JPH06307876A - 光ファイバージャイロスコープ - Google Patents
光ファイバージャイロスコープInfo
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- JPH06307876A JPH06307876A JP7995393A JP7995393A JPH06307876A JP H06307876 A JPH06307876 A JP H06307876A JP 7995393 A JP7995393 A JP 7995393A JP 7995393 A JP7995393 A JP 7995393A JP H06307876 A JPH06307876 A JP H06307876A
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- JP
- Japan
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- fiber
- gyroscope
- optical
- section
- light source
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- Light Guides In General And Applications Therefor (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 偏光フェージング及び偏光非相互性（ＰＮ
Ｒ）偏向エラーを最小限に押えると共に、性能を劣化さ
せることなく全体システムをできるだけ小さくするため
に、安いコストの、かつ多くの場合もっと耐久性のあ
る、コンポーネントを最大限使用することができる。 【構成】 光ファイバージャイロスコープは、２つの別
個の区域で形成され、そのうちの一方は弱複屈折性ファ
イバーからなる光路を有し、他方は偏光維持（ＰＭ）フ
ァイバーで形成される。２つの区域は、弱複屈折−ＰＭ
ファイバー接合部で接続される。ＰＭ区域は、少なくと
も１個のＭＩＯＣと関連した回転検知コイルを含み、弱
複屈折の区域は、光源と、関連したカップラー及び検出
器を備える。
Ｒ）偏向エラーを最小限に押えると共に、性能を劣化さ
せることなく全体システムをできるだけ小さくするため
に、安いコストの、かつ多くの場合もっと耐久性のあ
る、コンポーネントを最大限使用することができる。 【構成】 光ファイバージャイロスコープは、２つの別
個の区域で形成され、そのうちの一方は弱複屈折性ファ
イバーからなる光路を有し、他方は偏光維持（ＰＭ）フ
ァイバーで形成される。２つの区域は、弱複屈折−ＰＭ
ファイバー接合部で接続される。ＰＭ区域は、少なくと
も１個のＭＩＯＣと関連した回転検知コイルを含み、弱
複屈折の区域は、光源と、関連したカップラー及び検出
器を備える。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光ファイバージャイロ
スコープのような、サグナック効果に基づいた光学方式
回転センサーに関し、特に、比較的低コストのコンポー
ネントを含み、それにより性能を劣化させずにシステム
コストを最小限に押える光ファイバージャイロスコープ
に関する。
スコープのような、サグナック効果に基づいた光学方式
回転センサーに関し、特に、比較的低コストのコンポー
ネントを含み、それにより性能を劣化させずにシステム
コストを最小限に押える光ファイバージャイロスコープ
に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】回転の
測定は、ミサイル及び航空機の誘導から宇宙船応用に至
るまで多くの範囲にわたってかなり重要性のあるもので
ある。
測定は、ミサイル及び航空機の誘導から宇宙船応用に至
るまで多くの範囲にわたってかなり重要性のあるもので
ある。
【０００３】回転輪式または機械式ジャイロスコープ方
式は、長年使用されてきた。その広範な容認性にもかか
わらず、このアプローチには、航行誘導分野で知られて
いるいくつかの不具合がある。これらは、コンポーネン
ト部品の連続運動による比較的短い寿命や、高いコンポ
ーネントコストを含んでいる。
式は、長年使用されてきた。その広範な容認性にもかか
わらず、このアプローチには、航行誘導分野で知られて
いるいくつかの不具合がある。これらは、コンポーネン
ト部品の連続運動による比較的短い寿命や、高いコンポ
ーネントコストを含んでいる。
【０００４】リングレーザージャイロスコープのような
サグナック効果に基づいた光学機器は、多くの応用にお
いて機械式ジャイロスコープに取って代わった。レーザ
ー光発生用の小散乱鏡及び高品質ガス放電管の開発は、
この技術の開発を促進した。しかしながら、リングレー
ザージャイロスコープは、低回転率において、回転誘導
された周波数ビートを消去してしまう周波数ロック現象
を起こしやすい。
サグナック効果に基づいた光学機器は、多くの応用にお
いて機械式ジャイロスコープに取って代わった。レーザ
ー光発生用の小散乱鏡及び高品質ガス放電管の開発は、
この技術の開発を促進した。しかしながら、リングレー
ザージャイロスコープは、低回転率において、回転誘導
された周波数ビートを消去してしまう周波数ロック現象
を起こしやすい。
【０００５】光ファイバージャイロスコープは、低回転
率における周波数ロックインの問題のない、リングレー
ザージャイロスコープに代わるものとして出現した。さ
らに、光ファイバージャイロスコープはコストが減る可
能性を提供する。したがって、この機器は、大容積かつ
低及び中精密度の航行及び誘導システムに適し得る。
率における周波数ロックインの問題のない、リングレー
ザージャイロスコープに代わるものとして出現した。さ
らに、光ファイバージャイロスコープはコストが減る可
能性を提供する。したがって、この機器は、大容積かつ
低及び中精密度の航行及び誘導システムに適し得る。
【０００６】光ファイバージャイロスコープは、初めに
光ファイバー通信機関産業に用いられるものと同様な弱
複屈折性ファイバーを使用した。先行技術の典型的な弱
複屈折性光ファイバージャイロスコープの概略図は、図
１に示される。このような装置は、レーザーダイオード
光源１０と、光を導くための２個のビームスプリッター
１２および１４（またはファイバー式方向カップラー）
と、光検出器１６と、回転検知コンポーネントとして作
用する多巻回ファイバーコイル１８と、圧電型シリンダ
ーまたは単一溝LiNbO3導波路型変調器のいずれかからな
る位相変調器２０からなっている。
光ファイバー通信機関産業に用いられるものと同様な弱
複屈折性ファイバーを使用した。先行技術の典型的な弱
複屈折性光ファイバージャイロスコープの概略図は、図
１に示される。このような装置は、レーザーダイオード
光源１０と、光を導くための２個のビームスプリッター
１２および１４（またはファイバー式方向カップラー）
と、光検出器１６と、回転検知コンポーネントとして作
用する多巻回ファイバーコイル１８と、圧電型シリンダ
ーまたは単一溝LiNbO3導波路型変調器のいずれかからな
る位相変調器２０からなっている。
【０００７】弱複屈折性ファイバー及び弱複屈折性光学
コンポーンネントで作られた光ファイバージャイロスコ
ープの最も良く知られた問題の１つは、ファイバーの２
つの偏光状態間のエネルギーのランダムで予測できない
変化に起因する大きな偏向シフトである。偏光非相互性
（ＮＲ）偏向エラーとして同様に知られているこの偏向
不安定性は、下記に簡単に説明される。
コンポーンネントで作られた光ファイバージャイロスコ
ープの最も良く知られた問題の１つは、ファイバーの２
つの偏光状態間のエネルギーのランダムで予測できない
変化に起因する大きな偏向シフトである。偏光非相互性
（ＮＲ）偏向エラーとして同様に知られているこの偏向
不安定性は、下記に簡単に説明される。
【０００８】エゼキール(Ezekiel) 及びオーディティ(A
rditty) により「光ファイバー回転センサー：Tutorial
Review,」Proceedings of First International Confe
rence on Fiber Optic Rotation Sensors, Cambridge,M
A 1981) に開示されているように、光ファイバージャイ
ロスコープにおいてサグナックが誘導した少量の位相シ
フトのため、種々の異なる寄生的影響により生じたスプ
リアス位相シフトは、サグナックが誘導した位相シフト
より大きなオーダーの量に容易になることがある。多数
の前記スプリアス位相シフトをキャンセルするための唯
一知られている方法は、いわゆる「相互性の原理」を使
用することによる。この原理により、多くの前記寄生的
な望ましくない位相シフトは、その大きさにもかかわら
ず、反対に伝播する波が検知ループ内の同一光学路を進
むことを条件として消滅するであろう。
rditty) により「光ファイバー回転センサー：Tutorial
Review,」Proceedings of First International Confe
rence on Fiber Optic Rotation Sensors, Cambridge,M
A 1981) に開示されているように、光ファイバージャイ
ロスコープにおいてサグナックが誘導した少量の位相シ
フトのため、種々の異なる寄生的影響により生じたスプ
リアス位相シフトは、サグナックが誘導した位相シフト
より大きなオーダーの量に容易になることがある。多数
の前記スプリアス位相シフトをキャンセルするための唯
一知られている方法は、いわゆる「相互性の原理」を使
用することによる。この原理により、多くの前記寄生的
な望ましくない位相シフトは、その大きさにもかかわら
ず、反対に伝播する波が検知ループ内の同一光学路を進
むことを条件として消滅するであろう。
【０００９】単一モード光ファイバーは、実際に２つの
直交する偏光モードを示す。たとえ、弱複屈折性単一モ
ードファイバーの１つの偏光モードのみに光を放つこと
が常にできたとしても、（ファイバー上の小さな横力、
ファイバーねじれもしくはたわみ、磁界または電界のよ
うな）多くの外部的な、複屈折を動揺させる原因が直交
モードにエネルギーを結合するであろう。その結果、図
１の先行技術の光ファイバージャイロスコープにおい
て、２つの反対に伝播する波は、各々の波の各部分が最
初一方の偏光状態で進み、次に直交する偏光に対して
「交差結合」するように、同一の光路を進むであろうと
いうことを保証することはできない。したがって、相互
性の原理は、偏光非相互性（ＰＮＲ）偏向エラーを生じ
ることを妨害する。
直交する偏光モードを示す。たとえ、弱複屈折性単一モ
ードファイバーの１つの偏光モードのみに光を放つこと
が常にできたとしても、（ファイバー上の小さな横力、
ファイバーねじれもしくはたわみ、磁界または電界のよ
うな）多くの外部的な、複屈折を動揺させる原因が直交
モードにエネルギーを結合するであろう。その結果、図
１の先行技術の光ファイバージャイロスコープにおい
て、２つの反対に伝播する波は、各々の波の各部分が最
初一方の偏光状態で進み、次に直交する偏光に対して
「交差結合」するように、同一の光路を進むであろうと
いうことを保証することはできない。したがって、相互
性の原理は、偏光非相互性（ＰＮＲ）偏向エラーを生じ
ることを妨害する。
【００１０】相互性の原理により、ループカップラーの
前（図１のＡ点の所）に完全な偏光フィルター（または
偏光器）を導入すると、ＰＮＲ偏向エラーは除去される
であろう。しかしながら、別種の全弱複屈折性ファイバ
ー式ジャイロスコープにおいては、ループカップラーの
前に偏光器を導入すると、「偏光フェージング」として
知られる別の問題を引き起こすであろう。偏光フェージ
ングは、偏光器を含む弱複屈折性光ファイバーシステム
において見いだされる。弱複屈折性単一モードファイバ
ーにおける光の偏光状態（ＳＯＰ）は、（２つの偏光モ
ード間でエネルギーの連続的変化を生じる、前述の外部
的な複屈折動揺原因により）動揺するので、その状態
は、ＳＯＰが偏光器の伝播軸に直交している場所に起こ
る。前記状態で伝播されるエネルギーはゼロになる。し
たがって、（１００パーセントと同じほど大きな）エネ
ルギーの大きな動揺は繰り返し起こる。偏光フェージン
グは、従来の光ファイバージャイロスコープにおいて、
偏光軸とＳＯＰを調芯するファイバー偏光制御器を使用
して、ＳＯＰを定期的に手動調整することにより軽減さ
れていた。言うまでもなく、このような間に合わせの取
り組み方は、費用のかからない大量生産可能な装置の設
計には不適当である。
前（図１のＡ点の所）に完全な偏光フィルター（または
偏光器）を導入すると、ＰＮＲ偏向エラーは除去される
であろう。しかしながら、別種の全弱複屈折性ファイバ
ー式ジャイロスコープにおいては、ループカップラーの
前に偏光器を導入すると、「偏光フェージング」として
知られる別の問題を引き起こすであろう。偏光フェージ
ングは、偏光器を含む弱複屈折性光ファイバーシステム
において見いだされる。弱複屈折性単一モードファイバ
ーにおける光の偏光状態（ＳＯＰ）は、（２つの偏光モ
ード間でエネルギーの連続的変化を生じる、前述の外部
的な複屈折動揺原因により）動揺するので、その状態
は、ＳＯＰが偏光器の伝播軸に直交している場所に起こ
る。前記状態で伝播されるエネルギーはゼロになる。し
たがって、（１００パーセントと同じほど大きな）エネ
ルギーの大きな動揺は繰り返し起こる。偏光フェージン
グは、従来の光ファイバージャイロスコープにおいて、
偏光軸とＳＯＰを調芯するファイバー偏光制御器を使用
して、ＳＯＰを定期的に手動調整することにより軽減さ
れていた。言うまでもなく、このような間に合わせの取
り組み方は、費用のかからない大量生産可能な装置の設
計には不適当である。
【００１１】偏光フェージングのほかに、偏光器を使用
する弱複屈折性光ファイバージャイロスコープは、満足
な回転率感度を得るために非現実的なほど高い性能の偏
光器を必要とする。それは、例えば、弱複屈折性ファイ
バー及びコンポーネントからなるジャイロスコープは航
行等級性能を得るために約１２０ｄＢの消衰比を有する
偏光器を必要とすると見積もられる。現在、最も良く知
られている偏光器は、約９０ｄＢの消衰比を有してい
る。低コストで大量生産可能な偏光器の消衰比は、一般
に６０乃至７０ｄＢを越えない。
する弱複屈折性光ファイバージャイロスコープは、満足
な回転率感度を得るために非現実的なほど高い性能の偏
光器を必要とする。それは、例えば、弱複屈折性ファイ
バー及びコンポーネントからなるジャイロスコープは航
行等級性能を得るために約１２０ｄＢの消衰比を有する
偏光器を必要とすると見積もられる。現在、最も良く知
られている偏光器は、約９０ｄＢの消衰比を有してい
る。低コストで大量生産可能な偏光器の消衰比は、一般
に６０乃至７０ｄＢを越えない。
【００１２】偏光フェージング及び偏光非相互性偏向エ
ラーの問題は、偏光維持（ＰＭ）ファイバーと、超発光
ダイオードのような、低干渉性または広帯域の光源の導
入により大いに軽減された。例えば、W.K.Burns,C.L.Ch
en and R.P.Moeller,"Fiber-Optic Gyroscopes with Br
oadband Sources,"J.Lightwave Tech.,Vol 1,No.98,(19
83) を参照。ＰＭファイバーは、ファイバー偏光モード
のうちの１つに放たれた光のＳＯＰが、外部的な複屈折
動揺原因の存在にもかかわらず、ファイバーの長区間
（数１００メーターまたは数キロメーター）にわたって
実質的に維持されるように設計されている。偏光フェー
ジングは、光のＳＯＰが常に偏光器の伝播軸と実質的に
調芯されている時、根本的に消滅する。光源の低干渉性
が、ＰＭファイバーの強複屈折性と関連して、種々の異
なる寄生的な交差結合波と一次波の間の相関を大いに小
さくするので、ＰＮＲ偏向エラーはすこぶる減じられ
る。
ラーの問題は、偏光維持（ＰＭ）ファイバーと、超発光
ダイオードのような、低干渉性または広帯域の光源の導
入により大いに軽減された。例えば、W.K.Burns,C.L.Ch
en and R.P.Moeller,"Fiber-Optic Gyroscopes with Br
oadband Sources,"J.Lightwave Tech.,Vol 1,No.98,(19
83) を参照。ＰＭファイバーは、ファイバー偏光モード
のうちの１つに放たれた光のＳＯＰが、外部的な複屈折
動揺原因の存在にもかかわらず、ファイバーの長区間
（数１００メーターまたは数キロメーター）にわたって
実質的に維持されるように設計されている。偏光フェー
ジングは、光のＳＯＰが常に偏光器の伝播軸と実質的に
調芯されている時、根本的に消滅する。光源の低干渉性
が、ＰＭファイバーの強複屈折性と関連して、種々の異
なる寄生的な交差結合波と一次波の間の相関を大いに小
さくするので、ＰＮＲ偏向エラーはすこぶる減じられ
る。
【００１３】ＰＭファイバー及びコンポーネントの使用
は、ファイバー及びファイバーコンポーネント製作の両
方に関して実質的なコスト増を強いた。ＰＭファイバー
及びＰＭカップラーは、例えばＰＭカップラーの製造が
コストのかかる調芯工程を必要とするように、それらの
弱複屈折性対応部品よりはるかに製造コストがかかる。
は、ファイバー及びファイバーコンポーネント製作の両
方に関して実質的なコスト増を強いた。ＰＭファイバー
及びＰＭカップラーは、例えばＰＭカップラーの製造が
コストのかかる調芯工程を必要とするように、それらの
弱複屈折性対応部品よりはるかに製造コストがかかる。
【００１４】さらに、光源の平均波長が温度変化に対し
て安定でない場合、スケールファクターエラーが生じる
ことがある。平均波長は、光ファイバージャイロスコー
プの環境に関して非常に安定でなければならないが、例
えばカップラーの分割比の温度依存性により大いに影響
を及ぼされ得る。先行デザインは、ＰＭまたは弱複屈折
性コンポーネントを使用するシステムに関する従来のこ
の問題に取り組まなかった。
て安定でない場合、スケールファクターエラーが生じる
ことがある。平均波長は、光ファイバージャイロスコー
プの環境に関して非常に安定でなければならないが、例
えばカップラーの分割比の温度依存性により大いに影響
を及ぼされ得る。先行デザインは、ＰＭまたは弱複屈折
性コンポーネントを使用するシステムに関する従来のこ
の問題に取り組まなかった。
【００１５】弱複屈折性ファイバー検知コイルに対する
偏光フェージング及びＰＮＲ偏向エラーの両方を小さく
する別のアプローチは、ウルリッヒ（Ulrich）により"P
olarization and Depolarization in the Fiber Optic
Gyroscope," First International Conference on Fibe
r Optic Rotation Sensors, MA (1981) に開示されてい
る。ウルリッヒは、偏光消滅または偏光の「平均化」の
原理を開示する。ウルリッヒに従って、弱複屈折性ファ
イバーに起きそうなすべてのＳＯＰがジャイロスコープ
検出器の調整時間中存在する場合、安定な偏光平均が作
り出される。偏光消滅または偏光の平均化を得るための
実際的方法は、"The Temporal Coherence of Various S
emiconductor Light Sources Used in Optical Fiber S
ensors."Ibid にアール・イー・エプワース（R. E. Epw
orth)により解説されているように、広帯域光源と関連
したライオット(Lyot)偏光消滅器によるものである。ラ
イオット偏光消滅器に関する別の参照文は、W. K. Burn
s, "Degree of Polarization in the Lyot depolarizer
s," J. Lightwave Tech., Vol 1, p. 475 (1983)であ
り、前記参照文はここに参照により含まれている。偏光
消滅化光ファイバージャイロスコープは、「集積３つ組
光学速度センサー装置」を取り扱うガビンズ（Gubbins)
等の米国特許第4,828,389 号に開示されており、その概
念は、さらに"Multiplexed Approach for the Fiber Op
tic Gyro Inertial Measurement Unit,"SPIE Prceeding
s on Fiber Optic and Laser Sensors Vol 8, pgs. 93
乃至102(1990)と題したジェイ・エル・ペイジ(J. L. Pa
ge)の論文において解説されている。
偏光フェージング及びＰＮＲ偏向エラーの両方を小さく
する別のアプローチは、ウルリッヒ（Ulrich）により"P
olarization and Depolarization in the Fiber Optic
Gyroscope," First International Conference on Fibe
r Optic Rotation Sensors, MA (1981) に開示されてい
る。ウルリッヒは、偏光消滅または偏光の「平均化」の
原理を開示する。ウルリッヒに従って、弱複屈折性ファ
イバーに起きそうなすべてのＳＯＰがジャイロスコープ
検出器の調整時間中存在する場合、安定な偏光平均が作
り出される。偏光消滅または偏光の平均化を得るための
実際的方法は、"The Temporal Coherence of Various S
emiconductor Light Sources Used in Optical Fiber S
ensors."Ibid にアール・イー・エプワース（R. E. Epw
orth)により解説されているように、広帯域光源と関連
したライオット(Lyot)偏光消滅器によるものである。ラ
イオット偏光消滅器に関する別の参照文は、W. K. Burn
s, "Degree of Polarization in the Lyot depolarizer
s," J. Lightwave Tech., Vol 1, p. 475 (1983)であ
り、前記参照文はここに参照により含まれている。偏光
消滅化光ファイバージャイロスコープは、「集積３つ組
光学速度センサー装置」を取り扱うガビンズ（Gubbins)
等の米国特許第4,828,389 号に開示されており、その概
念は、さらに"Multiplexed Approach for the Fiber Op
tic Gyro Inertial Measurement Unit,"SPIE Prceeding
s on Fiber Optic and Laser Sensors Vol 8, pgs. 93
乃至102(1990)と題したジェイ・エル・ペイジ(J. L. Pa
ge)の論文において解説されている。
【００１６】偏光消滅化ジャイロスコープは、低精密度
応用（５乃至５０度／時間の最小回転感度）に有効であ
るが、今日の偏光器及び偏光消滅器の限界のため、例え
ば、慣性航法、アビオニクス姿勢及び機首方位の基準、
ミサイル誘導の応用に必要な程度の精密度（０．００３
乃至１．０度／時間の最小回転感度）を得られるかどう
か疑わしい。
応用（５乃至５０度／時間の最小回転感度）に有効であ
るが、今日の偏光器及び偏光消滅器の限界のため、例え
ば、慣性航法、アビオニクス姿勢及び機首方位の基準、
ミサイル誘導の応用に必要な程度の精密度（０．００３
乃至１．０度／時間の最小回転感度）を得られるかどう
か疑わしい。
【００１７】
【課題を解決するための手段】本発明は、光源と、少な
くとも１個の光検出器と、少なくとも１個の光ファイバ
ー製検知コイルと、Ｙ形接続導波路を含む少なくとも１
個の多機能集積光チップとを含むタイプの光ファイバー
ジャイロスコープに改良を与えることによって、先行技
術の上記欠点を克服する。本発明のジャイロスコープに
より与えられる前記装置の改良は、弱複屈折性及び偏光
維持（ＰＭ）コンポーネントの両方の使用と、検知コイ
ルがＰＭファイバーで構成されることにある。
くとも１個の光検出器と、少なくとも１個の光ファイバ
ー製検知コイルと、Ｙ形接続導波路を含む少なくとも１
個の多機能集積光チップとを含むタイプの光ファイバー
ジャイロスコープに改良を与えることによって、先行技
術の上記欠点を克服する。本発明のジャイロスコープに
より与えられる前記装置の改良は、弱複屈折性及び偏光
維持（ＰＭ）コンポーネントの両方の使用と、検知コイ
ルがＰＭファイバーで構成されることにある。
【００１８】本発明の前記及び追加の特徴及び利点は、
下記の詳細な説明からさらに明らかになるであろう。前
記の説明は１組の図面を付随する。図面中の数字は、記
載された説明の数字に対応しており、本発明の特徴部分
を示す。図面及び記載説明の両方にわたって、同じ数字
は同じ特徴部分を示す。
下記の詳細な説明からさらに明らかになるであろう。前
記の説明は１組の図面を付随する。図面中の数字は、記
載された説明の数字に対応しており、本発明の特徴部分
を示す。図面及び記載説明の両方にわたって、同じ数字
は同じ特徴部分を示す。
【００１９】
【実施例】図２は、本発明による３軸光ファイバージャ
イロスコープの概略図である。図２の装置は、別の従来
の３軸ジャイロスコープシステムに本発明の教示を取り
入れることにより、実質的に安いコストで、偏光維持
（ＰＭ）ファイバー及びカップラーだけで形成されたシ
ステムに匹敵する性能を得ることが以下の解説からわか
るであろう。前記節約は、システムに比較的費用のかか
らない弱複屈折性ファイバー及びカップラーを選択的に
組み入れることによるものである。本発明の教示は３軸
装置に限らないことが以下の解説から明らかになるであ
ろう。多数のコンポーネントが本質的に１軸システムよ
り３軸システム内にあり、したがってコンポーネントコ
ストが大いに節約される可能性があるが、本発明の原理
はどんな数のジャイロスコープを使用するシステムにも
首尾よく適用することができる。図２のジャイロスコー
プは、１９の箇所で、弱複屈折性コンポーネントで作ら
れた区域２０と、よりコストの高いＰＭコンポーネント
で形成された区域２２に分けられる。この２つの区域
は、多機能集積光チップ（ＭＩＯＣ）３０、３２及び３
４の入力ピグテールをそれぞれ多重方向カップラー３
６、３８及び４０に接続する（「ｘ」で示された）溶解
接合部２４、２６及び２８で接続される。カップラー３
６、３８及び４０は、溶かした一対の弱複屈折性光ファ
イバーで形成された従来のデバイスであり、チップ３
０、３２及び３４の入力ピグテールはＰＭ光ファイバー
からなる。
イロスコープの概略図である。図２の装置は、別の従来
の３軸ジャイロスコープシステムに本発明の教示を取り
入れることにより、実質的に安いコストで、偏光維持
（ＰＭ）ファイバー及びカップラーだけで形成されたシ
ステムに匹敵する性能を得ることが以下の解説からわか
るであろう。前記節約は、システムに比較的費用のかか
らない弱複屈折性ファイバー及びカップラーを選択的に
組み入れることによるものである。本発明の教示は３軸
装置に限らないことが以下の解説から明らかになるであ
ろう。多数のコンポーネントが本質的に１軸システムよ
り３軸システム内にあり、したがってコンポーネントコ
ストが大いに節約される可能性があるが、本発明の原理
はどんな数のジャイロスコープを使用するシステムにも
首尾よく適用することができる。図２のジャイロスコー
プは、１９の箇所で、弱複屈折性コンポーネントで作ら
れた区域２０と、よりコストの高いＰＭコンポーネント
で形成された区域２２に分けられる。この２つの区域
は、多機能集積光チップ（ＭＩＯＣ）３０、３２及び３
４の入力ピグテールをそれぞれ多重方向カップラー３
６、３８及び４０に接続する（「ｘ」で示された）溶解
接合部２４、２６及び２８で接続される。カップラー３
６、３８及び４０は、溶かした一対の弱複屈折性光ファ
イバーで形成された従来のデバイスであり、チップ３
０、３２及び３４の入力ピグテールはＰＭ光ファイバー
からなる。
【００２０】ＭＩＯＣ（またはチップ）３０、３２及び
３４は、周知のデバイスであり、それぞれ好適には、Li
NbO3のような適当な電気−光材料製の基板からなり、こ
の基板は、その上に形成されたＰＭ導波路Ｙ形接続部か
ら出てくる複数の反対に反射伝播するビーム間に予め決
められた位相シフトをもたらす。ＭＩＯＣ３０、３２及
び３４からのＰＭ光ファイバー出力ピグテールは、それ
ぞれ、一対の接合部４８、５０及び５２によりＰＭ光フ
ァイバー製検知コイル４２、４４及び４６に接続され
る。かけがえとして、コイル４２、４４及び４６は、Ｍ
ＩＯＣ３０、３２及び３４に直接ピグテール化して、接
合部４８、５０及び５２を不必要にし、それによりシス
テムコストをさらに下げるようにしても良い。
３４は、周知のデバイスであり、それぞれ好適には、Li
NbO3のような適当な電気−光材料製の基板からなり、こ
の基板は、その上に形成されたＰＭ導波路Ｙ形接続部か
ら出てくる複数の反対に反射伝播するビーム間に予め決
められた位相シフトをもたらす。ＭＩＯＣ３０、３２及
び３４からのＰＭ光ファイバー出力ピグテールは、それ
ぞれ、一対の接合部４８、５０及び５２によりＰＭ光フ
ァイバー製検知コイル４２、４４及び４６に接続され
る。かけがえとして、コイル４２、４４及び４６は、Ｍ
ＩＯＣ３０、３２及び３４に直接ピグテール化して、接
合部４８、５０及び５２を不必要にし、それによりシス
テムコストをさらに下げるようにしても良い。
【００２１】区域２０に戻って、それの各光路は、弱複
屈折性ファイバーで形成される。用語「弱複屈折性」
は、その比較的小さな異方性に関係している。すなわ
ち、前記ファイバーの横断屈折率は、著しく異なっては
いない。この事は、（低速及び高速軸と関連した）屈折
率が著しく異なっているＰＭファイバーとは違ってい
る。それは、光のＳＯＰを維持するそれの能力のコアに
あるＰＭファイバーの上述した特性である。
屈折性ファイバーで形成される。用語「弱複屈折性」
は、その比較的小さな異方性に関係している。すなわ
ち、前記ファイバーの横断屈折率は、著しく異なっては
いない。この事は、（低速及び高速軸と関連した）屈折
率が著しく異なっているＰＭファイバーとは違ってい
る。それは、光のＳＯＰを維持するそれの能力のコアに
あるＰＭファイバーの上述した特性である。
【００２２】区域２０は、光検出器５４、５６、５８及
び６０（それぞれ、接合部で弱複屈折性カップラーピグ
テールに接続される弱複屈折性ファイバーの関連ピグテ
ールを有する）を含み、そのうちの最初の３個はコイル
４２、４４及び４６の信号出力を測定するのに役立つ。
前記各コイルは、３つの直交空間軸の内の１つに対する
回転の指示を与えるために好適に配置される。４番目の
検出器６０は、モニターとして動作し、広帯域の偏光消
滅化ファイバー光源６２の出力エネルギーを測定するた
めの信号を与える。（検出器６０は、代わりに、６０
ａ、６０ｂ及び６０ｃで示される位置のうちの１つに位
置決めしても良い。）検出器６０は、レーザーダイオー
ド６４を調整することにより光源６２の出力エネルギー
を調節する制御システムの一部として機能する。前記制
御システムの配置は、周知であり、ここに請求される発
明の一部を形成しないので、前記回路は、図１では詳細
には示されていない。（図示のように、レーザーダイオ
ード６４は逆ポンピング状態に配置されている。これ
は、ジャイロスコープの検知コイルに対して吸収されな
いポンプ光の伝播の可能性を大いに減らすような利点が
ある。前記の意図されたものでない光の伝播は、偏向及
びスケールファクターエラーを誘導することがある。）
広帯域ファイバー光源６２は、好適には、接合部６６で
弱複屈折性の波長分割多重（ＷＤＭ）カップラー６８の
ピグテールに接続される、エルビウムがドープされたフ
ァイバーからなる。このファイバーの端部６３は、光が
ファイバーに逆反射するのを避けるように作られてい
る。カップラー６８は、接合部７０で弱複屈折性カップ
ラー７２に接続される。カップラー７２のピグテール
は、それぞれ接合部７４及び７６で弱複屈折性方向カッ
プラー７８及び８０のピグテールに接続される。接合部
８２、８４及び８６は、カップラー７８及び８０と前記
したカップラー３６、３８及び４０の間の光路を完成す
る。カップラー７２、７８及び８０はエネルギー分割カ
ップラーとして動作する。このようなネットワークは、
例えば３：１または４：１の分割比の単一カップラーと
交換可能である。
び６０（それぞれ、接合部で弱複屈折性カップラーピグ
テールに接続される弱複屈折性ファイバーの関連ピグテ
ールを有する）を含み、そのうちの最初の３個はコイル
４２、４４及び４６の信号出力を測定するのに役立つ。
前記各コイルは、３つの直交空間軸の内の１つに対する
回転の指示を与えるために好適に配置される。４番目の
検出器６０は、モニターとして動作し、広帯域の偏光消
滅化ファイバー光源６２の出力エネルギーを測定するた
めの信号を与える。（検出器６０は、代わりに、６０
ａ、６０ｂ及び６０ｃで示される位置のうちの１つに位
置決めしても良い。）検出器６０は、レーザーダイオー
ド６４を調整することにより光源６２の出力エネルギー
を調節する制御システムの一部として機能する。前記制
御システムの配置は、周知であり、ここに請求される発
明の一部を形成しないので、前記回路は、図１では詳細
には示されていない。（図示のように、レーザーダイオ
ード６４は逆ポンピング状態に配置されている。これ
は、ジャイロスコープの検知コイルに対して吸収されな
いポンプ光の伝播の可能性を大いに減らすような利点が
ある。前記の意図されたものでない光の伝播は、偏向及
びスケールファクターエラーを誘導することがある。）
広帯域ファイバー光源６２は、好適には、接合部６６で
弱複屈折性の波長分割多重（ＷＤＭ）カップラー６８の
ピグテールに接続される、エルビウムがドープされたフ
ァイバーからなる。このファイバーの端部６３は、光が
ファイバーに逆反射するのを避けるように作られてい
る。カップラー６８は、接合部７０で弱複屈折性カップ
ラー７２に接続される。カップラー７２のピグテール
は、それぞれ接合部７４及び７６で弱複屈折性方向カッ
プラー７８及び８０のピグテールに接続される。接合部
８２、８４及び８６は、カップラー７８及び８０と前記
したカップラー３６、３８及び４０の間の光路を完成す
る。カップラー７２、７８及び８０はエネルギー分割カ
ップラーとして動作する。このようなネットワークは、
例えば３：１または４：１の分割比の単一カップラーと
交換可能である。
【００２３】レーザーダイオードでポンプされる、エル
ビウムがドープされた弱複屈折性光ファイバーのような
広帯域ファイバー光源が偏光されない光を発することは
良く認知されている。偏光された光源を使用する本発明
の代替実施態様は図３に示される。この図において、先
の実施態様の素子に対応する素子は対応する数字で示さ
れる。前記のように、先の実施態様と違って、図３の配
置は偏光されない光源を使用しない。むしろ、図３のジ
ャイロスコープは、低干渉性レーザーダイオードまたは
超発光ダイオードのような、偏光された光源８８を使用
する。光源８８は、接合部９０でカップラー７２の弱複
屈折性ピグテールに接続される関連ＰＭピグテールを有
する。ポンピングダイオードは必要としないので、全体
のシステム設計は、図２のＷＤＭ６８の削除により少し
ばかり再配置される。
ビウムがドープされた弱複屈折性光ファイバーのような
広帯域ファイバー光源が偏光されない光を発することは
良く認知されている。偏光された光源を使用する本発明
の代替実施態様は図３に示される。この図において、先
の実施態様の素子に対応する素子は対応する数字で示さ
れる。前記のように、先の実施態様と違って、図３の配
置は偏光されない光源を使用しない。むしろ、図３のジ
ャイロスコープは、低干渉性レーザーダイオードまたは
超発光ダイオードのような、偏光された光源８８を使用
する。光源８８は、接合部９０でカップラー７２の弱複
屈折性ピグテールに接続される関連ＰＭピグテールを有
する。ポンピングダイオードは必要としないので、全体
のシステム設計は、図２のＷＤＭ６８の削除により少し
ばかり再配置される。
【００２４】ライオット偏光消滅器１２０、１２２及び
１２４は、接合部２４、２６及び２８をそれぞれＭＩＯ
Ｃ３０、３２及び３４に接続するＰＭファイバー部分に
組み込まれる。ライオット偏光消滅器は、動作に必要な
位相遅延の条件を満足するように配置された複屈折性材
料のスタックか、または正確に４５度になっているＰＭ
ファイバー接合部のどちらで構成しても良い。ライオッ
ト偏光消滅器の動作は、前に引用したバーンズの論文及
びエプワースの論文に開示されている。ＰＭ及び弱複屈
折性コンポーネントを光ファイバー３軸システムに組み
込む先行技術の試み（例えば米国特許第4,828,389 号）
は、ライオット偏光消滅器がコイルの外側に配置されか
つ偏光された光源の使用時に限られる本発明と違って、
検出ループの中にこの偏光消滅器を配置する必要があっ
た。
１２４は、接合部２４、２６及び２８をそれぞれＭＩＯ
Ｃ３０、３２及び３４に接続するＰＭファイバー部分に
組み込まれる。ライオット偏光消滅器は、動作に必要な
位相遅延の条件を満足するように配置された複屈折性材
料のスタックか、または正確に４５度になっているＰＭ
ファイバー接合部のどちらで構成しても良い。ライオッ
ト偏光消滅器の動作は、前に引用したバーンズの論文及
びエプワースの論文に開示されている。ＰＭ及び弱複屈
折性コンポーネントを光ファイバー３軸システムに組み
込む先行技術の試み（例えば米国特許第4,828,389 号）
は、ライオット偏光消滅器がコイルの外側に配置されか
つ偏光された光源の使用時に限られる本発明と違って、
検出ループの中にこの偏光消滅器を配置する必要があっ
た。
【００２５】発明者は、図２または３（または同様な単
一軸配置）にしたがって形成されるシステムが、比較的
高価なＰＭファイバー及びカップラーだけを使用するシ
ステムに匹敵する性能を得ることができることを発見し
た。これは、弱複屈折性素子だけからなる区域を使用す
ることによってシステムの解析したがってそれの設計が
簡単になる、という事実に部分的に起因している。すな
わち、ジャイロスコープシステムの弱複屈折性の区域２
０は、偏向エラー解析のために１個の偏光交差結合点と
して取り扱うことができる。その結果として、（１）弱
複屈折性コンポーネントのファイバー製リードの長さは
偏光非相互性エラー消去に適さず、（２）システムにお
いて偏光非相互性偏向エラーを生じる可能性のある条件
は、著しく減る。これは、弱複屈折性及びＰＭファイバ
ーで発生した本質的に異なる種類の寄生波に由来する。
前記寄生波は、両タイプのファイバー及び素子に偏光非
相互性エラーを起こすのに対して、弱複屈折性ファイバ
ーの異方性の度合いが小さいことは、たとえどんな交差
結合が弱複屈折性光路に沿って生じても、交差結合され
たエネルギーは全て干渉性になるかまたは相関的になる
であろう。したがって、弱複屈折性光路に沿って交差結
合を起こし得る不連続性等にもかかわらず、４種類以上
の異なる波は、発生せず、（弱複屈折性の）区域２０に
光を伝播するどの弱複屈折性光ファイバーにおいても観
測されないであろう。この事は、高速軸から低速軸へま
たはその反対の各交差結合が進行波に関して速やかに非
相関になる（または非干渉性になる）寄生波を生じるＰ
Ｍファイバー及び素子の場合と違っている。４種類の異
なる波は、光源によって発生した、２つの直交偏光され
た波Ａ及びＢ（光源が偏光されていない場合は非相関に
されるＡ及びＢ）を含む各弱複屈折性光路に現れる。Ａ
に関して直交偏光された波とＢに関して直交偏光された
波は、弱複屈折性光路に沿った交差結合から生じる。各
々最後に指名された波Ａ´及びＢ´は、その対応する発
生波（ＡまたはＢ）とほぼ完全に相関する。
一軸配置）にしたがって形成されるシステムが、比較的
高価なＰＭファイバー及びカップラーだけを使用するシ
ステムに匹敵する性能を得ることができることを発見し
た。これは、弱複屈折性素子だけからなる区域を使用す
ることによってシステムの解析したがってそれの設計が
簡単になる、という事実に部分的に起因している。すな
わち、ジャイロスコープシステムの弱複屈折性の区域２
０は、偏向エラー解析のために１個の偏光交差結合点と
して取り扱うことができる。その結果として、（１）弱
複屈折性コンポーネントのファイバー製リードの長さは
偏光非相互性エラー消去に適さず、（２）システムにお
いて偏光非相互性偏向エラーを生じる可能性のある条件
は、著しく減る。これは、弱複屈折性及びＰＭファイバ
ーで発生した本質的に異なる種類の寄生波に由来する。
前記寄生波は、両タイプのファイバー及び素子に偏光非
相互性エラーを起こすのに対して、弱複屈折性ファイバ
ーの異方性の度合いが小さいことは、たとえどんな交差
結合が弱複屈折性光路に沿って生じても、交差結合され
たエネルギーは全て干渉性になるかまたは相関的になる
であろう。したがって、弱複屈折性光路に沿って交差結
合を起こし得る不連続性等にもかかわらず、４種類以上
の異なる波は、発生せず、（弱複屈折性の）区域２０に
光を伝播するどの弱複屈折性光ファイバーにおいても観
測されないであろう。この事は、高速軸から低速軸へま
たはその反対の各交差結合が進行波に関して速やかに非
相関になる（または非干渉性になる）寄生波を生じるＰ
Ｍファイバー及び素子の場合と違っている。４種類の異
なる波は、光源によって発生した、２つの直交偏光され
た波Ａ及びＢ（光源が偏光されていない場合は非相関に
されるＡ及びＢ）を含む各弱複屈折性光路に現れる。Ａ
に関して直交偏光された波とＢに関して直交偏光された
波は、弱複屈折性光路に沿った交差結合から生じる。各
々最後に指名された波Ａ´及びＢ´は、その対応する発
生波（ＡまたはＢ）とほぼ完全に相関する。
【００２６】数学的に、人は、１個の弱複屈折性光路当
たり４波のみを解析的に取り扱わなければならない上記
の状態を、ｎが純粋にＰＭ光路内の交差結合及びその結
果生じる寄生波の進行の数である場合のＰＭ光路内に発
生した２n 種類の異なる（相関しない）波と対比させる
ことができる。前記結合は、（接合部、ピグテール、Ｙ
形接続部及びカップラーの存在のため）不連続になる
か、または光路に沿ったファイバー及び／またはLiNbO3
結晶内の不規則性の存在のため連続になる（分散され
る）かのいずれかになり、さらに解析結果を複雑にし得
る。
たり４波のみを解析的に取り扱わなければならない上記
の状態を、ｎが純粋にＰＭ光路内の交差結合及びその結
果生じる寄生波の進行の数である場合のＰＭ光路内に発
生した２n 種類の異なる（相関しない）波と対比させる
ことができる。前記結合は、（接合部、ピグテール、Ｙ
形接続部及びカップラーの存在のため）不連続になる
か、または光路に沿ったファイバー及び／またはLiNbO3
結晶内の不規則性の存在のため連続になる（分散され
る）かのいずれかになり、さらに解析結果を複雑にし得
る。
【００２７】したがって、材料のコストを減らすことに
加えて、一部のＰＭ素子の削除はシステム設計に必要な
解析を簡単にする。それに応じて、設計者は、解析のた
め「一括したもの」として弱複屈折性の区域２０を取り
扱い、ＰＭ区域２０の配置だけに（ファイバーの長さ、
素子分離等に関して）注意を集中することができるの
で、さらなる経済的節約が実現される。また、偏光され
ない光源または偏光消滅器と結合される偏光された光源
のいずれかを使用することにより、偏光フェージングに
関連した問題は本発明において最小限に押えられる。
加えて、一部のＰＭ素子の削除はシステム設計に必要な
解析を簡単にする。それに応じて、設計者は、解析のた
め「一括したもの」として弱複屈折性の区域２０を取り
扱い、ＰＭ区域２０の配置だけに（ファイバーの長さ、
素子分離等に関して）注意を集中することができるの
で、さらなる経済的節約が実現される。また、偏光され
ない光源または偏光消滅器と結合される偏光された光源
のいずれかを使用することにより、偏光フェージングに
関連した問題は本発明において最小限に押えられる。
【００２８】図４及び５は、本発明に依る１軸ジャイロ
スコープの概略図である。図４のジャイロスコープは、
レーザーダイオード９４でポンプされる、エルビウムが
ドープされたファイバー９２のような広帯域光源を使用
する。前に説明したように、このような配置は、偏光さ
れない光を生じることが知られている。一方、図３にお
いて、レーザーダイオード９６は偏光された光を発す
る。一般的に、図４及び５の配置は、それぞれ図２およ
び３の３軸配置に対応する。
スコープの概略図である。図４のジャイロスコープは、
レーザーダイオード９４でポンプされる、エルビウムが
ドープされたファイバー９２のような広帯域光源を使用
する。前に説明したように、このような配置は、偏光さ
れない光を生じることが知られている。一方、図３にお
いて、レーザーダイオード９６は偏光された光を発す
る。一般的に、図４及び５の配置は、それぞれ図２およ
び３の３軸配置に対応する。
【００２９】図４に戻って、１軸ジャイロスコープは、
区別可能な「区域」、すなわち、弱複屈折性素子からな
る１００の左方の区域９８と、ＰＭ素子からなる１００
の右方の区域１０２に分割される。前の説明におけるよ
うに、最適な設計は、ファイバーの長さ等の選択がＰＭ
区域１０２の配置に焦点を定めることにより行なうこと
ができる限りにおいて、本発明により簡単になる。前記
のように、区域９８は、偏向エラー解析のため１個の偏
光交差結合点に等しい。
区別可能な「区域」、すなわち、弱複屈折性素子からな
る１００の左方の区域９８と、ＰＭ素子からなる１００
の右方の区域１０２に分割される。前の説明におけるよ
うに、最適な設計は、ファイバーの長さ等の選択がＰＭ
区域１０２の配置に焦点を定めることにより行なうこと
ができる限りにおいて、本発明により簡単になる。前記
のように、区域９８は、偏向エラー解析のため１個の偏
光交差結合点に等しい。
【００３０】節約は、弱複屈折性カップラー１０４及び
１０６を使用し、カップラー１０４がポンピングダイオ
ード９４にドープされたファイバー９２を励起する機能
を与え、カップラー１０６がフォトダイオード１０８を
ジャイロスコープシステムに接続する、区域９８におい
て達成される。１００の左方の全ての接合部は弱複屈折
性ファイバーピグテールを相互接続し、接合部１１０は
弱複屈折性カップラー１０６のピグテールをＭＩＯＣ１
１２のＰＭ入力ピグテールに接続する。チップ１１２の
出力ピグテールは、一対の接合部１１６によりＰＭファ
イバー製検知コイルに接続される。以前に述べたよう
に、この一対の接合部は、コイルがチップ１１２に対し
て直接ピグテール化される場合は必要ない。
１０６を使用し、カップラー１０４がポンピングダイオ
ード９４にドープされたファイバー９２を励起する機能
を与え、カップラー１０６がフォトダイオード１０８を
ジャイロスコープシステムに接続する、区域９８におい
て達成される。１００の左方の全ての接合部は弱複屈折
性ファイバーピグテールを相互接続し、接合部１１０は
弱複屈折性カップラー１０６のピグテールをＭＩＯＣ１
１２のＰＭ入力ピグテールに接続する。チップ１１２の
出力ピグテールは、一対の接合部１１６によりＰＭファ
イバー製検知コイルに接続される。以前に述べたよう
に、この一対の接合部は、コイルがチップ１１２に対し
て直接ピグテール化される場合は必要ない。
【００３１】図４の１軸ジャイロスコープは、本発明の
教示及び利点を含むと同時に、ＰＭ専用１軸ジャイロス
コープと本質的に同じ性能になる。しかしながら、図４
のシステムは、１対のＰＭカップラーを弱複屈折性カッ
プラー１０４及び１０６と交換することにより実質的な
節約を達成する。このようなコスト節約は、本発明によ
る３軸装置において実現されたコスト節約より印象的で
はないのは確かであるが、安くなるコンポーネントコス
ト及び簡単になる全体設計に関して実現される節約は、
取るに足らないものではない。
教示及び利点を含むと同時に、ＰＭ専用１軸ジャイロス
コープと本質的に同じ性能になる。しかしながら、図４
のシステムは、１対のＰＭカップラーを弱複屈折性カッ
プラー１０４及び１０６と交換することにより実質的な
節約を達成する。このようなコスト節約は、本発明によ
る３軸装置において実現されたコスト節約より印象的で
はないのは確かであるが、安くなるコンポーネントコス
ト及び簡単になる全体設計に関して実現される節約は、
取るに足らないものではない。
【００３２】図５の１軸ジャイロスコープは、図３の３
軸ジャイロスコープが図２の３軸ジャイロスコープと異
なるのとほとんど同じ点で、図４の１軸ジャイロスコー
プと異なっている。すなわち、光源９６は偏光された光
を発し、したがってライオット偏光消滅器１１８が３軸
バージョンの場合と同様に必要になり、この偏光消滅器
１１８はＰＭ区域１０２に配置される。前に言及したよ
うに、光ビームの偏光フィルターリングは、一対の歯に
タイに伝播するビームモードが同じ光路を「経験」する
こと（相互性の原理）を確実にするために、ビームが検
知ループに入る前及び該ループを出た後の光ファイバー
ジャイロスコープ内で行なわねばならない。本発明にお
いて、検知コイル１１４及びＭＩＯＣの出力ピグテール
はＰＭファイバーでできている。この事は、例えば、弱
複屈折性検知コイルを使用しかつ前記コイル内にライオ
ット偏光消滅器を挿入する必要がある上記に確認した米
国特許に開示されているもののような検知コイルの中に
ＰＭ及び弱複屈折性ファイバーを混入する先行技術の試
みと違っている。むしろ、発明者は、ジャイロスコープ
の回転検知部分にはＰＭファイバーのみを使用した。
軸ジャイロスコープが図２の３軸ジャイロスコープと異
なるのとほとんど同じ点で、図４の１軸ジャイロスコー
プと異なっている。すなわち、光源９６は偏光された光
を発し、したがってライオット偏光消滅器１１８が３軸
バージョンの場合と同様に必要になり、この偏光消滅器
１１８はＰＭ区域１０２に配置される。前に言及したよ
うに、光ビームの偏光フィルターリングは、一対の歯に
タイに伝播するビームモードが同じ光路を「経験」する
こと（相互性の原理）を確実にするために、ビームが検
知ループに入る前及び該ループを出た後の光ファイバー
ジャイロスコープ内で行なわねばならない。本発明にお
いて、検知コイル１１４及びＭＩＯＣの出力ピグテール
はＰＭファイバーでできている。この事は、例えば、弱
複屈折性検知コイルを使用しかつ前記コイル内にライオ
ット偏光消滅器を挿入する必要がある上記に確認した米
国特許に開示されているもののような検知コイルの中に
ＰＭ及び弱複屈折性ファイバーを混入する先行技術の試
みと違っている。むしろ、発明者は、ジャイロスコープ
の回転検知部分にはＰＭファイバーのみを使用した。
【００３３】前に言及したように、本発明は、ＰＭファ
イバー及びＰＭファイバーカップラーだけで形成された
かなり高いコストのシステムと実質的に識別することが
できないレベルの性能を達成する。図６は、標準的ＰＭ
カップラーを使用する１軸０．８ミクロンジャイロスコ
ープに対する温度の関数として偏向不確定データのグラ
フであり、図７は、本発明による、弱複屈折性カップラ
ーを使用する１軸ジャイロスコープで得られる結果のグ
ラフである。偏光された光源（超発光ダイオード）はラ
イオット偏光消滅器と共に使用された。１時間当たり
０．６１度の標準偏差がＰＭジャイロスコープにおいて
観測され、１時間当たり１．０７度の多少大きな変動の
みが本発明の１軸ジャイロスコープの出力中に存在する
ことが発見された。
イバー及びＰＭファイバーカップラーだけで形成された
かなり高いコストのシステムと実質的に識別することが
できないレベルの性能を達成する。図６は、標準的ＰＭ
カップラーを使用する１軸０．８ミクロンジャイロスコ
ープに対する温度の関数として偏向不確定データのグラ
フであり、図７は、本発明による、弱複屈折性カップラ
ーを使用する１軸ジャイロスコープで得られる結果のグ
ラフである。偏光された光源（超発光ダイオード）はラ
イオット偏光消滅器と共に使用された。１時間当たり
０．６１度の標準偏差がＰＭジャイロスコープにおいて
観測され、１時間当たり１．０７度の多少大きな変動の
みが本発明の１軸ジャイロスコープの出力中に存在する
ことが発見された。
【００３４】図８及び９（温度一定）と図１０及び図１
１（温度可変）は、広帯域（偏光されない）ファイバー
光源及び３個の弱複屈折性カップラーを使用する１ｋｍ
ジャイロスコープのための期間にわたるジャイロスコー
プスケールファクター安定度を表わす２組のグラフであ
る。図８のスケールファクター安定度データは、カップ
ラー温度が図９に示されるようにほぼ一定に維持される
間にとられたものである。図１０のデータは、カップラ
ー温度が図１１に示されるように１５℃及び３５℃の間
で反復する間にとられたものである。図８及び図１０の
両図における多数のスパイクは、実験測定用に提供され
るクローズドループエレクトロニクスに起因するものと
思われる。図８及び図１０の両図のグラフにおいて、約
９０ｐｐｍの標準偏差が観測される。図１０のデータ
は、カップラー温度プロフィールにもかかわらず図８の
データと本質的に識別することができない。
１（温度可変）は、広帯域（偏光されない）ファイバー
光源及び３個の弱複屈折性カップラーを使用する１ｋｍ
ジャイロスコープのための期間にわたるジャイロスコー
プスケールファクター安定度を表わす２組のグラフであ
る。図８のスケールファクター安定度データは、カップ
ラー温度が図９に示されるようにほぼ一定に維持される
間にとられたものである。図１０のデータは、カップラ
ー温度が図１１に示されるように１５℃及び３５℃の間
で反復する間にとられたものである。図８及び図１０の
両図における多数のスパイクは、実験測定用に提供され
るクローズドループエレクトロニクスに起因するものと
思われる。図８及び図１０の両図のグラフにおいて、約
９０ｐｐｍの標準偏差が観測される。図１０のデータ
は、カップラー温度プロフィールにもかかわらず図８の
データと本質的に識別することができない。
【００３５】したがって、見られるように、本発明は、
性能を劣化させることなく節約を高めた光ファイバージ
ャイロスコープを提供する。本発明の教示を使用するこ
とによって、人は、ＰＭファイバー及びカップラーだけ
を使用するシステムで得られる性能に匹敵する性能を得
ることができる。本発明に従って、広帯域光源を使用
し、ＰＭ及び弱複屈折性コンポーネントの適切な分離に
より可能になる解析または模型製作を利用することによ
って、スケールファクターエラーと同様に、偏光フェー
ジング及び偏光非相互性（ＰＮＲ）に関連した問題は最
小限に押えられると同時に、その結果でき上がった装置
は、より多くの費用がかかる先行技術の装置より、論証
できるほどもっと耐久性があるものとなる。
性能を劣化させることなく節約を高めた光ファイバージ
ャイロスコープを提供する。本発明の教示を使用するこ
とによって、人は、ＰＭファイバー及びカップラーだけ
を使用するシステムで得られる性能に匹敵する性能を得
ることができる。本発明に従って、広帯域光源を使用
し、ＰＭ及び弱複屈折性コンポーネントの適切な分離に
より可能になる解析または模型製作を利用することによ
って、スケールファクターエラーと同様に、偏光フェー
ジング及び偏光非相互性（ＰＮＲ）に関連した問題は最
小限に押えられると同時に、その結果でき上がった装置
は、より多くの費用がかかる先行技術の装置より、論証
できるほどもっと耐久性があるものとなる。
【００３６】本発明は、目下好適な実施態様に関して説
明されたが、それに限らない。例えば、１軸及び３軸の
実施態様に関して例示されているが、本発明は、ここに
示された教示に基づく通りに４軸、６軸及びその他の多
軸システムに拡張することができることが、当業者に対
抗するであろう。したがって、本発明は、付随の特許請
求の範囲により定義される限りにおいてのみ制限され、
その範囲内においてそれの同等物を全て含む。
明されたが、それに限らない。例えば、１軸及び３軸の
実施態様に関して例示されているが、本発明は、ここに
示された教示に基づく通りに４軸、６軸及びその他の多
軸システムに拡張することができることが、当業者に対
抗するであろう。したがって、本発明は、付随の特許請
求の範囲により定義される限りにおいてのみ制限され、
その範囲内においてそれの同等物を全て含む。
【図１】先行技術による弱複屈折性光ファイバージャイ
ロスコープの概略図である。
ロスコープの概略図である。
【図２】本発明による３軸光ファイバージャイロスコー
プの概略図である。
プの概略図である。
【図３】本発明の代替実施態様による３軸光ファイバー
ジャイロスコープの概略図である。
ジャイロスコープの概略図である。
【図４及び５】本発明による１軸光ファイバージャイロ
スコープの代替実施態様の概略図である。
スコープの代替実施態様の概略図である。
【図６及び７】ＰＭ構成から、本発明による１軸ジャイ
ロスコープに関する、偏向不確定度データ対温度のグラ
フである。
ロスコープに関する、偏向不確定度データ対温度のグラ
フである。
【図８乃至１１】本発明によるジャイロスコープのため
の期間にわたる、ジャイロスコープのスケールファクタ
ー安定度（温度が一定の場合（図８及び９）と温度が可
変の場合（図１０及び１１）を表わす２組のグラフであ
る。
の期間にわたる、ジャイロスコープのスケールファクタ
ー安定度（温度が一定の場合（図８及び９）と温度が可
変の場合（図１０及び１１）を表わす２組のグラフであ
る。
６２ 光源 ６０ 光検出器 ４２、４４、４６ 検知コイル ３０、３２、３４ 光チップ ２０ 弱複屈折性コンポーネント ２２ 偏光維持（ＰＭ）コンポーネント
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジョージ エー．パヴラス アメリカ合衆国，91360 カリフォルニア, サウザンド オークス，コール ケブレイ コ 3513
Claims (25)
- 【請求項１】 光源と、少なくとも１個の光検出器と、
少なくとも１個の光ファイバー製検知コイルと、Ｙ形接
続導波路を含む少なくとも１個の多機能集積光チップと
からなる光ファイバージャイロスコープにおいて、 ａ）前記ジャイロスコープが弱複屈折性コンポーネント
及び偏光維持（ＰＭ）コンポーネントの両方を含み、 ｂ）前記検知コイルがＰＭファイバーからなることから
なることを特徴とする光ファイバージャイロスコープ。 - 【請求項２】 請求項１記載の光ファイバージャイロス
コープにおいて、さらに、弱複屈折性ファイバーから構
成される少なくとも１個のカップラーを含む光ファイバ
ージャイロスコープ。 - 【請求項３】 請求項２記載の光ファイバージャイロス
コープにおいて、さらに、前記光チップの入力及び出力
ピグテールがＰＭファイバーから構成されることを特徴
とする光ファイバージャイロスコープ。 - 【請求項４】 請求項３記載の光ファイバージャイロス
コープにおいて、前記光源は偏光されていない光を発す
る光ファイバージャイロスコープ。 - 【請求項５】 請求項４記載の光ファイバージャイロス
コープにおいて、前記光源は、さらに、 ａ）予め決められたドープ性のものからなる弱複屈折性
ファイバーと、 ｂ）前記最後に指名されたファイバーをポンプするよう
に配置され、それにより偏光されていない光がそれから
発せられるレーザーダイオードとからなる光ファイバー
ジャイロスコープ。 - 【請求項６】 請求項５記載の光ファイバージャイロス
コープにおいて、前記予め決められたドープ性のものは
エルビウムである光ファイバージャイロスコープ。 - 【請求項７】 請求項３記載の光ファイバージャイロス
コープにおいて、前記光源は偏光された光を発する光フ
ァイバージャイロスコープ。 - 【請求項８】 請求項７記載の光ファイバージャイロス
コープにおいて、前記光源は弱い一時的干渉性のレーザ
ーダイオードである光ファイバージャイロスコープ。 - 【請求項９】 請求項７記載の光ファイバージャイロス
コープにおいて、前記光源は超発光ダイオードである光
ファイバージャイロスコープ。 - 【請求項１０】 請求項７記載の光ファイバージャイロ
スコープにおいて、さらに、ライオット偏光消滅器を含
む光ファイバージャイロスコープ。 - 【請求項１１】 請求項１０記載の光ファイバージャイ
ロスコープにおいて、前記ライオット偏光消滅器は前記
光チップの入力ピグテールに接続される光ファイバージ
ャイロスコープ。 - 【請求項１２】 請求項３記載の光ファイバージャイロ
スコープにおいて、さらに、 ａ）弱複屈折性ファイバーからなる少なくとも１つの光
路を有し、前記光源を含む第１の区域と、 ｂ）ＰＭファイバーからなる少なくとも１つの光路を有
し、少なくとも１個の検知コイルを含む第２の区域とか
らなる光ファイバージャイロスコープ。 - 【請求項１３】 請求項１２記載の光ファイバージャイ
ロスコープにおいて、前記第１及び第２の区域は、弱複
屈折−ＰＭファイバー接合部により接合される光ファイ
バージャイロスコープ。 - 【請求項１４】 請求項１３記載の光ファイバージャイ
ロスコープにおいて、前記第２の区域は、さらに、 ａ）１個のＭＩＯＣと、 ｂ）前記ＭＩＯＣの出力ピグテールに接続された前記検
知コイルとを含む光ファイバージャイロスコープ。 - 【請求項１５】 請求項１４記載の光ファイバージャイ
ロスコープにおいて、さらに、 ａ）前記第１の区域は、７個の弱複屈折性カップラー
と、１個の偏光されない光源を含み、 ｂ）前記第２の区域は、３つの直交軸に対する回転率を
測定するために配置された、３個の光チップと３個の検
知コイルを含むことを特徴とする光ファイバージャイロ
スコープ。 - 【請求項１６】 請求項１４記載の光ファイバージャイ
ロスコープにおいて、さらに、 ａ）前記第１の区域は、５個の弱複屈折性カップラーを
含み、 ｂ）前記第２の区域は、３つの直交軸に対する回転率を
測定するために配置された、３個の光チップと３個の検
知コイルを含むことを特徴とする光ファイバージャイロ
スコープ。 - 【請求項１７】 請求項１４記載の光ファイバージャイ
ロスコープにおいて、さらに、 ａ）前記第１の区域は、６個の弱複屈折性カップラー
と、１個の偏光されない光源を含み、 ｂ）前記第２の区域は、３つの直交軸に対する回転率を
測定するために配置された、３個の光チップと３個の検
知コイルを含み、 ｃ）３個のライオット偏光消滅器が前記第２の区域に設
けられ、該偏光消滅器は各々、前記光チップの入力ピグ
テールとＰＭファイバー部分の中間に位置決めされるこ
とを特徴とする光ファイバージャイロスコープ。 - 【請求項１８】 請求項１４記載の光ファイバージャイ
ロスコープにおいて、さらに、 ａ）前記第１の区域は、２個の弱複屈折性カップラー
と、１個の偏光されない光源を含み、 ｂ）前記第２の区域は、回転率を測定するために配置さ
れた、１個の光チップと１個の検知コイルを含むことを
特徴とする光ファイバージャイロスコープ。 - 【請求項１９】 請求項１４記載の光ファイバージャイ
ロスコープにおいて、さらに、 ａ）前記第１の区域は、１個の弱複屈折性カップラー
と、１個の偏光された光源を含み、 ｂ）前記第２の区域は、回転率を測定するために配置さ
れた、１個の光チップと１個の検知コイルを含み、 ｃ）１個のライオット偏光消滅器が、前記第２の区域に
設けられ、前記光チップの入力ピグテールとＰＭファイ
バー部分の中間に位置決めされることを特徴とする光フ
ァイバージャイロスコープ。 - 【請求項２０】 請求項１３記載の光ファイバージャイ
ロスコープにおいて、前記第２の区域は、さらに、 ａ）１個の光チップと、 ｂ）前記光チップの出力ピグテールを含んでとぎれない
光ファイバーからなる前記検知コイルとを含む光ファイ
バージャイロスコープ。 - 【請求項２１】 請求項２０記載の光ファイバージャイ
ロスコープにおいて、さらに、 ａ）前記第１の区域は、７個の弱複屈折性カップラー
と、１個の偏光されない光源を含み、 ｂ）前記第２の区域は、３つの直交軸に対する回転率を
測定するために配置された、３個の光チップと３個の検
知コイルを含むことを特徴とする光ファイバージャイロ
スコープ。 - 【請求項２２】 請求項２０記載の光ファイバージャイ
ロスコープにおいて、さらに、 ａ）前記第１の区域は、５個の弱複屈折性カップラーを
含み、 ｂ）前記第２の区域は、３つの直交軸に対する回転率を
測定するために配置された、３個の光チップと３個の検
知コイルを含むことを特徴とする光ファイバージャイロ
スコープ。 - 【請求項２３】 請求項２０記載の光ファイバージャイ
ロスコープにおいて、さらに、 ａ）前記第１の区域は、６個の弱複屈折性カップラー
と、１個の偏光された光源を含み、 ｂ）前記第２の区域は、３つの直交軸に対する回転率を
測定するために配置された、３個の光チップと３個の検
知コイルを含み、 ｃ）３個のライオット偏光消滅器が前記第２の区域に設
けられ、該偏光消滅器は各々、前記光チップの入力ピグ
テールとＰＭファイバー部分の中間に位置決めされるこ
とを特徴とする光ファイバージャイロスコープ。 - 【請求項２４】 請求項２０記載の光ファイバージャイ
ロスコープにおいて、さらに、 ａ）前記第１の区域は、２個の弱複屈折性カップラー
と、１個の偏光されない光源を含み、 ｂ）前記第２の区域は、回転率を測定するために配置さ
れた、１個の光チップと１個の検知コイルを含むことを
特徴とする光ファイバージャイロスコープ。 - 【請求項２５】 請求項２０記載の光ファイバージャイ
ロスコープにおいて、さらに、 ａ）前記第１の区域は、１個の弱複屈折性カップラー
と、１個の偏光された光源を含み、 ｂ）前記第２の区域は、回転率を測定するために配置さ
れた、１個の光チップと１個の検知コイルを含み、 ｃ）１個のライオット偏光消滅器が、前記第２の区域に
設けられ、前記光チップの入力ピグテールとＰＭファイ
バー部分の中間に位置決めされることを特徴とする光フ
ァイバージャイロスコープ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7995393A JPH0827194B2 (ja) | 1993-04-07 | 1993-04-07 | 光ファイバージャイロスコープ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7995393A JPH0827194B2 (ja) | 1993-04-07 | 1993-04-07 | 光ファイバージャイロスコープ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06307876A true JPH06307876A (ja) | 1994-11-04 |
| JPH0827194B2 JPH0827194B2 (ja) | 1996-03-21 |
Family
ID=13704681
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7995393A Expired - Lifetime JPH0827194B2 (ja) | 1993-04-07 | 1993-04-07 | 光ファイバージャイロスコープ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0827194B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6990269B2 (en) | 2002-11-01 | 2006-01-24 | Japan Aviation Electronics Industry Limited | Fiber optic gyroscope |
-
1993
- 1993-04-07 JP JP7995393A patent/JPH0827194B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6990269B2 (en) | 2002-11-01 | 2006-01-24 | Japan Aviation Electronics Industry Limited | Fiber optic gyroscope |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0827194B2 (ja) | 1996-03-21 |
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