JPH0421829A - 空間光変調装置および神経ネットワーク装置 - 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、光演算装置や投射型デイスプレィに用いられ
る空間光変調装置および神経系と類似な入出力動作、例
えはパターン認識、連想記憶、並列演算処理などを行う
神経ネットワーク装置に関するものである。

従来の技術 空間光変調装置は、入射する光の透過率、反射率あるい
は位相、偏光角等を空間光変調素子に記録された２次元
情報で入射光を変調する装置である。

空間光変調素子には、ポッケルス効果を利用した光学結
晶を用いたもの、屈折率の異方性を利用した液晶等が多
く用いられている。

とくに後者は、大面積化が容易で、低コストであること
から多くの注目を集めている。

液晶を用いた空間光変調素子の多くは、電気信号によっ
て容易に入力光を変調できる電気−光空間変調素子とし
て、駆動回路を備えた液晶テレビ等に用いられる液晶セ
ルが用いられている。

また、光によって２次元情報を変調信号として用いた、
光−光空間変調素子として、更に、しきい値処理機能を
も有するものとして、Ｂｉ＋２５ｉｏ２ｐなどの光導電
層を液晶層に積層した空間光変調素子が提案されている
（滝沢國治　他、第３５回応用物理学会関係連合講演会
講演予講集、昭和６３年春季３０ｐ−ＺＦ−３，３０ｐ
−ＺＦ−４）。

神経機能を模倣した神経ネットワーク回路を、光を用い
てハードウェアで実現した多くのニューロコンピュータ
では、抑制性と興奮性の信号を同時にしきい値処理する
機能を、光波術によってハードウェア化したものでなく
、多くは、これらの信号を分離し、興奮性と抑制性機能
を計算機を含めた電気信号処理に依存している（追田真
也他、第５０回応用物理学会学術講演会講演予講集、平
成元年秋季３０ｐ−ＺＤ−４）。

発明が解決しようとする課題 このように、従来のものは、光演算において、同じ光路
１−で同時演算処理行い、結果を光出力できる空間変調
装置ではないという課題がある。

また、抑制性と興奮性信号を同時にしきい値できる処理
機能を光バー１ζウェア技術上で実現した神経ネットワ
ーク回路ではないという課題がある。

本発明はこのような従来の課題を解決することを目的と
する。

課題を解決するための手段 少なくとも偏光子、検光子と、その間に設けた入力光の
偏光角を２次元情報によって変調する空間光変調素子か
ら構成され、変調された透過あるいは反射光を出力光と
して取り出す空間光変調装置において、偏光子、検光子
の偏光角を概ね４５゜に配置し、空間光変調素子が入射
光の偏光角を概ね４５°異なる方向に回転させる少なく
とも２枚の空間光変調素子を光路上に設け、入射光の偏
光角が検光子の偏光角と一致する方向に入射光の偏光角
を回転する空間光変調素子に興奮性の信号、逆に検光子
に直交する方向に回転させる空間光変調素子に抑制性の
信号として印加することにより、積和結果を透過光ある
いは反射光として出力する。

作用 本発明は、例えは、これらの空間光変調素子に、Ｔ　Ｎ
液晶材料を用いた場合、電圧を印加しない場合には正信
号を変調信号に持つ空間光変調素子では、入射する光の
偏光角を概ね４５°回転させ、検光子と直交するものの
、続く負信号を変調信号に持つ空間光変調素子では逆に
概ね４５°回転させられるため、入射光はそのまま通過
し検光子と概ね４．５　’に入射するため約半分の光が
透過する。

両者に印加される信号を（正、負）と標記し、それぞれ
を１，０で示すと、今、（０，１）の時、入射光を検光
子の偏光角と一致する方向に回転させていた空間光変調
素子に電圧が印加され、液晶分子が電圧方向に立つため
偏光角の回転角がＯとなる。これにより偏光角が検光子
と直交する方向のみが残り、これらの空間光変調素子を
透過した光は検光子と直交するためＯとなる。逆に、（
１，０）の場合には検光子の偏光角に一致する光が空間
光変調素子から得られるため、透過光はｌが得られる。

また、（１，１）の場合も、ｌ−１＝０により、空間光
変調素子で変調されないため　１／２の透過光が得られ
る。

このようにして、減算機能を加味したしきい値処理が可
能となる。

実施例 本発明の実施例について、図面を参照しながら説明する
。

第１図は、本発明の空間光変調装置の一実施例を示す正
面図である。

偏光子１１、検光子１５はそれぞれ偏光板を用いている
。空間光変調素子１２．１３としては、電気光学素子を
用いている。空間光変調素子１２．１３には変調信号を
供給する駆動回路１４が接続されている。

空間光変調素子１２．１３に用いる電気光学素子には、
液晶、あるいはポッケルス効果を利用した光学結晶等が
用いられる。液晶材料には、ＴＮ液晶、ＳＴＮ液晶ある
いは強誘電液晶が用いられ、光学結晶材料ではＬｉＮｂ
Ｏ３型結晶材料、閃亜鉛鉱型結晶、ＫＤＰ型結晶、Ｂｉ
ｔ２３ｉ０２０等が上げられる。これらは、２次元情報
を電気的に記録するためには画素分割されていることが
必要である。これには、ストライブ状に加工された透明
電極を交差しＸＹアドレスで駆動する方法、あるいはＴ
　ＦＴを内蔵した素子構成にすることにより、より高精
度に駆動できる。

入射光は、偏光子１１により直線偏光され、空間光変調
素子１２に入射する。検光子１５は時計まわりζこ概ね
４５°に配置されている。空間光変調素子１２．１３は
いずれかが、偏光角を概ね４５°時計回りに、あるいは
反時胴回りに回転させる。変調信号が両者Ｏの時、回転
させ、１の時回転が０となる場合には、時計回りに４５
°回転させている空間光変調素子が負の信号を持ち、他
方が正の信号を持つ。逆に、両者の変調信号が００時回
転角が０であり、１０時概ね４５°回転させる場合には
、時計回りに回転させる空間光変調素子が正の信号を持
ち、他方が負の信号を受は持つ。

また、４５°を複数の空間光変調素子により分割して処
理を行ってもよい。

第２図は、２次元情報を光導こより記録するための液晶
材料を用いた空間光変調素子の例を示したものである。

電極２１と電気光学素子２２の間に光導電材料２３を直
接積層した例である。２０．２５はガラス基板、２４は
電極である。この場合電気光学素子としであるしきい（
１α電圧をもつ液晶材料等が適当である。光が照射され
ない場合には、電極２１．２４に印加されている電圧が
液晶材料にしきい値以下の電圧が印加されるよう光導電
材料の比抵抗と容量を設計することが必要である。

［実施例１］ 第１図の空間光変調素子の例として、電極に透明電極Ｔ
ＴＯをＸ−Ｙアドレス式のサンドイッチセル構成で用い
、液晶材料としてＴＮ液晶を用いた。

それぞれの、空間光変調素子である液晶にはｌ信号とし
て１００１１ｚ、６ｖの交流電圧を印加した。０信号は
印加電圧ＯＶである。

電圧無印加時に入射偏光角を時計回りに概ね４５°回転
さぜる空間光変調素子に負信号を、他方に正信号を印加
し、出力光をフォトトランジスターにて観察した。

第３図は、それぞれの空間光変調素子に印加した交流信
号と出力光の強度を示した物である。図中には（正信号
、負信号）をそれぞれ１．０として示したものである。

それぞれの和信号が１／２を中心にして得られることが
確認される。

［実施例２］ 第２図の例として、電気光学素子と１ノでｉ’　Ｎ液晶
と、光導電材料として非晶質シリコンを用いた空間光変
調素子を用いた例を示す。

第４図に示すように、偏光子４１、検光子４４と空間光
変調素子４２．４３０間にハーフミラ−４５，４６を配
置し、１μＩｎの２ｐｐｍのＢを添加したｌ型非晶質シ
リコンに２次元情報を光により記録させる。

透明電極間には５■の１ｏＯＩＩｚの交流電圧が印加さ
れている。

変調信号には、５００ｎｍ以下の青色光を用い、入射光
には６５０ｎｒｎ以上の赤色光を用い、透過するパター
ン像をＣＣＤカメラにより観察した。

第５図は、正の信号パターン５１（ａ）と負の信号パタ
ーン５２　（ｂ　）および和信号である出力信号パター
ン５３　（ｃ　）を示す。光学信号でも信号処理が可能
であることが分かる。

このような、信号処理は神経回路におけるしきい値処理
回路である、シグモイド関数５４　（ｄ　’）の離散的
な入力値に相当する。

［実施例３］ 」二記の第４図のような空間光変調装置を用いて、第６
図のような直交学習法を用いた神経ネットワーク回路を
形成し、英大文字Ａ、　　ｂ、Ｃ，ｄ、０１、■の６字
の認識を試みた。空間変調素子に記録する結合係数パタ
ーンは、予め計算機によりシュミレーシゴンによって興
奮性結合、抑制性結合係数を１．０の２値に量子化を行
い、青色光の液晶表示装置により表示したパターンをハ
ーフミラ−により２枚の空間光変調素子に内蔵されたそ
れぞれの光導電材料に照射する。

人カバターンは５Ｘ６のマ）＋７ツクス、興奮性、抑制
性結合定数のパターンは２５Ｘ３６マトリツクスで表示
し、出カバターンは人力と同しパターンで表示する。６
１は人カバターン、６２．６５はマイクロレンズアレイ
、６３．６４は空間光変調素子、６６は光電変換素子を
内蔵したしきい値処理を行う光しきい値素子て、１．０
表示する。６７は偏光子、６８は検光子、６９．７０は
ハーフミラ−で結合係数パターンを空間光変調素子６３
．６４の光導電材料−Ｌに結像する。

このような、離散値を用いることによって実際の文字認
識が計算結果と同様ζこ行えることが確認された。また
、このような空間光変調素子を用いて学習パターンζこ
対し−Ｃは１００％の回答率が得られた。

」二記のように、電気的な補助手段を用いることなく、
光信号のみで興奮性と抑制性信号の処理を行うことがで
きることが確認された。

このように、本発明の空間光変調装置を用いて神経回路
網を形成し、計算機により求めた離散（１αを持つ結合
係数を光表示し、光導電材料を内蔵した空間光変調素子
に照射し、学習後の文字パターンに対してはいずれも１
００％の回答率が得られた。

発明の効果 本発明によれば、負の値を伴う積和（複数の値の加算）
が光信号を用いて容易に可能である空間光変調装置を提
供することが出来る。

また、本発明による空間光変調装置は実時間で正と負の
和算が可能であるため、必要に応じて種々の学習法にも
対応できる神経回路網を提供することができる。

またこれらの空間光変調素子を用いた神経回路網は、正
値と負値を減算するための補助装置が不要なため、安価
で小型で高速な神経回路網が構成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明における空間光変調装置の１実施例の正
面図と各素子の偏光角の例を示す図、第２図は本発明に
おける空間光変調装置の実施例の光を用いて演算を行う
空間光変調素子の正面図、第３図は第１図の空間光変調
装置を用いた演算結果を示すグラフ、第４図は第２図の
空間光変調素子を用いた光演算回路を示す正面図、第５
図は第４図の空間光演算回路用いた演算処理結果の例と
神経回路網に用いられるしきい値処理関数のシグモイド
関数を示す構成図、第６図は第４図の演算装置を用いた
神経回路網による文字認識装置の構成図を示す正面図で
ある。 １１・・・偏光子、１４・・・検光子、１２．１３・・
・空間光変調素子、１５・・・駆動回路、２１．２４・
・・電極、２０．２５・・・ガラス基板、２３・・・光
導電材料、２２・・・電気光学素子、４１・・・偏光子
、４４・・・検光子、４２．４３・・・空間光変調素子
、４５．４６・・・ハーフミラ−５１・・・興奮性信号
パターン、５２・・・抑制性信号パターン、５３・・・
出カバターン、５４・・・シグモイド関数、６１・・・
入カバターン、６２．６５・・・マイクロレンズアレイ
、６３．６４・・・空間光変調素子、６７・・・偏光子
、６８・・・検光子、６９．７ｏ・・・ハーフミラ−６
６・・・光電変換素子しきい値処理表示装置。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）少なくとも偏光子、検光子と、その間に設けられ
   入力光の偏光角を２次元情報によって変調する空間光変
   調素子を有し、変調された透過あるいは反射光を出力光
   として取り出す空間光変調装置において、前記偏光子、
   検光子の偏光角を実質上４５゜に配置し、前記空間光変
   調素子が入射光の偏光角を異なる方向に実質上４５゜回
   転させる少なくとも２枚の空間光変調素子が光路上に設
   けられ、前記空間光変調素子を透過した入射光の偏光角
   が前記検光子の偏光角と一致する方向に回転する空間光
   変調素子に正の信号、逆に前記検光子に直交する方向に
   回転させる空間光変調素子に負の信号として印加するこ
   とにより、減算機能を含む積和結果を出力することを特
   徴とした空間光変調装置。
2. （２）空間光変調装置を構成する２枚の空間光変調素子
   が、電気信号により偏光角を制御し、前記空間光変調素
   子が光導電層を介して電気信号が印加されることを特徴
   とする請求項１記載の空間光変調装置。
3. （３）少なくとも興奮性信号と抑制性信号との積和をし
   きい値により興奮信号を光出力する空間光変調装置を有
   する神経ネットワーク装置において、前記空間光変調装
   置が少なくとも偏光子、検光子と、その間に設けた入力
   光の偏光角を２次元情報によって変調する空間光変調素
   子を有し、前記偏光子、検光子の偏光角を実質上４５゜
   に配置し、前記空間光変調素子が入射光の偏光角を実質
   上異なる方向に４５゜回転させる少なくとも２枚の空間
   光変調素子が光路上に設けられ、前記空間光変調素子を
   透過した入射光の偏光角が前記検光子の偏光角と一致す
   る方向に回転させる空間光変調素子に興奮性の信号、逆
   に前記検光子に直交する方向に回転させる空間光変調素
   子に抑制性の信号として印加することにより、積和結果
   を透過光あるいは反射光として出力することを特徴とし
   た空間光変調装置を備えた神経ネットワーク装置。