JPS6310578A - リング・レ−ザの製造方法 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、リング・レーザ角速度センサの製造方法に関
し、更に詳細には、従来の構造よりも低コストで製造で
きるリング・レーザの製造方法に関する。

〔発明の背景〕

ここ何年かの開発の結果、一般にリング・レーザ・ジャ
イロと呼ばれているリング・レーザ角速度センサは、商
業的に満足のいく製品となシ、また多くの用途において
通常の機械的角速度センナと容易に取り換えることかで
きるようになった。

現任、市販されている大部分のリングΦレーザ角速度セ
ンサは、機械的および熱的に安定しているブロック構造
を使用し、かつ参考のため本出顧に示されている米国特
許第３，３９０，６０６号、第３，４６７．４７２号、
および第３３７３．６５０号に開示されている機械的デ
ィザ−の考え方を使用している。

これら従来のリング・レーザ角速度センサは、動作にお
いては十分満足のいくものであり、また前述したように
ある用途においては一般的に使用されている。しかし、
これら従来のり／グ・レーザ角速度センサは１．製造コ
ストが高いという開運を１していた。

〔発明の概要〕

本発明の目的は、製造コストが安価なリング・レーザ角
速度センサを提供することである。

本発明の他の目的は、ディザ−・モータを含む全体的な
寸法が非常に小さい、たとえｉｆ直径５．ｏ８ｃ１１１
（２インチ）未満のリング・レーザ角速度センサラ堤供
することである。

したがって、本発明は、機械加工されたレージング（ｌ
ａｓｉｎｇ）通路を有する中実ガラス・ブロックと、島
形成気密シールでブロックに結合されたミラーとから構
成されたり／グ・レーザ角速度センサを提供する。また
、湾曲半径の短いリフォーカシング（ｒｅｆｏｃｕｓｉ
ｎｇ　）ミラーを、思い通路と組合せて使用するととも
、本発明の優れた構造特徴の１つである。

〔実施例〕

以下、添付の図面に基づいて、本発明の実施例について
説明する。

ＷＩ１図において、たとえば硼珪酸ガラス、望ましくは
ＢＫ−７（スコツト・オプティカルの商品表示）のよう
なシリケート・ガラス・ブロック１゜は、機械加工され
た孔１２１．１２ｂ、１２ｃを有し、これら孔は三角形
のレージング（ｌａｓｉｎｇ　）　　空所を形成してい
る。このブロックには、通路１２の交差部分にミラー１
４ａｃ、１４ａｂ、１４ｂｃが取シつけられている。な
お、方形レージング空所や、立方体空所を含む他の形状
の空所を備えたリング・レーザ角速度センサも、本発明
に基づいて構成し得ることは言うまでもない。

ミラー、および、これらミラーのブロックへの取付方法
については、後に詳しく説明する。各ミラーは、レーザ
・ビームを再指向する作用の他、いくつかの作用を行な
う。ミラー１４ａｃは読出しビーム信号を供給するよう
部分的透過性であり、ｔラー１４ｍｂ　は湾曲し対向レ
ーザ・ビームを集束し、またミラー１４ｂｃは空所通路
の長さを制御する。ミラー１４１ｂに取りつけられたセ
ンサ１５は、従来技術におけるリング−レーザ角ｕｆｆ
センサと同様にミラー１４ｂｃに通路長制御信号を供給
する。なお、ミラー１４ａｃ　　と組合せて使用される
適当な読出しディバイスについては、発明者キルパトリ
ックによる発明の名称［リング・レーザ角速度センサの
読出し」の特許出願に開示されている。

さらに、ブロック１０には、アノード１６と一対のカソ
ード１８．２０が固定され、これらについては第４図に
関連して後述する。なお、これら電極は、空所に充填さ
れたガスに電気エネルギを与えて、対向レーザ・ビーム
を発生寧せる。

また、ブロック１０には、カソードおよびアノードが取
りつげられているところに、円筒状通路２２ａ、２２ｂ
、２２ｃが機勾戊刀ロエされている。これら通路により
、レージング・ガスはカン−トドアノードの内面と連絡
している。さらに、孔２２＆。

２２ｂ、２２ｃを、通路を越えてブロック中に延ばし貯
厳器を形成し、システムのガス全体の体積を増すと有利
である。

通路１２により形成された平面に垂直な方向にブロック
１０に孔２６が形成されている。この通路は、望ましく
は発明者キルパトリッつてより１９８５年５月１ｏ日に
出願された、発明の名称「リング・レーザ角速度センサ
のデ・ｉザ・サスペンション機構」の特許顧に示されて
いるような小型のティザ・モータを収容するのに繁用し
得る。

本発明によるリング・レーザ角速度センサの構造は優れ
たものであるが、この基本的動作原理は、従来のリング
・レーザ角速度センサと目１様である。

−ｉなわち、ブロック１０の空所は、ヘリウム・ネオン
の混合物のレージング会ガスで充填されている。アノー
ド１６とカソード１８，２０間の電界は、ブロック１０
の通路１２に対向レーザ・ビームを形成する。ブロック
１０が回転すると、対向ビームの一方の周波数は増加し
、また他方は減少する。この周波数差は、ミラー１４ａ
ｃに取りつけられた適当なセンサにより検出される。光
検出器の出力信号は、当業者には周知の適当な方法で処
理される。

第２図に示すように、本発明における製造コストを低減
する重要な要素は、従来のリング・レーザ角速度センサ
において一般に使用されている万ブテイカル拳コンタク
トのかわりにミラー１４と中実ブロック１０との間にフ
リット（ｆｒｉｔ）シールを使用していることである。

本実施例では、リング・レーザ角速度センサ・ブロック
１０は、前述したようにレージング通路が機械加工され
ているＢＫ−７ガラスの中実ブロックである。各ミラー
用基板２２もまた、ＢＫ−７ガラスでできている。レー
ザ反射コーティング２４は、当業者には周知の適当な方
法で基板２２の表面上に形成される。これには、二酸化
チタン層と二酸化シリコン層から成るコーティングが適
している。

中実ブロック−１０、基板２２、およびコーティング２
４用材料の選択は、甲寅ブロック１０、基板２２、およ
びコーティング２４に適した膨張率ぺしたがって行なわ
れる。適当な膨張率とともに熱形成フリット密封工程を
使用して、基板２２をブロック１０に結合する。また、
フリット・シールは、かなりの期間４５００〜５００℃
の温度範囲で加熱される工程において、接合ガラスまた
はフリット材料２６で形成され、かつ各部材は適当な温
度膨張率を有していなけれはならない。

第３図において、平坦なミラー１４ｂｃ、１４ａｃ。

および湾曲したミラー１４ａｂは、ブロック１０に加工
された通路１２ａ、ｂ、１２ａｃ、ｔ；’ｂｃＫより形
成された空所中に対向ビームを伝播させろ。空所ＵＶ−
ザ・ビームを閉じ込め、これをブロックの角度ひずみに
対して安定させ、かつレーザを特異な横方向モードで蚤
動させる。レーザ・ゲイン・ヒュージの直径は、ゲイン
およθ空所開口がオフーアクセヌ・モードと区別するよ
うに選択すべきである。なお、ゲイン管の直径は０．７
６　ｒｎｍ　＜　０．０３０インチ〕が最適である。

′ｉ要なことは、本発明に基づいて構成されたリング・
レーザ角速度センサの空所が短いことである。空所の長
さは、約６．１０　ｃｍ　（２，４インチ）が最適であ
ることがわかっている。また、空所の長さが１５．２４
ｍ　（６インチ）よシ長いと通常後に立たない。

集束ミラー１４ａｂは短い湾曲半径の、湾曲した反射面
を有している。ミラー１４＆ｂの湾曲半径が減少すると
、半径と通路の長さが等しくなる限界まで、許容し得る
空所の不整会食は増加する。これを超えると、すなわち
半径が空所の長さより短くなると、レージング・ビーム
は不安定になる。

本実施例では、ミラー１４ｍｂ　　の湾曲半径は、空所
の長さが約６ｃ組の場合１５ｍ〜２０ｃｒｎ　である。

この半径は、通路の長さに等しい内側限界と通路の長さ
の６倍の外側限界の範囲内での空所の長さの変化に竿っ
て変化し得る。

第４図において、従来装置と同様に、電極はレーザ・ガ
スに対して電気的接続を行々う。各［極、すなわち１つ
のアノードと２つのカソードは、ブロック１０の熱膨張
率に合うように構成されている。したがって、電極をブ
ロック１０に取りつけ、それらの間に密封シールを形成
するのに熱接合工程を便用することができる。ニッケル
ー鉄合金で作られたペース３２とその内面は、アルミニ
ウムの薄い層３４でコーティングされている。Ｎｉ　−
Ｆｅの割合は、このインパール・タイプの材料がブロッ
クの熱膨張率と適合する熱膨張率を有しているように調
節することができる。ＢＫ−７のブロックと適合するに
は、約Ｎｉ−４９′４、Ｆｅ　−５０％、１％のマシネ
リ改善用材料の混合物が最適である。なお、ｔｉの壁は
、雷、極をブロック１０に取りつける際に可撓性がある
ように薄くなければならない。この構造は、慾的または
機械的に生じる応力によるブロックと電極との間の相対
運動を補償する。

第５図において、従来技術と同様に、通路長制御ミラー
は、当業者には周知の技術にしたがって空所の長さを波
長の整数に保持している。しかし、第５図に示された通
路長制御ミラーの構造は、従来技術において使用されて
いるものよりもかなり簡単であるという利点を有してい
る。

この優れた通路長制御装置は、ＢＫ−７のブロック１０
とＢＫ−７の基板４２に関して第２図において説明した
方法でブロック１０に固定された反射コーティング２４
全備えた基板４２を有している。基板４２は、本実施例
では、たとえば０．５０８ｒｎｍ　（０，０２０インチ
）と、比較的薄い。ミラー基板４２には、２つの圧電ウ
エノ〜４４．４６が接合さｎている。これらウニ・・４
４．４６は、温度変化の影響をなくすように配置さｎで
いる。々お、各クエ・・は、ミラー基板の厚さの１／２
でちることが望ましい。

第６図に示すように、各圧電ウエノ４４．４６の上下面
全体１２は導電性電極４８が被着されている。下のウニ
／〜４４は適当なエポキシによりミラー基板４２に接合
され、ｆｉＷ］ｍに上のウエノ・４６は下のウェハ４４
にエポキシ接合されている。電極の表面には、圧電水晶
に適当な信月を送る導電性タブ５２が取９つげられてお
り、これにより、ミラー基板を！？！ませて、通路の長
さが波長の整数であるように通路の長さを変えることが
できる。

ここに示されている優れたリング・レーザ角速度センサ
と組合わせるのに特に適し九小型の機械的ディザ−・モ
ータは、本出願人に譲渡されかつ発明者ハンス他により
１９８５年５月１０日に出願された、発明の名称「リン
グ・レーザ角速度センサのディザ・サスペンション機構
」の特許顧に開示されている。

ここには、低コストのリング・レーザ角速度センサを提
供する優れた構造が示されている。この技術は、リング
・レーザ、特にリング・レーザ角速度センサとして使用
されるレーザ・ブロックを構成する方法を提供している
。

第７図は、リング・レーザーブロックを低コストで製造
する技術を提供する製造方法を示している。大きいブロ
ック６００は第１図に示したレーザ・ブロック１０に関
して説明したし科と同じ材料ででさている。ブロックは
平坦な表面６０１゜６０２．６０３を形成するようフラ
イス削り、または切削されている。この平坦４表面は各
平坦な表面の法線が全て同一平面に存在するような方法
でブロックの長さく沿って配置されている。

さらに、平坦な表面は後述するように相互に配置されて
いる。なお、レーザ番ビームは、レーザ・ビームがオプ
ティカル閉ループ多角形通路を通るよう、光学の法則に
したがわなけれＦ′ｆ々らないことは明白であろう。た
とえば、レーザ・ビームが反射面に照射すると、入射角
は反射角と等しく々げればならない。平坦な表面を互い
に適切に配置することにより、平坦な表面間を結ぶ接続
、線分（ライン・セグメント）が閉ループ多角形を形成
し、その閉ループ多角形において各平坦な表面の法線は
、平坦な表面に交差する隣りあう接続線分の頂点を通る
。ブロックを孔あけして、平坦な表面６０１，６０２．
６０３の間に線分に沿って空所を形成し、かつ反射部材
を各表面に配置することにより、空所は閉ループ・オプ
ティカル・ビームを伝播することができる。

第７図において、トンネル、すなわち空所６１０ａ〜６
１０ｈ　がブロック６００に孔あけされて、表面６０１
，６０２　の間に延びている。各トンネル６１０１〜６
１０ｈは距離りだけ離間され、互いにほぼ平行している
。同碌に、ブロック６００　Ｋは表面６０２，６０３の
間に延びたトンネル６１５ａ〜６１５ｈが孔あげされ、
また表面６０１，６０３の間に延びたトンネル６２０ａ
〜６２０ｈがブロック６００に孔あＧブされている。

トンネル６１０ａ＝　８１０ｈ、６１５ａ　〜６１５ｈ
、６２０＆〜６２０ｈは、三角形の形状で示さｎている
多角形通路を形成し、平坦な表面６０１．６Ｇ２，６０
３は、こｎら表面に２いて多角形の頂点を形成している
。

多角形を形成しているトンネルは、複数のトンネルによ
って形成された各多角形がほぼ平行しているように、ブ
ロックに孔：ｈ？′ｆされている。液抜に、隣りあう接
続トンネルの頂点を貫通する、表面の法線が、トンネル
間の角度を二等分するように、表面は相互に配置されて
いる。この配置により、オプティカル閉ループ通路が形
成される。

リング・レーザを形成するには、第１図に示すようにレ
ーザ・ビームが伝播するオプティカル閉ループ通路を形
成するよう、ミラーを表面６０１゜６０２．６８３　に
取りつげなげればならない。ま九、ブロックにミラーを
取りつけるには、ミラーをブロック江取シつけるため選
択された材料および技術に要する程度の平滑さを得るよ
う、表面６０１゜６０２．６０３　を研摩しなげればな
らない。

ブロックが適切に孔あけされかつ研摩された後、ブロッ
ク６００は、スライス・マーカ１Ｓｎのところでスライ
スされて、各リング・レーザーブロックを形成し、その
後これらは第１図に示したように本発明にしたがって処
理される。

なお、スライスする前にミラー１４ａｂ、１４ａｃ。

１４ｂＣをブロックに取りつげてもよい。本発明の一実
施例では、全てのミラー１４は表面６０１゜６０２．６
０３においてブロックに圧着（ｐｒｅｓｓ−ｆｉｔ）さ
れている。さらに、フリット・シールがミラーに設けら
れる。その後、ブロックと全アセンブリは、気密シール
を形成するような温度に加熱される。

ミラー組立の後、各アセンブリはブロックからスライス
されるが、ミラーとブロックの熱形成シール結合を含ん
でいる各リング・レーザ・ブロックを提供する。

なお、前述した組立方法は、ミラーがオプティカル・コ
ンタクト技術を用いてブロックにシールされているアセ
ンブリにも適用し得ることは、当業者には明白であろう
。具体的には、表面６０１゜６０２．６０３を先ず高度
に研摩して、オプティカル・シールを供給する。このオ
プティカル・コンタクト・シールには、非常に高度に研
摩された表面が要求される。

ブロック材料およびミラーは、ＢＫ−７またはＺｅｒｏ
ｄｕｒのようなガラス、水晶、または用途に適した特性
を有する他の材料でできている。

ここには、本発明の望ましい実施例のみが示されている
が、本実施例は本発明の思想の範囲から離れることなく
改変することができることは、当業者には明白であろう
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にしたがってＷ４成されたリング・レー
ザ角速度センサの断面図である。 第２図はリング・レーザ角速度センサーブロックにシー
ルされたミラーの詳細を示した部分的断面図である。 第３図は、レーザ空所と湾曲した集束ミラーの概要図で
ある。 第４図はレーザ電極の構造を示した部分的断面図である
。 第５図は本発明の実施にＭ幼な、簡単でしかも侵ｔした
通路長制御装置の断面図である。 第６囚は第５図の構造の拡大詳細図でちる。 第７図は三角形のレーザ通路を有する複数のリング・レ
ーザ・ブロックを供給するよう形成されかつ几あげされ
たブロックの概要図である。 第８図は方形のレーザ通路を育する複数のリング・レー
ザ・ブロックを供給するよう形成さｉかつ孔ちけされた
ブロックの概要図である。 １０・・・・ブロック、１２・・・・通路、１４−・ψ
φミラー、１５−　会・・センサ、１６・・４壷アノー
ド、１８．２０−−−・カソード、２２・・・・円筒状
通路、２４・・・・レーザ反射コーティング、４２１１
０拳・基板、４４．４６・・・・圧電ウェハ、４８・・
・・電極、５２・・参・タブ、６００　ψΦ・・ブロッ
ク、　６０１゜６０２．６０３　−−−−　　平坦な表
面、６１０，６１５．６２０　　＠・・・トンネル。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ブロックに少くとも３つの平坦な表面を形成する
   工程にして、上記各平坦な表面はその各法線の全てが、
   ほぼ同一平面にあり、上記表面は、上記平坦な表面間を
   結ぶ接続線分のうちの選択されたグループの線分が閉ル
   ープ多角形を形成するように相互に配置されており、上
   記閉ループ多角形において上記各平坦な表面の法線は上
   記平坦な表面に交差する隣りあう接続線分の頂点を通り
   かつ上記隣接した線分間の角度を二等分している、ブロ
   ックに少くとも３つの平坦な表面を形成する工程と； 上記選択されたグループの線分に沿つて上記ブロックに
   第１組の空所を孔あけする工程と；上記第１組の空所と
   同じように配置された少くとも第２組の空所をブロック
   に孔あけする工程と；単一組の空所を有するブロック部
   分を分離するよう上記ブロックをスライスする工程と から成ることを特徴とするリング・レーザの製造方法。
2. （２）ブロックに少くとも３つの平坦な表面を形成する
   工程にして、上記各平坦な表面はその各法線の全てがほ
   ぼ同一平面にあり、上記表面は上記平坦な表面間を結ぶ
   接続線分のうちの選択されたグループの線分が閉ループ
   多角形を形成するように相互に配置されており、上記閉
   ループ多角形において上記各平坦な表面の法線は上記平
   坦な表面に交差する隣りあう接続線分の頂点を通りかつ
   上記隣接した線分間の角度を二等分している、ブロック
   に少くとも３つの平坦方表面を形成する工程と；上記選
   択されたグループの線分に沿つて上記ブロックに第１組
   の空所を孔あけする工程と；上記第１組の空所と同じよ
   うに配置された少くとも第２組の空所をブロックに孔あ
   けする工程と；上記平坦な表面にミラーを取りつける工
   程と；単一組の空所を有するブロック部分を分離するよ
   う上記ブロックをスライスする工程と から成ることを特徴とする、リング・レーザの製造方法
   。