JPS6037186A - 多軸リングレ−ザジヤイロスコ−プ - 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】 この発明は、多くの感受軸を有するリングレーザジャイ
ロスコープに関する。

リングレーザジャイロスコープは、１つまたは多くの感
受軸を有し、各軸に対し、関連の軸に直角な１つの平面
内に配信された気体で充填された空洞すなわちリングが
設けられ、各空洞は、３個またはそれよシ多くの直線状
で通常は相等しいアームからみる。各空洞をまわって、
互に反対方向に進行する一つの光ビームが伝搬され、こ
れら光ビームは、対応する空洞のかどに配信′された３
個またはそれよシ多くの鏡によって、閉じたループをま
わるように指向され、経路長が波長の整数倍に等しくな
るような周波数で再生的に増幅される。

増幅は、空洞内の気体放電によって達成され、少くとも
１つの陽極と１つの陰極が各空洞の中に設けられる。

レーザジャイロスコープの空洞のかどに配置される鏡は
、すぐれた光学的特性を有しなければならないから、極
めて高価な構成要素である。３つのかどを有する空洞を
備えた単軸リングレーザジャイロスコープは、３個の鏡
を使用し、３つのかどを有する空洞を備えたコ軸り／グ
レーザジャイロスコープは、６個の鏡を使用し、きらに
、３つのかどを有する空洞を備えた３　１１４１４リン
グレーザジヤイロスコープは、９個の鏡を使用し、いず
れの揚台にも、鏡はジャイロスコープの価格のかなりの
部分を構成する。

かくして、少数の鏡を使用するジャイロスコープが開発
されて来た。このような装色°は、英国特許第コ、０７
　Ａ、、２　／　Ｊ号明細〒１に記載され、多くの感受
軸を有し従って多くの空洞を有するリングレーザジャイ
ロスコープとして定義できる。これにおいては、多くの
空洞が対応の感受１１ｉｌ　Ｋ直角な態別の平面内に位
置し、各空洞は、少くとも１つのかどが別の空洞と合致
するように配置ｆ”＋された、３つまたはそれよシ多く
のかどを有し、これによって空洞が相互連結される。こ
のジャイロスコープは妊らに、空洞の合致するかどと残
りのかどにそれぞれ配置された、多くの鏡を有し、これ
において、合致する空洞のかどにおける鐘および合致す
る空洞は、これら鏡のおのおのの法線が関連する各空洞
の平面内に位置しかつこれら空洞の関連するかどを三等
分するように、指向される。

この発明は、特に、かかる装置に１３ｆ１する。

個個の空洞が相互連結されているから、共通のレーザ媒
体が使用され、空洞のビームのすべてが同じ公称周波数
で作動する。一般のリングレーザジャイロスコープの場
会のように、各空洞におけるビームは鏡の表面から後方
散乱され易い。これはエネルギの相互散乱であシ、空洞
の中での互に逆回転するビーム同志の相互作用を住じさ
せる。

上述した形式の多４％ｉｌジャイロスコープでは、個個
の空洞内における互に逆回転するビーム同志の間ばかり
でなく、鏡が共同使用される結果としていくつかの空洞
のビームの間でも、エネルギの交差結合が生じるであろ
う。これによれば、異なる空洞のビームの間のエネルギ
の交差結合が単一の空洞の互に逆回転するビーム同志の
間の光の後方散乱よシ大きいので、単一空洞のジャイロ
スコープで生じるよりも激しいジャイロスコープの誤差
が生じるであろう。ジらにこれは、いくつかの空洞のビ
ームがどの空洞のビームからも影郭シを受けるので、ノ
ックオン効果を有する。

この発明の目的は、７つの空洞のビームに対する別の空
洞のビームの相互作用を、少くとも低減させることにあ
る。

この発り１］を１つの面から見れば、多軸リングレーザ
ジャイロスコープにおいて、少くとも７つのら相異なる
空洞におけるビームの周波数が公称上同一であり、これ
らの相異なる空洞におけるビームの周波数が互に偏るよ
うにされる。

これら空洞に、同じレーザ媒体が共同使用されるから、
各空洞のビームは同一のゲイン中央を有する、すなわち
、強度を周波数に対してプロットしたときに、ピークの
強度はル１与の周波数で起る。

さらに、ピークの強度捷たはその近くにおいて、強度は
周波数の変化と共に比較的緩やかにだ轄変化し、かくし
て、実質的にゲインを達成することなしに個個の空洞の
ビーム同志の間の相互作用を限定するために充分な周波
数の偏シは、ゲイン中央から達成できる。

通常のように、各ビーム従ってピークのビーム出力に対
して一定の径路長を提供するため、各空洞におけるビー
ムに対して経路長制御＋系が紹込寸れているときには、
周波数個シをこの系によって達成するのが好都合である
。

例示として、この発明を組込んだ三軸リングレーザジャ
イロスコープについて、図面を参照しながら以下に説明
する。

レーザジャイロスコープの実際の本体は、膨張係数の低
い防電材料の立方体から作られる。かかる相別の１つは
、商標名ツエロドア（Ｚｅｒｏｄｕｒ　）として知られ
た、膨張係数の極めて低いガラスセラミックである。こ
の材料はまた透明であって、故に内部の詳細が第１図で
明瞭に見える。

第１図および８１！コ図に示されるように、３つの空洞
（総括的に、第１図に／Ｘ、／Ｙおよび／２で示される
）が、それぞれＸ、ＹおよびＺ軸に直交するように、月
利の立方体の中に形成され、各空洞は、第一図に示され
るように、ｔつの等しいアームコを有する正方形の形状
になっている。明示のため、第１図で空洞／Ｘは陰を付
けて示され、空洞／Ｚはクロメノ・ツチングで示される
。かくして、各空洞のかどは一つの空洞に共通であシ、
故に３つのすべての空洞／Ｘ、ＩＹおよびＩＺは相互連
結される。

けられるが、１つの空洞の各かどが別の空洞の１つのか
どと一致するから、空洞のかどの全個数の半分である６
個の鋭だけが心裏である。詳述すれば、を洞ｉｘとＩＺ
、／Ｘと／Ｙおよび／ＸとＩＺのために、３個の径ｔＩ
’′Ｊ長制糾銃３が設けられ、空洞／ＹとＩＺ、／Ｘと
／Ｍおよび／Ｘとｌｚのために、３個の出力鏡ｌか設り
られる。径路長制御鋭３は、曲面でも平面でもよく、望
ましくは、良く知られている多くの要因によってジャイ
ロスコープの作動中に起るかも知れない空洞の径路長の
すべての変化を補償するプこめ、鏡の近くでハウジング
内に取（＝１けられたピエゾＣ１，急変換器Ｓによって
動くことができる、グイヤフシム形式のものである。１
つの所与の空洞／Ｘ、／ＹおよびＩＺに対して、３個の
径路長制御鏡３のうちの一個は、その空洞の平面内に位
値し、どんな調節もその空洞ＶＣ関しては同ピ向きであ
るが、その空洞の平面内に位置しない第３の鏡Ｊは、反
対向きに調節される。故に、径路長の制御は、３個のす
べての鋭３′６ｒ同時に調節することによって達成すべ
きであシ、これは（第３図に線図的に図示される）電気
回路によって達成され、これが信号をピエゾ電気変換器
に与え、とのピエゾ電気変換器が鈍３のダイヤフラムを
動かす。

出力鋭弘も曲面でも平面でもよく、そのおのおのは、こ
れにＩＪｊ連する二重要素光検出器７のだめのフリンジ
を提供するため、これに取付けられた普通の結合プリズ
ム６を有する。検出器りはまた、空洞／Ｘ、ＩＹおよび
／Ｚの経路長制御のだめのフィートノシックを提供する
。各鏡ダは前述したように一つの空洞／Ｘ、／Ｙおよび
／Ｚのだめのものであるが、結合プリズム６は、２つの
関連する空洞のうちの１方の光ビームに作用するように
指向される。例えば、第１図において３時の位置に見え
る結合プリズム６は、空洞／Ｙから光ビームを出力する
が、同じく関連する空洞／Ｘについてはそうでない。

図面において、所与の空洞に関連する栴成要素には、適
当な添字が付けられる。かくして、各出力鏡ｔは一つの
空洞のだめのものであるから、空洞／’Ｙ　、　／　Ｈ
のためのものはｇｙｚで示され、空洞／Ｘ、／Ｙのだめ
のものは４ＡＸＹで示され、空洞ｉｘ、ｉｚのだめのも
のは１ｌＸＺで示される。

次に第３図を参照ずれば、前述したように、検出器７は
フリンジ間隔指が信号を提供するに使用され、これは、
適消な手段（図示なし）によって処理されて、ジャイロ
スコープの出力信号になシ、これに加えて、検出器７か
ら、対応する空洞におけるビームの強度またはレージン
グゲインを示す信号が引出される。この信号は、対応す
る増幅器、２０を介して、３つの位相感受検出器ｇの対
応する１つに送られる。

各径路長制御鏡（第３図には図示なし）は２つの空洞の
だめのものであり、空洞／Ｙ、／Ｚのだめのものは３Ｙ
Ｚて示される。一方では、それぞれの径路長制御鏡に関
連するピエゾ電気変換器すなわち鏡を動かす手段は、対
応する符号３ＹＺ　。

５ＸＺおよびＳＸＹでそれぞれ示される。

搬送周波数発生器りによって提供された周期的摂動は、
線ｉｏに沿って変換器５へ送られる。これは、ビームの
周波数の変動を生じさせ、ξれに対応して各ビームの強
度の変動を生じさせる。各ビームの平均空洞径路長が平
均ビーム周波数をゲイン中央にするようなものである場
合、すなわちビームが最大の強度を有する場合には、強
度の変動は、加えられる搬送周波数の周波数の一倍に等
しい周波数を有する。平均空洞径路長が平均ビーム周波
数をゲイン中央から外れるようにするものである場合に
は、すなわち最大強度よりいくらか小さい場合には、強
度の変動は、搬送周波数の周波数に等しい周波数の成分
を包含する。

発生器７からの搬送周波数はまた、線ｉｉに沿って、位
相感受検出器Ｓに加えられ、この検出器ｇのいずれかが
、搬送周波数と等しい周波数の成分を、関連の検出器７
からの強度信号の中に検出した場合には、これは、平均
ビーム周波数とゲイン曲線中央周波数との間の差に直接
関連する誤差信号を生じる。この誤差信号は、積分器／
；ｉ’ｌＺ／　３ＸＺおよび／３ＸＹ並びに高電圧増幅
器／Ｑｖ＋ｚ　１ｕＹ７＜−？ｒ１：ｔｔＬｖｖかｌｑ
今＋ス廿−ゼ配備によって空洞経路長を適当に変化させ
るため、線／２ＹＺ　、／コＸＺおよびｌコＸＹのうち
の適当なものに沿って送られ、次いて、周波数をゲイン
中央に戻すように各空洞のビーム径路長を変化させるた
め、変換器５ＹＺ、５ＸＺおよびＳＸＹへ送られる。

変換器ｓＹｚ、ｓｘｚ、ｓｘ’ｔのいずれか１つと関連
する鋭Ｊは一つの空洞に汐、１連するから、いずれの鏡
の運動も調節すべき空洞に関しては同じ向きでなければ
ならないが、すなわち短くするか長くするかでなければ
ならないが、か３の鏡に関しては反対向きでなければな
らない。故に、経路長の制御は、３つのすべての鏡Ｊを
同時に調節することによって達成される。これは、各８
１分器からの出力を、加ｑ器ｉｓｙ、ｚ　、１ｓｘｚお
よび／ｊＸＹによって他の一つの高電圧増幅器に付加的
に進めることによって連成される。かくして、積分器／
　、７ＹＺからの出力は、加９〜器／５ＸＺ（ここで、
これは正に加算される）に進められるばかシでなく、加
ｐ：器１ｓｘｚ　（ここで、これは正に加算される）お
よびｌ５ＸＹ　（ここで、とれは負に加算される）にも
進められる。

積分器／、ｊＸＺおよび／：ｌＸＹからの出力も、第３
図に線図的に図示されるように、同様に処理され、絹合
わゼ効果は、ゲイン中央からの３つの空洞におけるビー
ムの周波数のいずれの変位もゼロにすることにある。ｒ
３ｉＪ述した交差結合を阻止または低減するだめの周波
数個）を提供するため、人工的誤差がサーボ制御部に導
入される。図示の実施例は３空洞形式のジャイロスコー
プであるから、空洞のうちの一つに関連するようなビー
ムの周波数だけを、’Ｍ”’３のもののゲイン中央の各
９に１つで、偏らせる必要がある。

図において、これは、線／コＹＺに加算器１６ｙｚをま
た線／２ＸＹに加算器／ＡＸＹを配置することによって
達成され、／ＡＹＺで示されたものは、所望の偏シに対
応する負の電圧を有し、／ＡＸＹで示されたものは正の
電圧を有する。それで、サーボ機構は、人工的に導入さ
れた偏シ誤差を補償する誤差信号を各検出器りから生成
しょうとし、かくして、適消に異なる周波数に対応する
各空洞のビームの経路長に、対応する偏シを与える。

この例において、ゲイン中央からの正または負の一θ〜
３０メガヘルツの周波数個シは、出力率拘束を克服する
に十分であることが見出されているが、レーザ媒体の典
型的にはｌキガヘルツのモード間隔と比べて適当に小さ
い。

第７図に図示されるように、第３図の加算器／　ｂＹＺ
は、付和感受検出Ｂ５７　Ｘ　Ｚと積分器／３ＹＺの入
力と間に直列に接続された、単ｌの抵抗体の形を取るこ
とができ、これに、積分器の入力と積分器に電力を付与
するだめの正の供給電圧源例えば正の供給レールとの間
の別の抵抗体が付与される。加算器１６１Ｙは、ここで
は別の抵抗体が精分器のための負の供給電圧源例えば負
の供給レールに接続されていることを除けば、同様の形
を取ることができる。

同じく第９図に図示されるように、加算器／ＳＹ　Ｚ、
　／　５　Ｘ　Ｚおよびｌ５ＸＹのおのおのは、精分器
のうちの対応するものの出方と適肖な増幅器ｌｌ／−の
逆転または非逆転の入力とめ曲に接続された、３つの抵
抗体の形を取すことができる。かくして、εむダ図に図
示されるＹｚｉ［ＶＪ路に対して、積分器／３ＹＺおよ
び／３Ｘ”ｆからの抵抗体は、増幅器／ダＹＺの非逆転
入方にそれぞれ接続されて、正の加算を提供するが、積
分器／３ＸＺがらの抵抗体は、増幅器の逆転入力に接続
されて、負の加算を与える。

【図面の簡単な説明】

ｔｊＴ　を図は、内部の詳細を示すジャイロスコープの
線図的斜視図、第一図は、第１図の■−■線に沿う断面
図、第３図は、第１図および第、２図のジャイロスコー
プのだめの経路長制御系の線図、第ｑ図は、糸に使用さ
れる一つの加算接続の実例をそれぞれ表わす、第３図の
系の一部分の線図である。 図面において、Ｘ、Ｙ、Ｚ、ＹＺ、ＸＺ、ＸＹのような
添字を省略して述べれば、ｌは空洞、コバアーム、３は
径路長制御礫、４１は出カ鉗−々Ｌ−？ピエゾ電気変換
器、６は結合プリズム、７は二重要素光検出器、ｇは位
相感受検出器、りは搬送周波数発住器、１３は精分器、
／りは高電圧増幅器、１５および／６は加算器、−〇は
増幅器を示す。 第１頁の続き ０発　明　者　デーピッド・ジョン・　イギリス国グツ
ビイ　イア−・ウ ー　・　エル　・　・ ・バークシャー・ブラックネルΦダウン・シャ１イ脅ブ
ＩＪテイツシユ・エアロスペイス・ピン−・　（番地そ
の他表示なし） 手続補正書（方式）″ご；、ｊ 昭和５９年　８月１３日 特許庁長官殿 １、事件の表示 昭和５９年　特許願　第１３３４５９号２、発明の名称 多軸リングレーサジャイロスコープ ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 名称”リティッシューエアロスメイス・パフリックーリ
ミアツド・カンパニー ４、代理人 〒１０５住所　東京都港区西新橋１丁目１番１５号物産
ビル別館　電話（５９１）　０２６１６、補正の内容

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｌ　少くとも１つの鏡が相異なる空洞のビームに共同使
   用され、これら相異なる空洞におけるビームの周波数が
   公称上同一であシ、これらの相異なる空洞におけるビー
   ムの周波数が互に偏るようにされる仁とを特徴とする多
   軸リングレーザジャイロスコープ。 コ　前記の相異なる空洞におけるそれぞれのビーム径路
   長を制御するために作動できる径路長制御手段を包含し
   、この径路長制御手段がさらに、Ｏｉｌ記の相異なる空
   洞におけるビーム周波数の偏シを化１戊させる…１記の
   それぞれのビーム径路長の間の関係を維持するように作
   動できる特許請求の範囲第１項に記載のジャイロスコー
   プ。 、３．　削記径路長制仰手段が、相異なる空洞の中のレ
   ーザビーム・ゲインを示すそれぞれのゲイン信号を感知
   するように、かつｆｉ’ｄ記ゲインを受容できる範囲内
   に維持するために相異なる空洞内の径路長を制御するた
   めのそれぞれのサーボ信号をゲイン信号から引出するよ
   うに、作！ｌ１１１できる、サーボ手段を包含し、前記
   制御手段がσらに、自ｉＪ記レーザビーム・ゲインをＩ
   ｊｏ記わ曲内のそれぞれの相異なる位置に維持するよう
   にサーボ信号に影響を与えるように配飲された、偏り信
   号印加手段を包含する特許請求の範囲２！−項に記載の
   ジャイロスコープ。 ク　前記サーボ手段が、各空洞にふ・けるビーム径路長
   の周期的変化を生成するだめの摂動手段、空洞における
   レーザビーム強度を示すそれぞれの強度信号を供給する
   ための感知手段、ＯＩＪ記の周期的なビーム径路長の変
   化の周波数におけるそれぞれの強度信号の成分を示す出
   力信号を供給するために作動できる、前記摂動手段およ
   びｔｔｉｌ記感知手段に接続された位相感受検出手段、
   位相感受検出手段から出力信号を受取り、それぞれの空
   洞に対する経路長制御信号を生成するためにｎｉＪ記出
   力出力信号分するだめの積分手段、およびレーザビーム
   周波数の削記偏シを作るために偏シ信号を積分手段に印
   加するだめの偏り生成手段、を有する特許請求の範囲第
   ３項に記載のジャイロスコープ。 Ｓ　ジャイロスコープが観念的八面体のかどに位置する
   ６個の鏡を有し、これら鋭の間に、互に直交する３個の
   平らな四辺の光♀的空洞が形成され、鏡のうちの３個が
   それぞれの変位装置に結合され、変位装置が、それに対
   する光学軸に沿ってそれぞれの鏡を変位させるために受
   取った変位制御に反応するように作動でき、 ジャイロスコープか、 ０１」記柴洞内のレーザビーム強度を示すそれぞれの強
   度信号を供給するための感知手段、前記の３個の鏡のお
   （７，）おのの振動運動を生じる周期的摂動信号を発生
   するだめに作動できる、Ｏｌ」記変位装置に接続された
   摂動信号発生手段、摂動信号の周波数に等しい周波数を
   持つ関連強度信号のいずれの成分をも示す信号を生成す
   るようにおのおの作動できる、ｎＩｊ記摂動信号および
   前記強度イハ号のうちの対応するものを受取るようにお
   のおの接続された３個の位相感受検出器、位相感受検出
   器の対応するものから出力信号を受取って積分するよう
   に接ワ１：された３個の積分器、それぞれの相異なる偏
   りイム号を積分器のうちの一個の入力に印加するように
   （２４わ′しされた偏シ信号供給手段、およ・び、 前記変位装置を制御するためのそれぞれの′Ａ１’、ｉ
   　ａｊｉ化号を形成するために前記イｒ（分器の出力を
   組合わせるだめの３個の加算器、 を有する特許請求の範囲第１項から第ｑ項のいずれか７
   項に記載のジャイロスコープ。