JPH01255836A

JPH01255836A - 光演算方法および光演算装置

Info

Publication number: JPH01255836A
Application number: JP8428988A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Kawai; 滋河合
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1988-04-05
Filing date: 1988-04-05
Publication date: 1989-10-12
Anticipated expiration: 2012-09-30
Also published as: JP2658157B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、光を用いて、並列高速に論理演算を行う方
法と装置に関するものである。

〔従来技術〕

大規模な情報を処理するために、高速に演算を実行する
計Ｘ機の研究が進んでいるが、電気回路を用いた逐次処
理による方法では、すでに性能限界に近づいている。そ
こで、スーパーコンピュータやアレイプロセッサなど、
複数の演算を同時に実行する並列処理アーキテクチャな
どの研究が進んでいる。一方、光は、空間的な広が）を
持ち、その物理的な性質は互いに干渉し合わないため、
光を用いた演算は並列性に優れている。光を変調する手
段として、振幅２位相１周波数、偏向などが考えられ、
空間的な光変調器の開発が行われている。

しかし、これまでの光演算法では、並列演算に適さない
ものや演算前に複雑なコーディングの必要なものが多く
、実用的でなかった。

〔発明の解決課題〕

この発明の目的は、光のインターコネクシッンを用いて
、論理演算を並列高速に実行するだめの光演算法および
装置を提供することにある。

〔諌題を解決するための手段〕

この発明の元演算力法は、２直化された演算すべき入力
信号Ａ、Ｂを反転して１百号Ａ、Ｂを生成し、この信号
Ａ、Ａ、Ｂ、Ｈの値に対応して発光する光源を用意し、
これら各光源かつの光を重ね合せて積、Ａ−Ｂ、Ａ＠Ｂ
、Ａ−Ｂ、Ａ−８を生成し、積、Ａ−Ｂ、Ａ＠Ｂ、Ａ−
Ｂ、Ａ−８を示す６光を強度変調してＣ＝＝　Ｔ　（ｔＡ、、−Ａ＠Ｂ＋ｔＡ・Ｂ＋ｔＡ　−
Ａ−Ｂ＋ｔ；、、　−Ａ−Ｂ＋ｔ；・Ｂ＋ｔＡ−Ａ−Ｂ
−Ｔｈ）＋ｔ’；、１−Ａ−Ｂ−Ｔｈ）０ならｔ＝１である。

を満す出力Ｃまたｄｃを得て複数の入力信号に対する論
理演算を空間的に並列に実行することを特徴とする。

この発明の光演算装置は、入力信号とこの入力信号を反
転せしめた信号とによってそれぞれ発光する第１の光源
および第２の光源が複数組対にして配置された第１のア
レイ状光源および第２のアレイ状光源と、第１のアレイ
状光源および第２のアレイ状光源から出射した光を合波
する合波手段と、合波された光を２値化する複数の光閾
値手段と、２値化された光の強度を変化せしめる光変調
手段と光変調手段を透過した光を集光せしめる複数の元
集光手段と、集光した光の元強度を観測する複数の光観
測手段とを備えることを特徴とする。

〔作用・原理〕

この発明は２値化された２つのデータＡ、Ｂがあったと
き、このデータの反転データＡ、Ｂを生成し、各データ
の積、Ａ＠Ｂ、Ａ−Ｈ，Ａ＠Ｂ。

Ａ−８を光の重ね合せ手法により求め、Ａ−Ｂ。

Ａ−Ｂ、Ａ−Ｂ、Ａ−１３に対応した光を強度変調して
演算結果を得ている。

この原理を第２図を参照して説明する。第２図は、人力
データと人力面の関係を示す図である。

演算させる２次元２値人カデータ１０１（ａ、ｂ。

ｃ、ｄ、ｅ、ｆ）を発光源の隣にそれらの人力データを
反転させたデータ（ａ、ｂ、τｅ　ｄ　＊　ｅ　ｒｆ）
を表わす発光源を配置して対を作り、これら発光源１０
０をマトリ、クス状に配置して人力面１０２とする。

このような人力面を２つ用意し、演算する２つのデータ
Ａ、Ｈの一方に１つの人力面を対応させもう１つのデー
タに他方の人力面を対応させる。

第３図に示すように、これら人力面、すなわち、人力デ
ータａとその反転データａが横に並んで対になっている
ように発光源１００を配置した人力面１０３と、ａとａ
が縦に並んで対になっているように発光源を配直した人
力面１０４を互いに直交するように配直し、人力面から
の出射光を円筒レンズ１０５．１０６によってビームを
偏平にした後、ハーフミラ−１０７を用いて重ね合わせ
て光閾値素子に投影する。この結果、光閾値素子１０８
に各人力面からの出射光の重なったバターンが得られる
。このパターンのうち２つの人力面から出射光が重った
部分の光閾値素子が発光し、その他の部分は発光しない
ことによって＠算結果が２値化された後、光閾値素子か
らの出射光は空間光変調器１０９によって演算の種類に
よって定めら威たパターンに強度変調され、レンズ１１
０によって出力面１１１に集光される。

第３図の人力［ｆｉ１０３．１０４Ｆｉ発光源が横に２
組、縦に３組並んでおシ、横方向をビット数に対応させ
ると、２ビ、トで表現されるデータを３つ並列演算でき
ることになる。また、縦方向をビット数に対応させると
、３ビ、トで表現される２つのデータを並列演算できる
ことになる・このようにと、ト数、並列演算数は入力面
の発光源の数で決まるので、目的に応じて発光源の配列
を定めればよい。

第３図中点線で囲んだ部分の発光源からの光が光閾値素
子１０８上に投影されたパターンの一例を第４図に示す
。第４図［ａ）は人力面１０３，１０４の発光源を重ね
合せたパターン、すなわち、円筒レンズ無しで光閾値素
子上に投影したときのパターンで、入力面１０３のデー
タ１２１が図中の左、その反転データ１２２が右、人力
面１０４のデータ１２３が上、その反転データ１２４が
下となっている。これらの発光パターンは円筒レンズに
よって変形され、光閾値素子１０８上で第４図ｔｂ）の
ようになる。すなわち、入力面１０３からの光ビームは
縦長に変換し、人力面１０４からの元ビームは横長にな
る＠第４図（Ｃ）　、　（ｄ）　、　［ｅ）　、げ）は
第４図＋８）に示した１組の発光源に対応した光閾値素
子の構成を示している０光閾値素子はマトリックス状に
配置した４つの要素１３０から成っている。斜線部分は
発光している要素部分を示し、第４図（Ｃ）。

（ｄｌ　、　（ｅｌ　、げ）はそれぞれ、演算を行う２
つの人力データ（Ａ、Ｂ）が、（０，０）、（０，１）
、（１，０）、（１，１）の場合に相当するＯなお、人
力データの値が１のときに発光源は発光するものとして
いる＠第５図は、１組の発光源に対応する光閾値素子１０８と
空間光変調器１０９の構造を示したものである◎（ａ）
は光閾値素子の構造で、第４図ｔｃ）〜げ）に示したの
と同じである。　（ｂ）Ｆｉ空間光変調器の構造を示す
＠空間光変調器は光閾値素子の各要素に対応して４つの
領域から成っている０光閾値素子の各要素を１１．１２
，２１．２２、空間光変調器の各エレメントをａａｅａ
ｂ、ｂａ、ｂｂとする・この時、光閾値素子の光源１１
，１２，２１゜２２は、それぞれ人力データ（１，１）
、（０゜ｌ）、（１，０）、（０，０）に相当する◎光
閾値素子の各要素１１．１２，２１．２２から出た光は
それぞれ空間変調器の各エレメントａ　ａ　ｅ　ａｂ、
ｂａ、ｂｂに入射する。このとき、空間光変調器、各エ
レメントの透過率を演算の種類に応じて定めておくと、
空間光変調器の透過光によシ演算結果が得られる。例え
ば、空間光変調器のａｂ。

ｂａ、ｂｂの振幅透過率を０、ａａの振幅透過率を１と
した場合に、ＡＮＤの演算が実行される。

第１表に、１６種類の論理演算の人力と出力の関係を決
める空間光変調器の振幅透過率を示す〇第１表〔実施例〕以下、この発明の詳細な説明する。

第１図は、仁の発明の実施例の一例を示す斜視図である
・この光演算装置の各要素の配［ｆｆｉは第３図と同じ
である。互いに直交する位置に配置された人力面は、高
速変調可能な半導体レーザを格子状に配列したアレイ状
光源１．２で構成した。これらアレイ状光源から出射し
た光をコリメートするレンズはマイクロレンズをアレイ
状光源に対応して配列したレンズアレイ３．４を用いた
。コリメート光を合波する合波手段はハーフミラ−５を
用いた０光閾１直素子６は、ある光量以上の九人があっ
たときに発光する機能を有するものであればよいので光
検出器、電気的な閾値素子、半導体レーザ、光サイリス
タなどの発光素子を接続して構成できる。本実施例では
光双安定レーザを用いた。

空間光変調器７は液晶テレビを用いた・出力面は光を集
光するレンズアレイ８と、光検出器を配列した光検出器
アレイ９とから構成している。この他にこの装置はアレ
イ状光源に・延圧を印加する回路から構成される装置調器を制御する制御装置（図示省略）としてのパンコン
を備えている。

以上の構成の光演算装置において、アレイ状光源１．２
を点滅させる人力データは、駆動装置１０、１１によっ
て制御される０アレイ状光源から出射した光は、レンズ
アレイ３，４によって偏平にコリメートされる。これら
複数のコリメート光はハーフミラ−５によって合波され
、光閾値素子６に入射する。ここで、２つの光源からの
元が重なった部分だけ光量値素子が発光する。光閾値素
子から発光した光は、空間光変調器によって強度変調さ
れ、光検出器に入射し、入射光がある場合に１、ない場
合にＯとすることによって、所望の論理演算を実行する
ことができる。

液晶テレビを空間光変調器として用いる場合には、表示
面の裏側に設置してある光源，反射板等をｑＣ外して裏
面側からも液晶が見えるように表示板を改良した液晶テ
レビとパソコンをモニタ端子で接萩し、パソコンの画面
を液晶テレビに表示させる。例えは、液晶テレビの大き
さを６４報×４Ｑｕｌ，パソコンの画面の分解能を６４
０Ｘ４００とすれば、パソコンの画面の１分解点は、１
００μｍに相当する。光源の間隔を８鵡とすれば、バタ
ン１個の大きさは２１１１Ｘ２ｔｌに相当し、パソコン
上で２０Ｘ２０の分解点を持っバタンを２×２個表示さ
せれば、空間光変調器を構成できる。

〔発明の効果〕

以上詳述したように、この発明の光演算法を用いること
により、論理演算を差動高速に実行できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の光演算法の実施例を示す斜視図、
第２図は、人力データと人力面の関係を示す図、第３因
は、光演算法の原理を示すための図１第４図は、光閾値
素子の発光パターンを示す図・第５図は、空間光変調器
のパターンを示す図である。図において、１・２　−−−−−−アレイ状光源、３，４・・・・・
・レンズアレイ、５・・・・・・ハーフミラ−、６・・
・・・・光量値素子、７・・・・・・ｌ｝Ｉｌｆｌ子、
８・・・・・・レンズアレイ、９・・・・・・光検出器
アレイ、１０，１１・・・・・・駆動装置、１ｏ１・・
・・・・人力データ、１０２，１０３，１０４・・・・
・・人力面、１０５　、１０６・・・・・・円筒レンズ
、１ｏ７・・・・・・ハーフミラ−、１ｏ８・・団・光
量１直素子、１ｏ９・・・・・・空間光変調器、１１ｏ
・旧・・レンズ、１１１・・・・・・出力面、１２１・
・・・・・人力面１０３のデータ、１２２・・・・・・
人力面１０３の反転データ、１２３・−・・・・入力面
１０４のデータ、１２４・・団・人力面１０４の反転デ
ータ。代理人　弁理士　　内　原　　　汗ｑ積２υむＬ説〜アしイ〆／１０　Ｌンス゛箔３図 ○○　　○○ （Ｃ）（ｄ） ○○　　○○ （ｅ、）　　　　　　　　　　　（ｆ）娼４図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）２値化された演算すべき入力信号Ａ、Ｂを反転し
て信号＠Ａ＠、＠Ｂ＠を生成し、この信号Ａ、＠Ａ＠、
Ｂ、＠Ｂ＠の値に対応して発光する光源を用意し、これ
ら各光源からの光を重ね合せて積、Ａ・Ｂ、Ａ・＠Ｂ＠
、＠Ａ＠・Ｂ、＠Ａ＠・＠Ｂ＠を生成し、積Ａ・Ｂ、Ａ
・＠Ｂ＠、＠Ａ＠・Ｂ、＠Ａ＠・＠Ｂ＠を示す各光を強
度変調してＣ＝Ｔ（ｔ＿Ａ＿・＿Ｂ・Ａ・Ｂ＋ｔ＿Ａ＿・＿■・Ａ
・＠Ｂ＠＋ｔ＿■＿・＿Ｂ・Ａ・＠Ｂ＠＋ｔ＿■＿・＿
■・＠Ａ＠・＠Ｂ＠−Ｔｈ）＠Ｃ＠＝Ｔ（＠ｔ＠＿Ａ＿
・＿Ｂ・Ａ・Ｂ＋＠ｔ＠＿Ａ＿・＿■・Ａ・＠Ｂ＠＋＠
ｔ＠＿■＿・＿Ｂ・Ａ・＠Ｂ＠＋＠ｔ＠＿■＿・＿■・
＠Ａ＠・＠Ｂ＠−Ｔｈ）（但し、Ｔ（ｘ）は段階関数、
Ｔｈは２値化の閾値、ｔ＿Ａ＿・＿Ｂ、ｔ＿Ａ＿・＿■
、ｔ＿■＿・＿Ｂ、ｔ＿■＿・＿■はそれぞれＡ・Ｂ、
Ａ・＠Ｂ＠、＠Ａ＠・Ｂ、＠Ａ＠・＠Ｂ＠の変調光強度
を示す。＠ｔ＠はｔの反転を意味し、ｔ＝１なら＠ｔ＠＝０、ｔ
＝０なら＠ｔ＠＝１である。）を満す出力Ｃまたは＠Ｃ＠を得ることを特徴とする光演
算方法。
（２）入力信号とこの入力信号を反転せしめた信号とに
よってそれぞれ発光する第１の光源および第２の光源が
複数組対にして配置された第１のアレイ状光源および第
２のアレイ状光源と、第１のアレイ状光源および第２の
アレイ状光源から出射した光を合波する合波手段と、合
波された光を２値化する複数の光閾値手段と、２値化さ
れた光の強度を変化せしめる光変調手段と光変調手段を
透過した光を集光せしめる複数の光集光手段と、集光し
た光の光強度を観測する複数の光観測手段とを備えるこ
とを特徴とする光演算装置。