JPS62196630A - 減算演算装置 - 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、空間光変調管等の光演算装置を用いた減算演
算装置に関する。

（従来の技術） ２つの数値相互間の減算演算は、集積回路を用いたディ
ジタル演算回路を利用することにより行われている。

このような演算を行うためには加算器と呼ばれる演算回
路に数値を転送し、補数をとることにより減算演算を実
行する。

この演算回路は通常１個の減算演算しか行うことができ
ないため、大量の数値の減算には減算操作を多数繰り返
すか、大量の演算回路を用意する必要がある。

また扱える数値の表現は、２を法とする数値である２進
法に限定される。

（発明が解決しようとする問題点） このような大量の減算演算のために、多数の減算操作を
行うか、または大量の演算回路が必要であった。

また演算回路に用意されている桁数以上の桁数を持つ数
値の減算には、さらに減算操作の回数が増加するという
欠点があった。

さらに演算回路の扱える数値の表現は、２を法とする数
値である２進数に限定されるという欠点があった・ 本発明の目的は上記欠点である多量の数値の減算を簡単
な操作にて実行でき、また桁数の制約による減算操作の
回数増加を必要最小限とでき、扱える数値の表現は、任
意の数を法とする数値とすることができる新規な構成の
減算装置を提供することにある。

（問題点を解決するための手段） 前記目的を達成するために、本発明による減算演算装置
は、記憶機能と減算機能をもち順次入力された輝点の光
強度間の差に対応する光強度を持つ輝点群を出力する第
１の光演算装置と、記憶機能と閾値処理機能をもち入射
輝点群に闇値処理をし、２値化された光強度を持つ輝点
群を記憶、出力する第２の光演算装置と、任意の数を法
とする減算対象の数値情報をそれぞれ前記数値に比例し
た光強度に変換し、平面内に輝点群として配置する第１
および第２の入力装置と、前記第１の光演算装置に一様
な光強度を持つ光を入射させる光源装置と、前記第１の
光演算装置および第２の光演算装置の出力である輝点群
の個々の輝点の光強度を、任意の数を法とする数値情報
に変換して出力する光電変換装置と、前記第１および第
２の入力装置より出力される複数の輝点群相互とさらに
前記第２の光学演算装置の出力される輝点群とを重ねて
結像する光学手段から構成されている。

（実施例） 本発明を図面等を参照して、さらに詳しく説明する。

第１図は、本発明による減算演算装置の実施例の基本的
な構成要素である第１および第２の光演算装置として用
いられる空間光変調管の基本的な構成と動作を説明する
ための略図である。

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
像１は光電子像に変換される。

その光電子像はマイクロチャネルプレート４で増倍され
た後、結晶６の表面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。

ここで直線偏光の光８を結晶６に照射すると電荷Ｎ積面
６１からの反射光は、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光１の光強度に対応した光強度
を持つ光出力１０が得られる。

次に本発明に必要な空間光変調管の主要な機能を説明す
る。

＜１）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。

（２１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２図は電気光学結晶表面の２次電子放出特性を示すグ
ラフである。

第２図に示すように結晶表面６１へ入射する１次電子エ
ネルギーＥが第１クロスオーバ一点Ｅ１よりも小さいか
、または第２クロスオーバ一点Ｅ２より大きい場合には
、１次電子数が２次電子数よりも多いので（δ〈１）結
晶表面は負に帯電する。

１次電子のエネルギーがＥｌとＥ２の間ならば、２次電
子数が１次電子数よりも多く　（δ〉１）結晶表面は正
に帯電する。

この正負の書込みは、第１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荷を一度書込み、次に正に帯電させ
る方法と、最初に正に帯電させ、次に負の電荷を書込む
２つの方法により減算機能を持たせることができる。減
算する量は、次の３つの方法により制御できる。

１つは減算時の入射光強度を変化させる方法、もう１つ
は、マイクロチャネルプレー１・４に加える電圧４１の
持続時間を変化させる方法、さらにマイクロチャネルプ
レート４に加える電圧４１を変化させる方法である。

（３）闇値制御機能 第３図に示すように、Ａ、　Ｂ、　　Ｃ３段階の明るさ
の像を書き込む場合を考える。

最も明るい部分Ｂに対応する結晶６の電荷蓄積面６１の
電子の密度が最も大きく、Ａ、Ｃの順に少なくなる。

第４図において、Ａ部分の出力光強度はＩ。／２゜Ｂ部
分はＩＯ，Ｃ部分はＯに相当する。

この状態で第１図に示す電圧ｖｂを下げることにより最
も負電荷の多いＢ部分だけを負電位にすることができる
。

以下例をあげて説明する。

第１図において、Ｖｂ＝２ＫＶ、Ｖｃ＝’１ＫＶｃ！：
して、第３図の入力光の書込みを行ったとする。

パターンＢに対応するところは、電子の付着口が最も大
きく、メツシュ電圧の電位ＩＫＶに達し、Ａに対応する
部分の電位ば１゜５ＫＶに達し、はとんど電子の付着し
ていないＣに対応する部分はｖｂと同じ２ＫＶであった
とする。

ここでｖｂを０．５　Ｋ　Ｖとすると Ｂに対応する部分の電位は−０，５Ｋ　ＶＡに対応する
部分の電位はＯ，ＯＫ　ＶＣに対応する部分の電位は＋
０．５　Ｋ　Ｖとなる。

ここでメツシュ電圧Ｖｃを例えば０．５　Ｋ　Ｖにして
一様な光で空間光変調管の光Ｍ１陰極３を照射すると、
Ｂの部分は負電位で入射電子を反撥し、Ａに対応する部
分にはその部分が０．５　Ｋ　Ｖになるまで電子が入射
させられることになる。その結果Ｂに対応する部分以外
の電荷をＯにできる。

このように成る電荷のレベルを設定してそのレベル以上
とか以下に２値化することを闇値制御機能ということに
する。

一般的に任意の数ｎを法とする数値相互の減算の式は下
記（１）　ｆ２１で示される。

ここでＡｔ、Ｂｔはｎを法とする数値、５ＵＢｔは、減
算結果の数値、ＢＯｔは上位の桁から借りた数値、ｔは
ｔ桁目についての添字を意味する。

５ＵＢｔ＝Ａｔ　　Ｂｔ　　ＢＯｔ−１＋ｎ−ＢＯｔ・
・・・・・・・・・・・（１１ ＢＯｔ＝Ｏ（Ａｔ−Ｂｔ−ＢＯｔ−、≧０）ＢＯｔ＝１
　（Ａｔ−Ｂｔ−ＢＯｔ　　ｓ　＜０）・・・・・・・
・・・・・（２） ここで（１）　（２）式を次のように変形する５ＵＢｔ
＝　（Ａｔ＋ｎ）−（Ｂｔ＋ＢＯｔ−１）−ｎ＋ｎ−Ｂ
Ｏｔ・・・・・・・・・・・・・・・・・・（３）ＢＯ
ｔ＝Ｏ，（２ｎ−１（Ａｔ＋ｎ−（Ｂｔ＋ＢＯｔ−１）
）　＜ｎ） ＢＯｔ−１，（２ｎ−１−（Ａｔ＋ｎ−（Ｂｔ＋ＢＯｔ
−＋、））　≧ｎ） ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（４）次
に減算の手順を示す。

■Ａｔ＋ｎを求める。

■Ａｔ＋ｎ　　　（Ｂｔ＋ＢＯｔ　　１）を求める。

■ＢＯｔを求める。

■Ａｔ＋ｎ−（Ｂｔ＋ＢＯｔ　−＋　）＋ｎ−ＢＯｔを
求める。

■Ａｔ＋ｎ−（Ｂｔ＋ＢＯｔ　　ｓ　）＋ｎ−ＢＯｔ−
ｎを求める。

■■〜■を必要な桁数だけ繰り返す。

第６図と第７図に２進法、３進法の場合の演算のパター
ンを示すグラフを示す。

以上の減算演算を２を法とする数値の減算演算の実施例
に基づいて説明する。

第５図は、本発明による減算演算装置の実施例を示すブ
ロック図である。

第１の入力装置はＬＥＤアレー１１、第２の入力装置は
ＬＥＤアレー１２により形成され、任意の数を法とする
減算対象の数値情報をそれぞれ前記数値に比例した光強
度に変換し、平面内に輝点群として表示する。

前記第１および第２の入力装置より出力される複数の輝
点群相互とさらに後述する第２の光学演算装置（空間光
変調管３８）が出力する輝点群は、それぞれ光学手段を
介して第１の光学演算装置（空間光変調管３７）に入力
され重ねられる。

第１の光演算装置は、記憶機能と減算機能をもち順次入
力された輝点の光強度間の差に対応する光強度を持つ輝
点群を出力することができる空間光変調管３７により形
成されている。

第２の光演算装置は、記憶機能と闇値処理機能をもち入
射輝点群に闇値処理をし、２値化された光強度を持つ輝
点群を記憶、出力する空間光変調管３８により形成され
ている。

第１の入力装置はＬＥＤアレー１１、第２の入力装置は
ＬＥＤアレー１２により形成され、任意の数を法とする
減算対象の数値情報をそれぞれ前記数値に比例した光強
度に変換し、平面内に輝点群として表示する。

図示されていない光源からシャ・ツタ２３を介して供給
される一様な光強度を持つ光１５が、ハーフミラ−３０
，３１，レンズ２５を介して前記第１の光演算装置であ
る空間光変調管３７に入射させられる。

光電変換装置である受光素子アレー４８には、前記第１
の光演算装置である空間光変調管３７からの光が検光子
４６を介して入射させられ、輝点群の個々の輝点の光強
度は、任意の数を法とする数値情報に変換して出力され
る。

偏光子４４は図示しない光源からの光を直線偏光にして
読み出し光を形成する。

ハーフミラ−３６で分離された読み出し光１７はハーフ
ミラ−３４を解して空間光変調管３８に供給される。ま
た読み出し光１６はミラー３９．ハーフミラ−３２を解
して空間光変調管３７に供給される。

前記実施例装置により、前述した減算演算の実施を細部
の構成とともに説明する。

■Ａｔ　＋２ ＬＥＤアレイ１１，１２の出力をそれぞれＡｔ。

Ｂｔとする。

この出力は２を法とする数値情報を、電気信号０゜１と
して取込み、この電気信号０，１に比例した光強度に変
換しＬＥＤアレイ１１，１２の平面内に輝点群として表
示したものである。

光１５の光強度は、法の数２に比例した光強度をもつも
のであり、シャッタ２３を介してハーフミラ−３０に入
射させられている。

シャッタ２１を閉（またはＬＥＤアレイ１２を清澄）と
し、シャッタ２２が開の状態で、ＬＥＤアレイ１１から
ハーフミラ−２９を介して供給される光（Ａｔ）と前記
光１５をハーフミラ−３０とレンズ２５により互いに重
ねて、空間光変調管３７の光電陰極３に結像させること
により、空間光変調管３７にＡｔ＋２を書き込む。

■Ａｔ＋２−　（Ｂｔ＋ＢＯｔ−＋　）ＬＥＤアレイ１
１と光１５を消灯か（またはシャッタ２２．２３を閉と
するか）により空間光変調管３７の光電陰極３に（Ｂｔ
＋ＢＯｔ−、）（Ｄ光強度を持つ光を入射させる。

ここで先に説明した空間光変調管の減算操作を行う。

検光子４５を結晶表面５０に電荷がない場合の反射光１
８を通過させるように、偏光板４４に対してパラレルニ
コルの状態に置（ことにより、出力光１８は２・２−１
−　（Ａｔ＋２−　（Ｂｔ＋ＢＯ１−１））に対応した
光強度を持つ。

■ＢＯｔ 第２の空間光変調管３８に第１の空間光変調管３７の出
力光１８を書込む。

さらに先に３で説明した閾値制御機能を用い、２以上の
光強度を持つ輝点に対応する輝点のみ出力させる。

ここで空間光変調管３８の出力光２０は、ＢＯｔの光強
度を持つことになる。

この出力光２０は１の記憶機能により保持され必要があ
れば、受光素子アレイ４９により電気信号として上位の
桁からの借りの情報を得ることができる。

■Ａｔ＋２−　（Ｂｔ＋ＢＯｔ　　ｌ　）＋２・ＢＯｔ
空間空間光管開管３７、■のＡｔ＋２−（Ｂｔ＋ＢＯｔ
ｓ）が記憶されている。

ここでシャッタ２１，２２を閉とするか、ＬＥＤアレイ
１１．１２と光１５を消灯し、ＢＯｔの光２０のみを空
間光変調管３７に入射させて書込む（空間光変調管３８
→ハーフミラ−３４−ミラー４３．４２−検光子４７−
レンズ２７→ハーフミラ−３５→レンズ２８→ミラー４
０−シャッタ２４−ハーフミラ−３１−レンズ２５−空
間光変調管３７）。

これによりＡｔ＋２　　　（Ｂｔ＋ＢＯｔ　　ｓ　）＋
２・ＢＯｔが得られる。

２倍されたＢＯｔの加算は読み出し光１７の光強度を制
御するか、マイクロチャネルプレート駆動電圧４１を制
御するか、その持続時間を制御することで得られる。

■Ａｔ＋２　　　（Ｂｔ＋ＢＯｔ　　ｒ　）＋２・ＢＯ
ｔシャッタ２１．２２．２４を閉（または、ＬＥＤアレ
イ１１，１２を消灯）としシャッタ２４を閉とする方法
で、光強度２を持つ光のみを空間光変調管３７に入射さ
せる。

ここで２の減算機能を用いて−２の減算をおこない、検
光子４６を結晶表面５０に電荷がない場合の出力光１９
を阻止するように偏光板４４に対してクロスニコルの状
態に置（ことにより出力光１９はＡｔ＋２　　（Ｂｔ＋
ＢＯｔ　　１　）＋２・ＢＯｔ−２の減算結果に対応す
る光強度を持つ。

検光子４６を透過した出力光１９を受光素子アレイ４８
により電気信号に変換し、減算結果の数値情報を得るこ
とができる。

以上の操作を下位の桁から減算すべき桁数だけ繰り返す
。

以上の減算は、減算する１つの数値だけではなく、同時
に平面内に配置された輝点全てに共通して行われる。

すなわち複数の数値の減算が同時に処理されていること
になる。

また以上の実施例は２を法とする数値についての減算操
作であったが、入力Ａｔ、ＢＬにセットする数値情報と
、受光素子の出力をアナログ値とし、ｎ倍のＢＯｔの加
算はマイクロチャネルプレート駆動電圧４１を制御する
か、その持続時間を制御するか、または装Ｗ２からの読
み出し光１７の光強度を制御することでｎ倍の加算を行
う手段により任意の数ｎを法とする数値についての減算
を行うことができる。

（発明の効果） 以上詳しく説明したように、本発明による減算演算装置
は、記憶機能と減算機能をもち順次入力された輝点の光
強度間の差に対応する光強度を持つ輝点群を出力する第
１の光演算装置と、記憶機能と闇値処理機能をもち入射
輝点群に闇値処理をし、２値化された光強度を持つ輝点
群を記憶、出力する第２の光演算装置と、任意の数を法
とする減算対象の数値情報をそれぞれ前記数値に比例し
た光強度に変換し、平面内に輝点群として配置する第１
および第２の入力装置と、前記第１の光演算装置に一様
な光強度を持つ光を入射させる光源装置と、前記第１の
光演算装置および第２の光演算装置の出力である輝点群
の個々の輝点の光強度を、任意の数を法とする数値情報
に変換して出力する光電変換装置と、前記第１および第
２の入力装置より出力される複数の輝点群相互とさらに
前記第２の光学演算装置の出力される輝点群とを重ねて
結像する光学手段から構成されている。

したがって任意の数を法とする数値多数の減算を、少な
い操作で実行できる。

そのため本発明は、光コンピュータの演算ユニットの一
つとして広く利用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による減算演算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略
図である。 第２図は、空間光変調管の結晶表面の２次電子放出特性
を示すグラフである。 第３図は、空間光変調管の闇値制御を説明するための略
図である。 第４図は、結晶表面電荷量δと、出力光強度■。 出力光位相差φとの関係を示すグラフである。 第５図は、本発明による減算演算装置のブロック図であ
る。 第６図は、２を法とする減算演算装置の論理表を示すグ
ラフである。 第７図は、３を法とする減算演算装置の論理表を示すグ
ラフである。 １・・・入力光 ２．２５〜２８・・・レンズ ３・・・光電陰極 ４・・・マイクロチャネルプレート ５・・・メッシュ ロ・・・結晶 ６１．５０・・・結晶表面 ４１・・・マイクロチャネルプレート駆動電圧７．２９
〜３６・・・ハーフミラ− ８，１６，１７・・・読み出し光 １０．１８．１９・・・出力光 １１．１２・・・ＬＥＤプレイ １３．１４・・・減算される輝点群 １５・・・一様な光強度を持つ光 １６．１７・・・読み出し用の光 ２０・・・出力光（ＢＯＲＲＯＷ用輝点群）２１〜２４
・・・シャッタ ３７．３８・・・空間光変調管 ３９〜４０．４２．４３・・・ミラー ４４・・・偏光板 ４５〜４７・・・検光子 ４８．４９・・・受光素子アレイ 特許出願人　浜松ホトニクス株式会社 代理人　弁理士　　井　ノ　ロ　　溝 手続補正書 昭和６１年　３月２５日 特許庁長官殿　　　　　　　ッ１１． １、事件の表示 ０６１年特　許　願第３９５０４号 ２、発明の名称 減算演算装置 ３、補正をする者 事件との関係　　　特許出願人 ４、代理人 ６．７鉦の対１２　　　　図　面 才４図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）記憶機能と減算機能をもち順次入力された輝点の
   光強度間の差に対応する光強度を持つ輝点群を出力する
   第１の光演算装置と、記憶機能と閾値処理機能をもち入
   射輝点群に閾値処理をし、２値化された光強度を持つ輝
   点群を記憶、出力する第２の光演算装置と、任意の数を
   法とする減算対象の数値情報をそれぞれ前記数値に比例
   した光強度に変換し、平面内に輝点群として配置する第
   １および第２の入力装置と、前記第１の光演算装置に一
   様な光強度を持つ光を入射させる光源装置と、前記第１
   の光演算装置および第２の光演算装置の出力である輝点
   群の個々の輝点の光強度を、任意の数を法とする数値情
   報に変換して出力する光電変換装置と、前記第１および
   第２の入力装置より出力される複数の輝点群相互とさら
   に前記第２の光学演算装置の出力される輝点群とを重ね
   て結像する光学手段から構成した任意の数を法とする数
   値相互の減算をする減算演算装置。
2. （２）前記第１および第２の光演算装置は空間光変調管
   である特許請求の範囲第１項記載の減算演算装置。