(57)【要約】【課題】ロックイン現象によるミラーの損傷を回避する。【解決手段】右回り及び左回りのレーザ光を発振させるキャビティ１１に、機械的に回転振動を与えるディザ機構３３が取り付けられているリングレーザジャイロにおいて、昇圧整流回路４２を設ける。昇圧整流回路４２はディザ機構３３に取り付けられている圧電素子３７２が発生する電圧を用いてレーザ光を発振させるための放電維持用高電圧を生成する。回転振動が停止している状態ではレーザ発振しない。【選択図】図１
2011158290.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
右回り及び左回りのレーザ光を発振させるキャビティに、機械的に回転振動を与えるディザ機構が取り付けられているリングレーザジャイロであって、
昇圧整流回路を具備し、
上記昇圧整流回路は上記ディザ機構に取り付けられている圧電素子が発生する電圧を用いて上記レーザ光を発振させるための放電維持用高電圧を生成することを特徴とするリングレーザジャイロ。
【請求項２】
右回り及び左回りのレーザ光を発振させるキャビティに、機械的に回転振動を与えるディザ機構が取り付けられているリングレーザジャイロであって、
第１及び第２の昇圧整流回路を具備し、
上記第１の昇圧整流回路は上記ディザ機構に取り付けられている圧電素子が発生する電圧を用いて上記レーザ光を発振させるための放電開始用高電圧を生成し、
上記第２の昇圧整流回路は上記圧電素子が発生する電圧を用いて上記レーザ光を発振させるための放電維持用高電圧を生成することを特徴とするリングレーザジャイロ。
【請求項３】
請求項１又は２記載のリングレーザジャイロにおいて、
上記圧電素子は上記ディザ機構の振動状態をモニタするために取り付けられている圧電素子であることを特徴とするリングレーザジャイロ。
【請求項４】
右回り及び左回りのレーザ光を発振させるキャビティに、機械的に回転振動を与えるディザ機構が取り付けられているリングレーザジャイロであって、
昇圧整流回路を具備し、
上記昇圧整流回路は上記ディザ機構を自励発振させるための自励発振制御回路中のフィードバック信号を用いて上記レーザ光を発振させるための放電維持用高電圧を生成することを特徴とするリングレーザジャイロ。
【請求項５】
右回り及び左回りのレーザ光を発振させるキャビティに、機械的に回転振動を与えるディザ機構が取り付けられているリングレーザジャイロであって、
第１及び第２の昇圧整流回路を具備し、
上記第１の昇圧整流回路は上記ディザ機構を自励発振させるための自励発振制御回路中のフィードバック信号を用いて上記レーザ光を発振させるための放電開始用高電圧を生成し、
上記第２の昇圧整流回路は上記フィードバック信号を用いて上記レーザ光を発振させるための放電維持用高電圧を生成することを特徴とするリングレーザジャイロ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は運動体の慣性空間に対する回転運動を、閉じた光路内に右回り及び左回りに発振するレーザ光の発振周波数差として検出するリングレーザジャイロに関し、特にディザ機構を備えたリングレーザジャイロに関する。
【背景技術】
【０００２】
リングレーザジャイロは例えば角速度、角度の計測や方位計測、ジャイロコンパス、慣性航法装置等に用いられている。図４はこのようなリングレーザジャイロの従来構成の一例を示したものである。
【０００３】
リングレーザジャイロは放電及びレーザ発振用のキャビティ１１内に封入されたガスに対して、キャビティ１１に取り付けられた陰極１２と陽極１３，１４間に電圧を印加し、電流を流すことによりキャビティ１１内に放電現象を発生させる。放電が発生すると、放電部分に発振ゲインが得られ、キャビティ１１内にレーザ光が発振する。
【０００４】
キャビティ１１内に封入されたガスを放電させるためには、定常的に電流を流すための高電圧と、放電を開始させるための高電圧が必要となる。このため、リングレーザジャイロでは例えば外部より放電維持用の高電圧及び放電開始用の高電圧の供給を受けるか、あるいは図４に示した例のように放電維持用の高電圧を発生する放電用電源１５と放電開始用の高電圧を発生する放電開始電圧用電源１６をパッケージに内蔵するといった構成を採用している。図４中、１７，１８は整流器を示す。なお、放電用電源１５及び放電開始電圧用電源１６のうち、一方のみ内蔵し、他方は外部から供給を受けるといった構成を採用する場合もある。
【０００５】
発振状態となったキャビティ１１内ではレーザ光反射用の３個のミラー２１〜２３によって構成されたリング状光路２４に互いに反対方向に進行する右回りのレーザ光２５と左回りのレーザ光２６が発振する。この状態でリング状光路２４に回転運動が印加されると、右回りのレーザ光２５と左回りのレーザ光２６には入力された角速度に応じて発振周波数に差が生じる。リングレーザジャイロはこの右回りと左回りのレーザ光２５，２６の発振周波数差が慣性空間に対するリング状光路２４の回転角速度の関数となることを利用して入力角速度を検出する。
【０００６】
レーザ光反射用の３個のミラー２１〜２３のうち、ミラー２１は微小な光が外部に透過するように構成されており、このミラー２１を通し、右回りのレーザ光２５及び左回りのレーザ光２６の各一部はキャビティ１１の外へ取り出される。取り出された右回りのレーザ光２５は直角プリズム２７により反射され、光路変換されて左回りのレーザ光２６と干渉させられ、発振周波数の違いにより発生する干渉縞をフォトセンサ２８上に作る。フォトセンサ２８により検出された干渉縞信号は信号処理回路２９に入力され、信号処理回路２９において角速度信号に変換される。なお、図４中、３１，３２はそれぞれミラー２２，２３を変位させ、光路長を制御するためのアクチュエータを示す。
【０００７】
このようなリングレーザジャイロにおいて、実用上問題となる現象の一つに、ロックインと呼ばれる低角速度入力に対する不感現象がある。ロックイン現象は入力角速度が微小な領域で、ある閾値（ロックインレート）を境に、それ以下の角速度入力では右回り及び左回りのレーザ光２５，２６の発振周波数が同一になってしまい、入力角速度を検出することができなくなる現象である。
【０００８】
このロックイン現象をなくすことは原理的に不可能であるため、リングレーザジャイロではセンサの入力軸回りに機械的に回転方向の振動を与え、常に角速度を印加しておくことでロックイン現象による不感帯領域の滞留時間を最小限にし、ロックイン現象の影響を最小限に抑える工夫がなされている。図４に示したリングレーザジャイロではキャビティ１１の中央に回転振動発生手段としてディザ機構３３が取り付けられ、このディザ機構３３が駆動されることにより、リング状光路２４に入力軸回りの回転振動が機械的に与えられるものとなっている（例えば、特許文献１参照）。
【０００９】
図５は図４におけるディザ機構３３を拡大して示したものであり、ディザ機構３３は回転振動する円筒状の可動部３４と、その可動部３４の軸心から放射状に延伸して可動部３４に至る３本の梁３５と、軸心位置においてこれら梁３５と連結された固定部３６とを備えている。固定部３６は例えばシャーシ（図示せず）等へ取り付け固定される。
【００１０】
各梁３５の両側面には圧電素子３７が取り付けられており、圧電素子３７に交番電圧を印加し、梁３５を変形させることによって可動部３４の回転振動を励起することができる。回転振動が発生している状態では、梁３５は図５中、破線で示したように変形する。
【００１１】
図４に示したリングレーザジャイロではディザ機構３３は自励発振により振動するものとなっている。３本の梁３５に取り付けられた計３対の圧電素子３７のうち、２対は駆動用（振動励起用）に使用され、残りの１対はディザ機構３３の振動状態のモニタ用に使用されている。圧電素子３７は自励発振制御回路３８によって駆動制御される。図４では駆動用の圧電素子の符号を３７１とし、モニタ用の圧電素子の符号を３７２としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００７−１１４１３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
ところで、ロックイン現象が発生した状態で、即ち右回りのレーザ光と左回りのレーザ光の発振周波数差がない状態で、数秒〜数十秒以上、レーザ発振が持続すると、レーザ光反射用のミラーに恒久的な損傷が発生し、リングレーザジャイロの性能が悪化するといった問題がある。
【００１４】
上述したように、ディザ機構を備え、ディザ機構により入力軸回りの回転振動を印加している場合は、ロックイン現象が発生している状態の滞留時間を最小限に抑えることができるため、このようなロックイン現象によるミラーの損傷を回避することができる。
【００１５】
従って、リングレーザジャイロではロックイン現象の影響の低減と共に、ミラー保護のため、始動（レーザ発振の開始）に遅れることなく、入力軸回りの回転振動の印加を開始し、運用中は一時も欠かすことなく、回転振動を印加し続ける必要がある。
【００１６】
このため、従来においては回転振動が停止することのないように、回転振動を印加するディザ機構や回路（自励発振制御回路）を十分信頼性の高いものとしていた。また、万が一、回転振動が停止した場合にはリングレーザジャイロを停止する（放電を停止する）ように、複雑なインターロック手段を組み込むといったことも行われていた。
【００１７】
しかしながら、信頼性を高めても故障する確率がゼロになる訳ではないため、回転振動が停止し、ミラーに恒久的な損傷が発生するリスクを抱えている。また、インターロック手段を組み込んだ場合もインターロック手段が故障する可能性があり、ミラーが損傷するリスクがなくなる訳ではない。従って、従来のリングレーザジャイロではロックイン現象によりミラーが損傷する可能性を排除できないといった問題を抱えていた。
【００１８】
この発明の目的はこの問題に鑑み、ロックイン現象によるミラーの損傷を確実に回避することができるようにしたリングレーザジャイロを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
請求項１の発明によれば、右回り及び左回りのレーザ光を発振させるキャビティに、機械的に回転振動を与えるディザ機構が取り付けられているリングレーザジャイロは、昇圧整流回路を具備し、昇圧整流回路はディザ機構に取り付けられている圧電素子が発生する電圧を用いてレーザ光を発振させるための放電維持用高電圧を生成する。
【００２０】
請求項２の発明によれば、右回り及び左回りのレーザ光を発振させるキャビティに、機械的に回転振動を与えるディザ機構が取り付けられているリングレーザジャイロは、第１及び第２の昇圧整流回路を具備し、第１の昇圧整流回路はディザ機構に取り付けられている圧電素子が発生する電圧を用いてレーザ光を発振させるための放電開始用高電圧を生成し、第２の昇圧整流回路は上記圧電素子が発生する電圧を用いてレーザ光を発振させるための放電維持用高電圧を生成する。
【００２１】
請求項３の発明では請求項１又は２の発明において、上記圧電素子はディザ機構の振動状態をモニタするために取り付けられている圧電素子とされる。
【００２２】
請求項４の発明によれば、右回り及び左回りのレーザ光を発振させるキャビティに、機械的に回転振動を与えるディザ機構が取り付けられているリングレーザジャイロは、昇圧整流回路を具備し、昇圧整流回路はディザ機構を自励発振させるための自励発振制御回路中のフィードバック信号を用いてレーザ光を発振させるための放電維持用高電圧を生成する。
【００２３】
請求項５の発明によれば、右回り及び左回りのレーザ光を発振させるキャビティに、機械的に回転振動を与えるディザ機構が取り付けられているリングレーザジャイロは、第１及び第２の昇圧整流回路を具備し、第１の昇圧整流回路はディザ機構を自励発振させるための自励発振制御回路中のフィードバック信号を用いてレーザ光を発振させるための放電開始用高電圧を生成し、第２の昇圧整流回路は上記フィードバック信号を用いてレーザ光を発振させるための放電維持用高電圧を生成する。
【発明の効果】
【００２４】
この発明によれば、回転振動が停止している状態ではレーザ光は発振せず、よってロックイン現象によるミラーの損傷を確実に回避することができ、ミラー損傷による性能悪化を解消することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】この発明によるリングレーザジャイロの第１の実施例の構成を説明するための図。
【図２】この発明によるリングレーザジャイロの第２の実施例の構成を説明するための図。
【図３】この発明によるリングレーザジャイロの第３の実施例の構成を説明するための図。
【図４】リングレーザジャイロの従来構成例を説明するための図。
【図５】ディザ機構の詳細を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、この発明の実施形態を図面を参照して実施例により説明する。
【００２７】
図１はこの発明によるリングレーザジャイロの第１の実施例の構成を示したものであり、図４と対応する部分には同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００２８】
この例ではリングレーザジャイロは第１の昇圧整流回路４１と第２の昇圧整流回路４２とを具備するものとされ、これら昇圧整流回路４１，４２はキャビティ１１に取り付けられている陰極１２及び陽極１３，１４に図１に示したようにそれぞれ接続されている。
【００２９】
昇圧整流回路４１，４２にはディザ機構３３に取り付けられている振動状態モニタ用の圧電素子３７２の出力がそれぞれ入力される。圧電素子３７２には回転振動により歪むことによって交流電圧が発生し、昇圧整流回路４１はこの圧電素子３７２が発生する交流電圧を用いてレーザ光を発振させるための放電開始用高電圧を生成する。一方、昇圧整流回路４２は圧電素子３７２が発生する交流電圧を用いてレーザ光を発振させるための放電維持用高電圧を生成する。
【００３０】
昇圧整流回路４１によって生成された放電開始用高電圧は始動時に陰極１２と陽極１３，１４間に印加され、これによりキャビティ１１内に封入されたガスは電離され、プラズマ状態へと移行される。そして、昇圧整流回路４２によって放電維持用高電圧が陰極１２と陽極１３，１４間に流されることにより放電が開始・維持され、リング状光路２４に右回りのレーザ光２５と左回りのレーザ光２６が発振する状態となる。
【００３１】
このように、この例ではディザ機構３３に取り付けられている圧電素子３７２が発生する電圧を用いて放電開始用高電圧及び放電維持用高電圧を生成し、レーザ光を発振させるものとなっており、つまり回転振動が発生しないと放電開始用高電圧及び放電維持用高電圧も発生しないものとなっている。
【００３２】
従って、例えばリングレーザジャイロの起動時において、ディザ機構３３による回転振動発生前にレーザ発振が開始することは起こりえず、また回転振動が停止した場合には放電維持用高電圧の停止により、レーザ発振も同時に停止するものとなっている。これにより、この例によれば回転振動が停止している状態でレーザ発振するといった状態は起こりえず、よってロックイン現象によるミラーの損傷を確実に回避することができる。
【００３３】
次に、図２に示したこの発明によるリングレーザジャイロの第２の実施例について説明する。
【００３４】
図１に示した第１の実施例ではディザ機構３３に取り付けられている振動状態モニタ用の圧電素子３７２の出力を昇圧整流回路４１，４２に入力するものとなっており、つまり振動状態モニタ用の圧電素子と放電開始用高電圧、放電維持用高電圧生成用の圧電素子を共通化しているのに対し、第２の実施例では振動状態モニタ用の圧電素子と放電開始用高電圧、放電維持用高電圧生成用の圧電素子を別個としたものである。
【００３５】
この場合、ディザ機構３３に取り付けられている３対の圧電素子は、駆動用、モニタ用及び放電開始用高電圧・放電維持用高電圧生成用に各１対ずつ使用される。図２では放電開始用高電圧・放電維持用高電圧生成用の圧電素子の符号を３７３としている。３対の圧電素子をこのように使用することもできる。
【００３６】
図３はこの発明によるリングレーザジャイロの第３の実施例の構成を示したものであり、この例では圧電素子が発生する電圧を用いるのではなく、自励発振制御回路３８中のフィードバック信号を用いて放電開始用高電圧及び放電維持用高電圧を生成するものとなっている。
【００３７】
自励発振制御回路３８から取り出されたフィードバック信号（交流信号）は昇圧整流回路４１，４２にそれぞれ入力され、昇圧整流回路４１，４２はこのフィードバック信号を昇圧することにより、放電開始用高電圧及び放電維持用高電圧をそれぞれ生成する。このような構成によってもディザ機構３３の作動（回転振動の発生）とレーザ発振を連動させることができ、ロックイン現象によるミラーの損傷を確実に回避することができる。
【００３８】
以上説明した実施例ではいずれも放電開始用高電圧を生成する昇圧整流回路４１と放電維持用高電圧を生成する昇圧整流回路４２とを具備し、つまり圧電素子が発生する電圧あるいは自励発振制御回路３８中のフィードバック信号を用いて放電開始用高電圧と放電維持用高電圧の両者を生成するものとなっているが、ロックイン現象によるミラーの損傷を回避すべく、回転振動が停止している状態での放電を停止させ、レーザ発振を停止させるためには少なくとも圧電素子が発生する電圧あるいは自励発振制御回路３８中のフィードバック信号を用いて放電維持用高電圧を生成する昇圧整流回路４２があればよい。従って、放電開始用高電圧は外部から供給を受けたり、あるいは放電開始用の高電圧を発生する電源を用いるものとすることもできる。
【００３９】
また、ディザ機構３３には３対の圧電素子が取り付けられているが、図１に示した第１の実施例の構成及び図３に示した第３の実施例の構成では圧電素子を２対とすることもでき、つまり駆動用の圧電素子３７１を１対としてもよい。この場合、部品点数を削減でき、その分、低価格化を図ることができる。
【００４０】
なお、例えば上述した第１及び第２の実施例のように、圧電素子が発生する電圧を昇圧する２つの昇圧整流回路４１，４２を具備する構成とすれば、従来のように外部から放電維持用の高電圧及び放電開始用の高電圧の供給を受けたり、あるいは電源をパッケージに内蔵するといった構成に対し、以下のような利点を得ることができる。
【００４１】
即ち、外部より高電圧の供給を受ける場合は、高電圧（放電開始電圧：数ｋＶ）に耐える外部接続端子や外部との高圧配線が必要となり、高価になってしまう。さらに、リングレーザジャイロが航空機等で使用される場合は気圧の低下により高電圧部分で放電が生じやすくなるため、気密構造を有する高圧コネクタ等、高価な部品がさらに必要となる。また、高圧配線の引き回し等、取り付けに関して制約を受け、さらにはリングレーザジャイロを使用する上位側のシステム等に高電圧を供給するための電源が必要となり、このような点から非常に使い勝手の悪いものとなっていたのに対し、これらの問題を解消することができ、使い勝手の向上及び低価格化を図ることができる。
【００４２】
また、電源を内蔵する場合は、供給される電源電圧（例えば、１５Ｖ等）から放電開始電圧までの昇圧が必要となり、トランス等の大きな素子が必要で小型化、低価格化の点で問題となっていたのに対し、圧電素子では高い電圧（例えば、数１００Ｖ）が得られるため、トランス等の大きな素子を使用することなく、倍電圧回路やコッククロフト・ウォルトン回路等の昇圧整流回路のみで放電開始電圧や放電維持用の高電圧を生成することが可能となり、よって小型化、低価格化を図ることができる。
【符号の説明】
【００４３】
１１  キャビティ                        ２８  フォトセンサ
１２  陰極                              ２９  信号処理回路
１３，１４  陽極                        ３１，３２  アクチュエータ
１５  放電用電源                        ３３  ディザ機構
１６  放電開始電圧用電源                ３４  可動部
１７，１８  整流器                      ３５  梁
２１，２２，２３  ミラー                ３６  固定部
２４  リング状光路                      ３７，３７１，３７２，３７３  圧電素子
２５  右回りのレーザ光                  ３８  自励発振制御回路
２６  左周りのレーザ光                  ４１，４２  昇圧整流回路
２７  直角プリズム
【図１】
2011158290.tif 000003
【図２】
2011158290.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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