光ジャイロ
【課題】移動する物体の角速度及び回転方向を精度良く検出することができる光ジャイロを提供する。
【解決手段】リング形状の導波路を有する光共振器と、一方向に配列された複数の光検出素子を有する光検出器と、光共振器内を時計回り及び反時計回りで伝搬する光を、光共振器から光検出器へ導く検出用導波路と、を同一の基板上に備える。検出用導波路は、時計回りの光用の導波部と反時計周りの光用の導波部を有し、各導波部の出力端から出力される光のなす角が０度よりも大きく１度以下となるように２つの導波部が配置される。光検出器は、各導波部の出力端から出力される光が重なりあう位置であって、２つの導波部の光軸を線対称の関係とする軸と、光検出素子が配列された配列方向とのなす角が、０度よりも大きく４０度以下となるように検出用導波路に対して配置される。
【解決手段】リング形状の導波路を有する光共振器と、一方向に配列された複数の光検出素子を有する光検出器と、光共振器内を時計回り及び反時計回りで伝搬する光を、光共振器から光検出器へ導く検出用導波路と、を同一の基板上に備える。検出用導波路は、時計回りの光用の導波部と反時計周りの光用の導波部を有し、各導波部の出力端から出力される光のなす角が０度よりも大きく１度以下となるように２つの導波部が配置される。光検出器は、各導波部の出力端から出力される光が重なりあう位置であって、２つの導波部の光軸を線対称の関係とする軸と、光検出素子が配列された配列方向とのなす角が、０度よりも大きく４０度以下となるように検出用導波路に対して配置される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リング形状の導波路を有する光共振器と光検出器とを備える光ジャイロに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、光ジャイロ（所謂リングレーザジャイロ）として、特許文献１に記載のものが知られている。特許文献１では、基質内に、リング形状の導波共振体と、出力導波管が形成されている。出力導波管として、導波共振体から時計回りの光を取り出す出力導波管と、導波共振体から反時計回りの光を取り出す出力導波管を有し、これら２つの出力導波管は導波共振体に結合されている。そして、各出力導波管から出力される光の干渉光が、基質とは別に形成された光検出器にて検出されるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表平９−５００７２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、移動する物体の角速度及び回転方向を精度良く検出するには、時計回りの光と反時計回りの光とがなす干渉縞の周期（間隔）が大きいことが重要である。このように干渉縞の周期が大きいと干渉縞が明確となり、移動する物体の角速度及び回転方向を精度良く検出することができる。
【０００５】
これに対し、特許文献１には、出力導波管（出力ファイバー）が互いになす角度Ａと、出力導波管に対して光検出器のなす角度Ｂとが、光検出器の大きさに関連して干渉パターンの空間分離を最適にするように波長に基づいて選択されるとの記載がある。しかしながら、角度Ａ，Ｂの好ましい値、干渉パターンの空間分離と光検出器の大きさとの関連性、及び、干渉パターンの空間分離と波長との関係について何ら記載されていない。すなわち、移動する物体の角速度及び回転方向を精度良く検出するために重要な要素である干渉縞の周期について、該周期を最適にする構成が何ら開示されていないに等しい。
【０００６】
また、特許文献１では、基質に設けられた導波共振体及び出力導波管と、光検出器とを別体としているため、出力導波管と光検出器の相対的な位置関係にばらつきが生じやすい。このため、移動する物体の角速度及び回転方向を精度良く検出することが困難である。
【０００７】
本発明は上記問題点に鑑み、移動する物体の角速度及び回転方向を精度良く検出することができる光ジャイロ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】
上記目的を達成する為に請求項１に記載の光ジャイロは、
リング形状の導波路を有する光共振器と、
一方向に配列された複数の光検出素子を有する光検出器と、
光共振器内を時計回り及び反時計回りで伝搬する光を、光共振器から光検出器へ導く検出用導波路と、を同一の基板上に備え、
検出用導波路は、時計回りの光用の導波部と反時計周りの光用の導波部を有し、各導波部の出力端から出力される光のなす角が、０度よりも大きく１度以下となるように、２つの導波部が配置され、
光検出器は、各導波部の出力端から出力される光が重なりあう位置であって、２つの導波部の光軸を線対称の関係とする軸と、光検出素子が配列された配列方向とのなす角が、０度よりも大きく４０度以下となるように、検出用導波路に対して配置されていることを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、同一の基板上に、光共振器、光検出器、検出用導波路を備えるため、相対的な位置関係のばらつきを抑制することができる。
【００１０】
また、２つの導波部の出力端から出力される光のなす角が１度よりも大きい構成に較べて、時計回りの光と反時計回りの光による干渉縞の周期を大きくすることができる。また、２つの導波部の光軸を線対称の関係とする軸と、光検出素子が配列された配列方向とのなす角が４０度よりも大きい構成に較べて、時計回りの光と反時計回りの光による干渉縞の周期を大きくすることができる。これら配置と干渉縞の周期との関係については、本発明者によって確認されている。
【００１１】
以上より、本発明によれば、移動する物体の角速度及び回転方向を精度良く検出することができる。また、同一基板に、光共振器、光検出器、検出用導波路が集積されるので、光ジャイロの体格を小型化することもできる。
【００１２】
なお、各導波部の出力端から出力される光のなす角とは、光の広がりを考慮して、光強度が最大値の１／２となる範囲を光の範囲とし、この範囲で規定される光同士のなす角度である。
【００１３】
請求項２に記載のように、２つの導波部の出力端に、該出力端から出力される光を平行光とするレンズがそれぞれ設けられ、
平行光のなす角が０度よりも大きく１度以下となるように、レンズを含んで２つの導波部が配置されると良い。
【００１４】
これによれば、請求項１の効果に加え、レンズによって光を平行光とするため、集光する構成に較べて干渉縞が検出しやすくなる。これにより、移動する物体の角速度及び回転方向を、より精度良く検出することができる。また、光検出器に光が当たりやすくなるため、消費電力を低減することもできる。
【００１５】
請求項３に記載のように、リング形状の光共振器の内側に、検出用導波路及び光検出器が配置され、
検出用導波路は、光共振器を構成する導波路の内側面から光検出器へ導く構成が好ましい。
【００１６】
これによれば、光ジャイロの体格をより小型化することができる。
【００１７】
請求項４に記載のように、光共振器を構成する導波路のコアとクラッドとの屈折率差が０より大きく０．１以下であることが好ましい。
【００１８】
光共振器から検出用導波路にしみ出す光（エバネッセント波）の量は、光共振器を構成する導波路の内側面のほうが外側面より少ない。これに対し、本発明によれば、コアとクラッドとの屈折率差が０．１よりも大きい構成に較べて、導波路全体からしみ出す光の量を増加させることができる。このため、導波路の内側面からしみ出す光の量も増加し、消費電力をより低減することができる。また、光共振器を構成する導波路の内側に光検出器及び検出用導波路を配置して光ジャイロの体格を小型化しつつ、移動する物体の角速度及び回転方向を精度良く検出することができる。屈折率差と光のしみ出し量との関係については、本発明者によって確認されている。
【００１９】
請求項５に記載のように、光検出器が基板に実装され、基板が、光検出器の実装面に、光検出器を位置決めするためのガイド部を有する構成としても良い。これによれば、光共振器及び検出用導波路が構成された基板とは別の基板に光検出器が形成されながらも、光共振器及び検出用導波路が構成された基板に光検出器を精度良く位置決めして実装することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】第１実施形態に係る光ジャイロの概略構成を示す平面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿い、導波路の概略構成を示す断面図である。
【図３】光検出器の概略構成を示す平面図である。
【図４】検出用導波路及び光検出器の周辺を示す平面図である。
【図５】２つの出力端から出力される光のなす角（β＋θ）と、干渉縞の周期との関係を示す図である。
【図６】検出用導波路に対する光検出器のなす角αと、干渉縞の周期との関係を示す図である。
【図７】図２のＡ１−Ａ２間における光強度分布を示す図である。
【図８】コアとクラッドの屈折率差と光のしみ出し量との関係を示す図である。
【図９】第２実施形態に係る光ジャイロにおいて、検出用導波路及び光検出器の周辺を示す平面図である。
【図１０】各レンズから出力される平行光のなす角θと、干渉縞の周期との関係を示す図である。
【図１１】検出用導波路に対する光検出器のなす角αと、干渉縞の周期との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、以下に示す各実施形態において、共通乃至関連する要素には同一の符号を付与するものとする。
（第１実施形態）
図１に示すように、光ジャイロ１０は、要部として、基板１１の一面上に配置された、光共振器１２、光検出器１３、検出用導波路１４を有する。図１に示す例では、さらに基板１１の一面上に配置された励起用光源１５を有する。
【００２２】
基板１１の一面には、光が伝搬される導波路が形成されており、この導波路により光共振器１２と検出用導波路１４が構成されている。本実施形態では、基板１１として単結晶シリコンを採用し、導波路が、二酸化シリコンからなるクラッド２０と、クラッド２０よりも屈折率の高い材料（例えば窒化シリコンやリンドープ二酸化シリコン）からなるコア２１によって構成されている。また、図２に例示する光共振器１２側の導波路のように、コア２１は断面矩形状とされ、矩形のコア２１を取り囲むようにクラッド２０が配置されている。すなわち、コア２１における基板１１側の下面、該下面と反対の上面、及び両側面に、クラッド２０が接している。
【００２３】
この導波路は所定形状にパターニングされており、導波路のうち、光共振器１２を構成する部分が、基板１１の一面に沿って延びたリング形状となっている。このリング形状としては、円形状、多角形状などを採用することができる。本実施形態では、図１に示すように、光共振器１２の導波路が円形（真円）のリング状となっている。
【００２４】
また、光共振器１２の導波路を構成するコア２１には、ネオジウムなどの希土類元素がドーピングされている。このため、励起用光源１５からの光により励起されて、光共振器１２の導波路内にレーザ光を生じるようになっている。このとき、レーザ光として、図１に示すように、光共振器１２内を時計回りで伝搬する光ＣＷと、反時計回りで伝搬する光ＣＣＷが生じる。
【００２５】
一方、検出用導波路１４は、光共振器１２内を時計回りで伝搬する光ＣＷと、反時計回りで伝搬する光ＣＣＷとをそれぞれ光共振器１２内から取り出し、光検出器１３に導くべく、時計回り用の導波部４０と反時計回り用の導波部４１を有する。この検出用導波路１４は、光共振器１２を構成する導波路のコア２１からしみ出す光（エバネッセント波）が伝搬されるように、光共振器１２の導波路と光学的に結合されていれば良い。したがって、検出用導波路１４が光共振器１２に接していても良いし、エバネッセント波が伝搬される範囲で検出用導波路１４と光共振器１２との間に僅かな隙間を有しても良い。
【００２６】
本実施形態では、導波路のうち、検出用導波路１４を構成する部分が略Ｕ字状となっており、Ｕ字の一方の脚部が時計回り用の導波部４０、他方の脚部が反時計回り用の導波部４１となっている。しかしながら、検出用導波路１４としては、略Ｕ字状に限定されるものではなく、導波部４０，４１を独立した２本の導波路として構成することもできる。
【００２７】
また、本実施形態では、検出用導波路１４が、光共振器１２におけるリング形状の導波路に対し、該導波路の内側面（内周面）に結合されている。そして、図１に示すように、光共振器１２における検出用導波路１４との光学的結合部分と、光共振器１２における励起用光源１５からの励起光の入射部分とが、円形（真円）の導波路の中心を挟んで対向する位置となっている。しかしながら、光共振器１２における検出用導波路１４との光学的結合部分は、光共振器１２における励起用光源１５からの励起光の入射部分に対して対向する位置に限定されるものではない。
【００２８】
光検出器１３は、角速度の大きさ及び回転方向を検出すべく、図３に示すように一方向に配列された複数の光検出素子３１を有している。本実施形態では、ｐ導電型の単結晶シリコンからなり、一面が長方形をなす基板３０の一面側表層に、長方形の短手辺に沿ってｎ導電型の領域が形成され、これによりｐｎ接合構造の光検出素子３１が構成されている。そして、複数の光検出素子３１が、基板３０の長手方向において、所定の周期（間隔）Ｄで設けられている。この周期Ｄは、干渉縞の周期よりも小さい周期であれば良く、好ましくは干渉縞の周期の１／１０倍以下とすると良い。干渉縞の周期に対して小さいほど、干渉縞の僅かなシフトを検出することが可能となる。本実施形態では、例えば周期Ｄを１μｍとして複数の光検出素子３１が設けられている。
【００２９】
この光検出器１３は、検出用導波路１４の２つの導波部４０，４１からそれぞれ出力される光による干渉光を検出すべく、導波部４０，４１からそれぞれ出力される光が重なりあう位置に設けられる。本実施形態では、図１に示すように、リング形状の光共振器１２の内側であって、検出用導波路１４と励起用光源１５との間に設けられている。
【００３０】
また、光検出器１３は、基板１１の一面に設けられたガイド部１６により、基板１１に対して所定位置に位置決めされるようになっている。本実施形態では、ガイド部１６が、クラッド２０同様、基板１１の一面上に設けられた二酸化シリコンをパターニングすることで構成されている。このガイド部１６は、基板１１の一面に沿う形状が略Ｌ字状とされ、一対のガイド部１６が、光検出器１３を構成する基板３０の対角位置に設けられている。なお、ガイド部１６としては、基板１１の一面から突出するものに限定されない。例えば、基板１１を一面側からエッチングしてなる凹部をガイド部１６としても良い。
【００３１】
励起用光源１５は、光共振器１２内でレーザ発振すべく、励起光を光共振器１２に出力するものである。本実施形態では、励起用光源１５として半導体レーザを採用している。本実施形態では、図１に示すように、励起用光源１５も、リング形状の共振器１２の内側に設けられている。
【００３２】
このように構成される光ジャイロ１０では、励起用光源１５からの光が光共振器１２の導波路に入射されると、光共振器１２内にレーザ発振が生じ、光共振器１２内を時計回りで伝搬する光ＣＷと、反時計回りで伝搬する光ＣＣＷが生じる。これら光ＣＷ，ＣＣＷは、光検出器１３の位置において重なり合い、干渉縞を形成する。光ＣＷ，ＣＣＷは、光ジャイロ１０が回転するとサニャック効果を受けるので、これにより干渉光のパターン（干渉縞）が光検出素子３１の配列方向においてシフトする。したがって、例えば配列方向におけるシフト量により角速度を検出し、シフト方向により回転方向を検出することができる。
【００３３】
次に、本実施形態に係る光ジャイロ１０の、主たる特徴部分について説明する。
【００３４】
本実施形態では、図４に示すように、検出用導波路１４が、時計回りの光ＣＷ用の導波部４０と反時計周りの光ＣＣＷ用の導波部４１を有している。そして、各導波部４０，４１の出力端４０ａ，４１ａから出力される光のなす角が、０度よりも大きく１度以下となるように、２つの導波部４０，４１が配置されている。
【００３５】
ここで、出力端４０ａ，４１ａから出力される光のなす角について詳細に説明する。図４に示す符号４０ｂ，４１ｂは、各導波部４０，４１の出力端４０ａ，４１ａ付近での光軸を示す。出力端４０ａ，４１ａから出力される光は、光軸４０ｂ，４１ｂを中心として広がる。光軸４０ｂ，４１ｂのなす角をθ度、出力される光の広がり角をともにβ度とすると、出力端４０ａ，４１ａから出力される光のなす角は、図４に示すように（β＋θ）度となる。なお、広がり角βは、光強度が最大値の１／２となる角度である。
【００３６】
図５は、出力端４０ａ，４１ａから出力される光のなす角（β＋θ）と干渉縞の周期との関係を示す図である。図５では、後述する角度αを０度、波長を９００ｎｍとしたときの結果を示している。図５に示すように、出力端４０ａ，４１ａから出力される光のなす角（β＋θ）が１度よりも大きいと、角度によって干渉縞の周期は殆ど変化せず、周期も小さい値となっている。一方、光のなす角（β＋θ）が１度以下においては、１度より大きい場合に較べて角度による干渉縞の周期の変化量が大きく、角度が小さいほど干渉縞の周期が大きくなっている。
【００３７】
また、図４に示すように、２つの導波部４０，４１の光軸４０ｂ，４１ｂを線対称の関係とする基準軸１４ａに対し、光検出器１３における光検出素子３１が配列された配列方向のなす角αが、０度よりも大きく４０度以下となるように配置されている。
【００３８】
図６は、基準軸１４ａに対する光検出器１３の角度αと干渉縞の周期との関係を示す図である。図６では、上記した角度（β＋θ）を１度、波長を９００ｎｍとしたときの結果を示している。図６に示すように、基準軸１４ａに対する光検出器１３の角度αが４０度よりも大きいと、角度によって干渉縞の周期は殆ど変化せず、周期も小さい値となっている。一方、光検出器１３の角度αが４０度以下においては、４０度より大きい場合に較べて角度による干渉縞の周期の変化量が大きく、角度が小さいほど干渉縞の周期が大きくなっている。
【００３９】
以上より、本実施形態では、上記した２つの条件をともに満たすので、時計回りの光ＣＷと反時計回りの光ＣＣＷによる干渉縞の周期を大きくすることができる。このように干渉縞の周期を大きくすると、光検出器１３上において干渉縞のパターンが明確となるので、移動する物体の角速度及び回転方向を精度良く検出することができる。また、干渉縞の周期が大きいため、干渉縞の周期以上とならない範囲で光検出素子３１の周期Ｄも大きくすることができる。このため、光検出器１３を形成しやすい。
【００４０】
また、同一の基板１１上に、光共振器１２、光検出器１３、検出用導波路１４、励起用光源１５を備えるため、相対的な位置関係のばらつきを抑制することができる。これによっても、移動する物体の角速度及び回転方向を精度良く検出することができる。また、同一の基板１１上に集積するため、光ジャイロ１０の体格を小型化することもできる。
【００４１】
次いで、本実施形態では、光共振器１２を構成する導波路のコア２１とクラッド２０との屈折率差が０より大きく０．１以下となっている。
【００４２】
図７に示すように、光共振器１２を構成する導波路のコア２１の端部（表面）での光強度をＩａとすると、光強度Ｉａから光強度がＩａの１／２となる範囲までを、コア２１から光がしみ出した量とする。図８に示すように、コアとクラッドとの屈折率差が０．１よりも大きいと、屈折率差によって光のしみ出し量は殆ど変化せず、小さい値となっている。一方、屈折率差が０．１以下においては、屈折率差が０．１より大きい場合に較べて屈折率差による光のしみ出し量の変化量が大きく、屈折率差が小さいほどしみ出し量が大きくなっている。
【００４３】
光共振器１２の導波路から検出用導波路１４にしみ出す光（エバネッセント波）の量は、光共振器１２を構成する導波路の内側面（内周面）のほうが外側面（外周面）より少ない。これに対し、本実施形態によれば、コア２１とクラッド２０との屈折率差が０．１よりも大きい構成に較べて、光共振器１２を構成する導波路全体からしみ出す光の量を増加させることができる。このため、光共振器１２を構成する導波路の内側面からしみ出す光の量も増加する。したがって、コア２１とクラッド２０との屈折率差が０．１よりも大きい構成に較べて、消費電力を低減することができる。また、光共振器１２を構成する導波路の内側に光検出器１３及び検出用導波路１４を配置して、光ジャイロ１０の体格を小型化しつつ、移動する物体の角速度及び回転方向を精度良く検出することができる。
【００４４】
次に、本実施形態に係る光ジャイロ１０の、その他の特徴部分について説明する。
【００４５】
本実施形態では、リング形状の光共振器１２の内側に、検出用導波路１４及び光検出器１３が配置されており、検出用導波路１４が、光共振器１２を構成する導波路の内側面から光検出器１３へ光を導くようになっている。このため、リング形状の光共振器１２の外側に検出用導波路１４及び光検出器１３が配置される構成に較べて、光ジャイロ１０の体格を小型化することができる。特に本実施形態では、励起用光源１５についても、リング形状の光共振器１２の内側に配置するため、励起用光源１５を備える構成において、光ジャイロ１０の体格をより小型化することができる。
【００４６】
また、本実施形態では、導波路（光共振器１２及び検出用導波路１４）が形成される基板１１とは別の基板３０に光検出器１３が構成されている。そして、基板１１の一面に設けられた位置決め用のガイド部１６により、光検出器１３が基板１１に対して位置決めされ、この位置決め状態で光検出器１３が基板１１に実装されている。このように、ガイド部１６を用いるため、基板１１とは別の基板３０に光検出器１３が構成されながらも、光共振器１２及び検出用導波路１４が構成された基板１１に光検出器１３を精度良く位置決めし、実装することができる。特に本実施形態では、導波路を構成するクラッド２０と同一材料を用いてガイド部１６を形成するため、製造工程の増加を抑制することもできる。
【００４７】
（第２実施形態）
第１実施形態では、検出用導波路１４の出力端４０ａ，４１ａから出力された光を、他の光学素子を介さずに光検出器１３に照射する例を示した。これに対し、本実施形態では、図９に示すように、検出用導波部１４を構成する２つの導波部４０，４１の出力端４０ａ，４１ａに、該出力端４０ａ，４１ａから出力される光を平行光とするレンズ４０ｃ，４１ｃがそれぞれ設けられており、各レンズ４０ｃ，４１ｃから出力される平行光を光検出器１３に照射する。そして、各レンズ４０ｃ，４１ｃから出力される平行光のなす角が０度よりも大きく１度以下となるように、レンズ４０ｃ，４１ｃを含んで２つの導波部４０，４１が配置されている点を特徴とする。
【００４８】
ここで、各レンズ４０ｃ，４１ｃから出力される平行光のなす角について詳細に説明する。出力端４０ａ，４１ａから出力される光は、導波部４０，４１の光軸４０ｂ，４１ｂを中心として広がり、レンズ４０ｃ，４１ｃにて平行光とされる。このため、レンズ４０ｃ，４１ｃから出力される光のなす角は、導波部４０，４１の光軸４０ｂ，４１ｂのなす角θと一致する。
【００４９】
図１０は、各レンズ４０ｃ，４１ｃから出力される平行光のなす角θと干渉縞の周期との関係を示す図である。図１０では、角度αを０度、波長を９００ｎｍとしたときの結果を示している。図１０に示すように、平行光のなす角θが１度よりも大きいと、角度によって干渉縞の周期は殆ど変化せず、周期も小さい値となっている。一方、平行光のなす角θが１度以下においては、１度より大きい場合に較べて角度による干渉縞の周期の変化量が大きく、角度が小さいほど干渉縞の周期が大きくなっている。
【００５０】
また、本実施形態においても、図９に示すように、２つの導波部４０，４１の光軸４０ｂ，４１ｂを線対称の関係とする基準軸１４ａに対し、光検出器１３における光検出素子３１が配列された配列方向のなす角αが、０度よりも大きく４０度以下となるように配置されている。
【００５１】
図１１は、基準軸１４ａに対する光検出器１３の角度αと干渉縞の周期との関係を示す図である。図１１では、上記した角度θを１度、波長を９００ｎｍとしたときの結果を示している。図１１に示すように、基準軸１４ａに対する光検出器１３の角度αが４０度よりも大きいと、角度によって干渉縞の周期は殆ど変化せず、周期も小さい値となっている。一方、光検出器１３の角度αが４０度以下においては、４０度より大きい場合に較べて角度による干渉縞の周期の変化量が大きく、角度が小さいほど干渉縞の周期が大きくなっている。
【００５２】
以上より、本実施形態では、上記した２つの条件をともに満たすので、時計回りの光ＣＷと反時計回りの光ＣＣＷによる干渉縞の周期を大きくすることができる。このように干渉縞の周期を大きくすると、光検出器１３上において干渉縞のパターンが明確となるので、移動する物体の角速度及び回転方向を精度良く検出することができる。また、干渉縞の周期が大きいため、干渉縞の周期以上とならない範囲で光検出素子３１の周期Ｄも大きくすることができる。このため、光検出器１３を形成しやすい。
【００５３】
また、同一の基板１１上に、光共振器１２、光検出器１３、検出用導波路１４、励起用光源１５を備えるため、相対的な位置関係のばらつきを抑制することができる。これによっても、移動する物体の角速度及び回転方向を精度良く検出することができる。また、同一の基板１１上に集積するため、光ジャイロ１０の体格を小型化することもできる。
【００５４】
また、レンズ４０ｃ，４１ｃよって光を平行光とするため、集光する構成に較べて干渉縞を検出しやすくなる。これによっても、移動する物体の角速度及び回転方向を精度良く検出することができる。また、第１実施形態に示す構成に較べて、光検出器１３に光が当たりやすくなるため、消費電力を低減することもできる。
【００５５】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。
【００５６】
本実施形態では、励起用光源１５からの光を用いて光共振器１２内でレーザ発振させ、時計回りで伝搬する光ＣＷと反時計回りで伝搬する光ＣＣＷを生じさせる例を示した。しかしながら、光ＣＷと反時計回りで伝搬する光ＣＣＷを生じさせる構成は、上記例に限定されるものではない。例えば、光共振器１２のコア２１を化合物半導体で構成するとともに、基板１１の一面側表層にｐｎ接合部を設けて電流を流し、これにより、光共振器１２の導波路内にキャリアを注入してレーザ発振させても良い。また、光共振器１２を構成するリング形状の導波路の一部に半導体レーザを設けても良い。
【００５７】
本実施形態では、光共振器１２のリング形状の導波路の内側に、光検出器１３、検出用導波路１４が配置される例を示した。しかしながら、光共振器１２のリング形状の導波路の外側に、光検出器１３、検出用導波路１４が配置された構成としても良い。また、励起用光源１５も、光共振器１２のリング形状の導波路の外側に配置することができる。
【符号の説明】
【００５８】
１０・・・光ジャイロ
１１・・・基板
１２・・・光共振器
１３・・・光検出器
１４・・・検出用導波路
１４ａ・・・基準軸
２０・・・コア
２１・・・クラッド
３１・・・光検出素子
４０，４１・・・導波部
ＣＷ・・・時計回りで伝搬する光
ＣＣＷ・・・反時計回りで伝搬する光
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リング形状の導波路を有する光共振器と光検出器とを備える光ジャイロに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、光ジャイロ（所謂リングレーザジャイロ）として、特許文献１に記載のものが知られている。特許文献１では、基質内に、リング形状の導波共振体と、出力導波管が形成されている。出力導波管として、導波共振体から時計回りの光を取り出す出力導波管と、導波共振体から反時計回りの光を取り出す出力導波管を有し、これら２つの出力導波管は導波共振体に結合されている。そして、各出力導波管から出力される光の干渉光が、基質とは別に形成された光検出器にて検出されるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表平９−５００７２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、移動する物体の角速度及び回転方向を精度良く検出するには、時計回りの光と反時計回りの光とがなす干渉縞の周期（間隔）が大きいことが重要である。このように干渉縞の周期が大きいと干渉縞が明確となり、移動する物体の角速度及び回転方向を精度良く検出することができる。
【０００５】
これに対し、特許文献１には、出力導波管（出力ファイバー）が互いになす角度Ａと、出力導波管に対して光検出器のなす角度Ｂとが、光検出器の大きさに関連して干渉パターンの空間分離を最適にするように波長に基づいて選択されるとの記載がある。しかしながら、角度Ａ，Ｂの好ましい値、干渉パターンの空間分離と光検出器の大きさとの関連性、及び、干渉パターンの空間分離と波長との関係について何ら記載されていない。すなわち、移動する物体の角速度及び回転方向を精度良く検出するために重要な要素である干渉縞の周期について、該周期を最適にする構成が何ら開示されていないに等しい。
【０００６】
また、特許文献１では、基質に設けられた導波共振体及び出力導波管と、光検出器とを別体としているため、出力導波管と光検出器の相対的な位置関係にばらつきが生じやすい。このため、移動する物体の角速度及び回転方向を精度良く検出することが困難である。
【０００７】
本発明は上記問題点に鑑み、移動する物体の角速度及び回転方向を精度良く検出することができる光ジャイロ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】
上記目的を達成する為に請求項１に記載の光ジャイロは、
リング形状の導波路を有する光共振器と、
一方向に配列された複数の光検出素子を有する光検出器と、
光共振器内を時計回り及び反時計回りで伝搬する光を、光共振器から光検出器へ導く検出用導波路と、を同一の基板上に備え、
検出用導波路は、時計回りの光用の導波部と反時計周りの光用の導波部を有し、各導波部の出力端から出力される光のなす角が、０度よりも大きく１度以下となるように、２つの導波部が配置され、
光検出器は、各導波部の出力端から出力される光が重なりあう位置であって、２つの導波部の光軸を線対称の関係とする軸と、光検出素子が配列された配列方向とのなす角が、０度よりも大きく４０度以下となるように、検出用導波路に対して配置されていることを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、同一の基板上に、光共振器、光検出器、検出用導波路を備えるため、相対的な位置関係のばらつきを抑制することができる。
【００１０】
また、２つの導波部の出力端から出力される光のなす角が１度よりも大きい構成に較べて、時計回りの光と反時計回りの光による干渉縞の周期を大きくすることができる。また、２つの導波部の光軸を線対称の関係とする軸と、光検出素子が配列された配列方向とのなす角が４０度よりも大きい構成に較べて、時計回りの光と反時計回りの光による干渉縞の周期を大きくすることができる。これら配置と干渉縞の周期との関係については、本発明者によって確認されている。
【００１１】
以上より、本発明によれば、移動する物体の角速度及び回転方向を精度良く検出することができる。また、同一基板に、光共振器、光検出器、検出用導波路が集積されるので、光ジャイロの体格を小型化することもできる。
【００１２】
なお、各導波部の出力端から出力される光のなす角とは、光の広がりを考慮して、光強度が最大値の１／２となる範囲を光の範囲とし、この範囲で規定される光同士のなす角度である。
【００１３】
請求項２に記載のように、２つの導波部の出力端に、該出力端から出力される光を平行光とするレンズがそれぞれ設けられ、
平行光のなす角が０度よりも大きく１度以下となるように、レンズを含んで２つの導波部が配置されると良い。
【００１４】
これによれば、請求項１の効果に加え、レンズによって光を平行光とするため、集光する構成に較べて干渉縞が検出しやすくなる。これにより、移動する物体の角速度及び回転方向を、より精度良く検出することができる。また、光検出器に光が当たりやすくなるため、消費電力を低減することもできる。
【００１５】
請求項３に記載のように、リング形状の光共振器の内側に、検出用導波路及び光検出器が配置され、
検出用導波路は、光共振器を構成する導波路の内側面から光検出器へ導く構成が好ましい。
【００１６】
これによれば、光ジャイロの体格をより小型化することができる。
【００１７】
請求項４に記載のように、光共振器を構成する導波路のコアとクラッドとの屈折率差が０より大きく０．１以下であることが好ましい。
【００１８】
光共振器から検出用導波路にしみ出す光（エバネッセント波）の量は、光共振器を構成する導波路の内側面のほうが外側面より少ない。これに対し、本発明によれば、コアとクラッドとの屈折率差が０．１よりも大きい構成に較べて、導波路全体からしみ出す光の量を増加させることができる。このため、導波路の内側面からしみ出す光の量も増加し、消費電力をより低減することができる。また、光共振器を構成する導波路の内側に光検出器及び検出用導波路を配置して光ジャイロの体格を小型化しつつ、移動する物体の角速度及び回転方向を精度良く検出することができる。屈折率差と光のしみ出し量との関係については、本発明者によって確認されている。
【００１９】
請求項５に記載のように、光検出器が基板に実装され、基板が、光検出器の実装面に、光検出器を位置決めするためのガイド部を有する構成としても良い。これによれば、光共振器及び検出用導波路が構成された基板とは別の基板に光検出器が形成されながらも、光共振器及び検出用導波路が構成された基板に光検出器を精度良く位置決めして実装することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】第１実施形態に係る光ジャイロの概略構成を示す平面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿い、導波路の概略構成を示す断面図である。
【図３】光検出器の概略構成を示す平面図である。
【図４】検出用導波路及び光検出器の周辺を示す平面図である。
【図５】２つの出力端から出力される光のなす角（β＋θ）と、干渉縞の周期との関係を示す図である。
【図６】検出用導波路に対する光検出器のなす角αと、干渉縞の周期との関係を示す図である。
【図７】図２のＡ１−Ａ２間における光強度分布を示す図である。
【図８】コアとクラッドの屈折率差と光のしみ出し量との関係を示す図である。
【図９】第２実施形態に係る光ジャイロにおいて、検出用導波路及び光検出器の周辺を示す平面図である。
【図１０】各レンズから出力される平行光のなす角θと、干渉縞の周期との関係を示す図である。
【図１１】検出用導波路に対する光検出器のなす角αと、干渉縞の周期との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、以下に示す各実施形態において、共通乃至関連する要素には同一の符号を付与するものとする。
（第１実施形態）
図１に示すように、光ジャイロ１０は、要部として、基板１１の一面上に配置された、光共振器１２、光検出器１３、検出用導波路１４を有する。図１に示す例では、さらに基板１１の一面上に配置された励起用光源１５を有する。
【００２２】
基板１１の一面には、光が伝搬される導波路が形成されており、この導波路により光共振器１２と検出用導波路１４が構成されている。本実施形態では、基板１１として単結晶シリコンを採用し、導波路が、二酸化シリコンからなるクラッド２０と、クラッド２０よりも屈折率の高い材料（例えば窒化シリコンやリンドープ二酸化シリコン）からなるコア２１によって構成されている。また、図２に例示する光共振器１２側の導波路のように、コア２１は断面矩形状とされ、矩形のコア２１を取り囲むようにクラッド２０が配置されている。すなわち、コア２１における基板１１側の下面、該下面と反対の上面、及び両側面に、クラッド２０が接している。
【００２３】
この導波路は所定形状にパターニングされており、導波路のうち、光共振器１２を構成する部分が、基板１１の一面に沿って延びたリング形状となっている。このリング形状としては、円形状、多角形状などを採用することができる。本実施形態では、図１に示すように、光共振器１２の導波路が円形（真円）のリング状となっている。
【００２４】
また、光共振器１２の導波路を構成するコア２１には、ネオジウムなどの希土類元素がドーピングされている。このため、励起用光源１５からの光により励起されて、光共振器１２の導波路内にレーザ光を生じるようになっている。このとき、レーザ光として、図１に示すように、光共振器１２内を時計回りで伝搬する光ＣＷと、反時計回りで伝搬する光ＣＣＷが生じる。
【００２５】
一方、検出用導波路１４は、光共振器１２内を時計回りで伝搬する光ＣＷと、反時計回りで伝搬する光ＣＣＷとをそれぞれ光共振器１２内から取り出し、光検出器１３に導くべく、時計回り用の導波部４０と反時計回り用の導波部４１を有する。この検出用導波路１４は、光共振器１２を構成する導波路のコア２１からしみ出す光（エバネッセント波）が伝搬されるように、光共振器１２の導波路と光学的に結合されていれば良い。したがって、検出用導波路１４が光共振器１２に接していても良いし、エバネッセント波が伝搬される範囲で検出用導波路１４と光共振器１２との間に僅かな隙間を有しても良い。
【００２６】
本実施形態では、導波路のうち、検出用導波路１４を構成する部分が略Ｕ字状となっており、Ｕ字の一方の脚部が時計回り用の導波部４０、他方の脚部が反時計回り用の導波部４１となっている。しかしながら、検出用導波路１４としては、略Ｕ字状に限定されるものではなく、導波部４０，４１を独立した２本の導波路として構成することもできる。
【００２７】
また、本実施形態では、検出用導波路１４が、光共振器１２におけるリング形状の導波路に対し、該導波路の内側面（内周面）に結合されている。そして、図１に示すように、光共振器１２における検出用導波路１４との光学的結合部分と、光共振器１２における励起用光源１５からの励起光の入射部分とが、円形（真円）の導波路の中心を挟んで対向する位置となっている。しかしながら、光共振器１２における検出用導波路１４との光学的結合部分は、光共振器１２における励起用光源１５からの励起光の入射部分に対して対向する位置に限定されるものではない。
【００２８】
光検出器１３は、角速度の大きさ及び回転方向を検出すべく、図３に示すように一方向に配列された複数の光検出素子３１を有している。本実施形態では、ｐ導電型の単結晶シリコンからなり、一面が長方形をなす基板３０の一面側表層に、長方形の短手辺に沿ってｎ導電型の領域が形成され、これによりｐｎ接合構造の光検出素子３１が構成されている。そして、複数の光検出素子３１が、基板３０の長手方向において、所定の周期（間隔）Ｄで設けられている。この周期Ｄは、干渉縞の周期よりも小さい周期であれば良く、好ましくは干渉縞の周期の１／１０倍以下とすると良い。干渉縞の周期に対して小さいほど、干渉縞の僅かなシフトを検出することが可能となる。本実施形態では、例えば周期Ｄを１μｍとして複数の光検出素子３１が設けられている。
【００２９】
この光検出器１３は、検出用導波路１４の２つの導波部４０，４１からそれぞれ出力される光による干渉光を検出すべく、導波部４０，４１からそれぞれ出力される光が重なりあう位置に設けられる。本実施形態では、図１に示すように、リング形状の光共振器１２の内側であって、検出用導波路１４と励起用光源１５との間に設けられている。
【００３０】
また、光検出器１３は、基板１１の一面に設けられたガイド部１６により、基板１１に対して所定位置に位置決めされるようになっている。本実施形態では、ガイド部１６が、クラッド２０同様、基板１１の一面上に設けられた二酸化シリコンをパターニングすることで構成されている。このガイド部１６は、基板１１の一面に沿う形状が略Ｌ字状とされ、一対のガイド部１６が、光検出器１３を構成する基板３０の対角位置に設けられている。なお、ガイド部１６としては、基板１１の一面から突出するものに限定されない。例えば、基板１１を一面側からエッチングしてなる凹部をガイド部１６としても良い。
【００３１】
励起用光源１５は、光共振器１２内でレーザ発振すべく、励起光を光共振器１２に出力するものである。本実施形態では、励起用光源１５として半導体レーザを採用している。本実施形態では、図１に示すように、励起用光源１５も、リング形状の共振器１２の内側に設けられている。
【００３２】
このように構成される光ジャイロ１０では、励起用光源１５からの光が光共振器１２の導波路に入射されると、光共振器１２内にレーザ発振が生じ、光共振器１２内を時計回りで伝搬する光ＣＷと、反時計回りで伝搬する光ＣＣＷが生じる。これら光ＣＷ，ＣＣＷは、光検出器１３の位置において重なり合い、干渉縞を形成する。光ＣＷ，ＣＣＷは、光ジャイロ１０が回転するとサニャック効果を受けるので、これにより干渉光のパターン（干渉縞）が光検出素子３１の配列方向においてシフトする。したがって、例えば配列方向におけるシフト量により角速度を検出し、シフト方向により回転方向を検出することができる。
【００３３】
次に、本実施形態に係る光ジャイロ１０の、主たる特徴部分について説明する。
【００３４】
本実施形態では、図４に示すように、検出用導波路１４が、時計回りの光ＣＷ用の導波部４０と反時計周りの光ＣＣＷ用の導波部４１を有している。そして、各導波部４０，４１の出力端４０ａ，４１ａから出力される光のなす角が、０度よりも大きく１度以下となるように、２つの導波部４０，４１が配置されている。
【００３５】
ここで、出力端４０ａ，４１ａから出力される光のなす角について詳細に説明する。図４に示す符号４０ｂ，４１ｂは、各導波部４０，４１の出力端４０ａ，４１ａ付近での光軸を示す。出力端４０ａ，４１ａから出力される光は、光軸４０ｂ，４１ｂを中心として広がる。光軸４０ｂ，４１ｂのなす角をθ度、出力される光の広がり角をともにβ度とすると、出力端４０ａ，４１ａから出力される光のなす角は、図４に示すように（β＋θ）度となる。なお、広がり角βは、光強度が最大値の１／２となる角度である。
【００３６】
図５は、出力端４０ａ，４１ａから出力される光のなす角（β＋θ）と干渉縞の周期との関係を示す図である。図５では、後述する角度αを０度、波長を９００ｎｍとしたときの結果を示している。図５に示すように、出力端４０ａ，４１ａから出力される光のなす角（β＋θ）が１度よりも大きいと、角度によって干渉縞の周期は殆ど変化せず、周期も小さい値となっている。一方、光のなす角（β＋θ）が１度以下においては、１度より大きい場合に較べて角度による干渉縞の周期の変化量が大きく、角度が小さいほど干渉縞の周期が大きくなっている。
【００３７】
また、図４に示すように、２つの導波部４０，４１の光軸４０ｂ，４１ｂを線対称の関係とする基準軸１４ａに対し、光検出器１３における光検出素子３１が配列された配列方向のなす角αが、０度よりも大きく４０度以下となるように配置されている。
【００３８】
図６は、基準軸１４ａに対する光検出器１３の角度αと干渉縞の周期との関係を示す図である。図６では、上記した角度（β＋θ）を１度、波長を９００ｎｍとしたときの結果を示している。図６に示すように、基準軸１４ａに対する光検出器１３の角度αが４０度よりも大きいと、角度によって干渉縞の周期は殆ど変化せず、周期も小さい値となっている。一方、光検出器１３の角度αが４０度以下においては、４０度より大きい場合に較べて角度による干渉縞の周期の変化量が大きく、角度が小さいほど干渉縞の周期が大きくなっている。
【００３９】
以上より、本実施形態では、上記した２つの条件をともに満たすので、時計回りの光ＣＷと反時計回りの光ＣＣＷによる干渉縞の周期を大きくすることができる。このように干渉縞の周期を大きくすると、光検出器１３上において干渉縞のパターンが明確となるので、移動する物体の角速度及び回転方向を精度良く検出することができる。また、干渉縞の周期が大きいため、干渉縞の周期以上とならない範囲で光検出素子３１の周期Ｄも大きくすることができる。このため、光検出器１３を形成しやすい。
【００４０】
また、同一の基板１１上に、光共振器１２、光検出器１３、検出用導波路１４、励起用光源１５を備えるため、相対的な位置関係のばらつきを抑制することができる。これによっても、移動する物体の角速度及び回転方向を精度良く検出することができる。また、同一の基板１１上に集積するため、光ジャイロ１０の体格を小型化することもできる。
【００４１】
次いで、本実施形態では、光共振器１２を構成する導波路のコア２１とクラッド２０との屈折率差が０より大きく０．１以下となっている。
【００４２】
図７に示すように、光共振器１２を構成する導波路のコア２１の端部（表面）での光強度をＩａとすると、光強度Ｉａから光強度がＩａの１／２となる範囲までを、コア２１から光がしみ出した量とする。図８に示すように、コアとクラッドとの屈折率差が０．１よりも大きいと、屈折率差によって光のしみ出し量は殆ど変化せず、小さい値となっている。一方、屈折率差が０．１以下においては、屈折率差が０．１より大きい場合に較べて屈折率差による光のしみ出し量の変化量が大きく、屈折率差が小さいほどしみ出し量が大きくなっている。
【００４３】
光共振器１２の導波路から検出用導波路１４にしみ出す光（エバネッセント波）の量は、光共振器１２を構成する導波路の内側面（内周面）のほうが外側面（外周面）より少ない。これに対し、本実施形態によれば、コア２１とクラッド２０との屈折率差が０．１よりも大きい構成に較べて、光共振器１２を構成する導波路全体からしみ出す光の量を増加させることができる。このため、光共振器１２を構成する導波路の内側面からしみ出す光の量も増加する。したがって、コア２１とクラッド２０との屈折率差が０．１よりも大きい構成に較べて、消費電力を低減することができる。また、光共振器１２を構成する導波路の内側に光検出器１３及び検出用導波路１４を配置して、光ジャイロ１０の体格を小型化しつつ、移動する物体の角速度及び回転方向を精度良く検出することができる。
【００４４】
次に、本実施形態に係る光ジャイロ１０の、その他の特徴部分について説明する。
【００４５】
本実施形態では、リング形状の光共振器１２の内側に、検出用導波路１４及び光検出器１３が配置されており、検出用導波路１４が、光共振器１２を構成する導波路の内側面から光検出器１３へ光を導くようになっている。このため、リング形状の光共振器１２の外側に検出用導波路１４及び光検出器１３が配置される構成に較べて、光ジャイロ１０の体格を小型化することができる。特に本実施形態では、励起用光源１５についても、リング形状の光共振器１２の内側に配置するため、励起用光源１５を備える構成において、光ジャイロ１０の体格をより小型化することができる。
【００４６】
また、本実施形態では、導波路（光共振器１２及び検出用導波路１４）が形成される基板１１とは別の基板３０に光検出器１３が構成されている。そして、基板１１の一面に設けられた位置決め用のガイド部１６により、光検出器１３が基板１１に対して位置決めされ、この位置決め状態で光検出器１３が基板１１に実装されている。このように、ガイド部１６を用いるため、基板１１とは別の基板３０に光検出器１３が構成されながらも、光共振器１２及び検出用導波路１４が構成された基板１１に光検出器１３を精度良く位置決めし、実装することができる。特に本実施形態では、導波路を構成するクラッド２０と同一材料を用いてガイド部１６を形成するため、製造工程の増加を抑制することもできる。
【００４７】
（第２実施形態）
第１実施形態では、検出用導波路１４の出力端４０ａ，４１ａから出力された光を、他の光学素子を介さずに光検出器１３に照射する例を示した。これに対し、本実施形態では、図９に示すように、検出用導波部１４を構成する２つの導波部４０，４１の出力端４０ａ，４１ａに、該出力端４０ａ，４１ａから出力される光を平行光とするレンズ４０ｃ，４１ｃがそれぞれ設けられており、各レンズ４０ｃ，４１ｃから出力される平行光を光検出器１３に照射する。そして、各レンズ４０ｃ，４１ｃから出力される平行光のなす角が０度よりも大きく１度以下となるように、レンズ４０ｃ，４１ｃを含んで２つの導波部４０，４１が配置されている点を特徴とする。
【００４８】
ここで、各レンズ４０ｃ，４１ｃから出力される平行光のなす角について詳細に説明する。出力端４０ａ，４１ａから出力される光は、導波部４０，４１の光軸４０ｂ，４１ｂを中心として広がり、レンズ４０ｃ，４１ｃにて平行光とされる。このため、レンズ４０ｃ，４１ｃから出力される光のなす角は、導波部４０，４１の光軸４０ｂ，４１ｂのなす角θと一致する。
【００４９】
図１０は、各レンズ４０ｃ，４１ｃから出力される平行光のなす角θと干渉縞の周期との関係を示す図である。図１０では、角度αを０度、波長を９００ｎｍとしたときの結果を示している。図１０に示すように、平行光のなす角θが１度よりも大きいと、角度によって干渉縞の周期は殆ど変化せず、周期も小さい値となっている。一方、平行光のなす角θが１度以下においては、１度より大きい場合に較べて角度による干渉縞の周期の変化量が大きく、角度が小さいほど干渉縞の周期が大きくなっている。
【００５０】
また、本実施形態においても、図９に示すように、２つの導波部４０，４１の光軸４０ｂ，４１ｂを線対称の関係とする基準軸１４ａに対し、光検出器１３における光検出素子３１が配列された配列方向のなす角αが、０度よりも大きく４０度以下となるように配置されている。
【００５１】
図１１は、基準軸１４ａに対する光検出器１３の角度αと干渉縞の周期との関係を示す図である。図１１では、上記した角度θを１度、波長を９００ｎｍとしたときの結果を示している。図１１に示すように、基準軸１４ａに対する光検出器１３の角度αが４０度よりも大きいと、角度によって干渉縞の周期は殆ど変化せず、周期も小さい値となっている。一方、光検出器１３の角度αが４０度以下においては、４０度より大きい場合に較べて角度による干渉縞の周期の変化量が大きく、角度が小さいほど干渉縞の周期が大きくなっている。
【００５２】
以上より、本実施形態では、上記した２つの条件をともに満たすので、時計回りの光ＣＷと反時計回りの光ＣＣＷによる干渉縞の周期を大きくすることができる。このように干渉縞の周期を大きくすると、光検出器１３上において干渉縞のパターンが明確となるので、移動する物体の角速度及び回転方向を精度良く検出することができる。また、干渉縞の周期が大きいため、干渉縞の周期以上とならない範囲で光検出素子３１の周期Ｄも大きくすることができる。このため、光検出器１３を形成しやすい。
【００５３】
また、同一の基板１１上に、光共振器１２、光検出器１３、検出用導波路１４、励起用光源１５を備えるため、相対的な位置関係のばらつきを抑制することができる。これによっても、移動する物体の角速度及び回転方向を精度良く検出することができる。また、同一の基板１１上に集積するため、光ジャイロ１０の体格を小型化することもできる。
【００５４】
また、レンズ４０ｃ，４１ｃよって光を平行光とするため、集光する構成に較べて干渉縞を検出しやすくなる。これによっても、移動する物体の角速度及び回転方向を精度良く検出することができる。また、第１実施形態に示す構成に較べて、光検出器１３に光が当たりやすくなるため、消費電力を低減することもできる。
【００５５】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。
【００５６】
本実施形態では、励起用光源１５からの光を用いて光共振器１２内でレーザ発振させ、時計回りで伝搬する光ＣＷと反時計回りで伝搬する光ＣＣＷを生じさせる例を示した。しかしながら、光ＣＷと反時計回りで伝搬する光ＣＣＷを生じさせる構成は、上記例に限定されるものではない。例えば、光共振器１２のコア２１を化合物半導体で構成するとともに、基板１１の一面側表層にｐｎ接合部を設けて電流を流し、これにより、光共振器１２の導波路内にキャリアを注入してレーザ発振させても良い。また、光共振器１２を構成するリング形状の導波路の一部に半導体レーザを設けても良い。
【００５７】
本実施形態では、光共振器１２のリング形状の導波路の内側に、光検出器１３、検出用導波路１４が配置される例を示した。しかしながら、光共振器１２のリング形状の導波路の外側に、光検出器１３、検出用導波路１４が配置された構成としても良い。また、励起用光源１５も、光共振器１２のリング形状の導波路の外側に配置することができる。
【符号の説明】
【００５８】
１０・・・光ジャイロ
１１・・・基板
１２・・・光共振器
１３・・・光検出器
１４・・・検出用導波路
１４ａ・・・基準軸
２０・・・コア
２１・・・クラッド
３１・・・光検出素子
４０，４１・・・導波部
ＣＷ・・・時計回りで伝搬する光
ＣＣＷ・・・反時計回りで伝搬する光
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リング形状の導波路を有する光共振器と、
一方向に配列された複数の光検出素子を有する光検出器と、
前記光共振器内を時計回り及び反時計回りで伝搬する光を、前記光共振器から前記光検出器へ導く検出用導波路と、を同一の基板上に備え、
前記検出用導波路は、時計回りの光用の導波部と反時計周りの光用の導波部を有し、各導波部の出力端から出力される光のなす角が、０度よりも大きく１度以下となるように、２つの前記導波部が配置され、
前記光検出器は、各導波部の出力端から出力される光が重なりあう位置であって、２つの前記導波部の光軸を線対称の関係とする軸と、前記光検出素子が配列された配列方向とのなす角が、０度よりも大きく４０度以下となるように、前記検出用導波路に対して配置されていることを特徴とする光ジャイロ。
【請求項２】
２つの前記導波部の出力端に、該出力端から出力される光を平行光とするレンズがそれぞれ設けられ、
前記平行光のなす角が０度よりも大きく１度以下となるように、前記レンズを含んで２つの前記導波部が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光ジャイロ。
【請求項３】
リング形状の前記光共振器の内側に、前記検出用導波路及び前記光検出器が配置され、
前記検出用導波路は、前記光共振器を構成する導波路の内側面から前記光検出器へ導くことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光ジャイロ。
【請求項４】
前記光共振器を構成する導波路のコアとクラッドとの屈折率差が０より大きく０．１以下であることを特徴とする請求項３に記載の光ジャイロ。
【請求項５】
前記光検出器は、前記基板に実装され、
前記基板は、前記光検出器の実装面に、前記光検出器を位置決めするためのガイド部を有することを特徴とする請求項１〜４いずれか１項に記載の光ジャイロ。
【請求項１】
リング形状の導波路を有する光共振器と、
一方向に配列された複数の光検出素子を有する光検出器と、
前記光共振器内を時計回り及び反時計回りで伝搬する光を、前記光共振器から前記光検出器へ導く検出用導波路と、を同一の基板上に備え、
前記検出用導波路は、時計回りの光用の導波部と反時計周りの光用の導波部を有し、各導波部の出力端から出力される光のなす角が、０度よりも大きく１度以下となるように、２つの前記導波部が配置され、
前記光検出器は、各導波部の出力端から出力される光が重なりあう位置であって、２つの前記導波部の光軸を線対称の関係とする軸と、前記光検出素子が配列された配列方向とのなす角が、０度よりも大きく４０度以下となるように、前記検出用導波路に対して配置されていることを特徴とする光ジャイロ。
【請求項２】
２つの前記導波部の出力端に、該出力端から出力される光を平行光とするレンズがそれぞれ設けられ、
前記平行光のなす角が０度よりも大きく１度以下となるように、前記レンズを含んで２つの前記導波部が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光ジャイロ。
【請求項３】
リング形状の前記光共振器の内側に、前記検出用導波路及び前記光検出器が配置され、
前記検出用導波路は、前記光共振器を構成する導波路の内側面から前記光検出器へ導くことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光ジャイロ。
【請求項４】
前記光共振器を構成する導波路のコアとクラッドとの屈折率差が０より大きく０．１以下であることを特徴とする請求項３に記載の光ジャイロ。
【請求項５】
前記光検出器は、前記基板に実装され、
前記基板は、前記光検出器の実装面に、前記光検出器を位置決めするためのガイド部を有することを特徴とする請求項１〜４いずれか１項に記載の光ジャイロ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−１２２８１５（Ｐ２０１２−１２２８１５Ａ）
【公開日】平成２４年６月２８日（２０１２．６．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２７２９０６（Ｐ２０１０−２７２９０６）
【出願日】平成２２年１２月７日（２０１０．１２．７）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月２８日（２０１２．６．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月７日（２０１０．１２．７）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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