JPS6351392B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はリングレーザジヤイロスコープに関
し、より詳細には複数の感知軸を有するリングレ
ーザジヤイロスコープに関するものである。

リングレーザジヤイロスコープは１つ以上の感
知軸を有しており各軸に対して関連した軸に直角
な平面に配設されたガス入空胴すなわちリングが
設けられ、各空胴は３つ以上の線形で通常長さの
等しいリムを備えている。各空胴まわりで、反対
方向に進行し各空胴コーナーに置かれた３つ以上
のミラーによつて閉ループまわりに向けられ径路
長が波長の整数に等しくなる周波数で再生的に増
幅される２つの光ビームが伝搬する。増幅は空胴
内のガス放電を介して達成され少なくとも１つの
アノードと１つのカソードが各空胴に設けられて
いる。

レーザジヤイロスコープ空胴のコーナーミラー
は優れた光学的特性を有していなければならない
ため非常に高価な構成要素である。３コーナー空
胴を有する単軸リングレーザジヤイロスコープは
３つのミラーを使用し、２軸３コーナー空胴リン
グレーザジヤイロスコープは６つのミラーを使用
し、３軸３コーナー空胴リングレーザジヤイロス
コープは９つのミラーを使用しており、各々の場
合ミラーはジヤイロスコープの経費の相当な割合
を占める。

本発明の目的は使用するミラーの数を低減した
リングレーザジヤイロスコープを提供することで
ある。

本発明によれば複数の感知軸、従つて複数の空
胴を有しているリングレーザジヤイロスコープが
設けられ、空胴は各感知軸に対して直角に互いに
直交する平面にあり各空胴は少なくとも１つのコ
ーナーは別の空胴のコーナーに一致するように配
置された３つ以上のコーナーを有しそれによつて
空胴は相互に連結されており、ジヤイロスコープ
はさらに空胴の一致するコーナーおよび残りのコ
ーナーに各々配設された複数のミラーを備えそれ
によつてミラーの数は空胴コーナーの総数より少
なくなつており、一致する空胴コーナーおよび一
致する空胴のミラーはこれらのミラーの各々に対
する垂直線がそれが作用する各空胴の平面にあつ
てそれらの空胴の関連したコーナーを２等分する
ように方向付けられている。

空胴が相互に連結されているので空胴に対して
共通のガス装置を使用することができかつ空胴は
１つのブロツク材から仕上げすることができ、そ
れによつてジヤイロスコープ全体は多軸装置を設
けるように配置された２つ以上の分離した単軸ジ
ヤイロスコープより少ない空間を占める。しかし
ながら３コーナー空胴を使用する場合それらが仕
上げされるブロツク材は、ミラーおよび他の構成
要素を仕上げする際およびブロツク上に取付ける
際の両方で困難を生じ得る不規則な形状あるいは
扱いにくい形状の固体球である。

従つて本発明の好適な実施例は各感知軸に対し
て直角に互いに直交する平面に配置された３つの
４コーナー空胴を備えた３軸リングレーザジヤイ
ロスコープを提供し、１つの空胴の各コーナーを
別の空胴の１つのコーナーに一致させそれによつ
て空胴は相互に連結され６つのミラーを一致する
空胴コーナーに各々配設しそれによつてミラーの
数は空胴コーナーの総数より少なくなり、一致す
る空胴コーナーおよび一致する空胴のミラーはこ
れらのミラーの各々に対する垂直線がそれに作用
する各空胴の平面にあつてそれらの空胴の関連し
たコーナーを２等分するように方向付けられてい
る。

この構成によつて３つの空胴をこのために非常
に便利な形状である立方体材料から仕上げするこ
とができそれによつて空胴を互いに直交する平面
に正確に置くことができる。さらにジヤイロスコ
ープは非常に凝縮しており容積は必要な空胴の寸
法に基いている。これは例えば短時間の正確さの
みが必要であるミサイル用途においては比較的小
さく、他の用途においては径路長がこの点で重要
な要素であるため長時間の正確さを提供するのに
径路長を増加しなければならないこともある。ジ
ヤイロスコープは１つのブロツク材内に収められ
ているため丈夫な構造のものになつており、これ
はレーザジヤイロスコープの多くの今日の用途の
要件である。

空胴の仕上げが完了すると立方体材料のコーナ
ーを取り去つて材料の容積を低減しかつアノード
やカソード等の構成要素のため取付け面を設ける
ことが可能である。

各空胴には空胴の径路長を制御する装置が設け
られ該装置は別の空胴のコーナーに一致するコー
ナーすなわちコーナーの１つに置かれそれによつ
て各径路長制御装置は２つの空胴に作用する。径
路長は３つの制御装置の合成動作によつて３つの
空胴全部で制御することができる。径路長制御装
置はジヤイロスコープの６つのミラーのうち３つ
を構成している（平面または曲面の）従来のダイ
アフラムミラーの形成にしてもよく、残りの３つ
のミラーは各々合成プリズムおよび２重素子検出
器を備えている（これも平面または曲面の）従来
の出力ミラーの形式にしてもよい。

本発明による慣性航法装置用の３軸リングレー
ザジヤイロスコープの実施例を添付図面を参照し
て以下説明する。

レーザジヤイロスコープの実際の本体は低膨張
係数を有する誘電材料の立方体から製造され、こ
のような材料の１つは商標Zerodurで知られてい
る非常に低い膨張係数を有するガラスセラミツク
である。またこの材料は透明でありこのため第１
図で内部の詳細が見える。

第１図および第２図において立方体材料の面は
１，２，３，４，５および６で示され３軸Ｘ，Ｙ
およびＺは対向する対の面の中心を通過する。３
つの空胴（第１図で一般に７Ｘ，７Ｙおよび７Ｚ
で示す）は各軸Ｘ，ＹおよびＺに対して直角に立
方体材料内に形成され各空胴（キヤビテイ）は第
２図に示すように４つの長さの等しいリム８を有
する矩形の形式になつている。識別し易いように
第１図で空胴７Ｘは黒くぬりつぶしてあり７Ｚは
灰色にしてある。３つの空胴のリム８は各面１〜
６の中心から４つの隣接する面の各々の中心まで
１ミリメートル直径の穴をあけることによつて設
けられる。従つて各面１〜６の中心は２つの空胴
に共通な空胴コーナーになり従つて３つの空胴７
Ｘ，７Ｙおよび７Ｚの全ては相互に連結されてい
る。この実施例における各空胴リム８の長さは40
√２ミリメートルの立方寸法を与える40ミリメー
トルである。

空胴リム８はその基本形式において立方体材料
で穴をあけられており第１図および第２図のよう
な形状を設けるのにまだ切り取られていない。こ
れはこれらの仕上げ作業を非常に容易にし仕上げ
作業後各面１−６の中心からそれに直角に８ミリ
メートル直径の穴をあけ、対向する面の各対から
あけられた穴９および１１は異なる長さのものに
なつている。３つの穴９の各々は立方体の中心に
延長し従つて他の２つの穴９と交差しており、３
つの穴８の各々は立方体中心まで達しないで止ま
つており従つてめくら穴になつている。

これは３つの基本空胴７Ｘ，７Ｙおよび７Ｚを
形成するのに必要な穴あけ作業の全体を表わしこ
の作業の全ては立方体の規則的性質が各穴あけに
対して確実なデータを提供するため非常に正確に
達成される。穴あけが完了すると立方体のコーナ
ーは除去されて８つの通常３角形の平面１２が設
けられそれらの辺はそれにすぐ隣接して配設され
た各空胴リム８に平行になつている。この作業は
ジヤイロスコープ素子の重さを低減しかつアノー
ド１３や１つのカソード１４等のジヤイロスコー
プの他の構成要素を取付ける平面１２を提供す
る。最終の穴あけ作業は、カソード１４が取付け
られている面１２から立方体の中心に穴を設け穴
９を介してカソードに関する限り３つの空胴７
Ｘ，７Ｙおよび７Ｚの全てを連結し、かつアノー
ド１３が取付けられている面１２から隣接する空
胴リム８に延長する穴１５を設けることによる。
第２図は空胴７Ｙの両アノード１３を示して構成
を図解しているが右側のアノードは第２図の断面
図の平面より上にあり通常は見えないことに注意
されたい。

各空胴７Ｘ，７Ｙおよび７Ｚは穴９および穴１
１間に延長する対向する対のリム８に配設され第
２図で最も良くわかるように可能な限り穴１１に
接近してオフセツトされた２つのアノード１３
（第１図では各空胴に対して１つのみ示す）を有
している。この方法でアノード−カソード間分離
は最大になりこれは適当な利得を得るために望ま
しく該利得は該分離およびアノード−カソード間
電流に比例し空胴リム直径に反比例する。

アノード−カソード間分離が最大になつた場合
始動の際空胴間でアノード対アノード放電の危険
がありこれを防ぐ装置が使用されなければならな
い。またこの構成によて関連アノード１３と相互
連結する各空胴の対向するリム８内でのみ可視放
電が生じ、空胴は最終的な組立の後ヘリウム／ネ
オン混合等のレーザ作用を維持するガスで充填さ
れることがわかる。アノード１３の１つはガス用
の充填管１６で固定されゲツタ１０は穴１１の１
つに設けられる。ゲツタは例えば光活性非蒸発性
ジルコニウム−炭素タイプまたは熱活性タイプの
１つにすることができ長時間に渡つて充填ガス純
度を保つように作動可能である。ミラーは各空胴
７Ｘ，７Ｙおよび７Ｚの各コーナーに設けられて
いるが穴９および１１を設けることによつて１つ
の空胴の各コーナーは別の空胴の１つのコーナー
に一致するので空胴コーナーの総数の半分である
６つのミラーのみが必要である。より詳細には３
つの径路長制御ミラー１７は立方体面１，３およ
び６の各中心に封入されて各々空胴７Ｙ，７Ｚ，
７Ｘ，７Ｙ；および７Ｘ，７Ｚに作用しており、
３つの出力ミラー１８は立方体面２，４および５
に封入されて各々空胴７Ｙ，７Ｚ，７Ｘ，７Ｙ；
および７Ｘ，７Ｚに作用している。ミラー１７は
曲面または平面にすることができ好ましくはハウ
ジンング２０内のミラーに隣接して取付けられた
圧電変換器によつて運動可能なダイアフラムタイ
プのものであつて多くの周知の要因によつてジヤ
イロスコープの動作中に生じ得る空胴の径路長の
任意の変化に対して補償する。所与の空胴７Ｘ，
７Ｙおよび７Ｚに対して３つの径路長制御ミラー
１７の２つはその平面にあり該空胴に関する限り
任意の調整は同じ方向であるが該空胴の平面にな
い第３のミラー１７は反対方向で調整される。従
つて径路長制御は３つのミラー１７全てを同時に
調整することによつて行なわれなければならず、
これは圧電変換器に対して信号を発生する電子回
路（図示せず）によつて達成され該変換器はミラ
ー１７のダイアフラムを運動させる。

出力ミラー１８もまた曲面または平面にするこ
とができ各々はそれに取付けられた従来の合成プ
リズム１９を有しておりそれに関連した２重素子
光学検出器２１に対してフリンジを与える。検出
器２１はまた空胴７Ｘ，７Ｙおよび７Ｚの径路長
制御に対してフイードバツクを行なう。各ミラー
１８は上述のように７Ｘ，７Ｙおよび７Ｚの２つ
の空胴に作用しており、合成プリズム１９は２つ
の関連した空胴の１つの光ビームに作用するよう
に方向付けられている。例えば第１図で８時の位
置に示す合成プリズム１９は同じくそれが作用し
ている空胴７Ｘではなく空胴７Ｙから光ビームを
出力する。

ミラー１７，１８が空胴７Ｘ，７Ｙおよび７Ｚ
の２つに作用するためにはそれはその垂直線が両
空胴平面にあり関連した空胴コーナーの角を２等
分するように方向付けられなければならない。こ
れは一致するコーナーに関する何らかの可能な空
胴構成はミラー垂直線が当該空胴平面になくかつ
（または）関連空胴コーナーを２等分しなくなる
ので好ましくないということである。しかしなが
らこれらの点で図面の構成にはなんら困難はな
い。

アノード１３、カソード１４およびミラー１７
と１８をブロツク材の各面に封入することは気密
封入を設ける任意の技術によつて行なうことがで
きる。

周知のようにリングレーザの動作を劣化させる
多くの効果があり大多数はリングすなわち空胴を
通過する際失われる光の量に何らかの方法で関連
している。最も顕著で従つて厄介な効果の１つは
ロツクインと呼ばれているものでこれは逆回転ビ
ームと相互作用する空胴内の各ビームから散乱さ
れる光によつて生じそれによつて周波数差を低回
転速度に抑制しかつ周波数差をロツクイン周波数
のすぐ上で非直線にする。

ロツクインの問題はリングレーザジヤイロスコ
ープにバイアスを与えて動作が周波数差対回転速
度のグラフの直線部分上にあることを確実にしそ
れによつて低回転速度が検出できるようにするこ
とによつて除去することができる。本実施例にお
いてはこのバイアスは元の立方体材料の対向する
対のコーナーを介して延長する軸２２まわりでジ
ヤイロスコープを機械的振動状態におくことによ
つて行なわれる。いわゆる「震動」技術は周知で
あるのでさらに説明はしない。いずれにしろジヤ
イロスコープに使用されるバイアスのタイプは本
発明には含まれない。震動軸２２はジヤイロスコ
ープの感知軸Ｘ，Ｙ，Ｚの各々に対する角で延長
し従つて３軸全てのまわりに重要な機械的振動の
要素があることだけを述べておこう。

動作時アノード１３およびカソード１４は付勢
されて上述のように各空胴７Ｘ，７Ｙおよび７Ｚ
内でレーザ放電を行ないそれによつて２つの光ビ
ームは反対方向で各空胴まわりで伝搬されコーナ
ーミラー１７および１８によつて空胴まわりに向
けられている。２つの光ビームは各空胴に関連し
た合成プリズム１９によつて合成され空胴に関連
した感知軸まわりでジヤイロスコープが回転して
いない場合検出器２１は２つの合成されたビーム
から生じる干渉フリンジをなんら検出しない。し
かしながらその感知軸Ｘ，Ｙ，Ｚの１つ以上のま
わりのジヤイロスコープの回転の際関連した空胴
の１方のビームの光学的径路長は増加し他方は減
少しそれによつて関連する検出器が計数する合成
ビーム中の干渉フリンジを生じフリンジ計数は２
つの光ビームが完全に結合されていない、すなわ
ちロツクインがない場合ジヤイロスコープによつ
て回転される全角度に正比例している。従つて回
転速度は３つの感知軸Ｘ，Ｙ，Ｚの各々のまわり
で測定されジヤイロスコープがその１部を形成す
る慣性航法装置内で使用することができる。

既に述べたように本発明は多軸リングレーザジ
ヤイロスコープにおいて使用されなければならな
いミラーの数を低減し図面の実施例の場合は50％
節約されている。３コーナー空胴のより一般的な
使用に関しても33１／３％節約されこれらの節約は 共に経費の点で非常に重要である。しかしながら
基本的発明概念から他の利点が生じこれは図面の
実施例に関しては以下のようなものである。すな
わち、 １ 本ジヤイロスコープは直角空胴の達成を比較
的簡単なものにする立方体材料から仕上げるこ
とができる。

２ 本ジヤイロスコープは最小容量を占めこれは
一般に重要で特に航空用途において重要であ
る。

３ 本ジヤイロスコープは丈夫である。

４ 全空胴に対して１つのガス装置を設けること
ができる。

５ １つのカソードのみ必要である。

【図面の簡単な説明】

第１図は内部の詳細を示すジヤイロスコープの
概略的斜視図、第２図は第１図の線−上の断
面図を示す。 図中、７Ｘ，７Ｙ，７Ｚ……空胴、８……リ
ム、９，１１……穴、１０……ゲツタ、１３……
アノード、１４……カソード、１６……充填管、
１７……径路長制御ミラー、１８……出力ミラ
ー、１９……合成プリズム、２０……ハウジン
グ、２１……光学的検出器、２２……震動軸。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 複数の感知軸、従つて複数の空胴を有してい
   るリングレーザジヤイロスコープにおいて、上記
   空胴は各感知軸に対して直角に互いに直交する平
   面にあり各空胴は３つ以上のコーナーを有してお
   り；上記各空胴７Ｘ，７Ｙ，７Ｚのコーナーは少
   なくとも１つのコーナーが別の空胴のコーナーに
   一致するように配置されておりそれによつて上記
   空胴は相互に連結されており、上記ジヤイロスコ
   ープはさらに上記空胴７Ｘ，７Ｙ，７Ｚの一致す
   るコーナーおよび残りのコーナーに各々配設され
   た複数のミラー１７，１８を備えておりそれによ
   つてミラーの数は空胴コーナーの総数より少なく
   なつており、一致する空胴コーナーおよび一致す
   る空胴のミラーはこれらのミラーの各々に対する
   垂直線がそれが作用する各空胴の平面にありそれ
   らの空胴の関連したコーナーを２等分するように
   方向付けされていることを特徴とする上記リング
   レーザジヤイロスコープ。 ２ ３軸リングレーザジヤイロスコープにおい
   て、上記ジヤイロスコープは各感知軸Ｘ，Ｙ，Ｚ
   に対して直角に互いに直交する平面に配置された
   ３つの４コーナー空胴７Ｘ，７Ｙ，７Ｚを備えて
   おり１つの空胴の各コーナーを別の空胴の１つの
   コーナーに一致させ、それによつて上記空胴は相
   互に連結しており６つのミラー１７，１８を一致
   する空胴コーナーに各々配設しそれによつてミラ
   ーの数は空胴コーナーの総数より少なくなつてお
   り、一致する空胴コーナーおよび一致する空胴の
   ミラーはこれらのミラーの各々に対する垂直線が
   それが作用する各空胴の平面にありそれらの空胴
   の関連したコーナーを２等分するように方向付け
   られていることを特徴とする上記ジヤイロスコー
   プ。 ３ 特許請求の範囲第２項に記載のジヤイロスコ
   ープにおいて、上記ジヤイロスコープ本体は各空
   胴７Ｘ，７Ｙ，７Ｚのリム８を等しい長さにし各
   リムを立方体の１つの外面１〜６の中心から隣接
   する外面の中心に延長させて誘電材料の立方体か
   ら形成されており、穴９，１１は各立方体外面の
   中心でそれに対して直角に設けられており上記ミ
   ラー１７，１８は上記穴に渡つて上記各立方体面
   に封入されていることを特徴とする上記ジヤイロ
   スコープ。 ４ 特許請求の範囲第３項に記載のジヤイロスコ
   ープにおいて、所与の空胴７Ｘ，７Ｙ，７Ｚに対
   して立方体面１〜６の中心でそれに対して直角に
   設けられた４つの穴９，１１の２つは立方体の中
   心に延長し従つて他の空胴に関連して同様の穴と
   相互に連結しており、他の２つの穴は立方体中心
   まで達しないで止まつており、カソード用の取付
   面１２から立方体の中心に延長する穴を介して３
   つの空胴全てと接続する１つのカソード１４が設
   けられていることを特徴とする上記ジヤイロスコ
   ープ。 ５ 特許請求の範囲第４項に記載のジヤイロスコ
   ープにおいて、上記カソード１４用の取付面１２
   は立方体のコーナーを切り取つて８つの通常３角
   形で平らな取付面１２を形成することによつて設
   けられ、３角形の辺はそれにすぐ隣接して配設さ
   れた上記各空胴リム８に平行に延長していること
   を特徴とする上記ジヤイロスコープ。 ６ 特許請求の範囲第５項に記載のジヤイロスコ
   ープにおいて、上記各空胴７Ｘ，７Ｙ，７Ｚには
   上記８つの取付面１２の各々に取付けられそれら
   の取付面１２から上記空胴の隣接するリム８に延
   長する穴１５によつて上記空胴に接続されている
   ２つのアノード１３が設けられていることを特徴
   とする上記ジヤイロスコープ。 ７ 特許請求の範囲第６項に記載のジヤイロスコ
   ープにおいて、上記各空胴７Ｘ，７Ｙ，７Ｚに対
   する上記アノード１３は各々立方体面１〜６から
   立方体中心に延長する上記穴９，１１の１つと別
   の立方体面から延長し立方体中心まで達しないで
   止まつている上記穴の１つの間で延長するその対
   向するリム８に関連していることを特徴とする上
   記ジヤイロスコープ。 ８ 特許請求の範囲第６項または第７項に記載の
   ジヤイロスコープにおいて、上記アノード１３の
   １つは開口され封入可能な充填管１６が設けられ
   上記充填管１６を介して上記空胴は必要なガスで
   充填されていることを特徴とする上記ジヤイロス
   コープ。