JPWO2003021188A1 - 光ジャイロスコープ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

光ジャイロスコープ（１００）は、検知導光体（１００Ｓ）と、光測定基板（１４０）とを有する。検知導光体（１００Ｓ）は、導光層（１１０，１２０）と、保護層（１３０）とが交互に積層配置されてなる。導光層（１１０，１２０）にはそれぞれ渦巻状の導光路部が設けられ、この導光路部が上記保護層（１３０）を介して相互に光学的に接続され、一体の導光路（１００Ｌ）を構成している。導光路（１００Ｌ）の一端（１００Ｌａ）は光測定基板（１４０）にそのまま接続され、他端（１００Ｌｂ）は光ファイバー（１４３）を介して光測定基板（１４０）に接続されている。

Description

技術分野
本発明は光ジャイロスコープ及びその製造方法に係り、特に、回転運動を検出するための検知コイル等の感知部分の構造として好適な実体構成に関する。
背景技術
一般に、ジャイロスコープとしては、回転輪式あるいは機械式のジャイロスコープが長年使用されてきた。しかし、この種のジャイロスコープでは、部品にきわめて高い形状精度が要求されることから部品コストが高くなってしまうとともに、機械的摺動部分が存在することから耐久性に欠けるという問題点があった。
上記問題点を回避するために、光学的に姿勢変化を検出するように構成された光ジャイロスコープが提案されている。光ジャイロスコープは、通常、閉じた光ループを相互に逆回りに伝播する２つの光波間に、回転に比例した位相差が生ずるというサニャック効果を用いている。光ジャイロスコープの方式としては、上記の２つの光波の干渉を測定する干渉方式、フィネスの高い光リング共振器を構成してサニャック効果による光共振周波数の変化を測定する共振方式、高出力の入射光によりファイバー内で引き起こされる誘導ブリルアン散乱光によりレーザを構成するリングレーザー方式などがある。
また、光ジャイロスコープとしては、その構成素材等により、光源としてガスレーザを用いるもの、半導体レーザを用いるもの、発光ダイオードを用いるものなどがあり、また、光ループを構成するものとして、光学共振器を用いるもの、光ファイバーを用いるものなど、種々のものが提案されている。
従来技術の具体例を挙げると、例えば、特公平８−２７１９４号公報は、光ファイバー製の検知コイルを備えた干渉方式の光ファイバージャイロスコープを開示している。また、特開平５−２８８５５６号公報は、ｐｎ接合を有する半導体基板上にリング共振器を構成し、このリング共振器と重なる電極からキャリアを注入してレーザ発振を生じさせ、リング共振器から放出される２つの光波の干渉信号を別途設けた電極によって検出する半導体レーザジャイロを開示している。
しかしながら、上記特公平８−２７１９４号公報に記載された光ファイバージャイロスコープなどのような干渉方式のジャイロスコープにおいては、長い光路長（数メートルから数キロメートル）が必要になるため、光ファイバーを用いても感知部分の寸法が大きくなってしまうという問題点がある。特に、光ファイバーは導光路を構成するコアの周囲にクラッドと呼ばれる保護層が形成され、全体としてはかなり大きな容積を占有することになる。したがって、車載用や携帯機器用などに用いる場合、これらの用途に好適な小さな寸法に形成することがきわめて困難である。
また、上記特開平５−２８８５５６号公報に記載された半導体レーザジャイロなどのようにリング共振器を備えたものにおいては、低い角速度でロックインと呼ばれる周波数ロック現象が発生し、回転を検出できなくなるという問題点がある。
そこで本発明は上記問題点を解決するものであり、その課題は、従来よりも小型化された光ジャイロスコープを提供することにある。また、低角速度においても支障なく検出が可能である小形の光ジャイロスコープを実現することにある。
発明の開示
上記課題を解決するために本発明の光ジャイロスコープは、光源と、周回状の導光路を備えた検知導光体と、前記検知導光体の前記導光路内を通過した光を検出する光検出器とを有する光ジャイロスコープであって、前記検知導光体は周回状の導光路部を備えた複数の導光層を有し、前記導光層は、前記導光路部が相互に光学的に接続された状態で相互に積層配置されていることを特徴とする。
本発明によれば、検知導光体において周回状の導光路部を備えた導光層が相互に積層配置され、各導光層の導光路部が相互に光学的に接続された導光路を構成していることにより、光ファイバーを用いる場合に較べて容積を低減することが可能になるとともに、導光路部を微細に構成することが容易になるので、検知導光体内において光路長の長い導光路をコンパクトに構成することができるため、光ジャイロスコープの小型化を図ることができる。また、上記のようにコンパクトな検知導光体内に長い光路長を有する導光路を構成できるので、ロックインを生ずるリング共振器を構成する必要がなく、低回転速度においても支障なく計測を行うことができる光ジャイロスコープを実現できる。
ここで、前記導光路部は、渦巻模様状に構成されていることが好ましい。導光路部が渦巻模様状（換言すれば、平面的な螺旋形状、或いは、平面的なスパイラル形状）に構成されていることにより、従来のように単に光ファイバーを巻回した状態にした場合とは異なり、さらに高密度に導光路を形成することができるので、光ジャイロスコープを大幅に小型化することができる。
また、内端部から外端部へ向けて所定の回転方向に渦巻模様状に伸びる前記導光路部を備えた第１導光層と、外端部から内端部へ向けて前記所定の回転方向に渦巻模様状に伸びる前記導光路部を備えた第２導光層とを有し、前記第１導光層と前記第２導光層とが交互に積層配置されていることが好ましい。この手段によれば、導光層として第１導光層と第２導光層を設け、第１導光層の外端部を第２導光層の外端部に対して光学的に接続され、第１導光層の内端部を第２導光層の内端部に対して光学的に接続されるように構成できるので、各導光層間の接続部分の所要容積を低減できることから検知導光体をさらに小型化できる。
さらに、隣接する前記導光層の前記導光路部間を光学的に接続する光学接続部を有することが好ましい。この場合、光学接続部は、隣接する前記導光層の間に設けられている場合があり、また、隣接する前記導光層の外周部若しくは内周部に亘って設けられている場合もある。導光層の外周部若しくは内周部に光学接続部が設けられている場合には、光学接続部の整合性を外部から確認し易くなったり、或いは、導光層を積層させてから光学接続部を設けることが可能になったりすることにより、検知導光体の光学的な精度を高めることが可能になるとともに製造が容易になる。ここで、導光層の外周部若しくは内周部に一体に光学接続部が設けられていてもよく、或いは、導光層の外周面上若しくは内周面上に光学接続部が取り付けられていてもよい。
本発明において、前記光学接続部は、金属層の表面で構成された反射面を含むことが好ましい。金属層の表面で構成された反射面を設けることにより、入射角の大小に拘わらず光を反射させることができるので、光を大きく偏向させることが可能になるとともに、偏向角を大きくしても光損失の増大を抑制することが可能になるため、光学接続部をコンパクトに構成できるとともに検出感度の低下を抑制することができる。
本発明において、前記光学接続部は、前記反射面として、一方の前記導光層における前記導光路部の端部に設けられた第１の反射面と、他方の前記導光層における前記導光路部の端部に設けられ、前記第１の反射面に対向配置された第２の反射面とを含むことが好ましい。隣接する導光層の導光路部の端部にそれぞれ第１の反射面と第２の反射面とを設け、これらの反射面を相互に対向配置することにより、一方の導光層内の導光路部から他方の導光層内の導光路部へと確実に光を伝播させることができ、光学接続部における光損失をさらに低減できる。
また、前記検知導光体は、前記導光路を被覆する保護材を有することが好ましい。この手段によれば、導光路を被覆する保護材を有することにより、導光路を保護することができるとともに、保護材の光学的特性を調整若しくは選択することによって導光路内に有効に光を閉じ込めることが可能になる。
この場合、前記保護材は、前記導光路よりも屈折率の低い材料で構成されていることが望ましい。導光路よりも屈折率の低い材料で構成されていることによって、導光路と保護材との境界面の界面反射によって光を有効に閉じ込めることが可能になる。
次に、本発明のさらに別の光ジャイロスコープは、光源と、周回状の導光路を備えた検知導光体と、前記検知導光体の前記導光路内を通過した光を検出する光検出器とを有する光ジャイロスコープであって、前記検知導光体は、周回状の導光路部を備えた複数の導光層と、隣接する一対の前記導光層の間に配置された保護材を含む保護層とを有し、隣接する一対の前記導光層は、前記導光路部が前記保護層を介して相互に光学的に接続された状態で積層されていることを特徴とする。
本発明によれば、導光層と保護層とが交互に配置され、保護層を介してその両側の隣接する一対の導光層の導光路部が光学的に接続されるように積層されていることにより、光ファイバーを用いる場合に較べて検知導光体をコンパクトに構成することができ、光ジャイロスコープの小型化を図ることができる。
ここで、前記導光層には、前記導光路部の周囲に平面的に配置された保護材を有することが好ましい。導光層内において導光路部の周囲に平面的に配置された保護材を有することにより、導光層内においても導光路部を保護することができるとともに、保護材の材質を適宜に設定することにより、導光路部内へ光を有効に閉じ込めることが可能になる。
また、前記保護材は、前記導光路部間の間隙を完全に埋め尽くすように構成されていることが好ましい。このように構成すると、温度変化による導光路の寸法変化等の影響を低減することができ、光ファイバーを用いる場合に較べて大幅に温度特性を改善できる。
さらに、前記保護材は、前記導光路部よりも屈折率の低い素材で構成されていることが好ましい。
また、前記導光路部は渦巻模様状に構成されていることが好ましい。
さらに、前記導光層として、内端部から外端部へ向けて所定の回転方向に渦巻模様状に伸びる前記導光路部を備えた第１導光層と、外端部から内端部へ向けて前記所定の回転方向に渦巻模様状に伸びる前記導光路部を備えた第２導光層とを有し、前記保護層を介して、前記第１導光層と前記第２導光層とが交互に積層配置されていることが好ましい。
本発明において、隣接する前記導光層の前記導光路部間を光学的に接続する光学接続部を有することが好ましい。
ここで、前記光学接続部は、隣接する前記導光層の間に設けられていることが好ましい。
また、前記光学接続部は、隣接する前記導光層の外周部若しくは内周部に亘って設けられていることが好ましい。
さらに、前記光学接続部は、金属層の表面で構成された反射面を含むことが好ましい。
前記光学接続部は、前記反射面として、一方の前記導光層における前記導光路部の端部に設けられた第１の反射面と、他方の前記導光層における前記導光路部の端部に設けられ、前記第１の反射面に対向配置された第２の反射面とを含むことが好ましい。
次に、本発明のさらに別の光ジャイロスコープは、光源と、周回状の導光路を備えた検知導光体と、前記検知導光体の前記導光路内を通過した光を検出する光検出器とを有する光ジャイロスコープであって、前記検知導光体は周回状の導光路部を備え、該導光路部の形成領域が環状に設けられた複数の導光層を有し、前記導光層は、前記導光路部が相互に光学的に接続された状態で相互に積層配置されていることを特徴とする。
導光路部の曲率半径が導光路の幅を基準としてある程度小さくなると、光の閉じ込め効果が低下するなどの問題が生じるので、導光路部の形成領域を環状に形成することにより、導光路部の曲率半径の低下を制限することができる。
この場合に、特に導光層の中心に開口部が設けられていることが好ましい。導光層が中心に開口部を有する形状（例えば環状）に形成されていることにより、開口部内に光源や光検出器などの他の構成部分を配置することが可能になるので、光ジャイロスコープをさらにコンパクトに構成できる。
ここで、前記光源及び前記光検出器は、平面的に前記導光路部の形成領域よりも中心側に配置されていることが好ましい。これにより、光ジャイロスコープをさらに小型化することができる。ここで、平面的に中心側に配置されているとは、前記導光層の形成されている平面に投影した場合に、導光路部の形成範囲よりも中心側（内側）にあることを言う。
また、前記光源及び前記光検出器と前記検知導光体との間の光学的相互作用を決定する光学回路を有する場合がある。
この場合に、前記光学回路は、平面的に前記導光路部の形成領域よりも中心側に配置されていることが好ましい。これにより、光ジャイロスコープをさらに小型化することができる。ここで、平面的に中心側に配置されているとは、前記導光層の形成されている平面に投影した場合に、導光路部の形成範囲よりも中心側（内側）にあることを言う。
なお、光ジャイロスコープとして、上記周回状の導光路へ相互に逆方向に進行する２つの光波を導入し、これらの光波の干渉を何らかの形で検出する干渉方式のものに本願発明を適用することが好ましい。このような干渉方式の光ジャイロスコープにおいては、導光路の光路長が数キロメートルにもわたる場合があり、このような場合には特に本発明の小型化の効果が顕著である。ただし、共振方式の光ジャイロスコープにおいても、数メートルから数十メートルの光路長が必要になる場合があり、このような場合にも、本願発明はきわめて有効である。
次に、本発明の光ジャイロスコープの製造方法は、光源と、周回状の導光路を備えた検知導光体と、前記検知導光体の前記導光路内を通過した光を検出する光検出器とを有する光ジャイロスコープの製造方法であって、周回状の導光路部を備えた複数の導光層を、前記導光路部が相互に光学的に接続されるように相互に積層した状態に形成することにより、前記検知導光体を構成する工程を有することを特徴とする。
本発明において、前記検知導光体を構成する工程には、複数層に亘り前記導光路部が光学的に接続された前記導光路を形成する段階と、前記導光路の周囲に保護材を充填する段階とが含まれることが好ましい。導光路を形成してから保護材を充填することにより、組み立て工程が不要になり、微細な構造でも比較的容易に構成できる。
本発明において、前記導光路を形成する段階においては、光造形法により前記導光路を形成することが好ましい。光造形法によって導光路を形成することにより、複雑な形状の導光路であっても容易に形成できる。
本発明において、前記検知導光体を構成する工程には、前記導光路部を備えた複数の前記導光層を形成する段階と、前記導光路部が相互に光学的に接続されるように前記導光層を相互に積層する段階とを含むことが好ましい。導光層を形成してから積層することによって検知導光体を構成することにより、個々の導光層を容易に形成することができるため、製造コストを低減できる。
本発明において、前記導光層を形成する段階においては、光造形法により前記導光路部を形成することが好ましい。光造形法を用いることによって渦巻き形状などの複雑な導光路部の形状を容易に形成できる。
本発明において、前記導光層を形成する段階では、前記導光路部を構成するための導光シートと、保護材で構成される保護シートとを重ね合せた状態で巻回して巻回体を構成し、該巻回体を軸線方向に分割して前記導光層を形成することが好ましい。導光シートと保護シートとを重ね合せた状態で巻回してなる巻回体を分割することによって導光層を形成することにより、製造コストを低減できる。
本発明において、前記導光層を積層する段階では、保護材で構成される保護層を介して複数の前記導光層を積層することが好ましい。
本発明において、前記保護材は、前記導光路部よりも屈折率の低い素材であることが好ましい。
発明を実施するための好ましい形態
次に、添付図面を参照して本発明に係る光ジャイロスコープの実施形態について詳細に説明する。
［第１実施形態］
図１は、本発明に係る第１実施形態の光ジャイロスコープ１００の正面図であり、図２は、光ジャイロスコープ１００の一構成要素である導光層１１０の平面図（ａ）及び正面図（ｂ）並びに保護層１３０の正面図（ｃ）であり、図３は、光ジャイロスコープ１００の一構成要素である導光層１２０の平面図（ａ）及び正面図（ｂ）である。
この光ジャイロスコープ１００は、導光層１１０と導光層１２０とが保護層１３０を介して交互に積層された検知導光体１００Ｓを備えている。検知導光体１００Ｓは全体として円筒状に形成され、その中心に貫通孔１００Ｓａが設けられている。検知導光体１００Ｓの内部には導光路１００Ｌが形成され、この導光路１００Ｌの両端１００Ｌａ、１００Ｌｂのうち、一端１００Ｌａは検知導光体１００Ｓの上部から導出され光測定基板１４０に接続されている。また、他端１００Ｌｂは検知導光体１００Ｓの下部から導出され、光ファイバー１４３を介して上記光測定基板１４０に接続されている。光ファイバー１４３は検知導光体１００Ｓの貫通孔１００Ｓａを通過して、他端１００Ｌｂと光測定基板１４０とを連結している。
導光層１１０は、図２（ａ）に示すように、渦巻模様状（すなわち、平面上に描かれた螺旋或いはスパイラル状）に形成された導光路部１１１と、この導光路部１１１の形成されていない平面領域を埋め尽くすように形成された保護材１１２とを有し、中央に開口部１１０ａを備えた孔開き板状（図示例では孔開き円板状）に形成されている。導光路部１１１は、上記導光路１００Ｌの一部を構成するものであり、上方から見た場合、内端部１１３から外端部１１４へ向けて反時計回りに回転するように構成されている。図２（ｂ）に示すように、内端部１１３は導光層１１０の板面から図示下方に突出し、外端部１１４は導光層１１０の板面から図示上方へ突出している。
また、図２（ｃ）に示すように、保護層１３０は上記導光層１１０とほぼ同様に、中央に開口部１３０ａを備えた孔開き板状（図示例では孔開き円板状）に形成されている。この保護層１３０には、隣接する導光層１１０の導光路部１１１の内端部１１３が挿入される貫通孔１３１と、外端部１１４が挿入される貫通孔１３２とが設けられている。
一方、導光層１２０は、図３（ａ）に示すように、渦巻模様状（すなわち、平面上に描かれた螺旋或いはスパイラル状）に形成された導光路部１２１と、この導光路部１２１の形成されていない平面領域を埋め尽くすように形成された保護材１２２とを有し、中央に開口部１２０ａを備えた孔開き板状（図示例では孔開き円板状）に形成されている。導光路部１２１は、上記導光路１００Ｌの一部を構成するものであり、上方から見た場合、外端部１２４から内端部１２３へ向けて反時計回りに回転するように構成されている。図３（ｂ）に示すように、内端部１２３は導光層１１０の板面から図示上方に突出し、外端部１２４は導光層１１０の板面から図示下方へ突出している。
上記検知導光体１００Ｓにおいては、保護層１３０の上記貫通孔１３１内に内端部１１３と内端部１２３とが上下から挿入され、相互に接合される。また、保護層１３０の上記貫通孔１３２内に外端部１１４と外端部１２４とが上下から挿入され、相互に接合される。その結果、導光層１１０，１２０内に形成された各導光路部１１１，１２１は相互に接合され、全体として検知導光体１００Ｓ内の上記導光路１００Ｌを構成する。すなわち、例えば、下層に配置された導光層１１０の導光路部１１１は内端部１１３から反時計回りに回転するように延長形成され、その上に隣接する保護層１３０の貫通孔１３２内に挿入された外端部１１４が、当該保護層１３０を介してさらにその上方の導光層１２０の外端部１２４に接続される。また、この導光層１２０の導光路部１２１は、その外端部１２４から反時計回りに回転するように延長形成され、その内端部１２３は、上に隣接する保護層１３０を介してさらに上方の導光層１１０の内端部１１３に接続される。このように、導光路１００Ｌは、各導光層１１０，１２０において渦巻模様状に巻回され、これが保護層１３０を介して相互に上下方向に次々と連結されてなる。
上記導光層１１０，１２０内の導光路部１１１，１２１を構成する透光素材は、計測に用いられる光線に対する光透過率が８０％以上で、屈折率１．４以上のものが好ましい。このような透光素材としては、アクリル系ポリマー、ポリメチルペンテン、可塑化ポリ塩化ビニル、酢酸ビニル−塩化ビニル共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体等が挙げられる。
導光路部１１１，１２１の断面は円形、正方形、長方形など適宜の形状とすることができ、円換算径（対象となる断面と同じ断面積を有する円形断面の直径）で使用波長以上の寸法を備えていればよい。例えば、可視光を用いる場合には通常１μｍ以上の円換算径であればよい。
また、上記渦巻模様状の導光路部１１１，１２１の曲率半径が小さくなると、導光路部１１１，１２１と、その周囲（本実施形態の場合には保護材１１２，１２２）との屈折率によって定まる全反射角を越えた角度（すなわち全反射角よりも小さい入射角）で界面に入射し、外部へ放出される光が生ずるので、上記のように、導光層１１０，１２０には、中央に導光路部１１１，１２１の形成されていない領域が設けられていることが好ましい。すなわち、導光路部１１１，１２１の形成されている領域が平面的に見て環状に形成されていることが好ましい。特に、図２及び図３に示すように中央に開口部１１０ａ，１２０ａが形成されていることが望ましい。このように導光路も保護材も配置されていない開口部が存在することによって、この開口部内に上記光ファイバー１４３等の他の導光材や光源、光検出器、基板などを配置することが可能になるため、スペースの利用効率を高めることができるから、全体として光ジャイロスコープをよりコンパクトに構成することが可能になる。
一方、上記保護材１１２，１２２や保護層１３０を構成する素材は、上記導光路部１１１，１２１内に光線を閉じ込める効果を得るために、導光路部を構成する透光素材よりも屈折率の低いものであることが好ましい。例えば、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン−フッ化ビニリデン、ポリメチルペンテン、エチレン−酢酸ビニル共重合体、酢酸ビニル−塩化ビニル共重合体等が挙げられる。
保護材１１２，１２２の厚さは、上記導光路部１１１，１２１の表面を確実に覆うことができるだけの厚さであればよく、また、保護材が透光性を有する場合には有効な光学的接合面を形成し得るだけの厚さであればよいが、例えば、１〜２０００μｍ程度あれば十分である。
上記内容では、導光路部１１１，１２１に樹脂材料を用いているが、例えば、ＳｉＯ_２−ＧｅＯ_２、ＳｉＯ_２−ＧｅＯ_２−Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２−ＧｅＯ_２−Ａｌ_２Ｏ_３−ＭｇＯなどのガラス材料を用いてもよい。この場合、上記保護材１１２，１２２にもこれらのガラス材料を用いることができる。このとき、導光路部の屈折率を保護材の屈折率よりも高くするには、組成を変えて形成すればよい。
図４は、図１に示す光測定基板１４０の構造を詳細に示す概略斜視図である。この光測定基板１４０においては、シリコン基板や絶縁基板等からなるベース基板１４１上に、ＬｉＮｂＯ_３等の圧電体からなる光回路基板（光集積回路基板）１４２が配置されている。本明細書の光回路基板としては、圧電体以外であっても、電気光学結晶などの電気光学特性を有する素材で構成されているものであればよい。ベース基板１４１上には、所定の配線パターンが形成されているとともに、半導体レーザ等で構成された光源１４４と、フォトダイオード等で構成された光検出器１４５，１４６，１４７と、半導体集積回路等の回路チップなどで構成された制御回路１４８及び処理回路１４９がそれぞれ実装されている。
光回路基板１４２には、光源１４４から放出された光を分離するビームスプリッタ等からなる光カプラ１４２ａ，１４２ｃ，１４２ｅ，１４２ｆ，１４２ｇと、入射した光を特定方向の偏光成分に変換する偏光子１４２ｂと、光を変調させる光変調器１４２ｄ，１４２ｈとが設けられている。光カプラ１４２ａは上記光源１４４及び光検出器１４５と、偏光子１４２ｂとの間の光路を分離・統合可能に構成され、光カプラ１４２ｃは偏光子１４２ｂと、光変調器１４２ｄ及び光カプラ１４２ｆとの間の光路を分離・統合可能に構成されている。光カプラ１４２ｅ，１４２ｆの先には、上記光検出器１４６，１４７にそれぞれ向かう光路と、上記検出導光体１００Ｓの導光路１００Ｌの一端１００Ｌａ、或いは、他端１００Ｌｂ（光ファイバー１４３）に接続された光路とが設けられている。光カプラ１４２ｇは、光カプラ１４２ｅ，１４２ｆと、光検出器１４６，１４７との間の光路を分離・統合可能に構成されている。
この光測定基板１４０においては、光源１４４から放出された光は偏光子１４２ｂを経て偏光になり、光カプラ１４２ｃにて分離されて２つの光波となり、光変調器１４２ｄ，１４２ｈを経て検知導光体１００Ｓ内の導光路１００Ｌに逆方向に入射する。そして、これらの２つの光波は導光路１００Ｌを逆方向に進み、再び戻ってきた両光波が光カプラ１４２ｃにて統合され、その干渉波（ビート）が偏光子１４２ｂを経て光検出器１４５にて検出される。このとき、導光路１００Ｌを伝播してきた両光波のビート信号を検出すれば、その検出信号の周波数はサニャック効果によって光ジャイロスコープ１００の回転速度に対して相関を有するものとなる。
ここで、光変調器１４２ｄは、制御回路１４８から送られる制御信号によって２πの周期を持つ鋸歯状の変調波形で光を変調（セロダイン変調）し、一方の光波の周波数を変調波形の周波数分だけシフトさせることができるので、コイル状の導光路１００Ｌを相互に逆方向に進む２つの光波間には、所定の周波数差が与えられる。そして、この周波数差が上記サニャック効果による位相変化を打ち消すように、すなわち光検出器１４５による検出値が低減されるように、上記光変調器１４２ｄによる変調周波数（セロダイン周波数）に帰還をかけることにより、結果的に、制御回路１４８による制御入力が検出値を表すものとなる。
また、光変調器１４２ｈは、正弦波状の変調を光波に加え、この変調周期で光検出器１４５の検出値を取り出すことによって光強度の変動による影響を低減するためのものである。また、本実施形態では、光検出器１４６，１４７における検出値を基準として制御回路１４８の制御入力を処理回路１４９にて処理し、処理回路１４９から回転速度及び角位置を出力するように構成されている。
なお、本実施形態では上述のようにクローズドループ型の制御方式を有する光ジャイロスコープを構成しているが、オープンループ型の制御方式となるように構成しても構わない。
本実施形態では、上記のように検知導光体１００Ｓに、複数の導光層１１０，１２０の積層配置によって構成された導光路１００Ｌが構成されているので、コアに較べて厚いクラッド層を有する光ファイバーを用いる場合に較べて、全体をコンパクトに構成することができる。特に、各導光層１１０，１２０において導光路部１１１，１２１がそれぞれ渦巻模様状（平面的な螺旋状或いはスパイラル状）に形成されているので、導光路１００Ｌの集積密度を従来よりも大幅に向上させることが可能になるため、光ジャイロスコープの大幅な小型化を図ることができる。
また、導光層１１０，１２０の間に保護層１３０を介在させた状態で積層配置していることにより、小型化した場合でも製造が容易になる。例えば、本実施形態においては、導光層１１０，１２０と保護層１３０とを別々に製作し、それらを図１に示すように積層配置することによって簡単に組み立てることが可能になる。この場合、各層間及び各導光層１１０，１２０内の導光路部の内端部及び外端部間の接続は、接着剤等による接着、加熱処理等による溶着、清浄面の精密な当接による接合など、種々の方法によって行うことが可能である。
さらに、特に合成樹脂にて導光層や保護層を製造する場合には、射出成形などの方法によって比較的容易に製造を行うことができる他、フォトリソグラフィ技術などの公知の方法による微細加工によっても製造が可能である。
上記導光層１１０，１２０において、保護材１１２，１２２は、導光路部１１１，１２１間の間隙を完全に埋め尽くすように充填されているので、熱膨張による導光路部の光路長への影響を低減することができ、温度変化による導光路の寸法変化等の影響を低減することができ、光ファイバーを用いる場合に較べて大幅に温度特性を改善できる。
上記実施形態では、導光路部の間を接続する接続領域として、保護層１３０に貫通孔１３１，１３２を形成し、これらの貫通孔１３１，１３２内に、光学接続部としての上記導光層１１０，１２０の導光路部の端部が挿入されるように構成している。すなわち、光学接続部を構成する導光路部１１１，１２１の内端部１１３，１２３及び外端部１１４，１２４は、検知導光体１００Ｓ内において隣接する導光層１１０と１２０との間に配置されている。ただし、保護層１３０の上記貫通孔１３１，１３２が設けられている空間、或いは、保護層１３０の外周面上に、導光路部１１１，１２１と同様の材質にて導光接続部を形成し、この導光接続部の露出した表面に、隣接する導光層１１０，１２０の導光路部の端部が接合されるように構成してもよい。
［第２実施形態］
次に、図５及び図６を参照して本発明に係る第２実施形態の光ジャイロスコープ２００について説明する。この光ジャイロスコープ２００は、光測定基板２４０上に、第１実施形態と同様に構成された導光層２１０，２２０が保護層２３０を介して交互に積層配置された検知導光体２００Ｓを有している。ここで、導光層２１０，２２０と、保護層２３０とからなる検知導光体２００Ｓは第１実施形態とほぼ同じ材質及び構造を備えているので、同一部分についてのそれらの説明は省略する。
この実施形態では、光測定基板２４０は、絶縁基板等からなるベース基板２４１のほぼ中央にＬｉＮｂＯ_３等の圧電体等からなる光回路基板２４２が埋め込まれ、この光回路基板２４２は、最下層の導光層２１０に設けられた導光路部の内端に対して接続部２４２ｇを介して光学的に接続され、また、最上層の導光層２２０に形成された導光路部の内端に対して、検知導光体２００Ｓの貫通孔２００Ｓａの内面上に固定された光ファイバー２４３を介して光学的に接続されている。ここで、図６に示すように、最下層の導光層２１０と接続部２４２ｇとの間には、ベース基板２４１に設けられた反射面２４１ｒが設けられ、また、最上層の導光層２２０と光ファイバー２４３との間には、光ファイバー２４３の内面にて構成された反射面２４３ｒが設けられている。これらの反射面２４１ｒ，２４３ｒは、検知導光体２００Ｓ内と光回路基板２４２又は光ファイバー２４３との間の光路を接続する。
また、ベース基板２４１には光源２４４及び光検出器２４５が実装され、また、半導体集積回路等からなる制御回路２４８もまた実装されている。光回路基板２４２内には、光カプラ２４２ａ，２４２ｂと、位相変調器２４２ｃとが設けられている。
この光測定基板２４０は、光源２４４から放出された光を光カプラ２４２ｂによって２つの光路に振り分け、一方の光波を位相変調した上で２つの光波を検知導光体２００Ｓ内の導光路へ相互に逆方向に導入させる。導光路を進んで相互に反対側の端部から導出された２つの光波は光カプラ２４２ｂにて統合され、その干渉光は光カプラ２４２ａを介して光検出器２４５にて検出される。このように、光測定基板２４０は、オープンループ型の基本的な干渉方式の検出原理を用いている。
この実施形態では、光回路基板２４２と、光源２４４、光検出器２４５、制御回路２４８がほとんど全て検知導光体２００Ｓの貫通孔２００Ｓａと平面的に重なる領域に配置されているので、光ジャイロスコープ２００を全体としてコンパクトに構成することが可能になっている。
［光造形法による検知導光体の第１製造方法］
次に、光造形法を用いた検知導光体の製造方法について説明する。光造形法は、液体を部分的に固化させていくことによって、硬化部位に応じた形状を形作るものであり、例えば、代表的な使用材料としては光硬化性樹脂が挙げられる。光硬化性樹脂としては、主材樹脂に光重合開始剤を添加したものがあり、必要に応じてさらに、造形性向上剤、安定剤、フィラー、顔料などが添加される。
主材としては、ウレタンアクリレート、エポキシアクリレー、ポリエステルアクリレート、不飽和ポリエステル、エポキシ、ビニルエーテルなどが挙げられる。また、造形性向上材としては、多官能アクリレートモノマー、単官能アクリレートなどが挙げられる。さらに、光重合開始剤としては、ベンゾインイソプロピルエーテル、ベンゾフェノン、ミヒラーズケトン、クロロチオキサントン、イソプロピルチオキサントン、ベンジルジメチルケタール、アセトフェノンジエチルケタール、α−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、２−ヒドロキシ−２−メチル・フェニルプロパンなどが挙げられる。
上記の光硬化性樹脂に硬化作用を生起させるための光として、高いエネルギーを有する紫外線を用いる場合が多く、また、光源としては、照射エネルギーの大きいレーザを用いる場合が多い。紫外線レーザの一般的な発振波長範囲は、２６０〜４５０ｎｍである。
図７には、光造形法を用いて上記導光路部を形成する様子を示す。容器３０１内に未硬化樹脂Ｌを入れる。この未硬化樹脂Ｌ内には、支持部材３０２を配置して、支持部材の支持面３０２ａ上に薄く未硬化樹脂Ｌがかぶる状態で位置決めする。ここに、レーザ発振器等からなる光源３０３から放出された光を、光学系３０４を介して上記支持面３０２ａ上に照射する。光が照射された部分は、図示のように固化して硬化樹脂Ｓとなる。そして、この支持面３０２ａ上の照射スポットを支持面３０２ａ上にて周回状に、例えば渦巻状に移動させていくことによって、支持面３０２ａ上に図２、図３及び図５に示す導光路部を形成していくことができる。そして、このようにして形成した導光路部の周囲に別の樹脂を固化させることによって各導光層を形成し、上記実施形態のように保護層を介して組み立てることができる。
上述の光造形法を用いると、上記のように複数の導光層を形成してから積層するのではなく、各層の導光路部が相互に連結されてなる導光路を一体のものとして形成することも可能である。その製造時の様子を示したものが図８及び図９である。図８に示すように、まず、光造形法によって１層目の導光路部を上記と同様に形成した後に、支持部材３０２を未硬化樹脂Ｌ中にて降下させ、上記１層目の導光路部に連続して２層目の導光路部を形成し、さらに支持部材３０２をさらに降下させ、３層目の導光路部を形成していくといった方法で、複数の層構造を有する一体の導光路を形成する。もちろん、このようにして形成する導光路は上記第１実施形態の光ジャイロスコープ１００の検知導光体１００Ｓ内に構成された導光路１００Ｌ全体であってもよく、導光路１００Ｌの一部（例えば半分或いは１／３など）であっても構わない。
次に、上記のようにして造形された導光路１００Ｌを、図９に示すように、成形型４００内に配置し、上記保護層や保護材を構成する樹脂１３０Ｘを流し込み、硬化させることによって、上記検知導光体１００Ｓを成形することができる。
［第３実施形態］
次に、図１０乃至図１３を参照して本発明に係る第３実施形態について説明する。この実施形態では、検知導光体が図１０に示す導光層４１０と、図１１に示す導光層４２０とが交互に積層されることによって構成される。
導光層４１０は、板状の導光体で構成されていて、周回状に形成された導光路部４１１を備えている。導光路部４１１の周りは保護材４１２によって保護されている。導光路部４１１と保護材４１２は上記各実施形態に示した素材によって構成できる。導光路部４１１は図示例では内外方向に平面的に巻回された螺旋形状、或いはスパイラル状に構成されている。導光層４１０は全体として環状に構成され、中心に開口部４１０ａが設けられている。
導光路部４１１の内端部４１３は、周回状に形成された導光路部４１１に対してほぼ直角に屈折し、図１０の紙面の背後に向けて突出する。そして、導光路部４１１の内端部４１３の屈折部分には、導光層４１０の上面（図１０の紙面の手前に向いた面）側に傾斜面を有する切り欠き部４１５が形成されている。この切り欠き部４１５の傾斜面上には反射層４１６が形成され、この反射層４１６の下面が上記屈折部分に対面する反射面となるように構成されている。この反射面は、導光層の表面に対して約４５度傾斜している。
また、導光路部４１１の外端部４１４は、周回状に形成された導光路部４１１に対してほぼ直角に屈折し、図１０の紙面の手前に向けて突出する。そして、導光路部４１１の外端部４１４の屈折部分には、導光層４１０の下面（図１０の紙面の背後に向いた面）側に傾斜面を有する切り欠き部４１７が構成されている。この切り欠き部４１７には周回方向（中心を取巻く円弧の伸びる方向）に傾斜した傾斜面が設けられている。この傾斜面上には反射層４１８が形成され、この反射層４１８の上面が上記屈折部分に対面する反射面となるように構成されている。この反射面は、導光層の表面に対して約４５度傾斜している。
上記切り欠き部４１５，４１７は、導光層４１０を型成形によって形成する場合には型形状により一体に形成することができる。また、導光層４１０の概略構造を形成した後に、導光層４１０の内縁部及び外縁部に切削加工を施すことによっても形成することができる。また、反射層４１６，４１８は、アルミニウム、クロム、銀などの金属、成いはこれらの金属を主体とする合金などによって構成できる。反射層４１６，４１８の形成方法としては、蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ法などが挙げられる。
一方、導光層４２０は、板状の導光体で構成されていて、周回状に形成された導光路部４２１を備えている。導光路部４２１の周りは保護材４２２によって保護されている。導光路部４２１と保護材４２２は上記各実施形態に示した素材によって構成できる。導光路部４２１は図示例では内外方向に平面的に巻回された螺旋形状、或いはスパイラル状に構成されている。導光層４２０は全体として環状に構成され、中心に開口部４２０ａが設けられている。
導光路部４２１の内端部４２３は、周回状に形成された導光路部４２１に対してほぼ直角に屈折し、上方（図１１の紙面の手前）に向けて突出する。そして、導光路部４２１の内端部４２３の屈折部分には、導光層４２０の下面（図１１の紙面の背後に向いた面）側に傾斜面を有する切り欠き部４２５が形成されている。この切り欠き部４２５には周回方向（中心を取巻く円弧の伸びる方向）に傾斜した傾斜面が設けられている。この傾斜面上には反射層４２６が形成され、この反射層４２６の上面が上記屈折部分に対面する反射面となるように構成されている。この反射面は、導光層の表面に対して約４５度傾斜している。
また、導光路部４２１の外端部４２４は、周回状に形成された導光路部４２１に対してほぼ直角に屈折し、下方（図１１の紙面の背後）に向けて突出する。そして、導光路部４２１の外端部４２４の屈折部分には、導光層４２０の上面（図１１の紙面の手前に向いた面）側に傾斜面を有する切り欠き部４２７が構成されている。この切り欠き部４２７の傾斜面上には反射層４２８が形成され、この反射層４２８の下面が上記屈折部分に対面する反射面となるように構成されている。この反射面は、導光層の表面に対して約４５度傾斜している。
上記切り欠き部４２５，４２７は、導光層４２０を型成形によって形成する場合には型形状により一体に形成することができる。また、導光層４２０の概略構造を形成した後に、導光層４２０の内縁部及び外縁部に切削加工を施すことによっても形成することができる。また、反射層４２６，４２８は、アルミニウム、クロム、銀などの金属、或いはこれらの金属を主体とする合金などによって構成できる。反射層４２６，４２８の形成方法としては、蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ法などが挙げられる。
上記の導光層４１０と４２０とは、図１２及び図１３に示す保護層４３０を介して交互に積層される。保護層４３０は上記各実施形態と同様の素材で構成される。保護層４３０の一部は、図１２及び図１３に示すように、上記切り欠き部４１５，４１７，４２５，４２７の内部を満たすように構成されることが好ましい。このような構成は、例えば、保護層４３０を導光層４１０と導光層４２０との間に介挿した後に、保護層４３０を加熱等によって融解することにより保護層４３０の一部が流動して上記切り欠き部の内部が充填されるといった方法で形成することができる。また、導光層４１０と４２０との間に未硬化の保護材を流し込み、硬化させることにより保護層４３０を形成する場合にも、未硬化の保護材の一部が上記切り欠き部に充填されるといった方法で形成することもできる。さらに、保護層４３０を予め上記切り欠き部に嵌合する形状に形成しておいても構わない。
図１２は、上記導光層４１０の導光路部４１１の外端部４１４と導光層４２０の導光路部４２１の外端部４２４とが光学的に接続された光学接続部の近傍を拡大して示す断面図である。導光層４１０の導光路部４１１内を伝播してきた光は屈折部分に設けられた反射層４１８の反射面によってほぼ直角に反射され、導光層４１０の外端部４１４を通過して、この外端部４１４に接合された導光層４２０の外端部４２４を通って反射層４２８によってほぼ直角に反射され、導光層４２０の導光路部４２１内に導入される。逆に導光層４２０の導光路部４２１を伝播してきた光は上記と逆の経路を辿って導光層４１０の導光路部４１１内に導入される。
図１３は、上記導光層４１０の導光路部４１１の内端部４１３と導光層４２０の内端部４２３とが光学的に接続された光学接続部の近傍を拡大して示す断面図である。導光層４１０の導光路部４１１内を伝播してきた光は屈折部分に設けられた反射層４１６の反射面によってほぼ直角に反射され、導光層４１０の内端部４１３を通過して、この内端部４１３に接合された導光層４２０の内端部４２３を通って反射層４２６によってほぼ直角に反射され、導光層４２０の導光路部４２１内に導入される。逆に導光層４２０の導光路部４２１を伝播してきた光は上記と逆の経路を辿って導光層４１０の導光路部４１１内に導入される。
本実施形態では、上記第１実施形態と同様に、導光層４１０と４２０との間に光学接続部が設けられているが、特に反射層４１６，４１８，４２６，４２８を設けることによって光を容易に偏向させることができるため、光学接続部をコンパクトに構成できるとともに、大きな偏向角を設けても光学接続部の光損失が生じにくいという利点がある。
［第４実施形態］
次に、図１４乃至図１７を参照して、本発明に係る第４実施形態について説明する。この実施形態では、検知導光体が図１４に示す導光層５１０と、図１５に示す導光層５２０とが交互に積層されることによって構成される。
導光層５１０は、図１４に示すように、板状の導光体で構成されていて、周回状に形成された導光路部５１１を備えている。導光路部５１１の周りは保護材５１２によって保護されている。導光路部５１１と保護材５１２は上記各実施形態に示した素材によって構成できる。導光路部５１１は図示例では内外方向に平面的に巻回された螺旋形状、或いはスパイラル状に構成されている。導光層５１０は全体として環状に構成され、中心に開口部５１０ａが設けられている。
本実施形態の導光層５１０においては、周回状に構成された導光路部５１１の両端部は、導光層５１０の中心に向けて伸びる内端部５１３と、半径方向外側に向けて伸びる外端部５１４とが設けられている。
導光板５１０の開口部５１０ａに臨む内周縁には、半径方向内側に向けて傾斜し、上側（図１４の紙面の手前）に向いた傾斜面部５１５が形成され、この傾斜面部５１５に上記の内端部５１３の端面が露出するようになっている。傾斜面部５１５上には、上記内端部５１３の露出した端面を覆う反射層５１６が形成されている。この反射層の反射面は、導光層の表面に対して約４５度傾斜している。
また、導光板５１０の外周縁には、半径方向外側に向けて傾斜し、下側（図１４の紙面の背後）に向いた傾斜面部５１７が形成され、この傾斜面部５１７に、上記の外端部５１４の端面が露出するようになっている。傾斜面部５１７上には、上記外端部５１４の露出した端面を覆う反射層５１８が形成されている。この反射層の反射面は、導光層の表面に対して約４５度傾斜している。
一方、導光層５２０は、図１５に示すように、板状の導光体で構成されていて、周回状に形成された導光路部５２１を備えている。導光路部５２１の周りは保護材５２２によって保護されている。導光路部５２１と保護材５２２は上記各実施形態に示した素材によって構成できる。導光路部５２１は図示例では内外方向に平面的に巻回された螺旋形状、或いはスパイラル状に構成されている。導光層５２０は全体として環状に構成され、中心に開口部５２０ａが設けられている。
本実施形態の導光層５２０においては、周回状に構成された導光路部５２１の両端部に、導光層５２０の中心に向けて伸びる内端部５２３と、半径方向外側に向けて伸びる外端部５２４とが設けられている。
導光板５２０の開口部５２０ａに臨む内周縁には、半径方向内側に向けて傾斜し、下側（図１５の紙面の背後）に向いた傾斜面部５２５が形成され、この傾斜面部５２５に上記の内端部５２３の端面が露出するようになっている。傾斜面部５２５上には、上記内端部５２３の露出した端面を覆う反射層５２６が形成されている。この反射層の反射面は、導光層の表面に対して約４５度傾斜している。
また、導光板５２０の外周縁には、半径方向外側に向けて傾斜し、上側（図１５の紙面の手前）に向いた傾斜面部５２７が形成され、この傾斜面部５２７に、上記の外端部５２４の端面が露出するようになっている。傾斜面部５２７上には、上記外端部５２４の露出した端面を覆う反射層５２８が形成されている。この反射層の反射面は、導光層の表面に対して約４５度傾斜している。
図１６は、上記導光層５１０の導光路部５１１の外端部５１４と導光層５２０の導光路部５２１の外端部５２４とが光学的に接続された光学接続部の近傍を拡大して示す断面図である。導光層５１０の導光路部５１１内を伝播してきた光は導光層５１０の外端部５１４を通過して、その端面上に設けられた反射層５１８の反射面によってほぼ直角に反射され、保護層５３０を透過して反射層５２８によってほぼ直角に反射され、導光層５２０の外端部５２４から導光層５２０の導光路部５２１内に導入される。逆に導光層５２０の導光路部５２１を伝播してきた光は上記と逆の経路を辿って導光層５１０の導光路部５１１内に導入される。
ここで、反射層５１８と５２８との間において光は保護層５３０を通過することとなるが、保護層５３０に対して光はほぼ垂直に入射するので、保護層５３０が透明であれば屈折率如何に拘わらずそのまま透過することができる。このように、隣接する導光層の導光路部が保護層の保護材を介して光学的に接続される場合には、保護層の保護材を用いる光に対して透明な素材とし、光が保護材に対して全反射角よりも小さな入射角で入射するように構成すればよい。なお、より光の伝播効率を高めたい場合には、先に説明した実施形態と同様に、図１６に点線で示すように、導光層５１０の導光路部５１１の外端部５１４を上側（図１４の紙面の手前側）に屈折して設け、導光層５２０の導光路部５２１の外端部５２４を下側（図１５の紙面の背後側）に屈折して設けることにより、外端部５１４と５２４とが直接接続されるように構成することが好ましい。
図１７は、上記導光層５１０の導光路部５１１の内端部５１３と導光層５２０の内端部５２３とが光学的に接続された光学接続部の近傍を拡大して示す断面図である。導光層５１０の導光路部５１１内を伝播してきた光は導光層５１０の内端部５１３を通過して、その端面上に設けられた反射層５１６の反射面によってほぼ直角に反射され、保護層５３０を透過して、反射層５２６によってほぼ直角に反射され、導光層５２０の内端部５２３から導光層５２０の導光路部５２１内に導入される。逆に導光層５２０の導光路部５２１を伝播してきた光は上記と逆の経路を辿って導光層５１０の導光路部５１１内に導入される。
ここで、反射層５１６と５２６との間において光は保護層５３０を通過することとなるが、保護層５３０に対して光はほぼ垂直に入射するので、保護層５３０が透明であれば屈折率如何に拘わらずそのまま透過することができる。なお、より光の伝播効率を高めたい場合には、先に説明した実施形態と同様に、図１７に点線で示すように、導光層５１０の導光路部５１１の内端部５１３を下側（図１４の紙面の背後側）に屈折して設け、導光層５２０の導光路部５２１の内端部５２３を上側（図１５の紙面の手前側）に屈折して設けることにより、内端部５１３と５２３とが直接接続されるように構成することが好ましい。
この実施形態では、第３実施形態と同様に光学接続部における光損失を抑制しつつ光学接続部をコンパクトに構成することができるだけでなく、光学接続部の反射面を第３実施形態よりも容易に形成することができるという製造上の利点を備えている。すなわち、この実施形態において光学接続部の反射面は導光層５１０，５２０の半径方向に傾斜しているため、第３実施形態の切り欠き部のような複雑な構造を設けなくても、導光層５１０，５２０の内周縁と外周縁に容易に形成することができる。
さらに、本実施形態においては、導光層５１０と５２０とを積層させた後に、上記内周縁と外周縁に設けられた傾斜面部５１５，５１７，５２５，５２７上に反射層５１６，５１８，５２６，５２８を形成することもできる。この場合、既に形成されている積層体の内周面と外周面に、積層方向に一体に構成された反射層を形成しても構わない。これにより反射層の形成作業がさらに容易になる。
なお、上記導光層５１０，５２０の開口部を、図１４及び図１５に二点鎖線で示すように円形とは異なる形状（図示例では四角形）に形成し、この開口部の形状に合致する形状の位置決め部材を嵌合させた状態で、導光層を積層することによって、各導光層間の位置決めを精密に行うことが可能になる。これにより、上記導光層５１０の導光路部５１１の内端部５１３及び外端部５１４の位置と、導光層５２０の導光路部５２１の内端部５２３及び外端部５２４の位置との整合状態を簡単に得ることができる。また、上記開口部の代りに、導光層の外周縁を円形とは異なる形状（例えば角形状）に形成し、その外周縁の形状と合致した位置決め部材内に嵌入した状態で積層しても同様に各導光層間の位置決めを正確に行うことができる。また、上記位置決め方法としては、公知のように導光層にアライメントマークを形成しておき、アライメントマークを各導光層間において整合させることによって位置決めを行ってもよい。本実施形態における上記各種の位置決め方法は、他の実施形態においても同様に適用することができる。
［第５実施形態］
次に、図１８乃至図２３を参照して、本発明に係る第５実施形態について説明する。この実施形態では、検知導光体が図１８に示す導光層６１０と、図１９に示す導光層６２０とが交互に積層されることによって構成される。
導光層６１０は、図１８に示すように、板状の導光体で構成されていて、周回状に形成された導光路部６１１を備えている。導光路部６１１の周りは保護材６１２によって保護されている。導光路部６１１と保護材６１２は上記各実施形態に示した素材によって構成できる。導光路部６１１は図示例では内外方向に平面的に巻回された螺旋形状、或いはスパイラル状に構成されている。導光層６１０は全体として環状に構成され、中心に開口部６１０ａが設けられている。
本実施形態の導光層６１０においては、周回状に構成された導光路部６１１の両端部は、導光層６１０の中心に向けて伸びて、その端面が導光層６１０の内周縁に露出する内端部６１３と、半径方向外側に向けて伸びて、その端面が導光層６１０の外周縁に露出する外端部６１４とが設けられている。導光層６１０の開口部６１０ａに臨む内周縁には、上記導光路部６１１の内端部６１３の端面が露出する部分に平坦部６１０ｂが設けられている。また、導光層６１０の外周縁には、上記導光路部６１１の外端部６１４の端面が露出する部分に平坦部６１０ｃが設けられている。
一方、導光層６２０は、図１９に示すように、板状の導光体で構成されていて、周回状に形成された導光路部６２１を備えている。導光路部６２１の周りは保護材６２２によって保護されている。導光路部６２１と保護材６２２は上記各実施形態に示した素材によって構成できる。導光路部６２１は図示例では内外方向に平面的に巻回された螺旋形状、或いはスパイラル状に構成されている。導光層６２０は全体として環状に構成され、中心に開口部６２０ａが設けられている。
本実施形態の導光層６２０においては、周回状に構成された導光路部６２１の両端部に、導光層６２０の中心に向けて伸びて、その端面が導光層６２０の内周縁に露出する内端部６２３と、半径方向外側に向けて伸びて、その端面が導光層６２０の外周縁に露出する外端部６２４とが設けられている。導光層６２０の開口部６２０ａに臨む内周縁には、上記導光路部６２１の内端部６２３の端面が露出する部分に平坦部６２０ｂが設けられている。また、導光層６２０の外周縁には、上記導光路部６２１の外端部６２４の端面が露出する部分に平坦部６２０ｃが設けられている。
図２０及び図２１に示すように、上記導光層６１０と６２０は、保護材で構成される保護層６３０を介して積層され、検知導光体が構成される。
また、このようにして構成された検知導光体の内側には、上記導光路部６１１の内端部６１３及び導光路部６２１の内端部６２３の端面が露出する部分に、光学接続部を構成する光学接続体６４０が接合される。より具体的には、上記導光層６１０，６２０の内周縁に形成された上記平坦部６１０ｂ，６２０ｂに接合される。これによって、光学接続部６４０の位置決めを行うことができる。この光学接続体６４０には、上記内端部６１３と内端部６２３とを連結する導光接続部６４１と、この導光接続部６４１の周囲に形成された保護部６４２とが設けられている。導光接続部６４１は上記導光路部と同様の素材で構成され、保護部６４２は上記保護材や保護層６３０と同様の素材で構成される。光学接続体６４０において、導光接続部６４１は、検知導光体において相互に隣接する導光層６１０と導光層６２０の組の数と同数設けられる。
なお、上記光学接続体６４０の導光接続部６４１は導光層６１０，６２０の積層方向に湾曲した形状を有するが、上記第３実施形態や第４実施形態と同様に反射面を設けることにより反射によって光路を偏向させるように構成してもよい。
さらに、検知導光体の外側には、上記導光路部６１１の外端部６１４及び導光路部６２１の外端部６２４の端面が露出する部分に、光学接続部を構成する光学接続体６５０が接合される。より具体的には、上記導光層６１０，６２０の外周縁に形成された上記平坦部６１０ｃ，６２０ｃに接合される。これによって、光学接続部６５０の位置決めを行うことができる。この光学接続体６５０には、上記外端部６１４と外端部６２４とを連結する導光接続部６５１と、この導光接続部６５１の周囲に形成された保護部６５２とが設けられている。導光接続部６５１は上記導光路部と同様の素材で構成され、保護部６５２は上記保護材や保護層６３０と同様の素材で構成される。光学接続体６５０において、導光接続部６５１は、検知導光体において相互に隣接する導光層６１０と導光層６２０の組の数と同数設けられる。
なお、上記光学接続体６５０の導光接続部６５１は導光層６１０，６２０の積層方向に湾曲した形状を有するが、上記第３実施形態や第４実施形態と同様に反射面を設けることにより反射によって光路を偏向させるように構成してもよい。
図２２は、上記のように構成された検知導光体６００Ｓの全体構成を模式的に示す概略斜視図である。検知導光体６００Ｓにおいては、上記導光層６１０と６２０とが保護層６３０を介して交互に積層されて構成された積層体の中央に設けられた貫通孔６００Ｓａの内部に上記光学接続体６４０が収容され、この積層体の内周面に接合されている。また、積層体の外周面上には上記光学接続体６５０が接合されている。
図２３は、図２２に示す検知導光体６００Ｓとは異なる検知導光体６００Ｓ’の構成例を示す概略斜視図である。この検知導光体６００Ｓ’においては、上記と同様の積層体の中央に設けられた貫通孔６００Ｓａ’の内部に筒状の光学接続体６４０’が収容され、積層体の内周面に接合されている。この光学接続体６４０’は筒状に構成されているが、柱状に構成されていてもよい。また、積層体の外周には筒状の光学接続体６５０’が嵌合し、この光学接続体６５０’は積層体の外周面に接合されている。なお、この光学接続体６４０’における図中一点鎖線で示す部分６４０ａ’と、光学接続体６５０’における図中一点鎖線で示す部分６５０ａ’とは、上記光学接続体６４０，６５０と同様の構造を備えている。
これらの光学接続体６４０’６５０’を、上記平坦面６１０ｂ，６１０ｃ，６２０ｂ，６２０ｃ等に対応する積層体の内周面形状及び外周面形状と合致する形状に構成することにより、光学接続体６４０’，６５０’と積層体との位置決めを精密に行うことが可能である。
この実施形態においては、導光層６１０と６２０とが積層されてなる積層体に対して光学接続体６４０，６５０が取り付けられることによって、積層体において隣接する導光層６１０と６２０との間が光学的に接続されるように構成されているため、個々の導光層６１０と６２０の構造が簡易になり、製造コストを先に説明した各実施形態よりも引き下げることが可能になる。
また、第３実施形態や第４実施形態のように金属層の表面で構成される反射面を用いていないため、光の界面における全反射を得るためには光学接続部をやや大きく形成する必要があるが、光の損失自体については、先の実施形態よりも低減することが可能である。
［検知導光体の第２製造方法］
最後に、図２４乃至図２６を参照して、上記各実施形態の光ジャイロスコープの製造に適用可能な検知導光体の第２製造方法について説明する。
この実施形態では、図２４に示すように、上記各実施形態の導光路部と同様の素材で構成された可撓性の導光シート７０１と、上記各実施形態の保護材や保護層と同様の素材で構成された可撓性の保護シート７０２とを重ね合せ、巻回させることによってロールケーキ状の巻回体（ロール体）７００を形成する。
このとき、導光シート７０１と保護シート７０２との間には接着剤や粘着剤により相互に接着してもよく、予め各シートの表面に粘着層や接着層を形成しておいて、上記のように巻回することによって相互に接着されるように構成してもよく、或いは、上記巻回体７００を形成した後に熱圧着等により一体化してもよい。また、上記各実施形態に示すように、後に形成される導光層の中心に開口部を設ける場合には、巻回中心に軸状若しくは筒状の芯材７０３を配置した状態で巻回作業を実施すればよい。この芯材７０３は、次工程の前後いずれかの時点において除去される。
上記導光シート７０１と保護シート７０２は、例えば樹脂フィルムを用いることなどによって、それぞれ１０μｍ程度の厚さに容易に形成することができる。また、公知のフィルムのラミネート技術を用いることにより、導光膜と保護膜とが予め積層されてなる積層シートを形成することもできる。この場合、導光膜と保護膜とを３層以上にわたって積層した積層シートを用いてもよい。積層シートを用いることによって、或いは、積層シートの多層化によって、各膜の厚さがきわめて薄くても上記巻回作業を容易に行うことができるようになる。
いずれの場合でも、上記のような巻回作業が可能でさえあれば、巻回体７００を構成する導光層の厚さは１〜１０００μｍ程度であることが好ましい。１μｍ未満では光の伝播効率が低下し、１０００μｍを超えると検知導光体の体積が増大してしまう。
次に、図２５に示すように、上記巻回体７００を、その軸線方向に複数分割する。例えば、カッタ７０４を用いて巻回体７００をスライスするように切断していく。このようにすると、図２６に示すように、円盤状に構成された導光層７１０，７２０が形成される。導光層７１０，７２０には、それぞれ、上記導光シート７０１の一部により構成された導光路部７１１，７２１と、上記保護シート７０２の一部により構成された保護材７１２，７２２とが設けられている。巻回体７００を分割するときの幅は、１〜１０００μｍの範囲内であることが好ましい。１μｍ未満では光の伝播効率が低下し、１０００μｍを超えると検知導光体の体積が増大してしまう。
導光層７１０と７２０とは相互に逆方向に巻回された導光路部７１１と７１２を備えている。これらの導光層７１０と７２０は、いずれも上記巻回体７００を分割することによって構成され、その上下の向きを逆転させて用いることにより構成できる。導光層７１０と７２０には、上記各実施形態に示す内端部や外端部などの光学接続部を構成するための構造を適宜の加工によって形成する。例えば、各導光層の内周部及び外周部をカットすることにより傾斜面（例えば導光層の表面に対して約４５度傾斜した面）を形成し、この傾斜面上にアルミニウム等の金属を蒸着する。
本実施形態の方法で形成された巻回体７００に限らず、一般に上記巻回体７００と同様の構造を結果として有する巻回体を分割して導光層を形成する場合には、上述の如く各導光層の表裏の姿勢を反転させて用いることで、交互に積層すべき２種類の導光層を形成することにより、隣接する導光層同士の光学接続部の位置が正確に一致するため、光学接続部の位置ズレに起因する製造時の歩留まりの低下を防止することができるという利点を有する。
その後、図２６に示すように、導光層７１０と７２０は、保護層７３０を介して交互に積層される。ここで、全体を保護層７３０と同等の素材でモールドしてもよい。また、導光層７１０と７２０とを未硬化の保護材を介して積層するようにしてもよい。さらに、第５実施形態と同じ構造を採用する場合には、積層体を形成した後に光学接続体を取り付ける。
なお、本発明の光ジャイロスコープは、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、上記実施形態では、いずれも検知導光体内に構成された導光路が円を描くように渦巻き状に形成されているが、平面視角形状（四角形や三角形状）に渦巻くように構成されていても構わない。また、導光路の形状としては、渦巻き状に限らず、周回状（光が進むに従って所定部位の周りを周回し、元位置と比較的近い位置に戻るように構成されている形状）に構成されていればよい。例えば、半径の異なる螺旋が複数個入れ子式に挿入され、これら複数の螺旋が相互に直列に接続されたものであっても構わない。
産業上の利用分野
以上、説明したように本発明によれば、検知導光体をコンパクトに構成することができるので、光ジャイロスコープを小型化できる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明に係る第１実施形態の光ジャイロスコープ１００の全体構成を示す概略正面図である。
図２は、光ジャイロスコープ１００を構成する検知導光体１００Ｓ内の導光層１１０の平面図（ａ）及び正面図（ｂ）並びに保護層１３０の正面図（ｃ）である。
図３は、光ジャイロスコープ１００を構成する検知導光体１００Ｓ内の導光層１２０の平面図（ａ）及び正面図（ｂ）である。
図４は、光ジャイロスコープ１００の光測定基板１４０の構造を示す概略斜視図である。
図５は、本発明に係る第２実施形態の光ジャイロスコープ２００の全体構成を示す概略平面図（ａ）及び概略正面断面図（ｂ）である。
図６は、光ジャイロスコープ２００の一部を拡大して示す拡大部分断面図である。
図７は、光造形法によって導光路部を製造する様子を示す概略説明図である。
図８は、光造形法によって導光路を製造する様子を示す概略説明図である。
図９は、第８図に示す方法で製造された導光路の周囲に保護材を充填する工程を示す概略説明図である。
図１０は、本発明に係る第３実施形態の一方の導光層の構造を示す平面図である。
図１１は、第３実施形態の他方の導光層の構造を示す平面図である。
図１２は、第３実施形態の外周側の光学接続部の近傍の構造を示す拡大断面図である。
図１３は、第３実施形態の内周側の光学接続部の近傍の構造を示す拡大断面図である。
図１４は、本発明に係る第４実施形態の一方の導光層の構造を示す平面図である。
図１５は、第４実施形態の他方の導光層の構造を示す平面図である。
図１６は、第４実施形態の外周側の光学接続部の近傍の構造を示す拡大断面図である。
図１７は、第４実施形態の内周側の光学接続部の近傍の構造を示す拡大断面図である。
図１８は、本発明に係る第５実施形態の一方の導光層の構造を示す平面図である。
図１９は、第５実施形態の他方の導光層の構造を示す平面図である。
図２０は、第５実施形態の外周側の光学接続部の近傍の構造を示す拡大断面図である。
図２１は、第５実施形態の内周側の光学接続部の近傍の構造を示す拡大断面図である。
図２２は、第５実施形態の検知導光体の外観を示す概略斜視図である。
図２３は、第５実施形態の検知導光体の変形例の外観を示す概略斜視図である。
図２４は、光ファイバースコープの検知導光体の製造プロセスの１段階を示す工程説明図である。
図２５は、光ファイバースコープの検知導光体の製造プロセスの別の１段階を示す工程説明図である。
図２６は、光ファイバースコープの検知導光体の製造プロセスのさらに別の１段階を示す工程説明図である。

Claims (34)

1. 光源と、周回状の導光路を備えた検知導光体と、前記検知導光体の前記導光路内を通過した光を検出する光検出器とを有する光ジャイロスコープであって、
   前記検知導光体は周回状の導光路部を備えた複数の導光層を有し、
   前記導光層は、前記導光路部が相互に光学的に接続された状態で相互に積層配置されていることを特徴とする光ジャイロスコープ。
2. 前記導光路部は、渦巻模様状に構成されていることを特徴とする請求項１に記載の光ジャイロスコープ。
3. 内端部から外端部へ向けて所定の回転方向に渦巻模様状に伸びる前記導光路部を備えた第１導光層と、外端部から内端部へ向けて前記所定の回転方向に渦巻模様状に伸びる前記導光路部を備えた第２導光層とを有し、
   前記第１導光層と前記第２導光層とが交互に積層配置されていることを特徴とする請求項２に記載の光ジャイロスコープ。
4. 隣接する前記導光層の前記導光路部間を光学的に接続する光学接続部を有することを特徴とする請求項１に記載の光ジャイロスコープ。
5. 前記光学接続部は、隣接する前記導光層の間に設けられていることを特徴とする請求項４に記載の光ジャイロスコープ。
6. 前記光学接続部は、隣接する前記導光層の外周部若しくは内周部に亘って設けられていることを特徴とする請求項４に記載の光ジャイロスコープ。
7. 前記光学接続部は、金属層の表面で構成された反射面を含むことを特徴とする請求項４乃至請求項６のいずれか１項に記載の光ジャイロスコープ。
8. 前記光学接続部は、前記反射面として、一方の前記導光層における前記導光路部の端部に設けられた第１の反射面と、他方の前記導光層における前記導光路部の端部に設けられ、前記第１の反射面に対向配置された第２の反射面とを含むことを特徴とする請求項７に記載の光ジャイロスコープ。
9. 前記検知導光体は、前記導光路を被覆する保護材を有することを特徴とする請求項１に記載の光ジャイロスコープ。
10. 前記保護材は、前記導光路よりも屈折率の低い材料で構成されていることを特徴とする請求項９に記載の光ジャイロスコープ。
11. 光源と、周回状の導光路を備えた検知導光体と、前記検知導光体の前記導光路内を通過した光を検出する光検出器とを有する光ジャイロスコープであって、
    前記検知導光体は、周回状の導光路部を備えた複数の導光層と、隣接する一対の前記導光層の間に配置された保護材を含む保護層とを有し、
    隣接する一対の前記導光層は、前記導光路部が前記保護層を介して相互に光学的に接続された状態で積層されていることを特徴とする光ジャイロスコープ。
12. 前記導光層には、前記導光路部の周囲に平面的に配置された保護材を有することを特徴とする請求項１１に記載の光ジャイロスコープ。
13. 前記保護材は、前記導光路部間の間隙を完全に埋め尽くすように構成されていることを特徴とする請求項１２に記載の光ジャイロスコープ。
14. 前記保護材は、前記導光路部よりも屈折率の低い素材で構成されていることを特徴とする請求項１１乃至請求項１３のいずれか１項に記載の光ジャイロスコープ。
15. 前記導光路部は渦巻模様状に構成されていることを特徴とする請求項１１に記載の光ジャイロスコープ。
16. 前記導光層として、内端部から外端部へ向けて所定の回転方向に渦巻模様状に伸びる前記導光路部を備えた第１導光層と、外端部から内端部へ向けて前記所定の回転方向に渦巻模様状に伸びる前記導光路部を備えた第２導光層とを有し、
    前記保護層を介して、前記第１導光層と前記第２導光層とが交互に積層配置されていることを特徴とする請求項１５に記載の光ジャイロスコープ。
17. 隣接する前記導光層の前記導光路部間を光学的に接続する光学接続部を有することを特徴とする請求項１１に記載の光ジャイロスコープ。
18. 前記光学接続部は、隣接する前記導光層の間に設けられていることを特徴とする請求項１７に記載の光ジャイロスコープ。
19. 前記光学接続部は、隣接する前記導光層の外周部若しくは内周部に亘って設けられていることを特徴とする請求項１７に記載の光ジャイロスコープ。
20. 前記光学接続部は、金属層の表面で構成された反射面を含むことを特徴とする請求項１７乃至請求項１９のいずれか１項に記載の光ジャイロスコープ。
21. 前記光学接続部は、前記反射面として、一方の前記導光層における前記導光路部の端部に設けられた第１の反射面と、他方の前記導光層における前記導光路部の端部に設けられ、前記第１の反射面に対向配置された第２の反射面とを含むことを特徴とする請求項２０に記載の光ジャイロスコープ。
22. 光源と、周回状の導光路を備えた検知導光体と、前記検知導光体の前記導光路内を通過した光を検出する光検出器とを有する光ジャイロスコープであって、
    前記検知導光体は周回状の導光路部を備え、該導光路部の形成領域が環状に設けられた複数の導光層を有し、
    前記導光層は、前記導光路部が相互に光学的に接続された状態で相互に積層配置されていることを特徴とする光ジャイロスコープ。
23. 前記導光層は、その中心に開口部を備えていることを特徴とする請求項２２に記載の光ジャイロスコープ。
24. 前記光源及び前記光検出器は、平面的に前記導光路部の形成領域よりも中心側に配置されていることを特徴とする請求項２２又は請求項２３に記載の光ジャイロスコープ。
25. 前記光源及び前記光検出器と、前記検知導光体との間の光学的相互作用を決定する光学回路を有することを特徴とする請求項２４に記載の光ジャイロスコープ。
26. 前記光学回路は、平面的に前記導光路部の形成領域よりも中心側に配置されていることを特徴とする請求項２５に記載の光ジャイロスコープ。
27. 光源と、周回状の導光路を備えた検知導光体と、前記検知導光体の前記導光路内を通過した光を検出する光検出器とを有する光ジャイロスコープの製造方法であって、
    周回状の導光路部を備えた複数の導光層を、前記導光路部が相互に光学的に接続されるように相互に積層した状態に形成することにより、前記検知導光体を構成する工程を有することを特徴とする光ジャイロスコープの製造方法。
28. 前記検知導光体を構成する工程には、複数層に亘り前記導光路部が光学的に接続された前記導光路を形成する段階と、前記導光路の周囲に保護材を充填する段階とが含まれることを特徴とする請求項２７に記載の光ジャイロスコープの製造方法。
29. 前記導光路を形成する段階においては、光造形法により前記導光路を形成することを特徴とする請求項２８に記載の光ジャイロスコープの製造方法。
30. 前記検知導光体を構成する工程には、前記導光路部を備えた複数の前記導光層を形成する段階と、前記導光路部が相互に光学的に接続されるように前記導光層を相互に積層する段階とを含むことを特徴とする請求項２７に記載の光ジャイロスコープの製造方法。
31. 前記導光層を形成する段階においては、光造形法により前記導光路部を形成することを特徴とする請求項３０に記載の光ジャイロスコープの製造方法。
32. 前記導光層を形成する段階では、前記導光路部を構成するための導光シートと、保護材で構成される保護シートとを重ね合せた状態で巻回して巻回体を構成し、該巻回体を軸線方向に分割して前記導光層を形成することを特徴とする請求項３０に記載の光ジャイロスコープの製造方法。
33. 前記導光層を積層する段階では、保護材で構成される保護層を介して複数の前記導光層を積層することを特徴とする請求項３０に記載の光ジャイロスコープの製造方法。
34. 前記保護材は、前記導光路部よりも屈折率の低い素材であることを特徴とする請求項２８、請求項２９又は請求項３２に記載の光ジャイロスコープの製造方法。

Images