで光は、２つの繊維連部によって繊維共振器ループ
１６に送られる。典型的パラメータγ＝ｒ＝０．９７を
備える結合器１８は、共振器の策略および挙動を設定す
る。

共振器ジャイロは第１サーボ８を包含し、これは繊維ル
ープの中の圧電要素２０を使用する経路長制御を維持す
る。圧電要素は、第１震え振動数ω。で交代する長さの
変化を、ＣＶおよびＣＣＷのビームに同じ向きで等しい
（すなわち、相互的な）位相変化を起させる共振器に加
える。この方法で、第１図にプロットされた曲線が同時
に走査される。

振動数ω。の正弦波が、圧電要素２０に加えられ、かく
して、共振器が共振の右手側で誤同調されたときに、振
動数ω。の光強度の変化は、共振の左手側で、同位相に
なり同様に位相がずれる。出力強度は、光検出器２２に
よって検出され、これは信号を第１および第２の位相感
知検出器ＰＳＤ　１およびＰＳＤ　２に供給する。位相
感知検出器ＰＳＤ　１からの電圧は、中心線からの食違
いに比例し、経路長制御のためのサーボ誤差信号を形成
する。この誤差信号は、ω。の変調と共に、高電圧増幅
器２４　を通して圧電要素２０に加えられる。積分器２
６は、誤差信号の不在の際に共振のための正しい電圧を
圧電要素２０に加えるに使用される。この方法によれば
、経路長は、共振の際に、ＣｖおよびＣＣｑのビームに
相互的な位相変位を加えることによって維持される。

圧電要素２０を使用する繊維に応力を加える代りに、半
導体レーザが使用される場合に、レーザ作動電流の調節
によって、源の振動数を調節するため、交代的に誤差信
号が加えられる。

第２サーボ６は、差の経路長を等し設定するように作動
する。これは、鋸歯振動数変位要素の使用の際に、振動
数を変えることによって達成される。鋸歯電圧は２πの
ピーク差位相を与えるために、位相変調器ＰＭＩおよび
ＰＨ１に逆位相で加えられる。次いで、電圧は迅速のゼ
ロにリセットされ。

効果は、時間による定常的な位相傾斜すなわちｄφ／ｄ
ｔによって与えられる振動数変位と同じである。双方向
の差振動数を調節することによって、等しいおよび逆の
位相変位が、回転によって誘起される非相互的な変相変
位を補償するために、Ｃ−およびＣＣｑのビームに加え
られる。

経路長制御サーボ８の効果は、決して厳密に達成できな
いとしても、共振における各ビームを試みて保つために
、ＣすおよびＣＣｑのビームに、等しい位相変位を加え
ることを試ることにある。

鋸歯振動数変位器を作動する第２サーボ６は、前述した
ように差動的にＰＭＩおよびＰＨ１に加えられる震え振
動数ω６で搬送される正弦波を有する。

これは、交代的な差動経路長を与え、それで等しいおよ
び逆の位相変位がＣｖおよびＣＣＶのビームに加えられ
る。これは、位相感知検出器ＰＳＤ　２を使用する増幅
器を介して、光検出器２０上への光から同時に検出され
る。電圧出力は、鋸歯変調器の傾斜割合を調節するのに
（すなわち、これは差動振動数を調節する）使用される
。再び、積分器２８は、定常状態において、誤差信号が
存しないときに、正しい振動数変位を維持するに使用さ
れる。ＰＭＩおよびＰＨ１によって加えられる差動振動
数変位は、ジャイロの尺度因子によって、加えられる回
転に直接関連する。かくして、鋸歯波形の周期の検出に
よって、加えられる回転率は決定できる。

振動数ω、の正弦波の使用は、経路長サーボ１８の作動
に影響を与するω。での補償が存しないことを意味する
。この場合に、位相感知検出器ｐｓｐ２は経路長制御サ
ーボ８と同じ方法で、ω６の信号を求める。傾斜の持続
が短か過ぎる（振動数が高過ぎる）場合には、ω８にお
ける信号の位相は、位相変調器への誤差信号で傾斜をゆ
っくりとし、またその逆が成立つ。

経路長サーボ８が正しく作動しているときには、光検出
器に２ω８および２ω。の大きな信号が存する。これら
信号は、ω。とω１が調和的に関連しない限りは、差動
経路長サーボの作動または経路長サーボに影響を与えな
い。

この方法において、同じ光検出器を使用する２つのサー
ボが、完全に独立に作動する。この場合に、２つの別々
の光検出器における強度を、上述した従来提案において
比較する場合と比べて、ＰＭｌにおける位相がＰＨ１に
おける位相に等しくかつ逆のときに、極めて良好な共通
のモードの拒絶が存する。差位相強度曲Ｊｓ（第２図お
よび第３図）は、単一ビーム強度曲線（第１図）より僅
かに広いものであるけれども、２つの方向の正確な整合
は、なお著しい改良を表わす。干渉計出力のするどさは
、共振器の術策として、繊維光学ジャイロと比較して、
同じ有効径路長に対して、繊維の長さが短いという利点
を与えるように改良される。

ゼロ割合のまわりに集中された単一の共振は、繊維光学
ジャイロで起ることができるような縞の数のあいまいさ
、が存しないということを意味する。

異なる位数の最近の共振は、モードの間隔（典型的には
２０ＭＨｚ）であり、これは、非現実的に高い回転率に
対応する。第２の利点は、繊維光学ジャイロの普通に使
用される広い帯域の源と比較して、レーザ源の使用によ
って、光検出器上における高いパワーにある。これは、
入射パワーの逆平方根として進行する、大きく低減した
ジャイロのランダムなノイズを生じさせる。後方散乱の
効果は、２つの位相変調器におけるω１の逆位相変調に
よって抑制される。レーザ源の中への逆反射は、その作
動の分裂をふせぐための光学隔離器によって抑制される
。

相互的形状が使用され、これによれば、光検出器は、レ
ーザ源のように、干渉計への同じ入力導体の中に存する
。これによれば、干渉計のまわりの双方の方向が反射お
よび透過をおのおの有する５０　：　５０ビ一ム分割器
を通して、同じ進路を取る。

これら両者（反射および透過）に対して、一般の異なる
位相変化が存するから、相互的形状は、ジャイロ偏倚を
生成させないようにする。

【図面の簡単な説明】

第１図は、適用レート（加えられる率）のない典型的な
リング共振器ジャイロに対する、調整の関数としての１
つのビームの強度を示す、グラフである。第２図は、平
均径路長が共振にある、率の関数として、時計回りおよ
び反時計回りのビームの干渉によって発生した信号の強
度を示す、グラフである。第３図は、軽い非同調すなわ
ち食違いが存する場合の（すなわち、平均径路長が共振
に対して真に正しくない場合の）、率の関数としての強
度を示す、グラフである。第４図は、この発明によるリ
ング共振器ジャイロの図解的線図である。 図面において、６は第２サーボ、８は第１サーボ、１０
はレーザ源、１２は集積光学チップ、１６は繊維共振器
ループ、２０は圧電要素、２２は光検出器を示す。 手続打音ｊ正書（自発） 平成２年７月２日 ６゜ 補正の内容 （１）優先権主張の第２番］」の出願番号を訂正し、出
願人の代表者の氏名を記載したもの

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、使用の際に、時計回りのビームと反時計回りのビー
   ムとが、リングを離れたのちに検出器において干渉する
   、リング共振器ジャイロ。 ２、検出器の出力が、第１サーボループおよび第２サー
   ボループによって使用され、第１サーボループが、リン
   グの光学径路長の変化を補償するため、相互的な位相変
   位を時計回りおよび反時計回りのビームに加え、第２サ
   ーボループが、ジャイロの回転を補償するため、非相互
   的な位相または振動数の変位を、時計回りおよび反時計
   回りのビームに加える、請求項１に記載のリング共振器
   ジャイロ。 ３、第２サーボループが、等しくて逆の位相または□動
   数の変位を、時計回りおよび反時計回りのビームに加え
   る、請求項２に記載のリング共振器ジャイロ。 ４、各サーボループが、それぞれの差震え振動数で位相
   または振動数の変調を加え、検出器からの出力が、各サ
   ーボループにおけるそれぞれの位相感知検出器に供給さ
   れる、請求項２に記載のリング共振器ジャイロ。 ５、前記第１サーボループが、ループの光学径路長を変
   えるための変換器を包含する、請求項２に記載のリング
   共振器ジャイロ。 ６、前記第１サーボループが、時計回りおよび反時計回
   りのビームに等しい振動数変位を加えるための手段を包
   含する、請求項２に記載のリング共振器ジャイロ。 ７、共振器が、光学繊維の無端コイルを有し、これの中
   に、使用の際に、時計回りおよび反時計回りのビームが
   、結合器を介して放される、請求項１に記載のリング共
   振器ジャイロ。