JP2778176B2 - 光演算装置 - Google Patents
光演算装置Info
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- JP2778176B2 JP2778176B2 JP1006290A JP1006290A JP2778176B2 JP 2778176 B2 JP2778176 B2 JP 2778176B2 JP 1006290 A JP1006290 A JP 1006290A JP 1006290 A JP1006290 A JP 1006290A JP 2778176 B2 JP2778176 B2 JP 2778176B2
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- lens
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- array
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、光を用いて、高速にベクトルと行列の積
を求める装置に関するものである。
を求める装置に関するものである。
大規模な情報を処理するために、高速に演算を実行す
る計算機の研究が進んでいるが、電気回路を用いた逐次
処理による方法では、既に性能限界が近づいている。そ
こで、スーパーコンピュータやアレイプロセッサなど、
複数の演算を同時に実行する並列処理アーキテクチャ等
の研究が進んでいる。一方、光は、空間的な広がりを持
ち、光を用いた演算は並列性に優れている。光を変調す
る手段として、振幅、位相、周波数、偏光などが考えら
れ、空間的な光変調器の開発が行われている。
る計算機の研究が進んでいるが、電気回路を用いた逐次
処理による方法では、既に性能限界が近づいている。そ
こで、スーパーコンピュータやアレイプロセッサなど、
複数の演算を同時に実行する並列処理アーキテクチャ等
の研究が進んでいる。一方、光は、空間的な広がりを持
ち、光を用いた演算は並列性に優れている。光を変調す
る手段として、振幅、位相、周波数、偏光などが考えら
れ、空間的な光変調器の開発が行われている。
ベクトルと行列の積を求める光演算装置として、これ
までに、１次元配列の発光素子と１次元配列の受光素子
をアナモルフィックな光学系で接続した装置や、入力デ
ータを空間光変調器で変調する装置が知られている。ア
ナモルフィックな光学系を用いる装置については、例え
ば雑誌オプティクスレターズ（OPTICS LETTERS）、２
巻、1978年、１〜３頁に記載された論文「離散フーリエ
変換を行うための並列・高速インコヒーレント光演算法
（Fully parallel,high−speed incoherent optical me
thod for performing discrete Fourier transform
s）」に、詳しく述べられている。また、入力データを
空間光変調器で変調させる装置については、例えば、雑
誌アプライドオプティクス（APPLIED OPTICS）、26巻、
1987年、5055〜5060頁に記載された論文「光双方向連想
メモリの設計とデバイス（Designs and devices for op
tical bidirectional fssocative memories）」に詳し
く述べられている。
までに、１次元配列の発光素子と１次元配列の受光素子
をアナモルフィックな光学系で接続した装置や、入力デ
ータを空間光変調器で変調する装置が知られている。ア
ナモルフィックな光学系を用いる装置については、例え
ば雑誌オプティクスレターズ（OPTICS LETTERS）、２
巻、1978年、１〜３頁に記載された論文「離散フーリエ
変換を行うための並列・高速インコヒーレント光演算法
（Fully parallel,high−speed incoherent optical me
thod for performing discrete Fourier transform
s）」に、詳しく述べられている。また、入力データを
空間光変調器で変調させる装置については、例えば、雑
誌アプライドオプティクス（APPLIED OPTICS）、26巻、
1987年、5055〜5060頁に記載された論文「光双方向連想
メモリの設計とデバイス（Designs and devices for op
tical bidirectional fssocative memories）」に詳し
く述べられている。
上述の従来技術において、１次元の発光素子を用いる
装置では、素子数が増えた場合に非常に長い発光素子を
必要とする。また、画像情報を処理する際に、２次元の
画像を一旦１次元に展開しなければならないという欠点
があった。また、２次元配列受光素子を用いる装置で
は、マトリクス数が増えた場合、各々の素子から信号を
取り出す配線が複雑になってしまう欠点があった。
装置では、素子数が増えた場合に非常に長い発光素子を
必要とする。また、画像情報を処理する際に、２次元の
画像を一旦１次元に展開しなければならないという欠点
があった。また、２次元配列受光素子を用いる装置で
は、マトリクス数が増えた場合、各々の素子から信号を
取り出す配線が複雑になってしまう欠点があった。
この発明の目的は、上述の欠点を除去して２次元の画
像を１次元に展開することなく、その情報のベクトルと
行列の積を高速に処理する光演算装置を提供することに
ある。
像を１次元に展開することなく、その情報のベクトルと
行列の積を高速に処理する光演算装置を提供することに
ある。
本発明の光演算装置は、発光素子をマトリクス状に配
置した入力面と、１次元配列の受光素子アレイを持つ出
力面と、光の強度を変調する光変調素子をマトリクス状
に配置した光変調器と、レンズ素子をマトリクス状に配
置したレンズアレイとを有し、前記入力面の発光素子か
らの出射光を前記レンズアレイにより光変調器上に各レ
ンズ素子による像が重複しないように結像する構成に
し、さらに、各レンズ素子による入力面の像が行方向に
隣接するレンズ素子間で、列方向に１行ずれて結像さ
れ、前記光変調器の出射する変調された光を行方向を一
括して１つの素子で受光するように出力面の受光素子ア
レイを配置したことを特徴とする構成になっている。
置した入力面と、１次元配列の受光素子アレイを持つ出
力面と、光の強度を変調する光変調素子をマトリクス状
に配置した光変調器と、レンズ素子をマトリクス状に配
置したレンズアレイとを有し、前記入力面の発光素子か
らの出射光を前記レンズアレイにより光変調器上に各レ
ンズ素子による像が重複しないように結像する構成に
し、さらに、各レンズ素子による入力面の像が行方向に
隣接するレンズ素子間で、列方向に１行ずれて結像さ
れ、前記光変調器の出射する変調された光を行方向を一
括して１つの素子で受光するように出力面の受光素子ア
レイを配置したことを特徴とする構成になっている。
この発明の原理を第２図を参照して説明する。第２図
は３行５列の行列を展開した場合に15個の成分をもつベ
クトルと15行15列の行列との積演算を行なう装置に関し
て、入力行列Ａと入力面101との関係（第２図
（ａ））、および出力面102と出力ベクトルＢの関係
（第２図（ｂ））を示す図である。15個の入力データA1
〜A15が、それぞれ発光素子に接続した駆動回路に入力
されると、駆動回路から発光素子に供給される電力が入
力データの大きさに応じて変化し、発光素子の発光強度
が変調される。発光素子から発光した光は、レンズアレ
イによって空間光変調器上に集光される。この場合、レ
ンズアレイの１列目が結んだ像の隣の１行上に２列目の
像が結ぶようにレンズを調整しておく。３列目のレンズ
は２列目のさらに１行上に結像せしめるように調整して
おく。ここで、空間光変調器の１行目に着目する。１列
目のレンズが結んだA1〜A5の像の隣に２列目のレンズが
A6〜A10の像を結び、さらにその隣に３列目のレンズがA
11〜A15の像を結ぶ。従って、空間光変調器の１行目にA
1〜A15の像が結像される。同様に２行目以降にも、それ
ぞれの行にA1〜A15の像が重複なく結像される。空間光
変調器の各素子に対応する部分の振幅透過率を独立に変
化させ、出力面の受光素子に１行分の光を受けることが
可能な受光素子を配置すれば、各受光素子への入力光量
の和Bjは、次の式で与えられる。
は３行５列の行列を展開した場合に15個の成分をもつベ
クトルと15行15列の行列との積演算を行なう装置に関し
て、入力行列Ａと入力面101との関係（第２図
（ａ））、および出力面102と出力ベクトルＢの関係
（第２図（ｂ））を示す図である。15個の入力データA1
〜A15が、それぞれ発光素子に接続した駆動回路に入力
されると、駆動回路から発光素子に供給される電力が入
力データの大きさに応じて変化し、発光素子の発光強度
が変調される。発光素子から発光した光は、レンズアレ
イによって空間光変調器上に集光される。この場合、レ
ンズアレイの１列目が結んだ像の隣の１行上に２列目の
像が結ぶようにレンズを調整しておく。３列目のレンズ
は２列目のさらに１行上に結像せしめるように調整して
おく。ここで、空間光変調器の１行目に着目する。１列
目のレンズが結んだA1〜A5の像の隣に２列目のレンズが
A6〜A10の像を結び、さらにその隣に３列目のレンズがA
11〜A15の像を結ぶ。従って、空間光変調器の１行目にA
1〜A15の像が結像される。同様に２行目以降にも、それ
ぞれの行にA1〜A15の像が重複なく結像される。空間光
変調器の各素子に対応する部分の振幅透過率を独立に変
化させ、出力面の受光素子に１行分の光を受けることが
可能な受光素子を配置すれば、各受光素子への入力光量
の和Bjは、次の式で与えられる。
ここで、Wijは空間光変調器の振幅透過率を表わす。
（１）式は、入力ベクトルAiと行列Wijの積演算を表わ
しており、入力ベクトルの値によって発光素子の強度を
変更させ、行列の値によって空間光変調器の振幅透過率
を変化させれば、光学的に、これらの積演算が実行され
る。これらの積演算は、レンズアレイの１列目が結んだ
像の隣の１行下に２列目の像が結ぶようにレンズを調整
し、３列目のレンズは２列目のさらに１行下に結像せし
めるようにレンズを調整し、３列目のレンズは２列目の
さらに１行下に結像せしめるように調整して演算を行な
うことも可能である。さらに、この発明において、行と
列を入れ換えて構成した光演算装置においてもベクトル
と行列の積演算が実行される。
（１）式は、入力ベクトルAiと行列Wijの積演算を表わ
しており、入力ベクトルの値によって発光素子の強度を
変更させ、行列の値によって空間光変調器の振幅透過率
を変化させれば、光学的に、これらの積演算が実行され
る。これらの積演算は、レンズアレイの１列目が結んだ
像の隣の１行下に２列目の像が結ぶようにレンズを調整
し、３列目のレンズは２列目のさらに１行下に結像せし
めるようにレンズを調整し、３列目のレンズは２列目の
さらに１行下に結像せしめるように調整して演算を行な
うことも可能である。さらに、この発明において、行と
列を入れ換えて構成した光演算装置においてもベクトル
と行列の積演算が実行される。
以下、この発明の実施例を説明する。
第１図は、この発明の光演算装置を実現する第１の実
施例を示す斜視図である。この光演算装置は、例えば半
導体レーザなどの発光素子をマトリクス状に配置した発
光素子アレイ１と、例えばSiの光検出器を１次元配列し
た受光素子アレイ２と、例えばTN液晶から構成されてい
る液晶テレビなどに使われている空間光変調器３と、発
光素子から出射した光を分岐する、例えばマイクロレン
ズアレイなどの分岐光学系４と、発光素子に電圧を印加
する回路から構成される駆動装置５と、空間光変調器に
電圧を印加する回路から構成される変調器駆動装置６と
を備えて図示の如く配置してある。
施例を示す斜視図である。この光演算装置は、例えば半
導体レーザなどの発光素子をマトリクス状に配置した発
光素子アレイ１と、例えばSiの光検出器を１次元配列し
た受光素子アレイ２と、例えばTN液晶から構成されてい
る液晶テレビなどに使われている空間光変調器３と、発
光素子から出射した光を分岐する、例えばマイクロレン
ズアレイなどの分岐光学系４と、発光素子に電圧を印加
する回路から構成される駆動装置５と、空間光変調器に
電圧を印加する回路から構成される変調器駆動装置６と
を備えて図示の如く配置してある。
第３図に第２の実施例の一部を示す。この実施例で
は、この空間光変調器３と受光素子アレイ２の間に空間
光変調器を透過した光を集光するレンズアレイ７を備え
ている。この他は先の実施例と同じである。
は、この空間光変調器３と受光素子アレイ２の間に空間
光変調器を透過した光を集光するレンズアレイ７を備え
ている。この他は先の実施例と同じである。
第３の実施例の一部を第４図に示す。この実施例は空
間光変調器以降に、アナモルフィックな光学系を配置し
ている。すなわち、空間光変調器を透過した光をコリー
メートするシリンドリカルレンズアレイ７と、コリーメ
ートされた一行分の光を受光素子の一点に集光するシリ
ンドリカルレンズ８とレンズ９の組を備えている。この
他は先の実施例と同じである。
間光変調器以降に、アナモルフィックな光学系を配置し
ている。すなわち、空間光変調器を透過した光をコリー
メートするシリンドリカルレンズアレイ７と、コリーメ
ートされた一行分の光を受光素子の一点に集光するシリ
ンドリカルレンズ８とレンズ９の組を備えている。この
他は先の実施例と同じである。
なお、液晶を用いた空間光変調器３及び各駆動装置5,
6は従来から用いられているものを使用できるので、こ
れらの説明は省略する。
6は従来から用いられているものを使用できるので、こ
れらの説明は省略する。
以上の構成の光演算装置において、光発光素子は、入
力ベクトルの値によって変調される。発光素子から出射
した光は、空間光変調器によって変調され、対面する受
光素子アレイに集光され、出力信号となる。空間光変調
器のパタンを行列の値によって変化させることにより、
ベクトルと行列の積演算が可能である。
力ベクトルの値によって変調される。発光素子から出射
した光は、空間光変調器によって変調され、対面する受
光素子アレイに集光され、出力信号となる。空間光変調
器のパタンを行列の値によって変化させることにより、
ベクトルと行列の積演算が可能である。
従来では、入力に１次元の発光素子アレイを用いてい
たので、画像情報のような２次元情報は一旦１次元に展
開しなければ、ベクトルと行列の積演算が実行できなか
った。この発明の光演算装置では、入力面が２次元であ
るので２次元情報を２次元のまま、ベクトルと行列の積
演算が実行できる。
たので、画像情報のような２次元情報は一旦１次元に展
開しなければ、ベクトルと行列の積演算が実行できなか
った。この発明の光演算装置では、入力面が２次元であ
るので２次元情報を２次元のまま、ベクトルと行列の積
演算が実行できる。
以上詳述したように、この発明の光演算装置を用いる
ことにより、２次元情報を１次元に展開せずに２次元情
報のまま積和演算することが可能となり、ベクトルと行
列の積を高速に処理できる。
ことにより、２次元情報を１次元に展開せずに２次元情
報のまま積和演算することが可能となり、ベクトルと行
列の積を高速に処理できる。
第１図は、この発明の光演算法の第１の実施例を示す斜
視図、第２図は、入出力データと入出力面の関係を示す
図、第３図は、この発明の光演算法の第２の実施例を示
す斜視図、第４図は、この発明の光演算法の第３の実施
例を示す斜視図、図において、 １……発光素子アレイ、２……受光素子アレイ、３……
空間光変調器、４……レンズアレイ、５……発光素子駆
動装置、６……変調器駆動装置、101……入力面、102…
…出力面、７……シリンドリカルレンズアレイ、８……
シリンドリカルレンズ、９……レンズ。
視図、第２図は、入出力データと入出力面の関係を示す
図、第３図は、この発明の光演算法の第２の実施例を示
す斜視図、第４図は、この発明の光演算法の第３の実施
例を示す斜視図、図において、 １……発光素子アレイ、２……受光素子アレイ、３……
空間光変調器、４……レンズアレイ、５……発光素子駆
動装置、６……変調器駆動装置、101……入力面、102…
…出力面、７……シリンドリカルレンズアレイ、８……
シリンドリカルレンズ、９……レンズ。
Claims (1)
- 【請求項１】発光素子をマトリクス状に配置した入力面
と、１次元配列の受光素子アレイを持つ出力面と、光の
強度を変調する光変調素子をマトリクス状に配置した光
変調器と、レンズ素子をマトリクス状に配置したレンズ
アレイとを有し、前記入力面の発光素子からの出射光を
前記レンズアレイにより光変調器上に各レンズ素子によ
る像が重複しないように結像する構成とし、さらに、各
レンズ素子による入力面の像が行方向に隣接するレンズ
素子間で、列方向に１行ずれて結像され、前記光変調器
の出射する変調された光を行方向を一括して１つの受光
素子で受光するように出力面の受光素子アレイを配置し
たことを特徴とする光演算装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1006290A JP2778176B2 (ja) | 1990-01-18 | 1990-01-18 | 光演算装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1006290A JP2778176B2 (ja) | 1990-01-18 | 1990-01-18 | 光演算装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03214127A JPH03214127A (ja) | 1991-09-19 |
| JP2778176B2 true JP2778176B2 (ja) | 1998-07-23 |
Family
ID=11739897
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1006290A Expired - Lifetime JP2778176B2 (ja) | 1990-01-18 | 1990-01-18 | 光演算装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2778176B2 (ja) |
-
1990
- 1990-01-18 JP JP1006290A patent/JP2778176B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03214127A (ja) | 1991-09-19 |
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