JPH1073439A - 光干渉角速度計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光検出器で検出した干渉光成分を同期検波し
て入力角速度に対応した信号を出力させ、入力角速度を
計測する光干渉角速度計において、光検出器と同期検波
器との間で誘導される位相変調信号によって発生するバ
イアスオフセットエラーを除去する。 【解決手段】 光検出器と配線２０とによって構成され
る本来の回路に近接して同等の回路で構成したダミー回
路２６を設け、このダミー回路でバイアスオフセットエ
ラーを発生させるのと等価な信号成分を誘起させ、この
信号成分を本来の回路の信号から減算することにより、
バイアスオフセットエラーを発生させる信号成分を除去
し同期検波する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は例えば各種移動体
の姿勢検出等に利用することができる光干渉角速度計に
関する。

【０００２】

【従来の技術】光ファイバコイルに右回り光及び左回り
光を伝搬させ、光ファイバコイルの軸芯回り方向に回転
角速度が与えられることにより、右回り光と左回り光と
の間に位相差を発生させ、この位相差を計測することに
より回転角速度を知ることができる光干渉角速度計が既
に実用されている。

【０００３】この種の光干渉角速度計には図３に示すオ
ープンループ型と、図４に示すクローズドループ型とが
ある。光干渉角速度計の構成要素としては大別して光学
系ＯＰと電気系ＥＣとによって構成される。図３に示す
オープンループ型では、光学系ＯＰはレーザダイオード
のような光源１１と、カプラによって構成される第１光
分岐結合器１２と、例えば光ＩＣによって構成される第
２光分岐結合器１３と、光ファイバコイル１４と、第１
光分岐結合器１２で分岐した干渉光を電気信号に変換す
る光検出器１５とによって構成される。

【０００４】第２光分岐結合器１３では光源１１から出
射された光を２分する光分岐機能と、２分した光を単一
の偏波光に整える偏光機能と、光ファイバコイル１４を
通過した右回り光と左回り光を結合して干渉光を得る機
能と、光ファイバコイル１４に与える光の一方に位相変
調を施す光変調機能とが備えられる。１６はその光変調
機能を実行する光変調器を示す。

【０００５】電気系ＥＣはオープンループ型の場合、同
期検波器２１と、位相変調信号発生器２２とによって構
成される。位相変調信号発生器２２から出力される位相
変調信号を光変調器１６に与え、光ファイバコイル１４
をこれから伝搬しようとする光と、光ファイバコイル１
４を伝搬して来た光に位相変調を施す。これから光ファ
イバコイル１４を伝搬しようとする位相変調された光
は、光ファイバ１４に与えられる回転角速度による影響
を受けて位相偏移が発生する。これに対し、光ファイバ
コイル１４を伝搬して来た光の位相変調成分は角速度が
与えられても位相偏移を生じない。この位相偏移された
光と位相偏移されない光を第２光分岐結合器１３で結合
させることにより、干渉光が発生する。

【０００６】この干渉光を第１光分岐結合器１２で取り
出し、光検出器１５に与える。従って、光検出器１５は
干渉光の光の強弱変化を電気信号に変換し、電気配線２
０を通じて電気系ＥＣに出力する。つまり、同期検波器
２１に入力し、同期検波器２１において位相変調信号発
生器２２から与えられる参照信号により同期検波する。

【０００７】同期検波器２１の検波出力としては、光フ
ァイバコイル１４に与えられた回転角速度の向きによっ
て決まる極性と、回転角速度の大小によって決まる電圧
値を持つ直流信号が出力端子２３に出力され、直流電圧
とその極性によって回転角速度の大きさと向きを知るこ
とができる。図４に示すクローズドループ型では、同期
検波器２１から出力される直流信号を積分器２４に与え
て積分し、その積分出力をフィードバック信号発生器２
５に与える。フィードバック信号発生器２５は、例えば
鋸歯状波発生器によって構成することができる。この鋸
歯状波発生器は積分器２４から与えられる積分電圧の極
性によって定められる極性を持ち、積分電圧の大小に比
例した周波数の鋸歯状波を出力する。

【０００８】従って、入力角速度が大きい程フィードバ
ック信号発生器２５から出力される鋸歯状波の周波数が
高くなる。フィードバック信号発生器２５から出力され
るフィードバック信号は第２光分岐結合器１３に設けた
光変調器１７に与え、光ファイバコイル１４に入射され
る一方の光に位相変調を施す。この位相変調は与えられ
た回転角速度によって発生した位相偏移を元に戻す方向
の位相変調として作用する。

【０００９】結局、積分器２４と、フィードバック信号
発生器２５と、光変調器１７とによって構成したフィー
ドバックループによって同期検波器２１の出力電圧がゼ
ロに収束するように積分器２４は積分電圧を出力し続
け、フィードバック信号を発生させる。従って、フィー
ドバック信号発生器２５から出力されるフィードバック
信号の発生量から入力された回転角速度を知ることがで
きることになる。つまり、この例では出力端子２３にフ
ィードバック信号を取り出し、そのフィードバック信号
の周波数を計測して、入力角速度の値を得ることができ
る。

【００１０】以上説明したオープンループ型の光干渉角
速度計及びクローズドループ型の光干渉角速度計の動作
原理は既によく知られているところであるから、その詳
細説明はここでは省略するものとする。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】光検出器１５で検出す
る干渉光は微弱な光信号であるため、光検出器１５から
出力される検出信号は微弱な電気信号となる。光検出器
１５と同期検波器２１との間を接続する配線２０をシー
ルドしたとしても、外部からの影響を受け易い。特に光
変調器１６に与える位相変調信号及び同期検波器２１に
与える参照信号のレベルが大きいため、位相変調信号ま
たは参照信号が磁気的または静電容量を介して光検出器
１５と同期検波器２１との間を接続する配線２０に誘起
される率が高い。

【００１２】位相変調信号または参照信号は何れも検出
すべき干渉光の周波数と合致しているため、位相変調信
号または参照信号が配線２０に誘起されると、入力角速
度がゼロの状態でも擬似的に検出信号を発生し、いわゆ
るバイアスオフセットエラーを発生させる不都合があ
る。この発明の目的は、バイアスオフセットエラーの発
生を低減することができる光干渉角速度計を提供しよう
とするものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】この発明では光源と、第
１光分岐結合器と、第２光分岐結合器と、光ファイバコ
イルと、光検出器と、同期検波器とを具備して構成され
る光干渉角速度計において、光検出器と、この光検出器
と同期検波器との間を接続する電気配線とによって構成
される回路に近接して光検出器と同期検波器との間を接
続する回路と等価なダミー回路を設け、このダミー回路
に本来の回路に誘起される位相変調信号成分または参照
信号成分と同等の信号成分を誘起させ、ダミー回路に誘
起された信号成分を本来の回路に誘起された信号成分か
ら減算することにより、本来の回路に誘起された位相変
調信号成分または参照信号成分を除去するように構成し
たものである。

【００１４】この結果、同期検波器には従来から存在す
る光検出器で検出した干渉光成分の信号だけを同期検波
器に供給することができ、バイアスオフセットエラーが
少ない光干渉角速度計を提供することができる利点が得
られる。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１にこの発明をオープンループ
型光干渉角速度計に適用した場合を示す。図１において
光源１１と、第１光分岐結合器１２と、第２光分岐結合
器１３と、光ファイバコイル１４と、光検出器１５と、
光変調器１６と、同期検波器２１と、位相変調信号発生
器２２とによってオープンループ型の光干渉角速度計を
構成することは図３で説明したと同じである。

【００１６】この発明では従来から存在する光検出器１
５と、この光検出器１５と同期検波器２１との間を接続
するための配線２０に近接してダミー回路２６を設け
る。このダミー回路２６は本来存在する回路と可及的に
等価となるように、光検出器１５に近接させてダミー光
検出器２６Ａを配置し、このダミー光検出器２６Ａから
ダミー配線２６Ｂを配線２０に近接させて配置して構成
することができる。ダミー光検出器２６Ａは第１光分岐
結合器１２で分岐した干渉光を受光しないように受光面
を遮光して配置する。

【００１７】これと共にダミー回路２６に発生した信号
成分を必要に応じて直流阻止フィルタ２７を通じてアナ
ログ加算器２８の極性反転入力端子−に供給し、配線２
０をアナログ加算器２８の非反転入力端子＋に接続す
る。このように構成することにより、ダミー回路２６を
本来の回路に近接して配置したから、ダミー回路２６に
は本来の回路に誘起された位相変調信号成分または参照
信号成分と同等の信号成分を誘起させることができる。

【００１８】従って、アナログ加算器２８では本来の回
路から与えられる信号成分からダミー回路２６で発生す
る信号成分を減算するから、アナログ加算器２８の出力
側には光検出器１５で検出した干渉光の信号成分だけを
取り出すことができる。この結果、同期検波器２１では
干渉光の信号成分だけが同期検波され、バイアスオフセ
ットエラーの量を小さくすることができる。

【００１９】図２はこの発明をクローズドループ型の光
干渉角速度計に適用した場合を示す。この場合も、光検
出器１５と配線２０に近接してダミー回路２６を設け、
このダミー回路２６によってバイアスオフセットエラー
を発生させる信号成分と等価な信号成分を取り出し、こ
の信号成分をアナログ加算器２８で本来の回路で発生す
る位相変調信号成分または参照信号成分から減算するこ
とによってバイアスオフセットエラーを発生させる信号
成分を除去するように構成することができる。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれば
オープンループ型及びクローズドループ型の別を問わ
ず、光検出器と同期検波器を具備した光干渉角速度計に
おいて、光検出器及びこの光検出器と同期検波器との間
を接続する配線２０と等価なダミー回路２６を設け、こ
のダミー回路２６でバイアスオフセットエラーを発生さ
せる信号成分と等価な信号成分を生成させ、この信号成
分を本来の回路で得られる信号から減算することによ
り、同期検波器２１に与える信号は干渉光成分だけにす
ることができる。

【００２１】この結果、バイアスオフセットエラーの量
が少ない光干渉角速度計を得ることができ、精度の高い
光干渉角速度計を提供することができる利点が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明をオープンループ型の光干渉角速度計
に適用した実施例を説明するためのブロック図。

【図２】この発明をクローズドループ型の光干渉角速度
計に適用した実施例を説明するためのブロック図。

【図３】従来の技術を説明するためのブロック図。

【図４】図３と同様のブロック図。

【符号の説明】

１１ 光源 １２ 第１光分岐結合器 １３ 第２光分岐結合器 １４ 光ファイバコイル １５ 光検出器 １６，１７ 光変調器 ２０ 配線 ２１ 同期検波器 ２２ 位相変調信号発生器 ２３ 出力端子 ２４ 積分器 ２５ フィードバック信号発生器 ２６ ダミー回路 ２６Ａ ダミー光検出器 ２６Ｂ ダミー配線 ２７ 直流阻止フィルタ ２８ アナログ加算器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源と、この光源からの光を透過させる
   と共に、後記第２光分岐結合器で結合して得られる干渉
   光を分岐して取り出す第１光分岐結合器と、この第１分
   岐結合器を通過した光を２分すると共に、後記光ファイ
   バコイルを右回り光及び左回り光として伝搬した光を結
   合して干渉光を得る第２光分岐結合器と、この第２光分
   岐結合器で２分した光が右回り光及び左回り光として伝
   搬する光ファイバコイルと、上記第１光分岐結合器で分
   岐した干渉光を電気信号に変換する光検出器と、この光
   検出器の検出信号から入力された角速度に対応した検波
   信号を出力する同期検波器とを具備して構成される光干
   渉角速度計において、 上記光検出器と、この光検出器と上記同期検波器との間
   を接続する配線とにほぼ同等なダミー回路を設け、この
   ダミー回路に誘起される信号成分を本来の回路の信号成
   分から減算することにより同期検波器に入力する信号成
   分を干渉光の成分だけとしたことを特徴とする光干渉角
   速度計。