JP3711536B2 - Ring laser gyro block and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、リングレーザジャイロ(RLG)ブロックおよびその製造方法に関し、特に 座グリ穴を含む環状光路の気密性および加工性の良好なRLGブロックおよびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
RLGの構成、動作原理を図4を参照して説明する。
ガラスブロック1内に閉じた環状光路11を形成し、この環状光路11内にヘリウムとネオンより成る混合気体を封入し、第1の陰極24および第2の陰極25と陽極3を設置して共振器10を構成する。これら電極間に電圧を印加することにより環状光路11内にプラズマ放電が発生し、時計廻りCWレーザ光および反時計廻りCCWレーザ光を環状光路11に沿って半透過凹面ミラー30、第1の平面ミラー32、第2の平面ミラー32により反射しながら独立して伝播循環せしめる。13は座グリ穴であり、レーザ共振器10としての気体容量を確保する上から環状光路11の一部に形成されている。CWレーザ光の一部は半透過凹面ミラー30を透過してコーナーキューブ34において再帰反射し、外部半透過ミラー35により反射して光検出器36に入射する。CCWレーザ光は半透過凹面ミラー30および外部半透過ミラー35を透過して直接に光検出器36に入射する。CWレーザ光およびCCWレーザ光は光検出器36に入射する直前において干渉し、干渉縞を生成する。光検出器36はこの干渉縞を検出する。
【0003】
環状光路11の中心を軸として角速度ωが入力されている場合、レーザ光が1周する間に光の出発点は移動することとなるので、レーザ光が環状光路11を1周する時間は見かけ上相違する。即ち、入力角速度ωと同方向に循環するレーザ光については時間は見かけ上増加し、入力角速度ωと逆方向に循環するレーザ光については時間は見かけ上短縮する。CWレーザ光およびCCWレーザ光の間のこの1周に要する時間差は両レーザ光の周波数差となって現れる。この両レーザ光の周波数差に起因して先の干渉縞が発生する。この干渉縞を解析することにより入力角速度ωを測定することができる。
【0004】
閉じた環状光路11を形成するブロックは、上述した通り、ガラスブロック1である。このガラスブロック1には、その内部に環状光路11が形成されると共に、環状光路11に連通して座グリ穴13、第1の陰極24、第2の陰極25、陽極2に対応する空洞が形成される。空洞は充填されるヘリウムおよびネオンより成る混合気体を内部に確実に保持して外部に透過漏洩し難いものであることを要請され、原子半径の小さいヘリウムの保持特性が特に重要とされる。即ち、リングレーザジャイロの寿命の面については、ヘリウムの透過性が重要であり、ブロック材料の選択に依ってはガラス質であっても必要な寿命を満足しないガラスもあり、ブロック材料として使用可能なガラス材料が限定される。また、環状光路長の変動を抑制する上においてブロック材料は低熱膨張率の材料である必要もあり、この点に依っても使用可能なガラス材料が限定される。
【0005】
一方、ガラスブロック1において、半透過凹面ミラー30がガラスブロック1に接合固定されるところの座グリ穴13の開口は接合固定に支障を来たさぬ程度に半透過凹面ミラー30の径と比較して小径に形成する必要がある。ところで、座グリ穴13は、開口の径は小さいが内部は膨大して内容積を大きくした穴に構成する必要がある。座グリ穴13の内容積は環状光路11の気体容量を或る必要量以上に確保する上において極端に小さくすることはできないからである。この座グリ穴13の加工は以下の工程により実施される。
【0006】
(工程1) 超音波ドリルを使用してガラスブロックを少しづつ粉砕して穿孔する。
(工程2) 穿孔された空洞の内壁をポリッシュする。
(工程3) ポリッシュされた表面をエッチングして更に滑らかに研磨する。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
粉砕工程である工程1においては、加工個所に応じて多種類の超音波ドリルを交換して粉砕を実施する必要がある。そして、研磨工程である工程2および工程3は、空洞内壁の表面積を最小平滑にする加工工程である。空洞内壁の表面における気体の吸着およびび離脱は避けられない現象であるので、ガラスブロック内部から空洞内に不純気体が放出されたり、空洞内に封入した気体が空洞内壁に吸着して混合気体組成に変化を来したりする問題を回避する上から、空洞内壁の表面を平滑にしている。リングレーザジャイロのガラスブロック1個を作製する工程1ないし工程3の全工程を実施すると、多種類の超音波ドリルの交換時間を含めて約40〜50時間の加工時間を要する。
【0008】
以上の通り、ガラスブロックの加工は、ガラス原材料の選択を始めとして、加工工程数、加工時間、加工自体の単純容易性の何れにおいても幾多の問題を抱えており、これらがリングレーザジャイロの製造コストを低減する上において障害となっている。
ガラスブロックの加工コストを低減するには、孔あけ加工を如何にして効率的に実施するかが重要な課題である。そして、リングレーザジャイロの寿命を延長するには、レーザ発振に必要な封入混合気体を内部に確実に保持して外部に透過漏洩し難いものとする必要がある。特に、原子半径の小さいヘリウムの透過性が問題となる。ここで、ガラスブロックの加工性を改善するに、ガラスの代わりに加工性に優れた材料であるセラミック材料を使用しようとすると、気体保持特性に不利となる。
【0009】
この発明は、座グリ穴を含む環状光路の気密性およびブロックの加工性の良好な上述の問題を解消したRLGブロックおよびその製造方法を提供するものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】
請求項1:相互の突き合わせ面に関して面対称に形成し突き合わせ接合される下半ブロック1L および上半ブロック1U を具備し、環状光路対応空洞111および環状光路対応空洞111に連通する座グリ穴対応空洞130、131、陰極開孔対応空洞、陽極開孔対応空洞より成る裏打ちガラスチューブ1T を具備し、下半ブロック1L と上半ブロック1U の間に裏打ちガラスチューブ1T を挟持して3者一体に接合固定したリングレーザジャイロブロックを構成した。
【0011】
そして、請求項2:請求項1に記載されるリングレーザジャイロブロックにおいて、下半ブロック1L および上半ブロック1U は、双方の突き合わせ面に、環状光路11を構成する2分環状光路11L、U、座グリ穴13を構成する2分座グリ穴13L、U、第1陰極開孔240を構成する2分第1陰極開孔240L、U、第2陰極開孔250を構成する2分第2陰極開孔250L、U、陽極開孔300を構成する2分陽極開孔300L、Uが形成され、座グリ穴対応空洞は座グリ穴対応空洞131および第2座グリ穴対応空洞130より成り、第2座グリ穴対応空洞130は座グリ穴対応空洞131と比較して全長を長く構成し、その外側先端を開口したものであることを特徴とするリングレーザジャイロブロックを構成した。
【0012】
また、請求項3:請求項2に記載されるリングレーザジャイロブロックにおいて、裏打ちガラスチューブ1T の露出部位を除去して開口したリングレーザジャイロブロックを構成した。
更に、請求項4:請求項1ないし請求項3の内の何れかに記載されるリングレーザジャイロブロックにおいて、下半ブロック1L および上半ブロック1U はセラミック或いはガラスのモールド成形物であるリングレーザジャイロブロックを構成した。
【0013】
また、請求項5:請求項1ないし請求項4の内の何れかに記載されるリングレーザジャイロブロックにおいて、裏打ちガラスチューブ1T を構成する原材料は鉛ガラスであるリングレーザジャイロブロックを構成した。
ここで、請求項6:双方の突き合わせ面に、環状光路11を構成する2分環状光路11L、U、座グリ穴13を構成する2分座グリ穴13L、U、第1陰極開孔240を構成する2分第1陰極開孔240L、U、第2陰極開孔250を構成する2分第2陰極開孔250L、U、陽極開孔300を構成する2分陽極開孔300L、Uが形成される下半ブロック1L および上半ブロック1U を各別に製造する(工程1)、環状光路対応空洞111、第2座グリ穴対応空洞130、座グリ穴対応空洞131、第1陰極開孔対応空洞241、第2陰極開孔対応空洞251、陽極開孔対応空洞301より成り、第2座グリ穴対応空洞130は座グリ穴対応空洞131と比較して全長を長く構成し、第2座グリ穴対応空洞130の外側の先端のみを開口した裏打ちガラスチューブ1T を製造する(工程2)、下半ブロック1L 、裏打ちガラスチューブ1T 、上半ブロック1U をこの順に積み重ねて相互に接合してブロック半製品を製造する(工程3)、ブロック半製品を加熱炉内に収容し、裏打ちガラスチューブ1T に第2座グリ穴対応空洞130の開口を介して空気を圧入しながら昇温し、裏打ちガラスチューブ1T を下半ブロック1L および上半ブロック1U の内面に熱融着固定する(工程4)、ブロック半製品を冷却した後裏打ちガラスチューブ1T の露出部位を除去して開口する工程(工程5)より成るリングレーザジャイロブロックの製造方法を構成した。
【0014】
更に、請求項7:相互の突き合わせ面に関して面対称に形成し突き合わせ接合される下半ブロック1Lおよび上半ブロック1Uを具備し、環状光路対応空洞111および環状光路対応空洞に連通する座グリ穴対応空洞131、陰極開孔対応空洞241、251、陽極開孔対応空洞301より成る裏打ちガラスチューブ1Tを具備し、下半ブロック1Lと上半ブロック1Uの間に裏打ちガラスチューブ1Tを挟持して3者一体に接合固定したリングレーザジャイロブロックにおいて、下半ブロック1Lおよび上半ブロック1Uは低熱膨張かつヘリウムガス不透過性の材料で構成され、裏打ちガラスチューブ1Tは石英ガラスで構成されるリングレーザジャイロブロックを構成した。
【0015】
そして、請求項8:請求項7に記載されるリングレーザジャイロブロックにおいて、下半ブロック1Lおよび上半ブロック1Uは、双方の突き合わせ面に、環状光路を構成する2分環状光路11L、U、座グリ穴を構成する2分座グリ穴13L、Uが形成され、上半ブロック1U には更に第1陰極開孔240、第2陰極開孔250および陽極開孔300が形成され、座グリ穴対応空洞は座グリ穴対応空洞131および第2座グリ穴対応空洞130より成り、第2座グリ穴対応空洞130は座グリ穴対応空洞131と比較して全長を長く構成し、その外側先端を開口したものであるリングレーザジャイロブロックを構成した。
【0016】
また、請求項9:請求項8に記載されるリングレーザジャイロブロックにおいて、裏打ちガラスチューブの露出部位を除去して開口したリングレーザジャイロブロックを構成した。
更に、請求項10:請求項7ないし請求項9の内の何れかに記載されるリングレーザジャイロブロックにおいて、下半ブロックおよび上半ブロックは、双方の突き合わせ面に、更に、ガス溜部を構成する2分ガス溜部空洞が形成され、裏打ちガラスチューブは環状光路対応空洞および環状光路対応空洞に連通するガス溜部対応空洞を更に有するものであるリングレーザジャイロブロックを構成した。
【0017】
【発明の実施の形態】
この発明の実施の形態を図1の実施例を参照して説明する。図1(a)はRLGブロックの実施例の斜視図、図1(b)は図1(a)のRLGブロックの下半ブロックの平面図である。
図1において、RLGブロック1は、下半ブロック1L および上半ブロック1U より成る。下半ブロック1L と上半ブロック1U とは、相互の突き合わせ面に関して完全に面対称な形状構造に構成されている。この下半ブロック1L および上半ブロック1U は、双方の突き合わせ面に、環状光路11を構成する2分環状光路11L、U、座グリ穴13を構成する2分座グリ穴13L、U、第1陰極開孔240を構成する2分第1陰極開孔240L、U、第2陰極開孔250を構成する2分第2陰極開孔250L、U、陽極開孔300を構成する2分陽極開孔300L、Uが形成されている。下半ブロック1L と上半ブロック1U とを相互に突き合わせ接合してRLGブロック1を構成すると、RLGブロック1の内部に環状光路11、座グリ穴13、第1陰極開孔240、第2陰極開孔250、陽極開孔300が形成される。
【0018】
図2を参照するに、これはRLGブロックの分解斜視図であり、図1のRLGブロックとこの発明の裏打ちガラスチューブの関係を示す図である。図2(a)は上半ブロックの斜視図、図2(b)は裏打ちガラスチューブの斜視図、図2(c)は下半ブロックの斜視図である。
図2(a)および図2(c)において、RLGブロック1を構成する下半ブロック1L と上半ブロック1U の原材料の具備すべき要件は、
▲1▼ 環状光路長11の変動を小さく抑制する低熱膨張率を示す材料であること、
▲2▼ 加工が容易であること、
である。具体的には、成形性のあるセラミックを選択使用する。特に、モールドにより粉体をプレス成形して焼成するセラミックは加工の容易性と量産性の良好であることにより好適な原材料である。溶融成形の容易なガラスもRLGブロック1を構成する原材料として好適に採用することができる。
【0019】
図2(b)において、環状光路11、座グリ穴13、第1陰極開孔240、第2陰極開孔250、陽極開孔300の裏打ちをする裏打ちガラスチューブ1T は環状光路対応空洞111、第2座グリ穴対応空洞130、座グリ穴対応空洞131、第1陰極開孔対応空洞241、第2陰極開孔対応空洞251、陽極開孔対応空洞301より成る。第2座グリ穴対応空洞130は、座グリ穴対応空洞131と比較して全長を長く構成されている。そして、裏打ちガラスチューブ1T は全体が中空であり、第2座グリ穴対応空洞130の外側先端のみは開口している。裏打ちガラスチューブ1T は、RLGブロック1を構成する先の絶縁材料と比較して、より低い軟化温度を有すると共に、気体保持特性に優れるガラスを原材料として適宜選択、製造する。裏打ちガラスチューブ1T のガラス材料として、基本的にはヘリウムの不透過性を要件に選択する。具体的には、ガラス構造の密な鉛ガラスが選択され、その軟化温度が700℃程度以下である鉛ガラスを選択する。ところで、RLGブロック1の原材料としてガラスを選択した場合、裏打ちガラスチューブ1T のガラス原材料の軟化温度は、RLGブロックのガラスよりも軟化温度が低いことが更なる要件となる。RLGブロック1の原材料をセラミックとした場合は、ヘリウムの不透過性だけを要件に材料を選択することができる。これを最大に重視する場合、ヘリウムの不透過性に優れたホウ酸鉛ガラスを原材料として好適な裏打ちガラスチューブ1T を構成することができる。裏打ちガラスチューブ1T のガラス自体の厚みは100μm〜数100μmに設計される。
【0020】
図3を参照してRLGブロックの製造工程を説明する。
図3(a)は図2の下半ブロック1L 、裏打ちガラスチューブ1T 、上半ブロック1U をこの順に積み重ね、下半ブロック1L と上半ブロック1U の間に裏打ちガラスチューブ1T を挟持したところを示す図である。下半ブロック1L 、裏打ちガラスチューブ1T 、上半ブロック1U はこの積み重ね状態で接合一体化される。この接合一体化には、低軟化温度ガラスのペースト或いは粉末フリットを接着剤として適用し、昇温して接着剤を加熱溶融して接着する。RLGブロック1の原材料としてセラミックを選択した場合、セラミック系の接着剤を使用することもできる。この積み重ねられた下半ブロック1L 、裏打ちガラスチューブ1T 、上半ブロック1U の全体は加熱炉内に収容され、700℃程度まで昇温、加熱される。裏打ちガラスチューブ1T の原材料として特別に軟化温度の高いガラスを選択した場合はこれに対応して更に昇温される。この加熱は、裏打ちガラスチューブ1T の第2座グリ穴対応空洞130の外側先端の開口を介して内部に圧力を加えられなが実施され、裏打ちガラスチューブ1T は軟化せしめられ、下半ブロック1L 、裏打ちガラスチューブ1T 、上半ブロック1U の3者は一体化される。この状態で、裏打ちガラスチューブ1T は下半ブロック1L および上半ブロック1U に密接に熱融着している。
【0021】
図3(b)を参照するに、一体化された下半ブロック1L 、裏打ちガラスチューブ1T 、および上半ブロック1U は、冷却された後、第2座グリ穴対応空洞130の外側先端部をRLGブロック1に合わせて切断除去して開口する。また、座グリ穴対応空洞131、第1陰極開孔対応空洞241、第2陰極開孔251、陽極開孔対応空洞301の露出先端の封止部分をも除去して開口する。
以上の実施例は、好適な実施例として、第1の陰極および第2の陰極の2個より成る陰極と1個の陽極により電極を構成しているが、極性を逆にして第1の陽極および第2の陽極の2個より成る陽極と1個の陰極により構成することができる。
【0022】
以上のRLGブロックは環状光路長が10cm以下の小型、中精度、低コストのリングレーザジャイロを構成するに好適なRLGブロックである。
ここで、図5および図6を参照して第2の実施例を説明する。第2の実施例においおて、先の実施例における部材に対応する部材には共通する参照符号を付与している。
図5はRLGブロックの分解斜視図であり、図5(a)は上半ブロックの斜視図、図5(b)は裏打ちガラスチューブの斜視図、図5(c)は下半ブロックの斜視図である。図6はRLGブロックの組み立ての順序を説明する図であり、図6(a)は図5の下半ブロック、裏打ちガラスチューブ、上半ブロックを順に積み重ねて下半ブロックと上半ブロックの間に裏打ちガラスチューブを挟持接合したところを示す図、図6(b)は裏打ちガラスチューブの不要な一部を切断除去したところを示す図、図6(c)は接合部における水平断面を示す図である。
【0023】
斜線部は長方形板状RLGブロックの下半ブロックのガラスの部分を示しており、ガラスブロック1内部に形成される細管より成る環状光路11、レーザ共振器としての気体容量を確保する上から環状光路11に連通して形成されている座グリ穴13、内部充填ガスを更に多く収容する余地を与えるガス溜部4その他の部分と区別して示している。長方形板状RLGブロックの隣接する2個の頂点とこれに対向する1辺に形成される座グリ穴13の開口は互に正三角形の頂点に位置しており、環状光路11は正三角形を構成している。これらの座グリ穴13の開口には先のミラー30、31、32が取り付けられ、ブロックの側面に形成される第1陰極開孔240、第2陰極開孔250、陽極開孔300の入口にはレーザ発振する第1陰極、第2陰極、陽極が取り付けられる。正三角形を構成する頂点を結ぶ点線は発振するレーザ光を示す。中央の穴はディザを接着するためのもので、ブロックを上下に貫通している。
【0024】
第2の実施例においては、RLGブロックを水平に上下に2分割した形状の下半ブロック1L および上半ブロック1U をヘリウムガス不透過性のゼロデュアー(登録商標、権利者 カール ツアイス スチフツング 社)の如きガラスセラミックを原材料として切削加工により製造する。ガラスセラミックを原材料としてこれらブロックを切削加工する加工の容易性はモールドにより成形して焼成する加工の容易性と比較して若干劣るが、従来技術と比較すれば容易性は遥かに高い。裏打ちガラスチューブ1T は石英ガラスを原材料として製造する。下半ブロック1Lおよび上半ブロック1Uは、双方の突き合わせ面に、環状光路を構成する2分環状光路11L、U、座グリ穴を構成する2分座グリ穴13L、U、ガス溜部4を構成する2分ガス溜部空洞40L、Uが形成される。上半ブロック1U には、更に第1陰極開孔240、第2陰極開孔250および陽極開孔300が形成され、座グリ穴対応空洞は座グリ穴対応空洞131および第2座グリ穴対応空洞130より成り、第2座グリ穴対応空洞130は座グリ穴対応空洞131と比較して全長を長く構成し、その外側先端を開口する。
【0025】
ここで、下半ブロック1L および上半ブロック1U の間に裏打ちガラスチューブ1T を挟み込む。この裏打ちガラスチューブ1T は、座グリ穴対応空洞131および第2座グリ穴対応空洞130と、これらに三角形に連通接続して環状光路11を構成する環状光路対応空洞111より成り、環状光路対応空洞111には第1陰極開孔対応空洞241、第2陰極開孔対応空洞251、陽極開孔対応空洞301が垂直に立設されている。座グリ穴対応空洞131および第2座グリ穴対応空洞130は、最終的にはミラーが取り付けられるところとなり、第1陰極開孔対応空洞241、第2陰極開孔対応空洞251、陽極開孔対応空洞301には最終的に電極が取り付けられるところとなる。第1陰極開孔対応空洞241、第2陰極開孔対応空洞251、陽極開孔対応空洞301は垂直に立設せしめられ、電極が取り付けられるところが下半ブロック1L および上半ブロック1U の接合面に位置することを避けている。次いで、石英ガラスより成る裏打ちガラスチューブ1T をゼロデュアーより成る下半ブロック1L および上半ブロック1U で挟持し、3者間を低融点ガラスで融着接合する。これにより、これら3者の間はこの低融点ガラスで埋められる。次いで、ミラーおよび電極の取り付けられるところを開口し、ガラスブロックのミラー取り付け面を研磨する。
【0026】
以上のRLGブロックの第2の実施例も、環状光路長が10cm以下の小型、中精度、低コストのリングレーザジャイロを構成するに好適なRLGブロックである。
【0027】
【発明の効果】
以上の通りであって、請求項1ないし請求項6に記載される発明によれば、ヘリウムとネオンより成る混合気体を封入する空洞に充分な気体保持特性を有するガラスにより裏打ちし、空洞を機械加工性に優れたセラミック、成形加工することができるセラミック或いはガラスにより構成することにより、気体保持特性に優れたRLGブロックを効率的に製造することができ、小型中精度のリングレーザジャイロの製造コストを低下することがきる。
【0028】
即ち、多数の加工工数を要する孔あけ工程をなくした簡便なRLGブロックの製造方法を提供することができる。下半ブロック、裏打ちガラスチューブ、上半ブロックをこの順に積み重ねて相互に接合して環状光路が形成されるので、環状光路を形成する孔空け加工を必要としない。
そして、環状光路の精度は下半ブロックおよび上半ブロックより成る構造体が確保するので、裏打ちガラスチューブの精度の厳密さが緩和される。
また、裏打ちガラスチューブを半溶融させて下半ブロックおよび上半ブロックに密着させることにより、出来上がりRLGブロックの温度変動の耐性を高めることができる。
【0029】
更に、気体を充填する部分に気体保持特性に優れたガラス材料を使用していることにより、RLGブロック素材を気体保持特性に関係なしに選択することができる。
ゼロデュアーより成るRLGブロックは外殻としてヘリウム保持特性に優れ、石英ガラスより成る裏打ちガラスチューブ1T の欠点を充分補うことができる。
そして、RLGの寿命を長寿命化する上において、レーザ発振に必要な封入気体をブロック内部に閉じ込めておかなければならないが、座グリ穴の他に、更にガス溜部4を形成したことによりRLGの寿命を大幅に長寿命化することができた。
【0030】
また、先の実施例においては、上半ブロックおよび下半ブロックに低熱膨張と加工容易性を求めて、裏打ちガラスチューブにヘリウムガス不透過の機能を持たせるRLGブロックを追求していたが、第2の実施例においては、ヘリウムガス不透過の機能を上半ブロックおよび下半ブロックに持たせることで裏打ちガラスチューブの材料の自由度を拡大し選択を容易にした。これにより、裏打ちガラスチューブはこれを普通の石英ガラスを原材料として構成しても差し支えない。
更に、RLGブロックの形状を長方形板状とすることにより、座グリ穴の他に更にガス溜部4を形成する余地が与えられ、これにより収容するヘリウムガスの絶対量およびレーザの寿命の双方を拡大することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例を説明する図。
【図2】RLGブロックおよび裏打ちガラスチューブの分解斜視図。
【図3】RLGブロックの製造工程を説明する図。
【図4】RLGを説明する図。
【図5】第2の実施例を説明する分解斜視図。
【図6】第2の実施例の組み立ての順序を説明する図。
【符号の説明】
1 ガラスブロック 1L 下半ブロック
1U 上半ブロック 1T 裏打ちガラスチューブ
10 共振器 11 環状光路
11L、U 2分環状光路 111 環状光路対応空洞
13 座グリ穴 13L、U 2分座グリ穴
130 第2座グリ穴対応空洞 131 座グリ穴対応空洞
24 第1の陰極 25 第2の陰極
240 第1陰極開孔 240L、U 2分第1陰極開孔
241 第1陰極開孔対応空洞 250 第2陰極開孔
250L、U 2分第2陰極開孔 251 第2陰極開孔
3 陽極 30 半透過凹面ミラー
300 陽極開孔 300L、U 2分陽極開孔
301 陽極開孔対応空洞 31 第1平面ミラー
32 第2の平面ミラー 34 コーナーキューブ
35 外部半透過ミラー 36 光検出器
4 ガス溜部 4L、U 2分ガス溜部
40 ガス溜部対応空洞[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a ring laser gyro (RLG) block and a method of manufacturing the same, and more particularly to an RLG block having a good airtightness and workability of an annular optical path including a counterbore hole and a method of manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
The configuration and operation principle of the RLG will be described with reference to FIG.
A closed annular
[0003]
When the angular velocity ω is input with the center of the annular
[0004]
The block forming the closed annular
[0005]
On the other hand, in the glass block 1, the opening of the
[0006]
(Step 1) Using an ultrasonic drill, the glass block is crushed little by little and perforated.
(Step 2) Polish the inner wall of the drilled cavity.
(Step 3) The polished surface is etched and polished more smoothly.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
In step 1, which is a pulverization step, it is necessary to perform pulverization by exchanging various types of ultrasonic drills according to the processing location. And the
[0008]
As described above, glass block processing has a number of problems in terms of the number of processing steps, processing time, and simplicity of processing itself, including the selection of glass raw materials, and these are the production of ring laser gyros. This is an obstacle to reducing costs.
In order to reduce the processing cost of the glass block, how to efficiently carry out the drilling process is an important issue. In order to extend the life of the ring laser gyro, it is necessary to securely hold the sealed mixed gas necessary for laser oscillation inside and prevent it from permeating and leaking outside. In particular, the permeability of helium with a small atomic radius becomes a problem. Here, in order to improve the workability of the glass block, if an attempt is made to use a ceramic material, which is a material excellent in workability, instead of glass, it is disadvantageous for the gas retention property.
[0009]
The present invention provides an RLG block that solves the above-described problems of airtightness of an annular optical path including a counterbored hole and good workability of the block, and a method for manufacturing the same.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
Claim 1: Lower half block 1 formed symmetrically with respect to each other's butt surfaces and butt-joinedLAnd upper half block 1UAnd a back glass tube 1 comprising a
[0011]
In the ring laser gyro block according to
[0012]
Further, in the ring laser gyro block according to claim 3, the backing glass tube 1TA ring laser gyro block having an opening formed by removing the exposed portion was constructed.
Further, in the ring laser gyro block according to any one of claims 1 to 3, the lower half block 1LAnd upper half block 1UConstituted a ring laser gyro block which is a molded product of ceramic or glass.
[0013]
According to a fifth aspect of the present invention, in the ring laser gyro block according to any one of the first to fourth aspects, the backing glass tube 1TThe material constituting the ring laser gyro block was lead glass.
In this case, the bisecting annular
[0014]
Further, claim 7: Lower half block 1 formed symmetrically with respect to each other but butt-joinedLAnd upper half block 1UA back glass tube 1 comprising an annular optical
[0015]
And, in the ring laser gyro block according to claim 8, the lower half block 1LAnd upper half block 1UThe two-part annular
[0016]
Further, in the ring laser gyro block according to claim 9 of the present invention, a ring laser gyro block opened by removing the exposed portion of the backing glass tube is configured.
Furthermore, in the ring laser gyro block according to any one of claims 7 to 9, the lower half block and the upper half block further constitute a gas reservoir on both abutting surfaces. Thus, a ring laser gyro block having a gas reservoir corresponding to the annular optical path and a gas reservoir corresponding to the annular optical path is formed.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described with reference to the example of FIG. FIG. 1A is a perspective view of an embodiment of an RLG block, and FIG. 1B is a plan view of a lower half block of the RLG block of FIG.
In FIG. 1, RLG block 1 is lower half block 1LAnd upper half block 1UConsists of. Lower half block 1LAnd upper half block 1UIs configured in a shape structure that is completely plane-symmetric with respect to the mutual butting surfaces. This lower half block 1LAnd upper half block 1UThe two-part annular
[0018]
Referring to FIG. 2, this is an exploded perspective view of the RLG block, showing the relationship between the RLG block of FIG. 1 and the backing glass tube of the present invention. 2A is a perspective view of the upper half block, FIG. 2B is a perspective view of the backing glass tube, and FIG. 2C is a perspective view of the lower half block.
2 (a) and 2 (c), the lower half block 1 constituting the RLG block 1LAnd upper half block 1UThe requirements for the raw materials of
(1) A material having a low coefficient of thermal expansion that suppresses fluctuations in the annular
(2) Easy to process,
It is. Specifically, a moldable ceramic is selectively used. In particular, a ceramic obtained by press-molding powder by a mold and firing is a suitable raw material because of its ease of processing and good mass productivity. Glass that is easily melt-molded can also be suitably used as a raw material constituting the RLG block 1.
[0019]
In FIG. 2 (b), the backing glass tube 1 for lining the annular
[0020]
The manufacturing process of the RLG block will be described with reference to FIG.
FIG. 3A shows the lower half block 1 of FIG.L, Lined glass tube 1TUpper half block 1UAre stacked in this order, lower block 1LAnd upper half block 1ULined glass tube 1TIt is a figure which shows the place which pinched | interposed. Lower half block 1L, Lined glass tube 1TUpper half block 1UAre joined and integrated in this stacked state. For this joint integration, a low softening temperature glass paste or powder frit is applied as an adhesive, and the temperature is raised and the adhesive is heated and melted for bonding. When ceramic is selected as the raw material of the RLG block 1, a ceramic adhesive can also be used. This stacked lower half block 1L, Lined glass tube 1TUpper half block 1UThe whole is housed in a heating furnace, heated to about 700 ° C. and heated. Lined glass tube 1TWhen a glass having a particularly high softening temperature is selected as the raw material, the temperature is further increased correspondingly. This heating is done with the backed glass tube 1TThe inner glass tube 1 is formed by applying no pressure to the inside through the opening at the outer tip of the second counterbore hole corresponding cavity 130.TIs softened, lower half block 1L, Lined glass tube 1TUpper half block 1UThe three are integrated. In this state, the backing glass tube 1TIs the lower half block 1LAnd upper half block 1UIt is closely heat-sealed.
[0021]
Referring to FIG. 3 (b), the integrated lower half block 1L, Lined glass tube 1TAnd upper half block 1UAfter cooling, the outer front end portion of the second counterbore
In the above embodiment, as a preferred embodiment, an electrode is constituted by two cathodes, ie, a first cathode and a second cathode, and one anode. However, the first anode is reversed in polarity. And it can be constituted by two anodes of the second anode and one cathode.
[0022]
The above RLG block is an RLG block suitable for constituting a small, medium precision, low cost ring laser gyro having an annular optical path length of 10 cm or less.
Here, the second embodiment will be described with reference to FIGS. In the second embodiment, members corresponding to those in the previous embodiment are given the same reference numerals.
FIG. 5 is an exploded perspective view of the RLG block, FIG. 5 (a) is a perspective view of the upper half block, FIG. 5 (b) is a perspective view of the backing glass tube, and FIG. 5 (c) is a perspective view of the lower half block. It is. FIG. 6 is a diagram for explaining the assembly order of the RLG blocks. FIG. 6A is a diagram in which the lower half block, the backing glass tube, and the upper half block in FIG. FIG. 6 (b) is a diagram showing a place where the backing glass tube is sandwiched and joined, FIG. 6 (b) is a diagram showing a place where an unnecessary part of the backing glass tube is cut and removed, and FIG. 6 (c) is a diagram showing a horizontal cross section at the joined portion. is there.
[0023]
The hatched portion indicates the glass portion of the lower half block of the rectangular plate-shaped RLG block. The annular
[0024]
In the second embodiment, the lower half block 1 is formed by horizontally dividing the RLG block into two vertically.LAnd upper half block 1UIs manufactured by cutting using glass ceramic such as Zerodure (registered trademark, Carl Zeiss Stiffing), which is impermeable to helium gas. The ease of processing to cut these blocks using glass ceramic as a raw material is slightly inferior to the ease of processing by molding and firing with a mold, but the ease is far higher than that of the prior art. Lined glass tube 1TManufactures quartz glass as a raw material. Lower half block 1LAnd upper half block 1UThe two-part annular
[0025]
Here, lower half block 1LAnd upper half block 1ULined glass tube 1TIs inserted. This lined glass tube 1TConsists of a counterbore
[0026]
The above-described second embodiment of the RLG block is also an RLG block suitable for constituting a small, medium precision, low cost ring laser gyro having an annular optical path length of 10 cm or less.
[0027]
【The invention's effect】
As described above, according to the invention described in claims 1 to 6, the cavity containing the mixed gas composed of helium and neon is lined with glass having sufficient gas retention characteristics, and the cavity is machined. RLG blocks with excellent gas retention characteristics can be efficiently manufactured by using ceramics with excellent processability, ceramics that can be molded, or glass, and manufacturing costs for small and medium-precision ring laser gyros Can be lowered.
[0028]
That is, it is possible to provide a simple RLG block manufacturing method that eliminates a drilling process that requires a large number of processing steps. Since the annular optical path is formed by stacking the lower half block, the backing glass tube, and the upper half block in this order and joining them together, it is not necessary to form a hole to form the annular optical path.
And since the structure which consists of a lower half block and an upper half block ensures the precision of a cyclic | annular optical path, the precision precision of a backing glass tube is eased.
Moreover, the tolerance of the temperature fluctuation of a finished RLG block can be improved by semi-melting the backing glass tube and bringing it into close contact with the lower half block and the upper half block.
[0029]
Furthermore, the RLG block material can be selected regardless of the gas retention characteristics by using a glass material having excellent gas retention characteristics in the portion filled with gas.
The RLG block made of zero dewar has excellent helium retention characteristics as the outer shell, and the back glass tube 1 made of quartz glassTCan fully compensate for the disadvantages.
In order to extend the life of the RLG, the sealed gas necessary for laser oscillation must be confined inside the block. In addition to the counterbore hole, the
[0030]
Further, in the previous embodiment, an RLG block that pursues low thermal expansion and processability for the upper half block and the lower half block and has a helium gas impermeability function for the backing glass tube has been pursued. In the second embodiment, the upper half block and the lower half block have a function of impervious to helium gas, thereby expanding the degree of freedom of the material of the backing glass tube and facilitating selection. As a result, the backing glass tube may be composed of ordinary quartz glass as a raw material.
Further, by making the shape of the RLG block a rectangular plate, there is room for forming the
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating an embodiment.
FIG. 2 is an exploded perspective view of an RLG block and a backing glass tube.
FIG. 3 is a diagram illustrating a manufacturing process of an RLG block.
FIG. 4 is a diagram illustrating RLG.
FIG. 5 is an exploded perspective view illustrating a second embodiment.
FIG. 6 is a view for explaining the assembly order of the second embodiment.
[Explanation of symbols]
1 Glass block 1L Lower half block
1U Upper half block 1T Lined glass tube
10
11L,U Two-minute annular
13
130 Second
24 1st cathode 25 2nd cathode
240
241 Cavity corresponding to
250L,U 2 minutes 2nd cathode opening 251 2nd cathode opening
3 Anode 30 Transflective concave mirror
300
301 Cavity corresponding to anode opening 31 First plane mirror
32 Second plane mirror 34 Corner cube
35 External transflective mirror 36 Photodetector
4
40 Cavity for gas reservoir
Claims (10)
環状光路対応空洞および環状光路対応空洞に連通する座グリ穴対応空洞、陰極開孔対応空洞、陽極開孔対応空洞より成る裏打ちガラスチューブを具備し、
下半ブロックと上半ブロックの間に裏打ちガラスチューブを挟持して3者一体に接合固定したことを特徴とするリングレーザジャイロブロック。A lower half block and an upper half block which are formed symmetrically with respect to each other's butt surface and are butt-joined;
A hollow glass tube comprising a cavity corresponding to an annular optical path, a cavity corresponding to a counterbore hole communicating with the cavity corresponding to the annular optical path, a cavity corresponding to a cathode opening, and a cavity corresponding to an anode opening;
A ring laser gyro block characterized in that a backing glass tube is sandwiched between a lower half block and an upper half block, and the three members are joined and fixed together.
下半ブロックおよび上半ブロックは、双方の突き合わせ面に、環状光路を構成する2分環状光路、座グリ穴を構成する2分座グリ穴、第1陰極開孔を構成する2分第1陰極開孔、第2陰極開孔を構成する2分第2陰極開孔、陽極開孔を構成する2分陽極開孔が形成され、
座グリ穴対応空洞は座グリ穴対応空洞および第2座グリ穴対応空洞より成り、第2座グリ穴対応空洞は座グリ穴対応空洞と比較して全長を長く構成し、その外側先端を開口したものであることを特徴とするリングレーザジャイロブロック。The ring laser gyro block according to claim 1,
The lower half block and the upper half block have a bisected annular optical path constituting an annular optical path, a bisected countersunk hole constituting a counterbore hole, and a halved first cathode constituting a first cathode opening on both abutting surfaces. An opening, a two-minute anode opening that forms a second cathode opening, a two-minute anode opening that forms an anode opening,
The counterbore hole-corresponding cavity consists of a counterbore hole-corresponding cavity and a second counterbore hole-corresponding cavity, and the second counterbore hole-corresponding cavity has a longer overall length than the counterbore hole-corresponding cavity, and its outer end is opened. A ring laser gyro block characterized by that.
裏打ちガラスチューブの露出部位を除去して開口したことを特徴とするリングレーザジャイロブロック。In the ring laser gyro block according to claim 2,
A ring laser gyro block that is opened by removing the exposed portion of the backing glass tube.
下半ブロックおよび上半ブロックはセラミック或いはガラスのモールド成形物であることを特徴とするリングレーザジャイロブロック。In the ring laser gyro block according to any one of claims 1 to 3,
A ring laser gyro block characterized in that the lower half block and the upper half block are molded products of ceramic or glass.
裏打ちガラスチューブを構成する原材料は鉛ガラスであることを特徴とするリングレーザジャイロブロック。In the ring laser gyro block according to any one of claims 1 to 4,
A ring laser gyro block characterized in that the raw material constituting the backing glass tube is lead glass.
環状光路対応空洞、座グリ穴対応空洞、第2座グリ穴対応空洞、第1陰極開孔対応空洞、第2陰極開孔対応空洞、陽極開孔対応空洞より成り、第2座グリ穴対応空洞は座グリ穴対応空洞と比較して全長を長く構成し、第2座グリ穴対応空洞の外側先端のみを開口した裏打ちガラスチューブを製造する(工程2)、
下半ブロック、裏打ちガラスチューブ、上半ブロックをこの順に積み重ねて相互に接合してブロック半製品を製造する(工程3)、
ブロック半製品を加熱炉内に収容し、裏打ちガラスチューブに第2座グリ穴対応空洞の開口を介して空気を圧入しながら昇温し、裏打ちガラスチューブを下半ブロックおよび上半ブロックの内面に熱融着固定する(工程4)、
ブロック半製品を冷却した後、裏打ちガラスチューブの露出部位を除去して開口する工程(工程5)より成ることを特徴とするリングレーザジャイロブロックの製造方法。On both abutting surfaces, a bisecting annular optical path constituting an annular optical path, a bisecting countersunk hole constituting a counterbored hole, a bisecting first cathode opening constituting a first cathode opening, and a second cathode opening are provided. The lower half block and the upper half block in which the two-part second cathode opening and the two-part anode opening constituting the anode opening are formed are manufactured separately (step 1).
A cavity corresponding to an annular optical path, a cavity corresponding to a spot facing hole, a cavity corresponding to a second spot facing hole, a cavity corresponding to a first cathode opening, a cavity corresponding to a second cathode opening, a cavity corresponding to an anode opening, and a cavity corresponding to a second spot facing hole Is configured to have a longer overall length than the counterbore hole-corresponding cavity, and manufactures a backing glass tube that opens only the outer tip of the second counterbore hole-corresponding cavity (step 2).
A lower half block, a backing glass tube, and an upper half block are stacked in this order and joined together to produce a block half product (step 3).
Place the block semi-finished product in a heating furnace, raise the temperature while pressing air into the backing glass tube through the opening for the second counterbore hole, and place the backing glass tube on the inner surface of the lower and upper half blocks. Fixing by heat sealing (step 4),
A method of manufacturing a ring laser gyro block, comprising: a step of removing an exposed portion of the backing glass tube after the block semi-finished product is cooled and opening the block (step 5).
下半ブロックおよび上半ブロックは低熱膨張かつヘリウムガス不透過性の材料で構成され、裏打ちガラスチューブは石英ガラスで構成されることを特徴とするリングレーザジャイロブロック。An annular optical path-corresponding cavity and a counterbore cavity-corresponding cavity, a cathode-opening-corresponding cavity, and an anode, each having a lower half block and an upper half block that are formed symmetrically with respect to each abutment surface and are butt-joined In a ring laser gyro block comprising a backing glass tube composed of an opening-corresponding cavity, and sandwiching the backing glass tube between the lower half block and the upper half block, and joining and fixing the three members together,
A ring laser gyro block characterized in that the lower half block and the upper half block are made of a low thermal expansion and helium gas impermeable material, and the backing glass tube is made of quartz glass.
下半ブロックおよび上半ブロックは、双方の突き合わせ面に、環状光路を構成する2分環状光路、座グリ穴を構成する2分座グリ穴が形成され、上半ブロックには更に第1陰極開孔、第2陰極開孔および陽極開孔が形成され、座グリ穴対応空洞は座グリ穴対応空洞および第2座グリ穴対応空洞より成り、第2座グリ穴対応空洞は座グリ穴対応空洞と比較して全長を長く構成し、その外側先端を開口したものであることを特徴とするリングレーザジャイロブロック。The ring laser gyro block according to claim 7,
The lower half block and the upper half block are formed with a bisection annular optical path constituting an annular optical path and a half counterbore hole constituting a counterbore hole on both abutting surfaces, and the first cathode is further opened in the upper half block. A hole, a second cathode opening, and an anode opening are formed, and the counterbore corresponding cavity is composed of a counterbore corresponding cavity and a second counterbore corresponding cavity, and the second counterbore corresponding cavity is a counterbore corresponding cavity. A ring laser gyro block having a longer overall length than that of the outer ring and having an outer end opened.
裏打ちガラスチューブの露出部位を除去して開口したことを特徴とするリングレーザジャイロブロック。In the ring laser gyro block according to claim 8,
A ring laser gyro block that is opened by removing the exposed portion of the backing glass tube.
下半ブロックおよび上半ブロックは、双方の突き合わせ面に、更に、ガス溜部を構成する2分ガス溜部空洞が形成され、裏打ちガラスチューブは環状光路対応空洞および環状光路対応空洞に連通するガス溜部対応空洞を更に有するものであることを特徴とするリングレーザジャイロブロック。In the ring laser gyro block according to any one of claims 7 to 9,
In the lower half block and the upper half block, a halved gas reservoir cavity constituting a gas reservoir is further formed on both abutting surfaces, and the backing glass tube communicates with the annular optical path corresponding cavity and the annular optical path corresponding cavity. A ring laser gyro block further having a reservoir-compatible cavity.
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