JP2023530809A - 並列光計算システム - Google Patents

Abstract

並列光計算システムが記載され、当該システムは、少なくとも１つの偏光フィルタ（１２）および少なくとも１つの液晶セル（１３）を備える少なくとも１つの第１のモジュール（１０）であって、第１のモジュール（１０）が光源（７０）から光を受信し、液晶セル（１３）から出力される光を処理される光データにエンコードするための光変調器（１００）として構成される、少なくとも１つの第１のモジュール（１０）と、少なくとも１つの偏光フィルタ（２２）および少なくとも１つの液晶セル（２３）を備える少なくとも１つの第２のモジュール（２０）であって、第２のモジュール（２０）が、処理される光データを受信し、処理の光結果を出力するための光プロセッサ（２００）として構成され得る、少なくとも１つの第２のモジュール（２０）と、処理の光結果を受信し、光結果を対応する電気結果に変換するように設計される、少なくとも１つの光検知器（４０）と、を備える。

Description

本発明は、並列光計算システムに関する。本発明は、並列光計算方法にも関する。

並列光計算の分野では、電気の代わりに光を処理し得るシステムを開発する努力がなされていることが知られている。

これらのシステムは、既に光ファイバによって送信している電気通信ネットワーク間の伝送インターフェースを高速化するだけでなく、上記システム内の計算速度を向上させる試みで開発されており、したがって、概してニューロンおよび人工知能ネットワークでの適用などの、非常に複雑なコンピューター計算のためのシステムを使用することを可能にしている。

しかし、現在知られているシステムは、研究目的だけでなく工業的にそれを使用するには再プログラム可能である必要があり、その効果的に広範囲な使用が合理的にコンパクトなハードウェアによってのみ達成され得るという事実から、主に、並列光計算システムと外部デジタル（典型的にバイナリコーディング）システムとの間のインターフェースの複雑さと、光学システム自体内での計算の実施の複雑さに関連付けられた多数の欠点を有している。

したがって、本発明の根底にある技術的課題は、電気通信ネットワークを含む外部システム間のデータの入力および出力に関して、ならびにシステム内で本質的に実施される情報処理および関連する計算操作に関して、最適な性能特徴を備えた並列光計算システムを考案する一方で、高度に汎用型のソフトウェアおよびハードウェアの構成を利用して、知られている光計算システムにこれまでに影響を与えている制限および欠点の本質的にすべてを克服することである。

本発明の根底にある考えは、並列光計算を実施するために液晶セルをプログラミングすることであり、特に、入力を表す変調光に基づいて計算を実施し、計算の結果を光センサ（検知器）によって検出し得る光の形態で出力するために、実施される計算の入力を表す光の変調のために液晶セルをプログラミングすることである。

利点として、液晶セルは、前述の考えに基づいて、変調および計算の両方のために再プログラム可能であるため、複数のセットの入力データを表示し、データセット上で異なる複数の操作を実施することが可能であり、上記の表示および操作の各々は、変調および計算用のセルの予め定義付けされたプログラミングに対応し、以下で、変調のために設計された、並列光計算システムのいわゆる第１のモジュール、および計算システムのプロセッサとしての操作のために設計された、計算システムの第２のモジュールの一部を形成するものとしても示されている。

前述の考えに基づいて、出願人は、並列光計算システムの種々の実施形態を考案し、これらは、第１のモジュールおよび第２のモジュールの空間的な構成および配置だけでなく、変調に使用される計算システムのモジュールの数および計算に使用されるモジュールの数の拡大、ならびにモジュールの相対的な空間構成に関して可能である主な利点の点で互いに異なる一方で、すべてが前述の考えの原理に基づいている。

種々の実施形態では、並列光計算システムは、
少なくとも１つの偏光フィルタおよび少なくとも１つの液晶セルを備える少なくとも１つの第１のモジュールであって、第１のモジュールが、光源から光を受信し、液晶セルから出力される光を処理される光データにエンコードするための光変調器として構成される、少なくとも１つの第１のモジュールと、
少なくとも１つの偏光フィルタおよび少なくとも１つの液晶セルを備える少なくとも１つの第２のモジュールであって、第２のモジュールが、処理される光データを受信し、処理の光結果を出力するための光プロセッサとして構成され得る、少なくとも１つの第２のモジュールと、
処理の光結果を受信し、光結果を対応する電気結果に変換するように設計される、少なくとも１つの光検知器と
を備える。

第１のモジュールおよび／または第２のモジュールは、複数の液晶セルを備え得ることで、計算システムの並列計算能力を向上させる。以下の説明は、少なくとも最初は、説明をより簡潔にするためだけに、モジュールの最小構成に基づいているが、同じモジュールが液晶セルの数の点で限定されないことは明らかである。

一実施形態によれば、光計算システムは、少なくとも１つのプリズムが第１のモジュールから光データを受信し、光データを第２のモジュールへと反射するように位置付けられているタイプの構成を有し、第１のモジュールおよび第２のモジュールは、垂直に整列する。ここに例示される構成の具体的な詳細は、本開示の詳細な説明において、および図面を参照して提供される。本質的に、プリズムは、第１のモジュールおよび第２のモジュールのセルに平行であり、第１のモジュールおよび第２のモジュールに対向して配置される、ベースと、第１のモジュールから第２のモジュールに光データを反射するために、ベースに接続された傾斜壁とを備える。

一態様によれば、第２のモジュールは、光プロセッサとして構成され、光検知器は、第２のモジュールから光結果を受信するように構成される。

別の態様によれば、光計算システムは、第２のモジュールの下で、第１のモジュールおよび第２のモジュールと垂直に整列し、第２のモジュールから光データを受信するように構成される少なくとも１つの第３のモジュールを備え、本態様によれば、第２のモジュールは、第２の光変調器として（したがって、必ずしもプロセッサとしてではない）または光プロセッサとして構成され、第３のモジュールは、光プロセッサまたは第２の光プロセッサとして、それぞれ（すなわち、第２のモジュールの構成に応じて）構成される。少なくとも１つの第２のプリズムは、第２のモジュールから光データを受信し、光データを第３のモジュールに反射するように構成される。第２のプリズムは、第２のモジュールおよび第３のモジュールの少なくとも１つのセルに平行であり、第１のプリズムが配置される第２のモジュールの表面と反対側の第２のモジュールの表面に沿って、第２のモジュールおよび第３のモジュールに対向して配置されるベースと、第２のモジュールから第３のモジュールに光データを反射するために、ベースに接続される傾斜壁とを備える。光検知器は、少なくともこの可能な構成において、第３のモジュールから光結果を受信するように構成される。

しかし、出願人によって他の空間構成も想定され、具体的な詳細は、以下に簡潔にのみ言及され、本開示の詳細な説明において、および図面を参照して、さらに十分に説明され、ここで、参照番号は、光計算システムの具体化の可能な例の理解を容易にする。

たとえば、光計算システムの第１のモジュールは、第２のモジュールに対向して位置付けられ得る（したがって、必ずしも垂直に整列する必要はない）。

また、この変形例によれば、光計算システムは、この場合、第２のモジュールに対向して配置される第３のモジュールを備えてもよく、第３のモジュールは光プロセッサとして構成され、光検知器は第３のモジュールから光結果を受信するように構成される。

既に述べたように、光計算システムのさらなる実施形態においても、第１のモジュール、第２のモジュール、または第３のモジュールの各々は、第１のモジュール、第２のモジュール、または第３のモジュールの平面内に隣接して水平におよび／または垂直に配置された複数の液晶セルを備える。

本発明による並列光計算方法および計算システムのさらなる特徴および利点は、以下の説明および添付の図面を参照して提供され、単に本発明の非限定的な例によって提供される。

本開示による光計算システムの概略図である。 本開示で提供される変形例による光計算システムの概略図である。 本開示で提供される別の変形例による光計算システムの概略図である。 本開示で提供されるさらなる変形例による光計算システムの概略図である。 本開示で提供される光計算システムを出願人が考案することにつながった基本原理の概略図である。 本開示で提供される別の変形例による光計算システムの概略図である。 本開示で提供されるさらなる変形例による光計算システムの概略図である。 本開示で提供されるさらに別の変形例による光計算システムの概略図である。 本開示における非限定的な例によって提供される、可能性のある符号化システムに応じて使用される光計算システムの概略図である。 図９の詳細（ａ）である。 本開示による計算システムにおいて光をコード化するため、可能性のあるシステムを示す図である。

添付の図面を参照すると、１は、本発明による並列光計算システムを表して、概略的に示し、以下では略して「計算システム」とも呼ばれる。

計算システム１は、モジュール、特に少なくとも１つの第１のモジュール１０および第２のモジュール２０（たとえば、図１および３）に共にグループ化された複数の液晶セル、および随意に、第３のモジュール３０（たとえば図２および４）またはさらなる追加のモジュールを備える。以下の説明から明らかになるように、特定のモジュールは、特定の機能、特に光変調機能１００、１０１、および計算機能２００、２０１を実装するように設計されている。

計算システム１の動作原理は、第１のモジュール１０および／または第２のモジュール２０（および／または第３のモジュール３０および／または追加のモジュール）に含まれる液晶セルの数とは無関係であり、したがって、説明をより簡潔にするために、計算システム１は、上記第１のモジュール１０および第２のモジュール２０の各々に対して、それぞれ、１つのみの液晶セル１３、２３（および随意に第３のモジュール３０のための第３の液晶セル３３）を有すると見なされ得る。前述で明確にしたが、計算システム１の工業化は、出願人によって想定されるように、データ処理の並列性を高めるために、第１のモジュール１０および第２のモジュール２０（および随意に第３のモジュール３０）の各々のための、および以下の説明から明らかになるように、いくつかの実施形態では、各機能、特に光変調機能および光計算機能のための複数のモジュールを用いる、複数の液晶セルの使用に特に適していることが指摘されるべきである。したがって、以下の説明に関して、各モジュールに関連して以下に説明される特徴は、液晶セルの数とは無関係である。

液晶セル１３、２３、３３は、２つのガラス壁９５の間に配置され、非偏光の白色光源７０によって放射される無限光線に交差するように意図されている。白色光源７０は、光源として、計算システム１の入力に配置される。たとえば、白色光源７０は、複数のＬＥＤを備える。

本発明によれば、白色光源７０によって放射される光は、処理される情報またはデータを表すべく、液晶セル１３の構成または状態に応じて、第１のモジュール１０によって変調されるように意図されている。このように変調された光、すなわち、第１のモジュール１０から出力される光は、その後、処理される場合に、第２および／または第３のモジュールの液晶セル２３、３３の構成または状態に応じて、第２のモジュール２０（および随意に第３のモジュール３０または追加のモジュール）へと入力される。種々の実施形態によれば、第２のモジュールおよび／または第３のモジュールおよび／または追加のモジュールは、変調機能または計算機能に関連付けられ得る。

モジュールにおいて、光を処理する方法の簡単な説明が、以下に提供される。

光は、複数の光線によって形成されるが、実際には、多数の原子によってランダムに放射される光線の重ね合わせによって得られる。並列光計算プロセスを実施するために、本発明による計算システム１は、光線を偏光し、第１のモジュール１０および第２のモジュール２０（および随意に、第３のモジュール３０および任意の追加のモジュール）の液晶セルによるそれらの続く処理のために、それらを実質的に順序付けるように構成されている。

この制御操作は、とりわけ、第１のモジュール１０に含まれる少なくとも１つの偏光フィルタ１２、および第２のモジュール２０に含まれる少なくとも１つの第２の偏光フィルタ２２（または第３および／または追加のモジュールのための追加のフィルタ）によって実施される。光線は、モジュール１０、２０（３０）、特にモジュールの液晶セル１３、２３、３３によってさらに制御されるように意図されており、これらは、当該液晶セルの複数の電気接点に加えられる複数の電気インパルスによって作動される。

モジュール１０、２０（３０）において、電界は所定のプログラミングで適用され、それにより、液晶セル１３、２３（３３）の結晶は、（第１のモジュール１０において）光を変調し、（第２のモジュール２０において）計算を実施するために実施されるプログラミングに応じて、フィルタ１２、２２、（３２）によって事前に偏光された光の位相シフト、たとえば、０°または９０°の位相シフトを可能にするか、または可能にしないように整列する。

図５は、第１のモジュール１０および第２のモジュール２０を形成するために使用され得る液晶セル１２、２３（３３）の動作論理を概略的な形態で示している。

図５の上部は、「ノーマリホワイト」モード、つまり電場が液晶に加えられないときに光が送信されるモードで動作するツイステッドネマチック光変調器ＬＣＤの単一の画素（ピクセル）のオフ状態を示している。オフ状態では、つまり電界が加えられない場合、種々のスペーサによって分離され、透明電極（図示せず）と並べられた、図５の２つのガラス層Ｇ間に、ネマティック液晶の分子のねじれた構成（螺旋状（ｈｅｌｉｃｏｉｄａｌ ｏｒ ｈｅｌｉｃａｌ）構造）が形成される。同じ電極には、図５の上部に示されるように、外部電界が存在しない場合に液晶を９０°で正確にねじる整列層（また図５には図示せず）が並べられる。

（図５の左側に、入射する水平矢印で示されている）偏光を有する光源がスクリーンの前部を照射する場合、光は、第１の偏光子Ｐ２を通過して、偏光子から液晶に進み、そこで、螺旋状構造によって回転させられる。光は、その後、第１の偏光子に対して９０°に設定された第２の偏光子Ｐ１を通過するように適切に偏光される。したがって、図５（図面の上部）に示される例では、光はセルの背面を通過し、画像は、透明で現れる（右側の白の四角形）。この光（透明）の出現は、光情報と関連付けられ得る。

代わりに、オン状態では、つまり２つの電極間に電界が加えられる場合、結晶には外部電界が再び整列する（図５の下部）。この構成によって液晶の回転を防ぎ、その結果、液晶を通過する偏光は、再配向されない。この場合、光は背面偏光子Ｐ１によって遮断され、画像は、不透明に現れる（右側の黒の四角形）。この光の出現（不透明）は、光の最初の出現（透明）に関連付けられたものとは異なる光情報に関連付けられ得る。

上記の動作論理に基づいて、各モジュール、つまり計算システム１の第１のモジュール１０および第２のモジュール２０、ならびに任意の他のモジュール３０などは、フィルタＰ１、Ｐ２を使用して形成され得る。種々の実施形態によるこれらのフィルタは、たとえば、１２および２２（図１）および３２（図２）で図面に示され、液晶セルは、１３、２３（図１）および３３（図３３）で示される。上記セルの各々によって、上記のように光を制御することが可能になる。

計算システム１は、利点として、並列した非常に多数の数学演算を並列で変調し、並列処理した後、処理されるデータを電気信号の形態で提供するシリアル入力インターフェース、および／または、計算システム１によって既に処理された電気データを受信するように構成されるシリアル出力インターフェースを用いて、それぞれ、入力および／または出力でインターフェース接続され得る。電気入力データは、計算システム１の第１のモジュール１０によって対応して変調される光に変換される。同様に、計算システム１によって処理された光データ、特に第２のモジュール２０によって処理されたデータは、計算システム１の光検知器４０によってデータまたは電気信号に再変換される。

第１のモジュール１０および第２のモジュール２０のハードウェアは、電気光学変調装置を備え、原則として、第１のモジュール１０および第２のモジュール２０のハードウェアは、非常に類似しているか、または対応している場合もあるが、計算システム１における変調または計算機能を決定するのはハードウェアのプログラミングであり、少なくとも計算システム１の可能な実施形態の１つにおいて、第１のモジュール１０に本質的に「光変調器」の機能が提供され、第２のモジュール２０に「光プロセッサ」の機能が提供される。

光データへの情報の変換によって、数学的論理の種々の変形、たとえば多値数学的論理を適用することによる並列処理の実施が可能になる。計算システム１の処理の最終結果は、１つまたは複数の他の連続する計算システム１、すなわち他の並列光計算システムに転送され得るか、または既に上述したように、光検知器４０によってシリアルデータに再変換され得る。

図１に示される実施形態の例によれば、液晶セルは、グループ化されて、第１の光変調器モジュール１０および第２の計算モジュール２０を形成し、平面内で互いに垂直に整列し、したがって同一平面上にあり、所定のサイズ（インチ単位）の装置またはディスプレイを形成するように意図されている。本実施形態では、垂直に配置されたセルは、当該セルのサイズに等しい量のディスプレイ上の変位によって、第１のモジュール１０のセルから出力される光線を第２のモジュール２０の対応するセルに向けて１８０度偏向させるように設計される光プリズム５０に対向している。そのため、モジュールおよびそれぞれのセルの正確で特にコンパクトな空間構成に言及する本実施形態に依然として従えば、光検知器４０は、第１の光プリズム５０による適切な偏向の後、第１のモジュール１０からの光をその入力で受信するように設計される第２のモジュールの表面と反対側の第２のモジュール２０の表面に沿って、第２のモジュール２０に対向している。

図１に示されるタイプの計算システム１は、利点として、バイナリ代数を使用して計算操作を実施するために使用され得る。非偏光の光源７０は、（少なくとも１つの）第１の偏光フィルタ１２によって制御されて、その後、第１のモジュール１０のセル１３に入る光線を放射する。第１のモジュール１０の偏光フィルタ１２およびセル１３は、計算システム１の光変調器１０を形成し、これは、光が処理されるシリアルデータを表すように光を変調する機能を有している。

処理される情報に対応する光線は、光変調器１０から放射され、プリズム５０によって１８０度偏向されることで、第１のモジュールに沿って垂直に配置される第２の液晶セル２３を備える第２のモジュール２０に入る。すなわち、モジュール２０、１０のそれぞれのセルは実質的に同一平面上にある。第２のモジュール２０のセル２３を通過する光線は、セル２３の状態に依存する偏光を有し、第２のモジュール２０を使用して実施される計算に応じて事前にプログラムされ、偏光フィルタ２２を横断し得る。最後に、偏光フィルタ２２から出力される光線は、光検知器４０によって検知され、計算システム１の結果を表す。

既に述べたように、計算システム１は、多値論理の計算操作を実施するように構成され得る。たとえば、図２を参照すると（しかし、これは多値計算論理に基づく使用に限定されない）、計算システム１は、第３のモジュール３０を備えるように構成されている。計算システム１は、特に、３つのモジュール１０、２０、３０を備え、その各々は、少なくとも１つの液晶セル１３、２３、３３、光源７０、偏光フィルタ１２、２２、３２、２つの光プリズム５０および８０、ならびに光検知器４０を有する。非偏光の光源７０は、第１のフィルタ１２によって制御される光線を放射した後、第１のモジュール１０のセル１３に入り、第２の偏光フィルタ４２を横断する。第１のモジュール１０の２つの偏光フィルタ１２、４２およびセル１２は、光変調器１０を形成する。

適切に変調された、すなわち光学形式で処理されるデータに対応するための光線は、光変調器１０を出て、プリズム５０に入り、そこから第２のモジュール２０の偏光フィルタ８２に向かって、および偏光フィルタ８２から第２のモジュール２０の液晶セル２３まで、与えられた例では１８０度偏向される。第２のモジュール２０の液晶セル２３は、第１のモジュール１０のセル１３と垂直に整列し、すなわち同一平面上にあり、両方のセル１３、２３は、プリズム５０の表面またはベースに平行な表面を有し、これは、非常にコンパクトなハードウェア構造に基づいて、第１のモジュール１０によって変調された光線をプリズム５０に入力し、同じ光線を再度出力して、それらを第２のモジュール２０、特に偏光フィルタ８２の入力に再度方向付けるように構成されている。

第２のセル２３を横断する光線は、セル２３のプログラミングに応じて既に述べたように、所与の偏光を継続し、第２のモジュール２０の偏光フィルタ２２を横断し、そこから第２のプリズム８０に向かって出る。

第２のプリズム８０は、第１のプリズム５０の光線を偏向させる同じ機能を有するが、第２のモジュール２０と第３のモジュール３０との間に配置され、すなわち、プリズム８０の表面が、すなわち第２および第３のモジュール２０、３０のセル２３および３３の表面に平行であり、それぞれのフィルタ２２、３２の表面に対向しており、特に、第２のモジュール２０のセル２３によって放射された光線が第３のモジュール３０のセル３３に正確に入るように、それらから適切に離間される。第３のモジュール３０のセル３３へのこの入射は、プリズム８０とセル３３との間に配置されるモジュール３０のフィルタ３２によって制御される。

第３のモジュール３０を通る光線の流れは、そのため、ここでさらに説明する必要はなく、第３のモジュール３０のフィルタ６２を介して光検知器４０に到達する。

第３のモジュール３０のセル３３に沿って通る光線は、セル３３の状態に依存する偏光を有し、第３のモジュール３０を用いて実施される計算に応じて事前にプログラムされ、偏光フィルタ６２を横断し得る。最後に、偏光フィルタ６２から出力される光線は、光検知器４０によって検知され、計算システム１の結果を表す。

その代わりに、図２の可能な実施形態に関連して、さらに明確にする価値があるのは、第２のモジュール２０は、光変調モジュールまたは計算モジュールとして構成され得る、すなわち、第３のモジュール３０によって形成される、第１の変調モジュール１０に対する追加の変調器としてか、または第２の計算モジュールに対する追加のプロセッサとして構成され得るという事実である。

第３のモジュール３０は、実際には、第２のモジュール２０が第２の変調モジュールとして構成される場合には、第１の計算モジュールとして、または第２のモジュール２０が第１の計算モジュールとして構成される場合には、第２の計算モジュールとして構成され得る。

図１および２を参照してこれまでに提供された説明は、２つの液晶セルのみによって、または３つの液晶セルによって、すなわち、記載されたモジュールごとに１つのセルによって、いわゆる最小構成で形成された計算システム１に関する。しかし、既に述べたように、当該構造は、計算システム１のある種のスクリーンを形成する垂直および／または水平に隣接する配置で、図１または２の構成のモジュールの各々に複数のセルが含まれるように、および／または複数の変調および／または計算モジュールが使用されるように拡充され得る。

図６および７は、それぞれ、図１および２に示されたシステムの拡張形態を示している。図６および７の両方において、モジュール、フィルタ、およびソースの構造は、垂直方向および水平方向に繰り返されてもよく、したがって、平面の２つの方向Ｘ、Ｙに沿って計算システムを拡張し、これは光学システム１の光学スクリーンの形態の実質的に双方向の拡張に対応している。計算能力をさらに高めるために、計算システムのいわゆる三次元拡張も考えられ、ここで、複数のスクリーンが、方向ＸおよびＹに垂直に、方向Ｚに沿って平行に並んで配置されている。

さらに、種々の実施形態または上記のものと組み合わせられ得る実施形態によれば、計算システム１の構成要素の空間構成、すなわち、モジュール１０～３０、光源７０、および検知器４０の相互配置は、種々であってもよく、いくつかの実施形態によれば、プリズムに沿って位置付ける必要はない。これは、たとえば、図３および４を参照して例として提供される実施形態の場合である。

図３では、第１のモジュール１０および第２のモジュール２０は、互いに対向しており、第１のフィルタ１２の表面、第１のモジュール１０のセル１３の表面、第２のモジュール２０のセル２３の表面、および第２のフィルタ２２の表面に垂直な軸に沿って、光源７０と検知器４０との間に配置されている。図１を参照して説明した方法に類似した方法で、この実施形態の例の場合でも、第１のモジュール１は、変調器１００として構成され、第２のモジュール２は、プロセッサ２００として構成されている。

図４では、第１のモジュール１０および第２のモジュール２０は、ここでもまた、互いに対向しており、第１のフィルタ１２の表面、第１のモジュール１０のセル１３の表面、第２のモジュール２０のセル２３の表面、および第２のフィルタ２２の表面に垂直な軸に沿って、光源７０と検知器４０との間に配置されている。しかし、この実施形態の例では、第３のモジュール３０がさらに、第２のモジュール２０と検知器４０との間に挿入され、セル３３と、軸に垂直な表面を有する２つのフィルタ３２Ａおよび３２Ｂとを備えている。この場合、図２を参照して説明した方法に類似した方法で、第１のモジュール１は変調器１００として構成され、第２のモジュール２は第２の変調器１０１または第１のプロセッサ２００として構成することができ、第３のモジュールは第１のプロセッサ２００または第２のプロセッサ２０２として構成され得る。

図８は、モジュールごとに複数の液晶セルを備える、図３または４によるシステムの拡張形態を概略的に示す。特に、非偏光の白色光源は、７０で示され、たとえば第１のＬＣＤスクリーン１０の形態で、少なくとも第１の偏光フィルタ１２によって、および第１のモジュール１０の複数のセル１３によって制御されるように意図された複数の光線を放射するように構成されている。

第１のモジュール１０の第１の偏光フィルタ１２およびセル１３は、計算システム１の光変調器１００を形成し、これは、シリアルデータを処理される光データに変換する機能を有している。

第１のモジュール１０は、モジュール１０の複数のセル１３に対応する複数の光線をその出力で生成し、各光線は、それぞれのセル１３の状態に依存する偏光を有している。光線は、第２のモジュール２０のそれぞれのセル２３に入力される。これらの光線は第２のモジュール２０によって処理され、特に、各光線は、セル２３の状態に応じて、第２のモジュール２０の対応するセル２３によって処理される。このように処理された光線は、検知器４０の複数のセンサによって検知されることを意図された、計算システム１の結果を表し、各センサは、検知器４０と第２のモジュール２０との間に位置する第２の偏光フィルタ２２によって出力される光線に関連付けられている。

拡張計算システム１は、図４に示される基本構造から同様に得られ得る。

図１１は、２進、３進、４進、二重レールのシステム、またはｎ重レールのシステムに基づいて、計算システム１で光をコード化する可能な方法の例を示す。符号化システムは、変調中に、処理されるデータを表し、処理されるデータに対応する光特性に帰するために使用される。

符号化システムでは、情報は、既に上で説明したように、光が不透明（黒）または白（透明）であるという事実によってだけでなく、光（つまり光線）のさらなる特性、特に、図１１において白い四角内のそれぞれの矢印によって示される白色光、または図１１においてそれぞれの色付きの四角によって示される青、緑、および赤などのさらなる色の方向、または図１１において色付きの四角でそれぞれの矢印によって示される色付きの光の方向によっても表される。

図９は、たとえば図２のハードウェアアーキテクチャに基づいた、計算システム１の操作を、概略的な形態で、および論理システムに基づいて（すなわち、構成要素のハードウェア配置に本質的に関連付けて）例示している。

第１のモジュール１０および第２のモジュール２０において、計算システムに入力されたシリアルデータは、図１１に示される符号化システムの１つによってエンコードされ、したがって、光学形式での、入力データを表す、所定の変調を光に帰している。これは、第２のモジュール２０の出力として図９の論理図に示されている。

第３のモジュール３０は、第２のモジュール２０から出力される光線に計算を適用する。この計算は、入力された光データ（すなわち光線）を第３のモジュール３０に変換する計算マスクで予め定義付けされる。計算マスクは、図９でははっきりと見えないため、図１０で拡大して示されている。計算マスクは、第３のモジュール３０の内部で、計算、すなわち光線に対して実行される処理に応じて予め定義付けされる。そのため、第３のモジュールは、種々の計算マスクを再度定義付けすることによって構成され得る。

ここでまた、光の変調に採用された符号化システム、たとえば図１１に示されるシステムの１つに基づき、光計算の結果は、検知器４０において、外部システム向けの対応するデジタルデータに再変換され得る。

しかし、現在知られているシステムは、研究目的だけでなく工業的にそれを使用するには再プログラム可能である必要があり、その効果的に広範囲な使用が合理的にコンパクトなハードウェアによってのみ達成され得るという事実から、主に、並列光計算システムと外部デジタル（典型的にバイナリコーディング）システムとの間のインターフェースの複雑さと、光学システム自体内での計算の実施の複雑さに関連付けられた多数の欠点を有している。ＹＵ ＦＴ Ｓ ＥＴ ＡＬの「Ｄｉｇｉｔａｌ ｏｐｔｉｃａｌ ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅｓ ｆｏｒ ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｍａｔｒｉｘ ｍｕｌｔｉｐｌｉｃａｔｉｏｎ」（Ｏｐｔｉｃｓ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ， Ｅｌｓｅｖｉｅｒ， Ａｍｓｔｅｒｄａｍ － ＸＰ０２４４９１１８５， ＩＳＳＮ： ００３０－４０１８）は、光計算システムの一例である。

前述の考えに基づいて、出願人は、並列光計算システムの種々の実施形態を考案し、これらは、変調に使用される計算システムのモジュールの数および計算に使用されるモジュールの数の拡大、ならびにモジュールの相対的な空間構成の点で互いに異なる一方で、すべてが前述の考えの原理に基づいている。

本発明による並列光計算システムは、請求項１の特徴を備える。好ましい実施形態は請求項２～８に開示される。
並列光計算システムは、
少なくとも１つの偏光フィルタおよび少なくとも１つの液晶セルを備える少なくとも１つの第１のモジュールであって、第１のモジュールが、光源から光を受信し、液晶セルから出力される光を処理される光データにエンコードするための光変調器として構成される、少なくとも１つの第１のモジュールと、
少なくとも１つの偏光フィルタおよび少なくとも１つの液晶セルを備える少なくとも１つの第２のモジュールであって、第２のモジュールが、処理される光データを受信し、処理の光結果を出力するための光プロセッサとして構成され得る、少なくとも１つの第２のモジュールと、
処理の光結果を受信し、光結果を対応する電気結果に変換するように設計される、少なくとも１つの光検知器と
を備える。

少なくとも１つのプリズムが第１のモジュールから光データを受信し、光データを第２のモジュールへと反射するように位置付けられているタイプの構成を有し、第１のモジュールおよび第２のモジュールは、垂直に整列する。ここに例示される構成の具体的な詳細は、本開示の詳細な説明において、および図面を参照して提供される。本質的に、プリズムは、第１のモジュールおよび第２のモジュールのセルに平行であり、第１のモジュールおよび第２のモジュールに対向して配置される、ベースと、第１のモジュールから第２のモジュールに光データを反射するために、ベースに接続された傾斜壁とを備える。

白色光源７０によって放射される光は、処理される情報またはデータを表すべく、液晶セル１３の構成または状態に応じて、第１のモジュール１０によって変調されるように意図されている。このように変調された光、すなわち、第１のモジュール１０から出力される光は、その後、処理される場合に、第２および／または第３のモジュールの液晶セル２３、３３の構成または状態に応じて、第２のモジュール２０（および随意に第３のモジュール３０または追加のモジュール）へと入力される。種々の実施形態によれば、第２のモジュールおよび／または第３のモジュールおよび／または追加のモジュールは、変調機能または計算機能に関連付けられ得る。

光は、複数の光線によって形成されるが、実際には、多数の原子によってランダムに放射される光線の重ね合わせによって得られる。並列光計算プロセスを実施するために、計算システム１は、光線を偏光し、第１のモジュール１０および第２のモジュール２０（および随意に、第３のモジュール３０および任意の追加のモジュール）の液晶セルによるそれらの続く処理のために、それらを実質的に順序付けるように構成されている。

上記の動作論理に基づいて、各モジュール、つまり計算システム１の第１のモジュール１０および第２のモジュール２０、ならびに任意の他のモジュール３０などは、フィルタＰ１、Ｐ２を使用して形成され得る。これらのフィルタは、たとえば、１２および２２（図１）および３２（図２）で図面に示され、液晶セルは、１３、２３（図１）および３３（図３３）で示される。上記セルの各々によって、上記のように光を制御することが可能になる。

図１を参照すると、液晶セルは、グループ化されて、第１の光変調器モジュール１０および第２の計算モジュール２０を形成し、平面内で互いに垂直に整列し、したがって同一平面上にあり、所定のサイズ（インチ単位）の装置またはディスプレイを形成するように意図されている。垂直に配置されたセルは、当該セルのサイズに等しい量のディスプレイ上の変位によって、第１のモジュール１０のセルから出力される光線を第２のモジュール２０の対応するセルに向けて１８０度偏向させるように設計される光プリズム５０に対向している。モジュールおよびそれぞれのセルの正確で特にコンパクトな空間構成において、光検知器４０は、第１の光プリズム５０による適切な偏向の後、第１のモジュール１０からの光をその入力で受信するように設計される第２のモジュールの表面と反対側の第２のモジュール２０の表面に沿って、第２のモジュール２０に対向している。

図２に関連して、第２のモジュール２０は、光変調モジュールまたは計算モジュールとして構成され得る、すなわち、第３のモジュール３０によって形成される、第１の変調モジュール１０に対する追加の変調器としてか、または第２の計算モジュールに対する追加のプロセッサとして構成されている。

開示される種々の例によれば、計算システム１の構成要素の空間構成、すなわち、モジュール１０～３０、光源７０、および検知器４０の相互配置は、種々であり、プリズムに沿って位置付ける必要はない。これは、図３および４を参照して開示される例である。

図３では、第１のモジュール１０および第２のモジュール２０は、互いに対向しており、第１のフィルタ１２の表面、第１のモジュール１０のセル１３の表面、第２のモジュール２０のセル２３の表面、および第２のフィルタ２２の表面に垂直な軸に沿って、光源７０と検知器４０との間に配置されている。図１を参照して説明した方法に類似した方法で、この図３の例の場合では、第１のモジュール１は、変調器１００として構成され、第２のモジュール２は、プロセッサ２００として構成されている。

図４では、第１のモジュール１０および第２のモジュール２０は、ここでもまた、互いに対向しており、第１のフィルタ１２の表面、第１のモジュール１０のセル１３の表面、第２のモジュール２０のセル２３の表面、および第２のフィルタ２２の表面に垂直な軸に沿って、光源７０と検知器４０との間に配置されている。しかし、この例では、第３のモジュール３０がさらに、第２のモジュール２０と検知器４０との間に挿入され、セル３３と、軸に垂直な表面を有する２つのフィルタ３２Ａおよび３２Ｂとを備えている。この場合、図２を参照して説明した方法に類似した方法で、第１のモジュール１は変調器１００として構成され、第２のモジュール２は第２の変調器１０１または第１のプロセッサ２００として構成することができ、第３のモジュールは第１のプロセッサ２００または第２のプロセッサ２０２として構成され得る。

Claims (14)

1. 並列光計算システムであって、
   少なくとも１つの偏光フィルタ（１２）および少なくとも１つの液晶セル（１３）を備える少なくとも１つの第１のモジュール（１０）であって、前記第１のモジュール（１０）が、光源（７０）から光を受信し、前記液晶セル（１３）から出力される前記光を処理される光データにエンコードするための光変調器（１００）として構成される、少なくとも１つの第１のモジュール（１０）と、
   少なくとも１つの偏光フィルタ（２２）および少なくとも１つの液晶セル（２３）を備える少なくとも１つの第２のモジュール（２０）であって、前記第２のモジュール（２０）が、処理される前記光データを受信し、処理の光結果を出力するための光プロセッサ（２００）として構成され得る、少なくとも１つの第２のモジュール（２０）と、
   前記処理の前記光結果を受信し、前記光結果を対応する電気結果に変換するように設計される、少なくとも１つの光検知器（４０）と
   を備える、並列光計算システム。
2. 前記第１のモジュール（１０）から前記光データを受信し、前記光データを前記第２のモジュール（２０）に反射するように構成される少なくとも１つのプリズム（５０）を備え、
   前記第１のモジュール（１０）および前記第２のモジュール（２０）は、垂直に整列し、前記プリズム（５０）は、前記第１のモジュール（１０）および前記第２のモジュール（２０）の少なくとも１つのセルに平行であり、前記第１のモジュール（１０）および前記第２のモジュール（２０）に対向して配置されるベース（５１）と、前記第１のモジュール（１０）から前記第２のモジュール（２０）に前記光データを反射するために、前記ベース（５１）に接続される傾斜壁（５２）とを備える、請求項１記載の並列光計算システム。
3. 前記第２のモジュール（２０）は、光プロセッサ（２００）として構成され、前記光検知器（４０）は、前記第２のモジュール（２０）から前記光結果を受信するように構成される、請求項１記載の並列光計算システム。
4. 前記並列光計算システムは、前記第２のモジュール（２０）の下で、前記第１のモジュール（１０）および前記第２のモジュール（２０）と垂直に整列し、前記第２のモジュール（２０）から前記光データを受信するように構成される少なくとも１つの第３のモジュール（３０）を備え、
   前記第２のモジュール（２０）は、第２の光変調器（１０１）としてか、または光プロセッサ（２００）として構成され、前記第３のモジュール（３０）は、光プロセッサ（２００）としてか、または第２の光プロセッサ（２０１）として構成され、
   前記並列光計算システムは、前記第２のモジュール（２０）から前記光データを受信し、前記光データを前記第３のモジュール（３０）に反射するように構成される少なくとも１つの第２のプリズム（８０）を備え、
   前記第２のプリズム（８０）は、前記第２のモジュール（２０）および前記第３のモジュール（３０）の少なくとも１つのセルに平行であり、第１のプリズム（５０）が配置される前記第２のモジュール（２０）の表面（２５）と反対側の前記第２のモジュール（２０）の表面（２４）に沿って、前記第２のモジュール（２０）および前記第３のモジュール（３０）に対向して配置されるベース（８１）と、前記第２のモジュール（２０）から前記第３のモジュール（３０）に前記光データを反射するために、前記ベース（８１）に接続される傾斜壁（８６）とを備え、前記光検知器（４０）は、前記第３のモジュール（３０）からの前記光結果を受信するように構成される、請求項１記載の並列光計算システム。
5. 前記第１のモジュール（１０）は、前記第２のモジュール（２０）と対向して配置される、請求項１記載の並列光計算システム。
6. 前記並列光計算システムは、前記第２のモジュール（２０）に対向する第３のモジュール（３０）を備える、請求項５記載の並列光計算システム。
7. 前記第２のモジュール（２０）は、光変調器（１０１）としてか、または光プロセッサ（２００）として構成され、前記第３のモジュール（３０）は、光プロセッサ（２００）としてか、または第２の光プロセッサ（２０１）として構成され、前記光検知器（４０）は、前記第３のモジュール（３０）から前記光結果を受信するように構成される、請求項６記載の並列光計算システム。
8. 前記第１のモジュール（１０）、第２のモジュール（２０）、または第３のモジュール（３０）の各々は、前記第１のモジュール（１０）、第２のモジュール（２０）、または第３のモジュール（３０）の平面内において、前記平面の２つの垂直軸Ｘ、Ｙに実質的に沿って、水平におよび／または垂直に隣接して配置される複数の液晶セルを備え、セルの隣接配置が、前記並列光計算システム（１）のスクリーンを形成する、請求項１記載の並列光計算システム。
9. 前記並列光計算システムは、複数の整列したスクリーンか、またはアレイ状の整列したスクリーンを備える、請求項８記載の並列光計算システム。
10. 前記光源（７０）は、複数の非偏光の白色光源またはＬＥＤを備え、前記光源の各々は、前記第１のモジュール（１０）のそれぞれの液晶セルと整列する、請求項１記載の並列光計算システム。
11. 前記第１のモジュール（１０）の複数のセルの各セル（１３）は、前記第２のモジュール（２０）の複数のセルの中からそれぞれのセル（２３）に向かって変調された光線を送信するように構成され、前記第１のモジュールの前記セル（１３）は、前記光線の放射の方向Ｚに沿って、前記第２のモジュールのそれぞれのセル（２３）と整列するか、または前記方向Ｚにおいて前記第１のモジュール（１０）の前記セル（１３）から照射される前記光線が前記方向Ｚにおいて反射する平面Ｘ、Ｙ内において、たとえば前記第１のモジュールおよび第２のモジュール（２３）の前記セル（１３）に関連付けられる光プリズムによって、前記第１のモジュール（１０）の前記セル（１３）に対して所定の距離に配置される、請求項１０記載の並列光計算システム。
12. 前記光変調器（１００）は、２進、３進、４進、二重レールの論理符号化システム、またはｎ重レールの論理符号化システムに基づいて、入射光を変調するように構成される、請求項１記載の並列光計算システム。
13. 前記光プロセッサ（２００）は、前記光変調器（１００）によって放射される光線についての計算を実施するように構成され、前記計算は、前記光プロセッサ（２００）において予め定義付けされた計算マスクに対応する、請求項１記載の並列光計算システム。
14. 前記光プロセッサ（２００）は、前記光プロセッサ（２００）において計算マスクを定義付けするようにプログラム可能であり、前記計算マスクは、前記光プロセッサの複数の液晶セルの所定の状態として前記光プロセッサ（２００）にロードされる、請求項１３記載の並列光計算システム。

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