(57)【要約】      （修正有）【課題】光信号弁別のための光ヘテロダイニングを有するＲＦＯＧを提供する。【解決手段】基準レーザービームを生成する基準レーザーと、第１のレーザービームを生成する第１のレーザー源と、第２のレーザービームを生成する第２のレーザー源と、第１のレーザー源及び第２のレーザー源に結合された検知共振器と、第１のレーザービーム及び第２のレーザービームがそれぞれオフ共振である時を示す第１の制御信号及び第２の制御信号を生成するように構成された共振追跡電子回路と、検知共振器の第１の出力及び第２の出力を基準レーザービームでビートしてそれぞれ第１のビート信号及び第２のビート信号を生成するように構成された第１の光コンバイナー及び第２の光コンバイナーとを備え、共振追跡電子回路は、第１のビート信号及び第２のビート信号に基づいて少なくとも１つの回転検知誤差と第１の出力及び第２の出力とを弁別するように構成される。【選択図】図４
2012058240.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
共振器光ファイバージャイロスコープにおける回転検知誤差を低減する方法（４００）であって、
回転検知共振器の第１の出力を基準レーザービームと光混合するステップ（４０２）であって、第１の光混合されたレーザービームを生成する、光混合するステップと（４０２）、
前記回転検知共振器の第２の出力を前記基準レーザービームと光混合するステップ（４０２）であって、第２の光混合されたレーザービームを生成する、光混合するステップと（４０２）、
前記第１の光混合されたレーザービームを第１の電気信号に変換するステップ（４０４）と、
前記第２の光混合されたレーザービームを第２の電気信号に変換するステップ（４０４）と、
前記第１の電気信号を第１の選択されたビート周波数で復調するステップ（４０６）であって、第１の復調された信号を生成する、復調するステップ（４０６）と、
前記第１の復調された信号を第１の共振追跡変調周波数で復調するステップ（４０８）であって、第２の復調された信号を生成する、復調するステップ（４０８）と、
前記第２の電気信号を第２の選択されたビート周波数で復調するステップ（４０６）であって、第３の復調された信号を生成する、復調するステップ（４０６）と、
前記第３の復調された信号を第２の共振追跡変調周波数で復調するステップ（４０８）であって、第４の復調された信号を生成する、復調するステップ（４０８）と、
前記第２の復調された信号及び前記第４の復調された信号に基づいて回転速度に関連した信号を生成するステップ（４１０）と
を含む方法。
【請求項２】
単一の共通キャビティ変調周波数が、前記第１の共振追跡変調周波数及び前記第２の共振追跡周波数として用いられる請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記電気信号を選択されたビート周波数で復調するステップは、
前記基準レーザービームと第１の光源との間の前記ビート周波数である周波数オフセットでロックイン検出を用いて前記第１の電気信号を復調するステップ（４０６）と、
前記基準レーザービームと第２の光源との間の前記ビート周波数である周波数オフセットでロックイン検出を用いて前記第２の電気信号を復調するステップ（４０６）と
をさらに含む請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光信号弁別（optical signal discrimination）のための光ヘテロダイニングを有するＲＦＯＧに関する。
関連出願の相互参照
[0001]本出願は、２０１０年５月２８日に出願された「SYSTEM AND METHOD FOR ENHANCING SIGNAL-TO-NOISE RATIO OF A RESONATOR FIBER OPTIC GYROSCOPE」という発明の名称の同時係属中の米国特許出願第１２／７８９，９７２号（出願人整理番号第Ｈ００２５５４７−５７０４号）に関連している。この関連出願は、その全内容が参照により本明細書に援用され、本明細書では、‘９７２出願と呼ばれる。
【背景技術】
【０００２】
[0002]ジャイロスコープ（本明細書ではジャイロとも呼ばれる）は、回転軸を中心とする回転速度又は角速度の変化を測定するために使用されてきた。基本的な従来の光ファイバージャイロ（ＦＯＧ）は、光源と、ビーム発生装置と、このビーム発生装置に結合されて、或る領域を取り巻く光ファイバーのコイルとを備える。ビーム発生装置は光ビームをコイル内に送出し、この光ビームは、光ファイバーのコアに沿って時計回り（ＣＷ）方向及び反時計回り（ＣＣＷ）方向に伝播する。多くのＦＯＧは、ファイバーの固体ガラスコアに沿って光を伝えるガラスベースの光ファイバーを利用する。２つの対向伝播（例えばＣＷ及びＣＣＷ）ビームは、回転する閉光路を回って伝播している間に異なる経路長となり、この２つの経路長の差は、取り囲まれた領域に垂直な回転速度に比例する。
【０００３】
[0003]従来の共振器ＦＯＧ（ＲＦＯＧ）では、対向伝播光ビームは、通常、単色（例えば単一周波数）であり、複数の巻数の光ファイバーコイルを通り、コイルを通過した光の方向を変えてコイル内に再び戻す（すなわち光を循環させる）ファイバーカプラー等の装置を用いたコイルを複数回通過して循環する。ビーム発生装置は、共振コイルの共振周波数を観測できるように、対向伝播光ビームのそれぞれの周波数を変調及び／又はシフトする。コイルを通るＣＷ経路及びＣＣＷ経路のそれぞれについての共振周波数は、強め合う干渉条件に基づいており、そのため、コイルを異なる回数横断した全ての光波が、コイル内のどの点でも強め合う干渉をするようになる。この強め合う干渉の結果として、波長λを有する光波は、往復の共振器経路長が整数個の波長に等しいときに「オン共振（オンレゾナンス、on resonance）」と呼ばれる。コイルの軸を中心とする回転により、時計回りの伝播及び反時計回りの伝播で異なる経路長が生じ、それによって、共振器のそれぞれの共振周波数間でシフトが生じる。この周波数差は、回転による閉光路の共振周波数シフトと一致するようにＣＷビーム周波数及びＣＣＷビーム周波数を調節することによって測定できるようなものであり、回転速度を示す。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
[0004]しかしながら、光ビームの変調は、その変調に関連した不完全性も有する。回転検知誤差を招く可能性のある変調器不完全性には少なくとも２つのタイプのものがある。１つのタイプは変調器強度変調である。意図された変調がキャビティ長、光周波数、又は光位相のいずれかであっても、理想的でない変調器は、変調周波数の成分を有する可能性のある光強度の変調も生成する。不要な強度変調は、復調器によって検出され、オフ共振（オフレゾナンス、off resonance）状態を示す信号として解釈される。共振器追跡電子回路は、その場合、通常の共振器強度信号が不要な強度信号を正確にキャンセルするまで、レーザー周波数を共振周波数から離す。共振周波数からのこのずれは、その結果として、不要な強度信号が２つの対向伝播光波間で異なる場合に回転検知誤差を招く。
【０００５】
[0005]回転検知誤差を招く可能性がある別の変調器不完全性は変調歪である。変調歪は、変調器駆動電子回路又は変調器で発生する可能性がある。理想的な変調は、単一周波数での正弦波変調である。しかしながら、歪は、変調時により高い高調波の生成を招く可能性がある。高調波変調であっても、回転検知誤差につながる可能性のある共振検出誤差を招くことになる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
[0006]１つの実施の形態では、共振器光ファイバージャイロ（ＲＦＯＧ）が提供される。ＲＦＯＧは、基準周波数を有する基準レーザービームを生成するように構成された基準レーザーと、基準レーザービームからの第１の周波数オフセットを有する第１のレーザービームを生成するように構成された第１のレーザー源と、基準レーザービームからの第２の周波数オフセットを有する第２のレーザービームを生成するように構成された第２のレーザー源と、第１のレーザービームが第１の方向で検知共振器内を伝播して第１の出力から出て、第２のレーザービームが第２の方向で検知共振器内を伝播して第２の出力から出るように、第１のレーザー源に結合された第１の入力及び第２のレーザー源に結合された第２の入力を有する検知共振器と、第１のレーザービームがオフ共振である時を示す第１の制御信号を生成し、第２のレーザービームがオフ共振である時を示す第２の制御信号を生成するように構成された共振追跡電子回路と、検知共振器の第１の出力と共振追跡電子回路の第１の入力との間に結合された第１の光コンバイナーであって、該第１の光コンバイナーは、基準レーザービームで検知共振器の第１の出力をビートして第１のビート信号を生成するように構成され、共振追跡電子回路は、第１のビート信号に基づいて共振器の第１の出力と少なくとも１つの回転検知誤差とを弁別するように構成される、第１の光コンバイナーと、検知共振器の第２の出力と共振追跡電子回路の第２の入力との間に結合された第２の光コンバイナーであって、該第２の光コンバイナーは、基準レーザービームで検知共振器の第２の出力をビートして第２のビート信号を生成するように構成され、共振追跡電子回路は、第２のビート信号に基づいて共振器の第２の出力と少なくとも１つの回転検知誤差とを弁別するように構成される、第２の光コンバイナーとを備える。
【０００７】
[0007]図面が例示の実施形態しか示しておらず、したがって、範囲を限定するものとみなされるべきでないことを理解した上で、例示の実施形態を、添付図面を用いることによってさらに具体的かつ詳細に説明することにする。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】[0008]ＲＦＯＧを利用するシステム１００の１つの実施形態のブロック図である。
【図２】[0009]ＲＦＯＧの１つの例示的な実施形態のブロック図である。
【図３】[0010]一例示のマスターレーザー波形及び一例示のスレーブレーザー波形のグラフである。
【図４】[0011]共振器光ファイバージャイロスコープにおける回転検知誤差を低減する方法の１つの実施形態のフローチャートである。
【図５】[0012]回転検知誤差を低減するように構成された一例示の共振追跡電子回路の１つの実施形態のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
[0013]一般的な慣行によれば、説明するさまざまな特徴は、一律の縮尺で描かれておらず、例示の実施形態に関係する特定の特徴を強調するように描かれている。
[0014]以下の詳細な説明では、添付図面が参照される。添付図面は、詳細な説明の一部をなし、添付図面には、特定の例示の実施形態として示されている。しかしながら、他の実施形態を利用することができること、並びに論理的な変更、機械的な変更、及び電気的な変更を行うことができることが理解されるべきである。さらに、描かれた図及び明細書に提示された方法は、個々の動作を実行することができる順序を限定するものと解釈されるべきではない。したがって、以下の詳細な説明は、限定の意味に解釈されるべきではない。
【００１０】
[0015]図１は、ＲＦＯＧ１０２を利用するシステム１００の１つの実施形態のブロック図である。システム１００は、この実施形態ではナビゲーションシステムである。しかしながら、他の実施形態では、共振器光ファイバージャイロスコープ（ＲＦＯＧ）１０２は、限定されるものではないがプラットフォーム安定化システム又はポインティングシステム等の他のシステムでも用いることができることを理解されたい。例えば、いくつかの実施形態では、ＲＦＯＧ１０２は、１つ又は複数のＲＦＯＧと１つ又は複数の線形加速器とを含む慣性センサーユニットの一部として実装される。ＲＦＯＧ１０２は、回転速度を測定し、回転速度を示す信号を処理ユニット１０４に出力する。処理ユニット１０４は、ＲＦＯＧ１０２からの測定された回転速度を用いて、位置、向き、及び角速度等のパラメーターを計算する。
【００１１】
[0016]いくつかの実施形態では、処理ユニット１０４は、計算されたパラメーターを用いて、１つ又は複数のオプションのアクチュエーター１０６に出力される制御信号を計算する。例えば、いくつの実施形態では、ナビゲーションシステム１００は、無人車内に実装される。それゆえ、アクチュエーター１０６は、車両タイプに応じて実装される。例えば、無人航空機では、アクチュエーター１０６は、ウイングフラップ、スラスター等として実装される。
【００１２】
[0017]さらに、いくつかの実施形態では、処理ユニット１０４は、計算されたパラメーターを、オプションのディスプレイユニット１０８に出力する。例えば、いくつかの実施形態では、ディスプレイユニット１０８は、ＲＦＯＧ１０２が配置される車両の地理的な位置、速度、及び／又は向き（例えば、ピッチ、ロール、及び／又はヨー）を表示する。ディスプレイユニット１０８は、限定されるものではないが、さまざまなＣＲＴ、アクティブマトリックスＬＣＤ及びパッシブマトリックスＬＣＤ、並びにプラズマディスプレイユニット等の任意の適切なディスプレイユニットとして実装することができる。
【００１３】
[0018]ＲＦＯＧ１０２は、回転検知誤差の改善された誤差訂正を行うように構成される。詳細には、ＲＦＯＧ１０２は、共振器１１２の出力と、共振追跡電子回路１１４の入力との間に結合された光ミキサー１１０を含む。光ミキサー１１０は、基準レーザー１１６を共振器１１２の出力と光混合してビート信号を生成する。詳細には、共振追跡電子回路１１４は、その後、ビート信号のビート周波数を見分けることによって回転情報と回転検知誤差とを弁別することができる。
【００１４】
[0019]図２は、ＲＦＯＧ１０２の１つの例示的な実施形態のブロック図である。ＲＦＯＧ１０２は、回転検知共振器１１２の出力と共振追跡電子回路１１４との間に光ミキサー１１０を備える。詳細には、図２に示されるように、光ミキサー１１０は、共振器１１２の第１の出力と共振追跡電子回路１１４との間に結合された時計回り（ＣＷ）ビームコンバイナー２５４と、共振器１１２の第２の出力と共振追跡電子回路１１４との間に結合された反時計回り（ＣＣＷ）ビームコンバイナー２５６とを備える。
【００１５】
[0020]ＲＦＯＧ１０２は、基準レーザー源１１６、第１のレーザー源２０２、第２のレーザー源２０４、及び第３のレーザー源２０６も備える。基準レーザー源１１６は、一定周波数ｆｒｅｆを有するレーザービームを生成する。ビームスプリッター２５０は、このレーザービームを５つのビームに分割する。第１のビームは、ＣＷビームコンバイナー２２２に進み、第２のビームは第１のＣＣＷ（ＣＣＷ１）ビームコンバイナー２３４に進み、第３のビームは第２のＣＣＷ（ＣＣＷ２）ビームコンバイナー２４６に進み、第４のビームはＣＷビームコンバイナー２５４に進み、第５のビームはＣＣＷビームコンバイナー２５６に進む。
【００１６】
[0021]この実施形態では、第１のレーザー源２０２は、ＣＷレーザードライバー２１２、ＣＷスレーブレーザー２１４、ＣＷビームコンバイナー２２２、ＣＷ位相ロックループ（ＰＬＬ）プリアンプ２２０、及びＣＷ位相ロックループ（ＰＬＬ）２１８を備える。ＣＷビームスプリッター２１６は、ＣＷスレーブレーザー２１４のビームを２つのビームに分割する。一方のレーザービームは時計回り方向で回転検知共振器１１２内を伝播し、他方のレーザービームはＣＷビームコンバイナー２２２に進む。ＣＷビームコンバイナー２２２は、基準レーザー１１６をＣＷスレーブレーザー２１４と光混合する。この光混合によって、ＣＷビームコンバイナー２２２の出力に強度信号が生成される。この強度信号の周波数は、ＣＷスレーブレーザー２１４と基準レーザー１１６との間のビート周波数である。ＣＷ  ＰＬＬプリアンプ２２０は、この強度信号を電気信号に変換する。ＣＷ  ＰＬＬ２１８は、ＣＷスレーブレーザー２１４の周波数を、ＣＷ周波数オフセットΔｆ０が基準信号として追加して提供された基準レーザー１１６にロックする。共振追跡電子回路１１４は、ＣＷ周波数オフセット基準Δｆ０を電子的に生成する。ＣＷ  ＰＬＬ２１８は、ＣＷレーザードライバー２１２を介して、ＣＷスレーブレーザー２１４と基準レーザー１１６との間においてＣＷ周波数オフセットΔｆ０のビート信号を維持するフィードバックループでＣＷレーザー周波数を制御する。
【００１７】
[0022]ＣＷスレーブレーザー２１４は、共振器１１２の共振周波数にロックされる。ＣＷ共振周波数の中心を求めるために、ＣＷスレーブレーザー２１４は、共振追跡変調周波数を用いて変調される。いくつかの実施形態では、別々の変調周波数が、共振器の中を進む各レーザービームに用いられる。他の実施形態では、単一の共通キャビティ変調（common cavity modulation）周波数が、共振器の中を進む各レーザービームの共振追跡変調周波数として用いられる。共通キャビティ変調は、共振器の中を進む全ての光ビームに共通共振追跡変調周波数信号（ｆｍ）を用いるタイプの変調である。例えば、これは、共振器キャビティ内に位置する対向伝播する双方の光波に同じ変調を用いることによって行うことができる。同じ変調器を用いることによって、共振検出誤差は、時計回り方向及び反時計回り方向の双方について同じである。回転測定値は、検出された時計回りの共振周波数と反時計回りの共振周波数との間の差であるので、共通誤差は回転測定値においてキャンセルされる（同相モード除去）。本明細書で説明する実施形態によって、共通キャビティ変調を使用すると、変調器不完全性に起因した回転検知誤差を低減又は除去することが可能になる。特に、以下でより詳細に説明するように、光ミキサー１１０及び共振追跡電子回路１１４は、後方散乱波に起因した誤差等、共通キャビティ変調に関連した誤差を低減又は除去するように構成されている。
【００１８】
[0023]変調のため、回転検知共振器１１２のＣＷ出力は、ＣＷレーザー２１４の周波数と、ＣＷ共振周波数の中心周波数との間の周波数差を示す信号となる。ＣＷスレーブレーザー２１４の周波数が共振周波数にあるとき、変調周波数にある信号は、ゼロ振幅を通ることになる。共振追跡電子回路１１４は、以下で詳細に説明するように、共振器ＣＷ出力信号を共振追跡変調周波数（ｆｍ）において復調し、周波数オフセットを示す制御信号Δｆ０を生成してＣＷスレーブレーザー２１４をオン共振（on-resonance）に制御する。共振追跡電子回路１１４は、この制御信号を基準周波数としてＣＷ  ＰＬＬ２１８に出力する。このように、共振追跡電子回路１１４は、ＣＷ周波数オフセットΔｆ０を制御することによって、ＣＷスレーブレーザー２１４をオン共振に維持することができる。
【００１９】
[0024]第２のレーザー源２０４及び第３のレーザー源２０６も、第１のレーザー源２０２と同様に構成されている。第２のレーザー源２０４及び第３のレーザー源２０６の双方は、位相ロックループ（例えば、ＣＣＷ１  ＰＬＬ２３０及びＣＣＷ２  ＰＬＬ２４２）を用いて、それぞれのレーザー源を基準レーザー１１６からの或る周波数オフセットにロックする。さらに、共振追跡電子回路１１４は、周波数オフセットを電子的に生成する。ＣＣＷ１スレーブレーザー２２６の場合、周波数オフセットはΔｆ１であり、ＣＣＷ２スレーブレーザー２３８について、周波数オフセットはΔｆ２である。ＣＣＷ１スレーブレーザー２２６の周波数は、ＣＷスレーブレーザー２１４の周波数未満の少なくとも１つの自由スペクトル領域に設定される。ＣＣＷ２スレーブレーザー２３８の周波数は、ＣＷスレーブレーザー２１４の周波数よりも上の少なくとも１つの自由スペクトル領域に設定される。さらに、第１のレーザー源２０２と同様に、変調、例えば共通キャビティ変調が、第２のレーザー源２０４及び第３のレーザー源２０６をオン共振に制御するのに用いられる。ＣＣＷビームコンバイナー２４８は、ＣＣＷ１スレーブレーザー２２６のビームとＣＣＷ２スレーブレーザー２３８のビームとを結合する。その後、ＣＣＷビームコンバイナー２４８の出力は、反時計回り方向で回転検知共振器１１２内を伝播する。
【００２０】
[0025]回転検知共振器１１２の周波数は、回転検知誤差の誤差訂正を改善するために変更される。詳細には、ＣＷビームコンバイナー２５４及びＣＣＷビームコンバイナー２５６は、基準レーザー１１６を共振器１１２のそれぞれの光出力信号と光混合する。したがって、ＣＷビームコンバイナー２５４及びＣＣＷビームコンバイナー２５６は、強度信号の周波数が基準レーザー１１６と共振器１１２の光出力信号との間のビート周波数である強度変調を生成する。これによって、回転速度情報を搬送する信号と回転検知誤差を搬送する信号との間の弁別が可能になる。ＣＷビームコンバイナー２５４及びＣＣＷビームコンバイナー２５６は、同様に動作することが理解されたい。例えば、回転検知誤差がないと仮定すると、ＣＷビームコンバイナー２５４の近似的な予想出力は、ＣＷスレーブレーザー２１４と基準レーザー１１６との間のビート周波数であるので、Δｆ０である。しかしながら、例えば、光後方散乱等の誤差に起因して、マスターレーザー１１６でΔｆ１のビート周波数にロックされたＣＣＷ１スレーブレーザー２２６からの光の一部は、共振器１１２内のＣＷスレーブレーザー２１４の光と同じ経路内に後方反射する。後方反射した光は、ＣＷ光とは異なる経路となり、したがって、オフ共振に見える場合があり、そのため、共振追跡変調周波数において正しくない誤差信号を生成する。しかしながら、光ミキサー１１０は、共振器出力光を基準レーザー１１６からのビームと混合するので、後方散乱光は、Δｆ１で後方散乱光を変調する基準ビームと混合することになるのに対して、ＣＷビームは、Δｆ０でＣＷ光を変調する基準ビームと混合することになる。共振追跡電子回路１１４は、ロックイン検出を用いてΔｆ０でＣＷビームコンバイナー２５４の出力信号を復調（同期復調）することによって不要な信号（Δｆ１）をフィルタリングするように構成することができる。
【００２１】
[0026]１つの実施形態では、共振追跡電子回路１１４は、共通キャビティ変調信号２６４（ｆｍ）を生成するようにさらに構成される。共通キャビティ変調信号２６４は、圧電トランスデューサーチューブ（ＰＺＴ）を駆動する正弦波電圧信号である。共振器の光ファイバーの少なくともいくつかは、ＰＺＴの周りに巻き付けられている。ＰＺＴは、正弦波電圧信号がＰＺＴを駆動して双方の光ビームに共通の変調信号を生成するように構成される。上記で説明したように、共通キャビティ変調が、レーザービームをオン共振に制御するのに用いられる。しかしながら、共通変調方式は全ての光ビームに用いられるので、この方式によって、さらなる回転検知誤差の同相モード除去が可能になり、それによって、ＲＦＯＧ１０２の複雑度が低減される。
【００２２】
[0027]この例示の実施形態では３つのスレーブレーザーを説明しているが、他の実施形態はそのように限定されないことが理解されるべきである。例えば、別の例示の実施形態では、基準レーザー１１６からの或る周波数オフセットにロックされた２つのスレーブレーザーが用いられる。第１のスレーブレーザーは、共振器のＣＷ方向の共振周波数に同調されたＣＷビームを生成する。第２のスレーブレーザーは、ＣＷビームとは異なる共振モードにおいてＣＣＷ方向の共振周波数に同調されたＣＣＷビームを処理する。いくつかのこのような実施形態では、ＣＣＷビームは、ＣＷ方向の共振周波数よりも低い少なくとも１つの縦共振モードであるＣＣＷ共振周波数と、ＣＷ方向の共振周波数よりも高い少なくとも１つの縦共振モードであるＣＣＷ共振周波数との間でスイッチングされる。
【００２３】
[0028]２つのスレーブレーザーを用いる１つの実施形態では、共通キャビティ変調は、レーザービームをオン共振に制御するのに用いられる。別の実施形態では、各ビームは別々に変調される。回転検知電子回路１１４は、光ミキサー１１０を用いてビート信号を生成することによって回転検知誤差と回転速度情報とを弁別するように構成される。
【００２４】
[0029]図３は、一例示のマスターレーザー波形３０２、スレーブ０レーザー波形３０６、スレーブ１レーザー波形３０４、スレーブ２レーザー波形３０８のグラフを示している。マスター波形３０２は、基準レーザー１１６に対応し、安定した光周波数基準を提供する。マスター波形３０２はジャイロ共振器を通過しない。スレーブ０波形３０６は、ＣＷスレーブレーザー２１４に対応し、マスター波形３０２からの周波数オフセットΔｆ０にロックされている。スレーブ１波形３０４は、ＣＣＷ１スレーブレーザー２２６に対応し、マスター波形３０２からの周波数オフセットΔｆ１にロックされ、これは、スレーブ０よりも下の少なくとも１つの自由スペクトル領域（例えば、ゼロの回転速度における１つの共振モード）である。スレーブ２波形３０８は、ＣＣＷ２スレーブレーザー２３８に対応し、マスター波形３０２からの周波数オフセットΔｆ２に位置し、これは、スレーブ０よりも上の少なくとも１つの自由スペクトル領域（例えば、ゼロの回転速度における１つの共振モード）である。ピーク３１０及び３１４は、それぞれＣＣＷ１スレーブレーザー及びＣＣＷ２スレーブレーザーに対応する検知コイル共振ピークである。ピーク３１２は、ＣＷスレーブレーザーに対応する検知コイル共振ピークである。ピーク３１６は、ＣＣＷ１スレーブレーザーの共振モードとＣＣＷ２スレーブレーザーの共振モードとの間の共振モードにおける共振ピークに対応する。回転速度を計算する公式は、２ΔｆΩ＝（Δｆ２−Δｆ０）−（Δｆ０−Δｆ１）であり、ここで、ΔｆΩは回転速度に比例する。したがって、上記で説明したように、ビート周波数を減じることによって、ΔｆΩの約２倍である出力値が生成される。
【００２５】
[0030]図４は、共振器光ファイバージャイロスコープにおいて回転検知誤差を低減する方法４００の１つの実施形態のフローチャートである。ブロック４０２において、方法４００は、共振器１１２等の共振器の出力を、基準レーザー１１６等の基準レーザーと光混合する。これは、共振器の光出力と基準レーザーとの間でビート信号を生成する効果がある。例えば、共振器１１２のＣＷ出力が、基準レーザー１１６からの５０ＭＨｚオフセットのＣＷビーム及び基準レーザー１１６からの５１ＭＨｚオフセットの後方反射されたＣＣＷビームを含む場合、この出力と基準レーザー１１６との混合によって、それぞれ５０ＭＨｚ及び５１ＭＨｚの２つのビート周波数が生成される。次に、ブロック４０４において、方法４００は、ビート信号を電気信号に変換する。１つの実施形態では、ＣＷプリアンプ２５８又はＣＣＷプリアンプ２６０等のセンサーが光信号を電気信号に変換する。
【００２６】
[0031]ブロック４０６において、ビート信号は、例えばロック検出を用いて所望の周波数で復調（同期復調）される。例えば、復調されている出力が、基準レーザー１１６からの５０ＭＨｚオフセットにロックされたＣＷビームである場合、出力は５０ＭＨｚで復調され、それによって、他の周波数の、後方反射光等の他の不要な成分が低減される。ブロック４０８において、信号は、共振追跡変調周波数で２回目の復調を受ける。１つの実施形態では、共振追跡変調周波数はレーザービートごとに異なる。別の実施形態では、共通の共振追跡変調周波数が全てのレーザーに用いられる。ブロック４１０において、復調された出力に基づいて、回転速度情報が、例えば共振追跡電子回路１１４によって求められ、回転速度に関連した信号が生成される。この例示の実施形態について、方法４００のステップを或る特定の順序で説明してきたが、本発明は、そのように限定されるように意図されず、この方法で明示的に限定されている場合を除いて、ステップの順序において変形形態を含むことができる。
【００２７】
[0032]図５は、回転検知誤差を低減するように構成された一例示の共振追跡電子回路１１４の１つの実施形態のブロック図である。共振追跡電子回路１１４は、デジタルシグナルプロセッサ５０２、ＣＷアナログシグナルコンディショナー５０６、ＣＷアナログ／デジタルコンバーター５０８、ＣＣＷアナログシグナルコンディショナー５１２、及びＣＣＷアナログ／デジタルコンバーター５１４を備える。ＣＷアナログシグナルコンディショナー５０６及びＣＣＷアナログシグナルコンディショナー５１２は、共に、ＣＷプリアンプ２５８又はＣＣＷプリアンプ２６０等のそれぞれのプリアンプからの出力に対して信号調整を提供する。例えば、ＣＷアナログシグナルコンディショナー５０６は、ＣＷアナログ／デジタルコンバーター５０８によってデジタル化される前に、電子回路を飽和させることなくさらなるアナログ利得を可能にする不要な信号のフィルタリングと、アンチエイリアシングフィルタリングとを含むことができる。別の実施形態では、中間周波数（ＩＦ）ステージがある。ＩＦステージでは、プリアンプ（例えば、ＣＷプリアンプ２５８又はＣＣＷプリアンプ２６０）の出力が、それぞれのアナログ／デジタルコンバーター（例えば、ＣＷアナログ／デジタルコンバーター５０８又はＣＣＷアナログ／デジタルコンバーター５１４）によってデジタル化される前に、中間周波数にダウンコンバートされる。この実施形態の１つの実施態様では、ダウンコンバートは、ＣＷアナログシグナルコンディショナー５０６又はＣＣＷアナログシグナルコンディショナー５１２においてそれぞれ行われる。アナログ／デジタルコンバーター（例えば、ＣＷアナログ／デジタルコンバーター５０８又はＣＣＷアナログ／デジタルコンバーター５１４）が信号をデジタル化した後、該信号は、デジタルシグナルプロセッサ５０２に入力される。デジタルシグナルプロセッサ５０２は、例えば、フィールドプログラマブルアレイ（ＦＰＧＡ）チップ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、又はマイクロプロセッサとして実施することができる。
【００２８】
[0033]デジタルシグナルプロセッサ５０２は、ＣＷプリアンプ２５８及びＣＣＷプリアンプ２６０から発信されたデジタル信号を処理する。ＣＷ信号は、ＣＷ復調器５１６において、例えばロックイン検出を用いてＣＷ周波数オフセット（Δｆ０）の基準信号で復調（同期復調）される。これによって、光ミキサー１１０から生成されたビート周波数を用いて回転情報と回転検知誤差との間の弁別が可能になる。回転検知誤差が、ＣＷ復調器５１６によって弁別又はブロックされた後、ＣＷ復調器５１６からの復調された信号出力は、ＣＷ共通キャビティ（Ｃ．Ｃ．）復調器５１８において２度目の復調を受ける。ＣＷ  Ｃ．Ｃ．復調器５１８は、共通共振追跡変調周波数ｆｍの基準信号を用いてＣＷ復調器５１６の出力を復調する。
【００２９】
[0034]ＣＷ  Ｃ．Ｃ．復調器５１８の出力は、ＣＷスレーブレーザー２１４がオン共振であるのか又はオフ共振であるのかを示す。オン共振は、往復の共振器経路長が整数個の波長に等しい特定の光ビーム（例えば、ＣＷスレーブレーザー２１４）を指す。同様に、光ビームは、その往復の共振器経路長が同じ整数個の波長に等しくないときにオフ共振である。全てのビームがほぼオン共振であるとき、回転速度情報を求めることができる。１つの実施形態では、ＣＷ  Ｃ．Ｃ．５１８の出力がゼロである場合、ＣＷスレーブレーザー２１４はオン共振である。ＣＷ  Ｃ．Ｃ．５１８の出力が非ゼロの値である場合、ＣＷスレーブレーザー２１４はオフ共振である。非ゼロの出力は誤差信号と呼ばれ、以下で詳細に説明するように、この出力を制御ループ内で用いて光ビームをオン共振に調整することができる。
【００３０】
[0035]ＣＷ  Ｃ．Ｃ．５１８の出力は、第１のＣＷアキュムレーター５２０内で統合される。アキュムレーター５２０の出力は、ＣＷ加算器５２４及び第２のＣＷアキュムレーター５２６に結合される。第２のＣＷアキュムレーター５２６は、デジタル／アナログコンバーター５２８に結合され、デジタル／アナログコンバーター５２８は、基準レーザードライバー１１６を駆動するのに用いられる。詳細には、アキュムレーター５２６は、基準レーザー周波数を制御して、全てのレーザー及び電子回路を通常動作範囲内に保つ。例えば、アキュムレーター５２６は、基準レーザーとスレーブレーザーとの間のビート周波数が電子回路の動作範囲を超えることを防止するために、基準レーザー周波数を制御して、アキュムレーター５２０の時間平均値をゼロ近くに保つ。
【００３１】
[0036]ＣＷ加算器５２４は、ＣＷアキュムレーター５２０の出力をＣＷ定数５２２と加算する。１つの実施形態では、ＣＷ定数５２２は、ＣＷ  Ｃ．Ｃ．復調器５１８の出力がゼロであるときに、ＣＷスレーブレーザー２１４をほぼオン共振で動作させる公称値である。ＣＷ加算器５２４の出力は、第１の減算器５７０の第２の入力、第２の減算器５７２の第１の入力、及び基準周波数としてＣＷダイレクトデジタルシンセサイザーチップ５３０（ＤＤＳ）に結合される。ＣＷ  ＤＤＳ５３０の出力は新たなΔｆ０である。この新たなΔｆ０は、誤差信号から計算され、ＣＷスレーブレーザー２１４をオン共振に制御する。これは、ＣＷ  ＰＬＬ２１８及びＣＷ復調器５１６に基準信号として供給される。加えて、ＤＤＳ５３４は、共通キャビティ変調信号を共振器１１２内の変調器に出力する。
【００３２】
[0037]デジタルシグナルプロセッサ５０２は、第１のＣＣＷスレーブレーザー（ＣＣＷ１）２２６及び第２のＣＣＷスレーブレーザー（ＣＣＷ２）２３８を、ＣＷスレーブレーザー２１４と同様の方法で処理する。上記で説明したのと同様のプロセスを用いると、ＣＣＷ１復調器５４２及びＣＣＷ２復調器５５８は、この例では、ロックイン検出を用いて異なる信号を弁別する。しかしながら、この場合、ＣＣＷ１復調器５４２は、回転検知誤差を弁別するだけでなく、ＣＣＷ１スレーブレーザー２２８を残して、ＣＣＷ２スレーブレーザー２３８を除去することも行う。同様に、ＣＣＷ２復調器５５８は、ＣＣＷ２スレーブレーザー２３８を残して、ＣＣＷ１スレーブレーザー２２８を除去する。さらに、ＣＣＷ１  ＤＤＳ５５２の出力及びＣＣＷ２  ＤＤＳ５６８の出力は、それぞれΔｆ１及びΔｆ２である。これらは、それぞれＣＣＷ１復調器５４２及びＣＣＷ２復調器５５８に基準信号として供給される。加えて、Δｆ１及びΔｆ２は、それぞれＣＣＷ１  ＰＬＬ２３０及びＣＣＷ２  ＰＬＬ２４２にも基準信号として供給され、ビームをオン共振の状態にする。ＣＣＷ１加算器５５０の出力は、第２の減算器５７２の第２の入力に結合され、ＣＣＷ２加算器５６６の出力は、第１の減算器５７０の第１の入力に結合される。
【００３３】
[0038]１つの実施形態では、減算器５７０は、減算器５７４の第１の入力に結合され、減算器５７２は、減算器５７４の第２の入力に結合される。減算器５７０〜５７４は、式２ΔｆΩ＝（Δｆ２−Δｆ０）−（Δｆ０−Δｆ１）を実施するように機能する。ここで、減算器５７４の出力は、ΔｆΩの２倍に実質的に等しい。
【００３４】
[0039]本明細書において特定の実施形態を図示及び説明してきたが、同じ目的を達成するように適合された任意の構成を、図示される特定の実施形態の代わりに用いることができることが当業者によって理解されよう。したがって、本発明は、本発明の特許請求の範囲及びその均等物によってのみ限定されることが明らかに意図されている。
【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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【外国語明細書】
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