JP3009562B2 - 光スイッチング装置 - Google Patents

光スイッチング装置

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JP3009562B2
JP3009562B2 JP5190644A JP19064493A JP3009562B2 JP 3009562 B2 JP3009562 B2 JP 3009562B2 JP 5190644 A JP5190644 A JP 5190644A JP 19064493 A JP19064493 A JP 19064493A JP 3009562 B2 JP3009562 B2 JP 3009562B2
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    • G—PHYSICS
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    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F3/00—Optical logic elements; Optical bistable devices
    • G02F3/02—Optical bistable devices
    • G02F3/028—Optical bistable devices based on self electro-optic effect devices [SEED]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/015—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on semiconductor elements with at least one potential jump barrier, e.g. PN, PIN junction
    • G02F1/017—Structures with periodic or quasi periodic potential variation, e.g. superlattices, quantum wells
    • G02F1/01716—Optically controlled superlattice or quantum well devices

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、光スイッチング装置
に係り、例えば、情報処理装置および画像処理装置に用
いて好適な光スイッチング装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図３１は、例えばアプライド フィジク
ス レターズ（Applied Physics Letters ）１９８４年
発行、４５巻、１３頁）等に記載された従来の光スイッ
チング装置の構成を示す図である。この図において、１
はp-i-n 型の光双安定素子であり、ｐ型半導体層２とｎ
型半導体層３との間に半導体量子井戸層４を有する真性
半導体領域５が挟まれて形成されている。６は光双安定
素子１に所定の逆バイアス電圧Ｖを印加する外部電源回
路であり、直流電源７の負端子が双安定素子１のｐ型半
導体層２に接続され、正端子が抵抗値Ｒの電気抵抗８を
介してｎ型半導体層３に接続されている。９は光双安定
素子１のＰ型半導体層２側から所定の波長の入射光Ｐin
を入射させる光源、１０は光双安定素子１のＮ型半導体
層３側に透過した透過光Ｐout を受ける受光素子であ
る。図３２は光双安定素子１に光強度を変化させた入射
光Ｐinを供給した際の透過光Ｐout の特性、つまり光双
安定素子１の双安定特性を示す図である。この図におい
て、１１は所定の光強度Ｐｂの入射光Ｐinに対して光双
安定素子１を透過した透過光Ｐout が高透過状態ａと低
透過状態ｂの２つの透過状態を取り得る光双安定領域で
ある。
【０００３】次に動作について説明する。まず、光源９
から光双安定素子１にその光双安定領域１１に対応する
光強度Ｐｂの入射光Ｐinを供給すると、ｐ型半導体層２
から光双安定素子１に入射した光は半導体量子井戸層４
にて線型領域の特性に従って吸収され、光双安定領域１
１の高透過状態ａにてｎ型半導体層３側に透過する。こ
れにより、受光素子１０は高透過状態の透過光Ｐout を
受けてオンとなる。次に、光源９の出力を上げて入射光
Ｐinの光強度Ｐｂよりさらに高めていくと、光双安定素
子１の半導体量子井戸層４では増加した光の吸収により
形成されたキャリアが図示Ｃ点にて急激に増加して、ト
ンネリング効果により光電流Ｉが急激に流れ始める。こ
の光電流Ｉは外部回路６に流れて、この結果、電気抵抗
８にて電圧降下ＩＲが発生し、光双安定素子１に加わる
電圧はＶから（Ｖ−ＩＲ）に下がっていく。この電圧変
化は光双安定素子１の真性半導体層５に加わる電界を減
少させて、このフィードバックの結果として、半導体量
子井戸層４にて吸収される光の量が急激に増加して、光
双安定素子１を透過する透過光Ｐout の光強度が図示Ｃ
点にて急激に減少する。この状態にて光源９からの入射
光Ｐinを光強度Ｐｂに戻すと、光双安定素子１の双安定
特性は低透過状態ｂとなって、透過光Ｐoutを受ける受
光素子１０はオフとなる。
【０００４】次に、光源９の出力を下げて入射光の光強
度Ｐinを双安定領域１１よりも下げていくと、光双安定
素子１の半導体量子井戸層４では光の吸収が少なくなっ
てキャリアの形成が止まり、さらにキャリアの再結合が
終わると、外部回路６に流れる光電流Ｉが零となる。こ
れにより、外部回路６から光双安定素子１に所定の電圧
Ｖが印加されて再び、光安定素子１では光双安定特性の
線型領域に戻る。この結果、光源９から光双安定素子１
への入射光Ｐinを光強度Ｐｂに戻すと、光の高透過状態
ａにて得られる透過光Ｐout が受光素子１０にて検出さ
れて、オンスイッチとなる。
【０００５】このように光双安定素子１はある入射光Ｐ
inの強度に対する透過光Ｐout が２つの透過状態ａ，ｂ
を示すので、これらを自由にスイッチングすることで光
情報処理装置の光メモリや光論理回路として非常に期待
されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従来の光スイッチング
装置は以上のように構成されているので、２つの光透過
状態を可逆的にスイッチングする際に純光学的な光パル
スの付加だけではスイッチングを行えず、光情報処理装
置などの高速な回路では光源９の制御が難しいという問
題があった。つまり、光双安定素子１を光の高透過状態
ａから低透過状態ｂに変化させるには、バイアス光Ｐｂ
にて光双安定素子１を双安定領域１１の状態にし、これ
にさらに双安定領域１１を越える正のトリガーパルス光
Ｐｂを重畳して光双安定素子１をオフ状態にする。しか
しながら、光双安定素子１を低透過状態ｂから高透過状
態ａに変化させるには光双安定領域１１以下の状態にす
る負のトリガーパルス光が必要となる。この結果、上記
従来の光スイッチング装置にて純光学的なパルス光のみ
を用いて全光型のスイッチを達成することは不可能であ
った。
【０００７】請求項１ないし請求項８の発明は上記のよ
うな問題点を解消するためになされたもので、複数の透
過状態を純光学的なパルス光のみを用いて可逆的にスイ
ッチングする光スイッチング装置を得ることを目的とす
る。
【０００８】請求項９ないし請求項１５の発明は、純光
学的なパルス光のみを用いた可逆的なスイッチを有効に
適用して論理演算を行う光論理演算回路を得ることを目
的とする。
【０００９】請求項１６ないし請求項２３の発明は、複
数の光スイッチング装置を用いて有効な画像処理を行う
ことができる画像処理装置を得ることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係る光
スイッチング装置は、それぞれ光双安定特性を有する 複
数の光双安定素子が光学的に直列に配置されて形成さ
れ、ある強度の光に対して少なくとも２つ以上の透過状
態の光多重安定領域を複数含む光多重安定特性を有する
光透過手段と、この光透過手段に光を入射させる入射光
発生手段であって光透過手段のいずれかの光双安定領域
に対応する光強度のバイアス光を発生しかつ、このバイ
アス光に光強度が異なる複数の制御パルス光のいずれか
を重畳して発生する入射光発生手段と、この入射光発生
手段から発生されて光透過手段を透過した透過光を受光
して光透過手段の異なる透過状態を検出する受光手段と
を設けたものである。
【００１１】請求項２の発明に係る光スイッチング装置
は、光多重安定特性のうち少なくともいずれか一つの光
双安定領域が所定の強度の光に対して高透過状態と低透
過状態の２つの光透過状態を有する光透過手段と、光透
過手段の２つの光透過状態を有する光双安定領域に対応
する光強度のバイアス光を発生して、このバイアス光に
強度の異なる２種類の制御パルス光のいずれかを重畳す
る入射光発生手段とを設けたものである。
【００１２】請求項３の発明に係る光スイッチング装置
は、複数の光双安定素子のうち少なくとも１つの光双安
定素子として半導体量子井戸光吸収層を有する光双安定
素子を含む光透過手段を設けたものである。
【００１３】請求項４の発明に係る光スイッチング装置
は、複数の光双安定素子のうち少なくとも１つの光双安
定素子として非線形屈折率媒質をミラー間に挿入した非
線形エタロン素子を含む光透過手段を設けたものであ
る。
【００１４】請求項５の発明に係る光スイッチング装置
は、複数個の光双安定素子が光学的に直列に配置されて
積層された集積素子にて形成されている光透過手段を設
けたものである。
【００１５】請求項６の発明に係る光スイッチング装置
は、２つの半導体量子井戸光吸収領域を含むn-i-p-i-n
型またはp-i-n-i-p 型の集積素子にて形成された光透過
手段を設けたものである。
【００１６】請求項７の発明に係る光スイッチング装置
は、２つの非線形エタロン素子を誘電体スペーサ層をは
さんで積層した集積素子にて形成された光透過手段を設
けたものである。
【００１７】請求項８の発明に係る光スイッチング装置
は、それぞれの光双安定素子に２つの非線型エタロン素
子の一方のミラーを共用した積層集積素子が用いられた
光透過手段を設けたものである。
【００１８】請求項９の発明に係る光論理演算回路は、
光多重安定特性を利用して所定の光強度の複数の制御パ
ルス光にてスイッチングされる光スイッチング装置に、
少なくとも２つの演算入力値に基づいて所定の光強度の
制御パルス光をバイアス光に重畳して発生する入射光発
生手段と、この入射光発生手段からの入射光にて制御さ
れた光透過手段を透過した光の検出結果を論理演算出力
値として出力する受光手段を設けたものである。
【００１９】請求項１０の発明に係る光論理演算回路
は、複数の制御パルス光のそれぞれが光双安定領域の透
過状態を変化させる領域を越えず、かつ重畳した際に光
双安定領域の透過状態を変化させる領域を越える光強度
を有する光を発生する入射光発生手段を設けたものであ
る。
【００２０】請求項１１の発明に係る光論理演算回路
は、複数の制御パルス光のそれぞれが光双安定領域の透
過状態を変化させる領域を越え、かつ重畳した際に次の
光双安定領域まで達しない光強度を有する光を演算入力
値に基づいて発生する入射光発生手段を設けたものであ
る。
【００２１】請求項１２の発明に係る光論理演算回路
は、複数の制御パルス光のそれぞれが光双安定領域の透
過状態を変化させる領域を越えて次の光双安定領域まで
達しない光強度を有し、さらに重畳した際に次の光双安
定領域まで達する光強度を有する光を演算入力値に基づ
いて発生する入射光発生手段を設けたものである。
【００２２】請求項１３の発明に係る光論理演算回路
は、複数の制御パルス光のそれぞれが次の光双安定領域
まで達して次の光双安定領域の透過状態を変化させる領
域を越えない光強度を有し、さらに重畳した際に次の光
双安定領域の透過状態を変化させる領域を越える光強度
を有する光を演算入力値に基づいて発生する入射光発生
手段を設けたものである。
【００２３】請求項１４の発明に係る光論理演算回路
は、複数の制御パルス光のそれぞれが次の光双安定領域
の透過状態を変化させる領域を越える光強度を有する光
を演算入力値に基づいて発生する入射光発生手段を設け
たものである。
【００２４】請求項１５の発明に係る光論理演算回路
は、多重安定特性の単一安定領域を利用して所定の光強
度の複数の制御パルスによりスイッチングされる光スイ
ッチング装置に、少なくとも２つの演算入力値に基づい
て所定の光強度の制御パルス光をバイアス光に重畳して
発生する入射光発生手段と、この入射光発生手段からの
入射光にて制御された透過手段から透過した光の検出結
果を論理演算出力値として出力する受光手段を設けたも
のである。
【００２５】請求項１６の発明に係る画像処理装置は、
それぞれ光双安定特性を有する複数の光双安定素子が光
学的に直列に配置されて形成され、ある強度の光に対し
て少なくとも２つ以上の異なる透過状態を示す光双安定
領域を複数含む光多重安定特性を有する光透過素子をそ
れぞれの画素として２次元状に配列した２次元アレー
と、この２次元アレーにそれぞれの光透過素子のいずれ
か一つの光双安定領域に対応する光強度のバイアス光を
照射するバイアス光発生手段と、少なくとも２つの画像
からの入力パターンを所定の光強度にて２次元アレーに
照射する画像入力手段と、２次元アレーのそれぞれの光
透過素子にそれらの光双安定領域をいずれか一つの透過
状態にリセットするためのパルス光を照射するリセット
手段とを設けたものである。
【００２６】請求項１７の発明に係る画像処理装置は、
入力パターンの明るい部分がそれぞれ光双安定領域の透
過状態を変化させる領域を越えず、かつ重畳した際に光
双安定領域の透過状態を変化させる領域を越える光強度
を有する入力パターン光を２次元アレーに照射する画像
入力手段を設けたものである。
【００２７】請求項１８の発明に係る画像処理装置は、
入力パターンの明るい部分がそれぞれ光双安定領域の透
過状態を変化させる領域を越え、かつ重畳した際に次の
光双安定領域まで達しない光強度を有する入力パターン
光を２次元アレーに照射する画像入力手段を設けたもの
である。
【００２８】請求項１９の発明に係る画像処理装置は、
入力パターンの明るい部分がそれぞれ光双安定領域の透
過状態を変化させる領域を越えて次の光双安定領域まで
達しない光強度を有し、さらに重畳した際に次の光双安
定領域まで達する光強度を有する入力パターン光を２次
元アレーに照射する画像入力手段を設けたものである。
【００２９】請求項２０の発明に係る画像処理装置は、
入力パターンの明るい部分がそれぞれ次の光双安定領域
まで達して次の光双安定領域の透過状態を変化させる領
域を越えない光強度を有し、さらに重畳した際に次の光
双安定領域の透過状態を変化させる領域を越える光強度
を有する入力パターン光を２次元アレーに照射する画像
入力手段を設けたものである。
【００３０】請求項２１の発明に係る画像処理装置は、
入力パターンの明るい部分がそれぞれ次の光双安定領域
の透過状態を変化させる領域を越える光強度を有する入
力パターン光を２次元アレーに照射する画像入力手段を
設けたものである。
【００３１】請求項２２の発明に係る画像処理装置は、
光透過手段の多重安定特性における光双安定領域間のい
ずれかの単一安定領域に対応する光強度のバイアス光を
２次元アレーに照射するバイアス光発生手段を設けたも
のである。
【００３２】請求項２３の発明に係る画像処理装置は、
それぞれ光双安定特性を有する複数の光双安定素子が光
学的に直列に配置されて形成され、ある強度の光に対し
て少なくとも２つ以上の異なる透過状態を示す光双安定
領域を複数含む光多重安定特性を有する光透過素子をそ
れぞれの画素として２次元状に配列した２次元アレー
と、この２次元アレーにそれぞれの光透過素子のいずれ
か一つの光双安定領域に対応する光強度のバイアス光を
照射するバイアス光発生手段と、一つの画像からの入力
パターンをその有効部分の光強度を変えて２次元アレー
に照射する画像入力手段と、２次元アレーのそれぞれの
光透過素子にそれらの光双安定領域をいずれか一つの透
過状態にリセットするためのパルス光を照射するリセッ
ト手段とを設けたものである。
【００３３】
【作用】請求項１の発明における光スイッチング装置
は、入射光発生手段からバイアス光を発生すると、この
バイアス光は光透過手段の光多重安定領域のいずれかの
透過状態により光透過手段を透過して受光手段に受光さ
れる。次に入射光発生手段からバイアス光に制御パルス
光を重畳して例えば光多重安定領域を越える光強度にす
ると、光透過手段は異なる透過状態に遷移して、この透
過状態にて透過光が受光手段に受光される。これによ
り、透過状態の変化が検出される。さらに、入射光発生
手段からバイアス光に先程とは強度の異なる制御パルス
光を重畳して例えば次の光双安定領域まで達する光強度
にすると、制御パルス光が消えた際に光透過手段の光透
過状態が異なる領域に移り、再び初めの透過状態または
他の透過状態に遷移する。この透過状態の透過光が受光
手段にて受光されて透過状態の変化が検出される。
【００３４】請求項２の発明における光スイッチング装
置は、入射光発生手段からのバイアス光にて光透過手段
の光多重安定特性のうち２つの光透過状態を有する光双
安定領域にバイアスして、その２つの状態間をバイアス
光に強度の異なる２つの制御パルス光のいずれかを重畳
して可逆的にスイッチングする。
【００３５】請求項３の発明における光スイッチング装
置は、複数の光双安定素子のうち少なくとも１つの光双
安定素子の半導体量子井戸光吸収層により、高速かつ少
ない光エネルギーによって、光の透過状態を有効に変化
させる。
【００３６】請求項４の発明における光スイッチング装
置は、非線形エタロン素子により、他の電気回路を用い
ることなく簡易な構成にて光透過手段を構成し得る。
【００３７】請求項５の発明における光スイッチング装
置は、複数個の光双安定素子を光学的に直列に配置して
積層した集積素子により、光透過手段を小型に構成し得
る。
【００３８】請求項６の発明における光スイッチング装
置は、２つの半導体量子井戸光吸収領域を含むn-i-p-i-
n 型またはp-i-n-i-p 型の集積素子により、光透過手段
を小型に、かつ高速、低エネルギーにて動作させ得る。
【００３９】請求項７の発明における光スイッチング装
置は、２つの非線形エタロン素子を誘電体スペーサ層を
はさんで積層した集積素子により、より簡易に小型な光
透過手段を構成し得る。
【００４０】請求項８の発明における光スイッチング装
置は、２つの非線型エタロン素子の一方のミラーを共用
した積層集積素子により、さらに小型な光透過手段を簡
易に構成し得る。
【００４１】請求項９の発明における光論理演算回路
は、入射光発生手段からのバイアス光により光透過手段
をその光多重安定特性のうちの一つの光双安定特性にバ
イアスして、この状態にて演算入力値を入射光発生手段
に供給すると、入射光発生手段から演算入力値に応じた
所定の強度の複数の制御パルス光がバイアス光に重畳さ
れて光透過手段に投射される。これにより、光透過手段
の透過状態が変化して演算入力値に応じた透過光が得ら
れる。この透過光を受光手段にて受けて光透過手段の透
過状態を検出し、その結果を演算出力値として出力す
る。
【００４２】請求項１０の発明における光論理演算回路
は、例えば、複数の演算入力値のうちいずれか一つ論理
値”１”となった場合に、入射光発生手段から一つの制
御パルス光がバイアス光に重畳されて発射されると、こ
の入射光は光双安定領域の透過状態を変化させる領域を
越えないので、光透過手段の状態は変わらず、受光手段
では元の透過状態を検出する。また、例えば、２つの論
理値が”１”となった場合に入射光発生手段からバイア
ス光に複数の制御パルス光が重畳されて発射される。こ
れにより、重畳された光は光双安定領域の透過状態を変
化させる領域を越える光強度を有するので、光双安定領
域の透過状態が変化して、この透過光を受ける受光手段
では前と異なる透過状態を検出する。この結果、ＡＮＤ
やＮＡＮＤなどの論理演算を行い得る。
【００４３】請求項１１の発明における光論理演算回路
は、例えば、複数の演算入力値のうちいずれか一つ論理
値”１”となった場合に、入射光発生手段から一つの制
御パルス光がバイアス光に重畳されて発射されると、こ
の入射光は光双安定領域の透過状態を変化させる領域を
越えるので、光透過手段の光透過状態が変化して、受光
手段では元の透過状態と異なる透過状態を検出する。ま
た、例えば、２つの論理値が”１”となった場合に入射
光発生手段からバイアス光に複数の制御パルス光が重畳
されて発射される。これにより、重畳された光は光双安
定領域の透過状態を変化させる領域を越える光強度を有
するので、光双安定領域の透過状態が変化して、この透
過光を受ける受光手段では元の透過状態と異なる透過状
態を検出する。この結果、演算入力値がともの論理値”
０”の場合以外にはすべて元の論理値と異なる例えばＯ
ＲやＮＯＲなどの論理演算を行い得る。
【００４４】請求項１２の発明における光論理演算回路
は、例えば、複数の演算入力値のうちいずれか一つ論理
値”１”となった場合に、入射光発生手段から一つの制
御パルス光がバイアス光に重畳されて発射されると、こ
の入射光は光双安定領域の透過状態を変化させる領域を
越えて次の光双安定領域まで達しない光強度を有するの
で、光透過手段の光透過状態が変化して、受光手段では
元の透過状態と異なる透過状態を検出する。また、例え
ば、２つの論理値が”１”となった場合に入射光発生手
段からバイアス光に複数の制御パルス光が重畳されて発
射される。これにより、重畳された光は次の光双安定領
域まで達する光強度を有するので、光双安定領域の透過
状態が例えば元の透過状態に戻って、この透過光を受け
る受光手段ではその透過状態を検出する。この結果、演
算入力値のいずれか一方のみが論理値”１”の場合に状
態が変化する例えば、対等論理または排他的論理和など
の論理演算を行い得る。
【００４５】請求項１３の発明における光論理演算回路
は、例えば、複数の演算入力値のうちいずれか一つ論理
値”１”となった場合に、入射光発生手段から一つの制
御パルス光がバイアス光に重畳されて発射されると、こ
の入射光は次の光双安定領域まで達して次の光双安定領
域の透過状態を変化させる領域を越えない光強度を有す
るので、光透過手段の光透過状態が元の状態に戻り、受
光手段では元の透過状態と同じ透過状態を検出する。ま
た、例えば、２つの論理値が”１”となった場合に入射
光発生手段からバイアス光に複数の制御パルス光が重畳
されて発射される。これにより、重畳された光は次の光
双安定領域の透過状態を変化させる領域を越える光強度
を有するので、光双安定領域の透過状態が元の透過状態
から異なる透過状態に変化して、この透過光を受ける受
光手段ではその透過状態を検出する。この結果、ＡＮＤ
やＮＡＮＤなどの論理演算を行い得る。
【００４６】請求項１４の発明における光論理演算回路
は、例えば、複数の演算入力値のうちいずれか一つ論理
値”１”となった場合に、入射光発生手段から一つの制
御パルス光がバイアス光に重畳されて発射されると、こ
の入射光は次の光双安定領域の透過状態を変化させる領
域を越える光強度を有するので、光透過手段の光透過状
態が元の状態から異なる透過状態に変化して、受光手段
では元の透過状態と異なる透過状態を検出する。また、
例えば、２つの論理値が”１”となった場合に入射光発
生手段からバイアス光に複数の制御パルス光が重畳され
て発射される。これにより、重畳された光は次の光双安
定領域の透過状態を変化させる領域を越える光強度を有
するので、光双安定領域の透過状態が元の透過状態から
異なる透過状態に変化して、この透過光を受ける受光手
段ではその透過状態を検出する。この結果、ＮＯＲやＯ
Ｒなどの論理演算を行い得る。
【００４７】請求項１５の発明における光論理演算回路
は、入射光発生手段からのバイアス光により光透過手段
をその光多重安定特性のうちの一つの単一安定領域にバ
イアスして、この状態にて演算入力値を入射光発生手段
に供給すると、入射光発生手段から演算入力値に応じた
所定の強度の複数の制御パルス光がバイアス光に重畳さ
れて光透過手段に投射される。これにより、光透過手段
の透過状態が光双安定領域を越えることにより変化して
演算入力値に応じた透過光が得られる。この透過光を受
光手段にて受けて光透過手段の透過状態を検出し、その
結果を演算出力値として出力する。
【００４８】請求項１６の発明における画像処理装置
は、まず、バイアス光発生手段にて２次元アレーにバイ
アス光を照射すると、それぞれの光透過素子が光多重安
定特性のいずれか一つの光双安定領域にバイアスされ
る。この２次元アレーに、画像入力手段から例えば２つ
の画像からの入力パターンを所定の光強度にて照射する
と例えば、両入力パターンに共通な部分のみの光透過素
子が元の透過状態から変化して、その状態が２次元アレ
ーに記憶されて、画像の照合などを行い得る。次の処理
を行う場合にはリセット手段によるパルス光の照射によ
ってそれぞれの光透過素子が元の透過状態に戻る。
【００４９】請求項１７の発明における画像処理装置
は、画像入力手段から２次元アレーに照射された２つの
画像における入力パターンの共通の明るい部分のみが光
透過素子の透過状態を変化させる。
【００５０】請求項１８の発明における画像処理装置
は、画像入力手段から２次元アレーに照射された２つの
画像における入力パターンのいずれかの明るい部分およ
び共通の明るい部分が光透過素子の透過状態を変化させ
る。
【００５１】請求項１９の発明における画像処理装置
は、画像入力手段から２次元アレーに照射された２つの
画像における入力パターンのいずれかの明るい部分のみ
が光透過素子の透過状態を変化させる。
【００５２】請求項２０の発明における画像処理装置
は、画像入力手段から２次元アレーに照射された２つの
画像における入力パターンの共通の明るい部分以外の部
分が光透過素子の透過状態を変化させる。
【００５３】請求項２１の発明における画像処理装置
は、画像入力手段から２次元アレーに照射された２つの
画像における入力パターンの共通の明るい部分のみが光
透過素子の透過状態を変化させる。
【００５４】請求項２２の発明における画像処理装置
は、まず、バイアス光発生手段にて２次元アレーにバイ
アス光を照射すると、それぞれの光透過素子が光多重安
定特性のいずれか一つの単一安定領域にバイアスされ
る。この２次元アレーに、画像入力手段から例えば２つ
の画像からの入力パターンを所定の光強度にて照射する
と例えば、両入力パターンに共通な部分のみの光透過素
子が光双安定領域を越えて元の透過状態から変化するこ
とにより、その状態が２次元アレーに記憶されて、画像
の照合などを行い得る。
【００５５】請求項２３の発明における画像処理装置
は、バイアス光発生手段にて２次元アレーにバイアス光
を照射すると、それぞれの光透過素子が光多重安定特性
のいずれか一つの光双安定領域にバイアスされる。この
２次元アレーに、画像入力手段からある画像の入力パタ
ーンを所定の強度にて照射すると、例えば、その入力パ
ターンの明暗の変化部分のみの光透過素子が光双安定領
域を越えて元の透過状態から変化することにより、その
状態が２次元アレーに記憶されて、画像のエッジ抽出処
理などを行い得る。次の処理を行う場合にはリセット手
段によるパルス光の照射によってそれぞれの光透過素子
が元の透過状態に戻る。
【００５６】
【実施例】実施例１． 以下、この発明の一実施例を図について説明する。図１
は請求項１の発明の一実施例による光スイッチング装置
の構成を示す図であり、従来技術である図３１に示した
相当部分には同一符号を付しその説明を省略する。図１
において、２０は所定の波長の光に対して２つの光透過
状態を示す光双安定領域を複数含む多重安定特性を有す
る光透過回路（光透過手段）である。本実施例の光透過
回路２０は、第１の光双安定素子１と第２の光双安定素
子２１とが光学的に直列に配置されて構成されている。
これらの素子１，２１において、２，２２はｐ型のアル
ミニウムガリウムヒ素（以下、AlGaAsと記す）にて形成
されたｐ型半導体層、３，２３はｎ型のAlGaAsにて形成
されたｎ型半導体層、４，２４はガリウムヒ素(GaAs)と
AlGaAsが交互に積層されて形成された多重量子井戸層、
５，２５はイントリンシックAlGaAsにて形成された真性
半導体層である。第２の光双安定素子２１には、第１の
双安定素子１と同様に、直流電源２７および電気抵抗２
８を含む外部電源回路２６が接続されている。また、２
９は光透過回路２０が多重安定特性を示す所定の波長の
光を発生する光源（入射光発生手段）であり、第１の光
双安定素子１のｐ型半導体層２から所定の光強度のバイ
アス光にて入射光Ｐinを供給し、さらにバイアス光に２
つの異なる強度のパルス光を重畳して出力する光源であ
る。３０は第１の光双安定素子１の透過光Ｐｃがさらに
第２の双安定素子２１を透過した光Ｐout を受けて光透
過回路２０の２つの透過状態を検出する受光素子（受光
手段）である。図２は入射光Ｐinに対する透過光Ｐout
の特性を示す図であり、この図では２つの光双安定素子
１，２１を通過した透過光Ｐout にて得られる複数の光
双安定領域Ｓ，Ｔを有する光多重安定特性の一例が示さ
れている。
【００５７】次に動作について説明する。まず、光透過
回路２０の多重安定特性のうち第１の光双安定領域Ｓに
対応する光強度Ｐｂのバイアス光Ｐinを光源２９から照
射すると、この入射光Ｐinは第１の光双安定素子１およ
び第２の光双安定素子２をそれぞれの線型特性に従って
透過して受光素子３０に高透過状態Ａの透過光Ｐoutと
して受光され、この結果、受光素子３０がオンとなる。
【００５８】次に、光源２９から第１の制御パルス光Ｐ
ｓをバイアス光Ｐｂに重畳して、つまり光透過回路２０
の多重安定特性のうち第１の光双安定領域ＳのＣ点の光
強度（Ｐｇ）を越えて第２の光双方安定領域Ｔの変化点
ｄを下回る光強度（Ｐｈ）の入射光Ｐinを発射すると、
この入射光Ｐinは第１の光双安定素子１の透過の際にほ
ぼＣ点にてその多重量子井戸層４にて吸収されて急激に
減少し、これを越える光強度の分の透過光Ｐｃだけが第
２の光双安定素子２１を透過して受光素子３０に透過光
Ｐout として受光される。つまり、第１の光双安定素子
１の多重量子井戸層４では光強度が増した光の吸収によ
りキャリアが形成されて、トンネリング効果により光電
流Ｉ1 が急激に流れ始める。この光電流Ｉ1 は外部回路
６に流れて、この結果、電気抵抗８にて電圧降下ＩＲが
発生し、光双安定素子１に加わる電圧はＶから（Ｖ−Ｉ
Ｒ）に下がっていく。この電圧変化は光双安定素子１の
真性半導体層５に加わる電界を減少させて、このフィー
ドバックの結果として、多重量子井戸層４にて吸収され
る光の量が急激に増加して、第１の光双安定素子１を透
過する透過光Ｐｃの光強度が急激に減少し、これが第２
の光双安定素子２１に入射する。第２の光双安定素子２
１では弱まった光強度のため変化点ｄまで達成せず光を
線型領域にて円滑に透過して、この透過光Ｐout が受光
素子３０に検出される。この状態にて光源２９からの入
射光Ｐinが光強度Ｐｂのバイアス光のみに戻ると、第１
の光双安定領域Ｓにて低透過状態Ｂとなった透過光Ｐ
out を受ける受光素子３０はオフとなる。
【００５９】次に、光源２９からバイアス光Ｐｂに第２
の制御パルス光Ｐｒを重畳して、つまり、光透過回路２
０の多重安定特性のうち第２の光双安定領域Ｓでの変化
点の強度（Ｐｈ）を越える光強度（Ｐｂ＋Ｐｒ）を発射
すると、この入射光Ｐinは第１の光双安定素子１にて吸
収されて、さらに通過した光Ｐｃが第２の光双安定素子
２１にて吸収されて透過光Ｐout として受光素子３０に
受光される。この場合、透過状態Ｂから図面下方の線型
領域に沿う特性にて入射光Ｐinは第１の光双安定素子１
および第２の光双安定素子２１を通過する。この際に、
第１の光双安定素子１は低透過状態であるが第２の光双
安定素子２は高透過状態であるので、光強度が増加する
と、第２の光双安定素子２１に入射した光Ｐｃが第２の
光双安定素子２１の多重量子井戸層２４にて吸収される
ことにより、キャリアが形成されて第２の光双安定素子
２１の外部回路２６に電流Ｉ２が流れる。これにより、
多重量子井戸層２４に加わる電界を減少させて、このフ
ィードバックの結果として、多重量子井戸層２４にて吸
収される光の量が図示ｄ点にて急激に増加して、第２の
光双安定素子２１を透過する透過光Ｐout の光強度が急
激に減少する。この結果、第２の光双安定領域Ｔは低透
過状態になる。
【００６０】この状態にて、第２の制御パルスＰｒが消
えてバイアス光Ｐｂのみに戻ると、第２の光双安定領域
Ｔより下回った強度となった光強度の光により、第２の
光双安定素子２１は矢印ｅの経路にて高透過状態とな
り、さらに第１の光双安定素子１でもその経路に添って
高透過状態となる。これにより、多重安定特性は第１の
光双安定領域Ｓの高透過状態Ａに戻る。この結果、バイ
アス光Ｐｂが第１および第２の光双安定素子１，２１を
高透過状態Ａにて透過した透過光Ｐout が受光素子３０
にて受光されて、受光素子３０がオンとなる。
【００６１】以上のように本実施例では、光透過回路２
０をバイアス光Ｐｂにて光双安定領域Ｓにバイアスして
おき、第１の制御パルスＰｓを重畳することにより、高
透過状態Ａから低透過状態Ｂにスイッチングし、第２の
制御パルスＰｒを重畳させることにより低透過状態Ｂか
ら高透過状態Ａにスイッチングすることができる。つま
り、第１の光双安定領域Ｓを越えて第２の光双安定領域
Ｔの変化点ｃを下回る光強度Ｐｓの制御パルスと第２の
光双安定領域Ｔの変化点ｄを越える光強度Ｐｒの制御パ
ルスの２つの強度の異なる制御パルス光により、バイア
スされた２つの光透過状態ＡとＢを光学的に可逆的にス
イッチすることができる。
【００６２】なお、上記実施例では図２のような多重安
定特性を用いたが、この２つの光双安定素子１，２１を
光学的に直列に配置した光透過回路２０では、例えば多
重量子井戸層４，２４の厚みや電源７，２７からの逆バ
イアス電圧Ｖを調整することにより図３〜図６に示した
ような多重安定特性も得られ、これらの場合にも上記と
同様に２つの制御パルスにてスイッチングすることがで
きる。図３では、第２の変化点ｄが第２の双安定領域Ｔ
を越えた点にあり、図４では第２の変化点ｄが第２の双
安定領域Ｔをやや下回った点にあり、また、図５では第
１の双安定領域Ｓと第２の双安定領域Ｔとの一部が重な
り、図６では第１および第２の双安定領域Ｔの一部が重
なった状態にて変化点ｄが第２の双安定領域Ｔを越えた
点にある。いずれの場合にも、第１の制御パルスＰｓを
第１の変化点ｃに対応する光強度Ｐｇと第２の変化点ｄ
に対応する光強度Ｐｈとの間に、第２の制御パルスＰｒ
を第２の変化点ｄに対応した光強度Ｐｈを越えた光強度
にすることで、上記と同様にスイッチングを行うことが
できる。また、上記実施例では光双安定素子を２段直列
に配置した例を示したが、本発明においては光双安定素
子を３段以上重ねて得られた多重安定特性を利用して、
３つ以上の制御パルスにてスイッチングしてもよい。さ
らに、上記実施例では所定の波長に対して異なる光強度
にて光透過状態をスイッチングする場合を例に挙げて説
明したが、例えばアプライド フィジックス レターズ
（Applied Physics Letters ）５９巻、１０１６頁、１
９９１年に示されたように波長に対しても入力強度と同
様に多重安定特性が得られるので、制御パルス光として
波長が異なる光を用いて上記と同様にスイッチングして
もよい。
【００６３】実施例２． 図７は請求項５の発明の一実施例による光スイッチング
装置の構成を示す図であり、上記実施例１による図１の
相当部分には同一符号を付してその説明を省略する。こ
の図において、３１はn-i-p-i-n 型の光透過素子であ
る。３２は第１のｎ型半導体層、３３は真性半導体層、
３４は第１の半導体量子井戸層、３５はｐ型半導体層、
３６は第２の真性半導体層、３７は第２の半導体量子井
戸層、３８は第２のｎ型半導体層である。この光透過素
子３１は、半導体層３２〜３５からなる第１の光双安定
素子と、半導体層３５〜３８からなる第２の光双安定素
子とがｐ型半導体層３５を共通にして光学的に直列に積
層集積された集積素子である。また、３９は外部電源回
路であり、電源４０の正端子がｐ型半導体層３１に接続
され、負端子が抵抗４１を介してｐ型半導体層３５に接
続されて、さらにｐ型半導体層３５に共通に電源４２の
負端子が接続され、その正端子が抵抗４３を介してｎ型
半導体層３８に接続されている。本実施例においても図
２に示す上記実施例１と同様な多重安定特性が得られ
る。
【００６４】次に動作について説明する。まず、光源２
９から光透過素子３１の多重安定特性のうち第１の光双
安定領域Ｓに対応する光強度Ｐｂのバイアス光Ｐinを照
射すると、この入射光Ｐinは光透過素子３１をその線型
特性の部分に従って透過して受光素子３０に高透過状態
Ａの透過光Ｐout として受光されて、この結果、受光素
子３０がオンとなる。次に、光源２９から第１の制御パ
ルス光Ｐｓをバイアス光Ｐｂに重畳して、つまり光透過
素子３１の多重安定特性のうち第１の光双安定領域Ｓの
変化点ｃの光強度（Ｐｇ）を越え、かつ第２の光双方安
定領域Ｔの変化点ｄを下回る光強度（Ｐｈ）の入射光Ｐ
inを発射すると、この入射光Ｐinは第１の多重量子井戸
層３４の透過の際にほぼｃ点にて急激に吸収されて減少
し、これを越える光強度の透過光だけが残りの半導体層
３３〜３８を透過して受光素子３０に透過光Ｐout とし
て受光される。つまり第１の多重量子井戸層３４では光
強度が増した光の吸収によりキャリアが形成されて、ト
ンネリング効果により光電流Ｉ1 が急激に流れ始める。
この光電流Ｉ1 が外部回路３９に流れ、この結果、電気
抵抗４１にて電圧降下ＩＲが発生し、第１のｎ型半導体
層３２とｐ型半導体層３５間に加わる電圧はＶから（Ｖ
−ＩＲ）に下がっていく。この電圧変化は第１の真性半
導体層３３に加わる電界を減少させて、このフィードバ
ックの結果として、第１の多重量子井戸層３４にて吸収
される光の量が急激に増加して第１の多重量子井戸３４
を透過する透過光の光強度が急激に減少する。これによ
り、第２の多重量子井戸３７では弱まった光強度のため
変化点ｄまで達成せず光を線型領域にて円滑に透過し
て、この透過光Ｐout が受光素子３０に検出される。こ
の状態にて光源２９からの入射光Ｐinが光強度Ｐｂのバ
イアス光のみに戻ると、第１の光双安定領域Ｓにて低透
過状態Ｂとなった透過光Ｐout を受ける受光素子３０は
オフとなる。
【００６５】次に、光源２９からバイアス光Ｐｂに第２
の制御パルス光Ｐｒを重畳して、つまり、光透過素子３
１の多重安定特性のうち第２の光双安定領域Ｓでの変化
点の強度（Ｐｈ）を越える光強度（Ｐｂ＋Ｐｒ）の入射
光Ｐinを発射すると、この入射光Ｐinは第１の多重量子
井戸層３４にて吸収され、さらに通過した光が第２の多
重量子井戸層３７にて吸収されて透過光Ｐout として受
光素子３０に受光される。この場合、低透過状態Ｂから
図面下方の線型領域に沿う特性にて入射光Ｐinが光透過
素子３１を通過する。この際に、第１の多重量子井戸層
３４は低透過状態であるが第２の多重量子井戸層３７は
高透過状態であるので、光強度が増加すると、第２の多
重量子井戸層３７に入射した光がここで吸収されること
により、キャリアが形成されて外部回路３９に電流Ｉ２
が流れる。これにより、第２の多重量子井戸層３７に加
わる電界を減少させ、このフィードバックの結果とし
て、第２の多重量子井戸層３７にて吸収される光の量が
図示ｄ点にて急激に増加して、光透過素子３１を透過す
る透過光Ｐout の光強度が急激に減少する。この結果、
第２の光双安定領域Ｔは低透過状態になる。
【００６６】この状態にて、第２の制御パルスＰｒが消
えてバイアス光Ｐｂのみに戻ると、第２の光双安定領域
Ｔを下回った光強度の光により、第２の多重量子井戸層
３７は矢印ｅの経路にて高透過状態となり、さらに第１
の多重量子井戸層３４でもその経路に添って高透過状態
となる。これにより、多重安定特性は第１の光双安定領
域Ｓの高透過状態Ａに戻る。この結果、バイアス光Ｐｂ
が第１および第２の光双安定素子１，２１を高透過状態
Ａにて透過した透過光Ｐout が受光素子３０にて受光さ
れて、受光素子３０がオンとなる。
【００６７】以上のように本実施例では、２つの多重量
子井戸層３４，３７を有する集積素子３１において、そ
の多重安定特性の一つの光双安定領域Ｓにて高透過状態
Ａと低透過状態Ｂとのスイッチングを可逆的に行うこと
ができる。また、本実施例では光透過回路が一体化され
た素子にて形成されているので、空間的な素子間の位置
決めなどの必要がなく、小型かつ得られる特性が正確な
光スイッチング装置を構成することができる。
【００６８】なお、本実施例ではn-i-p-i-n 型の集積素
子が適用されたが、本発明では同様に２つの多重量子井
戸層を有するp-i-n-i-p 型の集積素子も適用することが
できる。また、以上の実施例では２つの光双安定素子を
用いて２つの光透過状態をスイッチングする例を示した
が、例えばアプライド フィジックス レターズ（Appl
ied Physics Letters ）５６巻、１６６頁、１９９０年
に示されるように１つのp-i-n 型素子にて得られた多重
安定特性を利用して、例えば、これらを組み合わせるこ
とで図８に示すような特性が得られ、これにより３つ以
上の透過状態をスイッチすることも可能である。この場
合、透過状態Ａ，Ｂ，Ｃに対応するバイアス光Ｐｂに、
ｆ点を越える光強度Ｐｕを重畳して透過状態ＡからＢ
に、ｇ点を越える光強度Ｐｖによって透過状態ＡからＢ
または透過状態ＢからＣに、ｈ点を越える光強度Ｐｗに
よって透過状態ＢからＡまたは透過状態ＣからＡにスイ
ッチングすることができる。また、同様に双安定素子を
３段以上重ねても同様なスッチングを行うことができ
る。
【００６９】実施例３． 図９は請求項４の発明の一実施例による光スイッチング
装置の構成を示す図であり、上記実施例による図１、図
７または従来技術である図２０の相当部分には同一符号
を付してその説明を省略する。この図において、５０は
光透過回路であり、第１の光双安定素子１と第２の光双
安定素子５１が光学的に直列に配置されて構成されてい
る。第２の光双安定素子５１において、５２，５２は平
行に配置されて光共振器を形成するミラー、５３はナト
リウムガスやアンモニアなどの分子ガスまたは硫化カド
ニウムセレンなどの半導体ドープガラスあるいは高分子
材料などにて形成された非線形媒質であり、この第２の
光双安定素子５１は非線形媒質の非線形屈折率を利用し
たいわゆる非線形エタロン素子である。図１０は、光源
２９からの入射光Ｐinに対する透過光Ｐout の特性、つ
まり光透過回路５０の多重安定特性を示す図である。こ
の図において、Ｕは第１の光双安定領域、Ｖは第２の光
双安定領域である。
【００７０】次に動作について説明する。まず、光透過
回路５０の多重安定特性のうち第１の光双安定領域Ｕに
対応する光強度Ｐｂのバイアス光Ｐinを光源２９から照
射すると、この入射光Ｐinは第１の光双安定素子１を透
過して、透過光Ｐｃとなって第２の光双安定素子５２に
入射し、この素子５２にてほとんど吸収されて透過状態
Ｂの状態にて受光素子３０に受光される。つまり、第２
の光双安定素子５１に入射した光Ｐｃは非線形媒質によ
り屈折され、さらに光共振器内にて反射が繰り返されて
分散されることにより、光強度が弱まった透過光Ｐout
として出射される。この結果、低透過状態Ｂとなり、こ
れを受けた受光素子３０はオフスイッチとなる。
【００７１】次に、光源２９から第１の制御パルス光Ｐ
ｓをバイアス光Ｐｂに重畳して、つまり光透過回路５０
の多重安定特性のうち第１の光双安定領域ＵのＣ点の光
強度（Ｐｇ）を越えて第２の光双方安定領域Ｖの変化点
ｄを下回る光強度（Ｐｈ）の入射光Ｐinを発射すると、
この入射光Ｐinは第１の光双安定素子１を透過し、さら
に第２の光双安定素子５１を透過して受光素子３０に受
光されて、この結果、受光素子３０がオンとなる。つま
り、第２の光双安定素子５１では光強度Ｐｇを越える
と、非線形媒質にて屈折された光が光共振器内の反射に
よって位相が揃うため、入射光Ｐｃのほとんどが一方
側、この場合、受光素子３０側に透過してしまう。ま
た、パルス光Ｐｓが消えてバイアス光Ｐｂのみとなって
も、非線形エタロン素子５１の履歴現象により高透過状
態となったままである。この結果、光双安定領域Ｕの高
透過状態Ａにて受光素子３０は透過光Ｐout を受けてオ
ンスイッチとなる。
【００７２】次に、光源２９からバイアス光Ｐｂに第２
の制御パルス光Ｐｒを重畳して、つまり、光透過回路５
０の多重安定特性のうち第２の光双安定領域Ｖでの変化
点の強度（Ｐｈ）を越える光強度（Ｐｂ＋Ｐｒ）を発射
すると、この入射光Ｐinは第１の光双安定素子１にてほ
とんど吸収されて、第２の光双安定素子５１に入射す
る。つまり、上記各実施例と同様に、第１の光双安定素
子１の多重量子井戸層４では光強度が増した光の吸収に
よりキャリアが形成されて、トンネリング効果により光
電流Ｉが急激に流れ始める。この光電流Ｉは外部回路６
に流れて、この結果、電気抵抗８にて電圧降下ＩＲが発
生し、光双安定素子１に加わる電圧はＶから（Ｖ−Ｉ
Ｒ）に下がっていく。この電圧変化は光双安定素子１の
真性半導体層５に加わる電界を減少させ、このフィード
バックの結果として、多重量子井戸層４にて吸収される
光の量が急激に増加して、第１の光双安定素子１を透過
する透過光Ｐｃの光強度が急激に減少する。この結果、
パルス光Ｐｒが消えてバイアス光Ｐｂに戻ると、第２の
光双安定素子５１が低透過状態に戻ることにより、光透
過回路５０が光双安定領域Ｕの低透過状態Ｂとなる。し
たがって、透過光Ｐoutは弱まった状態にて受光素子３
０に受光されて、受光素子３０はオフスイッチとなる。
【００７３】以上のように本実施例では、光透過回路２
０をバイアス光Ｐｂにて光双安定領域Ｕにバイアスして
おき、第１の制御パルスＰｓを重畳することにより、低
透過状態Ｂから高透過状態Ａにスイッチングし、第２の
制御パルスＰｒを重畳させることにより高透過状態Ａか
ら低透過状態Ｂにスイッチングすることができる。ま
た、光透過回路５０に非線形エタロン素子を適用するこ
とにより、電源などの電気回路を用いることなく、簡単
に光多重特性を有する光スイッチング装置を構成するこ
とができる。
【００７４】なお、本実施例では半導体回路にて形成さ
れた光双安定素子１と非線形エタロン素子５１とを組み
合わせて光透過回路５０を形成したが、本発明において
は図１１および図１２に示すように非線形エタロン素子
を積層した素子のみにて光透過回路を形成してもよい。
図１１では、非線形エタロン素子５１，５１の間に誘電
体スペーサ５４を挟んで光透過回路が形成されている。
図１２では３枚のミラー５２を用いてその中央のミラー
を共通にして、それぞれのミラー間に非線形媒質５３，
５３が挿入されている。
【００７５】実施例４． 図１３は請求項９の発明の一実施例による光論理演算回
路の原理の一例を示す図である。本実施例においては、
図１または図７に示す光スイッチング装置が適用された
光論理演算回路について説明する。例えば、図１におい
て、光源２９に２つの論理演算入力を設け、これらの入
力値に応じて所定の光強度の２つの制御パルスをバイア
ス光Ｐｂに重畳して発生するように構成する。２つの制
御パルスの光強度は、図１２に示すように演算種類によ
って４種類が考えられる。この図においてαはＮＡＮＤ
演算に適用される制御パルスであり、それぞれバイアス
された光双安定領域Ｓの変化点ｃを越えない光強度で、
かつ重畳された際に変化点ｃを越える光強度である。β
はＮＯＲ演算に適用される制御パルスであり、それぞれ
光双安定領域Ｓの変化点ｃを越え、かつ重畳された際に
次の光双安定領域Ｔまで達しない光強度である。γは対
等論理またはＡＮＤに適用される制御パルスであり、そ
れぞれ次の光双安定領域Ｔまでは達せず、重畳された際
に次の光双安定領域Ｔの変化点ｄを越える光強度であ
る。δはＯＲ演算に適用される制御パルスであり、それ
ぞれ次の光双安定領域Ｔの変化点ｄを越え、重畳した際
に次の線形領域まで達する光強度である。図１４はそれ
ぞれの入力に対する演算結果を示す図である。
【００７６】次に動作について説明する。まず、光源２
９に第１の制御パルスαを設定した場合について説明す
ると、まず、光源２９はバイアス光Ｐｂにて光双安定領
域Ｓにバイアスする。この時の高透過状態を論理値”
１”、低透過状態を論理値”０”とする。初期状態では
論理値”１”であるとする。この状態にて、演算入力値
Ａ，Ｂがともに”０”の場合、光源２９は制御パルスを
重畳せず、バイアス光Ｐｂのみを光透過回路２０に投射
する。これにより、光透過回路２０では透過状態は変化
せず、受光素子３０には高透過状態にて透過光Ｐout を
受ける。この結果、受光素子３０はオンとなって、この
結果の論理出力が”１”となる。次に、演算入力値Ａ
が”０”、演算入力値Ｂが”１”の場合、光源２９は演
算入力値Ｂに対応する制御パルスＡをバイアス光Ｐｂに
重畳して出力する。これより、光透過回路２０からはわ
ずかに光強度が増した透過光Ｐout が受光素子３０にて
検出される。この結果、受光素子３０はオンとなり、論
理出力として”１”が出力される。次いで、演算入力値
Ａが”１”、演算入力値Ｂが”０”の場合、光源２９は
演算入力値Ａに対応する制御パルスＢをバイアス光Ｐｂ
に重畳して出力する。この結果、上記と同様に受光素子
３０は光透過回路２０の高透過状態を検出してオンとな
り、論理出力値”１”を出力する。次いで、論理入力値
Ａ，Ｂがともに”１”の場合、光源２９は論理入力値Ａ
に対応する制御パルスＡと論理入力値Ｂに対応する制御
パルスＢとをバイアス光Ｐｂに重畳して出力する。これ
により、光透過回路２０では光双安定領域Ｓの変化点ｃ
を越えて、透過状態が低透過状態に変化し、制御パルス
Ａ，Ｂが消えてバイアス光Ｐｂのみになると、受光素子
３０ではその光を検出して、オフとなる。この結果、受
光素子３０からの演算結果として論理値”０”が出力さ
れる。
【００７７】このようにそれぞれの制御パルスＡ，Ｂの
光強度が変化点ｃを越えず、重畳した場合に変化点ｃを
越える光強度の場合は、論理入力値がともに”１”の場
合のみ論理結果が”０”となるＮＡＮＤ論理の演算回路
が得られる。
【００７８】次に、光源２９に第２の制御パルスβを設
定すると、まず、上記と同様に光源２９はバイアス光Ｐ
ｂにて光双安定領域Ｓにバイアスし、このときの初期状
態が論理値”１”であるとする。この状態にて、演算入
力値Ａ，Ｂがともに”０”の場合、光源２９は制御パル
スを重畳せず、バイアス光Ｐｂのみを光透過回路２０に
投射する。これにより、光透過回路２０では透過状態は
変化せず、受光素子３０には高透過状態にて透過光Ｐ
out を受ける。この結果、受光素子３０はオンとなっ
て、この結果の論理出力が”１”となる。次に、演算入
力値Ａが”０”、演算入力値Ｂが”１”の場合、光源２
９は演算入力値Ｂに対応する制御パルスＡをバイアス光
Ｐｂに重畳して出力する。この重畳光は、光双安定領域
Ｓの変化点ｃを越えるので、光透過回路２０は低透過状
態に変化する。この結果、制御パルスＡが消えてバイア
ス光Ｐｂに戻ると、低透過状態の透過光Ｐout を受けた
受光素子３０はオフとなり、論理出力として”０”が出
力される。次いで、演算入力値Ａが”１”、演算入力値
Ｂが”０”の場合、光源２９は演算入力値Ａに対応する
制御パルスＢをバイアス光Ｐｂに重畳して出力する。こ
の結果、上記と同様に受光素子３０は光透過回路２０の
低透過状態を検出してオフとなり、論理出力値”０”を
出力する。次いで、論理入力値Ａ，Ｂがともに”１”の
場合、光源２９は論理入力値Ａに対応する制御パルスＡ
と論理入力値Ｂに対応する制御パルスＢとをバイアス光
Ｐｂに重畳して出力する。この場合も、重畳光は光双安
定領域Ｓの変化点ｃを越えるのみであるので、光透過回
路２０は低透過状態となって、制御パルスＡ，Ｂが消え
てバイアス光Ｐｂのみになると、受光素子３０ではその
光を検出して、論理値”０”が出力される。
【００７９】このようにそれぞれの制御パルスＡ，Ｂの
光強度が変化点ｃを越え、かつ重畳した場合に次の変化
点ｄを越えない光強度の場合は、論理入力値がともに”
０”の場合のみ論理結果が”１”となるＮＯＲ論理の演
算回路が得られる。
【００８０】次に、光源２９に第３の制御パルスγを設
定すると、まず、上記と同様に光源２９はバイアス光Ｐ
ｂにて光双安定領域Ｓにバイアスし、このときの初期状
態が論理値”１”であるとする。この状態にて、演算入
力値Ａ，Ｂがともに”０”の場合は、上記と同様に光透
過回路２０の透過状態は変化せず、受光素子３０では高
透過状態の透過光Ｐout を受けオンとなって、この結果
の論理出力が”１”となる。次に、演算入力値Ａが”
０”、演算入力値Ｂが”１”の場合、光源２９は演算入
力値Ｂに対応する制御パルスＡをバイアス光Ｐｂに重畳
して出力する。この重畳光は、光双安定領域Ｓの変化点
ｃを越えるので、光透過回路２０は低透過状態に変化す
る。この結果、制御パルスＡが消えてバイアス光Ｐｂに
戻ると、低透過状態の透過光Ｐout を受けた受光素子３
０はオフとなり、論理出力として”０”が出力される。
次いで、演算入力値Ａが”１”、演算入力値Ｂが”０”
の場合、光源２９は演算入力値Ａに対応する制御パルス
Ｂをバイアス光Ｐｂに重畳して出力する。この結果、上
記と同様に受光素子３０は光透過回路２０の低透過状態
を検出してオフとなり、論理出力値”０”を出力する。
次いで、論理入力値Ａ，Ｂがともに”１”の場合、光源
２９は論理入力値Ａに対応する制御パルスＡと論理入力
値Ｂに対応する制御パルスＢとをバイアス光Ｐｂに重畳
して出力する。この場合、重畳光は光双安定領域Ｔの変
化点ｄを越えるので、上述したように光透過回路２０は
さらに低透過状態となる。次いで、制御パルスＡ，Ｂが
消えてバイアス光Ｐｂのみになると、変化点ｄから経路
ｅを通って光透過回路２０は高透過状態に戻る。この結
果、高透過状態の透過光Ｐout を受けた受光素子３０は
オンとなって、論理値”１”が出力される。
【００８１】このようにそれぞれの制御パルスＡ，Ｂの
光強度が変化点ｃを越え、かつ重畳した場合に次の変化
点ｄを越える光強度の場合は、論理入力値がともに”
０”およびともに”１”の場合に論理結果が”１”とな
る対等論理の演算回路が得られる。
【００８２】次に、光源２９に第３の制御パルスγを設
定し、かつ初期状態を”０”に設定すると、つまり、光
源２９にてバイアス光Ｐｂを発生して光双安定領域Ｓに
バイアスし、一旦、変化点ｃを越えるパルスを重畳して
光透過回路２０を低透過状態とする。この状態にて、光
源２９に演算入力値Ａ，Ｂがともに”０”の入力を与え
ると、まずバイアス状態にて光透過回路２０の透過状態
は変化せず、受光素子３０では低透過状態の透過光Ｐ
out を受けオフとなって、この結果の論理出力が”０”
となる。次に、演算入力値Ａが”０”、演算入力値Ｂ
が”１”の場合、光源２９は演算入力値Ｂに対応する制
御パルスＡをバイアス光Ｐｂに重畳して出力する。この
重畳光は、光双安定領域Ｓの変化点ｃを越えるが変化点
ｄまで達しないので、光透過回路２０は低透過状態のま
ま変化しない。この結果、制御パルスＡが消えてバイア
ス光Ｐｂに戻ると、低透過状態の透過光Ｐout を受けた
受光素子３０はオフとなり、論理出力として”０”が出
力される。次いで、演算入力値Ａが”１”、演算入力値
Ｂが”０”の場合、光源２９は演算入力値Ａに対応する
制御パルスＢをバイアス光Ｐｂに重畳して出力する。こ
の結果、上記と同様に受光素子３０は光透過回路２０の
低透過状態を検出してオフとなり、論理出力値”０”を
出力する。次いで、論理入力値Ａ，Ｂがともに”１”の
場合に、光源２９は論理入力値Ａに対応する制御パルス
Ａと論理入力値Ｂに対応する制御パルスＢとをバイアス
光Ｐｂに重畳して出力する。この場合、重畳光は光双安
定領域Ｔの変化点ｄを越えるので、上述したように光透
過回路２０はさらに低透過状態となる。次いで、制御パ
ルスＡ，Ｂが消えてバイアス光Ｐｂのみになると、変化
点ｄから経路ｅを通って光透過回路２０は高透過状態に
変化する。この結果、高透過状態の透過光Ｐout を受け
た受光素子３０はオンとなり、論理値”１”が出力され
る。
【００８３】このようにそれぞれの制御パルスＡ，Ｂの
光強度が変化点ｃを越え、かつ重畳した場合に次の変化
点ｄを越える光強度の場合に、初期状態を”１”とする
と、論理入力値がともに”１”の場合に論理結果が”
１”となるＡＮＤ論理の演算回路が得られる。
【００８４】次に、光源２９に第４の制御パルスδを設
定し、上記と同様に初期状態を”０”に設定すると、ま
ず、演算入力値Ａ，Ｂがともに”０”の場合、バイアス
状態にて光透過回路２０の透過状態は変化せず、受光素
子３０では低透過状態の透過光Ｐout を受けオフとなっ
て、この結果の論理出力が”０”となる。次に、演算入
力値Ａが”０”、演算入力値Ｂが”１”の場合、光源２
９は演算入力値Ｂに対応する制御パルスＡをバイアス光
Ｐｂに重畳して出力する。この重畳光は、光双安定領域
Ｔの変化点ｄを越えるので、バイアス光Ｐｂに戻ると、
光透過回路２０は低透過状態から高透過状態となる。こ
の結果、高透過状態の透過光Ｐout を受けた受光素子３
０はオンとなり、論理出力として”１”が出力される。
次いで、演算入力値Ａが”１”、演算入力値Ｂが”０”
の場合も同様に、高透過状態となって受光素子３０はオ
ンとなり、論理出力値”１”を出力する。次いで、論理
入力値Ａ，Ｂがともに”１”の場合に、光源２９は論理
入力値Ａに対応する制御パルスＡと論理入力値Ｂに対応
する制御パルスＢとをバイアス光Ｐｂに重畳して出力す
る。この場合、重畳光は光双安定領域Ｔの変化点ｄを越
えて、さらに低透過状態の線形領域に沿って上昇するが
変化点がないので、上述したようにバイアス光Ｐｂに戻
ると、光透過回路２０は高透過状態となる。この結果、
高透過状態の透過光Ｐout を受けた受光素子３０はオン
となり、論理値”１”が出力される。
【００８５】このようにそれぞれの制御パルスＡ，Ｂの
光強度が変化点ｄを越える光強度の場合に、初期状態
を”１”とすると、論理入力値のいずれか一方および両
方が”１”の場合に論理結果が”１”となるＯＲ論理の
演算回路が得られる。
【００８６】以上のように本実施例では、上記実施例で
ある図１または図７の光スイッチング装置を適用して、
論理入力値Ａ，Ｂに対応する２つの制御パルスを所定の
光強度α〜δに設定することにより、ＮＡＮＤ，ＮＯ
Ｒ，対等，ＡＮＤ，ＯＲなどの各論理演算回路を構成す
ることができる。なお、本実施例では、図１または図７
の光スイッチング装置を光論理演算回路に適用したが、
図９〜図１２に示す非線形エタロン素子を用いた光スイ
ッチング装置を適用してもよい。この場合、図１５およ
び図１６に示すように、第１の制御パルスαの設定によ
りＡＮＤ論理の論理回路を構成し、第２の制御パルスβ
の設定によりＯＲ論理、第３の制御パルスγの設定によ
り排他的論理和またはＮＡＮＤ論理、第４の制御パルス
δの設定によりＮＯＲ論理の論理回路をそれぞれ構成す
る。また、本実施例では制御パルスの光強度をそれぞれ
の論理に対応させて設定して論理回路を構成していた
が、本発明においては異なる波長により多重安定特性を
示す光スイッチング装置を適用して、制御パルスの波長
をそれぞれの論理に対応させてもよい。
【００８７】実施例５． 図１７は実施例５による光論理演算回路の原理の一例を
示す図である。本実施例において上記実施例４と異なる
点は、光源２９からのバイアス光の光強度が光透過回路
２０の多重安定特性のうち光双安定領域間のいずれかの
単一安定領域に設定されて、制御パルスの光強度が次の
単一安定領域まで達する強度を有する点である。詳しく
は、図１７に示すように、εはバイアス光の光強度ＰＢ
１が第１の光双安定領域Ｓの前の高透過状態の単一安定
領域に設定され、それぞれの制御パルスＰ１，Ｐ２の光
強度がバイアス光ＰＢ１に重畳した場合に光双安定領域
Ｓを越え、かつ両パルスを重畳した際に第２の光双安定
領域Ｔを越える光強度である。ηはバイアス光の光強度
ＰＢ２が第１の光双安定領域Ｓと第２の光双安定領域Ｔ
との間の単一安定領域に設定され、それぞれの制御パル
スＰ１，Ｐ２の光強度が光双安定領域を越えて次の単一
安定領域に達する光強度である。図１８はそれぞれの入
力に対する演算結果を示す図である。
【００８８】次に動作について説明する。まず、光源２
９からバイアス光ＰＢ１を投射して第１の光双安定領域
Ｓの前の単一安定領域の一点Ａにバイアスする。この状
態にて演算入力値がともに”０”の場合、制御パルスＰ
１，Ｐ２は発生されずバイアス状態であるので、光透過
回路２０の透過状態は高透過状態となる。この結果、受
光素子３０はオンとなり、この結果の論理出力値”１”
が出力される。次に、演算入力値の一方が”０”、他方
が”１”の場合、光源２９は演算入力値に対応する制御
パルスＰ１またはＰ２をバイアス光Ｐｂに重畳して出力
する。この重畳光は、第１の光双安定領域Ｓを越えてＢ
点に達するので、光透過回路２０は高透過状態から低透
過状態となる。この結果、低透過状態の透過光Ｐout を
受けた受光素子３０はオフとなり、論理出力として”
０”が出力される。次いで、論理入力値Ａ，Ｂがとも
に”１”の場合に、光源２９はそれぞれの論理入力値に
対応して制御パルスＰ１とＰ２をバイアス光Ｐｂに重畳
して出力する。この結果、光透過回路２０では２つの光
双安定領域Ｓ，Ｔを越えて、高透過状態の単一安定領域
の一点Ｃに達し、受光素子３０はオンとなり演算値”
１”が出力される。
【００８９】一方、光源２９からバイアス光ＰＢ２を投
射して第１の光双安定領域Ｓと第２の光双安定領域Ｔの
間の低透過状態の単一安定領域にバイアスする場合、こ
の状態にて演算入力値がともに”０”の際には、上記と
同様に制御パルスＰ１，Ｐ２が発生されずバイアス状態
であるので、光透過回路２０は低透過状態となる。この
結果、受光素子３０はオフとなり、演算結果”０”が出
力される。次に、演算入力値のいずれかが”１”となる
と、光源２９はこれらに対応した制御パルスＰ１または
Ｐ２をバイアス光ＰＢ１に重畳して発生する。この結
果、光透過回路２０は第２の光双安定領域Ｔを越えた高
透過状態の単一安定領域の一点Ｃに移り、受光素子では
高透過状態の透過光Ｐout を受けてオンとなる。したが
って、この結果の論理結果は”１”となる。次に、演算
入力値がともに”１”の場合には、光源２９からバイア
ス光ＰＢ２に２つの制御パルスＰ１，Ｐ２を重畳して投
射すると、光透過回路２０では２つの光双安定領域Ｔ，
Ｕを越えて、低透過状態の単一安定領域の一点Ｄに移
る。この結果、受光素子３０はオフとなって、論理演算
結果”０”が出力される。
【００９０】以上のように本実施例では、光源２９から
のバイアス光ＰＢ１，ＰＢ２にて光透過回路２０をいず
れかの単一安定領域に設定し、演算入力値に対応する制
御パルスにて他の単一安定領域に変化させるので、バイ
アス光ＰＢ１にて高透過状態の単一領域に設定すると、
演算入力値がともに同じ値の場合に演算出力が”１”と
なる対等論理の論理演算回路を形成することができ、ま
た、バイアス光ＰＢ２にて低透過状態の単一領域に設定
すると、演算入力値がともに異なる場合に演算出力が”
１”となる排他的論理和の論理演算回路を形成すること
ができる。なお、本実施例では図１または図７の光スイ
ッチング装置を適用して光論理演算回路を形成したが、
本発明においては図９ないし図１２に示す非線形エタロ
ン素子を用いた光スイッチング装置を適用してもよい。
この場合、図１９および図２０に示すように低い出力の
バイアス光ＰＢ１にて排他的論理和の論理演算回路を構
成することができる。また、本実施例の場合、バイアス
光の光強度を変えてそれぞれの領域に設定する場合を例
に挙げて説明したが、本発明においては波長の異なるバ
イアス光にてそれぞれの領域に設定し、波長の異なる制
御パルスにてその状態を変化させてもよい。
【００９１】実施例６． 図２１は請求項１６の発明の一実施例による画像処理装
置の構成を示す図である。この図において、６０は例え
ば図７に示す光透過回路３１が基板６１の上に２次元状
にそれぞれの画素として配列された２次元アレーであ
る。本実施例では、この２次元アレー６０に２つの画像
の入力パターンを照射して、両パターンの照合を行う。
例えば、図２２はＮＡＮＤ論理を利用して２つのパター
ンの共通部分のみが反転した状態にて２次元アレー６０
に記憶される。この図において、６２は第１の入力パタ
ーンを照射する第１の画像入力装置であり、光強度を調
節自在な例えば液晶スイッチにて形成されている。６３
は第２の入力パターンを照射する第２の画像入力装置、
６４は第１および第２の画像入力装置６２，６３からの
第１のパターンおよび第２のパターンを２次元アレーに
通に照射する半透鏡である。６５はバイアス光を照射す
る光源であって、バイアス光に重畳して２次元アレーの
各素子をリセットするための所定の強度のパルス光を照
射する。
【００９２】次に動作を説明する。まず、光源６５から
２次元アレー６０にバイアス光を照射する。このバイア
ス光は２次元アレー６０のそれぞれの光透過素子３１を
それぞれの多重安定特性におけるいずれかの光双安定領
域にバイアスする。これにより、２次元アレー６０はす
べての素子３１が例えば高透過状態に設定される。次い
で、第１および第２の画像入力装置６２，６３から第１
および第２の入力パターンを半透鏡６４を介して照射す
る。この場合、第１および第２の画像入力装置６２，６
３は照射するパターンの明るい部分（図面にて白い部
分）の光強度を素子３１の光双安定領域の変化点を越え
ない光強度で、かつ重畳された際に変化点を越える光強
度に調節して照射する。これにより、２次元アレー６０
では、図２２に示すように第１の入力パターンと第２の
入力パターンの明るい部分が重畳された部分の光透過素
子３１が低透過状態となって反転する。
【００９３】次に、光源６５からリセット光を照射して
２次元アレー６０をリセットして、第１の画像入力装置
６２と第２の画像入力装置６３とを調整して、入力パタ
ーンの光強度を光双安定領域の変化点を越えて、かつ重
畳した際に次の変化点まで達しない光強度にすると、こ
れらのパターンが照射された２次元アレー６０では図２
３に示すように両パターンのいずれかの明るい部分が反
転して記憶される。
【００９４】同様に光源６５からリセット光を照射して
２次元アレー６０をリセットして、第１の画像入力装置
６２と第２の画像入力装置６３とを調整して、入力パタ
ーンの光強度を光双安定領域の変化点を越えて、かつ重
畳した際に次の変化点まで達する光強度にすると、これ
らのパターンが照射された２次元アレー６０では図２４
に示すように両パターンの明るい部分で重なっていない
部分のみが反転して記憶される。
【００９５】以上のように本実施例では、多重安定特性
を有する光透過回路３１を２次元状に配列した２次元ア
レー６０にて２つの入力パターンの各種の照合を行うこ
とができ例えば、第１の入力パターンを見本として、第
２の入力パターンに検査品のパターンなどを写し出すこ
とにより、それぞれの製品が規格に合っているか否かの
検査などを行い得る。
【００９６】なお、本実施例においてはリセット光によ
って光双安定領域の高透過状態にリセットするように構
成したが、リセット光の強度を光双安定領域の変化点を
越えるように調整することにより光双安定領域の低透過
状態にリセットしてもよい。この場合、入力パターンの
光強度を光双安定領域の変化点を越えて、かつ重畳した
際に次の変化点まで達する光強度にすると、両入力パタ
ーンの共通点のみ残して反転する照合画像が得られる。
また、同様に入力パターンの光強度を光双安定領域の次
の変化点を越えるように設定すると、両パターンのいず
れか明るい部分を残して反転する照合画像が得られる。
また、上記実施例においてはバイアス光をいずれかの光
双安定領域にバイアスして、上記各光強度にて入力パタ
ーンを２次元アレー６０に照射するように構成したが、
バイアス光をいずれかの単一安定領域にバイアスして、
それぞれ光双安定領域を越える光強度の入力パターンを
照射するように構成してもよい。この場合、バイアス光
を高透過状態の単一安定領域に設定すると、図２５に示
すように２つパターンの重なっていない部分を残した部
分が反転する照合画像が得られる。この画像は、例え
ば、非線形エタロンを用いた図９の透過回路を２次元ア
レーに適用した場合にも得ることができる。このよう
に、本実施例の画像処理装置は、上記各実施例１〜４の
それぞれの組み合わせにて構成することができ、これら
の組み合わせはすべて本発明に含まれる。
【００９７】実施例７． 図２６は実施例７による画像処理装置の原理を示す図で
ある。本実施例においては、図２１に示す２次元アレー
６０を適用して１つの画像の入力パターンのエッジ検出
などを行う。この場合、２次元アレー６０のそれぞれの
光透過素子３１はその多重量子井戸層３４，３６の厚み
または逆バイアス電圧などが調整されて図２６に示すよ
うな多重安定特性が得られている。また、この２次元ア
レー６０へ入力パターンを照射する画像入力装置はその
光強度Ｐinが第２の変化点ｄを越えるように設定されて
いる。また、バイアス光ＰＢは第１の光双安定領域Ｓに
設定されて２次元アレー３０の素子３１をすべて高透過
状態Ａにする。図２７はエッジ検出の動作を示す図であ
る。
【００９８】次に、動作について説明する。まず、光源
から２次元アレー６０にバイアス光ＰＢを照射してそれ
ぞれの光透過素子３１を高透過状態にする。次いで、画
像入力装置から例えば、図２７（ａ）に示す入力パター
ンを照射する。この場合、２次元アレー６０に照射され
た入力パターンはそのエッジの部分が図２７に示すよう
に明るい部分と暗い部分にかけて光強度の傾斜が生じ
る。これにより、２次元アレー６０では、そのエッジの
強度Ｐin1 〜Ｐin2 に該当する光透過素子３１にて高透
過状態から低透過状態に反転して図２７（Ｃ）に示すよ
うに検出される。図２８はこの結果の平面図である。
【００９９】以上のように本実施例では、２次元アレー
６０を利用して画像のエッジ抽出を行うことができる。
また、同じ入力パターンにてリセットせずにバイアス光
ＰＢを順次変化させて複数回照射することにより、図２
９に示すように入力パターンの等光強度線Ｌなども得る
ことができる。さらに、図３０に示すように入力パター
ンＰinの光強度が一様な場合においても、入力パターン
のエッジ近傍がそれぞれの素子の一部分のみしか照射さ
れないので、入力パターンの内部より入力光強度が弱く
なってエッジ近傍のみ暗くなったエッジ抽出を行うこと
ができる。なお、本実施例ではバイアス状態を双安定領
域においた場合の光対等論理演算を利用したものである
が、排他的論理和を利用してもエッジ部分のみ高透過状
態にした抽出画像を得ることができる。また、本実施例
ではバイアス状態を双安定領域においた場合の例を説明
したが、本発明においては単一安定領域にバイアスした
場合も適用することができる。
【０１００】
【発明の効果】以上のように請求項１の発明によれば、
多重安定特性を有する光透過手段に入射光発生手段から
バイアス光および光強度が異なる制御パルス光のいずれ
かを重畳して投射するように構成したので、多重安定特
性に含まれる複数の透過状態をバイアス光に光強度の異
なる制御パルスを重畳することにより可逆的にスイッチ
ングすることができる。したがって、光源に特殊なイン
バータなどを用いることなく、純光学的なパルスの付加
のみにて全光型のスイッチング装置を構成することがで
きる効果がある。
【０１０１】請求項２の発明によれば、入射光発生手段
からのバイアス光にて光透過手段の光多重安定特性のう
ち２つの光透過状態を有する光双安定領域にバイアスし
て、その２つの状態間をバイアス光に強度の異なる２つ
の制御パルス光のいずれかを重畳してスイッチングする
ように構成したので、純光学的なパルス光のみを用いて
２値論理などの回路に適用することができる効果があ
る。
【０１０２】請求項３の発明によれば、複数の光双安定
素子のうち少なくとも１つの光双安定素子に半導体量子
井戸光吸収層を有するように構成したので、高速かつ少
ない光エネルギーによって、光の透過状態を有効に変化
させる効果がある。
【０１０３】請求項４の発明によれば、複数の光双安定
素子のうち少なくとも１つの光双安定素子に非線形エタ
ロン素子を適用したので、他の電気回路を用いることな
く簡易な構成にて光透過手段を構成し得る効果がある。
【０１０４】請求項５の発明によれば、複数個の光双安
定素子を光学的に直列に配置して積層した集積素子に構
成したので、光透過手段を小型に構成し得る効果があ
る。
【０１０５】請求項６の発明によれば、２つの半導体量
子井戸光吸収領域を含むn-i-p-i-n型またはp-i-n-i-p
型の集積素子により光透過手段を構成したので、光透過
手段を小型に、かつ高速、低エネルギーにて動作させ得
る効果がある。
【０１０６】請求項７の発明によれば、２つの非線形エ
タロン素子を誘電体スペーサ層をはさんで積層した集積
素子により光透過手段を構成したので、より簡易に小型
な光透過手段を構成し得る効果がある。
【０１０７】請求項８の発明によれば、２つの非線型エ
タロン素子の一方のミラーを共用した積層集積素子によ
り光透過手段を構成したので、さらに小型な光透過手段
を簡易に構成し得る効果がある。
【０１０８】請求項９の発明によれば、多重安定特性を
有する光スイッチング装置を利用して光論理演算回路を
構成したので、純光学的なパルス光にて動作する高速な
論理演算を行い得る効果がある。
【０１０９】請求項１０の発明によれば、純光学的な制
御パルス光を用いてＡＮＤやＮＡＮＤなどの論理演算を
行い得る。
【０１１０】請求項１１の発明によれば、純光学的な制
御パルス光を用いてＯＲやＮＯＲなどの論理演算を有効
に行い得る効果がある。
【０１１１】請求項１２の発明によれば、純光学的な制
御パルス光を用いて対等論理または排他的論理和などの
論理演算を有効に行い得る効果がある。
【０１１２】請求項１３の発明によれば、純光学的な制
御パルス光を用いてＡＮＤやＮＡＮＤなどの論理演算を
有効に行い得る効果がある。
【０１１３】請求項１４の発明によれば、純光学的な制
御パルス光を用いてＯＲやＮＯＲなどの論理演算を有効
に行い得る効果がある。
【０１１４】請求項１５の発明における光論理演算回路
は、純光学的な制御パルス光を用いて対等論理または排
他的論理和などの論理演算を有効に行い得る効果があ
る。
【０１１５】請求項１６の発明における画像処理装置
は、光多重特性を有する２次元アレーを利用して、純光
学的な画像の照合などを行うことができる効果がある。
【０１１６】請求項１７の発明における画像処理装置
は、画像入力手段から２次元アレーに照射された２つの
画像における入力パターンの共通の明るい部分のみを有
効に抽出し得る効果がある。
【０１１７】請求項１８の発明における画像処理装置
は、画像入力手段から２次元アレーに照射された２つの
画像における入力パターンのいずれかの明るい部分およ
び共通の明るい部分を有効に抽出できる効果がある。
【０１１８】請求項１９の発明における画像処理装置
は、画像入力手段から２次元アレーに照射された２つの
画像における入力パターンのいずれかの明るい部分のみ
を有効に抽出できる効果がある。
【０１１９】請求項２０の発明における画像処理装置
は、画像入力手段から２次元アレーに照射された２つの
画像における入力パターンの共通の明るい部分以外の部
分を有効に抽出できる効果がある。
【０１２０】請求項２１の発明における画像処理装置
は、画像入力手段から２次元アレーに照射された２つの
画像における入力パターンの共通の暗い部分のみを有効
に抽出できる効果がある。
【０１２１】請求項２２の発明における画像処理装置
は、２つの画像からの入力パターンに共通な部分のみを
有効に抽出できる効果がある。
【０１２２】請求項２３の発明における画像処理装置
は、光多重特性を有する２次元アレーを利用してある画
像のエッジ抽出などを有効に行うことができる効果があ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１の発明の一実施例による光スイッチン
グ装置の構成を示す図である。
【図２】図１の実施例における多重安定特性をの一例を
示す図である。
【図３】図１の実施例における多重安定特性の一例を示
す図である。
【図４】図１の実施例における多重安定特性の一例を示
す図である。
【図５】図１の実施例における多重安定特性の一例を示
す図である。
【図６】図１の実施例における多重安定特性の一例を示
す図である。
【図７】請求項５の発明の一実施例による光スイッチン
グ装置の構成を示す図である。
【図８】請求項１の発明による光スイッチング装置の光
多重安定特性の一例を示す図である。
【図９】請求項４の発明の一実施例による光スイッチン
グ装置の構成を示す図である。
【図１０】図９の実施例による多重安定特性の一例を示
す図である。
【図１１】請求項７の発明の一実施例による光スイッチ
ング装置の構成を示す図である。
【図１２】請求項８の発明の一実施例による光スイッチ
ング装置の構成を示す図である。
【図１３】請求項９の発明の一実施例による光論理演算
回路の原理を示す図である。
【図１４】図１３の実施例による演算結果を示す図であ
る。
【図１５】請求項９の発明の他の実施例による光論理演
算回路の原理を示す図である。
【図１６】図１５の実施例による演算結果を示す図であ
る。
【図１７】実施例５の発明の一実施例による光論理演算
回路の原理を示す図である。
【図１８】図１７の実施例による演算結果を示す図であ
る。
【図１９】実施例５の発明の他の実施例による光論理演
算回路の原理を示す図である。
【図２０】図１９の実施例による演算結果を示す図であ
る。
【図２１】請求項１６の発明の一実施例による画像処理
装置の要部を示す斜視図である。
【図２２】請求項１７の発明の一実施例による画像処理
装置の構成を示す概略配置図である。
【図２３】請求項１８の発明の一実施例による画像処理
装置の構成を示す概略配置図である。
【図２４】請求項１９の発明の一実施例による画像処理
装置の構成を示す概略配置図である。
【図２５】請求項２０の発明の一実施例による画像処理
装置の構成を示す概略配置図である。
【図２６】実施例７の発明の一実施例による画像処理装
置の原理を示す図である。
【図２７】図２６の一実施例による画像処理装置の動作
を説明するための図である。
【図２８】図２６の一実施例による画像処理パターンの
一例を示す図である。
【図２９】図２６の一実施例による画像処理パターンの
一例を示す図である。
【図３０】図２６の一実施例による画像処理の他の例を
示す図である。
【図３１】従来の光スイッチング装置の構成を示す図で
ある。
【図３２】従来の光スイッチング装置による光双安定特
性を示す図である。
【符号の説明】
４，２４，３４，３７ 多重量子井戸層 ２０，３１，５０，５１ 光透過手段 ２９ 光源（入射光発生手段） ３０ 受光素子（受光手段） ６０ ２次元アレー ６２，６３ 画像入力装置（画像入力手段） ６５ 光源（バイアス光発生手段） Ｐｂ バイアス光 Ｐｓ，Ｐｒ 制御パルス
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，Ｖ ｏｌ．59 ｐｐ．1016−1018（Ａｕｇｕ ｓｔ 26，1991) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02F 3/00 - 3/02 G06E 1/00 - 3/00 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)

Claims (23)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 それぞれ光双安定特性を有する複数の光
    双安定素子が光学的に直列に配置されて形成され、ある
    強度の光に対して少なくとも２つ以上の異なる透過状態
    を示す光多重安定領域を複数含む光多重安定特性を有す
    る光透過手段と、該光透過手段に光を入射させる入射光
    発生手段であって、前記光透過手段のいずれかの光双安
    定領域に対応する光強度のバイアス光を発生し、かつ該
    バイアス光に光強度が異なる複数の制御パルス光のいず
    れかを重畳して発生する入射光発生手段と、該入射光発
    生手段から発生されて前記光透過手段を透過した透過光
    を受光して前記光透過手段の異なる透過状態を検出する
    受光手段とを備えることで前記２つ以上の異なる透過状
    態間を可逆的にスイッチすることを特徴とする光スイッ
    チング装置。
  2. 【請求項２】 前記光透過手段は、光多重安定特性のう
    ち少なくともいずれか一つの光双安定領域が所定の強度
    の光に対して高透過状態および低透過状態の２つの光透
    過状態を有し、前記入射光発生手段は、前記光透過手段
    の２つの光透過状態を有する光双安定領域に対応する光
    強度のバイアス光を発生し、該バイアス光に強度の異な
    る２種類の制御パルス光のいずれかを重畳することで前
    記高透過状態および低透過状態の２つの光透過状態間を
    可逆的にスイッチすることを特徴とする請求項１に記載
    の光スイッチング装置。
  3. 【請求項３】 前記光透過手段は、少なくとも１つの光
    双安定素子として半導体量子井戸光吸収層を有する光双
    安定素子を含むことを特徴とする請求項１に記載の光ス
    イッチング装置。
  4. 【請求項４】 前記光透過手段は、少なくとも１つの光
    双安定素子として非線形屈折率媒質をミラー間に挿入し
    た非線形エタロン素子を含むことを特徴とする請求項１
    に記載の光スイッチング装置。
  5. 【請求項５】 前記光透過手段は、複数個の光双安定素
    子が光学的に直列に配置されて積層された集積素子にて
    形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光ス
    イッチング装置。
  6. 【請求項６】 前記集積素子は、２つの半導体量子井戸
    光吸収領域を含むn-i-p-i-n 型またはp-i-n-i-p 型の集
    積素子にて形成されていることを特徴とする請求項５に
    記載の光スイッチング装置。
  7. 【請求項７】 前記集積素子は、２つの非線形エタロン
    素子を誘電体スペーサ層をはさんで積層した素子にて形
    成されていることを特徴とする請求項５に記載の光スイ
    ッチング装置。
  8. 【請求項８】 前記集積素子は、２つの非線型エタロン
    素子の一方のミラーを共用した集積素子が用いられるこ
    とを特徴とする請求項５に記載の光スイッチング装置。
  9. 【請求項９】 それぞれ光双安定特性を有する複数の光
    双安定素子が光学的に直列に配置されて形成され、ある
    強度の光に対して少なくとも２つ以上の異なる透過状態
    を示す光双安定領域を複数含む光多重安定特性を有する
    光透過手段と、該光透過手段に光を入射させる入射光発
    生手段であって、前記光透過手段のいずれかの光双安定
    領域に対応する光強度のバイアス光を発生し、かつ該バ
    イアス光に所定の光強度を有する複数の制御パルス光を
    重畳して発生する入射光発生手段と、該入射光発生手段
    から発生されて前記光透過手段を透過した光を受光し
    て、前記光透過手段の異なる透過状態を検出する受光手
    段とを備え、前記入射光発生手段は、少なくとも２つの
    演算入力値に基づいて制御パルス光をバイアス光に重畳
    して発生し、前記受光手段は、前記光透過手段からの透
    過光の検出結果を論理演算出力値として出力することを
    特徴とする光論理演算回路。
  10. 【請求項１０】 前記複数の制御パルス光は、それぞれ
    が光双安定領域の透過状態を変化させる領域を越えず、
    かつ重畳した際に光双安定領域の透過状態を変化させる
    領域を越える光強度を有することを特徴とする請求項９
    に記載の光論理演算回路。
  11. 【請求項１１】 前記複数の制御パルスは、それぞれが
    光双安定領域の透過状態を変化させる領域を越え、かつ
    重畳した際に次の光双安定領域まで達しない光強度を有
    することを特徴とする請求項９に記載の光論理演算回
    路。
  12. 【請求項１２】 前記複数の制御パルス光は、それぞれ
    が光双安定領域の透過状態を変化させる領域を越えて次
    の光双安定領域まで達しない光強度を有し、さらに重畳
    した際に次の光双安定領域まで達する光強度を有するこ
    とを特徴とする請求項９に記載の光論理演算回路。
  13. 【請求項１３】 前記複数の制御パルス光は、それぞれ
    次の光双安定領域まで達して次の光双安定領域の透過状
    態を変化させる領域を越えない光強度を有し、さらに重
    畳した際に次の光双安定領域の透過状態を変化させる領
    域を越える光強度を有することを特徴とする請求項９に
    記載の光論理演算回路。
  14. 【請求項１４】 前記複数の制御パルス光は、それぞれ
    次の光双安定領域の透過状態を変化させる領域を越える
    光強度を有することを特徴とする請求項９に記載の光論
    理演算回路。
  15. 【請求項１５】 それぞれ光双安定特性を有する複数の
    光双安定素子が光学的に直列に配置されて形成され、あ
    る強度の光に対して少なくとも２つ以上の異なる透過状
    態を示す光双安定領域を複数含む光多重安定特性を有す
    る光透過手段と、該光透過手段に光を入射させる入射光
    発生手段であって、前記光透過手段の多重安定領域にお
    ける光双安定領域間のいずれかの単一安定領域に対応す
    る光強度のバイアス光を発生し、かつ該バイアス光に所
    定の光強度を有する複数の制御パルス光を重畳して発生
    する入射光発生手段と、該入射光発生手段から発生され
    て前記光透過手段を透過した透過光を受光して前記光透
    過手段の異なる透過状態を検出する受光手段とを備え、
    前記入射光発生手段は、少なくとも２つの演算入力値に
    基づいて制御パルス光をバイアス光に重畳して発生し、
    前記受光手段は、前記透過手段からの透過光の検出結果
    を論理演算出力値として出力することを特徴とする光論
    理演算回路。
  16. 【請求項１６】 それぞれ光双安定特性を有する複数の
    光双安定素子が光学的に直列に配置されて形成され、あ
    る強度の光に対して少なくとも２つ以上の異なる透過状
    態を示す光双安定領域を複数含む光多重安定特性を有す
    る光透過素子をそれぞれの画素として２次元状に配列し
    た２次元アレーと、該２次元アレーにそれぞれの光透過
    素子のいずれか一つの光双安定領域に対応する光強度の
    バイアス光を照射するバイアス光発生手段と、少なくと
    も２つの画像からの入力パターンを所定の光強度にて前
    記２次元アレーに照射する画像入力手段と、前記２次元
    アレーのそれぞれの光透過素子にそれらの光双安定領域
    をいずれか一つの透過状態にリセットするためのパルス
    光を照射するリセット手段とを有することを特徴とする
    画像処理装置。
  17. 【請求項１７】 前記画像入力手段は、入力パターンの
    明るい部分がそれぞれ光双安定領域の透過状態を変化さ
    せる領域を越えず、かつ重畳した際に光双安定領域の透
    過状態を変化させる領域を越える光強度を有する入力パ
    ターン光を前記２次元アレーに照射することを特徴とす
    る請求項１６に記載の画像処理装置。
  18. 【請求項１８】 前記画像入力手段は、入力パターンの
    明るい部分がそれぞれ光双安定領域の透過状態を変化さ
    せる領域を越え、かつ重畳した際に次の光双安定領域ま
    で達しない光強度を有する入力パターン光を前記２次元
    アレーに照射することを特徴とする請求項１６に記載の
    画像処理装置。
  19. 【請求項１９】 前記画像入力手段は、入力パターンの
    明るい部分がそれぞれ光双安定領域の透過状態を変化さ
    せる領域を越えて次の光双安定領域まで達しない光強度
    を有し、さらに重畳した際に次の光双安定領域まで達す
    る光強度を有する入力パターン光を前記２次元アレーに
    照射することを特徴とする請求項１６に記載の画像処理
    装置。
  20. 【請求項２０】 前記画像入力手段は、入力パターンの
    明るい部分がそれぞれ次の光双安定領域まで達して次の
    光双安定領域の透過状態を変化させる領域を越えない光
    強度を有し、さらに重畳した際に次の光双安定領域の透
    過状態を変化させる領域を越える光強度を有する入力パ
    ターン光を前記２次元アレーに照射することを特徴とす
    る請求項１６に記載の画像処理装置。
  21. 【請求項２１】 前記画像入力手段は、入力パターンの
    明るい部分がそれぞれ次の光双安定領域の透過状態を変
    化させる領域を越える光強度を有する入力パターン光を
    前記２次元アレーに照射することを特徴とする請求項１
    ６に記載の画像処理装置。
  22. 【請求項２２】 前記バイアス光発生手段は、前記光透
    過手段の多重安定特性における光双安定領域間のいずれ
    かの単一安定領域に対応する光強度のバイアス光を前記
    ２次元アレーに照射することを特徴とする請求項１６に
    記載の画像処理装置。
  23. 【請求項２３】 それぞれ光双安定特性を有する複数の
    光双安定素子が光学 的に直列に配置されて形成され、あ
    る強度の光に対して少なくとも２つ以上の異なる透過状
    態を示す光双安定領域を複数含む光多重安定特性を有す
    る光透過素子をそれぞれの画素として２次元状に配列し
    た２次元アレーと、該２次元アレーにそれぞれの光透過
    素子のいずれか一つの光双安定領域に対応する光強度の
    バイアス光を照射するバイアス光発生手段と、一つの画
    像からの入力パターンをその有効部分の光強度を変えて
    前記２次元アレーに照射する画像入力手段と、前記２次
    元アレーのそれぞれの光透過素子にそれらの光双安定領
    域をいずれか一つの透過状態にリセットするためのパル
    ス光を照射するリセット手段とを有することを特徴とす
    る画像処理装置。
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