JPH03505494A - マルチ・チャンネルフィルターシステム - 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】 マルチ・チャンネルフィルターシステム本発明は光学情報処理に係り、より詳細 には、ＲＦ　（Ｒａｄｉｏ　Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号のスペクトル分類・クラ ス分けと年月なスペクトルの除去及び適合化摘出に関するものである。

与えられた信号の波形は、対象となる信号と干渉波とから構成される。信号と干 渉の混成は、時間の関数である電流か電圧の波形である。一般に、干渉波を含ま ない信号のみが重要であり、より詳細には、与えられた信号の特定の周波数のみ が重要である。それゆえに、混成の信号から有用な情報をどうにか引き出して、 そして所望の周波数を分離することが必要である。所望の信号を得ることは、与 えられた波形をフィルタリングすることにより実現される。与えられた信号をフ ィルタリングすることに加えて、広範囲に亙る信号を分類して、そしてクラス分 けすることが望ましい、関心となる信号を分類して、そしてクラス分けする過程 は、信号に干渉を混在させることなしにクラス分けすることで一層容易に行うこ とができる。

広帯域の受信機は、しばしば密集した信号とノイズの多い環境で作用しなければ ならない、フィルタリングシステム（または受信機）の仕事は、関心となる信号 （Ｓｏｌ）を分類し、クラス分けして、そして不要な信号を除去することである 。この機能を増強するために、関心となる信号を効果的にチャンネライズして、 そして不要なスペクトルを除去するリアルタイムな信号の並行処理を実行するこ とが大いに望ましい、結果的に、このことは、不要な信号や干渉波やノイズが混 在する単一のチャンネルを、それぞれが選択された関心となる信号に適合した特 定数の分離した複数のチャンネルへと変形させる。加えて、逆に関心となる信号 の復調を生じさせるバンド内干渉（関心となる信号のトップに乗っているスペク トル）を一時的に適合化除去し、スペクトル的に変化させることが大いに望まし い。

受けられた実行は、与えられた信号を電気的にフィルタリングすることであった 。しかしながら電気的フィルタリング手段がたくさんのはっきりした不利を持っ ていることがわかった。電気的フィルターは、位相歪みと非線形効果の問題を本 来的に抱えている。加えて、電気的フィルターはノイズ混在の影響を受は易い。

それゆえに、光学的信号処理のような他の技法がますます関心を集めるようにな った。

従来技術は、与えられた関心となる信号からノイズ及び不要の周波数を検出及び ／または除去する数多くの光学システムの実例を示している。米国特許第４゜６ ４５．３００号は繰り返しフーリエ平面光学フィルターを開示し、このフィルタ ーは、単一の光学空間フィルターを与えられた信号光線が繰り返し通過すること で不要な信号周波数が徐々に減衰されるように使用される。しかしながら、前記 発明は並行処理の利点を活用していない。米国特許第４，６９９，４６６号は光 学ＲＦフィルタリングシステムを開示し、このシステムは、　選択された電磁干 渉を光学的ノツチフィルターで取り除くのに用いられ、このシステムはフィルタ 機能における並行処理を実現し、適合化フィルタリング手法を提供できると共に 、結果的に関心となる信号を逆変換して元のＲＦ傷信号戻すことができる。しか しながら、前記発明では、関心となる信号に関する時間領域信号とチャンネライ ズされたスペクトル分析とのスペクトルの相互相関情報を得ることができない、 米国特許第４，５９７，６３０号は、ドープ（Ｄｏｖｅ）プリズムを用いた参照 光内蔵形ホログラフィ手段及び方法を開示している。この発明によれば、２つの 光線間で生ずる光学的干渉を記録する方法及びこれに用いられる装置を実現する ことができ、結果として生じる干渉パターンをリアルタイムで記録することが可 能となる。それで、結果として生じる干渉パターンは、様々な周波数を有する入 射電磁放射信号のスペクトル的相関を求める際に用いることができる。しかしな がら、前記発明は、並行処理の利点を活用しておらず、また、不要な信号周波数 の減衰や励起ももたらさない。

本発明は、従来技術の問題点及び限界を解決するものであり、関心となる信号の 分類及びフィルタリングをマルチ・チャンネルでしかもリアル・タイムで行い得 る適用例を実現し、全てのタイプのＲＦフィルタの実際の製造、及び、システム の構成の迅速な変更を実現する。それゆえに、ＲＦ傷信号スペクトル的分類やク ラス分けを行い、また、不要なスペクトルをリアル・タイムで除去し且つ適合化 摘出を行い得るマルチ・チャンネルフィルターシステムの必要性が存在する。

本発明は入力ＲＦ信号スペクトルを含むかなりコヒーレントな光を変調する手段 と・変調された光をフーリエ変換及びチャンネライズして、前記入力ＲＦ信号ス ペクトルのスペクトル要素で変調された光線からなる変調された光線の入力列を 生成する手段と、予め定められたＲＦ信号要素との相関が取られた前記入力列中 の光線を選択的に通過させると共に、相関が取られた出力列を生成するホログラ フ的マルチ・チャンネルスペクトルフィルターと、前記変調された光線列で前記 スペクトルフィルターを照らすことで前記相関が取られた出方列を生成する手段 と、前記変調された光線列内または前記相関の取られた出力列内のノイズを光学 的にノツチして取り出す手段と、前記相関が取られた出力列を変換して、摘出さ れたノイズ出力列またはスペクトル的にフィルタリングされたＲＦ倍信号する手 段と、前記ホログラフ的マルチ・チャンネルスペクトルフィルターを通過した信 号を検出し、順次電気的出力列に変換する手段とを備えたマルチ・チャンネルフ ィルターシステムである。

また、本発明は、入力ＲＦ信号スペクトルを含むかなりコヒーレントな光を変調 し、前記入力ＲＦ信号スペクトルのスペクトル要素で変調された光線からなる変 調された光線の入力列を生成するために、変調された光をフーリエ変換及びチャ ンネライズし、相関が取られた出力列を生成するために、予め定められたＲＦ信 号要素との相関が取られた前記入力列中の光線を選択的に通過させることで、前 記入力列をフィルタリングし、前記相関が取られた出力列を生成するために、前 記変調された光線列で前記スペクトルフィルターを照らし、前記変調された光線 列内または前記相関の取られた出力列内のノイズを光学的にノツチして取り出し 、前記相関が取られた出力列を変換して、摘出されたノイズ出力列またはスペク トル的にフィルタリングされたＲＦ倍信号し、前記ホログラフ的マルチ・チャン ネルスペクトルフィルターを通過した信号を検出して電気的出力列に変換するこ とを特徴とする入力ＲＦラスベクトルフィルタリングする方法である。

本発明の詳細な説明の目的のため、現在参照されている形態が図面中に示されて いる。しかしながら、本発明はここに示す明確な配置や装置に必然的に限られな いことは、理解されるべきである。

第１図は、本発明のマルチ・チャンネルフィルターシステムのブロック図である 。

第２図は、液晶光電管で作られた適合化ノツチフィルターの概略側面図である。

第３図は、第２図に示すの液晶光電管の操作を示すグラフである。

第４図は、　アドレスで呼び出し可能でかつプログラム可能な構造を有する適合 化ノツチフィルターの概略図である。

第５図は、レーザー光によりホログラムを用いたパワースペクトルフィルターを 記録する方法を示す図である。

第６図は、応答指令モードにおけるホログラムを用いたパワースペクトルフィル ターの操作を示す図である。

本発明のマルチ・チャンネルフィルターシステムは、１つのチャンネルに特定の 関心となる周波数（ＳＯＩ）を対応させ、適合化ノツチフィルターによりノイズ を除去し、そして、スペクトル的に信号の相関を求めることで、入射されたラス ベクトルの相互相関は、マルチ・チャンネルフィルターシステムで作りうるホロ グラフを用いたパワースペクトルフィルターによって求められる。かなりコヒー レントな光線が関心となるＲＦ倍信号スペクトルによって変調されて、そしてフ ーリエ領域に変換される。変調された光線は複数のチャンネルにチャンネライズ され、各チャンネルは、関心となるスペクトルの予め選択されたＲＦスペクトル 要素に対応している。光の列（ａｒｒａｙ）の形をしたチャンネルは、信号光線 列及び参照光線列に分割されて、写真光学要素上にホログラフ的に干渉パターン が記録される。ホログラフ記録体は、関心となる各々のスペクトル要素に対応し た光を選択的に通過させるマルチ・チャンネルスペクトルフィルターの働きをす る。

あるいは、スペクトルフィルターは予め記録されて、そしてシステムに挿入され る。

パワースペクトルフィルターが定位置にあれば、入射ＲＦ傷信号クラス分けされ 、そしてフィルタリングされる。入射ＲＦスペクトルによって変調されたコヒー レントなキャリア光線は、フーリエ変換され、そしてチャンネライズされる。

チャンネライズされた列は、ビームスプリンターを通過させられ、そして、シャ ッターが参照光をブロックすることで、信号光だけがパワースペクトルフィルタ ーを照らす、パワースペクトルフィルターは、　関心となる信号がスペクトルフ ィルターで記録される際に、この信号に対応する入射スペクトルの要素だけを通 過させる。適合化ノツチフィルターはパワースペクトルフィルターの上流に配置 することができ、このフィルターは、参照光から不要なノイズや干渉波を除去す る。

適合化ノツチフィルターはパワースペクトルフィルターの下流に配置することも でき、このフィルターは、パワースペクトルフィルターを通過した後の光線列か ら不要な信号を除去する。それから、パワースペクトルフィルターの出力は、逆 フーリエ変換され、そして、光検出器の列によりリアルタイムでクラス分けされ そしてフィルタリングされたＲＦ倍信号変換される。

第１図は、マルチ・チャンネルフィルター１０の構造を説明する概略図である。

システムは、電磁放射源１２と、アナモルフィックなビームエキスパンダー１６ と、入射する放射光の偏光を調整する偏光板１８．２６と、光音響変調器（ＡＯ Ｍ）２０と、アンプ２２と、２つのｎ行Ｘｍ列のマルチ・ホログラフレンズ（Ｍ ＨＬ）２４．４６と、インテグレーテッド・キューブ２８と、シャッター３０と 、適合化ノツチフィルター（ＡＮＦ）３２と、パワースペクトルフィルター（Ｐ ＳＥ）３４と、２つのビームスプリッタ−１４，３６と、光結合器３８と、単一 要素のホログラフレンズ４０と、フォトミキサーアレー４２と、密度勾配フィル ター４４と、結像レンズ７６と、２つの鏡４８．５０と、フォトＣＣＤアレー５ ２と、論理素子５４とから構成されている。電磁的放射源１２は、与えられた波 長を有するかなりコヒーレントな電磁放射波または光線５６を生成する。

電磁的放射源１２は、　ヘリウム−ネオンガスレーザーのようなガスレーザーや 、レーザーダイオードのような半導体レーザーでありてもよい、稼働効率は、は とんどの半導体レーザーで得られる単一周波数によるレーザーの操作によりいっ そう大きくなる。あるいは、許容範囲内にある単一周波数によるレーザー操作を 與現し得ないガスレーザーが使われるならば、内部または外部キャビティを有す るファプリー・ペロー（Ｆａｂｒｙ　Ｐｓｒｏｔ）干渉計が付加される。

かなりコヒーレントな電磁的放射光線５６は、１つの入射光線から２つの光線を 作り出すために、最初のビームスプリッタ−１４を通過させられる。あるいは。

光音響変調器（ＡＯＭ）２０の０次の回折光をＡＯＭ２０の出力から取り出して 、これを局所発振光線５８として使用してもよい、ＡＯＭ２０の操作の記述は、 次の段落で行う、最初の光線は、最後の変換工程で用いられる局所発振光線５８ として用いられ、第２の光線６０はキャリア光線として用いられる。最後の変換 工程は、次の段落でいっそう完全に説明される。それからキャリア光線６０は、 このキャリア光線６０を適当に形成するためにアナモルフィックなビームエキス パンダー１６上に収束される。アナモルフィックなビームエキスパンダー１６は 、アナモルフィックな歪みを与えるために、複数のプリズムが所定角度で配置さ れた装置である。あるいは、円筒レンズによりビーム拡大を行うこともできる。

それから拡大された光線６２は、入射した拡大された光線６２の偏光を調整して 。

ＡＯＭ２０に対する好適な入力条件を生成するために、波面板１８を通過させら れる。マルチ・チャンネルフィルターシステムの種々の構成要素が放射の偏光に 影響を及ぼすことは注目すべきことである。それゆえに、最後の変換工程をを確 実にする目的で、装置全体に亙って等しい偏光状態を維持することが必要である 。

それから適当に偏光させられた放射光線６４は、ＡＯＭ２０に向けられる。

ＡＯＭ２０は、ＲＦ倍信号、光学素材の屈折率を変調させる音波に変換し、これ により、このＲＦ倍信号より周期的な濃密及び希薄構造を呈する位相変調媒体を 生成する複素光変調器である。この位相変調媒体は、入射レーザー光にとっては １次回折光を生成するダイナミックな回折格子に見え、そして、作動領域によっ てはより高次の回折光を生成し、ＲＦ倍信号比例する角度で屈折する励起光とし て放出される。放射源からの光は、光に透明で、そして超音波の波が伝播され。

しかも屈折率が時間と共に周期的に変化する媒質を、所定の角度をもって通過す るとき、この光は回折される。このとき、光線の周波数は、超音波の振動の数に よりシフトする。このことは、入力ＲＦ信号が、この信号に比例する歪みを生成 するトランスデユーサ−（すなわち、圧電結晶トランスデユーサ−１ＰＺＴ）を 越えて電磁場を生成したときに、実現される。この歪みは、前述した超音波であ る。この結果は、狭帯域位相変調信号に最も似ている０本発明では、キャリア信 号６４上に、狭バンド幅の位相変調の形で入力ＲＦ信号を重畳させるために、ブ ラッグセル（Ｂｒａｇｇ　Ｃｅ１ｌ）を用いている。もしブラッグセルがＡＯＭ ２０のために用いられるのであれば、このブラッグセルは、適切なトランスデユ ーサ−（すなわちＰＺＴ）により周知の方法で駆動される結晶要素のような光学 素材を典型的に備えている。ＡＯＭ２０の詳細な説明は、本願に引用した米国特 許第４，６９９．４６６号に示されている。ＲＦ倍信号ＲＦアンプ２２によりＡ ＯＭ２０に供給される。

ＡＯＭ２０の出力は狭バンド幅位相変調光線６６である。この変調光線は、ｎ行 ×ｍ列のマルチ・ホログラフレンズ（ＭＨＬ）２４に向けられ、入射される。

ＭＨＬ２４は、米国特許第４，４２１，３７９号に記載されたような周知の方法 で製造される。ＭＨＬ２４は、変調光線６６のｎＸｍ個あるいは明瞭なチャンネ ルを生成する。

加えて、ＭＨＬ２４は入射変調光線６６の光学的フーリエ変換を行い、この結果 、オリジナルの入力ＲＦ信号スペクトルのｎＸｍ個のチャンネルが生成される。

信号のフーリエ変換は、他の周波数に対する−の周波数の相対比を与える。与え られた信号ｗ（ｔ）に対するフーリエ変換の数学的表現は、次式で与えられる。

フーリエ変換のための上式は、変換を示すのに使用される数学的モデルであるこ とに留意すべきである。実際の変換は光学的に行われ、当業者であれば周知事項 である。変調光線または信号が周波数領域に変換される理由は、理論的には、現 存する信号の周波数を評価するためには、全時間に亙って波形を観察する必要が あるという事実に基づいている。このことは、全ての周波数を無視することなく 、かつ、フーリエ変換された信号が相対周波数を良好に表現するという条件を維 持するために行われる。

ＲＦスペクトルのｎ行×ｍ列にわたる変換光線列（このとき空間周波数領域にあ る）は、次いで第２の偏光板２，６を通過させられた後に、インチグレーテンド キューブ２８に向けられ、このキューブ２８上に収束される。インテグレーテッ ドキューブ２８は、ホログラフフィルターを生成するための信号光列７２及び参 照光列７０を供給する分光手段である。参照光内蔵形のホログラフ記録物を生成 するためのインテグレーテッドキューブの使用法については、本願で引用されて いる米国特許第４，５９７，６３０号に記載されている。概略を示せば、変調光 線をこれら変調光線から得られる１組の要素光線に分光する工程と、結果として 得られる分光線を互いに光学的に干渉するようにそれぞれ反射して向ける工程と を備えている６分光及び反射作業は、本質的に透明素材で形成されるインテグレ ーテッドキューブにより行われる。干渉の記録は、この干渉面に光感受性を有す る媒質を配置することで行われる０本発明のマルチ・チャンネルフィルターシス テムの１つの操作モードにおいては、インテグレーテッドキューブ２８は、関心 となるＲＦスペクトルの干渉パターンを生成し、後で詳細に説明するパワースペ クトルフィルター３４をその場所で製造するために用いられている。続いて、こ のシステムは解析すべき入力ＲＦスペクトルにより駆動される。このモードでは 、ブロッキング要素またはシャッター３０が、参照光の伝播を阻止することで信 号光列７２のみがＰＳＦ３４を照らして相関出力を出力できるように配置されて いる。

第１図に示すように、信号光列７２は、ＰＳＦ３４の上流に配置され、入力ＲＦ 信号からノイズを除去する適合化ノツチフィルター（ＡＮＦ）３２上に収束され る。第２図には、ＡＮＦ３２が液晶光電管（ＬＣＬＶ）３３である一実施例が示 されている。ＬＣＬＶ３３は、ガラス板３５．３７間にサンドインチされ、透明 な電極（図示略）及び光伝導性を有する表面を持った液晶素材３１を備えている 。光伝導性は、入射光の強度により変化する。しかしながら、励起電圧及び周波 数によりＬＣＬＶ３３に適切なバイアス電圧を印加しておけば、装置はすばらし い結果を生じる非線形領域で作動するようにできる。第３図に示す同様のケース では、ＬＣＬＶのオン／オフ動作はバイナリである。換言すれば、液晶の透過率 は最大から最小まで直接的にスイッチングされる。異なるケースでは、透過率は それほど急激に落ちることがなく、ヒステリシス状態を示す、このことは、与え られた干渉強度のレベルでＬＣＬＶのスイッチが入れられ、これと異なるレベル でＬＣＬＶのスイッチが切られることを意味している。このようなデッド・バン ド及び段階的なスイッチのオン／オフは、既に述べたようにＬＣＬＶの励起電圧 及び周波数を変えることにより調整可能である。

第１図に戻って、ＡＮＦ３２は、入力信号から狭帯域の干渉波を摘出する。高レ ベルの狭帯域干渉波（ＮＢＩ’　　ｓ）が重畳した関心となる信号は、ＡＮＦ３ ２に入射される。ＮＢＩ’ｓの強度はＬＣＬＶ３３の予め定めた閾値より高い、 閾値を越える強度の干渉波の存在は、液晶を通過して電場を局所的に運搬する光 伝導を生成し、この結果、この領域内において位相乱れを伴う反応が生じる。フ ォトミキサー列４２（最後の変換工程の一部）では、この位相乱れは狭帯域干渉 波がコヒーレント的に変換されるのを阻止し、この結果、各干渉波が位置するス ペクトル内にノツチが形成される。換言すれば、ＡＮＦ３２は空間的キャリアを 遮断し、光線の強度に依存して、この空間的キャリアを阻止しあるいは通過させ る。

ＬＣＬＶ３３に適宜バイアス電圧を印加することで、ＡＮＦ３２は信号光列７２ をフィルタリングして異なる形状に成形された複数の出力信号を生成する。

上述したＡＮＦ３２による操作は、大多数のケースにおける干渉が信号の１０〜 １００倍であり、通常の信号操作では不感帯とヒステリシスとが問題を生じさせ ないという仮定のちとに行われる。しかしながら、干渉とヒステリシスとが比較 できる場合においては、振幅の区別が存在しないことにより異なるタイプのＡＮ Ｆを必要とするであろう、干渉と信号とが比例振幅をなす条件においてＡＮＦが 有用な具体例は、第４図に示すように電気的アドレスが可能な構造を有している 。第４図に示すＡＮＦは、ガラス板４１．４３に挟まれた液晶材料３９により構 成されている。ガラス板４１．４３には、その内側の表面に透明な錫酸化物で構 成された電極４５が取り付けられている。なお、電極４５は、図示しないプリン ト基盤の回路と接続できるように、その端部が広げられている。ガラス板４３は 、背面（パックプレイン）と呼ばれるもので、連続しかつ単一構造の錫酸化物の 析出物である０種々の効果を得るために上記と異なるタイプの液晶材料を使用す ることができる。この具体例においてＡＮＦは、櫛状フィルターに構成され、櫛 の歯をなすそれぞれがＡＮＦの要素に対応している。この要素は、信号を遮断す るために活性化され、信号を透過するために非活性化される。この具体例におい てＡＮＦ３２の各チャンネルは、関心となる信号の入力のために特別に調整され たものである。特に、ＡＮＦの透過特性は、ノツチスペクトルや通過スペクトル と同様に、狭バンドや基礎バンド及び不連続スペクトルに適合させることができ る。いずれの具体例においてもＡＮＦ３２は、はぼリアルタイムで（光伝導表面 が許容し得る限り速く）再配列または再プログラミングすることが可能であり、 しかも遠隔または近接操作も可能である。

もう一度第１図を参照すると、ＮＢＩを除いた信号スペクトル配列７２は、次に パワースペクトルフィルター（ＰＳＦ）３４に入射する。　　ＰＳＦ３４は、イ ンテグレーテッド・キューブ２８の使用によりホログラフィックパワースペクト ラムを元の位置に記録させたフィルターである。それぞれの入力信号周波数は、 唯一のホログラフィックパワースペクトラムの記録または干渉縞のパターンを形 成する。この発明に使用されているＰＳＦ３４は、信号光列７２のｎＸｍ個の信 号をフィルタリングするためのｎＸｍ個の異なるパターンを持っている。ＰＳＦ は、一般に、入力ＲＦの信号スペクトルと共通する場合にのみスペクトルを通過 させる。入力ＲＦ信号と共通するスペクトルは、相関信号スペクトル配列７４で ある。

また、共通しないスペクトルは非相関配列７５であり、屈折されずＰＳＦ３４を 直接通過し、軸線からそれている。もし、スペクトルの相関が存在しなければ、 入射スペクトルは特定の干渉縞パターンと一致することはないし、非相関スペク トルは、フィルターのより低い変換レベルへ通り抜けてしまう、しかしながら。

それらはＰＳＦ３４を通過することはない、スペクトル相関は、受けた信号と局 所的に生み出された相関との平均的な形成物に基づいて形成された転写物であり 、相関は、伝播された信号のある種の特徴を有している。

ホログラフィックパワースペクトラムの記録は、信号と参照光配列７２．７０と の合成によって、前述したインテグレーテッド・キューブ２８からの結果物とし てハロゲン化銀フィルムのような感光媒体、あるいは感光性樹脂や感熱プラスチ ックの表面に得ることができる。第５図はホログラフフィルターを構成するため の方法を示すものである０図示されているように、記録モードにおける参照及び 信号光７０．７２は、記録媒体３４上で所定角度θをなして互いに重なり合って いる。２つの光線７０．７２は、干渉縞パターン８６を構成し、縞の間隔は以下 の式により与えられる。

ここで、λは光の波長、ｎは屈折率である。

第５図はどのようにして単一の干渉縞パターンが記録されるかを示している。

しかしながら、第１図に示されているように、ＡＯＭ２０とＭＨＬ２４の使用に より、それぞれのパターンがＳＯＩのパワースペクトルを表すｎｘｎ個の干渉縞 パターンを得ることができる。もし、ＰＳＦ３４が同じ周波数のｎＸｎ個の干渉 縞パターンを含まなければならないとすれば、全ての干渉縞パターンはＰＳＦ３ ４上に同期的に記録される。しかしながら、もしＰＳＦ３４が各ＳＯＩスペクト ルについてｎＸｎ個の干渉縞パターンを含まなければならないとすれば、各干渉 縞パターンは、それぞれ個別に記録されることになる。移動可能な遮断要素（図 示せず）を使ってＭＨＬ２４の単一のチャンネルを通過しようとする全ての光を 遮断することにより、特定のＲＦ　　ＳＯＩのための干渉縞パターンがＭＨＩ、 ２４の遮断されていない特定のチャンネルに対応した位置に記録される。単一の 干渉縞パターンが記録されると、次のＲＦ　　ＳＯＩが導かれるとともに遮断要 素が移動させられ、ＭＨＬ２４の次の要素を光が通過できるようになる。この工 程は干渉縞パターンが所望の教書られるまで続行される。

ホログラフ板に記録し、記録を固定した後、ＰＳＦに応答指令信号を送り、また は、プレイパックさせることが可能である。第６図はＰＳＦがプレイバックモー ドにある状態を示している。ここで、信号光線のみが相関スペクトルを構成し得 ることに注意しなければならない０図中１本の実線７５は、値がゼロの相関また は非相関スペクトルを示している。それらもまた出力されるが、角度θによって 分離されることが望ましい、スペクトル相関が存在しない場合のために、値がゼ ロの光線のみＰＳＦ３４に表される。相関と非相関との傾斜による分離は、スイ ッチングのようなスペクトルの機能によるものである。ＰＳＦ３４は、フィルタ ー内でホログラフ的に符号化されたスペクトルのみを相関させることになる。

好ましい安定した干渉パターンを実現するための一定の条件が必要とされる。

第１の条件は、双方の光線が同一の周波数及び波長を有する必要があるというこ とである。第２の条件は、与えられた点における波の間での位相差が時間に依存 して変化しない必要があるということである。第３の条件は、２つの信号の相対 振幅が固定されているということである。第４の条件は、光信号が全て同一の偏 光状態である必要があるということである。加えて、干渉パターンの記録を首尾 良く行うためには、各信号（参照光及び信号光）の光路差が放射源１２のコヒー レント長以内であることを要する。干渉パターンの設置条件は当業者の周知事項 である。

フィルターの記録は、入力ＲＦ信号または生成（ｇＨｅｒａｔｅｄ）信号を用い て達成される。生成信号はノイズを含まないクリーンな信号である。記録物が製 造されたら、大切にしまわれて何度も使用される。記録物はｎＸｍ個のチャンネ ルを持っているので、各チャンネルはそれぞれ特別に調整され、異なるスペクト ル分布のフィルタリングを行う。

再度第１図を参照して、ＰＳＦ３４を通過した後は、入力信号はチャンネライズ され、適合化フィルタリングされ、隣接するチャンネル及びチャンネル内の干渉 波が摘出されて、そして、ホログラフフィルターとパワースペクトルとの相互相 関が取られる。マルチ・チャンネルフィルターの各チャンネルは、有限インパル ス応答を有する直線位相（ｌｉｎｅａｒ　ｐｈａｓｅ）を生成することに留意す べきである。

インパルス応答のいずれの点における光学的フィルターのカット・オフは回折及 び散乱効果によってのみ制限され、かつ、ＡＮＦ３２及び前記段落で提案された ようにＰＳＦ３４の要素により制御できる。従って、各チャンネル内では、形状 因子（カット・オフの勾配）やアボディゼーション（ａｐｏｄｉｚａｔｉｏｎ） 　　（サイドローブの抑制）等の特性は選択的に制御可能である。

相関が取られたＰＳＦ３４からの信号スペクトル列の出カフ４は第２のビームス プリッタ−３６に入射される。ビームスプリッタ−３６は信号スペクトル列を２ 組生成する。１つの組７８は結像レンズ７６上に収束され、他方の組８０はホロ グラフレンズ４０に入射される０組７８は、相関が取られた信号Ｂｉｊと相関が 取られた信号と取られていない信号との混合Ａｉｊとから構成されている。これ ら信号の組はスペクトルアナライザーがもたらすようなパワースペクトル情報を 与える。信号の組７８はモニターも記録もでき、あるいはこれらモニター及び記 録により連続的な広帯域のスペクトル解析が行える。信号７８はＳＯＩのパワー スペクトルの消去及び収納可能な記録物を与え、この記録物は容易に複製できて 他のマルチ°チャンネルシステムに移植可能である。加えて、スペクトルＢｉｊ 及びＡｉｊの生産物は、光電荷結合素子（ＣＣＤ）アレー５２により検出でき、 パワースペクトルの相関関数を生成するために、電気的前処理手段５４により集 積される。相関関数は信号処理で用いられる他の手段であり、様々な応用例があ る。

ＣＯＤアレー５２は、光感受性を有するＣＣＤ要素が直線的に列設されて構成さ れており、これらの出力は好適なサンプル及びホールド機能を有するレジスタに 供給される。フォトミキサー列４２を備えたケースでは、好ましくは、各ＣＣＤ 要素は、ＰＳＦ３４の直線的液晶要素のそれぞれに機能的に対応している。各Ｃ ＣＤ要素は、ＡＯＭにより放射光線上に重畳されたＲＦ倍信号、広がりのある周 波数スペクトルの特定の周波数バンドを表し、そして、ＰＳＦ上で同一の周波数 バンドを表す液晶要素と関係する。米国特許第４，６９９，４６６号はＣＣＤア レーの操作についての更に詳細な記載が含まれている。

ホログラフレンズ４０上に入射された信号スペクトルの組８０は、フォトミキサ ー列４２により変換される。ホログラフレンズ４０は、変換工程の第１のステッ プとして、入カスベクトルの逆フーリエ変換を行う、フーリエ変換された信号ま たはスペクトルの数学的な開数Ｗ　（Ｆ）が与えられれば、次式を用いて、時間 により変化する波形の数学的表現が得られる。

既に述べたように、逆フーリエ変換を示す上式は、周波数領域から時間領域への 変換工程を説明するための数学的モデルである０本発明のマルチ・チャンネルフ ィルターでは、逆フーリエ変換は光学的に行われ、当業者であれば周知事項であ る。

ホログラフレンズ４０から出力された光線列８１は、光結合器３８に入力され、 フォトミキサー列４２での変換のために、処理された局所発振器（ＬＯ）光線５ ８と集積される。フォトミキサー列４２は、各チャンネルがＰＳＦ３４の対応す るチャンネルに一致するように配置されている。フォトミキサー列４２には、局 所発振器光線と逆フーリエ変換光線との混合光線が入射される。フォトミキサー 列４２は強度検出器として反応し、光の強度の二乗を求める。フォトミキサー列 ４２の出力には、それぞれの光（局所発振器光及び信号光）の強度に比例する直 流成分と、局所発振器光線及び位相変調放射信号光線の周波数の相違に対応する ＲＦ酸成分が含まれている。フォトミキサー列４２は、ｎＸｍ個のチャンネライ ズされたＲＦ信号８４を生成する。この出力信号８４は、その通過特性のみを変 更すればオリジナルなラジオ周波数で得られる。フォトミキサー列４２の出方で あるｎＸｍ個の信号８４は、相関のないスペクトル及び狭帯域干渉波を全て歪ま せる。スペクトル的にクラス分けされた処理済みのｎＸｍ４１の信号８４は、戦 略−タ縮小が行われることもある。

第１のビームスプリッタ−１４から得られる局所発振器光線５８は、２枚の鏡４ ８．５０により光結合器３８へと向けられる。結合器３８に入力される前に、局 所発振器光線５８は密度勾配フィルター（ＧＤＦ）４４を通過させられる。ＧＤ Ｆ４４は、局所発振器光線を成形する局所発振器光線の密度形状（すなわち、ガ ウス曲線、円錐ガウス曲線、矩形）を制御するように選択される。ＧＤＦ４４を 使用すれば、フィルターのための出力信号の殆どの通過特性や形状が得られる。

ＧＤＦ４４を通過した後、局所発振器光線５８は別のｎＸｍチャンネルのマルチ ・ホログラフレンズ（ＭＨＬ）４６を通過させられる。ｎＸｍチャンネルのＭＨ Ｌ４６は、最後の変換工程で用いられ、ＧＤＦ４４により成形されたｎＸｍ個の 独立な局所発振器光線５８を生成する。別の実施例では、ＧＤＦ４４及びｎｘｍ チャンネルのＭＨＬ４６は切り換えることができ、それぞれが同一の形状を持つ ということとは反対に、ｎＸｍ個の独立なチャンネルはＧＤＦの予め定められた 固有の形状を持つ結果となる。このことは、ＧＤＦ４４が異なる特性を持たなけ ればならないという事実からみて、より困難でかつ複雑なものである。

本発明のマルチ・チャンネルフィルターシステムは、広帯域のＲＦバンドから１ またはそれ以上の選択された信号を認識しかつ分類することを可能にする。また 、本発明のマルチ・チャンネルフィルターシステムは、ホログラフ的フィルタ− 記録物とパワースペクトルとの相互相関と同様に、近接するチャンネル及びチャ ンネル内の高レベル干渉波のフィルタリング及び摘出を可能にする。加えて、本 発明のマルチ・チャンネルフィルターシステムは、相関が取られたパワースペク トルを含む入力ＲＦ信号及びパワースペクトルの相関関数の広帯域スペクトル解 析を可能にする。これらパワースペクトルの記録物はその場で製造することがで き、他のシステムへの移植のための複製も容易である。

ＦＩＧ、２ Ｖ、ｆ ＦＩＧ、：３ 尤猿度 ＦＩＧ、５ 国際調査報告

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. （１）入力ＲＦ信号スペクトルを含むかなりコヒーレントな光を変調する手段と 、変調された光をフーリエ変換及びチャンネライズして、前記入力ＲＦ信号スペ クトルのスペクトル要素で変調された光線からなる変調された光線の入力列を生 成する手段と、 予め定められたＲＦ信号要素との相関が取られた前記入力列中の光線を選択的に 通過させると共に、相関が取られた出力列を生成するホログラフ的マルチ・チャ ンネルスペクトルフィルターと、 前記変調された光線列で前記スペクトルフィルターを照らすことで前記相関が取 られた出力列を生成する手段と、 前記変調された光線列内または前記相関の取られた出力列内のノイズを光学的に ノッチして取り出す手段と、 前記相関が取られた出力列を変換して、摘出されたノイズ出力列またはスペクト ル的にフィルタリングされたＲＦ信号にする手段と、前記ホログラフ的マルチ・ チャンネルスペクトルフィルターを通過した信号を検出し、順次電気的出力列に 変換する手段とを備えたマルチ・チャンネルフィルターシステム。
2. （２）請求項１記載のマルチ・チャンネルフィルターシステムであって、前記ス ペクトルフィルターを照らす手段は、前記変調された光線列を信号光列とこれに 対応する自己生成形参照光列とに分光する手段と、この参照光列を選択的に阻止 することで、前記相関の取られた出力列を生成する前記信号光列によってのみ前 記スペクトルフィルターが照らされるようにする手段とを備えたことを特徴とす るマルチ・チャンネルフィルターシステム。
3. （３）請求項１記載のマルチ・チャンネルフィルターシステムであって、前記ス ペクトルフィルターは、複数の自己生成形のホログラフ記録物を備えていること を特徴とするマルチ・チャンネルフィルターシステム。
4. （４）請求項１記載のマルチ・チャンネルフィルターシステムであって、前記ス ペクトルフィルターは、前記入力列の光線を全て通過させることで、相関の取ら れない出力列を生成することを特徴とするマルチ・チャンネルフィルターシステ ム。
5. （５）請求項２記載のマルチ・チャンネルフィノレウーシステムであって、前記 分光手段は、前記信号及び参照光列を導いて予め定められた平面上で干渉させる 手段を備え、また、前記システムは、前記平面上に本貧的に配置され、その場所 でマルチ・チャンネルスペクトルフィルターがホログラフ的に記録される光学写 真要素を備えていることを特徴とするマルチ・チャンネルフィルターシステム。
6. （６）請求項４記載のマルチ・チャンネルフィルターシステムであって、前記シ ステムは、相関関数を生成し、かつ、相関のとられたスペクトル及び取られてい ないスペクトルを記録するために、前記相関の取られた出力列及び相関の取られ ていない出力列を検出する手段を備えていることを特徴とするマルチ・チャンネ ルフィルターシステム。
7. （７）請求項６記載のマルチ・チャンネルフィルターシステムであって、前記シ ステムは、前記相関の取られた出力列及び相関の取られていない出力列を前記検 出手段へと向けるための第２の分光手段を備えていることを特徴とするマルチ・ チャンネルフィルターシステム。
8. （８）請求項１記載のマルチ・チャンネルフィルターシステムであって、前記変 換手段は、 前記相関の取られた出力列を逆フーリエ変換する手段と、この逆フーリエ変換さ れた列を局所発振器光線と合体させる手段と、この結合された列を検出して、摘 出されたノイズとスペクトル的にフィルタリングされたＲＦ信号との列を生成す るための光検出列手段とを備えていることを特徴とするマルチ・チャンネルフィ ルターシステム。
9. （９）請求項８記載のマルチ・チャンネルフィルターシステムであって、前記シ ステムは、前記局所発振器光線を光線列に屈折させるためのマルチ・ホログラフ レンズを備えていることを特徴とするマルチ・チャンネルフィルターシステム。
10. （１０）請求項１記載のマルチ・チャンネルフィルターシステムであって、前記 光学的ノッチ手段は、液晶光電管またはプログラム可能なノッチフィルターを備 え、前記液晶光電管は、強度検出器として予め定められた強皮調値以上の強度を 有する光線を阻止し、前記プログラム可能なノッチフィルターは、プログラムさ れたフィルターのパターンに基づいて光線を通過させることを特徴とするマルチ チャンネルフィルターシステム。
11. （１１）入力ＲＦ信号スペクトルを含むかなりコヒーレントな光を変調し、前記 入力ＲＦ信号スペクトルのスペクトル要素で変調された光線からなる変調された 光線の入力列を生成するために、変化された光をフーリエ変換及びチャンネライ ズし、 相関が取られた出力列を生成するために、予め定められたＲＦ信号要素との相関 が取られた前記入力列中の光線を選択的に通過させることで、前記入力列をフィ ルタリングし、 前記相関が取られた出力列を生成するために、前記変乱された光線列で前記スペ クトルフィルターを照らし、 前品変πされた光線列内または前記相関の取られた出力列内のノイズを光学的に ノッチして取り出し、 前記相関が取られた出力列を変換して、摘出されたノイズ出力列またはスペクト ル的にフィルタリングされたＲＦ信号にし、前記ホログラフ的マルチ・チャンネ ルスペクトルフィルターを通過した信号を検出して電気的出力列に変換する ことを特徴とする入力ＲＦスペクトルをフィルタリングする方法。
12. （１２）請求項１１記載の方法であって、前記スペクトルフィルターを照らす工 程は、前記変調された光線列を信号光列とこれに対応する自己生成形参照光列と に分光し、この８照光列を選択的に阻止することで、前記相関の取られた出力列 を生成する前記信号光列によってのみ前記スペクトルフィルターが照らされるよ うにする工程を含むことを特徴とする入力ＲＦスペクトルをフィルタリングする 方法。
13. （１３）請求項１１記載の方法であって、前記フィルタリングする工程は、前記 入力列の光線を全て通過させることで、相関の取られない出力列を生成する工程 を含むことを特徴とする入力ＲＦスペクトルをフィルタリングする方法。
14. （１４）請求項１３記載の方法であって、前記方法は、相関関数を生成すると共 に相関の取られたスペクトル及び取られていないスペクトルを記録するため、前 記相関の取られた出力列及び相関の取られていない出力列を検出し、 前記相関の取られた出力列及び相関の取られていない出力列を前記検出手段に向 ける 工程を含むことを特徴とする入力ＲＦスペクトルをフィルタリングする方法。
15. （１５）請求項１１記載の方法であって、前記方法は、前記相関の取られた出力 列を逆フーリエ変換し、この逆フーリエ変換された列を局所発振器光線と合体し 、この結合された列を検出して、ＲＦ信号の列を生成する工程を含むことを特徴 とする入力ＲＦスペクトルをフィルタリングする方法。
16. （１６）請求項１１記載の方法であって、前記光学的にノッチする工程は、液晶 光電管の強度閾値を選択的に変化させることで前記光線をフィルタリングする工 程か、または、前記プログラム可能なノッチフィルターにより選択的にノイズを 取り出す工程を含むことを特徴とする入力ＲＦスペクトルをフィルタリングする 方法。