JP2564394Y2 - High-speed optical computing device - Google Patents

High-speed optical computing device

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JP2564394Y2
JP2564394Y2 JP1991072959U JP7295991U JP2564394Y2 JP 2564394 Y2 JP2564394 Y2 JP 2564394Y2 JP 1991072959 U JP1991072959 U JP 1991072959U JP 7295991 U JP7295991 U JP 7295991U JP 2564394 Y2 JP2564394 Y2 JP 2564394Y2
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JP
Japan
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light
fourier transform
spatial
wave
phase
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崇史 土井
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Description

【考案の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本考案は、制御装置等の光を利用
した高速光演算装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a high-speed optical operation device using light such as a control device.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の技術の例を図4により説明する
と、2値入力画像A1,B2はそれぞれm×nの画素か
らなり、図5(a)に示す要領で2値レベルの0と1に
対応する符号を光を通す、通さないの明暗で表現し、
重ね合わせて図5(b)で表現される符号化入力画像3
とする。この画像を、図4に示すように、投影光学系の
入力面4に置き、光源面5上で格子状に配列したLED
6によって照明し、系の配置を調整して、4つのLED
6による符号化入力画像3の投影像がスクリーン7上で
互いに上下、左右に半画素ずつずれるように投影し、こ
の投影像を正方格子状に並んだ正方形窓を持つ複写マス
ク8を通して観察する。そうすると、2変数2値論理関
数の演算結果が画像を構成する全画素に対して並列に光
の明暗信号として得られる。4つのLED6の点滅状態
の組合せを図6に示すように変えると、16種類の論理
演算が可能となる。この手段では光の並列性による並列
論理演算が実行出来る。これについての詳細はオーム社
刊「光コンピュータ」102〜111頁に記載されてい
る。
2. Description of the Related Art An example of the prior art will be described with reference to FIG. 4. Binary input images A1 and B2 are each composed of m.times.n pixels, and have binary levels of 0 and 1 as shown in FIG. the code corresponding to, transmit light, represented by light and dark impermeable,
The coded input image 3 superimposed and represented in FIG.
And This image is placed on the input surface 4 of the projection optical system as shown in FIG.
Illuminated by 6, adjust the arrangement of the system, 4 LEDs
The projected images of the coded input image 3 by 6 are projected on the screen 7 so as to be shifted by half a pixel vertically and horizontally, and the projected images are observed through a copy mask 8 having square windows arranged in a square lattice. Then, the operation result of the two-variable binary logic function is obtained as a light / dark signal of light in parallel with respect to all pixels constituting the image. By changing the combination of the blinking states of the four LEDs 6 as shown in FIG. 6, 16 types of logical operations can be performed. With this means, a parallel logical operation based on the parallelism of light can be executed. The details of this are described in "Optical Computer" published by Ohmsha, pp. 102-111.

【0003】[0003]

【考案が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな手段には下記の問題がある。 (1)数値演算のための負表現をするためには、論理レ
ベルでの符号化が必要であり、例えば補数表現が必要に
なる。 (2)画像の一部が欠けるだけでエラーが生じる。
However, such means have the following problems. (1) In order to perform a negative expression for a numerical operation, encoding at a logical level is necessary, for example, a complement expression is required. (2) An error occurs only when a part of the image is missing.

【0004】本考案はこのような事情に鑑みて提案され
たもので、構造簡単で誤差の少ない高速光演算装置を提
供することを目的とする。
[0004] The present invention has been proposed in view of such circumstances, and an object thereof is to provide a high-speed optical computing devices with less structure simple and error.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】そのために本考案は、光
源と、同光源から面的に広がった光波の位相を制御する
複数の位相制御手段と、同位相制御手段によりそれぞれ
与えられる空間的な余弦もしくは正弦波状の光の振幅分
布を有する格子の像に空間周波数により着号を付与する
手段と、上記位相制御手段から出た光波を合成する手段
と、合成した光波について空間逆フーリエ変換する手
段と、同空間逆フーリエ変換をした光波について空間フ
ーリエ変換をする手段と、同空間フーリエ変換をした光
波に、さらにピンホールおよびコリメートレンズを経て
迂回させた光波を合成する手段とえたことを特徴と
している。
SUMMARY OF THE INVENTION To this end, the present invention provides a light source, a plurality of phase control means for controlling the phase of a light wave spread from the light source, and a spatial light source provided by the phase control means. A sign is given to the image of the grating having the amplitude distribution of the cosine or sine wave light by the spatial frequency.
Means, means for the means for combining light waves exiting from said phase control means, means for the spatial inverse Fourier transform for the synthesized light waves, the spatial Fourier transform on light wave of the same spatial inverse Fourier transform, the spatial Fourier Converted light
Through the wave, through the pinhole and collimating lens
It is characterized in that example Bei and means for synthesizing the diverted light waves.

【0006】[0006]

【作用】数値を2値もしくは3値表現で表わし、各桁に
対し空間周波数上の1つ周波数を割る当てる。例え
ば、1つの桁が1であれば割り当てられた周波数は存在
し、0であれば存在しないという方法で各桁を表現す
る。さらに、3値表現において、−1の桁があれば、割
り当てられた周波数は存在し、その光波の位相は1であ
る場合とは180゜異なったものになるように調整す
る。この光波による数値表現を行うものが、光波の振
幅と位相を表現する手段である。このように、光波の振
幅と位相により表現された数値を光学的に空間逆フー
リエ変換する手段で変換するので、各桁は正弦波もしく
は余弦波振幅格子の明暗パターンとなる。この状態で、
このように表された2つの数値を前記要領で重ね合わせ
ると、各桁を表す振幅格子は強めあったり、弱めあった
りすることで、加算、減算され、さらに、その結果を今
度は逆に空間フーリエ変換する手段で空間周波数に戻す
と、加算と減算の結果が反映されたもとの数値表現に戻
る。
[Action] numerically expressed in binary or ternary representation for each digit shed dividing one frequency on the spatial frequency. For example, each digit is represented in such a manner that if one digit is 1, the assigned frequency exists, and if 0, it does not exist. Further, in the ternary representation, if there is a digit of -1, the allocated frequency exists and the phase of the light wave is adjusted so as to be 180 ° different from the case where it is 1. Numerical row representation Umono by the light wave, a means to express the light waves of the amplitude and phase. Thus, since to convert a number expressed by the optical wave amplitude and phase with means for optically inverse spatial Fourier transform, each digit is a sine wave or cosine wave amplitude grating light-dark pattern. In this state,
When the two numerical values thus represented are superimposed in the manner described above, the amplitude grid representing each digit is added or subtracted by being strengthened or weakened, and the result is inversely converted into a space. When the frequency is returned to the spatial frequency by means of Fourier transform, it returns to the original numerical expression reflecting the result of addition and subtraction.

【0007】[0007]

【実施例】本考案の一実施例を図面について説明する
と、図1はその第1実施例を示す全体平面図、図2は図
1における位相分布変調器による数表現と空間逆フーリ
エ変換の関係を示す図、図3は本考案の第2実施例を示
す全体平面図である。まず、図1において、コヒーレン
トな光を発することが好ましい光源10から出た光波9
はハーフミラー11より分割され2方向に進む。一方
の光波は直進してNDフィルター12を通過し、ビーム
エキスパンダ13を通り光波の径が拡大され空間変調
器14を通過する。空間変調器14は、図2原理図に
示すように、位相遅延材料30と振幅制御材料31とピ
ンホール32から構成されており、入力した光波を、同
図下半分に示すように、1、0、−1に相当するように
変調する。この変調により、2値もしくは3値により表
現された数値を与え、これは与えられた数値の各桁ごと
に行われる。位相遅延材料30は、電気光学材料等に
より実現でき、振幅制御材料31はフィルター等により
実現できる。図1において、直角方向に反射した他方の
光波も同様の過程を得て変調される。この光波を前記直
進光波とハーフミラー15により重ね合わせ、フーリエ
変換レンズ16で空間逆フーリエ変換すると、数値の各
桁は図2下半分の右側に示す振幅格子となる。ここで、
フーリエ変換レンズ16とフーリエ変換レンズ17の焦
点距離をそれぞれf16、f17とすると、位相変調器
14とフーリエ変換レンズ16との光学距離はf16
等しく、位相変調器14とフーリエ変換レンズ16との
ハーフミラー15を介した光学距離もf16となり、2
つのフーリエ変換レンズ16と17の間隔は、f16
17に等しく設置される。また、ストップ41とフー
リエ変換レンズ17の距離はf17とする。これらは、
元の桁が各々1と−1の場合、格子の位相が180゜異
なるため互いに相殺され、その空間周波数成分は消え
る。また、元の桁が0と1,0と−1,1+1,
−1の組合わせの場合は、各々の空間周波数
成分はそのまま保存され、したがって、加算と減算があ
る空間周波数を有する格子同士の重ねあわせで表現す
る。さらに、この結果をフーリエ変換レンズ17により
空間フーリエ変換し、光波の中心に表われる直成分
と、他方の空間周波数成分を受光素子アレイ25上で
重ねあわせると、2値もしくは3値で表わされる数値が
得られ、これが加算もしくは減算結果となる。なお前記
実施例の位相分布制御手段によれば6ビットの情報が得
られる。すなわち光軸を挟む対の位置にある一対の位
相遅延材料と振幅制御材料とピンホールと、光軸中心の
位相遅延材料と振幅制御材料とピンホールとにより1ビ
ットを表すことができる。
FIG. 1 is a plan view showing the first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a diagram showing a relationship between a numerical representation by a phase distribution modulator and a spatial inverse Fourier transform in FIG. FIG. 3 is an overall plan view showing a second embodiment of the present invention. First, in FIG. 1, a light wave 9 emitted from a light source 10 which preferably emits coherent light
Proceeds more divided two directions to the half mirror 11. One of the light wave passes through the ND filter 12 is straight, the diameter of the beam <br/> through lightwave expander over 13 is expanded through the spatial modulator 14. The spatial modulator 14 is composed of a phase delay material 30, an amplitude control material 31, and a pinhole 32, as shown in the principle diagram of FIG. , 0, −1. This modulation provides a numerical value expressed by binary or ternary, this row of dividing each digit of the given number. The phase delay material 30 can be realized by an electro-optic material or the like, and the amplitude control material 31 can be realized by a filter or the like. In FIG. 1, the other light wave reflected in the right angle direction is modulated by obtaining the same process. When this light wave is superimposed on the straight light wave by the half mirror 15 and subjected to spatial inverse Fourier transform by the Fourier transform lens 16, each digit of the numerical value becomes an amplitude grating shown on the right side of the lower half of FIG. here,
Assuming that the focal lengths of the Fourier transform lens 16 and the Fourier transform lens 17 are f 16 and f 17 , respectively, the optical distance between the phase modulator 14 and the Fourier transform lens 16 is equal to f 16, and the phase modulator 14 and the Fourier transform lens 16 optical distance through the half mirror 15 and also next to f 16, 2
The distance between the Fourier transform lenses 16 and 17 is f 16 +
equally it is installed in the f 17. The distance of the stop 41 and the Fourier transform lens 17 and f 17. They are,
When the original digits are 1 and -1, respectively, the phases of the gratings are different by 180 ° and thus cancel each other, and the spatial frequency components disappear. The original digits are 0, 1, 0, -1, 1 + 1, ( -
In the case of the combination of 1 ) + ( -1 ) , each spatial frequency component is stored as it is, and therefore, addition and subtraction are represented by superposition of lattices having a certain spatial frequency. Furthermore, the result space is a Fourier transform by the Fourier transform lens 17, and appearing directly proceeds component in the center of a light wave, when the other of the spatial frequency component superimposed on the light receiving element array 25, represented by a binary or ternary Is obtained, which is the result of addition or subtraction. According to the phase distribution control means of the embodiment, 6-bit information can be obtained. That can be expressed and a pinhole pair of phase delay material and amplitude control material in a position symmetric to sandwich the optical axis, the 1 bit by the phase delay material and amplitude control material and the pinhole center of the optical axis.

【0008】次に、本考案の第2実施例を図3を用いて
説明すると、フーリエ変換レンズ17を通過するまでの
構成、作用は第1実施例と同様である。しかし、フーリ
エ変換レンズ17を通過した光は、ハーフミラー40で
2方向に分けられ、一方は直進してハーフミラー24を
通して、フーリエ変換レンズ17からその焦点距離f
17だけ、離れた位置にある受光素子アレイ25上に投
射される。他方の光は、ミラー19,ミラー21を介し
て、ピンボール42に投射される。ピンホール42は、
フーリエ変換レンズ17からの光学距離が焦点距離f
17の位置に置かれており、その光学軸中心にあけられ
た窓より空間周波数を持つ光の直成分のみが透過す
る。ピンボール42を通過した光は、コリメートレンズ
43により広げられ、ハーフミラー24により反射さ
れ、一様な位相分布を持つ光として受光素子アレイ25
に投射される。 上記直進光波と反射光波は光素子ア
レイ25上で重ね合わされ、干渉して2値もしくは3値
の振幅を持つ光に変換される。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 3. The configuration and operation up to passing through the Fourier transform lens 17 are the same as those of the first embodiment. However, the light that has passed through the Fourier transform lens 17 is split in two directions by a half mirror 40, and one of the lights goes straight through the half mirror 24 and passes from the Fourier transform lens 17 to its focal length f.
The light is projected onto the light receiving element array 25 located at a distance by 17 . The other light is projected on the pinball 42 via the mirror 19 and the mirror 21. Pinhole 42 is
The optical distance from the Fourier transform lens 17 is the focal length f
It is placed in the position of 17, only the straight advancing component of light having a spatial frequency than the window opened in its optical axis center is transmitted. The light that has passed through the pinball 42 is spread by the collimating lens 43, reflected by the half mirror 24, and converted into light having a uniform phase distribution.
Is projected to The above straight optical wave and the reflected light waves are superimposed on the light element array 25, is converted interfere with the light wave having an amplitude of the binary or ternary.

【0009】[0009]

【考案の効果】本考案によれば0,1,−1の表現が光
学的に実現できるため、論理表現のレベルでの演算が不
用となる。また振幅格子の集まりとして数値を表現して
いるので、格子の一部が欠如しても、もとの数値は再現
できる。
According to the present invention, the expressions of 0, 1, and -1 can be realized optically, so that the operation at the level of the logical expression is unnecessary. Also, since the numerical values are represented as a group of amplitude grids, the original numerical values can be reproduced even if a part of the grids is missing.

【0010】要するに本考案によれば、光源と、同光源
から面的に広がった光波の位相を制御する複数の位相制
御手段と、同位相制御手段によりそれぞれ与えられる空
間的な余弦もしくは正弦波状の光の振幅分布を有する格
子の像に空間周波数により符号を付与する手段と、上記
位相制御手段から出た光波を合成する手段と、合成した
光波について空間逆フーリエ変換する手段と、同空間
逆フーリエ変換をした光波について空間フーリエ変換
する手段と、同空間フーリエ変換をした光波に、さらに
ピンホールおよびコリメートレンズを経て迂回させた光
波を合成する手段とえたことにより、構造簡単で誤
差の少ない高速光演算装置を得るから、本考案は産業上
極めて有益なものである。
In short, according to the present invention, a light source, a plurality of phase control means for controlling the phase of a light wave spread from the light source in a plane, and a spatial cosine or sine wave shape given by the phase control means , respectively. Means for assigning a sign to the image of the grating having the amplitude distribution of light by a spatial frequency, means for synthesizing the light wave emitted from the phase control means , and
A means for performing a spatial inverse Fourier transform on a light wave and the same space
Means for performing a spatial Fourier transform on the light wave that has undergone the inverse Fourier transform, and a light wave that has undergone the spatial Fourier transform,
Light diverted through pinholes and collimating lenses
By painting Bei and means for synthesizing a wave, since obtaining a high speed optical computing devices with less structure simple error, the present invention is intended on extremely valuable industrial.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本考案の第1実施例を示す全体平面図である。FIG. 1 is an overall plan view showing a first embodiment of the present invention.

【図2】図1における位相分布変調器による数表現と空
間逆フーリエ変換の関係を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a relationship between a numerical representation by a phase distribution modulator in FIG. 1 and a spatial inverse Fourier transform.

【図3】本考案の第2実施例を示す全体平面図である。FIG. 3 is an overall plan view showing a second embodiment of the present invention.

【図4】従来の光演算装置を示す原理図である。FIG. 4 is a principle diagram showing a conventional optical operation device.

【図5】図4における入力論理表現を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing an input logical expression in FIG. 4;

【図6】図4における出力論理表現を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing an output logic expression in FIG. 4;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 光源 11 ハーフミラー 12 NDフィルター 13 ビームエキスパンダー 14 空間変調器 15 ハーフミラー 16 フーリエ変換レンズ 17 フーリエ変換レンズ 18 リレーレンズ 19 ミラー 20 ビームエキスパンダー 21 ミラー 22 ミラー 23 リレーレンズ 24 ハーフミラー 25 受光素子アレイ 41 ストップ 42 ピンホール 43 コリメートレンズ Reference Signs List 10 light source 11 half mirror 12 ND filter 13 beam expander 14 spatial modulator 15 half mirror 16 Fourier transform lens 17 Fourier transform lens 18 relay lens 19 mirror 20 beam expander 21 mirror 22 mirror 23 relay lens 24 half mirror 25 light receiving element array 41 stop 42 Pinhole 43 Collimating lens

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】(57) [Scope of request for utility model registration] 【請求項1】 光源と、同光源から面的に広がった光波
の位相を制御する複数の位相制御手段と、同位相制御手
段によりそれぞれ与えられる空間的な余弦もしくは正弦
波状の光の振幅分布を有する格子の像に空間周波数によ
り符号を付与する手段と、上記位相制御手段から出た光
波を合成する手段と、合成した光波について空間逆フー
リエ変換をする手段と、同空間逆フーリエ変換をした光
波について空間フーリエ変換をする手段と、同空間フー
リエ変換をした光波に、さらにピンホールおよびコリメ
ートレンズを経て迂回させた光波を合成する手段とを備
えたことを特徴とする、高速光演算装置。
1. A light source and a light wave spread from the light source.
A plurality of phase control means for controlling the phase of the
The spatial cosine or sine respectively given by the steps
The spatial frequency is applied to the image of the grating with the amplitude distribution of the wavy light.
Means for assigning a sign, and light emitted from the phase control means.
Means for synthesizing the wave and spatial inverse
Means for performing a Fourier transform and light subjected to the same space inverse Fourier transform
Means for performing a spatial Fourier transform on the waves and
A pinhole and collimation
Means for synthesizing the light wave diverted through the heat lens.
A high-speed optical operation device characterized by the following.
JP1991072959U 1991-08-19 1991-08-19 High-speed optical computing device Expired - Lifetime JP2564394Y2 (en)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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