JPH11153440A - 光フアイバ回転センサの光フアイバ検出コイルの形成方法およびその検出コイル - Google Patents
光フアイバ回転センサの光フアイバ検出コイルの形成方法およびその検出コイルInfo
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- JPH11153440A JPH11153440A JP10220993A JP22099398A JPH11153440A JP H11153440 A JPH11153440 A JP H11153440A JP 10220993 A JP10220993 A JP 10220993A JP 22099398 A JP22099398 A JP 22099398A JP H11153440 A JPH11153440 A JP H11153440A
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- G—PHYSICS
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- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 サニヤツク効果による光フアイバ回
転センサに使用可能な検出コイルを形成するために、光
フアイバリボンを採用し、光フアイバリボンによりコイ
ル巻き装置の１巻き当たり単一の半径層が与えられ、４
極空間巻き分布が得られる。 【解決手段】 光フアイバ回転センサは、複数の光
フアイバ１，２，．．．Ｎを互いに平行に配置して平面
アレイ状にする工程と、この複数の光フアイバを柔軟な
材料内に互いに平行関係を維持させて封じ込め一対のリ
ボン端部を有する光フアイバリボンを形成する工程とを
包有してなる。
転センサに使用可能な検出コイルを形成するために、光
フアイバリボンを採用し、光フアイバリボンによりコイ
ル巻き装置の１巻き当たり単一の半径層が与えられ、４
極空間巻き分布が得られる。 【解決手段】 光フアイバ回転センサは、複数の光
フアイバ１，２，．．．Ｎを互いに平行に配置して平面
アレイ状にする工程と、この複数の光フアイバを柔軟な
材料内に互いに平行関係を維持させて封じ込め一対のリ
ボン端部を有する光フアイバリボンを形成する工程とを
包有してなる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は光フアイバ回転セン
サに採用される検出コイルを作成し、熱誘起された非相
反効果を低減する構成に関し、詳細には低シユツペバイ
アスの光フアイバのリボンを使用して光フアイバ検出コ
イルを形成する構成に関する。
サに採用される検出コイルを作成し、熱誘起された非相
反効果を低減する構成に関し、詳細には低シユツペバイ
アスの光フアイバのリボンを使用して光フアイバ検出コ
イルを形成する構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】光フアイバ回転センサを理論的に分析し
て、この回転センサが０．０１°／ｈあるいはそれ以上
の回転速度を測定できるという結論に達した。この分析
はリング干渉計の制限ノイズが光検出器でのショツトノ
イズであると想定している。この感度範囲では、光フア
イバ回転センサがレーザジヤイロや従来の回転質量ジヤ
イロと競合し、運航級ジヤイロとして使用可能である。
て、この回転センサが０．０１°／ｈあるいはそれ以上
の回転速度を測定できるという結論に達した。この分析
はリング干渉計の制限ノイズが光検出器でのショツトノ
イズであると想定している。この感度範囲では、光フア
イバ回転センサがレーザジヤイロや従来の回転質量ジヤ
イロと競合し、運航級ジヤイロとして使用可能である。
【０００３】実験結果から感度はショツトノイズにより
制限されるのではなく、光フアイバの検出コイルおよび
光路の他の部分での非相反ノイズ（即ち、ゆつくり変化
するバイアス）により制限されることが判明した。この
非相反ノイズは、干渉計が確実に単一モード複屈折フア
イバの単一偏光状態でのみ使用することにより、大幅に
減少できる。一方単一モードおよび単一偏光状態が使用
される場合でも、光フアイバ回転センサの精度は光フア
イバのコイルに熱誘起される非相反現象により制限され
る。この熱誘起された非相反現象はシユツペ効果として
知られ、［応用光学］の１９８０年、第１９（５）巻、
ページ６５４−６５５にシユツペによる［熱誘起された
非相反現象］と題して開示されている。
制限されるのではなく、光フアイバの検出コイルおよび
光路の他の部分での非相反ノイズ（即ち、ゆつくり変化
するバイアス）により制限されることが判明した。この
非相反ノイズは、干渉計が確実に単一モード複屈折フア
イバの単一偏光状態でのみ使用することにより、大幅に
減少できる。一方単一モードおよび単一偏光状態が使用
される場合でも、光フアイバ回転センサの精度は光フア
イバのコイルに熱誘起される非相反現象により制限され
る。この熱誘起された非相反現象はシユツペ効果として
知られ、［応用光学］の１９８０年、第１９（５）巻、
ページ６５４−６５５にシユツペによる［熱誘起された
非相反現象］と題して開示されている。
【０００４】光フアイバ回転センサのシユツペ効果は、
熱誘起され時間と共に変化する光路長の非対称性により
引き起される。シユツペ効果はコイルの中心から等距離
のフアイバの、対応するセグメントの熱速度および応力
変化率が異なるときに生じる。熱誘起される非相反現象
は、フアイバに沿つて時間に依存する温度勾配があると
きに生じ得る。非相反現象は互いに反対方向に回転する
２ビーム（例えば、同じ時間にコイルに入射するが入射
方向が異なるパルス光）の対応する波面が異なる時間
に、フアイバの同じ領域を横断するときに生じる。フア
イバの伝搬定数がフアイバに沿つて異なる割合で変化す
ると、互いに反対方向に回転する２ビームの対応する波
面がわずかに異なる有効光路を横断する。これにより、
回転により生じる位相差から区別できない非相反性の位
相シフトが生じる。
熱誘起され時間と共に変化する光路長の非対称性により
引き起される。シユツペ効果はコイルの中心から等距離
のフアイバの、対応するセグメントの熱速度および応力
変化率が異なるときに生じる。熱誘起される非相反現象
は、フアイバに沿つて時間に依存する温度勾配があると
きに生じ得る。非相反現象は互いに反対方向に回転する
２ビーム（例えば、同じ時間にコイルに入射するが入射
方向が異なるパルス光）の対応する波面が異なる時間
に、フアイバの同じ領域を横断するときに生じる。フア
イバの伝搬定数がフアイバに沿つて異なる割合で変化す
ると、互いに反対方向に回転する２ビームの対応する波
面がわずかに異なる有効光路を横断する。これにより、
回転により生じる位相差から区別できない非相反性の位
相シフトが生じる。
【０００５】シユツペ効果を軽減する４極型コイル巻き
技術が、１９８３年刊［光フアイバおよびレーザセンサ
Ｉ］、Ｐｒｏｃ．ＳＰＩＥ Ｖｏｌ．４１２、ページ２
６８−２７１にエヌ・ジエイ・フリゴによる［サニヤツ
ク干渉計の非相反性の線形源の補償］と題した論文に開
示されている。４極型コイル巻き技術によれば、フアイ
バのすべてのセグメントが互いに半径方向に隣接するコ
イルの中心から等距離、配置される。４極型コイル巻き
技術で満足する結果を得るにはコイル巻き作業者は高度
の熟練が必要となる。優れた熟練者であつても、巻装ミ
スがあり、この場合４極型巻きコイルのシユツペバイア
ス性能が低化することが判明している。
技術が、１９８３年刊［光フアイバおよびレーザセンサ
Ｉ］、Ｐｒｏｃ．ＳＰＩＥ Ｖｏｌ．４１２、ページ２
６８−２７１にエヌ・ジエイ・フリゴによる［サニヤツ
ク干渉計の非相反性の線形源の補償］と題した論文に開
示されている。４極型コイル巻き技術によれば、フアイ
バのすべてのセグメントが互いに半径方向に隣接するコ
イルの中心から等距離、配置される。４極型コイル巻き
技術で満足する結果を得るにはコイル巻き作業者は高度
の熟練が必要となる。優れた熟練者であつても、巻装ミ
スがあり、この場合４極型巻きコイルのシユツペバイア
ス性能が低化することが判明している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は光フアイバの
リボンを与えて検出コイルを形成することにより、巻装
ミスの可能性を低減することにある。光フアイバのリボ
ンによりコイル巻き装置の一巻き当たり単一半径方向層
が与えられ、従来の４極型巻きコイルと同様の４極型空
間巻き分布が得られる。
リボンを与えて検出コイルを形成することにより、巻装
ミスの可能性を低減することにある。光フアイバのリボ
ンによりコイル巻き装置の一巻き当たり単一半径方向層
が与えられ、従来の４極型巻きコイルと同様の４極型空
間巻き分布が得られる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】光フアイバ回転センサの
光フアイバの検出コイルを検出する本発明の方法におい
ては、複数の光フアイバ１，２，．．．Ｎを互いに平行
に配置して平面アレイ状にする工程と、この複数の光フ
アイバを柔軟な材料内に互いに平行関係を維持させて封
じ込め一対のリボン端部を有する光フアイバリボンを形
成する工程とを包有してなる。リボンは螺旋状に巻か
れ、リボンの端部は適宜に接続される。リボンのフアイ
バ端部の隣接する端部は互いに分枝されて接続され、時
計方向の入力リード線と反時計方向の入力リード線とを
有する光フアイバコイルが形成される。
光フアイバの検出コイルを検出する本発明の方法におい
ては、複数の光フアイバ１，２，．．．Ｎを互いに平行
に配置して平面アレイ状にする工程と、この複数の光フ
アイバを柔軟な材料内に互いに平行関係を維持させて封
じ込め一対のリボン端部を有する光フアイバリボンを形
成する工程とを包有してなる。リボンは螺旋状に巻か
れ、リボンの端部は適宜に接続される。リボンのフアイ
バ端部の隣接する端部は互いに分枝されて接続され、時
計方向の入力リード線と反時計方向の入力リード線とを
有する光フアイバコイルが形成される。
【０００８】この構成の最簡潔の実施態様によれば、分
枝されるフアイバ端部は好ましくは一方の端部が他方の
端部に対し１フアイバだけ幅方向に変位されるように構
成される。より好ましい実施態様によれば、分枝される
フアイバ端部の分枝順序がコイルの軸方向に沿つて４極
分布を与えるように並び替えられる。分布順序は好まし
くは、時計方向の入力リード線からの光入射がコイルの
第１の選択された螺旋内で内側へ伝搬し、時計方向のリ
ード線からの入射光が選択されたコイルと隣接する螺旋
内で外側へ伝搬するように並び替えられる。本発明の目
的およびその構造あるいは動作構成は好ましい実施態様
の添付図面に沿つた以下の説明から、十分に理解されよ
う。
枝されるフアイバ端部は好ましくは一方の端部が他方の
端部に対し１フアイバだけ幅方向に変位されるように構
成される。より好ましい実施態様によれば、分枝される
フアイバ端部の分枝順序がコイルの軸方向に沿つて４極
分布を与えるように並び替えられる。分布順序は好まし
くは、時計方向の入力リード線からの光入射がコイルの
第１の選択された螺旋内で内側へ伝搬し、時計方向のリ
ード線からの入射光が選択されたコイルと隣接する螺旋
内で外側へ伝搬するように並び替えられる。本発明の目
的およびその構造あるいは動作構成は好ましい実施態様
の添付図面に沿つた以下の説明から、十分に理解されよ
う。
【０００９】
【発明の実施の形態】図１に示されるように、フアイバ
リボン１０は平行なＮ個の光フアイバ１２Ａ，１２
Ｂ，．．．１２Ｎからなる平面アレイとして構成され
る。光フアイバ１２Ａ，１２Ｂ，．．．１２Ｎは好まし
くは光フアイバ１２Ａ，１２Ｂ，．．．１２Ｎを内包す
る柔軟なプラスチツク材料１４により互いに保持され
る。フアイバリボン１０は図示の態様では、フアイバリ
ボンの基本構成として８本のフアイバのみが示されてい
る。フアイバリボンは経済的且つ正確に製造でき、ＬＡ
Ｎに採用されている。
リボン１０は平行なＮ個の光フアイバ１２Ａ，１２
Ｂ，．．．１２Ｎからなる平面アレイとして構成され
る。光フアイバ１２Ａ，１２Ｂ，．．．１２Ｎは好まし
くは光フアイバ１２Ａ，１２Ｂ，．．．１２Ｎを内包す
る柔軟なプラスチツク材料１４により互いに保持され
る。フアイバリボン１０は図示の態様では、フアイバリ
ボンの基本構成として８本のフアイバのみが示されてい
る。フアイバリボンは経済的且つ正確に製造でき、ＬＡ
Ｎに採用されている。
【００１０】簡単なリボンコイル１５の形成時には、フ
アイバリボン１０を巻いて多層螺旋状にする工程が含ま
れる。次に構成の簡潔化のため、フアイアリボン１０の
外側端部は内側端部に対し１フアイバだけ変位した内側
端部と再び接触される。図２には単一層コイルの工程を
示す。この工程では一の時計方向（ＣＷ）の自由端部１
６、一の反時計方向（ＣＣＷ）の自由端部１８およびＮ
−１個の接続部２０−２６の形成が残される。接続部２
０〜２６は図２では交差する２つのクロス線で示されて
いる。
アイバリボン１０を巻いて多層螺旋状にする工程が含ま
れる。次に構成の簡潔化のため、フアイアリボン１０の
外側端部は内側端部に対し１フアイバだけ変位した内側
端部と再び接触される。図２には単一層コイルの工程を
示す。この工程では一の時計方向（ＣＷ）の自由端部１
６、一の反時計方向（ＣＣＷ）の自由端部１８およびＮ
−１個の接続部２０−２６の形成が残される。接続部２
０〜２６は図２では交差する２つのクロス線で示されて
いる。
【００１１】コイルでＭ層を巻くとＭ＊Ｎ巻き数とな
る。この設計構成でのＣＷ伝搬光波は第１の螺旋路を経
て外側へ螺旋運動し、次に内側半径部へ再び簡単に変位
し、そこから再び外側へ螺旋運動する。
る。この設計構成でのＣＷ伝搬光波は第１の螺旋路を経
て外側へ螺旋運動し、次に内側半径部へ再び簡単に変位
し、そこから再び外側へ螺旋運動する。
【００１２】上述した簡潔な分枝構成により、ＣＷおよ
びＣＣＷ回転の両方に対し、同一の半径方向分布が得ら
れる。一方軸方向においては、ＣＷフアイバセグメント
が一方の端部、例えば底部にあり、ＣＣＷセグメントは
頂部にあつて、この結果軸方向の温度勾配が存在しても
シユツペバイアス状態になる。この場合軸方向に沿つた
容易な前進動作から軸方向に沿つた４極螺旋分布を与え
る順序に並び替える必要がある。上述のエヌ・ジエイ・
フリゴの構成によれば、４極コイルでは光が外側の２螺
旋路１、４内にＣＣＷ伝搬し、内側の２螺旋路２、３内
にＣＷ伝搬する。この動作の実現には、光フアイバ回転
センサのＣＷリード線からの光を、頂部螺旋１を経て外
側へＣＣＷ伝搬することになる。次に光フアイバ回転セ
ンサのＣＣＷリボンコイルからの光を、他方の方向へ
（ＣＷ）へ螺旋路２内へ注入させ、隣接する螺旋路を経
て内側へ伝搬し、再び隣接する螺旋路３を経て内側へ伝
搬される。次に螺旋路１から出るＣＷリード光は、螺旋
路４内に送入され、図３に示されるように外側へ伝搬す
る。これにより１の４極周期が完了する。交互に分枝方
向のこのプロセスは、リボンの底側が１２本のフアイバ
即ち３個の４極に対し図３に示されるように達せられる
まで、続く。したがつて４極巻きが軸方向に沿つて形成
され得る。
びＣＣＷ回転の両方に対し、同一の半径方向分布が得ら
れる。一方軸方向においては、ＣＷフアイバセグメント
が一方の端部、例えば底部にあり、ＣＣＷセグメントは
頂部にあつて、この結果軸方向の温度勾配が存在しても
シユツペバイアス状態になる。この場合軸方向に沿つた
容易な前進動作から軸方向に沿つた４極螺旋分布を与え
る順序に並び替える必要がある。上述のエヌ・ジエイ・
フリゴの構成によれば、４極コイルでは光が外側の２螺
旋路１、４内にＣＣＷ伝搬し、内側の２螺旋路２、３内
にＣＷ伝搬する。この動作の実現には、光フアイバ回転
センサのＣＷリード線からの光を、頂部螺旋１を経て外
側へＣＣＷ伝搬することになる。次に光フアイバ回転セ
ンサのＣＣＷリボンコイルからの光を、他方の方向へ
（ＣＷ）へ螺旋路２内へ注入させ、隣接する螺旋路を経
て内側へ伝搬し、再び隣接する螺旋路３を経て内側へ伝
搬される。次に螺旋路１から出るＣＷリード光は、螺旋
路４内に送入され、図３に示されるように外側へ伝搬す
る。これにより１の４極周期が完了する。交互に分枝方
向のこのプロセスは、リボンの底側が１２本のフアイバ
即ち３個の４極に対し図３に示されるように達せられる
まで、続く。したがつて４極巻きが軸方向に沿つて形成
され得る。
【００１３】リボンのフアイバの数は４で均等に割る数
にする要がある。これによりシユツペバイアス耐性が現
在の半径４極巻きコイルとほぼ同じくらい高くなる。リ
ボンフアイバを用いて検出コイルを形成すると、コイル
巻き労力が軽減され巻き数分布の精度が向上されるとい
う利点がある。一般に分枝部が光フアイバ回転センサの
中心の、いわゆるソースコヒレンス長内にないことが要
求される。したがつて余分のリード線長が公称中心分枝
部で変位するよう要求される。これによりコイル内のリ
ード線トリミング誤差のために僅かにシユツペバイアス
が引き起こされるが、通常僅か約ミリメータのコヒレン
ス長を有するので、これはそれほど重要ではない。した
がつてリード線の不平衡は僅か数ミリメータであること
が要求される。
にする要がある。これによりシユツペバイアス耐性が現
在の半径４極巻きコイルとほぼ同じくらい高くなる。リ
ボンフアイバを用いて検出コイルを形成すると、コイル
巻き労力が軽減され巻き数分布の精度が向上されるとい
う利点がある。一般に分枝部が光フアイバ回転センサの
中心の、いわゆるソースコヒレンス長内にないことが要
求される。したがつて余分のリード線長が公称中心分枝
部で変位するよう要求される。これによりコイル内のリ
ード線トリミング誤差のために僅かにシユツペバイアス
が引き起こされるが、通常僅か約ミリメータのコヒレン
ス長を有するので、これはそれほど重要ではない。した
がつてリード線の不平衡は僅か数ミリメータであること
が要求される。
【００１４】ここに開示した構造および方法は本発明の
原理を示している。本発明の精神または重要な特性から
離れる事なく他の特定形態で実施することができる。上
述した実施態様は一例として開示したものであり、これ
に限定するものではない。しかして上述の説明ではなく
添付の特許請求の範囲により本発明の範囲が限定され
る。請求の範囲の等価物の意味および範囲に含まれここ
に開示される実施態様に対するすべての変更例が本発明
の範囲内に含まれる。
原理を示している。本発明の精神または重要な特性から
離れる事なく他の特定形態で実施することができる。上
述した実施態様は一例として開示したものであり、これ
に限定するものではない。しかして上述の説明ではなく
添付の特許請求の範囲により本発明の範囲が限定され
る。請求の範囲の等価物の意味および範囲に含まれここ
に開示される実施態様に対するすべての変更例が本発明
の範囲内に含まれる。
【図１】図１はフアイバリボンの断面図である。
【図２】図２はフアイバリボンで構成された本発明によ
るコイルの斜視図である。
るコイルの斜視図である。
【図３】図３はフアイバリボンで構成された４極型コイ
ルでの光信号の伝搬方向を示す説明図である。
ルでの光信号の伝搬方向を示す説明図である。
１０ フアイバリボン １２Ａ−１２Ｎ 光フアイバ １４ プラスチツク材料 １５ リボンコイル ２０−２６ 分枝部
Claims (5)
- 【請求項１】 複数の光フアイバ１、２、．．．Ｎを互
いに平行に配置し平面アレイを形成する工程と、複数の
光フアイバを柔軟な材料内に収め互いに平行な関係を保
持させ且つ一対のリボン端部を有する光フアイバのリボ
ンを形成する工程と、リボンを螺旋に巻く工程と、リボ
ンの端部を接触させる工程と、選択されたフアイバの端
部間に接続分枝を形成し時計方向の入力リード線および
反時計方向の入力リボンコイルを有する光フアイバコイ
ルを形成する工程とを包有してなる光フアイバ回転セン
サの光フアイバ検出コイルを形成する方法。 - 【請求項２】 一端部が他端部に対し一本のフアイバだ
け幅方向に変位されるようリボンを配置することにより
選択されたフアイバの端部を選択する工程を包有してな
る請求項１の方法。 - 【請求項３】 分枝したフアイバ端部を選択する工程に
分枝順序を並び替え、コイルの軸方向に沿つて４極分布
を与える工程が包有されてなる請求項１の方法。 - 【請求項４】 時計方向の入力リード線からの入力され
る光がコイルの第１の選択された螺旋路内に内側へ伝搬
し、時計方向のリード線から入力される光が選択された
コイルと隣接する螺旋路内に外側へ伝搬するように分枝
順序を並び替える工程を包有してなる請求項３の方法。 - 【請求項５】 互いに平行に配置され平面アレイを構成
する複数の光フアイバ１、２、．．．Ｎと、複数の光フ
アイバを互いに平行関係を保持して内蔵し一対のリボン
端部を有する光フアイバのリボンを形成する柔軟な材料
と、光フアイバのリボン内に形成される螺旋路と、フア
イバリボン内の選択されたフアイバの端部間に形成さ
れ、時計方向の入力リード線と反時計方向の入力リード
線とを有する光フアイバコイルを形成する複数の接続分
枝部とを備える光フアイバ回転センサの光フアイバ検出
コイル。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/885.577 | 1997-06-30 | ||
| US08/885,577 US5848213A (en) | 1997-06-30 | 1997-06-30 | Low shupe bias fiber optic rotation sensor coil |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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