JPH07119613B2 - 光回転検出装置及びその制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、移動体等に使用される
光回転検出装置及びその制御方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光回転検出装置として使用されるジャイ
ロスコープからは、角速度だけでなく、それを積分する
ことにより、方位のデータも得ることができる。そのよ
うなジャイロスコープの内で、光ファイバをセンシング
ループ部に用いた光ファイバジャイロスコープは、可動
部が全くなくかつ小型化が可能であり、さらに最小検出
可能角速度（感度）、零点ドリフト、可測範囲（ダイナ
ミックレンジ）、スケールファクタの安定性において、
従来のジャイロスコープと比較して基本的に優れている
ために、近年注目され、研究開発がなされている。

【０００３】そのような光ファイバジャイロスコープに
は、信号処理方式として位相差バイアス方式、２入力方
式、位相変調方式、周波数変調方式、光ヘテロダイン方
式などの処理方式がある。ここでは、位相変調方式を用
いた光ファイバジャイロスコープを例にとって、図７の
従来例をもとに、その動作原理を簡単に説明する。

【０００４】まず、光回転検出装置の光学系について以
下に説明する。半導体レーザのような光源５１から出射
された光は、光を分岐結合するための第１光ファイバカ
プラ５２を介して、偏光子５４に入力され、その偏光子
５４を通過した光は、光ファイバを介して５５の第２の
光ファイバカプラ等のビームスプリッタに入力され、そ
こでさらに２つに分岐される。この２つの光は、一端を
センシングコイル５６を構成するように巻回し、もう一
端を位相変調周波数で駆動される圧電振動子等で構成さ
れた位相変調器５７に巻きつけられた光ファイバの両端
に各々結合される。そして、光ファイバの両端に結合さ
れた光は、それぞれ、光ファイバセンシングループ５６
内を右回り（ＣＷ方向）と左回り（ＣＣＷ方向）とに伝
搬し、出射端より出射し、先に光の分割に用いた第２カ
プラ５５により再度合成される。合成された光は所定の
光学系を介し、フォトダイオード５３のような受光素子
に入射され、電気信号に変換される。

【０００５】なお位相変調器としては、円筒状圧電振動
子等に光ファイバを巻きつけたものが一般的に使用さ
れ、センシングループに結合された圧電振動子に、巻き
つけられた光ファイバ部分において、圧電振動子の伸縮
に応じて光ファイバ長や伝搬定数等が変化し、光がその
部分を伝搬するときに位相変調を受ける構成であること
が一般的である。

【０００６】またこのような構成の光フィバジャイロに
おける光路は、入射された光の偏光方向を維持するた
め、全て偏波面保存光ファイバ等によって構成するのが
望まれる。

【０００７】次に、光回転検出装置の信号処理系につい
て、動作を簡単に説明する。まず基準信号発生器６３か
らは、位相変調器駆動回路６２等を介して、位相変調器
５７に周波数fmの変調信号が送出される。この信号によ
って、位相変調器５７が光ファイバを伝搬している光に
位相変調を行う。一方フォトダイオード５３に入力さ
れ、光電変換された電気信号は、６１のプリアンプ等の
増幅器によって増幅後、基準信号発生器６３からの信号
とロックインアンプ６４で同期検波される。その出力信
号は、信号処理部６６等によって、光回転検出装置の回
転角速度信号（度／時間）等に変換される。つまり、６
６の信号処理部からの出力信号が、ジャイロスコープの
回転出力信号として取り出される構成になっているのが
一般的である。又光源５１の出力を安定化するために、
光源駆動回路へフィードバック信号を送出する。

【０００８】ここで光ファイバジャイロスコープの回転
角速度の検出原理は、サニャック（Sagnac)効果によ
る。つまり、光がセンシングコイルを伝搬するとき、セ
ンシングコイルが回転を受けていると、いわゆるサニャ
ック効果により、右回り光（ＣＷ方向）と左回り光（Ｃ
ＣＷ方向）とに位相差が発生する。この位相差の検出
は、右回り光と左回り光との干渉光の信号成分を検出す
ることによって行う。

【０００９】そしてこのような光ファイバジャイロの雑
音要因としては、位相変調器によると思われるものが含
まれると考えられている。このような雑音成分を除去す
るためには、位相変調器の駆動周波数fm、つまり、圧電
振動子を駆動する基準位相変調周波数fmとセンシング用
光ファイバループ長Ｌとは、以下の式を満足することが
必要であった。

【００１０】

【数１】

【００１１】一方、上述のように光ファイバをセンシン
グループに用いた光回転検出器においては、強度変調
（ＡＭ）雑音の位相特性の存在は、現在まで見いだされ
ていなかった。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上記構成の光回転検出
装置においては、光ファイバのセンシングループとして
偏波面保存光ファイバを用いるため、シングルモード光
ファイバ使用時に比較して、コストが上昇する傾向があ
る。

【００１３】また、上記（数１）を満足するように光フ
ァイバセンシングループを設計すると、位相変調器とし
て用いている圧電振動子を駆動する位相変調信号の周波
数fmを小さくしようとすれば、光ファイバセンシングル
ープの長さＬを大きくしなければならない等、fmとＬ
は、逆比例の関係となる制約があった。このため、光フ
ァイバループ長Ｌを短尺化するためには位相変調周波数
fmを増加させなくてはならず、また、変調周波数fmを減
少させようとする光ファイバセンシングループ長Ｌは増
加させる必要があるため、光ファイバセンシングループ
の長さＬを減少させることができず、省スペースや重量
低減、ひいては低コスト化が困難である等との課題があ
った。

【００１４】本発明は、上記課題を解決し、低コスト
で、設計自由度が高く、さらに光回転検出装置の回転出
力信号として、低零点ドリフト特性、及び高い信号対雑
音比（Ｓ／Ｎ比）を有する出力を得ることの出来る光回
転検出装置及び光回転検出装置の制御方法を提供するこ
とを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の光回転検出装置は、光源と、前記光源から
射出した光を二分岐する第１のカプラと、前記第１のカ
プラにより分岐された光の一方が入射する偏光子と、前
記偏光子から射出した光を二分岐する第２のカプラと、
前記第２のカプラに結合された偏光解消手段と位相変調
器とを含みサニャック効果を生じるセンシングループ部
と、前記センシングループ部を経て前記偏光子を通過し
前記第１のカプラで二分岐された光の一方を受光する受
光手段と、前記受光手段からの出力信号をその信号の雑
音の位相特性を利用し雑音成分が最小となる位相で制御
処理する信号制御処理手段とを有する光回転検出装置で
あって、前記信号制御処理手段は前記受光手段からの信
号の高調波成分の所定の位相を検出する位相検出手段
と、前記受光手段の出力信号の信号成分を前記所定の位
相に基づき得られた雑音が最小となる位相で同期検波に
より検出する同期検波手段と、前記同期検波に用いる基
準信号を含む信号を発生する基準信号発生手段と、前記
位相検出手段の検出した前記所定の位相に基づき前記基
準信号の位相を変化させ前記受光手段の出力信号の信号
成分を前記雑音が最小となる位相で同期検波により前記
同期検波手段が検出するように前記同期検波手段を制御
する位相制御手段とを有する光回転検出装置である。

【００１６】又、位相制御手段において同期検波手段を
制御するのではなくて位相変調器を制御する位相制御手
段を有する光回転検出装置である。

【００１７】又、信号制御処理手段が、受光手段からの
信号の高調波成分の所定の位相を検出する位相検出手段
と、前記受光手段の出力信号の信号成分を前記所定の位
相に基づき得られた雑音が最小となる位相で同期検波に
より検出する同期検波手段と、前記同期検波に用いる基
準信号を含む信号を発生する基準信号発生手段と、前記
位相検出手段の検出した前記所定の位相に基づき前記基
準信号の周波数を変化させ前記受光手段の出力信号の信
号成分を前記雑音が最小となる位相で同期検波により前
記同期検波手段が検出するように前記基準信号発生手段
を制御する周波数制御手段とを有する光回転検出装置で
ある。

【００１８】又、位相検出手段が、前記受光手段からの
信号の大きさが所定値となる位相を同期検波により検出
する光回転検出装置である。

【００１９】一方、本発明の光回転検出装置の制御方法
は、以上の光回転検出装置を制御する制御方法である。

【００２０】

【作用】本発明は上記構成により、特に偏光解消手段の
存在が、位相変調器で発生する強度変調（ＡＭ）雑音の
低減を図るとともに、伝搬光を強制的に無偏光化（自然
光化）して、センシングループ内での偏波面の変動によ
る不要干渉雑音成分を取り除く。

【００２１】また、特に、信号処理部において強度変調
（ＡＭ）雑音の最小になるように基準（参照）信号、も
しくは、位相変調器の駆動信号の位相を調整することに
より、ドリフト成分が除去された高いＳ／Ｎ比の出力信
号を得る。

【００２２】

【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例の詳細を
説明する。

【００２３】（実施例１）図１は本発明の第１の実施例
における光回転検出装置及び制御方法の光学系の模式図
を示す。図１において、１はスーパールミネッセンスダ
イオード（ＳＬＤ）からなる光源であり、２は光を均等
な強度に二分岐し、光源１からの光をその後の光学系に
伝搬後、再び光源１方向へ帰還する光を二分岐し、一方
の光をフォトダイオード３に結合させるための第１カプ
ラである。４は伝搬光の偏光方向を規定するための偏光
子（例えば積層型偏光子）であり、５は光を分岐結合す
る、すなわち偏光子４により偏光された光を二分岐し、
その後、センシングループ６を時計まわり（ＣＷ方
向）、および反時計回り（ＣＣＷ方向）に伝搬した光
を、再び結合するための第２カプラである。８は偏光解
消手段であり、光波を無偏光化（自然化）するために配
置されたものである。この偏光解消手段８としては、長
さ比１：２の２本の偏波面保存光ファイバの主軸角を、
４５度傾斜させ融着接続させたＬＹＯＴ（リョー）型フ
ァイバタイプの偏光解消装置（デポラライザ）を用いて
いる。

【００２４】ここで偏光子４を設ける理由について説明
する。一般に光ファイバ中では、偏波方向の直交した２
つのモードが独立に伝搬可能であり、光ファイバの非軸
対称性により、この二つの直交モード間においてエネル
ギーのカップリング（結合）が存在する。この結合状態
が温度変動等による外乱で変化すると、光回転検出装置
の出力信号に誤差要因となって現れ、その結果、出力信
号のドリフトをもたらす。つまり、光回転検出装置が静
止した状態においても、零点出力特性のドリフトとなっ
て現れ、光回転検出装置の回転入力に対する出力信号の
検出誤差が増加する。この出力信号のドリフトを低減す
るには、時計回り（ＣＷ方向）、反時計回り（ＣＣＷ方
向）の両回り光に対して光ファイバの伝達関数を同一と
すればよい。そこで、光路中の第１カプラ２と第２カプ
ラ５との間に４のような偏光子等を挿入し、センシング
ループ６に対して各々単一の偏波成分の光のみを導き、
さらにセンシングループ６をそれぞれ逆方向に伝搬させ
た後、光源１方向に帰還させた光のうち、前述の光と同
一の偏波成分のみを取り出すようにしたものである。

【００２５】ついで、６は本光回転検出装置の回転角速
度量等の検出を行うセンシングループである。７は、セ
ンシングループ６を伝搬する時計回り（ＣＷ方向）、反
時計回り（ＣＣＷ方向）の両回り光に対し、光学的位相
差を設けるために配置された位相変調器である。この位
相変調器は、例えば、円筒状圧電振動子からなる位相変
調器で、この円筒状圧電振動子の周囲に巻回された光路
１８を通過する光に位相変調を与えるものである。すな
わち、位相変調器７は、本光回転検出装置が回転するこ
とによりセンシングループ６内で生じる光の位相差（サ
ニャック位相差）の検出感度を高めるために、それに巻
回された光路１８中を伝搬する光に位相変調を行なう役
割を担うものである。そして３は、光路１２より入射さ
れた光を電気信号に変換するためのフォトダイオードで
ある。また、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１
７、１８、１９は、それぞれ光が、通過するための光路
となっている。

【００２６】本実施例では光路１１、１２、１３、１
４、１５、１６、１７、１９はシングルモード光ファイ
バを用い、光路１８については偏波面保存光ファイバを
用いている。この偏波面保存光ファイバの光路１８への
採用は、位相変調器７に位相変調信号が印加されると、
円筒状圧電振動子の伸縮により、光路１８に相当のスト
レスがかかるため、偏光状態および光強度が不安定にな
ることを考慮したものである。もっとも、偏光解消手段
８により、特に光路１５から光路１６方向に向かう光、
および／または光路１６から光路１５方向に向かう光の
偏光解消が十分に得られる場合には、シングルモード光
ファイバであっても問題はない。

【００２７】次に図１にもとづき、本光学系の動作を、
詳細に説明する。光源１より出射された光出力は、光路
１１を通り、第１カプラ２に入射する。第１カプラ２に
より均等に二分岐された光の一方は、偏光状態を１方向
のみに規定する偏光子４、光路１４を通過後、第２カプ
ラ５に入射する。第２カプラ５に入射した光は、光路１
５、１９にそれぞれ均等な強度分布で二分岐される。ま
ず、光路１５へ入射した光は、次に偏光解消手段８によ
り、無偏光化（自然光化）され、光路１６を通過後、セ
ンシングループ６を時計回り（ＣＷ方向）に進行後、光
路１７を通り、位相変調器７に巻回された光路１８、お
よび光路１９を通過後、第２カプラ５に逆方向で入射す
る。この光はセンシングループ６を通過後、位相変調器
７により位相変調を受けることになる。次に、光路１９
に対する入射光は前述の光波と全く逆方向にセンシング
ループを進行する。つまり、光路１９に入射された光
は、光路１８を通過することにより光学的位相差を付加
された後、光路１７を進行しセンシングループ６内を反
時計回り（ＣＣＷ方向）に伝搬する。次に光路１６を通
り、偏光解消手段８により無偏光化されて光路１５を進
行した後に、再度第２カプラ５に前述の光に対し逆方向
から入射する。つまり、第２カプラ５で、互いに二分岐
された光波は、センシングループ６をそれぞれ反対方向
に伝搬後、再度第２カプラ５で結合される。この結合さ
れた光は光路１４、偏光子４、光路１３を逆方向に伝搬
して、第１カプラ２でさらに２分岐され、光路１２によ
り、フォトダイオード３に入射され電気信号に変換され
る。このフォトダイオード３により光電変換された信号
が、後述の様に、光回転検出装置の出力信号として信号
処理回路２６から送出される。

【００２８】このように構成した光学系につき、同期検
波を用いて静止時において得られた零点出力信号の雑音
位相特性の測定結果の一例を図２に示す。この図におい
て、横軸は同期検波のための基準信号に対し付加された
位相シフト量であり、縦軸は零点出力信号、すなわち零
点バイアスと呼ばれている値で、角速度（度／時間）の
単位で表示されている。この図の縦軸方向の振幅が実質
的に零点ドリフトの値を示し、この雑音成分は強度変調
（ＡＭ）雑音成分であり、位相シフト量の変化に対し
て、この図で示されるような一定の位相特性を示してい
る。つまり、ある特定の位相シフト量に対して、出力信
号の変動量が最小値（ゼロ）を有することがわかる。一
方この図には、本光回転検出装置を時計回り方向（ＣＷ
方向）及び反時計回り方向（ＣＣＷ方向）に角速度
（０．２度／秒）で、実際に回転入力を与えた場合の位
相シフト量に対する出力特性、すなわち出力感度特性を
も同時にプロットしてある。この位相シフト量は、本光
回転検出装置に回転を与えた際に、最大感度を与える位
相を基準としており、０度、及び１８０度、３６０度で
本光回転検出装置の感度は、最大となっている。この図
から、光回転検出装置の感度特性の最大感度を与える位
相近傍において、雑音特性がノード（節）を持つことが
わかる。従って、強度（ＡＭ）変調雑音が、最小のとこ
ろで位相シフト量を固定することにより、本光回転検出
装置の最大感度を有する領域近傍で、出力信号を得るこ
とが可能である。このように雑音成分が極小となる点が
存在することに注目して、本発明の信号処理系は以下の
ような構成を有する。

【００２９】すなわち、この信号処理系においては、プ
リアンプ２５からの出力信号のうち、高調波信号成分の
位相と基準信号との位相差は一定であることを用いた制
御方法であり、高調波信号の位相を検出して雑音成分が
最小となる位相を検出し、ロックインアンプ２８におけ
る同期検波の基準（参照）信号の位相を制御することを
目的としたものである。図１において、２１は、光源を
駆動する光源駆動回路、２２は、同期検波のための基準
信号を発生する基準信号発生器、２３は、位相変調器を
駆動するための位相変調器駆動回路、２４は、これを流
れる電気信号に所定量の位相変化を生じる可変シフタで
ある。また、２５は、信号増幅のためのプリアンプ、２
０は、信号の所定の位相を検出する位相検波器、２７
は、位相検波器２０で検出した位相の例えば１／２の位
相シフト量を位相シフタ２４で発生させるように、信号
のゲイン、および時間応答を補償するための補償回路、
２８は、同期検波を行なうロックインアンプである。こ
こで、補償回路２７は、シフタ２４の位相シフト量を制
御することによりロックインアンプ２８の同期検波を制
御する。２２の基準信号発生器は、同期した変調周波数
fmと、２倍の変調周波数２fmの基準（参照）信号とを同
時に発生させることができる信号発生器である。又２６
は、光源駆動回路２１に光源１の発光量が一定になるよ
うにフィードバック信号を送りながら、ロックインアン
プ２８の出力信号を入力され本光回転検出装置の回転出
力信号を送出する信号処理回路である。

【００３０】次にこの信号処理系の動作について説明す
る。２２の基準信号発生器からは、周波数fmの基準信号
が、位相変調器駆動回路２３とシフタ２４に送出され
る。そして、位相変調器７に対しては位相変調器駆動回
路２３を介して駆動信号となる。すなわち、位相変調器
駆動回路２３により、位相変調器７は変調周波数fmで周
囲を伝播する光を変調する。また、同時に、２倍の周波
数２fmの基準（参照）信号が、位相検波器２０に送出さ
れる。一方、フォトダイオード３で電気信号に変換され
た出力信号は、２５のプリアンプで増幅され、ロックイ
ンアンプ２８に送出される。このフォトダイオード３か
らの出力信号は、次段のロックインアンプ２８内で、シ
フタ２４を経た信号を基準（参照）信号として同期検波
される。２４のシフタの位相シフト量は可変式であり、
そのシフト量は２７の補償回路の出力信号によって制御
されている。２０は位相検波器で、基準信号発生器２２
から出力された２倍の周波数２fmの信号を基準（参照）
信号として、プリアンプ２５からの出力信号のうち、２
倍の高調波成分の位相を検出し、結果的に雑音成分が最
小となる位相を得ることができるように配置されてい
る。次段の補償回路２７は、位相検波器２０の出力を受
け、ロックインアンプ２８の基準信号の位相が、フック
インアンプ入力信号のうち周波数fmの信号成分の位相に
対して、常に一定の関係が保たれ、雑音成分が最小とな
る位相で同期検波できるように、シフタ２４の位相シフ
ト量を制御している。すなわち、このように雑音が最小
となる位相に基準信号の位相をロックすることに注目
し、シフタ２４に直接にフィードバック信号を印加し、
シフタ２４の位相シフト量を、常にＡＭ雑音の最小とな
る位相値にロックすることにより、ロックインアンプ２
８の同期検波において雑音最小の位相で同期波が行なわ
れ、ＡＭ雑音を除去することが可能であり、位相変調器
７の変調効率が、その環境、例えば温度の変動等により
発生するような場合でも、良好な零点出力ドリフト特性
を得ることができる。

【００３１】本実施例の構成を採用することにより、得
られた零点ドリフトの長期安定性の測定結果の一例を図
３に示す。横軸は測定時間であり、縦軸は、角速度（度
／時間）に変換されて表示されている。図３は、２０時
間までの測定結果であるが、このような安定した零点ド
リフト特性は、１００時間以上にわたり継続して得られ
ており、本制御方法の効果が確認されている。

【００３２】なお、本実施例における信号処理系におい
て、位相検波器３６の検波方法として、前述のごとく２
倍の高調波信号成分を検波する構成について述べたが、
４倍の高調波信号成分等他の高調波成分を利用した位相
検波方法でもさしつかえない。

【００３３】また、シフタ２４の挿入位置としては、プ
リアンプ２５とロックインアンプ２８との間であっても
よい。

【００３４】さらに、同期検波手段への入力信号に対し
て常に一定の位相特性を持った基準信号で同期検波する
ことができるため、雑音成分が最小になる位相で同期検
波するだけでなく、光回転検出装置の最大感度を与える
ように位相制御し同期検波等してもよい。

【００３５】一方本実施例における光学系において、光
源１としてはスーパールミネッセントダイオード（ＳＬ
Ｄ）を使用したが、半導体レーザ、He-Neレーザ等の他
の光源でもかまわない。

【００３６】また、光路１１、１２、１３、１４、１
５、１６、１７、１９は、通常のシングルモード光ファ
イバを使用したが、偏波面保存光ファイバであってもよ
く、他の光導波路でも良い。

【００３７】また、第１カプラ２、第２カプラ５は、フ
ァイバ型カプラを用いており、これにより本光回転検出
器の光学系全体をオールファイバ化することが可能であ
り、安価で信頼性が高く望ましい。そして、第１カプラ
２、第２カプラ５は、シングルモードファイバを用いて
作製したが、偏波面保存光ファイバを用いてもよい。

【００３８】また、偏光子４には、積層型偏光子を用い
たが、光ファイバを用いて作製したファイバ型偏光子の
構成であっても良い。さらに、光導波路上に直接金属を
クラッディングすることにより作製した偏光子、および
光導波路基板にLiNbO３等の異方性光学結晶を用いた導
波路型偏光子等を用いてもかまわない。

【００３９】また、偏光解消手段８の挿入位置は、光路
１５、１６の中間に配置したが、光路１９、１８の間、
および１８、１７の間、さらにセンシングループ６内で
あってもかまわない。また、偏光解消手段８は偏波面保
存ファイバの主軸を４５度傾斜させて融着接合したLyot
（リョー）タイプを用いたが、複屈折性結晶を用いたバ
ルクタイプのLyot型偏光解消手段を用いてもよい。

【００４０】加えて、偏光解消手段８の使用数は、１で
あるが、前述の挿入位置に複数個配置しても零点出力の
ドリフト低減効果があらわれるということも同様であ
る。

【００４１】センシングループ６は、シングルモードフ
ァイバで作製したが、偏波面保存光ファイバを用いた構
成でも良い。

【００４２】位相変調器７に巻回された光路１８として
は偏波面保存光ファイバを用いたが、前述のごとく、シ
ングルモード光ファイバでも可能である。

【００４３】さらに、本実施例では、位相変調器７の構
成として円筒状圧電振動子を用いた構成について述べた
が、導波路型の位相変調器でも良く、光の位相を変調で
きる装置であれば他のものであっても良い。

【００４４】（実施例２）図４は、本発明の第２の実施
例における光学系及び信号処理系における模式図を示
す。

【００４５】この実施例の光学系は、第１の実施例と実
質的に同様である。この図をもとに、本実施例の内容を
説明する。この実施例は、プリアンプ２５からの出力信
号のうち、高調波信号成分の位相を検出することにより
結果的に雑音成分が最小の位相を得て、この位相が一定
となるように、位相変調信号の位相を制御し結果的に位
相変調器７を制御することを目的としたものである。図
４において、２１は、光源用駆動回路、２２は、基準信
号発生器、２３は、位相変調器駆動回路、２４は、シフ
タ１である。また、２５は、プリアンプ、２０は、位相
検波器、２７は、補償回路、２８は、ロックインアン
プ、２９は、シフタ２である。２４のシフタ１は、可変
式シフタで、２９のシフタ２は、固定式のシフタであ
る。ここで、２７の補償回路は、位相検波器２０の出力
が常に一定の値となるように、２４のシフタ１の位相シ
フト量を制御している。２２の基準信号発生器は、同期
した変調周波数fmと、２倍の変調周波数２fmの基準（参
照）信号とを同時に発生させることができる信号発生器
である。基準信号発生器２２は、周波数fmの信号を可変
シフタ１および固定シフタ２に出力すると同時に、２倍
の周波数２fmの基準（参照）信号を、位相検波器２０に
出力する。位相変調器駆動回路２３は、２４のシフタ１
からの信号を受けて、位相変調器７を変調周波数fmで変
調する。ここで、２４のシフタ１の位相シフト量は可変
であり、２７の補償回路からの出力信号によって制御さ
れる。一方、フォトダイオード３で電気信号に変換され
た出力信号は、２５のプリアンプで増幅され、ロックイ
ンアンプ２８に送出される。この出力信号は、次段のロ
ックインアンプ２８内で、２４のシフタ１の出力信号を
基準信号として同期検波される。ここで、２９のシフタ
２は、基準信号発生器２２から発生する変調周波数fmの
基準信号に対し、固定量の位相シフト量を付加し、ロッ
クインアンプ２８に同期検波のための基準信号を送出す
る。つまり、プリアンプ２５からの周波数fmの出力信号
に対して固定の位相差を与えている。位相検波器２０
は、基準信号発生器３２から出力された２倍の周波数２
fmの信号を基準（参照）信号として、プリアンプ３５の
出力信号のうち、２倍の高調波信号成分の位相を検出し
結果的に雑音成分が最小となる位相を得る。そして、そ
の次段の補償回路２７は、位相検波器２０の出力を受
け、ロックインアンプ２８の基準信号の位相と、ロック
インアンプ２８への入力信号のうち周波数fmの信号成分
の位相とが、常に一定の位相関係が保たれるように、す
なわち、雑音成分が最小の位相で常に同期検波ができる
ように２４のシフタ１の位相シフト量を制御し結果的に
位相変調器７の変調効率を制御する。

【００４６】本実施例においても、実施例１のごとく、
雑音成分の最小となる位相値、言い替えれば、強度（Ａ
Ｍ）変調雑音の最小となる位相において光回転検出装置
の回転出力信号を得ることができるため、位相変調器７
の環境、例えば温度の変動があった場合でも、零点出力
特性のドリフトを大幅に低減することができる。

【００４７】従って、このような、制御方法を採用する
ことによって、実施例１と同様に本光回転検出装置にお
いて良好な零点ドリフトの長期安定性が得られている。

【００４８】さらに、同期検波手段への入力信号と基準
信号とが常に一定の位相関係を保った状態で同期検波す
ることができるため、雑音成分が最小になる位相で同期
検波するだけでなく、光回転検出装置の最大感度を与え
るように位相制御し同期検波等してもよい。

【００４９】また、光学系についても、実施例１におい
て述べた変更は可能であることはもちろんである。

【００５０】（実施例３）図５は、本発明の第３の実施
例の光学系及び信号処理系の模式図を示す。

【００５１】光学系は、実施例２と実質的に同様な構成
を有する。この図をもとに、本実施例の内容を説明す
る。この実施例は、プリアンプ２５からの、出力信号の
うち、高調波信号成分が所定値をとる位相と、内部基準
信号の位相とが一致するように、基準（参照）信号の周
波数を制御し、結果的に雑音が最小となる位相で同期検
波することを目的としたものである。図５において、プ
リアンプ２５からの出力信号のうち２倍高調波信号成分
は、２０の位相検波器で位相検波される。位相検波器２
０の出力信号は、次段の補償回路２７を通過後、電圧制
御発振器３０に入力される。電圧制御発振器３０から出
力される信号の一方は、位相検波器２０に内部基準信号
としてフイードバックされ、他方は１／２分周器３１に
送出される。ここで、補償回路２７は、本実施例の構成
のフィードバック制御におけるループ特性が、安定で高
精度な制御を維持できる所望の特性となるように、位相
検波器２０からの信号を補償するように設計されている
回路である。また、電圧制御発振器３０は、入力信号に
対応して、その発振出力周波数を変化可能な構成になっ
ている発振器である。すなわち、位相検波器２０で検出
された所定の位相情報を含んだ信号は、補償回路２７に
より補償され、電圧制御発振器３０に入力される。電圧
制御発振器３０は、このように補償された信号に応じ
て、その発振周波数を変化させ、常に安定した出力信号
を送出する。そして、電圧制御発振器３０から出力され
る信号のうち一方は、内部基準信号として位相検波器２
０に送出され、位相検波器２０は、このように安定した
基準信号で位相検波する。また、電圧制御発振器３０
の、もう一方の出力信号は、１／２分周器３１により、
周波数を２fmに周波数変換される。周波数変換された信
号は、次段のフィルタ３２により、不必要な、周波数成
分を完全に除去される。このフィルタ３２の出力信号の
一方は位相変調器駆動回路２３に入力され、位相変調器
７の位相変調の安定な変調信号となる。また、もう一方
の出力信号は、固定式シフタ２４に入力され、ロックイ
ンアンプ２８の安定な基準信号となる。

【００５２】従って、本実施例においては、より安定な
基準信号等を用いて位相検波、同期検波等が可能であ
る。

【００５３】本実施例においても、位相変調器７の周囲
の環境、すなわち、温度等の変動により、位相変調器の
共振周波数が変動し位相変調特性が変化することによ
り、プリアンプ２５からの出力信号の位相も変動するよ
うな場合に、位相検波器２０に入力される高調波成分の
位相と、内部の基準信号の位相とが一致するように、基
準信号の周波数を変化させることにより、実施例１のご
とく、雑音成分の最小となる位相値、言い替えれば、強
度（ＡＭ）変調雑音の最小となる位相において光回転検
出装置の回転出力信号を得ることが可能であり、零点出
力のドリフトを大幅に、低減することができる。

【００５４】つまり、本実施例においても、実施例１の
ように良好な零点ドリフトの長期安定性が得られる。

【００５５】さらに、同期検波手段への入力信号と基準
信号とが常に一定の位相関係を保った状態で同期検波す
ることができるため、雑音成分が最小になる位相で同期
検波するだけでなく、光回転検出装置の最大感度を与え
るように位相制御し同期検波等してもよい。

【００５６】加えて、実施例１で説明したような光学系
の変更が可能であることはもちろんである。

【００５７】（実施例４）図６は、本発明の第４の実施
例の光学系及び信号処理系における模式図を示す。

【００５８】本実施例においても、光学系は実質的に実
施例１と同様である。この図をもとに、本実施例の制御
方法を、簡単に説明する。この実施例は、プリアンプ２
５からの出力信号を、２８のロックインアンプ１、およ
び、３３のロックインアンプ２に２分岐し、３３のロッ
クインアンプ２の出力が、回転入力に対して出力が０、
すなわち感度が０となるように、２４のシフタ１の位相
シフト量を制御し、３４のロックインアンプ２から回転
出力を得ることを目的としたものである。図６におい
て、２１は、光源用駆動回路、２２は、基準信号発生
器、２３は、位相変調器駆動回路、２４は、シフタ１
（可変式）である。また、２５は、プリアンプ、２８
は、ロックインアンプ１、２９は、シフタ２（固定
式）、３３は、ロックインアンプ２、３４は、２４のシ
フタ１を制御するためにもうけた制御回路である。プリ
アンプ２５の出力信号のうち周波数fm信号成分は、２８
のロックインアンプ１と３３のロックインアンプ２によ
り、それぞれ同期検波される。２８のロックインアンプ
１と２３のロックインアンプ２は、基準信号発生器２２
の出力信号を基準（参照）信号としているが、それぞれ
の基準信号の間には、２９のシフタ２（固定式）によ
り、あらかじめ設定された位相差が設けられている。そ
して制御回路３４は、位相変調器駆動回路２３に印加さ
れる位相変調信号の位相を制御することにより、３３の
ロックインアンプ２においてこの光回転検出装置の回転
信号に対する出力が常に０になるように、２４のシフタ
１の位相シフト量を制御している。このように制御する
ことにより、２８のロックインアンプ１では、常に雑音
成分が０となる点で同期検波できる。すなわち、ロック
インアンプ２の出力０を与える位相とフォトダイオード
３で受光された信号の雑音成分が最小となる位相との間
隔を予め得ておくことにより、ロックインアンプ１にお
いて、実施例１のごとく、雑音成分の最小となる位相
値、言い替えれば、強度（ＡＭ）変調雑音の最小となる
位相値において本光回転検出装置の出力信号を得ること
が可能であり、位相変調器７の環境、例えば温度の変動
等があった場合でも零点出力特性のドリフトを大幅に低
減することができる。つまり、本実施例においても、良
好な零点ドリフトの長期安定性が得られている。

【００５９】なお、制御回路３４の機能の一例として、
本光回転検出装置に回転を与えた場合に、３３のロック
インアンプ２の出力信号が回転入力に対して０となるよ
うな制御を実施することについて述べたが、２８のロッ
クインアンプ１の出力信号と３３のロックインアンプ２
の出力信号が、互いに符号が逆で、同じ値になるように
位相制御してもかまわない。

【００６０】また、２４で示すシフタ１の挿入位置とし
ては、プリアンプ２５と２８で示すロックインアンプ１
の間、または３３で示すロックインアンプ２の間に配置
してもよい。さらに、基準信号発生器２２と２８で示す
ロックインアンプ１の間、または３３で示すロックイン
アンプ２の間に配置してもよい。

【００６１】さらに、同期検波手段への入力信号と基準
信号とが常に一定の位相関係を保った状態で同期検波す
ることができるため、雑音成分が最小になる位相で同期
検波するだけでなく、光回転検出装置の最大感度を与え
るように位相制御し同期検波等してもよい。

【００６２】また、実施例１で説明したような光学系の
変更が可能であることはもちろんである。

【００６３】

【発明の効果】以上要するに、本発明は高いＳ／Ｎ比を
有し、かつ低零点出力ドリフト特性を有する出力信号を
得ながら、位相変調器の変調信号を低周波加することが
できるため信号処理系が簡略化され簡便な構成を達成で
きる。同時にセンシングループの短尺化が可能であり、
量産性を向上させながら省スペース、軽量化が可能であ
り、コスト低減に効果的な設計自由度の高い光回転検出
装置の提供が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の光回転検出装置及びそ
の制御方法の模式図

【図２】本発明の第１の実施例で説明された雑音位相特
性の測定例を示す図

【図３】本発明の第１の実施例の測定結果を示す図

【図４】本発明の第２の実施例の光回転検出装置及びそ
の制御方法の模式図

【図５】本発明の第３の実施例の光回転検出装置及びそ
の制御方法の模式図

【図６】本発明の第４の実施例の光回転検出装置及びそ
の制御方法の模式図

【図７】従来例における光回転検出装置及びその制御方
法の模式図

【符号の説明】

１ 光源 ２ 第１カプラ ３ フォトダイオード ４ 偏光子 ５ 第２カプラ ６ センシングループ ７ 偏光解消手段 ８ 位相変調器 ９ 増幅器 ２０ 位相検波器 ２１ 光源駆動回路 ２２ 基準信号発生器 ２３ 位相変調器駆動回路 ２４ シフタ ２５ プリアンプ ２６ 信号処理回路 ２７ 補償回路 ２８ ロックインアンプ ２９ シフタ ３０ 電圧制御発振器 ３１ １／２分周器 ３２ フィルタ ３３ ロックインアンプ ３４ 制御回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 本庄谷 義彦 神奈川県横浜市港北区綱島東四丁目３番１ 号 松下通信工業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭60−228916（ＪＰ，Ａ)

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源と、前記光源から射出した光を二分
   岐する第１のカプラと、前記第１のカプラにより分岐さ
   れた光の一方が入射する偏光子と、前記偏光子から射出
   した光を二分岐する第２のカプラと、前記第２のカプラ
   に結合された偏光解消手段と位相変調器とを含みサニャ
   ック効果を生じるセンシングループ部と、前記センシン
   グループ部を経て前記偏光子を通過し前記第１のカプラ
   で二分岐された光の一方を受光する受光手段と、前記受
   光手段からの出力信号をその信号の雑音の位相特性を利
   用し雑音成分が最小となる位相で制御処理する信号制御
   処理手段とを有する光回転検出装置であって、前記信号
   制御処理手段は前記受光手段からの信号の高調波成分の
   所定の位相を検出する位相検出手段と、前記受光手段の
   出力信号の信号成分を前記所定の位相に基づき得られた
   雑音が最小となる位相で同期検波により検出する同期検
   波手段と、前記同期検波に用いる基準信号を含む信号を
   発生する基準信号発生手段と、前記位相検出手段の検出
   した前記所定の位相に基づき前記基準信号の位相を変化
   させ前記受光手段の出力信号の信号成分を前記雑音が最
   小となる位相で同期検波により前記同期検波手段が検出
   するように前記同期検波手段を制御する位相制御手段と
   を有する光回転検出装置。
2. 【請求項２】 位相制御手段が、位相検出手段の検出し
   た所定の位相に基づき位相変調信号の位相を変化させ、
   受光手段の出力信号の信号成分を雑音が最小となる位相
   で同期検波により同期検波手段が検出するように位相変
   調器を制御する請求項１記載の光回転検出装置。
3. 【請求項３】 信号制御処理手段が、受光手段からの信
   号の高調波成分の所定の位相を検出する位相検出手段
   と、前記受光手段の出力信号の信号成分を前記所定の位
   相に基づき得られた雑音が最小となる位相で同期検波に
   より検出する同期検波手段と、前記同期検波に用いる基
   準信号を含む信号を発生する基準信号発生手段と、前記
   位相検出手段の検出した前記所定の位相に基づき前記基
   準信号の周波数を変化させ前記受光手段の出力信号の信
   号成分を前記雑音が最小となる位相で同期検波により前
   記同期検波手段が検出するように前記基準信号発生手段
   を制御する周波数制御手段とを有する請求項１記載の光
   回転検出装置。
4. 【請求項４】 位相検出手段が、前記受光手段からの信
   号の大きさが所定値となる位相を同期検波により検出す
   る請求項２記載の光回転検出装置。
5. 【請求項５】 光源と、前記光源から射出した光を二分
   岐する第１のカプラと、前記第１のカプラにより分岐さ
   れた光の一方が入射する偏光子と、前記偏光子から射出
   した光を二分岐する第２のカプラと、前記第２のカプラ
   に結合された偏光解消手段と位相変調器とを含みサニャ
   ック効果を生じるセンシングループ部と、前記センシン
   グループ部を経て前記偏光子を通過し前記第１のカプラ
   で二分岐された光の一方を受光する受光手段とを有する
   光回転検出装置の、前記受光手段からの信号をその信号
   の雑音の位相特性を利用し雑音成分が最小となる位相で
   制御処理する信号制御処理工程を有する制御方法であっ
   て、前記信号制御処理工程は、前記受光手段からの信号
   の高調波成分の所定の位相を検出する位相検出工程と、
   前記受光手段の出力信号の信号成分を前記所定の位相に
   基づいて得られた雑音が最小となる位相で同期検波によ
   り検出する同期検波工程と、前記同期検波に用いる基準
   信号を含む信号を発生する基準信号発生工程と、前記位
   相検出工程で検出した前記所定の位相に基づき前記基準
   信号の位相を変化させ前記受光手段の出力信号の信号成
   分を前記雑音が最小となる位相で同期検波により前記同
   期検波工程で検出するように前記同期検波手段を制御す
   る位相制御工程とを有する光回転検出装置の制御方法。
6. 【請求項６】 位相制御工程が、位相検出工程で検出し
   た所定の位相に基づき位相変調信号の位相を変化させ、
   受光手段の出力信号の信号成分を雑音が最小となる位相
   で同期検波により同期検波工程が検出するように位相変
   調器を制御する工程である請求項５記載の光回転検出装
   置の制御方法。
7. 【請求項７】 信号制御処理工程が、受光手段からの信
   号の高調波成分の所定の位相を検出する位相検出工程
   と、前記受光手段の出力信号の信号成分を前記所定の位
   相に基づいて得られた雑音が最小となる位相で同期検波
   により検出する同期検波工程と、前記同期検波に用いる
   基準信号を含む信号を発生する基準信号発生工程と、前
   記位相検出工程で検出した前記所定の位相に基づき前記
   基準信号の周波数を変化させ前記受光手段の出力信号の
   信号成分を前記雑音が最小となる位相で同期検波により
   前記同期検波工程で検出するように前記基準信号発生手
   段を制御する周波数制御工程とを有する請求項５記載の
   光回転検出装置。
8. 【請求項８】 位相検出工程が、前記受光手段からの信
   号の大きさが所定値となる位相を同期検波工程で検出す
   ることにより前記雑音成分が最小となる位相を検出する
   工程である請求項６記載の光回転検出装置。