JPH024096A - 光スイッチ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 支亙公１ 本発明は一般に光スイッチ特に自由空間で光信号を交換
する光スイッチに関する。

１且且藷 先導波路の光信号をスイッチするためには２×２の方向
性結合器が使用される。このような導波路方向性結合器
の問題はこれを人出力で光結合するときの電力損失であ
る。この結果として、これらの方向性結合器を含むスイ
ッチマトリクスの大ささが制約される。このような方法
性結合器のひとつとして、リチウムニオブのクロスバ結
合器があり、これは長い物理的構造を有している。この
結果として、このクロスバ結合器を含む大形のスイッチ
マトリクスを作るには物理的に折り曲げる必要があり、
このために電力損失が増大することになる。

導波路を使わないで、自由空間の中で光信号をひとつの
列の任意の位置から、単一の行の選択された位置にスイ
ッチする光クロスバスイッチも知られでいる。セレクタ
／デコーダの２次元の配列が典型的に二つのレンズの間
に設けられてこのクロスバ光スイッチを実現する。しか
し、この光スイッチは光信号を１次元でスイッチする。

すなわち、単一の列から単一の行へ、またこの逆方向へ
スイッチする動作に限定されているに れらの従来技術の光クロスバスイッチの単一の段では光
ファイバで受信された直列のビットを並べ換えるような
時分割光交換を実現することができる。このような光ス
イッチを１段使用して、直列のビットの流れを１本の入
力ファイバから選択された出力ファイバにスイッチする
ような空間分割交換を実行することもできる。さらに、
これらの光スイッチを何段か相互接続して空間・時間交
換を実行することもできる。しかし、これらの光クロス
バスイッチの問題はこれを組合わせて、単一の段で空間
および時間分割の組合わせた交換実行することができな
いということである。

ｌに１上 本発明の図示の実施例においでは、２次元の入力配列、
ディストリビュータ、２次元の出力配列を有する自由空
間光スイッチによって、光情報信号を入力配列の選択さ
れた行から出力配列の選択された行にスイッチすること
によって上述の問題と関連する欠点が解決される。また
スイッチには時間的に分離された光情報信号の直列のビ
ット列を入力配列に記・ｍされた空間的に分離された並
列のビット情報に変換するための入力システムを含んで
いる。この結果として、単一の交換段で光信号の空間ス
イッチと時間スイッチの両方を実行できるという大きな
技術上の進歩が実行できることになる。さらに、この光
スイ・ンチは光源の配列の行のような２次元の光信号を
有利に交換することができる。本発明の光スイッチのデ
ィストリビュタは電界パターンを空間的に分配し、この
結果として、例えば、複数の入力位置の内の任意の位置
からの光信号を出力電界パターンにして、複数の出力位
置のすべてを照らして、出力の電界パターンの大きさを
入力電界パターンのフーリエ変換にすることができる。

ディストリビュータは、例えば、入力位置の配列の選択
された行からの個々の列の光信号をその先軸と出力配列
の対応する列の中心に関して中心を合わせて分散し、個
々の対応する出力列の各位置を照らすようにすることが
できる。入力列における光信号の垂直位置には無関係に
同一の結果が得られる。選択された入力配列の行の他の
列から発された各々の光信号についても同様の結果が得
られる。

光スイッチにさらに含まれるのは選択された入力位置か
ら選択的に光入力信号を放出するための各入力位置に設
けられたエンコーダである。エンコーダは選択された光
信号がディストリビュータを通過する順序を制御する。

入力位置が行および列状に配置された図示の実施例にお
いては、エンコーダは一時に空間的に分離された光信号
のひとつの行を選択的に発光させてディストリビュータ
に光を与える。

スイッチの入力システムは例えば複数の入力光ファイバ
からの光情報信号の時間的に分離された直列のビット列
を空間的に分離された情報ビットパターンに変換する先
入力シフトレジスタの行を持つ配列と、各シフトレジス
タの行からの空間的に分離した情報ビットパターンを記
・臆するための行を持つ入力記憶配列を含んでいる６例
えば、光ファイバからの直列の時間的に分離された情報
は同時にシフトレジスタの行のグループの一端に同時に
与えられる。各々のタイムスロットすなわち時間周期の
グループの中のひとつのシフトレジスタだけに時間的に
分離した情報信号が受信されて行の全長にわたって空間
的に分離した情報をシフトすることができるようになる
。各々の連続的なタイムスロットの間に他の個々のシフ
トレジスタの行が付勢されて、そのタイムスロットの情
報を受信してシフトする。グループ中のすべてのシフト
レジスタの行に情報が与えられたあと、すべての行の空
間的に分離した情報ビットは全体として並列に転送され
て入力記憶配列に与えられる。

時間的に分離した情報を空間的に分離した情報に変換す
るのに加えて、この入力システムの他の利点は、情報を
蓄積した入力記・臆配列は例えば、■フレーム分の空間
的に分離した情報の全配列をエンコーダ配列に与えて、
ディストリビュータに選択的に与えているのと同時に、
シフトレジスタ配列に対しては先入力ファイバから時間
的に分離した情報の連続した時間フレームを与えること
ができる。

この時間・空間変換の重要な結果として、シフトレジス
タ配列だけが、時間的に分離された情報のデータ速度に
対して作用することができることがある。入力記憶配列
、デコーダおよびディストリビュータは時間的情報より
低い動作速度で動作することができる。

出力位置に分配される光信号の信号対雑音比を改善する
ために、デコーダ配列はその光デバイスの位置を周期的
に配置しており、例えば、入力配列を行と列に配置し、
光信号を選択されたデバイスあるいはデバイスの行から
放出するようにする。出力配列の列の分配された光出力
信号の信号対雑音比は入力配列の列中のエンコーダデバ
イスの間の距離を減少しても、エンコーダデバイスの放
出領域の形状を制御することによって従来技術のスイッ
チに比べて大幅に改善される。例えば、双安定エンコー
ダデバイスのコントラスト比は１５から２．０程度に低
いこともあるから、これは本発明の茫スイッチの特・記
すべき利点となる。光素子の双安定導通状態と非導通状
態の間に制限のコントラスト比が存在しなくても、入力
列の各素子の光の雑音信号は選択された光情報と先に空
間的に出力配列に分配される。エンコーダは各々の光雑
音信号の入力電界パターンへの寄与分を有利に制御し、
そのフーリエ変換が各々の出力配列の列の全体の高さに
わたって分布するようにする。各々の入力雑音信号の寄
与分が本質的に均一であれば、出力列の予め定められた
位置におけろ信号対雑音比は大幅に改善され、そこにデ
コーダ卓子を有利に配置すればよいことになる。

出力列の予め定められた位置における信号対雑音比をさ
らに改善するために、光スイッチはさらにエンコーダ配
列に対して、エンコーダ配列の列の全高さに対してガウ
ス分布を持ち、エンコーダ配列の行の全長にわたって均
一な分布を持つような予め定められた大きさを持つ光電
力信号を与える手段を含んでいる。この結果として得ら
れる光雑音信号と光情報信号のフーリエ変換によって出
力列の高さに沿った選択された位置の信号対雑音比がさ
らに改善する。

交）９機能を完成するためにスイッチの出力位置に設け
られた複数の光蓄積素子を有するデコーダ配列はディス
トリビュータを通過する空間的に分布する光信号を選択
的に記・臆する。これによって、入力配列の位置からの
光信号は出力配列位置の任意のひとつあるいはそれ以上
にスイッチされろ。図示のスイッチにおいては、デコー
ダ記・ｌ素子にはまた、周期的に整えられた光源のフー
リエ変換に関連した信号対雑音比の改善を利用するため
に、同一の番号を有する列と行はエンコーダ配列と同様
に整えて推べられている。ひとつあるいはそれ以上の選
択された出力配列の行のひとつあるいはそれ以上に記憶
された情報は次に光出力システムに与えられて、さらに
空間時間変換を受けて複数の出力フィルタに分配される
。デコーダ記ｍ素子を行と列に配置することによって、
配列のひとつあるいはそれ以上の行を個別の通信チャネ
ルに対応させることによって、ブロードキャスト機能を
有利に実現することができる。

図示の光スイッチにおいては、ディストリビュタはその
軸に関して入力位置の任意のものから伝播する光信号の
中心となる光軸を有している。

−例として、これはレンズの焦点面にフーリエ変換を発
生する円筒収束レンズを含んでいる。

隣接した入力および出力配列で、出力位置のすべてを！
Ｉ召らすために、ディストリビュータはまた例えば垂直
方向に通過する光信号を拡大するための円筒分散レンズ
のような拡大手段を含んでいる。

光スイッチのディストリビュータはさらに、例えうよ水
平方向の光信号の分散を制限するための円筒収束レンズ
のようなイメージ手段を含んでいる。これによって隣接
した列の干渉を防１トシ、光電力の損失を減少する。

本発明の光スイッチの他の利点は空間的に分離した情報
を時間的に分離した光情−報の直列のビットの流れに変
換して、複数の出力ファイバに送出するための光情報に
送出するために記憶する光出力システムを含もことであ
る。先人カシステムと同様に、出力システムはデコーダ
配列から受信された情報の選択された行を記゛臆する行
・を存する出力記憶配列と、出力記・ｌ配列の行に記に
された情報をシフトして時間的に分離した光情報信号の
直列のビット列として出力光ファイバに送出するための
複数の出力シフトレジスタ行を含んでいる。

本発明は以下の図面を参照して詳細な説明を読むことに
よって完全に理解されるものである。

詳細な説明 第１図には１段のスイッチで自由空間で導波路を用いず
に光領域で交換を行なう時間、空間分割交換を実行する
ための光スイッチ１００を図示している。基本的にはス
イッチは入力システム１０１、Ｔ−ンコーダ配列１０２
、ディストリビュ−夕１０３、デコーダ配列１０４およ
び出力システム１０５を含み、これがスイッチ制御回路
１１０の制御下にある。入力システム１０１はシフトレ
ジスタの行を有する入力シワ１−レジスタ１３１とシフ
トレジスタの行と面し、シフトレジスタの行に関連して
対応する位置を持つ記憶素子１３２の配列を含んでいる
。大カンステムは入力光ファイバ１５０　（１）−１５
０（Ｎ）の各村から受信された相補的な光情報信号の直
列のビットの流れの対によって表わされる時間的に分離
した情報を、空間的に分離したＪＦｇ式に変換し、与え
られた時間周期の間に空間的に分離した情報をシフトレ
ジスタの行に記憶する。この時間周期は複数のタイムス
ロットを含む時間フｌノームと呼ばれる。各タイムスロ
ットの情報あるいはデータは典型的には通信チャネルか
らのデータのザンブルを含んでいる。相補的光情報信号
の各ビット対は２進情報の単一のビットを表わす。情報
はデータの各タイムスロットが単一のシフトレジスタの
行に記憶されるようにシフ１〜レジスタＧこ大れられる
。

各時間フレームの終りで、シフトレジスタの行の中のす
べての空間的に分離された′ＩｉＪ報は転送されて１入
力記・ｍ配列の対応する行に記・臆されて、次の時間フ
レームの間でエンコーダ選択するように動作し、この間
にシフトレジスタユニツｌ−にはＩＩ！！の時間フレー
ムの情報が与えらえる。

スイッチ制御回路１１０の制御によって、エンコーダ配
列＋０２は１行ごとに入力記憶型列に記憶された情報を
表わす光信号を選択し、空間的に分離された光情報信号
の内の１行分だけが一時（Ｊディストリビュータを通し
て伝搬するよう＋＋−，，’ｊ！’−る。ディストリビ
ュータ＋０３は光信２シの各村を空間的に分配し、光信
号は選択されたエンコーダ配列から放出され、デコーダ
配列１０４の個’、ｔ　Ｏ）　Ｘｑ応する列の高さを通
して行くようにする。この結果として、デコーダ配列の
各行はエンコーダ配４ｙ１１によって選択された入力記
憶型列の任悠の行に記憶された情報にアクセスするよう
にする１、デコーダ配列は入力エンコーダ配列と同一の
列番号を有り、ており、これは共にスイッチ制御回路］
１０の制御下にある。デコーダ配列はその行の内のひと
つあるいはそれ以上を選択し、情報を出力システムに転
送してそこに記憶する。デコーダ配列がエンコーダ配列
と少なくとも同一の数の行を持っていれば、スイッチは
完全に非閉塞のスイッチとして動作する。

入力システム１０１と同様に、出力システム１０５は記
憶素子の配列１３３とシフトレジスタの行を持つ出力シ
フＩ〜レジストユニット１２９を含んている。与えられ
た時間フレーｌ＼の間に、エンコーダ配列によって選択
されｔ二大力記・ｌ配列の各行の情報はデコーダ配列に
よって選択された出力語・ｌ配列の行に空間的にスイッ
チされる。これによって、入力記憶型列の任意の行の情
報は出力語・ｍ配列の行のひとつあるいはそれ以上にぶ
択的に転送される。時間フレームの終りで、出力記憶配
列のすべての空間的に分離された’１４報は出力シフト
レジスタユニットに転送されて記・臆されて時間的に分
離された情報に変換される。空間的に分離されたフォー
マットの情報は再び相補的光情報信号の対として表わさ
れ、複数の光出力ファイバ対１６０　（１）〜１６０（
Ｎ）の１ｉ↑にシフｌ−きれる。この結果として、光ス
ｒソチ１００は仔低の入力ファイバ対からの・情報を任
意の出力ファイバ対にスイッチし、さらに入力ファイバ
対のブタのタイムスロットのような直列・ｉｎ報を時間
フレームの任意の他のタイムスロットに２、イッチする
ことによって時分割交換を実行する。さらに、光スイッ
チは同時に１本の入力ファイバ対から与えられた時間フ
レームの任意のタイムスロソ１〜の清報を任意のひとつ
あるいはそれ以上の出力ファイバ対の同一のタイムスロ
ットにスイッチすることによって同時に時分割と空間分
割の交換を実行する。

第２図には入力システム１０１の詳細図を示す。入力シ
ステムは光入力インタフェース装置１０６、シフトレジ
スタ列１３１　Ｒ］、　−Ｌ　３１ＲＰを持つ光入力シ
フトレジスタ装置１３１、中間インタフェース装置＋３
５および入力記・ｍ素子配列１３２を含んでいる。大カ
シフトレジスタ装置１３１は先入力インタフェース装置
１０６を経由して入力光ファイバ１５０　（１）−１５
０（Ｎ）の各村から受信された相補的光情報信号の直列
ビットの対によって表わされる時間的に分離した情報を
受信する。

第２図に図示し、第１２図により詳細に図示するように
、大力シフトレジスタ１３１は行１４４Ｒ１−１４４Ｒ
Ｐおよび列１４４Ｃ１−１４４ｃ８として割当てられた
光記憶素子１４４と、ホログラム１３９の対応する配列
および入力シフトレジスタｌ　３１　Ｒｌ　−１３１Ｒ
Ｐを形成するその間に位置するイメージングシステム１
３８を含んでいる。各々のビット位置にマスクとスレー
ブの記・臆装置を有する電気的シフトレジスタと同様に
、各々のシフトレジスタの行１３１Ｒ１−１３１ＲＰは
各ビット位置にマスクとスレーブの光学的な記゛ｍ素子
を有している。各々のシフトレジスタの行が８ビツトの
情報を記憶してシフトすると仮定すれば、各々のシフト
レジスタの行は１６個の光記憶素子を含み、これらがホ
ログラム配列１３９の１６個の対応して設けられたホロ
グラムによって光学的に相互接続されている。

第１２図に示すように、シフトレジスタ１３４Ｒ】はマ
スタおよびスレーブの光記憶素子対１４４（Ｒ１、Ｃ１
）Ｍ、Ｓ−１３９（Ｒ１゜Ｃ８）Ｍ、Ｓを含んでいる。

ホログラム配列の行１３９Ｒ１は１００％以下の回折効
率を有する同様の反Ｑ；を形ホログラム対１３９　（Ｒ
１，Ｃｔ）Ｍ、Ｓ−１３９（Ｒ１，Ｃ８）Ｍ、Ｓからな
り、ツレツレ光記′ｍ素子１４４　（Ｒ１，Ｃ１）ＭＳ
−１４４（Ｒ１，Ｃ８）Ｍ、Ｓと相対して置かれている
。入力記・ｍ配列の行１３２Ｒ１は光記憶素子１３２　
（Ｒ１，Ｃ１）−１３２（Ｒ１，Ｃ８）Ｍに相対するよ
うに置かれている。

第２図に示しているように各々の入力ファイバ対は複数
の入力シフトレジスタの行と一義的に関連している。例
えば、入力ファイバ対１５０（１）は入力シフトレジス
タの行１３１Ｒ１−１３１Ｒ３に関連している。この構
成によって、直列に伝送されて与えられた入力ファイバ
対で受信された相補的な光情報ビット信号対のタイムス
ロットによって表わされるここのデータのタイムスロッ
トが、入力ファイバ対に関連した個々のシフトレジスタ
行に記憶されることになる。個々の入力ファイバ対に関
連した行の数は受信された光信号のデータ速度と、入力
記憶配列１３２の各行をスイッチの残りの部分にどの程
度の頻度で分配しなければならないかによって決まる。

光入力インタフェース装置１０６は光学的に透明なスペ
ーサ材ＩＱ７と、入力ファイバ対から受信された光情報
信号対を記憶素子に与えるための複数の伝送ホログラム
１０８と、大力シフトレジスタ装置１３１の記憶素子の
各々にクロック同期のとれたタイミング制御信号のよう
な光電力信号を与えるビームスプリッタ１０９とを含ん
でいる。周知のセメテクスサイトモド変調器のような空
間光変調２！ｊＩ１４０がスイッチ制御回路１１０の制
御下に光源（図示せず）からの光バイアスアビーム１５
１に応答してクロックのとれた光タイミング信号１６３
−１６５を放出する。バス１７０を経由してスイッチさ
れた制御回路１１０からの制御信号を受信して、変調器
は第１３図に示すようにタイミング信号１６３−１６５
を放出し、与えられた光ファイバから選択された大カシ
フトレジスタ行に対して情報を格納し、シフトし、転送
する。

伝送ホログラム１０８のホログラムフリンジパターンの
対１０８　（１）−１０８（Ｎ）はそれぞれの入力ファ
イバ対１５０　（１）−１５０（Ｎ）の各々からの直列
光情報信号対を分割して方向を変えて入力ファイバに一
義的に関連した行に与える。特定の入力ファイバに関連
した行の各々は同時に光情報信号対を受信するから、与
えられたタイムスロットの間にはそのファイバに関連し
た入力シフトレジスタの行の内のひとつだけが動作して
光情報信号対によって表わされる情報を受信して記憶す
る。ホログラム対は周知の方法で形成されていて与えら
れた入力ファイバ対からの光信号を分割して方向を変え
て、各々の記憶素子の行の終りで、列１４４ｃｌの光記
憶素子に行くようにする。入力ファイバの各々は周知の
方法でスペーサ１０７に固定されている。スペーサ材料
１０７の厚さは入力ファイバ対からの光情報信号が、入
力ファイバ対に関連したホログラムのフリンジパターン
の対の全体を照らすのに充分なように分散することがで
きる長さに選択されている。第１図に示すように、それ
に入力ファイバ対１５０（１）−１５０（Ｎ）が含まれ
る光大カキャリャ設ｍｔｓｏはバス１６６を通してスイ
ッチ制御回路１１０に周知のタイミングと同期信号を与
える。

周知の偏波型のビームスプリッタ１０９を使えば、光情
報信号を入力ファイバ対１５０　（１）１５０（Ｎ）か
られずかの損失で列１４４ＣＩのシフトレジスフ記憶素
子に与えることができる。

ビームスプリッタはまたクロック用の光タイミング信号
１６３−１６５のような光信号を入力レジスタ装置１３
１の記憶素子各々に向けることができる。記゛ｍ素子と
して１４４で使用される光素子のタイプに従って光タイ
ミング制御信号１６３−１６５は均一な電界分布を有す
るコヒーレントあるいはインコヒーレントな光であり、
これが配列１３１の素子の各々に与えられる。

シフトレジスタ装置１３１の光記憶素子の各々は、入力
光ファイバ対１５０　（１）−１５０（Ｎ）のひとつに
受信される相補的光情報信号によって表わされる２進情
報のビットを記・障する。

単一入力、単一出力の光記憶素子として使用するのに適
した光素子は米国特許第４，５４６，２４４で述べられ
た自己電気−光効果素子である。これらの素子は光によ
って相互接続されてシフトレジスタを形成し、直列に受
信された光情報のビットを記・ｌ配列の行として格納す
る。自己電気光効果デバイス（ＳＥＥＤ）はＨ，Ｓ、　
ヒントンの米国特許第４，７６４，８９０号およびＨ，
Ｓ、　ヒントンとり、Ａ、Ｂ、　　ミラーの米国特許第
４，７６４．８８９に述べられているように相互接続さ
れて光によって制御されるにれらの特許では光シフトレ
ジスタを光によって相互接続し、入力シフトレジスタ装
置１３１として使用する光シフトレジスタを形成する方
法を述べている。

入力シフトレジスタ装置１３１として使用するのに適当
なデバイスはＥ（、Ｓ、　ヒントン、Ａ。

Ｌ、レンチインおよびり、Ａ、Ｂ、　ミラーの米国特許
第４，７１５，３７８号と４，７５４，１３２号に述べ
られている。これらの文献では二つの相補的で対称な光
信号を、それに入射する二つの光信号の比が予め定めら
れたスレショルドを越えたときにこれらのデバイスに記
憶するような自己電気−光効果デバイスについて述べて
いる。それに記憶された情報は、デバイスの二つの量子
井戸に同時に光信号電力を与えることによって読み出さ
れる。このときそこに記゛臆された情報を表わすデバイ
スから二つの相補的で対称な光出力信号が放出される。

他の周知の光デバイスを使用して２進光信号によって表
わされる情報を記・ｍしてもよい。

与えられたタイムスロットの間に、入力ホログラム対１
０８　（１）−１０８（Ｎ）の各々はシフトレジスタ装
置の列１３１ｃｌへの入力ファイバのそれぞれの対から
の直列の光情報信号の相補的対を与えて、これは次に１
時に１ビツトずつそのタイムスロットの２進報が受信さ
れたときに選択されたシフトレジスタ行にシフトされる
。このあとで、そのファイバ対に関連した他のシフトレ
ジスタの行に次のタイムスロットのデータが格納される
。ひとつのタイムスロットのデータはすべての行に格納
が行なわれるまで各ファイバ対に関連した行に記・障さ
れ、与えられた時間フレームに関連する情報のタイムス
ロット空間的に分離されることになる。各入力ファイバ
対に関連する行の数は時間フレーム当りの情報用タイム
スロットの数によって決まる。

第１３図は入力ファイバ対１５０（Ｎ）上の理想化され
た光情報信号１３０■と光システム１０１に与えられる
理想化された光タイミング制御信号１６２−１６５の時
間ｔに関するタイミング図を図示している。時間フレー
ムＦのデータ１３０２の最後のタイムスロットだけをデ
ータあるいは情報と呼んでおり、時間フレーム（Ｆ＋■
）の最初のデータワードの一部だけを示している。光情
報信号対１３０１のデータの各ワードは８ビツトの情報
Ｂｌ−Ｂ８を含んでいる。

第１３図においては、入力タイミング制御信号１６２−
１６５はタイミングバス１６６上の入力参照クロック信
号と参照・同期され、この信号が入来情報ビットの境界
に関する情報を与えるようになっている。この参照クロ
ック信号に応動して、スイッチ制御回路１１０は周知の
方法で光タイミング制御信号の変化を制御する。説明の
ために、各時間フレームには３タイムスロツトすなわち
ワードがあるものと仮定する。入力ファイバ１５０（Ｎ
）に順次に到来する８ビットＢｌ−Ｂ８のデータワード
は大力シフトレジスタ装置１３１の最後の行１３１ＰＨ
にシフトされて記憶される。

時間フレームＦの最後のワード１３０２を最後の大力シ
フトレジスタの行１３１ＲＰにシフトするために、電気
的に制御された空間光変調器１４０が、第１３図に示さ
れるように時刻ｔに関して光クイミンク１ｌｒｌｌ　ｆ
ａｌｌｌ信号１６３−１６５を発する。空間変調器１４
０は光タイミング制御信号１６３と１６４を交互に入力
ファイバ対に関連した各々の複数の行の第３の行に交互
に印加する。

光タイミング信号１６５はこのタイムスロット期間の間
に信号を与えるように選択されていなかった大力シフト
レジスタ装置１３１のすべての行について高レベルを保
つ。光タイミング信号１６３と１６４は、最後のシフト
レジスタ行１３１ＲＰについて交互に高（１）および低
（０）の電力レベルでパルスを与える。光タイミング信
号１６３は行１３１ＰＲでマスタフリップフロップ記″
億素子に向けられ、−力先タイミング信号１６４は行１
３１ＰＲでスレーブフリップフロップ記憶素子に向けら
れる。

時刻ｔｏにおいて、第１ビツトＢ１を表わす光信号１３
０１の前縁が入力ファイバ１５０（Ｎ）で安定化して、
入力シフトレジスフ記・炬配列１４４の最後の３行の列
１４４Ｃ１のマスタフッツブフロップ記憶素子の各々に
、ホログラム１０８（Ｎ）によって分散されたときに、
行１４４ＲＰのすべてのマスタフリップフロップ記憶素
子に入射したタイミングｊｉｌｆ御信号１．６３は高電
力レベル（１）から低電力レベル（０）に変化し、これ
によって、データが最後のシフトレジスタ行１３１　Ｒ
Ｐの第１のマスタフリップフロップ記憶素子１４４　（
ＰＲ，ＣＩ）Ｍに記憶されるようにする。同様に、空間
光変調器１４０は他の入力ファイバ対の各々に関連した
選択された入力シフトレジスタ行に対してタイミング制
御信号１６３および１６４を与える。

第１のマスタフリップフロップ記憶素子１４４（ＲＰ、
Ｃ１）ＭにデータＢｌが記憶されたあと、時刻ｔｌでマ
スタフリップフロップ記′ｍ素子に入射するタイミング
制御信号１６３は、高電力レベル（１）に変化し、同一
の行のスレーブフリップフロップ記憶素子に入射するタ
イミング信号１６４は高電力レベル（１）から低レベル
に変化する。第１のフリップフロップに記・臆素子を含
むマスタフリップフロップに光電力レベル対の光信号が
入射しているとき２各々に記・臆されたデータは１対の
相捕光情報信号の大だいとしてホログラム行１３９ＲＰ
に伝播して出でゆき、ホログラム行はこの信号の方向を
変えて行１４４ＲＰの隣接したスレーブフリップフロッ
プ素子に与える。最後の行１４４ＲＰのスレーブフリッ
プフロップ素子ではタイミング制御信号１６４は低電力
レベルにあるから、マスタフリップフロップ素子からの
相補的情報信号対によって表わされる各々のｌＩ！ｆ報
は隣接したスレーブフリップフロップ素子ゝに記・けさ
れる。行１３９ＲＰのホログラムによって送信された各
々の光情報信号対の部分は入力記・聞配列１３２には影
響を与えない。これは入力シフトレジスタの行を通して
入力データをシフトしている間は全体の入力記憶配列に
入射しているタイミング制御信号が高レベルにあるから
である。この結果としてデータビットＢ１は第１のマス
タフリップ７０ツブ記ｆｆｌ素子１４４　（ＲＰ、ＣＩ
）　Ｍから第１のスレーブフリップフロップ記憶素子１
４４（ＰＲ，Ｃ１）Ｓにシフトされる。

時刻ｔ２において、スレーブ素子に入射するタイミング
制御信号１６４が高レベルに変化し、相補的情報信号対
１３０１が時刻ｔ２とｔ３の間でデータビットＢ２を表
わす相補信号レベルをとるようになる。

時刻ｔ３で入力ファイバ対１５０（Ｎ）に現われる入来
ビットＢ２が安定状態になったときに、制御信号１６３
−１６５は先に述べたように変化し、この結果としてデ
ータビットＢ２とＢｌはそれぞれ連続したスレーブフリ
ップフロップ素子１４４　（ＲＰ、ＣＩ）と１４４　（
ＲＰ、Ｃ２）に記憶されることになる。光制御信号１６
３および１６４のこのシーケンスはビットＢｌ−Ｂ７が
行１４４ＲＰの連続したスレーブフリップフロップ素子
に記憶されてしまうまで繰返される。

時刻ｔ５で入力ファイバ対１５０（Ｎ）上のビットＢ８
を表わす情報信号対１３０１が安定になり、ホログラム
１０８（Ｎ）によって記憶素子１４４　（ＰＲ，Ｃ１）
Ｍに向けられたとき、タイミング制御信号１６３は再び
行１４４ＲＰ上のマスタフリップフロップ素子で低レベ
ルに変化し、これによってビットＢ８をマスタフリップ
フロップ素子１４４　（ＲＰ、ＣＩ）Ｍに記憶するよう
に付勢する。これと同時に情報ビットＢ　１−８７は光
情報信号対を経由してスレーブフリップフロップ素子か
ら次に続くマスタフリップフロップ素子に伝播する。時
刻ｔ６において、タイミング制御信号１６３は高電力レ
ベルに戻り、これによって記憶行１４４ＲＰのマスタフ
リップフロップ素子にビットＢ　１−Ｂ８が記憶される
ことになる。これがフレームＦの最後のワード、すなわ
ちタイムスロットであるから、第１図および第２図に示
したクロック光源１４３は時刻ｔ６で、入力記憶素子の
配列のすべてのフリップフロップで低電力レベルをとり
、一方タイミング制御信号１６３−１６５は高電力レベ
ルをとるようにタイミング制（卸信号１６２を動作する
。これによって、８ビツトのデータワードはすべて配列
１４４のマスタフリップフロップの記・麿素子から、そ
の各々が光の１部を反射し光情報信号対の残りの部分を
伝送するホログラム配列を通して、入力記・ｌ配列１３
２に並列に転送される。この並列のデータ転送の間タイ
ミング制御信号１６３−１６５が高電力レベルになるの
で、反射された光はフリップフロップ記邑素子要素配列
１４４に記・臆されたデータに影響を与えることはない
、このデータの並列転送は時刻ｔ７で完了し、このとき
、信号１６２は高電力レベルに戻る。時刻Ｌ８で時間フ
レームＦが終了し、時間フレーム（Ｆ＋１）が開始され
る。時刻Ｌ６の前には、先の時間フレーム（Ｆ−１）の
間に入力記・ｌ素子配列に記・臆されていたすべてのＰ
データワードはエンコーダ配列１０２とディストリビュ
ータ１０３を経由してデコーダじ列１０４に与えられて
いることになる。

インタフェースユニット１３５は周知の光イメージング
システム１３６とビームスプリッタ１３７であり、これ
は周知の偏波形である。イメージングシステム１３６は
個々にホログラム配列１３９の各ホログラムから送出さ
れた光信号対を入力記憶配列１３２の対応する記憶素子
上に焦点を結ぶ。光情報信号は最小の電力損失でビーム
スプリッタ１３７を通して伝播する。さらに、ビームス
プリッタ１３７はクロック光源１４３からのクロックさ
れた光タイミング制御信号１６２を入力記憶配列１３２
の素子に向ける。スイッチ制御スイッチ１１０が制御バ
ス１７５を通してクロックされた光源１４３を制御する
。

第１図に図示されるように、光情報信号対１９２　（Ｐ
、Ｍ）は入力記・邑配列１３２から光エンコーダインタ
フェース装置Ｉｌｌを通してエンコーダ配列１０２に伝
播する。エンコーダインタフェース１１１は光イメージ
ングシステム１１２とビームスブリック１１３を含んで
いる。イメージングシステム１３６と同様に、周知のイ
メージングシステム１゛１２は入力記憶配列１３２の各
々の記憶素子対からの光信号対を、ビームスプリッタ１
１３を経由してエンコーダ配列１０２の対応する素子対
に焦点をあてて与える。偏波形のビームスプリッタ１１
３はまたクロック付きのコヒーレント光源１１４からの
クロックされた光パイアスビーム１５３を非無定形のビ
ーム形成システム１１５を通して周知の方法でエンコー
ダ配列に与える。スイッチ制御回路１１０は制御バス１
６８を通してクロック付きの光源１１４を制御する。

クロック制御されたコヒーレントな光バイアスビーム１
５２は周知の光源１１４から放出され非無定形のビーム
形成システム１１５に与えられる。

ビーム形成システムはバイアスビーム１５２の均一な大
きさを一方向にガウス分布を持ちそれに直交した方向に
均一な分布を持つ光バイアスビーム１５３に成形する。

ビームスプリッタ１１３はバイアスビームの方向を変え
て、ガウス分布がエンコーダ配列１０２の各列の全体の
高さに沿って中心を持つようにする。バイアスビ−ム１
５３の均一な大きさはエンコーダ配列の行にわたって分
散する。

第３図には、第１の方向にガウス分布を持ち、第１の方
向とは直交した方向に均一な大きさを有する光バイアス
ビーム１５３の大きさを図示している。エンコーダ配列
１０２の各列にガウス分布を持つ光バイアスビームを印
加することによって、デコーダ配列１０４と出力システ
ム１０５によって受信される光信号の信号対雑音比（Ｓ
ＮＲ）が改善される。デコーダ配列１０４上で空間的に
分布される光の信号対雑音比を変化するために、エンコ
ーダ配列１０２に対して他の分布を持つバイアスビーム
を与えてもよい。

エンコーダ配列１０２は行ごとに入力記・邑配列１３２
に記・世された情報を変調する空間的光変調器である。

スイッチ制御回路１１０は制御バス１７２を使用して、
周知の方法でエンコーダ配列の行を走査し、その１行だ
けを付勢して任意の与えられた行サイクルの周期の間に
入力記憶配列からの情報を記・憶する。エンコーダ配列
の行は各々の行サイクル時間の間に、入力記憶配列１３
２から光情報信号１９２　（Ｐ、Ｍ）を受信するが、ス
イッチ制（和回路１１０によってエンコーダの１行だけ
が情報を記憶し、次にコヒーレント光情報信号対を放出
してデストリピユータシステム１０３に与える。

第１図に部分的に図示し、第５図により詳しく図示した
ように、エンコーダ配列１０２の有利な実施例は列１０
２　（ＣＩ）−１０２（Ｃ８）と行１０２　（Ｒ１）−
１０２（ＲＰ）に配列された複数個の３状態光記憶素子
を含んでいる。エンコーダ配列中の３状態の完配・は素
子として使用するのに適した光デバイスは第４図に図示
されており、これは米国特許第４，７５４，１３２に記
述された電気−光効果デバイスを変形したものとなって
いる。

第４図に示されているのは、インドリンニック（ｉ）領
域にそれぞれの半導体量子井戸領域４０３と４０４を有
する光検出器４０１，４０２を有する３状態の対称自己
電気−光効果デバイス４００である。このデバイスはさ
らに光検出器４０１と４０２および電圧源４０５が直列
に接続されたトランジスタのような導通および非導通状
態スイッチ４０６を含んでいる。これが付勢されたとき
に、このデバイスは端子ＱおよびＱからそれぞれの光検
出器４０１および４０２に同時に入射する光バイアスビ
ーム１５３に応動して対称で相補的な高および低の電力
レベルを有する相補的な光情報信号対１９３　（Ｐ、Ｍ
）を放出する。入力記憶配列１３２の対応する対称な光
記憶素子対からの相補的光情報信号対１９２　（Ｐ、Ｍ
）は、制御バス１７２を経由してスイッチ制御用回路１
１０の制御下にある電子スイッチ４０６が付勢されて導
通状態になったときに、参考文献に述べられたようにバ
イアスの二つの状態をセット、リセットする。スイッチ
４０６が消勢されて非導通状態にあるときには、それに
バイアスビーム１５３が入射しているときには各々の光
検出器は低電力レベルの光出力信号対を発生する。デバ
イス４００は光のＳ−Ｒラッチとして動作し、その論理
状態の真理値表は表Ａに示す通りである。

表　　Ａ 各フレームの間で、光タイミング制御信号１６２は先に
述べたような時間フレームの終りの前の短い時間を除い
て高い電力レベルにある。信号１６２が高い電力レベル
にある間は、入力記・ｍ配列１３２は、エンコーダ配列
１０２に対して、それに含まれる情報を表わす光出力信
号１９２（Ｐ、Ｍ）を各記憶素子から放出する。先に述
べたように、スイッチ制御回路１１０は入力記憶配列１
３２の記憶素子の対応する行からの情報を記憶するため
に記憶素子の選択された行だけを付勢する。エンコーダ
配列１０２の行の記憶配列１３２か６１行の情報だけを
記憶するための他の必要条件はコヒーレントなバイアス
ビーム１５３が低電力レベルにあって、各々の付勢され
たエンコーダ素子が記憶配列１３２からの光情報信号に
応答できるようになっていることである。

この結果として、付勢されたエンコーダ行の各々のビッ
トに記憶された情報を表わす光情報信号対１９３　（Ｐ
、Ｍ）が、エンコーダ配列の各列の他の要素の各々から
の低電力レベルの光雑音信号と共に放出される。エンコ
ーダの列から放出された各々の光雑音信号の大きさは累
算してガウス分布を近似する。これはバイアスビーム１
５３がガウス分布するからである。エンコーダ配列から
放出されたすべての光雑音と情報信号の対はすべてディ
ストリビュータ１０３に与えられる。各々の時間フレー
ムの間で、スイッチ制御回路１１０は、情報信号対がデ
ィストリビュータ１０７を通して通過できるようにする
ために、選択された行サイクル時間に１同各デコーダ行
を付勢する。

選択されたエンコーダ行のビクセルとも呼ばれる記・ｍ
素子から放出された各光情報信号の各々を光信号ディス
トリビュータ１０３は空間的に分配して対応するデコー
ダ配列１０４の列に写像する。特にディストリビュータ
１０３はエンコーダ配列の列の各素子からの光信号の入
力電界パターンを空間的に分配して、出力電界パターン
の大きさが入力電界パターンのフーリエ変換となるよう
に、デコーダ配列の個々の対応する列のすべての要求を
照らすような大きさを持つ出力電界パターンとする。マ
グロ−ヒル社刊のＪ、Ｗ、グツドマンの一フーリエオプ
ティックス”と題する書物の第５頁に示されているよう
に、二つの独立変数Ｘおよびｙの複素関数ｇのフーリエ
変換Ｆ　Ｃ１数字的に次式で与えられる。

ディストリビュータ１０３は後述するように円筒レンズ
を含んでいるから、必要な積分はｙ方向についてだけ実
行される。この結果として、フーリエ変換は一方向に帰
着させる。

ここでｇ　（ｙ）＝ｇ　（ｘ、ｙ）であり、これはＸを
与えられた値Ｘ１に固定した電界分布のパターンである
。

光信号がデコーダ配列の列の全体の高さにわたって空間
的に分布しているので、デコーダ配列は、エンコーダ配
列と同様に各行サイクル時間の間にひとつあるいはそれ
以上の選択された行を付勢し、空間的に分布した光信号
によって表わされる情報を記憶する。次にデコーダ配列
はクロック付きのバイアスビーム１５４に応動して、そ
れに記憶された情報を表わす各素子から他の信号対１９
４　（Ｐ、Ｍ）を放出し、出力システム１０５の出力記
憶配列１３３の対応する行に対して放出する。−時には
エンコーダ配列の列の記憶素子の内のひとつだけがディ
ストリビュータに対して付勢されるから、ディストリビ
ュータは入力記憶配列からの任意の行を出力記・ｆｆ１
２列の任意の行にブロードキャストすることができる。

これを実現するために、ディストリビュータは３つの条
件を満足しなければならない。

■、出力ビームをその光軸に関して中心を合わせ、次に
デコーダ列の中心に合わせる。

２、出力ビームをデコーダ配列の列の全体の高さにわた
って分散する。

３、出力ビームの水平の分散を制御し、隣接した列の間
の漏話を減少する。始めの二つの要求は分配によって実
行されるフーリエ変換で満足される。、ディストリビュ
ータ１０３の信号光は単にデコーダ配列１０２中の付勢
された光素子からシステムに入った光である。理想的な
光スイッチ中の唯一の光源は、例えばエンコーダ配列の
付勢された行から放出された論理的”■”を表わす高レ
ベルの光情報信号である。理想的なシステムのエンコー
ダ配列中の他の光素子のすべては不透明であり、ディス
トリビュータに対する光には寄与しない。この結果とし
て、理想的なエンコーダ配列は無限大のコントラスト比
を持つデバイスを必要とする。コントラスト比は付勢さ
れた入力光素子のビットから放出される光の放射と、消
勢された入力光素子のビットから放出される光の放射と
、消勢された入力光素子のビットから放出される光の放
射の比である。残念なことに、市販されているデバイス
でも多（の実験的デバイスでも１００までのコントラス
ト比しか実現できない。このようなコントラスト比は比
較的低いので、消勢されたエンコーダの消勢された行か
らディストリビュクに可なりの量の望ましくない光が入
る。この光は付勢された行をとりまくバックグラウンド
配列素子から発するので、バックグラウンド光と呼ぶこ
とができる。バックグラウンド光はディストリビュータ
中の情報信号の光と干渉する可能性があり、特にエンコ
ーダ配列１０３の付勢された行からの、例えば、論理”
０”を表わす低レベルの光情報信号対と干渉して、デコ
ーダ配列でビット誤りを生ずる可能性があるから、これ
はまたバックグラウンド雑音と呼んでもよい。光スイッ
チ１００には　二つのタイプのバックグラウンド雑音が
存在する。垂直バックグラウンド雑音は情報信号光と同
一の列の中の光素子から発するバックグラウンド光であ
る。水平バックグラウンド雑音は隣接した列の光素子か
ら発生し、列の境界を越えて分散するバックグラウンド
の光である。垂直および水平のバックグラウンド雑音は
組合わさってこの光スイッチの全バックグラウンドを形
成する。

三つの先に述べた要求を満足し、雑音問題を最小化する
ために、ディストリビュータ１０３は三つのサブシステ
ム・フーリエ変換サブシステム１１６、水平イメージ増
大サブシステム１１７、水平増大システム１１８から成
る。

第５図に示されているのは、サブシステム１１６．１１
７および１１Ｂと、ディストリビュータシステム１０３
の入力平面５００に置かれたエンコーダ配列１０２およ
びディストリビュータシステムの出力平面５０５に置か
れたデコーダ配列１０４と共にディストリビュータ１０
３の詳細な図を示している。ディストリビュータ１０３
の側面図および第５図のエンコーダ配列Ｊ、０２とデコ
ーダ配列１０４のサブシステムは第６図に示されている
。第７図に示されているのは第５図の装置の上面図であ
る。フーリエ変換サブシステム１１６はＬｌとラベル付
けした収束用の円筒レンズ５０１を含み、これはエンコ
ーダ配列１０２の光素子１０２　（Ｒ１，Ｃ８）からの
入力平面において入力電界パターン５５０の１次元フー
リエ変換をその焦点面５０２に生ずる。エンコーダ配列
１０２から収束レンズ５０１への距離ｄ。は必ずしもレ
ンズの焦点距離と等しくはないので、焦点面５０２にお
けるイメージは実際にはエンコーダ配列からの電界パタ
ーンをある位相項で乗じたもののフーリエ変換となって
いる。しかし、デコーダ配列の動作は光の放射の大きさ
に応動するから、これらの位相項は無視することができ
る。変換によって、エンコーダ配列のイメージに現われ
る空間周波数はこの焦点面の明るい領域あるいはスポッ
トとして現われる。エンコーダ配列の入力イメージはＰ
によって与えられる測長を有する単一の正方形の開口部
であるから、垂直方向（すなわち、ｙ方向）の電界分布
パターンは で与えられる。もし収束レンズ５０１が焦点距離ｆ１を
持っていれば、レンズの焦点面の垂直方向のフーリエ変
換５５１のイメージは次式で近似される電界となる。

これは良く知られた５ｉｎｃ　［ｙ）・ｓｉｎ　（πｙ
）／（πｙ）の垂直方向の関数である。この平面内の放
射だけしか検出されないから、検出される信号はフーリ
エ変換の２乗（ｓｉｎｃ２１に比例し、これが入力イメ
ージの電界スペクトルとなる。エンコーダ配列の正方形
の開口部の垂直位置とは関係なく電力スペクトラム（お
よび５ｉｎｅ２のパターンの主ローブ）は常に収束レン
ズ５０１の光軸に中心をおいている。

従って、三つの要求の内の第１のものが満足される。オ
ン状態の光素子のエネルギーの大部分は主ローブに含ま
れているから、これはデコーダ配列１０４が置かれてい
る出力平面５０５の検出に使用される出力イメージ５５
２の部分である。残念なことに、５ｉｎｃ２の関数のこ
のローブの垂直の広がりはデイスリピユータの第２の要
求を満足するのに充分でないかもしれない。その第１の
垂直Ｏは の点にあるからである。ここで 分散レンズから出力面のイメージまでの距離をＳｌで表
わせば、そのときには出力面における拡大された５ｉｎ
ｃ関数の第１の垂直０点は垂直増大サブシステム１１８
は、出力ビームをデコーダ配列の列の全体の高さにわた
って広げることによって第２のディストリビュータの要
求を満足するように５ｉｎｃ２関数の垂直の広がりを拡
大する。出力平面のフーリエ分布を増大するために、種
々の周知の光イメージングシステムを使用してもよい６
有利な方法としては、垂直拡大サブシステム１１８をＬ
３と名付けた単一の円筒分散レンズ５０４で構成し、焦
点面５０２のフーリエ変換のイメージをデコーダ配列を
配置した出力面５０５に作る方法がある。分散レンズ５
０４がフーリエ面の左に設けられているから、フーリエ
変換イメージは垂直に拡大されて、フーリエ面の代わり
に出力面に現われる。分散レンズからフーリエ変換面ま
での距離をＳ。（負の数）で表わし、であり、これが で与えられることになる。ここでＦ　ｇｅａ＋＋ｔｄは
出力面に生ずる拡大されたフーリエ変換５２２を表わす
。軸平行近似が有効であると仮定すれば、周知のレンズ
方程式とレンズの拡大を記述する式から、システム設計
のために極めて有用な二つの式％式％ ここで、Ｍ　ｒ＠ｑｕｉｔ＠ｄは全体の出力面５０５に
５ｉｎｃ関数のメインローブを広げるのに必要なシステ
ムの拡大率であり、ｆ２は分散のための負の焦点距離で
ある。

必要な拡大を行なうためには、距１ｉｉＩｓ＋が大きく
なることが多いにの結果として、システムを通るビーム
の伝播には水平の分散が生じ、ビーム幅は近似的に で表わされるから、ビーム幅すは大きくなりすぎること
がある。ここでＺはシステムの全長である。これによっ
てシステムの隣接した列の間に水平の雑音問題を生ずる
。

水平イメージングサブシステム１１７は第７図に示すよ
うに水平方向にビームを分散するイメージングによって
水平の雑音問題を制御する。光の焦点をこのようにとり
なおすことによって、システムで雑音となる可能性があ
る光を出力面の有用な点に向は直し、出力信号のレベル
を高めることができる。水平イメージングサブシステム
１１７は、Ｌ２とも呼ばれるイメージングレンズ５０６
を含み、これは第５図−第７図の他の二つのレンズの水
平向きから９０度回転した円筒収束レンズとなっている
。もしレンズ５０６の焦点距離がｆ３であれば、エンコ
ーダ配列からの距離は５１＝２（ｆ、）で与えられ、再
焦点レンズからデコーダ配列への距離は５２＝２　（ｆ
３）で与えられる。この結果として再焦点レンズはすべ
ての入力ビームをその初期の水平幅に戻し、各入力ビー
ムを第６図に示す出力平面の共役点に向ける。伝播する
ビームの水平の拡大と縮小は距離Ｓｌと８２を変化する
ことによって注意して制御することができる。この結果
として、水平の広がりが含まれるから、ディストリビュ
ータの第３の条件も満足されることになる。

エンコーダ配列１０２の光素子の列から生ずる出力波形
について考える前に、エンコーダ配列の単一の光素子か
ら生ずる出力波形について議論することが望ましい。入
力平面の単一の光素子の存在はこのスイッチが無限のコ
ントラスト比を持つ理想的な光デバイスを持つエンコー
ダ配列を使用することを意味する。理想的なエンコーダ
配列で単一の素子Ｃ幅＝Ｐ）が付勢されると仮定すると
、出力面に生ずる電界波形のパターンＥ　。

ｐｌＸｅｌｎｕｔは 近似的に次式で与えられる。

入力面において、光素子によって発生された垂直電界波
形Ｅ　　、　　　　　（ｙ）は第８図に示すように矩ｐ
１ｘｅｌ　＋　ｎ 形弁布８０１を持つ。フーリエ変換レンズ５０１の働き
によって、出力面の垂直方向の電界波形パターンは第８
図に示すようにＥ　　、　　　　（ｙ）で記ｐｌＸｅｌ
ｏｕｔ 述される５ｉｎｃ分布８０２を持つ。この場合も、出力
の垂直方向に実際に検出されるイメージは式（４）で記
述される零点の間隔を有し、５ｉｎｃ２ｓの形を持つ。

光素子の寸法が減少するのにつれて５ｉｎｃの主ローブ
が広くなることに注意しておくことは重要である０式（
８）から出力平面の水平方向に与えられるビームが幅Ｐ
の矩形分布によって正しく近似されることに注意してお
くことが重要である。

入力面のすべての光素子が消勢されたとき、これは任意
の列を見下すときに、これは矩形波に類似した電界分布
パターンを形成する。この矩形波分布は多くのデバイス
は矩形配列の構造で生産されるから、多くのエンコーダ
配列についても観測することができる。この矩形の電界
分布パターン９０１は第９図に示すような雑音入力 界分布パターン９０２は次式よって記述される。

ここでＰは光素子の大きさで、Ｇは素子の間のすき間の
大きさである。エンコーダは実際には有限な空間的床が
りを有するから、このイメージは実際にはウィンドウ関
数ｗ　（ｙ）によって切り出される。従って、次式が得
られる。

ここで本はたたみ込みの操作を表わし、ｃｏｍｂ　（ｙ
／　ｆｐ＋ｃ）　ｌ　は距離Ｐ＋Ｇに広がったデイラッ
クのデルタ関数の列である。スレショルド操作を使用し
てエンコーダのすべての行を消勢すれば、入力イメージ
のすべでの要素は近似的に同一の放射を持つ。従って、
垂直の電界波形Ｅ　　、　　（ｙ）１０１８８ｍ が入力面に生じ垂直電界波形パターンはのように出力面
に生ずる。出力面においては、単一の光源素子でなく入
力面において発光する複数の光源がある効果は大きく のようになる。入力イメージにｒｅｃｔ　（ｙ／ｗｌ　
のウィンドウをかけ、ウィンドウ長Ｗを素子の大きさＰ
よりはるかに大きくしておけば次のようになる。

出力波形は中心から中心までの距離を んｆ＋ｓ＋／ｆ（Ｐ＋Ｇ）Ｓ０１とした幅の狭い５ｉｎ
ｃパルスの列であり、Ｐは素子の大きさで、Ｇは第９図
に示した素子の間の隙間の大きさである。５ｉｎｅパル
スの各々はその０点がえｆ＋ｓ、／（■ｓｏ）の間隔を
持ち、全体のパルス列は幅の広い５ｉｎｃであるＥ　　
、　　　　ｆｙ） ｐｌＸｅｌｏｕｔ　　　によって変調される。ウィンド
ウ長Ｗが増加するにつれて（すなわちエンコーダ配列の
大きさが大きくなるにつれて）　５ｉｎｃパルスの主ロ
ーブの幅は小さくなる。さらに、エンコーダ配列の素子
と素子間の隙間の大きさが小さくなるにつれて、矩形波
イメージが高い空間周波数を持つようになるから出力面
における５ｉｎｃパルス素子の間の間隔が増大する。

エンコーダ配列のすべての素子がひとつを除いて消勢さ
れたときに、Ｅ　　、　　　　（ｙｌで記述されるｓｔ
ｇｎａｌＩｌｌ 波形分布パターン１００１の電界は第１Ｏ図に不すよう
に入力面に生ずる。従って、次式が成立する。

Ｅ　　、　　　　　（ｙｌ・ＡＥ　　、　　　　（ｙｌ
＋Ｅ　　、　　　　（ｙｌＳ１ｇｎａｌ＋ｎ　　　　ｐ
ｌ、ＸｅＬｎ　　　ｎｏｌｓｅｌＩ。

（Ｉ４） ここでＡはＡ＝１−１／Ｆ丁によって記述される定数で
あり、ｋはエンコーダ配列におけるデバイスのコントラ
スト比である。出力面における垂直電界分布波形パター
ンは によって与えられ、フーリエ変換は線形演算であるから
、第１０図に示すように次のようになる。

Ｅ　　、　　　　　　　（ｙｌ・ＡＥ　　、　　　　　
　ｆｙ）＋Ｅ　　　、　　　　　（ｙｌＳｌｇｎａｌｏ
ｕｔ　　　　　　　ｐｌＸｅｌｏｕｔ　　　　　　ロ０
１Ｓｅａ−ｕｔここでＥ　　　　は破線１００２で示さ
れ、ｐｘｘｅｌ。Ｕ。

Ｅ　　　　　は実線１００３で示される。

ｎｏｌｓｅｏｏｕｔ 第１０図はまた二つの出力領域を示し、ここで出力信号
は出力面に設けられたデコーダ配列１０４の光デバイス
素子のような検出器によってサンプルされる。これらの
領域は情報信号によって生ずる幅の広い５ｉｎｃ分布の
主ローブの中にあるが、これらはバックグラウンド雑音
から生ずる狭い５ｉｎｃ分布の主ローブによって制限さ
れる。従って、光検出器は出力情報信号の主ローブの高
放射をサンプルし、−力出力雑音のワイドロープについ
ては低放射をサンプルする。デコーダ素子をこれに従っ
て配置しであるときには、雑音信号の低放射は情報信号
の高放射に比べて無視できるようになっている。

ディストリビュータ１０３の動作の特性を示すためには
、スイッチの信号対雑音比（ＳＮＲ）を規定することが
有効である。出力面における電界分布波形パターンの変
動があるために、出力の信号対雑音比が出力面のサンプ
ル位置によって変わってくることは明らかである。この
結果として、ディストリビュータの光軸からの垂直方向
のずれの関数として信号対雑音比を調べることば」味の
あることである。この関数はＳＮＲ（、ｙ）と呼ばれる
。

ＳＮＲＣｙ）　を定義する前に、°°雑音信号”と“情
報信号−を電界波形に適用する場合の定義が必要である
。バックグラウンドの入力雑音はエンコーダ配列１０２
の光素子がどれも付勢されていない時に存在する電界波
形として定義される。これは第９図に示すＥ　　、　　
　　ｆｙｌ　によって記述さｎｏｌｓｅ、ｉ、。

れる波形９０１に対応し、結果として得られる出９０２
によって表わされる。先に述べたように、この雑音は、
バイアスビーム１５３が与得られたときに消勢されたエ
ンコーダ素子を通してシステムに入る望ましくない光で
ある。レンズのフーリエ変換の性質はこの雑音を出力面
の離散的な領域に強制的に与えるのに使用される。

システムの入力が゛°情報信号”はエンコーダ配列で単
一の光素子がオンとなっていて、雑音信号の電力レベル
に比べて高電力レベルの光信号を放射しているときに存
在する電界波形であると定義される。消勢された素子か
らの光はまた付勢された素子がオンと名手いるときにも
存在するから、この光はまた入力信号の一部であると考
えられる。この結果として、ｍ１０図に示すようにＥ　
　、　　　　Ｉｙｌで記述される波形１００１は入力Ｓ
１ｇｎａｌｏｕｔ 信号を表わし、Ｅ　　、　　　　　（ｙｌで記述される
波形Ｓ１ｇｎａｌａｕｔ １００３は出力信号を表わす。この結果次のようになる
。

エンコーダ配列１０２で低コントラスト比のデバイスを
使えるようにするために、ディジタル信号処理の応用で
利用されるウィンドウ手法が使用できる。ウィンドウと
ディジタル信号処理の研究は、・すべての信号をディジ
タル信号処理手法に適用する前に打ち切らなければなら
ないという要求から生ずる。通常に打ち切りを行なうの
は先に述べたように信号に矩形のウィンドウをかけるこ
とに相当する。周波数領域では、打ち切られた信号によ
って生ずるフーリエ変換は元の打ち切られていない信号
のフーリエ変換と矩形ウィンドウのフーリエ変換のたた
み込みとなる。　（式１２参照）矩形ウィンドウのフー
リエ変換は５ｉｎｃ関数であるから、５ｉｎｃ曲線のサ
イドローブは初期の信号スペクトルの分布を分散させる
傾向がある。この結果として、矩形ウィンドウを使用す
ると、元の信号のフーリエ変換の帯域幅が広がる傾向が
ある。この現象はスペクトルの漏れと呼ばれることが多
く、矩形ウィンドウのみならず、打ち切りのためにどの
ようなウィンドウを使用しでも観測される。サイドロー
ブに広がってゆくエネルギーの量は使用されるウィンド
ウの関数である。矩形ウィンドウのフーリエ変換は主ロ
ーブを小さくサイドローブを太き（する傾向がある。３
角ウインドウ、ハミングウィンドウ、ガウスウィンドウ
のような他のウィンドウのフーリエ変換ではサイドロー
ブは小さい。サイドローブが低いようなウィンドウを使
って光スイッチ１００の信号対雑音比を改善できる。

光スイッチ１００でどのようにウィンドウ手法が使用さ
れているかを知るためには、エンコーダ配列の素子によ
って形成される光の放射の周期的な分布に対して、エン
コーダ配列１０２の最終的な高さが実効的にウィンドウ
の効果をあげていることを知ることが重要である。この
ことを視覚化するのに良い方法は、垂直方向に無限まで
延びたエンコーダ配列１０２を想像することである。こ
の結果として、スイッチは無限の数の行が存在する。こ
の場合には、入力平面に存在する無限の矩形波のフーリ
エ変換は変化する光のデルタ関数の列となる。今もし無
限に長いエンコーダ配列の前にマスクが置かれて、数行
を除いてすべての残りの行をブロックすれば、入力信号
が明らかに矩形ウィンドウを用いて、ウィンドウされた
ことになり、フーリエ平面上のデルタ関数はスペクトル
の漏れの結果として広がることになる。もし矩形ウィン
ドウ以外のウィンドウを使用すれば、このスペクトルの
漏れは最小化することができる。光の領域でフーリエ技
術とウィンドウ技術を使用するには、システムがコヒー
レントな光源１４からのコヒーレントな光を使用する必
要がある。多くのレーザではその発光の形はガウス形し
ており、従って非不定形のビーム形成システムによって
形成されるエンコーダ配列上にバイアスビーム１５３と
してイメージを持つレーザを使用することによってガウ
スウィンドウを容易に形成することができる。

ディストリビュータ１０３に対してガウスウィンドウを
適用したときの効果は重要である。ガウスウィンドウを
適用することによって、雑音のビりの間の出力領域にお
いて矩形ウィンドウを使用する場合に比べて劇的な改善
が見られる。このような信号対雑音比の改善はエンコー
ダ配列ｌＯ２を照射するビーム形成システム１１５とし
て、エンコーダ配列をガウスウィンドウで照らしたとき
に、雑音信号のサイドローブが大幅に減少することの直
接の結果である。

残念なことに、このような信号対雑音比の改善はただで
実現されるわけではない。このために検討しなければな
らない兼ね合いの問題がある。第１の兼ね合いは雑音信
号における雑音のピークの主ローブは、ガウスビームの
幅が減少するにつれて広くなってゆくということである
。この結果として、信号対雑音比が高い出力の動作領域
の大きさは減少する傾向があり、これによってデコーダ
配列１０４の出力サンプリングの垂直の距離は小さくな
る。

第２の兼ね合いは、ガウスビームの尾で照らされるエン
コーダ９列１０２の行が出力面のデバイスをスイッチす
るのに充分な光を発生しないことである。この結果、こ
れらの入力行はスイッチング動作で使用できなくなる。

実際に、°“入力動作領域−と呼ばれるガウスビームの
中心は近くの使用できる入力行の領域が存在しているこ
とになる。光素子がガウスビームの中心から尾の方に動
くに従って信号対雑音比は低下する。入力動作領域は出
力平面上で必要な信号対雑音比の他にガウスビーム幅の
関数となることに注意することは重要である。

エンコーダ配列のすべての素子が消勢されているときに
、実際のシステムでは有限のコントラスト比ｋがあるか
ら、光の一部はエンコーダ配列を通ることができる。エ
ンコーダ配列はまたスレショルド機能を持ち、フーリエ
変換の入力面のすべてのオフの素子ｃ付勢されている行
も他の行も）が同一の放射すなわち電界の大きさを持つ
ようになっている。もし線形でスレショルドを持たない
エンコーダ配列が使用されたときには、エンコーダ配列
で付勢されていない入力記憶配列の行にはオンとオフの
素子が共に存在し得るので問題が生ずることがある。こ
れらの素子からの異なる放射は線形のエンコーダは単に
入射をｌ／ｆＴ＠するだけであるから線形のエンコーダ
配列を通って伝播する。この結果として消勢状態の情報
ビットについては二つの異なるオフの発光がある。この
ために、入力イメージの周期性は失われ、信号対雑音比
に関する利点が失われる。

このような問題の可能性はエンコーダ配列にスレショル
ドゲートを用いることによって解決される。エンコーダ
配列を先に述べたような３状態の対称自己電気−光効果
デバイスのようなラッチデバイスで構成することによっ
て他の解決も可能である。光スイッチ１００の動作によ
って、先に述べたように任意の時点でエンコーダ配列に
１行だけをラッチすることが必要である。

第１４図にはディストリビュータ１０３を通して選択的
にスイッチするために、バス１７２を通してスイッチ制
御回路１１０からエンコーダ１０２に対して送られる入
力記憶配列１０２の行に記・ｌされた３つの異なるタイ
ムスロットのデータワードのための３つの理想化された
エンコーグタイミング制御信号１４０１−１４０３を図
示している。第１４図に図示するようにディストリビュ
ータによってスイッチされるべきはじめの２行の情報は
最後の配列行の次の行１３２Ｒ（Ｐ−１）と最後の行１
３２ＲＰに記憶される。この情報は先に時間フレーム（
Ｆ−１）の終りで入力記憶配列の中に記憶されたもので
ある。ディストリビュータを通してスイッチされるべき
情報の第３行は第１４図に示すように第１の記゛麿配列
の行１３２Ｒ１に記憶される。この第３の情報の行は時
間フレームＦの間に記゛ｍされたものである。

ディストリビュータシステムのタイミングはスイッチ制
御回路１１０の周知の内部クロックによって同期される
。ディストリビュータシステムのタイミングの要求は第
１３図の時刻ｔ６ｔ７の間に示すような光タイミング信
号１６２の低電力レベルが、エンコーグ制御信号１４０
１−１４０３の光電力レベルあるいはスイッチ制御回路
１１０からバス１７３を経由してデコーダ配列１０４に
送られるデコーダ制御信号１４０４−１４０６の光電力
レベルとは一致しないことである。従って、各々の選択
された記憶配列の情報の行でデイストリビュークシステ
ムを通してスイッチされる間は、光タイミング制御信号
は高電力レベルになければならない。

ディストリビュータを通して最後の入力記・億配列の行
１３２Ｒ（Ｐ−１）の前の行の情報をスイッチするには
、スイッチ制御回路は選択された行に関連したエンコー
ダ制御信号を動作して、その行のデバイスを電気的に付
勢するために、時刻し１で高電力レベルに切替える。エ
ンコーダ１０２の他のすべての行はその制御信号が低電
力レベルに保たれているために電気的に消勢されている
。エンコーダ信号１４０１が高電力レベルにある間に、
制御回路１１０はバス１６８を経由してコヒーレント光
源１１４を動作し、時刻ｔｉｔ２の間では低電力レベル
を発生するようにし、エンコーダ１０２のすべてのフリ
ップフロップ対に入射するバイアスビーム１５３には低
レベルのパルスが与えられる。バイアスビーム１５３に
低レベルのパルスが与えられたときに、入力記憶型列１
３２のすべてのフリップフロップ対に入射するタイミン
グ制御信号１６２は高電力レベルになるから、入力記憶
配列に記・目されたすべてのデータは、そこから情報信
号対１９２　（Ｐ、Ｍ）を通してエンコーダ配列１０２
に伝播するが、情報は付勢されたエンコーグ行１０２Ｒ
（Ｐ−１）にだけ行く。付勢されたエンコーダ行にデー
タが蓄積されているので、バイアスビーム１５３は時刻
ｔ２で高電力レベルに戻り、付勢されたエンコグ配列１
０２の行に記゛邑された情報はデイストリビュークシス
テム１０３を通して、デコーダ配列１０４に行く。また
時刻ｔ２において、デコーダ制御信号１４０４は高い論
理レベル（１）をとり、デコーダの単数あるいは複数の
行の素子を電気的に付勢して光情報信号の対を受信する
。時間幅ｔ２−ｔ３の間に、クロックで同期した光源が
、バス１６９を通してスイッチ制御回路１１０によって
制御されて、バイアスビーム１５４にパルスを与え、低
電力レベルとし、デコーダ配列の素子を光学的に付勢し
て、ディストリビュータを通った光情報信号対を受信す
る。この結果として、ディストリビュータ１０３を通っ
た情報信号対によって表わされる情報がデコーダ配列の
電気的および光学的に付勢された行のフリップフロップ
対に記゛ｍされる。

付勢された１０４のデコーダ配列の行にデータが記・億
されたあとで、時刻ｔ３において、光源１４５はビーム
１５４にパルスを与えて、高電力レベルとし、デコーダ
配列１０４に今記憶された情報の行が時刻ｔ３ｔ４の間
で、出力システム１０５の出力記憶配列１３３に伝播す
るようにする。バス１７６を経由してスイッチ制御回路
ｌｌＯによって制御される光源１４２は、バイアスビー
ム１５６が低レベルで出力記憶配列１３３に入射した状
態を保つから、付勢されたデコーダ行の情報は出力記・
ｌ配列の対応する行に記憶される。制御タイミング信号
１５４がデコーダ配列１０４上で高電力レベルのパルス
となる時刻ｔ３とｔ４の間で出力記・ｌ配列に情報信号
が記・邑される。デコーダ配列の他の行はすべて消勢さ
れ、共に低レベルである１対の光信号を送出する。この
結果として、これらの低電力レベルの光信号対はそれが
入射した出力の記憶配列の行に影響を与えないことにな
る。時刻ｔ４において、電気的なデコーダ制御信号が低
論理レベル（０）に戻り、光制御信号１５４も低電力レ
ベルに戻り、これによってデコーダ配列の行１０４　（
Ｐ−１）を電気的、光学的に消勢する。

時刻ｔ３において、エンコーダのバイアスビーム１５３
が低電力レベルのパルスになり、エンコーダ制御信号１
４０２が高レベルになり、最後のエンコーダ行１０２Ｒ
Ｐが電気的に付勢されたときに、上述したシーケンスが
繰返される。この結果として、対応する入力記・演配列
の行１３２ＲＰに記憶された情報は並列に転送され、行
スイッチングプロセスの次のサイクルを開始する。時刻
ｔ４でエンコーダのバイアスビーム１５３が高電力レベ
ルになったときに、情報信号対によって表わされた新し
い情報の行がディストリビュータを通してデコーダ配列
に伝播する。これと同時にデコーダ制御信号１４０５は
高電力レベルに変化して、新しいデコーダ行を付勢し、
デコーダバイアスビーム１５４は低電力レベルに変化し
て付勢されたエンコーダ配列の行からの情報をデコーダ
配列に記憶するように付勢する。時刻ｔ５において、エ
ンコーダ信号１４０２は低論理レベルに変化し、エンコ
ーダ配列１０２ＲＰを電気的に消勢し、エンコーダビー
ム１５４は高電力レベルに戻ってデコーダからの最後の
行のデータを出力記・麿配列に通過させる。時刻ｔ６に
おいてデコーダ信号Ｉ４０５とバイアスビーム１５４が
低レベルに変化し、ディストリビュータからの次の行の
データがデコーダに記・重されるようになる。

入力記憶配列の時間フレーム（Ｆ−１）の情報のすべて
の行が出力記憶配列１３３に転送された後で、第１の記
憶配列中の時間フレームＦの情報の第１行について、上
述のプロセスが繰返される。これには第１４図に示すよ
うにエンコーダ制御信号１４０３とデコーダ制御信号１
４０６が関与する。

エンコーダ配列１０２と同様に、デコーダ配列１０４は
第１図に示すように行１０４Ｒ１−１０４ＲＰと列１０
４Ｃ１０−１０４ＣＭに配列された３状態対称５ＥＥＤ
のような複数の光記憶素子を含んでいる。スイッチ制御
回路１１０はバス１７３を経由して、ひとつあるいはそ
れ以上のデコーダ配列の行を付勢して対応する列の対の
全体にわたって分？された情報信号対によって表わされ
る情報を記憶する。デコーダ配列］０４の付勢された行
に情報が記゛臆された後、ディス１〜リビユークシステ
ム１０３とデコーダ配列１０４の間に挿入された周知の
偏光形のビームスプリッタ１１９がクロック付きの光源
１４５からのバイアスビーム１５４のようなりロックを
持った光電力信号を先に述べたデコーダ配列のデバイス
の各々に与える。このクロック付きのバイアスビームの
大きさは均一である。バイアスビームはコヒーレントあ
るいは非コヒーレントな光源から第１４図で先に説明し
たようにデコーダ配列全体に与えられる。デコーダ配列
の付勢された行だけが、それに含まれた情報を出力シス
テム１０５に記・境するために高電力レベルと低電力レ
ベルを持つ相補的な光信号対を生ずる。表Ａに示したよ
うに消勢された素子の行は低電力レベルの対だけを放出
する。先に引用した米国特許筒４，７５４，１３２に述
べられているように、対称５ＥＥＤの状態を変化するた
めには２つの光制御信号ビームの電力の間に予め定めら
れた以上の比が存在する必要がある。各々の消勢された
素子からの光出力信号対の電力レベルは同一であるから
、この光出力信号対は同一であり、光出力信号対は出力
システム１０５の対称５ＥＥＤ記憶素子の状態を変化す
ることはない。しかし、付勢されたデコーダ素子の各々
の情報を表わす高電力レベルと低電力レベルの出力光信
号の比は充分大きく、出力システムにおける記憶素子の
状態を変化するようになっている。従って、付勢された
デコーダ行からの情報だけが出力システムに記′にされ
ることになる。

第１１図はデコーダ配列１０４によって選択された情報
の行を記憶するための出力記憶配列１３３と記・ｌされ
た情報を空間的に分離された形式から、関連する出力対
１６０　（１）−１６０（Ｎ）に直列に送信するための
時間的に分離された形式に変換するための出カシ、ステ
ムレジスタユニット１２９を含む光出力システムの詳細
図である。出力記憶配列１３３と出力シフトレジスタユ
ニット１２９とを含む出カシステムバインタフエースユ
ニットＩ２ア、１２８と光透明な材料１２６ではさまれ
ている。

出力記゛ｌインタフェースユニット１２７はデコーダ配
列１０４の素子からの光信号対１９４（Ｐ、ｎ）のｆ象
をビームスブリック１２＋を通して、出力記・は配列１
３３の対応する位置を有する受信面に形成するための周
知のイメージングシステム１２０を含んでいる。周知の
偏光形のビームスプリッタ１２１は光源１４２からのク
ロック付きの光バイアスビーム１５６を出力記・障配列
１３３の完配′ｍ素子の各々に向けるようになっている
。

入力記・厖配列１０１と同様に、出力記憶配列１３３は
行１３３Ｒ１−１３３ＲＰとなり列１３３ＣＩ−１３３
Ｃ８のように周期的に並べられた対称Ｓ　Ｅ　Ｅ　Ｄの
ような複数の完配・ｍ素子を含んでいる。バイアスビー
ム１５６に応動じて、出力記・旧配列１３３はその記′
ｍ素子の各々からのそれに含まれた情報を表わす相補的
光情報信号の対を放出して出力シフトレジスタユニット
１２９に記′臆する。ある時間フレームの周期からの情
報が出力シフトレジスタユニットに記゛ｍされたあとて
、出力記憶配列はデコーダ配列１０４からのスイッチさ
れた情報の次のフレームを記・臆しながら、シフトレジ
スタユニットに記憶されでいる情報を直列に出力ファイ
バ対１６０　（１）−１６１（Ｎ）に直列にシフトして
出す準備ができることになる。

光シフトレジスタインタフェースユニット１２８に出力
記・ｌ配列１３３とシフトレジスフ１２９の間に挿入さ
れ、記・世配列からの光信号の像を出力シフトレジスタ
ユニットの対応するマスク記憶素子に形成し、光タイミ
ング制御信号１５７−１５９をシフトレジスタユニット
の素子に与えるようになっている。スイッチ制御ユニツ
１−１１０はバス１７４を経由して空間光変調器１４１
を制御し、これが図示していない光源からの光電力信号
１５５に応動して光タイミング制御信号１５７−１５９
を放出する。シフトレジスタインタフェースユニットは
各々の記゛邑素子からの光信号のイメージをシフトレジ
スタユニットの各々の対応する位置を持つマスタ５ＥＥ
Ｄに形成するイメージングシステム１２２を含む。周知
の偏光汗シのビームスプリッタ１３３がシフトレジスタ
ユニット１２９の記憶素子の各々に対してタイミング信
号を向けるようになっている。

入力シフトレジスタユニット１３１と同様に、出力シフ
トレジスタユニット１２９は複数の光シフトレジスタ行
１２９　Ｒｌ　−１２９ＲＰを有し、それに空間的に分
離された形式で記憶された情報を直列に出力光ファイバ
対１６０　（１）−１６０（Ｎ）の関連する対に直列に
シフトしで、時間的に分離された形式で送信する。出力
シフトレジスタユニット１２９は行１３４Ｒ１−１３４
ＲＰおよび列１３４Ｃ１−１３４ｃ８に配列された完配
＝ｌｆｉ素子配列１３４と、行１２５ＲＩＪ−１２５Ｒ
Ｐと列１２５ｃＩ−１２５ｃ８に配列されたホログラム
１２５の同様の配列を含んでいる。光学的に透明なスペ
ーサ材料１２４が記・ｍ素子とホログラム配列の間に入
れられている。各々の列は情報のビットを記憶してシフ
トするためのマスク、スレーブとして指定された１対の
記憶素子を含んでいる。記・ｍ素子対に面して置かれた
対応する反射ホログラムの対の配列１２５が周知のマス
クスレブフリップフロツブの構成になるようにその対を
相互接続する。各行の記・ｍ素子の対はまた相対して面
したホログラムによって光学的に相互接続されて、ある
記憶対から他の記・ｍ対に対して相補的な光情報信号を
シフトする。例えば、行１３４Ｒ１の記憶素子の第１の
マスクスレーブ対は１３４　（Ｒ１，Ｃ８）Ｍ、１３４
　（Ｒ１，Ｃ３）Ｓとして指定されている。相対して面
するホログラムも図示のように同様に名付けられている
。

第１５図に示されているのは、理想化された光タイミン
グ制御信号１５７−１５９、クロック付きの光バイアス
ビーム１５６および出力ファイバ対１６０（１）上の相
補的光情報信号対の時間ｔに関するタイミング図である
。図示のように、相補的光情報信号対１５０２は最後の
タイムスロ・ソトのデータワードを表わし、これは時間
フレーム（Ｆ−２）の８ビツトの情報Ｂｌ−Ｂ８を含む
。

同様の対１５０３は時間フレーム（Ｆ−１）の第１のタ
イムスロットのはじめの数ビットを表わしている。時間
フレーム（Ｆ−２）からの情報は、時刻ｔ３とｔ４の間
で先の時間フレーム（Ｆ−３）の終りのバイアスビーム
１５６ト同様にバイアスビーム１５６が高電力レベルの
パルスとなったとき出力記・重配列１３３から出力シフ
トレジスタ１２９に転送されたものである。この時間の
間電子的に制御された空間光変調器１４１はタイミング
制御信号１５７．１５８および１５９を低電力レベルに
保つから、情報信号対によって表わされるデータは出力
記憶配列１３３から出力シフトレジスタユニット１２９
に伝播する。この結果として、データは出力シフトレジ
スタユニット１２９のフリップフロップ対に記゛重され
る０例えば、行１２９Ｒ１−１２９Ｒ３のデータが出力
シフトレジスタユニットに記憶されたときに、これは−
時に１行ずつ単一の出力ファイバ対１６０（１）にシフ
トして出される。バイアスビーム１５９は出力ファイバ
対に情報を転送して出していないすべての出力シフトレ
ジスタ行については低電力レベルに保たれる。

出力シフトレジスタユニット１２９は行１３４Ｒ１−１
３４ＲＰと列１３４ｃ１−１３４Ｃ８に配列された完配
・ｌ素子の配列１３４と同様に行１２５Ｒ１−１２５Ｒ
Ｐと列１２５ＣＩ−１２５Ｃ８に配列されたホログラム
を含んでいる。記憶素子とホログラム配列の間には光学
的に透明な材料１２４が入っている。配列１３４の各々
の列は情報のビ、ットを記憶してシフトするマスターと
スレーブの完配・ｍ素子を含んでいる。記憶素子の対に
面した配列１２５のホログラムの対応する対が記憶素子
の対を光学的に相互接続して、周知のマスタースレーブ
フリップフロップの構成を作る。

各行の記憶素子の対はまたホログラム対によって光学的
に相互接続されて、ある記憶素子対から他に補的光信号
の対をシフトする光シフトレジスタの行を形成する０例
えば、記憶素子の行１３４Ｒ１の第１のマスタースレー
ブ対は１３４（Ｒ１゜Ｃ８）Ｍと１３４　（Ｒ１，Ｃ１
）Ｓであり、その行の最後の対は１３４　（Ｒ１，Ｃ８
）Ｍと１３４（Ｒ１，Ｃ３）Ｓである。これに面してい
るホログラムについても図示のように同様の番号が付い
ている。

出力シフトレジスタ配列１２９に記・臆された８ビツト
の情報Ｂ１−８８のシフトは入力シフトレジスタユニッ
ト１３１について先に述べた方法と同様に実行される。

ビットＢ１がマスタフリップフロップ肥・ｌ素子１３４
　（Ｒ３，Ｃ８）Ｍに記憶されており、他のビットＢ２
−Ｂ８が行１３４Ｒ３の他のマスタフリップフロップ記
・ｌ素子に記憶されているとすれば、データのシフトの
ためにはタイミング信号１５８をその行のすべてのマス
タフリップフロップ記憶素子に与え、タイミング信号１
５７を同一の行のすべてのスレーブフリップフロップ記
憶素子に与えなければならない。第１５図に図示したよ
うに、時刻１０において、バイアスビームは相補的情報
信号が出力ファイバ対にシフトして出される行だけで高
レベルのパルスとなる。マスタフリップフロップ記憶素
子に高電力レベルのバイアスビーム１５８が与えられる
ので、情報信号対はマスタフリップフロップ記・ｍ素子
から放出されて配列１２５の相対するホログラムに向け
られ、ここで信号は再び対をなす隣接したフリップフロ
ップ記憶素子に与えらえる。時刻ｔｏとｔｌの間ではバ
イアスビーム１弓７は低レベルにあるので、マスタフリ
ップフロップ記憶素子上の情報はフレーブフリップフロ
ツブ記は素子に転送される。さらに、マスタフリップフ
ロップ記憶素子１３４　（Ｒ３，Ｃ８）Ｍからの情報信
号はホログラム１２５　（Ｒ３，Ｃ８）Ｍにゆき、これ
がこの信号を出力ファイバ対１６０　（１）に向ける。

時刻ｔ１で情報の転送が終了したあと、タイミング制御
信号１５８は低電力レベルに変化する。

この結果として、スレーブフリップフロップ記憶素子に
記・ｌされた情報を表わす相補的情報信号対は相対して
面するホログラムに与えられ、これが信号を隣接したマ
スタフリップフロップ記憶素子に戻す。これによってス
レーブフリップフロップ記・ｍ素子からマスタフリップ
フロップ記・ｍ素子にデータ転送されたことになる６時
刻七２で、タイミング信号１５７は低電力レベルに戻り
、タイミング信号１５８は高電力レベルに戻る。上述し
たシーケンスは次ノアに繰返されて生情報の各ビットを
シフトレジスタの行を通してシフトし、出力ファイバの
電力］’６０（１）とする。従って、所望の並直列変換
が行なわれて、空間的に分離したｉＩ！を報を時間的に
分離したフォーマットに変換する。第１３図に図示する
ように、時間フレームの境界が時刻上８に存在する。第
１４閉出は時間フレームの境界は時刻ｔ７で生じ、第１
５図では時間境界は時刻ｔ４で生ずる。第１３図に示す
ように時間フレームＦが入力シフトレジスタユニット１
２１に入れられている１７１１に、データがディストノ
ピユータを通してスイッチされるのであるから、第１５
図のフレーム境界のあとでシフトして出されるデータは
時間フレーム（Ｆ−１）に対応することになる。

各々が情報タイムスロットを含む行１２９Ｒ１−Ｌ２９
Ｒ３）のような出力シフトレジスタの行のグループが１
６０（１）のような各々の出力ファイバ対に関連してい
る。このグループは関連する出力ファイバ対に時間的に
分離された情報を直列に送信するための時間フレームの
情報を含んでいる。制御タイミング信号１５６−１５９
には出力ファイバ送信シスデムのデータ速度のクロック
が与えられて最後のデバイスからの情報信号を付勢され
たシフトレジスタの行の各々に放出する。

各グループの行は周知の方法で自動的に付勢されるか、
あるいは代りに制御バス１７４を通して出力ファイバシ
ステム１９０によって制御される。

光スイッチと出力光搬送設備１９０を同門するために、
周知のタイミング制御信号が出力制御回路１１０からバ
ス１６７に送られる。

出力シフトレジスタユニット１２つと出力ファイバ対１
６０　（１）−１６０（Ｎ）の間には光学的に透明なス
ペーサ材料１２６の層がある。スペーサ材料１２６は各
々のホログラム対が光信号対を、関連する出力ファイバ
対に対して最小の伝送損失で向けるための空間を与える
。

要約すれば、光スイッチ１００は完全にスイッチの段の
中で光領域で空間分割光スイッチと時分割光スイッチの
動作を実行する。これはエンコーダ配列１０２からの光
情報信号対をデコーダ配列１２４のすべての行に空間的
に分配するディストノピユータシステムによって実行さ
れる。直列に受信された光・情報は大力シフトレジスタ
ユニット１３１の行に格納される。このシステムの並列
動作を利用するために、交換されるべきデータは並列形
式でシステムに与えられなければならない。

これは特定のデータのタイムスロットに関連した行に対
して直列に受信されたデータをシフトする入力シフトレ
ジスタユニットによって実行される。同様に、逆の動作
が出力シフトレジスタユニット１２９で実行され、これ
ではディストリビュータ１０３を通して交換されてきた
出力情報が出力シフトレジスタの行から直列に読み出さ
れ、出力ファイバ対１６０　（１）−１６０（Ｎ）に直
列に送出される。シフトレジスタユニットになる光情報
のシフト動作によってディストリビュータは入来データ
あるいは出力データよりはるかに低い速度で動作できる
。入出力の記・重ユニットだけが入力と出力の直列ビッ
トの速度で動作することを要求される。入力システム１
０１は時間的に分離された光信号のビットの流れを空間
的に分離されたビットパターンに変換する。情報は次に
並列にディストリビュータを通して出力システム１０５
に対してスイッチされこのときにスイッチ制御回路１１
０の制御下にエンコーダ配列１０２とデコーダ配列１０
４が使用される。従って、光フアイバ上の任意のタイム
スロットのデータを出力ファイバ中の任意の他のタイム
スロットにスイッチすることができ、これによって時間
スイッチと空間スイッチの両方を実行することができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の光スイッチの図： 第２図は第１図の光スイッチの入力システムの詳細な説
明図： 第３図は第１図の光スイッチのビーム形成システムによ
って形成されるガウス分布を有する光バイアスアビーム
の大きさを示す詳細図：第４図は第１図の光スイッチの
エンコーダ配列で使用される自己電気−光効果デバイス
の回路図 第５図は第１図の光スイッチのディストリビュータの詳
細図： 第６図は第５図のディストリビュータの側面図 第７図は第５図のディストリビュータの上面図： 第８図は第１図の光スイッチの単一のエンコーダ素子の
入力電界の波形例とデコーダ配列に存在する結果として
得られるフーリエ変換を表わす図 第−０図は第１図の光スイッチのデコーダ蘭列の列の光
素子からの波形例とデコーダ配列に存在づ−る結果とし
て得られるフーリエ変換を表わす図： 第１０図は第１図の光スイッチのエンコーダ配列の列か
らの雑音波形例と単一の光情報信号とデコーダ配列上の
結果として得られるフーリエ変換を表わす図 第１１図は第１図の光スイッチの出力システムの詳細図
： 第１２図は第２図の入力システムの一部の詳細図： 第１３図乃至第１５図は第１図の光スイッチの入力シス
テム１０１、デイ又トリピユータ１０３および出力シス
テム１０５に与えられる種々の光情報信号と光および電
気タイミング制御信号のタイミング図である。 ［主要部分の符その説明］ ディストリビュータ手段　　　　１０３デコーダ手段　
　　　　　　　　１０４制御手段　　　　　　　　　　
　１１０工ンコーダ手段　　　　　　　　　１０２ＦＩ
Ｇ、９ ＦＩＧ、θ ＦＩＧ、１０ Ｎ１ ン

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、複数個の入力位置の任意のものから放出された入力
   電界パターンを出力電界パターンの大きさが該入力電界
   パターンのフーリエ変換となるように複数の出力位置の
   すべてを照らすような大きさを持つ出力電界パターンに
   分配するディストリビュータ手段 を含むことを特徴とする光スイッチ。 ２、請求項１に記載の光スイッチにおいて、該複数の入
   力位置の任意のものからの入力電界パターンは情報を表
   わし、該光スイッチはさらに該出力電界パターンの大き
   さに応動して該複数の出力位置の内の選択された出力位
   置から該情報を表わす光信号を放出するデコーダ手段を
   含むことを特徴とする光スイッチ。 ３、請求項２に記載の光スイッチにおいて、さらに該デ
   コーダ手段を制御して該選択された出力位置から該光信
   号を放出する制御手段を含むことを特徴とする光スイッ
   チ。 ４、請求項２に記載の光スイッチにおいて、さらに複数
   の記憶素子を有し、該デコーダ手段からの該光信号に応
   動して該記憶素子の内の選択された記憶素子に該選択さ
   れた出力位置からの該光信号になって表わされる情報を
   記憶する記憶手段を含むことを特徴とする光スイッチ。 ５、請求項１に記載の光スイッチにおいて、さらに該入
   力位置の選択された入力位置から該入力電界を放出する
   ためのエンコーダ手段も含むことを特徴とする光スイッ
   チ。 ６、請求項５に記載の光スイッチにおいて、さらに該エ
   ンコーダ手段を制御して該選択された入力位置から該入
   力電界を放出する制御手段を含むことを特徴とする光ス
   イッチ。 ７、請求項６に記載の光スイッチにおいて、情報を記憶
   し、光電力信号に応動して該エンコーダ手段に対して該
   情報を表わす光信号を放出する記憶手段をさらに含むこ
   とを特徴とする光スイッチ。 ８、請求項１に記載の光スイッチにおいて、該入力位置
   に直線状に並べられた複数の素子を有し、情報を記憶し
   、該直線状に並べられた素子にわたって予め定められた
   分布の大きさを持つ第２の電界パターンに応動して該予
   め定められた分布を近似する大きさを持ち、該素子の内
   の選択されたものに記憶された情報を表わすはじめに示
   した入力電界パターンを放出するためのエンコーダ手段
   をさらに含むことを特徴とする光スイッチ。 ９、請求項８に記載の光スイッチにおいて、さらにその
   大きさがガウス分布を持つような該第２の電界パターン
   を放出する手段を含むことを特徴とする光スイッチ。 １０、請求項１に記載の光スイッチにおいて、該ディス
   トリビュータ手段は該軸のまわりに該入力位置の任意の
   ものからそれを通して伝播する光信号の中心を決定する
   光軸を有することを特徴とする光スイッチ。 １１、請求項１に記載の光スイッチにおいて、該ディス
   トリビュータ手段はさらに該入力位置の内の任意のもの
   から該中心を決定する手段を通して伝播する光信号を第
   １の予め定められた方向に拡大する手段を含むことを特
   徴とする光スイッチ。 １２、請求項１１に記載の光スイッチにおいて、該ディ
   ストリビュータ手段はさらに該入力位置の任意のものか
   ら該出力位置に伝播する光信号を該第１の予め定められ
   た伝播方向と実質的に直交した第２の予め定められた方
   向で像を形成する手段を含むことを特徴とする光スイッ
   チ。