(57)【要約】  本は杖身は、速度測定装置（１）に関する。本発明の目的は、正確で柔軟な速度測定を可能にすることである。この目的は、放出成分を２つの異なる経路（１１，１２）を通して送り、検出することにより達成される。両方の経路における放出成分の間の位相シフトに対する変形は、非動作装置（１）との関係で、評価手段（１３）に対する、装置（１）の実際の速度のレートを表す。位相シフトに対する変形における回転動作の影響は、これにより除去又は補償される。本発明は、このような装置を備えたシステムにも関係し、更に速度測定の対応する方法にも関係する。
2006528768.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
速度測定のための装置（１；２；３；４）であって、
少なくとも１つの放出の発生を行うように設計された少なくとも１つのソース（１０；２０；３０；４０）と、
前記少なくとも１つのソース（１０；２０；３０；４０）により発生された前記少なくとも１つの放出の少なくとも一部が、それぞれの既知の波長及びそれぞれの既知の伝播速度でそれぞれ伝播する少なくとも２つの経路（１１，１２；２１，２２；３１，３２；４１，４２）であって、前記装置（１；２；３；４）の置換え移動が前記少なくとも２つの経路（１１，１２；２１，２２；３１，３２；４１，４２）上を伝播する前記放出部分の間に位相ずれを生じるように形成されている少なくとも２つの経路（１１，１２；２１，２２；３１，３２；４１，４２）と、
前記少なくとも２つの経路（１１，１２；２１，２２；３１，３２；４１，４２）を出た放出部分を検出し、前記検出した放出部分の間の位相ずれにおける変化を静止状態の前記装置（１；２；３；４）の位相ずれと比較して評価することにより、少なくとも１つの空間方向における前記装置（１；２；３；４）の速度を決定するように設計された評価手段（１３；２３；３３；４３，４４）と、を備え、
当該装置（１；２；３；４）は、前記評価手段（１３；２３；３３；４３，４４）により検出された前記装置（１；２；３；４）の回転運動に起因する前記放出部分の前記位相ずれにおける変化が防止又は補償されるように設計されている装置。
【請求項２】
前記少なくとも２つの経路（１１，１２）は、異なる材料又は材料の異なる組み合わせを有する請求項１に記載の装置（１）。
【請求項３】
前記少なくとも２つの経路（２１，２２）は、異なる幾何的な長さを有する請求項１又は２に記載の装置（２）。
【請求項４】
前記評価手段（２３）により検出された前記装置（２）の回転運動に起因する前記放出部分の間の前記位相ずれにおける変化を防止するために、前記少なくとも２つの経路（２１，２２）のそれぞれは、仮想の直線の外側に、この直線の対向する側に実質的に等しい大きさの経路部分を有する請求項１から３のいずれか１項に記載の装置（２）。
【請求項５】
当該装置（１）の回転運動を検出するように設計された検出手段（１４）を更に備え、
前記評価手段（１３）は、前記検出手段（１４）からの情報に基づいて、検出した放出部分の間の前記位相ずれにおいて、回転運動により前記少なくとも２つの経路（１１，１２）に生じる変化を補償するように、設計されている請求項１から３のいずれか１項に記載の装置（１）。
【請求項６】
前記少なくとも２つの経路（３１，３２；４１，４２）は、少なくとも１つの共通経路部分（３４）を有するように設計され、前記少なくとも２つの経路（３１，３２；４１，４２）内に送られる前記放出部分が前記共通経路部分を逆方向に伝播する請求項１から５のいずれか１項に記載の装置（３；４）。
【請求項７】
前記共通経路部分は、前記放出部分の１つが実質的に当該装置（４）の測定方向に伝播するような経路部分と、この放出部分が実質的に逆方向に伝播するような経路部分と、を有し、前記２つの経路部分は当該装置（４）が静止状態にある時に異なる物理的な長さを有するように、設計されている請求項６に記載の装置（４）。
【請求項８】
場所による重力垂線に対する基準を生成するように設計された加速度センサを更に備える請求項１から７のいずれか１項に記載の装置。
【請求項９】
速度を測定するためのシステム（６）であって、
少なくとも１つの請求項１から８のいずれか１項に記載の装置（１；２；３；４）を備え、前記装置は当該システム（６）の速度を測定するように前記システム内に配置されているシステム（６）。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの装置（１；２；３；４）は、異なる空間方向（７０，７１，７２）における当該システム（６）の速度及び回転を測定するように前記システム内に配置されている少なくとも６個の装置（１；２；３；４）を備える請求項９に記載のシステム（６）。
【請求項１１】
装置（１；２；３；４）の速度測定のための方法であって、
少なくとも１つの放出の発生の発生、
前記少なくとも１つの放出の少なくとも一部の、それぞれの既知の波長及びそれぞれの既知の伝播速度でそれぞれ少なくとも２つの経路（１１，１２；２１，２２；３１，３２；４１，４２）上への、前記装置（１；２；３；４）の置換え移動が前記少なくとも２つの経路（１１，１２；２１，２２；３１，３２；４１，４２）上を伝播する前記放出部分の間に位相ずれを生じるような送付と、
前記少なくとも２つの経路（１１，１２；２１，２２；３１，３２；４１，４２）を出た前記放出部分の検出と、
前記検出した放出部分の間の位相ずれにおける変化を静止状態の前記装置（１；２；３；４）の位相ずれと比較して評価することにより、少なくとも１つの空間方向における前記装置（１；２；３；４）の速度の決定と、を備え、
前記装置（１；２；３；４）の回転運動に起因する前記放出部分の前記位相ずれにおける変化が防止又は補償される方法。
【請求項１２】
６つの異なる空間方向（７０，７１，７２）における少なくとも６個の装置（１；２；３；４）の速度の決定と、
それぞれの装置（１；２；３；４）で検出された速度から前記少なくとも６個の装置（１；２；３；４）を備えるシステム（６）の速度及び回転の検出と、を備える請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、速度測定のための装置、システム、及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、装置又はシステムの速度の測定のために非常に多くの異なる方法及び装置が使用されている。しかしながら、一般的にそれらは特別に正確でなく、大きな空間を必要とするか、外部の情報を必要とする。
【０００３】
M.Bohmによる出版物"Ortung und Navigation"(Location and Navigation),1984の"Navigation, Sagnac Effect and Michelson Experiment"の章において、絶対的な速度測定について仮説的な考察がある。それは、レーザ(LASER)は異なる屈折率を有する同一の長さの２つの平行な隣接伝播経路に信号を送ることを仮定している。慣性置換え(translatory)速度は、時間差により直接測定される。代案として、音響信号の対応する評価にも言及している。結果として、このテキスト（教科書）は不可能さを省略している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、真に達成可能で、独立しており、そして高信頼性の速度測定を提供するという目的に基づいている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この目的は、速度測定の装置により解決される。この装置は、少なくとも１つの放出を発生するように設計された少なくとも１つのソース（源）を備える。この装置は、少なくとも２つの経路をさらに備え、少なくとも１つのソースにより発生された少なくとも１つの放出の少なくとも一部が、その経路上をそれぞれ既知の波長及びそれぞれ既知の速度で伝播する。この状況で、その経路は、装置の置換え移動が少なくとも２つの経路上を伝播する放出部分の間に位相のずれを生じるように形成される。この装置は、少なくとも２つの経路を通過する放出部分を検出するように設計され、検出された放出部分の間の位相のずれにおける変化を静止した装置における位相ずれと比較して評価することにより少なくとも１つの空間方向における装置の速度を決定するように設計された評価手段を備える。最後に、この装置は、装置の回転運動に起因する評価手段により検出された放出部分の位相ずれにおける変化が起きないように、又は補償されるように設計される。
【０００６】
用語「波長」は、ここでは各物体に適用可能な一般的な物理的波長を指すのに使用される。
【０００７】
本発明の目的は、システムの速度の検出のための１つ以上の装置を備えるシステムによっても同様に解決される。
【０００８】
最後に、この目的は、装置の速度を測定する方法によっても解決される。この方法は、少なくとも１つの放出の発生を備える。この方法は、それぞれが既知の波長及び既知の速度を有する少なくとも２つの経路上の少なくとも１つの放出の少なくとも一部の送りを備える。この状況で、装置の置換え移動は、少なくとも２つの経路上を伝播する放出部分の間に移動のずれを生じる。この方法は、少なくとも２つの経路を通過する放出部分を検出、及び検出された放出部分の間の位相のずれにおける変化を静止した装置における位相ずれと比較して評価することにより少なくとも１つの空間方向における装置の速度の決定をさらに備える。この状況で、装置の回転運動に起因する放出部分の位相ずれにおける変化が起きないように、又は補償されるようにされる。
【０００９】
本発明は、一方では、サニヤック効果は仮説的にだけでなく速度測定に適用できるという考察に基づいている。しかし、一方では、本発明は、ボーム(Bohm)の仮説的な装置においては、測定結果は装置の回転運動により誤ったものになるという考察に基づいている。
【００１０】
従って、速度装置が、一方では２つの異なる経路上を伝播する放出部分の間の位相ずれにおける変化を検出し、他方では回転運動の影響を防止することを提案する。方向測定は、この状況では経路に送られる放出部分の伝播の自由度から決定される。本発明は、高信頼性の独立した速度測定を可能にするという利点を有する。同時に、それは非常に小さな空間に設けることができ、それゆえに特に柔軟に及び自由に使用することができる。
【００１１】
本発明の有効な実施例は、サブ請求項から導出される。
【００１２】
少なくとも１つのソースは非常に異なる方法で形成することができる。それは、例えば、どのようなタイプであってもよいレーザの形の光源を備える。代替案としては、光源は例えばメーザ(MASER)又は電子ビーム源を備えることも可能である。少なくとも１つのソースは、放出位置で又は空間的に分離された複数の放出位置で放出を発生可能である。さらに、少なくとも２つの経路に送られる放出部分は、同時に又は時間間隔で放出されるのが可能である。唯一の考察は、静止状態の装置における放出部分の間の２つの経路上に生じる位相ずれが既知であることである。少なくとも１つのソースがいくつかの放出を発生させる時、個別の放出部分はそれぞれ完全な放出を備えることも可能であることが理解される。
【００１３】
使用される経路は、ソースにより生成された放出を伝達するのに適したように、同様に非常に異なる方法で形成することができる。経路は同一材料又は異なる材料で構成できる。個別の経路は、均一又は不均一であることも可能である。このように、経路は１つの材料だけで構成することも、異なる材料のいくつかの部分で構成することも可能である。もしソースが光源を備えるならば、経路は、例えば光ファイバ、又は放出部分の偏向により個別の経路のコースを決定する反射器を備えることが可能である。
【００１４】
少なくとも２つの経路上を伝播する放出部分の間の装置の置換え移動に起因する位相ずれにおける変化は、静止状態の装置における２つの経路上の放出部分が経路上を伝播する異なる時間期間、すなわち経路の物理的に異なる長さに起因する差を必要とするということに基づいて生じる。これは、例えば、一方の経路における幾何的なトラック長が他方より長いことにより、及び／又は例えば使用した異なる材料の異なる屈折率に起因して一方の経路上の伝播速度が他方より長いことにより、生じさせることができる。２つの経路上の伝播時間差が大きいほど、得られる速度の分解能が大きくなる。
【００１５】
さらに、速度決定における回転運動の影響は異なる方法で除去できる。
【００１６】
例えば、経路は、放出部分の位相角度に対する回転の影響が最初から防止されるような幾何的な配置に既に設計されているようにできる。これは、仮想の直線の外側で、この直線の対向する側に同じ大きさの経路部分を有する経路により達成できる。仮想の直線は、この場合、例えば経路の共通の開始点と共通の終了点を接続する。それは、一般的に装置の測定方向に対応する。
【００１７】
しかし、別の案として、続いて行われる計算による補償が回転運動に有効である。このために、装置の回転運動は別に検出される。２つの経路における放出部分の移動ずれにおける決定した変化は、速度を決定する前に、回転の影響に従って補正される。
【００１８】
本発明の有利な実施例では、少なくとも２つの経路は、少なくとも１つの共通経路部分を有するように設計される。少なくとも２つの経路に送られる放出部分は、共通の経路部分を反対方向に通過する。その結果、経路の１つについて成分を、例えば反射器の個数又は光ファイバの長さなどのような個数及び／又はサイズを最小にできる。更に、共通の経路部分は、位相ずれに望ましくない影響を及ぼす温度及び少なくとも２つの経路上での他の経路条件における差を低減する。
【００１９】
例えば、共通の経路部分は、放出部分の一方が装置の測定方向に通過する第１の経路部分と、この放出部分が測定方向と反対方向に通過する第２の経路部分と、を有し、２つの経路部分が静止状態の装置で異なる物理的な長さを有するように、設計することができる。その結果、経路の一方は、少なくとも２つの経路の他の経路より、測定方向において常に物理的により大きな長さを有することが保証される。
【００２０】
本発明の有利な実施例では、装置は加速センサを更に備え、それにより移動していなくても、場所による重力垂線に対する基準を確立することができる。これは、加速センサは最初の状態における装置の向きを決定するのに使用可能で、それを開始点として装置の速度を本発明に従って決定できることを意味する。このような加速センサは、例えば、アルコール水準器により実現できる。
【００２１】
単一の空間方向における速度測定ためには、本発明の装置が１つだけ必要である。この装置は、その測定方向が所望の空間方向と一致するように配置される。これに加えて、装置は、それぞれの場合に、放出部分の間の位相ずれにおける変化が最大になるまで必要なだけ回転される。そして、移動方向は、最大の変化が得られる位置における装置の測定方向に対応する。
【００２２】
しかしながら、いくつかの方向における速度測定をより簡単に及びより速くするために、本発明のシステムにおいては、本発明のいくつかの装置を使用することが可能であり、それらの装置は異なる空間方向における速度を同時に検出する。これに関連して、任意の単一ソースをいくつかの装置のための放出を発生するために同時に使用することが可能である。例えば、光源は、適切に配置された複数の光ファイバ内に同時に光信号を送り込むことが可能である。システムの置換え及び回転移動の完全な検出のために、このシステムは少なくとも６個の本発明による装置を備える。６個の装置の測定方向の適切な配置で、数学的な演算により、どのような所望の移動も数式で得ることができる。
【００２３】
測定精度は、特に放出の波長及び少なくとも２つの経路における伝播時間の差に依存する。
【００２４】
測定の可能な繰り返しレートは、特により長い伝播時間を有する経路上での放出部分の伝播時間及び評価に必要な時間に依存する。
【００２５】
本発明による装置は、その固有の速度を決定するために使用できる。この場合、装置自体は、特に対象である速度測定のための要素及び機能を更に有することが可能である。もし装置が他の移動する物体に対して固定した関係にあるならば、本発明による装置により、どのような所望の物体の速度も決定可能である。従って、同様のことは、本発明のシステムにも適用される。
【００２６】
本発明は、非常に多くの異なる部分に適用可能であり、例えば、ナビゲーションシステムにおける速度、場所、位置の決定、又はコンピュータのマウスの移動の検出に適用可能である。
【００２７】
本発明の装置の提示した実施例における構成的な特徴の機能は、本発明の方法の実施例における機能的な特徴などとしても使用可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
本発明の実施例が、図面を参照して、実施例に基づいてより詳細に説明される。
【００２９】
図１は、本発明による装置の第１実施例を図の形で示し、この実施例は一方向における速度測定を可能にする。
【００３０】
装置１において、放出位置におけるソース１０は、２つの経路１１、１２を介して測定位置の位相比較器１３に接続されている。さらに、回転測定装置１４が位相比較器１３に接続されている。
【００３１】
ソース１０は、時刻ｔ0に放出を発生し、そこから同一位相の放出部分が両方の経路１１、１２に送出される。２つの経路１１と１２は、放出部分がそれぞれの経路により形成されるルートをカバーするのに異なる時間を要するように配置される。
【００３２】
ソース１０は、例えばレーザであって光信号を放出し、２つの経路１１、１２は例えば異なる屈折率を有する異なる材料で作られた等しい長さの２つの光ファイバである。
【００３３】
測定位置では、２つの経路１１、１２の放出部分は、干渉信号を形成するように重畳される。位相比較器１３は、干渉信号を評価する。もし装置が静止状態にあれば、２つの経路１１、１２における異なる伝播速度のために、特別な位相ずれが放出部分の間に生じる。例えば静止状態の経路１１では、ｔ1の伝播時間であり、経路１２ではｔ2の伝播時間である。伝播時間ｔ1は、ここではｔ2より大きくなるようなファクタ「ａ」、すなわち、ｔ1＝ａ＊ｔ2である。装置が移動しない限り、干渉信号は発生される放出部分から測定位置において時間ｔ0とｔ0＋（t１−ｔ2）に形成される。
【００３４】
もし装置が放出位置と測定位置の間の接続ラインに対応する方向成分を有して移動すると、この位相ずれが変化する。
【００３５】
もし装置１が、放出位置から測定位置を見る方向に速度ｖ＝Δｌ／Δｔで移動すると、この移動に起因して位相ずれが両方の経路１１、１２に加えられる。この状況で、Δｌは経路１１、１２の長さであり、Δｔの時間は装置１が距離Δｌに要する時間である。伝播時間は、サニヤック効果のために経路１２においてはΔｔだけ、経路１１ではａ＊Δｔだけ増加する。従って、経路１１の出口では、ｔ1＋ａ＊Δｔの伝播時間を有する静止の経路の位相角度に対応する位相角度が存在するが、経路１２の出口では、ｔ２＋Δｔの伝播時間を有する静止の経路の位相角度に対応する位相角度が存在する。速度ｖに（ａ−１）＊Δｔだけ関係するように２つの経路１１、１２上の放出部分の間に生じる位相ずれの変化は、周期的な干渉信号を呈する。
【００３６】
位相比較器１３は、干渉信号に基づいて変化量を決定し、そしてこれに基づいて装置１の置換え速度ｖを決定する。
【００３７】
決定された速度は、所望の方法で使用することができ、例えば、表示ユニット上での速度の直接表示、又はナビゲーションシステムにおける演算に使用できる。決定された速度の更なる処理に必要な要素は、装置１内に組み合わされるか、又は外部から、例えば他の装置の一部として装置に接続される。
【００３８】
もし２つの経路１１、１２が図示のように互いに平行であるようにといった更なる考慮無しに配置されていれば、装置１の回転運動も位相ずれにおける変化を起こすが、それは置換え速度に起因する位相ずれにおける前述の変化に重畳される。
【００３９】
ここでは、回転測定装置１４が設けられており、装置１の回転運動を検出する。回転測定装置１４は、例えば、レーザジャイロスコープにより形成できる。回転測定装置１４は位相比較器１３に信号を送り、位相比較器１３は、送られた信号から、装置１の回転に起因する両方の経路１１、１２における放出部分の位相ずれにおける変化部分を決定する。位相比較器１３が装置１の置換え速度をまさに決定する前に、２つの経路１１、１２における放出部分の間の位相ずれにおける変化に基づいて、位相比較器１３は回転運動に起因する部分をその変化から減算する。
【００４０】
このような分離した回転測定装置１４は、もし経路１１、１２がそれらにおける放出部分の間の位相ずれの変化における回転運動の影響が出力から除かれるように既に形成されているならば、必要ない。
【００４１】
図２は、本発明による装置の第２実施例を図示しており、そこでは経路は回転運動の影響を補償するように同じように形成されている。
【００４２】
装置２は、放出位置のソース２０と共に、測定位置において分離して示されていない検出器を有する位相比較器２３を同様に備える。ソース２０と比較器２３の間の直接接続ライン上で、ソース２０の近傍に第１のビーム分割器２４が、位相比較器２３の近傍に第２のビーム分割器２５が配置されている。さらに、ソース２０と位相比較器２３の間の部分は、平面の反射器２６、２７により上側と下側が区切られている。
【００４３】
もしソース２０が放出を生成すると、第１の放出部分は直接の接続ラインに沿って位相比較器２３に伝播する。このために、第１のビーム分割器２４は放出の第１の部分を偏向無しに通過させ、第２のビーム分割器２５は第１の放出部分の全体を通過させる。
【００４４】
一方、ソース２０により発生された放出の第２部分は、第１のビーム分割器２４により上側に偏向される。この第２の放出部分は上側の反射器２６に入射してそれにより反射され、下側の反射器２７に入射して反射される、などを繰り返す。第１のビーム分割器２４による偏向角度は、この状況では第２の放出部分が最後に下側の反射器２７から正確に第２のビーム分割器２５に向けて反射されるように、調整される。第２のビーム分割器２５は、第２の放出部分が第１の放出部分と同様に位相比較器２３に入るように、第２の放出部分を偏向する。
【００４５】
経路２１、２２の異なる長さのために、この装置２における放出部分は、それぞれの経路により形成されるルートを通過するのに異なる時間を要することになる。
【００４６】
測定位置では、位相比較器２３は、２つの放出部分による干渉信号を評価する。もし装置が静止状態にあれば、異なるルート長のために、特定の位相ずれが放出部分の間に起きる。もし装置が放出位置と測定位置の間の接続ラインに対応する方向成分を有して移動すると、この位相ずれが変化する。位相比較器２３は、変化量を決定し、それに基づいて装置の置換え速度を決定する。
【００４７】
この場合も、可能な回転運動に起因する位相変化の分離した補償は必要とされない。これはそのような位相ずれはソース２０と位相比較器２３の間の放出部分の対称な伝播により防止されるからである。
【００４８】
図３は、本発明による装置の第３実施例を図示し、そこでは経路の一部が２重に使用されている。
【００４９】
この装置３において、ソース３０は第１経路３１及び第２経路３２を介して位相比較器３３に接続されている。第１の経路３１の中間部分と第２の経路３２の中間部分は、ここでは共通の経路部分３４で実現されており、この部分はソース３０と位相比較器３３の間を結ぶラインに垂直に配置され、第１経路３１と第２経路３２については反対方向で使用される。
【００５０】
ソース３０は、２つの放出位置で互いの位相で放出を生成する。放出の一方は第１の経路に送られ、他方は第２経路３２に送られる。経路３１、３２の端では、図１及び図２を参照して説明した装置１、２におけるのと同様に、放出が位相比較器３３により検出されて評価される。
【００５１】
ここでは、２つの経路３１、３２は、装置３の回転運動による位相ずれにおける変化が避けられるように設計されている。代替の構成では、図１を参照して説明したように、このような変化の補償を行っても良い。
【００５２】
図４は、本発明による装置の第４実施例を図示し、そこでは共通経路部分は折り曲げにより実現される。
【００５３】
装置４は、２つの平面反射器４９、５０により区切られる伝播媒体を備える。伝播媒体内の２つの反射器４９、５０に平行な直線上に、４つの反射器４５、４６、４７、４８が配置されている。この直線は、装置４の測定軸にも対応する。装置４は、伝播媒体の上に、光ソース（源）４０及び２つの検出器４３、４４も備える。検出器４３、４４はさらに図示していない位相比較器に接続される。
【００５４】
光ソース４０により発生された放出の第１部分は、スプリッタ５１により、左側の光ファイバ５２を介して中間の右側の反射器４７に案内され、この放出の第２部分は、右側の光ファイバ５３を介して中間の左側の反射器４６に案内される。従って、左側の光ファイバ５２及び右側の光ファイバ５３は、スプリッタ５１からそれぞれの反射器４７、４６までに交差している。
【００５５】
中間の右側の反射器４７は、スプリッタ５１から来る放出部分を直線上の外側の右側の反射器４８に案内する。外側の右側の反射器４８は、放出部分を反対の方向成分を有するように下側の反射器５０に偏向する。そこから、放出部分は上側反射器４９に反射され、下側の反射器５０方向に向かい、再び上側の反射器４９に向けて反射される。最後に、放出部分は、上側の反射器４９から外側の左側の反射器４５に案内される。上側と下側の反射器４９、５０の間の反射回数は、直線の上下で同一の回数である限り、所望の大きさにできる。
【００５６】
外側の左側の反射器４５は、最後に中間の左側の反射器４６に向けて放出部分を反射する。中間の左側の反射器４６は、放出部分を右側の光ファイバ５３内に反射し、放出部分は光ファイバを介して伝播媒体を出て、右側の検出器４４に案内される。
【００５７】
反射器４５から５０により、スプリッタ５１から右側の光ファイバ５３に案内される放出部分は、逆のルートを取って、左側の光ファイバ５２に案内される放出部分になる。次に、この放出部分は、伝播媒体を出て、左側の光ファイバ５２を介して左側の検出器４３に案内される。
【００５８】
従って、右側の光ファイバ５３内に入る放出部分は第１の経路を伝播し、左側の光ファイバ５２内に入る放出部分は第２の経路を伝播する。
【００５９】
従って、この装置４では、ルートの長さは、両方の経路で同じであり、使用される材料も同じである。従って、静止状態では、検出器４３、４４は第１経路上の放出部分と第２経路上の放出部分の間に位相ずれを検出しない。
【００６０】
しかし、もし装置４が直線の配置に対応する方向成分を有する置換え移動で移動すると、一方の経路上の放出部分は大部分が移動の方向に伝播し、他方の経路上の放出部分は大部分が移動の方向と逆方向に伝播する。従って、置換え移動は、２つの放出部分のそれぞれの主方向について異なる符合を有する。これから、置換え移動中に２つの放出部分の間に位相ずれが導出される。
【００６１】
それぞれの位相角度は検出器４３、４４により検出されて位相比較器に送られ、位相比較器はこれから直線方向におけるその時点の速度を決定する。
【００６２】
装置４の光ソース４０、検出器４３、４４及びスプリッタ５１は、例えば既知のファイバジャイロスコープにより実現できる。
【００６３】
装置２、３及び４において決定される速度は、装置１を参照して説明したように、異なる方法で使用することができることが理解される。
【００６４】
図５は、本発明のシステムの実施例を図示し、それは所望の置換え及び回転速度の測定を可能にする。
【００６５】
システム６は、キューブ（立方体）の形に設計されている。キューブの６つの面のそれぞれは、図１から図４に示した装置の１つを備える。キューブの３つの見える面６０、６１、６２の上には、それぞれの装置の測定軸７０、７１、７２が示されている。キューブの３つの隠れた面は、それぞれキューブの対向する面６０、６１、６２上の装置の測定軸７０、７１、７２に対して逆方向の測定軸を有する装置を備える。処理ユニットは、６つの方向について検出されたシステム６の速度を評価し、それから置換え速度及び回転速度、及び方向、すなわち移動方向を含むシステム６の全体の速度を決定する。
【００６６】
ここに示した速度ベクトルの測定のための方法及び／又は装置（図１により機能が図示されており、図１は幾何的な固定の仕様を示していないことに注目）は、フィゾー、サニヤック、及びドプラーによる効果に基づいており、少なくとも１つの（及び／又は数個の）放出位置が１つの（及び／又は数個の）ソースに存在し、その放出が少なくとも２つの経路上をそれぞれ既知の速度及びそれぞれ既知の波長で（ここで、汎用の物理的な波長は各物体に割り当て可能であることを意味する）伝播され、必ずしもそれだけではないが１つ以上の測定位置においてそれぞれ必要な測定の時間期間と共に、このタイプの放出位置からこのタイプの測定位置までの経路の少なくとも１つのための特に評価可能な干渉を、置換え事項によりこの経路に提供される位相角度がそれぞれの他の経路の位相角度に対してずれるように、提供する。この状況において、回転事項、熱的影響又は他の置換えでない影響がこれらの経路の間に位相角度のいかなるずれにもならないように、すなわちこれらの重畳された事項及び影響が経路の外に位置する装置（＝外部装置）により補正されるように経路が提供される。これらの経路の干渉信号を生成する位相角度のずれ（＝測定信号）は、速度の測定になる。方向は、所定の経路のための測定信号がその最大値になる空間方向（最大差の経路）として導出される。特に、定義された速度ベクトルを提供することにより、これは装置内在測定軸を決定するのを可能にする。
【００６７】
これまで説明した経路は、かならずしも均一である必要はない。これは、それぞれの場合において経路が異なる特性のいくつかの部分から構成できることを意味する。
【００６８】
説明した効果、従って測定信号は、放出が計画した伝播経路上を妨げられずに伝播できる時に生じる。言い換えれば、放出は、その伝播のために必要な自由度を、従って効果の発生の必要な自由度を有する。説明及びそれを簡単にするために、例えば光導波ガイドにおける光子が長軸モードでのみ存在するならば、このモードにおいてのみ１つの自由度を有し、この自由度のみが示すことができる効果を有する。従って、測定の好適な方向の選択は、構成設計及び検出器の物理的な特性、すなわち伝播の自由度の決定により特定可能である。
【００６９】
他の方法に表されるように、本発明の方法及び／又は装置は、放射のための放出位置を有するどのような種類のソースでも使用でき、それが測定プロセスの放出位置の間の既知の位相関係を表し、これらの放出位置は空間的及び／又は時間的な間隔を表すことができ、それにより経路（ルート）はそれぞれ置換え移動に関係する（最大限可能な）位相角度のずれを表す。
【００７０】
ここに示した方法及び／又は装置の分解能は、原理的には、放出の波長及び経路における伝播時間の差により決定される。これに関係するのは、位相比較器の性能と静止時の及びシステム的な誤差である。
【００７１】
本発明を実現する好適な形は広い範囲にあり、ここではそのいくつかの詳細を検討するが、それらはこの広い範囲内の原理の特別な場合を表すので、他の実施例はこれらの派生物である。
【００７２】
１つの実施例では、ソースは光源（光ソース）である。一般的に、どのような所望の構成タイプのレーザ（リニアリングレーザ（これはもちろん角度測定にも使用できる）、一般的な用語だけでいえば固体、ガス、又は液体レーザ。量子井戸及び超蛍光などのような目新しい技術を個別に数え上げる必要はない。）である。従って、光の速度は既知の速度として提供される。
【００７３】
さらに別の実施例では、ソースはどのようなタイプのメーザでもよい。
【００７４】
経路の解決策としては、特に伝播時間の異なる材料を有する変化について、経路長の変化（図２）と共に、両方の方法の組み合わせと共に示される別の実施例がある。
【００７５】
回転位相ずれの補償についてのいくつかの可能な例もある。１つは、経路の幾何的な配置であり（このため、開始点と終了点を結ぶラインの外側の経路の部分は、一方の側の各部分について、それぞれの反対側に等しい大きさの部分があるように配置される（図２））、他は、例えばレーザジャイロスコープによる回転量決定とそれに続く減算による演算補償である。
【００７６】
すべての実施例では、放出は経路に分配され、干渉的な評価のために再度組み合わされる。
【００７７】
効果は、ロック・イン効果によりいくつかの実施例の設計に及ぼされる（簡単に不完全な発振ノードを固定する）。これらの場合のロック・イン効果には、３つの空間方向の少なくとも２つが必要である。もし１つの空間方向（レーザジャイロ）が存在しないと、使用可能な測定信号を得るために、差が最大の経路はこの空間方向に垂直なベクトル成分を有さなければならない。この理由は、この場合サニヤック効果はロック・イン効果のないこの空間方向における移動に寄与する部分を有さないが、速度によって起こされ、個別の経路上の異なる伝播時間と相互作用する放出位置のずれに起因して、位相のずれが生じる。この結果は、ロック・イン効果のないこの空間方向には明白には寄与しない。それは、この配置におけるこのような位相ずれは、差が最大の経路の方向における速度成分によるサニヤック効果の結果とは等しくならないためである（以下の説明参照）。従って、測定は、経路によって区切られたこの領域内の速度及びロック・イン効果のないこの空間方向に対して導出される。この領域に垂直な速度部分は、信号を発生しない。このベクトル的な速度測定は、この領域と線形的に独立で、同時に互いに線形的に独立である別の領域についてアナログ手段により決定されるベクトル的な速度測定の測定結果と組み合わされるならば、簡単なベクトル演算により、空間における速度の測定結果が導出される。一方、すべての空間方向についてロック・イン効果が存在する場合には、制約がなく、サニヤック効果はずれを生じる。
【００７８】
これらの実施例において、すべての空間方向にロック・イン効果が存在する場合には、同一の位相角度を有する信号は、両方の経路内に送られる（経路１はｔ1の信号伝播時間を有し、経路２はｔ2の信号伝播時間を有し、ｔ1＞ｔ2で、例えば時間ｔ0においてｔ1＝ａ＊ｔ2である。）。もし装置が移動しなければ、干渉信号は測定位置に存在し、時間ｔ0とｔ0＋（ｔ1−ｔ2）に送られてくる信号から形成される。もし装置がｖ＝Δｌ／Δｔで移動すれば、この移動により生じるずれは両方の経路に加えられ、それぞれの経路、すなわちそれぞれの伝播時間は長くなり（サニヤック効果）、特に経路２ではΔｔだけ、経路１ではａ＊Δｔだけ長くなる。これは、経路１の終了端において、伝播時間ｔ1＋ａ＊Δｔの経路の位相角度に対応する位相が存在し、元の位相はロック・イン効果で運ばれるため、経路２の終了端において、伝播時間ｔ2＋ａ＊Δｔの経路の位相角度に対応する位相が存在することを意味する。（ａ−１）＊Δｔを乗じた分だけ速度ｖに依存する位相角度の差におけるこの変化は、周期的な干渉信号を呈する。
【００７９】
これらの実施例において、空間方向にロック・イン効果が存在しない場合には、すでに述べたように、差が最大になる経路は、この空間方向に対して垂直なベクトル成分を有さなければならない。このベクトル成分に対して、これまで行ったのときわめて類似の考察で、変化は（ａ−１）＊Δｔを乗じた位相差の形で導出される。
【００８０】
速度ベクトル測定のためのここに示した方法及び／又は装置は、３次元測定の場合には、全体としてすべての速度／速度ベクトルを検出し、例えば、広く知られている銀河の速度から始まって、銀河中心に対する太陽系の移動、太陽系における地球の移動、地殻の移動のような地球自体の固有の移動、更には装置自体の固有の又は自然の速度のような測定される物体の固有の又は自然の移動まで、検出する。従って考慮されるベクトル部分の決定については、他の分は減算される。
【００８１】
別の実施例は、ソースを使用し、例えば、特にレーザ、レーザダイオード（どのような種類のリングレーザだけでなく、線形な気体、液体、又は固体レーザ）を使用する。このレーザの光放出位置から、例えば光ファイバのようなリード（＝ＬＷＬ）が短い経路の後で分離され、その一方の分岐（＝経路）は他の分岐より分離後の部分が（これまで説明した意味で）長く、それらは干渉を形成するために再び一緒にされる。この端には、例えばセンサとしてフォトダイオードを有する干渉評価装置（位相比較器）が配置されている。その点において、前に放出された（記憶された）光の位相角度が、後で放出された光の位相角度と比較される。光ファイバは、（上記のように）空間方向の選択の要求に従って移動される。いずれにしろ、反射器とビーム分割器を有する図２と物理的に類似の構成が、使用できる。特に、ここで使用されるレーザからの光は、別に適切に配置された分離光ファイバにより別の空間方向の測定にも同時に使用可能である。
【００８２】
別の好適な実施例は、これまでも長い間知られているファイバジャイロの構造原理で使用する。ここでの基本的な差異は、検出器ヘッド（＝経路）の設計にある。この場合、巻かれた光ファイバを構成せず、これまで説明した条件に従って構成された経路で構成する。構造の原理は、図３及び図４から分かる。特に、この状況で使用されるレーザからの光は、別の空間方向の測定のために配置されたすべての別の分離光ファイバで同時に使用することが可能である。折り返すことにより経路の一方の部分を長くする（図４）代わりに、媒体内の伝播速度における変化は、経路を「長くする」ための異なる屈折率を有する材料の使用により行わせることも可能である。これは、両方の形状及びその組み合わせにより当然に起こる。原理によれば、差が大きければ、分解能も大きくなり、感度も良い実施例になる。
【００８３】
測定効果のスケールの概念を得るために、結果としての位相ずれは、３．６ｋｍ／時（３．６ｋｍ／時＝１ｎｍ／ｎ秒）の典型的なステップ速度に基づいて示される。１ｎ秒の光の放出位置の仮定の距離間隔（約３０ｃｍ）で４００ｎｍの光波長であるとすると、容易に克服できる測定値になる。
【００８４】
測定の実際的に可能な繰り返しレートは、基本的に後に続く信号処理だけでなく、より長い経路上での放出の伝播時間から導出され、ＭＨｚの高い方のレンジ内である。
【００８５】
ここに示した方法及び／又は装置は慣性動作システムを表すから、例えば、単にこれに接触させるだけで、他の移動物体に対する基準が表される。他には、装置はそれ自体の固有の速度ベクトルを表示する。
【００８６】
別の好適な実施例では、経路は、少なくとも二重に作られ、放出はそれを通して両方（反対）の方向に放射する（図３において機能的に表現している）。この利点は、測定装置の１つの経路の節約であり、要素を最小化し、温度及び他の経路条件を低減する。
【００８７】
別の好適な実施例では、この１つの経路は２つの別々の経路により置き換えられる。
【００８８】
別の好適な実施例では、移動、すなわち置換え速度及び回転の完全な検出のために、これまで説明した方法により表される少なくとも６個の装置が、方法及び／又は装置により導出される測定軸の測定信号が適切に選択された数学的な演算により明らかに速度及び回転の両方を含む移動を特徴とする空間ベクトルにすることができるように空間内に配置される。回転速度の分解能は、装置の距離間隔及び測定軸の拡大により改善される。１つの配置例は、キューブ（立方体）の６つの面上の６個の装置の配置である。
【００８９】
別の好適な実施例では、完全な移動の検出は望まれていないか及び／又は要求されておらず、必要とされない測定軸は除去するか及び／又は他の方法及び／又は装置で置き換えられる。
【００９０】
別の好適な実施例では、方法及び／又は装置は１つ以上の加速検出器を伴い、移動無しでも、基準が場所による重力垂線に対して確立できる。
【００９１】
別の好適な実施例では、方法及び／又は装置は１つ以上のアルコール水準器などを伴い、移動無しでも、基準が場所による重力垂線に対して確立できる。
【００９２】
応用の領域は、異なる物体及び主体又はそれらの部分の場所及び位置測定であり、ここでは例としていくつかのみを示した。
【００９３】
移動の自由度が決定及び／又は制御されるべきであると意図した物体に加えて、鉛筆、ボールペンのような筆記具、コンピュータ、コンピュータのマウス、自転車、オートバイ、自動車、クレーンのような特殊車両、移動橋、建設車両及び重量物運搬車、鉄道、トランスラピッド(Transrapid)、ヘリコプター、誘導ミサイル、航空機、宇宙船、船舶、潜水艦、全種類の軍用車両、弾丸、手榴弾、ロケット、真空掃除機のような屋内電気器具、芝刈り機、家庭用及び産業用ロボット、ローラのような産業機器、クレーン、フォークリフトトラック、輸送用パレット、ドリルのような鉱山及びトンネル機械、フライス盤、プラットフォーム安定器のような海上応用、深ドリル機器、人形のような玩具、動物、自動車、及びそれらの部品についても、対象である。
【００９４】
人間及び指、手、腕、脚、足、頭及び胴のような人間の体の部分も対象である。更に、内臓又はその部分のような内部の部分についても同様である。
【００９５】
動物、及びその部分についても同様である（人間の部分を参照のこと）。説明した実施例は、本発明の方法及び本発明の装置の多数の異なる可能な実施例から選択した例だけを表している。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】図１は、本発明による装置の第１実施例を示す図である。
【図２】図２は、本発明による装置の第２実施例を示す図である。
【図３】図３は、本発明による装置の第３実施例を示す図である。
【図４】図３は、本発明による装置の第４実施例を示す図である。
【図５】図３は、本発明による装置を有するいかなる所望の速度の測定も可能な測定は位置の方向を示す図である。
【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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【手続補正書】
【提出日】平成17年5月23日(2005.5.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの放出の発生を行うように設計された少なくとも１つのソース（１０；２０；３０；４０）と、
異なる空間方向（７０，７１，７２）におけるシステム（６）の速度及び回転を測定するように前記システム（６）内に配置されている速度測定のための少なくとも６個の装置（１；２；３；４）であって、少なくとも６個の装置（１；２；３；４）のそれぞれは、前記少なくとも１つのソース（１０；２０；３０；４０）により発生された前記少なくとも１つの放出の少なくとも一部が、それぞれの既知の波長及びそれぞれの既知の伝播速度でそれぞれ伝播する少なくとも２つの経路（１１，１２；２１，２２；３１，３２；４１，４２）であって、前記装置（１；２；３；４）の置換え移動が前記少なくとも２つの経路（１１，１２；２１，２２；３１，３２；４１，４２）上を伝播する前記放出部分の間に位相ずれを生じるように形成されている少なくとも２つの経路（１１，１２；２１，２２；３１，３２；４１，４２）と、を有する少なくとも６個の装置（１；２；３；４）と、
前記装置（１；２；３；４）の前記少なくとも２つの経路（１１，１２；２１，２２；３１，３２；４１，４２）を出た放出部分を検出し、前記検出した放出部分の間の位相ずれにおける変化を静止状態の前記装置（１；２；３；４）の位相ずれと比較して評価することにより、少なくとも１つの空間方向における前記装置（１；２；３；４）の速度をそれぞれ決定するように設計された評価手段（１３；２３；３３；４３，４４）と、を備えるシステム（６）であって、
前記システムは、前記評価手段（１３；２３；３３；４３，４４）により前記装置（１；２；３；４）のそれぞれで検出された前記装置（１；２；３；４）の回転運動に起因する前記放出部分の前記位相ずれにおける変化が防止又は補償されるように設計されているシステム（６）。
【請求項２】
前記装置（１）のそれぞれの前記少なくとも２つの経路（１１，１２）は、異なる材料又は材料の異なる組み合わせを有する請求項１に記載のシステム（６）。
【請求項３】
前記装置（１）のそれぞれの前記少なくとも２つの経路（２１，２２）は、異なる幾何的な長さを有する請求項１又は２に記載のシステム（６）。
【請求項４】
前記評価手段（２３）により検出された前記装置（２）のそれぞれの回転運動に起因する前記放出部分の間の前記位相ずれにおける変化を防止するために、前記装置（２）の前記少なくとも２つの経路（２１，２２）のそれぞれは、仮想の直線の外側に、この直線の対向する側に実質的に等しい大きさの経路部分を有する請求項１から３のいずれか１項に記載のシステム（６）。
【請求項５】
前記装置（１）のそれぞれの回転運動を検出するように設計された検出手段（１４）を更に備え、
前記評価手段（１３）は、前記検出手段（１４）からの情報に基づいて、検出した放出部分の間の前記位相ずれにおいて、回転運動により前記装置（１）のそれぞれの前記少なくとも２つの経路（１１，１２）に生じる変化を補償するように、設計されている請求項１から３のいずれか１項に記載のシステム（６）。
【請求項６】
前記装置（１）のそれぞれの前記少なくとも２つの経路（３１，３２；４１，４２）は、少なくとも１つの共通経路部分（３４）を有するように設計され、前記少なくとも２つの経路（３１，３２；４１，４２）内に送られる前記放出部分が前記共通経路部分を逆方向に伝播する請求項１から５のいずれか１項に記載のシステム（６）。
【請求項７】
前記共通経路部分は、前記放出部分の１つが実質的に前記装置（４）のそれぞれの測定方向に伝播するような経路部分と、この放出部分が実質的に逆方向に伝播するような経路部分と、を有し、前記２つの経路部分は前記装置（４）が静止状態にある時に異なる物理的な長さを有するように、設計されている請求項６に記載のシステム（６）。
【請求項８】
場所による重力垂線に対する基準を生成するように設計された加速度センサを更に備える請求項１から７のいずれか１項に記載のシステム（６）。
【請求項９】
前記少なくとも６個の装置（１；２；３；４）は、キューブの６つの面（６１，６２，６３）上に配置され、前記装置（１；２；３；４）は、互いに直角に配置された測定軸（７１，７２，７３）を隣接する面（６１，６２，６３）上に有し、前記装置（１；２；３；４）は、対向する面上に互いに逆に配置された測定軸を有する請求項１から８のいずれか１項に記載のシステム（６）。
【請求項１０】
システム（６）の速度及び回転測定のための方法であって、異なる空間方向に配置された前記システム（６）の６個の装置（１；２；３；４）のそれぞれについて、
少なくとも１つの放出の発生の発生、
前記少なくとも１つの放出の少なくとも一部の、それぞれの既知の波長及びそれぞれの既知の伝播速度でそれぞれ少なくとも２つの経路（１１，１２；２１，２２；３１，３２；４１，４２）上への、前記装置（１；２；３；４）の置換え移動が前記少なくとも２つの経路（１１，１２；２１，２２；３１，３２；４１，４２）上を伝播する前記放出部分の間に位相ずれを生じるような送付と、
前記少なくとも２つの経路（１１，１２；２１，２２；３１，３２；４１，４２）を出た前記放出部分の検出と、
前記検出した放出部分の間の位相ずれにおける変化を静止状態の前記装置（１；２；３；４）の位相ずれと比較して評価し、前記装置（１；２；３；４）の回転運動に起因する前記放出部分の前記位相ずれにおける変化が防止又は補償されるように、少なくとも１つの空間方向における前記装置（１；２；３；４）の速度の決定と、を備え、
当該方法は、前記装置（１；２；３；４）のそれぞれで検出された速度からの当該システム（６）の速度及び回転の決定を更に備える方法。
【請求項１１】
前記少なくとも６個の装置（１；２；３；４）は、キューブの６つの面（６１，６２，６３）上に配置され、隣接する面（６１，６２，６３）上の前記装置（１；２；３；４）は、互いに直角な空間方向における速度を決定し、対向する面上の前記装置（１；２；３；４）は、互いに逆の空間方向における速度を決定する請求項１０に記載の方法。
【国際調査報告】
2006528768.tif 000008
2006528768.tif 000009
2006528768.tif 000010
2006528768.tif 000011
2006528768.tif 000012
2006528768.tif 000013