JPH0220833A - Optical arithmetic unit - Google Patents

Optical arithmetic unit

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Publication number
JPH0220833A
JPH0220833A JP17065088A JP17065088A JPH0220833A JP H0220833 A JPH0220833 A JP H0220833A JP 17065088 A JP17065088 A JP 17065088A JP 17065088 A JP17065088 A JP 17065088A JP H0220833 A JPH0220833 A JP H0220833A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
optical
threshold element
light emitted
emitted
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP17065088A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shigeru Kawai
滋 河合
Keiichi Kubota
恵一 窪田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by NEC Corp filed Critical NEC Corp
Priority to JP17065088A priority Critical patent/JPH0220833A/en
Publication of JPH0220833A publication Critical patent/JPH0220833A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To perform logical arithmetic operations in parallel at a high speed by deflecting light emitted by the light source of a 1st plane and light emitted by a 2nd plane and driving optical function elements of the 1st and 2nd planes. CONSTITUTION:Data inputted to the unit is controlled by driving devices 4 and 5. Light emitted by an optical threshold element array 1 is deflected by an optical deflecting element and converged on an optical threshold element array 2. At this time, an output-side optical threshold element emits light only at the part where the light from >=1 optical threshold element is incident when the threshold level is at L or the part where light beams from two optical threshold elements overlap with each other when at H to generate 1 when the light is emitted and 0 when not, thereby performing desired logical arithmetic operations. The light emitted by the optical threshold element is incident reversely on the optical deflecting element and converged on the optical threshold element array 1 similarly to perform the plural arithmetic operations like a catch ball. Consequently, the logical arithmetic operations are performed in parallel at a high speed.

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光
演算装置に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Industrial Application Field) The present invention relates to an optical arithmetic device that performs logical operations in parallel and at high speed using light.

(従来の技術とその課題) 光は、空間的な広がりを持ち、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、位相、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。
(Prior art and its problems) Light has a spatial expanse and its physical properties do not interfere with each other, so operations using light have excellent parallelism. As means for modulating light, amplitude, phase, frequency, polarization, etc. can be considered, and spatial light modulators are being developed.

しかし、これまでの光演算法では、高速化をねらうあま
り並列演算に適さないものや、並列化をねらうあまり演
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。高速化を目的とした方法については、光半
導体素子を用いて、素子単独としてピコ秒の演算を実行
できたという報告がされているが、システム的な検討は
なく、装置と呼べるに至っていない。一方、並列化を目
的とした方法は、例えば、雑誌、オプティカル・エンジ
ニアリング(Optical Engineering
)第26巻、1987年、第28〜33頁に記載された
論文「空間フィルタリングを用いた2値論理(Bina
ry logic by spatialfiltre
ring月に述べられている。この方法は、空間光変調
器によって、偏光の方向を制御するもので、現在、この
ようなことを高速に実行できる素子は見出されていない
However, many of the conventional optical calculation methods aimed at speeding up are not suitable for parallel calculations, and many of them are aimed at parallelization and require complex coding before calculation, making them impractical. Regarding methods aimed at increasing speed, there have been reports that it was possible to perform picosecond calculations using optical semiconductor devices as a single device, but there has been no systematic study and the device has not yet been developed. On the other hand, methods aimed at parallelization are, for example, published in magazines, Optical Engineering
) Vol. 26, 1987, pp. 28-33, "Binary Logic Using Spatial Filtering (Bina
ry logic by spatial filter
mentioned in the month of ring. This method uses a spatial light modulator to control the direction of polarization, and currently no device has been found that can perform this task at high speed.

(発明の目的) この発明の目的は、光のインターコネクションを用いて
、論理演算を並列高速に実行するための光演算法および
装置を提供することにある。
(Objective of the Invention) An object of the present invention is to provide an optical operation method and apparatus for executing logical operations in parallel and at high speed using optical interconnection.

(課題を解決するための手段) この発明の光演算装置は、発光部と受光部を隣接して配
置した光機能素子を複数個配列した第1面と前記第1面
の各発光部から出射した光が受光部に入射し、各発光部
から出射した光が前記第1面の各受光部に入射するよう
に前記第1面と対面させて配置せしめた第2図と、前記
第1面と前記第2面の間に置かれた、前記第1面の光源
から出射した光と前記第2面から出射した光のビームを
偏向せしめるビーム偏向手段と、前記第1面および第2
面の光機能素子を駆動するlaの制御手段とを備えるこ
とを特徴とする。
(Means for Solving the Problems) The optical processing device of the present invention includes a first surface in which a plurality of optical functional elements each having a light emitting section and a light receiving section arranged adjacent to each other are arranged, and each light emitting section on the first surface emits light. FIG. 2 shows the first surface arranged facing the first surface so that the light emitted from each light-emitting section enters the light-receiving section, and the light emitted from each light-emitting section enters each light-receiving section on the first surface; and a beam deflecting means placed between the first surface and the second surface for deflecting a beam of light emitted from the light source of the first surface and a beam of light emitted from the second surface;
It is characterized by comprising a la control means for driving the optical functional element on the surface.

(作用) この発明の作用を第2図を参照して説明する。第2図は
、入力データと入力面の関係を示す図である。演算させ
る2次元2値入力データ101(a、 b、 c、d、
 e、0とそれらの入力データを反転させたデータ(a
、 b、 c、 d、 e、0とをアレイ状に配置して
入力面102とする。このような入力面を2組用意し、
第3図に示すように、人出力面201.202を対面さ
せて配置する。入出力面201の発光部から出射した光
は、光偏向素子203によって偏向され、入出力面20
2の受光部に集光される。また、入出力面202の発光
部から出射した光は、光偏向素子203によって偏向さ
れ、入出力面201の受光部に集光される。
(Operation) The operation of this invention will be explained with reference to FIG. 2. FIG. 2 is a diagram showing the relationship between input data and an input surface. Two-dimensional binary input data 101 (a, b, c, d,
e, 0 and the inverted data of those input data (a
, b, c, d, e, and 0 are arranged in an array to form an input surface 102. Prepare two sets of input surfaces like this,
As shown in FIG. 3, the human output surfaces 201 and 202 are placed facing each other. The light emitted from the light emitting part of the input/output surface 201 is deflected by the optical deflection element 203 and
The light is focused on the second light receiving section. Furthermore, the light emitted from the light emitting section of the input/output surface 202 is deflected by the optical deflection element 203 and focused on the light receiving section of the input/output surface 201 .

第4図にデータと発光部の関係の一例を示す。第4図(
a)に示すように、4個の発光部で、1組の演算を行な
い、入力データAを図中の右上、その反転データAを左
上、人力データBを右下、その反転データBを左下の発
光部で表現する。これらの発光部から出射した光を光偏
向素子によって偏向し、第4図(b)に示すような構造
を有する受光部に集光する。
FIG. 4 shows an example of the relationship between data and the light emitting section. Figure 4 (
As shown in a), one set of calculations is performed using four light emitting parts, input data A is displayed in the upper right corner of the figure, its inverted data A is displayed in the upper left corner, manual data B is displayed in the lower right corner, and its inverted data B is displayed in the lower left corner of the figure. It is expressed by the light emitting part of. The light emitted from these light emitting parts is deflected by a light deflection element and focused on a light receiving part having a structure as shown in FIG. 4(b).

受光部で検出した光を電気的に2値化するか、あるいは
、受光部を光閾値素子によって構成することによって、
受光信号を2値化することができる。
By electrically binarizing the light detected by the light receiving section, or by configuring the light receiving section with an optical threshold element,
The received light signal can be binarized.

第5図は、光閾値素子の人力面、光偏向素子、光閾値素
子の出力面の構造を示したものである。(a)は発光部
の構造、(b)は光偏向素子の構造、(c)は受光部の
構造を示す。発光部を11.12.21.22、光偏向
素子の各エレメントをaa、 ab、 ba、 bb、
受光部をc、 dとする。この時、光閾値素子の光源1
1.12.21.22は、それぞれ入力データA、 A
、 B。
FIG. 5 shows the structure of the human power side of the optical threshold element, the optical deflection element, and the output side of the optical threshold element. (a) shows the structure of the light emitting part, (b) shows the structure of the light deflection element, and (c) shows the structure of the light receiving part. The light emitting part is 11.12.21.22, and each element of the optical deflection element is aa, ab, ba, bb,
Let the light receiving parts be c and d. At this time, light source 1 of the optical threshold element
1.12.21.22 are input data A and A, respectively.
,B.

Bに相当し、受光部c、 dは、それぞれ出力データ0
.1に相当する。たとえば、12.22から出射した光
が、dに、11.21から出射した光がCに集光するよ
うに、光偏向素子を製作した場合には、ANDの演算が
実行される。第1表に、14種類の論理演算の人力と出
力の関係を決める光偏向素子の接続のバタンと光閾値素
子の2値化レベルを示す。Lは光閾値素子1個分以上の
光が入射した場合に発光するレベル、Hは2個分の光が
入射した場合に発光するレベルを表す。表において、○
印は互いに接続されている関係、無印は接続されていな
い関係を示す。
B, and the light receiving parts c and d each have output data 0.
.. Corresponds to 1. For example, if the optical deflection element is manufactured so that the light emitted from 12.22 is focused on d and the light emitted from 11.21 is focused on C, an AND operation is performed. Table 1 shows the connection slam of the optical deflection element and the binarization level of the optical threshold element, which determine the relationship between human power and output for 14 types of logical operations. L represents the level at which light is emitted when the light equivalent to one or more light threshold elements is incident, and H represents the level at which light is emitted when the amount of light from two light threshold elements is incident. In the table, ○
A mark indicates a relationship that is connected to each other, and a no mark indicates a relationship that is not connected.

また表において左側欄の0,1は人力データに対する演
算結果を示す。例えば、AND演算の場合には、11.
21から出射した光は、それぞれaa、 baによって
Cへ、12.22から出射した光は、それぞれab。
Further, in the table, 0 and 1 in the left column indicate calculation results for human data. For example, in the case of AND operation, 11.
The light emitted from 21 is aa and ba, respectively, to C, and the light emitted from 12.22 is ab, respectively.

bbによってdへ分岐される。受光部Cは、光閾値素子
1個分の光で2値化し、受光部dは、光閾値素子2個分
したがって、各演算に対応した光偏向素子を作成すれば
所有の演算を実行する光演算装置が得られる。
Branched to d by bb. The light receiving part C binarizes the light equivalent to one optical threshold element, and the light receiving part d binarizes the light equivalent to two optical threshold elements.Therefore, if a light deflection element corresponding to each operation is created, the light for executing the own operation is generated. A computing device is obtained.

(実施例) 以下、この発明の詳細な説明する。(Example) The present invention will be explained in detail below.

第1図は、この発明の光演算装置を実現する実施例の一
例を示す斜視図である。この光演算装置は、あるレベル
以上の光が入射するとスイッチングして発光する、例え
ばVSTEPやレーザ等の光双安定素子あるいは光検出
器と電子回路を組み合せた光閾値素子を2次元状に配列
した光閾値素子アレイ1.2と、例えばホログラムなど
の光偏向素子3と、光閾値素子に電圧を印加する回路か
ら構成される装置 以上の構成の光演算装置において、装置に入力するデー
タは、駆動装置4、5によって制御される。光閾値素子
アレイから出射した光は、第1表の分岐の規則に従って
、光偏向素子によって偏向され、光閾値素子アレイ2に
集光される。この時、閾値レベルがLの場合は、入力側
の1つ以上の光閾値素子がからの光が入射した部分、H
の場合は、2つの光閾値素子からの光が重なった部分だ
け出力側の光閾値素子が発光する。発光した場合に1、
しない場合に0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。光閾値素子の出力は、次の演算
の入力光に等しく、これらの演算を縦続することができ
る。光閾値素子から発光した光は、光偏向素子に逆に入
射し、同様にして、光閾値素子アレイ1に集光され、キ
ャッチポールのようにして、複数の論理演算を実行する
ことができる。
FIG. 1 is a perspective view showing an example of an embodiment for realizing the optical arithmetic device of the present invention. This optical processing device is a two-dimensional array of optical bistable elements such as VSTEP and laser, or optical threshold elements that combine photodetectors and electronic circuits, which switch and emit light when a certain level of light is incident. In an optical processing device having a configuration higher than that of a device consisting of an optical threshold element array 1.2, an optical deflection element 3 such as a hologram, and a circuit for applying a voltage to the optical threshold element, the data input to the device is Controlled by devices 4,5. The light emitted from the optical threshold element array is deflected by the optical deflection element according to the branching rules in Table 1, and is focused on the optical threshold element array 2. At this time, if the threshold level is L, one or more light threshold elements on the input side
In the case of , the output-side optical threshold element emits light only in the portion where the light from the two optical threshold elements overlap. 1 if it emits light,
By setting the value to 0 when the value is not used, a desired logical operation can be executed. The output of the optical threshold element is equal to the input light for the next operation, and these operations can be cascaded. The light emitted from the optical threshold element is reversely incident on the optical deflection element, and is similarly focused on the optical threshold element array 1, like a catch pole, so that a plurality of logical operations can be executed.

第6図に、VSTEPの構造を示す。この素子は、AI
GaAsとGaAsの層構造を有し、アノード、カソー
ド間に電圧を印加し、そこにあるレベル以上の光を当て
て吸収させると、発生した電流が正帰還効呆で増幅され
てスイッチングされ、発光する。スイッチングさせるた
めに必要な入射光量は、印加する電圧によって制御する
ことができ、光閾値素子として用いることができる。
FIG. 6 shows the structure of VSTEP. This element is an AI
It has a layered structure of GaAs and GaAs, and when a voltage is applied between the anode and cathode and light of a certain level or higher is applied thereto and absorbed, the generated current is amplified by a positive feedback effect and switched, causing light emission. do. The amount of incident light required for switching can be controlled by the applied voltage, and can be used as a light threshold element.

光偏向素子として用いるホログラムは、計算機ホログラ
ムの手法を用いて作製することができる。ホログラムは
、参照光と物体光の干渉パタンであるから、以下のよう
にしてそのパタンを求めることができる。入力側の光閾
値素子から出射した光とホログラムによって回折した光
は、球面波と見なすことができるので、これらの干渉パ
タンは、球面波の単位距離当りの振幅をa1波数をk、
素子からホログラムの各点までの距離をrとすると次式
で表現される。
A hologram used as a light deflection element can be produced using a computer generated hologram technique. Since a hologram is an interference pattern between a reference beam and an object beam, the pattern can be determined as follows. Since the light emitted from the optical threshold element on the input side and the light diffracted by the hologram can be regarded as spherical waves, the interference pattern of these waves can be expressed as follows: the amplitude per unit distance of the spherical wave is a1, the wave number is k,
Letting r be the distance from the element to each point on the hologram, it is expressed by the following equation.

(1)式で表現されるパタンを平均値で2値化し、電子
ビームなどで乾板に描画するとホログラムが得られる。
A hologram is obtained by binarizing the pattern expressed by equation (1) using the average value and drawing it on a dry plate using an electron beam or the like.

なお、先部光素子はホログラムに限らず、プリズム等で
も表現できる。
Note that the tip optical element is not limited to a hologram, but can also be represented by a prism or the like.

(発明の効果) 以上詳述したように、この発明の光演算装置を用いるこ
とにより、論理演算を並列高速に実行できる。
(Effects of the Invention) As detailed above, by using the optical arithmetic device of the present invention, logical operations can be executed in parallel and at high speed.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

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、入力データと入力面の関係を示すは、各素子
の構造を示す図、第6図は、VSTEPの構造を示す図
である。 図において、 1.2・・・光閾値素子アレイ、3.203・・・光偏
向素子、4゜5・・・駆動装置、101・・・入力デー
タ、102・・・入力面、201、202・・・入出力
面。
FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of the optical calculation method of the present invention;
FIG. 2 is a diagram showing the relationship between input data and the input surface, and is a diagram showing the structure of each element, and FIG. 6 is a diagram showing the structure of VSTEP. In the figure, 1.2... Optical threshold element array, 3.203... Optical deflection element, 4°5... Drive device, 101... Input data, 102... Input surface, 201, 202 ...Input/output surface.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 発光部と受光部を隣接して配置した光機能素子を複数個
配列した第1面と、前記第1面の各発光部から出射した
光が各受光部に入射し、各発光部から出射した光が前記
第1面の各受光部に入射するように前記第1面と対面さ
せて配置せしめた第2面と、前記第1面と前記第2面の
間に置かれた、前記第1面の光源から出射した光と前記
第2面から出射した光のビームを偏向せしめるビーム偏
向手段と、前記第1面および第2面の光機能素子を駆動
する1組の制御手段とを備えることを特徴とする光演算
装置。
A first surface in which a plurality of optical functional elements are arranged in which a light emitting part and a light receiving part are arranged adjacent to each other, and light emitted from each light emitting part on the first surface enters each light receiving part and is emitted from each light emitting part. a second surface disposed facing the first surface so that light enters each light receiving portion of the first surface; and a first surface disposed between the first surface and the second surface. A beam deflecting means for deflecting a beam of light emitted from the light source on the surface and a beam of light emitted from the second surface, and a set of control means for driving the optical functional elements on the first surface and the second surface. An optical computing device characterized by:
JP17065088A 1988-07-08 1988-07-08 Optical arithmetic unit Pending JPH0220833A (en)

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