(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１光源よりの光が光カプラ手段により、ｎ等分（ｎは３以上の整数）され、その各等分された光がｎ個の角速度検出系へそれぞれ入射される多チャネル光干渉角速度計において、
上記第１光源と同時に動作されるｍ個の第２光源（ｍは１≦ｍ≦（ｎ−１）の整数）が上記光カプラ手段と光結合手段により結合され、
上記第２光源よりの各光は、ｎ分割されて上記ｎ個の角速度検出系へ入射され、
上記第１光源及び上記第２光源が各１個ごとに動作した場合、及び複数の光源が同時に動作した場合のそれぞれのスケールファクタの補正データを記憶する補正データ記憶手段と、
上記第１光源及び上記第２光源の動作状態を判定する判定手段と、
上記判定手段の判定に応じて上記記憶手段から補正データを読出し、その読出した補正データを用いて、上記角速度検出系の対応する出力に対して補正演算を行う手段とを備えることを特徴とする多チャネル光干渉角速度計。
【請求項２】
請求項１記載の多チャネル光干渉角速度計において、
上記光カプラ手段は上記第１光源の光が供給され、１／３と２／３とに分岐する第１光カプラと、その第１光カプラの２／３の出射光が入射され、１／２と１／２に分岐してそれぞれ各１つの上記角速度検出系へ出射する第２光カプラとよりなり、
上記光結合手段は１個の上記第２光源光が供給され、１／２と１／２とに分岐する第３光カプラよりなり、
上記第２光源よりの光が上記第３光カプラを介して上記第１、第２光カプラへ分岐供給されることを特徴とする多チャネル光干渉角速度計。
【請求項３】
請求項１記載の多チャネル光干渉角速度計において、
上記光カプラ手段は、上記第１光源よりの出射光を等分して出射する第１光カプラと、第１光カプラよりの２つの出力ポートに各入力ポートがそれぞれ接続され、入射光をそれぞれ等分して出射し、各２つの出力ポートはそれぞれ各１つの上記角速度検出系と接続されている第２、第３光カプラとよりなり、
上記第２光源の１つが上記第１光カプラの他の１つの入力ポートに入射結合され、
上記光結合手段は、上記第２光源の他の１つが供給され、１／２と１／２とに分岐してそれぞれ上記第２、第３光カプラへ分岐供給する第４光カプラよりなることを特徴とする多チャネル光干渉角速度計。
【請求項４】
請求項１の多チャネル光干渉角速度計において、
上記光カプラ手段及び上記光結合手段は１つの３入力ポート、３出力ポートを有する光カプラとして構成され、
その３入力ポート、３出力ポートの光カプラは、
それぞれの入力ポートに上記第１光源と２個の第２光源がそれぞれ接続され、
それぞれの光源を均等に３分割してそれぞれ出力ポートに出力し、
それぞれの出力ボートをそれぞれ上記角速度検出系に接続していることをことを特徴とする多チャネル光干渉角速度計。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は例えばｘ軸、ｙ軸、ｚ軸の３軸に対しそれぞれ入力された角速度を検出する多チャネル光干渉角速度計に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５に従来の３チャネル光干渉角速度計を示す。光源１１からの光は光カプラ１２で１／３と２／３に分岐され、光量が１／３とされた角速度検出系１３ｘへ入射される。光カプラ１２で分岐された２／３の光量の光は光カプラ１４で等分され、それぞれ角速度検出系１３ｙ，１３ｚへ入射される。角速度検出系１３ｘ，１３ｙ，１３ｚはその検出する角速度の入力軸を互いに異にするが、同一構成である。
【０００３】
例えばオープンループ方式のものにおいては図６に示すように、光源１１からの光は光カプラ１５を通じて光集積回路１６中のＹ分岐部１７に入射され、これにて２分された光は、右回り光、左回り光としてループ状光学路、例えば光ファイバコイル１８の両端にそれぞれ入射される。光集積回路１６には分岐部１７と光ファイバコイル１８の一端との間の光通路上に光位相変調器１９が設けられ、位相変調駆動回路２１の出力により、この通路を通る光が位相変調される。
【０００４】
光ファイバコイル１８を通過した右回り光と左回り光は分岐部１７で干渉し、その干渉光は光カプラ１５を通じて受光器２２に到達して、電気信号に変換される。クロック発生回路２３よりのクロック信号は位相変調器１９で光を位相変調するが、そのクロック信号により受光器２２より電気信号が、同期検波回路２４で同期検波され、その検波出力は低域通過フィルタ２５を通じて出力端子２６に検出した角速度出力が現われる。
【０００５】
この低域通過フィルタ２５の出力Ｖ0 は、一般に次式で表わされる。
Ｖ0 ＝Ｋ・ｓｉｎΔφS                           ・・・（１）
Ｋは利得である。
ΔφS は右回り光と左回り光との位相差であり、光ファイバコイル１８の軸心まわりの角速度ΩがゼロではΔφS ＝０であるが、この角速度Ωが生じるとサニャック効果により両光間に位相差ΔφS が生じ、これは次式で表わせる。
【０００６】
ΔφS ＝８πＡ・Ω／ｃλ                        ・・・（２）
Ａ：光ファイバコイル１８が囲む総面積
ｃ：光速
λ：光源１１の波長
式（１）で示したジャイロ出力Ｖ0 は位相差ΔφS に対し、ｓｉｎ関数で変化するため、一般には直線化され、次式で示される。
【０００７】
Ｖ0 ′＝Ｋ・ΔφS ＝Ｋ・８πＡ・Ω／ｃλ        ・・・（３）
角速度検出系１３ｘ，１３ｙ，１３ｚとしては、図６に示したオープン（開）ループ方式の他に、図７に図６と対応する部分に同一符号を付けて示すようにクローズド（閉）ループ方式のものもある。つまり、光集積回路１６内に、分岐部１７と光ファイバコイル１８との間の通路上に光位相変調器３１が設けられ、同期検波回路２４の出力が積分器３２で積分され、その積分出力がフィードバック信号発生回路３３へ供給され、そのフィードバック信号発生回路３３のフィードバック信号により位相変調器３１が駆動され、両回り光の位相差がゼロになるように帰還制御される。
【０００８】
この場合フィードバック信号として最大振幅を２ｍπ（ｍ＝１，２，３，…）とする鋸歯状波が印加される。その結果その鋸歯状波の繰返し周波数ｆが次式に示すように入力角速度に比例することとなる。
ｆ＝４Ａ・Ω／（ｍ・ｎ・Ｌ・λ）                  ・・・（４）
ｎ：光ファイバコイル１８の屈折率
Ｌ：光ファイバコイル１８のコイル長
クローズドループ光干渉角速度計ではフィードバック信号としての鋸歯状波の繰返し周波数を計数することにより、入力角速度の大きさを知ることができる。その計数用パルスが出力端子３４に出力される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
この種の光干渉角速度計における寿命は、主として光源の寿命で決る。光源の寿命は動作温度に大きく依存し、光源としてよく用いられる例えばＳＬＤ（スーパルミネッセントダイオード）の寿命−温度特性は、図８に示すようになり、動作温度が４０℃では約４００００時間であるが、動作温度が６０℃になると、約７５００時間しかない。このような点から長寿命が要求されるもの、又は高信頼性が要求されるものにおいては、光源が故障したり、又はその徴候が現われたら直ちに、正常な光源に切替えて光干渉角速度計としての正常な動作を確保する必要がある。
【００１０】
図５に示した多チャネル光干渉角速度計においては図６、７に示した１チャネル光干渉角速度計と比較して、同一光源を用いた場合、注入される光量が１／３となり、Ｓ／Ｎが悪いものとなる。
この発明の目的は、信頼度が高く、長寿命の多チャネル光干渉角速度計を提供することにある。
【００１１】
更にこの発明の他の目的は、注入光量を増加し、Ｓ／Ｎが改善された多チャネル光干渉角速度計を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この発明によれば、ｍ個（ｍ≧２）の光源が光カプラ手段と結合され、これらの光はｎ等分され（ｎ≧ｍ）、これらｎ個の分岐光はそれぞれｎ個の角速度検出系に各１つづつ入射される。
ｍ個の光源ごとにまたその組合せごとにその温度に関するスケールファクタ特性を予め用意しておき、使用光源に応じてスケールファクタ特性が選択的に使用される。
【００１３】
この発明の構成によれば、複数の光源が用いられているため１つの光源が不良になっても、他の光源により動作が維持される。また複数の光源を同時に動作させることにより１チャネル当りの注入光量が大となり、Ｓ／Ｎが向上する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１にこの発明の実施例を示し、図５乃至図７と対応する部分に同一符号を付けてある。この実施例では光源４１が設けられ、光源４１の出射光は光カプラ４２により２分岐され、その２つの光は光カプラ１２，１４の各空きポートに入射される。光カプラ４２の分岐比は１：１がよい。いま光カプラ４２の分岐比に対する角速度検出系１３ｘと、角速度検出系１３ｙ，１３ｚとにそれぞれ入射される、光源４１からの光量は図２の線４３，４４となる。光カプラ４２における分岐比は、スルー側の値を示す。この図２から分岐比が０．５で３つの角速度検出系１３ｘ，１３ｙ，１３ｚへの入射光が等しくなる。よって光カプラ４２の分岐比は１／２（１：１）が最適である。
【００１５】
この構成において、光源１１，４１を常時同時に動作させておけば、一方が故障しても、他方により各角速度検出系１３ｘ，１３ｙ，１３ｚに同一の光量が入射され、角速度検出動作が維持できる。また両光源１１，４１が共に正常で動作していれば、図５に示した従来のものよりも、１つの角速度検出系に注入される光量が増加し、それだけＳ／Ｎがよくなる。
【００１６】
あるいは常時は一方の光源のみで動作させ、これが障害になるか、その傾向が現われると他方の光源により動作させて、光干渉角速度計を長寿命化することもできる。
式（３）、式（４）から理解されるように、スケールファクタには光源の波長が含まれており、使用する光源波長の固体差によってスケールファクタ値が異なってくる。また光源波長は温度によって約３３０ｐｐｍ／℃の割合で変化するため、検出角速度に対するスケールファクタも温度によって変化する。
【００１７】
従ってスケールファクタ補正値メモリ４５に光源１１，４１ごと、また両光源１１と４１を同時に動作させた場合とにおける各スケールファクタ補正値をメモリ４５に予め記憶しておく。つまりスケールファクタＫi はＫi ＝ａi0＋ａi1Ｔ＋ａi2Ｔ2 ＋ａi3Ｔ3 ＋…（Ｔは温度）として表わせ、これらａi0，ａi1，ａi2，ａi3, …を、光源１１，４１の使用状態に応じて記憶しておく。光源１１，４１が動作しているか否かの情報が状態判定器４６に入力され、その状態に応じてメモリ４５が読出され、ＣＰＵを主体とした演算部４７へ供給される。一方、角速度検出系１３ｘ，１３ｙ，１３ｚの温度を検出する温度センサ４８の検出温度がＡＤ変換器４９によりデジタル値として入力手段５１を介して演算部４７に入力される。また各角速度検出系１３ｘ，１３ｙ，１３ｚの各出力端子３４からの各パルスがカウンタ５２ｘ，５２ｙ，５２ｚでそれぞれ周期的に計数され、その各計数値が入力手段５１を介して演算部４７に入力される。演算部４７は入力された温度Ｔと、スケールファクタ補正値とからスケールファクタＫが演算され、更にこれと各計数値などから各検出系の各角速度が演算される。
【００１８】
なおより高い精度の測定を行う場合は、同様に光源の使用状態に応じて、各角速度検出系１３ｘ，１３ｙ，１３ｚにおけるバイアス特性についても補正をするようにするとよい。
図３にこの発明を４チャネル光干渉角速度計に適用した例を示し、図１、図５乃至図７と対応する部分に同一符号を付けてある。光源１１よりの光は光カプラ６１で１／２ずつに分岐されて光カプラ６２，６３へ入射され、光カプラ６２，６３のその入射光もそれぞれ１／２ずつに分岐されて角速度検出系１３ｗ，１３ｘと１３ｙ，１３ｚにそれぞれ入射される。光カプラ６１の残のポートに光源４１よりの光が入射される。また光源６４より光が光カプラ６５で１／２づつに分岐され、その両分岐光は光カプラ６２，６３の残のポートにそれぞれ入射される。
【００１９】
この構成によれば、光源１１，４１，６４の何れか１つのみを動作させて４チャネル光干渉角速度計が構成され、動作中の光源が故障したら他の１個の光源を動作させる。あるいは光源１１，４１，６４の３つのうちから２つを選んで動作させることによっても４チャネル光干渉角速度計が構成され、その動作中の光源の１つが故障したら、動作させていなかった光源を動作させる。更に全ての光源１１，４１，６４を動作させて４チャネル光干渉角速度計を構成してもよい。
【００２０】
このように３つの光源１１，４１，６４を各種の動作状態とすることができ、それだけ長寿命、信頼度の高いものとなる。また動作光源の数を増加することによりＳ／Ｎが高くなる。この場合も図１の場合と同様に光源１１，４１，６４の動作状態に応じてスケールファクタを変更するようにすることが望ましい。
光源１１と４１、あるいは更にこれに加えた光源６４と複数の角速度検出系１３ｘ，１３ｙ，１３ｚ、あるいは１３ｗ〜１３ｚへの光の分配注入を行う光カプラ手段としては各種の組合せが考えられ、また図４に示すように光源１１，４１，６４を１光の３入力、３出力光カプラ６７を通じて角速度検出系１３ｘ〜１３ｚへ入射してもよい。この場合は光カプラ６７は１入力からの入射光を３出力に等分岐出射する。要は光カプラ手段として１つ乃至複数の光カプラを用いて、ｍ個の光源（ｍは２以上）より各光をｎ個（ｎ≧ｍ）に等分岐してｎ個の角速度検出系へ入射すればよい。例えば図３に示した構成で光源６４と光カプラ６５を省略してもよい。そのｍ個の光源を１個又は複数個用いて、寿命を長くし、信頼性を向上させ、あるいはＳ／Ｎを良くする。
【００２１】
【発明の効果】
以上述べたようにこの発明によれば複数の光源を用いその各光を複数に等分岐させ、複数の角速度検出系へ注入する構成とすることにより、少くとも１つの光源を予備としておくことにより、動作中の光源が故障した場合は、予備光源を直ちに動作させることができ、光干渉角速度計の寿命を長くし、かつ信頼性を高めることができる。
【００２２】
また複数の光源を同時に動作させてＳ／Ｎを高めることができ、しかも、その動作中の光源が故障しても、複数の光源のうち１つでも正常であれば、角速度の測定を維持することができる。
複数の光源の使用状態が変更になると、その使用状態に応じて補正データを適切なものに変更することにより、高精度の測定ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例を示すブロック図。
【図２】図１中の光カプラ４２の分岐比と、角速度検出系１３ｘと１３ｙ，１３ｚへ注入された光量との関係を示す図。
【図３】この発明の他の実施例を示すブロック図。
【図４】この発明の更に他の実施例を示すブロック図。
【図５】従来の多チャネル光干渉角速度計を示すブロック図。
【図６】従来のオープンループ式１チャネル光干渉角速度計を示すブロック図。
【図７】従来のクローズドループ式１チャネル光干渉角速度計を示すブロック図。
【図８】光源の温度と寿命との関係例を示す図。
【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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