JPH0254219A - 光信号の空間配列順序変換回路 - 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】 〔発明の属する技術分野〕 本発明は、高速フーリエ変換処理、並列信号スイッチン
グ処理等で使用される所謂パーフェクトシャッフル回路
に関し、特に光信号の空間配列順序変換回路に関するも
のである。

〔従来の技術〕

データの並列処理におけるデータ配列順序変換のアルゴ
リズムの１つに、パーフェクトシャツフルと呼ばれるも
のがある。このパーフェクトシャッフルは、並列処理に
よる高速フーリエ変換（ＦＦＴ）の計算等に用いられる
など、−数的な並列データ処理に広く応用されている。

−数的なパーフェクトシャッフルによるデータの配列順
序変換の規則は、ｎを偶数として、ｎ個のデータを１か
らｎまでの順番に並べたとき、各データの順序変換前お
よび順序変換後の順番をおのおのｉ、ｊとすると、 ｊ＝（２ｉ−ｎ＋１　）ｉうじ２（（１）によって定義
される。−例として、第３図に、データ数が１６個の場
合のパーフェクトシャッフルによる順序変換方法を示す
。左側のＱ印が順序変換前のデータ配列を示し、右側の
０印が順序変換後のデータ配列を示す。また両者を結ぶ
実線は順序変換によるデータの順番の移動を示す。

上記のようなパーフェクトシャッフルを実現するために
は、順序変換前後のデータの人出力ボート間に第３図の
実線で示されたような配線を施す必要がある。この配線
は、データ人出力ボートの数が多くなると、配線間の交
差が非常に多くなる。このため、銅線あるいはプリント
配線による電気的な結線では、データ入出力ポート数の
増加に伴って配線が複雑化するばかりでなく、配線間の
誘導や浮遊容量の増大によって、信号伝達の高速化が妨
げられるという欠点を持つ。

こうした電気的配線の欠点を補うものとして、光配線技
術を用いたパーフェクトシャッフル回路が提案されてい
る（参考文献　Ｋ−Ｈ，Ｂｒｅｎｎｅｒｅｔ、ａｌ、、
　　’０ｐｔｉｃａｌ　ｉｍｐｌｉｍｅｎｔａｔｉｏｎ
ｓ　ｏｆ　ｔｈｅｐｅｒｆｅｃｔ　５ｈｕｆｆｌｅ　１
ｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ　、＾ｐＩ）ｌｉｅｄＯ
ｐｔｉｃｓ　ｖｏｌ、　２７．　Ｎｏ、　１　ｐｐ、　
１３５−１３７．　１９８８年１月発行）。

第４図に、上記提案された光配線技術を用いたパーフェ
クトシャッフル回路の１構成を示す。第４図において、
１は発光素子アレイ、２はビームスプリッタ、３−１　
、３−２は全反射ミラー　４は凸レンズ、５は光検出素
子アレイである。発光素子アレイ１の各素子間の間隔は
、光検出素子アレイ５の各素子間の間隔に等しいものと
する。発光素子アレイ１の各素子から放射された光は、
ビームスプリッタ２によって２分され、それぞれミラー
３−１　、３−２で反射された後、凸レンズ４によって
、光検出素子アレイ５上に集光される。この時、凸レン
ズ４によって生成される発光素子アレイ１の像は、もと
の発光素子アレイ１の２倍に拡大されているものとする
。

このような構成では、発光素子アレイ１の各素子の光が
、ビームスプリッタ２およびミラー３−１　、３−２に
よって、互いに方向のずれた２つの光に分離され、にれ
が凸レンズ４によって、互いに結像位置のずれた、２つ
の、２倍に拡大された像として光検出素子アレイ５によ
り検出される。

この時、一方の像の、発光素子アレイ１中の上半分の素
子の像の部分と、もう一方の像の、発光素子アレイ１中
の下半分の素子の像とが互いに光検出素子アレイ５の隣
接素子間隔だけずれるようにミラー３−１　、３−２を
配置すれば、この両者の像が重なる部分における、発光
素子アレイ１中の各素子の像の配列順は、もとの素子の
配列順に対してパーフェクトシャッフル操作を行ったも
のと等しくなる。

従って、この像を光検出素子アレイ５によって受信すれ
ば、発光素子アレイへの並列入力データに対し、これを
パーフェクトシャッフルによって空間的に順序変換した
データ出力を得ることができる。

［発明が解決しようとする課題］ 上記文献によって開示されている技術の特徴は、１次元
発光素子アレイからの光出力を２分し、そのおのおのを
空間的にずらして結像させ、その像を互いに重ね合わせ
る点にある。

このため、上記技術では、操作すべきデータ数が多くな
ると、発光素子アレイおよび光検出素子アレイの素子間
隔を小さくする必要が生じ、素子の配置が困難となるば
かりでなく、光の回折限界による素子間隔の制限が生じ
るという欠点を持つ。

よって本発明の目的は、多数のデータに対する高速なパ
ーフェクトシャッフル操作を、簡単な光配線系を用いて
実現することにある。

［課題を解決するための手段］ かかる目的を達成するために、本発明に係る光信号の空
間配列順序変換回路では、平面上で、２次元格子の格子
点上に発光素子を配置した発光素子アレイと、上記平面
に平行な平面上で、行数。

列数がともに上記発光素子アレイのそれに等しい２次元
格子の格子点上に光検出素子を配置した光検出素子アレ
イと、上記発光素子アレイと光検出素子アレイの間に配
置された複数の凸レンズあるいはこれと同等の光集束作
用を有する光学素子によって構成され、上記凸レンズあ
るいはこれと同等の光集束作用を有する光学素子のすべ
ての部分が、上記発光素子アレイ中の発光素子の像を、
隣接する発光素子の像の間隔が上記光検出素子アレイ中
の隣接する光検出素子の間隔の２倍となるように、上記
光検出素子アレイ上に結像し、かつ上記光学素子の中の
少なくとも１つの部分が、上記発光素子アレイ上の第１
行第１列の位置の発光素子の像を上記光検出素子アレイ
上の最終行最終列の位置の光検出素子の位置に結像し、
かつ少なくとも１つの部分が、上記発光素子アレイ上の
最終行最終列の位置の発光素子の像を上記光検出素子ア
レイ上の第１行第１列の位置の光検出素子の位置に結像
し、かつ少なくとも１つの部分が、上記発光素子アレイ
上の最終行第１列の位置の発光素子の像を上記光検出素
子アレイ上の第２行で最終から第２列の位置の光検出素
子の位置に結像し、かつ少なくとも１つの部分が、上記
発光素子アレイ上の第１行最終列の位置の発光素子の像
を上記光検出素子アレイ上の最終から第２行で第２列の
位置の光検出素子の位置に結像するように配置したもの
である。

（作　用） 本発明は、パーフェクトシャッフル操作を、２次元格子
状に配列された発光素子アレイ及び受光素子アレイ間の
光配線によって実現し、多数のデータに対する処理を可
能としている。

（実施例〕 第１図は、本発明による一実施例を示す０本図中の１１
は空間にある広がり角をもって光を放射する発光素子、
１２は発光素子１１の発する光に対して感度を有する光
検出素子、１３は凸レンズあるいはそれと同等の光の集
束作用を持つ光学素子である。発光素子１１はすべて１
つの平面上にあり、行数および列数がともに偶数である
２次元格子の格子点上に等間隔に配置されている。また
、光検出素子１２もすべて発光素子１１が配置されてい
る面に平行な平面上にある２次示格子の格子点上に等間
隔に配置されており、その格子の行数および列数は、お
のおの発光素子１１が配列されている格子の行数および
列数に等しいものとする。

第１図の実施例は、発光素子１１および光検出素子１２
が配置される格子の行数９列数がともに８の場合を示し
ている。また、凸レンズ１３は全部で４枚あり、そのお
のおのはすべて発光素子１１および光検出素子１２が配
置されている平面に平行な１つの平面内に配置されてい
る。ここで、隣接して配置されている発光素子１１およ
び光検出素子１２の間隔をそれぞれｄｔ、ｄ、とし、発
光素子１１および凸レンズ１３が配置されている平面同
士の距１１ｔｉｔ。

凸レンズ１３および光検出素子１２が配置されている平
面同士の距離をＩＬ、とした時、これらのパラメーター
間に、 ２　Ｘ　ｘ　ｔ＃　、　　＝　ｄｔ／ｄｒ　　　　　　
（２）の関係が成立しているものとする。また、おのお
のの凸レンズ１３の焦点距離は、発光素子１１が配置さ
れている平面上の像が光検出素子１２が配置されている
平面上に結像されるように設定されているものとする。

このように配置することにより、発光素子１１から発す
る光は、光検出素子１２が配置されている平面上に結像
される。また、この平面上での隣接した発光素子１１の
像の間隔は、隣接した光検出素子１２の間隔の２倍とな
る。

おのおのの凸レンズ１３の光軸の位置は以下のように定
められているものとする。発光素子１１の側から光検出
素子１２の側に向かりて左上に配置された凸レンズ１３
の光軸は、この方向に向かって左上隅に配置された発光
素子１１の像が、この凸レンズ１３によって、この方向
に向かって右下隅に配置された光検出素子１２に結像す
るように配置する。この方向に向かって右上に配置され
た凸レンズ１３の光軸は、右上隅に配置された発光素子
１１の像が、この凸レンズ１３によって、左から２列目
で下から２行目の位置に配置された光検出素子１２に結
像するように配置する。

また、左下に配置された凸レンズ１３の光軸は、左下隅
に配置された発光素子１１の像が、この凸レンズ１３に
よって、右から２列目で上から２行目の位置に配置され
た光検出素子１２に結像するように配置する。

最後に、右下に配置された凸レンズ１３の光軸は、右下
隅に配置された発光素子１１の像が、この凸レンズ１３
によって、左上隅に配置された光検出素子１２に結像す
るように配置する。

このように配置することにより、発光素子アレイ１１を
縦および横の中心線で区切った場合の左上側、右上側、
左下側、右下側の４つの部分の像が、おのおの左上側、
右上側、左下側２右下側に配置された凸レンズ１３によ
って、それぞれ、縦。

横方向にともに２倍に拡大されて、光検出素子アレイ１
２上に結像される。そして、これら４つの、凸レンズ１
３の像を重ね合わせたものが、空間的な２次元格子に対
するパーフェクトシャッフル操作の結果となる。

第２図は、第１図の配置において、発光素子１１の側か
らみた発光素子１１の配列と、凸レンズ１３によって結
像される像の配列との対応関係を示す図である。ここで
（Ａ）は発光素子の配列を示し、数字は素子の番号を示
す。（Ｂ）は像の配列を示し、数字は、（Ａ）で示した
素子の番号と同じ番号の像が、その素子に対応すること
を示す。

第２図（八）から明らかなように、発光素子には左上隅
の素子から順に右に向かりて番号をつけ、右端まで来た
ら次行の左端の素子に次の番号をつけていく。一方、（
８）のおのおのの像に対応する番号は、（＾）に示した
順序に対してパーフェクトシャッフルを施し、これを中
心軸に対称に１８０度回転したものと全く同じものとな
っている。すなわち、第１図に示した光学素子の配置に
よって２次元平面上に配置された光源に対し、パーフェ
クトシャッフル操作を実現することができる。

従来の１次元の素子アレイによるパーフェクトシャッフ
ルでは、アレイの長さをＬ１アレイ内の素子間隔をｄと
すると、アレイ内に配置される素子数は、概ねＬ／ｄと
なる。一方、本発明の実施例では、アレイの一辺の長さ
Ｌ１アレイ内の素子間隔ｄに対して、配置される素子数
が（Ｌ／ｄ）　２になる。一般には、Ｌはｄに比べて非
常に大きいと考えられるから、本発明によって、多デー
タのパーフェクトシャッフル操作を容易に行われること
が理解される。

なお、第１図の実施例では、発光素子１１の像を光検出
素子１２上に結像させる素子として凸レンズ１３を用い
たが、本発明は、結像に用いられる素子を凸レンズに限
定するものではない。従って、第１図の凸レンズ１３に
代えて、例えばフルネルレンズ、多焦点ホログラム等の
素子を用いた回路も本発明に含まれる。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明による配線方式を用いるこ
とにより、多数のデータに対するパーフェクトシャッフ
ル操作を、簡単に実現することができる。

４・・・凸レンズ、 ５・・・光検出素子アレイ。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例によるパーフェクトシャッフ
ル回路の斜視図である。 １１・・・発光素子、 １２・・・光検出素子、 １３・・・凸レンズ。 第２図は本発明の一実施例における発光素子の配列と、
光検出素子の位置における発光素子の像との対応を示す
図である。 （Ａ）・・・発光素子配列、 （Ｂ）・・・対応する像の配列。 第３図はパーフェクトシャッフルによる順序変換操作を
説明する図である。 第４図は従来の光配線を用いたパーフェクトシャッフル
回路を示す図である。 １・・・発光素子アレイ、 ２・・・ビームスプリッタ、 ３−１　、３−２・・・全反射ミラー

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 平面上で、２次元格子の格子点上に発光素子を配置した
   発光素子アレイと、上記平面に平行な平面上で、行数、
   列数がともに上記発光素子アレイのそれに等しい２次元
   格子の格子点上に光検出素子を配置した光検出素子アレ
   イと、上記発光素子アレイと光検出素子アレイの間に配
   置された複数の凸レンズあるいはこれと同等の光集束作
   用を有する光学素子によって構成され、 上記凸レンズあるいはこれと同等の光集束作用を有する
   光学素子のすべての部分が、上記発光素子アレイ中の発
   光素子の像を、隣接する発光素子の像の間隔が上記光検
   出素子アレイ中の隣接する光検出素子の間隔の２倍とな
   るように、上記光検出素子アレイ上に結像し、 かつ上記光学素子の中の少なくとも１つの部分が、上記
   発光素子アレイ上の第１行第１列の位置の発光素子の像
   を上記光検出素子アレイ上の最終行最終列の位置の光検
   出素子の位置に結像し、かつ少なくとも１つの部分が、
   上記発光素子アレイ上の最終行最終列の位置の発光素子
   の像を上記光検出素子アレイ上の第１行第１列の位置の
   光検出素子の位置に結像し、 かつ少なくとも１つの部分が、上記発光素子アレイ上の
   最終行第１列の位置の発光素子の像を上記光検出素子ア
   レイ上の第２行で最終から第２列の位置の光検出素子の
   位置に結像し、 かつ少なくとも１つの部分が、上記発光素子アレイ上の
   第１行最終列の位置の発光素子の像を上記光検出素子ア
   レイ上の最終から第２行で第２列の位置の光検出素子の
   位置に結像するように配置したことを特徴とする光信号
   の空間配列順序変換回路。