JPH02293987A - Optical neural net circuit - Google Patents

Optical neural net circuit

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JPH02293987A
JPH02293987A JP1114216A JP11421689A JPH02293987A JP H02293987 A JPH02293987 A JP H02293987A JP 1114216 A JP1114216 A JP 1114216A JP 11421689 A JP11421689 A JP 11421689A JP H02293987 A JPH02293987 A JP H02293987A
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JP
Japan
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light
light emitting
emitting element
element array
section
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JP1114216A
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Japanese (ja)
Inventor
Kazuhiro Noguchi
一博 野口
Toshikazu Sakano
寿和 坂野
Kazuo Hokari
和男 保苅
Takao Matsumoto
松本 隆男
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Abstract

PURPOSE:To facilitate the multi-element conversion by placing a light emitting element and a light receiving element on a two-dimensional array, and attaining the setting of a coupling coefficient between both of them by controlling a plane of polarization of a linearly polarized light radiated by the light emitting element and a plane of polarization of a linearly polarized light component detected by the light receiving element. CONSTITUTION:Light intensity of a linearly polarized light radiated from an element array part 21 is detected by a light receiving element array part 24, a photocurrent generated from the light receiving element array part 24 is integrated, this integral value is compared with a threshold, and in accordance with a result of this comparison, a control is executed so that each light emitting element part of the light emitting element array part 21 is brought independently to light emission or extinction. Accord ingly, by only covering each element of the light emitting element array 21 and the light receiving element array 24 with space filter arrays 23a, 23b having a function for rotating a plane of polarization, a hop field type associative storage device can be realized. In such a way, comparing with a conventional technology using a holo gram, a necessary space per one element on the array can be reduced remarkably, and the multi-element can be realized easily.

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は、光空間配線技術を用いたホップフィールド型
連想記憶回路の多素子化を実現し得る光ニューラルネッ
ト回路に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Object of the Invention] (Industrial Field of Application) The present invention relates to an optical neural network circuit that can realize multi-element Hopfield type content addressable memory circuits using optical spatial wiring technology.

(従来の技術) 近年、パターン認識、連想記憶等の分野で、生物の神経
回路網の構造をデータ処理装置に取り入れ、従来とは異
なるデータ処理方式を実現しようとする働きが盛んにな
っている。このような人工的に再現された神経回路網の
構造は、一般にニューラルネットと呼ばれ、通常、単純
な信号の処理を実行するシンブスと呼ばれるノード部分
と、これらのシナプス間を接続して信号の伝達を行うニ
ューロンと呼ばれる配線部分とからなり、全体として多
数のシナプスがニューロンによって複雑に配線された形
となっている。
(Prior art) In recent years, in fields such as pattern recognition and associative memory, efforts have been made to incorporate the structure of biological neural networks into data processing devices to realize data processing methods different from conventional methods. . The structure of such an artificially reproduced neural network is generally called a neural network, and it usually has a node part called a synapse that performs simple signal processing, and a node part called synapses that performs simple signal processing and connects these synapses to process the signal. It consists of wiring parts called neurons that carry out transmission, and as a whole, many synapses are intricately wired by neurons.

ニューラルネットの1つの形態として、ホープフィール
ドモデルと呼ばれるものがある。このモデルでは、各シ
ナプスは0または1の2つの状態のいずれかをとり、時
間の進行とともにニューロンの結合状態に応じて、その
状態が変化する。各シナプスの状態変化はニューロンの
結合を示す行列T= (Tijl によって表される。
One form of neural network is called the Hopefield model. In this model, each synapse takes one of two states, 0 or 1, and its state changes over time depending on the connection state of neurons. The state change of each synapse is represented by a matrix T=(Tijl) indicating the connections of neurons.

シナプス数をnとした時、ある瞬間のi番目のシナブス
の状態をViとし、この状態から1ステップ経過した時
のi番目のシナブスの状態をV1゜とすると、V1=L
h(.Σ TIjVj)      ・・・(1)j−
1 但し、  th(x)=1  (X≧0)0 (x<O
) となる。すなわち、各シナプスは1ステップの時間の間
に他のシナブスの状態を受け取り、これに行列Wによっ
て定義された重みをつけて和をとり、これにしきい愛処
理を行って、その結果により自分自身の状態を決定する
。ここで、その要素が0または1の2つの値を取るm個
のn元ベクトルU(11 .  [J(21,・・・・
・・ U (m)を考える。この時!=(Ilj)をn
行n列の単位行列として、TB=Σ (2UI  ”’
  −1)(2Ul  (1 −1)k−1 −mIij              ・・・(2)
によって行列Tが定義されると、このモデルはある初期
状態をシナブスに与えた時、シナブスの状態をU(1)
 . [J(2),・・・・・・ IJ fm+の中で
与えられた初期状態に最も近いものに収束させる作用を
有するようになる。従って、ある入力ベクトルが与えら
れたとき、予め定義されたいくつものベクトルの中から
入力ベクトルに最も近いものを出力する連想記憶機能が
得られる。また、式(2)の右辺から単位行列の項を除
いた次式 ’r” +j=Σ (2U1  lkゝ −1)(2U
l ′kゝ 一l)k−1 ・・・(3) によって定義される行列T8をTの代わりに用いても、
ほぼ同様な連想記憶機能を得ることができる。
When the number of synapses is n, the state of the i-th synapse at a certain moment is Vi, and the state of the i-th synapse when one step has passed from this state is V1°, then V1=L
h(.Σ TIjVj) ...(1)j-
1 However, th(x)=1 (X≧0)0 (x<O
) becomes. That is, each synapse receives the states of other synapses during the time of one step, adds weights defined by the matrix W, sums them, performs threshold love processing on this, and uses the result to determine its own state. determine the state of Here, m n-element vectors U(11.[J(21,...
... Consider U (m). At this time! = (Ilj) as n
As an identity matrix with rows and n columns, TB=Σ (2UI ”'
-1)(2Ul (1 -1)k-1 -mIij...(2)
When the matrix T is defined by
.. [J(2),... IJ fm+ has the effect of converging to the one closest to the given initial state. Therefore, when a certain input vector is given, an associative memory function is obtained that outputs the one closest to the input vector from among a number of predefined vectors. In addition, the following formula 'r'' +j=Σ (2U1 lkゝ -1) (2U
Even if the matrix T8 defined by l'kゝ -l)k-1...(3) is used instead of T,
Almost the same associative memory function can be obtained.

上述したホップフィールドモデルを用いた連想記憶方式
は、すべてのシナプスが各々自分自身以外のすべてのニ
ューロンを介して結合していることが必要である。従っ
て、シナプス数がnの場合、全部でn (n−1)/2
本の双方向に信号伝達が可能なニューロンが必要となる
。このため、ホップティールド回路を電気回路によって
実現しようとすると、シナブスに相当するプロセッサの
数の増加に伴って、ニューロ゜ンに相当する配線の数が
プロセッサ数の2乗に比例して増加する。従って、多素
子のホップティールド回路は、複雑に交差した非常に多
数の配線を施さなければならず、電気的配線では、高速
の回路の実現が困難となる。
The associative memory method using the Hopfield model described above requires that all synapses are connected via all neurons other than their own. Therefore, if the number of synapses is n, the total is n (n-1)/2
We need neurons that can transmit signals in both directions. Therefore, if we try to implement a Hopteeld circuit using an electric circuit, as the number of processors corresponding to synapses increases, the number of wires corresponding to neurons will increase in proportion to the square of the number of processors. . Therefore, a multi-element hoptailed circuit requires a very large number of wirings that intersect in a complicated manner, making it difficult to realize a high-speed circuit using electrical wiring.

上記問題を解決するため、光空間配線技術を用いたホッ
プフィールド回路が提案されている。光空間配線は空間
を伝搬する光を信号伝送媒体として用いる方式で、物理
的な信号伝送機を用いずに高速な信号伝送を行える。
In order to solve the above problem, a Hopfield circuit using optical spatial wiring technology has been proposed. Optical space wiring is a method that uses light propagating in space as a signal transmission medium, and can perform high-speed signal transmission without using a physical signal transmitter.

第3図は文献(D.Psaltls, et al..
“opttca+lnl’ormatlon proc
essing based on an assocI
atelve−memory model−, Opt
. Lett.. l/of. 10.pp.98−1
00. 1985年発行)に開示されている光空間配線
技術を用いたホップフィールド回路の構成を示す図であ
る。同図において、1は素子数nの1次元発光素子アレ
イ、2はn行n列のマトリックス状に配列された光減衰
フィルタアレイ、3は素子数nの1次元受光素子アレイ
であり、受光される光強度に対するしきい値処理および
発光素子アレイ1の駆動機能を同時に有している。1次
元光素子アレイ1のj番目の素子から発した光は、光減
衰フィルタアレイ2のJ番目の全体を照射し、この中で
j行j列の位置のフィルタを透過した光のみが1次元受
光素子アレイ3のi番目の素子に結合する。ここで、フ
ィルタアレイ2がない場合に、1次元発光素子アレイ1
の中の1個の素子から発し、1次元受光素子アレイ3の
中の1個の素子によって検出される光強度をp、光減衰
フィルタアレイ2の中のi行j列の位置のフィルタの透
過率をSIjとし、V=fVi)を1次元発光素子アレ
イ1の各素子の発光状態を表すベクトル(i番目の素子
が発光している時Vi=1、発光していない時Vi=0
)とする。この時、要素が0または1の2つの値を取る
m個のn元ベクトルU”u”.・・・・・・ U (m
)に対してS ij=1/2+(2Ul ” −1)(
2Uj (kゝ−1)/ 2m − I ij/ 2 
      ・・・(4)となるようにSijを決定す
れば、1次元受光素子アレイ3の中のi番目の素子によ
って検出される光強度Piは次式のようになる。
Figure 3 is based on the literature (D. Psalts, et al.
“opttca+lnl'ormatlon proc
essing based on an assocI
atelve-memory model-, Opt
.. Lett. .. l/of. 10. pp. 98-1
00. 1 is a diagram illustrating the configuration of a Hopfield circuit using the optical spatial wiring technology disclosed in 1985 (published in 1985). In the figure, 1 is a one-dimensional light-emitting element array with n elements, 2 is a light attenuation filter array arranged in a matrix of n rows and n columns, and 3 is a one-dimensional light-receiving element array with n elements. It simultaneously has the function of thresholding the light intensity and driving the light emitting element array 1. The light emitted from the j-th element of the one-dimensional optical element array 1 illuminates the entire J-th element of the optical attenuation filter array 2, and only the light that has passed through the filter at the j row and j column position is one-dimensional. It is coupled to the i-th element of the light receiving element array 3. Here, when there is no filter array 2, one-dimensional light emitting element array 1
The light intensity emitted from one element in the one-dimensional light-receiving element array 3 and detected by one element in the one-dimensional light receiving element array 3 is p, and the transmission through the filter at the i-th row and j-th column in the optical attenuation filter array 2 is Let the rate be SIj and V = fVi) be a vector representing the light emitting state of each element of the one-dimensional light emitting element array 1 (Vi = 1 when the i-th element is emitting light, Vi = 0 when it is not emitting light)
). At this time, m n-element vectors U"u". whose elements take two values, 0 or 1.・・・・・・ U (m
) for S ij=1/2+(2Ul ” −1)(
2Uj (kゝ-1)/2m-Iij/2
...If Sij is determined as shown in (4), the light intensity Pi detected by the i-th element in the one-dimensional light-receiving element array 3 will be as shown in the following equation.

PI  =p ・fisIjVj j−1 ・・・(5) 従って、光強度のしきい値pH(lh)をp14lhl
アレイ3の中のi番目の素子が受光する光強度がpH+
Ih)以上の場合には、1次元発光素子アレイ1の中の
i番目の素子を発光させ、Pl(lhゝ以下なら、これ
を発光させないような処理を行うことにより上式(1)
と同等なしきい値処理を実現でき、前記ホップフィール
ド回路の動作を行わせることができる。
PI = p ・fisIjVj j−1 (5) Therefore, the threshold value pH (lh) of light intensity is p14lhl
The light intensity received by the i-th element in array 3 is pH +
Ih) or above, the i-th element in the one-dimensional light emitting element array 1 is made to emit light, and if Pl(lh) or less, the above equation (1) is performed.
It is possible to realize threshold processing equivalent to the above, and to perform the operation of the Hopfield circuit.

上述した方式では、発光素子アレイ1および受光素子ア
レイ3がともに1次元アレイであるため、光減衰フィル
タアレイ2を2次元に配置することによって素子数の2
乗に比例する数の配線を空間的に無理なく配置すること
ができる。しかしながら、この方式では発光素子アレイ
、受光素子アレイを2次元化した場合、配線部分に相当
するフィルタアレイを空間に無理なく配置するのが困難
となる。このため、この方式では2次元発光素子アレイ
、受光素子アレイを用いて多素子化を図ることが困難で
あるという欠点がある。
In the method described above, since both the light emitting element array 1 and the light receiving element array 3 are one-dimensional arrays, the number of elements can be reduced by 2 by arranging the light attenuation filter array 2 two-dimensionally.
The number of wires proportional to the power can be arranged spatially without difficulty. However, in this method, when the light-emitting element array and the light-receiving element array are made two-dimensional, it becomes difficult to reasonably arrange the filter array corresponding to the wiring portion in space. Therefore, this method has a drawback in that it is difficult to increase the number of elements using a two-dimensional light emitting element array and a light receiving element array.

上述した欠点を解決するための手法として、2次元発光
素子例の中の各素子から発する光をホログラムを用いて
2次元受光素子アレイの中の各素子に分配する方式が開
示されている。
As a method for solving the above-mentioned drawbacks, a method has been disclosed in which light emitted from each element in an example of a two-dimensional light emitting element is distributed to each element in a two-dimensional light receiving element array using a hologram.

第4図は文献(Ju−Seog Jang. et a
t.,  “Opalcal Implementat
ion of the Hopf’Ield mode
I・・゜Opt. Lett., Vol.l3. p
p. 248−250.1988年発行)に示されてい
るホップフィールド回路の構成を示す図である。同図に
おいて、11はアルゴンイオンレーザ、12はコリメー
トレンズ、13は2次元空間光スイッチアレイ、14は
2次元ホログラムアレイ、15は2次元受光素子アレイ
、16はしきい値回路、17はスイッチアレイドライブ
回路である。
Figure 4 shows the literature (Ju-Seog Jang. et a
t. , “Opalcal Implementat
ion of the Hopf'Ield mode
I...゜Opt. Lett. , Vol. l3. p
p. 248-250. Published in 1988) is a diagram showing the configuration of a Hopfield circuit. In the figure, 11 is an argon ion laser, 12 is a collimating lens, 13 is a two-dimensional spatial optical switch array, 14 is a two-dimensional hologram array, 15 is a two-dimensional light receiving element array, 16 is a threshold circuit, and 17 is a switch array. It is a drive circuit.

第4図において、レーザ11から発した光はレンズ12
によって平行光ビームとなり、光スイッチアレイ13に
入射する。光スイッチアレイ13の各スイッチは、その
オンまたはオフ状態に応じて光を透過または遮断する。
In FIG. 4, the light emitted from the laser 11 is transmitted through the lens 12.
The light becomes a parallel light beam and enters the optical switch array 13. Each switch in the optical switch array 13 transmits or blocks light depending on its on or off state.

光スイッチアレイ13の1つのスイッチを透過した光は
、そのスイッチに対応したホログラムアレイ14の中の
1つのホログラムに入射する。このホログラムによって
発生ずる1次回折光は、予め定められた割合で受光素子
アレイ15の中の各素子に分配される。
Light transmitted through one switch in the optical switch array 13 is incident on one hologram in the hologram array 14 corresponding to that switch. The first-order diffracted light generated by this hologram is distributed to each element in the light-receiving element array 15 at a predetermined ratio.

ここで、V= {Vi}を光スイッチアレイ3の状態を
示すベクトル(i番目のスイッチがオンならばVi=1
、オフならばVi=O)、!)を光スイッチアレイ13
の中のオン状態のスイッチを透過するレーザ光の強度、
Sljをホログラムアレイ14の中のi番目のホログラ
ムから受光素子アレイ15の中のj番目の素子に達する
回折光の強度と、このホログラムへの入射光強度との比
とする。
Here, V = {Vi} is a vector indicating the state of the optical switch array 3 (If the i-th switch is on, Vi = 1
, if off, Vi=O),! ) optical switch array 13
The intensity of the laser light transmitted through the on-state switch in ,
Let Slj be the ratio of the intensity of the diffracted light that reaches the j-th element in the light-receiving element array 15 from the i-th hologram in the hologram array 14 and the intensity of the light incident on this hologram.

この時、SIjを上式(4)に従って決定し、受光素子
アレイ15の中の各素子の出力に対して前述した第1図
の場合と同様なしきい値処理をほどこせば、第1図の例
と全く同様な原理によってホップフィールド回路として
の動作を行うことができる。
At this time, if SIj is determined according to the above equation (4) and the output of each element in the light receiving element array 15 is subjected to threshold processing similar to that in the case of FIG. 1 described above, the result shown in FIG. It can operate as a Hopfield circuit using the same principle as in the example.

このように上述した方式を使用すれば、2次元アレイ化
素子を用いた二二一ラルネットモデルが実現できる。
By using the method described above, a 221 ral net model using two-dimensional arrayed elements can be realized.

(発明が解決しようとする課題) 上述した方式では、ホログラムアレイの中の1つのホロ
グラムで素子数と同数の光の分配を行う必要があるため
、素子数が多くなると、各ホログラムを小型化すること
が困難となり、ひいては装置全体の小型化が困難になる
という問題があるとともに、またコヒーレントな光学系
を必要とするため装置が複雑になるという問題もある。
(Problem to be Solved by the Invention) In the above-mentioned method, it is necessary to distribute the same number of lights as the number of elements in one hologram in the hologram array, so as the number of elements increases, it is necessary to downsize each hologram. This poses a problem in that it becomes difficult to reduce the size of the entire device, and also that the device becomes complicated because it requires a coherent optical system.

本発明は、上記に鑑みてなされたもので、その目的とす
るところは、簡単かつ小型化が容易なホップフィールド
型連想記憶回路に適用し得る光ニューラルネット回路を
提供することにある。
The present invention has been made in view of the above, and an object thereof is to provide an optical neural network circuit that is simple and easy to miniaturize and can be applied to a Hopfield type content addressable memory circuit.

[発明の構成] (課題を解決するための手段) 上記目的を達成するため、本発明の光ニューラルネット
回路は、周囲の空間に直線偏光を放射し、該偏光方向を
任意に制御する少なくとも1個の発光素子部を有する発
光素子アレイ部と、入射する光の中の特定の直線偏光成
分の光強度を検出し、該偏光方向を制御する受光素子を
1個以上有する受光素子アレイ部と、前記受光素子アレ
イ部に属する受光素子の各々について、該受光素子から
発生する光電流の時間についての積分値に比例した出力
を発生する積分回路部と、前記積分回路の出力と別に供
給されるしきい値との比較結果に応じて、前記発光素子
アレイ部を構成する各発光素子部を独立に発光または消
光させるように制御するしきい値処理および発光素子部
のドライブを行う手段とを有することを要旨とする。
[Structure of the Invention] (Means for Solving the Problems) In order to achieve the above object, the optical neural network circuit of the present invention emits linearly polarized light into the surrounding space, and at least one component that arbitrarily controls the polarization direction. a light-emitting element array part having one or more light-emitting element parts; a light-receiving element array part having one or more light-receiving elements for detecting the light intensity of a specific linearly polarized component in the incident light and controlling the polarization direction; For each of the light receiving elements belonging to the light receiving element array section, an integrating circuit section generates an output proportional to an integral value over time of a photocurrent generated from the light receiving element, and an output is supplied separately from the integrating circuit. and means for performing threshold processing and driving of the light emitting element sections to control each light emitting element section constituting the light emitting element array section to independently emit or extinguish light according to a comparison result with a threshold value. The gist is:

(作用) 本発明の光ニューラルネット回路では、発光素子アレイ
部から放射される直線偏光の光強度を受光素子アレイ部
で検出し、受光素子アレイ部から発生する光電流を積分
し、該積分値をしきい値と比較し、この比較結果に応じ
て発光素子アレイ部の各発光素子部を独立に発光または
消光させるように制御している。
(Function) In the optical neural network circuit of the present invention, the light intensity of linearly polarized light emitted from the light emitting element array is detected by the light receiving element array, the photocurrent generated from the light receiving element array is integrated, and the integrated value is is compared with a threshold value, and each light emitting element section of the light emitting element array section is controlled to emit or extinguish light independently according to the comparison result.

(実施例) 以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。(Example) Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第1図は本発明の一実施例の構成を示す図である。同図
において、21は発光ダイオードを2次元アレイ状に配
列した発光素子アレイ、22a、22bは偏光板、23
a、23bは空間伝搬光の偏光面を任意に回転させる機
能を有する空間フィルタアレイ、24はフォトダイオー
ドを2次元アレイ状に配列した受光素子アレイである。
FIG. 1 is a diagram showing the configuration of an embodiment of the present invention. In the figure, 21 is a light emitting element array in which light emitting diodes are arranged in a two-dimensional array, 22a and 22b are polarizing plates, and 23
23a and 23b are spatial filter arrays having a function of arbitrarily rotating the plane of polarization of spatially propagating light, and 24 is a light receiving element array in which photodiodes are arranged in a two-dimensional array.

ここで、発光素子アレイ21の中の各発光素子から発し
た光は、すべて受光素子アレイ24中の各素子を一様に
照射するものとする。また、25は空間フィルタアレイ
23a、23bを制御するための制御装置、26は受光
素子アレイ24の中の各素子の光電流の時間に対する積
分値を出力する積分回路、27は積分回路26の出力に
対してしきい値処理を行い、その結果に基づいて発光素
子アレイ21の中の各発光素子の発光状態を制御するし
きい値処理・発光素子ドライブ回路、28は発光素子ア
レイ21の中の発光状態にある素子の数を検出し、この
数に比例した出力を発生するしきい値発生回路である。
Here, it is assumed that the light emitted from each light emitting element in the light emitting element array 21 uniformly illuminates each element in the light receiving element array 24. Further, 25 is a control device for controlling the spatial filter arrays 23a and 23b, 26 is an integrating circuit that outputs the integral value of the photocurrent of each element in the light receiving element array 24 with respect to time, and 27 is the output of the integrating circuit 26. A threshold processing/light emitting element drive circuit 28 performs threshold processing on the light emitting element array 21 and controls the light emitting state of each light emitting element in the light emitting element array 21 based on the result. This is a threshold generation circuit that detects the number of elements in a light emitting state and generates an output proportional to this number.

偏光板22a、22bは透過する偏光の偏光面が互いに
一致するように配置される。また、発光素子アレイ21
の中の各発光素子の発光している状態および発光してい
ない状態をそれぞれ状態1および0と定義する。空間フ
ィルタアレイ23a123bの中の各フィルタは、それ
ぞれ対応する発光素子アレイ21および受光素子アレイ
24の中の各素子を覆っており、制御装置25によって
透過光の偏光面を回転させない状態(状態0)と偏光面
を90°回転させる状態(状態1)のいずれかに制御さ
れる。すなわち、本実施例では、発光素子アレイ21、
偏光板22aおよび空間フィルタアレイ23aによって
直線偏光を放射し、かつその偏光方向を任意に制御する
機能を有する発光素子アレイ部を構成し、受光素子アレ
イ24、偏光1i1E22bおよび空間フィルタアレイ
23bによって入射する光の中の特定の直線偏光成分の
光強度を検出し、かつその偏光方向を任意に制御する機
能を有する受光素子アレイ部を構成している。
The polarizing plates 22a and 22b are arranged so that the polarization planes of transmitted polarized light coincide with each other. In addition, the light emitting element array 21
The light-emitting state and non-light-emitting state of each light-emitting element in are defined as states 1 and 0, respectively. Each filter in the spatial filter array 23a123b covers each element in the corresponding light emitting element array 21 and light receiving element array 24, and is in a state in which the polarization plane of transmitted light is not rotated by the control device 25 (state 0). or a state in which the plane of polarization is rotated by 90° (state 1). That is, in this embodiment, the light emitting element array 21,
The polarizing plate 22a and the spatial filter array 23a constitute a light emitting element array section having the function of emitting linearly polarized light and controlling the polarization direction arbitrarily, and the linearly polarized light is incident on the light receiving element array 24, the polarized light 1i1E22b and the spatial filter array 23b. It constitutes a light-receiving element array section that has the function of detecting the light intensity of a specific linearly polarized component in light and arbitrarily controlling its polarization direction.

次に作用を説明する。発光素子アレイ21、空間フィル
タアレイ23a,23bおよび受光素子アレイ24の数
をnとし、各素子が0または1の値を取るm個のn元ベ
クトルU(11 . U(21,・・・・・・ U (
 m lおよび1個のn元ベクトルVを考える。
Next, the effect will be explained. Let n be the number of light emitting element array 21, spatial filter arrays 23a, 23b, and light receiving element array 24, and m n-element vectors U(11, U(21,...) in which each element takes a value of 0 or 1.・・U (
Consider m l and one n-element vector V.

この時、発光素子アレイ21の中のi番目(1≦i≦n
)の素子の発光状態をベクトルVのi番目の要素Viに
一致させるとともに、空間フィルタアレイ23a、23
bの中のi番目(1≦i≦n)のフィルタの状態のベク
トル7J ( kゝのi番目の要素ux(kゝに一致さ
せる。この時、i番目の発光素子から発し、j番目の受
光素子に達する光によってこの受光素子に発生する光電
流をIIj(klとすると、 jlj(kl = Io, XOR (ll (k) 
. lJj (k) )””Io   ((2U1”’
 −1)(2Uj (k’−1)+1)/2 ・・・(6) が成立する。但し、Ioはi番目とj番目のフィルタの
状態が同一の場合の光電流を表し、XORは排他的理論
和を表す。上式(6)からすべての発光素子と受光素子
の組合せについてI。の値が等しければ、この状態でj
番目の受光素子に流れる光電流の総和■j′kゝは次式
で表される。
At this time, the i-th (1≦i≦n
) to match the i-th element Vi of the vector V, and the spatial filter arrays 23a, 23
The vector 7J of the state of the i-th filter (1≦i≦n) in b (matches the i-th element ux (k) of If the photocurrent generated in the photodetector by light reaching the photodetector is IIj(kl), then jjlj(kl = Io, XOR (ll (k)
.. lJj (k) )""Io ((2U1"'
-1)(2Uj (k'-1)+1)/2...(6) holds true. However, Io represents the photocurrent when the i-th and j-th filters are in the same state, and XOR represents the exclusive logical sum. From the above equation (6), I for all combinations of light emitting elements and light receiving elements. If the values of are equal, then in this state j
The total sum of photocurrents flowing through the th light-receiving element ■j'k'' is expressed by the following equation.

Ij  ”’  = ΣI IjLkli=1 ( 2Uj (kゝ −1)  +l+/2・・・(7
)ここで、j番目の受光素子から発生する光電流を積分
回路26に供給し、空間フィルタアレイ23a、23b
の中の各フィルタの状態を一定の時間間隔tで順にUf
Ll . U(2),・・・・・・ 1) +m)に一
致するように切り替える。この時、積分回路26に蓄積
される電荷の量をQjとすれば、Qjは次式により表さ
れる。
Ij ”' = ΣI IjLkli=1 (2Uj (kゝ -1) +l+/2...(7
) Here, the photocurrent generated from the j-th light receiving element is supplied to the integrating circuit 26, and the spatial filter array 23a, 23b is
Uf sequentially changes the state of each filter in
Ll. Switch to match U(2),...1) +m). At this time, if the amount of charge accumulated in the integrating circuit 26 is Qj, then Qj is expressed by the following equation.

=t oio a  Σ Vi  Σ ((2  Ul
  ”  −1)(  2Uj  (k′−1)+11
/2)n Σ (( 2Uj  ”’  −1)・(2Uj  (
”  −1)}k−1 = (t ・ ■o/2)・(mN.,,,ここで、N
0。は発光素子アレイ21の中で発光している素子の数
(ベクトルVの“1″の要素の数) 、T”は式(3)
で定義されたニューロン間の結合係数である。
=t oio a Σ Vi Σ ((2 Ul
"-1) (2Uj (k'-1)+11
/2) n Σ (( 2Uj ”' -1)・(2Uj (
"-1)}k-1 = (t ・ ■o/2)・(mN.,,, where, N
0. is the number of elements emitting light in the light emitting element array 21 (the number of “1” elements of the vector V), and T” is the formula (3)
is the coupling coefficient between neurons defined by .

前記しきい値処理・発光素子ドライブ回路27では、し
きい値発生回路28から供給されるN0。
The threshold processing/light emitting element drive circuit 27 receives N0 from the threshold generation circuit 28.

に比例した出力を用いて、1からnまでのすべてのjに
ついてQjと(mtIoN.,..l/2)の大きさを
比較し、正の場合、発光素子アレイ21の中のj番目の
発光素子の状態を“1” (発光)とし、それ以外の場
合“0“ (消光)とする。式(8)よりしきい値処理
された値は、式(1)で定義されたホップモールド型モ
デルの出力結果と一致している。従って、上述した動作
によって新たに得られた発光素子アレイ21の発光状態
に対して、再び上記動作を繰り返せば、本実施例の装置
は通常のホップフィールド型連想記憶装置として動作す
る。
Using an output proportional to The state of the light emitting element is set to "1" (light emission), and otherwise it is set to "0" (quenched). The value subjected to threshold processing from equation (8) matches the output result of the Hopf mold model defined by equation (1). Therefore, by repeating the above operation again for the light emitting state of the light emitting element array 21 newly obtained by the above operation, the device of this embodiment operates as a normal Hopfield type content addressable memory device.

以上のように、本実施例によれば、発光素子アレイ21
および受光素子アレイ24の各素子を、偏光面を回転さ
せる機能を有した空間フィルタアレイ23a,23bに
よって覆うだけでホップフィールド型連想記憶装置を実
現できる。このため、ホログラムを用いた従来技術に比
較してアレイ上での1素子当りの所要スペースを大幅に
小さくすることができる。従って、本実施例では、発光
および受光素子アレイへの素子の2次元高密度実装が可
能となり、実用的なニューラルネットを実現する上で大
きな問題であった多素子化を容易に実現することができ
る。
As described above, according to this embodiment, the light emitting element array 21
A Hopfield type content addressable memory device can be realized simply by covering each element of the light receiving element array 24 with the spatial filter arrays 23a and 23b having the function of rotating the plane of polarization. Therefore, the space required per element on the array can be significantly reduced compared to the conventional technology using holograms. Therefore, in this embodiment, two-dimensional high-density mounting of elements on the light emitting and light receiving element array is possible, and multi-element implementation, which has been a major problem in realizing a practical neural network, can be easily realized. can.

第2図は本発明の他の実施例の構成を示す図である。同
図において、31a、3lbは発光ダイオードを2次元
アレイ状に配列した発光素子アレイ、32a,32b,
32c、32dは偏光板、33a〜33dは空間伝搬先
の偏光面を任意に回転させる機能を有する空間フィルタ
アレイ、34a,34bはフォトダイオードを2次元ア
レイ状に配列した受光素子アレイである。ここで、発光
素子アレイ31aの中の各発光素子から発した光はすべ
て受光素子アレイ34aの中の各素子を一様に照射し、
発光素子アレイ31bの中の各発光素子から発した光は
すべて受光素子アレイ34bの中の各素子を一様に照射
するものとする。また、35は空間フィルタアレイ33
a、33b,33c,33dを制御するための制御装置
、36a136bはそれぞれ受光素子アレイ34 a,
 34 bの中の各素子の光電流の時間に対する積分値
を出力する積分回路、37は積分回路36a、36bの
出力を比較し、その結果に基づいて発光素子アレイ31
a、3lbの中の各発光素子の発光状態を制御するしき
い値処理・発光素子ドライブ回路である。
FIG. 2 is a diagram showing the configuration of another embodiment of the present invention. In the figure, 31a, 3lb are light emitting element arrays in which light emitting diodes are arranged in a two-dimensional array; 32a, 32b,
32c and 32d are polarizing plates, 33a to 33d are spatial filter arrays having a function of arbitrarily rotating the plane of polarization at the destination of spatial propagation, and 34a and 34b are light receiving element arrays in which photodiodes are arranged in a two-dimensional array. Here, all the light emitted from each light emitting element in the light emitting element array 31a uniformly illuminates each element in the light receiving element array 34a,
It is assumed that all light emitted from each light emitting element in the light emitting element array 31b uniformly illuminates each element in the light receiving element array 34b. Further, 35 is a spatial filter array 33
a, 33b, 33c, and 33d, and 36a136b is the light receiving element array 34a, respectively.
An integrating circuit 34b outputs the integral value of the photocurrent of each element with respect to time; 37 compares the outputs of the integrating circuits 36a and 36b, and based on the result, the light emitting element array 31
This is a threshold processing/light emitting element drive circuit that controls the light emitting state of each light emitting element in the 3 lb.

本実施例においては、発光素子アレイ31a、偏光板3
2a、32bおよび空間フィルタアレイ33a、33b
によって構成される光学部(以下、+光学部と称する)
は、第1図に示された光学部と全く同一である。また一
方、発光素子アレイ31b、偏光板32c,32dおよ
び空間フィルタアレイ33c、33dによって構成され
る光学部(以下、一光学部と称する)は、第1図に示さ
れた光学部に比較して、偏光板32c、32dを透過す
る偏光成分が互いに直交するように配置されている点の
みが異なっている。上記のように両光学部を設定し、両
光学部を同時に上記第1の実施例と同様の方法で動作さ
せた場合、十光学部に対しては受光素子の光電流および
積分回路での蓄積電荷量について式(6)〜(8)がそ
のまま成立する。
In this embodiment, the light emitting element array 31a, the polarizing plate 3
2a, 32b and spatial filter arrays 33a, 33b
Optical section (hereinafter referred to as +optical section) consisting of
is exactly the same as the optical part shown in FIG. On the other hand, the optical section (hereinafter referred to as one optical section) constituted by the light emitting element array 31b, the polarizing plates 32c, 32d, and the spatial filter arrays 33c, 33d is different from the optical section shown in FIG. The only difference is that the polarized light components transmitted through the polarizing plates 32c and 32d are arranged so as to be perpendicular to each other. When both optical sections are set as described above and both optical sections are operated simultaneously in the same manner as in the first embodiment, for ten optical sections, the photocurrent of the light receiving element and the accumulation in the integrating circuit are Equations (6) to (8) hold true regarding the amount of charge.

一方、一光学部では、発光素子および受光素子を覆う空
間フィルタの状態が互いに異なる場合に、発光素子から
発した光が受光素子に達する。従って、一光学部では、
i番目の発光素子から発し、j番目の受光素子に達する
光によってこの受光素子に発生する光電流をl ljl
−1とすると、次式が成立する。
On the other hand, in one optical section, when the states of the spatial filters covering the light emitting element and the light receiving element are different from each other, the light emitted from the light emitting element reaches the light receiving element. Therefore, in the optical department,
The photocurrent generated in the light receiving element by the light emitted from the i-th light emitting element and reaching the j-th light receiving element is l ljl
-1, the following equation holds true.

11j′k−’= Io− XOR (UI Lk’ 
,  Uj (k》)Io   (−(2Ui Lk’
 −1)−(2Uj ” −1)+ll/2 ・・・(9) 従って、一光学部に対する積分回路36bに蓄積される
電荷の壷をQj一とすれば、Qj一は次式のようになる
11j'k-'=Io-XOR (UI Lk'
, Uj (k》)Io (-(2Ui Lk'
−1)−(2Uj ” −1)+ll/2 (9) Therefore, if the charge pot accumulated in the integrating circuit 36b for one optical section is Qj, then Qj is expressed as the following equation. Become.

−1》・(2Ul  ”’  −1)+L+/2”” 
t ’  IO /2)”  Σ Vl(m  −i−
1 ±(2Ui Lkl−1)・(2Uj Lk’ −1)
k−1 = (t− Io/2)・(ffiN.,。一Σ TI
jVI>・・・(10) また、十光学部のj番目の受光素子の光電流積分値をQ
j4とすれば、 n ・・・(11) であるから、しきい値処理・発光素子ドライブ回路37
でQj1とQj−とを隠し、正の場合、発光素子アレイ
31a、3lbの中のj番目の発光素子の状態を「1」
 (発光)とし、それ以外の場合「0」 (消光)とし
、この発光状態に対して、再び上記動作を繰り返せばζ
本実施例の装置は第1図の実施例の場合に必要だったし
きい値発生回路28を必要とせずに通常のホップフィー
ルド型連想記憶装置として動作する。
-1》・(2Ul ”' -1)+L+/2””
t' IO /2)" Σ Vl(m -i-
1 ±(2Ui Lkl-1)・(2Uj Lk'-1)
k-1 = (t- Io/2)・(ffiN.,.1Σ TI
jVI>...(10) Also, let Q be the photocurrent integral value of the j-th photodetector of the ten optical parts.
If j4, n...(11) Therefore, the threshold processing/light emitting element drive circuit 37
hides Qj1 and Qj-, and if positive, sets the state of the j-th light emitting element in the light emitting element arrays 31a and 3lb to "1".
(light emission), otherwise it is set to "0" (quenching), and if the above operation is repeated again for this light emission state, ζ
The device of this embodiment operates as a normal Hopfield type content addressable memory device without requiring the threshold generation circuit 28 that was necessary in the embodiment of FIG.

[発明の効果] 以上説明したように、本発明によれば、発光素子および
受光素子を2次元アレイ上に配置し、両者間の結合係数
の設定を発光素子が放射する直線偏光の偏光面および受
光素子が検出する直線偏光成分の偏光面の制御によって
達成しているので、発光素子および受光素子の小型化、
高密度アレイ化が実現でき、従来のニューラルネット実
現の上で大きな問題であった多素子化を容易に実現でき
る。特に、インコヒーレントな光の偏光状態を制御、識
別することによって2次元発光素子アレイ、受光素子ア
レイを用いたホップフィールド回路を実現している点に
おいて従来技術と明確に異なる。
[Effects of the Invention] As explained above, according to the present invention, a light emitting element and a light receiving element are arranged on a two-dimensional array, and the coupling coefficient between the two is set by adjusting the polarization plane of linearly polarized light emitted by the light emitting element and the light receiving element. This is achieved by controlling the plane of polarization of the linearly polarized light component detected by the light-receiving element, allowing for miniaturization of the light-emitting element and the light-receiving element.
High-density arrays can be realized, and multi-element implementation, which was a big problem in realizing conventional neural networks, can be easily realized. In particular, it is clearly different from the prior art in that it realizes a Hopfield circuit using a two-dimensional light emitting element array and a light receiving element array by controlling and identifying the polarization state of incoherent light.

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

第1図は本発明の一実施例の構成を示す図、第2図は本
発明の他の実施例の構成を示す図、第3図は光空間配線
技術を使用した従来のホップフィールド回路の構成を示
す図、第4図はホログラムの光配線機能を用いて素子の
2次元アレイ化を行った従来のホップフィールド回路の
構成を示す図である。 21・・・発光素子アレイ 22a、2 2 b −・・偏光板 23a,23b・・・空間フィルタアレイ24・・・受
光素子アレイ 25・・・制御装置 26・・・積分回路 27・・・しきい値処理・発光素子ドライブ回路28・
・・しきい値発生回路 31a,3lb・・・発光素子アレイ 32a,32b,32c,32d−・・偏光板33a、
33b、33c,33d−・・空間フィルタアレイ 34・・・受光素子アレイ 35・・・制御装置 36a,36b・・・積分回路 37・・・しきい値処理・発光素子ドライブ回路代理人
 弁理士  三 好 秀 和 第1 ズ ≧2図
FIG. 1 is a diagram showing the configuration of one embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram showing the configuration of another embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a diagram showing the configuration of a conventional Hopfield circuit using optical spatial wiring technology. FIG. 4 is a diagram showing the structure of a conventional Hopfield circuit in which elements are formed into a two-dimensional array using the optical wiring function of a hologram. 21...Light emitting element array 22a, 22b...Polarizing plate 23a, 23b...Spatial filter array 24...Light receiving element array 25...Control device 26...Integrator circuit 27... Threshold processing/light emitting element drive circuit 28/
...Threshold generation circuits 31a, 3lb...Light emitting element arrays 32a, 32b, 32c, 32d...Polarizing plate 33a,
33b, 33c, 33d - Spatial filter array 34... Light receiving element array 35... Control device 36a, 36b... Integrating circuit 37... Threshold processing/light emitting element drive circuit Agent Patent attorney 3 Yoshihide Kazu 1 z ≧ 2 figures

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)周囲の空間に直線偏光を放射し、該偏光方向を任
意に制御する少なくとも1個の発光素子部を有する発光
素子アレイ部と、入射する光の中の特定の直線偏光成分
の光強度を検出し、該偏光方向を制御する受光素子を1
個以上有する受光素子アレイ部と、前記受光素子アレイ
部に属する受光素子の各々について、該受光素子から発
生する光電流の時間についての積分値に比例した出力を
発生する積分回路部と、前記積分回路の出力と別に供給
されるしきい値との比較結果に応じて、前記発光素子ア
レイ部を構成する各発光素子部を独立に発光または消光
させるように制御するしきい値処理および発光素子部の
ドライブを行う手段とを有することを特徴とする光ニュ
ーラルネット回路。
(1) A light emitting element array section having at least one light emitting element section that radiates linearly polarized light into the surrounding space and arbitrarily controls the polarization direction, and the light intensity of a specific linearly polarized light component in the incident light. 1 light receiving element that detects the polarization direction and controls the polarization direction.
an integrating circuit section that generates an output proportional to an integral value over time of a photocurrent generated from the light receiving element for each of the light receiving elements belonging to the light receiving element array section; Threshold processing and light emitting element section for controlling each light emitting element section constituting the light emitting element array section to independently emit or extinguish light according to a comparison result between the output of the circuit and a separately supplied threshold value. An optical neural network circuit characterized in that it has a means for driving.
(2)前記発光素子アレイ部の中で発光状態にある発光
素子部の数を検出し、この数ら比例したしきい値を発生
するしきい値発生回路部を有し、該しきい値発生回路部
の出力を前記しきい値処理及び発光素子部ドライブ手段
に供給することを特徴とする請求項(1)記載の光ニュ
ーラルネット回路。
(2) A threshold generation circuit section that detects the number of light emitting element sections in a light emitting state in the light emitting element array section and generates a threshold value proportional to this number; 2. The optical neural network circuit according to claim 1, wherein the output of the circuit section is supplied to the threshold value processing and light emitting element section driving means.
(3)前記発光素子アレイ部、受光素子アレイ部および
積分回路部をそれぞれ2組ずつ設け、一方の積分回路部
の出力を前記しきい値処理および発光素子部ドライブ手
段にしきい値として供給することを特徴とする請求項(
1)記載の光ニューラルネット回路。
(3) Two sets each of the light emitting element array section, the light receiving element array section and the integrating circuit section are provided, and the output of one of the integrating circuit sections is supplied as a threshold value to the threshold processing and light emitting element section driving means. A claim characterized in (
1) Optical neural network circuit described.
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