JPS58190772A - 回転角速度検出器 - 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】 本発明はリング干渉計を利用した光学的な回転角速度検
出器に関する。

長尺の光伝送路を光路とするリング干渉計は慣性空間に
対する回転計として作用し、高感度の光学的なジャイロ
スコープを構成できると考えられている。そしてロータ
ーの回転を利用した従来の機械的なジャイロスコープと
比べると、回転部分がないなどの理由により、長寿命で
かつ信頼性の高いものが得られることからその実用化が
望まれている。その検出原理はサグナック（８ａｇｎａ
ｃ　）効果として知られているが、互いに逆方向に伝搬
する二つの光の間に、光伝送路の運動速度に比例する伝
搬時間の差が生じることに基づいている。

しかしサグナック効果によって生じる位相差はごくわず
かであるので、かなり長尺の光伝送路を用い、かつ位相
差をｎ度良く１例えば１０−６ラジアンの精度で計るこ
とが必要とされる。その上実際に検出できるのは位相差
の正弦なりしは余弦関数値である為、検出値をそのまま
用いたのでは広い回転速度範囲にわたって直線性を得る
ことができない難点がある。さらにまた光源の出力や光
伝送路の伝搬損失々どの変化によっても誤差を生じる欠
点がある。その為、その改善策として逆方向に伝搬する
元信号の波長をごくわずかに変えておき、この波長の差
で生じる出方光の位相差とサグナック効果で生じる位相
差とが打ち消し合うように波長差を制御し、その時の波
長差から回転角速度を検出するいわゆる零位相法を用い
ることが適切であると考えられている。

第１図は前述のような零位相法を用いた従来の回転角速
度検出器の構成を概念的に示したものである。光源１の
出力光１０１に半透明鏡２に入射し、その内該半透明鋭
２を透過した一部の光１０２は音響光学変調器４におい
て変調周波数分たけ周波数変移されたのち、端面３１か
ら光伝送路３に入射される。一方半透明鏡２で反射され
た光１０３はそのままもう一方の端面３２から光伝送路
３に入射される。この構成により前述のようにサグナッ
ク効果による位相差を変調周波数の変化に置き換えて回
転角速度を検出できる。その際必要な変移量は、光伝送
路長などにもよるが、周波数にしてせいぜい数十ＫＨｚ
程度までである。しかしこの値に対して通常用いられて
いる音響光学変調器の中心周波数は数十ＭＨｚ以上であ
るので、この変調器を使うと必要以上に周波数変移が生
じ、例えば千波腿分もずれたところで位相を合せること
になる。このことは伝送方向によりファイバ長に千波長
分の差があることと同質であり、光源のわずかな波長変
化によってもサグナック効果による分よりも大きな位相
差が生じることなどから８度良く回転角速度を検出する
ことができない欠点がある。

第２図は従来の方法による他の構成例を示した区であり
、２個の音響光学変調器４と４１とを逆向きに組合せ、
その変調周波数の差だけの波長変移を行なうものである
。この構成では周阪数変移殖を小さくできる利点はある
が、反面、この構成では高価な変調器を２個も使用する
ので高価になる難点がある上に、２個の変調信号に含ま
れる周波数雑音分が強調されて表われるので、期待する
ほどには測定ｎ度を良くできなり難点がある。

そこで本発明の目的に前記のような欠点をなくし、構成
容易で経済的であり、かつ光源の波長変化の影響などを
受けにくクシて、精度良く回転角速度を検出可能な回転
角速度検出器を提供することにある。

本発明の回転角速度検出器は、光源と、コイル状になし
次元伝送路と、光源からの光を部分して該光伝送路の両
端から入射する装置と％前記光伝送路の両端から出射さ
れた二つの光の位相差を検出する装置とを有し、さらに
１前記光伝送路の中間点の近くに挿入された周波数変移
装置と、前記位相差の検出装置にょ９得られる検出値が
決められた一定の値となるように前記周波数変移装置の
変移周波数を制御する装置とを具備した構成となってい
る。

この構成によれば、１個の変調器を使って構成できるの
で、経済的で構成容易、かつ変調器を通過したのちの光
伝送路の長さの差をごくわずかにできるので、光源の波
長が変化した場合でもその影響を受けにくくできる。ま
た検出する周波数の変化を大きくできるので測定が容易
であシ、かり２個の変調器を用いて差分をとる形式では
ない為、変移信号の雑音分が強調されることもないので
、精度良く回転角速度を計ることが可能になる。

次に図面を参照して本発明について詳細に説明する。

第３図は本発明の第１の実施例の回転角速度検出器の構
成を概念的に示したものである。

光源１は単一波長のレーザ光源であり、その出力光１０
１は半透明鏡２に入射し、該半透明鏡２を透過した成分
１０２は端面３１から光伝送路３に入射され、一方該半
透明鏡２で反射された成分１０３はもう一方の端面３２
から光伝送路３に入射される。両端面３１．３２から入
射された二つの光はコイル状になした光伝送路３中を伝
搬するが、途中で中間点の近くに挿入された音響光学変
調器４において発振器６の出力を用いて、その周波数分
だけ、周波数変移されたのち、残りの光伝送路３を伝搬
し、それぞれ反対側の端面３２，３１から出射される。

この出射光１０４，１０５ｉ共に前記半透明鏡２に入射
するが、半透明鏡２ではこの二つの光１０４．１０５は
重ね合されて、その位相差に応じて、光検出器５側およ
び光源１側に出射される。光検出器５に入射した光は電
気信号に変換されて発振器６に入力される。発振器６で
はこの信号電圧とある位相差に対応した基準電圧とが比
較され、それらが等しくなるように発振周波数の制御が
行なわれているので、静止状態での発振周波数からの周
波数変化量より、回転角速度を求めることができる。こ
の実施例で音響光学変調器４の位置を光伝送路３の中間
点からその全長の百分の−ずれた位置とすると、等価的
な光路長の差は第１図に示した従来の方法に比べて百分
の−にできるので、光源の波長変化の影響を百分の−に
でき、かつ変調周波数の変化は百分になるので、その変
化量の検出が容易になる上に１その分だけ変調信号に含
まれる雑音の影響も受けないようにできる。従って精度
良く回転角速度を測定することが可能になる。また変調
器は１個のみで構成できるので、第２図に示した変調器
を２個使用する場合に比べて構成が容易で、かつ経済的
にも優れていることＫなる。

なお上記第１の実施例でに半透明鏡２から分れた信号を
光検出器５で検出しているが、光源１側に戻る信号を分
岐して検出しても、前記と同様な特徴を有する回転角速
度検出器を構成できる。

第４図は本発明の第２の実施例の回転角速度検出器の構
成を概念的に示したものである。この実施例は、第１の
実施例と異なり、二つの光検出器５と８を用いてその出
力が比較回路９で比較され、その値が一定となるように
発振器６でその発振周波数が制御されている。この方法
によっても第１の実施例と同様に経済的で測定精度の良
い回転角速度を構成できる。なおこの実施例では光源の
出力変動などの影響を受けないようにできる利点がある
。

なお上記各実施例において、光源には半導体レーザやガ
スレーザなどの一単一波長のものが使用可能であり％ま
次光検出器にはホトダイオードやアバランシ・ホトダイ
オードなどが使用できる。

また同様に光信号の分岐および合成手段とじては半透明
鏡の他に各種の光方向性結合器が使用できる。

以上詳述したように本発明によれば、コイル状になし次
光伝送路の中間点の近くに周波数変移手段を挿入し、検
出きれる位相差が一定となるように変移周波数を制御す
ることにより、構成容易で経済的であり、かつ精度良く
回転角速度を検出することが可能な回転角速度検出器が
得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図と第２図は従来の方法による回転角速度の構成を
概念的に示した図で、また第３図および第４図にそれぞ
れ本発明の第１、および第２の実施例の回転角速度検出
器の構成を概念的に示した図である。 １・　・・光源、　　　　　　２・・・・光透明鏡、３
・・・・光伝送路　　　　４　　光変調器、１３　図 ７４

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 光源と、コイル状になし次光伝送路と、前記光源からの
   光を部分してこの部分され走光を該光伝送路の両端から
   入射する装置と、前配光伝送路の両端から出射された二
   つの光の位相差を検出する装置とを有し、さらに、前記
   光伝送路の中間点の近くに挿入された周波数変移装置と
   、前記位相差を検出する装置により得られる検出値が予
   め定めた値となるように前記周波数変移装置の変移周波
   数を制御する装置とを具備したことを４？徴とする回転
   角速度検出器。