JPH0142153B2 - - Google Patents
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- JPH0142153B2 JPH0142153B2 JP61127111A JP12711186A JPH0142153B2 JP H0142153 B2 JPH0142153 B2 JP H0142153B2 JP 61127111 A JP61127111 A JP 61127111A JP 12711186 A JP12711186 A JP 12711186A JP H0142153 B2 JPH0142153 B2 JP H0142153B2
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
- G01C19/58—Turn-sensitive devices without moving masses
- G01C19/64—Gyrometers using the Sagnac effect, i.e. rotation-induced shifts between counter-rotating electromagnetic beams
- G01C19/66—Ring laser gyrometers
- G01C19/661—Ring laser gyrometers details
- G01C19/665—Ring laser gyrometers details control of the cavity
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
- H01S3/08—Construction or shape of optical resonators or components thereof
- H01S3/081—Construction or shape of optical resonators or components thereof comprising three or more reflectors
- H01S3/083—Ring lasers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
- H01S3/105—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling the mutual position or the reflecting properties of the reflectors of the cavity, e.g. by controlling the cavity length
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Description
【発明の詳細な説明】
［発明の技術分野］
本発明はリングレーザジヤイロの路長制御装置
に係り、特にミラーを作動する圧電デイスクの径
方向の収縮作用を用いたリングレーザジヤイロの
路長制御装置に関する。
に係り、特にミラーを作動する圧電デイスクの径
方向の収縮作用を用いたリングレーザジヤイロの
路長制御装置に関する。
［発明の技術的背景とその問題点］
好適なジヤイロ特性を得るためには、リングレ
ーザジヤイロの光学的路長を正確に制御しなけれ
ばならない。路長は通常リングレーザジヤイロ内
の可動ミラーの位置を調整する圧電装置を用いて
制御される。公知の構造では、圧電デイスクでは
積み重ねられ、ミラーの移動は圧電デイスクの厚
さの変化によつて行なわれる。このようなデイス
クに電圧が印加されると、デイスクの厚さは増大
する。デイスクに印加される電圧の大きさと極性
は最適なレーザ利得及び周波数を維持するような
レーザ出力から決められる。この路長制御装置
は、例えば温度変化や材料の不安定性によるリン
グレーザジヤイロブロツク及びミラーの寸法上の
変化を補正する必要がある。代表的な例として、
ミラーの最大調整距離は約100μインチである。
ミラーの動作の必要な精度及び分解能は例えば
1μインチ以下である。
ーザジヤイロの光学的路長を正確に制御しなけれ
ばならない。路長は通常リングレーザジヤイロ内
の可動ミラーの位置を調整する圧電装置を用いて
制御される。公知の構造では、圧電デイスクでは
積み重ねられ、ミラーの移動は圧電デイスクの厚
さの変化によつて行なわれる。このようなデイス
クに電圧が印加されると、デイスクの厚さは増大
する。デイスクに印加される電圧の大きさと極性
は最適なレーザ利得及び周波数を維持するような
レーザ出力から決められる。この路長制御装置
は、例えば温度変化や材料の不安定性によるリン
グレーザジヤイロブロツク及びミラーの寸法上の
変化を補正する必要がある。代表的な例として、
ミラーの最大調整距離は約100μインチである。
ミラーの動作の必要な精度及び分解能は例えば
1μインチ以下である。
ミラーが路長を制御するために動くとき、レー
ザビームによつて形成される平面の位置は、ミラ
ーの反射面、レーザビーム路の開口部及びレーザ
電極に対して実質的に一定でなければならない。
それは、この平面のいかなる位置変化もレーザ利
得及びレーザバイアス条件に悪影響すると考えら
れるからである。このレーザ平面を交叉する方向
の、加速度又は温度変化によるレーザロツクの変
形はその平面を相対的に変位せしめる。例えば全
路長が15インチ以下のような小さなリングレーザ
ジヤイロの場合、そのブロツクのゆがみによるレ
ーザ平面の過度の変位を防ぐことができるようレ
ーザブロツクは十分に堅固に作られる。この場
合、レーザ平面の変化の主な原因は圧電路長制御
装置がレーザビームの平面上でのみミラーを正確
に移動させることができないことである。圧電素
子の不均一な状態及び機構の製造部品の寸法誤差
は、路長調整のためのミラーの移動の際に傾きを
生じさせ、この傾きはレーザ平面の位置を変化さ
せる。
ザビームによつて形成される平面の位置は、ミラ
ーの反射面、レーザビーム路の開口部及びレーザ
電極に対して実質的に一定でなければならない。
それは、この平面のいかなる位置変化もレーザ利
得及びレーザバイアス条件に悪影響すると考えら
れるからである。このレーザ平面を交叉する方向
の、加速度又は温度変化によるレーザロツクの変
形はその平面を相対的に変位せしめる。例えば全
路長が15インチ以下のような小さなリングレーザ
ジヤイロの場合、そのブロツクのゆがみによるレ
ーザ平面の過度の変位を防ぐことができるようレ
ーザブロツクは十分に堅固に作られる。この場
合、レーザ平面の変化の主な原因は圧電路長制御
装置がレーザビームの平面上でのみミラーを正確
に移動させることができないことである。圧電素
子の不均一な状態及び機構の製造部品の寸法誤差
は、路長調整のためのミラーの移動の際に傾きを
生じさせ、この傾きはレーザ平面の位置を変化さ
せる。
［発明の目的］
従つて、本発明の目的はミラーの傾きを最小限
にするリングレーザジヤイロの正確な路長制御装
置を提供することである。
にするリングレーザジヤイロの正確な路長制御装
置を提供することである。
更に本発明の目的は簡潔な機械構造を有する路
長制御装置を提供することである。
長制御装置を提供することである。
［発明の概要］
本発明の上記目的及び他の目的は圧電デイスク
を有する以下の路長制御装置を用いることによつ
て達成される。圧電デイスクは円錐形部材内に取
付けられ、その円錐形部材の一つは、ミラーのダ
イヤフラムの中央に固接され、もう一つの円錐形
部材はミラーの外側又は基準面に固接される。圧
電デイスクの両側に電極が取付けられ、デイスク
に電圧が印加されると、デイスクの直径が収縮す
る。このデイスクの収縮は円錐形部材の変形によ
つて機械的増幅効果を持つて望ましい直線移動に
変換される。このようにして、ミラーの中央はミ
ラーのダイヤフラムの鋼性に対して、レーザビー
ムの平面上で直線状に引張られる。その結果、傾
くことなくミラーの移動が行なわれる。
を有する以下の路長制御装置を用いることによつ
て達成される。圧電デイスクは円錐形部材内に取
付けられ、その円錐形部材の一つは、ミラーのダ
イヤフラムの中央に固接され、もう一つの円錐形
部材はミラーの外側又は基準面に固接される。圧
電デイスクの両側に電極が取付けられ、デイスク
に電圧が印加されると、デイスクの直径が収縮す
る。このデイスクの収縮は円錐形部材の変形によ
つて機械的増幅効果を持つて望ましい直線移動に
変換される。このようにして、ミラーの中央はミ
ラーのダイヤフラムの鋼性に対して、レーザビー
ムの平面上で直線状に引張られる。その結果、傾
くことなくミラーの移動が行なわれる。
［発明の実施例］
まず、第１図を用いて本発明の基づく原理につ
いて説明する。上記したように、リングレーザジ
ヤイロの路長はミラー面１０のよううなミラー面
の位置によつて制御される。当分野の技術者には
明らかであるが、ミラー面１０は路長を調整する
ためにリングレーザジヤイロ（図示せず）内に備
えられている。ミラー面１０は、ミラーダイヤフ
ラム１２の一部を形成している。このミラーダイ
ヤフラム１２は、支持部材１４に固着されてい
る。この支持部材１４内には上部円錐形部材１６
と下部円錐形部材１８が収容されている。これら
の円錐形部材間には圧電デイスク又はピエゾセラ
ミツクデイスク２が配置されている。好適なピエ
ゾセラミツクデイスクはジルコンチタン酸鉛から
成り、直径は0.7インチ、厚さは0.02インチであ
る。このようなデイスクはデイスクの厚さ方向に
500Vの電圧が印加されると、約200μインチ径方
向に収縮する。デイスク２０が収縮すると、Ｘの
矢印方向にミラー面１０が大きく移動する。特
に、デイスクを半径をＲ、円錐形部材１６，１８
の長さをＬとすれば、Ｘ＝√2−2であるかか
ら、dX／dR＝Ｒ／√2−2となる。角αがゼロ
に近づけば倍率dX／dRは近似的に無限大とな
る。実際には材料の応力の限度及び部品の公差か
ら、αは約10゜に選択される。例えば、Ｒ＝0.35
インチ、Ｌ＝0.3554インチの場合、倍率dX／dR
は5.7である。すなわちＸ方向の変化はＲ方向の
変化の約5.7倍となる。この機械的な増幅効果は
幾何学構造に起因すする。更に、この構造は横加
速度による誤差を受けにくく、ミラーの移動は高
い再現性を有する。理論上、部品ときわめて堅固
な部材との間が完全に密着している場合には、デ
イスク２０に500Vの電圧が印加された時、ミラ
ーの移動は1140μインチ又は2.28μインチ／ボルト
である。印加電圧とミラー面１０の移動との関係
は実質的に直線関係で再現性がある。機械的増幅
効果もまた十分な動作に必要なデイスクへの印加
電圧を低減する。
いて説明する。上記したように、リングレーザジ
ヤイロの路長はミラー面１０のよううなミラー面
の位置によつて制御される。当分野の技術者には
明らかであるが、ミラー面１０は路長を調整する
ためにリングレーザジヤイロ（図示せず）内に備
えられている。ミラー面１０は、ミラーダイヤフ
ラム１２の一部を形成している。このミラーダイ
ヤフラム１２は、支持部材１４に固着されてい
る。この支持部材１４内には上部円錐形部材１６
と下部円錐形部材１８が収容されている。これら
の円錐形部材間には圧電デイスク又はピエゾセラ
ミツクデイスク２が配置されている。好適なピエ
ゾセラミツクデイスクはジルコンチタン酸鉛から
成り、直径は0.7インチ、厚さは0.02インチであ
る。このようなデイスクはデイスクの厚さ方向に
500Vの電圧が印加されると、約200μインチ径方
向に収縮する。デイスク２０が収縮すると、Ｘの
矢印方向にミラー面１０が大きく移動する。特
に、デイスクを半径をＲ、円錐形部材１６，１８
の長さをＬとすれば、Ｘ＝√2−2であるかか
ら、dX／dR＝Ｒ／√2−2となる。角αがゼロ
に近づけば倍率dX／dRは近似的に無限大とな
る。実際には材料の応力の限度及び部品の公差か
ら、αは約10゜に選択される。例えば、Ｒ＝0.35
インチ、Ｌ＝0.3554インチの場合、倍率dX／dR
は5.7である。すなわちＸ方向の変化はＲ方向の
変化の約5.7倍となる。この機械的な増幅効果は
幾何学構造に起因すする。更に、この構造は横加
速度による誤差を受けにくく、ミラーの移動は高
い再現性を有する。理論上、部品ときわめて堅固
な部材との間が完全に密着している場合には、デ
イスク２０に500Vの電圧が印加された時、ミラ
ーの移動は1140μインチ又は2.28μインチ／ボルト
である。印加電圧とミラー面１０の移動との関係
は実質的に直線関係で再現性がある。機械的増幅
効果もまた十分な動作に必要なデイスクへの印加
電圧を低減する。
第２図の実施例では、１対のピエゾセラミツク
デイスク３０，３２が用いられている。電極３
４，３６はそれぞれデイスク３０，３２に添着さ
れている。導線３８，４０によつてデイスク３
０，３２に電圧が印加される。この実施例では、
下部円錐形部材４２はミラーアセンブリ４８の突
出部４６に取付けられる取付部４４を有する、デ
イスク３０，３２は円錐形部材４２，５０内に予
め負荷されて組込まれるが、それはデイスクが挿
入された時、円錐形部材４２，５０の中心に圧力
がかかるように行われる。このように予め負荷す
ることは部品間を良好かつ滑動可能に密着させ
る。最後の組立てでは円錐形部材４２は、ミラー
の突出部４６に対して所定量予め負荷される。
デイスク３０，３２が用いられている。電極３
４，３６はそれぞれデイスク３０，３２に添着さ
れている。導線３８，４０によつてデイスク３
０，３２に電圧が印加される。この実施例では、
下部円錐形部材４２はミラーアセンブリ４８の突
出部４６に取付けられる取付部４４を有する、デ
イスク３０，３２は円錐形部材４２，５０内に予
め負荷されて組込まれるが、それはデイスクが挿
入された時、円錐形部材４２，５０の中心に圧力
がかかるように行われる。このように予め負荷す
ることは部品間を良好かつ滑動可能に密着させ
る。最後の組立てでは円錐形部材４２は、ミラー
の突出部４６に対して所定量予め負荷される。
動作について説明すれば、リングレーザジヤイ
ロの路長を調整するためにミラー面５２の位置を
変えたい時、電極３４，３６に電圧が印加され
る。上述したように、この電圧はピエゾセラミツ
クデイスク３０，３２を径方向に収縮させる。機
械的増幅効果をもたらす幾何学的構造故に、この
径方向の収縮作用はミラー面５２を作動する。
ロの路長を調整するためにミラー面５２の位置を
変えたい時、電極３４，３６に電圧が印加され
る。上述したように、この電圧はピエゾセラミツ
クデイスク３０，３２を径方向に収縮させる。機
械的増幅効果をもたらす幾何学的構造故に、この
径方向の収縮作用はミラー面５２を作動する。
円錐形部材４２，５０はセラミツクデイスクの
外縁に適用されるが、予め負荷されていて密接状
態になつていないため、ピエゾセラミツクデイス
ク固有の不正確さはほとんどこの実施例では関係
ない。更に、デイスクの熱膨張は自動的に補正さ
れ、セラミツク部品と他の構造部品とを綿密に適
合させる必要はない。本設計はミラーの中心と支
持部材の固定部分との間に再現性をもつて力が負
荷されるという理想的な状態に近づいている。本
装置は実質的に少しの傾きもなくミラー面５２を
作動する。従来の圧電アセンブリと異なつて、本
アセンブリはほとんど懸垂部分がなく、可動部品
は堅固な部材で支持されているため、比較的振
動、加速度及びシヨツクによる妨害を感じにくく
なつている。特に、円錐形部材４２，５０は、高
い自然振動数を保証するに十分堅固であるように
選択される。
外縁に適用されるが、予め負荷されていて密接状
態になつていないため、ピエゾセラミツクデイス
ク固有の不正確さはほとんどこの実施例では関係
ない。更に、デイスクの熱膨張は自動的に補正さ
れ、セラミツク部品と他の構造部品とを綿密に適
合させる必要はない。本設計はミラーの中心と支
持部材の固定部分との間に再現性をもつて力が負
荷されるという理想的な状態に近づいている。本
装置は実質的に少しの傾きもなくミラー面５２を
作動する。従来の圧電アセンブリと異なつて、本
アセンブリはほとんど懸垂部分がなく、可動部品
は堅固な部材で支持されているため、比較的振
動、加速度及びシヨツクによる妨害を感じにくく
なつている。特に、円錐形部材４２，５０は、高
い自然振動数を保証するに十分堅固であるように
選択される。
［発明の効果］
以上の説明からも明らかなように、本発明の目
的はミラー面を傾きを生じさせずに正確に動かす
装置を開示することによつて達成される。開示さ
れた装置は機械的増幅効果を有するとともにミラ
ーの移動は高い再現性を有する。
的はミラー面を傾きを生じさせずに正確に動かす
装置を開示することによつて達成される。開示さ
れた装置は機械的増幅効果を有するとともにミラ
ーの移動は高い再現性を有する。
本発明の修正及び変形は当分野の技術者には容
易に行なわれることで、このような修正及び変形
は全て特許請求の範囲に包含されるものである。
易に行なわれることで、このような修正及び変形
は全て特許請求の範囲に包含されるものである。
第１図は本発明の動作原理を概略的に示す図で
あり、第２図は本発明の一実施例を示す断面図で
ある。 １０，５２……ミラー面、１２……ミラーダイ
ヤフラム、１４……支持部材、１６，５０……上
部円錘形部材、１８，４２……下部円錘形部材、
２０，３０，３２……圧電デイスク又はピエゾセ
ラミツクデイスク、３４，３６……電極、３８，
４０……導線。
あり、第２図は本発明の一実施例を示す断面図で
ある。 １０，５２……ミラー面、１２……ミラーダイ
ヤフラム、１４……支持部材、１６，５０……上
部円錘形部材、１８，４２……下部円錘形部材、
２０，３０，３２……圧電デイスク又はピエゾセ
ラミツクデイスク、３４，３６……電極、３８，
４０……導線。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ ミラーの外周に取付けられた支持部材と、前
記支持部材内に配設され、一つは前記ミラーの中
央部に取付けられ、他方は前記支持部材にそれぞ
れ取付けられた一対の円錐形部材と、前記円錐形
部材と直径部分で係合する圧電デイスク手段と、
前記圧電デイスク手段を径方向に収縮させること
により、前記ミラー面を直線移動させるための、
前記圧電デイスク手段に厚さ方向に電圧を印加す
る手段とから成るリングレーザジヤイロの路長制
御装置。 ２ 圧電デイスク手段は一対のピエゾセラミツク
デイスクを有する特許請求の範囲第１項記載のリ
ングレーザジヤイロの路長制御装置。 ３ ピエゾセラミツクデイスクはジルコンチタン
酸鉛から成る特許請求の範囲第２項記載のリング
レーザジヤイロの路長制御装置。 ４ 圧電デイスク手段に電圧を印加する手段は、
前記圧電デイスク手段の両側に添着された一対の
電極を有する特許請求の範囲第１項記載のリング
レーザジヤイロの路長制御装置。 ５ ミラーの外周に取付けられた支持部材と、前
記支持部材内に配設され、一つは前記ミラーの中
央部に取付けられ、他方は前記支持部材にそれぞ
れ取付けられた一対の円錘形部材と、前記円錘形
部材と直径部分で係合する圧電デイスク手段と、
前記圧電デイスク手段を径方向に収縮させること
により、前記ミラー面の移動を機械的に増幅し、
かつ実質的にミラーの捩れを生ぜずに直線移動さ
せるための、前記圧電デイスク手段に厚さ方向に
電圧を印加する手段とから成るリングレーザジヤ
イロの路長制御装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US06/740,557 US4969726A (en) | 1985-06-03 | 1985-06-03 | Ring laser gyro path-length-control mechanism |
| US740557 | 1991-08-05 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62122187A JPS62122187A (ja) | 1987-06-03 |
| JPH0142153B2 true JPH0142153B2 (ja) | 1989-09-11 |
Family
ID=24977039
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61127111A Granted JPS62122187A (ja) | 1985-06-03 | 1986-05-30 | リングレ−ザジヤイロの路長制御装置 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4969726A (ja) |
| JP (1) | JPS62122187A (ja) |
| DE (1) | DE3615930A1 (ja) |
| FR (1) | FR2582803B1 (ja) |
| GB (1) | GB2176336B (ja) |
| SE (1) | SE462663B (ja) |
Families Citing this family (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5162951A (en) * | 1990-07-31 | 1992-11-10 | Eastman Kodak Company | Method for designing an optical system |
| US5323228A (en) * | 1991-04-22 | 1994-06-21 | Alliedsignal Inc. | Cavity length controller for ring laser gyroscope applications |
| US5132979A (en) * | 1991-08-16 | 1992-07-21 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Laser frequency modulator for modulating a laser cavity |
| RU2068191C1 (ru) * | 1996-02-12 | 1996-10-20 | Йелстаун Корпорейшн Н.В. | Многослойное пьезоэлектрическое деформируемое биморфное зеркало |
| DE19638507C1 (de) * | 1996-09-20 | 1998-01-15 | Fraunhofer Ges Forschung | Piezoelektrischer Aktor mit veränderbarer Steifigkeit |
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