JPS596519B2 - レ−ザ−ジヤイロスコ−プ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はレーザージヤィロスコープに関し、具体的には
、レーザージヤイロスコープ空胴内に４つの異なる周波
数の波を用いるレーザージヤイロスコープに関する。

更に具体的には、本発明は空胴内を循環するビームの一
部を抽出してその部分から空胴内で同じ極性を有するビ
ーム対間の周波数差を表わす出力信号を発生するのに用
いられる出力光学構造体に関する。一般的に、レーザー
ジヤイロスコープとは、レーザー媒体を通し両方向に循
環する２つ以上の波を用い系の回転が両方向に回転する
波に対する所要旋回時間を回転の速度および量に従つて
異なるようにしてある装置である。

２つの波を用いる系では、小さな理論的差周波数に対応
する低回転速度に対しては実際の出力差周波数は［ロツ
クイン」として知られている現象のために零又は期待さ
れるものよりも相当に小さいということが知られている
。

ロツクインの問題が生ずる理由は反射器またはフアラデ
一回転子などの路内の素子やレーザー媒体そのもの内の
散乱の中心からの波エネルギーの後方散乱を含む多数の
有り得べき要因から生ずる波間の結合のためであると信
じられている。この問題を補償するための最も早期の試
みには、異なる方向に伝搬するビームに異なる遅延時間
を受けさせるフアラデ一回転子の使用により２つのビー
ムを零出力レベルから遠く離れた零回転にバイアスする
という提案が含まれていた。不幸なことに、ロツクイン
を避けるために２つのビームを充分に遠く離すようにバ
イアスするだけではこれら２つのビーム間に大きな周波
数差が生じ、この周波数差は実際上非常に大きくて普通
の回転量によつて生ぜしめられる周波数の変化が合計周
波数に比してむしろ無意味になつてしまうようなもので
あつた。従つて、いかなる小さなドリフトも実際の所望
信号出力を抹殺してしまう可能性があつた。バイアスを
与えることを達成する別の試みには、対称的交流スイツ
チング波形を用いてフアラデ一回転子を一方向から他の
方向に切換えるものが含まれた。このような方式は交流
切換波形の対称性が１００万分の１よりも大きく維持さ
れなければならないという理由で実施するのが幾分困難
であることが証明されている。更に別に提案されかつ構
成された最も成功したレーザージヤイロスコープのうち
の１つはそれぞれ反対方向に伝搬する２対の４つの波を
用いている。

このような方式はケインペ・アンドリンガ（Ｋｅｉｍｐ
ｅＡｎｄｒｉｎｇａ）に対し許可された米国特許第３，
７４１，６５７号および同第３，８５４，８１９号の明
細書に示されている。このレーザーシステムでは、４つ
の波の各々に対し円偏波が用いられる。時計方向に伝搬
する波すなわちビームの対は反時計方向に伝搬する波の
対と同様に左旋回円偏波および右旋回円偏波の両方を含
む。２つのバイアス付与要素が設けられる。

水晶回転子などの装置が一方向の円偏波に対して他方向
の円偏波に対す曇のと異なる遅延を生じさせながらこれ
らの円偏波に対する遅延を生じさせ、この遅延は可逆的
である。すなわち、水晶を通しいずれかの方向に進む所
定偏波の波は同じ量の時間だけ遅延させられる。第２に
、フアラデ一回転子などの装置も波の路内に配置される
。この装置は非可逆的であつて、いずれかの偏波方向の
或る波に対して、それを通る２つの伝搬方向に対して異
なる時間遅延を与える。これらのレーザージヤイロスコ
ープ・システムのいずれにおいても、レーザー空胴内を
循環する各ビームの一部を抽出してレーザー空胴内で同
じ円偏波方向を有する波の対間の周波数差をそれぞれが
表わす２つの出力信号を生じさせることが必要である。

この目的を達成するため、それぞれが同じ偏波方向を有
する波を含む２つの新しいビームを生じさせるような仕
方でこれら２つのビームを出力構造体内の或る点におい
て結合することが希望される。出力信号を分離し、結合
しそして検出するための既知の出力構造体は機械的にか
さが大きくかつ信号エネルギーを浪費するものであり、
偏波の状態を充分に分離せず、検出器出力に混信を生じ
させるものであつた。

出力構造体内での信号エネルギーの浪費のために、比較
的に大きな割合の出力エネルギーを空胴から抽出する必
要があり、レーザー利得媒体からの比較的に大きな利得
を必要とした。これらの構造体の機械的な不都合さはこ
れらのシステムを多くの応用に用いるのを困難にしてい
た。更に、出力光学構造体内の種々の構成要素は互に直
接的な物理接触範囲内にないので、種種の構成要素間の
不整列の問題がドリフトの問題と同様にしばしば生じた
。また、多くの構族体において出力検出器に対する単一
のチツプ上に２つのダイオードを用いてこれらのダイオ
ードの特性がほぼ等しいものにするのは不可能であつた
。従つて、本発明の目的は、機械的に丈夫で、コンパク
トで効率良い出力構造体を有するレーザージヤイロスコ
ープ・システムを提供することである。本発明の他の目
的は、出力構造体の全ての構成要素が不整列およびそれ
に付随するドリフトの問題を除去するように機械的に直
接に結合され得るようになつたレーザ゛−ジヤイロスコ
ープ・システムを提供することである。

更に、本発明の目的は、得られる出力信号エネルギーが
最大に利用されるようになつたそのような出力構造体を
提供することである。

更に本発明の目的は、空胴内で同じ偏波方向を有する波
を他の対の波から完全に分離して検出器の２つの信号出
力間の混信を除去し、より安全でノイズのない信号を生
じさせることのできる構造体を提供することである。

更に、本発明の目的は単一のチツプ上に２つのダイオー
ドを用いることのできる出力光学構造体を提供すること
である。

本発明のこれらおよび他の目的は次のような組合せを提
供することによつて達成される。

すなわち、レーザー利得媒体を含むレーザージヤイロス
コープ空胴と、少くとも４つの周波数の波を生じさせる
偏波分散性構造体と、波に対するループすなわち閉じた
路を形成する複数の反射手段（そのうちの少くとも１つ
はそれに入射する波に対して部分的に透過性である）と
、ビームの分割器と、この部分的透過性反射手段を通し
て透過させられる波の一部をビーム分割器上の１つの共
通位置に指向させてビーム分割器が透過ビームおよび反
射ビームの両方を生じさせるようにする手段との組合せ
である。本願明細書において、「波」という用語は一方
向に伝搬する単一の電磁波だけを意味し、これに対して
、「ビーム」という用語は同じ路に沿い同じ方向に伝搬
する２つ以上の電磁波を意味するものとして用いられる
。上記の組合せは、更に、出力構造体内の円偏波をビー
ム分割器からの反射波および透過波の路内に位置する直
線偏波に変換する偏波変換手段と、この直線偏波された
波が該偏波変換手段から現われるときこの直線偏波され
た波の路内に配置されている偏波手段と、該偏波手段か
ら波が現われるときにそれらを受ける検出手段とを含む
ようにすることができる。好ましくは、波の数は４にさ
れ、空胴内のこれらの波の２つは第１の偏波方向をもつ
て円偏波され、空胴内のこれらの波の残りの２つは第２
の偏波方向をもつて円偏波される。第１の偏波方向を有
する波のうちの第１の波および第２の偏波方向を有する
波のうちの第１の波は路をまわつて第１の方向に循環し
、第１の偏波方向を有する波のうちの第２の波および第
２の偏波方向を有する波のうちの第２の波はその閉じた
路をまわつて逆方向に循環する。好ましい実施例におい
て、上記の部分的透過性反射手段、ビーム分割器、指向
づけ手段および変換手段は機械的に結合され、堅固な１
つのユニツトとして装着される。更にこのユニツトの一
部として上記の検出手段および偏波手段を更に含ませる
ことができる。上記の部分的透過性反射手段は透過性基
板を含む多層誘電体製の鏡で構成することができる。上
記の変換手段は４分の１波長板であるのが好ましく、こ
れに対して、指向づけ手段はレトロ・プリズム（Ｒｅｔ
ｒＯｐｒｉｓｍ）であるのが好ましい。本発明はまた次
の組合せによつても実施することができる。

すなわち、レーザー利得媒体を含むレーザージヤイロ空
胴と、少くとも４つの周波数の波を生じさせる偏波分散
性構造体と、波を伝搬させるループまたは閉じた路を形
成するように配置された複数の反射器と、透過性基板と
、空胴内の波に対する反射手段の１つを形成する透過性
基板の一表面上の誘電体材料製の複数の層と、透過性基
板から第１のビームが現われる位置において透過性基板
の第２の表面の部分上に配置されているビーム分割器と
、このビーム分割器上に配置された４分の１波長板と、
この４分の１波長板に隣接する第１の表面を有すると共
にこの第１の表面と反対側にありかつ第１の表面に対し
て傾斜している少くとも一部は反射性の複数の第２の表
面と、プリズムの第４の非反射性表面に隣接して配置さ
れている第１および第２の偏光子と、これら第１および
第２の偏光子に隣接して配置されている第１および第２
の検出器との組合せである。基板から現われた第１のビ
ームは予め定めた位置においてビーム分割器にあたり、
基板から現われた第２のビームはビーム分割器に触れる
ことなしに４分の１波長板を通過してプリズムの反射面
の両方からビーム分割器上の第１のビームがあたつたの
と同じ位置へ戻るように反射される。これによつてそれ
ぞれが４つの周波数の全ての波を含む透過波および反射
波が発生される。ビーム分割器上の同じ位置からの第１
の透過波および第１の反射波は基板を通過しそして再び
誘電体材料の複数の層の後側から基板を通つて４分の１
波長板へと反射され、最後にプリズムの反射面の１つか
ら第１の偏光子および第１の検出器へと反射される。こ
の第１の偏光子はその点においてビームに含まれる４つ
の波のうちの好ましい２つだけを通過させるように方向
づけられている。ビーム分割器上のその点からの第２の
透過波および第２の反射波はプリズムの反射面のうちの
同じ反射面から第２の偏光子および第２の検出器へと反
射される。この第２の偏光子は他の２つの波を第２の検
出器に結合するように方向づけられている。好ましい実
施例においては、誘電体材料の層、基板、ビーム分割器
、４分の１波長板、およびプリズムは堅固な構造体を形
成するように機械的に相互接続されている。更に、第２
および第３の４分の１波長板を設けることができ、第２
の４分の１波長板はプリズムと第１の偏光子との間に配
置され、第３の４分の１波長板はプリズムと第２の偏光
子との間に配置される。これら第２および第３の４分の
１波長板をぜしめられるビーム中の干渉または混信を減
らすという付加的利点も得られる。以下図面を参照しな
がら本発明を説明する。

第１図には本発明が有利に用いられるレーザージヤイロ
スコープ・システムのプロツクダイヤグラムが示されて
いる。レーザージヤイロスコープ空胴５は米国特許第３
，７４１，６５７号および同第３，８５４，８１９号明
細書ならびに本願明細書の「発明の詳細な説明」の欄の
始めの部分に記載されたような仕方で動作する。レーザ
ージヤイロスコープ空胴５は４つの電磁レーザー波を伝
搬させる閉じた通路すなわち再入型の通路を有する。こ
の通路はレーザ利得媒体１０、反射鏡１２および１３、
水晶回転子１７およびフアラデ一回転子１８を含む偏光
分散性構造体１６、反射鏡１５、および、出力反射鏡２
２を含む。水晶回転子１７およびフアラデ一回転子１８
によつて生ぜしめられるバイヤスのために上記の閉じた
通路内を伝搬する周波数ｆ１〜Ｆ４の４つの電磁波が存
在する。周波数ｆ１およびＦ４の波は時計方向に循環し
て空胴５内に１つのビームを形成し、これに対して、周
波数Ｆ２およびＦ３の波は反時計方向に循環して第２の
ビームを形成する。これら４つの波の全ては円偏波され
るのが好ましく、その際周波数ｆ１およびＦ２の波は一
つの向きをもつて円偏波されかつ周波数Ｆ３およびＦ４
の波は逆の向きをもつて円偏波される。レーザー利得媒
体１０に対する利得曲線上の位置が第２図の下側の図に
示されている。このシステムからの出力信号は予め定め
た期間から始つてレーザージヤイロスコープ空胴５が経
験した合計回転量を表わすデイジタル数または他の信号
であるか、或いは、レーザージヤイロスコープ空胴５の
現在の回転速度を表わすデイジタル信号または他の信号
であることが望ましい。

この回転速度は下記の式に従つて計算される。ここで、
Ωはジヤイロスコープの感応軸のまわりでの回転速度を
表わし、Ｌは合計路長を表わし、Ａはこの路内に包囲さ
れる実効面積を表わし、λはレーザージヤイロスコーブ
空胴５内を伝搬する波の波長を表わす。

回転量は上記の式を時間について積分することにより得
られる。回転量を表わす信号を生じさせるためにはまず
それぞれＦ４−Ｆ３およびＦ２−ｆ１で表わされる１方
の円偏波の空胴波間の周波数差を表わす信号および他方
の円偏波における周波数差を得ることが必要である。

第１の検出器ダイオードで周波数ｆ１およびＦ２のビー
ムを結合しそして第２の検出器ダイオードで周波数Ｆ３
およびＦ４のビームを結合するという動作をいずれのダ
イオード上にも他の２つの波を存在させることなしに行
うのが出力光学構造体３０の機能である。出力処理回路
３２は右旋回円偏波信号と左旋回円偏波信号との間の差
を表わす信号を上記の式に従つて回転量を表わすデイジ
タル数に変換する。出力処理回路３２は更に２つの出力
ダイオードから得られる信号の振幅に作用して、それら
の信号振幅から、波の対に一致している利褥が実質上等
しくなるようにレーザージヤイロスコープ空胴５内に適
当久合計路長を維持する如く圧電変換器２０を動作させ
るアナログ信号を発生する。第２図には本発明を実施す
る出力光学構造体の概略図が示されている。

出力反射鏡２２はレーザージヤイロスコープ空胴５内に
閉じた路を規定する反射器の１つを形成する。出力反射
鏡２２は、それに入射する２つのビームの大．部分に望
ましくは９９％以上反射するのが好ましい。しかしなが
ら、各出力ビームの一部分は出力反射鏡２２を通し透過
してそれの後側から反射鏡４０および４１の方向に現わ
れる。すぐ後に与えられる説明のために出力反射鏡２２
を通る円偏波の透過がその偏光状態を実質上変えない場
合を考えよう。

ＣＣＷと記された透過反時計方向ビームはそれぞれ例え
ば左旋回円偏波および右旋回偏波の周波数Ｆ２およびＦ
３を含む。第２図中の２つの小さな図面に示されたよう
に、各波の偏波方向は反射時に公知のように左手側から
右手側または右手側から左手側へと変゛るために空胴路
の次々の辺において逆になつている。従つて、ＣＷと記
された時計方向ビームはそれぞれ右旋回円偏波および右
旋回円偏波の周波数ｆ１およびＦ４の波を含む。時計方
向ビームは反射鏡４０からビーム分割器４２上の予め定
めた位置まで反射される。反時計方向ビームは同様に反
射鏡４１によつてビーム分割器４２上の同じ位置まで反
射される。ビーム分割器４２にあたつた各ビームはほぼ
等しい大きさにあることの好ましい透過成分および反射
成分の両方を生じさせる。ビーム分割器４２はビーム分
割面を透過したビームおよびそれから反射されたビーム
を同等に直線的に結合するように角度的に整列させられ
ている。従つて、ビーム分割器４２からの透過ビームと
反射ビームとを結合したものはそれぞれ４つの周波数の
全部の周波数の波を含む。時計方向ビームの透過部分お
よび反時計方向ビームの反射部分は同じ路に沿つて４分
の１波長５３へと伝搬する。同様に、反時計方向ビーム
の透過部分および時計方向ビームの反射部分は共に同じ
路に沿つて４分の１波長板４３へと伝搬する。従つて、
ビーム分割器４２と４分の１波長板４３および５３との
間で右旋回円偏波周波数の対および左旋回円偏波周波数
の対は結合されてしまい、共に同じ路に沿い同じ方向に
進行しつつある。例えば、４分のｌ波長板５３の前には
左旋回円偏波されている周波数ｆ１およびＦ２の波と右
旋回偏波されている周波数Ｆ３およびＦ４の波とが存在
する。これら同じ周波数の波はビーム分割器４２と４分
の１波長板４３との間に逆の円偏波方向をもつて存在す
る。４分の１波長板４３および５３は例えば左旋回円偏
波が垂直偏波に変換されかつ右旋回円偏波が水平偏波に
変換されるように方向づけられる。

直線偏波だけを通す偏光子４４および５４が設けられる
。これらは互に直交関係に方向づけられ、それ故例えば
偏光子４４は水平偏波だけを通過させそして偏光子５４
は垂直偏波だけを通過させる。この構成では、偏光子５
４と検出器ダイオード５５との間のビームは直線垂直偏
波を有する周波数ｆ１およびＦ２のみからなり、偏光子
４４と検出器タイオート４５との間のビームは水平偏波
を有する周波数Ｆ３およびＦ４のへからなる。単に２つ
の周波数のみの波が各検出器ダイオードにあたり、他の
２つの周波数の波は完全に除去されているということは
容易に理解されよう。結合用ビーム分割器からの透過ビ
ームおよび反射波の両方が最終出力ビームを形成するよ
うに利用されることは本発明での顕著な利点である。

従来技術の出力光学装置においては、ビーム分割器から
の２つの出力ビームのうちの１つだけが利用された。従
つて、本発明を利用すれば、出力エネルギーの半分の浪
費は除去される。前と同様にそのエネルギーの半分だけ
をレーザージヤイロスコープ空胴から抽出すればよく、
それ故レーザー増幅器およびレーザー利得媒体から必要
とされる利得は減らされる。第３図には全ての出力光学
構成要素が機械的に堅固でちみつな構造体内に機械的に
相互接続されるようになつた本発明の実例例が示されて
いる。

この実施例において、完全に透過性のガラスで構成され
得る反射鏡基板１０４はそれの滑らかな一表面上に大部
分を反射する反射鏡を形成するように複数の誘電体材料
層１０２で被覆される。この反射鏡はレーザージヤイロ
スコープ空胴５の閉じた路を規定する反射素子の１つを
形成する。誘電体材料層１０２の数および構成はそれに
入射するビームの一部分が反射鏡基板１０４中に透過さ
せられるように選ばれる。代表的には入射ビーム内のエ
ネルギーの１／２％が反射鏡基板１０４中に透過させら
れる。同じく誘電体材料で形成されるビーム分割器１０
６は複数の誘電体層１０２から反射鏡基板１０４の反射
側の平行な表面の隣りに配置される。

ビーム分割器１０６内には開口が形成されていて図面に
示されているようにビームがそれを通過できるようにし
てある。実際上、ビーム分割器１０６は、４分の１波長
板１０８の表面上に誘電体材料を付着させそしてその後
例えばイオンビームエツチング技術を用いて環状部をエ
ツチングして必要な開口を形成することによつて形成す
ることができる。ビーム分割器１０６内に環状部の形の
開口を設けることによつて、４分のｌ波長板１０８およ
び分割器１０６からなる構造体を回転させて４分の１波
長板１０８とそれに入射するビームとの間に適正な相互
作用を与え、例えば左旋回円偏波のビームが完全に垂直
直線偏波に変換されかつ左旋回円偏波のビームが完全に
水平直線偏波に変換されるようにすることができる。４
分の１波長板１０６の上表面に隣接してレトロ・プリズ
ム１１０の下表面が配置されている。

レトロ・プリズム１１０は高度に透過性のガラスで構成
するのが好ましい。４分の１波長板１０８と接するレト
ロ・プリズム１１０の表面に図面に示されたビーム反射
角を与えるようにレトロ・プリズム１１０の２つの付加
的表面が対向している一属化被覆のいずれかから構成さ
れ得る反射性被覆１１２および１１４が設けられている
。

第３図の左手側に示されているレトロ・プリズム１１０
の第４の表面に隣接して偏光子１１６および１１８が配
置されている。

検出器ダイオード１２０および１２２が偏光子１１６お
よび１１８に対向して配置されてこれらの偏光子によつ
て透過された直線偏波を受ける。偏光子１１６および１
１８は前と同様に互に直交関係に方向づけられている。
ダイオード取付け部材１２４は検出器ダイオード１２０
および１２２ならびに偏光子、１１６および１１８をレ
トロ・プリズム１１０の左表面に固定する。第３図に示
された装置は第２図に示された装置と同様な仕方で動作
して反対の円偏波方向の波を排除しながら同じ円偏波方
向の空胴波を結合しそしてこの結合された波を信号エネ
ルギーの大きな浪費を伴うことなしに検出器ダイ万ード
に送る。第３図に示された装置の動作は装置内の選ばれ
たいくつかの点に？ける種々の波に対する偏波状態を示
す下記の第１表に示されている。

第１表において斜め上につけた記号［Ｌ」は左旋回円偏
波を示し、記号［Ｒ］は右旋回円偏波を示し、記号「Ｖ
」は垂直直線偏波を示し、記号［Ｈ」は水平直線偏波を
示す。

前と同様に、下側にある記号は特定の波の周波数を示す
。４分の１波長板１０８は右旋回円偏波および左旋回円
偏波がそれぞれ水平直線偏波および垂直直線偏波に変換
されるように、すなわちその高速軸方位が＋４５るとな
るように方向づけられる。

また、注目すべきことは、水平偏波および垂直偏波が４
分の１波長板１０８を通りいずれかの方向に通過したと
きそれぞれ右旋回円偏波および左旋回円偏波に変換され
ることである。４分の１波長板１０８の下方の全てのビ
ームは円偏波され、４分の１波長板１０８の上方のビー
ムは直線偏波されることが理解される。

水平偏波および垂直偏波は入射面内にある垂線を有する
表面からの反射に対する定常モードであるので、４分の
１波長板１０８の上方の表面のうちの任意の表面から反
射したときに混信を誘起する偏波の消失は生じない。代
表的なビームの通過は装置を通してトレースすることが
できる。

レーザージヤイロスコープ空胴５内にある点Ａにおいて
反時計方向に循環するビームはそれぞれ左旋回円偏波お
よび右旋回円偏波である周波数Ｆ２およびＦ３を有する
。これらのビームの小部分は誘電体層１０２を通して反
射鏡基板１０４中に透過させられる。入射ビームの偏波
は誘電体層１０２への垂線に対する入射角が小さいため
に実質上維持される。レーザージヤイロスコープ空胴５
は入来ビーム間の角度が３００以下となるような仕方で
構成されるのが好ましい。

誘電体層１０２へのそのような小さな入射角を維持する
ことによつて、円偏波の高程度の維持が達成される。入
射角が大きい場合は、誘電体層１０２の後表面から現わ
れるビームの扁平度は急速に増す。扁平度が増すと、各
検出器ダイオードにおいて得られる信号エネルギーは偏
光子を不所望成分を完全に除去するように方向づけるか
或いは所望信号の最大振幅を通過させるように方向づけ
る必要があるという理由で減つてしまう。ビームはもは
や楕円偏波に対し直交するエネルギーではないので偏光
子を所望信号の最大振幅の両方を通過させしかも不所望
成分の全てを除去するように方向づけることはできない
。前者の場合所望出力信号間に混信が生ずるのに対し、
後者の場合信号振幅の減少が生ずる。反射鏡基板１０４
内にある点Ｂにおいて、レーザージヤイロスコープ空胴
内を循環する４つの波からの反時計方向成分が存在する
。

これらはそれぞれ左旋回円偏波および右旋回円偏波の周
波数Ｆ２およびＦ３のものである。ビーム分割器１０６
の開口および４分の１波長板１０８を通過するときこれ
らの波はそれぞれ垂直偏波および水平偏波に変換される
。レトロ・プリズム１１０の上表面上の反射被覆１１４
および１１２から反射された後に同じ偏波は維持される
が、しかしながらこのビームはそれぞれ右旋回円偏波お
よび左旋回円偏波の周波数ｆ１およびＦ４の時計方向ビ
ームからの成分を含む「Ｉ」と記号をつけたビームと同
じ位置でビーム分割器１０６の上表面上に一致するよう
な仕方で横方向距離に変位させられる。透過成分および
反射成分はビーム分割器１０６への共通入射点からの反
射ビームおよび透過ビームの両方が４つの周波数の全て
の周波数の波を含むような仕方でこれらのビームから生
ぜしめられる。ビームＪは水平偏波の周波数ｆ１および
Ｆ２の波ならびに垂直偏波の周波数Ｆ３およびＦ４の波
を含み、後者の２つは４分の１波長板１０８によつて円
偏波から直線偏波に変換されてしまつている。同様に、
ビームＤは左旋回円偏波の周波数ｆ１およびＦ２の波な
らびに右旋回円偏波の周波数Ｆ３およびＦ４の波を含む
。偏波方向は誘電体層１０２の後側から反射されるとき
逆になる。ビームＥはビーム分割器１０６の開口を通過
しそして直線偏波に戻るように変換されて水平偏波の周
波数ｆ１およびＦ２の波ならびに垂直偏波の周波数Ｆ３
およびＦ４の波を含むビームＦになる。ビームＦおよび
Ｊは反射性被覆１１２によつて偏光子１１６および１１
８へと反射される。

偏光子１１６は水平偏波だけを通過させるように方向づ
けられ、これに対し偏光子１１８は垂直偏波だけを通過
させるように方向づけられている。このようにして、周
波数ｆ１およびＦ２を有する波は検出器１２０に結合さ
れ、周波数Ｆ３およびＦ４の波は検出器１２２に結合さ
れる。各検出器に入射する２つの波の間のヘテロダイン
動作はその検出器内で生じて低周波数または直流成分に
よつてバイアスされている正弦波の形の出力信号を生じ
させる。

各正弦波の周波数は特定の検出器に入射する２つの波間
の周波数差に等しく、これに対して、出力信号の平均振
幅に比例する各直流成分の大きさはこれら２つの入射波
の強度の和に比例する。出力処理回路３２により更に処
理することにより、回転量を表わすデイジタル信号と圧
電変換器２０の動作に対し用いられるアナログ信号とが
発生されてレーザージヤイロスコープ空胴５内の適当な
路長が維持される。第３図に関連しと説明した本発明に
より丈夫でコンパクトで機械的に堅固な構造体が提供さ
れるのが理解されよう。

従来技術においては、各個々の光学的構成要素は個々の
フレーム上に別個に装着され、このフレームは下側にあ
る基板に固定された。本発明を利用すれば、出力光学構
造体は単一の堅固なユニツトの形で提供されてスペース
を大きく節役する。この利点はいかなる構成要素によつ
て占められるスペースも合計重量も最小にされるべきで
ある多くの応用において極めて重要である。第４図には
コンペクトで丈夫な機械的出力光学構造体が設けられる
ようになつた本発明のもう１つの実施例の断面図が示さ
れている。

第４図に示された実施例の装置は第３図に示されたもの
と殆んど同じ仕方で動作するが、ただしビーム分割器お
よび４分の１波長板の位置が逆にされている点および異
なる形状のプリズム１３０が用いられていて異なるビー
ム路を生じさせるという点で相異する。また、偏光子１
１６および１１８ならびに検出器ダイオード１２０およ
び１２２は一部が反射性被覆１３４で覆われているレト
ロ・プリズム１３０の同じ表面上に取り付けられている
。第４図に示された装置に対する動作は装置内に存在す
る波の周波数および偏波状態を示す第２表に詳記されて
いる０第２表 ［−」は代表的には３０状ないし４５２というような或
る角度たけ水平に対して正および負に方向づけられた直
線偏波を意味する。

多層誘電体被覆を通しての透過は円偏波の偏波状態を変
えてそれらを楕円にする。

この効果は入射面に垂直に振動する波（゛Ｓ゛偏波）と
比較して電界の振動の主面が入射面内に存在する電磁波
（゛Ｐ゛偏波）の透過の差から生ずる。これら２つの偏
波に対する透過率の比は入射角によつて左右され、代表
的には１，２ないし５の値を有する。これは透過波の対
応的な扁平さを生じさせ、直線偏波ではなくて楕円偏波
を有する波を生じさせてしまう。従つて偏光子は各ダイ
オードにおける２つの不所望波を阻止することができな
い。しかしながら、第４図の４分の１波長板１３６およ
び１３８では不所望波の偏波は不所望偏波を阻止するよ
うに方向づけられている偏光子をもつて各場合において
直線にされる。従つて混信は完全に除去される。更に、
仮に反射鏡１０２の裏側における反射時に偏波の変化が
あつたとしたら、これは同じ４分の１波長板１３８をも
つて同時に補償され得る。前述したように、混信を除去
する望ましさはジヤイロスコープ出力ノイズを考察する
ことから理解される。本発明は信号エネルギーを小量だ
け減少させるだけで出力反射鏡１０２の異なる゛Ｓ゛お
よび゛Ｐ゛透過率の存在の下でも混信の除去を可能なら
しめる。第４図および第５図に示された実施例において
、４分の１波長板は４５示ではなくて０゜に方向づけら
れるべきである。この場合反射鏡１０２から出た楕円偏
波は直ちに４分の１波長板によつて２つの一搬的に非直
交面内にある直線偏波に変換される。従つて、これらの
波が更に別の偏波消失性要素に出会わないときは、混信
は付加的な４分の１波長板を必要とすることなしに偏光
子１１６および１１８の使用によつて除去し得る。第５
図には機械的に丈夫で堅固でコンパクトな構造体の形に
ある本発明のもう１つの実施例が示されている。

種々のビームの偏波状態が第３表に示されている。
第 ．表第４図の装置で用いられたプリズム形状がこの
実施例で用いられている。

しかしながら、ビーム分割器１０６に隣接して４分の１
波長板は設けられていない。しカルながら、個々の４分
の１波長板１３６および１３８が偏光子１１６および１
１８に隣接して設けられている。この実施例は各検出器
ダイオードに対する４分の１波長板が個々に調整され得
るという利点を達成する。これ４１ま或る程度の偏波の
消失が生じて種々の反射性被覆および誘電体層からまた
はそれらを通して、或いは非理想的４分の１波長板から
の位相誤差の差または反射率の差または透過率の差のた
めに楕円偏波を生じさせる情況で有用である。更に、第
５図の実施例においてビーム分割器１０６に隣接して４
分の１波長板を設けることができ、或いは、等価的な方
法として、第４図の実施例の偏光子１１６および１１８
の前に個々の４分の１波長板を設けることができる。２
重の４分の１波長板は個々のビームの偏波の消失によつ
て生ぜじめられる殆んど全ての収差を除去するという利
点を有する。

本発明は図面に示された実施例に限定されるものでなく
、本発明の範囲内で種々の変形が可能なことが理解され
よう。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明が有利に用いられるレーザージヤイロス
コープ・システムのプロツクダイヤグラム、第２図は別
個に装着された光学的構成要素を備える本発明に従う出
力構造体を示す図、第３図は全ての出力構成要素が１つ
の機械的に堅固な構造体内に結合されている本発明に従
う出力構造体の断面図、第４図は本発明のもう１つの実
施例の断面図、第５図は本発明の更にもう１つの実施例
の断面図である。 ５・・・・・・レーザージヤイロスコープ空胴、１０・
・・・・・レーザー利得媒体、１２，１３，１５・・・
・・・反射鏡、１６・・・・・・偏波分散性構造体、１
７・・・・・・クリスタル回転子、１８・・・・・・フ
アラデ一回転子、２０・・・・・・圧電変換器、２２・
・・・・・出力反射鏡、３０・・・・・・出力光学構造
体、３２・・・・・・出力処理回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ （ａ）（イ）レーザー利得媒体と、 （ロ）各々が異なつた周波数を有する２対の円偏波を発
   生する偏波分散構造体と、（ハ）前記２対の円偏波を維
   持するための閉路を形成するように配置された複数の反
   射手段と、を有し、前記２対の円偏波の一方の対の波は
   前記閉路を他方の対の波と反対方向に伝搬し、各対の波
   は夫々反対の第１及び第２偏波方向を有し、前記反射手
   段の少なくとも１つは前記２対の波を部分的に透過する
   、レーザ−ジャイロスコープ空胴と、（ｂ）ビームを分
   割する部分と、前記波の一部が通過し得る透過部分とを
   有するビーム分割器と、（ｃ）前記の部分的に透過性の
   反射手段を透過した波の一部を直接に固体誘電体媒質を
   通して前記ビーム分割器面へと指向させて前記ビーム分
   割器をして反射波及び透過波を生じさせるようにする指
   向手段と、（ｄ）前記ビーム分割器からの前記反射波及
   び透過波の路内に配置され、前記ビーム分割器を通過及
   び反射した波を円偏波から直線偏波に変換する変換手段
   であつて、一対の波のうちの第１の波の透過部分及び第
   ２の波の反射部分を結合して第１混合ビームを形成する
   手段と、一対の波のうちの第１の波の反射部分及び第２
   の波の透過部分を結合して第２混合ビームを形成する手
   段と、を有する変換手段と、（ｅ）前記第１及び第２混
   合ビームの路内に配置される偏波手段と、（ｆ）前記偏
   波手段を通過した第１及び第２混合ビームのエネルギー
   の一部に応答して一対の電気信号を発生する検出手段で
   あつて、第１の電気信号が、前記第１偏波方向を有し前
   記閉路を夫夫反対方向に伝搬する前記空胴内の波の周波
   数差を表わし、第２の電気信号が、前記第２偏波方向を
   有し前記閉路を夫々反対方向に伝搬する前記空胴内の波
   の周波数差を表わす検出手段と、から構成されるレーザ
   ージャイロスコープ。 ２ 特許請求の範囲第１項記載のレーザージャイロスコ
   ープにおいて、前記部分的に透過性の反射手段、前記ビ
   ーム分割器、前記指向手段、および前記変換手段が１つ
   の堅固なユニットとして機械的に結合されているところ
   のレーザージャイロスコープ。 ３ 特許請求の範囲第２項記載のレーザージャイロスコ
   ープにおいて、前記検出手段および偏波手段が前記１つ
   の堅固なユニットの部分として取り付けられているとこ
   ろのレーザージャイロスコープ。 ４ 特許請求の範囲第３項記載のレーザージャイロスコ
   ープにおいて、前記部分的に反射性の反射手段が多層誘
   電体製反射鏡からなるところのレーザージャイロスコー
   プ。 ５ 特許請求の範囲第４項記載のレーザージャイロスコ
   ープにおいて、前記変換手段が４分１波長板からなると
   ころのレーザージャイロスコープ。 ６ 特許請求の範囲第４項記載のレーザージャイロスコ
   ープにおいて、前記指向手段がレトロ・プリズムからな
   るところのレーザージャイロスコープ。