JPS62500209A - リングレ−ザ−ジャイロの磁場変化感応度低下装置 - 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】 リングレーザ−ジャイロの磁場゛化感応　下装置光匪立立夏 本発明は、リングレーザ−ジャイロを塔載した航空機の飛行中に、地球の磁場に よって発生する変化等の、磁場を変化に対するリングレーザ−ジャイロの感応度 を低下させる装置に関し。

特に、地球の磁場の変化に対する。リングレーザ−ジャイロの感応度を低下させ ることにより、ジャイロのがたよりを軽減すると同時に、その精度を高めるよう にした特異な装置に関する６見朝玖背盈 レーザー空胴内の反対方向に、２種類のコヒーレント光ビームを伝播するリング レーザ−ジャイロを利用することは知られており、例えば、チャス・シー・ワン プ（ｃｈａｓ　Ｃ、Ｗａｎｇ）により成された、ｒ　Ｒｉｎｇ　Ｌ　ａｓｅｒ　 Ｈａｖｉｎｇ　Ｆ　ｒｅｑｕｅｎｃｙＯｆｆｓｅｔｔｉｎｇ　Ｍｅａｎｓ　Ｉｎ ５ｉｄｅ　０ｐｔｉｃａｌ　ＰａｔｈＪ　と称する１９６８年５月１４日に発行 された米国特許第３，３８２，７５８号明細書に記載されている。

レーザー空胴は、一般に、多角形の平面に対して直角を成す感回転軸を中心とす る、三角形または四辺形等の多角形を成している。

適切なレーザー媒体は、上記のように、反対方向に向かう２つのコヒーレント光 ビームを発する。

行する間に、長路を走行するようになる。

ビームの飛程の違いにより、リングレーザ−空胴の回転速度に比例して、両ビー ムの差の周波数が生じる。次に、逆方向に回転するビームは、ビートを引出すよ うにヘテロダイン化されてから、レーザー空胴から出る。

そのため、リングレーザ−ジャイロの回転速度は、これに正比例するビート周波 数により決定される。

例えば、リングレーザ−ジャイロを、空港機内で使用すると。

飛行中に、地球磁場の変化に遭遇する、磁場が変化すると、逆回転ビーム間に、 非相反性の移相が生じ、ビートの周波数変化として現われる。

地球磁場に対するリングレーザ−ジャイロの感応性については、従来認識されて おり、ジャイロをバイアス磁場にさらすことにより、感磁身性を排除し得ること を教示したものがあるが、これについては、ヴアージル・イー・サンダース（Ｖ ｉｒｇｉｌ　Ｅ　。

Ｓ　ａｎｄｅｒｓ）により成された。　ｒＦｏｕｒ　Ｍｏｄｅ　Ｚｅｅｍａｎ　 Ｌａ５ｅｒＧｙｒｏｓｃｏｐｅ　Ｗｉｔｈ　ＭｉｎｉｍｕＩＩＩＨｏｌｅ　Ｂｕ ｒｎｉｎｇ　ＣｏｍｐｅｔｉｔｉｏｎＪと称する１９８０年７月２２日に発行れ た、米国特許第４，２１３．７０５号明細書の３０乃至３９ページを参照された い。

また同じ発明者により成され、１９８０年６月２日に出願された米国特許願の継 続出願として、　１９８２年１１月１９日に出願された＋ｒＺｅｅｍａｎ　Ｍｕ ｌｔｉｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ　Ｒｉｎｇ　Ｌａ５ｅｒ　Ｇｙｒ。

Ｉｎ５ｇｎ５ｉｔｉｖａ　Ｔｏ　Ｍａｇｎｅｔｉｃ　Ｆｉｅｌｄｓ　Ａｎｄ　Ｄ ｅｔｕｒｎｉｎｇＦ　ｒｅｑｕａｎｃｉａｓ　Ｊ　と称する、米国特許第４４３ ．０５７号明細書には。

レーザー媒体アイソトープの特殊な組合せを利用して、磁場に感応しないリング レーザ−ジャイロを形成する発明が、開示されている。

上記解決法には、いずれも長所があるが、別の解決法もある。

見朝勿盪叉 本発明は、逆回転ビームの移相を引起こす種々の要因を評価した結果、発明され 立証されたものである。

これらの要因には、例えば、地球がっくり出す磁場、レーザービームの伝播方向 、およびレーザービームを形成する偏光の楕円率が含まれる。

レーザービームの非相反移相に相応して１周波数が変わることから、磁場による 移相を、排除または軽減すれば、ジャイロは、磁場に感応しなくなる。

上記要因のうち、地球磁場の変化に対する対応策は余りなく。

わずかに、磁気しやへい容器にジャイロを入れて、これを排除しようとしたもの があるにすぎない。

また、伝播レーザービームの指向性についても同様である。

ちなみに指向性とは、磁場方向に向かうビームの周波数が増加し１反対方向に向 かうビームの周波数が減少する性質があることを指す。

最後の偏光の楕円率については、考慮の余地がある。

リングレーザ−ジャイロの偏光ビームは、直線状であることが望ましいが、種々 の要因によって、この理想形状がくずれる。

上記要因には、鏡の複屈折率、鏡の半面塵、入射面に対し直角な偏光鏡と、平行 な偏光鏡との相対的反射率、および磁場の存在により、レーザービームが、レー ザー媒体内で回転することに起因するファラデー効果が含まれる。

逆回転レーザービームの最も望ましい成分は、入射面に対して直角を成す線形偏 光成分であることが知られている。換言すると、入射面と平行する偏光を反射さ せなくすることが望まし本発明は、リングレーザ−ジャイロの鏡の最大反射周波 数を、レーザ周波数より若干大きいまたはホさい値に変えることにより、平行偏 光の反射を低減するとともに、直角偏光を多く反射する鏡にしなければならない 必要性を満たせるという意外な発見の効果である。

凰亘夏１匪 以下の説明および図面から、本発明の目的および利点がより理解されよう。

第１図は、代表的リングレーザ−ジャイロアセンブリの横断面図である。

第２図は１本発明に使用される、複屈折性鏡の反射率と周波数との相関曲線であ る。および 第３図は、リングレーザ−ジャイロの偏移と、鏡の相複屈折率との相関曲線であ る。

先産叉五叢詮盈凱 第１図は１本発明を具体化するリングレーザ−ジャイロスコープに使用できる、 ヘリウムネオンレーザ−等の、代表的ガスレーザー（ｌＯ）を示している。

レーザーは、四辺形のレーザー走路または空胴を形成する４本の通路（１４）で 構成された。低熱膨張材本体（１２）内に形成されるが、三角形状にすることも 可能である。

通路（１４）を密閉し、大気圧を約７６０トールとして、約３トールの真空で、 約９０％のヘリウムと１０％のネオンで構成される。

レーザー媒体を形成する混合ガスを保持する。

公知のレーザ一方式に従い、レーザー空胴を形成する通路（１４）には、公知要 領で本体（１２）に固定さ九た２つの陰極（］６）（１８）、および陽極（２０ ）　（２２）が設けられている。

」一方通路（１４）の陰極（１６）と陽極（２０）の間、および下方通路（１４ ）のＩｌａ極（１８）と陽極（２２）との間で放電させる。

本体（１２）の両側に、ゲッタ（２４）（２６）を設けて、通路（１４）内の不 純物を除去することができる。

鏡（２８）　（３０）　（３２）および（３４）は、四辺形空胴の四隅に置かれ て、レーザービームを、リングレーザ−ジャイロ（１０）の通路（１４）内に導 く。鏡（２８）と（３４）を使用して、それぞれ時計方向および逆時計方向に伝 播されたレーザービーム（３６）　（３８）を反射させる。

鏡（３０）には、飛程制御装置の一部として、鏡を出入りさせる圧電素子（４０ ）が取付けられていや。

鏡（３２）の反射率は、その表面に入射するレーザービーム（３６）（３８）の 一部が、鏡を通過して、ヘテロダイン結合することにより、回転情報を与えられ るように、特に高くなっている。

ビーム（３６）は、高反射性鏡（３２）を通過して、外部鏡（４２）にあたり、 ビームスプリンタ（４４）から、フォトダイオード（４６）に反射される。

同様に、ビーム（３２）は、鏡（３２）を通過して、第２外部鏡（４８）にあた り、ビームスプリッタ（４４）に反射された後、再反射されて、ビーム（３Ｇ） とほぼ同直線状になる。これらビームは、同時にフォトダイオード（４６）にあ だ番ハへテロダイン作用によって、ビート周波数を発生する。

ヴイ・イー・サンダース（Ｖ　、　Ｅ　、　Ｓ　ａｎｄｅｒｓ）によって成され 、本発明と同じ譲受人に譲渡された、ｒＭｕｌｔｉｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ　Ｒｉ ｎｇＬ　ａｓｒ　Ｇ　ｙｒｏ　○ｕｔｐｕｔ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｐｒｏ ｃｅｓｓｉｎｇ　Ｍｅｔｈｏｄノ　と称する、１９７８年１０月３１日に発行さ れた、米国特許第４，１２３，１６２号の明細書に記載されているように、フォ トダイオード（４６）によって、ビート周波数を検波し５回転量決定論理回路（ ５ｏ）によって、リングレーザ−ジャイロの回転量を決定する。

レーザービーム（３６）と（３８）とは、理想的には、レーザー空胴内の各鏡か ら反射される、光の入射面に対して直角を成す直線方向に偏光されるが、地球の 磁場を含む多くの要因によって。

その直角偏光から回転して、平行および直角成分を有する楕円偏光ビームを形成 する。

本発明によるリングレーザ−ジャイロ（１ｏ）を１例えば航空機内で使用すると 、飛行中に、地球磁場の変化に遭遇して、上記のように、偏光ビームが回転する とともに、ビームが移相して。

その周波数が変わる。

リングレーザ−ジャイロ（１ｏ）は１周波数変化によって、所望の回転情報を与 えるため、磁場に起因する周波数の変化は、度／時間で表わされ、かつ傾斜度と 称される、望ましくないジャイロ出力誤差を表わす。

移相は１次式でめられる。

移相　＝　ＢＫ楕円偏光 式中、Ｂは、地球の磁場を表わし、Ｋは、伝播レーザービームの伝播方向単位バ ク１−ルである。

また「楕円偏光」は、リン、グレーザージャイロ（１０）内において、鏡が逆転 レーザービームに学える作用である９楕円偏光には、鏡の複屈折率、鏡の平面度 、直角および平行偏光鏡の反射率、およびレーザー媒体内における偏光ビームの ファラデー回転等のサブ要因がある。

上記要因を熟慮すると、地球の磁場Ｂ、または伝播レーザービームの作用方向Ｋ を操作するだけでは、移相をなくせないことが分かる。しかし、鏡の楕円偏光は 操作できる。

第２図は、四分の一波長厚の複屈折物質から成る代表的鏡の反射率と周波数とを プロットしたものである直角偏光の反射率（Ｒｓ）は、平行偏光の反射率（Ｒｐ ）に比して、広い周波数範囲にわたって、最高値に近い数値を示していることが わかる 本発明は、複屈折性の鏡のこの特徴を利用し、鏡の反射率が、レーザー周波数以 外の周波数で最高値に達するように設計しである。

例えば、ヘリウムネオンビームは、６，３２８オングストロームで作動する。

好適実施例では、リングレーザ−ジャイロ（１０）の鏡は、ヘリウムネオンレー ザ−周波数とは異なる周波数で、反射率が最高になるように構成されている。

例えば、６，４００オンゲスロームを利用すると、直角偏光の反射率（Ｒｓ）は 、０．９９９８６５から０．９９８６５まで変化し、平行偏光の反射率（Ｒｐ） は、　０．９９８６５から０．９６まで変化する。

好適実施例では、鏡（２８）乃至（３４）は、１７ＷＩの複屈折性四分の一波長 層で構成されており、そのうちの１枚以上の鏡については、レーザー周波数とは 異なる周波数で、反射率が最高値に達するように構成する。

Ｒｓを、可能な最高値に留めることが肝要である。

鏡の最大反射周波数の変化によって、Ｒｓが激減した場合は。

四分の一波長反射層の数を増すことにより、Ｒｓを上げることができるが、Ｒｐ も、Ｒｓに比例して上昇する。

第３図は、鏡を、１ガウスの磁場にさらした場合の、度／時間単位のレーザー傾 斜度と、度／鏡単位の鏡相複屈折率とをプロットしたものであり、直線は、Ｒｓ 　＝　Ｒｐ　：Ｉ。０の場合の、鏡傾斜度と鏡複屈折率との関係を表わしたもの である。

第３図から、ＲｓとＲｐとの値が近似している場合のリングレーザ−ジャイロの かたよりは、Ｒｓ値が若干低く、Ｒｐ値がかなり低い場合より、実質的に大きい ことがわかる。

鏡の形状の重要性が明白になった。

Ｒｓが最大値に、およびＲｐが最小値になるように、鏡を構成することにより、 平行偏光Ｒｐの反射を少なくすると同時に、直角偏光を反射するリングレーザ− ジャイロ鏡（２８）乃至（３４）の能力を、かなり向上させることができる。

このためには、鏡の設計周波数を、レーザー周波数から、若干低いまたは高い数 値に変えるだけでよ＜、Ｒｓ凸曲線ピークが低下する程大幅に変えてはならない が、Ｒｓをある程度下げるに充分な程度、変える必要がある６ 第３図のプロットは、コンピュータが数式に基づき出したものであるが、研究室 実験により、その正確さが実証されている。

第３図は１本発明を説明する目的で組入れたものである。

以上、本発明を説明したが１種々の変形を加えることができ、ヘリウムネオンレ ーザ−以外のレーザーも使用できる。

また、四辺形のレーザー空胴の代わりに三角形その他の多角形の空胴にすること ができる。

さらに、空胴内の鏡については、単一平面に置く必要はない。

したがって、本発明は、添付の請求の範囲のみに限定される。

ｙ屯、１ 補正専の翻訳文提出書 （特許法第１８４条の７第１項） 昭和６１年５月１２日

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. （１）磁場変化に対するリングレーザージャイロの感応度を低下させる装置であ って、 レーザー空胴、 前記レーザー空胴を通って所定周波数で、少くとも一つのレーザーを伝播する手 段、および、 前記空胴内に設けられて、前記レーザービームを前記空胴内に導く鏡から成り、 前記少くとも一つのレーザービームが、前記鏡の入射面に対して直角に偏光され た第１好適成分と、前記入射面と平行に偏光された第２成分とを有する偏光ビー ムであり、前記鏡が、前記レーザーの所定周波数から若干変わった周波数で、前 記直角および平行偏光ビームを最高率で反射するとともに、前記平行偏光ビーム の反射率を下げると同時に、前記直角偏光ビームの反射率を近最高値に保つこと により、反射された偏光ビームに対する磁場変化の影響を軽減するようにしたこ とを特徴とする装置。
2. （２）前記レーザー空胴内のレーザービームが、単一平面に位置することを特徴 とする請求の範囲第（１）項に記載の装置。
3. （３）前記少くとも一つのレーザービームが、前記空胴内を逆方向に伝播される ２っのビームを含むことを特徴とする請求の範囲第（１）項に記載の装置。
4. （４）前記レーザー空胴が、四辺形を画成する４本の通路を含むことを特徴とす る請求の範囲第（１）項に記載の装置。
5. （５）前記レーザー空胴が、三角形を画成する３本の通路を含むことを特徴とす る請求の範囲第（１）項に記載の装置。
6. （６）磁場変化に対するリングレーザージャイロの感応度を低下させる装置であ って、 レーザー空胴、 反対方向に回転するレーザービームを、前記空胴に伝播する手段、および 前記空胴内で、前記レーザービームを反射する少くとも３枚の鏡から成り、 前記レーザービームが、前記各鏡の入射面に対して直角を成す第１偏光成分と、 前記入射面と平行する第２偏光成分とを有し。 前記鏡のうちの少なくとも１枚が、前記入射面に対して直角を成す前記偏光ビー ムを最大限反射すると同時に、前記平行偏光ビームの反射量を低減する反射被覆 を有することを特徴する装置。
7. （７）前記レーザーが、所定周波数で、前記逆回転レーザービームを伝播し、 前記鏡のうちの少くとも１枚が、前記所定周波数から若干変わった周波数で、最 高反射率を達成する反射被覆を有することを特徴とする請求の範囲第（６）項に 記載の装置。
8. （８）前記レーザー空胴が、四辺形を画成する４本の通路を含むことを特徴とす る請求の範囲第（６）項に記載の装置。
9. （９）前記レーザー空胴が、三角形を画成する３本の通路を含むことを特徴とす る請求の範囲第（６）項に記載の装置。