JPS63229438A

JPS63229438A - 光計算論理装置

Info

Publication number: JPS63229438A
Application number: JP63040920A
Authority: JP
Inventors: アール・エー・フォーク; シー・デイー・キャップス; テイー・エル・ホーク
Original assignee: Boeing Co
Current assignee: Boeing Co
Priority date: 1987-02-27
Filing date: 1988-02-25
Publication date: 1988-09-26
Also published as: AU1060688A; KR880010360A; EP0280333A2; US5010505A; EP0280333A3

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、光情報処理に関し、特に、並列な光論理計
算操作を行う為の光学的クロスバ−技術に関する。

［従来技術］電子回路では情報伝達媒体が電子なのに対し、光学回路
では情報伝達媒体が光子であるという基本的な差異があ
る。電子回路においては、情報伝達媒体である電子は互
いに作用するのに対して、光学回路においては、情報伝
達媒体である光子は互いに作用しない。これは、光学装
置においては、電子機器には存在しない相互接続、特に
、並列な＋Ｆ、ｓ造の相互接続の可能性があることを意
味する。

この発明では、完全に並列なシングルステッププロセス
でデジタルの計算及び論理操作を行う為に上記構造型式
を用いる。入力のスイッチが投入された後、光子が装置
を通過し、出力が現れる。よって、計算時間をより速く
することが可能である。

この発明の数学的構造は、代理人番号（Ａｔｔｏｒｎｅｙ　Ｄｏｅｋｅｔ　Ｎｏ、）　８６Ｃ
ＡＰ８０５ＤＡＢのｒ光計算論理装置（Ｐ　ａｒａｌｌ
ｅｌ　ＯｐｔｉｃａｌＡ　ｒｌｔｈｍｅｔｉｃ　／　Ｌ
　ｏｇｌｃ　　Ｕ　ｎ１ｔ　）　Ｊの中でＣ，Ｄ。

カップス（ＣａｐｐＳ）氏とＲ，Ａ、　　フォルク（Ｆ
ａｌｋ）氏（本発明者）が提唱し適用した具体例に類似
している。上述の開示例においては、並列な光学的フー
リエ変換バタン認識か直線的に等間隔のコヒーレントな
点源の内の点灯した２つの光源の間の間隔によって決定
される。（２ｎ−１）個の認識フィルタと入力部材との
セットの使用によって、この技術は、アンチダイアゴナ
ルに入替えられたｎの論理真偽表でｎ個の部材の決定の
為に用いられる。特に、剰余加算及び剰余掛算を実行可
能である。

上記能力は、剰余計算が「伝達」する操作を育していな
い、つまり、表示する各ｒビット」が互いに独立してい
るという事実を有する。よって、例えば、２つの数字に
対応するｒビット」の剰余計算における加算は、他のｒ
ビット」を連結するのではなく、他のｒビット」に対し
て並列である装置によって実行される。剰余計算におい
て、数字を表わす各ｒビット」は、１０進数をｒｒａｄ
ｉｘ（基数）」と呼ばれるその位置に一致する素数で割
った剰余である。しかし、剰余計算の特性を利用し、レ
ンズやフィルタの必要性を除去する光学による計算技術
が以前にはなかった。

２次元の光コンピュータはシエーファ−（Ｓ　ｃｈａｃ
ｆｅｒ　）氏らによる米国特許第３，９９６゜４５５に
よって開示されている。シエーファー氏らは１組の行列
によって計算操作を行い、出力面が２次元の像を投射す
る為に用いられ、この２次元の像のバタンか出力状態を
示す。しかし、この２次元像パタンの検出はコンピュー
タを正しく動作させる為には問題がある。加えて、シエ
ーファー氏らは、剰余計算における単独の計算関数の並
列処理による、１つのステップでないデータの２進法化
を開示している。

［発明の目的］この発明の目的は、レンズやフィルターを必要とせずに
並列に光論理計算操作を行う方法及び装置を提供し、更
に、論理計算操作の結果を出すシングルステップの光計
界方法及び装置を提供することにある。また、この発明
においては、コヒーレントな光であってもコヒーレント
でない光であっても効率的に光計界できる方法及び装置
を提供できる。

［発明の構成及υ効果］この発明においては、シングルステップで表の値を人力
し計算する真偽表を表わす為に交差する光通路を用い、
この計算においては２つの光通路の交差部における光の
強度によって決定される。

この技術は、レンズやフィルターを使用せずにすみ、コ
ヒーレントな光でもコヒーレントでない光でも機能する
。この技術は、ｎ真偽表によりｎを調べる為のｎ２非線
形入力部材を用いる。典型的なｎ（例えば、３２ビツト
の数字の剰余表現に十分であるところの）の値は３０よ
りも小さいので、要求される上記入力部材の数は新しい
薄膜製造方法によって即座に製造される。

［実施例］第１図には、この発明に係る実施例の光クロスバ−計算
論理装置（Ａ　Ｌ　Ｕ）の４Ｘ、４　　ＡＬＵの場合が
示されて°いる。チャンネル１からの入力１００及びチ
ャンネル２からの入力２００は各々光通路１０１及び光
通路２０１を通って光が伝達され、相互作用部３００で
相互に作用する。入力１００及び入力２００は、各々光
通路１０１．２０１に直接又は非直接に接続されている
光源を有している。よって、相互作用部３００における
光強度レベルは２つのユニットの光に等しい。相互作用
部３０１．３０２によって検出される光強度のレベルは
、ただ１つのユニットの光であるのに対し、相互作用部
３０３で検出される光の強度のレベルはゼロである。

第２図及び第５図に、この発明により実施可能な幾つか
の真偽表の例が示されている。第２ａ図及び第２ｂ図に
は、通常のプール代数による２つのレベルの論理表の例
である、ＡＮＤ表及び、ＥＸＣＬＵＳ　ＩＶＥ−ＯＲ表
が示されている。第２Ｃ図には、マルチ弁の場合の論理
表の例である、取分は基数（ｒａｄｉｘ　）　３におけ
る剰余計算の真偽表が示されている。伝達操作の欠如は
明らかであり、剰余加算の並列処理が可能である。第３
ａ図には、基数（ｒａｄｉｘ　　の剰余掛算の表が示さ
れ、第３ｂ図には、交換されてアンチダイアゴナルなゼ
ロを除いた減少表が示されている。この例は１９７７年
のニューヨーク争マグローヒル（Ｍｃ　Ｇ　ｒａｗ−Ｈ
ｉｌｌ、Ｎｅｖ　　Ｙｏｒｋ、１９７７）での「コンピ
ュータ技術における剰余計算及びその装置（Ｒｅｓｉｄ
ｕｅ　　Ａｒｌｔｈｍｅｔｉｃ　ａｎｄ　１ｔｓＡｐｐ
ｌｉｃａｔｉｏｎｓ　ｔｏ　　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ｔｅ
ｃｈｎｏｌｏｇ）’　）　Ｊの中でスザボ（Ｓ　ｚａｂ
ｏ）氏、タナ力（Ｔ　ａｎａｋａ　）氏によって提唱さ
れた。これらの表の示された例のみで、実施可能なマル
チルベルの論理表が全て同様の構造で構成できることは
明らかである。

この光クロスバ−技術が用いられるこれらの表の全ての
数値を求める装置は組立て可能である。

しかし、以下に記す実施例はわかりゃすく説明する為に
第１（７）ＥＸＣＬＵＳ　Ｉ　ＶＥ−ＯＲ操作ノミに集
中して説明する。剰余計算を強調するマルチレベルの論
理の拡張は、次に示される。

ＥＸＣＬＵＳ　ＩＶＥ−ＯＲ操作の第１の光学実施例が
第４図に示されている。第４ａ図において、シリンドリ
カルレンズ３に組合わされる球面レンズ１は入力点源５
（例えば、ＬＥＤＳＬＤなど）を線状光７に変換する為
に使用される。この線状光７は、第４ｂ図に示された各
々の光通路２０゜２１．１０．１１に沿って伝達される
水平及び垂直の線像の空間のバタンとして４つのクロス
バ−の内の１つに用いられる。各チャンネルの１つの光
通路に伝達された時、光通路交差部分に位置する検出器
３２．３４．３６．３８はＯ１コア、又は２ユニツトを
示す。第４ｂ図に示された例では、線状の光像はチャン
ネル１（−理０状懇に一致する）の通路１０によって伝
達され、チャンネル２（論理１状態に一致する）の通路
２０によって伝達される。検出器３４はＥＸＣＬＵＳ　
ＩＶＥ−ＯＲｔｆｉ作の正しい入力に一致する２つの光
強度を検出する。電子の人力部材は正しい強度レベルを
工別し、よって論理操作への正しい出力又は要求される
答えを識゛別する方法として用いられる。

第５図には、ＥＸＣＬＵＳ　ＩＶＥ−ＯＲ操作の第２の
実施例が示されている。この実施例は、第４ａ図に示さ
れたレンズ１．３に代わってファイバ光学系が光通路１
０．１１．２０．２１を形成していることを除いて、第
４図と同様である。ファイバ光学系によって現定されて
いる各光通路１０．１１．２０．２１は、例えば、光通
路１０が通路１０ａと１０ｂとに分かれているように、
ファイバ光学系によって規定された光通路は２つに分離
された光通路に分かれている。第５図に示されるように
、通路１０ａ、１０ｂは、各々ＬＥＤ１Ｂからの光を検
出器３２．３４に直接伝達する。通路２１ａ、２１ｂは
各々ＬＥＤ１９からの光を検出器３４、］３８に直接伝
達する。

ＬＥＤ１５は検出器３６．３８に各々直接接続された通
路１１ａ、ｌｌｂに直接接続し、ＬＥＤ１７は検出器３
２．３６に各々直接接続された通路２０ａ、２０ｂに各
々直接接続している。このＥＸＣＬＵＳ　ＩＶＥ−ＯＲ
操作において、ＬＥＤ１３、】９のみが点灯されたと仮
定すると、通路１０ｂ、２１ａからの光は検出器３４で
交差され、よって、検出器３４は入力装置４４によって
識別される２つのユニットの光を検出する。入力装置４
２．４６．４８は同様にこれらに一致する検出器３２．
３６．３８に各々接続される。第５図に示された例の重
要なる利点は、軸合わせの精度があまり要求されず、収
容の自由度が増す。

集積光学に利用されるＥＸＣＬＵＳ　ＩＶＥ−ＯＲ操作
の第３の実施例が第６図に示されている。

この形態においては、光導波路５１ａ〜５１　ｄ　カ光
通路］０．１１．２０，２１に各々規定されると共に、
光双安定素子５０ａ〜５０ｄにおいて互い作用するよう
に作られている。この光双安定素子５０ａ〜５０ｄはＡ
ＮＤ操作を行える非線形素子であり、すなわち、２つの
光入力が示された時にのみ点灯される。この示された例
において、光双安定素子５０ｃの相互作用部が交差する
２つのユニットの光を有する時にのみ、光双安定素子５
０ｃは矢印６０で示されたサンプリングビームから矢印
６２で示された光を伝達させる。この例では、通路１１
が通路２０と相互に作用した時にのみに起きる。光双安
定素子５０ａ、５０ｃにおいて見られるような等しい出
力は、この場所において通常の光学技術と結合できる。

もちろん、他の集積光学容器でも明らかに可能であり、
第４図に示されたような検出″ｒｉ／入力手段にＡＮＤ
操作が用いられているようなファイバ光学の場合と同様
な型式もｉｚＪ能である。更には、集積光学形状におけ
る容器の改良及び速度の増加ができることは容易に明ら
かである。

上述の実施例の２つからマルチレベルの論理への拡張は
容易であり、以下に説明される。第２Ｃ図のマルチ弁の
論理表を実施した基数３の加算器の例が第７図に示され
ている。簡単を説明する為にこの配置が示され、チャン
ネル１の１つの入力に関してのみ説明する。チャンネル
１及びチャンネル２の入力の剰余は同じである。ＬＥＤ
モジュール７０は光ファイバ７２を介してパワーディバ
イダ７４に光を伝達する。このパワーディバイダ７４は
光を光ファイバ７６ａ、７６ｂ、７６ｃに光の強度を等
しく分割して伝達する。ファイバ７６ａ、７６ｂ、７６
ｃは光検出器７８ａ１７８ｂ、７８ｃに各々接続される
光ファイバである。光検出器７８ａ、７８ｂ、７８ｃの
各々はチヤンネル２の１つの光通路が接続され、チャン
ネルｌ及びチャンネル２からの光通路は相互に作用する
。光検出器７８ａ〜７８ｃの各々は第２ｃ図に示された
マルチレベルの論理表の結果を示す。

チャンネル１からの光通路は光を伝達し、光が伝達され
ているチャンネル２からの光通路を横切っているとき、
この発明の技術は２つのユニットの光強度が各光検出器
によって検出されることに適用される。識別は各増幅回
路８０での２つのユニットの光強度を示す電気信号の増
幅と、各比較器８２での参照電圧Ｖｃと増幅された電圧
との比較よって達成される。よって、交差部が２つのユ
ニットの光を有しているとき、各比較器８２の出力は高
い電圧に設定されている。この高い入力は各ＯＲゲート
８４で続いてＯＲにするので、正しいマルチレベルの論
理表の出力が達成される。例えば、第３ｂ図に示された
入替えられた論理表に関する、出力の再割当てによって
、同様の配置が基数掛算を含む他のマルチレベルの論理
表の計算に用いられる。

クロスバ−技術を利用する集積光学の場合は、速い速度
で操作されても、第６図の集積光学及び第７図の光及び
電子の実施例は必要な結果を達成する。第７図の電気的
接続のＲ−Ｃ時間定数は反応時間を１ｎｓｅｃの位の値
に制限する。しかし、集積光学素子の速度は主として最
後のＡＮＤ非線形操作の反応時間によってのみ制限され
る。この集積光学の配置では速い速度で作動し、示され
た光双安定スイッチ速度は１０ｐｓｅｃの位（例えば、
ＧａＡｓの多量子素子）の値である。

最後に、記述された発明の利用はコンピュータ装置のみ
に止どまらず、速い速度の暗号化のような特別な装置に
も利用できる。

一般に、クロスバ−光波術では、ｎの真偽又はマルチレ
ベルの論理表によってｎの数値を求める為にｎ２の非線
形の入力部材が用いられる。例えば３２ビツトの数字な
どにおける適切な剰余を表現する為の典型的ｎの値は、
３０よりも小さいので、必要な入力部材の数は、流れ薄
膜製造方法により簡単に製造される。

よって、この発明の詳細な説明されたが、多数の変形や
変更は上述の光波術により簡単に実施可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例である光クロスバ−計算／論
理装置の基本概念を示した概略図、第２図はこの発明に
より達成された例である真偽表を示した図、第３ａ図及
び第３ｂ図は基数５の剰余計算の表及び入替え表を示し
た図、第４ａ図及び第４ｂ図はＥＸＣＬＵＳ　ＩＶＥ−
ＯＲ操作の第１の実施例を示した図、第５図はＥＸ、Ｃ
ＬＵＳＩＶＥ−ＯＲ操作の第２の実施例を示した概略図
、第６図はＥＸＣＬＵＳ　Ｉ　ＶＥ−ＯＲ操作の第３の
実施例を示した概略図、第７図は基数３の加算器を示し
た概略図。１・・・球面レンズ、３・・・シリンドリカルレンズ、
７・・・線状光、５・・・点源、１０．１１．２０．２
１・・・光通路、１３．１５．１７．１９・・・ＬＥＤ
。３２．３４．３６．３８・・・検出器、４４・・・入力
装置、５０・・・光双安定素子、５１・・・先導波路、
７０・・・ＬＥＤモジュール、７２・・・光ファイバ、
７４・・・パワーディバイダ、７６・・・光ファイバ、
７８・・・光検出器、８０・・・増幅回路、８２・・・
比較器、８４・・・ＯＲゲート、１００．２００・・・
入力、１０１．２０１・・・光通路、３００〜３０３・
・・相互作用部。出願人代理人　弁理士　鈴江武彦ＦＩＧ　ｉ實・・・ＦＩＧ　２ｙ、　　　　　　ＦＩＧ　２ｋ。ＦＩＧとＦＩＧ　４ｙ罵

Claims

【特許請求の範囲】

（１）第１及び第２の複数の光源を備え、上記第１及び第２の複数の光源に第１及び第２の複数の
光通路が各々接続され、上記第１の複数の光通路の内の少なくとも１つの第１の
光通路からの光が交差部を形成する為の上記第２の複数
の光通路の内の少なくとも１つの第２の通路からの光に
合わされ、光計算又は光論理操作の出力状態が示されているところ
の、ただ１つ又はゼロの上記第１及び第２の光通路から
検出器へ伝達された光によって第１の光強度レベルが検
出される第１の状態と、上記第１及び第２の光通路から
検出器へ伝達された光によって第２の光強度レベルが検
出される第２の状態と、が上記交差部からの光を受ける
検出器で識別される段階を備えていることを特徴とする
光計算論理操作。
（２）上記第１の複数の光通路の内の上記第１の光通路
が上記第２の複数の光通路の内の上記第２の光通路に対
してＳ／Ｂ　９０°の角度で傾いているときに上記交差
部が形成されることを特徴とする請求項第１項に記載の
光計算論理操作。
（３）第１及び第２の複数の光源と、上記第１及び第２の複数の光源に各々接続された第１及
び第２の複数の光通路と、上記第１の複数の光通路のうちの少なくとも１つの第１
の光通路からの光を、上記第２の複数の光通路のうちの
少なくとも１つの第２の光通路からの光に合わす手段と
、上記交差部で光の強度を検出する手段と、光計算又は光論理操作の出力状態が示されているところ
の、ただ１つ又はゼロの上記第１及び第２の光通路から
検出手段へ伝達された光によって第１の光強度レベルが
検出される第１の状態と、上記第１及び第２の光通路か
ら検出手段へ伝達された光によって第２の光強度レベル
が検出される第２の状態と、が上記交差部で識別される
手段と、を備えたことを特徴とする光計算論理装置。
（４）上記光源は点源であることを特徴とする請求項第
３項に記載の光計算論理装置。
（５）上記光通路の１つに各々一致する光の線を形成す
る為に上記光学系を通って上記点源が集束される光学系
を更に有していることを特徴とする請求項第４項に記載
の光計算論理装置。
（６）上記光学系はシリンドリカルレンズに組合わされ
た球面レンズを有していることを特徴とする請求項第５
項に記載の光計算論理装置。
（７）上記光通路は光ファイバを有していることを特徴
とする請求項第３項に記載の光計算論理装置。
（８）上記光通路は集積光学容器内の導波路を有してい
ることを特徴とする請求項第３項に記載の光計算論理装
置。
（９）上記検出手段は上記交差部に光双安定部材を有し
ていることを特徴とする請求項第８項に記載の光計算論
理装置。
（１０）上記交差部に投射されるサンプリングビーム光
を有する手段を更に備え、上記光双安定部材が上記第２
の状態を検出したとき、上記光双安定部材は上記交差部
においてサンプリングビームを通過させ、他の場合では
上記光双安定部材は上記サンプリングビームを通過させ
ないことを特徴とする請求項第９項に記載の光計算論理
装置。
（１１）上記第１の複数の光通路の内の上記第１の光通
路は、上記第２の複数の光通路内の上記第２の光通路に
対してＳ／Ｂ　９０°の角度傾いているとき上記交差部
が形成されることを特徴とする請求項第３項に記載の光
計算論理装置。
（１２）上記識別手段は電子入力手段を有していること
を特徴とする請求項第３項に記載の光計算論理装置。