JPS60257313A - 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
- JPS60257313A JPS60257313A JP59113849A JP11384984A JPS60257313A JP S60257313 A JPS60257313 A JP S60257313A JP 59113849 A JP59113849 A JP 59113849A JP 11384984 A JP11384984 A JP 11384984A JP S60257313 A JPS60257313 A JP S60257313A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- optical fiber
- analyzers
- polarization
- beam splitter
- 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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-
- 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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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】
〔技術分野〕
本発明は宇宙、航空、水上、陸上等を航行する航行体に
備えられる様な回転角速度検出装置即ちジャイロスコー
プに関するものであシ、更に詳細に−は光ファイバーを
用いたジャイロスコープに関する。
備えられる様な回転角速度検出装置即ちジャイロスコー
プに関するものであシ、更に詳細に−は光ファイバーを
用いたジャイロスコープに関する。
円環状に巻回された光フアイバー中に互いに逆向きに光
波を伝搬させると、これら光波の間にサニヤック効果に
よシ糸の回転角速度に比例した位相差が生ずることはよ
く知られている。この原理を応用して、その位相差から
回転角速度を検出する光ファイバージャイロスコーグが
開発されている。
波を伝搬させると、これら光波の間にサニヤック効果に
よシ糸の回転角速度に比例した位相差が生ずることはよ
く知られている。この原理を応用して、その位相差から
回転角速度を検出する光ファイバージャイロスコーグが
開発されている。
光フアイバージャイロスコープにおいてはその巻回環状
半径と光ファイバー長との積に比例した感度で回転角速
度を検出できるので、巻回数を増加させ多重にすること
により比較的高い感度が得られる。しかし、それにもか
かわらず、低速な角速度を検出するだめには微小位相差
を確実に検出するための工夫が必要である。微小位相差
を検出するための一般的な方法は互いに逆向きに伝搬し
てきた光波を干渉させてその光強度を検出することであ
るが、光フアイバージャイロスコープにおいてはこの光
強度はサニヤック効果による位相差の余弦に比例するた
め低速回転時の感度が低く、この方法では微小位相差を
検出しにくいという問題があった。
半径と光ファイバー長との積に比例した感度で回転角速
度を検出できるので、巻回数を増加させ多重にすること
により比較的高い感度が得られる。しかし、それにもか
かわらず、低速な角速度を検出するだめには微小位相差
を確実に検出するための工夫が必要である。微小位相差
を検出するための一般的な方法は互いに逆向きに伝搬し
てきた光波を干渉させてその光強度を検出することであ
るが、光フアイバージャイロスコープにおいてはこの光
強度はサニヤック効果による位相差の余弦に比例するた
め低速回転時の感度が低く、この方法では微小位相差を
検出しにくいという問題があった。
この様な問題を解決するため従来提案されている方法の
１つに出射した双方の光の位相差を、直線偏光の方位差
として検出する方法がある。第１図はこの様な構成を有
する光フアイバジャイロスコープの光学系を示す図であ
る。図において、１は光源であるところの半導体レーザ
ー、２は戻シ光防止のための光アイソレータ−，３，４
，５゜６は光ビームスシリツタ−１７，８はカップリン
グレンズ、１１はシングルモード光ファイバー、１０は
光検出器である。また、ビームスノリツタ−５と６との
間に偏光子１２及び１７４波長板１３を設け、ビームス
シリツタ−４と６との間に偏光子１４及び１７４波長板
１５を設け、ビームスプリッタ−６と光検出器１０ 、
１０’との間に偏光ビームスグリツタ−（以下ＰＢＳと
記す）２１を設けである。
１つに出射した双方の光の位相差を、直線偏光の方位差
として検出する方法がある。第１図はこの様な構成を有
する光フアイバジャイロスコープの光学系を示す図であ
る。図において、１は光源であるところの半導体レーザ
ー、２は戻シ光防止のための光アイソレータ−，３，４
，５゜６は光ビームスシリツタ−１７，８はカップリン
グレンズ、１１はシングルモード光ファイバー、１０は
光検出器である。また、ビームスノリツタ−５と６との
間に偏光子１２及び１７４波長板１３を設け、ビームス
シリツタ−４と６との間に偏光子１４及び１７４波長板
１５を設け、ビームスプリッタ−６と光検出器１０ 、
１０’との間に偏光ビームスグリツタ−（以下ＰＢＳと
記す）２１を設けである。
ここで、偏光子１２及び１４は偏光方位を同一（たとえ
ば双方とも紙面に水平の方向）にして配置し、１／４波
長板１３及び１５は偏光子１２及び１４の偏光方位に対
しそれぞれ４５°になる様に配置し、更に検光子１８を
偏光子１２及び１４の偏光方位に対し４５°になる様に
配置しである。半導体レーザー１からの光波はビームス
グリツタ−３によシ分割され、そのうちの一方はビーム
スシリツタ−５及びカップリングレンズ８を通勺、光フ
ァイバー１１へ入って右回シに進行する。ビームスプリ
ッタ−３によシ分割されたもう一方の光波はビームスプ
リッタ−４及びカップリングレンズ７、を通シ、光ファ
イバー１１に入って左回シに進行する。これらの光波は
それぞれカップリングレンズ７及び８を通ってビームス
シリツタ−４及び５を反射及び透過する。光フアイバー
１１中で乱された光波の偏光面が偏光子１２及び１４に
よシそろえられ、次に１７４波長板によシ円偏光にされ
、これによシビームスプリッタ−６において双方の光を
合波すると直線偏光になる。系が回転していない場合に
はその偏光の偏光面は一定（上記の如き偏光子１２及び
１４の配置の場合には紙面に平行）である。一方、系が
回転している場合には右回シ及び左回シの光波の間に なる位相差が発生する。ここで、Ｒは光ファイバー１１
の円環形状半径、ｔは光ファイバー１１の長さ、λは真
空中でのレーザー光の波長、Ｃは光速、Ωは系の回転角
速度である。この位相差に基き、ビームスシリツタ−６
を通過後の合波された直線偏光の偏光面はｌθ／２だけ
回転する。この偏光面の変化を検出する。この例におい
ては、ＰＢＳ２１の偏光面が系静止時の光波の偏光面に
対し４５°傾く様に設定されてお夕、従ってＰＢＳを透
過した光波の光強度（１０、１０’の出力）の差はサニ
ヤック効果による双方の光波の位相差に比例し、これに
より回転角速度の検出をすることが出来る。
ば双方とも紙面に水平の方向）にして配置し、１／４波
長板１３及び１５は偏光子１２及び１４の偏光方位に対
しそれぞれ４５°になる様に配置し、更に検光子１８を
偏光子１２及び１４の偏光方位に対し４５°になる様に
配置しである。半導体レーザー１からの光波はビームス
グリツタ−３によシ分割され、そのうちの一方はビーム
スシリツタ−５及びカップリングレンズ８を通勺、光フ
ァイバー１１へ入って右回シに進行する。ビームスプリ
ッタ−３によシ分割されたもう一方の光波はビームスプ
リッタ−４及びカップリングレンズ７、を通シ、光ファ
イバー１１に入って左回シに進行する。これらの光波は
それぞれカップリングレンズ７及び８を通ってビームス
シリツタ−４及び５を反射及び透過する。光フアイバー
１１中で乱された光波の偏光面が偏光子１２及び１４に
よシそろえられ、次に１７４波長板によシ円偏光にされ
、これによシビームスプリッタ−６において双方の光を
合波すると直線偏光になる。系が回転していない場合に
はその偏光の偏光面は一定（上記の如き偏光子１２及び
１４の配置の場合には紙面に平行）である。一方、系が
回転している場合には右回シ及び左回シの光波の間に なる位相差が発生する。ここで、Ｒは光ファイバー１１
の円環形状半径、ｔは光ファイバー１１の長さ、λは真
空中でのレーザー光の波長、Ｃは光速、Ωは系の回転角
速度である。この位相差に基き、ビームスシリツタ−６
を通過後の合波された直線偏光の偏光面はｌθ／２だけ
回転する。この偏光面の変化を検出する。この例におい
ては、ＰＢＳ２１の偏光面が系静止時の光波の偏光面に
対し４５°傾く様に設定されてお夕、従ってＰＢＳを透
過した光波の光強度（１０、１０’の出力）の差はサニ
ヤック効果による双方の光波の位相差に比例し、これに
より回転角速度の検出をすることが出来る。
第２図は他の従来例の光学系を示す図である。
この例においては、第１図のＰＢＳ ２１のかわシに磁
気光学変調器（ファラデー七ル）１６′及び検光子（ダ
ラムトムソンプリズム）１７が設けられておフ、ファラ
デーセル１６で偏光面を変調することによシサニャック
効果に基づく偏光方位角変化、を検出する。
気光学変調器（ファラデー七ル）１６′及び検光子（ダ
ラムトムソンプリズム）１７が設けられておフ、ファラ
デーセル１６で偏光面を変調することによシサニャック
効果に基づく偏光方位角変化、を検出する。
しかしながら、前述のような従来例の内、第１図の方式
は、それぞれの検出器１０ 、１０’に入る光量に比べ
、サニヤック効果に基づく光量差は非常に少なく、高精
度で安定な検出には限界がある。
は、それぞれの検出器１０ 、１０’に入る光量に比べ
、サニヤック効果に基づく光量差は非常に少なく、高精
度で安定な検出には限界がある。
一方、第２図の方式はファラデーセルの温旋や磁場の不
均一変化等によ多安定な検出は不可能である等の欠点が
あった。
均一変化等によ多安定な検出は不可能である等の欠点が
あった。
本発明は、以上の従来技術の欠点をおぎない、安定且つ
高精度に微少偏光方位を検出することのできる光フアイ
バージャイロスコープを提供することを目的とする。
高精度に微少偏光方位を検出することのできる光フアイ
バージャイロスコープを提供することを目的とする。
また、本発明の上記目的は、光フアイバージャイロスコ
ープにおける偏光方位の検出に２つの検光子を用い、そ
の透過軸を最適化することによつ゛て達成される。
ープにおける偏光方位の検出に２つの検光子を用い、そ
の透過軸を最適化することによつ゛て達成される。
第３図は、本発明によるファイバージャイロスコープの
実施例である。半導体レーザー１からのレーザー光がビ
ームスグリツタ−３によシ分割され、それぞれ右回シ及
び左回９の光波になり、互いに光ファイバーの反対端よ
り出射しビームスシリツタ−６によシ合波される所まで
は、第１図。
実施例である。半導体レーザー１からのレーザー光がビ
ームスグリツタ−３によシ分割され、それぞれ右回シ及
び左回９の光波になり、互いに光ファイバーの反対端よ
り出射しビームスシリツタ−６によシ合波される所まで
は、第１図。
第２図と同様である。しかし、本発明においてはその後
無偏光ビームスシリツタ−１９によυ分けられ、検光子
１８ 、１８’を通過し検出器１０゜１０′へ到達する
。このとき、検光子１８ 、１８’はファイバージャイ
ロが静止しているとき、すなわちサニヤックの位相差が
０のときの偏光面に対し曇±Ｊ回転した所に透過軸が一
致するようにセットする（第４図）。第４図において２
２ 、２２’は夫々サニヤック効果があるときとないと
きの合波光の偏光方位を示し、２３．２４は夫々検光子
１０ 、１０’の透過軸を示す。ここでａは検光子を１
１ 回転したときの最大透過光量、ｂは最小透過光量□ ［である。以下にその理由を示す。
無偏光ビームスシリツタ−１９によυ分けられ、検光子
１８ 、１８’を通過し検出器１０゜１０′へ到達する
。このとき、検光子１８ 、１８’はファイバージャイ
ロが静止しているとき、すなわちサニヤックの位相差が
０のときの偏光面に対し曇±Ｊ回転した所に透過軸が一
致するようにセットする（第４図）。第４図において２
２ 、２２’は夫々サニヤック効果があるときとないと
きの合波光の偏光方位を示し、２３．２４は夫々検光子
１０ 、１０’の透過軸を示す。ここでａは検光子を１
１ 回転したときの最大透過光量、ｂは最小透過光量□ ［である。以下にその理由を示す。
一般に直線偏光子の偏光面と検光子の透過軸のは
■＝ＩＬｔｈ２ψ＋ｂ
中ａψ２＋ｂ （ψ（１）
でおる。ｂが存在する理由は、合波光は、空間的に一様
な直線偏光とならず、検光子で完全に消光できないため
である。今、サニック効果によシ、Δθ 位相差Δθが存在すると、それは−２−の偏光方位角の
変化となるため、検出器１０ 、１０’の出力差ΔＩは Δθ ΔＩ＝（ａ（ψ＋ ）２＋ｂ）−（ａ（ψ−！！！−）
２＋ｂ）２ ＝２ａψΔθ となシ、ΔＩが位相差Δθと比例することは先に述べた
通りである。このときサニヤック効果による光量変化と
、サニヤック効果のないときの光量との比を最大にする
事により検出感度を最適化することができる。
な直線偏光とならず、検光子で完全に消光できないため
である。今、サニック効果によシ、Δθ 位相差Δθが存在すると、それは−２−の偏光方位角の
変化となるため、検出器１０ 、１０’の出力差ΔＩは Δθ ΔＩ＝（ａ（ψ＋ ）２＋ｂ）−（ａ（ψ−！！！−）
２＋ｂ）２ ＝２ａψΔθ となシ、ΔＩが位相差Δθと比例することは先に述べた
通りである。このときサニヤック効果による光量変化と
、サニヤック効果のないときの光量との比を最大にする
事により検出感度を最適化することができる。
すなわち、
が最大となるようにψを定めればよい。これは上式を微
分し、極値のψをめると ψ＝Ｅ となることがわかる。
分し、極値のψをめると ψ＝Ｅ となることがわかる。
ちなみに、合波光の互を−−’−−０，０００１として
ａ １００００ 第１図の従来例と本発明の実施例とによシ最適化した場
合で検出Ｓ／Ｎ比を比べてみると従来例：（検出Ｓハ比
） ＝ ２．５Δθ本発明：（検出Ｓ／Ｎ比）＝１００
Δθとなり４０倍も有利な事がわかる。
ａ １００００ 第１図の従来例と本発明の実施例とによシ最適化した場
合で検出Ｓ／Ｎ比を比べてみると従来例：（検出Ｓハ比
） ＝ ２．５Δθ本発明：（検出Ｓ／Ｎ比）＝１００
Δθとなり４０倍も有利な事がわかる。
一方、本発明は第２図のような電気光学効果を利用した
素子を用いてないため安定な動作が期待できる。
素子を用いてないため安定な動作が期待できる。
以上の如き本発明の光ファイノぐ一ジャイロスコーグに
よれば、偏光方位の検出に２つの検光子を゛ 用い、こ
れら検光子の方位角を最適化することにより、検出８／
Ｎ比を向上させ、且つ安定な検出が可能となる。
よれば、偏光方位の検出に２つの検光子を゛ 用い、こ
れら検光子の方位角を最適化することにより、検出８／
Ｎ比を向上させ、且つ安定な検出が可能となる。
第１図及び第２図は夫々従来の光ファイバ−ジャイロス
コープの構成を示す概略図、第３図は本発明の実施例の
構成を示す概略図、第４図は本発明における合波光の偏
光方位と検光子の透過軸との関係を示す図である。 １：半導体レーザー、２：光アイソレータ−，３，４，
５，６，１９，２０，２１：ビームスジリッター、７．
８：カップリングレンズ、１０゜１０′二光検出器、１
１：光ファイノ々−１１２゜１４：偏光子、１ａ 、
１５ ： １／４波長板、１６：ファラデーセル、１７
−ゲラムトムソンプリズム、１８．１８’：検光子、１
９：無偏光ビームスグリ ′ツター１２１：偏光ビーム
スプリッタ−１２０：差動アンプ、２２．２２’：合波
光の偏光方位、２３ 、２４ ：検光子１０ 、１０’
の透過軸ｍｌ Ｉｅ２１ ＠２図
コープの構成を示す概略図、第３図は本発明の実施例の
構成を示す概略図、第４図は本発明における合波光の偏
光方位と検光子の透過軸との関係を示す図である。 １：半導体レーザー、２：光アイソレータ−，３，４，
５，６，１９，２０，２１：ビームスジリッター、７．
８：カップリングレンズ、１０゜１０′二光検出器、１
１：光ファイノ々−１１２゜１４：偏光子、１ａ 、
１５ ： １／４波長板、１６：ファラデーセル、１７
−ゲラムトムソンプリズム、１８．１８’：検光子、１
９：無偏光ビームスグリ ′ツター１２１：偏光ビーム
スプリッタ−１２０：差動アンプ、２２．２２’：合波
光の偏光方位、２３ 、２４ ：検光子１０ 、１０’
の透過軸ｍｌ Ｉｅ２１ ＠２図
Claims (1)
- （１）光路中に光ファイバーを用いたり／グ干渉計で、
該光フアイバー中を伝搬後の右回り光及び左回シ光の光
路中にそれぞれ１／４波長板を配置して前記右回り光と
左回シ光とを互いに反対回りパの円偏光とした後に合波
させ、これら両回９光の位相差を直線偏光方位差として
検出する光ファイバージャイロスコーグにおいて、前記
偏光方位差を２つの検光子を用いて検出することを特徴
とする光７アイハーシヤ、イロスコープ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59113849A JPS60257313A (ja) | 1984-06-05 | 1984-06-05 | 光フアイバ−ジヤイロスコ−プ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59113849A JPS60257313A (ja) | 1984-06-05 | 1984-06-05 | 光フアイバ−ジヤイロスコ−プ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60257313A true JPS60257313A (ja) | 1985-12-19 |
Family
ID=14622601
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59113849A Pending JPS60257313A (ja) | 1984-06-05 | 1984-06-05 | 光フアイバ−ジヤイロスコ−プ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60257313A (ja) |
-
1984
- 1984-06-05 JP JP59113849A patent/JPS60257313A/ja active Pending
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