JPH02256027A - Neuronetwork circuit - Google Patents

Neuronetwork circuit

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JPH02256027A
JPH02256027A JP1078820A JP7882089A JPH02256027A JP H02256027 A JPH02256027 A JP H02256027A JP 1078820 A JP1078820 A JP 1078820A JP 7882089 A JP7882089 A JP 7882089A JP H02256027 A JPH02256027 A JP H02256027A
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JP
Japan
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light
neural network
learning
photoconductive
network circuit
Prior art date
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Pending
Application number
JP1078820A
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Japanese (ja)
Inventor
Koji Akiyama
浩二 秋山
Tetsu Ogawa
小川 鉄
Hiroshi Tsutsu
博司 筒
Hiroshi Tsutsui
博司 筒井
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To provide the circuit which has a learning function and with which a threshold processing function is attained by hardware and a gradation structure is easily attained by connecting a part (PC part) having a photoconductivity to a thin-film field effect type transistor (TFT) driving a liquid crystal. CONSTITUTION:The PC part has an electrostatic capacity and acts as a capacitor when this part is not irradiated with light. The part loses its function and the electric charges charged therein are annihilated when this part is irradiated with the light of a certain specified quantity or above. The gate voltage can, therefore, be diminished by irradiating the PC part with the light when the TFT is in a conducting state while the charged PC part is kept connected to a gate electrode. The breaking of the conducting state of the TFT is consequently possible. Namely, the threshold processing to incident light is executed. Not only the computing time is shortened by the adoption of the hardware for the threshold processing but also the degree of the convergence of the learning and the operating capacity are improved as compared to the case of learning only the synaps bonding strength.

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、神経系と類似な入出力動作、例えばパターン
認識、連想記憶、並列演算処理などを行う神経ネットワ
ーク回路に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to a neural network circuit that performs input/output operations similar to those of the nervous system, such as pattern recognition, associative memory, and parallel arithmetic processing.

従来の技術 現在、生体の持つ神経機能のハードウェア化、すなわち
ニューロコンピュータの開発が活発に行われているが、
学習機能およびしきい値処理機能をハードウェア化した
ものはなく、これらの処理は従来のフォノ・ノイマン型
計算機に依存している。また、現在のところ、入力層お
よび出力層の27Iからなる神経回路モデルのみハード
ウェア化が試みられており、第8図に示すような階層構
造モデルをハードウェア化したものは報告されていない
Conventional technology Currently, the development of hardware for the neural functions of living organisms, that is, neurocomputers, is actively being carried out.
There is no hardware version of the learning function and threshold processing function, and these processes depend on a conventional Phono-Neumann type computer. Further, at present, attempts have been made to implement only the neural circuit model consisting of 27I in the input layer and the output layer into hardware, and there has been no report on the implementation of the hierarchical structure model shown in FIG. 8 into hardware.

発明が解決しようとする課題 ハードウェアで構成したニューロコンピュータは、学習
およびしきい値処理を逐次直列的に計算機で行っており
、計算時間の問題から実用に供し得る規模のものはまだ
報告されていない。ニューロコンピュータの実用化に向
けて、より複雑な演算、神経細胞数の増加および学習機
能の向上を図る必要があり、そのためには学習機能およ
びしきい値処理機能のハードウェア化を行う必要がある
Problems to be Solved by the Invention Neurocomputers configured with hardware perform learning and threshold processing sequentially and serially using computers, and due to calculation time problems, no one on a scale that can be put to practical use has yet been reported. do not have. In order to put neurocomputers into practical use, it is necessary to perform more complex calculations, increase the number of neurons, and improve learning functions. To achieve this, it is necessary to implement learning functions and threshold processing functions into hardware. .

マタ、ニューロコンビ二一夕の特徴である連想、あいま
い処理、パターン識別などの能力を向上させるために、
ネットワークの回路を階層構造にすることが有効である
。しかし、ニューロン(神経細胞)間の配線が多数にな
るなどの問題があるために、階層構造のハードウェア化
は困難であった。そのため、現在、ハードウェア化され
ているニューロコンピュータは、入力層と出力層の2層
からなる簡単なモデルに基づくものであり、実用に供し
得るものではない。
In order to improve the abilities such as association, ambiguity processing, and pattern identification, which are the characteristics of Mata and Neurocombination,
It is effective to make the network circuits have a hierarchical structure. However, it has been difficult to convert the hierarchical structure into hardware due to problems such as the large number of wires between neurons. Therefore, the neurocomputers currently implemented in hardware are based on a simple model consisting of two layers, an input layer and an output layer, and cannot be put to practical use.

本発明は以上のような従来の問題点を解決するためのも
ので、学習機能を持ち、しかもしきい値処理機能をハー
ドウェアで実現し、階層構造を容易に実現できる神経ネ
ットワーク回路を提供することを目的とするものである
The present invention is intended to solve the above-mentioned conventional problems, and provides a neural network circuit that has a learning function, implements a threshold processing function in hardware, and can easily realize a hierarchical structure. The purpose is to

課題を解決するための手段 上記目的を達成するために本発明の神経ネットワーク回
路は、液晶層と光導電性を有する部分と電界効果型トラ
ンジスタを備え、電界効果型トランジスタに光導電性を
有する部分が電気的に接続されており、かつ光導電性を
有する部分に光を照射することにより液晶層にかかる電
界強度を変調する空間光変調素子を少なくとも構成要素
とすることを特徴とするものである。
Means for Solving the Problems In order to achieve the above object, a neural network circuit of the present invention includes a liquid crystal layer, a photoconductive part, and a field effect transistor, and the field effect transistor has a photoconductive part. is characterized in that it includes at least a spatial light modulation element that modulates the electric field intensity applied to the liquid crystal layer by irradiating light onto a portion to which the liquid crystal layer is electrically connected and has photoconductivity. .

作用 液晶を駆動している薄膜電界効果型トランジスタ(以下
、TPTと略記する)に光導電性を有する部分(以下、
PC部分と略記する)を接続する構成(例えば、ゲート
電極にPC部分を接続する)をとっている。PC部分は
光照射しない場合は静電容量を持ちコンデンサとして働
くが、ある一定光量以上の光照射をした場合は′その機
能を失い、充電されていた電荷は消滅する。従って、充
電したPC部分をゲート電極に接続した状態でTPTが
導通状態にある場合、PC部分に光を照射することより
ゲート電圧を小さくできるので、TFTの導通状態を遮
断することができる。つまり、入射光に対するしきい値
処理を行うことができる。
A thin film field effect transistor (hereinafter abbreviated as TPT) that drives the working liquid crystal has a photoconductive portion (hereinafter abbreviated as TPT).
(abbreviated as PC portion) (for example, the PC portion is connected to the gate electrode). When the PC part is not irradiated with light, it has a capacitance and functions as a capacitor, but when it is irradiated with light exceeding a certain amount of light, it loses its function and the electric charge that was charged disappears. Therefore, when the TPT is in a conductive state with a charged PC part connected to the gate electrode, the gate voltage can be reduced by irradiating the PC part with light, so that the conductive state of the TFT can be cut off. In other words, threshold processing can be performed on incident light.

さらに、複数のPC部分を直列に接続し、ゲート電圧で
これらPC部分を充電した場合、光照射を行うPC部分
の数によって、ゲート電圧が変化するため、TFTの動
作状態を変化させることができる。すなわち多入力に対
するしきい値処理を行うことができる。また、PC部分
を充電するゲート電圧を変化することでこのしきい値を
制御することができる。
Furthermore, if multiple PC parts are connected in series and these PC parts are charged with gate voltage, the gate voltage changes depending on the number of PC parts that are irradiated with light, so the operating state of the TFT can be changed. . That is, threshold processing can be performed for multiple inputs. Further, this threshold value can be controlled by changing the gate voltage that charges the PC portion.

神経細胞の持つしきい値処理機能をこのような空間光変
調素子を用いて実現すると、従来計算機で行ってきたし
きい値処理を同時並列的に高速で行うことができる。ま
た、空間光変調素子に加える電圧によってしきい値を任
意に設定できるため、しきい値を制御することによって
、神経ネットワーク回路の効率的な動作を行うことがで
きる。つまり、しきい値処理のハードウェア化により演
算時間を短縮できるだけでなく、シナプス結合強度だけ
を学習する場合に比べて学習の収束度および動作能力の
向上が図れる。
If the threshold processing function of neurons is realized using such a spatial light modulation element, threshold processing that has traditionally been performed using computers can be performed simultaneously and at high speed. Furthermore, since the threshold value can be arbitrarily set by changing the voltage applied to the spatial light modulation element, efficient operation of the neural network circuit can be achieved by controlling the threshold value. In other words, by implementing threshold processing in hardware, not only can calculation time be shortened, but also the degree of convergence of learning and operational performance can be improved compared to the case where only the synaptic connection strength is learned.

また、この空間光変調素子でシナプス結合を構成すると
、入射する信号光強度に対してシナプス結合強度が変化
するため、教師無しの学習が可能になる。
Further, when a synaptic connection is formed using this spatial light modulation element, the synaptic connection strength changes with respect to the intensity of the incident signal light, so that unsupervised learning becomes possible.

さらに、この空間光変調素子は透過型で使用できるため
、重ね合わせるだけで階層構造モデルを構成でき、より
高度な機能を実現できる。
Furthermore, since this spatial light modulator can be used as a transmissive type, it is possible to construct a hierarchical structure model simply by overlapping them, making it possible to realize more advanced functions.

実施例 本発明の実施例について、図面を参照しながら説明する
Embodiments An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図に本発明の一実施例における神経ネットワーク回
路の一例を示す。第1図(a)は神経ネットワーク回路
の構成を概略的に示したもの、(b)、(c)はそれぞ
れしきい値素子として用いた空間光変調素子の等価回路
図である。入カバターン表示素子101は入力層、しき
い値素子102は出力層に対応し、この間のシナプス結
合がシナプス結合素子で103で形成されている。
FIG. 1 shows an example of a neural network circuit according to an embodiment of the present invention. FIG. 1(a) schematically shows the configuration of a neural network circuit, and FIG. 1(b) and FIG. 1(c) are equivalent circuit diagrams of a spatial light modulation element used as a threshold element. The input pattern display element 101 corresponds to the input layer, the threshold value element 102 corresponds to the output layer, and a synaptic connection therebetween is formed by a synaptic connection element 103.

入カバターン表示素子101は、2次元配列した発光ダ
イオード、電界光(EL)素子、a−Si:Hまたは多
結晶S!)ランジスタアレイを能動素子とし90°ねじ
れネマティック液晶を用いたアクティブマトリックス型
の液晶セル(以下、AM−LCセルと略記する)と蛍光
灯と面拡散板゛を組み合わせた液晶表示素子などで構成
されるもので、回路に人力信号を与えるものである。
The input cover pattern display element 101 is a two-dimensional array of light emitting diodes, electroluminescent (EL) elements, a-Si:H or polycrystalline S! ) It consists of an active matrix type liquid crystal cell (hereinafter abbreviated as AM-LC cell) using a transistor array as an active element and a 90° twisted nematic liquid crystal, and a liquid crystal display element that combines a fluorescent lamp and a surface diffuser plate. This is a device that provides human input signals to the circuit.

しきい値素子102は第1図(b)、(C)の等価回路
で表される空間光変調素子がマトリックス状に複数個配
列されて構成されている。(b)は2つのTPT(TF
Tl、TPT2)と液晶層(静電容量としてCLCと表
す。)とPC部分の光導電層からなる。
The threshold element 102 is constructed by arranging a plurality of spatial light modulation elements in a matrix, which are represented by the equivalent circuits of FIGS. 1(b) and 1(c). (b) shows two TPTs (TF
Tl, TPT2), a liquid crystal layer (expressed as CLC in terms of capacitance), and a photoconductive layer in the PC portion.

光導電層はTPT2のゲート電極とアース間に接続され
ており、光を照射しない状態では誘電体として働くため
静電容量Cpcと表す。この回路図を使って空間光変調
素子の動作について説明する。
The photoconductive layer is connected between the gate electrode of TPT2 and the ground, and acts as a dielectric when no light is irradiated, so it is expressed as capacitance Cpc. The operation of the spatial light modulation element will be explained using this circuit diagram.

TFTlのゲート電極にVaが印加され、光導電層Cp
cが充電され、TFTIが導通する。Cpcの充電が終
了すると、VGを減少してTFTIの導通を遮断する。
Va is applied to the gate electrode of TFTl, and the photoconductive layer Cp
c is charged and TFTI becomes conductive. When charging of Cpc is completed, VG is decreased to cut off conduction of TFTI.

この時、TPT2のゲート電圧はほぼVpに等しく、T
PT2は導通し、液晶層CLCに交流電圧Vが印加され
る。次に、光導電層cpcに光を照射し、光強度が光導
電層の抵抗率を十分減少させる程度に大きくなると、光
導電層に充電されていた電荷は中和し、TPT2のゲー
ト電圧は減少する。そのためTPT2の導通は遮断され
、液晶層CLCに交流電圧Vは印加されなくなる。この
ように光照射により液晶層にかかる電圧を制御でき、し
きい値処理機能を持った空間光変調素子として動作させ
ることができる。(C)の回路は、1個のTPTと光導
電層Cpcと液晶層CLCからなり、光導電層はTPT
3のソース電極に液晶層と直列に接続されている。TP
T3のゲート電極に電圧Vaが印加されるとTPT3が
導通し、光導電層および液晶層に交流電圧Vが印加され
る。但し、C8CはCicと同程度あるいはそれ以下と
小さいため、■はおもに光導電層にCpcにかかり液晶
層CLCにはあまりかからない。次に、光導電層Cpc
に光を照射し、光導電層の抵抗率を十分小さくしてしま
うと、VはCLcにかかる。従って、光照射により液晶
層にかかる電圧を変化することができる。(b)の場合
と同様に液晶層にかかる電圧を変化することが可能であ
る。
At this time, the gate voltage of TPT2 is approximately equal to Vp, and T
PT2 becomes conductive and AC voltage V is applied to the liquid crystal layer CLC. Next, the photoconductive layer CPC is irradiated with light, and when the light intensity becomes large enough to sufficiently reduce the resistivity of the photoconductive layer, the charges stored in the photoconductive layer are neutralized, and the gate voltage of TPT2 becomes Decrease. Therefore, conduction of TPT2 is cut off, and AC voltage V is no longer applied to liquid crystal layer CLC. In this way, the voltage applied to the liquid crystal layer can be controlled by light irradiation, and the device can be operated as a spatial light modulator having a threshold processing function. The circuit (C) consists of one TPT, a photoconductive layer Cpc, and a liquid crystal layer CLC, and the photoconductive layer is TPT.
The liquid crystal layer is connected to the source electrode of No. 3 in series. T.P.
When voltage Va is applied to the gate electrode of T3, TPT3 becomes conductive, and AC voltage V is applied to the photoconductive layer and the liquid crystal layer. However, since C8C is as small as Cic or smaller, (2) mainly affects Cpc in the photoconductive layer and does not affect much in the liquid crystal layer CLC. Next, the photoconductive layer Cpc
When the photoconductive layer is irradiated with light and the resistivity of the photoconductive layer is made sufficiently small, V is applied to CLc. Therefore, the voltage applied to the liquid crystal layer can be changed by light irradiation. As in the case (b), it is possible to change the voltage applied to the liquid crystal layer.

空間光変調素子の光導電層に使用する材料は、暗時では
誘電体として動作し、光照射時には光導電性により誘電
体の特性を失うものである。例えば、 Cd Sr  
Cd T el  Cd S el  Z n Sr 
 Z nS IBI  G aA L  G aN+ 
 G a P+  G aA I As。
The material used for the photoconductive layer of the spatial light modulator operates as a dielectric in the dark, but loses its dielectric properties due to photoconductivity when irradiated with light. For example, Cd Sr
Cd T el Cd S el Z n Sr
Z nS IBI G aAL G aN+
G a P+ G a A I As.

InP等の化合物半導体、S el  S e T e
l  A sSe等の非晶質半導体、S 1+  G 
el  S 1 +−*Cx5S I I−xG el
u  G el−xcx(O<X<1)の多結晶または
非晶質半導体、また、 (1)フタロシアニン顔料(P
cと略す)例えば無金属P CI  X P c (X
 =Cul  N I+  C01T t O+  M
 g+  S t (OH)tなど)、AlClPcC
1,Ti0CIPcC1゜InClPcC1,InCl
Pc、InBrPcBrなど、 (2)モノアゾ色素、
ジスアゾ色素などのアゾ系色素、 (3)ペニレン酸無
水化物およびペニレン酸イミドなどのペニレン系顔料、
(4)インジゴイド染料、 (5)キナクリドン顔料、
 (6)アントラキノン類、ピレンキノン類などの多環
キノン類、 (7)シアニン色素、 (8)キサンチン
染料、 (9)PVK/TNFなどの電荷移動錯体、 
(10)ビリリウム塩染料とポリカーボネイト樹脂から
形成される共晶錯体、 (11)アズレニウム塩化合物
など有機半導体がある。
Compound semiconductors such as InP, S el S e T e
l A Amorphous semiconductor such as sSe, S 1+ G
el S 1 +-*Cx5S I I-xG el
u Gel-xcx (O<X<1) polycrystalline or amorphous semiconductor, and (1) phthalocyanine pigment (P
c) For example, metal-free P CI X P c (X
=Cul N I+ C01T t O+ M
g+ S t (OH)t, etc.), AlClPcC
1, Ti0CIPcC1゜InClPcC1, InCl
Pc, InBrPcBr, etc. (2) Monoazo dye,
Azo dyes such as disazo dyes, (3) penylene pigments such as penylene acid anhydride and penylene acid imide,
(4) Indigoid dye, (5) Quinacridone pigment,
(6) polycyclic quinones such as anthraquinones and pyrenequinones, (7) cyanine dyes, (8) xanthine dyes, (9) charge transfer complexes such as PVK/TNF,
(10) eutectic complexes formed from biryllium salt dyes and polycarbonate resin; (11) organic semiconductors such as azulenium salt compounds.

また、非晶質のS l+  G el  S 11−x
c+uS s + −x G ex+  G e +−
8C,C以下、a−8i、a−Ge、a  Si+−8
CXI  a −S 11−x G ex、aGe+−
*Cxのように略す)を光導電層103に使用する場合
、水素またはハロゲン元素を含めてもよく、誘電率を小
さくするおよび抵抗率の増加のため酸素または窒素を含
めてもよい。抵抗率の制御にはp型不純物であるB、A
I、Gaなどの元素を、またはn型不純物であるP+ 
 As、Sbなどの元素を添加してもよい。このように
不純物を添加した非晶質材料を積層してp/n+p/l
+1/np/i/nなどの接合を形成し、光導電層内に
空乏層を形成するようにして誘電率を制御してもよい。
In addition, amorphous S l+ G e S 11-x
c+uS s + -x G ex+ G e +-
8C, below C, a-8i, a-Ge, a Si+-8
CXI a -S 11-x G ex, aGe+-
*When abbreviated as Cx) is used in the photoconductive layer 103, hydrogen or a halogen element may be included, and oxygen or nitrogen may be included to reduce the dielectric constant and increase the resistivity. P-type impurities B and A are used to control resistivity.
elements such as I, Ga, or P+, which is an n-type impurity.
Elements such as As and Sb may be added. By stacking amorphous materials doped with impurities in this way, p/n+p/l
The dielectric constant may be controlled by forming a junction such as +1/np/i/n and forming a depletion layer within the photoconductive layer.

このような非晶質材料だけでなく、上記の材料を2種類
以上積層してヘテロ接合を形成して光導電層の誘電率を
制御してもよい。また、光導電層の膜厚は0.01〜1
00μmが望ましい。
In addition to such an amorphous material, the dielectric constant of the photoconductive layer may be controlled by laminating two or more of the above-mentioned materials to form a heterojunction. Moreover, the film thickness of the photoconductive layer is 0.01 to 1
00 μm is desirable.

第1図(d)、(e)はそれぞれ第1図(b)、(c)
に示した等価回路において、CPcを複数個直列に接続
したものに変えた等価回路図である。この場合、光照射
する光導電層Cpck(k:LL・・・+n)の数によ
ってTPT(第1図(a)ではTPT2.(b)ではT
PT3)の導通状態を変化することができる。
Figure 1 (d) and (e) are respectively Figure 1 (b) and (c).
FIG. 2 is an equivalent circuit diagram in which the equivalent circuit shown in FIG. 1 is changed to one in which a plurality of CPcs are connected in series. In this case, depending on the number of photoconductive layers Cpck (k: LL...+n) to be irradiated with light, the TPT (TPT2 in FIG.
The conduction state of PT3) can be changed.

シナプス結合素子103は、光の透過率、偏光、屈折率
などを変化あるいは波長を変換できる機能を持つもので
、例えばAM−LCDまたはしきい値素子102に用い
た空間光変調素子を使用することができる。
The synapse coupling element 103 has a function of changing the transmittance, polarization, refractive index, etc. of light or converting the wavelength, and for example, the spatial light modulation element used in the AM-LCD or the threshold element 102 can be used. I can do it.

以下に具体的な実施例について図を参照して説明する。Specific examples will be described below with reference to the drawings.

実施例1 第1図(a)に示した本発明の神経ネットワーク回路の
一例において、第2図(a)の構造断面図および(b)
の平面図で表される空間光変調素子をしきい値素子+0
2に用いて光連想メモリを構成した。
Example 1 In the example of the neural network circuit of the present invention shown in FIG. 1(a), the structural cross-sectional view in FIG.
The spatial light modulator represented by the plan view of threshold element +0
2 was used to construct an optical associative memory.

この空間光変調素子の等価回路は第1図(d)で表され
る。この等価回路は基本的には第1図(b)のものと同
じであるが、光導電層が複数で直列に接続されているこ
とである。つまり、光照射される光導電層の数によって
TPTのゲート電圧が変化する構造になっている。この
空間光変調素子は水素化非晶質シリコン(以下、  a
−9i:Hと略記する)を半導体層201をして用いた
TPTを2個、片方のガラス基板202上に形成した。
The equivalent circuit of this spatial light modulator is shown in FIG. 1(d). This equivalent circuit is basically the same as that shown in FIG. 1(b), except that a plurality of photoconductive layers are connected in series. In other words, the structure is such that the gate voltage of the TPT changes depending on the number of photoconductive layers that are irradiated with light. This spatial light modulator is made of hydrogenated amorphous silicon (hereinafter referred to as a
-9i:H) was used as the semiconductor layer 201, and two TPTs were formed on one glass substrate 202.

TPTの形成は先ず、ガラス基板202上にゲート電極
203を例えばCrで形成し、その後ゲート絶縁膜20
4、半導体層20!、半導体保護層205をプラズマC
VD法で形成・パターニングした。モしてオーミック性
を改善するためにn型半導体層206を介在させた後、
ソース電極207・ドレイン電極208を例えばA1な
どで一括形成し、TPTを作製した。次に、透明電極2
09を例えばITOで形成し、ゲート絶縁膜204にエ
ツチングで開けた穴よりゲート電極203を接続する。
To form TPT, first, a gate electrode 203 is formed on a glass substrate 202 using, for example, Cr, and then a gate insulating film 20 is formed.
4. Semiconductor layer 20! , the semiconductor protective layer 205 is exposed to plasma C
It was formed and patterned using the VD method. After interposing an n-type semiconductor layer 206 to improve ohmic properties,
A source electrode 207 and a drain electrode 208 were formed at once using A1, for example, to produce a TPT. Next, transparent electrode 2
09 is formed of, for example, ITO, and the gate electrode 203 is connected through a hole made in the gate insulating film 204 by etching.

その上に光導電層210として例えばa−Sl:Hを形
成・パターニングし、さらに透明電極211を形成して
光導電層210の電極とした。つぎに液晶2!2に電界
を印加するための画素電極2+3をITOなどの透明電
極で形成した。その後、配向膜214を塗布、ラビング
処理をした。もう一方のガラス基板2!5には対向電極
216と遮光層217を設け、同様に配向膜218を塗
布、ラビング処理を行うがこのラビング処理は先の基板
とは約80゛ ずれた方向に行った。そして、両基板の
間にねじれネマティック液晶212を封入し、基板の前
後に偏光板219を配置した。これは透過型の構造を取
っており、出力は透過像で与えられる。
For example, a-Sl:H was formed and patterned as a photoconductive layer 210 thereon, and a transparent electrode 211 was further formed to serve as an electrode of the photoconductive layer 210. Next, pixel electrodes 2+3 for applying an electric field to the liquid crystals 2!2 were formed of transparent electrodes such as ITO. After that, an alignment film 214 was applied and rubbed. The other glass substrate 2!5 is provided with a counter electrode 216 and a light shielding layer 217, and similarly coated with an alignment film 218 and subjected to a rubbing process, but this rubbing process is performed in a direction that is approximately 80° different from that of the previous substrate. Ta. Then, twisted nematic liquid crystal 212 was sealed between both substrates, and polarizing plates 219 were placed in front and behind the substrates. This has a transmission type structure, and the output is given as a transmission image.

また、第2図(b)の平面図に示すように1つのTPT
のゲート電極に直列に接続される光導電層2!0の数は
16個とし、この空間光変調素子を4x4のマトリクラ
ス状に配置した。
In addition, as shown in the plan view of FIG. 2(b), one TPT
The number of photoconductive layers 2!0 connected in series to the gate electrode was 16, and the spatial light modulators were arranged in a 4x4 matrix.

入カバターン表示素子101には蛍光灯と面拡散板を組
み合わせたAM−LCセル(ただし、これらのAM−L
Cセルの画素数は400X400(=IGOOOO)個
であった)を用いた。このAM−LCセルからでる光は
400〜G50nmであった。一方、シナプス結合素子
103は、偏光方向が平行である2枚のカラー偏光板を
用いたAM−LCセルを用いた。このカラー偏光板の偏
光方向と享角方向の透過特性は第2図(C)に示すよう
なものである。また、しきい値素子102に用いた空間
光変調素子のシナプス結合素子+03のある側と反対側
にはλ1より短波長側の光は、透過しないカラーフィル
タを配置しているため、しきい値素子102からの透過
光はλ1より長波長でしきい値処理された出力光となる
The input cover turn display element 101 is an AM-LC cell that combines a fluorescent lamp and a surface diffuser (however, these AM-LC
The number of pixels of the C cell was 400×400 (=IGOOOO). The light emitted from this AM-LC cell was 400 to G50 nm. On the other hand, the synaptic coupling element 103 used an AM-LC cell using two color polarizing plates with parallel polarization directions. The transmission characteristics of this color polarizing plate in the polarization direction and viewing angle direction are as shown in FIG. 2(C). Furthermore, on the opposite side of the spatial light modulation element used for the threshold element 102 to the synaptic coupling element +03, a color filter is placed that does not transmit light with a wavelength shorter than λ1. The transmitted light from the element 102 becomes output light subjected to threshold processing at a wavelength longer than λ1.

この神経ネットワーク回路に第3図に示すようなマトリ
ックサイズ4x4のアルファベットのA、J、Oの3文
字を入力し、学習させてシナプス結合素子+03に記憶
させた。学習の際、入カバターンに応じてしきい値の値
を制御したところ、しない場合の2倍以上の速さで収束
し、しかも第4図に示すような不完全パターンの入力に
対しても、完全な出力結果を得た。また、出力(想起結
果)の表示は、実時間で行え、計算機を使った場合より
もすばやく得られることを確認した。
The three letters A, J, and O of the alphabet with a matrix size of 4×4 as shown in FIG. 3 were input to this neural network circuit, learned, and stored in the synaptic coupling element +03. During learning, when we controlled the threshold value according to the input pattern, it converged more than twice as fast as when it was not used, and even when inputting an incomplete pattern as shown in Figure 4. I got a complete output result. We also confirmed that the output (recall results) can be displayed in real time and can be obtained more quickly than when using a computer.

実施例2 、第5図(a)に示すような階層型の神経ネットワーク
回路を構成した。
Example 2 A hierarchical neural network circuit as shown in FIG. 5(a) was constructed.

先ず、この回路の構成について説明する。入力表示素子
501は2次元に配列した発光ダイオードのアレイでλ
、λ2.λ3(但し、λ1くλ2くλ3)の異なる発光
波長成分を持っている。シナプス結合素子502.50
3はともに画素数512X512のAM−LCで構成さ
れている。シナプス結合素子502のAM−LCに使用
されている2枚の偏光子は偏光方向が平行であるカラー
偏光子を用いており、偏光方向に直角方向の透過特性は
第5図(b)に示すようなものである。しきい鎖素子5
04の構造は第1図(e)の等価回路で表され、第5図
(C)に示すように16xlGのマトリックス状に光導
電層を配列したものをさらにIGxlGのマトリックス
状に配列したものである。しきい鎖素子504の透過光
は第5図(d)に示すような透過特性をもつような光学
フィルタ505を通り、シナプス結合素子503に入射
する。シナプス結合素子503のAM−LCに用いられ
ている2枚の偏光板は、シナプス結合素子502と同様
にカラー偏光子を用いており、偏光方向と直角方向の透
過特性は第5図(e)に示すようなものである。しきい
鎖素子506の構造は第1図(e)に示すような4x4
のマトリックス状に光導電層を配列したものをさらに4
x4のマトリックス状に配列したものである。しきい鎖
素子506の透過光は第5図(f)に示すような透過特
性を持つ光学フィルタ508を通り、λ3の波長の出カ
バターンが得られる。ここで、しきい鎖素子504に使
用されている光導電層はλ1を吸収しλ2.λ3の光を
余り吸収しないa−5IC:Hであり、しきい鎖素子5
0[iに使用されている光導電層はλ2を吸収し、λ3
を余り吸収しないa−Sl:I(である。また、入力表
示素子5.01は入力層、しきい鎖素子504は中間層
、しきい鎖素子50[iは出力層に相当し、3層の階層
構造になっている。
First, the configuration of this circuit will be explained. The input display element 501 is an array of light emitting diodes arranged in two dimensions.
, λ2. It has different emission wavelength components of λ3 (however, λ1, λ2, and λ3). Synaptic coupling element 502.50
3 are both constructed of AM-LC with a pixel count of 512×512. The two polarizers used in the AM-LC of the synaptic coupling element 502 are color polarizers whose polarization directions are parallel, and the transmission characteristics in the direction perpendicular to the polarization direction are shown in FIG. 5(b). It's something like this. Threshold chain element 5
The structure of 04 is represented by the equivalent circuit shown in Fig. 1(e), and as shown in Fig. 5(C), photoconductive layers are arranged in a matrix of 16xlG, which is further arranged in a matrix of IGxlG. be. The transmitted light of the threshold chain element 504 passes through an optical filter 505 having transmission characteristics as shown in FIG. 5(d), and enters the synaptic coupling element 503. The two polarizing plates used in the AM-LC of the synaptic coupling element 503 are color polarizers as in the synaptic coupling element 502, and the transmission characteristics in the direction perpendicular to the polarization direction are shown in FIG. 5(e). It is as shown in . The structure of the threshold chain element 506 is a 4x4 structure as shown in FIG. 1(e).
Furthermore, 4 photoconductive layers were arranged in a matrix of
They are arranged in a x4 matrix. The transmitted light of the threshold chain element 506 passes through an optical filter 508 having transmission characteristics as shown in FIG. 5(f), and an output pattern of wavelength λ3 is obtained. Here, the photoconductive layer used in the threshold chain element 504 absorbs λ1 and absorbs λ2. It is a-5IC:H which does not absorb much light of λ3, and the threshold chain element 5
The photoconductive layer used for 0[i absorbs λ2 and absorbs λ3
a-Sl:I(, which does not absorb much of It has a hierarchical structure.

この回路に第6図に示すようなIGxlGのマトリック
スで表示された4つの入力情報(X)を順次入力表示素
子501に表示して、シナプス結合素子502,503
にパターンを記憶学習させた。学習は4つの入カバター
ンに対してそれぞれ出カバターンを決め、正しい出カバ
ターンが得られるようにシナプス結合素子502,50
3のAM−、、LCの表示信号並びにしきい鎖素子50
4.508の電圧を制御してしきい値の値を変化させて
行った。
In this circuit, four pieces of input information (X) displayed in a matrix of IGxlG as shown in FIG.
were made to memorize and learn patterns. In learning, output patterns are determined for each of the four input patterns, and the synaptic coupling elements 502 and 50 are connected to each other in order to obtain the correct output pattern.
3 AM-, LC display signals and threshold chain element 50
This was done by controlling the voltage of 4.508 to change the threshold value.

その結果、しきい値の値を変化させなかった場合よりも
3倍以上速く学習が収束し、計算機を使った場合よりも
充分速くしきい値処理ができることが確認できた。
As a result, learning converged more than three times faster than when the threshold value was not changed, and it was confirmed that threshold processing could be performed much faster than when using a computer.

また、この回路に第7図に示すようにパターンの1/8
をかくした入力に対して、出力結果を見たところ認識率
は約88%であった。
Also, as shown in Fig. 7, 1/8 of the pattern is added to this circuit.
When looking at the output results for the hidden input, the recognition rate was approximately 88%.

また、この神経ネットワーク回路におけるAM−LCお
よび空間光変調素子のXトリックスサイズをこの倒置上
に大きくしても同様の効果が得られるし、さらにAM−
LCと空間光変調素子の対を増やして階層を多くすると
、さらに認識率を向上できる。
Furthermore, even if the X-trix size of the AM-LC and the spatial light modulator in this neural network circuit is increased in this inverted position, the same effect can be obtained;
The recognition rate can be further improved by increasing the number of pairs of LC and spatial light modulator to increase the number of layers.

実施例3 実施例1の神経ネットワーク回路において、シナプス結
合素子103をAM−LCの代わりに第1図(b)また
は(c)の等価回路で表される空間光変調素子を用いた
。ただし、この空間光変調素子の光導電層にはa−SI
C:Hを用いた。また、しきい鎖素子102の空間光変
調素子を構成する光導電層にはa−Sl二Hを用い、第
2図(b)のようにマトリックス状に配列した。入力表
示素子101には、発光波長にa−SIC:Hがよく吸
収する光として波長λ貫およびa−Sl:Hがよく吸収
する光として波長λ2を含む発光ダイオードアレイ(マ
トリックスサイズ4X4)を使用した。
Example 3 In the neural network circuit of Example 1, a spatial light modulation element represented by the equivalent circuit of FIG. 1(b) or (c) was used instead of the AM-LC as the synaptic coupling element 103. However, the photoconductive layer of this spatial light modulator is a-SI.
C:H was used. Further, a-Sl2H was used for the photoconductive layer constituting the spatial light modulator of the threshold chain element 102, and was arranged in a matrix as shown in FIG. 2(b). The input display element 101 uses a light emitting diode array (matrix size 4×4) whose emission wavelength includes wavelength λ as light that is well absorbed by a-SIC:H and wavelength λ2 as light that is well absorbed by a-Sl:H. did.

この神経ネットワーク回路に16種類の単一波長の光に
反応する光センサからの出力を入力情報として用い、−
例として太陽光、蛍光灯、白熱電球、ろうそくの炎の入
力情報をこの神経ネットワーク回路に入力してしきい値
の値を操作しながら、教師無しの学習を行った。その結
果、100%識別することができ、しきい値について学
習を行わなかった場合よりも、学習の収束度は1.5〜
2倍速くなうた。
This neural network circuit uses the output from a light sensor that responds to 16 types of single wavelength light as input information, and -
For example, unsupervised learning was performed by inputting input information of sunlight, fluorescent light, incandescent light bulb, and candle flame into this neural network circuit and manipulating the threshold value. As a result, it was possible to identify 100%, and the degree of convergence of learning was 1.5 to 1.5% higher than when no learning was performed on the threshold value.
The song is twice as fast.

このように教師無しの学習でも動作能力の優れた神経ネ
ットワーク回路が得られた。
In this way, a neural network circuit with excellent operational ability was obtained even with unsupervised learning.

発明の効果 本発明によれば、学習機能を有し、しかもしきい値処理
機能をハードウェア化した、学習の収束度および動作の
能力に優れ、階層構造を容易に構築できる神経ネットワ
ーク回路が得られる。
Effects of the Invention According to the present invention, a neural network circuit is obtained which has a learning function, has a threshold processing function in hardware, has excellent learning convergence and operation ability, and can easily construct a hierarchical structure. It will be done.

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

第1図(a)は、本発明の一実施例における神経ネット
ワーク回路の構成の概略図、第1図(b) 、(C) 
。 (d)、(e)は本発明の一実施例の神経ネットワーク
回路に使用した空間光変調素子の等価回路図、第2図(
a)、(b)は、それぞれ本発明の一実施例の神経ネッ
トワーク回路に使用した空間光変調素子の断面図および
平面図、第2図(C)は、本発明の一実施例の神経ネッ
トワーク回路に使用したカラー偏光板の透過特性を示す
グラフ、第3図および第4図は、それぞれ本発明の一実
施例の神経ネットワーク回路に記憶させた文字入カバタ
ーンおよび想起に用いたそれらの不完全パターンを示す
図、第5図(a)は本発明の一実施例の神経ネットワー
ク回路の構成の概略図、第5図(b)、、(c)、(d
)、(e) 、(f)は、それぞれ本発明における一実
施例の神経ネットワーク回路で使用したカラー偏光板の
透過特性図、空間光変調素子の平面図、カラーフィルタ
の透過特性図、カラー偏光板の透過特性図、カラーフィ
ルタの透過特性図、第6図および第7図は、それぞれ神
経ネットワーク回路に記憶させたパターンの一例および
想起に用いた不完全パターンを示す図、第8図は神経ネ
ットワークの階層構造の1例を示すモデル図である。 101・・・入カバターン表示素子、102・・・しき
い値素子、103・・・シナプス結合素子、501・・
・入力表示素子、502.503・・・シナプス結合素
子、504,508・・・しきい値素子、505,50
7・・・光学フィルタ。 代理人の氏名 弁理士 粟野重孝 はか1名第1図 (OL) 区 ) 口。 メ ゾ 駅 蝦 べ (α) AI ?+t λ3 1長 (入〈λ2〈ス3) 第 ■ (C) 第 図 第 図 第 図 沢Jを (nδ1) 嬉 図 (C) 蘂 図 入a λ3 」 第 図 (ヂ2 箪 図 2〜) 7r、= /113 N
FIG. 1(a) is a schematic diagram of the configuration of a neural network circuit in an embodiment of the present invention, and FIG. 1(b) and (C)
. (d) and (e) are equivalent circuit diagrams of a spatial light modulation element used in a neural network circuit according to an embodiment of the present invention;
a) and (b) are a cross-sectional view and a plan view, respectively, of a spatial light modulation element used in a neural network circuit according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2(C) is a neural network according to an embodiment of the present invention. Graphs 3 and 4 showing the transmission characteristics of the color polarizing plate used in the circuit are graphs showing the character-filled cover patterns stored in the neural network circuit of one embodiment of the present invention and their imperfections used for recall, respectively. Figure 5 (a) is a diagram showing the pattern, and Figure 5 (a) is a schematic diagram of the configuration of a neural network circuit according to an embodiment of the present invention.
), (e), and (f) are a transmission characteristic diagram of a color polarizing plate, a top view of a spatial light modulation element, a transmission characteristic diagram of a color filter, and a color polarization diagram, respectively, used in a neural network circuit according to an embodiment of the present invention. The transmission characteristic diagram of the board, the transmission characteristic diagram of the color filter, and Figures 6 and 7 are diagrams showing an example of the pattern stored in the neural network circuit and an incomplete pattern used for recall, respectively. Figure 8 is the diagram showing the neural network circuit. FIG. 2 is a model diagram showing an example of a hierarchical structure of a network. 101... Input pattern display element, 102... Threshold element, 103... Synapse coupling element, 501...
- Input display element, 502, 503... Synaptic coupling element, 504, 508... Threshold element, 505, 50
7...Optical filter. Name of agent: Patent attorney Shigetaka Awano (Figure 1 (OL)). Mezzo station shrimp (α) AI? +t λ3 1 length (input〈λ2〈space 3) No. ■ (C) Fig. Fig. Fig. Fig. Fig. Fig. Fig. Fig. Fig. Fig. Fig. Fig. Fig. Fig. Fig. Fig. 3 (nδ1) Fig. Fig. Fig. 1 (C) Fig. Fig. Fig. 2) 7r, = /113 N

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)液晶層と光導電性を有する部分と電界効果型トラ
ンジスタとを備え、前記電界効果型トランジスタに前記
光導電性を有する部分が電気的に接続されており、かつ
前記光導電性を有する部分に光を照射することにより前
記液晶層にかかる電界強度を変調する空間光変調素子を
少なくとも構成要素とする神経ネットワーク回路。
(1) Comprising a liquid crystal layer, a photoconductive part, and a field effect transistor, the photoconductive part is electrically connected to the field effect transistor, and the photoconductive part has the photoconductivity. A neural network circuit comprising at least a spatial light modulation element that modulates the electric field intensity applied to the liquid crystal layer by irradiating a portion with light.
(2)複数の空間光変調素子を含み、それぞれ前記空間
光変調素子の光導電性を有する部分が異なる材料から成
ることを特徴とする請求項1に記載の神経ネットワーク
回路。
(2) The neural network circuit according to claim 1, wherein the neural network circuit includes a plurality of spatial light modulation elements, and the photoconductive portions of each of the spatial light modulation elements are made of different materials.
(3)光導電性を有する部分が内部に空乏層を含むこと
を特徴とする請求項1に記載の神経ネットワーク回路。
(3) The neural network circuit according to claim 1, wherein the photoconductive portion includes a depletion layer therein.
(4)光導電性を有する部分が複数であることをことを
特徴とする請求項1に記載の神経ネットワーク回路。
(4) The neural network circuit according to claim 1, characterized in that there is a plurality of photoconductive parts.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02297204A (en) * 1989-05-11 1990-12-07 Mitsubishi Electric Corp Optical neuro-chip

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