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JPH0464005B2 - - Google Patents
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JPH0464005B2 - - Google Patents

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JPH0464005B2
JPH0464005B2 JP58101978A JP10197883A JPH0464005B2 JP H0464005 B2 JPH0464005 B2 JP H0464005B2 JP 58101978 A JP58101978 A JP 58101978A JP 10197883 A JP10197883 A JP 10197883A JP H0464005 B2 JPH0464005 B2 JP H0464005B2
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JP
Japan
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light
optical fiber
phase compensation
compensation element
phase
Prior art date
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JP58101978A
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Japanese (ja)
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JPS59226817A (en
Inventor
Yoshikazu Nishiwaki
Yozo Nishiura
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Publication date
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    • 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
    • G01C19/72Gyrometers using the Sagnac effect, i.e. rotation-induced shifts between counter-rotating electromagnetic beams with counter-rotating light beams in a passive ring, e.g. fibre laser gyrometers

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Description

【発明の詳細な説明】 (ア) 技術分野 この発明は、移動体の角速度を測定するための
光フアイバジヤイロに関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (A) Technical Field The present invention relates to an optical fiber gyroscope for measuring the angular velocity of a moving object.

自動車、航空機、ロボツト、船舶など、位置、
姿勢制御が必要な移動体に於て、自分自身の位置
や方向を連続的に算出する必要がある。このた
め、速度とともに回転角速度も常時測定しなけれ
ばならない。回転角速度を測定するために光フア
イバジヤイロが用いられる。
Location of cars, aircraft, robots, ships, etc.
In a moving object that requires attitude control, it is necessary to continuously calculate its own position and direction. For this reason, it is necessary to constantly measure the rotational angular velocity as well as the speed. A fiber optic gyroscope is used to measure the rotational angular velocity.

(イ) 従来技術とその問題点 光フアイバジヤイロは、光フアイバループの中
を、時計廻り、反時計廻りに光を通し、ループの
回転によつて生ずる位相差を検出して、回転角速
度を知る。同一の光フアイバループを互に反対方
向へ伝搬するのであるから、光路差はないはずで
あるが、実際には光学系の軸がずれたりして、光
路差が生ずる。このため、ループが静止している
時でも位相差が生じる。このため、正確な角速度
の測定が妨げられる。
(a) Prior art and its problems Fiber optic coils pass light clockwise and counterclockwise through an optical fiber loop and detect the phase difference caused by the rotation of the loop to determine the rotational angular velocity. Since the light beams propagate in opposite directions through the same optical fiber loop, there should be no difference in optical path, but in reality, the axis of the optical system may be misaligned, resulting in a difference in optical path. Therefore, a phase difference occurs even when the loop is stationary. This prevents accurate measurement of angular velocity.

第5図は光フアイバジヤイロの原理的な光学系
構成図を示す。
FIG. 5 shows a diagram of the basic optical system configuration of an optical fiber gyro.

発光素子1はレーザダイオード、スーパールミ
ネセントダイオード、He−Neガスレーザなどの
レーザが用いられる。発光素子1の光はビームス
プリツタ2で、2光線に分けられ、結合レンズ
3,4によつて、光フアイバループ5のA、B端
に入射する。光フアイバループ5は、光フアイバ
を多数回コイル状に巻いたものである。中心軸の
まわりにΩの回転角速度で光フアイバループ5が
回転している時、光フアイバループ5を、反時計
廻りCW、反時計廻りCCWに伝搬する光には位
相差Δθが現われる。
As the light emitting element 1, a laser such as a laser diode, a superluminescent diode, or a He--Ne gas laser is used. The light from the light emitting element 1 is split into two beams by a beam splitter 2, and the beams enter the A and B ends of the optical fiber loop 5 through coupling lenses 3 and 4. The optical fiber loop 5 is formed by winding an optical fiber into a coil shape many times. When the optical fiber loop 5 is rotating around the central axis at a rotational angular velocity of Ω, a phase difference Δθ appears in the light propagating in the optical fiber loop 5 in the counterclockwise direction CW and counterclockwise direction in the CCW direction.

Δθ=8πAΩ/λc ……(1) である。Aは光フアイバが囲む全面積、つまり、
ループの断面積と巻数の積である。λは光の波
長、cは光速である。これをSagnac効果という。
Δθ=8πAΩ/λc...(1). A is the total area enclosed by the optical fiber, i.e.
It is the product of the cross-sectional area of the loop and the number of turns. λ is the wavelength of light, and c is the speed of light. This is called the Sagnac effect.

光フアイバループ5の中を伝搬した時計廻り、
反時計廻り光はB端、A端から出射し、結合レン
ズ4,3を経て、ビームスプリツタ2に至り、こ
こで合一し、受光素子6で光強度が検出される。
The clockwise rotation propagated through the optical fiber loop 5,
The counterclockwise light is emitted from the B end and the A end, passes through coupling lenses 4 and 3, reaches the beam splitter 2, where it is combined, and the light intensity is detected by the light receiving element 6.

受光素子6は、pinホトダイオード、アバラン
シエホトダイオードなどの光検出器である。受光
素子6の位置に於ける、時計廻り光、反時計廻り
光の電場の振幅をE1,E2とする。もしも位相差
Δθがあるとすれば、受光素子6の出力Iは I=E1 2+E2 2+2E1E2cosΔθ ……(2) となるはずである。
The light receiving element 6 is a photodetector such as a pin photodiode or an avalanche photodiode. Let E 1 and E 2 be the amplitudes of the electric fields of the clockwise light and counterclockwise light at the position of the light receiving element 6. If there is a phase difference Δθ, the output I of the light receiving element 6 should be I=E 1 2 +E 2 2 +2E 1 E 2 cosΔθ (2).

受光素子の出力Iから、位相差Δθを知り、(1)
式より角速度Ωを算出する。これが光フアイバジ
ヤイロの測定原理である。
Knowing the phase difference Δθ from the output I of the light receiving element, (1)
Calculate the angular velocity Ω from the formula. This is the measurement principle of the optical fiber gyroscope.

時計廻り光と反時計廻り光が厳密に同一の光路
を反対方向に進むのであれば、光路差が生じな
い。
If clockwise light and counterclockwise light travel in strictly the same optical path in opposite directions, no optical path difference will occur.

しかし、実際には、光学系の軸合せが難しく、
両方の光の光路は必ずしも一致しない。光路が喰
い違うと光路差が生じる。光路差を波長で除し
て、(2π)を乗じたものが位相差である。従つて
(2)式のΔθには、回転にもとづく位相差と、静的
な光路差の存在にもとづく位相差(オフセツト
分)とが含まれる。
However, in reality, it is difficult to align the axis of the optical system.
The optical paths of both lights do not necessarily match. When the optical paths differ, an optical path difference occurs. The optical path difference divided by the wavelength and multiplied by (2π) is the phase difference. accordingly
Δθ in equation (2) includes a phase difference based on rotation and a phase difference (offset portion) based on the existence of a static optical path difference.

第6図は結合レンズ3,4と光フアイバ5の
A,B端に於ける光軸不一致の場合を示す説明図
である。
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a case where the optical axes of the coupling lenses 3, 4 and the A and B ends of the optical fiber 5 do not match.

発光素子1、ビームスプリツタ2、結合レンズ
3,4の共通の光軸をLXとする。光フアイバ5
の端部における中心軸をFXとする。FXとLXがず
れているものとする。入射光はレンズの光軸LX
のまわりに回転対称で、レンズにより、e点に収
束する。e点はフアイバ端面とLXの交点である。
The common optical axis of the light emitting element 1, beam splitter 2, and coupling lenses 3 and 4 is defined as LX . optical fiber 5
Let F X be the central axis at the end of . Assume that F X and L X are misaligned. The incident light is the optical axis of the lens L
It is rotationally symmetric around and converged to point e by the lens. Point e is the intersection of the fiber end face and LX .

出射光は、光フアイバの中心軸FXとフアイバ
端面の交点gから出射する。
The emitted light is emitted from the intersection g between the central axis F X of the optical fiber and the end face of the fiber.

g点とe点とは異る。g点から出た光は結合レ
ンズによつて平行光に変換されるが、これはLX
に平行ではない。
Point g and point e are different. The light emitted from point g is converted into parallel light by the coupling lens, but this is L
is not parallel to

従つて、レンズとビームスプリツタの間に於
て、入射光と出射光の光路が異り、光路差が生じ
る。このためΩ=0であつても、位相差Δθ(オフ
セツト)が発生する。
Therefore, between the lens and the beam splitter, the optical paths of the incident light and the outgoing light are different, resulting in an optical path difference. Therefore, even if Ω=0, a phase difference Δθ (offset) occurs.

オフセツト分の位相差を補償しなければ、受光
素子の出力Iから、移動体の回転角速度Ωを正し
く求める事ができない。
Unless the phase difference corresponding to the offset is compensated for, the rotational angular velocity Ω of the moving object cannot be accurately determined from the output I of the light receiving element.

オフセツトを0にするには、時計廻り光、或は
反時計廻り光の実効的な光路長を連続的に変化さ
せることができれば良い。
In order to set the offset to 0, it is sufficient to be able to continuously change the effective optical path length of the clockwise light or the counterclockwise light.

しかし、双方向の光は同じ光学系を通るから、
一方の光だけを位相補償する、という事ができな
い。
However, since light in both directions passes through the same optical system,
It is not possible to compensate the phase of only one light.

また、(2)式においてcosΔθは偶函数であるか
ら、0<Δθ<πの範囲の検出しかできない。こ
のため、(1)式における回転角速度Ωの検出限界が
制限される。
Furthermore, since cosΔθ is an even function in equation (2), only the range of 0<Δθ<π can be detected. Therefore, the detection limit of the rotational angular velocity Ω in equation (1) is limited.

(ウ) 本発明の技術的課題 時計廻り光、反時計廻り光のいずれか一方の光
を位相補償するという事ができれば良い。
(C) Technical problem of the present invention It is only necessary to compensate the phase of either clockwise light or counterclockwise light.

全ての光学系には、同時に時計廻り、反時計廻
り光が伝搬している。発光素子1とビームスプリ
ツタ2、ビームスプリツタ2と受光素子6の間で
は、同方向に進行する。ビームスプリツタ2、結
合レンズ3,4、光フアイバループ5の間では、
反対方向に進行する。
Clockwise and counterclockwise light propagates simultaneously in all optical systems. The beams travel in the same direction between the light emitting element 1 and the beam splitter 2, and between the beam splitter 2 and the light receiving element 6. Between the beam splitter 2, the coupling lenses 3 and 4, and the optical fiber loop 5,
proceed in the opposite direction.

反対方向に進行する光は、同一時刻に発光素子
1から放出されたものではない。光フアイバルー
プのちようど中間の点に関していえば、同一時刻
に発光素子1から出た光が同時に中間点を通る。
しかし、その他の通過点に於ては、時計廻り光
CW、反時計廻り光CCWの発光素子1を出た時
刻が異なる。
The lights traveling in opposite directions are not emitted from the light emitting element 1 at the same time. Regarding the intermediate point in the optical fiber loop, the light emitted from the light emitting element 1 at the same time passes through the intermediate point at the same time.
However, at other passing points, clockwise light
The time of exit from the light emitting element 1 for CW and counterclockwise light CCW is different.

そこで、フアイバループの中間点以外の点に位
相補償素子を挿入し、これをパルス駆動し、発光
素子1もこれと同期して、パルス駆動することに
すれば、CW光又はCCW光のいずれか一方だけ
を位相補償する事ができる。例えばCW光が通過
する時に位相補償素子を駆動し、CCW光が通過
する時には、位相補償素子を駆動しないようにで
きる。
Therefore, if a phase compensation element is inserted at a point other than the midpoint of the fiber loop, and this is pulse-driven, and the light-emitting element 1 is also pulse-driven in synchronization with this, it is possible to generate either CW light or CCW light. Only one side can be phase compensated. For example, it is possible to drive the phase compensation element when the CW light passes through, and not drive the phase compensation element when the CCW light passes through.

光フアイバループの長さをLとすれば、光フア
イバの端A,Bを通過するCW,CCW光につい
て、発光素子1から放出された時刻の差はτ=
nL/cで与えられる。cは光速、nはフアイバ
コアの屈折率である。Lが103m程度とすれば、
τは10-5sec程度である。この程度の速さであれ
ば、発光素子1の光を内部変調或は外部変調する
のは容易である。位相補償素子の駆動も問題がな
い。
If the length of the optical fiber loop is L, then the difference in time between the CW and CCW lights passing through the ends A and B of the optical fiber and emitted from the light emitting element 1 is τ=
It is given in nL/c. c is the speed of light and n is the refractive index of the fiber core. If L is about 10 3 m,
τ is about 10 −5 sec. At this speed, it is easy to internally or externally modulate the light from the light emitting element 1. There is no problem in driving the phase compensation element.

τをフアイバループ通過時間と呼ぶ。 τ is called the fiber loop transit time.

(エ) 本発明の光フアイバジヤイロ 本発明の光フアイバジヤイロは、光フアイバル
ープのいずれか一端に位相補償素子を新たに設け
る。フアイバに入射すべき光は、内部変調或は外
部変調して、パルス幅がフアイバループ通過時間
τより短かくデユーテイが1/2以下の繰返しパル
ス光とする。位相補償素子は、これに同期し、同
一繰返し数でパルス駆動され、CW光、或は
CCW光のみを位相補償する。また、受光素子の
出力強度が常に一定になるように、位相補償素子
の位相補償量を変化させる。
(d) Optical Fiber Wear According to the Invention The optical fiber iron according to the present invention newly includes a phase compensation element at either end of the optical fiber loop. The light to be incident on the fiber is internally or externally modulated to produce repetitive pulsed light with a pulse width shorter than the fiber loop transit time τ and a duty of 1/2 or less. The phase compensation element is synchronized with this and is pulse driven with the same repetition rate, and is pulsed with CW light or
Compensates the phase of only CCW light. Further, the amount of phase compensation of the phase compensation element is changed so that the output intensity of the light receiving element is always constant.

本発明の光フアイバジヤイロは、 (1) 外部変調又は内部変調によりパルス幅がフア
イバループ通過時間τより短かく、デユーテイ
が1/2以下の繰返しパルス光を生ずる発光素子
と、 (2) 発光素子からの光線を2分割するビームスプ
リツタと、 (3) 多数回光フアイバを巻回した光フアイバルー
プと、 (4) 2分割された光をフアイバループの端に入射
させるための結合レンズと、 (5) 光フアイバループの一端に設けられた位相補
償素子と、 (6) 発光素子の変調に同期して、位相補償素子を
時計廻り光又は反時計廻り光が通過している間
だけ駆動する駆動回路、 (7) 受光素子の出力強度が常に一定になるよう
に、位相補償素子の位相補償量を制御する位相
補償制御回路、 とよりなる。
The optical fiber coil of the present invention includes: (1) a light emitting element that generates repetitive pulsed light with a pulse width shorter than the fiber loop transit time τ and a duty of 1/2 or less through external modulation or internal modulation, and (2) from the light emitting element. a beam splitter that splits the light beam into two; (3) an optical fiber loop in which the optical fiber is wound many times; (4) a coupling lens that makes the split light enter the end of the fiber loop; 5) a phase compensation element provided at one end of the optical fiber loop; and (6) a drive that drives the phase compensation element only while clockwise light or counterclockwise light passes through it in synchronization with the modulation of the light emitting element. (7) a phase compensation control circuit that controls the phase compensation amount of the phase compensation element so that the output intensity of the light receiving element is always constant.

(オ) 実施例 第1図によつて本発明の実施例に係る光フアイ
バジヤイロを説明する。
(e) Embodiment An optical fiber coil according to an embodiment of the present invention will be explained with reference to FIG.

発光素子1の光がビームスプリツタ2によつて
2分割され、結合レンズ3,4によつて、光フア
イバループ5の端に入射する。光フアイバループ
5の一端には位相補償素子7が新しく設けられて
いる。パルス発生器8は発光素子1及び、位相補
償素子7の位相補償量を制御する電圧制御回路1
1を駆動する。
The light from the light emitting element 1 is split into two by a beam splitter 2, and is incident on the end of an optical fiber loop 5 through coupling lenses 3 and 4. A phase compensation element 7 is newly provided at one end of the optical fiber loop 5. The pulse generator 8 includes a voltage control circuit 1 that controls the amount of phase compensation of the light emitting element 1 and the phase compensation element 7.
Drive 1.

第2図aは発光素子を内部変調した時の発光パ
ルス波形図である。横軸は時間、縦軸は光のパワ
ーを示す。
FIG. 2a is a diagram of a light emission pulse waveform when the light emitting element is internally modulated. The horizontal axis shows time, and the vertical axis shows the power of light.

発光時間はP1、休止時間はP2で、(P1+P2)が
一周期である。デユーテイP1/(P1+P2)は0.5
以下である。またP1<τである。
The light emission time is P 1 , the pause time is P 2 , and (P 1 +P 2 ) is one cycle. Duty P 1 / (P 1 + P 2 ) is 0.5
It is as follows. Also, P 1 <τ.

第2図bは位相補償素子の駆動状態を示す波形
図である。P3が駆動期間でパルス発光の瞬間に
同期して計時を開始し、P3はP1より僅かに長い。
P4は休止時間である。一周期(P3+P4)は、発
光変調の一周期(P1+P2)に一致する。
FIG. 2b is a waveform diagram showing the driving state of the phase compensation element. P3 is the drive period, and time measurement starts in synchronization with the moment of pulse emission, and P3 is slightly longer than P1 .
P 4 is the rest time. One period (P 3 +P 4 ) corresponds to one period (P 1 +P 2 ) of light emission modulation.

この例では、位相補償素子7が、CCW光の入
口にあたる部位に位置しているから、CCW光は
全て位相補償をうける。
In this example, since the phase compensation element 7 is located at the entrance of the CCW light, all the CCW light undergoes phase compensation.

しかし、CW光は光フアイバループに入射して
からτ時間後に位相補償素子に到達するのである
から、これは位相補償を受けない。
However, since the CW light reaches the phase compensation element τ time after entering the optical fiber loop, it does not undergo phase compensation.

位相補償素子7の休止期間P4に、CW光がここ
を通過するようにする。
During the rest period P4 of the phase compensation element 7, the CW light is made to pass through it.

これは、光フアイバループに入る前の光(ここ
ではCCW)を位相補償した。しかし、逆に、光
フアイバループから出た光を、位相補償する事も
できる。
This compensated the phase of the light (here CCW) before entering the optical fiber loop. However, conversely, the phase of the light emitted from the optical fiber loop can also be compensated.

この場合、発光の開始からτ時間を経過する時
点から位相補償素子7を駆動する。第2図cはそ
のような場合の位相補償素子7の駆動波形図であ
る。
In this case, the phase compensation element 7 is driven from the time τ has elapsed since the start of light emission. FIG. 2c is a drive waveform diagram of the phase compensation element 7 in such a case.

光路差の存在によるオフセツト位相差をΔθ′、
CW光、CCW光の位相補償量をφ1、φ2とすると、 Δθ′+φ1−φ2=2mπ ……(3) (mは整数) となるよう位相補償すれば良い。第2図bはφ1
=0、cはφ2=0の例である。
The offset phase difference due to the presence of optical path difference is expressed as Δθ′,
Assuming that the phase compensation amounts of the CW light and the CCW light are φ 1 and φ 2 , the phase may be compensated so that Δθ′+φ 1 −φ 2 =2mπ (3) (m is an integer). Figure 2 b is φ 1
=0, c is an example of φ 2 =0.

また、フアイバループが回転している時、位相
オフセツトΔθ′及び位相補償素子7による位相補
償量φがあると、(1)式は、 I=E1 2+E2 2+2E1E2cos(Δθ+Δθ′−φ) … ……(4) となる。Δθ′は定数であるため、Δθの変化に伴つ
てφを変化させれば、Iを常に一定に保つことが
できる。すなわち、第1図において受光素子6の
出力が一定値になるように、位相補償素子7の位
相補償量を電圧制御回路11から、位相補償素子
7に印加する電圧によつて制御する。この電圧を
回転角速度の検出に用いれば、原理的にΔθの検
出範囲は無限大となる。
Furthermore, when the fiber loop is rotating, if there is a phase offset Δθ' and a phase compensation amount φ by the phase compensation element 7, equation (1) becomes I=E 1 2 +E 2 2 +2E 1 E 2 cos(Δθ+Δθ ′−φ) ………(4). Since Δθ' is a constant, I can always be kept constant by changing φ as Δθ changes. That is, the amount of phase compensation of the phase compensation element 7 is controlled by the voltage applied to the phase compensation element 7 from the voltage control circuit 11 so that the output of the light receiving element 6 becomes a constant value in FIG. If this voltage is used to detect the rotational angular velocity, the detection range of Δθ becomes infinite in principle.

(カ) 位相補償素子 第3図は圧電素子を用いた位相補償素子の斜視
図である。
(F) Phase Compensation Element FIG. 3 is a perspective view of a phase compensation element using a piezoelectric element.

円柱状の圧電素子9の外周に光フアイバ10を
巻回わしてある。駆動回路8によつて、圧電素子
9に繰返しパルス状の電圧が印加される。電圧に
比例して、圧電素子が膨脹、収縮するから光フア
イバが伸縮し、光路が変化する。
An optical fiber 10 is wound around the outer periphery of a cylindrical piezoelectric element 9. A pulsed voltage is repeatedly applied to the piezoelectric element 9 by the drive circuit 8 . Since the piezoelectric element expands and contracts in proportion to the voltage, the optical fiber expands and contracts, and the optical path changes.

第4図は電気光学結晶を用いた位相補償素子の
斜視図である。電気光学結晶12に光フアイバ1
0の端を接着し、結晶面に電極を付け、駆動回路
8によつて電圧を繰返しパルスの形で印加する。
FIG. 4 is a perspective view of a phase compensation element using an electro-optic crystal. Optical fiber 1 to electro-optic crystal 12
0 edges are glued, electrodes are attached to the crystal planes, and a voltage is repeatedly applied in the form of pulses by the drive circuit 8.

圧電素子は、例えばPZT(Pb(ZrxTi1−x)
O3)、を用いる。電気光学結晶はBSO
(Bi12SiO20)単結晶やNiNbO3結晶を用いること
ができる。
The piezoelectric element is, for example, PZT (Pb(ZrxTi 1 −x)
O 3 ), is used. Electro-optic crystal is BSO
(Bi 12 SiO 20 ) single crystal or NiNbO 3 crystal can be used.

(キ) 作用 発光素子1がルーザダイオード、スーパールミ
ニセントダイオードの場合は内部変調し、ガスレ
ーザなどの場合は変調器を使つて外部変調して、
第2図aのようなパルス光を作る。
(g) Effect When the light emitting element 1 is a loser diode or superluminescent diode, it is internally modulated, and when it is a gas laser, it is externally modulated using a modulator.
Create pulsed light as shown in Figure 2a.

光路差オフセツトΔθ′を予め測定しておき、こ
れを補償するために印加するべき位相補償素子の
電圧を決定しておく。第2図b又はcで示すパル
ス波形に従つて、パルス光に同期し、位相補償素
子を駆動する。
The optical path difference offset Δθ' is measured in advance, and the voltage to be applied to the phase compensation element to compensate for this is determined. The phase compensation element is driven in synchronization with the pulsed light according to the pulse waveform shown in FIG. 2b or c.

CW光、又はCCW光の位相が補償され、Ω=
0のときは、位相差Δθが0になるようオフセツ
ト調整される。
The phase of CW light or CCW light is compensated, and Ω=
When it is 0, offset adjustment is performed so that the phase difference Δθ becomes 0.

受光素子6の出力Iはパルス的な出力である
が、(2)式からΔθを求め、角速度Ωを算出できる。
Although the output I of the light-receiving element 6 is a pulse-like output, Δθ can be obtained from equation (2) and the angular velocity Ω can be calculated.

また、位相補償素子7を駆動するパルス電圧を
制御して、Sagnac効果による位相差Δθを打ち消
して、受光素子の出力を常に一定に保つようにす
れば、必要なパルス電圧から回転角速度を検出で
きる。
In addition, by controlling the pulse voltage that drives the phase compensation element 7 to cancel out the phase difference Δθ caused by the Sagnac effect and keeping the output of the light receiving element constant, the rotational angular velocity can be detected from the necessary pulse voltage. .

(ク) 効果 CW光とCCW光の光路差に起因するランダム
な位相差Δθ′を補償することができる。このため
正確な角速度Ωの測定が可能となる。
(h) Effect It is possible to compensate for the random phase difference Δθ′ caused by the optical path difference between the CW light and the CCW light. This makes it possible to accurately measure the angular velocity Ω.

また、位相補償素子印加電圧から角速度を検出
する方式を採用することにより、角速度の検出範
囲を無限にとることができる。
Further, by adopting a method of detecting angular velocity from the voltage applied to the phase compensation element, the detection range of angular velocity can be infinite.

(ケ) 用途 自動車、航空機、ロボツト、船舶などの移動体
の回転、方向の測定、算出に用いられる。
(k) Applications Used to measure and calculate the rotation and direction of moving objects such as automobiles, aircraft, robots, and ships.

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

第1図は本発明の実施例に係る光フアイバジヤ
イロの光学系構成図。第2図は発光、位相補償素
子の駆動波形で、aは発光変調素子の光出力、b
は位相補償素子の駆動波形、cも位相補償素子の
駆動波形である。bは先に位相補償し、cは後で
位相補償する。第3図は圧電素子を使つた位相補
償素子の斜視図。第4図は電気光学結晶を使つた
位相補償素子の斜視図。第5図は光フアイバジヤ
イロの原理を示す光学系構成図。第6図は結合レ
ンズと光フアイバ端の結合の不良を説明するため
の説明図。 1……発光素子、2……ビームスプリツタ、
3,4……結合レンズ、5……光フアイバルー
プ、6……受光素子、7……位相補償素子、8…
…パルス発生回路、9……圧電素子、10……光
フアイバ、11……電圧制御回路、12……電気
光学結晶、CW……時計廻り光、CCW……反時
計廻り光。
FIG. 1 is an optical system configuration diagram of an optical fiber gyro according to an embodiment of the present invention. Figure 2 shows the driving waveforms of the light emission and phase compensation elements, where a is the optical output of the light emission modulation element, and b
is the drive waveform of the phase compensation element, and c is also the drive waveform of the phase compensation element. The phase of b is compensated first, and the phase of c is compensated later. FIG. 3 is a perspective view of a phase compensation element using a piezoelectric element. FIG. 4 is a perspective view of a phase compensation element using an electro-optic crystal. FIG. 5 is an optical system configuration diagram showing the principle of an optical fiber gyro. FIG. 6 is an explanatory diagram for explaining poor coupling between the coupling lens and the end of the optical fiber. 1...Light emitting element, 2...Beam splitter,
3, 4... Coupling lens, 5... Optical fiber loop, 6... Light receiving element, 7... Phase compensation element, 8...
...Pulse generation circuit, 9...Piezoelectric element, 10...Optical fiber, 11...Voltage control circuit, 12...Electro-optic crystal, CW...Clockwise light, CCW...Counterclockwise light.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 外部変調または内部変調によつてパルス幅が
フアイバループ通過時間τより短かくデユーテイ
が1/2以下の繰返しパルス光を生ずる発光素子と、
発光素子からの光源を2分割するビームスプリツ
タ2と、多数回光フアイバを巻回した光フアイバ
ループ5と、2分割された光をフアイバループの
端に入射させるための結合レンズ3,4と、光フ
アイバループ5の一端に設けられた位相補償素子
7と、発光素子の変調に同期して位相補償素子7
を時計廻り光又は反時計廻り光のいずれか一方が
通過している間だけ駆動する駆動回路と、光フア
イバループを左廻り右廻りに伝搬した光を合一し
干渉光の強度を検出する受光素子と、受光素子の
出力強度が一定となるように位相補償素子の位相
補償量を制御する位相補償制御回路とよりなり、
回転による位相変化を位相補償素子によつて打ち
消し、位相補償素子の補償量をもつて回転角速度
を検出することを特徴とする光フアイバジヤイ
ロ。 2 位相補償素子7は、円柱状の圧電素子9に光
フアイバ10を巻回してなり、圧電素子9にパル
ス電圧を印加して、光路を変化させるようにした
ものである特許請求の範囲第1項記載の光フアイ
バジヤイロ。 3 位相補償素子7は、電気光学結晶12に光フ
アイバ10の端部を接着し、パルス電圧を電気光
学結晶12に印加することにより、屈折率を変化
させる事とした特許請求の範囲第1項記載の光フ
アイバジヤイロ。
[Claims] 1. A light emitting element that generates repetitive pulsed light with a pulse width shorter than the fiber loop transit time τ and a duty of 1/2 or less through external modulation or internal modulation;
A beam splitter 2 that splits the light source from the light emitting element into two, an optical fiber loop 5 in which the optical fiber is wound many times, and coupling lenses 3 and 4 that make the split light enter the end of the fiber loop. , a phase compensation element 7 provided at one end of the optical fiber loop 5, and a phase compensation element 7 provided in synchronization with the modulation of the light emitting element.
A drive circuit that drives the optical fiber only while either clockwise light or counterclockwise light is passing through the optical fiber loop, and a light receiver that combines the light that has propagated clockwise and counterclockwise through the optical fiber loop and detects the intensity of the interference light. and a phase compensation control circuit that controls the amount of phase compensation of the phase compensation element so that the output intensity of the light receiving element is constant,
An optical fiber gyro characterized in that a phase change due to rotation is canceled out by a phase compensation element, and a rotational angular velocity is detected based on the compensation amount of the phase compensation element. 2. The phase compensation element 7 is formed by winding an optical fiber 10 around a cylindrical piezoelectric element 9, and applies a pulse voltage to the piezoelectric element 9 to change the optical path. Optical fiber gyroscope described in section. 3. The phase compensation element 7 is configured to change the refractive index by bonding the end of the optical fiber 10 to the electro-optic crystal 12 and applying a pulse voltage to the electro-optic crystal 12. The optical fiber gyro described.
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