JPH0259915A - 光演算方法 - 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】 ［産業上の利用分野コ 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　ＬＥＴＴＥＲ５）
　、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、ｈｉ
ｇｈ−ｓｐｅｅｄ　Ｉｎｃｏｈｅｒｅｎｔ　ｏｐｔｉｃ
ａｌ　ｍｅｔｈｏｄ　ｆｏｒ　ｐｅｒｆｏｒｍｉｎｇ　
ｄｌｓｃｒｅｔｅ　Ｆｏｕｒｌｅｒ　ｔｒａｎｓｆｏｒ
ｍｓ）　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　０
ＰＴＩＣ５）　、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　ｄｅｖｉｃｅ
ｓ　ｆｏｒ　ｏｐｔｉｃａｌｂｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａ
ｌ　ａｓｓｏｃｉａｔｉｖｅ　ｍｅｍｏｒｌｅｓ）　Ｊ
に、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ぢンを用いて、
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
法において、マトリクス状に配置された発光素子の行方
向または列方向の各々を接続してベクトル入力端子と接
続し、入力ベクトルの値に光強度が比例するように前記
発光素子を発光させ、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、前記発光素子の接続方向と直交する方向に接続させ
た受光素子に入射させ、前記受光素子に流れる電流を求
めることによって、前記ベクトルと前記行列の積演算を
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．Ａ、は、それ
ぞれ行方向の発光素子に接続され、入力データの大きさ
によって、行方向の発光素子の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　２ｍ　Ａ　２２１　Ａ　２３１　Ａ　２４
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Ｂ　２１％　Ｂ　２□、Ｂ　２３、Ｂ　
２４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Ｎ　Ｂ３の列方向の素子である
Ｂ　１３、Ｂ　２３、Ｂ　３３、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Ａ、と行列Ｗ１１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。

［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。この光演算装置は、例えば半
導体レーザなどの発光素子をマトリクス状に配置した発
光素子アレイ１と、例えばＳｌの光検出器などの受光素
子をマトリクス状に配置した受光素子アレイ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、発光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、発光素子に電圧を印加する
回路から構成される装置 から構成される変調器駆動装置７とを備えている。

以上の構成の光演算装置において、発光素子は、入力ベ
クトルの値によって変調される。発光素子アレイ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、
受光素子アレイ２の列方向の各素子もすべて電気的に接
続されている。発光素子から出射した光は、空間光変調
器によって変調され、対面する受光素子アレイに集光さ
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。

発光素子アレイ、受光素子アレイ、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、マーカ等によって、簡単に位置決めで
きる。

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。

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，図である。図において、この時、発
光素子Ａ，とＡ３を１の強さで、発光素子Ａ２を２の強
さで発光させ、変調器Ｗ，２の透過率を０１変調器Ｗ　
Ｉ　１１Ｗ　２。、Ｗ　２　３、Ｗ　３　１　Ｘ　Ｗ　
３　３の透過率を５０％、変調器Ｗ１３、Ｗ２１、Ｗ３
□の透過率を　１００％に設定すると、ＢＩ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、Ｂ，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、この発明の光演算方法を用いるこ
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、この発明の光演算の原理を示１　　　● ２　　● ３　　● ４　　　● ５　　● ６　　　● ７　　　● ●発光素子アレイ ●受光素子アレイ ●空間光変調器 ●コリメーティングレンズ Ｏ集光レンズ ●駆動装置 ●変調器駆動装置 ●入力面 ●出力面 ●空間光変調素子

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ベクトルと行列の積を求める光演算方法において、マト
   リクス状に配置された発光素子の行方向または列方向の
   各々を接続してベクトル入力端子と接続し、入力ベクト
   ルの値に光強度が比例するように前記発光素子を発光さ
   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、前記発光素子
   の接続方向と直交する方向に接続させた受光素子に入射
   させ、前記受光素子に流れる電流を求めることによって
   、前記ベクトルと前記行列の積演算を実行することを特
   徴とする光演算方法。