JPH10501371A - マイクロプロセッサ制御リングレーザジャイロ電力制御システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ビーム強度読出し線（４０８，２４０８）を含むリングレーザジャイロ（１０）の電力制御システム（図３）。モニタ（１６）はビーム強度読出し線（４０８，２４０８）に結合し、強度信号出力端子（４１２，２４１２）でビームの強度を示す強度信号を発生する。信号平均値算出器（４１４）は強度信号出力端子（４１２，２４１２）に結合し、平均強度信号出力端子（２８，２９）で平均強度信号を供給する。アナログ／デジタル変換器（４１８）は平均強度信号出力端子（２８，２９）に結合し、平均強度信号出力（２８，２９）をデジタル信号出力端子（４２３）のデジタル信号に変換する。プロセッサ（３３）はデジタル信号出力端子（４２３）に結合し、デジタル信号の値に応答して、その値に比例する電力制御信号（４２５，２４２５）を電力制御信号線（３８０，３８４）へ発生する。電源（３００，３８７）はプログラマブル入力端子で電力制御信号線（３８０，３８４）に結合し、電力供給手段（３００，３８７）は、リングレーザジャイロ電極（１２，１４，１６）に結合する電圧供給線へ、電力制御信号（３８０，３８４）に応答する電圧信号を出力し、プロセッサ（３３）と電源（３００，３８７）は、ビーム強度（４０８，２４０８）の変化に応答して電圧信号を制御するように動作する。

Description

【発明の詳細な説明】 マイクロプロセッサ制御リングレーザジャイロ電力制御システム 発明の背景 本発明は、当該技術ではリングレーザジャイロ（ＲＬＧ）として知られ、その ように呼ばれているガスレーザ角速度センサに関し、特に、ＲＬＧの動作寿命を 延長するためにＲＬＧを励起させるマイクロプロセッサ電力制御システムに関す る。 従来の技術の説明 レーザビーム源又はレーザビーム発生器はリングレーザジャイロの一体的な部 分を成す。１つの型のレーザビーム発生器は複数の電極と、放電空洞とを閉鎖光 路を形成する複数のミラーと組合わせて具備する。その光路は通常は三角形であ るが、矩形などの他の光路も使用できる。 今日のリングレーザジャイロはガスを充満したガス放電空洞を採用しており、 電極間を通過する電流がそのガスを電離して、プラズマを発生することによって ガスが励起される。当業者には良く理解されている通り、電離されたガスは反転 分布を発生させ、その結果、光子が発射する。ヘリウム−ネオン（Ｈｅ−Ｎｅ） ガスの場合、プラズマを示す可視光が発射する。ガス放電空洞を複数のミラーに 対して適正に位置決めすれば、励起ガスは、ミラーにより規定される閉ループ光 路に沿って互いに逆方向に進む２本の逆方向に伝搬するレーザビームを発生させ る。 リングレーザジャイロの例の中には、一体の本体が閉ループ光路を含むガス放 電空洞を構成しているものもある。そのようなシステムは、Ｐｏｄｇｏｒｓｋｉ による米国特許第３，３９０，６０６号に示されている。その場合、光学空洞は 一体のブロックの中に形成される。その光学空洞を充満するために、選択された レーザ発生ガスを使用する。逆方向に伝搬するビームが光学空洞に沿って互いに 逆方向に進むべく反射されるように、ミラーは光学空洞の周囲の適切な場所に配 置される。ガス放電は、ガスを充満した光学空洞の中で、共にガス充満光学空洞 と連通している少なくとも１つの陽極と少なくとも１つの陰極との間のガス中を 流れる電流によって発生する。 従来の技術のリングレーザジャイロシステムは、互いに逆方向に流れる２つの 電流を発生させる１対の陽極と１つの陰極を有する場合が多いことに注意すべき である。それぞれの放電電流はガス中でプラズマを発生させる。各々の電流は、 １つの陰極と１つの陽極との間に十分な大きさの電位を印加することによって発 生する。あるいは、ＲＬＧは２つの陰極と、１つの陽極とを有していても良い。 ＲＬＧの外部と内部双方の様々な要因がビーム強度に影響を及ぼす可能性があ る。温度は外部要因の１つである。空洞パラメータの変化は内部要因の１例であ る。従来の技術においては、ＲＬＧは一般にほぼ一定の電力又は一定の電流で動 作されるので、外部要因又は内部要因のためにビーム強度は可変となる。指定さ れた範囲の外部条件と内部条件の下で満足できる動作を得るのに適する強度を有 するビームを発生するある値の動作電流を選択する。しかしながら、陰極の有効 寿命はその陰極が搬送しなければならない電流の時間の経過に従った大きさの関 数であることが確定されており、大きさが増すにつれて、陰極の有効寿命は短く なる。加えて、ミラーのようなＲＬＧの内部素子の有効動作寿命は動作電流の大 きさの関数であり、電流が大きくなるにつれて、動作寿命は短くなる。これらの 内部要因や外部要因によって、ＲＬＧは、あらゆる条件の下で動作するのに十分 なビーム強度を発生させるために、動作寿命の一部の間に必要な値より大きな電 流で動作されることになるので、ＲＬＧの潜在的な動作寿命は短縮されてしまっ ていた。 リングレーザジャイロを動作させる場合、陽極と陰極との間のリングレーザジ ャイロの各レグにおけるレーザビーム電流を、たとえば、約０．１５ｍａから約 １．０ｍａなどの所望の動作範囲の中に維持することが重要である。従来の技術 では、プラズマの安定性を所望の電流範囲の中に維持するために、バラスト抵抗 器と呼ばれる大形の抵抗器を採用している。残念なことに、そのようなバラスト 抵抗器は非常に大形になりがちであるので、浪費する電力は多い。さらに、個々 のリングレーザジャイロごとに、選択可能な範囲のバラスト抵抗器からそれらの バラスト抵抗器を選択することが必要である。リングレーザジャイロごとのこの 選択、すなわち、校正の結果、本発明で実施されているものと比べて製造コスト は高くなり且つ電流制御の信頼性は低い。従来の技術で使用されているバラスト 抵抗器は、リングレーザジャイロにおけるバイアス特性を減少させるために双方 のレグの電流を１パーセント（１％）以内に整合するために慎重に選択されなけ ればならなかった。さらに、従来の技術の電流制御回路は、高性能リングレーザ ジャイロを実現するために、高電圧と帯域幅の広い回路を必要としていた。 本発明は、選択されたバラスト抵抗器を必要とせず、従来通りの能動素子及び 中程度の性能の動作増幅器を使用し且つ所望の電流の全動作範囲にわたってプラ ズマ振動を伴わない高性能リングレーザジャイロを与える有効電流制御装置を提 供することによって、従来の技術の欠陥を克服する。さらに、マイクロプロセッ サ系コントローラを使用することにより、本発明の動的有効電流制御装置はリン グレーザジャイロシステムに適用する場合に高度の正確度と信頼性を維持する。 本発明の有効電流制御装置を設計する際の基礎として、ミネソタ州ミネアポリ スのＨｏｎｅｙｗｅｌｌ Ｉｎｃ．製造のモデル番号ＧＧ１３２０のリングレー ザジャイロについて設計データを取り出した。取り出されたデータは、陰極電流 をバラスト抵抗器の関数とし且つキャパシタンスをパラメータとするレーザビー ム電流の動作ウィンドウの範囲にあった。ＧＧ１３２０モデルのリングレーザジ ャイロは電流−電圧特性の負抵抗領域で動作するので、陽極の付近の漂遊キャパ シタンスは動作ウィンドウに著しく大きな影響を及ぼすと考えられる。電流の関 数としての動作ウィンドウは、プラズマ振動が起こる領域について得られたもの である。抵抗がゼロオーム程度と低く且つキャパシタンスは１５ｐＦ未満である バラスト抵抗器は、動作ウィンドウにごくわずかな影響しか及ぼさなかった。こ のデータは、本発明で採用される高電圧、低キャパシタンスの半導体デバイスに 関わる条件を定義する上で有効である。 発明の概要 本発明は、陽極と、陰極とを含むリングレーザジャイロ電極の相互間で空洞の 少なくとも一部を流れる電流によって少なくとも１本のレーザビームが発生され 、ビーム強度読出し線を含むリングレーザジャイロの電力制御システムを提供す る。モニタ手段はビーム強度読出し線に結合し、強度信号出力端子で前記ビーム の強度を示す強度信号を発生する。信号平均値算出手段は前記強度信号出力端子 に結合し、平均強度信号出力端子で平均強度信号を供給する。変換手段は平均強 度信 号出力端子に結合し、平均強度信号出力をデジタル信号出力端子のデジタル信号 に変換する。処理手段はデジタル信号出力端子に結合し、デジタル信号の値に応 答して、その値に比例する電力制御信号を電力制御信号線へ発生する。電力供給 手段はプログラマブル入力端子で前記電力制御信号線に結合し、リングレーザジ ャイロ電極に結合する電圧供給線へ、前記電力制御信号に応答する電圧信号を出 力し、処理手段と共に、ビーム強度の減少に応答して前記リングレーザジャイロ 電極への電力を増加させ且つビーム強度の増加に応答して電極への電力を減少さ せるように動作する。 図面の簡単な説明 上記の目的，面及び利点並びにその他の目的，面及び利点は、図面を参照した 本発明の好ましい一実施形態の以下の詳細な説明からさらに良く理解されるであ ろう。図面中： 図１は、ＲＬＧ及び本発明の教示に従ったマイクロプロセッサ電力制御システ ムの概略ブロック線図である。 図２は、ＲＬＧ及び本発明の教示に従ったマイクロプロセッサ電力制御システ ムの別の実施形態の図１に類似した概略ブロック線図である。 図３は、図２に示す電力制御システムの一部のやや詳細な概略図である。 図４は、本発明に従って形成された有効電流制御回路の一実施形態の回路図を 概略的に示す。 図５は、本発明の１つの面により提供されるような高電圧始動回路の一実施形 態のブロック線図を概略的に示す。 図６は、典型的なリングレーザジャイロのＩ−Ｖ特性の一例をグラフにより示 す。 図７は、リングレーザジャイロ回路における一方の電流源レグの一例を示す。 好ましい実施形態の詳細な説明 そこで図１を参照すると、今日、商用として一般に広く使用されている種類の 、全体を図中符号１０により指示される固体ブロックリングレーザジャイロ（Ｒ ＬＧ）は陰極１２と、２つの陽極１４及び１６とを有する。ＲＬＧは固体耐熱性 ブロック２０の中に光学空洞１８を形成する３つのチャネルと、チャネルの交差 点 にある３つのミラー２２Ａ，２２Ｂ及び２２Ｃとを有する。陰極１２は高電圧電 源１３８７に接続している。本発明のこの特定の実施形態におけるＲＬＧそれ自 体は従来通りのものであり、そのようなＲＬＧの１つは、Ｐｏｄｇｏｒｓｋｉの 米国特許第３，３９０，６０６号の中にさらに詳細に記載されている。ここで説 明する本発明の特定の実施形態は１つの陰極と、２つの陽極とを採用しているが 、本発明は１つの陽極と、２つの陰極とを有するＲＬＧ又はその他の陽極／陰極 の組合わせを有するＲＬＧ、並びに様々な構成や形状を有するＲＬＧにも等しく 適用可能であることに注意すべきである。 ３つのミラーの中の１つのミラー２２Ａは部分透過性である。ビーム強度セン サ２４と、回転速度出力センサ２６はミラー２２Ａに結合している。従来通りで あり、当該技術では良く知られているように、センサ２４は、１本のビームに応 答し且つ逆方向に回転するレーザビームの強度を示す出力を供給するように光学 空洞１８に光学的に結合する光検出器から構成されている。センサ２６は、逆方 向に回転し、干渉し合うレーザビームにより発生される明暗フリンジパターンに 応答し且つＲＬＧの回転速度の関数である周波数を有する交流出力を供給するよ うに光学空洞１８に光学的に結合する光検出器から構成されている。 センサ２４又は２６はビームの強度を測定するために使用されれば良い。セン サ２６のほうが実施形態の読出し信号を示すので、センサ２６を使用するのが有 利であろう。ジャイロのビーム強度を監視するために光強度監視（ＬＩＭ）信号 を使用しても良いことは当業者には認められるであろう。 本発明の教示に従って、ビーム強度４０８と呼ばれるセンサ２６の出力は読出 し増幅器４１０により増幅され、信号平均値算出器４１４により信号が平均され 、Ａ／Ｄ変換器４１８へと伝送される。本発明の１例においては、Ａ／Ｄ変換器 ４１８を従来の構成のマイクロプロセッサに統合しても良い。 信号平均値算出器２８の出力はＡ／Ｄ変換器４１８への入力である。Ａ／Ｄ変 換器のデジタル出力４２３はマイクロコントローラ３３で所望のビーム基準値と 比較される。Ａ／Ｄ変換器の出力４２３がビーム基準値より小さい場合、マイク ロコントローラの出力信号４２５は大きくなる。マイクロコントローラの出力４ ２５は、デジタル／アナログ（Ｄ／Ａ）変換器４２０への入力として供給される 。 その結果増大する信号線３８０のアナログ値は、入力として有効電流制御部３０ ０への入力として供給される。制御部３００は信号線４１７，４１９の有効電流 値を増加させる。増大した陽極・陰極間電流は、Ａ／Ｄ変換器出力４２３がビー ム基準値と等しくなるまで、ビーム強度を増大させる。 ＲＬＧの寿命は陰極電流の二乗にほぼ反比例するので、信頼に足る動作を得る のに適するビーム強度を維持しつつ、できる限り小さい陰極電流でＲＬＧを動作 させると有利である。 ＲＬＧが老化するにつれて、ビーム強度４０８は減少しがちである。所定数の 動作時間を経た老化の後、飛行動作中の遷移を回避するために、次にＲＬＧにパ ワーが印加されるときに、有効電流制御レベルをマイクロコントローラにより段 階的に増加させても良い。所定数の時間は、たとえば、２０，０００時間であっ ても良い。この数は単なる例であり、限定的な意味をもつものではない。 典型的には、ＲＬＧは、陰極電流の値ごとに、Ｋ₁，Ｋ₂，Ｋ₃，Ｋ₄，Ｋ₅ 等々 と表わされる場合が多い異なる１組の補正項を必要とする。それらの補正項は、 たとえば、動作電流レベルごとに電気的消去再書込み可能読取りメモリ１０２（ ＥＥＰＲＯＭ）に記憶され且つＲＬＧのパワーアップ中にマイクロコントローラ ３３にロードできる定数である。 次に図２を参照すると、図１のＲＬＧ装置に類似するＲＬＧ装置が示されてい るが、図１とは異なり、高電圧電源１３８７により供給される一定の供給電圧の 代わりに、従来のプログラマブル直流／直流変換器３８７などの可変電圧源を使 用すると有利であろう。 一般に、図２の装置は、ＲＬＧハウジング内部の電力消散を減少させるために 、周知のＲＬＧガス放電負抵抗特性の負特性を利用する。ＲＬＧが老化するにつ れて、有効電流制御値は増加し、負抵抗特性のために、プラズマの陽極・陰極間 の電圧降下は減少する。その結果、陰極電圧は低下し、電圧を保存できるであろ う。 ＲＬＧ１０は従来の方式で動作するので、光検出器２６は、レーザビームの光 路Ａを表わす信号が信号線４０８に印加され且つレーザビームの光路Ｂを表わす 信号は信号線２４０８に印加されるという分割画像信号を発生する。Ａ読出し信 号とＢ読出し信号は共に、読出し増幅器４１０の第１の入力端子と第２の入力端 子に入力される。読出し増幅器４１０は第１の出力端子２４１６と、第２の出力 端子４１６と、第３の出力端子２４１２と、第４の出力端子４１２とを含む。第 １の出力端子２４１６と第２の出力端子４１６は、それぞれ、Ａ光路とＢ光路を 表わす読出し信号を搬送する。これらの信号は、これ以降の処理のためのデジタ ル論理回路などの他の回路へ送られても良い。この回路は本発明の範囲外にある ので、ここでは説明しない。 読出し増幅器の第３の出力端子４１２と第４の出力端子２４１２も読出し信号 Ａ及びＢを搬送し、それらの信号は信号平均値算出器４１４に入力される。信号 平均値算出器４１４はＡ信号とＢ信号を平均し、ＲＩＭ Ａ及びＲＩＭ Ｂとそ れぞれ呼ばれる第１の信号平均出力端子２８と第２の信号平均出力端子２９へ対 応する信号を出力する。そのような信号平均値算出は図３に示されているような 信号平均値算出回路で実行されても良いが、マイクロプロセッサにより周知の方 式で実現されるソフトウェアプログラムに埋込まれたデジタルプロセスにおいて 実行されても良い。信号平均値算出器が図２の例に示すようなアナログ信号を出 力する場合、出力端子２８及び２９のアナログ信号はマルチプレクサ２４１８へ 伝送され、マルチプレクサ２４１８は周知のスイッチング原理を使用してそれら の信号をアナログ／デジタル変換器４１８へ切替える。アナログ／デジタル変換 器４１８は、マイクロコントローラ３３に信号線４２３を介してＲＩＭ Ａ信号 又はＲＩＭ Ｂ信号を交互に供給するように動作する。本発明の一実施形態では 、連続多重化信号をデジタル表現に変換するために、８チャネルアナログ／デジ タル変換器を使用する。読出すべきレーザビーム信号はゆっくりと変化する関数 であるので、マイクロコントローラはディザサイクルの約１／８ごとにＡ信号と Ｂ信号を読出す。関数はマイクロコントローラ３３の動作速度と比べて非常にゆ っくりと変化するので、この読出しは重要ではない。マイクロコントローラ３３ は、一実施形態においては電気的消去再書込み可能読出し専用メモリ（ＥＥＰＲ ＯＭ）であると有利であると思われるメモリ１０２に接続している。ＥＥＰＲＯ Ｍ１０２には、制御すべき特定のリングレーザジャイロの電流・電圧特性（Ｉ− Ｖ特性）を事前にロードしておくと有利であろう。そのようなＩ−Ｖ特性は良く 理解されている方式でジャイロブロックごとに測定され、従来の手段によってＥ ＥＰＲＯ Ｍ１０２に供給されれば良い。一般に、Ｉ−Ｖ特性は陽極から陰極への陽極電流 及び陽極電圧の関数として測定され、電圧が高くなるにつれて、電流が少なくな ることが要求される。典型的には、リングレーザジャイロが動作するにつれて、 電圧は降下し、陽極の電流は増加する。そのようなＩ−Ｖ管特性曲線を図６に示 すように従来通りの技術を使用して描いても良い。この図をその後に数値形態に 変換し、マイクロコントローラ３３により使用するためにＥＥＰＲＯＭに記憶し ても良い。 マイクロコントローラ３３はＲＩＭ Ａ信号及びＲＩＭ Ｂ信号を検査する。 マイクロコントローラは弱いほうの信号を確定するように動作し、その信号をＥ ＥＰＲＯＭ１０２に記憶されているＩ−Ｖ特性と比較し、２つのＲＩＭ信号のう ち弱いほうの信号に応答する制御信号を信号線２４２５へ出力する。すなわち、 たとえば、ＲＩＭ Ｂ信号が弱く、信号平均値算出器４１４の信号出力としては 典型的な値である１．２ボルトより低くなった場合には、マイクロコントローラ ３３はデジタル形態の制御信号を信号線２４２５へ出力し、この信号はデジタル ／アナログ変換器４２１により、書込み可能電圧源直流／直流変換器３８７を調 整して、図６に示すようなＲＬＧ１０のＩ−Ｖ特性線に整合する電圧を出力する ための信号線３８４のアナログ制御信号に変換する。 同時に、マイクロコントローラ３３は、有効電流制御部３００に入力されるジ ャイロの双方のレグの電流の和である信号４２５を出力しても良い。尚、ＲＬＧ の電圧はジャイロにおいて電流が変化するにつれて逆に変化し、このことを利用 して、制御信号３８４を書込み可能電圧源３８７に供給する。 信号線４２３のＡ／Ｄ変換値がＥＥＰＲＯＭ１０２に記憶されている基準値よ り小さい場合、マイクロコントローラは信号線４２５，２４２５へ制御信号を出 力し、それらの信号はＤ／Ａ変換器４２０及び４２１により、Ｄ／Ａ変換値に変 換される。これにより得られる信号線３８４のアナログ信号は従来の方式で直流 ／直流変換器出力電圧を制御し、この電圧自体は陰極１２の電圧を調整する。 この例では、この後、信号線３８６の出力電圧の値をプラズマの管電圧の低下 に対応するように減少させる。この例においては、プラズマ電流が増加したとし ても、プラズマ電圧と電流電圧は減少するので、電力消費は相対的に一定に維持 される。 図３は、読出し回路のチャネルＡに関わる読出し増幅器と、信号平均値算出器 と、比較器とを示す。読出し部チャネルＢでも、全く同じ一連の回路が使用され る。４１０Ａとして示されている破線の中の回路は、読出し増幅器４１０の回路 の半分を含む。読出し増幅器４１０は光路Ｂの信号に対する全く同じ一連の回路 をさらに含む。同様に、信号平均値算出器回路４１４Ａは、信号平均値算出器４ １４に含まれる２つの同一の回路の一方を含む。 前置増幅器７０６は、約４００Ｋオームの利得を有するトランスインピーダン ス増幅器である。前置増幅器７０６は光検出器２６の読出し信号線の一方４０８ に接続している。後置増幅器７０８は約５０の電圧利得を有し、前置増幅器７０ ６の出力端子７０７に接続している。従って、総トランスインピーダンス利得は 約２０メガオームである。 一実施形態では、後置増幅器７０８の設計上の特徴は、増幅器の出力を内部で クランプするために、「アナログデバイスモデルＡＤ８２９」ＴＭ増幅器で補償 ピンを使用していることである。これにより、増幅器は飽和モードから外れて、 線形高性能動作範囲に保持される。高性能クランプ７０９によって、製造時に手 作業による素子選択を伴わずに、ジャイロは広範囲にわたるビーム強度に対して 動作できる。従来の技術では、ジャイロごとにレジスタを選択することが必要で ある。 信号平均値算出器４１４Ａは後置増幅器７０８からの出力信号線である信号線 ４１２に結合しており、読出し信号の交流値に比例する読出し強度監視（ＲＩＭ Ａ）信号２８を出力する。 交流読出し信号４１２は数パーセントのヒステリシスをもつ比較器７１６へ送 信され、比較器７１６はデジタル信号４１６を発生する。チャネルＢも同様に処 理され、その後、デジタル信号Ａ及びＢはデジタル論理においてアップ／ダウン カウントを発生するために使用される。 次に図４を参照すると、本発明で採用される有効電流制御装置の一実施形態の さらに詳細な回路図が示されている。この開示を参照すれば、ここで説明する実 施形態は単なる例であり、本発明を限定するものではないことは当業者には認め られるであろう。ここで示す実施形態は当業者が本発明を理解するのを助けるた めに提示される。リングレーザジャイロブロック１０は、２つの陽極１４，１６ と、陰極１２とを有する三角形のブロックとして示されている。この実施形態に おける有効電流制御装置は第１，第２，第３及び第４の増幅手段３１２，３１４ ，３２４，３２６と、第１及び第２の出力トランジスタ手段３１０，３１６と、 第１及び第２の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）手段３２０，３２１と、直流／ 直流変換手段３８７とを含む。 第４の増幅手段３２６は利得抵抗器３２７にその反転入力端子で結合している 。反転入力端子には、４つの入力抵抗器３７０，３７２，３７４及び３７６も結 合している。コントローラ３３は、４つの入力抵抗器へデジタル制御信号を発生 する手段として動作する。第４の増幅手段３２６は、実質的には、デジタル／ア ナログ変換器として機能し、この場合、４つの入力抵抗器は４ビット入力に相当 し、第１の入力抵抗器３７０は最上位ビットであり、第４の入力抵抗器３７６は 最下位ビットである。第４の増幅手段はコントローラ１００からのデジタル制御 入力を抵抗器３７８を介してノードＶcontrol に印加される比例アナログ信号に 変換する。このように、有効電流制御部はノードＶcontrol において、Ｖcontro l の１０〜５ボルトの揺れに相当する４ビットの正確度の範囲内で制御可能であ る。 Ｖcontrol は第１及び第２の増幅手段３１２，３１４の非反転入力端子にも結 合している。第１の増幅手段３１２及び第２の増幅手段３１４の各々は、リング レーザジャイロブロック１０の陽極１４及び１６の一方へ電流が流れるときに通 過するトランジスタ３１０，３１６を制御する２つの電界効果トランジスタ３２ ０，３２１の一方を駆動する。第１及び第２の増幅手段の各々と、関連する素子 は有効電流制御部の一方の「レグ」であると考えても良い。たとえば、第１の増 幅器３１２の出力端子は電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）３２０のゲートに接続 している。ＦＥＴ３２０は約−２から−４ボルトの閾値を有するＤＭＯＤＥＦＥ Ｔ又はそれと同等の素子であると有利であろう。ＦＥＴ３２０は、たとえば、精 密抵抗器３１８，３３１の電流のほぼ全てを陽極１４及び１６へ流すために十分 に低いゲートインピーダンスを有するＴＦＥＴ又はＭＯＳＦＥＴなどのＮチャネ ルＦＥＴであると有利であろう。ＦＥＴ３２０は高周波数トランジスタコレクタ ３２２へのベース駆動を制御する。フィードバック信号線３３９は第１の電流制 御増幅器３１２への負フィードバックを実行する。ＦＥＴ３２０のソースはフィ ードバック信号線３３９に接続している。ＦＥＴ３２０のドレインは第１の出力 トランジスタ３１０のベースに接続している。第１の出力トランジスタ３１０の エミッタはフィードバック線路３３９に接続すると共に、抵抗器３１８を介して コンデンサ３９６の第１の端子に接続している。コンデンサ３９６の第２の端子 はノードＶcontrol に接続している。 本発明の一実施形態においては、コンデンサ３９６は、完全に充電したとき、 その第１の端子で約＋１０ボルトの公称電位を維持する。第１の出力トランジス タ３１０のコレクタ３２２は抵抗器３９０を介してダイオード３１３の陽極に接 続している。ダイオード３１３及び３１５は、たとえば、約５０００ボルトを定 格とする高電圧ダイオードであり、リングレーザジャイロの始動中に有効電流制 御回路を保護する働きをする。出力トランジスタ３１０のベースはＦＥＴ３２０ のソースに接続すると共に、ダイオード３１３の陽極にも接続する抵抗器３９９ に接続している。ダイオード３１３の陰極は抵抗器３９７を介して陽極１６に接 続している。第２の増幅手段３１４も、その関連素子、すなわち、ＦＥＴ３２１ 、第２の出力トランジスタ３１６及び抵抗素子３９１，３９３，３９４，３３１ ，３３１、並びに陰極で第２の陽極１４に接続している第２のダイオード３１５ を含めて、同様に配置されている。第１の増幅手段３１２は駆動回路の第１のレ グを構成し、第２の増幅手段３１４とその関連素子は回路の第２のレグを構成す る。双方のレグは同様に動作して、ほぼ等しい電流をリングレーザジャイロに供 給する。第１及び第２の増幅手段３１２，３１４は、たとえば、約１ＭＨｚ未満 の帯域幅を有するモデル番号ＬＴ１０１３などの演算増幅器から構成されている と有利であろう。第１及び第２のトランジスタ３１０，３１６は、本発明の一実 施形態においては、ベースからコレクタへわずかに１０ボルト逆バイアスされて いると有利であろう。この逆バイアスはベースとコレクタとの間の有効キャパシ タンスを減少させることにより、トランジスタの高周波数応答を改善する。 リングレーザジャイロの各レグにおける電流のアナログ和を表わす出力信号３ ２９を供給するために、任意に第３の増幅器手段３２４を含めると有利であろう 。 電流和を「Ｉ Ｔｏｔａｌ」とする。第３の増幅器手段３２４の反転入力端子は 抵抗器１３８０を介してフィードバック信号線３３９に接続すると共に、抵抗器 ３８２を介してフィードバック信号線３３８に接続している。 この実施形態においては、リングレーザジャイロの陰極１２は、たとえば、約 −４２５ボルトから−４６０ボルトの範囲の一定の電圧に直流／直流変換器手段 ３８７を介して保持される。動作中、直流／直流変換器手段３８７は外部電源か らの約＋１５ボルトの入力電圧を、たとえば、公称で約−４５０ボルトから−４ ９０ボルトの範囲の出力電圧に変換する。 また、本発明により提供されるような有効電流制御部の実施形態には、任意に 組込み試験線ＢＩＴ１及びＢＩＴ２も含まれている。ＢＩＴ１及びＢＩＴ２はマ イクロコントローラ３３の第１のアナログ／デジタル入力端子１０１と、第２の アナログ／デジタル入力端子１０３とにそれぞれ結合している。ＢＩＴ１及びＢ ＩＴ２は、有効電流制御が適正な動作範囲の中にあるか否かを判定し且つ演算増 幅器３１２，３１４がここではそれぞれ正レール及び負レールとも呼ばれる電力 供給の上限又は下限でロックアップされないことを確定するためにマイクロコン トローラ３３により採用される試験信号を供給する。 有効電流制御部の各レグの動作にとっては、電流供給レグの出力端子の抵抗器 を慎重に選択することが重要である。第１のレグの場合、抵抗器３９０，３９９ 及び３９７は以下に挙げる式に従って選択されなければならない。同様に、有効 電流制御部の第２のレグでも抵抗器３９５，３９４及び３３３を選択するときに は注意を払わなければならない。たとえば、第１のレグにおいては、抵抗器３９ ０及び３９９は、トランジスタ３１０のコレクタ３２２の電圧がリングレーザジ ャイロにおける電流の動作範囲にわたって相対的に一定のままであるように選択 されなければならない。本発明の一実施形態では、抵抗器３９０，３９９及び３ ９７と、それらに対応する抵抗器３９４，３９５及び３３３とを低電流及び摂氏 約−５５度の低温における最悪の場合のＰＮＰトランジスタ３１０，３１６のＢ ＥＴＡである１０に対して動作するように選択した。それらの抵抗器を選択する ことによって、トランジスタ３１０及び３１６の電力消散は最小限に抑えられる 。一実施形態では、レグごとに約０．１５から１ｍａの範囲の電流を供給する。 そ れらの限界はガス放電のインピーダンス特性と、電源の電流限界とにより確定さ れる。 次に図７を参照すると、抵抗器Ｒ１，Ｒ２及びＲ３の選択を例示するために、 本発明の有効電流制御部の一実施形態の一方の電流源レグの一例が示されている 。ここでは、本発明の有効電流制御部がリングレーザジャイロ管に固有の負抵抗 を利用することに注意すべきである。すなわち、ジャイロがより大きな電流を要 求するにつれて、陽極から陰極に至る電圧は降下する。本発明は、リングレーザ ジャイロ管の電流要求が増すにつれてＲ２を介するベース駆動電流が増加するよ うに、Ｒ１とＲ２の比を選択する。特に、抵抗器Ｒ１及びＲ３は最大電流におけ るトランジスタ３１０の電力消散を最小にするように選択される。下記の式は、 ＰＮＰトランジスタ３１０において１０以下のＢｅｔａで動作するために抵抗器 Ｒ１，Ｒ２及びＲ３を選択すべく本発明により採用される方法を示す。 １． ＲＬＧ負抵抗領域Ｉ_A ＝０．１５〜１ｍａにわたる電流−電圧特性に対 する 二次当てはめは、下記の式を使用して実行される。 Ｔ＝Ｋ₀＋Ｋ₁Ｉ_A＋Ｋ₂Ｉ² _A＋ΔＶ_TEMP＋ΔＶ_PROCESS 式中： Ｖ_T ＝管電圧； Ｖ_TL＝低温での管電圧； Ｖ_TH＝高温での管電圧； Ｖ_c ＝陰極電圧； Ｉ_A ＝陽極電流（一方のレグ）； Ｖ_CE＝トランジスタのコレクタ−エミッタ間電圧；及び Ｋ₀，Ｋ₁及びＫ₂は、これらの式によりモデル化すべきリングレーザジャイロ におけるレーザ放電のＩ−Ｖ特性に特有である二次当てはめ式の定数である。 Ｒ２の条件は次の通り設定される： ２． Ｒ２＞Ｖ_C−Ｖ_TL／Ｉ_Amin ３． 最小電流でＲ２＞ｄＶ_T／ｄＩ_A Ｒ１及びＲ３は次の式を満足させなければならない。 ５． ６． ７． ＰＮＰトランジスタは、ＮＰＮトランジスタと比べて、−５５℃でより 大きいＢＥＴＡ特性を有し且つその電流がより小さいことに注意することは、重 要である。従って、ＰＮＰトランジスタは電流源トランジスタとして使用される のが好ましい。 ８． 一実施形態では、ＳＯＴ−２３パッケージトランジスタは、最大電流に 対して−５５℃で１００ｍｗ未満を消散する。 ９． 一実施形態では、下記のような周波数特性を有するＭＭＢＴ６５２０ト ランジスタを採用した： Ｆτ＝４０ＭＨｚ 式中、 Ｃ_cb＜ ６ｐＦ １０． コレクタは、ベース・コレクタ間キャパシタンスを減少させるために 、＞１０ボルトに逆バイアスされる。 １１． Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ Ｉｎｃ．で取った動作ウィンドウから、いくつ かのリングレーザジャイロについて、Ｃ_cb ＞６ｐＦのとき、Ｒ３＞１０Ｋであ れば、動作ウィンドウは＜５％縮小することがわかっている。本発明の一実施形 態においては、 Ｒ１＝５０Ｋ，Ｒ２＝４２１Ｋ，及びＲ３＝３０Ｋのときに、上記の全て の条件に適合する。 電力消費を減少させるために、有効電流制御装置はＶｃを固定して構成されて も良く、あるいはＶｃを可変として構成されても良い。Ｖｃを固定し且つＲ１， Ｒ２及びＲ３を適正に選択する方式では、低いベータでの動作を可能にする。電 流が大きいときのベース駆動を増加させるために、１−Ｖ特性の負抵抗を利点と して使用する。 次に図５を参照して説明すると、本発明により提供される有効電流装置には、 信号線３３７と、抵抗器３３３及び３８３とを介してリングレーザジャイロブロ ック１０の陽極１４及び１６に結合する高電圧始動回路手段３５０も含まれてい る。この回路は、リングレーザジャイロの始動モードの間に使用される。この実 施形態では、信号線３３５において、コントローラ１００は信号線３３５の１０ ％デューティサイクルを有する周波数が約６０Ｈｚの０から５ボルトの方形波を 供給し、この方形波は高電圧始動回路手段３５０に入力される。高電圧始動回路 手段３５０は２８０ボルトパルス発生器３５２と、電圧乗算器手段３５４とを具 備する。パルス発生器は、信号線３３５の入力電圧方形波を隣接する線３５３に 示される波形により表わされている２８０ボルト信号へ昇圧するために使用され る。２８０ボルトピークピーク信号出力線３５３は、電圧乗算器手段３５４に供 給される５０％デューティサイクルを有する６０ＫＨｚ信号でもある。そこで、 電圧乗算器手段３５４は約２５００ボルトの直流の高電圧を出力する。２８０ボ ルトパルス発生器と電圧乗算器素子は市販されている。電圧乗算器素子は、カリ フォルニアのＶｏｌｔａｇｅ Ｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒ，Ｉｎｃ．から購入できる であろう。高電圧始動回路はリングレーザジャイロを始動するために使用され、 リングレーザジャイロが運転モードに入ったときにターンオフされる。 特許法に従うと共に、新規な原理を適用し且つそのような特殊化された構成要 素を必要に応じて構成し、使用するために必要とされる情報を当業者に提供する ために、ここでは本発明をかなり詳細に説明した。しかしながら、特定の点で異 なる機器及び装置により本発明を実施できること、及び機器の詳細と動作手続き の双方に関して、本発明それ自体の範囲から逸脱せずに様々な変形を実現できる ことを理解すべきである。

───────────────────────────────────────────────────── 【要約の続き】 応答する電圧信号を出力し、プロセッサ（３３）と電源 （３００，３８７）は、ビーム強度（４０８，２４０ ８）の変化に応答して電圧信号を制御するように動作す る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 陽極（１４，１６）と、陰極（１２）とを含むリングレーザジャイロ電 極の相互間で空洞（１８）の少なくとも一部を流れる電流によって少なくとも１ 本のレーザビームが発生され、ビーム強度読出し線（４０８，２４０８）を含む リングレーザジャイロ（１０）において、 ビーム強度読出し線（４０８，２４０８）に結合され、強度信号出力（４１２ ，２４１２）に前記ビームの強度を示す強度信号（４１２，２４１２）を発生す る監視手段（２６，４１０）と； 前記強度信号出力（４１２，２４１２）に結合され、平均強度信号出力（２８ ，２９）に平均強度信号を供給する信号平均値算出手段（４１４）と； 平均強度信号出力（２８，２９）に結合され、平均強度信号出力をデジタル信 号出力（４２３）のデジタル信号に変換する手段（４１８）と； デジタル信号出力（４２３）に結合され、そのデジタル信号（４２３）の値に 応答して、その値に比例する電力制御信号を電力制御信号線（４２５，２４２５ ）へ発生する処理手段（３３）と； プログラマブル入力が前記電力制御信号線（４２５，２４２５）に結合され、 リングレーザジャイロ電極（１２）に結合されている電圧供給線へ前記電圧制御 信号（２４２５）に応答する電圧信号を出力し、処理手段（３３）と共に、ビー ム強度（４０８，２４０８）の減少に応答して前記リングレーザジャイロ電極（ １２）への電力を増加させ且つビーム強度（４０８，２４０８）の増加に応答し て電極（１２）への電力を減少させるために電圧信号を出力するように動作する 電力供給手段（３８０，３８７）と を具備する電力制御システム（図３）。 ２．処理手段（３３）はマイクロプロセッサから構成されている請求項１記載 の電力制御システム。 ３．処理手段（３３）はマイクロコントローラから構成されている請求項１記 載の電力制御システム。 ４．入力端子で前記電力制御信号（４２５，２４２５）に接続し、電力制御信 号（４２５，２４２５）をアナログ制御出力端子（３８０，３８４）の対応する アナログ制御信号に変換するように動作するデジタル／アナログ変換器（４２０ ，４２１）をさらに具備し、前記アナログ制御出力端子（３８０，３８４）は前 記電力供給手段（３００，３８７）の前記書込み可能入力端子に結合している請 求項１記載の電力制御システム。 ５．前記電圧供給線はリングレーザジャイロ陰極（１２）に結合している請求 項４記載の電力制御システム。 ６．前記リングレーザジャイロ（１０）の第１及び第２の陽極（１４，１６） に結合する有効電流制御部（３００）をさらに具備する請求項５記載の電力制御 システム。 ７．陽極（１４，１６）と、陰極（１２）とを含むリングレーザジャイロ電極 の間で空洞（１８）の少なくとも一部を流れる電流によって第１のレーザビーム と、第２のレーザビームとが発生され、第１のビーム強度読出し線（４０８）と 、第２のビーム強度読出し線（２４０８）とを含むリングレーザジャイロ（１０ ）であって、 第１の監視入力が第１のビーム強度読出し線（４０８）に結合されると共に、 第２の監視入力が第２のビーム強度読出し線（２４０８）に結合され、前記第１ のレーザビーム及び前記第２のレーザビームのうち弱いほうのビームを示す強度 信号を強度信号出力（４１２，２４１２）に発生する監視手段（２６，４１０） と； 前記強度信号出力（４１２，２４１２）に結合され、平均強度信号出力（２８ ，２９）に平均強度信号を供給する信号平均値算出手段（４１４）と； 平均強度信号出力（２８，２９）に結合され、平均強度信号出力をデジタル信 号出力端子（４２３）のデジタル信号に変換する（４１８）手段と； デジタル信号出力（４２３）に結合され、デジタル信号（４２３）の値に応答 して、その値に比例する電力制御信号を電力制御信号線（４２５，２４２５）へ 発生する処理手段（３３）と； プログラマブル入力が前記電力制御信号線（４２５，２４２５）に結合され、 リングレーザジャイロ電極（１２）に結合されている電圧供給線へ前記電力制御 信号（２４２５）に応答する電圧信号を出力し、処理手段（３３）と共に、ビー ム強度（４０８，２４０８）の減少に応答して前記リングレーザジャイロ電極（ １２）への電力を増加させ且つビーム強度（４０８，２４０８）の増加に応答し て電極（１２）への電力を減少させるために電圧信号を出力するように動作する 電力供給手段（３８０，３８７）と を具備する電力制御システム（図３）。 ８．処理手段（３３）はマイクロプロセッサから構成されている請求項７記載 の電力制御システム。 ９．処理手段（３３）はマイクロコントローラから構成されている請求項７記 載の電力制御システム。 １０．入力が前記電力制御信号線（４２５，２４２５）に接続され、電力制御 信号（４２５，２４２５）をアナログ制御出力（３８０，３８４）の対応するア ナログ制御信号に変換するように動作するデジタル／アナログ変換器（４２０， ４２１）をさらに具備し、前記アナログ制御出力端子（３８０，３８４）は前記 電力供給手段（３８０，３８７）の前記書込み可能入力端子に結合している請求 項７記載の電力制御システム。 １１．前記電圧供給線がリングレーザジャイロ陰極（１２）に結合している請 求項１０記載の電力制御システム。 １２．前記リングレーザジャイロ（１０）の第１及び第２の陽極（１４，１６ ）に結合する有効電流制御部（３００）をさらに具備する請求項１１記載の電力 制御システム。 １３．陽極（１４，１６）と、陰極（１２）とを含むリングレーザジャイロ電 極の相互間で空洞（１８）の少なくとも一部を流れる電流によって第１のレーザ ビーム及び第２のレーザビームが発生され、第１のビーム強度読出し線（４０８ ）と、第２のビーム強度読出し線（２４０８）とを含むリングレーザジャイロ（ １０）において、 第１の監視入力が第１のビーム強度読出し線（４０８）に結合されると共に、 第２の監視入力が第２のビーム強度読出し線（２４０８）に結合され、前記第１ のレーザビーム及び前記第２のレーザビームのうち弱いほうのビームの強度を示 す強度信号を強度信号出力（４１２，２４１２）に発生する読出しモニタ（２６ ， ４１０）と； 前記強度信号出力（４１２，２４１２）に結合され、平均強度信号出力（２８ ，２９）に平均強度信号を供給する信号平均値算出器（４１４）と； 平均強度信号出力（２８，２９）に結合され、平均強度信号出力をデジタル信 号出力端子（４２３）のデジタル信号に変換するように動作するアナログ／デジ タル変換器（４１８）と； デジタル信号出力（４２３）に結合され、デジタル信号（４２３）の値に応答 して、その値に比例する電力制御信号を電力制御信号線（４２３，２４２５）へ 発生するデジタルプロセッサ（３３）と； 入力が前記電力制御信号線（４２５，２４２５）に接続され、電力制御信号（ ４２５，２４２５）をアナログ制御出力（３８０，３８４）の対応するアナログ 制御信号に変換するように動作するデジタル／アナログ変換器（４２０，４２１ ）と； プログラマブル入力が前記アナログ制御出力（３８０，３８４）に結合され、 リングレーザジャイロ電極（１２）に結合されている電圧供給線へ前記電力制御 信号（４２５，２４２５）に応答する電圧信号を出力し、デジタルプロセッサ（ ３３）と共に、ビーム強度（４０８，２４０８）の減少に応答して前記リングレ ーザジャイロ電極（１２）への電力を増加させ且つビーム強度（４０８，２４０ ８）の増加に応答して電極（１２）への電力を減少させるために電圧信号を出力 するように動作するプログラマブル電源（３８０，３８７）と を具備する電力制御システム（図３）。 １４．デジタルプロセッサ（３３）はマイクロプロセッサから構成されている 請求項１３記載の電力制御システム。 １５．デジタルプロセッサ（３３）はマイクロコントローラから構成されてい る請求項１３記載の電力制御システム。 １６．プログラマブル電源の電圧供給線はリングレーザジャイロ陰極（１２） に結合している請求項１３記載の電力制御システム。 １７．前記リングレーザジャイロ（１０）の第１及び第２の陽極（１４，１６ ）に結合する有効電流制御部（３００）をさらに具備する請求項１３記載の電力 制 御システム。