JPS6016480A - レ−ザ角速度センサ - Google Patents
レ−ザ角速度センサInfo
- Publication number
- JPS6016480A JPS6016480A JP58125252A JP12525283A JPS6016480A JP S6016480 A JPS6016480 A JP S6016480A JP 58125252 A JP58125252 A JP 58125252A JP 12525283 A JP12525283 A JP 12525283A JP S6016480 A JPS6016480 A JP S6016480A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- optical path
- mirror
- angular velocity
- laser
- plane mirror
- Prior art date
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- Granted
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-
- 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
- G01C19/68—Lock-in prevention
- G01C19/70—Lock-in prevention by mechanical means
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Gyroscopes (AREA)
- Lasers (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は複数の反射鏡によシ順次反射されて環状光路
を形成してはソ単色光の二つの光レーザビームを反対方
向に回転進行させ、その二つの光ビーム間の発振周波数
差を検出して入力角速度を検出するレーザ角速度センサ
に関し、特にロックイン誤差を低減させるものに係わる
。
を形成してはソ単色光の二つの光レーザビームを反対方
向に回転進行させ、その二つの光ビーム間の発振周波数
差を検出して入力角速度を検出するレーザ角速度センサ
に関し、特にロックイン誤差を低減させるものに係わる
。
〈従来技術〉
この種のレーザ角速度センサにおいて、二つのレーザビ
ームの発振周波数差が小さい場合はロックイン現象によ
シ両光ビームが同一周波数になる。
ームの発振周波数差が小さい場合はロックイン現象によ
シ両光ビームが同一周波数になる。
この問題を解決するため、従来における代表的なものは
レーザ角速度センサ全体を環状光路と垂直な軸のまわり
に機械的に揺動させることによりロックイン領域に滞留
する時間を短かくシ、更にランタ゛ムノイズを重畳し、
前記揺動が逆転する期間中ロックインの作用を無作為化
する方法である。
レーザ角速度センサ全体を環状光路と垂直な軸のまわり
に機械的に揺動させることによりロックイン領域に滞留
する時間を短かくシ、更にランタ゛ムノイズを重畳し、
前記揺動が逆転する期間中ロックインの作用を無作為化
する方法である。
他にもファラデイー素子を用い、直接周波数分離を行う
例もあるが、実用レベルのレーザジャイロが得られてい
るのは前記の方法によるものである。
例もあるが、実用レベルのレーザジャイロが得られてい
るのは前記の方法によるものである。
しかしこの方法は結晶化ガラス教のｍｍ１０ｃｚｎ程度
、厚さ２．５謂程度のブロック全体を揺動させるだめ、
システム全体に対し大きな振動の発生源となシ、慣性航
法装置に適用した場合、この振動の除去、軽減は設計上
の一つの問題となっている。
、厚さ２．５謂程度のブロック全体を揺動させるだめ、
システム全体に対し大きな振動の発生源となシ、慣性航
法装置に適用した場合、この振動の除去、軽減は設計上
の一つの問題となっている。
またこの揺動装置の駆動電力は消費電力の大きな部分を
しめ、例えばロケットに搭載する場合に不オリであった
。
しめ、例えばロケットに搭載する場合に不オリであった
。
〈発明の概要〉
この発明の目的はセンサの全体を揺動させることがなく
、従って大きな振動を発生せず、寸だ消費電力か小さい
レーザ角速度センサを提供することにある。
、従って大きな振動を発生せず、寸だ消費電力か小さい
レーザ角速度センサを提供することにある。
この発明によれば反射鏡の一つを反射点を通シ光路に垂
直な軸まわシに振動的に角度変化させる１一段か設けら
れ、その振動によって光路が入力軸のまわりに振動的に
回転し、ロックイン誤差が低減される。環状光路を構成
する複数の反射鏡は、一つの平面鏡と複数の凹面鏡とに
ょシ構成され、あるいは光路長よシも十分長い曲率半径
をもった凹面鏡ですべてが構成され、前者の場合は平面
鏡か前記振動的に角度変化させられる。
直な軸まわシに振動的に角度変化させる１一段か設けら
れ、その振動によって光路が入力軸のまわりに振動的に
回転し、ロックイン誤差が低減される。環状光路を構成
する複数の反射鏡は、一つの平面鏡と複数の凹面鏡とに
ょシ構成され、あるいは光路長よシも十分長い曲率半径
をもった凹面鏡ですべてが構成され、前者の場合は平面
鏡か前記振動的に角度変化させられる。
〈実施例〉
第１図はこの発明によるレーザ角速度センサの一例を示
す。結晶化ガラスブロック１１内にはソ正三角形の各辺
を構成する通路１２，１３，１４が形成され、通路１２
、１．３ 、１４は一つの連続した放電空１山とされ
る。通路１２ ＋’ １３ 、１４の各交叉点、つ′！
！ニジ前ム【；正三角形の谷ｎ； 、占位ｉｉ’ｉ：
（’ζし。
す。結晶化ガラスブロック１１内にはソ正三角形の各辺
を構成する通路１２，１３，１４が形成され、通路１２
、１．３ 、１４は一つの連続した放電空１山とされ
る。通路１２ ＋’ １３ 、１４の各交叉点、つ′！
！ニジ前ム【；正三角形の谷ｎ； 、占位ｉｉ’ｉ：
（’ζし。
射鏡１５ 、１６ 、’１７が配される１７通路１２．
１４の各中間位置に陽極１８．１９が設けられ、通路１
３の中ｌＷ＋部に陰極２１が設けられる。前記放電空間
内にはヘリウム、ネオンなどレーザ媒質カ封入され、陽
極１８．１９と陰極２１との間レーザ放電が行われ、そ
のレーザビームは反ｉｔ鏡１．５ 。
１４の各中間位置に陽極１８．１９が設けられ、通路１
３の中ｌＷ＋部に陰極２１が設けられる。前記放電空間
内にはヘリウム、ネオンなどレーザ媒質カ封入され、陽
極１８．１９と陰極２１との間レーザ放電が行われ、そ
のレーザビームは反ｉｔ鏡１．５ 。
１６．１７で順次反射される環状“光路と、反射鏡１５
．１７．１６で順次反射される環状光路とを回転進行す
る。つまり前記三角形の光路２２を時目方向と反時割方
向とに進行する二つのレーザビームが生じる。プロ路２
２の中心を垂直に通る軸２３の丑わシの角速度Ωが入力
される店、前記逆方向に進行する二つのレーザビームの
周波数に差が生じ、この二つのレーザビームの周波数の
差を検出することにより入力角速度Ωが測定される。即
ち例えば一つの反射鏡１５の一部からその二つの１７−
ヂビームの一部を取出し、これら取出した二つのレーザ
ビームをプリズム又はミラーによシ互に干渉させ、その
干渉稿の移動速度及び移動方向によって入力角速度の大
きさ及び方向を測定する。
．１７．１６で順次反射される環状光路とを回転進行す
る。つまり前記三角形の光路２２を時目方向と反時割方
向とに進行する二つのレーザビームが生じる。プロ路２
２の中心を垂直に通る軸２３の丑わシの角速度Ωが入力
される店、前記逆方向に進行する二つのレーザビームの
周波数に差が生じ、この二つのレーザビームの周波数の
差を検出することにより入力角速度Ωが測定される。即
ち例えば一つの反射鏡１５の一部からその二つの１７−
ヂビームの一部を取出し、これら取出した二つのレーザ
ビームをプリズム又はミラーによシ互に干渉させ、その
干渉稿の移動速度及び移動方向によって入力角速度の大
きさ及び方向を測定する。
従来においてレーザの発振波長λを一定に制御するため
に、一つの反射鏡１６は圧電形駆動器２０の可動部に固
定される。圧電形駆動器２０を交流駆動し、反射鏡１６
を環状光路２２の法線方向、つ−１Ｉ）軸２３に対し半
径方向に振動させている。
に、一つの反射鏡１６は圧電形駆動器２０の可動部に固
定される。圧電形駆動器２０を交流駆動し、反射鏡１６
を環状光路２２の法線方向、つ−１Ｉ）軸２３に対し半
径方向に振動させている。
この振動によりレーザ媒質のドツプラーセンタに発振波
長が来るように制御されると共に、その点を中心に百分
の１〜２波長程度の幅で光路２２の長さが変動されてい
る。
長が来るように制御されると共に、その点を中心に百分
の１〜２波長程度の幅で光路２２の長さが変動されてい
る。
この実施例においては一つの反射鏡１７は平面鏡とされ
、他のすべての反射鏡１５．１６は凹面鏡とされる。そ
の平面鏡１７の反射点を通る光路に垂直な軸まわりに振
動的に角度変化させる振動手段２４が設けられる。この
振動手段２４は１夕１」えば圧電形駆動２：、２０とは
ゾ同４３１＜’の圧電形！駆動器て構成され、その司′
７ＪりＪ柑Ｓに平面鏡１７が取イマ１げられ、圧電素子
２５が可動部と固定部との対向間開に介在される。この
圧％集子２５を交流信号で、駆動することにより、平面
鏡１７のＩｉ・：ｌ１２３の１わりにス・Ｊする角度、
つ捷シ通路１２に対する角度が振動的に変化する。即ち
例えば第２図に示すように反射ｉ１５，１６．１７が実
線で示す状態から、反射鏡１７のみは点馴１７′で示す
ように角度か０またけ傾き、１だ戻ることが繰返芒れる
。このＯｌか小さい」場合は、反射鏡１５．１６が凹面
鏡であるため、平面鏡１７がθ１頌いてもレーザ発振の
条件が維持され、しかも正三角形ａｂｃの光路２２に対
しＯｌたけ傾いた同一の正三角形ａ ： ｂ ｌ ｃ
ｌの光路２６が形成される。従って平面鏡１７の振動的
傾斜により環状光路２２は入力軸２３のまわりに振動的
に回動し、従来の機械的揺動と同一の作用効果が刊られ
る。
、他のすべての反射鏡１５．１６は凹面鏡とされる。そ
の平面鏡１７の反射点を通る光路に垂直な軸まわりに振
動的に角度変化させる振動手段２４が設けられる。この
振動手段２４は１夕１」えば圧電形駆動２：、２０とは
ゾ同４３１＜’の圧電形！駆動器て構成され、その司′
７ＪりＪ柑Ｓに平面鏡１７が取イマ１げられ、圧電素子
２５が可動部と固定部との対向間開に介在される。この
圧％集子２５を交流信号で、駆動することにより、平面
鏡１７のＩｉ・：ｌ１２３の１わりにス・Ｊする角度、
つ捷シ通路１２に対する角度が振動的に変化する。即ち
例えば第２図に示すように反射ｉ１５，１６．１７が実
線で示す状態から、反射鏡１７のみは点馴１７′で示す
ように角度か０またけ傾き、１だ戻ることが繰返芒れる
。このＯｌか小さい」場合は、反射鏡１５．１６が凹面
鏡であるため、平面鏡１７がθ１頌いてもレーザ発振の
条件が維持され、しかも正三角形ａｂｃの光路２２に対
しＯｌたけ傾いた同一の正三角形ａ ： ｂ ｌ ｃ
ｌの光路２６が形成される。従って平面鏡１７の振動的
傾斜により環状光路２２は入力軸２３のまわりに振動的
に回動し、従来の機械的揺動と同一の作用効果が刊られ
る。
所で光路２２，２６間を振動させると、その光路２２．
２６間で光路長が変化する。即ち光路２２の正三角形の
１辺ａｃの長さをＬとすると、光路長の便化は次式とな
る。
２６間で光路長が変化する。即ち光路２２の正三角形の
１辺ａｃの長さをＬとすると、光路長の便化は次式とな
る。
ａ ｃ−ａ ’ ｃ ’ −ＬＣ１−ｓｉｎ３０／ｃｏ
ｓ（３０−０１） （□０１＋ｔａｎ（３０°−０１）
） ） （１１この光路長の変化は、前記発振波長を
一定にするだめの反射鏡１６に対する振動による光路長
の変化（油分の１〜２波長程度）よりも小さくする必要
がある。つまり、 ａｃ−ａ’ｃ’≦λ／１００ （２１ とする。ｆｌＪ 、ｔばレーザ媒質としてヘリウム・ネ
オ／の混合物を用い、発振波長λが６３２８Ａの場合は
（２）式’ｘ Ｉｔｊ足する振動１１：ｉ１１料角反θ
１は（１）式より６秒程度になる。第２図では点ａ 、
ａ’を同−平ｍ］上に記しだが、笑除には凹面鏡１５
上に点ａ 、 ａ’があるだめこの分の補正を必要とす
る。凹面鏡１５の曲率半径をＲとすると、補正量△Ｘは △ｘ＝ Ｒ（１−ｃｏｓθ１）ｃｏｓ３Ｑとなる。Ｒ＝
３０００ｍｍ、θに６秒の場合、ネＩＸ４止量△Ｘば
ＩＯＡ程度となり、これは前記波長と比１１ツして十分
小芒い。促って圧電形駆動器２ｏにより光路長制御を行
いながらこれと矛盾することなく、振動角度θｌが数秒
程度以下の角度振動を平面鏡１７に与えて光路２２を揺
動さぜ、ロックイン誤差を十分小さくすることができる
。
ｓ（３０−０１） （□０１＋ｔａｎ（３０°−０１）
） ） （１１この光路長の変化は、前記発振波長を
一定にするだめの反射鏡１６に対する振動による光路長
の変化（油分の１〜２波長程度）よりも小さくする必要
がある。つまり、 ａｃ−ａ’ｃ’≦λ／１００ （２１ とする。ｆｌＪ 、ｔばレーザ媒質としてヘリウム・ネ
オ／の混合物を用い、発振波長λが６３２８Ａの場合は
（２）式’ｘ Ｉｔｊ足する振動１１：ｉ１１料角反θ
１は（１）式より６秒程度になる。第２図では点ａ 、
ａ’を同−平ｍ］上に記しだが、笑除には凹面鏡１５
上に点ａ 、 ａ’があるだめこの分の補正を必要とす
る。凹面鏡１５の曲率半径をＲとすると、補正量△Ｘは △ｘ＝ Ｒ（１−ｃｏｓθ１）ｃｏｓ３Ｑとなる。Ｒ＝
３０００ｍｍ、θに６秒の場合、ネＩＸ４止量△Ｘば
ＩＯＡ程度となり、これは前記波長と比１１ツして十分
小芒い。促って圧電形駆動器２ｏにより光路長制御を行
いながらこれと矛盾することなく、振動角度θｌが数秒
程度以下の角度振動を平面鏡１７に与えて光路２２を揺
動さぜ、ロックイン誤差を十分小さくすることができる
。
従来のレーザ角速度センサの全体を徐イ爪的に揺動させ
る隙に、その最大ディザレート（揺動角速度）ΩＤと、
ディザ（揺動）周波数ｃｌ） ｄと、ｔし犬ティザ角度
φｄとのＩＫＩ係は ΩＤ＝ｃｌＪｄ×φｄ（３） で力えられる。従来方式における揺動強度！ｄ ’）ｌ
Ｊ常１００〜１５０１仄／秒程ｌすであり、これは１１
６動角度にして２００〜３００度、揺動Ｊ句汲数数１町
ヘルツに相当する。前記平面鏡１７の角１ｕ Ｊ辰１０
ノにおいて、１５０１と７秒の最大ティザレ−１・ΩＤ
を得るためには（３）式から振動周波数ωｄは１４ＫＨ
ｚ程、団にすれはよいことが坤解される。この程ｊ県、
の周波数の振動は圧電形駆動器２４によって行なうこと
ができる。従ってｐ４はれだ発振波長λを維持しながら
平ｍ［鏡１７を入力軸２３のまわりに角度振動させて光
路２２を振動させることができる。
る隙に、その最大ディザレート（揺動角速度）ΩＤと、
ディザ（揺動）周波数ｃｌ） ｄと、ｔし犬ティザ角度
φｄとのＩＫＩ係は ΩＤ＝ｃｌＪｄ×φｄ（３） で力えられる。従来方式における揺動強度！ｄ ’）ｌ
Ｊ常１００〜１５０１仄／秒程ｌすであり、これは１１
６動角度にして２００〜３００度、揺動Ｊ句汲数数１町
ヘルツに相当する。前記平面鏡１７の角１ｕ Ｊ辰１０
ノにおいて、１５０１と７秒の最大ティザレ−１・ΩＤ
を得るためには（３）式から振動周波数ωｄは１４ＫＨ
ｚ程、団にすれはよいことが坤解される。この程ｊ県、
の周波数の振動は圧電形駆動器２４によって行なうこと
ができる。従ってｐ４はれだ発振波長λを維持しながら
平ｍ［鏡１７を入力軸２３のまわりに角度振動させて光
路２２を振動させることができる。
上述においては反射鏡を３個用いたが、４’ＷｊＪ以上
用いて正多角形配置してもよい。−！だ反射鏡の１個を
平面鏡としたが、すべての反射鏡を凹面鏡としてもよい
。その場合は各凹面鏡の曲率半径を光路２２の長さより
も十分大とする。
用いて正多角形配置してもよい。−！だ反射鏡の１個を
平面鏡としたが、すべての反射鏡を凹面鏡としてもよい
。その場合は各凹面鏡の曲率半径を光路２２の長さより
も十分大とする。
く効 果〉
以上述べたようにこの発明によれば、レーザ角速度セン
サの全体を機１戒的に振動させるものでなく、１個の反
射鏡を振動させるのみであり、大きな振動源となるおそ
れはなく、また振動のだめの／Ｉｊ費電力も著しく少々
くて負む。
サの全体を機１戒的に振動させるものでなく、１個の反
射鏡を振動させるのみであり、大きな振動源となるおそ
れはなく、また振動のだめの／Ｉｊ費電力も著しく少々
くて負む。
第１１ヌ１はこの発明によるレーザ角速度センサの一例
を示す平面図、第２図は平面鏡の傾きによる光路の傾き
を示す図である。 １５．１６：凹面鏡、１７：平面鏡、１８．１９：陽極
、２１：陰極、２２：環状光路、２３：入力軸、２４：
平面鏡振動手段としての圧電形駆動器。 ｑ’を許出願人 日本航空電子工粟株式会付代、・１Ｂ
１１人草野 卓
を示す平面図、第２図は平面鏡の傾きによる光路の傾き
を示す図である。 １５．１６：凹面鏡、１７：平面鏡、１８．１９：陽極
、２１：陰極、２２：環状光路、２３：入力軸、２４：
平面鏡振動手段としての圧電形駆動器。 ｑ’を許出願人 日本航空電子工粟株式会付代、・１Ｂ
１１人草野 卓
Claims (1)
- （１）複数の反射鏡より順次反射されて環状光路を形成
してはソ単色光の二つの光レーザビームを反対方向に回
転進行させ、その二つの光ビーム間の周波数差を検出し
て回転角速度を検出するレーザ角速度センサにおいて、
上記複数の反射鏡は一つの平面鏡と複数の凹面鏡とによ
り構成され、−または上記光路の光路長よりも十分長い
曲率半径をもつ凹面鏡によりすべてが構成され、平面鏡
をもつ構成の場合にはその千［ｆＩ］鋭を、すべて凹面
鏡により構成される場合はいずれか一つの凹面鏡を、上
記環状光路と垂直な軸のまわりに振動的に角度変化され
る振動手段が設けられ、その振動によシ上記光路が上記
軸のまわりに振動的に回転するようにされだレーザ角速
度センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58125252A JPS6016480A (ja) | 1983-07-08 | 1983-07-08 | レ−ザ角速度センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58125252A JPS6016480A (ja) | 1983-07-08 | 1983-07-08 | レ−ザ角速度センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6016480A true JPS6016480A (ja) | 1985-01-28 |
| JPH0126197B2 JPH0126197B2 (ja) | 1989-05-22 |
Family
ID=14905511
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58125252A Granted JPS6016480A (ja) | 1983-07-08 | 1983-07-08 | レ−ザ角速度センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6016480A (ja) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3786368A (en) * | 1972-10-20 | 1974-01-15 | Bell Telephone Labor Inc | Planar waveguide-type distributed feedback laser with angular tuning |
| JPS543492A (en) * | 1977-06-09 | 1979-01-11 | Nec Corp | Laser gyro |
| JPS5674978A (en) * | 1979-11-05 | 1981-06-20 | Litton Systems Inc | Ring laser |
| JPS58159387A (ja) * | 1982-03-01 | 1983-09-21 | ハネウエル・インコ−ポレ−テツド | 信号発生装置および角速度センサ |
| JPS5910291A (ja) * | 1982-06-25 | 1984-01-19 | ハネウエル・インコ−ポレ−テツド | 角速度センサー |
| JPS5986279A (ja) * | 1982-03-01 | 1984-05-18 | ハネウエル・インコ−ポレ−テツド | 角速度センサのロックイン速度を表わす信号を得る方法および角速度センサ |
-
1983
- 1983-07-08 JP JP58125252A patent/JPS6016480A/ja active Granted
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3786368A (en) * | 1972-10-20 | 1974-01-15 | Bell Telephone Labor Inc | Planar waveguide-type distributed feedback laser with angular tuning |
| JPS543492A (en) * | 1977-06-09 | 1979-01-11 | Nec Corp | Laser gyro |
| JPS5674978A (en) * | 1979-11-05 | 1981-06-20 | Litton Systems Inc | Ring laser |
| JPS58159387A (ja) * | 1982-03-01 | 1983-09-21 | ハネウエル・インコ−ポレ−テツド | 信号発生装置および角速度センサ |
| JPS5986279A (ja) * | 1982-03-01 | 1984-05-18 | ハネウエル・インコ−ポレ−テツド | 角速度センサのロックイン速度を表わす信号を得る方法および角速度センサ |
| JPS5910291A (ja) * | 1982-06-25 | 1984-01-19 | ハネウエル・インコ−ポレ−テツド | 角速度センサー |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0126197B2 (ja) | 1989-05-22 |
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