JPH03239374A

JPH03239374A - 接続装置

Info

Publication number: JPH03239374A
Application number: JP2035767A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Kawai; 滋河合
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1990-02-16
Filing date: 1990-02-16
Publication date: 1991-10-24
Anticipated expiration: 2011-12-04
Also published as: JP2560507B2

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−■二の利用分野］この発明は、光を用いて、並列高速に情報を（ｉ、送す
るために必要な接続装置に関する。

［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から、
光を用いた演算は並列性に優れている。このような並列
演算には、並列に配列されたデータ間の光接続が重要で
ある。並列配列データを相互に光で接続する光接続法と
して、従来、ホログラムやプリズムを用いて光を偏向さ
せる方法が一般的であった。

しかし、この光接続に用いる光偏向素子は、設計や製作
が難しく、また、他の光機能素子と組合せる場合の光学
系が複雑であった。このような欠点を解決するために、
最近になって、レンズの結像を用いた光接続法が提案さ
れた。この方法の詳細は、例えば、雑誌「オプティカル
コンピユーテイング８８タイジエスト（Ｏｐｔｉｃａｌ
　Ｃｏｎｐｕｔｉｎｇ８８　［ｇｅｓｔ）　Ｊに掲載さ
れた論文「パーフェクトシャッフルの光学系（Ｇｅｏｎ
ｅｔｒｉｅｓ　ｆｏｒ　ＯｐｔｉｃａＩｍｐｌｅｎｅｎ
ｔａｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｐｅｒｆｅｃｔ　５ｃ
ｈｕｆｆｌｅ）」に述べられている。この方法は、レン
ズのみを用いて光の接続を行っているが、汎用性に乏し
く、特別な接続に限られていた。また、システム的な検
討も不十分で、面内に配列されたデータを任意の位置へ
分岐させる方法が、不明確であった。このように、従来
の接続法を光で実現するためには、光学系が複雑になる
か、あるいは、面内に配列されたデータを任意の位置へ
分岐させることが容易でなかった。

この発明の目的は、面内に配列されたデータを任意の位
置へ、セルフルーティングに分岐させるために必要な接
続装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］この発明の第１の接続装置は、複数の光源がマトリクス
状に配列されているアレイ光源と、複数の受光素子が前
記アレイ光源と同じ′！ｆ４遣で配列されている受光索
子アレイと、前記アレイ光源の像を前記受光素子アレイ
に結像させる複数個のレンズが配列されているレンズア
レイとを有し、前記アレイ光源がＮ×Ｎ個（Ｎは２以上
の整数）配列され、かつ、前記レンズがｐｘｐ個（Ｐは
２以上の整数）配列されている場合、前記アレイ光源に
おける前記光源の発光点を連らねた平面を入力面とし、
前記受光素子アレイにおける前記受光素子の受光面を連
らねた平面を出力面とし、前記レンズアレイにおける前
記レンズの中心点を連らねた平面をレンズ面とするとき
、前記レンズ面は、Ｎｐｑとｑを定義すれば、入力面ま
での距離と出力面までの距離の比か１：ｑである位置に
あり、かつ、前記レンズアレイにおける前記レンズの配
列ピッチか、前記アレイ光源における前記光源の配列ピ
ッチをａとして、（ｐｑ＋１　）ａ／　（ｑ＋１）であ
ることを特徴とする接続装置。

この発明の第２の接続装置は、複数の光源がマ）〜リク
ス状に配列されているアレイ光源と、複数の前記受光素
子が前記アレイ光源と同じ構造で配列されている受光索
子アレイと、前記アレイ光源の像を受光素子アレイに結
像させる複数個のレンズが配列されているレンズアレイ
とを有し、前記アレイ光源がＮ×Ｎ×Ｎ列配列、かつ、
前記レンズが（Ｎ／２　）　Ｘ　（Ｎ／２　＞個配列さ
れている場合、前記アレイ光源における前記光源の発光
点を連らねた平面を入力面とし、前記受光素子アレイに
おける前記受光素子の受光面を連らねた平面を出力面と
し、前記レンズアレイにおける前記レンズの中心点を連
らねた平面をレンズ面とするとき、前記レンズ面は人力
面までの距離と出力面までの距離の比か１：Ｎ／２であ
る位置にあり、前記アレイ光源のピッチをａとして、前
記レンズアレイにおいて最も中心にある前記レンズの配
列ピッチか（Ｎ＋６）ａ／　（Ｎ＋２）であり、がっ、
前記レンズアレイにおけるその他のレンズの配列ビッヂ
か２８であることを特徴とする。

この発明の第３の接続装置は、複数の光源がマトリクス
状に配列されているアレイ光源と、複数の受光素子が前
記アレイ光源と同じ構造で配列されている受光素子アレ
イと、前記アレイ光源の像を前記受光索子アレイに結像
させる複数個のレンズが配列されているレンズアレイと
を有し、前記アレイ光源かＮ×Ｎ×Ｎ列配列、かつ、前
記レンズか（Ｎ／２　）　Ｘ　（Ｎ／２　＞個配列され
ている場合、前記アレイ光源における前記光源の発光点
を連らねた平面を入力面とし、前記受光素子アレイにお
ける前記受光素子の受光面を連らねた平面を出力面とし
、前記レンズアレイにおげろ前記レンズの中心点を連ら
ねた平面をレンズ面とするとき、前記レンズ面は入力面
までの距離と出力面までの距離の比が１：Ｎ／２である
位置にあり、前記アレイ光源のピッチをａとし、て、前
記レンズアレイにおいて最も中心にある前記レンズの配
列ピッチが、（３Ｎ−２）　ａ／　（Ｎ−１−２）で、
かつ、前記レンズアレイにおけるその他のレンズの配列
ピッチが２　（Ｎ−２）ａ／　（Ｎ＋２）であることを
特徴とする。

［原理］この発明の原理を、第４図から第９図を用いて説明する
。第４図は、複数の光源が所定のピッチでマトリクス状
に配列されてなるアレイ光源ｌと、アレイ光源１の光源
と同じピッチで受光素子が配列されてなる受光素子アレ
イ３と、レンズアレイ１０２とでなる本発明の接続装置
を横から見た図である。本願発明では、アレイ光源にお
ける光源の発光点を連らねてなる面を入力面とし、受光
素子アレイ３における受光素子の受光面を連らねてなる
面を出力面とする。それら入力面と出力面から等距離の
位置に、これら入出力面における素子の配列ピッチの２
倍のピッチでレンズが配列されているレンズ面５２を配
置する。レンズ面５２はレンズアレイ１０２におけるレ
ンズの中心点を連らねた面である。入力面５１の各光源
から出射した光は、レンズによって、各受光素子上に集
光される。入力面５１、レンズ面５２、出力面５３の間
隔およびレンズのピッチを変えることによって、集光の
位置を変えることができる。

例えば、入力面５１からレンズ面５２までの距離とレン
ズ面５２から出力面５３．ｔでの距離の比を、１：４に
して、レンズのピッチを、入力面５１の光源のピッチの
１．８倍にすると、第５図に示すような光配線が実現で
きる。第５図の光軸の部分だけを取り出すと、第６図に
示す配線が得られる。これは、第７図に示す、２・４シ
ヤツフル配線を３次元に展開し、４　Ｍｉのペアの出力
光を逆にしたものである。これらの配線をシステで用い
る場合には、図上の四角形が１つのスイッチに相当する
。従って、各スイッチの出力光が２・４シヤツフルの出
力光と逆になるように予め決めておけば、この発明の装
置に２・４シヤツフルと同等の機能を持たせることがで
きる。シャツフル配線の詳細は、例えば、雑誌「アイト
リプルイー　トランザクション　オブ　コンピュータ（
ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｃｏ１１ｐｕ
ｔｅｒ）」１９７１年、Ｃ−２０巻、１５３〜１６１頁
に記載の論文「バーフェン１−シャツフルを用いた並列
処理（Ｐａｒａｌ！ｅＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｗｉｔｈ
　Ｐｅｒｆｅｃｔ　５ｈｕｆｆｌｅ）」に述べられてい
る。このように、レンズ面から出力面までの距離を、レ
ンズ面から入力面までの距離のｑ倍にし、レンズのピッ
チを光源のピッチの（ｐｑ＋１）／（ｑ＋１）倍にし、
レンズの焦点距離を、入力面から出力面までの距離のｑ
／（ｑ＋１）倍にすれば、任意のｐ’ｑシャツフル配線
が実現できる。

同様にして、レンズ面から出力面までの距離を、レンズ
から入力面までの距離のＮ／２倍にし、最も中心にある
レンズのピッチを光源のピッチの（Ｎ＋６　）　／　（
Ｎ＋２　＞倍にし、他のレンズのピッチを光源のピッチ
の２倍に変えれば、第８図のような配線が実現される。

これは、第９図に示すような、バンヤンネットワークの
各層を構成しているパラレル配線と等価である。パンヤ
ンネッ１へワークの詳細は、例えば、雑誌「プロシーデ
ィングファースト　アンニ、１アル　シンポジウム　オ
ブ　コンピュータ　アーキテクチャ（Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇ　１ｓｔ　Ａｎｎｕａｌ　Ｓｙ
ｍｐｏｓｉｕｍ　ｏｆＣｏＩｌｐｕｔｅｒ＾ｒｃｈｉｊ
ｅｃＩＵｒｅ）」１９７５年、２１〜２８頁に記載の論
文「並列処理システムを接続するためのバンヤンネット
ワーク（Ｂａｎｙａｎ　ＮｅｔＷＯｒｋＳ　ｆｏｒＰａ
ｒｔ　ｉｔｉｏｎｉｎｇ　ｎｕ口１ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ
　５ｙｓｔｅｉｓ）　　Ｊに述べられている。

また、レンズから出力面までの距離を、レンズから入力
面までの距離のＮ／２倍にし、最も中心にあるレンズの
ピッチを光源のピッチの（３Ｎ　−２）／（Ｎ＋２）倍
にし、他のレンズのピッチを光源のピッチの２　（Ｎ−
２）　／　（Ｎ＋２　＞倍に変えれば、第１０図のよう
な配線が実現される。これは、第■１図に示すような、
クロスオーバネッ１２トワークの各層を構成しているクロス配線と等価である
。

クロスオーバネットワークの詳細は、例えば、コンピュ
ータ・サイエンス社（Ｃｏ１１ｐｕｔｅｒＳｃｉｅｎｃ
ｅ　Ｐｒｅｓｓ）１９８１年発行の著書「バンヤン／Ｆ
ＦＴネントワークコンパクトなレイアウト（Ｃｏｎｐａ
ｃｔ　Ｌａｙｏｕｔｓ　ｏｆ　Ｂａｎｙａｎ／ＦＦＴ　
Ｎｅｔｗｏｒｋｓ）　　Ｊに述べられている。

従来知られている多段接続型ネットワークの多くは、こ
れらのシャツフル配線、パラレル配線、クロス配線から
構成されているので、これらを組合せた多数の多段接続
型ネットワークを３次元的に展開できる。

［実施例］以下に実施例を挙げて本発明をさらに詳しく説明する。

第１図は、この発明の第１の演算装置を、８×８の接続
の場合に適用した一例を示す斜視図である。、二の演算
装置は、例えば半導体レーザ等の光源が、８×８個マト
リクス状に配列されたアレイ光源１と、例えば屈折率分
布型マイクロレンズアレイ等が、４×４個マトリクス状
に配列されているレンズアレイ２と、例えばシリコンフ
ォトダイオード等の受光素子が、アレイ光源１と同様に
配列された受光素子アレイ３と、アレイ光源１を駆動す
るための電圧を各光源に印加する回路でなる光源駆動装
置４から構成される。この実施例において、入力面はア
レイ光源１における各光源の発光点を連らねた平面にあ
り、出力面は受光素子アレイ３における各受光素子の受
光面を連らねた平面にある。光源駆動装置４によって電
圧を印加されて発光したアレイ光源１から出射した光は
、レンズアレイ２によって収束され受光素子アレイ３の
各素子に集光する。

この時、アレイ光源１における光源の配列ピッチをａと
すると、レンズアレイ２におけるレンズは１．８ａのピ
ッチで配列されており、入力面から出力面までの距離を
ｂとすると、レンズの焦点距離は、０．８ｂである。こ
のレンズは、入力面からｂ１５、出力面から４ｂ１５の
位置にある。このような構成によって、光源から出射し
た光は、３次元的な２・４シヤツフルの規則に従って、
受光素子上に集光される。以上、２・４シヤツフルの例
について述べたが、本実施例と同様に構成することによ
り、容易に任意のシャツフルに拡張できる。

□、２図は、この発明の第２の演算装置を、８×８の接
続の場合に適用した一例を示す斜視図である。この演算
装置は、例えば半導体レーザ等の光源が、８×８個マ）
・リクス状に配列されたアレイ光源１と、例えば屈折率
分布型マイクロレンズアレイ等が、４×４個マトリクス
状に配列されているレンズアレイ１２と、例えばシリコ
ンフォトダイオード等の受光素子が、アレイ光源１と同
様に配列された受光素子アレイ３と、アレイ光源１を駆
動するために電圧を各光源に印加する回路でなる光源駆
動装置４から構成される。光源駆動装置４によって電圧
を印加されて発光したアレイ光源１から出射した光は、
レンズアレイ１２によって収束され受光素子アレイ３の
各素子に集光する。

この時、アレイ光源】における光源の配列ピッチをａと
すると、レンズアレイ１２における中心のレンズは１．
４ａのピッチで配列されており、他のレンズは２ａのピ
ッチで配列されている。入力面から出力面までの距離を
ｂとすると、レンズの焦点距離は、０，８ｂで、レンズ
は、入力面からｂ１５、出力面から４ｂ１５の位置にあ
る。このような構成によって、光源から出射した光は、
第８図に示すような配線規則に従って、受光素子上に集
光される。以上、８人力８出力の例について述べたが、
本実施例と同様に構成することによって、本発明は容易
に任意の配線に拡張して実施できる。

第３図は、この発明の第３の演算装置を、８×８の接続
の場合に適用した一例を示す斜視図である。この演算装
置は、例えば半導体レーザ等の光源か、８×８個７１〜
リクス状に配列されたアレイ光源１と、例えば、屈折率
分布型マイクロレンズアレイ等か、４×４個マトリクス
状に配列されているレンズアレイ２２と、例えばシリコ
ンフォトダイオード等の受光素子が、アレイ光源１と同
様　５に配列された受光索子アレイ３と、アレイ光源１を駆動
するために電圧を各光源に印加する回路でなる光源駆動
装置４からｍ戒される。光源駆動装置４によって電圧を
印加されて発光したアレイ光源１から出射した光は、レ
ンズアレイ２２によって収束され受光索子アレイ３の各
素子に集光する。

この時、アレイ光源１における光源の配列ピッチをａと
すると、レンズアレイ２２における中心のレンズは２．
２ａのピッチで配列されており、他のレンズは１．２ａ
のピッチで配列されている。入力面から出力面までの距
離をｂとすると、レンズの焦点距離は、０．８ｂで、レ
ンズは、入力面からｂ１５、出力面から４ｂ１５の位置
にある。このような構成によって、光源から出射した光
は、第１０図に示すような配線規則に従って、受光素子
上に集光される。以上、８人力８出力の例について述べ
たが、本実施例と同様に構成することによって、本発明
は容易に任意の配線に拡張できる。

［発明の効果」以上に詳しく説明したように、この発明の接続６装置を用いれば、面内に配列されたデータを任意の位置
へ、セルフルーティンクに分岐させるネッＩ〜ワークを
構成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本願発明による第１の接続装置の一実施例を示
す斜視図、第２図は本願発明による第２の接続装置の一
実施例を示す斜視図、第３図は本願発明による第３の接
続装置の一実施例を示す斜視図、第４図は本願発明の接
続装置の原理を説明するための図、第５図は本願発明に
よる第１の接続装置の光路を示す図、第６図は本願発明
による第■の接続装置を用いて実現できる配線を示す図
、第７図は２・４シヤツフルの配線を示す図、第８図は
本願発明による第２の接続装置を用いて実現できる配線
を示す図、第９図はパラレルの配線を示す図、第１０図
は本願発明による第３の接続装置を用いて実現できる配
線を示す図、第１１図はクロスの配線を示す図である。１・・・アレイ光源、２，１２．２２，１０２・・・し
ンズアレイ、３・・受光素子アレイ、４・・・光源駆動装置、５１・・・入力面、５２・・・レンズ面、５３・・・出力面。１アレイ光源

Claims

【特許請求の範囲】

（１）複数の光源がマトリクス状に配列されているアレ
イ光源と、複数の受光素子が前記アレイ光源と同じ構造
で配列されている受光素子アレイと、前記アレイ光源の
像を前記受光素子アレイに結像させる複数個のレンズが
配列されているレンズアレイとを有し、前記アレイ光源
がＮ×Ｎ個（Ｎは２以上の整数）配列され、かつ、前記
レンズがｐ×ｐ個（ｐは２以上の整数）配列されている
場合、前記アレイ光源における前記光源の発光点を連ら
ねた平面を入力面とし、前記受光素子アレイにおける前
記受光素子の受光面を連らねた平面を出力面とし、前記
レンズアレイにおける前記レンズの中心点を連らねた平
面をレンズ面とするとき、前記レンズ面は、Ｎ＝ｐｑと
ｑを定義すれば、入力面までの距離と出力面までの距離
の比が１：ｑである位置にあり、かつ、前記レンズアレ
イにおける前記レンズの配列ピッチが、前記アレイ光源
における前記光源の配列ピッチをａとして、（ｐｑ＋１
）ａ／（ｑ＋１）であることを特徴とする接続装置。
（２）複数の光源がマトリクス状に配列されているアレ
イ光源と、複数の受光素子が前記アレイ光源と同じ構造
で配列されている受光素子アレイと、前記アレイ光源の
像を前記受光素子アレイに結像させる複数個のレンズが
配列されているレンズアレイとを有し、前記アレイ光源
がＮ×Ｎ個配列され、かつ、前記レンズが（Ｎ／２）×
（Ｎ／２）個配列されている場合、前記アレイ光源にお
ける前記光源の発光点を連らねた平面を入力面とし、前
記受光素子アレイにおける前記受光素子の受光面を連ら
ねた平面を出力面とし、前記レンズアレイにおける前記
レンズの中心点を連らねた平面をレンズ面とするとき、
前記レンズ面は入力面までの距離と出力面までの距離の
比が１：Ｎ／２である位置にあり、前記アレイ光源のピ
ッチをａとして、前記レンズアレイにおいて最も中心に
ある前記レンズの配列ピッチが（Ｎ×６）ａ／（Ｎ＋２
）であり、かつ、前記レンズアレイにおけるその他のレ
ンズの配列ピッチが２ａであることを特徴とする接続装
置。
（３）複数の光源がマトリクス状に配列されているアレ
イ光源と、複数の受光素子が前記アレイ光源と同じ構造
で配列されている受光素子アレイと、前記アレイ光源の
像を前記受光素子アレイに結像させる複数個のレンズが
配列されているレンズアレイとを有し、前記アレイ光源
がＮ×Ｎ個配列され、かつ、前記レンズが（Ｎ／２）×
（Ｎ／２）個配列されている場合、前記アレイ光源にお
ける前記光源の発光点を連らねた平面を入力面とし、前
記受光素子アレイにおける前記受光素子の受光面を連ら
ねた平面を出力面とし、前記レンズアレイにおける前記
レンズの中心点を連らねた平面をレンズ面とするとき、
前記レンズ面は入力面までの距離と出力面までの距離の
比が、１：Ｎ／２である位置にあり、前記アレイ光源の
ピッチをａとして、前記レンズアレイにおいて最も中心
にある前記レンズの配列ピッチが、（３Ｎ−２）ａ／（
Ｎ＋２）で、かつ、前記レンズアレイにおけるその他の
レンズの配列ピッチが２（Ｎ−２）ａ／（Ｎ＋２）であ
ることを特徴とする接続装置。