JPH03214374A - 光変調器 - 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】 〔概要〕 光ニューラルネットワークに使用して好適な光変調器に
関し、 透過率を外部制御して学習の自在性を高めることを目的
とし、 起偏器および験偏器の間に、磁気ファラデー効果を利用
して偏光面の回転角を設定する少なくとも１層の透光層
とｋ層の透光層とを積層し、該ｋ層の透光層の各層を多
数のセル構造とするとともに、該ｋ層の層毎の偏光面の
回転角の大小関係を２０から　２ｋ−１まで異なるもの
に設定し、且つ、前記１層の透光層の偏光面の回転角を
所定の固定角に設定して構成したことを特徴とする。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、光変調器に関し、特に、光ニューラルネット
ワークに使用して好適な光変調器に関する。

生物の脳機能を模倣したニューラルネ．７トワークは、
ノイマン型コンピュータが不得意とするあいまいな問題
、例えば、パターン認識、音声の認識や合成、複雑な（
あるいは滑らかな）機械制御などに柔軟に適応できるこ
とから近年注目を集めており、既に、半導体技術による
ニューラルネットワーク用のＶ　Ｌ　Ｓ　Ｉ　　（ｖｅ
ｒｙ　ｌａｒｇｅ　ｓｃａｌｅ　ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏ
ｎ）チンプが各所で作られている。

しかし、半導体回路では、ニューラルネソトワークの基
本演算（積和演算）に時間がかかる、ニューロン間の結
線数が指数関数的に増大する配線問題が解決できない、
などの点で実用上の限界が指摘されている。

そこで、こうした限界を一気に打破できるものとして、
光技術を使ったニューラルネソトワークが着目されてい
る。光ニューラルネノトワークは、光が持つ本質的な並
列性を利用するもので、ニューロン間の高密度相互結合
の実装や、各ニューロンへのシナプス入力の荷重和を高
速に演算する超並列ベクトル一行列積演算機能など、半
導体回路にはない種々の特長を有している。

〔従来の技術〕

第２図は従来の光ニューラルネソトワークの要部を示す
概念図で、１９８５年にＮ．Ｈ．Ｆａｒｈａｔ，　Ｄ．
Ｐｓａｌｔｉｓが発表した光学式ニューラルネソトシス
テムと同様の基本構成を存している。

すなわち、ｎ個の発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ
Ｅ＋＋＋ｉｔｔｉｎｇ　Ｄｉｏｄｅ）からなるＬＥＤ列
ｌＯおよびｍ個のフォトダイオード（ＰＤ：Ｐｈｏｔｅ
　Ｄｉｏｄｅ）からなるＰＤ列１１を備えるとともに、
これらのＬＥＤ列１０、ＰＤ列１１の間に、シリンドリ
力ルレンズ１２、１３に挟まれた相互結合マトリソクス
光マスク（以下、華に光マスクという）１４を備えて構
成している。

光マスク１４に開けられた多数の穴（マスクパターン）
の形状を変えてＬＥＤ列１０からＰＤ列１１への光の透
過率をコントロールする。

ここで、ＬＥＤからの光の強度をａＪ　（ｊはＬＥＤ番
号、すなわちニューロン番号）、光マスク１４の透過率
をＴｉＪ（ｉｊはマスクパターンのマトリクス番号）、
ＰＤの受光強度をｂＨ　　（ｉはＰＤ番号、すなわちニ
ューロン番号）とすると、次式■に示すような積和演算
弐が成立する。

但し、ｎ　：　ＬＥＤの数、 ｍ：ＰＤの数、 したがって、各ニューロンへのシナプス入力の荷重和を
高速に演算する超並列へクトルー行列積演算機能が実現
できるとともに、光が持つ本質的な並列性を利用してニ
ューロン間の相互結合を高密度に実装でき、半導体回路
によるニューラルネノトワークの問題、すなわち演算速
度および配線問題を一気に解決できる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、かかる従来のものにあっては、ニューロ
ン間の結合荷重を、光マスク１４に開けた穴の大小によ
って変えるものであったため、ニューラルネソトの学習
の際にはその都度光マスク１４を取り替える必要があり
、学習の自在性といった面で解決すべき課題があった。

〔発明の目的〕

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、
透過率を外部制御して学習の自在性を高めることを目的
としている。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、上記目的を達成するために、起偏器および験
偏器の間に、磁気ファラデー効果を利用して偏光面の回
転角を設定する少なくとも１層の透光層とｋ層の透光層
とを積層し、該ｋ層の透光層の各層を多数のセル構造と
するとともに、該ｋ層の層毎の偏光面の回転角の大小関
係を２０から２ｋ−１まで異なるものに設定し、且つ、
前記１層の透光層の偏光面の回転角を所定の固定角に設
定して構成したことを特徴とする。

ここで、上記起偏器は光軸に平行する平面内においての
み振動する平面偏光だけを通す別名偏光子ともよばれて
いるものであり、また、一方の験偏器は両者の位置関係
に応して起偏器からの平面偏光の通過度合を変化させる
別名検光子ともよばれているもので、起偏器と験偏器が
平行ニコルの位置関係にあるときに最犬の通過量となり
、千行ニコルから９０度回転した交差ニコルの位置関係
にあるときに最小の通過量となる。

さらに、磁気ファラデー効果とは、磁場により物質の光
学的性質が変化する磁気光学効果のひとつで、透明物質
を磁場中に置き、磁場に平行に直線偏光を伝播させると
光の偏光面が回転（旋光という）する現象をいう。

〔作用］ 本発明では、起偏器からの直線偏光が磁気ファラデー効
果により旋光操作され、この旋光量に応して験偏器から
取り出される光量が調節ざれる。

すなわち、全ての透光層に対してそれぞれ所定の磁場を
セル単位で独立に与え偏光面の回転角を所定値に設定す
るとともに、各回転方向を右旋または左旋とすれば各透
光層の回転角が加算あるいは減算されて上記旋光量が調
整される。

しかも、この調整は、ｋ層の異なる回転角の組合せ（２
’通り）に従って２′′段階に多段化され、これにより
、結合荷重のきめ細かな学習が行われる。

〔実施例〕

以下、本発明を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明に係る光変調器の一実施例を示す図であ
る。

まず、構成を説明する。第１図において、２０は図外の
ＬＥＤで発生した光を直線偏光に変換する起偏器（ある
いは偏光子ともいう）としての第１偏光板、２１は第１
偏光板２０に対してほぼ交差ニコルの位置関係にある験
偏器（あるいは検光子ともいう）としての第２偏光板で
あり、第２偏光板２１を通過した直線偏光は図外のＰＤ
で受光され、その光量に応じた大きさの電気信号に変換
される。

ここで、交差ニコルの位置とは、起偏器からの直線偏光
を最大に通過させることのできる千行ニコルの位置から
９０度回転した位置をいい、起偏器からの直線偏光をそ
のままで験偏器に与えた場合にその通過量が最小となる
位置をいう。

第１偏光板２０と第２偏光板２ｌの間には、磁性材料（
例えば、Ｂｉ−辺換ガーネソト； Ｂ　ｉ）（　Ｄｙ：＋−ｘ　Ｇａ，　Ｆ　ｅｓ−ｙ　０
１２％または、Ｃｅ一置換置換ガーネット； ＣｅＸ　Ｄｙｚ−ｘ　Ｇａｙ　Ｆ　ｅｓ−ｙ　Ｏ＋ｚ、
などの強磁性磁気光学物質）から成る第１がら第４まで
の透光層２２〜２５が介装されており、これらの各層間
は透明誘電体層２６〜２８によって絶縁されている。

上記４層の透光層２２〜２５のうち第１から第３までの
３層（ｋ層）の透光層２２〜２４は例えばｎＸｍ個のセ
ルから成り、セル境界にはＸ−Ｙ導線（図示略）を敷設
している。

各Ｘ−Ｙ導線を外部の例えば電流供給回路に接続し、任
意のＸ−Ｙ導線対を選択してその導線に電流を供給する
と、各々の導線の回りに電流の大きさと向きに応した磁
場が発生し、その結果、導線対の交差する（但し、互い
に絶縁されている）点付近の領域において、各々の導線
の回りの磁場が互いに打ち消し合う箇所と互いに強め合
う箇所とが発生するが、強め合った箇所におけるトータ
ルの磁場が磁性体の保持力を上回るように設定すること
により、その箇所を含む特定セルの磁化の向きをその磁
場と平行、あるいは反平行の向きに従わせ、もって、交
点に位置する特定セルの偏光面の回転角を所定角度に設
定できる。このとき、２個以上のセルが同時に磁化反転
するのを防ぐために、電流供給と同時に外部（ハイアス
）磁場を印加するζとが望ましい場合もある。なお、第
４透光［２５については、磁化は常に一定方向を向いて
おり、固定的な回転角を与える。

ここで、磁気ファラデー効果による物質の偏光面の回転
角θは、一般に次弐■で表される。

θ一ＶＨｊ２・・・・・・■ 但し、Ｈは磁場（物質が磁性体の場合は磁化）の強さ、
ｌは磁場に平行な光の伝播距離、■はベルデ定数で物質
の種類や波長によって決まる。

本実施例では、第ｌ透光層２２、第２透光層２３、第３
透光層２４および第４透光層２５の各回転角θＩ〜θ４
を次のように設定する。但し、ｋ層のθ１〜θ３につい
ては、ひとつの透光層を構成するｎ×ｍ個のセルの回転
７角を表している。

θ１→＋５度あるいは−５度を必要に応じて設定、θ２
→＋１０度あるいは−１０度を必要に応じて設定、θ３
→＋２０度あるいは−２０度を必要に応じて設定、θ４
→＋３５度あるいは−３５度（固定値）但し、土は時計
回りの回転角（右旋）、は反時計回りの回転角（左旋）
、 すなわち、θ１からθ３までの設定回転角の大小関係は
、施光方向を揃えた場合に、θ１に対してθ２が２倍、
θ，が４倍となり、セル構造の透光層の数が本実施例で
はｋ＝３であるから、θ１−２０ θ２＝２１ θ　Ｊｋ−１ の関係になる。

次に、作用を説明する。

（１）今、第１透光層２２から第３透光層２４まての設
定回転角を全て右旋（＋）設定値にすると、直線偏光の
施光量は、 （＋５）・・・・・・第１透光層２２の右旋回転角＋（
＋ｌＯ）・・・・・・第２透光ｆｉ２３の右旋回転角＋
（＋２０）・・・・・・第３透光層２４の右旋回転角＋
（＋３５）・・・・・・第４透光層２５の右旋回転角＝
＋７０度となり、右旋操作される。

（ＩＩ）あるいは、第１透光層２２から第３透光Ｎ２４
までの設定回転角を全て左旋（−）設定値にすると、直
線偏光の施光量は、 （−５）・・・・・一第１透光層２２の左旋回転角＋　
（−１０）・・・・・・第２透光層２３の左旋回転角十
（−２０）・・・・・・第３透光層２４の左旋回転角十
（＋３５）・・・・・・第４透光層２５の右旋回転角＝
０度となり、旋光操作されない。

すなわち、旋光操作の量は、上記（Ｉ）を最大、（ＩＩ
）を最小として与えられ、さらに、第１透光Ｊｉ２２か
ら第３透光層２４の回転角を適宜組み合わせて設定すれ
ば、表１に示すように、最大（７０度）から最小（Ｏ度
）まで、１０度刻みに２ｋ　（本実施例では２３＝８）
通りの多段階に旋光操作できる。

したがって、第１偏光仮２０と第２偏光板２１とが交差
ニコルの位置にあるので、例えば旋光操作量を最小（０
度）とし・た場合には、第２偏光板２１を通過する光量
が最小となる一方、旋光操作量を最大（７０度）とした
場合には、第２偏光板２ｌを通過する光量が最大となり
、２ｋ通りの多段階に光の透過率を調節できる。

ニューロン間の結合荷重に応じて、第１から第３透光層
２２〜２４のセルを選択するとともに、当該選択セルの
回転角を適宜設定すれば、２１′通りの荷重値を設定で
き、その結果、透過率を外部制御して学習の自在性を高
めることができる効果が得られる。

なお、本実施例では、透光層を４層としているが、この
数に限定されるものではなく、４層以上の多層であって
もよい。

また、第１偏光板２０と第２偏光板２１とを交差ニフル
の位置関係にしているが、千行ニコルの位置関係であっ
てもよい。この場合には、旋光操作量を最小（０度）と
した場合には、第２偏光板２１を通過する光量が最大（
上記実施例では最小）になる一方、旋光操作量を最大（
７０度）とした場合には、第２偏光板２１を通過する光
量が最小（上記実施例では最大）になる。

［発明の効果］ 本発明によれば、上記のように構成したので、透過率を
２ｋ通りの多段階に外部制御でき、結合荷重をきめ細か
く外部設定して学習の自在性を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る光変調器の一実施例を示すその構
成図、 第２図は従来の光変調器を示すその概念構成図である。 ２０・・・・・・第１偏光板（起偏器）、２１・・・・
・・第２偏光板（験偏器）、２２〜２４・・・・・・第
１〜第３透光層（ｋ層の透光層） ２５・・・・・・第４透光層（１層の透光層）表１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 起偏器および験偏器の間に、 磁気ファラデー効果を利用して偏光面の回転角を設定す
   る少なくとも１層の透光層とｋ層の透光層とを積層し、 該ｋ層の透光層の各層を多数のセル構造とするとともに
   、 該ｋ層の層毎の偏光面の回転角の大小関係を２＾０から
   ２＾ｋ＾−＾１まで異なるものに設定し、且つ、前記１
   層の透光層の偏光面の回転角を所定の固定角に設定して
   構成したことを特徴とする光変調器。