JPH056357B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

〔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＝I_p＋Am sinω_bｔ ここで、ω_b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ω_b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。I_p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I_p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、Ω_g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′＝Am_sio（ω_bｔ＋θ） ここで、θはビート周波数ω_b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) K_sio（ω_bｔ＋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ω_b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。

【図面の簡単な説明】

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。

Claims (1)

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。