JPH0633367Y2 - 光フアイバジヤイロ - Google Patents
光フアイバジヤイロInfo
- Publication number
- JPH0633367Y2 JPH0633367Y2 JP1986035325U JP3532586U JPH0633367Y2 JP H0633367 Y2 JPH0633367 Y2 JP H0633367Y2 JP 1986035325 U JP1986035325 U JP 1986035325U JP 3532586 U JP3532586 U JP 3532586U JP H0633367 Y2 JPH0633367 Y2 JP H0633367Y2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- optical fiber
- optical
- face
- optical element
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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- Gyroscopes (AREA)
Description
【考案の詳細な説明】 産業上の利用分野 本考案は、移動体の回転角速度を測定するための光ファ
イバジャイロに関するものであり、更に詳述するなら
ば、検出角速度の感度を劣化させる原因となる光分岐用
光学素子の出射面での反射光の影響を低減させた光ファ
イバジャイロに関するものである。
イバジャイロに関するものであり、更に詳述するなら
ば、検出角速度の感度を劣化させる原因となる光分岐用
光学素子の出射面での反射光の影響を低減させた光ファ
イバジャイロに関するものである。
従来の技術 現在、航空機、飛翔体、自動車、ロボットなどのナビゲ
ーションや姿勢制御のための角速度センサとしてジャイ
ロが使用されている。このジャイロを使用すれば、角速
度だけでなく、それを積分することにより方位などのデ
ータも得ることができる。
ーションや姿勢制御のための角速度センサとしてジャイ
ロが使用されている。このジャイロを使用すれば、角速
度だけでなく、それを積分することにより方位などのデ
ータも得ることができる。
そのようなジャイロの中で、光ファイバジャイロは、光
及びその光が伝搬する光ファイバが磁界や電界の影響を
受け難いため、シールドの問題なく、どのような環境で
も使用でき、また、可動部が全くなく且つ小型化が可能
であり、更に、最少検出可能角速度（感度）、ドリフ
ト、可測範囲（ダイナミックレンジ）、スケールファク
タの安定性の点において、従来のジャイロに比較して優
れているために、近年注目され開発されている。
及びその光が伝搬する光ファイバが磁界や電界の影響を
受け難いため、シールドの問題なく、どのような環境で
も使用でき、また、可動部が全くなく且つ小型化が可能
であり、更に、最少検出可能角速度（感度）、ドリフ
ト、可測範囲（ダイナミックレンジ）、スケールファク
タの安定性の点において、従来のジャイロに比較して優
れているために、近年注目され開発されている。
そのような光ファイバジャイロの例は、例えば、ギャロ
レンジ テー．ジー．、ブカロ ジェー．エー．他『光
ファイバセンサ技術』アイ イー イー イー ジャー
ナル オブ カンタム エレクトロニクス（Giallorenz
i T.G.,Bucaro J.A.et al“Optical Fiber Sensor Tech
nology",IEEE J. of Quantum Electronics）QE−18,NO.
4,PP626−662（1982）やクラショウ及びアイ．ピー．ギ
レス『光ファイバジャイロスコープ』ジャーナル オブ
フィジクスエレクトロニクス サイエンス インスト
ルメント（Culshaw and I.P.Giles“Fiber Optic Gyros
copes"J.Phys.E:Sci Instrum.）16 pp5−15,（1983）
や、坪川、大塚「光ファイバジャイロスコープ」レーザ
研究，11,NO.12,pp889−902（1983）などに詳しく示さ
れている。
レンジ テー．ジー．、ブカロ ジェー．エー．他『光
ファイバセンサ技術』アイ イー イー イー ジャー
ナル オブ カンタム エレクトロニクス（Giallorenz
i T.G.,Bucaro J.A.et al“Optical Fiber Sensor Tech
nology",IEEE J. of Quantum Electronics）QE−18,NO.
4,PP626−662（1982）やクラショウ及びアイ．ピー．ギ
レス『光ファイバジャイロスコープ』ジャーナル オブ
フィジクスエレクトロニクス サイエンス インスト
ルメント（Culshaw and I.P.Giles“Fiber Optic Gyros
copes"J.Phys.E:Sci Instrum.）16 pp5−15,（1983）
や、坪川、大塚「光ファイバジャイロスコープ」レーザ
研究，11,NO.12,pp889−902（1983）などに詳しく示さ
れている。
ここで光ファイバジャイロの原理を第２図を参照して説
明する。
明する。
発光素子１からの光をビームスプリッタ２により分割し
て、コイル状に多数回シングルモード光ファイバ４を巻
回した光ファイバループすなわちセンサコイル５の両端
に入力して、センサコイル５に右回り（CW）と左回り
（CCW）に光を伝搬させる。そのとき、センサコイル５
が角速度Ωで回転していると、右回り光、左回り光に位
相差Δθが生じ、Δθを測定することによって角速度Ω
を検出するものである。
て、コイル状に多数回シングルモード光ファイバ４を巻
回した光ファイバループすなわちセンサコイル５の両端
に入力して、センサコイル５に右回り（CW）と左回り
（CCW）に光を伝搬させる。そのとき、センサコイル５
が角速度Ωで回転していると、右回り光、左回り光に位
相差Δθが生じ、Δθを測定することによって角速度Ω
を検出するものである。
センサコイル５の中を右回りに伝搬した光及び左回りに
伝搬した光の電界の強さEcw、Eccwは、次のように表さ
れる。
伝搬した光の電界の強さEcw、Eccwは、次のように表さ
れる。
但し、Er、EL：左回り光及び右回り光の振幅 ω：光の角周波数 t:時間 Δθ：サニャック効果による位相差 そのように位相差Δθが生じた左回り光と右回り光とを
ビームスプリッタ２で合成して、受光素子３に入射す
る。その受光素子３の検出強度から、位相差Δθを知る
ことができる。その位相差Δθは、次のように表すこと
ができる。
ビームスプリッタ２で合成して、受光素子３に入射す
る。その受光素子３の検出強度から、位相差Δθを知る
ことができる。その位相差Δθは、次のように表すこと
ができる。
但し、L:センサコイルのファイバ長 a:センサコイルの半径 c:真空中の光速度 λ：光の波長 Ω：回転角速度 これをサニヤック効果という。
考案が解決しようとする問題点 以上のような光ファイバにおいて、光分岐用光学素子を
構成しているビームスプリッタ２は、間に半反射面が形
成されるように重ね合わせた断面直角二等辺三角形の形
の２つのプリズムなどから構成されている。そして、受
光素子３で検出される光には、センサコイル５を左回り
および右回りに伝搬した光以外に、発光素子１からビー
ムスプリッタ２に入射して半反射面６を透過して出射端
面Ａで反射して更に半反射面６で反射して受光素子３に
入射する光と、受光素子１からビームスプリッタ２に入
射して半反射面６で反射して出射端面Ｂで反射して更に
半反射面６を透過して受光素子３に入射する光とが含ま
れている。それらの反射光は、測定にとってノイズ光で
あり、それらが互に干渉して受光素子３で検出される
と、その合成光量はわずかな光路の変動によって微妙に
変化するため、角速度検出の感度が劣化する。
構成しているビームスプリッタ２は、間に半反射面が形
成されるように重ね合わせた断面直角二等辺三角形の形
の２つのプリズムなどから構成されている。そして、受
光素子３で検出される光には、センサコイル５を左回り
および右回りに伝搬した光以外に、発光素子１からビー
ムスプリッタ２に入射して半反射面６を透過して出射端
面Ａで反射して更に半反射面６で反射して受光素子３に
入射する光と、受光素子１からビームスプリッタ２に入
射して半反射面６で反射して出射端面Ｂで反射して更に
半反射面６を透過して受光素子３に入射する光とが含ま
れている。それらの反射光は、測定にとってノイズ光で
あり、それらが互に干渉して受光素子３で検出される
と、その合成光量はわずかな光路の変動によって微妙に
変化するため、角速度検出の感度が劣化する。
そこで、本考案は、かかる欠点を解消し高感度な角速度
検出を実現する光ファイバジャイロを提供することを目
的とするものである。
検出を実現する光ファイバジャイロを提供することを目
的とするものである。
問題点を解決するための手段 すなわち、本考案によるならば、入射した光を分岐およ
び合波する光学素子と、一部を多数回巻回されて形成さ
れたセンサコイル部分を含み第１および第２の１対の端
面を有する１本の光ファイバと、該光学素子を介して該
光ファイバの両端にそれぞれ注入する光を発生する発光
素子と、該光ファイバを伝播した後両端から出射される
光を該光学素子を介して受光する受光素子とを備え、更
に、該光学素子における光分岐点から該第１端面に対す
る該光学素子の出射端面までの光路長と、該光分岐点か
ら該第２端面に対する該光学素子の出射端面までの光路
長とが互いに異なるように構成された光ファイバジャイ
ロにおいて、該光学素子が、入射光を分岐または合波す
る半反射面を備え、且つ、該半反射面に直角な面による
断面形状が長方形であるプリズムビームスプリッタによ
り構成されていることを特徴とする光ファイバジャイロ
が提供される。
び合波する光学素子と、一部を多数回巻回されて形成さ
れたセンサコイル部分を含み第１および第２の１対の端
面を有する１本の光ファイバと、該光学素子を介して該
光ファイバの両端にそれぞれ注入する光を発生する発光
素子と、該光ファイバを伝播した後両端から出射される
光を該光学素子を介して受光する受光素子とを備え、更
に、該光学素子における光分岐点から該第１端面に対す
る該光学素子の出射端面までの光路長と、該光分岐点か
ら該第２端面に対する該光学素子の出射端面までの光路
長とが互いに異なるように構成された光ファイバジャイ
ロにおいて、該光学素子が、入射光を分岐または合波す
る半反射面を備え、且つ、該半反射面に直角な面による
断面形状が長方形であるプリズムビームスプリッタによ
り構成されていることを特徴とする光ファイバジャイロ
が提供される。
作用 以上のような構造の光ファイバジャイロにおいては、分
岐用光学素子が、光ファイバの一方のへの出射端面まで
の光路と、光ファイバの他方への出射端面までの光路と
の間に光路差がある。従って、発光素子から分岐用光学
素子に入射して、光ファイバの一方の端への分岐光とな
る光がその分岐用光学素子の端面で反射して戻って受光
素子に入射するまでの光路長さと、発光素子から分岐用
光学素子に入射して、光ファイバの他方の端への分岐光
となる光がその分岐用光学素子の端面で反射して戻って
受光素子に入射するまでの光路長さとに差ができる。従
って、ノイズとなる両反射光の位相が十分に離れ、干渉
を小さくすることができる。それ故、受光素子で検出さ
れるノイズ光の合成光量が一定値となり、検出感度への
影響を小さくすることができるので、光ファイバジャイ
ロの感度を高くすることができる。
岐用光学素子が、光ファイバの一方のへの出射端面まで
の光路と、光ファイバの他方への出射端面までの光路と
の間に光路差がある。従って、発光素子から分岐用光学
素子に入射して、光ファイバの一方の端への分岐光とな
る光がその分岐用光学素子の端面で反射して戻って受光
素子に入射するまでの光路長さと、発光素子から分岐用
光学素子に入射して、光ファイバの他方の端への分岐光
となる光がその分岐用光学素子の端面で反射して戻って
受光素子に入射するまでの光路長さとに差ができる。従
って、ノイズとなる両反射光の位相が十分に離れ、干渉
を小さくすることができる。それ故、受光素子で検出さ
れるノイズ光の合成光量が一定値となり、検出感度への
影響を小さくすることができるので、光ファイバジャイ
ロの感度を高くすることができる。
実施例 以下、第１図を参照して本考案による光ファイバジャイ
ロの実施例を説明する。なお、第１図の実施例の各部分
で第２図に示す従来の光ファイバジャイロの各部と対応
するものには、同一の参照番号を付してある。
ロの実施例を説明する。なお、第１図の実施例の各部分
で第２図に示す従来の光ファイバジャイロの各部と対応
するものには、同一の参照番号を付してある。
第１図に示す光ファイバジャイロは、発光素子１からの
光を分岐するビームスプリッタ2Aとして、間に半反射面
が形成されるように重ね合わせた２つのプリズムから構
成されているが、そのプリズムは、第１図に示すよう
に、入射光と分岐光とを含み且つ分岐用半反射面に直角
な面による断面が長方形となるような直方体形状であ
る。
光を分岐するビームスプリッタ2Aとして、間に半反射面
が形成されるように重ね合わせた２つのプリズムから構
成されているが、そのプリズムは、第１図に示すよう
に、入射光と分岐光とを含み且つ分岐用半反射面に直角
な面による断面が長方形となるような直方体形状であ
る。
そのようなビームスプリッタ2Aで分岐された光は、コイ
ル状に多数回シングルモード光ファイバ４を巻回した光
ファイバから構成されるセンサコイル５の両端に入力し
て、センサコイル５を右回り（CW）と左回り（CCW）に
伝搬する。
ル状に多数回シングルモード光ファイバ４を巻回した光
ファイバから構成されるセンサコイル５の両端に入力し
て、センサコイル５を右回り（CW）と左回り（CCW）に
伝搬する。
そして、センサコイル５の両端から出射した光は、再び
ビームスプリッタ2Aに結合されて合成され、受光素子３
に入射する。
ビームスプリッタ2Aに結合されて合成され、受光素子３
に入射する。
このような光ファイバジャイロにおいて、ビームスプリ
ッタ2Aが直方体となっているので、発光素子１からビー
ムスプリッタ2Aに入射して半反射面６すなわち分岐点Ｏ
を透過して端面Ａ′で反射して更に半反射面６で反射し
て受光素子３に入射するノイズ光と、発光素子１からビ
ームスプリッタ2Aに入射して半反射面６すなわち分岐点
Ｏで反射して更に端面Ｂ′で反射して半反射面を透過し
て受光素子３に入射するノイズ光との間に大きな光路差
が生じる。一般に光ファイバジャイロの光源として用い
る半導体レーザのスペクトル幅は0.2nm程度であるため
可干渉距離は3mm程度となる。従って、端面Ａ′および
Ｂ′で反射した光の光路差、すなわち、分岐点Ｏと端面
Ａ′との間の距離の２倍と分岐点Ｏと端面Ｂ′との間の
距離の２倍との差が、3mm以上となるような直方体の形
状にすれば、それらは干渉せず、受光素子３で検出され
るノイズ光の合成光量は一定値となり検出感度にあまり
影響しない。
ッタ2Aが直方体となっているので、発光素子１からビー
ムスプリッタ2Aに入射して半反射面６すなわち分岐点Ｏ
を透過して端面Ａ′で反射して更に半反射面６で反射し
て受光素子３に入射するノイズ光と、発光素子１からビ
ームスプリッタ2Aに入射して半反射面６すなわち分岐点
Ｏで反射して更に端面Ｂ′で反射して半反射面を透過し
て受光素子３に入射するノイズ光との間に大きな光路差
が生じる。一般に光ファイバジャイロの光源として用い
る半導体レーザのスペクトル幅は0.2nm程度であるため
可干渉距離は3mm程度となる。従って、端面Ａ′および
Ｂ′で反射した光の光路差、すなわち、分岐点Ｏと端面
Ａ′との間の距離の２倍と分岐点Ｏと端面Ｂ′との間の
距離の２倍との差が、3mm以上となるような直方体の形
状にすれば、それらは干渉せず、受光素子３で検出され
るノイズ光の合成光量は一定値となり検出感度にあまり
影響しない。
なお、ビームスプリッタ2Aの形状は、必ずしも直方体で
ある必要はなく、分岐点Ｏから出射端面までの距離が透
過側と反対側で異なるならば、どのような形状でもよ
い。
ある必要はなく、分岐点Ｏから出射端面までの距離が透
過側と反対側で異なるならば、どのような形状でもよ
い。
考案の効果 以上の説明から明らかなように、本考案による光ファイ
バジャイロにおいては、センサコイルの両端へ光を分岐
する光学素子が、その分岐点から２つの出射端面までの
光路に十分な光路差ができるようにされているので、そ
れら分岐用光学素子の出射端面で反射するノイズ光が干
渉しないめ、それらが受光器で検出されても一定光量を
与えるのみで雑音とはならない。したがって、高感度な
光ファイバジャイロを得ることができる。
バジャイロにおいては、センサコイルの両端へ光を分岐
する光学素子が、その分岐点から２つの出射端面までの
光路に十分な光路差ができるようにされているので、そ
れら分岐用光学素子の出射端面で反射するノイズ光が干
渉しないめ、それらが受光器で検出されても一定光量を
与えるのみで雑音とはならない。したがって、高感度な
光ファイバジャイロを得ることができる。
第１図は本発明を適用した光ファイバジャイロ説明図、 第２図は従来の光ファイバジャイロの原理図を示す。 （主な参照番号） １……光源、 2,2A……ビームスプリッタ、 ３……受光素子、４……光ファイバ、 ５……センサコイル
Claims (1)
- 【請求項１】入射した光を分岐および合波する光学素子
と、一部を多数回巻回されて形成されたセンサコイル部
分を含み第１および第２の１対の端面を有する１本の光
ファイバと、該光学素子を介して該光ファイバの両端に
それぞれ注入する光を発生する発光素子と、該光ファイ
バを伝播した後両端から出射される光を該光学素子を介
して受光する受光素子とを備え、 該光学素子における光分岐点から該第１端面に対する該
光学素子の出射端面までの光路長と、該光分岐点から該
第２端面に対する該光学素子の出射端面までの光路長と
が互いに異なるように構成され、 該センサコイル部分が回転したときに、該第１端面から
入射して該第２端面から出射する第１伝播光と、該第２
端面から入射して該第１端面から出射する第２伝播光と
の間に生じる位相差から、該センサコイルの回転角速度
を検出する光ファイバジャイロにおいて、 該光学素子が、入射光を分岐または合波する半反射面を
備え、且つ、該半反射面に直角な面により断面形状が長
方形であるプリズムビームスプリッタであることを特徴
とする光ファイバジャイロ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1986035325U JPH0633367Y2 (ja) | 1986-03-13 | 1986-03-13 | 光フアイバジヤイロ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1986035325U JPH0633367Y2 (ja) | 1986-03-13 | 1986-03-13 | 光フアイバジヤイロ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62148914U JPS62148914U (ja) | 1987-09-21 |
| JPH0633367Y2 true JPH0633367Y2 (ja) | 1994-08-31 |
Family
ID=30844713
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1986035325U Expired - Lifetime JPH0633367Y2 (ja) | 1986-03-13 | 1986-03-13 | 光フアイバジヤイロ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0633367Y2 (ja) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2936267A1 (de) * | 1979-09-07 | 1982-04-22 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Ringinterferometer |
-
1986
- 1986-03-13 JP JP1986035325U patent/JPH0633367Y2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62148914U (ja) | 1987-09-21 |
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