(57)【要約】      （修正有）【課題】ある原信号に成分として含まれる周波数が異なる複数の信号成分の中の２つの信号成分について相対位相および振幅を検出する処理を、前記信号成分の組み合わせを変えて繰り返して行い（シリアル処理し）、または並列に行う（パラレス処理する）。【解決手段】参照信号生成部と、ビート信号生成抽出部と、ビート信号乗算部と、相対位相検出部と、振幅演算部とを備え、相対位相検出部により求めた各原信号成分の相対位相と、前記振幅演算処理により求めた前記各原信号成分の振幅とを順次記憶し、これら記憶した相対位相と振幅から、前記原信号に含まれる情報を読み出す。【選択図】図１
2011215438.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ある原信号に成分として含まれる複数の原信号成分について相対位相と振幅をそれぞれ検出し、これらの前記相対位相および前記振幅から前記原信号に含まれる情報を読み出す情報読み出し装置であって、
前記複数の原信号成分のそれぞれに対して一定の周波数差（原信号成分の周波数のうち最小周波数間隔の１／２よりも小さい周波数差）を有する複数の参照信号のうちの２つの参照信号を、ある生成処理における「２つの参照信号」の少なくとも一方が他の生成処理における「２つの参照信号」の一方と同じになるように当該乗算処理を行う参照信号生成部、
前記２つの照信号成分のうち一方と前記原信号成分とのビート信号および前記２つの照信号成分のうち他方と前記原信号成分とのビート信号を同時に生成し、これらのビート信号を抽出するビート信号生成抽出部、
前記ビート信号生成抽出部により生成抽出した２つのビート信号を乗算するビート信号乗算部、
前記ビート信号乗算部により生成した乗算信号から、当該乗算にかかる２つのビート信号の基になる前記原信号成分の相対位相をそれぞれ求める相対位相検出部、
前記各原信号成分の振幅を求める振幅演算部、および、
前記相対位相検出部により求めた前記各原信号成分の相対位相と、前記振幅演算処理により求めた前記各原信号成分の振幅とを順次記憶し、これら記憶した相対位相と振幅から、前記原信号に含まれる情報を読み出す情報抽出部、
を備えたことを特徴とする情報読み出し装置。
【請求項２】
前記原信号が広帯域光または離散スペクトル光であり、前記参照信号が離散スペクトル光であることを特徴とする請求項１に記載の情報読み出し装置。
なお、本発明の情報読み出し装置では、原信号および参照信号を、電気信号，音響信号等、他の信号とすることもできる。
【請求項３】
前記相対位相検出部が、０〜π〔ｒａｄ〕の間の相対位相およびπ〜２π〔ｒａｄ〕の間の相対位相を「みかけ上の相対位相」として検出したときに、これら２つの「みかけ上の相対位相」の一方を「真の相対位相」として特定する請求項１または２に記載の情報読み出し装置であって、
前記参照信号が伝播する信号路の信号路長、前記原信号が伝播する信号路の信号路長の少なくとも１つを変化させる信号路長変調部を備え、
前記検出部は、前記信号路長変調部により前記信号路長を変化させたときに、前記２つの「みかけ上の相対位相」のうち、当該変化に対応して正しい向きに変化する相対位相を「真の相対位相」として特定することを特徴とする情報読み出し装置。
【請求項４】
ある原信号に成分として含まれる複数の原信号成分について相対位相と振幅をそれぞれ検出し、これらの前記相対位相および前記振幅から前記原信号に含まれる情報を読み出す情報読み出し装置であって、
前記複数の原信号成分のそれぞれに対して一定の周波数差（原信号成分の周波数のうち最小周波数間隔の１／２よりも小さい周波数差）を有する複数の参照信号を、２つ以上を組にして繰り返して生成し、または全てを同時に生成する参照信号生成部、
前記各参照信号と前記原信号成分とのビート信号を、順次または同時に生成して抽出するビート信号生成抽出部、
前記ビート信号生成抽出部により生成抽出したビート信号のうち２つのビート信号を乗算する乗算器を有し、ある乗算処理における「２つのビート信号」の少なくとも一方が他の乗算処理における「２つのビート信号」の一方と同じになるように当該乗算処理を行うビート信号乗算部、
前記ビート信号乗算部により生成した乗算信号から、当該乗算にかかる２つのビート信号の基になる前記原信号成分の相対位相をそれぞれ求める相対位相検出部、
前記各原信号成分の振幅を求める振幅演算部、および、
前記相対位相検出部により求めた前記各原信号成分の相対位相と、前記振幅演算処理により求めた前記各原信号成分の振幅とから、前記原信号に含まれる情報を読み出す情報抽出部、
を備えたことを特徴とする情報読み出し装置。
【請求項５】
前記原信号が広帯域光または離散スペクトル光であり、前記参照信号が離散スペクトル光であることを特徴とする請求項４に記載の情報読み出し装置。
【請求項６】
前記位相検出部が、０〜π〔ｒａｄ〕の間の相対位相およびπ〜２π〔ｒａｄ〕の間の相対位相を「みかけ上の相対位相」として検出したときに、これら２つの「みかけ上の相対位相」の一方を「真の相対位相」として特定する請求項４または５に記載の情報読み出し装置であって、
前記参照信号が伝播する信号路の信号路長、前記原信号成分が伝播する信号路の信号路長の少なくとも１つを変化させる信号路長変調部を備え、
前記位相検出部は、前記信号路長変調部により前記信号路長を変化させたときに、前記２つの「みかけ上の相対位相」のうち、当該変化に対応して正しい向きに変化する相対位相を「真の相対位相」として特定することを特徴とする情報読み出し装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、データが、複数の信号成分の位相および振幅に載せられて伝送される情報伝送システムに適用される情報読み出し装置に関し、具体的には、ある原信号に成分として含まれる周波数が異なる複数の信号成分の中の２つの信号成分について相対位相および振幅を検出する処理を、前記信号成分の組み合わせを変えて繰り返して行い（シリアル処理し）、または並列に行う（パラレス処理する）ことで、前記原信号に含まれる情報を読み出す情報読み出し装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、たとえば光通信の分野では光ヘテロダイン技術が知られている。光ヘテロダイン技術では、周波数がわずかに異なる２つの光を干渉させ、ビート光をフォトダイオードにより電気信号に変換し、この電気信号から必要な情報を読み出す。
【０００３】
たとえば、原信号Ｓsの各原信号成分ｓa1，ｓa2，・・・，ｓaNの位相と振幅に情報を与えておき、成分ｓr1，ｓr2，・・・，ｓrNからなる参照信号Ｓrとを合波すると、原信号成分ｓskと参照信号ｓrk（ｋ＝１，・・・，Ｎ）ビート信号にもその情報が現れる。ただし、ｓskとｓrkとは近接するように選ばれる。
【０００４】
原信号成分ｓskの電界成分をＥsk、参照信号ｓrkの電界をＥrkとすると、これらは次のように表される。
Ｅsk＝ａskｅｘｐ｛ｊ（ωskｔ＋φsk）｝      （Ａ１）
Ｅrk＝ａrkｅｘｐ｛ｊ（ωrkｔ＋φrk）｝      （Ａ２）
ここで、ａsk，ａrkはｓsk，ｓrkの振幅、ωsk，ωrkはｓsk，ｓrkの周波数、φsk，φrkはｓs，ｓrの位相を表している。
【０００５】
フォトダイオードにより検出される光強度は｜Ｅsk＋Ｅrk｜2の時間平均であり、次のように表される。
（ａsk2＋ａrk2）＋２ａskａrkｃｏｓ〔（ωsk＋ωrk）ｔ＋（φsk−φrk）〕    （Ａ３）
（Ａ３）式の第１項は直流成分であり、第２項が交流信号（光ビート信号）である。
【０００６】
したがって、光ビート信号の振幅ａskａrkを検出すればａrkが信号成分の振幅ａskを知ることができる。また、光ビート信号の相対位相（φsk−φrk）を検出すればφrkが既知であれば位相φskを知ることができるし、φrkが未知であったとしても相対位相（φsk−φrk）を知ることができる。
これにより、原信号Ｓsの各原信号成分ｓa1，ｓa2，・・・，ｓaNの位相と振幅に含まれている情報を取り出すことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−２９３２４７
【特許文献２】特開２００１−２２７９１１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、近年、光データ通信技術で通信速度の高速化が進んでおり、たとえば、光周波数コムを用いた通信技術が種々提案されている（特許文献１，２参照）。従来技術では、電気回路の処理速度の制約により、１チャンネルで伝送できる情報量は単位時間（秒）あたり１００ギガビットが限界である。
すなわち、送信側で光データをテラビットオーダで送信しても、受信側での電気回路による位相検出の処理速度が、受信するデータ速度に追いつかない。このため、テラビットオーダで、伝送された信号から位相を検出することが実質できない（すなわち、光データ通信を実現することができない）。
【０００９】
本発明の目的は、データが複数の信号成分の位相および振幅に載せられて伝送される情報伝送システムに適用される情報読み出し装置において、データが複数の信号成分の位相および振幅に載せられて伝送される情報を高速で復元等することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の情報読み出し装置の第１態様は（１）から（３）を要旨とする。
（１）  ある原信号に成分として含まれる複数の原信号成分について相対位相と振幅をそれぞれ検出し、これらの前記相対位相および前記振幅から前記原信号に含まれる情報を読み出す情報読み出し装置であって、
前記複数の原信号成分のそれぞれに対して一定の周波数差（原信号成分の周波数のうち最小周波数間隔の１／２よりも小さい周波数差）を有する複数の参照信号のうちの２つの参照信号を、ある生成処理における「２つの参照信号」の少なくとも一方が他の生成処理における「２つの参照信号」の一方と同じになるように当該乗算処理を行う参照信号生成部、
前記２つの照信号成分のうち一方と前記原信号成分とのビート信号および前記２つの照信号成分のうち他方と前記原信号成分とのビート信号を同時に生成し、これらのビート信号を抽出するビート信号生成抽出部、
前記ビート信号生成抽出部により生成抽出した２つのビート信号を乗算するビート信号乗算部、
前記ビート信号乗算部により生成した乗算信号から、当該乗算にかかる２つのビート信号の基になる前記原信号成分の相対位相をそれぞれ求める相対位相検出部、
前記各原信号成分の振幅を求める振幅演算部、および、
前記相対位相検出部により求めた前記各原信号成分の相対位相と、前記振幅演算処理により求めた前記各原信号成分の振幅とを順次記憶し、これら記憶した相対位相と振幅から、前記原信号に含まれる情報を読み出す情報抽出部、
を備えたことを特徴とする情報読み出し装置。
【００１１】
（２）  前記原信号が広帯域光または離散スペクトル光であり、前記参照信号が離散スペクトル光であることを特徴とする（１）に記載の情報読み出し装置。
なお、本発明の情報読み出し装置では、原信号および参照信号を、電気信号，音響信号等、他の信号とすることもできる。
【００１２】
（３）
前記相対位相検出部が、０〜π〔ｒａｄ〕の間の相対位相およびπ〜２π〔ｒａｄ〕の間の相対位相を「みかけ上の相対位相」として検出したときに、これら２つの「みかけ上の相対位相」の一方を「真の相対位相」として特定する（１）または（２）に記載の情報読み出し装置であって、
前記参照信号が伝播する信号路の信号路長、前記原信号が伝播する信号路の信号路長の少なくとも１つを変化させる信号路長変調部を備え、
前記検出部は、前記信号路長変調部により前記信号路長を変化させたときに、前記２つの「みかけ上の相対位相」のうち、当該変化に対応して正しい向きに変化する相対位相を「真の相対位相」として特定することを特徴とする情報読み出し装置。
【００１３】
本発明の情報読み出し装置の第２態様は（３）から（６）を要旨とする。
（４）  ある原信号に成分として含まれる複数の原信号成分について相対位相と振幅をそれぞれ検出し、これらの前記相対位相および前記振幅から前記原信号に含まれる情報を読み出す情報読み出し装置であって、
前記複数の原信号成分のそれぞれに対して一定の周波数差（原信号成分の周波数のうち最小周波数間隔の１／２よりも小さい周波数差）を有する複数の参照信号を、２つ以上を組にして繰り返して生成し、または全てを同時に生成する参照信号生成部、
前記各参照信号と前記原信号成分とのビート信号を、順次または同時に生成して抽出するビート信号生成抽出部、
前記ビート信号生成抽出部により生成抽出したビート信号のうち２つのビート信号を乗算する乗算器を有し、ある乗算処理における「２つのビート信号」の少なくとも一方が他の乗算処理における「２つのビート信号」の一方と同じになるように当該乗算処理を行うビート信号乗算部、
前記ビート信号乗算部により生成した乗算信号から、当該乗算にかかる２つのビート信号の基になる前記原信号成分の相対位相をそれぞれ求める相対位相検出部、
前記各原信号成分の振幅を求める振幅演算部、および、
前記相対位相検出部により求めた前記各原信号成分の相対位相と、前記振幅演算処理により求めた前記各原信号成分の振幅とから、前記原信号に含まれる情報を読み出す情報抽出部、
を備えたことを特徴とする情報読み出し装置。
【００１４】
（５）  前記原信号が広帯域光または離散スペクトル光であり、前記参照信号が離散スペクトル光であることを特徴とする（４）に記載の情報読み出し装置。
【００１５】
（６）  前記位相検出部が、０〜π〔ｒａｄ〕の間の相対位相およびπ〜２π〔ｒａｄ〕の間の相対位相を「みかけ上の相対位相」として検出したときに、これら２つの「みかけ上の相対位相」の一方を「真の相対位相」として特定する（４）または（５）に記載の情報読み出し装置であって、
前記参照信号が伝播する信号路の信号路長、前記原信号成分が伝播する信号路の信号路長の少なくとも１つを変化させる信号路長変調部を備え、
前記位相検出部は、前記信号路長変調部により前記信号路長を変化させたときに、前記２つの「みかけ上の相対位相」のうち、当該変化に対応して正しい向きに変化する相対位相を「真の相対位相」として特定することを特徴とする情報読み出し装置。
【発明の効果】
【００１６】
データが複数の信号成分の位相および振幅に載せられて伝送される情報を高速で復元等することができる。すなわち、従来、高速信号の情報を読み出す場合には信号の複雑な変動を逐次計測する必要があったが、本発明ではその必要がなくなった。すなわち、原信号について、一定時間内の周波数軸上の位相スペクトルおよび振幅スペクトルを計測すればよく、したがって、情報読み出し装置の検出デバイスの遮断周波数を越えた高速信号の情報を読み取ることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１態様の情報読み出し装置の実施形態を示す図である。
【図２】（Ａ）は図１のビート信号生成抽出部およびビート信号乗算部の詳細説明図、（Ｂ）は図１の振幅検出部の詳細説明図である。
【図３】図１の情報読み出し装置における相対位相検出部の作用を示すフローチャートである。
【図４】図１の情報読み出し装置における、原信号と原信号成分と参照信号との関係を示す図である。
【図５】正規化直流成分と相対位相との関係を示す図である。
【図６】（Ａ）はビート信号生成抽出部の直前に信号路長変調部を設けた例を示す図、（Ｂ）は参照信号生成部の直後に信号路長変調部を設けた例を示す図である。
【図７】信号路長を変化させることにより、２つの「みかけ上の相対位相」から「真の相対位相」を特定するときの説明図であり、（Ａ）は参照信号の信号路長が増加したときの様子を示す図、（Ｂ）は参照信号の信号路長が減少したときの様子を示す図である。
【図８】ＡＷＧを複数用いた本発明の第１態様の情報読み出し装置の他の実施形態を示す図である。
【図９】図８の情報読み出し装置の詳細な図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の第１態様の情報読み出し装置の実施形態を、原信号が広帯域光（白色光等）であり参照信号が離散スペクトル光である場合を例に説明する。なお、本明細書では、角周波数ωを単に「周波数」と言う。
図１において、情報読み出し装置１Ａは、原信号ＳAに周波数成分として含まれる信号（原信号成分）ｓA1，ｓA2，・・・，ｓAk，・・・，ｓANの中の２つ（ｓAm，ｓAn）について相対位相および振幅を検出する処理を行う。本実施形態では、情報読み出し装置１Ａは、原信号成分ｓA1，ｓA2，・・・，ｓAk，・・・，ｓANの組み合わせを変えて繰り返して行う（図１ではシリアル処理する）ことで、原信号ＳAに含まれる情報を読み出すことができる。
図１では原信号ＳAは、広帯域光である。また、原信号成分ｓA1，ｓA2，・・・，ｓAk，・・・，ｓANは、周波数空間で区別される信号であり、周波数間隔がΩDの信号群である。具体的には、原信号成分ｓAkの周波数をωAkとしたときに、ΩD＝ωA(k+1)−ωAk（ｋ＝１，２，・・・，Ｎ−１）である。
【００１９】
情報読み出し装置１Ａは、参照信号生成部１１と、ビート信号生成抽出部１２と、ビート信号乗算部１３と、相対位相検出部１４と、振幅検出部１５と、情報抽出部１６と、ＬＵＴ１７とからなる。
本実施形態では原信号ＳAが、複数回繰り返し通信線ＰＰに与えられており、情報読み出し装置１Ａは同一の原信号ＳAを複数回受信することができるものとする。
【００２０】
参照信号生成部１１は、コム光発生原であり、複数の原信号成分ｓA1，ｓA2，・・・，ｓAk，・・・，ｓANのそれぞれに対して一定の周波数差Δω（原信号成分の周波数のうち最小周波数間隔の１／２よりも小さい周波数差）を有する複数の参照信号ｓB1，ｓB2，・・・，ｓBk，・・・，ｓBNのうちの２つの参照信号を、ある生成処理における「２つの参照信号」の少なくとも一方が他の生成処理における「２つの参照信号」の一方と同じになるように当該乗算処理を行う。なお、原信号成分ｓA1，ｓA2，・・・，ｓAk，・・・，ｓANの周波数、ωA1，ωA2，・・・，ｓANは、予め、通信規格等により分っているものとする。
たとえば、ある参照信号の生成処理における「２つの参照信号」がｓBv，ｓBwである場合、他の参照信号の生成処理においては「２つの参照信号」がｓBv，ｓBxまたはｓBv，ｓBxとして参照信号が生成される。
【００２１】
本実施形態では、参照信号ｓBm，ｓBnの周波数は２つの原信号成分ｓAm，ｓAnの周波数と一致しないが周波数間隔が前記各原信号成分の周波数間隔と同一（ΩD）であり、参照信号生成部１１は、原信号成分ｓAm，ｓAnとの周波数差がΔωの参照信号ｓBm，ｓBnを、原信号成分ｓAm，ｓAnの組み合わせに対応して順次生成することができる。なお、本実施形態では、原信号成分ｓAxの周波数をωAx、参照信号ｓBxの周波数をωBxとしたときに、ωAx−ωBx＝Δωする。
【００２２】
情報読み出し装置１Ａは、原信号成分ｓA1，ｓA2，・・・，ｓAk，・・・，ｓANに情報が書き込まれていることが予め通信規格上からわかっているものとする。このとき、参照信号生成部１１が生成する参照信号は、（ｓB1とｓB2），（ｓB2とｓB3），・・・，（ｓBkとｓB(k+1)），・・・，（ｓB(N-1)とｓBN）である。すなわち、参照信号ｓBm，ｓBnおよび原信号成分ｓAm，ｓAnには、それぞれｍ＝１，２，・・・，Ｎ、ｎ＝ｍ＋１の関係があり、参照信号ｓBm，ｓBnの周波数が隣り合っている（周波数間隔ΩD）。
【００２３】
ビート信号生成抽出部１２は、２つの照信号成分のうち一方ｓBmと原信号成分ｓAmとのビート信号Ｂmおよび２つの照信号成分のうち他方ｓBnと原信号成分ｓAnとのビート信号を同時に生成し、これらのビート信号を抽出する。
ビート信号乗算部１３は、ビート信号生成抽出部１２により生成抽出した２つのビート信号ＢmとＢnとを乗算する。
そして、相対位相検出部１４は、ビート信号乗算部１３により生成した乗算信号ＭＰＬmnから、当該乗算にかかる２つのビート信号ＢmとＢnの基になる原信号成分ｓAm，ｓAnの相対位相をそれぞれ求める。なお、相対位相検出部１４は、後述するように、「みかけ上の相対位相」が２つ検出するが、信号路長変調部１８を用いてその一方を「真の相対位相」として特定することができる。
【００２４】
振幅検出部１５は、原信号成分ｓAm，ｓAnの振幅を求める。この振幅を求める技術は当業者には周知であり、たとえば、原信号ＳAを取り込むとともに、参照信号生成部１１から参照信号ｓBm，ｓBnを取り込み、参照信号ｓBmと原信号成分ｓAmのビート信号Ｂm′からｓAmの振幅ａAmを検出し、参照信号ｓBnと原信号成分ｓAnのビート信号Ｂn′からｓAmの振幅ａAmを検出することができる。
【００２５】
情報抽出部１６は、相対位相検出部１４により検出した相対位相φAn−φAmおよび振幅検出部１５により検出した振幅ａAm，ａAnを順次記憶し、記憶した複数の相対位相および複数の振幅から原信号ＳAに含まれる情報ＩＮＦを読み出すことができる。
【００２６】
すなわち、ある原信号成分の位相をたとえば０〔ｒａｄ〕に定め、これに基づき他の信号成分の位相を確定することができる。よって、情報抽出部１６は、検出された位相と振幅から、原信号成分ｓAk（ｋ＝１，２，・・・，Ｎ）を、正規化信号成分として以下のように決定することができる。
【００２７】
ｓAk’＝ａAkｅｘｐ｛ｊ（ωAkｔ＋φAk’）｝          （Ｂ１）
（ｋ＝１，２，・・・，Ｎ）
ここで、φAkは、ある原信号成分の位相を（０〔ｒａｄ〕）に定めたときの位相であり、ｓAk’は正規化信号成分（原信号成分ｓAkがこの位相をもつときの信号）である。
【００２８】
これにより、原信号ＳAは、ΣｓAk’（ｋ＝１からＮまで）を計算することにより復元される。なお、原信号成分ｓAkの位相φAkと正規化信号成分ｓAk’の位相φAk’との差は、すべてのｋについて同じなので、ΣｓAk’は原信号ＳAと実質上同じである。
【００２９】
また、たとえば、原信号ＳAが４ビットのパケットである場合、情報ＩＮＦは１６種類の原信号ＳA（ｋ）（ｋ＝１，２，・・・・，１６）として伝送される。
この場合には情報抽出部１６は、検出した情報ＩＮＦを、相対位相と振幅とに関連付けて、ルックアップテーブル（ＬＵＴ１７）に格納しておくことができる。これにより、情報抽出部１６は原信号成分ｓAkの振幅ａAkと相対位相φAkとを知りさえすれば、ΣｓAk’を計算することなく情報ＩＮＦを知ることができる。
ところで、原信号成分ｓAxが不定である場合（参照信号ｓBxに対応する原信号成分ｓAxが極めて小さいか存在しないような場合）もある。この場合には、参照信号生成部１１は、次の回の検出において、参照信号ｓB(x-1)，ｓB(x+1)（周波数間隔２ΩD）を生成する。この場合には、相対位相検出部１４は、原信号成分ｓA(x-1)とｓA(x+1)との相対位相を求める。
【００３０】
また、振幅検出部１５は、相対位相検出部１４がｓA(x-1)とｓAxとの相対位相φAx−φA(x-1)を検出する前に、振幅ａAxを検出でき、振幅ａAxの値が実質上ゼロであるか否か（極めて小さいか否か）を判断するようにしてもよく、この場合には、一回の受信で参照信号をｓB(x-1)，ｓB(x+1)（周波数間隔２ΩD）として相対位相を検出することができる。
この場合、相対位相検出部１４にディレイ回路を設けておき（たとえば、ビート信号生成抽出部１２の適宜の部位（具体的には後述するＰＤ１２２の後段）に遅延回路を設けておき）、相対位相検出部１４による相対位相φAx−φA(x-1)の検出に先立って振幅検出部１５が原信号成分ｓAkの振幅ａAkを検出するようにもできる。
【００３１】
以下、情報読み出し装置１Ａの動作を、図２（Ａ）のビート信号生成抽出部１２およびビート信号乗算部１３の詳細説明図、図２（Ｂ）の振幅検出部１５の詳細説明図を参照して説明する。図３は相対位相検出部１４の作用を示すフローチャートであり、以下の説明では、適宜、処理ステップの符号を併記する。
【００３２】
図２（Ａ）において、ビート信号生成抽出部１２は、合波器１２１と、フォトダイオード１２２と、バンドパスフィルタ１２３とからなり、入力した原信号ＳAから、２つの原信号成分を順次抽出する。
本実施形態では、原信号成分ｓAm，ｓAnは以下のように表されるものとする。
ｓAm＝ａAmｅｘｐ｛ｊ（ωAmｔ−φAm）｝    （Ｂ２）
ｓAn＝ａAnｅｘｐ｛ｊ（ωAnｔ−φAn）｝    （Ｂ３）
ここで、ａAm，ａAnはｓAm，ｓAnの振幅、ωAm，ωAnはｓAm，ｓAnの周波数、φAm，φAnはｓAm，ｓAnの位相である。
φAn−φAmは未知である。なお、φAm，φAnの一方が既知であることもあるし、φAm，φAnの双方が未知であることもある。
【００３３】
参照信号生成部１１は、参照信号ｓBm，ｓBnを生成する（Ｓ１１０）。
参照信号ｓBm，ｓBnは以下のように表されるものとする。
ｓBm＝ａBmｅｘｐ｛ｊ（ωBmｔ−φBm）｝    （Ｂ４）
ｓBn＝ａBnｅｘｐ｛ｊ（ωBnｔ−φBn）｝    （Ｂ５）
ここで、ａBm，ａBnはｓBm，ｓBnの振幅、ωBm，ωBnはｓBm，ｓBnの周波数、φBm，φBnはｓBm，ｓBnの位相である。
【００３４】
参照信号ｓBm，ｓBnの、位相φBm，φBnは異なる値（φBm≠φBn）であってもよいし、同一の値φB（φB＝φBm＝φBn）であってもよい。本実施形態では、φB＝φBm＝φBnであるものとする。
【００３５】
原信号ＳAと、原信号成分ｓAm，ｓAnと、参照信号ｓBm，ｓBnとの関係を図４に示す。参照信号ｓBm，ｓBnの周波数間隔ΩDは、原信号成分ｓAm，ｓAnの周波数間隔と同一であり、参照信号ｓBmの周波数ωBmと参照信号ｓBnの周波数ωBnの中間値（ωBn−ωBm）／２が２つの原信号成分ｓAm，ｓAnの周波数の間（ωAmからωAnの間）に設定されている。
原信号成分ｓAmと参照信号ｓBmとは（あるいは、原信号成分ｓAnと参照信号ｓBnとは）、周波数差Δωをもっている。
Δω＝ωAm−ωBm＝ωAn−ωBn    （Ｂ６）
【００３６】
したがって、参照信号ｓBm，ｓBnは以下のように表される。
ｓBm＝ａBmｅｘｐ〔｛ｊ（ωAm−Δω）ｔ−φB｝〕    （Ｂ７）
ｓBn＝ａBnｅｘｐ〔｛ｊ（ωAn−Δω）ｔ−φB｝〕    （Ｂ８）
【００３７】
ビート信号生成抽出部１２は、原信号ＳAと参照信号ｓBm，ｓBnとから、周波数が低い原信号成分ｓAmと参照信号ｓBmとのビート信号Ｂm、および周波数が高い原信号成分ｓAnと参照信号ｓBnとのビート信号Ｂnを含むビート信号を生成し、バンドパスフィルタ（ＢＰ）１２３により、２つのビート信号Ｂm，Ｂnを抽出する。
【００３８】
合波器１２１は、２つの原信号成分ｓAm，ｓAnと２つの参照信号ｓBm，ｓBnとを合波し、合波信号ＣＰを生成する（Ｓ１２０）。そして、この合波信号ＣＰをＰＤ１２２により光電変換する（Ｓ１３０）。
【００３９】
ＰＤ１２２の出力には、原信号成分ｓAmと参照信号ｓBmとのビート信号と原信号成分ｓAnと参照信号ｓBnとのビート信号が含まれる。バンドパスフィルタ１２３は、これらのビート信号の中から、原信号成分ｓAmと参照信号ｓBmとのビート信号Ｂmおよび原信号成分ｓAnと参照信号ｓBnとのビート信号Ｂnを抽出する（Ｓ１４０）。
【００４０】
バンドパスフィルタ１２３の出力には、以下の項が含まれる。
２ａAmａBmｃｏｓ｛Δωｔ＋（φAm−φB）＋ｃｎｓｔ1｝］
＋２ａAnａBnｃｏｓ｛Δωｔ＋（φAn−φB）＋ｃｎｓｔ2｝］  （Ｂ９）
ここで、
ｃｎｓｔ1＝（２π／ｃ）×〔ωAmｎAＬA−ωBmｎBＬB〕
ｃｎｓｔ2＝（２π／ｃ）×〔ωAnｎAＬA−ωBnｎBＬB〕
ｃ：光速
ｎA：原信号成分の信号路の屈折率
ｎB：参照信号の信号路の屈折率
ＬA：原信号成分の信号路長
ＬB：参照信号の信号路長
【００４１】
（Ｂ９）式の第１項はビート信号Ｂmの要素であり、第１項はビート信号Ｂnの要素である。
バンドパスフィルタ１２３の出力は、ビート信号乗算部１２４に送られる。ビート信号乗算部１２４は、２図（Ｂ）に示すように、ＤＶ（デバイダ）１３１とＭＸ（ミキサ）１２２とからなる。ビート信号Ｂm，Ｂnは、ＤＶ１３１により２つのパスに分けられ、ＭＸ１３２により乗算され、乗算信号ＭＰＬmnが生成される（Ｓ１５０）。
【００４２】
乗算信号ＭＰＬmn、すなわちＭＸ１２５の出力は以下のように表される。
ＭＰＬmn＝（ａAm2ａBm2＋ａAn2ａBn2）／２
＋ａAmａAnａBnａBmｃｏｓ〔（φBn−φBm）
＋（ｃｎｓｔ2−ｃｎｓｔ1）＋Ｒ（Δωｔ）      （Ｂ１０）
【００４３】
なお、（Ｂ１０）のｃｎｓｔ2−ｃｎｓｔ1は、
ｃｎｓｔ2−ｃｎｓｔ1＝（２π／ｃ）
×〔（ωAnｎA−ωAmｎA）ＬA−（ωBnｎB−ωBmｎB）ＬB〕      （Ｂ１１）
で表される。
【００４４】
また、Ｒ（Δωｔ）は、ビート周波数と時間との積に依存する関数である。
相対位相検出部１４は、以下に述べるように、乗算信号ＭＰＬmnの直流成分を取り出し（Ｓ１６０）、この直流成分から検出系により定まる定数を取り除き、２つの原信号成分ｓAm，ｓAnの相対位相（φAn−φAm）を検出する（Ｓ１７０）。
乗算信号ＭＰＬmnの直流成分ＤＣは、（Ｂ１０）式から、次のように表される。
ＤＣ＝（ａAm2ａBm2＋ａAn2ａBn2）／２
＋ａAmａAnａBnａBmｃｏｓ〔（φAn−φAm）＋（ｃｎｓｔ2−ｃｎｓｔ1）〕      （Ｂ１１）
【００４５】
この式からコサイン部分のみを取り出し正規化すると、正規化直流成分ＤＣNMLは次のように表される。
ＤＣNML＝ｃｏｓ〔（φAn−φAm）＋（ｃｎｓｔ2−ｃｎｓｔ1）〕      （Ｂ１３）
この正規化直流成分ＤＣNMLから位相に依存しない要素（検出系により定まる定数（ｃｎｓｔ2−ｃｎｓｔ1））を除去することで２つの原信号成分ｓAm，ＳAnの相対位相（φAn−φAm）が求められる。
【００４６】
図５に、正規化直流成分ＤＣNMLと相対位相ΦA（＝（φAn−φAm）＋（ｃｎｓｔ2−ｃｎｓｔ1））との関係を示す。図５に示すように、相対位相検出部１４は、通常、あるＤＣNMLについて、みかけ上２つの相対位相ΦA（１），ΦA（２）を検出する。ΦA（１）は０〜π〔ｒａｄ〕の間にあり、ΦA（２）はπ〜２π〔ｒａｄ〕の間にある。
【００４７】
通常、参照波成分ｓrm，ｓrnの相対位相が０〜π〔ｒａｄ〕の間にあるのか、π〜２π〔ｒａｄ〕の間にあるのかがわからない。この場合には、図６（Ａ）に示すようにビート信号生成抽出部１２の直前に信号路長変調部１８を設けることができし、図６（Ｂ）に示すように参照信号生成部１１の直後に信号路長変調部１８を設けることができる。また、図示はしないが、参照信号生成部１１の内部に電気的な回路としての信号路長変調部を設けることもできる。図６（Ａ），（Ｂ）では、信号路長変調部１８に距離変調指示信号ＩＮＳＴ＿ＬＣが、相対位相検出部１４から送出される。
【００４８】
図５に示した２つの「みかけ上の相対位相」ΦA（１），Φr（２）のうちの一方を、信号路長変調部１８を用いて、「真の相対位相」として特定することができる。たとえば、参照信号の信号路長ＬBを微小距離長くしたとすると、（Ｂ１０）式のｃｎｓｔ2−ｃｎｓｔ1の値が小さくなり、参照信号の信号路長ＬBを微小距離短くすると、（Ｂ１０）式のｃｎｓｔ2−ｃｎｓｔ1の値が大きくなる。
【００４９】
また、原信号成分の信号路長ＬAを微小距離長くすると、（Ｂ１０）式のｃｎｓｔ2−ｃｎｓｔ1の値が大きくなり、逆に原信号成分の信号路長ＬAを微小距離短くすると、（Ｂ１２）式のｃｎｓｔ2−ｃｎｓｔ1の値が小さくなる。
【００５０】
たとえば、ＤＣNMLの値がγであり、みかけ上、ΦA（１），ΦA（２）の２つの相対位相が検出されたとする（図５参照）。
この場合に、参照信号の信号路長ＬBをＬa＋ΔＬ（ΔＬ＞０）に変化させたとすると、図７（Ａ）に示すように、参照信号の信号路長特性はＬB（実線）からＬB＋ΔＬ（破線）に変化する。このとき、ＤＣNMLがγ（１）に減少したとすれば、ΦA（１）が「真の相対位相」であると判定できるし、ＤＣNMLがγ（２）に増加したとすれば、ΦA（２）が「真の相対位相」であると判定できる。
【００５１】
また、参照信号の信号路長ＬBをＬB＋ΔＬ（ΔＬ＜０）に変化させたとする。この場合、図７（Ｂ）に示すように、信号路長特性はＬB（実線）からＬB＋ΔＬ（破線）に変化する。このとき、ＤＣNMLがγ（１）に減少したとすれば、ΦA（２）が「真の相対位相」であると判定できるし、ＤＣNMLがγ（２）に増加したとすれば、ΦA（１）が「真の相対位相」であると判定できる。
【００５２】
図８は、本発明の第１態様の他の実施形態を示す説明図である。本実施形態では、原信号がおよび参照信号がともに離散スペクトル光である。
すなわち、情報読み出し装置１Ａの処理対象である原信号ＳAは、白色光であり、原信号成分ｓA1，ｓA2，・・・，ｓAk，・・・，ｓAN、連続スペクトル成分であった。これに対して、情報読み出し装置１Ａの処理対象は、光周波数コム（離散スペクトル光）であり、原信号成分ｓA1，ｓA2，・・・，ｓAk，・・・，ｓANは、離散的スペクトル成分であるだけである。
したがって、本実施形態における情報読み出し装置１Ｂの基本的な動作は、図１から図７における情報読み出し装置１Ａについての説明が、概ねそのまま適用される。
ただし、情報読み出し装置１Ｂでは、情報の送信元が原因して、光周波数コムの原信号成分ｓA1，ｓA2，・・・，ｓAk，・・・，ｓANの位相に誤差が生じやすくなる。
そこで、情報読み出し装置１Ｂでは、図８に示すように、送信元から送出される基準信号（たとえば、「１０００００００」の情報を含む信号）により、相対位相の基準を校正することができる。
情報読み出し装置１Ａ，１Ｂ、相対位相検出部１４でプロセッサによる計算を要するが、ビート信号生成抽出部１２、ビート信号乗算部１３、相対位相検出部１４では、基本的には、演算・計算を要しない。したがって、相対位相の検出（すなわち、位相の検出）を高速で行うことができる。なお、振幅検出部１５での計算時間は、相対位相検出部１４における計算時間よりも圧倒的に短い。
よって、情報抽出部１６では高速に情報の読み出しを行うことができる。
【００５３】
本発明の情報読み出し装置の他の実施形態を、原信号および参照信号が光である場合を例に説明する。
【００５４】
信号線ＰＰには原信号ＳAが伝送されており、変調装置２がこの信号を取り込んで変調処理を行う。
位相・振幅測定器２１は、参照信号生成部２１１と位相測定部２１２と振幅測定部２１３と情報読出部２１４とからなる。
【００５５】
参照信号生成部２１１は、原信号ＳAの信号成分（周波数成分)ＳA1，ＳA2，・・・，ＳANの周波数φA1，φA2，・・・，φANに対して周波数がシフトした参照信号ＳB1，ＳB2，・・・，ＳBNを生成する。
【００５６】
位相測定部２１２は、図２（Ａ）に示すようにアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）２１２１と、ビート信号生成・抽出部２１２２と、ビート信号選択部２１２３と、ビート信号乗算部２１２４と、相対位相検出部２１２５とからなる。
【００５７】
ビート信号生成・抽出部２１２２は、ＡＷＧ２１２１のｋ番目の端子（ｋ＝１，２，・・・，Ｎ）から入力された原信号ＳAと参照信号ＳBkとの合波光をフォトダイオードＰＤkにより光電変換する。ＰＤkの出力には、参照信号ＳBkと原信号ＳAとの種々のビート信号が含まれる。バンドパスフィルタＢＰＦkはこのビート信号の中から、参照信号ＳBkと信号成分ＳAkとのビート信号Ｂk（Ｂ1，Ｂ2，Ｂ3，・・・）を取り出す。
【００５８】
ビート信号選択部２１２３は、Ｂ1，Ｂ2，Ｂ3，・・・の中から２つ（ビート信号ペアＢm，Ｂn）を同時に選択し、ビート信号乗算部２１２４の各ミキサＭＸがこれらを乗算する。
【００５９】
相対位相検出部２１２５は、各検出器Ｄ1，Ｄ2，Ｄ3，・・・，ＤNがビート信号乗算部２１２４の各ミキサから乗算信号を入力し、乗算されたビート信号ペアの作成のもとになった原信号ＳAの信号成分の相対位相をそれぞれ求める。
【００６０】
たとえば、乗算されたビート信号ペアがＢm，Ｂnである場合には、相対位相検出部２１２５は信号成分ＳAmとＳAnとの相対位相φn−φmを求めることができる。なお、相対位相検出部２１２５は、振幅測定部２１３により測定した信号成分ＳAm，ＳAnの振幅ＡAm，ＡAnを取得して相対位相φn−φmの演算を行う。なお、ビート信号選択部２１２３は、あるビート信号ペアを構成する少なくとも一方のビート信号ペアが、他のいずれかのビート信号ペアを構成するように選択処理を行う。ビート信号選択部２１２３は、たとえば、Ｂ1とＢ2、Ｂ1とＢ3，Ｂ1とＢ3、・・・のようにビート信号ペアを選択することができるし、あるいはＢ1とＢ2、Ｂ2とＢ3，Ｂ3とＢ4、・・・のようにビート信号ペアを選択することができる。なお、ビート信号選択部２１２３は、あるビート信号Ｂxが不定である場合（たとえば、ＳAxの振幅がゼロないし微小である場合）には、Ｂxがビート信号ペアを構成しないように選択処理を行う。
【００６１】
振幅測定部２１３は、図２（Ｂ）に示すようにアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）２１３１と、ビート信号生成・抽出部２１３２と、振幅検出部２１３３とからなる。
ビート信号生成・抽出部２１３２は、ＡＷＧ２１３１のｋ番目の端子（ｋ＝１，２，・・・，Ｎ）から入力された原信号ＳAと参照信号ＳBkとの合波光をフォトダイオードＰＤkにより光電変換する。ＰＤkの出力には、参照信号ＳBkと原信号ＳAとの種々のビート信号が含まれる。バンドパスフィル
タＢＰＦkはこのビート信号の中から、参照信号ＳBkと信号成分ＳAkとのビート信号Ｂk（Ｂ1，Ｂ2，Ｂ3，・・・）を取り出す。
【００６２】
振幅検出部２１３３の各検出器Ｇ1，Ｇ2，・・・，ＧNは、原信号と乗算されたビート信号ペアの作成のもとになった原信号ＳAの信号成分の振幅をそれぞれ求める。
【００６３】
信号成分ＳA1，ＳA2，・・・，ＳANの何れか１つの位相を基準にすればφn−φmを絶対位相として扱うことができる。したがって、情報読出部２１４は、相対位相検出部２１２５により求めた相対位相φn−φmから、原信号ＳAの位相スペクトルφSA（ω）を特定でき、また振幅検出部２１３３により求めた振幅ＡAnから、原信号ＳAの振幅スペクトルＡSA（ω）を特定できる。
【００６４】
本実施形態では、信号評価器２２は、位相スペクトルφSA（ω）と振幅スペクトルＡSA（ω）とのパターン情報と原信号ＳAに含まれている情報（この情報たとえば二値データあってもよいし、二値データとは限らない）とを関連付けたテーブルを持っており、原信号ＳAに含まれている情報を知ることができる。
【００６５】
本実施形態では、ＡＷＧ２２１を用いてビート信号の生成、ビート信号の乗算、相対位相の検出処理および振幅検出をパラレルに行っている高速の演算が可能である。
本実施形態でも、情報抽出部２５は、検出した情報ＩＮＦを、相対位相と振幅とに関連付けて、ルックアップテーブル（ＬＴＵ２６）に格納しておくことができる。これにより、情報抽出部２５はΣＳAk’の計算をすることなく情報ＩＮＦを求めることができる。
【００６６】
なお、情報読み出し装置では、周波数の値をキーにしておけば、原信号ＳAに暗号化した情報ＩＮＦを埋め込むことができる。
【符号の説明】
【００６７】
１Ａ    情報読み出し装置
１Ｂ    情報読み出し装置
１１    参照信号生成部
１２    ビート信号生成抽出部
１３    ビート信号乗算部
１４    相対位相検出部
１５    振幅検出部
１６    情報抽出部
１７    ＬＵＴ
１８    信号路長変調部
１２１  合波器
１２２  フォトダイオード
１２３  バンドパスフィルタ
１２４  ビート信号乗算部
【図１】
2011215438.tif 000003
【図２】
2011215438.tif 000004
【図３】
2011215438.tif 000005
【図４】
2011215438.tif 000006
【図５】
2011215438.tif 000007
【図６】
2011215438.tif 000008
【図７】
2011215438.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成22年5月25日(2010.5.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
【図１】本発明の第１態様の情報読み出し装置の実施形態を示す図である。
【図２】（Ａ）は図１のビート信号生成抽出部およびビート信号乗算部の詳細説明図    、（Ｂ）は図１の振幅検出部の詳細説明図である。
【図３】図１の情報読み出し装置における相対位相検出部の作用を示すフローチャー    トである。
【図４】図１の情報読み出し装置における、原信号と原信号成分と参照信号との関係    を示す図である。
【図５】正規化直流成分と相対位相との関係を示す図である。
【図６】（Ａ）はビート信号生成抽出部の直前に信号路長変調部を設けた例を示す図    、（Ｂ）は参照信号生成部の直後に信号路長変調部を設けた例を示す図である。
【図７】信号路長を変化させることにより、２つの「みかけ上の相対位相」から「真    の相対位相」を特定するときの説明図であり、（Ａ）は参照信号の信号路長が増加し    たときの様子を示す図、（Ｂ）は参照信号の信号路長が減少したときの様子を示す図    である。