JPH07190786A - リング共振ジャイロ - Google Patents
リング共振ジャイロInfo
- Publication number
- JPH07190786A JPH07190786A JP5331546A JP33154693A JPH07190786A JP H07190786 A JPH07190786 A JP H07190786A JP 5331546 A JP5331546 A JP 5331546A JP 33154693 A JP33154693 A JP 33154693A JP H07190786 A JPH07190786 A JP H07190786A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 回路規模を小さくする。
【構成】 リング共振器１８からの右回り光、左回り光
を受光器１９，２１で電気信号に変換し、これら電気信
号を、光周波数変調器１２の変調周波数ｆm の２ n （ｎ
整数）で標本化してデジタル信号にＡ／Ｄ変換器３８，
３９で行う。そのデジタル信号の各１／ｆm の期間の時
系列データを、配列変換ＲＯＭで順番を入替えて、ワン
チップマイコン４４でバタフライ演算を繰り返して高速
フーリエ変換する。その右、左回り光のｆm 成分から
右、左回り光の位相差を演算し、かつ２ｆm 成分の余弦
項が共に負の範囲にあるように変調器１２を帰還制御す
る。
を受光器１９，２１で電気信号に変換し、これら電気信
号を、光周波数変調器１２の変調周波数ｆm の２ n （ｎ
整数）で標本化してデジタル信号にＡ／Ｄ変換器３８，
３９で行う。そのデジタル信号の各１／ｆm の期間の時
系列データを、配列変換ＲＯＭで順番を入替えて、ワン
チップマイコン４４でバタフライ演算を繰り返して高速
フーリエ変換する。その右、左回り光のｆm 成分から
右、左回り光の位相差を演算し、かつ２ｆm 成分の余弦
項が共に負の範囲にあるように変調器１２を帰還制御す
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は変調信号により周波数
変調した光をリング共振器に右回り光、左回り光として
入射し、このリング共振器から出射された右回り光と左
回り光とをそれぞれ電気信号に変換し、これら電気信号
から右回り光と左回り光との位相差を求めて、リング共
振器にその軸心回りに印加される角速度を検出するリン
グ共振ジャイロに関する。
変調した光をリング共振器に右回り光、左回り光として
入射し、このリング共振器から出射された右回り光と左
回り光とをそれぞれ電気信号に変換し、これら電気信号
から右回り光と左回り光との位相差を求めて、リング共
振器にその軸心回りに印加される角速度を検出するリン
グ共振ジャイロに関する。
【０００２】
【従来の技術】図６に従来のリング共振ジャイロを示
す。半導体レーザのような光源１１からの可干渉性光
（単色光）が光周波数変調器１２に入射され、周波数ｆ
m の正弦波変調信号により周波数変調される。この変調
信号は例えば正弦波発振器１３からの周波数２ｆm の正
弦波信号が分周回路１４で周波数が２分の１に分周され
て光周波数変調器１２へ印加される。周波数変調された
光は分配手段１５で２分の１に分けられて、それぞれ光
方向性結合器１６，１７を介してガラスまたは光学結晶
のリング状光導波路よりなるリング共振器１８に右回り
光、左回り光として入射される。
す。半導体レーザのような光源１１からの可干渉性光
（単色光）が光周波数変調器１２に入射され、周波数ｆ
m の正弦波変調信号により周波数変調される。この変調
信号は例えば正弦波発振器１３からの周波数２ｆm の正
弦波信号が分周回路１４で周波数が２分の１に分周され
て光周波数変調器１２へ印加される。周波数変調された
光は分配手段１５で２分の１に分けられて、それぞれ光
方向性結合器１６，１７を介してガラスまたは光学結晶
のリング状光導波路よりなるリング共振器１８に右回り
光、左回り光として入射される。
【０００３】リング共振器１８内をそれぞれ周回した右
回り光、左回り光の各一部はそれぞれ光方向性結合器１
６，１７より導出されて受光器１９，２１に到達して、
それぞれ電気信号に変換される。受光器１９，２１の各
出力はそれぞれ同期検波回路２２，２３で周波数ｆm の
変調信号で同期検波され、その各検波出力はそれぞれ低
域通過フィルタ２４，２５を通されて位相差検出回路２
６へ供給される。また受光器１９，２１の各出力はそれ
ぞれ変調信号の２倍の周波数２ｆm の信号により、同期
検波回路２７，２８で同期検波され、その各検波出力は
それぞれ低域通過フィルタ２９，３１を通して位相差検
出回路２６へ供給される。位相差検出回路２６では右回
り光、左回り光の各電気信号に対する変調信号の同期検
波出力の差が求められ、その差出力に対して、２倍周波
の同期検波出力にて補正され、正か負かに応じて、右回
り光と左回り光との位相差と対応した信号、つまりリン
グ共振器１８に、その軸心回りに印加される角速度と対
応した信号が得られる。
回り光、左回り光の各一部はそれぞれ光方向性結合器１
６，１７より導出されて受光器１９，２１に到達して、
それぞれ電気信号に変換される。受光器１９，２１の各
出力はそれぞれ同期検波回路２２，２３で周波数ｆm の
変調信号で同期検波され、その各検波出力はそれぞれ低
域通過フィルタ２４，２５を通されて位相差検出回路２
６へ供給される。また受光器１９，２１の各出力はそれ
ぞれ変調信号の２倍の周波数２ｆm の信号により、同期
検波回路２７，２８で同期検波され、その各検波出力は
それぞれ低域通過フィルタ２９，３１を通して位相差検
出回路２６へ供給される。位相差検出回路２６では右回
り光、左回り光の各電気信号に対する変調信号の同期検
波出力の差が求められ、その差出力に対して、２倍周波
の同期検波出力にて補正され、正か負かに応じて、右回
り光と左回り光との位相差と対応した信号、つまりリン
グ共振器１８に、その軸心回りに印加される角速度と対
応した信号が得られる。
【０００４】一方の同期検波回路２２の出力、つまりフ
ィルタ２４の出力は分岐されて光周波数変調器１２に負
帰還され、この例では右回り光の周波数がリング共振器
１８の共振点に固定するように制御される。また同期検
波回路２７の出力が光源駆動回路３２へ供給され、その
出力により光源１１が制御されて、光源１１よりの出射
光の光量が一定になるように保持される。
ィルタ２４の出力は分岐されて光周波数変調器１２に負
帰還され、この例では右回り光の周波数がリング共振器
１８の共振点に固定するように制御される。また同期検
波回路２７の出力が光源駆動回路３２へ供給され、その
出力により光源１１が制御されて、光源１１よりの出射
光の光量が一定になるように保持される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】図５に示したように、
従来においては変調周波数ｆm の同期検波回路２２，２
３と、変調周波数の２倍の周波数の同期検波回路２７，
２８との４つの同期検波回路と、各同期検波回路の出力
側に設けられる４つの低域通過フィルタとを必要とし、
全体としての回路規模が大きくなる問題があった。
従来においては変調周波数ｆm の同期検波回路２２，２
３と、変調周波数の２倍の周波数の同期検波回路２７，
２８との４つの同期検波回路と、各同期検波回路の出力
側に設けられる４つの低域通過フィルタとを必要とし、
全体としての回路規模が大きくなる問題があった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この発明によれば、リン
グ共振器から出射される右回り光、左回り光の各変換電
気信号はそれぞれＡ／Ｄ変換手段でデジタル信号に変換
され、これら両デジタル信号はそれぞれフーリエ変換手
段により離散的フーリエ変換され、これらの変換出力中
の各変調周波数成分から右回り光と左回り光との位相差
が演算される。
グ共振器から出射される右回り光、左回り光の各変換電
気信号はそれぞれＡ／Ｄ変換手段でデジタル信号に変換
され、これら両デジタル信号はそれぞれフーリエ変換手
段により離散的フーリエ変換され、これらの変換出力中
の各変調周波数成分から右回り光と左回り光との位相差
が演算される。
【０００７】
【実施例】図１にこの発明の実施例を示し、図６と対応
する部分に同一符号を付けてある。光源１１からの光は
光周波数変調器１２で変調信号発生器３５から周波数ｆ
mの正弦波信号により周波数変調される。リング共振器
１８から出射され、それぞれ受光器１９，２１で電気信
号とされた右回り光と、左回り光の各信号はそれぞれ必
要に応じて２ｆm 以下の周波数を通過させる低域通過フ
ィルタ３６，３７を通じてＡ／Ｄ変換器３８，３９へ供
給され、それぞれデジタル信号に変換される。この変換
標本化周波数は、変調周波数ｆm の整数Ｎ＝２n 倍、例
えば１６倍とされる。
する部分に同一符号を付けてある。光源１１からの光は
光周波数変調器１２で変調信号発生器３５から周波数ｆ
mの正弦波信号により周波数変調される。リング共振器
１８から出射され、それぞれ受光器１９，２１で電気信
号とされた右回り光と、左回り光の各信号はそれぞれ必
要に応じて２ｆm 以下の周波数を通過させる低域通過フ
ィルタ３６，３７を通じてＡ／Ｄ変換器３８，３９へ供
給され、それぞれデジタル信号に変換される。この変換
標本化周波数は、変調周波数ｆm の整数Ｎ＝２n 倍、例
えば１６倍とされる。
【０００８】これらＡ／Ｄ変換器３８，３９の各出力デ
ジタル信号はそれぞれメモリ４１，４２に一時記憶され
た後、離散的フーリエ変換手段４３へ供給されて、それ
ぞれ離散的フーリエ変換される。この例ではチップ形マ
イクロコンピュータ４４において、高速フーリエ変換
（ＦＦＴ）をプログラムの実行により行うようにした場
合である。このためメモリ４１，４２の記憶デジタル信
号の時系列データはそれぞれ変調信号の１周期分ずつ、
つまり２n 個ずつ読み出され、それぞれ配列変換ＲＯＭ
４５を参照して、その１周期内の時系列データの配列順
が変換される。この変換の様子はＮ＝１６の場合を例と
して図２Ａに示すように、入力された配列の順０〜Ｆを
２進数で表示した時、その下位桁が上位桁となるように
順を入れ替えて得られる２進数の値の順に配列順が並べ
替えられる。
ジタル信号はそれぞれメモリ４１，４２に一時記憶され
た後、離散的フーリエ変換手段４３へ供給されて、それ
ぞれ離散的フーリエ変換される。この例ではチップ形マ
イクロコンピュータ４４において、高速フーリエ変換
（ＦＦＴ）をプログラムの実行により行うようにした場
合である。このためメモリ４１，４２の記憶デジタル信
号の時系列データはそれぞれ変調信号の１周期分ずつ、
つまり２n 個ずつ読み出され、それぞれ配列変換ＲＯＭ
４５を参照して、その１周期内の時系列データの配列順
が変換される。この変換の様子はＮ＝１６の場合を例と
して図２Ａに示すように、入力された配列の順０〜Ｆを
２進数で表示した時、その下位桁が上位桁となるように
順を入れ替えて得られる２進数の値の順に配列順が並べ
替えられる。
【０００９】このように配列変換されたデータ（変換前
のデータｘ（０）〜ｘ（Ｆ））が図３に示すように、そ
の入力順に各２つのデータを組として、いわゆるバタフ
ライ演算がｎ段縦続的行われる。図において、○内にＷ
i を記した記号は、その入力データに離散正弦波を乗算
することを示し、−１は反転を示す。バタフライ演算
は、例えば図２Ｂに示すように二つの入力データｘ
（ａ），ｘ（ｂ）に対し、ｘ（ａ）に、ｘ（ｂ）Ｗi を
加算した出力と、ｘ（ａ）からｘ（ｂ）Ｗi を減算した
出力を得るものであり、Ｗi は次式で与えられる。
のデータｘ（０）〜ｘ（Ｆ））が図３に示すように、そ
の入力順に各２つのデータを組として、いわゆるバタフ
ライ演算がｎ段縦続的行われる。図において、○内にＷ
i を記した記号は、その入力データに離散正弦波を乗算
することを示し、−１は反転を示す。バタフライ演算
は、例えば図２Ｂに示すように二つの入力データｘ
（ａ），ｘ（ｂ）に対し、ｘ（ａ）に、ｘ（ｂ）Ｗi を
加算した出力と、ｘ（ａ）からｘ（ｂ）Ｗi を減算した
出力を得るものであり、Ｗi は次式で与えられる。
【００１０】 Ｗi ＝ cos（２πｉ／Ｎ）−ｊ sin（２πｉ／Ｎ） ｉ＝ｋ・２n-p ，Ｎ＝２n ，ｐ：段数、ｐ≦ｎ，ｋ：離
散正弦波被乗項、ｋ＝０，１，２，…，Ｎ／２ この発明では図３に示すようにして得られたＦＦＴ演算
の結果のうち、変調周波数ｆm の成分Ｃ（１）＋ｊＳ
（１）と、２倍の変調周波数２ｆm の成分Ｃ（２）＋ｊ
Ｓ（２）とが用いられる。従って、図３に示した演算中
の、これらの両成分を得るに必要なものだけ、つまり図
４に示す演算のみが行列演算が可能なマイクロコンピュ
ータ４４によりプログラムで実行される。
散正弦波被乗項、ｋ＝０，１，２，…，Ｎ／２ この発明では図３に示すようにして得られたＦＦＴ演算
の結果のうち、変調周波数ｆm の成分Ｃ（１）＋ｊＳ
（１）と、２倍の変調周波数２ｆm の成分Ｃ（２）＋ｊ
Ｓ（２）とが用いられる。従って、図３に示した演算中
の、これらの両成分を得るに必要なものだけ、つまり図
４に示す演算のみが行列演算が可能なマイクロコンピュ
ータ４４によりプログラムで実行される。
【００１１】出射された右回り光、左回り光の各電気信
号について、それぞれＦＦＴ演算手段４６，４７でＦＦ
Ｔ演算が行われ、右回り光についてＣR （１），Ｓ
R （１），ＣR （２），ＳR （２）を得、左回り光につ
いてＣL （１），ＳL （１），Ｃ L （２），ＳL （２）
を得る。これらのうちｆm の成分の項を用いて位相差演
算手段４８で次式が演算される。
号について、それぞれＦＦＴ演算手段４６，４７でＦＦ
Ｔ演算が行われ、右回り光についてＣR （１），Ｓ
R （１），ＣR （２），ＳR （２）を得、左回り光につ
いてＣL （１），ＳL （１），Ｃ L （２），ＳL （２）
を得る。これらのうちｆm の成分の項を用いて位相差演
算手段４８で次式が演算される。
【００１２】 ＸR ＝Ｓym〔ＳR （１）〕√（ＣR （１）2 ＋ＳR （１）2 ） ＸL ＝Ｓym〔ＳL （１）〕√（ＣL （１）2 ＋ＳL （１）2 ） Ｓym〔ＳR （１）〕，Ｓym〔ＳL （１）〕はそれぞれＳ
R （１），ＳL （１）の符号を示す。更にθS ＝（ＸR
−ＸL ）／Ａを演算する（Ａは定数）。ところで右回り
光、左回り光の何れについても共振点からの位相ずれ
は、変調周波数ｆm の成分の実部Ｃ（１）については図
５の曲線５１に示すように変化し、虚部Ｓ（１）につい
ては曲線５２に示すように変化し、２ｆm 成分の実部Ｃ
（２）についても曲線５３のように変化し、虚部Ｓ
（２）についてはほゞゼロのまゝである。曲線５１，５
２は、曲線５３が負の範囲では位相ずれがゼロから生じ
るに従って直線的に変化している。
R （１），ＳL （１）の符号を示す。更にθS ＝（ＸR
−ＸL ）／Ａを演算する（Ａは定数）。ところで右回り
光、左回り光の何れについても共振点からの位相ずれ
は、変調周波数ｆm の成分の実部Ｃ（１）については図
５の曲線５１に示すように変化し、虚部Ｓ（１）につい
ては曲線５２に示すように変化し、２ｆm 成分の実部Ｃ
（２）についても曲線５３のように変化し、虚部Ｓ
（２）についてはほゞゼロのまゝである。曲線５１，５
２は、曲線５３が負の範囲では位相ずれがゼロから生じ
るに従って直線的に変化している。
【００１３】従って検出されたＣR （２）とＣL （２）
とが共に負であるように、光周波数変調器１２を、マイ
クロコンピュータ４４から帰還制御する。この状態にお
けるθS は右回り光と左回り光との位相差であり、つま
りリング共振器１８に印加された角速度に対応したもの
である。なお、上述においてフィルタ３６，３７は省略
してもよい。
とが共に負であるように、光周波数変調器１２を、マイ
クロコンピュータ４４から帰還制御する。この状態にお
けるθS は右回り光と左回り光との位相差であり、つま
りリング共振器１８に印加された角速度に対応したもの
である。なお、上述においてフィルタ３６，３７は省略
してもよい。
【００１４】
【発明の効果】以上述べたようにこの発明によれば右回
り光、左回り光の各変換された電気信号を、離散的フー
リエ変換してその変調周波数成分から右回り光と左回り
光との位相差を演算しているため、前記フーリエ変換、
位相差演算などをワンチップマイクロコンピュータで構
成することができ、従来において右回り光、左回り光の
それぞれについて、変調周波数と、その２倍周波数との
同期検波回路を設け、つまり４つの検波系列を設ける場
合と比較してハードウエア規模を著しく小さくすること
が可能である。
り光、左回り光の各変換された電気信号を、離散的フー
リエ変換してその変調周波数成分から右回り光と左回り
光との位相差を演算しているため、前記フーリエ変換、
位相差演算などをワンチップマイクロコンピュータで構
成することができ、従来において右回り光、左回り光の
それぞれについて、変調周波数と、その２倍周波数との
同期検波回路を設け、つまり４つの検波系列を設ける場
合と比較してハードウエア規模を著しく小さくすること
が可能である。
【００１５】しかもフーリエ変換により周波数成分を検
出しているため、同期性が重要視されることなく、一方
の光の基準化と光量の一定化の必要もなく、光の位相制
御も共振点から大きくずれた時だけ、つまりＣ
R （２），ＣL （２）が負の範囲から外れないように粗
い制御でよい。
出しているため、同期性が重要視されることなく、一方
の光の基準化と光量の一定化の必要もなく、光の位相制
御も共振点から大きくずれた時だけ、つまりＣ
R （２），ＣL （２）が負の範囲から外れないように粗
い制御でよい。
【図１】この発明の実施例を示すブロック図。
【図２】Ａは配列変換ＲＯＭ４５の変換例を示す図、Ｂ
はバタフライ演算を示す図である。
はバタフライ演算を示す図である。
【図３】Ｎ＝１６の高速フーリエ変換におけるバタフラ
イ演算の全体を示す図。
イ演算の全体を示す図。
【図４】図３中のこの発明に必要な演算部分を示す図。
【図５】変調周波数成分の正弦項、余弦項、２倍の変調
周波数の正弦項、余弦項の各共振点からの位相ずれに対
する特性を示す図。
周波数の正弦項、余弦項の各共振点からの位相ずれに対
する特性を示す図。
【図６】従来のリング共振ジャイロを示すブロック図。
Claims (1)
- 【請求項１】 光を変調信号で周波数変調し、その変調
された光をリング共振器へ右回り光、左回り光として入
射し、上記リング共振器から出射される上記右回り光、
左回り光をそれぞれ第１，第２受光器で電気信号に変換
し、これら電気信号から上記右回り光と左回り光との位
相差を求めて上記リング共振器に、その軸心回りに印加
される角速度を検出するリング共振ジャイロにおいて、 上記第１，第２受光器より各電気信号をそれぞれデジタ
ル信号に変換するＡ／Ｄ変換手段と、 これら変換された第１，第２デジタル信号を離散的フー
リエ変換する手段と、 上記離散的フーリエ変換された信号中の、上記変調信号
と同一周波数成分から上記右回り光と左回り光との位相
差を演算する手段と、 を具備することを特徴とするリング共振ジャイロ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5331546A JPH07190786A (ja) | 1993-12-27 | 1993-12-27 | リング共振ジャイロ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5331546A JPH07190786A (ja) | 1993-12-27 | 1993-12-27 | リング共振ジャイロ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07190786A true JPH07190786A (ja) | 1995-07-28 |
Family
ID=18244881
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5331546A Pending JPH07190786A (ja) | 1993-12-27 | 1993-12-27 | リング共振ジャイロ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07190786A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010271308A (ja) * | 2009-05-14 | 2010-12-02 | Honeywell Internatl Inc | 小型共振器光ファイバージャイロスコープ |
| JP2013221938A (ja) * | 2012-04-12 | 2013-10-28 | Honeywell Internatl Inc | レーザ周波数コムを用いた共振器光ファイバジャイロスコープ |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03107713A (ja) * | 1989-09-21 | 1991-05-08 | Kubota Corp | 位相変調方式の光ファイバジャイロ |
| JPH0534164A (ja) * | 1991-07-26 | 1993-02-09 | Japan Aviation Electron Ind Ltd | 光ジヤイロスコープの光リング共振器 |
-
1993
- 1993-12-27 JP JP5331546A patent/JPH07190786A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03107713A (ja) * | 1989-09-21 | 1991-05-08 | Kubota Corp | 位相変調方式の光ファイバジャイロ |
| JPH0534164A (ja) * | 1991-07-26 | 1993-02-09 | Japan Aviation Electron Ind Ltd | 光ジヤイロスコープの光リング共振器 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010271308A (ja) * | 2009-05-14 | 2010-12-02 | Honeywell Internatl Inc | 小型共振器光ファイバージャイロスコープ |
| JP2013221938A (ja) * | 2012-04-12 | 2013-10-28 | Honeywell Internatl Inc | レーザ周波数コムを用いた共振器光ファイバジャイロスコープ |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 19970624 |