JPH07134038A - 光ファイバジャイロ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ディジタルクローズドループ方式によって位
相変調する形式の光ファイバジャイロにおいて、変調度
制御方法を改良することを目的とする。 【構成】 次式によって求められる変調度誤差εによっ
て位相変調器による変調度を制御するように構成する。 但し、Ｉ〔−π／２〕、Ｉ〔＋π／２〕、Ｉ〔０〕、Ｉ
〔π〕は位相変調における位相差φ_m が−π／２、＋π
／２、０、＋πの時の干渉光の強さのディジタル値、ｋ
〔−π／２〕、ｋ〔＋π／２〕は位相差φ_m が−π／
２、＋π／２の時のリセット係数、Ｉ_O は干渉光の強さ
に関係する係数。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば航空機、船舶、
自動車等の角速度計として使用して好適な光ファイバジ
ャイロに関し、より詳細には、ディジタルクローズドル
ープ方式によって位相変調する形式の光ファイバジャイ
ロにおいて変調度制御方法を改良することに関する。

【０００２】

【従来の技術】光ファイバジャイロは光のサグナック効
果（サニャック効果ともいう。）を利用して角速度を計
測するように構成されており、高い信頼性を有し装置を
小型化することができる利点がある。光ファイバジャイ
ロのうち、干渉型光ファイバジャイロと称する形式のも
のがあり、これは複数回巻かれた光ファイバループより
なる１本の長い光路を互いに反対方向に光を伝播させ斯
かる２つの伝播光の位相差より角速度を求めるように構
成されている。

【０００３】図８を参照して従来のファイバジャイロの
構成例を説明する。尚、図８で参照符号１０３が付され
た点線部分は後に説明するディジタルクローズドループ
方式の構成例である。光ファイバジャイロは、半導体レ
ーザ、発光ダイオード等の光源１と入射光を電流に変換
する受光器２と１本の光ファイバを複数回巻いて形成さ
れた光ファイバループ３と偏光子４と光ファイバを伝播
する光を合成し又は分岐するカプラ５、６とを有する。

【０００４】光源１より出力された光線は第１のカプラ
５及び偏光子４を経由して第２のカプラ６に導かれる。
第２のカプラ６によって光線は分岐され、斯くして分岐
された２つの光線は光ファイバループ３を互いに反対方
向に伝播する。即ち、一方は光ファイバループ３を右周
りに伝播し、他方は左周りに伝播する。

【０００５】光ファイバループ３に外力として角速度Ω
が加わると、サグナック効果によって、光ファイバルー
プ３内を互いに反対方向に伝播する光の間に位相差Δθ
が生じる。斯かる位相差Δθは角速度Ωに比例し、次の
式で表される。

【０００６】

【数１】Δθ＝（２πＤＬ／λｃ）Ω

【０００７】ここに、Ｄは光ファイバループ３のループ
径、Ｌは光ファイバループ３の長さ、λは光源１から出
力される光の波長、ｃは光速、Ωは光ファイバループ３
のループの中心軸線周りの角速度を表す。

【０００８】位相差Δθを求める方法として、従来、位
相変調方式及び斯かる位相変調方式を改良したセロダイ
ン方式が知られており、斯かる方法の詳細については例
えば本願出願人と同一の出願人による特願平４−２６７
５６を参照されたい。

【０００９】位相変調方式によると、光ファイバループ
３の一端に位相変調器８が設けられ、斯かる位相変調器
８によって光ファイバループ３を右周りに伝播する光と
左周りに伝播する光はそれぞれ位相変調される。

【００１０】位相変調器８によって位相変調された２つ
の光より干渉光が生成され、それが受光器２によって受
光され、電流信号に変換されて出力される。受光器２よ
り出力された電流信号は電流電圧変換器７によって電圧
信号に変換され、それより位相差Δθが求められる。受
光器２が受光する干渉光の強さＩ_P は、次の式によって
表される。

【００１１】

【数２】 Ｉ_P ＝Ｉ_O 〔１＋ｃｏｓ｛Δθ＋φ（ｔ）−φ（ｔ−τ）｝〕 ＝Ｉ_O ｛１＋ｃｏｓ（Δθ＋φ）｝ ＝Ｉ_O （１＋ｃｏｓｘ）

【００１２】ここで、

【００１３】

【数３】φ＝φ（ｔ）−φ（ｔ−τ） ｘ＝Δθ＋φ

【００１４】である。また、Ｉ_O は光の強さに関係する
定数、τは光が光ファイバループ３を伝播する時間であ
る。

【００１５】これらの数式にて、記号Δθ、φ（ｔ）、
φ（ｔ−τ）、φ、ｘはいずれも位相差を表すが、記号
Δθは外力角速度Ωによって発生する位相差、記号φ
（ｔ）は右周りに伝播する光が位相変調器８によって生
成される位相変化分、記号φ（ｔ−τ）は左周りに伝播
する光が位相変調器８によって生成される位相変化分、
記号φは干渉光に含まれる位相変調器８によって生成さ
れる位相差、記号ｘは角速度による位相差と位相変調器
８による位相差の両者が合成されて生成された位相差で
ある。

【００１６】数２の式において、光の強さＩ_P は受光器
２の出力として得られ、位相差φは位相変調器８によっ
て適当な値に定められるから、位相差Δθを求めること
ができ、更に数１の式によって角速度Ωが求められる。

【００１７】ディジタルクローズドループ方式を説明す
る前に、ディジタルデモジュレーション方式及びディジ
タルフェーズランプ方式について簡単に説明する。ディ
ジタルクローズドループ方式はディジタルデモジュレー
ション方式及びディジタルフェーズランプ方式を組み合
わせたものである。

【００１８】ディジタルデモジュレーション方式では、
位相変調器８によって右周りの光と左周りの光は位相差
φ＝φ（ｔ）−φ（ｔ−τ）がφ＝＋π／２とφ＝−π
／２に交互に変化するように位相変調される。

【００１９】位相差がφ＝＋π／２のときの光の強さＩ
_P と位相差がφ＝−π／２のときの光の強さＩ_P の差を
求めると、数２の第２の式にφ＝±π／２を代入して、

【００２０】

【数４】 Ｉ_P （Δθ−π／２）_X −Ｉ_P （Δθ＋π／２）_X ＝Ｉ_O ｛１＋ｃｏｓ（Δθ−π／２）｝−Ｉ_O ｛１＋ｃｏｓ（Δθ＋π／２）｝ ＝２Ｉ_O ｓｉｎ（Δθ）

【００２１】この式の右辺は位相変調器８によって生成
された位相差φを含まないから、この式より位相差Δθ
を求めることができる。

【００２２】こうして、ディジタルデモジュレーション
方式によると、位相変調器８によって右周りの光は位相
差変化分φ（ｔ）だけ位相変調され、左周りの光は位相
差変化分φ（ｔ−τ）だけ位相変調され、２つの位相差
変化分の差φ｛＝φ（ｔ）−φ（ｔ−τ）｝が交互に＋
π／２及び−π／２になるように構成されている。次に
数４の式に示すように、位相差がφ＝＋π／２のときの
光の強さＩ_P と位相差がφ＝−π／２のときの光の強さ
Ｉ_P の差を求め、これよりΔθの値が求められる。

【００２３】次に、図９を参照して、数２の式を使用し
て、位相差φがφ＝±π／２のときの光の強さＩ_P （Δ
θ±π／２）_X を求める方法を示す。

【００２４】図９Ａは数２の第３の式のグラフであり、
位相差ｘと光の強さＩ_P の関係を表すのによく用いられ
る。斯かるグラフにて、横軸はｘ（＝Δθ＋φ）、縦軸
は光の強さＩ_P （ｘ）即ちＩ_P （Δθ＋φ）_X である。
図９Ａの下側に示された図９Ｂ及び図９Ｃは横軸（図９
Ａの縦軸方向）が時間、縦軸（図９Ａの横軸方向）がｘ
（＝Δθ＋φ）である。図９Ａの右側に示された図９Ｄ
及び図９Ｅは横軸（図９Ａの横軸方向）が時間、縦軸
（図９Ａの横軸方向）が光の強さＩ_P である。

【００２５】図９Ｂは数２の式においてΔθ＝０の場合
のｘ（＝Δθ＋φ＝φ）の波形を示し、図９Ｄは斯かる
場合の光の強さＩ_P を表す。同様に、図９Ｃは数２の式
においてΔθ≠０の場合のｘ（＝Δθ＋φ）の波形を示
し、図９Ｅは斯かる場合の光の強さＩ_P を表す。

【００２６】図９Ｂのｘ（＝Δθ＋φ＝φ）は時間τ毎
に交互に＋π／２と−π／２に変化する矩形波だから、
光の強さＩ_P の値はＩ_P （＋π／２）_X とＩ_P （−π／
２） _X とが交互に得られる。

【００２７】図９Ｄにて光の強さＩ_P の信号波形が時間
τ毎にスポーク状の突起部を有するのは、図９Ｂの波形
にて示すｘの値が−π／２と＋π／２との間を変化する
ときに、図９Ａの正弦波の光の強さＩ_P が増加するから
である。

【００２８】Δθ＝０の場合には、図９Ｂに示すように
ｘの値が＋π／２と−π／２とに交互に変化しても、光
の強さＩ_P は図９Ｄに示すように（スポーク状の突起部
を除いて）一定値となる。しかしながら、Δθ≠０の場
合には、図９Ｃに示すようにｘの値は時間τ毎に交互に
Δθ＋π／２とΔθ−π／２に変化し、このとき光の強
さＩ_P は図９Ｅに示すように（スポーク状の突起部を除
いて）時間τ毎に交互に変化する。

【００２９】図９Ｅの矩形波がハイレベルにあるのはｘ
＝Δθ−π／２のときの光の強さＩ _P （Δθ−π／２）
_X を表し、矩形波がロウレベルにあるのはｘ＝Δθ＋π
／２のときの光の強さＩ_P （Δθ＋π／２）_X を表す。
従って、図９Ｅの矩形波のハイレベルとロウレベルの差
は、Ｉ_P （Δθ−π／２）_X −Ｉ_P （Δθ＋π／２） _X
に対応している。

【００３０】即ち、図９Ｅの矩形波のハイレベルとロウ
レベルの差の大きさは数４の式の右辺を表す。こうし
て、ディジタルデモジュレーション方式では、図９Ａの
光の強さＩ_P を示す正弦波より、図９Ｅの光の強さＩ_P
の矩形波が生成され、斯かる矩形波のハイレベルとロウ
レベルの差を求めて数４の式によってΔθが求められ
る。尚、図９Ａの光の強さＩを表す正弦波信号は受光器
７によって出力され、図９Ｄ及び図９Ｅの光の強さＩ_P
を表す矩形波信号のディジタル値はＡ／Ｄ変換器１０に
よって得られる。

【００３１】次に図１０Ａ及び図１０Ｂを参照してディ
ジタルフェーズランプ方式の位相変調を説明する。ディ
ジタルフェーズランプ方式では、位相変調器８によっ
て、右周りの光は、図１０Ａに示す如き、位相差φ
（ｔ）＝φ_P （ｔ）が生成するように位相変調され、同
様に、左周りの光は、図１０Ｂに示す如き、位相差φ
（ｔ−τ）＝φ_P （ｔ−τ）が生成するように位相変調
される。

【００３２】ディジタルフェーズランプ方式における位
相差変化分φ（ｔ）＝φ_P （ｔ）及びφ（ｔ−τ）＝φ
_P （ｔ−τ）は、図示のように、時間τ毎に１段の高さ
がφ _S だけ変化する階段状波形である。

【００３３】従って右周りの光と左周りの光の位相差φ
はφ＝φ（ｔ）−φ（ｔ−τ）＝φ _S となり、数３の式
によって表される合計の位相差はｘ＝Δθ＋φ_S とな
る。この位相差ｘ＝Δθ＋φ_S はφ_S を制御して打ち消
すことが可能である。このとき、φ_S は−Δθに等しく
なり、次の式より角速度Ωを求めることができる。

【００３４】

【数５】Ω＝（λｃ／２πＤＬ）φ_S

【００３５】図１０Ａ及び図１０Ｂに示すように、ディ
ジタルフェーズランプ方式の位相変調では、位相差変化
分φ_P （ｔ）、φ_P （ｔ−τ）が０以下又は２π以上と
なることはない。即ち、位相差変化分φ_P （ｔ）、φ_P
（ｔ−τ）の値は、時間τ毎に１段の高さがφ_S だけ増
加するが、０以下又は２π以上となるとリセットされ
て、常に０より大きく又は２πより小さい値に維持され
る。

【００３６】位相差変化分φ_P （ｔ）、φ_P （ｔ−τ）
は時間τ毎に位相が変化するので、ｎステップ時（１ス
テップの時間幅τ）の位相差変化分をそれぞれφ
_P （ｔ）＝φ_P 〔ｎ〕、φ_P （ｔ−τ）＝φ_P 〔ｎ−
１〕と表すことができる。従って、図１０Ａ及び図１０
Ｂの階段状波形の位相差φ_P （ｔ）、φ_P （ｔ−τ）は
次の式で表すことができる。

【００３７】

【数６】 φ_P 〔ｎ〕＝φ_P 〔ｎ−１〕＋φ_S ＋２πｋ₁ 〔ｎ〕 φ_P 〔ｎ−１〕＝φ_P 〔ｎ−２〕＋φ_S ＋２πｋ₁ 〔ｎ−１〕

【００３８】この式でｋ₁ （整数）はリセット係数であ
る。リセット係数ｋ₁ は階段状波が段差φ_S だけ変化し
ている範囲では０である。φ_P 〔ｎ〕、φ_P 〔ｎ−１〕
の値が０以下または２π以上になる場合は、φ
_P 〔ｎ〕、φ_P 〔ｎ−１〕の値が０から２πの範囲とな
るように、リセット係数ｋ₁ の値は選択され、それによ
ってφ _P 〔ｎ〕、φ_P 〔ｎ−１〕はリセットされる。
尚、階段状波の１段の高さφ_S の値は数５の式より明ら
かなように、刻々変化する。

【００３９】図１０Ｃに示す位相変調波φ_m ′（ｔ）及
び図１０Ｄに示す位相変調波φ_m ′（ｔ−τ）は前述の
ディジタルデモジュレーション方式で使用される位相変
調波である。斯かる位相変調波は、ステップ毎に即ち時
間τ毎に＋π／４、−π／４と値が反転する矩形波であ
り、これらをφ_m ′（ｔ）＝φ_m ′〔ｎ〕、φ_m ′（ｔ
−τ）＝φ_m ′〔ｎ−１〕と表すこととする。

【００４０】次に図１１を参照してディジタルクローズ
ドループ方式の位相変調を説明する。図１１Ｆに示すφ
（ｔ）は右周りの光が位相変調器８によって変調された
位相変化分を表す波形であり、図１０Ａの位相差変化分
φ_P （ｔ）と図１０Ｃの位相差φ_m ′（ｔ）を加算して
得られる。図１１Ｇに示すφ（ｔ−τ）は左周りの光が
位相変調器８によって変調された位相変化分を表す波形
であり、図１０Ｂの位相差変化分φ_P （ｔ−τ）と図１
０Ｄの位相差φ_m ′（ｔ−τ）を加算して得られる。こ
れらの波形はそれぞれ次の式で表される。

【００４１】

【数７】 φ（ｔ）＝φ_P 〔ｎ〕＋φ_m ′〔ｎ〕 ＝φ_P 〔ｎ−１〕＋φ_S ＋２πｋ₁ 〔ｎ〕＋φ_m ′〔ｎ〕＋２πｋ₂ 〔 ｎ〕 φ（ｔ−τ）＝φ_P 〔ｎ−１〕＋φ_m ′〔ｎ−１〕 ＝φ_P 〔ｎ−２〕＋φ_S ＋２πｋ₁ 〔ｎ−１〕＋φ_m ′〔ｎ−１〕 ＋２πｋ₂ 〔ｎ−１〕

【００４２】リセット係数ｋ₂ （整数）はφ（ｔ）及び
φ（ｔ−τ）が０以下または２π以上になる場合に、φ
（ｔ）及びφ（ｔ−τ）の値を０から２πの範囲となる
ように、選択される。それによってφ（ｔ）、φ（ｔ−
τ）はリセットされる。

【００４３】数７の第１の式で表される位相差φ（ｔ）
は右周りの光が位相変調器８によって変調された位相変
化分であり、数７の第２の式で表される位相差φ（ｔ−
τ）は左周りの光が位相変調器８によって変調された位
相変化分を示している。

【００４４】図１１Ｈはディジタルクローズドループ方
式において干渉光が位相変調器８によって生成された位
相差φ＝φ（ｔ）−φ（ｔ−τ）の波形を表し、図１１
Ｆのφ（ｔ）と図１１Ｇのφ（ｔ−τ）より得られる。
この位相差φは数７の式の２つの式の差より求められ、
次の式で表される。

【００４５】

【数８】 φ＝φ（ｔ）−φ（ｔ−τ） ＝φ〔ｎ〕−φ〔ｎ−１〕 ＝φ_S ＋φ_m ′〔ｎ〕−φ_m ′〔ｎ−１〕＋２πｋ₃ 〔ｎ〕 ＝φ_S ＋φ_m 〔ｎ〕＋２πｋ₃ 〔ｎ〕

【００４６】ここで、ｋ₃ （整数）はリセット係数であ
る。

【００４７】

【数９】 φ_m 〔ｎ〕＝φ_m ′〔ｎ〕−φ_m ′〔ｎ−１〕 ｋ₃ 〔ｎ〕＝ｋ₁ 〔ｎ〕−ｋ₁ 〔ｎ−１〕＋ｋ₂ 〔ｎ〕−ｋ₂ 〔ｎ−１〕

【００４８】である。以下に適宜、数８の式のφ_S をデ
ィジタルフェーズランプ位相差、φ _m 〔ｎ〕をディジタ
ルデモジュレーション位相差と称することとする。

【００４９】ディジタルデモジュレーション位相差φ_m
〔ｎ〕は図１０Ｅに示す。φ_m ′〔ｎ〕、φ_m ′〔ｎ−
１〕の値はステップ毎に−π／４、＋π／４に反転する
から、ディジタルデモジュレーション位相差φ_m 〔ｎ〕
の値はステップ毎に−π／２、＋π／２に反転する。

【００５０】ディジタルデモジュレーション位相差φ_m
〔ｎ〕が−π／２、＋π／２の時の光の強さの値をそれ
ぞれＩ〔−π／２〕、Ｉ〔＋π／２〕、リセット係数を
ｋ₃〔−π／２〕、ｋ₃ 〔＋π／２〕として、光の強さ
Ｉ_P の値の差を計算すると、数２の第２式に数８の式を
代入して、

【００５１】

【数１０】 Ｉ_P 〔−π／２〕−Ｉ_P 〔＋π／２〕 ＝Ｉ_O 〔１＋ｃｏｓ｛Δθ＋（φ_S −π／２＋２πｋ₃ 〔−π／２〕）｝〕 −Ｉ_O 〔１＋ｃｏｓ｛Δθ＋（φ_S ＋π／２＋２πｋ₃ 〔＋π／２〕）｝〕 ＝Ｉ_O ｛ｓｉｎ（Δθ＋φ_S ）＋ｓｉｎ（Δθ＋φ_S ）｝ ＝２Ｉ_O ｓｉｎ（Δθ＋φ_S ）

【００５２】ディジタルクローズドループ方式では、数
１０の式の値がゼロとなるように制御される。即ち、サ
グナック効果による位相差Δθを打ち消すようにφ_S の
大きさが制御される。

【００５３】

【数１１】Δθ＋φ_S ＝０

【００５４】こうして、ディジタルフェーズランプ位相
差φ_S は−Δθと等しくなり、数５の式より角速度Ωを
求めることができる。尚、図１１Ｈにて破線で示したレ
ベルがφ_S に相当する。

【００５５】数１１の式の条件が満たされている場合に
は、数８の式を数３の式に代入して次の式を得る。

【００５６】

【数１２】ｘ＝Δθ＋φ ＝Δθ＋φ_S ＋φ_m 〔ｎ〕＋２πｋ₃ 〔ｎ〕 ＝φ_m 〔ｎ〕＋２πｋ₃ 〔ｎ〕

【００５７】この式でφ_m 〔ｎ〕＝±π／２である。非
リセット状態ではリセット係数ｋ₃はｋ₃ ＝０、リセッ
ト状態ではリセット係数ｋ₃ （整数）はｋ₃ ≠０であ
る。位相変調器８によって生成される位相差ｘの値はｘ
＝＋π／２、−π／２、＋３π／２、−３π／２等とな
る。位相差ｘ＝±３π／２の状態はリセット状態と呼ば
れる。

【００５８】図１１Ｉに数１２の式の位相差ｘの波形を
示す。ｘ＝＋π／２、−π／２、＋３π／２、−３π／
２のときの光の強さの値Ｉ_P をそれぞれ、Ｉ（＋π／
２）_X、Ｉ（−π／２）_X 、Ｉ（＋３π／２）_X 、Ｉ
（−３π／２）_X として、位相変調器８において、位相
変化分φ_P （ｔ）、φ_P （ｔ−τ）が正確に０又は２π
でリセットされる場合には、次の式が成立する。

【００５９】

【数１３】Ｉ（＋π／２）_X ＝Ｉ（−３π／２）_X Ｉ（−π／２）_X ＝Ｉ（＋３π／２）_X

【００６０】再び図８を参照して説明する。図８の点線
部１０３は従来のディジタルクローズドループ方式の制
御部の第１の構成例を示す。タイミング信号発生器９は
周期τのタイミング信号を発生し、斯かるタイミング信
号をＡ／Ｄ変換器１０とディジタル演算部１１とＤ／Ａ
変換器１２に供給する。このタイミング信号を制御信号
としてＡ／Ｄ変換器１０とディジタル演算部１１とＤ／
Ａ変換器１２は動作する。電流電圧変換器７からの光の
強さＩ_P を示す信号はＡ／Ｄ変換器１０によってディジ
タル信号に変換され、斯かるディジタル信号はディジタ
ル演算部１１に供給される。

【００６１】ディジタル演算部１１では、図１０及び図
１１を参照して説明したクローズドループ方式による位
相変化分φ（ｔ）が生成される。ディジタル演算部１１
の出力信号はＤ／Ａ変換器１２に供給される。Ｄ／Ａ変
換器１２からは位相変調信号φ（ｔ）が位相変調器８に
供給される。

【００６２】図１２は図８に示したディジタルクローズ
ドループ方式の制御部１０３の主要部を示し、これを参
照してその動作を詳細に説明する。タイミング信号発生
器９からのタイミング信号はスイッチ回路１１１に入力
され、スイッチ回路１１１によってＡ／Ｄ変換器１０か
らのディジタル信号が第１のレジスタ１１２−１と第２
のレジスタ１１２−２に入力される。

【００６３】第１のレジスタ１１２−１には位相差がｘ
＝＋π／２のときの光の強さＩ（＋π／２）_X が記憶さ
れ、第２のレジスタ１１２−２には位相差がｘ＝−π／
２のときの光の強さＩ（−π／２）_X が記憶される。リ
セット状態であれば、位相差がｘ＝±３π／２のときの
光の強さＩ（±３π／２）_X がＡ／Ｄ変換器１０より出
力されるが、数１３の式の関係を用いて求められた値が
それぞれに対応するレジスタ１１２−１、１１２−２に
記憶される。

【００６４】第１の演算部１１３−１では第１のレジス
タ１１２−１に記憶された値Ｉ（＋π／２）_X と第２の
レジスタ１１２−２に記憶された値Ｉ（−π／２）_X の
差が計算され、斯かる差の値を示す信号が第２の演算部
１１３−２へ出力される。この差の値をΔとすると次の
式によって表される。

【００６５】

【数１４】Δ＝Ｉ（＋π／２）_X −Ｉ（−π／２）_X ＝Ｉ（−３π／２）_X −Ｉ（＋３π／２）_X

【００６６】図１３を参照して第２の演算部１１３−２
の構成及びその動作を説明する。第１の演算部１１３−
１からの差の信号Δは第１の加算器１１３−２Ａに入力
され、その結果は第３のレジスタ１１３−２Ｂに記憶さ
れる。斯かる記憶された値は次のタイミングで第１の加
算器１１３−２Ａに入力され、第１の演算部１１３−１
からの差の信号Δに加算されて第３のレジスタ１１３−
２Ｂに記憶される。

【００６７】こうして、第１の演算部１１３−１から出
力されたの差の信号Δがゼロになると、第３のレジスタ
１１３−２Ｂの値は一定値に保持される。この保持され
た一定値がディジタルフェーズランプ位相差φ_S の値で
ある。このφ_S の値より、数５の式から角速度Ωを求め
ることができる。第３のレジスタ１１３−２Ｂからの出
力は第２の演算部１１３−２からの出力として、第３の
演算部１１３−３に供給される。

【００６８】再び図１２を参照すると、第３の演算部１
１３−３では数６の式の演算及びリセット処理が行われ
る。第３の演算部１１３−３より出力された位相差信号
φ_P（ｔ）は第４の演算部１１３−４に供給される。

【００６９】変調信号発生部１１４はタイミング信号発
生器９からのタイミング信号を入力して、時間τ毎に交
互に値が＋π／４、−π／４に反転する位相差信号
φ_m ’（ｔ）を発生する。第４の演算部１１３−４は変
調信号発生部１１４からの位相差信号φ_m ’（ｔ）と第
３の演算部１１３−３からの位相差信号φ_P （ｔ）を入
力し、数７の式の演算及びリセット処理を行う。第４の
演算部１１３−４からの出力φ（ｔ）はＤ／Ａ変換器１
２に出力され、Ｄ／Ａ変換器１２の出力は位相変調器８
に出力される。

【００７０】こうして、ディジタルクローズドループ方
式では、角速度Ωが変化すると光ファイバループ内に生
じた位相差Δθに等しいディジタルフェーズランプ位相
差φ _S が作り出され、これがジャイロ信号として第２の
演算部１１３−２より出力されることになる。

【００７１】ところが、このような動作をおこなって正
しい信号を得るためには、位相変調器８において、正確
に０又は２πでリセットされなければならない。即ち、
数７の式の右周りの光の位相変化分φ（ｔ）と左周りの
光の位相変化分φ（ｔ−τ）が正確に０又は２πでリセ
ットされなければならない。

【００７２】一般に位相変調器８は温度感度を持ってお
り、Ｄ／Ａ変換器１２からの出力が一定でも、温度が変
化すると位相変調器８の変調度が変化し、その光の位相
が変化することとなる。従って、リセット値がφ（ｔ）
＝０又は２πより偏倚することとなる。

【００７３】これを補正するにはφ（ｔ）＝０又は２π
に相当するＤ／Ａ変換器１２からの出力を補正すればよ
い。従来、このφ（ｔ）＝０又は２πからのズレの検出
及び補正は次のように行っていた。

【００７４】図１４に位相差ｘと光の強さＩ_P の関係を
示す。図１４にて図１４Ａ、図１４Ｂ、図１４Ｃ、図１
４Ｄ、図１４Ｅの縦軸と横軸は図９と同じであるので、
説明は省略する。図１４は図８に示した従来の光ファイ
バジャイロが動作している状態を示している。

【００７５】図１４Ｂは位相変調器８が正しくφ（ｔ）
＝０又は２πでリセットされる場合を示している。この
時、数１２の式に示したように、リセット時ではｘの値
が＋３π／２、−３π／２等の値をとる。ここで、ｘ＝
−π／２、＋π／２、＋３π／２、−３π／２のときの
光の強さＩ_P の値の点をそれぞれI 、II、III 、IVとす
ると、図１４Ｄに示すようにI 、II、III 、IV点の光の
強さＩ_P は（スポーク状の突起部を除いて）同じ値をと
り、区別がつかない。

【００７６】図１４Ｃはリセットがφ（ｔ）＝０又は２
πより偏倚してされた場合の位相差信号を示している。
同様に、ｘ＝−π／２、＋π／２、＋３π／２、−３π
／２のときの光の強さＩ_P は図１４Ａに示すようにI
′、II′、III ′、IV′点となる。従って、図１４Ｅ
に示すようにI ′、II′の組とIII ′、IV′の組では組
の中では同じ値であるが、それぞれの組の値は異なる。
即ち、数１３の式は成立しない。数１３の式の両辺の偏
差を求める。

【００７７】

【数１５】 ε＝（リセット状態でない時の光の強さ）−（リセット状態の時の光の強さ） ＝Ｉ（＋π／２）_X −Ｉ（−３π／２）_X ＝Ｉ（−π／２）_X −Ｉ（＋３π／２）_X

【００７８】数１５の式で示される偏値εの値がゼロに
なるように、位相変調器８へ供給する電圧の値を制御す
れば、正しくφ（ｔ）＝０又は２πでリセットされるこ
ととなる。

【００７９】図１５を参照して従来の光ファイバジャイ
ロの他の例を説明する。この例では、ディジタルクロー
ズドループ方式の制御部１０５はφ（ｔ）＝０又は２π
からのズレを検出し、補正を行う機能を有する。これは
位相変調器８へ供給する電圧を補正するもので変調度制
御方法と呼ばれる。

【００８０】図１５の点線部１０５は従来のディジタル
クローズドループ方式の制御部の第２の構成例を示す。
タイミング信号発生器９は周期τのタイミング信号を発
生し、斯かるタイミング信号をＡ／Ｄ変換器１０とディ
ジタル演算部１１と第１のＤ／Ａ変換器１２と第２のＤ
／Ａ変換器１３に供給する。このタイミング信号を制御
信号としてＡ／Ｄ変換器１０とディジタル演算部１１と
Ｄ／Ａ変換器１２、１３は動作する。電流電圧変換器７
からの光の強さＩ_P を示す信号はＡ／Ｄ変換器１０によ
ってディジタル信号に変換され、斯かるディジタル信号
はディジタル演算部１１に供給される。

【００８１】ディジタル演算部１１では、図１０及び図
１１を参照して説明したクローズドループ方式による位
相変化分φ（ｔ）が生成される。ディジタル演算部１１
の出力信号は第１のＤ／Ａ変換器１２に供給される。第
１のＤ／Ａ変換器１２からの位相変調信号φ（ｔ）は可
変利得増幅器１４に供給される。

【００８２】一方、ディジタル演算部１１からはリセッ
ト状態φ（ｔ）＝０又は２πを補正するための補正信号
が第２のＤ／Ａ変換器１３に供給される。第２のＤ／Ａ
変換器１３は可変利得増幅器１４へ制御信号を供給す
る。斯かる制御信号によって、可変利得増幅器１４から
位相変調器８へ補正された電圧の値が供給され、それに
よって正しくφ（ｔ）＝０又は２πの値にてリセットさ
れることとなる。

【００８３】図１６は図１５に示したディジタルクロー
ズドループ方式の制御部１０５の主要部を示し、これを
参照してその動作を詳細に説明する。尚、説明にあたっ
て図１２に示した例と同じ動作をする部分は省略する。

【００８４】タイミング信号発生器９からのタイミング
信号はスイッチ回路１１１及び変調信号発生部１１４に
出力される。変調信号発生部１１４はタイミング信号発
生器９からのタイミング信号によって値が＋π／４、−
π／４に交互に反転する位相差信号φ_m ’（ｔ）を発生
する。第４の演算部１１３−４は斯かる位相差信号
φ _m ’（ｔ）を入力し、数７の式の演算及びリセット処
理を行う。

【００８５】第４の演算部１１３−４からの出力信号φ
（ｔ）は第１のＤ／Ａ変換器１２に出力される。一方、
第４の演算部１１３−４からはスイッチ回路１１１と第
１の演算部１１３−１と第５の演算部１１３−５へ制御
信号が出力される。

【００８６】スイッチ回路１１１はタイミング信号発生
器９からのタイミング信号を入力し、Ａ／Ｄ変換器１０
からのディジタル信号を第１〜第４のレジスタ１１２−
１〜１１２−４に入力する。

【００８７】第１のレジスタ１１２−１は位相差ｘが＋
π／２のときの光の強さＩ（＋π／２）_X を記憶し、第
２のレジスタ１１２−２は位相差ｘが−π／２のときの
光の強さＩ（−π／２）_X を記憶し、第２のレジスタ１
１２−２は位相差ｘが−３π／２のときの光の強さＩ
（−３π／２）_X を記憶し、第３のレジスタ１１２−３
は位相差ｘが＋３π／２のときの光の強さＩ（＋３π／
２）_X を記憶し、第４のレジスタ１１２−４は位相差ｘ
が−３π／２のときの光の強さＩ（−３π／２） _X を記
憶する。

【００８８】第１の演算部１１３−１は第１のレジスタ
１１２−１の値と第２のレジスタ１１２−２の値の差Δ
₁ を計算し、又は第３のレジスタ１１２−３の値と第４
のレジスタ１１２−４の値の差Δ₂ を計算し、計算され
た差Δ₁ 、Δ₂ の値を第２の演算部１１３−２へ出力す
る。そのどちらを演算するかは第４の演算部１１３−４
からの制御信号によって選択される。

【００８９】

【数１６】Δ₁ ＝Ｉ（＋π／２）_X −Ｉ（−π／２）_X Δ₂ ＝Ｉ（−３π／２）_X −Ｉ（＋３π／２）_X

【００９０】第２の演算部１１３−２と第３の演算部１
１３−３の動作は図１２の例と同じであるので説明を省
略する。

【００９１】第５の演算部１１３−５では次の数１７の
式によって誤差信号ε₁ 又はε₂ が演算される。そのど
ちらを演算するかは第４の演算部１１３−４からの制御
信号によって選択される。斯かる演算の結果ε₁ 又はε
₂ は第６の演算部１１３−６へ出力される。

【００９２】

【数１７】ε₁ ＝Ｉ（＋π／２）_X −Ｉ（−３π／２）
_X ε₂ ＝Ｉ（−π／２）_X −Ｉ（＋３π／２）_X

【００９３】第４の演算部１１３−４からの制御信号を
使用してリセット状態が判別される。即ち、斯かる制御
信号によって数１６の式の光出力の差信号Δ₁ 、Δ₂ 又
は数１７の式の誤差信号ε₁ 、ε₂ が選択され、それに
よってリセットが正確になされているかが判別される。

【００９４】図１７は第６の演算部１１３−６の構成例
を示す。第５の演算部１１３−５からの誤差信号ε₁ 又
はε₂ は第１の加算器１１３−６Ａに入力され、第１の
加算器１１３−６Ａからの出力信号は第５のレジスタ１
１３−６Ｂに記憶される。第５のレジスタ１１３−６Ｂ
に記憶された値は、タイミング信号の次のタイミングで
第１の加算器１１３−６Ａに入力され、第５の演算部１
１３−５からの誤差信号ε₁ 又はε₂ に加算され、その
結果は第５のレジスタ１１３−６Ｂに記憶される。つま
り、第５の演算部１１３−５からの誤差信号ε₁ 又はε
₂ がゼロになると、第５のレジスタ１１３−６Ｂの記憶
値は一定値に保持される。この一定値が補正値となって
第２のＤ／Ａ変換器１３へ出力される。

【００９５】再び図１６を参照すると、第２のＤ／Ａ変
換器１３はタイミング信号発生器９からのタイミング信
号を入力し、可変利得増幅器１４のゲインを制御する信
号を発生する。つまり、第５の演算部１１３−５からの
誤差信号ε₁ 又はε₂ がゼロになるように、第２のＤ／
Ａ変換器１３からの出力が制御される。

【００９６】誤差信号ε₁ 、ε₂ がゼロの時は、数１３
の式で示した関係が満たされているから、リセット状態
では可変利得増幅器１４から位相変調器８に出力される
電圧信号と位相変調器８において位相差φ（ｔ）＝０又
は２πとが正しく１：１に対応している。つまり正確に
位相差φ（ｔ）＝０又は２πでリセットされる状態とな
る。この結果、スケールファクタ精度が向上し、高性能
なジャイロを得ることができる。

【００９７】

【発明が解決しようとする課題】従来のディジタルクロ
ーズドループ方式の位相変調方法において使用されてい
る変調度制御方法は、入力角速度Ωの大きさに依存して
幾つかの不都合があった。

【００９８】図１８は位相差ｘと光の強さＩ_P の関係を
示す。図１８で図１８Ａ、図１８Ｂ、図１８Ｃ、図１８
Ｄ、図１８Ｅの縦軸と横軸は図９と同じでありその詳細
な説明は省略する。図１８は図１５に示した従来の光フ
ァイバジャイロが動作している状態を示している。

【００９９】図１８Ｂは入力角速度Ωが大きく、位相差
Δθが＋π／２＜Δθ＜＋πの状態を示している。位相
差ｘの値がｘ＝−π／２、＋π／２、＋３π／２、−３
π／２、−５π／２、＋５π／２の時の光の強さＩ_P の
値の点をそれぞれＩ、II、III 、IV、Ｖ、VIとすると、
VI点で位相差ｘがｘ＝５π／２となる。

【０１００】図１８Ｃは入力角速度Ωが更に大きく、位
相差Δθが＋π＜Δθ＜＋３π／２の状態を示してい
る。同じようにVI点で位相差ｘがｘ＝５π／２となる。

【０１０１】図１８Ｂに対応する光の強さＩ_P は図１８
Ｄに、図１８Ｃに対応する光の強さＩ_P は図１８Ｅにそ
れぞれ示す。この場合、可能な光の強さＩ_P の値はＩ、
II、III 、IV点の４つの状態となる。これは入力角速度
Ωが正の場合であり、負の場合まで考慮すると、Ｉ、I
I、III 、IV、Ｖ、VI点の６つの状態が起こり得る。

【０１０２】既に、図１４を参照して説明したように、
これらの６つの状態の光の強さＩ_Pの値は正しくφ
（ｔ）＝０又は２πの値でリセットされている時は、全
て等しく同じ値となるが、φ（ｔ）＝０又は２πから偏
倚した状態でリセットされている時は、Ｉ、IIの組とII
I 、IVの組とＶ、VIの組の３組は互いに異なる値とな
る。従って、補正計算を行うためには、これら全ての状
態の光の強さＩ_P の値を記憶しなければならない。つま
り、入力角速度Ωに対応して位相差Δθが−３π／２＜
Δθ＜＋３π／２の範囲の場合には図１６の主要部にて
示したレジスタの数が４個ではなく、位相差ｘ＝Δθ＋
φに対応して６個準備する必要がある。

【０１０３】さらに入力角速度Ωが大きくなると、位相
差ｘ＝±７π／２、±９π／２、±１１π／２等の状態
が起こり得ることになり、それに対応してレジスタの数
がより多く必要となる。

【０１０４】更に、従来の例では、入力角速度Ωがゼロ
の時、即ちリセット状態が起きない時には、変調度制御
信号が得られない。リセット状態の頻度は入力角速度Ω
の大きさに関係しているため、変調度制御精度が角速度
Ωの大きさによって異なるという不都合があった。

【０１０５】更に、光源１からの光の強さ及び光路によ
る光エネルギの損失は、一般に、長期間では変動する。
従って、受光器２によって検出される光の量又は強さは
変動し、電流電圧変換器７からの光出力値が変動するこ
とになる。ディジタル型の信号処理系は、装置の組立時
に入力ゲインを最初の光出力値を使用して調節するか
ら、組立後に電流電圧変換器７からの光出力値が変動す
ると信号処理系の精度が低下する欠点があった。

【０１０６】本発明は、斯かる点に鑑み、入力角速度Ω
の値が大きくなっても、それに対応して位相差ｘを記憶
するためのレジスタの数を増加させることがなく、簡単
な装置によって正確に位相変調することができる光ファ
イバジャイロ及びそれを使用した角速度測定方法を提供
することを目的とする。

【０１０７】更に、本発明は、従来の変調度制御方法の
如き入力角速度Ωがゼロ又は小さくリセット状態の頻度
が低いときに正確に位相変調することができなかった点
を解決することを目的とする。

【０１０８】即ち、本発明は、入力角速度Ωの大きさに
関係なく、即ちリセット状態の頻度に関係なく、正確に
リセット状態の偏倚を補正して正確な位相変調をするこ
とができる光ファイバジャイロ及びそれを使用した角速
度測定方法を提供することを目的とする。

【０１０９】本発明では、光出力値が変動しても、信号
処理系の入力のゲインが変動することなく、常に高い精
度にて角速度Ωを検出することができる光ファイバジャ
イロを提供することを目的とする。

【０１１０】

【課題を解決するための手段】本発明によれは、光ファ
イバループ３と、光ファイバループ３内を互いに反対方
向に伝搬する第１の伝播光と第２の伝播光をそれぞれ位
相変調する位相変調器８と、第１の伝播光と第２の伝播
光の干渉光を検出する受光器２と、を有し、光ファイバ
ループ３がループの中心軸線周りに角速度Ωにて回転す
るとき第１の伝播光と第２の伝播光との間に発生する位
相差Δθより角速度Ωを求めるように構成された光ファ
イバジャイロにおいて、第１の伝播光と第２の伝播光は
ディジタルクローズドループ方式によって位相変調さ
れ、次式によって求められる変調度誤差εによって位相
変調器による変調度を制御するように構成されている。

【０１１１】

【０１１２】但し、Ｉ〔−π／２〕、Ｉ〔＋π／２〕、
Ｉ

〔０〕、Ｉ〔π〕は上記ディジタルクローズドループ
方式の位相変調における位相差φ_m が−π／２、＋π／
２、０、＋πの時の受光器２によって検出される干渉光
の強さのディジタル値、ｋ〔−π／２〕、ｋ〔＋π／
２〕は上記ディジタルクローズドループ方式の位相変調
による位相差φ_m が−π／２、＋π／２の時のリセット
係数、Ｉ_O は受光器２によって検出される干渉光の強さ
に関係する係数。

【０１１３】本発明によれば、光ファイバジャイロにお
いて、ディジタルクローズドループ方式の位相変調にお
いて、受光器２によって検出される干渉光の光の強さを
指示する信号Ｉ_P は次の式によって表される位相差ｘを
含み、 ｘ＝Δθ＋φ φ：位相変調器８によって生成される位相差 Δθ：角速度によって発生する位相差 位相差φは、 φ＝φ_S ＋φ_m 〔ｎ〕＋２πｋ〔ｎ〕 φ_S ：ディジタルフェーズランプ位相差 φ_m 〔ｎ〕：ディジタルデモジュレーション位相差 ｋ〔ｎ〕：リセット係数（整数） によって表され、 Ｉ〔−π／２〕−Ｉ〔＋π／２〕＝０ となるように、位相差φが生成されることを特徴とす
る。

【０１１４】本発明によれば、光ファイバジャイロにお
いて、ディジタルクローズドループ方式の位相差φ_m は
１周期に−π／２、＋π／２、０、＋π、−πの値をと
る矩形波形であることを特徴とする。

【０１１５】本発明によれば、光ファイバジャイロにお
いて、位相差φ_m は１周期に少なくとも１回ずつの＋
π、０、−πの値をとり、それ以外は−π／２、＋π／
２の２つの値を交互にとる矩形波形であることを特徴と
する。

【０１１６】本発明によれば、光ファイバジャイロにお
いて、光源１と、光源１より出力された光を分配する第
１のカプラ５と、第１のカプラ５を経由した光を偏光す
る偏光子４と、偏光子４を経由した光を光ファイバルー
プ３内を互いに反対方向に伝搬する第１の伝播光と第２
の伝播光に分配しそれより干渉光を生成する第２のカプ
ラ６と、第２のカプラ６によって生成された干渉光を偏
光子４及び第１のカプラ５を経由して受光するための受
光器２と、受光器２より出力された電流信号を電圧信号
に変換するための電流電圧変換器７と、電流電圧変換器
７より出力されたアナログ信号をディジタル信号に変換
するためのＡ／Ｄ変換器１０と、Ａ／Ｄ変換器１０より
出力されたディジタル信号より角速度Ωを演算しそれを
ジャイロ信号として出力するディジタル演算部１１と、
ディジタル演算部１１より出力されたディジタル信号を
アナログ信号に変換して位相変調器８に制御信号を供給
するＤ／Ａ変換器１２と、を有することを特徴とする。

【０１１７】本発明によれば、光ファイバジャイロにお
いて、偏光子４と第２のカプラ６と位相変調器８とは１
つの光集積回路５１に含まれるように構成されているこ
とを特徴とする。

【０１１８】本発明によれば、光ファイバジャイロにお
いて、ディジタル演算部１１は光の強さのディジタル値
Ｉ〔−π／２〕、Ｉ〔＋π／２〕、Ｉ

〔０〕、Ｉ〔π〕
をそれぞれ記憶する４つのレジスタ１１２−１、１１２
−２、１１２−３、１１２−４とリセット係数ｋ〔−π
／２〕、ｋ〔＋π／２〕をそれぞれ記憶する２つのレジ
スタ１１３−４Ｂ、１１３−４Ｃとレジスタに記憶され
たディジタル値を使用して角速度Ωを演算する演算部１
１３−２と変調度誤差εを演算する演算部１１３−４、
１１３−５、１１３−６とを有するように構成されてい
ることを特徴とする。

【０１１９】本発明によれば、光ファイバジャイロにお
いて、 ΔＩ＝２Ｉ_O −（Ｉ

〔０〕−Ｉ〔π〕） によって入力ゲイン誤差ΔＩを求め、入力ゲイン誤差Δ
Ｉによってディジタル演算部１１の入力ゲインを制御す
るように構成されていることを特徴とする。

【０１２０】本発明によれば、光ファイバループ３がル
ープの中心軸線周りに角速度Ωにて回転するとき光ファ
イバループ３内を互いに反対方向に伝搬する第１の伝播
光と第２の伝播光との間に発生する位相差Δθより角速
度Ωを演算するように構成された角速度測定方法におい
て、第１の伝播光と第２の伝播光をそれぞれディジタル
クローズドループ方式によって位相変調することと、位
相変調された第１の伝播光と第２の伝播光の干渉光を検
出して光の強さをディジタル値として求めることと、を
含み、ディジタルクローズドループ方式による位相変調
において、次式によって求められる変調度誤差εによっ
て位相変調度を制御するように構成されていることを特
徴とする。

【０１２１】

【０１２２】但し、Ｉ〔−π／２〕、Ｉ〔＋π／２〕、
Ｉ

〔０〕、Ｉ〔π〕はディジタルクローズドループ方式
の位相変調における位相差φ_m が−π／２、＋π／２、
０、＋πの時に検出された光の強さのディジタル値、ｋ
〔−π／２〕、ｋ〔＋π／２〕はディジタルクローズド
ループ方式の位相変調における位相差φ_m が−π／２、
＋π／２の時のリセット係数、Ｉ_O は光の強さに関係す
る係数。

【０１２３】本発明によれば、角速度測定方法におい
て、ディジタルクローズドループ方式の位相変調におい
て、干渉光の光の強さを指示する信号Ｉ_P は次の式によ
って表される位相差ｘを含み、 ｘ＝Δθ＋φ φ：位相変調によって生成される位相差 Δθ：角速度によって発生する位相差 位相差φは φ＝φ_S ＋φ_m 〔ｎ〕＋２πｋ〔ｎ〕 φ_S ：ディジタルフェーズランプ位相差 φ_m 〔ｎ〕：ディジタルデモジュレーション位相差 ｋ〔ｎ〕：リセット係数（整数） によって表され、 Ｉ〔−π／２〕−Ｉ〔＋π／２〕＝０ となるように、位相差φが生成されることを特徴とす
る。

【０１２４】本発明によれば、角速度測定方法におい
て、ディジタルクローズドループ方式の位相変調におけ
る位相差φ_m は１周期に−π／２、＋π／２、０、＋
π、−πの値をとる矩形波形であることを特徴とする。

【０１２５】本発明によれば、角速度測定方法におい
て、位相差φ_m は１周期に少なくとも１回ずつの＋π、
０、−πの値をとり、それら以外は−π／２、＋π／２
の値を交互にとる矩形波形であることを特徴とする。

【０１２６】本発明によれば、角速度測定方法におい
て、 ΔＩ＝２Ｉ_O −（Ｉ

〔０〕−Ｉ〔π〕） によって入力ゲイン誤差ΔＩを求め、入力ゲイン誤差Δ
Ｉによって入力ゲインを制御するように構成されている
ことを特徴とする。

【０１２７】

【作用】ディジタルクローズドループ方式の位相変調方
法によると、干渉光には数２１の式によって表される位
相差φが生成され、数２４の式の左辺（又は数１０式の
左辺）がゼロとなるように制御される。

【０１２８】従って、リセットが正確にφ（ｔ）＝０又
は２πにてなされている場合、即ち、変調度誤差εがゼ
ロの時はΔθ＋φ_S ＝０となりΔθ＝−φ_S より位相差
Δθが正確に求められる。しかしながら、リセットがφ
（ｔ）＝０又は２πより偏倚してなされている場合、即
ち、変調度誤差εがゼロでない時は、Δθ＋φ_S ≠０で
あり、真の位相差Δθを求めるためには、数２７の式に
示すように、変調度誤差εの値を求める必要がある。

【０１２９】本例では、変調度誤差εは数３１の式によ
って求められる。斯かる変調度誤差εは、数３１の式よ
り明らかなように、ディジタルクローズドループ方式の
位相変調によって使用される位相差φ_m が−π／２、＋
π／２、０、πの時の光の強さのディジタル値Ｉ〔−π
／２〕、Ｉ〔＋π／２〕、Ｉ

〔０〕、Ｉ〔π〕とリセッ
ト係数ｋ〔−π／２〕、ｋ〔＋π／２〕によって求めら
れる。即ち、変調度誤差εは、数２１の式によって表さ
れる位相差φ（ｔ）がリセット状態となる時とは無関係
である。

【０１３０】本例では、位相差φ（ｔ）のリセット状態
とは無関係な変調度誤差εを使用して、位相変調が補正
されるから、常に正確なリセット状態が得られ、正確な
位相差Δθの値が求められる。

【０１３１】更に、本発明によると、数３３の式によっ
て求められる入力ゲイン誤差ΔＩによって入力ゲインが
制御されるから、受光器２によって検出される光の強さ
が変動しても常に正確な位相変調をなすことができる。

【０１３２】

【実施例】以下に、先ず本発明の概念について説明す
る。ディジタルクローズドループ方式において、位相差
φ（ｔ）がφ（ｔ）＝０又は２πより偏倚されてリセッ
トされる場合の変調度の誤差εを求める。従来例の説明
と同様に、ディジタルクローズドループ方式にて、右周
りの光が位相変調器８によって変調される位相変化分φ
（ｔ）＝φ〔ｎ〕を求める。

【０１３３】ディジタルフェーズランプ処理における位
相差φ_P （ｔ）は、時間τ毎に１段の高さがφ_S だけ増
加する階段状波であり、ｎステップ時（１ステップの時
間幅τ）の位相差をφ_P 〔ｎ〕とすると、

【０１３４】

【数１８】φ_P 〔ｎ〕＝φ_P 〔ｎ−１〕＋φ_S

【０１３５】である。次にディジタルデモジュレーショ
ン処理をする。即ちこの式に変調位相差信号φ_m ′
（ｔ）を加算する。φ_m ′（ｔ）は、ステップ毎に＋π
／４、−π／４に値が反転する。

【０１３６】

【数１９】 φ（ｔ）＝φ〔ｎ〕 ＝φ_P 〔ｎ〕＋φ_m ′〔ｎ〕＋２πｋ₁ 〔ｎ〕 ＝φ_P 〔ｎ−１〕＋φ_S ＋φ_m ′〔ｎ〕＋２πｋ₁ 〔ｎ〕

【０１３７】リセット係数ｋ₁ （整数）は数１９の式で
表される位相差φ〔ｎ〕が階段状に増加している間はゼ
ロであるが、φ〔ｎ〕が０以下または２π以上になる場
合は、リセットされてφ〔ｎ〕の値が０から２πの範囲
になるように選択される。

【０１３８】左周りの光が位相変調器８によって変調さ
れる位相変化分φ（ｔ−τ）＝φ〔ｎ−１〕も同様に次
のようになる。

【０１３９】

【数２０】 φ（ｔ−τ）＝φ〔ｎ−１〕 ＝φ_P 〔ｎ−１〕＋φ_m ′〔ｎ−１〕＋２πｋ₂ 〔ｎ−１〕 ＝φ_P 〔ｎ−２〕＋φ_S ＋φ_m ′〔ｎ−１〕＋２πｋ₂ 〔ｎ−１〕

【０１４０】数８の式と同様に、干渉光が位相変調器８
によって生成される位相差φを求めると、

【０１４１】

【数２１】 φ＝φ（ｔ）−φ（ｔ−τ） ＝φ〔ｎ〕−φ〔ｎ−１〕 ＝φ_S ＋φ_m ′〔ｎ〕−φ_m ′〔ｎ−１〕＋２πｋ〔ｎ〕 ＝φ_S ＋φ_m 〔ｎ〕＋２πｋ〔ｎ〕

【０１４２】ここで、φ_m 〔ｎ〕はステップ毎に−π／
２、＋π／２と値が反転し、数８の式のφ_m 〔ｎ〕に相
当し、リセット係数ｋは数８の式によって表されるリセ
ット係数ｋ₃ に相当する。即ち、

【０１４３】

【数２２】 φ_m 〔ｎ〕＝φ_m ′〔ｎ〕−φ_m ′〔ｎ−１〕 ｋ〔ｎ〕＝ｋ₁ 〔ｎ〕−ｋ₂ 〔ｎ−１〕

【０１４４】ここで、数８の式と同様に、適宜、φ_S を
ディジタルフェーズランプ位相差、φ_m 〔ｎ〕をディジ
タルデモジュレーション位相差と称することとする。

【０１４５】次に、変調度の誤差εを考慮して光の強さ
Ｉ_P を求める。数２の式に数２１の式を代入して、

【０１４６】

【数２３】 Ｉ_P ＝Ｉ_O 〔１＋ｃｏｓ｛Δθ＋（１＋ε）φ｝〕 ＝Ｉ_O 〔１＋ｃｏｓ｛Δθ＋（１＋ε）｛φ（ｔ）−φ（ｔ−τ）｝｝〕 ＝Ｉ_O 〔１＋ｃｏｓ｛Δθ＋（１＋ε）｛φ〔ｎ〕−φ〔ｎ−１〕｝｝〕 ＝Ｉ_O 〔１＋ｃｏｓ｛Δθ＋φ_S ＋φ_m 〔ｎ〕＋２πｋ〔ｎ〕 ＋ε｛φ_S ＋φ_m 〔ｎ〕＋２πｋ〔ｎ〕｝｝〕

【０１４７】となる。φ_m 〔ｎ〕が−π／２、＋π／２
の時の光の強さの値をそれぞれＩ〔−π／２〕、Ｉ〔＋
π／２〕とし、その時のリセット係数をｋ〔−π／
２〕、ｋ〔＋π／２〕とし、Δθ＋φ_S とεの値が十分
に小さいとして光の強さの値Ｉ_P の差と和を計算する。

【０１４８】

【数２４】 Ｉ〔−π／２〕−Ｉ〔＋π／２〕 ＝Ｉ_O 〔１＋ｃｏｓ｛Δθ＋φ_S −π／２＋２πｋ〔−π／２〕 ＋ε（φ_S −π／２＋２πｋ〔−π／２〕）｝〕 −Ｉ_o 〔１＋ｃｏｓ｛Δθ＋φ_S ＋π／２＋２πｋ〔＋π／２〕 ＋ε（φ_S ＋π／２＋２πｋ〔＋π／２〕）｝〕 ＝Ｉ_O 〔ｓｉｎ｛Δθ＋φ_S ＋ε（φ_S −π／２＋２πｋ〔−π／２〕）｝ ＋ｓｉｎ｛Δθ＋φ_S ＋ε（φ_S ＋π／２＋２πｋ〔＋π／２〕）｝〕 ＝２Ｉ_O ｓｉｎ｛Δθ＋φ_S ＋ε（φ_S ＋π（ｋ〔−π／２〕 ＋ｋ〔＋π／２〕））｝ ・ｃｏｓ｛ε（−π／２＋π（ｋ〔−π／２〕−ｋ〔＋π／２〕））｝ ≒２Ｉ_o ｛Δθ＋φ_S ＋ε（φ_S ＋π（ｋ〔−π／２〕 ＋ｋ〔＋π／２〕））｝

【０１４９】

【数２５】 Ｉ〔−π／２〕＋Ｉ〔＋π／２〕 ＝２Ｉ_O ＋Ｉ_O 〔ｓｉｎ｛Δθ＋φ_S ＋ε（φ_S −π／２＋２πｋ〔−π／２ 〕）｝ −ｓｉｎ｛Δθ＋φ_S ＋ε（φ_S ＋π／２＋２πｋ〔＋π／２〕）｝〕 ＝２Ｉ_O ＋２Ｉ_O ｓｉｎ｛ε（−π／２＋π（ｋ〔−π／２〕−ｋ〔＋π／２ 〕））｝ ・ｃｏｓ｛Δθ＋φ_S ＋ε（φ_S ＋π（ｋ〔−π／２〕＋ｋ〔＋π／２〕） ）｝ ≒２Ｉ_O ｛１＋επ（−１／２＋（ｋ〔−π／２〕−ｋ〔＋π／２〕））｝

【０１５０】本例のディジタルクローズドループ方式で
は数２４の式がゼロとなるように制御される。従って、
変調度誤差εがゼロの時はΔθ＋φ_S ＝０となってΔθ
＝−φ_S となる。即ち数１１の式が成立する。このと
き、数１２の式と同様な式が成立する。即ち、数２１の
式を数３の式に代入して、Δθ＋φ_S ＝０であることを
使用すると、次の式が成立する。

【０１５１】

【数２６】ｘ＝Δθ＋φ ＝Δθ＋φ_S ＋φ_m 〔ｎ〕＋２πｋ〔ｎ〕 ＝φ_m 〔ｎ〕＋２πｋ〔ｎ〕

【０１５２】従って、本例のディジタルクローズドルー
プ方式ではリセット値２πｋ〔ｎ〕が０の時は、位相差
ｘはディジタルデモジュレーション位相差φ_m 〔ｎ〕に
一致する。

【０１５３】しかし、変調度誤差εがゼロでない時は、

【０１５４】

【数２７】 Δθ＝−φ_S −ε｛φ_S ＋π（ｋ〔−π／２〕＋ｋ〔＋π／２〕）｝

【０１５５】となってスケールファクタ誤差が生ずる。

【０１５６】次に、ディジタルデモジュレーション位相
差φ_m 〔ｎ〕が±π／２の代わりに０とπに交互に変化
する場合を考える。ディジタルデモジュレーション位相
差φ _m 〔ｎ〕が０、πの時の光の強さＩ_P の値をそれぞ
れＩ

〔０〕、Ｉ〔π〕とし、その時のリセット係数をｋ

〔０〕、ｋ〔π〕とし、Δθ＋φ_S とεの値が十分に小
さいとして光の強さの値Ｉ_P の差と和を計算する。

【０１５７】

【数２８】 Ｉ

〔０〕−Ｉ〔π〕 ＝Ｉ_O 〔１＋ｃｏｓ｛Δθ＋φ_S ＋２πｋ

〔０〕 ＋ε（φ_S ＋２πｋ

〔０〕）｝〕 −Ｉ_O 〔１＋ｃｏｓ｛Δθ＋φ_S ＋π＋２πｋ〔π〕 ＋ε（φ_S ＋π＋２πｋ〔π〕）｝〕 ＝Ｉ_O 〔ｃｏｓ｛Δθ＋φ_S ＋ε（φ_S ＋２πｋ

〔０〕）｝ −ｃｏｓ｛Δθ＋φ_S ＋ε（φ_S ＋π＋２πｋ〔π〕）｝〕 ＝２Ｉ_O ｃｏｓ｛Δθ＋φ_S ＋ε（φ_S ＋π／２＋π（ｋ

〔０〕＋ｋ〔π〕） ）｝・ｃｏｓ｛ε（−π／２＋π（ｋ

〔０〕−ｋ〔π〕））｝ ≒２Ｉ_O

【０１５８】

【数２９】 Ｉ

〔０〕＋Ｉ〔π〕 ＝２Ｉ_O ＋Ｉ_O 〔ｃｏｓ｛Δθ＋φ_S ＋ε（φ_S ＋２πｋ

〔０〕）｝ −ｃｏｓ｛Δθ＋φ_S ＋ε（φ_S ＋π＋２πｋ〔π〕）｝〕 ＝２Ｉ_O ＋２Ｉ_O ｓｉｎ｛ε（−π／２＋π（ｋ

〔０〕−ｋ〔π〕））｝ ・ｓｉｎ｛Δθ＋φ_S ＋ε（φ_S ＋π／２＋π（ｋ

〔０〕＋ｋ〔π〕））｝ ≒２Ｉ_O

【０１５９】ここで数２５の式と数２９の式の差を求め
る。

【０１６０】

【数３０】 （Ｉ〔−π／２〕＋〔＋π／２〕）−（Ｉ

〔０〕＋Ｉ〔π〕） ＝２πＩ_O ・ε｛−１／２＋（ｋ〔−π／２〕−ｋ〔＋π／２〕）｝

【０１６１】となる。したがって次の式より変調度誤差
εを求めることができる。

【０１６２】

【数３１】

【０１６３】ここに係数Ｋは次の式によって表される。

【０１６４】

【数３２】

【０１６５】数３１の式は入力角速度Ωに制限がなく、
入力角速度Ωがどのような値であっても変調度誤差εを
求めることができることを示している。従って、斯かる
変調度誤差εを変調度制御のための制御信号として使用
すれば、入力角速度Ωの大きさに制限なく、変調度制御
を行うことができる。また、この数３１の式は４つの光
の強さの値Ｉ_P を使用して変調度誤差εを求めることが
できることを示している。従って、ディジタル演算部１
１は斯かる４つの光の強さの値Ｉ_P を記憶するために必
要な数のレジスタを用意すればよい。

【０１６６】なお、数２８の式と数２９の式の結果は同
じ値であるが、実際にはＡ／Ｄ変換器のバイアスを考慮
すると正確には同じではない。数２８の式はバイアス分
がキャンセルされているが、数２９の式ではそれが加算
されて２倍になっている。

【０１６７】数２４の式と数２５の式にも同じことが言
える。数２４の式ではバイアス分がキャンセルされてい
るが、数２５の式ではそれが加算されて２倍になってい
る。従って、数２５の式と数２９の式の差を取ることに
よってバイアス分がキャンセルされる。

【０１６８】更に、数２８の式より定数２Ｉ_O が求めら
れる。この定数２Ｉ_O は受光器２によって受光される光
の強さに関係する定数であるので、この定数２Ｉ_O の値
を求めることによって逆に受光器２によって受光される
光の強さＩ_P をモニタすることができる。従って、定数
２Ｉ_O が一定となるように入力のゲインを制御すれば常
に同じ精度で信号処理を行うことができる。

【０１６９】図１を参照して本発明によるディジタルク
ローズドループ方式の光ファイバジャイロの位相変調の
例を説明する。図１はディジタルデモジュレーション位
相差φ_m （ｔ）の波形の１例であり、図１０Ｅのφ
_m （ｔ）に対応している。この例ではディジタルデモジ
ュレーション位相差φ_m （ｔ）は１ステップの幅が時間
τで１周期がｍステップからなる矩形波である。１周期
のステップ数ｍの値は数１０から数１００としてよい。

【０１７０】この例では、最初の３ステップはφ
_m （ｔ）＝＋π、０、−πであり、以後φ _m （ｔ）＝−
π／２、＋π／２を繰り返す。しかしながら、φ
_m （ｔ）＝＋π、０、−πよりなる３ステップは１周期
の最初の３ステップ以外のどの位置にあってもよい。更
に、この例では、１周期に３つの値φ_m （ｔ）＝＋π、
０、−πはそれぞれ１つずつ含むように構成されている
が、これら３つの値φ_m （ｔ）＝＋π、０、−πは少な
くとも１つずつ含めばよく、それ以上であってもよい。

【０１７１】図２にディジタルデモジュレーション位相
差の波形φ_m （ｔ）の例を示す。斯かる位相差波形φ_m
（ｔ）のステップ数ｍは偶数と奇数が可能であり、いず
れも３つの値φ_m （ｔ）＝＋π、０、−πはそれぞれ少
なくとも１つ含み、それ以外は２つの値φ_m （ｔ）＝−
π／２、＋π／２を交互に繰り返す。従って、これ以外
の例も可能である。区分Ａ及びＢの波形はｍ＝１〜４で
は３つの値φ_m （ｔ）＝＋π、０、−πよりなり、ｍ＝
５〜ｍでは２つの値φ_m （ｔ）＝−π／２、＋π／２を
交互に繰り返す。区分Ｃ及びＤの波形はｍ＝１〜３及び
ｍ＝ｍでは３つの値φ_m （ｔ）＝＋π、０、−πよりな
り、ｍ＝４〜ｍ−１では２つの値φ_m （ｔ）＝−π／
２、＋π／２を交互に繰り返す。区分Ｅ及びＦの波形は
ｍ＝１〜３では３つの値φ_m （ｔ）＝＋π、０、−πよ
りなり、ｍ＝４〜ｍでは２つの値φ _m （ｔ）＝−π／
２、＋π／２を交互に繰り返す。図１に示す位相差波形
はこの中の区分Ｅの場合に対応している。

【０１７２】図３は本発明によるディジタルクローズド
ループ方式の位相変調の説明図である。この図３は図２
の区分Ｅの位相差波形を使用した位相変調の例を示して
おり、図１０及び図１１と対照させながら、斯かる本例
の動作を説明する。図３Ａはディジタルデモジュレーシ
ョン位相差波形φ_m （ｔ）を示し、図１０Ｅの位相差波
形φ_m （ｔ）に対応している。図３Ｂは数１９の式に示
される右周りの光の位相差φ（ｔ）を表しており、図１
１Ｆの位相差φ（ｔ）に対応している。斯かる位相差φ
（ｔ）は図３Ａの位相差φ_m （ｔ）に図１０Ａの位相差
φ_P （ｔ）を加算して得られる。

【０１７３】図３Ｃは数２０の式に示される左周りの光
の位相差φ（ｔ−τ）を表しており、図１１Ｇの位相差
φ（ｔ−τ）に対応している。斯かる位相差φ（ｔ−
τ）は図３Ａの位相差φ_m （ｔ）に図１０Ｂの位相差φ
_P （ｔ−τ）を加算して得られる。図３Ｄは数２１の式
によって示される位相変調器８によって生成された位相
差φ＝φ（ｔ）−φ（ｔ−τ）を表しており、図１１Ｈ
の位相差φに対応している。斯かる位相差φは図３Ｂの
位相差φ（ｔ）より図３Ｃの位相差φ（ｔ−τ）を減算
して得られる。図３Ｄにおいて、位相差波形φの横軸か
らの偏倚量はディジタルフェーズランプ位相差φ_S を示
している。

【０１７４】図４は本発明によるディジタルクローズド
ループ方式の光ファイバジャイロの構成例である。この
構成例では、光ファイバジャイロは光源１と入射光を電
流に変換する受光器２と光ファイバループ３とカプラ５
と光集積回路５１とを有し、斯かる光集積回路５１は偏
光子４とカプラ６と位相変調器８の機能を含む。

【０１７５】光源１より出力された光はカプラ５を経由
して光集積回路５１に導かれる。光集積回路５１におい
て、この光は、偏光子４、Ｙ分岐状のカプラ６を経由し
て光ファイバループ３を互いに反対方向に伝搬する。

【０１７６】光集積回路５１はチタン拡散型のＬｉＮｂ
Ｏ₃ によって形成されたものであってよい。斯かる場
合、偏光子４は金属装荷型に形成されてよい。しかしな
がら、この光集積回路５１はプロトン交換型のＬｉＮｂ
Ｏ₃ によって形成されたものであってよい。斯かる場
合、プロトン交換型のＬｉＮｂＯ₃ が偏光子の機能を果
たすので偏光子４は省略されることができる。

【０１７７】位相変調器８はＹ分岐の後端に配置されて
いるが、Ｙ分岐の両端に設けてプッシュプル動作をさせ
るように構成してもよい。

【０１７８】図４の点線部１０１は本発明によるディジ
タルクローズドループ方式の制御部の構成例である。こ
の構成例は図８に示した従来の光ファイバジャイロの制
御部の構成例１０３と基本的には同じである。

【０１７９】図５は図４の制御部の主要部を示してお
り、これを参照してその動作を説明する。変調周期制御
部１１５は、タイミング信号発生器９からのタイミング
信号によって、ステータス信号を発生する。斯かるステ
ータス信号は１ステップが時間τで１周期がｍステップ
よりなり、ディジタルデモジュレーション位相差φ
_m （ｔ）のステップ番号ｍを指示する。

【０１８０】このステータス信号はスイッチ回路１１
１、変調信号発生部１１４、第１の演算部１１３−１、
第４の演算部１１３−４および第５の演算部１１３−５
へ出力される。

【０１８１】Ａ／Ｄ変換器１０は、タイミング信号発生
器９からのタイミング信号によって、電流電圧変換器７
からの信号をディジタル値に変換する。斯かるＡ／Ｄ変
換器１０によるディジタル変換は図１４Ａの光の強さＩ
_P より図１４Ｄ又は図１４Ｅの波形に変換することに対
応している。このディジタル信号Ｉ_P はスイッチ回路１
１１に出力される。

【０１８２】スイッチ回路１１１はＡ／Ｄ変換器１０か
らのディジタル信号を入力し、変調周期制御部１１５か
らのステータス信号によって、第１から第４のレジスタ
１１２−１〜１１２−４に対応するディジタル信号を入
力する。第１のレジスタ１１２−１にはディジタルデモ
ジュレーション位相差がφ_m （ｔ）＝−π／２のときの
光の強さＩ〔−π／２〕が記憶され、第２のレジスタに
はディジタルデモジュレーション位相差がφ_m （ｔ）＝
＋π／２のときの光の強さＩ〔＋π／２〕が記憶され、
第３のレジスタにはディジタルデモジュレーション位相
差がφ_m （ｔ）＝０のときの光の強さＩ

〔０〕が記憶さ
れ、第４のレジスタにはディジタルデモジュレーション
位相差がφ_m （ｔ）＝πのときの光の強さＩ〔π〕が記
憶される。

【０１８３】第１の演算部１１３−１は、第１のレジス
タ１１２−１と第２のレジスタ１１２−２に記憶された
値と変調周期制御部１１５からのステータス信号を入力
する。第１の演算部１１３−１では、ステータス信号に
よって指示されるステップ数がｍ≠１〜５の時には第１
のレジスタ１１２−１と第２のレジスタ１１２−２の差
を計算し、斯かる差信号を第２の演算部１１３−２へ出
力する。ステップ数がｍ＝１〜５のときはゼロを第２の
演算部１１３−２へ出力する。

【０１８４】第２の演算部１１３−２の構成例及びその
動作は図１３に示した第２の演算部１１３−２の例と同
じである。この第２の演算部１１３−２からディジタル
フェーズランプ位相差φ_S の値がジャイロ信号として出
力される。第２の演算部１１３−２からの出力は第３の
演算部１１３−３へ供給される。

【０１８５】変調信号発生部１１４は変調周期制御部１
１５からのステータス信号を入力して、−π／２、＋π
／２、０、＋π、−πのいずれかの値を指示するディジ
タルデモジュレーション位相差φ_m （ｔ）を発生し、そ
れを第３の演算部１１３−３に出力する。

【０１８６】第３の演算部１１３−３は変調信号発生部
１１４からの位相差信号φ_m （ｔ）を入力し、数１９の
式の位相差φ（ｔ）＝φ〔ｎ〕を求める演算及びリセッ
ト処理を行う。第３の演算部１１３−３からは、位相差
φ（ｔ）を示す信号が第７の演算部１１３−７に出力さ
れ、リセット係数ｋ〔ｎ〕を示す信号が第４の演算部１
１３−４に出力される。

【０１８７】第４の演算部１１３−４では第３の演算部
１１３−３からの出力信号と変調周期制御部１１５から
のステータス信号を入力して数３２の式の係数Ｋを求め
る演算を行う。

【０１８８】図６は第４の演算部１１３−４の構成例を
示す。第３の演算部１１３−３からの出力はスイッチ回
路１１３−４Ａに入力される。スイッチ回路１１３−４
Ａからの出力は変調周期制御部１１５からのステータス
信号によって第１のレジスタ１１３−４Ｂ又は第２のレ
ジスタ１１３−４Ｃに入力される。第１のレジスタ１１
３−４Ｂにはディジタルデモジュレーション位相差φ_m
（ｔ）＝−π／２のときのリセット係数ｋ〔−π／２〕
が記憶され、第２のレジスタ１１３−４Ｃにはディジタ
ルデモジュレーション位相差φ_m （ｔ）＝＋π／２のと
きのリセット係数ｋ〔＋π／２〕が記憶される。演算部
１１３−４Ｄでは第１のレジスタ１１３−４Ｂに記憶さ
れた値と第２のレジスタ１１３−４Ｃに記憶された値よ
り数３２の式のＫを求める演算が行われ、その結果Ｋが
出力される。

【０１８９】再び図５を参照する。第５の演算部１１３
−５は数３１の式によって変調度誤差εを計算する。第
５の演算部１１３−５は第４の演算部１１３−４から出
力された係数Ｋを示す信号を入力する。一方、第５の演
算部１１３−５では第１のレジスタ１１２−１に記憶さ
れた値Ｉ〔−π／２〕と第２のレジスタ１１２−２に記
憶された値Ｉ〔＋π／２〕の和と第３のレジスタ１１２
−３に記憶された値Ｉ

〔０〕と第４のレジスタ１１２−
４に記憶された値Ｉ〔π〕の和がそれぞれ計算され、斯
かる２つの和の差が計算される。斯かる差の値と係数Ｋ
の値によって変調度誤差εが計算される。この計算は変
調周期制御部１１５からのステータス信号によって、例
えばステップｍ＝４の時に行われる。第５の演算部１１
３−５からの出力は第６の演算部１１３−６へ出力され
る。

【０１９０】第６の演算部１１３−６の構成例及びその
動作は図１７の第６の演算部１１３−６の例と同じであ
る。第６の演算部１１３−６からは変調度の補正信号ε
₀ が第７の演算部１１３−７へ出力される。

【０１９１】第７の演算部１１３−７では、第６の演算
部１１３−６からの補正信号εによって第３の演算部１
１３−３からの変調度信号を制御する。この結果はＤ／
Ａ変換器１２へ出力される。つまり、第５の演算部１１
３−５からの出力がゼロとなるように第７の演算部１１
３−７からの出力が制御される。

【０１９２】図７は本発明によるディジタルクローズド
ループ方式の光ファイバジャイロの第２の構成例であ
る。この構成例は図５の第１の構成例に対して入力側の
ゲインを制御する機能が付加されている。斯かる付加的
機能は第８から第１０の演算部１１３−８〜１１３−１
０によって提供される。尚、その他の部分の動作は図５
の第１の構成例と同じであり、その詳細な説明は省略す
る。

【０１９３】第８の演算部１１３−８では、次の数３３
の式によって入力ゲイン誤差ΔＩの演算を行う。

【０１９４】

【数３３】ΔＩ＝２Ｉ_O −（Ｉ

〔０〕−Ｉ〔π〕）

【０１９５】この入力ゲイン誤差ΔＩは数２８の式の左
辺と右辺の差に対応しており、光の強さに関係する定数
Ｉ_O の誤差である。斯かる入力ゲイン誤差ΔＩは第３の
レジスタ１１２−３と第４レジスタ１１２−４の出力の
差より求められる。この計算は変調周期制御部１１５か
らのステータス信号によって、例えばステップ数ｍ＝５
の時に行われる。第８の演算部１１３−８からの出力は
第９の演算部１１３−９へ出力される。

【０１９６】第９の演算部１１３−９の構成例及びその
動作は図１７の第６の演算部１１３−６の例と同じであ
る。入力ゲイン誤差信号ΔＩ_O は第９の演算部１１３−
９から第１０の演算部１１３−１０へ出力される。

【０１９７】第１０の演算部１１３−１０ではＡ／Ｄ変
換器１０からの信号を入力し、この信号に対して第９の
演算部１１３−９からの入力ゲイン誤差信号ΔＩ_O によ
っ入力ゲインを制御する。入力ゲインが入力ゲイン誤差
信号ΔＩ_O によって補正され、その結果はスイッチ回路
１１１へ出力される。即ち、第８の演算部１１３−８か
らの出力がゼロとなるように第１０の演算部１１３−１
０からの出力が制御される。この時、第１０の演算部１
１３−１０からスイッチ回路１１１へ入力される信号は
常に同じ値となり、高い精度にて信号処理がなされる。

【０１９８】以上本発明の実施例について詳細に説明し
てきたが、本発明は上述の実施例に限ることなく本発明
の要旨を逸脱することなく他の種々の構成が採り得るこ
とは当業者にとって容易に理解されよう。

【０１９９】

【発明の効果】本発明によると、ディジタルクローズド
ループ方式の光ファイバジャイロにおいて、数３１の式
に示す如き入力角速度Ωに無関係な変調度誤差εを変調
度制御のための制御信号として使用するから、入力角速
度Ωの大きさ又はリセット状態の頻度に無関係に、変調
度制御をなすことができる利点がある。

【０２００】本発明によると、ディジタルクローズドル
ープ方式の光ファイバジャイロにおいて、数３３の式に
示す如き入力ゲイン誤差信号ΔＩによっ入力ゲインを制
御するから、装置の組立後に電流電圧変換器７からの光
出力値が変動しても信号処理系の精度が低下しない利点
がある。

【０２０１】本発明によると、ディジタルクローズドル
ープ方式の光ファイバジャイロにおいて、入力角速度Ω
に無関係な変調度誤差εを変調度制御のための制御信号
として使用するように構成されており、斯かる変調度誤
差εは数３１の式に示す如き４つの位相差φ_m （ｔ）＝
−π／２、＋π／２、０、πに対する光の強さのディジ
タル値Ｉ〔−π／２〕、Ｉ〔＋π／２〕、Ｉ

〔０〕、Ｉ
〔π〕より求められるから、斯かる４つの光の強さの値
Ｉを記憶するための４つのレジスタを用意すればよく、
入力角速度Ωの大きさΩが大きくなり、位相差ｘ＝±５
π／２、±７π／２、±９π／２、±１１π／２等の状
態が起っても、それに対応してレジスタの数を増加する
必要がない利点がある。

【０２０２】本発明によれば、ディジタルクローズドル
ープ方式の光ファイバジャイロにおいて、入力角速度Ω
の大きさに無関係にスケールファクタ誤差を除去して高
い精度のジャイロ信号を提供することができる利点があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による光ファイバジャイロの変調位相差
信号の波形を示す図である。

【図２】本発明による光ファイバジャイロの変調位相差
信号の内容を説明する説明図である。

【図３】本発明による光ファイバジャイロの位相差信号
を生成する方法を説明するための各位相差信号の波形を
示す図である。

【図４】本発明による光ファイバジャイロの構成例を示
す図である。

【図５】本発明による光ファイバジャイロの主要部の構
成例を示す図である。

【図６】本発明による第４の演算部の構成例を示す図で
ある。

【図７】本発明による光ファイバジャイロの主要部の他
の構成例を示す図である。

【図８】従来の光ファイバジャイロの構成例を示す図で
ある。

【図９】ディジタルデモジュレーション方式を説明する
説明図である。

【図１０】ディジタルクローズドループ方式を説明する
説明図である。

【図１１】ディジタルクローズドループ方式を説明する
説明図である。

【図１２】従来の光ファイバジャイロの主要部の構成例
を示す図である。

【図１３】従来例の第２の演算部の構成例を示す図であ
る。

【図１４】位相差と光の強さの関係を説明する説明図で
ある。

【図１５】従来の光ファイバジャイロの他の構成例を示
す図である。

【図１６】従来の光ファイバジャイロの主要部の他の構
成例を示す図である。

【図１７】従来例の第６の演算部の構成例を示す図であ
る。

【図１８】位相差と光の強さの関係を説明する説明図で
ある。

【符号の説明】

１ 光源 ２ 受光器 ３ 光ファイバループ ４ 偏光子 ５、６ カプラ ７ 電流電圧変換器 ８ 位相変調器 ９ タイミング信号発生器 １０ Ａ／Ｄ変換器 １１ ディジタル演算部 １２、１３ Ｄ／Ａ変換器 １４ 可変利得増幅器 ５１ 光集積回路 １０１、１０３、１０５ 制御部 １１１ スイッチ回路 １１２−１〜１１２−４ レジスタ １１３−１〜１１３−１０ 演算部 １１４ 変調信号発生部 １１５ 変調信号制御部

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光ファイバループと、該光ファイバルー
   プ内を互いに反対方向に伝搬する第１の伝播光と第２の
   伝播光をそれぞれ位相変調する位相変調器と、上記第１
   の伝播光と第２の伝播光の干渉光を検出する受光器と、
   を有し、上記光ファイバループがループの中心軸線周り
   に角速度Ωにて回転するとき上記第１の伝播光と第２の
   伝播光との間に発生する位相差Δθより上記角速度Ωを
   求めるように構成された光ファイバジャイロにおいて、 上記第１の伝播光と第２の伝播光はディジタルクローズ
   ドループ方式によって位相変調され、次式によって求め
   られる変調度誤差εによって上記位相変調器による変調
   度を制御するように構成されていることを特徴とする光
   ファイバジャイロ。 但し、Ｉ〔−π／２〕、Ｉ〔＋π／２〕、Ｉ〔０〕、Ｉ
   〔π〕は上記ディジタルクローズドループ方式の位相変
   調における位相差φ_m が−π／２、＋π／２、０、＋π
   の時の上記受光器によって検出される干渉光の強さのデ
   ィジタル値、ｋ〔−π／２〕、ｋ〔＋π／２〕は上記デ
   ィジタルクローズドループ方式の位相変調による位相差
   φ_m が−π／２、＋π／２の時のリセット係数、Ｉ_O は
   上記受光器によって検出される干渉光の強さに関係する
   係数。
2. 【請求項２】 請求項１記載の光ファイバジャイロにお
   いて、上記ディジタルクローズドループ方式の位相変調
   において、上記受光器によって検出される干渉光の光の
   強さを指示する信号Ｉ_P は次の式によって表される位相
   差ｘを含み、 ｘ＝Δθ＋φ φ：上記位相変調器によって生成される位相差 Δθ：角速度によって発生する位相差 上記位相差φは φ＝φ_S ＋φ_m 〔ｎ〕＋２πｋ〔ｎ〕 φ_S ：ディジタルフェーズランプ位相差 φ_m 〔ｎ〕：ディジタルデモジュレーション位相差 ｋ〔ｎ〕：リセット係数（整数） によって表され、 Ｉ〔−π／２〕−Ｉ〔＋π／２〕＝０ となるように、上記位相差φが生成されることを特徴と
   する光ファイバジャイロ。
3. 【請求項３】 請求項１又は２記載の光ファイバジャイ
   ロにおいて、上記ディジタルクローズドループ方式の位
   相差φ_m は１周期に−π／２、＋π／２、０、＋π、−
   πの値をとる矩形波形であることを特徴とする光ファイ
   バジャイロ。
4. 【請求項４】 請求項３記載の光ファイバジャイロにお
   いて、上記位相差φ_m は１周期に少なくとも１回ずつの
   ＋π、０、−πの値をとり、それ以外は−π／２、＋π
   ／２の２つの値を交互にとる矩形波形であることを特徴
   とする光ファイバジャイロ。
5. 【請求項５】 請求項１、２、３又は４記載の光ファイ
   バジャイロにおいて、光源と、該光源より出力された光
   を分配する第１のカプラと、該第１のカプラを経由した
   光を偏光する偏光子と、該偏光子を経由した光を上記光
   ファイバループ内を互いに反対方向に伝搬する上記第１
   の伝播光と第２の伝播光に分配しそれより干渉光を生成
   する第２のカプラと、該第２のカプラによって生成され
   た干渉光を上記偏光子及び上記第１のカプラを経由して
   受光するための受光器と、該受光器より出力された電流
   信号を電圧信号に変換するための電流電圧変換器と、該
   電流電圧変換器より出力されたアナログ信号をディジタ
   ル信号に変換するためのＡ／Ｄ変換器と、該Ａ／Ｄ変換
   器より出力されたディジタル信号より上記角速度Ωを演
   算しそれをジャイロ信号として出力するディジタル演算
   部と、該ディジタル演算部より出力されたディジタル信
   号をアナログ信号に変換して上記位相変調器に制御信号
   を供給するＤ／Ａ変換器と、を有することを特徴とする
   光ファイバジャイロ。
6. 【請求項６】 請求項５記載の光ファイバジャイロにお
   いて、上記偏光子と上記第２のカプラと上記位相変調器
   とは１つの光集積回路に含まれるように構成されている
   ことを特徴とする光ファイバジャイロ。
7. 【請求項７】 請求項５又は６記載の光ファイバジャイ
   ロにおいて、上記ディジタル演算部は上記光の強さのデ
   ィジタル値Ｉ〔−π／２〕、Ｉ〔＋π／２〕、Ｉ
   〔０〕、Ｉ〔π〕をそれぞれ記憶する４つのレジスタと
   上記リセット係数ｋ〔−π／２〕、ｋ〔＋π／２〕をそ
   れぞれ記憶する２つのレジスタと上記レジスタに記憶さ
   れたディジタル値を使用して上記角速度Ωを演算する演
   算部と上記変調度誤差εを演算する演算部とを有するよ
   うに構成されていることを特徴とする光ファイバジャイ
   ロ。
8. 【請求項８】 請求項５、６又は７記載の光ファイバジ
   ャイロにおいて、 ΔＩ＝２Ｉ_O −（Ｉ〔０〕−Ｉ〔π〕） によって入力ゲイン誤差ΔＩを求め、該入力ゲイン誤差
   ΔＩによって上記ディジタル演算部の入力ゲインを制御
   するように構成されていることを特徴とする光ファイバ
   ジャイロ。
9. 【請求項９】 光ファイバループがループの中心軸線周
   りに角速度Ωにて回転するとき上記光ファイバループ内
   を互いに反対方向に伝搬する第１の伝播光と第２の伝播
   光との間に発生する位相差Δθより上記角速度Ωを演算
   するように構成された角速度測定方法において、 上記第１の伝播光と第２の伝播光をそれぞれディジタル
   クローズドループ方式によって位相変調することと、 上記位相変調された第１の伝播光と第２の伝播光の干渉
   光を検出して光の強さをディジタル値として求めること
   と、を含み、 上記ディジタルクローズドループ方式による位相変調に
   おいて、次式によって求められる変調度誤差εによって
   位相変調度を制御するように構成されていることを特徴
   とする角速度測定方法。 但し、Ｉ〔−π／２〕、Ｉ〔＋π／２〕、Ｉ〔０〕、Ｉ
   〔π〕は上記ディジタルクローズドループ方式の位相変
   調における位相差φ_m が−π／２、＋π／２、０、＋π
   の時に検出された光の強さのディジタル値、ｋ〔−π／
   ２〕、ｋ〔＋π／２〕は上記ディジタルクローズドルー
   プ方式の位相変調における位相差φ_m が−π／２、＋π
   ／２の時のリセット係数、Ｉ_O は光の強さに関係する係
   数。
10. 【請求項１０】 請求項９記載の角速度測定方法におい
    て、上記ディジタルクローズドループ方式の位相変調に
    おいて、上記干渉光の光の強さを指示する信号Ｉ _P は次
    の式によって表される位相差ｘを含み、 ｘ＝Δθ＋φ φ：上記位相変調によって生成される位相差 Δθ：角速度によって発生する位相差 上記位相差φは φ＝φ_S ＋φ_m 〔ｎ〕＋２πｋ〔ｎ〕 φ_S ：ディジタルフェーズランプ位相差 φ_m 〔ｎ〕：ディジタルデモジュレーション位相差 ｋ〔ｎ〕：リセット係数（整数） によって表され、 Ｉ〔−π／２〕−Ｉ〔＋π／２〕＝０ となるように、上記位相差φが生成されることを特徴と
    する角速度測定方法。
11. 【請求項１１】 請求項１０記載の角速度測定方法にお
    いて、上記ディジタルクローズドループ方式の位相変調
    における位相差φ_m は１周期に−π／２、＋π／２、
    ０、＋π、−πの値をとる矩形波形であることを特徴と
    する角速度測定方法。
12. 【請求項１２】 請求項１１記載の角速度測定方法にお
    いて、上記位相差φ_m は１周期に少なくとも１回ずつの
    ＋π、０、−πの値をとり、それら以外は−π／２、＋
    π／２の値を交互にとる矩形波形であることを特徴とす
    る角速度測定方法。
13. 【請求項１３】 請求項１２記載の角速度測定方法にお
    いて、 ΔＩ＝２Ｉ_O −（Ｉ〔０〕−Ｉ〔π〕） によって入力ゲイン誤差ΔＩを求め、該入力ゲイン誤差
    ΔＩによって入力ゲインを制御するように構成されてい
    ることを特徴とする角速度測定方法。