CN105531723A - 人造神经元 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光学设备(101、201、305)。本发明可以被实现为光学人造神经元。光学设备包括：光学透射光接收设备(102)，其可以是光电二极管；光学透射发光设备(104、304)，诸如发光二极管；光学透射处理器(103)，包括存储器存储设备(106)。发光设备和光接收设备电连接到处理器，处理器被配置为基于由光接收设备接收的第一光学信号而控制发光设备发射光学信号(307、313)。光学设备包括使用光学信号发射的地址。当处理接收的光学信号时，地址可以由处理器识别，并且由处理器用于确定是否控制发光设备发射光学信号。

Description

人造神经元

技术领域

本发明涉及光学设备。具体而言，本发明涉及光学人造神经元。

背景技术

现代计算机中的计算能力在过去几十年中显著增长。在现代电子设备中，大量的电子部件被电连接以与彼此通信。在一些应用中，分立的部件被安装在包括所需要的用于将部件互连的导电通路的印刷电路板(PCB)上。对于其中需要更大数目的部件的更复杂的应用，使用集成电路，其中部件被制作在半导体基板中，并且其中部件之间的通信发生在被设置在基板上的不同金属层中。

近来，已经实现了人造神经网络，以便更进一步地增加计算能力。人造神经网络可以由半导体设备形成，其中表示人造神经元的若干部件在网络中被连接在一起。构思是模仿生物神经系统，其中单个神经元接收来自数目巨大的其它神经元的信号。根据由神经元接收的信号的总和，神经元确定是否发射信号。如果发射了信号，则该信号可以转而由其它神经元接收和处理。

在仿真神经网络中，神经元之间的互连的数目可能是大量的。为了真正地模仿例如人类大脑，需要大约一千亿个神经元，其中每个神经元连接到大约10000个其它神经元。在基于半导体的人造神经网络中，人造神经元之间的互连使用常规导电互连完成。如可以理解的那样，电互连限制了人造神经网络的可能复杂度。

在US6754646中，接线被光学通信方法代替。这样，可以消除接线。取而代之，光学信号透射穿过在US6754646中描述的设备的光学透明部分。例如，由光发射器发射的光学信号被引导穿过用于设备的外壳的透明部分。光学信号接着可以由光接收器接收，光接收器被设置为邻近于光学信号被引导到的透明部分。然而，将期望的是，进一步改善光学设备之间的通信。

发明内容

鉴于现有技术的上述和其它缺点，本发明的总体目的是提供在两个或者更多光学设备之间具有更灵活的通信的光学设备。这种光学设备可以被实现为光学人造神经元。

根据本发明的第一方面，提供了如下光学设备，其包括：光学透射发光设备；光学透射光接收设备；以及电连接到发光设备和光接收设备的光学透射控制单元；其中控制单元被配置为基于由光接收设备接收的至少一个光学信号而控制发光设备发射光学信号。

光学透射部件是如下部件，其可以允许至少足够的光学信号穿过该部件的材料，使得光学信号可以准确地由光接收设备接收。光学透射可以是例如透明、半透明、透光、或者其组合。处理单元基于由光学设备的光接收设备接收的光学信号的性质，而确定控制发光设备发射光学信号。

本发明基于如下认识，即通过使用由光学透射材料制成的部件，被设置在光学设备中的发光设备可以在若干方向上发射光学信号，这实现了与多于一个其它光接收设备的通信。使用这种光学设备，被设置在其中的部件可以通过不会被光学设备的光学透射部件阻挡的光学信号与其它光学设备通信。本发明实现了设计光学设备的结构和布局的灵活性，这独立于光学设备内的部件的位置和其它光学设备的位置。因此，可以减少或者甚至消除光学设备的部件之间和光学设备之间的经由诸如接线之类的物理连接进行的若干电连接。以这一方式，允许全部都是光学透射的、被设置在多个光学设备当中的任何地方的多个发光设备和光接收设备之间的通信。例如，光学信号可以穿过光学透射发光设备的材料，这实现了光学设备的其它布局可能性。本发明使得更大数目的光学设备能够经由光学信号与彼此通信。根据本发明的光学设备可以被认为是人造神经元，其具有作为光接收设备的输入部分和作为发光设备的输出部分。光接收部分可以通过仿真突触(即两个神经元之间的连接)接收来自另一光学设备的光学信号。接收的信号可以由控制单元处理，并且根据接收的光学信号的性质，控制单元可以控制发光设备发射光学信号，类似于激励生物神经元。因此，由于经改善的通信，本发明进一步实现了包括比现有技术已知的更少部分的经简化的人造神经网络。

在本发明的一个实施例中，光学设备可以进一步包括被配置为存储光学设备的唯一地址的光学透射存储设备。唯一地址实现对多个光学设备当中的光学设备的标识。存储器存储设备是光学透射的以便进一步便于光学信号的传播。

在本发明的一个实施例中，存储设备可以进一步被配置为存储多个预定义唯一地址，每个地址对应于相应的光学设备。换句话说，每个光学设备具有对应的地址。如果光学设备接收光学信号，光学设备的控制单元可以将光学信号的地址识别为存储器中存储的地址之一。以这一方式，如果光学设备接收来自另一光学设备的地址，则光学设备的控制单元可以标识多个其它光学设备。

根据本发明的一个实施例，控制单元可以被配置为控制发光设备以发射包括标识光学设备的信息的光学信号。通过将对于发射光学信号的光学设备而言唯一的信息包括在所发射的光学信号中，接收光学信号的光学设备可以标识光学信号从哪个光学设备发射。这样，接收光学设备可以基于例如哪个光学设备发射信号，而确定如何处理接收的信号。

根据本发明的一个实施例，如果接收的光学信号的地址对应于多个预定义唯一地址之一，控制单元可以被配置为基于接收的光学信号的权重将累加的性质值递增一定量。例如，第一光学设备可以接收包括地址的光学信号，该地址被识别为连接到第一光学设备的第二光学设备的地址。包括权重的光学信号的值由控制单元添加到累加的性质值。

根据本发明的一个实施例，如果接收的值的性质值超过阈值，则控制单元被配置为控制发光设备发射光学信号。换句话说，如果包括地址的具有对应权重的足够的光学信号由光学设备的控制单元识别并且由光学设备接收，则光学设备的控制单元控制发光设备发射光学信号。

根据本发明的一个实施例，光学设备可以被集成在光学透射介质中，使得光学信号可以由光接收设备从所有方向接收，并且使得光学信号可以由发光设备在所有方向上发射。换句话说，光学信号可以由光学设备全方向地接收和发射。光学透射包围件可以由塑料或者玻璃或者任何其它合适的材料制成。

根据本发明的一个实施例，光学设备被集成在包括光学不透明部分的壳体中，光学不透明部分被设置为使得可以防止光学信号从至少一个方向被接收，并且使得可以防止光学信号在至少一个方向上被发射。阻挡光学信号在某个方向上传播实现了预选取的通信方向。

根据本发明的一个实施例，多个光学设备可以被设置为使得光学信号可以未经引导地从第一光学设备传播到第二光学设备。多个光学设备可以因此被设置为使得光学信号未经引导地从发光设备传播到光接收设备。换句话说，光学信号未从第一光学设备被引导到第二光学设备，而是由发光设备发射并且可以自由地传播穿过光学透射固体材料和空气两者。经由未经引导的光学信号的通信进一步消除了对于通过例如光纤或者使用镜子来引导光学信号的需要，从而减少了光学设备的复杂度。通过消除和减少对于部件之间的物理连接的需要，连接的数目可以被增加并且因此光学设备的处理速度可以以经减少的复杂度(就互连的数目而言)被增加。

根据本发明的一个实施例，多个光学设备可以被设置为使得光学信号可以未经引导地从第一光学设备穿过第三光学设备传播到第二光学设备。因此，光学信号未被设置在光学信号的通路中的光学设备阻挡。以这一方式，便于若干光学设备之间的经由未经引导的光学信号的通信。

根据本发明的一个实施例，光接收设备可以有利地是固态光电晶体管和光电二极管。发光设备可以有利地是固态照明设备，其中光通过电子和空穴的复合生成。这种发光设备可以有利地是发光二极管。光学透射光接收设备有利地由氧化铟镓锌制成。然而，光学透射光接收设备可以由任何其它合适的材料制成。在本发明的一个实施例中，控制单元可以包括氧化物薄膜晶体管。

根据本发明的第二方面，提供了控制光学设备的方法，该光学设备包括：光学透射发光设备；光学透射光接收设备；以及光学透射控制单元，电连接到并且被配置为控制发光设备、光接收设备、以及存储设备；方法包括如下步骤：接收包括标识第二光学设备的地址的光学信号；确定标识第二光学设备的地址是否对应于存储在存储设备中的地址；并且如果地址对应于存储在存储设备中的地址，基于接收的光学信号的权重而递增性质值。

根据本发明的一个实施例，如果接收的性质值超过阈值，则控制发光设备发射光学信号。因此，如果接收和识别的光学信号的累加总和超过预定值，则控制单元可以决定控制发光设备发射其可以由另一光学设备的光接收设备接收的光学信号。预定值可以是在预定时间区间内接收的光学信号的权重的总和。

当学习所附权利要求和以下描述时，本发明的其它特征和优势将变得明显。技术人员要意识到，在不脱离本发明的范围的情况下，本发明的不同特征可以被组合以创建除了在下文中描述的那些实施例之外的实施例。例如，光学信号可以不一定包括地址，而是可以通过分立的通信手段发射，优选地通过无线通信手段。

附图说明

现在将参照示出了本发明的示例性实施例的附图更详细地描述本发明的这些和其它方面，其中：

图1示意性地图示了根据本发明的实施例的光学设备；

图2图示了根据本发明的实施例的光学设备；

图3图示了根据本发明的实施例的多个光学设备；并且

图4图示了概述根据本发明的实施例的方法的一般步骤的流程图。

具体实施方式

在下面的描述中，主要参照光学人造神经元形式的光学设备来描述本发明。

然而，应该注意的是，这决不限制本发明的范围，其同样可适用于其它应用，诸如光装备、LED灯、编码光灯具、移动电话、手表、抬头显示器、电视机、显示器、以及游戏，或者可适用于其中光学通信适用的其它应用。

图1示意性地图示了根据本发明的光学设备101。图1示出了光接收设备102、处理单元103、以及发光设备104。光接收设备102可以是光电二极管，并且发光设备104可以是发光二极管。处理单元103连接到光接收设备102和发光设备104，使得其可以基于由光接收设备102接收的光学信号而控制发光设备104发射光学信号。光接收设备102、发光设备104、以及处理单元103是光学透射的。处理单元103进一步包括其中存储有若干其它光学设备的地址和光学设备101的唯一地址的光学透射存储器存储设备106。地址可以是36比特地址。

图2图示了光学人造神经元201形式的光学设备201的可能布局。其包括光学透射光接收设备102、光学透射发光设备104、以及包括存储器存储设备106的光学透射处理单元103，它们被容纳在光学透射外壳202形式的光学透射介质中。光学透射外壳202和光学透射部件102-104、106使得光学信号能够从发光设备104在所有方向上发射并且由光接收设备102从所有方向接收。

可选地，再参照图2，外壳202可以是壳体202，壳体202可以是光学透射的，并且具有被设置为使得光学信号在一些方向上被阻挡的不透明部分204-206。例如，光学信号可以被阻挡，使得它们不可以从某些方向被接收和/或使得它们不可以在某些方向上发射。通过阻挡光学信号，仅被选取的光学设备可以与彼此通信。

图3图示了被设置为通过光学信号与彼此通信的光学人造神经元201(仅一个神经元被编号以避免附图中的混乱)形式的多个光学设备200。从第一光学设备305的发光设备304发射的光学信号307未经引导地传播并且由远程第二光学设备201的光接收设备302接收。在其从第一光学设备305传播到第二光学设备201时，光学信号传播穿过例如光学设备309的若干其它光学设备。此外，由发光设备304发射的光学信号307在所有方向上发射。光学信号307因此还到达光学设备313的光接收设备311。这样，即使用被设置在多个光学设备200内的任意位置的光学设备，实现了在多于一个方向上的通信。

图4是图示了用于控制光学人造神经元的方法的一般步骤的流程图。在第一步骤S1中，第一人造神经元发射包括36比特地址的编码光学信号。在步骤S2中，光学信号由第二人造神经元的光接收设备接收。将信号的地址与存储在第二人造神经元的存储器存储设备中的现有地址进行比较S3。如果该地址存在于存储器存储设备中存储的地址当中，则接收的信号在步骤S4中被添加到处理单元的累加器。如果地址不存在于存储的地址当中，则不采取行动。当第二人造神经元的处理单元的累加器达到预定阈值时(由步骤S5所图示)，在步骤S6中处理单元控制发光设备发射包括36比特地址的编码光学信号。

此外，对所公开的实施例的变化可以由技术人员在实践所要求保护的发明中，从学习附图、公开内容以及所附权利要求中理解和实现。

在权利要求中，词语“包括”不排除其它元素或者步骤，并且不定冠词“一(a)”或者“一个(an)”不排除多个。仅凭在互相不同的从属权利要求中记载某些措施的事实不表示这些措施的组合不能被有利地使用。

综上所述，本发明涉及光学设备101、201、305。本发明可以被实现为光学人造神经元。光学设备包括：光学透射光接收设备102，其可以是光电二极管；光学透射发光设备104、304，诸如发光二极管；光学透射处理器103，包括存储器存储设备106。发光设备和光接收设备电连接到处理器，处理器被配置为基于由光接收设备接收的第一光学信号而控制发光设备发射光学信号307、313。光学设备包括使用光学信号发射的地址。当处理接收的光学信号时，地址可以由处理器识别，并且由处理器用于确定是否控制发光设备发射光学信号。

Claims (13)

1.一种光学设备(101、201、305)，包括：

光学透射发光设备(104、304)，被配置为允许光学信号的至少一部分透射穿过所述光学透射发光设备；

光学透射光接收设备(102)，其中所述光学信号由所述光学透射光接收设备接收，并且所述光学信号的至少一部分透射穿过所述光学透射光接收设备；以及

光学透射控制单元(103)，电连接到所述发光设备和所述光接收设备，所述光学透射控制单元被配置为允许所述光学信号的至少一部分穿过所述光学透射控制单元；

其中所述控制单元被配置为至少基于由所述光接收设备接收的所述光学信号而控制所述发光设备发射光学信号(307)。

2.根据权利要求1所述的光学设备，进一步包括被配置为存储所述光学设备的唯一地址的光学透射存储设备(106)。

3.根据权利要求2所述的光学设备，其中所述存储设备被进一步配置为存储多个预定义唯一地址，每个地址对应于相应的光学设备。

4.根据权利要求1所述的光学设备，其中所述控制单元被配置为控制所述发光设备发射包括标识所述光学设备的信息的光学信号。

5.根据权利要求3所述的光学设备，其中如果接收的光学信号的地址对应于所述多个预定义唯一地址之一，则所述控制单元被配置为基于接收的所述光学信号的权重而将性质值递增一定量。

6.根据权利要求5所述的光学设备，其中如果所述性质值超过阈值，则所述控制单元被配置为控制所述发光设备发射光学信号。

7.根据权利要求1所述的光学设备，其中所述光学设备被集成在光学透射介质(202)中，使得光学信号能够从所有方向由所述光接收设备接收，并且使得光学信号能够在所有方向上由所述发光设备发射。

8.根据权利要求1所述的光学设备，其中所述光学设备被集成在包括光学不透明部分(204、206)的壳体(202)中，所述光学不透明部分(204、206)被设置为使得能够防止从至少一个方向接收光学信号，并且使得能够防止在至少一个方向上发射光学信号。

9.多个根据权利要求7或者8所述的光学设备(200)，被设置为在外壳中邻近彼此。

10.多个根据权利要求1所述的光学设备，被设置为使得光学信号(307)能够未经引导地从第一光学设备(305)传播到第二光学设备(201)。

11.多个根据权利要求10所述的光学设备，被设置为使得光学信号(307)能够未经引导地从所述第一光学设备(305)穿过第三光学设备(309)传播到第二光学设备(201)。

12.一种控制光学设备(101、201、305)的方法，所述光学设备包括：

光学透射发光设备(104、304)，被配置为允许光学信号的至少一部分透射穿过所述光学透射发光设备；

光学透射光接收设备(102)，其中所述光学信号由所述光学透射光接收设备接收，并且所述光学信号的至少一部分透射穿过所述光学透射光接收设备；

光学透射存储设备(106)；以及

光学透射控制单元(103)，电连接到并且被配置为控制所述发光设备、所述光接收设备、以及所述存储设备，所述光学透射控制单元和所述光学透射存储设备被配置为允许所述光学信号的至少一部分穿过所述光学透射控制单元和所述光学透射存储设备；

所述方法包括如下步骤：

接收(S2)光学信号，所述光学信号包括标识第二光学设备的地址；

确定(S3)标识第二光学设备的所述地址是否对应于存储在所述存储设备中的地址；以及

如果所述地址对应于存储在所述存储设备中的所述地址，则基于接收的所述光学信号的权重而递增(S4)性质值。

13.根据权利要求12所述的方法，其中如果所述性质值超过阈值(S5)，则控制所述发光设备发射光学信号(S6)。