JPH0613683A

JPH0613683A - 二つの磁気ミラーを有するリングレーザージャイロ

Info

Publication number: JPH0613683A
Application number: JP4016551A
Authority: JP
Inventors: Harley A Perkins; ハーレー・エー・パーキンス
Original assignee: Northrop Grumman Corp
Current assignee: Northrop Grumman Corp
Priority date: 1991-02-05
Filing date: 1992-01-31
Publication date: 1994-01-21
Also published as: GB2254481A; DE4202616A1; FR2672393B1; GB9201103D0; FR2672393A1; US5137358A

Abstract

(57)【要約】【目的】ロックイン領域に接近することなく、リング
レーザージャイロを所望の全ての回転速度において動作
させることを可能にする。【構成】リングレーザー角速度センサ（１０）を動作
させるために、(a)ロックイン領域を含む角回転速度の
第１の範囲に対しては、速度センサを所望の動作点にバ
イアスするために、速度センサの光学経路内に配置され
た磁気ミラー装置を制御可能に動作させ、(b) ロックイ
ン領域を含まない角回転速度の第２の範囲に対しては、
速度センサの光学経路から磁気ミラー装置を有効に除去
するというステップを実行する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、一般にはリングレー
ザージャイロに関し、特に、ロックインを回避しながら
所望のすべての回転速度で動作することを可能とするた
めの二つの磁気ミラーを有するリングレーザージャイロ
スコープ（ＲＬＧ）に係わる。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】リング
レーザーは、閉じた経路の内曲したキャビティの周囲に
おいて反対向きの同じ経路に沿って伝播する二つの光ビ
ームを使用する。理想的なリングレーザーにおいては、
リングが静止状態のときはこれら二つの光ビームの周波
数差はゼロであるが、このリングがレーザー放射面に垂
直な軸の回りで回転すると、周波数の差はゼロから変化
してキャビティの角回転速度に比例する。この二つのビ
ームはプリズムを用いて結合され、「縞」模様の干渉パ
ターンを生じる。二つのビームの周波数が等しい場合に
はこの縞模様は静止的であり、一定の位相間隔となって
いる。そしてこの縞模様は二つのビームの周波数の差に
比例した速度で変化する。この変動を光ダイオードによ
って検出して、対応する電気信号を与える。このように
リングレーザーは速度ジャイロスコープとしての機能を
果たすことができる。しかしながら、リングレーザーの
性能を低下させる多くの効果が存在する。このうち最も
主要な効果、すなわち厄介なものは、ロックインとして
知られている。このロックインは、逆方向に伝播するビ
ームと相互作用するビームから散乱される光によって引
き起こされる。この相互作用の一つの効果は、小さい回
転速度においてビームとビームの周波数差が抑制される
ことである。この相互作用の別の効果としては、ロック
インの閾値近傍の入力角速度において、入力角速度に対
する周波数差が非線形な挙動を示し、位相ノイズが増加
することである。

【０００３】ＲＬＧとして知られているように、リング
レーザーをジャイロスコープとして使用するときは、出
力光ビームを結合させて干渉縞を生じさせ、これをホト
ディテクターで計数する。二つの光ビームが完全に結合
していなければ、干渉縞の総数はリングレーザーが回転
した合計の角度に正比例する。単位回転角度当りの干渉
縞の数を示す比は、ジャイロスケールファクターとして
知られている。しかしながらロックインが生じると、ロ
ックインの閾値まで干渉縞は生ぜず、そしてロックイン
閾値近傍の回転速度範囲に対してスケールファクターは
非線形となる。この両方の現象がリングレーザージャイ
ロの精度を大きく低下させることが理解される。

【０００４】このロックインを回避する方法として、小
さい振幅でリングレーザー全体に機械的な振動（ディ
ザ）を加える構成から、磁気光学的にバイアスを与える
構成まで、種々の技術が用いられている。磁気光学的な
方法は、逆方向に伝播する光ビームに対して反対方向で
大きさが異なる(non-reciprocal)位相シフトを導入する
ことによって、リングレーザーにバイアスを与える。磁
気光学的な構成は、一般には大きく二つのカテゴリーに
分けられ、その一方はファラデーセルを用いたもの、他
方は磁気バイアスミラーを用いたものである。ファラデ
ーセルを用いたバイアス装置では、レーザー波長を透過
する常磁性若しくはフェリ磁性の材料を、二つの光ビー
ムの経路内のキャビティに挿入する。このような構成で
は、高品質な、すなわち高価な光学部品を使用しなけれ
ばならず、更に、これらの部品は光の散乱を増加させ、
このためロックインの問題を大きくするという不都合が
ある。

【０００５】この技術に関連する特許としては、米国特
許 3,649,931があり、これはファラデーバイアスセルの
システムを使用している。また、米国特許 3,862,803に
も、ファラデーセルが示されている。米国特許 3,973,8
51は、レーザーゲイン媒体に軸方向の磁場を加え、ゼー
マン効果によって相互に逆回転する波に対し周波数に対
するゲインの特性を変位させている。

【０００６】代表的な磁気バイアスミラーは、例えば本
出願人に係わる特開平２−１８６２１６号公報において
開示した方法により、通常の三つの角のミラーのうちの
一つに置き換わる。使用にあたっては、望ましくはミラ
ー基板近傍に埋め込んだ導体によって高速スイッチング
可能の磁場を発生させる。小型ペリメータ、奇数個のミ
ラーの配置、そして複数の層からなる誘電コーティング
などによってＳモード偏光が抑制される。これによっ
て、ブリュースター角の窓を用いずに、付随する複屈折
や散乱の増加という問題を生じないで、単一のＰモード
での動作が行われる。

【０００７】リングレーザージャイロにおけるロックア
ップ現象を回避するのに有効なこの技術は、ミラーの反
射面を形成する薄い磁気コーティングから得られる磁気
的な「ディザ」（振動）を用いている。この技術ではＰ
偏光された光ビームだけが生じるようリングレーザージ
ャイロを動作させて、磁気薄膜でコーティングされた表
面における光と磁場との縦方向のカー効果の相互作用
が、逆方向に伝播する二つのビームに反対方向で大きさ
が異なる位相シフトを生じさせるようにする。この位相
シフトの結果、ジャイロがその慣性系で移動していない
ときに二つのビームの間には周波数の分割が生じる。磁
気ミラー（ＭＭ）によって与えられる「磁気的に誘起さ
れたバイアス」がない場合には、対応するレーザー放射
面が慣性空間においてロックイン閾値よりも大きな出力
速度で回転するまでは、リングレーザージャイロの出力
周波数はゼロである。磁気ミラーによって与えられる磁
気バイアスは、リングレーザージャイロをロックインに
ならない状態に維持することによってこの問題を克服す
る。

【０００８】このように、そして図２から分かるよう
に、磁気ミラーは出力周波数対ジャイロの回転速度の曲
線に対して磁気的に誘起されるバイアスに等しい量だけ
有効にオフセットを生じさせる。磁気ミラーを対応する
「磁化容易」軸（磁気フィルムの形成時に決定される）
に沿った二つの安定した方向のうちの一方に完全にセッ
トしたきとは、磁気ミラーによって誘起されるこのバイ
アスは曲線を角回転速度を正の方向にシフトさせる。こ
れとは反対の磁化容易軸に沿った安定した状態に磁気ミ
ラーが完全にセットされたときは、曲線は角回転速度の
負の方向にシフトされる。これに呼応するように、ロッ
クイン領域はこのバイアス値を跨ぐようにオフセットさ
れる。磁気ミラーのこの二つの状態に対する挙動は、生
成される磁気誘起バイアスに関して対称である。この対
称性の一つの利点は、例えば磁気フィルムにおける温度
変化による大きさがゆっくりと変化するバイアスを短期
間にキャンセルできることであり、この短期間のキャン
セル動作は、ミラーのスイッチング周波数の各１サイク
ルにおいて全体の縞模様のカウント数を合計して実際の
又は現実の回転速度を計算するという手続を経て行われ
る。

【０００９】しかしながら、ロックインが起こりやすい
磁気ミラーのバイアスオフセットの近傍における回転速
度に対しては、 (1)ジャイロからのランダムなノイズの
出力が大きくなる傾向にある (2)実際の出力周波数が周
波数対入力回転速度の望ましい直線的な関係からかなり
外れる、という二つの望ましくない効果が生じる。ノイ
ズレベルを低く抑えながらこの問題を解決する一つの方
法は、回転速度が二つの磁気ミラーのバイアスオフセッ
ト値の一方に近づいたときには磁気ミラーの対称的なス
イッチングを停止し、磁気ミラーをロックインから最も
遠いスイッチング状態に固定することである。

【００１０】しかしながら、磁気ミラーがスイッチング
されないリングレーザージャイロを使用するシステムに
ついては、動作時にバイアスのオフセットの対称性を使
用すること及び温度変化や他の変数によるバイアスの変
動のキャンセル動作を行うことはできない。誤差を除去
するためにはこのような変動は「モデル化」のために必
要であり、実際の速度で又はナビゲーション用のコンピ
ュータによって実行される補正アルゴリズムに含められ
る。このような補償若しくは補正技術は複雑さを増加さ
せ、回転速度検出システムの精度を低下させる。

【００１１】これに関連する特許は他に以下のものがあ
る。米国特許No.4,592,656は、散乱された波を２πラジ
アンの整数倍の位相変化という一定速度で変調するため
の、横向きに配置可能なミラーを有するリングレーザー
角速度センサを開示している。米国特許No.4,410,276
は、二つの対称なミラーを二等辺三角形に配置し、この
二つのミラーが、ベッセル関数が正確にゼロとなる一つ
の点に対応する振幅でこの三角形内部の領域に対して等
量逆向きに振動することができるよう光をある角度で反
射するよう構成したリングレーザージャイロスコープを
開示している。最初の二つの角とは異なる角度であって
これらの補角である第３の角は、対応する反射面上の反
射点の変位がベッセル関数がゼロとなる別の点に対応す
るよう選ばれる。

【００１２】次の二つの米国特許は一般に磁気ミラーに
ついて述べている。米国特許No.3,851,973と米国特許N
o.4,195,908である。米国特許No.4,522,496は、一つの
具体例において、部分反射するミラーを用いてリングレ
ーザー経路から一つの主要な波を取り出し、ミラーをあ
る角周波数で振動させてこの取り出された波の周波数を
ドップラーシフトさせることについて説明している。こ
のドップラーシフトモードはリングレーザー経路に対し
てもう一度行われて、主要なモードのロックイン周波数
の範囲を小さくしている。

【００１３】以下の特許は一般に、レーザー若しくはレ
ーザージャイロスコープにおける使用に適合した種々の
反射器について説明している。米国特許No.4,442,414、
米国特許No.4,009,933、米国特許No.4,268,899、米国特
許No.4,201,954、米国特許No.4,271,397、そして米国特
許No.3,581,227などである。ヨーロッパ特許EP267672A
は、レーザージャイロスコープのための多層の誘電スタ
ックミラーについて説明している。

【００１４】しかしながら、上記の特許はいずれも、単
独でも又はいくつかが協働しても、スケールファクター
の線形性を維持するという問題、又はリングレーザーの
角回転速度センサの角回転速度が磁気ミラーの二つのバ
イアスオフセット領域のうちの一方に近づくときに低ノ
イズレベルを維持するという問題を解決するものでも、
又は解決策を提案するものではない。

【００１５】従って、本発明の目的は、ロックイン領域
に接近することなく、リングレーザージャイロを所望の
全ての回転速度において動作させることを可能にするこ
とによって、前述の問題を解決することである。本発明
の他の目的は、光学キャビティ内に第１及び第２の磁気
ミラーを設けることによって、そしてこの二つの磁気ミ
ラーを加算モード、減算モードという動作モードで動作
させることによって、リングレーザー角速度センサをロ
ックイン領域に接近することなく所望の全ての回転速度
において動作可能として前述の問題を解決することであ
る。

【００１６】

【課題を解決するための手段及び作用】複数の反射器に
よって規定される光学経路について反対方向に進んで伝
播する二つの光ビームを発生させるための装置を有する
リングレーザー速度センサによって、前述の問題は解決
され、本発明の目的が実現される。本発明によれば、一
つの反射器は第１の磁気ミラーを有し、他の一つの反射
器は第２の磁気ミラーを有する。各磁気ミラーにはミラ
ー制御装置からの対応する入力が結合され、これに応答
してこの制御の下で駆動され、リングレーザー角速度セ
ンサにバイアスを与えて所望の動作点とする。

【００１７】本発明のリングレーザー角速度センサを動
作させる方法では以下の各ステップを行う。 (a) ロックイン領域を含む角回転速度の第１の範囲に対
しては、速度センサを所望の動作点にバイアスするため
に、速度センサの光学経路内に配置された磁気ミラーを
制御可能に動作させ、(b) ロックイン領域を含まない角
回転速度の第２の範囲に対しては、速度センサの光学経
路から磁気ミラーを有効に除去する。上記の制御可能に
動作させるステップには、第１の磁気ミラー及び第２の
磁気ミラーを、それぞれの磁気光学位相シフトの効果が
一方が他方に加算されるような方法でスイッチング可能
に駆動する第１のステップが含まれる。上記の有効に除
去するステップには、第１の磁気ミラー及び第２の磁気
ミラーを、それぞれの磁気光学位相シフトの効果が一方
から他方が減算されるような方法でスイッチング可能に
駆動する第２のステップが含まれる。

【００１８】この方法には更に、角回転速度を閾値と比
較して、スイッチング可能に駆動する第１のステップと
スイッチング可能に駆動する第２のステップのうちどち
らを実行するかを選択するステップが含まれる。この選
択するステップは、磁気ミラーのバイアスの値に対する
角回転速度の比の値の関数として行われ、この選択され
た値は予め決められた値となってリングレーザー各速度
センサの回転速度の範囲にわたって最小の量のノイズに
維持し、又はスケールファクターの線形性を最大とす
る。最小ノイズは正確には最大のスケールファクターの
線形性と正確には一致しないが、両方の利点はともに近
似的に同じ選択値において達成される。しかしながら、
いずれの値もジャイロの用途の特定の要件に依存して最
適化することができる。

【００１９】

【実施例】以下、本発明を図面を参照して実施例につい
て説明し、本発明の上述の特徴及びそれ以外の特徴を明
らかにする。図１を参照するに、これは本発明に従って
構成されたリングレーザージャイロ（ＲＬＧ）１０を簡
略化して示した平面図である。この説明は、上述の本出
願人に係わる特開平２−１８６２１６号公報において開
示したリングレーザージャイロといくつかの点で類似す
るリングレーザージャイロとしてなされる。しかしなが
ら、本発明は一般的なリングレーザー速度センサにも適
用できるということに留意すべきであり、以下の説明に
示された具体例だけに限定されると解釈すべきではな
い。

【００２０】リングレーザージャイロ１０は、内部通路
１１ａ、１１ｂ、１１ｃによって規定される三角形の光
学経路を含んだブロック１１を有する。これらの通路
は、リングレーザージャイロ１０の光学的ペリメーター
を規定する。このペリメーターは、例えば１５センチメ
ートルとする。三角形の各頂角部分には、逆方向に伝播
する光ビームＡ及びＢを反射するための三つの反射器す
なわちミラー２０、２２、２４が取り付けられている。
カソード１２とアノード１４、１６は、レーザー媒体で
あるヘリウム−ネオン内で放射を生じさせるよう結合さ
れている。しかしながら精密な通路を必要とするのは一
つのゲイン・レグ（gain leg）１８だけである。この小
型ペリメーター、三角形の配置によって、直線偏光のレ
ーザーモードである隣接するＳモード（面外のモード）
とＰモード（面内のモード）との間の大きな周波数分割
がなされる。なおリングレーザージャイロ１０のレーザ
ー放射面は、図１において紙面に平行な面とする。

【００２１】本発明によれば、リングレーザージャイロ
１０の三角形の構成は三つのミラーによって規定され、
ここで例示した実施例では、特に第１のミラー２０及び
第２のミラー２２は通常の方法による経路長制御ミラー
として機能し、出力ミラー２４は一部を反射し、一部を
透過するミラーである。Ｐモード動作は、ミラー２２上
で動作する圧電経路長サーボ機構（図示せず）によって
維持される。磁気ミラー制御機構（ＭＭＣ）２６は、リ
ングレーザージャイロ１０の測定された角回転速度を受
け取りるための入力を有し、これに応答して後述する希
望の動作モードで磁気ミラー２０及び２２をスイッチン
グ可能に駆動する。リングレーザージャイロ１０は、各
頂角においてミラー２０、２２、２４と接触して密閉さ
れた一体的な組立体となっている。磁気ミラー２０及び
２２は、上述の本出願人に係わる特開平２−１８６２１
６号公報においてなされた説明にしたがって構成するこ
とができる。この点に関し、磁気ミラー２２は二重の目
的を持つ磁気ミラー及び経路長制御ミラーとして機能す
るよう構成される。このような修正としては主に、内部
に配置された異方性の磁気合金（非磁歪合金）よりなる
薄膜層を駆動するためにミラーに対して曲がった磁場を
加えることが含まれる。磁気ミラーはまた出力ミラーと
して使用することもできるが、ここではこのようなこと
は行わない。というのは、通常磁気ミラーを通過した使
用可能な出力光は、一般の出力ミラーを通過したものよ
りも弱いからである。

【００２２】後に示されるように、図１に例示した構成
は、単一の磁気ミラーを有する磁気的に「ディザ」（振
動）させるリングレーザージャイロを改良したものであ
る。キャビティ全体の損失がレーザー放出の使用可能な
光学的ゲインよりも小さくなるようにするために、誘電
スタックコーティング（通常は二つの異なる誘電定数を
持つ二つの材料の４分の１波長の層を交互に積層したも
の）によって磁気薄膜コーティングの反射率を向上させ
なければならない。多数の１／４波長の層を有する誘電
スタックは反射係数が高く、従って損失が少ない。理想
的には、ホトダイオードセンサ素子の正しい動作を可能
とするために十分な光を透過するよう設計された出力ミ
ラーを除いて、全てのリングレーザージャイロミラーを
実用上得られる最大の反射係数とするのが望ましい。磁
気ミラーの場合は、裸の状態の磁気フィルム自身は６０
％程度反射するので、誘電スタックだけでその下の磁気
ミラー固有のコーティングがないミラーよりも、４／１
波長層の数が相対的に少なくて高い反射係数を得ること
ができる。光は誘電スタックを透過して縦方向の磁気光
学的カー効果による位相シフトを受けるので、リングレ
ーザージャイロ内で磁気的に誘起されたバイアスは磁気
フィルム上に積層された誘電スタックの厚さの関数とな
る。従って反射係数が増加すると、磁気ミラーバイアス
は、リングレーザージャイロ動作の実用的に興味のある
領域の近傍では近似的に線形な関係で減少する。このよ
うに磁気ミラーの誘電コーティングは、対応する反射係
数において特定の磁気バイアスを生じさせるようにその
数を調節することができる。この磁気バイアスは、この
ジャイロ内で得られる合計の磁気バイアスが単一の磁気
ミラーから得られる磁気バイアスと同じになるように、
二つの磁気ミラーの間に配分される。この結果得られる
二つの磁気ミラーの反射係数は、同じ大きさのバイアス
を与える単一の磁気ミラーの反射係数と同じである。

【００２３】ここで二つのミラー２０及び２２の光学的
性質が単一の磁気ミラーと同じだと仮定すると、磁気ミ
ラー２０及び２２がレーザー放射面に対して同じ方向に
設定されたときには、いずれか一方の単一のミラーの２
倍の大きさだけリングレーザージャイロ１０がバイアス
されることが観測される。更に、磁気ミラー２０及び２
２の両方が一緒にスイッチングされると仮定すると、リ
ングレーザージャイロ１０のバイアスは平均の出力情報
速度を中心にプラスとマイナスに交互に変化する。従っ
て、プラス及びマイナス状態の情報を平均することによ
って得られるバイアス駆動の高い安定性という利点が実
現される。磁気ミラー２０及び２２をスイッチングした
ときは、これらの磁気ミラーを単一の状態にしておく場
合よりも、計算された出力速度の温度安定性が１０倍程
度改善されることが観測された。前に議論したようにリ
ングレーザージャイロをロックイン帯域に近づく速度
で、すなわち磁気ミラーのバイアス速度を中心として毎
秒数度の幅で回転させると、ロック帯域の端部に近づく
ときにデータのランダムノイズが大きく増大する。この
ため、磁気ミラーがリングレーザージャイロをロックイ
ンに近づくようにスイッチングするようには動作させな
いことが望ましい。

【００２４】本発明の磁気ミラー２０及び２２によって
磁気ミラーの二つの動作モードが直ちに可能になるの
で、ロックインは回避できる。第１の動作モードの効果
を図３に例示する。このモードには、光学的効果、特に
二つのミラーのバイアスオフセットが加算的となるよう
に磁気ミラー２０及び２２を同時にスイッチングするこ
とが含まれる。リングレーザージャイロ１０の出力速度
及び酔歩（ランダムウォーク）についての位相の合っ
た、すなわち加算的なスイッチングの効果を、入力速度
が−１５０゜／秒から＋１５０゜／秒までの範囲で例示
する。図３のグラフにおいては、磁気ミラー２０と２２
の両方がスイッチングされている。出力の光学的な縞模
様は、正の入力速度に対しては正（＋）の方向に移動
し、負の入力速度に対しては逆方向に移動することが示
される。

【００２５】第２の動作モードの効果を図４に示す。こ
のモードには、両方のミラーのバイアスオフセットが減
算的となるように磁気ミラー２０及び２２を同時にスイ
ッチングすることが含まれる。リングレーザージャイロ
１０の出力速度及びランダムウォークについての位相が
ずれた、すなわち減算的なスイッチングの効果を、図３
と同じスケールファクター及びジャイロバイアスで、入
力速度が−１５０゜／秒から＋１５０゜／秒までの範囲
で例示する。図４のグラフにおいては磁気ミラー２０と
２２の両方がスイッチングされている。

【００２６】直ちに分かるように、磁気ミラー２０及び
２２のそれぞれが実質的に等しいバイアスオフセットを
与えるとすると、減算モードに対しては実質的にバイア
スオフセットがゼロという結果になる。従って減算モー
ドで動作させるときは、磁気ミラー２０及び２２はリン
グレーザージャイロ１０を積極的にはバイアスしなくな
る。更に、例えば温度などによるバイアスの変動が磁気
ミラー２０と２２の両方で等しいとすれば、周囲温度の
広い範囲にわたって有効に相殺される。

【００２７】本発明によれば、磁気ミラー制御機構２６
は、リングレーザージャイロ１０の角回転がゼロ又は小
さい速度に対しては磁気ミラー２０及び２２を加算モー
ドで動作させるよう機能し、更に、二つの磁気ミラー２
０及び２２のオフセットバイアス速度を併せたものの約
２分の１よりも大きい角回転速度に対しては、減算モー
ドにスイッチングするよう機能する。従って、計算され
た実際の回転速度が特定の値を越えたときは、比較的単
純な制御技術によって磁気ミラー２０と２２ののモード
を変化させる。モードの切り換えを行う点として最適な
回転速度の値は、リングレーザージャイロ１０の全回転
範囲にわたってノイズを最小に維持する値である。ある
いはモードの切り換えを行う点として、全ての入力速度
においてスケールファクターを最小にするよう選んだ値
とすることもできる。ただし、両方の利点はほぼ同じ切
り換え点で達成することができる。

【００２８】電子制御システムの以下の説明は、二つの
磁気ミラー２０及び２２の動作を制御するのに適合する
手段の一つであることを認識すべきである。ジャイロの
光学的な出力である時計回り及び反時計回りのビームは
プリズム２９において結合され、ホトダイオード２７に
よって検出される。増幅器３４はホトダイオード２７か
らの信号レベルを増幅し、実質的に方形波として方向論
理回路２８へと出力する。ホトダイオードを横切る光学
的な縞模様の相対的な移動は、プリズム２９の所に設け
られたデュアル・ダイオードを使用して、光のサイン波
形のピークが最初の一つのダイオードに当り、それから
ダイオードの電気的な出力によって検知される縞の相対
的な移動によってもう一方に当ることによって決定され
る。この技術には各ダイオードごとに別々の増幅器が必
要となる。この出力の組は方向論理回路２８に加えら
れ、方向論理回路２８は二つの波形それぞれの波形端部
を比較することによって相対的な波形の順序を決定す
る。方向論理回路２８は、アップ・ダウンディジタルカ
ウンタ３０に出力を与える。これらは縞の相対的な移動
に対応した出力パルスであり、カウンタにカウント数を
増やすよう、又は減らすよう命令するための信号でもあ
る。総合された正味の出力カウント数（すなわち磁気ミ
ラーのｎ個の全サイクル当りの合計のカウント数）は、
ディジタルラッチ３３からナビゲーションシステムに供
給される。これらの総合されたカウント数は、カウンタ
３０がディジタルクロック３２によって最後にリセット
されたときからのジャイロ１０の全角回転に直接的に対
応する。ラッチ３３は、データ伝送中に一定の出力サン
プルを保持するのに便利である。速度決定回路３１は、
それぞれの全磁気ミラーサイクルにわたってカウンタ３
０から得られる正味のカウントの数を測定することによ
って、ジャイロの入力速度を決定する。測定されたジャ
イロの入力速度がゼロから増加して等価な磁気ミラーバ
イアス速度の５０％から７０％を越えたときは、磁気ミ
ラー制御機構２６はミラーのスイッチングを加算モード
から減算モードへと変化させる。そしてミラーのスイッ
チングモードが減算モードのときに入力速度が等価な磁
気ミラーのバイアス速度の約５０％〜７０％以下に減少
すると、モードを加算モードに戻す。

【００２９】叙上の縞の方向の検出の方法は、相対的な
出力の偏光を決定するための一つの方法であり、これは
二つのミラーの制御を明確にするために与えられた。し
かしながら、スケールファクターの線形性を改善しジャ
イロのノイズを軽減するために二つの磁気ミラーを利用
することは、ここで説明する特定の電子的な制御に限定
されるものではない。

【００３０】ここでミラー制御回路２６の動作について
詳しく説明する。磁気ミラーの偏光は、前に議論したよ
うに出力データ上の磁気ミラーのバイアスの積算をキャ
ンセルするために周期的に反転される。この反転は、反
転時間がジャイロ１０の最大入力速度における一つの内
部データカウントの幅に比較できる程度に小さくなるよ
う、非常に早く起こる。現在のところ望ましい駆動回路
技術では、磁気フィルムの面内に磁化するための磁場を
与える、直角に配置された二つの巻線を用いる。電流駆
動パルスを適当な順序で加えると、磁区の回転によって
磁気フィルムが非常に早く切り換わる。二つの駆動用巻
線を各磁気ミラー上に一つづつ設けると、駆動したとき
に、ミラー基板上に積層された非等方性の磁気薄膜の磁
気的に「磁化容易」軸（easy axis）に沿って磁場が与
えられる。この駆動磁場の振幅は、フィルムの保磁力Hc
よりも小さく、かつ異方性の磁場Hkと磁化容易軸の分散
角のサインの値との積よりも大きくなるよう制御され
る。磁化容易軸の巻線は、スイッチングが完了するのに
十分な持続時間（通常は１〜２マイクロ秒）を持った電
流のほぼ方形なパルスで駆動される。電流の流れる方向
は、与えられた方向でのスイッチング動作が完了した後
のフィルムの磁化の方向を決定する。

【００３１】動作時には、ディジタルクロック３２が磁
化容易軸の駆動回路に入力を与え、これは二つのミラー
の一方に対して一つの方向におけるほぼ方形な電流パル
スを生じさせる。ミラー周波数の２分の１サイクルの後
に、ほぼ方形な電流パルスが図５に示すように反対の方
向に加えられる。ミラーのスイッチング周波数は、代表
的には１Hzから１０００Hzまでである。加算モードで
は、第２の磁気ミラーの磁化容易軸の巻線は、相対的な
電流の方向が磁気ミラー制御回路２６によって制御され
る別々の電流駆動器から、ほぼ同時に同じ組の方形波パ
ルスを受け取る。この出力は速度決定回路３１からの速
度信号に基づいており、入力角速度がゼロ又は小さい場
合に対し、第２の磁気ミラーもレーザー放射面との関係
を第１の磁気ミラーと同じに設定する。実際のミラーの
スイッチングは、「磁化困難」軸（ hard axis）の駆動
回路によって開始され、この駆動用巻線は磁化容易軸の
駆動巻線に対して直交するように配置され、これもまた
磁気フィルムの面内に磁場を与える。磁化困難軸用の単
一の駆動回路を、両方の磁気ミラー２０及び２２の磁化
困難軸の駆動用巻線に接続することができる。すなわち
巻線を、スイッチングがミラー２０及び２２の両方で同
時に開始されるように直列に接続する。このようなこと
が可能となるのは、磁化困難軸の駆動器が、所望のミラ
ーの磁化の方向に関係なく同一方向に偏光したパルスを
供給するだけでよいからである。磁化困難軸の駆動器の
スイッチングは、図５に示すように、磁化容易軸の駆動
回路が磁化容易軸の巻線に駆動電流を生じさせるときに
磁化容易軸の駆動回路からの電圧が上昇するのに一致し
て行われる。磁化困難軸の駆動電流及びその結果生じる
磁場は、代表的な持続時間が約０．５マイクロ秒の単一
のパルスである。磁化容易軸の駆動磁場は、磁化困難軸
の駆動電流波形のパルス幅の期間のあいだ加えられ、磁
化困難軸の電流がほぼゼロになるまで継続する（代表的
には約１．２マイクロ秒）。薄膜磁気フィルム（通常は
１０００オングストロームの厚さ）は飽和磁化を持続す
るので、スイッチング周波数のミラーの半サイクルの残
りの期間には磁場を加える必要がない。加算モードでは
磁化容易軸の駆動器は、磁気的に誘起されるジャイロの
バイアスが累積されるよう磁気フィルムを磁化させる。
入力速度が予め設定したいくつかの閾値、例えばミラー
バイアスの約５０％〜７０％、よりも大きくなると、速
度決定回路３１からの信号は、次のミラーの半サイクル
の第２のミラーの磁化容易軸の駆動器をして、その偏光
を半サイクル前に達成された偏光と同じになるようにす
る。従って第１のミラーは偏光を反転するが、第２のミ
ラーは同じ偏光のままである。半サイクル後には両方の
ミラーとも偏光を反転するが、バイアスは同じように有
効に相殺される。このような状況は入力速度が予め設定
した閾値よりも低下するまで継続し、その場合第２の磁
気ミラーは再び磁気ミラー制御回路２６によって制御さ
れミラーを半サイクル前と同じ状態に設定し、その結果
再び磁気ミラー２０及び２２の加算的な動作を与える。

【００３２】別法として、磁気ミラーのスイッチングを
継続するよりも、磁気ミラー２０及び２２が減算モー
ド、すなわち理想的にはミラーが両方で正味のバイアス
を生じさせないときには、スイッチングを禁止すること
もできる。実際上は、ミラーの正確なバイアスはミラー
のコーティング工程の一様性に非常に大きく依存するの
で、二つの磁気ミラーのバイアスを正確に同じに製造す
ることは困難である。減算モードにおいてスイッチング
を継続することによって、相殺が不完全なことによるバ
イアスもまた、加算モードと同じように磁気ミラーのそ
れぞれの全サイクルにわたり自動的に相殺される。これ
は完全な磁気ミラーバイアスの相殺という利点を与え、
この場合ミラーの動作モードに関係なく磁気ミラーのそ
れぞれの半サイクルの時間間隔は等しく、更にそれほど
のコーティングの正確さを必要とせず、正確にコーティ
ングすることによるコストの上昇を回避できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によって構成され動作されるリングレー
ザージャイロの簡単化した平面図であり、加算的又は減
算的な磁気ミラーの駆動を制御するよう、二つの磁気ミ
ラー及び電子回路モジュールを含んでいる。

【図２】リングレーザージャイロの動作時における、従
来技術の単一の磁気ミラーの効果を示すグラフである。

【図３】二つの磁気ミラーを加算モードで動作させたと
きの、リングレーザージャイロの動作の効果を示すグラ
フである。

【図４】二つの磁気ミラーを減算モードで動作させたと
きの、リングレーザージャイロの動作の効果を示すグラ
フである。

【図５】磁気ミラーフィルムをスイッチングするために
加えられた磁場を図式的に描いた図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の反射器によって規定される光学経
路を反対方向に進む二つの逆方向に伝播する光ビームを
発生させる手段を備え、複数の反射器のうち第１の反射
器は第１の磁気ミラー手段を、第２の反射器は第２の磁
気ミラー手段を有し、これらの磁気ミラー手段のそれぞ
れは制御手段からの対応する入力と結合され、この入力
に応答して制御可能に駆動され、リングレーザー角速度
センサを全てのセンサ入力速度に対してロックイン領域
から離れた所望の動作点にバイアスすることを特徴とす
るリングレーザー角速度センサ。
【請求項２】第１の磁気ミラー手段は、光学経路を所
望の値に維持する光学経路長制御手段を有していること
を特徴とする請求項１記載のリングレーザー角速度セン
サ。
【請求項３】制御手段は、角速度信号を受け取る入力
部を有し、この角速度信号に応答して、閾値の角速度値
よりも低い角速度に対して、第１及び第２の磁気ミラー
手段を加算的な動作モードで制御可能に駆動することを
特徴とする請求項１記載のリングレーザー角速度セン
サ。
【請求項４】制御手段は、角速度信号に応答して、閾
値の角速度値よりも高い角速度に対して、第１及び第２
の磁気ミラー手段を減算的な動作モードで制御可能に駆
動することを特徴とする請求項３記載のリングレーザー
角速度センサ。
【請求項５】閾値は、リングレーザー角速度センサの
回転速度の範囲にわたってノイズの量を最小とし、及び
／又はスケールファクターの線形性を最大とするよう選
ばれた回転速度値であることを特徴とする請求項４記載
のリングレーザー角速度センサ。
【請求項６】閾値は、等価な磁気ミラーバイアス速度
の約５０％から約７０％の間の範囲にあることを特徴と
する請求項５記載のリングレーザー角速度センサ。
【請求項７】各磁気ミラーの磁化容易軸を駆動する手
段と、両方の磁気ミラーが同時にスイッチングするよう
続いて同時に各磁気ミラーの磁化困難軸を駆動する手段
とを含んだ磁気ミラーをスイッチングするための手段を
備えていることを特徴とする請求項４記載の角速度セン
サ。
【請求項８】複数の反射器によって規定される光学経
路を反対方向に進む二つの逆方向に伝播する光ビームを
発生させる手段を備えたリングレーザー角速度センサに
おいて、一つの反射器として第１の磁気ミラー手段を有
し、もう一つの反射器として第２の磁気ミラー手段を有
していることを特徴とするリングレーザー角速度セン
サ。
【請求項９】第１の磁気ミラー手段及び第２の磁気ミ
ラー手段を制御可能に駆動して、リングレーザー角速度
センサを所望の動作点にバイアスする制御手段を備えて
いることを特徴とする請求項８記載の速度センサ。
【請求項１０】制御手段は角速度信号を受け取るため
の入力を有し、これに応答して第１の磁気ミラー手段及
び第２の磁気ミラー手段を第１の角速度範囲に対しては
加算的な動作モードで、第２の角速度範囲に対しては減
算的な動作モードで制御可能に駆動し、回転速度が閾値
となる回転速度を通過するときに加算的な動作モードと
減算的な動作モードとをスイッチングする手段を備え、
この閾値は、リングレーザー角速度センサの角速度範囲
にわたってノイズの量を最小に維持し、及び／又はスケ
ールファクターの線形性を最大にするよう選ばれた値で
あることを特徴とする請求項９記載の速度センサ。
【請求項１１】閾値は等価な磁気ミラーバイアス速度
の約５０％から約７０％までの範囲であることを特徴と
する請求項１０記載のリングレーザー角速度センサ。
【請求項１２】ロックイン領域を含む第１の角回転速
度の範囲に対し、速度センサの光学経路内に配置された
磁気ミラー手段を、速度センサを所望の動作点にバイア
スするよう動作させるステップ、ロックイン領域を含ま
ない第２の角回転速度の範囲に対し、速度センサの光学
経路から磁気ミラー手段を有効に除去するステップから
なり、前記動作させるステップには、それぞれの光学的
な効果が互いに加算し合うよう第１の磁気ミラー手段及
び第２の磁気ミラー手段をスイッチング可能に駆動する
第１のステップを含み、前記有効に除去するステップに
は、それぞれの光学的な効果が一方から他方を減算する
よう第１の磁気ミラー手段及び第２の磁気ミラー手段を
スイッチング可能に駆動する第２のステップを含むこと
を特徴とするリングレーザー角速度センサ動作方法。
【請求項１３】角回転速度を閾値と比較するステップ
と、閾値に対する角回転速度の比の値の関数としてスイ
ッチング可能に駆動する第１のステップ及びスイッチン
グ可能に駆動する第２のステップのいずれを実行するか
を選択するステップからなり、この閾値は、リングレー
ザー角速度センサの回転速度範囲にわたってノイズの量
を最小に維持し、及び／又はスケールファクターの線形
性を最大にするよう選ばれた値であることを特徴とする
請求項１２記載のリングレーザー角速度センサ動作方
法。
【請求項１４】閾値は、等価な磁気ミラーバイアス速
度の約５０％から約７０％の間の範囲にあることを特徴
とする請求項１３記載のリングレーザー角速度センサ動
作方法。