JPH07509316A - 光ファイバ巻線のトリミング - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 光フアイバ巻線のトリミング 本発明の分野 本発明は、光フアイバコイル、特に回転センサに使用される光ファイ／イコイル に関する。

本発明の背景 政府は、ＤＡＲＰＡによって授与された契約第Ｎ６６００　ｌ−９０−Ｃ−０１ ６２に従って本発明に所有権を有する。

本発明は、高度グローバルボジンｌニング・慣性誘導システムのために使用され る回転センサに関する。

光回転検知装置は、リングレーザジャイロ、光ファイＩイ回転センサ等を含んで いる。この先ファイバ回転センサは、光源、ビームスプリッタ、検出器、及び回 転ブラットホームに取り付けられている光路を含む干渉計を通常備えている。光 源からの光は、ビームスプリッタで２つのビームに分割される。この２つのビー ムは、光路の両端に向けられ、次にその光路を互いに反対方向に伝搬する。光ビ ームが光路を出て行くとき、このビームは再結合され、その結果得られた再結合 ビームが検出器で検知される。検出器に接続される検知回路は、反対方向に伝搬 する光ビーム間の位相差を決定する。

この先ファイバ回転センサが、いかなる回転も感じないと仮定すると、理想的に は反対方向に伝搬する光ビーム間の位相差は検出されないだろう。これに反して 、もしセンサが回転を感じるならば、回転の範囲及び方向を指示するためζこ検 出される反対方向に伝搬する先ビーム間に位相差があるだろう。

光回転セッサでは、光ファイバは、通常スプールの周りに多層に巻き付けられて いる。各層は、多数の巻回を含んでいる。現在は、このようなコイルは、一般に 四重極のように巻かれる。四重極のコイルを形成するために、各々の連続してい る先ファイバの半分はそれぞれの中間スプール上に最初に巻かれる。次に、第ｌ のスプールは、センサスプールの周りに時計方向に巻回の第１の層を巻くために 使用される。この第１の層は、センサスプールの箪１の端部から第２の端部にセ ンサスプールの周りに巻かれている。次に、第２のスプールは、センサスプール の周りに反時計方向に巻回の第２の層を巻くために使用される。この第２の層は 、セッサスプールの第１の端部から第２の端部ヘセンサスプールの周りに巻かれ る。次に、第２のスプール上のファイバは、第３の層を形成するためにセンサス プールの東２の端部から第１の端部に巻き戻される。次に、第１のスプールは、 センサスプールの第２の端部から第Ｘの端部に第４の層を巻くために使用される 。

したがって、光ファイバの一方の半分（すなわち、一方の端部）の一部は、巻回 の第１及び第４の層を形成するために使用され、他方の半分（すなわち、他方の 端部）の一部は、巻回の第２及び第３の層を形成するために使用される。これら の４つの層は、通常、四重極と称される。もし“＋”及び“−”は、先ファイバ の箪ｌ及び第２の半分、すなわち第１及び第２の端部をそれぞれ指示するために 使用されるならば、この四重極は、＋−−十層によって巻かれる。四重極は、光 路のために望まれるのように多数の層に対して繰り返される。したがって、第２ の四重極は、第１の四重極の周りに＋−−十層によって巻かれるので、その結果 得られる２つの四重極の配置は、＋−−＋＋−−十層構成を有する。

この方法で巻かれる先ファイバコイルが、軸方向及び／又は半径方向の時変温度 勾配の影響下に置かれるとき、反対方向に伝搬する光ビーム間に誤った回転指示 を引き起こす位相差が生じる。すなわち、この位相差は誤差である。軸方向及び ／又は半径方向の時変温度勾配以外の原因が、誤った回転指示を引き起こす誤差 を生じ得る。例えば、もしコイルの層が軸方向及び／又は半径方向に不一致であ るように巻かれ、かつもし層が、このような時変温度勾配のような変化する環境 状態の影響下に置かれるならば、その結果、誤差が生じる。したがって、本発明 は、軸方向及び／又は半径方向の時変温度勾配によって生じる誤差に関して説明 されているけれども、本発明は、その上に他の軸方向及び／又は半径方向の誘導 から生じる誤差をおおむね減少する際に有用である。したがって、軸方向及び／ 又は半径方向の誘導から生じる誤差は、ここでは軸方向及び／又は半径方向の誤 差と称される。

本発明の要約 このような誤差は、本発明によっておおむね減少され得る。したがって、本発明 の一つの態様では、光フアイバコイルは、その各層が光ファイバが巻かれた巻回 を複数含む複数の層を含んでいる。この光フアイバコイルは、さらに、光ファイ バを通って反対方向に伝搬する光の位相間の誤差が減少されるように配置された 光ファイバの少なくとも一つの端部からなるトリミング長を含んでいる。

本発明の他の態様に依れば、光フアイバ装置は、層の各々が第１及び第２の端部 を有する光ファイバが巻かれており、少なくとも幾つかの層が四重極を形成する コイルに形成される複数の層から形成される。この四重極は、＊１の層が光ファ イバの第１の端部が主として巻かれており、第２の層が光ファイバの第２の端部 が主として巻かれており、第３の層が光ファイバの第２の端部が主として巻かれ ており、そして第４の層が光ファイバの第１の端部が主として巻かれている第１ ＋策２、第３及び第４の層を含んでいる。光ファイバの第１の端部の第１のトリ ミング長及び光ファイバの箪２の端部の第２のトリミング長は、このファイバを 通って反対方向に伝搬する光の位相間の誤差が減少されるように配置される。

本発明の他の態様に依れば、光フアイバフィルを巻く方法は、次のステップ、す なわち光ファイバの第１の端部を巻回して第１の層を巻くステップと、先ファイ バの第２の端部を巻回して策２の層を巻くステップと、先ファイバの第２の端部 を巻回して第３の層を巻くステップと、先ファイバの第１の端部を巻回して第４ の層を巻くステップと、光ファイバの第１の端部の第１のトリミング長及び光フ ァイバの第２の端部の第２のトリミング長を形成するステップとを含み、第２の 層は第１の層の周りに巻かれ、第３の層は第２の層の周りに巻かれ、第４の層は 第３の層の周りに巻かれ、第１及び箪２のトリミング長は互いに空間的に変位さ れ、かつファイバを通って反対方向に伝搬する光位相間の誤差が減少されるよう に配置されている。

策ｌのトリミング長は第１のトリミング巻回になるように巻かれ、第２のトリミ ング長は第２のトリミング巻回になるように巻かれる。第１及び第２のトリミン グ巻回は複数の層に近接し、軸方向の誤差を減少するために複数の層に対して軸 方向に互いに空間的にオフセットされる。第１のトリミング長は、第３のトリミ ング巻回になるように巻かれ、第２のトリミング長は、第４のトリミング巻回に なるように巻かれている。第３及び第４のトリミング巻回は、複数の層に近接し 、半径方向の誤差を減少するために複数の層に対して放射方向に互いに空間的に オフセットされる。

図面の簡単な説明 これらの及び他の機能及び利点は、図面に関連して考察されるとき本発明の詳細 な考察からより明らかになる。

図１は、従来の光フアイバコイル配置を示している。

図２は、＋−−＋＋−−十巻線構成で巻かれている２つの四ｆ！極に関して軸方 向の誤差をおおむね除去するためにファイバ端部のトリミング長を使用する配置 を示している。

図３は、逆四重極（すなわち八重極）光フアイバコイル配置を示している。

図４は、＋−−＋−＋＋−巻線構成で巻かれている２つの四重極に関して軸方向 の誤差をおおむね除去するためにファイバ端部のトリミング長を使用する配置を 示している。

図５は、軸方向及び半径方向の誤差をおおむね除去する１６層の逆へ重極装置を 示している。

図６は、１６層の逆へ重極装置のゼロネット半径方向の時変温度勾配に依存する 誤差を示す表を示している。

図７は、逆四重極装置又は逆へ重極装置のいずれかのゼロの正味の半径方向の時 変温度勾配に依存するオフセットを示す表を示している。

図８は１本発明によるコイルを巻く際に有用である光ファイバを示している。

図９は、単一の四重極に関して軸方向の誤差をおおむね除去するためにファイバ 端部のトリミング長を使用する配置を示している。

図１０は、単一の四重極に関して半径方向の誤差をおおむね除去するためにファ イバ端部のトリミング長を使用する配置を示している。

図１１は、単一の四重極に関して軸方向及び半径方向の誤差をおおむね除去する ためにファイバ端部のトリミング長を使用する配置を示している。

図１２は、図１１に示された配置と同様であるが、トリミング巻回の幾つかが最 少フィル構成を生じるために除去されるが、一方間時に軸方向及び／又は半径方 向の誤差をおおむね除去する配置を示している。

詳細な説明 図１に示されているように、典型的な四重極の光フアイバフィル２０は、図８に 示されている光ファイバのような連続した光ファイバの端部を使用して巻かれる 。したがって、層】は、第１の端部Ｃを使用してファイバＥの中間Ａ／Ｂの近く から時計回りに巻かれる。層ｌは、図１で観察されるように上向きの方向に巻か れている。すなわち、この層の各巻回は、その前の巻回の上に形成される。層ｌ の所望の巻回数が巻かれるとき、層２は、第２の端部りを使用してファイバＥの 中間Ａ／Ｂの近くから反時計回りに巻かれる。層２は、図！で観察されるように 上向きの方向に巻かれている。コイル２０の端部３１で、第２の端部りの反時計 回りの巻線は、層３を巻くために下向きの方向に続いている。第１の端部Ｃは、 ループ２１によって層４にブリッジを架けられ、層４は、下向きの方向に時計回 りに巻かれる。層５は、第１の端部Ｃを使用して時計方向に上向きに巻かれる。

ファイバＥの第２の端部りは、ループ２５によって層３から層６にブリッジを架 けられ、層６及び７は、矢印の方向に反時計方向に巻かれる。ファイバＥの第１ の端部Ｃは、ループ２６によって層５から層８にブリフジを架けられ、層８は、 コイル２０の端部３１から端部３２に矢印の方向に時計方向に巻かれる。図１で 観察され得るように、′×”を有する巻回は１時計方向又は反時計方向の方向の 一方に巻かれているファイバの第１の端部Ｃを指示する。′×”を有しない巻回 は、時計方向又は反時計方向の方向の他方に巻かれているファイバの第２の端部 りを指示する。これら層は、便宜上、ファイバのどの端部が層を巻くために使用 されるかを、並びに巻線の相対方向を指示するために２２で“＋”及び“−”記 号で指示されている。層１〜４は、第１の四重極を形成し、層５〜８は、第２の 四重極を形成する。図１に示されているように、２つの四重極は同一の＋−−＋ 巻線構成を宵している。

図８の矢印が示すように、層１及び２は、ファイバの中間Ａ／Ｂの近くで始まり 、図８の矢印の方向に中間Ａ／Ｂから末端２４及び２３の方へそれぞれ進む。

ファイバの第２の端部りの末端２３は、コイル２０の外へ導かれ、ファイバの第 １の端部Ｃの末端２４はまた、コイル２０の外へ導かれる。光ファイバＥによっ て提供される経路に沿って反対方向に伝搬するために使用される２つの光ビーム は、それぞれの末端２３及び２４に導入される。末端２３に導入される一方の光 ビームは、末端２４を出て行くために層７．６．３．２．１．４．５及び８を通 って′ｇｆｆｉと伝搬する。末端２４に導入される他方の光ビームは、末端２３ を出て行くために層８．５．４．１．２．３．６及び７を通って整然として伝搬 する。

出できた光ビームは、再結合され、位相を比較するために検出器によって検知さ れる。

図１の右側から観察されるように、光フアイバコイルが四重極に巻かれているの で、”＋”及び“−”層は、軸方向の距１１１１２７だけオフセットされる。巻 線処理の結果として、この軸方向の距離は、示されるように１フアイバ直径、フ ァイバ直径の一部、又は数ファイバ直径であり得る。この軸方向の空間オフセッ トのために、軸方向の時変熱勾配が光フアイバコイルに加わるならば、“＋“層 の巻回は、“−”層の対応する巻回よりもわずかに異なる温度変化率を観察する 。すなわち、層ｌの巻回１は、層２の巻回ｌから量２７だけオフセットされ、層 １の巻回２は、層２の巻回２から置２７だけオフセントされる等々。コイルの“ −”半分はフィルの“＋”半分から空間的にオフセットされるために、コイルの “＋”及び“−”半分の対応する巻回を通って進行する反対方向に伝搬する光ビ ームによって感じられるわずかに異なる温度変化率がある。（コイル２０のコイ ルの半分は、（１）時計方向の方向に巻かれる“＋”巻回の全てあり、（２）反 時計方向の方向に巻かれる“−″巻回の全てである。）したがって、反対方向に 伝搬する光ビームは、先ビーム間に位相差を生じる異なる経路長を通って進行す る。

この位相差は、それが回転センサの回転に関連されないためここでは誤差と定義 される。

時変温度勾配は下記の式によって与尤られ得る。

ここで、△Ｔ３１／△ｔは、コイルの端部３１における温度変化率であり、△Ｔ ３２／△ｔは、フィルの端部３２における温度変化率であり、△Ｔ　ａｘ／△ｔ １１、コイルの２つの端部における温度変化率の軸方向の差である。（距離２７ によって分離される）′＋７及び“−”層の対応する巻回間の温度変化率の差ｄ は、層の巻回によって割り算される。この差ｄはきわめて小さいけれども、この 小さい差の効果は、全コイルの半分の至る所に累積し、比較的大きくなる。全フ ィルの至る所のこの効果の累積は、比較的大きい回転の誤った指示を生じる反対 方向に伝搬するビーム間に位相差を発生する。

この軸方向の時変温度勾配に依存する誤差を減少させる一つの方法は、ファイバ の第１及び第２の端部のトリミング長を互いに軸方向に変位させることである。

例えば、図２に示されるように、層８がファイバの“＋”端部で巻かれた後、フ ァイバの“十″′端部の第１のトリミング長は、トリミング巻回３５によってコ イル２０の外側に巻かれる。同様に、ファイバの“−”端部の第２のトリミング 長は、トリミング巻回３６によって外側の周辺に巻かれる。トリミング巻回３５ 及び３６は半径方向でなく軸方向に互いに変位されている。トリミング巻回３５ 及び３６並びにトリミング巻回３５と３６間の変位量は、コイル２０によって感 じられる軸方向の時変温度勾配から生じる誤差を最少するように選択される。光 ビームは、静止した安定したプラットホームに取り付けられたコイル２０に対し て末端２３及び２４へ導入され、軸方向の時変温度勾配がこのフィルに加えられ る。

末端２３及び２４を出て行く反対方向に伝搬する光ビームは、結合されて、位相 差が検出される。次に、トリミング巻回３５及び３６は、コイルの２つの半分の 空間変位に作用する軸方向の時変温度勾配から生じる誤差が最少にされるまで巻 かれる。

その代わりに、もし図３に示されるようにコイル４０が逆四重極（すなわち、八 重極）を使用して巻かれたならば、軸方向の時変温度勾配に依存する誤差は著し く減少される。すなわち、層１〜４を含む四重極は、十−一十層構成によってを かれ、それに対して層５〜８を含む第２の四重極は一＋十一層構成によって巻か れる。特に、ファイバＥの中間Ａ／Ｂの近くで開始する先ファイノ＜の“→−” 端部は、層ｌを巻くために使用され、”−”　ｍ部は層２及び３を巻くために使 用され、“−一″端部は、層４を巻くために使用され、′−１端部は層５を巻（ ために使用され、″＋″端部は、層６及び７を巻くために使用され、“−″端部 は層８を巻くために使用される。層！、４．６及び７は、時計方向の方向に巻か れ、層２．３．５及び８は、反時＝１方向の方向に巻かれるる。この逆四重極配 置は、ここで八重極と定義される。第１の四重極（層１〜４）の“＋７及び“− ”層に対する空間軸方向のオフセットは、第２の四重極（層５〜８）の“＋”及 び“−”層に対して逆にされる。軸方向の時変温度勾配に対する感度は、図１及 び図２に示されるフィルの“＋”及び“−”の半分に対する空間非対称が除去さ れるために、減少される。したがって、軸方向に向けられた時変温度勾配から生 じる誤差が除去はされないが、著しく減少され、多くの場合、許容可能である。

さらに、軸方向に向けられた時変温度勾配から生じる誤差がおおむね除去される 。

軸方向に向けられた時変温度勾配から生じるこの減少された誤差は、図４に示さ れたトリミング巻回４１及び４２を図３に示された八重極に付加するか又は図５ に示されるように逆へ電極対を提供するかのいずれかによっておおむね除去され る。

図５では、コイル５０は、十−一十層構成を有する層１〜４を含む四重極及び逆 １１構成、すなわち−＋十−を有する層５〜８を含む逆四重極を含んでいる。し たがって、Ｉｆｊ１〜８は、２つの逆に巻かれた四重極を含む八重極を形成する 。軸方向に依存する時変温度誤差は、層９〜１６を含む第２の逆八重極を付加す ることによっておおむね除去される。この第２の八重極は、−十千一層構成で巻 かれた１１５９〜ｊ２を含む四１に擾及び＋−−十層構成で巻かれた層１３〜１ ６を含む四！ｆｌ！！ｉを有している。

したがって、１ｉｉｌは、コイル５０の上部で開始するこの場合では、光ファイ ／（’の“↓”端部によって時計方向に巻かれる。層２及び３は、“−″端部か ら矢印の方向に反時計方向に巻かれる。第４の層は、矢印の方向にファイｔ４の “十″端部から時計方向に巻かれ、第５の層は、矢印の方向にファイ／ぐの“− ″端部から反時計方向に巻かれ、！ｉｉ６及び７は、矢印の方向にファイ、＜の “＋”端部から時計方向に巻かれる。第８及び第９の層は、矢印の方向にファイ バの“−“端部から反時計方向に巻かれる等々。八重極を逆にすることによって 、軸方向に加えられる時変ｉ＝ｉ勾配から生じる誤差がおおむね除去される。

この１６の層の逆八重極の配置は、それが単に２つの八重極層が背中合わせ、す なわち逆へ重極層であるので、同様に軸方向の時変温度勾配に依存する誤差をお おむね除去する。また、逆八重極の配置は、軸方向の対称性を改善し、かつ軸方 向の時変温度勾配に依存する誤差をおおむね除去する。

干渉測定の光フアイバジャイロ（ＩＦＯＧ）からの指示された回転速度の変動熱 勾配に依存する誤差は下記の式で記述され得る。

ここで、Ωｅ″は誤って指示されている回転速度、“ｎ″は光ファイバの屈折率 、＋Ｎ″は光ファイバの検知ループの全巻回数、′Ｌ″は光フアイバコイル長及 びビームスプリッタと光フアイバコイル間の光り一ド線長を含む光ファイバの検 知ループの全長、“△ｎ／△Ｔ”は“ｎ″の熱係数、“ビは光ファイバの検知ル ープに沿っての可変指示位置及び”△Ｔ（１）／△ｔ”は先ファイバの検知ルー プ長に関する温度変化率を記述する関数である。式く２）を層毎の総和に変換し 、光フアイバコイルをビームスプリッタに結合する一般に短い先ファイバのリー ド線を無視することにより下記の式を得る。

“ｆ−は可変指示層数、ｍ”は光フアイバコイルの層数、”ＩＨＩ）”は先ファ イバコイルの開始から層“１″のはじまりまでの長さ、１２（Ｉ）″は光フアイ バコイルの開始から層″１″の終わりまでの長さ、及び“△Ｔ（１）／△ｔ″は 層“１の温度変化率を記述する関数である。係数”ＩＩ（１）”及び“＋２（ｌ どは、下記の式によって与えられ得る。

及び （これらの式は、各層のファイバの等しい長さを定義していることが注目される 。

実際、これは、十分正確な仮定で、本発明の利点をより確かに示している。）式 （３）の積分を実行すると、下記の式を得る。

式（６）の総和記号の後の第１の係数は、層の関数として変化する温度を記述し 、式（６）の第２の括弧に入った係数は、コイルの開始からのその位置に依存す る各層に与えられる重み係数を記述する。

図６に示された表は、式（６）の例を与え、したがって図５に示された装置のよ うな１６の層装置の軸方向の時変温度勾配の効果に関する相殺効果の例を与えて いる。図６は、最初の番号の列に沿って、コイル内の各層のファイバ長に沿った の位置を概略的に示している。図６に示されている層は、図５に示されている層 番号と異なる層番号を割り当てられたことが注目されるべきである。図６の層番 号は、それを通って伝搬する光ビームの一つだけが観察されるようにファイバ長 に沿っての各層の位置を示している。したがって、図６に示されている層１は図 ５に示されている最も外側の層１６に対応し、図６に示されている層１６は、図 ５に示されている次に最も外側の層１５に対応する等々。

図６の第１の番号列は、−＋＋−＋−＋＋−−＋−＋＋−構成で巻かれている１ ６のコイルの層のための層番号を含んでいる。第２列は、ファイバの中間点Ａ／ ’Ｂからそのそれぞれの層のファイバの中間点までのファイバ長に依存する重み 係数を含み、かつファイバのどの端部がその対応する層を巻くために使用される かに対応する極性を有する。箪３列は、温度に依存する係数、すなわち、軸方向 に加えられる時変湿度勾配に依存する式（６）のこれらの係数を示している。

図６の第４列は、各層の軸方向の時変温度勾配に依存する誤差を表し、第２列の 値と第３列の対応する値を掛は算することから得られる。第５列は、図６の左側 に示されている層の各四重極のための累積された誤差を表している。図６の最後 の列は各八重極のために累積された八重極誤差を示している。

図６から観察され得るように、各四重極は、１６の層コイルに加えられる軸方向 の時変温度勾配の結果としてかなり大きい誤差を有する。これらの誤差は全て正 極性で、標準の＋−−＋＋−−十構成で累積する。しかしながら、十−一十構成 を有する第１の四重極及び−千十−構成を有する逆四重極がら生じる正味の八重 極誤差は、劇的に減少する。この誤差は、図６の下位８つの層によって示される ように逆へ重極を使用することによっておおむね除去され得る。したがって、策 １の八重極は、＋８の累積された軸方向の時変温度勾配に依存する誤差を与える が、一方フイルの箪２の８つの層は、−８の累積された時変温度勾配に依存する 誤差を発生する。層が−＋＋−＋−−＋＋　−−−十−＋＋一層構成で巻かれて いるやり方のために、これらの八重極誤差は、おおむねゼロの軸方向の時変温度 勾配に依存する誤差を残して互いに相殺する。

図７は、図５のコイルのようにコイルに加えられる半径方向の時変温度勾配に関 する代表的な値を示す表である。時変温度勾配が半径方向に加わるため、第３列 の温度係数は各層に対して直線的に変化する。図７の第４列は各層の誤差を示し ているが、一方策５列は各四重極のために累積された誤差を示し、最後の列はコ イルの各八重極部分のために累積された誤差を示す。理解され得るように、８つ の層コイルだけが、半径方向の時変温度勾配に依存する誤差をおおむね除去する ために必要とされる。

したがって、本発明は、軸方向の時変温度勾配及び半径方向の時変温度勾配の両 方による誤差をおおむね除去する。したがって、光フアイバコイル配置のための 温度安定環境に対する要求が著しく減少された。

“＋”及び“−”記号は、光ファイバの一方の端部から巻かれた層と光ファイバ の他方の端部から巻かれた層間の差異を示すために使用される。したがって、八 重極の巻線配置では、第１の四重極は、十−一十層構成で巻かれ、第２の四重極 は、−十十一層構成で巻かれ得るか又は第１の四電極は、−十十一層構成で巻か れ、策２の四Ｉ！極は、＋−−成層構成で巻かれ得るかである。さらに、１６の 層配置は、＋−−＋−＋＋−−＋＋−＋−−十層構成層構成＋＋−＋−−＋＋− −十一＋十一層構成を有することができる。

図９に示される軸方向９７に加えられる時変温度勾配から生じる誤差を補償する だめに、図２及び図４に示されるトリミング巻回が単一の四重極コイルとともに 使用され得る。コイル９０は、各々が複数の巻回を有する層１．２．３及び４を 有する単一の四ｆ！極を備えている。層ｌは、コイル９０の端部９Ｉから端部９ ２までの光ファイバの第１の半分（又は端部）で巻かれている。層２は、フィル ９０の端部９１から端部９２までの光ファイバの第２の半分（又は端部）で巻か れている。層３は、コイル９０の端部９２から端部９１まで光ファイバの第２の 半分（又は端部）の連続使用によって巻かれる。層４は、コイル９０の端部９２ から端部９１まで光ファイバの第１の半分（又は端部）の連続使用によって巻か れる。

層４が巻かれた後、光ファイバの第１の半分（又は端部）は、コイル９０の外側 の周辺の周りにトリミング巻回９３を巻くために使用され、次に、箪１の光ビー ムを受け、第２の光ビームを出力するために拡張部９４として取り出される。

層４が巻かれた後、光ファイバの第２の半分（又は端部）は、コイル９０の外側 の周辺にまたトリミング巻回９５を巻くために使用され、次に、第２の光ビーム を受け、第１の光ビームを出力するために拡張部９６として取り出される。図９ で観察されるように、トリミング巻回９３及び９５は、軸方向には互いに空間的 にオフセットされるが、半径方向には互いに空間的にオフセットされない。した がって、トリミング巻回９３及び９５並びに空間オフセット量は、軸方向に加え られる時変温度勾配から生じる誤差を補償する（すなわち減少する）ように選択 され？辱る。したがって、光ビームは、静止した安定したプラットホームに取り 付けられるコイル９０によって拡張部９４及び９６に導入され、軸方向の時変温 度勾配はコイルに加えられる。拡張部９４及び９６を出て行く反対方向に伝搬す る光ヒームは結合されることができ、位相差が検知される。次に、コイル９０の ２つの半分の空間変位に作用する軸方向の時変温度勾配から生じる誤差が最少に されるまで、トリミング巻回９３及び９５が巻かれる。

図１０に示されるように、トリミング巻回はまた、半径方向に加えられる時変温 度勾配から生じる誤差を補償するために使用することができる。コイルｌＯＯは また、各々が複数の巻回を有する層ｌ、２．３及び４を有する単一の四重極を備 えている。層１は、コイル１００の端部１０１から端部１０２まで先ファイバの 第１の半分（又は端部）で巻かれる。層２は、コイル１００の端部１０１から端 部１０２まで光ファイバの第２の半分（又は端部）で巻かれる。層３は、コイル １００の端部１０２から端部１０１まで光ファイバの第２の半分（又は端部）の 連続使用によって巻かれる。層４は、コイル１００の端部１０２から端部ｌＯ１ まで先ファイバの第１の半分（又は端部）の連続使用によって巻かれる。

層４（すなわち最も外側の層）が巻かれた後、光ファイバの第１の半分（又は端 部）は、コイル＋００の内側の周辺に沿ってトリミング巻回１０３を巻くために 使用され、次に、第１の光ビームを受け、第２の光ビームを出力するために拡張 部１０４として取り出される。層４が巻かれた後、光ファイバの第２の半分（又 は端部）は、コイル１００の外側の周辺にまたトリミング巻回１０５を巻くため に使用され、次に、第２の光ビームを受け、第１の光ビームを出力するために拡 張部９６として取り出される。図１０で観察されるように、トリミング巻回１０ ３及び１０５は、半径方向には互いに空間的にオフセットされるが、半径方向に は互いに空間的にオフセットされない。したがって、トリミング巻回１０３及び １０５並びに空間オフセｙ）量は、半径方向に加えられる時変温度勾配から生じ る誤差を補償する（すなわち減少する）ように選択され得る。したがって、光ビ ームは、静止した安定したプラットホームに取り付けられるコイル１００によっ て拡張部＋０４及び１０６に導かれ、半径方向の時変温度勾配はコイルに加えら れる。拡張部１０４及び１０６を出て行く反対方向に伝搬する先ビームは結合さ れ、位相差が検知される。次に、コイル９０の２つの半分の空間変位に作用する 半径方向の時変温度勾配から生じる誤差が最少にされるまで、トリミング巻回１ ０３及び＋０５が巻かれる。

図１１に示されるように、トリミング巻回は、半径方向に加えられる時変温度勾 配及び軸方向に加えられる時変温度勾配の両方から生じる誤差を補償するために 使用することができる。コイル１１０はまた、各々が複数の巻回を有する層ｌ。

２．３及び４を有する単一の四重極を備えている。層１は、コイル＋１０の端部 ＩＩＩから端部１１２まで光ファイバの第１の半分（又は端部）で巻かれる。層 ２は、コイル１１０の端部１１】から端部１１２まで光ファイバの第２の半分（ 又は端部）で巻かれる。＠３は、コイル１１０の端部１１２から端部】１１まで 光ファイバの第２の半分（又は端部）の連続使用によって巻かれる。層４は、フ ィル＋１０の端部１１２から端部１１１まで先ファイバの第１の半分（又は端部 ）の連続使用によって巻かれる。

層４（すなわち最も外側の層）が巻かれた後、先ファイバの第１の半分く又は端 部）は、第１の光ビームを受け、第２の光ビームを出力するために拡張部１１５ として取り出される前に、コイル１１０の外側の周辺に沿ってトリミング巻回１ １３及びコイル＋１０の外側の周辺に沿ってまたトリミング巻回１１４の両方を 巻くために使用される。層４が巻かれた後、光ファイバの第２の半分（又は端部 ）は、第２の光ビームを受け、第１の光ビームを出力するために拡張部１１８と して取り出される前に、コイル＋１０の外側の周辺の周りにトリミング巻回ｌ寛 ６及びコイル１１０の内側の周辺の周りにトリミング巻回１１７の両方を巻くた めに使用される。

図１１で観察されるように、トリミング巻回１１３及び１１６は、軸方向には互 いに空間的にオフセットされるが、半径方向には互いに空間的にオフセットされ ない。一方、トリミング巻回１１４及び１１７は、半径方向には互いに空間的に オフセットされるが、軸方向には互いに空間的にオフセットされない。したがっ て、トリミング巻回１１３及び１１６並びに空間オフセット量は、軸方向に加え られる時変温度勾配から生じる誤差を補償する（すなわち減少する）ように選択 することができ、トリミング巻回１１４及び！１７並びに空間オフセット量は、 半径方向に加えられる時変温度勾配から生じる誤差を補償する（すなわち減少す る）ように選択され得る。

したがって、先ビームは、静止した安定したプラットホームに取り付けられるフ ィル＋１０によって拡張部１１５及び１１８に導入され、半径方向の時変温度勾 配がコイルに加えられる。拡張部１１５及び１１８を出て行く反対方向に伝搬す る先ビームは結合され、位相差が検知される。時変温度勾配が軸方向に加えられ 、次に、コイル９０の２つの半分の空間変位に作用する軸方向の時変温度勾配か ら生じる誤差が最少にされるまて、トリミング巻回１１３及び１１６が巻かれる 。次に、時変温度勾配が半径方向に加えられ、次に、先ファイバ層に作用する半 径方向の時変温度勾配から生じる誤差が最少にされるまで、トリミング巻回１１ ４及び１１７が巻かれる。

所望ならば、図１１に示されたトリミング巻回の幾つかは除去され得る。図１１ で観察されるように、もし巻回１１４及び１１７が、巻回１１６と同一の軸方向 の位置、例えばコイルの上部近（で巻かれるならば、巻回１１６を通る光の伝搬 及び巻回１１４を通る光の伝搬に関するいかなる効果も同一であり、いかなる正 味の効果もない。したがって、等しい巻回が巻回１１４及び１１６から取り除か れる限り、誤差の同一の減少が実現される。このような配置は図１２に示されて いる。

図１２で観察されるように、トリミング巻回１２０は、軸方向にトリミング１２ １及び１２２がら空間的にオフセットされ、トリミング巻回１２１及び１２２は 、半径方向に互いに空間的にオフセットされる。図１１及び図１２を比較するこ とによって、トリミング巻回１１６の２つの巻回が除去され、トリミング１４４ の２つの巻回が除去されることが理解され得る。それにもかかわらず、図１２に 示されたコイルは、図１１に示されるコイルによって達成されるのと同じ誤差減 少を達成する。

本発明の修正は、本発明の範囲を逸脱しないでなされることができる。例えば、 ここで開示されるようなトリミング巻回は、軸方向及び／又は半径方向の変動す る温度勾配によって引き起こされる誤差を減少するために適用された。しかしな がら、これらのトリミング巻回は、軸方向及び／又は半径方向の巻線の不一致か ら生じる誤差のような軸方向及び／又は半径方向の変動する温度勾配以外の原因 によって発生される誤差を減少するために使用され得る。さらに、軸方向の誤差 を減少するために図１１に示されるトリミング巻回１１３及び１１６のようなト リミング巻回はコイルの外径の周り又はその近くに巻かれて示されたけれども、 これらのトリミング巻回は、その代わりにフィルの上部及び下部に又はその近く にあるいはコイルの内径の周り又はその近くに巻かれる。さらに、半径方向の誤 差を減少するために図１１に示されるトリミング巻回１１４及び１１７のような トリミング巻回はコイルの外径及び内径の周り又はその近くに巻かれて示された けれども、これらのトリミング巻回は、その代わりにコイルの上部に又はその近 くにあるいはコイルの下部に又はその近くに巻かれる。もしこれらのトリミング 巻回が、コイルの上部に又はその近くに巻かれるかあるいはコイルの下部に又は その近くに巻かれるならば、トリミング巻回間の空間オフセットは、半径方向の 誤差にさらに影響を及ぼすように調整され得る。したがって、本発明はその好ま しい実施例において説明されたが、その範囲はそれに限定されない。むしろ、そ れは下記の請求の範囲に規定されている限りのみに限定される。

Ｅ 国際調査報告　。、Ｔ／ＩＩＣ０１／％Ｑａ＆ＰＣＴ／ＬＩＳ　９３１０６８４ ４ フロントページの続き （７２）発明者　ゲットシュ、ランディ・ビイアメリカ合衆国　８５０２７　ア リシナ州・フィーエックス・ワハーラ　レイン・２１２８

Claims (26)

【特許請求の範囲】
1. １．複数の層を含み、各層は光ファイバが巻かれている複数の巻回を含み、前記 光ファイバコイルは、その光ファイバを通って反対方向に伝搬する光位相間の誤 差が減少されるように配置された前記光ファイバの少なくとも一つの端部のトリ ミング長を含むことを特徴とする光ファイバコイル。
2. ２．前記トリミング長は、前記光ファイバを通って反対方向に伝搬する光位相間 の誤差が減少されるように前記複数の層に近接する複数のトリミング巻回で巻か れることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバコイル。
3. ３．前記光ファイバは第１及び第２の端部を有し、前記第１の端部は第１のトリ ミング巻回になるように巻かれ、前記第２の端部は第２のトリミング巻回になる ように巻かれ、前記第１及び第２のトリミング巻回は前記複数の層に近接してお り、前記誤差を減少するために互いに空間的にオフセットされていることを特徴 とする請求項１に記載の光ファイバコイル。
4. ４．前記光ファイバは第１及び第２の端部を有し、前記第１の端部は第１のトリ ミング巻回になるように巻かれ、前記第２の端部は第２のトリミング巻回になる ように巻かれ、前記第１及び第２のトリミング巻回は前記複数の層に近接してお り、軸方向の誤差を減少するために前記複数の層に対して軸方向に互いに空間的 にオフセットされていることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバコイル。
5. ５．前記光ファイバは第１及び第２の端部を有し、前記第１の端部は第１のトリ ミング巻回になるように巻かれ、前記第２の端部は第２のトリミング巻回になる ように巻かれ、前記第１及び第２のトリミング巻回は前記複数の層に近接してお り、半径方向の誤差を減少するために前記複数の層に対して半径方向に互いに空 間的にオフセットされていることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバコイ ル。
6. ６．前記光ファイバは第１及び第２の端部を有し、前記第１の端部は第１のトリ ミング巻回になるように巻かれ、前記第２の端部は第２のトリミング巻回になる ように巻かれ、前記第１及び第２のトリミング巻回は前記複数の層に近接してお り、軸方向の誤差を減少するために前記複数の層に対して軸方向に互いに空間的 にオフセットされ、前記第１の端部は第３のトリミング巻回になるように巻かれ 、前記第２の端部は第４のトリミング巻回になるように巻かれ、前記第３及び第 ４のトリミング巻回は前記複数の層に近接しており、半径方向の誤差を減少する ために前記複数の層に対して半径方向に互いに空間的にオフセットされているこ とを特徴とする請求項１に記載の光ファイバコイル。
7. ７．前記光ファイバは第１及び第２の端部を有し、前記第１及び第２の端部は複 数のトリミング巻回になるように巻かれ、前記トリミング巻回は、前記複数の層 に近接しており、前記軸方向及び半径方向の誤差を減少するために互いに空間的 にオフセットされているトリミング巻回のグループにされるように配置されてい ることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバコイル。
8. ８．前記光ファイバは第１及び第２の端部を有し、前記複数の層は外側及び内側 の周辺を有し、前記光ファイバの前記第１の端部は内側の周辺に近接する第１の トリミング巻回になるように巻かれ、前記光ファイバの前記第２の端部は外側の 周辺に近接する第２のトリミング巻回になるように巻かれ、前記第１及び第２の トリミング巻回は半径方向の誤差を減少するように配置されていることを特徴と する請求項１に記載の光ファイバコイル。
9. ９．前記光ファイバは第１及び第２の端部を有し、前記複数の層は外側及び内側 の周辺を有し、前記光ファイバの前記第１の端部は第１のトリミング巻回になる ように巻かれ、前記光ファイバの前記第２の端部は第２のトリミング巻回になる ように巻かれ、前記第１及び第２のトリミング巻回は外側及び内側の周辺のいず れかに近接し、軸方向の誤差を減少するために互いに空間的にオフセットされて いることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバコイル。
10. １０．前記光ファイバは第１及び第２の端部を有し、前記複数の層は外側及び内 側の周辺を有し、前記光ファイバの前記第１の端部は内側の周辺に近接する第１ のトリミング巻回になるように巻かれ、前記光ファイバの前記第２の端部は外側 の周辺に近接する第２のトリミング巻回になるように巻かれ、前記第１及び第２ のトリミング巻回は半径方向の誤差を減少するように配置され、前記光ファイバ の第１の端部は第３のトリミング巻回になるように巻かれ、前記光ファイバの第 ２の端部は第４のトリミング巻回になるように巻かれ、前記第３及び第４のトリ ミング巻回は外側及び内側の周辺の一つに近接し、軸方向の誤産を減少するため に互いから空間的にオフセットきれていることを特徴とする請求項１に記載の光 ファイバコイル。
11. １１．コイルになるように形成される複数の層を有する光ファイバ装置において 、前記層の各々は第１及び第２の端部を有する光ファイバが巻かれており、前記 層の少なくとも幾つは四重極を形成し、前記四重極は、第１、第２、第３及び第 ４の層を含み、前記第１の層は前記光ファイバの前記第１の端部が主として巻か れ、前記第２の層は前記光ファイバの前記第２の端部が主として巻かれ、前記第 ３の層は前記光ファイバの前記第２の端部が主として巻かれ、前記第４の層は前 記光ファイバの前記第１の端部が主としてをかれ、前記光ファイバの前記第１の 端部の第１のトリミング長及び前記光ファイバの前記第２の端部の第２のトリミ ング長は、前記ファイバを通って反対方向に伝搬する光の位間の誤差が減少され るように配置されていることを特徴とする光ファイバ装置。
12. １２．前記第１及び第２のトリミング長は、前記ファイバを通って反対方向に伝 搬する光の位相間の誤差が減少されるように巻かれ、前記コイルに近接している 第１及び第２の複数のトリミング巻回になることを特徴とする請求項１１に記載 の光ファイバコイル。
13. １３．前記第１のトリミング長は第１のトリミング巻回になるように巻かれ、前 記第２のトリミング長は第２のトリミング巻回になるように巻かれ、前記第１及 び第２のトリミング巻回は、前記コイルに近接し、前記誤差を減少するために互 いに空間的にオフセットされていることを特徴とする請求項１１に記載の光ファ イバコイル。
14. １４．前記第１のトリミング長は第１のトリミング巻回になるように巻かれ、前 記第２のトリミング長は第２のトリミング巻回になるように巻かれ、前記第１及 び第２のトリミング巻回は、前記コイルに近接し、軸方向の誤差を減少するため に前記複数の層に対して軸方向に互いに空間的にオフセットされていることを特 徴とする請求項１１に記載の光ファイバコイル。
15. １５．前記第１のトリミング長は第１のトリミング巻回になるように巻かれ、前 記第２のトリミング長は第２のトリミング巻回になるように巻かれ、前記第１及 び第２のトリミング巻回は、前記コイルに近接し、半径方向の誤差を減少するた めに前記複数の層に対して半径方向に互いに空間的にオフセットされていること を特徴とする請求項１１に記載の光ファイバコイル。
16. １６．前記第１のトリミング長は第１のトリミング巻回になるように巻かれ、前 記第２のトリミング長は第２のトリミング巻回になるように巻かれ、前記第１及 び第２のトリミング巻回は、前記コイルに近接し、軸方向の誤差を減少するため に前記複数の層に対して軸方向に互いに空間的にオフセットされ、前記第１のト リミング長は第３のトリミング巻回になるように巻かれ、前記第２のトリミング 長は第４のトリミング巻回になるように巻かれ、前記第３及び第４のトリミング 巻回は、前記コイルに近接し、半径方向の誤差を減少するために前記複数の層に 対して半径方向に互いに空間的にオフセットきれていることを特徴とする請求項 １１に記載の光ファイバコイル。
17. １７．前記第１及び第２のトリミング長は複数のトリミング巻回になるように巻 かれ、前記トリミング巻回は、前記コイルに近接しており、前記軸方向及び半径 方向の誤差を減少するために互いに空間的にオフセットされているトリミング巻 回のグループにされるように配置されていることを特徴とする請求項１１に記載 の光ファイバコイル。
18. １８．前記コイルは外側及び内側の周辺を有し、前記光ファイバの前記第１のト リミング長は内側の周辺に近接する第１のトリミング巻回になるように巻かれ、 前記光ファイバの前記第２のトリミング長は外側の周辺に近接する第２のトリミ ング巻回になるように巻かれ、前記第１及び第２のトリミング巻回は半径方向の 誤差を減少するために配置されていることを特徴とする請求項１１に記載の光フ ァイバコイル。
19. １９．前記コイルは外側及び内面の周辺を有し、前記光ファイバの前記第１のト リミング長は第１のトリミング巻回になるように巻かれ、前記光ファイバの前記 第２のトリミング長は第２のトリミング巻回になるように巻かれ、前記第１及び 第２のトリミング巻回は外側及び内側の周辺のいずれかに近接し、軸方向の誤差 を減少するために互いから空間的にオフセットきれていることを特徴とする請求 項１１に記載の光ファイバコイル。
20. ２０．前記複数の層は外側及び内側の周辺を有し、前記光ファイバの前記第１の トリミング長は前記内側の周辺に近接する第１のトリミング巻回になるように巻 かれ、前記光ファイバの前記第２のトリミング長は前記外側の周辺に近接する第 ２のトリミング巻回になるように巻かれ、前記第１及び第２のトリミング巻回は 半径方向の誤差を減少するように配置され、前記光ファイバの前記第１のトリミ ング長は第３のトリミング巻回になるように間かれ、前記光ファイバの前記第２ のトリミング長は第４のトリミング巻回になるように巻かれ、前記第３及び第４ のトリミング巻回は、前記外側及び内側の周辺の一つに近接し、軸方向の誤差を 減少するために互いに空間的にオフセットされていることを特徴とする請求項１ １に記載の光ファイバコイル。
21. ２１．光ファイバコイルを巻く方法において、光ファイバの第１の端部を巻回の 第１の層として巻くステップと、光ファイバの第２の端部を巻回の第２の層とし て前記第１の層の周りに巻くステップと、 光ファイバの第２の端部を巻回の第３の層として前記第２の層の周りに巻くステ ップと、 光ファイバの第１の端部を巻回の第４の層として前記第３の層の周りに巻くステ ップと、 前記光ファイバの前記第１の端部の第１のトリミング長及び前記光ファイバの前 記第２の端部の第２のトリミング長を形成し、その第１及び第２のトリミング長 を、前記ファイバを通って反対方向に伝搬する光の位相間の誤差が減少されるよ うに互いに空間的に変位させて配置するステップとを含むことを特徴とする光フ ァイバコイルを巻く方法。
22. ２２．前記光ファイバコイルは外側の周辺を有し、前記第１及び第２のトリミン グ長を形成するステップは、前記第１及び第２のトリミング巻回が軸方向に互い に空間的にオフセットされ、それによって前記ファイバを通って反対方向に伝搬 する光の位相間の軸方向の誤差が減少されるように第１のトリミング巻回数だけ 前記外側の周辺の周りに前記第１のトリミング長を巻くステップ及び第２のトリ ミング巻回数だけ前記外側の周辺の周りに前記第２のトリミング長を巻くステッ プを含むことを特徴とする請求項２１に記載の方法。
23. ２３．さらに、 光ファイバの第１の端部を巻回の第５の層として巻くステップと、光ファイバの 第２の端部を巻回の第６の層として第５の層の周りに巻くステップと、 光ファイバの第２の端部を巻回の第７の層として第６の層の周りに巻くステップ と、 光ファイバの第１の端部を巻回の第８の層として第７の層の周りに巻くステップ と を含む請求項２１に記載の方法。
24. ２４．前記光ファイバコイルは外側の周辺を有し、前記第１及び第２のトリミン グ長を形成するステップは、前記第１及び第２のトリミング巻回が軸方向に互い に空間的にオフセットされ、それによって前記ファイバを通って反対方向に伝搬 する光の位相間の軸方向の誤差が減少されるように第１のトリミング巻回数だけ 前記外側の周辺の周りに前記第１のトリミング長を巻くステップ及び第２のトリ ミング巻回数だけ前記外側の周辺の周りに前記第２のトリミング長を巻くステッ プを含むことを特徴とする請求項２３に記載の方法。
25. ２５．さらに、 光ファイバの第２の端部を巻回の第５の層として巻くステップと、光ファイバの 第１の端部を巻回の第６の層として第５の層の周りに巻くステップと、 光ファイバの第１の端部を巻回の第７の層として第６の層の周りに巻くステップ と、 光ファイバの第２の端部を巻回の第８の層として第７の層の周りに巻くステップ と を含む請求項２１に記載の方法。
26. ２６．前記光ファイバコイルは外側の周辺を有し、前記第１及び第２のトリミン グ長を形成するステップは、前記第１及び第２のトリミング巻回が軸方向に互い に空間的にオフセットされ、それによって前記ファイバを通って反対方向に伝搬 する光の位相間の軸方向の誤差が減少されるように第１のトリミング巻回数だけ 前記外側の周辺の周りに前記第１のトリミング長を巻くステップ及び第２のトリ ミング巻回数だけ前記外側の周辺の周りに前記第２のトリミング長を巻くステッ プを含むことを特徴とする請求項２５に記載の方法。