JPH056357B2 - - Google Patents
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Description
〔発明の技術分野〕
本発明は、閉ループ路に沿つて相互に対向する
方向に2つの波が伝播する角速度センサに関す
る。更に詳細には、本発明は相互対向方向伝播の
波間の結合エネルギのベクトル和を最小に減少
し、よつてロツクイン速度を最小にしかつスケー
ルフアクタの直線性及び安定性を改良するよう、
波が進む閉ループ路に沿つたエネルギ結合を変化
させる装置に関するものである。 〔従来技術〕 リングレーザジヤイロと呼ばれている簡単なレ
ーザ角速度センサにおいて、2つの相互対向方向
に伝播する波は、通常2つの単色の電磁放射の波
ないしビーム、すなわち2つの単色ビームであ
る。この2つのビームは、閉ループ路に沿つて相
互に対向する方向に進行するように発生される。
閉ループ路の長さ、すなわち閉ループ路の有効長
は、センサの欠くことのできない要素である。閉
ループ路は、入射ビームを反射する反射面により
形成された複数の頂点により通常定められる。ま
た、閉ループ路の語は、通常、直線部分から構成
されるものをさしている。通常、閉ループ路は、
多角形、たとえば三角形、四角形等である。そし
て、閉ループ路は、米国特許第3390606号に示さ
れるように、水晶ブロツクに形成された空胴のよ
うな大きい構造物の一部として構成できる。 センサに設けられる閉ループ路は、一般的には
入力軸を囲むように配置され、この入力軸を中心
とする回転を検出する。センサが停止している場
合には、レーザ路は、何れの方向への伝播ビーム
に対しても等しく、各ビームの発振周波数は等し
い。リングレーザジヤイロの回転、特に入力軸を
中心に閉ループ路が回転すると、一方のビームの
伝播に対してはレーザ路の有効長が増大し、他方
のビームの伝播に対してはレーザ路の有効長が減
少する。その結果、各ビームに対する有効長に変
化が生じ、各ビームの周波数が変化する。このよ
うな装置の電磁放射ビームの発振周波数は、レー
ザ路の有効長により決まるから、一方の周波数は
増加し、他方の周波数は減少する。従つて、2つ
のビーム間の周波数差は、ビームの回転速度、す
なわち入力軸に関する閉ループ路の回転速度を表
わす。 リングレーザジヤイロの厄介な特性に、“ロツ
クイン”がある。“ロツクイン閾値”または“ロ
ツクイン速度”と呼ばれるある臨界値以下に、リ
ングレーザジヤイロの入力軸を中心とする回転速
度が低下すると、各ビームの周波数は共通値に同
期し、周波数差がゼロとなるので回転のないこと
を表わす結果となる。ロツクイン特性は、相互対
向方向に進行する波の間のエネルギ結合により生
じる。閉ループ路に沿つて相互対向方向に伝播す
る波間のエネルギ結合の原因には、とりわけ、キ
ヤビテイ損失、利得媒体中の損失、前方散乱後方
散乱がある。主たる結合の原因は、各ビームから
相手方のビームの進む方向にエネルギが散乱する
ためであると考えられている。エネルギの散乱の
主な原因は、閉ループ路の頂点を形成する共用の
反射面すなわち鏡面における後方散乱である。し
かし、反射面の改善に伴つて、その余りの原因
が、大きな問題となつてきている。 レーザ角速度センサにおいて、レーザビームが
進行する閉ループ路の頂点は鏡面により形成され
ている。しかしこれら鏡面は、後方散乱光波を生
ずるという欠点を有している。これら後方散乱光
波は反対方向伝播光波に結合してその一部とな
り、反対方向伝播波の位相に影響を及ぼし、ロツ
クイン現象の原因となる。 米国特許第4152071号「制御装置」には、レー
ザキヤビテイの閉ループ路の頂点を形成する鏡面
を、閉ループ路を最適に変更するよう位置決め
し、レーザ角速度センサのロツクインを最小にす
る装置が示されている。キヤビテイ内を進行する
相互対向方向に伝播する2つの波の一方の強度
を、閉ループ路の頂点を形成するいくつかの鏡の
位置決め用の閉ループ制御装置の“判別子”とし
て用い、そして、鏡面に対する伝播波の位置関係
を、一方の波への光の散乱が最小となる最適位置
(これが最小のロツクインレートに対応すると考
えられていた)を見い出すように制御している。
この技術は、一部のリングレーザジヤイロにおい
ては極めて有効であるが、有効でないジヤイロも
あつた。 〔発明の概要〕 本発明は、センサの相互対向方向に伝播する波
間のエネルギ結合の重みつきベクトル和に関係し
た、レーザ角速度センサのために有効な判別子を
得る装置を提供する。この判別子は、レーザ角速
度センサのロツクイン速度の大きさを示すのに使
用することができる。本発明の判別子は、閉ルー
プ制御装置において使用すると、センサの相互対
向伝播波が伝播する通路を変えて、それらの間の
エネルギ結合の重みつきベクトル和を変化させ、
よつてロツクイン速度を最小にするのに使用され
る。場合によつては、センサのスケールフアクタ
の直線性の安定化や制御にも、この判別子を使用
することができる。 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。 〔実施例〕 米国特許第4152071号には、レーザ角速度セン
サの閉ループ路に沿つて進行する相互対向方向伝
播波のいくつかの特性が述べられている。第1図
は、リングレーザセンサの相互対向方向伝播波の
有用な特性を示す米国特許第4152071号の第1図
とほぼ同じである。第1図は、リングレーザ角速
度センサの一部を通常なす閉ループ路の回転に対
するレーザビーム強度を示したものである。任意
の反時計回り(CCW)のビームの強度100を
実線で示し、時計回り(CW)のビームの強度1
20を波線で示している。特性ビーム強度10
0,120で示されたビームの強度は、相互対向
方向伝播波の周波数がロツクインするロツクイン
領域の付近での「ウインキング効果」として知ら
れている現象を示している。 第1図において、CCW(反時計回り)ロツクイ
ン速度1とCW(時計回り)ロツクイン速度2の
値は、ほぼ等しい。CCWビームの特性ビーム強
度100により示される「ウインキング効果」は
次のとおりである。高いCCW速度から高いCW
速度へ回転速度が変化する場合には、CCWロツ
クイン速度1に近づくにつれてCCWビームの強
度は低下し、その後センサの回転速度がCWロツ
クイン速度2に到達するまでその値は増加し続
け、到達した後、反対回りでの高い速度における
と同じ値である漸近値に向けて低下し始める。第
1図に示すように、特性ビーム強度120によつ
て示す反対方向に進むビームの挙動は、特性ビー
ム強度100とは逆である。 ロツクイン速度より大きい回転時(時計回り、
反時計回りの何れかを問わず)におけるビームの
強度には、2つの波間のビート周波数すなわち2
つの波の周波数差での変調が伴う。この変調すな
わちビームの強度の時間とともにビート周波数で
変化する振幅は、2つの相互対向方向伝播波間の
エネルギ結合を表わす。このエネルギ結合の原因
は、前述したとおりである。なお、ビームが「ロ
ツクイン」している場合、変調はゼロである。 上述したように、ビート周波数またはその高調
波での強度変調は、以後「結合エネルギ変調
(coupled−energy generated modulatons)」と
呼称する。従つて、各ビームの強度には、結合エ
ネルギ変調が伴い、その変調は代数的にまたはベ
クトル的に組合せることができる位相と振幅を有
している。このような結合エネルギ変調は、外的
手段により招来された変調とは識別されるもので
ある。 CCWビーム100のビーム強度の変調の様子
が、第1図において時計回りでの速度増加に対応
した時間軸,,上に示されている。センサ
の反対の回転方向においても、ビーム強度100
に同様の変調が生じる。さらに、時計回り波の特
性ビーム強度120に関しても同様の変調が生ず
る(図示せず)。なお、時間軸,,に示し
た変調の大きさは、第1図のビーム強度のスケー
ルに比例していない。特性変調を強調するため、
大きさを誇張して示してあり、実際の変調の大き
さは、レーザビームの強度に対してかなり小さ
い。 レーザビームの強度を数学的な近似で表示する
と、次のとおりである。 (1) I=Ip+Am sinωbt ここで、ωbは、ロツクイン速度以上の回転速
度における波の周波数差に伴うビート周波数で、
Amはωbにおける結合エネルギ変調の振幅で、回
転速度に反比例する。Ipは、結合エネルギ変調が
ないビームの定常状態での強度レベルである。 式(1)の右辺第1項の定常状態の強度Ipは、レー
ザまたはガス放電物理現象から得られるRMS値
である。リングレーザジヤイロにおける相互対向
方向伝播波の各ビームは、これに関連する周波数
と振幅を有している。この周波数は回転及びロツ
クイン現象によつて決まる。相互対向方向に伝播
する波のそれぞれの振幅は、それらが同じガス媒
体で発生するのでほぼ同じ値である。しかし波の
位相は互いに変位している。この位相の変位は、
ジヤイロの構造及び閉ループ路の回転によつて決
まる。ビームが結合されて検出器に焦点合わせさ
れ、干渉パターン(所定の速度情報を得るのに一
般に使用される)を形成すると、この位相変位が
示される。 一方、式(1)右辺の後の項は、キヤビテイまたは
導波路内の2つの波間のエネルギ結合に伴う強度
変化すなわち結合エネルギ変調を示している。こ
の後の項は、各波に重ね合わされるが、これは、
前述した速度情報を得るのに一般に使用されてい
る位相変位には大きな影響を及ぼさない。しか
し、後の項は、ビームの周波数に影響を与えるの
で、ジヤイロ出力誤差の一つの原因となる。 レーザ角速度センサにおいて、結合エネルギ変
調は、閉ループ路の導波路に沿つて伝播する一方
のビームを反対方向に進む他方のビームの結合を
表わす。上記閉ループ路の導波路は、2つのビー
ムに共通な頂点を形成する鏡により形成されてい
る。第1図に示し、式(1)で記述されるように、結
合エネルギ変調の振幅は回転速度に反比例し、結
合エネルギ変調の周波数は、ロツクイン速度以上
での回転の下での2つの相互対向方向伝播の波の
周波数差すなわちビート周波数の直接的関数であ
るので、回転速度に比例する。 第1図に示す相互対向方向伝播波の特性は、選
択した光学路のわずかな変化、たとえばわずかな
鏡の位置変化に応じて変化する。これは第1a図
に示されている。第1a図には、式(1)の結合エネ
ルギ変調のピーク振幅Amが、時計回りの回転速
度に対して示されている。反時計回りについても
同様の特性が生じる。曲線101は、時計回りで
のビーム強度100の結合エネルギ変調を表わし
ている。ゼロ速度とロツクイン速度2との間の回
転速度では、センサの相互対向方向に伝播する波
が共通周波数にロツクインされるので、変調は生
じない。ロツクイン速度2に関しては、ビームが
ロツクインからはずれるので急激な変化が生じ
る。この点で、結合エネルギ変調のピーク振幅は
最大で、この振幅は回転速度の増大に伴つて減少
し、漸近値に近づく。 曲線101の特性を示す光学路が、ビームに対
しての鏡面の1つの位置を変えることにより良い
方へ変更され、波間のエネルギ結合を減少する
と、新しい特性の曲線101′が生じる。第1a
図に示すように、曲線101′は、新しい低いロ
ツクイン速度2′を呈することを除き、曲線10
1と同様の形状である。低いロツクイン速度は、
その新しいロツクイン速度における結合エネルギ
変調の振幅の最大値の減少によつて示されてい
る。さらに、ロツクイン速度2より大きいロツク
イン速度の各点においても、曲線101′で示さ
れる結合エネルギ変調の大きさは、曲線101で
示した前の特性より小さい。重要なことは、ロツ
クイン速度よりかなり大きい回転速度では、非常
に小さい結合エネルギ変調が生じ、その値は、同
じ回転速度に関して特性101より特性101′
の方が小さい。従つて、結合エネルギ変調の大き
さは、ロツクイン速度の情報を得るための非常に
有効なパラメータである。第1a図に示した特性
から、結合エネルギ変調の大きさの値の相違はロ
ツクイン速度点のところで最大となり、よつてこ
れは、検出して制御するには非常に都合の良い値
である。 第1図及び式(1)で示した結合エネルギ変調が本
発明の基本となつている。各波の強度に重ね合わ
された各結合エネルギ変調の振幅及び位相は、相
互対向方向に伝播する各波の強度及び周波数に影
響を及ぼすエネルギ結合の情報を与える。以下の
説明において、エネルギ結合により生じた、ビー
ム周波数における各ビーム強度の変調は、センサ
へのその他の入力による変調と区別するため、結
合エネルギ変調と呼称する。 米国特許第4152071号では、選択され1方のビ
ーム、たとえば反時計回りのビームすなわち波の
強度の結合エネルギ変調の振幅を最小にするよう
に、閉ループ路の頂点を形成する鏡の位置を変調
していた。すなわち1つの波の結合エネルギ変調
の振幅を、閉ループ路の頂点を形成する鏡の位置
を操作する制御系の判別子として使用した。しか
し、この米国特許の発明では、各波に別々に結合
されるエネルギ結合の真の値に関係する、波それ
ぞれの結合エネルギ変調についての位相及び振幅
の双方を考慮することは行つていなかつた。本発
明は、レーザ角速度センサの相互対向方向に伝播
する各波の結合エネルギ変調の特性を、その位相
及び振幅の双方について用いて、波のエネルギ結
合の重みつきベクトル和を最小にするよう鏡の位
置決めをするための新しくかつ有効な判別子を得
て、もつて、ロツクイン速度及びこれに関した影
響を減少させる。本発明の判別子は以下に述べる
ようにロツクイン誤差源の実際の関係に、より密
接に関係しているので、米国特許第4152071号に
示した判別子よりもはるかに優れている。 第2図は、従来のレーザ角速度センサに使用の
閉ループ路の例を示す。第2図では、三角形の閉
ループ路を用いているが、四角形等、他の形状の
閉ループ路であつてもよい。第2図は、平坦な鏡
210,220と凹面鏡230それぞれの第1の
位置により形成された相互対向方向播のレーザビ
ームが進む第1の三角形閉ループ路を示してい
る。閉ループ路の頂点は、記号A,B,Cにより
示されている。この配置は、従来から周知であ
る。鏡210がその面に直交する方向に距離+X
だけ移動し、かつ鏡220がその面に直交する方
向で逆方向に−Xだけ移動すると、レーザビーム
が進む新しい閉ループ路は、A′,B′,C′により
示される、閉ループ路の頂点によつて形成される
形状となる(なお、第2図に示す図は、原理を示
すためのものであつて誇張されており、その精度
は重要ではない)。 第2図の鏡210,220の動きは、相互対向
方向伝播のビームが進むレーザ路を変化させる。
鏡210,220,230の各面に対する閉ルー
プ路の位置関係の変化は、光路A′B′C′に沿つて
進む波と光路ABCに沿つて進む波とでその入射
する鏡面の領域が異なるようなものである。な
お、上記位置関係の変化は全光路長の検知できる
変化を伴わない点に注意されたい。これは、選択
された配置と選択された鏡の位置変化の幾何学的
関係によるものである。全光路長を一定に保つこ
とにより、当業者には明白なように、定常状態の
ビーム強度Ioはほぼ一定となる。 本発明を理解する上で重要なことは、(i)相互対
向方向に伝播する波が進むレーザ光路を変化させ
るか、または(ii)波間のエネルギ結合の原因となる
ものを変化させるかすると、伝播波それぞれの強
度に重ね合わされる結合エネルギ変調の位相及び
振幅が変化することである。各結合エネルギ変調
をその位相と振幅について所定の方法により代数
的に加算すると、相互対向方向伝播波が進行する
キヤビテイまたは導波路において波それぞれに生
じるエネルギ結合のベクトル和が示される。さら
に重要なことは、選択された代数的和は、センサ
のロツクイン速度の表示として使用できる。第2
図に示したセンサの構成において、鏡210,2
20,230のいずれかを並進または回転させる
と、2つの波のエネルギ結合は変化する。鏡の移
動は、鏡面における後方散乱波の位相を変化さ
せ、その変化によりレーザ光路に沿つた別のエネ
ルギ結合源の位相に影響を与える。さらに、回転
または鏡面に直交する方向の並進により鏡のどれ
かが移動すると、レーザ光路は変化し、各鏡面に
おける前方及び後方散乱を含むレーザ光路に沿つ
たエネルギ結合源の位相を変化させる。図示して
はいないが、レーザ光路を他の装置により、たと
えば光路中の光学装置により、変化させることも
できる。以下には、レーザ光路を変化するのに鏡
面に直交する方向での移動についてのみ述べる
が、本発明の原理は鏡のその他の移動またはレー
ザ光路に沿つたエネルギ結合源またはレーザ光路
を変化させる他の手段に対しても適用することが
できる。 米国特許第4152071号の閉ループ制御装置では、
鏡面に直交する方向に、鏡210,220の位置
を内外にデイザリングさせることによりレーザ光
路を変化させている。鏡210,220がデイザ
リングを受けると、鏡面及び閉ループ路間の位置
関係が変化し、その結果レーザ路に沿つた波間の
エネルギ結合が変化する。従つて、各波の結合エ
ネルギ変調の大きさの変化が、鏡210,220
の平均位置に依存して生じる。これは、相互対向
方向伝播ビームの1方のビーム部分に応答する光
検出器により与えられる、1方の単一のビームの
強度信号の特性をモニタすることにより観察され
た。鏡210,220の一方または双方の位置的
デイザリングの中心位置となる平均位置は、位置
的デイザリングを受ける鏡のデイザリング運動に
よる結合エネルギ変調の変化の平均値が最小にな
るように位置決めされていた。後述するように、
本発明では、新しい優れた判別子を発生する装置
以外は、従来と同様の制御装置が使用されてい
る。 発明者Coccoli他による米国特許第3533014号で
は、鏡の位置を鏡面に並行に移動することにより
鏡面における光の散乱の量を変化するようにして
いる。米国特許第4152071号の判別子及び本発明
の判別子を、鏡面に並行に鏡を移動するこれらの
鏡の位置制御に使用して、光の散乱を最小にしか
つロツクイン速度を最小にすることもできる。 第3図は、三角形状レーザ角速度センサ300
に適用された本発明の一実施例を示している。相
互対向方向伝播波の三角形閉ループ路は、鏡面3
01a,302aをそれぞれ有する一対のトラン
スデユーサ301,302と鏡303により形成
される。トランスデユーサ301,302それぞ
れは、鏡面301a,302aの位置を定める制
御入力信号を受ける。鏡303の鏡面は、整合し
易いよう内側にくぼんだ反射面であることが望ま
しい。鏡面301a,302bおよび鏡303の
鏡面は、相互対向方向伝播のビームを受ける三角
形閉ループ路の頂点を形成している。 トランスデユーサ301,302は、それぞれ
鏡面301a,302aを有する圧電装置であ
る。これの各鏡面は、それらに直交する方向での
運動を制御される。鏡面の直交方向運動の大きさ
は、米国特許第3581227号に示すように、トラン
スデユーサの制御要素に供給される電圧の関数で
ある。鏡面303は、光波IW1,IW2により示
すように相互対向方向伝播の波それぞれの一部を
透過する部分透過性を有している。光波IW1は
検出器310aに入射し、検出器310aはセン
サ300の閉ループ路に沿つて進む相互対向方向
伝播波の一方の強度を表わす電気信号I1を発生
する。同様に、光波IW2は、検出器310bに
入射し、検出器310bは相互対向方向伝播波の
他方の強度を表わす出力信号I2を発生する。信
号I1は、光波IW1により表わされる一方の基
本波の結合エネルギ変調に比例した振幅変調を示
し、信号I2は光波IW2により表わされる他方
の基本波の結合エネルギ変調に比例した振幅変調
を示す。本発明によれば、信号I1,I2は、波
間の結合エネルギの重みつきベクトル和を得るよ
う処理され、ロツクイン速度を最小にするのに用
いられる。 信号I1,I2は、本発明の新規な判別子を表
わす出力信号Dを発生する判別子発生装置320
により処理される。出力信号Dは、トランスデユ
ーサ301,302を制御する出力信号を発生す
る光路位置制御装置330に送られる。第3図に
おいて、光路位置制御装置330の出力信号は、
トランスデユーサ301に直接接続され、トラン
スデユーサ302には位相反転器340を介して
接続され、トランスデユーサ302をトランスデ
ユーサ301とは逆向きに駆動して、三角形閉ル
ープ路の長さを一定に保持する。 第4図は、判別子発生器320の詳細図であ
る。信号I1,I2は、増幅器402a,402
bによりそれぞれ増幅される。増幅器402a,
402bの出力信号I1′,I2′は、対数信号発
生器410a,410bにそれぞれ送られる。こ
れら対数信号発生器からの出力logI1′,logI
2′は加算回路420により加算される。加算回
路420の出力は微分器回路430により微分さ
れ、判別子出力信号Dを発生する。 本発明の判別子を表わす出力信号Dは、次のよ
うな数式で表わされる。 (2) D=I1/I1+I2/I2 判別子発生器320は、次のアナログ計算を行
なう。 d(logI1+logI2)/dt これは、式(2)で表わされた判別子と同じであ
る。判別子Dの振幅変調は、光波が伝播する閉ル
ープ路に沿つて累積された光波間の重みつきエネ
ルギ結合を表わしている。上記光波は、閉ループ
路の頂点を形成する鏡面すなわち反射面でそれぞ
れ散乱した光波を含んでいる。さらに、判別子D
の振幅変調は、ロツクイン速度を表わしている。 式(2)で表わされた判別子は、Aronowitz及び
Collinsにより刊行物において述べられたレーザ
ジヤイロの数式を基にして、有効であることが示
せる。上記刊行物の式(7)、(8)、(11)から次の式が生
ずる。 なお、I1,I2は相互対向方向伝播のレーザビー
ム強度、αは利得マイナス損失の過剰分、βは各
部の飽和効果、θは相互飽和効果、r1,r2は一方
のビームから他方のビームに結合したエネルギの
エネルギ結合係数を表わし、この係数は後方散乱
も含んでいる。Ψは2つの波の間の瞬時位相角、
ε1,ε2はr1,r2に伴う位相角を表わしている。 式(3)、(4)を式(2)に代入すると、判別子Dは次の
ようになる。 また、
方向に2つの波が伝播する角速度センサに関す
る。更に詳細には、本発明は相互対向方向伝播の
波間の結合エネルギのベクトル和を最小に減少
し、よつてロツクイン速度を最小にしかつスケー
ルフアクタの直線性及び安定性を改良するよう、
波が進む閉ループ路に沿つたエネルギ結合を変化
させる装置に関するものである。 〔従来技術〕 リングレーザジヤイロと呼ばれている簡単なレ
ーザ角速度センサにおいて、2つの相互対向方向
に伝播する波は、通常2つの単色の電磁放射の波
ないしビーム、すなわち2つの単色ビームであ
る。この2つのビームは、閉ループ路に沿つて相
互に対向する方向に進行するように発生される。
閉ループ路の長さ、すなわち閉ループ路の有効長
は、センサの欠くことのできない要素である。閉
ループ路は、入射ビームを反射する反射面により
形成された複数の頂点により通常定められる。ま
た、閉ループ路の語は、通常、直線部分から構成
されるものをさしている。通常、閉ループ路は、
多角形、たとえば三角形、四角形等である。そし
て、閉ループ路は、米国特許第3390606号に示さ
れるように、水晶ブロツクに形成された空胴のよ
うな大きい構造物の一部として構成できる。 センサに設けられる閉ループ路は、一般的には
入力軸を囲むように配置され、この入力軸を中心
とする回転を検出する。センサが停止している場
合には、レーザ路は、何れの方向への伝播ビーム
に対しても等しく、各ビームの発振周波数は等し
い。リングレーザジヤイロの回転、特に入力軸を
中心に閉ループ路が回転すると、一方のビームの
伝播に対してはレーザ路の有効長が増大し、他方
のビームの伝播に対してはレーザ路の有効長が減
少する。その結果、各ビームに対する有効長に変
化が生じ、各ビームの周波数が変化する。このよ
うな装置の電磁放射ビームの発振周波数は、レー
ザ路の有効長により決まるから、一方の周波数は
増加し、他方の周波数は減少する。従つて、2つ
のビーム間の周波数差は、ビームの回転速度、す
なわち入力軸に関する閉ループ路の回転速度を表
わす。 リングレーザジヤイロの厄介な特性に、“ロツ
クイン”がある。“ロツクイン閾値”または“ロ
ツクイン速度”と呼ばれるある臨界値以下に、リ
ングレーザジヤイロの入力軸を中心とする回転速
度が低下すると、各ビームの周波数は共通値に同
期し、周波数差がゼロとなるので回転のないこと
を表わす結果となる。ロツクイン特性は、相互対
向方向に進行する波の間のエネルギ結合により生
じる。閉ループ路に沿つて相互対向方向に伝播す
る波間のエネルギ結合の原因には、とりわけ、キ
ヤビテイ損失、利得媒体中の損失、前方散乱後方
散乱がある。主たる結合の原因は、各ビームから
相手方のビームの進む方向にエネルギが散乱する
ためであると考えられている。エネルギの散乱の
主な原因は、閉ループ路の頂点を形成する共用の
反射面すなわち鏡面における後方散乱である。し
かし、反射面の改善に伴つて、その余りの原因
が、大きな問題となつてきている。 レーザ角速度センサにおいて、レーザビームが
進行する閉ループ路の頂点は鏡面により形成され
ている。しかしこれら鏡面は、後方散乱光波を生
ずるという欠点を有している。これら後方散乱光
波は反対方向伝播光波に結合してその一部とな
り、反対方向伝播波の位相に影響を及ぼし、ロツ
クイン現象の原因となる。 米国特許第4152071号「制御装置」には、レー
ザキヤビテイの閉ループ路の頂点を形成する鏡面
を、閉ループ路を最適に変更するよう位置決め
し、レーザ角速度センサのロツクインを最小にす
る装置が示されている。キヤビテイ内を進行する
相互対向方向に伝播する2つの波の一方の強度
を、閉ループ路の頂点を形成するいくつかの鏡の
位置決め用の閉ループ制御装置の“判別子”とし
て用い、そして、鏡面に対する伝播波の位置関係
を、一方の波への光の散乱が最小となる最適位置
(これが最小のロツクインレートに対応すると考
えられていた)を見い出すように制御している。
この技術は、一部のリングレーザジヤイロにおい
ては極めて有効であるが、有効でないジヤイロも
あつた。 〔発明の概要〕 本発明は、センサの相互対向方向に伝播する波
間のエネルギ結合の重みつきベクトル和に関係し
た、レーザ角速度センサのために有効な判別子を
得る装置を提供する。この判別子は、レーザ角速
度センサのロツクイン速度の大きさを示すのに使
用することができる。本発明の判別子は、閉ルー
プ制御装置において使用すると、センサの相互対
向伝播波が伝播する通路を変えて、それらの間の
エネルギ結合の重みつきベクトル和を変化させ、
よつてロツクイン速度を最小にするのに使用され
る。場合によつては、センサのスケールフアクタ
の直線性の安定化や制御にも、この判別子を使用
することができる。 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。 〔実施例〕 米国特許第4152071号には、レーザ角速度セン
サの閉ループ路に沿つて進行する相互対向方向伝
播波のいくつかの特性が述べられている。第1図
は、リングレーザセンサの相互対向方向伝播波の
有用な特性を示す米国特許第4152071号の第1図
とほぼ同じである。第1図は、リングレーザ角速
度センサの一部を通常なす閉ループ路の回転に対
するレーザビーム強度を示したものである。任意
の反時計回り(CCW)のビームの強度100を
実線で示し、時計回り(CW)のビームの強度1
20を波線で示している。特性ビーム強度10
0,120で示されたビームの強度は、相互対向
方向伝播波の周波数がロツクインするロツクイン
領域の付近での「ウインキング効果」として知ら
れている現象を示している。 第1図において、CCW(反時計回り)ロツクイ
ン速度1とCW(時計回り)ロツクイン速度2の
値は、ほぼ等しい。CCWビームの特性ビーム強
度100により示される「ウインキング効果」は
次のとおりである。高いCCW速度から高いCW
速度へ回転速度が変化する場合には、CCWロツ
クイン速度1に近づくにつれてCCWビームの強
度は低下し、その後センサの回転速度がCWロツ
クイン速度2に到達するまでその値は増加し続
け、到達した後、反対回りでの高い速度における
と同じ値である漸近値に向けて低下し始める。第
1図に示すように、特性ビーム強度120によつ
て示す反対方向に進むビームの挙動は、特性ビー
ム強度100とは逆である。 ロツクイン速度より大きい回転時(時計回り、
反時計回りの何れかを問わず)におけるビームの
強度には、2つの波間のビート周波数すなわち2
つの波の周波数差での変調が伴う。この変調すな
わちビームの強度の時間とともにビート周波数で
変化する振幅は、2つの相互対向方向伝播波間の
エネルギ結合を表わす。このエネルギ結合の原因
は、前述したとおりである。なお、ビームが「ロ
ツクイン」している場合、変調はゼロである。 上述したように、ビート周波数またはその高調
波での強度変調は、以後「結合エネルギ変調
(coupled−energy generated modulatons)」と
呼称する。従つて、各ビームの強度には、結合エ
ネルギ変調が伴い、その変調は代数的にまたはベ
クトル的に組合せることができる位相と振幅を有
している。このような結合エネルギ変調は、外的
手段により招来された変調とは識別されるもので
ある。 CCWビーム100のビーム強度の変調の様子
が、第1図において時計回りでの速度増加に対応
した時間軸,,上に示されている。センサ
の反対の回転方向においても、ビーム強度100
に同様の変調が生じる。さらに、時計回り波の特
性ビーム強度120に関しても同様の変調が生ず
る(図示せず)。なお、時間軸,,に示し
た変調の大きさは、第1図のビーム強度のスケー
ルに比例していない。特性変調を強調するため、
大きさを誇張して示してあり、実際の変調の大き
さは、レーザビームの強度に対してかなり小さ
い。 レーザビームの強度を数学的な近似で表示する
と、次のとおりである。 (1) I=Ip+Am sinωbt ここで、ωbは、ロツクイン速度以上の回転速
度における波の周波数差に伴うビート周波数で、
Amはωbにおける結合エネルギ変調の振幅で、回
転速度に反比例する。Ipは、結合エネルギ変調が
ないビームの定常状態での強度レベルである。 式(1)の右辺第1項の定常状態の強度Ipは、レー
ザまたはガス放電物理現象から得られるRMS値
である。リングレーザジヤイロにおける相互対向
方向伝播波の各ビームは、これに関連する周波数
と振幅を有している。この周波数は回転及びロツ
クイン現象によつて決まる。相互対向方向に伝播
する波のそれぞれの振幅は、それらが同じガス媒
体で発生するのでほぼ同じ値である。しかし波の
位相は互いに変位している。この位相の変位は、
ジヤイロの構造及び閉ループ路の回転によつて決
まる。ビームが結合されて検出器に焦点合わせさ
れ、干渉パターン(所定の速度情報を得るのに一
般に使用される)を形成すると、この位相変位が
示される。 一方、式(1)右辺の後の項は、キヤビテイまたは
導波路内の2つの波間のエネルギ結合に伴う強度
変化すなわち結合エネルギ変調を示している。こ
の後の項は、各波に重ね合わされるが、これは、
前述した速度情報を得るのに一般に使用されてい
る位相変位には大きな影響を及ぼさない。しか
し、後の項は、ビームの周波数に影響を与えるの
で、ジヤイロ出力誤差の一つの原因となる。 レーザ角速度センサにおいて、結合エネルギ変
調は、閉ループ路の導波路に沿つて伝播する一方
のビームを反対方向に進む他方のビームの結合を
表わす。上記閉ループ路の導波路は、2つのビー
ムに共通な頂点を形成する鏡により形成されてい
る。第1図に示し、式(1)で記述されるように、結
合エネルギ変調の振幅は回転速度に反比例し、結
合エネルギ変調の周波数は、ロツクイン速度以上
での回転の下での2つの相互対向方向伝播の波の
周波数差すなわちビート周波数の直接的関数であ
るので、回転速度に比例する。 第1図に示す相互対向方向伝播波の特性は、選
択した光学路のわずかな変化、たとえばわずかな
鏡の位置変化に応じて変化する。これは第1a図
に示されている。第1a図には、式(1)の結合エネ
ルギ変調のピーク振幅Amが、時計回りの回転速
度に対して示されている。反時計回りについても
同様の特性が生じる。曲線101は、時計回りで
のビーム強度100の結合エネルギ変調を表わし
ている。ゼロ速度とロツクイン速度2との間の回
転速度では、センサの相互対向方向に伝播する波
が共通周波数にロツクインされるので、変調は生
じない。ロツクイン速度2に関しては、ビームが
ロツクインからはずれるので急激な変化が生じ
る。この点で、結合エネルギ変調のピーク振幅は
最大で、この振幅は回転速度の増大に伴つて減少
し、漸近値に近づく。 曲線101の特性を示す光学路が、ビームに対
しての鏡面の1つの位置を変えることにより良い
方へ変更され、波間のエネルギ結合を減少する
と、新しい特性の曲線101′が生じる。第1a
図に示すように、曲線101′は、新しい低いロ
ツクイン速度2′を呈することを除き、曲線10
1と同様の形状である。低いロツクイン速度は、
その新しいロツクイン速度における結合エネルギ
変調の振幅の最大値の減少によつて示されてい
る。さらに、ロツクイン速度2より大きいロツク
イン速度の各点においても、曲線101′で示さ
れる結合エネルギ変調の大きさは、曲線101で
示した前の特性より小さい。重要なことは、ロツ
クイン速度よりかなり大きい回転速度では、非常
に小さい結合エネルギ変調が生じ、その値は、同
じ回転速度に関して特性101より特性101′
の方が小さい。従つて、結合エネルギ変調の大き
さは、ロツクイン速度の情報を得るための非常に
有効なパラメータである。第1a図に示した特性
から、結合エネルギ変調の大きさの値の相違はロ
ツクイン速度点のところで最大となり、よつてこ
れは、検出して制御するには非常に都合の良い値
である。 第1図及び式(1)で示した結合エネルギ変調が本
発明の基本となつている。各波の強度に重ね合わ
された各結合エネルギ変調の振幅及び位相は、相
互対向方向に伝播する各波の強度及び周波数に影
響を及ぼすエネルギ結合の情報を与える。以下の
説明において、エネルギ結合により生じた、ビー
ム周波数における各ビーム強度の変調は、センサ
へのその他の入力による変調と区別するため、結
合エネルギ変調と呼称する。 米国特許第4152071号では、選択され1方のビ
ーム、たとえば反時計回りのビームすなわち波の
強度の結合エネルギ変調の振幅を最小にするよう
に、閉ループ路の頂点を形成する鏡の位置を変調
していた。すなわち1つの波の結合エネルギ変調
の振幅を、閉ループ路の頂点を形成する鏡の位置
を操作する制御系の判別子として使用した。しか
し、この米国特許の発明では、各波に別々に結合
されるエネルギ結合の真の値に関係する、波それ
ぞれの結合エネルギ変調についての位相及び振幅
の双方を考慮することは行つていなかつた。本発
明は、レーザ角速度センサの相互対向方向に伝播
する各波の結合エネルギ変調の特性を、その位相
及び振幅の双方について用いて、波のエネルギ結
合の重みつきベクトル和を最小にするよう鏡の位
置決めをするための新しくかつ有効な判別子を得
て、もつて、ロツクイン速度及びこれに関した影
響を減少させる。本発明の判別子は以下に述べる
ようにロツクイン誤差源の実際の関係に、より密
接に関係しているので、米国特許第4152071号に
示した判別子よりもはるかに優れている。 第2図は、従来のレーザ角速度センサに使用の
閉ループ路の例を示す。第2図では、三角形の閉
ループ路を用いているが、四角形等、他の形状の
閉ループ路であつてもよい。第2図は、平坦な鏡
210,220と凹面鏡230それぞれの第1の
位置により形成された相互対向方向播のレーザビ
ームが進む第1の三角形閉ループ路を示してい
る。閉ループ路の頂点は、記号A,B,Cにより
示されている。この配置は、従来から周知であ
る。鏡210がその面に直交する方向に距離+X
だけ移動し、かつ鏡220がその面に直交する方
向で逆方向に−Xだけ移動すると、レーザビーム
が進む新しい閉ループ路は、A′,B′,C′により
示される、閉ループ路の頂点によつて形成される
形状となる(なお、第2図に示す図は、原理を示
すためのものであつて誇張されており、その精度
は重要ではない)。 第2図の鏡210,220の動きは、相互対向
方向伝播のビームが進むレーザ路を変化させる。
鏡210,220,230の各面に対する閉ルー
プ路の位置関係の変化は、光路A′B′C′に沿つて
進む波と光路ABCに沿つて進む波とでその入射
する鏡面の領域が異なるようなものである。な
お、上記位置関係の変化は全光路長の検知できる
変化を伴わない点に注意されたい。これは、選択
された配置と選択された鏡の位置変化の幾何学的
関係によるものである。全光路長を一定に保つこ
とにより、当業者には明白なように、定常状態の
ビーム強度Ioはほぼ一定となる。 本発明を理解する上で重要なことは、(i)相互対
向方向に伝播する波が進むレーザ光路を変化させ
るか、または(ii)波間のエネルギ結合の原因となる
ものを変化させるかすると、伝播波それぞれの強
度に重ね合わされる結合エネルギ変調の位相及び
振幅が変化することである。各結合エネルギ変調
をその位相と振幅について所定の方法により代数
的に加算すると、相互対向方向伝播波が進行する
キヤビテイまたは導波路において波それぞれに生
じるエネルギ結合のベクトル和が示される。さら
に重要なことは、選択された代数的和は、センサ
のロツクイン速度の表示として使用できる。第2
図に示したセンサの構成において、鏡210,2
20,230のいずれかを並進または回転させる
と、2つの波のエネルギ結合は変化する。鏡の移
動は、鏡面における後方散乱波の位相を変化さ
せ、その変化によりレーザ光路に沿つた別のエネ
ルギ結合源の位相に影響を与える。さらに、回転
または鏡面に直交する方向の並進により鏡のどれ
かが移動すると、レーザ光路は変化し、各鏡面に
おける前方及び後方散乱を含むレーザ光路に沿つ
たエネルギ結合源の位相を変化させる。図示して
はいないが、レーザ光路を他の装置により、たと
えば光路中の光学装置により、変化させることも
できる。以下には、レーザ光路を変化するのに鏡
面に直交する方向での移動についてのみ述べる
が、本発明の原理は鏡のその他の移動またはレー
ザ光路に沿つたエネルギ結合源またはレーザ光路
を変化させる他の手段に対しても適用することが
できる。 米国特許第4152071号の閉ループ制御装置では、
鏡面に直交する方向に、鏡210,220の位置
を内外にデイザリングさせることによりレーザ光
路を変化させている。鏡210,220がデイザ
リングを受けると、鏡面及び閉ループ路間の位置
関係が変化し、その結果レーザ路に沿つた波間の
エネルギ結合が変化する。従つて、各波の結合エ
ネルギ変調の大きさの変化が、鏡210,220
の平均位置に依存して生じる。これは、相互対向
方向伝播ビームの1方のビーム部分に応答する光
検出器により与えられる、1方の単一のビームの
強度信号の特性をモニタすることにより観察され
た。鏡210,220の一方または双方の位置的
デイザリングの中心位置となる平均位置は、位置
的デイザリングを受ける鏡のデイザリング運動に
よる結合エネルギ変調の変化の平均値が最小にな
るように位置決めされていた。後述するように、
本発明では、新しい優れた判別子を発生する装置
以外は、従来と同様の制御装置が使用されてい
る。 発明者Coccoli他による米国特許第3533014号で
は、鏡の位置を鏡面に並行に移動することにより
鏡面における光の散乱の量を変化するようにして
いる。米国特許第4152071号の判別子及び本発明
の判別子を、鏡面に並行に鏡を移動するこれらの
鏡の位置制御に使用して、光の散乱を最小にしか
つロツクイン速度を最小にすることもできる。 第3図は、三角形状レーザ角速度センサ300
に適用された本発明の一実施例を示している。相
互対向方向伝播波の三角形閉ループ路は、鏡面3
01a,302aをそれぞれ有する一対のトラン
スデユーサ301,302と鏡303により形成
される。トランスデユーサ301,302それぞ
れは、鏡面301a,302aの位置を定める制
御入力信号を受ける。鏡303の鏡面は、整合し
易いよう内側にくぼんだ反射面であることが望ま
しい。鏡面301a,302bおよび鏡303の
鏡面は、相互対向方向伝播のビームを受ける三角
形閉ループ路の頂点を形成している。 トランスデユーサ301,302は、それぞれ
鏡面301a,302aを有する圧電装置であ
る。これの各鏡面は、それらに直交する方向での
運動を制御される。鏡面の直交方向運動の大きさ
は、米国特許第3581227号に示すように、トラン
スデユーサの制御要素に供給される電圧の関数で
ある。鏡面303は、光波IW1,IW2により示
すように相互対向方向伝播の波それぞれの一部を
透過する部分透過性を有している。光波IW1は
検出器310aに入射し、検出器310aはセン
サ300の閉ループ路に沿つて進む相互対向方向
伝播波の一方の強度を表わす電気信号I1を発生
する。同様に、光波IW2は、検出器310bに
入射し、検出器310bは相互対向方向伝播波の
他方の強度を表わす出力信号I2を発生する。信
号I1は、光波IW1により表わされる一方の基
本波の結合エネルギ変調に比例した振幅変調を示
し、信号I2は光波IW2により表わされる他方
の基本波の結合エネルギ変調に比例した振幅変調
を示す。本発明によれば、信号I1,I2は、波
間の結合エネルギの重みつきベクトル和を得るよ
う処理され、ロツクイン速度を最小にするのに用
いられる。 信号I1,I2は、本発明の新規な判別子を表
わす出力信号Dを発生する判別子発生装置320
により処理される。出力信号Dは、トランスデユ
ーサ301,302を制御する出力信号を発生す
る光路位置制御装置330に送られる。第3図に
おいて、光路位置制御装置330の出力信号は、
トランスデユーサ301に直接接続され、トラン
スデユーサ302には位相反転器340を介して
接続され、トランスデユーサ302をトランスデ
ユーサ301とは逆向きに駆動して、三角形閉ル
ープ路の長さを一定に保持する。 第4図は、判別子発生器320の詳細図であ
る。信号I1,I2は、増幅器402a,402
bによりそれぞれ増幅される。増幅器402a,
402bの出力信号I1′,I2′は、対数信号発
生器410a,410bにそれぞれ送られる。こ
れら対数信号発生器からの出力logI1′,logI
2′は加算回路420により加算される。加算回
路420の出力は微分器回路430により微分さ
れ、判別子出力信号Dを発生する。 本発明の判別子を表わす出力信号Dは、次のよ
うな数式で表わされる。 (2) D=I1/I1+I2/I2 判別子発生器320は、次のアナログ計算を行
なう。 d(logI1+logI2)/dt これは、式(2)で表わされた判別子と同じであ
る。判別子Dの振幅変調は、光波が伝播する閉ル
ープ路に沿つて累積された光波間の重みつきエネ
ルギ結合を表わしている。上記光波は、閉ループ
路の頂点を形成する鏡面すなわち反射面でそれぞ
れ散乱した光波を含んでいる。さらに、判別子D
の振幅変調は、ロツクイン速度を表わしている。 式(2)で表わされた判別子は、Aronowitz及び
Collinsにより刊行物において述べられたレーザ
ジヤイロの数式を基にして、有効であることが示
せる。上記刊行物の式(7)、(8)、(11)から次の式が生
ずる。 なお、I1,I2は相互対向方向伝播のレーザビー
ム強度、αは利得マイナス損失の過剰分、βは各
部の飽和効果、θは相互飽和効果、r1,r2は一方
のビームから他方のビームに結合したエネルギの
エネルギ結合係数を表わし、この係数は後方散乱
も含んでいる。Ψは2つの波の間の瞬時位相角、
ε1,ε2はr1,r2に伴う位相角を表わしている。 式(3)、(4)を式(2)に代入すると、判別子Dは次の
ようになる。 また、
【式】で、かつI1,I2
の変調により発生された結合エネルギが強度の定
常値よりもかなり小さいと仮定し、Laplace変換
を用いて式(6)を解くと、次のようになる。 (7) D=2(β+θ/S+α−1)(R2 /ε2 +R1 /−
ε1 ) なお、R1 /−ε 1とR2 /ε2 は、r2cos(Ψ+ε2)
とr1cos(Ψ−ε1)のLaplace変換の大きさと角度
で、Sは普通のLaplace変数である。式(5)に同じ
近似値と変換を用いると、式(5)は次のようにな
る。 (8) Ψ・=Ω+R2 /ε2−π/2+R1 /−ε1−π/
2 レーザジヤイロの分野では周知のように、回転
速度は、相互対向方向伝播ビームのそれぞれの一
部(例えば、IW1,IW2)を組合わせて、干渉
パターンを形成することにより決定される。干渉
パターンの明暗帯域の移動の変化速度は、相互対
向方向伝播光波間の瞬時位相の変化率Ψ・に、直接
的に関係する。Ψ・の積分値に適当なスケールフア
クタを掛けると、閉ループ路の角度回転を生ず
る。式(8)は、観測可能パラメータΨ・が、角度回転
誤差の他、ジヤイロに速度誤差項を生ずるフエー
ザー(ベクトル)誤差項を含むことを示してい
る。従つて、以下に述べるように、これら誤差項
のベクトル和を最小にすることが可能である。 式(5)とそれに対応する式(8)のフエーザー(ベク
トル)項は、前述のように光波間のエネルギ結合
に起因する回転速度誤差項を表わしている。その
エネルギ結合の主な原因はレーザジヤイロの閉ル
ープ路を形成する鏡面によつて主に生じる後方散
乱である。これら誤差項は常に存在するが、ロツ
クイン速度の値を決定するものである
(Aronowitz及びCollinsの刊行物参照)。式(8)に
おける値R1、R2は、一方のビームから他方のビ
ームに結合するエネルギ結合により生じる各ビー
ム強度の結合エネルギ変調の大きさを表わしてい
る。第5a図は、ベクトル510により表わされ
たベクトル和を有する、式(8)に示された2つのフ
エーザーの和として、Ψ・中の全誤差を示してい
る。 式(7)に示す判別子Dは、第5b図において2つ
のフエーザーの和として表わされている乗数項を
含んでいる。判別子Dの大きさは、2つのフエー
ザーのベクトル和に直接関係する。2つのフエー
ザーは、式(8)の誤差項に相当している。判別子の
乗数項の全ベクトル和は、第5b図のベクトル5
20で示されている。式(7)と式(8)の分析及び第5
a,5b図に示すようなフエーザー平面(ベクト
ル平面)におけるフエーザー項のベクトル和か
ら、第5a図のベクトル520により示されたベ
クトル和がベクトル和510に位相の相違を除き
全く等しい(ここでは位相の違いは重要ではな
い)ことがわかる。従つて、判別式のフエーザー
項のベクトル和が、レーザ路を変化させることに
より最小化されると、閉ループ路に沿つて進むビ
ーム間のエネルギ結合により生じる、Ψ・における
誤差項のベクトル和もまた最小化される。前述し
た分析は、全周波数に対して有効で、周知である
非バイアス、定バイアス及び交番するバイアスレ
ーザ角速度センサに適用し得る。これら特性の詳
細については、以下に更に説明する。 式(8)のフエーザー項によつて示された誤差項の
ベクトル和は、選択されたリングレーザジヤイロ
装置のロツクイン速度に直接的に関係している
(Aronowitz及びCollins)。さらに、ジヤイロ装
置のスケールフアクタは、誤差項のベクトル和に
関係している。従つて、式(7)に示した判別子のフ
エーザー項が最小化されると、ロツクイン速度も
最小化される。よつて誤差項のベクトル和を最小
化すると、すなわち相互対向方向伝播波間のエネ
ルギ結合の重みつきベクトル和を最小化すると、
ジヤイロ装置のロツクイン速度は最小化され、ス
ケールフアクタの直線性及び安定性を改善するこ
とができる。 リングレーザ角速度センサのスケールフアクタ
は主に、選択された幾何学的構成によつて決ま
る。しかし、ロツクインを生じさせる波間のエネ
ルギ結合は、スケールフアクタの直線性に影響を
与える。従つて、誤差項を制御すると、スケール
フアクタの直線性を実質的に制御することにな
り、センサのバイアス安定性を改善する。 簡単に言えば、式(2)で示した判別子は、ビート
周波数における、すなわち回転により生じた2つ
のビーム間の周波数差における振幅変調を含む。
これは、相互対向方向伝播波それぞれに重ね合わ
される、波間のエネルギ結合による結合エネルギ
変調それぞれの合成を表わす。以に分析したよう
に、結合エネルギ変調自体またはこれら変調の単
なる加算(和)または減算(差)もロツクイン速
度を示すものではないが、重みつきベクトル和は
ロツクイン速度を示す。本発明の判別子の振幅変
調は、重みつきベクトル和に直接的に関係しかつ
レーザ路や鏡面での散乱を変化させるための観測
し得るパラメータを与える。重みつきベクトル和
は、波の進行する閉ループ路の位置を鏡面に対し
て最適に定めることにより最小化でき、ロツクイ
ン速度が最小化され、かつスケールフアクタの直
線性が最適化される。 第6図は、第3図に示した本発明の実施例の詳
細図で、第3図の構成要素と同様のものについて
は、同じ参照番号を付している。第6図のレーザ
角速度センサ300は、その相互対向方向に伝播
する光波の一部をIW1,IW2として出力する。
2つの検出器310a,310bは出力光線IW
1,IW2に応答し、かつ判別子発生器320に
出力を与える。この判別子発生器320は第4図
に示されているが、第6図でもブロツク320内
に示した。 以下の説明のためここで、矢印302で示すよ
うに軸301を中心とする回転振動で、センサ3
00を機械的に振動させる回転デイザリングによ
りセンサに交流バイアスを与えるものと仮定す
る。回転デイザリングとそれによつて与えられる
周波数バイアスは、周知のもので、かつ米国特許
第3467472号及び第4152071号に記載のものと同様
である。他の種類のバイアスもまた、本発明の範
囲内に入る。 第6図の判別子発生器320の出力信号Dは出
力信号610により表わされている。出力信号6
10は光路位置制御装置330に送られる。この
装置330は、ピーク検出器620、発振器63
0、同期復調器640、積分器650、及び加算
回路660を含んでいる。光路位置制御装置33
0の出力670は、トランスデユーサ301に直
接接続され、一方トランスデユーサ302にはか
つ位相反転器340を介して接続されている。 判別子発生器320の出力信号D(610)の
振幅は、角速度センサ300のロツクイン速度に
直接関係している。判別子発生器320の出力信
号610は、ピーク検出器620に送られ、更
に、同期復調器640と積分器650とにより順
次信号処理される。同期復調器640は、第1入
力としてピーク検出器620の出力を、第2入力
として発振器630の出力を受ける。同期復調器
640の出力は積分器650に送られ、その出力
信号は加算回路660に送られる。加算回路66
0は、積分器650の出力と発振器630の出力
とを加算する。 加算回路660の出力670は、積分器650
で得られたDC信号成分と、発振器630で得ら
れたAC信号成分との合計である。DC及びAC信
号成分のこの合成信号は、トランスデユーサ30
1に直接的に送られ、トランスデユーサ302に
位相反転器340を介して送られる。位相反転器
340は、AC信号の位相を180゜反転しかつDC成
分の極性を反転する。以下の説明において、発振
器630は、鏡の位置を2つの状態間で交互に変
化させる矩形波発振器であるものとする。各鏡の
動きは、位相反転器340により相互に逆の向き
に同じ量だけ変化するようなものである。さら
に、センサに供給される交番するバイアスの周波
数は発振器630の周波数より大きく、センサに
正弦的に変化する回転振動を行なわせるものとす
る。従つて、発振器630により制御される鏡の
位置の各状態において、周波数バイアスによる数
回の回転振動が生ずる。なお、これら仮定は本発
明の理解を助けるためのものであり、上記仮定以
外の多くの種類の発振及び周波数の使用が本発明
の範囲内で可能である。 第6図に示した閉ループ路の位置制御装置につ
いて説明する。説明上、トランスデユーサ30
1,302に送られるDC信号成分はゼロで、こ
れらトランスデユーサが受ける唯一の信号は、ト
ランスデユーサ301,302の鏡面の位置を変
調する発振器630から得られたAC信号成分の
みであると仮定する。トランスデユーサ302に
送られる信号は、トランスデユーサ301へ与え
られる信号の位相とは180゜ずれているので、第2
図において既に述べたような状況となる。すなわ
ち、レーザビームが進む閉ループ路は、鏡それぞ
れの面に対してのその位置関係が、閉ループ路の
全体の長さにほとんど影響することなく、変化す
る。そのようにすると、レーザ路における波間の
エネルギ結合を変化させるようにレーザ路を変化
させ、特に、閉ループ路の頂点をなす鏡の反射面
における散乱波を変化させる。発振器630によ
る鏡の位置変化を、以後、“判別デイザリング)
discriminant dithering)”と呼称する。 判別デイザリングにより、判別子発生器の出力
信号610は、発振器630の周波数に直接的に
関係した周波数成分で変化する。出力信号610
の振幅は、発振器630の周波数及びビート周波
数で変化する。これは、判別子は結合エネルギ変
調の関数であるためビート周波数で変化し、かつ
レーザ路が鏡301,302の位置的デイザリン
グによりその周波数で変化するため結合エネルギ
変調の大きさが発色器630の周波数の関数とし
て変化するからである。 第6a図は、回転デイザリングと判別デイザリ
ングの判別子出力610への影響を示す。発振器
630から発生の判別デイザリングによる鏡の状
態変化は、参照番号611a,611bで示され
ている。各回転振動のデイザリングサイクル毎に
センサの回転速度は、ロツクイン速度を2回(回
転方向ごとに1回)通過する。結合エネルギ変調
の変化値Amのペーク値は、ロツクイン速度で発
生する。ピーク612は、判別デイザリングの一
方の状態における、回転振動のデイザリングによ
るAmのピーク値に対応し、またピーク613は
判別デイザリングの他方の状態におけるAmのピ
ーク値に相当対応する。 ピーク612,613はピーク検出器620に
より、第6a図に参照番号621,622で示さ
れるように検出される。ピーク検出器620とし
ては簡単なローパスフイルタを利用できる。その
ローパスフイルタは、(i)復調器640により発振
器630の周波数で復調し、(ii)積分器650によ
り積分するため、各デイザリングサイクルの各ピ
ーク612及び613を保持する時定数を有す
る。判別子はビート周波数の速度で発生する多く
のピークを有するので、適当な回路で各ピークを
検出することができる。しかし、ロツクイン速度
で発生する最大ピーク値を検出するだけで十分で
ある。また、ピーク検出器は、簡単な整流器であ
つてもよい。重要なことは、判別子の結合エネル
ギ変調のピーク振幅を検出できることである。 判別子における判別デイザリングによるピーク
値の変化は、ピーク検出器620、同期復調器6
40及び積分器650を含む光路位置制御回路3
30により平均化される。これらの構成要素は、
この技術分野において周知のものであり、またこ
れら要素を組み合わせた機能についても制御回路
の技術分野においては周知のものである。簡単に
言えば、ピーク検出器620は、発振器630の
周波数にて変化する判別子の振幅変化のピーク振
幅を検出する。同期復調器640は、発振器63
0の周波数における判別子振幅変化のピーク値の
変化を決定する。積分器650は、ピーク検出器
620からの判別子振幅変化のピーク値を平均化
する。積分器650の出力は、判別デイザリング
による判別子の変化を表わす大きさと極性を有す
るDC信号を与える。従つて、積分器650の出
力は、2つのトランスデユーサを相互に逆向きに
駆動する制御信号成分として使用することができ
る。その後、制御信号は、鏡面301a,302
aの平均位置(これが判別デイザリングの中心と
なる)を変化させることにより、相互対向方向伝
播波のレーザ路を変え、そして鏡面における散乱
を変化させることができる。従つて、判別デイザ
リングによる判別子の変化が最小となる位置に到
達することができる。これは波間のエネルギ結合
の最小のベクトル和、最小のロツクインレート、
及びセンサの最適な直線性をもたらす。 本発明の判別子の分析に関して述べたように、
判別子の結合エネルギ変調の振幅は、レーザビー
ムが進む閉ループ路の鏡面に対する位置関係が最
適となるようにレーザ路を変化させることによ
り、最小にすることができる。従つて、トランス
デユーサ301,302の判別デイザリングの中
心となる平均位置で、判別デイザリングによる判
別子の結合エネルギ変調の振幅変化が最小となる
ように積分器650の出力の極性及びトランスデ
ユーサ301,302の制御装置間の位相の整合
を行なわなければならない。位相の整合を誤まる
と、結合エネルギ変調の振幅の変化は最大になつ
てしまう。 第7図は、光路長制御装置を加えた本発明の別
の実施例である。レーザビームがその最大強度と
なるように角速度センサを動作させることは、こ
の分野において周知である。そうすることによ
り、ロツクイン速度の低減と同様に、センサに固
有の他の誤差源の影響が少くなる。第7図では、
第6図と同様の部分については第6図と同じ参照
番号を付している。光路長制御装置は、同期復調
器710、積分器720、発振器730、及び加
算回路740から成つている。 同期復調器710は、増幅器402aからの伝
播波の一方の強度を表わす信号I1′を、第1入
力として受ける。同期復調器710の第2入力
は、発振器730から得られる。同期復調器71
0の出力は、積分器720で積分されて加算回路
740に送られ、そこで積分器720の出力と発
振器730の出力が加算される。加算回路740
の出力は加算回路750の入力となる。加算回路
750は、加算回路740の出力と位相反転器3
40の出力を加算する。加算回路750の出力は
トランスデユーサ302の入力に接続されてい
る。加算回路750の出力は、(i)発振器730か
らのAC信号成分と、(ii)積分器720の出力から
の光路長さ制御DC信号成分と、(iii)発振器630
からの位相反転されたAC信号成分と、(iv)積分器
650からの位相反転された判別子DC光路位置
制御信号成分とを含んでいる。 第7図に示した光路長制御装置の動作は周知で
あるので簡単に説明する。位相反転器340の出
力からの信号がない場合、加算回路740の出力
がトランスデユーサ302を直接制御することに
なる。発振器730により鏡302の位置がデイ
ザリングされ、相互対向方向伝播の波の閉ループ
路の全長が変化し、レーザ角速度センサ300の
相互対向方向伝播波のビーム強度は発振器730
の周波数で変調される。従つて、光路長の変調に
よつて得られるビーム強度の変調は、以後“光路
長デイザリング”と呼称する。発振器730の周
波数における光路長デイザリングは、発振器73
0の周波数にて同期する回期復調器710により
検出される。同期復調器710の出力は積分器7
20により積分され、DC信号成分となる。この
DC信号成分は加算回路740において、発振器
730の出力に加算される。そして、相互対向方
向伝播のビーム強度を最大にするという所期の結
果を得るには、トランスデユーサ302と同期復
調器730との位相を適切にしなければならな
い。光路長制御装置は、光路長デイザリングによ
る信号I1,I1′のビーム強度変調の大きさの
変化を最小化するものである。これは、強度が最
大であることを表わしている。 実際には、光路長制御発振器730の周波数
は、光路位置制御回路330の一部である光路位
置制御発振器630の周波数とは、少くとも1桁
程度異ならせるのがよい。発振器730の周波数
は発振器630の周波数より大きいことが望まし
いが、必ずしもそうでなくてもよい。また、光路
長制御ループの時定数は、安定制御するには光路
位置制御ループの時定数より十分速いことが望ま
しい。これらの状況において加算回路750は、
光路長制御ループの出力である加算回路740の
出力と、光路位置制御ループの出力である位相反
転器340の出力とを適切に加算することができ
る。加算回路750において加算されたこれら2
つの信号は、トランスデユーサ302に直接送ら
れて所定のシステム動作を行なう。よつて信号I
1,I2は光路位置制御装置330の発振器63
0の周波数に関係した周波数成分と、光路長制御
ループの発振器730の周波数に関係した周波数
成分を有している。 図示してはいないが、加算回路660とトラン
スデユーサ301との直接の結合に代えて、加算
回路740,660の各出力信号を加え合わせて
からトランスデユーサ301に加えることもむろ
ん可能である。このようにした場合、両トランス
デユーサ301,302がDC成分に同じ向きで
応答するので、光路長制御の感度は、係数2だけ
改善される。実際には、上述した加算回路網は加
算回路750と同様の働きをする。 本発明の実施例において示した2つのトランス
デユーサのかわりに、自由度が2の単一のトラン
スデユーサを用いてもよい。たとえば、(反射面
に垂直な)並進、及び、反射面の平面を通る軸を
中心に、トランスデユーサの今1つの入力端子へ
の制御入力により、回転振動させるようなトラン
スデユーサは、この分野では周知のものである。
上述したようなトランスデユーサを用いた場合、
光路位置制御装置330の出力は、回転振動の制
御のためトランスデユーサに送られる。トランス
デユーサはレーザ路や鏡面散乱を変化させ、ロツ
クインを最小にするため波間のエネルギ結合を最
小にする。また、光路長制御出力は、並進制御の
ため同じトランスデユーサに同時に送られ、ビー
ム強度をほぼ一定に維持する。 上述したような説明及び分析は、2つの波が相
互対向方向に伝播する系に適用できる。相互対向
方向伝播の波間のエネルギ結合の全ベクトル和を
考慮し、これを制御するように、閉ループを形成
している反射面の位置を定めることにより、導波
路すなわち波の通路を変化させたり反射面におけ
る散乱を変化させたりするために判別子を使用す
ることができる。本発明の判別子は、交番するバ
イアスの角速度センサにおけるロツクインによる
ランダムドリフトを最小にしたり、定バイアスの
角速度センサにおけるスケールフアクタの直線性
を最適化するのに、特に有用である。 なお、第3,6,7図の実施例は、回転デイザ
リングの代りに、相互対向方向伝播の波すなわち
ビームに直接的に影響を及ぼすことにより交番す
るバイアスが与えられる場合も適用できる。その
場合の動作は、上述した動作と同様である。 センサの動作範囲内の時計回りまたは反時計回
りの回転速度において、相互対向方向伝播波の周
波数間に一定の周波数差が存在するように定バイ
アスをセンサが与えられている場合の第3,6,
7図の動作について考えてみる。定バイアスは、
ビームに直接的に影響を及ぼすことにより光学的
に、または、一定速度でセンサを回転させること
により与えることができる。このようなセンサで
は、セロ回転においても十分大きい周波数差が存
在し、ロツクインを避けているので、ロツクイン
速度以下の低い回転速度でさえも、相互対向方向
伝播波が共通周波数にロツクインすることはな
い。従つて、このようなセンサでは、ロツクイン
自体を最小化することは重要なことではない。そ
れでも、誤差項が観測し得るパラメータΨ・に存在
しているので、式(8)のΨ・におけるフエーザー誤差
項は、スケールフアクタと出力データに影響を与
える。初めの方で述べたように、誤差項に影響を
及ぼすことはシステムのロツクイン速度に影響を
及ぼし、かつスケールフアクタにも影響を及ぼ
す。 前述の説明から、ロツクイン速度を制御する
と、全光路の長さ及び囲まれた領域のような他の
要因により決定される範囲以上の有限範囲内で、
センサのスケールフアクタを制御することができ
る。またセンサのロツクイン速度を最小化する
と、スケールフアクタは以下の式で定義できるの
で、スケールフアクタの直線性を最適化すること
ができる。 SF=SF∞{1+(1/2)Ω2/s/Ω2+Ω2/g} ここで、Ωはセンサの回転速度、Ωgはレーザ
のゲインパラメータ、Ωsは全鏡面散乱パラメー
タ、SF∞は漸近スケールフアクタである。 Ωsを最小化すると、スケールフアクタの直線
性は最適化される。散乱パラメータΩsがセンサ
のロツクイン速度に直接的に関係しているから、
Ωsは式(2)で示された本発明の判別子に直接的に
関係している。従つて、判別子Dは、Ωs及びス
ケールフアクタを制御するのに使用することがで
きる。これは、センサのバイアス安定に直接的に
影響を与えるため、非常に重要である。同様に重
要なことは、センサのロツクイン速度を最小化す
る、すなわちΩsを最小化するのと同様の方法で
判別子の大きさを最小化することによつて、スケ
ールフアクタの直線性を最適化するのに、この判
別子Dを使用することができることである。従つ
て、本発明の判別子D及び第3,6,7図の実施
例は、スケールフアクタを選択したり、またはス
ケールフアクタの直線性を最適化するのに使用す
ることができる。この方法は交番するバイアスの
センサにおいて使用することができるが、バイア
スが、たとえばフアラデーセルにおけるように電
気的/光学的に与えられるか、または一定速度で
センサを機械的に回転させる等のように機械的に
与えられる定バイアスセンサにおいても有効であ
る。 レーザ角速度センサのロツクイン現象の影響を
減少するための従来技術は多数ある。これらの従
来技術は、ロツクインの悪影響を減少するための
定バイアス方法及び交番バイアス方法を含んでい
るが、ロツクイン速度そのものに対する対応策は
なかつた。バイアスは、センサの機械的回転によ
りまたは、相互対向方向伝播波の光路における周
波数分離装置により供給される。回転による機械
的方法または周波数分離による電気−光学的方法
のいずれを選択しても、結果はほとんど同じであ
る。すなわちセンサの出力における角度誤差また
は角速度を最小にすることである。ロツクイン速
度を小さくする第3,6,7図に示した実施例
は、このようにバイアスされた角速度センサにも
使用し得る。しかし、ある状況においては、判別
子を発生するための情報を得るには、第3,4,
6,7図に示した簡単な方法とは異なる。判別子
を得る技術を必要とする。このような状況は、判
別子/ノイズ比が不十分な場合である。かかる状
況は、定バイアスセンサにおいては、結合エネル
ギ変調の振幅Amが、ロツクイン速度で生じる結
合エネルギ変調の振幅、すなわち2つの光波の周
波数がロツクインする時の結合エネルギ変調の振
幅よりもかなり小さいので、よくあることであ
る。第8及び10図には、このような状況を克服
する実施例を示している。 第8図に示した装置は、センサのロツクイン速
度に関する、波間の結合エネルギの重みつきベク
トル和を表わす判別子を得るための、本発明の別
の実施例である。第8図の装置は、各波の強度に
含まれる結合エネルギ変調の振幅の情報を得るた
めの別の技術を示している。第8図の回路は理解
する上で重要なことは、ビーム強度IW1,IW2
の結合エネルギ変調が、相互対向方向伝播の波の
間のビート周波数におけるものであるということ
である。ビート周波数は、相互対向方向伝播波の
周波数間の周波数差である。第8図に示す装置
は、いく分異なる形態の本発明の判別子を得る処
理に供される、ビーム強度の結合エネルギ変調の
振幅及び位相情報を得るため、生じているビート
周波数におけるビーム強度の結合エネルギ変調を
同期的に検出する。 第8図では、第3,6,7図における部分と同
様の部分には同じ参照番号を付している。第8図
に示したレーザ角速度センサ300は、第3,
6,7図に示したセンサと同様のものである。ま
たレーザ角速度センサ300は、既に述べた方法
で検出器310a,310bにより検出される出
力としての光波IW1,IW2を与える。 第8図には、図示されていないが、鏡303
は、出力光波IW1′,IW2′を出力する、鏡30
3に結合した出力用光学系を含んでいる。この出
力用光学系は、出力光波IW1′,IW2′が互いに
わずかな角度交叉する状態で検出器810入射
し、そこにおいて干渉パターンを形成するように
構成されている。出力用光学系、出力光波IW
1′,IW2′、及び検出器810の組合せは、セ
ンサから速度情報を得るという点では周知であ
る。また、出力光波IW1′,IW2′の組合せによ
り生じた干渉パターンが、相互対向方向伝播波の
ビート周波数に相当する速度で検出器810の面
を移動することも周知である。検出器810の出
力は、ビート周波数の一対の基準信号を発生する
位相ロツクループ820に接続されている。な
お、一対の基準信号の一方は、他方に関してπ/2
だけ位相がずれている。この一方の基準信号は、
同相基準信号として定義され、かつ他方の基準信
号は、直角位相基準信号として定義され、それぞ
れビート周波数の関数である。よつて位相ロツク
ループ820の出力は、センサ300の回転に依
存して決まるビート周波数の、同相信号821と
直角位相信号822を発生する。なお、これらの
信号821,822は同じ振幅であることが望ま
しい。一対の基準信号は、第8図に示すような正
弦波か、または矩形波のような他の形状の信号で
あつてもよい。 第8図に示したシステムの判別子発生器32
0′は、増幅器402a,402b以外は、第4,
6,7図に示した判別子発生器320とは異な
る。判別子発生器320′は、信号乗算器830,
835,840,845と、ローパスフイルタ8
31,836,841,846と、加算回路85
0a,850b,870と、二乗回路860a,
860bと、平方回路880とから成つている。
増幅器402aの出力I1′は、乗算器830,
835へ送られ、それぞれ同相基準信号821と
直角位相基準信号822が乗算される。増幅器4
02bの出力I2′は乗算器840,845に送
られ、同相基準信号821と直角位相基準信号8
22がそれぞれ乗算される。各乗算器830,8
35,840,845は、それらの入力信号の積
を表わす出力信号を出力する。 各乗算器830,835,840,845の出
力信号はローパスフイルタ831,836,84
1,846にそれぞれ送られる。フイルタ831
の出力信号は加算回路850aにおいてフイルタ
846の出力と加算され、フイルタ831の出力
信号は加算回路850bにおいてフイルタ841
の出力と加算される。加算回路850aの出力は
二乗回路860aにより二乗され、加算回路87
0において二乗回路860bの出力と加算され
る。二乗回路860bの出力は、加算回路850
bの出力を二乗したものである。加算回路870
の出力は、加算回路870の出力の平方根値を出
力する平方回路880に接続されている。 第8図の判別子発生器320′の出力信号88
1は平方回路880の出力である。出力信号88
1は同期復調器640に第1入力として送られ
る。出力信号881は、第6図に関して述べたよ
うな方法で、発振器630の周波数で同期復調さ
れる。同期復調器640の出力は積分器650に
より積分され、加算回路660において発振器6
30の出力と加算され、第6,7図において既に
述べたように、トランスデユーサ301,302
への光路位置制御信号を与える。 判別子発生器320′の出力は、式(2)で示され
る、本発明の判別子の後方散乱変調における変化
を表わす信号であり、これは第6図に関して述べ
たものと同様の方法で、トランスデユーサ30
1,302と発振器630により与えられる判別
デイザリングによるものである。 第8図の判別子発生器320′は、高いSN比回
路である。判別子発生器320′は、判別子発生
器320のように伝播波のビーム強度を表わす信
号を必要とするだけでなく、伝播波間に形成され
たビート周波数の同相基準信号及び直角位相基準
信号を必要とする。 ビート周波数の同相及び直角位相の基準信号
は、いろいろな方法で得られる。第8図では、位
相ロツクループ820を、大低のレーザ角速度セ
ンサにおいて回転速度情報を得る目的でビート周
波数を決定するために一般的に用いられる検出器
とともに使用している。位相ロツクループ820
は、入力として読出し装置805の出力を受け
る。この出力は、レーザジヤイロの干渉パターン
読出しに関して周知の、ビート周波数の計数用パ
ルスである。 第9図は、代表的な位相ロツクループを示して
いる。位相検出器910は、第1入力としてジヤ
イロ読出し装置805の出力を受信する。この出
力は、センサ300の相互対向方向伝播波間に形
成されたビート周波数のパルスである。位相検出
器910の出力は、ローパスフイルタ920を介
して、電圧制御発振器930に送られる。電圧制
御発振器930の出力は、一対のフリツプフロツ
プ940,950に接続されている。フリツプフ
ロツプ950の出力は、位相検出器910の第2
入力に送られ、かつジヤイロ読出し装置805の
読出し信号により形成されるビート周波数の信号
周波数を有する同相基準信号821となる。フリ
ツプフロツプ950のQ出力は、フリツプフロツ
プ940のD入力に接続されている。フリツプフ
ロツプ940のQ出力は、フリツプフロツプ95
0のD入力に接続されている。フリツプフロツプ
940のQ出力は、ビート周波数における直角位
相基準信号822となる。従つて、第8図及び第
9図に示した位相ロツクループ回路820は、ビ
ート周波数において、ほぼ一定の大きさで相互に
直角位相の信号を発生する。これらの信号は、高
いSN比の判別子発生器320′において必要な基
準信号である。一定の振幅の電圧を有し、かつビ
ート周波数とほぼ同じ周波数の基準信号には、前
述したように信号I1′,I2′がそれぞれ乗算さ
れる。第9図に示した位相ロツクループ回路82
0からの出力信号821,822は矩形波である
が、そうでなくてもよい。 高いSN比の判別子発生器320′の動作を次に
説明する。出力信号I1′は、次のように表わさ
れる。(出力信号I2′も同様に表わされる。) (9) I1′=Amsio(ωbt+θ) ここで、θはビート周波数ωbにおける結合エ
ネルギ変調に関する相対位相角である。 同相基準信号は、次のような形態である。 (10) Ksio(ωbt+φ) ここで、φは任意位相角である。 乗算器830の積は、次のように計算される。 (11) P830=KAm/2{〔cosθcosφ+sinθsinφ〕+s
in2ω〔cosθsinφ+sinθcosφ〕・cos2ω〔sinθsin
φ−
cosθcosφ〕} 各乗算器830,835,840,845それ
ぞれの出力は、信号がI1′かまたはI2′かどう
かにより、またこれら信号に、同相基準信号82
1または直角位相基準信号822のいずれを、乗
算するかにより異なるが、同様に表わされる。 各乗算器830,835,840,845の信
号出力は、ローパスフイルタ831,836,8
41,846をそれぞれ通される。各ローパスフ
イルタの出力信号は、各乗算器に関する式(11)の大
カツコ内の第1項を表わすDC信号である。残り
の項は、ローパスフイルタで除去される。これに
より、各ローパスフイルタの出力は、次の式に比
例する。 (12) KAm/2cos(θ−φ) =KAm/2〔cosθcosφ+sinθsinφ〕 ここで、Amは信号I1′,I2′中の基準信号
の振幅、Kは基準信号の振幅でほぼ一定である。
また、(θ−φ)は、基準信号の周波数における
信号I1′の結合エネルギ変調及び基準信号自身
の間の位相角である。 第8図のセンサにおいて、信号I1,I2によ
つて表わされるビーム強度それぞれの結合エネル
ギ変調は、2つの直交ベクトル成分に分けられ
る。信号I1の2つの直交ベクトル成分は、信号
I1の同相ベクトル成分を表わす信号を発生する
ローパスフイルタ831と、ローパスフイルタ8
36は、信号I1の同相成分に直交する直角位相
成分を表わす信号を発生するローパスフイルタ8
36とにより得られる。信号I2の2つの直交成
分は、信号I2の同相成分を発生するローパスフ
イルタ840と、信号I2の直角位相成分を発生
するローパスフイルタ846とにより得られる。
各ベクトル成分は、式(12)によつて表わされ、一方
の成分のφは、他方の成分とは位相がπ/2だけず
れている。第8図の判別子発生器320′は、強
度信号I1,I2の同相ベクトル成分と直角位相
成分それぞれについての合計の二乗を加算するこ
とにより、各強度の結合エネルギ変調の重みつき
ベクトル和を得ている。 第8図において、I1,I2の同相ベクトル成
分は、加算回路850aにおいて加算され、加算
回路850aの出力は二乗回路860aにおいて
二乗される。強度信号I1,I2のベクトル直交
位相成分は、加算回路850bにおいて加算さ
れ、二乗装置860bにより二乗される。加算回
路870は、二乗回路860a,860bの出力
を加算し、結合エネルギ変調の重みつきベクトル
和を表わす出力信号を発生する。第8図に示した
加算回路870の出力は、平方回路880に送ら
れ、この平方回路からの出力は加算回路870の
出力とは異なる値の信号であるが、センサ300
における相互対向方向伝播波の結合エネルギ変調
の重みつきベクトル和を表わしている。 加算回路870の出力と平方回路880の出力
は、双方とも相互対向方向伝播ビームそれぞれの
強度の結合エネルギ変調の重みつきベクトル和を
表わしているので、判別子信号として用い得る。
選択された判別子信号は、第6図及び第7図に示
した光路位置制御回路330に類似した光路位置
制御装置330′に送られる。なお、光路位置制
御装置330′は、第6図の光路位置制御装置3
30のピーク検出器620がない点に相違があ
る。これは、判別子発生器320′の出力が本発
明の判別子、すなわち結合エネルギ変調の重みつ
きベクトル和に直接関係したDC信号であるから
である。従つて、ピーク検出器620は必要な
い。 第8図の判別子発生器320′の出力は数学的
に次のように表わされる。 (14) K2〔(Am1)2+(Am2)2 +(Am1)(Am2)(cos(θ1−θ2))〕 ここで、Kは基準信号821,822の振幅
で、Am1、Am2は、ビームIW1,IW2の強度の
結合エネルギ変調の振幅のピーク値を表わし、
(θ1−θ2)はビート周波数におけるビーム強度の
結合エネルギ変調間の位相差を表わしている。 式(9)における強度I1′,I2′に関する関数を
使用し、かつ十分大きいビード周波数ωbにおい
てI1′がI2′にほぼ等しいと仮定し、これらを
式(2)に代入すれば、本発明の判別子は数学的に次
のように表わされる。 (15) (I1・+I〓2)2=〓b2/2{(Am1)2+(Am2
)2+2(Am1)(Am2)cos(θ1−θ2)} 式(15)は、本発明の判別子の二乗を示している。
式(15)の形態は、式(14)と同じで、判別子発生器32
0′の出力が、式(2)で定義された本発明の判別子
であることを示している。この判別子は、次の2
つの式のいずれでも表示できる。 (16a) D=I1/・/I1+I〓2/I2 または (16b) DI1+I2 これらの式(16a)、(16b)は、センサ300
を伝播するビームの結合エネルギ変調の重みつき
ベクトル和を表わしている。従つて、どちらの式
も、センサのロツクイン速度やスケールフアクタ
の直線性を表わす有効な判別子を示す。 第8図に示した光路位置制御装置330′は、
ピーク検出器620を必要としないということ以
外は第6図及び第7図に示した装置とほとんど同
じである。ピーク検出器620を必要としない理
由は、平方回路880の出力が判別デイザリング
速度で変化するDC項を含んでいるからである。
加算回路870の出力または平方回路880の出
力は、各ビーム強度の結合エネルギ変調のベクト
ル和を表わしている。このベクトル和は、式(2)に
示すように、強度の重みつき導関数の和に関係し
ている。平方回路880の出力からのDC項は、
第6図に関して既に述べたような方法で、発振器
630により決定される判別デイザリング速度に
おいて振幅が変化する。従つて、トランスデユー
サ301,302の鏡面は、前述したように積分
器650の出力に従つて位置が定められる。 第8図に示した高いSN比の判別子発生器32
0′は、非バイアスの及びバイアスつきのセンサ
のいずれにも適用でき、また一定バイアス及び交
番するバイアスのセンサにも適用できる。第3,
6,7,8図に示した実施例は、様々な技術を用
いて、相互対向方向伝播ビーム強度の結合エネル
ギ変調の情報を得てこれを信号処理して本発明の
判別子を得るものである。さらに、判別子自身及
びその実現手段に関しては、第1次及び第2次の
項が解析において残されたのであるから、その改
善がむろん可能である。 なお、判別子発生器320′は、レーザ角速度
センサ等とは別の装置にも適用し得る。判別子発
生器320′の発明は、波の間に周波数差が存在
するならばどのような導電路においても、第2の
波を伴つて伝播する第1の波に関する、選択され
た強度情報を与えるのに使用することができる。
2つの波の間にエネルギ結合が存在するならば、
2つ波それぞれの強度はそれらの波の周波数差で
変化する。判別子発生器320′に関して、上述
したベクトル成分和の原理を実施することによ
り、強度変化を表わす信号が発生できる。すなわ
ち、2つの波の周波数差を検出して、それに関係
した周波数において互いに直角位相の一対の基準
信号を発生することにより、強度変化の決定がで
きるベクトル成分を発生することができる。たと
えば、第1の波に関する強度情報を得るには、(i)
第1の波の強度と同相の基準信号との第1の積を
作り、(ii)第1の波の強度と直角位相の基準信号と
の第2の積を作り、そして(iii)第1の積及び第2の
積の平方の加算でベクトル和を得ることにより、
目標の強度情報を得ることができる。 なお、判別子(I1+I2)2は、既に述べた原理を
用いた種々の方法により得ることができる。第1
0図は、判別子発生器320′と同様の判別子出
力信号を発生する判別子発生器320″の一実施
例を示している。第10図において、結合エネル
ギ変調の重みつきベクトル和は、第8図と同様に
入力信号I1,I2から得られる。ビート周波数
の同様基準信号821と、直角位相基準信号82
2は入力として判別子発生器320″に送られる。
信号I1′,I2′は加算回路1010において加
算され、その合計は各乗算器1020a,102
0bに送られる。乗算器1020aは同相基準信
号821と、I1′およびI2′の合計との第1の
積を作り乗算器1020bは、直角位相基準信号
822と、I1′およびI2′の合計との第2の積
を作る。乗算器1020aの出力は、ローパスフ
イルタ1030aを介して平方回路1040aに
おいて平方される。乗算器1020bの出力は、
ローパスフイルタ1030bを介して平方回路1
040bにおいて平方される。回路1040a,
1040bの出力は、加算回路1050において
加算され、かつ平方回路1060においてその平
方根が得られる。平方回路1060の出力は信号
881′である。 判別子発生器320″の分析によれば、その出
力881′は第8図の出力881と全く同じであ
る。すなわち、平方回路1060の出力すなわち
判別子は、数学的には式(14)で示される。 第8図及び第10図に示したローパスフイルタ
は、ACフイルタリングを行なう他の構成であつ
てもよい。たとえば第10図のフイルタ1030
a,1030bを省略し、加算回路1050と平
方回路1060との間に位置する単一のローパス
フイルタ(図示せず)に置き換えて、所定のフイ
ルタリングを行なうようにしてもよい。 本発明の実施例は、三角形の閉ループ路を有す
るセンサについて示しているが、本発明はこのよ
うな閉ループ路に限定されるものではない。本発
明の原理は、一連の接続した直線部分から成る他
の形状の閉ループ路についても適用できる。たと
えば、四角形の閉ループ路により相互対向方向伝
播波が生じさせられる場合、四つの反射面が閉ル
ープ路の頂点を形成することになる。対角線の対
の反射面をその反射面に垂直にかつ反対向きに移
動すると、全反射面に関する伝播ビームの光路間
の位置関係が変化するため、レーザ路が変化す
る。従つて、本発明の判別子と判別デイザリング
により、対角線の対の鏡の最適な位置を見い出
し、ロツクイン速度を最小にし、最適なスケール
フアクタの直線性を選択することができる。 むろん波間のエネルギ結合に影響を及ぼすた
め、波の進む閉ループ路を変化させる方法や反射
面における散乱を変化させる方法にはいろいろな
ものがある。本実施例では反射面に垂直な方向に
移動する2つの反射面について示してきたが、1
つの反射面の並進移動により、相互対向方向伝播
波が進む光路の反射面に対する最適位置関係を生
じる状態にレーザ路を変化するように移動して、
ロツクインを最小にしかつ、スケールフアクタの
直線性を最適化するものであつてもよい。本発明
を実施する場合、光路の長さを一定に保持して閉
ループ路に沿つて伝播するビーム強度を一定に更
に好ましくは定常状態の強度を最大に保持するの
が望ましい。 本実施例では、鏡面に関する閉ループ路の位置
関係をデイザリングさせるのに2つのトランスデ
ユーサを使用しているが、単一のトランスデユー
サでもよい。さらに、1つまたは2つ以上のトラ
ンスデユーサを、様々な種類の閉ループ路ととも
に組み合わせて、本発明の判別子を用いた最適な
光路位置制御を得るようにしてもよい。 本発明は、レーザ角速度センサと組み合わせて
示されているが、本発明の判別子は、2つの伝播
波が閉ループを伝播しかつ測定または制御するた
め1方の波と他方の波との結合を表わす信号が望
まれる様々な装置に適用することができる。 第6,7,8,10図に示した判別子発生器と
光路位置制御装置では周知のアナログ回路を用い
ている。しかし、デイジタル回路、コンピユー
タ、マイクロプロセツサ等デイジタル技術を用い
た回路を、ソフトウエアまたはフアームウエアと
ともに使用することもできる。 また、本発明は、その思想から離れることなく
様々に改変することができることは当業者には明
白であろう。
常値よりもかなり小さいと仮定し、Laplace変換
を用いて式(6)を解くと、次のようになる。 (7) D=2(β+θ/S+α−1)(R2 /ε2 +R1 /−
ε1 ) なお、R1 /−ε 1とR2 /ε2 は、r2cos(Ψ+ε2)
とr1cos(Ψ−ε1)のLaplace変換の大きさと角度
で、Sは普通のLaplace変数である。式(5)に同じ
近似値と変換を用いると、式(5)は次のようにな
る。 (8) Ψ・=Ω+R2 /ε2−π/2+R1 /−ε1−π/
2 レーザジヤイロの分野では周知のように、回転
速度は、相互対向方向伝播ビームのそれぞれの一
部(例えば、IW1,IW2)を組合わせて、干渉
パターンを形成することにより決定される。干渉
パターンの明暗帯域の移動の変化速度は、相互対
向方向伝播光波間の瞬時位相の変化率Ψ・に、直接
的に関係する。Ψ・の積分値に適当なスケールフア
クタを掛けると、閉ループ路の角度回転を生ず
る。式(8)は、観測可能パラメータΨ・が、角度回転
誤差の他、ジヤイロに速度誤差項を生ずるフエー
ザー(ベクトル)誤差項を含むことを示してい
る。従つて、以下に述べるように、これら誤差項
のベクトル和を最小にすることが可能である。 式(5)とそれに対応する式(8)のフエーザー(ベク
トル)項は、前述のように光波間のエネルギ結合
に起因する回転速度誤差項を表わしている。その
エネルギ結合の主な原因はレーザジヤイロの閉ル
ープ路を形成する鏡面によつて主に生じる後方散
乱である。これら誤差項は常に存在するが、ロツ
クイン速度の値を決定するものである
(Aronowitz及びCollinsの刊行物参照)。式(8)に
おける値R1、R2は、一方のビームから他方のビ
ームに結合するエネルギ結合により生じる各ビー
ム強度の結合エネルギ変調の大きさを表わしてい
る。第5a図は、ベクトル510により表わされ
たベクトル和を有する、式(8)に示された2つのフ
エーザーの和として、Ψ・中の全誤差を示してい
る。 式(7)に示す判別子Dは、第5b図において2つ
のフエーザーの和として表わされている乗数項を
含んでいる。判別子Dの大きさは、2つのフエー
ザーのベクトル和に直接関係する。2つのフエー
ザーは、式(8)の誤差項に相当している。判別子の
乗数項の全ベクトル和は、第5b図のベクトル5
20で示されている。式(7)と式(8)の分析及び第5
a,5b図に示すようなフエーザー平面(ベクト
ル平面)におけるフエーザー項のベクトル和か
ら、第5a図のベクトル520により示されたベ
クトル和がベクトル和510に位相の相違を除き
全く等しい(ここでは位相の違いは重要ではな
い)ことがわかる。従つて、判別式のフエーザー
項のベクトル和が、レーザ路を変化させることに
より最小化されると、閉ループ路に沿つて進むビ
ーム間のエネルギ結合により生じる、Ψ・における
誤差項のベクトル和もまた最小化される。前述し
た分析は、全周波数に対して有効で、周知である
非バイアス、定バイアス及び交番するバイアスレ
ーザ角速度センサに適用し得る。これら特性の詳
細については、以下に更に説明する。 式(8)のフエーザー項によつて示された誤差項の
ベクトル和は、選択されたリングレーザジヤイロ
装置のロツクイン速度に直接的に関係している
(Aronowitz及びCollins)。さらに、ジヤイロ装
置のスケールフアクタは、誤差項のベクトル和に
関係している。従つて、式(7)に示した判別子のフ
エーザー項が最小化されると、ロツクイン速度も
最小化される。よつて誤差項のベクトル和を最小
化すると、すなわち相互対向方向伝播波間のエネ
ルギ結合の重みつきベクトル和を最小化すると、
ジヤイロ装置のロツクイン速度は最小化され、ス
ケールフアクタの直線性及び安定性を改善するこ
とができる。 リングレーザ角速度センサのスケールフアクタ
は主に、選択された幾何学的構成によつて決ま
る。しかし、ロツクインを生じさせる波間のエネ
ルギ結合は、スケールフアクタの直線性に影響を
与える。従つて、誤差項を制御すると、スケール
フアクタの直線性を実質的に制御することにな
り、センサのバイアス安定性を改善する。 簡単に言えば、式(2)で示した判別子は、ビート
周波数における、すなわち回転により生じた2つ
のビーム間の周波数差における振幅変調を含む。
これは、相互対向方向伝播波それぞれに重ね合わ
される、波間のエネルギ結合による結合エネルギ
変調それぞれの合成を表わす。以に分析したよう
に、結合エネルギ変調自体またはこれら変調の単
なる加算(和)または減算(差)もロツクイン速
度を示すものではないが、重みつきベクトル和は
ロツクイン速度を示す。本発明の判別子の振幅変
調は、重みつきベクトル和に直接的に関係しかつ
レーザ路や鏡面での散乱を変化させるための観測
し得るパラメータを与える。重みつきベクトル和
は、波の進行する閉ループ路の位置を鏡面に対し
て最適に定めることにより最小化でき、ロツクイ
ン速度が最小化され、かつスケールフアクタの直
線性が最適化される。 第6図は、第3図に示した本発明の実施例の詳
細図で、第3図の構成要素と同様のものについて
は、同じ参照番号を付している。第6図のレーザ
角速度センサ300は、その相互対向方向に伝播
する光波の一部をIW1,IW2として出力する。
2つの検出器310a,310bは出力光線IW
1,IW2に応答し、かつ判別子発生器320に
出力を与える。この判別子発生器320は第4図
に示されているが、第6図でもブロツク320内
に示した。 以下の説明のためここで、矢印302で示すよ
うに軸301を中心とする回転振動で、センサ3
00を機械的に振動させる回転デイザリングによ
りセンサに交流バイアスを与えるものと仮定す
る。回転デイザリングとそれによつて与えられる
周波数バイアスは、周知のもので、かつ米国特許
第3467472号及び第4152071号に記載のものと同様
である。他の種類のバイアスもまた、本発明の範
囲内に入る。 第6図の判別子発生器320の出力信号Dは出
力信号610により表わされている。出力信号6
10は光路位置制御装置330に送られる。この
装置330は、ピーク検出器620、発振器63
0、同期復調器640、積分器650、及び加算
回路660を含んでいる。光路位置制御装置33
0の出力670は、トランスデユーサ301に直
接接続され、一方トランスデユーサ302にはか
つ位相反転器340を介して接続されている。 判別子発生器320の出力信号D(610)の
振幅は、角速度センサ300のロツクイン速度に
直接関係している。判別子発生器320の出力信
号610は、ピーク検出器620に送られ、更
に、同期復調器640と積分器650とにより順
次信号処理される。同期復調器640は、第1入
力としてピーク検出器620の出力を、第2入力
として発振器630の出力を受ける。同期復調器
640の出力は積分器650に送られ、その出力
信号は加算回路660に送られる。加算回路66
0は、積分器650の出力と発振器630の出力
とを加算する。 加算回路660の出力670は、積分器650
で得られたDC信号成分と、発振器630で得ら
れたAC信号成分との合計である。DC及びAC信
号成分のこの合成信号は、トランスデユーサ30
1に直接的に送られ、トランスデユーサ302に
位相反転器340を介して送られる。位相反転器
340は、AC信号の位相を180゜反転しかつDC成
分の極性を反転する。以下の説明において、発振
器630は、鏡の位置を2つの状態間で交互に変
化させる矩形波発振器であるものとする。各鏡の
動きは、位相反転器340により相互に逆の向き
に同じ量だけ変化するようなものである。さら
に、センサに供給される交番するバイアスの周波
数は発振器630の周波数より大きく、センサに
正弦的に変化する回転振動を行なわせるものとす
る。従つて、発振器630により制御される鏡の
位置の各状態において、周波数バイアスによる数
回の回転振動が生ずる。なお、これら仮定は本発
明の理解を助けるためのものであり、上記仮定以
外の多くの種類の発振及び周波数の使用が本発明
の範囲内で可能である。 第6図に示した閉ループ路の位置制御装置につ
いて説明する。説明上、トランスデユーサ30
1,302に送られるDC信号成分はゼロで、こ
れらトランスデユーサが受ける唯一の信号は、ト
ランスデユーサ301,302の鏡面の位置を変
調する発振器630から得られたAC信号成分の
みであると仮定する。トランスデユーサ302に
送られる信号は、トランスデユーサ301へ与え
られる信号の位相とは180゜ずれているので、第2
図において既に述べたような状況となる。すなわ
ち、レーザビームが進む閉ループ路は、鏡それぞ
れの面に対してのその位置関係が、閉ループ路の
全体の長さにほとんど影響することなく、変化す
る。そのようにすると、レーザ路における波間の
エネルギ結合を変化させるようにレーザ路を変化
させ、特に、閉ループ路の頂点をなす鏡の反射面
における散乱波を変化させる。発振器630によ
る鏡の位置変化を、以後、“判別デイザリング)
discriminant dithering)”と呼称する。 判別デイザリングにより、判別子発生器の出力
信号610は、発振器630の周波数に直接的に
関係した周波数成分で変化する。出力信号610
の振幅は、発振器630の周波数及びビート周波
数で変化する。これは、判別子は結合エネルギ変
調の関数であるためビート周波数で変化し、かつ
レーザ路が鏡301,302の位置的デイザリン
グによりその周波数で変化するため結合エネルギ
変調の大きさが発色器630の周波数の関数とし
て変化するからである。 第6a図は、回転デイザリングと判別デイザリ
ングの判別子出力610への影響を示す。発振器
630から発生の判別デイザリングによる鏡の状
態変化は、参照番号611a,611bで示され
ている。各回転振動のデイザリングサイクル毎に
センサの回転速度は、ロツクイン速度を2回(回
転方向ごとに1回)通過する。結合エネルギ変調
の変化値Amのペーク値は、ロツクイン速度で発
生する。ピーク612は、判別デイザリングの一
方の状態における、回転振動のデイザリングによ
るAmのピーク値に対応し、またピーク613は
判別デイザリングの他方の状態におけるAmのピ
ーク値に相当対応する。 ピーク612,613はピーク検出器620に
より、第6a図に参照番号621,622で示さ
れるように検出される。ピーク検出器620とし
ては簡単なローパスフイルタを利用できる。その
ローパスフイルタは、(i)復調器640により発振
器630の周波数で復調し、(ii)積分器650によ
り積分するため、各デイザリングサイクルの各ピ
ーク612及び613を保持する時定数を有す
る。判別子はビート周波数の速度で発生する多く
のピークを有するので、適当な回路で各ピークを
検出することができる。しかし、ロツクイン速度
で発生する最大ピーク値を検出するだけで十分で
ある。また、ピーク検出器は、簡単な整流器であ
つてもよい。重要なことは、判別子の結合エネル
ギ変調のピーク振幅を検出できることである。 判別子における判別デイザリングによるピーク
値の変化は、ピーク検出器620、同期復調器6
40及び積分器650を含む光路位置制御回路3
30により平均化される。これらの構成要素は、
この技術分野において周知のものであり、またこ
れら要素を組み合わせた機能についても制御回路
の技術分野においては周知のものである。簡単に
言えば、ピーク検出器620は、発振器630の
周波数にて変化する判別子の振幅変化のピーク振
幅を検出する。同期復調器640は、発振器63
0の周波数における判別子振幅変化のピーク値の
変化を決定する。積分器650は、ピーク検出器
620からの判別子振幅変化のピーク値を平均化
する。積分器650の出力は、判別デイザリング
による判別子の変化を表わす大きさと極性を有す
るDC信号を与える。従つて、積分器650の出
力は、2つのトランスデユーサを相互に逆向きに
駆動する制御信号成分として使用することができ
る。その後、制御信号は、鏡面301a,302
aの平均位置(これが判別デイザリングの中心と
なる)を変化させることにより、相互対向方向伝
播波のレーザ路を変え、そして鏡面における散乱
を変化させることができる。従つて、判別デイザ
リングによる判別子の変化が最小となる位置に到
達することができる。これは波間のエネルギ結合
の最小のベクトル和、最小のロツクインレート、
及びセンサの最適な直線性をもたらす。 本発明の判別子の分析に関して述べたように、
判別子の結合エネルギ変調の振幅は、レーザビー
ムが進む閉ループ路の鏡面に対する位置関係が最
適となるようにレーザ路を変化させることによ
り、最小にすることができる。従つて、トランス
デユーサ301,302の判別デイザリングの中
心となる平均位置で、判別デイザリングによる判
別子の結合エネルギ変調の振幅変化が最小となる
ように積分器650の出力の極性及びトランスデ
ユーサ301,302の制御装置間の位相の整合
を行なわなければならない。位相の整合を誤まる
と、結合エネルギ変調の振幅の変化は最大になつ
てしまう。 第7図は、光路長制御装置を加えた本発明の別
の実施例である。レーザビームがその最大強度と
なるように角速度センサを動作させることは、こ
の分野において周知である。そうすることによ
り、ロツクイン速度の低減と同様に、センサに固
有の他の誤差源の影響が少くなる。第7図では、
第6図と同様の部分については第6図と同じ参照
番号を付している。光路長制御装置は、同期復調
器710、積分器720、発振器730、及び加
算回路740から成つている。 同期復調器710は、増幅器402aからの伝
播波の一方の強度を表わす信号I1′を、第1入
力として受ける。同期復調器710の第2入力
は、発振器730から得られる。同期復調器71
0の出力は、積分器720で積分されて加算回路
740に送られ、そこで積分器720の出力と発
振器730の出力が加算される。加算回路740
の出力は加算回路750の入力となる。加算回路
750は、加算回路740の出力と位相反転器3
40の出力を加算する。加算回路750の出力は
トランスデユーサ302の入力に接続されてい
る。加算回路750の出力は、(i)発振器730か
らのAC信号成分と、(ii)積分器720の出力から
の光路長さ制御DC信号成分と、(iii)発振器630
からの位相反転されたAC信号成分と、(iv)積分器
650からの位相反転された判別子DC光路位置
制御信号成分とを含んでいる。 第7図に示した光路長制御装置の動作は周知で
あるので簡単に説明する。位相反転器340の出
力からの信号がない場合、加算回路740の出力
がトランスデユーサ302を直接制御することに
なる。発振器730により鏡302の位置がデイ
ザリングされ、相互対向方向伝播の波の閉ループ
路の全長が変化し、レーザ角速度センサ300の
相互対向方向伝播波のビーム強度は発振器730
の周波数で変調される。従つて、光路長の変調に
よつて得られるビーム強度の変調は、以後“光路
長デイザリング”と呼称する。発振器730の周
波数における光路長デイザリングは、発振器73
0の周波数にて同期する回期復調器710により
検出される。同期復調器710の出力は積分器7
20により積分され、DC信号成分となる。この
DC信号成分は加算回路740において、発振器
730の出力に加算される。そして、相互対向方
向伝播のビーム強度を最大にするという所期の結
果を得るには、トランスデユーサ302と同期復
調器730との位相を適切にしなければならな
い。光路長制御装置は、光路長デイザリングによ
る信号I1,I1′のビーム強度変調の大きさの
変化を最小化するものである。これは、強度が最
大であることを表わしている。 実際には、光路長制御発振器730の周波数
は、光路位置制御回路330の一部である光路位
置制御発振器630の周波数とは、少くとも1桁
程度異ならせるのがよい。発振器730の周波数
は発振器630の周波数より大きいことが望まし
いが、必ずしもそうでなくてもよい。また、光路
長制御ループの時定数は、安定制御するには光路
位置制御ループの時定数より十分速いことが望ま
しい。これらの状況において加算回路750は、
光路長制御ループの出力である加算回路740の
出力と、光路位置制御ループの出力である位相反
転器340の出力とを適切に加算することができ
る。加算回路750において加算されたこれら2
つの信号は、トランスデユーサ302に直接送ら
れて所定のシステム動作を行なう。よつて信号I
1,I2は光路位置制御装置330の発振器63
0の周波数に関係した周波数成分と、光路長制御
ループの発振器730の周波数に関係した周波数
成分を有している。 図示してはいないが、加算回路660とトラン
スデユーサ301との直接の結合に代えて、加算
回路740,660の各出力信号を加え合わせて
からトランスデユーサ301に加えることもむろ
ん可能である。このようにした場合、両トランス
デユーサ301,302がDC成分に同じ向きで
応答するので、光路長制御の感度は、係数2だけ
改善される。実際には、上述した加算回路網は加
算回路750と同様の働きをする。 本発明の実施例において示した2つのトランス
デユーサのかわりに、自由度が2の単一のトラン
スデユーサを用いてもよい。たとえば、(反射面
に垂直な)並進、及び、反射面の平面を通る軸を
中心に、トランスデユーサの今1つの入力端子へ
の制御入力により、回転振動させるようなトラン
スデユーサは、この分野では周知のものである。
上述したようなトランスデユーサを用いた場合、
光路位置制御装置330の出力は、回転振動の制
御のためトランスデユーサに送られる。トランス
デユーサはレーザ路や鏡面散乱を変化させ、ロツ
クインを最小にするため波間のエネルギ結合を最
小にする。また、光路長制御出力は、並進制御の
ため同じトランスデユーサに同時に送られ、ビー
ム強度をほぼ一定に維持する。 上述したような説明及び分析は、2つの波が相
互対向方向に伝播する系に適用できる。相互対向
方向伝播の波間のエネルギ結合の全ベクトル和を
考慮し、これを制御するように、閉ループを形成
している反射面の位置を定めることにより、導波
路すなわち波の通路を変化させたり反射面におけ
る散乱を変化させたりするために判別子を使用す
ることができる。本発明の判別子は、交番するバ
イアスの角速度センサにおけるロツクインによる
ランダムドリフトを最小にしたり、定バイアスの
角速度センサにおけるスケールフアクタの直線性
を最適化するのに、特に有用である。 なお、第3,6,7図の実施例は、回転デイザ
リングの代りに、相互対向方向伝播の波すなわち
ビームに直接的に影響を及ぼすことにより交番す
るバイアスが与えられる場合も適用できる。その
場合の動作は、上述した動作と同様である。 センサの動作範囲内の時計回りまたは反時計回
りの回転速度において、相互対向方向伝播波の周
波数間に一定の周波数差が存在するように定バイ
アスをセンサが与えられている場合の第3,6,
7図の動作について考えてみる。定バイアスは、
ビームに直接的に影響を及ぼすことにより光学的
に、または、一定速度でセンサを回転させること
により与えることができる。このようなセンサで
は、セロ回転においても十分大きい周波数差が存
在し、ロツクインを避けているので、ロツクイン
速度以下の低い回転速度でさえも、相互対向方向
伝播波が共通周波数にロツクインすることはな
い。従つて、このようなセンサでは、ロツクイン
自体を最小化することは重要なことではない。そ
れでも、誤差項が観測し得るパラメータΨ・に存在
しているので、式(8)のΨ・におけるフエーザー誤差
項は、スケールフアクタと出力データに影響を与
える。初めの方で述べたように、誤差項に影響を
及ぼすことはシステムのロツクイン速度に影響を
及ぼし、かつスケールフアクタにも影響を及ぼ
す。 前述の説明から、ロツクイン速度を制御する
と、全光路の長さ及び囲まれた領域のような他の
要因により決定される範囲以上の有限範囲内で、
センサのスケールフアクタを制御することができ
る。またセンサのロツクイン速度を最小化する
と、スケールフアクタは以下の式で定義できるの
で、スケールフアクタの直線性を最適化すること
ができる。 SF=SF∞{1+(1/2)Ω2/s/Ω2+Ω2/g} ここで、Ωはセンサの回転速度、Ωgはレーザ
のゲインパラメータ、Ωsは全鏡面散乱パラメー
タ、SF∞は漸近スケールフアクタである。 Ωsを最小化すると、スケールフアクタの直線
性は最適化される。散乱パラメータΩsがセンサ
のロツクイン速度に直接的に関係しているから、
Ωsは式(2)で示された本発明の判別子に直接的に
関係している。従つて、判別子Dは、Ωs及びス
ケールフアクタを制御するのに使用することがで
きる。これは、センサのバイアス安定に直接的に
影響を与えるため、非常に重要である。同様に重
要なことは、センサのロツクイン速度を最小化す
る、すなわちΩsを最小化するのと同様の方法で
判別子の大きさを最小化することによつて、スケ
ールフアクタの直線性を最適化するのに、この判
別子Dを使用することができることである。従つ
て、本発明の判別子D及び第3,6,7図の実施
例は、スケールフアクタを選択したり、またはス
ケールフアクタの直線性を最適化するのに使用す
ることができる。この方法は交番するバイアスの
センサにおいて使用することができるが、バイア
スが、たとえばフアラデーセルにおけるように電
気的/光学的に与えられるか、または一定速度で
センサを機械的に回転させる等のように機械的に
与えられる定バイアスセンサにおいても有効であ
る。 レーザ角速度センサのロツクイン現象の影響を
減少するための従来技術は多数ある。これらの従
来技術は、ロツクインの悪影響を減少するための
定バイアス方法及び交番バイアス方法を含んでい
るが、ロツクイン速度そのものに対する対応策は
なかつた。バイアスは、センサの機械的回転によ
りまたは、相互対向方向伝播波の光路における周
波数分離装置により供給される。回転による機械
的方法または周波数分離による電気−光学的方法
のいずれを選択しても、結果はほとんど同じであ
る。すなわちセンサの出力における角度誤差また
は角速度を最小にすることである。ロツクイン速
度を小さくする第3,6,7図に示した実施例
は、このようにバイアスされた角速度センサにも
使用し得る。しかし、ある状況においては、判別
子を発生するための情報を得るには、第3,4,
6,7図に示した簡単な方法とは異なる。判別子
を得る技術を必要とする。このような状況は、判
別子/ノイズ比が不十分な場合である。かかる状
況は、定バイアスセンサにおいては、結合エネル
ギ変調の振幅Amが、ロツクイン速度で生じる結
合エネルギ変調の振幅、すなわち2つの光波の周
波数がロツクインする時の結合エネルギ変調の振
幅よりもかなり小さいので、よくあることであ
る。第8及び10図には、このような状況を克服
する実施例を示している。 第8図に示した装置は、センサのロツクイン速
度に関する、波間の結合エネルギの重みつきベク
トル和を表わす判別子を得るための、本発明の別
の実施例である。第8図の装置は、各波の強度に
含まれる結合エネルギ変調の振幅の情報を得るた
めの別の技術を示している。第8図の回路は理解
する上で重要なことは、ビーム強度IW1,IW2
の結合エネルギ変調が、相互対向方向伝播の波の
間のビート周波数におけるものであるということ
である。ビート周波数は、相互対向方向伝播波の
周波数間の周波数差である。第8図に示す装置
は、いく分異なる形態の本発明の判別子を得る処
理に供される、ビーム強度の結合エネルギ変調の
振幅及び位相情報を得るため、生じているビート
周波数におけるビーム強度の結合エネルギ変調を
同期的に検出する。 第8図では、第3,6,7図における部分と同
様の部分には同じ参照番号を付している。第8図
に示したレーザ角速度センサ300は、第3,
6,7図に示したセンサと同様のものである。ま
たレーザ角速度センサ300は、既に述べた方法
で検出器310a,310bにより検出される出
力としての光波IW1,IW2を与える。 第8図には、図示されていないが、鏡303
は、出力光波IW1′,IW2′を出力する、鏡30
3に結合した出力用光学系を含んでいる。この出
力用光学系は、出力光波IW1′,IW2′が互いに
わずかな角度交叉する状態で検出器810入射
し、そこにおいて干渉パターンを形成するように
構成されている。出力用光学系、出力光波IW
1′,IW2′、及び検出器810の組合せは、セ
ンサから速度情報を得るという点では周知であ
る。また、出力光波IW1′,IW2′の組合せによ
り生じた干渉パターンが、相互対向方向伝播波の
ビート周波数に相当する速度で検出器810の面
を移動することも周知である。検出器810の出
力は、ビート周波数の一対の基準信号を発生する
位相ロツクループ820に接続されている。な
お、一対の基準信号の一方は、他方に関してπ/2
だけ位相がずれている。この一方の基準信号は、
同相基準信号として定義され、かつ他方の基準信
号は、直角位相基準信号として定義され、それぞ
れビート周波数の関数である。よつて位相ロツク
ループ820の出力は、センサ300の回転に依
存して決まるビート周波数の、同相信号821と
直角位相信号822を発生する。なお、これらの
信号821,822は同じ振幅であることが望ま
しい。一対の基準信号は、第8図に示すような正
弦波か、または矩形波のような他の形状の信号で
あつてもよい。 第8図に示したシステムの判別子発生器32
0′は、増幅器402a,402b以外は、第4,
6,7図に示した判別子発生器320とは異な
る。判別子発生器320′は、信号乗算器830,
835,840,845と、ローパスフイルタ8
31,836,841,846と、加算回路85
0a,850b,870と、二乗回路860a,
860bと、平方回路880とから成つている。
増幅器402aの出力I1′は、乗算器830,
835へ送られ、それぞれ同相基準信号821と
直角位相基準信号822が乗算される。増幅器4
02bの出力I2′は乗算器840,845に送
られ、同相基準信号821と直角位相基準信号8
22がそれぞれ乗算される。各乗算器830,8
35,840,845は、それらの入力信号の積
を表わす出力信号を出力する。 各乗算器830,835,840,845の出
力信号はローパスフイルタ831,836,84
1,846にそれぞれ送られる。フイルタ831
の出力信号は加算回路850aにおいてフイルタ
846の出力と加算され、フイルタ831の出力
信号は加算回路850bにおいてフイルタ841
の出力と加算される。加算回路850aの出力は
二乗回路860aにより二乗され、加算回路87
0において二乗回路860bの出力と加算され
る。二乗回路860bの出力は、加算回路850
bの出力を二乗したものである。加算回路870
の出力は、加算回路870の出力の平方根値を出
力する平方回路880に接続されている。 第8図の判別子発生器320′の出力信号88
1は平方回路880の出力である。出力信号88
1は同期復調器640に第1入力として送られ
る。出力信号881は、第6図に関して述べたよ
うな方法で、発振器630の周波数で同期復調さ
れる。同期復調器640の出力は積分器650に
より積分され、加算回路660において発振器6
30の出力と加算され、第6,7図において既に
述べたように、トランスデユーサ301,302
への光路位置制御信号を与える。 判別子発生器320′の出力は、式(2)で示され
る、本発明の判別子の後方散乱変調における変化
を表わす信号であり、これは第6図に関して述べ
たものと同様の方法で、トランスデユーサ30
1,302と発振器630により与えられる判別
デイザリングによるものである。 第8図の判別子発生器320′は、高いSN比回
路である。判別子発生器320′は、判別子発生
器320のように伝播波のビーム強度を表わす信
号を必要とするだけでなく、伝播波間に形成され
たビート周波数の同相基準信号及び直角位相基準
信号を必要とする。 ビート周波数の同相及び直角位相の基準信号
は、いろいろな方法で得られる。第8図では、位
相ロツクループ820を、大低のレーザ角速度セ
ンサにおいて回転速度情報を得る目的でビート周
波数を決定するために一般的に用いられる検出器
とともに使用している。位相ロツクループ820
は、入力として読出し装置805の出力を受け
る。この出力は、レーザジヤイロの干渉パターン
読出しに関して周知の、ビート周波数の計数用パ
ルスである。 第9図は、代表的な位相ロツクループを示して
いる。位相検出器910は、第1入力としてジヤ
イロ読出し装置805の出力を受信する。この出
力は、センサ300の相互対向方向伝播波間に形
成されたビート周波数のパルスである。位相検出
器910の出力は、ローパスフイルタ920を介
して、電圧制御発振器930に送られる。電圧制
御発振器930の出力は、一対のフリツプフロツ
プ940,950に接続されている。フリツプフ
ロツプ950の出力は、位相検出器910の第2
入力に送られ、かつジヤイロ読出し装置805の
読出し信号により形成されるビート周波数の信号
周波数を有する同相基準信号821となる。フリ
ツプフロツプ950のQ出力は、フリツプフロツ
プ940のD入力に接続されている。フリツプフ
ロツプ940のQ出力は、フリツプフロツプ95
0のD入力に接続されている。フリツプフロツプ
940のQ出力は、ビート周波数における直角位
相基準信号822となる。従つて、第8図及び第
9図に示した位相ロツクループ回路820は、ビ
ート周波数において、ほぼ一定の大きさで相互に
直角位相の信号を発生する。これらの信号は、高
いSN比の判別子発生器320′において必要な基
準信号である。一定の振幅の電圧を有し、かつビ
ート周波数とほぼ同じ周波数の基準信号には、前
述したように信号I1′,I2′がそれぞれ乗算さ
れる。第9図に示した位相ロツクループ回路82
0からの出力信号821,822は矩形波である
が、そうでなくてもよい。 高いSN比の判別子発生器320′の動作を次に
説明する。出力信号I1′は、次のように表わさ
れる。(出力信号I2′も同様に表わされる。) (9) I1′=Amsio(ωbt+θ) ここで、θはビート周波数ωbにおける結合エ
ネルギ変調に関する相対位相角である。 同相基準信号は、次のような形態である。 (10) Ksio(ωbt+φ) ここで、φは任意位相角である。 乗算器830の積は、次のように計算される。 (11) P830=KAm/2{〔cosθcosφ+sinθsinφ〕+s
in2ω〔cosθsinφ+sinθcosφ〕・cos2ω〔sinθsin
φ−
cosθcosφ〕} 各乗算器830,835,840,845それ
ぞれの出力は、信号がI1′かまたはI2′かどう
かにより、またこれら信号に、同相基準信号82
1または直角位相基準信号822のいずれを、乗
算するかにより異なるが、同様に表わされる。 各乗算器830,835,840,845の信
号出力は、ローパスフイルタ831,836,8
41,846をそれぞれ通される。各ローパスフ
イルタの出力信号は、各乗算器に関する式(11)の大
カツコ内の第1項を表わすDC信号である。残り
の項は、ローパスフイルタで除去される。これに
より、各ローパスフイルタの出力は、次の式に比
例する。 (12) KAm/2cos(θ−φ) =KAm/2〔cosθcosφ+sinθsinφ〕 ここで、Amは信号I1′,I2′中の基準信号
の振幅、Kは基準信号の振幅でほぼ一定である。
また、(θ−φ)は、基準信号の周波数における
信号I1′の結合エネルギ変調及び基準信号自身
の間の位相角である。 第8図のセンサにおいて、信号I1,I2によ
つて表わされるビーム強度それぞれの結合エネル
ギ変調は、2つの直交ベクトル成分に分けられ
る。信号I1の2つの直交ベクトル成分は、信号
I1の同相ベクトル成分を表わす信号を発生する
ローパスフイルタ831と、ローパスフイルタ8
36は、信号I1の同相成分に直交する直角位相
成分を表わす信号を発生するローパスフイルタ8
36とにより得られる。信号I2の2つの直交成
分は、信号I2の同相成分を発生するローパスフ
イルタ840と、信号I2の直角位相成分を発生
するローパスフイルタ846とにより得られる。
各ベクトル成分は、式(12)によつて表わされ、一方
の成分のφは、他方の成分とは位相がπ/2だけず
れている。第8図の判別子発生器320′は、強
度信号I1,I2の同相ベクトル成分と直角位相
成分それぞれについての合計の二乗を加算するこ
とにより、各強度の結合エネルギ変調の重みつき
ベクトル和を得ている。 第8図において、I1,I2の同相ベクトル成
分は、加算回路850aにおいて加算され、加算
回路850aの出力は二乗回路860aにおいて
二乗される。強度信号I1,I2のベクトル直交
位相成分は、加算回路850bにおいて加算さ
れ、二乗装置860bにより二乗される。加算回
路870は、二乗回路860a,860bの出力
を加算し、結合エネルギ変調の重みつきベクトル
和を表わす出力信号を発生する。第8図に示した
加算回路870の出力は、平方回路880に送ら
れ、この平方回路からの出力は加算回路870の
出力とは異なる値の信号であるが、センサ300
における相互対向方向伝播波の結合エネルギ変調
の重みつきベクトル和を表わしている。 加算回路870の出力と平方回路880の出力
は、双方とも相互対向方向伝播ビームそれぞれの
強度の結合エネルギ変調の重みつきベクトル和を
表わしているので、判別子信号として用い得る。
選択された判別子信号は、第6図及び第7図に示
した光路位置制御回路330に類似した光路位置
制御装置330′に送られる。なお、光路位置制
御装置330′は、第6図の光路位置制御装置3
30のピーク検出器620がない点に相違があ
る。これは、判別子発生器320′の出力が本発
明の判別子、すなわち結合エネルギ変調の重みつ
きベクトル和に直接関係したDC信号であるから
である。従つて、ピーク検出器620は必要な
い。 第8図の判別子発生器320′の出力は数学的
に次のように表わされる。 (14) K2〔(Am1)2+(Am2)2 +(Am1)(Am2)(cos(θ1−θ2))〕 ここで、Kは基準信号821,822の振幅
で、Am1、Am2は、ビームIW1,IW2の強度の
結合エネルギ変調の振幅のピーク値を表わし、
(θ1−θ2)はビート周波数におけるビーム強度の
結合エネルギ変調間の位相差を表わしている。 式(9)における強度I1′,I2′に関する関数を
使用し、かつ十分大きいビード周波数ωbにおい
てI1′がI2′にほぼ等しいと仮定し、これらを
式(2)に代入すれば、本発明の判別子は数学的に次
のように表わされる。 (15) (I1・+I〓2)2=〓b2/2{(Am1)2+(Am2
)2+2(Am1)(Am2)cos(θ1−θ2)} 式(15)は、本発明の判別子の二乗を示している。
式(15)の形態は、式(14)と同じで、判別子発生器32
0′の出力が、式(2)で定義された本発明の判別子
であることを示している。この判別子は、次の2
つの式のいずれでも表示できる。 (16a) D=I1/・/I1+I〓2/I2 または (16b) DI1+I2 これらの式(16a)、(16b)は、センサ300
を伝播するビームの結合エネルギ変調の重みつき
ベクトル和を表わしている。従つて、どちらの式
も、センサのロツクイン速度やスケールフアクタ
の直線性を表わす有効な判別子を示す。 第8図に示した光路位置制御装置330′は、
ピーク検出器620を必要としないということ以
外は第6図及び第7図に示した装置とほとんど同
じである。ピーク検出器620を必要としない理
由は、平方回路880の出力が判別デイザリング
速度で変化するDC項を含んでいるからである。
加算回路870の出力または平方回路880の出
力は、各ビーム強度の結合エネルギ変調のベクト
ル和を表わしている。このベクトル和は、式(2)に
示すように、強度の重みつき導関数の和に関係し
ている。平方回路880の出力からのDC項は、
第6図に関して既に述べたような方法で、発振器
630により決定される判別デイザリング速度に
おいて振幅が変化する。従つて、トランスデユー
サ301,302の鏡面は、前述したように積分
器650の出力に従つて位置が定められる。 第8図に示した高いSN比の判別子発生器32
0′は、非バイアスの及びバイアスつきのセンサ
のいずれにも適用でき、また一定バイアス及び交
番するバイアスのセンサにも適用できる。第3,
6,7,8図に示した実施例は、様々な技術を用
いて、相互対向方向伝播ビーム強度の結合エネル
ギ変調の情報を得てこれを信号処理して本発明の
判別子を得るものである。さらに、判別子自身及
びその実現手段に関しては、第1次及び第2次の
項が解析において残されたのであるから、その改
善がむろん可能である。 なお、判別子発生器320′は、レーザ角速度
センサ等とは別の装置にも適用し得る。判別子発
生器320′の発明は、波の間に周波数差が存在
するならばどのような導電路においても、第2の
波を伴つて伝播する第1の波に関する、選択され
た強度情報を与えるのに使用することができる。
2つの波の間にエネルギ結合が存在するならば、
2つ波それぞれの強度はそれらの波の周波数差で
変化する。判別子発生器320′に関して、上述
したベクトル成分和の原理を実施することによ
り、強度変化を表わす信号が発生できる。すなわ
ち、2つの波の周波数差を検出して、それに関係
した周波数において互いに直角位相の一対の基準
信号を発生することにより、強度変化の決定がで
きるベクトル成分を発生することができる。たと
えば、第1の波に関する強度情報を得るには、(i)
第1の波の強度と同相の基準信号との第1の積を
作り、(ii)第1の波の強度と直角位相の基準信号と
の第2の積を作り、そして(iii)第1の積及び第2の
積の平方の加算でベクトル和を得ることにより、
目標の強度情報を得ることができる。 なお、判別子(I1+I2)2は、既に述べた原理を
用いた種々の方法により得ることができる。第1
0図は、判別子発生器320′と同様の判別子出
力信号を発生する判別子発生器320″の一実施
例を示している。第10図において、結合エネル
ギ変調の重みつきベクトル和は、第8図と同様に
入力信号I1,I2から得られる。ビート周波数
の同様基準信号821と、直角位相基準信号82
2は入力として判別子発生器320″に送られる。
信号I1′,I2′は加算回路1010において加
算され、その合計は各乗算器1020a,102
0bに送られる。乗算器1020aは同相基準信
号821と、I1′およびI2′の合計との第1の
積を作り乗算器1020bは、直角位相基準信号
822と、I1′およびI2′の合計との第2の積
を作る。乗算器1020aの出力は、ローパスフ
イルタ1030aを介して平方回路1040aに
おいて平方される。乗算器1020bの出力は、
ローパスフイルタ1030bを介して平方回路1
040bにおいて平方される。回路1040a,
1040bの出力は、加算回路1050において
加算され、かつ平方回路1060においてその平
方根が得られる。平方回路1060の出力は信号
881′である。 判別子発生器320″の分析によれば、その出
力881′は第8図の出力881と全く同じであ
る。すなわち、平方回路1060の出力すなわち
判別子は、数学的には式(14)で示される。 第8図及び第10図に示したローパスフイルタ
は、ACフイルタリングを行なう他の構成であつ
てもよい。たとえば第10図のフイルタ1030
a,1030bを省略し、加算回路1050と平
方回路1060との間に位置する単一のローパス
フイルタ(図示せず)に置き換えて、所定のフイ
ルタリングを行なうようにしてもよい。 本発明の実施例は、三角形の閉ループ路を有す
るセンサについて示しているが、本発明はこのよ
うな閉ループ路に限定されるものではない。本発
明の原理は、一連の接続した直線部分から成る他
の形状の閉ループ路についても適用できる。たと
えば、四角形の閉ループ路により相互対向方向伝
播波が生じさせられる場合、四つの反射面が閉ル
ープ路の頂点を形成することになる。対角線の対
の反射面をその反射面に垂直にかつ反対向きに移
動すると、全反射面に関する伝播ビームの光路間
の位置関係が変化するため、レーザ路が変化す
る。従つて、本発明の判別子と判別デイザリング
により、対角線の対の鏡の最適な位置を見い出
し、ロツクイン速度を最小にし、最適なスケール
フアクタの直線性を選択することができる。 むろん波間のエネルギ結合に影響を及ぼすた
め、波の進む閉ループ路を変化させる方法や反射
面における散乱を変化させる方法にはいろいろな
ものがある。本実施例では反射面に垂直な方向に
移動する2つの反射面について示してきたが、1
つの反射面の並進移動により、相互対向方向伝播
波が進む光路の反射面に対する最適位置関係を生
じる状態にレーザ路を変化するように移動して、
ロツクインを最小にしかつ、スケールフアクタの
直線性を最適化するものであつてもよい。本発明
を実施する場合、光路の長さを一定に保持して閉
ループ路に沿つて伝播するビーム強度を一定に更
に好ましくは定常状態の強度を最大に保持するの
が望ましい。 本実施例では、鏡面に関する閉ループ路の位置
関係をデイザリングさせるのに2つのトランスデ
ユーサを使用しているが、単一のトランスデユー
サでもよい。さらに、1つまたは2つ以上のトラ
ンスデユーサを、様々な種類の閉ループ路ととも
に組み合わせて、本発明の判別子を用いた最適な
光路位置制御を得るようにしてもよい。 本発明は、レーザ角速度センサと組み合わせて
示されているが、本発明の判別子は、2つの伝播
波が閉ループを伝播しかつ測定または制御するた
め1方の波と他方の波との結合を表わす信号が望
まれる様々な装置に適用することができる。 第6,7,8,10図に示した判別子発生器と
光路位置制御装置では周知のアナログ回路を用い
ている。しかし、デイジタル回路、コンピユー
タ、マイクロプロセツサ等デイジタル技術を用い
た回路を、ソフトウエアまたはフアームウエアと
ともに使用することもできる。 また、本発明は、その思想から離れることなく
様々に改変することができることは当業者には明
白であろう。
第1図は角速度センサの回転速度の関数とし
て、相互対向方向に伝播する波の強度を表わした
グラフ、第1a図は結合エネルギ変調の振幅を速
度に対して示すグラフ、第2図は相互対向方向伝
播波が進む閉ループ路と、閉ループ路の頂点を形
成する反射面との位置関係を示す図、第3図は角
速度センサのロツクイン速度を最小にする閉ルー
プ制御装置を使用した本発明の一実施例のブロツ
ク図、第4図は第3図の判別子発生器の一実施例
を示したブロツク図、第5a及び5b図は本発明
の判別子及びロツクイン速度間の関係を説明する
位相図、第6図は第3図の閉ループ制御装置の詳
細を示したブロツク図、第6a図は第6図の判別
子信号を説明する図、第7図は光路長制御ループ
を伴つた第6図に示した制御装置の詳細を示した
ブロツク図、第8図は本発明の別の実施例のブロ
ツク図、第9図は代表的な位相ロツクループ回路
を示す図、第10図は第8図に示されるものと同
様の判別子発生器の別の実施例を示す図である。 300…角速度センサ、301,302……ト
ランスデユーサ、320……判別子発生器、33
0……光路位置制御装置、420……加算回路、
430……微分器、620……ピーク検出器、6
30,730……発振器、640,710……同
期復調器、650,720……積分器、830,
835,840,845……乗算器、836,8
31,846,841……ローパスフイルタ、8
50a,850b,870……加算回路、880
……平方回路、910……位相検出器、920…
…ローパスフイルタ、930……電圧制御発振
器、940,950……フリツプフロツプ。
て、相互対向方向に伝播する波の強度を表わした
グラフ、第1a図は結合エネルギ変調の振幅を速
度に対して示すグラフ、第2図は相互対向方向伝
播波が進む閉ループ路と、閉ループ路の頂点を形
成する反射面との位置関係を示す図、第3図は角
速度センサのロツクイン速度を最小にする閉ルー
プ制御装置を使用した本発明の一実施例のブロツ
ク図、第4図は第3図の判別子発生器の一実施例
を示したブロツク図、第5a及び5b図は本発明
の判別子及びロツクイン速度間の関係を説明する
位相図、第6図は第3図の閉ループ制御装置の詳
細を示したブロツク図、第6a図は第6図の判別
子信号を説明する図、第7図は光路長制御ループ
を伴つた第6図に示した制御装置の詳細を示した
ブロツク図、第8図は本発明の別の実施例のブロ
ツク図、第9図は代表的な位相ロツクループ回路
を示す図、第10図は第8図に示されるものと同
様の判別子発生器の別の実施例を示す図である。 300…角速度センサ、301,302……ト
ランスデユーサ、320……判別子発生器、33
0……光路位置制御装置、420……加算回路、
430……微分器、620……ピーク検出器、6
30,730……発振器、640,710……同
期復調器、650,720……積分器、830,
835,840,845……乗算器、836,8
31,846,841……ローパスフイルタ、8
50a,850b,870……加算回路、880
……平方回路、910……位相検出器、920…
…ローパスフイルタ、930……電圧制御発振
器、940,950……フリツプフロツプ。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 第1の周波数で導波路に沿つて進行し、第2
の周波数の第2の波と共存している第1の波の強
度変化に関し、それらの波の一方の波と他方の波
とのエネルギ結合に起因する強度変化の関数を表
わす出力信号を与えるための信号発生装置であつ
て、 前記第1の波に応答し、前記第1の波の瞬時強
度を示す第1の強度信号を少なくとも発生する強
度検出手段と、 前記第1および第2の波に応答し、前記第1お
よび第2の波の周波数差の瞬時値のほぼ関数であ
る周波数を持つとともに相互に直角位相の第1お
よび第2の基準信号を発生する周波数信号手段
と、 前記第1の基準信号と前記第1の強度信号との
積を表わす第1の積信号を出力する第1手段と、
前記第2の基準信号と前記第1の強度信号との積
を表わす第2の積信号とを出力する第2手段とを
含んでいて、前記第1手段および第2手段の出力
を処理して、前記第1の波の前記強度変化を表わ
す出力信号を発生する信号処理手段と を備える信号発生装置。 2 第1および第2の周波数をそれぞれ持ち、導
波路に沿つて進行するとともに共存する第1およ
び第2の波の強度変化に関し、一方の波と他方の
波とのエネルギ結合に起因する強度変化につい
て、強度変化それぞれが振幅を有するとともにそ
れら間に位相関係が存在し、それらの強度変化の
関数を表わす出力信号を発生する信号発生装置で
あつて、 前記第1および第2の波に応答し、前記第1お
よび第2の波の瞬時強度をそれぞれ示す第1およ
び第2の強度信号を発生する強度検出手段と、 前記第1および第2の波に応答し、前記第1お
よび第2の波の周波数差の瞬時値のほぼ関数であ
る周波数を持つとともに相互に直角位相の第1お
よび第2の基準信号を発生する周波数信号手段
と、 前記第1および第2の強度信号ならびに前記第
1および第2の基準信号を処理して、前記第1お
よび第2の強度信号ならびに前記第1および第2
の基準信号の関数である、前記波それぞれの強度
変化の選択されたベクトル和を表わす出力信号を
発生する信号処理手段と を備える信号発生装置。 3 閉ループ路を第1と第2の2つの波が対向方
向に伝播し、前記2つの波それぞれは、一方の波
と他方の波との前記閉ループ路におけるエネルギ
結合に起因する強度変化を伴つている付随の強度
を持つとともに、前記閉ループ路の回転速度の関
数である周波数を持つており、前記エネルギ結合
に関連したロツクイン速度が存在しそのロツクイ
ン速度以下では前記2つの波がほぼ同一の周波数
にロツクインされ、前記2つの波の間の周波数差
を前記閉ループ路の回転に関係づけるスケールフ
アクターを有する角速度センサにおいて、 前記第1および第2の波に応答し、前記第1お
よび第2の波の瞬時強度をそれぞれ示す第1およ
び第2の強度信号を発生する強度検出手段と、 前記第1および第2の波に応答して、前記第1
および第2の波の周波数差の瞬時値のほぼ関数で
ある周波数を持つとともに相互に直交位相の第1
および第2の基準信号を発生する周波数信号手段
と、 前記第1および第2の強度信号ならびに前記第
1および第2の基準信号を処理して、前記第1お
よび第2の強度信号ならびに前記第1および第2
の基準信号の関数として、前記ロツクイン速度を
表わす出力信号を発生する信号処理手段とを備え
る 角速度センサ。 3 閉ループ路を2つの波が対向方向に伝播し、
前記2つの波それぞれは、一方の波と他方の波と
の前記閉ループ路におけるエネルギ結合に起因す
る強度変化を伴つている付随の強度を持つととも
に、前記閉ループ路の回転速度の関数である周波
数を持ち、前記エネルギ結合に関連したロツクイ
ン速度が存在しそのロツクイン速度以下では前記
2つの波がほぼ同一の周波数にロツクインされ、
前記2つの波の間の周波数差を前記閉ループ路の
回転に関係づけるスケールフアクターを有する角
速度センサにおいて、 前記2つの波それぞれの一部に応答し、前記2
つの波の一方の瞬時強度を表わす第1の強度信号
I1と、前記2つの波の他方の瞬時強度を表わす
第2の強度信号I2とを発生する強度検出手段
と、 前記2つの波の周波数差の瞬時値のほぼ関数で
ある周波数を持つとともに相互に直角位相の第1
および第2の基準信号を発生する周波数信号手段
と、 前記第1の基準信号と前記第1および前記第2
の強度信号とを処理する第1手段、および、前記
第2の基準信号と前記第1および第2の強度信号
とを処理する第2手段を含み、これらの第1手段
および第2手段の出力信号に応じ、I1およびI
2の一次時間微分をI2・およびI2・とすると、
I1・+I2・によりほぼ記述できる判別子信号を発
生する信号処理手段と、 前記判別子信号に応じて、前記ロツクイン速度
がほぼ最小となり、前記スケールフアクターが最
適に直線化される状態に、前記2つの波の間のエ
ネルギ結合を変化させる制御手段と を備える角速度センサ。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US06/353,713 US4551021A (en) | 1982-03-01 | 1982-03-01 | Discriminant apparatus for laser gyros |
US353713 | 1982-03-01 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS58159387A JPS58159387A (ja) | 1983-09-21 |
JPH056357B2 true JPH056357B2 (ja) | 1993-01-26 |
Family
ID=23390257
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP58031921A Granted JPS58159387A (ja) | 1982-03-01 | 1983-03-01 | 信号発生装置および角速度センサ |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4551021A (ja) |
JP (1) | JPS58159387A (ja) |
CA (1) | CA1203609A (ja) |
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JPS5674978A (en) * | 1979-11-05 | 1981-06-20 | Litton Systems Inc | Ring laser |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS58159387A (ja) | 1983-09-21 |
US4551021A (en) | 1985-11-05 |
CA1203609A (en) | 1986-04-22 |
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