JPH0351830A - 光演算方法および光演算装置 - 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、光を用いて、並列高速に論理演算を行う光
演算装置に関するものである。

〔従来の技術〕

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り
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。

しかし、これまでの光演算法では、高速化をねらうあま
り並列演算に適さないものや、並列化をねらうあまり演
算前に複雑なコーディングの必要なものが多く、実用的
でなかった。高速化を目的とした方法については、光半
導体素子を用いて、素子単独としてピコ秒の演算を実行
できたという報告がされているが、システム的な検討は
なく、装置と呼べるに至っていない。一方、並列化を目
的とした方法は、例えば、雑誌、オプティカル・エンジ
ニアリング（Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
）第２６巻、１９８７年、２８〜３３頁に記載された論
文「空間フィルタリングを用いた２値論理（Ｂｉｎａｒ
ｙｌｏｇｉｃ　ｂｙ　５ｐａｔｉａｌ　ｆｉｌｔｅｒｉ
ｎｇ）Ｊに述べられている。この方法は、空間光変調器
によって、偏光の方向を制御するもので、現在、このよ
うなことを高速に実行できる素子は見出されていない。

〔発明が解決しようとする課題〕

この発明の目的は、光のインターコネクションを用いて
、論理演算を並列高速に実行するための光演算法および
装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

この発明の光演算方法は、複数の入力信号と前記複数の
入力信号を反転せしめた信号を形成し、前記入力信号に
よって発光する第１の光源と前記反転せしめた信号によ
って発光する第２の光源を複数組対にして配置して入力
面とし、この入力面を２つ用意し、発光第１の入力面か
らの発光バタンと第２の入力面からの発光バタンとを、
第１の入力面の第１および第２の光源から出射した光と
第２の入力面の第１および第２の光源とが互いに重なる
ように重ね合わせ、第１の入力面から出射した光と第２
の入力面から出射した光が重なった部分の、演算の種類
に応じて定められた位置を発光させ、この発光した光を
、出力とし、前記入力信号に対する論理演算を行うこと
を特徴とする。

この発明の光演算装置は、入力信号とこの入力信号を反
転せしめた信号によってそれぞれ発光する第１の光源お
よび第２の光源が複数組対にして配置された第１のアレ
イ状光源および第２のアレイ状光源と、第１のアレイ状
光源と第２のアレイ状光源から出射した光を合波する合
波手段と、合波さｈた光を２組に分配する光分配手段と
、分配された光をそれぞれ２値化する第１の複数の光閾
値素子と、前記光閾値素子から出射した光を２値化する
第１の光閾値素子と同じ数の素子を有する第２の複数の
光閾値素子と、前記第１の光閾値素子と前記第２の光閾
値素子の間に置かれ、前記第１の光閾値素子から出射し
た光を前記第２の光閾値素子に結像する複数のレンズと
を備えることを特徴とする。

〔発明の原理〕

この発明の原理を第２図を参照して説明する。

第２図は、入力データと入力面の関係を示す図である。

演算させる２次元２値入カデータ１０１（ａ、ｂ、ｃ、
ｄ、ｅ、ｆ）とそれらの入力データを反転させたデータ
（ａ、ｂ、τ２丁、ｉ。

了）とをアレイ状に配置して入力面１０２とする。

この入力面には各２値デ一タａ〜ｆ、τ〜丁にそれぞれ
対応して発光源１００を設ける。このような入力面を２
組用意し、第３図に示すように、入力面２００と入力面
２０１をハーフミラ−２０２を用いて重ね合わせ、光分
配素子アレイ２０３に入射させる。今、入力面２００の
データＡと入力面２０１のデータＢの間の論理演算を行
う場合について考えると、この光分配素子は、第４図（
ａ）が示すように配置されている入力データＡ、Ｂを第
４図（ｂ）のように隣接する素子に分配する。光分配素
子アレイから出射した光は、光閾値素子アレイ２０４に
入射する。この光閾値素子アレイは、第４図（Ｃ）が示
すように、太い線で囲まれた隣接する光閾値素子が接続
されており、ここで、両方の光閾値素子に光が入射した
時に、発光できるようなＡＮＤ演算機能を有する。発光
できる状態になった光閾値素子は、電圧を加えるか、あ
るいはアドレス用の光を照射することによって発光する
。

第１表は、実行する論理演算の種類と電圧を加える光閾
値素子、あるいは光を照射する光閾値素子の関係を示し
たものである。

第　　１ 表 第１表の関係によって発光した光閾値素子は、第４図（
ｃ）の下半分の光閾値素子がレンズによって結像され、
縦方向の４素子が接続されている第２の光閾値素子アレ
イ２０５に、第４図（ｄ）のように入射する。この時、
縦一列のデータを加算すると、それぞれ、出力Ｃ，Ｃが
得られる（第４図（ｅ））、この出力は、入力データが
処理され、光分配素子を出射した時のデータ表現になっ
ており、このような演算器を多段に接続することができ
る。

この時、２段目以降の演算器では、光分配素子を必要と
しない。

〔実施例〕

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実施例の一
例を示す斜視図である。この光演算装置は、あるレベル
以上の光が入射するとスイッチングして発光する、例え
ばＶＳＴＥＰなどの光閾値素子を２次元状に配列した光
閾値素子アレイｌ。

２と、光閾値素子から出射した光をコリメートするレン
ズアレイ３，４と、ハーフミラ−５と、例えばＶＳＴＥ
Ｐなどの光閾値素子を２次元状に配列した光分配素子ア
レイ６と、例えばＶＳＴＥＰなどの光閾値素子を２次元
状に配列した光乗算素子アレイ７と、例えばマイクロレ
ンズアレイなどのレンズアレイ８と、例えばＶＳＴＥＰ
などの光閾値素子を２次元状に配列した光加算素子アレ
イ９と、光閾値素子プレイに電圧を印加する回路から構
成される装置 アレイに電圧を印加する回路から構成される駆動装置Ｉ
２とを備えている。

以上の構成の光演算装置において、装置に入力するデー
タは、駆動装置１０．１１によって制御される。光閾値
素子アレイから出射した光は、レンズアレイによってコ
リメートされ、ハーフミラ−によって合波され、光分配
素子アレイに入射する．ここで、隣接する素子に分配さ
れた光は、光乗算素子アレイに入射し、ＡＮＤ演算が施
される。光乗算素子アレイから出射する光は、第１表の
規則に従って、駆動装置１２によって、制御される。光
乗算素子アレイから出射した光は、光加算素子プレイに
入射し、ＯＲ演算が施される。光加算素子アレイから出
射した光は、光分配素子から出射した光と同じデータ構
造を持ち、この光演算装置を多段に接続することができ
る。ただし、２段目以降の演算装置では、光閾値素子ア
レイ１、２と、レンズアレイ３，４と、光分配素子アレ
イ５は不用である。

第５図に、ＶＳＴＥＰの構造例を示す。この素子は、Ａ
　ＩＩ　Ｇ　ａ　Ａ　ｓとＧ　ａ　Ａ　ｓの層構造を有
し、アノード，カソード間に電圧を印加し、そこにある
レベル以上の光を当てて吸収させると、発光した電流が
正帰還効果で増幅されてスイッチングされ、発光する。

スイッチングさせるために必要な入射光量は、印加する
電圧によづて制御することができ、光閾値素子として用
いることができる。

〔発明の効果〕

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、論理演算を並列高速に実行できる。

【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、入力データと入力面の関係を示す図、第３図
は、光演算装置の原理を示すための図、第４図は、デー
タの流れを示す図、第５図は、ＶＳＴＥＰの構造を示す
図である。 図において、 １．２，２０４，２０５・・・・・・光閾値素子アレイ
、３，４．８・・・・・・レンズアレイ、５，２０２・
・・・・・ハーフミラ−６，２０３・・・・・・光分配
素子アレイ、７・・・・・・光乗算素子アレイ、９・川
・・光加算素子アレイ、１００・・・・・・発光源、１
０１・・団・入力データ、１０２．２００，２０１・・
・・・・入力面。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）２進法で表現された複数の入力信号と前記複数の
   入力信号を反転せしめた信号を光の強弱で表わし、各入
   力信号の発光パタンを互いに重ね合わせ、光が重なった
   部分の光強度が定められた閾値以上の場合に発する光を
   ２組に分け、２組それぞれの光が重なった部分から発光
   する光を、演算の種類に応じて出射せしめ、この出射し
   た光を、出力とし、前記入力信号に対する論理演算を行
   うことを特徴とする光演算方法。
2. （２）第１の光源および第２の光源が複数組対にして配
   置された第１のアレイ状光源および第２のアレイ状光源
   と、第１のアレイ状光源と第２のアレイ状光源から出射
   した光を合波する合波手段と、合波された光を２組に分
   配する光分配手段と、分配された光をそれぞれ２値化す
   る第１の複数の光閾値素子と、前記光閾値素子から出射
   した光を２値化する第１の光閾値素子と同じ数の素子を
   有する第２の複数の光閾値素子と、前記第１の光閾値素
   子と前記第２の光閾値素子の間に置かれ、前記第１の光
   閾値素子から出射した光を前記第２の光閾値素子に結像
   する複数のレンズと、前記第１の光閾値素子の発光部分
   を制御する光閾値素子制御手段とを備えることを特徴と
   する光演算装置。