JP2018509696A - デジタルデータ混合装置及びデジタルデータ処理システム - Google Patents

Abstract

本発明は、デジタルデータ混合装置（２）、データ処理システム（１）及び関連付けられているデジタルデータを混合するための方法に関する。前記デジタルデータ混合装置は、複数のビット（Ｉ１...Ｉｎ）の入力デジタルデータ（４）を受信するための入力手段（８）、変調電磁ビーム（１５）を生成するための電磁放射手段（９）であって、前記入力デジタルデータ（４）は前記変調電磁ビーム（１５）の同時変調に変換される電磁放射手段（９）と、前記変調電磁ビーム（１５）を散乱電磁ビーム（１９）内に散乱させるための電磁散乱手段（１０）と、前記散乱電磁ビーム（１９）をビット（Ｏ１...Ｏｍ）の出力デジタルデータ（５）に変換させるための受信手段（１１）と、前記出力デジタルデータ（５）を提供するための出力手段（１２）と、をハウジング（７）に一体化して備える。

Description

本発明は、データ処理の分野に関する。より具体的には、本発明は、デジタルデータ混合装置、デジタルデータ処理システム、及びデジタルデータ混合方法に関する。

デジタル時代の到来、及び情報や通信技術の進歩により、情報の収集、作成、共有、処理、及び保存が、飛躍的に、より安く、より早くできるようになった。

この結果、次に、現在一般に「ビッグ・データ」と呼ばれるデータ爆発が生じ、それは、実際に多くの公的及び私的な組織が、今やデジタル情報の非常に大きなデータベースを管理していることを意味している。

これらの非常に大きなデータベースは、それらを分析し、それらを理解し、それらから有益な特徴を抽出しようとする際に、いくつかの課題を課している。最初の課題は、このような多量のデータを処理する計算コストである。そのようなデータベースを管理、処理するデータセンターが消費するエネルギーは、今や西側諸国の総エネルギー消費量において無視できない割合になっていると推定される。他の課題は、今や極めて活発なコンピューター・サイエンスの機械学習サブフィールドの復活をもたらした、これらのデータを処理するアルゴリズムのスケーリング問題である。

近年、これらの課題の計算コスト及び規模を減少させる有望な方法が確認されており、該方法は、データ前処理の一環として初期データへランダム化アルゴリズムを適用し、それにより処理アルゴリズムを低コストで実行可能なより小さい一連のデータを取得する。ランダム化アルゴリズムは、一般的に、初期データをランダムに混合することによって、「ランダム特徴」とも呼ばれる初期データの幾つかのランダムプロジェクション（random projection）を計算し、それにより、該初期データに含まれる大量の有益な情報をより小さなデータセットに保持する。

しかし、ランダムプロジェクションの計算には、通常、非常に大きなランダム行列の決定、及びこれらのランダム行列と入力データとの間の行列積の計算を伴う。これらの工程は、依然として大量の処理能力及びメモリを必要とするため、データ前処理におけるランダム化アルゴリズムの使用に対するボトルネックとなっている。

さらに、ランダムプロジェクションの代替手段として、より大きな次元空間にデータをマッピングするランダムな埋め込み（random embedding）が示されており、複雑なデータの分類の向上を図ることができる。例として、畳み込みニューラル・ネットワークの競合代替手段と見なされているエクストリーム・ラーニング・マシン（ELM：Extreme Learning Machines）が挙げられる。繰り返しとなるが、より大きい次元空間へのそのようなマッピングの計算は、大量の処理能力及びメモリを必要とし、改善された分類に対するそのようなデータ前処理の使用のボトルネックとなっている。

従って、前述の欠点がない、デジタルデータの混合を提供する装置及び方法が必要とされている。

この目的のために、本発明によれば、デジタルデータを混合する方法であって、
複数の少なくともｎビットの入力デジタルデータを受信するステップと、
変調電磁ビームを生成し、前記ｎビットの入力デジタルデータが前記変調電磁ビームの基準強度に関して前記変調電磁ビームの強度のｐ同時変調に変換されるステップと、
前記ｐ同時変調を備える前記変調電磁ビームを散乱電磁ビーム内に散乱させることと、
前記散乱電磁ビームを少なくとも１ビットの出力デジタルデータに変換するステップと、
前記少なくとも１ビットの出力デジタルデータを提供するステップと
を少なくとも備える方法が提供される。

これらの特徴によれば、データ処理の重要な部分が、電磁ビームの物理的散乱によりアナログ的に行われるため、最小の処理能力でデジタルデータを混合すること、すなわち、初期データのランダムプロジェクションを計算することが可能である。

幾つかの実施形態において、以下の特徴の一つ又は複数を使用してもよい。
−前記変調電磁ビームは、コヒーレント電磁放射のビームである。
−前記変調電磁ビームの前記ｐ同時変調は、前記変調電磁ビームの基準となる振幅、強度、位相又は偏光に関連して、前記変調電磁ビームの振幅、強度、位相及び偏光の少なくとも１つの変調を備える。
−前記変調電磁ビームを生成することは、電磁ビーム源により初期電磁ビームを生成することと、電磁ビーム変調器を用いて前記複数の少なくともｎビットの入力デジタルデータ及び前記初期電磁ビームを受信することと、前記電磁ビーム変調器により前記変調電磁ビームを取得するために、ｐ同時変調を前記初期電磁ビームに適用することとを備える。
−前記変調電磁ビームの前記ｐ同時変調は、前記変調電磁ビーム及び／又は前記初期電磁ビームの波面上のｐ個別横断位置にそれぞれ関連付けられる。
−前記変調電磁ビームの前記ｐ同時変調は、前記変調電磁ビーム及び／又は前記初期電磁ビームのｐ個別波数ベクトルにそれぞれ関連付けられる。
−前記変調電磁ビームを散乱させることは、受動的散乱手段により行われる。
−前記変調電磁ビームを散乱させることは、透過散乱手段により行われ、前記透過散乱手段の入射面により前記変調電磁ビームを受信することと、前記入射面を前記透過散乱手段の放出面から隔てる前記透過散乱手段の散乱体により複数の電磁散乱を実行することと、前記透過散乱手段の前記放出面により前記散乱電磁ビームを送信することとを備える。
−受信手段は、前記散乱電磁ビームを複数のｍビットの出力デジタルデータに、特に、前記受信手段のセンサ領域のｑ個別位置に関連付けられているｍビットの出力デジタルデータに同時に変換することができる。

本発明はまた、入力デジタルデータの受信及び出力デジタルデータの提供が可能な、特にデータ処理システムのためのデジタルデータ混合装置に関し、前記装置は、
複数の少なくともｎビットの入力デジタルデータを受信するための入力手段と、
変調電磁ビームを生成するための電磁放射手段であって、前記ｎビットの入力デジタルデータが前記変調電磁ビームのｐ同時変調に変換される電磁放射手段と、
前記ｐ同時変調を備える前記変調電磁ビームを散乱電磁ビーム内に散乱させるための電磁散乱手段と、
前記散乱電磁ビームを少なくとも１ビットの出力デジタルデータに変換させるための受信手段と、
前記少なくとも１ビットの出力デジタルデータを提供するための出力手段と
をハウジングに一体化して備え、
前記装置は、前記入力デジタルデータ（４）を受信し、前記出力デジタルデータ（５）を提供するための複数の導電端子（１３、２４）をさらに備え、前記装置（２）は、プリント回路基板に固定及び電気的に接続可能である。

幾つかの実施形態において、以下の特徴の一つ又は複数を使用してもよい。
−前記変調電磁ビームは、コヒーレント電磁放射のビームである。
−前記変調電磁ビームの前記ｐ同時変調は、前記変調電磁ビームの基準となる振幅、強度、位相又は偏光に関して、前記変調電磁ビームの振幅、強度、位相及び偏光の少なくとも１つの変調を備える。
−前記電磁放射手段は、初期電磁ビームを生成するための電磁ビーム源と、前記複数の少なくともｎビットの入力デジタルデータ及び前記初期電磁ビームを受信するための電磁ビーム変調器であって、前記変調電磁ビームを取得するためにｐ同時変調を前記初期電磁ビームに適用するための電磁ビーム変調器とを備える。
−前記電磁ビーム変調器は空間光変調器であり、特に、マイクロミラー又は液晶を備える空間光変調器であって、前記電磁ビーム源はレーザを備える。
−前記変調電磁ビームの前記ｐ同時変調は、前記変調電磁ビーム及び／又は前記初期電磁ビームの波面上のｐ個別横断位置にそれぞれ関連付けられる。
−前記変調電磁ビームの前記ｐ同時変調は、前記変調電磁ビーム及び／又は前記初期電磁ビームのｐ個別波数ベクトルにそれぞれ関連付けられている。
−前記電磁散乱手段は、受動的散乱手段である。
−前記電磁散乱手段は、前記変調電磁ビームを受信する入射面と前記散乱電磁ビームを送信する放出面とを備える透過散乱手段であって、前記入射面及び前記放出面は、複数の電磁散乱を実行可能な散乱体により隔てられている。
−前記電磁散乱手段は、長時間安定したままであり、特に、少なくとも２分、好ましくは２日、より好ましくは２ヶ月の間安定したままである。
−前記受信手段は、前記散乱電磁ビームを複数のｍビットの出力デジタルデータに、特に、前記受信手段のセンサ領域のｑ個別位置に関連付けられているｍビットの出力デジタルデータに同時に変換することができる。
−前記受信手段は、イメージセンサを備える。

本発明は、さらにデジタルデータ処理システムに関連し、当該デジタルデータ処理システムは、上記で詳述したようなデジタルデータ混合装置と、前記入力デジタルデータを前記デジタルデータ混合装置に提供するため、及び前記デジタルデータ混合装置から前記出力デジタルデータを受信するための少なくとも１つの独立電子部品とを備える。

幾つかの実施形態においては、前記デジタルデータ処理システムは、上記で詳述したような第１デジタルデータ混合装置及び第２デジタルデータ混合装置を少なくとも備えることができ、前記第１デジタルデータ混合装置及び前記第２デジタルデータ混合装置は、前記第２デジタルデータ混合装置の前記入力デジタルデータが前記第１デジタルデータ混合装置からの前記出力デジタルデータに基づくように、直接又は相互接続電子部品を介して互いに接続されるシステムである。

本発明の他の特徴及び利点は、非限定的な例として提供される幾つかの実施形態の以下の説明および添付図面から容易に明らかになるであろう。

図１は、本発明の実施形態に係るデジタルデータ処理システムの構成図である。 図２は、本発明の実施形態に係るデジタルデータ混合装置の構成図である。 図３は、図２のデジタルデータ混合装置の電磁散乱手段をより詳細に示す。 図４は、本発明の別の実施形態に係るデジタルデータ処理システムの構成図である。 図５は、本発明の実施形態に係るデジタルデータを混合する方法のフローチャートである。

異なる図において、同一の符号は、類似又は同様の要素を示す。

先ず、本発明の実施形態に係るデジタルデータ処理システム１を示す図１を参照する。

当該デジタルデータ処理システム１は、デジタルデータを処理することができ、具体的には、上述のように大量のデジタルデータを処理することができる。

例えば、デジタルデータ処理システム１は、当技術分野で周知の統計的機械学習（statistical Machine Learning）の方法（具体的には、例えば、ディープ・ニューラル・ネットワーク又はランダム化カーネル・マシンのような分類又は回帰用の機械学習）を実行できる。デジタルデータ処理システム１は、また、（例えば、行列及びテンソルランダム化を含む大規模な科学技術計算の分野における）決定論的又はランダム化数値線形代数のための方法を実行できる。一般的に、デジタルデータ処理システム１は、確率的勾配降下法、大規模なランダム・カーネル、エクストリーム・ラーニング・マシン、ランダム化数値線形代数アルゴリズム、局所性鋭敏型ハッシュ、反復固有値ソルバ（iterative eigensolver）及び／又はデータベース・フレンドリー・ランダムプロジェクションのうちの一つを含む任意のデジタルデータ処理において使用されてもよいが、それに制限されるものではない。

図１に示すように、デジタルデータ処理システム１は、デジタルデータ混合装置２及び少なくとも一つの別個の電子部品３を備える。

以下において、デジタルデータ混合装置２をより詳細に説明する。該デジタルデータ混合装置２は、特に電磁波の散乱を伴うアナログ混合処理を通して、一般に入力デジタルデータ４を受信し、入力デジタルデータ４の関数（function）である出力デジタルデータ５を提供できる。

電子部品３は、入力デジタルデータ４をデジタルデータ混合装置２に提供し、デジタルデータ混合装置２から出力デジタルデータ５を受信する。電子部品３は、本明細書では単一の部品として参照されるが、複数の個別の電子部品３を備えてもよい。電子部品３は、例えば、中央処理装置（ＣＰＵ）、画像処理装置（ＧＰＵ）及び／又は当技術分野で周知の任意のタイプの処理装置といった処理装置であってもよいし、当該処理装置を備えることも可能である。

デジタルデータ混合装置２及び電子部品３は、直接、又は相互接続電子部品３ａを介して、互いに接続される。例えば、電子部品３及び／又はデジタルデータ混合装置２は、コンピュータ又はサーバのプリント回路基板に電気的に接続及び固定されてもよい。当該プリント回路基板は、電子部品３及びデジタルデータ混合装置２間の電気的及び物理的接続を行う。他の実施形態では、デジタルデータ混合装置２は、電子部品３に物理的に固定されなくてもよく、例えば、接続ケーブルにより電子部品３に電気的に接続される別のものであってもよい。従って、一実施形態において、デジタルデータ混合装置２は、接続ケーブルによりコンピュータに接続される独立型のモジュールであってもよい。当該デジタルデータ混合装置及び当該コンピュータは、共にデジタルデータ処理システム１を形成する。

本発明に係るデジタルデータ混合装置２の実施形態を図１においてより詳細に示す。デジタルデータ混合装置２はハウジング７を備え、ハウジング７内には、入力手段８、電磁放射手段９、電磁散乱手段１０、受信手段１１及び出力手段１２が一体化されている。入力手段８は、入力デジタルデータ４を受信でき、具体的には、複数の少なくともｎビットＩ_１...Ｉ_ｎの入力デジタルデータ４を受信できる。入力手段８は、例えば、複数の導電端子１３を備える。また、入力手段８は、導電端子１３に接続されるデジタル入力回路１４を備えてもよい。導電端子１３は、ハウジング７の外からアクセスされてもよいし、例えば、ハウジング７の面からハウジング７の外側に向かって延在してもよい。デジタルデータ混合装置２がデジタルデータ処理システム１内で別個の電子部品３と一体化される場合、導電端子１３は、上記で詳述されたように、直接又は相互接続電子部品３ａを介して電子部品３に電気的に接続される。

従って、一実施形態においては、装置２は、プリント回路基板に電気的に接続可能であり、特に、導電端子１３を使用してプリント回路基板に固定及び電気的に接続され、或いは導電端子１３に接続される接続ケーブルによりプリント回路基板に電気的に接続される。

入力手段８のデジタル入力回路１４は、入力デジタルデータ４の前処理を実行するように設計できる。例えば、後続のアナログ処理のためのデジタルデータを準備することにより、ｎビットＩ_１...Ｉ_ｎの入力デジタルデータ４を取得する。ｎビットＩ_１...Ｉ_ｎの入力デジタルデータ４は、入力手段８により電磁放射手段９に送信される。

電磁放射手段９は、変調電磁ビーム１５を生成でき、当該ｎビットＩ_１...Ｉ_ｎの入力デジタルデータ４は、変調電磁ビーム１５のｐ関連同時変調Ｍ_１...Ｍ_ｐに変換される。

変調電磁ビーム１５のｐ同時変調Ｍ_１...Ｍ_ｐは、変調電磁ビーム１５の振幅、強度、位相及び／又は偏光の変調であってもよい。これらの変調Ｍ_１...Ｍ_ｐは、変調電磁ビーム１５の強度、又は変調電磁ビーム１５の強度及び位相の変調であれば有利である。これらの変調Ｍ_１...Ｍ_ｐは、変調電磁ビーム１５の基準となる物理的性質、すなわち、変調電磁ビーム１５の基準となる振幅、強度、位相及び／又は偏光に関連して、当該物理的性質の変調として理解されてもよい。

「変調電磁ビームのｐ同時変調」における「同時」は、以下で「混合期間」と呼ばれる期間内に、ｐ変調が全て変調電磁ビーム１５に共に適用されることを意味する。この混合期間の持続時間は、受信手段１１の取得時間より長ければ、例えばピコ秒より長く、特にナノ秒より長ければ有利である。受信手段１１がイメージセンサを備える実施形態においては、該混合期間は、マイクロ秒又はミリ秒程度であってもよい。混合期間は、高周波の処理データに対しては１秒より短くてもよい。

変調電磁ビーム１５の同時変調Ｍ_１...Ｍ_ｐの数ｐは、入力デジタルデータ４のビットＩ_１...Ｉ_ｎの数ｎと等しくてもよいが、より少なくても或いは多くてもよい。

特に、変調電磁ビーム１５の変調Ｍ_１...Ｍ_ｐは、２つ以上の異なる物理的状態から選択することができ、入力デジタルデータ４の２進値以上を符号化してもよい。例えば、変調電磁ビーム１５の位相は、所定の精度で変調され、位相の単一変調において数ビットの入力デジタルデータを符号化してもよい。非限定的な例として、変調電磁ビーム１５の位相は、約１度の精度で変調されてもよく、それにより変調電磁ビーム１５の位相の単一変調において、約８ビットの入力デジタルデータの符号化が可能になる。

本発明の一実施形態においては、電磁放射手段９は、電磁スペクトルの可視部分又は赤外線部分において主要な波長を持つ変調電磁ビーム１５を生成する。

デジタルデータ混合装置２のハウジング７は、変調電磁ビーム１５の主波長の波長において不透明であると有利である。本発明の幾つかの実施形態においては、少なくとも電磁放射手段９、電磁散乱手段１０及び受信手段１１は、ハウジング７内の筐体に収容されている。当該筐体は、変調電磁ビーム１５の主波長の波長において不透明である。

ハウジング７は剛体であり、特にプラスチック、金属、ポリマー、ガラス等の任意の適切な材料で作成できる。本発明の幾つかの実施形態において、ハウジング７は、例えば、電磁散乱手段１０にアクセスして電磁散乱手段１０を取り外す及び／又は変更できるように開放されていてもよい。他の実施形態においては、ハウジング７は密封され、その完全な状態を壊さずに開けることはできない。

図２は、本発明に係る電磁放射手段９の実施形態をより詳細に示す。本実施形態において、電磁放射手段９は、電磁ビーム源１６及び電磁ビーム変調器１７を備える。

電磁ビーム源１６は、初期電磁ビーム１８を生成する。電磁ビーム源１６は、例えば、電磁スペクトルの可視部分又は赤外線部分において主波長を有する初期電磁ビーム１８を生成できる。

電磁ビーム源１６は、コヒーレント電磁放射源、又は少なくとも部分的にコヒーレント電磁放射である。例えば、電磁ビーム源１６は、レーザ又はスーパー・ルミネセント・ダイオードを備えてもよい。電磁ビーム源１６は、また、コリメーティングレンズ、ビーム拡大器、ミラーなどのような初期電磁ビーム１８を成形する光学装置１６ａを備えてもよい。

電磁ビーム変調器１７は、例えば、電磁ビーム変調器１７のデジタル入力において、ｎビットＩ_１...Ｉ_ｎの入力デジタルデータ４を受信できる。電磁ビーム変調器１７は、また、電磁ビーム源１６から初期電磁ビーム１８を受信できる。電磁ビーム変調器１７は、変調電磁ビーム１５を取得するために、次にｎビットＩ_１...Ｉ_ｎの入力デジタルデータ４に関連付けられたｐ同時変調Ｍ_１...Ｍ_ｐを初期電磁ビーム１８に適用できる。

電磁ビーム変調器１７は、例えば、電気アドレス指定ビーム変調器（electrically addressed beam modulator）であってもよい。電磁ビーム源１６が電磁スペクトルの可視部分又は赤外線部分において主波長を有する初期電磁ビーム１８を生成する実施形態において、電磁ビーム変調器１７は、空間光変調器、特に電気アドレス指定空間光変調器（ＥＡＳＬＭ）であってもよい。図２に示される実施形態においては、電磁ビーム変調器１７は、複数の独立アドレス可能マイクロミラーを備える空間光変調器である。従って、電磁ビーム変調器１７は、初期電磁ビーム１８の制御反射を行い、ｐ同時変調Ｍ_１...Ｍ_ｐは、ｐマイクロミラーのｐ制御配向に関連付けられている。代わりに、電磁ビーム変調器１７は、独立してアドレス可能な複数の液晶を備える空間光変調器であってもよい。従って、電磁ビーム変調器１７は、初期電磁ビーム１８の制御送信を行い、その際、ｐ同時変調Ｍ_１...Ｍ_ｐをｐ液晶のｐ制御状態に関連付けることができる。

本発明の別の実施の形態においては、電磁放射手段９は、ｐ同時変調Ｍ_１...Ｍ_ｐを備える変調電磁ビーム１５を直接生成することができる電磁ビーム源１６を備えてもよい。本実施形態において、電磁放射手段９は、例えば、一連のコヒーレントに同期されたレーザを備えてもよい。

変調電磁ビーム１５は、コヒーレント電磁放射のビーム、又は少なくとも部分的にコヒーレント電磁放射であると有利である。このように、電磁散乱手段１０による変調電磁ビーム１５の散乱は、光の多重経路からの干渉をもたらし、高い自由度につながり、それにより入力データ４の高度な混合となる。

本発明の一例においては、変調電磁ビーム１５のｐ変調Ｍ_１...Ｍ_ｐは、それぞれ、図３に示すように変調電磁ビーム１５及び／又は初期電磁ビーム１８の波面におけるｐ個別横断位置Ｌ_１...Ｌ_ｐに関連付けられている。ｐ個別横断位置Ｌ_１...Ｌ_ｐは、ｐ同時変調Ｍ_１...Ｍ_ｐに関連付けられたｐ独立アドレス可能マイクロミラーであってもよく、又はｐ同時変調Ｍ_１...Ｍ_ｐに関連付けられたｐ液晶の位置であってもよい。

変調電磁ビーム１５のｐ同時変調Ｍ_１...Ｍ_ｐは、それぞれ、変調電磁ビーム１５及び／又は初期電磁ビーム１８のｐ個別波数ベクトルｋ_１...ｋ_ｐに関連付けられてもよい。

尚、当該変調Ｍ_１...Ｍ_ｐに関連付けられている変調電磁ビーム１５のｐ個別波数ベクトルｋ_１...ｋ_ｐは、図３に示されるように、変調電磁ビーム１５及び／又は初期電磁ビーム１８の波面におけるｐ個別横断位置Ｌ_１...Ｌ_ｐに対応できる。実際、電磁ビーム変調器１７の光学装置１７ａは、変調電磁ビーム１５を成形できる。光学装置１７ａは、変調電磁ビーム１５の波数ベクトルｋ_１...ｋ_ｐに変調電磁ビーム１５の波面におけるレンズ変換横断位置Ｌ_１...Ｌ_ｐを備えることができ、あるいはその逆でもよい。

図３は、本発明の実施形態に係る電磁散乱手段１０をより詳細に示す。電磁散乱手段１０は、ｐ同時変調Ｍ_１...Ｍ_ｐを備える変調電磁ビーム１５を散乱電磁ビーム１９に散乱させることができる。

電磁散乱手段１０は、透過散乱手段であれば有利である。従って、電磁散乱手段１０は、入射面１０ａ、放出面１０ｂ、及び入射面１０ａ及び放出面１０ｂを隔てる散乱体１０ｃを備えてもよい。入射面１０ａは、変調電磁ビーム１５を受信し、放出面１０ｂは散乱電磁ビーム１９を送信する。散乱体１０ｃは、変調電磁ビーム１５の多重電磁散乱を行い、散乱電磁ビーム１９を取得できる。当該配置により、変調電磁ビーム１５の最適な多重散乱が実現する。

特に、電磁散乱手段１０は、例えば、散乱体１０ｃに収容される又は散乱体１０ｃを形成する多重散乱媒体であってもよく、或いは当該多重散乱媒体を備えることができる。

「散乱」とは、電磁ビームを構成する電磁放射が媒体内の不均一性により一直線の軌道から弾性的にそらされる処理及び媒体を意味する。従って、「多重散乱」は、媒体に入る放射が媒体を出る前に数回散乱される処理及び媒体を意味する。媒体内の不均一性の特質及び配置への散乱の感度を考えると、このような処理及び媒体の正確な出力を予測することは非常に難しい、又はほとんど不可能であるため、電磁ビームのランダム散乱を行う。

変調電磁ビーム１５はｐ同時変調Ｍ_１...Ｍ_ｐを実行するため、変調電磁ビーム１５の多重散乱は、ｐ同時変調Ｍ_１...Ｍ_ｐのアナログ混合になり得る。さらに、ｐ同時変調Ｍ_１...Ｍ_ｐはｎビットＩ_１...Ｉ_ｎの入力デジタルデータ４に関連付けられているため、デジタルデータ混合装置２は、ｎビットＩ_１...Ｉ_ｎの入力デジタルデータ４のランダムアナログ混合を実行する。

従って、一般に言えば、電磁散乱手段１０は変調電磁ビーム１５のｐ同時変調Ｍ_１...Ｍ_ｐを散乱電磁ビーム１９の同時変調に変換できる。

「散乱電磁ビームの変調」とは、当該ｐ同時変調Ｍ_１...Ｍ_ｐを実行しない無変調入力電磁ビーム１５の散乱に対応する基準散乱ビームに対する散乱電磁ビームの変調を意味する。

変調電磁ビーム１５に関して上述したのと同様の方法で、散乱電磁ビーム１９の同時変調は、波面における個別横断位置Ｌ’_１...Ｌ’_ｑ及び／又は散乱電磁ビーム１９の個別波数ベクトル、例えば、散乱電磁ビーム１９の波面におけるｑ個別横断位置Ｌ’_１...Ｌ’_ｑ及び／又は散乱電磁ビーム１９のｑ個別波数ベクトルｋ’_１...ｋ’_ｑに関連付けられてもよい。

本発明に適した多重散乱媒体の例としては、半透明材、ペイント用顔料等の非晶質物、ガラス上に沈着した非晶質層、透明マトリクスに埋め込まれた散乱不純物、ナノパターン物質及びポリマーがある。このような多重散乱媒体の一例は、基板上の酸化亜鉛（ＺｎＯ）の層のような非晶質物の層である。

これらの多重散乱媒体は、ランダム散乱処理として見なされ得るというよりはむしろ、電磁ビームの非常に複雑かつ決定論的な散乱を行う。

電磁散乱手段１０は、受動的（ｐａｓｓｉｖｅ）散乱手段であると有利である。「受動的」とは、ビームの散乱を行うために外部電源を備える必要がないことを意味する。

本発明の一実施形態においては、電磁散乱手段１０は、線形散乱手段であり、変調電磁ビーム１５における非線形効果は無視できるものであることを意味する。

「非線形効果」により、例えば、当該放射の周波数における倍加又は変更が理解される。

別の実施の形態においては、電磁散乱手段１０は、変調電磁ビーム１５において無視できないほどの非線形散乱効果を有してもよい。この後者の実施形態は、特に第２デジタルデータ混合装置２の入力デジタルデータ４が当該デジタルデータ混合装置２の出力デジタルデータ５の関数（ｆｕｎｃｔｉｏｎ）である場合、連鎖デジタルデータ混合装置２、すなわち、第１及び第２デジタルデータ混合装置２を有するデジタルデータ処理システム１に含まれる第１デジタルデータ混合装置２において重要である。以下において、デジタルデータ処理システム１のこれらの実施形態をさらに詳述する。

電磁散乱手段１０は、長時間安定していることが有利である。このように、電磁散乱手段１０の散乱特性は調整可能であり、一定期間変化しない。例えば、当該期間は、少なくとも２分、好ましくは２日、より好ましくは２ヶ月であってもよい。

「その散乱特性が一定期間変化しない」ことにより、電磁散乱手段１０の散乱特性は、当該期間における所定の検出精度範囲内にあることが分かる。

電磁散乱手段１０の散乱特性が変化しないままであるかどうかを確認するために、データ混合装置の出力を適格にするための手順を導入することができる。

このような手順は、例えば、デジタル入力データのような既知の信号のライブラリーをデータ混合装置に供給し、出力デジタルデータを出力データのデータベースに保存することでもよい。この出力データのデータベースは、それによりデータ混合装置のシグネチャ（signature）を構成する。従って、データ混合装置の安定性及び整合性は、当該シグネチャを異なる時点で、及び／又はデータ混合装置の全域で比較することにより確認できる。

データ混合装置２の受信手段１１は、散乱電磁ビーム１９を受信し、散乱電磁ビーム１９を少なくとも１ビットＯ_１の出力デジタルデータ５に変換することができる。それにより受信手段１１は、少なくとも１つの電磁変換器を備え、散乱電磁ビーム１９を電気取得信号２１に変換する。

本発明の一実施形態において、図２に示されるように、受信手段１１は、散乱電磁ビーム１９を複数のｍビットＯ_１...Ｏ_ｍの出力デジタルデータ５に同時に変換できる。

「散乱電磁ビームを複数のビットの出力デジタルデータに同時に変換する」における「同時に」により、ｐ変調が全て一緒に変調電磁ビーム１５に適用される混合期間の間に、散乱電磁ビーム１９が複数のｍビットの出力デジタルデータに変換されることが分かる。従って上述したように、混合期間の持続時間は、受信手段１１の取得時刻よりも長いと有利であり、例えば、ピコ秒よりも長い、特にナノ秒よりも長いと有利である。受信手段１１がイメージセンサを備える実施形態においては、混合期間は、マイクロ秒又はミリ秒程度であってもよい。混合期間は、高周波の処理データに対しては１秒より短くてもよい。

本発明の一実施形態においては、当該ｍビットＯ_１...Ｏ_ｍの出力デジタルデータ５は、受信手段１１のセンサ領域２３のｑ個の個別位置Ｐ_１...Ｐ_ｑに関連付けられている。

出力デジタルデータ５のビットＯ_１...Ｏ_ｍのビット数ｍは、センサ領域２３の個別位置Ｐ_１...Ｐ_ｑの数ｑと等しくてもよいが、より少なくても多くてもよい。
特に、変調電磁ビーム１５の変調は、２つ以上の異なる物理的状態から選択されてもよいため、上述のように、該変調は、入力デジタルデータ４の２進値以上を符号化してもよい。従って、例えば散乱電磁ビーム１９の位相を所定の精度で変換可能であり、その結果、位相の単一変調において複数のビットの出力デジタルデータを符号化する。非限定的な例において上述したように、散乱電磁ビーム１９の位相は、約１度の精度で変換されてもよく、それにより散乱電磁ビーム１９の位相の単一変調において約８ビットの出力デジタルデータを符号化することが可能になる。幾つかの実施形態において、散乱電磁ビーム１９の位相は、変調電磁ビーム１５を変調するために使用される精度とは異なる精度で変換されてもよい。

結果として、出力デジタルデータ５のビットＯ_１...Ｏ_ｍのビット数ｍは、入力デジタルデータ４のビットＩ_１...Ｉ_ｎのビット数ｎと等しくてもよいが、より少なくても（情報の圧縮、すなわち、より小さい次元空間への投射）、より多くても（より大きい次元空間への投射）よい。

図２に示される本発明の実施形態においては、受信手段１１は、散乱電磁ビーム１９の関数である取得信号２１を生成するイメージセンサ２０を備える。取得信号２１は、例えば、受信手段１１の当該センサ領域２３のｍ個の個別位置Ｐ_１...Ｐ_ｍにそれぞれ関連付けられたｍ個の副信号Ｓ_１...Ｓ_ｍを備えることができる。

このようなイメージセンサ２０は、特に電磁検出器配列である。イメージセンサ２０は、アナログ装置であってもよく、例えば、電荷結合素子（ＣＣＤ）又はアクティブ・ピクセル・センサ、例えば相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）に基づく装置であってもよい。

受信手段１１は、さらに後処理回路２２を備えることができ、該後処理回路２２は、受信信号２１の後処理を行い、ｍビットの出力デジタルデータ５を取得できる。後処理回路２２は、例えば、取得信号２１のアナログ・デジタル変換を実行でき、特に取得信号２１のｍ個の副信号Ｓ_１...Ｓ_ｍのアナログ・デジタル変換を行うことができる。

受信手段１１は、例えば、散乱電磁ビーム１９の強度のみを変換することにより、又は後処理回路２２により適用された非線形処理を用いて、別の非線形処理をｍビットの出力デジタルデータ５に適用してもよい。

図２の実施形態において、受信手段１１は、散乱電磁ビーム１９をその変換前に成形する光学装置１１ａをさらに備える。これにより、例えば、散乱電磁ビーム１９の波数ベクトルｋ’_１...ｋ’_ｍを、受信手段１１のセンサ領域２３の個別位置Ｐ_１...Ｐ_ｍに関連付け可能な散乱電磁ビーム１９の波面上の横断位置に変換する。

デジタルデータ混合装置２の出力手段１２は、少なくとも１ビットＯ_１の出力デジタルデータ５を提供できる。出力手段１２は、特に当該少なくとも１ビットＯ_１の出力デジタルデータ５を、図１に示すようなデジタルデータ混合装置２を備えるデジタルデータ処理システム１の電子部品３に提供できる。

入力手段８と同様に、出力手段１２は、複数の導電端子２４を備えてもよい。導電端子２４は、入力手段８の導電端子１３と同一でもよく、データ入出力は続いて時間内に多重化されるのが有利である。出力手段１２は、また、導電端子２４に接続されるデジタル出力回路２５を備えてもよい。導電端子２４は、ハウジング７の外からアクセスされてもよいし、例えば、ハウジング７の面からハウジング７の外へ向けて延在してもよい。デジタルデータ混合装置２がデジタルデータ処理システム１において独立電子部品３と一体化している場合、導電端子２４は、直接又は相互接続電子部品３ａを介して、上述のように電子部品３に電気的に接続される。

従って、一実施形態においては、装置２はプリント回路基板に電気的に接続可能であり、特に、導電端子２４及び／又は導電端子１３に接続される接続ケーブルをさらに使用することにより、プリント回路基板に電気的に接続可能である。

出力手段１２のデジタル入力回路２５は、出力デジタルデータ５の後処理を実行でき、その結果ｍビットＯ_１...Ｏ_ｍの出力デジタルデータ５を取得できる。

一般に、ビット数がｎ個の入力データ４は、デジタルデータ混合装置２により同時に混合される複数のビットとして見られ得る。ビット数がｎ個の入力データ４は、キロバイト程度でも、望ましくはメガバイト程度、望ましくはメガバイトより大きくてもよい。ビット数がｍ個の出力データ５は、キロバイト程度でも、メガバイト程度でも、又はメガバイトより大きくてもよい。幾つかの実施形態においては、出力データ５のビット数ｍは、入力データ４のビット数ｎよりも少なくできる。

図４は、本発明に係るデジタルデータ処理システム１の別の実施形態を示す。本実施形態においては、デジタルデータ処理システム１は、互いに連鎖したいくつかのデジタルデータ混合装置を備える。

例えば、図４に示されるように、本発明の第２実施形態に係るデジタルデータ処理システム１は、第１デジタルデータ混合装置２ａ及び第２デジタルデータ混合装置２ｂを備えることができる。第１及び第２デジタルデータ混合装置２ａ、２ｂは、上述されたデジタルデータ混合装置と同様であり、改めて詳述しない。

第１デジタルデータ混合装置２ａ及び第２デジタルデータ混合装置２ｂは、直接又は相互接続電子部品３ａを介して、互いに接続される。特に、第１及び第２デジタルデータ混合装置２ａ、２ｂは、第２デジタルデータ混合装置２ｂの入力デジタルデータ４が第１デジタルデータ混合装置２ａにより提供される出力デジタルデータ５の関数（ｆｕｎｃｔｉｏｎ）となるように接続される。第１デジタルデータ混合装置２ａにより提供される出力デジタルデータ５は、第２デジタルデータ混合装置２ｂに直接入力されてもよいし、例えば、デジタルデータ処理システム１の電子部品３によって前処理されてもよい。

有利には、デジタルデータ処理システム１の本実施形態において、第１デジタルデータ混合装置２ａ及び第２デジタルデータ混合装置２ｂの少なくとも１つは、その電磁散乱手段１０が変調電磁ビーム１５に対して無視できないほどの非線形散乱効果を有するようにすることもできる。このように、互いに連鎖されたデジタルデータ混合装置は、デジタルデータの単純な線形結合よりも複雑な当該デジタルデータの処理を実行できる。

代わりに又は追加的に、非線形効果を相互接続電子部品３ａによってデータに適用することもできる。従って、相互接続電子部品３ａは、第１デジタルデータ混合装置２ａからの出力デジタルデータを非線形に処理して、第２デジタルデータ混合装置２ｂ用の入力デジタルデータを取得できる。

本発明の幾つかの実施形態において、デジタルデータ処理システムの出力を適格にするための手順が導入されてもよい。このような手順は、例えば、いくつかのデジタルデータ処理システムの出力が一緒に処理される場合に使用することができる。

このような手順は、例えば、デジタル入力データとして既知の信号のライブラリーをデジタルデータ処理システムに供給し、デジタルデータ処理システムにより当該既知の信号のライブラリーを処理することにより得られる出力デジタルデータを出力データのデータベースに保存することでもよい。この出力データのデータベースは、デジタルデータ処理システムのシグネチャを構成する。デジタルデータ処理システムの安定性及び整合性は、当該シグネチャを異なる時点で及び／又はデジタルデータ処理システム全域で比較することにより有効にすることができる。

図５に示されるように、本発明は、デジタルデータ混合装置２の操作の上記説明に関するデジタルデータの混合方法にさらに関連する。そのような方法は、特にデジタルデータ混合装置２及び／又はデジタルデータ処理システム１により実行され得る。

一般的に、デジタルデータを混合する方法は、
複数の少なくともｎビットの入力デジタルデータを受信する工程１００と、
変調電磁ビームを生成する工程であって、前記ｎビットの入力デジタルデータが、前記変調電磁ビームのｎ関連同時変調に変換される工程１１０と、
前記ｎ同時変調を備える前記変調電磁ビームを散乱電磁ビーム内に散乱させる工程１２０と、
前記散乱電磁ビームを少なくとも１ビットの出力デジタルデータに変換する工程１３０と、
前記少なくとも１ビットの出力デジタルデータを提供する工程１４０と
を備えてもよい。

Claims (23)

1. デジタルデータを混合する方法であって、
   複数の少なくともｎビット（Ｉ１...Ｉｎ）の入力デジタルデータ（４）を受信するステップと、
   変調電磁ビーム（１５）を生成し、前記ｎビット（Ｉ１...Ｉｎ）の入力デジタルデータ（４）が前記変調電磁ビームの基準強度に関して前記変調電磁ビーム（１５）の強度のｐ同時変調（Ｍ１...Ｍｐ）に変換されるステップと、
   前記ｐ同時変調（Ｍ１...Ｍｐ）を備える前記変調電磁ビーム（１５）を散乱電磁ビーム（１９）内に散乱させるステップと、
   前記散乱電磁ビーム（１９）を少なくとも１ビット（Ｏ１...Ｏｍ）の出力デジタルデータ（５）に変換するステップと、
   前記少なくとも１ビット（Ｏ１...Ｏｍ）の出力デジタルデータ（５）を提供するステップと
   を少なくとも備える方法。
2. 請求項１に記載の方法であって、
   前記変調電磁ビーム（１５）は、コヒーレント電磁放射のビームである方法。
3. 請求項１又は２に記載の方法であって、
   前記変調電磁ビーム（１５）の前記ｐ同時変調（Ｍ１...Ｍｐ）は、前記変調電磁ビームの基準となる振幅、強度、位相又は偏光に関して、前記変調電磁ビーム（１５）の振幅、強度、位相及び偏光の少なくとも１つの変調を備える方法。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の方法であって、
   前記変調電磁ビーム（１５）を生成することは、
   電磁ビーム源（１６）により初期電磁ビーム（１８）を生成することと、
   電磁ビーム変調器（１７）により、前記複数の少なくともｎビット（Ｉ１...Ｉｎ）の入力デジタルデータ（４）及び前記初期電磁ビーム（１８）を受信することと、
   前記電磁ビーム変調器（１７）により前記変調電磁ビーム（１５）を取得するために、ｐ同時変調（Ｍ１...Ｍｐ）を前記初期電磁ビーム（１８）に適用することと
   を備える方法。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の方法であって、
   前記変調電磁ビーム（１５）の前記ｐ同時変調（Ｍ１...Ｍｐ）は、前記変調電磁ビーム（１５）及び／又は前記初期電磁ビーム（１８）の波面上のｐ個別横断位置（Ｌ１...Ｌｐ）にそれぞれ関連付けられる方法。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の方法であって、
   前記変調電磁ビーム（１５）の前記ｐ同時変調（Ｍ１...Ｍｐ）は、前記変調電磁ビーム（１５）及び／又は前記初期電磁ビーム（１８）のｐ個別波数ベクトル（ｋ１...ｋｐ）にそれぞれ関連付けられる方法。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の方法であって、
   前記変調電磁ビーム（１５）を散乱させることは、受動的散乱手段により行われる方法。
8. 請求項１乃至７のいずれか１項に記載の方法であって、
   前記変調電磁ビーム（１５）を散乱させることは、透過散乱手段により行われ、
   前記透過散乱手段の入射面（１０ａ）を用いて前記変調電磁ビームを受信することと、
   前記入射面を前記透過散乱手段の放出面（１０ｂ）から隔てる前記透過散乱手段の散乱体（１０ｃ）を用いて複数の電磁散乱を実行することと、
   前記透過散乱手段の前記放出面（１０ｂ）を用いて前記散乱電磁ビーム（１９）を送信することと
   を備える方法。
9. 請求項１乃至８のいずれか１項に記載の方法であって、
   前記散乱電磁ビーム（１９）を変換することは、前記散乱電磁ビーム（１９）を複数のｍビット（Ｏ１...Ｏｍ）の出力デジタルデータ（５）に、特に、受信手段（１１）のセンサ領域（２３）のｑ個別位置（Ｐ１...Ｐｑ）に関連付けられたｍビット（Ｏ１...Ｏｍ）の出力デジタルデータ（５）に同時に変換することを備える方法。
10. 入力デジタルデータ（４）の受信及び出力デジタルデータ（５）の提供が可能な、特にデータ処理システム（１）のためのデジタルデータ混合装置（２）であって、前記装置は、
    複数の少なくともｎビット（Ｉ１...Ｉｎ）の入力デジタルデータ（４）を受信するための入力手段（８）と、
    変調電磁ビーム（１５）を生成するための電磁放射手段（９）であって、前記ｎビット（Ｉ１...Ｉｎ）の入力デジタルデータ（４）が前記変調電磁ビーム（１５）のｐ同時変調（Ｍ１...Ｍｐ）に変換される電磁放射手段（９）と、
    前記ｐ同時変調（Ｍ１...Ｍｐ）を備える前記変調電磁ビーム（１５）を散乱電磁ビーム（１９）内に散乱させるための電磁散乱手段（１０）と、
    前記散乱電磁ビーム（１９）を少なくとも１ビット（Ｏ１...Ｏｍ）の出力デジタルデータ（５）に変換させるための受信手段（１１）と、
    前記少なくとも１ビット（Ｏ１...Ｏｍ）の出力デジタルデータ（５）を提供するための出力手段（１２）と、
    をハウジング（７）に一体化して備え、
    前記装置は、前記入力デジタルデータ（４）を受信し、前記出力デジタルデータ（５）を提供するための複数の導電端子（１３、２４）をさらに備え、プリント回路基板に固定及び電気的に接続可能である装置。
11. 請求項１０に記載の装置であって、
    前記変調電磁ビーム（１５）は、コヒーレント電磁放射のビームである装置。
12. 請求項１０及び１１のいずれか１項に記載の装置であって、
    前記変調電磁ビーム（１５）の前記ｐ同時変調（Ｍ１...Ｍｐ）は、前記変調電磁ビームの基準となる振幅、強度、位相又は偏光に関して、前記変調電磁ビーム（１５）の振幅、強度、位相及び偏光の少なくとも１つの変調を備える装置。
13. 請求項１０乃至１２のいずれか１項に記載の装置であって、
    前記電磁放射手段（９）は、
    初期電磁ビーム（１８）を生成するための電磁ビーム源（１６）と、
    前記複数の少なくともｎビット（Ｉ１...Ｉｎ）の入力デジタルデータ（４）及び前記初期電磁ビーム（１８）を受信するための電磁ビーム変調器（１７）であって、前記変調電磁ビーム（１５）を取得するためにｐ同時変調（Ｍ１...Ｍｐ）を前記初期電磁ビーム（１８）に適用するための電磁ビーム変調器（１７）とを備える装置。
14. 請求項１３に記載の装置であって、
    前記電磁ビーム変調器（１８）は空間光変調器であり、特に、マイクロミラー又は液晶を備える空間光変調器であって、前記電磁ビーム源（１６）はレーザを備える装置。
15. 請求項１０乃至１４のいずれか１項に記載の装置であって、
    前記変調電磁ビーム（１５）の前記ｐ同時変調（Ｍ１...Ｍｐ）は、前記変調電磁ビーム（１５）及び／又は前記初期電磁ビーム（１８）の波面上のｐ個別横断位置（Ｌ１...Ｌｐ）にそれぞれ関連付けられる装置。
16. 請求項１０乃至１５のいずれか１項に記載の装置であって、
    前記変調電磁ビーム（１５）の前記ｐ同時変調（Ｍ１...Ｍｐ）は、前記変調電磁ビーム（１５）及び／又は前記初期電磁ビーム（１８）のｐ個別波数ベクトル（ｋ１...ｋｐ）にそれぞれ関連付けられている装置。
17. 請求項１０乃至１６のいずれか１項に記載の装置であって、
    前記電磁散乱手段（１０）は、受動的散乱手段である装置。
18. 請求項１０乃至１７のいずれか１項に記載の装置であって、
    前記電磁散乱手段（１０）は、前記変調電磁ビーム（１５）を受信する入射面（１０ａ）と前記散乱電磁ビーム（１９）を送信する放出面（１０ｂ）とを備える透過散乱手段であって、前記入射面（１０ａ）及び前記放出面（１０ｂ）は、複数の電磁散乱を実行可能な散乱体（１０ｃ）により隔てられている装置。
19. 請求項１０乃至１８のいずれか１項に記載の装置であって、
    前記電磁散乱手段（１０）は、長時間安定したままであり、特に、少なくとも２分、好ましくは２日、より好ましくは２ヶ月の間安定したままである装置。
20. 請求項１０乃至１９のいずれか１項に記載の装置であって、
    前記受信手段（１１）は、前記散乱電磁ビーム（１９）を複数のｍビット（Ｏ１...Ｏｍ）の出力デジタルデータ（５）に、特に、前記受信手段（１１）のセンサ領域（２３）のｑ個別位置（Ｐ１...Ｐｑ）に関連付けられているｍビット（Ｏ１...Ｏｍ）の出力デジタルデータ（５）に同時に変換可能な装置。
21. 請求項１０乃至２０のいずれか１項に記載の装置であって、
    前記受信手段（１１）は、イメージセンサ（２０）を備える装置。
22. デジタルデータ処理システム（１）であって、
    請求項１０乃至２１のいずれか１項に記載のデジタルデータ混合装置（２）と、
    前記入力デジタルデータ（４）を前記デジタルデータ混合装置（２）に提供するため、及び前記デジタルデータ混合装置（２）から前記出力デジタルデータ（５）を受信するための少なくとも１つの独立電子部品（３）と、
    を備えるシステム。
23. 請求項２２に記載のデジタルデータ処理システムであって、
    請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の第１デジタルデータ混合装置（２ａ）及び第２デジタルデータ混合装置（２ｂ）を少なくとも備え、前記第１デジタルデータ混合装置（２ａ）及び前記第２デジタルデータ混合装置（２ｂ）は、前記第２デジタルデータ混合装置（２ｂ）の前記入力デジタルデータ（４）が前記第１デジタルデータ混合装置（２ａ）からの前記出力デジタルデータ（５）に基づくように、直接又は相互接続電子部品（３ａ）を介して互いに接続されるシステム。
    

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