JPH0473725A - 多元数列演算装置 - 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〕 本発明は、行列・ベクトル乗算装置のような積和計算を
行う多元数列演算装置に関し、特に多元数列どうしの演
算を光学的に並列実行する装置に関する。

〔従来の技術〕

多次元のベクトル・行列演算に、光学的並列演算装置を
利用することが提案されている。このような光学的並列
演算装置では、入力ベクトルが発光素子のアレイで表示
され、その発光像がマイクロレンズアレイで多数複製さ
れ、複製された多数の並列マイクロイメージに、行列の
要素データを書込んだ光学マスクアレイが適用され、マ
スク（光学フィルタ）の透光／遮光又は減光によりベク
トル・行列の要素積を演算するように成されている。

このような行列要素を書込んだ光学フィルタは、銀塩写
真技術やりソグラフィ技術により作られているが、行列
の要素値は製造後に変更できないので固定である。

固定内容の光学フィルタでは、行列要素の値を変更する
ことができないので、大規模な行列や要素値が変化する
行列を扱う場合には時分割で行列内容を変更するために
空間光変調素子を使用する。

空間光変調素子は例えばマトリックス状の透光電極を有
する透明パネルに液晶を封入した構造を有する。

〔発明が解決しようとする課題〕

液晶を使用した空間光変調素子は応答が遅く、行列デー
タの切換えに時間がかかる。また長さをもった液晶分子
を配向させるために、変調素子の一画素の大きさをあま
り小さくすることができない。このためマトリックス状
の変調素子の数を多くすることができない。従って、大
行列を扱うには、時分割で何回も変調素子の光透過／遮
断の制御を繰り返さなければならない。つまり１つのベ
クトル・行列の演算を行うのに多大の時間を要する。

本発明はこの問題にかんがみ、画素内容を変更すること
が可能で、しかも高速に画素内容の制御が可能であり、
また画素サイズを小さくすることができて大規模行列に
対応できる電気−光学変調素子を提供することを目的と
する。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の多元数列Ａ、Ｂの積和計算を行う多元数列演算
装置は、多元数列Ａに対応した発光輝点を形成する第１
の発光素子（例えばＬＥＤ）のアレイ１０と、多元数列
Ｂに対応して夫々が発光可能な状態又は発光不可能な状
態に設定されると共に、上記多元数列Ａに対応した発光
輝点からの入射光を受けて上記発光可能な状態のものの
みがターンオンして発光する光励起性の第２の発光素子
のアレイ（マスクアレイ３０）と、上記第２の発光素子
のアレイの小グループごとにその発光量を加算的に検出
する受光素子アレイ（光センサ−アレイ４０）とを備え
たことを特徴とする。各受光素子からは多元数列Ａ、Ｂ
の積和計算値が得られる。

も高速で作動し、また光学フィルタとしての透光／遮光
に対応するＳＮは極めて高い。また半導体製造プロセス
により微細構造にすることができる。

〔実施例〕

本発明の一実施例を、第１図〜第工４図を参照して説明
する。実施例では入力ベクトルＡと行列ＣＢ）との積を
得る。

Ｓ＝　（Ｂ）　　・Ａ　　　−・−−−−−−（１）入
力ベクトルＡを１４４元とし、行列ＣＢ）を１０２４行
×１４４列とすると、乗算結果は、１０２４元のベクト
ルＳとなる。

〔作用〕

第２の発光素子アレイは、多元数列Ｂに応じて発光可能
状態及び発光不可能状態を任意に書換えることができる
。従って２次元の空間光変調素子と同等な機能を有する
。この発光素子アレイは従来の液晶シャッターのような
空間光変調素子より８・−８Ｂ”・　８・（）二（＝（
冒４・］である。

第１図は実施例の行列・ベクトル演算装置の全体のブロ
ック図である。

演算装置の主な要素は、ＬＥＤアレイ１０、マイクロレ
ンズ光学系２０、マスクアレイ３０、光センサ−アレイ
４０から成る。

人力ベクトルＡは、ＬＥＤ駆動回Ｂ５０に供給され、Ｌ
ＥＤアレイ１０にて発光イメージとして表示される。こ
の発光イメージは、マイクロレンズアレイから成る光学
系２０で多数、例えば１０２４個のマイクロイメージと
して複製される。光学系２０のマイクロイメージ出力は
、マスクアレイ３０に供給され、マスクアレイ３０に書
込まれている行列（Ｂ）の要素（成分）に対応した光変
調により、行列・ベクトルの乗算が行われる。

入力行列（Ｂ）は、マスクアレイ駆動回路６０に供給さ
れ、この駆動回路６０の出力でもってマスクアレイ３０
の内容が異なる行列ごと及び１っの行列の要素の構成ビ
ットごとに変更される。

マスクアレイ３０の乗算出力は、光センサ−アレイ４０
に与えられる。ここで行列・ベクトル演算の積和計算結
果が光電変換のプロセスに基いて得られる。光センサ−
アレイ４０の受光出力は、センサーアレイ駆動回路７０
により続出され、電気信号の形で出力処理回路８０に与
えられる。出力処理回路８０からは、演算結果であるベ
クトルＳの要素値がディジタル値として出力される。

第１図の行列・ベクトル演算装置の全体はコントローラ
９０によりｆｆ＋ｌＩ　？卸される。コントローラ９０
は、ＬＥＤ駆動回路５０及びマスクアレイ駆動口Ａ１３
６０にタイミング信号を供給し、入力ベクトルＡに対応
した発光イメージの表示及び入力行列ＣＢ）の要素値の
マスクアレイ３０への書込みを各人力のビットごとに同
期して行う。またコントローラ９０はセンサーアレイ駆
動回路７０及び出力処理回路８０にタイミング信号を供
給して、ベクトル及び行列の入力に引続いて、演算結果
の読出し処理及び光電変換出力の較正処理、アナログ−
ディジタル変換を行わせる。

第２図にＬＥＤアレイ１０、マイクロレンズ光学系２０
、マスクアレイ３０及び光センサ−アレイ４０の光学的
配置を示す、ＬＥＤアレイ１ｏは１４４個のＬＥＤの方
形配列（１２ｘ１２）から成り、入力ベクトルへの各成
分Ａ＝（ｊ＝１−１４４）のディジタル値をビットごと
にＬＥＤ画素の点灯／消灯により表示する。

マイクロレンズ光学系２０は、ＬＥＤ７レイ１０に対面
した投射レンズ２１と、このレンズ２１の出射面に対向
して配されたマイクロレンズアレイ２２から成る。マイ
クロレンズアレイ２２は、例えば１０２４個のマイクロ
レンズＭＬの方形配列（３２行−３２列）から成り、Ｌ
ＥＤアレイＩＯに表示された発光像を多重複製し、行列
ＣＢ）の行数に対応した個数（１０２４個）の同一のベ
クトルＡの並列マイクロイメージを形成する。

各マイクロイメージの像光は、マイクロレンズＭＬと一
対一に対応した１０２４個のマスクセグメントＭＳの方
形配列から成るマスクアレイ３０に投射される。１個の
マスクセグメン）ＭＳは、入射されるマイクロイメージ
Ｍｌの画素、即ちＬＥＤアレイ１０の画素と１対１に対
応した１４４個（１２Ｘ１２）の光励起サイリスタの方
形配列から成る。各光励起サイリスタは、入射光（マイ
クロイメージの個々の輝点）により発光するものと、発
光しないものとが、入力の行列（Ｂ）の各要素の値によ
り設定されている。即ち、マスクアレイ３０は、透光画
素及び遮光画素から成る光学フィルタと等価である。フ
ィルタ内容は、書込みステップにより、入力行列ＣＢ〕
の各要素のビットごと及び異なる行列ごとに変更される
。

マスクアレイ３０では、入力ベクトルＡ（マイクロイメ
ージＭｌ）と入力行列〔Ｂ〕　（光学フィルタの内容）
との部分積が行列ＣＢ）の各行に対応したマスクセグメ
ントＭＳごとに演算される。

この部分積は、マスクアレイ３０の出射光面に対面して
設けられた光センサ−アレイ４ｏ及び出力処理回路５０
によって積和演算処理され、乗算出力のベクトルＳの各
要素値が得られる。

次に第２図の光学系の各要素について詳述する。

ＬＥＤアレイ１０は、第３図に示すように、１４４個の
ＬＥＤ画素１１の方形配列（１２Ｘ１２）から成る。各
ＬＥＤ画素は入力ベクトルの各要素Ａ、（ｊ−１〜１４
４）に割当てられている。ベクトル表示のデータはＬＥ
Ｄ画素１１の点灯／消灯に対応させである。ベクトルＡ
の各要素が５ビットである場合には、例えば最下位ビッ
トから最上位ビットまで５回の時分割により、ビットデ
ータの表示が行われる。

第４図は第１図に示したｆ、　Ｅ　Ｄ駆動回路５０のブ
ロック図である。ＬＥＤアレイｌＯは、ダイナミック点
灯方式で駆動される。アレイ１０の各行は、コントロー
ラ９０からのタイミング信号Ｔｌを受けて動作する行選
択スイッチ５１により、第１行〜第１２行まで順次に選
択される。各行の１２個の列画素１１のうち点灯すべき
ものは、列選択スイッチ５２により選択され、１行ずつ
同時に点灯される。１２個のアナログスイッチから成る
列選択スイッチ５２は、コントローラ９０からの入力ベ
クトルへの１２要素分のディジタル値Ａ、を並列に保持
するラッチ５３から並列データを受けて、データ°゛１
′”であるスイッチがオンとなる。

列選択スイッチ５２を構成する１２個のアナログスイッ
チは、対応のＬＥＤＩＩに輝度が均一となるように補正
された発光電流を伝送する。ＬＥＤの輝度補正データは
、予め実施された輝度較正手順によりデータメモリ５４
に記憶されている。

データメモリ５４はコントローラ９０からのタイミング
信号Ｔ２を受けて、行選択スイッチ５１によ／）選択さ
れた行が変るごとに、対応の行を構成する１２個０ＬＥ
ＤＩＩの輝度補正データを読出す。続出された輝度補正
データは、１２チヤンネルのＤ／Ａ変換器５５でアナロ
グレベル信号に変換される。アナログレベル信号は電圧
−電流変換回路５６で電流信号に変換され列選択スイッ
チ５２のオンされたアナログスイッチを通ってＬＥＤア
レイ１０に供給される。

第４図のＬＥＤ駆動回路５０は、コントローラ９０によ
り同期制御されていて、選択行が変るたびに、ラッチ５
３に新らしい１２個のベクトルデータが転送されると共
に、対応する行の輝度補正データがデータメモリ５４か
ら読出される。

マイクロレンズ光学系２０のマイクロレンズアレイ２２
は、行列ＣＢ）の行数分（１０２４行）のマイクロイメ
ージを袂製するために、３２行−３２列のマイクロレン
ズＭＬの方形配列で構成されている。従ってマイクロレ
ンズアレイ２２により、第５図のようにＬＥＤアレイ１
０の発光イメージが３２Ｘ３２個のマイクロイメージＭ
ｌに複製し増加される。つまり全部で１０２４個のマイ
クロイメージＭＩから成る並列光学チャンネルが１つの
表示イメージに基−いて形成される。個々のマイクロイ
メージＭＩは、ＬＥＤアレイ１ｏの発光イメージと同一
の輝点パターンを有している。

マイクロレンズＭＬの配列ピッチは縦横共に４゜０μｍ
で、１つのマイクロイメージの大きさは３９０μｍＸ３
９０μｍである。

マイクロレンズアレイ２２によって形成されたｌ０２４
個のマイクロイメージＭｌの像光はマスクアレイ３０の
表面に投映される。

第６図に示すように、マスクアレイ３ｏは、第５図に示
したマイクロイメージＭ１のアレイと同じ大きさで同じ
個数（１０２４個）のマスクセグメントＭＳの配列（３
２行−３２列）がら成る。

このマスクアレイ３０はＧａＡｓ等の化合物半導体基板
で構成され、１つのマスクセグメントＭＳのサイズは４
００μｍ平方で、マスクアレイ３ｏの全体のチップサイ
ズは１２．８ｍｍ平方である。

１つのマスクセグメントＭＳは、第７図に示すように、
１２行−１２列（１４４個）の光励起サイリスタＰＳＣ
Ｒから成る。この光励起サイリスタはマイクロイメージ
Ｍｌの輝点と一対一に対応する。マスクアレイ３０の全
体では１４７４５６個のサイリスタが形成されている。

光励起サイリスタＰＳＣＲの配列ピッチは縦横約３２．
５μｍである。

第８図はマスクセグメントＭＳを構成する光励起サイリ
スタＰＳＣＲの断面図で、第９図は平面図である。光励
起サイリスタＰＳＣＲは、ＧａＡｓ基板上に形成された
ｐｎｐｎの４層構造から成り、通常のサイリスタと全く
同じ構成である。基板３１上に形成されたｎ形層　Ｉ！
、ＧａＡｓ層３２ａはカソードであり、その上にチャー
ジシート層としてＰ形ＧａＡｓ層３２ｂが形成され、更
にその上に発光・光吸収層としてｎｍＧａＡｓ層３２ｃ
が形成され、その上にアノードとしてＰ形層　Ｅ　Ｇａ
Ａｓ層３２ｄが形成されている。

アノードとしてのｎ形層３２ｄ上にはアノード電極３２
ｅがオーミック接続され、このアノード電極３２ｅはＸ
−Ｙマトリックスの書込み線のＸライン３３ｘに接続さ
れている。またカソードとしてのｎ形層　３２　ａには
、０４層３２ｆを介して書込み線のＹライン３３ｙが接
続されている。

アノード電極３２ｅの中央部には入光孔３４が形成され
、ここからマイクロイメージＭｌの発光画素からの光が
入光すると、サイリスタＰＳＣＲがターンオンする。サ
イリスタＰＳＣＲの発光は、サイリスタ下部の基板３１
に形成された導光部３５より基板の背面側に放出される
。

Ｘライン３３Ｘは、マスクアレイ３０の各横行の３８４
個（１２Ｘ３２）のサイリスタのアノードを結合してい
る。またＹライン３３ｙは、マスクアレイ３０の各箱列
の３８４個（１２Ｘ３２）のサイリスタのカソードを結
合している。従ってＸライン３３ｘ及びＹライン３３ｙ
ば、マトリ・ノクス状に夫々３８４木形成されている。

光励起サイリスタＰＳＣＲは、アノード−カソード間に
電圧が印加されると、ターンオン可能となり、入力光が
与えられるまではオフ状態で保持される。マイクロイメ
ージＭｌの発光画素からの光が入光孔３４を介しサイリ
スタに与えられると、光吸収層としてのＧａＡｓ層３２
ｃに電子−正孔対が励起され、サイリスタがターンオン
し、アノードカソード間に電流が流れて発光する。

アノード−カソード間に電圧を印加しなければ、サイリ
スタは入力光の有無にかかわらず発光しない。従ってＸ
ライン３３ｘとＹライン３３ｙとの間の電圧の印加の状
態により、発光する素子と発光しない素子とを選択する
ことができる。発光素子は光学フィルタの透光部に相当
し、発光しない素子は遮光部に相当する。従ってマスク
アレイ３０は、電気的にフィルタ内容（透光／遮光）を
書込むことができる光学フィルタと等価な機能を備えて
いる。

第１０図はマスクアレイ駆動回路６０のブロック図であ
る。入力行列（Ｂ）の１０２４行×１４４列の要素（１
４７４５６個）の値（ディジタルデータ）は、ビットご
とにメモリ６１に蓄積される。メモリ６１は、例えば３
２ピツ）Ｘ１６にのＳＲＡＭ４個で構成されている。コ
ントローラ９０からのタイミング信号Ｔ３に従って１回
に１２８要素分（３２ビツト×４）のビットデータがメ
モリ６１からデータラッチ６２に転送され、これが３回
繰り返されて、マスクアレイ３０の横−行分（３８４列
）のサイリスタＰＳＣＲに印加するビットデータがラッ
チ６２に書込まれる。データラッチ６２は、３８４エレ
メントから成り、コントローラ９０から与えられるタイ
ミング信号Ｔ４に従って列選択スイッチ６３が、１〜１
２８．１２９〜２５６．２５７〜３８４のエレメントア
ドレスを指定する。

ラッチ回路６２の３８４本の並列出力は、電流発生回路
６４に与えられ、サイリスタのオフ待機状態を維持し得
る電流値に変換される。電流発生回路６４の出ノｊはゲ
ート回路６５を通ってマスクアレイ３０の３８４列のサ
イリスタのアノードに連らなる３８４本のＸライン３３
Ｘ（アノード書込み線）に供給される。なお各サイリス
タがターンオンする以前には、電流発生回路６４の出力
は、行列データに従った高レベル又は低レベルの電圧で
ある。高レベルの電圧はサイリスタをターンオン可能な
状態にするための書込み電圧であり、低レベルの電圧は
、サイリスタを起動させないための書込み電圧である。

マスクアレイ３０の３８４行のサイリスタのカソードに
連らなる３８４本のＹライン３３ｙ（カソード選択線）
には、行選択スイッチ６７により行ごとに例えば接地電
位が供給される。従って選択された行において、列のデ
ータが高レベルであるサイリスタには、アノード−カソ
ード間にターンオン可能にするための電圧が印加され、
そのサイリスタは入射光があったときにターンオンする
待機状態（オフ状態）に保持される。また列データが低
レベルであるサイリスタは、入射光の有無にかかわらず
、ターンオンしない状態に保持される。

マスクアレイ３０の１フレ一ム分全部のサイリスタへの
書込みは、この例では、マイクロイメージに対応したマ
スクセグメントＭＳの単位で行われる。即ち、行選択ス
イッチ６７は、コントローラ９０からのタイミング信号
Ｔ６に基いて、３８４行中の第１行目、第１３行目、第
２５行目・・・・−・のように、各マスクセグメントＭ
Ｓ（第７図）の第１行を順次選択する。この選択に同期
してメモリ６１から対応する行列要素のデータが読出さ
れ、上述のようにマスクアレイ３０のＸライン３３ｘに
与えられる。

３２行のマスクセグメン）ＭＳの夫々の第１行目につい
てサイリスタへの書込み（３２回）が終了すると、ＬＥ
Ｄアレイ１０の第１行が点灯される。このＬＥＤアレイ
１０の第１行のイメージは、マイクロレンズ光学系２０
により、マスクアレイ３０の１０２４個のマスクセグメ
ントＭＳの夫々の第１行に投射されるように複製される
。

次に同様にして、マスクセグメントＭＳの各第２行（３
８４行中の第２行目、第１４行目、第２６行目−−−−
−−−−−）についてサイリスタへの書込みが行われ、
書込み終了後にＬＥＤアレイ１０の第２行が点灯される
。以下これを繰り返し、マスクセグメントＭＳ及びＬＥ
Ｄアレイ１０の夫々の第１２行目まで１フレ一ム分の書
込みが行われる。

上述のように、ＬＥＤアレイ１０の各行の点灯の間に、
マスクアレイ３０への３２回（行）の書込みが時分割で
行われる。従ってＬＥＤの点灯までにサイリスタに書込
んだターンオン可能状態を維持するために、コントロー
ラ９０からのタイミング信号Ｔ５に基いて保持パルス発
生回路６６で周期的な保持パルスが形成される。この保
持パルスは、例えばダイオードオアゲートで構成された
ゲート回路６５において３８４本のＸライン３３Ｘに分
配され、間欠的にサイリスタの書込み状態をリフレッシ
ュする。

ベクトルＡと行列（Ｂ）との乗算は、ＬＥＤアレイ１０
の行ごとの点灯により形成されたベクトル要素のイメー
ジが、行列［Ｂ）の要素値を書込んだマスクアレイ３０
を構成するマスクセグメン）ＭＳの各行の光励起サイリ
スタＰＳＣＲにマイクロレンズ光学系２０を介して入射
することにより実行される。このとき、サイリスタはタ
ーンオンする状態に書込まれていて且つ入射光が与えら
れたものが発光する。また入射光が与えられても、ター
ンオンする状態に書込まれていなかったサイリスタは発
光しない。つまり乗数と被乗数とが共に１であるとき、
結果が１で、乗数又は被乗数の一方が０であるときには
結果が０となるようなビット乗算が、マスクセグメント
ＭＳごとに行われる。

上述のようにＬＥＤアレイ１０を行ごとに順次点灯して
演算を行うのは、演算結果を得る光センサ−アレイ４０
の出力信号のダイナミックレンジを極力狭くするためで
ある。以下に説明するセンサーアレイ４０のセンサーエ
レメントは最大１２個の発光画素を検出してアナログ電
圧に変換する。

ベクトル・行列演算は、１４４要素の部分積和から成る
ので、光センサ−アレイ４０の光電変換のダイナミック
レンジは演算に必要な幅の１／１２である。部分積和の
最終値はディジタル演算を経て得られる。

第１１図は光センサ−アレイ４０の全体を示し、第１２
図はその要部を示す。光センサ−アレイ４０は、第１１
図に示すように、マイクロイメージＭｌ及びマスクセグ
メントＭＳと同数（３２行３２列、１０２４個）のセン
サーセグメントＳＳ１〜５Ｓ１０２４を備える。各セン
サーセグメントＳＳは、マスクセグメントＭＳと同一サ
イズ（４００Ｘ４００μｍ）の方形であり、第１２図に
示すように、横長の１２個のセンサーエレメントＳＥ　
１〜１２　（３２，５μｍｘ４００　ａｍ）に分割され
ている。従って光センサ−アレイ４０の全体は１２２８
８個のセンサーエレメントＳＥから成る。

各センサーエレメントＳＥはマスクセグメントＭＳの行
ごとに最大で１２個のサイリスタ発光を加算的に検出す
る。検出されたアナログ値は、ベクトルと行列との各１
２要素分の部分積和に相当する。１つのセンサーセグメ
ントＳＳを構成する１２個のセンサーエレメントＳＥの
各出力は、後述のようにディジタル加算され、その加算
結果として、ベクトルと行列との各１４４要素分の部分
積和（第３式）が得られる。

第１３図はセンサーアレイ駆動回路の要部を示す回路図
で、各センサーセグメントＳＳを構成する横長の１２本
のセンサーエレメントＳＥＩ〜５Ｅ１２の夫々は、長手
方向に並らぶ４つのセンサー画素ＳＰＩ〜ＳＰ４に分割
されている。各画素ＳＰＩ〜ＳＰ４は、例えばフォトダ
イオードで構成され、それらのアノードは、例えばセン
サーエレメントＳＥＩでは、ＭＯＳ　）ランジスタで構
成された画素選択スイッチＰＳ１〜ＰＳ４を介して読出
し線Ｌｌに接続されている。他のセンサーニレメンｌ−
Ｓ　Ｅ　２〜５Ｅ１２の各４つの画素も同様にＭＯＳ）
ランジスタスイッチを介して対応の読出し線Ｌ２〜Ｌ１
２に接続されている。１つのセンサー画素は最大で３つ
のサイリスタ発光を加算的に検出する。

各読出し線Ｌ１〜Ｌ１２は、横方向（センサーセグメン
トＳＳの列の並び方向）に延長されて、３２列の各セン
サーセグメントＳＳ内の同一番号のセンサーエレメント
ＳＥＩ〜５Ｅ１２の夫々の４つの分割画素ＳＰＩ〜ＳＰ
４に、ＭＯＳ　トランジスタスイッチを介して結合され
ている。従って読出し線Ｌ１〜Ｌ１２の各−木には、１
２８個の分割画素（フォトダイオード）が結合されてい
る。

各読出し線Ｌｌ〜Ｌ１２の端にはＭＯＳ　ｌ−ランジス
タで構成されたライン選択スイッチＬＳＩ〜ＬＳＩ２が
設けられ、これらのライン選択スイッチＬＳＩ〜ＬＳ１
２を介して１２本の読出し線Ｌ１〜Ｌ１２が一本の共通
読出し線ＣＬＩに結合されている。従って縦方向に１２
行、横方向に１２８列の１５３６個のセンサー画素ＳＰ
の出力は一本の共通読出し線ＣＬＩがら時分割で続出さ
れる。

ＭＯＳ）ランジスタで構成された画素選択スイッチＳＰ
１〜５Ｐ１２Ｂ及びライン選択スイッチＬＳＩ〜ＬＳＩ
２は、夫々Ｘ−走査回路７Ｉ及びｙ−走査回路７２よっ
て順次オンされて、各センサー画素の受光出力が読出さ
れる。読出しは、ＬＥＤアレイ１０の行ごとの発光と同
期して行単位で行われ、まず第１行のライン選択スイッ
チＬＳＩがｙ−走査信号ｙ１でオンとなった後、画素選
択スイッチＰｓｉ〜Ｐ３１２ＢがＸ−走査信号Ｘ１〜ｘ
１２８により順次オンとなる。以下同様にして第２行、
第３行−・−−一−−・・−・−と第１２行まで順次画
素出力の読出しが行われる。

第１４図は、出力処理回路８ｏを示す。第１３図におい
て説明したように、センサーアレイ４゜を構成する３２
行−３２列のセンサーセグメントＳＳの１行分（第１行
の３２個のセンサーセグメントＳＳＩ〜５ＳＩ２）を構
成する１２行−１２８列の画素の出力は、１２本の続出
し線Ｌ１〜Ｌ１２を通じて１本の共通読出し線ＣＬＩに
導出される。

第２行の３２個のセンサーセグメント５Ｓ３３〜５Ｓ６
４の画素出力は、同様にして読出し線Ｌ１−Ｌ１２を介
して一本の共通読出し線ＣＬ２に導出される。以下同様
にして、センサーセグメントの各行ごとに、−本の共通
読出し線ＣＬ３、ＣＬ４−・−・・・−ＣＬ３２に画素
出力が導出される。

従って、第１４図に示すように、３２行−３２列のマイ
クロイメージＭｆ及びマスクセグメントＭＳの各行に対
応した３２ブロツク８１〜Ｂ３２の並列続出し回路が設
けられている。各ブロックの同一番号の読出し線Ｌ１〜
Ｌ］２は同時に選択され、同一番号のセンサー画素５Ｐ
Ｉ−３Ｐ１２８の出力が同時に各共通読出し線ＣＬＩ〜
ＣＬ３２に読出される。従って第１３図のＸ−走査回路
７Ｉ及びｙ−走査回路７２の走査信号ｘ１〜ｘ１２８及
びｙ１〜ｙ１２は、第】４図の各ブロックＢ１〜Ｂ３２
に並列に与えられる。

３２個の読出し回路ブロック８１〜Ｂ３２は、共通読出
し線ＣＬＩ〜ＣＬ３２の出力を受けるアナログ加算回路
８１−１〜８１−３２、補正回路８２−１〜Ｂ２−３２
、Ａ／Ｄ変換器８３−１〜８１３２及びバッファメモリ
８４−１〜８４３２から成っている。

アナログ加算回路８１は、各並列読出し線上に現われる
連続した４つの画素出力をアナログ的に加算（積分）し
、加算出力を補正回路８２に導出した後にリセットされ
、これを繰り返す。リセットは、Ｘ−走査回路７１に供
給されている画素クロックχＣＫを１／４分周器８５で
１／４に分周したパルスＲで行われる。センサ画素５Ｐ
Ｉ−３Ｐ４の夫々は、最大３個のサイリスタ発光を検出
し、その出力レベルは発光数０〜３に対応したＯ〜３の
４種のレベルをとる。アナログ加算回路８１は４画素の
出力レベルを加算するので、その出力レベルはＯ〜１２
のアナログ値となる。従って加算回路８１の出力は、１
個の横長のセンサーエレメントＳＥに包含されるマスク
アレイ３０の１行分の１２個の発光サイリスタＰＳＣＲ
の発光数に比例する。

アナログ加算回路８１の出力は補正回路８２に供給され
、センサーエレメントＳＥの個々のオフセット（ゼロレ
ベル）及びゲイン（感度）のばらつきが補正される。こ
れらのオフセット及びゲインの補正係数は予め較正手順
で各センサーエレメントＳＥごとに求められ、補正デー
タメモリ８８１〜８Ｂ−３２に記憶されている。補正回
路８２の出力はＡ／Ｄ変換器８３でディジタル値に変換
され、バッファメモリ８４に記憶される。

既述のように、ＬＥＤアレイｌＯは行ごとに第１行〜第
１２行まで順次発光され、その発光と同期してセンサー
アレイ４０の第１行〜第１２行の読出し線Ｌ１〜Ｌ１２
が順次走査される。読出し出力は上述のようにしてディ
ジタル値でハ゛ツファメモリ８４に蓄積される。３２個
の並列読出し回路ブロック８１〜Ｂ３２の夫々において
バ・ンファメモリ８４−１〜８４−３２に蓄積されたデ
ータは、ＣＰＬＩ等で構成された加算回路８６に供給さ
れる。加算回路８６では、マイクロイメージＭ＋（又は
マスクセグメントＭＳ、センサーセグメン１−３Ｓ）の
１個の領域に属する１２個データが加算され、ベクトル
・行列乗算の結果であるベクトルの１要素の値が得られ
る。加算回路８６は、全てのマイクロイメージについて
上述の加算を行い、全部で１０２４要素分の演算結果を
生成する。演算結果は主メモリ８７に格納される。

以下に上述の演算装置を使用したベクトル・行列演算の
アルゴリズムについて説明する。

第（１）弐〜第（３）式で説明したように、本実施例で
は、１４４元ベクトルＡと、１０２４行１４４列の行列
ＣＢ）との積である１０２４元のベクトルＳを計算する
。ベクトルＡ及び行列〔Ｂ〕の夫々の元（要素）を５ビ
ツトのディジタル値で表すと、 Ａｊ　＝　（Ａｊ’、ＡＪ　’　ｓ　Ａ　；　２、Ａｊ
’、ＡＪ。〕Ｂ、、＝　（Ｂｉ、’、Ｂ　ｉｊ３、Ｂ　
ｔｊｚｓ　Ｂｉｊｌ、Ｂｉｊ’　）但し、ＡＯ、ＡＩ　
　−・−・・−Ａ４及びＢＯ，Ｂｌ　　・・・、−、、
、−−Ｂｌは夫々Ｌ　Ｓ　Ｂ　、　２　ｎｄ　Ｌ　Ｓ　
Ｂ　−−−−−−−−−−ＭＳＢを示す。従って１０進
で示すと、 Ａｊ＝２°Ａ、。＋　２　’Ａ、’＋２２Ａ、”＋　２
　”Ａｊ３＋　２　’ＡＪ’　　　　　　　　・・−・
−・−一−−−・−・−（５）Ｂｉ、＝２°Ｂ、Ｊ’＋
２’Ｂ。、’＋２”Ｂ□；”＋　２　’Ｂ　＝；３＋２
’Ｂｉ、　　　　　　　　・−一−−−−−−−−・−
−−−・（６）となる。第（５）式、第（６）式より、
ＡとＢの積Ｓｔ　　（第３式）を求めると、 ＋２’（Ｂ、、。Ａｊ’＋Ｂｉ、’Ａｊ０）＋　２　”
（Ｂ　、、。Ａ、”＋　Ｂ　、ｊ’　Ａ、’　＋　Ｂ　
、、２Ａ、’）＋２’（Ｂ、、’Ａ、’＋Ｂ、、’Ａ、
３＋Ｂ、ＪｍＡＪ”＋Ｂ、Ｊ’Ａｊ’＋Ｂ、、’Ａ、’
） ＋　２　’（Ｂ　、’Ａ’、’＋　Ｂ　、Ｊ’Ａ、’）
＋２”（Ｂｉｊ’　　Ａｊ’）　　） となる。

第１０図のマスクアレイ３ｏに対して設定される入力行
列（ＢｌＯ値は、第１回目にはＢ、ａ　　（ＬＳＢ）で
あり、一方、第４図のＬＥＤアレイ１０には、入力ベク
トルＡのＬ　Ｓ　ＢであるＡ、′　（ｊ＝１〜１４４）
が表示される。従って第１回目（ＬＥＤ表示の第１フレ
ーム）には、第７式の２゜）の演算が行われ、１０２４
個の演算結果が第１４図の主メモリ８７に格納される。

次の第２フレームでは、マスクアレイ３ｏに対する行列
（Ｂ）の値の設定は変更せずに、ＬＥＤアレイ１０に入
力ベクトルＡの第２ＬＳＢであるＡｊ’　　（Ｊ　＝　
１〜１４４）が表示される。従って第２フレームの表示
で、第７式の係数２′の項にの演算が行われ、１０２４
個の演算結果が主メモリ８７に格納される。

同様にして、第３〜第５フレームで、Ａｊ２〜Ａｊ’に
関する演算が順次行われる。

次に第６〜１０フレームでは、マスクアレイ３０に対す
る行列Ｂの値の設定が、第２ＬＳＢであるＢ　ｉｊ”に
変更される。この設定を固定した後、上述と同様にして
ベクトルＡ　、Ｏ〜Ａ　Ｊ４の夫々更に以下のフレーム
で、行列ＣＢ）の値がＢ　ｉ　ｊ′、Ｂ　ｉｊ’　、Ｂ
ｉｊ゛と順次変更され、これらの夫々に関しベクトルＡ
の各ビットＡＪ’〜Ａ、４が適用され、演算が行われる
。

以上のようにして、２５フレームで第７弐を構ＡＪ′、 ７に格納される。

乗算結果のベクトルＳ各ｉ元の１０進値は、主メモリ８
７から所要フレーム番号のデータを読出し、第７式に従
った係数、２’　　（ｋ＝１〜８）を掛けて順次加算し
て行くことにより得られる。

以上本発明を好ましい実施例に基いて説明したが、本発
明の技術思想に基いた様々な実施態様が考えられる。

例えば、上述の実施例でベクトルＡ及び行列〔Ｂ〕の各
要素が５ビツトの２進数で表されて、Ａ及びＢの双方を
ＬＳＢ−ＭＳＢまで変化させながら２５回の演算で完結
する乗算を行っている。しかしＬＥＤアレイ１０、マイ
クロレンズ光学系２０、マスクアレイ３０及び光センサ
−アレイ４０の規模を大きくすれば、１回の並列演算で
処理することが可能となる。またマスクアレイ３ｏの各
サイリスタのアノードにアナログ電圧を与えれば、その
発光輝度を制御することができるので、マスクアレイ３
０に設定する行列（Ｂ）の値としてアナログ値を使用す
ることができる。この場合には、第１０図の電流発生回
路６４はＤ／Ａ変換器に置き換えられる。演算は、ＬＥ
Ｄアレイ１ｏに表示されたベクトルＡのディジクル発光
イメージと、マスクアレイ３０に設定された行列（Ｂ）
の要素値に対応するアナログ発光量との積となり、この
演算はマスクアレイ３０の行ごとに行列のアナログ要素
値を設定することにより行われる。従って第１４図の出
力処理回路では、３２ブロツクＢ１〜Ｂ３２の並行動作
を順次式に変更しなければならないので、並列度は低下
する。演算は入力ベクトルのＬＳＢ−ＭＳＢに対応した
５フレームで終了し、演算の最終結果は２にの重みを付
けた加算により得られる。

〔発明の効果） 本発明は上述の如く、光励起性の発光素子アレイを用い
て、入力光に対して透光／遮光を行う空間光変調素子と
実質的に同機能のものを構成し、入力光に対応する多元
数列Ａ（ベクトル）と、光励起性発光素子アレイの各画
素を励起可能に設定する多元数列Ｂ（行列）との乗算を
行うようにしたものである。従って、本発明によると、
高速に動作し、また半導体技術により大規模な行列アレ
イを微細サイズにすることができる多元数列演算装置を
構成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の多元数列演算装置の一実施例を示す行
列・ベクトル演算装置の系統図、第２図は第１図の光学
系要素の配置を示す図、第３図はＬＥＤアレイの正面図
、第４図はＬＥＤ駆動回路のブロック図、第５図はマイ
クロレンズ光学系によって形式されるマイクロイメージ
を示す図、第６図はマスクアレイの正面図、第７図はマ
スクセグメントの構成を示す図、第８図はマスクアレイ
を構成する光励起サイリスタの断面構造を示す図、第９
図はサイリスタアレイの部分拡大図、第１０図はマスク
アレイ駆動回路のブロック図、第１１図は光センサ−ア
レイの正面図、第１２図はセンサーセグメントの構造を
示す図、第１３図はセンサーアレイ駆動回路の要部回路
図、第１４図は出力処理回路のブロック図である。 なお図面に用いられた符号において、 １０−・・・・−・−−−−−−Ｌ　Ｅ　Ｄアレイ２０
−・・−−一−−−−−−−−−・マイクロレンズ光学
系４０−・ ５０・−・ ６０−・・ ７０−・ ８０−・・ ＭＬ・ ＭＳ−−・ Ｉ ５ＣＲ ３Ｓ・−・ ＳＥ・−・ である。 投射レンズ マイクロレンズアレイ ・−マスクアレイ センサーアレイ ＬＥＤ駆動回路 ・−一−−−−−−−−マスクアレイ駆動回路・・−−
−一−−−−・−・−光センサ−アレイ・−一一一一一
出力処理回路 ・・・・・−・・・・−マイクロレンズ・−−一一−−
−−−−マスクセグメント・・・−マイクロイメージ ・−−−−−・・−・−光励起サイリスタ・−センサー
セグメント ・−−−−−・−センサーエレメント

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、多元数列Ａに対応した発光輝点を形成する第１の発
   光素子アレイと、 多元数列Ｂに対応して夫々が発光可能な状態又は発光不
   可能な状態に設定されると共に、上記多元数列Ａに対応
   した発光輝点からの入射光を受けて上記発光可能な状態
   のもののみがターンオンして発光する光励起性の第２の
   発光素子のアレイと、上記第２の発光素子のアレイの小
   グループごとにその発光量を加算的に検出する受光素子
   アレイとを備え、 多元数列Ａ、Ｂの積和計算結果を上記受光素子アレイか
   ら得るようにした多元数列演算装置。 ２、上記多元数列Ａがベクトルであり、多元数列Ｂが行
   列であり、上記第１及び第２の発光素子のアレイの間に
   多元数列Ａの発光輝点を多元数列Ｂの行又は列の数だけ
   複製する像複製光学系が介在されていることを特徴とす
   る請求項１記載の多元数列演算装置。 ３、上記第１の発光素子アレイがマトリックスアレイか
   ら成り、 上記第２の発光素子のアレイが、多元数列Ａの要素数と
   多元数列Ｂの要素数との積に対応した素子数のマトリッ
   クスアレイから成ることを特徴とする請求項２記載の多
   元数列演算装置。 ４、上記受光素子アレイの各素子は、上記第１の発光素
   子アレイのマトリックス内の小部分に対応した受光領域
   を有し、 上記受光素子アレイの各素子の出力を加算する電気的加
   算手段が更に設けられていることを特徴とする請求項３
   記載の多元数列演算装置。 ５、上記加算手段がアナログ加算手段である請求項４記
   載の多元数列演算装置。 ６、上記加算手段がディジタル加算手段である請求項４
   記載の多元数列演算装置。 ７、上記像複製光学系が、上記第１の発光素子アレイか
   ら焦点距離だけ離間しているプロジェクションレンズと
   、このプロジェクションレンズの後方でその光軸と平行
   な光軸を持つ複製数分のマイクロレンズから成るレンズ
   アレイとを備えたことを特徴とする請求項２記載の多元
   数列演算装置。 ８、上記第１の発光素子アレイを構成するマトリックス
   アレイの行又は列ごとに時分割で多元数列Ａの表示が行
   われることを特徴とする請求項３記載の多元数列演算装
   置。 ９、上記第１の発光素子アレイ個々の素子の発光輝度の
   ばらつきを補正するための補正データを記憶したメモリ
   を備え、このメモリから読出された補正データに基いて
   多元数列Ａに対応して発光する各素子の輝度を補正する
   ようにしたことを特徴とする請求項１記載の多元数列演
   算装置。 １０、上記第２の発光素子アレイが表面側受光面と背面
   側発光面とを有することを特徴とする請求項１記載の多
   元数列演算装置。 １１、上記第２の発光素子アレイが光励起性の発光サイ
   リスタのアレイで構成され、各発光サイリスタのアノー
   ド−カソード間に上記多元数列Ｂの値に応じた電圧が印
   加されて、上記発光サイリスタが発光可能な状態又は発
   光不可能な状態に設定されることを特徴とする請求項１
   記載の多元数列演算装置。 １２、上記第２の発光素子アレイがマトリックス配列で
   構成され、その行又は列の一方に沿ったアノード書込み
   線群と、行又は列の他方に沿ったカソード選択線群とを
   備えることを特徴とする請求項１１記載の多元数列演算
   装置。 １３、上記受光素子アレイは、複数の受光素子のグルー
   プに分けられ、各グループに対応した一本の読出し線に
   各受光素子の受光出力を時分割多重して導出するための
   多重化スイッチ素子が各受光素子に設けられていること
   を特徴とする請求項３記載の多元数列演算装置。 １４、上記各グループごとに上記受光素子アレイの出力
   をディジタル値に変換するＡ／Ｄ変換器と、このＡ／Ｄ
   変換器の出力を一時記憶するバッファメモリと、各グル
   ープ間で上記バッファメモリのデータを加算する加算手
   段とを備えることを特徴とする請求項１３記載の多元数
   列演算装置。 １５、上記各グループの読出し線から得られる各受光素
   子ごとの読出し出力のオセセット及びゲインのばらつき
   を補正する補正回路と、この補正回路に予め記憶した補
   正データを供給する補正データメモリとを備えることを
   特徴とする請求項１３記載の多元数列演算装置。 １６、上記第１の発光素子アレイを構成するマトリック
   スアレイの行又は列の時分割で多元数列Ａの表示が行わ
   れると共に、 上記受光素子アレイの１つの素子は、上記表示の一行分
   又は一列分を包含する受光領域を有していることを特徴
   とする請求項３の多元数列演算装置。 １７、上記受光素子アレイの一つの素子の受光領域が複
   数個に分割されていると共に、 各分割領域の受光出力をアナログ加算する加算手段を備
   えていることを特徴とする請求項１６の多元数列演算装
   置。 １８、上記多元数列Ａ及びＢの夫々の要素が２進値で表
   されていることを特徴とする請求項１記載の多元数列演
   算装置。 １９、上記多元数列Ａの要素が２進値で表されていると
   共に、上記多元数列Ｂの要素がアナログ値で表され、上
   記第２の発光素子のアレイの夫々の素子の発光量を上記
   アナログ値に対応させる発光電流供給手段を備えた請求
   項１記載の多元数列演算装置。