JPS6073369A - 信号処理装置 - 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】 産業上の利用分野 本発明は、多周波数信号のフーリエ変換を行なう装置に
係り、特に、波の伝搬及び回折作用を利用して周波数帯
域を分割しながらもこの分割した１つ又は複数の帯域に
完全な情報成分を保持するような装置及び方法に係る。

従来の技術 成る限定された１１の情報保持信号を数学的に一般化す
ることを、フーリエ変換もしくは積分と称する。信号処
理技術が進歩すると共に用途が広がって来ているために
、多周波数入力信号帯域内の別々の周波数成分から有用
な情報を取り出せるようにこのような多周波数入力信号
帯域をフーリエ変換する装置及び方法が強く要望されて
いる。

広帯域信号を処理して、この帯域内に存在する１つ以上
の信号周波数を検出したり、広い帯域をこれより狭い小
帯域に分割したりする時には、周波数走査技術を用いる
のが一般である。このような走査技術は、逐次動作であ
るから、多数の送倍信号周波数を連続的に収集したり或
いは監視したりするような場合には適していない。従来
設計のフィルタバンクは、複雑である上に、特に、広い
周波数；１１）’域を正確に区分化するように設計した
時には非常にコストの高いものとなる。分布周波数変換
技術に基づいたスペクトル分析器−表面音波装置を用い
たものもあるーは、成る特定の用途にしか利用されない
。

小型で然も同時に信号を区分化することが必要とされる
ような他の分野では、光学スペクトル分析器として知ら
れている装置が開発されている。

こｈらの分析器は、音響−光学変調器を使用しており、
コリメートされた光線（例えは、レーザビ−ム）がこの
変調器を経て送信される。この変調器の片側に取り伺け
られた１−ランスジューサは、当該周波数帯域内の信号
に応答してこれに対応する超音波を発生する。スペクト
ル内に所与の周波数のエネルギが存在すると、その周波
数に基づいた角度で光線がずれ、分布光線センサ配列体
の１つ以上に同時に光が当たって、作用周波数帯域が識
別される。然し乍ら、このような装置は、レーザを用い
るために比較的複雑であり、然も、音と光とが相互作用
するために本来特性が非直線的である。更に、これらの
装置は、複雑な光学ヘテロダイン技術を使用しなければ
入力信号の位相情報を保持することができない、その上
、これら装置は、非常に指向性が強い。かくて、これら
装置は、一般的に利用することができない。

当業者であれば、一般に、光の波と音の波との間に相似
性があることを知っている。これは、周波数選択の目的
で色々なビーム指向又は感知技術が利用された多数の文
献に示されている。例えば、１９７３年５月３１日付け
のｒＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ　Ｊ第９巻
、第１１号の第２４６頁及び第２４７頁には、Ｐ、　Ｉ
ｌａｒｔｅｍａｎｎ茗の「音響表面波の周波数選択走査
Ｊと題する論文によってこの種の事柄が説明されている
。コリツー１−ビ〜ムを発生し、表面音波基板において
表面音波を多数の出カドランスジューサの１つに向けて
色々な方向に放射するような多光源トランスジューサを
使用する原理が実験装置に関連して述べられている。コ
リメートビームを使用し、これを受信トランスジューサ
に向けて色々な方向に案内するという考え方には重大な
問題がある。隣接したトランスジユーザが互いに干渉し
ないようにしっ５周波数を選択できるようにするために
は、入カドランスジューサど出カドランスジューサとの
間の経路長さを非常に長くとることが必要である。又、
上記論文の第２ｂ図に示された周波数応答特性並びに表
１に示さｊしたａｌ！Ｉ定値について説明されたように
、挿入ロス及びサイ１くローブが大きく、従って、有用
な作動値として検出できる周波数の数が非常に少ない。

１９７３年７月２６日付のｒ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ
ＬｅｔｔｅｒｓＪ第９巻、第１５号、第３２６−３２７
頁に掲載されたｎ、　Ｍ、　Ｄｅ　Ｌａ　Ｒｅｕ氏等著
の「ステップ式１〜ランスジユーサ・アレイを用いた表
面音波の周波数制御ビーム操向」と題する論文には、非
等方性基体に沿って素子がリニアに配置されているよう
な多素子ｌ−ランスジューサ・アレイの構造及び動作に
ついて説明されている。この構造がら明らかなように、
表面音波ビームは、中心周波数からの周波数ずれに応じ
て成る方向又は別の方向に操向される。これを用いて２
つ以上の別々の受信トランスジューサを切り換えたり周
波数帯域の分離を行なったりすることが提案されている
。

こ九に関連した装置が、１９７４年６月出版のｒＰｒｏ
ｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ＩＥＥＥＪの第８６
３−８６４頁に掲載されたＴｓａｊ氏等著の［表面音波
整相アレイの走査」と題する論文に説明されている。

この論文にも、トランスジューサを公称音波伝搬路に対
して垂直に横に並べて配置してインターデジタル構成に
し、各トランスジューサへの駆動位相を変えることによ
って走査の方向を変えることが説明されているが、周波
数走査についても述べられている。更に、この論文には
、整相アレイアンテナの素子で受信した信号を１＝１の
ベースでトランスジューサへ送ってこれらの送られた信
号を同時に検出できるように、このトランスジューサ・
アレイを色々なやり方で使用することが提案されている
。これに関連した技術が、同じ著者により、［光学及び
音響マイクロ電子装置についてのシンポジウム」第５８
３−５９７頁（１９，７４年）に掲載の［表面音波アレ
イトランスジューサ及びそれらの応用Ｊと題する論文に
述べられている。この論文では、素子の段階式アレイが
平面アレイに補足されており、周波数走査の解決策につ
いて説明されている。この論文の第５９５頁には、音響
ビームの遠方位置でその周囲に多数の出力１−ランスジ
ューサを配置することにより音響−光学スペクｉ〜ル分
析器の機能を設けることが提案されている。然し乍ら、
この目的のための実際の装置については説明されておら
ず、簡単に述べたように音響１ノンズを使用しない限り
、コリメートされた波を明確に分離するためには、相当
に長い経路が必要とされる。更に、この提案された解決
策では、高度の周波数弁別、高いＳ／Ｎ比及び現実的［
こ低いザイトローブを得ようとする場合に重大な問題が
生じる。これに加えて、入力アレイと出力アレイとの間
の微妙な相互作用並びに伝搬媒体の非等方性について考
慮しなければならなしＡこと力１理解されよう。

Ｐ、　ｌｌａｒｔｅｍａｎｎ及びＰ、　Ｃａｕｖａｒｄ
氏のその後の研究により、ｒ１９７７超音波シンポジウ
ム・ブ日シーテイングズＪ　ＩＥ、ＥＥ　Ｃａｔ、　Ｎ
ｏ、　’、７７ＣＨ１２６５−Ｉ　ＳＯに、「音響表面
波を用いた波頭合成及び再構成」と題する論文が発表さ
れた。この方式は、表面音波の点源を等方性媒体上に円
形配列で配置し、タップが設けられた表面音波遅延線を
介して信号を供給して周波数を操作することを基礎とす
るものである。上記の基体は、使用周波数を約５０　Ｍ
　ｆ−Ｉ　ｚ　Ｌこ制限し、然も、各トランスジコ、−
サからの発散角が大きいために何桁もの回折エネルギの
中でエネルギが浪費されることになり、従って、構成体
の効率が不充分となる。これ以後、木質的に同じ方式が
、上記著者及び他の著者によって、［１９７８超音波シ
ンポジウムブロシーデイングズＪ　ＩＥＥＥＣａｔ、　
Ｎｏ、　７８Ｇ旧３４４−Ｉ　ＳＯの第２６９−２７２
頁に掲載された「表面音波により駆動される超音波ビー
ム走査」と題する論文に説明されてし）る。

このような公知の装置は、本質的に、広帯域信号区分化
システムの種々の部分についての作動の実現性を示して
いるが、進歩の進んだ装置用途によって課せられる多く
の要求、しばしば互いに相反するような要求、に直接関
連したものではない。より高い中心周波数を使用して、
より広い帯域＋ｌＪをＭ４羅するためには、これまでに
注目も認識もされなかった問題を解消しなければならな
い。

周波数が高くなるにつれて、圧電基体内の伝搬ロスが増
大し、従って、部分帯域中を広くして挿入ロスを小さく
することがより困難なものとなる。

更に、経済的に許容できる装置やシステムの製造に利用
することのできる平版プロセス及び他の再現プロセスに
対し、それらの実際上の制約も考慮しなげれはならない
。周波数が高く帯域１】が広い用途においては、周波数
の選択性とシステムの感度が重要になる。これは、特に
、時間巾が比較的短く信号振幅が比較的小さく然も周波
数が未知であるような成分を広い帯域内で識別しようと
する場合に言えることである。

これまでに述べられている帯域区分化機能では、多周波
数信号の場合にフーリエ変換プロセスに含まれる幾つか
の問題が例として取り上げられている。更に、特殊な変
換モードを使用した場合に、位相情報を破壊したり情報
検索に複雑な処理が必要とされたりすることによってシ
ステムの能力が限定されてはならない。実際面から考え
ると、システムは、信頼性の高い製造技術を用いて物理
的に実現できねばならず、且つ、広い帯域ｌ］全全体わ
たって実質的に均一に作動しなｔづればならない。

発明の構成 本発明によれば、共通の入力信号によって作動されるが
、複合波頭に対して周波数分散又は波長分散と集束作用
とを果たすように構成さオｔた多数の送信器により、多
周波数信号のフーリエ変換が確立される。伝搬媒体と協
働する入力及び出カドランスジューサ・アレイにより、
位相コヒレント性を保持できると共に両方向の作動詮行
なうことができ、これにより種々様々な処理機能を利川
することができる。

本発明による装置及び方法では、多数の送信素子からの
同様の入力信号を伝搬媒体に導き、この媒体に確立さ九
た周波数従属分散作用によって複合波を、存在する信号
周波数に対して色々な角度で上記送信素子から一定の距
離に集束することにより、所与の周波数帯域が多数の狭
い小帯域に区分化される。より詳細に説明すれば、上記
複合波に影響する個々の信号源は、複合波の焦点位置が
周波数と共に変化するように媒体に苅して配置され、多
数の信号受信素子は、別々の位相コヒレント出力信号周
波数製形成するように集束波の経路に配置される。入力
周波数帯域に多数の周波数成分が存在する場合には、こ
れらが受（Ｐｉ素子において位相コヒレント形態で同時
に且つ個々に再構成される。

本発明によれは、送信及び受信素子は、便利にも、表面
音波を伝搬できる基体上に配置された音波１〜ランスジ
ユーサとして構成される。等方性の材料又は選択的に向
きが決められる非等方性納品が使用される。非等方性の
表面音波基体を使用して送信素子をグループ速度曲線に
沿って配置する一方、個々の受信素子を、これらが別々
に応答する周波数に対して同調することによって、高い
伝搬効率が得られることが分かった。このような構造で
は、寸法を非常にコンパクトなものにすることができ、
然も、公知の薄膜技術により所要の精度及び低いコスト
で製造することができる。

比較的広い周波数帯域内で１つ以上の周波数の発生を検
出する装置は、その特定例においては、インターデジタ
ル構成にされた複数のトランスジューサが表面音波基体
上に配置され、入力信号源から並列に信号供給される。

各々の送信トランスジューサは、所定の焦点領域に対し
て方向が定められ、然も、次々のトランスジューサによ
り伝搬サレる波に種々の別々の位相遅延が挿入されるよ
うに、カーブした軸に沿って配置される。−例としてニ
オブ酸リチウムの非等方性基体を使用することにより、
インターデジタル構成にされたトランスジューサは、装
置の焦点面に弧状に配置された１つ以」二のインターデ
ジタル構成の受信素子に波エネルギを焦束し、周波数の
区分化を果たす。

本発明の別の特徴によれば、入力トランスジューサ・ア
レイの中心からピークエネルギが送信され、エネルギ送
信量がアレイの縁に向がって単調に減少するように、入
力トランスジューサ・アレイの薄膜素子を空間的に分散
構成することにより、信号の応答性が著しく改善される
。出方トランスジューサ・アレイの素子は、各素子が最
良のビーム操向角度に方向付けされるように構成される
と共に、これに当たる音波フィールドと相互作用するよ
うに構成される。従って、装置の性能は。

周波数選択度に関して相当に増大される。

本発明を更に良く理解するため、添付図面を参照して以
上にその実施例を詳細に説明する。

実施例 周波数帯域を細分化する本発明の空間フーリエ変換装置
は、以下で詳細に述べるように非常に多数の色々な用途
に利用できるが、第１図ないし第３図の例では、４０　
Ｍ　Ｈｚの帯域にわたって作動する信号区分化構成体に
ついて説明する。この構成体は、寸法の異なる多数の同
様のユニットと共に使用される。この多ユニット・プレ
イでは、広い（例えば、５００　Ｍ　Ｈｚ　）周波数帯
域内で１つ以上の周波数を検出するために、各ユニッ１
−に別々の隣接帯域１Ｊが指定される。この一体化され
た装置は、アナログデータでキャリアを変調するかデジ
タルデータでキャリアに変調するかに拘りなく、パルス
信号又は連続信号の存在に応答し、入力周波数帯域の種
々の部分において全ての有効な信号が識別される。これ
は、多周波数人カイ４号の空間フーリエ変換を行なう本
発明の装置の一例である。この装置は、所与のｌｌｐ域
＋ｌＪ内の個々の周波数成分を同時に検出及び分析する
ことのできるスペタｌ−ル分析器と考えることもできる
。

第１図の装置においては、入力帯域１１１を所定の度合
で分割するために、成る限定された数の入カドランスジ
ューサ及び出力１−ランスジューサが示されてＣする６
然し乍ら、使用する入力及び出カドランスジューサの数
がこれより実質的に多くてもよく、又、第１図の装置を
多数使用してその各々に広い周波数帯域の１部分を割り
当てるようにしてもよいことが当業者に明らかであろう
。六カの広帯域信号は、フィルタ技術によって中程度の
１１Ｊの帯域に細分化され、次いで、これらの帯域は。

７５０　Ｍ　Ｈｚ　−１２５０Ｍ　Ｈｚの適当な周波数
レンジまでヘテロダイン変換することができるゎその後
、このレンジ内の各別々の小帯域が、第１図に示すよう
な別々の区分化構成体に送られる。

第１図の例では、中心周波数ｆ。が１００Ｍ１１ｚで周
波数帯域が８０へ１２０ＭＨｚの信号を発生ずる入力信
号源１ｏがＲＨ信号源として作動する。４：ｔ　、ｇ源
］０によって与えられる４０％の部分帯域Ｉ１１は、別
々の次数の回折ビーム間をオーバーランプさせずに約６
６％まで増加することができる。然し乍ら、はとんとの
構成では、部分帯域中か実際面を考ｍして５０％に制限
される。信号源」０は、電気的な整合回路網１１を経て
、一般の同軸導体１４により処理装置１２の一端に接続
される。薄膜槽中器及び整合回路網１］−で構成される
入力回路は、一般的なものであるから、詳細には示さな
い。

処理装置１２は、物理的及び電気的に、圧電基体１６、
ここではニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ，）クリスタル
構造体、をベースとするもので、この材料は、Ｘ軸伝搬
のものであり、１２８°回転のＹカットである。現在入
手できる材料としては、７回転角が１１０°ないし１３
５″の基体を用いるのが好ましく、このような材料は、
典型的に僅かに非等方性である。然し乍ら、等方性並び
に正及び負の非等方性材料も、以下に述べる条件を遵守
すれば使用できる。基体１６は、その特性がリニアで且
つ弾性的であり、表面音波（ＳΔＷ）エネルギを、僅か
な減衰で伝搬する。ここに取り」二げる例では、構造体
の全長が６　ｃ　ｍ未満で、１１Ｊが１ｃｍ未満であり
、送信アレイと受信アレイとの間の内部焦点長さは２６
　、５　ｍ　ｍである。従って、減衰量は非常に僅かで
あるが、音波周波数が高い場合には減衰量がはゾ周波数
の平方として増大し、それ故、周波数がＩＧＨｚ以上の
場合には減衰が重要な設計ファクタとなる。ＬｉＮｂＯ
３材料は、約−０，２５という一定の非等方性を有し、
この例に含まれる比較的値かなずれ角に対しては近厚的
に一定の非等方性と仮定する。更に、圧電基体１６は、
表面音波を相互作用させる正確な入力及び出カドランス
ジューサ・アレイを容易に大量生産できるようにする。

トランスジューサの領域のみに圧電材料を使用するが如
きによって波変換を達成できる限り、圧電媒体である必
要がない。当業者に明らかなように、本発明の考え方は
、表面イ」近を通る体積波（ＳＳＢＷ）及び体積音波で
実施してもよいし、他の形態の波伝搬で実施してもよい
。

然し乍ら、この構造体を表面音波と共に使用した場合に
は多数の効果が得られるので、この形式の基体を使用す
るのが好ましい。成る限定された数の他の形式の波エネ
ルギ処理装置の場合と同様に、他の作用を介入させたり
又は追加素子を使用したりすることなく、伝搬及び変換
機能を逆にすることができ、従って、この装置は、両方
向モードで作動することができる。この媒体中での音波
の伝搬速度は、約４ｋｍ／ｓ（自由空間では約０．３ｋ
ｍ／ｓであるのに対し）であり、温度に対する感度が制
限される。

表面音波入カドランスジューサ・アレイ２０として配置
された複数の入カドランスジューサの各々は、同軸コネ
クタ１４を経て送られる信号によって並列に作動される
。この構造体の細部は、第２図の拡大図に明確に示され
ており、これについては以下に説明する。同軸コネクタ
１４の中心導体は、中央の薄膜バス即ち導体２２に電気
的に接続され、これは、若干非対称のＹ型であり、２木
の延長アームを有している。２本のアームの端は、基体
１６の中心長手軸に対して成る角度の線に沿っている。

従って、両アームの端と端との間の表面ライン即ち信号
バス２４は、中心軸にはゾ平行な方向に延びる多数の分
岐導体２６に対して共通のＲＦ信号源となる。分岐導体
２６は、中心軸に沿って徐々に前進した位置に配置され
た多数の個々のインターデジタル型１〜ランスジューサ
（ＩＤＴ）２８のための駆動ラインとして働く。

各人力ＩＤＴ２８は、一端（第２図の下部）から均一に
前進する形態においては、１音波長、即ち、中心周波数
ｆ、における波長λ。づつ前進する。この徐々の前進間
隔として他の整数波長を使用してもよい。この例では、
３１個の入力ＩＤＴがあり、その各々は、一対の側部導
体３０を経て同軸コネクタ１４の外側の管即ち共通の管
に並列に接続される。側部導体３０ば、Ｙ型導体２２の
外周から離間され、側部導体の内端は、信号バス２４に
実質的に平行なバスパー３２によって相互接続される。

製造を容易にするため、バスパー３２は、絶縁ｆｆ１３
４（第２図のみに示す）の上面に配置され、基体１６上
にある多数の接触パッド３６へ直結されるか又は絶縁Ｎ
３４を介して容量性結合される。

個々の接触パッド３６から延びている駆動ライン３８は
、各トランスジューサ２８の反対側へ接続され、トラン
スジューサにまたがって電位を印加する回路を完成する
。この幾何学形状により、１−ランスジューサは、放射
パターン即ち電力出力を変更するように重み付けされ、
即ち、相関形態が変えられる。ここで、薄い駆動ライン
２６は、異なった１１】（図面には目盛を示してない）
を用いることにより抵抗値が変えられる。個々のＩＤＴ
と共に回路に抵抗素子を配置してもよいし、或いは、こ
の目的のためにＩＤＴの幾何学形状を選択パターンで変
えてもよい。或いは又、指状部の数、指状部の重畳程度
、或いはその両方を相対的に変えて、重み付（プ作用を
得ることもできる。既知の重み付け（例えば、ハミング
関数）によれば、人力アレイ間のフィールドは、該アレ
イの縁の最小値からその中央の最大値まで滑らかに且つ
単調に変えられる。

第４図の拡大図から明らかなように、各々の表面音波人
力Ｉ　Ｄ　Ｔ　２８は、基体１６の非等方性に合致する
ように計算された複数のグループ速度曲線で定められた
幾何学形状基準に関して特に構成される。本発明によれ
ば、入力アレイ２０に含まれた複数のＩＤＴ２８は、集
束及び分散の両機能を果たすもので、このため、各ＩＤ
Ｔは、基体１６に対して特定の形状及び配置で構成され
る。

各トランスジューサ２８は、離間された駆動ライン２６
．３８から交互に内方に向けられた５本の指状部４０で
構成され、それ故、インターデジタル（指を組んだ）形
態とされる。これらの指状部４０は、これに関連した導
体と同じ写真平版プロセスで付着され、それ故、これら
指状部は、アルミニュームの薄膜であって、非常に小さ
なものであり、そのライン１１Ｊは０．２５λ。て、ト
ランスジユーザ間の横方向重畳度は各々約１．３λ。で
ある。

１ヘランスシユーサの隣接指状部４０間の電位変化によ
り、中心軸に若干平行で正確に定められた方向に基体１
６内に音波が励起される。各１〜ランスジユ一勺２８は
、アレイ２０が一次の回折ビームエネルギを集中させる
が他のビーム次数のエネルギは実質的に抑制するような
寸法及び配置にされる。長手方向中心軸に対して示した
傾斜度でλ。

づつ段階的に歩進することにより、＋１１回折と称する
ものが与えられ、一方、−１回折次は、段階間隔が同じ
で傾斜度が逆の場合に伝搬される。

種々の１〜ランスジユーサ２８によって基体１６中を伝
搬される波頭は、基体の非等方性の影響を考慮して各１
−ランスジューサが吹のトランスジューサに対して若干
回転されているために周波数に基づいて共通領域に向か
って進む。中央の結晶軸の各１−ランスジューサ２８の
場合は、電力の伝搬角度が、第４図に示すように、結晶
軸から若干外側にずれている。従って、各１ヘランスジ
ユーサの見掛けの方向は、実際のビーム伝搬方向と異な
り、これが「ビーム操向」角度である。この角度は、伝
搬される全エネルギを同じ公称焦点領域に向けるように
調整される。更に、指状部は、中心軸に沿って距離λ。

／２だけ離間された一般的にパラボラの弧であるグルー
プ速度曲線に沿って設けられる。然し乍ら、ここに示す
例では、円からのずれが、僅かであるに過ぎず、従って
、円弧の近似体として許容される。然し、当業者に明ら
かなように、指状部４０を互いに且つグループ速度曲線
に関して配置することは、回折制限状態もしくはそれに
近い状態を得るような集束をアレイ２０で達成する上で
極めて重要である。

各指状部４０（もしまっすぐならば）は、グループ速度
曲線に正接するように配置されるが、第４図に示すよう
にグループ速度曲線に対応するように若干カーブされて
もよい。或いは又、各指状部４０は、入力信号帯域にわ
たってより均一な応答を得るように若干凸型であっても
よい。アレイの各指状部は、隣接するグループ速度曲線
間の差、即ち、λ。／２だけ次の指状部から離間される
。更に、前記したように、各ＩＤＴ２８は、焦点に向か
って（位相遅延が減少する方向をとる）１音波長づつ徐
々に前進されている。表面音波トランスジューサ２８の
この整相アレイが入力ＲＦ信号によって並列に駆動され
た時には、以下に詳細に述べるように、合成波頭が形成
され、これは焦点弧に集束するビームを画成し、その方
向は入力周波数によって変化する。ＩＤＴ間の位相進み
関係を異なった整数波長に変えることにより一次ビーム
以外の他の合成ビームを使用することができる。第２図
の特定例においては、λ、／２が約２０ミクロンであり
、１−ランスジューサ間の間隔が約４０ミクロンである
。種々の入カドランスジューサ間に正確な位相関係を得
るように基体に伝搬遅延を用いることにより、装置の製
造及び操作が相当に簡単化される。

入カドランスジューサ・アレイ２０は、これと異なる出
カドランスジューサ・アレイ５０に幾何学形状的に対向
し離間されている。出カドランスジューサ・アレイは、
カーブした焦点領域に沿って配置された多数（金側７個
）の個々のインターデジタル型トランスジューサ５２で
構成される。

然し乍ら、出カドランスジューサ５２は、指状部の形状
が波頭に一致する限り焦点弧の前方に配置してもよいし
後方に配置してもよい。更に、焦点の深さ及びトランス
ジュー勺５２の深さは、応答特性を変更するのに使用で
きる伝搬方向に沿っている。出力Ｉ　Ｄ　Ｔ　５２は、
全て同様の形状であるが、それらの【１１と指状部５４
の配置とが異なり（第３図、）、各ＩＤＴが、その空間
位置に伝搬される特定の狭い周波数帯域に選択的に応答
するようにされている。この場合も、金山カドランスジ
ューサ・アレイ５０は、写真平版技術により、薄膜アル
ミニューム又は他の導体−金又は銅を含む−として付着
される。各１〜ランスジユーサ５２において、指状部５
４の両側から延びる導体５６．５７は、ｐｉが次第に増
加して扇のように広がる構成にされたグランドブレーン
導体６０及び中心導体６２に個々に接続される。第１図
に示されたように、中央の導体６２の各々は、別々の同
軸コネクタ６４の中心導体６６に接続され、グランド導
体６０は、同軸コネクタ６４の外側シース６８に接続さ
れる。トランスジューサ５２の指状部５４の形状は、第
４図に示すように、圧電基体１６を伝搬する波の音響位
相波頭の曲率に一般的に合致する。トランスジューサの
導体を画成する薄膜パターンのＩＩＪ、長さ及び間隔は
、送られた波エネルギの周波数に基づいて、周波数が最
も低い場合の最大トランスジューサから周波数が最も高
い場合の最小１−ランスジューサまで次々に変化する。

第４図は、結晶の中心軸に対して各トランスジューサ５
２の角度を如何に変えてビーム操向作用を考慮するかも
示している。指状部５４に垂直な線は、圧電エネルギが
トランスジューサ５２の端子間の差電圧に変換さｈると
ころの電力受信角度から角度φだけずれている。

音響フィールドの分布は一定＋１Ｊであり、主伝搬ロー
ブには回折サイドローブが付随する。出力の音響フィー
ルド分布は、各々の入カドランスジューサが同じ爪の電
力を出力１〜ランスジユーサへ与えるならば、　（ｓｉ
ｎ　Ｘ／Ｘ）２という関数をとる。従って、サイドロー
ブはピークより−１３ｄＢ低いだけとなり、隣接するト
ランスジューサに入射してスプリアス（帯域ずれした）
信号を介入させる。

出力１−ランスジューサは、主ローブ電力及び入射サイ
１〜ローブを受信するだけでなく、ラング１１な散乱に
よって生じるスプリアス音響エネルギも受け、これは、
更に、ＳＮ比及び所望のダイナミックレンジを減少させ
る。入カスペクトルの信号周波数を高い効率で区分化す
るためには、ダイナミックレンジを広くすることが望ま
しい。

本発明によれば、入力アレイに含まれた個々の入カドラ
ンスジューサの作用と、受信アレイに含まれた個々の出
カドランスジューサの応答特性が相関形態で変えられる
。入力アレイにまたがる電力分布は、中央のピーク値か
ら各外方端の最小値まで単調に重み付けされる。即ち、
各トランスジューサによって分布される電力は、前記の
文献に述べられたハミング関数及び最小３サンプルのブ
ラックマン−ハリス関数のような窓関数に基づいて変え
らＡしる。この特定例ではハミング関数を使用する。こ
れは、最大と最小との間で１２：１以下で変化する音響
電力分布を用いている。従って、これにより生じるフー
リエ変換及び出力エネルギ分布では、出力において、狭
い中央ローブと、−４３ｄＢの最大サイドローブレベル
とが定められる。それ故、サイドローブは、音波が回折
され空間フーリエ変換が行なわれる間に実質的に抑制さ
れると考えられる。出カドランスジューサにおいては、
空間的に分布した主ローブとサイドローブが、焦点領域
に沿って整列され至近離間された出カドランスジューサ
に当たる。指状部の形状を音響位相波頭に対してモード
整合させ、出カドランスジューサをビーム位置に基づい
て周波数に同調して使用し、そして更に、ビーム操向の
影響を補償するように出力１−ランスジューサを傾斜さ
せることによって、最大の出力応答が得られる。

この装置によって定められる変換作用は、特性が平坦で
あり、それ故、１つの軸のみに沿ったビーム方向を感知
する。ビーム方向は入力信号のフーリエ変換に応じたも
のであるから、１つの次元において時間−フーリエ変換
が−与えられると言える。

第１図ないし第４図の装置を作動する際には、入力１〜
ランスジユーサ・アレイ２０が、成る意味で、入力信号
源１０に応答する集束１−ランスジューサであると考え
られる。−然し乍ら、圧電基体１６内に種々の伝搬長さ
で位相遅延ステップを組み込むような個々の１−ランス
ジューサ２８の配列体に分割すると、入力アレイ２０は
分散型にもなる。

各個々のトランスジューサ２８から焦点弧に向かって伝
搬する波は、出力アレイの１つ以」二の素子に集束する
カーブした複合波頭へと合成される。

更に、各空間位置の波エネルギは、その位置に対して特
定の周波数となる。

信号源１０からの広帯域入力信号は、入カドランスジュ
ーサ・ア１ノイ２０の１〜ランスジユーサ２８へ並列に
送られる。各時間に指状部４４間に現われる差電圧によ
ってその下の圧電基体１６が励起され、同様の波を基体
中に伝搬し始める。第５図の前車な部分図に最もよく示
されたように、個々の波頭は、共通の焦点領域に向けら
れた別々のビーム路に沿って個々に伝搬される。第５図
から明らかなように、中心周波数ｆ。においては、出力
アレイ５０が配置された焦点弧の選択された中央領域に
向けられてここに集束されるカーブした複合波頭が回折
音波によって形成される。他の周波数のエネルギが存在
する場合には、種々の４１５束ンｇ合波頭が同時に形成
される。これより波長が短く、即ち、周波数がｆ。より
高い場合には、図面から明らかなように、下方に傾斜し
た弧に沿って位相が加算されるように作用し、従って、
放射されたビームは下方に進んで焦点弧の別の領域に集
束される。これに対し、波長が長い場合には、複合波頭
が逆方向（上方）に進む。かくて、波長に基づいた位相
加算により、集束音波は、焦点弧に沿って、これら音波
が出カドランスジューサ・アレイ５０の別々の１−ラン
スジューサ５２を励起するところの位置に分散される。

これは、成る意味では、空間分散型の周波数走査構成で
あると考えられるが、この装置は、時間的に同時に機能
する。然し、入力信号の周波数が順次変化する場合には
、ビーム走査を行なえることが明らかであろう。

前記したように、この構成では、−次の回折（ここでは
＋１と示す）を用いており、他の次数のビームを実質的
に抑制する。複合ビー１１は、焦点弧にわたって延びて
いて個々の複合ビームに応答する１つ以−ヒの出力１ヘ
ランスジユーサ５２に入射する。従って、入力信号は、
周波数に応じて効果的に区分化される。各々の出力トラ
ンスジューサ５２の周波数選択特性形状により、周波数
の選択度が改善され、ひいては、装置のダイナミックレ
ンジが５０ｄＢ以上に改善される。この広いダイナミッ
クレンジに対応できる要因は、トランスジューサの電気
−音響相互作用がリニアであることと、高い入力信号レ
ベルを利用できることから得られる。信号エネルギは、
変換及び伝搬中コヒレン１−のまＮであり、従って装置
の出力から位相情報を取り出して他のやり方で使用する
ことができ、例えば、信号の方向を決定したり、信号か
ら他の形式の情報を取り出したりすることができる。

又、本装置は、トランスジューサ及び伝搬媒体の特性が
可逆である限り、両方向に作動できることに注、ａ、さ
れたい。

全処理装置１２は非常に小さいが、製造裕度を遵守すれ
は、従来の写真平版プロセスを用いて便利に製造できる
。上記の製造裕度は、厳密であるがこれに拘束されるも
のではない。入カドランスジユーザをハミング関数に従
って重み付けし、２つのサイドローブに等しい「１１を
もつ出カドランスジューサを用いて分散エネルギ及びス
プリアスなサイドローブを受信すると、主回折ビームは
、第６図に実線の曲線で示したように、これに関連した
サイドローブよりも非常に大きな信号を与える。上記の
集束及び分散技術では、前記した構成のトランスジュー
サを用いた場合、実質的に回折制限されたビームを出力
１〜ランスジユーサ・アレイ５０に集束できると共に、
１−ランスジューサに得られる高い結合効率によって波
エネルギを更に効率的に利用することができる。

当業者に明らかなように、入力１〜ランスジユーサ・ア
レイは、１９７３年５月３１日のｒＥｌｅｃ−ｔｒｏｎ
ｉｃｓ　ＬｅｔｔｅｒｓＪ第９巻、第１１号、第２４６
−２４７頁に掲載されたＰ、　Ｉｌａｒｔｅｍａｎｎ著
の「表面音波の周波数選択走査」と題する論文に示され
たように多数の放射素子対の形態をとることができる。

指状部の対が直列に規則的な順序で配置されても、多数
の送信素子を形成できることが明らかであろう。

入力ｌ−ランスジューサの帯域が広い場合には、その帯
域全体にわたってより均一な効率でエネルギを基体に結
合するように指状部の幾何学的な形状を変えることがで
きる。然し乍ら、重み付は機能に対応するように使用さ
れる幾何学形状もしくは回路の変更はさておき、入カド
ランスジューサは木質的に同様である。

この基本的な構成は、他の理由からしても、フーリエ変
換装置において非常に有用である。著しい非直線性を招
くことなく基体材料に高い電力密度を確立することがで
きる。又、本装置は、温度変化に実質的に不感であるが
、温度変化が甚しいと、伝搬速度及び音波波長に影響が
及び、ひいては、周波数が若干シフトする。

本発明の種々の態様を例示したが、本発明はこれに限定
されるものではなく、特許請求の範囲内で実施される全
ての変更をａｍする。ものとする。

【図面の簡単な説明】

第１図は、入力信号帯域を多数の小さい周波数帯域に区
分化する本発明装置の主な素子を示した若干簡単な斜視
図、 第２図は、第１図の構成体に使用される多数の送信トラ
ンスジューサの拡大部分図、第３図は、第１図の構成体
に使用される多数の受信トランスジューサの拡大部分図
、第４図は、本発明による装置のグループ速度曲線に沿
って送信トランスジューサのインターデジタル素子を配
置したところを示す概略図、第５図は、複合波を如何に
形成するかを理想的な形態で示す送信アレイの簡単な図
、そして第６図は、本発明装置で形成された複合ビーム
の主ローブ及びサイドローブの相対的な振幅を示すグラ
フである。 １０・・・信号源　１１・・・整合回路網１２・・・処
理装置　１４・・・同軸導体１６・・・圧電基体 ２０・・・入力１−ランスジューサ・アレイ２２・・・
導体　２４・・・信号バス ２６・・・分岐導体 ２８・・・インターデジタルトランスジューサ３０・・
・導体　３２・・・バスバー ３４・・・絶ＢＷＪ　３８・・・駆動ライン４０・・・
指状部 ５０・・・出カドランスジューサ・アレイ５２・・・出
カドランスジユーザ ５４・・・指状部　５６．５７・・・導体６０・・・グ
ランドプレーン導体 ６２・・・中心導体　６４・・・同軸コネクタ６８・・
・シース

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）フーリエ変換出方を形成するように多周波数入力
   信号を処理する装置において、波伝搬媒体を画成する手
   段と、 」二記波伝搬媒体に接続された多数の入カドランスジユ
   ーザより成る入力アレイとを備え、各々の上記入力トラ
   ンスジユーザは、」二記入力信号に応答し、 上記入カドランスジューサは、離れた焦点領域に向けて
   放射されるコヒレントな波を発生し、上記入カドランス
   ジューサは、複合波頭を形成するように上記媒体に沿っ
   て離間されており、上記複合波頭は、上記焦点領域の周
   波数に基づいた位置に集束され。 更に、」二記焦点領域に沿って多数の出力１〜ランスジ
   ユーザが配置されており、 上記出カドランスジューサは、これらに向かって伝搬さ
   れる複合波頭に応答し、成る出カドランスジューサが励
   起されると、これが、上記入力信号の１つのレンジの周
   波数成分を表わすことを特徴とする装置。 （２）上記焦点領域は弧状であり、上記出力）−ランス
   ジューサは、この弧に沿って配置される特許請求の範囲
   第（１）項に記載の装置。 （３）出カドランスジューサの上記励起は、コヒレント
   及び位相保持情報を含む特許請求の範囲第（２）項に記
   載の装置。 （４）上記入力及び出カドランスジューサは、インター
   デジタル構成にされた表面音波１〜ランスシユ〜すより
   成り、波伝搬媒体を画成する上記手段は９表面音波を伝
   搬する手段より成る特許請求の範囲第（１）項に記載の
   装置。 （５）上記入力及び出カドランスジューサは、上記波伝
   搬媒体で最適の変換効率を与えるようにビーム伝搬路に
   対して成る角度にされる特許請求の範囲第（４）項に記
   載の装置。 （６）上記入カドランスジューサのデジタル素子がグル
   ープ速度曲線に沿って配置されており、上記入力１〜ラ
   ンスジユーサは、所定の周波数に対して成る整数波長分
   だけ波放射方向に沿って離間されている特許請求の範囲
   第（５）項に記載の装置。 （７）上記入カドランスジューサは、サイドローブの伝
   搬を抑制するようにこれらトランスジューサからの波エ
   ネルギを相関形態で変える手段を備えた特許請求の範囲
   第（１）項に記載の装置。 （８）広い周波数帯域にわたって信号を受信すると共に
   、この帯域内に存在する１つ以上の周波数成分に同時に
   応答する装置において、複数の伝搬軸を有する基体と、 複数の音波人カドランスジューサとを備え、」二記入力
   １〜ランスジューサは、入力信号によって並列に作動さ
   れ、 上記入カドランスジューサは、焦点領域に向けて波を放
   射するように上記基体上に配置され、上記焦点領域は、
   上記入カドランスジューサから離れたところに配置され
   、 上記焦点領域には出カドランスジューサが配置され、 上記出カドランスジューサは、上記焦点領域に達する上
   記波によって作動され、 上記出カドランスジューサの作動は、上記入力信号の周
   波数成分に比例することを特徴とする装置。 （９）上記焦点領域は弧状であり、上記出力１〜ランス
   ジユーサは、この弧に沿って配置される特許請求の範囲
   第（８）項に記載の装置。 （１０）出カドランスジューサの励起は、コヒレン１〜
   及び位相保持情報を含む特許請求の範囲第（９）項に記
   載の装置。 （１１）上記入力及び出カドランスジューサは、インタ
   ーデジタル構成の表面音波トランスジユーザより成り、
   波伝搬媒体を画成する上記手段は、表面音波を伝搬する
   手段より成る特許請求の範囲第（８）項に記載の装置。 （１２）上記入力及び出カドランスジューサは、上記波
   伝搬媒体で最適の変換効率を与えるようにビーム伝搬路
   に対して成る角度にされる特許請求の範囲第（１１）項
   に記載の装置。 （１３，）Ｊ二記入カドランスジューサのデジタル素子
   は、グループ速度曲線に沿らて配置され、上記入カドラ
   ンスジューサは、所定の周波数に対し成る整数波長分だ
   け波放射方向に沿って離間される特許請求の範囲第（１
   ２）項に記載の装置。 （１４）上記入カドランスジューサは、サイドローブの
   伝搬を抑制するようにこれらトランスジューサからの波
   エネルギを相関形態で変える手段を備えた特許請求の範
   囲第（８）項に記載の装置。 （１５）所すの入力周波数帯域内の１つ以上の信号周波
   数に応答する装置において、 音波伝搬媒体と、 複数の送信素子とを備え、 上記送信素子は、配列路に沿って配置され、」二記配列
   路は、」二記媒体の公称ビーム放射軸を少なくとも部分
   的に横断し、 」二記送信素子は、ビーム放射軸に沿って次第に前進し
   た位置に配置され、 上記送信素子は、入力周波数９（Ｆ域によって励起され
   、 各々の上記送信素子は、ビーム放射軸に沿って所定の領
   域に向かって傾斜され、 上記送信素子の上記配置により公称軸に対して成る角度
   で媒体に種々の集束複合ビームが形成され、 上記角度は、入力帯域に存在する各々の信号周波数によ
   って左右され。 焦点領域に存在する複合ビームに応答する手段が焦点領
   域内で上記公称軸にわたって延びるように配置されたこ
   とを特徴とする装置。 （１６）上記媒体は非等方性媒体であり、各々の送信素
   子は、電力の流れ角度のずれが伝搬角度のずれと異なる
   ように純モード軸に対して成る角度に配置された特許請
   求の範囲第（１５）項に記載の装置。 （１７）上記送信素子は、音波１−ランスジューサで構
   成され、上記装置は、更に、これらのトランスジューザ
   を並列に作動する手段を備えている特許請求の範囲第（
   １５）に記載の装置。 （１８）上記媒体は、表面音波基体であり、各々の音波
   トランスジューサは、約５０％の部分帯域ｒｉにわたっ
   て表面波を励起するように可変構成にされた複数のイン
   ターデジタル型素子を備えている特許請求の範囲第（１
   ７）項に記載の装置。 （１９）上記音波１−ランスジューサは、サイドローブ
   を減少するように出力に対する作用を変える手段を備え
   た特許請求の範囲第（１７）項に記載の装置。 （２０）上記音波１−ランスジューサは、複数のトラン
   スジューサのうちの中心の１−ランスジューサから最も
   大きな作用を与え両端のトランスジューサに向かってｊ
   ｐ調に作用程度を変えるような手段を含んでいる特許請
   求の範囲第（１９）項に記載の装置。 （２１）複合ビームに応答する上記手段は、焦点領域に
   沿って離間された複数の受信トランスジューサを備え、
   その各々は、複数のインターデジタル型指状部を含み、
   各トランスジューサｌよ、これに向けられた複合集束ビ
   ームの周波数レンジレこ応答するように構成される特許
   請求の範囲第（１７）項に記載の装置。 （２２）ニオブ酸リチウムＬｉＮｂ○３の結晶を使用す
   る特許請求の範囲第（１５）項番３記載の装置。 （２３）上記音波伝搬媒体は、回転Ｙ、Ｘ伝搬カットの
   表面音波伝搬結晶であり、Ｙ回転角度Ｉま１１０°ない
   し１３５°である特許請求の範囲第（２２）項に記載の
   装置。 （２４）広い周波数帯域にわたって信号を受（言すると
   共に、この帯域内に存在する１つ以」二の周波数成分に
   同時に応答するような装置におり）で、複数の伝搬軸を
   有する平らな基体と、 上記基体上に配置された複数の音波入力１−ランスジュ
   ーサとを備え、 上記接続された入カドランスジューサ番よ、入力信号に
   よって並列に作動され、 上記入カドランスジューサの各々は、複数のインターデ
   ジタル型指状部で構成され、上記指状部は、曲線に沿っ
   て配置され、上記曲線は、選択された伝搬軸に対して定
   められ、 上記個々のトランスジューサは、上記曲線に沿って離間
   され、 上記トランスジューサは、整数個の音波長分だけ次々に
   位相が進むようにされ、 上記波長は、入力周波数帯域の中心周波数帯域で測定さ
   れ、 」二記トランスジューサは、選択された伝搬軸に対し、
   選択されたビーム波頭が共通の焦点領域に向かって収れ
   んする方向に放射されるようなＩｌｌ及び向きにされ、 上記焦点領域は、上記軸に沿って所定の距備離れたとこ
   ろの焦点弧上に配置され、 上記個々の波頭は、」二記帯域内に存在する各々の周波
   数成分に対し複合集束ビームを形成し、上記ビームの各
   々は、選択された軸から周波数に従ってずれ、そして 上記焦点弧に沿って複数の表面音波受信器が配置されて
   おり、その各々は、その各位置に集束される複合ビーム
   に対応する周波数に同調されることを特徴とする装置。 （２５）上記入カドランスジューサは、複数のトランス
   ジューサの中心に最大の音波フィールドを形成し両端に
   向かってこれを単調に減少するような手段を備えている
   特許請求の範囲第（２４）項に記載の装置。 （２６）上記入カドランスジューサは、色々な幾何学形
   状の複数のインターデジタル型指状部を含み、これら指
   状部は、単一幾何学形状の入カドランスジューサによっ
   て形成されるものより広い周波数レンジにわたって基体
   にエネルギを結合するような構成にされる特許請求の範
   囲第（２５）項に記載の装置。 （２７）上記基体は、負の非等方性の媒体であり、上記
   入カドランスジューサは、ビーム操向の影響を補償する
   ように傾斜される特許請求の範囲第（２４）項に記載の
   装置。 （２８）上記非等方性媒体は、回転ｙ、ｘ伝搬のＬ　ｊ
   、　Ｎ　ｂ　Ｏ３であり、上記回転Ｙカットは、１１０
   °ないし１３５°の範囲である特許請求の範囲第（２７
   ）項に記載の装置。 （２９）上記非等方性媒体の回転Ｙカットが１２８°の
   角度である特許請求の範囲第（２８）項に記載の装置。 （３０）上記入カドランスジューサは、−次の複合ビー
   ムを出力へ伝搬するように中心周波数において１音波長
   分だけ位相が相対的に進むようにされている特許請求の
   範囲第（２ｏ）項に記載の装置。 （３１）上記出力］−ランスジ°ユーサは、これに当た
   るビーム波頭の波長に比例する大きさにされると共に、
   ビーム操向の影響を補償するように傾斜される特許請求
   の範囲第（２７）項に記載の装置。 （３２）ｕ二記出カドランスジューサは、複合集束ビー
   ムに対する相対的な作用を変える手段を備えた特許請求
   の範囲第（２４）項に記載の装置。 （３３）多周波数信号換システムの入力と出力との間で
   エネルギを交換する装置において、波伝搬基体と、 上記基体の１つの領域に作動関係で接続された複数の入
   カドランスジューサとを備え、上記入カドランスジュー
   サは、多周波数入力エネルギを上記基体に結合して、周
   波数に基づいた角度で少なくとも１つの主複合ローブを
   形成するように空間的に配置され、 上記主ローブは、サイドローブを伴い、上記人力ｌ−ラ
   ンスジューサは、主ローブに対してサイドローブの伝搬
   を減少するように所定の重み付は関数に従って該ｌ−ラ
   ンスジューサからの個々の電力作用を変える手段を備え
   、 更に、複数の出力１〜ランスジユーサが上記４人体の第
   ２領域に作動関係で接続され、 上記出力１−ランスジューサは、上記基体に伝搬する波
   エネルギを限定された周波数帯域の電気信号に変換する
   ように空間的に配置され。 」二記出カドランスジユーザは、限定された色々な信号
   周波数帯域に同調さ九たインターデジタル型指状装置よ
   り成り、 上記指状装置の形状は、伝搬される波の位相波頭に合致
   するものであることを特徴とする装置。 （３４）上記入力１〜ランスジユーサは、所定経路の焦
   点領域内に集束される主複合ローブを形成し、上記出力
   １−ランスジューサは、上記焦点領域内に配置される特
   許請求の範囲第（３３）項に記載の装置。 （３５）上記人力及び出方トランスジューサは、上記基
   体に生じるビーム操向の影響を補償するように個々に傾
   斜される特許請求の範囲第（３３）項に記載の装置。 （３６）上記入カドランスジュアすからの電力作用は、
   複数のトランスジューサのうちの中心のトランスジュー
   サからピーク作用が得られ、端部のトランスジューサに
   向がってこれらの作用が単調に減少されるように変えら
   れ、電力作用の最大値と最小値との比は、約１２：１以
   下である特許請求の範囲第（３３）項に記載の装置。