JP2626897B2 - リングレーザ角速度センサおよびその経路長制御器 - Google Patents
リングレーザ角速度センサおよびその経路長制御器Info
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Description
【発明の詳細な説明】 本発明は、リングレーザジャイロと呼ばれることもあ
るリングレーザ角速度センサに関するものであり、更に
詳しくいえば、そのようなセンサ用の経路長制御の機械
化に関するものである。
るリングレーザ角速度センサに関するものであり、更に
詳しくいえば、そのようなセンサ用の経路長制御の機械
化に関するものである。
発明の背景 リングレーザジャイロと呼ばれることもあるリングレ
ーザ角速度センサは当該分野において良く知られてい
る。リングレーザ角速度センサについての詳しい説明が
米国特許第4,597,667号の「発明の背景」に記載されて
いる。その米国特許を参考のためにここに引用した。
ーザ角速度センサは当該分野において良く知られてい
る。リングレーザ角速度センサについての詳しい説明が
米国特許第4,597,667号の「発明の背景」に記載されて
いる。その米国特許を参考のためにここに引用した。
要約すれば、それらのセンサは、気体を含んでいる複
数のトンネルを有するブロックの内部に支持されるリン
グレーザを含む。レーザビームが互いに逆向きに伝わる
閉ループ光路の形成のために、トンネルの交差部に反射
鏡が設けられる。リングレーザ角速度センサの実際的な
具体例では経路長制御器を通常含む。経路長制御器の目
的は経路長を一定に維持することである。経路長を一定
に維持すると、通常のセンサ出力中の回転誤差が避けら
れる。経路長制御器の機能は、レーザビームの経路長を
定めるために反射鏡の並進運動を制御する圧電トランス
デューサに取付けられている１枚の反射鏡により通常実
行される。
数のトンネルを有するブロックの内部に支持されるリン
グレーザを含む。レーザビームが互いに逆向きに伝わる
閉ループ光路の形成のために、トンネルの交差部に反射
鏡が設けられる。リングレーザ角速度センサの実際的な
具体例では経路長制御器を通常含む。経路長制御器の目
的は経路長を一定に維持することである。経路長を一定
に維持すると、通常のセンサ出力中の回転誤差が避けら
れる。経路長制御器の機能は、レーザビームの経路長を
定めるために反射鏡の並進運動を制御する圧電トランス
デューサに取付けられている１枚の反射鏡により通常実
行される。
経路長を一定に保つための１つの技術はレーザビーム
の一方または両方の強さを検出し、その強さが最高とな
るようにリングレーザの経路長を制御する。1979年５月
１日にティー・ジェー・ポドゴルスキー（T.J.Podgorsk
i）に付与され、本願出願人へ譲渡された米国特許第3,5
81,227号、1983年５月17日にハッチングス（Hutching
s）他に付与された米国特許第4,383,763号、および1981
年５月12日にボー・エイチ・ジー・リュン（Bo H.G.Li
ung）他に付与られた米国特許4,267,478号に特に記載さ
れている。参考のためにそれらの全ての特許をここに引
用した。
の一方または両方の強さを検出し、その強さが最高とな
るようにリングレーザの経路長を制御する。1979年５月
１日にティー・ジェー・ポドゴルスキー（T.J.Podgorsk
i）に付与され、本願出願人へ譲渡された米国特許第3,5
81,227号、1983年５月17日にハッチングス（Hutching
s）他に付与された米国特許第4,383,763号、および1981
年５月12日にボー・エイチ・ジー・リュン（Bo H.G.Li
ung）他に付与られた米国特許4,267,478号に特に記載さ
れている。参考のためにそれらの全ての特許をここに引
用した。
上記特許においては、ビームの強さは上記特許に示さ
れているように直接検出され、または、1982年３月23日
にボー・エイチ・ジー・リュン（Bo H.G.Ljung）に付
与された米国特許第4,320,974号に示されているよう
に、二重ビーム信号と呼ばれるものから得ることができ
る。この米国特許も参考のためにここに引用した。
れているように直接検出され、または、1982年３月23日
にボー・エイチ・ジー・リュン（Bo H.G.Ljung）に付
与された米国特許第4,320,974号に示されているよう
に、二重ビーム信号と呼ばれるものから得ることができ
る。この米国特許も参考のためにここに引用した。
先行技術の経路長制御装置においては、レーザ作用を
生ずる多角形経路長、すなわち、リングレーザ経路長が
希望するモードの波長の整数倍、またはレーザ作用気体
の周波数（スペクトル線）の整数倍であるような反射鏡
の位置を探す。経路長制御器を適切に設計することによ
り、レーザビームが伝わる経路の長さをレーザビームの
パワーが最大になる値に定め得る。適切に設計されたリ
ングレーザのパワーは、「軸線」モードまたは「軸線
上」モードと一般に呼ばれている横モードにおいて最大
となる。意図する動作条件を満たす多くの長手方向軸線
上動作モードがある。不幸なことに、種々の軸線上モー
ドの間に他の副次的寄生最大値すなわち二次的最大値が
ある。それらの寄生最大値は「軸線外れ」モードと呼ば
れることがある。軸線外れモードにおける対応するレー
ザパワーは、レーザが軸線上モードで動作している時の
パワーより小さい。
生ずる多角形経路長、すなわち、リングレーザ経路長が
希望するモードの波長の整数倍、またはレーザ作用気体
の周波数（スペクトル線）の整数倍であるような反射鏡
の位置を探す。経路長制御器を適切に設計することによ
り、レーザビームが伝わる経路の長さをレーザビームの
パワーが最大になる値に定め得る。適切に設計されたリ
ングレーザのパワーは、「軸線」モードまたは「軸線
上」モードと一般に呼ばれている横モードにおいて最大
となる。意図する動作条件を満たす多くの長手方向軸線
上動作モードがある。不幸なことに、種々の軸線上モー
ドの間に他の副次的寄生最大値すなわち二次的最大値が
ある。それらの寄生最大値は「軸線外れ」モードと呼ば
れることがある。軸線外れモードにおける対応するレー
ザパワーは、レーザが軸線上モードで動作している時の
パワーより小さい。
レーザセンサの性能が最適であるように先行技術の経
路長制御装置は最大パワーすなわち軸線上モードで動作
させることを意図している。軸線外れモードでのレーザ
センサの動作により、センサの回転誤差と動作誤差が生
じることがある。不幸なことに、先行技術の経路長制御
装置それ自体では、レーザ動作の軸線上モードに対応す
る絶対最大値と、軸線外れモードに対応する寄生最大値
とを、弁別することができない。先行技術の装置におい
て真の最大パワーとモード制御を達成するためには、ビ
ームの強さを監視して経路長制御器を軸線上モードで動
作させる付加回路を設けなければならない。
路長制御装置は最大パワーすなわち軸線上モードで動作
させることを意図している。軸線外れモードでのレーザ
センサの動作により、センサの回転誤差と動作誤差が生
じることがある。不幸なことに、先行技術の経路長制御
装置それ自体では、レーザ動作の軸線上モードに対応す
る絶対最大値と、軸線外れモードに対応する寄生最大値
とを、弁別することができない。先行技術の装置におい
て真の最大パワーとモード制御を達成するためには、ビ
ームの強さを監視して経路長制御器を軸線上モードで動
作させる付加回路を設けなければならない。
発明の概要 本発明の目的は、真の最大パワーモードを中心として
自動的に動作できるリングレーザ角速度センサ用の経路
長制御装置を得ることである。
自動的に動作できるリングレーザ角速度センサ用の経路
長制御装置を得ることである。
本発明においては、最大経路長と最小経路長の差が、
少なくとも１つのモード（１波長）に及ぶ第１の差値か
ら、徐々に変化してそれより小さい定常状態の第２の差
値に至るような変化を伴って、リングレーザの経路長
が、最小経路長と最大経路長の間で震動させられる。経
路長が震動させられつつ、経路長の差が徐々に小さくさ
れている間に、主閉ループの経路長制御器により、平均
経路長は、レーザビームのパワーが最大となるような値
に制御される。
少なくとも１つのモード（１波長）に及ぶ第１の差値か
ら、徐々に変化してそれより小さい定常状態の第２の差
値に至るような変化を伴って、リングレーザの経路長
が、最小経路長と最大経路長の間で震動させられる。経
路長が震動させられつつ、経路長の差が徐々に小さくさ
れている間に、主閉ループの経路長制御器により、平均
経路長は、レーザビームのパワーが最大となるような値
に制御される。
図面の簡単な説明 第１図は本発明のレーザ角速度センサおよび経路長制
御器の概略ブロック図、第２図はレーザビームの強さと
閉ループレーザ経路長の関係を示すグラフである。
御器の概略ブロック図、第２図はレーザビームの強さと
閉ループレーザ経路長の関係を示すグラフである。
発明の詳細な説明 第１図は、参照符号10で全体的に示されている、この
分野において周知の三角形レーザ角速度センサと、本発
明の経路長制御装置を示す。簡単に述べれば、レーザ角
速度センサ10は、レーザブロック11と、反射鏡13,15,17
とで構成される。反射鏡13,15,17は、周知のように、レ
ーザビームが伝わる閉ループ光路を形成する。反射鏡13
は、互いに逆向きに伝わるレーザビーム19,20がたどる
全光路長を制御する経路長制御トランスデューサ14の一
部として示されている。
分野において周知の三角形レーザ角速度センサと、本発
明の経路長制御装置を示す。簡単に述べれば、レーザ角
速度センサ10は、レーザブロック11と、反射鏡13,15,17
とで構成される。反射鏡13,15,17は、周知のように、レ
ーザビームが伝わる閉ループ光路を形成する。反射鏡13
は、互いに逆向きに伝わるレーザビーム19,20がたどる
全光路長を制御する経路長制御トランスデューサ14の一
部として示されている。
第１図に示されている三角形の経路に加えて任意の閉
ループ多角形光路に、本発明を応用できることを当業者
は認識すべきである。センサに使用する反射鏡の数は、
選択した形すなわち、外形に依存する。しかし、同じ機
能の実行のために、反射鏡の１枚が、反射鏡13のよう
に、経路長制御トランスデューサへ一般に結合される。
ループ多角形光路に、本発明を応用できることを当業者
は認識すべきである。センサに使用する反射鏡の数は、
選択した形すなわち、外形に依存する。しかし、同じ機
能の実行のために、反射鏡の１枚が、反射鏡13のよう
に、経路長制御トランスデューサへ一般に結合される。
レーザビーム20の一部を透過させて光検出器21に入射
させるために、反射鏡15は部分的に透明であるとして示
されている。センサ出力を周知のやり方で読取るため
に、反射鏡17も透過性とすることができる。反射鏡15を
反射鏡17の代わりに光学的読取り器の一部とすることも
できることも当業者は認識すべきである。
させるために、反射鏡15は部分的に透明であるとして示
されている。センサ出力を周知のやり方で読取るため
に、反射鏡17も透過性とすることができる。反射鏡15を
反射鏡17の代わりに光学的読取り器の一部とすることも
できることも当業者は認識すべきである。
第２図は、典型的なレーザビームの強さと、第１図に
示されているリングレーザセンサ10のようなリングレー
ザの全光路長との関係を示すグラフである。とくに興味
のあることは、値I1,I2をそれぞれ有する光の強度の２
つの大きい極大値201,203があることである。それらの
極大値は、レーザビームの１波長に等しい値だけ異なる
光路長の点で生じる。典型的なヘリウム・ネオンレーザ
の場合には、ビームの波長λ０は約0.6μｍである。第
２図に示されているように、その波長λ０の範囲には光
強度の小さい極大値205も存在する。リングレーザ角速
度センサの安定度と性能を最適にするために極めて重要
なことは、極大値201または203のような大きい極大値な
いしその付近に、ビームの強度を維持しなければならな
い点である。光の強度が205または206のような小さい極
大値で動作するとセンサ出力に誤差を生じることがある
から、そのような小さい極大値の付近で動作させないこ
とが重要である。
示されているリングレーザセンサ10のようなリングレー
ザの全光路長との関係を示すグラフである。とくに興味
のあることは、値I1,I2をそれぞれ有する光の強度の２
つの大きい極大値201,203があることである。それらの
極大値は、レーザビームの１波長に等しい値だけ異なる
光路長の点で生じる。典型的なヘリウム・ネオンレーザ
の場合には、ビームの波長λ０は約0.6μｍである。第
２図に示されているように、その波長λ０の範囲には光
強度の小さい極大値205も存在する。リングレーザ角速
度センサの安定度と性能を最適にするために極めて重要
なことは、極大値201または203のような大きい極大値な
いしその付近に、ビームの強度を維持しなければならな
い点である。光の強度が205または206のような小さい極
大値で動作するとセンサ出力に誤差を生じることがある
から、そのような小さい極大値の付近で動作させないこ
とが重要である。
先に述べたように、互いに逆向きに伝わるレーザビー
ムたとえば第１図に示されているレーザビーム19,20の
強度を、第２図に示されている極大値I1またはI2に維持
するために、先行技術のリングレーザ角速度センサでは
経路長制御装置が使用される。
ムたとえば第１図に示されているレーザビーム19,20の
強度を、第２図に示されている極大値I1またはI2に維持
するために、先行技術のリングレーザ角速度センサでは
経路長制御装置が使用される。
先行技術の経路長制御回路、とくに米国特許第4,152,
071号に示されている経路長制御回路は、光の平均強度
が大きい極大値となるよう、反射鏡13の位置を維持する
ように動作する。簡単にいえば、反射鏡の位置の維持
は、次のように行われていた。トランスデューサ14で、
一定振幅の震動信号により反射鏡13を震動させ、互いに
逆向きに伝わる各レーザビームの強度を変化させる。検
出回路が設けられて、レーザビームの一方または両方の
強度の変化を表わす信号が得られ、この得られた信号
が、閉ループ制御回路により処理される。その閉ループ
制御回路は、ビーム強度の検出回路の出力を震動周波数
で復調して、少なくとも一方のレーザビームの強度が最
大である状態に反射鏡13の平均位置を制御する直流定常
状態信号を与えるものである。
071号に示されている経路長制御回路は、光の平均強度
が大きい極大値となるよう、反射鏡13の位置を維持する
ように動作する。簡単にいえば、反射鏡の位置の維持
は、次のように行われていた。トランスデューサ14で、
一定振幅の震動信号により反射鏡13を震動させ、互いに
逆向きに伝わる各レーザビームの強度を変化させる。検
出回路が設けられて、レーザビームの一方または両方の
強度の変化を表わす信号が得られ、この得られた信号
が、閉ループ制御回路により処理される。その閉ループ
制御回路は、ビーム強度の検出回路の出力を震動周波数
で復調して、少なくとも一方のレーザビームの強度が最
大である状態に反射鏡13の平均位置を制御する直流定常
状態信号を与えるものである。
先行技術の経路長制御においては、閉ループ制御回路
が、小さい最大値たとえば最大値205を中心とした制御
動作をする可能性がある。先に述べたように、先行技術
では、閉ループ制御回路を極大値I1またはI2を中心とし
て動作および制御させるためにビームの強度を監視する
必要があった。閉ループ制御回路が最高強度I1またはI2
を中心として動作するように、付加回路により、ビーム
の強度値を所定の最低強度値以上に維持する制御が行わ
れていた。本発明の経路長制御回路は付加回路の必要を
解消し、後で説明するように、強度の極大値I1とI2のい
ずれかで閉ループ制御回路を自動的に動作させるもので
ある。
が、小さい最大値たとえば最大値205を中心とした制御
動作をする可能性がある。先に述べたように、先行技術
では、閉ループ制御回路を極大値I1またはI2を中心とし
て動作および制御させるためにビームの強度を監視する
必要があった。閉ループ制御回路が最高強度I1またはI2
を中心として動作するように、付加回路により、ビーム
の強度値を所定の最低強度値以上に維持する制御が行わ
れていた。本発明の経路長制御回路は付加回路の必要を
解消し、後で説明するように、強度の極大値I1とI2のい
ずれかで閉ループ制御回路を自動的に動作させるもので
ある。
第１図を再び参照する。第１図に示されるビーム強度
検出回路には、光検出器21と、直流増幅器23と、高域フ
ィルタ25と、交流増幅器27とが含まれる。この回路構成
は単なる例示である。光検出器21の出力は、レーザビー
ム20の強度を表わす信号である。光検出器21の出力は、
直流増幅器23により増幅されてから、高域フィルタ25を
介して交流増幅器27へ与えられる。交流増幅器27の出力
は、レーザビーム20がたどる全閉ループの光路長の関数
であるレーザビーム強度を表わす出力信号である。交流
増幅器27の出力は、同期復調器51を含む閉ループ制御回
路へ与えられる。同期復調器51は、それへの入力信号を
発振器41の周波数にて復調する。同期復調器51の出力信
号52が積分器53へ与えられる。この積分器53の出力信号
55は、後で説明するように、反射鏡13の平均位置を制御
する信号として機能する。
検出回路には、光検出器21と、直流増幅器23と、高域フ
ィルタ25と、交流増幅器27とが含まれる。この回路構成
は単なる例示である。光検出器21の出力は、レーザビー
ム20の強度を表わす信号である。光検出器21の出力は、
直流増幅器23により増幅されてから、高域フィルタ25を
介して交流増幅器27へ与えられる。交流増幅器27の出力
は、レーザビーム20がたどる全閉ループの光路長の関数
であるレーザビーム強度を表わす出力信号である。交流
増幅器27の出力は、同期復調器51を含む閉ループ制御回
路へ与えられる。同期復調器51は、それへの入力信号を
発振器41の周波数にて復調する。同期復調器51の出力信
号52が積分器53へ与えられる。この積分器53の出力信号
55は、後で説明するように、反射鏡13の平均位置を制御
する信号として機能する。
閉ループ制御回路により処理できる弁別信号を得るた
めに、反射鏡13の位置が、震動回路により定められる態
様で、継続的に震動させられる。その震動回路は、発振
器41と、可変利得増幅器43と、信号発生器45と、高域フ
ィルタ46とを含む。
めに、反射鏡13の位置が、震動回路により定められる態
様で、継続的に震動させられる。その震動回路は、発振
器41と、可変利得増幅器43と、信号発生器45と、高域フ
ィルタ46とを含む。
本発明においては、トランスデューサ14の入力端子へ
与えられる指令信号31により、反射鏡13の位置が制御さ
れる。指令信号31は、２つの信号成分の和、すなわち、
高域フィルタ46の出力信号47と積分器53の出力信号55の
和として示されている。積分器53の出力信号55は、反射
鏡13の平均位置を制御する信号成分であり、一方、高域
フィルタ46の出力信号47は、後で説明する新規なやり方
で反射鏡13を震動させる信号成分である。
与えられる指令信号31により、反射鏡13の位置が制御さ
れる。指令信号31は、２つの信号成分の和、すなわち、
高域フィルタ46の出力信号47と積分器53の出力信号55の
和として示されている。積分器53の出力信号55は、反射
鏡13の平均位置を制御する信号成分であり、一方、高域
フィルタ46の出力信号47は、後で説明する新規なやり方
で反射鏡13を震動させる信号成分である。
好適な実施例においては、信号発生器45は振幅が徐々
に小さくなる出力信号45Aを発生する。その信号45Aは可
変利得増幅器43の利得入力として与えられる。信号発生
器45の特性については後で説明する。
に小さくなる出力信号45Aを発生する。その信号45Aは可
変利得増幅器43の利得入力として与えられる。信号発生
器45の特性については後で説明する。
好適な実施例においては、発振器41は方形波出力信号
を発生する。その方形波出力信号は、可変利得増幅器43
において、信号発生器45からの出力信号に応じて増幅さ
れる。したがって、可変利得増幅器43の出力は、信号発
生器45の出力（すなわち、利得制御入力信号）直接関連
する振幅を有する方形波信号である。可変利得増幅器43
の出力に含まれている直流分を無くすように高域フィル
タを通される。
を発生する。その方形波出力信号は、可変利得増幅器43
において、信号発生器45からの出力信号に応じて増幅さ
れる。したがって、可変利得増幅器43の出力は、信号発
生器45の出力（すなわち、利得制御入力信号）直接関連
する振幅を有する方形波信号である。可変利得増幅器43
の出力に含まれている直流分を無くすように高域フィル
タを通される。
好適な実施例においては、信号発生器45はセンサ10が
初めて起動した時に振幅が最大で、選択された定常状態
値に達するまで振幅が減衰する傾斜状信号である。第１
図に示されている信号波形49は、信号成分47を表わす。
信号波形49は、周波数が一定で、零平均値を中心として
正の振幅値と負の振幅値を有する方形波として示されて
いる。
初めて起動した時に振幅が最大で、選択された定常状態
値に達するまで振幅が減衰する傾斜状信号である。第１
図に示されている信号波形49は、信号成分47を表わす。
信号波形49は、周波数が一定で、零平均値を中心として
正の振幅値と負の振幅値を有する方形波として示されて
いる。
積分器53の出力を加算回路60から切離した場合におけ
る本発明の経路長制御装置の動作を、次に説明する。信
号発生器45を初期化すると、信号発生器45からの傾斜状
信号の初めでは、震動回路から生じる信号47は、震動の
１サイクル中に、反射鏡13を、（レーザビーム19と20と
が互いに逆向きに伝わる閉ループの最長経路長と最短経
路長を定める）第１の位置と第２の位置の間で、動かす
信号となる。最長経路長と最短経路長との間での、閉ル
ープ光路長の差は、方形波信号47の最大振幅の関数であ
る。信号47のピーク・ピーク振幅は、発振器41のピーク
・ピーク振幅信号に可変利得増幅器43の利得を乗じたも
のに対応する。ここで可変利得増幅器43の利得は、信号
発生器45の出力信号45Aの大きさにより制御される。信
号発生器45の傾斜状出力信号のために、最長経路長と最
短経路長の差が、信号47により指令され、起動時の第１
の大きい差値からより小さい第２の差値である定常状態
値まで徐々に変化する。
る本発明の経路長制御装置の動作を、次に説明する。信
号発生器45を初期化すると、信号発生器45からの傾斜状
信号の初めでは、震動回路から生じる信号47は、震動の
１サイクル中に、反射鏡13を、（レーザビーム19と20と
が互いに逆向きに伝わる閉ループの最長経路長と最短経
路長を定める）第１の位置と第２の位置の間で、動かす
信号となる。最長経路長と最短経路長との間での、閉ル
ープ光路長の差は、方形波信号47の最大振幅の関数であ
る。信号47のピーク・ピーク振幅は、発振器41のピーク
・ピーク振幅信号に可変利得増幅器43の利得を乗じたも
のに対応する。ここで可変利得増幅器43の利得は、信号
発生器45の出力信号45Aの大きさにより制御される。信
号発生器45の傾斜状出力信号のために、最長経路長と最
短経路長の差が、信号47により指令され、起動時の第１
の大きい差値からより小さい第２の差値である定常状態
値まで徐々に変化する。
交流増幅器27の出力は、前記したように、トランスデ
ューサ14により制御される反射鏡13の位置の関数として
レーザビーム20の強度信号を表わす。一般に、交流増幅
器27の出力は、ビーム20の強度変化に応じたピーク・ピ
ーク振幅を有する交流信号である。ビーム20の強度変化
は、震動信号47の大きさにより制御される反射鏡13の位
置変化でひき起こされる。
ューサ14により制御される反射鏡13の位置の関数として
レーザビーム20の強度信号を表わす。一般に、交流増幅
器27の出力は、ビーム20の強度変化に応じたピーク・ピ
ーク振幅を有する交流信号である。ビーム20の強度変化
は、震動信号47の大きさにより制御される反射鏡13の位
置変化でひき起こされる。
震動により経路長が変化するために、前記したよう
に、反射鏡13の位置の変化によりひき起こされる経路長
の変化に対応する第１の強度値と第２の強度値の間でビ
ーム20の強度が変化する。それらの強度変化は、ビーム
20の強度に応答する光検出器21により検出される。した
がって、交流増幅器27の出力は、反射鏡13の位置変化に
伴って変化する光路長によりひき起こされるビーム20の
強度変化に直接関係するピーク・ピーク変化を行う振幅
を有する交流信号である。
に、反射鏡13の位置の変化によりひき起こされる経路長
の変化に対応する第１の強度値と第２の強度値の間でビ
ーム20の強度が変化する。それらの強度変化は、ビーム
20の強度に応答する光検出器21により検出される。した
がって、交流増幅器27の出力は、反射鏡13の位置変化に
伴って変化する光路長によりひき起こされるビーム20の
強度変化に直接関係するピーク・ピーク変化を行う振幅
を有する交流信号である。
同期復調器51と積分器53を有する閉ループ回路の目的
は、交流増幅器27の出力の変化を信号処理し、ビーム強
度のピーク・ピーク変化が最小であるように、反射鏡13
の平均位置を指示することである。同期復調器51は、発
振器41からの信号と同相である交流増幅器27の出力の成
分に関連する直流信号を生ずる。その出力は積分器53に
より積分される。積分器53の出力、すなわち、信号55
は、ビーム20が伝わる平均経路長を制御するために直流
信号をトランスデューサ14へ与える。いいかえると、平
均経路長は反射鏡13の平均位置に対応する。
は、交流増幅器27の出力の変化を信号処理し、ビーム強
度のピーク・ピーク変化が最小であるように、反射鏡13
の平均位置を指示することである。同期復調器51は、発
振器41からの信号と同相である交流増幅器27の出力の成
分に関連する直流信号を生ずる。その出力は積分器53に
より積分される。積分器53の出力、すなわち、信号55
は、ビーム20が伝わる平均経路長を制御するために直流
信号をトランスデューサ14へ与える。いいかえると、平
均経路長は反射鏡13の平均位置に対応する。
検出回路と閉ループ回路との組合は、ビーム20のピー
ク・ピーク変化を最小にする信号31の直流信号成分を発
生する閉ループ制御装置を構成する。最小ピーク・ピー
ク変化は、レーザビーム20のピークパワー状態を意味す
る。
ク・ピーク変化を最小にする信号31の直流信号成分を発
生する閉ループ制御装置を構成する。最小ピーク・ピー
ク変化は、レーザビーム20のピークパワー状態を意味す
る。
本発明においては、震動回路は、閉ループ回路が一方
のレーザビームの強度波形の大きい極大値を見つけるよ
うにすることである。先行技術の経路長制御において
は、反射鏡13の震動の振幅は一般に非常に小さく、たと
えば、経路長の震動がλ0/20となるような振幅であっ
て、定常状態値である。本発明においては、反射鏡13の
位置は、少なくとも１波長（すなわちλ０）の経路長の
変調を生じるような値だけ最初は震動させられ、はるか
に小さい定常状態値（たとえば、λ0/20）まで徐々に減
少して最適制御を行う。本発明の実施においては、とく
にいま説明した震動メカニズムにおいては、閉ループ回
路は大きい極大強度値を中心として自動的に動作する。
のレーザビームの強度波形の大きい極大値を見つけるよ
うにすることである。先行技術の経路長制御において
は、反射鏡13の震動の振幅は一般に非常に小さく、たと
えば、経路長の震動がλ0/20となるような振幅であっ
て、定常状態値である。本発明においては、反射鏡13の
位置は、少なくとも１波長（すなわちλ０）の経路長の
変調を生じるような値だけ最初は震動させられ、はるか
に小さい定常状態値（たとえば、λ0/20）まで徐々に減
少して最適制御を行う。本発明の実施においては、とく
にいま説明した震動メカニズムにおいては、閉ループ回
路は大きい極大強度値を中心として自動的に動作する。
第１図および第２図を参照して、信号47のピーク・ピ
ーク振幅が、レーザビーム20が伝わる全光路長を１波長
（すなわちλ０）だけ変化させるものである状況につい
て考えることにする。その状況においては、信号47によ
りひき起こされる震動によって、１波長の範囲で少なく
とも１つの大きい極大値を常に捕らえことができる。
（いくつかの極大値を捕らえること、すなわち、反射鏡
13の反射鏡位置を数波長分変化させることは本発明の範
囲内である。）同期復調器51および積分器53の組合わせ
により、反射鏡13の平均位置を、強度の大きい極大値が
起こる経路長へ向かう向きに動かすような信号55が発生
される。
ーク振幅が、レーザビーム20が伝わる全光路長を１波長
（すなわちλ０）だけ変化させるものである状況につい
て考えることにする。その状況においては、信号47によ
りひき起こされる震動によって、１波長の範囲で少なく
とも１つの大きい極大値を常に捕らえことができる。
（いくつかの極大値を捕らえること、すなわち、反射鏡
13の反射鏡位置を数波長分変化させることは本発明の範
囲内である。）同期復調器51および積分器53の組合わせ
により、反射鏡13の平均位置を、強度の大きい極大値が
起こる経路長へ向かう向きに動かすような信号55が発生
される。
たとえば、光路長を、強度I1を呈する最小全閉ループ
経路長値λ１、I1より小さい強度値I2を呈する最大経路
長値λ２との間で、最初に変化させる状況について考え
ることにする。この状況においては、経路長λ2,λ１の
平均経路長はλＸである。閉ループ制御回路は、新しい
最大経路長震動値λ２における強度値と最小経路長震動
値λ１における強度値が等しくなるまで（最小強度差に
なるまで）、平均経路長（反射鏡13の平均位置）をλ１
へ向かって左へ動かす。
経路長値λ１、I1より小さい強度値I2を呈する最大経路
長値λ２との間で、最初に変化させる状況について考え
ることにする。この状況においては、経路長λ2,λ１の
平均経路長はλＸである。閉ループ制御回路は、新しい
最大経路長震動値λ２における強度値と最小経路長震動
値λ１における強度値が等しくなるまで（最小強度差に
なるまで）、平均経路長（反射鏡13の平均位置）をλ１
へ向かって左へ動かす。
それと同時に、平均経路長位置が前記したやり方で変
化させられ、最大震動経路長と最小震動経路長の差が小
さい値へ向かって徐々に減少する。そうすると、もし強
度I1の方が強度I2よりも大きければ、平均経路長は、λ
１へ向かって左側へ動く（強度I2の方が大きければ右側
へ向かって動く）。最後には、震動によりひき起こされ
る最小経路長は、極大強度201に留まったままで、震動
による最大経路長が極大強度カーブ201にくるように、
また、平均経路長も極大強度カーブ201にくるようにな
る。このようにして、第１図に示されている本発明の回
路の動作により、低い極大強度すなわち寄生極大強度20
5ではなくて、大きい極大強度201を捕らえる結果とな
る。このように、本発明の回路は、軸線上モード動作お
よび軸線外れモード動作を識別するために、ビームの強
度を監視する回路の必要を避けるものである。
化させられ、最大震動経路長と最小震動経路長の差が小
さい値へ向かって徐々に減少する。そうすると、もし強
度I1の方が強度I2よりも大きければ、平均経路長は、λ
１へ向かって左側へ動く（強度I2の方が大きければ右側
へ向かって動く）。最後には、震動によりひき起こされ
る最小経路長は、極大強度201に留まったままで、震動
による最大経路長が極大強度カーブ201にくるように、
また、平均経路長も極大強度カーブ201にくるようにな
る。このようにして、第１図に示されている本発明の回
路の動作により、低い極大強度すなわち寄生極大強度20
5ではなくて、大きい極大強度201を捕らえる結果とな
る。このように、本発明の回路は、軸線上モード動作お
よび軸線外れモード動作を識別するために、ビームの強
度を監視する回路の必要を避けるものである。
λ１とλ２の初期値がカーブ201と203の同一の絶対強
度極大値にあるとした場合、何らかのノイズがあると、
その平衡は、当業者が周知のように乱される。そうする
と、閉ループ制御回路は、λ１とλ２の何れかへ向け
て、すなわち、最高強度を有する一方の位置に対応する
ものへ向けて、反射鏡13の平均位置を駆動する。そし
て、制御ループは反射鏡13を極大値に位置させるように
駆動する。
度極大値にあるとした場合、何らかのノイズがあると、
その平衡は、当業者が周知のように乱される。そうする
と、閉ループ制御回路は、λ１とλ２の何れかへ向け
て、すなわち、最高強度を有する一方の位置に対応する
ものへ向けて、反射鏡13の平均位置を駆動する。そし
て、制御ループは反射鏡13を極大値に位置させるように
駆動する。
反射鏡13の定常状態震動をできるだけ小さくすること
が望ましい。経路長の差をλ0/20だけ変化させる反射鏡
13の定常状態震動は、良い性能を達成するために機能す
る定常状態震動である。
が望ましい。経路長の差をλ0/20だけ変化させる反射鏡
13の定常状態震動は、良い性能を達成するために機能す
る定常状態震動である。
第１図に、信号線31における駆動信号を監視するモー
ドリセット制御器70も示されている。温度変化により、
反射鏡の運動がその限界を超えてしまうような駆動信号
をトランスデューサ14へ与える事態が生じることがあ
る。そのとき、、モードリセット制御器70は、信号線72
を介してリセット信号を信号発生器45のリセット入力端
子74と積分器53のリセット入力端子76へ送る。動作にお
いて、信号線31上の信号が所定の上限または所定の下限
を超えると、信号発生器45は最初の起動条件にリセット
されて、震動の振幅を１波長まで（またはそれ以上に）
大きくなし、積分器53はリセットされる。そうすると駆
動信号がトランスデューサの動作限界内に入れられ、経
路長制御器がレーザの軸線上モードすなわち最大条件に
戻される。
ドリセット制御器70も示されている。温度変化により、
反射鏡の運動がその限界を超えてしまうような駆動信号
をトランスデューサ14へ与える事態が生じることがあ
る。そのとき、、モードリセット制御器70は、信号線72
を介してリセット信号を信号発生器45のリセット入力端
子74と積分器53のリセット入力端子76へ送る。動作にお
いて、信号線31上の信号が所定の上限または所定の下限
を超えると、信号発生器45は最初の起動条件にリセット
されて、震動の振幅を１波長まで（またはそれ以上に）
大きくなし、積分器53はリセットされる。そうすると駆
動信号がトランスデューサの動作限界内に入れられ、経
路長制御器がレーザの軸線上モードすなわち最大条件に
戻される。
以上、本発明を好適な実施例について説明したが、本
発明の要旨を逸脱することなしに、種々の変更を行うこ
とができ、かつそれの要素を均等物で置き変えることが
できることは、当業者には理解できるであろう。また、
その重要な教示から離れることなしに特定の状況または
材料に合わせて多くの変更を行うことができる。とく
に、同期復調器51と積分器53を備えた閉ループ回路を得
るには多くの実現の仕方がある。同期復調器51はアナロ
グ技術またはデジタル技術で構成でき、とくにアナログ
乗算器が所期の機能を果たすことができる。
発明の要旨を逸脱することなしに、種々の変更を行うこ
とができ、かつそれの要素を均等物で置き変えることが
できることは、当業者には理解できるであろう。また、
その重要な教示から離れることなしに特定の状況または
材料に合わせて多くの変更を行うことができる。とく
に、同期復調器51と積分器53を備えた閉ループ回路を得
るには多くの実現の仕方がある。同期復調器51はアナロ
グ技術またはデジタル技術で構成でき、とくにアナログ
乗算器が所期の機能を果たすことができる。
第１図の回路を、斜視状信号を発生する信号発生器45
と可変利得増幅器43を使用するものとして示したが、必
要なのは、第１の初期値から第２の定常状態値まで徐々
に変化する震動信号47を生ずる回路である。信号47の初
期値は、反射鏡13をレーザビームの波長の少なくとも１
つのモードすなわち値だけ変化させるために十分でなけ
ればならない。定常状態値は、同期復調器51と積分器53
等により良い閉ループ制御を行うために、十分に小さ
く、しかも震動を行わなければならない。信号発生器45
の別の例は、ワンショット回路と低域フィルタとの組合
わせであって、ワンショット回路の出力を、低域フィル
タを通してから、利得入力として可変利得増幅器43へ与
えるようにする。前記したように、閉ループ経路長の震
動を徐々に変化させる他の可能な組合わせがある。
と可変利得増幅器43を使用するものとして示したが、必
要なのは、第１の初期値から第２の定常状態値まで徐々
に変化する震動信号47を生ずる回路である。信号47の初
期値は、反射鏡13をレーザビームの波長の少なくとも１
つのモードすなわち値だけ変化させるために十分でなけ
ればならない。定常状態値は、同期復調器51と積分器53
等により良い閉ループ制御を行うために、十分に小さ
く、しかも震動を行わなければならない。信号発生器45
の別の例は、ワンショット回路と低域フィルタとの組合
わせであって、ワンショット回路の出力を、低域フィル
タを通してから、利得入力として可変利得増幅器43へ与
えるようにする。前記したように、閉ループ経路長の震
動を徐々に変化させる他の可能な組合わせがある。
Claims (7)
- 【請求項１】閉ループ経路に沿って互いに逆向きに伝わ
る一対のレーザビームを発生するリングレーザ手段と、 前記閉ループ経路の長さを、最短経路長と最長経路長の
間で可変震動させて、最長経路長と最短経路長の差が第
１の差値から、それより小さい第２の差値まで徐々に変
化するように震動させる震動手段と、 前記最短経路長と前記最長経路長の平均値を、少なくと
も一方の前記レーザビームの強度の選択された関数が最
大であるような値となるよう制御する経路長制御手段で
あって、前記震動の結果としての前記関数の値の変化に
応答する経路長制御手段とを備えるリングレーザ角速度
センサ。 - 【請求項２】請求の範囲第１項記載のセンサにおいて、
前記第１の経路長の差値は、前記一対の互いに逆向きに
伝わるレーザビームのいずれか一方の１波長に少なくと
も等しいセンサ。 - 【請求項３】一対の互いに逆向きに伝わるレーザビーム
が閉ループ経路に沿って進むリングレーザ角速度センサ
用の経路長制御器において、 前記レーザビームの少なくとも一方の強度の選択された
関数を表す出力信号を発生する手段と、 第１の制御信号に応答して前記閉ループ経路の経路長を
制御する経路長トランスデューサ手段と、 経路の長さを、最短経路長と最長経路長の間で可変震動
させて、最長経路長と最短経路長の差が第１の差値か
ら、それより小さい第２の差値まで徐々に変化するよう
可変震動させるために、前記第１の制御信号の第１の信
号成分を発生する第１の手段と、 少なくとも一方の前記レーザビームに応答して、前記最
短経路長と前記最長経路長の平均値を、少なくとも一方
の前記レーザビームの強度の選択された関数が極大値で
あるような値にするために、前記第１の制御信号の第２
の信号成分を発生する第２の手段と を備えるリングレーザ角速度センサ用の経路長制御器。 - 【請求項４】請求の範囲第３項記載のセンサにおいて、
前記経路長の第１の差値は、前記一対の互いに逆向きに
伝わるレーザビームのいずれか一方の１波長に少なくと
も等しいセンサ。 - 【請求項５】請求の範囲第３項記載のセンサにおいて、
前記第１の信号成分は、一定周波数の信号であって、第
１の振幅極限値および第２の振幅極限値を有しており、
第１の振幅極限値と第２の振幅極限値との差が、第１の
値から、それより小さい第２の値まで減衰するものであ
る、ことを特徴とするセンサ。 - 【請求項６】請求の範囲第５項記載のセンサにおいて、 前記レーザビームの少なくとも１つに応答して、前記選
択された関数の値を表す関数信号を発生する第３の手段
と、 前記レーザビームの一方の一部を検出して、その一方の
レーザビームの強度の変化を表す強度出力信号を発生す
る手段とを備え、 前記第１の手段は、 第１の振幅と第２の振幅を有する周期信号を発生する手
段と、 徐々に変化する振幅信号を発生する信号発生手段と、 前記徐々に変化する信号を受ける利得制御入力端子と、
前記周期信号を受ける信号入力端子を有し、前記周期信
号を、前記利得制御入力端子に受ける信号に従って増幅
して、前記第１の信号成分を生じる可変利得増幅手段
と、 を備えており、 前記第２の手段は、前記強度出力信号を前記一定の周波
数で同期復調して、前記関数信号の平均値を表す第２の
信号成分を生じる手段を含んでいる いることを特徴とするセンサ。 - 【請求項７】請求の範囲第６項記載のセンサにおいて、
前記経路長の第１の差値は、前記一対の互いに逆向きに
伝わるレーザビームのいずれか一方の１波長に少なくと
も等しいセンサ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US925,762 | 1986-10-31 | ||
| US06/925,762 US4795259A (en) | 1986-10-31 | 1986-10-31 | Path length control mechanization for a ring laser angular rate sensor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02500627A JPH02500627A (ja) | 1990-03-01 |
| JP2626897B2 true JP2626897B2 (ja) | 1997-07-02 |
Family
ID=25452195
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62506435A Expired - Lifetime JP2626897B2 (ja) | 1986-10-31 | 1987-10-09 | リングレーザ角速度センサおよびその経路長制御器 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4795259A (ja) |
| EP (1) | EP0335869B1 (ja) |
| JP (1) | JP2626897B2 (ja) |
| CA (1) | CA1260594A (ja) |
| WO (1) | WO1988003258A1 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FI91968C (fi) * | 1989-11-28 | 1994-09-12 | Borealis Polymers Oy | -olefiinien polymerointiin tarkoitettu prokatalyyttikompositio, sen valmistus ja käyttö |
| US5325173A (en) * | 1990-05-04 | 1994-06-28 | Litton Systems, Inc. | Apparatus for compensating for change in laser gyro dither pickoff scale factor |
| US6067160A (en) * | 1997-02-20 | 2000-05-23 | Honeywell Inc. | Enchancing path length resets in a ring laser gyro |
| US6354964B1 (en) * | 1999-12-06 | 2002-03-12 | Honeywell Inc. | Single beam signal blanking for enhanced path length control in a ring laser gyro |
| US8259302B2 (en) * | 2010-07-30 | 2012-09-04 | Honeywell International Inc. | Variable path length control modulation frequency |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3469922A (en) * | 1967-03-27 | 1969-09-30 | Massachusetts Inst Technology | Gas ring laser gyroscope system |
| US3581227A (en) * | 1968-04-18 | 1971-05-25 | Honeywell Inc | Adjustable, thin membrane mirror for use in the stabilization of ring lasers |
| US4152071A (en) * | 1976-08-02 | 1979-05-01 | Honeywell Inc. | Control apparatus |
| US4267478A (en) * | 1978-11-17 | 1981-05-12 | The Singer Company | Pathlength controller for a ring laser gyroscope |
| US4383763A (en) * | 1979-09-12 | 1983-05-17 | Litton Systems, Inc. | Controllable mirrors |
| IL61156A (en) * | 1979-11-05 | 1983-07-31 | Litton Systems Inc | Dithered ring laser with minimized mirror backscattering |
| US4320974A (en) * | 1980-06-30 | 1982-03-23 | The Singer Company | Pathlength controller for a ring laser cyroscope |
| US4597667A (en) * | 1982-12-09 | 1986-07-01 | Litton Systems, Inc. | Dither controller for ring laser angular rotation sensor |
| US4783169A (en) * | 1985-08-09 | 1988-11-08 | Litton Systems, Inc. | Control of a ring laser gyro cavity according to a preselected model |
-
1986
- 1986-10-31 US US06/925,762 patent/US4795259A/en not_active Expired - Lifetime
-
1987
- 1987-10-09 WO PCT/US1987/002600 patent/WO1988003258A1/en active IP Right Grant
- 1987-10-09 JP JP62506435A patent/JP2626897B2/ja not_active Expired - Lifetime
- 1987-10-09 EP EP87907078A patent/EP0335869B1/en not_active Expired
- 1987-10-30 CA CA000550659A patent/CA1260594A/en not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CA1260594A (en) | 1989-09-26 |
| EP0335869B1 (en) | 1991-04-10 |
| WO1988003258A1 (en) | 1988-05-05 |
| US4795259A (en) | 1989-01-03 |
| JPH02500627A (ja) | 1990-03-01 |
| EP0335869A1 (en) | 1989-10-11 |
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