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JPS6348003B2 - - Google Patents
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JPS6348003B2 - - Google Patents

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Publication number
JPS6348003B2
JPS6348003B2 JP57100106A JP10010682A JPS6348003B2 JP S6348003 B2 JPS6348003 B2 JP S6348003B2 JP 57100106 A JP57100106 A JP 57100106A JP 10010682 A JP10010682 A JP 10010682A JP S6348003 B2 JPS6348003 B2 JP S6348003B2
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JP
Japan
Prior art keywords
light
beam splitter
optical fiber
isolator
optical
Prior art date
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Expired
Application number
JP57100106A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS58216908A (en
Inventor
Kenichi Yoshida
Takashi Yokohara
Kozo Ono
Yoshikazu Nishiwaki
Koichi Tsuno
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Electric Industries Ltd filed Critical Sumitomo Electric Industries Ltd
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Priority to DE8383104230T priority patent/DE3380366D1/en
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Priority to CA000428011A priority patent/CA1198197A/en
Publication of JPS58216908A publication Critical patent/JPS58216908A/en
Publication of JPS6348003B2 publication Critical patent/JPS6348003B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01CMEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C19/00Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
    • G01C19/58Turn-sensitive devices without moving masses
    • G01C19/64Gyrometers using the Sagnac effect, i.e. rotation-induced shifts between counter-rotating electromagnetic beams

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Gyroscopes (AREA)
  • Light Guides In General And Applications Therefor (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、ブロツク化した光学系を接合し、
小型、軽量の光フアイバジヤイロを構成するもの
である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention combines block optical systems,
It constitutes a small and lightweight optical fiber gyroscope.

光フアイバジヤイロは、光フアイバを何重にも
巻回した光フアイバループの中へ、時計廻り或は
反時計廻りに単色光を透過させ、位相の相異を検
出して、回転角速度を知るものである。
An optical fiber coil is a device that transmits monochromatic light clockwise or counterclockwise into an optical fiber loop made of multiple layers of optical fibers, detects the difference in phase, and determines the rotational angular velocity. be.

第2図に従来例の光フアイバジヤイロの光学系
構成図を示す。
FIG. 2 shows a diagram of the optical system configuration of a conventional optical fiber gyroscope.

レーザ31から出たコヒーレントな光はビーム
スプリツタ32で、2本の光束に分けられる。
The coherent light emitted from the laser 31 is split into two beams by a beam splitter 32.

2本の光束は集光レンズ33,33によつて光
フアイバ34の両端へ入射される。光フアイバ3
4は、多数回巻回されてループ状になつている。
The two beams are incident on both ends of the optical fiber 34 by condenser lenses 33, 33. optical fiber 3
4 is wound many times into a loop shape.

時計廻り光(CW光)と、反時計廻り光
(CCW光)とは、それぞれ、図に於て、右廻り、
左廻りにループの中を透過する。
Clockwise light (CW light) and counterclockwise light (CCW light) are clockwise light (CW light) and counterclockwise light (CCW light), respectively.
Pass through the loop counterclockwise.

光フアイバ34はシングルモードフアイバであ
る。
Optical fiber 34 is a single mode fiber.

透過した光は、光フアイバ34の端面から出射
して、レンズ33,33を通り、ビームスプリツ
タ32で、透過、或は反射して、光検出器35に
至る。
The transmitted light exits from the end face of the optical fiber 34, passes through the lenses 33, 33, is transmitted or reflected by the beam splitter 32, and reaches the photodetector 35.

光フアイバループ35が静止しておればCW光
とCCW光の光路は厳密に等しいから、両者に位
相差はない。
If the optical fiber loop 35 is stationary, the optical paths of the CW light and the CCW light are strictly equal, so there is no phase difference between the two.

光フアイバループ35が回転角速度Ωで回転し
ていると、CW光とCCW光の光路長が変るので、
位相差Δθが現われる。
When the optical fiber loop 35 rotates at the rotational angular velocity Ω, the optical path lengths of the CW light and CCW light change, so
A phase difference Δθ appears.

光フアイバループ35の全面積をA、レーザ光
の波数をk、波長をλ、光速をcとすると、位相
差Δθは、 Δθ=4kAΩ/c (1) 但し k=2π/λ (2) で与えられる。
If the total area of the optical fiber loop 35 is A, the wave number of the laser beam is k, the wavelength is λ, and the speed of light is c, then the phase difference Δθ is Δθ=4kAΩ/c (1) where k=2π/λ (2) Given.

光検出器の出力はCW光とCCW光との和の2
乗に比例する。つまり光検出器出力はcosΔθに比
例する。出力の値から、位相差Δθを求め、光フ
アイバループの角速度Ωを知ることができる。
The output of the photodetector is 2 of the sum of CW light and CCW light.
Proportional to the power. In other words, the photodetector output is proportional to cosΔθ. From the output value, the phase difference Δθ can be determined, and the angular velocity Ω of the optical fiber loop can be determined.

光フアイバジヤイロは、従来、第2図のように
別々の光学系を組合わせて構成されていた。個々
の光学系の組合せには、次のような欠点があつ
た。
Conventionally, optical fiber coils have been constructed by combining separate optical systems as shown in FIG. The combination of individual optical systems had the following drawbacks.

レーザ、光検出器、レンズ、光フアイバなどの
光学系は、定盤などの上にスタンドで固定した
り、ケーシングの中に適当なホルダーを使つて固
定したりする。いかに固定しても、光学系は、空
間的に離れているから、相対的に位置変動しやす
い。
Optical systems such as lasers, photodetectors, lenses, and optical fibers are fixed on a surface plate with a stand or in a casing using a suitable holder. No matter how fixed they are, the optical systems are spatially separated and are likely to change their positions relatively.

光学系が相対的に位置変動すると、光フアイバ
と他の光学系との結合効率が変動し、光検出器の
出力がドリフトする。
When the position of the optical system changes relative to another, the coupling efficiency between the optical fiber and other optical systems changes, causing the output of the photodetector to drift.

光検出器の面上で、CW光とCCW光の重なり
部の面積が変動する事もある。
The area of the overlap between the CW light and the CCW light may vary on the surface of the photodetector.

このような光学系の不安定性が原因で光検出器
の出力がドリフトする。光学系の不安定性にもと
づく出力ドリフト、cosΔθによる出力の変動を区
別することは難しい。
This instability of the optical system causes the output of the photodetector to drift. It is difficult to distinguish between output drift due to optical system instability and output fluctuation due to cosΔθ.

従つて、正確な位相差を正しく検出する事が困
難である。
Therefore, it is difficult to correctly detect an accurate phase difference.

本発明は、このような欠点を解決する事を目的
とする。
The present invention aims to solve these drawbacks.

本発明の光フアイバジヤイロは、光学素子をブ
ロツク体で構成し、互に接合して、小型、軽量、
高信頼性の光学系を実現するものである。
The optical fiber iron of the present invention consists of optical elements made up of blocks, which are joined together to create a compact, lightweight,
This realizes a highly reliable optical system.

さらに、発光素子への戻り光を防ぐためアイソ
レータを発光素子とブロツク体の間に設ける。ま
た偏光ビームスプリツタを受光素子とブロツク体
の間に設ける。
Furthermore, an isolator is provided between the light emitting element and the block body to prevent light from returning to the light emitting element. Further, a polarizing beam splitter is provided between the light receiving element and the block.

以下、実施例を示す図面によつて、本発明の構
成、作用及び効果を説明する。
Hereinafter, the configuration, operation, and effects of the present invention will be explained with reference to drawings showing examples.

第1図は本発明の光フアイバジヤイロの概略平
面図である。
FIG. 1 is a schematic plan view of an optical fiber coil according to the present invention.

光学系は一体化されている。 The optical system is integrated.

ガラスブロツク1、ガラスブロツク2は、三角
柱形状の透明体である。底面は、それぞれ、二等
辺直角三角形であり、これが斜辺に於て重ねられ
て四角柱を形成している。
Glass block 1 and glass block 2 are triangular prism-shaped transparent bodies. Each base is an isosceles right triangle, which are overlapped at the hypotenuses to form a square prism.

ガラスブロツク1,2の境界となる斜面には、
例えばAl、Agなどの金属をコーテイングしてあ
り、透過率が50%になるようにしてある。
On the slope that forms the boundary between glass blocks 1 and 2,
For example, it is coated with metal such as Al or Ag, and has a transmittance of 50%.

金属コーテイング層は、光を透過し或は反射す
るビームスプリツタ3となつている。ビームスプ
リツタ3が独立した光学系でなく、ガラスブロツ
ク1又は2にコートされたひとつの面となつてい
る。
The metal coating layer serves as a beam splitter 3 that transmits or reflects light. The beam splitter 3 is not an independent optical system, but is a coated surface of the glass block 1 or 2.

たとえば、金属を蒸着、スパツタ法などでコー
テイングしたのち、ガラスブロツク1,2を斜面
に於て接着する。
For example, after coating with metal by vapor deposition or sputtering, the glass blocks 1 and 2 are bonded on the slope.

ガラスブロツク1,2の側面には、ビームスプ
リツタ3に関し面対称の位置に集光レンズ6,7
が接着してある。
On the side surfaces of the glass blocks 1 and 2, condensing lenses 6 and 7 are arranged at symmetrical positions with respect to the beam splitter 3.
is attached.

集光レンズ6,7は、半径方向に屈折率の二乗
分布を有する円柱形状のロツドレンズである。
The condensing lenses 6 and 7 are cylindrical rod lenses having a square distribution of refractive index in the radial direction.

集光レンズ6,7に対向するガラスブロツク
1,2の側面に、アイソレータ13、偏光ビーム
スプリツタ14を接着する。
An isolator 13 and a polarizing beam splitter 14 are bonded to the sides of the glass blocks 1 and 2 facing the condensing lenses 6 and 7.

アイソレータ13の上には、ロツドレンズ6の
光軸の延長線上にくるように発光素子4を接着す
る。
A light emitting element 4 is bonded onto the isolator 13 so as to be on an extension of the optical axis of the rod lens 6.

偏光ビームスプリツタ14の上には、ロツドレ
ンズ7の光軸の延長線上にくるように受光素子5
を接着する。
A light receiving element 5 is placed above the polarizing beam splitter 14 so as to be on an extension of the optical axis of the rod lens 7.
Glue.

アイソレータ13はフアラデー素子10を偏光
板11,12で挾んだ構造である。フアラデー素
子10には磁場がかかつていて、フアラデー回転
角が45゜になるようにしている。
The isolator 13 has a structure in which a Faraday element 10 is sandwiched between polarizing plates 11 and 12. A magnetic field is applied to the Faraday element 10 so that the Faraday rotation angle is 45°.

偏光板11,12は、偏光方向が45゜ねじれた
方向にある。
The polarizing plates 11 and 12 have their polarization directions twisted by 45 degrees.

発光素子4より出た光は、アイソレータ13を
通り、ガラスブロツク2に入る。ビームスプリツ
タ3で、反射光と透過光に分かれる。
The light emitted from the light emitting element 4 passes through the isolator 13 and enters the glass block 2. The beam splitter 3 separates the light into reflected light and transmitted light.

それぞれの光はガラスブロツク1,2を通り、
レンズ7,6へ入る。
Each light passes through glass blocks 1 and 2,
Enter lenses 7 and 6.

発光素子4、受光素子5、アイソレータ13、
偏光ビームスプリツタ14、集光レンズ6,7
は、光学的に均質で、透過率が高く、耐環境性に
すぐれた接着剤で、ガラスブロツク1,2に接着
する。
light emitting element 4, light receiving element 5, isolator 13,
Polarizing beam splitter 14, condensing lenses 6, 7
is adhered to the glass blocks 1 and 2 using an adhesive that is optically homogeneous, has high transmittance, and has excellent environmental resistance.

例えば、エポキシ系接着剤、バルサムなどを用
いる。
For example, epoxy adhesive, balsam, etc. are used.

これらの光学素子、ガラスブロツクが一体化し
たブロツク状となる。
These optical elements and the glass block are integrated into a block shape.

光フアイバ8は、長いシングルモードフアイバ
を何重にも巻回して、光フアイバループ9とした
ものである。
The optical fiber 8 is formed by winding a long single mode fiber many times to form an optical fiber loop 9.

光フアイバ8の両端が、集光レンズ6,7に接
続されている。
Both ends of the optical fiber 8 are connected to condensing lenses 6 and 7.

光フアイバジヤイロの作用原理は、第2図に示
したものと同様である。
The operating principle of the fiber optic coil is similar to that shown in FIG.

本発明の光フアイバジヤイロは、従来、分離さ
れていた光学系をひとつのブロツクとし、アイソ
レータ、偏光ビームスプリツタを設けたので、次
の効果がある。
The optical fiber coil according to the present invention has the conventionally separated optical system integrated into one block, and is provided with an isolator and a polarizing beam splitter, so that it has the following effects.

発光素子、受光素子、ビームスプリツタ、集光
レンズ、アイソレータ、偏光ビームスプリツタな
どが、ガラスブロツクを介して結合されている。
A light emitting element, a light receiving element, a beam splitter, a condensing lens, an isolator, a polarizing beam splitter, etc. are coupled through a glass block.

光軸の変動、距離の変動などが起りえない。信
頼性が高いし、ノイズも少なくなる。
Fluctuations in the optical axis and distance cannot occur. It is highly reliable and produces less noise.

発光素子の前方にアイソレータを入れているの
で、戻り光が発光素子に入るという事はない。
Since the isolator is placed in front of the light emitting element, there is no possibility of return light entering the light emitting element.

発光素子は単色光を出す半導体レーザ、スーパ
ールミネツセントダイオードなどである。戻り光
が発光素子に入らないので動作が安定する。
The light emitting element is a semiconductor laser that emits monochromatic light, a superluminescent diode, or the like. Operation is stable because the returned light does not enter the light emitting element.

偏光ビームスプリツタを通して、左廻り光、右
廻り光を受光素子に入射させる。光フアイバの中
を伝搬する光の偏波面がランダム変動すると、こ
のことによつて受光素子出力が変動する。偏光ビ
ームスプリツタは、偏波面の定まつた光のみを通
すので、偏波面回転の影響を除くことができる。
The left-handed light and the right-handed light are made incident on the light receiving element through the polarizing beam splitter. When the plane of polarization of light propagating through the optical fiber varies randomly, this causes the output of the light receiving element to vary. Since the polarizing beam splitter passes only light with a fixed plane of polarization, it is possible to eliminate the influence of rotation of the plane of polarization.

本発明の光フアイバジヤイロは、 (1) 自動車、船舶、航空機に搭載するジヤイロ。 The optical fiber gyroscope of the present invention is (1) Gyroscopes installed in automobiles, ships, and aircraft.

(2) ロボツトなど移動体に搭載され、自分自身の
位置を知るための位置センサなどに使うことが
できる。
(2) It can be mounted on a moving object such as a robot and used as a position sensor to know its own position.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の光フアイバジヤイロの略平面
図。第2図は従来例の光フアイバジヤイロの平面
図。 1,2……ガラスブロツク、3……ビームスプ
リツタ、4……発光素子、5……受光素子、6,
7……ロツドレンズ、8……光フアイバ、9……
光フアイバループ、10……フアラデー素子、1
1,12……偏光板、13……アイソレータ、1
4……偏光ビームスプリツタ。
FIG. 1 is a schematic plan view of an optical fiber coil according to the present invention. FIG. 2 is a plan view of a conventional optical fiber gyro. 1, 2... Glass block, 3... Beam splitter, 4... Light emitting element, 5... Light receiving element, 6,
7... Rod lens, 8... Optical fiber, 9...
Optical fiber loop, 10... Faraday element, 1
1, 12...Polarizing plate, 13...Isolator, 1
4...Polarizing beam splitter.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 直角二等辺三角形の底面を持ち、斜面に薄膜
をコーテイングしてビームスプリツタとし、斜面
に於て互に接着された2つのガラスブロツクと、
ガラスブロツクのビームスプリツタに関し対称位
置に接着されたロツドレンズと、両端がロツドレ
ンズに接続され多数回巻回されてループ状になつ
た光フアイバループと、ガラスブロツクのロツド
レンズに対向する位置に接着されたアイソレータ
及び偏光ビームスプリツタと、アイソレータに接
着された発光素子と、偏光ビームスプリツタに接
着された受光素子とよりなる事を特徴とする光フ
アイバジヤイロ。
1. Two glass blocks having a right-angled isosceles triangular base, whose slopes are coated with a thin film to form a beam splitter, and which are bonded to each other on the slopes;
A rod lens is glued at a symmetrical position with respect to the beam splitter of the glass block, an optical fiber loop whose both ends are connected to the rod lens and wound many times into a loop shape, and a rod lens is glued to the glass block at a position opposite to the rod lens. An optical fiber coil comprising an isolator, a polarizing beam splitter, a light emitting element bonded to the isolator, and a light receiving element bonded to the polarizing beam splitter.
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EP19830104230 EP0096213B1 (en) 1982-06-09 1983-04-29 Optical fiber gyroscope
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