JPH04319618A

JPH04319618A - 位相変調式光ファイバジャイロ

Info

Publication number: JPH04319618A
Application number: JP11218691A
Authority: JP
Inventors: Hisao Sonobe; 久雄園部; Shigeru Obo; 茂於保; Junichi Makino; 牧野　淳一; Yasuhiro Gunji; 康弘郡司; Hiroshi Kajioka; 博梶岡; Tatsuya Kumagai; 達也熊谷
Original assignee: Hitachi Cable Ltd; Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd; Hitachi Ltd
Priority date: 1991-04-18
Filing date: 1991-04-18
Publication date: 1992-11-10
Also published as: EP0509511A3; EP0509511A2

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光ファイバループを用い
て角速度を検出するようにした光ファイバジャイロに係
り、特に自動車などの移動体に搭載し、方位等を検出す
るのに好適な小形の光ファイバジャイロに関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】角速度検出用のセンサとしては、従来か
らジャイロ（ジャイロスコープ）が知られているが、近
年、ソリッドステート化されたジャイロとして、光ファ
イバループを用いた、いわゆる光ファイバジャイロが実
用化されるようになり、その例として、特開昭６３−３
１４４１０号公報の記載を挙げることが出来る。

【０００３】ところで、この公報に記載の光ファイバジ
ャイロは、位相変調式光ファイバジャイロと呼ばれるも
のであるが、以下、この従来の装置について、図１０に
より詳細に説明する。

【０００４】この図１０に示す位相変調式光ファイバジ
ャイロは、光学系と、それ以外の部分からなっており、
図において、可干渉性光源１と光分岐器２ａ、２ｂ、偏
光子３、光ファイバループ４、位相変調器５及びロツド
レンズ２３ａの部分が光学系である。

【０００５】可干渉性光源１は例えば一般のレーザダイ
オード又は超発光形ダイオードであり、光分岐器２ａ、
２ｂは光ファイバを用いたエバネッセント結合によるビ
ームスプリッタである。また、偏光子３は偏光特性を有
する特殊な光ファイバをコイル状に巻いたものである。そして、光ファイバループ４は全長数百メートルの光フ
ァイバをコイル状に巻いたものである。

【０００６】位相変調器５はシリンダ状の電歪素子に全
長数メートルの光ファイバを巻き付け、電気信号による
電歪素子の寸法変化に伴う光ファイバの長さの変化によ
り光路長を変え、位相変化を与えるものであり、交流的
な光の位相バイアス手段として機能する。なお、光ファ
イバは例えば単一モードの偏波面保存光ファイバを用い
ている。また、これらの部品は、光ファイバどうしを融
着することにより接続されている。さらに、ロッドレン
ズ２３ａは可干渉性光源１の出射光を集光して光ファイ
バに入射するためのものである。

【０００７】信号発生器９は、一般に水晶発振器、分周
器、移相器、ローパスフィルタ、ノッチフィルタなどか
らなり、位相変調器５を駆動する所定の周波数（ｆｍと
する）の正弦波Ｅ１を発生し、さらに同期信号として、
基本波ｆｍの整数倍の何種類かのパルス信号Ｅｎを発生
する、例えば多周波発振器のようなもので構成されてい
る。　　電圧調節器１０は、例えばＤ／Ａコンバータを
用いた乗算器であり、指令信号Ｅ２に応じて増幅度が変
り、位相変調器５の駆動電圧Ｅ３を最適な大きさに微調
整する働きをする。

【０００８】駆動電源７は可干渉性光源１に電流を供給
するもので、例えば定電流装置などで構成されている。光電変換部６は主としてホトダイオードと電流電圧変換
部からなるもので、信号光を電圧に変換する働きをする
。信号処理部８は、例えばパルス信号Ｅｎに同期して動
作する同期検波器とＡ／Ｄ変換器、マイクロコンピユー
タやその入出力インターフエースなどからなり、電圧調
節器１０に指令信号Ｅ２を供給し、さらに、光電変換部
６の交流出力Ｅ４を信号処理して入力角速度Ωｉｎの検
出値Ωｏｕｔを出力するものである。ここで、検出値Ω
ｏｕｔの出力形態は、次に接続する機器の入力形態に合
わせたパラレル又はシリアルのディジタル信号あるいは
アナログ信号等である。

【０００９】以上の構成は位相変調式光ファイバジャイ
ロの基本構成であり、位相変調器５の特性、光ファイバ
ループ４の光ファイバ全長などを考慮して駆動電圧Ｅ３
の周波数ｆｍと振幅を所定の値にしたとき、光電変換部
６の交流出力Ｅ４には次のように各種の周波数成分が含
まれる。　　　　　Ａ１＝ＫｐＳｉｎＫｓΩｉｎ×Ｊ１（Ｋｍ）
×Ｃｏｓω（ｔ−τ／２）　　　　　……（１）　　　
　　Ａ２＝ＫｐＣｏｓＫｓΩｉｎ×Ｊ２（Ｋｍ）×Ｃｏ
ｓ２ω（ｔ−τ／２）　　……（２）　　　　　Ａ３＝
−ＫｐＳｉｎＫｓΩｉｎ×Ｊ３（Ｋｍ）×Ｃｏｓ３ω（
ｔ−τ／２）……（３）　　　　　Ａ４＝−ＫｐＣｏｓ
ＫｓΩｉｎ×Ｊ４（Ｋｍ）×Ｃｏｓ４ω（ｔ−τ／２）
……（４）　　　　　Ａ５＝ＫｐＳｉｎＫｓΩｉｎ×Ｊ
５（Ｋｍ）×Ｃｏｓ５ω（ｔ−τ／２）　　……（５）
　　　　　Ａ６＝ＫｐＣｏｓＫｓΩｉｎ×Ｊ６（Ｋｍ）
×Ｃｏｓ６ω（ｔ−τ／２）　　……（６）ここに、Ａ
１〜Ａ６は各周波数成分毎の振幅、Ｋｐは信号光の大き
さ及び光電変換率などに関する定数、Ｋｓはサグナック
効果、すなわち光学系の感度に関する定数、Ωｉｎは入
力角速度、Ｋｍは位相変調度に関する定数、Ｊ１（Ｋｍ
）〜Ｊ６（Ｋｍ）はベッセル関数から求まる定数、ωは
駆動電圧Ｅ３の周波数ｆｍの角速度、ｔは時間、τは光
が光ファイバループ４を通過するのに必要な時間である
。

【００１０】さらに、（１）〜（６）式について説明す
ると、（１）式は駆動電圧Ｅ３の周波数ｆｍの１次の周
波数成分を表わす式、（２）式は駆動電圧Ｅ３の周波数
ｆｍの２次の周波数成分を表わす式であり、以下同様に
（３）式は３次、（４）式は４次、（６）式は６次の周
波数成分を表わす式である。なお、実際には無限の数の
数式で表わされるものである。

【００１１】そして、入力角速度Ωｉｎは（１）式と（
２）式の比をとって変形した次式によつて求めることが
できる。　　　　　　Ωｉｎ＝ａｒｃＴａｎ〔Ａ１／Ａ２・Ｊ２
（Ｋｍ）／Ｊ１（Ｋｍ）〕・１／Ｋｓ　　……（７）一
方、位相変調器５の位相変調度に関する値は（２）式と
（４）式の比をとることによって次式で表わすことがで
きる。　　　　　　　　　　Ｊ４（Ｋｍ）／Ｊ２（Ｋｍ）＝Ａ
４／Ａ２　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　……（８）すなわち、この（８）式で表わされる
ように、信号処理部８でＡ４／Ａ２が一定になるように
電圧調節器１０に指令信号Ｅ２を出し、駆動電圧Ｅ３の
振幅を微調節することにより、Ｊ４（Ｋｍ）／Ｊ２（Ｋ
ｍ）が一定（位相変調度が一定と同じ）になり、その結
果、（７）式のＪ２（Ｋｍ）／Ｊ１（Ｋｍ）も一定にな
って、信号光のレベル変動や位相変調器５の振幅変動な
どの影響を全く受けることがなくなり、従って、この図
１０に示す従来技術によっても、入力角速度Ωｉｎを高
精度で検出することができる。

【００１２】ところで、以上の数式は、光学系とそれ以
外の電気系が理想的な場合に成立する理論式であり、実
際には光学系内の光の反射の影響で、数式から求まる値
と実際に得られる値に差異が生じるものであり、従って
、以下、この光の反射の影響について説明する。

【００１３】周知のように、光の反射は屈折率が急激に
変化する場所で発生する。そして、図１０の装置では、
Ａ〜Ｄ部が光ファイバの端部になっており、従って、こ
こが光の反射が最も発生し易い場所となる。図１１は、
図１０のＢ部の拡大図であるが、この図から明らかなよ
うに、光ファイバ２０ａのコア２１ａは光が伝ぱんする
部分で、その端面Ｂは光の伝ぱん軸に対してほぼ直角に
研摩仕上げされ、光ファイバの真正面に少々の間隙を設
けてホトダイオード２２を配置してある。

【００１４】このような構造の場合、実線の矢印で示し
た信号光（位相変調器５で変調されて戻った光）は、理
論上、コア２１ａから空気中に出射するときに信号光の
光量の４％が反射し、破線の矢印で示したように反射光
となってコア２１ａを逆戻りすることが予想される。実
測した結果によると、約２〜３％の反射光の存在を確認
することができた。

【００１５】一方、コア２１ａから空気中に出射する信
号光の量は、理論上、コア２１ａを伝ぱんする信号光の
光量の９６％であり、さらに、ホトダイオード２２のカ
バーガラスの表裏でそれぞれ何％か反射し、その残りが
検出部に当たる。ここで、ホトダイオード２２のカバー
ガラス部などで反射した信号光が再びコア２１ａに入射
する量は、ホトダイオード２２と光ファイバ端面Ｂとの
間隙が１００μｍ程度ある場合、ほとんど零に近い値で
ある。

【００１６】以上のように、コア２１ａを逆戻りする反
射光はＡ部においても全く同様に発生し、また、Ｄ部に
おいては、信号光の光量がＢ部の２倍になるため、反射
光の光量もＢ部の２倍になる。一方、Ｃ部においては、
信号光が直接戻らないため１次の反射は発生しない。し
かし、Ａ部及びＢ部で発生した反射光が、Ｃ部で反射し
て再びＡ部とＢ部側に再逆戻りすることが考えられるが
、光ファイバループ４側に逆戻りする反射光の光量は非
常に小さい。

【００１７】ここで、反射光の総光量を光分岐器２ｂの
入力に換算すると、まず、光ファイバ端面に入射した光
量を１とし、光ファイバの接続部の損失及び通過損失を
零、反射率を０．０４（４％）と仮定すると、　　光分
岐器２ｂに入る光量は　　　　　　　　１×１／２＝０
．５　　端面Ｄに戻る信号光の光量は　　　　　　０．
５×１／２＝０．２５　　端面Ｄの反射光の光量は　　
　　　　　　　　０．２５×０．０４＝０．０１　　端
面Ａ、Ｂに戻る信号光の光量は　　１×１／２×１／２
×１／２＝０．１２５　　端面Ａ、Ｂの反射光の光量は
　　　　　　０．１２５×０．０４＝０．００５　　光
分岐器２ｂに入れ反射光の光量は０．００５×２×１／
２＝０．００５となり、したがつて、所定の光の光量と
反射光の光量の比は（０．０１＋０．００５）／０．５＝０．０３となって
、３％にも達する。

【００１８】次に、反射光が信号光にどのような理由で
影響を及ぼすかについて説明する。まず、定性的に説明
すると、光ファイバループ４に入る光が純直流的であれ
ば全く問題ないが、その光に交流信号が重畳されると、
前記した（１）〜（６）式のＫｐ項に交流信号が重畳さ
れたことになり、交流信号が多く周波数成分を含んだひ
ずみ交流電圧であるため、数多くのビート周波数が発生
し、振幅Ａ１〜Ａ６は予想外の値になる。

【００１９】反射光と信号光の絡み合いをアナログ回路
でモデル化すると図１２のようになる。なお、この図に
おいて、３０は乗算器、３１は加算器、３２ａ、３２ｂ
は遅延器、３３ａ、３３ｂは減衰器、ＥＤＣは直流信号
、ＥＡＣｉｎ、ＥＡＣｏｕｔは交流信号である。遅延器
３２ａと減衰器３３ａの部分は第１次の反射、破線で示
した遅延器３２ｂと減衰器３３ｂの部分は第２次の反射
に相当するものであるが、その他の部分は対応させるこ
とが困難である。

【００２０】ここで、反射光がある場合と反射光がない
場合のコンピユータによるシミユレーシヨン結果は、図
１３に示すようになる。なお、図において、横軸は入力
角速度Ωｉｎに光学系の感度に関する定数Ｋｓを乗じた
値であり、単位はラジアンである。縦軸は各周波数成分
毎の振幅であり、単位は例えばボルトである。また、（
イ）〜（ヘ）の各波形の条件は次のようである。（イ）：１次成分、反射なし（ロ）：１次成分、反射有り（ハ）：２次成分、反射なし（ニ）：２次成分、反射あり（ホ）：４次成分、反射なし（ヘ）：４次成分、反射ありなお、反射の条件は反射率１０％、遅延時間０、第１次
反射のみとしたものである。図によると、反射光がある
場合と反射光がない場合では振幅特性に明らかな差異が
認められる。これらの特性はこれまでの数多くの実験結
果とよく一致するものである。

【００２１】次に図１４は、図１３に示した振幅特性の
内の２次の周波数成分と４次の周波数成分の比と入力角
速度Ωｉｎの関係を示すものである。図において、横軸
は前記したように光の位相差、縦軸は振幅の比であり、
２点鎖線は反射がない場合、実線は反射がある場合の特
性である。この図から明らかなように、反射がない場合
は入力角速度Ωｉｎの大きさに関係なく常に一定である
が、反射がある場合は入力角速度Ωｉｎが大きくなるに
従って振幅の比が小さくなることが判り、この特性もこ
れまで実験結果とよく一致するものである。

【００２２】前記したように、反射がある場合の振幅特
性は反射がない理想的な振幅特性に対してずれを生じる
が、ずれ量が安定していれば、図１０の信号処理部８で
特性を補正して入力角速度Ωｉｎを正確に検出すること
が可能であり、大きな問題はない。ところが、これまで
の実験によると、光ファイバ端面の反射条件の変化や光
分岐器２ａ、２ｂの分岐比の変化などによつてずれ量が
大幅に変化するため、信号処理部８で特性を補正できな
いことが明らかになつている。

【００２３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、光フ
ァイバの端面などで発生する反射光について配慮がされ
ておらず、入力角速度の検出の高精度化の点で問題があ
った。本発明の目的は、小型軽量で、且つ、検出精度の
向上が容易に得られるようにした、位相変調式光ファイ
バジャイロを確実に提供することにある。

【００２４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、一方の発明では、光ファイバジャイロの光学系に存
在する光の入出力端に反射防止手段を設け、光ファイバ
ループへの反射光の再入射を抑えるようにしたものであ
る。

【００２５】また、他の発明では、可干渉性光源部と光
出力部に別々にパルス変調手段を設け、アナログ的又は
ディジタル的な処理によって有害成分を除去するように
したものである。

【００２６】

【作用】反射防止手段は、信号光が端面で反射して光フ
ァイバに再入射し、その反射光が光ファイバループを一
巡して再び信号光になり、信号光に含まれる各種の周波
数成分の割合が変化するのを防止するように働く。従っ
て、検出精度を向上させることができる。

【００２７】また、複数のパルス変調手段は、可干渉性
光源部と光出力部を同期して変調することにより、有効
成分のみを選択してアナログ的に信号処理することを可
能にするように働く。従って、反射光の影響をなくして
検出精度を向上することができる。

【００２８】さらに、パルス変調手段は、一時的に可干
渉性光源部と光出力部を同期して変調させ、有害成分の
みを選択して信号処理した結果を求め、平常時の検出値
をデイジタル的に補正するように働く。これにより、反
射光の影響をなくして検出精度を向上することができる
。

【００２９】

【実施例】以下、本発明による位相変調式光ファイバジ
ャイロについて、図示の実施例によって詳細に説明する
。

【００３０】図１は本発明の一実施例で、図１０の従来
例におけるＢ部に、反射防止対策を施した場合の概念図
であり、同じく従来例の図１１に対応するものである。この図１において、図１１に示した従来例と異なる点は
、光ファイバ２０ｂのコア２１ｂの端面Ｂ’を、角度θ
で斜め研摩したことである。

【００３１】このように端面Ｂ’を斜め研摩することに
よつて、信号光が端面で反射したときの反射光の光軸に
、コア２１ｂの光軸に対して２θほど角度を持たせるこ
とができる。従って、この角度θを、光ファイバ２０ｂ
の最大入射半角値に近い値、或いは、それ以上の値にす
ることにより、反射光がコア２１ｂに再入射して逆戻り
する現象を確実に防止することができる。

【００３２】ここで、最大入射半角値をθｆとすると、
これは次のように求めることができる。　　　　　　　　　　　　　　θｆ＝ａｒｃＳｉｎ　ｎ
１・（２Δの平方根）　　　　　　　　　　　　　　　
　……（９）　　　　　　　　　　　　　　　Δ＝（ｎ
１−ｎ２）／ｎ１　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　……（１０）　　　　　　　　　　
　　ここに、ｎ１：コア２１ｂ部の屈折率　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　ｎ２：コア２１ｂ周辺（
クラッド）部の屈折率従って、ｎ１＝１．４５、ｎ１−
ｎ２＝０．００５とすると、θｆ　は約８°になる。そ
して、この場合、斜め研摩の角度θは８°近辺の値、或
いはそれ以上になる。

【００３３】なお、角度θを最大入射半角値θｆより大
きくするとね信号光の出射角がコア２１ｂの光軸からず
れのみでそれ程大きな問題はない。しかしながら、あま
り大きくし過ぎると、コア２１ｂ内で全反射を起し、信
号光がコア２１ｂから全く出射しなくなる虞れがある。従って、角度θの上限値は、全反射を起す角度より少々
小さい値となる。

【００３４】一方、コア２１ｂを出た信号光は、図示の
ように、コア２１ｂの光軸に対して斜め方向（角度θの
約半分）に出射し、ホトダイオード２２に斜めに入射す
る。従って、このときに反射が発生するが、図１１で説
明したように、ホトダイオード２２とコア２１ｂの端面
Ｂ’との間隙が或る程度以上あれば、ホトダイオード２
２の表面で反射した信号光がコア２１ｂに再入射するこ
とはない。

【００３５】図２は、図１０のＡ部、すなわち可干渉性
光源１の周辺部に反射防止対策をした場合の本発明の一
実施例の概念図で、図において、光ファイバ２０ｃは図
１の光ファイバ２０ｃと同一のものであり、端面Ａ’は
、図１０のＡ部に対応する。ロツドレンズ２３ａは１／
２ピツチより少々短いもので、可干渉性光源１を出た広
がり光を集光してコア２１ｃに入射させる働きをする。可干渉性光源１はフアブリペロー共振器を必要としない
もの、例えば超発光形ダイオードの両端面を斜めに研摩
したものである。

【００３６】この図２の実施例では、反射光がコア２１
ｃに再入射する可能性がある３箇所を斜め研摩してあり
、これにより、反射光Ｉ〜ＩＩＩ　は、それぞれが破線
の矢印で示したように、コア２１ｃの光軸に対して角度
を持って反射するため、反射光がコア２１ｃに再入射し
、コア２１ｃを逆戻りする現象を防止できる。ところで
、このように端面を斜め研摩すると、可干渉性光源１と
コア２１ｃの結合効率が低下するように感じるが、一般
に可干渉性光源１は、光の広がり角が大きいため、ほと
んど問題になるようなことはない。

【００３７】次に、図３は、図１０のＣ部及びＤ部に反
射防止対策を施した場合の本発明の一実施例を示す概念
図で、これらの端部から出る光（Ｃ部から信号光は出射
しない）は、信号光として利用していないため、別段研
摩する必要はなく、図示したように、光ファイバ２０ｄ
の端面Ｄ’（Ｃ’）、特にコア２１ｄの端面がコア２１
ｄの光軸に対して極力大きな角度になつていればよい。このようにすることによつて、反射光は、破線の矢印で
示したように、コア２１ｄの光軸に対して大きな角度を
持って反射するため、前記したように反射光がコア２１
ｄを逆戻りする現象を防止できる。

【００３８】なお、このように、研摩しないで端面を斜
めにする方法は極めて容易で、例えば、ニツパ等の工具
を用いて光ファイバを折損させてやれば、ほぼ９０％以
上の確率で望む状態を得ることができる。そして、斜め
に折損できたか否かは、端面形状を顕微鏡等によつて観
測するか、または、信号光の出射方向を観測することに
よつて容易に調べることができ、失敗した場合は再び折
損し直せばよい。

【００３９】ところで、上記したように、Ｃ部は信号光
が出射しない端面であるため、反射防止対策を必ずしも
必要としない。よつて、ニツパ等によつて折損した後に
折損状態を観測する必要はない。

【００４０】このように、図１０に示した従来装置の光
学系の信号光の出射端（Ａ、Ｂ、Ｄの各部）と可干渉性
光源１に反射防止対策をした本発明の実施例によれば、
信号光が光ファイバループ４側に逆戻りし、位相変調器
５によつて再び位相変調された上で、有害な信号光とな
つてＢ部に戻り、最終的に、入力角速度Ωｉｎの検出値
Ωｏｕｔに誤差を発生させてしまう現象を、確実に防止
することができ、従って、本発明の実施例によれば、従
来装置に簡単な反射防止対策を施すのみで、位相変調式
光ファイバジヤイロの検出精度を、従来装置の約１０倍
（実験値）程度に向上させる効果がある。

【００４１】なお、上記実施例では、図１０のＡ部とＢ
部に斜め研摩による反射防止対策を施し、そしてＣ部と
Ｄ部に斜め折損による反射防止対策を施しているが、本
発明の実施例はこれに限らず、例えば全部を斜め研摩あ
るいは全部を斜めに折損、または斜め研摩と斜めに折損
を適当に組合せてもよく、その場合も本実施例の効果は
変らない。

【００４２】次に、図４は、本発明のさらに別の一実施
例による反射防止対策を示したもので、図２に示したも
のの代案に相当するものであり、図において、図２と異
なる点は、可干渉性光源１の光軸をコア２１ｃの光軸に
対して傾斜させた点にある。このようにすることによつ
て反射光ＩＩと反射光ＩＩＩは、図２の実施例の場合と
全く同じになり、反射光がコア２１ｃを逆戻りすること
はない。

【００４３】ところで、この実施例では、反射光Ｉはも
と来た光路を逆に帰ることになるので、コア２１ｃに再
入射して逆戻りすることになり、この現象をなくするこ
とは容易でない。しかし、可干渉性光源１が超発光形ダ
イオードの場合、反射光Ｉが発生する端面側は非励起部
になつているか、又は端面に無反射コーテイングを施し
たものが多く、そのような場合、反射光Ｉは信号光のほ
ぼ１％以下であり、さらに可干渉性光源１を出射すると
きに大きく広がるため、ロツドレンズ２３ａで集光して
もコア２１ｃに入射する効率は１０％以下となる。

【００４４】従って、コア２１ｃを逆戻りする反射光は
可干渉性光源１に入つた信号光の約０．１％以下であり
、大きな問題にはならず、このため、この図４の実施例
によっても、図２に示した実施例とほとんど変わらない
効果を得ることができる。なお、上記した値をさらに小
さくしたい場合には、可干渉性光源１とコア２１ｃの結
合効率を故意に低下させてやればよい。

【００４５】ところで、本発明の実施例としては、図１
、図２及び図３に示した斜め研摩又は斜めに折損する実
施例の代りに、端面に無反射コーテイングを施しても良
く、この実施例の場合には、反射光が逆戻りする現象を
完全に防止することはできないが、それでも、位相変調
式光ファイバジヤイロの検出精度を向上させる効果を得
るには充分である。

【００４６】また、無反射コーテイングの代りにマツチ
ングオイル等を塗布又は充填してもよく、このようにし
た実施例の効果は、上記の無反射コーテイングをした場
合の実施例による効果と同等である。

【００４７】さらに、本発明の実施例としては、反射防
止対策として、斜め研摩、斜めに折損、無反射コーテイ
ング、マツチングオイル塗布、部品の斜め配置などを適
当に組合せてもよく、そのような実施例においても、位
相変調式光ファイバジヤイロの検出精度を向上させる効
果がある。

【００４８】なお、図１に示したホトダイオード２２の
入射面及び図２に示したロツドレンズ２３ａの端面など
に無反射コーテイングを施すようにしてもよく、この実
施例によれば、予測できない反射光の発生を防止するこ
とができ、本発明をより効果的にするものである。

【００４９】次に、本発明のさらに別の実施例について
説明する。図５は、その一実施例で、図１０の従来技術
に示した部品の符号と同一符号の部品は、図１０で示し
た部品と同一の作用をするものであり、且つ、光ファイ
バの端面には反射防止対策が施されていない。そしてホ
トダイオード２２は図１１に示したものと同一であり、
信号光を電流に変換する光検出器として機能し、電流電
圧変換器１２はホトダイオード２２の出力電流を電圧Ｅ
４’に変換するものである。なお、これらのホトダイオ
ード２２と電流電圧変換器１２の部分は、図１０に示し
た光電変換部６に相当するものである。

【００５０】図５において、まずスイッチ１３ａ、１３
ｂは信号発生器１４の指令電圧に応じて開閉する、例え
ばアナログスイッチのようなもの、信号発生器１４は発
振器と分周器などからなり、２種類のパルス信号Ｅ５、
Ｅ７を出力するものである。スイッチ１３ａは可干渉性
光源１の駆動電流Ｅ６を断続し、スイッチ１３ｂはホト
ダイオード２２の出力電流Ｅ８を断続する働きをする。また、Ｐ１は光入力、Ｐ２は信号光を表わす。

【００５１】次に、この図５の実施例の動作について、
図６を用いて説明する。図６において、波形の先頭に記
した符号は図５に示した符号に対応するものである。な
お、説明を容易にするため、タイミングを重視して、波
形は方形波として示してある。

【００５２】まず、τは前記したように光が光ファイバ
ループ４を一巡するのに必要な時間である。次に、信号
光Ｐ２の波形の中で、実線で示した波形は、信号光の反
射光に無関係な、位相変調式光ファイバジヤイロ本来の
信号光であり、有効成分を表わす。一方、破線で示した
波形は、信号光の反射光が図５に示した光ファイバルー
プ４に再び入り、位相変調５によつて変調されて再び信
号光として戻つたものであり、有害成分を表わす。

【００５３】光入力Ｐ１と信号光Ｐ２の有効成分と、信
号光Ｐ２の有害成分との位相関係は図示したようになる
。すなわち、有効成分は光入力Ｐ１に対して時間τの遅れ
があり、有害成分は光入力Ｐ１に対して時間２τの遅れ
がある。この位相関係は光ファイバループ４の光ファイ
バ全長によつて決まるものであり（他の部分の光ファイ
バ長を０とした場合）、非常に安定しているものである
。

【００５４】従って、パルス電圧Ｅ５とパルス電圧Ｅ７
を、図示のように位相をずらしておくことにより、ホト
ダイオード２２の出力電流の内の有害成分を除外して有
効成分だけを選択することができる。なお、パルス電圧
Ｅ７を反転することにより、有害成分のみを選択するこ
ともできる。

【００５５】そこで、図５に示したように、出力電流Ｅ
８の有効成分だけを選択して電流電圧変換器１２に加え
ることにより、交流出力Ｅ４’の内の反射光によつて生
じた有害成分を取り除くことができ、等価的に前記した
反射防止対策と全く同じ効果が得られ、交流出力Ｅ４’
を信号処理部８で信号処理することにより、入力角速度
Ωｉｎを高精度で検出して検出値Ωｏｕｔを出力するこ
とができる。

【００５６】従って、この実施例によれば、従来装置に
、スイッチとその駆動回路を追加するのみで、位相変調
式光ファイバジヤイロの検出精度を充分に向上させるこ
とができる。

【００５７】また、この実施例によれば、可干渉性光源
１に、反射防止対策がしにくいファブリー・ペロー共振
器を有する単一モードレーザダイオードやコンパクトデ
ィスクプレーヤ等で用いられているマルチモードレーザ
ダイオードを使用することができ、装置を安価にする効
果がある。

【００５８】次に、図５に示した実施例の変形例に相当
する実施例について説明する。まず、図６に示したパル
ス電圧Ｅ５とパルス電圧Ｅ７の位相関係を、図示とは反
転させ、出力電流Ｅ８の有害成分のみを選択するように
構成する。そして、平常時は、例えば信号処理部８の指
令によつて発振を止め、パルス電圧Ｅ５とＥ６に直流信
号が出るようにし、スイッチ１３ａと１３ｂがオンの状
態を保つようにしておくのである。

【００５９】そうすると、平常時は図１０に示した従来
装置と同一の動作をするため、検出値Ωｏｕｔには反射
光に起因する誤差が含まれる。そこで、次に、一時的に
、図６に示したようにスイッチ１３ａと１３ｂを動作さ
せ、前記したように出力電流Ｅ８の有害成分のみを選択
して電流電圧変換器１２に加え、交流電圧Ｅ４’を信号
処理部８で信号処理し、例えば、有害成分を各周波数毎
に分けてマイクロコンピュータ等によつて記憶し、その
記憶値をもとにして平常時の検出値を補正し、新たに正
確な検出値Ωｏｕｔを出力するのである。

【００６０】この実施例によると、平常時にはスイッチ
１３ａと１３ｂをオンの状態に保つため、図５に示した
実施例に比べて、信号光Ｐ２の利用率が２倍になる効果
がある。

【００６１】次に、図７により、本発明の更に別の実施
例について説明する。この図７の実施例は、図５の実施
例における電気的なスイッチ１３ａ、１３ｂに代えて、
光スイッチ１５ａ、１５ｂを、図示の位置に設けたもの
である。これらの光スイッチ１５ａ及び１５ｂは、例え
ば偏光子と検光子を用いた光シャッタのようなものであ
る。

【００６２】この実施例の動作タイミングは、図５の実
施例の場合と同様に、図６に示した通りであり、そして
、この実施例の効果も、図５に示した実施例の効果と同
じである。

【００６３】ところで、これら図５と図７の実施例では
、信号発生器１４を独立した部品として構成しているが
、本発明の実施例は、これに限らず、例えば、信号処理
部８内のマイクロコンピュータを用いた信号発生器であ
つてもよく、この場合でも、実施例の効果が変ることは
ない。

【００６４】また、以上の実施例では、信号処理部８の
出力である検出値Ωｏｕｔを入力角速度Ωｉｎの検出値
として得るようになっているが、本発明の実施例は、こ
れに限らず、出力としては入力角速度Ωｉｎの積分値、
すなわち角度θｏｕｔを出力するように構成してもよい
。なお、一般には、角速度の検出値Ωｏｕｔと角度θｏ
ｕｔの両方を同時に出力することが多いので、このよう
な場合に有用な実施例とすることができる。

【００６５】また、これまでの説明では、信号処理部８
の構成部品に同期検波器が含まれている実施例について
説明したが、これの代りに、例えば高速Ａ／Ｄ変換器と
数値演算による周波数分析に置き換えてもよく、それに
よつて実施例の効果が変ることはない。

【００６６】さらに、本発明の対象となる位相変調式光
ファイバジヤイロは、図１０に示したものに限らず、例
えば図８や図９に示したようなものでよい。まず図８は
、図１０に示した従来装置における光分岐器２ａと偏光
子３を省略したものであり、次に図９は、図８に示した
光分岐２ｂの部分を個別部品で構成したものである。なお、これらの図において、光分岐器２ｃは偏光特性の
小さいビームスプリツタ、ロツドレンズ２３ｂは可干渉
性光源１の広がり光を平行光にするコリメートレンズ、
ロツドレンズ２３ｃ、２３ｄは光分岐２ｃを出た平行光
を集光して光ファイバに入射するものである。そして、
これら図８、図９に示す光学系に本発明を適用した場合
に実施例の効果が変ることはない。

【００６７】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、従来装
置に簡単な部品を追加するのみで、反射光の影響をなく
すことができ、小型軽量で、且つ高精度な位相変調式光
ファイバジヤイロを容易に、しかも確実に提供すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における光ファイバの斜め研
摩の説明図である。

【図２】本発明の一実施例における可干渉性光源部の斜
め研摩の説明図である。

【図３】本発明の一実施例における光ファイバを斜めに
折損した場合の説明図である。

【図４】本発明の一実施例における可干渉性光源部の説
明図である。

【図５】本発明の他の一実施例を示すブロック構成図で
ある。

【図６】図５の実施例の動作を説明するための波形図で
ある。

【図７】本発明の更に別の一実施例を示すブロック構成
図である。

【図８】本発明が適用可能な光ファイバジャイロの他の
一例を示すブロック構成図である。

【図９】本発明が適用可能な光ファイバジャイロの更に
他の一例を示すブロック構成図である。

【図１０】位相変調式光ファイバジャイロの従来例を示
すブロック構成図である。

【図１１】従来技術の問題点の説明図である。

【図１２】従来技術の問題点を説明するために使用する
模擬回路図である。

【図１３】模擬回路による反射のシミュレーシヨン結果
を示す特性図である。

【図１４】模擬回路による反射のシミュレーシヨン結果
を他の観点から示した特性図である。

【符号の説明】

１　　可干渉性光源２　　光分岐器４　　光ファイバループ５　　位相変調器６　　光電変換部８　　信号処理部１３　　スイッチ１５　　光スイッチ２０　　光ファイバ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　最少限可干渉性光源からの光を２方向
に分岐合成する光分岐手段と、前記分岐した光を互いに
逆回転で伝ぱんさせる光ファイバループと、前記分岐し
た光に交流的な位相バイアスを与える位相変調手段とか
らなる光学系の信号光を電気信号に変換する光電変換部
と、前記電気信号から入力角速度の検出値を出力する信
号処理部とからなる位相変調式光ファイバジャイロにお
いて、前記光学系の光ファイバの所定の入出力端部と前
記可干渉性光源部に反射防止手段を設けたことを特徴と
する位相変調式光ファイバジャイロ。
【請求項２】　　請求項第１項において、前記反射防止
手段は、光ファイバの端面及び可干渉性光源の少なくと
も一方の端面が光の伝ぱん軸となす角度を直角から所定
量ずらすことにより構成されていることを特徴とする位
相変調式光ファイバジャイロ。
【請求項３】　　請求項第１項において、前記反射防止
手段は、光ファイバの端面及び可干渉性光源の端面の少
なくとも一方に無反射コーテイングを施すことにより構
成されていることを特徴とする位相変調式光ファイバジ
ャイロ。
【請求項４】　　請求項第１項において、前記反射防止
手段は、光ファイバの端面及び可干渉性光源の端面の少
なくとも一方にマッチングオイルを塗布することにより
構成されていることを特徴とする位相変調式光ファイバ
ジャイロ。
【請求項５】　　請求項第１項において、前記反射防止
手段は、可干渉性光源の端面に無反射コーテイングを施
すことと、光ファイバの端面が光の伝ぱん軸となす角度
を直角から所定量ずらすこととにより構成されているこ
とを特徴とする位相変調式光ファイバジャイロ。
【請求項６】　　請求項第２項又は第５項において、前
記角度を直角から所定量ずらす手段は、前記端面の斜め
に研摩により構成されていることを特徴とする位相変調
式光ファイバジャイロ。
【請求項７】　　請求項第５項において、前記光ファイ
バの端面の角度を直角から所定量ずらす手段は、光ファ
イバの端面を斜めに折損することにより構成されている
ことを特徴とする位相変調式光ファイバジャイロ。
【請求項８】　　請求項第５項において、前記光ファイ
バの端面の角度を直角から所定量ずらす手段は、可干渉
性光源と近接する部分と前記光学系の光出力部を斜めに
研摩し、これ以外の部分を斜めに折損することにより構
成されていることを特徴とする位相変調式光ファイバジ
ャイロ。
【請求項９】　　請求項第２項及び第５項において、前
記角度を直角からずらす量は、光ファイバの最大入射半
角値に近い値あるいはそれ以上の値に選定したことを特
徴とする位相変調式光ファイバジャイロ。
【請求項１０】　　請求項第１項において、前記可干渉
性光源と光ファイバの結合部の結合係数を平常値に比べ
て十分低くしたことを特徴とする位相変調式光ファイバ
ジャイロ。
【請求項１１】　　請求項第１項において、前記可干渉
性光源と光ファイバの結合部の可干渉性光源の光軸を光
ファイバの光軸に対し、光ファイバの最大入射半角値に
近い値あるいはそれ以上傾斜させたことを特徴とする位
相変調式光ファイバジャイロ。
【請求項１２】　　可干渉性光源からの光を２方向に分
岐合成する光分岐手段と、前記分岐した光を互いに逆回
転で伝ぱんさせる光ファイバループと、前記分岐した光
に交流的な位相バイアスを与える位相変調手段とからな
る光学系と、前記光学系の信号光を電気信号に変換する
光電変換部と、前記電気信号から入力角速度を検出して
出力する信号処理部とからなる位相変調式光ファイバジ
ャイロにおいて、前記可干渉性光源を所定のパルス変調
周期で断続する光源変調手段と、このパルス変調周期に
同期して動作する出力変調手段を備え、信号光の内の光
ファイバの端面反射に関係する有害成分を除去して有効
成分を選択して出力し、その出力を処理して入力角速度
を検出し、その検出値を出力することを特徴とする位相
変調式光ファイバジャイロ。
【請求項１３】　　可干渉性光源からの光を２方向に分
岐合成する光分岐手段と、前記分岐した光を互いに逆回
転で伝ぱんさせる光ファイバループと、前記分岐した光
に交流的な位相バイアスを与える位相変調手段とからな
る光学系と、前記光学系の信号光を電気信号に変換する
光電変換部と、前記電気信号から入力角速度を検出して
出力する信号処理部とからなる位相変調式光ファイバジ
ャイロにおいて、前記可干渉性光源を所定のパルス変調
周期で断続する光源変調手段と、このパルス変調周期に
同期して動作する出力変調手段を備え、一時的に光源変
調手段と出力変調手段を動作させ、信号光の内の光ファ
イバの端面反射に関係する有害成分を選択して出力し、
その出力信号を前記信号処理部で処理して前記入力角速
度の検出値を補正して出力することを特徴とする位相変
調式光ファイバジャイロ。
【請求項１４】　　請求項第１２項又は第１３項におい
て、前記光源変調手段は、可干渉性光源の出射光を断続
する光学的な断続手段で構成したことを特徴とする位相
変調式光ファイバジャイロ。
【請求項１５】　　請求項第１２項又は第１３項におい
て、前記光源変調手段は、可干渉性光源の駆動電流を断
続する電気的な断続手段で構成したことを特徴とする位
相変調式光ファイバジャイロ。
【請求項１６】　　請求項第１２項又は第１３項におい
て、前記出力変調手段は、信号光を断続する光学的な断
続手段で構成したことを特徴とする位相変調式光ファイ
バジャイロ。
【請求項１７】　　請求項第１２項又は第１３項におい
て、前記出力変調手段は、光検出器の出力を断続する電
気的な断続手段で構成したことを特徴とする位相変調式
光ファイバジャイロ。
【請求項１８】　　請求項第１２項又は第１３項におい
て、前記パルス変調周期は、１周期が前記光ファイバル
ープを光が一巡する時間の２倍に近い値に選定したこと
を特徴とする位相変調式光ファイバジャイロ。
【請求項１９】　　請求項第１４項又は第１６項におい
て、前記光学的な断続手段は、偏光子と検光子とからな
る光シャッタで構成したことを特徴とする位相変調式光
ファイバジャイロ。
【請求項２０】　　請求項第１５項又は第１７項におい
て、前記電気的な断続手段は、アナログスイッチで構成
したことを特徴とする位相変調式光ファイバジャイロ。
【請求項２１】　　請求項第１項、第１２項及び第１３
項の何れかにおいて、前記光学系は全光ファイバ型で構
成したことを特徴とする位相変調式光ファイバジャイロ
。
【請求項２２】　　請求項第１項、第１２項及び第１３
項の何れかにおいて、前記光学系は個別部品型で構成し
たことを特徴とする位相変調式光ファイバジャイロ。