KR900008266B1 - 고체화 광간섭계 - Google Patents

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Description

고체화 광간섭계

제1도는 광화이버를 사용한 링간섭계의 종래예를 나타낸 원리구성도.

제2도는 마하간섭계의 종래예를 나타낸 원리구성도.

제3도는 마이켈슨간섭계의 종래예를 나타낸 원리구성도.

제4도는 본원 발명을 링간섭계에 적용한 일실시예의 구성도.

제5도는 광도파로의 일실시예를 나타낸 설명도.

제6도는 광화이버와 광도파로의 결합부의 상태를 나타낸 설명도.

제7도는 광도파로의 다른 실시예를 나타낸 설명도.

제8도는 광변조기의 일실시예를 나타낸 설명도.

제9도는 광변조기의 동작설명도.

제10도는 위상변조제어회로의 일실시예를 나타낸 블록도.

제11도는 본원 발명에 의한 고체화 광간섭계의 일실시예를 나타낸 사시도.

제12도는 결합부의 일실시예를 나타낸 설명도.

제13도는 본원 발명을 마하간섭계에 적용한 일실시예의 구성도.

제14도는 또한 마이켈슨간섭계에 적용한 일실시예의 구성도.

제15도는 레이저의 코히어턴스에 의한 정재파의 설명도.

제16도는 반도체레이저의 동작특성도.

제17도는 정재파가 생기지 않도록 한 레이저의 동작회로의 일예를 나타낸 회로도.

제18도는 광화이버쟈이로에 있어서의 드리프트의 설명도.

제19도는 드리프트의 영향을 제거하는 방법의 일예를 나타낸 회로도.

제20도는 드리프트의 영향을 제거하는 방법의 다른 예를 나타낸 회로도.

제21도는 드리프트의 평균치를 마이크로콤퓨터로 검출할 경우의 일예를 나타낸 블록도.

제22도는 그 플로차트.

제23도는 쟈이로의 출력이 아날로그데이터일 경우의 독해방법의 일예를 나타낸 블록도.

제24도는 또한 디지탈데니터의 경우의 일예를 나타낸 블록도.

제25도는 자동차의 선희반경과 회전각속도의 관계를 나타낸 곡선도.

제26도는 광화이버쟈이로의 실시위치의 설명도.

본원 발명은 광화이버를 광로로 한 간섭계(干涉計)에 관한 것이며, 특히 광화이버 이외에 의한 광로부분을 고체화하여, 각속도(角速度)등 각종 물리량의 검출에 이용하도록 한 고체화 광간섭계에 관한 것이다.

간섭계는 광의 간섭을 관측하는 장치로서, 그중 하나의 광원에서 나온 광을 둘로 나누고, 각각 다른 조건의 광로를 거쳐 다시 하나의 광으로 하고, 그때의 광의 간섭에 의해 광로중에서의 물리적변화를 계측하도록 한 이른바 2광선간섭계는 여러가지 물리량의 정밀한 측정에 오래전부터 이용되고 있지만, 근래에 이르러 광화이버를 광로로서 사용함으로써 간섭계 전체의 소형화가 가능해지고, 계측분야에서 더욱 널리 이용되게 되었다.

제1도 내지 제3도는 이와같은 광화이버를 사용한 간섭계의 몇가지 방식에 대해 나타낸 것이다.

먼저, 제1도는 이른바 링간섭계이며, 광화이버(이하, OF라고 함)를 루프형상으로 감아서 만들어진 OF링 R을 사용하여 레이저 L로부터의 출사광을 하프미러(half mirror)등으로 이루어진 빔 스프리터 BS1로 둘로 분할하고, 각각의 광을 링 R의 OF의 양단에서 입사시켜, 링 R의 OF를 통과한 광을 다시 빔스프리터 BS1로 합파(合波)시키고, 이것을 빔스프리터 BS2로 분로하여 검출기 D로 검출하도록 구성해 놓았다. 그리고, 검출기 D로서는 예를 들어 포토다이오드 등이 사용된다.

지금 OF링 R을 포함하여 전체가 정지하고 있다고 하면, 이 링 R의 OF의 양단에서 입사한 2개의 광은 각각 동일한 OF로 이루어진 광로를 통과하고 나서 합파되어 검출기 D에 도입되며, 이들 광의 사이에는 위상차가 생기지 않으므로 간섭이 생기지 않는다.

한편, OF링 R이 각속도 Ω로 회전하고 있었다고 하면, OF의 양단에서 입사한 광중, 각속도 Ω의 방향과 일치하는 방향으로 링 R을 통과한 광은 외관상 링 R의 OF에 의한 광로가 신장된 것으로 되며, 반대방향으로 통과한 광은 광로가 축소된 것으로 되기 때문에 빔스프리터 BS1로 합파된 2개의 광 사이에 위상차가 나타나 간섭이 생긴다.

따라서, 이 간섭에 의한 광량변화를 검출기 D로 검출함으로써 각속도 Ω를 검출할 수 있고, 예를 들어 쟈이로 등으로서 이용할 수 있다. 그리고, P는 편광자이다.

다음에, 제2도는 마하간섭계이며, 같은 길이의 OF로 이루어진 2개의 OF링 R₁, R₂를 사용하여 이들 OF링 R₁, R₂에 레이저 L의 출사광을 빔스프리터 BS1로 분할해서 각각 입사시켜, 이들 OF링 R₁, R₂을 통과한 광을 빔스프리터 BS2로 합파하여 검출기 D에 입사하도록 한 것이다.

이 결과, OF링 R₁과 R₂에 대한 물리적조건이 동일하게 유지되고 있는 동안은 광이 각각의 링 R₁, R₂를 통과하는 시간이 모두 같아지므로, 빔스프리터 BS2로 합파된 2개의 광 사이에서의 위상차는 발생하지 않으며, 따라서 간섭도 생기지 않는다.

그리고, 이들 OF링 R₁, R₂사이에서 물리적 조건에 차가 생기면, 이들 링 사이에서 광의 통과시간에 차가 생기므로, 위상차가 발생해서 간섭이 나타나고, 검출기 D로 검출된다.

그래서, 한쪽의 OF링, 예를 들면 링 R₂을 참조용으로 하고, 이것을 일정한 물리적 조건으로 유지하도록 하며, 다른쪽의 OF링 R₁을 검출용으로서 이것에 측정하려고 하는 물리량을 부여하도록 하면 간섭에 의해 물리량을 검출할 수 있다.

이때의 측정하고자 하는 물리량이 예를 들어 전류나 자계(磁界)이면 패러데이효과에 의해 OF링 R₁의 굴절율이 변화하여 간섭이 생기며, 수중음향 등의 진동이나 온도라면 응력-굴절율변화에 의해 간섭이 생기고, 각각 검출이 가능해진다.

또한, 제3도는 마이켈슨간섭계로서, 2개의 OF링 R₁, R₂의 종단으로부터의 반사광을 빔스프리터 BS로 합파하여 간섭이 생기도록 한 것으로서, 이 경우는 한쪽의 OF링 R₁을 검출용의 프로브로 하여, 그 종단에서의 반사 대상물을 유체로 하면 도플러효과에 의해 그 유체의 유속을 측정할 수 있고, 다른 진동물체로 하면 그 진폭변위나 진동의 모드의 검출이 가능해진다. 그리고, OF링 R₁도 미러로 종단해 주면 마하간섭계와 마찬가지로 사용할 수 있으므로, 온도의 계측등도 가능해진다.

따라서, 이들 간섭계에 의하면 각종 물리량의 계측이 가능해지므로, 각종 센서로서 이용할 수 있게 된다.

위상변조를 이용한 간섭 쟈이로미터의 선행 기술로서는 미합중국 특허 제4, 286, 878호 및 제4, 265, 541호가 있다.

그러나, 종래의 간섭계는 제1도 내지 제3도에서 명백한 것처럼, 하프미러 등으로 이루어진 빔스프리터를 사용하여 OF이외의 광로의 형성이 행해지고 있으며, 이때문에 광학실험용의 옵티컬벤치의 개념을 그대로 적용한 구성으로 되어, 소형화가 곤란하고 조립조정에 숙련을 요하며, 더욱이 조립조정 후에 있어서도 약간의 진동이나 온도변화 등에 의해 광학계에 오차가 발생하기 쉬우므로, 정밀도를 유지하기가 곤란하다고 하는 문제점이 있고, 각종 센서로서 모듈화된 것을 제공하기가 매우 곤란하다고 하는 결점이 있었다.

또, 상술한 링간섭계는 예를 들어 일본국 특개소 56-94687호 공보, 특개소 57-113297호 공보 등에 개시되어 있는 것처럼 각속도의 검출이 가능하며, 이때문에 쟈이로로서의 이용을 생각할 수 있고, 특히 근래 자동차용 내비게이션시스템에 대한 관심이 높아짐에 따라서, 이것에 대한 적용이 커다란 과제로 되어 왔지만, 이 링간섭계에 의한 각속도의 검출은 OF링 내에 있어서의 새그낵(Sagnac)효과를 그 기초원리로 한 것이며, 이때문에 링간섭계에 의한 검출기에서의 출력은 각속도에 대해 자승여현(自乘餘弦, raised cosin)형의 특성으로 되고, 이것은 다이나믹레인지를 넓게 하고 싶을 경우, 매우 바람직하지 못한 특성으로 된다.

예를 들면 자동차용 내비게이션 시스템에서 필요한 쟈이로의 특성은 여섯자리수에 달하는 넓은 다이나믹레인지로 되고, 이 때문에 링간섭계에 위한 쟈이로(이하, 이것을 광화이버쟈이로 즉 OF 쟈이로라고 함)에 있어서는 간섭계에 광변조기를 사용해서 그 출력을 영위법(零位法)에 의해 제어하고, 이것에 의한 다이나믹레인지의 확대를 적용할 필요가 있다. 그리고, 이와 같은 영위법에 대해서는 예를 들어 일본국 특개소 55-93010호 공보에 개시되어 있다.

그리고, 이 결과 OF 쟈이로용의 간섭계에서는 OF에 의한 광로이외의 광로부분에 광변조를 필요로하며, 이것은 링간섭계 이외의 간섭계에도 마찬가지이며, 이 때문에 OF 이외의 광로부분의 구성이 더욱 복잡해져서 상술한 결점이 더욱 현저하게 나타나게된다.

본원 발명의 목적은 간섭광학계의 조립 및 조정이 용이하며, 또한 조립조정 후의 광학계에 거의 오차가 생기는 일이 없고, 장치 전체의 모듈화가 매우 용이하므로, 양산성이 뛰어난 고체화 광간섭계를 제공하는데 있다.

이 목적을 달성하기 위해 본원 발명은 OF를 광로이 일부에 사용한 간섭계에 있어서, OF에 의한 광로를 제외한 공학계의 최소한 일부에 고체광 도파로를 사용하고, 이 고체광 도파로와 기판을 공통으로 해서 광변조기를 집적화 한점을 특징으로 한다.

바꾸어 말하면, 도파로와 변조기를 고체화(즉 일체화)했으므로 브래그회절각(2 _B)을 제조시에 설정하면, 그후 이 브래그회절각이 오차가 생기는 문제점은 전혀 발생하지 않으며, 간섭계로서의 동작이 매우 안정된다고 하는 특징이 있다.

본원 발명의 상기 및 기타의 목적, 특징 및 이점은 첨부 도면과 관련된 다음의 본원 발명의 바람직한 실시예의 상세한 설명에 의해 명확하게 이해될 것이다.

다음에, 본원 발명에 의한 고체화간섭계를 도시한 실시예에 의하여 설명한다.

제4도는 본원 발명의 일실시예이며, 제1도에 나타낸 링간섭계에 본원 발명을 적용한 것으로서, 도면에 있어서 (1)은 레이저, (2)는 아이솔레이터, (3)은 고체광도파로기판, (4)는 루프형상 OF링, (5)는 표면음향파소자, (6)은 광검출기, (7)은 버퍼증폭기, (8)은 위상변조제어회로, (9)는 조립용 기판, (10)은 결합부이다. 그리고, (30)은 기판(3)에 형성되어 있는 고체광도파로, (30a), (30b), (30c)는 고체광도파로(30)에 형성된 광분할부, (30d)는 광합파부이며, 또한 (4a), (4b)는 OF링(4)의 OF의 각 단부에서 고체광도파로(30)와의 결합부분을 나타낸다.

레이저(1)는 반도체레이저가 사용되며, 단색광으로 집속성이 좋은 광을 공급하는 작용을 한다.

아이솔레이터(2)는 패러데이효과를 이용한 것 등이 사용되며, OF링(4)에서 되돌아온 광이 레이저에 입사하지 않도록 하는 작용을 한다. 투명한 고체광도파로기판(3)은 리튬나이오베이트(LiNbO₃)등의 강유전체로 이루어지며, 그 표면에 고체광도파로(30)와 표면(음향파소자(5)를 형성하기 위한 것으로서, 상세한 점에 대해서는 후술한다.

OF링(4)은 제1도의 종래예에 있어서의 OF링 R과 같은 작용을 하는 것이다.

표면음향파소자(5)는 표면탄성파소자라고도 불리우며, 고체광도파로기판(3)의 고체광도파로(30)가 형성되어 있는 면에 표면음향파를 전파시켜, 브래그(Bragg)회절에 의한 광변조기를 구성하는 작용을 한다. 그리고, 이것에 대해서도 상세한 것은 후술한다.

광검출기(6)는 포토다이오드 등의 광전변환소자이며, 고체광도파로기판(3)에 설치된 요부 또는 구멍(6a)에 부착되어 고체광도파로(30)에서 사출되는 광을 검출하는 작용을 한다.

버퍼증폭기(7)는 광검출기(6)에 의한 전류신호를 전압신호로 변환하는 작용을 한다.

위상변조제어회로(8)는 광검출기(6)로부터의 신호에 따라 표면음향파소자(5)에 공급하고 있는 구동신호의 위상을 제어하여, 영위법에 의한 센서출력을 발생시키는 작용을 하는 것으로서, 이것도 상세한 것은 후술한다.

조립용의 기판(9)은 알루미나자기 등의 세라믹으로 만들어지며, OF링(4)을 제외한 광학계를 유니트화하는 작용을 하며, 상세한 것은 결합부(10)와 함께 후술한다. 영위법에 의하면 고정밀도의 측정출력이 얻어진다.

제5도는 고체광도파로기판(3)과, 그 표면에 형성되어 있는 고체광도파로(30) 그리고 광분할부(30a)의 일실시예를 상세히 나타낸 것이다.

이 제5도의 실시예는 Ti 확산 LiNbO₃광도파로라고 불리우는 것으로서, 기판(3)은 Z커트로 잘라낸 LiNbO₃결정이 사용되며, 그 표면에 Ti(티탄)을 확산하여 광도파로(30)를 형성한 것으로서, 먼저 스패터링 등의 수단으로 기판(3) 표면에 작성해야 할 광도파로와 같은 표면형상의 티탄막을 형성하여, 이것을 열 확산처리해서 티탄을 기판안에 확산시켜 티탄막이 설치되어 있는 부분에서 소정의 깊이까지의 기판의 일부를 그 자신의 굴절율보다 약간 다른 굴절율의 것으로 바꾸고, 이것을 광도파로(30)로 하는 것이다. 그리고, 이때 광분할부(30a)도 티탄막을 그것에 맞추어서 형성하는 것만으로 만들 수 있다. 또, 광분할부(30a)-(30c)도 광합파부(30d)와 같이 만들어진다.

이렇게 형성된 고체광도파로(30)는 그 폭 W이 예를 들어 5㎛, 깊이 D는 수백 Å이며, 이 고체광도파로(30)와 OF의 코어(40)와의 관계는 제6도에 나타낸 것처럼 된다.

이 제6도는 제4도에 있어서의 OF링(4)의 단부(4a) 및 (4b)에 있어서의 OF와 고체광도파로(30)와의 결합상태를 나타낸 것이며, OF는 크래드경 125㎛, 코어경 5㎛의 것이 사용되고 있는 것으로 했으며, 이도면(a)는 측면도 (b)는 상면도, 그리고 (c)는 정면도이며, OF 코어(40)의 단면과 고체광도파로(30)의 단부를 맞대어서 접촉시킴으로써 연속해서 빛을 전파시킬 수 있는 것을 알수 있다.

제7도는 고체광도파로(30)의 다른 일실시예이며, 리지형 또는 웨지형 등으로 불리우고, 기판(3) 표면의 광도파로로 되어야 할 부분을 남기고 소정의 두께만큼 그 주위를 이온밀링 등의 수단으로 제거하고, 이 제거한 부분에 적당한 굴절율의 재료, 예를 들어 폴리이미드수지 등으로 이루어진 충전층(31)을 배설하여 광도파로(30)를 형성한 것이다. 그리고, 이 제7도의 고체광도파로에서는 제6도(a)에 나타낸 바와 같은 두께 방향에서의 반사에 의한 광의 전파는 얻어지지 않는다.

OF링(4)은 예를 들어 상술한 바와 같은 크래드경 125㎛, 코어경 5㎛의 OF를 직경 30cm정도의 링에 약 500m 정도의 길이만큼 감은 것으로서, 그 안을 쌍방향으로부터 전파하는 빛에 대해 새그낵 효과를 부여하는 작용을 한다.

제8도는 표면음향파소자(이하, SAW 소자라고 함)(5)의 일실시예를 상세히 나타낸 것으로서 제4도의 기판(3)의 일부가 그려져 있으며, 이 도면에 있어서 (50)은 회절부, (51a), (51b)는 빗살형 전극이다.

회절부(50)는 고체광도파로(30)와 마찬가지로 기판(3) 표면에 티탄확산 또는 리지로서 형성되어 있다.

빗살형 전극(51a), (51b)는 서로 끼워진 모양으로 형성된 빗살형상의 전극이며, 증착이나 스패터 등에 의해 기판(3)의 표면에 형성되어 있고, 위상변조제어회로(8)에 포함되어 있는 광변조발진장치인 기준발진기(80)로부터 고주파의 구동신호가 주어져 표면음향파(SAW라고 함)를 발생시켜서, 그것을 회절부(50)가 포함되어 있는 영역으로 전파시키는 작용을 한다.

다음에, 이 SAW소자(5)의 동작을 제9도에 의하여 더욱 상세히 설명한다.

기준발진기(80)에서 고주파신호가 전극(51a), (51b)에 공급되면, 이들의 빗살형상 부분의 전극 상호간에 고주파전계가 발생하고, 이것에 의한 피에조효과에 의해 기판(3) 표면이 국부적으로 신축하여 SAW가 발생하여, 회절뷔(50)를 지나 전파된다.

이 상태에서 광빔 LB1을 제9도와 같이 회절부(50)내에 입사시키면, 이 광빔 LB1의 일부는 SAW에 의해 기판(3)의 표면 근방에 발생하는 응력에 의해 브래그회절을 받고, 회절을 받지 않고 그대로 직진하는 광빔 LB1'에 대해 소정의 각도 2

_B의 방향을 향하는 브래그회절광 LB1"이 나타난다.

이때의 각도는 2

_B는 다음과 같이 결정된다.

여기서, K : SAW의 파장수

K : SAW의 파장

Λ: 광의 파장수

λ: 광의 파장

또, 회절광 LB1"의 주파수를 ω₂라고 하면, 이 ω₂는 원래의 광빔 LB1의 주파수 ω₁에 대해 SAW의 주파수 ΩE만큼 어긋난다. 즉,

ω₂= ω₁± ΩE ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥(2)

그리고, SAW의 주파수 ΩE는 기준발진기(80)에서 전극(51a), (51b)에 공급되는 구동신호의 주파수와 같으므로, 결국 이 SAW소자(5)에 의하면, LB1을 기준발진기(80)의 신호에 의해 주파수 변조할 수 있고, 광변조장치로서의 기능을 얻을 수 있다. 그리고, (2)식에 있어서의 ±의 부호는 SAW의 전파방향과 LB1의 입사방향으로 결정되며, 상기예에서는 +이다.

이것과 병행하여, 이 회절부(50)내에는 광빔 LB2이 다른 광빔 LB1에 대해 소정의 각도로 입사되어 있다. 그래서, 이 광빔 LB2의 광빔 LB1에 대한 입사방향을 2

_B로 되도록 해 놓으면, 회절광 LB1"과 광빔 LB2을 합파시켜 회절부(50) 밖으로 취할 수 있으며, 이것에 의해 광합파부(30d)로서의 기능이 얻어지게 된다. 그리고, 이 실시예에서는 광빔 LB1' 및 도시하지는 않았지만 광빔 LB2에 의한 회절광은 그대로 버려지며, 특별히 이용하고 있지 않다.

제10도는 위상변조제어회로(8)의 일실시예이며, (80)은 이미 설명한 바와 같이 SAW 소자(5)의 전극(51a)과 (51b)에 구동신호 F를 부여하는 광변조발진장치로서 고주파의 기준발진기이다.

(81)은 위상비교회로이며, 광검출기(6)에서 버퍼증폭기(7)를 통해 입력되는 검출신호 S와, 기준발진기(80)의 출력 F를 위상비교하여, 이들의 위상차를 나타내는 신호 P를 발생하는 작용을 한다.

(82)는 전압제어발진기(이하, VCO라고 함)이며, 위상비교신호 P에 대응한 주파수의 출력신호 Q를 발생하는 작용을 한다.

(83)은 시프트레지스터이며, 신호 F를 시프트입력, 신호 F'를 시프트출력으로 하고, 다시 신호 Q를 시프트클록신호로서 동작한다. 따라서, 이 시프트레지스터(83)는 신호 F에 대해 소정의 지연시간, 즉 지연위상을 갖는 신호 F'를 출력하는 작용을 하며, 이때의 위상지연량은 신호 Q의 주파수에 의해 임으로 제어되어, 결국 가변이상기(可變移相器)(배리어블시프터)로서 동작하게 된다.

다음에, 제4도의 실시예에 의한 각속도검출동작에 대해 설명한다.

레이저(1)로부터의 광빔(이하, LB라고 함)은 아이솔레이터(2)를 지나 고체광도파로기판(3)에 형성된 고체광도파로(이하, SLG라고 함)(30)에 입사하고, 이 SLG(30)에 형성되어 있는 광분할부(30a)에서 2분할되어서 LB1, LB2로 된다. 이 가운데 LB1은 광분할부(30b)를 그대로 통과하여 결합부(10)에서 OF링(4)의 OF의 한쪽단부(4a)에서 이 링(4)을 구성하는 OF안에 입사하여 OF링(4)을 우측으로 돌아 통과하고 나서 다른쪽 단부(4b)에서 다시 SLG기판(3)에 들어가고, 광분할부(30c)를 지나 SAW소자(5)의 회절부(50)(제8도, 제9도)에 입사하여, SAW에 의해 브래그회절광으로 된 LB1"이 광검출기(6)에 도달한다. 한편, LB2는 광분할부(30c)를 통과하여 단부(4b)에서 OF링(4)에 입사하여 좌측으로 도는 방향으로 이 링(4)의 OF를 통과한 다음에 단부(4a)로부터 SLG(30)로 되돌아가고, 광분할부(30b)에서 분할되어 SAW소자(5)의 회절부(50)에 입사하여, 그대로 LB2'로 되어 LB1"와 합파되어서 광검출기(6)에 도달한다. 그리고, 광분할부(30b), (30c)로 분할되어 광분할부(30a)를 향한 LB1, LB2의 일부는 아이솔레이터(2)에 의해 저지되어, 레이저(1)에는 되돌아오지 않도록 되어 있는 것은 이미 설명한 바와 같다.

이와같이 해서 광검출기(6)에 입사하는 LB1"와 LB2'중 LB1"는 SAW소자(5)에 의해 상술한 바와 같이 주파수변조를 받으며, 그 주파수 ω₂는 (2)식에 나타낸 것처럼, 원래의 LB1, LB2의 주파수 ω₁에 대해 ΩE만큼 어긋나 있다. 이 결과, LB1"와 LB2'와의 사이에는 ΩE만큼 주파수차가 생기고, 이들 사이에서 주파수가 ΩE의 비트신호를 발생하여, 이것에 의해 광검출기(6)에서 얻어지는 신호 S(제10도)는 주파수ΩE의 신호로 되고, 이 신호 S와 기준발진기(80)의 출력신호 F가 위상비교된다.

그래서, 지금 OF링(4)이 정지상태에 있고, 이 링(4)에 대한 회전각속도 Ω가 0이었다고 하면, 이 안을 서로 반대방향으로 통과하는 LB1과 LB2의 사이에는 새그낵효과에 의한 위상의 차는 발생하지 않으므로, SAW소자(5)에 입사했을때의 LB1과 LB2와의 사이의 위상차는 이 시스템에 있어서의 상수로 정해지며, 실용상 이것을 0으로 간주할 수 있는 상태에 있다.

다음에, OF링(4)에 운동이 주어지고, 각속도 Ω₁[rad/s]이 생겼다고 한다면 새그낵효과에 의해 OF링(4)을 서로 반대방향으로 전파하는 LB1과 LB2와의 사이에 다음 식으로 나타내는 값의 위상차 △

가 생긴다.

여기서, A : OF링(4)이 둘러싸는 면적[㎡]

N : OF링(4)의 권수(捲數)

L : OF링(4)의 OF의 길이[m]

R : OF링(4)의 반경[m]

λ: 레이저광의 파장[m]

C : 광속도(=3×10⁸[m/s])

예를 들어, 일예 L = 10³m, R = 0.3m, λ= 0.83×10^-6m을 주었을 경우,

△

1.2Ω₁‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥(4)

로된다.

한편, 이와 같은 LB1과 LB2의 위상의 상태는 SAW소자(5)를 통과한 다음의 LB1"와 LB2'의 사이에도 그대로 보존되며, 또한 이 결과 이들 사이에 생기는 주파수 ΩE의 비트신호중에도 그대로 보존되어 있다.

그래서, 먼저 SAW소자(5)에 입사한 LB1과 LB2사이의 위상차가 0이었다고 하면, 광검출기(6)로 검출한 비트신호 S의 위상은 SAW소자(5)에서 주어진 주파수ΩE의 신호F'(제10도)에 의한 주파수변화의 위상에 일치하며, 결국 빗살형전극(51a), (51b)에 공급되는 신호 F'의 위상에 대해 이 시스템에서 결정되는 상수로 되며, 따라서 이때의 비트신호 S와 기준발진기(80)의 출력신호 F와의 위상차도 어떤 상수로 되고, 이것을 0으로 간주할 수 있다.

다음에, OF링(4)에 회전각속도 Ω₁가 주어지고, LB1와 LB2 사이에 △

의 위상차가 생겼다고 한다. 그러면, 광검출기(6)에 의한 비트신호 S와 기준발진기(80)의 출력신호 F와의 사이의 위상차도 이 △

만큼 변화하며, 이 결과 위상비교회로(81)의 비교신호 P가 Δ

에 대응해서 변화한다.

그래서, VCO(82)의 출력신호 Q의 주파수가 변화하며, 이것에 의해 시프트레지스터(83)의 시프트시간이 제어되고, 신호 F와 F'와의 사이의 위상을 변화시켜서 SAW소자(5)에 의한 SAW의 위상을 바꾸어서, 비트신호 S의 위상변화 △

를 소거하는 방향의 제어가 행해지도록 동작한다.

이 결과, LB1과 LB2와의 사이에 발생하는 위상차 △

에 따라서 신호 F'의 위상이 변화되어, 위상비교회로(81)에 있어서의 신호 S와 P와의 사이의 위상차가 0으로 수렴되는 방향의 제어가 수행되어, 이른바 영위법에 의한 위상검출동작이 얻어지며, VOD(82)의 출력신호 Q의 주파수에 의해 LB1과 LB2사이의 위상차, 즉 회전각속도 Ω₁가 소정의 정밀도를 유지하고, 충분히 넓은 다이나믹레인지하에서 측정할 수 있다.

그리고, 이 실시예에 의하면, OF링(4)이외의 광학계의 대부분이 고체광도파로기판(3)으로 구성되어 있기 때문에, 링간섭계의 구성에 필요한 광학계의 조립이 이 기판(3)의 제조공정으로 거의 완료되며, 조립조정이 매우 간단해지며, 사용개시 후의 광축의 오차 등이 거의 발생하지 않도록 할 수 있다.

다음에, 조립용기판(9)(제4도)과 결합부(10)에 대해 설명한다.

제11도는 본원 발명의 일실시예의 사시도이며, (11)은 OF지지부재, (12)는 압압부재, 그리고 (13)은 집적회로이다. 그리고, 이들 부재(11)와 (12)에 의해 결합부(10)가 형성되어 있다.

이미 설명한 바와 같이, 조립용기판(9)은 알루미나세라믹으로 만들어지며, 그 한쪽면에 버퍼증폭기(7)나 위상변조제어회로(8)를 집적화한 집적회로(13)를 형성해 놓았다. 그리고, 그 면에 소정의 형상의 광도파로(30)와 SAW소자(5), 그것에 광검출기(6)등 링간섭계에 필요한 광학계를 구비한 고체광도파로기판(3)과 레이저(1), 아이솔레이터(2)등이 부착되어 유니트화된다.

한편 고체광도파로기판(3)에는 기판(9)에 부착되기전에 (나중이라도 좋음), 결합부(10)에 의해 OF링(4)의 단부(4a)와 (4b)가 결합되어 있으며, 이 부분의 상세를 제12도에 나타낸다.

OF지지부재(11)는 실리콘판으로 만들어지며, 그 일부에 고체광도파로기판(3)에 형성되어 있는 광도파로(30)의 입사단에 맞추어서 V홈(11a), (11b)을 형성하고, 이 부분에 자켓층(크래드층의 외표면을 보호하는 것)을 제거한 OF의 단부(4a), (4b)를 수용해서 접착유리 등에 의해 접착지지되도록 되어 있다. 이때, 이들 홈(11a)과 (11b)의 작성을 고정밀도로 하여 OF를 각각의 홈(11a), (11b)에 수용했을때, 이들 2개의 OF의 코어 중심간의 거리가 소정의 정밀도로 고체광도파로기판(3)에 형성되어 있는 광도파로(30)의 거리와 일치하도록 하며, 또한 이때 OF의 코어 중심이 소정의 정밀도로 부재(11)의 고체광도파로기판(3)에 부착되는 면과 일치하도록 한다. 그리고, 이것을 위한 부재(11)의 가공방법으로서는, 예를 들어 실리콘의 이방성(異方性)에칭 등이 사용되며, 이들의 V홈(11a), (11b)에 대한 고정밀도의 가공을 행할 수 있도록 하고 있다.

압압부재(12)는 적당한 유리로 만들어지며, 제12(c)에 나타낸 것처럼 ㄷ자형으로 형성되어 있고, 그 양단부를 지지부재(11)에 접찹시켰을때, 이 지지부재(11)의 V홈(11a), (11b)에 수용 지지되어 있는 2개의 OF의 단부(4a), (4b)를 V홈(11a), (11b)쪽으로 압압하여, 이들 OF가 부재(11)의 V홈(11a), (11b)과 부재(12)에 의해 끼워지도록 하고, 이것에 의해 더욱 안정 확실한 지지가 얻어지도록 하고 있다. 그리고 이때의 부재(11)와 (12)과의 접착에는 예를들어 정전(靜電)접착법(애노드본딩)등이 사용되며, 안정되고 고정밀도로 저열 변형의 접착을 행할 수 있다.

따라서, 이 실시예에 의하면 지지부재(11)에 OF의 단부(4a), (4b)를 부착하고, 다시 압압부재(12)를 접착한 다음, 이 지지부재(11)를 SLG기판(3)의 단면에 압압부재(12)의 단면이 마주 보도록 하여, 이 기판(3)의 SLG기판(30)가 형성되어 있는 면위에 놓고, SLG기판(3)의 단면과 압압부재(12)의 단면을 밀착시키고(이 밀착부분을 제11도 및 제12(b)에서는 P로 나타냄), 또한 지지부재(11)의 하면과 SLG기판(3)의 상면을 밀착시킨 상태(이 밀착부분을 역시 Q로 나타냄)로 지지한채, 지지부재(11)를 SLG기판(3)에 대해 슬라이드시키는 것만으로, SLG기판(3)에 형성되어 있는 2개의 SLG(30)와 지지부재(11)에 부착되어 있는 OF의 단부(4a), (4b)와의 사이의 광축위치를 맞출수 있으며, 간단한 작업으로 용이하게 고정밀도의 광축 조정이 가능해진다. 그리고, 이처럼 지지부재(11)와 압압부재(12)를 가이드로서 광축 맞춤을 완료하면, 적당한 수단에 의해 밀착부분 P, Q에서 접착을 하며, 이들 부재(11), (12)를 SLG기판(3)에 고착시켜서 조립조정을 종료시키면 된다.

그런데, 이상의 실시예는 OF쟈이로 등에 매우 적합한 링간섭계에 본원 발명을 적용한 경우의 것이지만, 본원 발명은 다른 간섭계에도 적용가능한 것은 물론이다.

예를들어, 제13도는 본원 발명을 제2도에 나타낸 마하간섭계에 적용한 실시예이며, 또한 제14도는 제3도에 나타낸 마이켈슨간섭계에 적용한 실시예이다.

이들 제13도 및 제14도의 실시예에서 (4a), (4b)는 각각 OF링으로서 각각 제2도 및 제3도에 있어서의 OF링 R₁, R₂에 대응한 것이며, 또한 그밖의 부분은 제4도의 실시예와 같다.

그리고, 이들 동착에 대해서는 간섭계로서의 것은 각각 제2도 및 제3도에서 설명한 바와 같으며, 영위법에 의한 측정에 대해서는 제4도의 실시예에서 설명한 경우와 같으므로, 이 이상의 설명은 생략한다.

그리고, 이상의 실시예에서는 SLG기판(3)에 형성되어 있는 광분할부(3a)나 광합파부(3d)등을 단지 분기로형의 것에 대해서만 설명했지만, 2개의 SLG를 서로 접근시켜, 소정의 간격으로 소정의 길이만큼 평행시킴으로써 형성되는 광방향성 결합기에 의해 광분할부나 광합파부를 형성하여 본원 발명의 실시예를 얻도록 해도 좋다.

그런데, 이상의 설명에서 명백한 것처럼 링간섭계에 의한 OF쟈이로에 있어서는 그것에 사용하는 광으로서 충분한 단색성(單色性)이나 집속성이 요구되기 때문에 주로 레이저가 광원으로 사용된다.

한편, 레이저에 의한 광은 코히어런스가 매우 좋기 때문에 레이저로부터의 광학계내에 조금이라도 반사가 있으면, 이 반사가 존재하는 부분과 레이저와의 사이에 반사광과 입사광의 간섭에 의한 정재파(定在波)가 나타나 레이저의 발진모드에 영향을 주며, 레이저의 동작이 불안정해져서 쟈이로의 출력오차의 원인으로 된다.

그래서, 제4도에 나타낸 본원 발명의 실시예나 제1도에 나타낸 링간섭에 의한 OF쟈이로에 있어서는 이와 같은 정재파의 발생에 의한 문제점에 대해 어떤 방책을 강구할 필요가 있으며, 그 때문에 예를들어 레이저내의 공진계에 손실을 주어, 레이저빔 그 자체의 코히어런스를 저하시키는 방법등이 종래부터 제안되고 있다.

그러나, 이 종래의 방법에서는 레이저 자체에 변경을 가할 필요가 있으므로, 원가상승을 초래하기 쉽다.

그래서, 이와 같은 경우에 적용하여 정재파에 의한 쟈이로검출의 오차발생을 방지하는 방법의 일예에 대해 다음에 설명한다.

제15도는 정재파의 발생을 설명하는 도면이며, 레이저다이오드 LD에서 송출된 파장 λ의 레이저광 Pt은 렌즈 L₁, L₂, 빔스프리터 BS등을 갖는 간섭계의 광학계내에 입사되어 측정에 이용된다. 그리고, 제4도의 실시예에서는 이 광학계가 SLG나 OF로 구성되어 있다.

그리고, 이때 광학계내의 어느부분에 굴절율의 불연속면이 있으면 반사광 Pr이 생겨 상술한 정재파를 발생시킨다.

한편, 이때 레이저다이오드 LD는 그 구동전압 V_F을 변화시키면 제16도에 나타낸 것처럼 레이저광 Pt의 파장 λ을 변화시킬 수 있다.

그래서, 이 방법에서는 제16도에 나타낸 바와 같은 레이저다이오드 LD의 특성을 이용하여, 이 다이오드 LD에 의한 레이저광 Pt 파장 λ을 항상 약간만 변화시켜 정재파를 발생시키지 않도록 한 것이며, 그 일실시예를 제17도에 나타낸다.

트랜지스터 T_r1는 레이저다이오드 LD에 공급하는 전압 V_F을 그 베이스전압에 따라 변화시키는 작용을 한다. 그리고, 콘덴서 C₁는 노이즈방지용이다.

연산증폭기 OP는 콘덴서 C₂와 저항 R₇에 의해 적분회로를 구성하고, 그 출력에 의해 트랜지스터 T_r1를 제어하는 작용을 한다.

인버터 IV₁, IV₂는 콘덴서 C₅와 R₈에 의해 무안정 바이브레이터를 구성하며, 콘덴서 C₄를 통해 연산증폭기 OP에 4각 파를 공급하는 작용을 한다.

그래서, 이 회로가 동작상태로 되며, 인버터 IV₁, IV₂에서 발생된 4각파가 연산증폭기 OP로 적분되어서 3각파로 되며, 이 3각파로 트랜지스터 T_r1가 제어되게되기 때문에, 레이저다이오드 LD에 공급되는 전압 V_F이 3각파 형상으로 변화하며, 레이저광 Pt 파장 λ은 항상 소정의 범위에 걸쳐서 변화하기 때문에, 반사파 Pr가 생겨도 정재파는 발생하지 않으며, 레이저다이오드 LD에 아무런 세밀한 공정을 실시함이 없이 쟈이로 검출오차의 발생을 방지할 수 있다.

또, 이 제17도의 실시예에서는 레이저다이오드 LD에 설치되어 있는 모니터다이오드 MD의 출력을 저항 R₂, R₃과 콘데서 C₃로 평활화하여 연산증폭기 OP의 +입력에 공급하도록 되어 있으며, 이것에 의해 레이저다이오드 LD의 출력레이저광 Pt의 강도에 따라 구동전압 V_F을 제어하여 출력레이저광의 강도를 일정하게 하게 유지하도록 구성되어 있으며, 레이저광출력의 안정화를 도모하도록 되어 있다.

그리고, 모니터다이오드 MD는 포토다이오드의 일종이며, 저항 R₁은 그 부하저항이다.

또, 그 전압 E₂은 레이저다이오드 LD에 대한 직류바이어스설정용이며, 저항 R₄, R₅, R₆는 레벨설정용으로 설치한 것이다.

다음에, 이와 같은 링간섭계에 의한 OF쟈이로에서는 검출해야 할 회전속도가 0일지라도 그 출력은 완전히 0으로 되지 않으며, 항상 0레벨 근방에서 약간 드리프트하고 있는 성질이 있다.

그래서, 이와 같은 OP쟈이로를 자동차의 내비게이션시스템에 적용한 경우에는 제18도(a)에 나타낸 것처럼, 자동차가 정차해서 쟈이로에 주어지는 회전각속도 Ω가 0으로 되어 있는 기간 ST에 있어서도, 쟈이로의 출력 ΩGY은 0으로 되지 않으며, 이 도면(b)에 확대해서 나타낸 것처럼 그 평균치는 0이외의 값으로 되어 있다.

그리고, 이 평균치의 0으로부터의 어긋남은 정차기간 ST이 길어짐에 따라 커질 가능성이 있다.

그리고, 이 내비게이션시스템에서는 자동차가 정지한 다음, 다시 주행을 개시했을때의 출발시에서의 방향설정도 쟈이로의 출력에 의존하고 있으므로, 정차시에 상기와 같은 평균치의 어긋남이 생기면 출발시의 방향설정이 틀려져 커다란 위치오차가 생겨 버린다.

그래서, 본원, 발명에 적용해서 바람직한 결과를 기대할 수 있는 회로의 일예를 제19도에 나타낸다.

이 제19도에 있어서, (15)는 차속센서, (16)은 콤퍼레이터, (17)은 재트리거 가능한 단안정멀티바이브레이터(이하, RMM이라고 함), (18)은 디지탈앤드게이트, (19)는 핸드브레이크램프, (20)은 핸드브레이크스위치, (21)은 OF쟈이로, (22)는 쟈이로레퍼런스신호 발생기(이하, GYR이라고 함), (23), (24)는 앤드게이트, (25)는 인버터, (26)은 오어게이트이다.

차속센서(15)는 자동차의 차속을 측정하여 자동차가 정차한 것을 검출하는 작용을 하는 것으로서, 예를들어 자동차의 추진축에 부착한 복수개의 마그네트와 자속검출코일로 이루어진 주지의 것으로 족하다.

콤퍼레이터(16)는 차속센서(15)의 출력을 펄스로 변환하는 작용을 한다. 따라서, 자동차가 주행중에는 그 차속에 따른 주기로 이 콤퍼레이터(16)의 출력에 펄스가 나타나 있는 것으로 된다.

RMM(17)은 콘덴서 C와 저항 R에 의해 정해지는 조성의 시정수로 동작하며, 이 시정수로 정해지는 소정의 주기 이내에서 펄스가 입력되고 있는한 그 출력 Q을 "1"로 유지하도록 동작한다.

핸드브레이크램프(19)는 한쪽 단자가 전지 콤퍼레이터(16)에서 BAT에 접속되고, 핸드브레이크가 당겨지면 닫혀지는 스위치(20)에 다른쪽의 단자가 접속되어 있다.

GYR(22)은 각속도 Ω가 0인것을 나타내는 기준신호를 발생하는 작용을 한다.

다음에, 동작에 대해 설명한다.

자동차가 주행중에는 차속센서(15)가 출력을 발생하고 있으며, 이때문에 콤퍼레이터(16)의 출력펄스에 의해 RMM(17)는 계속 트리거되어 있기 때문에 그 출력 Q은 "1"로 유지되어 있다.

한편, 자동차가 주행중에는 핸드브레이크도 느슨하게 되어 있기 때문에 핸드브레이크스위치(20)도 열린채로 되어 있으며, 따라서 이 스위치(20) 윗쪽의 단자는 전원전압에 유지되어 "1"의 상태로 되어 있다.

이때문에, 앤드게이트(18)의 출력은 "1"로 되며, 이것에 의해 앤드게이트(23)는 능동화되고, 한편 앤드게이트(24)는 인버터(25)가 있기 때문에 닫힌 채로 되어 있다.

따라서, 자동차가 주행중에는 OR쟈이로(21)에 의한 회전각속도 신호가 앤드게이트(23)와 오어게이트(26)를 통해 그대로 쟈이로 출력 GYO로 되어, 이것에 의해 내비게이션시스템이 작동하도록 되어 있다.

다음에, 자동차가 정지하면, 차속센서(15)의 출력은 소멸하며, 콤퍼레이터(16)를 통해 공급되어 있던 펄스도 소멸하기 때문에, CR시정수로 결정되는 소정의 시간경과 후, RMM(17)의 Q출력은 "0"으로 되며, 이것에 의해 앤드게이트(18)의 출력도 "0"으로 된다.

또, 핸드브레이크가 당겨지면 핸드브레이크스위치(20)가 닫혀, 이것에 의해 핸드브레이크램프(19)가 점등되는 동시에, 이 스위치(20)에서 앤드게이트(18)에 주어지고 있는 입력도 이스되어 그때까지의 "1"에서 "0"으로 바뀌고, 이것에 의해서도 앤드게이트(18)의 출력은 "0"으로 된다.

따라서, 이때에는 앤드게이트(23)가 닫히면, 한편 앤드게이트(24)는 인버터(25)의 출력에 의해 능동화되기 때문에, GYR(22)에 의한 각속도 0을 나타내는 기준신호가 쟈이로출력 GYO으로 되어 내비게이션시스템이 이것에 의해 작동되는 상태로 된다.

따라서, 이 회로에 의하면 자동차가 주행중에는 OF쟈이로(21)의 검출신호가 그대로 내비게이션시스템에 보내져서 위치의 검출 등히 행해지는 동시에 자동차가 정지하여 회전각속도 Ω가 0으로 되었을때에는 그것을 나타내는 기준신호가 내비게이션시스템으로 보내지게 되어, OF쟈이로(21)의 출력의 드리프트에 의한 자동차 출발시에 방향설정의 오차의 발생을 확실하게 방지해서 항상 올바른 위치측정을 가능하게 할수 있다.

다음에, 제20도는 제19도와 같은 목적을 달성할 수 있는 다른 일예의 회로이며, 자동차가 정지했을때 제19도의 회뢰에서는 그 정지기간중은 쟈이로의 출력을 기준치로 전환하도록 하여 목적을 달성하고 있는 것에 대해, 이 제20도의 회로에서는 자동차가 정지할 때마다 이 정지중인 OF쟈이로의 출력을 다음에 자동차가 주행개시했을 때의 새로운 회전각속도의 0레벨로 하도록 하여 내비게이션시스템의 오차의 발생을 방지하도록 한 것으로서, 차속센서(15), 콤퍼레이터(16), RMM(17), 핸드브레이크램프(19), 핸드브레이크스위치(20) 및 OF쟈이로(21)는 제19도의 경우와 같으며, 따라서 낸드게이트(14)의 출력은 자동차가 주행중에만 "0"으로 되며, 자동차가 정지하여 차속센서(15)의 출력이 소멸하거나 핸드브레이크가 당겨져서 스위치(20)가 닫히는 최소한 한쪽의 조건이 성립했을 때에는 "1"로 되고, 이것을 각속도검출신호로서 이용할 수 있다.

이 제20도에 있어서, (32), (33)은 연산증폭기, (34)는 아날로그 스위치, (35)와 (36)은 적분용의 저항과 콘덴서, (37)은 데이터유지용의 콘덴서이다.

연산증폭기(32)는 버퍼증폭기로서 동작하며, 아날로그스위치(34)가 온했을때, 콘덴서(36)에 나타나 있는 전압을 콘덴서(37)에 옮기는 작용을 한다.

연산증폭기(33)는 그 마이너스입력에 공급되고 있는 콘덴서(37)의 전압을 중심으로하여 OF쟈이로(21)의 출력을 증폭하며, OF쟈이로(21)의 출력의 0레벨을 콘덴서(37)의 전압에 설정하는 작용을 한다.

아날로그스위치(34)는 낸드게이트(14)의 출력이 "1"일때 온하고, "0"일때에 오프하도록 동작한다.

한편, 이것에 조합된 내비게이션시스템은 낸드게이트(14)의 출력을 각속도0 신호로서 입력하고, 이것이 "1"일때의 쟈이로출력 GYO을 회전각속도 Ω가 0일때의 신호로서 동작하도록 되어 있다.

다음에, 제20도의 회로의 동작에 대해 설명한다.

저항(35)과 콘덴서(36)로 이루어진 적분회로(로우패스필터라고 생각해도 좋음)는 항상 OF쟈이로(21)의 출력을 평활화하고, 그것을 버퍼증폭기로서 동작하는 연산증폭기(32)에 입력하고 있다. 따라서, 자동차가 정지하여 회전각속도 Ω가 0일때에는 이 연산증폭기(32)의 출력에는 제18도(b)에 나타낸 OF 쟈이로(21)의 드리프트에 의한 변화의 평균치가 항상 나타나 있는 것으로 된다.

이 결과, 자동차가 정지하고, 낸드게이트(14)의 출력이 "1"이 되어 아날로그스위치(34)가 온할때마다 콘덴서(37)의 단자전압은 차례로 OF쟈이로(21)의 새로운 드리프트에 의한 평균치에 의해 갱신되어 가게 되며, 이것이 연산증폭기(33)에 의해 쟈이로출력 GYO의 0레벨로 되어 간다.

따라서, 이 회로에 의하면 자동차가 정지하여 OF쟈이로의 출력의 평균레벨이 드리프트에 의해 변화하더라도 이 변화된 평균레벨에 의해 쟈이로출력의 0레벨이 항상 자동적으로 보정되어 가기 때문에, 내비게이션시스템에 의한 범출동작에 오차가 생기는 것을 방지할 수 있다.

그리고, 제20도의 회로에서는 OF쟈이로(21)의 출력이 아날로그신호의 경우에 적용한 것이며, 이때문에 제4도의 실시예에 적용하기 위해서는 그 주파수출력을 주파수판별회로 등에 의해 아날로그신호로 변환시켜줄 필요가 있는 것은 물론이다.

그런데, 이와 같은 OF쟈이로를 사용한 내비게이션시스템에서는 그 신호처리에 마이크로콤퓨터를 사용하는 것이 일반적이며, 한편 제4도에 나타낸 실시예에서는 쟈이로출력이 주파수로 각속도를 나타낸 것으로 되어 있다.

그래서, 이와 같은 경우에서의 제18도(b)에 있어서의 드리프트의 평균치의 산출방법의 일예를 다음에 설명한다.

제21도는 마이크로콤퓨터에 의한 신호처리부분의 개략블록도이며, (41)은 주파수카운터, (42)는 입출력장치(I/O), (43)은 마이크로콤퓨터의 MPU, (44)는 메모리이다. 그리고, OF쟈이로(21)는 예를들어 제4도에 나타낸 본원 발명의 일실시예에 의한 것으로서 회전각속도 검출출력 Q이 주파수신호로 되어 있는 것, 낸드게이트(14)는 제20도의 회로에 있어서의 것이다.

주파수카운터(41)는 항상 OF쟈이로(21)의 출력 Q을 카운트하여, 그 주파수데이터를 출력하고 있다.

한편 MPU(43)는 I/O(42)를 통해 낸드게이트(14)의 출력을 감시하고, 그것이 "0"에서 "1"로 바뀔때마다 즉 자동차의 정지가 검출될때마다 제22도의 플로차트에 나타낸 일련의 처리의 실행을 개시한다.

이와 같이, 제22도의 처리가 개시되면, 먼저 ①에서 메모리 (44)의 RAM내에 미리 준비해 놓은 소정의 메모리영역 A과 타이머용 카운터 T를 클리어한다. 그리고, 이 타이머용 카운터 T로 RAM의 소정의 메모리영역을 사용한 소프트카운터이다.

②에서는 주파수카운터(41)의 출력데이터를 입력하여, 그것을 ③에서 상기 메모리영역 A에 가산하고, ④에서 타이머용 카운터 T를 인크리멘트한다.

⑤에서는 자동차가 주행개시했는지의 여부를 판단하고, 결과가 NO일때에는 ②로 되돌아가서 다시 ②-④의 처리를 반복한다.

한편, ⑤에서의 결과가 YES로 되면 ⑥으로 나아가서, 메모리 A의 데이터를 타이머용 카운터의 카운트치 T로 제산하여 평균치를 산출하여, 그것을 ⑦에서 영기준데이터로서 RAM에 격납하여, 이 제22도에 나타낸처리를 종료한다. 그리고, 이때의 ⑤에서의 판단은 낸드게이트(14)의 출력을 조사하여, 그것이 "0"으로 되어 있으면 자동차가 주행한 것으로 하면 된다.

그래서, 여기서의 ②-⑤까지의 처리가 일정시간으로 반복되도록 해두면 자동차가 정지하고 있는 기간에서 평균화한 드리프트치가 얻어져 영기준데이터를 구할 수 있다.

여기서, 이와 같은 마이크로콤퓨터를 사용한 내비게이션시스템 등에 있어서의 OF쟈이로로부터으 회전각속도데이터의 일반적인 입력방법에 대해 설명한다.

먼저, OF쟈이로가 회전각속도신호를 아날로그데이터로서 출력하는 것이었을 경우에는 제23도에 나타낸 것처럼 단지 아날로그디지탈변환기(A/D)(45)를 통해 데이터GYO를 MPU(43)에 입력하도록 하면된다.

다음에, OF쟈이로가 제4도에 나타낸 본원 발명의 실시예와 같이 회전각속도신호를 주파수데이터 Q로서 출력하는 것이었을 때에는 제24도에 나타낸 것처럼 주파수 카운터(46)를 사용하여, 이 주파수데이터 Q를 디지탈데이터 DD로 변환하고 나서, MPU(43)에 입력하도록 할 필요가 있다. 그리고, 이때 주파수데이터 Q를 그대로 MPU(43)가 입력하여 소프트카운트하여 처리하는 방법도 생각할 수 있지만, 이와 같이 하면 MPU(43)에 의한 처리시간의 많은 부분이 이 소프트카운트 처리에 소요되므로 제24도에 나타낸 것처럼 주파수카운터(46)를 외부부착하는 방법이 바람직하다고 할 수 있다.

그런데, 제23도, 제24도에서는 A/D(45)나 주파수카운터(46)가 12비트의 것으로 되어 있으며, 디지탈데이터 DD로서 12비트 사용하도록 되어 있는데, 그 이유는 다음과 같다.

자동차가 주행중 미끄러지지 않고 안전하게 선회할 수 있는 최대속도는 다음 식이 성립하는 경우로 된다.

여기서, m : 자동차의 질량

v : 자동차의 속도

r : 자동차의 선회반경

g : 중력가속도

c_f: 자동차의 타이어와 노면과의 사이의 마찰계수

그래서, 마찰계수 c_f를 0.8로 하고, (5)식이 성립하는 속도에 있어서 가능한 자동차의 최대회전각속도 Ωmax와 선회반경 r과의 관계를 그래프로 나타내면 제25도와 같고, 이것으로부터 내비게이션시스템 등에 있어서의 OF쟈이로에 의해 검출하지 않으면 안되는 회전각속도 Ω의 최대치는 자동차의 최소 선회가능반경 r_min을 5[m]로 하면 약 70[deg/S]로 된다.

한편, 이와 같은 OF쟈이로에 의해 검출을 필요로 하는 회전각속도의 최소치는 내비게이션시스템측에서 보았을 경우에는 현재까지로서는 아직 명백하지 않지만, OF쟈이로의 최소검출정밀도가 대체로 0.05[deg/S]정도이므로, 이것을 최소치로 한다.

그렇게하면, 내비게이션시스템에 필요한 회전각속도데이터의 다이나믹레인지는 1400이며, 이것을 바이너리데이터로 나타내면 11자릿수를 요하며, 이것에 회전방향을 판별하기 위한 데이터로서 1비트가 필요해져, 결국 OF쟈이로의 데이터로서는 12비트의 데이터로 되고, 이것이 제23도, 제24도에서 12비트의 디지탈데이터 DD가 사용되고 있는 이유이다.

다음에, 이와 같은 OF쟈이로의 실장(實裝)방법에 대해 설명한다.

본원 발명에 의한 고체화간섭계는 OF쟈이로로서 매우 적합하며, 따라서 자동차용 내비게이션시스템에 적용될 경우가 많다고 생각된다. 그래서, 이와 같은 경우에는 당연히 OF쟈이로를 자동차에 탑재하지 않으면 안된다.

그리고, OF쟈이로는 온도변화나 응력변화에 민감하기 때문에, 자동차의 엔진룸내에의 실장은 매우 곤란하며, 실용적으로 제26도에 나타낸 바와 같은 실장방법을 생각할 수 있다.

제26도에 있어서, (60)은 자동차 전체를 나타내며, (61)은 시트의 하나를 나타내고 있다.

A는 제1의 부착위치로서 자동차(60)의 루프에 부착한 것이며, 여기에 부착한 OF쟈이로를 GY₁으로 표시했다. 이 경우에는 OF링을 크게할 수 있기 때문에 OF쟈이로의 감성을 높인다고 하는 점에서는 유리해지지만, 여름철에 있어서의 루프의 온도상승을 고려하면 상당한 문제가 예상된다.

B는 제2의 부착위치로서 시트(61)밑에 수납된 것이며, 여기에 부착한 OF쟈이로는 GY₂로 표시했다.

C는 제2의 부착위치로서 자동차(60)의 트렁크룸내에 격납한것으로서, 이때의 OF쟈이로는 GY₃로 표시했다.

이들 B와 C의 경우는 특히 우열을 가리기 힘들지만 어느 것을 채용하면 더욱 효과적인 것인가 하는 문제는 금후의 과제로 될 것이다.

그리고, 이상의 설명에서는 본원 발명에 의한 고체화간섭계를 OF쟈이로로서 사용하고, 이것을 자동차용 내비게이션시스템에 적용한 경우에 대해 주로 설명했지만, 이 OF쟈이로는 운동물체의 위치검출, 자세검출에 유효하므로 자동차용 내비게이션시스템에 한정되지 않고, 예를들어 산업용 로보트나 각종 매니퓰레이터(manipulator)등의 제어에 적용해서 커다란 효과를 얻을 수 있는 것은 물론이다.

이상 설명한 바와 같이 본원 발명에 의하면 OF링 이외의 광학계를 광변조기도 포함하여 1매의 기판에 의한 고체화가 가능하기 때문에 종래 기술의 결점을 없애고, 소형화, 모듈화가 용이한데다가 조립조정도 매우 간단하며, 또한 사용중 특성변화의 염려가 거의 없으며, OF쟈이로 등에 적용하여 고정밀도이며, 항상 확실한 동작을 기대할 수 있는 고체화 광간섭계를 저렴한 원가로 제공할 수 있다.

Claims (6)

1. 루프형상으로 구성된 광화이버(4)와, 이 공화이버(4)에 광학적으로 접속된 고체광도파로(30)로 구성된 광로를 갖는 광간섭계에 있어서, 상기 고체광도파로(30)를 통과하는 광을 광변조하기 위한 표면음향파를 발생하는 전극(51A,51B)이 상기 고체광도파로를 형성하는 기판(3)의 표면상에 일체적으로 형성되어 있는 것을 특징으로하는 고체화 광간섭계.
2. 제1항에 있어서, 상기 기판(3)상의 상기 고체광도파로(30)는 서로 소정의 각도로 교차하도록 상기 기판상에 배치된 2개의 입력광도파로(30)와, 상기 2개의 입력광도파로의 교차된 부분과 광학적으로 접속되도록 상기 기판상에 배치된 최소한 1개의 출력광도파로로 구성되며, 상기 2개의 입력광도파로의 교차된 부분을 통과하는 광을 광변조하는 위치에 상기 전극(51A, 51B)을 배치한 것을 특징으로 하는 고체화 광간섭계.
3. 제2항에 있어서, 상기 기판(3)상의 전극은 광변조발진장치(80)에 접속되어 있고, 이 광변조발진장치는 상기 2개의 입력광도파로의 교차된 부분에서 합파된 광의 위상변화를 소거하도록 발진출력하는 것을 특징으로 하는 고체화 광간섭계.
4. 제1항에 있어서, 소정의 파장의 범위에서 약간 변화하는 레이저광을 발생하는 레이저 발생회로를 구비하고, 상기 레이저광을 상기 광도파로(30)에 통과하도록 구성한 것을 특징으로 하는 고체화 광간섭계.
5. 제2항에 있어서, 상기 전극(51A,51B)에 가한 신호에 따라서 차량의 방위를 검출하는 방위검출회로와, 차량의 정지상태를 검출하는 정지상태 검출회로를 구비하고, 상기 정지상태 검출회로의 출력에 의거하여 상기 방위검출회로의 출력을 보정하는 것을 특징으로 하는 고체화 광간섭계.
6. 제2항에 있어서, 상기 전극(51A,51B)에 가한 신호에 따라서 차량의 방위를 검출하는 방위검출회로와, 상기 방위검출회로의 출력을 적산하여 평균하는 평균회로를 구비하고, 상기 평균회로의 출력에 의거하여 방위검출회로의 출력을 보정하는 것을 특징으로 하는 고체화 광간섭계.

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