JPS618614A - 回転レ−ト計測装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、特許請求の範囲第１項の前提部に記載される
ような回転レート計測装置に関する。

〔従来の技術、および発明が解決しようとする問題点〕
この種の装置はドイツ特許出願公開第３１３６６８８号
に開示されている。ここでは、巻かれた先導波路に入射
される２本の光ビームのうち少くとも１本は周波数変調
されている。ドイツ特許出願公開第３１２３１６３号で
は、少くとも１本の光ビームが位相変調されている装置
が開示されている。

変調は、位相変調であるにせよ、あるいは周波数変調で
あるにせよ、集積された光学装置において頻繁に実行さ
れる。このような装置に通常用いられる材料にオプ酸リ
チウム）は、巻かれた光導波路の材料の屈折率（ｎ＝１
．４７）より大きい屈折率（ｎ＝２．２）を有する。そ
の結果、変調器と元ファイバの間の接合部、すなわち光
が変崗器に入射される部分において光の反射が生じる。

このような光の反射により、評価値に干渉する信号成分
が発生する。このような干渉は、用いられる光が短いコ
ヒーレンス長を有している場合にはほとんど問題になら
ないが、種々の場合において右胸となる長いコヒーレン
ス長をもつ光に対しては（すなわち、比較的高い周波数
安定性が必要とされる場合には）、大きいものとなる。

本発明の目的は、反射により引き起こされる干渉を減少
させることができる回転レート計測装置を提供すること
にある。

〔問題点を解決するための手段〕

この目的は、特許請求の範囲第１項に記載される手段に
よシ達成される。

すなわち、本発明によれば、巻かれた光導波路を２本の
光ビームが反対方向に通過す慝回転レート計測装置であ
って、該光ビームのうち少くと４１本の光ビームは該巻
かれた光導波路に入射される前に第１の周波数で位相変
調まｆ？：、は周波数変調され、該光導波路から出射す
る該２本の元ビームの間のサグナック効果による位相差
が評価装置において評価される、回転レート計測装置に
おいて、前記変調された少くとも１本の光ビームは前記
巻かれた光導波路に入射される前に第２の周波数で位相
変調または周波数変調され、該第２の周波数は、電気的
に評価が行われている間は第１の周波数および第２の周
波数が互いに分離可能となるように選定されていること
、および１回転レートを計測するために位相差が評価さ
れる時に、第１の周波数と等しい周波数を有する信号成
分のみが評価されること、を特徴とする回転レート計測
装置が“提供される。

本発明の更に有利な形態は特許請求の範囲の実施態様項
に記載される。

この新奇な解決手段によれば、反射によシ引き起こされ
る望ましくない放射光を有用な放射光から明瞭に分離す
ることができる。この新奇な′Ｓ矢手段は、ファイバ光
導波路と集積された光導波路を用いるような場合に特に
有利である。長いコヒーレンス長をもつ光源を使用する
こともできる。

〔実施例〕

本発明は、添付の図面を参照しながら実施例を用いてよ
シ詳細に説明される。

まず、回転レート計測装置の構成について第１図を参照
しながら説明する。光源１において生成された光ビーム
は、第１のビーム分離器２および第２のビーム分離器３
を通過し、位相変調器４に入射する。第１のビーム分離
器２は、入射された光ビームの１／２を第２のビーム分
離器３に伝送し、残シの光ビームを９０°偏移させる。

この偏移させられた光ビームは、以下考慮する必要はな
い。第２のビーム分離器３もまた、入射された光ビーム
の一部を伝送し、残シの元ビームを９００偏移させる。

この偏移させられた光ビームは光導波路５の一方の終端
に入射される。方向が変化していない光ビームは、位相
変調器４に入射し、そこで位相変調され、そして光導波
路５の他方の終端に入射される。光導波路５は巻かれ九
九ファイバである。

いずれにせよ、巻かれた光導波路は数回の巻数を有し、
コイルを形成する。しかしながら、このことは必ずしも
必要ではない。ある領域を囲繞していれば１回の巻数で
も良いし、また囲繞された領域の形状岐重要なことでは
ない。上述の９０°偏移させられた光ビームは、光ファ
イバ５を通過した後、位相変調器４を通過し、ビーム分
離器３に入射される。偏移させられていない光ビームは
ビーム分離器３に直接入射される。ビーム分離器３は再
び、これら２本の光ビームのそれぞれの一部を伝送し、
残シの光ビームを９０°偏移させる。第１のビーム分離
器２は、光ファイバを互いに反対方向に通過した光ビー
ム成分の組み合せによシ生成された光ビームを入力する
。この光ビームの１／２は第１のビーム分離器２によシ
光電変換器６に偏向される。変換器６の電気出力信号は
バンドパスフィルタ７を通して、評価装置８に印加され
る。

評価装置８において、回転レートが決定される。

これは、例えばドイツ特許出願公開第３１３６６８８号
に記載されているように、行うことができるので、ここ
では評価の態様について記載しないことにする。

知られてい゛る回転レート計測装置では、バンドツヤス
フイルタフは用いられていない。位相変調器４において
、変調は角周波数ω□＝２πνｒｎ（ν。

は変調周波数）で行われる。位相変調器４は駆動信号Ｕ
を供給され、この駆動信号はω□の関数である。１個の
位相変調器は、光ファイバ５の一方の終端の真前に配置
され、かつ光ファイバの他方の終端の真前で接続される
。

新奇な装置では、位相変調器は１つの角周波数ω。で駆
動されるのではなく、２つの角周波数ω□およびω８で
駆動される。縦続接続された２個の分離した位相変調器
に２つの駆動信号を供給することが可能であシ、あるい
は、２つの信号を電子的に組み合せ、その組み合わされ
た信号を１個の位相変調器に供給することも可能である
。今仮に、まず２つの信号が組み合わされ、それから、
２つの成分ω工およびω、を含む１つの変調信号のみが
位相変調器４に供給され°るものとする。新奇な装置に
おいて用いられるバンドパスフィルタ７は中間角周波数
ω。を有しており、従って、この角周波数ω。を有する
信号成分のみが評価装置８に達し、一方、角周波数ω８
を有する成分は阻止される。その結果、反射によシ引き
起こされる放射光は、角周波数ω、で変調されるが故に
、もはや厄介な代物ではなくなる。このことは以下にお
いて詳細に説明される。・ぐンドノ４スフィルタを評価
装置８の前段に配置する代わシに、評価装置８それ自体
に、角周波数ω□の信号のみを処理するような機能を持
たせることもできる。その−例として例えば、評価装置
は時定数τ＞　２２Ｈｐ（Ｄｔ’ｌツク。

イン増幅器を含む。

新奇な解決手段をよシ理解し易くするために、知られて
いる装置における評価の概念を、まず簡単に説明する。

知られている装置では、位相変調器４は信号 Ｕ　＝　Ｕ□　’Ｃｍωｍ’　Ｌ　”　Ｕ６　’　Ｃ１
Ｍ　２πシｍ−１〜φ６ｃｍ　２πνｍ・ｔ によシ駆動される。ここで、 Ｕｏ線最大変調電圧、 ω。＝２πν。は変調用駆動信号の角周波数、ｔは時間
、 φ。は位相偏移、 π・Ｃ である。ω□は　ｎ７Ｌに等しくなるよう選定される。

ここで。

Ｃは真空中における光の速度、 ｎは光ファイバの屈折′率、 Ｌは光７アイパの長さ、 である。

もし位相変調器が信号Ｕにより駆動され、それによシ位
相変調が角周波数ω□で行われるならば、特に、光電変
換器の出力は信号 ｉＤ＝自２の、・Ｊｌ（２φ。片部２π〜・を十定数を
提供する。ここで、 Φ８は光ファイバを互いに反対方向に通過した光ビーム
成分の間のサグナック効果による位相差、Ｊｌ（２φ０
）は第１種ベッセル関数、である。

第２図は位相変調器４を示す。これは従来の電子光学的
変調器であシ、該変調器において光導波路はニオブ酸リ
チウムの基板に設けられ、該変調器はその表面に２個の
電極４１および４２を有する。電極の一方４１は駆動信
号Ｕを供給され、この駆動信号は知られている装置では
ω。の関数である。新奇な装置では、角周波数ω、およ
びω□を有する信号は組み合わされ、そして信号Ｕ（ω
。。

ω、）は変調器に印加される。この信号は、”　ＵｉＵ
ｏ・ｃｍω。・ｔ＋ｑ−Ｕｏｃｏｓω、・ｔである。も
し２つの信号が個別に変調器に印加されるならば、電極
４１および４２は分割され、それぞれの半片は１つの信
号を供給されるであろう。

変調器４に入力される光ビームのうち、一部Ｅ１（点線
で示される）は該光ビームが変調器に入射する時に境界
２３で反射される。伝達されたビームのうち、一部Ｅ２
（破線で示される）は該光ビームが変調器４から出射す
る時に境界４４で反射される。この反射されたビームＥ
２は、境界２３で反射されるビームＥ１に重畳される。

知られている解決手段において、ビームＥ２はω。で変
−され、ビームＥ１は変調されていない。従って、ビー
ムＥ１およびＥ２の重畳によシ得られる信号は、ω□、
すなわち評価されるべき信号ＩＤと同じ角周波数、で変
調されるため、該信号を有用な信号から分離することが
できない。

以下、ビームＥ２が数回反射される可能性があるという
事実は無視するものとする。質的には、この単純化は以
下の考察を変更するものではない。

新奇な装置において、ビームＥ２はω□およびω８で変
調される。ビームＥ、およびＥ２の重畳によシ生成され
た光ビームは、角周波数Ｘ・ω□±ｙ・ωｓ　（ｘ＋ｙ
は整数）を有する成分を含む。この計算式はωｍを有す
る項が左側の項のみであることを示している。この項は
、ｑ−Ｕｏｌｒ：適当に選定することによシ０にするこ
とができる。ω□を有する項は、ベッセル関数Ｊ。（２
φ。・ｑ）がＯの時に０になる。ただし、φ。は駆動′
磁圧Ｕ。に対応する位相偏移である。従って１反射され
たビームＥ１およびＥ２の重畳により生成された元ビー
ムは、角周波数ωｔｎを有する成分を含むことなく、角
周波数ω８を有する成分のみを含むことになる。評価が
行われている間、対応する信号成分は容易に有用な信号
から分離することができ、この有用な信号は角周波数ω
、を有する成分を含んでいる。

その結果、境界で反射された光は評価が行われている間
はもはや厄介な代物ではなくなる。

角周波数ω８で付加的に変調した場合の評価に対する影
響は、ω８くω□の場合には無視できる。

実現化のための可能な数値は、φｏ−ｑ＝１．２゜ω、
＝１００ｋＨｚ、ω、＝１０Ｈｚである。

第３図は集積された光学装置を示す。装置５０の基板に
、Ｙ字形の光導波路が形成され、信号Ｕ、とＵ２により
制御される２個の位相変調器が設けられている。第１の
位相変調器は電極５１および５２を有し、第２のそれは
電極５３および５４を有する。第１図のビーム分離器３
の機能を果たすＹ接合よシ、１本の導波路が各個の位相
変調器の２個の電極の間に延びている。巻かれた光導波
路を互いに反対方向に通過する２本のビーム成分に分離
される光ビームは、左側から装置５０に入射し、そして
２本のビーム成分に分離されて装置５０の右側より出射
される。装置に入射する光ビーム、および２本のビーム
成分は実線で示される。

装置５０の左側の境界において、光ビームの一部（Ｅ６
）は反射される。この反射されたビームは破線で示され
る。装置５０において、２°本のビーム成分のそれぞれ
の一部（Ｅ３．Ｅ４）は境界５５゜５６において反射さ
れる。一点鎖線で示される２本のビームはＹ接合の接合
点３７において重畳される。重畳により生成された光ビ
ームＥ５は点線で示される。（点線で示される）光ビー
ムＥ５および（破線で示される）光ビームＥ６は同様に
重畳される。この重畳によｐ生成されたビームは、評価
が行われている間は厄介なものに他ならない角周波数ω
。を有する成分を含んでいる。従って、２個の位相変調
器は（第２図の位相変調器の場合と同様に）、角周波数
ω□を有する成分のみならず角周波数ω８１およびω、
２を有する成分をも含む信号により制御される。−膜性
に限定することなく、角周波数ω８．は角周波数ω８２
およびω、に等しく設定される。２個の位相変調器のた
めの駆動信号Ｕ１およびＵ２は下記の如く表わされる。

Ｕ１＝Ｕ６ａｓωｍ°ｔ＋ｑ１ＵｏＣｘｓω＠１”Ｕ２
　＝　Ｕｏａｓωｍ”−ｑ２Ｕｏｃｏｓω８２　’　ｔ
ただし、ｑｌはｑ２に等しくしてもよい。

ここにおいてもまた、ビームＥ５およびＥ６の重畳によ
シ生成された信号が、評価が行われている間は厄介なも
のに他ならない角周波数ω□を有する成分を含まないよ
うに、ｑ、およびｑ２選定することができる。角周波数
ω□を有する成分は、φｏ＝１．２０の場合には０にな
る。

実現化のための可能な数値線、ω□＝　１００　ｋＨｚ
。

ω、＝１０Ｈｚである。

【図面の簡単な説明】

第１図は位相変調器を備えた回転レート計測装置の概略
的な構成を示す図。 第２図および第３図は位相変調器の概略的な構成を示す
図。 である。 毒ｉ１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、巻かれた光導波路を２本の光ビームが反対方向に通
   過する回転レート計測装置であって、該光ビームのうち
   少くとも１本の光ビームは該巻かれた光導波路に入射さ
   れる前に第１の周波数で位相変調または周波数変調され
   、該光導波路から出射する該２本の光ビームの間のサグ
   ナック効果による位相差が評価装置において評価される
   、回転レート計測装置において、 前記変調された少くとも１本の光ビームは前記巻かれた
   光導波路（５）に入射される前に第２の周波数で位相変
   調または周波数変調され、該第２の周波数は、電気的に
   評価が行われている間は第１の周波数および第２の周波
   数が互いに分離可能となるように選定されていること、
   および、回転レートを計測するために位相差が評価され
   る時に、第１の周波数と等しい周波数を有する信号成分
   のみが評価されること、 を特徴とする回転レート計測装置。 ２、第１の周波数で変調するための信号と第２の周波数
   で変調するための信号は結合され、この結合されて生成
   された信号は少くとも１個の位相または周波数変調器（
   ４）のための駆動信号である、特許請求の範囲第１項に
   記載の装置。 ３、第１の周波数および第２の周波数を有する２つの信
   号が２個の直列接続された変調器を独立に駆動する、特
   許請求の範囲第１項に記載の装置。 ４、前記巻かれた光導波路の各終端に変調器が接続され
   た場合には、一方の変調器の変調信号の位相偏移は他方
   の変調器の変調信号の位相偏移と逆相でかつ等しいもの
   となる、特許請求の範囲第１項または第２項に記載の装
   置。 ５、第２の周波数または複数の第２の周波数が実質的に
   第１の周波数より低くなっている、特許請求の範囲第１
   項、第２項または第３項に記載の装置。