JPH02310545A - 並列光処理デバイス - Google Patents

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） 本発明は、並列光処理に利用される並列光処理デバイス
に関するものである。

（従来の技術） 従来の電子計算機による情報処理は、個々の処理を順番
に、一つ一つ実行する逐次処理によってきた。しかし、
画像処理をはじめ大量のデータを扱う処理においては、
逐次処理によると膨大な処理時間を要するという問題が
ある。このため、高速処理が可能な電子計算機の実現が
重要な課題となっている。

複数の処理を並列的に実行する並列処理は、電子計算機
の処理速度を飛躍的に向上させる技術と期待され、盛ん
に研究開発が行なわれている。

しかし、電気回路のみにより並列処理を行なう場合、個
々の単位処理回路間の接続配線が動的に変更しにくい、
あるいは配線間のクロストークが無視できない等の問題
点を有している。

このような問題点を解決するため、光の並列性、無干渉
性を利用した並列光処理が注目されている。

この並列光処理を実現するために、従来よりいくつかの
並列光処理デバイスが検討されている。

これらのうち、内部に光源を持たない受動型並列光処理
デバイスとしては、液晶を用いたもの（Ｐ。

Ｃｈａｖｅｌ、　Ａ、　Ａ、　５ａｖｃｈｕｋ、　Ｔ、
　Ｃ，５ｔｒａｎｄ、　ａｎｄ　Ａ。

Ｒ，Ｔｒａｎｇｕａｙ、　Ｊｒ、　ａｎｄ　Ｂ、　Ｈ，
５ｏｆｔｅｒ：　０ｐｔｌｃｓＬｅｔｔｅｒ　５　（１
９８０）　３９ｇ、　　参照）等が、一方、受光素子、
電気機能回路、発光素子を内蔵した能動型並列光処理デ
バイスとしては、Ｔｓｅコンピュータ（Ｄ、　Ｈ，５ｃ
ｈａｅｆｅｒ　ａｎｄ　Ｊ、　Ｐ、　Ｓｔｒｏｎｇ　ｍ
　：　Ｐｒ。

ｃｅｅｄｌｎｇｓ　ｏｆ’　ｔｈｅ　ＩＥＥＥ　６５　
（１９７７）１２９．　　参照）等が提案されている。

第２図は、従来の受動型デバイスの構成図である。第２
図において、Ａ及びＢは入力光、Ｒは読出光、Ｃは出力
光、１は液晶論理素子、２ａ。

２ｂ、２ｃ、２ｄはレンズ、３はハーフミラ−である。

このような構成においては、レンズ２ａ、２ｂをそれぞ
れ介した二つの入力光Ａ及びＢが、液晶論理素子１上に
重なるように照射され、その結果が液晶に古き込まれる
。ここで、ハーフミラ−３を介して読出光Ｒを、液晶論
理素子１に照射すると、読出光Ｒは、液晶論理素子１を
通過中に入力光Ａ及びＢの演算結果に基づいて空間変調
され、レンズ２ｃ、２ｄを介して出力光Ｃとして出力さ
れる。

また、第３図は、従来の能動型デバイスであるＴｓｅコ
ンピュータの構成図である。第３図において、４　ａ　
、４　ｂは入力用光ファイバ、５ａ。

５ｂは受光素子、６は電気回路、７は発光素子、８は出
力用光ファイバである。

このような構成においては、入力用光ファイバ４ａ、４
ｂをそれぞれ伝搬された入力光信号は、各光ファイバ４
ａ、４ｂの出射端に対応して配置された受光素子５ａ、
５ｂにてそれぞれ受光され、電気信号に変換される。こ
れら電気信号は、電気回路６にて処理され、その処理結
果の電気信号が発光素子７にて光信号に変換されて、出
力用光ファイバ８に導波され、出力される。

これらの受動型または能動型デバイスを、二次元状に配
列することにより並列光処理が行なわれる。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、受動型の並列光処理デバイスでは、簡易
な構成を有するものの、論理和（ＯＲ）、論理積（ＡＮ
Ｄ）　、排他的論理和（ＸＯＲ）　、否定和（ＮＯＲ）
　、否定Ｍ　（ＮＡＮＤ）　、排他的論理和（ＸＮＯＲ
）といった論理演算は可能であるが、光源を内蔵しない
ため、入力光信号のないときに出力を出さなくてはなら
ない否定（ＮＯＴ）論理演算や記憶（メモリ）の機能を
実現することができず、実現可能な機能が制限されると
いう問題点があった。

また、能動型の並列光処理デバイスでは、信号の人出力
は光、内部処理は電気で行なうことにより、どのような
機能でも実現可能であるが、発熱源となる発光素子を含
むため、熱により大規模化が制限されるという問題点が
あった。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、そ
の目的は、多様な機能を有し、かつ、大規模化を図れる
並列光処理デバイスを提供することにある。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するため、本発明では、二次元状に配列
された複数の光信号群の間で、空間的に並列に光処理を
行なう並列光処理デバイスにおいて、Ｋ＋Ｌ個の入力ポ
ートを有し、Ｌ個の光パワ一群中の単位光パワービーム
をパワー供給源とし、Ｋ個の入力光信号群間で各単位光
ビーム毎に論理処理または記憶を行なうＮ個の単位セル
からなる並列処理部と、Ｎ個の単位光ビームからなる入
力光信号群に個と、Ｎ個の単位光ビームからなる入力光
パワ一群り個とを入力し、前記入力光信号群中並びに前
記入力光パワ一群中の単位光ビームＫ個が、前記並列処
理部中の対応する単位セル上で、かつ、Ｋ＋Ｌ個の入力
ボート中の対応する入力ポートに各々入力されるように
、全ての入力光信号群と入力光パワ一群中の全単位光ビ
ームの空間的な位置を調整する入力部とを備えた。

（作　用） 本発明によれば、Ｎ個の単位光ビームからなるに個の入
力光信号群と、Ｎ個の単位光ビームからなるＬ個の入力
光パワ一群とが、入力部に入力される。

入力部は、入力した各入力光信号群中並びに入力光パワ
一群中の単位光ビーム８個が、並列処理部中の対応する
単位セル上で、かつ、Ｋ＋Ｌ個の入力ポート中の対応す
る入力ポートにそれぞれ入力されるように、全ての入力
光信号群と入力光パワ一群中の全単位光ビームの空間的
な位置を調整し、並列処理部に出力する。

並列処理部は、各単位セル毎にＬ個の光パワ一群中の単
位光パワー゛ビームをパワー供給源として、Ｋ個の入力
光信号群間で各単位光ビーム毎に論理処理または記憶を
行ない、その結果を当該並列光処理デバイスの出力光と
して出力する。

（実施例） 第１ａ図は、本発明に係る並列光処理デバイスの一実施
例を模式的に示した構成図であって、入力光信号群が２
個（−Ｋ）　、入力光パワ一群が１個（−Ｌ）の場合を
示している。

第１ａ図において、ＩＧＳＡ、ＩＧＳＢは入力光信号群
、ＩＧＰは入力光パワ一群、ＩＧＣは合成光入力群、Ｏ
ＧＳは出力光信号群、１０は入力部、２０は並列処理部
である。また、第１ｂ図は第１ａ図の合成光入力群ＩＯ
Ｃの拡大図を示している。

入力光信号群ＩＧＳＡ、ＩＧＳＢは、最大９×９　（Ｎ
−８１）のマトリクス状に配列される単位光ビームから
構成されている（第１図の場合、Ｎ師４５）。

入力光パワ一群ＩＧＰは、９×９のマトリクス状に配列
された８１９（−Ｎ）の単位光パワービームから構成さ
れている。

入力部１０は、第４図に示すように、入力光信号群ＩＧ
ＳＡの各単位光パワービームは透過し、入力光パワ一群
ＩＧＰの各単位光ビームを反射して、これら入力光信号
群ＩＧＳＡと入力光パワ一群ＩＧＰとをマトリクスの各
単位光ビーム毎に合成するハーフミラ−１１と、ハーフ
ミラ−１１にて合成された各単位光ビームを透過し、入
力光信号群ＩＧＳＢの各単位光ビームを反射して、合成
された各単位光ビームと入力光信号群ＩＧＳＢの各単位
光ビームとをマトリクスの各単位光ビーム毎に合成する
ハーフミラ−１２とから構成されている。また、各入力
光信号群ＩＧＳＡ、ＩＧＳＢ並びに入力光パワ一群ＩＧ
Ｐ中の個々の単位光ビームが互いに異なる群間で重なら
ず、かつ、並列処理部２０の後記する単位セル２１内の
該当するボートＩＰＡ、ＩＰＰ、ＩＰＢへ各々入力され
るように、ハーフミラ−１１及び１２への入射位置をず
らした構成としている。

並列処理部２０は、９×９のマトリクス状に配列された
８１個の単位セル２１から構成されている。各単位セル
２１は、第５図に示すように、入力部１０にて合成され
た入力光信号群ＩＧＳＡ。

ＩＧＳＢ並びに入力光パワ一群ＩＣＰの単位光ビームの
うち、入力光信号群ＩＧＳＡの単位光ビームＡが入力す
る入力ポートＩＰＡと、入力光パワ一群ＩＧＰの単位光
パワービームＰが入力する入力ポートＩＰＰと、入力光
信号群ＩＧＳＢの単位光ビームＢが入力する入力ポート
ＩＰＢとを有しており、入力した単位光パワービームＰ
の光パワーを利用して、単位光ビームＡとＢの論理演算
または記憶等の各処理を行なう。

第６図は、メモリ（記憶）機能を有する単位セル２１の
構成例を示す図である。第６図において、２２ａ、２２
ｂ、２２ｃは偏光ビームスプリッタで、ｐ波のみを透過
し、Ｓ波を入射方向に対し９０°の角度をもって反射す
る。これら偏光ビームスプリッタ２２ａ、２２ｂ、２２
ｃは、ｐ波の透過方向を同一方向にして並列に配置され
ている。

２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄは偏光制御素子で、例
えば、表示装置等に用いられるツィステッドネマチック
液晶（ＴＮ液晶）から構成されており、後記するように
対応した半透明受光素子に光が入射していない場合、電
圧が印加されず透過（通過）する光の偏光面をπ／２回
転させる。一方、対応した半透明受光素子に光が入射し
ている間は、電圧が印加され透過（通過）する光の偏光
面を保持する。これらの偏光制御素子２３ａ。

２３ｂ、２３ｃ、２３ｄのうち、偏光制御素子２３ａは
偏光ビームスプリッタ２２ａの光入射側に、偏光制御素
子２３ｂは偏光ビームスプリッタ２２ｂの光入射側に、
偏光制御素子２３ｃは偏光ビームスプリッタ２２ｂの光
透過側に、偏光制御素子２３ｄは偏光ビームスプリッタ
２２ｃの光入射側にそれぞれ配置されている。

２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄは半透明受光素子（以
下、単に受光素子という）で、例えば、薄膜状のアモル
ファスシリコン太陽電池をガラス基板上に配設したもの
、あるいは微小受光素子（不透明）を多数、ガラス基板
上に散りばめ透明電極に結線したもの等から構成される
。これらの受光素子２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄの
うち、受光素子２４ａは偏光制御素子２３ａの光入射側
に、受光素子２４ｂは偏光ビームスプリッタ２２ａの光
透過側に、受光素子２４ｃは偏光制御素子２３Ｃの光透
過側に、受光素子２４ｄは偏光制御素子２３ｄの光入射
側にそれぞれ配置されている。

２５は偏光板で、Ｓ波、即ち、ｐ波とは垂直な偏光面を
有する光を透過する機能を有し、偏光制御素子２３ｃと
受光素子２４ｃとの間に挿入されている。

さらに、上述した偏光制御素子２３ａ、２３ｂ。

２３ｃ、２３ｄと受光素子２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２
４ｄとの対応付けは、受光素子２４ａに光が入射してい
る間だけ偏光制御素子２３ｄに電圧が印加され、受光素
子２４ｄに光が入射している間だけ偏光制御素子２３ａ
に電圧が印加され、受光素子２４ｂに光が入射している
間だけ偏光制御素子２３ｃに電圧が印加され、受光素−
子２４ｃに光が入射している間だけ偏光制御素子２３ｂ
に電圧が印加されるように構成されている。

また、受光素子２４ｂの透過光が、当該単位セル２１の
出力光Ｏとして出力されるように構成されている。

次に、上記構成による動作を、並列処理部２０の単位セ
ル２１が光メモリとして作動する場合を例に、第７図及
び第８図に基づいて順を追って詳細に説明する。

なお、入力光信号群ＩＧＳＡ、ＩＧＳＢ及び入力光パワ
一群ＩＧＰは、入力部１０によって合成され、合成光入
力群ＩＯＣとして並列処理部２０の各単位セル２１に入
射し、入力光信号群ＩＧＳＡの単位光ビームＡは入力ポ
ートＩＰＡを介し、データ光として受光素子２４ａに、
入力光パワ一群ＩＧＰの単位光パワービームＰは入力ポ
ートＩＰＰを介し、パワー光として偏光制御素子２３ｂ
に、入力光信号群ＩＧＳＢの単位光ビームＢは入力ポー
トＩＰＢを介し、制御光として受光素子２４ｄに入射す
るものとする。また、データ光Ａ。

パワー光Ｐ及び制御光Ｂは、全てｐ波の状態で入射され
るものとする。

第７図は、第６図の単位セル２１にパワー光Ｐが入射し
、メモリの出力がある状態から無い状態へ移行する場合
の動作説明図である。

ます、第７図の（ａ）に示すように、単位セル２１にパ
ワー光Ｐのみが入射したときには、受光素子２４ｃに光
が入射していないため、偏光制御素子２３ｂは電圧無印
加状態にある。このため、偏光制御素子２３ｂに入射し
たパワー光Ｐは、偏光制御素子２３ｂを透過中にその偏
光面がπ／２回転され、Ｓ波となって偏光ビームスプリ
ッタ２２ｂに入射する。偏光ビームスプリッタ２２ｂに
入射したパワー光Ｐは、Ｓ波のためここで反射され、偏
光ビームスプリッタ２２Ｈに入射する。

偏光ビームスプリッタ２２ａに入射したＳ波のパワー光
Ｐは、さらに反射され、受光素子２４ｂを透過して、出
力光Ｏとして出力される。

次に、この出力状態で、第７図の（ｂ）に示すように、
制御光Ｂを受光素子２４ｄに入射する。

このとき、データ光Ａが受光素子２４ａに入射していな
いため、偏光制御素子２３ｄは電圧無印加状態にある。

このため、受光素子２４ｄを透過した制御光Ｂは、偏光
制御素子２３ｄを透過中に、その偏光面がπ／２回転さ
れ、Ｓ波となって偏光ビームスプリッタ２２ｃに入射す
る。偏光ビームスプリッタ２２ｃに入射した制御光Ｂは
、Ｓ波のためここで反射され、偏光ビームスプリッタ２
２ｂに入射する。偏光ビームスプリッタ２２ｂに入射し
たＳ波の制御光Ｂは、さらに反射され、偏光制御素子２
３ｃに入射する。

このとき、受光素子２４ｂには、パワー光Ｐが入射して
いるため、偏光制御素子２３ｃは電圧印加状態にある。

このため、偏光制御素子２３ｃに入射した制御光Ｂは、
偏光面の回転作用を受けることなく、Ｓ波のままで偏光
制御素子２３ｃを透過した後、偏光板２５に入射する。

偏光板２５に入射した制御光Ｂは、Ｓ波であるので、偏
光板２５をそのまま透過して、受光素子２４ｃに入射す
る。

この受光素子２４ｃへの制御光Ｂの入射に伴い、パワー
光Ｐが入射している偏光制御素子２３ｂは電圧印加状態
に切り換わる。このため、偏光制御素子２３ｂを透過す
るパワー光Ｐは、偏光面の回転作用を受けず、ｐ波のま
まで偏光ビームスプリッタ２２ｂに入射する。偏光ビー
ムスプリッタ２２ｂに入射したパワー光Ｐは、ｐ波であ
るので、そのまま透過して、偏光制御素子２３ｃに入射
する。

従って、第７図の（ｃ）に示すように、当該単位セル２
１の出力光０の出力が停止する。また、受光素子２４ｂ
への光の入射も停止するので、偏光制御素子２３ｃは、
電圧無印加状態に切り換わる。これにより、偏光制御素
子２３ｃに入射するＳ波の制御光Ｂは、偏光面の回転作
用を受け、ｐ波となって偏光板２５に入射し、ここで遮
断される。

一方、これと並行して、偏光面り御素子２３ｃに入射す
るｐ波のパワー光Ｐは、偏光面の回転作用を受け、Ｓ波
となって偏光板２５に入射し、そのまま透過して、受光
素子２４ｃに入射する。

従って、この状態で、第７図の（ｄ）に示すように、制
御光Ｂの当該単位セル２１への入射を停止しても、パワ
ー光Ｐの経路は、第７図の（ｃ）の場合と同一経路を伝
搬し、出力光０の出力停止状態が保持される。

また、第８図は、メモリとしての出力が無い状態（第７
図の（ｄ））から出力の有る状態へ移行する場合の動作
説明図である。

第７図の（ｄ）の状態において、第８図の（ａ）に示す
ように、ｐ波のデータ光Ａを受光素子２４ａに入射する
。このとき、制御光Ｂが受光素子２４ｄに入射していな
いので、偏光制御素子２３ａは電圧無印加状態にある。

このため、データ光Ａは、偏光制御素子２３ａにて偏光
面の回転作用を受け、Ｓ波となって偏光ビームスプリッ
タ２２ａに入射し、ここで反射される。従って、単位セ
ル２１の出力状態に変化は生じない（無出力）。

次に、第８図の（ａ）の状態で、第８図の（ｂ）に示す
ように、制御光Ｂを受光素子２４ｄに入射する。このと
き、受光素子２４ａにデータ光Ａが入射しているので、
偏光制御素子２３ｄは電圧印加状態にある。このため、
制御光Ｂは、受光素子２４ｄを透過した後、偏光制御素
子２３ｄに入射し、ここで偏光面の回転作用を受けるこ
となく、ｐ波のままで偏光ビームスプリッタ２２ｃに入
射し、そのまま透過する。

一方、受光素子２４ｄへの制御光Ｂの入射に伴い、偏光
制御素子２３ａは、電圧印加状態に切り換わる。これに
より、偏光制御素子２３ａを透過するデータ光Ａは、偏
光面の回転作用を受けることなく、ｐ波のままで偏光ビ
ームスプリッタ２２ａに入射する。偏光ビームスプリッ
タ２２ａに入射したｐ波のデータ光Ａは、偏光ビームス
プリッタ２２ａを透過し、受光素子２４ｂを介し、出力
光０として出力される。

この受光素子２４ｂへのデータ光Ａの入射に伴い、ｐ波
のパワー光Ｐが入射している偏光制御素子２３ｃは、電
圧印加状態に切り換わる。これにより、パワー光Ｐは、
偏光制御素子２３ｃにおいて、偏光面の回転作用を受け
ずｐ波のままで偏光板２５に入射し、ここで遮断される
。これにより、受光素子２４ｃへのパワー光Ｐの入射が
停止する。

この受光素子２４ｃへのパワー光Ｐの入射停止に伴い、
偏光制御素子２３ｂは電圧無印加状態に切り換わる。こ
れにより、偏光制御素子２３ｂに入射するパワー光Ｐは
、偏光面の回転作用を受け、Ｓ波となって偏光ビームス
プリッタ２２ｂに入射する。偏光ビームスプリッタ２２
ｂに入射したＳ波のパワー光Ｐは、第８図の（Ｃ）に示
すように、偏光ビームスプリッタ２２ｂにて反射され、
次に、偏光ビームスプリッタ２２ａに入射する。偏光ビ
ームスプリッタ２２ａに入射したパワー光Ｐは、Ｓ波で
あるので、さらに反射され、受光素子２４ｂに入射し、
ここを透過して出力光Ｏとして出力される。

次に、この状態において、第８図の（ｄ）に示すように
、制御光Ｂの受光素子２４ｄへの入射を停止すると、偏
光制御素子２３ａは、電圧無印加状態に切り換わる。こ
れにより゛、偏光制御素子２３ａを透過するｐ波のデー
タ光Ａは、偏光面の回転作用を受け、Ｓ波となって偏光
ビームスプリッタ２２ａに入射し、ここで反射され、受
光素子２４ｂには到達せず、出力されない。

しかし、パワー光Ｐは、偏光制御素子２３ｂにてＳ波に
変換された後、偏光ビームスプリッタ２２ｂ、２２ａ及
び受光素子２４ｂを介して出力されているので、当該単
位セル２１は出力光０を出力している状態が保持される
ことになる。

なお、以上の動作説明では、光メモリとしての動作を例
に説明したが、第６図の構成の単位セル２１は、論理積
、否定等の論理演算も可能である。

以上のように、本実施例によれば、２個の入力光信号群
ＩＧＳＡ、ＩＧＳＢと１個の入力光パワ一群ＩＧＰの各
単位光ビームを、入力部１０により各単位光ビーム毎に
合成し、この合成光入力群ＩＯＣを並列処理部２０に入
力し、並列処理部２０の複数（８１個）の単位セル２１
毎に、単位光パワービームＰを利用して、単位光ビーム
Ａと８間の並列処理を行ない、その結果を出力光信号群
ＯＧＳとして出力するようにしたので、発熱源となる発
光素子等を設けることなく、メモリ機能を有し、かつ、
否定等の論理演算機能を有する、多機能で、しかも大規
模化を図れる並列光処理デバイスを実現できる。

次に、本発明に係る単位セルとして、否定（ＮＯＴ）論
理演算を実現する場合、論理和（ＯＲ）演算を実現する
場合、論理ａ　（ＡＮＤ）演算を実現する場合並びに排
他的論理和（ＸＯＲ）演算を実現する場合の、好適な他
の構成例とその動作を第９図乃至第１６図に基づいて、
順を追って説明する。

第９図は、否定論理演算を実現する場合の並列処理部の
単位セルの他の構成例を示す図である。

第９図において、２２　ｄ、　　２２　ｅは偏光ビーム
スプリッタで、第６図に示すものと同一の機能を有しく
ｐ波のみを透過）、ｐ波の透過方向を同一方向として並
列に配置されている。

２６は二分の一波長板（以下、λ／２板という）で、ｐ
波をＳ波に、また、Ｓ波をｐ波に変換する機能を有し、
偏光ビームスプリッタ２２ｄの光入射側に配置されてい
る。２４ｅは受光素子で、第６図に示すものと同一の構
成及び機能を有し、λ／２板２６の光入射側に配置され
ている。

２３ｅは偏光制御素子で、受光素子２４ｅに光が入射し
ている間は電圧が印加されて、入射する光そのまま透過
し、受光素子２４ｅに光が入射していないときには、電
圧が印加されず、入射する光の偏光面をπ／２回転させ
る。この偏光制御素子２３ｅは偏光ビームスプリッタ２
２ｅの光入射側に配置されている。

なお、この構成においては、入力部１０にて入力光信号
群ＩＧＳＢの各単位光ビームＢは遮断され、単位セル２
１の入力ポートＩＰＢには入射せず、かつ、受光素子２
４ｅには、入力光信号ＨｘＧＳＡの単位光ビームＡが入
カポ−１−ＩＰＡを介し、データ光として入射し、入力
光パワ一群ＩＧＰの単位光パワービームＰが入力ポート
ＩＰＰを介し、パワー光として偏光制御素子２３ｅに入
射するように構成されているものとする。また、データ
光Ａ及びパワー光Ｐはｐ波であり、０１゜０２は出力光
である。

次に、第９図の構成における動作を、第１０図に基づい
て説明する。

まず、第１０図の（ａ）に示すように、パワー光Ｐのみ
が偏光制御素子２３ｅに入射し、データ光Ａが受光素子
２４ｅに入射していない場合、偏光制御素子２３ｅは電
圧無印加状態にある。従って、偏光制御素子２３ｅに入
射したｐ波のパワー光Ｐは、偏光面の回転作用を受け、
Ｓ波となって偏光ビームスプリッタ２２ｅに入射する。

偏光ビームスプリッタ２２ｅに入射したＳ波のパワー光
Ｐは、ここで反射され、次に偏光ビームスプリッタ２２
ｄに入射する。偏光ビームスプリッタ２２ｄに入射した
パワー光Ｐは、Ｓ波であるので、さらに反射され、出力
光０１として出力される。

次に、第１０図の（ｂ）に示すように、データ光Ａが受
光素子２４ｅに入射した場合、データ光Ａは受光素子２
４ｅを透過した後、λ／２板２６に入射する。λ／２板
２６に入射したデータ光Ａは、ｐ波からＳ波に変換され
て、偏光ビームスプリッタ２２ｄに入射するが、Ｓ波の
ため反射され、出力光Ｏｆとして出力されない。

一方、データ光Ａの受光素子２４ｅへの入射に伴い、偏
光制御素子２３ｅは電圧印加状態に切り換わる。これに
より、偏光制御素子２３ｅに入射したパワー光Ｐは、偏
光面の回転作用を受けることなくｐ波のままで、偏光ビ
ームスプリッタ２２ｅに入射し、そのまま透過し、出力
光０２として出力される。

このように、第１０図の構成においては、出力光０１が
データ光Ａの否定の論理演算結果となり、出力光０２が
データ光Ａそのものとして出力される。

第１１図は、論理和演算を実現する場合の並列処理部２
０の単位セルの構成例を示す図である。

第１１図において、２２ｆ、２２ｇは偏光ビームスプリ
ッタで、第９図に示すものと、同一の機能を有しくｐ波
のみを透過）、第９図と同様に、ｐ波の透過方向を同一
方向として並列に配置されている。２６ａはλ／２板で
、ｐ波をＳ波に、また、Ｓ波をｐ波に変換する機能を有
し、偏光ビームスプリッタ２２ｇの光入射側に配置され
ている。

なお、この構成においては、入力部１０にて入力光パワ
一群ＩＧＰの各単位光パワービームＰを遮断し、入力光
信号群Ｉ　ＧＳＡとＩＧＳＢの各単位光ビームＡとＢが
隣接して合成されるように調整されているものとする（
以下、第１３図乃至第１６図の構成においても同様）。

また、第１１図の構成においては、入力光信号群ＩＧＳ
Ａの単位光ビームＡがデータ光として偏光ビームスプリ
ッタ２２ｆに入射し、入力光信号群ＩＧＳＢの単位光ビ
ームＢがデータ光としてλ／２板２６ａに入射するよう
に構成されているものとする。

次に、第１１図の構成による動作を、第１２図に基づい
て説明する。

まず、第１２図の（ａ）に示すように、データ光Ａのみ
が当該単位セルに入射した場合、データ光Ａが偏光ビー
ムスプリッタ２２ｆに入射すると、データ光Ａはｐ波で
あるので、そのまま透過し、出力光Ｏとして出力される
。

また、第１２図の（ｂ）に示すように、データ光Ｂのみ
が当該単位セルに入射した場合、データ光Ｂはλ／２板
２６ａに入射し、Ｓ波に変換された後、偏光ビームスプ
リッタ２２ｇに入射する。

偏光ビームスプリッタ２２ｇに入射したデータ光ＢはＳ
波であるので、ここで反射され、次に偏光ビームスプリ
ッタ２２ｆに入射する。偏光ビームスプリッタ２２ｆに
入射したデータ光Ｂは、さらに反射され、出力光Ｏとし
て出力される。

また、第１２図の（Ｃ）に示すように、データ光Ａ及び
Ｂが共に当該単位セルに入射した場合、データ光Ａは上
述した第１２図の（ａ）と同様の作用を、データ光Ｂは
上述した第１２図の（ｂ）と同様の作用を受けて、出力
光０として出力される。

以上のように、第１１図の、構成による単位セルは、論
理和演算を実現している。

第１３図は、論理積を実現する場合の並列処理部２０の
単位セルの構成例を示す図である。

第１３図において、２２ｈ、２２ｉは偏光ビームスプリ
ッタで、第９図に示すものと、同一の機能を有しくｐ波
のみを透過）、第９図と同様に、ｐ波の透過方向を同一
方向として並列に配置されている。２４ｆは受光素子で
、第６図に示すものと同一の機能及び構成を有し、偏光
ビームスプリッタ２２ｈの光入射側に配置されている。

２３ｆは第６図に示すものと同一構成の偏光制御素子で
、受光素子２４ｆに光が入射している間は、電圧が印加
され、入射する光の偏光面を回転させず、そのまま透過
させ、受光素子２４ｆに光が入射していないと電圧が印
加されず、入射する光の偏光面をπ／２回転させる。Ａ
、Ｂはデータ光（第１１図と同様）、０１，０２は出力
光である。

次に、第１３図の構成による動作を、第１４図に基づい
て説明する。

まず、第１４図の（ａ）に示すように、ｐ波のデータ光
Ａ及びＢが共に当該単位セルに入射した場合、データ光
Ａは受光素子２４ｆを透過し、偏光ビームスプリッタ２
２ｈに入射する。偏光ビー−ムスブリッタ２２ｈに入射
したデータ光Ａは、ｐ波であるので、そのまま透過し、
出力光０１として出力される。

一方、データ光Ａの受光素子２４ｆへの入射に伴い、偏
光制御素子２３ｆは電圧印加状態にある。

このため、偏光制御素子２３ｆに入射したｐ波のデータ
光Ｂは、偏光面の回転作用を受けることなく、次に偏光
ビームスプリッタ２２ｉに入射する。

偏光ビームスプリッタ２２ｉに入射したデータ光Ｂは、
ｐ波であるので、そのまま透過し、出力光０２として出
力される。

また、第１４図の（ｂ）に示すように、データ光Ａのみ
が当該単位セルに入射した場合、データ光Ａは、受光素
子２４ｆ１さらに偏光ビームスプリッタ２２ｈを透過し
、出力光Ｏｆとして出力される。

一方、第１４図の（Ｃ）に示すように、データ光Ｂのみ
が当該単位セルに入射した場合、受光素子２４ｆにデー
タ光Ａが入射しでいないため、偏光制御素子２３ｆは電
圧無印加状態にある。このため、偏光制御素子２３ｆに
入射したデータ光Ｂは、偏光面の回転作用を受け、Ｓ波
となって偏光ビームスプリッタ２２ｉに入射する。偏光
ビームスプリッタ２２ｉに入射したデータ光Ｂは、Ｓ波
であるので反射され、次に偏光ビームスプリッタ２２ｈ
に入射し、ここでさらに反射されて、出力光０１として
出力される。

以上のように、第１３図の構成による単位セルでは、デ
ータ光Ａ、Ｂのいずれか一方が入力しているときは出力
光０１が出力され、論理和の演算結果となり、データ光
Ａ及びＢが共に入力しているときのみ出力光０２が出力
され、論理積の演算結果となる。このように、第１３図
の単位セルは、論理和並びに論理積演算を実現している
。

第１５図は、排他的論理和を実現する場合の並列処理部
２０の単位セルの構成例を示す図である。

第１５図において、２２３．２２には偏光ビームスプリ
ッタで、第９図に示すものと同一機能を有しくｐ波のみ
を透過）、第９図と同様に、ｐ波の透過方向を同一方向
として並列に配置されている。２６ｂはλ／２板で、ｐ
波をＳ波に、また、Ｓ波をｐ波に変換する機能を有し、
偏光ビームスプリッタ２２ｊの光入射側に配置されてい
る。

２３ｇは偏光制御素子で、受光素子２４ｈに光が入射し
ている間は電圧が印加され、入射する光の偏光面を回転
させず、そのまま透過させ、受光素子２４ｈに光が入射
していないと電圧が印加されず、入射する光の偏光面を
π／２回転させる。

同様に、２３ｈは偏光制御素子で、受光素子２４ｇに光
が入射している間は電圧が印加され、入射する光をその
まま透過させ、受光素子２４ｇに光が入射していないと
電圧が印加されず、入射する光の偏光面をπ／２回転さ
せる。

これら偏光制御素子２３ｇ、２３ｈは、第６図に示すも
のと、同一の構成を有し、偏光制御素子２３ｇはλ／２
板２６ｂの光入射側に、偏光制御素子２３ｈは偏光ビー
ムスプリッタ２２にの光入射側にそれぞれ配置されてい
る。

また、受光素子２４ｇ、２４ｈは、第６図に示すものと
同一の構成及び機能を有し、受光素子２４ｇは偏光制御
素子２３ｇの光入射側に、受光素子２４ｈは偏光制御素
子２３ｈの光入射側にそれぞれ配置されている。Ａ、Ｂ
はデータ光（第１１図と同様）、Ｏｆ、０２は出力光で
ある。

次に、第１５図の構成による動作を、第１６図に基づい
て説明する。

まず、第１６図の（ａ）に示すように、ｐ波のデータ光
Ａ及びＢが当該単位セルに入射した場合、データ光Ａは
受光素子２４ｇを透過し、偏光制御素子２３ｇに入射す
る。このとき、データ光Ｂが受光素子２４ｈに入射して
いるので、偏光制御素子２３　ｇは電圧印加状態にある
。このため、偏光制御素子２３ｇに入射したデータ光Ａ
は、偏光面の回転作用を受けず、ｐ波のままで透過し、
次にλ／２板２６ｂに入射する。λ／２板２６ｂに入射
したデータ光Ａは、ｐ波からＳ波に変換されて、偏光ビ
ームスプリッタ２２ｊに入射する。偏光ビームスプリッ
タ２２ｊに入射したデータ光Ａは、Ｓ波であるので、反
射され、出力光０１として出力されない。

一方、データ光Ａの受光素子２４ｇへの入射に伴い、偏
光制御素子２３ｈは電圧印加状態にある。

このため、受光素子２４ｈを透過し、偏光制御素子２３
ｈに入射したデータ光Ｂは、偏光面の回転作用を受ける
ことなく偏光ビームスプリッタ２２ｋに入射する。偏光
ビームスプリッタ２２ｋに入射したデータ光Ｂは、ｐ波
であるので、そのまま透過し、出力光０２として出力さ
れる。

また、第１６図の（ｂ）に示すように、データ光Ａのみ
が当該単位セルに入射した場合、データ光Ａは受光素子
２４ｇを透過し、偏光制御素子２３ｇに入射する。この
とき、データ光Ｂが受光素子２４　ｈ　＋ｉ人射してい
ないので、偏光制御素子２３ｇは電圧無印加状態にある
。このため、偏光制御素子２３ｇに入射したデータ光Ａ
は、偏光面の回転作用を受け、Ｓ波となってλ／２板２
６ｂに入射する。λ／２板２６ｂに入射したＳ波のデー
タ光Ａは、再びｐ波に変換されて、偏光ビームスプリッ
タ２２ｊに入射し、そのまま透過して出力光０１として
出力される。

また、第１６図の（Ｃ）に示すように、データ光Ｂのみ
が当該単位セルに入射した場合、受光素子２４ｇにデー
タ光Ａが入射していないため、偏光制御素子２３ｈは電
圧無印加状態にある。このため、受光素子２４ｈを透過
し、偏光制御素子２３ｈに入射したデータ光Ｂは、偏光
面の回転作用を受け、Ｓ波となって偏光ビームスプリッ
タ２２ｋに入射する。偏光ビームスプリッタ２２ｋに入
射したデータ光Ｂは、Ｓ波であるので反射され、次に、
偏光ビームスプリッタ２２ｊに入射し、ここでさらに反
射されて、出力光０１として出力される。

以上のように、第１５図の単位セルは、出力光０１がデ
ータ光Ａ、Ｂの排他的論理和の演算結果、出力光０２が
データ光Ａ、Ｂの論理積の演算結果となる。このように
、第１５図の単位セルは、排他的論理和並びに論理積演
算を実現している。

なお、本実施例においては、入力光信号群を■ＧＳＡ、
ＩＧＳＢの２個の場合を例に説明したが、これに限定さ
れるものではなく、３個以上の場合においても入力部１
０、並列処理部２０のボート数を増設することにより、
容易に対応できる。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば、Ｋ　＋　Ｌ個の
入力ポートを有し、Ｌ個の光パワ一群中の単位光パワー
ビームをパワー供給源とし、Ｋ個の入力光信号群間で各
単位光ビーム毎に論理処理またハ記憶を行なうＮｉの単
位セルからなる並列処理部と、Ｎ個の単位光ビームから
なる入力光信号群に個と、Ｎ個の単位光ビームからなる
入力光パワ一群り個とを入力し、前記入力光信号群中並
びに前記入力光パワ一群中の単位光ビームＫ個が、前記
並列処理部中の対応する単位セル上で、かつ、Ｋ＋Ｌ個
の入力ポート中の対応する入力ポートに各々入力される
ように、全ての入力光信号群と入力光パワ一群中の全単
位光ビームの空間的な位置を調整する入力部とを備えた
ので、発熱源となる発光素子を用いることなく、光のみ
で記憶並びに否定演算をも実現でき、かつ、各種論理演
算も可能であり、多様な機能を有するとともに、大規模
化をも図れる並列光処理デバイスを提供できる利点があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１ａ図は本発明に係る並列光処理デバイスの一実施例
を模式的に示した構成図、第１ｂ図は第１８図の合成光
入力群の拡大図、第２図は従来の受動型デバイスの構成
図、第３図は従来の能動型デバイスの構成図、第４図は
本発明に係る入力部の構成図、第５図は本発明に係る並
列処理部の合成光入力群の入射側の拡大図、第６図は本
発明に係る並列処理部のメモリ機能を有する単位セルの
構成例を示す図、第７図及び第８図は第６図の単位セル
の動作説明図、第９図は本発明に係る並列処理部の否定
論理演算機能を有する単位セルの他の構成例を示す図、
第１０図は第９図の単位セルの動作説明図、第１１図は
本発明に係る並列処理部の論理和演算機能を有する単位
セルの構成例を示す図、第１２図は第１１図の単位セル
の動作説明図、第１３図は本発明に係る並列処理部の論
理積演算機能を有する単位セルの構成例を示す図、第１
４図は第１３図の単位セルの動作説明図、第１５図は本
発明に係る並列処理部の排他的論理和演算機能を有する
単位セルの構成例を示す図、第１６図は第１５図の単位
セルの動作説明図である。 図中、ＩＧＳＡ、ＩＧＳＢ・・・入力光信号群、ＩＧＰ
・・・入力光パワ一群、ＩＧＣ・・・合成光入力群、Ｏ
ＧＳ・・・出力光信号群、１ｏ・・・入力部、１１゜１
２・・・ハーフミラ−１２０・・・並列処理部、２１・
・・単位セル、ＩＰＡ、ＩＰＢ、ＩＰＰ・・・入力ボー
ト、２２ａ〜２２ｋ・・・偏光ビームスプリッタ、２３
ａ〜２３ｈ・・・偏光制御素子、２４ａ〜２４ｈ・・・
半透明受光素子、２５・・・偏光板、２６，２６ａ、２
６ｂ・・・二分の一波長板（λ／２板）。 特許出願人　　　日本電信電話株式会社代理人　弁理士
　　　吉　　１）　精　　孝本発明に係る並列処理部の
光入射側の拡大図第５図 本発明に係るメモＩＪＩＩ能を有する単位上ルの構成例
第６図 パワー光 Ｐ 出力光　　　　　制御光 第６図の単 位セルの動作説明図 第７図 データ光　パワー光 制御光 第６図の単位上 第８ 出力光 ルの動作説明図 図 第９図の 几 学位セルの動作説明図 ＄　１０図 データ光 、−一一一′−−−−、 Ａ　　　　　　　　Ｂ 論理和演算機能を有する単位セルの構成図データ光 論理積演算機能を有する単位セルの構成例０　　　　　
第１１図の単位セ 第１２ Ｂ 几 ルの動作説明図 図 ０１ｏ２ 第１３図の 単位セルの動作説明図 第１４図 Ａ　　　　　　　Ｂ ■ ○１ ５図の単位セルの動作説明図 第１６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 二次元状に配列された複数の光信号群の間で、空間的に
   並列に光処理を行なう並列光処理デバイスにおいて、 Ｌ＋Ｌ個の入力ポートを有し、Ｌ個の光パワー群中の単
   位光パワービームをパワー供給源とし、Ｋ個の入力光信
   号群間で各単位光ビーム毎に論理処理または記憶を行な
   うＮ個の単位セルからなる並列処理部と、 Ｎ個の単位光ビームからなる入力光信号群Ｋ個と、Ｎ個
   の単位光ビームからなる入力光パワー群Ｌ個とを入力し
   、前記入力光信号群中並びに前記入力光パワー群中の単
   位光ビームＮ個が、前記並列処理部中の対応する単位セ
   ル上で、かつ、Ｋ＋Ｌ個の入力ポート中の対応する入力
   ポートに各々入力されるように、全ての入力光信号群と
   入力光パワー群中の全単位光ビームの空間的な位置を調
   整する入力部とを備えた ことを特徴とする並列光処理デバイス。