JPH0791964A

JPH0791964A - 光回転検出装置

Info

Publication number: JPH0791964A
Application number: JP23622293A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Watanabe; 淳志渡邊; Toru Sugano; 亨菅野; Susumu Tsubosaka; 晋坪坂; Hidehiko Negishi; 英彦根岸; Yoshihiko Honjiyouya; 義彦本庄谷
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1993-09-22
Filing date: 1993-09-22
Publication date: 1995-04-07

Abstract

(57)【要約】【目的】被検物体の回転状態を光を用いて検出する光
回転検出装置に関し、部品点数が少なく、全体として低
価格でありながら、高精度、高信頼性の光回転検出装置
を提供することを目的とする。【構成】光学部品が、光源１１と、光分岐結合手段１
２と、センシングループ１６と、第１、第２、及び第３
の受光手段１３、１４、及び１５で構成され、わずか４
種類、６点という少ない構成部品点数で光回転検出装置
を構成する。これにより、光の変調部を必要としないた
め、高精度に回転角速度を算出することが可能であり、
部品が少ないために、コストを大幅に削減することがで
きる。

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
ロスコープは、回転角速度の検出だけでなく、それを積
分することによって方位データの検出も成し得る。

【０００３】そのようなジャイロスコープの中で、光フ
ァイバをセンシングループに用いた光ファイバジャイロ
は、従来のジャイロスコープと比較して、可動部が全く
なく、且つ構造が簡単であるために、加速度や衝撃に強
く、寿命が長いという特長がある。

【０００４】更に、最小検出可能角速度、零点ドリフ
ト、ダイナミックレンジ、スケールファクタ安定性等に
おいても、優れた性能をもっている。

【０００５】このような光ファイバジャイロは、サニャ
ック効果という原理に基づいて回転角速度を検出する。

【０００６】具体的に、光ファイバジャイロでは、ビー
ムスプリッタ等の光分岐結合手段によって分割された２
つの光が、光ファイバを巻回してできるセンシングルー
プを右回りと左回りにそれぞれ伝搬する。

【０００７】このとき、センシングループが慣性空間に
対して静止していれば、両回り光は全く同一の光路を逆
回りに伝搬するだけであるので、これら２つの伝搬光が
再び光分岐結合手段で合成されるときには、両光波間の
位相差は零である。

【０００８】しかし、分割された光がセンシングループ
内を伝搬している間に、センシングループが慣性空間に
対して角速度Ωで回転すると、両光波間には位相差φを
生じる。

【０００９】この角速度Ωと位相差φが、次式の関係で
表されるのがサニャック効果である。

【００１０】

【数１】

【００１１】ここで、Ｒはセンシングループの半径、Ｌ
はセンシングループの光ファイバ長、λは光の波長、ｃ
は光速である。

【００１２】従来の光ファイバジャイロには、その構成
について幾つかの種類が提案されている。

【００１３】代表的な方式としては、位相変調方式、周
波数変調方式、セロダイン方式等がある。

【００１４】ここでは、位相変調方式を用いた光ファイ
バジャイロを例にとって、図１１をもとに、その動作原
理を簡単に説明する。

【００１５】光源７０１の中の発光素子で励起された光
は、同じ光源７０１の中で不図示の光学レンズを介して
光ファイバの端面８０１に入射される。

【００１６】光ファイバに入射した光は、光を分岐結合
するための光分岐結合手段７０２で二分岐される。

【００１７】二分岐された光の一方は偏光子７０４に入
射され、他方は接続されずに開放端となる光ファイバの
端面８０２から外に出射される。

【００１８】偏光子７０４を通過した光は、光分岐結合
手段７０５に入射されて２つに分岐される。

【００１９】この２つの光の一方は、直接センシングル
ープ７０６に入射し、他方は、変調信号として正弦波が
印加されて駆動される位相変調器７０７を介して、セン
シングループ７０６に入射する。

【００２０】位相変調器７０７としては、円筒状圧電振
動子等に光ファイバを巻き付けたものが一般的に使用さ
れている。位相変調器７０７の圧電振動子に巻き付けら
れたファイバ部分において、圧電振動子の伸縮に応じて
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。

【００２１】位相変調方式では、このような左右両回り
光への位相変調が、互いにセンシングループの伝搬時間
だけ異なるタイミングでかかることを利用している。

【００２２】センシングループ部７０８に入射した２つ
の光は、それぞれ、センシングループ部７０８内を右回
りと左回りとに伝搬し、先に光の分岐に用いた光分岐結
合手段７０５に入射して合成される。

【００２３】合成された光は、同じ光分岐結合手段７０
５の中で２つに分岐される。この２つの光の一方は、偏
光子７０４を通過して光分岐結合手段７０２に入射し、
他方は接続されずに開放端となる光ファイバの端面８０
３から外に出射される。

【００２４】光分岐結合手段７０２に入射した光は２つ
に分岐される。その一方は光ファイバの端面８０４から
出射して受光手段７０３のような受光素子に入射され、
電気信号に変換される。他方の光は光源７０１に入射
し、同じ光源７０１の中で光ファイバの端面８０１から
出射される。

【００２５】この構成において、受光素子の出力を位相
変調器の変調周波数で同期検波することにより、回転角
速度Ωの正弦関数に比例した信号が得られ、高感度が達
成できる。

【００２６】この方式による光ファイバジャイロは、技
術的に完成度が非常に高く、地球自転を検出できるだけ
の精度を持った中精度のものが市販されるようになり、
カーナビゲーションシステム等に利用されつつある。

【００２７】しかし、光学系出力としてアナログ量を計
測するため、広いダイナミックレンジの達成と、スケー
ルファクタの安定性には困難が残っている。

【００２８】その他の方式として、周波数変調方式は、
センシングループの両端に音響光学変調器（ＡＯＭ）等
の周波数シフタを挿入した構成となっている。

【００２９】この周波数シフタにより、左右両回り光間
に周波数差が与えられ、これによってサニャック効果に
よる位相差を打ち消すような零位法を実現することによ
って、回転角速度Ωに比例した周波数シフタの駆動周波
数変化が得られる。

【００３０】この方式では、広いダイナミックレンジが
得られ、スケールファクタの安定性も良い。

【００３１】しかし、この周波数シフタが光分岐結合手
段に対して等距離に位置していないと零点ドリフトを生
じてしまう。

【００３２】したがって、零点安定性としては位相変調
方式には及ばない。次に、セロダイン方式は、位相変調
器を鋸歯状波で駆動し、その繰り返し周波数を制御し
て、サニャック効果による位相差を電気的に補正するこ
とにより、回転角速度Ωに比例する繰り返し周波数が得
られる。

【００３３】この方式は、分解能、零点ドリフト、ダイ
ナミックレンジ、スケールファクタ安定性において優れ
た性能を持つ。

【００３４】しかし、周波数特性に十分優れた位相変調
器が必要であるとともに、位相変調条件を制御するのが
非常に厳しい。

【００３５】

【発明が解決しようとする課題】従来の光ファイバジャ
イロでは、それぞれに上記のような短所があるだけでな
く、入射された光の偏光方向を維持するために光ファイ
バを全て高価な偏波面保存光ファイバによって構成する
ことが多く、センシングループだけで非常に高コストと
なっていた。

【００３６】更に、感度や精度を高めるために位相変調
器や周波数シフタ等のコストのかかるデバイスが用いら
れたり、光学的な相反性を保つために光分岐結合手段を
２つ使用するなど、高単価でありながら部品点数が多
く、非常にコストがかかっていた。

【００３７】このように、光ファイバジャイロ自体が非
常に高価なものとなってしまったため、これを用いた装
置やシステムが更に高価になってしまい、市場への普及
に歯止めをかけてしまう原因となっていた。

【００３８】本発明は、上記従来の問題点を解決するも
ので、部品点数が少なく、全体として低価格でありなが
ら、高精度、高信頼性の光回転検出装置を提供すること
にある。

【００３９】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明は、光源と、前記光源から射出された光を第
１の分枝から入射して分岐する光分岐結合手段と、前記
光分岐結合手段で分岐された光のうち、入射した光の一
部がそれぞれ伝搬する第２の分枝と第３の分枝から光を
入射してサニャック効果を生じ、光ファイバを巻回して
形成されるセンシングループと、前記センシングループ
から射出された二つの光が前記光分岐結合手段で結合さ
れ、前記光源に結合されていない第４の分枝と第５の分
枝から射出された光をそれぞれ受光する第１の受光手段
と第２の受光手段と、前記第１の分枝から入射して前記
光分岐結合手段で分岐された光のうち、入射した光の一
部が伝搬して射出される第６の分枝と、前記第６の分枝
から射出された光を受光する第３の受光手段とを備えた
光回転検出装置である。

【００４０】また、本発明は、前記光源から射出されて
前記第１の分枝に入射した光が前記光分岐結合手段で分
岐されてから、前記センシングループを通過して前記光
分岐結合手段で結合されるまでの経路のうちの少なくと
も一箇所、または前記光源と前記光分岐結合手段との間
に偏光解消手段を配置したことを特徴とする光回転検出
装置である。

【００４１】また、本発明は、前記光源が低コヒーレン
ト光源、または低偏光度光源であることを特徴とする光
回転検出装置である。

【００４２】また、本発明は、前記光分岐結合手段が光
ファイバカプラ、または基板上に構成された光導波路で
あり、また、前記光分岐結合手段と接続している前記第
１の分枝と前記第６の分枝が、一本の同一経路からなる
ことを特徴とする光回転検出装置である。

【００４３】また、本発明は、前記光分岐結合手段が前
記基板上に構成されている光回転検出装置において、前
記光源、前記第１の受光手段、前記第２の受光手段、及
び前記第３の受光手段のうち、少なくとも一つを、前記
光分岐結合手段が構成される前記基板上に配置したこと
を特徴とする光回転検出装置である。

【００４４】また、本発明は、少なくとも一つの光ファ
イバ端面を有する光回転検出装置において、前記第１の
分枝、前記第４の分枝、前記第５の分枝、及び前記第６
の分枝の端面のうち、少なくとも一つに無反射処理を施
したことを特徴とする光回転検出装置である。

【００４５】また、本発明は、前記第１の受光手段から
出力される第１の出力信号、前記第２の受光手段から出
力される第２の出力信号、及び前記第３の受光手段から
出力される第３の出力信号のうち、第１の出力信号ある
いは第２の出力信号を含む、少なくとも一つの出力信号
を用いて回転角速度を算出する信号処理回路を有し、前
記信号処理回路が、前記第１の出力信号と前記第２の出
力信号との差、または、前記第１の出力信号と予め定め
られた第１の定数とを乗じた積を求める第１の乗算処理
手段と、前記第２の出力信号と予め定められた第２の定
数とを乗じた積を求める第２の乗算処理手段と、前記第
１の乗算処理手段から出力される第１の積の信号と前記
第２の乗算処理手段から出力される第２の積の信号との
差、を求める減算処理手段を有し、前記減算処理手段か
ら出力される差の信号を用いて回転角速度を算出する
か、あるいは、前記信号処理回路が、前記差の信号を前
記第３の出力信号で除した商を求める除算処理手段を有
し、前記除算処理手段から出力される商の信号を用いて
回転角速度を算出することを特徴とし、前記第１の乗算
処理手段と前記第２の乗算処理手段を有する光回転検出
装置においては、前記第１の定数を調整する第１の定数
調整手段と、前記第２の定数を調整する第２の定数調整
手段を有することを特徴とする光回転検出装置である。

【００４６】また、本発明は、前記信号処理回路が、温
度検出手段を有し、前記温度検出手段から出力される温
度の信号を用いて回転角速度を算出することを特徴とす
る光回転検出装置である。

【００４７】また、本発明は、前記信号処理回路が、前
記第３の出力信号を用いて前記光源の光出力強度を制御
する光源出力制御手段を有することを特徴とする光回転
検出装置である。

【００４８】

【作用】上記のような構成を有する本発明の光回転検出
装置によれば、光学部品が、光源と、光分岐結合手段
と、センシングループと、受光手段のわずか４種類であ
るという、構成部品点数の少ない光回転検出装置を構成
することができる。

【００４９】また、偏光解消手段が伝搬光を強制的に無
偏光化して、光ファイバ内での偏波面の変動による不要
な干渉雑音成分を取り除くことができる。

【００５０】また、コヒーレントの低い光が、端面から
の戻り光によって生じるような不要な干渉雑音成分を抑
圧し、また、偏光度の低い光が、光ファイバ内での偏波
面の変動による不要な干渉雑音成分を抑圧することがで
きる。

【００５１】また、一つの光分岐結合手段のみで光の相
反性が維持され、非相反性から生じる非相反雑音を除去
することができる。

【００５２】また、光源と、光分岐結合手段と、受光手
段の３種類の光学部品のうち複数個を一つの部品として
まとめることができ、最少で光学部品点数が、光学基板
と、センシングループの２点のみであるという、構成部
品の極めて少ない光回転検出装置を構成することができ
る。

【００５３】また、光ファイバ端面に到達した光が端面
で反射して生じる戻り光が、センシングループに伝搬し
て左回り光や右回り光と干渉して変動を与えたり、光源
へ伝搬して発光状態を不安定にしたり、受光素子へ伝搬
して信号光の出力強度に不要なバイアスを生じたりする
ことがなくなり、戻り光による悪影響を除去することが
できる。

【００５４】また、複数の出力信号光を用いて高精度な
回転角速度検出を行うことができる。なお、第１の出力
信号と第２の出力信号との差、あるいは、第１の出力信
号と第１の定数とを乗じた積と、第２の出力信号と第２
の定数とを乗じた積との差は、正弦関数で表され、差の
信号が零となる近傍で、検出感度を最大にすることがで
きる。なお、差の信号を第３の出力信号で除することに
より、光源の出力変動を補正することができる。なお、
第１と第２の定数調整手段を有する光回転検出手段にお
いては、必要な角速度領域の検出感度を最適化すること
ができる。

【００５５】また、温度検出手段から出力される温度の
信号を用いて、温度変動によって生じる、波長の変動や
光分岐結合手段での分岐比の変動等を補正することがで
き、温度の影響を除去することができる。

【００５６】また、光源の経年変化等による光出力の変
動を取り除き、光源の光出力強度を一定に保つことがで
きる。

【００５７】

【実施例】

（実施例１）以下、図１を用いて本発明の第１の実施例
を詳細に説明する。

【００５８】図１は本発明の第１の実施例における光回
転検出装置の構成図である。図１において、１１は光
源、１２は光分岐結合手段、１３は第１の受光手段、１
４は第２の受光手段、１５は第３の受光手段、１６はセ
ンシングループ、１０１〜１０６はそれぞれ光ファイバ
から構成される第１〜第６の分枝、１０７は光源１１と
各光ファイバの結合部における光ファイバ端面、１０
８、１０９、１１０はそれぞれ第１、第２、第３の受光
手段１３、１４、１５と各光ファイバとの結合部におけ
る光ファイバ端面、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３はそれぞれ、第１
の受光手段１３からの第１の出力信号、第２の受光手段
１４からの第２の出力信号、及び第３の受光手段１５か
らの第３の出力信号を示す。

【００５９】以下、その動作について説明する。スーパ
ールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）からなる光源１
１から出射した光は第１の分枝１０１を通り、光ファイ
バカプラからなる光分岐結合手段１２へ入射し、第２の
分枝１０２、第３の分枝１０３及び第６の分枝１０６に
分岐される。

【００６０】第６の分枝１０６に分岐された光は、第３
の受光手段１５へ入射する。第２の分枝１０２及び第３
の分枝１０３へ入射した光は、それぞれセンシングルー
プ１６の両端に入射し、それぞれ右回り光及び左回り光
となり、ループを伝搬する。

【００６１】センシングループ１６から出射した両回り
光は、再び光分岐結合手段１２に入射し、合成され、第
４の分枝１０４、第５の分枝１０５及び第１の分枝１０
１に分岐される。

【００６２】第４の分枝１０４及び第５の分枝１０５に
分岐された光はそれぞれ第１の受光手段１３及び第２の
受光手段１４に入射する。

【００６３】この光回転検出装置が回転した場合、サニ
ャック効果により、両回り光の間に回転角速度に比例し
た位相差φが生じる。

【００６４】このような構成の光回転検出装置では、第
１の受光手段１３の出力信号Ｐ１は、光源から出射され
た光の強度及びｃｏｓ（φ＋Ａ）に比例し、第２の受光
手段１４の出力信号Ｐ２は、光源から出射された光の強
度及びｃｏｓ（φ＋Ｂ）に比例し、第３の受光手段１５
の出力信号Ｐ３は、光源から出射された光の強度に比例
する。ただし、Ａ、Ｂは定数である。

【００６５】したがって、このような関係からサニャッ
ク効果による位相差を求めることができ、その値から回
転角速度を算出することができる。

【００６６】以上に示したように、この構成の光回転検
出装置では位相変調や周波数変調を行う変調部及び変調
制御部等を必要とせず、簡単にかつ精度よく回転角速度
を算出することが可能である。

【００６７】（実施例２）以下、図２を用いて本発明の
第２の実施例を詳細に説明する。

【００６８】図２は、本発明の第２の実施例における光
回転検出装置の構成図である。図２において、２１は光
源、２２は光分岐結合手段、２３は第１の受光手段、２
４は第２の受光手段、２５は第３の受光手段、２６はセ
ンシングループ、２７は偏光解消手段、２０１〜２０６
はそれぞれ光ファイバからなる第１〜第６の分枝、２０
７は光源１１と各光ファイバの結合部における光ファイ
バ端面、２０８、２０９、２１０はそれぞれ第１、第
２、第３の受光手段２３、２４、２５と各光ファイバと
の結合部における光ファイバ端面、Ｐ２１、Ｐ２２、Ｐ
２３はそれぞれ、第１の受光手段２３からの第１の出力
信号、第２の受光手段２４からの第２の出力信号、及び
第３の受光手段２５からの第３の出力信号を示す。

【００６９】以下、その動作をについて説明する。ＳＬ
Ｄからなる光源２１からの光は、第１の分枝２０１を通
り、光ファイバカプラからなる光分岐結合手段２２へ入
射し、第２の分枝２０２、第３の分枝２０３及び第６の
分枝２０６に分岐される。

【００７０】第６の分枝２０６に分岐された光は第３の
受光手段２５へ入射する。第２の分枝２０２へ入射した
光は、光ファイバ型デポラライザ等から構成される偏光
解消手段２７で偏光解消された後にセンシングループ２
６の一端に入射し、右回り光となり、再び光分岐結合手
段２２に入射する。

【００７１】第３の分枝２０３へ入射した光は、センシ
ングループ２６の他端に入射し、左回り光となり、セン
シングループ２６から出射した後に、偏光解消手段２７
で偏光解消されて再び光分岐結合手段２２に入射する。

【００７２】それぞれ右回り、左回りにループを伝搬し
た両回り光は光分岐結合手段２２において合成され、第
４の分枝２０４、第５の分枝２０５及び第１の分枝２０
１に３分岐される。

【００７３】第４の分枝２０４及び第５に分枝２０５に
分岐された光はそれぞれ第１の受光手段２３及び第２の
受光手段２４に入射する。

【００７４】この光回転検出装置が回転した場合、サニ
ャック効果により、両回り光の間に回転角速度に比例し
た位相差φが生じる。

【００７５】このような構成の光回転検出装置において
は、第１の受光手段の出力信号Ｐ２１は、光源から出射
された光の強度及びｃｏｓ（φ＋Ａ）に比例し、第２の
受光手段の出力信号Ｐ２２は、光源から出射された光の
強度及びｃｏｓ（φ＋Ｂ）に比例し、第３の受光手段の
出力信号Ｐ２３は、光源から出射された光の強度に比例
する。ただし、Ａ、Ｂは定数である。

【００７６】したがって、このような関係からサニャッ
ク効果による位相差を求めることができ、その値から回
転角速度を算出することができる。

【００７７】上記の構成において、光ファイバとしてシ
ングルモード光ファイバを用いた場合には、光ファイバ
断面内で、直交する二方向に偏波した２つのモードが伝
搬可能となる。

【００７８】ファイバの構造が、真に軸対称であれば、
これら２つのモードには分散を生じないが、現実の光フ
ァイバには必ずいくつかの非軸対称性があるため、わず
かではあるが偏波分散を生じてしまう。

【００７９】この場合、２つのモード間でエネルギーの
やりとりが行われるためにモード結合を生じ、結果とし
て、偏波変動を生じてしまう。

【００８０】このような偏波変動を生じると、出力され
る信号が非常に不安定になり、雑音となることが実験的
に確認されている。

【００８１】したがって、このような雑音を低減するに
は、伝搬光の偏光特性を低くすることが必要である。

【００８２】以上のことを考慮して、本実施例では、前
述のようにセンシングループの一端に偏光解消手段２７
を挿入した光回転検出装置を構成して実験を行った結
果、センシングループ内の両回り光は、偏光解消手段２
７により偏光解消されているので、光ファイバ中におけ
る光の偏波変動による出力ノイズが大幅に低減され、光
回転検出装置の出力の安定化を図ることができた。

【００８３】また、本実施例においては、偏光解消手段
２７を第２の分枝２０２とセンシングループ２６との間
の１箇所に挿入したが、第３の分枝２０３とセンシング
ループ２６との間、センシングループ２６の中、あるい
は光源２１と光分岐結合手段２２との間のいずれか１箇
所あるいは複数箇所に挿入しても、前述と同様に、偏波
変動による出力ノイズの低減効果を有していることが確
認されている。

【００８４】（実施例３）以下、図１及び図３を用いて
本発明の第３の実施例を詳細に説明する。

【００８５】図１の説明は実施例１と同様なので省略す
る。図３は、本発明の第３の実施例の光回転検出装置に
おける光源のスペクトル波形を表す図である。

【００８６】実施例１では、光源１１としてＳＬＤを用
いたが、発光ダイオード（ＬＥＤ）、または半導体レー
ザ（ＬＤ）等を用いることもある。

【００８７】しかし、ＬＤのような可干渉性の良い光源
を用いた場合には、信号光と、端面からの反射光や後方
レーリ散乱光等の雑音要因となる光が干渉し易く、光回
転検出装置の性能劣化を起こし易い。

【００８８】これは、可干渉性が良いためにコヒーレン
ト長が長いためで、このような雑音を低減するには、可
干渉性が悪い、すなわちコヒーレント長が短い光を発す
る光源を用いれば良い。

【００８９】コヒーレント長Ｌｃは、次式のように表さ
れる。

【００９０】

【数２】

【００９１】ここで、λは波長、Δλはスペクトル幅で
ある。この式からわかるように、同じ波長の光源を用い
た場合、コヒーレント長を短くするには、スペクトル幅
の大きい光源を用いれば良い。

【００９２】可干渉性の高いＬＤでは、一般的にスペク
トル幅は１〜５ｎｍ程度であるから、波長が８５０ｎｍ
であるとすると、コヒーレント長は１５０〜７００μｍ
程度となり、コヒーレント長が、１５０μｍ以上である
と雑音要因となる光と干渉し易いと考えられる。

【００９３】これに対して、本実施例では、図３に示さ
れているようなスペクトル波形をもつＳＬＤを光源とし
て用いた。

【００９４】この図において、縦軸は規格化された出力
強度、横軸は波長であり、波長は約８５３ｎｍ、スペク
トル幅（半値幅）は約２０ｎｍであるから、コヒーレン
ト長は約３６μｍとなる。

【００９５】この値と比較すると、本実施例のＳＬＤの
コヒーレント長は、低コヒーレント光源としては十分な
値といえる。

【００９６】また、ＳＬＤの代わりにＬＥＤを用いて
も、低コヒーレント光源として機能し得る。

【００９７】ＬＥＤは、スペクトル幅が２０〜１００ｎ
ｍ程度と大きいため、可干渉性が、ＳＬＤと同様か、あ
るいはそれ以上に低いためである。

【００９８】以上のことから、本実施例では、低コヒー
レント光源を用いて光回転検出装置を構成した結果、フ
ァイバ端面からの反射光や後方レーリ散乱光の影響によ
る不要干渉雑音成分が大幅に低減され、精度良く回転角
速度を算出できる。

【００９９】また、光ファイバとしてシングルモード光
ファイバを用いた場合には、光ファイバ断面内で直交す
る二方向に偏波した２つのモードが伝搬可能となる。

【０１００】ファイバの構造が、真に軸対称であれば、
これら２つのモードに分散を生じないが、現実の光ファ
イバには必ずいくつかの比軸対称性があるため、わずか
ではあるが分散を生じてしまう。

【０１０１】この場合、２つのモード間でエネルギーの
やりとりが行われるためにモード結合を生じ、結果とし
て、偏波変動を生じてしまう。

【０１０２】このような偏波変動を生じると、出力され
る信号が非常に不安定になる。したがって、このような
雑音を低減するには、偏光特性の低い、すなわち低偏光
度の光源が必要である。

【０１０３】偏光度Ｖは、通常、分割された光の成分に
よって定義され、偏光と非偏光とに分割する場合には、
完全に偏っている成分（強さＩ）と偏っていない成分
（強さＪ）に分け、次式で定義される。

【０１０４】

【数３】

【０１０５】本実施例では、更に、偏光度が約０．１５
程度のＳＬＤを用いて実験を行った結果、偏光特性の高
いＬＤを使用した場合と比較して、偏波変動によって不
安定性が生じる零点安定性などにおいて、良好な結果が
得られた。

【０１０６】以上のことから、本実施例では、低偏光度
光源を用いて光回転検出装置を構成した結果、光ファイ
バ断面内で直交する二方向に偏波した２つのモード間で
の結合が低減されたことにより、偏波変動による雑音成
分が大幅に低減され、精度良く回転角速度を算出でき
る。

【０１０７】また、本実施例では、図１を用いて説明し
たが、図２の構成の光回転検出装置においても同様の効
果が得られる。

【０１０８】（実施例４）以下、図１及び図４を用いて
本発明の第４の実施例を詳細に説明する。

【０１０９】図１の説明は実施例１と同様なので省略す
る。図４は、本発明の第４の実施例の光回転検出装置に
おける光分岐結合手段の概念図を示す。

【０１１０】図４において、４１は光ファイバカプラ、
４０１〜４０６はそれぞれ第１から第６の分枝を示す。

【０１１１】本実施例の光回転検出装置の全体構成は図
１と同様であり、図１における光分岐結合手段１２が、
図４に示すように、３本の光ファイバを融着延伸等の方
法によりそれぞれのコア同士を近づけて固定し、光のエ
バネッセント波を利用して光を分岐あるいは合成する光
ファイバカプラ４１となっている。

【０１１２】本実施例では、光源１１と第３の受光手段
１５が、光ファイバカプラ４１を介して同一の光ファイ
バに接続されるように、図４の点線のように光ファイバ
を配置し、第１から第６の分枝を決定した。

【０１１３】このような構成にすると、光ファイバカプ
ラ４１内において、第２の分枝４０２へ分岐する光と第
３の分枝４０３へ分岐する光は、第１と第６の分枝とな
る光ファイバを中心として左右対称に分岐するため、全
く同じ状態で分岐することになり、センシングループの
両回り光となる、第２の分枝４０２への光と第３の分枝
４０３への光の出力強度と位相が互いに等しくなる。す
なわち、いわゆる光の相反性が保たれることになる。

【０１１４】その結果、図１のような構成の光回転検出
装置では、光源からの光の強度をＩとすると第１の出力
信号はＰ１＝ａ×Ｉ×ｃｏｓ（φ＋Ａ）、第２の出力信
号はＰ２＝ａ×Ｉ×ｃｏｓ（φ−Ａ）となる。ただし、
φはサニャック効果による位相差、ａ、Ａは定数であ
る。

【０１１５】したがって、静止時には、φ＝０となるか
ら、第１の受光手段１３への光出力強度と第２の受光手
段１４への光出力強度が互いに等しくなり、サニャック
効果による位相差以外の光の位相項Ａが決まるので、回
転時、サニャック効果による位相差を求めることができ
るとともに、光の分岐の際の位相が等しいので、非相反
雑音を除去することができる。

【０１１６】なお、本実施例では、光分岐結合手段１２
として光ファイバカプラ４１を用いたが、シリコン、ニ
オブ酸リチウムまたはガラス等からなる基板上に、光の
エバネッセント波を利用して光を分岐あるいは合成する
ように構成された光導波路でも良い。

【０１１７】また、本実施例は、図１を用いて説明した
が、図２の構成の光回転検出装置においても同様の効果
が得られる。

【０１１８】（実施例５）以下、図１及び図５を用いて
本発明の第５の実施例を詳細に説明する。

【０１１９】図１の説明は実施例１と同様なので省略す
る。図５は、本発明の第５の実施例の光回転検出装置に
おける、センシングループを除いた部分の構成図であ
る。

【０１２０】図５において、５１は基板、５２は光源、
５３は光分岐結合手段、５４は第１の受光手段、５５は
第２の受光手段、５６は第３の受光手段、５０１〜５０
６はそれぞれ第１〜第６の分枝を示す。

【０１２１】本実施例の光回転検出装置の構成は、図１
におけるセンシングループ１６以外の部分が、シリコ
ン、ニオブ酸リチウムまたはガラス等からなる同一基板
５１上に形成されているものである。

【０１２２】その動作は実施例１と同様なので省略す
る。また、第１の分枝５０１と第６の分枝は、互いの光
軸の延長線が一致するように設けられている。

【０１２３】このような構成の光回転検出装置では、光
源、光分岐結合手段、３つの受光手段が一つにまとめら
れるため、構成は実施例１と同じだが、複数の構成要素
が、光学部品としては一つとなる。

【０１２４】したがって、個々の構成要素を光ファイバ
で接続する場合と比べて光学部品点数は少なく、装置の
小型化及び軽量化が可能であるとともに、コストを大幅
に低減することができる。

【０１２５】なお、本実施例では、センシングループ１
６以外の光学系構成要素すべてを同一基板５１上に構成
した場合を示したが、センシングループ１６以外の構成
要素のうち、少なくとも２つが同一基板５１上にあれ
ば、光学部品点数としては少なくなるため、同様の効果
が得られる。

【０１２６】また、本実施例は、図１を用いて説明した
が、図２の構成の光回転検出装置においても同様の効果
が得られる。

【０１２７】（実施例６）以下、図１及び図６を用いて
本発明の第６の実施例を詳細に説明する。

【０１２８】図１の説明は実施例１と同様なので省略す
る。図６は、本発明の第６の実施例の光回転検出装置に
おける、光ファイバの端面付近の光の伝搬を表す概念図
を示す。

【０１２９】図６において、Ｏは光ファイバの軸線、Ｓ
は光ファイバの端面、ｍはクラッドの屈折率、ｎはコア
の屈折率、ｈは無反射処理のために塗布した無反射処理
用物質の屈折率、６１は光ファイバの中を伝搬してきた
光、６２は光６１が端面Ｓを透過した光、６３は光６１
が端面Ｓで反射した光、６４は光６３がコアとクラッド
の境界面を透過した光を示す。

【０１３０】ｉは光６１の端面Ｓに対する入射角、ｊは
光６２の端面Ｓに対する出射角、ｋは光６３のコアとク
ラッドの境界面に対する入射角、ｌは光６４のコアとク
ラッドの境界面に対する出射角を示す。

【０１３１】図１の構成の光回転検出装置には、４箇所
の光ファイバの端面が存在する。すなわち、光源１１の
中に１箇所（１０７）と、第１の受光手段１３、第２の
受光手段１４及び第３の受光手段１５の中にそれぞれ１
箇所ずつ（１０８、１０９、１１０）である。

【０１３２】従来、これらの端面には特別な処理を施さ
ず、通常光ファイバを切断するように、端面が光ファイ
バの軸に垂直になるように切断するか、あるいは研磨し
ていた。

【０１３３】しかし、光ファイバ中を伝搬してきた光
が、これらの端面に到達したとき、光の大部分は端面を
通過して光ファイバの外に出るが、一部は端面で反射し
てしまう。

【０１３４】このような反射光の方向が、光ファイバの
コアとクラッドの境界面と、全反射を起こす臨界角より
も小さな角度を成してしまうと、この反射光は光ファイ
バの中を、伝搬してきた方向と逆方向に進行してしま
う。

【０１３５】ここで、臨界角をθとすると、θはθ＝ｃ
ｏｓ^-1（ｍ／ｎ）で表される。すなわち、図６のよう
に、反射してきた光６３の、コアとクラッドの境界面に
対する入射角ｋが、（９０度−θ）よりも大きいとき
は、反射戻り光が再び光ファイバの中を伝搬してしま
う。

【０１３６】そして、このような反射戻り光がセンシン
グループ部１６を伝搬してしまうと、不要な干渉を生じ
たり、あるいは、戻り光が光源に達して発光素子の発光
状態に変動を生じるなど、様々な悪影響を及ぼしてしま
う。

【０１３７】このような理由により、光ファイバの端面
からの反射戻り光はできる限り減少させなければならな
い。

【０１３８】本実施例では、光ファイバの端面からの戻
り光をできる限り減少させるため、光回転検出装置内に
存在する４つの光ファイバの端面について、無反射処理
を施した。

【０１３９】この無反射処理は、図６で示しているよう
に、光６１が端面Ｓで反射しても、反射光６３の、コア
とクラッドの境界面に対する入射角ｋが（９０度−θ）
よりも小さく、全反射せずにクラッドに出射してしまう
ように、光ファイバの端面Ｓを、斜め研磨あるいは斜め
切断等の方法で斜めにするものである。

【０１４０】この無反射処理を、図１における光ファイ
バの端面１０７、及び第１の受光手段１３、第２の受光
手段１４並びに第３の受光手段１５の中の光ファイバの
端面１０８、１０９、１１０に施したところ、光ファイ
バを伝搬してきた光が、各端面で反射して、再びセンシ
ングループ部１６まで伝搬し、センシングのための右回
り光と左回り光に悪影響を及ぼすということがなくなる
とともに、各受光手段に出力される光出力の中で、セン
シングに無関係な出力バイアスが低減され、静止状態で
の光回転検出装置の出力変動、すなわち零点ドリフトが
大幅に低減されることを実験により確認した。

【０１４１】また、端面１０７がこのように傾斜してい
ると、発光素子から発せられて端面１０７で反射した光
が、再び発光素子へ戻ることがなくなったため、発光素
子の発光状態が安定することが確められた。

【０１４２】また、光源１１内に光ファイバを設けてい
る場合にも、同様の端面の処理により、同様の効果が得
られる。

【０１４３】更に、図６に示すように、光６１が端面Ｓ
で反射しない無反射処理として、マッチングオイル等の
無反射物質を端面Ｓに塗布しても良い。

【０１４４】これは、光６１の大部分が端面Ｓを透過す
るように、コアの屈折率とほぼ同じ屈折率を持つ物質を
塗布することによって、コアを伝搬してきた光の大部分
を光ファイバの外に出射させる処理である。

【０１４５】さらに、このような角度研磨処理と無反射
物質塗布の２つの無反射処理を同時に実施しても同様の
結果が期待できる。

【０１４６】また、本実施例は、図１を用いて説明した
が、図２の構成の光回転検出装置においても同様の効果
が得られる。

【０１４７】（実施例７）以下、図１、図７、及び図８
を用いて本発明の第７の実施例を詳細に説明する。

【０１４８】図１の説明は実施例１と同様なので省略す
る。図７及び図８は、本発明の第７の実施例の光回転検
出装置における、信号処理回路の一部を表す概念図を示
す。

【０１４９】図７において７１は第１の増幅器、７２は
第２の増幅器、７３は差動増幅器、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３及
びＲ４は抵抗、Ｋ１及びＫ２はそれぞれ第１の増幅器７
１及び第２の増幅器７２の増幅率を示す。

【０１５０】図７に示す回路では、第１の増幅器７１及
び第２の増幅器７２にそれぞれ信号Ｐ１及びＰ２を入力
すると、出力として（Ｐ１−Ｐ２）が得られる。

【０１５１】図８において８１は第１の増幅器、８２は
第２の増幅器、８３は第３の増幅器、８４は加算器、８
５は除算器、Ｋ１、Ｋ２及びＫ３はそれぞれ第１の増幅
器８１、第２の増幅器８２及び第３の増幅器８３の増幅
率を示す。

【０１５２】図８に示す回路では、第１の増幅器８１、
第２の増幅器８２及び第３の増幅器８３にそれぞれ信号
Ｐ１、Ｐ２およびＰ３を入力すると、出力として（Ｐ１
−Ｐ２）／Ｐ３が得られる。

【０１５３】さて、図１のような構成の光回転検出装置
では、光源からの光の強度をＩとすると第１の出力信号
Ｐ１は、Ｐ１＝ａ×Ｉ×ｃｏｓ（φ＋Ａ）、第２の出力
信号Ｐ２は、Ｐ２＝ｂ×Ｉ×ｃｏｓ（φ＋Ｂ）、第３の
出力信号Ｐ３は、Ｐ３＝ｃ×Ｉとなる。ただし、ａ、
ｂ、ｃ、Ａ、Ｂは定数である。

【０１５４】これら３つの出力信号を演算処理する信号
処理回路を有する光回転検出装置では、３つの出力信号
のうちＰ１またはＰ２を含む少なくとも１つを用いて位
相差φを求めることができ、その値から回転角速度を算
出できる。例えば、ａ＝ｂ、Ａ＝−Ｂとなる場合におい
て、信号処理回路に図７に示すような減算処理回路が含
まれている場合は、第１の出力信号Ｐ１と第２の出力信
号Ｐ２との差を計算すると、（Ｐ１−Ｐ２）＝ｄ×Ｉ×
ｓｉｎφとなる。ただし、ｄは定数である。

【０１５５】この式からわかるように、Ｐ１−Ｐ２はφ
に対して正弦関数的に変化するのでφが小さい領域で感
度が良くなり、良好な光回転検出装置が得られる。

【０１５６】また信号処理回路に、図８に示すような減
算処理回路および除算処理回路が含まれている場合は、
前記（Ｐ１−Ｐ２）を第３の出力信号Ｐ３で除すると
（Ｐ１−Ｐ２）／Ｐ３＝ｅ×ｓｉｎφ（ただし、ｅは定
数）となり、光源からの光強度Ｉの変動による出力に対
する影響を除去することができる。

【０１５７】さらに、ａ≠ｂ、Ａ＝−Ｂとなる場合にお
いて、信号処理回路に、図８に示すような減算処理回
路、除算処理回路が含まれ、かつ増幅器の増幅率Ｋ１、
Ｋ２及びＫ３が可変の場合は、第１、２、及び３の出力
信号Ｐ１、Ｐ２、及びＰ３にそれぞれ適当な定数をかけ
た後に、上記と同じ演算処理をすれば、同様の結果が得
られる。

【０１５８】また、本実施例は、図１を用いて説明した
が、図２の構成の光回転検出装置においても同様の効果
が得られる。

【０１５９】（実施例８）以下、図１及び図９を用いて
本発明の第８の実施例を詳細に説明する。

【０１６０】図１の説明は実施例１と同様なので省略す
る。図９は、本発明の第８の実施例の光回転検出装置に
おける、信号処理回路の一部を表す概念図を示す。

【０１６１】図９において、９１は温度検出手段、９２
は第１の増幅器、９３は第２の増幅器、９４は第３の増
幅器、９５は加算器、９６は除算器、及び９７は波長補
正回路を示す。

【０１６２】図１の光回転検出装置の光分岐結合手段１
２は、デバイス単体の特性として、一つの分枝から入射
した光が、一定の分岐比をもって分岐し、出射側の３つ
の分枝から出力されなければならない。

【０１６３】しかし、現実には、ほんのわずかではある
が、温度が変化すると分岐比が変化してしまう。

【０１６４】このような分岐比の変動は、直接、出力信
号の変動を生じてしまう。光分岐結合手段１２自体を、
温度に依らない一定の特性を持つようにすることは、実
質的に不可能であるので、それに代わる方法として、第
１、第２、及び第３の出力信号Ｐ１、Ｐ２、及びＰ３
が、第１、第２、及び第３の増幅器９２、９３、及び９
４で増幅される際、温度検出手段９１で検出された温度
に対応した増幅率で増幅されるように、補正をかけてや
れば良い。

【０１６５】一方で、温度の変動は、次式のように、光
源１１から出力される光の波長も変化させる。

【０１６６】

【数４】

【０１６７】ここで、λ（Ｔ）は温度Ｔのときの波長で
あり、λ₂₅は２５℃のときの波長、Δλは波長の変化分
である。

【０１６８】このような波長変動は、サニャック効果に
よる位相差を角速度に変換する際に用いられるスケール
ファクタを、次式のように変動させてしまう。

【０１６９】

【数５】

【０１７０】ここで、ＳＦ（Ｔ）は温度Ｔのときのスケ
ールファクタであり、ＳＦ₂₅は２５℃のときのスケール
ファクタである。

【０１７１】光源１１自体を、温度に依らない一定の特
性を持つようにすることは不可能であるので、（Ｐ１−
Ｐ２）／Ｐ３の値が出力されてから、上の２式を用いて
波長の変化分を補正してやれば良い。

【０１７２】すなわち、予め温度による光源の出射波長
特性を調べておけば、上式にその特性を適用することに
よって、温度による出射波長の変化分を補正することが
できる。

【０１７３】以上のことから、本実施例では、光学系が
図１の構成で、信号処理回路が温度検出手段を含む光回
転検出手段を構成した結果、温度変動によって生じる、
光分岐結合手段での分岐比の変動や波長の変動による影
響が、補正によって取り除かれ、精度良く回転角速度を
算出できることが、実験的に確認できた。

【０１７４】また、本実施例は、図１を用いて説明した
が、図２の構成の光回転検出装置においても同様の効果
が得られる。

【０１７５】（実施例９）以下、図１及び図１０を用い
て本発明の第９の実施例の詳細を説明する。

【０１７６】図１の説明は実施例１と同様なので省略す
る。図１０は、本発明の第９の実施例の光回転検出装置
における、信号処理回路の一部を表す概念図を示す。

【０１７７】図１０において、６０１は増幅器、６０２
は光源出力制御手段、６０３は光源駆動回路、６０４は
ＳＬＤを示す。

【０１７８】図１の構成の光回転検出装置では、光源１
１は、常に一定出力の光を出射しなければならない。

【０１７９】というのは、光源１１の光出力強度が、温
度変化や経時変化等の要因により変動してしまうと、同
じ状態で角速度を検出しても、信号出力が変化してしま
うからである。

【０１８０】したがって、光源から出射された光出力強
度が一定に保たれるような方法をとらなければならな
い。

【０１８１】第３の出力信号Ｐ３は、干渉出力でなく、
光源１１の光出力強度に比例することから、本実施例で
は、Ｐ３を光源出力制御手段６０２でモニタし、Ｐ３が
一定になるように光源駆動回路６０３を制御して、ＳＬ
Ｄ６０４の光出力強度を一定に保つようにした。

【０１８２】以上のことから、本実施例では、第３の出
力信号Ｐ３を、光源出力制御手段６０２を介して光源駆
動回路６０３にフィードバックし、ＳＬＤ６０４の光出
力強度が一定になるように制御した結果、ＳＬＤ６０４
の、温度変化や経時変化による出力変動が抑えられたた
め、信号出力が安定化し、精度良く回転角速度を算出で
きることが、実験的に確認された。

【０１８３】また、本実施例は、図１を用いて説明した
が、図２の構成の光回転検出装置においても同様の効果
が得られる。

【０１８４】

【発明の効果】以上のように本発明の第１の光回転検出
装置は、光源と、前記光源から射出された光を第１の分
枝から入射して分岐する光分岐結合手段と、前記光分岐
結合手段で分岐された光のうち、入射した光の一部がそ
れぞれ伝搬する第２の分枝と第３の分枝から光を入射し
てサニャック効果を生じ、光ファイバを巻回して形成さ
れるセンシングループと、前記センシングループから射
出された二つの光が前記光分岐結合手段で結合され、前
記光源に結合されていない第４の分枝と第５の分枝から
射出された光をそれぞれ受光する第１の受光手段と第２
の受光手段と、前記第１の分枝から入射して前記光分岐
結合手段で分岐された光のうち、入射した光の一部が伝
搬して射出される第６の分枝と、前記第６の分枝から射
出された光を受光する第３の受光手段とを備えた構成に
より、光の位相変調あるいは周波数変調を行う変調部及
び変調制御部等を必要とせず、高精度に回転角速度を算
出することが可能であるとともに、構成部品点数が少な
く、コストを大幅に削減することができる。

【０１８５】本発明の第２の光回転検出装置は、前記光
源から射出されて前記第１の分枝に入射した光が前記光
分岐結合手段で分岐されてから、前記センシングループ
を通過して前記光分岐結合手段で結合されるまでの経路
のうち少なくとも一箇所、または前記光源と前記光分岐
結合手段との間に偏光解消手段を配置することにより、
前記偏光解消手段が伝搬光を強制的に無偏光化して、光
ファイバ内での偏波面の変動による不要な干渉雑音成分
を取り除き、更に、光の位相変調あるいは周波数変調を
行う変調部および変調度制御部等を必要とせず、高精度
に回転角速度を算出することが可能であるとともに、構
成部品点数が少なく、コストを大幅に削減することがで
きる。

【０１８６】本発明の第３の光回転検出装置は、全体の
構成が前記第１あるいは第２の光回転検出装置と同様で
あり、更に、前記光源が低コヒーレント光源、または低
偏光度光源であるため、端面からの戻り光や後方レーリ
散乱光によって生じる不要干渉雑音成分、あるいは光フ
ァイバ内での偏波面の変動による不要干渉雑音成分が抑
圧され、更に、光の位相変調あるいは周波数変調を行う
変調部および変調度制御部等を必要とせず、高精度に回
転角速度を算出することが可能であるとともに、構成部
品点数が少なく、コストを大幅に削減することができ
る。

【０１８７】本発明の第４の光回転検出装置は、全体の
構成が前記第１あるいは第２の光回転検出装置と同様で
あり、更に、前記光分岐結合手段が光ファイバカプラ、
または基板上に構成された光導波路であり、前記光分岐
結合手段と接続している前記第１の分枝と前記第６の分
枝が一本の同一経路からなっているため、一つの光分岐
結合手段のみで光の相反性が維持されて非相反雑音が除
去され、更に、光の位相変調あるいは周波数変調を行う
変調部および変調度制御部等を必要とせず、高精度に回
転角速度を算出することが可能であるとともに、構成部
品点数が少なく、コストを大幅に削減することができ
る。

【０１８８】本発明の第５の光回転検出装置は、全体の
構成が前記第１あるいは第２の光回転検出装置と同様で
あり、更に、前記光分岐結合手段が前記基板上に構成さ
れている光回転検出装置において、前記光源、前記第１
の受光手段、前記第２の受光手段、及び前記第３の受光
手段のうち、少なくとも一つを、前記光分岐結合手段が
構成される前記基板上に配置するため、光源と、光分岐
結合手段と、受光手段の３種類の光学部品のうち複数個
を一つの部品としてまとめることができ、最少で光学部
品点数が、光学基板とセンシングループの２点のみとな
ることから、光の位相変調あるいは周波数変調を行う変
調部および変調度制御部等を必要とせず、高精度に回転
角速度を算出することが可能であるとともに、構成部品
点数が極めて少なく、コストをより大幅に削減すること
ができる。

【０１８９】本発明の第６の光回転検出装置は、全体の
構成が前記第１あるいは第２の光回転検出装置と同様で
あり、更に、少なくとも一つの光ファイバ端面を有する
光回転検出装置において、前記第１の分枝、前記第４の
分枝、前記第５の分枝、及び前記第６の分枝の端面のう
ち、少なくとも一つに無反射処理を施すため、端面から
の戻り光が、センシングループに伝搬して左回り光や右
回り光と干渉して変動を与えたり、光源へ伝搬して発光
状態を不安定にしたり、受光素子へ伝搬して信号光の出
力強度に不要なバイアスを生じたりすることがなくな
り、戻り光による悪影響を除去され、更に、光の位相変
調あるいは周波数変調を行う変調部および変調度制御部
等を必要とせず、高精度に回転角速度を算出することが
可能であるとともに、構成部品点数が少なく、コストを
大幅に削減することができる。

【０１９０】本発明の第７の光回転検出装置は、全体の
構成が前記第１あるいは第２の光回転検出装置と同様で
あり、更に、前記第１の受光手段から出力される第１の
出力信号、前記第２の受光手段から出力される第２の出
力信号、及び前記第３の受光手段から出力される第３の
出力信号のうち、第１の出力信号あるいは第２の出力信
号を含む、少なくとも一つの出力信号を用いて回転角速
度を算出する信号処理回路を有し、前記信号処理回路
が、前記第１の出力信号と前記第２の出力信号との差、
または、前記第１の出力信号と予め定められた第１の定
数とを乗じた積を求める第１の乗算処理手段と、前記第
２の出力信号と予め定められた第２の定数とを乗じた積
を求める第２の乗算処理手段と、前記第１の乗算処理手
段から出力される第１の積の信号と前記第２の乗算処理
手段から出力される第２の積の信号との差、を求める減
算処理手段を有し、前記減算処理手段から出力される差
の信号を用いて回転角速度を算出するか、あるいは、前
記第３の受光手段を有する光回転検出装置においては、
前記信号処理回路が、前記差の信号を前記第３の出力信
号で除した商を求める除算処理手段を有し、前記除算処
理手段から出力される商の信号を用いて回転角速度を算
出するもので、前記第１の乗算処理手段と前記第２の乗
算処理手段を有する光回転検出装置においては、前記第
１の定数を調整する第１の定数調整手段と、前記第２の
定数を調整する第２の定数調整手段を有するため、複数
の出力信号光を用いて高精度な回転角速度検出を行うこ
とができ、第１の出力信号と第２の出力信号との差、あ
るいは、第１の出力信号と第１の定数とを乗じた積と、
第２の出力信号と第２の定数とを乗じた積との差は、正
弦関数で表され、差の信号が零となる近傍で、検出感度
を最大にすることができるとともに、差の信号を第３の
出力信号で除することにより、光源の出力変動を補正す
ることができ、第１と第２の定数調整手段を有する光回
転検出手段においては、必要な角速度領域の検出感度を
最適化することができ、更に、光の位相変調あるいは周
波数変調を行う変調部および変調度制御部等を必要とせ
ず、より高精度に回転角速度を算出することが可能であ
るとともに、構成部品点数が少なく、コストを大幅に削
減することができる。

【０１９１】本発明の第８の光回転検出装置は、全体の
構成が前記第１あるいは第２の光回転検出装置と同様で
あり、更に、前記信号処理回路が、温度検出手段を有
し、前記温度検出手段から出力される温度の信号を用い
て回転角速度を算出するため、前記温度の信号を用い
て、温度変動によって生じる、波長の変動や光分岐結合
手段での分岐比の変動等を補正することができ、温度の
影響が除去され、更に、光の位相変調あるいは周波数変
調を行う変調部および変調度制御部等を必要とせず、高
精度に回転角速度を算出することが可能であるととも
に、構成部品点数が少なく、コストを大幅に削減するこ
とができる。

【０１９２】本発明の第９の光回転検出装置は、全体の
構成が前記第１あるいは第２の光回転検出装置と同様で
あり、更に、前記信号処理回路が、前記第３の出力信号
を用いて前記光源の光出力強度を制御する光源出力制御
手段を有するため、光源の経年変化等による光出力の変
動を取り除き、光源の出力を一定に保たれ、更に、光の
位相変調あるいは周波数変調を行う変調部および変調度
制御部等を必要とせず、高精度に回転角速度を算出する
ことが可能であるとともに、構成部品点数が少なく、コ
ストを大幅に削減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例における光回転検出装置
の構成図

【図２】本発明の第２の実施例における光回転検出装置
の構成図

【図３】本発明の第３の実施例の光回転検出装置におけ
る光源のスペクトル波形を表す図

【図４】本発明の第４の実施例の光回転検出装置におけ
る光分岐結合手段の概念図

【図５】本発明の第５の実施例の光回転検出装置におけ
る、センシングループを除いた部分の構成図

【図６】本発明の第６の実施例の光回転検出装置におけ
る、光ファイバの端面付近の光の伝搬を表す概念図

【図７】本発明の第７の実施例の光回転検出装置におけ
る、信号処理回路の一部を表す概念図

【図８】本発明の第７の実施例の光回転検出装置におけ
る、信号処理回路の一部を表す概念図

【図９】本発明の第８の実施例の光回転検出装置におけ
る、信号処理回路の一部を表す概念図

【図１０】本発明の第９の実施例の光回転検出装置にお
ける、信号処理回路の一部を表す概念図

【図１１】従来例における光回転検出装置の構成図

【符号の説明】

１１光源１２光分岐結合手段１３第１の受光手段１４第２の受光手段１５第３の受光手段１６センシングループ２１光源２２光分岐結合手段２３第１の受光手段２４第２の受光手段２５第３の受光手段２６センシングループ２７偏光解消手段４１光ファイバカプラ５１基板５２光源５３光分岐結合手段基板５４第１の受光手段５５第２の受光手段５６第３の受光手段７１第１の増幅器７２第２の増幅器７３差動増幅器８１第１の増幅器８２第２の増幅器８３第３の増幅器８４加算器８５除算器９１温度検出手段９２第１の増幅器９３第２の増幅器９５加算器９６除算器９７波長補正回路６０１増幅器６０２光源出力制御手段６０３光源駆動回路６０４ＳＬＤ

フロントページの続き (72)発明者根岸英彦神奈川県川崎市多摩区東三田３丁目10番１号松下技研株式会社内 (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

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源と、前記光源から射出された光を第
１の分枝から入射して分岐する光分岐結合手段と、前記
光分岐結合手段で分岐された光のうち、入射した光の一
部がそれぞれ伝搬する第２の分枝と第３の分枝から光を
入射してサニャック効果を生じ、光ファイバを巻回して
形成されるセンシングループと、前記センシングループ
から射出された二つの光が前記光分岐結合手段で結合さ
れ、前記光源に結合されていない第４の分枝と第５の分
枝から射出された光をそれぞれ受光する第１の受光手段
と第２の受光手段と、前記第１の分枝から入射して前記
光分岐結合手段で分岐された光のうち、入射した光の一
部が伝搬して射出される第６の分枝と、前記第６の分枝
から射出された光を受光する第３の受光手段とを備えた
光回転検出装置。
【請求項２】光源から射出されて前記第１の分枝に入
射した光が光分岐結合手段で分岐されてから、センシン
グループを通過して光分岐結合手段で結合されるまでの
経路のうち、少なくとも一箇所に、更に偏光解消手段を
配置した請求項１記載の光回転検出装置。
【請求項３】光源と光分岐結合手段との間に、更に偏
光解消手段を配置した請求項１または２記載の光回転検
出装置。
【請求項４】光源が低コヒーレント光源である請求項
１から３のいずれかに記載の光回転検出装置。
【請求項５】光源が低偏光度光源である請求項１から
４のいずれかに記載の光回転検出装置。
【請求項６】光分岐結合手段が光ファイバカプラであ
る請求項１から５のいずれかに記載の光回転検出装置。
【請求項７】光ファイバカプラと接続している第１の
分枝と第６の分枝が、一本の同一光ファイバからなる請
求項６記載の光回転検出装置。
【請求項８】光分岐結合手段が基板上に構成された光
導波路である請求項１から５のいずれかに記載の光回転
検出装置。
【請求項９】光導波路と接続している第１の分枝と第
６の分枝が、それらの光軸の延長線が略一致する関係に
ある請求項８記載の光回転検出装置。
【請求項１０】光源、第１の受光手段、第２の受光手
段、及び第３の受光手段のうち、少なくとも一つを、光
分岐結合手段が構成される基板上に配置した請求項８ま
たは９記載の光回転検出装置。
【請求項１１】第１の分枝、第４の分枝、第５の分
枝、及び第６の分枝の端面のうち、少なくとも一つに無
反射処理を施した請求項１から１０のいずれかに記載の
光回転検出装置。
【請求項１２】第１の受光手段から出力される第１の
出力信号、第２の受光手段から出力される第２の出力信
号、及び第３の受光手段から出力される第３の出力信号
のうち、前記第１の出力信号及び／または前記第２の出
力信号を含む出力信号を用いて回転角速度を算出する信
号処理回路を有する請求項１から１１のいずれかに記載
の光回転検出装置。
【請求項１３】信号処理回路が、第１の出力信号と第
２の出力信号との差を求める減算処理手段を有し、減算
処理手段から出力される差出力信号を用いて回転角速度
を算出する請求項１２記載の光回転検出装置。
【請求項１４】信号処理回路が、差出力信号を前記第
３の出力信号で除した商を求める除算処理手段を有し、
除算処理手段から出力される商出力信号を用いて回転角
速度を算出する請求項１３記載の光回転検出装置。
【請求項１５】信号処理回路が、第１の出力信号と予
め定められた第１の定数とを乗じた積を求める第１の乗
算処理手段と、第２の出力信号と予め定められた第２の
定数とを乗じた積を求める第２の乗算処理手段と、第１
の乗算処理手段から出力される第１の積の信号と前記第
２の乗算処理手段から出力される第２の積の信号との差
を求める減算処理手段を有し、減算処理手段から出力さ
れる差出力信号を用いて回転角速度を算出する請求項１
２記載の光回転検出装置。
【請求項１６】信号処理回路が、差出力信号を前記第
３の出力信号で除した商を求める除算処理手段を有し、
除算処理手段から出力される商出力信号を用いて回転角
速度を算出する請求項１５記載の光回転検出装置。
【請求項１７】第１の定数を調整する第１の定数調整
手段と、第２の定数を調整する第２の定数調整手段とを
有する請求項１５または１６記載の光回転検出装置。
【請求項１８】更に温度検出手段を有し、信号処理回
路が、前記温度検出手段から出力される温度の信号をも
用いて回転角速度を算出する請求項１から１７のいずれ
かに記載の光回転検出装置。
【請求項１９】更に第３の出力信号を用いて光源の光
出力強度を制御する光源出力制御手段を有する請求項１
から１８のいずれかに記載の光回転検出装置。