JPS6223476B2 - - Google Patents

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JPS6223476B2
JPS6223476B2 JP53143261A JP14326178A JPS6223476B2 JP S6223476 B2 JPS6223476 B2 JP S6223476B2 JP 53143261 A JP53143261 A JP 53143261A JP 14326178 A JP14326178 A JP 14326178A JP S6223476 B2 JPS6223476 B2 JP S6223476B2
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piezoelectric
ring laser
piezoelectric actuator
gyroscope
piezoelectric plate
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Hansu Gunaaru Ryungu Bo
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Singer Co
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Singer Co
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    • G02B7/18—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for prisms; for mirrors
    • G02B7/182—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for prisms; for mirrors for mirrors
    • G02B7/1821—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for prisms; for mirrors for mirrors for rotating or oscillating mirrors
    • 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
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    • 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
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    • H—ELECTRICITY
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    • 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
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    • H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
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    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
  • Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は一般にリングレーザ・ジヤイロスコー
プ、特にリングレーザ・ジヤイロの改善された圧
電アクチユエータに関する。
リングレーザ・ジヤイロはその名が示すように
閉止された経路、すなわちリング中を進行するよ
うなされたレーザ・ビームを用いて、このレー
ザ・ビームが進行する経路の中心軸のまわりの回
転を検出するジヤイロスコープである。代表的な
リングレーザ・ジヤイロスコープは米国特許
3373650および3467472に示されている。リングレ
ーザ・ジヤイロスコープは広い温度範囲に亘つて
動作しうる必要がある。従つて、このジヤイロス
コープに使用された材料は温度変化によつて熱膨
張および熱収縮を受ける。リングレーザ・ジヤイ
ロスコープ中のレーザ・ビームの代表的１例にお
いて３個の鏡により３角形の経路中を進行せしめ
られる。熱膨張あるいは熱収縮を生じる温度変化
は上記経路の長さを変化する。上記経路長の変化
は、もしそれが修正されなければ、実際は何等回
転が行われていないに係らずある回転の存在を示
すような出力、すなわち偏差（ドリフト）を生じ
がちであり、また寸法係数の変化を生じる。この
ため上記中１個の鏡を可撓性の環状部材を通じて
圧電アクチユエータ上に取付け、温度変化が材料
の膨張または収縮を生じる場合においても上記経
路長を一定に保つよう制御することが通常行われ
る。
上記アクチユエータの１つの型は米国特許
3581227中に記載される。この装置中堆積された
圧電板を収める外筐は鏡構造の延長部分とそれを
覆う外被部分とよりなつている。
代表的な１例において上記圧電アクチユエータ
はレーザの経路長をレーザ波長のある整数倍にま
で制御しうるようになされる。すなわちアクチユ
エータは少くも上記可撓性鏡を５個の自由スペク
トル範囲に変化させうること、換言すれば上記ジ
ヤイロスコープをある１つの共振から第５番目の
より高い共振あるいはより低い共振にまで変えう
ることが望ましい。ヘリウム−ネオンレザーによ
る赤色可視光の波長で動作せしめられる場合、こ
のことは鏡を少くも 移動させねばならぬことを意味する。
上記目的を達成する代表的な既知の構造が第１
図に示される。リングレーザの外筐１１は例えば
セルビツトのような材料から作られており、それ
はレーザ・ビーム１５がそれを通じて進行せしめ
られるチヤネル１３をもつている。レーザ・ビー
ムが閉じた経路を通じて進行せしめられるため
に、複数の鏡１７が設けられてレーザ・ビームを
反射せしめる。１個の鏡１７は上記経路長を変化
せしめるため可撓性の環状部分をもつている。上
記経路長の制御のために全体として１９で示され
るアクチユエータが通常使用される。このアクチ
ユエータ１９はジヤロスコープのケーシング１１
の熱膨張係数に適合するようインバールのような
金属が作られた外筐２１をもつている。外筐２１
内には第２図の平面図および第３図の透視図に示
されるような複数の圧電板２３が設けられる。こ
の圧電板は公知で、加えられた電圧に応じてその
厚さが変化せしめられる。上記電圧は通常増幅器
から供給されるが、記述を簡単にするために第１
図において、これら圧電板はスイツチ２７を通じ
て電池２５から附勢されるよう示される。最近の
圧電材料は充分な電圧が加えられた場合その厚さ
をΔＬ／Ｌ＝200×10-6だけ変化せしめる。この
ため前記等式を用いて圧電堆の全体の厚さＬは
0.0091メートルでなければならない。図示のよう
に通常使用される圧電板はその中心に孔２９をも
つている。圧電材料が通常上述のように約0.508
ミリの厚さを有する複数の円板に分割される理由
は、その電圧が通常±400Vを超えないよう選ら
ばれたトランジスタ増幅器を使用可能とするにあ
る。その端子は第４図にその１つが透視図として
示される金属製の薄い間隔片３１に接続される。
これら圧電板は第３図に示されるような極性をも
つており、互いに背面と背面とが対向するよう、
換言すれば１個の圧電板の正極側がそれに隣る圧
電板の正極側と間隔片３１を介して当接せしめら
れるよう配置される。これにより、圧電板が附勢
されるとすべての圧電板が同一方向に膨張または
収縮される。共通の正極および負極導線３３およ
び３５は給電部材３７を通じて外筐２１から取出
される。圧電板２３および間隔片３１はナツト３
９およびボルト４１により互いに結合される。ボ
ルト３９の頭部は適当な接着剤により鏡３と接着
される。
上述された公知のアクチユエータの最も顕著な
欠点はその構造が複雑な点にある。すなわち多数
の部品と多様な電気的接続が必要である。さらに
圧電板２３の堆は制限された空間に由来する比較
的小さな直径と比較的大きな高さＬとを有するた
め、その剛性は比較的低い。その傾角が１アーク
セツクを越えず、それにより何等認めうる影響を
生じさせない鏡傾度の安定性が要求されるため圧
電板堆の剛性は重要である。さらに、外筐材料と
してインバールのような金属が使用されているた
め、その重量は増大せしめられ、さらにまた外筐
の熱膨張と圧電堆の熱膨張とは互いに打消されな
い。このことはさらに熱膨張の問題を生ぜしめて
経路長の１定化を困難にするため重要である。
第１図に示されるような装置の有する他の欠点
は、これらの装置のアークオーバに対する制御が
非常に困難な点にある。このアークオーバーを防
止するために、上記アクチユエータは均一な被覆
処理を要する。しかしながら外筐２１内のような
閉止緊締された空間内を完全に被覆することはほ
とんど困難である。このため微小な点が被覆され
ずアークオーバーが生じる危険は特に周囲圧力が
低い場合常に存在する。
ある場合、アクチユエータ内にバイモル７を使
用する試みが行われた。バイモル７はバイメタル
と同様に作用するが、それは半径方向に膨張する
円板状の圧電材料からなつている。代表的な例と
して１個の膨張する円板と１個の収縮する円板が
使用される。このような配列の主たる欠点はその
非常に低い剛性にある。リングレーザ・ジヤイロ
に使用された場合、鏡１７のような可撓性鏡の膜
は他の場合よりも薄くなければならない。通常こ
の鏡膜の厚さは0.98ミリ（0.04インチ）に加工さ
れる。厚さが薄くなるほどその価格は増大し、ま
た漏洩の危険も増大する。
このためより高い整合安定性を維持するより大
きな剛性を有するより簡単なアクチユエータが要
求される。
本発明の目的はリングレーザ・ジヤイロスコー
プに使用しうる改善されたアクチユエータを設け
るにある。この目的を達成するためその中央領域
と周辺領域とで異る極性を示し、かつそれらの間
に間隔が設けられた圧電板を使用する。
このような圧電板が附勢されると、それはその
外部と内部とで異る膨張および収縮を生じてプツ
シユプル効果を与える。従つてより少い数の圧電
板を用いて同様な量の膨張収縮がえられる。さら
に、この構造においては外筐はもはや必要ではな
くい。圧電板の内方部分および外方部分は互いに
固着され、その１方の端にはカツプリング部材
が、またその他方の端には鏡が取付けられる。こ
のように外筐が省略されるため、その電気接続は
減少されかつ接近し易くなり、従つてその組立は
簡単化される。
本発明の推奨される実施例において、上記圧電
板はその極性を異にする中央領域と周辺領域との
間において環状の切込部分をもつており、これに
よりその可撓性が改善される。さらに図示される
ように上記複数の圧電板はエポキシ樹脂等により
単に互いに接着されていてもよい。さらにこのよ
うな接着と組合せてボルトおよびナツト結合が用
いられてもよい。
以下添付の図面により本発明の実施例を詳細に
説明する。
第５図および第６図は本発明によるアクチユエ
ータの消勢された状態および附勢された状態を
夫々示す断面図である。公知のアクチユエータの
場合と同様に、本発明によるアクチユエータも複
数の圧電板４１を使用する。しかしながら、第７
図の断面図に示されるように、上記圧電板４１は
それが第１の極性を有する外周部分４３と反対の
極性を有する中央部分４５とを有する点において
公知のそれと異つている。これら両部分４３と４
５の間にある部分４７は電圧の印加による膨張収
縮を生じない。第８図に示される平面図はこれら
３つの部分４３，４５、および４７の相対的配列
を示す。前述の公知の実施例と同様に間隔片４９
が各圧電板の間に配置される。また本発明による
アクチユエータの場合においても圧電板４１はそ
の背面と背面とが対向せしめられる関係に配置さ
れ、従つてこれら対向せしめられる両端面は同一
の極性に持来たされる。
第５図および６図に示される実施例において圧
電板は電導性エポキシ樹脂のようなセメントによ
り上記適当な間隔片と接着される。また圧電板堆
の頂部にはカツプリング部材５１が固着される。
このカツプリング部材５１はガラス、セラミツ
ク、あるいはガラスセラミツクであつてもよい。
特に有用なものはガラスセラミツクで、これは熱
膨張を示さない。あるいはまた低膨張のチタニヤ
安定化石英ガラスも使用しえられる。前者の材
料、すなわち零膨張のセラミツクガラスはオウエ
ン・コーニング社からセルビツトの商品名で入手
しえられ、また独乙のスコツト社からゼロドウー
ルの名で販売されている。後者のチタニヤ安定化
石英ガラスはコーニング社から商品名ULEとし
て販売されている。上記カツプリング部材５１も
またもちろん鏡１７と同様に圧電板に接着され
る。
第６図に示されるように電圧が上記圧電堆に加
えられる。圧電板の周囲部分４３と中央部分４５
との間で極性が異つているため周囲部分４３が収
縮される時中央部分４５が膨張せしめられてプツ
シユプル効果がえられる。その結果圧電堆全体の
膨張、すなわち鏡１７の移動は公知の装置の上記
と同数の圧電板により達成される移動距離に比し
て倍加される。従つて本装置においては公知の装
置におけると同様な厚さの圧電板を公知の場合の
半数使用することにより公知装置と同様な効果が
えられる。さらにこの配列において、外筐は不要
であり、間隔片４９に対する導線３５および３７
の接続も大いに簡略化される。さらにまたインバ
ールから作られる外筐が不要となるためその重量
は大いに軽減される。
第９図においては第７図の圧電板４１よりもよ
り有利な圧電板４１ａが示される。第９図の圧電
板はその底部と頂部とに環状の切込み５１および
５３を夫々有する以外は第７図の圧電板とほゞ同
様である。これらの切込みにより内方領域４５と
周辺領域４３とに離較する部分４７の可撓性が増
大される。このような圧電板は例えばベルニトロ
ンから作られる。
上記アクチユエータはリングレーザ・ジヤイロ
スコープにおいて特に有用であるが、それはこの
ような性質のアクチユエータが要求される凡ゆる
方面に広く使用しうることは云うまでもない。
【図面の簡単な説明】
第１図は従来広く用いられたアクチユエータの
断面図で、第２図は第１図に使用されたと同様な
圧電板の平面図で、第３図は第２図に示される圧
電板の１部断面で示された透視図で、第４図は第
１図の実施例に使用された導電性間隔片の透視図
で、第５図は本発明によるアクチユエータの附勢
されない状態をしめす断面図で、第６図はプツシ
ユプル膨張収縮をうるため電圧が加えられた上記
アクチユエータの同様な図で、第７図は第５およ
び６図の実施例に用いられる第１の型の圧電板の
１部断面で示された透視図で、第８図は第７図の
圧電板の平面図で、第９図は第５および６図の実
施例に使用しうる他の圧電板の１部断面で示した
透視図である。 ２５，２７……電源装置、４１……圧電板、４
３……外方周辺領域、４５……中央領域、４７…
…中間部分、４９……間隔片、５１……カツプリ
ング部材、５５……間隔片。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ １個の堆に配列された複数の圧電板から形成
    される圧電板堆上を含み、上記各圧電板は第１の
    極性を示す中央領域と反対の極性を示す周辺領域
    を有し、上記複数の圧電板はそれらの内同一の極
    性を有する領域が互いに対面するようなされ、さ
    らに上記圧電板堆の１端に固着されたカツプリン
    グ部材と、上記カツプリング部材と上記圧電板と
    を結合させる装置と、電圧を上記圧電板の各表面
    に加える装置とを備えるリングレーザ・ジヤイロ
    スコープの圧電アクチユエータ。 ２ 上記圧電板堆の他端に固着された可撓性の鏡
    をさらに設けた特許請求の範囲第１項記載のリン
    グレーザ・ジヤイロスコープの圧電アクチユエー
    タ。 ３ 上記電圧を加える装置が上記圧電板堆の各圧
    電板表面に隣接して設けられた導電性の間隔片を
    含む特許請求の範囲第１項記載のリングレーザ・
    ジヤイロスコープの圧電アクチユエータ。 ４ 上記複数の圧電板を結合する装置が、上記複
    数の圧電板と、間隔片と、カツプリング部材とを
    接着する装置よりなる特許請求の範囲第３項記載
    のリングレーザ・ジヤイロスコープの圧電アクチ
    ユエータ。 ５ 上記結合装置が導電性のエポキシセメントを
    含む特許請求の範囲第４項記載のリングレーザ・
    ジヤイロスコープの圧電アクチユエータ。 ６ 上記結合装置が上記複数の圧電板、間隔片お
    よびカツプリング部材を通して設けられたボルト
    およびナツトよりなる特許請求の範囲第４項記載
    のリングレーザ・ジヤイロスコープの圧電アクチ
    ユエータ。 ７ さらに可撓性の鏡と環状の間隔片とを含み、
    上記可撓性の鏡は外方の環状領域と、内方の円筒
    形領域と、これら２つの領域を互いに結合する膜
    状部分とを有し、上記間隔片の１側は上記圧電板
    堆の他端の外周部分と上記鏡の外方環状領域とに
    固着され、上記鏡の内報円筒形領域は上記ボルト
    の頭部に固着された特許請求の範囲第６項記載の
    リングレーザ・ジヤイロスコープの圧電アクチユ
    エータ。 ８ 上記間隔片はほぼ零膨脹を示す材料より作ら
    れる特許請求の範囲第７項記載のリングレーザ・
    ジヤイロスコープの圧電アクチユエータ。 ９ 上記圧電板、複数の間隔片、および上記カプ
    リング部材を互いに接着するため導電性セメント
    を更に含む特許請求の範囲第６項記載のリング・
    レーザジヤイロスコープの圧電アクチユエータ。 １０ 上記各圧電板は上記内方領域と周辺領域と
    の間に極性を示さない中間部分を有し、上記各圧
    電板の上記部分の頂部およびまたは底部が切込ま
    れて圧電板の可撓性が増大せしめられた特許請求
    の範囲第１項記載のリングレーザ・ジヤイロスコ
    ープの圧電アクチユエータ。 １１ 上記カプリング部材はその外周縁が面取り
    されてその剛性を害することなく重量が軽減され
    た特許請求の範囲第１０項記載のリングレーザ・
    ジヤイロスコープの圧電アクチユエータ。 １２ 外方の環状領域と内方の円筒形領域とを有
    する可撓性の鏡とこれら２つの領域を結合する膜
    状部材とをさらに含み、上記外方の環状領域は上
    記圧電板堆の他端の周辺部分に結合され、上記内
    方の円筒形領域は上記圧電板堆の上記他端の中央
    部分に結合される特許請求の範囲第１１項記載の
    リングレーザ・ジヤイロスコープの圧電アクチユ
    エータ。 １３ 上記カツプリング部材がガラス、ガラスセ
    ラミツク、およびセラミツクからなる群から選ば
    れる特許請求の範囲第１項記載のリングレーザ・
    ジヤイロスコープの圧電アクチユエータ。 １４ 上記カツプリング部材がほぼ零熱膨脹の材
    料から作られる特許請求の範囲第１３項記載のリ
    ングレーザ・ジヤイロスコープの圧電アクチユエ
    ータ。 １５ 上記カツプリング部材がガラスセラミツク
    材料から作られる特許請求の範囲第１４項記載の
    リングレーザ・ジヤイロスコープの圧電アクチユ
    エータ。 １６ 上記カツプリング部材が非常に低い熱膨脹
    をもつチタニウム安定化石英ガラスより作られ
    る。特許請求の範囲第１４項記載のリングレー
    ザ・ジヤイロスコープの圧電アクチユエータ。
JP14326178A 1978-01-09 1978-11-20 Piezooelectric actuator for ring laser gyroscope Granted JPS5495195A (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US05/868,067 US4160184A (en) 1978-01-09 1978-01-09 Piezoelectric actuator for a ring laser

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS5495195A JPS5495195A (en) 1979-07-27
JPS6223476B2 true JPS6223476B2 (ja) 1987-05-22

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ID=25351011

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP14326178A Granted JPS5495195A (en) 1978-01-09 1978-11-20 Piezooelectric actuator for ring laser gyroscope

Country Status (7)

Country Link
US (1) US4160184A (ja)
JP (1) JPS5495195A (ja)
DE (1) DE2900609A1 (ja)
FR (1) FR2414187A1 (ja)
GB (1) GB2013966A (ja)
NO (1) NO784018L (ja)
SE (1) SE7900199L (ja)

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