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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024098520
(43)【公開日】2024-07-24
(54)【発明の名称】光ファイバジャイロ装置
(51)【国際特許分類】
G01C 19/72 20060101AFI20240717BHJP
【ＦＩ】
G01C19/72 C
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023002043
(22)【出願日】2023-01-11
(71)【出願人】
【識別番号】000203634
【氏名又は名称】多摩川精機株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100110423
【弁理士】
【氏名又は名称】曾我 道治
(74)【代理人】
【識別番号】100111648
【弁理士】
【氏名又は名称】梶並 順
(74)【代理人】
【識別番号】100221729
【弁理士】
【氏名又は名称】中尾 圭介
(74)【代理人】
【識別番号】100188514
【弁理士】
【氏名又は名称】松岡 隆裕
(72)【発明者】
【氏名】山本 健広
【テーマコード（参考）】
2F105
【Ｆターム（参考）】
2F105AA02
2F105AA03
2F105BB02
2F105BB04
2F105BB15
2F105DD01
2F105DD13
2F105DE01
2F105DE05
2F105DE21
2F105DE25
2F105DE30
(57)【要約】
【課題】３軸の角速度の検出が可能であって、熱の影響による検出精度が悪化の解消及び整備性の向上に配慮された光ファイバジャイロ装置を提供する。
【解決手段】光ファイバジャイロ装置１において、互いに直交する３軸を含むように配置された３個の光ファイバコイル１２１，１２２，１２３を有する光ファイバコイル部１２０と、異なる３波長を含む光を光源１１１により発生し、異なる３波長を含む光を波長毎に分岐して、３軸の光ファイバコイル１２１，１２２，１２３に供給し、３軸の光ファイバコイル１２１，１２２，１２３で周回した光をそれぞれ受光し、３軸の受光結果を出力する光学処理部１１０と、光源１１１に電力を供給すると共に、３軸の受光結果を処理し、３軸それぞれの角速度を検出する制御ユニット２００とを備える。
【選択図】図１
【解決手段】光ファイバジャイロ装置１において、互いに直交する３軸を含むように配置された３個の光ファイバコイル１２１，１２２，１２３を有する光ファイバコイル部１２０と、異なる３波長を含む光を光源１１１により発生し、異なる３波長を含む光を波長毎に分岐して、３軸の光ファイバコイル１２１，１２２，１２３に供給し、３軸の光ファイバコイル１２１，１２２，１２３で周回した光をそれぞれ受光し、３軸の受光結果を出力する光学処理部１１０と、光源１１１に電力を供給すると共に、３軸の受光結果を処理し、３軸それぞれの角速度を検出する制御ユニット２００とを備える。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
互いに直交する３軸を少なくとも含むように配置された３個の光ファイバコイル（121,122,123）を有する光ファイバコイル部（120）と、
異なる３波長を含む光を光源（111）により発生し、前記異なる３波長を含む光を波長毎に分岐して、３軸の前記光ファイバコイルに供給し、３軸の前記光ファイバコイルで周回した光をそれぞれ受光し、３軸の受光結果を出力する光学処理部（110）と、
前記光源（111）に電力を供給すると共に、前記３軸の受光結果を処理し、３軸それぞれの角速度を検出する制御ユニット（200）と、
を備える光ファイバジャイロ装置。
異なる３波長を含む光を光源（111）により発生し、前記異なる３波長を含む光を波長毎に分岐して、３軸の前記光ファイバコイルに供給し、３軸の前記光ファイバコイルで周回した光をそれぞれ受光し、３軸の受光結果を出力する光学処理部（110）と、
前記光源（111）に電力を供給すると共に、前記３軸の受光結果を処理し、３軸それぞれの角速度を検出する制御ユニット（200）と、
を備える光ファイバジャイロ装置。
【請求項2】
前記光学処理部（110）と前記制御ユニット（200）とは、分離した状態で構成され、接続ケーブル（300）により電気的に相互に接続されている、
請求項１に記載の光ファイバジャイロ装置。
請求項１に記載の光ファイバジャイロ装置。
【請求項3】
前記光学処理部（110）と前記制御ユニット（200）とは、遮熱部（400）を挟んで配置される、
請求項１に記載の光ファイバジャイロ装置。
請求項１に記載の光ファイバジャイロ装置。
【請求項4】
前記光学処理部（110）は、前記異なる３波長を含む光を発生する前記光源（111）と、光カプラ（112）と、光分岐混合器（113）と、光分離フィルタ（114）と、第１の受光器（115）と、第２の受光器（116）と、第３の受光器（117）とを備えて構成され、
前記光カプラ（112）は、前記光源（111）からの前記異なる３波長を含む光を前記光分岐混合器（113）に供給すると共に、前記光分岐混合器（113）からの光を前記光分離フィルタ（114）に供給し、
前記光分岐混合器（113）は、前記光カプラ（112）を介した前記光源（111）からの前記異なる３波長を含む光を波長毎に分岐して３軸の前記光ファイバコイル（121,122,123）に供給すると共に、３軸の前記光ファイバコイル（121,122,123）のそれぞれで周回した光を受け取って混合し前記光カプラ（112）に供給し、
前記光分離フィルタ（114）は、前記光カプラ（112）から供給される光を波長毎に分離して、前記第１の受光器（115）、前記第２の受光器（116）、及び前記第３の受光器（117）に供給し、
前記第１の受光器（115）、前記第２の受光器（116）、及び前記第３の受光器（117）は、前記光分離フィルタ（114）で分離された波長毎の光をそれぞれ受光し、前記３軸の受光結果を出力する、
請求項１に記載の光ファイバジャイロ装置。
前記光カプラ（112）は、前記光源（111）からの前記異なる３波長を含む光を前記光分岐混合器（113）に供給すると共に、前記光分岐混合器（113）からの光を前記光分離フィルタ（114）に供給し、
前記光分岐混合器（113）は、前記光カプラ（112）を介した前記光源（111）からの前記異なる３波長を含む光を波長毎に分岐して３軸の前記光ファイバコイル（121,122,123）に供給すると共に、３軸の前記光ファイバコイル（121,122,123）のそれぞれで周回した光を受け取って混合し前記光カプラ（112）に供給し、
前記光分離フィルタ（114）は、前記光カプラ（112）から供給される光を波長毎に分離して、前記第１の受光器（115）、前記第２の受光器（116）、及び前記第３の受光器（117）に供給し、
前記第１の受光器（115）、前記第２の受光器（116）、及び前記第３の受光器（117）は、前記光分離フィルタ（114）で分離された波長毎の光をそれぞれ受光し、前記３軸の受光結果を出力する、
請求項１に記載の光ファイバジャイロ装置。
【請求項5】
前記光分岐混合器（113）は、前記異なる３波長を含む光を波長毎に分岐して、３軸の前記光ファイバコイル（121,122,123）に、互いに逆向きとなる第１回転方向と第２回転方向とに供給すると共に、３軸の前記光ファイバコイル（121,122,123）のそれぞれで前記第１回転方向に周回した光と前記第２回転方向に周回した光とを受け取って混合し、
前記光分離フィルタ（114）は、それぞれの光の波長毎に前記光ファイバコイル（121,122,123）を前記第１回転方向に周回した光と前記第２回転方向に周回した光とを合成して干渉光を生成し、前記第１の受光器（115）、前記第２の受光器（116）、及び前記第３の受光器（117）に各波長の前記干渉光を供給する、
請求項４に記載の光ファイバジャイロ装置。
前記光分離フィルタ（114）は、それぞれの光の波長毎に前記光ファイバコイル（121,122,123）を前記第１回転方向に周回した光と前記第２回転方向に周回した光とを合成して干渉光を生成し、前記第１の受光器（115）、前記第２の受光器（116）、及び前記第３の受光器（117）に各波長の前記干渉光を供給する、
請求項４に記載の光ファイバジャイロ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、光ファイバジャイロ装置に関し、特に、熱による影響を受けにくく、整備性に配慮された光ファイバジャイロ装置に関する。
【背景技術】
【0002】
光ファイバジャイロセンサは、光ファイバジャイロスコープとも呼ばれ、光の干渉を利用して機械的な回転を検出するジャイロスコープである。光ファイバジャイロセンサでは、コイル状に巻かれた光ファイバコイルがセンシングコイル部として利用される。センシングコイル部には、位相の揃った光が第１回転方向（たとえば時計回り）と第２回転方向（たとえば反時計回り）に供給される。センシングコイル部に角速度が加わると、サニャック効果により両回り光に位相差が発生し、干渉を生じる。この干渉を検出し、演算処理することで、センシングコイル部に加わった角速度を検出することができる。
【0003】
光ファイバジャイロセンサを互いに直交する３軸分取り付けて構成される光ファイバジャイロ装置の場合、車両や飛翔体等の各種移動体の姿勢や挙動を検出することができる。このような３軸の光ファイバジャイロ装置は、以下の特許文献に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０００－１２１３６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
特許文献１に示される光ファイバジャイロ装置の場合、３軸分の取り付け穴を有する取り付けブロックに、光ファイバジャイロセンサを３軸分取り付けるようにしていた。
【0006】
なお、各軸の光ファイバジャイロセンサは、円環状のセンシングコイル部の内側の空間に、光源、各種のフィルタ、受光器、及び信号処理回路などが配置されており、結果として発熱する多くの部品等が狭い空間に密閉されて収められている。このような光ファイバジャイロ装置は、熱の影響により各部の特性が変化し、検出精度が悪化することがあった。
また、いずれかの軸の信号処理回路の故障等により基板を交換するような場合、該当する軸について、基板以外の部位（光源、受光器、センシングコイル部）を含めた光ファイバジャイロセンサ一式を取り外す必要があり、整備性が悪い問題があった。
また、いずれかの軸の信号処理回路の故障等により基板を交換するような場合、該当する軸について、基板以外の部位（光源、受光器、センシングコイル部）を含めた光ファイバジャイロセンサ一式を取り外す必要があり、整備性が悪い問題があった。
【0007】
したがって、３軸の角速度を検出可能な光ファイバジャイロ装置において、熱の影響による検出精度の悪化の解消及び整備性の向上が望まれていた。
本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、３軸の角速度の検出が可能であって、熱の影響による検出精度の悪化の解消及び整備性の向上に配慮された光ファイバジャイロ装置を提供することを目的とする。
本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、３軸の角速度の検出が可能であって、熱の影響による検出精度の悪化の解消及び整備性の向上に配慮された光ファイバジャイロ装置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】
【0008】
この発明に係る光ファイバジャイロ装置は、互いに直交する３軸を少なくとも含むよう配置された３個の光ファイバコイルを有する光ファイバコイル部と、異なる３波長を含む光を光源により発生し、異なる３波長を含む光を波長毎に分岐して、３軸の光ファイバコイルに供給し、３軸の光ファイバコイルで周回した光をそれぞれ受光し、３軸の受光結果を出力する光学処理部と、光源に電力を供給すると共に、３軸の受光結果を処理し、３軸それぞれの角速度を検出する制御ユニットと、を備える。
【0009】
この発明に係る光ファイバジャイロ装置において、光学処理部と制御ユニットとは、分離した状態で構成され、接続ケーブルにより電気的に相互に接続されている。
【0010】
この発明に係る光ファイバジャイロ装置において、光学処理部と制御ユニットとは、遮熱部を挟んで配置される。
【0011】
この発明に係る光ファイバジャイロ装置において、光学処理部は、異なる３波長を含む光を発生する光源と、光カプラと、光分岐混合器と、光分離フィルタと、第１の受光器と、第２の受光器と、第３の受光器とを備えて構成され、光カプラは、光源からの異なる３波長を含む光を光分岐混合器に供給すると共に、光分岐混合器からの光を光分離フィルタに供給し、光分岐混合器は、光カプラを介した光源からの異なる３波長を含む光を波長毎に分岐して３軸の光ファイバコイルに供給すると共に、３軸の光ファイバコイルのそれぞれで周回した光を受け取って混合し光カプラに供給し、光分離フィルタは光カプラから供給される光を波長毎に分離して、第１の受光器、第２の受光器、及び第３の受光器に供給し、第１の受光器、第２の受光器、及び第３の受光器は、３軸の受光結果を出力する。
【0012】
この発明に係る光ファイバジャイロ装置において、光分岐混合器は、異なる３波長を含む光を波長毎に分岐して、３軸の光ファイバコイルに、互いに逆向きとなる第１回転方向と第２回転方向とに供給すると共に、３軸の光ファイバコイルのそれぞれで第１回転方向に周回した光と第２回転方向に周回した光とを受け取って混合し、光分離フィルタは、それぞれの光の波長毎に光ファイバコイルを第１回転方向に周回した光と第２回転方向に周回した光とを合成して干渉光を生成し、第１の受光器、第２の受光器、及び第３の受光器に各波長の干渉光を供給する。
【発明の効果】
【0013】
この発明によれば、３軸の角速度の検出が可能であり、熱の影響による検出精度の悪化を解消することが可能であって、整備性の向上に配慮された光ファイバジャイロ装置を提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】本発明の実施の形態１の光ファイバジャイロ装置の構成を示すブロック図である。
【図2】本発明の実施の形態１の光ファイバジャイロ装置の各部の配置を示す構成図である。
【図3】本発明の実施の形態２の光ファイバジャイロ装置の各部の配置を示す構成図である。
【図4】比較例の光ファイバジャイロ装置の構成を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下、本発明の光ファイバジャイロ装置の実施の形態につき、図面を用いて説明する。なお、各図において、同一部分には同一符号を付している。
【0016】
［比較例］
まず、本発明の実施の形態１における光ファイバジャイロ装置１に対する比較例として、従来から知られている３軸の光ファイバジャイロ装置１Ａについて図４を参照して説明する。図４は、比較例の光ファイバジャイロ装置１Ａの構成を示す構成図である。
まず、本発明の実施の形態１における光ファイバジャイロ装置１に対する比較例として、従来から知られている３軸の光ファイバジャイロ装置１Ａについて図４を参照して説明する。図４は、比較例の光ファイバジャイロ装置１Ａの構成を示す構成図である。
【0017】
図４において、光ファイバジャイロ装置１Ａは、ＸＹＺの３軸方向の取り付け穴を有する取付けブロック１ＢＬＫに、３軸分の光ファイバジャイロセンサ１Ｘ，１Ｙ，及び１Ｚが取り付けられている。
【0018】
各軸の光ファイバジャイロセンサ１Ｘ，１Ｙ，１Ｚは、それぞれ円環状の光ファイバコイルの内側の空間に、電源部、演算処理部、及び光源が配置され、密閉されている。すなわち、各軸の光ファイバジャイロセンサ１Ｘ，１Ｙ，１Ｚは、発熱する多くの部品等が狭い空間に密閉されて収められている。このため、各軸の光ファイバジャイロセンサ１Ｘ，１Ｙ，１Ｚは、自ら発生した熱の影響により各部の特性が変化し、検出精度が悪化することがあった。
【0019】
光ファイバジャイロ装置１Ａにおいて、いずれかの軸の光ファイバジャイロセンサの演算処理部の故障等により基板を交換するような場合、該当する軸について、光ファイバジャイロセンサを取り付けブロック１ＢＬＫから取り外し、取り外した光ファイバジャイロセンサを分解する必要があり、整備性が悪い問題があった。
【0020】
同様に、光ファイバジャイロ装置１Ａにおいて、プログラムのバージョンアップのために３軸の制御基板を交換するような場合、各軸の制御基板のみを取り外して交換することができず、光ファイバジャイロセンサ１Ｘ，１Ｙ，１Ｚの全てを取り付けブロック１ＢＬＫから取り外し、光ファイバジャイロセンサ１Ｘ，１Ｙ，１Ｚの全てを分解する必要があり、整備性が悪い問題があった。
なお、光源の交換、光ファイバコイルの交換の場合についても、同様の課題を有している。
なお、光源の交換、光ファイバコイルの交換の場合についても、同様の課題を有している。
【0021】
取付けブロック１ＢＬＫは、３軸分の光ファイバジャイロセンサ１Ｘ，１Ｙ，及び１Ｚを互いに接触させることなく取り付ける必要がある。このため、取付けブロック１ＢＬＫは、取り付け位置だけでなく内部の空間にも余裕を持たせる必要があり、大型化する傾向があった。
【0022】
【0023】
光ファイバジャイロ装置１は、互いに直交する３軸分の光ファイバジャイロセンサの機能を備えることで、３軸の角速度を検出し、移動体の姿勢や挙動を検出するものである。
【0024】
図１において、光ファイバジャイロ装置１は、主に、光学ユニット１００と、制御ユニット２００とを備えている。光学ユニット１００には、光学処理部１１０と、光ファイバコイル部１２０とが設けられている。ここで、光学ユニット１００と制御ユニット２００とは、分離した状態で構成されている。図１中で、矢印付き実線は電気的な信号あるいは電力を意味し、矢印なし太実線は光の伝送を意味する。
【0025】
具体的には、光学ユニット１００に属する光学処理部１１０と、制御ユニット２００とが、分離した状態で構成されている。光学処理部１１０と制御ユニット２００とは、接続ケーブル３００により電気的に相互に接続されている。すなわち、光学処理部１１０と、制御ユニット２００とは、機械的に分離された状態に配置され、結果として熱的に分離された状態で構成されている。
【0026】
光学処理部１１０には、光源１１１と、光カプラ１１２と、光分岐混合器１１３と、光分離フィルタ１１４と、第１の受光器１１５と、第２の受光器１１６と、第３の受光器１１７とが設けられている。
【0027】
光ファイバコイル部１２０には、互いに直交する３軸を少なくとも含むように配置された３個の光ファイバコイル１２１，１２２，１２３が設けられている。すなわち、光ファイバコイル部１２０には３軸分の光ファイバコイル１２１，１２２，１２３がまとめた状態の３軸一体型に集約されてコンパクトに構成されている。
光ファイバコイル１２１，１２２，１２３のいずれかを整備する必要がある場合には、光ファイバコイル部１２０以外の開封や取り外しは必要がないため、３軸分の光ファイバコイルが独立している従来構成より整備性が改善されている。
光ファイバコイル１２１，１２２，１２３のいずれかを整備する必要がある場合には、光ファイバコイル部１２０以外の開封や取り外しは必要がないため、３軸分の光ファイバコイルが独立している従来構成より整備性が改善されている。
【0028】
光ファイバコイル部１２０において、３個の光ファイバコイル１２１，１２２，１２３が、「互いに直交する３軸を少なくとも含むように配置される」とは、
・（ａ）互いに完全に直交する第１軸（Ｘ軸）、第２軸（Ｙ軸）、及び第３軸（Ｚ軸）に沿って配置された状態、
・（ｂ）第１軸（主にＸ軸の成分を含み、副次的にＹ軸あるいはＺ軸の少なくとも一方の成分を含みうる）と、第２軸（主にＹ軸の成分を含み、副次的にＸ軸あるいはＺ軸の少なくとも一方の成分を含みうる）と、第３軸（主にＺ軸の成分を含み、副次的にＸ軸あるいはＹ軸の少なくとも一方の成分を含みうる）とに沿って配置された状態、
のいずれかの状態を意味している。
・（ａ）互いに完全に直交する第１軸（Ｘ軸）、第２軸（Ｙ軸）、及び第３軸（Ｚ軸）に沿って配置された状態、
・（ｂ）第１軸（主にＸ軸の成分を含み、副次的にＹ軸あるいはＺ軸の少なくとも一方の成分を含みうる）と、第２軸（主にＹ軸の成分を含み、副次的にＸ軸あるいはＺ軸の少なくとも一方の成分を含みうる）と、第３軸（主にＺ軸の成分を含み、副次的にＸ軸あるいはＹ軸の少なくとも一方の成分を含みうる）とに沿って配置された状態、
のいずれかの状態を意味している。
【0029】
光源１１１は、フィルタで分離または分岐可能な異なる３波長λ１，λ２,λ３を含む光を発生する。光カプラ１１２は、光源１１１からの光を光分岐混合器１１３に供給すると共に、光分岐混合器１１３からの光を光分離フィルタ１１４に供給する。
【0030】
光分岐混合器１１３は、光カプラ１１２を介した光源１１１からの異なる３波長を含む光を波長毎に分岐して、３軸の光ファイバコイル１２１，１２２，１２３に、互いに逆向きとなる第１回転方向と第２回転方向とに供給すると共に、３軸の光ファイバコイル１２１，１２２，１２３のそれぞれで第１回転方向に周回した光と第２回転方向に周回した光とを受け取って混合し、光カプラ１１２に供給する。
【0031】
光分離フィルタ１１４は、光カプラ１１２から供給される光を波長毎に分離して、それぞれの光の波長毎に光ファイバコイル１２１，１２２，１２３を第１回転方向に周回した光と第２回転方向に周回した光とを合成する。ここで、光ファイバコイル１２１，１２２，１２３に角速度が加わると、サニャック効果により両回り光に位相差が発生し、干渉（すなわち、干渉光）を生じる。第１の受光器１１５、第２の受光器１１６、及び第３の受光器１１７に各波長の干渉光を供給し、干渉を検出し、制御ユニット２００で演算処理することで、光ファイバコイル１２１，１２２，１２３に加わった角速度を検出することができる。
【0032】
第１の受光器１１５は、光分離フィルタ１１４で分岐された、光ファイバコイル１２１からの光により合成された干渉光を光電変換し、第１受光信号を生成する。第２の受光器１１６は、光分離フィルタ１１４で分岐された、光ファイバコイル１２２からの光により合成された干渉光を光電変換し、第２受光信号を生成する。第３の受光器１１７は、光分離フィルタ１１４で分離された、光ファイバコイル１２３からの光により合成された干渉光を光電変換し、第３受光信号を生成する。
第１の受光器１１５、第２の受光器１１６、及び第３の受光器１１７でそれぞれ生成された３軸の受光結果としての第１受光信号、第２受光信号、及び第３受光信号は、接続ケーブル３００を経由して、制御ユニット２００に送られる。
第１の受光器１１５、第２の受光器１１６、及び第３の受光器１１７でそれぞれ生成された３軸の受光結果としての第１受光信号、第２受光信号、及び第３受光信号は、接続ケーブル３００を経由して、制御ユニット２００に送られる。
【0033】
以上の光学処理部１１０は、単一の光源１１１から３軸分の３波長の発光を行うと共に、第１の受光器１１５、第２の受光器１１６、及び第３の受光器１１７で３軸分の受光を行う３軸一体型であるため、集約されてコンパクトに構成されている。ここで、光学処理部１１０を整備する必要がある場合には、光学処理部１１０以外の開封や取り外しは必要がなく、３軸分の光学処理部が独立している従来構成より整備性が改善されている。
【0034】
制御ユニット２００は、光学ユニット１００と機械的または熱的に分離された状態で構成され、詳しくは、光学処理部１１０と分離された状態で構成されている。そして、制御ユニット２００は、接続ケーブル３００により光学処理部１１０と電気的に接続されている。
制御ユニット２００は、接続ケーブル３００を介して光学処理部１１０内と接続され、光源１１１に電力を供給すると共に、３軸の受光結果である第１受光信号、第２受光信号、及び第３受光信号を処理し、３軸それぞれの角速度を検出する。
制御ユニット２００は、接続ケーブル３００を介して光学処理部１１０内と接続され、光源１１１に電力を供給すると共に、３軸の受光結果である第１受光信号、第２受光信号、及び第３受光信号を処理し、３軸それぞれの角速度を検出する。
【0035】
制御ユニット２００には、制御回路２０１と、信号処理回路２０２と、電源回路２０３とが設けられている。
制御回路２０１は、光源１１１に電力を供給して光源１１１の発光を制御すると共に、信号処理回路２０２における信号処理を制御し、３軸それぞれの角速度を含むジャイロ信号を外部に出力する。信号処理回路２０２は、光学ユニット１００からの第１受光信号、第２受光信号、及び第３受光信号を処理し、３軸それぞれの角速度を検出する。電源回路２０３は、外部から供給される電力を用いて、各部に必要な電圧に調整した電力を供給する。
以上のように制御ユニット２００は、３軸分の処理の制御を一括して行うように、３軸一体型に集約されてコンパクトに構成されている。そして、制御ユニット２００を整備する必要がある場合には、制御ユニット２００以外の開封や取り外しは必要がなく、３軸分の制御ユニットが独立している従来構成より整備性が改善されている。
制御回路２０１は、光源１１１に電力を供給して光源１１１の発光を制御すると共に、信号処理回路２０２における信号処理を制御し、３軸それぞれの角速度を含むジャイロ信号を外部に出力する。信号処理回路２０２は、光学ユニット１００からの第１受光信号、第２受光信号、及び第３受光信号を処理し、３軸それぞれの角速度を検出する。電源回路２０３は、外部から供給される電力を用いて、各部に必要な電圧に調整した電力を供給する。
以上のように制御ユニット２００は、３軸分の処理の制御を一括して行うように、３軸一体型に集約されてコンパクトに構成されている。そして、制御ユニット２００を整備する必要がある場合には、制御ユニット２００以外の開封や取り外しは必要がなく、３軸分の制御ユニットが独立している従来構成より整備性が改善されている。
【0036】
以下、光ファイバジャイロ装置１における３軸の角速度の検出について説明する。
光源１１１で生成された異なる３波長λ１，λ２，λ３を含む光は、光カプラ１１２を通り、光分岐混合器１１３で波長λ１，λ２，λ３の光にそれぞれ分岐され、３軸の光ファイバコイル１２１，１２２，１２３それぞれに、互いに逆向きとなる第１回転方向と第２回転方向とに供給される。例えば、第１回転方向は右回りまたは時計回りである場合、第２回転方向は左回り反時計回りである。
光源１１１で生成された異なる３波長λ１，λ２，λ３を含む光は、光カプラ１１２を通り、光分岐混合器１１３で波長λ１，λ２，λ３の光にそれぞれ分岐され、３軸の光ファイバコイル１２１，１２２，１２３それぞれに、互いに逆向きとなる第１回転方向と第２回転方向とに供給される。例えば、第１回転方向は右回りまたは時計回りである場合、第２回転方向は左回り反時計回りである。
【0037】
３軸の光ファイバコイル１２１，１２２，１２３のそれぞれで第１回転方向に周回した光と第２回転方向に周回した光とは、光分岐混合器１１３で再び混合され、光カプラ１１２を通り、光分離フィルタ１１４に供給される。そして、光分離フィルタ１１４により、波長λ１，λ２，λ３の光にそれぞれ分離される。
【0038】
第１の受光器１１５は、光分離フィルタ１１４で分離された第１の波長λ１の光について、光ファイバコイル１２１を第１回転方向に周回した光と第２回転方向に周回した光とにより合成された干渉光を光電変換し、第１受光信号を生成する。
第２の受光器１１６は、光分離フィルタ１１４で分離された第２の波長λ２の光について、光ファイバコイル１２２を第１回転方向に周回した光と第２回転方向に周回した光とにより合成された干渉光を光電変換し、第２受光信号を生成する。
第３の受光器１１７は、光分離フィルタ１１４で分離された第３の波長λ３の光について、光ファイバコイル１２３を第１回転方向に周回した光と第２回転方向に周回した光とにより合成された干渉光を光電変換し、第３受光信号を生成する。
第２の受光器１１６は、光分離フィルタ１１４で分離された第２の波長λ２の光について、光ファイバコイル１２２を第１回転方向に周回した光と第２回転方向に周回した光とにより合成された干渉光を光電変換し、第２受光信号を生成する。
第３の受光器１１７は、光分離フィルタ１１４で分離された第３の波長λ３の光について、光ファイバコイル１２３を第１回転方向に周回した光と第２回転方向に周回した光とにより合成された干渉光を光電変換し、第３受光信号を生成する。
【0039】
信号処理回路２０２は、第１受光信号、第２受光信号、及び第３受光信号を処理し、３軸それぞれの角速度を検出する。第１受光信号、第２受光信号、及び第３受光信号に含まれる干渉光は、各光ファイバコイル１２１，１２２，１２３を第１回転方向に周回した光と第２回転方向に周回した光の位相差によるものである。このため、信号処理回路２０２は、第１受光信号、第２受光信号、及び第３受光信号のそれぞれに含まれる位相差からＸ，Ｙ，Ｚの各軸に加わった角速度を検出する。信号処理回路２０２で検出された３軸それぞれの角速度は、制御回路２０１からジャイロ信号として外部に出力される。
【0040】
【0041】
光ファイバコイル部１２０には、互いに直交する３軸を少なくとも含むように、３個の光ファイバコイル１２１，１２２，１２３が設けられている。なお、光ファイバコイル１２１，１２２，１２３は、図１に示される円形以外にも、楕円形、長円形、角丸多角形など、各種の形状に構成することができる。
光ファイバコイル部１２０は、３個の光ファイバコイル１２１，１２２，１２３の端部を近接させるように配置することで、３軸分まとめた状態の３軸一体型に集約されてコンパクトに構成されている。光ファイバコイル部１２０は、３個の光ファイバコイル１２１，１２２，１２３の端部を近接させるように配置することで、全体を覆う立方体に対して凹部のような空間が形成される。この空間内に、光学処理部１１０が配置される。そして、光学処理部１１０と光ファイバコイル部１２０とにより、光学ユニット１００を形成している。
光ファイバコイル部１２０は、３個の光ファイバコイル１２１，１２２，１２３の端部を近接させるように配置することで、３軸分まとめた状態の３軸一体型に集約されてコンパクトに構成されている。光ファイバコイル部１２０は、３個の光ファイバコイル１２１，１２２，１２３の端部を近接させるように配置することで、全体を覆う立方体に対して凹部のような空間が形成される。この空間内に、光学処理部１１０が配置される。そして、光学処理部１１０と光ファイバコイル部１２０とにより、光学ユニット１００を形成している。
【0042】
制御ユニット２００は、接続ケーブル３００を介して、光学ユニット１００内の光学処理部１１０と分離して配置されている。すなわち、光学ユニット１００と制御ユニット２００とは、機械的または熱的に分離された状態に配置されている。
例えば、光学処理部１１０内の光源１１１等で発生した熱は、制御ユニット２００内の信号処理回路２０２に到達することはない。この結果、光源１１１からの熱に影響されず、信号処理回路２０２の検出精度は良好に保たれる。また、制御ユニット２００内の電源回路２０３等で発生した熱は、光学処理部１１０内の各種光学系部品に到達することはない。この結果、光学処理部１１０の光学的特性は良好な状態に保たれる。
例えば、光学処理部１１０内の光源１１１等で発生した熱は、制御ユニット２００内の信号処理回路２０２に到達することはない。この結果、光源１１１からの熱に影響されず、信号処理回路２０２の検出精度は良好に保たれる。また、制御ユニット２００内の電源回路２０３等で発生した熱は、光学処理部１１０内の各種光学系部品に到達することはない。この結果、光学処理部１１０の光学的特性は良好な状態に保たれる。
【0043】
制御ユニット２００が光学ユニット１００と分離された状態に配置されているため、制御ユニット２００内の制御回路２０１または信号処理回路２０２が搭載された基板を交換する、あるいは、基板上の電子部品を交換するような場合、制御ユニット２００のみで対処することができる。また、制御ユニット２００の分解することなく、制御ユニット２００そのものを交換することも可能である。
【0044】
この結果、制御ユニット２００以外の部位（光学処理部１１０、及び、光ファイバコイル部１２０）を取り外す必要がなく、整備性が改善される。
また、光学処理部１１０を修理または交換する場合も同様に、光学処理部１１０以外の部位（制御ユニット２００、及び、光ファイバコイル部１２０）を取り外す必要がなく、整備性が改善される。
更に、光ファイバコイル部１２０を修理または交換する場合も同様に、光ファイバコイル部１２０以外の部位（光学処理部１１０、及び、制御ユニット２００）を取り外す必要がなく、整備性が改善される。
また、光学処理部１１０を修理または交換する場合も同様に、光学処理部１１０以外の部位（制御ユニット２００、及び、光ファイバコイル部１２０）を取り外す必要がなく、整備性が改善される。
更に、光ファイバコイル部１２０を修理または交換する場合も同様に、光ファイバコイル部１２０以外の部位（光学処理部１１０、及び、制御ユニット２００）を取り外す必要がなく、整備性が改善される。
【0045】
実施の形態２．
次に、図３を用いて、本発明の実施の形態２における光ファイバジャイロ装置１の各部の配置について説明する。図３は、本発明の実施の形態２の光ファイバジャイロ装置１の各部の配置を示す構成図である。なお、図１を用いて説明した光学処理部１１０、光ファイバコイル部１２０、制御ユニット２００の各部の回路構成は、実施の形態２においても実施の形態１と同じであるため、重複した説明を省略する。
次に、図３を用いて、本発明の実施の形態２における光ファイバジャイロ装置１の各部の配置について説明する。図３は、本発明の実施の形態２の光ファイバジャイロ装置１の各部の配置を示す構成図である。なお、図１を用いて説明した光学処理部１１０、光ファイバコイル部１２０、制御ユニット２００の各部の回路構成は、実施の形態２においても実施の形態１と同じであるため、重複した説明を省略する。
【0046】
光ファイバコイル部１２０には、互いに直交する３軸を少なくとも含むように、３個の光ファイバコイル１２１，１２２，１２３が設けられている。なお、光ファイバコイル１２１，１２２，１２３は、円形以外に、楕円形、長円形、角丸多角形などの各種の形状にすることができる。
光ファイバコイル部１２０は、３個の光ファイバコイル１２１，１２２，１２３の端部を近接させるように配置することで、全体を覆う立方体に対して凹部のような空間が形成される。この空間内に、光学処理部１１０と制御ユニット２００とが、遮熱部４００を挟むようにして配置される。
光ファイバコイル部１２０は、３個の光ファイバコイル１２１，１２２，１２３の端部を近接させるように配置することで、全体を覆う立方体に対して凹部のような空間が形成される。この空間内に、光学処理部１１０と制御ユニット２００とが、遮熱部４００を挟むようにして配置される。
【0047】
光学処理部１１０と遮熱部４００と制御ユニット２００とは、図３の紙面内で縦方向に並んだ状態で示しているが、これに限定されず、紙面内で横に並ぶように配置してもよい。この場合、縦方向の上下の順、横方向の左右の順は、任意に決めることができる。
また、遮熱部４００は、光学処理部１１０と制御ユニット２００との間に配置するだけでなく、光学処理部１１０及び制御ユニット２００の少なくとも一方の表面を覆うように配置してもよい。ここで、表面を覆うとは、外装であってもよいし、内装であってもよい。また、表面を覆うとは、対向する面を少なくとも覆えばよい。
また、遮熱部４００は、光学処理部１１０と制御ユニット２００との間に配置するだけでなく、光学処理部１１０及び制御ユニット２００の少なくとも一方の表面を覆うように配置してもよい。ここで、表面を覆うとは、外装であってもよいし、内装であってもよい。また、表面を覆うとは、対向する面を少なくとも覆えばよい。
【0048】
ここで、遮熱部４００は、熱輻射による熱移動を防ぐことを目的として、光学処理部１１０と制御ユニット２００との間に配置されている。なお、遮熱部４００は、熱伝導を減らすための断熱部材であってもよいし、遮熱と断熱との両方の機能を兼ね備えた部材であってもよい。このような遮熱部４００を光学処理部１１０と制御ユニット２００との間に配置することで、例えば、光学処理部１１０内の光源１１１で発生した熱は、制御ユニット２００内の信号処理回路２０２に到達することはない。この結果、光源１１１等からの熱に影響されず、信号処理回路２０２の検出精度は良好に保たれる。また、制御ユニット２００内の電源回路２０３等で発生した熱は、光学処理部１１０内の各種光学系部品に到達することはない。この結果、光学処理部１１０の光学的特性は良好な状態に保たれる。
【0049】
光学処理部１１０と制御ユニット２００とは、図１と同様に接続ケーブル３００を介して接続されてもよいが、図示されない接続コネクタ等を介して位置決めを兼ねて互いに接続されてもよい。
【0050】
光学処理部１１０と制御ユニット２００とは、光ファイバコイル部１２０と分離された状態に配置されているため、光学処理部１１０を修理または交換する場合、制御ユニット２００を修理または交換する場合、光ファイバコイル部１２０を修理または交換場合のいずれであっても、修理または交換する以外の部位を取り外す必要がなく、整備性が改善される。
【0051】
［実施の形態により得られる効果］
実施の形態１及び２に説明した光ファイバジャイロ装置１において、互いに直交する３軸を少なくとも含むように配置された３個の光ファイバコイル１２１，１２２，１２３を有する光ファイバコイル部１２０と、異なる３波長を含む光を光源１１１により発生し、異なる３波長を含む光を波長毎に分岐して、３軸の光ファイバコイル１２１，１２２，１２３に供給し、３軸の光ファイバコイル１２１，１２２，１２３で周回した光をそれぞれ受光し、３軸の受光結果を出力する光学処理部１１０と、光源１１１に電力を供給すると共に、３軸の受光結果を処理し、３軸それぞれの角速度を検出する制御ユニット２００と、を備える。
ここで、光ファイバコイル部１２０には３軸分の光ファイバコイル１２１，１２２，１２３がまとめて一体型に配置され、光学処理部１１０は３波長の光を発生すると共に３波長を検出し、制御ユニット２００は３波長分の干渉光から角速度を演算処理することにより、３軸の角速度を効率的に検出することができる。
また、３軸の受光結果を出力する光学処理部１１０と、３軸それぞれの角速度を検出する制御ユニット２００とが別に構成されたことで、熱による悪影響を受けにくく構成されている。この結果、３軸の角速度の検出が可能であり、熱の影響による検出精度の悪化を解消することが可能であって、整備性の向上に配慮された光ファイバジャイロ装置１を提供することができる。
実施の形態１及び２に説明した光ファイバジャイロ装置１において、互いに直交する３軸を少なくとも含むように配置された３個の光ファイバコイル１２１，１２２，１２３を有する光ファイバコイル部１２０と、異なる３波長を含む光を光源１１１により発生し、異なる３波長を含む光を波長毎に分岐して、３軸の光ファイバコイル１２１，１２２，１２３に供給し、３軸の光ファイバコイル１２１，１２２，１２３で周回した光をそれぞれ受光し、３軸の受光結果を出力する光学処理部１１０と、光源１１１に電力を供給すると共に、３軸の受光結果を処理し、３軸それぞれの角速度を検出する制御ユニット２００と、を備える。
ここで、光ファイバコイル部１２０には３軸分の光ファイバコイル１２１，１２２，１２３がまとめて一体型に配置され、光学処理部１１０は３波長の光を発生すると共に３波長を検出し、制御ユニット２００は３波長分の干渉光から角速度を演算処理することにより、３軸の角速度を効率的に検出することができる。
また、３軸の受光結果を出力する光学処理部１１０と、３軸それぞれの角速度を検出する制御ユニット２００とが別に構成されたことで、熱による悪影響を受けにくく構成されている。この結果、３軸の角速度の検出が可能であり、熱の影響による検出精度の悪化を解消することが可能であって、整備性の向上に配慮された光ファイバジャイロ装置１を提供することができる。
【0052】
実施形態１及び２に係る光ファイバジャイロ装置１において、光学処理部１１０と制御ユニット２００とは、分離した状態で構成され、接続ケーブル３００により電気的に相互に接続されている。この結果、光学処理部１１０と、制御ユニット２００とは、機械的に分離された状態に配置され、結果として熱的に分離された状態で構成されている。この結果、３軸の角速度の検出が可能であり、熱の影響による検出精度の悪化を解消することが可能になる。
【0053】
実施形態１及び２に係る光ファイバジャイロ装置１において、光学処理部１１０と制御ユニット２００とは、遮熱部４００を挟んで配置される。この結果、光学処理部１１０と制御ユニット２００との間で熱の移動が防がれ、結果として熱的に分離された状態で構成されている。このため、３軸の角速度の検出が可能であり、熱の影響による検出精度の悪化を解消することが可能になる。
【0054】
実施形態１に係る光ファイバジャイロ装置１において、光学処理部１１０は、異なる３波長を含む光を発生する光源１１１と、光カプラ１１２と、光分岐混合器１１３と、光分離フィルタ１１４と、第１の受光器１１５と、第２の受光器１１６と、第３の受光器１１７とを備えて構成される。光カプラ１１２は、光源１１１からの光を光分岐混合器１１３に供給すると共に、光分岐混合器１１３からの光を光分離フィルタ１１４に供給する。光分岐混合器１１３は、光カプラ１１２を介した光源１１１からの異なる３波長を含む光を波長毎に分岐して３軸の光ファイバコイル１２１，１２２，１２３に供給すると共に、３軸の光ファイバコイル１２１，１２２，１２３のそれぞれで周回した光を受け取って混合し光カプラ１１２に供給する。光分離フィルタ１１４は、光カプラ１１２から供給される光を波長毎に分離して、第１の受光器１１５、第２の受光器１１６、及び第３の受光器１１７に供給する。第１の受光器１１５、第２の受光器１１６、及び第３の受光器１１７は、光分離フィルタ１１４で分離された波長毎の光をそれぞれ受光し、３軸の受光結果を出力する。
この結果、光源１１１からの異なる３波長を含む光を３軸の光ファイバコイル１２１，１２２，１２３に供給し、光ファイバコイル１２１，１２２，１２３を周回した光を第１の受光器１１５、第２の受光器１１６、及び第３の受光器１１７で受光して３軸の受光結果を出力することにより、３軸の角速度の検出が可能であり、熱の影響による検出精度の悪化を解消することが可能であって、整備性の向上に配慮された光ファイバジャイロ装置１を提供することができる。
この結果、光源１１１からの異なる３波長を含む光を３軸の光ファイバコイル１２１，１２２，１２３に供給し、光ファイバコイル１２１，１２２，１２３を周回した光を第１の受光器１１５、第２の受光器１１６、及び第３の受光器１１７で受光して３軸の受光結果を出力することにより、３軸の角速度の検出が可能であり、熱の影響による検出精度の悪化を解消することが可能であって、整備性の向上に配慮された光ファイバジャイロ装置１を提供することができる。
【0055】
実施形態１に係る光ファイバジャイロ装置１において、光分岐混合器１１３は、異なる３波長を含む光を波長毎に分岐して、３軸の光ファイバコイル１２１，１２２，１２３に、互いに逆向きとなる第１回転方向と第２回転方向とに供給すると共に、３軸の光ファイバコイル１２１，１２２，１２３のそれぞれで第１回転方向に周回した光と第２回転方向に周回した光とを受け取って混合する。光分離フィルタ１１４は、それぞれの光の波長毎に光ファイバコイル１２１，１２２，１２３を第１回転方向に周回した光と第２回転方向に周回した光とを合成して干渉光を生成し、第１の受光器１１５、第２の受光器１１６、及び第３の受光器１１７に各波長の干渉光を供給する。
ここで、光ファイバコイル１２１，１２２，１２３に角速度が加わると、サニャック効果により両回り光に位相差が発生し、干渉光を生じる。第１の受光器１１５、第２の受光器１１６、及び第３の受光器１１７に各波長の干渉光を供給し、干渉を検出し、制御ユニット２００で演算処理することで、光ファイバコイル１２１，１２２，１２３に加わった角速度を検出することができる。この結果、３軸の角速度の検出が可能であり、熱の影響による検出精度の悪化を解消することが可能であって、整備性の向上に配慮された光ファイバジャイロ装置１を提供することができる。
ここで、光ファイバコイル１２１，１２２，１２３に角速度が加わると、サニャック効果により両回り光に位相差が発生し、干渉光を生じる。第１の受光器１１５、第２の受光器１１６、及び第３の受光器１１７に各波長の干渉光を供給し、干渉を検出し、制御ユニット２００で演算処理することで、光ファイバコイル１２１，１２２，１２３に加わった角速度を検出することができる。この結果、３軸の角速度の検出が可能であり、熱の影響による検出精度の悪化を解消することが可能であって、整備性の向上に配慮された光ファイバジャイロ装置１を提供することができる。
【符号の説明】
【0056】
１ 光ファイバジャイロ装置、１００ 光学ユニット、１１０ 光学処理部、１１１ 光源、１１２ 光カプラ、１１３ 光分岐混合器、１１４ 光分離フィルタ、１１５ 第１の受光器、１１６ 第２の受光器、１１７ 第３の受光器、１２０ 光ファイバコイル部、１２１，１２２，１２３ 光ファイバコイル、２００ 制御ユニット、２０１ 制御回路、２０２ 信号処理回路、２０３ 電源回路、３００ 接続ケーブル、４００ 遮熱部。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
