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JPS6348283B2 - - Google Patents
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JPS6348283B2 - - Google Patents

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Publication number
JPS6348283B2
JPS6348283B2 JP57098996A JP9899682A JPS6348283B2 JP S6348283 B2 JPS6348283 B2 JP S6348283B2 JP 57098996 A JP57098996 A JP 57098996A JP 9899682 A JP9899682 A JP 9899682A JP S6348283 B2 JPS6348283 B2 JP S6348283B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
glass block
optical fiber
beam splitter
amplitude modulator
Prior art date
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Expired
Application number
JP57098996A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS58215504A (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
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Electric Industries Ltd filed Critical Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority to JP57098996A priority Critical patent/JPS58215504A/en
Priority to DE8383104230T priority patent/DE3380366D1/en
Priority to EP19830104230 priority patent/EP0096213B1/en
Priority to CA000428011A priority patent/CA1198197A/en
Publication of JPS58215504A publication Critical patent/JPS58215504A/en
Publication of JPS6348283B2 publication Critical patent/JPS6348283B2/ja
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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)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Gyroscopes (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、高感度、高S/N特性を有する、
変調検出方式の光フアイバジヤイロをブロツク化
したものに関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION This invention has high sensitivity and high S/N characteristics.
This invention relates to a block version of a modulation detection type optical fiber coil.

光フアイバジヤイロは、回転体の回転角速度を
検出する装置である。
An optical fiber gyro is a device that detects the rotational angular velocity of a rotating body.

第4図は光フアイバジヤイロの基本的構成を示
す平面図である。
FIG. 4 is a plan view showing the basic structure of the optical fiber gyroscope.

レーザ51を出たコヒーレントな光は、ビーム
スプリツタ52で、2本の光束に分けられ、集光
レンズ53,53を通つて光フアイバループ54
の両端へ入射する。2本の光束は、光フアイバル
ープ54の中を右廻り(或は時計廻りCW)に透
過し、又は左廻り(或は反時計廻りCCW)に透
過し、他端から出射する。光フアイバループ54
はシングルモードフアイバで、これを多重回巻き
回したものである。
The coherent light emitted from the laser 51 is split into two beams by a beam splitter 52, and passes through condensing lenses 53, 53 into an optical fiber loop 54.
incident on both ends of. The two light beams pass through the optical fiber loop 54 clockwise (or clockwise CW) or counterclockwise (or counterclockwise CCW), and exit from the other end. Optical fiber loop 54
is a single mode fiber, which is wound multiple times.

光フアイバループから出射された2光束は、集
光レンズ53,53を通り、ビームスプリツタ5
2を経て、光検出器55に入射する。
The two beams of light emitted from the optical fiber loop pass through condensing lenses 53, 53, and enter beam splitter 5.
2 and enters the photodetector 55.

時計廻り光(CW)と、反時計廻り光(CCW)
との光路は等しい。光フアイバループ54が角速
度Ωで回転しているとすれば、CW光とCCW光
に位相差Δφが現われる。Δφは Δφ=8πAΩ/λC (1) で与えられる。Cは光速、λはレーザ光の波長、
Aは光フアイバループの囲む全面積である。
Clockwise light (CW) and counterclockwise light (CCW)
The optical paths are equal. If the optical fiber loop 54 is rotating at an angular velocity Ω, a phase difference Δφ will appear between the CW light and the CCW light. Δφ is given by Δφ=8πAΩ/λC (1). C is the speed of light, λ is the wavelength of the laser beam,
A is the total area encompassed by the optical fiber loop.

CW光、CCW光の振幅が等しく、位相差がΔφ
であるとすると、光検出器55は、両者の和の2
乗に比例した出力を生ずるので、出力I(t)は、
比例式 I(t)∝E0 2(1+cosΔφ) (2) によつて与えられる。E0はCCW、CW光の振輻
である。
The amplitude of CW light and CCW light are equal, and the phase difference is Δφ
, the photodetector 55 detects 2 of the sum of both.
Since it produces an output proportional to the power, the output I(t) is
It is given by the proportional expression I(t)∝E 0 2 (1+cosΔφ) (2). E 0 is CCW, CW light vibration.

このような光フアイバジヤイロは、低角度領
域、つまりΔφの小さい時に感度が悪い。(1+
cos(Δφ))によつて出力が変化するからである。
Such an optical fiber gyroscope has poor sensitivity in a low angle region, that is, when Δφ is small. (1+
This is because the output changes depending on cos(Δφ)).

さらに、難点がある。直流成分のレベル変化を
検出するから、S/N比が低い。
Furthermore, there is a drawback. Since level changes of DC components are detected, the S/N ratio is low.

第5図は、他の従来例に係る光フアイバジヤイ
ロの平面図である。前述の難点を解決する為、光
路を一部分離し、一方の光を振幅変調する方式で
ある。
FIG. 5 is a plan view of another conventional optical fiber gyroscope. In order to solve the above-mentioned difficulties, this method separates part of the optical path and modulates the amplitude of one of the lights.

時計廻りの光の光路に振幅変調素子56を追加
する。
An amplitude modulation element 56 is added to the optical path of clockwise light.

時計廻り光と反時計廻り光とを分離するため、
ビームスプリツタ57,58,59を新たに加
え、ビームスプリツタ52,57,58,59が
長方形を成すよう配置する。
To separate clockwise light and counterclockwise light,
Beam splitters 57, 58, and 59 are newly added, and the beam splitters 52, 57, 58, and 59 are arranged so as to form a rectangle.

時計廻り光は、振幅変調されてから集光レンズ
53で絞られて、光フアイバループ54に入射
し、ループ中を通過した後、集光レンズ53を経
てビームスプリツタ58によつて、分離された光
路に入る。分離された光路にはフエーズシフタ6
0が設けてある。π/2の位相差を与えるもので
ある。
The clockwise light is amplitude modulated, focused by a condensing lens 53, enters an optical fiber loop 54, passes through the loop, passes through the condensing lens 53, and is separated by a beam splitter 58. Enter the light path. A phase shifter 6 is installed in the separated optical path.
0 is set. This provides a phase difference of π/2.

時計廻り光の波動は、 E0(1+msinωnt)ei(t+〓〓)+i/2 (3) と書くことができる。 The wave of clockwise light can be written as E 0 (1+msinω n t)e i(t+ 〓〓 )+i/2 (3).

反時計廻り光は E0eit (4) と書くことができる。 Counterclockwise light can be written as E 0 e it (4).

光検出器の出力I(t)は、(3)、(4)の和の2乗
であるから、直流成分と、周波数ωnの成分と周
波数2ωnの成分とよりなる。
Since the output I(t) of the photodetector is the square of the sum of (3) and (4), it consists of a DC component, a frequency ω n component, and a frequency 2ω n component.

この内、周波数がωnの成分のみをとりだすと、
これは、 I(t)=2mE0 2(1−sinΔφ)sinωnt (5) である。ωn成分をとり出すと、位相差Δφを知
り、角周波数Ωを検出する事ができる。
If we extract only the component whose frequency is ω n , we get
This is I(t)=2mE 0 2 (1−sinΔφ)sinω n t (5). By extracting the ω n component, it is possible to know the phase difference Δφ and detect the angular frequency Ω.

このような従来の光フアイバジヤイロは、レー
ザ、ビームスプリツタ、レンズが別々の機器、部
材よりなつている。光軸を常に一致させ、距離関
係を一定させておくのが難しい。
In such a conventional optical fiber coil, the laser, beam splitter, and lens are made up of separate devices and members. It is difficult to always align the optical axes and keep the distance relationship constant.

光学系の不安定性が原因で、光検出器の出力が
ドリフトする可能性がある。
Optical system instability can cause the photodetector output to drift.

レーザ、ビームスプリツタ、集光レンズ、光フ
アイバの相対位置が変動すると、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 relative positions of the laser, beam splitter, condensing lens, and optical fiber vary, the coupling efficiency between the optical fiber and other optical systems varies, causing the output of the photodetector to drift.

さらに、光検出器の面上で、時計廻り光と反時
計廻り光との重なり面積が変動し、光検出器の出
力が変動する事もありうる。
Furthermore, the overlapping area of the clockwise light and the counterclockwise light may vary on the surface of the photodetector, which may cause the output of the photodetector to vary.

これらの欠点は、光学系相互の相対位置が強固
に固定されていない事に起因する。
These drawbacks are due to the fact that the relative positions of the optical systems are not firmly fixed.

本発明は、変調方式の光フアイバジヤイロを、
ガラスブロツクを組合せて作製し、光学系の安定
性を高めた光フアイバジヤイロを与える。
The present invention provides a modulation type optical fiber coil.
An optical fiber iron made by combining glass blocks with improved stability of the optical system is provided.

以下、実施例を示す図面によつて本発明を説明
する。
Hereinafter, the present invention will be explained with reference to drawings showing examples.

第1図は本発明の実施例に係る光フアイバジヤ
イロのブロツク化した光学系の斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view of a block optical system of an optical fiber coil according to an embodiment of the present invention.

第1ガラスブロツク1〜第10ガラスブロツク1
0を組合わせ、コの字型のブロツクが構成されて
いる。
1st glass block 1 to 10th glass block 1
0's are combined to form a U-shaped block.

ガラスブロツクは三角柱又は四角柱状で、エポ
キシ樹脂系接着剤、バルサムなど、透過率の良い
光学的に均一な接着剤で互に貼合してある。
The glass blocks have a triangular or quadrangular prism shape and are bonded together using an optically uniform adhesive with good transmittance, such as epoxy resin adhesive or balsam.

第1ガラスブロツク1と第2ガラスブロツク2
は、直角二等辺三角形を底辺とする三角柱であ
る。斜面には、光の透過率、反射率が50%ずつに
なるよう、金属(Ag、Al等)の薄膜がコーテイ
ングしてある。この金属薄膜はビームスプリツタ
11として機能する。
First glass block 1 and second glass block 2
is a triangular prism whose base is a right-angled isosceles triangle. The slope is coated with a thin film of metal (Ag, Al, etc.) so that the light transmittance and reflectance are 50% each. This metal thin film functions as a beam splitter 11.

第2ガラスブロツク2の側面には、溶融石英、
LiNbO3、YAGなどの超音波の伝搬媒質12が接
着してある。伝搬媒質12は、直方体状の透明体
で、上面に、電極13、超音波トランスデユーサ
14、電極15からなる振幅変調素子16が固着
される。
On the side of the second glass block 2, fused quartz,
An ultrasonic propagation medium 12 such as LiNbO 3 or YAG is bonded. The propagation medium 12 is a rectangular parallelepiped-shaped transparent body, and an amplitude modulation element 16 consisting of an electrode 13, an ultrasonic transducer 14, and an electrode 15 is fixed to the upper surface of the propagation medium 12.

電源17から、周波数ωnの変調電圧が電極1
3,15の間に印加される。
A modulated voltage of frequency ω n is applied from the power source 17 to the electrode 1
It is applied between 3 and 15.

超音波トランスデユーサ14は、圧電効果を利
用し、超音波を発生するものである。例えば、超
音波トランスデユーサとして、水晶、チタン酸バ
リウム、PZT、Bi12SiO20などを使用する。
The ultrasonic transducer 14 uses a piezoelectric effect to generate ultrasonic waves. For example, crystal, barium titanate, PZT, Bi 12 SiO 20 , etc. are used as the ultrasonic transducer.

超音波トランスデユーサで発生したωnの周波
数の超音波は、伝搬媒質12を上から下へと進行
し、超音波吸収体18に至つて、これに吸収され
る。
The ultrasonic wave having a frequency of ω n generated by the ultrasonic transducer travels through the propagation medium 12 from top to bottom, reaches the ultrasonic absorber 18, and is absorbed therein.

伝搬媒質12は音響光学効果を有する。超音波
の方向に、伝搬媒質には、屈折率の周期的な変化
が生じている。超音波の進行方向と、直角に進む
光は、屈折率の周期的な変化により回折する。回
折の方向は、ωnで上下に振動する。従つて、光
の強度は、周波数ωnの振幅変調を受けることに
なる。
The propagation medium 12 has an acousto-optic effect. A periodic change in refractive index occurs in the propagation medium in the direction of the ultrasound. Light traveling perpendicularly to the direction of propagation of the ultrasonic wave is diffracted due to periodic changes in the refractive index. The direction of diffraction oscillates up and down with ω n . Therefore, the intensity of light is subjected to amplitude modulation of frequency ω n .

伝搬媒質12、電極13、超音波トランスデユ
ーサ14、電極15よりなる振幅変調素子16は
音響光学的変調素子である。
The amplitude modulation element 16 consisting of the propagation medium 12, the electrode 13, the ultrasonic transducer 14, and the electrode 15 is an acousto-optic modulation element.

第1ガラスブロツク1の隣には、ビームスプリ
ツタ11に関し、振幅変調素子16と面対称の位
置に、第3ガラスブロツク3が貼合わせてある。
第3ガラスブロツク3は直方体である。
Next to the first glass block 1, a third glass block 3 is attached at a position symmetrical to the amplitude modulation element 16 with respect to the beam splitter 11.
The third glass block 3 is a rectangular parallelepiped.

第3ガラスブロツク3の他端面には、二等辺直
角三角柱状の第4ガラスブロツク4が貼付けてあ
る。
A fourth glass block 4 in the form of an isosceles right triangular prism is attached to the other end surface of the third glass block 3.

第5ガラスブロツク5は二等辺直角三角柱状
で、第4ガラスブロツク4の斜面と貼合せて四角
柱を形成する。
The fifth glass block 5 is in the shape of an isosceles right triangular prism, and is bonded to the slope of the fourth glass block 4 to form a square prism.

第4ガラスブロツク4、第5ガラスブロツク5
の接着面には、予め金属薄膜(Ag、Alなど)を
コーテイングしたビームスプリツタ19が設けら
れている。
Fourth glass block 4, fifth glass block 5
A beam splitter 19 coated with a metal thin film (Ag, Al, etc.) in advance is provided on the adhesive surface of the beam splitter 19 .

第4ガラスブロツク4、第5ガラスブロツク5
に対し、対角位置にある第6ガラスブロツク6、
第7ガラスブロツク7は、同様に、二等辺直角三
角柱である。金属薄膜をコーテイングしたビーム
スプリツタ20が、45゜の斜面に設けられている
点は、同様である。
Fourth glass block 4, fifth glass block 5
On the other hand, a sixth glass block 6 at a diagonal position,
Similarly, the seventh glass block 7 is an isosceles right triangular prism. Similarly, the beam splitter 20 coated with a metal thin film is provided on a 45° slope.

第6ガラスブロツク6の面は、伝搬媒質12の
面に接着され、ガラスブロツク1,2、伝搬媒質
12、ガラスブロツク6,7は同一直線上に並
ぶ。
The surface of the sixth glass block 6 is bonded to the surface of the propagation medium 12, and the glass blocks 1 and 2, the propagation medium 12, and the glass blocks 6 and 7 are aligned on the same straight line.

第7ガラスブロツク7と、第8ガラスブロツク
8の間は空間部があり、さらに位相板21が第8
ガラスブロツク8の前面に接着してある。位相板
21は、光の位相をπ/2だけずらすものであ
る。
There is a space between the seventh glass block 7 and the eighth glass block 8, and the phase plate 21 is located between the eighth glass block 7 and the eighth glass block 8.
It is glued to the front surface of the glass block 8. The phase plate 21 shifts the phase of light by π/2.

第8、第9ガラスブロツク8,9は、二等辺直
角三角柱であり、斜面にビームスプリツタ22が
設けられ、斜面に於て互に接着されている。
The eighth and ninth glass blocks 8 and 9 are isosceles right triangular prisms, and a beam splitter 22 is provided on the slope, and the glass blocks 8 and 9 are bonded to each other on the slope.

第5ガラスブロツク5と第9ガラスブロツク9
とは第10ガラスブロツク10によつて連結され
る。
Fifth glass block 5 and ninth glass block 9
and are connected by a tenth glass block 10.

4つのビームスプリツタ11は、ガラスブロツ
ク群の中心から放射状に配置している。
The four beam splitters 11 are arranged radially from the center of the glass block group.

第1ガラスブロツク1の側面には、コリメート
レンズ23の一端面が接着してある。
One end surface of a collimating lens 23 is adhered to the side surface of the first glass block 1.

コリメートレンズ23は円柱形状で、半径方向
に屈折率が連続的に変化する屈折率分布型レンズ
である。
The collimating lens 23 has a cylindrical shape and is a gradient index lens whose refractive index changes continuously in the radial direction.

コリメートレンズ23の他端面には、レーザダ
イオード24が貼付けてある。コリメートレンズ
23は、レーザダイオード24の光を平行光に変
える。
A laser diode 24 is attached to the other end surface of the collimator lens 23. The collimating lens 23 converts the light from the laser diode 24 into parallel light.

コリメートレンズ23から出た光は、ビームス
プリツタ11により反射され、第3ガラスブロツ
ク3、第4ガラスブロツク4、第5ガラスブロツ
ク5へと直進する。第5ガラスブロツク5の、前
記光の軸線位置にコリメートレンズ25の一端が
接着してある。
The light emitted from the collimating lens 23 is reflected by the beam splitter 11 and travels straight to the third glass block 3, fourth glass block 4, and fifth glass block 5. One end of a collimating lens 25 is bonded to the fifth glass block 5 at the position of the optical axis.

コリメートレンズ23から出た光の一部は、ビ
ームスプリツタ11を透過し、第2ガラスブロツ
ク2、伝搬媒質12、第16ガラスブロツク6、第
7ガラスブロツク7へと直進する。この光の軸線
上で、第7ガラスブロツク7の端面にコリメート
レンズ26が接着してある。
A portion of the light emitted from the collimating lens 23 passes through the beam splitter 11 and travels straight to the second glass block 2, the propagation medium 12, the 16th glass block 6, and the seventh glass block 7. A collimating lens 26 is bonded to the end face of the seventh glass block 7 on the axis of this light.

コリメートレンズ25,26には、光フアイバ
ループの両端の光フアイバ27が固着してある。
光フアイバ27はコアとクラツドよりなるシング
ルモードフアイバである。コリメートレンズ2
5,26によつて平行なレーザ光が絞られて、光
フアイバ27の端面に照射される。
Optical fibers 27 at both ends of the optical fiber loop are fixed to the collimating lenses 25 and 26.
The optical fiber 27 is a single mode fiber consisting of a core and a cladding. Collimating lens 2
5 and 26, the parallel laser light is focused and irradiated onto the end face of the optical fiber 27.

第9ガラスブロツク9の端面には、光検出器と
してのホトダイオード28が貼付けてある。
A photodiode 28 as a photodetector is attached to the end face of the ninth glass block 9.

以上の構成に於てその作用を説明する。 The operation of the above configuration will be explained.

レーザダイオード24で励振されたコヒーレン
トな光は、第1ガラスブロツク1に入る。
The coherent light excited by the laser diode 24 enters the first glass block 1.

ビームスプリツタ11に於て、レーザ光は2光
束に分かられる。
In the beam splitter 11, the laser beam is split into two beams.

反射された光は、第3ガラスブロツク3、第4
ガラスブロツク4、第5ガラスブロツク5へ進
む。コリメートレンズ23で、レーザ光は平行光
になつている。第5ガラスブロツク5に貼付けた
コリメートレンズ25を通つて、ここで絞られ、
光フアイバ27へ入射する。この光束は、光フア
イバ27のループの中を時計廻りに回転し、反対
側のコリメートレンズ26から、第7ガラスブロ
ツク7へ戻つてくる。
The reflected light passes through the third glass block 3 and the fourth glass block.
Proceed to glass block 4 and fifth glass block 5. The collimating lens 23 converts the laser beam into parallel light. It passes through the collimating lens 25 attached to the fifth glass block 5 and is focused here.
The light enters the optical fiber 27. This light flux rotates clockwise in the loop of the optical fiber 27 and returns to the seventh glass block 7 from the collimating lens 26 on the opposite side.

時計廻り光は、ビームスプリツタ20で反射さ
れて、いつたん空間へ出て、さらに位相板21を
通つて、ガラスブロツク8,9に入り、ホトダイ
オード28によつて検出される。位相板21を通
る時に、位相がπ/2だけずれる。
The clockwise light is reflected by the beam splitter 20, exits into space, passes through the phase plate 21, enters the glass blocks 8 and 9, and is detected by the photodiode 28. When passing through the phase plate 21, the phase shifts by π/2.

一方、レーザダイオード24を出て、ビームス
プリツタ11を直進した光は、第2ガラスブロツ
ク2を通り、振幅変調素子16の伝搬媒質12を
通過する。超音波の伝搬方向と、光の進行方向と
は直交する。伝搬媒質12は音響光学効果を持つ
ので、屈折率が周期的に変化し、レーザ光は回折
される。回折角は超音波の角周波数ωnで上下に
振動する。
On the other hand, the light that exits the laser diode 24 and goes straight through the beam splitter 11 passes through the second glass block 2 and the propagation medium 12 of the amplitude modulation element 16. The propagation direction of ultrasonic waves and the traveling direction of light are orthogonal. Since the propagation medium 12 has an acousto-optic effect, its refractive index changes periodically and the laser beam is diffracted. The diffraction angle oscillates up and down at the angular frequency ω n of the ultrasonic wave.

回折された光は、第6ガラスブロツク6、ビー
ムスプリツタ20、第7ガラスブロツク7を通
り、コリメートレンズ26から光フアイバ27へ
入射する。レーザ光は、回折しているので、コリ
メートレンズ26へ入る光の量はωnで振動する
ことになり、光フアイバ27へ入射した光は振幅
変調 (1+msinωnt) (6) を受けたことになる。
The diffracted light passes through the sixth glass block 6, the beam splitter 20, and the seventh glass block 7, and enters the optical fiber 27 from the collimating lens 26. Since the laser beam is diffracted, the amount of light entering the collimating lens 26 will oscillate by ω n , and the light entering the optical fiber 27 will undergo amplitude modulation (1+msinω n t) (6) become.

変調された光は、光フアイバ27の中を反時計
廻りに通過し、コリメートレンズ25に至り、第
5ガラスブロツク5に房る。この光は、ビームス
プリツタ19で反射され、第10ガラスブロツク1
0、第9ガラスブロツク9を通り、ビームスプリ
ツタ22で反射されて、ホトダイオード28に入
射する。
The modulated light passes counterclockwise through the optical fiber 27, reaches the collimating lens 25, and enters the fifth glass block 5. This light is reflected by the beam splitter 19 and passes through the tenth glass block 1.
0, passes through the ninth glass block 9, is reflected by the beam splitter 22, and enters the photodiode 28.

もしも、光フアイバ27のループが角速度Ωで
回転していると、(1)式の位相差Δφが生ずる。
If the loop of the optical fiber 27 is rotating at an angular velocity Ω, a phase difference Δφ of equation (1) will occur.

位相板21によつて、π/2だけ位相がずれて
いる事、振幅変調されている事、理想的には出力
のωn成分が式(5)で表わされる事などは、第6図
の光フアイバジヤイロと異ならない。
The fact that the phase is shifted by π/2 by the phase plate 21, that the amplitude is modulated, and that the ω n component of the output is ideally expressed by equation (5) is shown in Fig. 6. It is no different from the optical fiber.

本発明の光フアイバジヤイロは、光学系を一体
化してブロツクとし、かつ変調方式を用いた、と
いう点に特徴がある。変調の種類、変調の方法は
任意である。
The optical fiber iron of the present invention is characterized in that the optical system is integrated into a block and a modulation method is used. The type of modulation and modulation method are arbitrary.

第2図は電気光学効果を利用した光変調素子を
用いた実施例を示す斜視図である。
FIG. 2 is a perspective view showing an embodiment using a light modulation element utilizing the electro-optic effect.

これも振幅変調を、一方の光にかけて、変調振
動数ωnの成分のみをとりだすものである。
This also applies amplitude modulation to one of the lights and extracts only the component of the modulation frequency ω n .

振幅変調素子30は、電気光学材料31を、偏
光子32、検光子33で挾んだものである。電気
光学材料31の上下面に電極を設け、電源34に
より、変調電圧を印加する。
The amplitude modulation element 30 has an electro-optic material 31 sandwiched between a polarizer 32 and an analyzer 33. Electrodes are provided on the upper and lower surfaces of the electro-optic material 31, and a modulation voltage is applied by a power source 34.

電気光学材料としては、Bi12SiO20
Bi12GeO20、LiNbO3などの結晶を用いることが
できる。
Electro-optic materials include Bi 12 SiO 20 ,
Crystals such as Bi 12 GeO 20 and LiNbO 3 can be used.

レーザ光は偏光子32によつて直線偏光になる
が、変調電圧に比例して、偏波面が回転する。こ
の光が検光子33を通過するので、偏波面の回転
角が、振幅に変換される。つまり、電気光学材
料、偏光子、検光子は、振幅変調素子として機能
することになる。
The laser beam becomes linearly polarized light by the polarizer 32, but the plane of polarization rotates in proportion to the modulation voltage. Since this light passes through the analyzer 33, the rotation angle of the plane of polarization is converted into amplitude. In other words, the electro-optic material, polarizer, and analyzer function as an amplitude modulation element.

もしも、検光子33を省略すれば、これは、位
相変調素子として機能する。
If the analyzer 33 is omitted, it functions as a phase modulation element.

さらに、磁気光学効果を用いても良い。 Furthermore, a magneto-optic effect may be used.

第3図は磁気光学効果を使用した光変調器を含
む実施例の斜視図である。
FIG. 3 is a perspective view of an embodiment including an optical modulator using the magneto-optic effect.

振幅変調器35は、磁気光学材料36にコイル
37を巻回し、電源38によつて交流電流を流す
ようにし、両側に、偏光子39、検光子40を設
けたものである。
The amplitude modulator 35 has a coil 37 wound around a magneto-optical material 36, an alternating current is caused to flow by a power source 38, and a polarizer 39 and an analyzer 40 are provided on both sides.

磁気光学材料として、YIG結晶、GGG結晶な
どを用いる事ができる。
YIG crystal, GGG crystal, etc. can be used as the magneto-optical material.

コイル37に通電すると、磁気光学材料36の
中に磁界が生じる。偏光子39を通つて直線偏光
になつた光は、磁気光学効果によつて、偏波面が
回転する。この状態で検光子40を通過するか
ら、振幅が偏波面回転に応じて減少する。このた
め、これら全体として、光の振幅変調器として機
能することになる。
When coil 37 is energized, a magnetic field is generated within magneto-optic material 36 . The plane of polarization of the light that passes through the polarizer 39 and becomes linearly polarized light is rotated by the magneto-optic effect. Since the light passes through the analyzer 40 in this state, the amplitude decreases in accordance with the polarization plane rotation. Therefore, these as a whole function as an optical amplitude modulator.

以上詳しく説明したように、本発明の光フアイ
バジヤイロは、ガラスブロツクを貼合わせて、光
路、ビームスプリツタを構成し、コリメートレン
ズ、レーザダイオード、ホトダイオードなどを、
直接あるいは間接的にガラスブロツクに固着し、
さらに、時計廻り光と反時計廻り光の光路を分離
し、いずれか一方に変調器を設けたものである。
As explained in detail above, the optical fiber coil of the present invention consists of glass blocks bonded together to form an optical path and a beam splitter, and a collimating lens, laser diode, photodiode, etc.
directly or indirectly adheres to the glass block,
Furthermore, the optical paths of clockwise light and counterclockwise light are separated, and a modulator is provided on either one.

分離した光学系を用いず、ブロツクのかたまり
にするので、小型、軽量になつて、取扱い便利で
ある。軸合わせや、調整など不要である。
Since it does not use a separate optical system and is made into a block, it is small and lightweight, making it convenient to handle. There is no need for alignment or adjustment.

光学系の相対距離や軸の相対位置が変動する事
はない。それゆえ、信頼性の高い測定器となる。
The relative distance of the optical system and the relative position of the axes do not change. Therefore, it becomes a highly reliable measuring instrument.

また変調した光信号を用いるから、S/Nも高
くなる。
Furthermore, since a modulated optical signal is used, the S/N is also high.

本発明の光フアイバジヤイロは、自動車、船
舶、航空機、ロボツト等、の移動体、特に外部振
動の大きい移動体に搭載するジヤイロとして最適
である。
The optical fiber gyroscope of the present invention is most suitable as a gyroscope to be mounted on a moving object such as an automobile, a ship, an aircraft, a robot, etc., especially a moving object with large external vibrations.

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

第1図は音響光学効果を利用した振幅変調器を
設けた実施例にかかる光フアイバジヤイロの斜視
図。第2図は電気光学効果を利用した振幅変調器
を設けた第2の実施例にかかる光フアイバジヤイ
ロの斜視図。第3図は磁気光学効果を利用した振
幅変調器を設けた第3の実施例にかかる光フアイ
バジヤイロの斜視図。第4図は従来例にかかる光
フアイバジヤイロの基本的光学系構成図。第5図
は従来例にかかる変調方式光フアイバジヤイロの
光学系構成図。 1〜10……ガラスブロツク、11……ビーム
スプリツタ、12……伝搬媒質、13,15……
電極、14……超音波トランスデユーサ、16…
…振幅変調素子、17……電源、18……超音波
吸収体、19,20……ビームスプリツタ、21
……位相板、22……ビームスプリツタ、23…
…コリメートレンズ、24……レーザダイオー
ド、25……コリメートレンズ、26……コリメ
ートレンズ、27……光フアイバ、28……ホト
ダイオード、30……振幅変調器、31……電気
光学材料、32……偏光子、33……検光子、3
4……電源、35……振幅変調器、36……磁気
光学材料、37……コイル、38……電源、39
……偏光子、40……検光子、41……周波数シ
フト変調器、42……伝搬媒質、43……超音波
トランスデユーサ、44……超音波吸収体。
FIG. 1 is a perspective view of an optical fiber coil according to an embodiment in which an amplitude modulator utilizing an acousto-optic effect is provided. FIG. 2 is a perspective view of an optical fiber gyro according to a second embodiment, which is provided with an amplitude modulator that utilizes the electro-optic effect. FIG. 3 is a perspective view of an optical fiber gyro according to a third embodiment, which is provided with an amplitude modulator that utilizes the magneto-optic effect. FIG. 4 is a diagram showing the basic optical system configuration of a conventional optical fiber coil. FIG. 5 is an optical system configuration diagram of a conventional modulation type optical fiber gyro. 1 to 10... Glass block, 11... Beam splitter, 12... Propagation medium, 13, 15...
Electrode, 14... Ultrasonic transducer, 16...
... Amplitude modulation element, 17 ... Power supply, 18 ... Ultrasonic absorber, 19, 20 ... Beam splitter, 21
...Phase plate, 22...Beam splitter, 23...
...Collimating lens, 24... Laser diode, 25... Collimating lens, 26... Collimating lens, 27... Optical fiber, 28... Photodiode, 30... Amplitude modulator, 31... Electro-optic material, 32... Polarizer, 33...Analyzer, 3
4... Power source, 35... Amplitude modulator, 36... Magneto-optical material, 37... Coil, 38... Power source, 39
... polarizer, 40 ... analyzer, 41 ... frequency shift modulator, 42 ... propagation medium, 43 ... ultrasonic transducer, 44 ... ultrasonic absorber.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 直角二等辺三角柱の透明なガラスブロツクの
斜辺面に薄膜をコーテイングしこれを接合してビ
ームスプリツタ11,20,19,22とした4
つの正方形角柱状のガラスブロツクと、こらのビ
ームスプリツタが対角線の方向に並ぶよう4隅に
これらガラスブロツクを配置しこれらを結合する
ように貼合わされて正方形状のブロツク体を形成
するガラスブロツク3,10,21,12,…
と、第1のビームスプリツタ11を構成するガラ
スブロツクの側面に直接に或はコリメートレンズ
を介して貼付けられ単色光を生ずる発光素子4
と、発光素子4の光軸の延長上に於て第2のビー
ムスプリツタ20を構成するガラスブロツクの側
面に貼付けられたコリメートレンズ26と、第1
のビームスプリツタ11に関しコリメートレンズ
26と対称な位置で第3のビームスプリツタ19
を構成するガラスブロツクの側面に貼付けられた
コリメートレンズ25と、ループ状に多数巻回わ
され、両端がコリメートレンズ25,26に接続
された光フアイバ27と、第4のビームスプリツ
タ22を構成するガラスブロツクの側面であつ
て、コリメートレンズ26,25から出た光が第
2、第3のビームスプリツタ20,19で反射さ
れ第4のビームスプリツタ22で反射又は透過し
た後に入射する位置に、直接に或はコリメートレ
ンズを介して貼付けられた受光素子28と、正方
形状の光路を形成するガラスブロツクのうち時計
廻り光、又は反時計廻り光のみを通す部分に設け
た振幅変調器とよりなる事を特徴とする光フアイ
バジヤイロ。 2 振幅変調器が音響光学効果を有する伝搬媒質
に超音波トランスデユーサーを接着してあり、光
の伝搬方向と直角に超音波が進行するようになつ
ており、0次回折光の強度を超音波の変調周波数
によつて変調するようにした振幅変調器である事
を特徴とする特許請求の範囲第1項記載の光フア
イバジヤイロ。 3 振幅変調器が電気光学材料の両面に偏光子及
び検光子を接着したものであり、電気光学材料に
は電極が設けてあり、電極に変調電圧を加える事
により電気光学材料を透過する直線偏光の偏波面
を回転させ、検光子に通す事によつて光強度を変
調する振幅変調器である事を特徴とする特許請求
の範囲第1項記載の光フアイバジヤイロ。 4 振幅変調器が、コイルを巻回した磁気光学材
料の両面に偏光子、検光子を接着したものであ
り、コイルに変調電流を流すことにより、磁気光
学材料を透過する直線偏光の偏波面を回転させ検
光子を通す事によつて光強度を変調する振幅変調
器である事を特徴とする特許請求の範囲第1項記
載の光フアイバジヤイロ。
[Scope of Claims] 1. Beam splitters 11, 20, 19, 22 were made by coating a thin film on the hypotenuse surface of a transparent glass block in the form of a right-angled isosceles triangular prism and bonding the same.
A glass block 3 consists of two square prism-shaped glass blocks, these glass blocks are arranged at the four corners so that the beam splitters are lined up diagonally, and they are bonded together to form a square block body. ,10,21,12,...
and a light emitting element 4 which is attached directly to the side surface of the glass block constituting the first beam splitter 11 or through a collimating lens and which produces monochromatic light.
, a collimating lens 26 affixed to the side surface of a glass block constituting the second beam splitter 20 on the extension of the optical axis of the light emitting element 4, and a first
A third beam splitter 19 is located at a position symmetrical to the collimating lens 26 with respect to the beam splitter 11.
The fourth beam splitter 22 is composed of a collimating lens 25 affixed to the side surface of the glass block constituting the beam splitter, and an optical fiber 27 wound in a loop shape and having both ends connected to the collimating lenses 25 and 26. The side surface of the glass block where the light emitted from the collimating lenses 26 and 25 is reflected by the second and third beam splitters 20 and 19, and is incident after being reflected or transmitted by the fourth beam splitter 22. A light-receiving element 28 attached directly or through a collimating lens, and an amplitude modulator installed in a portion of the glass block forming a square optical path that allows only clockwise light or counterclockwise light to pass through. Optical fiber gyro that is characterized by 2 The ultrasound transducer is bonded to the propagation medium in which the amplitude modulator has an acousto-optic effect, so that the ultrasound propagates at right angles to the propagation direction of the light, and the intensity of the 0th order diffracted light is The optical fiber gyroscope according to claim 1, characterized in that the optical fiber gyroscope is an amplitude modulator adapted to perform modulation at a modulation frequency of . 3 The amplitude modulator is an electro-optic material with a polarizer and an analyzer glued to both sides, and the electro-optic material is provided with electrodes, and by applying a modulation voltage to the electrodes, linearly polarized light is transmitted through the electro-optic material. 2. The optical fiber gyro according to claim 1, wherein the optical fiber gyro is an amplitude modulator that modulates the intensity of light by rotating the plane of polarization of the light and passing it through an analyzer. 4 The amplitude modulator is a magneto-optical material with a coil wound around it, with a polarizer and an analyzer glued to both sides, and by passing a modulation current through the coil, the plane of polarization of linearly polarized light transmitted through the magneto-optic material can be changed. The optical fiber gyro according to claim 1, characterized in that it is an amplitude modulator that modulates the intensity of light by rotating it and passing it through an analyzer.
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