JP2001066142A - 共振型光ジャイロ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 調整が簡易であり、高精度な共振型光ファイハ゛シ
゛ャイロを提供する。 【解決手段】 光源部1はレーザ光発生源であり発生し
たレーザ光Lをジャイロチップ2に射出する。ジャイロチ
ップ2は、レーザ光Lをレーザ光LCCWとレーザ光LCWとに
分岐し、射出するとき、変調信号HCWと変調信号HCCWと
により、各々レーザ光LCW及びレーザ光LCCWに対する位
相変調を行う。CCW光受光器7は、レーザ光LCCWを電気信
号DCCWへ変換し、CCW光信号処理部9へ出力する。CW光受
光器8は、レーザ光LCWを電気信号DCWへ変換し、CW光信
号処理部10へ出力する。CCW光信号処理部9は、入力され
る電気信号DCCWを同期検波し、電気信号QCCWをCW光信号
処理部10へ出力する。CW光信号処理部10は、入力される
電気信号DCWを同期検波し、電気信号QCWを生成する。CW
光信号処理部10は、電気信号QCWと入力される電気信号Q
CCWとから、共振周波数Δfを求めて回転角速度Ωを演算
し求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、搭載する移動物体
の回転角速度の検出を行う光共振器を用いた共振型光ジ
ャイロに関する。

【０００２】

【従来の技術】運動する物体（飛行機および艦船など）
の回転角速度を求めることにより、この物体の現在の姿
勢角や方位角を捉えることが可能となる。そのため、飛
行機、艦船および潜水艦などには、広大な空や広大な海
を自分の力で目的値へ向かって、迷わずに正確に運行す
るために、慣性航法装置やジャイロコンパス等が搭載さ
れている。この慣性航法装置やジャイロコンパス等は、
プラットホーム方式から稼働部のないストラップダウン
方式へ移行しつつある。

【０００３】そのため、慣性航法装置やジャイロコンパ
ス等には、回転角速度を測定するジャイロスコープ（以
下、ジャイロとする）が内蔵されているが、機械式ジャ
イロから光ジャイロへ移行している。光ジャイロには、
リングレーザジャイロ（ＲＬＧ），干渉型光ジャイロ及
び共振型光ジャイロの３種類がある。ここで、ＲＬＧ
は、実用化されているが、ロックイン対策にディザ機構
または回転テーブル機構を必要とし、かつ高精度なミラ
ーが必要なため、信頼性及びコストの面で問題がある。
このため、稼働部が全くなく、高精度なミラーを必要と
しない干渉型又は共振型光ジャイロが開発されている。

【０００４】光ジャイロの基本原理を図４を用いて説明
する。図４は、光ジャイロの概念図である。図４に示す
様に、共振型光ジャイロスコープ（共振型光ジャイロ）
は、光共振器ＲＳに対して進行波形のレーザ発信を光源
ＬＳからビームスプリッタＢＳを介して行い、光ファイ
バのループに時計回り（ＣＷ：Ｃｌｏｃｋ Ｗｉｓｅ）
の方向のレーザ光および反時計回り（ＣＣＷ：Ｃｏｕｎ
ｔｅｒ ＣｌｏｃｋＷｉｓｅ）の方向のレーザ光を入力
させる。

【０００５】このとき、共振型光ジャイロの系が静止し
ていれば、両周りのレーザ光は、同一の光路を伝搬する
ため、両レーザ光間の共振周波数差が「０」となる。し
かし、この共振型光ジャイロの系が矢印方向に回転角速
度Ωにより回転すると、光共振器ＲＳにおいてＣＷに伝
搬されるレーザ光とＣＣＷに伝搬されるレーザ光の光路
の長さがサニャック効果により異なり、両レーザ光の共
振周波数が異なったものとなる。

【０００６】このときレーザ光の共振周波数のスペクト
ルが鋭い（半値幅が小さい）ため、回転角速度がわずか
なものであっても測定される共振周波数差としては大き
な値となり、検出される回転角速度Ωの検出精度が高く
なる。そのため、共振型光ジャイロは、近年ジャイロス
コープとして期待される様になってきている。本発明で
は、共振型光ジャイロに用いられる光共振器を構成する
光導波手段を光ファイバ及び光導波路とする。

【０００７】従来の共振型光ジャイロの説明を図５を用
いて行う。図５は、従来の共振型光ジャイロの構成の一
例を示すブロック図である。この図において、１は光源
部であり、たとえば半導体レーザ等によるレーザ光発生
源である。また、光源部１は、発生したレーザ光Ｌを強
度変調器１００へ射出する。強度変調器１００は、発振
器１０１の発生する周波数により強度変調を行い、レー
ザ光ＭＬをジャイロチップ２へ射出する。カー効果及び
後方散乱（光学的雑音）の影響がどの程度あるかを検出
するために強度変調を掛けている。

【０００８】この強度変調は、発振器１０１より入力さ
れる、図６に示す周期Ｔpの波形信号により行われる。
この波形信号の周期Ｔpは、共振型光ジャイロの共振状
態を保つため、レーザ光が光共振器１０２を一周する時
間の整数倍にする必要がある。この関係がずれると、共
振周波数に誤差が生じ、回転角速度Ωが正確に求められ
ない。ここで、光共振器１０２は、例えば光ファイバで
構成されているとする。

【０００９】また、周期Ｔpにおける強度Ｉ0の幅と強度
Ｉ0’の幅とが「１：１」である必要がある。すなわ
ち、強度Ｉ0と強度Ｉ0’との切り換えが、時間「Ｔp／
２」毎に行われなければ、正確な強度変調が行えず、光
共振器１０２における共振周波数に誤差が生じ、回転角
速度Ωが正確に求められない。ここで、強度Ｉ0は、光
源部１から射出した時点、すなわち強度変調器１００に
入射した時点のレーザ光の強度を示している。

【００１０】ジャイロチップ２は、強度変調器１００か
ら入射されるレーザ光ＭＬを分配し、光ファイバ３及び
光ファイバ４に射出する。ここで、光ファイバ３に出力
されるレーザ光ＭＬは、光共振器１０２において反時計
回りのレーザ光ＬCCWとして出力される。

【００１１】また、光ファイバ４に出力されるレーザ光
ＭＬは、光共振器１０２において時計回りのレーザ光Ｌ
CWとして出力される。このとき、レーザ光ＬCCWとレー
ザ光ＬCWとは、ジャイロチップ２において、周波数を分
離することで後方散乱及びカー効果の影響を防止するた
め、位相変調が行われている。

【００１２】ここで、この位相変調は、図７に示す時間
単位「τ」毎に位相をずらし、時間「２π／Δω」にお
いて、位相を「２π」ずらす。そして、位相の変化「Δ
ω」は、レーザ光ＬCWとレーザ光ＬCCWとの位相変調に
おいて異なっている。すなわち、レーザ光ＬCWとレーザ
光ＬCCWとの位相が「２π」ずれる時刻が異なるため、
実質的に、異なる周波数変調が行われたことになる。

【００１３】また、時間「２π／Δω」の間に位相が正
確に「２π」ずれないと、強度変調器１００で行われて
いる強度変調と同様に、共振周波数に誤差が生じ、回転
角速度Ωが正確に求められない。このジャイロチップ２
における位相制御は、ＣＷ光信号処理部１０９及びＣＣ
Ｗ光信号処理部１１０からの各々の変調信号ＨCWと変調
信号ＨCCWとで行われている。

【００１４】変調を受けたレーザ光ＬCCWは、ジャイロ
チップ２からカプラ１０５及びカプラ１０３を介して光
共振器１０２へ入射し、光共振器１０２内を反時計周り
に回転する。同様に、変調を受けたレーザ光ＬCWは、ジ
ャイロチップ２からカプラ１０５及びカプラ１０３を介
して光共振器１０２へ入射し、光共振器１０２内を時計
周りに回転する。

【００１５】ＣＣＷ光受光器７は、カプラ１０３及びカ
プラ１０５を介して、入射されるレーザ光ＬCWを図８
（ａ）に示す電気信号ＤCWへ変換し、この電気信号ＤCW
をＣＷ光信号処理部１０９へ出力する。また、ＣＷ光受
光器８は、カプラ１０３及びカプラ１０６を介して、入
射されるレーザ光ＬCCWを図８（ａ）に示す電気信号ＤC
CWへ変換し、この電気信号ＤCCWをＣＣＷ光信号処理部
１１０へ出力する。

【００１６】ＣＷ光信号処理部１０９は、入力される電
気信号ＤCWを同期検波して、結果として図８（ｂ）に示
す電気信号ＱCWをＣＣＷ光信号処理部１１０へ出力す
る。また、ＣＷ光信号処理部１０９は、光源１から射出
するレーザ光Ｌの周波数が、常に、電気信号ＱCWから求
められる共振周波数ｆCWと一致するよう制御するた
め、、光源駆動部１１へ制御信号を出力する。

【００１７】光源駆動部１１は、光駆動信号ＳCにより
光源部１の発生するレーザ光Ｌの周波数の制御を行う。
ＣＣＷ光信号処理部１１０は、入力される電気信号ＤCC
Wを同期検波して、結果として図８（ｂ）に示す電気信
号ＱCCWを生成し、入力される電気信号ＱCWとの比較を
行う。

【００１８】すなわち、図８（ｂ）に示す電気信号ＱCW
が「０（Ｘ軸：レーザ光周波数）」とクロスする周波数
（共振周波数）ｆCWと、または電気信号ＱCCWが「０
（Ｘ軸：レーザ光周波数）」とクロスする周波数（共振
周波数）ｆCCWとから共振周波数差Δｆを求める。さら
に、ＣＣＷ光信号処理部１１０は、求めた共振周波数差
Δｆをジャイロ出力部１１２へ出力する。ジャイロ出力
部１１２は、入力された共振周波数差Δｆを用い、回転
角速度Ωを下記に示す（１）に基づく演算処理により求
める。

【００１９】 Ω＝（Δｆ・λ・ｐ／（４Ａ・r）） …… （１） ここで、λは光源部１により発生されたレーザ光Ｌの真
空中における波長であり、ｐは光共振器１０２の周長で
あり、Ａは光共振器１０２の閉路面積であり、ｒは光共
振器１０２の半径である。

【００２０】また、ＣＣＷ光信号処理部１１０は、上述
した演算処理により求めた回転角速度Ωを図示しない外
部回路へ出力する。

【００２１】さらに、強度変調器１００による強度変調
に基づき、ＣＣＷ光信号処理部１１０が電気信号ＱCCW
と電気信号ＱCWとの強度差を求め、ＣＷ光信号処理部１
０９及びＣＣＷ光信号処理部１１０は、各々変調信号Ｈ
CWと変調信号ＨCCWとによりこの強度差が「０」となる
ように、ジャイロチップ２で位相変調の時間「τ」の調
整を行い、レーザ光ＬCWとレーザ光ＬCCWとの強度調整
を行う。この時間「τ」の調整を行うことで、位相変調
の進度が変わることに伴い、レーザ光の強度が調整され
る。

【００２２】たとえば、共振型光ジャイロの系が矢印Ｚ
の方向へ回転したとすると、光共振器１０２を伝搬する
レーザ光ＬCWの光路が見かけ上において長くなり、図８
（ｂ）に示す共振周波数ｆCWは低くなる。一方、ファイ
バリング光共振器１０６を伝搬するレーザ光ＬCCWの光
路が見かけ上において短くなり、図８（ｂ）に示すに示
す共振周波数ｆCCWは高くなる。

【００２３】そして、ＣＣＷ光信号処理部１１０は、共
振周波数ｆCWと共振周波数ｆCCWとからレーザ光ＬCWと
レーザ光ＬCCWとの共振周波数差Δfを求める。これによ
り、ＣＣＷ光信号処理部１１０は、矢印Ｚ方向へ回転す
る共振型光ファイバジャイロの系の回転角速度Ωを
（１）式に基づく演算処理により求める。

【００２４】また、たとえば、共振型光ジャイロの系が
矢印Ｚに対して逆方向へ回転したとすると、光共振器１
０２を伝搬するレーザ光ＬCWの光路が見かけ上において
短くなり、図８（ｂ）に示す共振周波数ｆCWは高くな
る。一方、光共振器１０２を伝搬するレーザ光ＬCCWの
光路が見かけ上において長くなり、図８（ｂ）に示す共
振周波数ｆCCWは低くなる。

【００２５】そして、ＣＣＷ光信号処理部１１０は、共
振周波数ｆCWと共振周波数ｆCCWとからレーザ光ＬCWと
レーザ光ＬCCWとの共振周波数差Δfを求める。これによ
り、ＣＣＷ光信号処理部１１０は、矢印Ｚと逆方向へ回
転する共振型光ジャイロの系の回転角速度Ωを（１）式
に基づく演算処理により求める。

【００２６】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、共振
型光ジャイロは、レーザ光ＬCW及びレーザ光ＬCCWとの
光共振器１０２における光路差を共振周波数差Δｆとし
て検出する。ここで、光源の周波数を一方のレーザ光、
例えばレーザ光ＬCWの光路の共振周波数ｆCWに維持する
ように制御し、もう一方のレーザ光ＬCCWの共振周波数
ｆCCWのずれから回転角速度Ωを検出する。

【００２７】また、共振型光ジャイロは、共振現象を利
用するため、高干渉性（高いコヒーレント性）の光源を
用いる必要がある。この際に起きる問題の一つが光学
部、すなわち光共振器１０２において発生する光雑音で
ある。このうち、カー効果及び後方散乱による光雑音
は、時計回りのレーザ光ＬCWと反時計回りのレーザ光Ｌ
CCWとが同一の光導波手段、すなわち光共振器１０２を
伝搬するため、レーザ光ＬCWとレーザ光ＬCCWとが相互
に影響して起こる。

【００２８】一方、後方散乱は、一方のレーザ光ＬCWが
光導波手段中の屈折揺らぎなどにより、伝搬方向（時計
回り方向）とは反対方向（反時計回り方向）に散乱光を
生成してしまうもので、他方のレーザ光ＬCCWと干渉
し、光雑音となる。

【００２９】これらの光雑音の影響を低減するため、上
述した様に、強度変調したレーザ光のサンプリングによ
る光雑音により劣化したレーザ光強度の補正や、ＢＰＳ
Ｋ方式による位相変調技術等を用いているが、十分では
ない。すなわち、図８（ａ）に示すように、ＣＷ光受光
器８に入射するレーザ光ＬCW及びＣＣＷ光受光器７に入
射するレーザ光ＬCCWの双方が、共振周波数を得るため
の信号強度にノイズが乗った状態となっている。

【００３０】このため、ＣＷ光信号処理部１０９及びＣ
ＣＷ光信号処理部１１０において、各々検出される電気
信号ＱCW及び電気信号ＱCCWは、図８（ｂ）に示すよう
に共振周波数ｆCWと共振周波数ｆCCWともに、共振点誤
差を有することになる。従って、共振周波数ｆCWと共振
周波数ｆCCWとの共振周波数差Δｆから求める回転角速
度Ωの精度は、非常に悪くなり、図９の示すように真値
に対して誤差が非常に大きくなっている。

【００３１】図９は、一定速度で回転させたときの、時
間経過による回転角速度を示す電圧の真値（理論的な計
算結果）に対する精度を求めた図である。このように従
来の共振型光ジャイロには、上述したように、同一の光
導波手段を両方向に回るレーザ光を利用していることに
よる光雑音の問題があり、求める回転角速度Ωを高い精
度で求めることができない問題がある。

【００３２】また、従来の共振型光ジャイロは、光雑音
の影響を低減させるため、強度変調回路や高精度位相変
調回路等を用いるため、装置の構成が複雑となり、調整
が複雑となり、装置全体の信頼性が低下する欠点があ
る。

【００３３】本発明はこのような背景の下になされたも
ので、調整が簡易であり、かつ、高精度な共振型光ジャ
イロを提供することを目的とする。

【００３４】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、共振
型光ジャイロにおいて、注入電流の注入量に応じた所定
の周波数のレーザ光を発生するレーザ光源と、所定の共
振周波数の波長と同長の光路長を有する光導波手段がリ
ング状に形成された第１の光共振器と、所定の共振周波
数の波長と同長の光路長を有する光導波手段がリング状
に形成された第２の光共振器と、第１の光共振器と第２
の光共振器とに各々前記レーザ光を分配するジャイロチ
ップと、前記第１の光共振器から出力される第１のレー
ザ光を第１の電気信号へ変換し、変換されたこの第１の
電気信号を検波し、検波結果として第１の検波信号を出
力する第１の検波手段と、前記第２の光共振器から出力
される第２のレーザ光を第２の電気信号へ変換し、変換
されたこの第２の電気信号を検波し、検波結果として第
２の検波信号を出力する第２の検波手段と、第１の検波
信号と第２の検波信号とに基づき回転角速度を求める信
号処理部とを具備することを特徴とする。

【００３５】請求項２記載の発明は、請求項１記載の共
振型光ジャイロにおいて、前記ジャイロチップが、前記
レーザ光源から出力されるレーザ光を前記第１の光共振
器において時計回り方向に第１のレーザ光として伝搬さ
せ、前記レーザ光源から出力されるレーザ光が反時計回
り方向に第２のレーザ光として、前記第２の光共振器に
おいて伝搬させることを特徴とする。

【００３６】請求項３記載の発明は、請求項１または請
求項２記載の共振型光ジャイロにおいて、前記ジャイロ
チップが、前記第１の光共振器において伝搬される第１
のレーザ光と、前記第２の光共振器において伝搬される
第２のレーザ光とを位相変調したのち各々を前記第１の
光共振器及び前記第２の光共振器へ出力することを特徴
とする。

【００３７】請求項４記載の発明は、請求項１ないし請
求項３のいずれかに記載の共振型光ジャイロにおいて、
前記光源の出力するレーザ光の周波数を、前記第１の光
共振器の共振周波数に一致させる光源駆動部を具備する
ことを特徴とする。

【００３８】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態について説明する。図１は本発明の一実施形態に
よる共振型光ファイバジャイロの構成を示すブロック図
である。この図において、１は光源部でありたとえばフ
ァブリ・ペロー型の半導体レーザ等によるレーザ光発生
源である。また、光源部１は、発生したレーザ光Ｌをジ
ャイロチップ２に射出する。

【００３９】ジャイロチップ２は、入射したレーザ光Ｌ
を光共振器Ｒ1内を伝搬するレーザ光ＬCCWと光共振器Ｒ
2内を伝搬するレーザ光ＬCWとに分岐させ、レーザ光ＬC
CWを光ファイバ５へ、レーザ光ＬCWを光ファイバ６へ射
出する。また、ジャイロチップ２は、レーザ光ＬCW及び
レーザ光ＬCCWを射出するとき、ＣＷ光変調信号処理部
１０からの変調信号ＨCWと、ＣＣＷ光変調信号処理部９
からの変調信号ＨCCWとにより、各々レーザ光ＬCW及び
レーザ光ＬCCWに対する位相変調を行う。

【００４０】この一実施形態における共振型光ジャイロ
の位相変調は、従来例に示した位相変調の処理と同様で
ある。ここで行われる位相変調は、ＣＣＷ光信号処理部
９及びＣＷ光信号処理部１０において、ファイバリング
２０とファイバリング２１の各々の共振周波数を求める
ために、レーザ光ＬCCW及びレーザ光ＬCWの周波数をス
キャンするために行われている。

【００４１】光ファイバ５は、ファイバカプラ３０を介
して光共振器Ｒ1内の光ファイバリング２０へ、レーザ
光ＬCCWを伝搬する。そして、入射されたレーザ光ＬCCW
は、ファイバリング２０内において反時計回りに伝搬す
る。同様に、光ファイバ６は、ファイバカプラ３１を介
して光共振器Ｒ2内の光ファイバループ２１へ、レーザ
光ＬCWを伝搬する。そして、入射されたレーザ光ＬCW
は、ファイバリング２１内において時計回りに伝搬す
る。

【００４２】ＣＣＷ光受光器７は、入射されたレーザ光
ＬCCWを図２（ａ）に示す電気信号ＤCCWへ変換し、この
電気信号ＤCCWをＣＣＷ光信号処理部９へ出力する。同
様に、ＣＷ光受光器８は、入射されたレーザ光ＬCWを図
２（ａ）に示す電気信号ＤCWへ変換し、この電気信号Ｄ
CWをＣＷ光信号処理部１０へ出力する。ここで、電気信
号ＤCCWと電気信号ＤCWとは、同様の図２（ａ）を用い
て、電気信号ＱCCWと電気信号ＱCWとの形状を示してい
るが、共振型光ジャイロの回転状態により共振周波数が
互いに異なった値となっている。

【００４３】ＣＣＷ光信号処理部９は、入力される電気
信号ＤCCWを同期検波し、この検波結果として図２
（ｂ）に示す電気信号ＱCCWをＣＷ光信号処理部１０へ
出力する。この電気信号ＱCWの波形において、「０」ク
ロス（光周波数を示すＸ軸と交わる点）した部分、すな
わち周波数の微分係数において最大値を有する周波数が
光共振器Ｒ１のファイバリング２０の共振周波数ｆCCW
である。

【００４４】ＣＷ光信号処理部１０は、入力される電気
信号ＤCWを同期検波し、この検波結果として図２（ｂ）
に示す電気信号ＱCWを生成する。この電気信号ＱCWの波
形において、「０」クロス（光周波数を示すＸ軸と交わ
る点）した部分、すなわち光強度の微分係数が「０」と
なる周波数が光共振器Ｒ２のファイバリング２１の共振
周波数ｆCWである。

【００４５】ここで、電気信号ＱCCWと電気信号ＱCWと
は、同様の図２（ｂ）を用いて、電気信号ＱCCWと電気
信号ＱCWとの形状を示しているが、共振型光ジャイロの
回転状態により、共振周波数ｆCCWと共振周波数ｆCWと
が互いに異なった値となっている。

【００４６】また、ＣＷ光信号処理部１０は、電気信号
ＱCWと入力される電気信号ＱCCWとから、共振周波数Δ
ｆを求める。すなわち、図２（ｂ）に示す電気信号ＱCW
が「０（Ｘ軸：レーザ光周波数）」とクロスする周波数
（共振周波数）ｆCWと、電気信号ＱCCWが「０（Ｘ軸：
レーザ光周波数）」とクロスする周波数（共振周波数）
ｆCCWとから共振周波数差Δｆを求める。

【００４７】さらに、ＣＷ光信号処理部１０は、この共
振周波数Δｆから従来例に示した式（１）により回転角
速度Ωを演算して求める。さらに、ＣＷ光信号処理部１
０は、演算された回転角速度Ωのデータをジャイロ出力
部１２へ出力する。ジャイロ出力部１２は、入力される
回転角速度Ωのデータを図３に示す電圧データへ変換
し、この電圧データを外部回路へ出力する。

【００４８】また、ＣＷ光信号処理部１０が電気信号Ｑ
CCWと電気信号ＱCWとの強度差を求め、ＣＷ光信号処理
部１０及びＣＣＷ光信号処理部９は、各々変調信号ＨCW
と変調信号ＨCCWとによりこの強度差が「０」となるよ
うに、ジャイロチップ２において、上述した位相変調の
時間「τ」の調整を行い、レーザ光ＬCWとレーザ光ＬCC
Wとの強度調整を行う。この時間「τ」の調整を行うこ
とで、位相変調の進度が変わることに伴い、レーザ光の
強度が調整される。

【００４９】さらに、ＣＣＷ光信号処理部９は、光源部
１から射出されるレーザ光Ｌの周波数が、常に、同期検
波された電気信号ＱCCWから求められる共振周波数ｆCCW
と一致するように、光源部１から射出されるレーザ光Ｌ
の周波数を制御する。すなわち、ＣＣＷ光信号処理部９
は、光源部１から射出されるレーザ光Ｌの周波数を制御
する制御信号を光源駆動部１１へ出力する。

【００５０】光源駆動部１１は、ＣＣＷ光信号処理部９
からの制御信号に基づき、光源部１へ、射出するレーザ
光Ｌの周波数を制御する光駆動信号ＳＣを出力する。光
源部１は、入力される光駆動信号ＳＣにより、射出する
レーザ光Ｌの周波数を制御する。これにより、光源部１
から射出されるレーザ光Ｌの周波数は、ＣＣＷ光信号処
理部９で検出されるレーザ光ＬCCWの共振周波数と、常
に、一致するよう制御されている。

【００５１】次に、図１，図２及び図３を参照して、上
述した一実施形態の動作例を説明する。光源部１は、所
定の周波数のレーザ光Ｌを、ジャイロチップ２へ射出す
る。そして、ジャイロチップ２は、入力されたレーザ光
Ｌをレーザ光ＬCWとレーザ光ＬCCWとに分配する。

【００５２】そして、ジャイロチップ２は、変調信号Ｈ
CWに基づきレーザ光ＬCWに対して所定の位相変調を行
い、変調されたレーザ光ＬCWを光ファイバ５及びカプラ
３０を介して、ファイバリング２０へ射出する。同様
に、ジャイロチップ２は、変調信号ＨCCWに基づきレー
ザ光ＬCCWに対して所定の位相変調を行い、変調された
レーザ光ＬCCWを光ファイバ６及びカプラ３１を介し
て、ファイバリング２１へ射出する。

【００５３】このとき、共振型光ジャイロの系が回転し
ていないとすると、サニャック効果が起こらず、光共振
器Ｒ１におけるファイバリング２０の光路長と、光共振
器Ｒ２におけるファイバリング２１の光路長とが変化せ
ずに同一である。このため、ＣＣＷ光信号処理部９にお
いて同期検波して得られる共振周波数ｆCCWと、ＣＷ光
信号処理部１０において同期検波して得られる共振周波
数ｆCWとの周波数差Δｆは、「０」である。

【００５４】そして、ＣＷ光信号処理部１０は、「０」
の周波数差Δｆのデータに基づき、上述した（１）式に
よる演算処理により回転角速度Ωを求める。ここで、回
転角速度Ωは、周波数差Δｆが「０」のため、「０」と
求まる。この結果、ＣＷ光信号処理部１０は、得られた
回転角速度Ω「０」のデータをジャイロ出力部１２に対
して出力する。

【００５５】この結果、ジャイロ出力部１２は、入力さ
れる回転角速度Ω「０」のデータに対応する電圧データ
を図３に示す状態で外部回路へ出力する。

【００５６】次に、例えば、共振型光ジャイロの系が矢
印Ｚの方向へ、一定の角速度により回転したとすると、
サニャック効果が起こり、光共振器Ｒ２のファイバリン
グ２１を伝搬するレーザ光ＬCWの光路長が見かけ上にお
いて長くなり、図２（ｂ）に示す共振周波数ｆCWは低く
なる。一方、光共振器Ｒ１のファイバリング２０を伝搬
するレーザ光ＬCCWの光路長が見かけ上において短くな
り、図２（ｂ）に示すに示す共振周波数ｆCCWは高くな
る。

【００５７】そして、ＣＷ光信号処理部１０は、共振周
波数ｆCWと共振周波数ｆCCWとからレーザ光ＬCWとレー
ザ光ＬCCWとの共振周波数差Δfを求める。これにより、
ＣＷ光信号処理部１０は、矢印Ｚ方向へ回転する共振型
光ファイバジャイロの系の回転角速度Ωを上述した
（１）式に基づく演算処理により求める。このとき、Ｃ
ＣＷ光信号処理部９は、入力される電気信号ＤCCWを同
期検波して得られる電気信号ＱCCWに基づき求められる
共振周波数ｆCCWに、光源部１の射出するレーザ光Ｌの
周波数を合わせるため、制御信号を光駆動部１１へ出力
する。

【００５８】そして、光源駆動部１１は、光駆動信号Ｓ
Ｃを光源部１へ出力する。これにより、光源部１は、常
にファイバリング２０の有する共振周波数ｆC、すなわ
ち共振周波数ｆCCWと同一の周波数のレーザ光Ｌを射出
する。このため、ファイバリング２０の有する共振周波
数ｆCCWが基準となり、この共振周波数ｆCCWに対して、
共振周波数ｆCWが大きいか小さいか、すなわち、周波数
差Δｆが極性において正か負かにより、回転方向が決定
される。

【００５９】次に、共振型光ジャイロの系が矢印Ｚに対
して逆方向へ、一定の角速度により回転したとすると、
光共振器Ｒ２のファイバリング２１を伝搬するレーザ光
ＬCWの光路長が見かけ上において短くなり、図２（ｂ）
に示す共振周波数ｆCWは高くなる。一方、光共振器Ｒ１
のファイバリング２０を伝搬するレーザ光ＬCCWの光路
長が見かけ上において長くなり、図２（ｂ）に示す共振
周波数ｆCCWは低くなる。

【００６０】そして、ＣＷ光信号処理部１０は、共振周
波数ｆCWと共振周波数ｆCCWとからレーザ光ＬCWとレー
ザ光ＬCCWとの共振周波数差Δfを求める。これにより、
ＣＷ光信号処理部１０は、矢印Ｚと逆方向へ回転する共
振型光ジャイロの系の回転角速度Ωを（１）式に基づく
演算処理により求める。このとき、ＣＣＷ光信号処理部
９は、入力される電気信号ＤCCWを同期検波して得られ
る電気信号ＱCCWに基づき求められる共振周波数ｆCCW
に、光源部１の射出するレーザ光Ｌの周波数を合わせる
ため、制御信号を光源駆動部１１へ出力する。

【００６１】そして、光駆動部１１は、光駆動信号ＳＣ
を光源部１へ出力する。これにより、光源部１は、常に
ファイバリング２０の有する共振周波数ｆC、すなわち
共振周波数ｆCCWと同一の周波数のレーザ光Ｌを射出す
る。このため、ファイバリング２０の有する共振周波数
ｆCCWが基準となり、この共振周波数ｆCCWに対して、共
振周波数ｆCWが大きいか小さいか、すなわち、周波数差
Δｆが極性において正か負かにより、回転方向が決定さ
れる。このとき得られる周波数差Δｆの極性は、上述し
た矢印Ｚ方向に共振型光ジャイロの系が回転した場合と
逆の極性において求められる。

【００６２】上述したように、本発明の一実施形態の共
振型光ジャイロは、時計回りのレーザ光ＬCWと反時計回
りのレーザ光ＬCCWとの伝搬に対して、各々異なる光共
振器Ｒ１及び光共振器Ｒ２を有しているため、従来の時
計回りと反時計回りのレーザ光が共通の光共振器を伝搬
するために起こる光カー効果及び後方散乱などの光学的
雑音が図９に示すようにジャイロ出力に乗らず、図３の
ように安定した出力が得られるため、誤差成分が発生す
る原因を除去でき、精度の高い回転角速度Ωのデータが
得られる効果がある。

【００６３】以上、本発明の一実施形態を図面を参照し
て詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限ら
れるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設
計変更等があっても本発明に含まれる。例えば、図１に
示す一実施形態において、光共振器Ｒ１のファイバリン
グ２０，共振器Ｒ２のファイバリング２１，光ファイバ
５及び光ファイバ６等の光伝搬手段として光ファイバを
用いているが、光伝搬手段として光搬送路を用いること
も可能である。

【００６４】

【発明の効果】本発明によれば、注入電流の注入量に応
じた所定の周波数のレーザ光を発生するレーザ光源と、
所定の共振周波数の波長と同長の光路長を有する光導波
手段がリング状に形成された第１の光共振器と、所定の
共振周波数の波長と同長の光路長を有する光導波手段が
リング状に形成された第２の光共振器と、第１の光共振
器と第２の光共振器とに各々前記レーザ光を分配するジ
ャイロチップと、前記第１の光共振器から出力される第
１のレーザ光を第１の電気信号へ変換し、変換されたこ
の第１の電気信号を検波し、検波結果として第１の検波
信号を出力する第１の検波手段と、前記第２の光共振器
から出力される第２のレーザ光を第２の電気信号へ変換
し、変換されたこの第２の電気信号を検波し、検波結果
として第２の検波信号を出力する第２の検波手段と、第
１の検波信号と第２の検波信号とに基づき回転角速度を
求める信号処理部とを具備するため、第１のレーザ光が
時計回りに伝搬する第１の光共振器と、第２のレーザ光
が反時計回りに伝搬する第２の光共振器とが異なるた
め、従来の時計回りと反時計回りのレーザ光が共通の光
共振器を伝搬するために起こる光カー効果及び後方散乱
などの光学的雑音が互いに起こらず、安定したレーザ光
の伝搬が行われるため、誤差成分が発生する原因を除去
でき、精度の高い回転角速度のデータが得られる効果が
ある。

【００６５】また、本発明によれば、前記ジャイロチッ
プが、前記レーザ光源から出力されるレーザ光を前記第
１の光共振器において時計回り方向に第１のレーザ光と
して伝搬させ、前記レーザ光源から出力されるレーザ光
が反時計回り方向に第２のレーザ光として、前記第２の
光共振器において伝搬させるため、第１のレーザ光が時
計回りに伝搬する第１の光共振器と、第２のレーザ光が
反時計回りに伝搬する第２の光共振器とが異なるため、
従来の時計回りと反時計回りのレーザ光が共通の光共振
器を伝搬するために起こる光カー効果及び後方散乱など
の光学的雑音が互いに起こらず、安定したレーザ光の伝
搬が行われるため、誤差成分が発生する原因を除去で
き、精度の高い回転角速度のデータが得られる効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施形態による共振型光ジャイロ
の構成を示すブロック図である。

【図２】 図１におけるＣＷ光信号処理部１０（ＣＣＷ
光信号処理部９）の動作を説明する図である。

【図３】 図１におけるジャイロ出力部１２の出力する
電圧データを示す図である。

【図４】 共振型光ジャイロの概念を説明する概念図で
ある。

【図５】 従来例による共振型光ジャイロの概念を説明
するブロック図である。

【図６】 従来例による共振型光ジャイロにおける強度
変調の動作を説明するタイミングチャートである。

【図７】 共振型光ジャイロにおける位相変調の処理に
おける動作を説明するタイミングチャートである。

【図８】 図５におけるＣＷ光信号処理部１０９（ＣＣ
Ｗ光信号処理部１１０）の動作を説明する図である。

【図９】 図５におけるジャイロ出力部１１２の出力す
る電圧データを示す図である。

【符号の説明】

１ 光源部 ２ ジャイロチップ ５、６ 光ファイバ ７ ＣＣＷ光受光器 ８ ＣＷ光受光器 ９ ＣＣＷ光信号処理部 １０ ＣＷ光信号処理部 １１ 光源駆動部 １２ ジャイロ出力部 ２０，２１ ファイバリング ３０，３１ カプラ Ｒ１，Ｒ２ 光共振器

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 注入電流の注入量に応じた所定の周波数
   のレーザ光を発生するレーザ光源と、 所定の共振周波数の波長と同長の光路長を有する光導波
   手段がリング状に形成された第１の光共振器と所定の共
   振周波数の波長と同長の光路長を有する光導波手段がリ
   ング状に形成された第２の光共振器と、 第１の光共振器と第２の光共振器とに各々前記レーザ光
   を分配するジャイロチップと、 前記第１の光共振器から出力される第１のレーザ光を第
   １の電気信号へ変換し、変換されたこの第１の電気信号
   を検波し、検波結果として第１の検波信号を出力する第
   １の検波手段と、 前記第２の光共振器から出力される第２のレーザ光を第
   ２の電気信号へ変換し、変換されたこの第２の電気信号
   を検波し、検波結果として第２の検波信号を出力する第
   ２の検波手段と、 第１の検波信号と第２の検波信号とに基づき回転角速度
   を求める信号処理部とを具備することを特徴とする共振
   型光ジャイロ。
2. 【請求項２】 前記ジャイロチップが、前記レーザ光源
   から出力されるレーザ光を前記第１の光共振器において
   時計回り方向に第１のレーザ光として伝搬させ、前記レ
   ーザ光源から出力されるレーザ光が反時計回り方向に第
   ２のレーザ光として、前記第２の光共振器において伝搬
   させることを特徴とする請求項１記載の共振型光ジャイ
   ロ。
3. 【請求項３】 前記ジャイロチップが、前記第１の光共
   振器において伝搬される第１のレーザ光と、前記第２の
   光共振器において伝搬される第２のレーザ光とを位相変
   調したのち各々を前記第１の光共振器及び前記第２の光
   共振器へ出力することを特徴とする請求項１または請求
   項２記載の共振型光ジャイロ。
4. 【請求項４】 前記光源の出力するレーザ光の周波数
   を、前記第１の光共振器の共振周波数に一致させる光源
   駆動部を具備することを特徴とする請求項１ないし請求
   項３のいずれかに記載の共振型光ジャイロ。