JPH03204624A - 光ニューラル演算装置 - Google Patents

Abstract

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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、光演算、特に光ニューラルネットワークにお
ける基本演算に用いられ、光学的に装置化し易い光ニュ
ーラル演算方法による光ニューラル演算装置に関する。

即ち、光情報処理特に認識において、ニューラルネット
ワークの基本アルゴリズムに用いる光情報処理に関する
演算装置に関する。

Ｃ従来の技術及び発明が解決しようとする問題点］ニュ
ーラルネットワークにおいては、その要素がＴ、である
行列Ｔと、その要素がＶ、である列ベクトルＶとの行列
ベクトル乗算ＴＶが、その基本演算となる。この場合、
各ニューロン間の結合は、興奮性の結合と、抑制性の結
合があるので、各要素子、の値は正の値も負の値も取り
得ることになる。

ところで、光学的に和の演算を実行することは、容易で
あり、例えば、光束をインコヒーレントに重ね合わせれ
ば、その光量において、和が得られる。また、積和演算
を実行することも比較的に容易であり、ニューラルネッ
トワークへの応用に適したオプトエレクトロニクス的積
和演算装置として、第２図に示す光ニューロチップが提
案されている（第３６回応用物理学関係連合講演会講演
予稿集３ｐ−ＺＡ−１３参照）、第２図の光ニューロチ
ップの構造図において、ガリウム砒素基板１の上に発光
素子アレイ２が配置され、更に、光学マスク３が、その
上に重ねられ、更に、その上に受光素子アレイが重ねら
れる。このとき、発光素子アレイと受光素子アレイは、
ともに長方形の素子を、その短手方向に３２個並べたも
ので、その並べる方向は、互いに直交している。

また、発光素子アレイと光学マスクとの間、及び光学マ
スクと受光素子アレイとの間には透明な絶縁膜５が配置
され、最上層には受光素子アレイ接地′５極６が配置き
れている。

：のような構成において、発光素子アレイ２の一つ一つ
の素子の発光量がλカヘクトルの要素であり、光学マス
ク３の一つ一つの区画の透過率が人力行列の要素となる
。そして、受光素子アレイ４の一つ一つの素子には、各
々の発光素子の発光量と、対応する光学マスク３の透過
率との積の光量が入射し、積和演算が実行される。

これを更に詳しく説明すると、発光素子アレイ２中の一
つの素子から発した光束は、その直上の光学マスク３を
透過して、更に、その直上の受光素子アレイ６に到達す
る。このとき、光学マスク３の各々の要素部分を通った
光束は、各々の光学マスク３の透過率が光量に掛は合わ
され、各々別々の受光素子に到達する。これを受光素子
の側から見ると、受光素子アレイ６の一つの受光素子に
は、各発光素子からの光束に各発光素子とその受光素子
との間にある光学マスク３の透過率が掛かった光量が到
達し、その一つの受光素子の出力は、それらの光量の和
となる。これは、前記の積和演算が実行きれたことと等
価である。

然し乍ら、前記のような、その演算値を光量でのみ表現
する方法では、負の値を表現することが不ＣＩ丁能であ
り、ｍ７記のような負の値を含んだ行列ベクトル積演算
を実行するためには、正の値の要素のみを取り扱うユニ
メトと、負の値の要素のみを取り扱うユニットと二つの
ユニットを用意しなけれならなかった。

更に、ニューラルネットワークにおいては、得られた行
列ベクトル積の各要素の値に対して、飽和特性を持つ非
線形処理を行なって、各々のニュロンの出力を得るが、
この非線形処理については、光信号の段階で直接処理す
ることができなかった。

本発明は、上記の問題点を解決するために為されたもの
で、一つのユニットで前記のように、正負の要素を含む
行列ベクトル積演算Ｔｙを実行することができる光ニュ
ーラル演算装置を提供することを目的とする。また、本
発明は、光学的な閾値処理機爺を備えた光ニューラル演
算装置を提供するごとを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ そこで、本発明は、上記の技術的な課題の解決のために
、少なくとも光源アレイと、その各要素の透過率を時間
的に変調可能なマスク行列と、受光素子アレイとからな
る光学的行列ベクトル乗算器と、該光学的行列ベクトル
乗算器の出力を非線形処理する非線形処理器とから本質
的になる光ニューラル演算装置において、 前記マスク行列の各要素を透過した光束の光強度を周期
的に変調し、この変調の位相を前記行列ベクトル演算に
おける行列の要素の正負の符号に応じて逆転させ、前記
行列ベクトル乗算器の出力の絶対値として、前記正の値
に対応した出力ピーク値と、前記負の値に対応した出力
ピーク値上の差に対応した値を取り、前記行列ベクトル
乗算器の出力の正或いは負の符号を表わすンンボルとし
て前記の差に対応した値の出力の位相が、前記正の値に
対応した出力ピーク値の位相に一致しているか、前記負
の値に対応した出力ピーク値の位相に一致しているかの
判断を行なうことを特徴とする光ニューラル演算装置で
ある。そして、その周期的変調は、該マスク行列からの
出力光強度をほぼデユーティ比５０％の矩形パルス変調
することによるものが好適である。また、その行列ベク
トル乗算器の出力は、その光強度を電気信号に変換し、
ＡＣカップルして、出力するものが好適である。また、
前記のマスク行列は、その各々の要素毎に、その透過率
を時間的に変調できる空間光変調器であり、その各要素
の透過率を、入力信号の犬きびに応じた振幅で、その入
力信号が正の場合と、負の場合とで、反転した位相で、
時間的に変調するマスク行列変調駆動回路を設け、これ
により、前記光強度の周期的変調を行なう装置が好適で
ある。そして、そのマスク行列と前記受光素子アレイと
の間に、前記マスク行列の各要素に対応した光シャ７タ
ーアレイを配置し、少なくとも時間的に周期的な変調を
、該光シャッターアレイで行なう装置が好適である。ま
た、電気光学変調器を前記マスク行列の各要素からの出
力光が各々、前記入射信号光となるように配置し、前記
行列ベクトル演算のσいに和算を行なう行列の要素に対
応するマスク行列の要素からの光出力を受ける前記電気
光学変調器を、カスケードに接続したものが好適である
。そして、その非線形処理器は、光双安定素子を用いた
ものが好適である。

本発明の本質は、光ニューラル演算装置の構成として、
前記マスク行列が、その各々の要素毎に、その透過率を
時間的に変調できる空間光変調器であり、その各要素の
透過率を、入力信号の大きさに応じた振幅で、該入力信
号が正の場合と、負の場合とで、反転した位相で変調す
るマスク行列変調駆動回路を設け、これにより、前記光
強度の周期的変調を行ない、それらの出力を加え１合わ
せた出力の位相から積和演算の結果の正負が判別できる
ことである。

また、前記マスク行列と前記受光素子アレイとの間に前
記マスク行列の各要素に対応した光シャッターアレイを
配置し、少なくとも、時間的に周期的な変調を、その光
ンヤソターアレイで行なうことができる。

史に、その他に、周期的な変調電圧が印加され、その変
調電圧は、その振幅が入射信号光量に応して変化し、そ
の変調電圧の位相は、前記行列要素の正負に応して外部
から制御可能な電気光学変調器を、前記マスクの各要素
からの出力光が、各々の入射信号光となるように、配置
し、前記行列ベクトル演算の互いに和算を行なう行列の
要素に対応するマスクからの光出力を受ける前記電気光
学変調器をカスケードに接続して装置化することもでき
る。

更に、前記非線形処理器は、光双安定素子を用いること
が、好適である。

［作用コ Ｆ記のような本発明の光ニューラル演算装置によれば、
各受光素子に到達する光強度は時間的に変調されており
、正の値を表わす光強度のピークと負の値を表わす光強
度のピークが、交互に現れることになる。

この正の値を表わす光強度のピークと、負の値を表わす
光強度のピークとの差が、所望の行列ベクトル演算の結
果の絶対値を表わす量であり、正の値を表わすピークと
負の値を表わすピークとのどちらかが、大きいかで出力
の位相が逆転するようになる。

このとき、その時間的周期的変調が、デユーティ比５０
％の矩形パルス変調であれば、受光素子に入射する光強
度は、正の値を示す強度と、負の値を示す強度が交互に
現れることになり、処理がし易くなる。特に、この出力
をＡＣカップルしてしまえば、光量のバイアスレベルに
関係なく、容易に正の値を表わす強度と、負の値を表わ
す強度との差を、検出することができる。

この光量の時間的周期的変調は、光学マスクの各々の要
素の透過率を、マスク行列変調駆動回路により、変調す
ることにより、行なうことができる。

また、マスク行列と受光素子アレイとの間に光シャッタ
ーアレイを配置した場合は、マスク行列の透過率は一つ
の処理の間に、固定しておき、その時間的周期的変調を
マスクの直後に配置した前記のような光シルツタ−アレ
イにより、行なわれる。

更に、周期的な変調電圧が印加され、その変調電圧は、
その振幅が入射信号光量に応じて変化し、その変調電圧
の位相は、前記行列要素の正負に応じて、外部から制御
可能な電気光学変調器を、前記マスク行列の各要素から
の出力光が、各々の入射信号光となるように、配置した
場合は、この電気光学変調器を通過する光束の二つの偏
向成分の光振動の位相差が、この電気光学変調器に印加
された電圧が、変化することにより、変調される。即ち
、例えば、１次の電気光学効果（ポッケルス効果）を利
用した電気光学変調器では、印加した電界に比例して、
前記の二つの偏光成分に対する屈折率差が変化し、そこ
を通った光振動の位相差が変調きれる。

従って、この印加電圧がマスク行列からの出力光の強度
に応した振幅で、その位相が行列の要素の正負に応して
反転するように、配置し、その行列ヘクトル演算の互い
に、和算を行なう行列の要素に対応するマスクに対応す
る電気光学変調器をカスケードに接続すれば、これらカ
スケードに接続した電気光学変調器を通過した光束の二
つの偏向成分に与えられた位相差の総量は、その積和演
算の結果に対応したものとなり、偏光子により、光量の
変化として、検出することにより、行列ベクトル乗算の
結果を得ることができる。尚、ここで、正の値を表わす
出力と負の値を表わす出力とが交互に現れることは、前
記のような行列マスクを変調した場合と、同様である。

更に、この場合、電気光学変調器にフィードバック回路
を付加した光双安定素子を各々の積和演算の出力に付加
すると、各々の積和演算の結果の位相差に応じて、光双
安定素子からの出力光量が、変化し、この光量に応じた
電圧が、この光双安定素子を構成する電気光学変調器に
加えられ、そのセツティングによって、双安定動作やス
イッチング動作が、行なわれ、非線形処理が高速に行な
える。

特【こ、この双安定動作は、前記のような位相差が大き
くなり過ぎて、半波長分の位相差を越えてしよったとき
に、−度スイ／チングを起こせば、その後、人力光量が
、少々小さくなっても、高出力状態を保つために、出力
の余分な変動を抑えるために、有効である。

次に、本発明の光ニューラル演算装置を具体的に実施例
により説明するが、本発明はそれらによって限定きれる
ものではない。

［実施例１］ 第１図は、本発明による光ニューラル演算装置の１例の
機能を示す模式概念図であり、第３図は、その光ニュー
ラル演算装置の一例による演算信号を示す説明図である
。

第１図の模式概念図において、発光素子アレイ１１に、
正の値の入力信号Ｖ、が与えられると、各々の発光素子
は、人力信号に応した強度の光束１２ａ〜１２ｄを発す
る。これらの光束は、符号を除いた行列１を表わすマス
ク行列である液晶パネル１３の各々の段に入射し、その
透過率により、出射光量の変調を受ける。この液晶パネ
ル１３の透過率の変調は、液晶変調駆動回路１４により
行なわれ、それは、各画素が、対応するＴの値により、
その絶対値に応した振幅で、その正負の符号に応じて位
相が反転した、時間的に周期的な変調である。特に、こ
の周期的変調を、デユーティ比５０％の矩形パルス変調
とすると、その後の処理が、単純且つ容易に行なわれる
。

各画素を出射した光束は、今度は、光束１５ａ〜１５ｄ
に示すように受光素子アレイ１６の各要素に入射する。

尚、このような光束１２ａ−１２ｄ及び１５ａ〜１５ｄ
を作成するのは、例えば、発光素子アレイ１１の直後に
、図示の縦方向に屈折力を有するンリンドリカルレンズ
アレイを各発光素子に対応させて、配置して、各画素か
ら出射する光束の横方向を発散光束、縦方向をほぼ平行
光束とし、液晶パネル１３の直後に、図の横方向の光束
の広がりが、平行乃至収束光となるような屈折力の球面
レレスを配置し、図の縦方向の光束が、はぼ集光する位
置に受光素子アレイ１６を配置すれば、好適である。ま
た、より単純にするには、第２図に示した従来例の構成
と同様の構成にし、光学マスク３を液晶パネル１３と置
き換えても好適である。

また、受光素子アレイ１６は、入射した光量に応した電
気信号を出力し、この電気信号は、コンデンサ１７によ
り、ＡＣカップルきれて、バイアスを取り除かれ、正の
値に対応した信号と、負の値に対応した信号との差に応
じた値が、取り出される。尚、前記の差に応じた値を取
り出す方法は、このＡＣカップルする方法以外の方法で
、行なうこともできる。

次に、この信号は、非線形処理回路１８に入り、非線形
処理が行なわれ、出力Ｕ、が得られる。ここで、このＩ
Ｆ、線形処理は、ニューラルネットワークにおいて、た
だ一つに限定されるものではなく、幾つかの処理が考え
られる０例えば、入力に対して、ある閾値を設定し、そ
れ以上ならば、１とし、それ以下ならば、０の出力とす
る方法、同様に閾値以上なら１、以下なら−１とする方
法、正の閾値と負の閾値を設定して、正の閾値以上なら
１、負の閾値と正の閾値との間なら０、負の閾値以下な
ら−１とする方法、入力に対してシグモイド関数を適用
して出力を求める方法等を用いることができる。いずれ
の方法を用いるにせよ、出力として負の値も取りたい場
合は、変調信号の位相を保存して出力すれば、良いし、
出力が正の値のみしか必要でない場合には、得られた結
果に対応じて、時間的周期的変調を整流して、出力すれ
ば、後の出力の検出が、容易になる。

例えば、第１図に示した実施例１において、出力を再度
人力Ｖ、にフィードバックしたいときは、元もとの入力
信号の形式に合わせて、時間的周期的変調を整流して出
力するものである。

次に、第３図は、本発明の光ニューラル演算装置ニオい
て、信号の得られる過程について、模式的に説明する図
である。

第３図各図は、本発明の光−１−ラル演算方法による信
号の得られる過程について、説明するものである。

受光素子アレイ１５のある要素に入射する光束は、液晶
パネル１３を出射した時点で、第３図Ａに示すように、
各要素に分かれている。各々光束の光量は、発光素子ア
レイ１１を出射した光束１２が、液晶パネル１３の各素
子を通過したもの１５であるから、その透過率をＴ、と
すれば、Ｔ　Ｉ、Ｖ　、に比例したものとなる。

ところで、ＴＩ、は、デユーティ比５０％の矩形波で変
調されており、その符号に応じて、位相を逆転させるも
のとする。

例えば、第３図Ａにおいては、Ｔ　Ｉ　ＩとＴ、とは正
の値を表わすものであり、Ｔ　ＩｊとＴ　１４とは負の
値を表わすものとする。すると、受光素子１６の各要素
が、受光する光景は、第３図Ｂに示すように、正の値を
表わす光量と、負の値を表わす光量とが、交互に現れる
ことになり、この両者の差を取るごとにより、積和演算
の結果を得ることができる。但し、この結果においても
、それか負の値になるときは、その変調の位相が、正の
値になる場合と逆転する。尚、前記の正の値と負の値と
の差をとる機能は、最も簡単には、この受光素子アレイ
の各素子から出力される電気信号をＡＣカップルするこ
とにより、達成される。

従って、コンデンサ１７を通った後の信号は、第３図Ｃ
で表わされる。この場合には、その振幅が、所望の出力
の絶対値を表わし、位相は、この出力が、正の値である
ことを表わしている。

そこで、非線形処理回路１８を通った後に出力Ｕ、は、
第３図りに示されてあり、ある正の値を持つ出力となる
。仮に、例えば、この非線形処理回路１８が、入力に対
して、閾値０以トであれば、１を、０以下であれば、０
を出力するような回路であったとすれば、第３図りに示
を出力は、１である６また、仮に、同様の非線形処理回
路に対して、入力信号の位相が、負の入力であることを
示していた場合には、その出力は、０となる。

［実Ｊｌｉｉ例２］ この実Ｍ例では、第４図に、本発明の光−０：Ｌ−ラル
演算装置の他の例の概念図を示す。

本実施例では、マスク行列２１及び光シャッターアレイ
２２、光シャンターアレイ駆動回路２３の部分を除いて
、第１図に示した構成と同様である。

即ち、本例では、第１図に示す例での液晶パネル１３と
液晶変調駆動回路１４とで構成している部分を、マスク
行列２１、光シャッターアレイ２２、光シャッターアレ
イ駆動回路２３とで構成した。この場合、例えば、マス
ク行列２１を、各要素が、各々の透過率を有する固定マ
スクとすれば、これらの透過率の絶対値について、電気
回路にメモリしておく必要がなくなり、ニューロン数が
多い場合には、大幅なメモリの節約になる。

光シャッターアレイ２２は、その一つ一つの要素がマス
ク行列２１の要素に対応しており、このマスク行列２１
を出射した光束を時間的に周期的に変調するために、用
いる。このようにすると、尤、・ヤ・ターアしイ駆動回
路２３では、各々の要素が市であるか、負であるか、即
も、対応するソ〜ンターを変調する位相を逆転させない
か、させるか、だけをメモリ。しておけば十分である。

また、振幅を決定する要素と時間的周期的変調を行なう
要素とを分離したことにより、この変調の速度が、向上
する。即ち、通常のネマティック液晶を用いた液晶パネ
ルでは、階調は出せるものの、スイッチング速度が遅い
ので、強誘電性液晶を用いた光シャッターアレイを用い
れば、階調は出せないが、スイ・／チング速度はネマテ
ィック液晶に比べて、２桁以上早くなる可能性があり、
変調速度を向上することができる可能性がある。

尚、ここで用いた液晶パネルや光シャンターアレイは、
総称して電気アドレス型の空間光変調器と称することが
できる。電気アドレス型の空間光変調器としては、ここ
に挙げたものの他にも、ＰＬＺＴやＢＳＯ、ニオブ酸リ
チウム、ＫＴＰ等の電気光学効果を持つ媒体にマトリッ
クス電極を形成したもの等が、考えられ、これらは、本
例で挙げたものと、同様に使用１丁能である。

また、光アドレス型の空間光変調器を用いて、光により
、マスク行列やンヤノターアレイを制御することもでき
る。

［実施例３］ 次に、第５図に、本発明の光ニューラル演算装置の他の
実施例の概念図を示す。

この例では、出力の正負を示す時間的に周期的な変調を
電気光学変調器により行なった。

また、非線形処理器の閾値処理部分に光双安定素子を用
いている。

人力ｖ１に応した入力が、発光素子アレイ１１に加λら
れ、発光素子アレイ１１は入力に応した光量の出力光を
発ｒる。ここで、発光素子アレイ１１の各要素は、マス
ク行列２１の各段に対応し７１　Ｊｋ方形の形状をして
おり、マスク行列２１の各要素の透過率が掛は合わされ
た光量が光束２５とし〔電気光学変調器の各光導電性抵
抗３５に到達４る。

このとき、マスク行列２１から出力した光束２５を各光
導電性抵抗に収束させるためには、マスク行列２１の各
要素に対応じて、マスク行列２１の直後にフレ不ルレン
スや分布屈折率レンズ、球面レンズ等のレンズアレイを
配置すれば、十分である。本例においては、電気光学変
調器は、一つの基板上に導波路型として集積されており
、積和演算を行なう要素に対応した電気光学変調器は、
つの光導波路３３に電極３４の対を並べた基板３２を配
置することにより、実現きれている。

尚、このような光導波路は、ニオブ酸リチウム基板上に
チタン原子を拡散したものや、ＰＬＺＴ薄膜により形成
したものが良く知られている。

この電極３４の対には、第６図に示すように、光導電性
抵抗３５と定抵抗、コンデンサ等による電圧のインピー
ダンス分割回路が付随しており、ここに加えられた時間
的に周期的な電圧が、インピーダンス分割きれて光導波
路３３に印加きれるようになっている。

この時間的に周期的な電圧は、これまで述へた例におけ
ると同様に、行列マスク２１で正の値を表ｈ　したいと
さと、負の値を表わしたいときと℃位相を逆転させる。

ここで、光導波路３３に印加される電圧は、光導電性抵
抗３５に光か当っていないときは、その部分のインピー
ダンスが高く、従って、光導波路３３には僅かな電圧し
か加えられ１１、光導電性抵抗３５に光が入射すると、
その光量に応じて、光導電性抵抗３５の抵抗値が下がり
、その部分のインピーダンスが低くなって、先導波路３
３にかかる電圧が高くなる。

この先導波路３３には定常的な導波光束３１が導波して
おり、電気光学変調器に光入力がない場合には、第５図
に示す偏光子２６と偏光子３９とが直行ニコルの関係に
なるように設定されている。また、偏光ｆ−２６の偏光
軸は、光導波路３３における早い軸と遅い軸に対して、
４５度方向になるようにすると最も変調のダイナミック
レンツを大きく取れるものである。

ヒ記のような構成により、先導波路３３の一つにおいて
は、そ、−に含有される各光導電性抵抗３５に当・た尤
槍に応じて、伝搬光の常光と異常光との位相差の最大値
か、変調され、偏光Ｆ３９を通過する光量が変化する。

この偏光子３９を通過する光量か積和演算の結果であり
、先導波路３３には、前記のように時間的に周期的な電
圧がかかっているので、通常の場合、入射した光量の総
和が多い程、偏光子３９を通過する光量は多くなるが、
前記の位相差が半波長を越えると、それ以降は、光量が
多くなる程、偏光子３９を通過する光量が減少するよう
になる。

尚、出力光量には、正の値に応した光量ピークと負の値
に応した光量ピークとが、交互に現れることは、これま
での実施例におけると同様である。

偏光ｆ３９を通過した光束は、第５図に示すように、そ
のまま先導波路３３七に形成された光双安定素子４０に
入射する。この光双安定素′ｆ４０は、第５図に示すよ
うに、偏光子３９、電極３４、偏光子３６、フォトディ
テクタ３７及び増幅帰還回路により構成きれており、典
型的なバイブＪノド型の光双安定３０である。この光双
安定素イーは、良く知られているように、先導波路にが
かったバイアス電圧や、その他の方法によるバイアスの
常光と異常光との位相差によって履歴動作をさせたり、
閾値動作のみをさせたりすることができる。

そこで、これを通常の閾値素子として使用することもで
きるが、履歴動作を上手に使用することにより、より有
用になる。そのときの信号を、第７図Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄを
用いて説明する。

積和入力が大き過ぎる場合に、常光と異常光との変調位
相差が大き過ぎて、かえって、小きくなることがある６
例えば、正の値を表わす出力において、このようなこと
が起こったこととすると、このとき、偏光子３９を通過
する光量は、第７図Ａに示すように、−度ピークを越え
た後に、少し低いレベルが現れる。

これを光双安定素子４０に通すと、ピークで光双安定素
子４０のオンになる閾値を越えているので、光双安定素
子４０の出力は、オンになり、ピークの後に、光双安定
素子４０への人力光量が、減っても出力はオンの状態を
保持す−る。この後に、負の値を示す出力が、光双安定
素ｆ４０のオフになる閾値よりも小びくなると、光双安
定素−ｒ４０の出力は、オフ状態となる。

従って、フォトディテクタ３７で受光される光量は、第
７図Ｂに示す如く、オンオフを繰り返す、これに対して
、負の値を示す出力が大きく、光双安定素子４０のオフ
になる閾値を越えていると、−度才ンになった出力はそ
のままオンレベルを保持した第７図りに示すような出力
になる。

従って、この光双安定素子４０の出力を、コンデンサを
通し、位相識別処理回路３８により、その位相が正の値
に対応したものか、負の値に対応したものか、を識別し
て、正の値に対応したものである場合のみ出力するよう
にすれば、バイナリの出力が得られる。また、正の値を
示す出力と負の値を示ず出力との差が小きい場合には、
第７図りに示ｔように、直流の信号となるので、コンデ
ンサを通った後は、出力０となる。

尚、前記のように、第６図に示す装置において、光導波
路３３・−の印加電圧を変調［る変調回路の一例を挙げ
たが、受光素子として）オドダイオードを用いて、受光
光量に応した電圧が、光導波路３３に印加されるような
アクティブな回路を集積しても、勿論、可能である。

尚、本例において、非線形処理装置として、光双安定素
子を使用したが、電気回路により処理を行なっても良い
こきは当然である。また、ここでは、固定マスク行列２
１を使用したが、変調可能なマスク行列を用いることも
できる。

［発明の効果］ 本発明による光ニューラル演算装置により、上述のよう
な効果が得られた、それらをまとめると、次のような顕
著な技術的効果が得られた。

即ち、第１に、一つのユニットで正負の要素を含む行列
ベクトル積演算Ｔｖを実行することができる光ニューラ
ル演算装置及び方法を提供することができる。

第２に、また、光学的な閾値処理機能を備える光ニュー
ラル演貴装置を提供することができる。

第３に、更に、正確な認識を行なうこｋかできる光ニュ
ーラル演算装置を提供する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の光ニューラル演算装置の１例の構成
を示す模式概念図である。 第２図は、従来の光ニューラル演算装置の一例の構成を
示す模式構成図である。 第３図Ａ、Ｂ、Ｃ％Ｄは、本発明の光ニューラル演算装
置の一例による演算信号を説明する説明図である。 第４〜５図は、本発明の光ニューラル演算装置の他の例
の構成を示す模式構成図である。 第６図は、本発明による光導波路への電圧印加回路を示
す概念図である。 第７図Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄは、本発明の光ニューラル演算装
置による他の例による演算信号を示す説明図である。 ［工費部分の符号の説明］ １１　、、、、、、、発光素子アレイ ３ １４ ６ ７ ８ １ ２ ３ ２６　、３ ２ ３　ａｌ ４ ５ ３７　。 ８ ０ 液晶パネル 液晶変調駆動回路 受光素ｒアレイ コンデンサ 非線形処理回路 マスク行列 光ツヤ／ターアレイ 光シャッターアレイ駆動回路 ６．３９０６．偏光子 基板 す、ｃ、ｄ、、、　　　先導波路 電極 光導電性抵抗 、フォトディテクタ 位相識別処理回路 光双安定素ｆ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、少なくとも光源アレイと、その各要素の透過率を時
   間的に変調可能なマスク行列と、受光素子アレイとから
   なる光学的行列ベクトル乗算器と、 該光学的行列ベクトル乗算器の出力を非線形処理する非
   線形処理器とから本質的になる光ニューラル演算装置に
   おいて、 前記マスク行列の各要素を透過した光束の光強度を周期
   的に変調し、この変調の位相を前記行列ベクトル演算に
   おける行列の要素の正負の符号に応じて逆転させ、前記
   行列ベクトル乗算器の出力の絶対値として、前記正の値
   に対応した出力ピーク値と、前記負の値に対応した出力
   ピーク値との差に対応した値を取り、前記行列ベクトル
   乗算器の出力の正或いは負の符号を表わすシンボルとし
   て前記の差に対応した値の出力の位相が、前記正の値に
   対応した出力ピーク値の位相に一致しているか、前記負
   の値に対応した出力ピーク値の位相に一致しているかの
   判断を行なうことを特徴とする光ニューラル演算装置。 ２、前記の周期的変調は、該マスク行列からの出力光強
   度をほぼデューティ比５０％の矩形パルス変調すること
   によることを特徴とする請求項１に記載の光ニューラル
   演算装置。 ３、前記の行列ベクトル乗算器の出力は、その光強度を
   電気信号に変換し、ＡＣカップルして、出力することを
   特徴とする請求項１或いは２に記載の光ニューラル演算
   装置。 ４、前記のマスク行列は、その各々の要素毎に、その透
   過率を時間的に変調できる空間光変調器であり、 その各要素の透過率を、入力信号の大きさに応じた振幅
   で、その入力信号が正の場合と、負の場合とで、反転し
   た位相で、時間的に変調するマスク行列変調駆動回路を
   設け、これにより、前記光強度の周期的変調を行なうこ
   とを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光ニュ
   ーラル演算装置。 ５、前記マスク行列と前記受光素子アレイとの間に、前
   記マスク行列の各要素に対応した光シャッターアレイを
   配置し、少なくとも時間的に周期的な変調を、該光シャ
   ッターアレイで行なうことを特徴とする請求項１〜３の
   いずれかに記載の光ニューラル演算装置。 ６、周期的な変調電圧が印加され、その変調電圧は、そ
   の振幅が入射信号光量に応じて変化し、その変調電圧の
   位相は、前記行列要素の正負に応じて、外部から制御可
   能な電気光学変調器を前記マスク行列の各要素からの出
   力光が各々、前記入射信号光となるように配置し、前記
   行列ベクトル演算の互いに和算を行なう行列の要素に対
   応するマスク行列の要素からの光出力を受ける前記電気
   光学変調器を、カスケードに接続したことを特徴とする
   請求項１〜３のいずれかに記載の光ニューラル演算装置
   。 ７、前記非線形処理器は、光双安定素子を用いることが
   できる請求項４〜６のいずれかに記載の光ニューラル演
   算装置。