JPS5832793B2 - ring laser gyroscope - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は４モード型のリング・レーザ・ジャイロスコー
プに関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a four-mode ring laser gyroscope.

２つの反対方向に回転するレーザ・ビーム、即ち反対方
向に伝播するビーム力１）ング・レーザ中で形戊される
ことは良く知られている。It is well known that two counter-rotating laser beams, i.e. beam forces propagating in opposite directions, can be shaped in a laser beam.

この種の装置については、例えばモンテ・ロス編「レー
ザ応用」アカデミツク・プレス・インコーポレーテツト
にューヨーク市）１９７１年発行の「レーザ・ジャイロ
」、第１３４−２００頁に詳細に記されている。This type of device is described in detail, for example, in "Laser Gyros," edited by Monte Ross, "Laser Applications," Academic Press, Inc., New York, 1971, pages 134-200.

リング・レーザがその平面と垂直な軸の周りに回転され
ると、発振の周波数はシフトされ、回転方向に伝播して
いるビームの周波数は減少し、回転と反対の方向に伝播
しているビームの周波数は増大する。When the ring laser is rotated about an axis perpendicular to its plane, the frequency of oscillation is shifted, the frequency of the beam propagating in the direction of rotation decreases, and the frequency of the beam propagating in the opposite direction of rotation decreases. frequency increases.

従って回転の大きさと方向は反対方向に伝播するビーム
間のビートｍ波数を検出することにより決定される。The magnitude and direction of rotation is therefore determined by detecting the beat m wavenumber between counterpropagating beams.

３つのレーザ・ジャイロスコープの組を用いることによ
り、現象は慣性航路指導システムで回転データを決定し
、それによって飛行機等に方向情報を与えるのに利用さ
れている。By using a set of three laser gyroscopes, the phenomenon is used to determine rotational data in an inertial navigation system, thereby providing directional information to aircraft, etc.

４モード・レーザ・ジャイロスコープは当業者にあって
は間知である。Four-mode laser gyroscopes are well known to those skilled in the art.

このジャイロスコープではレーザ・ビームの同波数をシ
フトさせるのに光学的水晶およびファラデー効実装置（
これはまたファラデー・セルとも呼ばれる）を使用して
いる。This gyroscope uses an optical crystal and a Faraday effect device (
It uses a Faraday cell (also called a Faraday cell).

しかし、現在までに提案されているバイアス法および検
出法は極めて複雑で、雑音レベルも高い。However, the biasing and detection methods proposed to date are extremely complex and have high noise levels.

従って、本発明の主たる目的は４モ一ド複数発振器リン
グ・レーザ・ジャイロスコープを簡単化し、雑音を減ら
すことである。Therefore, the primary objective of the present invention is to simplify and reduce noise in a four-mode multiple oscillator ring laser gyroscope.

本発明のリング・レーザ・ジャイロスコープによると、
４つの互いに異なる同波数の４つの円偏光ビームで動作
し、その内２つの反対方向に円偏光したビームは１方の
方向に伝播し、他の２つの反対方向に円偏光したビーム
は反対方向に伝播し、各ビーム中の光エネルギーの一部
は電気エネルギーに変換され、このようにして発生され
た電気出力信号中に存在する周波数はリング・レーザの
回転の速度と回転の方向を決定するのに使用され、４つ
のすべての周波数の光エネルギーは非直線特性を有する
単一のフォトダイオードに同時に加えられ、それによっ
てリング・レーザの回転の速度と回転の方向を決定する
のに使用される４つのすべての周波数の和および差周波
数を含む組み合わされた電気信号を発生する。According to the ring laser gyroscope of the present invention,
It operates with four different circularly polarized beams of the same wavenumber, two of which are oppositely circularly polarized and propagate in one direction, while the other two oppositely circularly polarized beams are propagated in the opposite direction. A portion of the optical energy in each beam is converted into electrical energy, and the frequencies present in the electrical output signal thus generated determine the speed and direction of rotation of the ring laser. The optical energy of all four frequencies is applied simultaneously to a single photodiode with non-linear characteristics and is thereby used to determine the speed and direction of rotation of the ring laser. A combined electrical signal is generated that includes the sum and difference frequencies of all four frequencies.

本発明の１実施例の特徴として、フォトダイオードによ
り発生された信号を受信し、リング・レーザ・ジャイロ
スコープの回転の速度と回転の方向を決定する回路に加
えられる差周波数信号成分のみを送出する低域フィルタ
を有している。One embodiment of the invention is characterized by receiving the signal generated by the photodiode and transmitting only a difference frequency signal component that is applied to a circuit that determines the rate and direction of rotation of the ring laser gyroscope. It has a low pass filter.

ディザ型の周期的に変化する位相基準信号をレーザ・プ
ラズマ電流中に導入する回路が設けられており、前記位
相基準信号はまたフォトダイオードの出力信号の整流さ
れた低周波成分と組み合わされ、それによってレーザの
回転の方向が決定される。A circuit is provided for introducing a dithered periodically varying phase reference signal into the laser plasma current, said phase reference signal also being combined with the rectified low frequency component of the photodiode output signal, determines the direction of laser rotation.

更に、フォトダイオードからの２つの低い周波数差信号
の内の１方の２つの低い周波数差信号の他方による１０
０φ変調が生じるような長さにレーザ空洞長を保持する
回路が使用されている。Additionally, one of the two low frequency difference signals from the photodiode is 10 by the other of the two low frequency difference signals.
A circuit is used to maintain the laser cavity length at a length such that 0φ modulation occurs.

本発明の実施例の重要な特徴として、複数発振器リング
・レーザ・ジャイロスコープの鏡の内の１つを通過する
４つの光学的同波数を検出する簡単な装置を含むことが
あげられる。An important feature of embodiments of the invention is the inclusion of a simple apparatus for detecting four optically identical wavenumbers passing through one of the mirrors of a multi-oscillator ring laser gyroscope.

前記鏡を通過した４つの光学的同波数、即ちビームは直
接ヘテロダインされ、その結果得られた信号は３つの回
路、即ちレーザ空洞長制御回路、回転速度検出回路およ
び回転方法決定回路に加えられる。The four optically identical wavenumbers, or beams, passed through the mirrors are directly heterodyned, and the resulting signals are applied to three circuits: a laser cavity length control circuit, a rotation speed detection circuit, and a rotation method determination circuit.

以下に述べるように、レーザ・プラズマ電流を発振させ
る（あるいはディザさせるとも言う）交流成分を有する
電源を用い、該プラズマ電源からの交流成分を位相基準
として使用することにより、リング、レーザ・ジャイロ
スコープの回転の方向を決定することが出来る。As described below, by using a power source having an AC component that oscillates (or dithers) the laser plasma current and using the AC component from the plasma power source as a phase reference, a ring, laser gyroscope, etc. The direction of rotation of can be determined.

空洞長を制御するトランスジューサは適当な同期で発振
せられ、ジャイロスコープの１７−ザ・モード周波数を
変化させ、トランスジューサ制御電圧に固定されて、４
モード・リング・レーザ・ジャイロスコープを形戊する
２つの２モード・レーザ・ジャイロに等しい振幅のビー
トｎ波数を与えて、４つの信号のヘテロダイン出力に１
００％変調信号を発生する。The transducer controlling the cavity length is oscillated with appropriate synchronization to vary the gyroscope's 17-the mode frequency and is fixed at the transducer control voltage to
By applying beats n wavenumbers of equal amplitude to two two-mode laser gyros forming a mode ring laser gyroscope, the heterodyne output of the four signals is
Generates a 00% modulation signal.

本発明は図面を参照してその実施例を説明することによ
りより良く理解されよう。The invention will be better understood by describing an embodiment thereof with reference to the drawings.

第１図を参照すると、４モード・リング・レーザ・ジャ
イロスコープ１２にはその４つの隅に４つの鏡が設けら
れている。Referring to FIG. 1, a four-mode ring laser gyroscope 12 is provided with four mirrors at its four corners.

その内の２つ１４および１６は単なる鏡であり、鏡１８
はリング・レーザ・ジャイロスコープの空洞長を制御す
るためピエゾ電気トランスジーサ２０に固定されている
。Two of them 14 and 16 are just mirrors, mirror 18
is fixed to a piezoelectric transducer 20 to control the cavity length of the ring laser gyroscope.

第４の鏡２２は１部分の光のみを反射し、従って４つの
モードと関連する４つのビームは鏡２２を通過し得る。The fourth mirror 22 reflects only a portion of the light, so the four beams associated with the four modes can pass through the mirror 22.

この４モード・リング・レーザ・ジャイロスコープには
また当業者には周知の如く適当な水晶２１およびファラ
デー効実装置２３が設けられており、第２図に示すよう
に４つの異なる同波数を含む４つのモードと関連する４
つのビームを発生する。The four-mode ring laser gyroscope is also provided with a suitable crystal 21 and Faraday effect device 23, as is well known to those skilled in the art, and includes four different equal wave numbers as shown in FIG. 4 modes and related 4
Generates two beams.

水晶２１は石英水晶であって良い。当業者においては周
知の如く、部分的に反射する鏡２２に入射するビームに
は２つのモード、即ち異なる型の偏光がある。The crystal 21 may be a quartz crystal. As is well known to those skilled in the art, there are two modes, or different types of polarization, of the beam incident on the partially reflecting mirror 22.

これらは所謂左偏光ビームと右偏光ビームである。These are the so-called left-polarized beam and right-polarized beam.

更に、４つのビームの内ゝＰ“偏光成分のみが鏡を容易
に通過するのに対し、ビームのＳ“偏光成分は容易に通
過しない。Furthermore, only the "P" polarized component of the four beams easily passes through the mirror, whereas the S" polarized component of the beam does not.

ここでゝＰ“偏光成分はレーザ・ビーム路の平面に平行
した電気ベクトルを有しており、ゝＳ“偏光成分はレー
ザ・ビーム路の平面に垂直な関係にある。Here, the "P" polarization component has an electric vector parallel to the plane of the laser beam path, and the "S" polarization component is perpendicular to the plane of the laser beam path.

ゝＳ“波は鏡を全く通過しないのではなく、ゝＰ ′′
戊分と１８／′戊分の通過弁と阻止弁の比は典型例では
約１００対１である。ゝS“ waves do not pass through the mirror at all, but ゝP ′′
The ratio of pass valves to check valves for the 18/' and 18/' sections is typically about 100 to 1.

第２図に示す周波数Ｐ１およびＦ４と関連し、リング・
レーザ・ビーム路の１万の伝播方向から鏡２４に入射す
る上述のレーザ・モードの２つのゝＰ“成分が鏡２２を
通過すると共に、第２図の周波数Ｆ２およびＦ３と関連
し、鏡２６に入射するレーザ・モードの反対方向に伝播
する２つの％ ｐ ／／ 成分も鏡２２を通過する。In conjunction with frequencies P1 and F4 shown in FIG.
The two "P" components of the aforementioned laser mode incident on the mirror 24 from the 10,000 propagation directions of the laser beam path pass through the mirror 22 and are associated with frequencies F2 and F3 in FIG. The two % p // components propagating in the opposite direction of the laser mode incident on the mirror 22 also pass through the mirror 22 .

これら２絹のビームはここの例ではビーム組み合せ鏡２
８として使用されている部分的反射を行うゝビーム・ス
プリッタ“によって組み合わされ、４つのビームはすべ
て同時に光ダイオード３０に入射する。These two silk beams are the beam combination mirror 2 in this example.
8, all four beams are simultaneously incident on the photodiode 30.

第２図に示すように、周波数Ｆ１およびＦ２を有する反
対方向に伝播する２つのビームはＧＹＲＯＩと名付ける
第１のジャイロスコープを形成するものと考えられ、回
転が無い場合にはほぼ同一の同波数だけ離れている尚波
数Ｆ３およびＦ４を有する反対方向に伝播する他の２つ
のビームはＧＹＲＯ２と名付ける第２のジャロスコープ
を形成している。As shown in Figure 2, the two oppositely propagating beams with frequencies F1 and F2 can be considered to form a first gyroscope, named GYROI, which has almost the same wavenumber in the absence of rotation. Two other oppositely propagating beams with wavenumbers F3 and F4 separated by a distance form a second gyroscope designated GYRO2.

ここで考えている同波数領域がどの程度のものであるか
を例示すると、通常の明るい赤色を呈する正常なヘリウ
ム・ネオン・レーザ・ジャイロスコープは約５Ｘ１０”
４ヘルツの同波数を有している。To give an example of the extent of the same wavenumber region we are considering here, a normal helium neon laser gyroscope that exhibits a normal bright red color is approximately 5 x 10"
It has the same wave number of 4 hertz.

第１図の４モード・リング・レーザ・ジャイロスコープ
で使用されている水晶の型およびファラデー効実装置（
即ちファラデー・セル）の型により、第２図に示すよう
にＧＹＲＯＩとＧＹＲＯ２の同波数間隔は約１０から５
００メガヘルツの間、即ち１００万サイクル／秒のオー
ダである。The crystal type and Faraday effect device used in the four-mode ring laser gyroscope shown in Figure 1
In other words, depending on the type of Faraday cell, the same wave number interval between GYROI and GYRO2 is approximately 10 to 5, as shown in Figure 2.
00 MHz, or on the order of 1 million cycles/second.

また、使用されているファラデー効実装置に依存して、
ジャイロＧＹＲＯＩおよびＧＹＲＯ２と名付けた各々の
ジャイロスコープを形成する反対方向に回転、即ち反対
方向に伝播するビームの２つの周波数の差は約１０から
５００キロヘルツである。Also, depending on the Faraday effect device used,
The difference in frequency between the two oppositely rotating or counterpropagating beams forming each gyroscope, designated GYROI and GYRO2, is approximately 10 to 500 kilohertz.

フォトダイオード３０は自乗側検波器であり、非線形混
合素子、即ち相互変調素子として動作する。The photodiode 30 is a square side detector and operates as a nonlinear mixing element, that is, an intermodulation element.

ここで用いられるフォトダイオードはいかなるタイプの
ものでも良い。The photodiode used here may be of any type.

フォトダイオードは通常照射光の１より大きいパワーに
比例する出力、即ち人力照度に対して非線型な出力を発
生するものである。A photodiode typically generates an output proportional to the power of the irradiated light greater than 1, that is, an output that is nonlinear with respect to human illuminance.

この自乗側検波器の入力には第２図に示す如く同波数Ｆ
１．Ｆ２．Ｆ３およびＦ４が加えられる。The input of this square side detector has the same wave number F as shown in Figure 2.
1. F2. F3 and F4 are added.

フォトダイオード３０の出力には、非線形特性を有する
フォトダイオード３０中で周波数Ｆ１．Ｆ２．Ｆ３およ
びＦ４のビートを形成することにより得られる多数の和
および差周波数が発生される。The output of the photodiode 30 has a frequency F1. F2. A number of sum and difference frequencies are generated resulting from forming the beats of F3 and F4.

フォトダイオード３０の出力の低レベル信号は広帯域増
幅器３２により増幅され、低域フィルタ３４に加えられ
る。The low level signal at the output of photodiode 30 is amplified by broadband amplifier 32 and applied to low pass filter 34 .

低域フィルタ３４はＦｌ。とＦ２の間のビートｎ波数（
これをＦ１□と呼ぶ）とＦ３とＦ４の間のビートｎ波数
（これをＦ３４と呼ぶ）と差周波数Ｆ１２とＦ３４の差
周波数（これをＦｌ２ Ｆ３４と呼ぶ）のみを通過さ
せる。The low pass filter 34 is Fl. The beat n wave number between and F2 (
This is called F1□), the beat n wave number between F3 and F4 (this is called F34), and the difference frequency between F12 and F34 (this is called Fl2 F34) are passed.

従って、フィルタ３４は約２メガヘルツのカットオフ周
波数を有していることになる。Therefore, filter 34 will have a cutoff frequency of approximately 2 MHz.

もしリング・レーザが回転していない場合には１、周波
数Ｆ１２は周波数Ｆ３４に等しく、従ってＦ１□とＦ３
４の間ではビート周波数は生じない。1 if the ring laser is not rotating, the frequency F12 is equal to the frequency F34, so F1□ and F3
No beat frequency occurs between 4 and 4.

第３図は種々のビート周波数の間の相互関係を図式的に
示すものである。FIG. 3 diagrammatically shows the interrelationship between the various beat frequencies.

第３図において、水平軸はリング・レーザの中心軸の固
りの回転を表わす。In FIG. 3, the horizontal axis represents the rigid rotation of the central axis of the ring laser.

第３図の縦軸は約１０キロヘルツから５００キロヘルツ
までの同波数を表わす。The vertical axis of FIG. 3 represents the same wave number from about 10 kHz to 500 kHz.

同波数Ｆ１２により表わされるＧＹＲＯＩは線形応動特
性を有し、第３図の左上から右下に向う直線３６で表わ
されている。The GYROI represented by the same wave number F12 has a linear response characteristic, and is represented by a straight line 36 extending from the upper left to the lower right in FIG.

同様にＧＹＲＯ２は第３図中で右上から左下へ向う直線
３８により表わされている。Similarly, GYRO2 is represented in FIG. 3 by a straight line 38 extending from the upper right to the lower left.

回転がＯの場合、２つのジャイロスコープは同一周波数
で動作し、従ってその特性曲線は第３図の縦の中央線４
０で交差するが、これは回転がＯであることを表わす。When the rotation is O, the two gyroscopes operate at the same frequency and their characteristic curves therefore follow the vertical center line 4 in Figure 3.
It intersects at 0, which means the rotation is O.

リング・レーザが１万または他の方向へ回転せられると
、２つのジャイロスコープの内１方の動作周波数は増大
し、ジャイロスコープの動作同波数は減少する。As the ring laser is rotated 10,000 or in other directions, the operating frequency of one of the two gyroscopes increases and the operating frequency of the gyroscope decreases.

ビート周波数Ｆ１□Ｆ３４は縦の中央線と平行な直線に
沿う直線３６と３８の間の距離により表わされる。The beat frequency F1□F34 is represented by the distance between straight lines 36 and 38 along a straight line parallel to the vertical center line.

例えば、点線４２で示すように正の方向に回転すると、
周波数Ｆ１□とＦ３４の間の相互変調ビート周波数（即
ちＦ１２ Ｆ３４ ）は矢印４４の長さで表わされる
。For example, when rotated in the positive direction as shown by dotted line 42,
The intermodulation beat frequency between frequencies F1□ and F34 (ie, F12 F34 ) is represented by the length of arrow 44 .

本システムの他の特徴を議論する際に第３図を更に参照
することになろう。Further reference will be made to FIG. 3 in discussing other features of the system.

第１図を再び見ると、リング・レーザ・ジャイロスコー
プの回転速度は回路５２および５４により決定される。Referring again to FIG. 1, the rotational speed of the ring laser gyroscope is determined by circuits 52 and 54.

回路５２はビート周波数Ｆ１□Ｆ３４を検出し、ビート
・カウンタ５４は２つの差分周波数Ｆ１□とＦ３４の差
により発生されるビート数を計数する。The circuit 52 detects the beat frequency F1□F34, and the beat counter 54 counts the number of beats generated by the difference between the two difference frequencies F1□ and F34.

ビート・カウンタ５４により検出されるビートの数は回
転を表わし、１秒当りのビート数がリング・レーザ・ジ
ャイロスコープの回転速度を表わす。The number of beats detected by beat counter 54 represents the rotation, and the number of beats per second represents the rotation rate of the ring laser gyroscope.

ビート・カウンタ５４からの出力を決定することにより
リング・レーザの回転速度を知ることが出来る。By determining the output from the beat counter 54, the rotational speed of the ring laser can be determined.

ｔ、＝ｂ−ｔ、、・第３図の回転Ｏの直線の左側および
右側に示す点線６２または６４に相当する回転速度であ
ることが分ったとしても、２つの差分周波数間の検出さ
れたビートが１方の方向の回転を表わす矢印６６のビー
トなのか、反対方向の回転に相応する矢印６８のビート
なのかは分らない。t, = b - t, . Even if it is found that the rotational speed corresponds to the dotted line 62 or 64 shown on the left and right side of the straight line of rotation O in FIG. It is not known whether the beat indicated by arrow 66 represents rotation in one direction or the beat indicated by arrow 68, which corresponds to rotation in the opposite direction.

第１図を参照すると、この曖昧さは整流器７２、同波数
復調器及び低域フィルタ７４コンデンサ７６、同期復調
器７８およびプラズマ電源８０より成る回路により解決
される。Referring to FIG. 1, this ambiguity is resolved by a circuit consisting of a rectifier 72, a frequency demodulator and low pass filter 74, a capacitor 76, a synchronous demodulator 78, and a plasma power supply 80.

リング・レーザ内でガス・プラズマを励起する電源８０
は直流電源とプラズマを励起する直流電源に重畳される
差動交流ディザ電圧源の両方を含んでいる。A power supply 80 for exciting the gas plasma in the ring laser.
includes both a DC power source and a differential AC dither voltage source superimposed on the DC power source to excite the plasma.

レーザの２つの相対する利得セクションで差動的に、即
ち反対方向にプラズマ電流を増減させるこのディザ電圧
はレーザ・ジャイロスコープの回転と同じ効果を有して
いる。This dither voltage, which differentially increases or decreases the plasma current in two opposing gain sections of the laser, has the same effect as the rotation of a laser gyroscope.

陰極と陽極との間の電圧はガスの流れ又は運動を生じさ
せる。A voltage between the cathode and anode causes gas flow or movement.

ディザ電圧はその流れを前後に振動させる。The dither voltage causes the flow to oscillate back and forth.

ガスの運動はあたかもレーザが機械的に回転したかのよ
うな信号を発生させる。The movement of the gas generates a signal as if the laser were mechanically rotated.

リングレーザにおける機械的回転又はガスの流れはリン
グレーザ内で反対方向に伝播するガスの間でビート信号
を生じさせる。Mechanical rotation or gas flow in the ring laser creates a beat signal between gases propagating in opposite directions within the ring laser.

プラズマの交流ディザと同期した位相基準電圧が導線８
２を介して同期復調器７８に加えられている。A phase reference voltage synchronized with the AC dither of the plasma is connected to the conductor 8.
2 to the synchronous demodulator 78.

プラズマ電流がわずかに変化すると矢印６６および６８
は共に１方の方向、例えば右側にシフトし、それによっ
て矢印６６によって表わされるビート周波数を減少させ
、矢印６８によって表わされるビート同波数を増加させ
る。Arrows 66 and 68 as the plasma current changes slightly
are both shifted in one direction, for example to the right, thereby decreasing the beat frequency represented by arrow 66 and increasing the beat frequency represented by arrow 68.

プラズマ電流のディザと同期している導線８２上の位相
基準信号を用いることにより、検出された信号８４また
は８６が位相基準信号と同相か逆相かを調べることによ
りリング・レーザの回転方向を決定することが可能であ
る。By using a phase reference signal on conductor 82 that is synchronized with the dither of the plasma current, the direction of rotation of the ring laser is determined by determining whether the detected signal 84 or 86 is in phase or out of phase with the phase reference signal. It is possible to do so.

プラズマ電流のディザの増減と同相にビート周波数６８
が増減するとビート周波数６６の増減はプラズマ電流の
ディザの増減と逆相となる。Beat frequency 68 in phase with plasma current dither increase/decrease
When the beat frequency 66 increases or decreases, the increase or decrease in the beat frequency 66 is in reverse phase with the increase or decrease in the dither of the plasma current.

ビート周波数６６と６８の増減とは周波数の増減、即ち
周波数変調を意味する。An increase or decrease in the beat frequencies 66 and 68 means an increase or decrease in frequency, that is, frequency modulation.

フイタ３４の出力のビート周波数Ｆ１□−Ｆ３４信号は
リングレーザの回転方向に応じディザ信号と同相又は逆
相に周波数変調を受けたものであるので、整流器７２で
整流後のビート周波数Ｆ１□−Ｆ３４から周波数復調器
及び低周波フィルタ７４でビート周波数Ｆ１２ Ｆ３
４の変調信号８４を得る。The beat frequency F1□-F34 signal output from the filter 34 is frequency-modulated in phase with or in phase with the dither signal depending on the rotation direction of the ring laser, so the beat frequency F1□-F34 after rectification by the rectifier 72 From the frequency demodulator and low frequency filter 74, the beat frequency F12 F3
A modulated signal 84 of 4 is obtained.

コンデンサ７６で交流信号成分８６を得て同期復調器７
８でディザ信号と同期した位相基準信号８２との位相を
調べる。An AC signal component 86 is obtained by the capacitor 76 and the synchronous demodulator 7
8, the phase of the dither signal and the phase reference signal 82 synchronized with it is checked.

もし信号８６が信号８２と同相ならばビート周波数は６
８でリングレーザは反時計方向に回転していたことにな
る。If signal 86 is in phase with signal 82, the beat frequency is 6
8, the ring laser was rotating counterclockwise.

この決定は同期復調器７８によって行なわれ、回転符号
インディケータまたは方向インディケータ８８と呼ばれ
るインディケータにより表示される。This determination is made by synchronous demodulator 78 and is indicated by an indicator called rotation sign indicator or direction indicator 88.

リング・レーザが適切に動作するためには、ＧＹＲＯＩ
を形成する信号の振幅とＧＹＲＯ２を形成する信号の振
幅が実質的に等しいことが重要である。For the ring laser to work properly, the GYROI
It is important that the amplitudes of the signals forming GYRO2 and GYRO2 are substantially equal.

この条件が遠戚されると、周波数Ｆ□２とＦ３４の間の
ビートは第４図に示すようになり、第４図の点８９に示
すように周期的にＯになる。When this condition is extended, the beat between frequencies F□2 and F34 becomes as shown in FIG. 4, and becomes O periodically as shown at point 89 in FIG.

このようにして、第４図は２つの差分周波数Ｆ１２とＦ
３４の相互変調を表わし、古くから使用されている振幅
変調の形態をとる。In this way, FIG. 4 shows the two difference frequencies F12 and F
34 intermodulation and takes the form of amplitude modulation, which has been used for a long time.

この最大値は瞬時成分の和が同相のとき生じ、最小値は
１８０°位相がずれたときに生じる。This maximum value occurs when the sum of the instantaneous components is in phase, and the minimum value occurs when they are 180° out of phase.

もし信号Ｆ１２またはＦ３４の１方が他方より大幅に大
きいと、ビート信号はＯにはならない。If one of the signals F12 or F34 is significantly larger than the other, the beat signal will not go to O.

従って、ビート信号の最小点を検出し、次にそれが実際
に０かどうか決定し、２つの信号が等しくなるよう空洞
の長さを調整することにより、適正なレーザ・ジャイロ
スコープ動作が達成される。Therefore, by finding the minimum point of the beat signal, then determining whether it is actually 0, and adjusting the length of the cavity so that the two signals are equal, proper laser gyroscope operation can be achieved. Ru.

ここで述る回路では、第１図に示すようにピエゾ電気ト
ランスジューサ２０を用いることにより空洞長を制御す
る直流電圧が電源９２により供給されている。In the circuit described herein, a power supply 92 provides a DC voltage that controls the cavity length using a piezoelectric transducer 20, as shown in FIG.

発振器９４は電源８０によるプラズマのディザと幾分類
似した仕方で空洞長を変化させるべく重畳された交流を
提供する。Oscillator 94 provides a superimposed alternating current to vary the cavity length in a manner somewhat similar to dithering of a plasma by power supply 80.

空洞制御サーボ・ループ中に含まれる他の回路として電
圧レベル検出器９６と同期復調器およびアナライザ回路
９８がある。Other circuits included in the cavity control servo loop are a voltage level detector 96 and a synchronous demodulator and analyzer circuit 98.

０電圧点（第４図参照）が得られない場合には、フィー
ドバック信号が回路９８から導線１００を介して電源９
２に加えられる。If the zero voltage point (see FIG. 4) is not obtained, a feedback signal is sent from circuit 98 via conductor 100 to power supply 9.
Added to 2.

これらの制御装置により、適正な電圧がピエゾ電気トラ
ンスジュ−サ２０に加えられ、該トランスジューサを適
当な位置に保持する。These controls apply the proper voltages to the piezoelectric transducer 20 to hold it in the proper position.

最後に、本発明はここで述べたような機能を実行する他
の周知の等価なレーザまたは電子素子によって実現し得
ることを理解されたい。Finally, it should be understood that the invention may be implemented with other well-known equivalent lasers or electronic components that perform the functions described herein.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第１図は本発明の１つの実施例に従う複数発振器リング
・レーザ・ジャイロスコープのブロック図、第２図は本
発明のシステムに従って検出される４つのモードと関連
する４つの周波数を示す図、第３図は第１図のリング・
レーザ・ジャイロスコープのビート周波数対回転特性を
示す曲線、第４図は共振レーザ空洞が最適長を有すると
き第１図の検出器により発生される相互変調されたビー
ト信号を示す図である。 〔主要部分の符号の説明〕 特許請求の範囲 ４つのすべての周波数 符 ７ブ ”ｔ ｔ Ｆ２ ｔ Ｆ３２ Ｆ４ フォトダイオード ０ 低域フィルタ ２ 差周波数信号成分FIG. 1 is a block diagram of a multi-oscillator ring laser gyroscope in accordance with one embodiment of the present invention; FIG. 2 is a diagram illustrating the four frequencies associated with the four modes detected in accordance with the system of the present invention; Figure 3 shows the ring in Figure 1.
A curve illustrating the beat frequency versus rotation characteristic of a laser gyroscope, FIG. 4, is a diagram illustrating the intermodulated beat signal produced by the detector of FIG. 1 when the resonant laser cavity has an optimal length. [Explanation of symbols of main parts] Claims All four frequency symbols 7" t t F2 t F32 F4 Photodiode 0 Low-pass filter 2 Difference frequency signal component

Claims (1)

【特許請求の範囲】 １４つの夫々異なる周波数での４つのレーザ発振モード
の２つが各方向に伝播しているような該４つのレーザ発
振モードを発生する装置を有する多重発振リングレーザ
を使用したリング・レーザジャイロスコープであって、 該４つのレーザ発振モードの全てを受信する光検出器、
及び該リングレーザの回転速度と方向とを測定する信号
を発生する該光検出器に結合された装置とからなるリン
グ・レーザ・ジャイロスコープにおいて； 該４つのレーザ発振モードの強度が実質的に等しくなる
よう該リングレーザの空胴長を調整するための該光検出
器に結合されたサーボ装置を含むことを特徴とするリン
グ・レーザ・ジャイロスコープ。 ２、特許請求の範囲第１項に記載のリング・レーザ・ジ
ャイロスコープにおいて； 前記光検出器は単一のフォトダイオードによって該４つ
のレーザ発振モードの全てを受信して混合し、そして回
転速度に対して実質的に線形な周波数特性であるが反対
の勾配の第１と第２の信号を発生しているリング・レー
ザージャイロスコープ。 ３ 特許請求の範囲第２項に記載のリング・レーザ・ジ
ャイロスコープにおいて； 前記光検出器に結合された装置は、該ジャイロスコープ
の回転速度の大きさを表わす信号を発生するため該２つ
のジャイロスコープ信号を受信するよう結合された速度
決定装置、及び該リングレーザの回転方向を示す信号を
発生するため該光検出器に接続された方向決定装置とか
らなるリング・レーザ・ジャイロスコープ。 ４ 特許請求の範囲第３項に記載のリング・レーザ・ジ
ャイロスコープにおいて； 前記方向決定装置は該リングレーザのプラズマ電流を変
化させそして該４つのレーザ発振モードから得られたビ
ート信号の位相と変化されたプラズマ電流の位相とを比
較して該リング・レーザ・ジャイロスコープの回転方向
を示す信号を発生しているリング・レーザ・ジャイロス
コープ。 ５ 特許請求の範囲第１項に記載のリング・レーザ・ジ
ャイロスコープにおいて； 前記サーボ装置は、該４つのレーザ発振モードの１つの
ビート信号が該４つのレーザ発振モードの別のビート信
号により１００％変調となるような長さに該リングレー
ザの空胴長を調整しているリング・レーザ・ジャイロス
コープ。[Claims] A ring using a multioscillation ring laser having a device for generating four laser oscillation modes such that two of the four laser oscillation modes at fourteen different frequencies propagate in each direction. - A photodetector that is a laser gyroscope and receives all of the four laser oscillation modes;
and a device coupled to the photodetector for generating signals measuring rotational speed and direction of the ring laser; wherein the four lasing modes have substantially equal intensities; A ring laser gyroscope comprising: a servo device coupled to the photodetector for adjusting the cavity length of the ring laser to achieve 2. In the ring laser gyroscope according to claim 1; the photodetector receives and mixes all of the four laser oscillation modes by a single photodiode and adjusts the rotational speed. a ring laser gyroscope generating first and second signals having substantially linear frequency characteristics but opposite slopes; 3. A ring laser gyroscope according to claim 2, wherein a device coupled to the photodetector is adapted to detect the rotation of the two gyros for generating a signal representative of the magnitude of the rotational speed of the gyroscopes. A ring laser gyroscope comprising a velocity determining device coupled to receive a scope signal and a direction determining device coupled to the photodetector for generating a signal indicative of the direction of rotation of the ring laser. 4. A ring laser gyroscope according to claim 3, wherein the direction determining device changes the plasma current of the ring laser and changes the phase and change of the beat signal obtained from the four lasing modes. The ring laser gyroscope generates a signal indicative of the direction of rotation of the ring laser gyroscope by comparing the phase of the plasma current with the phase of the generated plasma current. 5. In the ring laser gyroscope according to claim 1; the servo device is configured such that the beat signal of one of the four laser oscillation modes is 100% controlled by the beat signal of another of the four laser oscillation modes. A ring laser gyroscope in which the cavity length of the ring laser is adjusted to a length that provides modulation.