光ファイバジャイロスコープ

光ファイバジャイロスコープ（FOG）とは

光ファイバジャイロスコープ（FOG）は、光の干渉現象を利用して物体の回転を検出する高精度なセンサーです。従来の機械式ジャイロスコープとは異なり、可動部品を持たないため、高い信頼性と長寿命を実現しています。

FOGの原理：サニャック効果

FOGの動作原理は、サニャック効果に基づいています。これは、回転する系において、互いに逆方向に進む光の光路長に差が生じる現象です。具体的には、以下のようになります。

1. 光源から出た光を2つに分割し、それぞれを光ファイバコイルに反対方向から入射させます。
2. 光ファイバコイルを通過した2つの光は、再び合流し干渉します。
3. コイルが回転していない場合、2つの光の光路長は等しく、干渉縞は変化しません。
4. コイルが回転している場合、サニャック効果により、回転方向と同じ方向に進む光の光路長は短くなり、逆方向に進む光の光路長は長くなります。
5. この光路長の差が干渉縞の変化として現れ、回転速度を検出することができます。

FOGの歴史

FOGの原型となるアイデアは、20世紀初頭に遡りますが、実用的なデバイスとして開発が進んだのは、1970年代に低損失のシングルモード光ファイバが開発されてからです。最初のFOGは1976年にアメリカでValiとShorthillによって実演されました。その後、多くの企業や研究機関がFOGの開発に取り組み、現在では様々な種類のFOGが実用化されています。

FOGの利点と欠点

利点:

高い信頼性：可動部品がないため、機械的な故障が少なく、長寿命です。
小型・軽量：機械式ジャイロスコープに比べて小型・軽量化が可能です。
高精度：高度な信号処理技術により、高精度な回転検出が可能です。
低消費電力：半導体レーザーを使用することで、低消費電力化が可能です。

欠点:

リングレーザージャイロ(RLG)と比較して分解能が低い：高精度が要求される用途には向きません。
温度ドリフト：温度変化により性能が変化する場合があります。

FOGの応用例

FOGは、その優れた特性から、様々な分野で応用されています。

航空機・宇宙機の姿勢制御
船舶の航法システム
ロボットの姿勢制御
自動運転車の位置情報システム
トンネル掘削機の方向制御
JAXAのM-Vロケットの慣性誘導装置

その他のジャイロスコープとの比較

リングレーザージャイロ(RLG)：FOGよりも高分解能ですが、製造コストが高く、消費電力も大きいです。
MEMSジャイロ：小型・低コストですが、精度はFOGに劣ります。
* 振動式ジャイロ：比較的小型で低コストですが、FOGやRLGに比べて精度や安定性に劣ります。

FOGは、その信頼性、精度、小型軽量性、低消費電力といった優れた特性から、様々な分野で広く利用されています。今後、技術革新が進むにつれて、FOGの性能はさらに向上し、応用範囲も拡大していくことが期待されます。

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