JPS5950312A - 光フアイバ回転センサ - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） 本発明は、地球の自転速度（〜１ｏ　　フシ７７７秒）
のように緩やかに回転する回転体の回転角速度を高（１
！゛度に検出づ−ることが可能な光ファイバ回）１す、
センサにｉｙｌするものであり）（・（背）（１技術） 従来の尤ノアイバ回転センザでは、光源（主にレーザ）
からの光を半透鏡で二等分し、二等分された光を使用す
る光ファイバのそれぞれの側の侃１而より光フアイバ内
に入射させ、光ファイバからの両川射光の干渉強度を受
光器て検出していた。

しかし、この構成では、光フアイバ内で生ずる散乱光が
散乱を起こすもとの左右両回り光と干渉してしまい、こ
れが回転角速度検出感度を低ドさせろ原因になっていた
。そこで、この散乱の影響を抑えろために、図１の構成
が提案されている。

図１において紙面に水平方向に直線偏光しているレーザ
１かもの出射光は、半透鏡２で２つに分しナもれろ。こ
のうち半透鏡２で反射された光は、対物レンズ３を通り
偏波保持光ファイバ（光）、アイバのコア周辺に、コア
に応力を印加するための応力性−７−ｉ都を有する構造
）内を左回りに伝搬する。

一方、半透鏡２を透過した光は逆に光２；イバ内を右回
りに伝搬する。ここで、光ファイバの端面は、図１で丸
で囲んだ図のように、Ａ端面（妬１１■において、宗１
線を引いた丸の７１１へ分が比、力伺馬部、小さな九の
）１１へ分がコア）でばａ方向は紙面に対して水平力向
に、Ｉ３端面では、ａ方向は紙面に対して垂直方向とな
っている。このため、光フアイバ内の左回り光ばａ方向
の偏波として、そして右回り光は１〕方向の偏波として
伝搬し、光ファイバがらの両川射光の偏光方向は（・ず
れも紙面に対して垂直となる。この構成では、光フアイ
バ内を伝搬する左右両回り光の偏光方向は互いに直交し
ており、右回り（左回り〕に伝搬する光によって生ずる
左回り（右回り）のレーリ散乱光と、もとの左回り（右
回り）に伝搬する光との干渉を抑えること力翰■能とな
る。しかし、一般に偏波保持光ファイバにおけるａ方向
とｂ方向との屈折率が異なるために、光フアイバ内を伝
搬して受光器へ向う左右両回り光の光路長に差が生ずる
ために、左右両回りブＣが干渉しにくくなると共に、温
度変動・振動等の外乱による影響を受けやすい欠点があ
った。

（発明の課題〕 木ブ１′、明（，１１、このような問題をノヂ１′決す
べくうＣ蒜として光パルスを使用し、光フアイバ内を奇
数口伝ｈｒｈｙ　した）、′、右両回り光を、スイッチ
（幾構の′）ｊノー人により偏光方向をいずれも（１０
０回転させて円ひ光フアイバ内に伝搬させて１ｉｌｌ光
の光路長を一致さぜた第１４成としたものであり、以下
図面について詳＃ｌｌｌに説明する。

（発明の構成および作用） 図２は本発明の第１の実施例であって、７は偏光子、８
（′Ｊ、半透鏡、９，１０は全反射鏡、１１は光スィッ
チとして使用する音響光学効果を利用した光偏向素子、
１２．’］：３は対物レンズ、１□１は検光子て゛ある
。

レーザ１から出射する光パルスは、偏光仔７により完全
な直線偏光（図２では偏光方向は紙面に平行な方向）と
なり半透鏡８で２等分されろ。半ｎ、ｌｉ鏡８　′ｔ′
反射された光（Ｃ光と１１ｙｌ′−ぶ）は、全反射鏡！
−）で反ＭＪシて、光スィッチ１１へ向う。一方、半透
鏡８を透過した光（Ｉ）光と呼ぶ）は全反射鏡ｉ。

で反射して光スィッチ１１へ向う。ここで、光スィッチ
はオンの状態となっているので、Ｃ光、１〕光ともにτ
６進してそれぞＪｔ文・月勿レンズＩ：３　、　＋２に
より光フアイバ内に入射する。ここで、９１６フアイバ
の９１１１１面は図２の丸て゛囲んだ図のように、Ａψ
；６’ｉ而て゛は、；）方向は肛（而に垂直な方向、■
端面て゛は、ａ方向は紙面に平行な方向となって℃・ろ
。このため、光フアイバ内を左回り、右回りに伝搬する
Ｃ光、１）光の偏光方向はそれぞれ２１方向およびｌ〕
力方向なり、左右両回り光の偏光方向は互いに直交づ−
ることになる。一方、出射光に関して、対物レンズ１３
゜１２で平行光線となったＣ光、Ｄ光は紙面に垂直な（
ｉｉｊ光方向で光スィッチ１１に向かう。このとき、光
スィッチはオンの状態になっており、Ｃ光は刊び１３端
面の方向へ、１〕光は、ｔＪ］びＡ端面の方向へ向い、
それぞれ１〕方向およびａ方向の偏光方向で元ファイバ
内の２回目の伝搬を行う。ここで光スィッチ１１を一部
通過したＣ光、Ｊ）光はそれぞれ全反射鏡９　、．１０
　、半透鏡８を通過して受光器５へ向うが、検光子１４
の偏光方向が、紙面に平行な方向を通過させろようにな
っているので、両Ｃ光、１）光はこの検光子でカントさ
れる。その後、光ファイバから出射した光は（・−・ｊ
れも光スィッチ１１へ向うが、このとき）１（：スイッ
チ１１はオフの状態になっており、（ジノｒ４、Ｉ）光
０１弐・−１れも光スィッチ１１をＪＢＪ過してそｉｔ
それ全反射’ｂａａ　！ｌ　、　１０で反則し、半透鏡
８オｓよひ検光子１・１を辿り受光器５−１入舌（１す
イ）。なオＳ光スイノヂ槻措と１−では例えば音響光学
効果を利用した光１ｉｎ！向素子で異常ブラッグ回４ノ
１を行なう素イを利用−ｆ７）ことが出来Ｚ）。又前記
光ファイバとには長さが等１−（同一の屈折率分布を自
し・（方向とｌ）方向が平行になろごと（接Ｕ１−され
ろ２木の９“Ｃファイバに２にり４’ニア１成づ−るこ
ともできる。

この構成ては、受光器におけろＣつ０と１〕光の間の位
相差ψは半透鏡８で分かれて光ファイバへ向かい、光フ
ァイバを伝搬した後半透鏡８に戻るまでのＣ光とＤ光の
位相の差と等しい。このため、ψは次の式で表わされろ
。

ψ−Ｔ（ａｌ　＠−Ｊ、Δ「］） ここで、Δ（・）は１−ｆ響光学素子１１における１次
の回４ノ１光の角周波数のジット量を示し、Ｃは光速度
１、Ｊ６ｔ４−７’Ｊ学素子８，１０，１１間：に；　
ヨｉＪ−光学素子８．り、ＩＩ間の距１１１１の差を示
し、Δ１１ば２］方向：ｔ６よび１）方向の屈払率の差
を示し、１ノは光ファイバ６０Ｊ（さな示１−０このよ
うに、図２に示した（イな成では、光フアイバ内を伝１
ｔｉ２−する芹イニ、両回り光の光路長（づ−なわち位
４ト１）は、光ファイバの静止時に：１６℃・て完全に
一コ；スして℃・な（・。このために光ファイバの回転
時ては、受光器がりの光電流１は ｉ　ｃｃ　Ｉ　十Ｃ（、＋５（φ十ψ）となる。ここで
、φは光ファイバの回転により生ずる左右両回り光の飲
４目差である。Δω−１０８、ａｌ　＝　１．　Ｃｍ　
、Δ１１　＝１０　　、　Ｊ、ｙ　＝］Ｏ’　ｃｍでは
、ψ之３Ｘ温度、Δ′丁＝１°Ｃ）となり、温度変動の
影響を十分抑えろことが可能となる。また、Δω、Δｌ
を適当に選んでψ−−２πとすることも可能である。

図３は本発明の第２の実施例であって、１５．Ｉ（ｉ。

１７　、１８は集束性のマイクロレンズを示す。この実
施例は、第１の実施例において、光が空間中を伝搬する
部分を光ファイバで置き換えたものであり、このため第
１の実施例におけろ半透鏡ば、光フアイバ型３ｃｌ１３
カプラーで置き換えである（　Ｍ、Ｊ　、　Ｆ。

１）ｉｇｏｎｎｃｔ　ｅｔ　ａｌ　■ＥＩｕＥ、Ｊ、Ｑ
ｕａｎｔｕｍ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　ＱＥ−１８，１＼：
＋ｔ４．７４６（１９８２）参照）。

図４は本発明の第３の実施例であって、第１の実施例で
使用した光偏向素子のかわりに導波路形光スイッチ（上
Ｎｏｄａ　Ｊ、　ＯＢ比Ｃ０ＩＩＩＩＩＩ　ｕｎ、　１
（１９８０）　２　＋　６４−７３参照）を使用したも
のである。従来導波路形光スイッチは、（１＋小型化、
（２）一括生産性、（３Ｊ信頼性向上等の理由から研究
されてきており、現在スイッチング速度数ｎ５ＪＪ、下
、クロストーク−３０ｃｌ１３　の良好な特性のものが
開発されている。本実施例では、このような心波路形光
スイッチを使用した。

図５は、スイッチの場所における光パルスとスイッチオ
ン、オフとの時間の関係を示したものである。光パルス
幅は３μｓであり、使用した導波路形光スイッチの特性
は印加交流電圧５０■（ピーク間電圧）立上がり時間０
１μｓであり、良好なスイッチ動作を示した。この種の
スイッチを使用することにより、スイッチングの際に光
路の変更を受けた光の周波数が、スイッチングされるり
、前の周波数と同じとなり、第１の実施例σ力”欲後で
述べたザグナノク効果り、夕ｌの位相バイアスを零にて
どろ利点がある。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば光フアイバ中のレ
ーり散乱による影響を抑えろと同時に、温度変動、振動
等の外乱による影響も抑えろことか可能であるために、
高精度の回転角速度検出感度の達成が可能であるという
利点がある。

【図面の簡単な説明】

図１は従来の元ファイバ回転センザの構成図、図２、図
３、図４は本発明のそれぞれ第］、第２、第３の実施例
の構成図、図５はスイッチのある場所における光パルス
とスイッチング時間との関係を示す図である。 １・・・レーザ、　　　　　２・・・半透鏡、３．４・
・・対物レンズ、５・・・受光器、６・・・偏波葆持光
ファイバ、７・・・偏光子、８・・・半透鏡、　　　　
　９，１０・・・全反射ミラー、１１・・超７：、ｒ、
波１（副素子、＋２，１１　　対物レンズ、１・１・・
検光子、 ｌ：”＋　、　１０．１７　、　ｌｉ（・・・集束性マ
イクロレンズ、円・り与ｌ皮形光スイッチ。 ’ｌ”Ｊｌ、’ｌ　　　出　　１ｊｉ！ｌ［人ｌ：１木
’％イ萬′七話公社 ４ｇ、許出馳↓代」里人 弁理士　山　本　恵　−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１１回転ｔｉｌｔに対し垂直な面内に置かれた曲率を
   イｊ′１−る光フアイバ内を回転方向と同方向及び逆方
   向に伝搬する光臨の光の光路長が光ファイバの回転時に
   異なることを利用して光ファイバからの両回り光の出射
   光の干渉強度により回転を検出する回転センサであって
   、光ファイバが偏波保持光ファイバであり、光フアイバ
   内を伝搬する両回り光の偏光方向な偏波保持光ファイバ
   が偏波を保持する相互に直交する；１方向およびｂ方向
   とするごとき光ファイバ回転センサにおいて、光源が光
   パルスを発射し、光ファイバの外部の光路内に光スイツ
   チ機構がもうけられ、光フアイバ内を奇数回伝搬した両
   回り光り出射光の偏光方向を９０°回転させて；電方向
   の偏光をｌ）方向とし１）方向の偏光をａ方向として前
   記光スイツチ機構の切換により再度光ファイバに入射さ
   せ、光フアイバ内を偶数回伝搬した光パルスを前記光ス
   イツチ機構を介してとり出しその十渉強肢により回転を
   検出することを特徴とづ−る光ファイバ回転センサ。 （２）前記光スイソチイ幾構が音響光学効果を利用した
   光偏向素子で異常ブラッグ回４１Ｆを行なう累子をイ１
   するごとき特許請求の範囲第１項記載の光ファイバ回転
   センサ。 （３１ｉ’ｊｉＪ記光スイッチ機構が碑波路形の光スィ
   ッチであろごとき特許請求の範囲第１項記載の光ファイ
   バ回転センサ。 （４）前記光ファイバが長さが等しく同一の屈折率分布
   を有しａ方向とｂ方向が平行になるごとく接続される２
   本の光ファイバにより構成されろごとき特許請求の範囲
   第１項記載の元ファイバ回転センザ。