JPH0617797B2 - 光ジャイロスコープ - Google Patents
光ジャイロスコープInfo
- Publication number
- JPH0617797B2 JPH0617797B2 JP2295337A JP29533790A JPH0617797B2 JP H0617797 B2 JPH0617797 B2 JP H0617797B2 JP 2295337 A JP2295337 A JP 2295337A JP 29533790 A JP29533790 A JP 29533790A JP H0617797 B2 JPH0617797 B2 JP H0617797B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- optical
- light
- optical fiber
- coil
- fiber
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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- Gyroscopes (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は光ジャイロスコープ、更に詳しく言えば、光フ
ァイバを伝播する光の位相がファイバの移動、回転等に
よって変ることを利用して、方位、位置を測定する装置
に係る。
ァイバを伝播する光の位相がファイバの移動、回転等に
よって変ることを利用して、方位、位置を測定する装置
に係る。
光ジャイロスコープは円形に巻かれた光ファイバコイル
の両端から直線偏光を加え、上記コイルを伝播した２つ
の光の干渉光の強度を計測することによって、上記光フ
ァイバのコイルの回転角や角速度を検出するものであ
る。その例はR.F.Cahil et. al.“Solid-stsate phase-
nulling opical syro(Appl. Opt. Vol. 19、No.18、Sept.
1980、 p3054〜3056)に示されている。
の両端から直線偏光を加え、上記コイルを伝播した２つ
の光の干渉光の強度を計測することによって、上記光フ
ァイバのコイルの回転角や角速度を検出するものであ
る。その例はR.F.Cahil et. al.“Solid-stsate phase-
nulling opical syro(Appl. Opt. Vol. 19、No.18、Sept.
1980、 p3054〜3056)に示されている。
したがって、光ファイバのコイルを互いに逆方向に伝播
する２方向の光の偏波面は同一平面上になければならな
い。
する２方向の光の偏波面は同一平面上になければならな
い。
従来上述のごとき光ジャイロスコープを実現するため
の、光ファイバとしては断面が円形の単一モードファイ
バを使用していた。しかしなが、単一モードファイバに
直線偏光の光を入射すると、その出力端における光はそ
の偏光特性がくずれ楕円偏光になったり、円偏光になっ
たり、また、たとえ直線偏光であっても偏光面の傾きは
一定しない。この原因は、光ファイバの小さな曲げ、振
動などによって容易に直交伝搬モード間でエネルギー交
換を行うためである。このため２つの出力光の偏波特性
は一定ではなく時間的に変動する。この変動は光ファイ
バジャイロスコープの計測ノイズとして現われ、測定可
能な最小の回転角や角速度を決定する。
の、光ファイバとしては断面が円形の単一モードファイ
バを使用していた。しかしなが、単一モードファイバに
直線偏光の光を入射すると、その出力端における光はそ
の偏光特性がくずれ楕円偏光になったり、円偏光になっ
たり、また、たとえ直線偏光であっても偏光面の傾きは
一定しない。この原因は、光ファイバの小さな曲げ、振
動などによって容易に直交伝搬モード間でエネルギー交
換を行うためである。このため２つの出力光の偏波特性
は一定ではなく時間的に変動する。この変動は光ファイ
バジャイロスコープの計測ノイズとして現われ、測定可
能な最小の回転角や角速度を決定する。
また従来の光ファイバは光学的主軸が光ファイバの曲げ
等で変動するため入射端より入れた光と他の入射端より
入れた光とが同一の光路を取って伝搬しているとは保証
出来ない。この事は、右廻りの光と左廻りの光が同一光
路長という条件を満たさず、角速度ωの絶対値を求める
のが難しくなる。そのため、現在、実用できる光ジャイ
ロスコープは実現されていない。
等で変動するため入射端より入れた光と他の入射端より
入れた光とが同一の光路を取って伝搬しているとは保証
出来ない。この事は、右廻りの光と左廻りの光が同一光
路長という条件を満たさず、角速度ωの絶対値を求める
のが難しくなる。そのため、現在、実用できる光ジャイ
ロスコープは実現されていない。
したがって、本発明の目的は実用できる光ジャイロスコ
ープを実現することである。すなわち、光コイルの出力
の偏波特性が時間的に一定し、かつ、２つの光の通路が
一致するようにした光ジャイロスコープを実現すること
である。
ープを実現することである。すなわち、光コイルの出力
の偏波特性が時間的に一定し、かつ、２つの光の通路が
一致するようにした光ジャイロスコープを実現すること
である。
本発明は上記目的を達成するため、光ファイバで形成さ
れたコイルの両端から直線偏光を入射し、その各出力光
の干渉光からコイルの回転速度や回転角を検出する光ジ
ャイロスコープにおいて、上記光ファイバを光ファイバ
の直交する光学的主軸のそれぞれ沿った光の位相伝播速
度差が大きな光ファイバで構成し、かつ、光ファイバコ
イルの両端に加えられる直線偏光波の振動方向が共に上
記光ファイバの同一の光学主軸方向に一致して入射する
ように構成したことを特徴とする。
れたコイルの両端から直線偏光を入射し、その各出力光
の干渉光からコイルの回転速度や回転角を検出する光ジ
ャイロスコープにおいて、上記光ファイバを光ファイバ
の直交する光学的主軸のそれぞれ沿った光の位相伝播速
度差が大きな光ファイバで構成し、かつ、光ファイバコ
イルの両端に加えられる直線偏光波の振動方向が共に上
記光ファイバの同一の光学主軸方向に一致して入射する
ように構成したことを特徴とする。
本発明の光ジャイロスコープによれば、光ファイバのコ
イルを右廻りおよび左廻りする直線偏光が同一の光学主
軸を伝播するため、伝播する光の光路長が常に一定とな
り、安定した動作をする。
イルを右廻りおよび左廻りする直線偏光が同一の光学主
軸を伝播するため、伝播する光の光路長が常に一定とな
り、安定した動作をする。
又、光ファイバの直交する２つの光学的主軸における位
相速度が異なるときは、伝播途中において偏波面は、光
ファイバの曲げや振動などによって伝播モード間でエネ
ルギー変換など行なわず、安定した光ジャイロの動作を
行なう。
相速度が異なるときは、伝播途中において偏波面は、光
ファイバの曲げや振動などによって伝播モード間でエネ
ルギー変換など行なわず、安定した光ジャイロの動作を
行なう。
以下、図面を用いて本発明を詳細に説明する。
第１図は光ジャイロスコープの原理的構成を示す図であ
る。
る。
直線偏光の光Ａがレーザ（光源）１より発し、半透明鏡
によって２つのビームA1，A2のわかれ、それぞれ集光レ
ンズ４，５により光ファイバ６の両端７，８より入射さ
れる。光ファイバ６はコイルを形成している。レンズ５
で端面８に入射した光A1は光ファイバ中を時計と反対方
向に進み、光ファイバの他端７より出射し半透明鏡で反
射された光A1′はスクリーン９に達する。一方レンズ４
で光ファイバ端７に入射した光A2は時計方向に光ファイ
バ内を送搬しファイバ端８より出射し鏡３で反射された
光A2′はスクリーン９に達する。この時光ファイバのド
ラムが角速度ωで回転していると光A1とA2にωに比例し
た位相差を生じる。このためスクリーン７上には干渉縞
があらわれる。この干渉縞はωによって生じた位相差に
よって強度が変化するため、逆に強度変化を検出する事
で角速度ωが測定できる。
によって２つのビームA1，A2のわかれ、それぞれ集光レ
ンズ４，５により光ファイバ６の両端７，８より入射さ
れる。光ファイバ６はコイルを形成している。レンズ５
で端面８に入射した光A1は光ファイバ中を時計と反対方
向に進み、光ファイバの他端７より出射し半透明鏡で反
射された光A1′はスクリーン９に達する。一方レンズ４
で光ファイバ端７に入射した光A2は時計方向に光ファイ
バ内を送搬しファイバ端８より出射し鏡３で反射された
光A2′はスクリーン９に達する。この時光ファイバのド
ラムが角速度ωで回転していると光A1とA2にωに比例し
た位相差を生じる。このためスクリーン７上には干渉縞
があらわれる。この干渉縞はωによって生じた位相差に
よって強度が変化するため、逆に強度変化を検出する事
で角速度ωが測定できる。
ここで、サブナック効果を考慮した計算から、位相差Δ
Ｚは、 （ω：角速度、Ｌ：ファイバの長さ、Ｒ：ファイバの曲
げ半径、λ：光の波長、Ｃ：光速）となる。スクリーン
９上の中心点で強度変化を検出した場合、光強度Ｉは、
Ｉ∞ＣＯＳ２ΔＺの関係がある。したがって光強度Ｉか
らωを逆に求めることができる。
Ｚは、 （ω：角速度、Ｌ：ファイバの長さ、Ｒ：ファイバの曲
げ半径、λ：光の波長、Ｃ：光速）となる。スクリーン
９上の中心点で強度変化を検出した場合、光強度Ｉは、
Ｉ∞ＣＯＳ２ΔＺの関係がある。したがって光強度Ｉか
らωを逆に求めることができる。
又、この角速度ωをある基準時定から積分すれば、その
期間にコイルの回転した角度が測定できる。
期間にコイルの回転した角度が測定できる。
なお、第１図は説明の都合上、光源１やハーフミラー
２、反射鏡３、レンズ４，５等をコイルの外部に示して
いるが、実際にはコイルをまいたドラム内に装置してコ
イルと一体となって回転できるように構成される。又ス
クリーン９は受光器で構成され光の干渉輝度を電気信号
として取り出すように構成される。
２、反射鏡３、レンズ４，５等をコイルの外部に示して
いるが、実際にはコイルをまいたドラム内に装置してコ
イルと一体となって回転できるように構成される。又ス
クリーン９は受光器で構成され光の干渉輝度を電気信号
として取り出すように構成される。
本発明の特徴は上記光ファイバ６と、直線偏光Ａと上記
光ファイバの２つの入力端７，８の結合部にある。
光ファイバの２つの入力端７，８の結合部にある。
光ファイバ６は外部擾乱があっても直線偏光の劣化が小
さな光ファイバ（偏波面保存ファイバと呼ぶ）で構成さ
れる。例えば第２図（ａ），（ｂ）に示すような非円形
断面のクラッド１１又はジャケット１２″を持つ光ファ
イバで構成されており、この長軸ｙは、短軸ｘに対応す
る光学主軸面に沿って伝播する光の位相速度差βx〜
βy〕Δβが有意（少なくとも がコイルの半径するも小さい）ものである。
さな光ファイバ（偏波面保存ファイバと呼ぶ）で構成さ
れる。例えば第２図（ａ），（ｂ）に示すような非円形
断面のクラッド１１又はジャケット１２″を持つ光ファ
イバで構成されており、この長軸ｙは、短軸ｘに対応す
る光学主軸面に沿って伝播する光の位相速度差βx〜
βy〕Δβが有意（少なくとも がコイルの半径するも小さい）ものである。
これらの光ファイバは本願発明者等によって先に開発さ
れたものであり、ジャケットとなる石英管の内壁にクラ
ッド又は第２のジャケットとなるＢ２Ｏ３を含むＳｉＯ
２層を形成し、さらに、コア又は光ファイバとなる材質
層を化学的気相沈積（ＣＶＤ）法によって形成し外気よ
り若干減圧しながら中実のロットを作り、これを加熱線
引することによって容易に実現できる。
れたものであり、ジャケットとなる石英管の内壁にクラ
ッド又は第２のジャケットとなるＢ２Ｏ３を含むＳｉＯ
２層を形成し、さらに、コア又は光ファイバとなる材質
層を化学的気相沈積（ＣＶＤ）法によって形成し外気よ
り若干減圧しながら中実のロットを作り、これを加熱線
引することによって容易に実現できる。
なお、第２図において、１２，１２′，１２″はジャケ
ット、１１，１１′はクラッド、１０，１０′はコアを
形成し、層１０，１２，１１′，１２′はＳｉＯ２，層
１１はB2O3を含むSiO2層１２″はB2O3とGeO2を含むＳｉ
Ｏ２、層１０′はＧｅＯ２を含むＳｉＯ２からなる。
ット、１１，１１′はクラッド、１０，１０′はコアを
形成し、層１０，１２，１１′，１２′はＳｉＯ２，層
１１はB2O3を含むSiO2層１２″はB2O3とGeO2を含むＳｉ
Ｏ２、層１０′はＧｅＯ２を含むＳｉＯ２からなる。
本発明の第２の特徴は光源（レーザ）１からの直線偏波
面が上述の光ファイバで構成されたコイルの両入力端面
の同一光学的主軸に加えられることである。第３図はそ
の光入力部の様子を示すもので、第１図と同一の番号を
付す部分は同一の機能、構成を持つ部分である。
面が上述の光ファイバで構成されたコイルの両入力端面
の同一光学的主軸に加えられることである。第３図はそ
の光入力部の様子を示すもので、第１図と同一の番号を
付す部分は同一の機能、構成を持つ部分である。
レーザ１からの光はｙ方向の直線偏光波である。この光
は半分はハーフミラー２、レンズ４を介して光コイルの
一方の端部７に加えられるが、この場合、光ファイバの
光学主軸ｙ（又はｘ、図面ではｙ軸の場合を示している
がｘでも良い）と上記レーザからの直線偏波面と一致す
るように結合させる。実際にはハーフミラーとファイバ
入力端７の間に1/2波長板を挿入し調整する。又レーザ
１からの直線偏波光の他の半分はハーフミラー２で反射
され、反射ミラー３、レンズ５を介して光ファイバコイ
ルの他の入力端８に結合させるが、この場合入力端７で
の結合が光学主軸ｙと一致させるようにした場合は入力
端８の結合も光学主軸ｙとなるように同一の光学主軸に
結合するように構成されている。
は半分はハーフミラー２、レンズ４を介して光コイルの
一方の端部７に加えられるが、この場合、光ファイバの
光学主軸ｙ（又はｘ、図面ではｙ軸の場合を示している
がｘでも良い）と上記レーザからの直線偏波面と一致す
るように結合させる。実際にはハーフミラーとファイバ
入力端７の間に1/2波長板を挿入し調整する。又レーザ
１からの直線偏波光の他の半分はハーフミラー２で反射
され、反射ミラー３、レンズ５を介して光ファイバコイ
ルの他の入力端８に結合させるが、この場合入力端７で
の結合が光学主軸ｙと一致させるようにした場合は入力
端８の結合も光学主軸ｙとなるように同一の光学主軸に
結合するように構成されている。
このようにすると両ファイバ入力端より入射した光A1，
A2は光ファイバの同じ光主軸を通る事になり、回転が生
じていない時の全光路長は等しくなる。
A2は光ファイバの同じ光主軸を通る事になり、回転が生
じていない時の全光路長は等しくなる。
上記光学主軸は第２図のような断面構造の光ファイバに
おいては、ジャケットやクラッドにおいて形成される楕
円形状の長軸、短軸と一致する。
おいては、ジャケットやクラッドにおいて形成される楕
円形状の長軸、短軸と一致する。
そして、各主軸ｘ，ｙ方向における光ファイバのコア部
の屈折率をnx，ny、光の波長をλとすれば、 の関係があり、このＬや小さい程外部擾乱の影響が少な
いので、光ファイバとしては、nx-ny（歪複屈折）の大
きなものが良いが、コイルの半径（曲げ）との関係より
少なくとも であることが望ましい。ここでＲ０はコイルの半径を示
す。その根拠は次のとおりである。
の屈折率をnx，ny、光の波長をλとすれば、 の関係があり、このＬや小さい程外部擾乱の影響が少な
いので、光ファイバとしては、nx-ny（歪複屈折）の大
きなものが良いが、コイルの半径（曲げ）との関係より
少なくとも であることが望ましい。ここでＲ０はコイルの半径を示
す。その根拠は次のとおりである。
いま半径Ｒ０の光ファイバコイルにおいて、その２つの
光学主軸面に沿って伝播する光の位相速度差をβｘ，β
ｙとすると、主軸間のモード変換の共振条件は、コイル
形状に曲げることによって生じる外部擾乱の空間周波数
がほぼ になることから と表される。ここで であるから、（２）式を（１）式に代入すると、 となる。（３）式を整理すると、 が得られる。一方、光ファイバとして外部擾乱の影響を
少なくするには、上述のとおりＬが小さい、つまり|nx-
ny|の大きなものがよいから、この点を考慮して次の が得られる。これに対して、 の場合、直交する基本モード間でエネルギー変換すなわ
ち偏波面の変動が生じたしまう。
光学主軸面に沿って伝播する光の位相速度差をβｘ，β
ｙとすると、主軸間のモード変換の共振条件は、コイル
形状に曲げることによって生じる外部擾乱の空間周波数
がほぼ になることから と表される。ここで であるから、（２）式を（１）式に代入すると、 となる。（３）式を整理すると、 が得られる。一方、光ファイバとして外部擾乱の影響を
少なくするには、上述のとおりＬが小さい、つまり|nx-
ny|の大きなものがよいから、この点を考慮して次の が得られる。これに対して、 の場合、直交する基本モード間でエネルギー変換すなわ
ち偏波面の変動が生じたしまう。
本発明により実用的にみて安全なジャイロスコープが提
供できるので実用効果は極めて大きい。
供できるので実用効果は極めて大きい。
【図面の簡単な説明】 第１図は本発明が適用される光ジャイロスコープの一般
的構成を示す図、第２図は本発明による光ジャイロスコ
ープに使用される光ファイバの一実施例の断面図、第３
図は本発明による光ジャイロスコープの光源と光ファイ
バコイルの形合の動作説明のための図である。 １……レーザ、２……ハーフミラー、３……反射鏡、
４，５……レンズ、６……光ファイバ、７，８……端
面、９……スクリーン（受光器）。
的構成を示す図、第２図は本発明による光ジャイロスコ
ープに使用される光ファイバの一実施例の断面図、第３
図は本発明による光ジャイロスコープの光源と光ファイ
バコイルの形合の動作説明のための図である。 １……レーザ、２……ハーフミラー、３……反射鏡、
４，５……レンズ、６……光ファイバ、７，８……端
面、９……スクリーン（受光器）。
フロントページの続き (56)参考文献 ＯＰＴＩＣＳ ＬＥＴＴＥＲＳ ｖｏ ｌ．４Ｎｏ．５（Ｍａｙ，1979）ｐｐ152 −154 Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ ｖｏ ｌ．33Ｎｏ．８（15．ｏｃｔ．1978）ｐｐ 699−701 ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＬＥＴＴＥＲ Ｓ ｖｏｌ．15Ｎｏ．13（21．Ｊｕｎｅ. 1979）ｐｐ380−382
Claims (1)
- 【請求項１】波長λの光を放出する光源と、この光源か
らの光を第１の光路及び第２の光路に分離する分離手段
と、２つの光学的主軸に沿った光の位相速度差が異なる
ようにコアの上記各光学的主軸における屈折率nx及びny
を異ならせた光ファイバによって曲げ半径Ｒ０で構成し
たコイルと、上記第１及び第２の光路を伝搬した光を干
渉させてその干渉強度を検出するための受光手段とを有
し、上記分離手段により分離された光の直線偏光成分の
偏光面を上記光ファイバの１の光学的主軸に一致させて
上記コイルの両端に入射させることにより、上記光ファ
イバの１の光学的主軸方向に沿った光路が上記第１及び
第２の光路の一部を構成するようにし、かつ｜nx−ny｜
＞λ／Ｒ0の関係を満足するようにした光ジャイロスコ
ープ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2295337A JPH0617797B2 (ja) | 1990-11-02 | 1990-11-02 | 光ジャイロスコープ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2295337A JPH0617797B2 (ja) | 1990-11-02 | 1990-11-02 | 光ジャイロスコープ |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14944984A Division JPS6040908A (ja) | 1984-07-20 | 1984-07-20 | 光ジヤイロスコ−プ |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5061600A Division JP2574982B2 (ja) | 1993-03-22 | 1993-03-22 | 光ファイバコイル |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03205507A JPH03205507A (ja) | 1991-09-09 |
| JPH0617797B2 true JPH0617797B2 (ja) | 1994-03-09 |
Family
ID=17819310
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2295337A Expired - Lifetime JPH0617797B2 (ja) | 1990-11-02 | 1990-11-02 | 光ジャイロスコープ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0617797B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2017525127A (ja) * | 2015-06-01 | 2017-08-31 | 武漢睿芯特種光繊有限責任公司Ｗｕｈａｎ Ｂｒｉｇｈｔｃｏｒｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｂｅｒ Ｃｏ．， Ｌｔｄ． | 楕円形クラッド層の偏波保持ラージモードエリア利得ファイバー |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2911129A1 (de) * | 1979-03-21 | 1980-10-16 | Siemens Ag | Ringinterferometer mit einem zu einer spule gewickelten einmode-lichtwellenleiter |
-
1990
- 1990-11-02 JP JP2295337A patent/JPH0617797B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔｖｏｌ．３３Ｎｏ．８（１５．ｏｃｔ．１９７８）ｐｐ６９９−７０１ |
| ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳＬＥＴＴＥＲＳｖｏｌ．１５Ｎｏ．１３（２１．Ｊｕｎｅ．１９７９）ｐｐ３８０−３８２ |
| ＯＰＴＩＣＳＬＥＴＴＥＲＳｖｏｌ．４Ｎｏ．５（Ｍａｙ，１９７９）ｐｐ１５２−１５４ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03205507A (ja) | 1991-09-09 |
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