JPH0731338B2 - 光学的連想記憶装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は光学的連想記憶装置に関するものである。

〔従来の技術〕

一般に、電子計算機等で使用されている通常のメモリで
は、アドレスを指定してそこに記憶されている情報にア
クセスうる方式が採用されているが、このような記憶装
置では、アドレスの内容が壊されてしまった場合、記憶
データの内容は全く分からなくなってしまうという問題
がる。これに対し、外部から加える参照入力と同じか、
または一定の条件に合致した情報を見つけ出して関連す
る残りの部分を取り出すようにした連想記憶装置が開発
されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このような連想記憶装置の多くは計算機の記憶装置とし
て開発されたものであって、電気的デジタル信号を対象
とするもので、集積回路を用いた電子回路技術を利用す
ることにより構成されている。そして、特にパターン情
報に対しては、スキャニングの操作を必要とし、大規模
な並列処理が必要となり、その結果処理時間が非常に長
くなり、連続的に出力を得ることは殆ど不可能であると
共に、回路構成も大量の演算回路を並べることになるの
で、それらの相互配線が非常に困難となってしまう。

本発明は上記問題点を解決するためのもので、光学的演
算によるデータ処理を行うことにより回路構成を簡単化
すると共に、処理時間を短縮し、連続的に出力を得るこ
とのできる光学的連想記憶装置を提供することを目的と
する。

〔問題点を解決するための手段〕

入力信号を提示する光学装置と、光学装置からの出力像
を第１の空間光変調管の光電面に拡大結像させる拡大結
像光学系と、光学装置からの出力像を第２の空間光変調
管の光電面に多重結像させる多重結像光学系と、第１の
空間光変調管から拡大結像を読み出した後、第２の空間
光変調管から多重結像を読み出すことにより実行される
拡大結像と多重結像との乗算出力像を第３の空間光変調
管の光電面に導く光学系と、第２の空間光変調管から多
重結像を読み出した後、第３の空間光変調管を読み出す
ことにより実行される第３の空間光変調管の記憶内容と
多重結像との乗算出力像を受光装置に逆多重結像させる
逆多重結像光学系と、受光装置からの出力の閾値処理等
の信号処理を行って光学装置への入力としてフィードバ
ック信号を出力するCPUとを備え、 入力像の拡大結像と多重結像をそれぞれ第１、第２の空
間光変調管に書き込み、第２、第３の空間光変調管の順
に読み出して、第３の空間光変調管の記憶内容と多重結
像との乗算出力信号の逆多重結像をCPUで閾値処理して
記憶し、第１、第２の空間光変調管を読み出して拡大結
像と多重結像の乗算出力像を第３の空間光変調管に書き
込んで加算し、CPUの出力を拡大結像系にフィードバッ
クし、フィードバック信号の拡大結像と入力信号の多重
結像との乗算出力像を第３の空間光変調管に書き込んで
減算することにより記銘し、 第２、第３の空間光変調管の順に読み出して、入力信号
の多重結像と第３の空間光変調管の記憶内容との乗算出
力信号の逆多重結像を閾値処理して想起することを特徴
とする。

〔作用〕

本発明の光学的連想記憶装置は、CPUからの入力、また
はフィードバック信号を光学像に変換し、この光学像の
拡大結像と多重結像を第１、第２の空間光変調管に書き
込み、第１、第２の空間光変調管の順に読み出すことに
より実行される乗算演算出力、或いは第２の空間光変調
管の出力を第３の空間光変調管に書き込み、第２、第３
の空間光変調管の順に読み出すことにより実行される乗
算演算出力を逆多重結像させて光電変換し、この電気的
出力をCPUで閾値処理することにより、光学系と電気系
の組み合わせで光学的連想記憶装置を実現することが可
能となる。

〔実施例〕

以下、実施例を図面に基づき説明する。

まず、本発明による光学的連想記憶装置の原理を説明す
る。

連想記憶を実現する方法として、本発明では自己相関行
列を用いており、記憶したい内容の自己相関により記憶
行列を形成する。記銘時の演算処理は式で表すと次のよ
うになる。

ここで は記憶したい内容を表す入力ベクトル、 の転置ベクトル、Ｍは記憶行列である。即ち、記憶した
い内容の自己相関をとり、これを何回も加え合わせて形
成する。

想起の時には、この記憶行列との演算により、一部分か
ら全体を想起することができる。想起時の演算処理は式
で表わすと次のようになる。

ここで は出力ベクトル、 は入力データ、φは闘値操作を表す。

の操作により、 が一部欠けたりして不完全なデータであったとしても、
（１）式の演算処理により記憶行列Ｍができていれば としては欠けた部分が補われた元の に近いデータが得られる。なお、φの闘値操作により所
定レベル以上のデータを検出するようにしてノイズ部分
をカットしている。

次に、上記（１）式における記憶行列による想起では分
離が不十分である場合の方法として、より分離度の上が
る記憶行列を形成する逐次計算法を説明する。

ここで、αは学習ゲイン、Εは について部分和をとることにより と次数を合わせるための演算子である。ｎ＋１回目の記
憶行列M_n+1は、ｎ回目のM_nによって想起した結果である の差により示される想起時の誤差成分と、 との相関に学習ゲインαを掛けたものによってM_nを修正
することで得られる。なお、学習ゲインαは、M_nが収束
するような値を選ぶ。

こうして、（３）式の演算処理をM_nが収束するまで行う
と、分離度の向上した相関行列Ｍが求められ、記憶しな
い内容の自己相関により記憶行列を形成し、連想の時に
は、この記憶行列との相関をとると、一部分から全体を
想起することができる。

第６図は本発明による光学的連想記憶装置の基本的な構
成要素である空間光変調管の構成と動作を説明するため
の図で、１は入力像、２はエンズ、３は光電陰極、４は
マイクロチャンネルプレート、５はメッシュ電極、６は
結晶、61は電荷蓄積面、７はハーフミラー、８は単色
光、９は検光子、10は出力像である。

図において、空間光変調管の光電陰極３にレンズ２を介
して入射した入力像１は光電子像に変換される。この光
電子像はマイクロチャンネルプレート４で増倍された
後、結晶６の電荷蓄積面61に電荷パターンを形成する。
その電荷パターンに応じて結晶６を横切る電界が変化
し、ポッケルス効果によって結晶６の屈折率が変化す
る。

ここで、直線偏光の単色光８を結晶６に照射すると、電
荷蓄積面61からの反射光は、結晶６の複屈折性により偏
光状態が変化しているので、検光子９を通過させれば入
力像１の光強度に対応した光強度をもつ出力像10が得ら
れる。

次にこのような空間光変調管について、本発明と関連す
る主要な機能を説明する。

（イ）記憶機能 空間光変調管は、電気光学結晶の表面の電荷分布を長い
時間保持する記憶機能を持っている。結晶６は非常に高
い電気抵抗値を有しているので、結晶表面61の電荷分布
を数日以上保持することができる。

（ロ）減算機能 空間光変調管は電気光学結晶の表面に正または負の電荷
分布を選択的に形成することができる。第７図（Ａ）は
電気光学結晶の２次電子放出特性を示すグラフである。

図に示すように電荷蓄積面61へ入射する１次電子エネル
ギーＥが第１クロスオーバー点E1よりも小さいか、また
は第２クロスオーバー点E2より大きい場合には、１次電
子数が結晶表面で放出される２次電子数よりも大きいの
で（δ＜１）、結晶表面は負に帯電する。１次電子のエ
ネルギーがE1とE2の間では、２次電子数が１次電子数よ
りも多くなるので（δ＞１）、結晶表面は正に帯電す
る。

結晶に電荷を蓄積する際に正の電荷で書き込むか負の電
荷で書き込むかは、第６図に示すVcとVbの電圧を制御す
ることにより実行される。ここで最初に負の電圧を書込
み、次に正に帯電させるか、或いは最初に正に帯電さ
せ、次に負の電荷を書込むかの２つの方法により減算機
能を持たすことができる。減算の量は次の３つの方法に
より制御できる。

即ち、減算時の入射光強度を変化させる方法、マイクロ
チャンネルプレート４に加える電圧の持続時間を変化さ
せる方法、及びマイクロチャンネルプレート４に加える
電圧を変化させる方法である。

書き込み、消去の方法は周知であるが、第７図（Ａ）、
（Ｂ）により正電荷像を例にとって説明する。なお、二
次電子捕集電極に印加する電圧Vcは、第７図（Ａ）の第
２クロスオーバー点E₂に設定する。

〔消去動作〕

結晶背面電圧Vbを第２クロスオーバー点E₂に相当する電
位に設定すると、結晶表面電位Vsは、電位E₂に書き込み
によって生いた正電荷の電位上昇分が加わった値にな
る。この表面電位の場合、入射する一次電子のエネルギ
はE₂以上あるので二次電子放出比δ＜１となり、表面電
位がE₂に達するまで負電荷が蓄積される。電位がE₂に達
するとδ＝１となって平衡状態になり、かつ表面の帯電
は零となる。

〔書き込み動作〕

結晶背面電圧Vbを第１クロスオーバー点E₁と第２クロス
オーバー点E₂との間でダイナミックレンジが十分にとれ
る電圧Ｅ′に設定する。このとき結晶表面電位Vsもほぼ
Ｅ′となるから、入射する一次電子のエネルギはE₁とE₂
の間である。従って二次電子放出比δ＞１となるから正
電荷像が形成される。放出された二次電子はVsよりも高
い電位Vcにある二次電子捕集電極に捕集される。

（ハ）実時間闘値動作機能 空間光変調管は、第６図に示すVc及びVbの設定条件によ
り、実時間闘値動作を実行させることができる。メッシ
ュ電極５は結晶表面の近傍に設けられており、これを所
定の電位に設定すると、結晶表面に十分な電子が供給さ
れている場合には結晶表面電位はメッシュ電極の電位と
なり、この電位がクロスオーバー点となる。すなわち、
結晶表面電位がメッシュ電極よりも低いと結晶表面から
放出される二次電子がメッシュ電極に捕集されるため入
射電子に対して二次電子放出が増加して結晶表面の電位
は上昇し、逆に結晶表面電位がメッシュ電極電位よりも
高いと入射電子が二次電子よりも多くなって結晶表面電
位が下がり、結局結晶表面電位がメッシュ電極電位に等
しくなったところで電位は一定となる。いま、メッシュ
電極５の電圧Vcを0.1KV程度と低くしておき、Vbをステ
ップ状に0.1KVより下げると、結晶表面もステップ状に
電位が下がって結晶６の電荷蓄積面61は負電位となり、
電子が到達しなくなって、いわゆるロックアウト状態と
なる。しかし、Vbをゆっくりとランプ状に下げていく
と、入射する光の強度が大きくて多量の電子が供給され
る部分では電子が結晶表面に供給され、二次電子放出が
大きくなって負電位とならず、入射する光の強度が小さ
くて供給される電子の量が少ない部分では電位降下に電
子の供給が追いつかず、そのため負電位となって電子が
結晶表面に到達しなくなる。したがって、光電陰極３に
入射する光の強度に対応して結晶表面が負電位となって
書き込みが行われない部分と、結晶表面に電子が到達
し、表面が負電位とならずに書き込みが行われる部分と
ができ、その結果、入射する光の強度により闘値操作が
実行されることになる。

（ニ）実時間闘値動作によるAND演算機能 空間光変調管は、前述のとおり、実時間闘値動作機能を
有する。これを利用して次のようにAND演算を実行する
ことができる。即ち、第８図に示すように、２つの入力
を重ね合わせると、入力光強度は０、１、２の３レベル
となる。このうちのレベル２のところで実時間閾値動作
を行うと、結果は第９図の通りとなり、AND演算が実行
されたことになる。

次に本発明に必要なその他の構成要素について説明す
る。なお、入力像は２×２のパターンということにす
る。

拡大結像系 第10図に示すように２×２の入力像を４×４に拡大投影
させる。実際にはレンズ等により行われる。

多重結像系 第11図（Ａ）に示すように２×２の入力像を繰返し投影
させ、第11図（Ｂ）に示すようなパターンを得る。実際
には、レンズアレイ等により実現される。

逆多重結像系 第12図に示すように４×４の入力像を２×２に重ね合わ
せるように投影する。実際にはレンズアレイ等により実
現する。

次に前述の拡大結像、多重結像、逆多重結像を用いて光
演算に適したコーディングを行うコーディング法を２×
２の画像として説明する。

本出願人が別途出願した記銘、想起の方法について説明
する。

を次のように表す。

このとき記銘は、 と表され、一方想起は、 と表される。

しかしながら、この方法では画像処理を行うためには、
画像の２次元データを、１次元化する必要があり、この
演算を電気的に処理しなければならない。

これに対して本発明では次のような演算により記銘、想
起を行う。今、記憶させたい内容を とし、 とする。

ここで、拡大結像系により、 多重結像系により、 を得る。このとき の要素同士の乗算 をＭとすると、 （・……要素同士の乗算でHadamard積と呼ばれる。） となり、前述の行列演算により得られた結果と同一結果
が得られ（但し配列は異なっている）、 により記銘を行うことが可能であることが分かる。

また、 とし、 の要素同士の乗算 とすると、 となり、前述の行列演算で得られた結果と同一内容（但
し配列は異なっている）であり、 の逆多重結像により想起パターンが得られることが分か
る。

このように、多重結像系と拡大結像系を用いて記銘を行
い、さらに逆多重結像系を用いて想起を行うこができる
ので、全て光学的処理により連想記憶を実現することが
可能となる。

次に、具体的に本発明による光学的連想記憶について説
明する。なお、計算は前述の（３）式と同様の次式によ
り行う。

ここで、αは学習ゲイン、 の拡大結像、 の多重化像、Σは逆多重化像である。ｎ＋１回目の記憶
行列M_n+1は、ｎ回目のM_nによって想起した結果である との差により示される想起時の誤差成分と、 との積に学習ゲインαを掛けたものによって、M_nを修正
することで得られる。前述と同様、学習ゲインαはM_nが
収束するような値を選び、この演算処理をM_nが収束する
まで行うと分離度の向上したM_nが求められる。

第１図は本発明による光学的連想記憶装置の構成を示す
ブロック図である。図中、101は拡大結像系、102は多重
結像系、103は第１の演算器、104はメモリ、105は第２
の演算器、106は逆多重結像系、107は閾値メモリであ
る。

図において、拡大結像系101は前述したように、例えば
４×４の入力ｘから16×16の を作成し、多重結像系102は同様に４×４の を作成する。第１の演算器103は の要素同士の乗算を行う。第１のメモリ104は、 の加算、フィードバック値の減算を行うメモリである。
第２の演算器105はメモリ104の内容と の乗算を行って想起データを作成する。逆多重結像系10
6は16×16の光学的データを４×４の光学定データに変
換するためのものである。閾値メモリ107は閾値操作を
行い所定レベル以上のデータを検出してノイズをカット
するメモリである。このしきい値メモリの はフィードバック系を通して入力側にフィードバックさ
れる。

次に、記銘時の動作について式（４）に従って説明す
る。なお、記銘時の流れは図の細線で示してある。

先ず、記銘したい２次元の から拡大化系101で を作成し、同時に多重化系102で を作成する。

第２の演算器105で、メモリ104からのM_nと、多重化
系102からの を計算し、逆多重化系106を介し、閾値メモリ107で閾値
操作した後、メモリする。ここで、M_nは最初、例えば
“0"にセットされていることとする。もちろん、“0"以
外の値にセットするようにしてもよい。

作成した を入力データとして第１の演算器103で要素同士の乗算 を行い、α倍してメモリ104に記憶されているM_nに加算
する。

の結果をフィードバック系により入力に戻し、拡
大化系101で拡大結像させて とする。

第１の演算器103で を計算し、α倍してメモリ104のM_nより減算する。

によりM_nに をα倍して加算し、続いてにより をα倍してM_nより減算した結果のM_nがM_n+1となる。

以上の動作をM_nが収束するまで行うことにより、入力デ
ータの記銘が行われる。期待するM_nが得られるとその値
に基づいて処理が行われる。

次に想起時について説明する。

この場合、記憶行列Ｍはすでに計算され、記銘されてい
るものとする。想起時の流れは図の太線で示されてい
る。

先ず、想起させようとする２次元の入力データχよ
り多重結像系102によって を作成する。

第２の演算器105において、メモリ104から読み出し
たＭとの乗算、 を計算し、結果を逆多重結像系106で逆多重結像させ、
閾値メモリ107で閾値操作して記憶する。

閾値メモリ107より出力を読み出し、一回の想起で
は不十分な場合、またその出力をフィードバック系によ
り入力に戻し、再想起を行い、所望のデータを読み出
す。

こうして、記銘、想起を行うことができる。

次に、第１図の光学的連想記憶装置を空間光変調管を使
用して構成した実施例について説明する。

第２図（Ａ）は空間光変調管４本を用いた完全光学シス
テムによる光学的連想記憶装置の一実施例を示す図、第
２図（Ｂ）は記銘時のタイムチャート、第２図（Ｃ）は
想起時のタイムチャートである。図中、201〜204は空間
光変調管、211は拡大結像系、212は多重結像系、213は
逆多重結像系、221〜228はハーフミラー、231〜238は反
射鏡、S1、S2、S3はシャッタ、Vb₁〜Vb₄はそれぞれ空間
光変調管201〜204の結晶背面電圧、Vm₁〜Vm₄は空間光変
調管201〜204のマイクロチャンネルプレート（MCP）の
電圧である。これらの装置は第１図に対応する装置とし
て機能するために配置されており、第１図の演算器10
3、105は空間光変調管201を読み出した結果によって空
間光変調管202の読み出しを行うことにより実現し、メ
モリ104は空間光変調管203で構成し、閾値メモリ107は
空間光変調管204で構成している。なお、計算は第１図
と同様に（４）式に基づいて行われ、式中の学習ゲイン
αはMCPの電圧を適宜設定することにより与えられる。
また、第２図（Ｂ）、（Ｃ）における〜の表示は以
下における処理プロセス〜に対応している。

先ず、記銘時の動作について第２図（Ａ）、（Ｂ）を参
照して説明する。

χを入力してハーフミラー228、反射鏡238を介して
それぞれ拡大結像系211、多重結像系212へ導き、それぞ
れ を作成する。そして入力ONと同時に空間光変調管201、2
02の結晶背面電圧Vb₁、Vb₂を書き込み電圧に、マイクロ
チャンネルプレート（MCP）電圧Vm₁、Vm₂を所定時間ON
して空間光変調管201、202へそれぞれ を書き込む。

次にシャッタS1のみを開き、ハーフミラー221、22
2、反射鏡231、ハーフミラー223、224を介して単色光に
より空間光変調管202を読み出し続け、その結果でハー
フミラー224、225を介してメモリを構成している空間光
変調管203を読み出す。つまり空間光変調管202の読み出
し結果 と空間光変調管203の記憶内容Mnを続けて読み出すこと
により が計算される。計算結果をハーフミラー225を介し、逆
多重結像系213により逆多重化して を作成し、実時間ハードクリップ動作により閾値操作し
ながら空間光変調管204へ書き込む。この閾値処理は、
空間光変調管204の結晶背面電圧Vb₄をゆっくりと下げる
とともに、その間MCP電圧Vm₄をONすることにより行わ
れ、空間光変調管には閾値処理されたデジタル量 が記憶される。

シャッタS2のみを開き、同様に単色光によりハーフ
ミラー221、222、反射鏡232、ハーフミラー223を介して
空間光変調管201を読み出し、その結果でハーフミラー2
24を介して空間光変調管202を続けて読み出すことによ
り を計算する。シャッタS2をONすると同時に空間光変調管
203の結晶背面電圧Vb₃を加算に切り換えるとともに、MC
P電圧Vm₃をONし、読み出した をハーフミラー225、反射鏡233、234、235を介して空間
光変調管203へ加算する。

空間光変調管201の結晶背面電圧Vb₁を消去に切り換
えるとともに、MCP電圧Vm₁をONして空間光変調管201を
消去後、シャッタS3のみを開き、単色光によりハーフミ
ラー221、反射鏡236、ハーフミラー226を介して空間光
変調管204から を読み出し、ハーフミラー227、反射鏡237、ハーフミラ
ー228、反射鏡238を介して拡大結像系211で拡大結像さ
せ、空間光変調管201へ を書き込む。

シャッタS2のみを開き、空間光変調管201を読み出
し、その結果でハーフミラー223、224を介して空間光変
調管202を読み出して を計算する。シャッタS2ONと同時に空間光変調管203の
結晶背面電圧Vb₃を減算に切り換えるとともに、MCP電圧
Vm₃を所定時間ONし、空間光変調管203から を減算する。この時、結果は空間光変調管203のメッシ
ュ電極（第６図参照）の効果により０より小さくはなら
ない。

空間光変調管201、202及び204の結晶背面電圧Vb₁、
Vb₂、Vb₄を消去に切り換えるとともに、MCP電圧Vm₁、Vm
₂、Vm₄をONしてそれぞれ消去する。

以上の動作を、各入力パターンについて収束するまで行
うことにより記銘が完了する。

次に想起の動作について第２図（Ａ）、（Ｃ）を参照し
て説明する。

入力をONし、同時に空間光変調管202の結晶背面電
圧Vb₂を書き込みに切り換えるとともに、MCP電圧Vm₂をO
Nし、ハーフミラー228、多重結像系212を介して空間光
変調管202へ を書き込む。

シャッタS1のみを開き、単色光によりハーフミラー
221、222、反射鏡231、ハーフミラー223、224を介して
空間光変調管202を読み出し、その結果でハーフミラー2
24、225を介して空間光変調管203を読み出し、 を計算する。計算結果を逆多重結像系213により逆多重
化して を作成する。空間光変調管204の結晶背面電圧Vb₄をゆっ
くり下げるとともに、MCP電圧Vm₄をONし、実時間ハード
クリップ動作をしながら空間光変調管204へ を書き込む。

単色光によりハーフミラー221、反射鏡236、ハーフ
ミラー226を介して空間光変調管204を読み出し、ハーフ
ミラー227より出力 を得る。

空間光変調管202の結晶背面電圧Vb₂を消去に切り換
えるとともに、MCP電圧Vm₂をONして空間光変調管202を
消去後、シャッタS3のみをONする。単色光によりハーフ
ミラー221、反射鏡236、ハーフミラー226、227、反射鏡
237からなるフィードバックループにより空間光変調管2
04から想起した内容を、ハーフミラー228と多重結像系2
12を通して として空間光変調管202へ書込む。

空間光変調管204の結晶背面電圧Vb₄を消去に切り換
え、MCP電圧Vm₄をONして消去し、プロセスへ戻ること
が可能となる。

第３図（Ａ）は第２図の完全光学システムによる光学的
連想記憶装置の一部を電子回路に置き換えたハイブリッ
ド光学的連想記憶装置の本発明の一実施例を示す図、第
３図（Ｂ）は記銘時のタイムチャート、第３図（Ｃ）は
想起時のタイムチャートである。図中、301〜303は空間
光変調管、311は拡大結像系、312は多重結像系、313は
逆多重結像系、321〜324はハーフミラー、331〜335は反
射鏡、341は受光マトリックス、351はCPU、361、362は
パターン表示装置、S1、S2はシャッタである。

この実施例では、入力部分、フィードバック部分をCPU
に置き換えたことにより電子回路とのインターフェース
を容易にしている。また、使用する空間光変調管の数が
３本となり、より簡単に実現できるシステムとなる。

第３図（Ａ）、（Ｂ）を参照して記銘の動作について説
明する。

表示装置361、362をONし、CPU351より がパターン表示装置361、362へ供給されて表示される。
表示されたパターンは拡大結像系311によって拡大さ
れ、また多重結像系312によって多重化され、それぞれ を発生する。同時に空間光変調管301、302の結晶背面電
圧Vb₁、Vb₂を書込みに切り換えるとともに、MCP電圧V
m₁、Vm₂を所定時間ONして空間光変調管301、302へそれ
ぞれ を書き込む。

シャッタS1のみと、受光マトリックス341をONす
る。そして単色光によりハーフミラー321、反射鏡331、
ハーフミラー322、323を通して空間光変調管302を読み
出し、その結果でハーフミラー323、324を通して空間光
変調管303を続けて読み出して を計算する。計算結果を逆多重結像系313により逆多重
化して を得、これを受光マトリックス341で電気信号に変換し
てCPU351に供給する。CPU351においては閾値処理により が得られる。

シャッタS2のみを開くと同時に、空間光変調管303
の結晶背面電圧Vb₃を加算に切り換えるとともに、MCP電
圧Vm₃をONにする。その結果、単色光によりハーフミラ
ー321、反射鏡332、ハーフミラー322を介して空間光変
調管301の内容が読み出され、その結果でハーフミラー3
22、323を通して空間光変調管302が読み出され、 が計算され、計算結果はハーフミラー323、324、反射鏡
333、334、335を介して空間光変調管303に加算される。

空間光変調管301の結晶背面電圧Vb₁を消去に切り換
えるとともに、MCP電圧Vm₁をONにして空間光変調管301
を消去後、CPU351からの が表示装置361に供給されて表示され、拡大結像系311で
拡大結像される。同時に空間光変調管301の結晶背面電
圧をVb₁を書き込みに切り換えるとともに、MCP電圧Vm₁
をONすることにより拡大結像 が空間光変調管301へ書き込まれる。

シャッタS2のみを開くと同時に、空間光変調管303
の結晶背面電圧Vb₃を減算側に切り換えるとともに、MCP
電圧Vm₃を所定時間ONする。単色光によりハーフミラー3
21、反射鏡332、ハーフミラー322を介して空間光変調管
301の内容が読み出され、その結果でハーフミラー322、
323を通して空間光変調管302が読み出され、 が計算され、計算結果はハーフミラー323、324、反射鏡
333、334、335を介して空間光変調管303の内容から減算
される。この場合、計算結果はメッシュ効果によって
“0"より低くならない。

空間光変調管301、302の各結晶背面電圧Vb₁、Vb₂を
書込みに切り換えるとともに、MCP電圧Vm₁、Vm₂を所定
時間ONしてそれぞれ消去される。

以後〜の動作は記銘が完全に行われるまで繰り返し
実行される。

次に本発明の実施例の想起過程を第３図（Ａ）、（Ｃ）
を参照して説明する。

表示装置362をONし、 がCPU351より表示装置362に供給されて表示され、多重
結像系312で多重結像される。空間光変調管302の結晶背
面電圧を書き込みに切り換え、同時にMCP電圧を一定時
間ONすることにより空間光変調管302へ が書き込まれる。

シャッタS1のみと、受光マトリックス341をONし、
単色光によりハーフミラー321、反射鏡331、ハーフミラ
ー323を通して空間光変調管302から を読み出し、その結果でハーフミラー323、324を通して
空間光変調管303を読み出して を計算する。計算結果はハーフミラー324を介して逆多
重結像系313により逆多重化して を得、これを受光マトリックス341で電気信号に変換し
てCPU351に供給する。CPU351においては閾値処理により が得られ、データの想起が実行される。

空間光変調管302の結晶背面電圧Vb₂を消去に切り換
え、MCP電圧Vm₂を所定時間ONして消去した後、表示装置
362をONし、CPU351から供給された が表示され、多重結像系312により多重化される。空間
光変調管302の結晶背面電圧Vb₂を書き込みに切り換え、
同時にMCP電圧Vm₂を所定時間ONすることにより空間光変
調管302に書き込まれる。この過程からその後過程へ
戻ることも可能である。

第２図、第３図におけるシスエムにおいては、空間光変
調管201と202、301と302の２本で乗算を行っているが、
実際には｛0,1｝の２値の乗算であるため、論理演算のA
ND動作を同じである。そこで、この部分を実時間閾値動
作を用いたAND演算を用いることにより、空間光変調管
を１本減らすことが可能である。

第４図（Ａ）は実時間閾値動作AND演算を導入すること
により、空間光変調管を１本減らし、３本で実現した完
全光学システムによる光学的連想記憶装置の一実施例を
示す図、第４図（Ｂ）は記銘時のタイムチャート、第４
図（Ｃ）は想起時のタイムチャートである。図中、401
〜403は空間光変調管、411は拡大結像系、412は多重結
像系、413は逆多重結像系、421〜430はハーフミラー、4
31〜437は反射鏡、S1、S2、S3、S4はシャッタである。

図において、空間光変調管401はAND演算を行い、空間光
変調管402はメモリとして機能し、空間光変調管403は閾
値メモリとして機能する。

第４図（Ａ）、（Ｂ）を参照して記銘について説明す
る。

シャッタS1のみを開いて を入力し、多重結像系412で多重結像させて空間光変調
管401の結晶背面電圧Vb₁を書き込みに切り換えるととも
に、MCP電圧Vm₁を所定時間ONして を書き込む。

単色光によりハーフミラー421、反射鏡431、ハーフ
ミラー422を介して空間光変調管401を読み出し、その結
果でハーフミラー422、423を介して空間光変調管402を
読み出して を計算し、逆多重結像系413により逆多重化を行って を計算する。空間光変調管403の結晶背面電圧Vb₃をゆっ
くりと下げるとともに、その間MCP電圧Vm₃をONして実時
間閾値動作により、閾値処理をしながら空間光変調管40
3へ を書き込む。

空間光変調管401の結晶背面電圧Vb₁を消去に切り換
えるとともに、MCP電圧Vm₁を所定時間ONして消去後、 を入力し、シャッタS1、S2を開いてハーフミラー427、4
29、多重結像系412により を、またハーフミラー427、428、429、反射鏡437、拡大
結像系411により拡大結像 を作成する。同時に空間光変調管401の結晶背面電圧Vb₁
をゆっくりと下げるとともに、その間MCP電圧Vm₁をON
し、入射光強度の強いところは書き込み、入射光強度の
弱いところはロックアウト状態にする実時間閾値動作に
より、 のAND演算を実行させ を書き込む。

空間光変調管402の結晶背面電圧Vb₂を加算に切り換
えるとともに、所定時間MCP電圧Vm₂をONし、空間光変調
管401を読み出して を空間光変調管402へ加算する。

空間光変調管401の結晶背面電圧Vb₁を消去に切り換
えるとともに、MCP電圧Vm₁を所定時間ONして消去後、 を入力し、シャッタS1、S4を開き、ハーフミラー429、
多重結像系412により を作成し、またハーフミラー421、反射鏡435、ハーフミ
ラー424を介して空間光変調管403より を読み出し、ハーフミラー424、425、反射鏡436、ハー
フミラー426、428、反射鏡437を介して拡大結像系411に
より を作成し、の場合と同様に実時間閾値動作により のAND演算を実行させ、 を空間光変調管401へ書き込む。

単色光により反射鏡431、ハーフミラー422を介して
空間光変調管401を読み出し、空間光変調管402の結晶背
面電圧Vb₂を減算に切り換えるとともに、MCP電圧Vm₂をO
Nして空間光変調管402より減算する。この時、結果はメ
ッシュ電極の結果により０より小さくはならない。

空間光変調管401、403の結晶背面電圧Vb₁、Vb₃を消
去に切り換えるとともに、MCP電圧Vm₁、Vm₃を所定時間O
Nしてそれぞれ消去する。

以上の動作を各入力パターンについて収束するまで行う
ことにより記銘が完了する。

次に、第４図（Ａ）、（Ｃ）を参照して想起について説
明する。

シャッタS1のみを開き、 を入力し、空間光変調管401の結晶背面電圧Vb₁を書き込
みに切り換えるとともに、MCP電圧Vm₁をONし、ハーフミ
ラー427、429を介して多重結像系412で作成した を空間光変調管401へ書き込む。

単色光により反射鏡431、ハーフミラー422を介して
空間光変調管401を読み出し、その結果でハーフミラー4
22、423を介して空間光変調管402を読み出し、 を計算する。計算結果を逆多重結像系413により逆多重
して を作成し、空間光変調管403の結晶背面電圧Vb₃をゆっく
りと下げるとともに、その時間MCP電圧Vm₃をONして実時
間閾値動作をさせ、空間光変調管403へ を書き込む。

単色光によりハーフミラー421、反射鏡435、ハーフ
ミラー424を介して空間光変調管403を読み出してハーフ
ミラー425より を出力として得る。また、この出力をシャッタS1、S3を
開いてフィードバック系で戻して再想起することもでき
る。

空間光変調管401の結晶背面電圧Vb₁を消去に切り換
えるとともに、MCP電圧Vm₁をONして消去した後、シャッ
タS1、S3を開き、空間光変調管401の結晶背面電圧Vb₁を
書き込みに切り換えるとともに、MCP電圧Vm₁をONし、多
重結像系412を通して空間光変調管401へフィードバック
ループの出力を書き込む。

空間光変調管403の結晶背面電圧Vb₃を下げるととも
に、所定時間MCP電圧Vm₃をONして消去した後、からの
プロセスを繰り返すことにより想起をが行われる。

第５図（Ａ）は第４図の完全光学システムによる光学的
連想記憶装置の一部を電子回路に置き換えたハイブリッ
ド光学的連想記憶装置の一実施例を示す図、第５図
（Ｂ）は記銘時のタイムチャート、第５図（Ｃ）は想起
時のタイムチャートである。図中、501、502は空間光変
調管、511は拡大結像系、512は多重結像系、513は逆多
重結像系、521〜523はハーフミラー、531〜534は反射
鏡、541は受光マトリックス、551はCPU、561、562はパ
ターン表示装置である。

この実施例は、第４図の光学的連想記憶装置システムの
入力部分、フィードバック部分をCPUに置き換えたこと
により、電子回路とのインターフェースを容易にし、か
つ出力部も電子回路に置き換えることにより、空間光変
調管を１本減らしたハイブリッド光学的連想記憶システ
ムとなる。

第５図（Ａ）、（Ｂ）を参照して記銘時の動作を説明す
る。

CPU551より を表示装置561へ供給して表示し、表示されたデータを
多重結像系512で に変換し、空間光変調管501の結晶背面電圧Vb₁を書き込
みに切り換えるとともに、MCP電圧Vm₁を所定時間ONして を書き込む。

受光マトリックス541をONし、単色光によりハーフ
ミラー521を介して空間光変調管501を読み出し、その結
果でハーフミラー521、522を介して空間光変調管502を
読み出し、 を計算する。計算結果はハーフミラー522を介して逆多
重結像系513で逆多重され、 が作成されて受光マトリックス541により電気信号に変
換される。この電気信号はCPU551に取り込まれ、閾値処
理してデータ が得られる。

空間光変調管501の結晶背面電圧Vb₁を書き込みに切
り換えるとともに、MCP電圧Vm₁を所定時間ONして消去し
た後、表示装置561、562をONし、拡大結像系511、多重
結像系512によりそれぞれ を作成する。そして空間光変調管501の結晶背面電圧Vb₁
をゆっくりと下げるとともに、MCP電圧Vm₁をその間ONし
て実時間閾値動作により、 のAND演算を実行し を書き込む。

単色光によりハーフミラー521を介して空間光変調
管501を読み出す。このとき、空間光変調管502の結晶背
面電圧Vb₂を加算に切り換えるとともに、MCP電圧Vm₂を
所定時間ONして を空間光変調管502に加算する。

空間光変調管501の結晶背面電圧Vb₁を消去に切り換
えるとともに、MCP電圧Vm₁を所定時間ONして消去した
後、表示装置561、562をONし、CPUから表示装置561に入
力 を、表示装置562に を供給して表示させ、拡大結像系511、多重結像系512に
よりそれぞれ を作成する。そして、空間光変調管501の結晶背面電圧V
b₁をゆっくりと下げるとともに、MCP電圧Vm₁をその間ON
して実時間閾値動作により、 とのAND演算を実行し、 が空間光変調管501に書き込まれる。

空間光変調管502の結晶背面電圧Vb₂を減算に切り換
えるとともに、MCP電圧Vm₂を所定時間ONし、単色光によ
りハーフミラー521を介して空間光変調管501から を読み出し、その結果をハーフミラー522を介して空間
光変調管502に書き込み、蓄えられているデータから減
算される。この場合、結果はメッシュ電極の効果によっ
て“0"以下にならない。

空間光変調管501の結晶背面電圧Vb₁を消去に切り換
えるとともに、MCP電圧Vm₁を所定時間ONして消去する。

以上の動作を繰り返すことにより記銘が行われる。

第５図（Ａ）、（Ｃ）を参照して想起の動作について説
明する。

表示装置561をONし、 がCPU551から供給されて表示され、多重結像系512によ
り が作成される。空間光変調管501の結晶背面電圧Vb₁を書
き込みに切り換えるとともに、MCP電圧Vm₁を所定時間ON
して書き込み状態にして が書き込まれる。

受光マトリックス541をONし、単色光よりハーフミ
ラー521を介して空間光変調管501より を読み出し、その結果でハーフミラー522を介して空間
光変調管502の内容を読み出して を計算する。計算結果は逆多重結像系513で逆多重化さ
れて が作成され、受光マトリックス541で電気信号に変換さ
れてCPU551に取り込まれる。CPU551において閾値処理さ
れて が得られる。この出力は入力側へフィードバックされれ
再想起過程が実行される。

空間光変調管501の結晶背面電圧Vb₁を消去に切り換
えるとともに、MCP電圧Vm₁を所定時間ONして消去後、表
示装置561をONすると、 は表示装置561に表示される。このとき空間光変調管501
の結晶背面電圧Vb₁を書き込みに切り換えるとともに、M
CP電圧Vm₁を所定時間ONすることにより空間光変調管501
へ書き込まれる。その後、プロセスへ戻る。

以上の過程を繰り返すことにより想起が行われる。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、従来の連想記憶装置によ
うに計算機の記憶装置として開発された電気的デジタル
信号を対象とするものに比して、特にパターン情報に対
してスキャニングの操作を不要とし、その結果処理時間
を非常に短縮し、かつ連続的に出力を得ることが可能と
なり、光学検索装置等に使用することが可能となる。ま
た、連想記憶メモリの場合、記憶内容が全体に分散して
いるため、一部分が壊れても、読み出しが完全に不可能
とはならず、また連想記憶を光学的に行うことにより、
同一の演算回路を大量に並べ、それらの相互接続を容易
に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による光学的連想記憶装置のブロック
図、第２図は空間光変調管を用いた光学的連想記憶装置
の光学系の実施例を示す図、第３図は空間光変調管を用
いた光学的連想記憶装置の光学系の本発明の一実施例を
示す図、第４図及び第５図は空間光変調管を用いた光学
的連想記憶装置の光学系の実施例を示す図、第６図は本
発明による光学的連想記憶装置の基本的な構成要素であ
る空間光変調管の構成を説明するため図、第７図は空間
光変調間の結晶表面の２次電子放出特性及び書き込み、
消去を説明するための図、第８図及び第９図は空間変調
管の実時間ハードクリップ機能によるAND演算を説明す
るための図、第10図は拡大結像系を説明するための図、
第11図は多重結像系を説明するための図、第12図は逆多
重結像系を説明するための図である。 １……像、２……レンズ、３……光電陰極、４……マイ
クロチャンネルプレート、５……メッシュ電極、６……
結晶、61……電荷蓄積面、７……ハーフミラー、８……
単色光、９……検光子、10……出力光、101……拡大結
像系、102……多重結像系、103……第１の演算器、104
……メモリ、105……第２の演算器、106……逆多重結像
系、107……しきい値メモリ、201〜204……空間光変調
管、211……拡大結像系、212……多重結像系、213……
逆多重結像系、221〜228……ハーフミラー、231〜238…
…反射鏡、S1、S2、S3……シャッタ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】入力信号を提示する光学装置と、光学装置
   からの出力像を第１の空間光変調管の光電面に拡大結像
   させる拡大結像光学系と、光学装置からの出力像を第２
   の空間光変調管の光電面に多重結像させる多重結像光学
   系と、第１の空間光変調管から拡大結像を読み出した
   後、第２の空間光変調管から多重結像を読み出すことに
   より実行される拡大結像と多重結像との乗算出力像を第
   ３の空間光変調管の光電面に導く光学系と、第２の空間
   光変調管から多重結像を読み出した後、第３の空間光変
   調管を読み出すことにより実行される第３の空間光変調
   管の記憶内容と多重結像との乗算出力像を受光装置に逆
   多重結像させる逆多重結像光学系と、受光装置からの出
   力の閾値処理等の信号処理を行って光学装置への入力と
   してフィードバック信号を出力するCPUとを備え、 入力像の拡大結像と多重結像をそれぞれ第１、第２の空
   間光変調管に書き込み、第２、第３の空間光変調管の順
   に読み出して、第３の空間光変調管の記憶内容と多重結
   像との乗算出力信号の逆多重結像をCPUで閾値処理して
   記憶し、第１、第２の空間光変調管を読み出して拡大結
   像と多重結像の乗算出力像を第３の空間光変調管に書き
   込んで加算し、CPUの出力を拡大結像系にフィードバッ
   クし、フィードバック信号の拡大結像と入力信号の多重
   結像との乗算出力像を第３の空間光変調管に書き込んで
   減算することにより記銘し、 第２、第３の空間光変調管の順に読み出して、入力信号
   の多重結像と第３の空間光変調管の記憶内容との乗算出
   力信号の逆多重結像を閾値処理して想起することを特徴
   とする光学的連想記憶装置。