JPS62239016A - 光フアイバジヤイロ - Google Patents
光フアイバジヤイロInfo
- Publication number
- JPS62239016A JPS62239016A JP8217686A JP8217686A JPS62239016A JP S62239016 A JPS62239016 A JP S62239016A JP 8217686 A JP8217686 A JP 8217686A JP 8217686 A JP8217686 A JP 8217686A JP S62239016 A JPS62239016 A JP S62239016A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- optical fiber
- sensor coil
- phase
- light emitting
- 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
Links
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 title claims abstract description 70
- 230000000644 propagated effect Effects 0.000 claims abstract description 18
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 8
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 8
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 8
- 239000000835 fiber Substances 0.000 abstract description 22
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 abstract description 8
- 239000000284 extract Substances 0.000 abstract 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 8
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 6
- 239000011449 brick Substances 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 2
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 125000001475 halogen functional group Chemical group 0.000 description 1
- 210000003127 knee Anatomy 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Gyroscopes (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】
産業上の利用分野
本発明は、光ファイバジャイロに関するものであり、更
に詳述するならば、高感度な光ファイバジャイロに関す
るものである。
に詳述するならば、高感度な光ファイバジャイロに関す
るものである。
従来の技術
現在、ジャイロが様々な分野で利用され、特に、航空機
、飛翔体、自動車などの移動体のナビゲーションや姿勢
制御のための角速度センサとして活用されている。この
ジャイロを使用すれば、角速度だけでなく、それを積分
することにより方位などのデータも得ることができる。
、飛翔体、自動車などの移動体のナビゲーションや姿勢
制御のための角速度センサとして活用されている。この
ジャイロを使用すれば、角速度だけでなく、それを積分
することにより方位などのデータも得ることができる。
そのようなジャイロの中で、光ファイバジャイロは、光
及びその光が伝搬する光ファイバが磁界や電界の影響を
受は難いため、シールドの問題な(どのような環境でも
使用でき、また、可動部が全くなく月つ小型化が可能で
あり、更に、最小検出可能角速度(感度)、ドリフト、
切側範囲(ダイナミックレンジ)、スケールファクタの
安定性の点において、従来のジャイロに比較して1憂れ
ているために、近年注目され開発されている。
及びその光が伝搬する光ファイバが磁界や電界の影響を
受は難いため、シールドの問題な(どのような環境でも
使用でき、また、可動部が全くなく月つ小型化が可能で
あり、更に、最小検出可能角速度(感度)、ドリフト、
切側範囲(ダイナミックレンジ)、スケールファクタの
安定性の点において、従来のジャイロに比較して1憂れ
ているために、近年注目され開発されている。
そのような光ファイバジャイロの例は、例えば、ギヤロ
レンジテー、ジー6、フ゛カロ ジュー。ニー。
レンジテー、ジー6、フ゛カロ ジュー。ニー。
他[光ファイハセンザ技術]アイ イーイーイージャー
ナル オブ カンクム エレクトロニクス(Giall
orenzi T、G、、 [3ucaro 、
1.八、 et al ”0pticalFib
er 5ensor Technology”、 IB
B[E J、 of Quantum旧ectroni
cs) 0n−18,No、4 、 pp626−66
2(1982)やタラショウ及びアイ、ピー、ギレス「
光ファイバジャイロスコープ」ジャーナルオブフィジク
スエレクトロニクス サイエンス インストルメント(
Culshaw and l、 P、 G11
es ”1liber 0ptic Gyros
copesllJ、Phys、 B:Sci Inst
rum、06 pp5−15. (1983)や、外
用、大塚「光ファイバジャイロスコープ」レーザもJf
究、旦、 No、12. pp8B9−902 (1
9fi3)などに詳しく示されている。
ナル オブ カンクム エレクトロニクス(Giall
orenzi T、G、、 [3ucaro 、
1.八、 et al ”0pticalFib
er 5ensor Technology”、 IB
B[E J、 of Quantum旧ectroni
cs) 0n−18,No、4 、 pp626−66
2(1982)やタラショウ及びアイ、ピー、ギレス「
光ファイバジャイロスコープ」ジャーナルオブフィジク
スエレクトロニクス サイエンス インストルメント(
Culshaw and l、 P、 G11
es ”1liber 0ptic Gyros
copesllJ、Phys、 B:Sci Inst
rum、06 pp5−15. (1983)や、外
用、大塚「光ファイバジャイロスコープ」レーザもJf
究、旦、 No、12. pp8B9−902 (1
9fi3)などに詳しく示されている。
(a) 光ファイバジャイロの原理
ここで、光ファイバジャイロの原理を第2図を参照して
説明する。
説明する。
発光素子10からの光をビームスプリ・ツク12により
分割して、集光レンズ22を介してシン灼しモード光フ
ァイバ18の両端に結合する。この光ファイバ18は、
コイル状に多数回巻回されて光ファイ/ N+ループす
なわちセンサコイル20を構成しており、その両端に人
力された光がセンサコイル20を右回り(CW)と左回
り(CCW)に伝搬する。そのとき、センサコイル20
が角速度Ωで回転してし)ると、右回り光、左回り光に
位相差へ〇が生じ、八〇を測定することによって角速度
Ωを検出するものである。
分割して、集光レンズ22を介してシン灼しモード光フ
ァイバ18の両端に結合する。この光ファイバ18は、
コイル状に多数回巻回されて光ファイ/ N+ループす
なわちセンサコイル20を構成しており、その両端に人
力された光がセンサコイル20を右回り(CW)と左回
り(CCW)に伝搬する。そのとき、センサコイル20
が角速度Ωで回転してし)ると、右回り光、左回り光に
位相差へ〇が生じ、八〇を測定することによって角速度
Ωを検出するものである。
センサコイル20の中を右回りに伝搬した光及び左回り
に伝搬した光の電界の強さE c W XE c c
w は、次のように表される。
に伝搬した光の電界の強さE c W XE c c
w は、次のように表される。
但し、Er−、Et:左回り光及び右回り光の振幅ω:
先の角周波数 t:時間 △θ:サニャック効果による位相差 そのように位相差へ〇が生じた左回り光と右回り光とを
ビームスブリック12で合成して、受光素子26に入射
する。その受光素子26の検出強度から、位相差△θを
知ることができる。その位相差△θは、次のように表す
ことができる。
先の角周波数 t:時間 △θ:サニャック効果による位相差 そのように位相差へ〇が生じた左回り光と右回り光とを
ビームスブリック12で合成して、受光素子26に入射
する。その受光素子26の検出強度から、位相差△θを
知ることができる。その位相差△θは、次のように表す
ことができる。
・・・・(2)
但し、L:センサコイルのファイバ長
a;センザコイルの半径
C:真空中の光速度
λ:光の波長
Ω:回転角速度
これをザニャック効果という。
以上が、光ファイバジャイロの原理及び基本構成である
。
。
しかしながら、以上のような光ファイバジャイロにおい
ては、右回り光はビームスプリッタ12を2回透過し、
左回り光はビームスブリック12で2回反射する。この
ように反射と透過の回数が異なると、回転によらない位
相差が生じる。そこで、通常、第5図に示すようにビー
ムスプリッタを2つ使用する。
ては、右回り光はビームスプリッタ12を2回透過し、
左回り光はビームスブリック12で2回反射する。この
ように反射と透過の回数が異なると、回転によらない位
相差が生じる。そこで、通常、第5図に示すようにビー
ムスプリッタを2つ使用する。
更に、センサコイル20の両端からの出射光を合成する
際平面波にして干渉させることが理想的であるが、実際
にはレンズ22のデフォーカスの影響で完全な平面波と
はならず、これが雑音となって光ファイバジャイロの検
出性能を劣化させる原因となる。
際平面波にして干渉させることが理想的であるが、実際
にはレンズ22のデフォーカスの影響で完全な平面波と
はならず、これが雑音となって光ファイバジャイロの検
出性能を劣化させる原因となる。
そのため、発光素子10からの出射光を直接センサコイ
ル20の両)!1k(に入射させるのではなく、第5図
に示すように、シングルモード光ファイバなどで構成さ
れるモードフィルタファイバ16を介して入射させて、
完全な平面波成分をとりだしている。
ル20の両)!1k(に入射させるのではなく、第5図
に示すように、シングルモード光ファイバなどで構成さ
れるモードフィルタファイバ16を介して入射させて、
完全な平面波成分をとりだしている。
このように、発光素子からの光をモードフィルタを透過
させるには、上記した2つのビームスプリッタが必要で
ある。
させるには、上記した2つのビームスプリッタが必要で
ある。
一般に、光ファイバジャイロでは、受光素子26で検出
される光量によって回転角速度を計測するので、検出感
度を向上させるには受光素子26への入射光量を増加す
る必要がある。
される光量によって回転角速度を計測するので、検出感
度を向上させるには受光素子26への入射光量を増加す
る必要がある。
しかし、従来の光ファイバジャイロにおいては、第5図
に示すAn<、センサコイルの両☆:(:に光が結合さ
れるときを除いて、ビームスプリッタを通過するたびに
分岐光の一方が捨てられる。発光素子と受光素子との間
のビームスブリック12では両方向の通過ごとにエネル
ギが半減し、センサコイル20の両端から出射した光ビ
ームが、ハーフミラ−のようなビームスブリック14を
介してモードフィルタファイバ16に入射する際も、右
回り光の反射光及び左回り光の透過光はモードフィルタ
ファイバ16に伝搬することなく消失し、伝搬光量は半
減する。このような光エネルギの損失は、高感度を確保
する上で問題があった。
に示すAn<、センサコイルの両☆:(:に光が結合さ
れるときを除いて、ビームスプリッタを通過するたびに
分岐光の一方が捨てられる。発光素子と受光素子との間
のビームスブリック12では両方向の通過ごとにエネル
ギが半減し、センサコイル20の両端から出射した光ビ
ームが、ハーフミラ−のようなビームスブリック14を
介してモードフィルタファイバ16に入射する際も、右
回り光の反射光及び左回り光の透過光はモードフィルタ
ファイバ16に伝搬することなく消失し、伝搬光量は半
減する。このような光エネルギの損失は、高感度を確保
する上で問題があった。
発明が解決しようとする問題点
従来の光ファイバジャイロにおいては、上記した如く、
光ビームがハーフミラ−のようなビームスプリッタを通
過するごとに伝搬光量が半減するため、これが、受光素
子で検出される光量によって回転角速度を計測する光フ
ァイバジャイロの検出感度を劣化させ、高感度を確保す
ることは難しかった。
光ビームがハーフミラ−のようなビームスプリッタを通
過するごとに伝搬光量が半減するため、これが、受光素
子で検出される光量によって回転角速度を計測する光フ
ァイバジャイロの検出感度を劣化させ、高感度を確保す
ることは難しかった。
そこで、本発明は、上記のビームスプリッタにおける伝
搬光量の損失を防止し、高感度な光ファイバジャイロを
提供せんとするものである。
搬光量の損失を防止し、高感度な光ファイバジャイロを
提供せんとするものである。
問題点を解決するための手段
本発明の発明者は、」二記目的に鑑みて、第5図のビー
ムスブリック14での半減を少くとも回避せんと研究し
て、本発明を完成した。
ムスブリック14での半減を少くとも回避せんと研究し
て、本発明を完成した。
すなわち、本発明によるならば、第1図に示すように、
発光素子IOと、多数回コイル状に巻回されたセンサコ
イル部分20を含み且つ前記発光素子10からの光が分
岐されて両端に結合され該センサコイルを両方向に伝搬
した光を両端から出力する光ファイバ18と、該光ファ
イバを伝搬した両回り光を受ける受光素子26とを具備
し、前記センサコイル20が回転したときに生ずる両回
り光間の位相差から回転角速度を測定する光ファイバジ
ャイロにおいて、上記発光素子10からの出射光を上記
センサコイル20の両端に結合するだめの分岐素子とし
て、位相定数の等しい対称な導波路構造を有する2つの
入力端と該人力y;M導波路の位相定数より一方の位相
定数が大きくもう一方の位相定数が小さい非対称な導波
路構造を有する2つの出力端からなる非対称X字型4端
子分岐合流素子44を備えることを特徴とする光ファイ
バジャイロが提供される。
発光素子IOと、多数回コイル状に巻回されたセンサコ
イル部分20を含み且つ前記発光素子10からの光が分
岐されて両端に結合され該センサコイルを両方向に伝搬
した光を両端から出力する光ファイバ18と、該光ファ
イバを伝搬した両回り光を受ける受光素子26とを具備
し、前記センサコイル20が回転したときに生ずる両回
り光間の位相差から回転角速度を測定する光ファイバジ
ャイロにおいて、上記発光素子10からの出射光を上記
センサコイル20の両端に結合するだめの分岐素子とし
て、位相定数の等しい対称な導波路構造を有する2つの
入力端と該人力y;M導波路の位相定数より一方の位相
定数が大きくもう一方の位相定数が小さい非対称な導波
路構造を有する2つの出力端からなる非対称X字型4端
子分岐合流素子44を備えることを特徴とする光ファイ
バジャイロが提供される。
期
以上のような光ファイバジャイロにおいて、発光素子か
らの光は、上記非対称X字型4端子分岐合流素子で2つ
の光線に分けられ、右回り光(CW)、左回り光(CC
W )として、光ファイバの中を伝搬する。このとき、
センサコイルが受ける回転によって、右回り光と左回り
光の間で位相差Δθが発生する。
らの光は、上記非対称X字型4端子分岐合流素子で2つ
の光線に分けられ、右回り光(CW)、左回り光(CC
W )として、光ファイバの中を伝搬する。このとき、
センサコイルが受ける回転によって、右回り光と左回り
光の間で位相差Δθが発生する。
光ファイバを伝搬した右回り光と左回り光は、光ファイ
バから出射して、上記非対称X字型4端子分岐合流素子
で合成され、モードフィルタファイバに入射する。
バから出射して、上記非対称X字型4端子分岐合流素子
で合成され、モードフィルタファイバに入射する。
モードフィルタファイバを伝搬した光ビームは、受光素
子に入射する。
子に入射する。
受光素子は、光強度に比例した電気信号を発生する。最
も簡単に、右回り光と左回り光との和を受光素子で二乗
検波すると、出力■は、I ” (1+cos(Δθ)
) という形になり、△θを表わす信号が得られる。
も簡単に、右回り光と左回り光との和を受光素子で二乗
検波すると、出力■は、I ” (1+cos(Δθ)
) という形になり、△θを表わす信号が得られる。
以上のように基本的な動作は従来の光ファイバジャイロ
と変わらない。しかし、非対称X字型4端子分岐合流素
子44により光エネルギの半減が防止される。この非対
称X字型4端子分岐合流素子は、第3図に示すように、
4つのtll−モート光導波路を一点で結び合せた形状
を有し、左手部では上下対称、右半部では導波路幅が異
なり非対称となっている。このような非対称X字型4端
子分岐合流素子は、井筒、松原、末田「導波型光ビーl
、スプリッタを用いた微小振動検出素子」電子通信学会
総合全国大会論文集、 330.昭和57年に詳しく
示されている。
と変わらない。しかし、非対称X字型4端子分岐合流素
子44により光エネルギの半減が防止される。この非対
称X字型4端子分岐合流素子は、第3図に示すように、
4つのtll−モート光導波路を一点で結び合せた形状
を有し、左手部では上下対称、右半部では導波路幅が異
なり非対称となっている。このような非対称X字型4端
子分岐合流素子は、井筒、松原、末田「導波型光ビーl
、スプリッタを用いた微小振動検出素子」電子通信学会
総合全国大会論文集、 330.昭和57年に詳しく
示されている。
このような非対称X字型4端子分岐合流素子は、以下の
ように動作する。
ように動作する。
まず、第4−a図に示すように、光波が対称側の2つの
導波路のうち分枝■に人力された場合、非対称側に出力
される光波は同位相で遇モードと奇モードとに2等分さ
れる。
導波路のうち分枝■に人力された場合、非対称側に出力
される光波は同位相で遇モードと奇モードとに2等分さ
れる。
そのように2分割された光波が非対称側から人力される
場合には、上述の過程が逆にたどられることになり、基
本的な動作は同じである。ずなわち、第4−b図に示す
ように、非対称側から同位相の遇モードと奇モード光波
が人力する場合、対称側の分枝Iより光波が出力する。
場合には、上述の過程が逆にたどられることになり、基
本的な動作は同じである。ずなわち、第4−b図に示す
ように、非対称側から同位相の遇モードと奇モード光波
が人力する場合、対称側の分枝Iより光波が出力する。
また、図示していないが、非対称側から逆位相の光波が
入力する場合、対称側の分枝■より光波が出力する。
入力する場合、対称側の分枝■より光波が出力する。
従って、この非対称X字型4端子分岐合流素子は、光が
ビームセンサコイルの両端に入射する際、即ち分岐時に
は、通常のハーフミラ−のようなビームスプリッタと同
様に機能する。
ビームセンサコイルの両端に入射する際、即ち分岐時に
は、通常のハーフミラ−のようなビームスプリッタと同
様に機能する。
一方、光ビームがセンサコイルの両端から出射する際、
即ち合成時には、第5図に示す通常の/S−フミラーの
ようなビームスブリック14では、右回り光の透過光と
左回り光の反射光のみが元の光路に戻り、右回り光の反
射光と左回り光の透過光は消失し、伝1#、光量は半減
するのに対し、上記非対称X字型4端子分岐合流素子を
用いれば、両回り光の位相差は通常π/4以下であり、
大半の光ビームは元の光路に戻ることになる。
即ち合成時には、第5図に示す通常の/S−フミラーの
ようなビームスブリック14では、右回り光の透過光と
左回り光の反射光のみが元の光路に戻り、右回り光の反
射光と左回り光の透過光は消失し、伝1#、光量は半減
するのに対し、上記非対称X字型4端子分岐合流素子を
用いれば、両回り光の位相差は通常π/4以下であり、
大半の光ビームは元の光路に戻ることになる。
この結果、受光素子に到達する光量は、従来のハーフミ
ラ−のようなビームスプリッタを使用し1ま た場合の2倍近くになり、S/N比が大きく改善される
ことになる。
ラ−のようなビームスプリッタを使用し1ま た場合の2倍近くになり、S/N比が大きく改善される
ことになる。
実施例
以下添付図面を参照して本発明による光ファイバジャイ
ロの実施例を説明する。
ロの実施例を説明する。
第6図は、本発明を実施した位相変調方式光ファイハロ
の1実施例の構成を示した図である。なお、光ファイバ
ジャイロの最小構成については、イセキール ニス、及
びアーディティ エイチ。
の1実施例の構成を示した図である。なお、光ファイバ
ジャイロの最小構成については、イセキール ニス、及
びアーディティ エイチ。
ジュー、「光フアイバ回転センサ」スプリンガーーフェ
アラーク ベルリン(Bzekil S、 and 八
rdittyH,J、 ”Piber 0ptic R
otation 5ensorsll、 Spring
er−Verlag Berlin、> 1982に詳
しい説明がある。
アラーク ベルリン(Bzekil S、 and 八
rdittyH,J、 ”Piber 0ptic R
otation 5ensorsll、 Spring
er−Verlag Berlin、> 1982に詳
しい説明がある。
図示の位相変調方式光ファイバジャイロにおいては、半
導体レーザなどの発光素子30が設けられ、レーザ駆動
電源32のような電源により駆動されて、可干渉性光ビ
ームを発生する。なお、発光素子30としては、l1e
−Neレーザのようなガスレーザや、スーパルミネッセ
ントダイオードなども使用できる。
導体レーザなどの発光素子30が設けられ、レーザ駆動
電源32のような電源により駆動されて、可干渉性光ビ
ームを発生する。なお、発光素子30としては、l1e
−Neレーザのようなガスレーザや、スーパルミネッセ
ントダイオードなども使用できる。
その発光素子30が発生ずる光ビームは、レンズ34を
介して、ハーフミラ−36のようなビームスプリッタに
送られる。その)飄−フミラー36を透過した光ビーム
は、レンズ38を介して、モードフィルタファイバ40
の一端に結合される。
介して、ハーフミラ−36のようなビームスプリッタに
送られる。その)飄−フミラー36を透過した光ビーム
は、レンズ38を介して、モードフィルタファイバ40
の一端に結合される。
モードフィルタファイバ40の他端から出力された光ビ
ームは、結合レンズ42を介して、非対称X字型4端子
分岐合流素子44の入力端の分岐Iに送られる。非対称
X字型4端子分岐合流素子44で2つに分けられた光ビ
ームは、それぞれ結合レンズ46及び48を介して、光
ファイバ50の両端に結合される。
ームは、結合レンズ42を介して、非対称X字型4端子
分岐合流素子44の入力端の分岐Iに送られる。非対称
X字型4端子分岐合流素子44で2つに分けられた光ビ
ームは、それぞれ結合レンズ46及び48を介して、光
ファイバ50の両端に結合される。
光ファイバ50は、光フアイバセンサを構成するように
、多数回コイル状に巻かれてセンサコイル52と、角周
波数ω、で駆動されるピエゾ半導体素子またはLN○素
子(L i N b Osを材料とした素子)のような
位相変調素子54に巻き付けられた光ファイバの位相変
調部56とからなっている。
、多数回コイル状に巻かれてセンサコイル52と、角周
波数ω、で駆動されるピエゾ半導体素子またはLN○素
子(L i N b Osを材料とした素子)のような
位相変調素子54に巻き付けられた光ファイバの位相変
調部56とからなっている。
光ファイバ50を右回りと左回りとに伝搬した光ビーム
は、光ファイバ5oの両端からそれぞれ結合レンズ46
及び48を介して出力されて、非対称X字型4端子分岐
合流素子44により合成され、更に、結合レンズ42を
介してモードフィルタファイバ4゜の他端に結合される
。
は、光ファイバ5oの両端からそれぞれ結合レンズ46
及び48を介して出力されて、非対称X字型4端子分岐
合流素子44により合成され、更に、結合レンズ42を
介してモードフィルタファイバ4゜の他端に結合される
。
そして、モードフィルタファイバ40を伝搬した光ビー
ムは、ハーフミラ−36で反射されて、レンズ58を介
して、受光朱子6oに入射する。
ムは、ハーフミラ−36で反射されて、レンズ58を介
して、受光朱子6oに入射する。
その受光素子60の電気出力は、プリアンプ62を介し
て、同期検波器64の”入力に接続されている。
て、同期検波器64の”入力に接続されている。
その同期検波器64は、発振器66から角周波数ω、が
供給されている。一方、上記した位相変調素子54は、
発振器66から角周波数ω1を受ける位相変調素子駆動
回路68により角周波数ω1で駆動される。
供給されている。一方、上記した位相変調素子54は、
発振器66から角周波数ω1を受ける位相変調素子駆動
回路68により角周波数ω1で駆動される。
従って、同期検波器64は、受光素子60の出力を角周
波数ω7で同期検波し角周波数ω□の成分を含む信号を
ローパスフィルタ70に出力し、そのローパスフィルタ
70は、角周波数ω、の成分の電圧信号を出力する。
波数ω7で同期検波し角周波数ω□の成分を含む信号を
ローパスフィルタ70に出力し、そのローパスフィルタ
70は、角周波数ω、の成分の電圧信号を出力する。
以上のように構成される位相変調方式光ファイバジャイ
ロは、次のように動作する。
ロは、次のように動作する。
電源32により駆動される発光素子30からの光ビーム
は、レンズ34を介して、ハーフミラ−36に送られ、
そのハーフミラ−36を透過した光ビームは、レンズ3
8を介して、モードフィルタファイバ40の一端に結合
される。モードフィルタファイバ40を伝搬した光は、
非対称X字型4端子分岐合流素子44で2つに分けられ
、それぞれ結合レンズ46及び48を介して、光ファイ
バ50の両☆;11に結合される。
は、レンズ34を介して、ハーフミラ−36に送られ、
そのハーフミラ−36を透過した光ビームは、レンズ3
8を介して、モードフィルタファイバ40の一端に結合
される。モードフィルタファイバ40を伝搬した光は、
非対称X字型4端子分岐合流素子44で2つに分けられ
、それぞれ結合レンズ46及び48を介して、光ファイ
バ50の両☆;11に結合される。
光ファイバ50に入力された光ビームは、回転を受けて
いるセンサコイル52の部分で位相差ができ、また、位
相変調素子駆動回路68によって角周波数ω□の交流で
駆動される位相変調素子54に巻き付けられた部分56
において位相変調される。
いるセンサコイル52の部分で位相差ができ、また、位
相変調素子駆動回路68によって角周波数ω□の交流で
駆動される位相変調素子54に巻き付けられた部分56
において位相変調される。
そのように光ファイバ50において位相差ができ且つ位
相変調された右回り光ビームと左回り光ビームは、光フ
ァイバ50の両端からそれぞれ結合レンズ46及び48
を介して出力されて、非対称X字型4端子分岐合流素子
44により合成され、更に、しンズ42を介してモード
フィルタファイバ40の他端に結合される。そして、モ
ードフィルタファイバ40に結合された光ビームは、ハ
ーフミラ−36によってレンズ58を介して受光素子6
0に入射する。
相変調された右回り光ビームと左回り光ビームは、光フ
ァイバ50の両端からそれぞれ結合レンズ46及び48
を介して出力されて、非対称X字型4端子分岐合流素子
44により合成され、更に、しンズ42を介してモード
フィルタファイバ40の他端に結合される。そして、モ
ードフィルタファイバ40に結合された光ビームは、ハ
ーフミラ−36によってレンズ58を介して受光素子6
0に入射する。
ここで、以上のような位相変調方式光ファイバジャイロ
において、位相変調がないとすると、光ファイバ50を
左回りに伝搬した光の振幅E c c w及び光ファイ
バ50を右回りに伝搬した光の振幅E c wは、上記
した(1)式のように表される。
において、位相変調がないとすると、光ファイバ50を
左回りに伝搬した光の振幅E c c w及び光ファイ
バ50を右回りに伝搬した光の振幅E c wは、上記
した(1)式のように表される。
これに対して、位相変調素子54を駆動すると、光ファ
イバ50を左回りに伝搬した光の振幅E e CW及び
光ファイバ50を右回りに伝搬した光の振幅E cwは
次のように表される。
イバ50を左回りに伝搬した光の振幅E e CW及び
光ファイバ50を右回りに伝搬した光の振幅E cwは
次のように表される。
E c c w ” E + S l n ((n を
十△θ/ 2 +bsin(ω、t+φ/2))E c
w ” E 2 S l n (ωt−△θ/ 2
+ bsin(ω1t−φ/2))b:変調度 以上のような2つの光を重ね合せて受光素子60で受光
すると、その受光素子60の出力S(八〇、1)は、次
のように表される。
十△θ/ 2 +bsin(ω、t+φ/2))E c
w ” E 2 S l n (ωt−△θ/ 2
+ bsin(ω1t−φ/2))b:変調度 以上のような2つの光を重ね合せて受光素子60で受光
すると、その受光素子60の出力S(八〇、1)は、次
のように表される。
=DC成分
φ
+ 2 E + E2 J + (2bsin−)co
s ω、t−5in△θφ −2EI E2 J2(2bsin−)cos 2 t
nffit−coSΔθ+高次成分
・・・(3)但し、Jはベッセル関数 となる。
s ω、t−5in△θφ −2EI E2 J2(2bsin−)cos 2 t
nffit−coSΔθ+高次成分
・・・(3)但し、Jはベッセル関数 となる。
従って、受光素子60の電気出力が、プリアンプ62を
介して、発振器66から位相変調素子54の駆動角周波
数ω、を参照周波数として受けている同期検波器64に
人力されて、位相変調素子54の変調角周波数ω□で同
期検波すると、その検波で(Bれる出力V(]は Vo =C5in△θ =C5in(4πI−aΩ/C/り−・(/1.)但し
、C:定数 となる。かくして、同期検波器64の出力を受けるロー
パスフィルタ70は、位相変調素子の変調角周波数ω。
介して、発振器66から位相変調素子54の駆動角周波
数ω、を参照周波数として受けている同期検波器64に
人力されて、位相変調素子54の変調角周波数ω□で同
期検波すると、その検波で(Bれる出力V(]は Vo =C5in△θ =C5in(4πI−aΩ/C/り−・(/1.)但し
、C:定数 となる。かくして、同期検波器64の出力を受けるロー
パスフィルタ70は、位相変調素子の変調角周波数ω。
成分の振幅から回転角速度に比例する量△θを示ず電気
信号を出力する。
信号を出力する。
以上述べたように、本発明を実施した位相変調方式光フ
ァイバジャイロは、センザコイルの両端からハーフミラ
−のようなビームスプリッタを介してモードフィルタフ
ァイバに入射する際、半減していた伝搬光量の損失を、
上記の非対称X字型4端子分岐合流素子を使用すること
により解消する。
ァイバジャイロは、センザコイルの両端からハーフミラ
−のようなビームスプリッタを介してモードフィルタフ
ァイバに入射する際、半減していた伝搬光量の損失を、
上記の非対称X字型4端子分岐合流素子を使用すること
により解消する。
従って、光ファイバジャイロにおいて、伝搬光の光量損
失による検出感度の劣化を防止することができ、最小検
出角速度の向上、ずなわぢ高感度を確保することができ
る。
失による検出感度の劣化を防止することができ、最小検
出角速度の向上、ずなわぢ高感度を確保することができ
る。
3と明の効果
以上の説明から明らかなように、本発明による光ファイ
バジャイロは、伝搬光の光量損失を防止して高感度を確
保する。従って、本発明による光ファイバは、広い範囲
にわたって活用することができる。
バジャイロは、伝搬光の光量損失を防止して高感度を確
保する。従って、本発明による光ファイバは、広い範囲
にわたって活用することができる。
第1図は、本発明による光ファイバジャイロの原理を図
解する光学S統図である。 第2図は、光ファイバジャイロの原理を説明する基本構
成図である。 第3図は、非対称X字型4端子分岐合流素子の構成を説
明する基本構成図である。 第4図は、非対称X字型4端子分岐合流素子の基本的動
作を示した図である。第4−a図は、対行側の一方の導
波路に光波が人力された場合、第4−、 b図は非対称
側に同位相の光波が人力された場合の動作をそれぞれ示
す。 第5図は、従来の光ファイバジャイロの原理を図解する
光学系統図である。 第6図は、本発明による光ファイバジャイロの−の実施
例の構成を示すブロック図である。 (主な参照番号) 10・・発光素子、 12.14・・ビームスプリッタ
、)6・・モートフィルタファイバ、 18・・光ファイバ、20・・センザコイル、22・・
レンズ、 26・・受光素子 30・・発光素子、32・・駆動電源、36・・ハーフ
ミラ−1 40・・モードフィルタファイバ、 44・・非対称X字型4端子分岐合流素子、5D・・光
ファイバ、52・・センザコイル、54・・位相変調素
子、 56・・光ファイバの位相変調部、 60・・受光素子、64・・同期検波器、66・・発振
器、68・・位相変調素子駆動回路、70・・ローパス
フィルタ、 特許出願人 工業技術院長 等 々 力 達区
区 /′v5+ @ 韓
解する光学S統図である。 第2図は、光ファイバジャイロの原理を説明する基本構
成図である。 第3図は、非対称X字型4端子分岐合流素子の構成を説
明する基本構成図である。 第4図は、非対称X字型4端子分岐合流素子の基本的動
作を示した図である。第4−a図は、対行側の一方の導
波路に光波が人力された場合、第4−、 b図は非対称
側に同位相の光波が人力された場合の動作をそれぞれ示
す。 第5図は、従来の光ファイバジャイロの原理を図解する
光学系統図である。 第6図は、本発明による光ファイバジャイロの−の実施
例の構成を示すブロック図である。 (主な参照番号) 10・・発光素子、 12.14・・ビームスプリッタ
、)6・・モートフィルタファイバ、 18・・光ファイバ、20・・センザコイル、22・・
レンズ、 26・・受光素子 30・・発光素子、32・・駆動電源、36・・ハーフ
ミラ−1 40・・モードフィルタファイバ、 44・・非対称X字型4端子分岐合流素子、5D・・光
ファイバ、52・・センザコイル、54・・位相変調素
子、 56・・光ファイバの位相変調部、 60・・受光素子、64・・同期検波器、66・・発振
器、68・・位相変調素子駆動回路、70・・ローパス
フィルタ、 特許出願人 工業技術院長 等 々 力 達区
区 /′v5+ @ 韓
Claims (2)
- (1)発光素子と、多数回コイル状に巻回されたセンサ
コイル部分を含み且つ前記発光素子からの光が分岐され
て両端に結合され該センサコイルを両方向に伝搬した光
を両端から出力する光ファイバと、該光ファイバを伝搬
した両回り光を受ける受光素子とを具備し、前記センサ
コイルが回転したときに生ずる両回り光間の位相差から
回転角速度を測定する光ファイバジャイロにおいて、上
記発光素子からの出射光を上記センサコイルの両端に結
合するための分岐素子として、位相定数の等しい対称な
導波路構造を有する2つの入力端と該入力端導波路の位
相定数より一方の位相定数が大きくもう一方の位相定数
が小さい非対称な導波路構造を有する2つの出力端から
なる非対称X字型4端子分岐合流素子を備えることを特
徴とする光ファイバジャイロ。 - (2)前記発光素子と前記受光素子は、第2の分岐素子
を介してモードフィルタの一端に結合されており、該モ
ードフィルタの他端が前記非対称X字型4端子分岐合流
素子の入力端の一方に結合されてい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。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8217686A JPS62239016A (ja) | 1986-04-11 | 1986-04-11 | 光フアイバジヤイロ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8217686A JPS62239016A (ja) | 1986-04-11 | 1986-04-11 | 光フアイバジヤイロ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS62239016A true JPS62239016A (ja) | 1987-10-19 |
Family
ID=13767123
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP8217686A Pending JPS62239016A (ja) | 1986-04-11 | 1986-04-11 | 光フアイバジヤイロ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS62239016A (ja) |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS58202406A (ja) * | 1982-05-20 | 1983-11-25 | Masayuki Izutsu | 導波形光ビ−ム・スプリツタ |
JPS59195220A (ja) * | 1983-04-20 | 1984-11-06 | Masayuki Izutsu | 光学的検出装置 |
-
1986
- 1986-04-11 JP JP8217686A patent/JPS62239016A/ja active Pending
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS58202406A (ja) * | 1982-05-20 | 1983-11-25 | Masayuki Izutsu | 導波形光ビ−ム・スプリツタ |
JPS59195220A (ja) * | 1983-04-20 | 1984-11-06 | Masayuki Izutsu | 光学的検出装置 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4117030B2 (ja) | 3軸光ファイバ・ジャイロスコープ | |
JP2002532705A5 (ja) | ||
EP0502196B1 (en) | Optical interference angular velocity meter | |
EP0078931A1 (en) | Angular rate sensor | |
RU2762530C1 (ru) | Интерферометрический волоконно-оптический гироскоп | |
JPS62239016A (ja) | 光フアイバジヤイロ | |
RU2676835C1 (ru) | Оптический смеситель излучения с применением призм из оптически активных материалов | |
JPH0447214A (ja) | 光ファイバジャイロスコープ | |
JPS63138208A (ja) | 位相変調方式光フアイバジヤイロ | |
GB2028496A (en) | Interferometer gyro | |
JPS62239012A (ja) | 光フアイバジヤイロ | |
JPS62239015A (ja) | 光フアイバジヤイロ | |
JPS61283812A (ja) | 広いダイナミツクレンジを有する光フアイバジヤイロ | |
JPS6280512A (ja) | 光フアイバジヤイロ | |
JPH0354283B2 (ja) | ||
JPS62212514A (ja) | 光フアイバジヤイロ | |
JPS622121A (ja) | 光フアイバジヤイロスコ−プ | |
JPS6288385A (ja) | 半導体レ−ザジヤイロスコ−プ | |
JPS6135486B2 (ja) | ||
JPS61246615A (ja) | 光学式ジヤイロスコ−プ | |
JPH0633367Y2 (ja) | 光フアイバジヤイロ | |
JPS62123310A (ja) | 回転角速度検出器 | |
JPS5963512A (ja) | 光フアイバ・ジヤイロスコ−プ | |
JPS61284607A (ja) | 光フアイバジヤイロ | |
JPS61277013A (ja) | 光フアイバセンサ |