JPS63194380A - リングレーザジャイロスコープの回転速度を決定するための信号を生成するためのシステムおよび方法 - 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】 発明の背景 この発明は一般に回転センサに関するものであり、特に
リングレーザジャイロスコープ回転センサに関するもの
である。また特に、この発明はリングレーザジャイロス
コープの逆伝搬ビームの傾向により引き起こされるリン
グレーザジャイロスコープのランダムウオーク誤差を減
じて、低回転速度で共通の周波数にロックするための装
置および方法に関連する。

リングレーザジャイロスコープは回転を検出するだめに
サニヤック効果を採用する。平面閉ループの２つの逆伝
搬する光ビームはループの平面に垂直な軸を中心にした
そのループの回転速度に正比例して異なる走行時間を有
するであろう。このループは平面状である必要はないが
、平面リングレーザジャイロスコープは最も単純な型の
光路を有する。

サニヤック効果を利用して回転を検出するためには一般
に２つの基本的な技術が存在する。第１の技術はインタ
ーフェロメトリ的アプローチであり、それは典型的には
レーザである、外部光源からサニヤックリングへ注入さ
れる２つの逆伝搬ビームの間の微分位相シフトを測定す
ることを含む。

このリングは光ビームを光路の周囲に向けるミラーかま
たは光ファイバのコイルにより規定され得る。この光路
を励起させるビームは干渉を起こして、普通フリンジパ
ターンと呼ばれる白と黒のラインのパターンを作る。フ
リンジパターンの絶対的な変化はリングの回転を表わす
。そのような装置についての主な難点は、誘導用途では
、興味のある回転速度に対する変化が非常に小さいこと
である。

リングレーザジャイロスコープは閉じた空洞の共振特性
を利用して、逆伝搬するビーム間のサニヤック位相差を
周波数差に変換する。リングレーザジャイロスコープで
使用される光の、約１０′″Ｈｚの高い光周波数は、微
小な位相変化が容易に測定されるうなり周波数になるよ
うにする。

リングレーザジャイロスコープは逆伝搬ビームが通過す
る閉じた光路を貫通するセンサ軸を有する。リングレー
ザジャイロスコープがそのセンサ軸を中心に回転してい
ないときには、２つの逆伝搬ビームの光路が同じ長さを
有し、そのため２つのビームは同じ周波数を有する。リ
ングレーザジャイロスコープのそのセンサ軸を中心にし
た回転は回転の方向に移動する光の実効光路長が増加す
るようにするが、一方で回転と反対の方向に移動する波
の実効光路長が減少する。

レイジングまたは利得媒体が空洞の外部にあるかそれと
も内部にあるかに依存して、リングレーザジャイロスコ
ープは受動または能動に分類され得る。能動リングレー
ザジャイロスコープでは、閉じた光路により規定される
空洞は発振器となり、二方向からの出力ビームはともに
うなりを生ずるように結合され得て、回転速度の測定値
であるうなり周波数を与える。発振器によるアプローチ
は空洞共振器の周波数フィルタリング特性が受動空洞よ
り低い多ステップの大きさにより狭められて、極めて厳
正な回転感知能力を与えることを意味する。現在まで主
なリングレーザジャイロスコープ回転センサは能動リン
グレーザに努力が傾注されてきた。現在市場で入手可能
な光回転センサのすべては能動リングレーザジャイロス
コープである。

能動リングレーザジャイロスコープでは、閉じた光路の
長さは少なくとも１個の可動ミラーにより最大強度を維
持するように制御される。最大強度は、レイジング利得
が最大である、整数（約１０６）の波長を閉じた全光路
長が含むときに達成される。最大強度は光路長の変化に
より一波長だけ分離されるのが認められる。光路長の波
長の数はレーザジャイロスコープのモードと呼ばれる。

リングレーザジャイロスコープの回転速度が在る一定範
囲内にあるときには、ビーム間の周波数差は消える。こ
の現象は周波数ロックインまたはモードロッキングと呼
ばれ、低回転速度ではリングレーザジャイロスコープは
装置が回転していないという偽表示を生じるので、リン
グレーザジャイロスコープについての主な難点となって
いる。

リングレーザジャイロスコープの回転速度がロックイン
が生じる値よりも大きい値で始まり、次に減じられるな
らば、ビーム間の周波数差は成る一定の入力回転速度で
消える。この入力回転速度はロックインしきい値と呼ば
れ、Ω、と示され得る。

ロックインが生じている間にわたる回転速度の範囲はリ
ングレーザジャイロスコープのデッドバンドである。

ロックインはビーム間の光の結合から生じると思われる
。このカプリングはビームを閉じた光路に閉じ込めるミ
ラーを離れた後方散乱から主に生じる。後方散乱は、各
方向のビームが他の方向に伝搬するビームの周波数を有
する小さな成分を含むことを引き起こす。リングレーザ
ジャイロスコープのロックイン効果は従来の電子発振器
で久しく観察され、理解されてきたカプリングに類似す
る。

リングレーザジャイロスコープから出力される誤った回
転速度情報を引き起こすことに加えて、ロックインは定
在波がミラー表面に現われることを引き起こす。これら
定在波は高低再吸収領域の格子を生じ得て、それはカプ
リングおよびロックインを増加する局所的損失を生じる
。ミラーはロックイン状態で動作するリングレーザジャ
イロスコープを離れることにより恒久的に歪ませられ得
る。

低回転速度を正確に測定できないことにより、航法シス
テムでのリングレーザジャイロスコープの効力が減じら
れる。ロックインの効果を低減または除去して、そのよ
うなシステムでリングレーザジャイロスコープの有効利
用を高めるために、相当量の研究および開発が行なわれ
てきた。

ロツインに関する問題を解決するいくつかの公知のアプ
ローチがある。これらアプローチは、逆回転するビーム
間の周波数差にバイアスをかけて、レーザジャイロスコ
ープのすべてのまたは大部分の動作時間の間口ツイン領
域が回避されるようにする形式をとっている。ファラデ
ーセルまたは磁気ミラーのような電子工学手段が周波数
にバイアスをかけるために採用され得るか、あるいはレ
ーザジャイロスコープはジャイロ本体によりバイアスを
かけられ得る。典型的に実施されているのは電気的方法
または機械的方法のいずれかで周期的に速度を逆にする
ことであり、なぜなら付与されたバイアスは慣性航法を
可能にするのに必要とされる精度まではわからないこと
がしばしばだからである。速度の逆転により付与される
バアイスは平均化される。

最も普通のうまいアプローチは、リングレーザジャイロ
スコープをそのセンサ軸を中心に機械的に振動させ、装
置がデッドバンドを通って絶えず揺れ、完全にはそこに
ロックされないようにすることを含む。リングレーザジ
ャイロスコープのこの機械的振動は普通ディザリングと
呼ばれる。典型的なリングレーザジャイロスコープは数
アーク分の角変位で約４００Ｈｚでディザリングされ得
る。

ディザリングは中央部分から延びる複数個のベーンまた
はブレードを含む撓み装置の上にリングレーザジャイロ
スコープのフレームを装設することにより達成される。

各ブレードは１対の圧電素子がそれの両側に装設される
。各ブレード上の一方の圧電素子が長さを増し、他方の
圧電素子が長さを減じるように、圧電素子に電圧が印加
される。

圧電素子のこういった長さの変化の効果はブレードに圧
電素子を装設することによりブレードに伝達される。各
ブレードの一方の長さを増しながら他方を短くすること
により、ブレードは撓むか曲がるようにされ、各ブレー
ドはリングレーザジャイロスコープの軸を中心にわずか
な回転を体験する。この電圧は振動性であるのでブレー
ドの位相が絶えず振動し、ブレードに装設されたリング
レーザジャイロスコープのフレームはその軸を中心に回
転する。

普通ディザリングの振幅は制御され、モニタされる。支
持構造に関連するディザ−発振角速度および変位は絶え
ずモニタされ得るので、それらはリングレーザジャイロ
スコープの出力信号から排除され得る。残留ロックイン
誤差のせいで一定のディザリング振幅は望ましくないこ
とがわかっている。典型的に実施されているのは、ディ
ザ−駆動増幅器の振幅に不規則信号をスーパーインポー
ズすることである。

たとえディザリングしても、残留する相応のロックイン
は存在する。周波数差の符号または方向が逆転するとと
、２つのビーム間の周波数差が成る点で零になるので、
それら２つのビームはロックインする傾向にある。リン
グレーザジャイロスコープの出力角度は普通周波数差か
ら得られるので、誤差が出力角度に累積していく。２つ
のビームがロツインクされる期間は普通非常に短く、そ
のため結果として生じる出力角度の誤差はいずれか１個
の符号の変化に対しても非常に小さい。それにもかかわ
らず、周波数差の符号が逆転する間にロックインから生
じる誤差は累積しており、特に精密航法システムではや
がて相当な量となる。

この誤差はしばしばランダムウオークまたはランダムド
リフトと呼ばれる。

リングレーザジャイロスコープはジンバルのシステムに
装設され得る。典型的にはジンバルの装設システムでは
、リングレーザジャイロスコープのセンシング軸は慣性
基準に関連してまたは地上で固定された座標に関連して
固定されている。

リングレーザジャイロスコープを装設する別な方法はそ
れらを車両に取付けて、センサ軸が車両上の１組の直交
軸と整列されるようにすることである。加速度計もこの
車両に取付けられ、コンピュータが加速度計と回転セン
サから航法座標にデータを伝送する。この形状は吊下げ
式実現化と呼ばれる。そのスケールファクタの精度とダ
イナミックレンジのせいで、リングレーザジャイロスコ
ープはスピニング・ロータ・ジャイロスコープよりも吊
下げ式システムにより適している。リングレーザジャイ
ロスコープのスケールファクタの精度は典型的にはスピ
ニングφロータ・ジャイロスコープの精度の５ないし１
０倍である。

ハッチングス（Ｈｕｔｃｈｉｎｇｓ）等に与えられかつ
この発明の譲受人、リットン・システムズ・インコーホ
レーテッド（Ｌｉｔｔｏｎ　　Ｓｙｓｔｅｍｓ、Ｉｎｃ
、）に譲渡された、米国特許第４，１１５，００４号は
、ジャイロスコープの振動のせいであるケースの振動運
動を減じるためにリングレーザジャイロスコープのケー
スに釣合い重りを装設する二重ばねシステムを開示して
いる。この二重ばねシステムはケースとジャイロスコー
プとの間に装設される第１の組のばねとケースと釣合い
重りとの間に装設される第２の組のばねを含む。

マクネア（ＭｃＮａ　ｉ　ｒ）等に与えられかつこの発
明の譲受人であるリットン・システムズ・インコーホレ
ーテッドに譲渡された、米国特許第４゜３０９．１０７
号は、ジャイロスコープをディザリングすることにより
発生される振動エネルギを分離して、そのエネルギがジ
ャイロスコープの据付はケースに渡されないようにする
ための、リングレーザジャイロスコープディザリング機
構を開示している。マクネア等はハウジングまたはケー
スにジャイロスコープを装設し、そのジャイロスコープ
に釣合い重りを装設し、さらにそのケースにその釣合い
重りを装設するための３ばねシステムを開示している。

この配置は、釣合い重りを用いて、ロックインを妨げる
ために機械的にディザリングすることにより引き起こさ
れるジャイロスコープ内での振動に対する反作用を妨げ
ることにより、ジャイロスコープのケースに伝わる角振
動エネルギの量を減じる。

ブラード（Ｂｕ　１１　ａ　ｒｄ）に与えられた米国特
許第３，４６４，６５７号は、航空機の計器のフレーム
と取付プラットフォームとの間で接続されてその計器か
ら振動エネルギを分離する、１組のばねを開示している
。

キルパトリック（Ｋｉｌｌｐａｔｒｉｃｋ）に与えられ
た米国特許第３，３７３，６５０号は、周波数の変化す
るバイアスが少なくとも１つノ逆伝搬するビームに付与
されるディザリングシステムを開示している。キルパト
リックはファラデーセルと逆伝搬光ビームの光路の２個
の四分の一波長板を開示している。このファラデーセル
は振動電流により付勢されて、逆伝搬ビームと相互作用
する振動磁界を生ずるコイルを含む。変化するバイアス
は逆伝搬ビーム間に変化する周波数差を引き起こす。こ
の周波数差は一般にロックインしきい値で生じる周波数
差よりも大きい。周波数差の極性は周期的に交互にされ
て、符号が逆転する時間間隔にわたる周波数差の時間積
分は実質的に０となる。

米国特許第３．４６７．４７２号は米国特許第３．３７
３，６５０号でキルパトリックにより開示されたものに
類似するディザリングシステムを開示している。しかし
ながら、その特許はバイアスの符号変化が逆転するとき
にロックインから生じるランダムウオークを減じるため
にバイアスの量を不規則に変えることを開示している。

エルバート（Ｅｌｂｅｒｔ）に与えられ、１９８１年２
月３日に発行された米国特許第４，２４８．５３４号は
リングレーザジャイロスコープを正弦でディザリングす
る機構を開示している。リングレーザジャイロスコープ
の出力は振動の両極端でロックインにより引き起こされ
る誤差に対し修正される。各零ディザー速度で干渉パタ
ーンの光の強度を測定する光ダイオードの出力は累積さ
れる。累積位相誤差が２πになると、オーバフローパル
スが発生されてリングレーザジャイロスコープの出力に
加算され、零ディザー速度でロックインにより引き起こ
された累積誤差に対し修正する。

イグリー（Ｅｇｌｉ）等に与えられた米国特許第４，５
２６，４６９号はリングレーザジャイロスコープのため
の判別式装置を開示している。この判別式は逆伝搬波間
のエネルギの結合の重み付ベクトル和に関連しており、
ロックイン速度の大きさの相対変化を示すために用いら
れ得る。この判別式は逆伝搬波が移動する光路を変える
ために閉じたループで使用されて、ロックインの効果が
減じられるように逆伝搬波の間で結合されたエネルギの
重み付ベクトル和を調節する。

モルガン（Ｍｏｒｇａｎ）等に与えられた、米国特許第
４，５２９，３１１号は、リングレーザ角速度センサで
２つの逆伝搬ビームの間の瞬間位相差に関連する増分誤
差パラメータを使用して、センサの出力でのロックイン
誤差の寄与に対応する１組の誤差パラメータを発生させ
ることを開示している。この誤差パラメータはセンサ出
力で誤差を間接的に減じるために制御ループで使用され
得るか、あるいはこの誤差パラメータは誤差の低減およ
び補償に寄与するために使用される。

１９８２年１２月９日に出願され、かつこの発明の譲受
人、リットン・システムズ・インコーホレーテッドに譲
渡された、米国特許出願節４４８゜３６３号は、センサ
がディザ−角運動を示す信号を生じる、リングレーザジ
ャイロスコープ角回転感知システムのディザ−制御器を
開示している。

リングレーザジャイロスコープ本体をディザリングする
ための駆動回路はリングレーザジャイスコープ本体の自
然な振動の期間よりも短い間隔でサンプリングされる。

このサンプルの絶対値はディザ−発振信号の最高振幅の
平均に比例する測定値を得るために平均化される。最高
振幅が予め定められた最小値まで減衰すると、リングレ
ーザジャイロスコープに駆動トルクが付与される。この
サンプルの和が十分に増加すると、リングレーザジャイ
ロコープはその自然な周波数で振動することが可能とな
る一方、その振幅は駆動トルクが再び付与される最小値
までゆっくりと減衰する。これにより、最大ディザ−人
力速度およびディザ−の深さは平均して所望の値に制御
される。

発明の概要 この発明は、センサ軸のまわりを周波数ωＤおよびディ
ザ−の深さＢｌ、ｌで本体ディザリングされるリングレ
ーザジャイロスコープのランダムウオーク誤差を減じる
ための有効な方法を提供することにより先行技術のロッ
クイン誤差修正技術の不利な点を克服する。リングレー
ザジャイロスコープの出力は、２つの逆伝搬光ビームの
干渉により形成されるうなり信号によりセンシング軸を
中心に回転の角度を測定した値である。ジャイロスコー
プの入力速度がロックイン領域を通過するとき、ディザ
リングされたリングレーザジャイロスコープの出力のラ
ンダムウオーク誤差の主要な部分はロックインの残留誤
差である。この発明はロックイン領域を通過するたびご
とにソフトウェアで累算修正を起こさせる。累算修正は
ヘテロダイン信号および個々のビーム強度信号からの情
報から得られる。

先行技術のロックイン誤差修正技術に優るこの発明の一
利点は、リングレーザジャイロスコープのディザ−の能
動機械制御、空洞長制御、またはヘテロゲイン読出エレ
クトロニクスが必要とされないことである。この発明の
別な利点は、形成される修正がリングレーザジャイロス
コープを動作使用する前にロックインの較正により予測
され得ない、ロックインパラメータＢＬおよび他の関連
係数の変化にわたって有効であることである。ロックイ
ンパラメータへの予測されない影響の一例は、最初に予
測していたのとは異なる空洞長モードの獲得である。使
用する際にはミラー表面の微粒子の汚染物またはビーム
の位置の整列変化がロックインパラメータにかなりの影
響を及ぼし得る。

レーザジャイロスコープの動作使用に必要な温度較差に
わたるロックインの変動は他の先行技術を使用不能にす
るほど大きいこともある。

この発明に従った方法は、ディザ−サイクルの折返し点
でのヘテロダイン信号の位相φ踵のｎ１定ステツプと、
逆伝搬ビームの位相差に関するヘテロダイン信号の光位
相位置εの測定ステップと、逆伝搬ビーム間のカブリン
ングの大きさＢＬの測定ステップと、折返しのたびごと
の回転の出力角度に対する修正の計算ステップとを含む
。各折返しの修正はまた折返しの運動の方向の変化およ
びディザ−パラメータωＤおよびＢＩ、ｌの関数であり
、そのときＢＬとＢｍは２πラジアンごとがジャイロの
１出力カウントであるようにラジアン単位でスケールさ
れる。

この発明に従った方法はディザ−が方向を変えるときに
２つのビームの位相差ＶＶを測定するステップと、２つ
のビーム間のカプリングの大きさＢＬを測定するステッ
プと、２つのビーム間のカプリングＢＬの関数として回
転の角度に対する修正を計算するステップとを含む。こ
の発明の方法はディザ−発振の方向の変化を検出するス
テップをさらに含み得る。この発明の方法は好ましくは
、ΔＷ　　　　　−ＢＬ　［２π（Ｂｍωｄ）−＋１ｙ
２ｃｏｒｒｅｅｔｔｏｎ ｓｉｎ　　（’ＦＴ±π／４）で、’Ｆｖ−φＨ＋ｔで
あり、かつ要素π／４に対する符号の選択がディザ−の
方向の変化の関数である、等式に従って回転の角度に対
する修正（ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）を計算するステップ
を含む。

ビーム間のカプリングの大きさを決定するステップはデ
ィザ−発振の方向の変化を検出するステップと、第１の
ビームの強度を測定するステップと、他のビームの強度
を測定するステップと、和の信号を形成するために２つ
のビームの強度を示す信号を加算するステップとを含む
。ビーム間のカプリングの大きさを決定するステップは
、逆伝搬ビームが互いに干渉するとき生じられるうなり
周波数を表わすヘテロダイン信号を形成するステップと
、そのヘテロダイン信号で和の信号を復調するステップ
とを含み得る。

この発明の装置はリングレーザジャイコープの別個のビ
ームの強度を検出するための手段と２つの検出された信
号の総和を示す信号を形成するための手段とを含む。そ
の装置は逆伝搬ビーム間の干渉パターンをモニタする１
対のヘテロダイン検出器と、ディザ−発振が方向を変え
るときに２つのビームの位相差を決定するために両方の
ヘテロダイン出力信号の変化の速度がいつ零になるかを
決定するための手段とを含む。この装置は干渉ビームか
ら生じられるヘテロダイン信号で和の信号を復調するた
めの手段と、リングレーザジャイロスコープの逆伝搬ビ
ーム間のカプリングの大きさと逆伝搬ビームに関するヘ
テロダイン検出器の光位相位置を決定するために復調さ
れた信号を処理するための手段とをさらに含む。

センサ軸を中心に周波数ωＤおよびディザ−の深さＢｍ
で本体ディザ−されるリングレーザジャイロスコープの
ランダムウオーク誤差を減じるためのこの発明に従った
システム、すなわちセンサ軸を中心に角度マの回転を示
す２つの逆伝搬光ビームの干渉により形成されるうなり
信号は、ディザ−が方向を変えるときに２つのビームの
位相差’ＦＴを測定するための手段と、ディザ−が方向
を変えるときに２つのビーム間のカプリングの大きさＢ
Ｌを測定するための手段と、２つのビーム間のカプリン
グＢＬの関数として回転の角度に対する修正を計算する
ための手段とを含む。この発明のこのシステムはディザ
−の方向の変化が左回りから右回りになるかまたは右回
りから左回りになるかを決定するための手段をさらに含
み得る。

この発明に従ったシステムは好ましくは、第１のビーム
の強度を測定するための手段と和の信号を形成するため
に２つのビームの強度を示す信号を加算するための手段
とを含む。この発明に従ったシステムは、逆伝播ビーム
が互いに干渉するときに生じられるうなり周波数を示す
ヘテロダイン信号を形成するための手段と、ヘテロダイ
ン信号で和の信号を復調するための手段とをさらに含み
得る。

センサ軸を中心に周波数ωＤおよびディザ−の深さＢ１
１１で本体ディザ−されるリングレーザジャイロスコー
プのランダムウオーク誤差を減じるためのこの発明に従
ったシステム、すなわちこのセンサ軸を中心に角度Ｗの
回転を示す２つの逆伝搬光ビームの干渉により形成され
るうなり信号はまた、２つの光ビームの干渉から生じる
光の強度を示す罠数個のヘテロダイン信号を生じるため
の手段を含み得る。折返し検出器は好ましくは、ディザ
−発振が方向を変えるときにヘテロダイン信号の位相を
検出するための手段を含み、さらにディザ−発振の方向
の変化が右回りから左回りであるかそれとも左回りから
右回りであるかを決定するための手段を含む。このシス
テムはまた好ましくは、２つの光ビームの各々の強度を
示す１対の信号を生じるための手段と、ビーム強度信号
を受信するために接続されかつ折返し検出器に接続され
てそれから出されるヘテロゲイン信号を受信する強度復
調器とを含む。強度復調器は好ましくは、２つの光ビー
ム間のカプリングの大きさを決定しかつヘテロダイン信
号と逆伝搬光ビームの間の位相差を決定するための手段
を含む。

それゆえこの発明は、温度、エージングおよび異なる空
洞長制御モードでの動作のような誤差発生源の変動にわ
たってリングレーザジャイロスコープのランダムウオー
ク誤差を減じるための効果的な手段を提供する。

この発明はまた、個々のヘテロダイン検出器の光位相配
置および温度が変化するときの位相配置の変化を決定す
るための手段を提供する。ヘテロゲイン検出器の完全な
１サイクルの２π光位相がジャイロ出力における１カウ
ント誤差である。この誤差はランダムウオーク誤差では
ないが、この発明の装置を用いて較正されかつ修正され
得る。

この発明は、レーザジャイロスコープでのビームカプリ
ングの大きさを決定するための手段とジャイロのカウン
トに関連するハードウェアおよびソフトウェアも一定の
入力速度も必要とせずにランダムウオーク誤差の相対変
化を追跡するための手段とをさらに提供する。このレー
ザジャイｂは、ビームカプリングとランダムウオーク誤
差がモニタされながら試験台に固定されることに対立す
るものとして動作使用され得る。

好ましい実施例の説明 第１図および第２図を参照すると、リングレーザジャイ
ロスコープ１０が支持物１２に装設されている。リング
レーザジャイロスコープ１０は、それを使ってこの発明
が実施され得るような多くの装置の具体例であり、この
発明を第１図および第２図に示され、ここで説明される
リングレーザジャイロスコープ１０の特定の実施例に制
限するものではない。

リングレーザジャイロスコープ１０はフレーム２０と支
持物１２の間に接続される複数個のばね１６ないし１８
を含む撓み機構１４により支持される。例示の実施例は
３個のばねを含むが、この発明はいくつのばねを用いて
も実施され得る。第２図および第３図を参照すると、ば
ね１６ないし１８は薄い長方形として形成され得るが、
この発明はその適用可能性がそのような形状を有するば
ねに限定されない。

第２図および第３図を参照すると、１対の圧電ウェーハ
１６ａ、１６ｂ、１７ａ、１７ｂ、１８ａおよび１８ｂ
が、フレーム２０の中央の空洞３１に装設されているそ
れぞればね１６ないし１８に装設されている。ばねおよ
びウェーハの組合わせはすべて本質的に同じものであり
、それゆえここではばね１６と圧電ウェーハ１６ａおよ
び１６ｂのみが説明される。圧電ウェーハ１６ａおよび
１６ｂは一般に矩形の形状を有し、ばね１６の反対側に
装設される。圧電ウェーハ１６ａおよび１６ｂは好まし
くは、適当な接着剤によりばね１６に装設される。

圧電ウェーハ１６ａは極が作られ、それにかかる駆動電
圧を印加することにより圧電ウェーハ１６ａが選択的に
延びるかまたは縮む。圧電ウェーハ１６ｂも極が作られ
、それに接続される１対の反対の電極２６および２８を
有する。圧電つｘ−ハ１６ａおよび１６ｂは反対の極性
を存し得て、そのためそれへの同じ駆動信号の付与によ
り一方のウェーハ、たとえばウェーハ１６ａが拡張され
、一方で他方のウェーハ１６ｂが縮小される。つ工−ハ
１６ａと１６ｂが同じ極性を有するならば、駆動電圧は
交互に伸び縮みする所望の効果を達成するために反対極
性を有さなければならない。圧電ウェーハ１７ａ１１７
ｂ１１８ａおよび１８ｂはそれぞれ圧電ウェーハ１６ａ
および１６ｂと実質的に同一である極性と駆動電圧を有
する。それゆえ圧電ウェーハ１６ａ、１７ａおよび１８
ａが縮小し、一方で圧電ウェーハ１６ｂ、１７ｂ、１８
ｂが拡張するならば、ばね１６．１７および１８はフレ
ーム２０が支持物１２の周囲を右回りに回転するように
変形するであろう。駆動電圧の符号の変化により支持物
１２を中心としたフレーム２０の左回りの回転が生じる
。

第２図を参照すると、フレーム２０に形成される空洞３
０は、空洞３０内の閉じた光路の周囲に光を導く複数個
のミラー３２ないし３５の間で拡張する、利得媒体３８
は空洞３０内に閉じ込められる。この利得媒体は典型的
にはヘリウムガスとネオンガスの混合物からなる。１対
の陽極４３ａおよび４２ｂおよび陰極４４への励起電圧
の印加は、周知のように、このガス混合物でのエネルギ
レベルの遷移が空洞３０で逆伝搬コヒーレント光ビーム
を発生させることを引き起こす。

空洞３０がその縦方向の軸を中心に回転すると、２つの
逆伝搬ビームはミラー３２ないし３５からの連続屈折に
より、空洞３０のまわりを循環するうちに回転誘導位相
シフトを受ける。２つの逆伝搬ビームの位相の差の変化
の速度はその縦方向の軸を中心にしたリングレーザジャ
イロスコープ１０の回転速度を示している。空洞３０は
２つのビームに対し共振空洞として働くので、各ビーム
の周波数は位を目シフトの変化が検出可能であるように
、厳格に規定される。

ミラーのうちの１つ、たとえばミラー３２は各ビームの
一部がミラー３２の背後に装設されるプリズム４８に入
るように、部分的伝送性がある。

プリズム４８は逆伝搬ビームを結合またはヘテロダイン
結合するために形成され、それらビームが１対の光検出
器５ＯＡおよび５０Ｂに衝突する前に互いに干渉し合う
ようにする。結合されたビームは検出器５０Ａおよび５
０Ｂをわたって移動する干渉フリンジを生ずる。検出器
５０Ａおよび５０Ｂの出力は一般にヘテロダイン信号と
呼ばれる。

検出器５０Ａおよび５０Ｂから出力されるこの信号はこ
こではそれぞれ、ヘテロゲイン信号Ａ１すなわちＨＥＴ
　　Ａ、およびヘテロダイン信号Ｂ１すなわちＨＥＴ　
　Ｂと呼ばれる。この２つのビームの周波数差、すなわ
ちうなり周波数は検出器５０Ａおよび５０Ｂをわたる干
渉フリンジの運動であることがわかる。したがって、こ
のフリンジの運動の方向は回転の方向と同一である。干
渉パターンの各全サイクルは２πラジアンの位相、すな
わち１サイクルのうなり周波数に対応し、それゆえ固定
された角回転増分に対応する。全サイクルの干渉パター
ンが起こるたびごとに、ヘテロダインカウントと呼ばれ
る信号が発生される。２８ｃｍの光路長を有するリング
レーザジャイロスコープ１０に対し、スケールファクタ
はヘテロダインカウントあたり約１，８ア一ク秒の回転
である。

２つの周波数が検出器５０Ａおよび５０Ｂでヘテロダイ
ン結合するときに生じられるうなり信号の周波数は、リ
ングレーザジャイロスコープ１０のその縦方向の軸を中
心にした回転速度に正比例する。第４図を参照すると、
簡単な、バイアスをかけられていないリングレーザジャ
イロスコープ１０の回転速度がロックインしきい値速度
Ω、まで減じられると、逆伝搬ビームは同じ周波数でロ
ックする。逆伝搬ビームの周波数は、第４図に示される
ロックインプットバンドである、回転速度の１範囲±Ω
、の間は同じである。リングレーザジャイロスコープ１
０から出力される信号は、デッドバンドの付近では非線
形となり、それは理想的なリングレーザジャイロスコー
プの出力からのずれである。

第５図を参照すると、ロックインは主にミラー３２ない
し３５から後方散乱される放射により引き起こされると
思われる。逆伝搬ビームは４５゜の入射角度でミラー３
２ないし３５の各々に当たるので、理想的な、完全に平
坦なミラーからは後方散乱放射はないであろう。各ビー
ムの主要部分は、たとえば反射の法則に従って、ミラー
３２から前方反射される。しかしながら、たとえミラー
３２ないし３５が非常に高品質であったとしても、表面
の不完全さにより各ビームの何らかの共鳴反射があらゆ
る方向へ引き起こされる。反対に向けられたビームの受
入立体角へ後方散乱される一ビームからの光はそれに結
合する。その受入立体角は光の波長と空洞３０の直径に
依存する。４５゜の入射角を有する典型的な四角いリン
グレーザジャイロスコープ１０に対しては、ミラー３２
ないし３５のうちのいずれか１つからの１０６の全鏡面
反射のおよそ一部が逆伝搬ビームの受入角へと散乱され
る。

第６Ａ図を参照すると、時間の関数としての検出器５０
の出力は、回転速度がロックインしきい値からかけ離れ
ているときには正弦波である。第６Ｂ図を参照すると、
回転速度がロックインしきい値に近いときには、検出器
５０の出力は所望の正弦波形からは歪められる。４９ｃ
ｍの空洞長を有する典型的なリングレーザジャイロスコ
ープに対しては、ロックインしきい値は約１００°／ｈ
ｒである。それゆえ、リングレーザジャイロスコープ１
０から満足な結果を得るには、ロックインを回避するこ
とのみならずデッドバンドに近い回転速度を回避するこ
とも必要である。

入力速度、出力速度およびロックイン誤差に関連する微
分方程式は ｙ＝ω＋ＢＬｓｉｎｙ　　　　　　　　　　　　　（１
）であり、そこでは Ｗは逆転機ビーム間の周波数差であり、マは逆転機ビー
ム間の単位がラジアンである位相差であり、 ωが入力回転速度であり、さらに ＢＬはロックイン速度である。

上記の等式はロックイン現象の理解を容易にする。ω≦
ＢＬに対し、Ｖ−Ｏとなるようなマの値が存在し、さら
にリングレーザジャイロスコープ１０からの出力カウン
トは存在しない。ＢＬの典型的な値は、地球の回転速度
の何倍にもなる０゜１１／秒である。フレームを機械的
にディザリングすることにより振動性バイアスがリング
レーザジャイロスコープ１０に付与されるならば、その
入力回転速度は ω＝　％　＋　８．、、ｃｏｓ　（ωｏｔ）　　　　　
　　　　　　　（２）であり、さらに位相差は ■＝　ｃｏ。＋　Ｂｍｃｏｓ　（ｃｏ□ｔ）　＋　Ｂ１
５ｉｎ　ｖ（３）であり、そこでは ω〇−非ディザー人力速度 ωＤ−ディザ−角周波数 Ｂ□−１サイクルのディザ−につきディザ−角速度の最
大の値である、ディザ−の深さの速度である。

ディザ−があったとしても、逆転機ビーム間のカプリン
グの残留効果は無視できない。低回転速度に対し、ディ
ザ−発振の方向が逆転する点でリングレーザジャイロス
コープ１０に誤差が生じる。

この誤差は累積し、リングレーザ回転センサの誤差の主
な源泉である。残留ロックイン誤差の性質はリングレー
ザジャイロの出力角度でのランダムウオークである。出
力ランダムウオークは角速度の白色雑音として分析的に
説明され、レーザジャイロランダムウオーク係数により
パラメータ化される。ロックイン係数ＢＬ％ディザ−の
パラメータ、およびランダムウオーク係数間の数学的関
係はハモンズ（Ｈａｍｍｏｎｓ）およびアシュビー（Ａ
ｓｈｂｙ）著、「量子極限で機械的にディザ−されたリ
ングレーザジャイロスコープ（Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｌ
ｙ　　Ｄｉｔｈｅｒｄ　　ＲＬＧａｔ　　ｔｈｅ　　Ｑ
ｕａｎｔｕｍ　　Ｌｉｍ１ｔ）Ｊ、ＩＥＥＥ　　ＮＡＥ
ＣＯＮ　　１９７８年により得られる。ディザ−された
レーザジャイロの逆転機ビーム位相差に対する上の等式
（３）はロックイン誤差の項ＢＬｓｉｎマのランダムな
累積誤差を計算するために使用される。同じ態様で、１
ディザ−サイクルあたり２度生じるロック帯域の通過の
たびごとの誤差の項の寄与を分析的に計算することが可
能である。ロック帯域を通過するたびごとの誤差は次の
ように書かれ得ることがわかっており、それは Δ’Ｖ　＝　ＢＬ　［２ｉ（Ｂｍｗｏ戸３１１２ｓｉｎ
　（Ｖ７−４　）　　　　　（４）であり、そこではＷ
Ｔは折返しの瞬間の逆転機ビームの位相差の値であり、
ざらにπ／４の項に対する符号の選択は折返しでの逆転
の方向、すなわち、左回りから右回りまたは右回りから
左回り、により決定される。

それゆえ残留ディザ−誤差を計算し、それにより折返し
ごとの修正を形成することは理論的に可能である。この
修正は合計されてジャイロスコープの出力カウントとな
る。そのディザ−パラメータωＤおよびＢｌｌ、はサイ
クルからサイクルまで数パーセント変化する制御された
変数である。修正を形成するために、ディザ−変数はそ
れらの平均値として採用され得る。その修正を形成する
ための主要な変数は各折返しでの値マ□およびロックイ
ン速度の値ＢＬであり、それはビーム間のカブリジグ（
後方散乱）の測定値である。

ビーム間の位相差がヘテロダイン検出器で光干渉により
ｎ１定されるので、２個のヘテロダイン検出器出力は折
返しを検出するための基礎となる。

ヘテロダイン信号から得られる折返し位相差φ８の使用
に関する難点は、このヘテロダインがカプリング位相か
らヘテロダイン検出器の光装置の関数である位相値εだ
けオフセットされるということである。このオフセット
はマＴ−φＨ＋εと書き表わされ得る。さらに、その修
正の大きさは２つのビーム間のカプリング係数ＢＬの大
きさに合わせて適当にスケールされなければならない。

εおよびＢＬの両方が時間と温度の関数である。この発
明は、基準として２個のヘテロダイン信号とともに同期
復調技術を用いてこのビームの強度の変動の和から位相
値εおよびカプリング係数ＢＬの大きさを決定するため
の装置および方法を含む。

２つの逆伝搬ビームの物理的カプリングは、励振ファク
タとしての入力速度が２つのビームの周波数差と２つの
ビームの強度の両方に影響を与える。実験結果と共に周
波数および強度変調を求めるレーザジャイロの方程式は
、たとえばアロノビッツ（Ａｒｏｎｏｗｉｔｚ）および
リム（Ｌ　ｉ　ｍ）著、「レーザジャイロの正のスケー
ルファクタ修正（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ　　５ｃａｌｅ　　
Ｆａｃｔ。

ｒ　　Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ　　ｉｎ　　ｔｈｅ　　Ｌ
ａ５ｅｒ　　Ｇπｏ）Ｊ、ＩＥＥＥ　　ジャーナルφオ
ブ・クオンタム・エレクトロニクス、ＱＥ−１３巻、第
５号、１９７７年５月のような、いくつかの情報源で見
られる。この論文および他の類似する文献の論文の方法
は、強度変数の和および周波数変数の差で１ビームの強
度および１ビームの周波数を求める基本的なリングレー
ザの方程式を書き換えることである。ロックインのせい
である周波数カプリング効果は適当に簡略化した仮定に
基づいて和の強度変数に関連し得る。この発明を発展さ
せるうちに、ここで説明されるリングレーザジャイロス
コープの分類に対し、物理的に得られる和の強度信号が
折返し修正方法を実施するのに必要とされるカプリング
変数を得るために用いられ得ることが見い出された。

第７図はこの発明の基本的概念を示している。

第２図に示される据付ブロック４９は、プリズム４８を
用いた場合と同様にレーザビームを干渉させるよりはむ
しろ、そのレーザビームを２つの別個のビームに分離す
る。第７図でＣＷ（右回り）およびＣＣＷ（左回り）と
表示された２つのビームは空洞３０の長さを制御するた
めに処理され得る。この発明では、これら別個のビーム
はまたリングレーザジャイロスコープ１０およびヘテロ
ダイン検出器５０Ａおよび５０Ｂで２つの逆伝搬ビーム
間の位相関係をモニタするために使用される。

これら別個のビームはこの発明ではリングレーザジャイ
ロスコープ１０の２つの逆伝搬ビーム間のカプリングの
大きさを決定するためにさらに使用される。別個の光ビ
ームを示す電気信号がともに加算され、検出器５０Ａお
よび５０Ｂからのヘテロダイン信号で復調される。復調
された信号はＣＰＵ９３により処理されて、ヘテロダイ
ン信号と和の信号の間の位相関係を決定する。復調され
た信号の大きさは角修正の尺度を確立するために使用さ
れ得る。このヘテロダイン信号は折返し検出器９０に入
力され、それは折返しで位相φＨを示す信号と各折返し
の回転センスを示す信号とを生じる。このヘテロゲイン
信号は折返し検出器９０から強度復調器９２へ出力され
、この復調器９２はまたリングレーザジャイロスコープ
１０で伝搬する１個のビームの強度を示す信号を受信す
る。

第８図は第７図の強度復調器９２のブロック図である。

第８図を参照すると、２つの別個の信号ＣＷおよびＣＣ
Ｗは、別個のビーム強度を示すが、部分的反射ミラー９
９により伝送され、検出され、さらにそれぞれ１対の増
幅器１００および１０２に入力される。この増幅器は光
検出器の応答の差を補償するように調整可能である利得
を有する。

増幅器１００および１０２の出力は合計されて、次に高
域フィルタ１０４へ入力され、増幅器１００および１０
２の利得になお存在し得る不均衡により引き起こされる
誤差を減じる。増幅された強度の和の信号はオシロスコ
ープ１０６のような適当なモニタ手段でモニタされ、増
幅器１００および１０２の利得を調節することが必要で
あるかどうかを決定する。この和の信号は可変利得増幅
器１０８により増幅され、この増幅器１０８の利得は和
の信号をそれの最大値でクリッピングすることを回避す
るように調節され、それは普通は温度の関数である。最
初の較正のためのみに増幅器１００．１０２、および１
０４の利得を調節することが必要である。一度設定され
れば、それ以上の調節は不必要である。

増幅器１０８の出力は１対の復調器１１０および１１２
に入力され、それらはまたそれぞれヘテロダイン検出器
ＡおよびＢからの入力（ＢＥＴｐ、、ＨＥＴ　　Ｂ）を
受信する。復調器１１０および１１２の出力はそれぞれ
低域フィルタ１１４および１１６へ入力される。低域フ
ィルタ１１４および１１６の出力はそれぞれ和Ａ信号お
よび和Ｂ信号を得るためにサンプリングされる。

第９図は温度の関数としてこの発明の折返し修正方法の
効果を示すために、リングレーザジャイロスコープ１０
を用いて得られたデータをグラフ式に表示している。こ
のグラフは温度の関数として和の信号のパラメータεお
よびＢＬの点を含んでいる。適当な単位およびスケール
ファクタを用いて、温度、ランダムウオーク係数および
和の信号のパラメータが座標に点を描かれている。第９
図のグラフは、温度の関数としてのランダムウオーク係
数が和の信号の大きさと同じ一般的な変動を有している
ことを示している。それゆえ、和の信号の大きさはラン
ダムウオーク係数を決定するために処理され得る。ラン
ダムウオーク係数は各々１秒の１期間に得られる６０個
のサンプルに基づいて１分ごとに計算された。このジャ
イロに対し、ヘテロダイン信号の光位相は３℃の温度変
化ごとに−フルサイクルを回転するのがわかる。この出
力信号に対する折返し修正は Δｖｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ　＝　ＢＬ（２π（Ｂｍ　（
Ｎ）　−１］”２　ｓｉｎ　（φ）Ｉ　＋　ｅＯｋＯｆ
ｃ／４）、　　　（５）としてディザ−折返しごとに生
じられたものであり、ここでは変数は以前に規定されて
いる。上の方程式のπ／４の項の符号は折返しがｃｃｗ
（左回り）からｃｗ（右回り）であるかそれともｃｗか
らｃｃｗであるかに依存している。折返しがＣＷからＣ
ＣＷであるときには、正符号が使用される。

この発明の折返し修正は、累積しているうなり位相誤差
がピーク強度の変動から予測可能であるという理論に基
づいている。この折返し修正方法は修正信号を発生する
ために折返し点を決定することおよびビーム強度に関連
する適当な信号をサンプリングすることを含む。折返し
ごとの修正は累積され、修正の大きさがカウント分解能
を越えるときにはヘテロダインパルスカウントに加算さ
れる。

この発明は、約３×１０＝令Ｑ（ｈｒ）−’・５の量子
極限のみがレート雑音に寄与するように、残留する本体
ディザ−誤差のすべてを取り除く性能を提供する。しか
しながら実際には、ディザ−運動の折返しと変動を測定
する精度がこの改良を制限する。

第９図を参照すると、修正されたジャイロサンプルに対
し計算されたランダムウオーク係数は、位相誤差がラン
ダムではなく、折返し点と正弦関係にあることを示して
いる。残留ディザ−誤差は、各折返しでのうなり信号の
位相とロックイン係数Ｂ、が既知であれば計算され得る
。リングレーザジャイロスコープ１０は典型的には約４
００Ｈｚの周波数でディザ−され、ざらに−ディザーサ
イクルにつき２つの折返しがあるので、折返し位相は２
倍のディザ−周波数すなわち約８００Ｈｚで決定されな
ければならない。

ビーム強度の変動は瞬間うなり位相および振幅に直接関
連する。しかしながら、強度変調は各ビームの全強度の
約１％ないし５％にすぎず、さらにその強度はそのビー
ムを変調させる他の電気的および機械的効果のせいで雑
音が多い。理論的には、別個のビームの位相で折返しお
よび折返し位相を検出することは可能である。実際、ヘ
テロダイン検出器５ＯＡおよび５０Ｂの位置でうなり位
相の直接測定を提供する、２つのヘテロダイン信号によ
り折返しおよび折返し位相を検出することはより容易で
ある。ヘテロダイン信号の利用は、ヘテロダイン信号の
折返し位相がビームのカプリング位相と同一ではないが
検出器５ＯＡおよび５０Ｂの設置のジオメトリにより決
定される固定された位相量だけオフセットされる、とい
う不利な点を有する。この位相オフセットは後で説明さ
れるフィードバック回路により決定され得る。このフィ
ードバック回路も、ロックイン係数の測定を提供しかつ
その修正をスケールするために使用され得る交差ビーム
カプリングの振幅の測定を提供する。

第１１図は折返しのすぐ前後の２個のヘテロゲイン光検
出器の出力を表わすアナログ信号をグラフ式に例示して
いる。第１１図はまた、出力論理カウンタを駆動するた
めにヘテロゲイン信号から得られる方形にされた論理信
号を示している。典型的にはディスクリートなハードウ
ェア論理により２個の方形にされた信号の各端縁にカウ
ント値を指定することが実施される。これにより、完全
なフリンジ運動あたりの名目２ア一ク秒スケールファク
タは１カウントにつき０．５ア一ク秒にスケールされる
。第１１図は折返しで生じる、ヘテロダインＡ信号とヘ
テロダインＢ信号との間の進みと遅れの逆転を示してい
る。折返しの点では、各アナログ信号の変化の割合（ス
ロープ）は０である。この特性は折返しでヘテロゲイン
信号をサンプリングするために折返し点を検出するため
に使用される。

この回路はまた作動可能信号と回転センス信号を発生さ
せる。作動可能信号はデータの処理準備ができているこ
とをコンピュータに知らせる。回転センス信号はどちら
の折返しくｃｃｗ／ｃｗまたはｃｗ／ｃｃｗ）が検出さ
れたかを示す。コンピュータは折返しの処理を完了した
後で、追跡モードに折返し検出回路を戻すために追跡信
号を用いる。磁気ピックオフ信号は回転センス信号を与
え、さらにまたディザ−発振の速度を検出するための手
段を提供する。折返し検出の期間をその速度の低い方の
絶対値を有するディザ−の部分に限定することにより、
高い割合で同時の零スロープの偽の検出をなくする。こ
の回路のさらなる利点は、入力回転速度がディザ−折返
しから離れてかつ予め定められた速度範囲を外れて慣性
折返しを動かすときには折返しが示されていない、とい
うことである。

リングレーザジャイロスコープ１０では、空洞の長さは
空洞を短くするかまたは長くするようにミラー３３を移
すことにより制御される。この空洞はフレームの温度が
変わると長さを換える。長さのこれらの変化は、一定に
保たれるべきである、空洞の共振周波数を変える。ハッ
チングス（Ｈｕｔｃｉｎｇｓ）等に対し１９８３年５月
１７日に発行され、リットン・システムズ・インコーホ
レーテッドに譲渡された、米国特許第４，３８３゜７６
３号はミラーを撓ませることによりリングレーザジャイ
ロスコープ１０の光路長を制御するための装置および方
法を説明している。他の空洞長制御技術はこの発明とと
もに使用され得る。「リングレーザジャイロの光路長制
御器（Ｐａｔｈｌｅｎｇｔｈ　　Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ
　　ｆｏｒ　　Ｒｉｎｇ　　Ｌａ５ｅｒ　　Ｇπｏ）Ｊ
に対し１９８４年１０月２日に出願され、リットン・シ
ステムズ・インコーホレーテッドに譲渡された米国特許
出願箱６５６，９４４号はこの発明とともに使用され得
る光路長制御システムを記載している。

第１０図を参照すると、ミラー３３はダイアフラムとし
て形成され得る。ミラー３３の外部端縁１５０は一般に
円筒形の支持物１５２に接続される。一般に円筒形のポ
スト１５６がミラー３３の中央部分の背部から延びる。

環状空洞１５８が支持物１５２とポスト１５６との間に
ある。空洞１５８に隣接するミラー３３の領域は非常に
薄く、ミラー３３の中心およびポスト１５６の軸方向の
動きを可能にする。薄膜１６０はポスト１５６の端部１
６４に隣接するベアリング部材１６２を支持する。複数
個の圧電変換器１６４は薄膜１６０の側部に装設され、
そうしてそれらへの電圧の印加は薄膜１６０、ベアリン
グ部材１６２、ボスト１５６およびミラー３３がボスト
１５６の軸に沿って動くようにする。

第１２図は、第７図の折返し検出器９０を含み得る回路
のブロック図である。ヘテロダイン信号の各々の変化の
割合を表わす信号は微分回路２００および２０２により
形成される。２個の微分された信号がＡＮＤゲート２０
４に入力されて、各折返しの瞬間を決定する。２個のヘ
テロダイン信号の零スロープの有効な同時検出が有効な
折返しとして受入れられる期間は、磁気ビックオフ６０
に基づく速度の窓２１０を形成することにより制限され
る。磁気ピックオフ６０は支持物１２に関連するフレー
ム２０の角速度に依存する電気信号を生じる。その目的
は折返しのスプリアス検出を回避することである。ヘテ
ロダイン信号が入力されて回路２０６および２０８をサ
ンプリングして保持し、それらはサンプリング時間でヘ
テロダイン信号の値にラッチする。回転向き゛（折返し
の方向）を表わす論理値も作動可能信号とともにラッチ
され、コンピュータ（示されていない）に折返しが検出
されたという入力を与える。ＨＥＴ　　Ａ（ヘテロダイ
ンＡ）およびＭＥＴ　　Ｂのサンプリングされた値を用
いる三角法の論理により、ヘテロゲイン折返しの位相φ
ＨがＨＥＴ　　Ａに関連して決定される。ＨＥＴ　　Ａ
およびＨＥＴ　　Ｂ信号は９０°間隔でシヌソイドのサ
ンプリングを表わす。この論理はＨＥＴ　　Ａの最高の
大きさの概算関数を含む。ＨＥＴ　　Ａの大きさのビル
ド変化または遅い時間変化はこの発明の限定要因ではな
い。

ディスクリートな追跡論理信号は、コンピュータがサン
プリングされた信号を読出した後で次の折返しを検出す
る状態で折返し検出器をリセットする。

ヘテロダイン信号で折返しを検出しかつ折返しの位相を
決定する代替の方法は、この発明の範囲から逸脱するこ
となしに可能である。方形にされたヘテロダイン信号も
またヘテロゲイン折返し位相を検出するために利用され
得る。再び第１１図を参照すると、カウントの向きはジ
ャイロが方向を逆転した後で＋１から−１へ変化する。

時間間隔ＴＡおよびＴ［Ｉは記録されて、ディザ−運動
の既知のパラメータに基づいてヘテロダイン折返しの位
相値を計算するために使用され得る。

この発明の方法は正弦ではディザ−されないリングレー
ザジャイロスコープに適用され得る。たとえば、説明さ
れた方法は、速度が周期的に逆にされる、速度バイアス
されたジャイロスコープに対し修正を起こさせるために
適用され得る。逆転ごとのこの修正の分析的形式は Ａｙ＝ＢＬＩ２π（ｋｎ）−１３１／Ｚｓｉｎ　（φＨ
ａｔ±ｍ４）　　　　　　　　　　　（６）である。こ
こではαは折返しでのジャイロの加速であり、Ｋはジャ
イロのスケールファクタである。

【図面の簡単な説明】

第１図は支持構造に装設されたリングレーザジャイロス
コープの斜視図である。 第２図は第１図のリングレーザジャイロスコープの平面
図である。 第３図はディザ−ばねに装設される圧電ドライバを示す
、第１図の線３−３に沿って破断された部分的断面図で
ある。 第４図は回転速度の関数としてリングレーザジャイロス
コープの出力うなり周波数を例示するグラフである。 第５図は第１図のリングレーザジャイロスコープに含ま
れ得る型のミラーからの前方反射および後方散乱光を例
示する図である。 第６Ａ図および第６Ｂ図は、第１図のリングレーザジャ
イロスコープのそれぞれロックインしきい値から遠く離
れたおよびロックインしきい値に近い回転速度の出力波
形を例示する図である。 第７図はこの発明の折返し修正装置のブロック図である
。 第８図は第７図の折返し修正装置に含まれる強度復調器
のブロック図である。 第９図は第１図のリングレーザジャイロスコープの温度
の関数として、ランダムウオーク係数、和の信号の大き
さおよび和の信号の位相の変動を表わすグラフである。 第１０図は第１図および第２図のリングレーザジャイロ
スコープに含まれ得る光路長制御システムを例示する図
である。 第１１図は第１図のリングレーザジャイロスコープに含
まれる２個のヘテロダイン光検出器の、ディザ−運動の
折返しのちょうど前後の出力を表わすアナログ信号を例
示するグラフである。 第１２図は２個のヘテロダイン信号の変化の速度が同様
に零であるときにその点を検出することに基づいた、ア
ナログ折返し検出器のブロック図である。 図において、１０はリングレーザジャイロスコープ、１
２は支持物、１４はディザ−１１６ないし１８はばね、
２０はフレームである。 特許出願人　リットン・システムズ・インコーホレーテ
ッド Ｆ／θ２

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. （１）センサ軸を中心に周波数ω＿Ｄおよびディザーの
   深さＢ＿ｍ本体でディザーされるリングレーザジャイロ
   スコープ（１０）のランダムウォーク誤差を減じるため
   の方法であって、リングレーザジャイロスコープ（１０
   ）はそのセンサ軸を中心に角度Ψにより回転を示すため
   に２つの逆伝搬光ビームの干渉によりうなり信号を形成
   し、ディザー（１４）が方向を変えるときに２つのカプ
   リングされたビームの位相差Ψ＿Ｔ＝φ＿Ｈ＋εを測定
   するステップと、 ２つのビーム間のカプリングの大きさＢ＿Ｌを測定する
   ステップと、 ディザー（１４）が方向を変えるときに２つのビーム間
   のカプリングＢ＿Ｌとその位相差の関数として回転の角
   度に対する修正を計算するステップとを特徴とする、方
   法。
2. （２）ディザー（１４）の方向の変化が左回りから右回
   りになるかそれとも右回りから左回りになるかを決定す
   るステップを含む、特許請求の範囲第１項に記載の方法
   。
3. （３）ビーム間のカプリングの大きさを決定するステッ
   プが、 ディザー発振の方向の変化を検出するステップと、 第１のビームの強度を測定するステップと、他方のビー
   ムの強度を測定するステップと、２つのビームの強度を
   示す信号を加算して和の信号を形成するステップとを含
   む、特許請求の範囲第１項に記載の方法。
4. （４）逆伝搬ビームが互いに干渉し合うときに生じられ
   るうねり周波数を示すヘテロダイン信号を形成するステ
   ップと、 ヘテロダイン信号で和の信号を復調するステップをさら
   に含む、特許請求の範囲第３項に記載の方法。
5. （５）回転の角度に対する修正（ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ
   ）を計算するステップが等式ΔΨ＿ｃ＿ｏ＿ｒ＿ｒ＿ｅ
   ＿ｃ＿ｔ＿ｉ＿ｏ＿ｎ＝Ｂ＿Ｌ［２π（Ｂ＿ｍω＿ｄ）
   ＾−＾１］＾１＾／＾２ｓｉｎ（φ＿Ｍ＋ε±π／４）
   に従って修正角度を計算するステップを含む、特許請求
   の範囲第１項に記載の方法。
6. （６）センサ軸を中心に周波数ω＿Ｄおよびディザーの
   深さＢ＿ｍで本体ディザーされる、リングレーザジャイ
   ロスコープ（１０）のランダムウォーク誤差を減じるた
   めのシステムであって、リングレーザジャイロスコープ
   （１０）がそのセンサ軸を中心に角度Ψにより回転を示
   すために２つの逆伝搬光ビームの干渉からうなり信号を
   形成し、ディザーが方向を変えるときに２つのビームの
   位相差φ＿Ｈ＋εを測定するための装置（９０、９２）
   と、 ２つのビーム間のカプリングの大きさＢ＿Ｌを測定する
   ための装置（９２）と、 ２つのビーム間のカプリングＢ＿Ｌおよびその位相差の
   関数として回転の角度に対する修正を計算するための装
   置（９３）とを特徴とする、システム。
7. （７）ディザー（１４）の方向の変化が左回りから右回
   りになるかそれとも右回りから左回りになるかを決定す
   るための装置（６０、２００、２０２、２０４、２１０
   ）をさらに含む、特許請求の範囲第６項に記載のシステ
   ム。
8. （８）ビーム間のカプリングの大きさを決定するための
   装置が、 ディザー発振の方向の変化を検出するための装置（９０
   ）と、 ビームの各々の強度を測定するための装置（９２）と、 ２つのビームの強度を示す信号を加算して和の信号を形
   成するための装置（９９、１００、１０２、１０４、１
   ０８）とを含む、特許請求の範囲第６項に記載のシステ
   ム。
9. （９）逆伝搬ビームが互いに干渉し合うときに生じられ
   るうなり周波数を示すヘテロダイン信号を形成するため
   の装置（５０Ａ、５０Ｂ）と、ヘテロダイン信号で和の
   信号を復調するための装置（９２、１０８、１１０、１
   １２、１１４、１１６）をさらに含む、特許請求の範囲
   第８項に記載のシステム。
10. （１０）回転の角度に対する修正を計算するための装置
    （９３）が等式ΔΨ＿ｃ＿ｏ＿ｒ＿ｒ＿ｅ＿ｃ＿ｔ＿ｉ
    ＿ｏ＿ｎ　＝Ｂ＿Ｌ［２π（Ｂ＿ｍω＿ｄ）＾−＾１］
    ＾１＾／＾２ｓｉｎ（φ＿Ｈ＋ε±π／４）に従って修
    正角度を計算するための装置を含む、特許請求の範囲第
    ６項に記載のシステム。