JPS5943792B2 - 表面弾性波を利用したアナログ・コ−リレ−タ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は一般に２つの電気信号を相関せしめる装置、特
に相関積をうるために上記２つの電気信号の１方または
双方に導入される遅延が表面弾性波遅延装置からえられ
るコーリレータに関する０２個号の相関積をそれらの合
成積（コンボリューションプロダクト）からうろことを
可能にする表面弾性波装置は知られている。

この場合上記電気信号は１個のピエゾ電気基板の両端に
設けられた２つの入カドランスデューサを附勢するため
用いられ、これにより上記基板の表面に反対方向に伝搬
せしめられる一つの表面波を生ずる。

この伝搬媒体の非直線性あるいは１個の半導体中に発生
せしめられる非直線性の故に、上記表面の任意の一点に
おいて上記表面波により導入される２つの要素信号の積
を表わす１個の信号かえられる。

この信号はその最長信号に関連した表面波の空間的広が
りに等しいかそれより太き範囲に亘る相互作用領域内で
拾出される。

これら２つの電気信号の相関積をうるためにこれら２信
号の１方について時間逆転処理を行うことが必要となる
。

この処理を行いうる装置は複雑でかつ大きな損失を伴い
従ってえられる信号の振幅は著るしく減少せしめられた
。

本発明の目的により簡単でかつより高能率で２づの電気
信号の相関関数を１個の遅延線により消液サンプリング
しえられる。

さらに評言すればこの遅延線上の異なる点において（こ
れら２個号Ｃ持続時間に制限されることなく）上記２信
号のＭ関積の夫々の値を与える表面波を利用する型のア
ナログコーリレータをうるにある。

本発明により第１および第２の信号を供給される第１お
よび第２の入力端と、上記第１および汀２の信号の相関
関数のｍ個のサンプル値を夫々人えるようなされたｍ個
の出力端とを有する表面伺性波アナログコーリレータが
設けられ、このアサログコーリレータは、圧電性基板と
この基板の」記載１の入力端に接続された伝搬表面上の
１点に配置され、上記基板上に伝搬せしめられる第１Ｃ
表面波を送出するに適した第１の電気機械的トランスデ
ユーサと、この表面波を受けるため配置いれたｍ個の表
面波検出領域とよりなる表面弾性波遅延装置と； 上記ｍ個の検出領域に配置された夫々の入力外を有する
ｍ個のアナログ処理用チャネルであつズその各々がその
入力側に結合された第１の入力外を有する非直線性伝送
装置と、上記コーリレ−６の上記第２の入力端に結合さ
れた第２の入力端４１個の出力端と、およびその入力側
が上記伝搬装置の出力と結合されその出力側が上記コー
リレータの上記ｍ個の出力の内の１個を構成する積分装
置とよりなるものとよりなっている。

以下添付の図面により本発明の実施例を詳細に説明する
。

２個の信号ｆ （ｔ）およびｇ（ｔ）よりなる相関関数
Ｃ（τ）は次の形をもっている。

上記遅延線を通じて１つの波が伝搬せしめられある遅延
時間Ｔ□後にＭ点に到達したとする。

このＭ点で上記波により導かれた上記遅延された信号と
第２の信号との積かえられるようなされていると、この
Ｍ点でえられる２信号の積は ｔ （ｔ−Ｔ１） ｇ（ｔ）で表わされる。

この積を上記最大信号の持続時間に亘って時間について
積分すると上記積分装置の出力側からえられる出力信号
ははゾ に等しく、この値は時間軸上の点τ＝Ｔ□における相関
積に等しく、従って縦座標上のそれに対応する点は相関
関数の値を示す。

同様に上記遅延線上を互いに反対方向に伝搬する２つの
波が２つの関数ｆ（ｔ）およびｇ（ｔ）で表わされ、夫
々遅延時間Ｔ、およびＴ２の後点Ｍに到達したと仮定し
、またＭ点においてこれら２つの波の積あるいはこれら
の波により導かれる２つの信号の積をうる装置が配置さ
れていると単純積ｆ（ｔＴｌ）・ｇ（ｔＴ２）がこの装
置から伝えられ、それを最長信号の持続時間中時間につ
いて積分すると、 がえられＴ＝Ｔ１＋Ｔ２とすると おける相関積を表わす。

上記サンプリングを種々の点で行うことにより２信号の
相関関数を示す１組の値かえられる。

これらの関係を本発明によるコーリレータに適用して説
明すると本発明によるコーリレータに用いられた遅延線
は主として圧電性基板より形成された表面弾性波遅延線
よりなり、上記表面波はこの線の入力端に設けられた２
個の電気機械的トランスデユーサはそれらの入力端子に
加えられた電・気エネルギーを等しい周波数をもった２
つの機械的振動エネルギーに変換する。

この遅延線上の検出点に設けられた出力用トランスデユ
ーサは逆に機械的振動エネルギーを電気信号エネルギー
に変換し、従って入力信号と同様ではあるが伝送距離に
比例した遅延時間をもった電気信号を発生する。

固体中の波の伝搬の比較的低い速度のためにこの音響的
導波体の単位長さ当りの相回転量は非常に大きい（送出
された信号の波長は短い）。

この型の遅延線は従って比較的小さな寸法で相当に大き
な遅延量を与ええられ、この利点が本発明によるコーリ
レータ−においても利用されている。

本発明による最も簡単な型のコーリレータは伝搬媒体自
体の非直線性を利用している。

すなわち圧電性基板をその飽和状態近くで動作せしめる
ことにより上記２つの波に対して非直線的効果を生じる
。

これら信号の直接的な検出はしかしながら低い信号振幅
しかえられない。

このためこの圧電基板の表面に配置された半導体素子に
より、あるいは外部ダイオードによりえられる非直線性
が用いられる。

第１図の例において圧電性基板１（例えばニオブ酸リチ
ウムよりなる）はその頂面の両端において指間構造の電
極を有する２個の電気機械的櫛形トランスデユーサ２お
よび３をもっている。

トランスデユーサ２Ｑ）２個の電極は電流発生器４の出
力端子と接続され、またトランスデユーサ３の電極は電
流発生器５の出力端子と接続される。

これらトランスデユーサ２および３はそれらに加えられ
た電流を機械的歪に変換し、これにより上記圧電性基板
の頂面に沿って互いに逆方向に伝搬する第１および第２
の表面弾性波を生じる。

接地された電極６が上記表面弾性波を伝搬するため用い
られる圧電性基板の１表面と反対の表面に取付けられる
。

上記コーリレータはまたトランスミッションおよびアナ
ログ処理用チャネルを具えている。

図面を簡単にするためにこれらのチャネルの内４個のみ
が示される。

これらチャネルの各々は１個の絶縁性基板７に取付られ
た半導体接合部をもっており、それらの後に積分装置が
設けられる。

半導体材料（例えば硅素）よりなる４個の条帯８．９，
１０および１１が波の伝搬方向と直角に上記基板７上に
取付けられる。

上記絶縁性基板７と半導体材料よりなる条帯８，９，１
０，１１は第２図に示されている。

これら条帯の夫々は上記絶縁物と接触するｎ十にドープ
された層８１と上記圧電性基板の頂面上のｎ−にドープ
された層８２により形成される。

導線を半田附するための端子８３がこのｎ十にドープさ
れた層８１上に設けられる。

これらの層はまず上記絶縁性基板７上に半導体よりなり
ｎ十にドープされた層と同じく半導体よりなりｎ−にト
ロープされた層を沈着することにより形成される。

このように沈着された層はついで化学的に絶縁性基板に
までエツチングされて上述の半導体素子が形成される。

４個の条帯８，９゜１０．１１の各々のｎ十にドープさ
れた層に対して導線が接続され、これら導線は夫々４個
の積分装置１２，１３，１４．１５の第１の入力端子に
接続され、これら装置の第２の入力端子は夫々接地され
る。

またこれら積分装置の出力線はこのコーリレータの出力
線を形成して上記電流発生器４゜５により加えられた２
個の入力信号の相関関数のサンプル値を出力する。

上記本発明によるコーリレータは次のように動作する。

トランスデユーサ２，３より送出された２つの波は上記
圧電基板の長手の方向に伝搬される。

長さｄｌ （上記基板の幅は単位寸法に選らばれる）を
有する面積部分ｄｓはこの部分ｄｓ上に設けられた半導
体条帯と関連して動作せしめらへこの半導体要素の訃に
ド−プされた層と電極６との間の電圧が拾出される。

本コーリレータ−の動作を示す図が第３図に示されてい
る。

トランスデユーサ２および３は夫々方向Ｄ１およびＤ２
に沿って表面波を送出する。

１ ＝ １１の瞬間においてこれらの波はこのｄｌの長
さを有するピックオフ部分に達しない。

上記ピックオフ部分はトランスデユーサ２から１１の距
離にまたトランスデユーサ３から１２０）距離にある。

ｔ ＝ ｔ ２の瞬間においてこれら２つの波は点Ｍに
同時に到達し、これらの波により上記長さｄｌを有する
面積部分ｄｓ上に設けられた半導体中に次に示す電圧部
分ｅを生せしめる。

こ＼に２△ｔは上記微小長ｄ７上を波が伝搬するに要す
る時間である。

この区間中で上記２つの関数の積の値が変化しないとす
ると、上記電圧部分は上記区間ｄｌの中心における２つ
の関数の積ｆ（ｔ Ｔ１）・ｇ（ｔ−Ｔ２）に相当す
る値に比例する。

上記積分装置の出力電工はτ＝２（Ｔ１−Ｔ２）に相当
する点における上記２関数の相関積を表わす０ 第４図は本発明によるコーリレータの第２の実施例を示
す。

第１図のコーリレータ中のそれらと同等の要素は第１図
と同一参照番号で示される。

例えば電流発生器４および５から供給される２個のトラ
ンスデユーサ２および３を有する圧電性基板１および出
力積分装置１２，１３，１４，１５がそれである。

４個のアナログ処流用チャネルも示されており、その各
々は１個の出カドランスデューサ２０゜２１．２２．ま
たは２３をもっている。

これらトランスデユーサの第１の電極は接地され、また
他の回路成分はトランスデユーサ２３に相当するチャネ
ルに対するもののみが示される。

このトランスデユーサ２３の第２の電極はダイオード２
４の陽極に接続され、その陽極は抵抗２５よりなる直流
電圧源２６により偏倚される。

上記直流源２６の他端は接地される。

ダイオード２４の陰極は抵抗器２７およびキャパシタ２
８の両方に接続され、抵抗器２７は更に接地され、また
キャパシタ２８は更に積分器１５の入力に接続され、積
分器の他の入力端子は接地される。

積分器の出力端子は対応するチャンネルの出力を構成す
る。

トランスデユーサ２０，２１，２２および２３は指間く
し構造（ｉｎｔｅｒｄｉｇｉｔｏｌ ｃｏｍｂｓｔｒｕ
ｃｔｕｒｅ）を有する。

２つの隣接くし歯間の距離、すなわちトランスデユーサ
の１つの電極のλ 腕と他の電極の隣接腕との間の距離は百であり、λはも
し入力信号が搬送波を変調するならば搬送波に対応する
波長であり、またもし入力信号が表面波を送出するトラ
ンスデユーサへ直接加えられるならば入力信号の平均周
波数に対応する。

くし特有の非直線性に基く寄生信号を拾い出すことない
上げるための最適距離である。

事実上初期波周積分によって何等付加的起電力を誘導し
ない。

もしもトランスデユーサ２によって送出された波が出カ
ドランスデューサ、例えば２３に遅延Ｔ１を以て到着す
るならば、またもしトランスデユーサ３によって送出さ
れた波が同一出力トランスデユーサ２３に遅延Ｔ２を以
て到着するならば、このトランスデユーサの端子両端に
拾い出される電圧は瞬間ｔにおいて次式で与えられる（
ここにＫは定数）： Ｖ＝Ｋ （ｆ （ｔ−Ｔ１）十ｇ（ｔ−Ｔ２）］ダイオ
ードを通って流れる交流ｉは自乗法則の性質を生ずるよ
うバイアスされ ｉ：ｋｖ２ となる（ｋは定数）。

このように、積分器の入力においては ｆ（ｔ−Ｔ１）２＋ｇ（ｔ−Ｔ２）２＋２ ｆ（ｔ−Ｔ
□） ｇ（ｔ Ｔ２）に比例する電流ｉが得られる。

相関積の結果に関連して問題となるのはこの和の最後の
項のみである。

時間に対するこの信号の積分は時点τ＝２（Ｔ１に に等しい値を加えたものに比例する値となる。

上式の値は拾い出し点如何に関せず一定である。

応用の種類によって、使用されるのは相関々数の形状の
みである。

直接成分の積を生ずるダイオードを使用する検出は相関
々数の縦軸の移動に相当し、これは伺等の欠点を生じな
い。

しかしこの直接成分は簡単な装置によって除去すること
が出来、関数ｆ （ｔ）およびｇ（ｔ）はそれぞれ積分
器を付随した２つの補助ダイオードによって別々に検出
され、かつこのようにして得られた信号の和は積分器の
出力に表われる信号から差引かれる。

第４図に示す変形例は第２の信号を直接具なるチャンネ
ルのダイオードに加えるものである。

これを行うには、第２人カドランスデューサ３は遮断さ
れ、かつ第２信号は、接地とトランスデユーサ２０，２
１，２２および２３を受ける共通端子との間に電圧発生
器によって直接加えられる。

以上凡べての場合において、チャンネルからの出力信号
は−Ｔと＋Ｔとの間に含まれる点τ、すなわち巾２Ｔの
区域内に対する２つの信号の相関関数Ｃ（τ）、゛また
は相関々数と直接組合わされる関数のサンプルであり、
これは第４図の変形例を除くものであり、この場合には
区域の長さがＴである２つの信号の内１つのみが遅延さ
れる。

この測定区域を拡大することは可能である。

事実、実質的ではあるが、音響的遅延線により信号に導
入される遅延は線の長さの関数である。

従って第１の解決策は遅延線を長くし、かつ多数のトラ
ンスデユーサを線に沿って配置し、これによって相関々
数の大きい区域内で走査するのである。

今１つの解決策は線に沿って入カドランスデューサを適
当な間隔に配置することによって線を長くすることであ
り、入カドランスデューサは２つの信号の１つ、例えば
ｆ （ｔ）の連続区間を順次受けるものである。

これは第５図に示すように本発明のコリレータの目的で
ある。

図の右側には第４図と同様な部材が示されている。

第４図の出力チャンネルと同様なものは示されていない
。

圧電性基板は第４図のものに比べて３倍の長さを有する
ものとする。

トランスデユーれる。

２つの信号送出トランスデユーサ１６およのところにそ
れぞれ配置される。

電流発生器４はトランスデユーサ２，１６および１７の
最初の電極にその端子の１つによって接続され、他の端
子は３出力切換回路１８に接続され、その出力はトラン
スデユーサ２，１６および１７の第２の電極に接続され
る。

この切換回路１８は時計と組合わさ札 トランスデユー
サ２，１６および１７に引続いて供給し得るようにする
。

種々のチャンネルの出力積分器の放電はトランスデユー
サ２，１６および１７の切換のリズムに制御される。

このようにして一連の相関々数のサンプルは、トランス
デユーサ１７がＴと３Ｔの間に供給されたとき−Ｔと＋
Ｔの間に引続いて得られ、またトランスデユーサ１６が
供給されたときには３Ｔと５Ｔの間に得られる。

トランスデユーサの数は３つに限定されるものではない
。

第４図に示す装置から初まる今１つの解決策はトランス
デユーサ２にｆ（ｔ）、Ｔだけ遅延したｆ（ｔＬ２Ｔだ
け遅延したｆ（ｔ）、・・・・・・等を順次供給するこ
とである。

トランスデユーサ２の作動の各時期に対し、相関々数の
サンプル１組が種々の操作チャンネルの積算器出力に表
われる。

よって例えば組合わされた遅延線によって、相関々数が
走査される走査区域の範囲を任意に乗することが出来る
。

本発明はここに説明した実施例に限定されるものではな
い。

特に組合わされた遅延線は第１図および第４図によって
説明した装置に加えることが出来る。

その他のトランスデユーサもまた一層長い圧電性基板上
に配置することが出来る。

２つの入力信号を遅延線により、または基板表面に配置
された数個の適当に分布されたトランスデユーサを基板
に沿って配置しかつｆ（ｔ）およびｇ（ｔ）を供給する
ことにより、同時に遅延することが出来る。

更に、拾い出し点の数は基板の長さおよび拾い出し点自
体の長さによってのみ限定される。

実際においては、１ｍｍと１０μｍとの間に変化する長
さｄＡおよび伝搬長さ２５朋に対し、拾い出し点の数は
２５〜２５００の間に変化する。

本発明の実施態様の主なものを説明すれば次のとおりで
ある。

■ 非直線性トランスミッション装置の第２人力は表面
弾性波遅延装置を通じてコリレータの第２人力に連結さ
れ、遅延装置は更に、基板上に配置されかつコリレータ
の第２人力に接続されかつ第２表面波を送出するように
した第２電気機械的トランスデユーサを含み、第１およ
び第２表面波は基板上で反対方向に伝搬し、トランスミ
ッション装置の第２人力は同じく検出領域に配置される
、特許請求の範囲記載の表面弾性波アナログ・コリレー
タ。

２ 前記非直線トランスミッション装置の各は半導体接
合部によって構成され、前記接合部は絶縁基板上に半導
体よりなりｎ＋にドープされた層および半導体よりなり
ｎ−にドープされた層を析出することによって得られ、
この層中に平行な溝が絶縁基板に達するまで除去され、
これによりｍ個の接合部の列を形成し、各は検出領域に
おける第１および第２表面波の伝搬面に隣接する面を有
しかつこの場合１つの電極が前記伝搬面に対向する圧電
性基板表面に接近して配置され、前記接合部の１つの隣
接面と前記電極はチャンネルの入力を形成するようにし
た、前第１項記載の表面弾性波アナログ・コリレータ０
３ 前記非直線性トランスミッション装置の前記第２人
力は前記コリレータの前記第２人力に接続される、特許
請求の範囲記載の表面弾性波アナログ・コリレータ。

４ 前記チャンネルの前記入力は前記検出領域に配置さ
れた２つの指間電極ピックアップによる拾い上げによっ
て形成される、前第１項および第３項のいずれかに記載
の表面弾性波アナログ・コリレータ。

５ 前記第１信号は組合わされた遅延装置によってＴ、
２Ｔ、・・・・・・ｎＴだけ遅延され、前記第１トラン
スデユーサは遅延なしに、遅延Ｔを以て、遅延２Ｔを以
て、・・・・・・遅延ｎＴを以て、前記第１信号を引続
いて受けるようにした（Ｔは前記表面弾性波遅延装置に
沿う前記第１表面波の伝搬時間である）、特許請求の範
囲および前各項のいずれかに記載のアナログ・コリレー
タ。

６ 前記第２信号は同様組合わされた遅延装置によりＴ
、２Ｔ、・・・・・・ｎＴだけ遅延される、前第５項記
載のアナログ・コリレータ。

【図面の簡単な説明】

第１，４および５図は本発明によるアナログ・コリレー
タの実施例を示し、第２図は第１図に示したアナログ・
コリレータの要素の１つを示す詳細図、第３図は本発明
によるコリレータの作動を示す説明図である。 １・・・・・・Ｍ、２，３・・・・・・トランスデユー
サ、４゜５・・・・・・電流発生器、６・・・・・・電
極、７・・・・・・基板、８゜９．１０，１１・・・・
・・半導体材料の条帯、１２゜１３．１４，１５・・・
・・・積分器、２０，２１，２２゜２３・・・・・・出
カドランスデューサ、２４・・・・・・ダイオード、２
５・・・・・・抵抗器、２６・・・・・・電源。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 夫々第１および第２の信号を供給される第１および
   第２の入力と、これら第１および第２の信号の相関関数
   のｍ個のサンプル値（ｍは正の整数）の夫々を出力する
   ｍ個の出力とを有するものにおいて、１個の圧電性基板
   と、この基板の伝搬表面上にあり上記第１の入力と接続
   されこの基板上を伝搬する第１の表面波を送出する第１
   の電気機械的トランスデユーサと、この表面波を受ける
   ため配置されたｍ個の表面波検出領域とよりなる表面弾
   性波遅延装置と、これらｍ個の検出領域内に夫夫配置さ
   れたｍ個の入力端をもつｍ個のアナログ処理用チャネル
   とよりなり、これらチャネルの夫夫はこのチャネルの入
   力と結合された第１の入力と、この相関装置の上記第２
   の入力と結合された第２の入力と、１個の出力とを有す
   る非線型トランスミッション装置と、このトランスミッ
   ション装置の上記出力と結合された１個の入力とこの相
   関装置の上記ｍ個の出力の内の１個を形成する１個の出
   力とを有する積分装置とよりなることを特徴とする表面
   弾性波を利用するアナログコーリレータ。 ２ 非直線性トランスミッション装置の第２人力は表面
   弾性波遅延装置を通じてコリレータの第２人力に連結さ
   れ、遅延装置は更に、基板上に配置されかつコリレータ
   の第２人力に接続されかつ第２表面波を送出するように
   した第２電気機械的トランスデユーサを含み、第１およ
   び第２表面波は基板上で反対方向に伝搬し、トランスミ
   ッション装置の第２人力は同じく検出領域に配置される
   、特許請求の範囲第１項記載の表面弾性波アナログ・コ
   リレータ。 ３ 前記非直線トランスミッション装置の各は半導体接
   合部によって構成され、前記接合部は絶縁基板上に半導
   体よりなりｎ＋にドープされた層および半導体よりなり
   ｎ−にドープされた層を析出することによって得られ、
   この層中に平行な溝が絶縁基板に達するまで除去され、
   これによりｍ個の接合部の列を形成し、各は検出領域に
   おける第１および第２表面波の伝搬面に隣接する面を有
   しかつこの場合１つの電極が前記伝搬面に対向する圧電
   性基板表面に接近して配置され、前記接合部の１つの隣
   接面と前記電極はチャンネルの入力を形成するようにし
   た、特許請求の範囲第２項記載の表面弾性波アナログ・
   コリレータ。 ４ 前記非直線性トランスミッション装置の前記第２人
   力は前記コリレータの前記第２人力に接続される、特許
   請求の範囲第１項記載の表面弾性波アナログ・コリレー
   タ。 ５ 前記チャンネルの前記入力は前記検出領域に配置さ
   れた２つの指間電極ピックアップによる拾い上げによっ
   て形成される、特許請求の範囲第２項乃至第４項のいず
   れかに記載の表面弾性波アナログ・コリレータ。 ６ 前記第１信号は組合わされた遅延装置によってＴ、
   ２Ｔ、・・・・・・ｎＴだけ遅延され、前記第１トラン
   スデユーサは遅延なしに、遅延Ｔを以て、遅延２Ｔを延
   て、・・・・・・遅延ｎＴを以て、前記第１・信号を引
   続いて受けるようにした（Ｔは前記表面弾性波遅延装置
   に沿う前記第１表面波の伝搬時間である）、特許請求の
   範囲第１項乃至第５項のいずれかに記載のアナログ・コ
   リレータ。 ７ 前記第２信号は同様組合わされた遅延装置によりＴ
   、２Ｔ、・・・・・・ｎＴだけ遅延される、特許請求の
   範囲第６項記載のアナログ・コリレータ。