JPH08510323A - 光ファイバ・ジャイロスコープ用高速ターンオン光源 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 光ファイバ回転センサ用の波長補償を有する光源は、光ファイバ回転センサに入力すべき光を提供する光源を含む。光源制御回路は、光源の温度を表す光源制御信号を生成する。ドライバは、光源を駆動する駆動信号を光源制御信号の関数として生成する。光ファイバ回転センサ用の複数のスケールファクタのうちの１つも、所定の温度範囲にわたる光源制御信号の関数として生成される。光源制御回路は、光源の温度を表す電流信号を提供する温度センサと、電流信号をシンクして、電源制御信号として電源制御電圧を生成するバッファ・ネットワークとを含む。光ファイバ回転センサ用の光源の波長を補償する方法は、光源の温度を検知することと、温度を表す光源制御信号を生成することとを含む。駆動信号は、光源制御信号の関数として光源に印加され、光ファイバ回転センサ用のスケールファクタは、補償信号の関数として生成される。

Description

【発明の詳細な説明】 光ファイバ・ジャイロスコープ用高速ターンオン光源 技術分野 本発明は、光ファイバ・ジャイロスコープ光源に関する。詳細には、本発明は 、光ファイバ・ジャイロスコープのスケールファクタ性能を向上させる波長補償 を有する高速ターンオン光源に関する。 背景技術 光ファイバ・ジャイロスコープ技法の１つの主要な利点は、この技法が、現行 のジャイロスコープよりも寿命が長く信頼性が高いという利点を有する低コスト の全半導体技法の可能性があることである。スケールファクタに関する正確な要 件は、所望の適用例に依存するが、このような利点を実現するには、光ファイバ ・ジャイロスコープは１００ｐｐｍ以上のスケールファクタ補正を有する必要が ある。この精度に対するスケールファクタ補正とは、スケールファクタ関係を変 更する要素を、対応する精度で監視しなければならないことを意味する。監視す べきそのような１つの要素は、適用例の要件に整合する精度に対する光ファイバ ・ジャイロスコープの光源の出力波長である。光ファイバ・ジャイロスコープの 光源の出力は、温度および光源駆動電流に予想不能な状態で依存するので、この スケールファクタ・エラー源を補償し、あるいはなくす手段が必要である。 開放ループ光ファイバ・ジャイロスコープでは、ジャイロスコープの検出され た出力と回転速度Ωの間の関係は以下のように示される。当技術分野で知られて いるように、位相が復調された時の検出出力は、次式で示される。 上式で、ＫはＩ_o、すなわち入力強度にほぼ比例し、λは光源の波長であり、ｃ は真空中の光の速度であり、φ_sは逆伝播波間のサニヤック移相であり、Ｌはフ ァイバの長さであり、Ｄはコイル直径であり、Ωは角回転速度である。回転速度 が小 さく、あるいは逆正弦関数などによって線形化されているとき、この関係は次式 で表される。 開放ループ・ジャイロスコープに関するスケールファクタ（ＳＦ）は、次式の ように書き直される。 閉鎖ループ構成では、出力は、場合によっては、当業者に知られている概念を 使用して、フィードバックすべきセロダイン・エラー信号として使用される。 そのような閉鎖ループ光ファイバ・ジャイロスコープの出力と回転速度の関係 は、以下の形で表すことができる。 上式で、ｎは光ファイバ・ジャイロスコープのファイバ・コイルの屈折率であり 、λは光ファイバ・ジャイロスコープの光源の波長であり、Ｄはファイバ・コイ ルの直径であり、ΔＦは光ファイバ・ジャイロスコープの逆伝播波間の周波数差 である。したがって、回転速度Ωを決定するスケールファクタは次式のように書 き直すことができる。 上式で示したように、開放ループ構成でも、閉鎖ループ構成でも、スケールフ ァクタを補償し、あるいは補正するように波長λを制御し、あるいは補償する必 要がある。光源の波長が温度、電流、およびその他のパラメータと共に変化する ので、スケールファクタの変化は監視するのが困難であり、したがってスケール ファクタの安定に対して要求されるそのような変化を補償し、あるいはなくすの は困難である。 スケールファクタのそのような変化は、以下の数式に従って近似することがで きる。閉鎖ループ構成の場合は、次式が成立する。 開放ループ構成の場合は、次式が成立する。 上式で、ＳＦはスケールファクタ、λは波長、Ｔ_sは光源温度、Ｉ_fは光源駆動電 流、ｎはコイルの屈折率、Ｔ_cはファイバ・コイル温度であり、Ｌはファイバ長 であり、Ｄはファイバ・コイルの実効直径である。上式で分かるように、スケー ルファクタの温度依存性は、波長λの変化が主な項であるＬ、Ｄ、ｎ、λの温度 依存性によって与えられる。 E.Udd,R.J.Michal、およびR.F.Cahill著「Scale Factor Correction in the P hase-Nulling Optical Gyro」（Fiber Optic and Laser Sensors II、Proc．SPI E、第４７８巻、１３６ページないし１４１ページ（１９８２年））で指摘され たように、温度、電流、およびその他のパラメータと共に変化する光源の波長の 変化は、システムの光源の波長に依存するジャイロスコープの隣接するフリンジ 間の周波数の離隔距離を追跡することによって監視される。この結果から波長が 求められるので、波長の変化を使用してスケールファクタを補正することができ る。 G.Schiffner、B.Nottbeck、およびG.Schoner著「Fiber Optic Rotation Senso r:Analysis of Effects Limiting Sensitivity and Accuracy」（Fiber-Optic R otation Sensors and Related Technologies、２６６ページないし２７４ページ （１９８２年））は、スケールファクタの安定性と、スケールファクタの変化を 発生させる効果について論じている。そのような１つの効果は、光源からのレー ザ波長の変化である。波長を検知しなければならず、スケールファクタの補正を 波長に関して行わなければならないことが指摘されている。この論文は、そのよ うなレーザ波長の変化が、光ファイバ・ジャイロスコープ用のデータ処理装置で 考慮に入れなければならないものであり、波長が温度のみの関数である場合、温 度センサで十分であることを指摘している。波長が温度とそれ以外のものの関数 である場合、スケールファクタを補正できるようにするには、波長を測定する手 段を提供しなければならない。 第２図は、ソース・ドライバ１０４の演算増幅器に入力Ｖ₀を供給する電圧源 １０２を含む従来技術の光源１００を示す。光源ドライバ１０４は、入力Ｖ₀を 強制的に光源ドライバ１０４の出力にして、Ｖ₀／Ｒ_Fにほぼ等しい駆動電流Ｉ_F によって、電力出力Ｐ₀を有するレーザ・ダイオード１０６を駆動する。ヒータ １０８は、レーザ・ダイオード１０６を特定の温度で安定化しようとする。熱電 冷却器を使用して温度を安定化することが多い。 上記の議論によれば、レーザ・ダイオードの波長の変化は、スケールファクタ の変化を発生させる効果を有し、スケールファクタの変化は、補償しないと不正 確な回転速度出力をもたらす。光源のそのような波長変化を補償する方法では、 波長の変化が測定され、あるいは温度の変化が検知されるが、光源電流に対する 波長の依存性が認識されていない。したがって、スケールファクタ性能を向上さ せる波長補償を有する代替光源が必要である。そのような光源は、それに損傷を 与えずにすべての開始温度の下で利用できるようにすべきである。 発明の要旨 本発明は、光ファイバ回転センサのスケールファクタ性能を向上させる波長補 償を有する高速ターンオン光源を提供する。この高速ターンオン光源は、光ファ イバ回転センサに光入力を供給する光源を含む。光源制御回路は、光源の温度を 表す光源制御信号を生成する。ドライバは、光源を駆動する駆動信号を光源制御 信号の関数として生成し、複数のスケールファクタのうちの１つが、所定の温度 範囲にわたる光源制御信号の関数として光ファイバ回転センサ用に生成される。 本発明の一実施態様では、光源制御回路は、光源の温度を表す電流信号を供給 する温度センサと、電流信号をシンクして光源制御信号として光源制御電圧を生 成するバッファ・ネットワークとを含む。バッファ・ネットワークは、出力自体 と入力の間に接続された選択された第１のインピーダンスを有する前記出力と、 選択された電圧が印加される非反転入力とを有するバッファを含む。光源制御信 号は、電流信号がバッファおよび選択された電圧にシンクされるので、選択され た第１のインピーダンスの両端間の電圧にほぼ等しい。 本発明の他の実施態様では、補償電圧を受け取る入力を含むドライバは、その 出力に及びグラウンドに接続された選択された第２のインピーダンスの両端間に 補償電圧を強制的に発生させ、光源を駆動する駆動信号として駆動電流を生成す るる回路を有する。選択された第１および第２のインピーダンスと、選択された 電圧は、所定の第１および第２の設定値温度に関する所定の温度範囲および所定 の駆動電流を定義する前記設定値温度の関数として求められる。 本発明の他の実施態様では、スケールファクタは、光源制御信号をディジタル 化信号に変換するアナログ・ディジタル変換器によって生成される。光ファイバ 回転センサの複数の回転速度に対する光源の複数の温度に基づく複数のスケール ファクタのうちの１つが、光源制御信号の関数としてコンピュータによって生成 される。 本発明の他の実施態様では、光源は、その励起時に駆動信号によってほぼ直ち にオンにされる。光源制御回路は、光源が所定の温度範囲の低温であるか、それ とも高温であるかにかかわらず、駆動信号が所定の安全最大電流を超えることを 防止する。 光源を提供することと、光源の温度を検知することを含む、光ファイバ回転セ ンサの光源の波長を補償する方法も記載する。温度を表す光源制御信号が生成さ れる。駆動信号が光源制御信号の関数として光源に印加され、光ファイバ回転セ ンサ用のスケールファクタが、光源制御信号の関数として生成される。 図面の簡単な説明 第１図は、本発明による光源からの入力を有する光ファイバ・ジャイロスコー プの図である。 第２図は、従来技術の光源である。 第３図は、本発明による第１図の光源の概略図である。 第４図は、第３図に示した光源の一実施形態の概略図である。 第５図は、回転速度と、第３図に示した光源によって生成される制御信号から スケールファクタ補正を算出する方法で使用される図表現を示す図である。 第６図は、回転速度と、第３図に示した光源によって生成される制御信号から スケールファクタ補正を算出する方法で使用される図表現を示す図である。 第７図は、第３図による光源によって生成される制御信号からスケールファク タ補正を求める方法で使用される図表現である。 第８図は、第３図による光源によって生成される制御信号からスケールファク タ補正を求める方法で使用される図表現である。 第９図は、本発明による第３図の光源の追加概略実施態様を示す図である。 好ましい実施形態 本発明による高速ターンオン光源１２を光ファイバ・ジャイロスコープ１０用 の光源として第１図に示す。高速ターンオン光源１２は、光ファイバ１７に光を 導入するようにレーザ・ダイオード１４を駆動する温度と電流制御回路１６を含 む。ファイバ１７に入力された光は次いで光源カプラ１８へ伝播し、光源カプラ １８は光の一部を偏光子２０に結合し、光の一部は光源カプラ１８の非反射端部 １９を介して失われる。光は、偏光子からループ・カプラ２２へ伝播し、そこで 、ファイバ・ループ２４の周りで時計回り方向に伝播する第１の波と、ファイバ ・ループ２４の周りで逆時計回り方向に伝播する第２の波との２つの逆伝播波と して分割される。位相変調器２８は、当業者に知られている周波数の変調を行う 。波は、ファイバ・ループ２４を横切った後、カプラ２２によって再結合されて 、カプラ２２から光源カプラ１８へ伝播する光学出力信号を形成し、光学出力信 号の一部は、ループ・カプラ２２の非反射端部２３を介して失われる。光源カプ ラ１８からの光学出力信号の一部は次いで、検出器２６へ伝播できるように結合 される。検出器２６は、光学出力信号から検出器に加えられる光の強度に比例す る電気信号を出力する。 光学出力信号の強度は、逆伝播波がループ・カプラ２２で再結合され、あるい は重畳されたときに、逆伝播波間の干渉の量およびタイプに応じて変化する。フ ァイバ・ループ２４を回転すると、逆伝播波の位相どうしがサニヤック効果に応 じてずれ、そのため逆伝播波は、カプラ２２で重畳されたときに干渉し合い、フ ァイバ・ループ２４の回転によって発生する波間のサニヤック位相差がもたらさ れる。検出器２６によって検出される光学出力信号の強度は、光ファイバ・ジャ イロスコープの回転速度の結果である。したがって、そのような回転速度の表示 は、出力信号の強度を測定することによって得ることができる。 逆伝播波間の位相差の唯一の源がファイバ・ループ２４の回転であると仮定し た場合、閉鎖ループ光ファイバ・ジャイロスコープの回転Ωは、ΔＦが移相を表 す周波数差である以下の関係によって示すことができる。 スケールファクタＳＦは、次式で示される。 開放ループ光ファイバ・ジャイロスコープでは、回転速度Ωは以下の関係によ って示される。 スケールファクタＳＦは次式によって示される。 しかし、安定なスケールファクタまたは温度、光源駆動電流など異なるパラメ ータによる波長の変動に対してスケールファクタを補償する手段がない場合、正 確な光ファイバ・ジャイロスコープ測定を行うことはできない。高速ターンオン 光源１２は、アナログ・ディジタル変換器３４およびコンピュータ３２とともに 、波長の変化を補償し、スケールファクタ性能を向上させてそのような精度を達 成する手段を構成している。また、高速ターンオン光源１２は、一定の光源電力 出力強度を所定の温度範囲にわたって１ｄＢないし２ｄＢの範囲に維持する。そ のような一定電力出力強度を維持することにより、光源回路の定格限界を超える ことによって光源１２が損傷されることが防止され、無作為雑音が温度に対して ほ ぼ一定に維持される。ほぼ一定の電力出力強度を維持することによって、光源波 長スペクトルもほぼ一定に維持され、したがってバイアス安定性が増大する。 第３図および第４図を参照して、本発明による高速ターンオン光源１２につい て説明する。高速ターンオン光源１２は、温度と電流制御回路１６と、レーザ・ ダイオード１４と、ヒータ４４とを含む。温度と電流制御回路１６は、光源ドラ イバ４２への入力用の電圧Ｖ₀を生成する電圧制御回路４０を含む。光源ドライ バ４２は、強制的に光源ドライバ自体の出力にＶ₀が現れるようにして、レーザ ・ダイオード１４を駆動する光源電流Ｉ_Fを供給する。 電圧制御回路４０は、温度センサ１２０、すなわちＡＤ５９０温度センサを含 み、この温度センサは、レーザ・ダイオード１４に熱接触して、レーザ・ダイオ ード１４がヒータ４４またはレーザ・ダイオード自体の加熱力、あるいはその両 方のために加熱されているときにレーザ・ダイオード１４の温度を測定する。ヒ ータ４４は、システムの温度安定性に寄与することができる。しかし、以下でさ らに論じるように、光源１２がダイオード１４の温度を、その性能を劣化させず に所定の温度範囲にわたって変動させることができるので、ヒータは必須ではな い。熱電冷却器を使用して、温度を安定化することもできる。米国０２０６２マ サチューセッツ州Ｎｏｒｗｏｏｄのアナログ・デバイス社（Ａｎａｌｏｇ Ｄｅ ｖｉｃｅｓ，Ｉｎｃ．）から入手可能なＡＤ５９０温度センサは、理想的な電流 源に近く、光源１２の励起時にターンオンのほぼ直後に電流Ｉ₃が生成される。 当業者なら、ＡＤ５９０温度センサの機能を近似する任意の電流源を使用してレ ーザ・ダイオード１４の温度を検知し、それに応じて信号を提供できることが認 識されよう。 温度センサ１２０は電流Ｉ₃を生成し、電流Ｉ₃はＲ₃を流れ、バッファ演算増 幅器１２２の低インピーダンスにシンクされる。電流Ｉ₃は、１μＡ／Ｋだけ変 化するので、電圧Ｖ₀を温度の関数として設定するように働く。言い換えると、 Ｉ₃は、３００Ｋで約３００μＡである。温度センサ電流Ｉ₃が変化すると、電圧 Ｖ₀は、デバイスの温度がより低くなったときに低下し、温度がより高くなった ときに上昇する。 電圧制御回路４０はさらに、以下で与える説明に従って選択される電圧Ｖ₁を 生 成するＶ₁’、Ｒ₁、Ｒ₂、Ｃ₁を含む電圧ネットワークを含む。そのため、Ｖ₀は 、次式で表すことができる。 Ｖ₀＝Ｖ₁＋Ｒ₃Ｉ₃（Ｔ_s） 温度センサ電流Ｉ₃は、レーザ・ダイオード１４の温度Ｔ_sの関数である。 電圧Ｖ₀は、演算増幅器１２４の非反転入力で光源ドライバ４２に印加される 。光源ドライバ４２は、ゲートが演算増幅器１２４の出力に接続され、ドレーン およびソースがレーザ・ダイオード１４及び抵抗器Ｒ_fを介してグラウンドに接 続された電力電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）１２６を含む。光源ドライバ４２ は、電圧Ｖ₀を強制的に電力ＦＥＴの出力に、かつ抵抗器Ｒ_fの両端間に現れるよ うにする。抵抗器Ｒ₄およびキャパシタＣ₂を介した光源からのフィードバックは 、その所望の出力を高める。光源ドライバ４２はＶ₀／Ｒ_fに等しい光源駆動電流 Ｉ_fによってレーザ・ダイオード１４を駆動する。 図示し、かつ第４図に関して説明するように、Ｖ₁、Ｒ₃、Ｒ_fの選択によって 、高低の設定値温度を有する光源用の温度範囲を選択することができ、したがっ てスケールファクタ安定性およびバイアス安定性を達成することができ、同時に 、安全な、すなわち定格を超えない光源駆動電流Ｉ_fによる高速ターンオンが可 能になる。この温度範囲にわたって妥当な光源コヒーレンス機能を達成すること もできる。 駆動電流Ｉ_fが以下の関係で与えられ、 Ｒ_fが２５オームに等しくされると、２つの温度設定値および関連する光源駆動 電流は、所定の温度範囲にわたって本発明によるターンオン光源をもたらすよう に選択することができる。当業者には明らかなように、関与する特定の設計に応 じて温度範囲を選択することができ、この特定の発明は、本明細書に記載した温 度範囲に限らない。 ５５℃の光源駆動電流の上限設定値を Ｉ_f（５５℃）＝６８ｍＡ，Ｉ₃（５５℃）＝３２８μＡ， となるように選択し、 ０℃での光源駆動電流の下限設定値を Ｉ_f（０℃）＝５３ｍＡ，Ｉ₃（０℃）＝２７３μＡ， となるように選択することによって、２つの未知数を有する２つの数式を、以下 の関係で示したように解くことができる。 Ｖ₁＝Ｒ_fＩ_f（０℃）−Ｒ₃Ｉ₃（０℃） ＝−０．５４Ｖ バッファ１２２への入力に関してＶ₁＝−０．５４Ｖを達成するには、簡単な電 圧分割器を使用することができる。そのため、−５Ｖの供給電圧を用いた場合に 、Ｒ₁は約８２Ｋオームに等しく、Ｒ₂は約１０Ｋオームに等しい。キャパシタＣ₁ は約０．１μｆに等しい。 従来技術の光源では、光源が低温のとき、始動時の遷移電圧によって光源回路 が損傷を受ける恐れがある。ＡＤ５９０温度センサ１２０が極めて高速であり、 かつ電圧Ｖ₁が−０．５４Ｖに達する前に温度センサ電流Ｉ₃がバッファ１２２で シンクされるので、本発明の高速ターンオン光源１２は、ターンオン時にＶ₀／ Ｒ₃に等しい光源駆動電流Ｉ_fを有する。そのため、光源駆動電流Ｉ_fがレーザ・ ダイオード１４用の最大定格Ｉ_fを超えないように、選択すべきインピーダンス および電圧を適切に選択することによって、損傷電流をなくすことができる。第 ４図の光源１２の実施例によれば、Ｖ₁＝０の最悪ケース状況では以下のとおり である。 Ｔ_s＝０℃で、Ｉ₃＝２７３μＡ⇒Ｖ₀＝１．８６Ｖ⇒Ｉ_f＝７４ｍＡ Ｔ_s＝５５℃で、Ｉ₃＝３２８μＡ⇒Ｖ₀＝２．２３Ｖ⇒Ｉ_f＝８９ｍＡ Ｉ_fが１５０ｍＡに等しいので、レーザ・ダイオード１４の最大光源駆動電流 Ｉ_fを超えず、Ｖ₁が−０．５４Ｖに達したとき、安定な高速ターンオン光源が達 成される。 Ｖ₁が−０．５４Ｖに達するための上昇時間は約１００ミリ秒である。１００ ミリ秒後の最大光源駆動電流Ｉ_fを以下に示す。 Ｔ_s＝０℃で、Ｉ₃＝２７３μＡ⇒Ｖ₀＝１．３２Ｖ⇒Ｉ_f＝５３ｍＡ Ｔ_s＝５５℃で、Ｉ_s＝３２８μＡ⇒Ｖ₀＝１．６９Ｖ⇒Ｉ_f＝６８ｍＡ 上述のように、温度センサ１２０を使用して電圧制御回路４０によって生成さ れる電圧Ｖ₀は、光源の温度Ｔ_sおよび光源駆動電流Ｉ_fを表す。背景技術の箇所 で、光源の波長の変化のためのスケールファクタの変化は、光源ΔＴ_sの温度の 変化および光源駆動電流ΔＩ_fの変化と、それほど重要ではないその他のパラメ ータに依存した。Ｖ₀が光源の温度Ｔ_sおよび駆動電流Ｉ_fを表すので、Ｖ₀の変化 は、スケールファクタの変化も示す。したがって、以下でさらに詳しく説明する ように、光源駆動電流Ｉ_fを介してレーザ・ダイオード１４を駆動するために使 用される電圧Ｖ₀を使用して、スケールファクタの変化を補正することもできる 。 第１図によればＶ₀はアナログ・ディジタル変換器３４に加えられる。電圧Ｖ₀ がディジタル化され、ディジタル化されたＶ₀がコンピュータ３２に与えられ、 スケールファクタを補正できるように処理される。コンピュータ３２は、検出器 ２６によって検出され、電子機器３０によって処理される逆伝播波の周波数差に 適用すべき適当なスケールファクタを生成するプロセッサとメモリとを含む。電 子回路３０は、復調器と、増幅器と、その他の必要な電子機器を含むことができ る。そのような電子回路は当業者には周知である。コンピュータ３２は、周波数 差または移相にスケールファクタを適用して、ある時間にわたる回転速度出力の 積分である補正された回転速度出力３６または角出力αを求める。 スケールファクタをＶ₀の関数として算出するために、２つの方法について説 明する。第１に、より一般的な方法では、第５図に示したように、光ファイバ・ ジャイロスコープは、様々な光ファイバ・ジャイロスコープ・ソーク温度（soak temperature）で特徴付けられる。光源温度は、ソーク温度に対応して変動する 。電圧Ｖ₀が、光源温度Ｔ_sと、様々なソーク温度Ｔ₁、Ｔ_K、Ｔ_nでの光源駆動電 流Ｉ_fを表す場合、様々な回転速度に関するスケールファクタは、第５図に示し たとおりである。たとえば、スケールファクタＳＦ₁は以下のように表すことが できる。 ＳＦ₁＝ａ₁［Ｖ₀（Ｔ₁，Ｉ₁）］＋ｂ₁［Ｖ₀（Ｔ₁，Ｉ₁）］Ω ＋Ｃ₁［Ｖ₀（Ｔ₁，Ｉ₁）］Ω²＋．．． スケールファクタＳＦ_Kは以下のように表すことができる。 ＳＦ_K＝ａ_K［Ｖ₀（Ｔ_K，Ｉ_K）］＋ｂ_K［Ｖ₀（Ｔ_K，Ｉ_K）］Ω ＋Ｃ_K［Ｖ₀（Ｔ_K，Ｉ_K）］Ω²＋．．． 上式で、Ｔ_Kは、Ｋ番目の光源温度に等しく、Ｉ_KはＫ番目の光源駆動電流に等し く、ａ₁、ｂ₁、ｃ₁などは、光源温度Ｔ_sと駆動電流Ｉ_fの関数であるＶ₀の関数で ある。 第６図に示したように、そのようなスケールファクタ式は、航行およびコンピ ュータの計算から得られる回転速度と、光源から得られる測定されたＶ₀が与え られた場合、スケールファクタを回復するために使用できる複雑な三次元表面４ ６を生成する。第６図に連続グリッドが示されているが、当業者に知られている ように、データは一般に離散点でとられ、標準手段を使用して補間が行われる。 したがって、温度と駆動電流を表すＶ₀を直接、航行およびコンピュータの計算 から得た知られている計算速度と共に使用して、正確なスケールファクタを選択 することができる。この方法では、妥当なスケールファクタ線形性と妥当なスケ ールファクタ反復性が共に保証される。 スケールファクタにＶ₀をリンクする第２の方法では、光ファイバ・ジャイロ スコープは、第７図に示したように様々な光ファイバ・ジャイロスコープ・ソー ク温度で特徴付けられる。これらの温度はＴ₁、Ｔ_K、Ｔ_nである。しかし、第２ の方法では、第７図に示した平均スケールファクタを算出する。たとえば、平均 スケールファクタＳＦ₁は次式で表される。 ＳＦ₁＝ａ₁［Ｖ₀（Ｔ₁，Ｉ₁）］＝ａ₁ スケールファクタＳＦ_Kは次式で表される。 ＳＦ_K＝ａ_K［Ｖ₀（Ｔ_K，Ｉ_K）］＝ａ_K 平均スケールファクタを算出するので、いずれのスケールファクタも回転速度に 依存しない。 次いで、第８図に示したように、Ｖ₀の温度依存性が加えられ、曲線５０に対 する最小２乗曲線４８が求められる。最小２乗曲線は次式のように示すことがで きる。 ＳＦ＝Ａ＋ＢＶ₀＋ＣＶ₀ ²＋．．． 一次よりも次数の高い数式を使用することができるが、話を簡単にするために、 上記の数式のＡ項およびＢ項のみを使用して、温度と駆動電流に依存するスケー ルファクタ対Ｖ₀を線４８で示すことができる。到着するデータは離散的なもの であるが、第８図では連続するものとして示されている。第２の方法は、妥当な スケールファクタ反復性を与えるが、スケールファクタ線形性は、スケールファ クタ対回転速度曲線では無視される変動に依存する。 第１図に示したように、コンピュータ３２のメモリは、アナログ・ディジタル 変換器３４によってディジタル化された電圧Ｖ₀がコンピュータ３２に与えられ たときにスケールファクタをＶ₀から求めるための上記の数式に従ったアルゴリ ズムを含むことができる。妥当なスケールファクタは、コンピュータ３２を使用 して算出され、検出された出力に加えられる。そのため、補正されたスケールフ ァクタ回転速度速度出力３６が生成される。同様に、当業者には知られているよ うに、Ｖ₀の様々な値に対するスケールファクタを算出することができ、検索テ ーブルを使用することができる。これは、Ｖ₀に応じて妥当なスケールファクタ を選択するアルゴリズムも使用できることを意味する。 第９図は、本発明の光源１２の他の実施態様を示す。光源１２は、いくつかの 他の光源６２、６４と共に１つのブロック上に取り付けることができる。光源６ ２は、光源ドライバ６６とヒータ・ドライバ６８とを含む。光源ドライバ６６は 、レーザ・ダイオード７０を駆動し、ヒータ・ドライバ６８はヒータ７２を駆動 する。光源６４は、レーザ・ダイオード７８を駆動する光源ドライバ７４と、ヒ ータ８０を駆動するヒータ・ドライバ７６とを含む。両方の光源６２、６４のド ライバは共に、光源ドライバ６６、７４用の入力としての電圧Ｖ₀と、ヒータ・ ドライバ６８および７６への入力用の第２の基準電圧Ｖ_Rとを有する。各光源６ ２および６４は、光源１２の光源ドライバ４２、ヒータ・ドライバ５２、レーザ ・ダイオード１４、およびヒータ４４の等価物である。 温度センサ１２０を含む電圧制御回路４０は、各光源ドライバ４２、６６、７ ４に電圧Ｖ₀を供給し、各ヒータ・ドライバ５２、６８、７６に基準電圧Ｖ_Rを供 給する。ヒータが熱フォイル・ヒータであってよく、ブロック全体に３つの別々 のヒータ４４、７２、８０ではなく１つのヒータのみを使用すればよいことが容 易に理解されよう。当業者なら、熱電冷却器を使用してレーザ・ダイオードの温 度を安定化させることができることも認識されよう。ヒータと冷却器は共に、そ の制御用のフィードバックを使用する。光源１２は、第４図中の光源のより詳し い概略を示す。電圧駆動回路４０は、抵抗器Ｒ₃、すなわち６．８ｋオーム抵抗 器を介してバッファ１２２にシンクすべきレーザ・ダイオード１４の温度に応じ て電流を生成するために５Ｖの供給電圧が加えられる温度センサ１２０を含む。 電圧調整器１３０は、１０Ｋ抵抗器Ｒ２６と、その１０Ｋ抵抗器間の０．１μｆ キャパシタと、−１２Ｖ電源と、３．３２Ｋ抵抗器Ｒ２７と、８２Ｋ抵抗器Ｒ２ ９と、電圧調整器間の０．００６μｆキャパシタＣ２０と共に、バッファ１２２ に入力すべき−０．５４Ｖの電圧Ｖ₁を生成する。ヒータ駆動回路５２に入力す べき電圧Ｖ_Rを生成するために演算増幅器１３２に適当な電圧が入力される。 演算増幅器１２４に電圧Ｖ₀が加えられ、強制的に電力ＦＥＴ１２６の出力に Ｖ₀を生じさせる。電力ＦＥＴは、過負荷保護のために電力ＦＥＴ自体を横切る ダイオードを備えたＩＲＦＲ９０２０である。演算増幅器１２４の反転入力への Ｖ₀のフィードバックは、１５Ｋ抵抗器および８２００ｐｆキャパシタを介して 供給される。８２００ｐｆキャパシタは、１５Ｋ抵抗器を介して位置決めするこ ともできる。抵抗器Ｒ４０およびＲ５０は、Ｖ₀／２５オームに等しいレーザ・ ダイオード１４用の光源駆動電流Ｉ_fを生成する２５オーム抵抗をもたらすよう に選択される。温度センサ１２０は、レーザ・ダイオード１４、７０、７８に熱 結合される。 ヒータ・ドライバ５２は、光源ドライバ４２に類似しており、第９図に示され ている。ドライバ回路は当業者には知られているので、ヒータ・ドライバの詳細 な議論は制限する。 当業者なら、本明細書では本発明の好ましい実施形態のみを開示し、他の利点 を見つけて実現することができ、当業者によって様々な修正を提案できることが 認識されよう。添付の請求の範囲で定義した本発明の趣旨および範囲から逸脱せ ずに、本明細書に示した実施形態を修正できることを理解されたい。

【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９５年４月２１日 【補正内容】 補正明細書 １９９２年８月２５日付けの「Patent Abstracts of Japan」（第１６巻、第 ４０２号（Ｐ−１４０９））に記載された１９９２年５月８日付けの日本特許文 書第４１３４２０９号の要約（Ｄ１）は、光源の温度を検出する、光源に近接す る温度センサを有する光ファイバ・ジャイロスコープを開示している。温度検出 器からの信号は補償量判定回路によって処理され、補償量判定回路は、増幅回路 に信号を出力する。増幅回路は、ジャイロスコープの回転速度を示す信号を光電 検出器回路から受け取る。ジャイロスコープの回転速度は、光源の検出された温 度に応じて補償量判定回路からの信号によって補償される。 補正請求の範囲 １．光ファイバ回転センサ（１０）に入力すべき光を供給する光源（１４）と、 前記光源（１４）の温度を表す光源制御信号を生成する光源制御手段（１６） と、 所定の温度範囲にわたる前記光源制御信号の関数として光ファイバ回転センサ （１０）用の複数のスケールファクタのうちの１つを生成する手段（３２）とを 備える光ファイバ回転センサ（１０）用の光源装置において、 前記光源制御信号の関数として、前記光源（１４）を駆動する駆動信号を生成 する駆動手段（１６）を備えることを特徴とする装置。 ２．前記光源制御手段（１６）が、 前記光源（１４）の前記温度を表す電流信号を供給する温度センサ（１２０） と、 前記電流信号をシンクして、前記光源制御信号として光源制御電圧を生成する バッファ・ネットワーク（１２２）と を含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。 ３．前記バッファ・ネットワーク（１２２）が、前記駆動手段（１６）の入力と の間に接続された選択された第１のインピーダンスを備えた出力と、選択された 電圧が印加される非反転入力とを有するバッファを含み、前記電流信号が前記バ ッファおよび前記選択された電圧にシンクされ、前記光源制御信号が前記選択さ れた第１のインピーダンスの両端間の電圧にほぼ等しいことを特徴とする請求項 ２に記載の装置。 ４．前記駆動手段（１６）が、前記光源制御電圧を受け取る前記入力と、前記光 源（１４）を駆動する駆動信号として駆動電流を生成するために、前記駆動手段 （１６）の出力とグラウンドに接続された選択された第２のインピーダンスの両 端間とに前記光源制御電圧を強制的に発生させて供給する手段（１６）とを含み 、前記選択された第１および第２のインピーダンスと、前記選択された電圧が、 所定の第１および第２の設定値温度に関する前記所定の温度範囲および所定の駆 動電流を決める前記設定値温度の関数として求められることを特徴とする請求項 ３ に記載の装置。 ５．前記強制手段（４２）が、 反転入力と、前記光源制御電圧を受け取る前記強制手段（４２）の前記入力で ある非反転入力と、出力とを有する演算増幅器（１２４）と、 前記演算増幅器（１２４）、前記光源（１４）、および前記選択された第２の インピーダンスに接続され、自身の出力と前記選択された第２のインピーダンス の両端間とに前記光源制御電圧を供給し、前記光源（１４）を駆動する駆動電流 をトランジスタを介して供給し、かつ前記演算増幅器（１２４）の前記反転入力 にフィードバックを供給するトランジスタ（１２６）と を含むことを特徴とする請求項４に記載の装置。 ６．前記生成手段が、 前記光源制御信号をディジタル化信号に変換するアナログ・ディジタル変換器 （３４）と、 前記ディジタル化信号を受け取り、前記光源制御信号を表す前記ディジタル化 信号の関数として光ファイバ回転センサ（１０）の複数の回転速度に対する前記 光源（１４）の複数の温度に基づいて複数のスケールファクタのうちの１つを生 成するコンピュータ手段（３２）と を含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。 ７．加熱用の光源（４４）、または前記光源（１４）を冷却する熱電冷却とを備 え、前記光源を特定の温度に安定化させることを特徴とする請求項１に記載の装 置。 ８．前記光源（１４）がレーザ・ダイオードであることを特徴とする請求項１に 記載の装置。 ９．光ファイバ回転センサ（１０）に入力すべき光を供給する光源（１４）と、 前記光源（１４）の温度を表す光源制御信号を生成する光源制御手段（１６） とを備える光ファイバ回転センサ（１０）用の光源装置であって、 前記光源制御信号の関数として、前記光源（１４）を駆動する駆動信号を生成 する駆動手段（１６）を備え、前記光源（１４）が、前記装置の励起時に前記駆 動信号によってほぼ直ちにオンにされ、前記光源制御手段（１６）が、光源（１ ４）が所定の温度範囲の低温であるか、それとも高温であるかにかかわらず、前 記駆動信号が所定の安全最大電流を超えることを防止することを特徴とする光源 装置。 １０ 前記光源制御手段（１６）が、 前記光源制御手段（１６）の前記残りの部分に対して前記装置が励起されたほ ぼ直後に、前記光源（１４）の前記温度を表す電流信号を供給する温度センサ（ １２０）と、 前記電流信号をシンクして、前記光源制御信号として光源制御電圧を生成する 、バッファ・ネットワーク（１２２）とを含み、前記バッファ・ネットワーク（ １２２）は、前記駆動手段の入力の間に接続された選択された第１のインピーダ ンスを備えた出力と、選択された電圧が加えられる非反転入力とを有するバッフ ァを含み、前記電流信号が前記バッファおよび前記選択された電圧にシンクされ 、前記光源制御信号が、前記選択された第１のインピーダンスの両端間の電圧に ほぼ等しいことを特徴とする請求項９に記載の装置。 １１．前記駆動手段（１６）が、前記光源制御電圧を受け取る前記入力と、前記 光源（１４）を駆動する駆動信号として駆動電流を生成するために、前記駆動手 段（１６）の出力とグラウンドに接続された選択された第２のインピーダンスの 両端間とに前記光源制御電圧を強制的に発生させて供給する手段（１６）とを含 み、前記選択された第１および第２のインピーダンスと、前記選択された電圧が 、所定の第１および第２の設定値温度に関する前記所定の温度範囲および所定の 駆動電流を決める前記設定値温度の関数として求められることを特徴とする請求 項１０に記載の装置。 １２．光ファイバ回転センサ（１０）の光源波長を補償する方法において、 光源（１４）を設けるステップと、 前記光源（１４）の温度を検知して、前記温度を表す光源制御信号を生成する ステップと、 前記光源制御信号の関数として前記光源（１４）に駆動信号を加えるステップ と、 前記光ファイバ回転センサ（１０）用のスケールファクタを前記光源制御信号 の関数として生成するステップとを含むことを特徴とする方法。 １３．前記温度検知及び光源制御信号生成ステップが、 前記光源（１４）の温度を表す電流信号を生成するステップと、 選択された第１のインピーダンスを介して前記電流信号をバッファ・ネットワ ーク（１２２）にシンクするステップと、 前記選択された第１のインピーダンスの両端間の前記電圧と前記バッファ及び ネットワーク（１２２）の選択された電圧の関数としての前記光源制御信号とし て光源制御電圧を生成するステップと を含むことを特徴とする請求項１２に記載の方法。 １４．前記駆動信号印加ステップが、選択された第２のインピーダンスの両端間 で前記光源制御電圧を加えることによって生成された駆動信号によって前記光源 （１４）を駆動するステップを含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。 １５．前記選択された第１のインピーダンス、前記選択された第２のインピーダ ンス、および前記選択された電圧が、下限設定値または上限設定値の前記光源用 の所定の最大駆動信号を超えない駆動信号によって前記光源（１４）を高速ター ンオンできるようにする前記下限設定値と前記上限設定値とを有する温度範囲に 関して選択されることを特徴とする請求項１４に記載の方法。 １６．前記スケールファクタ生成ステップが、 前記光源制御信号をディジタル化信号に変換するステップと、 光ファイバ回転センサの複数の回転速度に関する前記光源（１４）の複数の温 度に基づいて、前記ディジタル化信号の関数として複数のスケールファクタのう ちの１つを生成するステップとを含むことを特徴とする請求項１２に記載の方法 。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．光ファイバ回転センサ用の光源装置において、 光ファイバ回転センサに入力すべき光を供給する光源と、 前記光源の温度を表す光源制御信号を生成する光源制御手段と、 前記光源制御信号の関数として、前記光源を駆動する駆動信号を生成する駆動 手段と、 所定の温度範囲にわたる前記光源制御信号の関数として光ファイバ回転センサ 用の複数のスケールファクタのうちの１つを生成する手段と を備えることを特徴とする装置。 ２．前記光源制御手段が、 前記光源の前記温度を表す電流信号を供給する温度センサと、 前記電流信号をシンクして、前記光源制御信号として光源制御電圧を生成する バッファ・ネットワークと を含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。 ３．前記バッファ・ネットワークが、出力自体と前記駆動手段の入力の間に接続 された選択された第１のインピーダンスを有する前記出力と、選択された電圧が 加えられる非反転入力とを有するバッファを含み、前記電流信号が前記バッファ および前記選択された電圧にシンクされ、前記光源制御信号が、前記選択された 第１のインピーダンスの両端間の電圧にほぼ等しいことを特徴とする請求項２に 記載の装置。 ４．前記駆動手段が、前記光源制御電圧を受け取る前記入力と、前記光源を駆動 する駆動信号として駆動電流を生成するために前記駆動手段の出力とグラウンド に接続された選択された第２のインピーダンスの両端間とに前記光源制御電圧を 強制的に発生させて供給する手段とを含み、前記選択された第１および第２のイ ンピーダンスと前記選択された電圧とが、所定の第１および第２の設定値温度に 関する前記所定の温度範囲および所定の駆動電流を決める前記設定値温度の関数 として決められることを特徴とする請求項３に記載の装置。 ５．前記強制手段が、 反転入力と、前記光源制御電圧を受け取る前記駆動手段の前記入力である非反 転入力と、出力とを有する演算増幅器と、 前記演算増幅器、前記光源、および前記選択された第２のインピーダンスに接 続され、トランジスタ自体の出力において前記選択された第２のインピーダンス の両端間に前記光源制御電圧を与え、前記光源を駆動する駆動電流をトランジス タを介して与え、かつ前記演算増幅器の前記反転入力にフィードバックを与える トランジスタとを含むことを特徴とする請求項４に記載の装置。 ６．前記生成手段が、 前記光源制御信号をディジタル化信号に変換するアナログ・ディジタル変換器 と、 前記ディジタル化信号を受け取り、前記光源制御信号を表す前記ディジタル化 信号の関数として光ファイバ回転センサの複数の回転速度に対する前記光源の複 数の温度に基づいて複数のスケールファクタのうちの１つを生成するコンピュー タ手段とを含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。 ７．加熱用の光源、または前記光源を冷却する熱電冷却とを備え、前記光源を特 定の温度に安定化させることを特徴とする請求項１に記載の装置。 ８．前記光源がレーザ・ダイオードであることを特徴とする請求項１に記載の装 置。 ９．光ファイバ回転センサに入力すべき光を提供する光源と、 前記光源の温度を表す光源制御信号を生成する光源制御手段と、 前記光源制御信号の関数として、前記光源を駆動する駆動信号を生成する駆動 手段とを備え、前記光源が、前記装置の励起時に前記駆動信号によってほぼ直ち にオンにされ、前記光源制御手段が、光源が所定の温度範囲の低温であるか、そ れとも高温であるかにかかわらず、前記駆動信号が所定の安全最大電流を超える ことを防止することを特徴とする光ファイバ回転センサ用の光源装置。 １０．前記光源制御手段が、 前記光源制御手段の前記残りの部分に対して前記装置が励起されたほぼ直後に 、前記光源の前記温度を表す電流信号を提供する温度センサと、 前記電流信号をシンクして、前記光源制御信号として光源制御電圧を生成する 、 バッファ・ネットワークとを含み、前記バッファ・ネットワークが、出力自体と 前記駆動手段の入力の間に接続された選択された第１のインピーダンスを有する 出力と、選択された電圧が印加される非反転入力とを有するバッファを含み、前 記電流信号が前記バッファおよび前記選択された電圧にシンクされるので、前記 光源制御信号が、前記選択された第１のインピーダンスの両端間の電圧にほぼ等 しいことを特徴とする請求項９に記載の装置。 １１．前記駆動手段が、前記光源制御電圧を受け取る前記入力と、前記駆動手段 の出力において、グラウンドに接続された選択された第２のインピーダンスの両 端間で前記光源制御電圧を強制的に発生させて提供して、前記光源を駆動する駆 動信号として駆動電流を生成する手段とを含み、前記選択された第１および第２ のインピーダンスと、前記選択された電圧が、所定の第１および第２の設定値温 度に関する前記所定の温度範囲および所定の駆動電流を定義する前記設定値温度 の関数として求められることを特徴とする請求項１０に記載の装置。 １２．光ファイバ回転センサの光源波長を補償する方法において、 光源を提供するステップと、 前記光源の温度を検知して、前記温度を表す光源制御信号を生成するステップ と、 前記光源制御信号の関数として前記光源に駆動信号を印加するステップと、 前記光ファイバ回転センサ用のスケールファクタを前記光源制御信号の関数と して生成するステップとを含むことを特徴とする方法。 １３．前記温度検知・光源制御信号生成ステップが、 前記光源の温度を表す電流信号を生成するステップと、 選択された第１のインピーダンスを介して前記電流信号をバッファ・ネットワ ークにシンクするステップと、 前記選択された第１のインピーダンスの両端間の前記電圧と前記バッファ・ネ ットワークの選択された電圧の関数としての前記光源制御信号として光源制御電 圧を生成するステップとを含むことを特徴とする請求項１２に記載の方法。 １４．前記駆動信号印加ステップが、選択された第２のインピーダンスの両端間 で前記光源制御電圧を印加することによって生成された駆動信号によって前記光 源を駆動するステップを含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。 １５．前記選択された第１のインピーダンス、前記選択された第２のインピーダ ンス、および前記選択された電圧が、下限設定値または上限設定値の前記光源用 の所定の最大駆動信号を超えない駆動信号によって前記光源を高速ターンオンで きるようにする前記下限設定値と前記上限設定値とを有する温度範囲に関して選 択されることを特徴とする請求項１４に記載の方法。 １６．前記スケールファクタ生成ステップが、 前記光源制御信号をディジタル化信号に変換するステップと、 光ファイバ回転センサの複数の回転速度に関する前記光源の複数の温度に基づ いて、前記ディジタル化信号の関数として複数のスケールファクタのうちの１つ を生成するステップとを含むことを特徴とする請求項１２に記載の方法。