JPH0618953A - Optical neural computer and optical parts using the same - Google Patents
Optical neural computer and optical parts using the sameInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は光ニューラルコンピュー
タおよび、これに用いる光コンピュータ用部品、または
その応用部品を含む光学部品に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical neural computer and an optical computer component used for the optical neural computer or an optical component including the applied component.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、学会等で光の並列処理手法とニュ
ーラルコンピューティングを複合させた光ニューラルコ
ンピュータの研究が盛んである。図10は代表的な連想
メモリをなす従来タイプの光ニューラルコンピュータの
構成図である。この光ニューラルコンピュータは、ニュ
ーロンの各出力信号がしきい値処理された後、フィード
バックされて、ニューロンの各入力信号に影響を与える
モデルである。最終的に、このフィードバック信号の働
きにより、任意の入力信号に対して空間光変調素子によ
って決まるそれぞれに特定の出力信号に収束する。2. Description of the Related Art In recent years, research on optical neural computers that combine neural parallel computing with optical parallel processing has been actively conducted at academic conferences and the like. FIG. 10 is a block diagram of a conventional type optical neural computer which constitutes a typical associative memory. This optical neural computer is a model in which each output signal of a neuron is thresholded and then fed back to affect each input signal of the neuron. Finally, due to the action of this feedback signal, it converges to a specific output signal determined by the spatial light modulator for an arbitrary input signal.
【0003】図10にしたがって従来の光ニューラルコ
ンピュータの構成を説明する。この光ニューラルコンピ
ュータは、3個のLED素子が垂直方向に並んだ発光素
子アレイ101からの出力光LINが、出力光進行方向に
位置する3×3のマトリクス状の空間光変調素子102
に入射して、変調を受ける。空間光変調素子は、各マト
リクス成分の光透過率が異なるように作製された光学マ
スクからなり、透過光の強度を変調する。The configuration of a conventional optical neural computer will be described with reference to FIG. In this optical neural computer, the output light L IN from the light emitting element array 101 in which three LED elements are arranged in the vertical direction is arranged in a 3 × 3 matrix spatial light modulation element 102 located in the output light traveling direction.
Incident on and undergo modulation. The spatial light modulator is composed of an optical mask manufactured so that the light transmittance of each matrix component is different, and modulates the intensity of transmitted light.
【0004】空間光変調素子は、例えば、ガラス板に金
属蒸着した固定パターンのマスクからなる素子あるい
は、強誘電性液晶を用いた可変パターン素子等によって
実現できる。次に、該空間光変調素子102からの変調
出力光LOUTは、3個の受光素子が水平方向に並んだ受
光素子アレイ103によって受光される。該受光素子ア
レイ103の各受光素子で光電変換されることにより得
られた信号は、3個の比較器104に入力され、ここで
電気的にしきい値処理されてその出力信号である各2値
化信号は、発光素子アレイ101の入力へとフィードバ
ックされる。The spatial light modulator can be realized by, for example, an element consisting of a fixed pattern mask formed by vapor-depositing metal on a glass plate or a variable pattern element using a ferroelectric liquid crystal. Next, the modulated output light L OUT from the spatial light modulation element 102 is received by the light receiving element array 103 in which three light receiving elements are arranged in the horizontal direction. The signal obtained by photoelectrically converting each light receiving element of the light receiving element array 103 is input to three comparators 104, where it is electrically thresholded and each output signal is a binary value. The converted signal is fed back to the input of the light emitting element array 101.
【0005】この構成において、受光素子アレイ103
から比較器104を経て発光素子アレイ101へと至る
部分は、ニューロンへの入出力間の接続に相当し、ま
た、発光素子アレイ101の点滅状態は、ニューロンへ
入力される各ニューロン出力からの興奮状態を示す信号
に相当する。一方、空間光変調素子102の各マトリク
ス成分の光透過率は、ニューラルコンピュータのシナプ
ス結合強度に相当している。In this structure, the light receiving element array 103
The part from the output to the light emitting element array 101 via the comparator 104 corresponds to the connection between the input and output to the neuron, and the blinking state of the light emitting element array 101 is the excitation from each neuron output input to the neuron. It corresponds to a signal indicating the state. On the other hand, the light transmittance of each matrix component of the spatial light modulator 102 corresponds to the synapse coupling strength of the neural computer.
【0006】ここで発光素子アレイ101の各発光素子
出力光LIN,p(p=1,2,3)は、空間光変調素子102の
各マトリクス成分Tpqのうちマトリクスp行目の成分T
p1,Tp2,Tp3に一様に入力するように発光素子アレイ
101の各素子の指向性を広くとり、空間的配置も適切
に設計している。Here, each light emitting element output light L IN , p (p = 1,2,3) of the light emitting element array 101 is a component T of the matrix p row of the matrix components Tpq of the spatial light modulator 102.
The directivity of each element of the light emitting element array 101 is wide so that the light is uniformly input to p1, Tp2, and Tp3, and the spatial arrangement is also designed appropriately.
【0007】同様に、空間光変調素子102の各マトリ
クス成分Tpqのうちマトリクスq列目の成分T1q,T2
q,T3q(q=1,2,3)からの各出力光LOUT,1q,LOUT,2
q,LO UT,3qは、受光素子アレイ103のq列目の受光
素子1個で均等な感度で受光するように各受光素子の指
向性を広くとり、空間的配置も適切に設計している。
(ただし、この設計では小型化には限度がある。)Similarly, of the matrix components Tpq of the spatial light modulator 102, the components T1q, T2 of the matrix q-th column
Output light L OUT , 1q, L OUT , 2 from q, T3q (q = 1,2,3)
q, L O UT , and 3q have a wide directivity of each light-receiving element so that one light-receiving element in the q-th column of the light-receiving element array 103 can receive light with equal sensitivity, and the spatial arrangement can be appropriately designed. There is.
(However, there is a limit to miniaturization with this design.)
【0008】次に、受光素子アレイ103で光電変換さ
れて得られた信号は、各比較器104でしきい値処理さ
れて、発光素子アレイ101の入力にフィードバックさ
れるが、このニューロン間接続に相当する過程は電気的
に行なわれている。Next, the signal obtained by photoelectric conversion in the light receiving element array 103 is thresholded in each comparator 104 and fed back to the input of the light emitting element array 101. The corresponding process is performed electrically.
【0009】また、光ニューラルコンピュータ全体の機
能について補足すると、最初、ある不完全な入力信号
が、発光素子アレイ101に入力するが、光学的にベク
トル−マトリクス演算としきい値処理を繰り返すことに
より、あらかじめ空間光変調素子102のパターン等に
何らかの形で蓄積された完全情報の中から最も類似した
ものを選択して、完全出力が発光素子アレイ101の点
滅状態(2値化信号)となって得られる(参考文献;光
学第17巻11号(1988年11月)552頁“ニュ
ーロコンピュータ”等)。To supplement the function of the optical neural computer as a whole, an incomplete input signal is first input to the light emitting element array 101. By optically repeating vector-matrix calculation and threshold value processing, The most similar information is selected from the complete information stored in advance in some form such as the pattern of the spatial light modulator 102, and the complete output can be the blinking state (binary signal) of the light emitting element array 101. (Reference: Optics Vol. 17, No. 11 (November 1988) p. 552 "Neurocomputer" etc.).
【0010】[0010]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ニューラルコンピュータでは、 1.受発光素子アレイと空間光変調素子との相対的な空
間的配置の設計、受発光素子の指向性の設計を最適化し
ても、空間光変調素子マトリクス成分への入力光強度や
各出力光感度を揃えることは容易でない。また、それら
の最適化設計を行った場合には形状的にも素子全体の寸
法が大きくなる。 2.受光素子アレイから比較器を経て発光素子アレイに
至る部分の光化がなされておらず、電気的配線が必要と
なるので集積化、一体化を図るにあたり複雑になる。と
いう問題があった。 本発明は、以上のような欠点の解決を課題としている。However, the above-mentioned neural computer has the following problems. Even if the design of the relative spatial arrangement of the light emitting and receiving element array and the spatial light modulating element and the design of the directivity of the light receiving and emitting element are optimized, the input light intensity to the spatial light modulating element matrix component and each output light sensitivity Is not easy to align. Further, when these optimized designs are performed, the size of the entire element becomes large in terms of shape. 2. The portion from the light receiving element array to the light emitting element array via the comparator has not been converted to light, and electrical wiring is required, which makes the integration and integration complicated. There was a problem. The present invention aims to solve the above drawbacks.
【0011】[0011]
【課題を解決するための手段】本発明の光ニューラルコ
ンピュータでは、発光素子アレイと空間光変調素子との
間に光の内部反射による伝搬路および分岐路となる樹
脂,ガラス等からなる透明基板を設けること、受光素子
と空間光変調素子との間に光の内部反射による伝搬路お
よび光出力結合路となる樹脂,ガラス等からなる別の透
明基板を設けることにより、上記1.の課題の解決を計
り、また、受光素子アレイと比較器の代わりに光論理演
算素子アレイを採用すること、また、発光素子アレイと
して外部からの光が透過できるような構造の面発光型半
導体レーザアレイを採用すること、また、両素子アレイ
間にも光の内部反射による伝搬路となる透明基板を設け
ることにより、上記2.の課題の解決を計っていること
を特徴としている。In the optical neural computer of the present invention, a transparent substrate made of resin, glass or the like, which serves as a propagation path and a branch path due to internal reflection of light, is provided between the light emitting element array and the spatial light modulation element. By providing, between the light receiving element and the spatial light modulator, another transparent substrate made of resin, glass or the like to be a propagation path due to internal reflection of light and a light output coupling path is provided. In addition, the surface emitting semiconductor laser having a structure in which an optical logical operation element array is used instead of the light receiving element array and the comparator, and the light from the outside can be transmitted as the light emitting element array. By adopting an array and by providing a transparent substrate serving as a propagation path due to internal reflection of light between both element arrays, the above-mentioned 2. It is characterized by trying to solve the problem of.
【0012】また、本発明の各透明基板には、必要に応
じて回折格子および全反射ミラーまたはビームスプリタ
となる薄膜および全反射ミラー等を設けることが好まし
い。Further, it is preferable that each transparent substrate of the present invention is provided with a diffraction grating and a total reflection mirror, or a thin film and a total reflection mirror to be a beam splitter, if necessary.
【0013】[0013]
【作用】本発明の光ニューラルコンピュータでは、光の
内部反射による伝搬路(および分岐路、または結合路)
となる透明基板を用いることにより一体化にあたり設計
しやすく、かつ従来タイプよりも小型化が容易となる。
また、併せて光論理演算素子アレイ、および面発光型半
導体レーザアレイを採用することにより、フィードバッ
ク回路を光化して電気的配線は、基本的には各能動素子
への電源供給回路のみの簡単な構造となる。In the optical neural computer of the present invention, the propagation path (and branch path or coupling path) due to internal reflection of light is used.
By using such a transparent substrate, it is easy to design for integration, and it is easier to downsize than the conventional type.
In addition, by adopting an optical logic operation element array and a surface-emitting type semiconductor laser array in addition, the feedback circuit is converted into an optical circuit, and the electrical wiring is basically a simple power supply circuit for each active element. It becomes a structure.
【0014】[0014]
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて具
体的に説明する。図1は、本発明の光ニューラルコンピ
ュータの外観斜視図であり、面発光型半導体レーザアレ
イ11、空間光変調素子13、面発光型半導体レーザア
レイ11からの入射光を該空間光変調素子13へガイド
するための光の伝搬路および分岐路となる第一の透明基
板12、空間光変調素子13からの複数の出力光を結合
し、その伝搬路とする第二の透明基板14、その第二の
透明基板14からの出力光の方向を直角に折り曲げて伝
搬させる45度全反射プリズム15、光検出としきい値
処理のための光論理演算素子アレイ16、その光論理演
算素子16から面発光型半導体レーザアレイ11までの
光の伝搬路となる第三の透明基板17がその構成要素で
あり、これらが各方向から積層または貼合わされて一体
化構造をなしている。(図1では一体化したものの厚み
が大きく図示されているが、実際には透明基板各1枚
が、厚さ1mm程度と考えてよい(全体で厚さ数mm程
度)。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be specifically described below with reference to the drawings. FIG. 1 is an external perspective view of the optical neural computer of the present invention, in which the surface emitting semiconductor laser array 11, the spatial light modulator 13, and the incident light from the surface emitting semiconductor laser array 11 are directed to the spatial light modulator 13. A first transparent substrate 12 serving as a propagation path and a branch path of light for guiding, a second transparent substrate 14 serving as a propagation path by coupling a plurality of output lights from the spatial light modulator 13, and a second transparent board 14. 45 degree total reflection prism 15 for bending and propagating the output light from the transparent substrate 14 at a right angle, an optical logical operation element array 16 for light detection and threshold processing, and a surface emitting type from the optical logical operation element 16 A third transparent substrate 17, which serves as a propagation path of light to the semiconductor laser array 11, is its constituent element, and these are laminated or laminated from each direction to form an integrated structure. (In FIG. 1, the integrated product is illustrated with a large thickness, but in reality, each transparent substrate may be considered to have a thickness of about 1 mm (total thickness of about several mm).
【0015】次に、本発明の光ニューラルコンピュータ
の動作原理を説明する。図2は各光学要素に分解した分
解図である。なお、図3〜図5に示す各部分の図も併用
しながらその詳細を述べる。Next, the operating principle of the optical neural computer of the present invention will be described. FIG. 2 is an exploded view of the optical elements. The details will be described with reference to the drawings of the respective parts shown in FIGS.
【0016】まず、面発光型半導体レーザアレイ11か
らの光出力が、図3に示すように第一の透明基板12に
斜めに入射し、内部での反射を繰り返しながら水平方向
に伝搬する。ただし、伝搬光は透明基板側面31では全
反射するように金属膜等による反射ミラーが形成されて
おり、反対側の透明基板側面32では出力光が当たるた
びに光出力の1/3ずつが透明基板12から空間光変調
素子13の方向へ出射する構造となっている。First, the light output from the surface-emitting type semiconductor laser array 11 obliquely enters the first transparent substrate 12 as shown in FIG. 3, and propagates in the horizontal direction while repeating internal reflection. However, a reflection mirror made of a metal film or the like is formed so that the propagating light is totally reflected on the transparent substrate side surface 31, and 1/3 of the light output is transparent on the opposite transparent substrate side surface 32 each time the output light strikes. The structure is such that the light is emitted from the substrate 12 toward the spatial light modulator 13.
【0017】この透明基板の構造は、例えば図4のよう
に、透明基板側面32では光の当たる位置3カ所に回折
効率等をコントロールした回折格子33等を作製し、全
光出力の1/3ずつが、透明基板12から空間光変調素
子13の方向へ出射する構造、または、回折格子33の
代わりに透過率、反射率等を最適化した薄膜をビームス
プリタとして形成して全光出力の1/3ずつが透明基板
12から空間光変調素子13の方向へ出射する構造とす
ることができる。As for the structure of this transparent substrate, as shown in FIG. 4, for example, a diffraction grating 33 or the like whose diffraction efficiency is controlled is produced at three positions on the side surface 32 of the transparent substrate where light is applied, and 1/3 of the total light output is produced. Each of them has a structure in which it is emitted from the transparent substrate 12 in the direction of the spatial light modulator 13, or instead of the diffraction grating 33, a thin film having optimized transmittance, reflectance, etc. is formed as a beam splitter to obtain a total light output of 1 It is possible to adopt a structure in which each / 3 is emitted from the transparent substrate 12 toward the spatial light modulator 13.
【0018】これにより、空間光変調素子13の各マト
リクス成分には均等な強度の光が入射する。次に、空間
光変調素子13は、従来例と同様に、例えばガラス板に
金属蒸着した固定パターンのマスクからなる素子、ある
いは強誘電性液晶を用いた可変パターン素子等の、光を
強度変調できるものを利用することができる。As a result, light of uniform intensity enters each matrix component of the spatial light modulator 13. Next, the spatial light modulator 13 is capable of intensity-modulating light, as in the conventional example, such as a device consisting of a fixed pattern mask formed by vapor-depositing metal on a glass plate or a variable pattern device using a ferroelectric liquid crystal. Things can be used.
【0019】強誘電性液晶を用いた可変パターン素子で
は、スイッチング速度10-6sec程度であり、高速処理
を要する場合には、AlGaAs/GaAsMQW(Mu
ltiQuantum well)構造のQCSE効果を利用した変調
器とCCD(Charge CoupledDevice)を組み合わせた空
間光変調素子を用いるとスイッチング速度10-10sec程
度が実現できる。A variable pattern element using a ferroelectric liquid crystal has a switching speed of about 10 -6 sec, and when high speed processing is required, AlGaAs / GaAs MQW (Mu
A switching speed of about 10 -10 sec can be realized by using a spatial light modulator that combines a modulator using the QCSE effect of the ltiQuantum well structure and a CCD (Charge Coupled Device).
【0020】変調された光は3×3マトリクスの各成分
から出射するが、図5に示すように、垂直方向の3成分
は、次の第二の透明基板14において結合し、一つの光
信号となる。つまり、垂直方向に延びる各第二の透明基
板14において、空間光変調素子13のマトリクスの各
成分からの出射光の到達位置3カ所に回折格子33等を
形成しておき、第二の透明基板14の内部へ光を取り込
み、結合させながら透明基板14内部での反射で所定位
置まで伝搬させる。このとき回折格子33は、回折効率
等をそれぞれ最適になるように制御して、3カ所から入
射した各光出力が均等に重み付けされるように設計す
る。The modulated light is emitted from each component of the 3 × 3 matrix, and as shown in FIG. 5, the three components in the vertical direction are combined in the next second transparent substrate 14 to form one optical signal. Becomes That is, in each of the second transparent substrates 14 extending in the vertical direction, the diffraction grating 33 and the like are formed at three positions where the emitted light from each component of the matrix of the spatial light modulator 13 reaches. The light is taken into the inside of 14 and, while being combined, is reflected to the inside of the transparent substrate 14 and propagated to a predetermined position. At this time, the diffraction grating 33 is designed such that the diffraction efficiency and the like are controlled to be optimum, and the respective light outputs incident from the three positions are weighted equally.
【0021】図2の例では、透明基板14の右側部分で
は3カ所からの光出力の結合した全出力が透明基板14
の下方へ、透明基板14の中央部分では同様の全光出力
が透明基板14中央部分へ、そして透明基板14の左側
部分では同様の全光出力が透明基板14上方部分へ伝搬
するようにして各回折光が得られるように、各回折格子
33を設計する。In the example of FIG. 2, in the right side portion of the transparent substrate 14, the combined total output of the light outputs from three places is the transparent substrate 14.
, The same total light output propagates to the central part of the transparent substrate 14 to the central part of the transparent substrate 14, and the same total light output to the upper part of the transparent substrate 14 to the left part of the transparent substrate 14. Each diffraction grating 33 is designed so that diffracted light can be obtained.
【0022】上記回折格子33を形成した面と反対側の
面には、光の取り出し口に出射窓41(透過率100
%)を形成する以外には、金属膜蒸着等により、反射ミ
ラーの形成をする。On the surface opposite to the surface on which the diffraction grating 33 is formed, the exit window 41 (transmittance 100
%), The reflection mirror is formed by vapor deposition of a metal film or the like.
【0023】該透明基板14のそれぞれの光の取り出し
口からの出射光は、次の経路の45度全反射プリズム1
5にてそれぞれ45度光路を曲げられて、45度全反射
プリズム15の端面まで伝搬し、プリズム端面上に付設
された光論理演算素子アレイ16にそれぞれ入射して光
強度検出および光強度が一定以上ならば“1”、一定未
満ならば“0”というように、光出力で2値化された信
号となる。The light emitted from each light extraction port of the transparent substrate 14 is the 45 ° total reflection prism 1 of the next path.
At 45, the optical path is bent at 45 degrees, propagates to the end surface of the 45-degree total reflection prism 15, and enters the optical logical operation element array 16 attached on the end surface of the prism to detect the light intensity and keep the light intensity constant. If it is above, "1", and if it is less than a certain value, "0".
【0024】光論理演算素子の一例としては、構造的に
は図7に示すように、光検出器と半導体レーザが同一種
類の材料(例えばInGaAsP系等)によりモノリシック化
した集積化素子があげられ、電気的には図8に示すよう
に、光検出器85と半導体レーザ84が直列接続され、
光検出器85で入射光82のほか半導体レーザからの出
力光86を受け、その大きさに対応したポジティブフィ
ードバックがかかる構成があげられる(参考文献;IEEE
Trans.Electron Devices,ED-31,805/811(1984))。As an example of the optical logic operation element, as shown in FIG. 7, structurally, there is an integrated element in which a photodetector and a semiconductor laser are monolithically made of the same kind of material (for example, InGaAsP system). Electrically, as shown in FIG. 8, a photodetector 85 and a semiconductor laser 84 are connected in series,
The photodetector 85 receives the incident light 82 as well as the output light 86 from the semiconductor laser and gives a positive feedback corresponding to the magnitude thereof (reference document; IEEE.
Trans.Electron Devices, ED-31, 805/811 (1984)).
【0025】次に、2値化信号の“0”、“1”に相当
する光強度の信号が第3の透明基板17に入射し、その
透明基板17内部で反射を繰り返し、透明基板17他端
へ伝搬する。そして透明基板17他端から光信号は出射
し、面発光型半導体レーザアレイ11へ戻るフィードバ
ック信号光となる。Next, signals of light intensity corresponding to "0" and "1" of the binarized signal are incident on the third transparent substrate 17 and repeatedly reflected inside the transparent substrate 17, and the transparent substrate 17 and others. Propagate to the edge. Then, an optical signal is emitted from the other end of the transparent substrate 17 and becomes a feedback signal light which returns to the surface-emitting type semiconductor laser array 11.
【0026】第3の透明基板17の表面の光の入射およ
び出射位置には回折格子または、薄膜による入出力窓が
設けられ、内部反射位置には金属膜等による反射ミラー
が形成される。面発光型半導体レーザアレイ11は、駆
動電流Iopによりそれ自体発光(発光出力PL)する
が、そのとき、外部からアレイ各素子へ入力した光の大
きさPIに応じて面発光型半導体レーザアレイ各素子の
しきい値電流の大きさを△Ithだけ低減でき、それによ
って同じ駆動電流Iopのとき、面発光型半導体レーザア
レイ各素子からの出力光がPIだけ増えてPL+PIとな
る構造を実現する。A diffraction grating or an input / output window made of a thin film is provided at the incident and outgoing positions of light on the surface of the third transparent substrate 17, and a reflection mirror made of a metal film or the like is formed at the internal reflection position. The surface-emitting type semiconductor laser array 11 emits light itself (light-emission output PL) by the drive current Iop. At that time, each surface-emitting type semiconductor laser array 11 is responsive to the intensity PI of light externally input to each element of the array. The magnitude of the threshold current of the element can be reduced by ΔIth, whereby the output light from each element of the surface-emitting type semiconductor laser array increases by PI at the same drive current Iop to realize the structure of PL + PI.
【0027】図6にその面発光型半導体レーザアレイ各
素子の駆動電流対光出力特性を示した。それによって、
等価的には、光ニューラルコンピュータへの入力信号で
それ自体発光し、かつ、上記フィードバック信号光を、
見かけ上、透過させて、発光強度、透過強度の和が空間
光変調素子13へ入力する構造と見なせる素子となっ
た。FIG. 6 shows the drive current-optical output characteristics of each element of the surface-emitting type semiconductor laser array. Thereby,
Equivalently, the input signal to the optical neural computer emits itself, and the feedback signal light is
The device can be regarded as a structure in which the sum of the emission intensity and the transmission intensity is apparently input to the spatial light modulator 13 after being transmitted.
【0028】この等価的構造の考え方を用いて、図9に
示した、面発光型半導体レーザアレイ11に採用できる
半導体レーザ素子の構造の一例を以下に説明する。n−
GaAs基板97上にクラッド層(n−GaAlAs)
96、活性層(p−GaAs)95、クラッド層(n−
AlGaAs)94、バッファ層(p−AlGaAs)
93、コンタクト層(p−GaAs)92を順次積層
し、その中央部分にp−不純物拡散領域89を形成す
る。An example of the structure of the semiconductor laser device which can be adopted in the surface-emitting type semiconductor laser array 11 shown in FIG. 9 will be described below by using the idea of the equivalent structure. n-
Clad layer (n-GaAlAs) on GaAs substrate 97
96, active layer (p-GaAs) 95, clad layer (n-
AlGaAs) 94, buffer layer (p-AlGaAs)
93 and a contact layer (p-GaAs) 92 are sequentially stacked, and a p-impurity diffusion region 89 is formed in the central portion thereof.
【0029】また、コンタクト層92上面には、中央部
分のp−不純物拡散領域89に対向する部分を除いて電
極91を形成し、対向する部分にはARコート99を設
けた出力窓とする。一方、n−GaAs基板97は中央
部分のp−不純物拡散領域89に対向する部分の基板厚
みが薄くなっており、この部分にもARコート99を設
け、外部からの透過光88の入力窓とし、n−GaAs
基板97のそれ以外の部分には、電極98が形成された
構造とする。An electrode 91 is formed on the upper surface of the contact layer 92 except for a portion facing the p-impurity diffusion region 89 in the central portion, and an AR coat 99 is provided in the facing portion to form an output window. On the other hand, in the n-GaAs substrate 97, the substrate thickness of the portion facing the p-impurity diffusion region 89 in the central portion is thin, and the AR coat 99 is also provided in this portion to serve as an input window for the transmitted light 88 from the outside. , N-GaAs
The electrode 98 is formed on the other portion of the substrate 97.
【0030】中央部分のp−不純物拡散領域89を含む
領域のみpn構造となり、そこを流れた電流によって、
活性層95から発光したレーザ光は出力窓方向に出射さ
れる。フィードバック信号光は入力窓から出力窓方向に
素子内を透過し、出力窓からは、発光強度、透過強度の
和87が得られるようになっている。Only the region including the p-impurity diffusion region 89 in the central portion has a pn structure, and the current flowing therethrough causes
The laser light emitted from the active layer 95 is emitted toward the output window. The feedback signal light is transmitted through the element from the input window toward the output window, and the sum 87 of the emission intensity and the transmission intensity is obtained from the output window.
【0031】以上の実施例では、3×3マトリクス成分
から構成される空間光変調素子を用いた光ニューラルコ
ンピュータに関して述べたが、勿論、N×Nマトリクス
成分(N:自然数)から構成される空間光変調素子を用
いた光ニューラルコンピュータに関しても本発明を適用
することができることは容易に類推できる。In the above embodiments, the optical neural computer using the spatial light modulator composed of 3 × 3 matrix components has been described. Of course, the space composed of N × N matrix components (N: natural number). It can be easily inferred that the present invention can be applied to an optical neural computer using an optical modulator.
【0032】[0032]
【発明の効果】以上、一実施例にて説明した本発明の光
ニューラルコンピュータでは、光の内部反射による伝搬
路(および分岐路、または結合路)となる透明基板を用
いることにより一体化にあたり設計しやすく、かつ従来
タイプよりも小型化が容易となる。また、併せて光論理
演算素子アレイ、および、面発光型半導体レーザアレイ
を採用することにより、フィードバック回路を光化した
簡単な構造となる。As described above, the optical neural computer of the present invention described in the embodiment is designed for integration by using a transparent substrate which serves as a propagation path (and branch path or coupling path) due to internal reflection of light. It is easy to do, and it is easier to downsize than the conventional type. In addition, by adopting the optical logic operation element array and the surface emitting semiconductor laser array, the feedback circuit becomes a simple optical structure.
【図1】本発明の一実施例の光ニューラルコンピュータ
の外観斜視図である。FIG. 1 is an external perspective view of an optical neural computer according to an embodiment of the present invention.
【図2】図1の動作原理を各光学要素に分離して説明す
る分解斜視図である。FIG. 2 is an exploded perspective view for explaining the operation principle of FIG. 1 separately for each optical element.
【図3】実施例による入射光の内部反射による伝搬を示
す第一の透明基板側面図である。FIG. 3 is a side view of a first transparent substrate showing the propagation of incident light by internal reflection according to an embodiment.
【図4】実施例による第一の透明基板の構造を示す斜視
図である。FIG. 4 is a perspective view showing a structure of a first transparent substrate according to an embodiment.
【図5】実施例による透明基板内部での光の結合、伝搬
を示す第二の透明基板構造図である。FIG. 5 is a second transparent substrate structure diagram showing light coupling and propagation inside the transparent substrate according to the embodiment.
【図6】実施例による面発光型半導体レーザアレイ各素
子の駆動電流対光出力特性を示す特性図である。FIG. 6 is a characteristic diagram showing drive current vs. optical output characteristics of each element of the surface-emitting type semiconductor laser array according to the example.
【図7】実施例による光論理演算素子の一例を示す構造
図である。FIG. 7 is a structural diagram showing an example of an optical logical operation element according to an example.
【図8】図7の等価回路図である。FIG. 8 is an equivalent circuit diagram of FIG. 7.
【図9】実施例による面発光型半導体レーザアレイを構
成する半導体レーザ素子の一例を示す構造図である。FIG. 9 is a structural diagram showing an example of a semiconductor laser device that constitutes a surface-emitting type semiconductor laser array according to an example.
【図10】従来の光ニューラルコンピュータの構成を示
す構造図である。FIG. 10 is a structural diagram showing a configuration of a conventional optical neural computer.
11 面発光型半導体レーザアレイ 12 第1の透明基板 13 空間光変調素子 14 第2の透明基板 15 45度全反射プリズム 16 光論理演算素子アレイ 17 第3の透明基板 11 Surface Emitting Semiconductor Laser Array 12 First Transparent Substrate 13 Spatial Light Modulator 14 Second Transparent Substrate 15 45 Degree Total Reflection Prism 16 Optical Logic Operation Element Array 17 Third Transparent Substrate
Claims (4)
クス状の空間光変調素子にて変調させて、該空間光変調
素子からの出射光出力を受光素子にて検出し、しきい値
処理を行うタイプの光ニューラルコンピュータにおい
て、 発光素子アレイと空間光変調素子との間に設けられ、発
光素子アレイからの各出射光を空間光変調素子の各マト
リクス成分にガイドするとともに、分配入力するための
光学素子を備えた第1の透明基板と、空間光変調素子と
受光素子との間に設けられ、空間光変調素子からの複数
の出力光を結合し、その伝搬路を形成する光学素子を備
えた第2の透明基板と、第2の透明基板上に設けられる
しきい値処理用の光論理素子アレイと、光論理素子アレ
イの各出力光を前記第1の透明基板または発光素子アレ
イまで伝搬させる第3の透明基板とからなる光ニューラ
ルコンピュータ。1. The light emitted from the light emitting element array is modulated by a spatial light modulating element in a matrix form, and the light output from the spatial light modulating element is detected by a light receiving element to perform threshold processing. In the optical neural computer of the type to be performed, it is provided between the light emitting element array and the spatial light modulating element to guide each emitted light from the light emitting element array to each matrix component of the spatial light modulating element, and to distribute and input. A first transparent substrate having an optical element, and an optical element provided between the spatial light modulation element and the light receiving element to couple a plurality of output lights from the spatial light modulation element and form a propagation path thereof are provided. A second transparent substrate, an optical logic element array for threshold processing provided on the second transparent substrate, and each output light of the optical logic element array propagated to the first transparent substrate or the light emitting element array. Let Light neural computer comprising a third transparent substrate.
ミラーかまたはビームスプリッタとなる薄膜および全反
射ミラーを含む請求項1記載の光ニューラルコンピュー
タ。2. The optical neural computer according to claim 1, wherein the optical element includes a diffraction grating and a total reflection mirror, or a thin film and a total reflection mirror to be a beam splitter.
の透明基板,光論理素子アレイ,および第3の透明基板
のうちの少なくとも1つ以上を利用することにより、装
置の一体化、小型化を図ることを特徴とする光学部品。3. The first transparent substrate and the second transparent substrate according to claim 1.
An optical component characterized in that the device is integrated and miniaturized by using at least one of the transparent substrate, the optical logic element array, and the third transparent substrate.
の透明基板,光論理素子アレイ,および第3の透明基板
のうちの少なくとも1つ以上を利用することにより、し
きい値処理およびその周辺部分であるフィードバック信
号回路を光によって処理することを特徴とする光ニュー
ラルコンピュータ。4. The first transparent substrate and the second transparent substrate according to claim 1.
Using at least one of the transparent substrate, the optical logic element array, and the third transparent substrate, the feedback signal circuit which is the threshold processing and its peripheral portion is processed by light. Optical neural computer to do.
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2009133592A1 (en) * | 2008-05-02 | 2009-11-05 | 国立大学法人広島大学 | Optical neural network |
JP2017224305A (en) * | 2012-07-04 | 2017-12-21 | オプタリシス リミテッド | Reconfigurable optical processing system |
WO2022004277A1 (en) * | 2020-07-03 | 2022-01-06 | 株式会社フジクラ | Optical calculation system |
JPWO2023276060A1 (en) * | 2021-06-30 | 2023-01-05 |
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1992
- 1992-07-02 JP JP17564292A patent/JP2828370B2/en not_active Expired - Fee Related
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WO2023276060A1 (en) * | 2021-06-30 | 2023-01-05 | 株式会社フジクラ | Optical arithmetic device and optical arithmetic method |
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