(57)【要約】  被測定信号の繰り返し周波数を検出する方法において、被測定信号に周波数揺らぎが存在していても被測定信号の波形繰り返し周波数を高精度に検出するために、従来技術で用いていた方法により求めた被測定信号の繰り返し周波数を被測定信号の仮の繰り返し周波数とし、サンプリング周波数を仮のサンプリング周波数からサンプリング時に周波数折り返しが発生するように大きく周波数を変化させたサンプリング周波数で前記被測定信号を順次にサンプリングした場合に得られる特定信号の周波数変化量を検出し、この検出された特定信号の周波数変化量と、この場合に何回周波数折り返しが発生したかを示すサンプル番号の変化量とに基づいて、前記被測定信号に周波数揺らぎが含まれている状態での前記サンプリング番号に含まれている誤差分を算出し、このサンプル番号に含まれている誤差分に基づいて前記被測定信号の仮の繰り返し周波数を補正することにより、前記被測定信号の正規の繰り返し周波数を算出するようにした。
2009093316.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定信号を仮のサンプリング周波数Ｆｓでサンプリングして得られる信号のうち、前記仮のサンプリング周波数Ｆｓの１／２以下の帯域に現れる特定信号の周波数Ｆｈを検出する第１の段階と、
前記仮のサンプリング周波数Ｆｓからサンプリング時に周波数折り返しが発生しない微小周波数ΔＦｓだけ変化させたサンプリング周波数で得られる前記特定信号の周波数変化量ΔＦｈを算出する第２の段階と、
前記第２の段階における前記微小周波数ΔＦｓを分母とし、前記特定信号の周波数変化量ΔＦｈを分子とする式（１）により
ｎ＝ΔＦｈ／ΔＦｓ                                                  …（１）
サンプル番号ｎを算出する第３の段階と、
前記仮のサンプリング周波数Ｆｓと、前記仮のサンプリング周波数Ｆｓに対する前記特定信号の周波数Ｆｈと、前記サンプリング周波数の変化量としての前記微小周波数ΔＦｓ及び前記特定信号の周波数変化量ΔＦｈとに基づいて、前記被測定信号の仮の繰り返し周波数Ｆｘ′を算出する第４の段階と、
前記仮のサンプリング周波数Ｆｓからサンプリング時に周波数折り返しが発生するように大きく周波数を変化させたサンプリング周波数で前記被測定信号をサンプリングした場合に得られる特定信号の周波数変化量ｄＦｈ＿ｍｅａｓを検出し、この検出された前記特定信号の周波数変化量ｄＦｈ＿ｍｅａｓと、この過程で周波数折り返しが何回発生したかを示す前記第３の段階によって算出された前記サンプル番号ｎの変化量ｄｎとに基づいて、前記被測定信号に周波数揺らぎが含まれている状態での前記第３の段階によって算出された前記サンプル番号ｎに含まれている誤差分ｅｎを算出する第５の段階と、
前記第５の段階によって算出される前記サンプル番号ｎに含まれている誤差分ｅｎに基づいて前記第４の段階によって算出される前記被測定信号の仮の繰り返し周波数Ｆｘ′を補正することにより、前記被測定信号の正規の繰り返し周波数Ｆｘを算出する第６の段階と、
を具備する被測定信号の繰り返し周波数検出方法。
【請求項２】
前記第１の段階は、前記被測定信号を、前記仮のサンプリング周波数としてある繰り返し周波数Ｆｓを有するサンプリング周波数にてサンプリングした場合に得られる信号のうち、前記ある繰り返し周波数Ｆｓの１／２の以下の帯域に現れる前記特定信号として最大レベルを示す信号の周波数Ｆｈを測定することを特徴とする請求項１に記載の被測定信号の繰り返し周波数検出方法。
【請求項３】
前記第４の段階は、前記第１の段階によって検出された前記ある繰り返し周波数Ｆｓの１／２の以下の帯域Ｆｓ／２に現れる前記特定信号として最大レベルを示す信号の周波数Ｆｈと、前記第２の段階によって測定された前記仮のサンプリング周波数として前記ある繰り返し周波数Ｆｓからサンプリング時に周波数折り返しが発生しない前記微小周波数ΔＦｓだけ変化させて前記被測定信号をサンプリングした場合に得られる前記特定信号の周波数変化量ΔＦｈに基づいて、式（２）により
Ｆｘ′＝Ｆｈ−Ｆｓ・ΔＦｈ／ΔＦｓ            …（０＞ΔＦｈ／ΔＦｓの場合）
Ｆｘ′＝−Ｆｈ＋Ｆｓ・ΔＦｈ／ΔＦｓ          …（０＜ΔＦｈ／ΔＦｓの場合）
…（２）
前記被測定信号の仮の繰り返し周波数Ｆｘ′を算出することを特徴とする請求項２に記載の被測定信号の繰り返し周波数検出方法。
【請求項４】
前記第５の段階は、前記サンプリング周波数を前記第１の段階における前記仮のサンプリング周波数としての前記ある繰り返し周波数Ｆｓからサンプリング時に周波数折り返しが発生するように大きく周波数ｄＦｓだけ変化させて前記被測定信号をサンプリングした場合に得られる特定信号の周波数変化量ｄＦｈ＿ｍｅａｓを検出し、式（３）により
ｄＦｈ＿ｔａｒｇｅｔ＝ｄｎ・（Ｆｓ＋ｄＦｓ）＋ｎ・ｄＦｓ            …（３）
（但し、ｄＦｈ＿ｔａｒｇｅｔは、前記サンプリング周波数の大きな変化に伴う、前記特定信号の周波数変化量の目標値であって、０〜ｄＦｓ／２の範囲で定められる任意の周波数であり、ｎは、前記（１）式で算出される前記サンプル番号であり、ｄｎは、前記サンプリング周波数の大きな変化に伴う、前記サンプル番号ｎの変化量であって、前記被測定信号に含まれると想定される周波数揺らぎの範囲内において、確定することができる範囲内となるように、前記サンプリング周波数の大きな変化量ｄＦｓが定められる）
前記サンプル番号ｎの変化量ｄｎを算出し、
前記特定信号の周波数変化量ｄＦｈ＿ｍｅａｓが式（４）
ｄＦｈ＿ｍｅａｓ＝ｄｎ・（Ｆｓ＋ｄＦｓ）＋（ｎ＋ｅｎ）・ｄＦｓ      …（４）
（但し、ｅｎは、前記サンプル番号ｎに含まれている誤差分である）
で表されるとき、前記式（３）及び（４）の差をとって得られる式（５）により
ｅｎ＝（ｄＦｈ＿ｍｅａｓ−ｄＦｈ＿ｔａｒｇｅｔ）／ｄＦｓ            …（５）
前記サンプル番号ｎに含まれている誤差分ｅｎを算出することを特徴とする請求項３に記載の被測定信号の繰り返し周波数検出方法。
【請求項５】
前記第６の段階は、前記第５の段階によって算出された前記サンプル番号ｎに含まれている誤差分ｅｎを前記第３の段階で算出された前記サンプル番号ｎに加算して正確なサンプル番号ｎ＋ｅｎを得て、該ｎ＋ｅｎを前記式（２）において前記サンプル番号を示すΔＦｈ／ΔＦｓとして反映させて、前記式（２）において算出される前記被測定信号の仮の繰り返し周波数Ｆｘ′を補正することにより、前記被測定信号の正規の繰り返し周波数Ｆｘを算出することを特徴とする請求項４に記載の被測定信号の繰り返し周波数検出方法。
【請求項６】
被測定信号を入力するための入力端子と、
指定に応じた第１乃至第３のサンプリング周波数のクロック信号を選択的に生成する信号発生部と、
前記信号発生部からの前記クロック信号に同期し、前記指定に応じた第１乃至第３のサンプリング周波数として仮のサンプリング周波数Ｆｓを有する第１のサンプリングパルス、前記仮のサンプリング周波数Ｆｓからサンプリング時に周波数折り返しが発生しない微小周波数ΔＦｓだけ変化させたサンプリング周波数を有する第２のサンプリングパルス及び前記仮のサンプリング周波数Ｆｓからサンプリング時に周波数折り返しが発生するように大きく周波数ｄＦｓだけ変化させたサンプリング周波数を有する第３のサンプリングパルスを選択的に発生するサンプリングパルス発生部と、
前記被測定信号を前記サンプリングパルス発生部からの第１乃至第３の前記サンプリングパルスによって選択的にサンプリングするサンプリング部と、
前記サンプリング部によって前記被測定信号を前記サンプリングパルス発生部からの前記第１のサンプリングパルスでサンプリングした場合に得られる信号のうち、前記仮のサンプリング周波数Ｆｓの１／２以下の帯域に現れる特定信号の周波数Ｆｈを検出する特定信号周波数検出部と、
前記サンプリング部によって前記被測定信号を前記サンプリングパルス発生部からの前記第２のサンプリングパルスでサンプリングしたときに前記特定信号周波数検出部によって検出される前記特定信号の周波数変化量ΔＦｈを算出する周波数変化量算出部と、
前記サンプリングパルス発生部による前記仮のサンプリング周波数Ｆｓと、前記サンプリング周波数の変化量としての前記微小周波数ΔＦｓと、前記特定信号周波数検出部によって検出される前記仮のサンプリング周波数Ｆｓに対する前記特定信号の周波数Ｆｈ及び前記周波数変化量算出部によって算出される前記特定信号の周波数変化量ΔＦｈとに基づいて、前記被測定信号の仮の繰り返し周波数Ｆｘ′を算出する仮の繰り返し周波数算出部と、
前記仮の繰り返し周波数算出部で用いる前記微小周波数ΔＦｓを分母とし、前記仮の繰り返し周波数算出部で用いる前記周波数変化量ΔＦｈを分子とする式（１）により
ｎ＝ΔＦｈ／ΔＦｓ                                                  …（１）
サンプル番号ｎを算出するサンプル番号算出部と、
前記サンプリング部によって前記被測定信号を前記サンプリングパルス発生部からの前記第３のサンプリングパルスでサンプリングした場合に得られる前記特定信号の周波数変化量ｄＦｈを検出する特定信号周波数変化量検出部と、
前記特定信号周波数変化量検出部によって検出された前記特定信号の周波数変化量ｄＦｈと、この過程で何回周波数折り返しが何回発生したかを示す前記サンプル番号算出部によって算出された前記サンプル番号ｎの変化量ｄｎとに基づいて、前記被測定信号に周波数揺らぎが含まれている状態での前記サンプル番号算出部によって算出された前記サンプル番号ｎに含まれている誤差分ｅｎを算出するサンプル番号誤差分算出部と、
前記サンプル番号誤差分算出部によって算出される前記サンプル番号ｎに含まれている誤差分ｅｎに基づいて前記仮の繰り返し周波数算出部によって算出される前記被測定信号の仮の繰り返し周波数Ｆｘ′を補正することにより、前記被測定信号の正規の繰り返し周波数Ｆｘを算出する正規の繰り返し周波数算出部と、
を具備する被測定信号のサンプリング装置。
【請求項７】
前記特定信号周波数検出部は、前記信号発生部に対し、前記指定に応じた第１のサンプリング周波数としてある繰り返し周波数Ｆｓを有する仮のサンプリング周波数を指定することにより前記サンプリングパルス発生部から前記仮のサンプリング周波数を有する第１のサンプリングパルスを発生させると共に、前記サンプリング部によって、前記被測定信号を、前記仮のサンプリング周波数を有する前記第１のサンプリングパルスにてサンプリングした場合に得られる信号のうち、前記ある繰り返し周波数Ｆｓの１／２以下の帯域Ｆｓ／２に現れる前記特定信号の周波数Ｆｈを検出することを特徴とする請求項６に記載の被測定信号のサンプリング装置。
【請求項８】
前記周波数変化量算出部は、前記信号発生部に対し、前記指定に応じた第２のサンプリング周波数として前記ある繰り返し周波数Ｆｓからサンプリング時に周波数折り返しが発生しない前記微小周波数ΔＦｓだけ変化させた周波数を有するサンプリング周波数を指定することにより前記サンプリングパルス発生部から前記第２のサンプリングパルスを発生させると共に、前記サンプリング部によって、前記第２のサンプリングパルスで前記被測定信号をサンプリングした場合に得られる前記特定信号の周波数変化量ΔＦｈを算出することを特徴とする請求項７に記載の被測定信号のサンプリング装置。
【請求項９】
前記仮の繰り返し周波数算出部は、前記サンプリングパルス発生部による前記仮のサンプリング周波数Ｆｓと、前記サンプリング周波数の変化量としての前記微小周波数ΔＦｓと、前記特定信号周波数検出部によって検出される前記仮のサンプリング周波数に対する前記特定信号の周波数Ｆｈ及び前記周波数変化量算出部によって算出される前記特定信号の周波数変化量ΔＦｈとに基づいて、式（２）により
Ｆｘ′＝Ｆｈ−Ｆｓ・ΔＦｈ／ΔＦｓ            …（０＞ΔＦｈ／ΔＦｓの場合）
Ｆｘ′＝−Ｆｈ＋Ｆｓ・ΔＦｈ／ΔＦｓ          …（０＜ΔＦｈ／ΔＦｓの場合）
…（２）
前記被測定信号の仮の繰り返し周波数Ｆｘ′を算出することを特徴とする請求項８に記載の被測定信号のサンプリング装置。
【請求項１０】
前記特定信号周波数変化量検出部は、前記信号発生部に対し、前記指定に応じた第３のサンプリング周波数として前記ある繰り返し周波数Ｆｓからサンプリング時に周波数折り返しが発生するように大きく周波数ｄＦｓだけ変化させた周波数を有するサンプリング周波数を指定することにより前記サンプリングパルス発生部から前記第３のサンプリングパルスを発生させると共に、前記サンプリング部によって、前記被測定信号を前記第３のサンプリングパルスでサンプリングした場合に得られる前記特定信号の周波数変化量ｄＦｈ＿ｍｅａｓを検出し、式（３）により
ｄＦｈ＿ｔａｒｇｅｔ＝ｄｎ・（Ｆｓ＋ｄＦｓ）＋ｎ・ｄＦｓ            …（３）
（但し、ｄＦｈ＿ｔａｒｇｅｔは、前記サンプリング周波数の大きな変化に伴う、前記特定信号の周波数変化量の目標値であって、０〜ｄＦｓ／２の範囲で定められる任意の周波数であり、ｎは、前記サンプル番号算出部によって算出される前記サンプル番号であり、ｄｎは、前記サンプリング周波数の大きな変化に伴う、前記サンプル番号ｎの変化量であって、前記被測定信号に含まれると想定される周波数揺らぎの範囲内において、確定することができる範囲内となるように、前記サンプリング周波数の大きな変化量ｄＦｓが定められる）
前記サンプル番号ｎの変化量ｄｎを算出することを特徴とする請求項９に記載の被測定信号のサンプリング装置。
【請求項１１】
前記サンプル番号誤差分算出部は、前記特定信号周波数変化量検出部によって検出される前記特定信号の周波数変化量ｄＦｈ＿ｍｅａｓが式（４）
ｄＦｈ＿ｍｅａｓ＝ｄｎ・（Ｆｓ＋ｄＦｓ）＋（ｎ＋ｅｎ）・ｄＦｓ      …（４）
（但し、ｅｎは、前記サンプル番号ｎに含まれている誤差分である）
で表されるとき、前記式（３）及び（４）の差をとって得られる式（５）により
ｅｎ＝（ｄＦｈ＿ｍｅａｓ−ｄＦｈ＿ｔａｒｇｅｔ）／ｄＦｓ            …（５）
前記サンプル番号ｎに含まれている誤差分ｅｎを算出することを特徴とする請求項１０に記載の被測定信号のサンプリング装置。
【請求項１２】
前記正規の繰り返し周波数算出部は、前記サンプル番号誤差分算出部によって算出された前記サンプル番号ｎに含まれている誤差分ｅｎを前記サンプル番号算出部で算出された前記サンプル番号ｎに加算して正確なサンプル番号ｎ＋ｅｎを得て、該ｎ＋ｅｎを前記式  （２）において前記サンプル番号ｎを示すΔＦｈ／ΔＦｓとして反映させて、前記式  （２）において算出される前記被測定信号の仮の繰り返し周波数Ｆｘ′を補正することにより、前記被測定信号の正規の繰り返し周波数Ｆｘを算出することを特徴とする請求項１１に記載の被測定信号のサンプリング装置。
【請求項１３】
前記正規の繰り返し周波数算出部によって算出された前記正規の繰り返し周波数Ｆｘに対応する繰り返し周期Ｔｘの整数倍に対して所定のオフセット遅延時間ΔＴだけ差のある周期Ｔｓに対応する周波数Ｆｓを前記被測定信号に対する正規のサンプリング周波数として算出し、この算出された正規のサンプリング周波数を前記信号発生部に指定することにより、前記サンプリングパルス発生部から前記第１乃至第３のサンプリングパルスに代えて前記正規のサンプリング周波数を有するサンプリングパルスを発生させて、前記サンプリング部によって前記被測定信号を前記正規のサンプリング周波数を有するサンプリングパルスでサンプリングすることを可能とする演算部をさらに具備することを特徴とする請求項１２に記載の被測定信号のサンプリング装置。
【請求項１４】
前記信号発生部からの前記クロック信号を外部へ出力するためのクロック出力端子と、
前記サンプリング部から出力された信号を外部へ出力するためのサンプル信号出力端子と、
をさらに具備することを特徴とする請求項１３に記載の被測定信号のサンプリング装置。
【請求項１５】
被測定信号を入力するための入力端子と、
指定に応じた第１乃至第３のサンプリング周波数及び指定に応じた第４のサンプリング周波数のクロック信号を選択的に生成する信号発生部と、
前記信号発生部からの前記クロック信号に同期し、前記指定に応じた第１乃至第３のサンプリング周波数として仮のサンプリング周波数Ｆｓを有する第１のサンプリングパルス、前記仮のサンプリング周波数Ｆｓからサンプリング時に周波数折り返しが発生しない微小周波数ΔＦｓだけ変化させたサンプリング周波数を有する第２のサンプリングパルス、前記仮のサンプリング周波数Ｆｓからサンプリング時に周波数折り返しが発生するように大きく周波数を変化させたサンプリング周波数を有する第３のサンプリングパルス及び前記指定に応じた第４のサンプリング周波数を有する第４のサンプリングパルスを選択的に発生するサンプリングパルス発生部と、
前記被測定信号を前記サンプリングパルス発生部からの前記第１乃至第３のサンプリングパルス及び前記第４のサンプリングパルスによって選択的にサンプリングするサンプリング部と、
前記サンプリング部によって前記被測定信号を前記サンプリングパルス発生部からの前記第１のサンプリングパルスでサンプリングして得られた信号のうち、前記仮のサンプリング周波数Ｆｓの１／２以下の帯域に現れる特定信号の周波数Ｆｈを検出する特定信号周波数検出部と、
前記サンプリング部によって前記被測定信号を前記サンプリングパルス発生部からの前記第２のサンプリングパルスでサンプリングしたときに得られる前記特定信号の周波数変化量ΔＦｈを算出する周波数変化量算出部と、
前記サンプリングパルス発生部による前記仮のサンプリング周波数Ｆｓと、前記サンプリング周波数の変化量としての前記微小周波数ΔＦｓと、前記特定信号周波数検出部によって検出される前記仮のサンプリング周波数Ｆｓに対する前記特定信号の周波数Ｆｈ及び前記周波数変化量算出部によって算出される前記特定信号の周波数変化量ΔＦｈとに基づいて、前記被測定信号の仮の繰り返し周波数Ｆｘ′を算出する仮の繰り返し周波数算出部と、
前記仮の繰り返し周波数算出部で用いる前記微小周波数ΔＦｓを分母とし、前記仮の繰り返し周波数算出部で用いる前記周波数変化量ΔＦｈを分子とする式（１）により
ｎ＝ΔＦｈ／ΔＦｓ                                                  …（１）
サンプル番号ｎを算出するサンプル番号算出部と、
前記サンプリング部によって前記被測定信号を前記サンプリングパルス発生部からの前記第３のサンプリングパルスでサンプリングした場合に得られる前記特定信号の周波数変化量ｄＦｈ＿ｍｅａｓを検出する特定信号周波数変化量検出部と、
前記特定信号周波数変化量検出部によって検出された前記特定信号の周波数変化量ｄＦｈ＿ｍｅａｓと、この過程で何回周波数折り返しが何回発生したかを示す前記サンプル番号算出部によって算出された前記サンプル番号ｎの変化量ｄｎとに基づいて、前記被測定信号に周波数揺らぎが含まれている状態での前記サンプル番号算出部によって算出された前記サンプル番号ｎに含まれている誤差分ｅｎを算出するサンプル番号誤差分算出部と、
前記サンプル番号誤差分算出部によって算出される前記サンプル番号ｎに含まれている誤差分ｅｎに基づいて前記仮の繰り返し周波数算出部によって算出される前記被測定信号の仮の繰り返し周波数Ｆｘ′を補正することにより、前記被測定信号の正規の繰り返し周波数Ｆｘを算出する正規の繰り返し周波数算出部と、
前記正規の繰り返し周波数算出部によって算出された前記正規の繰り返し周波数Ｆｘに対応する繰り返し周期Ｔｘの整数倍に対して所定のオフセット遅延時間ΔＴだけ差のある周期Ｔｓに対応する周波数Ｆｓを前記被測定信号に対する正規のサンプリング周波数として算出し、この算出された正規のサンプリング周波数を前記第４のサンプリング周波数として前記信号発生部に指定することにより、前記サンプリングパルス発生部からの前記第４のサンプリングパルスを発生させると共に、前記サンプリング部により前記被測定信号を前記第４のサンプリングパルスでサンプリングさせる演算部と、
前記サンプリング部から前記第４のサンプリングパルスでサンプリングされて出力される信号をデジタルの波形データに変換して出力するアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器と、
前記Ａ／Ｄ変換器から出力される前記波形データを記憶するための波形データメモリと、
前記Ａ／Ｄ変換器から出力される前記波形データを前記信号発生部からの前記クロック信号に同期して前記波形データメモリに書き込むデータ取得制御部と、
前記波形データメモリに記憶された一連の波形データを読み出して表示部の時間軸上に前記オフセット遅延時間に対応する間隔で表示する表示制御部と、
を具備する被測定信号の波形観測システム。
【請求項１６】
前記特定信号周波数検出部は、前記信号発生部に対し、前記指定に応じた第１のサンプリング周波数としてある繰り返し周波数Ｆｓを有する仮のサンプリング周波数を指定することにより前記サンプリングパルス発生部から前記仮のサンプリング周波数を有する第１のサンプリングパルスを発生させると共に、前記サンプリング部によって、前記被測定信号を、前記仮のサンプリング周波数を有する前記第１のサンプリングパルスにてサンプリングした場合に得られる信号のうち、前記ある繰り返し周波数Ｆｓの１／２以下の帯域Ｆｓ／２に現れる特定信号の周波数Ｆｈを検出することを特徴とする請求項１５に記載の被測定信号の波形観測システム。
【請求項１７】
前記周波数変化量算出部は、前記信号発生部に対し、前記指定に応じた第２のサンプリング周波数として前記ある繰り返し周波数Ｆｓからサンプリング時に周波数折り返しが発生しない微小周波数ΔＦｓだけ変化させた周波数を有するサンプリング周波数を指定することにより前記サンプリングパルス発生部から前記第２のサンプリングパルスを発生させると共に、前記サンプリング部によって、前記第２のサンプリングパルスで前記被測定信号をサンプリングした場合に得られる特定信号の周波数変化量ΔＦｈを算出することを特徴とする請求項１６に記載の被測定信号の波形観測システム。
【請求項１８】
前記仮の繰り返し周波数算出部は、前記サンプリングパルス発生部による前記仮のサンプリング周波数Ｆｓと、前記サンプリング周波数の変化量としての前記微小周波数ΔＦｓと、前記特定信号周波数検出部によって検出される前記仮のサンプリング周波数Ｆｓに対する前記特定信号の周波数Ｆｈ及び前記周波数変化量算出部によって算出される前記特定信号の周波数変化量ΔＦｈとに基づいて、式（２）により
Ｆｘ′＝Ｆｈ−Ｆｓ・ΔＦｈ／ΔＦｓ            …（０＞ΔＦｈ／ΔＦｓの場合）
Ｆｘ′＝−Ｆｈ＋Ｆｓ・ΔＦｈ／ΔＦｓ          …（０＜ΔＦｈ／ΔＦｓの場合）
…（２）
前記被測定信号の仮の繰り返し周波数Ｆｘ′を算出することを特徴とする請求項１７に記載の被測定信号の波形観測システム。
【請求項１９】
前記特定信号周波数変化量検出部は、前記信号発生部に対し、前記指定に応じた第３のサンプリング周波数として前記ある繰り返し周波数Ｆｓからサンプリング時に周波数折り返しが発生するように大きく周波数ｄＦｓだけ変化させた周波数を有するサンプリング周波数を指定することにより前記サンプリングパルス発生部から前記第３のサンプリングパルスを発生させると共に、前記サンプリング部によって、前記被測定信号を前記第３のサンプリングパルスでサンプリングした場合に得られる前記特定信号の周波数変化量ｄＦｈ＿ｍｅａｓを検出し、式（３）により
ｄＦｈ＿ｔａｒｇｅｔ＝ｄｎ・（Ｆｓ＋ｄＦｓ）＋ｎ・ｄＦｓ            …（３）
（但し、ｄＦｈ＿ｔａｒｇｅｔは、前記サンプリング周波数の大きな変化に伴う、前記特定信号の周波数変化量の目標値であって、０〜ｄＦｓ／２の範囲で定められる任意の周波数であり、ｎは、前記サンプル番号算出部で算出される前記サンプル番号であり、ｄｎは、前記サンプリング周波数の大きな変化に伴う、前記サンプル番号ｎの変化量であって、前記被測定信号に含まれると想定される周波数揺らぎの範囲内において、確定することができる範囲内となるように、前記サンプリング周波数の大きな変化量ｄＦｓが定められる）前記サンプル番号ｎの変化量ｄｎを算出することを特徴とする請求項１８に記載の被測定信号の波形観測システム。
【請求項２０】
前記サンプル番号誤差分算出部は、前記特定信号周波数変化量検出部によって検出される前記特定信号の周波数変化量ｄＦｈ＿ｍｅａｓが式（４）
ｄＦｈ＿ｍｅａｓ＝ｄｎ・（Ｆｓ＋ｄＦｓ）＋（ｎ＋ｅｎ）・ｄＦｓ      …（４）
（但し、ｅｎは、前記サンプル番号ｎに含まれている誤差分である）
で表されるとき、前記式（３）及び（４）の差をとって得られる式（５）により
ｅｎ＝（ｄＦｈ＿ｍｅａｓ−ｄＦｈ＿ｔａｒｇｅｔ）／ｄＦｓ            …（５）
前記サンプル番号ｎに含まれている誤差分ｅｎを算出することを特徴とする請求項１９に記載の被測定信号の波形観測システム。
【請求項２１】
前記正規の繰り返し周波数算出部は、前記サンプル番号誤差分算出部によって算出される前記サンプル番号ｎに含まれている誤差分ｅｎを前記サンプル番号算出部で算出された前記サンプル番号ｎに加算して正確なサンプル番号ｎ＋ｅｎを得て、該ｎ＋ｅｎを前記式（２）において前記サンプル番号ｎを示すΔＦｈ／ΔＦｓに反映させて、前記式（２）において算出される前記被測定信号の仮の繰り返し周波数Ｆｘ′を補正することにより、前記被測定用の信号の正規の繰り返し周波数Ｆｘを算出することを特徴とする請求項２０に記載の被測定信号の波形観測システム。
【請求項２２】
前記特定信号周波数検出部は、前記第１のサンプリング周波数の１／２以下の帯域に現れる複数の特定信号の周波数をそれぞれ検出し、
前記仮の繰り返し周波数算出部は、前記特定信号周波数検出部によって検出される前記複数の特定信号についての周波数変化量に基づいて、前記被測定信号に含まれる複数の周波数成分のスペクトラムを求めるように構成され、
前記表示制御部は、前記仮の繰り返し周波数算出部によって得られたスペクトラムを前記正規の繰り返し周波数算出部を介して前記表示部の周波数軸上に表示させるように構成されていることを特徴とする請求項１５に記載の被測定信号の波形観測システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は被測定信号の繰り返し周波数検出方法及びそれを用いるサンプリング装置並びに波形観測システムに係り、特に、高速な繰り返し信号で変調された光信号に対するサンプリングを行ってその波形情報を取得し、観測するためのシステムにおいて、被測定信号に周波数揺らぎが存在していても、被測定信号の周波数を正確に検出し、安定な波形情報の取得と観測ができるようにするための技術を採用した被測定信号の繰り返し周波数検出方法及びそれを用いるサンプリング装置並びに波形観測システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、高速な繰り返し信号で変調された光信号の波形のデータを取得して観測するために、図１０に示す波形観測装置１０が用いられている。【０００３】
この波形観測装置１０は、入力される被測定光信号Ｐの波形の繰り返し周期ＴｘのＮ倍（Ｎは１以上の任意の整数で、例えば、１００、１０００等）より所定値（オフセット遅延時間）ΔＴだけ長い繰り返し周期Ｔｓ（＝Ｎ・Ｔｘ＋ΔＴ）を有し、パルス幅が狭い光サンプリングパルスＰｓを光サンプリングパルス発生手段１１によって生成する。【０００４】
そして、この光サンプリングパルス発生手段１１によって生成された光サンプリングパルスＰｓは、被測定光信号Ｐと共に、光サンプリング部１２に入力される。【０００５】
この光サンプリング部１２では、被測定光信号Ｐを光サンプリングパルスＰｓでサンプリングすることによって得られたパルス光が、光電変換されることにより、電気のパルス信号Ｅｏに変換されてアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器１３に出力される。【０００６】
このＡ／Ｄ変換器１３は、電気のパルス信号Ｅｏの振幅強度をデジタルのデータに変換して波形データメモリ１４に記憶させる。【０００７】
この波形データメモリ１４に記憶された一連の波形データは、表示制御手段１５によって読み出された後、表示器１６に被測定光信号Ｐの波形として表示される。【０００８】
このようなサンプリング方式の波形観測装置１０では、図１１の（ａ）に示すように、被測定光信号Ｐの繰り返し波形がＮ回連続して入力される毎に、光サンプリングパルスＰｓによるサンプリングタイミングが図１１の（ｂ）のように、ΔＴ時間ずつシフトしていくため、周期Ｔｘに比べて格段に低速なサンプリングで、被測定用の光信号Ｐの波形を高分解能でサンプリングして得られる一連の波形データを表示器１６の画面上で観測することができる。【０００９】
このようなサンプリング方式の波形観測装置１０は、例えば、以下に記す特許文献１に開示されている。【００１０】
ところで、上記のような波形観測装置１０に要求される観測モードには、パーシステンスモード、平均化モード等がある。【００１１】
パーシステンスモードは、被測定用の光信号Ｐをサンプリングしてその取得データを表示器の画面上にある一定時間表示し、その残像によって測定波形を表示するという動作を繰り返すモードであり、被測定光信号の波形の変化をほぼリアルタイムに観測することができる。【００１２】
また、平均化モードは、被測定用の光信号Ｐをサンプリングしてその複数のデータ取得期間分の波形データの平均化処理を行い、その平均化された波形を表示するモードであり、ノイズ成分を除去した波形観測が可能となる。【００１３】
しかるに、被測定光信号Ｐのサンプリング時にサンプリングが被測定光信号Ｐの繰り返し波形の同一位相位置から開始されないと、上記のように被測定光信号の波形を残像によって表示していく観測モードの場合には、表示される波形が時間軸方向に毎回ずれたりするという不都合が生じる。【００１４】
また、平均化モードでは、平均化処理が正しく行えず波形を正しく再現できなくなると共に、波形の位相や振幅の変動の大きさを正しく把握することができなくなる。【００１５】
このため、被測定信号の波形の繰り返し周期、あるいはその信号自体の周波数（ビットレート）が既知である必要がある。【００１６】
しかし、場合によっては、観測対象となる被測定信号の波形の繰り返し周期や周波数の概略値は分かっていても、その正確な値が不明な状況では、観測対象となる被測定信号の波形に対して正しいサンプリング周期の設定が行えず、所望の波形を観測することができないという問題がある。【００１７】
また、この種の波形観測装置において、狭い幅の光サンプリングパルスを生成したり、光同士のミキシングを行なう光ミキサ等が必要であり、表示部を含めると装置全体が複雑化し高価になるという別の問題がある。【００１８】
そこで、本願発明者は、これらの問題を解決するために、日本国における先願として、後述する特許文献２に開示されているような被測定信号の繰り返し周波数検出方法を提案している。【００１９】
次に、特許文献２に開示されている被測定信号の繰り返し周波数検出方法の原理について説明する。【００２０】
ここでは、被測定信号を単一周波数Ｆｘの正弦波と仮定し、これを仮のサンプリング周波数Ｆｓでサンプリングして得られる信号Ｓｘの周波数成分について考察する。【００２１】
サンプリングパルスが幅無限小の理想パルスであれば、その周波数成分は、図１２に示すように、周波数ｎ・Ｆｓの各スペクトラムを有する（ｎ＝０，１，２，…）。【００２２】
したがって、このサンプリングパルスでサンプリングして得られた信号Ｓｘには、被測定信号の周波数Ｆｘと各周波数ｎ・Ｆｓとの差及び和の成分が含まれる。【００２３】
この中で最も周波数が低い成分は、図１３の（ａ）、（ｂ）に示すように、周波数Ｆｘに最も近い周波数ｎ・Ｆｓのスペクトラム成分との差周波数あるいは周波数（ｎ＋１）・Ｆｓのスペクトラム成分との差周波数であり、その差周波数Ｆｈは、次のように表すことができる。【００２４】
Ｆｈ＝ｍｏｄ［Ｆｘ，Ｆｓ］        …（ｍｏｄ［Ｆｘ，Ｆｓ］≦Ｆｓ／２の場合）
Ｆｈ＝（Ｆｓ／２）−ｍｏｄ［Ｆｘ，Ｆｓ］                                                                          …（ｍｏｄ［Ｆｘ，Ｆｓ］＞Ｆｓ／２の場合）
ただし、記号ｍｏｄ［Ａ，Ｂ］は、ＡをＢで割ったときの余りを表す。【００２５】
この差周波数Ｆｈは最大でＦｓ／２なので、帯域上限Ｆｓ／２の低域通過フィルタを用いることにより簡単に抽出することができる。【００２６】
ここで、サンプリング周波数Ｆｓの微小な変化δＦｓに伴う差周波数Ｆｈの変化δＦｈは、差周波数Ｆｈを周波数Ｆｓについて微分した次の式で与えられる。【００２７】
δＦｈ／δＦｓ＝−ｑｕｏｔｉｅｎｔ［Ｆｘ，Ｆｓ］                                                                …（０＜ｍｏｄ［Ｆｘ，Ｆｓ］＜Ｆｓ／２の場合）
δＦｈ／δＦｓ＝１＋ｑｕｏｔｉｅｎｔ［Ｆｘ，Ｆｓ］                                                                  …（ｍｏｄ［Ｆｘ，Ｆｓ］＞Ｆｓ／２の場合）
ただし、記号ｑｕｏｔｉｅｎｔ［Ａ，Ｂ］は、ＡをＢで割ったときの整数商を表す。【００２８】
上記結果、及び次の商と余りの関係、
ｍｏｄ［Ｆｘ，Ｆｓ］＝Ｆｘ−Ｆｓ・ｑｕｏｔｉｅｎｔ［Ｆｘ，Ｆｓ］
から、被測定信号の周波数Ｆｘは、次の演算で求めることができる。【００２９】
Ｆｘ＝Ｆｈ−Ｆｓ・δＦｈ／δＦｓ                      …（０＞δＦｈの場合）
Ｆｘ＝−Ｆｈ＋Ｆｓ・δＦｈ／δＦｓ                    …（０＜δＦｈの場合）
図１４は、以上のような被測定信号の繰り返し周波数検出方法の手順の一例を示すフローチャートである。【００３０】
まず、仮のサンプリング周波数Ｆｓで被測定信号をサンプリングし（ステップＳ１）、そのサンプリングによって得られた信号のうち、サンプリング周波数Ｆｓの１／２以下の帯域に現れる特定信号の周波数Ｆｈを検出する（ステップＳ２）。【００３１】
そして、サンプリング周波数を微小量ΔＦｓ（例えば、１Ｈｚ）だけ変化させ（ステップＳ３）、そのときの特定信号の周波数変化量ΔＦｈを検出する（ステップＳ４）。【００３２】
そして、サンプリング周波数Ｆｓとその周波数変化量ΔＦｓ、特定信号の周波数Ｆｈとその周波数変化量ΔＦｈとを次式（１）に代入することにより、被測定用の信号の繰り返し周波数Ｆｘを算出する（ステップＳ５）。【００３３】
Ｆｘ＝Ｆｈ−Ｆｓ・ΔＦｈ／ΔＦｓ                      …（０＞ΔＦｈの場合）
Ｆｘ＝−Ｆｈ＋Ｆｓ・ΔＦｈ／ΔＦｓ                    …（０＜ΔＦｈの場合）
…（１）
これにより、波形情報を取得して観測するシステムの場合には、この周波数検出処理を被測定信号について予め行い、それによって得られた周波数Ｆｘに対応したサンプリング周波数Ｆｓを設定すれば、被測定信号の波形情報の取得及び観測を正確に行うことができる。【００３４】
ここで、上記繰り返し周波数検出に含まれる誤差について考察すると、δＦｈ／δＦｓの値は、上記定義から整数であるから、実際の測定で得られるΔＦｈ／ΔＦｓが整数とならない場合、その値の少数点以下を四捨五入して整数化することにより、測定誤差をなくすことができる。【００３５】
また、サンプリング周波数の値は、システム自体が与える値であるため、誤差は発生しない。【００３６】
さらに、特定信号の周波数Ｆｈの測定誤差は、高速フーリェ変換（ＦＦＴ）処理などのデジタル信号処理の分解能で決まり、容易に数Ｈｚ以下にすることができる。【００３７】
これらのことから、被測定信号の繰り返し周波数Ｆｘの算出誤差も、数Ｈｚ以下の精度が得られる。【００３８】
この誤差は、例えば、繰り返し周波数１０ＧＨｚに対して１０−１０なり、極めて高精度で、被測定信号の繰り返し周波数を検出することができる。【００３９】
なお、上記説明は、被測定信号が単一周波数Ｆｘの正弦波であると仮定したものであって、実際の観測対象となる被測定信号には、通常複数の周波数成分が含まれている。【００４０】
すなわち、被測定信号がデータによりノンリターンツーゼロ（ＮＲＺ）形式で変調された信号である場合、その変調データの符号長に等しい周期（波形繰り返し周期）に対応した周波数を下限とし、多数の周波数成分Ｆｘ（ｉ）が存在する場合が考えられ、各周波数成分のレベルは変調データのパターンに依存する。【００４１】
例えば、変調データが１０Ｇｂｐｓで（１０）の２ビットデータの場合、ビットレートの１／２の周波数成分５ＧＨｚとその高調波成分が存在し、そのレベルは、ビットレートの１／２の周波数成分が最も高くなる。【００４２】
また、変調データが１０Ｇｂｐｓで（１１１１１０００００）の１０ビットデータの場合には、ビットレートの１／１０の周波数成分１ＧＨｚとその高調波成分が存在し、そのレベルは、ビットレートの１／１０の周波数成分１ＧＨｚが最も高くなる。【００４３】
また、上記にように１の期間と０の期間が交互に且つ等しい長さで現れるデューティ比５０パーセントの単純なパターンではなく、（１１０００１１１００）のように１符号内に１の期間や０の期間が複数回現れるパターンの場合には、ビットレートの１／２の周波数成分や符号長に等しい周期に対応した周波数成分のレベルより、ビットレートの１／５の周波数成分２ＧＨｚのレベルの方が大きくなる。【００４４】
このように信号波形の繰り返し周波数と一致しなくても、レベルが大きい周波数成分を特定信号としてその周波数を検出する方がＳ／Ｎの点で有利となると共に、この特定信号の周波数から繰り返し周波数を求めた方が精度的に有利である。【００４５】
また、この特許文献２には、上記のような被測定信号の繰り返し周波数検出方法を適用したサンプリング装置を含む波形観測システムが開示されている。【００４６】
図１５は、上記被測定信号の繰り返し周波数検出方法を適用したサンプリング装置を含む波形観測システム２０の構成を示している。【００４７】
この波形観測システム２０は、サンプリング装置２１とデジタルオシロスコープ６０によって構成されている。【００４８】
サンプリング装置２１は、入力端子２１ａから入力される被測定光信号Ｐを光サンプリング部２６により、信号発生部２４が生成したクロック信号Ｃに基づいてサンプリングパルス発生部２４から発生される幅の狭い光パルスであるサンプリングパルスでサンプリングしてその波形情報としてのパルス信号Ｅｏを取得する。【００４９】
デジタルオシロスコープ６０は、サンプリング装置２１によって得られた波形情報を記憶し、表示する。【００５０】
このサンプリング装置２１は、観測対象の波形の繰り返し周期が正確に分かっているような場合に指定する手動設定モードと、観測対象の波形の繰り返し周期が不明あるいはその概略値しか分からない場合に指定する自動設定モードとを有し、図示しない操作部の操作等によって、その手動設定モードと自動設定モードとを選択的に指定できるようになっている。【００５１】
なお、信号発生部２４が生成したクロック信号Ｃ及びトリガ用信号Ｇは、それぞれ、クロック出力端子２１ｂ及びトリガ出力端子２１ｄを介して外部に出力できるようになっている。【００５２】
同様に、光サンプリング部２６からのパルス信号Ｅｏは、サンプル信号出力端子２１ｃを介して外部へ出力できるように構成されている。【００５３】
このサンプリング装置２１の各出力端子２１ｂ〜２１ｄは、デジタルオシロスコープ６０の外部クロック入力端子６０ａ、第１チャネル入力端子６０ｂ、第２チャネル入力端子６０ｃにそれぞれ接続されている。【００５４】
デジタルオシロスコープ６０は、各チャネル入力端子６０ｂ、６０ｃから入力される信号に対するＡ／Ｄ変換処理を外部クロック入力端子６０ａに入力されるクロック信号に同期して行う外部クロック同期機能と、任意に指定したチャネル入力端子またはトリガ入力端子の入力信号の電圧が任意に設定したしきい値を所定方向に越えたタイミングから一定時間（後述する時間軸の表示幅および表示ポイント数等に依存する）が経過する間にＡ／Ｄ変換処理によって得られたデータを波形データとしてチャネル毎に記憶する外部トリガ機能と、その記憶した波形データを時間軸上に表示する波形表示機能とを有しており、この波形表示のモードとして、前記したパーシステンス表示モード、平均化表示モードのいずれかを任意に選択できるように構成されている。【００５５】
次に、上記波形観測システム２０の動作を説明する。【００５６】
始めに、例えば、図１６の（ａ）に示すようにデューティ比５０パーセントのほぼ矩形波の被測定光信号Ｐを入力端子２１ａに入力し、その波形の概略の繰り返し周期Ｔｘ′  （周波数Ｆｘ′）およびサンプリングのオフセット遅延時間ΔＴに対応した情報をパラメータ指定部２２によって指定すると共に、図示しない操作部により自動設定モードを指定する。【００５７】
演算部２３は、指定された概略の繰り返し周波数Ｆｘ′とオフセット遅延時間ΔＴに基づいて、仮のサンプリング周波数Ｆｓ′、トリガ周波数Ｆｇ′をそれぞれ算出し、信号発生部２４に設定する。【００５８】
なお、繰り返し周波数Ｔｘ′の指定がない状態で、自動設定モードが指定された場合には、演算部２３は、規定値、例えば、１０ＧＭＨｚを繰り返し周波数Ｆｘ′として演算を行う。【００５９】
このため、信号発生部２４からは、仮のサンプリング周波数Ｆｓ′のクロック信号Ｃが出力される。【００６０】
そして、光サンプリング部２６では被測定光信号Ｐに対してサンプリング周波数Ｆｓ′によるサンプリングが行われ、そのサンプリングで得られたパルス信号Ｅｏが特定信号周波数検出部２７に入力される。【００６１】
特定信号周波数検出部２７は、そのサンプリングで得られたパルス信号Ｅｏに含まれる周波数成分のうち、サンプリング周波数の１／２以下の帯域に現れる最もレベルが高い周波数成分を特定信号とし、その周波数Ｆｈ′を検出する。【００６２】
この光信号の波形の場合、サンプリングに用いられる光サンプリングパルスＰｓのスペクトラムは、図１７に示すように周波数Ｆｓ′間隔で現れ、光信号Ｓの波形のスペクトラムは周波数Ｆｘの間隔で現れ、しかも、高次のもの程レベルが小さくなる。【００６３】
したがって、特定信号周波数検出部２７は、最低次の周波数Ｆｘと、その周波数Ｆｘに最も近いサンプリング周波数成分ｎ・Ｆｓ′との差周波数Ｆｈ′を特定信号の周波数として求め、繰り返し周波数算出部２８に出力する。【００６４】
このようにして仮のサンプリング周波数Ｆｓ′についての特定信号の周波数Ｆｈ′が得られると、繰り返し周波数算出部２８は、この周波数Ｆｈ′を記憶するとともに、信号発生部２４に対して、サンプリング周波数を微小量（例えば、１Ｈｚ）変化させるように指示する。【００６５】
この指示を受けた信号発生部２４により、被測定光信号Ｐに対する仮のサンプリング周波数が微小量ΔＦｓだけ変化し、この変化に伴って、特定信号周波数検出部２７によって検出される特定信号の周波数がΔＦｈだけ変化することになり、この変化量から被測定光信号Ｐの波形の繰り返し周波数Ｆｘが次式により算出され、演算部２３に設定される。【００６６】
Ｆｘ＝Ｆｈ′−Ｆｓ′・ΔＦｈ／ΔＦｓ′
演算部２３は、この繰り返し周波数算出部２８によって算出された正確な繰り返し周波数Ｆｘに基づいて入力信号に正確に対応した正規のサンプリング周波数Ｆｓ及びトリガ周波数Ｆｇを計算し、信号発生部２４に設定する。【００６７】
これによって、被測定光信号Ｐの波形の繰り返し周期Ｔｘに対ｘし、Ｎ・Ｔｘ＋ΔＴに等しい周期を有するクロック信号Ｃと光サンプリングパルスＰｓが図１６の（ｂ）、（ｃ）に示すように生成される。【００６８】
そして、被測定光信号Ｐが光サンプリングパルスＰｓでサンプリングされ、そのサンプリングで得られたパルス信号Ｅｏが、図１６の（ｄ）に示すように光サンプリング部２８からサンプル信号出力端子２１ｃを介してデジタルオシロスコープ６０の第１チャネル入力端子６０ｂに入力される。【００６９】
また、信号発生部２４からは、図１８の（ｂ）に示すようにパルス信号Ｅｏのピークを結ぶ包絡線の波形の周期と等しい周期のトリガ用信号Ｇが生成され、トリガ出力端子２１ｄを介してデジタルオシロスコープ６０の第２チャネル入力端子６０ｃに入力される。【００７０】
なお、図１８の（ａ）は、図１６の（ｄ）に示す波形の時間軸を縮めて示したものである。【００７１】
デジタルオシロスコープ６０は、パルス信号Ｅｏに対するＡ／Ｄ変換処理をクロック信号Ｃに同期して行い、パルス信号Ｅｏのピーク点を結ぶ包絡線のデータを光信号波形データとして順次出力し、トリガ用信号Ｇがトリガレベルを所定方向に超えるタイミングから、その波形データの取得を開始する。【００７２】
このため、デジタルオシロスコープ６０の画面上に、例えば、図１９に示すように、被測定光信号Ｐの波形がオフセット遅延時間ΔＴ間隔のポイントで残像表示される。【００７３】
デジタルオシロスコープ６０は、トリガ用信号Ｇがトリガレベルを所定方向に超えるタイミング毎に波形データの取得を開始して、波形を更新表示する際に、前記したように、サンプリング装置２０のサンプリング周波数やトリガ周波数が入力される光信号Ｐの波形の繰り返し周波数に対して正確に対応しているので、常に表示する波形の位置がずれることはなく、安定な波形観測を行うことができる。【００７４】
上記説明では、観測対象の波形がデューティ比５０パーセントの矩形波で、最低次の特定信号のレベルが最大となる場合について説明している。【００７５】
しかるに、例えば、ビットレート１０Ｇｂｐｓで、ＮＲＺデータ（１１０００１１１００）の１０ビットの波形が繰り返される場合、その繰り返し周波数Ｆｘは、１０／１０＝１ＧＨｚとなるが、波形に含まれる各周波数成分のレベルを考慮すると、１ＧＨｚの成分よりも、その２倍の１０／２＝２ＧＨｚの成分の方が大きい。【００７６】
これはパルス信号Ｅｏに含まれる信号についても言えることであり、前記したように波形１周期分相当の繰り返し周波数Ｆｘについて最低次の特定信号の周波数成分は、そのレベルが低く周波数算出を正確に行えない場合がある。【００７７】
このような場合でも、特定信号周波数検出部２７は、サンプリング周波数の１／２以下の帯域内の信号成分のうち、最もレベルの高い信号成分を特定信号として選択し、その周波数を検出しているので精度の低下は起こらない。
【特許文献１】特開２００２−０７１７２５号公報
【特許文献２】特開２００６−３３２７号公報
【発明の開示】
【００７８】
すなわち、上記特許文献２に開示されている被測定信号の繰り返し周波数検出方法は、要約すると、被測定信号を、ある繰り返し周波数Ｆｓにてサンプリングした場合に得られた信号のうち、Ｆｓ／２以下の帯域に現れる特定信号の周波数Ｆｈを測定し、次に、サンプリング周波数を微小周波数ΔＦｓだけ変化させてサンプリングした場合に得られた特定信号の周波数変化量ΔＦｈを測定し、次式にて被測定用の信号の繰り返し周波数Ｆｘを求める方法である。
【００７９】
Ｆｘ＝Ｆｈ−Ｆｓ・ΔＦｈ／ΔＦｓ              …（０＞ΔＦｈ／ΔＦｓの場合）
Ｆｘ＝−Ｆｈ＋Ｆｓ・ΔＦｈ／ΔＦｓ            …（０＜ΔＦｈ／ΔＦｓの場合）
しかるに、この特許文献２に開示されている被測定信号の繰り返し周波数検出方法においても、まだ解決すべき以下のような問題を有している。
【００８０】
それは、被測定信号に周波数揺らぎが存在していると、被測定信号の繰り返し周波数検出の測定結果に大きな誤差が生じてしまうということである。
【００８１】
以下に、被測定信号に存在する周波数揺らぎによって、被測定信号の繰り返し周波数検出の測定結果に大きな誤差が発生する原因について説明する。
【００８２】
上記被測定信号の繰り返し周波数を求める式においてΔＦｈ／ΔＦｓ（サンプル番号ｎ）は、高調波成分のうち、Ｆｘに最も近い高調波成分の次数を示しており、上記特許文献２に開示されている被測定信号の繰り返し周波数検出方法においては、このサンプル番号ｎが変化しない（サンプリングにより周波数折り返しが発生しない）範囲において、サンプリング周波数を微少量だけ変化させている。
【００８３】
しかしながら、被測定信号の周波数が（相対的に）揺らいでいる場合、サンプリング周波数を変化させている間に、Ｆｘの値が周波数揺らぎ量ΔＦｘだけ変化してしまうことになる。
【００８４】
この周波数揺らぎ量ΔＦｘが、測定した特定信号の周波数変化量ΔＦｈに直接加算されてしまうことにより、被測定信号の繰り返し周波数検出の測定結果に大きな誤差が発生する。
【００８５】
通常、サンプル番号ｎの計算は、前述したように、ΔＦｈ／ΔＦｓの計算結果を四捨五入することにより、ΔＦｈに含まれる測定誤差を無視することができる。
【００８６】
しかるに、｜ΔＦｓ／２｜＜｜ΔＦｘ｜の場合には、これを無視することができず、測定誤差となってしまう。
【００８７】
ｎを１間違えたとすると、Ｆｘの計算結果は、Ｆｓだけ違う値となってしまうので、非常に大きな測定誤差となってしまうことになる。
【００８８】
次に、単純には、測定精度を上げることができない理由について説明する。
【００８９】
一般的に、ΔＦｈを正確に測定するには、測定時間を長くしてスペクトラム解析の分解能を向上することによって対処することが考えられる。
【００９０】
しかるに、この場合、測定時間を長くすると、被測定信号の周波数揺らぎ量も、それだけ大きくなってしまうので、測定時間を長くしても効果がなく、スペクトラム解析の分解能を向上することには結び付かない。
【００９１】
また、ΔＦｈ／ΔＦｓの計算式によるサンプル番号ｎの計算において、分母のΔＦｓを大きくすれば、分子のΔＦｈに含まれる誤差の許容幅を大きくすることができるものの、分母のΔＦｓを大きくしていくと、周波数折り返しが発生し、サンプリング周波数の変化の前後でｎが異なってしまうことになるので、ΔＦｈ／ΔＦｓの計算式からサンプル番号ｎを計算することができなくなってしまう。
【００９２】
このため、ΔＦｈ／ΔＦｓの計算式によるサンプル番号ｎの計算において、分母のΔＦｓをあまり大きくすることができないので、分子のΔＦｈに含まれる誤差の許容幅をあまり大きくすることができなくなってしまう。
【００９３】
したがって、上記特許文献２に開示されている被測定用の信号の繰り返し周波数検出方法及びそれを用いるサンプリング装置及び波形観測システムでは、被測定用の信号に周波数揺らぎが存在していると、サンプリング結果から信号の周波数を正確に検出することができないので、安定な波形情報の取得と観測ができないと共に、システム全体を簡易に構成することができないという問題を有している。
【００９４】
本発明の目的は、これらの問題を解決して、被測定信号に周波数揺らぎが存在していても、サンプリング結果から信号の周波数を正確に検出することができる被測定信号の繰り返し周波数検出方法及びそれを用いて安定な波形情報の取得と観測ができ、さらに、システム全体を簡易に構成することができるサンプリング装置及び波形観測システムを提供することである。
【００９５】
前記目的を達成するために、本発明の第１の態様によると、
被測定信号を仮のサンプリング周波数Ｆｓでサンプリングして得られる信号のうち、前記仮のサンプリング周波数Ｆｓの１／２以下の帯域に現れる特定信号の周波数Ｆｈを検出する第１の段階（Ｓ１１、Ｓ１２）と、
前記仮のサンプリング周波数Ｆｓからサンプリング時に周波数折り返しが発生しない微小周波数ΔＦｓだけ変化させたサンプリング周波数で得られる前記特定信号の周波数変化量ΔＦｈを算出する第２の段階（Ｓ１３、Ｓ１４）と、
前記第２の段階（Ｓ１３、Ｓ１４）における前記微小周波数ΔＦｓを分母とし、前記特定信号の周波数変化量ΔＦｈを分子とする式（１）により
ｎ＝ΔＦｈ／ΔＦｓ                                                  …（１）
サンプル番号ｎを算出する第３の段階（Ｓ１５）と、
前記仮のサンプリング周波数Ｆｓと、前記仮のサンプリング周波数Ｆｓに対する前記特定信号の周波数Ｆｈと、前記サンプリング周波数の変化量としての前記微小周波数ΔＦｓ及び前記特定信号の周波数変化量ΔＦｈとに基づいて、前記被測定信号の仮の繰り返し周波数Ｆｘ′を算出する第４の段階（Ｓ１６）と、
前記仮のサンプリング周波数Ｆｓからサンプリング時に周波数折り返しが発生するように大きく周波数ｄＦｓを変化させたサンプリング周波数で前記被測定信号をサンプリングした場合に得られる前記特定信号の周波数変化量ｄＦｈ ｍｅａｓを測定し、この測定された前記特定信号の周波数変化量ｄＦｈ ｍｅａｓと、この過程で周波数折り返しが何回発生したかを示す前記第３の段階（Ｓ１５）によって算出された前記サンプル番号ｎの変化量ｄｎとに基づいて、前記被測定信号に周波数揺らぎが含まれている状態での前記第３の段階（Ｓ１５）によって算出された前記サンプル番号ｎに含まれている誤差分ｅｎを算出する第５の段階（Ｓ１７、Ｓ１８、Ｓ１９）と、
前記第５の段階（Ｓ１７、Ｓ１８、Ｓ１９）によって算出される前記サンプル番号ｎに含まれている誤差分ｅｎに基づいて前記第４の段階（Ｓ１６）によって算出される前記被測定信号の仮の繰り返し周波数Ｆｘ′を補正することにより、前記被測定信号の正規の繰り返し周波数Ｆｘを算出する第６の段階（Ｓ２０）と、
を具備する被測定信号の繰り返し周波数検出方法が提供される。
【００９６】
前記目的を達成するために、本発明の第２の態様によると、
前記第１の段階（Ｓ１１、Ｓ１２）は、前記被測定信号を、前記仮のサンプリング周波数としてある繰り返し周波数Ｆｓを有するサンプリング周波数にてサンプリングした場合に得られる信号のうち、前記ある繰り返し周波数Ｆｓの１／２の以下の帯域に現れる前記特定信号として最大レベルを示す信号の周波数Ｆｈを測定することを特徴とする第１の態様に従う被測定信号の繰り返し周波数検出方法が提供される。
【００９７】
前記目的を達成するために、本発明の第３の態様によると、
前記第４の段階（Ｓ１６）は、前記第１の段階（Ｓ１１、Ｓ１２）によって測定された前記ある繰り返し周波数Ｆｓの１／２の以下の帯域Ｆｓ／２に現れる前記特定信号として最大レベルを示す信号の周波数Ｆｈと、前記第２の段階（Ｓ１３、Ｓ１４）によって測定された前記仮のサンプリング周波数として前記ある繰り返し周波数Ｆｓからサンプリング時に周波数折り返しが発生しない微小周波数ΔＦｓだけ変化させて前記被測定信号をサンプリングした場合に得られる前記特定信号の周波数変化量ΔＦｈに基づいて、
式（２）により
Ｆｘ′＝Ｆｈ−Ｆｓ・ΔＦｈ／ΔＦｓ            …（０＞ΔＦｈ／ΔＦｓの場合）
Ｆｘ′＝−Ｆｈ＋Ｆｓ・ΔＦｈ／ΔＦｓ          …（０＜ΔＦｈ／ΔＦｓの場合）
…（２）
前記被測定用の信号の仮の繰り返し周波数Ｆｘ′を算出することを特徴とする第２の態様に従う被測定信号の繰り返し周波数検出方法が提供される。
【００９８】
前記目的を達成するために、本発明の第４の態様によると、
前記第５の段階（Ｓ１７、Ｓ１８、Ｓ１９）は、前記サンプリング周波数を前記第１の段階（Ｓ１１、Ｓ１２）における前記仮のサンプリング周波数としての前記ある繰り返し周波数Ｆｓからサンプリング時に周波数折り返しが発生するように大きく周波数ｄＦｓだけ変化させて前記被測定信号をサンプリングした場合に得られる特定信号の周波数変化量ｄＦｈ＿ｍｅａｓを検出し、式（３）により
ｄＦｈ＿ｔａｒｇｅｔ＝ｄｎ・（Ｆｓ＋ｄＦｓ）＋ｎ・ｄＦｓ            …（３）
（但し、ｄＦｈ＿ｔａｒｇｅｔは、前記サンプリング周波数の大きな変化に伴う、前記特定信号の周波数変化量の目標値であって、０〜ｄＦｓ／２の範囲で定められる任意の周波数であり、ｎは、前記（１）式で算出される前記サンプル番号であり、ｄｎは、前記サンプリング周波数の大きな変化に伴う、前記サンプル番号の変化量であって、前記被測定信号に含まれると想定される周波数揺らぎの範囲内において、確定することができる範囲内となるように、前記サンプリング周波数の大きな変化量ｄＦｓが定められる）
前記サンプル番号ｎの変化量ｄｎを算出し、
前記特定信号の周波数変化量ｄＦｈ＿ｍｅａｓが式（４）
ｄＦｈ＿ｍｅａｓ＝ｄｎ・（Ｆｓ＋ｄＦｓ）＋（ｎ＋ｅｎ）・ｄＦｓ      …（４）
（但し、ｅｎは、前記サンプル番号ｎに含まれている誤差分である）
で表されるとき、前記式（３）及び（４）の差をとって得られる式（５）により
ｅｎ＝（ｄＦｈ＿ｍｅａｓ−ｄＦｈ＿ｔａｒｇｅｔ）／ｄＦｓ            …（５）
前記サンプル番号ｎに含まれている誤差分ｅｎを算出することを特徴とする第３の態様に従う被測定信号の繰り返し周波数検出方法が提供される。
【００９９】
前記目的を達成するために、本発明の第５の態様によると、
前記第５の段階（Ｓ２０）は、前記第４の段階（Ｓ１７、Ｓ１８、Ｓ１９）によって算出された前記サンプル番号ｎに含まれている誤差分ｅｎを前記第３の段階（Ｓ１５）で算出された前記サンプル番号ｎに加算して正確なサンプル番号ｎ＋ｅｎを得て、該ｎ＋ｅｎを前記式（２）において前記サンプル番号を示すΔＦｈ／ΔＦｓとして反映させて、前記式（２）において算出される前記被測定信号の仮の繰り返し周波数Ｆｘ′を補正することにより、前記被測定信号の正規の繰り返し周波数Ｆｘを算出することを特徴とする第４の態様に従う被測定信号の繰り返し周波数検出方法が提供される。
【０１００】
前記目的を達成するために、本発明の第６の態様によると、
被測定信号を入力するための入力端子（２１ａ）と、
指定に応じた第１乃至第３のサンプリング周波数のクロック信号を選択的に生成する信号発生部（２４）と、
前記信号発生部（２４）からの前記クロック信号に同期し、前記指定に応じた第１乃至第３のサンプリング周波数として仮のサンプリング周波数Ｆｓを有する第１のサンプリングパルス、前記仮のサンプリング周波数Ｆｓからサンプリング時に周波数折り返しが発生しない微小周波数ΔＦｓだけ変化させたサンプリング周波数を有する第２のサンプリングパルス及び前記仮のサンプリング周波数Ｆｓからサンプリング時に周波数折り返しが発生するように大きく周波数ｄＦｓだけ変化させたサンプリング周波数を有する第３のサンプリングパルスを選択的に発生するサンプリングパルス発生部（２５）と、
前記被測定信号を前記サンプリングパルス発生部（２５）からの第１乃至第３の前記サンプリングパルスによって選択的にサンプリングするサンプリング部（２６）と、
前記サンプリング部（２６）によって前記被測定信号を前記サンプリングパルス発生部（２５）からの前記第１のサンプリングパルスでサンプリングした場合に得られる信号のうち、前記仮のサンプリング周波数Ｆｓの１／２以下の帯域に現れる特定信号の周波数Ｆｈを検出する特定信号周波数検出部（２７）と、
前記サンプリング部（２６）によって前記被測定信号を前記サンプリングパルス発生部（２５）からの前記第２のサンプリングパルスでサンプリングしたときに前記特定信号周波数検出部（２７）によって検出される前記特定信号の周波数変化量ΔＦｈを算出する周波数変化量算出部（２９）と、
前記サンプリングパルス発生部（２５）による前記仮のサンプリング周波数Ｆｓと、前記サンプリング周波数の変化量としての前記微小周波数ΔＦｓと、前記特定信号周波数検出部（２７）によって検出される前記仮のサンプリング周波数Ｆｓに対する前記特定信号の周波数Ｆｈ及び前記周波数変化量算出部（２９）によって算出される前記特定信号の周波数変化量ΔＦｈに基づいて、前記被測定信号の仮の繰り返し周波数Ｆｘ′を算出する仮の繰り返し周波数算出部（２８）と、
前記仮の繰り返し周波数算出部（２８）で用いる前記微小周波数ΔＦｓを分母とし、前記仮の繰り返し周波数算出部（２８）で用いる前記周波数変化量ΔＦｈを分子とする式  （１）により
ｎ＝ΔＦｈ／ΔＦｓ                                                  …（１）
サンプル番号ｎを算出するサンプル番号算出部（３３）と、
前記サンプリング部（２６）によって前記被測定信号を前記サンプリングパルス発生部（２５）からの前記第３のサンプリングパルスでサンプリングした場合に得られる前記特定信号の周波数変化量ｄＦｈを検出する特定信号周波数変化量検出部（３０）と、
前記特定信号周波数変化量検出部（３０）によって検出された前記特定信号の周波数変化量ｄＦｈと、この過程で何回周波数折り返しが何回発生したかを示す前記サンプル番号算出部（３３）によって算出された前記サンプル番号ｎの変化量ｄｎとに基づいて、前記被測定信号に周波数揺らぎが含まれている状態での前記サンプル番号算出部（３３）によって算出された前記サンプル番号ｎに含まれている誤差分ｅｎを算出するサンプル番号誤差分算出部（３１）と、
前記サンプル番号誤差分算出部（３１）によって算出される前記サンプル番号ｎに含まれている誤差分ｅｎに基づいて前記仮の繰り返し周波数算出部（２８）によって算出される前記被測定信号の仮の繰り返し周波数Ｆｘ′を補正することにより、前記被測定信号の正規の繰り返し周波数Ｆｘを算出する正規の繰り返し周波数算出部（３２）と、
を具備する被測定信号のサンプリング装置が提供される。
【０１０１】
前記目的を達成するために、本発明の第７の態様によると、
前記特定信号周波数検出部（２７）は、前記信号発生部（２４）に対し、前記指定に応じた第１のサンプリング周波数としてある繰り返し周波数Ｆｓを有する仮のサンプリング周波数を指定することにより前記サンプリングパルス発生部（２５）から前記仮のサンプリング周波数を有する第１のサンプリングパルスを発生させると共に、前記サンプリング部（２６）によって、前記被測定信号を、前記仮のサンプリング周波数を有する前記第１のサンプリングパルスにてサンプリングした場合に得られる信号のうち、前記ある繰り返し周波数Ｆｓの１／２以下の帯域Ｆｓ／２に現れる特定信号の周波数Ｆｈを検出することを特徴とする第６の態様に従う被測定信号のサンプリング装置が提供される。
【０１０２】
前記目的を達成するために、本発明の第８の態様によると、
前記周波数変化量算出部（２９）は、前記信号発生部（２４）に対し、前記指定に応じた第２のサンプリング周波数として前記ある繰り返し周波数Ｆｓからサンプリング時に周波数折り返しが発生しない微小周波数ΔＦｓだけ変化させた周波数を有するサンプリング周波数を指定することにより前記サンプリングパルス発生部（２５）から前記第２のサンプリングパルスを発生させると共に、前記サンプリング部（２６）によって、前記第２のサンプリングパルスで前記被測定信号をサンプリングした場合に得られる前記特定信号の周波数変化量ΔＦｈを算出することを特徴とする第７の態様に従う被測定信号のサンプリング装置が提供される。
【０１０３】
前記目的を達成するために、本発明の第９の態様によると、
前記仮の繰り返し周波数算出部（２８）は、前記サンプリングパルス発生部（２５）による前記仮のサンプリング周波数Ｆｓと、前記サンプリング周波数の変化量としての前記微小周波数ΔＦｓと、前記特定信号周波数検出部（２７）によって検出される前記仮のサンプリング周波数に対する前記特定信号の周波数Ｆｈ及び前記周波数変化量算出部（２９）によって算出される前記特定信号の周波数変化量ΔＦｈとに基づいて、式（２）により
Ｆｘ′＝Ｆｈ−Ｆｓ・ΔＦｈ／ΔＦｓ            …（０＞ΔＦｈ／ΔＦｓの場合）
ｆｘ′＝−ｆｈ＋ｆｓ・ΔＦｈ／ΔＦｓ          …（０＜ΔＦｈ／ΔＦｓの場合）
…（２）
前記被測定信号の仮の繰り返し周波数Ｆｘ′を算出することを特徴とする第８の態様に従う被測定信号のサンプリング装置が提供される。
【０１０４】
前記目的を達成するために、本発明の第１０の態様によると、
前記特定信号周波数変化量検出部（３０）は、前記信号発生部（２４）に対し、前記指定に応じた第３のサンプリング周波数として前記ある繰り返し周波数Ｆｓからサンプリング時に周波数折り返しが発生するように大きく周波数ｄＦｓだけ変化させた周波数を有するサンプリング周波数を指定することにより前記サンプリングパルス発生部（２５）から前記第３のサンプリングパルスを発生させると共に、前記サンプリング部（２６）によって、前記被測定信号を前記第３のサンプリングパルスでサンプリングした場合に得られる前記特定信号の周波数変化量ｄＦｈ＿ｍｅａｓを測定し、式（３）により
ｄＦｈ＿ｔａｒｇｅｔ＝ｄｎ・（Ｆｓ＋ｄＦｓ）＋ｎ・ｄＦｓ            …（３）
（但し、ｄＦｈ＿ｔａｒｇｅｔは、前記サンプリング周波数の大きな変化に伴う、前記特定信号の周波数変化量の目標値であって、０〜ｄＦｓ／２の範囲で定められる任意の周波数であり、ｎは、前記サンプル番号算出部（３３）によって算出される前記サンプル番号であり、ｄｎは、前記サンプリング周波数の大きな変化に伴う、前記サンプル番号の変化量であって、前記被測定信号に含まれると想定される周波数揺らぎの範囲内において、確定することができる範囲内となるように、前記サンプリング周波数の大きな変化量ｄＦｓが定められる）
前記サンプル番号の変化量ｄｎを算出することを特徴とする第９の態様に従う被測定信号のサンプリング装置が提供される。
【０１０５】
前記目的を達成するために、本発明の第１１の態様によると、
前記サンプル番号誤差分算出部（３１）は、前記特定信号周波数変化量検出部（３０）によって検出される前記特定信号の周波数変化量ｄＦｈが式（４）
ｄＦｈ＿ｍｅａｓ＝ｄｎ・（Ｆｓ＋ｄＦｓ）＋（ｎ＋ｅｎ）・ｄＦｓ      …（４）
（但し、ｅｎは、前記サンプル番号ｎに含まれている誤差分である）
で表されるとき、前記式（３）及び（４）の差をとって得られる式（５）により
ｅｎ＝（ｄＦｈ＿ｍｅａｓ−ｄＦｈ＿ｔａｒｇｅｔ）／ｄＦｓ            …（５）
前記サンプル番号ｎに含まれている誤差分ｅｎを算出することを特徴とする第１０の態様に従う被測定信号のサンプリング装置が提供される。
【０１０６】
前記目的を達成するために、本発明の第１２の態様によると、
前記正規の繰り返し周波数算出部（３２）は、前記サンプル番号誤差分算出部（３１）によって算出された前記サンプル番号ｎに含まれている前記誤差分ｅｎを前記サンプル番号算出部（３３）によって算出された前記サンプル番号ｎに加算して正確なサンプル番号ｎ＋ｅｎを得て、該ｎ＋ｅｎを前記式（２）において前記サンプル番号算出部（３３）によって算出された前記サンプル番号ｎを示すΔＦｈ／ΔＦｓとして反映させて、前記式  （２）において算出される前記被測定信号の仮の繰り返し周波数Ｆｘ′を補正することにより、前記被測定信号の正規の繰り返し周波数Ｆｘを算出することを特徴とする第１１の態様に従う被測定信号のサンプリング装置が提供される。
【０１０７】
前記目的を達成するために、本発明の第１３の態様によると、
前記正規の繰り返し周波数算出部（３２）によって算出された前記正規の繰り返し周波数Ｆｘに対応する繰り返し周期Ｔｘの整数倍に対して所定のオフセット遅延時間ΔＴだけ差のある周期Ｔｓに対応する周波数Ｆｓを前記被測定信号に対する正規のサンプリング周波数として算出し、この算出された正規のサンプリング周波数を前記信号発生部（２４）に指定することにより、前記サンプリングパルス発生部（２５）から前記第１乃至第３のサンプリングパルスに代えて前記正規のサンプリング周波数を有するサンプリングパルスを発生させて、前記サンプリング部（２６）によって前記被測定信号を前記正規のサンプリング周波数を有するサンプリングパルスでサンプリングすることを可能とする演算部  （２３）をさらに具備することを特徴とする第１２の態様に従う被測定信号のサンプリング装置が提供される。
【０１０８】
前記目的を達成するために、本発明の第１４の態様によると、
前記信号発生部（２４）からの前記クロック信号を外部へ出力するためのクロック出力端子（２１ｂ）と、
前記サンプリング部（２６）から出力された信号を外部へ出力するためのサンプル信号出力端子（２１ｃ）と，
をさらに具備することを特徴とする第１３の態様に従う被測定信号のサンプリング装置が提供される。
【０１０９】
前記目的を達成するために、本発明の第１５の態様によると、
被測定信号を入力するための入力端子（２１ａ）と、
指定に応じた第１乃至第３のサンプリング周波数及び指定に応じた第４のサンプリング周波数のクロック信号を選択的に生成する信号発生部（２４）と、
前記信号発生部（２４）からの前記クロック信号に同期し、前記指定に応じた第１乃至第３のサンプリング周波数として仮のサンプリング周波数を有する第１のサンプリングパルス、前記仮のサンプリング周波数からサンプリング時に周波数折り返しが発生しない微小量変化させたサンプリング周波数を有する第２のサンプリングパルス、前記仮のサンプリング周波数からサンプリング時に周波数折り返しが発生するように大きく周波数を変化させたサンプリング周波数を有する第３のサンプリングパルス及び前記指定に応じた第４のサンプリング周波数を有する第４のサンプリングパルスを選択的に発生するサンプリングパルス発生部（２５）と、
前記被測定信号を前記サンプリングパルス発生部（２５）からの前記第１乃至第３のサンプリングパルス及び前記第４のサンプリングパルスによって選択的にサンプリングするサンプリング部（２６）と、
前記サンプリング部（２６）によって前記被測定信号を前記サンプリングパルス発生部（２５）からの前記第１のサンプリングパルスでサンプリングして得られた信号のうち、前記仮のサンプリング周波数Ｆｓの１／２以下の帯域に現れる特定信号の周波数Ｆｈを検出する特定信号周波数検出部（２７）と、
前記サンプリング部（２６）によって前記被測定信号を前記サンプリングパルス発生部（２５）からの前記第２のサンプリングパルスでサンプリングしたときに得られる前記特定信号の周波数変化量ΔＦｈを算出する周波数変化量算出部（２９）と、
前記サンプリングパルス発生部（２５）による前記仮のサンプリング周波数Ｆｓと、前記サンプリング周波数の変化量としての前記微小周波数ΔＦｓと、前記特定信号周波数検出部（２７）によって検出される前記仮のサンプリング周波数Ｆｓに対する前記特定信号の周波数Ｆｈ及び前記周波数変化量算出部（２９）によって算出される前記特定信号の周波数変化量ΔＦｈとに基づいて、前記被測定信号の仮の繰り返し周波数Ｆｘ′を算出する仮の繰り返し周波数算出部（２８）と、
前記仮の繰り返し周波数算出部（２８）で用いる前記微小周波数ΔＦｓを分母とし、前記仮の繰り返し周波数算出部（２８）で用いる前記周波数変化量ΔＦｈを分子とする式  （１）により
ｎ＝ΔＦｈ／ΔＦｓ                                                  …（１）
サンプル番号ｎを算出するサンプル番号算出部（３３）と、
前記サンプリング部（２６）によって前記被測定信号を前記サンプリングパルス発生部（２５）からの前記第３のサンプリングパルスでサンプリングした場合に得られる前記特定信号の周波数変化量ｄＦｈを検出する特定信号周波数変化量検出部（３０）と、
前記特定信号周波数変化量検出部（３０）によって検出された前記特定信号の周波数変化量ｄＦｈと、この過程で何回周波数折り返しが何回発生したかを示すサンプル番号算出部（３３）によって算出された前記サンプル番号ｎの変化量ｄｎとに基づいて、前記被測定信号に周波数揺らぎが含まれている状態での前記サンプル番号算出部（３３）によって算出された前記サンプル番号ｎに含まれている誤差分ｅｎを算出するサンプル番号誤差分算出部（３１）と、
前記サンプル番号誤差分算出部（３１）によって算出される前記サンプル番号ｎに含まれている誤差分ｅｎに基づいて前記仮の繰り返し周波数算出部（２８）によって算出される前記被測定信号の仮の繰り返し周波数Ｆｘ′を補正することにより、前記被測定信号の正規の繰り返し周波数Ｆｘを算出する正規の繰り返し周波数算出部（３２）と、
前記正規の繰り返し周波数算出部（３２）によって算出された前記正規の繰り返し周波数Ｆｘに対応する繰り返し周期Ｔｘの整数倍に対して所定のオフセット遅延時間ΔＴだけ差のある周期Ｔｓに対応する周波数Ｆｓを前記被測定信号に対する正規のサンプリング周波数として算出し、この算出された正規のサンプリング周波数を前記第４のサンプリング周波数として前記信号発生部（２４）に指定することにより、前記サンプリングパルス発生部（２５）からの前記第４のサンプリングパルスを発生させると共に、前記サンプリング部（２６）により前記被測定信号を前記第４のサンプリングパルスでサンプリングさせる演算部（２３）と、
前記サンプリング部（２６）から前記第４のサンプリングパルスでサンプリングされて出力される信号をデジタルの波形データに変換して出力するアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器（４３）と、
前記Ａ／Ｄ変換器（４３）から出力される前記波形データを記憶するための波形データメモリ（４５）と、
前記Ａ／Ｄ変換器（４３）から出力される前記波形データを前記信号発生部（２４）からの前記クロック信号に同期して前記波形データメモリ（４５）に書き込むデータ取得制御部（４４）と、
前記波形データメモリ（４５）に記憶された一連の波形データを読み出して表示部（４６）の時間軸上に前記オフセット遅延時間に対応する間隔で表示する表示制御部（４６）と、
を具備する被測定信号の波形観測システムが提供される。
【０１１０】
前記目的を達成するために、本発明の第１６の態様によると、
前記特定信号周波数検出部（２７）は、前記信号発生部（２４）に対し、前記指定に応じた第１のサンプリング周波数としてある繰り返し周波数Ｆｓを有する仮のサンプリング周波数を指定することにより前記サンプリングパルス発生部（２５）から前記仮のサンプリング周波数を有する第１のサンプリングパルスを発生させると共に、前記サンプリング部（２６）によって、前記被測定信号を、前記仮のサンプリング周波数を有する前記第１のサンプリングパルスにてサンプリングした場合に得られる信号のうち、前記ある繰り返し周波数Ｆｓの１／２以下の帯域に現れる前記特定信号の周波数Ｆｈを検出することを特徴とする第１５の態様に従う被測定信号の波形観測システムが提供される。
【０１１１】
前記目的を達成するために、本発明の第１７の態様によると、
前記周波数変化量算出部（２９）は、前記信号発生部（２４）に対し、前記指定に応じた第２のサンプリング周波数として前記ある繰り返し周波数Ｆｓからサンプリング時に周波数折り返しが発生しない微小周波数ΔＦｓだけ変化させた周波数を有するサンプリング周波数を指定することにより前記サンプリングパルス発生部（２５）から前記第２のサンプリングパルスを発生させると共に、前記サンプリング部（２６）によって、前記第２のサンプリングパルスで前記被測定信号をサンプリングした場合に得られる前記特定信号の周波数変化量ΔＦｈを測定することを特徴とする第１６の態様に従う被測定信号の波形観測システムが提供される。
【０１１２】
前記目的を達成するために、本発明の第１８の態様によると、
前記仮の繰り返し周波数算出部（２８）は、前記サンプリングパルス発生部（２５）による前記仮のサンプリング周波数Ｆｓと、前記サンプリング周波数の変化量としての前記微小周波数ΔＦｓと、前記特定信号周波数検出部（２７）によって検出される前記仮のサンプリング周波数Ｆｓに対する前記特定信号の周波数Ｆｈ及び前記周波数変化量算出部  （２９）によって算出される前記特定信号の周波数変化量ΔＦｈとに基づいて、式（２）により
Ｆｘ′＝Ｆｈ−Ｆｓ・ΔＦｈ／ΔＦｓ            …（０＞ΔＦｈ／ΔＦｓの場合）
Ｆｘ′＝−Ｆｈ＋Ｆｓ・ΔＦｈ／ΔＦｓ          …（０＜ΔＦｈ／ΔＦｓの場合）
…（２）
前記被測定信号の仮の繰り返し周波数Ｆｘ′を算出することを特徴とする第１９の態様に従う被測定信号の波形観測システムが提供される。
【０１１３】
前記目的を達成するために、本発明の第１９の態様によると、
前記特定信号周波数変化量検出部（３０）は、前記信号発生部（２４）に対し、前記指定に応じた第３のサンプリング周波数として前記ある繰り返し周波数Ｆｓからサンプリング時に周波数折り返しが発生するように大きく変化させた周波数を有するサンプリング周波数を指定することにより前記サンプリングパルス発生部（２５）から前記第３のサンプリングパルスを発生させると共に、前記サンプリング部（２６）によって、前記被測定信号を前記第３のサンプリングパルスでサンプリングした場合に得られる前記特定信号の周波数変化量ｄＦｈ＿ｍｅａｓを検出し、式（３）により
ｄＦｈ＿ｔａｒｇｅｔ＝ｄｎ・（Ｆｓ＋ｄＦｓ）＋ｎ・ｄＦｓ            …（３）
（但し、ｄＦｈ＿ｔａｒｇｅｔは、前記サンプリング周波数の大きな変化に伴う、前記特定信号の周波数変化量の目標値であって、０〜ｄＦｓ／２の範囲で定められる任意の周波数であり、ｎは、前記サンプル番号算出部（３３）で算出される前記サンプル番号であり、ｄｎは、前記サンプリング周波数の大きな変化に伴う、前記サンプル番号ｎの変化量であって、前記被測定信号に含まれると想定される周波数揺らぎの範囲内において、確定することができる範囲内となるように、前記サンプリング周波数の大きな変化量ｄＦｓが定められる）
前記サンプル番号ｎの変化量ｄｎを算出することを特徴とする第１８の態様に従う被測定信号の波形観測システムが提供される。
【０１１４】
前記目的を達成するために、本発明の第２０の態様によると、
前記サンプル番号誤差分算出部（３１）は、前記特定信号周波数変化量検出部（３０）によって検出される前記特定信号の周波数変化量ｄＦｈ＿ｍｅａｓが式（４）
ｄＦｈ＿ｍｅａｓ＝ｄｎ・（Ｆｓ＋ｄＦｓ）＋（ｎ＋ｅｎ）・ｄＦｓ      …（４）
（但し、ｅｎは、前記サンプル番号ｎに含まれている誤差分である）
で表されるとき、前記式（３）及び（４）の差をとって得られる式（５）により
ｅｎ＝（ｄＦｈ＿ｍｅａｓ−ｄＦｈ＿ｔａｒｇｅｔ）／ｄＦｓ            …（５）
前記サンプル番号ｎに含まれている誤差分ｅｎを算出することを特徴とする第１９の態様に従う被測定信号の波形観測システムが提供される。
【０１１５】
前記目的を達成するために、本発明の第２１の態様によると、
前記正規の繰り返し周波数算出部（３２）は、前記サンプル番号誤差分算出部（３１）によって算出される前記サンプル番号ｎに含まれている誤差分ｅｎを前記サンプル番号算出部（３３）によって算出された前記サンプル番号ｎに加算して正確なサンプル番号ｎ＋ｅｎを得て、該ｎ＋ｅｎを前記式（２）において前記サンプル番号算出部（３３）によって算出された前記サンプル番号ｎを示すΔＦｈ／ΔＦｓとして反映させて、前記式（２）において算出される前記被測定信号の仮の繰り返し周波数Ｆｘ′を補正することにより、前記被測定用の信号の正規の繰り返し周波数Ｆｘを算出することを特徴とする第２０の態様に従う被測定信号の波形観測システムが提供される。
【０１１６】
前記目的を達成するために、本発明の第２２の態様によると、
前記特定信号周波数検出部（２７）は、前記第１のサンプリング周波数の１／２以下の帯域に現れる複数の特定信号の周波数をそれぞれ検出し、
前記仮の繰り返し周波数算出部（２８）は、前記特定信号周波数検出部（２７）によって検出される前記複数の特定信号についての周波数変化量に基づいて、前記被測定信号に含まれる複数の周波数成分のスペクトラムを求めるように構成され、
前記表示制御部（４７）は、前記仮の繰り返し周波数算出部（２８）によって得られたスペクトラムを前記正規の繰り返し周波数算出部（３２）を介して前記表示部（４６の）周波数軸上に表示させるように構成されていることを特徴とする第１５の態様に従う被測定用の信号の波形観測システムが提供される。
【０１１７】
以上のように、本発明の被測定信号の繰り返し周波数検出方法は、サンプリング周波数を仮のサンプリング周波数からサンプリング時に周波数折り返しが発生しない微小量変化させてサンプリングしたときに得られる特定信号の周波数変化量から被測定信号の仮の繰り返し周波数を求めると共に、サンプリング周波数を仮のサンプリング周波数からサンプリング時に周波数折り返しが発生するように大きく周波数を変化させたサンプリング周波数で前記被測定信号を順次にサンプリングした場合に得られる特定信号の周波数変化量を検出し、この検出された特定信号の周波数変化量と、この場合に何回周波数折り返しが発生したかを示す前記サンプル番号の変化量とに基づいて、前記被測定信号に周波数揺らぎが含まれている状態での前記サンプル番号に含まれている誤差分を算出し、このサンプル番号に含まれている誤差分に基づいて前記被測定信号の仮の繰り返し周波数を補正することにより、前記被測定信号の正規の繰り返し周波数を算出するようにしているので、被測定信号に周波数揺らぎが存在していても、被測定信号の波形繰り返し周波数を高精度に検出することができる。
【０１１８】
また、本発明の被測定信号のサンプリング装置及び波形観測システムにおいては、上記被測定信号の繰り返し周波数検出方法を用いて、周波数未知の信号に対するサンプリング周波数の設定を正確に行うことにより、被測定信号に周波数揺らぎが存在していても、被測定用の信号を高精度にサンプリングすることができると共に、被測定信号の波形観測を高精度に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１９】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態による被測定信号の繰り返し周波数検出方法の手順を説明するために示すフローチャートである。
【図２】図２は、本発明の第１の実施形態による被測定信号の繰り返し周波数検出方法の原理を説明するために示す図である。
【図３】図３は、本発明の第１の実施形態による被測定信号の繰り返し周波数検出方法の原理を説明するために示す図である。
【図４】図４は、本発明の第２の実施形態による被測定信号のサンプリング装置を含む波形観測システムの構成を説明するために示すブロック図である。
【図５】図５は、本発明の第２の実施形態による被測定信号のサンプリング装置を含む波形観測システムの要部の構成例を示すブロック図である。
【図６】図６は、本発明の第２の実施形態による被測定信号のサンプリング装置を含む波形観測システムの要部の動作を説明するために示す図である。
【図７】図７は、本発明の第２の実施形態による被測定信号のサンプリング装置を含む波形観測システムの要部の構成例を示すブロック図である。
【図８】図８は、本発明の第２の実施形態による被測定信号のサンプリング装置を含む波形観測システムの要部の構成例を示すブロック図である。
【図９】図９は、本発明の第３の実施形態による被測定信号のサンプリング装置を含む波形観測システムの構成を説明するために示すブロック図である。
【図１０】図１０は、従来の波形観測装置の構成を説明するために示すブロック図である。
【図１１】図１１は、従来の波形観測装置の動作を説明するために示す図である。
【図１２】図１２は、本願発明者の日本国先願による被測定信号の繰り返し周波数検出方法の原理を説明するために示す図である。
【図１３】図１３は、本願発明者の日本国先願による被測定信号の繰り返し周波数検出方法の原理を説明するために示す図である。
【図１４】図１４は、本願発明者の日本国先願による被測定信号の繰り返し周波数検出方法を説明するために示すフローチャートである。
【図１５】図１５は、本願発明者の日本国先願による被測定信号のサンプリング装置を含む波形観測システムの構成を説明するために示すブロック図である。
【図１６】図１６は、本願発明者の日本国先願による被測定信号のサンプリング装置を含む波形観測システムの要部の動作を説明するために示す図である。
【図１７】図１７は、本願発明者の日本国先願による被測定信号のサンプリング装置を含む波形観測システムの要部の動作を説明するために示す図である。
【図１８】図１８は、本願発明者の日本国先願による被測定信号のサンプリング装置を含む波形観測システムの要部の動作を説明するために示す図である。
【図１９】図１９は、本願発明者の日本国先願による被測定信号のサンプリング装置を含む波形観測システムによる観測波形の一例を説明するために示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０１２０】
以下、図面を参照して本発明による実施形態について説明する。【０１２１】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態による被測定信号の繰り返し周波数検出方法の手順を説明するために示すフローチャートである。【０１２２】
本発明による被測定信号の繰り返し周波数検出方法は、基本的に、被測定信号を仮のサンプリング周波数Ｆｓでサンプリングして得られる信号のうち、前記仮のサンプリング周波数Ｆｓの１／２以下の帯域に現れる特定信号の周波数Ｆｈを検出する第１の段階（Ｓ１１、Ｓ１２）と、前記仮のサンプリング周波数Ｆｓからサンプリング時に周波数折り返しが発生しない微小周波数ΔＦｓだけ変化させたサンプリング周波数で得られる前記特定信号の周波数変化量ΔＦｈを算出する第２の段階（Ｓ１３、Ｓ１４）と、前記第２の段階  （Ｓ１３、Ｓ１４）における前記微小周波数ΔＦｓを分母とし、前記特定信号の周波数変化量ΔＦｈを分子とする式（１）により
ｎ＝ΔＦｈ／ΔＦｓ                                                  …（１）
サンプル番号ｎを算出する第３の段階（Ｓ１５）と、前記仮のサンプリング周波数Ｆｓと、前記仮のサンプリング周波数Ｆｓに対する前記特定信号の周波数Ｆｈと、前記サンプリング周波数の変化量としての前記微小周波数ΔＦｓ及び前記特定信号の周波数変化量ΔＦｈとに基づいて、前記被測定信号の仮の繰り返し周波数Ｆｘ′を算出する第４の段階（Ｓ１６）と、前記仮のサンプリング周波数Ｆｓからサンプリング時に周波数折り返しが発生するように大きく周波数ｄＦｓだけ変化させたサンプリング周波数で前記被測定信号を順次にサンプリングした場合に得られる前記特定信号の周波数変化量ｄＦｈ ｍｅａｓを検出し、この検出された前記特定信号の周波数変化量ｄＦｈ ｍｅａｓと、この過程で周波数折り返しが何回発生したかを示す前記第３の段階（Ｓ１５）で算出された前記サンプル番号ｎの変化量ｄｎとに基づいて、前記被測定信号に周波数揺らぎが含まれている状態での前記第３の段階（Ｓ１５）で算出された前記サンプル番号ｎに含まれている誤差分ｅｎを算出する第５の段階（Ｓ１７、Ｓ１８、Ｓ１９）と、前記第５の段階（Ｓ１７、Ｓ１８、Ｓ１９）によって算出される前記サンプル番号ｎに含まれている誤差分ｅｎに基づいて前記第４の段階（Ｓ１６）によって算出される前記被測定信号の仮の繰り返し周波数Ｆｘ′を補正することにより、前記被測定信号の正規の繰り返し周波数Ｆｘを算出する第６の段階（Ｓ２０）とを具備することを特徴としている。【０１２３】
具体的には、図１に示すように、まず、被測定光信号Ｐが仮のサンプリング周波数Ｆｓでサンプリングされる（ステップＳ１１）。【０１２４】
次に、ステップＳ１１におけるサンプリングによって得られる信号のうち、前記仮のサンプリング周波数Ｆｓの１／２以下の帯域に現れる特定信号の周波数Ｆｈが検出される  （ステップＳ１２）。【０１２５】
ここで、ステップＳ１１、Ｓ１２は、第１の段階を構成する。【０１２６】
次に、サンプリング周波数を前記仮のサンプリング周波数Ｆｓからサンプリング時に周波数折り返しが発生しない微小周波数ΔＦｓだけ変化させたサンプリング周波数Ｆｓ＋ΔＦｓで前記被測定光信号Ｐがサンプリングされる（ステップＳ１３）。【０１２７】
次に、ステップＳ１３におけるサンプリングによってサンプル番号が変化しない範囲で得られる前記特定信号の周波数変化量ΔＦｈが算出される（ステップＳ１４）。【０１２８】
ここで、ステップＳ１３、Ｓ１４は、第２の段階を構成する。【０１２９】
次に、前記第２の段階（ステップＳ１３、Ｓ１４）における前記微小周波数ΔＦｓを分母とし、前記特定信号の周波数変化量ΔＦｈを分子とする式（１）により
ｎ＝ΔＦｈ／ΔＦｓ                                                  …（１）
サンプル番号ｎが算出される（ステップＳ１５：第３の段階）。【０１３０】
次に、前記仮のサンプリング周波数Ｆｓと、前記仮のサンプリング周波数Ｆｓに対する前記特定信号の周波数Ｆｈと、前記サンプリング周波数の変化量ΔＦｓ及び前記特定信号の周波数変化量ΔＦｈとに基づいて、前記被測定光信号Ｐの仮の繰り返し周波数Ｆｘ′が算出される（ステップＳ１６：第４の段階）。【０１３１】
次に、前記仮のサンプリング周波数Ｆｓからサンプリング時に周波数折り返しが発生するように大きく周波数ｄＦｓだけ変化させたサンプリング周波数で前記被測定光信号Ｐがサンプリングされる（ステップＳ１７）。【０１３２】
次に、ステップＳ１７におけるサンプリングによって得られる前記特定信号の周波数変化量ｄＦｈが測定される（ステップＳ１８）。【０１３３】
次に、ステップＳ１８で測定された前記特定信号の周波数変化量ｄＦｈと、この過程で周波数折り返しが何回発生したかを示す前記第３の段階（ステップＳ１５）で算出された前記サンプル番号ｎの変化量ｄｎとに基づいて、前記被測定光信号Ｐに周波数揺らぎが含まれている状態での前記第３の段階（ステップＳ１５）で算出された前記サンプル番号ｎに含まれている誤差分ｅｎが算出される（ステップＳ１９）。【０１３４】
ここで、ステップＳ１７、Ｓ１８、Ｓ１９は、第５の段階を構成する。【０１３５】
次に、第５の段階（ステップＳ１７、Ｓ１８、Ｓ１９）によって算出される前記サンプル番号ｎに含まれている誤差分ｅｎに基づいて前記第３の段階（ステップＳ１５）によって算出される前記被測定光信号Ｐの仮の繰り返し周波数Ｆｘ′を補正することにより、前記被測定光信号Ｐの正規の繰り返し周波数Ｆｘが算出される（ステップＳ２０：第６の段階）。【０１３６】
前記第１の段階（ステップＳ１１、Ｓ１２）では、前記被測定光信号Ｐを、前記仮のサンプリング周波数としてある繰り返し周波数Ｆｓを有するサンプリング周波数にてサンプリングした場合に得られる信号のうち、前記ある繰り返し周波数Ｆｓの１／２の以下の帯域に現れる前記特定信号として最大レベルを示す信号の周波数Ｆｈが検出される。【０１３７】
前記第２の段階（ステップＳ１３、Ｓ１４）では、前記サンプリング周波数を前記第１の段階（ステップＳ１１、Ｓ１２）における前記仮のサンプリング周波数として前記ある繰り返し周波数Ｆｓからサンプリング時に周波数折り返しが発生しない微小周波数ΔＦｓだけ変化させて前記被測定光信号Ｐをサンプリングした場合に得られる前記特定信号の周波数変化量ΔＦｈが検出される。【０１３８】
前記第３の段階（ステップＳ１５）では、前記第２の段階（ステップＳ１３、Ｓ１４）における前記微小周波数ΔＦｓを分母とし、前記特定信号の周波数変化量ΔＦｈを分子とする式（１）により
ｎ＝ΔＦｈ／ΔＦｓ                                                  …（１）
サンプル番号ｎが算出される。【０１３９】
前記第４の段階（ステップＳ１６）では、前記第１の段階（ステップＳ１１、Ｓ１２）によって検出された前記ある繰り返し周波数Ｆｓの１／２の以下の帯域Ｆｓ／２に現れる前記特定信号として最大レベルを示す信号の周波数Ｆｈと、前記２の段階（ステップＳ１３、Ｓ１４）によって検出された前記仮のサンプリング周波数として前記ある繰り返し周波数Ｆｓからサンプリング時に周波数折り返しが発生しない微小周波数ΔＦｓだけ変化させて前記被測定信号をサンプリングした場合に得られる前記特定信号の周波数変化量ΔＦｈに基づいて、式（２）により
Ｆｘ′＝Ｆｈ−Ｆｓ・ΔＦｈ／ΔＦｓ            …（０＞ΔＦｈ／ΔＦｓの場合）
Ｆｘ′＝−Ｆｈ＋Ｆｓ・ΔＦｈ／ΔＦｓ          …（０＜ΔＦｈ／ΔＦｓの場合）
…（２）
前記被測定用の信号の仮の繰り返し周波数Ｆｘ′が算出される。【０１４０】
前記第５の段階（ステップＳ１７、Ｓ１８、Ｓ１９）では、前記サンプリング周波数を前記第１の段階（ステップＳ１１、Ｓ１２）における前記仮のサンプリング周波数としての前記ある繰り返し周波数Ｆｓからサンプリング時に周波数折り返しが発生するように大きく周波数ｄＦｓだけ変化させて前記被測定信号をサンプリングした場合に得られる前記特定信号の周波数変化量ｄｆｈ＿ｍｅａｓが検出され、式（３）により
ｄＦｈ＿ｔａｒｇｅｔ＝ｄｎ・（Ｆｓ＋ｄＦｓ）＋ｎ・ｄＦｓ            …（３）
（但し、ｄＦｈ＿ｔａｒｇｅｔは、前記サンプリング周波数の大きな変化に伴う、前記包絡線信号の周波数変化量の目標値であって、０〜ｄＦｓ／２の範囲で定められる任意の周波数であり、ｎは、前記（１）式で算出される前記サンプル番号であり、ｄｎは、前記サンプリング周波数の大きな変化に伴う、前記サンプル番号ｎの変化量であって、前記被測定信号に含まれると想定される周波数揺らぎの範囲内において、確定することができる範囲内となるように、前記サンプリング周波数の大きな変化量ｄＦｓが定められる）
前記サンプル番号ｎの変化量ｄｎが算出されると共に、前記特定信号の周波数変化量ｄＦｈ＿ｍｅａｓが式（４）
ｄＦｈ＿ｍｅａｓ＝ｄｎ・（Ｆｓ＋ｄＦｓ）＋（ｎ＋ｅｎ）・ｄＦｓ      …（４）
（但し、ｅｎは、前記サンプル番号ｎに含まれている誤差分である）
で表されるとき、前記式（３）及び（４）の差をとって得られる式（５）により
ｅｎ＝（ｄＦｈ＿ｍｅａｓ−ｄＦｈ＿ｔａｒｇｅｔ）／ｄＦｓ            …（５）
前記サンプル番号ｎに含まれている誤差分ｅｎが算出される。【０１４１】
前記第６の段階（ステップＳ２０）では、前記第５の段階（ステップＳ１７、Ｓ１８、Ｓ１９）によって算出された前記サンプル番号ｎに含まれている誤差分ｅｎを前記第３の段階（ステップＳ１５）で算出された前記サンプル番号ｎに加算して正確なサンプル番号ｎ＋ｅｎを得て、該ｎ＋ｅｎを前記式（２）において前記サンプル番号ｎを示すΔＦｈ／ΔＦｓとして反映させて、前記式（２）において算出される前記被測定信号の仮の繰り返し周波数Ｆｘ′を補正することにより、前記被測定信号の正規の繰り返し周波数Ｆｘが算出される。【０１４２】
図２及び図３は、以上のような本発明による被測定信号の繰り返し周波数検出方法の原理を説明するために、サンプル番号ｎを示すΔＦｈ／ΔＦｓが０より小（図２）と０より大（図３）とに分けて示している。【０１４３】
図２及び図３において、ｎ・ｄＦｓは、サンプリング周波数をｄＦｓだけ変化させたことに伴うｎ番目の高調波成分の周波数変化量を示していると共に、ｄｎ・（Ｆｓ＋ｄＦｓ）は周波数折り返しによる周波数戻り量を示している。【０１４４】
なお、サンプル番号ｎに含まれるかも知れない最大誤差量について考察すると、想定される周波数揺らぎ量を±ｘ［ｐｐｍ］とし、各ステップで計算された被測定信号の正規の繰り返し周波数Ｆｘ、サンプリング周波数の変化量ｄＦｓとから、ｎに含まれるかも知れない誤差量ｙは、ｙ＝±ｘ・Ｆｘ／ｄＦｓと見積もることができる。【０１４５】
そして、この誤差量ｙの絶対値が１／２に満たない場合には、計算したｎの値（四捨五入した値）は、誤りがないと判断することができる。【０１４６】
次に、サンプリング周波数の変化量ｄＦｓの設定可能範囲について考察する。【０１４７】
この場合、サンプリング周波数をｄＦｓだけ変化させると、前記特定信号の周波数は、ｎ・ｄＦｓだけ変化することになる。【０１４８】
ここで、ｎに含まれるかも知れない誤差量ｙを考慮に入れると、実際には、この周波数変化の予測（ｎ・ｄＦｓ）よりも、±ｙ・ｄＦｓだけ異なる可能性がある。【０１４９】
したがって、サンプリング周波数の変化量ｄＦｓの設定可能範囲としてのｄＦｓのとり得る範囲は、この±ｙ・ｄＦｓを考慮した場合においてもサンプル番号ｎの変化量ｄｎの値を確定できるものであるということが条件となる。【０１５０】
そして、以上のような被測定信号の繰り返し周波数検出方法の終了の判定については、ｎに含まれるかも知れない誤差量ｙの絶対値が１／２以上であった場合には、上記ステップＳ１７乃至Ｓ２０を繰り返し行うことが必要なる。【０１５１】
この場合、サンプリング周波数の変化量ｄＦｓは、上記ステップＳ１７乃至Ｓ２０を繰り返し行う度に、徐々に大きくすることになるので、ｎに含まれるかも知れない誤差量ｙの絶対値は徐々に１／２以下に収束し、終了の判定を行うことができる。【０１５２】
したがって、本発明の第１の実施形態による被測定信号の繰り返し周波数検出方法によれば、サンプリング周波数を仮のサンプリング周波数からサンプリング時に周波数折り返しが発生しない微小量変化させてサンプリングしたときに得られる特定信号の周波数変化量から被測定信号の仮の繰り返し周波数を求めると共に、サンプリング周波数を仮のサンプリング周波数からサンプリング時に周波数折り返しが発生するように大きく周波数を変化させたサンプリング周波数で前記被測定信号を順次にサンプリングした場合に得られる特定信号の周波数変化量を測定し、この測定された特定信号の周波数変化量と、この場合に何回周波数折り返しが発生したかを示す前記サンプル番号の変化量とに基づいて、前記被測定信号に周波数揺らぎが含まれている状態での前記サンプル番号に含まれている誤差分を算出し、このサンプル番号に含まれている誤差分に基づいて前記被測定信号の仮の繰り返し周波数を補正することにより、前記被測定信号の正規の繰り返し周波数を算出するようにしているので、被測定信号に周波数揺らぎが存在していたとしても、被測定信号の波形繰り返し周波数を高精度に検出することができる。【０１５３】
（第２の実施形態）
図４は、本発明の第２の実施形態による被測定信号のサンプリング装置を含む波形観測システムの構成を説明するために示すブロック図である。【０１５４】
この第２の実施形態による波形観測システム２０は、具体的には、図４に示すように、前述した第１の実施形態による被測定信号の繰り返し周波数検出方法のステップＳ１１乃至Ｓ１４及びＳ１６を遂行するために、前述した図１５に示す本願発明者の日本国先願による被測定信号のサンプリング装置を含む波形観測システム２０と同様のパラメータ指定部２２と、演算部２３と、信号発生部２４と、サンプリングパルス発生部２５と、光サンプリング部２６と、特定信号周波数検出部２７と、仮の繰り返し周波数算出部（図１５では、繰り返し周波数算出部）２８とを有している。【０１５５】
また、この第２の実施形態による波形観測システム２０は、具体的には、図４に示すように、前述した第１の実施形態による被測定信号の繰り返し周波数検出方法のステップＳ１５及びＳ１７乃至Ｓ２０遂行するために、前述した図１５に示す本願発明者の日本国先願による被測定信号のサンプリング装置を含む波形観測システム２０には見られない特定信号の周波数変化量検出部３０と、サンプル番号誤差分算出部３１と、正規の繰り返し周波数算出部３２と、サンプル番号算出部３３と、制御部３４とを有している。【０１５６】
ここで、制御部３４は、この第２の実施形態による波形観測システム２０全体の後述するような所定の動作を制御するために備えられているものである。【０１５７】
なお、図４において、前述した図１５と同様に構成される部分については、同一の参照符号を付してそれらの説明を省略し、以下では図１５では説明されなかった部分について説明するものとする。【０１５８】
パラメータ指定部２２は、図示しない操作部の操作等によって、被測定光信号Ｐの波形の繰り返し周期Ｔｘとサンプリングのオフセット遅延時間ΔＴに対応する情報を指定するためのものであり、前記手動設定モードのときには、正確な繰り返し周期Ｔｘを指定すると共に、自動設定モードの場合には、その概略値Ｔｘ′を指定するか、あるいは何も指定しない。【０１５９】
なお、この指定情報は、周期値だけでなく、それに対応した周波数値であってもよいと共に、予め設定されている値から一つを指定する番号等の情報であってもよい。【０１６０】
また、信号の周期と周波数とは、その一方が決まれば他方が一義的に特定されるので、「周期」及びその関係を「周波数」及びその関係に置き換えたものや、逆に「周波数」及びその関係を「周期」及びその関係に置き換えたものも含まれるものとする。【０１６１】
演算部２３は、パラメータ指定部２２によって指定された情報または後述する仮の繰り返し周波数算出部２８によって得られた情報に基づいて、被測定信号の繰り返し周期Ｔｘ（またはその概略値）の整数（Ｎ）倍に対してオフセット遅延時間ΔＴだけ差のあるサンプリング周期Ｔｓ（サンプリング周波数Ｆｓ）を算出する。【０１６２】
この演算部２３は、算出したサンプリング周期で観測対象の波形の１周期分のデータをΔＴの分解能で得るのに必要な時間をトリガ周期Ｔｇ（周波数Ｆｇ）として算出する。【０１６３】
すなわち、仮のサンプリング周波数Ｆｓ（＝１／Ｔｓ）は、Ｔｓ＝Ｎ・Ｔｘ＋ΔＴの関係から、
Ｆｓ＝Ｆｘ／（Ｎ＋Ｆｘ・ΔＴ）
の演算によって求められる。【０１６４】
また、トリガ周波数Ｆｇは、前記したように、
Ｆｇ＝ｍｏｄ［Ｆｘ，Ｆｓ］＝Ｆｓ・Ｆｘ・ΔＴ
の演算によって得られる。【０１６５】
例えば、Ｆｘ＝１ＧＨｚ、ΔＴ＝０．１ｐｓ、サンプリング周波数Ｆｓの設定可能範囲を１０ＭＨｚ±１ｋＨｚとすると、
１０９／（Ｎ＋１０９・０．１×１０−１２）
が、９．９９９ＭＨｚから１０．００１ＭＨｚの範囲に入る整数Ｎを求め、そのＮについてＦｓ＝Ｆｘ／（Ｎ＋Ｆｘ・ΔＴ）を満たす周波数Ｆｓを求めればよく、上記数値例では、Ｎ＝１００、Ｆｓ＝９．９９９９９ＭＨｚが得られる。【０１６６】
また、
Ｆｘ／Ｆｓ＝Ｎ＋Ｆｘ・ΔＴ
であるから、ＦｘをＦｓで割った余りをＤとすれば、
Ｄ／Ｆｓ＝Ｆｘ・ΔＴ（＜１）
と表すことができる。【０１６７】
よって、余りＤは、
Ｄ＝Ｆｓ・Ｆｘ・ΔＴ
となる。【０１６８】
したがって、上記数値例のトリガ周波数Ｆｇは、
Ｆｇ＝９．９９９９９×１０６・１×１０９・０．１×１０−１２
＝９．９９９９９×１０２（Ｈｚ）
となる。【０１６９】
信号発生部２４は、演算部２３で算出されたサンプリング周波数Ｆｓのクロック信号Ｃ、後述する光サンプリングパルス発生部２５で幅の狭いパルス光を生成させるために必要な高い周波数の信号Ｕ及び周波数Ｆｇのトリガ用信号Ｇを生成して出力する。【０１７０】
この信号発生部２４の構成は任意であり、例えば、安定で精度の高い基準信号（例えば、１ＧＨｚ±１ＭＨｚ）を逓倍して信号Ｕを生成し、その信号Ｕを分周して上記クロック信号Ｃおよびトリガ用信号Ｇを発生するように構成されている。【０１７１】
光サンプリングパルス発生部２５は、信号発生部２４が出力するクロック信号Ｃと等しい周期の光サンプリングパルスＰｓを発生する。【０１７２】
この光サンプリングパルス発生部２５が発生する光サンプリングパルスＰｓのパルス幅は、サンプリングの時間分解能の上限を決定するものであり、パルス幅が狭い程、高い時間分解能でサンプリングを行なうことができる。【０１７３】
この狭い光サンプリングパルスを得るために、光サンプリングパルス発生部２５は、例えば、図５に示しているように、光源２５ａから出射される連続光ＣＷを変調器２５ｂに入射して信号Ｕで変調して、図６の（ａ）に示すように比較的狭い幅のパルス光Ｐａを信号Ｕの周期Ｔｕで生成し、そのパルス光Ｐａを間引手段２５ｃに入力する。【０１７４】
間引部２５ｃは、クロック信号Ｃの周期で短時間だけオンする光スイッチを有し、図６の（ｂ）に示すようにクロック信号Ｃの周期Ｔｓのパルス光Ｐｂを出力する。【０１７５】
このパルス光Ｐｂは自動利得制御型のファイバアンプリファイヤ２５ｄに入力され、適正な強度のパルス光Ｐｂ′に増幅されて分散減少ファイバ２５ｅに入射される。【０１７６】
この適正な強度のパルス光Ｐｂ′を受けた分散減少ファイバ２５ｅからは、図６の（ｃ）に示すように幅が狭い（例えば、０．１ｐｓ以下）の光サンプリングパルスＰｓが周期Ｔｓで出射される。【０１７７】
なお、この光サンプリングパルス発生部２５から出射される光サンプリングパルスＰｓは、クロック信号Ｃに同期するように設定されている。【０１７８】
そして、この実施形態では、光サンプリングパルス発生部２５は、制御部３４の制御によって信号発生部２４からの前記クロック信号Ｃに同期し、前記指定に応じた第１乃至第３のサンプリング周波数として仮のサンプリング周波数Ｆｓを有する第１のサンプリングパルス、前記仮のサンプリング周波数Ｆｓからサンプリング時に周波数折り返しが発生しない微小周波数ΔＦｓだけ変化させたサンプリング周波数を有する第２のサンプリングパルス及び前記仮のサンプリング周波数Ｆｓからサンプリング時に周波数折り返しが発生するように大きく周波数ｄＦｓだけ変化させたサンプリング周波数を有する第３のサンプリングパルスを選択的に発生するようになされている。【０１７９】
この場合、選択的に発生される第１乃至第３のサンプリングパルスとしての光サンプリングパルスＰｓは、光サンプリング部２６に入射される。【０１８０】
光サンプリング部２６は、例えば、図７に示しているように、光ミキサ２６ａと光電変換器２６ｂとからなり、入力端子２１ａから入力される光信号Ｐと光サンプリングパルスＰｓとを光ミキサ２６ａに入力して、被測定光信号Ｐを光サンプリングパルスＰｓでサンプリングし、そのサンプリングによって得られたパルス光Ｐｏを光電変換器２６ｂによって電気のパルス信号Ｅｏに変換して出力する。【０１８１】
特定信号周波数検出部２７は、制御部３４の制御によって後述の繰り返し周波数算出部２８と共に自動設定モードが指定されたときに動作し、光サンプリング部２８から第１のサンプリングパルスでサンプリングされて出力されるパルス信号Ｅｏを受け、そのパルス信号Ｅｏに含まれる信号成分のうち、サンプリング周波数の１／２以下の帯域に現れる特定信号の周波数Ｆｈを検出する。【０１８２】
この特定信号周波数検出部２７は、例えば、図８に示すように、パルス信号ＥｏをＡ／Ｄ変換器２７ａに入力してデジタル値に変換し、そのデジタル値列に対して、デジタルフィルタ２７ｂにより、サンプリング周波数の１／２以下の帯域制限処理を行い、さらに演算処理部２７ｃにより、ＦＦＴ（高速フーリェ変換）演算等の処理を行って、例えば、レベルが最も高い信号成分を特定信号とし、その周波数Ｆｈを求める。【０１８３】
仮の繰り返し周波数算出部２８は、自動設定モードが指定された場合に、制御部３４の制御によって信号発生部２４を制御し、被測定光信号Ｐに対するサンプリング周波数として仮のサンプリング周波数Ｆｓを微小周波数ΔＦｓだけ変化させた第２のサンプリングパルスでサンプリングされて出力される特定信号の周波数変化量ΔＦｈを求め、その変化量に基づいて、被測定光信号Ｐの仮の繰り返し周波数Ｆｘ′を求め、これを演算部２３に設定する。【０１８４】
特定信号周波数変化量検出部３０は、サンプリング部２６によって被測定信号をサンプリングパルス発生部２５からの前記第３のサンプリングパルスでサンプリングした場合に得られる特定信号の周波数変化量ｄＦｈ ｍｅａｓを検出する。【０１８５】
サンプル番号誤差分算出部３１は、特定信号周波数変化量検出部３０によって検出された前記特定信号の周波数変化量ｄＦｈ ｍｅａｓと、この過程で何回周波数折り返しが何回発生したかを示す前記サンプル番号ｎの変化量ｄｎとに基づいて、前記被測定信号に周波数揺らぎが含まれている状態での前記サンプル番号ｎに含まれている誤差分ｅｎを算出する。【０１８６】
正規の繰り返し周波数算出部３２は、サンプル番号誤差分算出部３１によって算出される前記サンプル番号ｎに含まれている誤差分ｅｎに基づいて前記仮の繰り返し周波数算出部２８によって算出される前記被測定信号の仮の繰り返し周波数Ｆｘ′を補正することにより、前記被測定信号の正規の繰り返し周波数Ｆｘを算出する。【０１８７】
サンプル番号算出部３３は、仮の繰り返し周波数算出部２８で用いる前記微小周波数ΔＦｓを分母とし、前記仮の繰り返し周波数算出部２８で用いる前記周波数変化量ΔＦｈを分子とする式（１）により
ｎ＝ΔＦｈ／ΔＦｓ                                                  …（１）
サンプル番号ｎを算出する。【０１８８】
そして、本発明による被測定信号のサンプリング装置は、基本的には、被測定信号を入力するための入力端子２１ａと、指定に応じた第１乃至第３のサンプリング周波数のクロック信号を選択的に生成する信号発生部２４と、前記信号発生部２４からの前記クロック信号に同期し、前記指定に応じた第１乃至第３のサンプリング周波数として仮のサンプリング周波数を有する第１のサンプリングパルス、前記仮のサンプリング周波数Ｆｓからサンプリング時に周波数折り返しが発生しない微小周波数ΔＦｓだけ変化させたサンプリング周波数を有する第２のサンプリングパルス及び前記仮のサンプリング周波数Ｆｓからサンプリング時に周波数折り返しが発生するように大きく周波数ｄＦｓだけ変化させたサンプリング周波数を有する第３のサンプリングパルスを選択的に発生するサンプリングパルス発生部２５と、前記被測定信号を前記サンプリングパルス発生部２５からの第１乃至第３の前記サンプリングパルスによって選択的にサンプリングするサンプリング部２６と、前記サンプリング部２６によって前記被測定用の信号を前記サンプリングパルス発生部２５からの前記第１のサンプリングパルスでサンプリングした場合に得られる信号のうち、前記仮のサンプリング周波数Ｆｓの１／２以下の帯域に現れる特定信号の周波数Ｆｈを検出する特定信号周波数検出部２７と、前記サンプリング部２６によって前記被測定信号を前記サンプリングパルス発生部２５からの前記第２のサンプリングパルスでサンプリングしたときに前記特定信号周波数検出部２７によって検出される前記特定信号の周波数変化量ΔＦｈを算出する周波数変化量算出部２９と、前記サンプリングパルス発生部２５による前記仮のサンプリング周波数Ｆｓと、前記サンプリング周波数の変化量としての前記微小周波数ΔＦｓと、前記特定信号周波数検出部２７によって検出される前記仮のサンプリング周波数Ｆｓに対する前記特定信号の周波数Ｆｈ及び前記周波数変化量算出部２９によって算出される前記特定信号の周波数変化量ΔＦｈとに基づいて、前記被測定信号の仮の繰り返し周波数Ｆｘ′を算出する仮の繰り返し周波数算出部２８と、前記仮の繰り返し周波数算出部２８で用いる前記微小周波数ΔＦｓを分母とし、前記仮の繰り返し周波数算出部２８で用いる前記周波数変化量ΔＦｈを分子とする式（１）により
ｎ＝ΔＦｈ／ΔＦｓ                                                  …（１）
サンプル番号ｎを算出するサンプル番号算出部３３と、前記サンプリング部２６によって前記被測定信号を前記サンプリングパルス発生部２５からの前記第３のサンプリングパルスで順次にサンプリングした場合に得られる特定信号の周波数変化量ｄＦｈを検出する特定信号周波数変化量検出部３０と、前記特定信号周波数変化量検出部３０によって測定された前記特定信号の周波数変化量ｄＦｈと、この過程で何回周波数折り返しが何回発生したかを示す前記サンプル番号算出部３３によって算出される前記サンプル番号ｎの変化量ｄｎとに基づいて、前記被測定信号に周波数揺らぎが含まれている状態での前記サンプル番号ｎに含まれている誤差分ｅｎを算出するサンプル番号誤差分算出部３１と、前記サンプル番号誤差分算出部３１によって算出される前記サンプル番号ｎに含まれている誤差分ｅｎに基づいて前記仮の繰り返し周波数算出部２８によって算出される前記被測定信号の仮の繰り返し周波数Ｆｘ′を補正することにより、前記被測定信号の正規の繰り返し周波数Ｆｘを算出する正規の繰り返し周波数算出部３２とを具備することを特徴とする。【０１８９】
前記特定信号周波数検出部２７は、前記信号発生部２４に対し、前記指定に応じた第１のサンプリング周波数としてある繰り返し周波数Ｆｓを有する仮のサンプリング周波数を指定することにより前記サンプリングパルス発生部２５から前記仮のサンプリング周波数を有する第１のサンプリングパルスを発生させると共に、前記サンプリング部２６によって、前記被測定信号を、前記仮のサンプリング周波数を有する前記第１のサンプリングパルスにてサンプリングした場合に得られる信号のうち、前記ある繰り返し周波数Ｆｓの１／２以下の帯域Ｆｓ／２に現れる特定信号の周波数Ｆｈを検出する。【０１９０】
前記周波数変化量算出部２９は、前記信号発生部２４に対し、前記指定に応じた第２のサンプリング周波数として前記ある繰り返し周波数Ｆｓからサンプリング時に周波数折り返しが発生しない微小周波数ΔＦｓだけ変化させた周波数を有するサンプリング周波数を指定することにより前記サンプリングパルス発生部２５から前記第２のサンプリングパルスを発生させると共に、前記サンプリング部２６によって、前記第２のサンプリングパルスで前記被測定信号をサンプリングした場合に得られる特定信号の周波数変化量ΔＦｈを算出する。【０１９１】
前記仮の繰り返し周波数算出部２８は、前記サンプリングパルス発生部２５による前記仮のサンプリング周波数Ｆｓと、前記サンプリング周波数の変化量としての前記微小周波数ΔＦｓと、前記特定信号周波数検出部２７によって検出される前記仮のサンプリング周波数Ｆｓに対する前記特定信号の周波数Ｆｈ及び前記周波数変化量算出部２９によって算出される前記特定信号の周波数変化量ΔＦｈとに基づいて、式（２）により
Ｆｘ′＝Ｆｈ−Ｆｓ・ΔＦｈ／ΔＦｓ            …（０＞ΔＦｈ／ΔＦｓの場合）
Ｆｘ′＝−Ｆｈ＋Ｆｓ・ΔＦｈ／ΔＦｓ          …（０＜ΔＦｈ／ΔＦｓの場合）
…（２）
前記被測定信号の仮の繰り返し周波数Ｆｘ′を算出する。【０１９２】
前記特定信号周波数変化量検出部３０は、前記信号発生部２４に対し、前記指定に応じた第３のサンプリング周波数として前記ある繰り返し周波数Ｆｓからサンプリング時に周波数折り返しが発生するように大きく周波数ｄＦｓだけ変化させた周波数を有するサンプリング周波数を指定することにより前記サンプリングパルス発生部２５から前記第３のサンプリングパルスを発生させると共に、前記サンプリング部２６によって、前記被測定信号を前記第３のサンプリングパルスで順次にサンプリングした場合に得られる前記特定信号の周波数変化量ｄＦｈ＿ｍｅａｓを検出し、式（３）により
ｄＦｈ＿ｔａｒｇｅｔ＝ｄｎ・（Ｆｓ＋ｄＦｓ）＋ｎ・ｄＦｓ            …（３）
（但し、ｄＦｈ＿ｔａｒｇｅｔは、前記サンプリング周波数の大きな変化に伴う、前記特定信号の周波数変化量の目標値であって、０〜ｄＦｓ／２の範囲で定められる任意の周波数であり、ｎは、前記サンプル番号算出部３３によって算出される前記サンプル番号であり、ｄｎは、前記サンプリング周波数の大きな変化に伴う、前記サンプル番号ｎの変化量であって、前記被測定信号に含まれると想定される周波数揺らぎの範囲内において、確定することができる範囲内となるように、前記サンプリング周波数の大きな変化量ｄＦｓが定められる）
前記サンプル番号ｎの変化量ｄｎを算出する。【０１９３】
前記サンプル番号誤差分算出部３１は、前記特定信号周波数変化量検出部３０によって検出される前記特定信号の周波数変化量ｄＦｈ＿ｍｅａｓが式（４）
ｄＦｈ＿ｍｅａｓ＝ｄｎ・（Ｆｓ＋ｄＦｓ）＋（ｎ＋ｅｎ）・ｄＦｓ      …（４）
（但し、ｅｎは、前記サンプル番号ｎに含まれている誤差分である）
で表されるとき、前記式（３）及び（４）の差をとって得られる式（５）により
ｅｎ＝（ｄＦｈ＿ｍｅａｓ−ｄＦｈ＿ｔａｒｇｅｔ）／ｄＦｓ            …（５）
前記サンプル番号ｎに含まれている誤差分ｅｎを算出する。【０１９４】
前記正規の繰り返し周波数算出部３２は、前記サンプル番号誤差分算出部３１によって算出された前記サンプル番号ｎに含まれている誤差分ｅｎを前記サンプル番号算出部３３によって算出された前記サンプル番号ｎに加算して正確なサンプル番号ｎ＋ｅｎを得て、該ｎ＋ｅｎを前記式（２）において前記サンプル番号ｎを示すΔＦｈ／ΔＦｓとして反映させて、前記式（２）において算出される前記被測定信号の仮の繰り返し周波数Ｆｘ′を補正することにより、前記被測定信号の正規の繰り返し周波数Ｆｘを算出する。【０１９５】
演算部２３は、前記正規の繰り返し周波数算出部３２によって算出された前記正規の繰り返し周波数Ｆｘに対応する繰り返し周期Ｔｘの整数倍に対して所定のオフセット遅延時間ΔＴだけ差のある周期Ｔｓに対応する周波数Ｆｓを前記被測定用の信号に対する正規のサンプリング周波数として算出し、この算出された正規のサンプリング周波数を前記信号発生部２４に指定することにより、前記サンプリングパルス発生部２５から前記第１乃至第３のサンプリングパルスに代えて前記正規のサンプリング周波数を有するサンプリングパルスを発生させて、前記サンプリング部２６によって前記被測定信号を前記正規のサンプリング周波数を有するサンプリングパルスでサンプリングすることを可能とするために、備えられている。【０１９６】
そして、サンプリング部２６によって被測定信号を正規のサンプリング周波数Ｆｓを有するサンプリングパルスでサンプリングされて出力されるパルス信号Ｅｏは、前述した図１５の説明と同様にしてデジタルオシロスコープ６０に取り込まれて表示される。【０１９７】
すなわち、本発明の被測定信号のサンプリング装置及び波形観測システムにおいては、上記第１の実施形態による被測定信号の周波数検出方法を用いて、周波数未知の被測定用の信号に対するサンプリング周波数の設定を正確に行うことにより、被測定信号に周波数揺らぎが存在していたとしても、被測定信号を高精度にサンプリングすることができると共に、被測定信号の波形観測を高精度に行うことができる。【０１９８】
（第３の実施形態）
図９は、本発明の第３の実施形態による被測定信号のサンプリング装置を含む波形観測システムの構成を説明するために示すブロック図である。【０１９９】
この第３の実施形態による被測定信号のサンプリング装置を含む波形観測システム４０は、上記第２の実施形態による波形観測システム２０を構成するサンプリング装置２１とデジタルオシロスコープ６０の機能とを共通の筐体内に収容して一体化した構成となされている。【０２００】
具体的には、この第３の実施形態による被測定信号のサンプリング装置を含む波形観測システム４０は、前記した図４のサンプリング装置２１の各構成要素の他に、Ａ／Ｄ変換器４３、データ取得制御部４４、波形データメモリ４５、表示制御部４６、表示器４７および観測モード指定部４８を備えている。【０２０１】
Ａ／Ｄ変換器４３は、光サンプリング部２６から出力されるパルス信号Ｅｏに対するＡ／Ｄ変換処理を、クロック信号Ｃ（またはクロック信号Ｃに同期したより高速のクロック信号でもよい）を受ける毎に行い、そのＡ／Ｄ変換処理によって得られたパルス信号Ｅｏのピーク値のデータＤｐをデータ取得制御部４４に出力する。【０２０２】
データ取得制御部４４は、トリガ用信号Ｇの立ち上がり（または立ち下がり）タイミングから、波形データメモリ４５に対するデータＤｐの書き込みをクロック信号Ｃに同期して開始し、所定数のデータの書き込みが終了すると、次にトリガ用信号Ｇの立ち上がるまで待機するという動作を繰り返す。【０２０３】
なお、波形データメモリ４５に書き込むデータの数は、後述する表示器４７に表示される時間軸の表示ポイント数に対応する。【０２０４】
表示制御部４６は、表示器４７と共に波形表示部を形成するものであり、時間軸と電圧軸とからなる座標画面を表示器４７に表示させ、波形データメモリ４５に記憶された一連のデータＤｐを読み出して、座標画面上にプロット表示して、その読み出した一連のデータＤｐに対応する波形を表示する。【０２０５】
なお、この表示制御部４６は、観測モード指定部４８によって指定された観測モードに応じて、波形データメモリ４５に記憶されたデータＤｐに対する加工処理及び表示処理を行う。【０２０６】
すなわち、パーシステンスモードが指定された場合、波形データメモリ４５に記憶された一連のデータＤｐの残像を残す状態で波形表示し、平均化モードが指定された場合、波形データメモリ４５に記憶された一連のデータＤｐを所定組求めて、その平均化処理を行い、その平均化処理で得られた一連のデータを重ねて波形として表示する。【０２０７】
このように構成された波形観測システム４０の動作は、前記波形観測システム２０と同様であり、被測定光信号の繰り返し周波数を正確に求め、被測定光信号の繰り返し周波数に周波数揺らぎが存在していても、その繰り返し周波数に対応したサンプリング周波数とトリガ周波数が設定されるので、繰り返し周波数が未知あるいは概略値しか分からない波形であっても、安定に表示させることができる。【０２０８】
なお、被測定信号の波形の情報を単発的に取得して表示する場合には、上記のように周期的なトリガ用信号Ｇを生成する必要がなく、例えば、手動のトリガ操作に応じて１回だけ立ち上がるトリガ用信号Ｇを出力すればよい。【０２０９】
そして、サンプリング周波数を変えて被測定信号をサンプリングすることにより、被測定光信号の繰り返し周波数に周波数揺らぎが存在していても、前記と同様に被測定光信号の正規の繰り返し周波数を求めることができ、その正確な繰り返し周波数に正しく対応したサンプリング周波数を設定して、上記トリガ操作を行うことにより、被測定信号の波形を正確に表示させることができる。【０２１０】
また、上記した波形観測システム４０のように表示機能を有している場合、被測定信号のスペクトラムを表示することも可能である。【０２１１】
この場合、特定信号周波数検出部２７が、サンプリング周波数の１／２以下の帯域に現れる複数の特定信号の周波数とレベルをそれぞれ検出して、仮の繰り返し周波数算出部２８に出力する。【０２１２】
また、仮の繰り返し周波数算出部２８が、特定信号周波数検出部２７によって検出された複数の特定信号についての各周波数変化量に基づいて、被測定信号に含まれる複数の周波数成分のスペクトラムを求め、これを図９に破線で示すように正規の繰り返し周波数算出部３２を介して波形表示制御部４６に出力する。【０２１３】
波形表示制御部４６は、自動設定モードが指定されているときに、仮の繰り返し周波数算出部２８から正規の繰り返し周波数算出部３２を介して得られるスペクトラムを表示器４７の周波数軸上に表示する。【０２１４】
また、前記した各波形観測システム２０、４０は、光信号を光パルスでサンプリングするＯ／Ｏサンプリング方式に代えて、電気信号を光パルスでサンプリングするＥ／Ｏサンプリング方式についても本発明を同様に適用することができる。【０２１５】
本発明の第３実施形態による被測定信号の波形観測システムは、基本的には、被測定信号を入力するための入力端子２１ａと、指定に応じた第１乃至第３のサンプリング周波数及び指定に応じた第４のサンプリング周波数のクロック信号を選択的に生成する信号発生部２４と、前記信号発生部２４からの前記クロック信号に同期し、前記指定に応じた第１乃至第３のサンプリング周波数として仮のサンプリング周波数Ｆｓを有する第１のサンプリングパルス、前記仮のサンプリング周波数Ｆｓからサンプリング時に周波数折り返しが発生しない微小周波数ΔＦｓだけ変化させたサンプリング周波数を有する第２のサンプリングパルス、前記仮のサンプリング周波数Ｆｓからサンプリング時に周波数折り返しが発生するように大きく周波数ｄＦｓだけ変化させたサンプリング周波数を有する第３のサンプリングパルス及び前記指定に応じた第４のサンプリング周波数を有する第４のサンプリングパルスを選択的に発生するサンプリングパルス発生部２５と、前記被測定信号を前記サンプリングパルス発生部２５からの前記第１乃至第３のサンプリングパルス及び第４のサンプリングパルスによって選択的にサンプリングするサンプリング部２６と、前記サンプリング部２６によって前記被測定信号を前記サンプリングパルス発生部２５からの前記第１のサンプリングパルスでサンプリングして得られた信号のうち、前記仮のサンプリング周波数Ｆｓの１／２以下の帯域に現れる特定信号の周波数Ｆｈを検出する特定信号周波数検出部２７と、前記サンプリング部２６によって前記被測定信号を前記サンプリングパルス発生部２５からの前記第２のサンプリングパルスでサンプリングしたときに得られる前記特定信号の周波数変化量ΔＦｈを算出する周波数変化量算出部２９と、前記サンプリングパルス発生部２５による前記仮のサンプリング周波数Ｆｓと、前記サンプリング周波数の変化量としての前記微小周波数ΔＦｓと、前記特定信号周波数検出部２７によって検出される前記仮のサンプリング周波数Ｆｓに対する前記特定信号の周波数Ｆｈ及び前記周波数変化量算出部２９によって算出される前記特定信号の周波数変化量ΔＦｈとに基づいて、前記被測定信号の仮の繰り返し周波数Ｆｘ′を算出する仮の繰り返し周波数算出部２８と、前記仮の繰り返し周波数算出部２８で用いる前記微小周波数ΔＦｓを分母とし、前記仮の繰り返し周波数算出部２８で用いる前記周波数変化量ΔＦｈを分子とする式（１）により
ｎ＝ΔＦｈ／ΔＦｓ                                                  …（１）
サンプル番号ｎを算出するサンプル番号を算出部３３と、前記サンプリング部２６によって前記被測定信号を前記サンプリングパルス発生部２５からの前記第３のサンプリングパルスでサンプリングした場合に得られる前記特定信号の周波数変化量ｄＦｈを検出する特定信号周波数変化量検出部３０と、前記特定信号周波数変化量検出部３０によって検出された前記特定信号の周波数変化量ｄＦｈと、この過程で何回周波数折り返しが何回発生したかを示す前記サンプル番号を算出部３３によって算出された前記サンプル番号ｎの変化量ｄｎとに基づいて、前記被測定信号に周波数揺らぎが含まれている状態での前記サンプル番号ｎに含まれている誤差分ｅｎを算出するサンプル番号誤差分算出部３１と、前記サンプル番号誤差分算出部３１によって算出される前記サンプル番号ｎに含まれている誤差分ｅｎに基づいて前記仮の繰り返し周波数算出部２８によって算出される前記被測定信号の仮の繰り返し周波数Ｆｘ′を補正することにより、前記被測定信号の正規の繰り返し周波数Ｆｘを算出する正規の繰り返し周波数算出部３２と、前記正規の繰り返し周波数算出部３２によって算出された前記正規の繰り返し周波数Ｆｘに対応する繰り返し周期Ｔｘの整数倍に対して所定のオフセット遅延時間ΔＴだけ差のある周期Ｔｓに対応する周波数Ｆｓを前記被測定信号に対する正規のサンプリング周波数として算出し、この算出された正規のサンプリング周波数Ｆｓを前記第４のサンプリング周波数として前記信号発生部２４に指定することにより、前記サンプリングパルス発生部２５からの前記第４のサンプリングパルスを発生させると共に、前記サンプリング部２６により前記被測定信号を前記第４のサンプリングパルスでサンプリングさせる演算部２３と、前記サンプリング部２６から前記第４のサンプリングパルスでサンプリングされて出力される信号をデジタルの波形データに変換して出力するアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器４３と、前記Ａ／Ｄ変換器４３から出力される前記波形データを記憶するための波形データメモリ４５と、前記Ａ／Ｄ変換器４３から出力される前記波形データを前記信号発生部２４からの前記クロック信号に同期して前記波形データメモリ４５に書き込むデータ取得制御部４４と、前記波形データメモリ４５に記憶された一連の波形データを読み出して表示部４６の時間軸上に前記オフセット遅延時間に対応する間隔で表示する表示制御部４６とを具備することを特徴としている。【０２１６】
前記特定信号周波数検出部２７は、前記信号発生部２４に対し、前記指定に応じた第１のサンプリング周波数としてある繰り返し周波数Ｆｓを有する仮のサンプリング周波数を指定することにより前記サンプリングパルス発生部２５から前記仮のサンプリング周波数を有する第１のサンプリングパルスを発生させると共に、前記サンプリング部２６によって、前記被測定信号を、前記仮のサンプリング周波数を有する前記第１のサンプリングパルスにてサンプリングした場合に得られる信号のうち、前記ある繰り返し周波数Ｆｓの１／２以下の帯域Ｆｓ／２に現れる特定信号の周波数Ｆｈを検出する。【０２１７】
前記周波数変化量算出部２９は、前記信号発生部２４に対し、前記指定に応じた第２のサンプリング周波数として前記ある繰り返し周波数Ｆｓからサンプリング時に周波数折り返しが発生しない微小周波数ΔＦｓだけ変化させた周波数を有するサンプリング周波数を指定することにより前記サンプリングパルス発生部２５から前記第２のサンプリングパルスを発生させると共に、前記サンプリング部２６によって、前記第２のサンプリングパルスで前記被測定信号をサンプリングした場合に得られる前記特定信号の周波数変化量ΔＦｈを算出する。【０２１８】
前記仮の繰り返し周波数算出部２８は、前記サンプリングパルス発生部２５による前記仮のサンプリング周波数Ｆｓと、前記サンプリング周波数の変化量としての前記微小周波数ΔＦｓと、前記特定信号周波数検出部２７によって検出される前記仮のサンプリング周波数Ｆｓに対する前記特定信号の周波数Ｆｈ及び前記周波数変化量算出部２９によって算出される前記特定信号の周波数変化量ΔＦｈとに基づいて、式（２）により
Ｆｘ′＝Ｆｈ−Ｆｓ・ΔＦｈ／ΔＦｓ            …（０＞ΔＦｈ／ΔＦｓの場合）
Ｆｘ′＝−Ｆｈ＋Ｆｓ・ΔＦｈ／ΔＦｓ          …（０＜ΔＦｈ／ΔＦｓの場合）
…（２）
前記被測定信号の仮の繰り返し周波数Ｆｘ′を算出する。【０２１９】
前記特定信号周波数変化量検出部３０は、前記信号発生部２４に対し、前記指定に応じた第３のサンプリング周波数として前記ある繰り返し周波数Ｆｓからサンプリング時に周波数折り返しが発生するように大きく周波数ｄＦｓだけ変化させた周波数を有するサンプリング周波数を指定することにより前記サンプリングパルス発生部２５からの前記第３のサンプリングパルスを発生させると共に、前記サンプリング部２６によって、前記被測定信号を前記第３のサンプリングパルスでサンプリングした場合に得られる前記特定信号の周波数変化量ｄＦｈ＿ｍｅａｓを検出し、式（３）により
ｄＦｈ＿ｔａｒｇｅｔ＝ｄｎ・（ｆｓ＋ｄＦｓ）＋ｎ・ｄｆｓ            …（３）
（但し、ｄＦｈ＿ｔａｒｇｅｔは、前記サンプリング周波数の大きな変化に伴う、前記特定信号の周波数変化量の目標値であって、０〜ｄＦｓ／２の範囲で定められる任意の周波数であり、ｎは、前記サンプル番号算出部３３で算出される前記サンプル番号であり、ｄｎは、前記サンプリング周波数の大きな変化に伴う、前記サンプル番号ｎの変化量であって、前記被測定信号に含まれると想定される周波数揺らぎの範囲内において、確定することができる範囲内となるように、前記サンプリング周波数の大きな変化量ｄＦｓが定められる）
前記サンプル番号ｎの変化量ｄｎを算出する。【０２２０】
前記サンプル番号誤差分算出部３１は、前記特定信号周波数変化量検出部３０によって検出される前記特定信号の周波数変化量ｄＦｈ＿ｍｅａｓが式（４）
ｄＦｈ＿ｍｅａｓ＝ｄｎ・（Ｆｓ＋ｄＦｓ）＋（ｎ＋ｅｎ）・ｄＦｓ      …（４）
（但し、ｅｎは、前記サンプル番号ｎに含まれている誤差分である）
で表されるとき、前記式（３）及び（４）の差をとって得られる式（５）により
ｅｎ＝（ｄＦｈ＿ｍｅａｓ−ｄＦｈ＿ｔａｒｇｅｔ）／ｄＦｓ            …（５）
前記サンプル番号ｎに含まれている誤差分ｅｎを算出する。【０２２１】
前記正規の繰り返し周波数算出部３２は、前記サンプル番号誤差分算出部３１によって算出される前記サンプル番号ｎに含まれている誤差分ｅｎを前記サンプル番号誤差分算出部３３によって算出された前記サンプル番号ｎに加算して正確なサンプル番号ｎ＋ｅｎを得て、該ｎ＋ｅｎを前記式（２）において前記サンプル番号ｎを示すΔＦｈ／ΔＦｓとして反映させて、前記式（２）において算出される前記被測定信号の仮の繰り返し周波数Ｆｘ′を補正することにより、前記被測定信号の正規の繰り返し周波数Ｆｘを算出する。【０２２２】
前記特定信号周波数検出部２７は、前記第１のサンプリング周波数の１／２以下の帯域に現れる複数の特定信号の周波数をそれぞれ検出し、前記仮の繰り返し周波数算出部２８は、前記特定信号周波数検出部２７によって検出される前記複数の特定信号についての周波数変化量に基づいて、前記被測定信号に含まれる複数の周波数成分のスペクトラムを求めるように構成され、前記表示制御部４７は、前記仮の繰り返し周波数算出部２８によって得られたスペクトラムを前記正規の繰り返し周波数算出部３２を介して前記表示部４６の周波数軸上に表示させるように構成されている。【０２２３】
すなわち、本発明の第３の実施形態による被測定信号のサンプリング装置及び波形観測システム４０においては、上記第２の実施形態による被測定信号のサンプリング装置及び波形観測システム２０と同様に、上記第１の実施形態による被測定信号の繰り返し周波数検出方法を用いて、周波数未知の被測定信号に対するサンプリング周波数の設定を正確に行うことにより、被測定信号に周波数揺らぎが存在していたとしても、被測定信号を高精度にサンプリングすることができると共に、被測定信号の波形観測を高精度に行うことができる。【０２２４】
したがって、以上詳述したように本発明によれば、被測定信号に周波数揺らぎが存在していたとしても、サンプリング結果から被測定信号の繰り返し周波数を正確に検出することができる被測定信号の繰り返し周波数検出方法及びそれを用いて安定な波形情報の取得と観測ができ、さらに、システム全体を簡易に構成することができるサンプリング装置及び波形観測システムを提供することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【国際調査報告】
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