JPH09166448A - リングレーザジャイロのディザ機構 - Google Patents

リングレーザジャイロのディザ機構

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JPH09166448A
JPH09166448A JP32576595A JP32576595A JPH09166448A JP H09166448 A JPH09166448 A JP H09166448A JP 32576595 A JP32576595 A JP 32576595A JP 32576595 A JP32576595 A JP 32576595A JP H09166448 A JPH09166448 A JP H09166448A
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JP
Japan
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dither mechanism
chassis
mounting surface
screws
screw
Prior art date
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Withdrawn
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JP32576595A
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Yasuyuki Sasaki
康之 佐々木
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Japan Aviation Electronics Industry Ltd
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Japan Aviation Electronics Industry Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 小型化を可能とする。 【解決手段】 リングレーザジャイロのレーザ共振器に
装着され、角振動する可動部22と、シャーシにネジに
よって固定される固定部41とを具備するディザ機構4
6において、固定部41のシャーシへの取付け面44を
可動部22と同軸心の円錐面とし、その軸心位置に上記
ネジが挿通される穴45を形成する。取付け面44のく
さび効果により、可動部22の軸心位置に固定部41を
設けてネジ締結するだけで、レーザ共振器の首振り運動
による反作用を支える充分な取付け面44の摩擦固定力
を得ることができる。これにより、圧電素子26接着組
立用治具の取付け空間確保が容易となり、可動部22を
小径化できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は回転角速度を検出
するリングレーザジャイロのレーザ共振器に、機械的に
微小角振動を与えるディザ機構に関する。
【0002】
【従来の技術】まず、リングレーザジャイロの構成の一
例を図5を参照して説明する。例えばガラスなどの熱膨
張係数が極めて小さい材料よりなるブロック11内に正
三角形の通路12が形成され、その通路12の正三角形
の各頂点に出力ミラー13、高反射ミラー14,15が
それぞれ配され、これらミラー13,14,15により
三角形のリング状光路が構成される。通路12内にはH
e・Neガスなどのレーザ媒質が封入され、通路12の
三角形の各辺とそれぞれ連通して陽極16,17及び陰
極18が設けられて、レーザ共振器19が構成される。
【0003】陽極16,17と陰極18との間に高電圧
を印加し、プラズマ放電を発生させてレーザ媒質を励起
し、リング状光路に互いに反対方向に進行する2つのレ
ーザ光を発振させる。この状態でレーザ共振器19にリ
ング状光路の軸心を中心とする角速度が印加されると、
2つのレーザ光に光路差が生じ、その光路差が2つのレ
ーザ光間に発振周波数差を生じさせる。従って、これら
2つのレーザ光を重ね合わせることにより干渉縞がで
き、この干渉縞を検出することによって入力角速度が測
定される。
【0004】ところで、このリングレーザジャイロにお
いては、入力角速度が減少していくと、互いに反対方向
に進行する2つのレーザ光の周波数差が減少し、入力角
速度がゼロになるよりも早い時期に、共通の周波数で振
動しようとする、いわゆるロック・イン現象が発生す
る。その結果、微小な角速度に対する検出機能が失われ
るため、このロック・イン現象を防止すべく、ディザ機
構21をブロック11の中央部に埋め込んで、レーザ共
振器19全体を、その角速度入力軸回りに機械的に振動
させることが行われている。
【0005】ディザ機構21は図6に詳細に示したよう
に、円筒状の可動部22と、その軸心から放射状に伸長
して可動部22に至る複数の腕状変形部23と、軸心位
置においてこれら変形部23と連結され、変形部23で
区切られた可動部22の各内部空間に突出した島状の固
定部24を有する静止部25とよりなり、各変形部23
の両側面には圧電素子26が取付けられている。各固定
部24は可動部22の軸心方向に、可動部22及び変形
部23より若干突出しており、その突出端面がシャーシ
への取付け面27とされる。また、各固定部24にはシ
ャーシ取付け用のネジが挿通される穴28が軸心方向に
貫通して形成されている。なお、この例ではディザ機構
21は3本の変形部23と3つの固定部24を有するも
のとされている。
【0006】各変形部23への圧電素子26の取付けは
接着によって行われる。図7はこの接着組立の様子を示
したものであり、一対のクランプ29aとネジ29bと
よりなる組立治具29により位置決め加圧されて、圧電
素子26が変形部23の両側面にそれぞれ接着固定され
る。上述のような構成とされたディザ機構21はブロッ
ク11の中央部に形成された円形の開口30に、その可
動部22の外周面が対接されて嵌装され、必要に応じて
接着される。一方、図8に示したように、各固定部24
の穴28にネジ31が挿通され、これらネジ31によっ
て固定部24がシャーシ32の取付け部33に取付け固
定される。従って、レーザ共振器19はネジ31、ディ
ザ機構21を介してシャーシ32上に搭載される。
【0007】図9はディザ機構21の動作説明図であ
る。変形部23の両側面に取付けられた圧電素子26に
通電することにより、変形部23は変形し、これにより
可動部22に角度変位が生じる。従って、圧電素子26
に交番電圧を印加することによって可動部22は角振動
し、よってレーザ共振器19に微小角振動を与えること
ができる。
【0008】このようなレーザ共振器19及びディザ機
構21は図10に示したように、回転質量34がねじり
ばね35を介して静止部36に支持されてなる機械的共
振系として表すことができ、ディザ機構21の変形部2
3がねじりばね35に相当し、シャーシ32が静止部3
6に相当する。この機械的共振系に求められる性能とし
ては、回転質量34即ちレーザ共振器19の首振り運動
であり、このためこの共振系を純粋な1自由度系の共振
系に近づける必要がある。従って、ねじりばね35と静
止部36との間、つまりディザ機構21とシャーシ32
との間にすべりがあってはならず、ネジ31によって固
定部24を強固にシャーシ32に固定する必要がある。
【0009】レーザ共振器19の首振り運動による反作
用は、ネジ31の軸力による固定部24の取付け面27
の摩擦力によって支えられ、レーザ共振器19の運動は
ねじり振動であるから、この摩擦力によるモーメントに
よって首振り運動の反作用を支えることになる。今、ネ
ジ31の本数をn、取付け面27の摩擦係数をμ、ネジ
31の軸力をF、ディザ機構21の中心軸(角速度入力
軸)とネジ31の軸線との距離をL(図11参照)とす
れば、レーザ共振器19の運動による反作用を支える保
持モーメントMは、 M=n・μ・F・L …(1) と表される。
【0010】この保持モーメントMの計算例を以下に示
す。 (前提条件) ネジの本数n:3 ネジサイズ:M5,ネジ有効径:φ4.48mm ネジの材料:ステンレス鋼 ネジ締め付け時のネジ断面応力:2.5×108 N/m
2 (≒25kgf/mm2 ) ディザ機構取付け面の摩擦係数μ:0.2 ディザ機構中心軸とネジ軸線との距離L:14mm ネジ1本当りの軸力Fは、 F=2.5×108 ×(π/4)×(0.00448)
2 ≒3.9×103 [N](≒395[kgf]) 従って、保持モーメントMは、 M=3×0.2×3.9×103 ×0.014 ≒33[N・m](≒332[kgf・cm]) となる。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】ところで、リングレー
ザジャイロは省スペースの点から、よりコンパクトな構
造が望まれており、レーザ共振器19の小型化において
はディザ機構21もより小型化を図る必要がある。しか
しながら、従来のディザ機構21はレーザ共振器19の
運動による反作用を支える所要の保持モーメントMを得
るべく、固定部24を中心軸から離している(式(1)
におけるLを大としている)ため、円筒状可動部22の
内部空間の大部分はこの固定部24によって占められ、
図7に示した圧電素子26の接着組立時に組立治具29
を取付けるための空間が確保しずらい構造となってお
り、従ってこの固定部24の存在及び組立治具29取付
けのための空間確保の点から、小型化を図ることが極め
て困難なものとなっていた。
【0012】この発明の目的は従来の欠点を除去し、小
型に構成することができるディザ機構を提供することに
ある。
【0013】
【課題を解決するための手段】この発明によれば、リン
グレーザジャイロのレーザ共振器を構成するブロックに
形成された開口に装着され、角速度入力軸回りに角振動
する可動部と、シャーシにネジによって取付け固定され
る固定部とを具備するディザ機構において、固定部のシ
ャーシへの取付け面が上記入力軸をほぼ軸心とする円錐
面とされ、その円錐面の軸心位置に上記ネジが挿通され
る穴が形成される。
【0014】
【発明の実施の形態】この発明の実施の形態を図1に示
した実施例により説明する。なお、図6と対応する部分
には同一符号を付し、その説明を省略する。この例では
円筒状可動部22の軸心位置において3本の腕状変形部
23と連結する静止部がシャーシとの固定部41とさ
れ、即ちこの軸心位置がシャーシに取付け固定される。
固定部41は図1に示したように変形部23で区切られ
た可動部22の各内部空間にわずかに突出する凸部42
を有しており、また可動部22の軸心方向に、可動部2
2及び変形部23より突出されて、その突出端側が可動
部22と同軸心の円錐台状とされている。なお、この円
錐台部43は、各変形部23が位置する角度位置におい
て、その円錐面が切欠かれた形状となっており、この円
錐面がシャーシへの取付け面44とされ、この円錐面の
軸心位置において固定部41にシャーシ取付け用のネジ
が挿通される穴45が貫通形成されている。
【0015】図2は上記のような構成とされたディザ機
構46が、ブロック11の開口30に装着されたレーザ
共振器19のシャーシ32への取付けを示したものであ
る。ディザ機構46の固定部41が取付け固定されるシ
ャーシ32の取付け部47に円錐状の凹部を形成し、こ
の凹部の円錐面48に取付け面44を対接させてネジ3
1により固定部41をシャーシ32に取付け固定する。
即ち、この例では円錐面同士が接触し、その軸心位置に
作用するネジ31の軸力により固定部41とシャーシ3
2とが結合される。
【0016】次に、このような取付け構造を有するディ
ザ機構46の保持モーメントM′を計算する。レーザ共
振器19の首振り運動による反作用を、固定部41の取
付け面44で支えるのは従来と同じであるが、取付け面
44が円錐面をなすため、くさび効果で大きくなった摩
擦力で支えることができ、このくさび効果の大きさは取
付け面44の円錐形の頂角の1/2をθとすると(図3
参照)、1/sinθ倍となる。従って、保持モーメン
トM′は、 M′=(μ/sinθ)・n・F・L′ …(2) 但し、L′はディザ機構46の中心軸と取付け面44上
摩擦力の作用点との距離 と表され、この保持モーメントM′を下記の条件で計算
する。 (条件) ネジの本数n:1 ネジサイズ、ネジ有効径:従来例と同じ ネジ材料、ネジ締め付け時のネジ断面応力:従来例と
同じ ディザ機構取付け面の摩擦係数μ:従来例と同じ ディザ機構中心軸と取付け面上摩擦力の作用点との距
離L′:10mm ディザ機構取付け面の円錐形の頂角の1/2(θ):
10° ネジ1本当りの軸力Fは、 F≒3.9×103 [N](≒395[kgf]) 従って、保持モーメントM′は、 M′=0.2×(1/sin10°)×1×3.9×1
3 ×0.01 ≒45[N・m](≒454[kgf・cm]) となり、ネジが1本かつL′が10mmとこれらの点で
は従来例より条件が悪いにもかかわらず、従来例の値
(M≒33N・m)より大きくなる。
【0017】一方、従来例の値(M≒33N・m)と同
等の値を得るためには、例えば上記条件でのL′を
7.4mmとすることができ、つまり固定部41を極め
て小径とすることができるため、可動部22の内部空間
の余裕は大幅に増大し、従ってディザ機構46を小型化
しても、圧電素子26の組立治具29取付けのための空
間を充分確保することができる。
【0018】なお、ディザ機構取付け面44の円錐形の
頂角の1/2:θの大きさは、小さい方がくさび効果が
大きくなり、力学的には有利となるが、部品加工のしや
すさも考慮して設定する必要があり、例えば上記条件に
示した10°程度が好ましい。また、このθの大きさは
図4に示したように、ディザ機構側(固定部41の取付
け面44)とシャーシ側(取付け部47の円錐面48)
でわずかに変え、即ち円錐面48の角度θbより取付け
面44の角度θaを0.5〜2°程度大きくして、両者
の接触部を確実に外側に位置させ、上記L′を大きくと
れるようにすべきである。
【0019】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれば
固定部41のシャーシ32への取付け面44を円錐形と
したことにより、固定部41、つまりディザ機構46の
シャーシ32とのネジ締結部分を可動部22の軸心位置
より離して設置しなくても、取付け面44における所要
の摩擦固定力を得ることができる。
【0020】従って、可動部22の内部空間が固定部4
1によって占有されることなく、余裕のあるものとなる
ため、可動部22を小径化しても圧電素子26接着組立
用の治具29の取付けのための空間を確保することがで
き、ディザ機構46の小型化を図ることが可能となる。
この発明によるディザ機構46を用いれば、レーザ共振
器19を小型に構成することができ、よってコンパクト
なリングレーザジャイロを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】Aはこの発明の一実施例を示す正面図、Bはそ
の側面図、CはAのGG断面図。
【図2】この発明によるディザ機構のシャーシへの取付
けを説明するための斜視図。
【図3】この発明によるディザ機構の力学的説明図。
【図4】図3の補助説明図。
【図5】リングレーザジャイロの一般的な構成を示す断
面図。
【図6】Aは従来のディザ機構を示す正面図、Bはその
側面図、CはAのGG断面図。
【図7】圧電素子の接着組立を説明するための図。
【図8】従来のディザ機構のシャーシへの取付けを説明
するための斜視図。
【図9】ディザ機構の動作を説明するための図。
【図10】レーザ共振器及びディザ機構が機械的共振系
をなすことを示す図。
【図11】従来のディザ機構の力学的説明図。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 リングレーザジャイロのレーザ共振器を
    構成するブロックに形成された開口に装着され、角速度
    入力軸回りに角振動する可動部と、シャーシにネジによ
    って取付け固定される固定部とを具備するディザ機構に
    おいて、 上記固定部の上記シャーシへの取付け面が上記入力軸を
    ほぼ軸心とする円錐面とされ、 その円錐面の軸心位置に上記ネジが挿通される穴が形成
    されていることを特徴とするリングレーザジャイロのデ
    ィザ機構。
JP32576595A 1995-12-14 1995-12-14 リングレーザジャイロのディザ機構 Withdrawn JPH09166448A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112595305A (zh) * 2020-11-25 2021-04-02 华中光电技术研究所(中国船舶重工集团公司第七一七研究所) 一种驱动三轴正交激光陀螺的抖动机构
CN112665571A (zh) * 2020-12-01 2021-04-16 华中光电技术研究所(中国船舶重工集团公司第七一七研究所) 一种激光陀螺嵌入式抖动系统

Cited By (4)

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CN112595305A (zh) * 2020-11-25 2021-04-02 华中光电技术研究所(中国船舶重工集团公司第七一七研究所) 一种驱动三轴正交激光陀螺的抖动机构
CN112595305B (zh) * 2020-11-25 2023-05-09 华中光电技术研究所(中国船舶重工集团公司第七一七研究所) 一种驱动三轴正交激光陀螺的抖动机构
CN112665571A (zh) * 2020-12-01 2021-04-16 华中光电技术研究所(中国船舶重工集团公司第七一七研究所) 一种激光陀螺嵌入式抖动系统
CN112665571B (zh) * 2020-12-01 2023-10-13 华中光电技术研究所(中国船舶重工集团公司第七一七研究所) 一种激光陀螺嵌入式抖动系统

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Effective date: 20030304