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JPH0552574A - Path-length control assembly for ring laser gyroscope - Google Patents

Path-length control assembly for ring laser gyroscope

Info

Publication number
JPH0552574A
JPH0552574A JP20028291A JP20028291A JPH0552574A JP H0552574 A JPH0552574 A JP H0552574A JP 20028291 A JP20028291 A JP 20028291A JP 20028291 A JP20028291 A JP 20028291A JP H0552574 A JPH0552574 A JP H0552574A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
mirror
path length
transducer
backing plate
control assembly
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP20028291A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
R Fallafani Sherlock
アール.フアラハーニ シヤーロツク
M Terrani Mohammed
エム.テラニ モハメツド
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Northrop Grumman Guidance and Electronics Co Inc
Original Assignee
Litton Systems Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Litton Systems Inc filed Critical Litton Systems Inc
Priority to JP20028291A priority Critical patent/JPH0552574A/en
Publication of JPH0552574A publication Critical patent/JPH0552574A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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  • Gyroscopes (AREA)

Abstract

PURPOSE: To simplify structure by equipping an assembly providing a mirror or the like having a film bent in the axial direction and a backing plate for driving the mirror, the film and the like and supporting and driving a transducer. CONSTITUTION: The basic elements of a path length control assembly 70 support a mirror housing 74 and a transducer to function as a driver, and have a backing plate 76 sandwiched between piezoelectric elements 78, 80. The element 78 has an inside annulus 77 for receiving a mirror column 75 of the housing 74. These elements 78, 80 are connected to the front face and the rear face of the plate 76. The housing 74 supports a mirror surface 84 and functions as a film surface 82, which is a mirror base plate for the mirror surface 84. The all elements (for instance, housing 74 or the like) for constituting the assembly 70 except for the elements 78, 80 uses the same material having a relatively low thermal expansion coefficient so that influence of different thermal expansion is reduced. The assembly 70 can operate over a wide temperature range.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はリング レーザー ジャ
イロスコープのための経路長コントローラ、より詳細に
は、改良及び簡素化された経路長制御アセンブリーに関
する。
FIELD OF THE INVENTION This invention relates to path length controllers for ring laser gyroscopes, and more particularly to improved and simplified path length control assemblies.

【0002】[0002]

【従来の技術】リング レーザー ジャイロスコープ
(Ring LaserGyroscope)は、機械的慣性ジャイロスコ
ープの論理的代替として開発された。サグナック効果
(Sagnac Effect)の原理に基づくと、理想的には、リン
グ レーザー ジャイロスコープは最少の移動パーツを
持ち、非常に高精度の回転検出を可能とする。当初のモ
デルにおいては、リング レーザー ジャイロスコープ
は、少なくとも二つの反対方向に伝播する電磁波(例え
ば、光)を持ち、これが光学リング空洞内において発振
するような設計を持つ。この理想リング レーザー ジ
ャイロスコープが静止しているときは、センサーによっ
て回転は示されない。レーザー ジャイロスコープのリ
ング空洞が中心軸の回りを回転すると、この反対方向に
伝播する波がビート周波数を生成する。特性ロック イ
ン ゾーンより十分に上においては、ビート周波数と基
準の慣性フレームに対するジャイロスコープの回転速度
との間にある線型関係が確立される。
BACKGROUND OF THE INVENTION The Ring Laser Gyroscope was developed as a logical alternative to mechanical inertial gyroscopes. Based on the Sagnac Effect principle, ideally a ring laser gyroscope has the least moving parts and allows very precise rotation detection. In the original model, the ring laser gyroscope has a design such that it has at least two counter-propagating electromagnetic waves (eg, light) that oscillate in an optical ring cavity. When this ideal ring laser gyroscope is stationary, no rotation is indicated by the sensor. When the ring cavity of a laser gyroscope rotates about its central axis, the waves propagating in the opposite direction produce beat frequencies. Well above the characteristic lock-in zone, a linear relationship is established between the beat frequency and the rotational speed of the gyroscope with respect to the reference inertial frame.

【0003】実際のリング レーザー ジャイロスコー
プは、ビート周波数とジャイロスコープの回転速度との
間の理想的な線型関係を達成するための様々な調節機構
を必要とする。この理想のリング ジャイロスコープ
は、回転速度に比例するビートノートを特性とするが、
この2モード プレーナー リング レーザー ジャイ
ロスコープは、逆方向に伝播する波が低回転速度にてロ
ッキングすることを阻止するための速度バイアシングあ
るいは機械ディザリングを必要とする。モードロッキン
グは、低回転速度における主要な克服されるべき問題で
あり、ここでは、リング レーザー ジャイロスコープ
がデバイスが回転してないという偽り指標を生成する。
リング レーザー ジャイロスコープの回転速度がロッ
ク インが起こる速度よりも上の値で開始それ、その後
減速された場合、ビーム間の周波数差が、ある入力速度
において消失する。ロック インは、ビーム間の光の結
合から発生する。2モード ジャイロスコープ内の光の
反対方向に伝播するモードのロック イン効果を克服す
るための効果的な手段は、ミラーあるいはジャイロスコ
ープの本体を機械的にディザーすることである。
Practical ring laser gyroscopes require various adjustment mechanisms to achieve an ideal linear relationship between beat frequency and gyroscope rotational speed. This ideal ring gyroscope features beat notes that are proportional to rotational speed,
This two-mode planar ring laser gyroscope requires velocity biasing or mechanical dithering to prevent counter-propagating waves from locking at low rotational speeds. Mode locking is a major problem to overcome at low rotational speeds, where the ring laser gyroscope produces a false indication that the device is not rotating.
If the rotational speed of the ring laser gyroscope starts at a value above the speed at which lock-in occurs and is then decelerated, the frequency difference between the beams disappears at some input speed. Lock-in results from the coupling of light between the beams. An effective means to overcome the lock-in effect of the counter-propagating modes of light in a two-mode gyroscope is to mechanically dither the mirror or gyroscope body.

【0004】これに加えて、ジャイロスコープの光学経
路長を共振空洞が原子スペクトル利得曲線の中央にて動
作することを確保するために制御及び監視することが必
要である。多様なアプリケーションのために、リング
レーザー ジャイロスコープは、広い温度レンジ、例え
ば、−55℃から+75℃のレンジにて動作することが
要求される。ジャイロスコープのアクティブ利得領域に
よって放射するレーザー光線は、リング レーザーの回
りを少なくとも三つのミラーの表面からの反射によって
伝播するために、フレームの熱膨張が空洞共振波長に大
きな変化を与える。従って、ジャイロスコープの全ての
検出用計器要素がそれに対して調節される空洞の基本共
振を保存するためにジャイロスコープ リング共振器の
光学経路長を変化させるための経路長制御機構を提供す
ることが必要である。
In addition to this, it is necessary to control and monitor the optical path length of the gyroscope to ensure that the resonant cavity operates in the center of the atomic spectral gain curve. Rings for diverse applications
The laser gyroscope is required to operate in a wide temperature range, for example, a range of -55 ° C to + 75 ° C. The laser beam emitted by the active gain region of the gyroscope propagates around the ring laser by reflection from the surfaces of at least three mirrors, so that thermal expansion of the frame causes a large change in the cavity resonant wavelength. Therefore, it is possible to provide a path length control mechanism for changing the optical path length of the gyroscope ring resonator to preserve the fundamental resonance of the cavity to which all the sensing instrument elements of the gyroscope are tuned. is necessary.

【0005】ミラー間の光学空洞経路を支持するモノリ
シック フレームを製造するために低膨張率ガラス材料
が使用された場合でも、リング レーザー ジャイロス
コープの経路長は、温度が変化したとき経路長の大きな
変化を受ける。この変化は、ガス状アクティブ媒体、例
えば、ヘリウム−ネオン混合物によって生成される光の
共振周波数において、5波長あるいはそれ以上の大きさ
に相当する。アクティブ経路長制御システムにおいて
は、熱による膨張及び収縮に起因する経路長の変化は、
検出エレクトロニクスによって監視され、一つあるいは
複数の圧電トランスジューサーをドライブするためのフ
ィードバック情報を提供する。
Even when low expansion glass materials are used to fabricate the monolithic frame that supports the optical cavity path between the mirrors, the path length of a ring laser gyroscope changes significantly when the temperature changes. Receive. This change corresponds to a magnitude of 5 wavelengths or more at the resonant frequency of the light produced by the gaseous active medium, eg the helium-neon mixture. In an active path length control system, changes in path length due to thermal expansion and contraction are
It is monitored by the detection electronics and provides feedback information for driving one or more piezoelectric transducers.

【0006】経路長制御アセンブリーのもう一つの重要
な機能は、リング レーザー空洞の共振周波数を利得媒
体の不均一ラインのピークあるいは中央に保持すること
である。利得曲線のピークからの共振周波数の逸脱に起
因する分散効果によって、二つの反対方向に伝播する光
線が異なる屈折率、及び結果としての光学経路長を示
し、これが偽りのジャイロ出力、つまり、バイアスを与
えることは当業者においては周知である。さらに、この
バイアスは、温度に依存するのに加えて、この大きさが
空洞共振周波数と利得ライン センターとの間の制御で
きなかったオフセットに依存して変化するために高度に
エラスティックである。
Another important function of the path length control assembly is to keep the resonant frequency of the ring laser cavity at the peak or center of the nonuniform line of the gain medium. Due to the dispersion effect caused by the deviation of the resonant frequency from the peak of the gain curve, the two counter-propagating rays exhibit different refractive indices, and the resulting optical path length, which causes a false gyro output, or bias. Providing is well known to those skilled in the art. Furthermore, in addition to being temperature dependent, this bias is highly elastic because its magnitude varies depending on the uncontrolled offset between the cavity resonant frequency and the gain line center.

【0007】先行技術の図1の(A)及び(B)に示さ
れるように、光学経路長を保存するということは、原子
スペクトル共振利得プロファイル10の利得センター
ライン12が最大強度のポイントにおいて、この曲線の
中央に来るべきであることを意味する。様々な温度を通
じてこのセッティングを保持するために、圧電トランス
ジューサー駆動ミラー アセンブリー16及び18が図
1の(A)に示されるようにリング レーザー光学経路
20の経路長の変化を補償するために軸方向に移動する
よう電気的に起動される。光の強度検出器22及び24
が回転を検出するために固定ミラー26及び28の両側
に位置される。個々のトランスジューサー駆動ミラー
アセンブリー16及び18は、フレキシブルの金環表面
あるいはドライバーにこれらの反射表面の軸方向の反り
を達成するために取り付けられた圧電アクチュエーター
を含む。
As shown in the prior art FIGS. 1A and 1B, preserving the optical path length means gain center of the atomic spectral resonance gain profile 10.
This means that line 12 should come to the center of this curve at the point of maximum intensity. In order to hold this setting through various temperatures, the piezoelectric transducer driven mirror assemblies 16 and 18 are axially oriented to compensate for changes in path length of the ring laser optical path 20 as shown in FIG. It is electrically activated to move to. Light intensity detectors 22 and 24
Are positioned on either side of fixed mirrors 26 and 28 to detect rotation. Individual transducer driven mirror
Assemblies 16 and 18 include piezoelectric actuators mounted on a flexible annulus surface or driver to achieve axial bowing of these reflective surfaces.

【0008】今日に至るまでに、経路長制御アセンブリ
ー、例えば、図1の(A)のアセンブリー16及び18
に対する様々なスキームが提案されている。経路長コン
トローラに対するこれら設計の中には、1989年4月
25日付けにてバットラー(Butler)に交付された合衆国
特許第4,824,253号(本発明と同一の譲受人に
よって所有);1989年8月29日にリジャング(Lju
ng)らに交付された合衆国特許第4,861,161
号;1987年9月1日にリジャングに交付された合衆
国特許第4,691,323号、及び1980年7月9
日にリジャング及びウイリアムスに交付されたUK特許
GB2,037,455号において開示される設計があ
る。リジャングに交付された合衆国特許第4,861,
161号は、PLCアセンブリーの設計におけるミラー
の傾斜を最少にするために特定の技術を開示する。
To date, path length control assemblies, such as assemblies 16 and 18 of FIG. 1A, have been used.
Various schemes for are proposed. Some of these designs for path length controllers include US Pat. No. 4,824,253 issued to Butler on April 25, 1989 (owned by the same assignee as the present invention); 1989. Rejugation (Lju
U.S. Pat. No. 4,861,161 issued to
U.S. Pat. No. 4,691,323 issued to Rejang on Sep. 1, 1987, and Jul. 9, 1980.
There is a design disclosed in UK patent GB 2,037,455 issued to ReJang and Williams on the day. United States Patent No. 4,861, issued to Rejang
No. 161 discloses a particular technique for minimizing mirror tilt in the design of PLC assemblies.

【0009】図2には、先行技術による経路長制御アセ
ンブリーの複雑な構造の一例が示される。経路長コント
ローラ ミラー アセンブリー30は、図示されるよう
に、ミラー44を支持する膜タイプのミラー ハウジン
グ38を含むが、このミラーは、光学経路内の光をその
表面から反射するようにジャイロスコープフレーム40
の方を向くように位置される。ハウジング38は外側シ
リンダー34及び中央ミラー柱36を持つ。ミラー柱3
6の金環表面48及びハウジング38の外側金環表面5
2は、円形バッキング プレート32と水平にされる。
円形バッキング プレート32は、ミラー ハウジング
38とドライバー本体50との間に挾まれる。ドライバ
ー本体はドライバー柱54を含むが、これは、空洞長制
御アセンブリーの起動の際に、ドライバー柱の表面56
を42にて示される方向に沿って軸方向に移動させる。
ドライバー柱54のこの軸方向の移動は、ミラー柱36
によるフレキシブルなミラー膜46に対する軸方向の移
動を起こさせ、これによって、ミラー44が休止位置と
反った位置44’(破線にて示される)との間で軸方向
に移動することができるようにされる。ドライバー本体
50は、外側表面58を持つが、これはバッキング プ
レート32の裏側と水平にされる。
FIG. 2 shows an example of the complex structure of a path length control assembly according to the prior art. Path length controller mirror assembly 30 includes a membrane-type mirror housing 38 that supports a mirror 44, as shown, which mirror gyroscope frame 40 to reflect light in the optical path from its surface.
It is located so as to face. The housing 38 has an outer cylinder 34 and a central mirror post 36. Mirror pillar 3
6 annulus surface 48 and housing 38 outer annulus surface 5
2 is level with the circular backing plate 32.
The circular backing plate 32 is sandwiched between the mirror housing 38 and the driver body 50. The driver body includes a driver post 54 which, upon activation of the cavity length control assembly, provides a driver post surface 56.
Is moved axially along the direction indicated by 42.
This axial movement of the driver post 54 causes the mirror post 36 to move.
Causes an axial movement relative to the flexible mirror membrane 46 to allow the mirror 44 to move axially between a rest position and a warped position 44 '(shown in dashed lines). To be done. The driver body 50 has an outer surface 58, which is level with the backside of the backing plate 32.

【0010】二つの圧電要素60及び62がドライバー
本体50の後ろ端の両側に位置する。これら要素は、通
常、バイメタルかバイモーリック材料であり、これらが
電気端子64及び66を通じてこれに電圧を加えること
によって交互に分極されると、ドライバー本体50及び
ドライバー柱54は、軸方向42に、必要に応じて前後
に、ドライバー本体50の中心軸に沿って移動する。こ
の移動は、結果として、バッキング プレートを新たな
位置68に移動させ、ミラー ハウジング38の振動膜
46を新たな位置72に移動させるが、これらの全ては
結果として、ミラー表面44を44’に向けて要求され
るよう軸方向に移動させる。先行技術の図2に示される
ように、別個のドライバー本体50を含む複雑な構造が
正常に動作するバランスされた経路長制御アセンブリー
を達成するために必要とされる。このような構造の複雑
さは、ミラー44を軸方向42にドライブする必要性、
及びドライバー50がアセンブリー30のダイナミック
対称性を不安定にすることを回避するための二つの目的
から要求される。ただし、経路長コントローラが複雑で
あればある程、ジャイロスコープの設計及び製造はコス
トが高くなる。
Two piezoelectric elements 60 and 62 are located on opposite sides of the rear end of the driver body 50. These elements are typically bimetallic or bimodal materials, and when they are alternately polarized by applying a voltage to them through electrical terminals 64 and 66, driver body 50 and driver post 54 are required in axial direction 42. Accordingly, the driver body 50 is moved back and forth along the central axis of the driver body 50. This movement results in moving the backing plate to the new position 68 and moving the vibrating membrane 46 of the mirror housing 38 to the new position 72, all of which result in the mirror surface 44 being directed toward 44 '. And move it axially as required. As shown in prior art FIG. 2, a complex structure including a separate driver body 50 is required to achieve a properly operating balanced path length control assembly. The complexity of such construction requires the drive of the mirror 44 in the axial direction 42,
And the driver 50 is required for two purposes to avoid destabilizing the dynamic symmetry of the assembly 30. However, the more complex the path length controller, the more costly it is to design and manufacture the gyroscope.

【0011】必要とされるのは、先行技術による経路長
コントローラーよりも少ない部品から成り、しかも性能
を犠牲にしない経路長コントローラ アセンブリーを製
造するための単純なアプローチである。ここでは、軸方
向に反ることができる膜を含むミラー ハウジング上に
搭載された(あるいはこの一部を成す)ミラーを含むリ
ング レーザー ジャイロスコープに対する経路長コン
トローラーアセンブリーが開示される。ミラー ハウジ
ングは、また、その反ることが可能な膜に接合されたミ
ラー柱を含む。このミラー ハウジングは、バッキング
プレートと水平に位置される。このバッキング プレ
ートは、電子入力信号に応答してこのバッキング プレ
ートを軸方向に反らすためのバッキング プレートに搭
載され、またこれによって支持される少なくとも一つの
トランスジューサーを持つ。この様にして、このバッキ
ング プレートは、圧電トランスジューサー要素及びミ
ラー ハウジングを支持する機能を持つと同時に、ミラ
ー柱を通じてこの膜及び反射ミラーをドライブする機能
を持つ。こうして、このバッキング プレートは、圧電
要素のバイモーヒック効果に起因してトランスジューサ
ーを支持すること及びミラー柱を軸方向にドライブする
ことの二重の機能を持つ。
What is needed is a simple approach for manufacturing a path length controller assembly that consists of fewer components than the prior art path length controllers and does not sacrifice performance. Disclosed herein is a path length controller assembly for a ring laser gyroscope that includes a mirror mounted on (or forming a part of) a mirror housing that includes an axially deflectable membrane. The mirror housing also includes a mirror post bonded to the deflectable membrane. The mirror housing is located horizontally with the backing plate. The backing plate has at least one transducer mounted on and supported by the backing plate for axially deflecting the backing plate in response to an electronic input signal. In this way, the backing plate has the function of supporting the piezoelectric transducer element and the mirror housing, as well as driving the film and the reflecting mirror through the mirror post. Thus, this backing plate has the dual function of supporting the transducer and axially driving the mirror column due to the bimorphic effect of the piezoelectric element.

【0012】このトランスジューサー要素は、通常、ペ
アのトランスジューサーから成るが、第一のトランスジ
ューサーは、バッキング プレートの片方の側に支持さ
れた平坦なバイモーヒック ディスクであり、第二のト
ランスジューサーは、中央開口を区画する平坦なバイモ
ーヒック リングである。第二のトランスジューサーの
中央開口はミラー ハウジングのミラー柱がバッキング
プレートの片側に挿入されることを許し、一方、バッ
キング プレートの他方の側は第一のトランスジューサ
ーをサポートする。第一及び第二のトランスジューサー
のミラー柱に対する同心性のために経路長制御アセンブ
リーの傾きが最少化される。
This transducer element usually consists of a pair of transducers, the first transducer being a flat bimorphic disk supported on one side of a backing plate and the second transducer being It is a flat bimorphic ring that defines the central opening. The central opening of the second transducer allows the mirror post of the mirror housing to be inserted on one side of the backing plate, while the other side of the backing plate supports the first transducer. The tilt of the path length control assembly is minimized due to the concentricity of the first and second transducers to the mirror post.

【0013】[0013]

【実施例】図3に示されるように、経路長制御アセンブ
リーがリング レーザージャイロスコープの三つあるい
は四つのコーナーの一つの所に位置する。ミラー面84
は光を光学経路87に沿って反射する。この反射面は、
ミラー膜82上に搭載されるが、膜82はミラー ハウ
ジング74の順方向表面を形成する。二重機能を持つバ
ッキング プレート/ドライバー76は、ミラー ハウ
ジング74の裏側端に位置する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT As shown in FIG. 3, a path length control assembly is located at one of the three or four corners of a ring laser gyroscope. Mirror surface 84
Reflects light along the optical path 87. This reflective surface is
Mounted on the mirror membrane 82, the membrane 82 forms the forward surface of the mirror housing 74. A dual function backing plate / driver 76 is located at the back end of the mirror housing 74.

【0014】本発明の経路長制御アセンブリーを構成す
る要素のより詳細な図が図4及び5に示される。図示さ
れるように、経路長制御アセンブリー70の基本要素に
は、ミラー ハウジング74、及びその二重能力におい
てドライバーとして機能し、圧電要素78と80との間
に挾まれたバッキング プレート76が含まれる。この
圧電要素78は、ミラー ハウジング74のミラー柱7
5を受けるための内側金環77を持つ。これら圧電要素
78及び80は、エポキシ セメントを使用して、それ
ぞれ、バッキング プレート/ドライバー76の前面及
び背面に固定し接合される。
A more detailed view of the elements that make up the path length control assembly of the present invention is shown in FIGS. As shown, the basic elements of the path length control assembly 70 include a mirror housing 74 and a backing plate 76 that acts as a driver in its dual capabilities and is sandwiched between piezoelectric elements 78 and 80. .. This piezoelectric element 78 is used for the mirror column 7 of the mirror housing 74.
It has an inner ring 77 for receiving 5. The piezoelectric elements 78 and 80 are fixedly bonded to the front and back of the backing plate / driver 76, respectively, using epoxy cement.

【0015】ミラー ハウジング74は、順方向表面を
含むが、これはミラー表面84を支持し、また膜表面8
2として機能する。この膜表面82はまたミラー表面8
4に対するミラー基板として機能する。ミラー ハウジ
ング74は、外側シリンダー86を持つが、これは、経
路長制御アセンブリー70に対する対称性及びバランス
を与える。
The mirror housing 74 includes a forward surface, which supports the mirror surface 84 and also the membrane surface 8.
Functions as 2. This film surface 82 is also the mirror surface 8.
4 functions as a mirror substrate. The mirror housing 74 has an outer cylinder 86, which provides symmetry and balance to the path length control assembly 70.

【0016】好ましくは、圧電要素78及び80を除い
て、アセンブリー70を構成する全ての要素(例えば、
ミラー ハウジング74及びバッキング プレート/ド
ライバー76)は、異なる熱膨張の影響が減少されるよ
うに同一材料にて製造される。比較的低い熱膨張率を持
つ材料、例えば、Cerit, Zerodur, ULE(超低膨張)
ガラスなどが経路長制御アセンブリー70の製造に最も
望ましい。こうすることにより、アセンブリー70は、
−55℃から少なくとも+75℃までの広い温度レンジ
を通じて動作することが可能となる。
Preferably, all of the elements that make up the assembly 70 (eg, piezoelectric elements 78 and 80) (eg,
The mirror housing 74 and the backing plate / driver 76) are made of the same material so that the effects of different thermal expansions are reduced. Materials with relatively low coefficient of thermal expansion, eg Cerit, Zerodur, ULE (ultra low expansion)
Glass or the like is most desirable for manufacturing the path length control assembly 70. By doing so, the assembly 70 is
It is possible to operate over a wide temperature range from -55 ° C to at least + 75 ° C.

【0017】動作において、電気金環が図示されるよう
に電気配線88A及び88Bに沿って示される。圧電要
素78及び80は、バッキング プレートに最も近い二
つの内側表面が同一の(例えば、負の)荷電を得、同時
に、要素78及び80の外側表面が反対の符号(例え
ば、正の)同一の荷電を得るようにチャージされること
に注意する。こうして、これらが電圧起動されたとき、
圧電要素78及び80は、経路長制御アセンブリー79
の中心軸(図3線4−4)に沿って軸方向に曲がる傾向
を持つ。すると、圧電要素がバッキング プレートを曲
げ、ミラー柱75を軸方向に移動させる。排気穴90が
経路長制御アセンブリー70内の圧力の等化を許すた
め、及び配線88A及び88Bの圧電要素78及び80
から、及びハウジング74の内側から外側表面への通過
を許し、アセンブリー70の外側への電気接続ができる
ように提供される。要求される圧力の等化を達成するた
めにミラー ハウジング74を通じての単一の排気穴の
みが要求されるが(ミラー膜82がアセンブリー70の
軸方向に沿って内側及び外側に移動するため)、一方、
先行技術による設計は、図2に示されるように、ドライ
バー本体50のサイドに少なくとも一つのペアの圧力等
化穴を必要とする。
In operation, an electrical annulus is shown along electrical lines 88A and 88B as shown. Piezoelectric elements 78 and 80 have the two inner surfaces closest to the backing plate get the same (eg, negative) charge, while the outer surfaces of elements 78 and 80 have the same opposite sign (eg, positive). Note that it is charged to get the charge. Thus, when they are voltage activated,
Piezoelectric elements 78 and 80 include a path length control assembly 79.
Has a tendency to bend in the axial direction along the central axis (4-4 in FIG. 3). Then, the piezoelectric element bends the backing plate and moves the mirror column 75 in the axial direction. Exhaust holes 90 allow pressure equalization within path length control assembly 70, and piezoelectric elements 78 and 80 of wires 88A and 88B.
To allow passage from the inside to the outside surface of the housing 74 and to provide electrical connection to the outside of the assembly 70. Although only a single vent hole is needed through the mirror housing 74 to achieve the required pressure equalization (as the mirror membrane 82 moves in and out along the axial direction of the assembly 70), on the other hand,
The prior art design requires at least one pair of pressure equalization holes on the side of the driver body 50, as shown in FIG.

【0018】ミラー ハウジング74のミラー柱75を
移動させると、反射ミラー表面84がミラー アセンブ
リー70の中心軸に沿って前後に移動し、これによっ
て、アクティブ空洞、あるいは光学経路長の制御が達成
される。以前は、(先行技術の図2の)追加のドライバ
ー本体50が要求される軸方向の移動を達成するために
必要とされたが、本発明ではこれが二重の機能を持つバ
ッキング プレート76、例えば、ドライバー/圧電要
素支持プレートを使用して達成される。この設計は、ド
ライバー本体50の要素を削除できるためにかなりのコ
スト節約を可能とする。
Moving the mirror post 75 of the mirror housing 74 moves the reflective mirror surface 84 back and forth along the central axis of the mirror assembly 70, thereby achieving control of the active cavity, or optical path length. .. Previously, an additional driver body 50 (of prior art FIG. 2) was required to achieve the required axial movement, but in the present invention this is a dual function backing plate 76, eg, , Using a driver / piezoelectric element support plate. This design allows for considerable cost savings because the elements of driver body 50 can be eliminated.

【0019】全ての経路長制御アセンブリーの性能にお
ける特に致命的なエラー源は、ミラーの傾斜、つまり、
垂直軸以外の方向のミラーの移動である。従来の技術
(つまり、リジャング(Ljung)に交付された合衆国特
許第4,861,161号)において示されるように、
このようなミラーの傾斜は、変動する温度下において、
リング レーザー ジャイロスコープ出力のバイアス
シフトを起こす。
A particularly fatal source of error in the performance of all path length control assemblies is the tilt of the mirror, or
Movement of the mirror in a direction other than the vertical axis. As shown in the prior art (i.e., U.S. Pat. No. 4,861,161 issued to Ljung),
The tilt of such a mirror is
Ring laser gyroscope output bias
Cause a shift.

【0020】経路長制御ミラー アセンブリーのミラー
の傾斜をテストするための有効な技術は、“モード走査
(mode scan)”を遂行する方法である。モード走査は、
セルの電圧を経路長制御圧電要素78及び80に加えな
がら、光強度検出器、例えば、図1の(A)の検出器2
2及び24の出力を同時にモニターする方法である。こ
のようなテスト下においては、経路長制御ミラーがこれ
らの最大数の設計モードを通じて移動し、光検出器から
の出力信号の軌跡は、図1の(B)に示されるような曲
線(利得プロフィル)を示す。あるモード走査下におけ
る一連の利得プロフィルの最大値の変化はミラーの傾斜
の指標となる。本発明の経路長制御アセンブリー及びミ
ラーが従来のモード走査法に従ってミラーの傾斜を調べ
るためにテストされた。先行技術(合衆国特許第4,8
61,161号を含む)の教示と全く異なる方法にて、
本発明の経路長制御アセンブリーは、以前の設計と比較
して固有の単純さを持つ。設計のこの単純さ(要素間の
ポイント コンタクトの不在を含む)のために、本発明
のミラーの傾斜のテストは非常にうまくいった。本発明
の教示に従って複数の経路長制御アセンブリーが製造及
びテストされた。二つのこれらアセンブリーがリング
レーザー ジャイロスコープ内に統合され、経路長制御
ミラーの傾斜を調べるためのモード走査テストを含む様
々なジャイロスコープ性能テストが遂行された。これら
テストの結果は、(設計目標内である)7つのモードの
走査を通じて、このモード走査の間に利得プロフィルの
最大値の測定されるような変化がないことを示した。
An effective technique for testing the mirror tilt of a path length control mirror assembly is to perform a "mode scan". Mode scanning is
While applying the cell voltage to the path length control piezoelectric elements 78 and 80, a light intensity detector, such as the detector 2 of FIG.
This is a method of simultaneously monitoring the outputs of 2 and 24. Under such a test, the path length control mirror moves through these maximum number of design modes, and the trajectory of the output signal from the photodetector shows a curve (gain profile) as shown in FIG. ) Is shown. The change in the maximum value of a series of gain profiles under a certain mode scanning is an index of the tilt of the mirror. The path length control assembly and mirrors of the present invention were tested to determine the tilt of the mirror according to conventional modal scanning methods. Prior Art (US Patent Nos. 4,8
61, 161) in a completely different way
The path length control assembly of the present invention has an inherent simplicity compared to previous designs. Because of this simplicity of design, including the absence of point contacts between elements, the tilt testing of the mirrors of the present invention worked very well. Multiple path length control assemblies have been manufactured and tested in accordance with the teachings of the present invention. Two these assemblies are rings
Various gyroscope performance tests were performed, including a mode scan test integrated into the laser gyroscope to check the tilt of the path length control mirror. The results of these tests showed that there was no measurable change in the maximum gain profile during the seven mode scans (which were within the design goals) during this mode scan.

【0021】好ましい実施態様が示されたが、ここに説
明される基本的な教示及び原理を使用する本発明のその
他の等価の実施態様を考えることが可能であり、これら
もこの好ましい実施態様と類似する機能を遂行すること
ができる。例えば、バッキング プレート76の面を横
断して力がバランスして分布するようにさえできれば、
空洞長の制御を達成するために、ミラー ハウジング7
4に対して任意の対称形状を使用することができる。従
って、実質的に等価の機能あるいは構造を持つこれらそ
の他の実施態様も本発明の請求の範囲に入るものであ
る。
While the preferred embodiment has been shown, it is possible to envisage other equivalent embodiments of the invention which use the basic teachings and principles described herein, and which are also preferred. It can perform similar functions. For example, if the forces could be balanced across the surface of the backing plate 76,
In order to achieve control of the cavity length, the mirror housing 7
Any symmetrical shape for 4 can be used. Therefore, these other embodiments having substantially equivalent functions or structures are also included in the scope of the claims of the present invention.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】(A)は先行技術による空洞長制御システムの
動作を図解するためのリングレーザージャイロスコープ
の図面であり、(B)は先行技術によるリング レーザ
ー ジャイロスコープの共振周波数にて動作するジャイ
ロスコープの原子利得媒体曲線を図解するグラフであ
る。
FIG. 1A is a drawing of a ring laser gyroscope for illustrating the operation of a cavity length control system according to the prior art, and FIG. 1B is a gyro operating at the resonance frequency of the ring laser gyroscope according to the prior art. 3 is a graph illustrating the atomic gain medium curve of a scope.

【図2】先行技術による経路長制御アセンブリーの断面
図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view of a path length control assembly according to the prior art.

【図3】本発明のリング レーザー ジャイロスコープ
に対する経路長制御アセンブリーの一つの好ましい実施
態様の斜視図である。
FIG. 3 is a perspective view of one preferred embodiment of a path length control assembly for a ring laser gyroscope of the present invention.

【図4】本発明の経路長制御アセンブリーの図3の線4
−4に沿っての断面図である。
4 is line 4 of FIG. 3 of the inventive path length control assembly.
FIG. 4 is a sectional view taken along line -4.

【図5】図3のデバイスの拡大等角図である。5 is an enlarged isometric view of the device of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

70 経路長制御アセンブリー 74 ミラー ハウジング 75 ミラー柱 76 バッキング プレート 78,80 圧電要素 70 Path Length Control Assembly 74 Mirror Housing 75 Mirror Post 76 Backing Plate 78,80 Piezoelectric Element

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 モハメツド エム.テラニ アメリカ合衆国,91361 カリフオルニア, ウエストレイク ヴイレツジ,ルステイツ ク オーク ドライヴ 31587 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Mohamed M. Terrani United States, 91361 California, Westlake Village, Rusted Oak Drive 31587

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 リング レーザー ジャイロスコープ内
に使用される経路長制御アセンブリーにおいて、該アセ
ンブリーが:軸方向に反ることができる膜を含むミラー
ハウジング上に搭載されたミラー;該反ることができ
る膜に接合されたミラー柱;バッキング プレート;及
び該バッキング プレート上に接合された電子入力信号
に応答して該バッキングプレートを軸方向に反らすため
の少なくとも一つのトランスジューサーを含み;該バッ
キング プレートが該ミラー柱、該膜及び該ミラーをド
ライブし;これによって、該バッキング プレートが該
少なくとも一つのトランスジューサーを支持すること及
び該ミラー柱を軸方向にドライブすることの二つの機能
を持つことを特徴とするリング レーザー ジャイロス
コープ経路長制御アセンブリー。
1. A path length control assembly for use in a ring laser gyroscope, the assembly comprising: a mirror including an axially deflectable membrane, a mirror mounted on a housing; A mirror column bonded to the membrane; a backing plate; and at least one transducer axially deflecting the backing plate in response to an electronic input signal bonded onto the backing plate; Driving a mirror column, the membrane and the mirror; whereby the backing plate has the dual function of supporting the at least one transducer and axially driving the mirror column. Ring Laser Gyroscope Path Length Control Assembly.
【請求項2】 該少なくとも一つのトランスジューサー
が二つのトランスジューサーから成り:第一の該トラン
スジューサーが該バッキング プレートの片側に接合さ
れた平坦なバイモーヒック ディスクであり;第二の該
トランスジューサーが該ミラー柱が挿入される中央開口
を区画する平坦なバイモーヒック リングであり、該第
二のトランスジューサーが該バッキング プレートの他
方の側に接合されることを特徴とする請求項1のリング
レーザー ジャイロスコープ用経路長制御アセンブリ
ー。
2. The at least one transducer comprises two transducers: a first said transducer is a flat bimorphic disc joined to one side of said backing plate; a second said transducer. A ring laser gyroscope as claimed in claim 1, characterized in that it is a flat bimorphic ring defining a central opening into which a mirror post is inserted, the second transducer being joined to the other side of the backing plate. Path length control assembly.
【請求項3】 該少なくとも一つのトランスジューサー
が二つのトランスジューサーから成り:第一の該トラン
スジューサーが該バッキング プレートの片側に接合さ
れた中央開口を区画する平坦なバイモーヒック リング
であり;そして第二の該トランスジューサーが該ミラー
柱が中に挿入される該第一のトランスジューサーの開口
と同一サイズの中央開口を区画する平坦なバイモーヒッ
ク リングであり、該第二のトランスジューサーが該バ
ッキング プレートの他端に接合されることを特徴とす
る請求項1のリング レーザー ジャイロスコープ経路
長制御アセンブリー。
3. The at least one transducer comprises two transducers: a first said transducer being a flat bimorphic ring defining a central opening joined to one side of said backing plate; and a second. Is a flat bimorphic ring defining a central opening of the same size as the opening of the first transducer into which the mirror column is inserted, and the second transducer is the other of the backing plate. The ring laser gyroscope path length control assembly of claim 1, wherein the ring laser gyroscope path end control assembly.
【請求項4】 該ミラー ハウジングがアセンブリーの
圧力の等化がそれを通じて達成される一つの換気孔のみ
を持つことを特徴とする請求項1のリングレーザー ジ
ャイロスコープ用経路長制御アセンブリー。
4. The path length control assembly for a ring laser gyroscope of claim 1, wherein the mirror housing has only one ventilation hole through which pressure equalization of the assembly is achieved.
【請求項5】 該ミラー ハウジング及びバッキング
プレートが Cervit,Zerodour, 及びULEガラスから成
る一群から選択された低温度膨張率材料から製造され;
該経路長制御アセンブリーが広い温度レンジを通じて動
作できることを特徴とする請求項1のリング レーザー
ジャイロスコープ用経路長制御アセンブリー。
5. The mirror housing and backing
The plate is made from a low coefficient of thermal expansion material selected from the group consisting of Cervit, Zerodour, and ULE glass;
The ring laser of claim 1, wherein the path length control assembly is operable over a wide temperature range.
Path length control assembly for gyroscope.
【請求項6】 改良されたリング レーザー ジャイロ
スコープにおいて、該リング レーザー ジャイロスコ
ープが:閉じられた光学経路を区画するリング コンフ
ィギュレーションに形成された共振光学空洞を含み;該
共振光学空洞が該経路長の変化に応答して該光学経路長
を調節するための経路長制御アセンブリーを持ち;該経
路長制御アセンブリーがさらに:軸方向に反ることがで
きる膜を含むミラー ハウジング上に搭載されたミラ
ー;該反ることができる膜に接合されたミラー柱;バッ
キング プレート;及び該バッキング プレート上に接
合された電子入力信号に応答して該バッキングプレート
を軸方向に反らすための少なくとも一つの圧電要素を含
み;該バッキング プレートが該ミラー柱、該膜、及び
該ミラーをドライブし;これによって、該バッキング
プレートが該少なくとも一つの圧電要素を支持すること
及び該ミラー柱を軸方向にドライブする二重の機能を持
つことを特徴とするリング レーザー ジャイロスコー
プ。
6. In an improved ring laser gyroscope, said ring laser gyroscope includes: a resonant optical cavity formed in a ring configuration defining a closed optical path; said resonant optical cavity comprising said path length. A path length control assembly for adjusting the optical path length in response to changes in the optical path length; the path length control assembly further comprising: a mirror mounted on a mirror housing including an axially deflectable membrane; A mirror column bonded to the deflectable membrane; a backing plate; and at least one piezoelectric element axially deflecting the backing plate in response to an electronic input signal bonded on the backing plate. The backing plate drives the mirror column, the membrane, and the mirror; The backing
A ring laser gyroscope, wherein a plate has a dual function of supporting the at least one piezoelectric element and axially driving the mirror column.
【請求項7】 該経路長制御アセンブリーがさらに:該
少なくとも一つの圧電要素が二つの要素から成り、 第一の該要素が該バッキング プレートの片側に接合さ
れた平坦なビイモーヒック ディスクであり、そして該
第二の要素が該ミラー柱が挿入される中央開口を区画す
る平坦なバイモーヒック リングであり、該第二の要素
が該バッキング プレートの他方の側に接合されること
を特徴とする請求項6のリング レーザージャイロスコ
ープ。
7. The path length control assembly further comprises: the at least one piezoelectric element consisting of two elements, the first said element being a flat bimorphic disk bonded to one side of the backing plate, and The second element is a flat bimorphic ring defining a central opening into which the mirror post is inserted, the second element being joined to the other side of the backing plate. Ring laser gyroscope.
【請求項8】 リング レーザー ジャイロスコープの
ために使用する経路長制御アセンブリーにおいて、該ア
センブリーが:ミラー;該ミラーを軸方向に反ることが
可能な膜上に搭載するための手段;該反ることが可能な
膜に結合されたミラー柱;少なくとも一つのトランスジ
ューサー手段;及び該トランスジューサー手段を支持す
るため及び該ミラー柱を軸方向にドライブするための手
段;該支持及びドライブ手段上に接合された少なくとも
一つのトランスジューサー手段が電子入力信号に応答し
て該支持及びドライブ手段を軸方向に反らし;該支持及
びドライブ手段が該ミラー柱、該膜及び、該ミラーを軸
方向に変位させ;これによって、該支持及びドライブ手
段が該少なくとも一つのトランスジューサーを支持する
こと及び望ましくないミラーの傾斜を引き起こすことな
く該ミラー柱及びミラーを軸方向にドライブするという
二重の機能を提供することを特徴とする経路長制御アセ
ンブリー。
8. A path length control assembly for use in a ring laser gyroscope, the assembly comprising: a mirror; a means for mounting the mirror on an axially deflectable membrane; A membrane-bondable mirror column; at least one transducer means; and means for supporting the transducer means and for axially driving the mirror column; bonding on the support and drive means At least one transducer means axially deflects the support and drive means in response to an electronic input signal; the support and drive means axially displaces the mirror post, the membrane, and the mirror; This allows the support and drive means to support the at least one transducer and is undesirable Path length control assembly and providing a dual function of driving the mirror post and the mirror in the axial direction without causing inclination of the error.
【請求項9】 該トランスジューサー手段を支持するた
め及び該ミラー柱を軸方向にドライブするための手段が
単一のバッキング プレートから成り;そして該ミラー
を該軸方向に反ることができる膜上に搭載するための手
段が一つのミラーハウジングから成ることを特徴とする
請求項8の経路長制御アセンブリー。
9. Means for supporting said transducer means and for axially driving said mirror column comprises a single backing plate; and on said membrane capable of deflecting said mirror in said axial direction. 9. The path length control assembly of claim 8 wherein the means for mounting on the mirror comprises a single mirror housing.
【請求項10】 該少なくとも一つのトランスジューサ
ー手段が二つのトランスジューサーから成り、 第一の該トランスジューサーが該支持及びドライブ手段
の片側に接合された平坦なモーヒック ディスクであ
り、そして第二の該トランスジューサーが該ミラー柱が
その中に挿入される中央開口を区画する平坦なバイモー
ヒック リングであり、該第二のトランスジューサーが
該支持及びドライブ手段の他方の側に接合されることを
特徴とする請求項8の経路長制御アセンブリー。
10. The at least one transducer means comprises two transducers, the first transducer being a flat morphic disc joined to one side of the support and drive means, and the second. The transducer is a flat bimorphic ring defining a central opening into which the mirror post is inserted, the second transducer being joined to the other side of the support and drive means. The path length control assembly of claim 8.
JP20028291A 1991-08-09 1991-08-09 Path-length control assembly for ring laser gyroscope Withdrawn JPH0552574A (en)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012037302A (en) * 2010-08-05 2012-02-23 Japan Aviation Electronics Industry Ltd Piezoelectric actuator structure for optical path length control, method of manufacturing the same, and ring laser gyro

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JP2012037302A (en) * 2010-08-05 2012-02-23 Japan Aviation Electronics Industry Ltd Piezoelectric actuator structure for optical path length control, method of manufacturing the same, and ring laser gyro

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