JPS6329211A - 光フアイバ回転センサ - 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−にの利用分野］ この発明は、リング共振方式による光ファイバ回転セン
サに関し、特に小形化及び安定化を実現した光ファイバ
回転センサに関するものである。

［従来の技術］ 第３図は従来の光ファイバ回転センサを示すブロック図
である。図において、（＋）は高コヒーレンスの半導体
レーザであり、高コヒーレンスのレーザ光Ｉ７を得るた
め、例えばリング状光ファイバなどの外部共振器（図示
せず）が付加されている。

（１ａ）は半導体レーザ（＋）から放射されるレーザ光
Ｉ７を導く例えば単一モードの偏波面保存光ファイバ（
以下、単に光ファイバという）であり、ループ状に形成
されている。（２ａ）〜（２ｄ）は光ファイバ（ｌａ）
に沿って設けられた単一モード光ファイバカップラ（以
下、単に光ファイバカップラという）であり、光ファイ
バカップラ（２ａ）は半導体レーザ（１）の出力部に配
置され、レーザ光りを光ファイバ（１ａ）内の左右両回
転方向のレーザ先口及びＬ２に振り分けるようになって
いる。

（３ａ）は光ファイバカップラ（２ｂ）を介して光ファ
イバ（１ａ）に結合された光検出ファイバ、（３ｂ）は
光ファイバカップラ（２ｄ）を介して光ファイバ（１ａ
）に結合された光検出ファイバであり、光検出ファイバ
（３ａ）は光ファイバ（１ａ）内の左回転のレーザ光Ｌ
ｌを検出し、光検出ファイバ（３ｂ）は光ファイバ（ｌ
ａ）内の右回転のレーザ光１．２を検出するようになっ
ている。

（４ａ）は光検出ファイバ（３ａ）の一端に設けられた
光検出器、（４ｂ）は光検出ファイバ（３ｂ）の一端に
設けられた光検出器であり、それぞれレーザ光１，１、
Ｌ２に対応した電気信号Ｅ１、Ｅ２を出力するようにな
っている。（５ａ）は光検出器（４ａ）に接続されたロ
ックインアンプ、（５ｂ）は光検出器（４ｈ）に接続さ
れたロックインアンプであり、それぞれ図示しない増幅
器を介して電気信号Ｅ１、Ｅ２が入力されている。ＴＩ
はロックインアンプ（５ａ）の出力端子である。

（６）は各ロックインアンプ（５ａ）、（５ｂ）及び後
述する位相制御器（７）に所定の周波数ｆｍを出力する
信号発振器、（７）はロックインアンプ（５ｂ）からの
出力信号Ｐ及び信号発振器（６）からの周波数ｆｍに基
づいて位相制御信号ＰＣを出力する位相制御器、（８）
は位相制御信号ＰＣにより駆動される位相変調器、（９
）は位相変調器（８）を備え＋１．つ光ファイバカップ
ラ（２Ｃ）を介して光ファイバ（１ａ）に結合された単
一モート光ファイバループ（以下、単に光ファイバルー
プという）であり、光ファイバループ（９）内の左回転
のレーザ光Ｌ４の共振点は、位相変調器（８）により一
定に制御されている。尚、位相変調器（８）については
、例えば、オプティクス・レターズ（Ｏｐ［ｉｃｓ　１
ｅｔｔｅｒｓ）第８巻、第１２号（１９８３年）の第６
４４〜６４６頁にも記載されている。

次に、第３図に示した従来の光ファイバ回転センサの動
作について説明する。

半導体レーザ（１）から放射されたレーザ光りは、先フ
ァイバカップラ（２ａ）で２分され、光ファイバ（１ａ
）内を、左回転のレーザ光Ｌ１及び右回転のレーザ光Ｌ
２となって伝搬する。更に、これらレーザ光１．１、Ｉ
、２は、光ファイバカップラ（２ｃ）を介して、光ファ
イバループ（９）内を、右回転のレーザ光Ｌ３及び左回
転のレーザ光Ｌ４となって伝搬する。

そして、光ファイバループ（９）内を多重回伝搬したレ
ーザ光Ｌ３及びＬ４は、再び光ファイバカップラ（２ｃ
）を介してレーザ光Ｌ１、Ｌ２となり、更に光ファイバ
カップラ（２ｂ）、（２ｄ）及び光検出ファイバ（４ａ
）、（４ｂ）を介して光検出器（４ａ）、（４ｂ）に入
力され、電気信号Ｅ１、Ｅ２に変換される。

このとき、光ファイバループ（９）内を左回転するレー
ザ光ｌ、４に相当するレーザ光１，２の電気信号Ｅ２は
、ロックインアンプ（５ｂ）に入力され、周波数ｆｍに
同期した成分のみが位相信号１）となって検出され、更
に位相制御器（７）に入力される。位相制御器（７）は
、位相信号Ｐが常に零となるような位相制御信号ＰＣを
フィードバックして位相変調器（８）を駆動する。

これにより、光ファイバループ（９）内を左回転に伝搬
するレーザ光Ｌ４の共振点を安定化する。従って、温度
変動及び機械的外力によって光ファイバループ（９）の
長さや屈折率が変化しても、レーザ光１．４の位相は変
化且ず、共振点は変動しない。又、光ファイバループ（
９）が静止状態のときは、右回転のレーザ光Ｌ３につい
ても、自動的に共振点が安定化される。

ここで、光ファイバ回転センサの系が光ファイバループ
（９）を中心に回転すると、左回転のレーザ光１，４に
ついては常に共振点が固定されているが、右回転のレー
ザ光１，３は、回転角速度に応じて位相が変化するため
、その共振点が変動する。従って、右回転のレーザ光Ｌ
３に相当するレーザ光Ｌ１の電気信号Ｅ１の変化量をロ
ックインアンプ（５ａ）で検出し、出力端子Ｔ１から処
理回路（図示せず）に出力することにより回転角速度を
検出することができる。

［発明が解決しようとする問題点］ 従来の光ファイバ回転センサは以上のように、光ファイ
バ（１ａ）内の左右両回転方向のレーザ光Ｌｌ、１４２
を、各光検出ファイバ（３ａ）、（３ｂ）を介して検出
することにより、先ファイバループ（９）を中心とする
回転角速度を検出していたので、光ファイバカップラ（
２ａ）〜（２ｄ）などを含む光学系か多くなり複雑用、
つ不安定であり、又、半導体レーザ（１）に外部共振器
を付加する必要があるため、寸法が大きくなり小形化が
実現できないという問題点があった。

この発明は上記のような問題点を解決するためになされ
たもので、実用的な安定性を備えると共に、小形化を実
現した光ファイバ回転センサを得ることを目的とする。

１問題点を解決するための手段１ この発明に係る光ファイバ回転センサは、両端面に無反
射コートが施こされた半導体レーザ及びこの両端面に光
学的に接合された光ファイバからなるリング状のレーザ
共振器と、光ファイバの一部に設けられた光ファイバカ
ップラと、この光ファイバカップラを介してレーザ共振
器内のレーザ光を受光する光ファイバループを有しこの
光ファイバループ内を伝搬する左右両回転方向のレーザ
光に基づいて光ファイバループの回転角速度を検出する
回転検出部とを備えたしのである。

［作用］ この発明においては、リング状のレーザ共振器により高
コヒーレンスの半導体レーザ光隙を構成し、又、レーザ
共振器に設けられた光ファイバカップラを介して光ファ
イバループを結合して、レーザ共振器内の左右両回転方
向のレーザ光を直接取り出す。

［実施例］ 以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図はこの発明の一実施例を示すブロック図テアル。図に
おイテ、（４ａ）、（４ｂ）、（５ａ）、（５ｂ）、（
６）〜（９）及びＴ１は前述の従来装置よ同様のもので
あり、（ｌｌ）、（２ｅ）、（２ｆ）及び（３）は、そ
れぞれ半導体レーザ（１）、光ファイバカップラ（２ａ
）〜（２ｄ）及び光検出ファイバ（３ａ）、（３ｂ）に
対応している。

（１１）は両端面（ｌｌａ）及び（ｌｌｂ）に無反射コ
ートが施された半導体レーザ、（１２）は半導体レーザ
（１１）の両端面（ｌｌａ）及び（ｌｌｂ）に光学的に
接合された光ファイバであり、これらはリング状のレー
ザ共振器（１０）を構成している。これにより、レーザ
共振器（１０）の長さが、半導体レーザ（１１）のみの
場合と比較して、光ファイバ（１２）の長さだけ長くな
るので、半導体レーザ（１１）のコヒーレンスは著しく
向−（ニしている。

（２ｅ）はレーザ共振器（１ｏ）の光ファイバ（１２）
の−部に設けられ、光ファイバ（１２）と光ファイバル
ープ（９）とを結合するための第１の光ファイバカップ
ラである。（２ｆ）は光ファイバループ（９）の一部に
設けられた第２の光ファイバカップラ、（３）は光ファ
イバカップラ（２ｒ）を介して光ファイバループ（９）
に結合された光検出ファイバである。

（４ａ）及び（４ｂ）は光検出ファイバ（３）の両端に
設けられた光検出器であり、光ファイバループ（９）内
の左回転のレーザ光Ｉ、７及び右回転のレーザ光Ｌ８を
検出するようになっている。（１３ａ）及び（１：’ｌ
ｂ）は各光検出器（４ａ）、（４ｂ）と各ロックインア
ンプ（５ａ）、（５ｂ）との間に設けられた増幅器であ
る。

次に、第１図に示したこの発明の一実施例の動作につい
て説明する。

レーザ共振器（ｌＯ）内の右回転のレーザ光１，５及び
左回転のレーザ光り、Ｓは、光ファイバカップラ（２ｅ
）を介して、光ファイバループ（９）内の左回転のレー
ザ光１，７及び右回転のレーザ光Ｉ、８となって伝搬す
る。これらレーザ光Ｌ７及びＬ８は、更に光ファイバカ
ップラ（２ｆ）を介して光検出ファイバ（３）に導かれ
る。

そして、左回転のレーザ光１，７に対応する電気信号Ｅ
ｌはロックインアンプ（５ａ）を介して出力端子Ｔｌか
ら出力される。一方、右回転のレーザ光Ｌ８に対応する
電気信号Ｅ２はロックインアンプ（５ｂ）を介して位相
信号Ｐとなり、位相制御器（７）に入力される。位相制
御器（７）は、位相信号Ｐが常に零となるような位相制
御信号ｐｃを位相変調器（８）に出力し、光ファイバル
ープ（９）内の右回転のレーザ光１６８の共振点を安定
化させる。

光ファイバ回転センサの系が光ファイバループ（９）を
中心に回転すると、その回転角速度に応じて左回転のレ
ーザ光Ｌ７のみの共振点が変動する。

従って、この変動を出力端子Ｔｌから取り出すことによ
り、回転角速度を検出する。

以−１−の基本動作は、前述の従来装置の場合と同様で
ある。

又、このときの位相フィードバック制御の対象となるレ
ーザ光は、もちろん右回転のレーザ光Ｌ８に限らず左回
転のレーザ光Ｌ７であってもよい。その場合、他方のレ
ーザ光即ち右回転のレーザ光［，８の共振点の変動が検
出されることになる。

尚、ｈ記実流側では受動型のリング基本方式の光ファイ
バ回転センサについて説明したが、第２図に示すように
、能動型のリング基本方式の光ファイバ回転センサに適
用してもよい。

第２図において、（２ｅ）、（４）及び（１０）〜（１
３）は前述の第一実施例と同様のものである。（９Ａ）
は第１の光ファイバカップラ（２ｅ）を介して光ファイ
バ（１２）に結合された光ファイバループ、（２ｇ）は
光ファイバループ（９Ａ）内の左右両回転方向のレーザ
光Ｌ７及びＬ８を混合するための第３の光ファイバカッ
プラ、（４）は光ファイバカップラ（２ｇ）により混合
されたレーザ光Ｌ９を検出する検出器、（２０）は検出
器（４）で検出され且つ増幅器（１３）を介して得られ
た電気信号Ｅが入力される周波数カウンタ、Ｔ２は出力
端子である。

次に第２図に示した他の実施例の動作について説明する
。

レーザ共振器（１０）を含む光ファイバ回転センサの系
が光ファイバ（１２）を中心に回転すると、サグナック
効果により、レーザ共振器（１０）内の右回転のレーザ
光［５５及び左回転のレーザ光１，６の各光路長か変化
する。従って、右回転のレーザ光Ｌ５と右回転のレーザ
光１７６との発振周波数が異なってくる。

この２つのレーザ光ｌ、５、Ｌ６を、第１の光ファイバ
カップラ（２ｅ）を介して、光ファイバループ（９）内
の左右両回転方向のレーザ光Ｌ７、Ｌ８として取り出し
、更に、第２の光ファイバカップラ（２ｇ）で混合する
。

混合されたレーザ光Ｌ９を光検出器（４）で受光すると
、レーザ光Ｌ５及びＬ６の周波数差に相当するビート信
号を含む電気信号Ｅが得られる。この電気信号即ちヒー
ト信号Ｅの周波数は、回転角速度に比例している。従っ
て、ビート信号Ｅを周波数カウンタ（２０）で計数する
ことにより、回転角速度を検出することができる。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明によれば、両端面に無反射コート
が施こされた半導体レーザ及びこの両端面に光学的に接
合された光ファイバからなるリング状のレーザ共振器と
、このレーザ共振器内のレーザ光を受光する回転検出部
とを設け、高コヒーレンスの半導体レーザ光源を構成す
ると共に、光ファイバループによりレーザ共振器内の左
右両回転方向のレーザ光を直接取り出すようにしたので
、高感度で安定目つ小形の先ファイバ回転センサが得ら
れる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示すブロック図、第２図
はこの発明の他の実施例を示すブロック図、第３図は従
来の光ファイバ回転センサを示すブロック図である。 （２ｅ）・・第１の光ファイバカップラ（２ｆ）・第２
の光ファイバカップラ （２ｇ）・第３の光ファイバカップラ （３）・・・光検出ファイバ　（４ａ）、（４ｂ）・・
光検出器（５ａ）、（５ｂ）・ロックインアンプ（８）
・位相変調器 （９）、（９Ａ）・・・光ファイバループ（１０）・−
レーザ共振器　　（１１）半導体レーザ（ｌｌａ）、（
ｌｌｂ）　　両端面　　（１２）−光ファイバ１．５〜
Ｌ８・レーザ光 Ｌ９　　混合されたレーザ光 Ｅ　ピート信号 尚、図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）両端面に無反射コートが施こされた半導体レーザ
   及びこの半導体レーザの両端面に光学的に接合された光
   ファイバからなるリング状のレーザ共振器と、前記光フ
   ァイバの一部に設けられた第１の光ファイバカップラと
   、この光ファイバカップラを介して前記レーザ共振器内
   のレーザ光を受光する光ファイバループを有しこの光フ
   ァイバループ内を伝搬する左右両回転方向のレーザ光に
   基づいて回転角速度を検出する回転検出部とを備えた光
   ファイバ回転センサ。
2. （２）回転検出部は、光ファイバループの一部に設けら
   れた第２の光ファイバカップラと、この光ファイバカッ
   プラを介して前記光ファイバループ内を伝搬する左右両
   回転方向のレーザ光を検出する光検出ファイバと、この
   光検出ファイバの両端に設けられた光検出器及びロック
   インアンプと、前記レーザ光の一方の共振点を固定する
   ための位相変調手段とを備え、前記前記レーザ光の他方
   の共振点の変動を検出するようにしたことを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の光ファイバ回転センサ。
3. （３）回転検出部は、光ファイバループ内を伝搬する左
   右両回転方向のレーザ光を混合する第３の光ファイバカ
   ップラと、この光ファイバカップラを介して前記光ファ
   イバループの一端に接続された光検出器及び周波数カウ
   ンタとを備え、前記混合されたレーザ光のビート信号に
   基づいて回転角速度を検出するようにしたことを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の光ファイバ回転センサ
   。