JPS6061614A

JPS6061614A - 光共振器の固有共振周波数の相違を測定する装置

Info

Publication number: JPS6061614A
Application number: JP59174232A
Authority: JP
Inventors: ヴアルター・ベルナルト; カール‐ハインツ・シユヴアルツ
Original assignee: Bodenseewerk Geratetechnik GmbH
Current assignee: Bodenseewerk Geratetechnik GmbH
Priority date: 1983-08-25
Filing date: 1984-08-23
Publication date: 1985-04-09
Also published as: DE3330660A1; EP0141062A1

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】産業上の利用分野本発明は、入力量によって定まる光共振器の固有共振周
波数の相違を測定する装置に関する。その場合この装置
は、１つのレーずから光励振波が供給されるようになっ
ている。さらにこの測定装置は、（ａ）２つの光共振器に供給される励振波を変化させる
手段を有し、ｆｂ）　前記光共振器の共振状態に応答する検出器７有
し、（Ｃ）　前記検出器の信号が加えられる調整装置を有し
ている。この調整装置によって、前記周波数変化手段を
制御することができる。

２つの光共振器は、レーず・ジャイロスコープに設けら
れた受動リング共振器の逆回りの光路とすれば有利であ
る。この場合の入力量は回転速度となる。つまり、サニ
ヤック（Ｓａｇｎａｃ　）効果２通じて、「右回り」な
いし「左回り」の光路の共振周波数ン逆方向に変化させ
る回転速従来技術米国特許第４２７４７４２号明細書によって、受動リン
グ共振器を有するレ−→ｒ・ジャイロスコープは公知で
ある。こσ）場合、レーずにより発生する光束は、鏡装
置系によって２つの光束に分割される。分割された光束
の１つは時計回りの励振波として、他の１つは反時計回
りの励振波として受動リング共振器に供給される。

リング共振器は、第１および第２の部分透過性の鏡と、
直径方向に対向配置された２つの全反射性の鏡欠有して
いる。この場合、第１の部分透過鏡を通して２つの光束
がリング共振器に入射する。そして右回りおよび左回り
に進行する光束の一部が、第２の部分透過鏡乞透過して
光検出器によって検出される。それぞれの鏡は、レーデ
ビームの進行方向に対してほぼ４５°の角度を持って、
正方形の４隅に配置されている。

従って、レーずビームの光路は正方形になる。

全反射鏡の１つは、周期的に前後に゛動くようになって
いる。そのためリング共振器の共振周波数は、２つの限
界値の間で周期的に変動する。

リング共振器が静止している場合、レーず光、つまり励
振波の周波数は、２つの限界値に相応するリング共振器
の共振曲線の交点に位置している。これに相応して２つ
の光検出器に同じ信号が生じる。装置全体が光路平面で
回転する場合は、サニヤック効果によって、右回りの光
束に対する共振周波数および左回りの光束に対する共振
周波数が、逆方向に変化する。それによって、検出器で
検出されるレーデビームの強度が変調される、検出器信
号の差は矩形信号を供給し、その振幅は回転速度に比例
している。

また米国特許第４１３５８２２号明細書からも、受動リ
ング共振器２有するレーデ・ジャイロスコープが公知で
ある。この装置では、２つのレーデが部分透過性の鏡を
介して左回りおよび右回りの励振波ン発生する。リング
共振器の中７左回りおよび右回りに周回する光束の一部
分は、部分透過鏡を介してそれぞれの光検出器に検出さ
れる。２つのレーデの周波数は、調整回路を介して、光
検出器の信号に依存して変化させることができる。従っ
てレーザ光の周波数は、リング共振器内を逆方向に周回
する光の共振周波数にそれぞれ相応する。ここで装置全
体の慣性回転速度の値および方向は、レーずの周波数偏
移によって決定される。この装置の別の実施例では、周
波数欠調整でき７−１２つのレーｙの代わりに１つのレ
ーずが設けられ、その光束が２つの部分光束に分割され
る。この場合２つの部分光束の周波数は、光変調器、例
えばゾラッグセル（Ｂｒａｇｇｚθ１１θｎ）によって
変化させることができる。

これと同じような装置が、米国特許第４６５２５６２号
明細書にも開示されている。

またドイツ連邦共和国特許出願公開第２９６４７９４号
公報によれば、次のようなレーデ・ジャイロスコープが
公知である。この装置では、ビームスプリッタによって
１つのレーデから２つの部分光束が発生し、各光束がリ
ング共振器内欠逆方向に周回する。２つの部分光束はそ
の後で集束され、光検出器へ導かれる。この２つの部分
光束は、単側波帯変調器、例えばブラッグセルを介して
、２つの周波数で変調される。少くとも１つの単側波帯
変調器の周波数は、光検出器の出力信号が一定値または
ある最大値に保持されるように、調整される。この装置
では、周波数差から装置全体の慣性回転速度が決定され
る。

発明の解決すべき問題点前述した米国特許第４２７４７２４号明細書に記載の装
置では、共振空間ン機械的に、周期的に変化させなけれ
ばならない。従って、調整素子の分解能が限定されてし
まう。

また米国特許第４１３５８２２号明細書記載の装置では
、２つのレーデ乞必要とするのでコスト高になる。そう
でない場合でも、周波数偏移乞発生するために、発振レ
ーデビームの光路にブラッグセルを設けなければならな
（・。

さらにドイツ連邦共和国特許出願公開第２９３４７９４
号公報記載の装置でも、受動リンク゛共振子の共振空間
の中に、ブラック８・セルまたはそれに類似の素子を配
置しなければならな（・０このことは、達成可能な共振
Ｑｙｘ小さくし、リング共振器の後方散乱特性に悪影響
ン与える本発明の課題は、冒頭で述べた装置ケ、機械的
可動部材ケ使用せず簡単に構成することである。

上で述べた公知の装置では、機賊的可動部制として次の
ようなものが使用される；米国特許第４２７４７４２号
明細書の装置では、受動１ノング共振器の全反射鏡の位
置を調整する圧電調整部材。米国特許第４１６５８２２
号明＆（Ｌｌ書σ）装置では、レーずビームの周波数を
変化させるために、レーデの空胴共振器ケ形成する鏡を
調整する圧電調整部材。そしてＰイツ連邦共本ｎ国特許
出願公開第２９３４７９４号公報および米国特許第４１
３５８２２号明細書でｋよ、音響振動スルブラッグセル
である。

問題点を解決するための手段本発明によれば、上述の課題は次のようにして解決され
る。すなわち、Ｃｄ）　周波数変化手段Ｚ変調装置から形成し、側波帯
乞発生するために、この変調装置によってレーずから供
給される光励振波を変調可能とし、（ｅ）被変調励振波の２つの側波帯が前記共振器によっ
て共振状態になるように、前記変調装置の変調周波数を
調整装置によって制御し、また前記変調周波数、あるい
はそれに相応する測定量が、固有共振周波数の相違、つ
まり入力測定量に対する測定値乞供給する、ようにした
のである。

この場合２つの光共振器は、レーデ・ジャイロスコープ
に設けられた受動リング共振器の逆方向の光路とするこ
とができる。

また、レーずから供給されるレーずビームが、変調装置
によって振幅変調可能であるようにすれば有利である。

実施例次に図面ケ参照しながら実施例について本発明の詳細な
説明する。

第１図は、本発明による測定装置が使用される、受動リ
ング共振器ケ有するレーデ・ジャイロスコープの実施例
のブロック図である。ここでレーず１０はレーずビーム
１２７発生する。

レーデビーム１２の強度は、レーず光質調器１４によっ
て公知のように変化させることができる。このレーずビ
ーム１２は、鏡装置１６によって部分ビーム１８．２０
に分割される８鏡装置１６は部分透過性の鏡２２７有し
、それはレーずビーム１２の進行方向に対して４５°の
角度で配置されている。部分透過性の鏡２２は、部分ビ
ーム１８７反射し、部分ビーム２０ケ透過させる。部分
ビーム１８は全反射性の鏡２４でも反射され、第１図の
下方へ向って偏向さり、る。反射鏡２４は、ビーム１８
に対しである角度を持ち、鏡２２と平行に配置されて（
・る。部分ビーム２０は反射鏡２６で反射される。反射
鏡２６も、鏡２２と平行で、ビーム２０の進行方向に対
しである角度で配置されている。従って部分ビーム２０
は、第１図で見て上の方に偏向される。鏡２４および２
６で反射された２つの部分ビーム１８．２０は、点２８
で交差する。

この点２８には、部分透過性の鏡３０が設けられている
。この鏡３０の鏡面は部分透過鏡２２の鏡面に対して垂
直であり、そこには部分ビーム１８．２０が相互に逆の
側から斜めに入射する。８１ｉ分ビーム１８．２０の一
部分け、この部分透過鏡３０ケ透過する。これらの部分
はビーム３２．３４として表わされている。ここで４つ
の鏡２２．２４．２６．３０は、平行四辺形の４隅に配
置されていることになる。従って部分ビーム１８．２０
は、この平行四辺形の各辺に沿って進行する。

鏡３０はリング共振器３６の１構成素子である。このリ
ング共振器３６は４つの鏡？有している。つまり、部分
透過性の鏡３０．２つの全反射性の鏡３８，４０、およ
び部分透過性の鏡４２である。この４つの鏡３０．３８
．４０゜４２も、平行四辺形の四隅に配置されている。

部分透過性の鏡３８と４０は、相互に平行であり、平行
四辺形の対向する頂点に設けられている。また全反射性
の鏡３８．４０も相互に平行で、その反射面を向い合わ
せて平行四辺形の他の２頂点に配置されている。反射鏡
３８．４０の鏡面は部分透過鏡３０．４２の鏡面に対し
て垂直である。

２つのビーム３２．３４は、部分透過性の鏡３０を斜め
に透過し、平行四辺形の各辺に７０って進む。つまりビ
ーム３２ば、鏡４０．４２゜３８で順次に反射し、また
３０に戻ってきて反射される。従ってビーノ、３２は、
リング共振器３６の中を反時計回りに、つまり「左回り
」に周回する。これに対してビーム３４は、鏡３８．４
２．４０で順次反射し、４０に戻って来−こ」に周回す
る。従ってビーム３２．３４は、１ノング共振器３６の
励振波を発生する。

ビーム３２の一部は、部分透過性の鏡４２を透過し、光
検出器４４によって検出される。ビーム３４の一部分も
、鏡４２を透過して光検出器４６によって検出される。

光検出器４４，４６の信号は、信号処理回路４８へ送ら
れろ。

光検出器４４．４６の信号は対抗して相互に接続され、
位相検波器５０へ加えられる。この位相検波器５０は、
補助周波数ｆＨ？有する補助発振器５２によって制御さ
れる。位相検波器５０の出力信号は、積分器として構成
された調整器５４へ加えられる。調整器５４の出力電圧
は、位相検波器５０に信号が加わる限り、変化する。調
整器５４の出力信号は電圧−周波数変換器５６に加えら
れる。電圧−周波数変換器５６は変調周波数ｆｌを供給
する。この変調周波数ｆｌを含む信号は、変調器５８で
補助周波数ｆＨによって掃引されろ。

周波数ｆ１は、リング共振器３６の慣性回転速度に対す
る基準となる。

以上説明した装置は次のように動作する；リング共振器
３６に慣性回転速度が生じない場合、リング共振器の共
振用ｅ数の値は「。である。この値に対応する共振曲線
は第２図の曲線６０である。。この曲線は、両方向に進
行するビーム３２．３４の両方ケ表わしている。つまり
、レーｆ１０のレ−ず光の周波数は、この共振周波数に
同調している。

リング共振器３６に慣性回転速度が生じろと、共振曲線
６０は、例えば左回りないし右回りに進行する光路に対
応して、２つの共振曲線６２．６４に分割される。この
現象は次のように考えられる。最初は、レーず光の周波
数はｆ。

である。しかし、補助周波数ｆＨによって破線６６ない
し６８で示すように掃引されると、２つの共振曲線６２
．６４が現われるのである。

この場合、低い方の周波数では左回りの光の振幅が共振
曲線６２に示すように比較的大きくなり、共振曲線６４
に示すように右回りの光の振幅は比較的小さくなる。上
方の周波数ではこの関係は逆になる。つまり左回りの光
の振幅は共振曲線６２で示すように比較的小さくなり、
右回りの光の振幅が共振曲線６４に示すように比較的大
きくなる。

つまり、レーず光の周波数ｆ。を補助周波数ｆＨで変調
することによって、光検出器４４゜４６で、補助周波数
ｆＨ欠有する逆位相の信号が発生する。これらの信号は
対抗して相互に接続され、位相検波器５０で検波され、
積分調整器５４に供給され、調整器５４は電圧−周波数
変換器５６に増大する信号を送出する。従って変調周波
数ｆ工が発生する。それによって、レーずビーム１２０
強度が変調され、励振波が、周ｌ皮数ｆ。−ｆｏまたは
ｆｏ＋ｆ１を有する２つの側帯波に分割される。この時
、２つの周ｅ数は補助周波数ｆＨによっても変調される
。こうして得られる２つの励振波の周波数は、リング共
振器３６の共振周波数に調整される。そのため、第６図
に示した状態が生じる；つまり、リング共振器３６の共
振曲線６０が２つの共振曲線６２．６４に分割されろ。

同じく励振波の周波数ｆｏも、周波数ｆ。−ｆｏおよび
ｆ。＋ｆ１に分割される。これらの周波数は、共振曲線
６２ないし６４が最大の時に平衡状態になる。これらの
中心周波数の周りを、励振波の周波数が、補助周波数ｆ
Ｈで周期的に変動する。

２つの中心周波数ｆ。−ｆ工、ｆｏ＋ｆ□が共振曲線の
最大位置にある限り、補助周波数により決まる強度変化
が２つの光検出器４４．４６に同じ位相で生じ、それは
対向して相互に接続されるので、相殺される。共振曲線
６２．６４が逆方向に変位すると、光検出器４４．４６
の信号の逆相の変調が行なわれる。既述のように、この
変調によって周波数で１の調整が行なわれる。

発明の効果本発明の装置によれば、機誠的用ＩＩΦ部拐７使用せず
に、入力量によって定まる光共振器の固有共振周波数の
相違Ｚ簡単に測定するＯとができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による測定装置が使用される受動リング
共振器ン備えたレーず・ジャイロスコープの概略図、第
２図は受動リング共振器の共振曲線を示す線図、第６図
は励振周波数ｆ。を変調周波数ｆ１で変調した時に現れる側波帯娶示す線
図である。１０・・・レーｒ、１２・・・レーずビーム、１４・・
・レーｆ旭流変調器、１６・・鏡装置、１８，３０．４
２・・部分透過性の鏡、２４，２６，３８゜４０・・全
反射性の鏡、３６・・・リング共振器、４４．４６・・
・光検出器、４８・・信号処理回路、５０・・・位相検
波器、５２・・・補助発振器、５４・・・調整器、５６
・電圧−周波数変換器、５８・変調器。

Claims

【特許請求の範囲】１、　光共振器の固有共振周波数の相違を測定する装置
であって、（ａ）２つの光共振器に供給される励振波７変化させる
手段ケ有し、（ｂ）　前記光共振器の共振状態に応答する検出器２有
し、（Ｃ）前記検出器の信号が加えられろ調整装置を有し、
該調整装置によって前記周波数変化手段が制御可能であ
り、１つのレーずから光励振波が供給される、入力測定量に
よって定まる光共振器の固有共振周波数の相違乞測定す
る装置において、（ｄ）前記周波数変化手段が変調装置
（１４）から形成され、側波帯Ｚ発生するために、該変
調装置によって、レーず（１０）から供給される光励振
波が変調可能であり、（ｅ）被変調励振波の２つの側波帯が前記共振器によっ
て共振状態になるように、前記変調装置（１４）の変調
周波数が前記調整装置によって制御され、また前記変調周波数、あるいはそれに相応する測定量が
、固有共振周波数の相違、つまり入力測定量に対する測
定値ア供給する、ことを特徴とする光共振器の固有共振
周波数の相違を測定する装置。２．２つの光共振器が、レーず・ジャイロスコープに設
けられた受動リング共振器（３６）の逆回りの光路であ
る特許請求の範囲第１項記載の光共振器の固有共振周波
数の相違？　１ｌｌｌｌ定する装置。６、　レー？”（１０）から供給されるレーずビーム（
１２）が、変調装置（１４）によって振幅変調可能であ
る特許請求の範囲第１項または第２項記載の光共振器の
固有共振周波数の相違を測定する装置。