JPH031581A - 光接続装置の駆動方法 - 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） この発明は光並列処理デバイスを用いた光接続装置とそ
の駆動方法に関する。

（従来の技術） 近年、高度情報化社会の進展と共に、従来よりは大容量
で高速の情報の入出力装置、伝送装置、交換装置、信号
処理装置、が求められている。このために、電子コンピ
ュータではその限界が見えており、光の高速性と並列性
を利用した光コンピュータが期待されている。光コンピ
ュータは、光信号間で干渉しないために並列処理に向い
ているが、現状ではその並列性の利点を活用したシステ
ムは実現されていない。この理由の一つに、高速でかつ
、素子配列数が大きい面壁の光処理用デバイスがまだ得
られていない点にある。並列数（素子配列数）の大きい
光処理用デバイスは、今のところ液晶表示素子などに限
られ、高速駆動が可能ではない。また、高速動作が可能
な光処理用デバイスには非線形材料や光半導体を用いた
素子があるが、配列する技術がまだ十分でなく、消費パ
ワーも大きいために素子配列を高密度に形成することが
できない。

これらの問題に応える光処理用デバイスとして、光サイ
リスタをベースとした低消費電力の画人出力光電融合素
子が注目されている。この素子を用いた光クロスバイン
タコネクションについては、例えば雑誌［第４９回応用
物理学会学術講演会講演予稿集］の７２８頁に掲載され
ている論文［画人出力光電融合素子（ＶＳＴＥＰ）を用
いた光接続（Ｉ）一方式検討、（ＩＩ　）−空間光クロ
スバ接続」に詳細に明記されている。本デバイスを用い
れば従来不可能であった並列数の高い光配線による任意
のコネクションが実現できる。また、画人出力光電融合
素子については、１９８８年発光の雑誌［アプライド・
フィジックス・レター（Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃ
ｓ　Ｌｅｔｔｅｒ）　Ｊのボリューム５２の６７９頁か
ら６８１頁に掲載の論文“低消費ダイナミックメモリと
してのダブルへテロ構造光電スインチ（Ｄｏｕｂｌｅ　
ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｏｐｔｏｅｌｅｃｔ
ｒｏｎｉｃ　５ｗ１ｔｃｈａｓ　ａ　ｄｙｎａｍｉｃ　
ｍｅｍｏｒｙ　ｗｉｔｈ　ｌｏｗ−ｐｏｗｅｒ　ｃｏｎ
ｓｕｍｐｔｉｏｎ）”に詳しく述べられている。

（発明が解決しようとする課題） しかし、光インターコネクションの並列数が大きくなる
と並列光デバイスそのものの配線数も増大し、実装の点
で問題が発生する。また、接続信号間のコネクション先
（アドレス先）を接続信号自身に乗せる自己ルーティン
グが望ましいが、従来の光インターコネクションでは不
可能であり、別にアドレス指定の信号ラインを光マスク
に与えてコネクション先を指定していた。実際に光情報
処理を実現するに当たっては、実時間的に可変な２次元
状の光マスクが必要であり、光半導体素子、光双安定素
子などが候補として提案されているが、実用できる素子
としては液晶デイスプレィのみであり、応答速度の点で
速くできず、問題であった。

この発明の目的は上記の欠点をなくし、高速で並列数が
高く、自己ルーティングが可能な光インターコネクショ
ン（光接続装置）を提供するものである。

（課題を解決するための手段） 本発明の光接続装置は、発光、閾値、メモリ機能を有し
、駆動端子として少なくとも２端子以上をもつ光電入出
力素子を二次元状に複数配置し、該各素子の同種類の駆
動端子を共通の電極でマトリクス状に配線した面形光電
入出力素子と、前記面形充電入出力素子からの発光光を
受光する受光素子を１次元状に配列した面形受光素子と
を対面して一体化した光ルーティング素子と、前記面形
光電入出力素子の一つの複数対のマトリクス配線に接続
先を示す情報と伝送する情報とを時系列的に与える入力
信号回路と、前記入力信号の接続先を示す情報と同期し
て他の複数対のマトリクス配線にアドレス同期信号を与
え、前記面形光電入出力素子の任意の光電入出力素子を
動作状態に設定するアドレス同期信号回路と、前記面形
受光素子からの信号を処理する出力信号回路とから構成
されることを特徴としている。

その具体的な構造は例えば前記光電入出力素子がＰ型、
ｎ型、Ｐ型、ｎ型、成るいはｎ型、Ｐ型、ｎ型、Ｐ型、
の半導体がこの順に半導体基板上に積層された構造であ
る。

本発明の光接続装置を駆動する方法として、前記入力信
号回路には保持電圧以上で且つ、閾値電圧以下のバイア
ス電圧を、常時、与えておき、又、前記アドレス同期信
号回路は、通常、零電位にしておいた状態で、前記入力
信号回路の電圧を更に上げてＶａとし、又、前記アドレ
ス同期信号回路に負の電圧を加えて−Ｖｂとし、これら
の信号電圧差（Ｖａ＋Ｖｂ）で、前記面形光電入出力素
子をＯＮ状態にさせ接続先の情報を入力した後に、前記
入力信号回路から伝送する情報をここで、前記接続先の
情報及び伝送する情報は各マトリクス配線に並列に人力
すれば、短時間で情報を送ることができる。

さらに、別の駆動方法として、前記アドレス同期信号回
路に加える負の電圧パルスの振幅が前記素子の直流での
スイッチング電圧７８以上であり、またそのパルス幅は
前記光電入出力素子のスイッチング遅れ時間より短い駆
動により、前記光電入出力素子をＯＮ状態にする速度を
高速にすることができる。

（作用） 本発明では、面形光電入出力素子に光サイリスタをベー
スとして低消費電力の前記充電融合光入出力素子を二次
元状に複数配置し、該各素子の同種類の駆動端子を共通
の電極でマトリクス状に配線した素子を用いる。この素
子は発光、閾値メモリ機能を有し、２端子間に閾値以上
の電圧を印加することにより動作状態に設定でき、この
動作状態になった素子は低電圧で発光が可能になる。こ
れに対して、他の非動作状態の素子は同じ電圧を与えて
も発光しない。したがって、最初のアドレス時に面形光
電入出力素子をマトリクス電極毎に順次、時系列的に動
作状態に選択的に設定していき、次に信号電圧を与えれ
ば、動作状態の面形光電入出力素子のみから信号電圧に
従った発光が行なわれる。この発光を短冊状の受光素子
を１次元状に配列した面形受光素子で受ければ、指定さ
れた信号量刃先のみに信号を送ることができる。すなわ
ち、自己ルーティングが可能な光インターコネクション
が光マスクを用いることを無しに実現でき、小形の一体
化された光接続装置が実現できる。

さらに、前記アドレス同期信号のパルスの振幅を前記同
側形光電入出力素子のしきい電圧（スイッチング電圧）
以上とし、かつ、そのパルス幅を前記面形光電入出力素
子のスイッチング遅れ時間より短く設定することにより
素子を高速に駆動することが可能になる。

（実施例） 次に、本発明について図面を参照して説明する。第１図
はこの発明による光接続装置の一実施例を示す。光ルー
タ装置は面形光電入出力素子１と面形受光素子２とを対
面させた光ルーティング素子３と、入力信号回路４、ア
ドレス同期信号回路５、出力信号回路６とから構成され
ている。入力信号は入力信号回路４、アドレス同期信号
はアドレス同期信号回路５を経て光ルーティング素子３
の面形光電入出力１に入力される。マトリクス状面形光
電入出力素子からは入力信号とアドレス同期信号に応じ
て異なった部位から光が出射され、面形受光素子２に受
光される。受光された信号は出力回路６を経て出力され
る。どの入力信号がどの出力信号に接続されるかは、ア
ドレス同期信号と入力信号によって規定される。このた
めに、従来、面形光電入出力素子１と面形受光素子２の
間に必要であった空間光変調素子が不要となり、小形で
実用に供せられる光接続素子が可能である。

第２図は本発明に用いる面形光電入出力素子の実施例で
ある。この素子は、Ｐ形及びｎ形のＡｌＧａＡｓとＧａ
Ａｓの層構造を有し、アノードとカソード間に閾値電圧
以上の電圧を印加すると、スイッチングされ発光し、動
作状態になる。−旦動作状態になると、あるバイアス電
圧以上の電圧に対して発光するようになる。この素子を
非動作状態に戻すためには、両端子を短絡することによ
って可能である。

第３図は本発明の光接続装置の駆動方法による電圧パル
スを示す図であり、以下で面形光電入出力素子をマトリ
クス状に配置した構成で任意の素子のみから発光を得る
方法を説明する。第２図に示した面形光電入出力素子で
は閾値電圧以上の電圧を印加されると素子はＯＦＦから
ＯＮにスイッチングし、電流が流れて発光を生じる。そ
こで素子に印加する電圧を第３図のようにアドレス信号
ｖａ、Ｗアドレス同期信号Ｖｂの正・負２つのパルスに
分けて駆動する。

アドレス信号ｖａとアドレス同期信号■ｂはそれぞれ素
子の閾値電圧以下で、ｖａ＆Ｖｂの和が閾値電圧以上と
なるように設定することによりアドレス信号とアドレス
同期信号の２つが同時に印加された素子のみをスイッチ
ングさせることができる。マトリクス配線でカソードあ
るいはアノード電極が同じ電極配線でつながれた他の素
子にはｖａとｖｂが同時には加わらないので印加電圧は
閾値以下のためにスイッチングは起こらない。以上の実
施例では情報信号の入力は各マトリクス配線ごとにバラ
バラでも一度に並列に入力しても可能である。また、素
子には常時、保持電圧ｖＨを以上のバイアス電圧を印加
しておくことにより、スッチングした素子はＯＮ状態を
保持することが可能である。第２図の面形光電入出力素
子では保持電圧は約１．４ｖである。

第４図は第３図に示した駆動方法において、入力信号回
路から並列にマトリクス配線に情報信号を入力する例を
示した図である。いま面形光電入出力素子１は入力信号
１１とアドレス同期信号１２が入力されており、各マト
リクス状に配列された単体素子には両者の差に等しい電
圧が印加されていると考えられる。そこで、第４図に示
すように、面形光電入出力素子１は例として４×４のマ
トリクス素子である場合を考え、入力信号１１（８１，
８２，ｓ３．　Ｓ４）が面形光電入出力素子１の各行の
配線１１．　Ｉ２．　Ｉ３．　Ｉ４に入力し、アドレス
同期信号１２が各列の配線Ａｌｙ　Ａ２．　Ａ３゜Ａ４
に入力している。入力信号１１は初めにアドレス信号部
としである定められた時間に一つの正パルス（電圧ｖａ
）をもち、次に正パルスからなる情報信号部が続く様に
構成されている。アドレス同期信号１２は各Ａ１＋　Ａ
２．　Ａ３＋　Ａ４端子に時間ｔ１．　ｔ２．　ｔ３．
　ｔ４に順次に一つの負のパルス（電圧−Ｖｂ）を印加
して行く。これらの信号電圧差（Ｖａ＋■ｂ）の先の閾
値電圧Ｖｔｈより大きく、ここの信号電圧ｖａ、ｖｂは
Ｖｔｈより小さい。まず時間ｔ１では、■３電極のみに
アドレス信号■。が印加されるので、面形光電入出力素
子１の１３行Ａ１列の素子のみにＶａ＋Ｖｂ（＞Ｖｔｈ
）が印加されることになる。

他の列Ａ１の素子、および行Ｉ３の素子にはそれぞれｖ
ａ、Ｖｂ（＜ｖｔｈ）がかかるだけである。そこで、面
形光電入出力素子１の１３行Ａ１列の素子が動作状態に
なる。次に、時間ｔ２では同様にして１１行Ａ２列の素
子が動作状態になり、時間ｔ３では１４行Ａ３列、時間
ｔ４では１２行Ａ４列の各素子が動作状態になり、その
状態はメモリされる。このように、アドレス信号部どの
時間に正パルスを与えるかによって面形光電入出力素子
１の任意の素子を動作状態に設定することが可能である
。次に、情報信号Ｓ１．Ｓ２．Ｓ３．Ｓ４が各１１．　
Ｉ２゜工３＋Ｉ４行の電極に与えられるが、先に動作状
態にメモリされた素子のみが発光することになる。例え
ば、行■１の素子のうち、行１１列Ａ２の素子のみから
信号Ｓ１による信号光が発生する。発生した信号光は対
面して置かれた面形受光素子２で受光される。面形受光
素子２は第４図に示すように、１次元状の短冊型素子の
配列で、同一素子内に受けられた光信号の総和が出力信
号１３として得られる。例えば０□の素子は面形受光素
子１の列Ａ１の素子の光を受けて出力する。そこで、列
Ａ１では行工３列Ａ１の素子のみが動作状態にあり、こ
の素子からの発光信号、すなわち信号Ｓ３が面形受光素
子２の０１素子に受けられ、出力として得られる。同様
に、０２からはＳｌ、０３からはＳ４．０４からはＳ２
が得られる。このように、入力信号回路から並列にマト
リクス配線に接続先の情報を送ることによって、２次元
的に配列された素子に一素子ずつ送る方法に比べて短時
間で送ることができる。

第５図は本発明の駆動方法による面形光電入出力素子の
駆動電圧パルスを図示したものである。以下、実験結果
を示しなから説明を行う。第２図のｐｎｐｎ形の面形光
電入出力素子は前記アドレス信号■ａとアドレス同期信
号■ｂが同時に印加され、その和がスイッチング電圧Ｖ
ｔｈを越えたときに動作状態になるが、そのスイッチン
グ動作には有限の遅れ時間が存在し、その遅れ時間は印
加電圧が大きい程短くなる。

第６図は一例としてｐｎｐｎ形面形光面形光電入出力素
子ッチング電圧Ｖｔｈが２．３■の素子について印加電
圧とスイッチング遅れ時間の関係を素子に直列に挿入す
る付加抵抗を変えて測定した結果であるこの結果のよう
に、印加電圧がスイッチング電圧以上であっても数百ｎ
ｓから数ｎｓの遅れが生じ、高速のスイッチング動作の
ためには印加電圧を高くする必要があることがわかる。

さて、スイッチング遅れ時間の間は印加電圧がスイッチ
ング電圧以上であっても素子はＯＮ状態になっていない
。すなわち、スイッチング遅れ時間より遅いパルス電圧
を印加した場合、そしはＯＮＬないことを示している。

このパルス幅の電圧パルスにさらに電圧を重畳するとス
イッチング遅れ時間はパルス幅よりも短くなり素子がＯ
Ｎする。

第５図のパルス電圧は以上述べたスイッチング動作を行
うのに必要なパルスの条件を示すものである。アドレス
信号２１は全てのマトリクスに０Ｎ１０ＦＦを指定する
ため、複数の素子を選択するときには連続的にパルスが
印加される。ここで、アドレス信号かスイッチング電圧
Ｖｔｈより大きく設定すると、パルス幅Ｐｗがスイッチ
ング遅れ時間より短い場合でも連続的に印加することで
素子がＯＮする。

これはしきい値以上のパルスを印加することにより、素
子にキャリア注入が起こり、これが素子内で蓄積されて
いるためで、１つのパルスではＯＮＬないが、複数のパ
ルスにより蓄積されるキャリアかしきい値を越えること
で、素子がＯＮしてしまう。これに対して、アドレス同
期信号は全てマトリクスの０Ｎ１０ＦＦを選択するサイ
クルの間に１本の端子には１回しか印加されない。その
ためアドレス信号のように複数のパルスが印加されて素
子がＯＮすることがない。

従って印加するパルスは第５図のように、アドレス信号
のパルス電圧はスイッチング電圧以下に保ち、アドレス
同期信号はスイッチング電圧以上にし、パルス幅Ｐｗは
スイッチング遅れ時間より短く設定する。そしてアドレ
ス信号とアドレス同期信号が同時に素子に印加されたと
きに、端子間電圧は、スイッチング遅れ時間がパルス幅
より短くなり素子がＯＮするようにすればよい。実験で
はアドレス信号■３を２．３Ｖ（直流保持電圧１．４ｖ
を含む）、アドレス同期信号Ｖｂを６．７ｖ、パルス幅
をＩｎｓと設定することにより、付加抵抗１にΩのとき
にｉｎｓの書き込みが可能であった。この駆動方法によ
りマトリクスの全素子を駆動するのに要する時間は、１
０００　Ｘ１０００の大規模マトリクスでも１１１ｓで
あり、高速な光接続動作が実現できる。

（発明の効果） 以上、詳細に述べたように本発明を用いることにより高
速でかつ自在なコネクションが可能で、かつ、自己ルー
ティングが可能な光接続装置およびその駆動方法が実現
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の光接続装置の実施例を示す図、第２図
は本発明に用いる面形光電入出力素子を示す図、第３図
は本発明の駆動方法における駆動電圧パルスを示す図、
第４図は本発明の光接続装置の駆動方法を示す実施例を
示す図、第５図は本発明の別の駆動方法における駆動電
圧パルスを示す図、第６図は固型光電入出力素子の印加
電圧をスイッチング遅れ時間の関係を示す実験結果のグ
ラフである。 図において、１・・・面形光電入出力素子、２・・・面
形受光素子、３・・・光ルーティング素子、４・・・入
力信号回路、５・・・アドレス同期信号回路、６・・・
出力信号回路、１１・・・入力信号、１２・・・アドレ
ス同期信号、１３９０．アドレス信号、２２・・・情報
信号である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）発光、閾値、メモリ機能を有し、駆動端子として少
   なくとも２端子以上をもつ光電入出力素子を二次元状に
   複数配置し、該各素子の同種類の駆動端子を共通の電極
   でマトリクス状に配線した面形光電入出力素子と、前記
   面形光電入出力素子からの発光光を受光する受光素子を
   １次元状に配列した面形受光素子とを対面して一体化し
   た光ルーティング素子と、前記面形光電入出力素子の一
   つの複数対のマトリクス配線に接続先を示す情報と伝送
   する情報とを時系列的に与える入力信号回路と、前記入
   力信号の接続先を示す情報と同期して他の複数対のマト
   リクス配線にアドレス同期信号を与え、前記面形光電入
   出力素子の任意の光電入出力素子を動作状態に設定する
   アドレス同期信号回路と、前記面形受光素子からの信号
   を処理する出力信号回路とから構成されることを特徴と
   する光接続装置。 ２）請求項１記載の光接続装置の駆動方法において前記
   入力信号回路には保持電圧以上で且つ、閾値電圧以下の
   バイアス電圧を、常時、与えておき、又、前記アドレス
   同期信号回路は、通常、零電位にしておいた状態で、前
   記入力信号回路の電圧を更に上げてＶ＿ａとし、又、前
   記アドレス同期信号回路に負の電圧を加えて−Ｖ＿ｂと
   し、これらの信号電圧差（Ｖ＿ａ＋Ｖ＿ｂ）で、前記面
   形光電入出力素子をＯＮ状態にさせ接続先の情報を入力
   した後、入力信号回路から伝送する情報を入力すること
   を特徴とする光接続装置。 ３）請求項２記載の光接続装置の駆動方法に於て前記接
   続先の情報と伝送する情報とを各マトリクス配線に並列
   にかつ時系列的に与えることを特徴とする光接続装置の
   駆動方法。 ４）請求項２または請求項３記載の光接続装置の駆動方
   法に於て、前記アドレス同期信号回路に加える負の電圧
   パルスの振幅が前記素子の直流でのスイッチング電圧Ｖ
   ＿ｓ以上であり、またそのパルス幅は前記面形光電入出
   力素子のスイッチング遅れ時間より短いことを特徴とす
   る光接続素子の駆動方法。