JPS59214773A - 光干渉角速度計 - Google Patents
光干渉角速度計Info
- Publication number
- JPS59214773A JPS59214773A JP58089516A JP8951683A JPS59214773A JP S59214773 A JPS59214773 A JP S59214773A JP 58089516 A JP58089516 A JP 58089516A JP 8951683 A JP8951683 A JP 8951683A JP S59214773 A JPS59214773 A JP S59214773A
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- JP
- Japan
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- light
- phase difference
- angular velocity
- magnetic field
- optical
- Prior art date
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- Pending
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
- G01C19/58—Turn-sensitive devices without moving masses
- G01C19/64—Gyrometers using the Sagnac effect, i.e. rotation-induced shifts between counter-rotating electromagnetic beams
- G01C19/72—Gyrometers using the Sagnac effect, i.e. rotation-induced shifts between counter-rotating electromagnetic beams with counter-rotating light beams in a passive ring, e.g. fibre laser gyrometers
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Gyroscopes (AREA)
- Lasers (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は例えばループ状に構成された光ファイバの光
学路の両端により右回り光及び左回り光を入射して互に
逆方向に通った光を、その一方に対してほぼ百の位相を
与えた後干渉させ、その干渉光の強度を測定することに
よって光学路の周方向に与えられた角速度を測定する光
干渉角速度計に関する。
学路の両端により右回り光及び左回り光を入射して互に
逆方向に通った光を、その一方に対してほぼ百の位相を
与えた後干渉させ、その干渉光の強度を測定することに
よって光学路の周方向に与えられた角速度を測定する光
干渉角速度計に関する。
〈従来技術〉
・ まず第1図を参照して従来の光干渉角速度計を説明
しよう。レーザー発振器のような光源11からの光ビー
ムは、ビームスプリッタのような光分配結合手段12に
より実線で示すように反射光13及び透過光14に分配
され、少くとも1回りされている光学路15の両端にそ
れぞれ入射される。
しよう。レーザー発振器のような光源11からの光ビー
ムは、ビームスプリッタのような光分配結合手段12に
より実線で示すように反射光13及び透過光14に分配
され、少くとも1回りされている光学路15の両端にそ
れぞれ入射される。
光学路15は例えば光ファイバをループ状に巻回された
ものであり、先に述べたようにその両端から光が入射さ
れ、反射光13は右回りとされて光学路15内を1云搬
し、透過光14は光学路15内を図において左回り光と
して伝搬してそれぞれ光学路15から点線で示す放射光
16.17として放射される。これら放射された光16
.17は分配結合手段12により光16は反射し、光1
7は透過することによって互に結合されて干渉され、干
渉光18が得られる。この干渉光18は光電気変換器1
9により電気信号に変換される。
ものであり、先に述べたようにその両端から光が入射さ
れ、反射光13は右回りとされて光学路15内を1云搬
し、透過光14は光学路15内を図において左回り光と
して伝搬してそれぞれ光学路15から点線で示す放射光
16.17として放射される。これら放射された光16
.17は分配結合手段12により光16は反射し、光1
7は透過することによって互に結合されて干渉され、干
渉光18が得られる。この干渉光18は光電気変換器1
9により電気信号に変換される。
光学路15の周方向に沿う角速度、つまり光学路の軸芯
と同一軸芯の周りの角速度Ωが印加されると、いわゆる
サグナック効果が生じて光学路15を透過した光16.
17の間に位相差が生じる。
と同一軸芯の周りの角速度Ωが印加されると、いわゆる
サグナック効果が生じて光学路15を透過した光16.
17の間に位相差が生じる。
従って干渉光180強度は
■oαl−咽△ψ
で与えられる。この干渉光18の強度I。を検出するこ
とによって光学路15に印加された角速度Ωを検出する
ことができる。しかし第1図に示した干渉光180強度
は余弦関数で変化するため、その検出感度が低いものと
なる。
とによって光学路15に印加された角速度Ωを検出する
ことができる。しかし第1図に示した干渉光180強度
は余弦関数で変化するため、その検出感度が低いものと
なる。
このだめ第2図に示すように光学路15の一端と直列に
移相器21を挿入して角速度Ωが印加されてない状態に
おいて光分配結合手段12により互に結合されるべき光
16.17間の位相差が二となるようにして干渉光18
の強度が角速度Ωに対応した正弦関数で変化するように
工夫されている。このように両光16.17間にフの位
相バイアスを与えることによって感度を最適化すること
ができる。しかし移相器21として右回シ光13と左回
シ光14との間に常に五の位相差を作詩ずることは困難
であシ、例えば周囲温度変化などによってその位相差が
変化する欠点があった。
移相器21を挿入して角速度Ωが印加されてない状態に
おいて光分配結合手段12により互に結合されるべき光
16.17間の位相差が二となるようにして干渉光18
の強度が角速度Ωに対応した正弦関数で変化するように
工夫されている。このように両光16.17間にフの位
相バイアスを与えることによって感度を最適化すること
ができる。しかし移相器21として右回シ光13と左回
シ光14との間に常に五の位相差を作詩ずることは困難
であシ、例えば周囲温度変化などによってその位相差が
変化する欠点があった。
〈発明の目的〉
この発明の目的は周囲温度の変動などに影響され難く、
しかも高感度で角速度を検出することが可能な光干渉角
速度計を提供することにある。
しかも高感度で角速度を検出することが可能な光干渉角
速度計を提供することにある。
〈発明の概要〉
この発明によれば光学路と縦続的に方向性移相器を挿入
するが、その方向性移相器としては第1磁気光学素子と
複屈折性結晶板と第2磁気光学素子との3素子を順次縦
続的に配列したものが用いられ、これらの第1、第2磁
気光学素子に対し交換磁界を印I11」する。このよう
に、してこの移相器をJol、に逆方向に透過した光は
、交換磁界の反転によって五の位相差と一五の位相差と
が交互に生じる。
するが、その方向性移相器としては第1磁気光学素子と
複屈折性結晶板と第2磁気光学素子との3素子を順次縦
続的に配列したものが用いられ、これらの第1、第2磁
気光学素子に対し交換磁界を印I11」する。このよう
に、してこの移相器をJol、に逆方向に透過した光は
、交換磁界の反転によって五の位相差と一五の位相差と
が交互に生じる。
2
この位相差の反転によって、周囲温度で複屈折性結晶板
の複屈折率が変化しても、これは交互に右回り光、左回
り光の両者に影響し、これは光検波をした後に光強度と
して互に打消されて周囲温度などの影響を受は難いもの
が得られる。
の複屈折率が変化しても、これは交互に右回り光、左回
り光の両者に影響し、これは光検波をした後に光強度と
して互に打消されて周囲温度などの影響を受は難いもの
が得られる。
〈実施例〉
次に第3図を参照してこの光干渉角速度計の実施例を説
明しよう。第3図において第1図と対応する部分には同
一符号を付けて示す。この発明においては移相器21と
して第1磁気光学素子21、複屈折性結晶板23、第2
磁気光学素子24が縦続的に配列されたものが用いられ
る。第1磁気光学素子21、第2磁気光学素子24は、
低周波発振425の出力、例えば方形波信号に・よって
その印加磁界が反転制御される。
明しよう。第3図において第1図と対応する部分には同
一符号を付けて示す。この発明においては移相器21と
して第1磁気光学素子21、複屈折性結晶板23、第2
磁気光学素子24が縦続的に配列されたものが用いられ
る。第1磁気光学素子21、第2磁気光学素子24は、
低周波発振425の出力、例えば方形波信号に・よって
その印加磁界が反転制御される。
移相器21の動作は第4図に示すように行われる。第4
図中に座標軸をX、Y、Zで示し、例えば図において左
からY軸方向お偏波面をもった光25が第1磁気光学素
子22に入射される。この時第1磁気光学素子22及び
第2磁気光学素子23には実線で示すような磁界Hがそ
れぞれ印加されているとする。このY軸方向に平行な直
線偏光の光25は第1磁気光学素子22においてその磁
気光学効果を受けて7だけ偏光方向が回転し、第1磁気
光学素子22の面に実線矢印で示すように偏光方向がY
軸に対し45度だけZ@IIIに回転して複屈折性結晶
板23の結晶軸Y1に一致し、この状態で複屈折性結晶
板23に入射する。
図中に座標軸をX、Y、Zで示し、例えば図において左
からY軸方向お偏波面をもった光25が第1磁気光学素
子22に入射される。この時第1磁気光学素子22及び
第2磁気光学素子23には実線で示すような磁界Hがそ
れぞれ印加されているとする。このY軸方向に平行な直
線偏光の光25は第1磁気光学素子22においてその磁
気光学効果を受けて7だけ偏光方向が回転し、第1磁気
光学素子22の面に実線矢印で示すように偏光方向がY
軸に対し45度だけZ@IIIに回転して複屈折性結晶
板23の結晶軸Y1に一致し、この状態で複屈折性結晶
板23に入射する。
一方策2磁気光学素子24側に図において右側からY軸
方向に直線偏光をもった光26が入射されると、これは
この磁気光学効果に基づいて磁気光学素子24の面に実
線で示す方向に7だけ冊光面が回転されて出射して複屈
折性結晶板23に対してその結晶軸X1方向の直線偏光
として入射される。
方向に直線偏光をもった光26が入射されると、これは
この磁気光学効果に基づいて磁気光学素子24の面に実
線で示す方向に7だけ冊光面が回転されて出射して複屈
折性結晶板23に対してその結晶軸X1方向の直線偏光
として入射される。
このようにして複屈折性結晶板23の左右から入射(−
だ光はそれぞれ複屈折性結晶板23を透過する際に ψ1−(nx−n、)・k−1 なる位相差が生じる。ここでn x 、 n yは複屈
折性結晶板23のX1軸、Y1軸での屈折率を示し、ノ
は複屈折性結晶板23の厚さ、kは(云搬定数である1
、このように複屈折性結晶板23を左右の反対力向から
透過した光の間に位相差ψ1が生じる。これら複屈折性
結晶板23を透過した各党はそれぞれ第1磁気光学素子
22、第2磁気光学素子24によってその磁気光学効果
を受けてその偏光面がそれぞれY軸方向に戻されてそれ
ぞれ直線偏光25゜26となって出射する。
だ光はそれぞれ複屈折性結晶板23を透過する際に ψ1−(nx−n、)・k−1 なる位相差が生じる。ここでn x 、 n yは複屈
折性結晶板23のX1軸、Y1軸での屈折率を示し、ノ
は複屈折性結晶板23の厚さ、kは(云搬定数である1
、このように複屈折性結晶板23を左右の反対力向から
透過した光の間に位相差ψ1が生じる。これら複屈折性
結晶板23を透過した各党はそれぞれ第1磁気光学素子
22、第2磁気光学素子24によってその磁気光学効果
を受けてその偏光面がそれぞれY軸方向に戻されてそれ
ぞれ直線偏光25゜26となって出射する。
1高気光学素子22、−24に印加する磁界Hの方向を
点線で示すように実線に対して反転すると、この場合に
おける複屈折性結晶板23を両方向から透過した二つの
光の間の位相差は ψ2=(n x n y )・k−ノと在る。ここで
1ψ11=1ψ21−百 と選定することによって移相
器2]の印加磁界Hが交互に反転されているため、その
移相器21を透過する両光間の位相差は百と一因とに交
互に変化することになる。
点線で示すように実線に対して反転すると、この場合に
おける複屈折性結晶板23を両方向から透過した二つの
光の間の位相差は ψ2=(n x n y )・k−ノと在る。ここで
1ψ11=1ψ21−百 と選定することによって移相
器2]の印加磁界Hが交互に反転されているため、その
移相器21を透過する両光間の位相差は百と一因とに交
互に変化することになる。
このようにして移相器21がその位相差フと一因とが交
互に繰り返された場合、第3図における光分配結合手段
12に到達した光16.17間の位相差は第5図に示す
ような変化をする。即ちこの曲線27は両光16.17
の位相差に対する干渉光の強度■。の関係を示し、1−
aos△ψの式で表わされ、光16.17の位相差は△
ψ、つまり角速度Ω分だけバイアスされ、そこを中心と
して移相器21によって位相差か−、−百たけ磁界反転
により変化し、曲線28で示すようになる。従って光強
度の出力■。は曲線29で示ずように変化する。
互に繰り返された場合、第3図における光分配結合手段
12に到達した光16.17間の位相差は第5図に示す
ような変化をする。即ちこの曲線27は両光16.17
の位相差に対する干渉光の強度■。の関係を示し、1−
aos△ψの式で表わされ、光16.17の位相差は△
ψ、つまり角速度Ω分だけバイアスされ、そこを中心と
して移相器21によって位相差か−、−百たけ磁界反転
により変化し、曲線28で示すようになる。従って光強
度の出力■。は曲線29で示ずように変化する。
この出力光18は光電気信号変換器19において電気信
号に変換され(第3図)、更に信号処理器31内の帯域
通過F波器32によって交番磁界の周波数f。の中心周
波数の成分(曲線29+)が取出され、検波器:3:(
によって周波数f。について同期検波が行われ、この検
波出力は低域p波器34をilじて出力端子35に出力
される。この出力端子35に得られた信号は第5図にお
ける曲線29(29’ )の振幅と対応し、この振幅は
△ψと比例し、しかもその位相差△ψ=百で振幅変化が
最も大きく変化し、つまり正弦関数で変化し、感度の最
も高い出力が得られる。
号に変換され(第3図)、更に信号処理器31内の帯域
通過F波器32によって交番磁界の周波数f。の中心周
波数の成分(曲線29+)が取出され、検波器:3:(
によって周波数f。について同期検波が行われ、この検
波出力は低域p波器34をilじて出力端子35に出力
される。この出力端子35に得られた信号は第5図にお
ける曲線29(29’ )の振幅と対応し、この振幅は
△ψと比例し、しかもその位相差△ψ=百で振幅変化が
最も大きく変化し、つまり正弦関数で変化し、感度の最
も高い出力が得られる。
〈効 果〉
この発明においては移相器21の移相が交互に反転され
ており、複屈折性結晶板23の屈折率n8゜n、は温度
変化の影響を受は易いが、この変化による位相差の変化
はしない。即ち第6図に示すようにサグナック効果によ
る角速度が印加されてない△ψ=0の状態で、従って右
回り光と左回り光との間に与えられる固定位相差が正し
くフと一因とに交互に与えられている状態、曲線28a
の状態でも、この時の出力の基本波成分(fO)として
は現われずOとなり、また移相器21の移相量が百より
小さくなった状態28bでも出力の基本波成分は現われ
ない。このようにして温度変動の影響を受けないものが
得られる。まだこの交番磁界を印加し、その交番周波数
によって出力を同期検波することによって背景光やその
他電子回路部分におけるバイアス変動などによる雑音を
除去してSN比の良いものが得られる。光学路15を除
く光学部品及び電子回路部分が光学路15の長さに影響
されないため光学路を除く構成部品のIC化共通使用が
計れ安価に作ることができる。尚交番磁界としては方形
波のみならず正弦波、三角波などにしてもよい。
ており、複屈折性結晶板23の屈折率n8゜n、は温度
変化の影響を受は易いが、この変化による位相差の変化
はしない。即ち第6図に示すようにサグナック効果によ
る角速度が印加されてない△ψ=0の状態で、従って右
回り光と左回り光との間に与えられる固定位相差が正し
くフと一因とに交互に与えられている状態、曲線28a
の状態でも、この時の出力の基本波成分(fO)として
は現われずOとなり、また移相器21の移相量が百より
小さくなった状態28bでも出力の基本波成分は現われ
ない。このようにして温度変動の影響を受けないものが
得られる。まだこの交番磁界を印加し、その交番周波数
によって出力を同期検波することによって背景光やその
他電子回路部分におけるバイアス変動などによる雑音を
除去してSN比の良いものが得られる。光学路15を除
く光学部品及び電子回路部分が光学路15の長さに影響
されないため光学路を除く構成部品のIC化共通使用が
計れ安価に作ることができる。尚交番磁界としては方形
波のみならず正弦波、三角波などにしてもよい。
第1図及び第2図はそれぞれ従来の光干渉角速度計を示
すブロック図、第3図はこの発明による光干渉角速度計
の一例を示すブロック図、第4図はその移相器の例を示
す斜視図、第5図は出力干渉光強度とバイアス位相の反
転と出力の基本波成分との関係を示す図、第6図は角速
度0の状態におけるバイアス光と出力光強度との関係を
示す図である。 11:光源、12:光分配結合器、15:、光学路、1
9:光′電気信号変換器、21:移相器、22.24:
磁気光学素子、23:複屈折性結晶板、31:信号処理
器。 特許出願人 日本航空電子工業株式会社代 理
人 草 野 卓第1 図 第2 図 才5 図 lo f6図 手続補正書(自発) 昭和58年7月11日 特許庁長官 殿 穎ジ1、
事件の表示 特願昭58−895’162、発明の名
称 光干渉角速度計 3、補正をする者 事件との関係 特許出願人 日本航空電子工業株式会社 4、代 理 人 東京都新宿区新宿4−2−21
相撲ビル6、補正の内容 (1)明細書中域3頁16行rIoα1−cosΔφ」
をrIooct一部△φ」と削正する。 (2) 同書第5頁3〜4行、5行「交換磁界」を「
交番磁界」とそれぞれ訂正する。 (3)回書第9頁6行「位相差△φ−−」を「位相差△
φ=0」と訂正する。 (4)同音第lO頁6行〜9行「光学路15を・・・・
・・作ることができる。」を次の如く訂正する。 [この種の光干渉角速度計において、元ファイバ光学路
を伸縮させてこれを通る光に位相変調を与えるものがあ
る。この場合は光フアイバ光学路の長さにより変調信号
周波数や振幅が異なるから、その位相変調器やその他の
電子回路を各棟元ファイバ光学路に対して共通化するこ
とはできない。しかし、光学路15を除く光学部品及び
電子回路部分が光学路15の長さに影響されないため用
途に応じて光学路15の長さを変えても光学路を除く構
成部品の機能を変えなくてよい、従って用途に関係なく
、光学路を除く構成部品の共通使用が計れ安価に作るこ
とができる、このことは光学路を除く構成部品を1C化
したときに効果は一層大きくなる。」以 」ニ
すブロック図、第3図はこの発明による光干渉角速度計
の一例を示すブロック図、第4図はその移相器の例を示
す斜視図、第5図は出力干渉光強度とバイアス位相の反
転と出力の基本波成分との関係を示す図、第6図は角速
度0の状態におけるバイアス光と出力光強度との関係を
示す図である。 11:光源、12:光分配結合器、15:、光学路、1
9:光′電気信号変換器、21:移相器、22.24:
磁気光学素子、23:複屈折性結晶板、31:信号処理
器。 特許出願人 日本航空電子工業株式会社代 理
人 草 野 卓第1 図 第2 図 才5 図 lo f6図 手続補正書(自発) 昭和58年7月11日 特許庁長官 殿 穎ジ1、
事件の表示 特願昭58−895’162、発明の名
称 光干渉角速度計 3、補正をする者 事件との関係 特許出願人 日本航空電子工業株式会社 4、代 理 人 東京都新宿区新宿4−2−21
相撲ビル6、補正の内容 (1)明細書中域3頁16行rIoα1−cosΔφ」
をrIooct一部△φ」と削正する。 (2) 同書第5頁3〜4行、5行「交換磁界」を「
交番磁界」とそれぞれ訂正する。 (3)回書第9頁6行「位相差△φ−−」を「位相差△
φ=0」と訂正する。 (4)同音第lO頁6行〜9行「光学路15を・・・・
・・作ることができる。」を次の如く訂正する。 [この種の光干渉角速度計において、元ファイバ光学路
を伸縮させてこれを通る光に位相変調を与えるものがあ
る。この場合は光フアイバ光学路の長さにより変調信号
周波数や振幅が異なるから、その位相変調器やその他の
電子回路を各棟元ファイバ光学路に対して共通化するこ
とはできない。しかし、光学路15を除く光学部品及び
電子回路部分が光学路15の長さに影響されないため用
途に応じて光学路15の長さを変えても光学路を除く構
成部品の機能を変えなくてよい、従って用途に関係なく
、光学路を除く構成部品の共通使用が計れ安価に作るこ
とができる、このことは光学路を除く構成部品を1C化
したときに効果は一層大きくなる。」以 」ニ
Claims (1)
- (1)少くとも一周する光学路と、その光学路に対し右
回り左回りの光を通す手段と、その光学路の一方の入出
力端と縦続的に配されて透過する光をその方向、によっ
てほぼ百の位相差を与える移相器と、」二記光学路から
放射された右回り光及び左回り光の上記移相器をそれぞ
れ通ったものを干渉させる干渉手段と、上記光学路に周
方向の角速度が加わって上記右回り光及び左回り光の間
のサグナック効果により位相差が現われたとき位相差を
上記干渉光の光強度として検出する手段とを備え、その
検出光強度から上記角速度を測定する光干渉角速度計に
おいて、 上記移相器は第1磁気光学素子、複屈折性結晶、第2磁
気光学素子、が順次配列されて構成され、これら第1磁
気光学素子、第2磁気光学素子に対し交番磁界を与えて
、上記移相器による移相量がほぼ−と−Σとに交互に変
化させられる手段と、上記干渉光の強度変化中の上記交
番磁界の周波数成分を取出す手段を設けたことを特徴と
する光干渉角速度計。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP58089516A JPS59214773A (ja) | 1983-05-20 | 1983-05-20 | 光干渉角速度計 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP58089516A JPS59214773A (ja) | 1983-05-20 | 1983-05-20 | 光干渉角速度計 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS59214773A true JPS59214773A (ja) | 1984-12-04 |
Family
ID=13972955
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP58089516A Pending JPS59214773A (ja) | 1983-05-20 | 1983-05-20 | 光干渉角速度計 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS59214773A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110146109A (zh) * | 2019-05-17 | 2019-08-20 | 浙江大学 | 一种光纤陀螺磁温交联耦合误差的二维补偿方法 |
-
1983
- 1983-05-20 JP JP58089516A patent/JPS59214773A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110146109A (zh) * | 2019-05-17 | 2019-08-20 | 浙江大学 | 一种光纤陀螺磁温交联耦合误差的二维补偿方法 |
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