JPS5963511A - 光フアイバ・ジヤイロスコ−プ - 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】 この発明は、光ファイバを用いて動体の角速度を検出す
る光ファイバ・ジャイロスコープに関するものである。

従来、この棟の光ファイバ・ジャイロスコープとして第
１図に示すものがあった。この図において、１はレーザ
、２は前記レーザ１からの光を２つに分離するビームス
プリッタ、３は単一モード光ファイバループ（以下単に
光フアイバループという）、４ａ、４ｂは前記ビームス
プリンタ２によって分離された光を光フアイバループ３
内へ伝搬させるためのレンズ、５は前記光フアイバルー
プ３内を伝搬し出射された光を電気信号に変換する光検
出器、６は前記光検出器５からの電気信号を増幅する増
幅器である。

次に動作につ（・て説明する。

レーザ１からの光をビームスプリッタ２で２分し、レン
ズ４ａ、４ｂを介して光フアイバループ３内へ右回りお
よび左回りに伝搬させる。この系が静止していれば、左
右両回りの光間には位相差は生じないが、この系が光フ
アイバループ３を含む平面内で、例えば時計回ｊ）に回
転すると、九ファイバループ３の出射端へ達するまでの
時間は時計回りに進む光は長く、反時計回りに進む光は
短いことになる。

この結果、左右両回りの光間には位相差Δθが生じるこ
とになる。この現象は、サグナック効果と呼ばれるもの
であり、位相差Δθは次式で与えられることが知られて
いる。

ここで、Ｌは光ファイバ長、ａは光ファイバのルーズ半
径、Ｃは光速、λは光の波長、ωは回転の角速度である
。

この位相差Δθを持つ２つの光を光検出器５の受光面上
で干渉させるとΔθを光強度、すなわち電気信号に変換
することができる。この光検出器５の出力電圧を増幅器
６で増幅し、検出すれば第（］）式より角速度ωがわか
る。また、第（１）式かられかるように検出感度は、光
ファイバ長りを長（することによζ）嶋めることができ
る。

従来の光ファイバ・ジャイロスコープは以上のように構
成されているので、静止状態においては左右両回りの光
路長が完全に同じになるため、光検出器５の出力はｃｏ
ｓ　Δθに比例する。したがって、低速回転では感度が
悪く、かつ出力信号が直流に近いため、低速回転時では
電子回路の】／ｆ雑音に埋もれてしまい、検出が難しい
という欠点もあった。

また、光フアイバループ３といえども、温度変化や外力
などわずかな外乱によって偏波面が回転し、光ファイバ
中をレーザ光が伝搬する際偏光面が変動したりすると、
出力誤差を生ずる。このため、偏光板を用いて入射光と
同一方向の成分のみを取り出すなどの工夫が必要であっ
た。

この発明は、上記のような従来のものの欠点を除去する
ためになされたもので、簡単な構成で低速回転時でも高
感度で、偏光板などが不用であり、かつ交流信号として
検出できるようにした光ファイバ・ジャイロスコープを
提供することを目的としている。以下、この発明の一実
施例を第２図について説明する。

第２図において、１．３，４ａ、４ｂ、５および６は第
１図と同じものであり、７は後述の偏光ビームスプリッ
タ９を再び通過した２つの光Ｋ。

交流の位相バイアスを与えるための位相変調器、８は検
光子、９は前記レーザ１からの光を直交する振動面を持
つ２つの直線偏光に分離する偏光ビームスプリッタ、１
０は前記位相変調器１の駆動装置、１１は前記光検出器
５からの出力信号の直流成分を除去するフィルタ、１２
は前記増幅器６で増幅された出力信号のピーク値をモニ
タするピーク検出器である。

次に動作について説明する。第２図において、レーザ１
からの光を偏光ビームスプリッタ９で互いに直交する振
動面を持つ２つの直線偏光に分離し、各々の偏光をレン
ズ４ａ、４ｂによって光フアイバループ３内に入射させ
る。したがって、光フアイバループ３内を右回りおよび
左回りに伝搬する光の偏光面は互いに直交していること
になる。

今、この系が、光フアイバループ３を含む平面内で回転
すると、光フアイバループ３の両出射端から出射する光
には、サグナック効果により回転速度に比例して位相差
Δθが生じる。これらの光は、光フアイバループ３内を
伝搬しているため、偏光が保存されていない。

しかし、これらの２つの元を再び偏光ビームスプリンタ
９を通すことにより、入射偏光と同一の偏光成分を持つ
光のみ取り出すことができる。こ−の偏光ビームスプリ
ンタ９を通過した互いに直交した２つの直線偏光には、
サグナック効果により位相差Δθが生じているため、合
成されて欄内偏光となる。この欄内偏光を位相変調器Ｔ
に通すこと罠より　ａｓｉｎωｔなる位相バイアスを与
え、検光子８により光強度に変換する。この強度工はｓ
　ｉｎ（Δθ）　５ｉｎ（ａｓｉｎωｔ））〕となる。

ここで、同転速度が遅いときにはΔθくく１であり、か
つａく〈】とすれば、Ｃ０Ｂ（Δθ）；］、ｃｏｓ（ａ
ｓｉｎｍｔ　）：’：Ｊ、　　ｓｉｎ　（Δθ）２Δθ
、　ｓｉｎ　（ａｓｉｎｏｔ）”；ａｓｉｎｏｔと近似
できるから ■＝−Δθａｓｌｎ６）ｔ と表わすことができる。上式かられかるように、検光子
８を通過した光は、位相変調器Ｉの駆動関数が位相差Δ
θで振幅変調されている。この光を光検出器５で電気信
号に変換した後、フィルター１で直流成分を除去し、増
幅器６で増幅してその出力をピーク検出回路１２でモニ
タすることにより、位相差Δθに比例した直流電圧を得
ることができる。したがって、位相差Δθがわかれば角
速度ωを知ることができる。

なお、上記実施例では、位相変調器７については具体的
に触れていないが、例えばファラデー素子やポッケルス
素子を用いて容易に構成することができる。また、単一
モード光フフイノ（ループ３は、この代りに偏波面保存
光ファイバを用いてもよい。

以上説明したように、この発明は、レーザからの光を偏
光ビームスプリッタにより２つの直線偏光に分離して単
一モード光ファイバループ内を伝搬せしめ、この単一モ
ード光ファイバループからの出射された光を再び前記偏
光ビームスプリッタを通し、入射偏光と同一の偏光成分
を持つ光のみを取り出し、この光に位相変調器により交
流の位相バイアスを与え、検光子で光強度に変換し、さ
らに、この光を光検出器で電気信舟に変換した後、フィ
ルタ圧より直流成分を除去して増幅器で増幅し、ピーク
検出回路によりピーク値をモニタすることによって出力
電圧を得るようにしたので、出力信号が交流信号で得ら
れ、精度の高い装置が得られる効果がある。また、偏光
ビームスプリッタを使用しているため、単一モード光フ
ァイバループ内を光が伝搬する際に偏光が乱れても、単
一モード光ファイバループの入射時の偏光成分のみを自
動的に取り出すことができ、安定な装置が得られるとい
う効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の元ファイバ・ジャイロスコープの構成図
、第２図はこの発明の一実施例を示す光ファイバ・ジャ
イロスコープの構成図である。 図中、１はレーザ、３は単一モード光ファイパル〜ブ、
４ａ、４ｂはレンズ、５は光検出器、６は増幅器、７は
位相変調器、８は検光子、９は偏光ビームスプリッタ、
１０は駆動装置、１１はフィルタ、１２はピーク検出回
路である。なお、図中の同一符号は同一または相当部分
を示す。 代理人　葛　野　信　−（外１名） 第１図 第２図　　　３

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. レーザ出力光を互いに直交する振動面を持つ２つの直線
   偏光に分離するための偏光ビームスプリンタと、分離さ
   れた２つの直線偏光を光フッイノくループ内に右回りお
   よび左回りに伝搬させるためのレンズと、前記光フアイ
   バループから出射し、再び同一の偏光ビームスプリッタ
   を通過した２つの光に交流の位相バイアスを与えるため
   の位相変調器と、前記交流の位相バイアスを受けた光を
   光強度に変換するための検光子と、この検光子出力光を
   電気信号に変換するための光検出器と、前記光検出器か
   らの出力信号の直流成分を除去するフィルタと、前記直
   流成分が除去された出力信号を増幅する増幅器と、前記
   増幅された出力信号のピーク値をモニタするピーク検出
   回路とを備えたことを特徴とする光ファイバ・ジャイロ
   スコープ。