JP2840128B2 - 光リアルタイム演算器 - Google Patents
光リアルタイム演算器Info
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- JP2840128B2 JP2840128B2 JP28801590A JP28801590A JP2840128B2 JP 2840128 B2 JP2840128 B2 JP 2840128B2 JP 28801590 A JP28801590 A JP 28801590A JP 28801590 A JP28801590 A JP 28801590A JP 2840128 B2 JP2840128 B2 JP 2840128B2
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Description
この発明は光リアルタイム演算器に関する。
【従来の技術】 光コンピューティングにとって、光演算を用いた和・
差の演算は不可欠なものである。 従来の光演算は、マイクロチャンネルプレートを用い
た空間光変調器（以下SLM）等の和・差の演算機能を持
つ多機能デバイスを用いるものと、和・差の演算をそれ
ぞれ光学的に行い、光電変換した後、電気的に和・差を
演算を行う光−電気ハイブリッドシステムとがあった。 第10図に示される従来の光−電気ハイブリットシステ
ムによるニューラルネットワーク装置１は原画像の情報
を出力する発光ダイオードアレイ２と、この発光ダイオ
ードアレイ２からの出力光を記憶するメモリマスク３
と、このメモリマスク３の記憶を読み取る光検出器アレ
イ４とから構成されている。前記メモリマスク３の横方
向の一列は、下記２段の副画素列から構成され、第８図
（Ｂ）に示されるように上段側が＋１、下段側が−１を
表わし、それぞれが、光検出器アレイ４における対応す
る一対の光検出器PD1、PD2に読み出される、最終的にV0
＝Ｒ（I2−I1）の差演算結果が出力するようされてい
る。
差の演算は不可欠なものである。 従来の光演算は、マイクロチャンネルプレートを用い
た空間光変調器（以下SLM）等の和・差の演算機能を持
つ多機能デバイスを用いるものと、和・差の演算をそれ
ぞれ光学的に行い、光電変換した後、電気的に和・差を
演算を行う光−電気ハイブリッドシステムとがあった。 第10図に示される従来の光−電気ハイブリットシステ
ムによるニューラルネットワーク装置１は原画像の情報
を出力する発光ダイオードアレイ２と、この発光ダイオ
ードアレイ２からの出力光を記憶するメモリマスク３
と、このメモリマスク３の記憶を読み取る光検出器アレ
イ４とから構成されている。前記メモリマスク３の横方
向の一列は、下記２段の副画素列から構成され、第８図
（Ｂ）に示されるように上段側が＋１、下段側が−１を
表わし、それぞれが、光検出器アレイ４における対応す
る一対の光検出器PD1、PD2に読み出される、最終的にV0
＝Ｒ（I2−I1）の差演算結果が出力するようされてい
る。
前記SLM等を用いるものは、和・差の演算に際して、
電圧を変換して演算モードの切換えを行わなければなら
ないために、実時間では演算できないという問題点があ
った。 又後者の光電変換する光−電気ハイブリッドシステム
の場合は、構成が複雑となると共に、光の並列性を充分
に生かしきれないという問題点がある。 この発明は上記従来の問題点を鑑みてなされたもので
あって、構成が簡単で、光の並列性を充分に生かし、実
時間で演算することができる光リアルタイム演算器を提
供することを目的とする。
電圧を変換して演算モードの切換えを行わなければなら
ないために、実時間では演算できないという問題点があ
った。 又後者の光電変換する光−電気ハイブリッドシステム
の場合は、構成が複雑となると共に、光の並列性を充分
に生かしきれないという問題点がある。 この発明は上記従来の問題点を鑑みてなされたもので
あって、構成が簡単で、光の並列性を充分に生かし、実
時間で演算することができる光リアルタイム演算器を提
供することを目的とする。
この発明は、第１の波長による画像を作る第１の手段
と、前記第１の波長と異なる第２の波長による画像を作
る第２の手段と、前記第１及び第２の波長光の書込みに
より、相反する光学的変化を生じる第３の手段と、読み
出し光により前記第３の手段における光学的変化を読み
出す読み出し手段と、を有してなる光リアルタイム演算
器により上記目的を達成するものである。 上記第１、第２及び第３の手段は、空間光変調器とし
てもよい。
と、前記第１の波長と異なる第２の波長による画像を作
る第２の手段と、前記第１及び第２の波長光の書込みに
より、相反する光学的変化を生じる第３の手段と、読み
出し光により前記第３の手段における光学的変化を読み
出す読み出し手段と、を有してなる光リアルタイム演算
器により上記目的を達成するものである。 上記第１、第２及び第３の手段は、空間光変調器とし
てもよい。
この発明においては、波長により、透過率、分極等の
光学的特性の変化が相反する向きに生じるような光変調
器等からなる第３の手段に対して、第１の手段及び第２
の手段から異なる波長により書込みを行い、第３の手段
における変化を読み出すことによって、第１及び第２の
手段により得られた２つの画像を実時間で、和・差演算
をすることができる。従ってこの構成により、簡単に、
且つ光の並列性を充分に生かして、光リアルタイム演算
器を実現することができる。
光学的特性の変化が相反する向きに生じるような光変調
器等からなる第３の手段に対して、第１の手段及び第２
の手段から異なる波長により書込みを行い、第３の手段
における変化を読み出すことによって、第１及び第２の
手段により得られた２つの画像を実時間で、和・差演算
をすることができる。従ってこの構成により、簡単に、
且つ光の並列性を充分に生かして、光リアルタイム演算
器を実現することができる。
以下本発明の実施例を図面を参照して説明する。 第１図は、本発明の基本的な実施例を示すブロック図
である。 この実施例に係る光リアルタイム演算器10は、入力像
１に対して、これを第１の波長λ１に画像を変換する第
１の空間光変調器（以下SLM）12と、入力像２を第２の
波長λ２に画像を変換する第２のSLM14と、波長により
透過率、分極等の光学的特性の変化が、相反する向きに
生じるようなSLM（以下ｒ−SLM）16とから構成されるも
のである。 ここで、波長λ１及びλ２は、ｒ−SLM16に、光学的
特性の変化が相反する向きに生じるように選択される。 前記第１及び第２のSLM12、14は、外部からの制御信
号により２次元的に、読み出し光の散乱の度合を変化で
きるいわゆるスキャッタリングSLMである。このSLM12、
14では、読み出し光の変調材料として、例えば透明セラ
ミックスや液晶を利用し、アドレス方式には光書込み
式、電気アドレス方式のいずれにも対応できるものとす
る。 前記ｒ−SLM16は、波長や偏波面の異なった光を利用
したとき、屈折率の変化量がそれぞれの入力光に対し
て、正負反対の特性を持つ光学材料を利用したSLMであ
る。このような特性を持つ材料としては、バクテリオロ
ドプシン（bR）等の有機材料やBSO、LN（LiNbO3）等の
無機光学結晶等がある。 前記ｒ−SLM16に、前述のbRを用いた場合の特性は次
のようになる。 第２図（Ａ）のように試料bR18に、レンズL1、L2か
ら、ポンプ光とプローブ光をそれぞれ入射させて、スペ
クトロスコープ19で測定した場合、同図（Ｂ）、（Ｃ）
に示されるように、ポンプ光の波長がλ１＝410nmの場
合とλ２＝600nmの場合では、サンプルbR18の吸収特性
の変化が全く逆に表われる。 例えば読み出し光λ３＝560nmとしたときのλ１の像
は負の量を表わし、λ２の像は正の量を表わす。従って
上記条件を満すように、λ１、λ２及びλ３を適切に決
めることによって、正負の演算や重み付けの演算ができ
る。なおBSOやLNの場合は、負の演算に波長の短い光を
用いることによって同様の特性を得ることできる。 前記第１及び第２のSLM12、14からｒ−SLM16へ書込み
光の入力のための具体的な構成、ｒ−SLM16の具体的な
構成及び読み出し光の入力のための構成は第３図に示さ
れるようにする。 第１及び第２のSLM12、14の波長λ１、λ２の書込み
光はハーフミラー20によって重畳して、ｒ−SLM16に入
射するようにされている。このｒ−SLM16は、光変調材
料16Aの両端面に、それぞれ所望の波長を透過・反射す
る特性を持ったダイクロイックミラー16B、16Cが配置さ
れている。即ち、ダイクロイックミラー16Bは波長λ
１、λ２の光を透過し、波長λ３の読み出し光を反射
し、又ダイクロイックミラー16Cは波長λ１、λ２の光
を反射し、波長λ３の読み出し光を透過するようにされ
ている。 波長λ３の読み出し光は、ハーフミラー22を経てｒ−
SLM16に入射され、変調された反射光は、該ハーフミラ
ー22に透過して取出され、出力パターンを形成するよう
にされている。なお、一般的にSLMは、光アドレス材料
及び光変調材料の２層構造をとるが、本実施例における
ｒ−SLM16は、光アドレス材料、光変調材料の両機能を
有する、bRから成っているために２層構造は不要であ
る。 次に上記実施例装置の作用について説明する。 入力像１は第１のSLM12に入力されて、波長λ１の平
行光として読み出される。 又入力像２は、第２のSLM14に入力され、波長λ２の
平行光として読み出される。 これらの波長λ１及びλ２の２つの像（コヒーレント
像）は、ｒ−SLM16に同時に入力される。 このｒ−SLM16では、それぞれの波長λ１、λ２の正
負の量に対応して、第２図に示されるような光学的変化
を起る。前述のようにダイクロイックミラー16B、16Cの
反射・透過の波長選択性から前記変化を波長λ３の読み
出し光によって読み出すことにより光リアルタイム演算
器が構成されることになる。 次に第４図に示される本発明の第２実施例について説
明する。 この第２実施例は、無機光学結晶を用いたｒ−SLM24
の場合のものである。 ここでは、光アドレス材料24Aとして、光電面とマイ
クロチャンネルプレートを組合せたものや、ａ−Si、ａ
−Se等を用いる。又、光変調材料24Bとして、無機光学
結晶のLN、BSO、DKDP等を利用する。これら光アドレス
材料24Aと光変調材料24Bの間にはミラー・遮光層24Cが
形成されている。 この実施例においては、第４図に示されるように、正
の値の信号として、光アドレス材料24Aに感度のある波
長λ１光を用い、負の値の信号としては、光変調材料24
Bである無機光学結晶中の光屈折効果を発生させる波長
λ２光を用いる。 従って、λ１光は光アドレス材料24A側から入射さ
せ、λ２光は変調材料24B側から入射させる。上記λ２
光の入射により、光変調材料24Bを構成する無機結晶中
にかかる電界が少なくなるように、結晶中に分極が起
る。このため、読み出しの強度はλ２光が大きくなるほ
ど０レベルに近付くことになり、負の量と等価な働きを
することになる。 従って、読み出し光λ３によって読み出すことによ
り、和・差演算ができることになる。 次に、上記第１及び第２実施例のような構成の光リア
ルタム演算器の応用例について説明する。 まず、人間の目が持っているメキシカンハット型関数
の側制御を実現することができる。 人間の目は、第５図（Ａ）に示されるようなメキシカ
ンハット型の関数のフィルタを入力像に施すことによ
り、初期の画像処理（簡単なエッジ検出）を行ってい
る。 本発明によるリアルタイム演算器を用いて、前記メキ
シカンハット型の関数を光学的に実現するには、第５図
（Ａ）に示す関数を、入力パターン全ての領域で、正の
値を持つ関数と負の値を持つ関数とに、第５図（Ｂ）に
示されるように分解して、分解された２つの関数を、光
リアルタイム演算器に入力することによって、出力側か
ら、入力パターンの全ての画素への原画素に対して、メ
キシカンハットの演算が施された像を得ることができ
る。 更に、関数の型を、任意の場所で変更することが可能
である。 例えば、第６図に示されるように、原画像第６図
（Ａ）に対して、異なる大きさのメキシカンハット型の
関数のフィルタを施すことにより、原画像を異なる段階
にぼかしたいくつかの複製に分解して、それぞれ別々の
強度変化の検出を行うことができる。 例えば、第６図（Ｂ）はσ＝８画素のフィルタを掛け
た画像、第６図（Ｃ）は、σ＝４画素のフィルタを掛け
た画像である。原画像は、縦320×横320の画素から構成
されている。 このように、フィルタを原画像に施すことにより、原
画像における強度変化の発生範囲に上限を与え、処理を
単純化することができる。 上記のようなメキシカンハット型の関数のフィルタを
入力像に施すための具体的な構成を第７図に示す。 この第７図の実施例は、入力像から任意の波長の像を
得るためのSLM28Aと、このSLM28Aの読み出し光を２つに
分岐させるビームスプリッタ30Aと、分岐された一方の
光路上に直列に配置された散乱効果を用いたｓ−SLM32
A、SLM28Bと、分岐された他方の光路上に直列に配置さ
れたｓ−SLM32B、SLM28Cと、SLM28B及び28Cの読み出し
光を併合するためのミラー30B、ハーフミラー30Cと、併
合された読み出し光を入力像とするｒ−SLM34と、から
構成されている。図の符号36A〜36Dは、LSM28A〜28C及
びｒ−SLM34の読み出し光入力用のハーフミラーを示
す。 前記ｓ−SLM32A、32Bは、外部からの制御信号によ
り、２次元的に読み出し光の散乱の度合を変化できるも
のである。このｓ−SLM32A、32Bにおける読み出し光の
変調材料は、PLZTや液晶が用いられ、又アドレス方式と
しては、光書込み式、電気書込み式のどちらにも対応で
きるように構成できる。 上記のようにPLZTを用いたSLMの場合、例えば第８図
に示されるような構成で実験した場合に、試料PLZT40に
対して紙面に垂直に電圧を印加すると、印加電圧と出力
光パターンの関係は、高い電圧をかけるほど散乱の度合
が大きくなることが確認されている。即ち電圧によりメ
キシカンハット型関数の型を変化できることになる。 第８図の符号42はヘリウムネオンレーザ、44はNDフィ
ルタ、46はシャッタ、48は偏光子、50はカメラをそれぞ
れ示す。 次に上記実施例の作用について説明する。 まずSLM28Aに原画像が入力され、ここで所望の波長λ
０のコヒーレント像に変換される。このコヒーレント像
は、ビームスプリッタ36Aにより２分割され、それぞれ
ｓ−SLM32A及びｓ−SLM32Bに入力される。 これらｓ−SLM32A、32Bでは所定のぼかし演算が施さ
れ、各々の出力像が、SLM28B、28Cにおいてそれぞれの
波長λ１、λ２の像に変換される。 これらSLM28B、28Cの出力像は、ハーフミラー30Cによ
って併合され、ｒ−SLM34に入力される。 ここで、SLM28B、28Cの出力像の波長λ１、λ２とし
て、前記第２図に示されるような、ｒ−SLM34に相反す
る光学的変化を与える波長を選択すれば、前記第１及び
第２実施例に示されると同様に、ｒ−SLM34においてリ
アルタイムの正負の演算が行われ、入力像の制御が実現
されることになり、その結果がｒ−SLM34の出力像とし
て得ることができる。 即ち、第７図の実施例の構成により、同図の円Ａ内に
示された原画像に、メキシカンハット型の関数のフィル
タが施され、同図の円Ｂ内に示されるように、希望のぼ
かしが施された出力像を得ることができる。 なお第７図の実施例においては、ｓ−SLM32AとSLM28B
の位置又はｓ−SLM32BとSLM28Cの位置をそれぞれ入替え
るようにしても同様の効果を得ることができる。又、ｓ
−SLM32A、32Bに、SLMの機能を持たせることによって、
SLM28B、28Cを省略することもできる。更に、第７図の
構成において、ｓ−SLM32とSLM28Bとを省略して、SLM28
Aの出力像を直接ハーフミラー30Cを経てｒ−SLM34に入
力するようにしてもよい。 次に、上記のような光リアルタイム演算器を用いて、
第９図に示されるように実時間光ニューラルネットワー
クを構成した実施例について説明する。 この実施例では、第10図に示される従来の光−電気ハ
イブリットシステムにおける光検出器アレイを、本発明
に係る光リアルタイム演算器52に置換え、又電気的フィ
ードバック系を、光フィードバック系54にそれぞれ置換
したものである。 又、この実施例のメモリマスク３のマトリックスにお
ける横方向の各列を構成する副画素列は上段側（＋１）
が、光リアルタイム演算52における第１のSLM（図示省
略）、下段側（−１）が第２のSLM（図示省略）にそれ
ぞれ読み出される。 第10図の符号５は電気的フィードバック系を示す。 ニューラルネットワークは積和演算を基本として簡単
な演算で行われているが、大規模な並列性が要求されて
いる。 従来は、既述の第10図のような光−電気ハイブリット
システムでニューラルネットワーク装置を構成した場合
は、構成が複雑になる上に、光の並列性を充分に生かし
きれないという問題点があったが、本発明に係るリアル
タイム光演算器を利用した光ニューラルネットワークで
は、積は、透過率の掛け算え光学的に実現でき、和・差
の演算はリアルタイム演算器で実現できるため、これら
の組み合せにより、第９図のように全光ニューラルネッ
トワークを構成することができる。 この装置では、完全並列にデータが流れ、光学的に演
算が進むことになり、これまで問題となっていた演算時
間が大幅に短縮できる。 なお上記各実施例において、波長λ１及びλ２の画像
を作るための手段及び異なった波長の書込みにより相反
する光学的変化を生じる手段として、それぞれ空間光変
調器を用いたものであるが、本発明はこれに限定される
ものではなく、要すれば、原画像から所望の波長の画像
を作る第１及び第２の手段と、これら異なる波長の書込
みにより、相反する光学的変化を生じる第３の手段を含
むものであればよい。
である。 この実施例に係る光リアルタイム演算器10は、入力像
１に対して、これを第１の波長λ１に画像を変換する第
１の空間光変調器（以下SLM）12と、入力像２を第２の
波長λ２に画像を変換する第２のSLM14と、波長により
透過率、分極等の光学的特性の変化が、相反する向きに
生じるようなSLM（以下ｒ−SLM）16とから構成されるも
のである。 ここで、波長λ１及びλ２は、ｒ−SLM16に、光学的
特性の変化が相反する向きに生じるように選択される。 前記第１及び第２のSLM12、14は、外部からの制御信
号により２次元的に、読み出し光の散乱の度合を変化で
きるいわゆるスキャッタリングSLMである。このSLM12、
14では、読み出し光の変調材料として、例えば透明セラ
ミックスや液晶を利用し、アドレス方式には光書込み
式、電気アドレス方式のいずれにも対応できるものとす
る。 前記ｒ−SLM16は、波長や偏波面の異なった光を利用
したとき、屈折率の変化量がそれぞれの入力光に対し
て、正負反対の特性を持つ光学材料を利用したSLMであ
る。このような特性を持つ材料としては、バクテリオロ
ドプシン（bR）等の有機材料やBSO、LN（LiNbO3）等の
無機光学結晶等がある。 前記ｒ−SLM16に、前述のbRを用いた場合の特性は次
のようになる。 第２図（Ａ）のように試料bR18に、レンズL1、L2か
ら、ポンプ光とプローブ光をそれぞれ入射させて、スペ
クトロスコープ19で測定した場合、同図（Ｂ）、（Ｃ）
に示されるように、ポンプ光の波長がλ１＝410nmの場
合とλ２＝600nmの場合では、サンプルbR18の吸収特性
の変化が全く逆に表われる。 例えば読み出し光λ３＝560nmとしたときのλ１の像
は負の量を表わし、λ２の像は正の量を表わす。従って
上記条件を満すように、λ１、λ２及びλ３を適切に決
めることによって、正負の演算や重み付けの演算ができ
る。なおBSOやLNの場合は、負の演算に波長の短い光を
用いることによって同様の特性を得ることできる。 前記第１及び第２のSLM12、14からｒ−SLM16へ書込み
光の入力のための具体的な構成、ｒ−SLM16の具体的な
構成及び読み出し光の入力のための構成は第３図に示さ
れるようにする。 第１及び第２のSLM12、14の波長λ１、λ２の書込み
光はハーフミラー20によって重畳して、ｒ−SLM16に入
射するようにされている。このｒ−SLM16は、光変調材
料16Aの両端面に、それぞれ所望の波長を透過・反射す
る特性を持ったダイクロイックミラー16B、16Cが配置さ
れている。即ち、ダイクロイックミラー16Bは波長λ
１、λ２の光を透過し、波長λ３の読み出し光を反射
し、又ダイクロイックミラー16Cは波長λ１、λ２の光
を反射し、波長λ３の読み出し光を透過するようにされ
ている。 波長λ３の読み出し光は、ハーフミラー22を経てｒ−
SLM16に入射され、変調された反射光は、該ハーフミラ
ー22に透過して取出され、出力パターンを形成するよう
にされている。なお、一般的にSLMは、光アドレス材料
及び光変調材料の２層構造をとるが、本実施例における
ｒ−SLM16は、光アドレス材料、光変調材料の両機能を
有する、bRから成っているために２層構造は不要であ
る。 次に上記実施例装置の作用について説明する。 入力像１は第１のSLM12に入力されて、波長λ１の平
行光として読み出される。 又入力像２は、第２のSLM14に入力され、波長λ２の
平行光として読み出される。 これらの波長λ１及びλ２の２つの像（コヒーレント
像）は、ｒ−SLM16に同時に入力される。 このｒ−SLM16では、それぞれの波長λ１、λ２の正
負の量に対応して、第２図に示されるような光学的変化
を起る。前述のようにダイクロイックミラー16B、16Cの
反射・透過の波長選択性から前記変化を波長λ３の読み
出し光によって読み出すことにより光リアルタイム演算
器が構成されることになる。 次に第４図に示される本発明の第２実施例について説
明する。 この第２実施例は、無機光学結晶を用いたｒ−SLM24
の場合のものである。 ここでは、光アドレス材料24Aとして、光電面とマイ
クロチャンネルプレートを組合せたものや、ａ−Si、ａ
−Se等を用いる。又、光変調材料24Bとして、無機光学
結晶のLN、BSO、DKDP等を利用する。これら光アドレス
材料24Aと光変調材料24Bの間にはミラー・遮光層24Cが
形成されている。 この実施例においては、第４図に示されるように、正
の値の信号として、光アドレス材料24Aに感度のある波
長λ１光を用い、負の値の信号としては、光変調材料24
Bである無機光学結晶中の光屈折効果を発生させる波長
λ２光を用いる。 従って、λ１光は光アドレス材料24A側から入射さ
せ、λ２光は変調材料24B側から入射させる。上記λ２
光の入射により、光変調材料24Bを構成する無機結晶中
にかかる電界が少なくなるように、結晶中に分極が起
る。このため、読み出しの強度はλ２光が大きくなるほ
ど０レベルに近付くことになり、負の量と等価な働きを
することになる。 従って、読み出し光λ３によって読み出すことによ
り、和・差演算ができることになる。 次に、上記第１及び第２実施例のような構成の光リア
ルタム演算器の応用例について説明する。 まず、人間の目が持っているメキシカンハット型関数
の側制御を実現することができる。 人間の目は、第５図（Ａ）に示されるようなメキシカ
ンハット型の関数のフィルタを入力像に施すことによ
り、初期の画像処理（簡単なエッジ検出）を行ってい
る。 本発明によるリアルタイム演算器を用いて、前記メキ
シカンハット型の関数を光学的に実現するには、第５図
（Ａ）に示す関数を、入力パターン全ての領域で、正の
値を持つ関数と負の値を持つ関数とに、第５図（Ｂ）に
示されるように分解して、分解された２つの関数を、光
リアルタイム演算器に入力することによって、出力側か
ら、入力パターンの全ての画素への原画素に対して、メ
キシカンハットの演算が施された像を得ることができ
る。 更に、関数の型を、任意の場所で変更することが可能
である。 例えば、第６図に示されるように、原画像第６図
（Ａ）に対して、異なる大きさのメキシカンハット型の
関数のフィルタを施すことにより、原画像を異なる段階
にぼかしたいくつかの複製に分解して、それぞれ別々の
強度変化の検出を行うことができる。 例えば、第６図（Ｂ）はσ＝８画素のフィルタを掛け
た画像、第６図（Ｃ）は、σ＝４画素のフィルタを掛け
た画像である。原画像は、縦320×横320の画素から構成
されている。 このように、フィルタを原画像に施すことにより、原
画像における強度変化の発生範囲に上限を与え、処理を
単純化することができる。 上記のようなメキシカンハット型の関数のフィルタを
入力像に施すための具体的な構成を第７図に示す。 この第７図の実施例は、入力像から任意の波長の像を
得るためのSLM28Aと、このSLM28Aの読み出し光を２つに
分岐させるビームスプリッタ30Aと、分岐された一方の
光路上に直列に配置された散乱効果を用いたｓ−SLM32
A、SLM28Bと、分岐された他方の光路上に直列に配置さ
れたｓ−SLM32B、SLM28Cと、SLM28B及び28Cの読み出し
光を併合するためのミラー30B、ハーフミラー30Cと、併
合された読み出し光を入力像とするｒ−SLM34と、から
構成されている。図の符号36A〜36Dは、LSM28A〜28C及
びｒ−SLM34の読み出し光入力用のハーフミラーを示
す。 前記ｓ−SLM32A、32Bは、外部からの制御信号によ
り、２次元的に読み出し光の散乱の度合を変化できるも
のである。このｓ−SLM32A、32Bにおける読み出し光の
変調材料は、PLZTや液晶が用いられ、又アドレス方式と
しては、光書込み式、電気書込み式のどちらにも対応で
きるように構成できる。 上記のようにPLZTを用いたSLMの場合、例えば第８図
に示されるような構成で実験した場合に、試料PLZT40に
対して紙面に垂直に電圧を印加すると、印加電圧と出力
光パターンの関係は、高い電圧をかけるほど散乱の度合
が大きくなることが確認されている。即ち電圧によりメ
キシカンハット型関数の型を変化できることになる。 第８図の符号42はヘリウムネオンレーザ、44はNDフィ
ルタ、46はシャッタ、48は偏光子、50はカメラをそれぞ
れ示す。 次に上記実施例の作用について説明する。 まずSLM28Aに原画像が入力され、ここで所望の波長λ
０のコヒーレント像に変換される。このコヒーレント像
は、ビームスプリッタ36Aにより２分割され、それぞれ
ｓ−SLM32A及びｓ−SLM32Bに入力される。 これらｓ−SLM32A、32Bでは所定のぼかし演算が施さ
れ、各々の出力像が、SLM28B、28Cにおいてそれぞれの
波長λ１、λ２の像に変換される。 これらSLM28B、28Cの出力像は、ハーフミラー30Cによ
って併合され、ｒ−SLM34に入力される。 ここで、SLM28B、28Cの出力像の波長λ１、λ２とし
て、前記第２図に示されるような、ｒ−SLM34に相反す
る光学的変化を与える波長を選択すれば、前記第１及び
第２実施例に示されると同様に、ｒ−SLM34においてリ
アルタイムの正負の演算が行われ、入力像の制御が実現
されることになり、その結果がｒ−SLM34の出力像とし
て得ることができる。 即ち、第７図の実施例の構成により、同図の円Ａ内に
示された原画像に、メキシカンハット型の関数のフィル
タが施され、同図の円Ｂ内に示されるように、希望のぼ
かしが施された出力像を得ることができる。 なお第７図の実施例においては、ｓ−SLM32AとSLM28B
の位置又はｓ−SLM32BとSLM28Cの位置をそれぞれ入替え
るようにしても同様の効果を得ることができる。又、ｓ
−SLM32A、32Bに、SLMの機能を持たせることによって、
SLM28B、28Cを省略することもできる。更に、第７図の
構成において、ｓ−SLM32とSLM28Bとを省略して、SLM28
Aの出力像を直接ハーフミラー30Cを経てｒ−SLM34に入
力するようにしてもよい。 次に、上記のような光リアルタイム演算器を用いて、
第９図に示されるように実時間光ニューラルネットワー
クを構成した実施例について説明する。 この実施例では、第10図に示される従来の光−電気ハ
イブリットシステムにおける光検出器アレイを、本発明
に係る光リアルタイム演算器52に置換え、又電気的フィ
ードバック系を、光フィードバック系54にそれぞれ置換
したものである。 又、この実施例のメモリマスク３のマトリックスにお
ける横方向の各列を構成する副画素列は上段側（＋１）
が、光リアルタイム演算52における第１のSLM（図示省
略）、下段側（−１）が第２のSLM（図示省略）にそれ
ぞれ読み出される。 第10図の符号５は電気的フィードバック系を示す。 ニューラルネットワークは積和演算を基本として簡単
な演算で行われているが、大規模な並列性が要求されて
いる。 従来は、既述の第10図のような光−電気ハイブリット
システムでニューラルネットワーク装置を構成した場合
は、構成が複雑になる上に、光の並列性を充分に生かし
きれないという問題点があったが、本発明に係るリアル
タイム光演算器を利用した光ニューラルネットワークで
は、積は、透過率の掛け算え光学的に実現でき、和・差
の演算はリアルタイム演算器で実現できるため、これら
の組み合せにより、第９図のように全光ニューラルネッ
トワークを構成することができる。 この装置では、完全並列にデータが流れ、光学的に演
算が進むことになり、これまで問題となっていた演算時
間が大幅に短縮できる。 なお上記各実施例において、波長λ１及びλ２の画像
を作るための手段及び異なった波長の書込みにより相反
する光学的変化を生じる手段として、それぞれ空間光変
調器を用いたものであるが、本発明はこれに限定される
ものではなく、要すれば、原画像から所望の波長の画像
を作る第１及び第２の手段と、これら異なる波長の書込
みにより、相反する光学的変化を生じる第３の手段を含
むものであればよい。
第１図は本発明に係る光リアルタイム演算器の基本的実
施例を示すブロック図、第２図（Ａ）は同実施例におけ
るｒ−SLMに用いたbRと同様の試料bRの実験構成を示す
光学系統図、第２図（Ｂ）及び（Ｃ）は同試料bRの特性
を示す線図、第３図は上記実施例の具体的構成を示す光
学系統図、第４図は本発明の第２実施例を示すブロック
図、第５図は本発明に係る光リアルタイム演算器で人間
の目と同様の光側制御を行う場合のメキシカンハット型
関数を示す線図、第６図はメキシカンハット型関数によ
るフィルタを原画像に施す過程を示す平面図、第７図は
本発明に係る光リアルタイム演算器により光側制御を行
うための実施例を示す光学系統図、第８図は同実施例に
おけるｒ−SLMに利用したPLZTの特性を測定するための
実験系を示す光学配置図、第９図は本発明の光リアルタ
イム演算器を光ニューラルネットワーク装置に適用した
実施例を示す斜視図、第10図（Ａ）は従来の光−電気ハ
イブリット型ニューラルネットワーク装置のモデルを示
す斜視図、同図（Ｂ）はそのメモリマスクと光検出器と
の関係を示す回路図である。 10、52……光リアルタイム演算器、 12……空間光変調器（SLM）、 14……第２の空間光変調器（SLM）、 16……第３の空間光変調器（ｒ−SLM）、 18……試料bR 20、22……ハーフミラー、 24A……光アドレス材料、 24B……光変調材料、 28A〜28C……SLM、 32A、32B……ｓ−SLM、 34……ｒ−SLM、 54……光フィードバック系。
施例を示すブロック図、第２図（Ａ）は同実施例におけ
るｒ−SLMに用いたbRと同様の試料bRの実験構成を示す
光学系統図、第２図（Ｂ）及び（Ｃ）は同試料bRの特性
を示す線図、第３図は上記実施例の具体的構成を示す光
学系統図、第４図は本発明の第２実施例を示すブロック
図、第５図は本発明に係る光リアルタイム演算器で人間
の目と同様の光側制御を行う場合のメキシカンハット型
関数を示す線図、第６図はメキシカンハット型関数によ
るフィルタを原画像に施す過程を示す平面図、第７図は
本発明に係る光リアルタイム演算器により光側制御を行
うための実施例を示す光学系統図、第８図は同実施例に
おけるｒ−SLMに利用したPLZTの特性を測定するための
実験系を示す光学配置図、第９図は本発明の光リアルタ
イム演算器を光ニューラルネットワーク装置に適用した
実施例を示す斜視図、第10図（Ａ）は従来の光−電気ハ
イブリット型ニューラルネットワーク装置のモデルを示
す斜視図、同図（Ｂ）はそのメモリマスクと光検出器と
の関係を示す回路図である。 10、52……光リアルタイム演算器、 12……空間光変調器（SLM）、 14……第２の空間光変調器（SLM）、 16……第３の空間光変調器（ｒ−SLM）、 18……試料bR 20、22……ハーフミラー、 24A……光アドレス材料、 24B……光変調材料、 28A〜28C……SLM、 32A、32B……ｓ−SLM、 34……ｒ−SLM、 54……光フィードバック系。
Claims (2)
- 【請求項１】第１の波長による画像を作る第１の手段
と、前記第１の波長と異なる第２の波長による画像を作
る第２の手段と、前記第１及び第２の波長光の書込みに
より、相反する光学的変化を生じる第３の手段と、読み
出し光により前記第３の手段における光学的変化を読み
出す読み出し手段と、を有してなる光リアルタイム演算
器。 - 【請求項２】請求項１において、前記第１、第２及び第
３の手段は空間光変調器であることを特徴とする光リア
ルタム演算器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28801590A JP2840128B2 (ja) | 1990-10-25 | 1990-10-25 | 光リアルタイム演算器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28801590A JP2840128B2 (ja) | 1990-10-25 | 1990-10-25 | 光リアルタイム演算器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04160612A JPH04160612A (ja) | 1992-06-03 |
| JP2840128B2 true JP2840128B2 (ja) | 1998-12-24 |
Family
ID=17724707
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28801590A Expired - Fee Related JP2840128B2 (ja) | 1990-10-25 | 1990-10-25 | 光リアルタイム演算器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2840128B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102589616B1 (ko) | 2018-06-05 | 2023-10-13 | 라이트엘리전스 피티이. 리미티드 | 광전자 컴퓨팅 시스템 |
-
1990
- 1990-10-25 JP JP28801590A patent/JP2840128B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04160612A (ja) | 1992-06-03 |
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|---|---|---|---|
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