(57)【要約】【課題】空間フィルタの空間応答を成形するための方法およびシステムを提供する。【解決手段】本発明によれば、空間的なウィンドウイングのための方法及びシステムが提供される。空間フィルタは、時間ドメインにおいて個々の信号を生成するいくつかの光検出器を含んでいる。そして、これらの個々の信号を分割及びグループ化して、空間フィルタから出力されるＩ及びＱチャネルを生成する。このＩ及びＱチャネルを形成する前に、窓関数を使用して空間フィルタの空間応答を成形する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の光検出器から構成される空間フィルタと、
前記複数の光検出器のうち１つ以上の光検出器によって受けた光の量に基づいて、前記空間フィルタの空間応答を成形する手段と、
を有するシステム。
【請求項２】
前記複数の光検出器のうち１つ以上の光検出器によって受けた光の量に基づいて前記空間フィルタの空間応答を成形する前記手段が、前記複数の光検出器のそれぞれの面積に基づく窓係数に比例する信号を生成する手段を有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記複数の光検出器のうち少なくとも１つの光検出器の面積が、少なくとも１つの寸法が異なっている結果、他の光検出器の面積と異なる、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記複数の光検出器のうち１つ以上の光検出器によって受けた光の量に基づいて前記空間フィルタの空間応答を成形する前記手段が、信号を生成するのに使用される光の量が個々の窓係数に比例するように、前記複数の光検出器のうち１つ以上の光検出器の表面の少なくとも一部に光が入射することをブロックする手段を有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
複数の光検出器から構成された前記空間フィルタが、それぞれ２以上の個々の光検出器を含む複数の光検出器アレイから構成された空間フィルタを有しており、前記空間フィルタの空間応答を成形する前記手段が、それぞれの有効な光検出器によって生成される信号が特定の窓係数に比例するように、それぞれの光検出器アレイを使用して有効な光検出器を生成する手段を有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
１組の光検出器の間の距離が、前記複数の光検出器内の光検出器の他の組の間の距離の少なくとも１つと異なっている、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のシステム。
【請求項７】
空間フィルタの空間応答を成形する方法であって、
時間ドメインにおいて複数の信号を生成するステップと、
前記空間フィルタによって受けた光の量に基づいて、前記複数の信号にウィンドウイングするステップと、
を有する方法。
【請求項８】
前記空間フィルタによって受けた光の量に基づいて前記複数の信号にウィンドウイングするステップが、前記１つ以上の光検出器のそれぞれによって生成された信号が個々の窓係数に比例するように、前記空間フィルタ内の１つ以上の光検出器によって受けた光の少なくとも一部をブロックするステップを有する、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記複数の信号にウィンドウイングするステップが、前記空間フィルタ内の複数の光検出器のそれぞれの面積に基づいて前記複数の信号を生成するステップを有する、請求項７又は請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記時間ドメインにおいて複数の信号を生成するステップが、複数の有効な光検出器で複数の信号を生成するステップを有し、
前記空間フィルタによって受けた光の量に基づいて前記複数の信号のそれぞれにウィンドウイングするステップが、有効な光検出器によって生成される信号が特定の窓係数に比例するように、個々の光検出器アレイ内の１つ以上の個々の光検出器を有効にすることにより、前記複数の有効な光検出器のそれぞれを生成するステップを有する、請求項７記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空間フィルタの成形に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、窓関数は、信号のスペクトルを変更するために信号に適用される。窓関数は、例えば、信号のスペクトルにおけるサイドローブ（side lobe）を抑圧するために用いることができる。ブラックマン（Blackman）、ハニング（Hanning）、及びハミング（Hamming）のように既定の形状を備えている窓関数があり、カイザー（Kaiser）のように調整可能な形状、またはユーザー定義の形状を備えている窓関数もある。
【０００３】
図１は、従来技術によるウィンドウイング（windowing、窓関数を掛ける）システムを示す図である。このウィンドウイングシステム１００は、空間フィルタ（spatial filter）１０２と窓関数１０４を含んでいる。空間フィルタ１０２は、光検出器１０６、１０８、１１０、１１２の反復パターンを含んでいる。これらの光検出器１０６、１０８、１１０、１１２が、個々の信号を生成し、これらの個々の信号がグループ化及び加算１１４、１１６されて、信号１１８、１２０がそれぞれ生成される。通常、信号１１８は、同相（in-shape：Ｉ）チャネルと呼ばれ、信号１２０は、直交（quadrature：Ｑ）チャネルと呼ばれている。
【０００４】
このＩ及びＱチャネルは、不明瞭な周波数、雑音、及びドロップアウトを含んでいる。そして、これらの要因により、Ｉ及びＱチャネルに含まれている情報の解釈が困難になる。このため、信号のスペクトルを変更し、それらの分解能を改善するために、窓関数１０４をチャネルに適用するのである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、空間フィルタの空間応答を成形するための方法およびシステムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、空間的なウィンドウイングのための方法及びシステムが提供される。空間フィルタは、時間ドメインにおいて個々の信号を生成するいくつかの光検出器を含んでいる。そして、これらの個々の信号を分割及びグループ化して、空間フィルタから出力されるＩ及びＱチャネルを生成する。このＩ及びＱチャネルを形成する前に、窓関数を使用して空間フィルタの空間応答を成形する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明は、添付の図面との関連で、本発明による実施例に関する以下の詳細な説明を参照することにより、十分に理解することができよう。
【０００８】
以下の説明は、本発明による実施例を当業者が実施し使用できるようにするべく提示するものであって、特許出願及びその要件の文脈において提供するものである。当業者には、この開示する実施例に対する様々な変更が容易に明らかであり、本明細書の一般的な原理は、その他の実施例にも適用可能である。従って、本発明は、図示の実施例に限定されるものではなく、本発明に対しては、添付の請求項と本明細書に記述された原理及び特徴に合致する最も広範な範囲を付与するものである。
【０００９】
図面（特に、図２(a)）を参照すれば、本発明による実施例における窓関数のグラフが示されている。この窓関数２００の形状は、この窓関数２００を近似すると共に空間フィルタの空間応答を成形するべく設計された一連の光検出器によって生成されている。以下、図２(b)〜図７を参照し、１つ以上の空間フィルタの空間応答を成形するための技法について更に詳しく説明する。
【００１０】
図２(b)は、図２(a)の実施例における一連の光検出器を示す図である。この一連の光検出器３００は、図２(a)の窓関数を近似している。この光検出器３００によって設計された空間フィルタはＮ＝２であり、ここで、Ｎは、一連の４つの光検出器の反復回数を表している。尚、この図２(b)は、光検出器を矩形形状として描いているが、本発明によるその他の実施例は、この構成に限定されるものではなく、空間フィルタ内の光検出器は、例えば、正方形や楕円などの任意の形状で実装可能である。
【００１１】
それぞれの光検出器は、個々の窓係数に比例した信号レベルを生成するべく設計された物理的な面積（area）を有するように形成されている。この図２の実施例においては、光検出器の高さ３０２が固定されており、所望の物理的な面積を生成するべく、それぞれの光検出器の幅を調節している。本発明による別の実施例においては、光検出器の幅が固定されており、１つ以上の光検出器の高さを調節している。本発明による更に別の実施例においては、１つ以上の光検出器の高さと幅の両方を特定の窓関数に従って調節している。そして、最後に、本発明による別の実施例においては、検出器のいくつか又はすべての高さがその他のものと異なるか、検出器のいくつかの又はすべての幅がその他のものと異なるか、或いは、検出器のいくつか又はすべての高さと幅の両方をその他のものとは独立して調節するべく、１つ以上の光検出器の物理的な面積をその他の検出器とは独立して調節している。
【００１２】
光検出器３０６の幅３０４は、a(x1)Wによって決定され、ここで、a(x1)は窓係数を表しており、Wは固定ベースライン幅を表している。幅３０４に窓係数a(x1)を乗算することにより、光検出器３０６が点x1において空間窓関数を生成するように、光検出器３０６の物理的な面積を調節している（図２を参照されたい）。光検出器３１０の幅３０８は、a(x2)Wによって定義されており、ここで、a(x2)は、a(x1)とは異なる窓係数を表している。値a(x2)Wは、検出器３１０が点x2において空間窓関数を生成するように、光検出器３１０の物理的な面積を決定している。
【００１３】
光検出器３１４の幅３１２は、a(x3)Wによって決定され、ここで、a(x3)は、別の窓係数を表している。この場合にも、窓係数a(x3)は、点x3において空間窓関数を生成する光検出器３１４の面積を生成する。同様に、光検出器３１８、３２２、３２６、３３０、３３４の幅３１６、３２０、３２４、３２８、３３２は、それぞれ、式a(x4)W、a(x5)W、a(x6)W、a(x7)W、a(x8)Wによって決定される。窓係数a(x4)、a(x5)、a(x6)、a(x7)、a(x8)は、いずれも、それぞれ、点x4〜x8における空間窓関数を生成する物理的な面積を生成する。従って、光検出器３０６、３１０、３１４、３１８、３２２、３２６、３３０、３３４の物理的な面積を変化させることにより、これらの検出器は窓関数２００を集合的に生成している。
【００１４】
光検出器３０６、３１０、３１４、３１８、３２２、３２６、３３０、３３４間における距離３３６、３３８、３４０、３４２、３４４、３４６、３４８は、図２の実施例においては、それぞれ同一である。本発明によるその他の実施例においては、距離３３６、３３８、３４０、３４２、３４４、３４６、３４８のいくつか又はすべては、等しくはない。従って、空間フィルタからの所望の空間応答を生成するべく設計された特定の窓関数により、光検出器３０６、３１０、３１４、３１８、３２２、３２６、３３０、３３４の物理的な面積、又は距離３３６、３３８、３４０、３４２、３４４、３４６、３４８、又はこれらの両方を決定可能である。尚、この検出器３０６、３１０、３１４、３１８、３２２、３２６、３３０、３３４の面積と、距離３３６、３３８、３４０、３４２、３４４、３４６、３４８は、例えば、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor、相補型金属酸化膜半導体）製造法を使用して形成する。
【００１５】
図３を参照すれば、ウィンドウイングを適用しない空間フィルタの周波数応答曲線のグラフと、本発明による実施例におけるウィンドウイングを適用する空間フィルタの周波数応答曲線のグラフが示されている。周波数応答曲線４００は、空間ウィンドウイングを適用しないで生成されている。周波数応答曲線４０２は、ハミング窓関数に比例する光検出器の面積を備える空間フィルタによって生成されている。この図３に示されているように、周波数応答曲線４０２は、曲線４００と比べて、メインローブが広く、サイドローブ４０４が抑圧されている。周波数応答曲線４０２のサイドローブの縮小により、雑音が抑圧され、Ｉ及びＱチャネルにおける正弦波成分の検出が容易になる。
【００１６】
図２に示されている一連の光検出器によって設計された空間フィルタは、フィルタの中央において、最大の物理的な検出器面積を備えている（検出器３１８、３２２）。そして、隣接する検出器３１４、３２６、３１０、３３０、３０６、３３４の幅は、検出器が中央から離れるに伴って小さくなっており、この結果、フィルタの周波数応答がテーパー状に減少している。尚、本発明による別の実施例においては、この減少を図２のものとは別の方式でテーパー化可能である。又、最大検出器面積も、空間フィルタ内の任意の場所に配置された任意の数の検出器を含むことができる。
【００１７】
従って、本発明によるその他の実施例においては、１つ以上の光検出器の物理的な面積を様々なタイプの窓関数に従って決定可能である。空間フィルタを設計する際には、空間フィルタの空間応答の所望の形状は、窓関数の選択によって決定されることになる。本発明によるその他の実施例においては、例えば、ブラックマン、ハニング、及びユーザー定義による窓関数などの窓関数を使用することができる。
【００１８】
図４を参照すれば、本発明による実施例における第１の空間フィルタ構造のブロックダイアグラムが示されている。この空間フィルタ５００は、検出器ブロック５０２とブロッキングパターン５０４を含んでいる。検出器ブロック５０２は、この図４の実施例においては、４つの光検出器を含んでいる。
【００１９】
ブロッキングパターン５０４は、検出器ブロック５０２内の１つ以上の光検出器の表面の一部又は全体に光が入射することを妨げるためのものである。表面のすべて又は一部をブロックすることにより、光検出器によって生成される信号の量が減少する。このブロッキングパターンは、それぞれの光検出器によって生成される信号の量がその光検出器用の特定の窓係数に比例するように設計されている。この空間フィルタ５００の空間応答の形状は、検出器ブロック５０２とブロッキングパターン５０４の組み合わせによって生成される信号によって決定される。ブロッキングパターン５０４は、本発明による実施例における１つ以上の光検出器の表面の一部又は全体の上に製造された金属プレートを含んでいる。又、本発明によるその他の実施例においては、このブロッキングパターン５０４は、１つ以上の光検出器の表面の一部又は全体を覆う任意のタイプの不透明なマスクを含んでいる。
【００２０】
検出器ブロック５０２内のそれぞれの光検出器によって生成された信号は、信号ライン５０８を介して加算ブロック５０６に伝送される。この加算ブロック５０６は、個々の信号をグループ化し、ライン５１０，５１２上に、それぞれＩ及びＱ信号を生成する。尚、この図４について、４つの光検出器と、Ｉ及びＱチャネルの１つの組を有するものとして説明しているが、本発明によるその他の実施例は、所望の数のＩ及びＱチャネルを生成する任意の数の光検出器を含むことができる。
【００２１】
図５は、本発明による実施例における第２の空間フィルタ構造を示す図である。空間フィルタ６００は、光検出器６０２、６０４、６０６、６０８と、図１と同様の加算回路１１４、１１６を含んでいる。光検出器６０２、６０４、６０６、６０８は、光を検出する同一の物理的な面積を備えることも可能であり、又は、互いに独立してサイズ設定された面積を備えることも可能である。そして、それぞれの光検出器６０２、６０４、６０６、６０８の物理的な形状は、正方形、矩形、及び楕円を含む（但し、これらに限定されるものではない）任意の所望の形状をとることができる。
【００２２】
光検出器６０２、６０４、６０６、６０８によって生成されるそれぞれの信号には、それぞれアナログ乗算回路６１０、６１２、６１４、６１６を介して、特定の窓係数が乗算される。次いで、これらのウィンドウイングされた信号が、加算回路１１４、１１６によってグループ化及び加算され、ライン６１８、６２０上にＩ及びＱチャネルがそれぞれ生成されることになる。尚、この乗算回路６１０、６１２、６１４、６１６と関連している窓係数の値は、空間フィルタ６００の空間応答の所望の形状と、その空間応答を成形するのに使用される窓関数のタイプによって左右される。
【００２３】
図６は、本発明による実施例における第３の空間フィルタ構造を示す図である。この空間フィルタ７００は、光検出器７０２、７０４、７０６、７０８と図１と同様の加算回路１１４、１１６を含んでいる。光検出器７０２、７０４、７０６、７０８は、光を検出する同一の物理的な面積を備えることも可能であり、或いは、互いに独立してサイズ設定された面積を備えることも可能である。そして、それぞれの光検出器７０２、７０４、７０６、７０８の物理的な形状は、正方形、矩形、及び楕円を含む（但し、これらに限定されない）任意の所望の形状をとることができる。
【００２４】
これらの光検出器７０２、７０４、７０６、７０８によって生成されたそれぞれの信号は、アナログ／デジタルコンバータ７１０、７１２、７１４、７１６によって、それぞれデジタル信号に変換される。次いで、これらのデジタル信号に、デジタル乗算回路７１８、７２０、７２２、７２４により、特定の窓係数が乗算される。これらの乗算回路７１８、７２０、７２２、７２４と関連している窓係数の値は、空間フィルタ７００の空間応答の所望の形状と、その空間応答を成形するのに使用される窓関数のタイプによって左右される。そして、これらのウィンドウイングされた信号が、加算回路１１４、１１６によってグループ化及び加算されて、ライン７２６、７２８上に、Ｉ及びＱチャネルがそれぞれ生成されることになる。
【００２５】
図７は、図５及び図６の実施例に従って使用可能な第１のプログラム可能なウィンドウイングシステムのブロックダイアグラムである。このプログラム可能なウィンドウイングシステム８００は、光検出器ブロック８０２、乗算ブロック８０４、プログラミングブロック８０６、メモリ８０８、及び加算ブロック８１０を含んでいる。尚、この光検出器ブロック８０２、乗算ブロック８０４、プログラミングブロック８０６、メモリ８０８、及び加算ブロック８１０は、本発明による一実施例においては、一体で製造されているが、本発明によるその他の実施例においては、これらのブロックの中の１つ以上のものを別個に（又は、個別のコンポーネントとして）製造することができる。
【００２６】
検出器ブロック８０２内のそれぞれの光検出器によって生成される個々の信号は、ライン８１２を介して、乗算ブロック８０４に伝送される。乗算ブロック８０４は、これらの信号の中の１つ以上のものに個々の窓係数を乗算する。尚、これらの信号は、窓係数を適用する前に、デジタル信号に変換可能である。
【００２７】
これらの窓係数は、プログラミングブロック８０６によって乗算ブロック８０４に入力する。本発明による一実施例においては、信号ライン８１４を介して、１つ以上の窓係数をプログラミングブロック８０６に入力する。本発明による別の実施例においては、窓係数は、メモリ８０８内に保存されている。プログラミングブロック８０６は、メモリ８０８から、窓係数の中の１つ以上のものを読み出して、乗算ブロック８０４をプログラムする。信号ライン８１４及びメモリ８０８により、ウィンドウイングシステム８００の動作の際に、乗算ブロック８０４内の窓係数をプログラムすると共に、異なる値によって再プログラムすることが可能である。
【００２８】
次いで、これらのウィンドウイングされた信号が、ライン８１６を介して、加算ブロック８１０に入力される。そして、加算ブロック８１０は、ライン８１８、８２０上に、Ｉ及びＱチャネルを生成するベく、これらの信号をグループ化及び加算する。尚、図５及び図６の実施例と同様に、これらの窓係数の値は、空間応答の所望の形状と、その空間応答を成形するのに使用される窓関数のタイプによって左右される。
【００２９】
尚、図５〜図７においては、４つの光検出器を使用してＩ及びＱチャネルの１つの組を生成しているが、本発明による実施例は、この構成に限定されるものではない。１つ以上の空間フィルタは、所望の数のＩ及びＱチャネルを生成する任意の数の光検出器を含むことができる。
【００３０】
図８を参照すれば、本発明による実施例における第２のプログラム可能なウィンドウイングシステムのブロックダイアグラムが示されている。このプログラム可能なウィンドウイングシステム９００は、個々の（discrete）光検出器９０２、９０４、９０６、９０８のアレイと、個々の光検出器９１０、９１２、９１４、９１６の第２のアレイと、個々の光検出器９１８、９２０、９２２、９２４の第３のアレイと、個々の光検出器９２６、９２８、９３０、９３２の第４のアレイを含んでいる。そして、これらの４つの光検出器アレイは、ライン９６２上にＩチャネルを、そして、ライン９６４にＱチャネルを生成する空間フィルタを形成している。
【００３１】
スイッチのアレイ９３４が、光検出器９０２、９０４、９０６、９０８に接続されており、一連のスイッチ９３６が、光検出器９１０、９１２、９１４、９１６に接続されている。同様に、スイッチのアレイ９３８、９４０が、光検出器９１８、９２０、９２２、９２４と、光検出器９２６、９２８、９３０、９３２に、それぞれ接続されている。そして、コントローラ９４２が、個々の光検出器９０２〜９３２に接続されたそれぞれのスイッチの位置を制御する制御信号９４４を出力する。尚、この図８には、４つの制御信号９４４しか示されていないが、コントローラ９４２は、本発明による実施例における個々の光検出器に接続されているそれぞれのスイッチに制御信号を生成し伝送する能力を有している。
【００３２】
特定のスイッチを開閉することにより、信号９４６、９４８、９５０、９５２を生成するのに使用する個々の光検出器の数をプログラムすると共に、空間フィルタの動作の際に、変更することが可能である。この図８の実施例においては、個々の光検出器９０４、９０６に接続されたスイッチアレイ９３４内のスイッチは、閉じられている。従って、個々の光検出器９０４、９０６は、信号９４６を生成する「有効」な光検出器９５４を生成している。一方、スイッチアレイ９３６、９３８内のスイッチは、すべて閉じられており、この結果、個々の光検出器９１０、９１２、９１４、９１６と個々の光検出器９１８、９２０、９２２、９２４は、「有効」な光検出器９５６、９５８をそれぞれ形成することが可能になっている。この結果、これらの有効な光検出器９５６、９５８によって、信号９４８、９５０がそれぞれ生成される。そして、最後に、信号９５２が、個々の光検出器９３０、９３２によって構築されている「有効」な光検出器９６０によって生成される。尚、それぞれの有効な光検出器を生成するのに使用される個々の光検出器の数は、特定の窓関数によって決定され、この場合に、それぞれの有効な光検出器によって生成される信号の量は、特定の窓係数に比例している。
【００３３】
信号９４６、９５０が、加算ブロック１１４に入力され、ライン９６２上にＩチャネルが生成され、信号９４８、９５２が、加算ブロック１１６に入力され、ライン９６４上にＱチャネルが生成される。従って、空間フィルタの空間応答は、有効な光検出器９５４、９５６、９５８、９６０を生成するのに使用される個々の光検出器の特定の組み合わせによって生成される信号によって成形されている。
【００３４】
尚、この図８は、それぞれのアレイ内において、４つの個々の光検出器を描いているが、本発明によるその他の実施例は、１つのアレイ内に任意の数の個々の光検出器を含むことができる。又、それぞれの個々の光検出器９０２〜９３２は、光を検出する同一の物理的な面積を備えることも可能であり、或いは、それぞれに独立してサイズ設定された面積を備えることも可能である。そして、空間フィルタ内に含まれているそれぞれの個々の光検出器の物理的な形状も、正方形、矩形、及び楕円を含む（但し、これらに限定されない）所望の形状を取ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】従来技術によるウィンドウイングシステムを示す図である。
【図２】本発明による実施例における窓関数のグラフと、この窓関数に対応した一連の検出器を示す図である。
【図３】ウィンドウイングを適用しない空間フィルタの空間応答のグラフと、本発明による実施例におけるウィンドウイングを適用した空間フィルタの空間応答のグラフである。
【図４】本発明による実施例における第１の空間フィルタ構造のブロックダイアグラムである。
【図５】本発明による実施例における第２の空間フィルタ構造を示す図である。
【図６】本発明による実施例における第３の空間フィルタ構造を示す図である。
【図７】図５及び図６の実施例による第１のプログラム可能なウィンドウイングシステムのブロックダイアグラムである。
【図８】本発明による実施例における第２のプログラム可能なウィンドウイングシステムのブロックダイアグラムである。
【符号の説明】
【００３６】
３００  複数の光検出器
３０６、３１０、３１４、３１８  光検出器
３３６、３３８  距離
５０４  光ブロック手段
９０２、９０４、９０６、９０８  光検出器
９５４、９５６、９５８、９６０  有効な光検出器
【図１】
2006155609.tif 000003
【図２】
2006155609.tif 000004
【図３】
2006155609.tif 000005
【図４】
2006155609.tif 000006
【図５】
2006155609.tif 000007
【図６】
2006155609.tif 000008
【図７】
2006155609.tif 000009
【図８】
2006155609.tif 000010