JP7476393B2 - 光演算装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数段光演算を行う光演算装置に関する。

複数のセルを有し、各セルを透過した信号光を相互に干渉させることによって、予め定められた演算を光学的に実行するように設計された光学素子が知られている。このような光学素子を用いた光学的な演算には、プロセッサを用いた電気的な演算と比べて高速且つ低消費電力であるという利点がある。また、信号光に対して、並べて配置された２つ以上の光学素子を順に作用させることによって、複数段光演算（２段以上の光演算）を実現することができる。

特許文献１には、入力層、中間層、及び出力層を有する光ニューラルネットワークが開示されている。上述した光学素子は、例えば、このような光ニューラルネットワークの中間層として利用することが可能である。

米国特許第７８４７２２５号明細書

複数段光演算を行う従来の光演算装置は、各々が単一の演算領域を有する複数の光変調素子（上述した光学素子に相当）を備えている。したがって、所期の複数段光演算を実現するために必要な演算領域間のアライメント調整に、各光変調素子の物理的な位置調整を要する。このため、演算領域間のアライメント調整を精度良く行うことが困難である、という問題があった。

本発明の一態様は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、演算領域間のアライメント調整を精度良く行うことが容易な光演算装置を実現することにある。

上記の課題を解決するべく、本発明の一態様に係る光演算装置は、変調量を独立に設定可能な複数のセルを含む光変調素子と反射体とを備え、前記光変調素子には、Ｎ個（Ｎは２以上の自然数）の演算領域Ａ１，Ａ２，…，ＡＮが設定されており、演算領域Ａ１は、入射光を変調及び反射することによって光演算を行い、演算領域Ａ１以外の各演算領域Ａｉ（ｉは２以上Ｎ以下の自然数の各々）は、演算領域Ａｉ－１にて変調及び反射された後、前記反射体にて反射された信号光を変調及び反射することによって光演算を行い、前記反射体は、変調量を互いに独立に設定可能な複数のセルを含む他の光変調素子であり、前記他の光変調素子には、Ｎ－１個の演算領域Ａ１’，Ａ２’，…，ＡＮ－１’が設定されており、前記他の光変調素子の各演算領域Ａｋ’（ｋは１以上Ｎ－１以下の自然数の各々）は、前記光変調素子の演算領域Ａｋにて変調及び反射された信号光を変調及び反射することによって、光演算を行う。

上記の課題を解決するべく、本発明の一態様に係る光演算装置は、変調量を独立に設定可能な複数のセルを含む光変調素子と反射体とを備え、前記光変調素子には、Ｎ個（Ｎは２以上の自然数）の演算領域Ａ１，Ａ２，…，ＡＮが設定されており、演算領域Ａ１は、入射光を変調及び反射することによって光演算を行い、演算領域Ａ１以外の各演算領域Ａｉ（ｉは２以上Ｎ以下の自然数の各々）は、演算領域Ａｉ－１にて変調及び反射された後、前記反射体にて反射された信号光を変調及び反射することによって光演算を行い、前記反射体は、変調量を互いに独立に設定可能な複数のセルを含む２つの他の光変調素子であり、一方の他の光変調素子には、Ｎ－１個の演算領域Ａ１’，Ａ２’，…，ＡＮ－１’が設定されており、前記一方の他の光変調素子の各演算領域Ａｋ’（ｋは１以上Ｎ－１以下の自然数の各々）は、前記光変調素子の演算領域Ａｋにて変調及び反射された信号光を変調及び反射することによって、光演算を行い、他方の他の光変調素子には、Ｎ－１個の演算領域Ａ１”，Ａ２”，…，ＡＮ－１”が設定されており、前記他方の他の光変調素子の各演算領域Ａｋ”は、前記一方の他の光変調素子の演算領域Ａｋ’にて変調及び反射された信号光を変調及び反射することによって、光演算を行う。

上記の課題を解決するべく、本発明の一態様に係る光演算装置は、複数のセルを含む光変調素子と反射体とを備え、前記光変調素子には、Ｎ個（Ｎは２以上の自然数）の演算領域Ａ１，Ａ２，…，ＡＮが設定されており、演算領域Ａ１は、入射光を変調及び反射することによって光演算を行い、演算領域Ａ１以外の各演算領域Ａｉ（ｉは２以上Ｎ以下の自然数の各々）は、演算領域Ａｉ－１にて変調及び反射された後、前記反射体にて反射された信号光を変調及び反射することによって光演算を行い、各演算領域Ａｊ（ｊは１以上Ｎ以下の自然数の各々）による前記光演算は、前記光変調素子を構成する前記複数のセルのうち、該演算領域Ａｊを構成する複数のセルの各々にて変調及び反射された光を相互に干渉させることによって実現される。

本発明の一態様によれば、所期の複数段光演算を実現するために必要な演算領域間のアライメント調整に、光変調素子の物理的な位置調整を要さない。このため、本発明の一態様によれば、演算領域間のアライメント調整を精度良く行うことが容易になる。

（ａ）は、第１の実施形態に係る光演算装置の構成を示す断面図である。（ｂ）及び（ｃ）は、（ａ）に示す光演算装置が備える光変調素子の平面図である。 図１に示す光演算装置の第１の変形例を示す断面図である。 図１に示す光演算装置の第２の変形例を示す断面図である。 図１に示す光演算装置の第３の変形例を示す断面図である。 図１に示す光演算装置の第４の変形例を示す断面図である。 図１に示す光演算装置の第５の変形例を示す断面図である。 図１に示す光演算装置の第６の変形例を示す断面図である。 図１に示す光演算装置の第７の変形例を示す断面図である。 図１に示す光演算装置の第８の変形例を示す断面図である。 図１に示す光演算装置の第９の変形例を示す断面図である。 図１に示す光演算装置の第１０の変形例を示す断面図である。 図１に示す光演算装置の第１１の変形例を示す断面図である。 図１に示す光演算装置の第１２の変形例を示す断面図である。 （ａ）は、第２の実施形態に係る光演算装置の構成を示す断面図である。（ｂ）及び（ｃ）は、（ａ）に示す光演算装置が備える光変調素子の平面図である。 図１４に示す光演算装置の第１の変形例を示す断面図である。 図１４に示す光演算装置の第２の変形例を示す断面図である。 図１４に示す光演算装置の第３の変形例を示す断面図である。 セルの第１の具体例の斜視図である。 （ａ）は、セルの第１の具体例の断面図である。（ｂ）は、偏光板の平面図である。 （ａ）は、セルの第２の具体例の斜視図である。（ｂ）は、偏光板の平面図である。 セルの第３の具体例の斜視図である。 （ａ）は、偏光板の平面図である。（ｂ）は、セルの第３の具体例の断面図である。 セルの第４の具体例の断面図である。 （ａ）及び（ｂ）は、セルの第５の具体例の断面図である。（ｃ）及び（ｄ）は、セルの第５の具体例の平面図である。（ｅ）及び（ｆ）は、偏光板の平面図である。 （ａ）及び（ｂ）は、セルの第６の具体例の断面図である。（ｃ）及び（ｄ）は、セルの第６の具体例の平面図である。（ｅ）及び（ｆ）は、偏光板の平面図である。

〔第１の実施形態〕
（光演算装置の構成）
本発明の第１の実施形態に係る光演算装置１について、図１を参照して説明する。図１において、（ａ）は、光演算装置１の断面図であり、（ｂ）及び（ｃ）は、光演算装置１が備える光変調素子１１の平面図である。

光演算装置１は、図１に示すように、光変調素子１１と、ミラー１２（請求の範囲における「反射体」の一例）と、を備えている。光変調素子１１及びミラー１２は、光変調素子１１の一方の主面（図１において紙面上方の主面）とミラー１２の一方の主面（図１において紙面下方の主面）とが互いに平行に対向するように配置されている。

光変調素子１１は、変調量を独立に設定可能な複数のセルＣを含んでいる。各セルＣは、位相変調機能又は強度変調機能を有する反射型の変調器である。本実施形態においては、マトリックス状に配置された複数のセルＣを含む基板を、光変調素子１１として用いている。各セルＣは、サイズがマイクロメートルオーダー以下、すなわち、１０μｍ未満のマイクロセルである。各セルＣのサイズの下限は、特に限定されないが、例えば、１ｎｍである。各セルＣの具体例については、参照する図面を代えて後述する。

光変調素子１１には、Ｎ個の演算領域Ａ１，Ａ２，…，ＡＮが設定されている。ここで、Ｎは、２以上の自然数である。各演算領域Ａｊ（ｊは１以上Ｎ以下の自然数の各々）は、光変調素子１の主面上の領域であり、マトリックス状に配置された複数のセルＣにより構成される。図１においては、各演算領域Ａｊを構成するセルＣを、ハッチングを付すことによって、それ以外のセルＣと区別している。以下の説明においては、Ｎ＝４であると仮定するが、この仮定は、本発明を限定するものではない。

第１演算領域Ａ１は、入射光Ｌ０を変調及び反射することによって、第１光演算を行う。ここで、第１光演算を行うとは、第１演算領域Ａ１を構成する各セルＣにて変調及び反射された光を相互に干渉させることによって、空間強度分布が第１光演算の結果を表す第１信号光Ｌ１を生成することを指す。ここで、第１光演算の内容は、第１演算領域Ａ１を構成する各セルＣの変調量に応じて決まる。第１演算領域Ａ１にて生成された第１信号光Ｌ１は、ミラー１２にて反射された後、第２演算領域Ａ２に入射する。

第２演算領域Ａ２は、第１信号光Ｌ１を変調及び反射することによって、第２光演算を行う。ここで、第２光演算を行うとは、第２演算領域Ａ２を構成する各セルＣにて変調及び反射された光を相互に干渉させることによって、第２光演算の結果を表す第２信号光Ｌ２を生成することを指す。ここで、第２光演算の内容は、第２演算領域Ａ２を構成する各セルＣの変調量に応じて決まる。第２演算領域Ａ２にて生成された第２信号光Ｌ２は、ミラー１２にて反射された後、第３演算領域Ａ３に入射する。

第３演算領域Ａ３は、第２信号光Ｌ２を変調及び反射することによって、第３光演算を行う。ここで、第３光演算を行うとは、第３演算領域Ａ３を構成する各セルＣにて変調及び反射された光を相互に干渉させることによって、第３光演算の結果を表す第３信号光Ｌ３を生成することを指す。ここで、第３光演算の内容は、第３演算領域Ａ３を構成する各セルＣの変調量に応じて決まる。第３演算領域Ａ３にて生成された第３信号光Ｌ３は、ミラー１２にて反射された後、第４演算領域Ａ４に入射する。

第４演算領域Ａ４は、第３信号光Ｌ３を変調及び反射することによって、第４光演算を行う。ここで、第４光演算を行うとは、第４演算領域Ａ４を構成する各セルＣにて変調及び反射された光を相互に干渉させることによって、第４光演算の結果を表す第４信号光Ｌ４を生成することを指す。ここで、第４光演算の内容は、第４演算領域Ａ４を構成する各セルＣの変調量に応じて決まる。第４演算領域Ａ４にて生成された第４信号光Ｌ４は、例えば、後述する受光部１４に入射する。

光変調素子１１を構成するセルＣの個数は、各演算領域Ａｊを構成するセルＣの個数の和よりも多く、どのセルＣを各演算領域Ａｊとして機能させるかは、光演算装置１の製造時又は使用時に自由に設定することができる。換言すれば、光演算装置１の製造時又は使用時に、各演算領域Ａｊの位置調整を行うことができる。図１の（ｂ）は、各演算領域Ａｊの位置調整前を行う前の光変調素子１１の一例であり、図１の（ｃ）は、各演算領域Ａｊの位置調整を行った後の光変調素子１１の一例である。ここでは、第２演算領域Ａ２及び第３演算領域Ａ３を、それぞれ、紙面右方に１セル分移動している。また、第４演算領域Ａ４を、紙面右方に１セル分かつ紙面上方に１セル分移動している。このような各演算領域Ａｊの位置調整は、演算領域間のアライメント調整に利用することができる。

従来の光演算装置は、各々が単一の演算領域を有する複数の光変調素子（透過型）を備えている。したがって、所期の複数段光演算を実現するために必要な演算領域間のアライメント調整に、各光変調素子の物理的な位置調整を要する。このため、演算領域間のアライメント調整を精度良く行うことが相対的に困難であり、その結果、所期の複数段光演算を実現することが困難になる。

これに対して、本実施形態の光演算装置１は、複数の演算領域Ａ１，Ａ２，…，ＡＮを有する単一の光変調素子１１（反射型）を備えている。したがって、所期の複数段光演算を実現するために必要な演算領域間のアライメント調整に、光変調素子１１の物理的な位置調整を要さない。このため、演算領域間のアライメント調整を精度良く行うことが相対的に容易であり、その結果、所期の複数段光演算を実現することが相対的に容易になる。

なお、入射光Ｌ０は、入力信号により空間強度変調された信号光であってもよいし、入力信号により空間強度変調されていない搬送光であってもよい。前者の場合、第Ｎ信号光ＬＮを復調して得られる出力信号の空間強度分布は、入力信号に対して第１光演算、第２光演算、…、第Ｎ光演算を順に適用した結果を表す。後者の場合、第１演算領域Ａ１において、入力信号により空間強度変調された信号光Ｌ１を生成する。この場合、第Ｎ信号光ＬＮを復調して得られる出力信号の空間強度分布は、入力信号に対して第２光演算、第３光演算、…、第Ｎ光演算を順に適用した結果を表す。

また、光演算装置１は、図１に点線で示すように、発光部１３を更に備えていてもよい。発光部１３は、上述した入射光Ｌ０を生成する（例えば、入力信号を表す電気信号を、入射光Ｌ０に変換する）ための構成である。発光部１３としては、例えば、マトリックス状に配置された複数の発光セルを含む２次元ディスプレイを用いることができる。

また、光演算装置１は、図１に点線で示すように、受光部１４を更に備えていてもよい。受光部１４は、第Ｎ信号光ＬＮを検出する（例えば、第Ｎ信号光ＬＮを、出力信号を表す電気信号に変換する）ための構成である。受光部１４としては、例えば、マトリックス状に配置された受光セルを含む２次元イメージセンサを用いることができる。

また、光演算装置１は、図１に点線で示すように、制御部１５を更に備えていてもよい。制御部１５は、第Ｎ信号光ＬＮに応じて、光変調素子１１に含まれるセルＣの変調量を制御するための構成である。制御部１５は、例えば、受光部１４にて得られた電気信号に基づいて動作するＩＣ（Integrated Circuit）によって構成することができる。制御の内容は特に限定されないが、例えば、所期の出力信号を表す第Ｎ信号光ＬＮが得られるように、演算領域間のアライメントを調整する制御などが挙げられる。光演算装置１を学習済モデルとして利用する場合、この制御は、その学習済モデルを構築するための学習に利用することもできる。

（光演算装置の第１の変形例）
光演算装置１の第１の変形例（以下、光演算装置１Ａと記載する）について、図２を参照して説明する。図２は、光演算装置１Ａの断面図である。

光演算装置１Ａにおける光演算装置１からの変更点は、光変調素子１１とミラー１２との間に配置された媒質１６ａが追加されている点である。ここで、媒質１６ａは、空気よりも屈折率が高い、又は、空気よりも屈折率の低い媒質である。以下、媒質１６ａの屈折率が空気の屈折率よりも高い構成を「構成α１」と記載する。また、媒質１６ａの屈折率が空気の屈折率よりも低い構成を「構成α２」と記載する。

構成α１を採用した場合、光変調素子１１とミラー１２との物理的距離を変えずに、光変調素子１１とミラー１２との光学的距離を大きくすることができる。逆に、構成α２を採用した場合、光変調素子１１とミラー１２との物理的距離を変えずに、光変調素子１１とミラー１２との光学的距離を小さくすることができる。すなわち、媒質１６ａの屈折率を適宜設定することによって、光変調素子１１とミラー１２との物理的距離を変えずに、演算領域間の光学的間隔を調整することができる。

なお、構成α１を採用した場合には、光変調素子１１とミラー１２との光学的距離を変えずに、光変調素子１１とミラー１２との物理的距離を小さくすることができる。したがって、光演算装置１Ａを薄型化することができる。

（光演算装置の第２の変形例）
光演算装置１の第２の変形例（以下、光演算装置１Ｂと記載する）について、図３を参照して説明する。図３は、光演算装置１Ｂの断面図である。

光演算装置１Ｂにおける光演算装置１からの変更点は、光変調素子１１とミラー１２との間に配置された媒質１６ｂが追加されている点である。媒質１６ｂは、第ｉ信号光Ｌｉ（ｉは２以上Ｎ以下の自然数の各々）の通過する領域の屈折率が、第ｉ－１信号光Ｌｉ－１の通過する領域の屈折率よりも高い又は低い媒質である。ここで、第ｉ信号光Ｌｉは、第ｉ演算領域Ａｉにて変調及び反射された信号光であり、第ｉ－１信号光Ｌｉ－１は、第ｉ－１演算領域Ａｉ－１にて変調及び反射された信号光である。以下、第ｉ信号光Ｌｉの通過する領域の屈折率が第ｉ－１信号光Ｌｉ－１の通過する領域の屈折率よりも高い構成を「構成β１」と記載する。また、第ｉ信号光Ｌｉの通過する領域の屈折率が第ｉ－１信号光Ｌｉ－１の通過する領域の屈折率よりも低い構成を「構成β２」と記載する。

構成β１を採用した場合、第ｉ演算領域Ａｉから第ｉ＋１演算領域Ａｉ＋１までの光学的距離を、第ｉ－１演算領域Ａｉ－１から第ｉ演算領域Ａｉまでの光学的距離よりも大きくすることができる。逆に、構成β２を採用した場合、第ｉ演算領域Ａｉから第ｉ＋１演算領域Ａｉ＋１までの光学的距離を、第ｉ－１演算領域Ａｉ－１から第ｉ演算領域Ａｉまでの光学的距離よりも小さくすることができる。すなわち、媒質１６ｂの屈折率の増減を適宜設定することによって、演算領域間の光学的距離の増減を調整することができる。

（光演算装置の第３の変形例）
光演算装置１の第３の変形例（以下、光演算装置１Ｃと記載する）について、図４を参照して説明する。図４は、光演算装置１Ｃの断面図である。

光演算装置１Ｃにおける光演算装置１からの変更点は、ミラー１２が傾いて配置されている点である。これにより、第ｉ信号光Ｌｉ（ｉは２以上Ｎ以下の自然数の各々）の通過する領域におけるミラー１２から光変調素子１１までの物理的距離は、第ｉ－１信号光Ｌｉ－１の通過する領域におけるミラー１２から光変調素子１１までの物理的距離よりも大きく又は小さくなる。ここで、第ｉ信号光Ｌｉは、第ｉ演算領域Ａｉにて変調及び反射された信号光であり、第ｉ－１信号光Ｌｉ－１は、第ｉ－１演算領域Ａｉ－１にて変調及び反射された信号光である。以下、第ｉ信号光Ｌｉの通過する領域におけるミラー１２から光変調素子１１までの物理的距離が第ｉ－１信号光Ｌｉ－１の通過する領域におけるミラー１２から光変調素子１１までの物理的距離よりも大きくなる構成を、「構成γ１」と記載する。また、第ｉ信号光Ｌｉの通過する領域におけるミラー１２から光変調素子１１までの物理的距離が第ｉ－１信号光Ｌｉ－１の通過する領域におけるミラー１２から光変調素子１１までの物理的距離よりも小さくなる構成を、「構成γ２」と記載する。

構成γ１を採用した場合、第ｉ演算領域Ａｉから第ｉ＋１演算領域Ａｉ＋１までの光学的距離を、第ｉ－１演算領域Ａｉ－１から第ｉ演算領域Ａｉまでの光学的距離よりも大きくすることができる。逆に、構成γ２を採用した場合、第ｉ演算領域Ａｉから第ｉ＋１演算領域Ａｉ＋１までの光学的距離を、第ｉ－１演算領域Ａｉ－１から第ｉ演算領域Ａｉまでの光学的距離よりも小さくすることができる。すなわち、ミラー１２の傾きを適宜設定することによって、演算領域間の光学的距離の増減を調整することができる。

なお、本変形例においては、光変調素子１１における第ｉ演算領域Ａｉの位置が、ミラー１２にて反射された第ｉ－１信号光Ｌｉ－１が入射する位置に調整されている点に留意されたい。このようなアライメント調整が可能な理由は、光変調素子１１が変調量を独立に設定可能な複数のセルＣにより構成されているためである。

（光演算装置の第４の変形例）
光演算装置１の第４の変形例（以下、光演算装置１Ｄと記載する）について、図５を参照して説明する。図５は、光演算装置１Ｄの断面図である。

光演算装置１Ｄにおける光演算装置１からの変更点は、少なくとも１つの演算領域Ａｎ（ｎは１以上Ｎ以下の自然数の何れか）が、光変調素子１１の表面の法線に対して入射角θｎ－１で入射した第ｎ－１信号光Ｌｎ－１（ｎ＝１の場合は入射光Ｌ０）を、当該法線に対して入射角θｎ－１とは異なる反射角θｎで反射するように構成されている点である。

図５に示した例においては、第１演算領域Ａ１が、入射角θ０で入射した入射光Ｌ０を、入射角θ０よりも大きい反射角θ１で反射するように構成されている。また、第２演算領域Ａ２が、入射角θ１で入射した第１信号光Ｌ１を、入射角θ１よりも小さい反射角θ２で反射するように構成されている。また、第３演算領域Ａ３が、入射角θ２で入射した第２信号光Ｌ２を、入射角θ２よりも大きい反射角θ３で反射するように構成されている。

第ｎ演算領域Ａｎが、入射角θｎ－１で入射した第ｎ信号光Ｌｎ－１（ｎ＝１の場合は入射光Ｌ０）を入射角θｎ－１よりも大きい反射角θｎで反射する場合、第ｎ演算領域Ａｎから第ｎ＋１演算領域Ａｎ＋１までの光学的距離を、相対的に大きくすることができる。逆に、第ｎ演算領域Ａｎが、入射角θｎ－１で入射した第ｎ信号光Ｌｎ－１（ｎ＝１の場合は入射光Ｌ０）を入射角θｎ－１よりも小さい反射角θｎで反射する場合、第ｎ演算領域Ａｎから第ｎ＋１演算領域Ａｎ＋１までの光学的距離を、相対的に小さくすることができる。すなわち、第ｎ演算領域Ａｎにおける反射角θｎを適宜設定することによって、第ｎ演算領域Ａｎから第ｎ＋１演算領域Ａｎ＋１までの光学的距離を自由に調整することができる。

なお、本変形例においては、第ｎ演算領域Ａｎが、第ｎ－１信号光Ｌｎ－１を、入射角θｎ－１と反射角θｎとが異なるように反射する構成について説明したが、これに限定されない。すなわち、第ｎ演算領域Ａｎは、第ｎ－１信号光Ｌｎ－１を、入射平面と反射平面とが異なるように反射する構成を採用してもよい。ここで、入射平面とは、光変調素子１１の表面の法線と入射光軸（第ｎ－１信号光Ｌｎ－１の光軸）とを含む平面のことを指す。また、反射平面とは、光変調素子１１の表面の法線と入射光軸（第ｎ信号光Ｌｎの光軸）とを含む平面のことを指す。

なお、本変形例においては、光変調素子１１における第ｉ演算領域Ａｉ（ｉは２以上Ｎ以下の自然数の各々）の位置が、ミラー１２にて反射された第ｉ－１信号光Ｌｉ－１が入射する位置に調整されている点に留意されたい。このようなアライメント調整が可能な理由は、光変調素子１１が変調量を独立に設定可能な複数のセルＣにより構成されているためである。

（光演算装置の第５の変形例）
光演算装置１の第５の変形例（以下、光演算装置１Ｅと記載する）について、図６を参照して説明する。図６は、光演算装置１Ｅの断面図である。

光演算装置１Ｅにおける光演算装置１からの第１の変更点は、入射光Ｌ０を波長に応じて分波する分波器１７が追加されている点である。光演算装置１Ｅにおける光演算装置１からの第２の変更点は、各演算領域Ａｊ（ｊは１以上Ｎ以下の自然数の各々）は、異なる波長の信号光を変調及び反射する小領域Ａｊａ，Ａｊｂ，Ａｊｃに分割されている点である。なお、分波器１７としては、例えば、プリズムを用いることができる。

ここで、小領域Ａｊａは、第ｊ－１信号光Ａｊ－１（ｊ＝１の場合は入射光Ｌ０）に含まれる波長成分のうち、短波長成分に対して第ｉ光演算を行うための領域である。また、小領域Ａｊｂは、第ｊ－１信号光Ａｊ－１（ｊ＝１の場合は入射光Ｌ０）に含まれる波長成分のうち、中波長成分に対して第ｉ光演算を行うための領域である。また、小領域Ａｊｃは、第ｊ－１信号光Ａｊ－１（ｊ＝１の場合は入射光Ｌ０）に含まれる波長成分のうち、長波長成分に対して第ｉ光演算を行うための領域である。各演算領域Ａｊに含まれる３つの小領域Ａｊａ，Ａｊｂ，Ａｊｃは、互いに等しい光演算を行うように設計されていてもよいし、互いに異なる光演算を行うように設計されていてもよい。また、入射光Ｌ０に含まれる３つの成分（短波長成分、中波長成分、長波長成分）は、互いに等しい入力信号により変調されていてもよいし、互いに異なる入力信号により変調されていてもよい。

第Ｎ演算領域ＡＮにて変調及び反射された第Ｎ信号光ＬＮの各波長成分は、それぞれ独立に受光部１４に入射する。したがって、光演算装置１Ｅによれば、短波長帯、中波長帯、長波長帯における光演算を並列的に実行し、それらの光演算の結果をそれぞれ独立に取得することができる。

（光演算装置の第６の変形例）
光演算装置１の第６の変形例（以下、光演算装置１Ｆと記載する）について、図７を参照して説明する。図７は、光演算装置１Ｆの断面図である。

光演算装置１Ｆにおける光演算装置１Ｅからの第１の変更点は、第Ｎ演算領域ＡＮを構成する各小領域ＡＮａ，ＡＮｂ，ＡＮｃにて変調及び反射された異なる波長の第Ｎ信号光ＬＮを合波する合波器１８が追加されている点である。光演算装置１Ｆにおける光演算装置１Ｅからの第２の変更点は、受光部１４が、合波器１８にて合波された第Ｎ信号光ＬＮを受光するように構成されている点である。なお、合波器１８としては、例えば、プリズムを用いることができる。

合波器１８にて合波された第Ｎ信号光Ｎは、短波長帯、中波長帯、長波長帯における光演算の結果の和を表す。したがって、光演算装置１Ｅによれば、短波長帯、中波長帯、長波長帯における光演算を並列的に実行し、それらの光演算の結果の和を取得することができる。

（光演算装置の第７の変形例）
光演算装置１の第７の変形例（以下、光演算装置１Ｇと記載する）について、図８を参照して説明する。図８は、光演算装置１Ｇの断面図である。なお、本変形例においては、Ｎ＝２であると仮定する。

光演算装置１Ｇおける光演算装置１Ｆからの第１の変更点は、光変調素子１１上の一領域を、入射光Ｌ０を波長に応じて分波する回折格子として機能させ、上述した分波器１７として用いている点である。光演算装置１Ｇにおける光演算装置１Ｆからの第２の変更点は、光変調素子１１上の一領域を、第Ｎ演算領域ＡＮを構成する各小領域ＡＮａ，ＡＮｂ，ＡＮｃにて変調及び反射された異なる波長の第Ｎ信号光ＬＮを合波する回折格子として機能させ、上述した合波器１８として用いている点である。これにより、プリズム等の構成を追加することなく、光演算装置１Ｆと同等の機能を有する光演算装置１Ｇを実現することができる。

なお、本変形例では、分波器１７及び合波器１８の両方を省略し、分波器１７及び合波器１８の両方の機能を光変調素子１１に担わせたが、これに限定されない。すなわち、分波器１７のみを省略し、分波器１７のみの機能を光変調素子１１に担わせてもよいし、合波器１８のみを省略し、合波器１８のみの機能を光変調素子１１に担わせてもよい。

（光演算装置の第８の変形例）
光演算装置１の第８の変形例（以下、光演算装置１Ｈと記載する）について、図９を参照して説明する。図９は、光演算装置１Ｈの断面図である。

光演算装置１Ｈおける光演算装置１からの変更点は、ミラー１２が昇降可能、すなわち、光変調素子１１とミラー１２との距離が可変である点である。したがって、光変調素子１１とミラー１２との距離を適宜設定することによって、演算領域間の光学的距離を調整することができる。

なお、ミラー１２の昇降に伴って、入射光Ｌ０が第１演算領域Ａ１に入射する入射角を調整する機能を更に有していることが好ましい。或いは、ミラー１２の昇降に伴って、各演算領域Ａｉ（ｉは２以上Ｎ以下の自然数の各々）の位置を調整する機能を更に有していることが好ましい。これにより、ミラー１２を昇降しても第ｉ－１信号光Ｌｉ－１が第ｉ領域Ａｉに正しく入射する光演算装置１Ｈを実現することができる。

（光演算装置の第９の変形例）
光演算装置１の第９の変形例（以下、光演算装置１Ｉと記載する）について、図１０を参照して説明する。図１０は、光演算装置１Ｉの断面図である。

光演算装置１Ｉおける光演算装置１からの変更点は、少なくとも１つの演算領域Ａｎ（ｎは１以上Ｎ以下の自然数の何れか）が偏光フィルタ１９に覆われている点である。偏光フィルタ１９は、第ｎ演算領域Ａｎに入射する第ｎ－１信号光Ｌｎ－１（ｎ＝１の場合は入射光Ｌ０）及び第ｎ演算領域Ａｎから出射する第ｎ信号光Ｌｎのうち、特定の偏光方向を有する偏光成分を選択的に透過する。図１０に示した例においては、全ての演算領域Ａ１～ＡＮが偏光フィルタ１９により覆われている。

セルＣは、特定の偏光方向を有する偏光成分が入射したときには、所期の光演算を実行できるが、それ以外の偏光方向を有する偏光成分が入射したときには、所期の光演算を実行できない場合がある。光演算装置１Ｉによれば、このようなセルＣにより第ｎ演算領域Ａｎが構成されている場合であっても、所期の光演算を実現することが可能である。

なお、偏光フィルタ１９は、光変調素子１１の表面に接触するように配置されていてもよいし、光変調素子１１の表面から離間するように配置されていてもよい。いずれの場合であっても、上記の効果が得られることに変わりはない。

（光演算装置の第１０の変形例）
光演算装置１の第１０の変形例（以下、光演算装置１Ｊと記載する）について、図１１を参照して説明する。図１１は、光演算装置１Ｊの断面図である。

光演算装置１Ｊおける光演算装置１からの変更点は、少なくとも１組の演算領域Ａｍ，Ａｍ＋１（ｍは１以上Ｎ－１以下の自然数の何れか）について、第ｍ演算領域Ａｍにて変調及び反射された第ｍ信号光Ｌｍが第ｍ＋１演算領域Ａｍ＋１を構成するセルＣ以外のセルＣに入射することを妨げる光吸収体が追加されている点である。

図１１に示した例では、第１信号光Ｌ１が第２演算領域Ａ２を構成するセルＣ以外のセルに入射することを妨げる光吸収体として、光吸収体１０ａ１、１０ａ２、１０ｂ１が追加されている。また、第２信号光Ｌ２が第３演算領域Ａ３を構成するセルＣ以外のセルＣに入射することを妨げる光吸収体として、光吸収体１０ａ２、１０ａ３、１０ｂ２が追加されている。また、第３信号光Ｌ３が第４演算領域Ａ４を構成するセルＣ以外のセルＣに入射することを妨げる光吸収体として、光吸収体１０ａ３、１０ａ４、１０ｂ３が追加されている。ここで、光吸収体１０ａ１～１０ａ４は、ミラー１２の表面に貼り付けられた四角柱状の構造体である。また、光吸収体１０ｂ１～１０ｂ３は、光変調素子１１の表面に貼り付けられた四角柱状の構造体である。

光演算装置１Ｊによれば、第ｍ信号光が第ｍ演算領域Ａｍ以外の演算領域に入射することによって、演算結果に誤りが生じる可能性を低減することができる。なお、本変形例においては、光吸収体１０ａ１～１０ａ４及び光吸収体１０ｂ１～１０ｂ３として、四角柱状の構造体を用いているが、これに限定されない。例えば、平板状の光吸収体を光変調素子１１及びミラー１２の一方又は両方の表面に立設する構成を採用しても、同様の効果が得られる。

（光演算装置の第１１の変形例）
光演算装置１の第１１の変形例（以下、光演算装置１Ｋと記載する）について、図１２を参照して説明する。図１２は、光演算装置１Ｋの断面図である。

光演算装置１Ｋにおける光演算装置１からの第１の変更点は、ミラー１２をハーフミラー１２ａ（請求の範囲における「反射体」の一例）に置き換えた点である。また、光演算装置１Ｋにおける光演算装置１からの第２の変更点は、少なくとも１つの演算領域Ａｍ（ｍは１以上Ｎ－１以下の自然数）について、第ｍ演算領域Ａｍにて変調及び反射され、ハーフミラー１２ａを透過した第ｍ信号光Ｌｍを検出する受光部１４ａ（請求の範囲における「他の受光部」の一例）を追加した点である。

図１２に示した例では、第１演算領域Ａ１、第２演算領域Ａ２、及び第３演算領域Ａ３にて変調及び反射され、ハーフミラー１２ａを透過した第１信号光Ｌ１、第２信号光Ｌ２、及び第３信号光Ｌ３を検出する受光部１４ａが追加されている。

光演算装置１Ｋによれば、第ｍ演算領域Ａｍにて変調及び反射された第ｍ信号光Ｌｍを、中間結果としてモニタすることが可能になる。なお、第ｍ信号光Ｌｍのモニタ結果は、例えば、第ｍ演算領域の位置調整に利用することができる。

（光演算装置の第１２の変形例）
光演算装置１の第１２の変形例（以下、光演算装置１Ｌと記載する）について、図１３を参照して説明する。図１３は、光演算装置１Ｌの断面図である。

光演算装置１Ｌにおける光演算装置１Ｋからの第１の変更点は、受光部１４を省略した点である。光演算装置１Ｌにおける光演算装置１Ｋからの第２の変更点は、第Ｎ演算領域ＡＮにて変調及び反射された第Ｎ信号光を受光するように、受光部１４ａを拡張した点である。

図１３に示した例では、第１演算領域Ａ１、第２演算領域Ａ２、第３演算領域Ａ３、及び第４演算領域Ａ４にて変調及び反射され、ハーフミラー１２ａを透過した第１信号光Ｌ１、第２信号光Ｌ２、第３信号光Ｌ３、及び第４信号光Ｌ４を受光するように、受光部１４ａが拡張されている。

光演算装置１Ｋによれば、単一の受光部１４ａを用いて、第ｍ演算領域Ａｍにて変調及び反射された第ｍ信号光Ｌｍを、中間結果としてモニタすると共に、第Ｎ演算領域ＡＮにて変調及び反射された第Ｎ信号光を、最終結果としてモニタすることが可能になる。したがって、光演算装置１Ｋと同等の機能を、光演算装置１Ｋよりも簡単な構成で実現することができる。

〔第２の実施形態〕
（光演算装置の構成）
本発明の第２の実施形態に係る光演算装置２について、図１４を参照して説明する。図１４において、（ａ）は、光演算装置２の断面図であり、（ｂ）は、光演算装置２が備える第１光変調素子２１の平面図であり、（ｃ）は、光演算装置２が備える第２光変調素子２２の平面図である。

光演算装置２は、図１４に示すように、第１光変調素子２１（請求の範囲における「光変調素子」の一例）と、第２光変調素子２２（請求の範囲における「他の光変調素子」の一例）と、を備えている。第１光変調素子２１及び第２光変調素子２２は、第１光変調素子２１の一方の主面（図１４の（ａ）のおける紙面上側の主面）と第２光変調素子２２の一方の主面（図１４の（ａ）における紙面下側の主面）とが互いに平行に対向するように配置されている。

第１光変調素子２１は、変調量を独立に設定可能な複数のセルＣを含んでいる。本実施形態においては、マトリックス状に配置された複数のセルＣを含む基板を、第１光変調素子２１として用いている。第２光変調素子２２は、変調量を独立に設定可能な複数のセルＣ’を含んでいる。本実施形態においては、マトリックス状に配置された複数のセルＣ’を含む基板を、第２光変調素子２２として用いている。セルＣ及びセルＣ’は、位相変調機能又は強度変調機能を有する反射型の変調器である。セルＣ及びセルＣ’は、サイズがマイクロメートルオーダー以下、すなわち、１０μｍ未満のマイクロセルである。各セルＣのサイズの下限は、特に限定されないが、例えば、１ｎｍである。セルＣ及びセルＣ’の具体例については、参照する図面を代えて後述する。

第１光変調素子２１には、Ｎ個の演算領域Ａ１，Ａ２，…，ＡＮが設けられている。各演算領域Ａｊ（ｊは１以上Ｎ以下の自然数の各々）は、第１光変調素子２１の主面上の領域であり、マトリックス状に配置された複数のセルＣにより構成される。第２光変調素子２２には、Ｎ－１個の演算領域Ａ１’，Ａ２’，…，ＡＮ－１’が設けられている。各演算領域Ａｋ’（ｋは１以上Ｎ－１以下の自然数の各々）は、第２光変調素子２２の主面上の領域であり、マトリックス状に配置された複数のセルＣ’により構成される。図１４においては、各演算領域Ａｊを構成するセルＣを、ハッチングを付すことによって、それ以外のセルＣと区別している。また、図１４においては、各演算領域Ａｊ’を構成するセルＣ’を、ハッチングを付すことによって、それ以外のセルＣ’と区別している。なお、以下の説明においては、Ｎ＝４であると仮定するが、この仮定は、本発明を限定するものではない。

第１光変調素子２１の第１演算領域Ａ１は、入射光Ｌ０を変調及び反射することによって、第１光演算を行う。ここで、第１光演算を行うとは、第１演算領域Ａ１を構成する各セルＣにて変調及び反射された光を相互に干渉させることによって、空間強度分布が第１光演算の結果を表す信号光Ｌ１を生成することを指す。ここで、第１光演算の内容は、第１演算領域Ａ１を構成する各セルＣの変調量に応じて決まる。第１演算領域Ａ１にて生成された信号光Ｌ１は、第２光変調素子２２の第１演算領域Ａ１’に入射する。

第２光変調素子２２の第１演算領域Ａ１’は、信号光Ｌ１を変調及び反射することによって、第２光演算を行う。ここで、第２光演算を行うとは、第１演算領域Ａ１’を構成する各セルＣ’にて変調及び反射された光を相互に干渉させることによって、空間強度分布が第２光演算の結果を表す信号光Ｌ１’を生成することを指す。ここで、第２光演算の内容は、第１演算領域Ａ１’を構成する各セルＣ’の変調量に応じて決まる。第１演算領域Ａ１’にて生成された信号光Ｌ１’は、第１光変調素子２１の第２演算領域Ａ２に入射する。

第１光変調素子２１の第２演算領域Ａ２は、信号光Ｌ１’を変調及び反射することによって、第３光演算を行う。ここで、第３光演算を行うとは、第２演算領域Ａ２を構成する各セルＣにて変調及び反射された光を相互に干渉させることによって、第３光演算の結果を表す信号光Ｌ２を生成することを指す。ここで、第３光演算の内容は、第２演算領域Ａ２を構成する各セルＣの変調量に応じて決まる。第２演算領域Ａ２にて生成された信号光Ｌ２は、第２光変調素子２２の第２演算領域Ａ２’に入射する。

第２光変調素子２２の第２演算領域Ａ２’は、信号光Ｌ２を変調及び反射することによって、第４光演算を行う。ここで、第４光演算を行うとは、第２演算領域Ａ２’を構成する各セルＣ’にて変調及び反射された光を相互に干渉させることによって、第４光演算の結果を表す信号光Ｌ２’を生成することを指す。ここで、第４光演算の内容は、第２演算領域Ａ２’を構成する各セルＣ’の変調量に応じて決まる。第２演算領域Ａ２’にて生成された信号光Ｌ２’は、第１光変調素子２１の第３演算領域Ａ３に入射する。

第１光変調素子２１の第３演算領域Ａ３は、信号光Ｌ２’を変調及び反射することによって、第５光演算を行う。ここで、第５光演算を行うとは、第３演算領域Ａ３を構成する各セルＣにて変調及び反射された光を相互に干渉させることによって、第５光演算の結果を表す信号光Ｌ３を生成することを指す。ここで、第５光演算の内容は、第３演算領域Ａ３を構成する各セルＣの変調量に応じて決まる。第３演算領域Ａ３にて生成された信号光Ｌ３は、第２光変調素子２２の第３演算領域Ａ３’に入射する。

第２光変調素子２２の第３演算領域Ａ３’は、信号光Ｌ３を変調及び反射することによって、第６光演算を行う。ここで、第６光演算を行うとは、第３演算領域Ａ３’を構成する各セルＣ’にて変調及び反射された光を相互に干渉させることによって、第６光演算の結果を表す信号光Ｌ３’を生成することを指す。ここで、第６光演算の内容は、第３演算領域Ａ３’を構成する各セルＣ’の変調量に応じて決まる。第３演算領域Ａ３’にて生成された信号光Ｌ３’は、第１光変調素子２１の第４演算領域Ａ４に入射する。

第１光変調素子２１の第４演算領域Ａ４は、信号光Ｌ３’を変調及び反射することによって、第７光演算を行う。ここで、第７光演算を行うとは、第４演算領域Ａ４を構成する各セルＣにて変調及び反射された光を相互に干渉させることによって、第７光演算の結果を表す信号光Ｌ４を生成することを指す。ここで、第７光演算の内容は、第４演算領域Ａ４を構成する各セルＣの変調量に応じて決まる。第４演算領域Ａ４にて生成された信号光Ｌ４は、例えば、後述する受光部２４に入射する。

従来の光演算装置は、各々が単一の演算領域を有する複数の光変調素子（透過型）を備えている。したがって、所期の複数段光演算を実現するために必要な演算領域間のアライメント調整に、各光変調素子の物理的な位置調整を要する。このため、演算領域間のアライメント調整を精度良く行うことが相対的に困難であり、その結果、所期の複数段光演算を実現することが困難になる。

これに対して、本実施形態の光演算装置２は、複数の演算領域Ａ１，Ａ２，…，ＡＮを有する第１光変調素子２１（反射型）と、複数の演算領域Ａ１’，Ａ２’，…，ＡＮ－１を有する第２光変調素子２２（反射型）と、を備えている。したがって、第１光変調素子２１と第２光変調素子２２との物理的な位置調整を行うだけで、所期の複数段光演算を実現するために必要な演算領域間のアライメント調整を行い得る。このため、演算領域間のアライメント調整を精度良く行うことが相対的に容易であり、その結果、所期の複数段光演算を実現することが相対的に容易になる。

なお、入射光Ｌ０は、入力信号により空間強度変調された信号光であってもよいし、入力信号により空間強度変調されていない搬送光であってもよい。前者の場合、信号光ＬＮを復調して得られる出力信号の空間強度分布は、入力信号に対して第１光演算、第２光演算、…、第２Ｎ－１光演算を順に適用した結果を表す。後者の場合、第１演算領域Ａ１において、入力信号により空間強度変調された信号光Ｌ１を生成する。この場合、信号光ＬＮを復調して得られる出力信号の空間強度分布は、入力信号に対して第２光演算、第３光演算、…、第２Ｎ－１光演算を順に適用した結果を表す。

また、光演算装置２は、図１４に点線で示すように、発光部２３を更に備えていてもよい。発光部２３は、上述した入射光Ｌ０を生成する（例えば、入力信号を表す電気信号を入射光Ｌ０に変換する）ための構成である。発光部２３としては、例えば、マトリックス状に配置された複数の発光セルを含む２次元ディスプレイを用いることができる。

また、光演算装置２は、図１４に点線で示すように、受光部２４を更に備えていてもよい。受光部２４は、信号光ＬＮを検出する（例えば、信号光ＬＮを出力信号を表す電気信号に変換する）ための構成である。受光部２４としては、例えば、マトリックス状に配置された受光セルを含む２次元イメージセンサを用いることができる。

また、光演算装置２は、図１に点線で示すように、制御部２５を更に備えていてもよい。制御部２５は、信号光ＬＮに応じて、それぞれ光変調素子２１及び光変調素子２２に含まれるセルＣ及びセルＣ’の変調量を制御するための構成である。制御部２５は、例えば、受光部２４にて得られた電気信号に基づいて動作するＩＣ（Integrated Circuit）によって構成することができる。制御の内容は特に限定されないが、例えば、所期の出力信号を表す信号光ＬＮが得られるように、演算領域間のアライメントを調整する制御などが挙げられる。光演算装置２を学習済モデルとして利用する場合、この制御は、その学習済モデルを構築するための学習にも利用することもできる。

また、第１の実施形態の第１～第１０の変形例と同様の変形を光演算装置２に対して適用することが可能である。これらの変形を光演算装置２に適用するに際しては、第１の実施形態における光変調素子１１を本実施形態における第１光変調素子２１に読み替えると共に、第１の実施形態におけるミラー１２を本実施形態における第２光変調素子２２に読み替えればよい。

（光演算装置の第１の変形例）
光演算装置２の第１の変形例（以下、光演算装置２Ａと記載する）について、図１５を参照して説明する。図１５は、光演算装置２Ａの断面図である。

光演算装置２Ａにおける光演算装置２からの変更点は、少なくとも１つの演算領域Ａｎ’（ｎは１以上Ｎ－１以下の自然数の何れか）が、光変調素子２１の表面の法線に対して入射角θｎで入射した信号光Ｌｎを、当該法線に対して入射角θｎとは異なる反射角θｎ’で反射するように構成されている点である。

図１５に示した例においては、第１演算領域Ａ１’が、入射角θ１で入射した信号光Ｌ１を、入射角θ１よりも大きい反射角θ１’で反射するように構成されている。また、第２演算領域Ａ２’が、入射角θ２で入射した信号光Ｌ２を、入射角θ２よりも小さい反射角θ２’で反射するように構成されている。

第ｎ演算領域Ａｎ’が、入射角θｎで入射した信号光Ｌｎを入射角θｎよりも大きい反射角θｎ’で反射する場合、第ｎ演算領域Ａｎ’から第ｎ＋１演算領域Ａｎ＋１までの光学的距離を、相対的に大きくすることができる。逆に、第ｎ演算領域Ａｎ’が、入射角θｎで入射し信号光Ｌｎを入射角θｎよりも小さい反射角θｎ’で反射する場合、第ｎ演算領域Ａｎ’から第ｎ＋１演算領域Ａｎ＋１までの光学的距離を、相対的に小さくすることができる。すなわち、第ｎ演算領域Ａｎ’における反射角θｎ’を適宜設定することによって、第ｎ演算領域Ａｎ’から第ｎ＋１演算領域Ａｎ＋１までの光学的距離を自由に調整することができる。

（光演算装置の第２の変形例）
光演算装置２の第２の変形例（以下、光演算装置２Ｂと記載する）について、図１６を参照して説明する。図１６は、光演算装置２Ｂの断面図である。

光演算装置２Ｂにおける光演算装置２からの第１の変更点は、三角柱状のプリズム２６を備えている点である。光演算装置２Ｂにおける光演算装置２からの第２の変更点は、（１）第１光変調素子２１がプリズム２６の第１側面２６ａ（請求の範囲における「第１面」の一例）に対向するように配置され、（２）第２光変調素子２２がプリズム２６の第２側面２６ｂ（請求の範囲における「第２面」の一例）に対向するように配置されている点である。

プリズム２６の第３側面２６ｃは、（１）第１光変調素子２１の第ｋ演算領域Ａｋにて変調及び反射された信号光Ｌｋの一部を反射し、第２光変調素子２２の第ｋ演算領域Ａｋ’に導き、（２）第２光変調素子２２の第ｋ演算領域Ａｋ’にて変調及び反射された信号光Ｌｋ’の一部を反射し、第１光変調素子２１の第ｋ＋１演算領域Ａｋ＋１に導く。なお、プリズム２６の第３側面２６ｃは、第１光変調素子２１の第Ｎ演算領域ＡＮにて変調及び反射された第Ｎ信号光ＬＮの一部を反射する。プリズム２６の第３側面２６ｃにて反射された第Ｎ信号光ＬＮは、光吸収体２７に吸収されるようになっている。

光演算装置２Ｂにおける光演算装置２からの第３の変更点は、受光部２４が受光部２４ａに置き換えられている点である。受光部２４ａは、（１）第１光変調素子２１の第ｋ演算領域Ａｋにて変調及び反射され、プリズム２６の第３側面２６ｃを透過した信号光Ｌｋを検出し、（２）第２光変調素子２２の第ｋ演算領域Ａｋ’にて変調及び反射され、プリズム２６の第３側面２６ｃを透過した信号光Ｌｋ’を検出する。

これにより、光演算装置２Ｂによれば、第１光変調素子２１の第ｋ演算領域Ａｋにて変調及び反射された信号光Ｌｋ、及び、第２光変調素子２２の第ｋ演算領域Ａｋにて変調及び反射された信号光Ｌｋ’を、中間結果としてモニタすることができる。また、第１光変調素子２１の第Ｎ演算領域ＡＮにて変調及び反射された信号光ＬＮを、最終結果としてモニタすることができる。

なお、本変形例においては、プリズム２６として、直角二等辺三角形の底面を有するプリズムを用いている。このようなプリズム２６において、上述した第１側面２６ａ及び第２側面２６ｂは、互いに直交する２つの側面であり、上述した第３側面２６ｃは、これら２つの側面と鋭角的に交わる１つの側面である。

（光演算装置の第３の変形例）
光演算装置２の第３の変形例（以下、光演算装置２Ｃと記載する）について、図１７を参照して説明する。図１７は、光演算装置２Ｃの断面図である。

光演算装置２Ｃにおける光演算装置２Ｂからの第１の変更点は、第３光変調素子２８が追加されている点である。第３光変調素子２８は、変調量を独立に設定可能な複数のセルＣ”を含んでいる。本実施形態においては、マトリックス状に配置された複数のセルＣ”を含む基板を、第３光変調素子２８として用いている。セルＣ”は、位相変調機能又は強度変調機能を有する反射型の変調器である。セルＣ”は、サイズがマイクロメートルオーダー以下、すなわち、１０μｍ未満のマイクロセルである。各セルＣのサイズの下限は、特に限定されないが、例えば、１ｎｍである。セルＣ”の具体例については、参照する図面を代えて後述する。

第３光変調素子２８には、Ｎ－１個の演算領域Ａ１”，Ａ２”，…，ＡＮ－１”が設けられている。各演算領域Ａｋ”（ｋは１以上Ｎ－１以下の自然数の各々）は、第３光変調素子２８の主面上の領域であり、マトリックス状に配置された複数のセルＣ”により構成される。

光演算装置２Ｃにおける光演算装置２Ｂからの第２の変更点は、三角柱状のプリズム２６が四角柱状のプリズムに２９に置き換えられている点である。光演算装置２Ｃにおける光演算装置２Ｂからの第３の変更点は、（１）第１光変調素子２１がプリズム２９の第１側面２９ａ（請求の範囲における「第１面」の一例）に対向するように配置され、（２）第２光変調素子２２（請求の範囲における「一方の他の光変調素子」の一例）がプリズム２９の第２側面２９ｂ（請求の範囲における「第２面」の一例）に対向するように配置され、（３）第３光変調素子２８（請求の範囲における「他方の他の光変調素子」の一例）がプリズム２９の第３側面２９ｃ（請求の範囲における「第３面」の一例）に対向するように配置されている点である。

プリズム２９の第４側面２９ｄは、（１）第１光変調素子２１の第ｋ演算領域Ａ_ｋにて変調及び反射された信号光Ｌｋの一部を反射し、第２光変調素子２２の第、演算領域Ａ_ｋ’に導き、（２）第２光変調素子２２の第ｋ演算領域Ａ_ｋ’にて変調及び反射された信号光Ｌｋ’の一部を反射し、第３光変調素子２８の第ｋ演算領域Ａ_ｋ”に導き、（３）第３光変調素子２８の第ｋ演算領域Ａ_ｋ”にて変調及び反射された信号光Ｌｋ”の一部を反射し、第１光変調素子２１の第ｋ＋１演算領域Ａ_ｋ＋１に導く。なお、プリズム２９の第４側面２９ｄは、第１光変調素子２１の第Ｎ演算領域ＡＮにて変調及び反射された第Ｎ信号光ＬＮの一部を反射する。プリズム２９の第４側面２９ｄにて反射された第Ｎ信号光ＬＮは、光吸収体２７に吸収されるようになっている。

光演算装置２Ｃにおける光演算装置２Ｂからの第４の変更点は、受光部２４ａがプリズム２９の第４側面２９ｄ（請求の範囲における「第４面」の一例）に対向するように配置されている点である。受光部２４ａは、（１）第１光変調素子２１の第ｋ演算領域Ａ_ｋにて変調及び反射され、プリズム２９の第４側面２９ｄを透過した信号光Ｌｋを検出し、（２）第２光変調素子の第ｋ演算領域Ａ_ｋ’にて変調及び反射され、プリズム２９の第４側面２９ｄを透過した信号光Ｌｋ’を検出し、（３）第３光変調素子２８の第ｋ演算領域Ａ_ｋ”にて変調及び反射され、プリズム２９の第４側面２９ｄを透過した信号光Ｌｋ”を検出する。

これにより、光演算装置２Ｃによれば、第１光変調素子２１の第ｋ演算領域Ａｋにて変調及び反射された信号光Ｌｋ、第２光変調素子２２の第ｋ演算領域Ａｋにて変調及び反射された信号光Ｌｋ’、及び、第３光変調素子２８の第ｋ演算領域Ａｋ”にて変調及び反射された信号光Ｌｋ”を、中間結果としてモニタすることができる。また、第１光変調素子２１の第Ｎ演算領域ＡＮにて変調及び反射された信号光ＬＮを、最終結果としてモニタすることができる。

なお、本変形例においては、プリズム２９として、等脚台形の底面を有するプリズムを用いている。このようなプリズム２９において、上述した第２側面２９ｂ及び第４側面２９ｄは、互いに平行な２つの側面である。また、上述した第１側面２９ａ及び第３側面２９ｃは、第２側面２９ｂと鈍角的に交わり、第４側面２９ｄと鋭角的に交わる２つの側面である。

また、第１光変調素子２１の各演算領域Ａｋにおいては、信号光の入射角と反射角とが異なっている。これは、第１の実施形態の第４の変形例と同様、信号光の入射角と反射角とが異なるように演算領域Ａｋが設計されているためである。第２光変調素子２２の各演算領域Ａｋ’及び第３光変調素子２８の各演算領域Ａｋ”についても、同様のことが言える。

〔セルの第１の具体例及び第２の具体例〕
セルＣ，Ｃ’，Ｃ”の第１の具体例であるセルＣ１について、図１８及び図１９を参照して説明する。図１８は、セルＣ１の斜視図である。図１９の（ａ）は、セルＣ１の断面図である。図１９の（ｂ）は、偏光板Ｐ１１の平面図であって、偏光板Ｐ１１の透過軸Ａ１１の向きを示す平面図である。また、セルＣの第２の具体例であるセルＣ２について、図２０を参照して説明する。図２０の（ａ）は、セルＣ２の断面図である。図２０の（ｂ）は、偏光板Ｐ２１，Ｐ２２の平面図であって、偏光板Ｐ２１，Ｐ２２の透過軸Ａ２１，Ａ２２の向きを示す平面図である。

なお、詳しくは後述するように、セルＣ１及びセルＣ２の各々は、それぞれ、面内磁化型の磁化固定層Ｃ１５及び磁化固定層Ｃ２５を採用している。ただし、磁化固定層Ｃ１５と磁化固定層Ｃ２５とでは、同じ面内磁化型であっても磁化の方向が面内において直交している。この磁化固定層の構成以外については、セルＣ１とセルＣ２とは同様に構成されている。すなわち、セルＣ１のブロックＣ１３、スペーサ層Ｃ１４、磁化固定層Ｃ１５、電極Ｃ１６、及び、電極Ｃ１７の各々と、セルＣ２のブロックＣ２３、スペーサ層Ｃ２４、磁化固定層Ｃ２５、電極Ｃ２６、及び、電極Ｃ２７の各々とは、それぞれ、対応している。したがって、本具体例では、セルＣ１を用いてセルＣの具体例について説明し、セルＣ２については、磁化固定層Ｃ２５における磁化の方向と、それに起因するブロックＣ２３の磁化の勧誘方法について説明する。

なお、本具体例においては、セルＣ１に入射させる光Ｌ１１（図１９参照）及びセルＣ２に入射させる光Ｌ１２の各々として、波長が４００～８００ｎｍである可視光を採用している。ただし、光Ｌ１１，Ｌ１２の波長は、可視光に限定されるものではなく、紫外域及び近赤外域などからも適宜選択することができる。

（セルの構成）
セルＣ１は、図１８に示すように、基板Ｃ１２と、ブロックＣ１３と、スペーサ層Ｃ１４と、磁化固定層Ｃ１５と、電極Ｃ１６と、電極Ｃ１７と、を備えている。

なお、図１８及び図１９において、ブロックＣ１３の光学有効面Ｃ１３３の法線方向のうち、光学有効面Ｃ１３３からブロックＣ１３の外部へ向かう方向をｘ軸正方向としている。また、ブロックＣ１３の面Ｃ１３１及び面Ｃ１３２の法線方向であって、面Ｃ１３１から面１３２に向かう方向をｚ軸正方向としている。また、ｘ軸正方向とｚ軸正方向とともに右手系の直交座標系を構成する方向をｙ軸正方向としている。

図１９の（ａ）に示すように、セルＣ１において、光Ｌ１１は、光学有効面Ｃ１３３に対して垂直なｘ軸方向から入射角の分だけｚ軸正方向に傾いた方向から、光学有効面Ｃ１３３に入射する。なお、光Ｌ１１からみてブロックＣ１３の前段には偏光板Ｐ１１が設けられている。光学有効面Ｃ１３３に入射した光は、ブロックＣ１３の内部を基板Ｃ１２に向かう方向（およそｘ軸負方向）に伝搬し、ブロックＣ１３と基板Ｃ１２との界面において反射され、ブロックＣ１３の内部を光学有効面Ｃ１３３に向う方向（およそｘ軸正方向）に向かって伝搬し、光学有効面Ｃ１３３から光Ｌ１２として出射される。光Ｌ１２は、光学有効面Ｃ１３３に対して垂直なｘ軸方向から、入射角に対応した出射角の分だけｚ軸負方向に傾いた方向に向かって、光学有効面Ｃ１３３から出射される。なお、図１９の（ａ）においては、ブロックＣ１３の内部における光路の図示を省略している。第１の具体例において、入射角及び出射角は、１０°である。ただし、入射角及び出射角は、１０°に限定されず、適宜定めることができる。

（基板）
基板Ｃ１２は、ブロックＣ１３と接する主面（ｘ軸正方向側の主面）が光を正反射するように構成された板状部材である。基板Ｃ１２の材料は、特に限定されないが、少なくとも主面は、光を反射する材料により構成されている。主面は、光を正反射するために、平坦に構成されていることが好ましい。第１の具体例では、基板Ｃ１２として、主面にアルミニウムの薄膜が形成された石英ガラスを採用しているが、反射部材はアルミニウムに限定されず、アルミニウム以外の金属膜であってもよいし、誘電体多層膜であってもよい。また、基板Ｃ１２は、これに限定されず、主面が鏡面になるように仕上げられた金属製又は半導体製の板状部材であってもよい。基板Ｃ１２を構成する金属の例としては、アルミニウム及び銅が挙げられ、半導体の例としてはシリコンが挙げられる。

基板Ｃ１２のｘ軸正方向側の主面には、ブロックＣ１３の反射面Ｃ１３４が固定されている。本実施形態では、基板Ｃ１２とブロックＣ１３とを固定する固定部材として、樹脂を用いている。ただし、この固定部材は、これに限定されない。

（ブロック）
ブロックＣ１３は、光Ｌ１１に対して透光性を有する材料により構成されている。また、ブロックＣ１３は、磁性原子を含んでいる。ブロックＣ１３は、その磁化の状態が固定されていない。このためブロックＣ１３は、スピンの注入によって容易に磁化率を変化させられる材料により構成されていればよい。ブロックＣ１３を構成する材料としては、常磁性体や強磁性体などの種々の材料を用いることができる。より高い磁化率を達成するためには、室温（例えば２５℃）において強磁性を示すように構成することが好ましく、スピン分極率が比較的高い強磁性体が好適に用いられる。スピン分極率は例えば５０％以上であることが好ましい。本実施形態においては、ブロックＣ１３を構成する材料としてＣｏＦｅＢを採用している。しかし、これに限らず、ＣｏＦｅ、ＮｉＦｅ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ等も好適に用いることが出来る。また、単一組成から成るブロックである必要はなく、上述の微粒子を添加した絶縁体（例えばアルミナやガラス）も採用することができる。

なお、後述するように、磁化固定層Ｃ１５も強磁性（より詳しくは硬磁性）を示す材料により構成されている。ここで、ブロックＣ１３の保磁力は、磁化固定層Ｃ１５の保磁力よりも小さい。これにより、磁化固定層Ｃ１５における磁化Ｍ_１５の方向を固定したまま、ブロックＣ１３の磁化Ｍ_１３の方向を変化させることができる。磁化Ｍ_１３は、磁化Ｍ_１５と平行又は略平行な方向のうち、磁化Ｍ_１５と同じ向きと逆の向きをとり得る。

第１の具体例においてブロックＣ１３の材料として採用しているＣｏＦｅＢは、室温における保磁力及び残留磁化が、十分に小さい強磁性体（すなわち軟磁性体）の一例である。ブロックＣ１３の材料は、軟磁性体に限定されない。ただし、軟磁性体を用いてブロックＣ１３を構成することによって、偏極した電子の注入をやめた場合にブロックＣ１３に残留する残留磁化が室温における飽和磁化に対して十分に小さくなる。そのため、揮発性を有するブロックＣ１３を用いる場合、ブロックＣ１３の材料として、室温における残留磁化が、室温における飽和磁化に対して十分に小さい強磁性体を用いることが好ましい。ここで、室温における残留磁化が、室温における飽和磁化に対して十分に小さいとは、例えば、室温における飽和磁化に対して、室温における残留磁化が０％以上１０％未満であることを意味する。

この構成によれば、スピン偏極した電子をブロックＣ１３の内部に注入した場合、ブロックＣ１３に含まれる磁性原子間に磁気的な相互作用が生じ、磁化Ｍ_１３が生じる。また、スピン偏極した電子のブロックＣ１３への注入を停止した場合、ブロックＣ１３に含まれる磁性原子間に働いていた相互作用が消失し、磁化Ｍ_１３も消失する。したがって、この構成によれば、スピン偏極した電子の注入を用いて、揮発的に磁化Ｍ_１３を発生させたり消失させたりすることができる。その結果、セルＣ１は、ブロックＣ１３の内部を伝搬している光のうち、偏光面がｚｘ平面と平行な成分における位相の遅れ度合いを制御することができる。

なお、室温における残留磁化が、室温における飽和磁化に対して比較的大きい強磁性体（すなわち硬磁性体）をブロックＣ１３に用いてもよい。ここで、室温における残留磁化が、室温における飽和磁化に対して比較的大きいとは、例えば、室温における飽和磁化に対して、室温における残留磁化が９０％以上１００％以下であることを意味する。

この構成によれば、スピン偏極した電子の注入により生じた磁化Ｍ_１３は、スピン偏極した電子の注入を停止したあとに、消失せずに残る。したがって、この構成を採用した場合、スピン偏極した電子の注入を停止したあとにおいても、不揮発的に偏光面がｚｘ平面と平行な成分における位相を遅らせることができる。

なお、第１の具体例において、ブロックＣ１３を構成する材料における室温における飽和磁化に対する室温における残留磁化の割合は、０％以上１０％未満又は９０％以上１００％以下に限定されず、１０％以上９０％未満であってもよい。

また、ブロックＣ１３が常磁性を示す場合、磁化Ｍ_１３の向きは、さまざまな方向をとり得る。ただし、スピン偏極した電子がブロックＣ１３に注入された場合、マクロにみた場合の磁化Ｍ_１３は、磁化Ｍ_１５と平行又は略平行な方向であって、磁化Ｍ_１５と同じ向き又は逆の向きをとる。

ブロックＣ１３の形状は、直方体である。したがって、ブロックＣ１３の表面は、６つの面により構成されている。ただし、ブロックＣ１３の形状は、直方体に限定されず、直方体状であってもよい。また、後述するように、光学有効面Ｃ１３３及び反射面Ｃ１３４の形状は、長方形あるいは長方形状に限定されない。

ブロックＣ１３において、ｘｙ平面と平行な２つの平面であって、互いに対向する面を面Ｃ１３１，Ｃ１３２とする（図１８参照）。面Ｃ１３１，Ｃ１３２は、それぞれ、第１の面及び第２の面の一例である。また、ｙｚ平面と平行な２つの平面であって、互いに対向する面を光学有効面Ｃ１３３及び反射面Ｃ１３４とする。

ブロックＣ１３は、光学有効面Ｃ１３３及び反射面Ｃ１３４を一対の底面とした場合、柱状のマイクロセルともいえる。ここで、マイクロセルとは、セルサイズが１０μｍ未満のセルのことを指す。また、「セルサイズ」とは、光学有効面Ｃ１３３及び反射面Ｃ１３４の面積の平方根のことを指す。なお、光学有効面Ｃ１３３及び反射面Ｃ１３４の形状は、長方形あるいは長方形状であることが好ましい。なお、この形状は、少なくとも平行な一対の辺を含んでいることが好ましく、台形であってもよいし、平行四辺形であってもよい。

以下において、ブロックＣ１３を構成する各辺のうち、ｘ軸方向に沿った辺の長さ（ブロックＣ１３の厚み）を長さＬ１とし、ｙ軸方向に沿った辺の長さ（光学有効面Ｃ１３３及び反射面Ｃ１３４の一辺の長さ）を長さＬ２とし、ｚ軸方向に沿った辺の長さ（光学有効面Ｃ１３３及び反射面Ｃ１３４の他の一辺の長さ）を長さＬ３とする（図１８参照）。

第１の具体例において、長さＬ１は、およそ１μｍであり、長さＬ２及びＬ３は、およそ８００ｎｍである。ただし、長さＬ１，Ｌ２，Ｌ３は、これに限定されない。長さＬ２及びＬ３は、セルサイズが１０μｍ未満となる範囲内において適宜定めることができる。また、長さＬ１は、適宜定めることができる。また、ブロックＣ１３においては、その材料を適宜調整することによって、屈折率が所望の値になるように定められていてもよい。

第１の具体例において、光学有効面Ｃ１３３及び反射面Ｃ１３４は、何れも、平坦な面（すなわち平面）である。ただし、光学有効面Ｃ１３３及び反射面Ｃ１３４は、平面に限定されず、凹凸が設けられていてもよい。この凸凹の構造は、周期的な構造であってもよいし、ランダムな構造であってもよい。この凸凹の構造を適宜設計することによって、光学有効面Ｃ１３３及び反射面Ｃ１３４において生じ得る反射損失を低減することができる。

（スペーサ層）
スペーサ層Ｃ１４は、絶縁体により構成された層状部材である。スペーサ層Ｃ１４は、ブロックＣ１３と、後述する磁化固定層Ｃ１５との間に介在し、ブロックＣ１３と磁化固定層Ｃ１５とを絶縁する。スペーサ層Ｃ１４は、ブロックＣ１３及び磁化固定層Ｃ１５とともにトンネル接合を形成する。したがって、スペーサ層Ｃ１４は、電流がトンネル可能な範囲内において、その厚みを適宜定めることができる。スペーサ層Ｃ１４の典型的な厚みは、２ｎｍ以上３ｎｍ以下である。ただし、スペーサ層Ｃ１４の厚みは、これに限定されない。スペーサ層Ｃ１４は、良好なトンネル特性を示すために、ピンホールを含まず、且つ、厚みが均一な膜により構成されていることが好ましい。トンネル電流の担い手としてスピン偏極した電子を用いることにより、ブロックＣ１３の磁化をより低い電力でより高速にスイッチングすることができる。このように、セルＣ１は、トンネル接合を用いたスピン注入型の位相変調器である。

本実施形態では、スペーサ層Ｃ１４を構成する絶縁体として、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）を採用している。ただし、この絶縁体は、酸化アルミニウムに限定されない。この絶縁体としては、例えば、ＭＲＡＭ（Magnetoresistive Random Access Memory）のスペーサ層を構成する絶縁体を用いることができる。なお、セルＣ１においては、スペーサ層Ｃ１４を省略することもできる。

（磁化固定層）
磁化固定層Ｃ１５は、導電性を有する強磁性体により構成された層状部材である。本実施形態において、磁化固定層Ｃ１５は、面Ｃ１３１に対してスペーサ層Ｃ１４を介して間接に設けられている。ただし、磁化固定層Ｃ１５は、面１３１に対して直接に設けられていてもよい。

磁化固定層Ｃ１５を構成する強磁性体は、室温において強磁性を示す。磁化固定層Ｃ１５の保磁力は、ブロックＣ１３の保磁力よりも大きい。第１の具体例においては、磁化固定層Ｃ１５を構成する強磁性体として、ニッケルと鉄との合金であるパーマロイを採用している。ニッケルと鉄との組成比は、限定されないが、例えば、Ｎｉ_８１Ｆｅ_１９が挙げられる。また、この強磁性体は、パーマロイに限定されない。この強磁性体としては、例えば、酸化マグネシウムなど、ＭＲＡＭの磁化固定層を構成する強磁性体を用いることができる。

また、磁化固定層Ｃ１５厚みも限定されず、適宜定めることができる。

磁化固定層Ｃ１５は、磁化Ｍ_１５の方向に応じて、面直磁化型と、面内磁化型とに大別される。

面内磁化型の磁化固定層Ｃ１５においては、磁化Ｍ_１５の方向は、図１９に示すように、磁化固定層Ｃ１５の主面の面内方向のうち、光Ｌ１１の進行方向（ｘ軸方向）に対して略直交する。セルＣ１においては、面内磁化型であって、磁化Ｍ_１５の方向がｙ軸負方向である磁化固定層Ｃ１５を採用している。ブロックＣ１３の磁化Ｍ_１３の方向は、磁化Ｍ_１５の方向に対して平行になるため、磁化Ｍ_１３の方向もｙ軸方向に対して平行になる。

また、セルＣ１においては、入射光である光Ｌ１１の光路上に偏光板Ｐ１１を設けている。偏光板Ｐ１１の透過軸Ａ１１は、図１９の（ｂ）に示すように、ｙｚ平面内においてｚ軸方向に対して平行に配向している。したがって、偏光板Ｐ１１は、光Ｌ１１の成分のうち偏光方向がｚ軸と平行な直線偏光のみを透過させ、光学有効面Ｃ１３３に入射させる。

この構成によれば、磁化Ｍ_１３の方向（ｚ軸方向）は、光Ｌ１１の偏光方向（ｚ軸方向）と直交又は略直交する（図１９の（ａ）参照）。したがって、磁化Ｍ_１３との相互作用により光Ｌ１１には横カー効果が生じるため、セルＣ１は、ブロックＣ１３の内部をｘ軸方向と平行に伝搬する光Ｌ１１よりも位相を遅らせた光Ｌ１２を出射することができる。すなわち、セルＣ１は、光の位相を遅らせることができる。なお、ブロックＣ１３が光Ｌ１１の位相を遅らせる度合いは、ブロックＣ１３の内部に形成される磁場に依存する。したがって、この度合いは、磁化Ｍ_１５の大きさと、ブロックＣ１３へのスピン注入量に依存する。このように、セルＣ１は、入射光の位相を変調することができる。

同様に、セルＣ２においても面内磁化型の磁化固定層Ｃ２５を採用している。ただし、磁化固定層Ｃ２５においては、磁化Ｍ_２５の方向は、図２０の（ａ）に示すように、磁化固定層Ｃ２５の主面の面内方向のうち、光Ｌ２１の進行方向（ｘ軸方向）と略平行になる。セルＣ２において、磁化固定層Ｃ２５は、磁化Ｍ_２５の方向がｘ軸方向と平行になるように構成されている。ブロックＣ２３の磁化Ｍ_２３の方向は、磁化Ｍ_２５の方向に対して平行になるため、磁化Ｍ_２３の方向もｘ軸方向に対して平行になる。

この構成によれば、磁化Ｍ_２３の方向（ｘ軸方向）は、光Ｌ２１の進行方向（ｘ軸方向）と平行又は略平行になる（図２０の（ａ）参照）。したがって、磁化Ｍ_２３との相互作用により光Ｌ１１には極カー効果が生じるため、セルＣ２は、ブロックＣ１３の内部をｘ軸方向と平行に伝搬する光Ｌ１１の偏光軸を回転させることができる。図２０の（ａ）において、光学有効面Ｃ２３３から出射された光Ｌ２２の偏光軸を示す矢印の長さが光Ｌ２１の偏光軸を示す矢印の長さよりも短いのは、極カー効果により偏光軸が光軸回りに回転しており、ｚｘ平面に投影した場合に短くみえることを表す。したがって、セルＣ２は、偏光板Ｐ２２を透過したあとの光Ｌ２２の強度を減衰させることができる。極カー効果に起因する偏光軸の回転量は、ブロックＣ２３の内部に形成される磁場に依存する。したがって、セルＣ２により光の減衰量は、磁化Ｍ_２５の大きさと、ブロックＣ２３へのスピン注入量に依存する。このように、セルＣ２は、入射光の強度を変調することができる。すなわち、セルＣ２は、スピン注入型の強度変調器である。

（一対の電極）
一対の電極である電極Ｃ１６，Ｃ１７は、何れも、導体により構成された層状部材である。本実施形態においては、電極Ｃ１６，Ｃ１７を構成する導体として銅を採用している。ただし、この導体は、銅に限定されない。この導体は、高い導電率を有することが好ましい。この導体の例としては、銅以外に、銀及び金が挙げられる。

電極Ｃ１６は、面Ｃ１３１に対してスペーサ層Ｃ１４及び磁化固定層Ｃ１５を介して設けられている。したがって、面Ｃ１３１には、スペーサ層Ｃ１４、磁化固定層Ｃ１５、及び電極Ｃ１６がこの順番で積層されている。また、電極Ｃ１７は、面Ｃ１３２に対して直接設けられている。このように、電極Ｃ１６，Ｃ１７は、互いに対向するように設けられており、且つ、電極Ｃ１６、磁化固定層Ｃ１５、スペーサ層Ｃ１４、及び、電極Ｃ１７の順番で配置されている。電極Ｃ１６，Ｃ１７は、ブロックＣ１３、スペーサ層Ｃ１４、及び磁化固定層Ｃ１５を挟み込んでいるともいえる。電極Ｃ１６，Ｃ１７は、それぞれ、第１の電極及び第２の電極の一例である。

電極Ｃ１６，Ｃ１７には、それぞれ、電源の正極及び負極の何れかが接続されており、電極間に電圧を印加可能である。電極Ｃ１６，Ｃ１７を用いてブロックＣ１３にスピン偏極した電子を注入することによってブロックＣ１３は、磁化する。ブロックＣ１３は、光学有効面Ｃ１３３から反射面Ｃ１３４を経て再び光学有効面Ｃ１３３に向かって伝搬する光の光路として機能する。したがって、電極Ｃ１６，Ｃ１７は、ブロックＣ１３の内部を伝搬する光の光路上の少なくとも一部に磁場が生じるように、ブロックＣ１３に対してスピン偏極した電子を注入することができる。

〔セルの第３の具体例及び第４の具体例〕
セルＣの第３の具体例であるセルＣ３について、図２１及び図２２を参照して説明する。図２１は、セルＣ３の斜視図である。図２２の（ａ）は、偏光板Ｐ３１の平面図であって、偏光板Ｐ３１の透過軸Ａ３１の向きを示す平面図である。図２１の（ｂ）は、セルＣ３の断面図である。また、セルＣの第４の具体例であるセルＣ４について、図２３を参照して説明する。図２３の（ａ）は、偏光板Ｐ４１，Ｐ４２の平面図であって、偏光板Ｐ４１，Ｐ４２の透過軸Ａ４１，Ａ４２の向きを示す平面図である。図２３の（ｂ）は、セルＣ４の断面図である。

セルＣ３は、面内磁化型の磁化固定層Ｃ３５を採用しており、セルＣ４は、面直磁化型の磁化固定層Ｃ４５を採用している。この磁化固定層の構成以外については、セルＣ３とセルＣ４とは同様に構成されている。すなわち、セルＣ４のブロックＣ３３、スペーサ層Ｃ３４、磁化固定層Ｃ３５、電極Ｃ３６、及び、電極Ｃ３７の各々と、セルＣ４のブロックＣ４３、スペーサ層Ｃ４４、磁化固定層Ｃ４５、電極Ｃ４６、及び、電極Ｃ４７の各々とは、それぞれ、対応している。したがって、本具体例では、セルＣ３を用いてセルＣの具体例について説明し、面直磁化型の磁化固定層Ｃ４５を採用している点についてのみセルＣ４を用いて説明する。

なお、図２１、図２２、及び図２３に図示している直交座標系は、図１８及び図１９に図示している直交座標系と同様に定められている。

（セルの構成）
セルＣ３は、図２１に示すように、基板Ｃ３２と、ブロックＣ３３と、スペーサ層Ｃ３４と、磁化固定層Ｃ３５と、電極Ｃ３６と、電極Ｃ３７と、を備えている。基板Ｃ３２、ブロックＣ３３、スペーサ層Ｃ３４、磁化固定層Ｃ３５、電極Ｃ３６、及び、電極Ｃ３７の各々は、それぞれ、セルＣ１の基板Ｃ１２、ブロックＣ１３、スペーサ層Ｃ１４、磁化固定層Ｃ１５、電極Ｃ１６、及び、電極Ｃ１７に対応している。ただし、セルＣ３においては、光Ｌ３１が磁化固定層Ｃ３５の主面と平行な光学有効面Ｃ３７１に入射する。したがって、セルＣ３は、面内磁化型の磁化固定層Ｃ３５であって、磁化Ｍ_３５の方向が磁化固定層Ｃ３５の主面の面内方向のうち、光Ｌ３１の進行方向（ｚ軸負方向）に対して略直交し、且つ、光Ｌ３１の偏光方向（ｘ軸方向）に対しても略直交する磁化固定層Ｃ３５を備えている。このように、磁化固定層Ｃ３５は、光Ｌ３１が入射する方向を除けばセルＣ１の磁化固定層Ｃ１５と同様に構成されている。光が入射する方向、換言すれば、光学有効面の法線方向がどの方向を向いているかについて、以下に説明する。

セルＣ１及びセルＣ２においては、セルＣ１を例にすれば、基板Ｃ１２の主面に対して反射面Ｃ１３４が固定されている（図１８参照）。電極Ｃ１６、磁化固定層Ｃ１５、スペーサ層Ｃ１４、ブロックＣ１３、及び、電極Ｃ１７がこの順番で積層されている積層方向は、基板Ｃ１２の主面の面内方向に沿っている。そのうえで、反射面Ｃ１３４に対向する光学有効面Ｃ１３３を介して光が入射され、且つ、出射される。図１８に示すように、光学有効面Ｃ１３３は、ｙｚ平面と平行になるように配置されている。

一方、セルＣ３及びセルＣ４においては、セルＣ３を例にすれば、基板Ｃ３２の主面に対して電極Ｃ３６が固定されている（図２１参照）。電極Ｃ３６、磁化固定層Ｃ３５、スペーサ層Ｃ３４、ブロックＣ３３、及び、電極Ｃ３７がこの順番で基板Ｃ３２の主面上に積層されている。すなわち、その積層方向は、基板Ｃ３２の主面の法線方向に沿っている。そのうえで、セルＣ３及びセルＣ４においては、電極Ｃ３７のｚ軸正方向側の主面である光学有効面Ｃ３７１を介して光が入射され、且つ、出射される。図２１に示すように、光学有効面Ｃ３７１は、ｘｙ平面と平行になるように配置されている。

したがって、セルＣ３及びセルＣ４においては、光を透過させるために、電極Ｃ３７，Ｃ４７を構成する材料として導電性と透光性とを併せ持つ材料を採用している。導電性と透光性とを併せ持つ材料により構成された膜は、透明導電膜と呼ばれる。本具体例では、酸化インジウムスズ（Indium Tin Oxide, ITO）製の透明導電膜を電極Ｃ３７，Ｃ４７として採用している。なお、電極Ｃ３７，Ｃ４７を構成する材料は、導電性と透光性とを併せ持っていればよく、ＩＴＯに限定されない。

以上のように、セルＣ３及びセルＣ４は、セルＣ１及びセルＣ２と比較して、電極Ｃ３７，Ｃ４７として透明導電膜を採用しており、光学有効面Ｃ３７１，Ｃ４７１を介して光を入射及び出射する構成が異なる。また、セルＣ４は、セルＣ２の磁化固定層Ｃ２５とは異なり、面直磁化型の磁化固定層Ｃ４５を用いている。これらの構成を除けば、セルＣ３及びセルＣ４は、セルＣ１及びセルＣ２と同様である。

なお、磁化固定層の磁化方向に着目した場合、セルＣ３の磁化固定層Ｃ３５は、面内磁化型であり、且つ、光Ｌ３１の偏光方向と磁化Ｍ_３５の方向とが略直交しているので、セルＣ３は、セルＣ１に対応している。したがって、磁化Ｍ_３３との相互作用により光Ｌ３１には横カー効果が生じる。また、セルＣ４の磁化固定層Ｃ４５は、面直磁化型なので、磁化固定層Ｃ１５，Ｃ２５の何れとも異なる。面直磁化型の磁化固定層Ｃ４５においては、磁化Ｍ_４５の方向は、図２３に示すように、磁化固定層Ｃ４５の主面の法線方向（ｚ軸方向）に対して平行になる。すなわち、磁化Ｍ_４５の方向（ｚ軸方向）は、光Ｌ４１の進行方向に対して略平行になるため、磁化Ｍ_２３との相互作用により光Ｌ４１には極カー効果が生じる。

一方、セルＣ３及びセルＣ４の機能に着目した場合、セルＣ３は、横カー効果に起因して光の位相を変調することができる。したがって、セルＣ３は、セルＣ１に対応している。また、セルＣ４は、極カー効果に起因して偏光軸を回転させることができ、結果として光の強度を変調することができる。したがって、セルＣ４は、セルＣ２に対応している。

以下においては、セルＣ３及びセルＣ４の各々を用いて、位相変調する場合及び強度変調する場合の各々について簡単に説明する。

（位相変調）
図２２の（ｂ）に示すように、セルＣ３において、光Ｌ３１は、光学有効面Ｃ３７１に対して垂直なｚ軸方向から入射角の分だけｘ軸負方向に傾いた方向から、光学有効面Ｃ３７１に入射する。なお、光Ｌ３１からみてセルＣ３の前段には偏光板Ｐ３１が設けられている。光学有効面Ｃ３７１に入射した光は、ブロックＣ３３の内部をスペーサ層Ｃ３４に向かう方向（およそｚ軸負方向）に向かって伝搬し、ブロックＣ３３とスペーサ層Ｃ３４との界面において反射され、ブロックＣ３３の内部を光学有効面Ｃ３７１に向かう方向（およそｚ軸正方向）に向かって伝搬し、光学有効面Ｃ３７１から光Ｌ３２として出射される。光Ｌ３２は、光学有効面Ｃ３７１に対して垂直なｚ軸方向から、入射角に対応した出射角の分だけｘ軸負方向に傾いた方向に向かって、光学有効面Ｃ３７１から出射される。なお、図２２の（ｂ）においては、ブロックＣ３３の内部における光路の図示を省略している。第３の具体例において、入射角及び出射角は、１０°である。ただし、入射角及び出射角は、１０°に限定されず、適宜定めることができる。

セルＣ３を用いて光Ｌ３１の位相を変調する場合、セルＣ１を用いて光Ｌ１１の位相を変調する場合と同様に、入射光である光Ｌ３１の光路上に偏光板Ｐ３１を設ける。偏光板Ｐ３１の透過軸Ａ３１は、図２２の（ａ）に示すように、ｘｙ平面内においてｘ軸方向に対して平行に配向している。したがって、偏光板Ｐ３１は、光Ｌ３１の成分のうち偏光方向がｘ軸と平行な直線偏光のみを透過させ、光学有効面Ｃ３７１に入射させる。

このように構成されたセルＣ３においては、セルＣ１と同様に、磁化Ｍ_３３の方向（ｙ軸方向）と、光Ｌ３１の偏光方向（ｘ軸方向）とが直交又は略直交する（図２２の（ｂ）参照）。そのため、セルＣ３においては、磁化Ｍ_３３との相互作用により光Ｌ３１には横カー効果が生じるため、セルＣ３は、光Ｌ３１の位相を変調することができる。すなわち、セルＣ３は、スピン注入型の移相変調器である。

（強度変調）
セルＣ４においては、入射光である光Ｌ４１の光路上に偏光板Ｐ４１を設けるとともに、出射光である光Ｌ４２の光路上に偏光板Ｐ４２を設けている。偏光板Ｐ４１の透過軸Ａ４１、及び、偏光板Ｐ４２の透過軸Ａ４２は、図２０の（ａ）に示すように、ｘｙ平面内においてｘ軸方向に対して平行に配向している。したがって、偏光板Ｐ４１は、光Ｌ４１の成分のうち偏光方向がｘ軸と平行な直線偏光のみを透過させ、光学有効面Ｃ４７１に入射させる。同様に、偏光板Ｐ４１は、光学有効面Ｃ４７１から出射した光Ｌ４２の成分のうち、偏光方向がｘ軸と平行な直線偏光のみを透過させる。

このように構成されたセルＣ４においては、セルＣ２と同様に、磁化Ｍ_４３の方向（ｚ軸方向）と、光Ｌ４１の偏光方向（ｘ軸方向）とが略直交する（図２３の（ｂ）参照）。換言すれば、磁化Ｍ_４５の方向（ｚ軸方向）は、光Ｌ４１の進行方向に対して略平行になるため、磁化Ｍ_４３との相互作用により光Ｌ４１には極カー効果が生じ、入射光の強度を変調することができる。すなわち、セルＣ４は、スピン注入型の強度変調器である。

〔セルの第５の具体例及び第６の具体例〕
セルＣ，Ｃ’，Ｃ”の第５の具体例であるセルＣ５について、図２４を参照して説明する。図２４の（ａ）及び（ｂ）は、セルＣ５の断面図である。図２４の（ｃ）及び（ｄ）は、セルＣ５の平面図である。図２４の（ｅ）及び（ｆ）は、偏光板Ｐ５１の平面図であって、偏光板Ｐ５１の透過軸Ａ５１の向きを示す平面図である。また、セルＣの第６の具体例であるセルＣ６について、図２５を参照して説明する。図２５の（ａ）及び（ｂ）は、セルＣ６の断面図である。図２５の（ｃ）及び（ｄ）は、セルＣ６の平面図である。図２５の（ｅ）及び（ｆ）は、偏光板Ｐ６１，Ｐ６２の平面図であって、偏光板Ｐ６１，Ｐ６２の透過軸Ａ６１，Ａ６２の向きを示す平面図である。なお、図２５の（ｅ）及び（ｆ）には、光学有効面Ｃ５７１から出射され、且つ、偏光板Ｐ６２を透過する前の光Ｌ６２の偏光の様子を模式的に示している。

（セルの構成）
セルＣ５は、図２４に図示を省略しているシリコン製の基板と、液晶層Ｃ５３と、電極Ｃ５６と、電極Ｃ５７と、を備えているＬＣＯＳ（Liquid Crystal On Silicon）である。基板の一方の主面の上には、電極Ｃ５６、液晶層Ｃ５３、及び、電極Ｃ５７がこの順番で積層されている。図２４においては、基板上に積層された電極Ｃ５６、液晶層Ｃ５３、及び、電極Ｃ５７のみを図示している。

電極Ｃ５６は、セルＣ１の電極Ｃ１６と同様に、導体により構成された層状部材である。電極Ｃ５６は、ＬＣＯＳの下部電極として機能する。

電極Ｃ５７は、セルＣ３の電極Ｃ３７と同様に、透明導電膜により構成されている。セルＣ５においては、電極Ｃ５７のｚ軸正方向側の主面である光学有効面Ｃ５７１を介して光が入射され、且つ、出射される。

液晶層Ｃ５３は、図２４の（ａ）～（ｄ）に示すように、複数の液晶分子Ｃ５３Ｌを含んでいる。液晶層Ｃ５３は、電極Ｃ５６と電極Ｃ５７とに挟み込まれているため、電極Ｃ５６及び電極Ｃ５７を用いて印加する電界を制御することができる。セルＣ５においては、液晶層Ｃ５３に印加する電界を制御することによって、液晶分子Ｃ５３Ｌの配向方向を制御することができる。

なお、図２４に示すセルＣ５と、図２５に示すセルＣ６とは、その用途及び使用方法が異なるだけで同一の構造を有する。すなわち、セルＣ６の液晶層Ｃ６３、電極Ｃ６６、及び、電極Ｃ５７の各々は、それぞれ、セルＣ５の液晶層Ｃ５３、電極Ｃ５６、及び、電極Ｃ５７と同一の構造を有する。

（位相変調）
図２４の（ａ）及び（ｃ）には、液晶分子Ｃ５３Ｌがｘ軸方向と平行に配向した第１の状態を示す。一方、図２４の（ｂ）及び（ｄ）には、液晶分子Ｃ５３Ｌがｘ軸方向から時計回り方向へ４５°程度傾いて配向した第２の状態を示す。

図２４の（ａ）及び（ｂ）に示すように、セルＣ５において、光Ｌ５１は、光学有効面Ｃ５７１に対して垂直なｚ軸方向から入射角の分だけｘ軸負方向に傾いた方向から、光学有効面Ｃ５７１に入射する。なお、光Ｌ５１からみてセルＣ５の前段には偏光板Ｐ５１が設けられている。光学有効面５７１に入射した光は、液晶層Ｃ５３の内部を電極Ｃ５６に向かう方向（およそｚ軸負方向）に向かって伝搬し、液晶層Ｃ５３と電極Ｃ５６との界面において反射され、液晶層Ｃ５３の内部を光学有効面Ｃ５７１に向かう方向（およそｚ軸正方向）に向かって伝搬し、光学有効面Ｃ５７１から光Ｌ５２として出射される。光Ｌ５２は、光学有効面Ｃ５７１に対して垂直なｚ軸方向から、入射角に対応した出射角の分だけｘ軸負方向に傾いた方向に向かって、光学有効面Ｃ５７１から出射される。なお、図２４の（ｂ）においては、液晶層Ｃ５３の内部における光路の図示を省略している。第５の具体例において、入射角及び出射角は、１０°である。ただし、入射角及び出射角は、１０°に限定されず、適宜定めることができる。

セルＣ５を用いて光Ｌ５１の位相を変調する場合、セルＣ１を用いて光Ｌ１１の位相を変調する場合と同様に、入射光である光Ｌ５１の光路上に偏光板Ｐ５１を設ける。偏光板Ｐ５１の透過軸Ａ５１は、図２４の（ｅ）及び（ｆ）に示すように、ｘｙ平面内においてｘ軸方向に対して平行に配向している。したがって、偏光板Ｐ５１は、光Ｌ５１の成分のうち偏光方向がｘ軸と平行な直線偏光のみを透過させ、光学有効面Ｃ５７１に入射させる。

図２４の（ａ）及び（ｃ）に示した第１の状態においては、液晶層Ｃ５３の内部を伝搬する光の偏光方向と、液晶分子Ｃ５３Ｌの配向方向とがおよそ一致しているため、光の位相は、液晶分子Ｃ５３Ｌの影響をほとんど受けない。

一方、図２４の（ｂ）及び（ｄ）に示した第２の状態においては、液晶層Ｃ５３の内部を伝搬する光の偏光方向に対して液晶分子Ｃ５３Ｌの配向方向が傾いているので、光の位相は、液晶分子Ｃ５３Ｌの影響を受けることにより遅れる。

このように構成されたセルＣ５においては、液晶層Ｃ５３の内部を伝搬する光の偏光方向と、液晶分子Ｃ５３Ｌの配向方向とがなす角の大きさを制御することによって、光の位相における位相の遅れ具合を制御することができる。すなわち、セルＣ５は、光Ｌ５１の位相を変調することができるので、ＬＣＯＳ型の移相変調器である。

（強度変調）
セルＣ６においては、入射光である光Ｌ６１の光路上に偏光板Ｐ６１を設けるとともに、出射光である光Ｌ６２の光路上に偏光板Ｐ６２を設けている。偏光板Ｐ６１の透過軸Ａ６１は、図２５の（ｅ），（ｆ）に示すように、ｘｙ平面内においてｘ軸方向から反時計回り方向に４５°回転した方向に配向している。一方、偏光板Ｐ６２の透過軸Ａ６２は、図２５の（ｅ），（ｆ）に示すように、ｘｙ平面内においてｘ軸方向から時計回り方向に４５°回転した方向に配向している。

偏光板Ｐ６１を透過した光Ｌ６１が、第１の状態である液晶層Ｃ６３の内部を伝搬することによって、図２５の（ｅ）に示すように、光は、直線偏光から楕円偏光に変化する。ここで、楕円偏光の長軸が偏光板Ｐ６１の透過軸Ａ６１に平行であり、楕円偏光の短軸が偏光板Ｐ６２の透過軸Ａ６２に平行であるとする。この場合、偏光板Ｐ６２を透過できる光の成分は、透過軸Ａ６２に平行な短軸の成分である。そのため、セルＣ６は、液晶分子Ｃ６３Ｌが第１の状態である場合、偏光板Ｐ６２から出射される光Ｌ６２の強度を大きく減衰させることができる。

一方、偏光板Ｐ６１を透過した光Ｌ６１が、第２の状態である液晶層Ｃ６３の内部を伝搬することによって、図２５の（ｆ）に示すように、光は、直線偏光から楕円偏光に変化する。ここで、楕円偏光の長軸が偏光板Ｐ６１の透過軸Ａ６１に平行であり、楕円偏光の短軸が偏光板Ｐ６２の透過軸Ａ６２に平行であるとする。この場合、偏光板Ｐ６２を透過できる光の成分は、透過軸Ａ６２に平行な短軸の成分である。第１の状態である液晶層Ｃ６３の内部を光が伝搬した場合と比較して、楕円偏光の偏光方向が９０°回転しており、楕円偏光の長軸が偏光板Ｐ６２の透過軸Ａ６２に平行であるとする。そのため、セルＣ６は、液晶分子Ｃ６３Ｌが第２の状態である場合、偏光板Ｐ６２から出射される光Ｌ６２の強度をほとんど減衰させない。

このように構成されたセルＣ６においては、液晶層Ｃ６３の内部を伝搬することによって生成される楕円偏光における偏光方向を制御することによって、光Ｌ６１の強度を変調することができるので、ＬＣＯＳ型の強度変調器である。

〔セルの更なるの具体例〕
セルＣ，Ｃ’，Ｃ”の更なる具体例としては、デジタルマイクロミラーデバイス（Digital Micromiror Device, DMD）を用いたＤＭＤ型の強度変調器が挙げられる。ＤＭＤは、マイクロミラーの傾きを２つの状態に切り替えることができるので、所定の出射方向に着目した場合に、光の強度を変調することができる。

〔まとめ〕
本発明の態様１に係る光演算装置は、変調量を独立に設定可能な複数のセルを含む光変調素子と反射体とを備えており、前記光変調素子には、Ｎ個（Ｎは２以上の自然数）の演算領域Ａ１，Ａ２，…，ＡＮが設定されており、演算領域Ａ１は、入射光を変調及び反射することによって光演算を行い、演算領域Ａ１以外の各演算領域Ａｉ（ｉは２以上Ｎ以下の自然数の各々）は、演算領域Ａｉ－１にて変調及び反射された後、前記反射体にて反射された信号光を変調及び反射することによって光演算を行う。

本発明の態様２に係る光演算装置においては、態様１の構成に加えて、少なくとも１つの演算領域Ａｎ（ｎは１以上Ｎ以下の自然数の何れか）にて変調及び反射された信号光に応じて、前記光変調素子に含まれるセルにおける変調量を制御する制御部を更に備えている、という構成が採用されている。

本発明の態様３に係る光演算装置においては、態様１又は２の構成に加えて、前記光変調素子と前記反射体との間に配置された媒質であって、空気よりも屈折率の高い又は低い媒質を更に備えている、という構成が採用されている。

本発明の態様４に係る光演算装置においては、態様１又は２の構成に加えて、前記光変調素子と前記反射体との間に配置された媒質であって、各演算領域Ａｉにて変調及び反射された信号光が通過する領域の屈折率が、演算領域Ａｉ－１にて変調及び反射された信号光が通過する領域の屈折率よりも高い又は低い媒質を更に備えている、という構成が採用されている。

本発明の態様５に係る光演算装置においては、態様１又は２の構成に加えて、前記反射体は、各演算領域Ａｉにて変調及び反射された信号光が通過する領域における前記反射体から前記光変調素子までの距離が、演算領域Ａｉ－１にて変調及び反射された信号光が通過する領域における前記反射体から前記光変調素子までの距離よりも大きく又は小さくなるように配置されている、という構成が採用されている。

本発明の態様６に係る光演算装置においては、態様１又は２の構成に加えて、少なくとも１つの演算領域Ａｎ（ｎは１以上Ｎ以下の自然数の何れか）は、当該演算領域Ａｎに入射する入射光又は信号光を、前記光変調素子の表面の法線に対する入射角と反射角とが異なるように、又は、前記法線及び入射光軸を含む入射平面と前記法線及び反射光軸を含む反射平面とが異なるように反射する、という構成が採用されている。

本発明の態様７に係る光演算装置においては、態様１～６の何れかの構成に加えて、前記入射光は、入力信号により変調された信号光である、という構成が採用されている。

本発明の態様８に係る光演算装置においては、態様１～６の何れかの構成に加えて、前記入射光は、入力信号により変調されていない搬送光であり、演算領域Ａ１は、前記搬送光を入力信号により変調することによって、信号光を生成する光演算を行う、という構成が採用されている。

本発明の態様９に係る光演算装置においては、態様１～８の何れかの構成に加えて、前記入射光を波長に応じて分波する分波器を更に備えており、各演算領域Ａｊ（ｊは１以上Ｎ以下の自然数の各々）は、異なる波長の信号光を変調及び反射する小領域に分割されている、という構成が採用されている。

本発明の態様１０に係る光演算装置においては、態様９の構成に加えて、前記分波器は、前記光変調素子上に形成された回折格子である、という構成が採用されている。

本発明の態様１１に係る光演算装置においては、態様９又は１０の構成に加えて、演算領域ＡＮを構成する各小領域にて変調及び反射された異なる波長の信号光を合波する合波器を更に備えている、という構成が採用されている。

本発明の態様１２に係る光演算装置においては、態様１１の構成に加えて、前記合波器は、前記光変調素子上に形成された回折格子である、という構成が採用されている。

本発明の態様１３に係る光演算装置においては、態様１～１２の何れかの構成に加えて、前記光変調素子と前記反射体との距離が可変である、という構成が採用されている。

本発明の態様１４に係る光演算装置においては、態様１～１３の何れかの構成に加えて、少なくとも１つの演算領域Ａｎ（ｎは１以上Ｎ以下の自然数の何れか）は、入射光又は信号光のうち、特定の偏光方向を有する偏光成分を選択的に透過する偏光フィルタに覆われている、という構成が採用されている。

本発明の態様１５に係る光演算装置においては、態様１～１４の何れかの構成に加えて、少なくとも１組の演算領域Ａｍ，Ａｍ＋１（ｍは１以上Ｎ－１以下の自然数の何れか）について、演算領域Ａｍにて変調及び反射された信号光が演算領域Ａｍ＋１を構成するセル以外のセルに入射することを妨げる光吸収体を更に備えている、という構成が採用されている。

本発明の態様１６に係る光演算装置においては、態様１～１５の何れかの構成に加えて、前記反射体は、演算領域ＡＮ以外の各演算領域Ａｋ（ｋは１以上Ｎ－１以下の自然数の各々）にて変調及び反射された信号光を、変調せずに反射するミラーである、という構成が採用されている。

本発明の態様１７に係る光演算装置においては、態様１６に係る構成に加えて、演算領域ＡＮにて変調及び反射された信号光を検出する受光部を更に備えている、という構成が採用されている。

本発明の態様１８に係る光演算装置においては、態様１７の構成に加えて、前記ミラーは、少なくとも１つの演算領域Ａｍ（ｍは１以上Ｎ－１以下の自然数の何れか）にて変調及び反射された信号光の一部を透過するハーフミラーであり、前記受光部は、演算領域Ａｍにて変調及び反射され、前記ハーフミラーを透過した信号光を更に検出するか、又は、当該光演算装置は、演算領域Ａｍにて変調及び反射され、前記ハーフミラーを透過した信号光を検出する他の受光部を更に備えている、という構成が採用されている。

本発明の態様１９に係る光演算装置においては、態様１～１５の何れかの構成に加えて、前記反射体は、変調量を互いに独立に設定可能な複数のセルを含む他の光変調素子であり、前記他の光変調素子には、Ｎ－１個の演算領域Ａ１’，Ａ２’，…，ＡＮ－１’が設定されており、前記他の光変調素子の各演算領域Ａｋ’（ｋは１以上Ｎ－１以下の自然数の各々）は、前記光変調素子の演算領域Ａｋにて変調及び反射された信号光を変調及び反射することによって、光演算を行う、という構成が採用されている。

本発明の態様２０に係る光演算装置においては、態様１９の構成に加えて、プリズムと受光部とを更に備え、前記光変調素子は、前記プリズムの第１面に対向するように配置されており、前記他の光変調素子は、前記プリズムの第２面に対向するように配置されており、前記プリズムの第３面は、（１）前記光変調素子の各演算領域Ａｋにて変調及び反射された信号光の一部を反射し、前記他の光変調素子の演算領域Ａｋ’に導き、（２）前記他の光変調素子の各演算領域Ａｋ’にて変調及び反射された信号光の一部を反射し、前記光変調素子の演算領域Ａｋ＋１に導き、前記受光部は、前記光変調素子の各演算領域Ａｋにて変調及び反射され、前記第３面を透過した信号光、及び、前記他の光変調素子の各演算領域Ａｋ’にて変調及び反射され、前記第３面を透過した信号を検出する、という構成が採用されている。

本発明の態様２１に係る光演算装置においては、態様１～１５の何れかの構成に加えて、前記反射体は、変調量を互いに独立に設定可能な複数のセルを含む２つの他の光変調素子であり、一方の他の光変調素子には、Ｎ－１個の演算領域Ａ１’，Ａ２’，…，ＡＮ－１’が設定されており、前記一方の他の光変調素子の各演算領域Ａｋ’（ｋは１以上Ｎ－１以下の自然数の各々）は、前記光変調素子の演算領域Ａｋにて変調及び反射された信号光を変調及び反射することによって、光演算を行い、他方の他の光変調素子には、Ｎ－１個の演算領域Ａ１”，Ａ２”，…，ＡＮ－１”が設定されており、前記他方の他の光変調素子の各演算領域Ａｋ”は、前記一方の他の光変調素子の演算領域Ａｋ’にて変調及び反射された信号光を変調及び反射することによって、光演算を行う、という構成が採用されている。

本発明の態様２２に係る光演算装置においては、態様２１の構成に加えて、プリズムと受光部とを更に備え、前記光変調素子は、前記プリズムの第１面に対向するように配置されており、前記一方の他の光変調素子は、前記プリズムの第２面に対向するように配置されており、前記他方の他の光変調素子は、前記プリズムの第３面に対向するように配置されており、前記プリズムの第４面は、（１）前記光変調素子の各演算領域Ａｋにて変調及び反射された信号光の一部を反射し、前記一方の他の光変調素子の演算領域Ａｋ’に導き、（２）前記一方の他の光変調素子の各演算領域Ａｋ’にて変調及び反射された信号光の一部を反射し、前記他方の他の光変調素子の演算領域Ａｋ”に導き、（３）前記他方の光変調素子の各演算領域Ａｋ”にて変調及び反射された信号光の一部を反射し、前記光変調素子の演算領域Ａｋ＋１に導き、前記光検出器は、前記光変調素子の各演算領域Ａｋにて変調及び反射され、前記第４面を透過した信号光、前記一方の他の光変調素子の各演算領域Ａｋ’にて変調及び反射され、前記第４面を透過した信号光、及び、前記他方の他の光変調素子の各演算領域Ａｋ”にて変調及び反射され、前記第４面を透過した信号光を検出する、という構成が採用されている。

本発明の態様２３に係る光演算装置においては、態様１９～２２の何れかの構成に加えて、前記他の光変調素子の少なくとも１つの演算領域Ａｎ’（ｎは１以上Ｎ以下の自然数の何れか）を構成する各セルは、当該演算領域Ａｎ’に入射する信号光を、前記光変調素子の表面の法線に対する入射角と反射角とが異なるように、又は、前記法線及び入射光軸を含む入射平面と前記法線及び反射光軸を含む反射平面とが異なるように反射する、という構成が採用されている。

本発明の態様２４に係る光演算装置においては、態様１～２３の何れかの構成に加えて、前記複数のセルの各々は、スピン注入型位相変調器、又は、スピン注入型強度変調器である、という構成が採用されている。

本発明の態様２５に係る光演算装置においては、態様１～２３の何れかの構成に加えて、前記複数のセルの各々は、ＬＣＯＳ型位相変調器、又は、ＬＣＯＳ型強度変調器である、という構成が採用されている。

本発明の態様２６に係る光演算装置においては、態様１～２３の何れかの構成に加えて、前記複数のセルの各々は、ＤＭＤ型強度変調器である、という構成が採用されている。

本発明の態様２７に係る光演算方法は、変調量を独立に設定可能な複数のセルを含み、Ｎ個（Ｎは２以上の自然数）の演算領域Ａ１，Ａ２，…，ＡＮが設定された光変調素子を用いた光演算方法であって、入射光を、演算領域Ａ１を用いて変調及び反射することによって光演算を行う工程と、演算領域Ａｉ－１にて変調及び反射された後、反射体にて反射された信号光を、演算領域Ａ１以外の各演算領域Ａｉ（ｉは２以上Ｎ以下の自然数の各々）を用いて変調及び反射することによって光演算を行う工程と、を含んでいる。

〔付記事項〕
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、上述した実施形態に開示された各技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

１ 光演算装置
１１ 光変調素子
１２ ミラー
１２ａ ハーフミラー
１３ 発光部
１４ 受光部
１５ 制御部
１６ 媒質
１７ 分波器
１８ 合波器
１９ 偏光フィルタ
２ 光演算装置
２１ 第１光変調素子
２２ 第２光変調素子
２３ 発光部
２４ 受光部
２５ 制御部
２６ プリズム
２７ 光吸収体
２８ 第３光変調素子
２９ プリズム
Ａ１，Ａ２，…，ＡＮ 演算領域
Ａ１’，Ａ２’，…，ＡＮ－１’ 演算領域
Ａ１”，Ａ２”，…，ＡＮ－１” 演算領域
Ｌ１，Ｌ２，…，ＬＮ 信号光
Ｌ１’，Ｌ２’，…，ＬＮ’ 信号光
Ｌ１”，Ｌ２”，…，ＬＮ” 信号光

Claims (9)

1. 変調量を独立に設定可能な複数のセルを含む光変調素子と反射体とを備え、
   前記光変調素子には、Ｎ個（Ｎは２以上の自然数）の演算領域Ａ１，Ａ２，…，ＡＮが、前記光変調素子に対して固定されるように、設定されており、
   演算領域Ａ１は、入射光を変調及び反射することによって光演算を行い、
   演算領域Ａ１以外の各演算領域Ａｉ（ｉは２以上Ｎ以下の自然数の各々）は、演算領域Ａｉ－１にて変調及び反射された後、前記反射体にて反射された信号光を変調及び反射することによって光演算を行い、
   前記反射体は、変調量を互いに独立に設定可能な複数のセルを含む他の光変調素子であり、
   前記他の光変調素子には、Ｎ－１個の演算領域Ａ１’，Ａ２’，…，ＡＮ－１’が、前記反射体に対して固定されるように、設定されており、
   前記他の光変調素子の各演算領域Ａｋ’（ｋは１以上Ｎ－１以下の自然数の各々）は、前記光変調素子の演算領域Ａｋにて変調及び反射された信号光を変調及び反射することによって、光演算を行う、
   ことを特徴とする光演算装置。
2. プリズムと受光部とを更に備え、
   前記光変調素子は、前記プリズムの第１面に対向するように配置されており、
   前記他の光変調素子は、前記プリズムの第２面に対向するように配置されており、
   前記プリズムの第３面は、（１）前記光変調素子の各演算領域Ａｋにて変調及び反射された信号光の一部を反射し、前記他の光変調素子の演算領域Ａｋ’に導き、（２）前記他の光変調素子の各演算領域Ａｋ’にて変調及び反射された信号光の一部を反射し、前記光変調素子の演算領域Ａｋ＋１に導き、
   前記受光部は、前記光変調素子の各演算領域Ａｋにて変調及び反射され、前記第３面を透過した信号光、及び、前記他の光変調素子の各演算領域Ａｋ’にて変調及び反射され、前記第３面を透過した信号を検出する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の光演算装置。
3. 変調量を独立に設定可能な複数のセルを含む光変調素子と反射体とを備え、
   前記光変調素子には、Ｎ個（Ｎは２以上の自然数）の演算領域Ａ１，Ａ２，…，ＡＮが、前記光変調素子に対して固定されるように、設定されており、
   演算領域Ａ１は、入射光を変調及び反射することによって光演算を行い、
   演算領域Ａ１以外の各演算領域Ａｉ（ｉは２以上Ｎ以下の自然数の各々）は、演算領域Ａｉ－１にて変調及び反射された後、前記反射体にて反射された信号光を変調及び反射することによって光演算を行い、
   前記反射体は、変調量を互いに独立に設定可能な複数のセルを含む２つの他の光変調素子であり、
   一方の他の光変調素子には、Ｎ－１個の演算領域Ａ１’，Ａ２’，…，ＡＮ－１’が、前記反射体に対して固定されるように、設定されており、
   前記一方の他の光変調素子の各演算領域Ａｋ’（ｋは１以上Ｎ－１以下の自然数の各々）は、前記光変調素子の演算領域Ａｋにて変調及び反射された信号光を変調及び反射することによって、光演算を行い、
   他方の他の光変調素子には、Ｎ－１個の演算領域Ａ１”，Ａ２”，…，ＡＮ－１”が、前記反射体に対して固定されるように、設定されており、
   前記他方の他の光変調素子の各演算領域Ａｋ”は、前記一方の他の光変調素子の演算領域Ａｋ’にて変調及び反射された信号光を変調及び反射することによって、光演算を行う、
   ことを特徴とする光演算装置。
4. プリズムと受光部とを更に備え、
   前記光変調素子は、前記プリズムの第１面に対向するように配置されており、
   前記一方の他の光変調素子は、前記プリズムの第２面に対向するように配置されており、
   前記他方の他の光変調素子は、前記プリズムの第３面に対向するように配置されており、
   前記プリズムの第４面は、（１）前記光変調素子の各演算領域Ａｋにて変調及び反射された信号光の一部を反射し、前記一方の他の光変調素子の演算領域Ａｋ’に導き、（２）前記一方の他の光変調素子の各演算領域Ａｋ’にて変調及び反射された信号光の一部を反射し、前記他方の他の光変調素子の演算領域Ａｋ”に導き、（３）前記他方の光変調素子の各演算領域Ａｋ”にて変調及び反射された信号光の一部を反射し、前記光変調素子の演算領域Ａｋ＋１に導き、
   前記受光部は、前記光変調素子の各演算領域Ａｋにて変調及び反射され、前記第４面を透過した信号光、前記一方の他の光変調素子の各演算領域Ａｋ’にて変調及び反射され、前記第４面を透過した信号光、及び、前記他方の他の光変調素子の各演算領域Ａｋ”にて変調及び反射され、前記第４面を透過した信号光を検出する、
   ことを特徴とする請求項３に記載の光演算装置。
5. 前記他の光変調素子の少なくとも１つの演算領域Ａｎ’（ｎは１以上Ｎ以下の自然数の何れか）を構成する各セルは、当該演算領域Ａｎ’に入射する信号光を、前記光変調素子の表面の法線に対する入射角と反射角とが異なるように、又は、前記法線及び入射光軸を含む入射平面と前記法線及び反射光軸を含む反射平面とが異なるように反射する、
   ことを特徴とする請求項１～４の何れか一項に記載の光演算装置。
6. 前記複数のセルの各々は、スピン注入型位相変調器、又は、スピン注入型強度変調器である、
   ことを特徴とする請求項１～５の何れか一項に記載の光演算装置。
7. 前記複数のセルの各々は、ＬＣＯＳ型位相変調器、又は、ＬＣＯＳ型強度変調器である、
   ことを特徴とする請求項１～５の何れか一項に記載の光演算装置。
8. 前記複数のセルの各々は、ＤＭＤ型強度変調器である、
   ことを特徴とする請求項１～５の何れか一項に記載の光演算装置。
9. 複数のセルを含む光変調素子と反射体とを備え、
   前記光変調素子には、Ｎ個（Ｎは２以上の自然数）の演算領域Ａ１，Ａ２，…，ＡＮが
   設定されており、
   演算領域Ａ１は、入射光を変調及び反射することによって光演算を行い、
   演算領域Ａ１以外の各演算領域Ａｉ（ｉは２以上Ｎ以下の自然数の各々）は、演算領域Ａｉ－１にて変調及び反射された後、前記反射体にて反射された信号光を変調及び反射することによって光演算を行い、
   各演算領域Ａｊ（ｊは１以上Ｎ以下の自然数の各々）による前記光演算は、前記光変調素子を構成する前記複数のセルのうち、該演算領域Ａｊを構成する複数のセルの各々にて変調及び反射された光を相互に干渉させることによって実現される、
   ことを特徴とする光演算装置。

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