JPH08122083A - 光ファイバジャイロ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 入力角速度Ωの値が小さいときでも、正確に
位相制御を行う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。 【構成】 位相制御器によって干渉光の強さＩの信号に
第１の位相差Δβと第２の位相差σを生成する。第１の
位相差Δβはｎを整数として第１の動作点Δβ_A＝−
（２ｎ−１）π／２と第２の動作点Δβ_B ＝＋（２ｎ−
１）π／２に交互に変化し、それによって第１の動作点
Δβ_A における信号Ｉ＝Ｉ_A と第２の動作点Δβ_B にお
ける信号Ｉ＝Ｉ_B の差ΔＩがｓｉｎ（Δθ＋σ）に比例
する信号として得られる。この差信号ΔＩがゼロとなる
ように第２の位相差σを制御して位相フィードバックす
る。第１及び第２の動作点の時間をそれぞれＴ_A 、Ｔ_B
とするとき、この時間Ｔ_A 、Ｔ_B はそれぞれ一定にす
る。

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
ャイロに関する。

【０００２】

【従来の技術】光ファイバジャイロは角速度を計測する
装置として広く使用されており、小型で且つ高い信頼性
を有する長所がある。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いる。干渉型の光ファイ
バジャイロでは、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つの伝播光の干渉光に現れる位相差より角速度
を求める。干渉型の光ファイバジャイロとして、例えば
位相変調方式、セロダイン変調方式及びディジタル変調
方式があり、これらについて説明する。

【０００３】先ず図８を参照して位相変調方式の光ファ
イバジャイロを説明する。光ファイバジャイロ装置は、
半導体レーザ、発光ダイオード等の発光器１と検出光を
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第１及び第２の
カプラ５、６と光ファイバループ３の一端に設けられた
位相変調器８とを有する。

【０００４】発光器１より出力された光は第１のカプラ
５及び偏光子４を経由し、第２のカプラ６によって２つ
の伝播光に分岐され、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を互いに反対方向に伝
播した光は第２のカプラ６によって合成され干渉光が生
成される。斯かる干渉光は第１のカプラ５を経由して受
光器２によって検出される。

【０００６】光ファイバループ３に外から角速度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。

【０００７】

【数１】Δθ＝（２πＤＬ／λｃ）Ω

【０００８】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は発光器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。

【０００９】位相変調方式によると、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位相変
調器８によってそれぞれ位相変調される。光ファイバル
ープ３を右周りに伝播する光Ｅ_C と左周りに伝播する光
Ｅ_CCは光ファイバループ３の両端にて次のように表され
る。

【００１０】

【数２】Ｅ_C ＝Ｅ₀ ｓｉｎ（ωｔ−Δθ／２＋β₀ ） Ｅ_CC＝Ｅ₀ ｓｉｎ（ωｔ＋Δθ／２＋β_T ）

【００１１】ここに、Ｅ₀ は振幅、ωは光の周波数に対
する角周波数、ｔは時間、Δθ／２はサグナック効果に
より生じた位相差、β₀ 及びβ_T は位相変調器８によっ
て生成された位相差である。右周りに伝播する光Ｅ_C の
位相差β₀ は光ファイバループ３を右周りに伝播してか
ら光ファイバループ３の出口にて位相変調された光の位
相差であり、左周りに伝播する光Ｅ_CCの位相差β_T は光
ファイバループ３の入口にて位相変調されてから光ファ
イバループ３を左周りに伝播した光の位相差である。

【００１２】斯かる２つの伝播光Ｅ_C 、Ｅ_CCは第２のカ
プラ６によって合成され、干渉光は第１のカプラ５を経
由して受光器２によって検出される。受光器２によって
検出される干渉光の強さＩは次の式によって表される。

【００１３】

【数３】Ｉ＝２Ｅ₀ ²〔１＋ｃｏｓ（Δθ＋β_T −
β₀ ）〕 ＝２Ｅ₀ ²〔１＋ｃｏｓ（Δθ＋Δβ）〕 ＝２Ｅ₀ ²（１＋ｃｏｓｘ）

【００１４】但し、Δβ＝β_T −β₀ 、ｘ＝Δθ＋Δβ
である。位相変調をしない方式（Δβ＝０）では、受光
器２によって検出される干渉光の強さＩは位相差Δθの
余弦値ｃｏｓΔθの関数だから、入力角速度Ωが小さい
と、干渉光の強さＩの変動量が小さく、正確な位相差Δ
θを得られない。位相変調方式（Δβ≠０）では、正弦
曲線の勾配が大きい領域に動作点があるから、入力角速
度Ωが小さいときでも正確な位相差Δθを得ることがで
きる。

【００１５】位相変調は角周波数ω_m の基準周波数の正
弦波を使用して行われる。斯かる場合、位相差β_T 及び
β₀ は次の式によって表される。

【００１６】

【数４】β_T ＝βｓｉｎ（ω_m ｔ＋ω_m ・τ／２） β₀ ＝βｓｉｎ（ω_m ｔ−ω_m ・τ／２）

【００１７】ここに、βは定数、τは光が光ファイバル
ープ３を伝播するのに要する時間である。この式より位
相差β_T 及びβ₀ の差を求めると次のようになる。

【００１８】

【数５】 Δβ＝β_T −β₀ ＝２βｓｉｎ（ω_m ・τ／２）・ｃｏｓω_m ｔ

【００１９】これを数３の式に代入すると次の式が得ら
れる。

【００２０】

【数６】 Ｉ＝２Ｅ₀ ²〔１＋ｃｏｓΔθ・｛Ｊ₀ （ｚ）＋２Σ_k=1 Ｊ_2k（ｚ）ｃｏｓ２ｋ・ ω_m ｔ｝−２ｓｉｎΔθ・Σ_k=0 Ｊ_2k+1（ｚ）ｓｉｎ（２ｋ＋１）ω_m ｔ〕

【００２１】Ｅ_O は光の強さに関係する定数、ω_m は位
相変調器８によって付与された角周波数、ｚは位相変調
度、Ｊ₀ 、Ｊ₁ 、Ｊ₂ 、・・・はベッセル関数、ｔは時
間である。位相変調度ｚは位相変調器８に供給される電
圧信号の大きさによって変化する。

【００２２】位相変調度ｚは次の式によって表される。

【００２３】

【数７】ｚ＝２βｓｉｎω_m τ／２

【００２４】数６の式は次の数８の式のように表され
る。

【００２５】

【数８】 Ｉ＝Ｉ₀ −Ｉ₁ ｓｉｎω_m ｔ＋Ｉ₂ ｃｏｓ２ω_m ｔ−Ｉ₃ ｓｉｎ３ω_m ｔ＋Ｉ₄ ｃｏｓ４ω_m ｔ＋・・・

【００２６】但し、Ｉ₀ 、Ｉ₁ 、Ｉ₂ 、Ｉ₃ 、Ｉ₄ は次
の数９の式によって表される。尚、Ｉ₀ は直流成分、Ｉ
₁ は１倍波成分、Ｉ₂ は２倍波成分、Ｉ₃ は３倍波成分
等と称される。

【００２７】

【数９】Ｉ₀ ＝２Ｅ₀ ²｛１＋Ｊ₀ （ｚ）ｃｏｓΔθ｝ Ｉ₁ ＝４Ｅ₀ ²Ｊ₁ （ｚ）ｓｉｎΔθ Ｉ₂ ＝４Ｅ₀ ²Ｊ₂ （ｚ）ｃｏｓΔθ Ｉ₃ ＝４Ｅ₀ ²Ｊ₃ （ｚ）ｓｉｎΔθ Ｉ₄ ＝４Ｅ₀ ²Ｊ₄ （ｚ）ｃｏｓΔθ

【００２８】位相変調方式の光ファイバジャイロ装置で
は、受光器２が受光する干渉光の強さＩは数９の式に示
されるように、ｃｏｓΔθの項ばかりでなくｓｉｎΔθ
の項を含むから、入力角速度Ωが小さく位相差Δθの値
が小さいときには、ｓｉｎΔθの項を取り出して位相差
Δθを求めれば正確な値が得られる。

【００２９】再び図８を参照する。光ファイバジャイロ
装置は更に電流電圧変換器７と信号発生器１１と同期検
波器１２と信号処理部１３とを有する。電流電圧変換器
７は受光器２より出力された電流信号を電圧信号に変換
し、それを同期検波部１２に出力する。信号発生器１１
は角周波数ω_m の基準信号を発生する信号発生部と斯か
る基準信号を倍周して角周波数２ω_m 、３ω_m 、４ω_m
のパルス信号を生成する倍周器とを有する。

【００３０】同期検波器１２は信号発生器１１より供給
された角周波数ω_m 、２ω_m 、３ω _m 、４ω_m の信号と
電流電圧変換器７より出力された電圧信号を入力する。
先ず、光強度信号Ｉより直流成分Ｉ_O を除去する。次
に、角周波数ω_m 、２ω_m 、３ω_m 、４ω_m の信号によ
って光強度信号Ｉを同期検波し、１倍波成分Ｉ₁ 、２倍
波成分Ｉ₂ 、３倍波成分Ｉ₃ 及び４倍波成分Ｉ₄ 等の信
号成分を得る。

【００３１】これらの信号を使用して位相差Δθを求め
るためには、数９の式よりＥ₀ 、Ｊ ₁ （ｚ）、Ｊ
₂ （ｚ）、Ｊ₃ （ｚ）、Ｊ₄ （ｚ）を消去すればよい。
例えば、Ｊ ₁ （ｚ）＝Ｊ₂ （ｚ）であればよい。Ｊ
₁ （ｚ）＝Ｊ₂ （ｚ）を満たす変調度ｚのうち最大値を
最適な変調度ｚ₀ とすると、ｚ₀ ≒２．６３である。従
って、変調度ｚ≒２．６３となるように位相変調器８に
よって位相変調すればよい。それによって、数９の２式
を使用して位相差Δθが求められる。これは信号処理部
１３によって演算される。

【００３２】次に図９を参照して従来のセロダイン変調
方式の光ファイバジャイロを説明する。セロダイン変調
方式の光ファイバジャイロは位相変調方式の光ファイバ
ジャイロを改良したもので、位相変調方式の光ファイバ
ジャイロより広いダイナミックレンジを得ることができ
るように構成されている。

【００３３】セロダイン変調方式の光ファイバジャイロ
では位相変調器８に加えて更にセロダイン変調器９が設
けられている。光ファイバループ３を右周りに伝播する
光Ｅ _C と左周りに伝播する光Ｅ_CCは位相変調器８による
位相変調に重畳して更にセロダイン変調される。光ファ
イバループ３を伝播した光は数２の式の代わりに次の数
１０の式によって表される。

【００３４】

【数１０】 Ｅ_C ＝Ｅ₀ ｓｉｎ（ωｔ−Δθ／２＋β₀ ＋α₀ ） Ｅ_CC＝Ｅ₀ ｓｉｎ（ωｔ＋Δθ／２＋β_T ＋α_T ）

【００３５】α₀ 、α_T は光ファイバループ３を右周り
に伝播する光と左周りに伝播する光において、セロダイ
ン変調器９によって生成された位相差である。

【００３６】図１０に斯かるセロダイン変調によって生
成された位相差信号α₀ 、α_T を示す。図１０Ａに示す
ように、位相差信号α₀ 、α_T は振幅２π、周期Ｔ_S の
鋸波である。受光器２によって検出される干渉光の強さ
Ｉは次の式によって表される。

【００３７】

【数１１】 Ｉ＝２Ｅ₀ ²〔１＋ｃｏｓ（Δθ＋β_T −β₀ ＋α_T −α₀ ）〕 ＝２Ｅ₀ ²〔１＋ｃｏｓ（Δθ＋Δβ＋Δα）〕

【００３８】ここにΔβは位相変調器８によって生成さ
れた位相差、Δαはセロダイン変調器９によって生成さ
れた位相差である。Δαはセロダイン位相差と称され
る。

【００３９】

【数１２】Δβ＝β_T −β₀ Δα＝α_T −α₀

【００４０】図１０Ｂにセロダイン位相差Δαの波形を
示す。セロダイン位相差Δαは交互に値がα_S とα_S −
２πに変化する矩形波である。α_S は鋸波の勾配に比例
し、次の式によって表される。

【００４１】

【数１３】α_S ＝２πτ／Ｔ_S ＝２πｆ_S τ

【００４２】Ｔ_S は位相差信号α_S の周期、ｆ_S （＝１
／Ｔ_S ）は位相差信号α_S の周波数、τは光ファイバル
ープ３を光が伝播するのに要する時間である。

【００４３】数３の式と数１１の式を比較すると明らか
なように、セロダイン変調方式では、干渉光の光の強さ
Ｉは数６の式にてΔθの代わりにΔθ＋Δαを代入して
得られる。従って、受光器２によって出力される電流信
号の直流成分、１倍波成分、２倍波成分、３倍波成分等
は数９の式に対応して次の式によって表される。

【００４４】

【数１４】 Ｉ₀ ＝２Ｅ₀ ²｛１＋Ｊ₀ （ｚ）ｃｏｓ（Δθ＋Δα）｝ Ｉ₁ ＝４Ｅ₀ ²Ｊ₁ （ｚ）ｓｉｎ（Δθ＋Δα） Ｉ₂ ＝４Ｅ₀ ²Ｊ₂ （ｚ）ｃｏｓ（Δθ＋Δα） Ｉ₃ ＝４Ｅ₀ ²Ｊ₃ （ｚ）ｓｉｎ（Δθ＋Δα） Ｉ₄ ＝４Ｅ₀ ²Ｊ₄ （ｚ）ｃｏｓ（Δθ＋Δα）

【００４５】セロダイン変調方式では、ｓｉｎ（Δθ＋
Δα）＝０となるように、セロダイン変調器９によって
伝播光は位相変調される。従って、斯かるフィードバッ
クループによる安定点ではΔα＝−Δθである。このと
き図１０Ａに示す鋸波の勾配は位相差Δθ（即ち角速度
Ω）に比例している。

【００４６】Δα＝α_S ＝２πτ／Ｔ_S とすると、正負
の符号を無視して、Δθ＝２πτ／Ｔ_S となる。これを
数１の式に代入すると、次の式が得られる。

【００４７】

【数１５】Ω＝λｃτ／ＤＬＴ_S ＝λｃτｆ_S ／ＤＬ

【００４８】再び図９を参照する。光ファイバジャイロ
は更に信号発生器１１と同期検波器１２と第１及び第２
の積分器１５、１６とカウンタ１７とリセット回路１８
と２π基準器１９とを有する。

【００４９】同期検波器１２は信号発生器１１より出力
された角周波数ω_m の基準信号を入力して数１４の式の
１倍波成分Ｉ₁ を検波する。従って、同期検波器１２よ
り第１の積分器１５に１倍波信号Ｉ₁ が供給される。第
２の積分器１６はセロダイン位相差Δαに比例した勾配
にて増加する傾斜信号を生成する。

【００５０】一方、２π基準器１９によって生成された
２π信号はリセット回路１８に供給される。リセット回
路１８は２πリセット信号を生成し、積分器１６の傾斜
信号の値が増加して２πになったらそれをリセットす
る。こうして、第２の積分器１６からは図１０Ａに示す
如きセロダイン変調信号が生成され、斯かるセロダイン
変調信号はセロダイン変調器９に供給される。

【００５１】上述のように、セロダイン変調方式では、
ｓｉｎ（Δθ＋Δα）＝０となるように位相変調され
る。このとき、同期検波器１２の出力信号Ｉ₁ はゼロと
なる。従って、このときカウンタ１７によって図１０Ａ
に示す如きセロダイン波の波数が計数され、周波数ｆ_S
が求められる。この周波数ｆ_S より数１５の式によって
角速度Ωが求められる。

【００５２】次に図１１〜１３を参照してディジタル変
調方式の光ファイバジャイロを説明する。本例の光ファ
イバジャイロは更にタイミング信号発生器２１と位相変
調信号発生部２２とＡＤ変換器２３と信号処理部２４と
を有する。ディジタル変調方式では、干渉光Ｉに生ずる
位相差Δβが時間τ毎にΔβ＝＋π／２とΔβ＝−π／
２に交互に変化するように位相変調される。従って、数
３の式にΔβ＝±π／２を代入して、

【００５３】

【数１６】 Ｉ（Δθ±π／２）＝２Ｅ₀ ²｛１＋ｃｏｓ（Δθ±π／２）｝ ＝２Ｅ₀ ²｛１−±ｓｉｎ（Δθ）｝

【００５４】これより、位相差がΔβ＝＋π／２のとき
とΔβ＝−π／２のときの光の強さＩの差を求めると、

【００５５】

【数１７】 Ｉ（Δθ＋π／２）−Ｉ（Δθ−π／２）＝２Ｅ₀ ²｛１−ｓｉｎ（Δθ）｝ −２Ｅ₀ ²｛１＋ｓｉｎ（Δθ）｝＝−４Ｅ₀ ²ｓｉｎ（Δθ）

【００５６】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Δβを含まないから、位相差Δθを求める
ことができる。こうして、ディジタル変調方式による
と、位相変調器８によって干渉光Ｉに時間τ毎に位相差
Δβ＝±π／２を生成し、位相差がΔβ＝＋π／２のと
きの光の強さＩとΔβ＝−π／２のときの光の強さＩの
差を求め、これよりΔθの値を求める。

【００５７】図１２〜図１３を参照してディジタル変調
方式を具体的に説明する。ディジタル変調方式による
と、右周りの光Ｅcwはその位相差β₀ が例えば図１２Ａ
に示すように周期２τ且つ振幅π／４の周期的な矩形波
となるように位相変調され、左周りの光Ｅccw はその位
相差β_T が例えば図１２Ｂに示すように矩形波となるよ
うに位相変調される。左周りの光Ｅccw の位相差β_T は
右周りの光Ｅcwの位相差の波形と同一の矩形波を有する
が、右周りの光Ｅcwの位相差に対して時間τだけ遅れて
いる。

【００５８】こうして、右周りの光Ｅcwの位相差β₀ と
左周りの光Ｅccw の位相差β_T との差、即ち位相差Δβ
＝β₀ −β_T は図１２Ｃに示すように時間τ毎に交互に
＋π／２と−π／２に変化する矩形波となる。

【００５９】図１２Ｄは数３の式の変数ｘ＝Δθ＋Δβ
の波形を表す。光ファイバジャイロに角速度Ωが働かな
いときは、Δθ＝０だから図１２Ｄの変数ｘの波形は図
１２Ｃの位相差Δβに一致する。

【００６０】次に、図１３を参照して、数３の式を使用
して、位相差ΔβがΔβ＝±π／２のときの光の強さＩ
（Δθ±π／２）を求める方法を示す。

【００６１】図１３Ａは数３の式のグラフであり、位相
差ｘと光の強さＩ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＋Δβ）、縦軸は光
の強さＩ（ｘ）即ちＩ（Δθ＋Δβ）である。図１３Ａ
の下側に示された図１３Ｂ及び図１３Ｃは横軸（図１３
Ａの縦軸方向）が時間、縦軸（図１３Ａの横軸方向）が
ｘ（＝Δθ＋Δβ）である。図１３Ａの右側に示された
図１３Ｄ及び図１３Ｅは横軸（図１３Ａの横軸方向）が
時間、縦軸（図１３Ａの縦軸方向）が光の強さＩであ
る。

【００６２】図１３Ｂは図１２ＤにおいてΔθ＝０の場
合のｘ（＝Δθ＋Δβ）の波形を示し、図１３Ｄは斯か
る場合の光の強さＩを表す。同様に、図１３Ｃは図１２
ＤにおいてΔθ≠０の場合のｘ（＝Δθ＋Δβ）の波形
を示し、図１３Ｅは斯かる場合の光の強さＩを表す。

【００６３】Δθ＝０の場合には、図１３Ｂ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は図１３Ｄ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１３Ｃ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は図１３Ｅ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。

【００６４】図１３Ｄ及び図１３Ｅにて光の強さＩの値
が時間τ毎にスポーク状の突起部を有するのは、図１３
Ｂ及び図１３Ｃの波形にて示すｘの値が−π／２と＋π
／２との間及びΔθ−π／２とΔθ＋π／２との間をそ
れぞれ変化するときに、図１３Ａの正弦波の光の強さＩ
が増加するからである。

【００６５】図１３Ｅ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（Δθ−π／２）
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（Δθ＋π／２）を表す。従っ
て、図１３Ｅの矩形波のハイレベルとロウレベルの差
は、Ｉ（Δθ−π／２）−Ｉ（Δθ＋π／２）に対応し
ている。

【００６６】即ち、図１３Ｅの矩形波のハイレベルとロ
ウレベルの差の大きさは数１７の式の右辺を表す。こう
して、ディジタル変調方式では、図１３Ａの光の強さＩ
を示す正弦波より、図１３Ｅの光の強さＩの矩形波を生
成し、斯かる矩形波のハイレベルとロウレベルの差より
数１７の式によってΔθが求められる。

【００６７】再び図１１を参照して説明すると、タイミ
ング信号発生器２１は周期τのタイミング信号を位相変
調信号発生部２２及び信号処理部２４に供給する。位相
変調信号発生部２２は図１２Ａ、図１２Ｂ及び図１２Ｃ
に示す如き位相差β₀ 、β_T、Δβを生成するための位
相変調器駆動信号を生成する。一方、Ａ／Ｄ変換器２３
は電流電圧変換器７からの電圧信号を入力して、光の強
さＩを示す（図１３Ｄ及び図１３Ｅに示す）ディジタル
信号を生成し、その値Ｉ（Δθ−π／２）及びＩ（Δθ
＋π／２）を信号処理部２４に供給する。信号処理部２
４はタイミング信号発生器２１からのタイミング信号に
基づいて作動し、斯かる２つの値を交互に記憶し、数１
７の式の引き算をする。それによって得られたΔθより
数１の式に従って角速度Ωが計算される。

【００６８】

【発明が解決しようとする課題】位相変調方式及びセロ
ダイン変調方式の光ファイバジャイロ装置では、同期検
波器１２の入力信号Ｉは数８の式及び数９の式に示すよ
うに、正弦波成分ばかりでなく余弦波成分を含み、斯か
る余弦波成分のため、入力角速度Ωがゼロのときにも入
力信号Ｉは大きな値をとる。従って、同期検波器１２の
交流ゲインを大きくすることは困難となり、同期検波器
１２のノイズが直接ジャイロ信号の誤差源となる欠点が
あった。

【００６９】従来のセロダイン変調方式の光ファイバジ
ャイロ装置では、入力角速度Ωがゼロに近い値のとき、
図１０Ａに示す鋸波の傾斜が小さく、従って、セロダイ
ン周期Ｔ_S が大きくなり、第２の積分器１６が積分器と
して正確に動作することが困難となる欠点があった。

【００７０】本発明は斯かる点に鑑み、入力角速度Ωの
値が小さいときでも、正確に位相制御を行うことができ
る光ファイバジャイロを提供することを目的とする。

【００７１】

【課題を解決するための手段】本発明によると、光源で
ある発光器と、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
伝播光との間の位相を変化させる位相制御器と、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干渉光の強さ信号
Ｉに発生するサグナック位相差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、
上記位相制御器によって上記干渉光の強さＩの信号に第
１の位相差Δβと第２の位相差σを生成し、上記第１の
位相差Δβはｎを整数として第１の動作点Δβ _A ＝−
（２ｎ−１）π／２と第２の動作点Δβ_B ＝＋（２ｎ−
１）π／２に交互に変化し、それによって上記第１の動
作点Δβ_A における上記信号Ｉと上記第２の動作点Δβ
_B における上記信号Ｉの差ΔＩがｓｉｎ（Δθ＋σ）に
比例する信号として得られ、上記差信号ΔＩがゼロとな
るように上記第２の位相差σを制御し上記伝播光に位相
フィードバックするように構成し、上記第１及び第２の
動作点の時間をそれぞれＴ_A 、Ｔ_B とするとき、該時間
Ｔ _A 、Ｔ_B はそれぞれ一定であることを特徴とする。

【００７２】本発明によると、光ファイバジャイロにお
いて、上記位相制御器は、上記第１の位相差Δβと第２
の位相差σの和が上記第１の動作点ではσ−（２ｎ−
１）π／２に比例した傾斜を有し振幅２πの鋸波状のセ
ロダイン波となり上記第２の動作点ではσ＋（２ｎ−
１）π／２に比例した傾斜を有し振幅２πの鋸波状のセ
ロダイン波となるように、上記第１の伝播光と第２の伝
播光の間の位相差を保持するように構成されていること
を特徴とする。

【００７３】本発明によると、光ファイバジャイロにお
いて、上記第１及び第２の動作点での上記セロダイン波
の波数をそれぞれＮ_A 、Ｎ_Bとするとき、上記サグナッ
ク位相差Δθは、τを上記伝播光が上記光ファイバルー
プを伝播する時間として、 Δθ＝πτ（Ｎ_B ／Ｔ_B −Ｎ_A ／Ｔ_A ） によって求められることを特徴とする。

【００７４】本発明によると、光ファイバジャイロにお
いて、上記受光器より出力された上記干渉光の強さを表
す信号Ｉを入力して上記差信号ΔＩを生成し上記差信号
ΔＩの大きさを有する直流信号Ｖ_D を生成する信号処理
部と該信号処理部によって出力された直流信号Ｖ_D を積
分する積分器と該積分器の出力信号を入力して上記位相
制御器に駆動信号を出力するバイアスセロダイン部と時
間Ｔ_A 、Ｔ_B 毎に符号切り換え信号を出力する切り換え
信号発生部とを有することを特徴とする。

【００７５】本発明によると、光ファイバジャイロにお
いて、上記信号処理部は上記第１の動作点Δβ_A におけ
る上記信号Ｉ（＝Ｉ_A ）の値と上記第２の動作点Δβ_B
における上記信号Ｉ（＝Ｉ_B ）の値を交互に有する信号
Ｉより定数Ｉ₀ を減算する加算器と斯かる加算器の出力
信号を交互に符号を反転させて上記直流信号Ｖ_D を生成
する第１の符号切り換え器とを有することを特徴とす
る。

【００７６】本発明によると、光ファイバジャイロにお
いて、上記バイアスセロダイン部は上記第１の積分器の
出力信号を入力して交互に符号を反転させる第２の符号
切り換え器と該第２の符号切り換え器の出力信号よりπ
／２に対応した電圧信号を減算する第２の加算器と該第
２の加算器の出力信号を入力しその値が２πに達したら
リセットする第２の積分器と該第２の積分器の出力信号
を交互に符号を反転させて上記セロダイン波を指示する
信号を生成する第３の符号切り換え器とを有することを
特徴とする。

【００７７】本発明によると、光ファイバジャイロにお
いて、上記信号処理部は更に上記第１の加算器の出力信
号を保持してそれを出力するホールド器を有し、該ホー
ルド器は上記第１の動作点Δβ_A と第２の動作点Δβ _B
の間で動作点が切り換えられるとき、所定の期間上記第
１の加算器の出力信号をホールドして出力するように構
成されていることを特徴とする。

【００７８】

【作用】本発明によると、干渉光の強さＩの信号に第１
の位相差Δβが生成され、斯かる第１の位相差Δβはｎ
を整数として第１の動作点Δβ_A ＝−（２ｎ−１）π／
２と第２の動作点Δβ_B ＝＋（２ｎ−１）π／２に交互
に変化する。第１及び第２の動作点は正弦波信号の勾配
が大きい領域で作動するから、高い感度にて位相差Δθ
を得ることができる。

【００７９】本発明によると、干渉光の強さＩの信号に
第２の位相差σが生成され、第１の動作点Δβ_A におけ
る干渉光の強さの信号Ｉ_A と第２の動作点Δβ_B におけ
る信号Ｉ_B の差ΔＩはΔＩ＝２Ｉ₀ ｓｉｎ（Δθ＋σ）
となる。斯かる差ΔＩがゼロとなるように位相制御され
る。このときΔθ＋σ＝０である。

【００８０】本例によると、光ファイバループ３を伝播
する伝播光は図３Ｅに示すセロダイン波の位相差が生成
するように位相制御される。Δθ＋σ＝０のとき、セロ
ダイン波の波数を計数して位相差Δθが求められる。

【００８１】

【実施例】図１は本発明による光ファイバジャイロの例
を示す。本例の光ファイバジャイロは、発光器１と受光
器２と光ファイバループ３と偏光子４とカプラ５、６と
電流電圧変換器７と位相制御器８’とを有し、更に、切
り換え信号発生部３１と信号処理部３２と積分器３３と
バイアスセロダイン部３４と角速度演算部３５とを有す
る。更に、本例では発光器１に付属して光強度を監視す
るモニタ４１が設けられている。

【００８２】先ず、図２〜図３を参照して、本発明によ
る光ファイバジャイロの概念を説明する。本発明による
光ファイバジャイロでは、干渉光の光の強さ信号Ｉに生
ずる位相差ΔβがΔβ＝−π／２とΔβ＝＋π／２に交
互に変化するように位相制御される。即ち、時間Ｔ_A で
はΔβ_A ＝−π／２、時間Ｔ_B ではΔβ_B ＝＋π／２と
なる。尚、時間Ｔ_A 、Ｔ_B は、伝播光が光ファイバルー
プ３を伝播するのに要する時間τより充分大きいものと
する。

【００８３】従って、数３の式にこのΔβ_A 及びΔβ_B
を代入して、数１６の式と同様な式が求められる。尚、
定数２Ｅ₀ ²＝Ｉ₀ と置く。

【００８４】

【数１８】 Ｉ_A ＝Ｉ₀ 〔１＋ｃｏｓ（Δθ＋Δβ_A ）〕 ＝Ｉ₀ 〔１＋ｃｏｓ（Δθ−π／２）〕 ＝Ｉ₀ （１＋ｓｉｎΔθ） Ｉ_B ＝Ｉ₀ 〔１＋ｃｏｓ（Δθ＋Δβ_B ）〕 ＝Ｉ₀ 〔１＋ｃｏｓ（Δθ＋π／２）〕 ＝Ｉ₀ （１−ｓｉｎΔθ）

【００８５】これより、位相差がΔβ_A ＝−π／２のと
きとΔβ_B ＝＋π／２のときの光の強さ信号Ｉの差ΔＩ
を求めると、数１７の式と同様な式が求められる。

【００８６】

【数１９】 ΔＩ＝Ｉ_A −Ｉ_B ＝Ｉ₀ （１＋ｓｉｎΔθ）−Ｉ₀ （１−ｓｉｎΔθ） ＝２Ｉ₀ ｓｉｎ（Δθ） ΔＩ／２＝Ｉ₀ ｓｉｎ（Δθ）

【００８７】次に、図２を参照して説明する。図２は図
１３と同様な図である。即ち、図２Ａは数３の式のグラ
フであり、位相差ｘと光の強さＩ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＋Δ
β）、縦軸は光の強さＩ（ｘ）即ちＩ（Δθ＋Δβ）で
ある。図２Ａの下側に示された図２Ｂ及び図２Ｃは横軸
（図２Ａの縦軸方向）が時間、縦軸（図２Ａの横軸方
向）がｘ（＝Δθ＋Δβ）である。図２Ａの右側に示さ
れた図２Ｄ及び図２Ｅは横軸（図２Ａの横軸方向）が時
間、縦軸（図２Ａの縦軸方向）が光の強さＩである。

【００８８】図２Ｂはサグナック位相差Δθ＝０の場合
の位相ｘ（＝Δθ＋Δβ）の波形を示し、図２Ｃはサグ
ナック位相差Δθ≠０の場合の位相ｘ（＝Δθ＋Δβ）
の波形を示す。図２Ａの曲線上の丸印Ａ、Ａ’、Ｂ、
Ｂ’はそのときの動作点を示す。本例によれば、動作点
Ａ、Ａ’、Ｂ、Ｂ’は正弦波の勾配が大きい領域にて移
動するから、動作点が正弦波の勾配が小さい領域にて移
動する場合に比べてより良好な感度を得ることができ
る。図２Ｄはサグナック位相差Δθ＝０の場合の光の強
さＩを表し、同様に、図２Ｅはサグナック位相差Δθ≠
０の場合の光の強さＩを表す。

【００８９】図２Ｂ及び図２Ｄに示すように、サグナッ
ク位相差Δθ＝０の場合には、ｘ（＝Δθ＋Δβ＝Δ
β）は上述のように時間Ｔ_A 及びＴ_B 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は図
２Ｄ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。

【００９０】しかしながら、図２Ｃ及び図２Ｅに示すよ
うに、サグナック位相差Δθ≠０の場合には、図２Ｃに
示すように位相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は図２Ｅ
に示すように（スポーク状の突起部を除いて）時間Ｔ_A
及びＴ_B 毎に交互に変化する。

【００９１】図２Ｅの矩形波がハイレベルにあるのは位
相ｘ＝Δθ＋Δβ_A ＝Δθ−π／２のときの光の強さＩ
_A を表し、矩形波がロウレベルにあるのは位相ｘ＝Δθ
＋Δβ_B ＝Δθ＋π／２のときの光の強さＩ_B を表す。
従って、図２Ｅの矩形波のハイレベルとロウレベルの差
は、Ｉ_A −Ｉ_B に対応している。即ち、図２Ｅの矩形波
のハイレベルとロウレベルの差の大きさは数１９の式の
右辺を表す。

【００９２】図２Ｄ及び図２Ｅにて光の強さＩの値が時
間Ｔ_A 及びＴ_B 毎にスポーク状の突起部を有するのは、
同様に、図２Ｂ及び図２Ｃの波形にて示すｘの値がｘ＝
Δθ＋Δβ_A とｘ＝Δθ＋Δβ_B との間を変化するとき
に、図２Ａの正弦波の上を動作点が、それぞれ、Ａから
Ｂへ又はＢからＡへ及びＡ’からＢ’へ又はＢ’から
Ａ’へ移動し、光の強さＩが増加するからである。

【００９３】次に図３を参照して本発明による位相制御
方式を説明する。本発明によると、図２Ｅの矩形波のハ
イレベルとロウレベルの差を求めて位相差Δθを演算す
る代わりに、光の強さ信号Ｉに更にランプ関数を用いて
位相差σを生成させる。斯かる場合、数１８の式及び数
１９の式の代わりに次の式が得られる。

【００９４】

【数２０】 Ｉ_A ＝Ｉ₀ 〔１＋ｃｏｓ（Δθ＋Δβ_A ＋σ）〕 ＝Ｉ₀ 〔１＋ｃｏｓ（Δθ−π／２＋σ）〕 ＝Ｉ₀ 〔１＋ｓｉｎ（Δθ＋σ）〕 Ｉ_B ＝Ｉ₀ 〔１＋ｃｏｓ（Δθ＋Δβ_B ＋σ）〕 ＝Ｉ₀ 〔１＋ｃｏｓ（Δθ＋π／２＋σ）〕 ＝Ｉ₀ 〔１−ｓｉｎ（Δθ＋σ）〕

【００９５】

【数２１】ΔＩ＝Ｉ_A −Ｉ_B ＝２Ｉ₀ ｓｉｎ（Δθ＋
σ） ΔＩ／２＝Ｉ₀ ｓｉｎ（Δθ＋σ）

【００９６】図３Ａは図２Ｅの矩形波に対応した光の強
さ信号Ｉのグラフを示す。即ち、光の強さ信号Ｉは時間
Ｔ_A 及びＴ_B 毎に数２０の式に示すＩ_A とＩ_B に変化す
る。数２０の式より明らかなように、Ｉ_A とＩ_B の中間
の値はＩ₀ である。次に図３Ｂに示すように、光の強さ
信号Ｉより定数Ｉ₀ を減算することによって、時間Ｔ _A
及びＴ_B 毎に交互に−ΔＩ／２と＋ΔＩ／２に変化する
矩形波信号ΔＩ／２が得られる。斯かる矩形波信号の振
幅ΔＩ／２は数２１の式に示すように位相差Δθ＋σの
関数である。

【００９７】次に図３Ｃに示すように、時間Ｔ_A におい
て、図３Ｂの矩形波信号ΔＩ／２の符号を反転する。そ
れによって図３Ｃに示すように、大きさ−ΔＩ／２に対
応した直流信号Ｖ_D が得られる。

【００９８】本例によると、斯かる直流信号Ｖ_D ＝０と
なるようにフィードバック制御される。即ち、ランプ関
数を用いて位相差σが制御される。このとき、数２１の
式の右辺はゼロとなる。即ちΔθ＋σ＝０である。従っ
て、本発明による光ファイバジャイロにおいてフィード
バックループの安定点では、

【００９９】

【数２２】Δθ＝−σ

【０１００】となる。尚、斯かる安定点近くではΔθ＋
σ≒０として数２１の式は次のように近似することがで
きる。

【０１０１】

【数２３】ΔＩ＝Ｉ_A −Ｉ_B ≒２Ｉ₀ （Δθ＋σ） ΔＩ／２≒Ｉ₀ （Δθ＋σ）

【０１０２】次に図３Ｄに示す如きセロダイン波形信号
Ｖ_S を生成する。斯かるセロダイン波形信号Ｖ_S は図３
Ａの光の強さ信号Ｉに基づいて生成される。即ち、セロ
ダイン波形信号Ｖ_S は、時間Ｔ_A では位相差Ｉ_A に対応
した傾斜を有し、時間Ｔ_B では位相差Ｉ_B に対応した傾
斜を有し、２πにてリセットされる。図３Ｅに示すセロ
ダイン波形信号Ｖ_M は図３Ｄに示すセロダイン波形信号
Ｖ_S を時間Ｔ_A において符号を反転させたものである。
こうして得られたセロダイン波形信号Ｖ_M は位相制御器
８’に供給される。

【０１０３】数１３の式と同様に、次の式が成り立つ。

【０１０４】

【数２４】Δθ＋Δβ_A ＝Δθ−π／２＝−２πｆ_A τ Δθ＋Δβ_B ＝Δθ＋π／２＝２πｆ_B τ

【０１０５】ｆ_A 、ｆ_B はセロダイン波形信号の周波
数、τは光ファイバループ３を光が伝播するのに要する
時間である。周波数ｆ_A 、ｆ_B は次のように表される。

【０１０６】

【数２５】ｆ_A ＝Ｎ_A ／Ｔ_A ｆ_B ＝Ｎ_B ／Ｔ_B

【０１０７】Ｎ_A 、Ｎ_B はそれぞれ時間Ｔ_A 、Ｔ_B にお
けるセロダイン波形信号の波数である。

【０１０８】数２４の式及び数２５の式より位相差Δθ
を求めると次のようになる。

【０１０９】

【数２６】 Δθ＝πτ（ｆ_B −ｆ_A ）＝πτ（Ｎ_B ／Ｔ_B −Ｎ_A ／Ｔ_A ）

【０１１０】ここで例えば、Ｔ_A ＝Ｔ_B とする。

【０１１１】

【数２７】Δθ＝πτ（Ｎ_B −Ｎ_A ）／Ｔ_A

【０１１２】この位相差Δθを数１の式に代入して角速
度Ωを求める。

【０１１３】

【数２８】Ω＝λｃτ（Ｎ_B −Ｎ_A ）／２ＤＬＴ_A

【０１１４】再び図１を参照して、本発明による光ファ
イバジャイロの動作を詳細に説明する。切り換え信号発
生部３１は時間Ｔ_A 及びＴ_B 毎に符号を切り換える符号
切り換え信号Ｔ_A ／Ｔ_B を発生する。信号処理部３２は
斯かる符号切り換え信号と電流電圧変換器７より出力さ
れた電圧信号Ｖ_I とを入力して図３Ｃに示す直流信号Ｖ
_D を生成する。

【０１１５】積分器３３は直流信号Ｖ_D を積分して位相
差σに対応した傾斜信号Ｖ_R を生成し、バイアスセロダ
イン部３４に供給する。バイアスセロダイン部３４は切
り換え信号発生部３１より出力された符号切り換え信号
Ｔ_A ／Ｔ_B と積分器３３から出力された傾斜信号Ｖ_R と
を入力して図３Ｄに示すセロダイン波形信号Ｖ_S と図３
Ｅに示すセロダイン波形信号Ｖ_M とを生成する。図３Ｄ
に示すセロダイン波形信号Ｖ_S は符号切り換え信号Ｔ_A
／Ｔ_B と共に角速度演算部３５に供給され、図３Ｅに示
すセロダイン波形信号Ｖ_M は位相制御器８’に供給され
る。

【０１１６】次に本発明による光ファイバジャイロの動
作を詳細に説明する。角速度Ωがゼロのとき、即ち上述
の式にてΔθ＝０のとき、例えば数１９の式のΔＩ＝０
となる。図３Ａの矩形波はＩ＝Ｉ₀ ＝一定となる。ま
た、図３Ｄ及び図３Ｅのセロダイン波形信号Ｖ_S 、Ｖ_M
の傾斜も一定となる。

【０１１７】このとき、光の強さ信号Ｉにランプ関数を
用いて位相差σを制御し、Ｖ_D ＝０即ち数２１の式の右
辺がゼロとなるように位相差σが制御される。

【０１１８】次に外力角速度Ωが作用したものとする。
それによって光の強さ信号Ｉに位相差Δθが生成され
る。このとき、上述のように、図２Ａの正弦波のＡ点及
びＢ点付近に動作点を得るために光の強さ信号Ｉに位相
差Δβ＝±π／２を生成し、更に、ランプ関数を用いて
位相差σを生成する。こうして信号処理部３２によって
図３Ｃに示す直流信号Ｖ_D が生成される。斯かる直流信
号Ｖ_D の大きさは、数２１の式によって表されるよう
に、当初、Ｖ_D ＝−ΔＩ／２＝−Ｉ₀ ｓｉｎ（Δθ＋
σ）である。

【０１１９】この値が積分器３３に供給される。こうし
て、バイアスセロダイン部３４によって図３Ｅに示すセ
ロダイン信号Ｖ_M が生成される。斯かるセロダイン信号
Ｖ_Mは位相制御器８’に供給される。斯かるフィードバ
ックループによって、信号処理部３２の出力信号Ｖ_D は
ゼロとなり、数２２の式が成立することとなる。このと
き、角速度演算部３５は図３Ｄに示すセロダイン信号Ｖ
_S 及び符号切り換え信号Ｔ_A ／Ｔ_B を入力し、その波数
Ｎ_A 、Ｎ_B を計数する。最後に、角速度演算部３５は数
２８の式によって角速度Ωを演算する。

【０１２０】図４を参照して本例の信号処理部３２の構
成及び動作を説明する。信号処理部３２は加算器３２−
１と第１の符号切り換え器３２−２とフィルタ３２−３
と第１の電圧発生器３２−４とを有する。第１の電圧発
生器３２−４はモニタ４１より出力されたモニタ信号を
入力して数１８の式の係数を表す定数信号Ｉ₀ を生成す
る。数１８の式の係数Ｉ₀ は発光器１によって生成され
る光の強さによって変化するから、補正する必要があ
る。斯かる補正はモニタ４１より出力されたモニタ信号
によってなされる。

【０１２１】加算器３２−１は電流電圧変換器７より出
力された光の強さ信号Ｉに対応した電圧信号Ｖ_I と第１
の電圧発生器３２−４より出力された定数信号Ｉ₀ に対
応した電圧信号Ｍを入力し、図３Ｂに示す矩形波信号Δ
Ｉ／２を生成する。斯かる矩形波信号ΔＩ／２は第１の
符号切り換え器３２−２に供給され、第１の符号切り換
え器３２−２は切り換え信号発生部３１より出力された
符号切り換え信号Ｔ_A／Ｔ_B によって直流信号Ｖ_D ’を
生成する。斯かる直流信号Ｖ_D ’はフィルタ３２−３に
供給され、図３Ｃに示す直流信号Ｖ_D が生成される。斯
かる直流信号Ｖ _D は第１の積分器３３に供給される。

【０１２２】図５を参照して本例のバイアスセロダイン
部３４の構成及び動作を説明する。バイアスセロダイン
部３４は第２の符号切り換え器３４−１と加算器３４−
２と第２の電圧発生器３４−３と第２の積分器３４−４
とリセット回路３４−５と２π基準器３４−６と第３の
符号切り換え器３４−７とを有する。第２の符号切り換
え器３４−１は切り換え信号発生部３１より出力された
符号切り換え信号Ｔ_A／Ｔ_B によって積分器３３の出力
信号、即ち、位相差σに対応した傾斜信号Ｖ_Rの符号を
反転させる。

【０１２３】第２の加算器３４−２は第２の電圧発生器
３４−３より出力されたπ／２信号と第２の符号切り換
え器３４−１の出力信号を加算する。それによってπ／
２±σに対応した傾斜信号を生成する。

【０１２４】第２の積分器３４−４、リセット回路３４
−５、２π基準器３４−６は図９を参照して説明した従
来のセロダイン変調方式の光ファイバジャイロに使用さ
れている積分器１６、リセット回路１８及び２π基準器
１９と同一てあってよい。こうして、第２の積分器３４
−４からは図３Ｄに示すセロダイン波形信号Ｖ_S が出力
される。斯かるセロダイン波形信号Ｖ_S は第３の符号切
り換え器３４−７を経由して図３Ｅに示すセロダイン波
形信号Ｖ_M に変換される。

【０１２５】次に図６及び図７を参照して本発明の光フ
ァイバジャイロの第２の例を説明する。図６Ａは図３Ａ
に示す信号Ｉを拡大して示したものであり、図６Ｂは図
３Ｃに示す直流信号Ｖ_D を拡大して示したものである。
図示のように、これらの信号は、時間Ｔ_A 、Ｔ_B 毎にス
ポーク状の突起を有する。斯かるスポーク状の突起を除
去するために、フィルタを設けてもよいが、本例では図
７に示すように、信号処理部３２にホールド回路３２−
５を設ける。斯かるホールド回路３２−５は、斯かるス
ポーク状の突起が発生する直前の信号の値をホールド
し、所定の短い時間の間に斯かるホールドされた値を出
力する。それによって、第１の符号切り換え器３２−２
には、スポーク状の突起を含まない、２つの値Ｉ_A 、Ｉ
_B のみが供給される。

【０１２６】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。

【０１２７】例えば、上述の例では、干渉光Ｉに生成す
る位相差ΔβがΔβ＝±π／２となるように位相制御さ
れたが、一般に、ｎを整数として、位相差ΔβがΔβ＝
±（２ｎ−１）π／２となるように位相制御されてよ
い。それによって入力角速度Ωが大きい場合にも正確な
ジャイロ信号が得られる。

【０１２８】図１は本発明の光ファイバジャイロの構成
例をブロック図として示したが、これは単なる例示であ
って、切り換え信号発生部３１、信号処理部３２、積分
器３３、バイアスセロダイン部３４、角度演算部３５等
は適宜、ＣＰＵ、記憶装置、Ａ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換
器等を組み合わせて構成してもよい。

【０１２９】また、図１に示すように、２つのカプラ
５、６、偏光子４、位相制御器８’等を別個の部材とし
て説明したが、これらの部品の幾つかを１つの光集積回
路によって置き換えてよい。

【０１３０】

【発明の効果】従来の位相変調方式及びセロダイン変調
方式の光ファイバジャイロでは同期検波器を使用する
が、本発明によると、同期検波器を使用しないから、ジ
ャイロ信号に同期検波器が発生するノイズに起因した誤
差が発生することを防止することができる利点がある。

【０１３１】本発明による光ファイバジャイロでは、位
相変調方式にて変調度制御に使用するための２倍波及び
４倍波検出用の同期検波器が不要となり、また交流ゲイ
ンを大きくする必要がある倍波キャンセル回路等を設け
る必要がないから、小型化及び低コスト化が可能となる
利点がある。

【０１３２】本発明による光ファイバジャイロでは、信
号処理部３２の加算器３２−１の出力側にホールド器３
２−５が設けられているから、位相差ΔβがΔβ＝＋π
／２から−π／２に又は−π／２から＋π／２に変化す
るときに光の強さ信号Ｉに大きなパルスが発生しても、
斯かるパルスが除去された信号を供給することができる
利点がある。

【０１３３】本発明による光ファイバジャイロでは、発
光器１に付属して光の強さを監視するモニタ４１が設け
られ、それによって光の強さ信号Ｉに含まれる定数Ｉ₀
の値が補正されるから、発光器１によって出力される光
の強さが変化しても、正確なジャイロ信号を得ることが
できる利点がある。

【０１３４】本発明による光ファイバジャイロでは、第
２の符号切り換え器３４−１によって第１の積分器３３
の出力信号の符号が交互に変化させ、斯かる符号が交互
に変化する信号を第２の加算器３４−２に入力するか
ら、第１の積分器３３のバイアス誤差はキャンセルさ
れ、第２の加算器３４−２にて斯かる第１の積分器３３
のバイアス誤差が累積しない利点がある。

【０１３５】本発明による光ファイバジャイロでは、第
３の符号切り換え器３４−７によって第２の積分器３４
−４の出力信号の符号を交互に変化させ、斯かる符号が
交互に変化する信号を位相制御器８’に供給するから、
第２の積分器３４−４のバイアス誤差はキャンセルさ
れ、位相制御器８’に供給される信号には斯かる第２の
積分器３４−４のバイアス誤差は含まれない利点があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光ファイバジャイロの構成例を示す構
成図である。

【図２】本発明による光ファイバジャイロにおいて、光
の強さを表す信号と位相差との関係を示す説明図であ
る。

【図３】本発明による光ファイバジャイロにおいて、位
相制御に使用される矩形波及び鋸歯状波の例を示す波形
図である。

【図４】本発明による光ファイバジャイロの信号処理部
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バイアスセ
ロダイン部の構成例を示す図である。

【図６】本発明による光ファイバジャイロにおいて、位
相制御に使用する矩形波の一部詳細を示す波形図であ
る。

【図７】本発明による信号処理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（位相変調方式）の
構成例を示す図である。

【図９】従来の光ファイバジャイロ（セロダイン変調方
式）の構成例を示す構成図である。

【図１０】セロダイン変調方式における位相変調信号と
位相差信号の波形図である。

【図１１】従来の光ファイバジャイロ（ディジタル変調
方式）の例を示す図である。

【図１２】ディジタル変調方式における位相変調信号と
位相差信号の波形図である。

【図１３】ディジタル変調方式における光の強さを表す
信号と位相差との関係を示す説明図である。

【符号の説明】

１ 発光器 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 ８’ 位相制御器 ９ セロダイン変調器 １１ 信号発生器 １２ 同期検波器 １５、１６ 積分器 １７ カウンタ １８ リセット回路 １９ ２π基準器 ２１ タイミング信号発生器 ２２ 位相変調信号発生部 ２３ Ａ／Ｄ変換器 ２４ 信号処理部 ３１ 切り換え信号発生部 ３２ 信号処理部 ３３ 積分器 ３４ バイアスセロダイン部 ３５ 角度演算部 ４１ モニタ

フロントページの続き (72)発明者 岡田 芳幸 東京都大田区南蒲田２丁目16番46号 株式 会社トキメック内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源である発光器と、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の伝播光との間の位相を変化させる
   位相制御器と、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
   記干渉光の強さ信号Ｉに発生するサグナック位相差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、 上記位相制御器によって上記干渉光の強さＩの信号に第
   １の位相差Δβと第２の位相差σを生成し、上記第１の
   位相差Δβはｎを整数として第１の動作点Δβ _A ＝−
   （２ｎ−１）π／２と第２の動作点Δβ_B ＝＋（２ｎ−
   １）π／２に交互に変化し、それによって上記第１の動
   作点Δβ_A における上記信号Ｉと上記第２の動作点Δβ
   _B における上記信号Ｉの差ΔＩがｓｉｎ（Δθ＋σ）に
   比例する信号として得られ、上記差信号ΔＩがゼロとな
   るように上記第２の位相差σを制御し上記伝播光に位相
   フィードバックするように構成し、 上記第１及び第２の動作点の時間をそれぞれＴ_A 、Ｔ_B
   とするとき、該時間Ｔ _A 、Ｔ_B はそれぞれ一定であるこ
   とを特徴とする光ファイバジャイロ。
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、 上記位相制御器は、上記第１の位相差Δβと第２の位相
   差σの和が上記第１の動作点ではσ−（２ｎ−１）π／
   ２に比例した傾斜を有し振幅２πの鋸波状のセロダイン
   波となり上記第２の動作点ではσ＋（２ｎ−１）π／２
   に比例した傾斜を有し振幅２πの鋸波状のセロダイン波
   となるように、上記第１の伝播光と第２の伝播光の間の
   位相差を保持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。
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、 上記第１及び第２の動作点での上記セロダイン波の波数
   をそれぞれＮ_A 、Ｎ_Bとするとき、上記サグナック位相
   差Δθは、τを上記伝播光が上記光ファイバループを伝
   播する時間として、 Δθ＝πτ（Ｎ_B ／Ｔ_B −Ｎ_A ／Ｔ_A ） によって求められ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１、２又は３記載の光ファイバジ
   ャイロにおいて、 上記受光器より出力された上記干渉光の強さを表す信号
   Ｉを入力して上記差信号ΔＩを生成し上記差信号ΔＩの
   大きさを有する直流信号Ｖ_D を生成する信号処理部と該
   信号処理部によって出力された直流信号Ｖ_D を積分する
   積分器と該積分器の出力信号を入力して上記位相制御器
   に駆動信号を出力するバイアスセロダイン部と時間
   Ｔ_A 、Ｔ_B 毎に符号切り換え信号を出力する切り換え信
   号発生部とを有す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４記載の光ファイバジャイロにお
   いて、 上記信号処理部は上記第１の動作点Δβ_A における上記
   信号Ｉ（＝Ｉ_A ）の値と上記第２の動作点Δβ_B におけ
   る上記信号Ｉ（＝Ｉ_B ）の値を交互に有する信号Ｉより
   定数Ｉ₀ を減算する加算器と斯かる加算器の出力信号を
   交互に符号を反転させて上記直流信号Ｖ_D を生成する第
   １の符号切り換え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４又は５記載の光ファイバジャイ
   ロにおいて、 上記バイアスセロダイン部は上記第１の積分器の出力信
   号を入力して交互に符号を反転させる第２の符号切り換
   え器と該第２の符号切り換え器の出力信号よりπ／２に
   対応した電圧信号を減算する第２の加算器と該第２の加
   算器の出力信号を入力しその値が２πに達したらリセッ
   トする第２の積分器と該第２の積分器の出力信号を交互
   に符号を反転させて上記セロダイン波を指示する信号を
   生成する第３の符号切り換え器とを有することを特徴と
   する光ファイバジャイロ。
7. 【請求項７】 請求項４、５、又は６記載の光ファイバ
   ジャイロにおいて、 上記信号処理部は更に上記第１の加算器の出力信号を保
   持してそれを出力するホールド器を有し、該ホールド器
   は上記第１の動作点Δβ_A と第２の動作点Δβ _B の間で
   動作点が切り換えられるとき、所定の期間上記第１の加
   算器の出力信号をホールドして出力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。