JPH0422252B2

JPH0422252B2 -

Info

Publication number: JPH0422252B2
Application number: JP58124630A
Authority: JP
Inventors: Junichi Sakai; Akira Sugimura; Fumio Kanetani
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: NTT Inc
Priority date: 1983-07-11
Filing date: 1983-07-11
Publication date: 1992-04-16
Also published as: JPS6018029A

Description

【発明の詳細な説明】（発明の属する分野）本発明は、任意の２点間で２次元画像情報を並
列的に直接伝送する画像直接伝送方式に関するも
のである。

（従来の技術）従来、２次元画像情報を伝達させるには、画面
全体を分割して小さな画素の集合とし、この画素
の情報を時系列的に電気信号に変換して送信し、
受信側では送信側と逆の操作を行つて、２次元画
像を形成するという方法が一般に行われている。
この方法では、空間情報を一旦時系列信号に変換
するため、装置が複雑になるという欠点を有して
いる。

２次元画像情報を、時系列信号に変えることな
く、空間的に並列伝送する従来の方法を第１図に
示す。（文献：Appl.Phys.Lett.，vol.28，No.２，
pp.88−89，1976）ここでは、全く同一特性、同
一長の２本の光フアイバ３及び５と２個の非線形
光学材料４及び６を用いる。レーザビーム１を被
写体２に照射し、被写体から散乱光を光フアイバ
３に入射させる。光フアイバを伝搬中に画像情報
は位相の擾乱を受ける。この歪波面を最終的に補
償するため、非線形光学材料４にポンプ光７を照
射させて、上記歪波面の位相共役波を発生させ
る。この位相共役波を光フアイバ５に伝送させ
る。この時、光フアイバ３で位相の擾乱を受けた
波の位相共役波は、光フアイバ３と全く等しい位
相特性をもつた光フアイバ５の中で逆に位相が元
に戻る。このように、等化用伝送路によつて位相
補償された共役波は、非線形光学材料６にポンプ
光８と共に照射されて元の波を得る。

このようにして、受端では位相歪のない画像が
再現される。この方法では、送信側と受信側の間
で同一特性、同一長の光フアイバを常に２本準備
しなければならず、任意の２点間で画像情報を伝
送できないとう欠点を有していた。

（発明の目的）本発明は、これらの欠点を除去するために、伝
送路の位相歪を検出するための参照信号を画像信
号の間に時間的に挿入して送出し、参照信号を用
いて伝送後の画像信号の位相情報を補償すること
により原画像を再生するものであり、その特徴は
単一の伝送路でも任意の２点間で２次元画像情報
が位相歪なく直接伝送できることである。以下、
図面を用いて詳細に説明する。

（発明の構成および作用）第２図は光フアイバを伝送路として用いた場合
の本発明の一実施例の構成を示す。

９は光源であつて、ArまたはKrイオンレーザ
などの連続波、あるいはNd：YAGレーザなどの
パルス波を用い、１０は光源９からの光ビームを
参照光１１と画像信号光１２の２方向に伝搬する
光ビームに分ける光分岐部で、機械的に光ビーム
伝搬方向を換える装置のついた方向可変型の反射
鏡、超音波偏向器などを用いたゲート、または、
パルス波の時は半透鏡を用いる。画像信号光１２
の方向に向つた光は被写体２に当り、その散乱光
はレンズ１３で集光されて送出すべき２次元画像
となる。この画像信号をAs（ｘ，ｙ；ｔ）で表わ
す。但し、Asは複素振幅、ｘ，ｙは空間座標、
ｔは時間である。画像信号はこのような反射形以
外に透過形光学系によつても形成できる。１４は
反射鏡、１５は光遅延回路であり、参照光１１と
画像信号光１２の間に相対的な時間差T₀を生じ
させる。この時の光遅延回路１５通過後の参照光
をAr（ｔ−T₀）で表わす。第２図では光遅延回路
１５を参照光側に挿入しているが、相対的な時間
差のみが重要であるため、画像信号側の光路に挿
入してもよい。１６は参照光１１と画像信号光１
２を混合する光合波部であり、例えば半透鏡を用
いる。混合された光１７はレンズ１８を介して光
フアイバ１９に入射させる。以上が本実施例によ
る送信側の構成である。

第３図は送信側の光パルス列の発生的振舞を示
したものである。光源がパルス波の時、そのパル
ス間隔をT₀とする｛第３図ａ９｝。これを光分岐
部１０としてゲートを用いて、参照光１１と画像
信号光１２が共にそれぞれ時間間隔2T₀で繰り返
されるようにする。画像信号光１２には途中で２
次元画像情報As（ｘ，ｙ；ｔ）がのせられる。こ
の後、光遅延回路１５で光路長を調整して光合波
部１６で参照光１１と画像信号光１２を混合し両
者の時間がT₀だけずれるようにする｛第３図ａ
１７｝。参照光はAr（ｑ−T₀）である。２つの光
波を混合後の光パルス列（混合光１７）では、参
照光１１と画像信号光１２が交互に繰り返されて
光フアイバ１９に入射する。光源９が連続波の時
には光源９、混合光１７において２つの光パルス
間の間隙は無くなり、また参照光１１、画像信号
光１２でパルス幅はT₀に等しくなる。第３図の
混合光１７のように、送信側において参照光１１
と画像信号光１２が時間的に繰り返された光を伝
送路に入射させることが本実施例の一つのポイン
トである。

このようなパルス列を得る他の方法を次に示
す。光源９からは第３図ｂ９に示すようなパルス
幅T₂、繰り返し時間T₁のパルス列を送出する。
但し、T₁≧2T₂とする。このパルス列を光分岐部
１０として半透鏡を用いて、第３図ｂ参照光１
１、画像信号光１２のように２光路に分け、画像
信号光１２の方に画像信号をのせて、再び光合波
部１６で参照光１１と画像信号光１２を混合す
る。その際、光遅延回路１５の遅延時間を調整す
ると、第３図ｂ混合光１７に表わすように、第３
図ａ混合光１７と同様なパルス列が得られる。こ
の場合のT₀はT₁／２に等しくなる。

画像信号と参照信号が交互に並んでいる光パル
ス列は、伝送路を伝搬する間に空間的な位相関係
が乱される。出力参照光の位相は伝送路による位
相擾乱を表わしているので、出力画像信号光の位
相からこの出力参照光の位相を補償するように、
受信側を構成する。

第２図の受信側はその一構成例である。光フア
イバ１９から出射した光は、レンズ２０で平行光
にされる。３１は光パルスにのせられた２次元画
像情報を空間的に分離して２つの光路に分けるた
めの光分岐部であり、光源９が連続波の時には、
光分岐部１０と同じようにゲートとし、パルス波
の時は半透鏡またはゲートを用いる。

第４図ａは光分岐部２１がゲートの時の受信側
光パルス列を示し、第４図ｂは光分岐部２１が半
透鏡のときの受信側光パルス列を示す。

光分岐部２１としてゲートを用いた時、２光路
２２及び２３に分離後の光パルス列は第４図ａに
示すように光路２２には出力参照光のみ、光路２
３には出力画像信号光のみとなつている。

光分岐部２１として半透鏡を用いた時の光パル
ス列は第４図ｂの光路２２及び２３に示すよう
に、出力参照光と出力画信号光が混在したものと
なつている。

反射鏡２４で光路の向きを変え、光路２２側は
光遅延回路２５で時間T₀だけ光ビームに遅延を
与え、遅延を受けた光ビーム２６と光路２３の光
ビームが位相歪補償部２７に入射する時、参照光
と画像信号光の時間が一致するように調節する。
この時、参照光と画像信号光の複素振幅はAr
（ｔ），As（ｘ，ｙ；ｔ）となり、両者の相対的な
時間が一致する。これを第４図ａ２６，２３およ
び第４図ｂ２６，２３に示す。このようにして出
射画像信号光と出射参照光は、異なる方向から同
時刻に位相歪補償部２７へ入射させることができ
る。

ここで、伝送路中で生じた位相歪を除去する上
で重要な構成要素である位相歪補償部２７につい
て述べる。

第５図は位相歪補償部の光波の一構成例を示す
もので、一例として４光波全ての周波数ωが等し
い４光波混合を用いた系の構成原理を示す。

下記に述べる構成では、非線形光学材料２８
（LiNbO₃，LiTaO₃，Bi₁₂SiO₂₀（BSO）などの非
線形光学結晶や、CS₂などの液体、Naなどの金
属蒸気等）を１個だけ用いて位相歪が補償でき
る。以下で、添字は、参照光に対しｒ、画像信号
光にｓ、ポンプ光にｐを用いるものとする。各光
波の電界を次のように表わす。

Er＝Ar(t)exp〔ｊ｛ωt−φ（k¹ _r）−k_r．ｒ｝〕 Es＝As(x,y;t)exp〔ｊ｛ωt−φ（k¹ _s） −k_s・ｒ｝〕 Ep＝Apexp〔ｊ（ωt−k_p・ｒ）〕）））））） (1) 但し、Arは参照光の複素振幅、Asは送出され
た画像信号光の複素振幅、APはポンプ光の振幅、
ｔは時間、φは伝送路伝搬中に受けた位相歪、ｋ
は波数ベクトル、ｒは位置ベクトルである。これ
らの光波が非線形光学材料２８の中でパラメトリ
ツク相互作用をした時、出射光の周波数は（ω±
ω±ω）があり得るが、これらのうち、出射光の
周波数もωに等しくなる項のみを抜き書きする
と、Ｅ∞Es・Er^*・Ep＋c.c. AsAr^*Apexp〔ｊ｛ωt−（k_s−k_r＋k_p））ｒ＋
φ（k¹ _r）−φ（k¹ _s）｝〕 (2) となる。(2)式から、位相歪φ（K¹ _s）をφ（K¹ _r）で
完全に補償するためには非線形光学材料２８に入
射する参照光と画像信号光の方向を一致させるべ
きことがわかる。この時、Ｅ＝Ａ exp〔ｊ（ωt−
kr）〕と書くと、出射光はｋ＝k_s−k_r＋k_p（これは
位相整合条件）の向きに出てくる。第５図のベク
トルはこの２つの条件を満たす光学系の構成例を
示す。

このような構成により、出力画像信号光の位相
擾乱φ（K¹ _s）が出力参照光の位相φ（K¹ _r）で補償
でき、入力２次元画像信号As（ｘ，ｙ；ｔ）に比
例した、位相歪を受けない再生信号Ｅが、第５図
ｋベクトルの方向から得られる。また、この素子
の中ではパラメトリツク相互作用を行つているた
め、ポンプ光によつて画像信号が増幅される。

上記位相歪補償部２７は、位相共役波を発生さ
せた後、位相歪を補償するという二段階法でも構
成できる。

第６図は位相歪補償を二段階で行う時の受信側
の別の構成例を示す。この構成は第２図の受信側
と似ているが、位相歪補償部２７が非線形光学材
料で構成された共役波発生用光学素子２９と光混
合素子３０からなつている。一方からきた光、例
えば出力参照光の位相擾乱φ（K¹ _r）を共役波発生
用光学素子２９を用いて逆転させ、−φ（K¹ _r）と
する。これと位相擾乱φ（K¹ _s）をもつた出力画像
信号光を光混合素子３０に入射させると、両方の
光の電界の積に比例した出力が得られるため、φ
（K¹ _s）と−φ（K¹ _r）は相殺される。したがつて、
光混合素子３０から位相補償された再生画像信号
３１が得られる。光混合素子３０として第２高調
波発生用素子を用いると、再生画像信号３１から
得られる信号は、元の波長の半分の波長となる。

共役波発生用光学素子２９の例として、４光波
混合を利用するものと、ホログラムを利用するも
のについて述べる。前者では、第７図ａに示すよ
うに、非線形光学材料３２を用い、後者では第７
図ｂに示すようにホログラム板３３（BSO結晶、
チタン酸バリウムなどで構成する。）を用いる。
k_p1，k_p2はいずれもポンプ光であり、画像信号光
k_sを入射させた時、k_sと逆向きに画像信号光と位
相共役な光k_cが出射される。k_p1とk_p2は互いに逆
向きの方向から入射される。この時も、全光波の
周波数ωは同一である。

次に数値例として、光源に波長5145ÅのArイ
オンレーザを用いる場合について述べる。これの
出力光パワは約１ワツトの連続波である。この光
パワは伝送路である光フアイバの損失と長さ、光
学系構成時の損失などに依存する。第３図に示し
た光パルスを得るために外部変調器を用いる。
LiNbO₃を用いた外部変調器の周波数帯域は1GHz
以上のものがある。したがつて、光パルス幅T₀
が5n sec程度のものを作り得る。この際、送信部
および受信部での遅延回路（第２図中の１５，２
５）は遅延量5n sec程度のものを作る必要がある
が、これは反射鏡を用いて容易に手軽な大きさで
得られる。

第８図は本発明における重要な要素である位相
歪補償部の一実施例である。これは信号光３５と
参照光３６は対向させており、これらとポンプ光
３７、出射光３８は同一平面内にある。ポンプ光
３７は光源とは別の出力光パワ１ワツト程度の
5145ÅArイオンレーザを用いる。出射光パワを
増すためには、ポンプ光パワはできる限り大きい
方が望ましい。非線形光学材料としては、この波
長帯で透明でかつ非線形光学定数が大きい
LiNbO₃34を用いる。一例として、この結晶のＣ
軸を上記光線面内で参照光３６に対して垂直な向
きにとり、ポンプ光３７を参照光３６に対してθ₁
＝11.9゜の角度で入射させると、位相整合条件を
用いて、再生画像光３８はθ₂＝11.5゜の方向から出
射される。結晶の大きさは約10×10×３mm²であ
る。結晶の厚さ３mmは非線形相互作用を十分に起
こさせる長さから決まつている。また、レーザの
スポツトサイズは数mm以下であるため、この結晶
の大きさは、対向する信号光と参照光を相互作用
させるのに十分な開口をもつている。したがつ
て、この結晶から所望の再生画像信号が得られ
る。

光源波長が変つた時、非線形材料はその波長で
透明でかつ非線形光学定数が大きい材料を選ぶ。
この時、使用材料のＣ軸設定方向、屈折率に応じ
て、ポンプ光の入射角度θ₁、出射光の出射角度θ₂
が変化する。結晶の厚さも非線形相互作用の強さ
に応じて変化する。

以上の説明では、光フアイバを伝送路にした場
合の画像直接伝送方式について述べたが、伝送路
を光フアイバから空間に置き換えても全く同様の
ことが成立するのは明らかである。また、搬送波
は光でなくても、任意の波長の電磁波に対して、
本発明方式は成り立つ。

（効果）以上説明したように、本発明では画像信号を直
接伝送する際に、送信側において参照信号と画像
信号が周期的に繰り返されたパルス列を発生さ
せ、受信側において出力参照信号と出力画像信号
を時間的に一致させて位相歪補償部に入射するよ
うな構成になつており、伝送路中の位相歪を任意
の受信端で補償できるため、２次元画像情報が任
意の２点間で直接伝送できる利点がある。また、
参照信号を絶えず送つているために、再生画像信
号は環境の変化等で生じる伝送路に対する外的擾
乱の影響を受けないという利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の画像伝送方式の概略図、第２図
は本発明の一実施例の構成を示す図、第３図は本
発明の送信側光パルス列の時間的振舞を示す図、
第４図は光分岐部がゲートの時及び半透鏡の時の
受信側光パルス列を示す図、第５図は位相歪補償
部の光波の一構成例を示す図、第６図は位相歪補
償を二段階で行う時の受信側の別の構成例を示す
図、第７図は二段階補償法の初段の構成例を示す
図、第８図は位相歪補償部の一実施例を示す図で
ある。１……レーザビーム、２……被写体、３，５，
１９……光フアイバ、４，６……非線形光学材
料、７，８……ポンプ光、９……光源、１０，２
１……光分岐部、１１，３６……参照光、１２…
…画像信号光、１３，１８，２０……レンズ、１
４，２４……反射鏡、１５，２５……光遅延回
路、１６……光合波部、１７……混合光、２２，
２３……分岐後の光路、２６……遅延を受けた光
ビーム、２７……位相歪補償部、２８，３２……
非線形光学材料、２９……共役波発生用光学素
子、３０……光混合素子、３１……再生画像信
号、３３……ホログラム板、３４……LiNbO₃、
３５……信号光、３７……ポンプ光、３８……出
射光。

Claims

【特許請求の範囲】１送信部において、画像信号光の間に参照信号
光が挾まれて周期的に繰り返されるパルス列を発
生する手段を有し、そのパルス列を伝送路に送出
し、受信側では伝送路からのパルス列を空間的に
分離した２光路に分け、出力画像信号光と出力参
照信号光とし、この２光路の間に相対的な遅延を
生じさせる信号整合手段を設け、上記出力参照信号光と上記出力画像信号光を同
一光路延長線上で対向するように非線形光学材料
に同時刻に入射させ、更に別にポンプ光を同一材
料に入射させて、パラメトリツク相互作用によ
り、伝送路中の位相歪を補償し、再生画像信号光
が上記参照信号光と画像信号光とポンプ光のいず
れの入射光路上にもないように配置した位相歪補
償部を有することを特徴とする画像直接伝送方
式。２送信部は、繰り返し時間T₀のパルス状搬送
波発生器または連続搬送波発生器と、これらのい
ずれかを時間間隔2T₀で繰り返す２つのパルス列
に分けるゲートを有し、その２本の光路のうちの
１本のパルス列に画像信号をのせる手段と、２本
の光路のうち少なくとも１本の光路内に設けられ
た遅延回路と、２本の光路を１本にする合波部を
有することを特徴とする特許請求の範囲第１項記
載の画像直接伝送方式。３送信部は、パルス幅T₂が繰り返し時間T₁の
半分以下であるパルス状搬送波を発生する装置
と、この搬送波を同じパルス幅及び繰り返し時間
の２本のパルス列に分ける分岐部を有し、その２
本の光路のうちの１本のパルス列に画像信号をの
せる手段と、２本の光路のうち少なくとも１本を
光路内に設けられた遅延回路と、２本の光路を１
本にする合波部を有していることを特徴とする特
許請求の範囲第１項記載の画像直接伝送方式。４受信側の信号整合手段は、伝送路から繰り返
し時間T₀で画像信号と参照信号が交互に出射さ
れてパルス列を、繰り返し時間2T₀の画像信号と
同じ繰り返し時間の参照信号の２本のパルス列に
分けるゲートを有し、その２本の光路のうち少な
くとも一方に到達時間調整用遅延回路が設置され
たものでであることを特徴とする特許請求の範囲
第１項記載の画像直接伝送方式。５受信側の信号整合手段は、伝送路からの出射
パルス列を全く同じ２本のパルス列の光路に分け
る分岐部を有し、その２本の光路のうち少なくと
も一方に到達時間調整用遅延回路が設置されたも
のであることを特徴とする特許請求の範囲第１項
記載の画像直接伝送方式。６送信部において、画像信号光の間に参照信号
光が挾まれて周期的に繰り返されるパルス列を発
生する手段を有し、そのパルス列を伝送路に送出
し、受信側では伝送路からのパルス列を空間的に
分離した２光路に分け、出力画像信号光と出力参
照信号光とし、この２光路の間に相対的な遅延を
生じさせる信号整合手段を設け、上記出力参照信号光または上記出力画像信号光
のいずれか一方の位相共役波を一個目の非線形光
学材料で発生させ、上記位相共役波と他方の信号
光が同一光路上になるように別の二個目の非線形
光学材料に同時刻に入射させるように配置し、２
段階に分けて位相歪を補償する位相歪補償部を有
することを特徴とする画像直接伝送方式。７送信部は、繰り返し時間T₀のパルス状搬送
波発生器または連続搬送波発生器と、これらのい
ずれかを時間間隔2T₀で繰り返す２つのパルス列
に分けるゲートを有し、その２本の光路のうちの
１本のパルス列に画像信号をのせる手段と、２本
の光路のうち少なくとも１本の光路内に設けられ
た遅延回路と、２本の光路を１本にする合波部を
有することを特徴とする特許請求の範囲第６項記
載の画像直接伝送方式。８送信部は、パルス幅T₂が繰り返し時間T₁の
半分以下であるパルス状搬送波を発生する装置
と、この搬送波を同じパルス幅及び繰り返し時間
の２本のパルス列に分ける分岐部を有し、その２
本の光路のうちの１本のパルス列に画像信号をの
せる手段と、２本の光路のうち少なくとも１本の
光路内に設けられた遅延回路と、２本の光路を１
本にする合波部を有していることを特徴とする特
許請求の範囲第６項記載の画像直接伝送方式。９受信側の信号整合手段は、伝送路から繰り返
し時間T₀で画像信号と参照信号が交互に出射さ
れてパルス列を、繰り返し時間2T₀の画像信号と
同じ繰り返し時間の参照信号の２本のパルス列に
分けるゲートを有し、その２本の光路のうち少な
くとも一方に到達時間調整用遅延回路が設置され
たものでであることを特徴とする特許請求の範囲
第６項記載の画像直接伝送方式。１０受信側の信号整合手段は、伝送路からの出
射パルス列を全く同じ２本のパルス列の光路に分
ける分岐部を有し、その２本の光路のうち少なく
とも一方に到達時間調整用遅延回路が設置された
ものであることを特徴とする特許請求の範囲第６
項記載の画像直接伝送方式。１１位相歪補償部の一個目の非線形光学材料は
縮退４光波混合により位相共役波を発生させるも
のであることを特徴とする特許請求の範囲第６項
記載の画像直接伝送方式。