[发明专利]具有噪声消除的集成光学陀螺仪

说明书

光学陀螺仪部分地包括光学开关、一对光学环和一对光电探测器。光学开关提供激光束。第一光学环在周期的第一半部分期间沿顺时针方向传送光束的第一部分，并且在周期的第二半部分期间沿逆时针方向传送光束的第一部分。第二光学环在周期的第一半部分期间沿逆时针方向传送光束的第二部分，并且在周期的第二半部分期间沿顺时针方向传送光束的第二部分。第一光电探测器在周期的第一半部分期间接收由第一光学环和第二光学环传送的光束。第二光电探测器在周期的第二半部分期间接收由第一光学环和第二光学环传送的光束。

相关申请的交叉引用

本申请根据35 USC 119(e)要求于2017年5月30日递交的序列号为62/512,619的申请的权益，其内容通过引用以其整体并入本文。

发明领域

本发明涉及陀螺仪，并且更具体地涉及光学陀螺仪。

发明背景

陀螺仪被用于各种设备，如智能手机、汽车、飞机和用于导航的类似设备。众所周知，陀螺仪的精度与其尺寸之间存在权衡。例如，具有相对高精度的环形激光陀螺仪或光纤陀螺仪既昂贵又笨重。基于微机电系统(MEMS)的陀螺仪相对较小，但缺乏精度。

传统台式基于激光的陀螺仪需要高精度对准、洁净的介质和高质量激光源来探测(由于萨格奈克效应(Sagnac effect)的)小相移并使噪声最小化。

发明简述

根据本发明的一个实施例，光学陀螺仪部分地包括：光学开关，该光学开关适于在周期的第一半部分期间将激光束传送到第一路径，并在该周期的第二半部分期间将激光束传送到第二路径；第一光学环(optical ring)，该第一光学环被配置成在周期的第一半部分期间以顺时针方向传送从第一路径接收的光束的第一部分，并且还被配置成在该周期的第二半部分期间以逆时针方向传送从第二路径接收的光束的第一部分；第二光学环，该第二光学环被配置成在该周期的第一半部分期间以逆时针方向传送从第一路径接收的光束的第二部分，并且还被配置成在该周期的第二半部分期间以顺时针方向传送从第二路径接收的光束的第二部分；第一光电探测器，该第一光电探测器适于在该周期的第一半部分期间接收由第一光学环和第二光学环传送的光束；以及第二光电探测器，该第二光电探测器适于在该周期的第二半部分期间接收由第一光学环和第二光学环传送的光束。

根据本发明的一个实施例，光学陀螺仪还部分地包括：第一跨阻放大器，该第一跨阻放大器适于以第一放大值放大第一光电探测器的输出信号；以及第二跨阻放大器，该第二跨阻放大器适于以第二放大值放大第二光电探测器的输出信号。根据本发明的一个实施例，光学陀螺仪还部分地包括第一相位调制器，该第一相位调制器适于将由第一光学环接收或传送的光束延迟第一预定义相位值。在一个实施例中，第一预定义相位值是90°相位值。

在一些实施例中，光学陀螺仪还部分地包括信号组合器，该信号组合器适于生成表示第一跨阻放大器和第二跨阻放大器的组合输出的第一信号。在一些实施例中，光学陀螺仪还部分地包括带通滤波器，该带通滤波器适于将第一信号滤波。在一些实施例中，光学陀螺仪还部分地包括混频器，该混频器适于将经滤波的第一信号的频率下变频以生成基带信号。在一些实施例中，光学陀螺仪还部分地包括控制器，该控制器适于将基带信号转换成数字信号，并响应于该数字信号而生成表示光学陀螺仪绕轴的旋转度数(degree ofrotation)的信号。

在一个实施例中，第一光学环和第二光学环是环形谐振器。在一个实施例中，第一环形谐振器和第二环形谐振器中的每一个还部分地包括适于调谐谐振器的一个或更多个加热元件。在一个实施例中，加热元件是与第一环形谐振器和第二环形谐振器集成的电阻加热元件。在一个实施例中，信号组合器适于将第一跨阻放大器和第二跨阻放大器的输出信号相加。在一个实施例中，光学开关包括马赫曾德尔干涉仪。

在一个实施例中，光学陀螺仪还部分地包括第二相位调制器，该第二相位调制器适于将由第二光学环接收或传送的信号延迟第二预定义相位值。在一个实施例中，第二相位值是90°相位值。