JPH0259914A

JPH0259914A - 光演算方法

Info

Publication number: JPH0259914A
Application number: JP21312588A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Kawai; 滋河合; Keiichi Kubota; 恵一窪田
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1988-08-26
Filing date: 1988-08-26
Publication date: 1990-02-28

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］この発明は、光を用いて、高速にベクトルと行列の積を
求める光演算方法に関するものである。

［従来技術とその課題］大規模な情報を処理するために、高速に演算を実行する
計算機の研究が進んでいるが、電気回路を用いた逐次処
理による方法では、すでに性能限界に近づいている。そ
こで、スーパーコンピュータやアレイプロセッサなど、
複数の演算を同時に実行する並列処理アーキテクチャな
どの研究が進んでいる。一方、光は、空間的な広がりを
持ち、その物理的な性質は互いに干渉し合わないため、
光を用いた演算は並列性に優れている。光を変調する手
段として、振幅、位相、周波数、偏向などが考えられ、
空間的な光変調器の開発が行われている。

ベクトルと行列の積を求める光演算°方法として、これ
までに、１次元の発光素子と１次元の受光素子をアナモ
ルフィックな光学系で接続した方法や、入力データを空
間光変調器で変調する方法が知られている。アナモルフ
ィックな光学系を用いる方法については、例えば雑誌オ
ブティックスレターズ（ＯＰＴＩＣＳ　ＬＥＴＴＥＲ３
）　、第２巻、１９７８年、第１〜３頁に記載された論
文「離散フーリエ変換を行うための並列・高速インコヒ
ーレント光演算法（Ｆｕｆｌｙ　ｐａｒａｌｌｅｌ、ｈ
ｉｇｈ−ｓｐｅｅｄ　１ｎｃｏｈｅｒｅｎｔ　ｏｐｔｉ
ｃａｌ　ｍｅｔｈｏｄ　ｆｏｒ　ｐｅｒｆｏｒｍｌｎｇ
　ｄｉｓｃｒｅｔｅ　Ｆｏｕｒｉｅｒ　ｔｒａｎｓｆｏ
ｒｅｓ）　Ｊに、詳しく述べられている。また、入力デ
ータを空間光変調器で変調させる方法については、例え
ば、雑誌アプライドオプティックス（ＡＰＰＬＩＥＤ　
０ＰＴＩＣＳ）　、第２６巻、１９８７年、第５０５５
〜５０６０頁に記載された論文「光双方向連想メモリの
設計とデバイス（Ｄｅｓｉｇｎｓ　ａｎｄ　ｄｅｖｉｃ
ｅｓ　ｆｏｒ　ｏｐｔｉｃａｌｂｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎ
ａｌ　ａｓｓｏｃｉａｔｉｖｅ　ｍｅｍｏｒｉｅｓ）　
Ｊに箋詳しく述べられている。しかし、アナモルフィッ
クな光学系を用いる方法は、各光学エレメントの位置決
めが複雑で、大きなデータの処理には向いていない。ま
た、入力データを空間光変調器で変調する方法は、空間
光変調器の応答速度が遅く、高速処理に適さない。

この発明の目的は、光のインクコネクションを用いて、
ベクトルと行列の積を高速に処理し、しかも各光学エレ
メントを密接して配置させるために、複雑な位置決めを
必要としない光演算装置を用いた光演算方法を提供する
ことにある。

［課題を解決するための手段］この光演算方法は、ベクトルと行列の積を求める光演算
方法において、マトリクス状に発光素子と受光素子を隣
接して配置した第１の光機能素子の行方向または列方向
の各々を接続し、ベクトル入出力端子と接続し、入力ベ
クトルの値に光強度が比例するように前記第１の光機能
素子の発光部の光強度を変化させ、光透過率あるいは光
反射率を入力行列の値に比例させた光変調器に、前記発
光素子からの出射光を入力し、該光変調器を透過あるい
は反射した光を、前記第１の光機能素子の接続方向と直
交する方向に各素子を接続せしめた前記第１の光機能素
子と同一の構造を有する第２の光機能素子の受光部に入
射させ、前記第２の光機能素子の受光部に入射した光量
に比例させて前記第２の光機能素子の発光部の光強度を
変化させ、前記第２の光機能素子から出射した光をそれ
ぞれ前記行列の値に比例させて変化させ、前記強度を変
化させた光を前記第１の光機能素子の受光部で受光し、
ベクトル七行列の積を双方向に実行することを特徴とす
る。

［作　用］この発明の原理を第２図、第３図を参照して説明する。

第２図は、４行４列の行列とベクトルの積演算の原理を
示したものである。入力ベクトルの値に比例させて、入
力面１０１の発光素子の強度を、変化させる。行列の値
に比例させて空間光変調素子１０３の透過率を変化させ
、発光素子から出射した光を入射させる。空間光変調素
子から透過した光は、発光素子の光強度と空間光変調素
子の透過率の積になっており、これを受光素子から構成
される出力面１０２に入射させ、その光強度を検出すれ
ば、ベクトルと行列の積演算を実行できる。第３図は、
（ａ）入力ベクトルＡと入力面１０１の関係、および、
（ｂ）出力面１０２と出力ベクトルＢの関係を示す図で
ある。４つの入力データＡ、、Ａ２．Ａ３．Ａ４は、そ
れぞれ行方向の光機能素子に接続され、入力データの大
きさによって、行方向の素子の発光強度が同時に変調さ
れる。例えば、入力Ａ２に着目した場合、Ａ２の行方向
の素子であるＡ　２ｉｒ　Ａ２２１　Ａ２３１　Ａ２ａ
がすべて発光する。発光した光はコリメートされた後、
出力面の受光部Ｂ２いＢ２２、Ｂ２３．１３２４に集光
される。他の素子についても同様に動作し、出力面の列
方向の素子が接続されているので、例えば、出力Ｂ３に
着目した場合、Ｂ３の列方向の素子であるＢ、３、Ｂ　
２３．８３３％　Ｂ　４３の入射光量の総和が出力され
る。

この関係は、一般に、次式のように表現できる。

この時、入力面と出力面の間に、空間光変調器を挿入し
、各素子に対応する部分の振幅透過率を独立に変化させ
ると、（１）式は次式のようになる。

ここで、Ｗ、、は空間光変調器の振幅透過率を表す。

（２）式は、入力ベクトルＡ１と行列Ｗ、、の積演算を
表しており、入力ベクトルの値によって発光素子の強度
を変化させ、行列の値によって空間光変調器の振幅透過
率を変化させれば、光学的に、これらの積演算が実行さ
れる。さらに、この装置では、第４図に示すように、発
光素子と受光素子が隣接して配置されており、受光した
データによって、即座に隣接された発光素子を変調させ
ることができ、容易にデータをフィードバックさせ、繰
返して演算することができる。

［実施例コ以下、この発明の詳細な説明する。

第１図は、この発明の光演算方法に用いる光演算装置の
一例を示す斜視図である。この光スィッチは、例えば半
導体レーザ等の発光素子と例えばＳＩの光検出器などの
受光素子を隣接して配置した０ＥＩＣなどの光機能素子
アレイ１．２と、例えばＴＮ液晶から構成されている液
晶テレビなどの階調表現可能な空間光変調器３と、光機
能素子から出射した光をコリメートする、例えばマイク
ロレンズアレイなどのコリメーティングレンズ４と、空
間光変調器を透過した光を受光素子アレイに集光する、
例えばマイクロレンズアレイなどの集光レンズ５と、光
機能素子の発光部に電圧を印加する回路から構成される
装置間光変調器に電圧を印加する回路から構成される変調器
駆動装置８とを備えている。

以上の構成の光演算装置において、光機能素子の発光部
は、入力ベクトルの値によって変調される。光機能素子
アレイ１の行方向の各素子はすべて電気的に接続されて
おり、また、光機能素子アレイ２の列方向の各素子もす
べて電気的に接続されている。光機能素子の発光部から
出射した光は、空間光変調器によって変調され、対面す
る光機能素子アレイの受光部に集光され、出力信号とな
る。

空間光変調器のパタンを行列の値によって変化させるこ
とにより、ベクトルと行列の積演算が可能である。この
時、受光部と発光部が隣接して配置されているので、受
光されたデータによって、隣接した発光部が変調され、
集光レンズ５がコリメーティングレンズの役割、コリメ
ーティングレンズ４が集光レンズの役割を果し、２回目
の演算が実行される。

光機能素子、レンズ、空間光変調器共に、薄い板状のデ
バイスで、各素子のピッチなどは、製作段階で高精度に位置決めが
できる上、これらを組合せる場合にも、マー力等によっ
て、簡単に位置決めでき例えば、次式に示すベクトルと行列の積演算を実行する
場合を考える。

この時、発光素子Ａ１とＡ３を１の強さで、発光素子Ａ
２を２の強さで発光させ、変調器Ｗ１。の透過率を０、
変調器Ｗ，１、Ｗ　２　２、Ｗ　２　３、Ｗ　３　Ｉｌ
Ｗ　３３の透過率を５０％、変調器Ｗ　＋　３、Ｗ２，
、Ｗ３２の透過率を　１００％に設定するとＮＢ，に発
光素子１．５個分、Ｂ２に発光素子２．５個分、Ｂ３に
発光素子３個分の光が入射する。発光素子１個分の光を
２と考えれば、Ｂ１は３、Ｂ２は５、Ｂ３は６に相当す
る。

［発明の効果コ以上詳述したように、この発明の光演算装置を用いるこ
とにより、ベクトルと行列の積を高速に処理できる。し
かもこの発明で用いる装置は、各光学エレメントを密接
して配置させるために、複雑な位置決めを必要としない
。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の光演算法の実施例を示す斜視図、
第２図は、この発明の光演算法の原理を示す図、第３図
（ａ　）（ｂ　）は、入出力データと入出力面の関係を
示す図、第４図は、光機能素子の概念を示す図である。図において、１．２　・・・光機能素子アレイ３　・・・・・空間光変調器４　・・・・・コリメーティングレンズ５　・・・・・
集光レンズ６．７　・・・駆動装置８　・・・壷・変調器駆動装置１０１　・・・入力面１０２　　・・・出力面１０３　・・・空間光変調素子２０１　・・・発光素子２０２　・・・受光素子

Claims

【特許請求の範囲】

ベクトルと行列の積を求める光演算方法において、マト
リクス状に発光素子と受光素子を隣接して配置した第１
の光機能素子の行方向または列方向の各々を接続し、ベ
クトル入出力端子と接続し、入力ベクトルの値に光強度
が比例するように前記第１の光機能素子の発光部の光強
度を変化させ、光透過率あるいは光反射率を入力行列の
値に比例させた光変調器に、前記発光素子からの出射光
を入力し、該光変調器を透過あるいは反射した光を、前
記第１の光機能素子の接続方向と直交する方向に各素子
を接続せしめた前記第１の光機能素子と同一の構造を有
する第２の光機能素子の受光部に入射させ、前記第２の
光機能素子の受光部に入射した光量に比例させて前記第
２の光機能素子の発光部の光強度を変化させ、前記第２
の光機能素子から出射した光をそれぞれ前記行列の値に
比例させて変化させ、前記強度を変化させた光を前記第
１の光機能素子の受光部で受光し、ベクトルと行列の積
を双方向に実行することを特徴とする光演算方法。