JPH04363621A - 光角速度計 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、光角速度計に関し、
特に１枚以上の凹面反射鏡を含む３枚以上の反射鏡によ
り環状光路を形成し、ほぼ単色のレーザ光をこの環状光
路に沿って互いに逆向きに廻転進行せしめ、これら２つ
のレーザ光間の周波数差を検出して環状光路の中心を通
る軸を回転軸とする回転の角速度を測定する光角速度計
に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１は光角速度計の従来例を示し、１は
熱膨張係数の小さいセラミック・ガラスより成る断面３
角形状のブロックである。このブロック１は環状光路の
一部を構成する細孔１２、１３、１４その他を内部加工
により構成し、Ｈｅ、Ｎｅなどのレーザ活性媒質を封入
する光角速度計の本体を構成するものである。２、３は
陽極、４は陰極、５は部分透過性平面固定ミラー、６は
全反射平面駆動ミラー、７は部分透過性凹面固定ミラー
であるが、これらはブロック１に対して真空気密を保つ
様に接合せしめられている。ここで、特に、部分透過性
平面固定ミラー５、全反射平面駆動ミラー６、部分透過
性凹面固定ミラー７は、セラミック・ガラス・ブロック
１と同様の熱膨張係数を有する材料により構成され、オ
プティカル・コンタクトによりブロック１に対して真空
気密を保持する様に接合せしめられている。そして、陽
極２、３および陰極４のそれぞれとブロック１とは、こ
れらの間に低融点金属シートを挟みこれを加圧すること
により、真空気密的に接合せしめられる。部分透過性平
面固定ミラー５には光路長制御用フォト・センサ９が結
合され、これにより部分透過性平面固定ミラー５を透過
したレーザ光の光度を検出して検出結果を光路長の制御
の用に供している。全反射平面駆動ミラー６はその背面
にピエゾ素子８が結合され、これにより全反射平面駆動
ミラー６のミラー面はその反射面の法線方向に駆動せし
められる。部分透過性凹面固定ミラー７には時計廻りレ
ーザ光（ＣＷ光）と反時計廻りレーザ光（ＣＣＷ光）と
を干渉、合成するプリズム１０を介して角速度検出用フ
ォト・センサ１１が結合している。セラミック・ガラス
・ブロック１には、上述の細孔１２、１３、１４即ちレ
ーザのゲインを得るために直線性のよい細孔１２、１３
、１４、レーザ光のモードを制限するアパーチュア１５
、１６、およびレーザ活性媒質の容積を稼ぐためのキャ
ビティ１７、１８、１９が形成されている。上述の通り
細孔、アパーチュア、キャビティにより共振器が構成さ
れる。２０、２１、２２はレーザ活性媒質中の不純物を
吸着するためのゲッタである。

【０００３】ここで、陽極２、３それぞれと陰極４との
間には図示されない外部電源が接続され、これらの間に
グロー放電を生起せしめてレーザ活性媒質を励起する。 これら陽、陰極間において励起されたレーザ媒質は励起
状態から下位の状態に復帰するときに或る特定の波長の
光を放出する。放出された光は３個のミラーを反射しな
がら細孔１２、１３、１４内を時計廻り（ＣＷ方向）お
よび反時計廻り（ＣＣＷ方向）に廻り、細孔内において
誘導放出してレーザ光となる。共振器内の細孔１２、１
３、１４より成る環状光路内をＣＷ方向およびＣＣＷ方
向に伝播する両レーザ光を部分透過性凹面固定ミラー７
から透過せしめ、これらはプリズム１０により干渉、合
成される。

【０００４】このとき、細孔１２、１３、１４より成る
環状光路の中心を通る軸を回転軸として、光角速度計に
角速度ωの回転が加えられると、上記干渉、合成された
光には強弱を繰り返すビートが現われる。ビートの周波
数ｆは下記の通りであり、加えられた角速度ωに比例し
ている。即ち、 ｆ＝４Ａω／λＬ 但し、Ａ：環状光路が囲む面積 λ：レーザ光の波長 Ｌ：環状光路の光路長 角速度検出用フォト・センサ１１により検出される光か
らこの光ビートの周波数を知ることにより、加速度ωを
測定することができる。

【０００５】ところで、複数の反射鏡により環状光路を
形成し、ほぼ単色のレーザ光をこの環状光路に沿って互
いに逆向きのＣＷおよびＣＣＷの向きに廻転進行せしめ
、これら２つのレーザ光間の周波数差を検出して環状光
路の中心を通る軸を回転軸とする回転の角速度を測定す
る光角速度計において、これを光角速度計として正常に
動作させるためには、ＴＥＭ００モードのレーザ光につ
いて Ｌ＝ｎλ（ｎ：整数） なる条件を満足せしめてＴＥＭ００モードのレーザ光が
最も強く発振しているようにする必要がある、と言うこ
とがわかっている。そこで、部分透過性平面固定ミラー
５を透過してきたレーザ光であるＣＷ光或はＣＣＷ光の
強度を光路長Ｌ制御用のフォト・センサ９で検出し、こ
の検出出力に対応した変形を光路長制御器２３を介して
ピエゾ素子８に与える。これにより、全反射平面駆動ミ
ラー６をその反射面の法線方向に駆動し、これを検出光
強度がピークとなるところ迄変位せしめる。上述の如く
に光路長を制御して、光角速度計を正常に動作する様に
している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述の型の光角速度計
は、共振器内のレーザ光を殆どＴＥＭ００モードのもの
のみとしなければならない。上述の光角速度計において
は、そのために、アパーチュア１５、１６を細孔１３、
１４に形成して高次のモードの発振ができないようにし
ている。しかし、実際は、ＴＥＭ００モード以外のモー
ドのレーザ光をすべて遮断することができるようにアパ
ーチュアの加工をすることは困難である。現実の光角速
度計においては、共振器の光路長によってはしきい値を
超えてＴＥＭ１０モードのレーザ光を発振してしまう場
合がある。ここで、ＴＥＭ１０モードのレーザ光の光強
度がピークとなる光路長ＬにおいてはＴＥＭ１０モード
のレーザ光の他にＴＥＭ００モードのレーザ光も発振し
ていてこれら両モードのレーザ光が相加されて或る光強
度を示す。 ところが、この或る光強度は、ＴＥＭ００モードのレー
ザ光の光強度がピークとなる光路長におけるＴＥＭ００
モードのレーザ光の光強度とほぼ同程度でこれと殆ど差
のない強度となることが多々ある。この場合の全反射平
面駆動ミラー６の変位量と光強度の関係の例は図７に示
される通りである。図７において、■はＴＥＭ００モー
ドのレーザ光のみが発振している範囲を示し、■はＴＥ
Ｍ００モードのレーザ光とＴＥＭ１０モードのレーザ光
の双方が発振している範囲を示す。即ち、■内のａで示
される点における光強度と■内のｂで示される点におけ
る光強度は同等であるので、光路長制御器２３を介して
全反射駆動ミラー６を変位せしめて光路長Ｌを決定する
に際してミラー６の変位量をａではなくしてｂと設定し
てしまう恐れがある。このように設定すると、この光角
速度計は動作不良の状態に陥る。

【０００７】この発明は、上述の通りの問題を解消した
光角速度計を提供しようとするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】１枚以上の凹面反射鏡を
含む３枚以上の反射鏡により環状光路を形成し、ほぼ単
色のレーザ光をこの環状光路に沿って互いに逆向きに廻
転進行せしめ、これら２つのレーザ光間の周波数差を検
出して環状光路の中心を通る軸を回転軸とする回転の角
速度を測定する光角速度計において、上記反射鏡の内の
１枚を透過し次いでＴＥＭ００モードのレーザ光以外の
モードのレーザ光を遮るスリットを通過したレーザ光の
光強度に着目して上記反射鏡の内の少なくとも１枚をそ
の反射面の法線方向に駆動変位せしめる様にして、光路
長の誤った設定をしない光角速度計計を提供しようとす
るものである。

【０００９】

【実施例】この発明の一実施例を図１、２及び３を参照
して説明する。この発明が適用される光角速度計自体は
従来例の項において詳述された通りのものであるので、
ここでこれを繰り返して説明することは省略する。この
発明においては、図２、３に示される如く上記部分透過
性平面固定ミラー５の表面に２４で示されるスリットを
形成する。このスリット２４はレーザ光の内のＴＥＭ１
０モードのレーザ光を遮る特性を有するものである。こ
のスリット２４を部分透過性平面固定ミラー５の表面の
内の図８に示されるレーザ光のＴＥＭ１０モード・パタ
ーンに対応するところに形成することにより、ミラー５
に入射するレーザ光の内のＴＥＭ１０モードのレーザ光
でスリットを介して外部に出ることができるＴＥＭ１０
モードのレーザ光は大きく減衰する。この結果は図６に
示される通りである。即ち、■の範囲におけるａ点の光
強度を■の範囲の光強度と比較して格段に大きくするこ
とができる。

【００１０】図２、３においては、この発明のスリット
２４を部分透過性平面固定ミラー５に形成した例が示さ
れているが、これは図４に示される如く光路長制御用フ
ォト・センサ９に形成することもできる。

【００１１】

【発明の効果】この発明は、１枚以上の凹面反射鏡を含
む３枚以上の反射鏡により環状光路を形成し、ほぼ単色
のレーザ光をこの環状光路に沿って互いに逆向きに廻転
進行せしめ、これら２つのレーザ光間の周波数差を検出
して環状光路の中心を通る軸を回転軸とする回転の角速
度を測定する光角速度計において、上記反射鏡の内の１
枚を透過し次いでＴＥＭ００モードのレーザ光以外のモ
ードのレーザ光を遮るスリット２４を通過したレーザ光
の光強度を上記反射鏡の内の少なくとも１枚である６を
その反射面の法線方向に駆動変位する様にしたので、Ｔ
ＥＭ００モードのレーザ光が発振している範囲■におけ
るａ点の光強度をＴＥＭ００モードとＴＥＭ１０モード
の双方が発振している範囲■に於ける光強度と比較して
図６に示される如く大きく異ならせることができる。従
って、光路長制御器２３を介して全反射平面駆動ミラー
６を変位せしめて光路長Ｌを決定するに際してミラー６
の変位をａ点ではなくしてｂ点と設定してしまう恐れは
なくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】光角速度計を説明するための図．

【図２】この
発明の部分透過性平面固定ミラーの斜視図。

【図３】この発明の部分透過性平面固定ミラーの平面図
。

【図４】この発明の光路長制御用フォト・センサ。

【図５】従来の部分透過性平面固定ミラーの斜視図。

【図６】この発明のスリットを通過してフォト・センサ
に入射する光強度と全反射平面駆動ミラーの変位量との
間の関係を示す図。

【図７】従来の部分透過性平面固定ミラーを介してフォ
ト・センサに入射する光強度と全反射平面駆動ミラーの
変位量との間の関係を示す図。

【図８】共振器におけるレーザ光のモード・パターンを
示す図。

【符号の説明】

１　　　　セラミック・ガラス・ブロック２　　　　陽
極 ３　　　　陽極 ４　　　　陰極 ５　　　　部分透過性平面固定ミラー ６　　　　全反射平面駆動ミラー ７　　　　部分透過性凹面固定ミラー ８　　　　ピエゾ素子 ９　　　　光路長制御用フォト・センサ１０　　　　プ
リズム １１　　　　角速度検出用フォト・センサ１２　　　　
細孔 １３　　　　細孔 １４　　　　細孔 １５　　　　アパーチュア １６　　　　アパーチュア １７　　　　キャビティ １８　　　　キャビティ １９　　　　キャビティ ２０　　　　ゲッタ ２１　　　　ゲッタ ２２　　　　ゲッタ ２３　　　　光路長制御器 ２４　　　　スリット

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　１枚以上の凹面反射鏡を含む３枚以上
   の反射鏡により環状光路を形成し、ほぼ単色のレーザ光
   をこの環状光路に沿って互いに逆向きに廻転進行せしめ
   、これら２つのレーザ光間の周波数差を検出して環状光
   路の中心を通る軸を回転軸とする回転の角速度を測定す
   る光角速度計において、上記反射鏡の内の１枚は部分透
   過性平面固定ミラーにより構成し、ＴＥＭ００モードの
   レーザ光以外のモードのレーザ光を遮るスリットを具備
   し、入射したレーザ光の強弱に応じた信号を発生する信
   号発生装置を具備し、上記部分透過性平面固定ミラーと
   上記信号発生装置との間に上記スリットを介在させ、上
   記反射鏡の内の少なくとも１枚をその反射面の法線方向
   に駆動変位せしめる駆動変位装置を具備し、上記信号を
   入力し上記駆動変位装置を制御する光路長制御器を具備
   したことを特徴とする光角速度計。