JPH03256032A - 光演算装置 - Google Patents
光演算装置Info
- Publication number
- JPH03256032A JPH03256032A JP2055439A JP5543990A JPH03256032A JP H03256032 A JPH03256032 A JP H03256032A JP 2055439 A JP2055439 A JP 2055439A JP 5543990 A JP5543990 A JP 5543990A JP H03256032 A JPH03256032 A JP H03256032A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- matrix
- optical
- light emitting
- lens
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 35
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 26
- 239000013598 vector Substances 0.000 abstract description 13
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 5
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 6
- 238000013528 artificial neural network Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000006870 function Effects 0.000 description 2
- 230000002250 progressing effect Effects 0.000 description 2
- 230000002457 bidirectional effect Effects 0.000 description 1
- BJQHLKABXJIVAM-UHFFFAOYSA-N bis(2-ethylhexyl) phthalate Chemical compound CCCCC(CC)COC(=O)C1=CC=CC=C1C(=O)OCC(CC)CCCC BJQHLKABXJIVAM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 1
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 1
- 229940050561 matrix product Drugs 0.000 description 1
- 230000015654 memory Effects 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 230000004036 social memory Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Complex Calculations (AREA)
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。
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
求める装置に関するものである。
求める装置に関するものである。
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、既に性能限界が近づいている。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等の
研究が進んでいる。一方、光は、空間的な広がりを持ち
、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、偏光などが考えられ
、空間的な光変調器の開発が行われている。
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、既に性能限界が近づいている。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等の
研究が進んでいる。一方、光は、空間的な広がりを持ち
、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、偏光などが考えられ
、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装置として、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装置や、入力データを空間
光変調器で変調する装置が知られている。アナモルフィ
ックな光学系を用いた装置については、例えば雑誌オプ
ティクスレターズ（ＯＰＴＩＣ５ＬＥＴＴＥＲ８） 、
２巻、１９８７年、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（Ｆｕｌｌｙ ｐａｒａｌｌｅｌ、ｈｉｇｈ−ｓ
ｐｅｅｄ １ｎｃｏｈｅｒｅｎｔｏｐｔｉｃａｌ ｍｅ
ｔｈｏｄ ｆｏｒ ｐｅｒｆｏｒｍｉｎｇ ｄｉｓｃｒ
ｅｔｅ Ｆｏｕｒ−ｉｅｒ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｓ）
Ｊに、詳しく述べられている。
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装置や、入力データを空間
光変調器で変調する装置が知られている。アナモルフィ
ックな光学系を用いた装置については、例えば雑誌オプ
ティクスレターズ（ＯＰＴＩＣ５ＬＥＴＴＥＲ８） 、
２巻、１９８７年、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（Ｆｕｌｌｙ ｐａｒａｌｌｅｌ、ｈｉｇｈ−ｓ
ｐｅｅｄ １ｎｃｏｈｅｒｅｎｔｏｐｔｉｃａｌ ｍｅ
ｔｈｏｄ ｆｏｒ ｐｅｒｆｏｒｍｉｎｇ ｄｉｓｃｒ
ｅｔｅ Ｆｏｕｒ−ｉｅｒ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｓ）
Ｊに、詳しく述べられている。
また、入力データを空間変調器で変調させる装置につい
ては、例えば、雑誌アブライドオプティクＸ （ＡＰＰ
ＬＩＥＤ ０ＰＴＩＣＳ） 、２６巻、１９８７年、５
０５５〜５０６０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 ｄｅ
ｖｉｃｅｓ ｆｏｒｂｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ ａｓ
ｓｏｃｉａｔｉｖｅ ｍｅｍｏｒｉｅｓ） Ｊに詳しく
述べられている。
ては、例えば、雑誌アブライドオプティクＸ （ＡＰＰ
ＬＩＥＤ ０ＰＴＩＣＳ） 、２６巻、１９８７年、５
０５５〜５０６０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 ｄｅ
ｖｉｃｅｓ ｆｏｒｂｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ ａｓ
ｓｏｃｉａｔｉｖｅ ｍｅｍｏｒｉｅｓ） Ｊに詳しく
述べられている。
上述の従来技術において、１次元の発光素子あるいは１
次元の受光素子を用いる装置では、素子数が増えた場合
に非常に長い発光素子あるいは受光素子を必要とし、ま
た、画像情報を処理する際に、２次元の画像を一旦１次
元に展開しなければならないという欠点があった。
次元の受光素子を用いる装置では、素子数が増えた場合
に非常に長い発光素子あるいは受光素子を必要とし、ま
た、画像情報を処理する際に、２次元の画像を一旦１次
元に展開しなければならないという欠点があった。
この発明の目的は、上述の欠点を除去して２次元の画像
を１次元に展開することなく、その情報のベクトルと行
列の積を高速に処理する光演算装置を提供することにあ
る。
を１次元に展開することなく、その情報のベクトルと行
列の積を高速に処理する光演算装置を提供することにあ
る。
本発明は、発光素子をマトリクス状に配置した入力面と
、受光素子をマトリクス状に配置した出力面と、光の強
度を変調する光変調素子をマトリクス状に配置した光変
調器と、レンズ素子をマトリクス状に配置したレンズア
レイとを有し、前記入力面の発光素子からの出射光を前
記レンズアレイにより光変調器上に各レンズ素子による
像が重複しないように結像する構成において、各レンズ
素子による入力面の像が行方向に隣接するレンズ素子間
で、前記光変調器の出射する変調された光を、前記レン
ズアレイによって前記発光素子のマトリクスの数だけ一
括して一つの素子で受光するように出力面の受光素子ア
レイを配置したことを特徴とする光演軍装置である。ま
た、この光演算装置を多段に直列接続した構成としても
よい。
、受光素子をマトリクス状に配置した出力面と、光の強
度を変調する光変調素子をマトリクス状に配置した光変
調器と、レンズ素子をマトリクス状に配置したレンズア
レイとを有し、前記入力面の発光素子からの出射光を前
記レンズアレイにより光変調器上に各レンズ素子による
像が重複しないように結像する構成において、各レンズ
素子による入力面の像が行方向に隣接するレンズ素子間
で、前記光変調器の出射する変調された光を、前記レン
ズアレイによって前記発光素子のマトリクスの数だけ一
括して一つの素子で受光するように出力面の受光素子ア
レイを配置したことを特徴とする光演軍装置である。ま
た、この光演算装置を多段に直列接続した構成としても
よい。
この発明の原理を第２図を参照して説明する。
第２図は２行３列の行列を展開した場合に６個の要素を
もつベクトルと６行６列の行列との積演算を行なう装置
の例で、入力行列Ａと入力面１０１との関係（第２図（
ａ））、および出力面３０１と出力ベクトルＢの関係（
第２図（ｂ））を示す図および入力行列の空間変調器上
の結像状態（第２図（Ｃ）〉と、空間光変調器の振幅透
過率を示す図（第２図（ｄ））である、６個の入力デー
タＡ１〜Ａ６は、それぞれ発光素子に接続され、入力デ
ータの大きさによって、発光素子の強度が変調される０
発光した光は、レンズアレイによって空間光変調器上に
集光される。この場合、レンズアレイの各々のレンズが
結ぶ像がお互いに重複せずに結像するようにレンズを調
整しておく、ここで、レンズアレイの各々のレンズは、
空間光変調器上に、Ａ□〜Ａ６の像を入力光投射面２０
１に示すように結像せしめる。さらに、空間光変調器の
各素子に対応する部分の振幅透過率を振幅透過率制御面
２０２のように独立に変化させる。レンズアレイのうち
１つのレンズによってＡ１〜Ａ６の光を空間光変調器上
に投射し、対応するそれぞれの空間光変調素子を透過さ
せた後に、出力面の受光素子アレイの１素子上に入射せ
しめる。各受光素子への入射光量の和Ｂｊは、次の式で
与えられる。
もつベクトルと６行６列の行列との積演算を行なう装置
の例で、入力行列Ａと入力面１０１との関係（第２図（
ａ））、および出力面３０１と出力ベクトルＢの関係（
第２図（ｂ））を示す図および入力行列の空間変調器上
の結像状態（第２図（Ｃ）〉と、空間光変調器の振幅透
過率を示す図（第２図（ｄ））である、６個の入力デー
タＡ１〜Ａ６は、それぞれ発光素子に接続され、入力デ
ータの大きさによって、発光素子の強度が変調される０
発光した光は、レンズアレイによって空間光変調器上に
集光される。この場合、レンズアレイの各々のレンズが
結ぶ像がお互いに重複せずに結像するようにレンズを調
整しておく、ここで、レンズアレイの各々のレンズは、
空間光変調器上に、Ａ□〜Ａ６の像を入力光投射面２０
１に示すように結像せしめる。さらに、空間光変調器の
各素子に対応する部分の振幅透過率を振幅透過率制御面
２０２のように独立に変化させる。レンズアレイのうち
１つのレンズによってＡ１〜Ａ６の光を空間光変調器上
に投射し、対応するそれぞれの空間光変調素子を透過さ
せた後に、出力面の受光素子アレイの１素子上に入射せ
しめる。各受光素子への入射光量の和Ｂｊは、次の式で
与えられる。
ＢＪ＝ΣＷＩＪＡＩ・・・（１〉
ここで、Ｗ口は空間光変調器の振幅透過率を表わｔ、（
１）式は、入力ベクトルＡ、と行列Ｗ Ｉ Ｊ ｆ）積
演算結果のベクトル第ｊ要素を表わしており、入力ベク
トルの値によって発光素子の強度を変化□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。
１）式は、入力ベクトルＡ、と行列Ｗ Ｉ Ｊ ｆ）積
演算結果のベクトル第ｊ要素を表わしており、入力ベク
トルの値によって発光素子の強度を変化□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。
以下、この発明の詳細な説明する。
第１図は、この発明の光演算装置を実現する第１の実施
例を示す斜視図である。この光演算装置は、半導体レー
ザなどをマトリクス状に配置した発光素子アレイ１で戒
る入力面と、Ｓｉの光検出器をマトリクス状に配置した
受光素子アレイ２で戒る出力面とを対向配置し、これら
人・出力面の間に、例えばＴＮ結晶から構成されている
液晶テレビなどに使われている空間光変調器３を配置し
、この空間光変調器と入力面との間に、マイクロレンズ
アレイで構成され、発光素子から出射しており、発光素
子駆動装置へ信号が入力されると、この駆動装置から発
光素子へ供給される電流が変化し、発光素子の発光強度
が変調される。また、空間光変調器には変調器駆動装置
６が接続している。
例を示す斜視図である。この光演算装置は、半導体レー
ザなどをマトリクス状に配置した発光素子アレイ１で戒
る入力面と、Ｓｉの光検出器をマトリクス状に配置した
受光素子アレイ２で戒る出力面とを対向配置し、これら
人・出力面の間に、例えばＴＮ結晶から構成されている
液晶テレビなどに使われている空間光変調器３を配置し
、この空間光変調器と入力面との間に、マイクロレンズ
アレイで構成され、発光素子から出射しており、発光素
子駆動装置へ信号が入力されると、この駆動装置から発
光素子へ供給される電流が変化し、発光素子の発光強度
が変調される。また、空間光変調器には変調器駆動装置
６が接続している。
第２の実施例では第３図に示すように、第１図の構成に
加えて、空間光変調器を透過した光を集光するレンズア
レイ７を備えている。このため、第１の実施例に比べて
受光素子を小さくすることができる。
加えて、空間光変調器を透過した光を集光するレンズア
レイ７を備えている。このため、第１の実施例に比べて
受光素子を小さくすることができる。
第３の実施例は、第４図に示すように、空間光変調器を
通過した光をコリメートするレンズアレイ７と、コリメ
ートされた光を各受光素子に集光するレンズ８を備えて
いる。この他は第１の実施例と同じである。
通過した光をコリメートするレンズアレイ７と、コリメ
ートされた光を各受光素子に集光するレンズ８を備えて
いる。この他は第１の実施例と同じである。
第４の実施例は、第５図に示すように、空間光変調器を
透過した光の非線形処理を行う非線形光学素子アレイ９
を備えている。すなわち、第４図に示した構成を２段に
直列接続し、１段目の出力面を構成している受光素子を
非線形光学素子で置き変え、１段目の出力面が２段目の
入力面を兼ねた構成にし、パイプライン処理を行う光演
算装置とした。
透過した光の非線形処理を行う非線形光学素子アレイ９
を備えている。すなわち、第４図に示した構成を２段に
直列接続し、１段目の出力面を構成している受光素子を
非線形光学素子で置き変え、１段目の出力面が２段目の
入力面を兼ねた構成にし、パイプライン処理を行う光演
算装置とした。
非線形光学素子には、第６図に示すように、Ｇ ａ Ａ
ｓ ／ Ａ ４１ Ｇ ａ Ａ ｓ超格子構造で構成
した非線形媒質１０の表裏面に誘電体をコーティングし
て反射鏡１１を形式した非線形ファブリペローエタロン
を用いた。この非線形光学素子は、ニューラルネットワ
ークにおける非線形処理でるシグモイド関数を光学的に
実現することができる。従って、本構成においては積演
算とシグモイド関数の組合せにより光ニューラルネット
ワークが実現される。
ｓ ／ Ａ ４１ Ｇ ａ Ａ ｓ超格子構造で構成
した非線形媒質１０の表裏面に誘電体をコーティングし
て反射鏡１１を形式した非線形ファブリペローエタロン
を用いた。この非線形光学素子は、ニューラルネットワ
ークにおける非線形処理でるシグモイド関数を光学的に
実現することができる。従って、本構成においては積演
算とシグモイド関数の組合せにより光ニューラルネット
ワークが実現される。
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０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。
クトルの値によって変調される０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。
従来では、入力に１次元の発光素子アレイを用いていた
ので、画像情報のような２次元情報は一旦１次元に展開
しなければ、ベクトルと行列の積演算が実行できなかっ
た。この発明の光演算装置では、入力面が２次元である
ので２次元情報を２次元のまま、ベクトルと行列の積演
算が実行できる。
ので、画像情報のような２次元情報は一旦１次元に展開
しなければ、ベクトルと行列の積演算が実行できなかっ
た。この発明の光演算装置では、入力面が２次元である
ので２次元情報を２次元のまま、ベクトルと行列の積演
算が実行できる。
なお、発光素子駆動装置及び変調器駆動装置は従来用い
られているものを使用できるので、その具体的な説明は
省略した。
られているものを使用できるので、その具体的な説明は
省略した。
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、２次元情報を１次元に展開せずに２次元情報
のまま積演算することが可能となり、ベクトルと行列の
積を高速に処理できる。
とにより、２次元情報を１次元に展開せずに２次元情報
のまま積演算することが可能となり、ベクトルと行列の
積を高速に処理できる。
第１図は、この発明の第１の実施例を示す斜視図、第２
図は、入出力データと入出力面の関係を示す図、第３図
は、この発明の第２の実施例を示す斜視図、第４図は、
この発明の第３の実施例を示す斜視図、第５図は、この
発明の第４の実施例を示す斜視図、第６図は、実施例で
用いた非線形光学素子を例を示す図である。 図において、 １・・・発光素子アレイ、２・・・受光素子アレイ、３
・・・空間光変調器、４・・・レンズアレイ、５・・・
発光素子駆動装置、６・・・変調器駆動装置、７・・・
レンズアレイ、８・・・レンズ、９・・・非線形光学素
子アレイ、１０１・・・入力面、２０１・・・入力光投
射面、２０２・・・振幅透過率制御面、３０１・・・出
力面。
図は、入出力データと入出力面の関係を示す図、第３図
は、この発明の第２の実施例を示す斜視図、第４図は、
この発明の第３の実施例を示す斜視図、第５図は、この
発明の第４の実施例を示す斜視図、第６図は、実施例で
用いた非線形光学素子を例を示す図である。 図において、 １・・・発光素子アレイ、２・・・受光素子アレイ、３
・・・空間光変調器、４・・・レンズアレイ、５・・・
発光素子駆動装置、６・・・変調器駆動装置、７・・・
レンズアレイ、８・・・レンズ、９・・・非線形光学素
子アレイ、１０１・・・入力面、２０１・・・入力光投
射面、２０２・・・振幅透過率制御面、３０１・・・出
力面。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、発光素子をマトリクス状に配置した入力面と、受光
素子をマトリクス状に配置した出力面と、光の強度を変
調する光変調素子をマトリクス状に配置した光変調器と
、レンズ素子をマトリクス状に配置したレンズアレイと
を少くとも有し、前記入力面の発光素子からの出射光を
前記レンズアレイの各レンズ素子により光変調器上に重
複しないように結像させ、前記光変調器の出射する変調
された光を、前記発光素子のマトリクスの数だけ一括し
て一つの素子で受光するように出力面の受光素子アレイ
を配置したことを特徴とする光演算装置。 ２、請求項１記載の光演算装置を多段に直列接続し、前
段の出力面を非線形光学素子アレイで構成し、この非線
形光学素子アレイが次段の入力面を兼ねた構成としたこ
とを特徴とする光演算装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2055439A JPH03256032A (ja) | 1990-03-06 | 1990-03-06 | 光演算装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2055439A JPH03256032A (ja) | 1990-03-06 | 1990-03-06 | 光演算装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03256032A true JPH03256032A (ja) | 1991-11-14 |
Family
ID=12998627
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2055439A Pending JPH03256032A (ja) | 1990-03-06 | 1990-03-06 | 光演算装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03256032A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2022535807A (ja) * | 2019-06-03 | 2022-08-10 | エスアールアイ インターナショナル | フォトニックニューラルネットワーク |
-
1990
- 1990-03-06 JP JP2055439A patent/JPH03256032A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2022535807A (ja) * | 2019-06-03 | 2022-08-10 | エスアールアイ インターナショナル | フォトニックニューラルネットワーク |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4824192A (en) | Optical processing | |
| JPH0668713B2 (ja) | 光デ−タ処理システム及びマトリックス反転、乗算、及び加算方法 | |
| JPS61179424A (ja) | 並列光演算子 | |
| US4747069A (en) | Programmable multistage lensless optical data processing system | |
| US4764891A (en) | Programmable methods of performing complex optical computations using data processing system | |
| Arsenault et al. | An introduction to optics in computers | |
| Cathey et al. | Digital computing with optics | |
| McArdle et al. | Reconfigurable optical interconnections for parallel computing | |
| Akins et al. | Feedback in analog and digital optical image processing: a review | |
| JPH03256032A (ja) | 光演算装置 | |
| JP2778176B2 (ja) | 光演算装置 | |
| EP0215008B1 (en) | Programmable methods of performing complex optical computations using data processing system | |
| US4791306A (en) | Method and apparatus for converting image into electrical signals | |
| JPH0614161B2 (ja) | 光学的演算を実行する方法及び装置 | |
| JPH0259914A (ja) | 光演算方法 | |
| JPH0259916A (ja) | 光演算装置 | |
| JPH03132730A (ja) | パタン照合装置 | |
| JP2676963B2 (ja) | 演算装置 | |
| JP2658157B2 (ja) | 光演算方法および光演算装置 | |
| JPH03259127A (ja) | 光演算装置 | |
| JPH0259915A (ja) | 光演算方法 | |
| Walker et al. | Construction of an optical cellular logic image processor | |
| Louri et al. | A constant-time parallel sorting algorithm and its optical implementation | |
| JPH0261708A (ja) | 光演算装置 | |
| JPH0659302A (ja) | 光情報処理装置 |