JPS6351567B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はアナログ電気信号の時間遅延を音響
光学的手法を用いて行なう信号遅延装置に関する
ものである。

従来よりアナログ電気信号の時間遅延を行うい
くつかの方法が考えられてきている。その第１は
デイジタルメモリ等によつて電気信号を一時記憶
し、読み出し時刻の制御を行う方法である。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再現精度を確
保するために非常に多くの記憶素子を必要とし、
かつ、Ａ−Ｄ（アナログ−デイジタル）およびＤ
−Ａ変換器を必要とする。よつて、装置が非常に
複雑な構成となり、高価である。次にCCD
（Charge Coupled Device）、BBD（Bucket
Brigade Device）等の信号転送遅延装置を用い
る方法があるが、この方法も良好な遅延信号波形
を得るには、多数の素子と複雑な電気回路を必要
とする。またSAW（Surface Acoustic Wave：
表面弾性波）素子を使用する方法も前記例と同様
に複雑な回路構成を必要とし、かつ、遅延時間が
素子形状で決定されるため、容易に可変できない
欠点をもつ。さらにまた、アナログ信号を磁気テ
ープなどに記録し、再生時刻を制御する方法もあ
るが、これら機械的動作を伴う方法には、装置が
大形化する欠点、あるいは、動作時間や安定性に
関する問題がある。

このように、アナログ信号の時間遅延を電子回
路や機械装置を用いて簡単に精度良く実行するこ
とは大変難しい。

本発明は、電気信号の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
当な時刻に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とを制御することによつて前
記電気信号の時間遅延を行う信号遅延装置を提供
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音響光学的セル
の内部に配置した第１の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な形で保持し
ている。この時、前記アナログ電気信号の時間軸
は、前記超音波信号の伝搬方向に設定した空間軸
に対応している。一方、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の指定を
第２の超音波振動子より発射した超音波ビームに
よつて行い、指定位置の情報検出は光を用いて行
う。すなわち、前記アナログ電気信号によるセル
内の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狭い超音波ビームを発射
すると、２つの超音波が重なつた部分を通過した
平面波光に他の部分とは異なる特定の位相変化が
生ずる。この位相変化は１枚のレンズで光量変化
に変換でき、この光量変化を光電変換して得られ
る電気信号は前記アナログ電気信号の振幅自乗値
に比例する。ゆえに、前記光電変換して得られた
電気信号は、前記アナログ電気信号を超音波伝搬
時間を利用して時間遅延させたものとなり、遅延
時間は、第１の超音波振動子と前記２つの超音波
の重なり合つた部分との空間距離をセル内の超音
波伝搬速度で割つた値となる。また、位置座標指
定用の超音波ビームは前記超音波信号がセル内を
伝搬する方向に対し、どの位置へも発射可能であ
り、すなわち、前記２つの超音波の重なり合う場
所を任意に設定することが可能であり、さらにま
た、前記超音波ビームの発射位置および発射時刻
が高速度で電気的に制御できるため、信号遅延時
間の変化を高速かつ微細に行うことができる。ま
た、複数の前記超音波ビームをそれぞれ時間をず
らせて周期的に発射することにより、遅延時間の
異なる複数の遅延信号を時分割された標本化信号
として得ることができたり、前記複数の超音波ビ
ームを同時発射することにより、遅延時間の異な
る複数の遅延信号の和信号を得ることができるな
ど、従来の遅延回路または遅延装置で構成すると
非常に複雑な構成を必要とした信号遅延処理の一
部が、電気光学的空間信号処理によつて簡単に実
現可能となる。

つぎに、図面を用いて本発明の詳しい説明を行
う。

第１図は本発明の構成要素の１つである電気信
号処理用音響光学的セル１の実施例における構成
図である。前記音響光学的セルはその内部に液体
等の超音波伝搬媒質２を充てんしたもので、対向
する両壁には、平面波光束を通過させる一対の光
透過窓３ａ，３ｂが備えられており、この窓を通
過した平面波光の進行方向と垂直に超音波が発射
されるよう、第１の振動子４が配置されている。
また、前記第１の振動子より所定の距離だけ離れ
た場所に、前記平面波光の進行方向と垂直に、か
つ、前記第１の振動子より発射された超音波と空
間的に交差する超音波ビームを発射させるための
１個以上の第２の振動子５が備えられている。さ
らに、第２図に示すように、前記第１、第２の振
動子に対向した壁面には超音波を吸収し、無用の
反射を防止するための超音波吸収部材６ａ，６ｂ
が備えられている。また、前記各振動子には、個
別に電気信号を加えるための信号入力端子７ａ，
７ｂが設けられている。

第３図は、前記音響光学的セルの内部における
超音波信号８と超音波ビーム９の関係を示したも
のである。同図ａに示すアナログ入力信号１０に
よつて振幅変調された、周波数f_Sの正弦波信号を
前記信号入力端子７ａに加え、第１の振動子４に
よつて前記音響光学的セルの内部に超音波信号８
として発射する。この超音波信号により前記セル
内には超音波伝搬媒質の密度変化による光学的位
相格子が形成される。この位相格子は前記セル内
の音速をｖとすれば（ｖ／f_S）の格子定数をもつ
一次元進行形正弦波格子であり、かつまた、正弦
波の最大振幅値、すなわち、前記媒質の密度変化
を示す抱絡線は前記アナログ入力信号によつて定
められるものである。

つぎに、第３図ｂにおいて、第１の振動子４よ
りｘ方向に距離L_dだけ離れた位置において、第
２の振動子５のうちの１つより前記平面波光入射
方向と垂直に、かつ、前記超音波信号８と交差す
るように超音波ビーム９を発射する。この超音波
ビームの進行方向軸をｙとする。ｘ軸およびｙ軸
は必ずしも直交させる必要はないが、同図では両
軸が直交している場合を示している。前記超音波
ビーム９は前記第２の振動子に周波数f_Bの一定振
幅正弦波信号を加えて発射させる。この超音波ビ
ームは前述の超音波信号８の場合と同様に、前記
セル内においてｙ軸方向に進行する一次元位相格
子を形成する。この超音波ビームと前記超音波信
号とが空間的に交差している領域では、ｘ、ｙ軸
方向に正弦波位相格子を有する二次元位相格子が
形成される。この二次元位相格子を通過した平面
波光は格子の状態に対応して二次元的位相変化を
受けるが、前記超音波ビームの強さが一定である
ことから、その変化量および変化分布は前記アナ
ログ入力信号の振幅値のみによつて決定されるも
のとなる。ゆえに、同図ａに示したアナログ入力
信号の斜線部分の面積に対応した位相変化が、前
記二次元位相格子を通過した平面波光に生じる。
前記超音波ビームのｘ軸方向長さＰが前記アナロ
グ入力信号の前記セル内における最小空間周期に
比べ十分小さな場合、前記斜線部分の面積値をも
つて前記アナログ入力信号の振幅値に近似するこ
とができるから、前記位相変化を生じた平面波光
は、時間（L_d／ｖ）だけ遅れた前記アナログ信
号の情報を保有していることになる。ゆえに、後
述する光学的方法でこの平面波光の二次元的位相
変化のみを検出すれば、遅延させたアナログ入力
信号を得ることができる。

第４図は、本発明の信号遅延装置の実施例にお
ける構成図である。処理すべき電気信号を信号入
力端子１１に加え、平方根演算回路１２によつて
振幅の自乗圧縮を行う。この自乗圧縮の目的は遅
延信号を得る際の光電変換における、光電変換器
１３の自乗変換特性を補正することにあり、前記
信号入力端子に加える信号の振幅と、遅延信号出
力端子１４より得られる遅延信号の振幅との間に
比例関係を成り立たせることである。さて、平方
根演算回路１２を通過した前記処理すべき電気信
号は、第１の振幅変調回路１５に送られ、第１の
発振器１６で発生させた第１の正弦波搬送波を振
幅変調する。この振幅変調された正弦波信号は音
響光学的セル１の内部に設置されている第１の振
動子４に加えられ、前記セル内の超音波伝搬媒質
２中に超音波信号８として放射される。一方、第
２の発振器１７で発生させた第２の正弦波搬送波
が第２の振幅変調回路１８に送られ、制御回路１
９よりの制御信号によりパルス振幅変調された
後、分配回路２０に送られる。分配回路２０で
は、前記制御回路より送られる分配制御信号に従
い、前記パルス振幅変調された信号を第２の振動
子５のうちの所定のものに分配する。この分配を
受けた前記第２の振動子は前記セル内に前記超音
波信号と交差する超音波ビーム９を発射する。ゆ
えに、前記超音波ビームの発射時刻と前記セル内
における発射位置は、前記制御回路の制御信号お
よび分配制御信号によつて決定することができ
る。

音響光学的セル１内の２つの超音波を通過した
平面波光は、前記セル内の超音波伝搬媒質２の密
度変化によつて位相変化を受ける。とくに、２つ
の超音波が重なり合つた領域を通過した平面波光
は二次元的位相変化を生じているため、レンズ２
１によつて収束させると結像面に二次元回折像を
生ずる。ゆえに、この結像面上に空間的光学フイ
ルタ２２を配置し、二次元回折像のみを検出すれ
ば、前記２つの超音波が重なり合つた領域の信
号、すなわち、アナログ入力信号の遅延信号を得
ることができる。

次に、二次元回折像とその検出について述べ
る。本装置で得られる二次元回折像は二次元フー
リエ変換像とも言われ、平面波光の光軸に垂直な
面における二次元位相変化分布を示すスペクトル
である。第５図ａは光軸方向より見た音響光学的
セル１を示し、同図ｂは同図ａのセルのｘ、ｙ軸
と空間的に平行になるようα、β軸を定めた空間
的光学フイルタ２２を示している。前記セル内に
おける超音波信号８と超音波ビーム９の進行方向
をそれぞれｘ、ｙ軸方向とし、各々の搬送波の時
間周波数をf_S、f_Bとすれば、前記超音波信号によ
る前記フイルタ面上での回折像はα軸上の輝点と
なり、光軸点から輝点までの距離d_Sはd_S＝λFf_S／
ｖで表わされる。ここで、λは平面波光の波長、
Ｆはレンズ２１の焦点距離、ｖは前記セル中の超
音波伝搬速度である。同様に、前記超音波ビーム
による回折像はβ軸上の輝点となり、光軸と輝点
との距離d_Bはd_B＝λFf_B／ｖとなる。本装置では、
検出すべき回折像を第１次回折光に限定してお
り、d_S、d_Bは第１次回折輝点位置を示す値であ
る。さて、２つの超音波が重なり合つた領域を通
過した平面光により生ずる回折輝点は、前記超音
波信号によりｘ軸方向に回折した光が、前記超音
波ビームによりｙ軸方向に回折したもの、あるい
は、この逆のものと考えることができ、αβ座標
面上のR_1〜4（±d_S、±d_B）の位置に発生する。第５
図ｂにはこれらの輝点発生位置が示されている。
４つのＲ点のうち、１つ以上の点で光を通過さ
せ、これを光電変換すれば、遅延信号が得られ
る。光電変換後の電流値は、光電変換器１３の自
乗特性によつて第１の振動子４に加えた振幅変調
波の包絡線波形の振幅値の自乗に比例するが、こ
の包絡線波形は信号入力端子１１に加えた処理す
べき電気信号を自乗圧縮したものであるから、結
果的に信号入力端子１１と前記光電変換器の遅延
信号出力端子１４との間では信号振幅値の比例関
係が成り立つている。

本発明は以上のような構成であり、第１、第２
の振動子４，５および超音波吸収部材６ａ，６ｂ
を内壁に備え、対向する両壁に光透過窓３ａ，３
ｂを備えた音響光学的セル１に平面波光を入射
し、前記振動子より前記セル内に充てんしてある
超音波伝搬媒質２中に超音波信号を発射して前記
平面波光に位相変化を与え、この位相変化をレン
ズ２１、空間的光学フイルタ２２を用いた光学的
手法によつて検出して光電変換することにより、
前記第１の振動子に加えた電気信号の包絡線波形
信号を時間遅延させて取り出すことができる効果
を有する。さらに、前記第２の振動子５に加える
パルス振幅変調波は制御回路１９および分配回路
２０によつて発生時刻と加うるべき前記第２の振
動子５の選択が任意設定できるため、遅延時間を
高速度で変化させることも可能である。さらにま
た、光電変換器１３の自乗特性を捕正する平方根
演算回路１２の使用により、信号入力端子１１と
遅延信号出力端子１４の間で信号振幅値に比例関
係が与えられており、アナログ電気信号の遅延が
可能である。前記平方根演算回路１２は、デイジ
タル信号の遅延を行う場合には省略することがで
きる。また、前記音響光学的セルの内部におい
て、必ずしも２つの超音波を空間的に交差させる
必要は無く、光軸方向より見て、２つの超音波が
重なり合つている状態であれば良い。このため、
必要に応じて超音波信号、超音波ビームにそれぞ
れ別個のセルを用いた多セル構造も考えられる。

このように本発明では、アナログ電気信号の遅
延時間を高速度で変化させながら、遅延信号を得
ることができるため、遅延装置としてはもとよ
り、高速度の位相調整装置あるいは電話等の秘話
装置としても応用可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は電気信号処理用音響光学的セルの構造
を示す図、第２図は音響光学的セル内の振動子と
超音波吸収部材の配置を示す図、第３図は音響光
学的セル内における２つの超音波の重なりを示す
図、第４図は本発明の実施例における構成を示す
図、第５図は超音波による平面波光の回折像を示
す図である。 １は電気信号処理用音響光学的セル、２は超音
波伝搬媒質、３ａ，３ｂは光透過窓、４は第１の
振動子、５は第２の振動子、６ａ，６ｂは超音波
吸収部材、１２は平方根演算回路、１３は光電変
換器、１５は第１の振幅変調回路、１８は第２の
振幅変調回路、１９は制御回路、２０は分配回
路、２１はレンズ、２２は空間的光学フイルタを
示し、１０は処理すべきアナログ電気信号、８は
前記セル内の超音波信号、９は前記セル内の超音
波ビームを示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 信号入力の平方根演算回路１２と；該回路出
   力により第１の正弦波信号を振幅変調して第１の
   電気信号とする第１の振幅変調回路１５と；制御
   入力により第２の正弦波信号を振幅変調して第２
   の電気信号とする第２の振幅変調回路１８と；該
   第２の電気信号を分配する複数の端子を有する分
   配回路２０と；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光束を通過させる光透過窓
   ３と、該第１の電気信号を第１の超音波に変換し
   前記光線の光軸と垂直に前記媒質中に放射する第
   １の振動子４と、該第１の振動子から放射方向に
   所定の距離はなれて配置され該分配回路の複数の
   出力端子にそれぞれ接続されていて前記第２の電
   気信号を第２の超音波に変換し前記光軸と垂直に
   かつ前記第１の超音波と交差するように前記媒質
   中に放射する複数個の第２の振動子５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６とを備えた電気信号処理用音響光学的セル
   １と；該第２の振幅変調回路に与える制御信号を
   発生し、かつ、該分配回路の出力を所望の第２の
   振動子に選択供給するための制御回路１９と；該
   セルを透過した前記光束を集束するレンズ２１
   と；該レンズにより作られた回折像のうち所定位
   置の輝点を検出させる空間的光学フイルタ２２
   と；前記フイルタの出力を電気信号に変換する光
   電変換器１３とを備え、前記所定位置が該第１の
   電気信号の搬送波周波数と光軸に対する前記第
   １、第２超音波の放射方向とに関連して定まり、
   前記輝点の輝度が前記交差位置における該第１、
   第２の超音波の振幅に関連して定まり、前記光電
   変換器の出力信号が前記所望の第２の振動子が配
   置された前記所定距離と該第１の超音波の伝搬速
   度とに関連して定まる時間だけ遅延して出力され
   るようになつていることを特徴とする信号遅延装
   置。