DE2800885C2 - Optisches Ausgangssystem für Ringlaser-Drehgeschwindigkeitsmesser - Google Patents
Optisches Ausgangssystem für Ringlaser-DrehgeschwindigkeitsmesserInfo
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Description
28 OO 885
optischen Ausgangssystem,
F i g. 2 ein Diagramm eines optischen Ausgangssystems, bei dem zur Veranschaulichung die verschiedenen
optischen Baueinheiten voneinander getrennt gezeigt sind,
F i g. 3 einen Schnitt durch ein optisches Ausgangssystem, Ir;' welchem sämtliche Einheiten mechanisch zu
einer star: en Konstruktion vereinigt sind,
F i g. 4 einen Schnitt durch eine andere Ausführungsform des optischen Ausgangssystems und
F i g. 5 einen Schnitt durch eine nochmals andere Ausführungsform des optischen Ausgangssystems.
F i g. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines Ringlaser-Drehgeschwindigke'.tsmessers,
welcher mit einem optischen Ausgangssy.tem der hier vorgeschlagenen Art
mit Vorteil ausgerüstet werden kann. Der Ringlaserraum 5 enthält einen in sich geschlossenen Übertragungsweg,
längs welchem sich die vier vom Laser angeregten elektromagnetischen Wellen ausbreiten können.
Der in sich geschlossene Übertragungsweg enthält das Lasermedium 10, Spiegel 12 und 13, eine Polarisationsdispersionseigenschaft
besitzende Baueinheit 16 mit einem Kristallrotator 17 und einem Faradayrotator 18,
einen weiteren Spiegel 15 und einen Ausgangsspiegel 22. Aufgrund der durch den Kristallrotator 17 und den
Faradayrotator 18 eingeführten Frequenzvorspannung oder Aufspaltung ergeben sich vier elektromagnetische
Wellen mit den Frequenzen f\, /j, fj und ft,, welche sich
innerhalb des geschlossenen Übertragungsweges ausbreite . Die Weilen mit den Frequenzen f\ und U zirkulieren
im Uhrzeigersinn und bilden innerhalb des Ringlaserraumes 5 einen Wellenstrahl, während die
Wellen mit den Frequenzen f2 und Λ im Gegenuhrzeigersinn
umlaufen und einen zweiten Wellenstrahl bilden. Sämtliche vier Wellen besitzen eine zirkuläre Polarisation,
wobei die Wellen mit den Frequenzen f\ und h eine zirkuläre Polarisation des einen Richtungssinnes
und die Wellen mit den Frequenzen h und U eine zirkuläre
Polarisation des entgegengesetzten Richtungssinnes aufweisen. Die Lage der Frequenzen in der Verstärkungsgradkurve
des Lasermediums 10 ist aus dem Diagramm nach F i g. 2 erkennbar.
Als Ausgangssignal des Systems wird eine digitale Zahl oder ein anderes Signal gewünscht, welches von
einem vorbestimmten Zeitpunkt an die Gesamtdrehung wiedergibt, welche der Ringlaserraum 5 erfahren hat
oder es wird als Ausgangssignal eine Digitalzahl oder ein anderes Signal gewünscht, welches die Drehgeschwindigkeit
des Laserringraumes 5 angibt Die Drehgeschwindigkeit errechnet sich nach folgender Formel:
worin Ω die Drehgeschwindigkeit um die Rotationsfühlerachse
des Ringlasers, L die Gesamtlänge des Übertragungsweges,
A die wirksame Fläche des von dem Übertragungsweg umschlossenen Bereiches und λ die
Wellenlänge der sich im Ringlaserraum 5 ausbreitenden Wellen bedeuten. Die Größe der Drehung erhält man
durch Integration obiger Gleichung über die Zeit hinweg.
Um das Signal zu bilden, welche die Größe oder den Winkel der Drehung angibt, ist es zunächst notwendig,
Signale abzuleiten, weiche den Unterschied ia—h uer
Frequenzen der im Ringlaserraum umlaufenden Wellen des einen Richtungssinnes der Polarisation und welche
dem Unterschied h—f\ der Frequenzen der im Ringlaserraum
umlaufenden Wellen des anderen Richtungssinnes der zirkulären Polarisation entsprechen. Es ist
Aufgabe des optischen Ausgangs· ;.,iems 30, die Wellenstrahlen
der Frequenzen /Ί und h für eine Detektordiode
und der Frequenzen h und U für die zweite Detektordiode
zu kombinieren, ohne daß Anteile der jeweils anderen Wellen auf die eine bzw. die andere Diode treffen.
Die Ausgangs-Signalverarbeitungsschaltung 32 wandelt die den Frequenzunterschieden der rechtssinnig und der
ίο linkssinnig zirkulär polarisierten Wellen entsprechenden
Signale in eine Digitalzahl um, welche in Übereinstimmung mit obiger Gleichung die Größe oder den
Winkel der Drehung angibt. Die Ausgangs-Signalverarbeitungsschaltung 32 nimmt auch Einfluß auf die Amplituden
der von den beiden Detektordioden abgeleiteten Signale und erzeugt daraus ein Analogsignal zur Betätigung
eines piezoelektrischen Wandlers 20 zur Aufrechterhaltung der jeweils richtigen Gesamtlänge des geschlossenen
Übertragungsweges des Kingiaserraumes 5, so daß der für die beiden Wellenpaare gültige Verstärkungsgewinn
im wesentlichen gleich ist.
Innerhalb der Darstellung nach F i g. 2 ist schematisch ein optisches Ausgangssystem gezeigt. Ein Ausgangsspiegel
22 bildet einen der Reflektoren, welche einen
geschlossenen Übertragungsweg innerhalb des Ringlaserraumes 5 bestimmen. Der Ausgangsspiegel 22 ist
zum größten Teil reflektierend und wirft etwa 99% oder mehr der Energie der beiden eintreffenden Wellenstrahlen
zurück. Ein geringer Teil jedes Ausgangswellen-Strahls jedoch wird von dem Ausgangsspiegel 22 durchgelassen
und tritt von der Rückseite des Spiegels in Richtung auf weitere Spiegel 40 und 41 hin aus.
Für die nachfolgenden Untersuchungen sei der Fall angenommen, daß der Durchgang einer zirkulär polarisierten
Welle durch den Ausgangsspiegel 22 die Polarisation dieser Welle nicht wesentlich beeinflußt Der
durchgeiasscne Weüenstrah! im Gcgcnuhrzeigersinr.
umlaufender Wellen, welcher mit CCW bezeichnet ist, enthält beispielsweise die Frequenzen /j und f3 mit linkssinniger
(LCP) und rechtssinniger (RCP) zirkularer Polarisation.
Wie in den kleinen Diagrammbildern innerhalb von F i g. 2 gezeigt ist, ist der Polarisationssinn jeder
Welle in aufeinanderfolgenden Zweigen des geschlossenen Umlaufweges des Ringlaserraumes wegen
des bekannten Wechsels des Polarisastionssinnes nach Reflexion jeweils entgegengesetzt Der Wellenstrahl im
Uhrzeigersinn umlaufender Wellen, welcher mit CWbezeichnet ist enthält demgemäß Wellen mit den Frequenzen
/i und /4 von rechtssinniger bzw. linkssinniger
zirkularer Polarisation. Der im Uhrzeigersinn umlaufende Wellenstrahl wird von dem Spiegel 40 auf eine bestimmte
Stelle des Strahlaufspalters 42 hingelenkt Der WeHenstrahl der im Gegenuhrzeigersinn umlaufenden
Wellen wird in entsprechender Weise von dem Spiegel 41 auf dieselbe Stelle des Strahlaufspalters 42 hin reflektiert
Jeder der auf den Strahlauf spalter 42 hingelenkten Wellenstrahlen erzeugt sowohl durchgelassene als auch
reflektierte Komponenten annähernd gleicher Größe. Der Strahlauf spalter 42 ist winkelmäßig so ausgerichtet,
daß er auf einer Linie Wellenstrahlen vereinigt, welche von dem Strahlaufspalter 42 bzw. seiner Oberfläche
durchgelassen bzw. reflektiert worden sind. Die kombinierten Wellenstrahlen, welche von dem Strahlaufspalter
42 durchgelassen bzw. reflektiert worden sind, enthalten jeweils WeDen sämtlicher vier Frequenzen, Der
durchgelassene Anteil des Wellenstrahls im Uhrzeigersinn umlaufender Wellen und der reflektierte Anteil des
Wellenstrahls im Gegenuhrzeigersinn umlaufender
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ίο
Wellen verlaufen längs desselben Weges zu der Viertelwellenplatte 53 hin. In entsprechender Weise breitet
sich der durchgelassene Anteil des Wellenstrahls im Gegenuhrzeigersinn umlaufender Wellen und der reflektierte
Anteil des Wellenstrahls im Uhrzeigersinn umlaufender Wellen zusammen längs desselben Weges zu der
Viertelwellenplaf »e 43 hin aus. Zwischen dem Strahlaufspalter 42 und d^r>
Viertelwellenplatten 43 und 53 sind also die Wellenpaare mit rechtssinniger und linkssinniger
zirkularer Polarisation kombiniert und breiten sich zusammen in derselben Richtung längs desselben Weges
aus. Vor der Viertelwellenplatte 53 existieren also beispielsweise die Wellen mit den Frequenzen /ι und h
mit linkssinniger zirkularer Polarisation und die Wellen mit den Frequenzen /3 und U mit rechtssinniger zirkularer
Polarisation. Dieselben Frequenzen sind auch zwischen dem Strahlaufspalter 42 und der Viertelwellenplatte 53 bei jeweils entgegengesetztem Sinn der zirkulären
Polarisation festzustellen.
Die Viertelwellenplatten 43 und 53 sind so ausgerichtet, daß beispielsweise eine linkssinnige zirkuläre Polarisation
in eine vertikale Polarisation und eine rechtssinnige zirkuläre Polarisation in eine horizontale lineare
Polarisation umgeformt werden. Die Polarisatoren 44 und 54 lassen jeweils nur lineare Polarisation durch. Die
Polarisationsrichtungen sind dabei so gewählt, daß sie aufeinander senkrecht stehen, so daß beispielsweise der
Polarisator 44 nur eine horizontale lineare Polarisation durchläßt, während der Polarisator 54 nur eine vertikale
lineare Polarisation durchlassen kann. Aufgrund dieser Anordnung ergibt sich, daß die Wellenstrahlen, die zwischen
dem Polarisator 54 und der Detektordiode 55 verlaufen, nur die Frequenzen f\ und /j bei linearer vertikaler
Polarisation enthalten, während die Wellenstrahlen zwischen dem Polarisator 44 und der Detektordiode
45 nur die Frequenzen /3 und U bei horizontaler linearer ruiäriSäiiun enthalten. AüS vorstehendem ergibt
ohne weiteres, daß jede Detektordiode nur von Wellen mit zwei verschiedenen Frequenzen getroffen wird,
während die Wellen mit den beiden anderen Frequenzen vollständig eliminiert sind.
Ein wesentlicher Vorteil des hier vorgeschlagenen Systems besteht darin, daß sowohl der durchgelassene wie
auch der reflektierte Wellenstrahlanteil der den Strahlaufspalter verlassenden Wellenstrahlen zur Bildung der
nutzbaren Ausgangswellenstrahlen verwendet werden. Bei bisher bekannten optischen Ausgangssystemen
wurde nur einer der beiden Ausgangswellenstrahlen des Strahiaufspalters ausgenützt Ein Verlust einer Hälfte
der Ausgangsleistung wird also bei dem hier vorgeschlagenen Ausgangssystem vermieden. Nachdem gegenüber
bisher verwendeten Systemen nur die Hälfte der Leistung von dem Ringlaserraum abgeleitet werden
muß, wird der Verstärkungsgrad verringert, welcher
von dem Laserverstärker und dem Lasermedium bereitgestellt werden muß.
Fig.3 zeigt eine Ausführungsform des hier vorgeschlagenen
optischen Ausgangssystems, bei welchem sämtliche optischen Bauteile mechanisch als kompakte
und starre Einheit miteinander verbunden sind. Bei dieser Ausführungsform ist ein Spiegel-Trägerkörper 104,
welcher aus klarem, durchlässigem Glas bestehen kann, auf einer ebenen Oberfläche mit einer Anzahl dielektrischer
Schichten 102 belegt, so daß ein zum größten Teil reflektierender Spiegel gebildet ist Dieser Spiegel bildet
eines der Reflektormittel, welche den in eich geschlossenen
Umlaufweg des Ringlaserraumes 5 bestimmen. Die Anzahl und der Aufbau der dielektrischen
Schichten 102 ist so gewählt, daß ein kleiner Anteil der eintreffenden Wellenstrahlen in den Spiegel-Trägerkörper
104 hinein durchgelassen wird. Charakteristischerweise handelt es sich um 0,5% der Energie der auftreffenden
Wellenstrahlen, welche in den Spiegel-Trägerkörper 104 hinein abgegeben werden.
Der Strahlaufspalter 106, welcher ebenfalls aus dielektrischem Werkstoff besteht, befindet sich auf der
gegenüberliegenden Fläche des Spiegel-Trägerkörpers
ίο 104, welche zu den dielektrischen Schichten 102 parallel
verläuft. In der Schicht des Strahlaufspalters 106 sind Öffnungen vorgesehen, so daß bestimmte Wellenstrahlen
durch diese Öffnungen durchtreten können, wie in der Zeichnung gezeigt ist Praktisch wird der Strahlaufspalter
106 in der Weise gebildet, daß dielektrisches Material auf einer Fläche einer Viertelwellenplatte 108
abgelagert und darauf ein Ringbereich abgeätzt wird, wofür beispielsweise eine Ionenstrahlätztechnik zum
Einsatz kommt, um die gewünschten Durchbrüche her-
zustellen. Durch Ausbildung der Öffnungen des Strahlaufspalters 106 in Gestalt eines Ringes wird erreicht,
daß der aus der Viertelwellenplatte 108 und dem Strahlaufspalter 106 gebildete Verband gedreht werden kann,
um die richtige Wechselwirkung zwischen der Viertelwellenplatte 108 und dem Wellenstrahl zu erreichen,
welcher auf sie trifft, so daß beispielsweise Wellenstrahlen linkssinniger Polarisation vollständig in eine lineare
vertikale Polarisation umgesetzt werden, während Wellenstrahlen rechtssinniger zirkularer Polarisation vollständig
in eine lineare horizontale Polarisation gebracht werden.
An die Oberfläche der Viertelwellenplatte 106 grenzt die Unterseite eines Retroprismas 110 an. Das Retroprisma
110 besteht aus in hohem Maße durchlässigem Glas. Gegenüber der in Berührung mit der Viertelwellenplatte
108 stehenden Oberfläche des Retroprismas ί 10 hegen zwei weitere PrisrnenRächen des RetrcpnE-mas
110, welche in der aus Fig.3 ersichtlichen Weise
einen Winkel zueinander einschließen. Die zuletzt genannten Prismenflächen sind mit reflektierenden Belägen
112 und 114 versehen, welche entweder dij Gestalt
einer Anzahl dielektrischer Schichten oder eines Metallbelages haben können.
An eine vierte Fläche des Retroprismas 110, welche in F i g. 3 auf der linken Seite liegend dargestellt ist, befinden sich Polarisatoren 116 und 118. An die jeweils anderen Seiten der Polarisatoren 116 und 118 sind Detektordioden 120 und 122 angesetzt, se daß diese Dioden die von den Polarisatoren durchgelassenen, linear polarisierten Wellen empfangen. Wie zuvor erwähnt, sind die Polarisatoren 116 und 118 zueinander senkrecht orientiert Eine Diodenhalterung 124 dient zur Befestigung der Detektordioden 120 und 122 und der jeweils zugehörigen Polarisatoren 116 und 118 an der linken Oberfläche des Retroprismas 110. Die Einrichtung nach F i g. 3 wirkt in ähnlicher Weise wie die schematisch in F i g. 2 gezeigte Anordnung und nimmt eine Kombination der im Ringlaserraum vorhandenen Wellen gleichen zirkulären Polarisationssinnes vor, während WeI-len des jeweils anderen zirkulären Poiarisationssinnes zurückgewiesen werden und die kombinierten Wellen zu der betreffenden Detektordiode weitergegeben werden, ohne daß ein großer Verlust der Signalleistung auftritt
An eine vierte Fläche des Retroprismas 110, welche in F i g. 3 auf der linken Seite liegend dargestellt ist, befinden sich Polarisatoren 116 und 118. An die jeweils anderen Seiten der Polarisatoren 116 und 118 sind Detektordioden 120 und 122 angesetzt, se daß diese Dioden die von den Polarisatoren durchgelassenen, linear polarisierten Wellen empfangen. Wie zuvor erwähnt, sind die Polarisatoren 116 und 118 zueinander senkrecht orientiert Eine Diodenhalterung 124 dient zur Befestigung der Detektordioden 120 und 122 und der jeweils zugehörigen Polarisatoren 116 und 118 an der linken Oberfläche des Retroprismas 110. Die Einrichtung nach F i g. 3 wirkt in ähnlicher Weise wie die schematisch in F i g. 2 gezeigte Anordnung und nimmt eine Kombination der im Ringlaserraum vorhandenen Wellen gleichen zirkulären Polarisationssinnes vor, während WeI-len des jeweils anderen zirkulären Poiarisationssinnes zurückgewiesen werden und die kombinierten Wellen zu der betreffenden Detektordiode weitergegeben werden, ohne daß ein großer Verlust der Signalleistung auftritt
Die Wirkungsweise des Systems nach F i g. 3 sei anhand
der Tabelle I beschrieben, welche jeweils Ausdrükke entsprechend dem Polarisationszustand der verschiedenen
Wellen an bestimmten Punkten des Systems
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ι?
enthält. Ein hochgestelltes Symbol L bedeutet, daß es sich um eine linkssinnige zirkuläre Polarisation handelt,
während ein hochgestelltes Symbol R anzeigt, daß eine
•echtssinnige zirkuläre Polarisation vorliegt. Ein hochgestelltes
Symbol Vzeigt eine vertikale lineare Poiarisation an, und ein hochgestelltes //zeigt eine horizontale
lineare Polarisation an. Die tiefgestellten Symbole oder Basiswerte benennen jeweils die Frequenz der betreffenden
Welle. Die Viertelwellenplatte 108 ist so orientiert, daß die rechtssinnige zirkuläre Polarisation und die
linkssinnige zirkuläre Polarisation in eine horizontale bzw. eine vertikale lineare Polarisation umgewandelt
werden, d. h., der Azimutwinkel der großen Achse beträgt 45°. Außerdem ist festzustellen, daß die horizontale
und die vertikale lineare Polarisation in eine rechtssinnige bzw. eine linkssinnige zirkuläre Polarisation umgewandelt
werden, wenn die betreffende Welle in der einen oder anderen Richtung die V>telwellenplatte 108
durchläuft. Man erkennt, daß sämtliche Wellenstrahlen, die unterhalb d=r Viertelwellenplatte 108 auftreten, zirkulär
polarisierte Wellen aufweisen, während diejenigen
Wellenstrahlen, die oberhalb der Viertelwellenplatte 108 verlaufen, linear polarisiert sind. Nachdem die
horizontale und vertikale lineare Polarisation die normalen Schwingungsformen für die Reflexion an Flächen
sind, welche Normale aufweisen, die in der Einfallsebene liegen, tritt bei der Reflexion an irgendeiner der Flächen
der Viertelwellenplatte 108 keine ein Übersprechen verursachende Depolarisator! auf.
Der Durchlauf eines charakteristischen Wellenstrahls durch die Einheit kann im einzelnen verfolgt werden. An
dem Punkt A, welcher innerhalb des Ringlaserraumes 5 gelegen ist, enthält der im Gegenuhrzeigersinn zirkulierende
Wellenstrahl Wellen mit den Frequenzen /j und /3, welche linkssinnig bzw. rechtssinnig zirkulär polarisiert
sind. Geringe Anteile dieser Wellenstrahlen werden von den dielektrischen Schichten 102 in den Spiegel-Trägerkörper
104 hinein durchgelassen. Die Polarisationen der ir. den Trägerkörper 104 eingelassenen Wellenstrahlen
bleiben aufgrund des geringen Einfallswinkels relativ zu der Normalen zu den dielektrischen Schichten 102 im
wesentlichen erhalten.
Der Ringlaserraum 5 ist beispielsweise so ausgebildet, daß der Winkel zwischen den auftreffenden Wellenstrahlen
30° oder weniger beträgt Durch Aufrechterhaltung eines solchen kleinen Einfallswinkels mit Bezug
auf die dielektrischen Schichten 102 wird die zirkuläre Polarisation in besonders hohem Maße beibehalten. Für
größere Einfallswinkel nimmt die elliptische Polarisation der Wellenstrahlen, welche von der Rückseite der
dielektrischen Schicht 102 ausgehen, stark zu. Nimmt die elliptische Gestalt der Polarisation zu, so wird die
Signalleistung, welche an jeder Detektordiode verfügbar ist, verringert, da die Polarisatoren entweder so
orientiert werden müssen, daß die unerwünschten Signalkomponenten vollständig unterdrückt werden oder
daß die Maximalamplitude des gewünschten Signals durchgelassen wird. Da die Wellenstrahlen bei ellipti-•
scher Polarisation nicht mehr leistungsmäßig aufeinander senkrecht stehen, können die Polarisatoren nicht so
eingestellt werden, daß sie einerseits die Maximalamplitude des gewünschten Signals durchlassen und andererseits
sämtliche unerwünschten Signalkomponenten ausschalten. Im zuerst angesprochenen Fall tritt ein Übersprechen
zwischen den erwünschten Ausgangssignalen auf, während im letzteren Fail eine Verringerung der
Signalamplitude auftritt
Am Punkt B innerhalb des Spiegel-Trägerkörpers 104 sind die im Gegenuhrzeigersinn zirkulierenden Komponenten
der vier Wellen vorhanden, welche sich innerhalb des Ringlaserraumes ausbreiten. Diese vier Komponenten
haben die Frequenzen h und /3 und besitzen eine linkssinnige bzw. eine rechtssinnige zirkuläre Polarisation.
Sind die Wellen durch den Durchoruch des Strahlaufspalters 106 und durch die Viertelwellenplatte
108 gelangt, so werden die Wellen in solche vertikaier bzw. horizontaler linearer Polarisation umgewandelt.
Nach Reflexion an den reflektierenden Belägen 114 und
112 an den oberen Prismenflächen des Retroprismas 110 bleiben die jeweiligen Polarisationsrichtungen aufrechterhalten,
jedoch wird der Wellenstrahl in seitlicher Richtung um eine bestimmte Strecke versetzt, so daß er
auf der Oberfläche des Strahlaufspalters 106 an derselben Stelle auftrifft, auf welche auch der mit / bezeichnete
Wellenstrahl trifft, welcher Komponenten des Wellenstrahls der im Uhrzeigersinn zirkulierenden Wellen
mit den Frequenzen f\ und /4 und mit rechtssinniger bzw. linkssinniger zirkularer Polarisation enthält. Die
durchgelassenen und die reflektierten Wellenstrahlungsanteile werden aus den genannten Wellenstrahlen
gebildet, so daß sowohl die reflektierten als auch die durchgelassenen Wellenstrahlen von dem gemeinsamen
Einfallspunkt auf dem Strahlaufspalter 106 Wellen sämtlicher vier Frequenzen enthalten. Der Wellenstrahl
J weist Wellen der Frequenzen /1 und /2 mit jeweils
horizontaler linearer Polarisation und Wellen der Frequenzen /3 und /4 mit jeweils vertikaler linearer Polarisation
auf, wobei das letztgenannte Wellenpaar durch die Viertelwellenplatte 108 von einer zirkulären in eine
lineare Polarisation umgewandelt worden ist In entsprechender Weise enthält der Wellenstrahl D Wellen
der Frequenzen f\ und /2 mit linkssinniger zirkularer Polarisation und Wellen der Frequenzen /3 und fs, mit
rechtssinniger zirkularer Polarisation. Der Sinn der Polarisation wird bei Reflexion an der Rückseite der dielektrischen
Schicht Ϊ02 umgedreht. Der Weiienstrahi E
tritt durch den Durchbruch des Strahlaufspalters 106 hindurch und wird wieder in eine lineare Polarisation
umgewandelt so daß der Wellenstrahl F entsteht, welcher Wellen mit den Frequenzen f\ und h sowie mit
horizontaler linearer Polarisation und Wellen mit den Frequenzen /3 und /4 mit vertikaler Polarisation «"-'thält.
Die Wellenstrahlen Fund /werden durch den reflektierenden Belag 112 zu den Polarisatoren 116 und 118 hin
reflektiert Der Polarisator 116 ist so orientiert, daß er nur eine horizontale lineare Polarisation durchläßt,
während der Polarisator 118 so ausgerichtet ist, daß durch ihn nur eine vertikale Polarisation hindurchgelangen
kann. Auf diese Weise werden Wellen mit den Frequenzen f\ und /2 zu dem Detektor 120 hin ausgekoppelt,
während Wellen mit den Frequenzen /3 und U zu dem Detektor 122 ausgekoppelt werden.
Innerhalb des Detektors erfolgt eine Heterodynüberlagerung zwischen den auf den betreffenden Detektor
treffenden Wellen, so daß ein Ausgangssignal entsprechend einer Sinusschwingung entsteht, welche mit einer
Niederfrequenz oder einer Gleichspannungskomponente überlagert ist Die Frequenz jeder Sinusschwingung
ist der Differenz der Frequenzen der beiden auf den betreffenden Detektor fallenden Wellen gleich,
während die Größe der jeweiligen Gleichspannungskomponente entsprechend dem Mittelwert der Ampli-
tude des Ausgangssignals proportional zur Summe der
Intensitäten der beiden einfallenden Wellen ist Durch weitere Verarbeitung des Ausgangssignals vermittels
der Ausgangs-Signalverarbeitungsschaltung 32 erhält
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man ein digitales Signal, welches die Größe oder den
Winkel der Drehung anzeigt und ein analoges Signal zur Betätigung des piezoelektrischen Wandlers 20 zur Aufrechterhaltung
der geeigneten Länge des geschlossenen Übertragungsweses innerhalb des Ringlaserraumes 5.
Man erkennt, daß das in F i g. 3 gezeigte System eine
widerstandsfähige und kompakte, mechanische, einheitliche Einrichtung darstellt Bei bisher bekannten Systemen
mußte jedes optische Bauteil gesondert an einer ihm zugeordneten Halterung befestigt werden, die wiederum
an einer darunterliegenden Tragkonstruktion zu befestigen war. Nach dem vorliegenden Vorschlag ist
das gesamte optische Ausgangssystem in einer einzigen, starren Einheit zusammengefaßt wodurch sich ein beträchtlicher
Raumgewinn erzielen läßt Dieser Vorteil ist in vielen Anwendungsfällen von großer Wichtigkeit
bei denen der von einem Bauteil eingenommene Raum sowie auch das Gesamtgewicht möglichst gering gehalten
werden müssen.
In F i g. 4 ist ein Schnitt durch eine andere Ausführungsfcrni
des optischen Ausgangssystems der hier vorgeschlagenen Art gezeigt welches ebenfalls eine kompakte
und mechanisch widerstandsfähige Einheit darstellt Die Ausführungsform nach F i g. 4 arbeitet genauso
wie diejenige nach F i g. 3, doch sind die Lagen des Strahlaufspalters und der Viertelwellenplatte vertauscht
und es wird eine andere Form eines Prismas 130 verwendet so daß sich ein anderer Verlauf der Wellenstrahlen
ergibt Die Polarisatoren 116 und 118 und die Detektordioden 120 und 122 sind außerdem auf derselben
Oberfläche des Retroprismas 130 angeordnet weiche auch auf einem Teil den reflektierenden Belag 134
trägt
Die Wirkungsweise des Gerätes nach F i g. 4 läßt sich durch die Ausdrücke von Tabelle II beschreiben, welche
die Frequenzen und die Polarisationszusiandc der verschiedenen
in der Einrichtung vorhandenen Wellen angibt In dieser Tabelle bezeichnen die Vorzeichen + und
— zum Polarisationssinn eine lineare Polarisation, weiche einen bestimmten positiven oder negativen Winkel
zur Horizontalen einnimmt beispielsweise 30° bis 45°.
Ein Durchgang der Wellen durch mehrlagige dielektrische Schichten kann zu einer Änderung des Polarisationszustandes
führen, so daß zirkulär polarisierte Wellen in einen elliptischen Polarisationszustand übergehen.
Diese Erscheinung beruht auf einer unterschiedlichen Durchlässigkeit für elektromagnetische Wellen,
deren Hauptschwingungsebene des elektrischen Feldes in der Ebene des Einfalls (p-Polarisation) gelegen ist, im
Vergleich zu Wellen, deren Hauptschwingungsebene senkrecht zu dieser Ebene (s-Polarisation) gelegen ist.
Das Verhältnis der Durchlässigkeit für die beiden Polarisationsrichtungen hängt von dem Einfallswinkel ab
und kann beispielsweise 1,2 bis 5 betragen. Hieraus ergibt sich eine entsprechende elliptische Form der Polarisation
der durchgelassenen Wellen, so daß schließlich Wellen mit elliptischer Polarisation, nicht mit linearer
Polarisation, weitergegeben werden. Die Polarisatoren könnten daher nicht unerwünschte Wellen von den beiden
Dioden fernhalten. Bei der Ausführungsform nach F i g. 5 sind jedoch weitere Viertelwellenplatten 136 und
138 vorgesehen, welche bewirken, daß die Polarisationen der unerwünschten Wellen in jedem Fall linear gemacht
werden, wobei die Polarisatoren so ausgerichtet sind, daß sie die unterwünschte Polarisation sperren.
Auf diese Weise wird ein Obersprechen vollständig vermieden. Falls weiterhin eine Änderung der Polarisation
nach Reflexion an der Rückseite der spiegelnden Schicht 102 auftritt, so wird dies gleichzeitig durch dieselbe
Viertelwellenplatte 138 kompensiert Wie zuvor erwähnt ergibt sich das Bestreben einer Beseitigung des
Obersprechens aus der Überlegung, daß ein rauschsignalfreies Ausgangssignal des Ringlaser-Drehgescbwindigkeitsmessers
erzielt werden soll. Durch das vorliegende Ausgangssystem wird ein Übersprechen
auch dann vermieden, wenn die dielektrischen Schichten 102 des Spiegels unterschiedliche s- und p-Durchlässigkeiten
besitzen, wobei nur eine geringe Verminderung der Signalleistung in Kauf zu nehmen ist Bei den
Ausführungsformen nach den F i g. 4 und 5 ist die Viertelwellenplatte auf einen Winkel von 0°, nicht von 45°,
ausgerichtet In diesem Fall werden die elliptisch polarisierten Wellen, welche von den spiegelnden Schichten
102 ausgehen, von der Viertelwellenplatte sogleich in lineare Polarisationen umgewandelt welche in zwei im
wesentlichen nicht zueinander orthogonalen Ebenen liegen. Wenn daher die Wellen nicht auf weitere depola-
risierend wirkende Bauteile treffen, so kann ein Übersprechen durch Verwendung der Poiarisatoren ί iö und
118 beseitigt werden, ohne daß zusätzliche Viertel wellenplatten eingesetzt werden.
Das in F i g. 5 im Schnitt gezeigte optische Ausgangssystem gemäß einer anderen Ausführungsform bildet ebenfalls eine mechanisch widerstandsfähige, starre und kompakte Einheit Die jeweiligen Polarisationszustände der verschiedenen Wellenstrahlen sind in der nachfolgenden Tabelle IH aufgeführt Die Gestalt des Prismas stimmt mit derjenigen des Gerätes nach F i g. 4 überein. Nahe dem Strahlaufspalter 106 ist jedoch keine Viertelwellenplatte vorgesehen. Vielmehr liegen, wie zuvor bereits angedeutet, einzelne Viertelweilenplatten 136 und 138 nahe den Polarisatoren 116 und 118. Diese Konstruktion ergibt den Vorteil, daß die Viertelwellenplatte für jede Detektordiode individual! einjustiert werden kann. Dies ist in Fällen zweckmäßig, in denen ein bestimmtes Maß an Depolarisation auftritt, welche eine elliptische Polarisation der Wellen aufgrund unterschiedlicher Phasenfehler oder einer unterschiedlichen Reflexion oder Durchlässigkeit an den oder durch die verschiedenen reflektierenden Beläge und dielektrischen Schichten oder aufgrund einer nichtidealen Viertelwellenplatte verursacht Im übrigen könnte eine Viertelwellenplatte nahe dem Strahlaufspalter 106 des Systems nach F i g. 5 angeordnet werden oder es könnten einzelne Viertelwellenplatten jeweils vor den Polarisatoren 116 und 118 der Ausführungsform nach Fig.4 vorgesehen sein. Die diesbezüglichen Merkmale der Ausführungsformen nach den F i g. 4 und 5 lassen sich also vertauschen. Doppelte Viertelwellenplatten haben den Vorteil, daß nahezu sämtliche Aberration aufgrund einer Depolarisation der einzelnen Wellenstrahlen beseitigt werden kann.
Das in F i g. 5 im Schnitt gezeigte optische Ausgangssystem gemäß einer anderen Ausführungsform bildet ebenfalls eine mechanisch widerstandsfähige, starre und kompakte Einheit Die jeweiligen Polarisationszustände der verschiedenen Wellenstrahlen sind in der nachfolgenden Tabelle IH aufgeführt Die Gestalt des Prismas stimmt mit derjenigen des Gerätes nach F i g. 4 überein. Nahe dem Strahlaufspalter 106 ist jedoch keine Viertelwellenplatte vorgesehen. Vielmehr liegen, wie zuvor bereits angedeutet, einzelne Viertelweilenplatten 136 und 138 nahe den Polarisatoren 116 und 118. Diese Konstruktion ergibt den Vorteil, daß die Viertelwellenplatte für jede Detektordiode individual! einjustiert werden kann. Dies ist in Fällen zweckmäßig, in denen ein bestimmtes Maß an Depolarisation auftritt, welche eine elliptische Polarisation der Wellen aufgrund unterschiedlicher Phasenfehler oder einer unterschiedlichen Reflexion oder Durchlässigkeit an den oder durch die verschiedenen reflektierenden Beläge und dielektrischen Schichten oder aufgrund einer nichtidealen Viertelwellenplatte verursacht Im übrigen könnte eine Viertelwellenplatte nahe dem Strahlaufspalter 106 des Systems nach F i g. 5 angeordnet werden oder es könnten einzelne Viertelwellenplatten jeweils vor den Polarisatoren 116 und 118 der Ausführungsform nach Fig.4 vorgesehen sein. Die diesbezüglichen Merkmale der Ausführungsformen nach den F i g. 4 und 5 lassen sich also vertauschen. Doppelte Viertelwellenplatten haben den Vorteil, daß nahezu sämtliche Aberration aufgrund einer Depolarisation der einzelnen Wellenstrahlen beseitigt werden kann.
Ferner sei noch deutlich gemacht, daß der hier verwendete Ausdruck »Drehgeschwindigkeitsmesser«
auch Einrichtungen umfaßt, die ausgangsseitig schließlich eine Anzeige eines Drehwinkeis liefern.
Es folgen die obenerwähnten Tabellen I, Il und III:
Es folgen die obenerwähnten Tabellen I, Il und III:
B:
C:
D:
E:
F:
f2 vf3"
t2 RhLhRUL
OO
Tabelle | I (Fortsetzung) |
G: | fzvf*v |
H: | (f\ Rf4L)cw(f2RhL)ccw |
1: | flRf4L |
J: | ^Hf4Vf2Hf3V |
K: | ft"f2" |
Tabelle | II |
A: | (if h Irrwf t\ IA SfVf |
B: | f2 LhR |
C: | h~h* |
D-. | URf2 RhLUL |
E: | fxLhLhRhR |
F: | /|-/2-/3+A+ |
C: | /3+/4+ |
H: | (f\ RUL)cw(f2RhL)ccw |
I: | W4L |
K: | f\ + ^ + fi~J4~ |
Tabelle | III |
A: | P2Lf3R)1xJf1Lf4R)^ |
B: | f2 LfzR |
C: | hLhR |
D: | f\LURf2 LhR |
E: | f\ Rf4 Lf2 RhL |
F: | W4Lf2Rf3L |
G: | fzHf4H |
H: | (fW^WzL)^ |
I: | f\Rfi,L |
f: | /| RULf2Rf3L |
K: | flVf2 V |
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
ίο
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25
30
35
40
50
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60
Claims (5)
1. Optisches Ausgangssystem für Ringlaser-Drehgeschwindigkeitsmesser,
welche ein Lasermedium (10), eine ein Polarisationsdispersionsverhalten aufweisende
Einheit (16) zur Anregung kontinuierlicher Wellen mit mindestens vier verschiedenen Frequenzen
und eine Anzahl von Reflektoren (12, 13, 15,22; 102) enthalten, welche für die genannten WeI-ien
einen in sich geschlossenen Übertragungsweg bilden, wobei mindestens einer dieser Reflektoren
für die eintreffenden Wellen teildurchlässig ist, mit
a) einer Einrichtung (106) zur Strahlaufspaltung, auf welche die von dem teildurchlässigen Reflektor
(102,104) durchgelassene Wellenstrahlung hinlenkbar ist und weiche die Wellenstrahlung
teilweise durchläßt und teilweise reflektiert,
b) einer der Einrichtung (ICS) zur Strahlsufspalturig
zugeordneten Einrichtung (108) zur Umwandlung einer zirkulären Polarisation in eine
lineare Polarisation,
c) in dem Strahlengang der Wellen mit linearer
Polarisation angeordneten Polarisatoren (116, 118) sowie
d) Detektoreinrichtungen (120, 122), welche die durch die Polarisatoren (116, 118) geleiteten
Wellen empfangen,
dadurch gekennzeichnet, daß
e) der teildurchlässige kollektor (102, 104), die Einrichtung (106) zur StrahlaUiSpaltung, die Einrichtung
(108) zur Umwandlung der Polarisation, die Polarisatoren (116,118) und die Detektoreinrichtungen
(120, 122) als starre Einheit ausgebildet und mechanisch miteinander verbunden sind,
f) der teildurchlässige Reflektor einen mehrere dielektrische
Schichten (102) als teildurchlässige Reflexionsschichten aufweisenden Trägerkörper
(104) enthält, auf dessen von den dielektrischen Schichten (102) abgekehrter Oberfläche
sich die bereichsweise vorgesehene Einrichtung (106) zur Strahlaufspaltung und die Einrichtung
(108) zur Umwandlung einer zirkulären Polarisation in eine lineare Polarisation befinden,
g) an die Einrichtung (108) zur Umwandlung der zirkulären Polarisation in eine lineare Polarisation
ein Dachprisma (110) mit einer Prismenfläche angrenzt,
h) dieser Prismenfläche gegenüberliegend zwei reflektierende Prismenflächenbereiche (112,
114) des Dachprismas (110) vorgesehen sind und
i) an einer weiteren Prismenfläche des Dachprismas (110) die Detektoreinrichtungen (120, 122)
zusammen mit den jeweils zugehörigen Polarisatoren(116,118)
angeordnet sind.
2. Optisches Ausgangssystem für Ringlaser-Drehgeschwindigkeitsmesser,
welche ein Lasermedium (10), eine ein Polarisationsdispersionsverhalten aufweisende
Einheit (16) zur Anregung kontinuierlicher Wellen mit mindestens vier verschiedenen Freauenzen
und eine Anzahl von Reflektoren (12, 13, 15,22; 102) enthalten, weiche für die genannten Weilen
einen in sich geschlossenen Übertragungsweg bilden, wobei mindestens einer dieser Reflektoren
für die eintreffenden Wellen teildurchlässig ist, mit
a) einer Einrichtung (106) zur Strahlaufspaltung, auf welche die von dejn teildurchlässigen Reflektor
(102, 104) durchgelassene We'lenstrahlung hinlenkbar ist und weiche die Wellen: irahlung
teilweise durchläßt und teilweise reflektiert,
b) einer der Einrichtung (106) zur Strahlaufspaltung zugeordneten Einrichtung (108) zur Umwandlung
einer zirkulären Polarisation in eine lineare Polarisation,
c) in dem Strahlengang der Wellen mit linearer Polarisation angeordneten Polarisatoren (116,
118) sowie
d) Detektoreinrichtungen (120, 122), welche die durch die Polarisatoren (116, 118) geleiteten
Wellen empfangen,
dadurch gekennzeichnet, daß
e) der teildurchlässige Reflektor (102, 104), die Einrichtung (106) zur Strahlaufspaltung, die Einrichtung
(108) zur Umwandlung der Polarisation, die Polarisatoren (116,118) und die Detektoreinrichtungen
(120. 122) als starre Einheit ausgebildet und mechanisch miteinander verbunden sind,
f) der teildurchlässige Reflektor einen mehrere dielektrische Schichten (102) als teildurchlässige
Reflexionsschichten aufweisenden Trägerkörper (104) enthält, auf dessen von den dielektrischen
Schichten (102) abgekehrter Oberfläche sich die Einrichtung (108) zur Umwandlung einer
zirkulären Polarisation in eine lineare Polarisation und die bereichsweise vorgesehene Einrichtung
(106) zur Strahlaufspaltung befinden,
g) an die Einrichtung (106) zur Strahlaufspaltung ein Dachprisma (130) mit einer Prismenfläche
angrenzt,
h) dieser Prismenfläche gegenüberliegend zwei reflektierende Prismenflächenbereiche (132,
134) des Dachprismas (130) vorgesehen sind und
i) an einem weiteren Prismenflächenbereich die Detektoreinrichtungen (120, 122) zusammen
mit den jeweils zugehörigen Polarisatoren (116, 118) angeordnet sind.
3. Optisches Ausgangssystem für Ringiaser-Drehgeschwindigkeitsmesser,
welche ein Lasermedium (10), eine ein Polarisationsdispersionsverhalten aufweisende
Einheit (16) zur Anregung kontinuierlicher Wellen mit mindestens vier verschiedenen Frequenzen
und eine Anzahl von Reflektoren (12, 13, 15,22; 102) enthalten, welche für die genannten Wellen
einen in sich geschlossenen Übertragungsweg bilden, wobei mindestens einer dieser Reflektoren
für die eintreffenden Wellen teildurchlässig ist, mit
a) einer Einrichtung (106) zur Strahlaufspaltung, auf welche die von dem teildurchlässigen Reflektor
(102, 104) durchgelassene Wellenstrahlung hinlenkbar ist und welche die Wellenstrahlung
teilweise durchläßt und teilweise reflek-
28 OO
tiert.
b) der Einrichtung (106) zur Strahlaufspaltung zugeordneten
Einrichtungen (136, 138) zur Umwandlung
einer zirkulären Polarisation in eine lineare Polarisation,
c) in dem Strahlengang der Wellen mit linearer Polarisation angeordneten Polarisatoren (116,
118) sowie
d) Delektoreinrichtungen (120, 122), welche die
durch die Polarisatoren (116, 118) geleiteten Wellen empfangen,
dadurch gekennzeichnet, daß
e) der teildurchlässige Reflektor (102, 104), die
Einrichtung (106) zur Strahlaufspaltung, die Einrichtung (136,138) zur Umwandlung der Polarisation,
die Polarisatoren (116,118) und die Detektoreinrichtungen
(120,122) als starre Einheit ausgebildet und mechanisch miteinander verbiindcn
sind,
f) der teildurchlässige Reflektor einen me-'.rere aielektrische
Schichten (102) als teildurchlässige Reflexionsschichten aufweisenden Trägerkörper
(104) enthält, auf dessen von den dielektrisehen Schichten (102) abgekehrter Oberfläche
sich die bereichsweise vorgesehene Einrichtung (106) zur Strahlaufspaltung befindet,
g) an die Einrichtung (106) zur Strahlaufspaltung ein Dachprisma (130) mit einer Prismenfläche
angrenzt,
h) dieser Prismenfläche gegenüberliegend zwei reflektierende Prismenflächenbereiche (132,
134) des Dachprismas (130) vorgesehen sind und
i) an einem weiteren Prismenflächenbereich die Detektoreinrichtungen (120, 122) zusammen
mit den jeweils zugehörigen Polarisatoren (116, 118) und den Einrichtungen (136,138) zur Umwand.ung
der zirkulären Polarisation in eine Iineare
Polarisation angeordnet sind.
4. Optisches Ausgangssystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine solche bereichsweise Anbringung
der Einrichtung (106) zur Strahlaufspaltung und eine solche Orientierung der reflektierenden
Prismenflächenbereiche(112,114),
daß Wellenstrahlung, welche über die dielektrischen Schichten (102) in einer bestimmten Richtung in den Trägerkörper (104) eintritt und welche von den sich in einer bestimmten Umlaufrichtung in dem in sich geschlossenen Übertragungsweg ausbreitenden Wellen ausgekoppelt ist, auf eine bestimmte Stelle eines Bereiches der Einrichtung (106) zur Strahlaufspaltung trifft und dort zu einem Teil über die Einrichtung (108) zur Umwandlung der Polarisation und das Dachprisma zu einer reflektierenden Prismenfläche (112) desselben durchgelassen und zu einem der Polarisatoren (116) und der zugehörigen Detektoreinrichtung (120) reflektiert wird, zu einem anderen Teil aber von der Einrichtung (106) zur Strahlaufspaltung über den Trägerkörper (104) zu den dielektrischen Schichten (102) hin reflektiert und von diesen abermals durch den Trägerkörper (104) hindurch, ohne auf :inen von der Einrichtung (106) zur Strahlaufspaltung eingenommenen Bereich zu treffen, über die EinrichtJ ig (108) zur Umwandlung der Polarisation und das Dachprisma (HO) zu dessen genannter reflektierender Prismenfläche (112) reflektiert wird, um von dort zu dem anderen Polarisator (118) und dem anderen zugehörigen Detektor (122) reflektiert zu werden, und
daß Wellenstrahlung, welche in einer anderen Richtung über die dielektrischen Schichten (102) in den Trägerkörper (104) eintritt und welche von den in der jeweils anderen Umlaufrichtung sich im in sich geschlossenen Übertragungsweg ausbreitenden Welleiv ausgekoppelt ist, ohne auf einen von der Einrichtung (106) zur Strahlaufspaltung eingenommenen Bereich zu treffen, durch die Einrichtung (108) zur Umwandlung der Polarisation und das Dachprisma zu den reflektierenden Prismenflächenbereichen (114, 112) gelangt und von diesen auf dieselbe bestimmte Stelle des von der Einrichtung (106) zui Strahlaufspaltung eingenommenen Bereiches von der anderen Seite her gelenkt wird und dort zum einen Teil im Dachprisma (110) zu dessen erstgenanntem reflektierenden Flächenhereich (112) reflektiert und von dort wieder zu dc.ii erstgenannten Polarisator (116) und zu der zugehörigen Detektoreinrichtung (120) geführt wird, zu einem Teil aber zu dem Trägerkörper (104) durchgelassen und an den dielektrischen Schichten (102) reflektiert wird und von dort über einen wiederum nicht von der Einrichtung (106) zur Strahlaufspaltung eingenommenen Bereich in das Dachprisma (HO) eintritt und an dem erstgenannten reflektierenden Flächenbereich (112) wiederum reflektiert wird und zu dem zweiten Polarisator (118) und der diesem zugeordneten Detektoreinrichtung (122) gelangt
daß Wellenstrahlung, welche über die dielektrischen Schichten (102) in einer bestimmten Richtung in den Trägerkörper (104) eintritt und welche von den sich in einer bestimmten Umlaufrichtung in dem in sich geschlossenen Übertragungsweg ausbreitenden Wellen ausgekoppelt ist, auf eine bestimmte Stelle eines Bereiches der Einrichtung (106) zur Strahlaufspaltung trifft und dort zu einem Teil über die Einrichtung (108) zur Umwandlung der Polarisation und das Dachprisma zu einer reflektierenden Prismenfläche (112) desselben durchgelassen und zu einem der Polarisatoren (116) und der zugehörigen Detektoreinrichtung (120) reflektiert wird, zu einem anderen Teil aber von der Einrichtung (106) zur Strahlaufspaltung über den Trägerkörper (104) zu den dielektrischen Schichten (102) hin reflektiert und von diesen abermals durch den Trägerkörper (104) hindurch, ohne auf :inen von der Einrichtung (106) zur Strahlaufspaltung eingenommenen Bereich zu treffen, über die EinrichtJ ig (108) zur Umwandlung der Polarisation und das Dachprisma (HO) zu dessen genannter reflektierender Prismenfläche (112) reflektiert wird, um von dort zu dem anderen Polarisator (118) und dem anderen zugehörigen Detektor (122) reflektiert zu werden, und
daß Wellenstrahlung, welche in einer anderen Richtung über die dielektrischen Schichten (102) in den Trägerkörper (104) eintritt und welche von den in der jeweils anderen Umlaufrichtung sich im in sich geschlossenen Übertragungsweg ausbreitenden Welleiv ausgekoppelt ist, ohne auf einen von der Einrichtung (106) zur Strahlaufspaltung eingenommenen Bereich zu treffen, durch die Einrichtung (108) zur Umwandlung der Polarisation und das Dachprisma zu den reflektierenden Prismenflächenbereichen (114, 112) gelangt und von diesen auf dieselbe bestimmte Stelle des von der Einrichtung (106) zui Strahlaufspaltung eingenommenen Bereiches von der anderen Seite her gelenkt wird und dort zum einen Teil im Dachprisma (110) zu dessen erstgenanntem reflektierenden Flächenhereich (112) reflektiert und von dort wieder zu dc.ii erstgenannten Polarisator (116) und zu der zugehörigen Detektoreinrichtung (120) geführt wird, zu einem Teil aber zu dem Trägerkörper (104) durchgelassen und an den dielektrischen Schichten (102) reflektiert wird und von dort über einen wiederum nicht von der Einrichtung (106) zur Strahlaufspaltung eingenommenen Bereich in das Dachprisma (HO) eintritt und an dem erstgenannten reflektierenden Flächenbereich (112) wiederum reflektiert wird und zu dem zweiten Polarisator (118) und der diesem zugeordneten Detektoreinrichtung (122) gelangt
5. Optisches Ausgangssystem nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine solche bereichsweise Anbringung
der Einrichtung (106) zur Strahlaufspaltung und eine solche Orientierung der reflektierenden
Prismenflächenbereiche (132,134),
daß Wellenstrahlung, welche Ober die dielektrischen Schichten (102) in einer bestimmten Richtung u: den Trägerkörper (104) eintritt und welche von den sich ir einer bestimmten Umlaufrichtung in dem sich geschlossenen Übertragungsweg ausbreitenden Wellen ausgekoppelt ist, Ober die Einrichtung (108) zur Umwandlung der Polarisation auf eine beistimmte Stelle eines Bereiches der EinrichUmg (106) zur Strahlaufspaltung trifft und dort zu einem Teil durch das Dachprisma (130) zu einem der Polarisatoren (116) und der zugehörigen Detektoreinrichtung (120) durchgelassen wird, zu einem anderen Teil aber von der Einrichtung (106) zur Strahlaufspaltung über die Einrichtung (108) zur Umwandlung der Polarisation und den Trägerkörper (104) zu den dielektrischen Schichten (102) hin reflektiert und von diesen abermals durch den Trägerkörper (104) und die Einrichtung (108) zur Umwandlung der Polarisation hindurch, ohne auf einen von der Einrichtung (106) zur Strahlaufspaltung eingenommenen Bereich zu treffen, über das Dachprisma (130) auf den anderen Polarisator (118N und die diesem zugeordnete Detektoreinrichtung (122) reflektiert wird und
daß Wellenstrahlung, welche in einer anderen Richtung über die dielektrischen Schichten (102) in den Trägerkörper (104) eintritt und welche von den in der jeweils anderen U'.ilaufrichtung sich im in sich geschlossenen übertragungsweg ausbreitenden Wellen ausgekoppelt ist, ohne auf einen von der Einrichtung (106) zur Strahlaufspaltung eingenommenen Bereich zu treffen, durch den Trägerkörper
daß Wellenstrahlung, welche Ober die dielektrischen Schichten (102) in einer bestimmten Richtung u: den Trägerkörper (104) eintritt und welche von den sich ir einer bestimmten Umlaufrichtung in dem sich geschlossenen Übertragungsweg ausbreitenden Wellen ausgekoppelt ist, Ober die Einrichtung (108) zur Umwandlung der Polarisation auf eine beistimmte Stelle eines Bereiches der EinrichUmg (106) zur Strahlaufspaltung trifft und dort zu einem Teil durch das Dachprisma (130) zu einem der Polarisatoren (116) und der zugehörigen Detektoreinrichtung (120) durchgelassen wird, zu einem anderen Teil aber von der Einrichtung (106) zur Strahlaufspaltung über die Einrichtung (108) zur Umwandlung der Polarisation und den Trägerkörper (104) zu den dielektrischen Schichten (102) hin reflektiert und von diesen abermals durch den Trägerkörper (104) und die Einrichtung (108) zur Umwandlung der Polarisation hindurch, ohne auf einen von der Einrichtung (106) zur Strahlaufspaltung eingenommenen Bereich zu treffen, über das Dachprisma (130) auf den anderen Polarisator (118N und die diesem zugeordnete Detektoreinrichtung (122) reflektiert wird und
daß Wellenstrahlung, welche in einer anderen Richtung über die dielektrischen Schichten (102) in den Trägerkörper (104) eintritt und welche von den in der jeweils anderen U'.ilaufrichtung sich im in sich geschlossenen übertragungsweg ausbreitenden Wellen ausgekoppelt ist, ohne auf einen von der Einrichtung (106) zur Strahlaufspaltung eingenommenen Bereich zu treffen, durch den Trägerkörper
28 OO 885
5 6
(104) und die Einrichtung (108) zur Umwandlung der ma (110) eintritt und über die Einrichtung (138) zur
Polarisation sowie das Dachprisma (130) hindurch zu Umwandlung der Polarisation, den anderen Polariden reflektierenden Prismenflächenbereichen (132, sator (118) und die ihm zugeordnete Detektorein-134) gelangt und von diesen auf dieselbe bestimmte richtung (122) trifft.
Stelle des von der Einrichtung (106) zur Strahlauf- 5
spaltung eingenommenen Bereiches von der ande-
ren Seite her gelenkt wird und dort zum einen Teil
im Dachprisma (130) zu dem erstgenannten Polarisator (116) hin sowie zu der ihm zugeordneten De- Die Erfindung betrifft optische Ausgangssysteme für
tektoreinrichtung (120) reflektiert wird, zum ande- io Ringlaser-Drehgeschwindigkeitsmesser mit den Merkren Teil aber zu der Einrichtung (108) zur Umwand- malen des Oberbegriffs von Anspruch 1,2 oder 3.
lung der Polarisation sowie zum Trägerkörper (104) Ringlaser-Drehgeschwindigkeitsmesser mit optihin durchgelassen und an den dielektrischen Schich- sehen Ausgangssystemen dieser Konstruktion sind aus
ten (102) reflektiert wird und von dort über einen der deutschen Auslegeschrift 22 09 397 bekannt. Die
wiederum nicht von der Einrichtung (106) zur Strah- 15 Anregung von vier Wellen zu jeweils zwei Paaren von
laufspaltung eingenommenen Bereich in das Dach- in entgegengesetzter Richtung zueinander im in sich
prisma (130) eintritt und zu dem zweitgenannten Po- geschlossenen Ausbreitungsweg umlaufenden Wellen
!srisaicr (IiS) und der diesem zugeordneten Detek- mit entgegengesetztem Polarisationssinn der Wellen eitoreinrichtung (122) gelangt nes Wellenpaares hat den Vorteil, daß einerseits die
6. Optisches Ausgangssystem nach Anspruch 3, 20 »lock-inw-Erscheinung bei der Messung geringer Drehgekennzeichnet durch eine solche bereichsweise An- geschwindigkeiten durch eine bewußte Frequenzaufbringung der Einrichtung (106) zur Strahlaufspal- spaltung der in entgegengesetztem Umlaufsinn sich austung und eine solche Orientierung der reflektieren- breitenden Wellen vermieden wird, andererseits aber
denPrismenflächenbereiche(132,134). Drifterscheinungen innerhalb des Ringlasers, welche
daß Wellenstrahlung, welche über die dielektrischen 25 das Meßergebnis verfälschen, kompensiert werden kön-Schichten (102) in einer bestimmten Richtung in den nen.
Trägerkörper (104) eintritt und welche von den sich Das op'ische Ausgangssystem der bekannten Ringlain einer bestimmten Umlaufrichtung in dem in sich ser-Drehgeschwindigkeitsmesser besteht jedoch aus
geschlossenen Übertragungsweg ausbreitenden einzelnen Baueinheiten oder Bauteilen, deren gegensei-Wellen ausgekoppelt ist, auf eine bestimmte Stelle 30 tige Ausrichtung und deren das Auftreten von Driftereines Bereiches der Einrichtung (106) zur Strahlauf- scheinungen vermeidende Anordn'ing Schwierigkeiten
spaltung trifft und dort zu einem Teil über das Dach- bereitet. Auch zeigt es sich bei dem bekannten System,
prisma (130) zur Einrichtung (136) zur Umwandlung daß ein Teil der Wellenenergie bei der Auswertung under Polarisation, zu einem der Polarisatoren (116) genutzt bleibt
und zu der ihm zugeordneten Detektoreinrichtung 35 Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden,
(120) durchgelassen und zu einem anderen Teil von ein optisches Ausgangssystem mit den Merkmalen des
der Einrichtung (106) zur Strahlaufspaltung über den Oberbegriffs von Anspruch l, 2 oder 3 so auszugestai-Trägerkörper (104) zu den dielektrischen Schichten ten, daß Fehlausrichtungen und Driftprobleme im Be-(102) hin reflektiert und von diesen abermals durch trieb weitgehend vermieden werden und eine Verbesseden Trägerkörper (104) hindurch, ohne auf einen von 40 rung des Wirkungsgrades erzielt wird,
der Einrichtung (106) zur Strahlaufspaltung einge- Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden
nommenen Bereich zu treffen, über das Dachprisma Merkmale von Anspruch 1, Anspruch 2 oder Anspruch 3
(130) zur Einrichtung (138) zur Umwandlung der Po- gelöst
larisation, dem jeweils anderen Polarisator (118) und Aus der Veröffentlichung »Sperry Engineering Reder ihr zugeordneten Detektoreinrichtung (122) ge- 45 view«, Band 19,1966, Nr. 1, Seite 10, ist es zwar bekannt,
langt, und in einem optischen Ausgangssystem für Ringlaserdaß Wellenstrahlung, welche in einer anderen Rieh- Drehgeschwindigkeitsmesser den teildurchlässigen Retung über die dielektrischen Schichten (102) in den flektor und die Einrichtungen zur Strahlaufspaltung zu-Trägerkörper (104) eintritt und welche von den in sammen mit einem Prismenkörper als starre Baueinheit
der jeweils anderen Umlaufrichtung sich auf dem in 50 auszubilden, doch ist ein in dieser Weise aufgeb'ites
sich geschlossenen Übertragungsweg ausbreitenden optisches Ausgangssystem bekannter Art nicht für
Wellen ausgekoppelt ist, ohne auf einen von der Ein- Ringlaser-Drehgeschwindigkeitsmesser vorgesehen, bei
richtung (106) zur Strahlaufspaltung eingenomme- dem in dem in sich geschlossenen Wellenausbreitungsnen Bereich zu treffen, durch das Dachprisma (130) weg Wellen mit vier verschiedenen Frequenzen angezu dessen reflektierenden Prismenflächenbereichen 55 regt werden und das Ausgangssystem Polarisatoren
(132, 134) gelangt und von diesen auf dieselbe be- enthalten muß.
stimmte Stelle des von der Einrichtung (106) zur Es zeigt sich, daß das hier angegebene optische Aus-Strahlaufspaltung eingenommenen Bereiches von gangssystem innerhalb der starren Baueinheit sämtliche
der anderen Seite her gelenkt wird und von dort zum notwendigen Bauteile einschließlich der Detektoren zueihen Teil durch das Dachprisma (130) hindurch auf 60 sainmenfaßt, so daß das Meßergebnis verfälschende
die Einrichtung (136) zur Umwandlung der Polarisa- Drifterscheinungen wie Änderungen der vorgegebenen
tion, den erstgenannten Polarisator (116) und die ihm Abmessungen und gegenseitigen Zuordnung der Bauzugeordnete Detektoreinrichtung (120) reflektiert teile aufgrund von Umgebungseinflüssen vermieden
.wird, zum anderen Teil aber zum Trägerkörper (104) werden.
durchgelassen und an den dielektrischen Schichten es Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme
(102) reflektiert wird und von dort über einen wie- auf die Zeichnung näher erläutert Es stellt dar
derum nicht von der Einrichtung (106) zur Strahlauf- F i g. 1 eine in Blocksymbolen gezeichnete Skizze ei-
spaltung eingenommenen Bereich in das Dachpris- nes Ringlaser-Drehgeschwindigkeitsmessers mit einem
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