(57)【要約】【課題】直交配置される３つの光ファイバコイルを一体化することができ、寸法精度および機械的強度に優れた光ファイバコイル用ボビンを提供する。【解決手段】ボビン１０は、立方体の中実ブロックからなり、その外表面１１が、互いに直交する一対の第１平面部１２，１２と、一対の第２平面部１３，１３と、一対の第３平面部１４，１４と、から構成されている。外表面１１には、光ファイバを巻回するための３つの巻線溝１５，１６，１７が形成されている。３つの巻線溝１５，１６，１７は、いずれも外表面１１において開放され、第１平面部１２、第２平面部１３、および第３平面部１４に対してそれぞれ平行に周回している。そして、３つの巻線溝１５，１６，１７は、それぞれの中心を中実ブロックの中心点Ｃに一致させ、かつ、互いに半径が異なる円形を形成するように周回している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバを使用しサニャック効果に基づき移動体の角速度を検出する光ジャイロに用いられる光ファイバコイル用ボビンであって、
少なくとも一つの平面部と、
光ファイバを巻回するための互いに直交する２つまたは３つの巻線溝と、を外表面に有する中実ブロックからなり、
少なくとも前記巻線溝の一つが、前記平面部のいずれかに対して平行に周回していることを特徴とする光ファイバコイル用ボビン。
【請求項２】
前記中実ブロックが六面体である請求項１に記載の光ファイバコイル用ボビン。
【請求項３】
前記巻線溝の各々の周回面積が互いに等しい請求項１または２に記載の光ファイバコイル用ボビン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバを使用して角速度を検出する光ジャイロ（光ファイバジャイロ）に用いられる光ファイバコイル用ボビンに関し、詳しくは、多軸の角速度を検出する多軸型光ファイバジャイロに適した光ファイバコイル用ボビンに関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバループ内を互いに反対方向に周回する２つの光にサニャック効果がもたらす位相の変化から、移動体の角速度を計測する干渉型光ファイバジャイロ（光ファイバジャイロの一形態）が、航空機やロケットなどの分野を中心に古くから実用化されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、近年では、直交する３軸方向の角速度を検出する３軸型の光ファイバジャイロの需要が増え、その低価格化および小型化が求められている。例えば、図７に示す従来の多軸ファイバジャイロ５０は、基本的には、３基のいわゆる位相変調方式の干渉型光ファイバジャイロを配設して構成されているが、位相変調器５１および受光素子５２を共通化または一体化することにより、コストおよび重量・体積の低減化が図られている（特許文献２参照）。
【０００４】
特許文献２には、位相変調器５１および受光素子５２以外に光源５３を共通化した構成についても開示されているが、比較的大きなスペースを要する光ファイバループ（光ファイバコイル）５４を一体化させた構成に関しては開示されていない。通常の単軸型の光ファイバループは、円筒状のボビンに光ファイバを糸巻き状に巻回して構成される。したがって、３軸型の光ファイバジャイロでは、光ファイバが巻回された３つのボビンを、位置決め用もしくは固定用の部材または冶具を別途用意して、互いに直交配置させるのが一般的である。
【０００５】
これに対して、３つのボビンを同心状に配置して一体化させてなる多軸型のボビンが提案されている。図８に、従来の一体化させた多軸型ボビンの構成例として、特許文献３が開示する３軸ボビン７０を示す。３軸ボビン７０は、リング状の３つの単位ボビン７１，７２，７３から構成されている。この３つの単位ボビン７１，７２，７３の外周側面には、光ファイバを巻回する溝が周方向に沿って形成されている。そして、単位ボビン７１の中に単位ボビン７２が、単位ボビン７２の中に単位ボビン７３が、それぞれ直交するように組み合わされ、全体として中空の球状をなしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平６−７４７７５号公報
【特許文献２】特開２００８−３０９６９５号公報
【特許文献３】特開昭６１−２６６９１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このように、３軸ボビン７０は、互いに直交する３つのリング状のボビンを同心状に配置して一体化されていることから、ボビンの小型化を図ることができる。しかしながら、互いに径の異なる３種類の単位ボビンを組み合わせて構成する必要があることから、部品点数および組み立て工数が多く、低コスト化の促進が困難である。また、単位ボビン同士を接合する部分の領域が小さいことから、３種類の単位ボビンを精度よく直交配置させることが困難である。
【０００８】
また、３軸ボビン７０は、全体として球状に形成されていることから、３軸型の光ファイバジャイロに取り付ける際には、位置決め用もしくは固定用の部材または冶具が別途必要になり、装置の組み立て工程が煩雑になる。
【０００９】
また、３軸ボビン７０は中空であり、さらに単位ボビン７１，７２，７３の各々が比較的幅の狭い梁状に構成されていることから、機械的強度が不足するおそれがある。機械的強度が不足すると、ボビンに加わった外力が光ファイバループに伝わり、光ファイバを伝播する光の位相が変化し易くなる。このため、３軸ボビン７０を使用した光ファイバジャイロの測定精度が低下することが懸念される。
【００１０】
そこで、本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、部品点数が少なく作製が容易でありながら、機械的強度および複数の巻線溝の位置精度に優れた、多軸型光ファイバジャイロに用いられる光ファイバコイル用ボビンを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
そこで、上記課題を解決するために、本発明の特徴は、光ファイバを使用しサニャック効果に基づき移動体の角速度を検出する光ジャイロに用いられる光ファイバコイル用ボビンであって、少なくとも一つの平面部と、光ファイバを巻回するための互いに直交する２つまたは３つの巻線溝と、を外表面に有する中実ブロックからなり、少なくとも前記巻線溝の一つが、前記平面部のいずれかに対して平行に周回していることである。
【００１２】
また、本発明の好ましい態様は、前記ブロックが六面体であることである。
【００１３】
また、本発明の好ましい他の態様は、前記巻線溝の各々の周回面積が互いに等しいことである。
【発明の効果】
【００１４】
かかる発明によれば、１つの中実ブロックに、２つまたは３つの光ファイバを巻回するための巻線溝が形成されているため、従来の多軸用ボビンと比べて、部品点数および組み立て工数を低減することができる。また、ボビンが中実ブロックから構成されているため、機械的強度に優れる。また、ボビンが少なくとも一つの平面部を有しているため、平面部を載置面としてボビンを光ファイバジャイロに安定して搭載できる。さらに、その平面部を加工基準面にして、巻線溝を精度よく形成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態に係る光ファイバコイル用ボビンの全体構成を示す斜視図である。
【図２】同光ファイバコイル用ボビンに光ファイバを巻回した状態を示すＹ−Ｚ断面図である。
【図３】同光ファイバコイル用ボビンに光ファイバを巻回した状態を示すＸ−Ｚ断面図である。
【図４】同光ファイバコイル用ボビンに光ファイバを巻回した状態を示すＸ−Ｙ断面図である。
【図５】光ファイバを使用した半導体リングレーザジャイロを説明するための概念図である。
【図６】本発明のその他の実施形態に係る光ファイバコイル用ボビンであり、（ａ）は全体構成を示す斜視図であり、（ｂ）はＸ−Ｚ断面図である。
【図７】従来の多軸型光ファイバジャイロを示す構成図である。
【図８】従来の３軸用ボビンを示す外観図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明に係る光ファイバコイル用ボビンの好ましい実施形態の一例として、ボビン１０を図面を参照して説明する。なお、ボビン１０の構成を説明するにあたり、図１に示すように、互いに直交するＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸からなるＸＹＺ座標系を想定する。
【００１７】
ボビン１０は、同図に示すように、全体として立方体（正六面体）の中実ブロック（本実施形態では、アルミニウム製のブロック）から形成されている。すなわち、ボビン１０の外表面１１は、全体として正方形をした同一形状の６つの平面部１２〜１４から構成されている。具体的に説明すると、外表面１１は、Ｘ軸に垂直な一対の第１平面部１２と、Ｙ軸に垂直な一対の第２平面部１３と、Ｚ軸に垂直な一対の第３平面部１４と、から構成されている。そして、３組の一対の平面部１２〜１４は、互いに直交している。
【００１８】
このように構成されたボビン１０の外表面１１には、光ファイバを巻回するための３つの巻線溝１５，１６，１７（第１巻線溝１５、第２巻線溝１６、第３巻線溝１７）が形成されている。３つの巻線溝１５，１６，１７は、互いに直交し、かつ、３組の一対の平面部１２〜１４のうち２組の一対の平面部を周回するように形成されている。このため、６つの平面部１２〜１４の各々は、実際には３つの巻線溝１５，１６，１７のうち２つの巻線溝によって４分割されている。
【００１９】
次に、３つの巻線溝１５，１６，１７について、図２ないし図４を参照して詳しく説明する。図２ないし図４は、それぞれＹ−Ｚ面（Ｘ軸に直交する面），Ｘ−Ｚ面（Ｙ軸に直交する面），およびＸ−Ｙ面（Ｚ軸に直交する面）に平行で、ボビン１０の中心点Ｃを通る断面図である。なお、図２ないし図４には、巻線溝１５，１６，１７の底面に沿って光ファイバを巻回してなる３つの光ファイバコイル１８，１９，２０（第１光ファイバコイル１８，第２光ファイバコイル１９，第３光ファイバコイル２０）を模式的に示してある。
【００２０】
まず、第１巻線溝１５は、図２に示すように、第１平面部１２（Ｙ−Ｚ面）に対して平行に周回しており、その周回形状がボビン１０の中心点Ｃを中心とする円形状に形成されている。なお、巻線溝１５の周回形状とは、基本的には巻線溝１５の底面（の中心）が囲う形状であるが、巻線溝１７により底面が分断されている部分については外挿した形状（巻線溝１７が存在しないと仮定した形状）である。すなわち、巻線溝１５の周回形状とは、光ファイバコイル１８の周回形状である。
【００２１】
次に、第２巻線溝１６は、図３に示すように、第２平面部１３（Ｘ−Ｚ面）に対して平行に周回しており、その周回形状がボビン１０の中心点Ｃを中心とする円形状に形成されている。そして、第３巻線溝１７は、図４に示すように、第３平面部１４（Ｘ−Ｙ面）に対して平行に周回しており、その周回形状がボビン１０の中心点Ｃを中心とする円形状に形成されている。
【００２２】
すなわち、３つの巻線溝１５，１６，１７は、ボビン１０の中心点Ｃを回転中心として同心状に形成されている。また、３つの巻線溝１５，１６，１７は、その幅方向の断面形状が、外表面１１を開放する矩形形状に形成されている。
【００２３】
また、３つの巻線溝１５，１６，１７は、その周回形状の半径（中心点Ｃと巻線溝の底面間の最短距離）をそれぞれＲ１，Ｒ２，Ｒ３とすると、Ｒ１＞Ｒ２＞Ｒ３の関係になるように形成されている。
【００２４】
そして、第１巻線溝１５における半径Ｒ１と第２巻線溝１６における半径Ｒ２との差（Ｒ１−Ｒ２）が、少なくとも第２巻線溝１６に装着される第２光ファイバコイル１９の断面厚よりも大きく設定されている。また、第２巻線溝１６における半径Ｒ２と第３巻線溝１７における半径Ｒ３との差（Ｒ２−Ｒ３）が、少なくとも第３巻線溝１７に装着される第３光ファイバコイル２０の断面厚よりも大きく設定されている。要するに、３つの巻線溝１５，１６，１７は、光ファイバコイル１８，１９，２０間の干渉（接触）がない状態を確保できるように、半径Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３がそれぞれ設定されている。
【００２５】
次に、以上のように構成されたボビン１０の従来技術に対する優位性について説明する。
【００２６】
ボビン１０は、１つの中実ブロックから形成されることから、従来技術のように３つのボビンを組み付ける作業が不要となり、製造工程を簡略化することができる。また、ボビン１０が中実ブロックから形成されていることから、ボビン１０全体の堅牢性を向上させることができる。このため、ボビン１０に加わった外力の光ファイバコイルへの伝達が抑制される。この結果、ボビン１０を使用した光ファイバジャイロの測定精度が外力の影響を受けることがなくなり安定することが期待できる。
【００２７】
また、ボビン１０は、全体として立方体に形成され、外表面１１が６つの平面部１２〜１４から構成されていることから、いずれかの平面部１２〜１４を載置面として、ボビン１０を光ファイバジャイロに安定して搭載できる。これにより、ボビンを光ファイバジャイロに取り付ける作業が容易になる。
【００２８】
また、ボビン１０は、互いに直交する３つの巻線溝１５，１６，１７の各々が、外表面１１を構成し互いに直交する３組の一対の平面部１２〜１４のいずれかに平行に形成されている。このため、３組の一対の平面部１２〜１４（または、３つの平面部１２，１３，１４）を加工基準面として、３つの巻線溝１５，１６，１７を、例えば切削加工により形成することができる。これにより、各巻線溝１５，１６，１７を互いに精度よく直交配置させることができる。
【００２９】
以上、本発明の好ましい実施形態の一例について説明したが、実施の形態については上記に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【００３０】
例えば、ボビン１０の全体形状を立方体としたが、これに代えて、直方体（六面体）としてもよいし、円柱としてもよい。円柱の場合には、加工精度の観点で立方体および直方体ほどの効果は期待できないが、円柱の軸方向両端の一対の平面部（または１つの平面部）を加工基準面とすることにより、一定の効果が期待できる。要するに、少なくとも１つの平面部を有する中実ブロックによりボビンが形成されていれば一定の効果が期待できる。
【００３１】
また、上記実施形態では、ボビン１０に形成される巻線溝の数を３つとしたが、これに代えて、２つとしてもよい。
【００３２】
また、上記実施形態では、各巻線溝１５，１６，１７の周回形状を円形状としたが、これに代えて、例えば楕円または矩形形状としてもよい。周回形状を楕円または矩形形状とすることにより、巻線溝の加工および光ファイバの巻き付け作業が困難になる可能性があるが、各巻線溝の周回面積を同一にすることが可能となる。なお、周回面積とは、各巻線溝に装着された光ファイバコイルによって囲まれる領域の面積である。
【００３３】
ところで、光ファイバを使用した半導体リングレーザジャイロ（光ファイバジャイロの一形態）では、特願２００８−２１０２６０（本出願時点では未公開）に開示されているように、光ファイバコイルによって囲まれる領域の面積によって角速度の測定性能が異なることが本発明者等により明らかにされている。したがって、各巻線溝の周回面積を同一にした多軸用ボビンは、軸ごとの測定性能を一致させることができることから、半導体リングレーザジャイロの多軸用ボビンとして有効である。
【００３４】
なお、半導体リングレーザジャイロとは、半導体レーザの両端面から出射した２つの光の波長がサニャック効果によって互いに異なることにより発生するビート信号から角速度を検出する方式の光ジャイロである。このため、半導体リングレーザジャイロは、図５に示すように、両端面から光を出射させる半導体レーザ２１と、半導体レーザ２１とともにレーザ共振回路を構成する光ファイバからなる光ファイバリング２２と、光ファイバリング２２内に配置される光ファイバコイル２３と、光ファイバリング２２内を互いに逆方向に周回する光（ＣＷ光およびＣＣＷ光）の一部を分岐させる光分岐器２４と、光分岐器２４から分岐したＣＷ光およびＣＣＷ光を重ね合わせることにより発生するビート信号の周波数から角速度を検出するための光検出器２５と、を備えている。
【００３５】
また、上記実施形態では、３つの巻線溝１５，１６，１７が同心状に形成されているが、必ずしも同心状に形成する必要はない。例えば、図６（ａ）（ｂ）に示すボビン１０Ａのように、３つの巻線溝１５Ａ，１６Ａ，１７Ａの回転中心を互いにずらすことによって、円形状の周回形状であっても、３つの光ファイバコイル間に干渉を生じさせることのない条件下で、周回面積を互いに一致（半径Ｒを一致）させることができる。（なお、各巻線溝１５Ａ，１６Ａ，１７Ａの回転中心をずらしても、角速度の測定値は変化しない。）また、３つの巻線溝１５Ａ，１６Ａ，１７Ａの周回形状を円形状とすることにより、巻線溝の加工工程および光ファイバの巻き付け工程の作業性が向上する。なお、同図に示すように、ボビン１０Ａの全体形状を直方体としたが、直方体に代えて、例えば立方体とすることもできる。
【００３６】
さらに、本発明に係るボビンは、干渉型光ファイバジャイロおよび半導体リングレーザジャイロに限定されることなく、光ファイバを使用するあらゆるタイプの光ジャイロに適用できる。
【符号の説明】
【００３７】
１０，１０Ａ  ボビン（光ファイバコイル用ボビン）
１１  外表面
１２  第１平面部
１３  第２平面部
１４  第３平面部
１５，１５Ａ  第１巻線溝
１６，１６Ａ  第２巻線溝
１７，１７Ａ  第３巻線溝
１８  第１光ファイバコイル
１９  第２光ファイバコイル
２０  第３光ファイバコイル
２１  半導体レーザ
２２  光ファイバリング
２３  光ファイバコイル
２４  光分岐器
２５  光検出器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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