JPS6222135B2

JPS6222135B2 -

Info

Publication number: JPS6222135B2
Application number: JP4641781A
Authority: JP
Inventors: Koichiro Myagi
Original assignee: Anritsu Corp
Current assignee: Anritsu Corp
Priority date: 1981-03-31
Filing date: 1981-03-31
Publication date: 1987-05-15
Also published as: JPS57161834A

Description

【発明の詳細な説明】この発明は電気信号の音響光学的処理における
時間軸圧縮・伸長、時間遅延、信号サンプリング
を行なう電気信号処理用音響光学的セルに関す
る。

従来より、アナログ電気信号の時間軸圧縮・伸
長、時間遅延を行ういくつかの方法が考えられて
きている。その第１は、デジタルメモリによつて
電気信号を一時記憶し、読み出し速度を制御する
方法である。この方法を装置化したものは汎用性
に富み、高精度が期待できるが、アナログ信号の
波形精度を確保するため、非常に多くの記憶素子
を必要とし、かつ、アナログ−デジタル（Ａ−
Ｄ）およびＤ−Ａ変換器を必要とする。ゆえに、
装置は複雑な構成となり、高価である。次に、
CCD，BBD等の信号転送遅延素子を用いる方法
があるが、この方法も良好な波形精度を得るに
は、多数の素子と複雑な電気回路を必要とする。
弾性表面波素子を用いる方法も前記例と同様であ
り、かつ、時間軸の圧縮・伸長率、遅延時間を容
易に可変することができない。さらに、アナログ
信号を磁気テープなどに記録し、再生速度を制御
する方法もあるが、この方法には機械的操作や動
作時間に問題がある。

このように、アナログ信号の時間軸処理を電気
回路的に実行するのは大変難しい。

本発明は、電気信号時間軸処理に音響光学的な
空間信号処理の手法を用い、アナログ電気信号を
超音波信号に変換して空間的に一時記憶し、適当
な遅延時間の後、光を用いてこの超音波信号を検
出し、検出時刻と検出位置を制御することによつ
て電気信号時間軸処理を行うための電気信号処理
用音響光学的セルを提供することを目的としてい
る。

本発明によれば、アナログ電気信号は液体等の
超音波伝搬媒質が満たされている前記音響光学的
セル内に配置した超音波振動子に加えられ、セル
内に超音波信号として放射される。この超音波信
号は超音波振動子面に対向して配置された超音波
吸収部材に到達して吸収されるまで、前記アナロ
グ電気信号の情報を空間的に保持している。この
時、前記アナログ電気信号の時間軸は、前期超音
波信号の伝搬方向空間軸に対応する。空間的に保
持されている情報の読み出しは、前記空間軸の位
置座標指定を専用の超音波ビームで行ない、情報
検出を光で行なう。すなわち、前記アナログ電気
信号を表わす超音波信号全体に平面波光を照射し
つつ、検出すべき空間位置に幅の細い超音波ビー
ムを発射すると、２つの超音波が重なり合つた部
分を通過した平面波光に特別の位相変化が生ず
る。この位相変化は、１枚のレンズで光量変化に
変えることができ、この光量変化は前記アナログ
電気信号の振幅値の自乗に比例する。また、位置
座標指定用の超音波ビームは、前記超音波信号の
セル内空間軸、すなわち前記アナログ電気信号の
対応する時間軸のどの位置へも発射可能である。
ゆえに、前記超音波ビームで前記空間軸を走査す
れば、前記アナログ電気信号の時間軸処理した信
号を光信号の形で得ることができる。

第１図は本発明の電気信号処理用音響光学的セ
ルの実施例における構成図である。第１の振動子
２の共振周波数をもつ正弦波電気信号を処理すべ
きアナログ電気信号で振幅変調し、前記振動子２
に加える。この振幅変調信号は前記振動子２によ
つて超音波信号に変換され、液体等の超音波伝搬
媒質５中に放射される。音響光学的セル６の内部
には、光透過窓１，１′を通して、前記超音波信
号の伝搬方向に垂直に平面波光が入射する。さら
に、この平面波光の進行方向に垂直に位置座標指
定専用の超音波ビームが第２の振動子３より発射
される。第２図は前記音響光学的セル６を光進行
方向より見た場合の形状を示している。第１の振
動子２および第２の振動子３には、それぞれ電気
信号を加える入力端子７，７′が設けられてい
る。

第３図は、音響光学的セル６の内部における超
音波信号１１と超音波ビーム１２の関係を示した
ものである。同図ａのアナログ電気信号１３によ
つて振幅変調された周波数_１の正弦波信号が入
力端子７に加えられ、第１の振動子２によつて前
記音響光学的セル６中に超音波信号１１として発
射される。この超音波信号１１によりセル内の超
音波伝搬媒質５中に格子状の密度変化が生じ、密
度変化の大きさは超音波振幅の小さな場合前記ア
ナログ電気信号の振幅にほぼ比例することが知ら
れている。また、この格子状密度変化はセル内の
音速をｖとすれば、（ｖ／_１）の格子定数をも
つ一次元位相格子を形成しており、この位相格子
に平面波光を通過させると光波面に前記振幅変調
された正弦波信号に対応した位相変化を生ずる。
この対応関係は、前記正弦波信号の時間軸をｔと
し、セル内の超音波伝搬方向の空間軸ｘとした場
合、ｘ＝vtとなる。

次に、第１の振動子２よりｘ方向に距離Ldだ
け離れた位置において、第２の振動子３より、前
記平面波光進行方向に垂直に、かつ、前記超音波
信号１１と交差すように超音波ビーム１２を発射
する。この超音波ビーム１２の進行方向軸をｙと
する。ｘ軸ｙ軸は必ずしも直交させる必要はない
が、同図ではｘ，ｙ軸が直交している場合を示し
ている。前記超音波ビーム１２は、第２の振動子
３の入力端子７′に周波数_２の一定振幅正弦波
信号を加えることによつて発生させる。この超音
波ビーム１２は前記超音波信号１１と同様に、セ
ル内においてｙ軸方向に一次元位相格子を形成す
る。前記超音波ビーム１２と前記超音波信号１１
とが交差している部分では、ｘ，ｙ軸方向の二次
元位相格子が形成される。この二次元位相格子を
通過した平面波光は二次元位相変化を受けるが、
この位相変化量は、超音波ビーム強度が一定であ
るため、端子７に加えたアナログ電気信号１３に
よつてのみ可変される量となる。ゆえに、前記二
次元位相格子を通過した光は、同図ａに示すアナ
ログ電気信号１３の斜線部分の振幅値情報を光波
面の位相変化量の形で、また、斜線部分の中心時
刻tsを空間位置Ldとして保有している。

ここで、Ldの位置にある第２の振動子３を連
続励振して時間変化のない超音波ビームを発射す
ることを考える。この場合、現在前記超音波ビー
ム１２と重なつている超音波信号１１は、現時刻
より（Ld／ｖ）時間前に第１の振動子２に加え
られたアナログ電気信号１３の振幅情報を持つも
のである。ゆえに、この重なり合つている部分の
超音波信号を二次元位相格子の性質を利用して光
学的に検出すれば、前記アナログ電気信号の
（Ld／ｖ）時間遅延信号を得ることができる。光
学的検出の一例としては、位相変化を生じた平面
波光を光学的にフーリエ変換し、得られたフーリ
エ変換像より、二次元格子によつて生じた部分の
光のみを検出して光電変換する方法が簡便であ
る。この場合、得られる電気信号は、光電変換器
の自乗特性によつて、第３図ａに示したアナログ
電気信号１３の斜線部分面積の自乗値に比例す
る。

遅延信号の波形精度は第２の振動子３のｘ軸方
向幅ｐにより決まり、超音波信号の強度変化がｐ
より小さな周期を持つ場合、この強度変化を検出
することはできない。

第４図は、単発パルスの超音波ビームを発射
し、アナログ電気信号１３のサンプリングを行う
場合を示している。パルス超音波１４は継続長さ
を光透過窓１，１′のｙ軸方向長さWyとし、ｘ軸
方向幅をｐとする。同図ａは、超音波信号１１の
位置を固定し、これに対するパルス超音波１４の
相対的動きによつて２つの超音波の重なる様子を
示している。同図ｂは、２つの超音波による二次
元位相格子を前述した光学的方法によつて検出し
光電変換した後のサンプリング出力信号１５を示
している。ただしアナログ電気信号１３に対応さ
せるためサンプリング出力信号１５は自乗圧縮し
てある。長さWyのパルス超音波１４が前記光透
過窓１，１′を横切るに要する時間TsはTs＝
2Wy／ｖであり、超音波パルスが前記光透過窓
１，１′の枠にかかつてから、完全に同図ａのＡ
点で超音波信号１１と重なるまでに要する時間は
Ts／２である。同図aA点に対応する出力信号は
同図bA′点であり、この点の振幅値がサンプリン
グ値を表わす。１つの超音波パルスが光透過窓
１，１′を通過終了後、ただちに同一の振動子よ
り次の超音波パルスを発射し、この操作を繰返し
継続することによつて、同図ｂに破線で示したよ
うな周期的サンプリング値を得ることができる。
同一の第２の振動子３を使用してこの操作を行な
えば、アナログ電気信号に対するサンプリング周
期と、サンプリング出力信号のサンプリング値を
示す点（例えば同図bA′点）の周期は一致し、単
に遅延信号をサンプリングする動作となる。ま
た、パルス超音波の発射周期は一定とし、配置場
所の異なる第２の振動子３を用いてパルス超音波
の位置Ldを変化させれば、アナログ電気信号に
対するサンプリング周期が変化し、サンプリング
出力信号の時間軸はアナログ電気信号の時間軸を
伸長、または圧縮したものとなる。すなわち、
Ldを減少させる方向に向つて超音波パルスを移
動すれば、アナログ電気信号に対するサンプリン
グ周期はTsより長いものとなり、Tsの周期で表
示されるサンプリング出力信号は前記アナログ電
気信号の時間軸を圧縮したものとなる。同様の理
由で、Ldを増加させる方向に超音波パルスを移
動すれば、時間軸伸長を行なうことができる。

本発明は以上のような構成であり、音響光学的
セル内に発射して位置座標指定を行う超音波ビー
ムの発射位置とタイミングを制御することによ
り、アナログ電気信号の遅延、サンプリング、時
間軸圧縮・伸長等の処理が可能であるような波面
位相変化を平面波光に与えることができる効果を
有する。本音響光学的セルを通過した平面波光
は、ただちに光学系によつて前述のような光電変
換可能な形に変換可能であるが、本音響光学的セ
ルを光軸を一致させて直列配置し、より複雑な光
学的信号処理を行うこともでき、また、他のコヒ
ーレント光学系を用いた信号処理器に二次元位相
変調器として組込めば、電気信号により外部から
光を二次元制御できる可能性がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す図、第２図は発
明の実施例を光軸方向より見た図、第３図は音響
光学的セルの内部における超音波の状態を示す
図、第４図は２つの超音波の交差と信号出力を示
す図。１，１′は光透過窓、２は第１の振動子、３は
第２の振動子、４は超音波吸収部材、５は超音波
伝搬媒質、６は音響光学的セル、７は入力端子、
８〜１０は欠番、１１は超音波信号、１２は超音
波ビーム、１３はアナログ電気信号、１４はパル
ス超音波、１５はサンプリング出力信号、Ａはサ
ンプル値検出状態の超音波位置、A′はサンプル
値を示す。

Claims

【特許請求の範囲】

１超音波伝搬媒質を充てんした電気信号処理用
音響光学的セルであつて、該セルの対向する両壁
に備えられ平面波光線を通過させる光透過窓１，
１′と；処理すべき電気信号を第１の超音波に変
換し前記平面波光線の光軸と垂直に前記媒質中に
放射する１個以上の第１の振動子２と；該第１の
振動子から超音波放射方向に所定の距離はなれて
配置されていて、電気信号処理のための制御信号
を受領して第２の超音波に変換し前記光軸と垂直
にかつ第１の超音波と交差するように前記媒質中
に放射する１個以上の第２の振動子３と；前記第
１、第２の超音波を吸収するために第１、第２の
振動子にそれぞれ対向して備えられた超音波吸収
部材４とを備えた電気信号処理用音響光学的セ
ル。