JPH01207665A - 加速度計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 【発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は、例えば慣性航法装置やロボット等に使用さ
れる加速度計に関する。

（従来の技術） 一般に、微小加速度を検出する加速度計は第４図または
第５図に示すような構造となっている。

第４図の加速度計はケース１の天面に加速度を検知する
質Ｌ’（となる振り７’２をケース１内で加速度の与え
られる方向（図中ａ、ｂ）に自由に動くように取付け、
加速度の与えられる方向にケース１の一側面及び振り子
２の先端部に互いに対向するように金属板３．４を取着
したものである。すなわち、この加速度計はケース１に
加速度が与えられると振り子２が変位して金属板３．４
で形成されるコンデンサの容量が変化することを利用し
て、振り子２の微小回転速度を容量の直線変位に近似さ
せることにより加速度を検知するようになっている。

第５図の加速度計は第４図のものと同様にケース１１の
天面に振り子１２を取付けたものであるが、ここでは加
速度の与えられる方向（図中Ｃ１ｄ）と直交する方向に
ケース１１の対向する側面の一方に光源１３、他方に光
検出器１４を取付けた構造となっている。すなわち、こ
の加速度計はケース１に与えられる加速度に応じて生じ
る振り子２の変位が光源１３から光検出器１４に到達す
る光量の変化に対応することを利用することにより、振
り子２の微小回転速度を光量の直線変位に近似させて加
速度を検知するようになっている。

尚、第４図及び第５図において詳細は図示しないが、振
り子２が常に平衡点に戻るようにサーボ系を付加するの
が一般的である。

上記構造によれば、検出可能な最小加速度値が振り子の
動特性、変位検出感度及びサーボ系の精度が主な要因と
なって決定されることになる。現在では高感度でかつダ
イナミックレンジの広いサーボ系を持つ代表的な加速度
計でも最小検出加速度は１０″Ｇ程度である。しかしな
がら、加速度計が中枢となる慣性航法装置やロボット等
に使用する場合にはさらに高精度化が要求されている。

（発明が解決しようとする課題） 以上述べたように従来の加速度計では、今後の慣性航法
装置やロボット等の仕様に対応できる精度が得られなか
った。

この発明は上記のような事情を考慮してなされたもので
、極めて高精度で今後の慣性航法装置やロボット等の仕
様に十分対応できる加速度計を提供することを目的とす
る。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 上記目的を達成するためにこの発明に係る加速度計は、
ケース内部に設けられ、加速度検知用の質量となる振り
子の微小回転変位を直線変位に置換えて入力加速度を検
出する加速度計において、少なくとも加速度の入力方向
に前記振り子の側面に形成される反射鏡と、前記ケース
内部に前記反射鏡と対向するように設置され前記反射鏡
に光ビームを照射してその反射ビームを入射し照射ビー
ムと反射ビームとの干渉による位相変化を検出する光干
渉検出ユニットとを具備して構成される。

（作用） 上記構成による加速度計は、反射鏡と光干渉検出ユニッ
トによって光干渉計を閘成し、この光干渉計によって入
力加速度に比例して発生する振り子の微小回転変位を干
渉位相変位に変換して入力加速度の大きさを検出するも
のである。

（実施例） 以下、第１図乃至第３図を参照してこの発明の一実施例
を説明する。

第１図はその構成を示すもので、２１はケース、２２は
振りｒ・である。振り子２２は加速度のＩｊえられる方
向（図中矢印ｅ、ｆ方向）に回動するようになっており
、回動力向の両側面にはそれぞれ蒸管等によって第１、
第２の反射板２３．２４が取着されており、その先端に
は磁性体２５が取着されている。一方、ケース２１内に
は第１、第２の反射板２３．２４に対向してそれぞれ第
１、第２の光干渉検出ユニット２６．２７が取付けられ
、磁性体２５に対向して第１、第２のトルカ制御器２８
．２９が取付けられている。第１、第２のトルカ制御器
２８．２９は磁性体２５と共に振り子２２を元の位置に
戻す力を発生するサーボ系を構成するものである。

第１、第２の光干渉検出ユニット２６．２７は共に同構
成であり、それぞれ第１、第２の反射板２３．２４と共
にＴｓｌ、第２の光干渉計を構成する。第２図に第１の
光干渉計の構造を代表して示す。第２図の光干渉検出ユ
ニット２６において、Ａはレーザ圭導体によって単一波
長光を放射する光−ル（、Ｂはビームスプリッタ、Ｃは
固定鏡、Ｄは光検出器である。光源Ａから送出される光
ビームはビームスプリッタＢを通過して反射板２３に照
９．１され、一部はビームスプリッタＢで反射されて固
定鏡Ｃに照射される。そして、反射鏡２３で反射された
光ビームはビームスプリッタＢで反射されて光検出２’
Ａ　Ｄに入射され、固定鏡Ｃで反射された光ビームはビ
ームスプリッタＢを通過して同じく光反射器りに入射さ
れるようになっている。この構造による光１−渉計はマ
イケルソン干渉計と称されている。

上記構成において、以下その動作について説明する。

まず初期状態（加速度が与えられていない状態）におい
て、第１、第２の光１−渉険出ユニット２６゜２７の検
出感度の０調整を行なう。第１の光干渉検出ユニッ！・
２６について説明すると、光源Ａから放出された光ビー
ムはビームスプリッタＢで２分され、−ツノ゛は反射鏡
２３へ、他方は固定鏡Ｃへ向かう。各光ビームはそれぞ
れ反射鏡２３、固定ｒ１Ｃで反射され、１りびビームス
プリッタＢに戻り、１ｎね合わされた状態で光検出器り
に入射される。

反射鏡２３、固定鏡Ｃで反射された光ビームは距離の異
なる経路を辿るので、ビームスプリッタＢで合成された
合成ビームは干渉を生じて光検出器りに入射されること
になる。光検出器りの出力レベルは合成ビームの位相に
応じて変化するので、初期状態において第３図中の波形
αｌに示すように出力レベルが０レベルとなるように調
整を行なう。

加速度が与えられた場合、振り子２２が傾くので、反射
鏡２３．２４に照射される光ビームの経路長が変化する
。このため、合成ビームの位…が例えば第５図中の波形
ａ２に示すように変化する。

この位相喰化は光検出ＷＤの出力レベル変化として現わ
れることになる。すなわち、振り子２２の微小同転変位
は入力加速造に比例し、また合成ビームの位相な位は振
り子２２の微小同転変位に比例するので、各光干渉検出
ユニッ１−２６．２７ではそれぞれ入力加速度に対応す
る出力レベルが得られることになる。第１、第２の光干
渉検出ユニッ）２６，２７が全く同構成であるとすれば
各ユニットにおける８光検出器りの出力符号は逆になり
、したかって各光検出器りの出力は互いに逆相となる。

そこで、一方の出力を反転して他方の出力と合ｌ戊すれ
ば、検出出力を大きくすることができる。

ところで、１−記のような使用法ではダイナミックレン
ジをあまり大きくとることができないので、やはりサー
ボ系を付加する必要がある。この実施例ではサーボ系の
構成として、磁性体２５、第１、第２のトルカコイル２
８．２ｇを付加している。

第１、第２のトルカ制御２：：２８，２９は、詳細は図
示しないが、それぞれ第１、第２の光干渉検出ユニット
２６．２７の出力に応じて制御電流を発生する制御回路
及びこの制御回路からの制御電流に応じて磁力を発生す
るトルカコイルで構成され、振り子２２の変位が光検出
２：９Ｄで検出されると、制御回路が働いてトルカコイ
ルに電流をｉＸＥ　Ｌ、振り子２２の変位を元に戻そう
とする磁力を発生するものである。制御電流値は元に戻
すのに必要な力、すなわち入力加速度にλ・１応してい
るので、この電ｉ＆　ｌ／１の大きさで入力加速度を検
知することもできる。このようなサーボ系の付加により
、振り子２２は常に中心点（加速度が与えられていない
ときの位置）に戻るので、光干渉検出計のダイナミック
レンジを広くすることができる。

したがって、上記構成による加速１主計は、光の干渉を
利用しているので非常に高感度かつ高精度であり、特に
高感度なマイケルソン光干渉＝１を使用すれば飛蹟：的
に感度を向」ニさせることかできる。

例えば、光源Ａの使用光を０．０２８Ｘ　１０″’ｍと
しても　ｌＸｌＮ７ｍ以ドの検出感戊が１”１られるこ
とになる。

尚、」―記実施例では第１、第２の光に４計の出力が逆
相の場合について説明したが、入力加速度がＯのとき各
出力位）１１をずらしておく等の使用法によって加速度
ｌｊ向を検知することもできる。第１、第２の反射鏡２
３．２４は振り子２２の一部分でも全面であってもよい
ものであり、蒸ｉ等によって比較的容易に形成すること
ができる。光干渉検出ユニット２６．２７は手工（すの
光学部品を組合わせて構成することも可能であるが、光
ＩＣ（集積回路装置）の形で超小型の部品にもなり得る
。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明によれば、極めて高精度で今後の
慣性航法装置やロボット等の使用に十分対応できる加速
度計を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係る加速度計の一実施例を示す構成
図、第２図は同実施例の光１−渉計の構成を示す図、第
３図は光干渉計の位相啜泣と出力レベルの関係を；Ｒす
波形図、第４図及び第５図はそれぞれ従来の加速度計の
構成を示す図である。 ２１・・・ケース、２２・・・振り子、２３．２４・・
・反射鏡、２５・・・磁性体、２６．２７・・・光干渉
検出ユニット、２８，２Ｑ・・・トルカ制御器、Ａ・・
・光源、Ｂ・・・ビームスプリッタ、Ｃ・・・固定鏡、
Ｄ・・・光検出器。 出願人代理人　弁理士　鈴江武６

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）ケース内部に設けられ、加速度検知用の質量とな
   る振り子の微小回転変位を直線変位に置換えて入力加速
   度を検出する加速度計において、少なくとも加速度の入
   力方向に前記振り子の側面に形成される反射鏡と、前記
   ケース内部に前記反射鏡と対向するように設置され前記
   反射鏡に光ビームを照射してその反射ビームを入射し照
   射ビームと反射ビームとの干渉による位相変化を検出す
   る光干渉検出ユニットとを具備する加速度計。
2. （２）前記光干渉検出ユニットは、光ビームを前記反射
   鏡へ向けて放射する光源と、この光源からの光ビームを
   ２分するビームスプリッタと、このビームスプリッタで
   分割された光ビームを反射して再びビームスプリッタへ
   逆行させる固定鏡と、前記ビームスプリッタで前記反射
   鏡からの反射ビーム及び前記固定鏡からの反射ビームが
   合成される合成ビームを入射してその光量を検出する光
   検出器とを具備する請求項（１）記載の加速度計。
3. （３）前記振り子の先端に設けられる磁性体と、前記ケ
   ース内に設けられ前記光干渉検出ユニットの出力に応じ
   てトルカコイルに制御電流を流して前記磁性体を加速度
   ０の位置に戻すように磁界を発生させするトルカ制御器
   とを具備する請求項（１）記載の加速度計。