JP2009150793A - Interference fringe generator, ring laser gyro, and ring laser gyro forming method - Google Patents
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Abstract
【課題】 本発明は、簡易な構成、かつ二軸方向の検出が可能である、干渉縞発生装置、リングレーザジャイロ及びリングレーザジャイロの形成方法を提供する。
【解決手段】 本発明のリングレーザジャイロは、基体が有する基準平面に直交する方向へ、当該基準平面に対して平行に積層される平板状プリズム基板を有し、周回光路で発振した順逆方向のレーザ光の各一部が平板状プリズムの入射面から平板状プリズムに入射し、順逆方向のレーザ光のうちいずれか一方のレーザ光が平板状プリズムの2つの反射面で反射され、他方向のレーザ光に対して微小角度で交叉した状態で重ね合わされて干渉縞を発生し、当該干渉縞の変化を検出手段で検出する。
【選択図】 図1PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an interference fringe generator, a ring laser gyro, and a method for forming a ring laser gyro, which can be detected in a biaxial direction with a simple configuration.
A ring laser gyro according to the present invention includes a plate-like prism substrate that is stacked in parallel to a reference plane in a direction orthogonal to a reference plane of a base body, and has forward and reverse directions oscillated in a circular optical path. Each part of the laser light enters the flat prism from the incident surface of the flat prism, and one of the forward and reverse laser beams is reflected by the two reflecting surfaces of the flat prism, An interference fringe is generated by being overlapped with the laser beam at a minute angle, and a change in the interference fringe is detected by the detecting means.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は干渉縞発生装置、リングレーザジャイロ及びリングレーザジャイロの形成方法に関し、詳細には角度センサに適用され、簡易な構成のリングレーザジャイロの構成に関する。 The present invention relates to an interference fringe generator, a ring laser gyro, and a ring laser gyro forming method, and more particularly to a configuration of a ring laser gyro having a simple configuration that is applied to an angle sensor.
角速度センサは、カーナビゲーション、カメラの手振れ補正、ゲーム、航空機、ロケット、ロボットなど多くの分野に応用されている。角速度センサ(ジャイロ)には光学式ジャイロ、回転型ジャイロ、振動型ジャイロなどがある。そのうち、振動型ジャイロは、特許文献1などに記載されており、近年MEMS技術により、安価に生産されるようになってきている。これらは圧電力、静電力により、物体を振動させ、発生するコリオリ力を検出して角速度を検出するものである。MEMSによる振動型ジャイロは小型で低コストであり、民生用機器に広く利用されるようになってきている。しかし、振動ジャイロはゼロ点オフセットが大きいため、絶対角度の検出には向かず、慣性航法に利用することは難しい。 Angular velocity sensors are applied in many fields such as car navigation, camera shake correction, games, aircraft, rockets, and robots. The angular velocity sensor (gyro) includes an optical gyro, a rotary gyro, and a vibration gyro. Among them, the vibration type gyro is described in Patent Document 1 and the like, and has recently been produced at low cost by the MEMS technology. These are devices that vibrate an object with piezoelectric power and electrostatic force and detect the generated Coriolis force to detect the angular velocity. MEMS vibratory gyros are small and low-cost, and are widely used in consumer equipment. However, since the vibration gyro has a large zero point offset, it is not suitable for detecting an absolute angle and is difficult to use for inertial navigation.
また、航空機や潜水艦、ロケットなどに搭載されるような高精度な検出が必要な場合には、サニャック効果を用いた光ファイバジャイロやリングレーザジャイロが利用されている。光ファイバジャイロは特許文献2、特許文献3などに記載されている。光ファイバジャイロは、多数回巻かれた光ファイバーの両端面にレーザ光をスプリットして挿入する。巻いた面と垂直な軸方向を中心に角速度が加わると、分離された光に光路差が生じる。この光路差により分離された二つの光の間に位相差が生じる。この位相差を検出することにより、角速度を得るようになっている。しかし、この光ファイバジャイロは光の光路差を検出するためにファイバーを非常に長くする、つまり多く巻く必要があるため、温度変化に敏感であることが問題となる。 In addition, when high-precision detection is required such as mounted on an aircraft, submarine, or rocket, an optical fiber gyro or ring laser gyro using the Sagnac effect is used. Optical fiber gyros are described in Patent Literature 2, Patent Literature 3, and the like. An optical fiber gyro splits and inserts laser light into both end faces of an optical fiber wound many times. When an angular velocity is applied about an axial direction perpendicular to the wound surface, an optical path difference occurs in the separated light. A phase difference occurs between the two lights separated by this optical path difference. The angular velocity is obtained by detecting this phase difference. However, since this optical fiber gyroscope needs to make the fiber very long, that is, to wind a lot in order to detect the optical path difference of light, it is problematic that it is sensitive to temperature change.
一方、リングレーザジャイロは複数のミラーによってリング状の光路をもつレーザ共振器を構成し、この光路中に時計回りと反時計回りのレーザを発振させ、両レーザ光の発振波長の差を検出して、角速度を検出するものである。しかし、このリングレーザジャイロも性能は良いが、比較的大きく、高価であるため一般民生用途に使用することは難しい。 On the other hand, a ring laser gyro forms a laser resonator having a ring-shaped optical path by a plurality of mirrors, oscillates a clockwise and counterclockwise laser in this optical path, and detects the difference between the oscillation wavelengths of both laser beams. Thus, the angular velocity is detected. However, this ring laser gyro also has good performance, but is relatively large and expensive, so it is difficult to use it for general consumer use.
そこで、MEMS技術により高精度な光ジャイロを容易にバッチ処理で形成する構成が特許文献4に提案されている。この特許文献4に提案されている光ジャイロはリングレーザジャイロの周回光路をシリコンの異方性エッチングを用いて形成されている。そのためより高精度な光ジャイロをバッチ処理で容易に形成することができる。しかし、特許文献4の光ジャイロは基板と平行な面に周回光路を形成しているため、1軸方向の検出しかできない。2軸方向の検出をするためには90deg向きを変えてもう一つ配置する必要があり、装置が大型化してしまう。また、リソグラフィーなどでレンズを形成する場合、基板表面に平行な光に対してレーザ光をコリメートするのが難しいという問題があった。そこで、シリコン基板(100)を積層し、異方性エッチングによるピラミッド状傾斜面を共振面として利用して、基板表面と垂直かつ互いに直交する二つの周回光路を形成し2軸方向の角速度を検出できるリングレーザジャイロが提案されている。
しかしながら、上記リングレーザジャイロを構成する際、両周りの発振光の干渉縞を形成し、その動きを検出する必要があり、基板に垂直で直交した2方向の周回光路で発生した両周りのレーザ光を有効に取り出すためにはそれぞれの軸に三角形状のプリズムを配置する必要があったため構成が複雑になり、製作が困難であった。 However, when the ring laser gyro is constructed, it is necessary to form interference fringes of the oscillation light around both sides and detect the movement thereof, and the lasers around both sides generated in the two-way circular optical paths perpendicular to the substrate and perpendicular to each other. In order to extract light effectively, it is necessary to arrange a triangular prism on each axis, which makes the configuration complicated and difficult to manufacture.
本発明はこれらの問題点を解決するためのものであり、簡易な構成、かつ二軸方向の検出が可能である、干渉縞発生装置、リングレーザジャイロ及びリングレーザジャイロの形成方法を提供することを目的とする。 The present invention is for solving these problems, and provides an interference fringe generator, a ring laser gyro, and a method for forming a ring laser gyro, which can be detected in a biaxial direction with a simple configuration. With the goal.
前記問題点を解決するために、本発明の干渉縞発生装置は、基準平面を有する基体と、基準平面に直交する方向へ、基準平面に対して平行に積層される1以上の基板と、光源と、基準平面に直交する方向へ、基準平面に対して平行に積層される平板状プリズム基板とを有している。また、基体及び/又は基板及び/又はプリズム基板には、光源からの光を反射する3以上の反射面が、基準平面に直交する平面内に該反射面の法線を有するように、かつ基準平面に平行又は所定角傾斜するように形成されている。更には、光源が平面内に光を放射するように配置され、光源から放射された光が3以上の反射面により平面内を順逆方向に周回してレーザ発振する周回光路を形成している。そして、平板状プリズムの第1の反射面と、該第1の反射面に隣接する第2の反射面とのなす角が90度からズレており、周回光路内で発振した順逆方向のレーザ光のそれぞれの一部が、平板状プリズムの入射面から平板状プリズムに入射し、順逆方向のレーザ光のうちいずれか一方のレーザ光が平板状プリズムの第1の反射面及び第2の反射面とを反射し、他方向のレーザ光に対して微小角度交叉した状態で重ね合わされて干渉縞を発生する。よって、基板と直交する2つの周回光路で発生するレーザ共振器を構成し、それぞれ周回光路における両周りのレーザ光の一部を取り出し、互いに干渉させる簡易な構成の干渉縞発生装置を提供することができる。 In order to solve the above problems, an interference fringe generator according to the present invention includes a base having a reference plane, one or more substrates stacked in parallel to the reference plane in a direction orthogonal to the reference plane, and a light source And a flat prism substrate laminated in parallel to the reference plane in a direction perpendicular to the reference plane. Further, in the base body and / or the substrate and / or the prism substrate, three or more reflecting surfaces that reflect light from the light source have a normal line of the reflecting surface in a plane orthogonal to the reference plane, and the reference surface. It is formed to be parallel to the plane or inclined at a predetermined angle. Further, the light source is arranged so as to emit light in a plane, and a circular optical path is formed in which the light emitted from the light source circulates in the forward and reverse directions in the plane by three or more reflecting surfaces to oscillate. The angle formed between the first reflecting surface of the flat prism and the second reflecting surface adjacent to the first reflecting surface is shifted from 90 degrees, and the forward and reverse laser light oscillated in the circulating optical path. A part of each of the light beams enters the flat prism from the incident surface of the flat prism, and one of the forward and reverse laser beams is reflected by the first reflective surface and the second reflective surface of the flat prism. Are overlapped in a state where they cross each other at a small angle with respect to the laser beam in the other direction to generate interference fringes. Accordingly, an interference fringe generator having a simple configuration is provided in which laser resonators generated in two circular optical paths orthogonal to the substrate are formed, and a part of the laser beams on both sides in the circular optical path are extracted and interfered with each other. Can do.
また、本発明の干渉縞発生装置は、基準平面を有する基体と、基準平面に直交する方向へ、基準平面に対して平行に積層される1以上の基板と、光源と、基準平面に直交する方向へ、基準平面に対して平行に積層される平板状プリズム基板とを有している。また、基体及び/又は基板及び/又はプリズム基板には、光源からの光を反射する3以上の反射面が、基準平面に直交すると共に互いに直交する2つの平面内に該反射面の法線を有するように、かつ基準平面に平行又は所定角傾斜するようにそれぞれ形成されている。更に、光源が第1の平面内及び第2の平面内に光を放射するように配置され、光源から放射された光が3以上の光源の反射面により第1の平面内を順逆方向に周回してレーザ発振する第1の周回光路を形成し、かつ光源から放射された光が3以上の前記光源の反射面により第2の平面内を順逆方向に周回してレーザ発振する第2の周回光路を形成している。そして、平板状プリズムの第1の反射面と、該第1の反射面に隣接する第2の反射面とのなす角が90度からズレており、周回光路内で発振した順逆方向のレーザ光のそれぞれの一部が、平板状プリズムの入射面から平板状プリズムに入射し、順逆方向のレーザ光のうちいずれか一方のレーザ光が平板状プリズムの第1の反射面及び第2の反射面とを反射し、他方向のレーザ光に対して微小角度交叉した状態で重ね合わされて第1の干渉縞を発生する。更には、平板状プリズムの第1の反射面及び第2の反射面に隣接する第3の反射面の法線が第2の周回光路を含む面内、かつ基準平面と平行な方向に対して微小角度傾斜し、第2の周回光路内で発振した順逆方向のレーザ光のそれぞれの一部が、平板状プリズムと第1の周回光路が接する面から入射し、順逆方向のレーザ光のうちいずれか一方のレーザ光が平板状プリズムの端面及び第1の周回光路と対向する面を反射し、他方向のレーザ光に対して微小角度で交叉した状態で重ね合わされて第2の干渉縞を発生する。よって、1つの光源を用いて直交した2方向の角速度を簡易な構成で検出することが可能な干渉縞発生装置を提供できる。 In addition, the interference fringe generator of the present invention includes a base having a reference plane, one or more substrates stacked in parallel to the reference plane in a direction orthogonal to the reference plane, a light source, and orthogonal to the reference plane. And a flat prism substrate laminated in parallel with the reference plane. Further, on the base body and / or the substrate and / or the prism substrate, three or more reflecting surfaces that reflect light from the light source have normal lines of the reflecting surfaces in two planes orthogonal to the reference plane and orthogonal to each other. And are formed so as to be parallel to the reference plane or inclined at a predetermined angle. Further, the light source is arranged to emit light in the first plane and the second plane, and the light emitted from the light source circulates in the forward and backward directions in the first plane by the reflection surfaces of three or more light sources. The second circulation in which the first circulation optical path for laser oscillation is formed and the light emitted from the light source circulates in the forward and reverse directions in the second plane by the reflection surfaces of the three or more light sources. An optical path is formed. The angle formed between the first reflecting surface of the flat prism and the second reflecting surface adjacent to the first reflecting surface is shifted from 90 degrees, and the forward and reverse laser light oscillated in the circulating optical path. A part of each of the light beams enters the flat prism from the incident surface of the flat prism, and one of the forward and reverse laser beams is reflected by the first reflective surface and the second reflective surface of the flat prism. Are superimposed on the laser beam in the other direction at a slight angle to generate a first interference fringe. Further, the normal line of the third reflecting surface adjacent to the first reflecting surface and the second reflecting surface of the flat prism is in a plane including the second circulating optical path and in a direction parallel to the reference plane. A part of each of the forward and reverse laser beams which are inclined by a minute angle and oscillate in the second circular optical path is incident from the surface where the flat prism and the first circular optical path are in contact with each other. One of the laser beams reflects the end face of the flat prism and the surface facing the first optical path, and is overlapped with the laser beam in the other direction at a minute angle to generate a second interference fringe. To do. Therefore, it is possible to provide an interference fringe generator capable of detecting angular velocities in two orthogonal directions using a single light source with a simple configuration.
更に、本発明の干渉縞発生装置は、基準平面を有する基体と、基準平面に直交する方向へ、基準平面に対して平行に積層される1以上の基板と、2つの光源と、基準平面に直交する方向へ、基準平面に対して平行に積層される平板状プリズム基板とを有している。また、基体及び/又は基板及び/又はプリズム基板には、各光源からの光を反射する3以上の反射面が、基準平面に直交すると共に互いに直交する2つの平面内に該反射面の法線を有するように、かつ基準平面に平行又は所定角傾斜するようにそれぞれ形成されている。更に、第1の光源が第1の平面内に光を放射するように配置され、かつ第2の光源が第2の平面内に光を放射するように配置され、第1の光源から放射された光が3以上の第1の光源用の反射面により第1の平面内を順逆方向に周回してレーザ発振する第1の周回光路を形成し、かつ第2の光源から放射された光が3以上の第2の光源用の反射面により第2の平面内を順逆方向に周回してレーザ発振する第2の周回光路を形成している。そして、平板状プリズムの第1の反射面と、該第1の反射面に隣接する第2の反射面とのなす角が90度からズレており、周回光路内で発振した順逆方向のレーザ光のそれぞれの一部が、平板状プリズムの入射面から平板状プリズムに入射し、順逆方向のレーザ光のうちいずれか一方のレーザ光が平板状プリズムの第1の反射面及び第2の反射面とを反射し、他方向のレーザ光に対して微小角度交叉した状態で重ね合わされて第1の干渉縞を発生する。更には、平板状プリズムの第1の反射面及び第2の反射面に隣接する第3の反射面の法線が第2の周回光路を含む面内、かつ基準平面と平行な方向に対して微小角度傾斜し、第2の周回光路内で発振した順逆方向のレーザ光のそれぞれの一部が、平板状プリズムと第1の周回光路が接する面から入射し、順逆方向のレーザ光のうちいずれか一方のレーザ光が平板状プリズムの端面及び第1の周回光路と対向する面を反射し、他方向のレーザ光に対して微小角度で交叉した状態で重ね合わされて第2の干渉縞を発生する。よって、2つの光源を用いて直交した2方向の角速度を簡易な構成で検出することが可能な干渉縞発生装置を提供できる。 Furthermore, the interference fringe generator of the present invention includes a base having a reference plane, one or more substrates stacked in parallel to the reference plane in a direction orthogonal to the reference plane, two light sources, and a reference plane. A flat prism substrate that is stacked in parallel to the reference plane in a direction orthogonal to each other. Further, in the base body and / or the substrate and / or the prism substrate, three or more reflecting surfaces for reflecting light from each light source are normal to the reflecting surface in two planes orthogonal to the reference plane and orthogonal to each other. Are formed so as to be parallel to the reference plane or inclined at a predetermined angle. Further, the first light source is arranged to emit light in the first plane, and the second light source is arranged to emit light in the second plane, and is emitted from the first light source. The reflected light for three or more first light sources circulates in the first plane in the forward and reverse directions to form a first optical path for laser oscillation, and the light emitted from the second light source A second orbiting optical path that oscillates in the forward and reverse directions in the second plane is formed by three or more reflecting surfaces for the second light source. The angle formed between the first reflecting surface of the flat prism and the second reflecting surface adjacent to the first reflecting surface is shifted from 90 degrees, and the forward and reverse laser light oscillated in the circulating optical path. A part of each of the light beams enters the flat prism from the incident surface of the flat prism, and one of the forward and reverse laser beams is reflected by the first reflective surface and the second reflective surface of the flat prism. Are superimposed on the laser beam in the other direction at a slight angle to generate a first interference fringe. Further, the normal line of the third reflecting surface adjacent to the first reflecting surface and the second reflecting surface of the flat prism is in a plane including the second circulating optical path and in a direction parallel to the reference plane. A part of each of the forward and reverse laser beams which are inclined by a minute angle and oscillate in the second circular optical path is incident from the surface where the flat prism and the first circular optical path are in contact with each other. One of the laser beams reflects the end face of the flat prism and the surface facing the first optical path, and is overlapped with the laser beam in the other direction at a minute angle to generate a second interference fringe. To do. Therefore, it is possible to provide an interference fringe generator capable of detecting angular velocities in two orthogonal directions with a simple configuration using two light sources.
また、光源、第1の光源あるいは第2の光源は平板状プリズムと周回光路を形成する基体又は基板の間に配置され、光源の平板状プリズム側には、発振したレーザ光の大部分を反射し、一部を透過する反射透過膜が形成されている。よって、光源側に検出面を配置することで電気的な配線を一箇所に集中し、構成を簡単にすることができる。 The light source, the first light source, or the second light source is disposed between the flat prism and the base or substrate that forms a circular optical path, and most of the oscillated laser light is reflected on the flat prism side of the light source. In addition, a reflective / transmissive film that partially transmits is formed. Therefore, by arranging the detection surface on the light source side, the electrical wiring can be concentrated in one place, and the configuration can be simplified.
更に、平板状プリズムの外周には発振したレーザ光を反射する反射膜が形成されている。よって、干渉縞を形成するプリズム面での反射率を向上することができる。 Further, a reflection film for reflecting the oscillated laser beam is formed on the outer periphery of the flat prism. Therefore, the reflectance at the prism surface that forms the interference fringes can be improved.
また、別の発明としてのリングレーザジャイロは、上記干渉縞発生装置を有し、基準平面に直交する方向へ、基準面と平行に干渉縞の変化を検出する検出手段を有する検出基板が積層され、検出された干渉縞の変化に基づき角速度を演算する演算手段を有することに特徴がある。よって、形成された干渉縞の動きを検出し、角速度信号を簡易な構成で得ることができる。 Further, a ring laser gyro as another invention includes the interference fringe generating device, and a detection substrate having a detection means for detecting a change in the interference fringe in a direction perpendicular to the reference plane and parallel to the reference plane is laminated. The present invention is characterized in that it has a calculation means for calculating the angular velocity based on the detected change in interference fringes. Therefore, the movement of the formed interference fringes can be detected, and the angular velocity signal can be obtained with a simple configuration.
更に、別の発明としてのリングレーザジャイロは、上記干渉縞発生装置を有し、該干渉縞発生装置を構成する基板の一部に、干渉縞を検出する検出手段が設けられ、検出された干渉縞の変化に基づき角速度を演算する演算手段を有することに特徴がある。よって、構成する部品点数を減らし低コストのリングレーザジャイロを提供することができる。 Furthermore, a ring laser gyro as another invention has the interference fringe generator, and a detection means for detecting the interference fringe is provided on a part of the substrate constituting the interference fringe generator, and the detected interference It is characterized by having a calculation means for calculating the angular velocity based on the change in fringes. Therefore, it is possible to provide a low-cost ring laser gyro with a reduced number of components.
また、別の発明のとしてのリングレーザジャイロの形成方法によれば、干渉縞発生装置を構成する平板状プリズムの第1及び第2の端面は、リングレーザジャイロを構成する基板を積層接合した後、全体を基準表面に対して垂直から微小角度だけ斜めにダイシングして形成されることに特徴がある。よって、干渉縞を形成するプリズムの傾斜端面を容易に、かつ低コストに形成することができる。 According to another method for forming a ring laser gyro as another invention, the first and second end faces of the flat prisms constituting the interference fringe generator are formed by laminating and bonding the substrates constituting the ring laser gyro. The whole is characterized in that it is formed by dicing at a slight angle from the perpendicular to the reference surface. Therefore, the inclined end face of the prism that forms the interference fringes can be easily formed at low cost.
更に、ダイシングされた端面が研磨加工されていることにより、反射率及び波面精度を向上することができる。 Furthermore, since the diced end surface is polished, the reflectance and the wavefront accuracy can be improved.
本発明のリングレーザジャイロは、基体が有する基準平面に直交する方向へ、当該基準平面に対して平行に積層される平板状プリズム基板を有し、周回光路で発振した順逆方向のレーザ光の各一部が平板状プリズムの入射面から平板状プリズムに入射し、順逆方向のレーザ光のうちいずれか一方のレーザ光が平板状プリズムの2つの反射面で反射され、他方向のレーザ光に対して微小角度で交叉した状態で重ね合わされて干渉縞を発生し、当該干渉縞の変化を検出手段で検出する。よって、簡易な構成で角速度を検出することが可能となる。 The ring laser gyro of the present invention has a flat prism substrate laminated in parallel to the reference plane in a direction perpendicular to the reference plane of the substrate, and each of forward and reverse laser beams oscillated in a circular optical path. Part of the light enters the flat prism from the incident surface of the flat prism, and one of the laser beams in the forward and reverse directions is reflected by the two reflecting surfaces of the flat prism, and against the laser light in the other direction Then, the interference fringes are generated by being overlapped at a minute angle, and the change of the interference fringes is detected by the detecting means. Therefore, it is possible to detect the angular velocity with a simple configuration.
図1は本発明の第1の実施の形態に係るリングレーザジャイロの構成を示す図である。同図の(a)は本実施の形態のリングレーザジャイロの断面図、同図の(b)は同図の(a)におけるA−A’線断面図、同図の(c)は同図の(b)におけるB−B’線断面図である。なお、図1に示すリングレーザジャイロのサイズを例示すると、図1(a)〜(c)における上下・左右方向のサイズは数mm程度である。 FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a ring laser gyro according to a first embodiment of the present invention. (A) of the figure is a cross-sectional view of the ring laser gyro according to the present embodiment, (b) of the figure is a cross-sectional view taken along the line AA ′ in (a) of the figure, and (c) of FIG. It is a BB 'line sectional view in (b). In addition, exemplifying the size of the ring laser gyro shown in FIG. 1, the vertical and horizontal sizes in FIGS. 1A to 1C are about several mm.
図1の(a)に示す本実施の形態のリングレーザジャイロ10は、主として、底面基板11、反射面基板12、スペーサ基板13を含んで構成する周回光路装置と、更に当該周回光路装置にプリズム基板14を含んで構成する干渉縞発生装置と、更には当該干渉縞発生装置に後述する検出部を有する検出基板15を含んで構成する検出装置とを有している。また、底面基板11には光源16、レンズ17、18が設けられている。更に、底面基板11は基体であり、基準平面19を有している。反射面基板12は薄い平行平板状であって、その中央部に厚み方向を深さ方向として正四角錐状の孔が貫通穿設され、反射面基板12の正4角錐状の孔は4つの壁面を有している。これらの壁面のうち、図1の(a)に示す4つの壁面のうち2つの壁面を反射面20、21として使用される。また、スペーサ基板13は、反射面基板12とプリズム基板14との間を所定の間隔に設定するための基板であり、図1の(c)に示すように、正方形形状の穴を厚さ方向に穿設されている。この正方形形状の穴の大きさは、反射面基板12に穿設された正4角錐上の穴の底面の大きさよりも一回り大きい。更に、スペーサ基板13の上に設けられたプリズム基板14の図1の(a)における下方の平面部分が反射面24となっている。
A
そして、光源16は本実施の形態において半導体レーザ素子であり、図1の(a)において、図の面内で左右方向へ、基準平面19に平行にレーザ光を放射する。本実施の形態における光源16の半導体レーザ素子はチップの両端面から発光し、端面における反射がないように両端面に反射防止膜が形成されている。また、レンズ17、18は、光源16の両側端面近傍に実装され、光源16から放射されるレーザ光の発散角を調整する。即ち、レンズ17、18は光源16から放射される光の発散角を調整する発散角調整手段である。光源16、レンズ17、18は、基準平面19をなす底面基板11の上面に適宜の方法で実装されている。なお、光源16から放射されるレーザ光は発散性で、周回光路を辿るレーザ光の光束径は位置により変化するが、図面が複雑化するので、このような光束径の変化は図1に示されていない。以下の図においても同様である。
The
図1の(b)、(c)において、周回光路が形成される平面25があり、この平面25は図1の(b)、(c)に示すように基準平面19に直交している。平面25は図1の(a)において図面上に対して平行であり、反射面20、21、24の何れも、その法線が1平面である平面25に平行であるから、平面25は反射面21、22、24の法線を面内に含む。1平面である平面25は、半導体レーザ素子である光源16から放射されるレーザ光と、これらレーザ光の発散角を調整する発散角調整手段としてのレンズ17、18の光軸とを含んで、基準平面19に直交する平面である。
1 (b) and 1 (c), there is a
従って、光源16からレーザ光を図1の(a)の左右方向へ放射させると、放射されたレーザ光はレンズ17、18で発散角を調整され、反射面20、21、24により反射される。光源16から反射面20側へ放射されたレーザ光(実線矢印)は、レンズ17で発散角を調整され、反射面20、24、21で順次反射され、レンズ18を介して光源16へ戻る。光源16から反射面21側へ放射されたレーザ光(点線矢印)は、レンズ18で発散角を調整され、反射面21、24、20で順次反射され、レンズ17を介して光源16へ戻る。
Accordingly, when laser light is emitted from the
このようにして、光源16から上記2つの向きに放射されたレーザ光は順逆方向に周回してレーザ発振する周回光路を1平面である平面25内に形成する。この周回光路は、図1の(a)に示すように三角形形状であり、準逆方向の光路は同一である。レンズ17、18による発散角の調整は、周回光路を順逆方向に周回して光源16に戻るレーザ光の波面形状をレーザ発振の効率を良好にする面形状となるように行われる。
In this way, the laser light emitted from the
ここで角速度を検出するためには、前述した周回光路で発生した順逆方向のレーザ光を干渉させ、干渉縞の動きを検出することにより、ビート周波数を求める。周回光路を形成するプリズム基板14の反射面24は、一部の光を反射し、残りを透過する反射透過面となっており、プリズム入射面26を兼ねている。周回光路においては順逆方向両方向にレーザが発振しているため、このプリズム入射面26を透過してプリズム基板14内を2方向に進む。すなわち、光源16から反射面20側へ放射され、レンズ17を透過したレーザ光の一部は、プリズム入射面26を透過してプリズム基板14の第2のプリズム反射面28へ入射する。一方、光源16から反射面21側へ放射され、レンズ18を透過したレーザ光の一部は、プリズム入射面26を透過してプリズム基板14のコーナー部29へ入射しコーナー部29への入射光路から僅かにずれてプリズム入射面26に戻り、ここで反射されたのち第2のプリズム反射面28へ入射する。実際には90度に対してわずかにずれたコーナー部26(例えば91度)の両側の面、すなわち第1のプリズム反射面27と第2のプリズム反射面28の両方で反射することで、入射光路から僅かにずれて戻ることになるため、2つの光線は進行方向に互いに微小角をなして重なり合う。
Here, in order to detect the angular velocity, the beat frequency is obtained by detecting the movement of the interference fringes by causing the laser beams in the forward and reverse directions generated in the above-described circulating optical path to interfere with each other. The reflecting
このようにして、図1に示す第1の実施の形態のリングレーザジャイロ10における干渉縞発生装置を構成するプリズム基板14の上面において2光束が重なり合うが、これらはレーザ光でコヒーレントであるから互いに干渉して干渉縞を生じる。すなわち、図1に示す第1の実施の形態のリングレーザジャイロ10における干渉縞発生装置は、基準平面19を有する底面基体11と、基準平面19に直交する方向へ基準平面19に対して平行に積層される反射面基板12、スペーサ基板13、プリズム基板14、検出基板15と、光源16とを有し、1以上の反射面基板12、プリズム基板14に、3以上の反射面20、21、24が、基準平面19に直交する平面25内に法線を有し、基準平面19に平行または所定角傾斜して形成され、光源16が平面25内に光を放射するように配置されている。そして、光源16から放射された光が3以上の反射面20、21、24により1平面である平面25内を順逆方向に周回してレーザ発振する周回光路を形成し、周回光路から出射した順逆方向のレーザ光は基準平面19に積層された平板状プリズムであるプリズム基板14に入射する。更に、順逆方向のレーザ光のうち一方のレーザ光は互いのなす角が90度からずれているプリズム基板14の第1のプリズム反射面27と第2のプリズム反射面28を反射することで、もう一方のレーザ光と微小角度交叉した状態で重ね合わされて、干渉縞を発生するものである。
In this way, the two light beams overlap on the upper surface of the
ここで、図2に第1の実施の形態のリングレーザジャイロ10における干渉縞発生装置によって発生した干渉縞の様子を示す。同図の(a)の干渉縞は角速度が0の状態における干渉縞の状態(基準状態)であり、同図の(b)、(c)は周回光路が図1の(a)の図面に直交する軸の回りに時計方向もしくは反時計方向の回転を生じたときの干渉縞の様子を示している。回転方向が時計方向であるか反時計方向であるかに従い、干渉縞は基準状態から右もしくは左へずれ、そのずれ量は前述のビート周波数に対応し、回転の角側に比例する。ここで、干渉縞が発生する場所に、干渉縞の明暗を検出する検出部30が形成された検出基板15がプリズム基板14に積層されている。
Here, FIG. 2 shows the state of interference fringes generated by the interference fringe generator in the
従って、このような構成を有する第1の実施の形態に係るリングレーザジャイロ10によれば、周回光路を周回するレーザ光は、図1の(a)に示すような時計回りと反時計回り、つまり順逆方向に周回しており、光路長を共振長としてレーザ発振している。この状態で、周回光路全体が、図面に直交する軸の回りに回転すると、サニャック効果により時計回りのレーザ発振波長と反時計回りの発振波長にずれが生じる。このずれをビート周波数として第1の実施の形態におけるリングレーザジャイロ10における検出装置を構成する検出基板15に設けられた検出部30によって検出し、検出結果に基づき所定の演算を行うことにより角速度を算出することができる。
Therefore, according to the
因みに、演算される角速度Ωは、上記ビート周波数をf、周回光路が1平面内で形成する三角形の面積をS、周回光路の光路長をL、レーザ光の波長をλとして、周知の如く次式で与えられる。
Ω=L・λ・f/(4・S) ・・・(1)
ビート周波数fは干渉縞の変位量により求まるので、検出部30の出力をコンピュータ等の演算手段(図示せず)に入力して上記式(1)を演算することにより角速度を算出できるのである。
Incidentally, the calculated angular velocity Ω is as follows, where f is the beat frequency, S is the area of the triangle formed by the circulating optical path in one plane, L is the optical path length of the circulating optical path, and λ is the wavelength of the laser beam. It is given by the formula.
Ω = L · λ · f / (4 · S) (1)
Since the beat frequency f is determined by the amount of displacement of the interference fringes, the angular velocity can be calculated by inputting the output of the
なお、上記(1)式によれば、角速度Ωは、周回光路の面積Sに反比例的である。従って、周回光路の形状は、その面積が大きくなるような形状であることが好ましい。また、1つの周回光路を形成するための反射面の数を4あるいは6とすることにより、面積の大きい四角形形状あるいは六角形形状の周回光路を形成できる。周回光路が四角形形状あるいは六角形形状の場合の詳細な構成は後述する。 Note that according to the above equation (1), the angular velocity Ω is inversely proportional to the area S of the circulating optical path. Therefore, the shape of the circulating optical path is preferably a shape that increases its area. Further, by setting the number of reflecting surfaces for forming one circular optical path to 4 or 6, it is possible to form a circular or hexagonal circular optical path having a large area. A detailed configuration when the circular optical path is a quadrangular shape or a hexagonal shape will be described later.
このように、図1に示す第1の実施の形態に係るリングレーザジャイロ10は、周回光路を順逆方向に周回するレーザ光の一部を取り出して干渉させ、光源16、反射基板12及びスペーサ基板13を含んで構成する周回光路装置と、該周回光路装置とプリズム基板14を含んで構成し干渉縞を生成させる干渉縞発生装置と、干渉縞の変化を検出する検出部30が設けられた検出基板15を有する検出装置と、検出された干渉縞の変化に基づき角速度を演算する演算手段(図示していないコンピュータ等)を有している。
As described above, the
なお、発散角調整手段としてのレンズ17、18は上記の如く周回光路を順逆方向に周回して光源に戻るレーザ光の波面形状がレーザ発振の効率を良好にするように発散角の調整を行うものであり、これらを用いることにより、光源16におけるレーザ発振の効率を高めることができるが、発散角調整手段を用いなくてもレーザ発振が可能で、周回光路を形成できることが知られている。従って、発散角調整手段はこの発明の周回光路装置にとって必須のものではない。
Incidentally, the
また、スペーサ基板13は周回光路用の空間を形成するためのものであるから、反射面基板12に形成する正四角錐形状の孔の深さを十分の深く取ることにより、スペーサ基板を介することなく、反射面基板12の上に直接、プリズム基板14を接合することもできる。
Further, since the
更に、図1に示す第1の実施の形態において、基体を構成する底面基板11における基準平面19と逆側の面の形状は周回光路の形成に何ら影響しないので、基準平面19と逆側の部分は平面である必要はなく適宜の形状であることができる。同様に、検出基板15の検出部30が形成されていない側の形状は、周回光路の形成に影響しないので、この部分は平面である必要はなく、適宜の形状であることができる。底面基板11の基準平面と逆の側の面は、これを平面に設定し基準平面19に平行な面内において光が周回する他の周回光路を形成するための光源と、3以上の反射面とを形成することができる。また、反射面20、21には金メッキなどを施してレーザ光を反射しやすくしておくのが良い。
Further, in the first embodiment shown in FIG. 1, the shape of the surface opposite to the
図1に示す周回光路装置において、反射面基板12に、上記のように、正四角錐状の斜面をもつ孔を形成するには、次のようにすれば良い。即ち、反射面基板12としてシリコン基板を用い、その表面(図1の(a)において、スペーサ基板13を設けられる側の面をシリコン結晶における(100)面とし、この(100)面に対して異方性ウェットエッチングによるエッチングを行うと、(111)面が露呈して正四角錐形状の孔を容易かつ確実に形成することができる。このように形成された(111)面は反射面として使用されるが、この反射面が基準平面19に対してなす傾斜角は正確に±54.7度になる。
In the circling optical path device shown in FIG. 1, in order to form a hole having a regular quadrangular pyramid-like slope on the reflecting
図1の第1の実施の形態においては、反射面基板12は上記のようにシリコン基板をエッチングしたものであり、大きな開口が形成される方の面に周回光路の空間を形成するための穴を貫通させたスペーサ基板13を積層して接合し、さらにその上に、下面に反射面24が形成されたプリズム基板14が積層され接合されている。
In the first embodiment shown in FIG. 1, the reflecting
なお、上述したように、底面基板11と反射面基板12とを単一の基板とし、その一方の面に截頭4角錐形状の穴を形成して基体としてもよいが、この場合基体をシリコン基板として異方性ウェットエッチングにより反射面となるべき斜面を形成する際、光源16やレンズ17、18を実装するために孔の底面部を基準平面に平行な平滑な面とする必要があるが、このような底面部の形成は必ずしも容易でない。従って、図1に示すように、反射面部材に截頭正4角錐形状の孔を、反射面基板12を貫通するように穿設し、この部分を、平坦な平面を基準平面19として持つ底面基板11により塞いで、基準平面19を孔の底面として、この底面に半導体レーザ素子の光源16やレンズ17、18を実装するのがよい。なお、光源16としての半導体レーザ素子は固定台を設けてその上に実装しても良い。また、プリズム基板14の反射面24の位置がずれると正確な周回光路装置を形成できないので、静電アクチュエータなどを設けて反射面24を図1の(a)の上下方向へ微動調整するようにしてもよい。
As described above, the
図3は本発明の第2の実施の形態に係るリングレーザジャイロの構成を示す断面図である。同図において、図1と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。同図に示す第2の実施の形態のリングレーザジャイロ40は、反射面基板12とスペーサ基板13との間にガラス基板41が積層され、このガラス基板41の基準平面19に平行な片面に、発散角調整手段であるマイクロレンズ42、43が形成されている。このような構成を有する本実施の形態のリングレーザジャイロ40によれば、半導体レーザ素子である光源16から図の左右方向へ放射されたレーザ光束は、それぞれ反射面20、21により反射され、マイクロレンズ42、43により発散角を調整され、ガラス基板41を透過し、プリズム基板14の反射面24により反射され、マイクロレンズ42、43を介して反射面20、21に反射され、光源16へ戻り、レーザ発振する周回光路を形成する。スペーサ基板13の厚さ等は、ガラス基板41の厚み等を考慮して、上記周回光路装置が形成されるように調整される。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a configuration of a ring laser gyro according to the second embodiment of the present invention. In the figure, the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same components. In the
図1に示す第1の実施の形態では、レンズ17、18の光軸が基準平面に平行であるので、一般にはこれらを底面基板11の表面に作りこむことは難しく、別体として形成したレンズ17、18を底面基板11の基準平面19に後付で設けることになり、精密な取り付け工程が必要となるが、図3に示す第2の実施の形態では、マイクロレンズ42、43の光軸がガラス基板41の面に直交するので、マイクロレンズ42、43をガラス基板41の表面に形成することはフォトリソグラフィ技術とエッチング等を組合せることにより簡単に実現でき、周回光路装置の製造が容易である。周回光路は基準平面に直交する1平面(図3の図面に平行な平面である。)内に形成される。
In the first embodiment shown in FIG. 1, since the optical axes of the
図4は本発明の第3の実施の形態に係るリングレーザジャイロの構成を示す断面図である。同図において、図1と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。同図に示す本実施の形態のリングレーザジャイロ50は面発光型の光源51を使用したものである。ここで言う面発光型の光源とは第1、第2の実施の形態で使用した端面発光の半導体レーザ素子ではなく、基板の表面から光を発するもので、例えばVCSELのようなものである。ただし、一般的な面発光レーザとは異なり、光源自体に共振長を規定するための反射ミラーを片面側のみしか有していないものとすることで、周回光路長に依存した共振波長が得られるように構成されているものとする。また、本実施の形態では三角形状の周回光路の、2辺の方向に出射するように構成するため発散角が広くなるように構成されたものである。図4における三角形状の周回光路はシリコン基板の反射面基板12の異方性エッチング面である(111)面を2面と、光源基板52の反射透過面53の1面とにより形成されている。第1、第2の実施の形態では光源を実装している面、つまり底面基板11の反射面基板12との接合面を基準平面19としていたが、第3の実施の形態では反射面基板12のエッチングした開口の大きいほうの面を基準平面19としている。光源基板52の反射透過面53は一部を反射、一部を透過するため、周回光路内で反射により発振した順逆両方向のレーザ光の一部は、反射透過面53から周回光路の外部に取り出される。光源基板52自体はレーザ光を透過する材質で形成されている。光源基板52にはプリズム基板14が積層されている。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a configuration of a ring laser gyro according to the third embodiment of the present invention. In the figure, the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same components. The
このような構成を有する本実施の形態によれば、図4における周回光路において図中の右回りのレーザ光(実線矢印)は光源基板52を透過し、プリズム基板14の第2のプリズム反射面28で反射した後、検出部30に入射する。また、図4における周回光路において図中の左回りのレーザ光(点線矢印)は光源基板52を透過し、プリズム基板14のコーナー部29で反射する。厳密には第1のプリズム反射面27と第2のプリズム反射面28を反射する。そして、入射方向とは微小角度方向を変えて戻り、光源基板52の反射透過面53で反射した後、右回りのレーザ光と重なって検出部30に入射する。右回りと左回りのレーザ光は微小角度で交叉しているため、検出部30では所定間隔の干渉縞が形成されており、装置全体が回転した際の右回りと左回りのレーザ光のビート周波数が干渉縞の動きによって観察される。更に図示していない演算手段(コンピュータ等)により演算することにより角速度を算出する。
According to the present embodiment having such a configuration, the clockwise laser beam (solid arrow) in the drawing passes through the
このように、第3の実施の形態では検出部30が光源基板52の表面上に形成されており、光源51に供給する配線と検出用の配線を同一の基板上にまとめることができる。また、プリズム基板14の第1のプリズム反射面27と第2のプリズム反射面28は反射膜が形成されており、効率よく光が伝播するようになっている。更に、レーザ結晶(YAGやYVO4などの固体レーザ)をLDやVCSELなどの別光源で励起し、レーザ結晶表面から光を発するようにしてもよい。
As described above, in the third embodiment, the
図5は本発明の第4の実施の形態に係るリングレーザジャイロの構成を示す断面図である。同図において、図4と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。同図に示す本実施の形態のリングレーザジャイロ60は斜めにダイシングを行った例である。ここでは第3の実施の形態のリングレーザジャイロを用いた例を示す。端面が傾斜したプリズム基板14を用意して当該プリズム基板14を、周回光路を形成する基板に貼り付ける必要があるが、図5のように全てを張り合わせた後に全体を斜めにダイシングすることでプリズム基板14に傾斜した第1のプリズム反射面27を形成するようにしてもよい。このようにすることで、バッチ生産が可能で生産性を向上し、低コスト名デバイスを提供することが可能となる。ダイシング面61を光学面として利用するには十分な面精度が得られない場合には、ダイシング後に、第1のプリズム反射面27を研磨してもよい。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a configuration of a ring laser gyro according to the fourth embodiment of the present invention. In the figure, the same reference numerals as those in FIG. 4 denote the same components. The
図6は本発明の第5の実施の形態に係るリングレーザジャイロの構成を示す図である。同図の(a)は本実施の形態のリングレーザジャイロの断面図、同図の(b)は同図の(a)におけるC−C’線断面図、同図の(c)は同図の(b)におけるD−D’線断面図である。同図において、図4と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。同図に示す本実施の形態のリングレーザジャイロ70は、同図の(b)に示す平面25内に形成される三角形形状の第1の周回光路71−1と、同図の(b)に示す平面72内に形成される三角形形状の第2の周回光路71−2とを含んで構成されている。本実施の形態では、第1の周回光路70−1を形成するための光源と、第2の周回光路70−2を形成するための光源を共通化して光源51としている。光源51は反射面基板12に穿設された正四角錐形状の軸上に位置している。光源51から放射されるレーザ光は、基準平面19に直交する1平面である平面25内に三角形形状の第1の周回光路71−1を形成し、また基準平面19に直交する平面71内に三角形形状の第2の周回光路71−2を形成する。平面25と平面72は何れも基準平面19に直交し、かつ相互に直交する。
FIG. 6 is a diagram showing a configuration of a ring laser gyro according to the fifth embodiment of the present invention. (A) of the figure is a sectional view of the ring laser gyro according to the present embodiment, (b) of the figure is a sectional view taken along the line CC ′ in (a) of the figure, and (c) of the figure is the figure. It is a DD 'line sectional view in (b). In the figure, the same reference numerals as those in FIG. 4 denote the same components. The ring laser gyro 70 according to the present embodiment shown in the figure includes a triangular first circular optical path 71-1 formed in the
また、平面25内の第1の周回光路71−1のレーザ光に対しては、反射面20、21、および反射透過面53がレーザ光を反射して周回させる3面の反射面を構成し、平面72内の第2の周回光路71−2のレーザ光に対しては、反射面22、23、および反射透過面53がレーザ光を反射して周回させる3面の反射面を構成している。即ち、光源基板52の反射透過面53は、2つの周回光路を形成する2組の3面の反射面において共通に用いられている。このようにして、基準平面19に直交すると共に、互いに直交する第1及び第2の平面である平面25、71内にそれぞれ第1、第2の周回光路71−1、71−2を形成することができ、これら第1、第2の周回光路71−1、71−2内でレーザ光が順逆方向に周回する。
In addition, for the laser light in the first circulating optical path 71-1 in the
このような本実施の形態のように2つの周回光路を用いることにより、各周回光路を周回する順逆方向のレーザ光の一部を取り出して干渉させ、干渉縞を検出することで直交2軸方向の角速度を検出できるリングレーザジャイロを構成することができる。すなわち、図6の(a)に示すように、プリズム基板14の2つの隣接する第1のプリズム反射面27及び第3のプリズム反射面72を基準平面19に対して微小角度傾斜して形成してあるので、2つの直交する第1、第2の周回光路71−1、71−2で発生する干渉縞が第2のプリズム反射面28上に形成される。これを検出基板15上の検出部30−1及び検出部30−2を用いて取り出すことができる。図示していない演算手段(コンピュータ等)を用いて、検出された干渉縞の動きに基づいて角速度を演算することができる。
By using two circular optical paths as in this embodiment, a part of the forward and reverse laser light that circulates around each circular optical path is extracted and caused to interfere with each other, and interference fringes are detected to detect two orthogonal directions. A ring laser gyro capable of detecting the angular velocity of the laser beam can be configured. That is, as shown in FIG. 6A, two adjacent first and third
図7は本発明の第6の実施の形態に係るリングレーザジャイロの構成を示す図である。同図の(a)は断面図、同図の(b)は同図の(a)のE−E’線断面図である。同図において、図6と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。同図に示す本実施の形態のリングレーザジャイロ80は、同図の(b)に示す平面25内に形成される六角形形状の第1の周回光路81−1と、同図の(b)に示す平面82内に形成される六角形形状の第2の周回光路81−2とを含んで構成されている。詳細には、本実施の形態のリングレーザジャイロ80は、検出基板15の上に、基準平面19(検出基板15の上方の面)に直交する方向へ、基準平面19に平行にプリズム基板14、第1の反射面基板83、ガラス基板84、光源基板52、ガラス基板85、第2の反射面基板86、上面基板87が積層された構成となっている。そして、第1の反射面基板83と第2の反射面基板86とは同一構成のもので、例えば図1に用いた反射面基板12と同じく、表面を(100)面とするシリコン基板に異方性ウェットエッチングで、基準平面に対する傾斜角が±54.7度の傾斜面((111)面)を持つ正四角錐状の孔を貫通させて穿設されている。また、第1の反射面基板83と第2の反射面基板86とに穿設された正四角錐状の孔の小径部には、検出基板15の上面である基準平面19、上面基板87の下面88が露呈している。本実施の形態においては、検出基板15の上面である基準平面19、上面基板87の下面88も反射面として使用される。また、光源基板52には、基板内に面発光型のレーザ光源素子の第1の光源51−1が配置され、光源基板52における基準平面に平行な2面からレーザ光を放射するようになっている。レーザ光源素子の第1の光源51−1は、一般的な面発光レーザとは異なり、光源自体に共振長を規定するための反射ミラー(反射膜)を有していないものとすることで、周回光路長に依存した共振波長が得られるように構成されている。更に、ガラス基板84、85には、マイクロレンズ89、90が、光軸を共通にし、かつレーザ光源素子の第1の光源51−1が光軸上に位置するように形成されている。
FIG. 7 is a diagram showing a configuration of a ring laser gyro according to the sixth embodiment of the present invention. 4A is a cross-sectional view, and FIG. 4B is a cross-sectional view taken along the line E-E ′ of FIG. In the figure, the same reference numerals as those in FIG. 6 denote the same components. The ring laser gyro 80 of the present embodiment shown in the figure includes a first hexagonal circular optical path 81-1 formed in the
レーザ光源素子の第1の光源51−1から図7の(a)の下方へ放射されるレーザ光(実線矢印)は、ガラス基板84を透過し、マイクロレンズ89により発散角を調整されて、第1の反射面基板83の反射面20で反射された後、プリズム基板14のプリズム入射面91(反射透過面としても形成されている)で反射されて反射面21に入射し、反射されると図7の(a)で上方へ向かう光束となり、ガラス基板84、光源基板52、ガラス基板85を順次透過して、第2の反射面基板86の反射面21−1、上面基板87の下面88(反射面として形成されている)で順次反射され、更に第2の反射面基板86の反射面20−1で反射されて図7の(a)で下方へ向かう光束となり、マイクロレンズ90、ガラス基板85、光源基板52を透過してレーザ光源素子の第1の光源51−1に戻る。このようにして六角形形状の第1の周回光路81−1が形成される。すなわち、レーザ光源素子の第1の光源51−1から図7の(a)で下方へ放射されたレーザ光(実線矢印)は第1の周回光路81−1を反時計周りに周回し、レーザ光源素子の第1の光源51−1から図7の(a)の上方へ向かって放射されるレーザ光(点線矢印)は第1の周回光路81−1を上記とは逆に時計回りに周回する。なお、本実施の形態においても、レーザ光を反射させる各反射面には金メッキなどを施してレーザ光を反射し易くしておくのがよい。
Laser light (solid arrow) emitted from the first light source 51-1 of the laser light source element downward in FIG. 7A is transmitted through the
図7の(b)は第1の反射面基板83と検出基板15の基準平面19と、マイクロレンズ89の位置関係を図7の(a)の上方から見た状態を示している。この関係は、第2の反射面基板86と上面基板87と、マイクロレンズ90の位置関係と同様である。レーザ光源素子の第1の光源51−1はマイクロレンズ89、90の光軸上にあるから、第1の周回光路81−1は、基準平面19に直交する1平面の平面25内に形成される。レーザ光が周回する正確な周回光路を形成できるように、上面基板87の下面88及びプリズム入射面91は、基準平面19と直交する方向に微動できるような構成にしても良い。
FIG. 7B shows a state in which the positional relationship between the first reflecting
このような周回光路を用いてリングレーザジャイロを構成するために、プリズム基板14の反射透過面のプリズム入射面91で発振した順逆方向のレーザ光の一部をプリズム基板14に入射し、一方のレーザ光をコーナー部29で反射させた後、もう一方と重ね合わせることで、干渉縞を発生させることができる。検出基板15上の検出部30−1によって干渉縞の動きを検出し、図示していない演算手段(コンピュータ等)を用いて、検出された干渉縞の動きに基づいて角速度を演算することができる。
In order to configure a ring laser gyro using such a circular optical path, a part of the forward and reverse laser light oscillated on the
更に、本実施の形態のリングレーザジャイロ80の第2の周回光路81−2について説明すると、光源基板52には図7の(b)に示すように第2の光源51−2を備えており、反射面22、プリズム入射面91、反射面23、反射面23−1、上面基板87の下面88、反射面22−1によって第2の周回光路81−2を形成してレーザ発振させ、検出基板15上の検出部30−2によって干渉縞の動きを検出し、図示していない演算手段(コンピュータ等)を用いて、検出された干渉縞の動きに基づいて角速度を演算することができる。よって、本実施の形態によれば、2軸方向の角速度を検出することが可能となる。
Further, the second circulating optical path 81-2 of the ring laser gyro 80 according to the present embodiment will be described. The
以上説明したような本発明のリングレーザジャイロを、簡易な構成であって二軸方向の検出が可能な角速度センサに適用することが可能となる。 The ring laser gyro of the present invention as described above can be applied to an angular velocity sensor that has a simple configuration and can detect biaxial directions.
なお、本発明は上記各実施の形態例に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載であれば多種の変形や置換可能であることは言うまでもない。 The present invention is not limited to the above embodiments, and it goes without saying that various modifications and substitutions are possible as long as they are described in the scope of the claims.
10,40,50,60,70,80;リングレーザジャイロ、
11;底面基板、12;反射面基板、13;スペーサ基板、
14;プリズム基板、15;検出基板、16,51;光源、
17,18;レンズ、19;基準平面、20〜24;反射面、
25,72,82;平面、26,91;プリズム入射面、
27;第1のプリズム反射面、28;第2のプリズム反射面、
29;コーナー部、30,30−1,30−2;検出部、
41;ガラス基板、42,43,89,90;マイクロレンズ、
52;光源基板、53;反射透過面、61;ダイシング面、
71−1,81−1;第1の周回光路、
71−2,81−2;第2の周回光路、83;第1の反射面基板、
84;ガラス基板、85;ガラス基板、86;第2の反射面基板、
87;上面基板、88;下面。
10, 40, 50, 60, 70, 80; ring laser gyro,
11: Bottom substrate, 12: Reflective surface substrate, 13: Spacer substrate,
14; prism substrate, 15; detection substrate, 16, 51; light source,
17, 18; lens, 19; reference plane, 20 to 24; reflecting surface,
25, 72, 82; plane, 26, 91; prism incident surface,
27; first prism reflecting surface; 28; second prism reflecting surface;
29; Corner part, 30, 30-1, 30-2; Detection part,
41; Glass substrate, 42, 43, 89, 90; Microlens,
52; light source substrate; 53; reflection / transmission surface; 61; dicing surface;
71-1, 81-1; first circular optical path;
71-2, 81-2; second circulating optical path; 83; first reflecting surface substrate;
84; glass substrate, 85; glass substrate, 86; second reflecting surface substrate,
87; upper substrate, 88; lower surface.
Claims (10)
前記基体及び/又は前記基板及び/又は前記プリズム基板には、前記光源からの光を反射する3以上の反射面が、前記基準平面に直交する平面内に該反射面の法線を有するように、かつ前記基準平面に平行又は所定角傾斜するように形成され、
前記光源が前記平面内に光を放射するように配置され、
前記光源から放射された光が3以上の前記反射面により前記平面内を順逆方向に周回してレーザ発振する周回光路を形成し、
前記平板状プリズムの第1の反射面と、該第1の反射面に隣接する第2の反射面とのなす角が90度からズレており、前記周回光路内で発振した順逆方向のレーザ光のそれぞれの一部が、前記平板状プリズムの入射面から前記平板状プリズムに入射し、順逆方向のレーザ光のうちいずれか一方のレーザ光が前記平板状プリズムの前記第1の反射面及び前記第2の反射面とを反射し、他方向のレーザ光に対して微小角度交叉した状態で重ね合わされて干渉縞を発生することを特徴とする干渉縞発生装置。 A substrate having a reference plane, one or more substrates stacked in parallel to the reference plane in a direction orthogonal to the reference plane, a light source, and in a direction orthogonal to the reference plane, relative to the reference plane And a flat prism substrate laminated in parallel,
In the base body and / or the substrate and / or the prism substrate, three or more reflecting surfaces that reflect light from the light source have a normal line of the reflecting surface in a plane orthogonal to the reference plane. And formed so as to be parallel or inclined at a predetermined angle to the reference plane,
The light source is arranged to emit light in the plane;
The light emitted from the light source circulates in the forward and reverse directions in the plane by the three or more reflecting surfaces to form a circulating optical path for laser oscillation,
The forward-reverse laser beam oscillated in the circular optical path, wherein the angle formed between the first reflecting surface of the flat prism and the second reflecting surface adjacent to the first reflecting surface is shifted from 90 degrees. A part of each of the laser beams enters the flat prism from the incident surface of the flat prism, and either one of the laser beams in the forward and reverse directions is reflected by the first reflecting surface of the flat prism and the An interference fringe generator, wherein the interference fringe is generated by being reflected from the second reflecting surface and superposed in a state of being crossed by a minute angle with respect to laser light in the other direction.
前記基体及び/又は前記基板及び/又は前記プリズム基板には、前記光源からの光を反射する3以上の反射面が、前記基準平面に直交すると共に互いに直交する2つの平面内に該反射面の法線を有するように、かつ前記基準平面に平行又は所定角傾斜するようにそれぞれ形成され、
前記光源が第1の平面内及び第2の平面内に光を放射するように配置され、
前記光源から放射された光が3以上の前記光源の反射面により前記第1の平面内を順逆方向に周回してレーザ発振する第1の周回光路を形成し、かつ前記光源から放射された光が3以上の前記光源の反射面により前記第2の平面内を順逆方向に周回してレーザ発振する第2の周回光路を形成し、
前記平板状プリズムの第1の反射面と、該第1の反射面に隣接する第2の反射面とのなす角が90度からズレており、前記周回光路内で発振した順逆方向のレーザ光のそれぞれの一部が、前記平板状プリズムの入射面から前記平板状プリズムに入射し、順逆方向のレーザ光のうちいずれか一方のレーザ光が前記平板状プリズムの前記第1の反射面及び前記第2の反射面とを反射し、他方向のレーザ光に対して微小角度交叉した状態で重ね合わされて第1の干渉縞を発生し、
前記平板状プリズムの第1の反射面及び第2の反射面に隣接する第3の反射面の法線が前記第2の周回光路を含む面内、かつ前記基準平面と平行な方向に対して微小角度傾斜し、前記第2の周回光路内で発振した順逆方向のレーザ光のそれぞれの一部が、前記平板状プリズムと前記第1の周回光路が接する面から入射し、順逆方向のレーザ光のうちいずれか一方のレーザ光が前記平板状プリズムの端面及び前記第1の周回光路と対向する面を反射し、他方向のレーザ光に対して微小角度で交叉した状態で重ね合わされて第2の干渉縞を発生することを特徴とする干渉縞発生装置。 A substrate having a reference plane, one or more substrates stacked in parallel to the reference plane in a direction orthogonal to the reference plane, a light source, and in a direction orthogonal to the reference plane, relative to the reference plane And a flat prism substrate laminated in parallel,
In the base body and / or the substrate and / or the prism substrate, three or more reflecting surfaces for reflecting light from the light source are arranged in two planes orthogonal to the reference plane and perpendicular to each other. Each having a normal line and being parallel to the reference plane or inclined at a predetermined angle,
The light source is arranged to emit light in a first plane and a second plane;
Light radiated from the light source forms a first circular optical path in which the light radiated from the light source circulates in the forward and backward directions in the first plane by three or more reflecting surfaces of the light source and oscillates. Forming a second circulating optical path that oscillates in the forward and reverse directions in the second plane by the reflecting surface of the light source of 3 or more,
The forward-reverse laser beam oscillated in the circular optical path, wherein the angle formed between the first reflecting surface of the flat prism and the second reflecting surface adjacent to the first reflecting surface is shifted from 90 degrees. A part of each of the laser beams enters the flat prism from the incident surface of the flat prism, and either one of the laser beams in the forward and reverse directions is reflected by the first reflecting surface of the flat prism and the Reflecting the second reflecting surface and overlapping the laser beam in the other direction at a slight angle to generate a first interference fringe,
The normal line of the third reflecting surface adjacent to the first reflecting surface and the second reflecting surface of the flat prism is in a plane including the second circulating optical path and in a direction parallel to the reference plane. A part of each of the forward and reverse laser beams which are inclined by a minute angle and oscillate in the second circular optical path is incident from the surface where the flat prism and the first circular optical path are in contact, and the forward and reverse laser lights The second laser beam is reflected on the end face of the flat prism and the surface facing the first optical path, and is overlapped with the laser beam in the other direction so as to intersect at a minute angle. An interference fringe generating apparatus characterized by generating interference fringes.
前記基体及び/又は前記基板及び/又は前記プリズム基板には、前記各光源からの光を反射する3以上の反射面が、前記基準平面に直交すると共に互いに直交する2つの平面内に該反射面の法線を有するように、かつ前記基準平面に平行又は所定角傾斜するようにそれぞれ形成され、
第1の光源が第1の平面内に光を放射するように配置され、かつ第2の光源が第2の平面内に光を放射するように配置され、
前記第1の光源から放射された光が3以上の第1の光源用の反射面により前記第1の平面内を順逆方向に周回してレーザ発振する第1の周回光路を形成し、かつ第2の光源から放射された光が3以上の第2の光源用の反射面により前記第2の平面内を順逆方向に周回してレーザ発振する第2の周回光路を形成し、
前記平板状プリズムの第1の反射面と、該第1の反射面に隣接する第2の反射面とのなす角が90度からズレており、前記周回光路内で発振した順逆方向のレーザ光のそれぞれの一部が、前記平板状プリズムの入射面から前記平板状プリズムに入射し、順逆方向のレーザ光のうちいずれか一方のレーザ光が前記平板状プリズムの前記第1の反射面及び前記第2の反射面とを反射し、他方向のレーザ光に対して微小角度交叉した状態で重ね合わされて第1の干渉縞を発生し、
前記平板状プリズムの第1の反射面及び第2の反射面に隣接する第3の反射面の法線が前記第2の周回光路を含む面内、かつ前記基準平面と平行な方向に対して微小角度傾斜し、前記第2の周回光路内で発振した順逆方向のレーザ光のそれぞれの一部が、前記平板状プリズムと前記第1の周回光路が接する面から入射し、順逆方向のレーザ光のうちいずれか一方のレーザ光が前記平板状プリズムの端面及び前記第1の周回光路と対向する面を反射し、他方向のレーザ光に対して微小角度で交叉した状態で重ね合わされて第2の干渉縞を発生することを特徴とする干渉縞発生装置。 A base having a reference plane, one or more substrates stacked in parallel to the reference plane in a direction orthogonal to the reference plane, two light sources, and a direction orthogonal to the reference plane A flat prism substrate laminated in parallel with
In the base body and / or the substrate and / or the prism substrate, three or more reflecting surfaces that reflect light from the respective light sources have the reflecting surfaces in two planes orthogonal to the reference plane and orthogonal to each other. Are formed so as to be parallel to the reference plane or inclined at a predetermined angle, respectively.
A first light source is disposed to emit light in a first plane, and a second light source is disposed to emit light in a second plane;
The light emitted from the first light source forms a first circulating optical path for laser oscillation by revolving in the forward and reverse directions in the first plane by three or more reflecting surfaces for the first light source; and The light emitted from the two light sources forms a second circulating optical path that oscillates in the forward and reverse directions in the second plane by three or more reflecting surfaces for the second light source;
The forward-reverse laser beam oscillated in the circular optical path, wherein the angle formed between the first reflecting surface of the flat prism and the second reflecting surface adjacent to the first reflecting surface is shifted from 90 degrees. A part of each of the laser beams enters the flat prism from the incident surface of the flat prism, and either one of the laser beams in the forward and reverse directions is reflected by the first reflecting surface of the flat prism and the Reflecting the second reflecting surface and overlapping the laser beam in the other direction at a slight angle to generate a first interference fringe,
The normal line of the third reflecting surface adjacent to the first reflecting surface and the second reflecting surface of the flat prism is in a plane including the second circulating optical path and in a direction parallel to the reference plane. A part of each of the forward and reverse laser beams which are inclined by a minute angle and oscillate in the second circular optical path is incident from the surface where the flat prism and the first circular optical path are in contact, and the forward and reverse laser lights The second laser beam is reflected on the end face of the flat prism and the surface facing the first optical path, and is overlapped with the laser beam in the other direction so as to intersect at a minute angle. An interference fringe generating apparatus characterized by generating interference fringes.
前記干渉縞発生装置を構成する平板状プリズムの第1及び第2の端面は、前記リングレーザジャイロを構成する基板を積層接合した後、全体を基準表面に対して垂直から微小角度だけ斜めにダイシングして形成されることを特徴とするリングレーザジャイロの形成方法。 A ring laser gyro forming method for forming the ring laser gyro according to claim 7 or 8,
The first and second end faces of the plate-like prism constituting the interference fringe generator are diced diagonally from the vertical to the reference surface by a minute angle after the substrates constituting the ring laser gyro are laminated and joined. A ring laser gyro forming method, characterized in that the ring laser gyro is formed.
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