JPS5963513A - 光フアイバ・ジヤイロスコ−プ - Google Patents
光フアイバ・ジヤイロスコ−プInfo
- Publication number
- JPS5963513A JPS5963513A JP57174129A JP17412982A JPS5963513A JP S5963513 A JPS5963513 A JP S5963513A JP 57174129 A JP57174129 A JP 57174129A JP 17412982 A JP17412982 A JP 17412982A JP S5963513 A JPS5963513 A JP S5963513A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- optical fiber
- output
- beam splitter
- signal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- 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、九ファイバを用いて動体の角速度を検出す
る元ファイバ・ジャイロスコープに関するものである。
る元ファイバ・ジャイロスコープに関するものである。
従来このイ１の元ファイバ・ジャイロスコープとしては
、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
ムスプリッタ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。
、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
ムスプリッタ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。
次に動作について説明する。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
ァイバループ３内へ右圓り、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
内で例えば時計回りに回転すると、元ファイバループ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（
、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が生ずることになる。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。
スプリッタ２で２分し、レンズ４ａ、４ｂを介して光フ
ァイバループ３内へ右圓り、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
内で例えば時計回りに回転すると、元ファイバループ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（
、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が生ずることになる。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は光フフイバ長、ａは光）Ｚイバのループ半
径、Ｃは光速、λは光の波長、ωは回転の角速度である
。
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をもつ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（］）式かられかるように光ファイバ長り
を長くすることにより尚めることができる。
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（］）式かられかるように光ファイバ長り
を長くすることにより尚めることができる。
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
路長が完全に等しくなるため、光検出器５の出力はｃｏ
ｓΔθに比例する。従って、低速回転時では感度が悪く
、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ｌ／ｆ雑音にうもれてしまい検出が難しいという欠
点があった。また、光ファイバ中をレーザ光が伝搬する
際に温度変化や外力などわずかな外乱によって偏光面が
変動したりすると、出力に誤差を生ずるという欠点もあ
った。
成されているので、静止状態においては左右両回りの光
路長が完全に等しくなるため、光検出器５の出力はｃｏ
ｓΔθに比例する。従って、低速回転時では感度が悪く
、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ｌ／ｆ雑音にうもれてしまい検出が難しいという欠
点があった。また、光ファイバ中をレーザ光が伝搬する
際に温度変化や外力などわずかな外乱によって偏光面が
変動したりすると、出力に誤差を生ずるという欠点もあ
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、かつ出力が交流信号
で得られろ光ファイバ・ジャイロスコープを提供するこ
とを目的としている。
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、かつ出力が交流信号
で得られろ光ファイバ・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はレーザ、２はビームスプリッタ、
３は単一モード光ファイバループ（以下単に九ファイバ
ループという）、４ａ、４ｂはレンズ、５ａ、５ｂ、５
ｃは光検出器、６ ａは引算器、６ｂは加算器、６ｃは
増幅器、７ａ、７ｂは第１゜第２の偏光ビームスプリッ
タ、８は位相変調器、９は位相変調器駆動装置、１０ａ
、１０ｂは交流成分除去フィルタ、１０ｃは直流成分除
去フィルタ、１１は割算器、１２はコントローラ、１３
は検光子、１４は、ピーク検出器である。
３は単一モード光ファイバループ（以下単に九ファイバ
ループという）、４ａ、４ｂはレンズ、５ａ、５ｂ、５
ｃは光検出器、６ ａは引算器、６ｂは加算器、６ｃは
増幅器、７ａ、７ｂは第１゜第２の偏光ビームスプリッ
タ、８は位相変調器、９は位相変調器駆動装置、１０ａ
、１０ｂは交流成分除去フィルタ、１０ｃは直流成分除
去フィルタ、１１は割算器、１２はコントローラ、１３
は検光子、１４は、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
からの光を第１の偏光ビームスプリッタ７ａで互いに直
交する２つの直肪偏光に分離し、各々の偏光をレンズ４
ａ、４ｂによって光フアイバループ３内に入射させる。
からの光を第１の偏光ビームスプリッタ７ａで互いに直
交する２つの直肪偏光に分離し、各々の偏光をレンズ４
ａ、４ｂによって光フアイバループ３内に入射させる。
従って、光フアイバループ３内を右回り、左回りに伝搬
する光の偏光面は互いに直交している。いま、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、九ファ
イバループ３かも出射する光はサグナック効果により回
転速度に比例した位相差Δθが生じている。
する光の偏光面は互いに直交している。いま、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、九ファ
イバループ３かも出射する光はサグナック効果により回
転速度に比例した位相差Δθが生じている。
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たい。しかし、これら２つの光を再
び同一の第１の偏光ビームスプリンタ７ａ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を取り出
すことができる。この第１の偏光ビームスプリッタ７ａ
を通過した互いに直交する２つの直線偏光の間にはサグ
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。しかし、光フアイバループ３から
出射する２つの光ビームのパワーが相等しい場合は問題
はないが、光フアイバループ３への入射パワーが異なっ
ていたり、光フッイノ・ループ３に外力が加わったり、
光フアイバループ３の温度が変化したりすることにより
、元ファイバループ３内の偏光状態が変動すると、第１
の偏光ビームスプリッタ７ａを通過する２つの直線偏光
の強度がそれぞれ変化してしまい、合成された欄内偏光
の状態も変化してしまう。これを補償するために位相変
調器８を通過した光をビームスプリンタ２で２分し、そ
の一方の光を第２の偏光ビームスプリッタ７ｂに入力し
第１の偏光ビームスプリッタ７ａを通過した２つの直線
偏光成分に分離する。
偏光が保存されていたい。しかし、これら２つの光を再
び同一の第１の偏光ビームスプリンタ７ａ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を取り出
すことができる。この第１の偏光ビームスプリッタ７ａ
を通過した互いに直交する２つの直線偏光の間にはサグ
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。しかし、光フアイバループ３から
出射する２つの光ビームのパワーが相等しい場合は問題
はないが、光フアイバループ３への入射パワーが異なっ
ていたり、光フッイノ・ループ３に外力が加わったり、
光フアイバループ３の温度が変化したりすることにより
、元ファイバループ３内の偏光状態が変動すると、第１
の偏光ビームスプリッタ７ａを通過する２つの直線偏光
の強度がそれぞれ変化してしまい、合成された欄内偏光
の状態も変化してしまう。これを補償するために位相変
調器８を通過した光をビームスプリンタ２で２分し、そ
の一方の光を第２の偏光ビームスプリッタ７ｂに入力し
第１の偏光ビームスプリッタ７ａを通過した２つの直線
偏光成分に分離する。
この２つの直線偏光の強度を光検出器５ｂ、５ｃで検出
して電気信号に変換し、この２つの電気信享 号出力を交流成除去フィルタ１０ａ、１０ｂにより直流
成分だけを取り出し、引算器６ａに入力する。この引算
器６ａの出力をコントローラ１２に入力し、このコント
ローラー２により引算器６ａの出力がゼロになるように
位相変調器駆動装置９の出力の直流成分を制御する。位
相変調器駆動装置９はこの直流信号に一定の交流信号を
重畳した信号で位相変調器８を駆動している。このフィ
ードバックにより光フアイバループ３中の偏光状態がど
のように変化しても、位相変調器８の出力光は２つの直
線偏光強度が常に等しくムるため直流的には一定の欄内
偏光となる。位相変調器８の駆動信号に重畳された交流
信号は交流位相バイアスａｓＪｎωｔを与えるためのも
のであり、この位相バイアスを与えられた信号光を検光
子１３で光強度Ｉに変換する。この元強度工は次式で表
わされる。
して電気信号に変換し、この２つの電気信享 号出力を交流成除去フィルタ１０ａ、１０ｂにより直流
成分だけを取り出し、引算器６ａに入力する。この引算
器６ａの出力をコントローラ１２に入力し、このコント
ローラー２により引算器６ａの出力がゼロになるように
位相変調器駆動装置９の出力の直流成分を制御する。位
相変調器駆動装置９はこの直流信号に一定の交流信号を
重畳した信号で位相変調器８を駆動している。このフィ
ードバックにより光フアイバループ３中の偏光状態がど
のように変化しても、位相変調器８の出力光は２つの直
線偏光強度が常に等しくムるため直流的には一定の欄内
偏光となる。位相変調器８の駆動信号に重畳された交流
信号は交流位相バイアスａｓＪｎωｔを与えるためのも
のであり、この位相バイアスを与えられた信号光を検光
子１３で光強度Ｉに変換する。この元強度工は次式で表
わされる。
Δθ＋ａｓ ｉｎωｔ
Ｉ＝ｓｉｎ２（−−Ｈ
−−［１−ｃｏｓ（Δθ十ａｓｉｎωｔ）〕＝ −（１
−（ｃｏｓ（Δのｃｏｓ（ａｓｉｎωｔ）−ｓｉｎ（Δ
のｓｉｎ （ａｓｉｎＯル））〕ン となる。回転速度が遅いときはΔθ（１であり、かつａ
〈く」としておけはｃｏｇ （Δθ）：； ］、 ｃｏ
ｓ（ａｓｉｎωｔ、）：Ｊ 。
−（ｃｏｓ（Δのｃｏｓ（ａｓｉｎωｔ）−ｓｉｎ（Δ
のｓｉｎ （ａｓｉｎＯル））〕ン となる。回転速度が遅いときはΔθ（１であり、かつａ
〈く」としておけはｃｏｇ （Δθ）：； ］、 ｃｏ
ｓ（ａｓｉｎωｔ、）：Ｊ 。
５ｉｎ（Δθ）２Δθ ｓｉｎ （ａｓｉｎωｔ）；ａ
ｓｉｎωｔと１σ１以できるため、 ■−−Δθａｓｉｎωｔ と表わすことができる。上式を見ればわかるよう充 に、検光子１３を通過した光強度■は１ａｉｎωｔΔθ
で振幅変調したものとなっている。この光を光検出器５
ａで電気信号に変換した後、直流成分除去フィルター０
ｃで交流成分のみを取り出し、増幅器６ｃで増幅すれは
Δθｓｉｎωｔ に比例した信号が得られる。しかし、
この信号強度は光検出器５ａに入射する光パワーにも依
存しており、この光パワーが変動すると信号強度も変化
してしまう。
ｓｉｎωｔと１σ１以できるため、 ■−−Δθａｓｉｎωｔ と表わすことができる。上式を見ればわかるよう充 に、検光子１３を通過した光強度■は１ａｉｎωｔΔθ
で振幅変調したものとなっている。この光を光検出器５
ａで電気信号に変換した後、直流成分除去フィルター０
ｃで交流成分のみを取り出し、増幅器６ｃで増幅すれは
Δθｓｉｎωｔ に比例した信号が得られる。しかし、
この信号強度は光検出器５ａに入射する光パワーにも依
存しており、この光パワーが変動すると信号強度も変化
してしまう。
これを補償するために、前述した光検出器５ａ。
５ｂの出力を加算器６ｂに入力する。この加算器６ｂの
出力は２つの偏光強度の和、すなわち光検出器５ａＫ入
射する光量に比例する。従って、割算器１１によりこの
加算器６ｂの出力で増幅器６Ｃの出力を割算しておけば
、光検出器５ａへの入射光パワーが変動しても常にΔθ
ｓｉｎωｔに比例した信号が得られる。この割算器１１
の出力をピーク検出器１４に入力すれば位相差Δθに比
例した直流信号を得ることができる。Δθがわかれば回
転の角速度ωがわかる。
出力は２つの偏光強度の和、すなわち光検出器５ａＫ入
射する光量に比例する。従って、割算器１１によりこの
加算器６ｂの出力で増幅器６Ｃの出力を割算しておけば
、光検出器５ａへの入射光パワーが変動しても常にΔθ
ｓｉｎωｔに比例した信号が得られる。この割算器１１
の出力をピーク検出器１４に入力すれば位相差Δθに比
例した直流信号を得ることができる。Δθがわかれば回
転の角速度ωがわかる。
なお、上記実施例では位相変調器８については具体的に
触れていないが、これは例えばファラデー素子のまわり
にコイルを巻きつけたものと波長板とを組合せて容易に
構成できる。この場合、位相変調器８はファラデー素子
に巻きつけたコイルに電流を流すことにより駆動される
。
触れていないが、これは例えばファラデー素子のまわり
にコイルを巻きつけたものと波長板とを組合せて容易に
構成できる。この場合、位相変調器８はファラデー素子
に巻きつけたコイルに電流を流すことにより駆動される
。
また、単一モード光ファイバループ３は、この代りに偏
波面保存光ファイバを磨いてもよい。
波面保存光ファイバを磨いてもよい。
以上説明したように、この発明は光フアイバループを右
回り、左回りに伝搬して出射した光に正弦的に変化する
位相バイアスを与えているため、出力信号が交流で得ら
れ、精度の尚い装置が得られるという効果がある。また
、光ファイバループ中をレーザ光が伝搬する際に偏光状
態がどのように変動しても、出力光の２つの偏光成分強
度をモニタし℃常に２つの偏光が同一強度になるように
位相変調器に位相バイアスを与えており、そのうえ光検
出器入射光強度のｆｍも補償しているため、非常に安定
した出力信号が得られるという効果もある。
回り、左回りに伝搬して出射した光に正弦的に変化する
位相バイアスを与えているため、出力信号が交流で得ら
れ、精度の尚い装置が得られるという効果がある。また
、光ファイバループ中をレーザ光が伝搬する際に偏光状
態がどのように変動しても、出力光の２つの偏光成分強
度をモニタし℃常に２つの偏光が同一強度になるように
位相変調器に位相バイアスを与えており、そのうえ光検
出器入射光強度のｆｍも補償しているため、非常に安定
した出力信号が得られるという効果もある。
第１図は従来の光ファイバ・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、２はビームスプリッタ、３は単一モ
ード光ファイバループ、４ａ、４ｂはレンズ、５ａ、５
ｂ、５ｃは光検出器、６ａは引算器、６ｂは加算器、６
ｃは増幅器、７ａ、７ｂは第１．第２の偏光ビームスプ
リッタ、８は位相変調器、９は位相変調器駆動装置、１
０ａ、１０ｂは交流成分除去フィルタ、１０ｃは直流成
分除去フィルタ、１１は割算器、１２はフントローラ。 １３は検光子、１４はピーク検出器である。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） １゜
、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、２はビームスプリッタ、３は単一モ
ード光ファイバループ、４ａ、４ｂはレンズ、５ａ、５
ｂ、５ｃは光検出器、６ａは引算器、６ｂは加算器、６
ｃは増幅器、７ａ、７ｂは第１．第２の偏光ビームスプ
リッタ、８は位相変調器、９は位相変調器駆動装置、１
０ａ、１０ｂは交流成分除去フィルタ、１０ｃは直流成
分除去フィルタ、１１は割算器、１２はフントローラ。 １３は検光子、１４はピーク検出器である。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） １゜
Claims (2)
- （１） レーザと；このレーザからの出力光を互いに直
交する２つの直勝偏光に分離するための第１の偏光ビー
ムスプリッタと；この第１の偏光ビームスプリッタで分
けられた２つの偏光を右回りおよび左回りに入射する２
つの入射端を備えた光フアイバループと；この光フアイ
バループ内に前記２つに分けられた偏光をそれぞれ効率
よく入射させるためのレンズと；前記光フフイバループ
から出射し再び前記第１の偏光ビームスプリッタを通過
した２つの光に位相バイアスを与えるための位相変調器
と；前記位相変調器の通過光を２分するだめのビームス
プリンタと；このビームスプリッタで２分された光のう
ち、一方を前記第１の偏光ビームスプリッタの通過光と
同一の偏光成分に分離するための第２の偏光ビームスプ
リッタと；この第２の偏光ビームスプリッタで分離され
た２つの光をそれぞれ検出するための光検出器と；この
両党検出器出力の交流成分をそれぞれカットするための
フィルタと；こ０２つのフィルタ出力の和をとる加算器
、および差をとる引算器と；この引算器出力をモニタし
て前記位相変調器へフィードバックするコントローラと
、前ｉ己ビームスプリッタで２分された光のもう一方を
通すための検光子と；この検光子の通過光を検出するた
めの光検出器と；この光検出器出力の直流成分カット用
のフィルタと；このフィルタ出力を増幅する増幅器と；
この増幅器出力と前記加算器出力との比をとるための割
算器と；この割算器出力のピーク値を七二りするピーク
検出器とを備えたことを特徴とする光ファイバ会ジャイ
ロスコープ。 - （２）位相変調器は、直流信号と交流信号が垂畳された
信号で駆動されており、光フアイバループを出射した２
つの偏光強度が相等しくなるように前記直流信号を制御
することを特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の
光ファイバ・ジャイロスコープ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57174129A JPS5963513A (ja) | 1982-10-04 | 1982-10-04 | 光フアイバ・ジヤイロスコ−プ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57174129A JPS5963513A (ja) | 1982-10-04 | 1982-10-04 | 光フアイバ・ジヤイロスコ−プ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5963513A true JPS5963513A (ja) | 1984-04-11 |
Family
ID=15973158
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57174129A Pending JPS5963513A (ja) | 1982-10-04 | 1982-10-04 | 光フアイバ・ジヤイロスコ−プ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5963513A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4863273A (en) * | 1984-12-21 | 1989-09-05 | Itaru Todoriki, Director-General, Agency Of Industrial Science And Technology | D.C. component controlled fiber optic gyroscope |
| CN114080293A (zh) * | 2020-06-09 | 2022-02-22 | 株式会社片冈制作所 | 激光加工装置、激光加工系统、旋转器单元装置、激光加工方法及探针卡的生产方法 |
-
1982
- 1982-10-04 JP JP57174129A patent/JPS5963513A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4863273A (en) * | 1984-12-21 | 1989-09-05 | Itaru Todoriki, Director-General, Agency Of Industrial Science And Technology | D.C. component controlled fiber optic gyroscope |
| CN114080293A (zh) * | 2020-06-09 | 2022-02-22 | 株式会社片冈制作所 | 激光加工装置、激光加工系统、旋转器单元装置、激光加工方法及探针卡的生产方法 |
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