JPH04313111A - 光電子並列乗算器 - Google Patents
光電子並列乗算器Info
- Publication number
- JPH04313111A JPH04313111A JP3066407A JP6640791A JPH04313111A JP H04313111 A JPH04313111 A JP H04313111A JP 3066407 A JP3066407 A JP 3066407A JP 6640791 A JP6640791 A JP 6640791A JP H04313111 A JPH04313111 A JP H04313111A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- parallel multiplier
- light
- phototransistor
- light receiving
- emitter
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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- Led Devices (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
- Photo Coupler, Interrupter, Optical-To-Optical Conversion Devices (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、対称なｎｐｎまたは
ｐｎｐ構造を有し、フローティングベースヘテロ結合ト
ランジスタを２次元アレイ状に集積化した受光デバイス
を用いた光電子並列乗算器に関するものであり、情報処
理への応用を目指したものである。
ｐｎｐ構造を有し、フローティングベースヘテロ結合ト
ランジスタを２次元アレイ状に集積化した受光デバイス
を用いた光電子並列乗算器に関するものであり、情報処
理への応用を目指したものである。
【０００２】
【従来の技術】図６は、Ｊａｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈ
ｙｓ．ｖｏｌ２８．Ｌ２１０１に示された従来の並列乗
算器である。図において、６１は線状に発光する発光ダ
イオード（ＬＥＤ）を平面状に配列して構成したＬＥＤ
アレイ、６２は光を透過させる、あるいは透過させない
各エレメントを格子状に配列した光の透過マスク、６３
は線状に伸びるＰＩＮフォトダイオード（ＰＤ）を平面
状に配列して構成したＰＤアレイである。いま各ＬＥＤ
６１の状態をＬＥＤが発光するとき１、発光しない時０
で表し、ＬＥＤアレイの状態を ｖｊ（ｊ＝１，２，‥‥Ｎ） （ここでＮはＬＥＤアレイにおけるＬＥＤの数である。 ）で表す。また、透過マスク２の状態を透過マスク６２
の各エレメントが光を透過させるときは１、光を透過さ
せないなときは０として、マトリックスＴｉｊ（ｉ＝１
，２，‥‥Ｎ，ｊ＝１，２，‥‥Ｎ）で表す。
ｙｓ．ｖｏｌ２８．Ｌ２１０１に示された従来の並列乗
算器である。図において、６１は線状に発光する発光ダ
イオード（ＬＥＤ）を平面状に配列して構成したＬＥＤ
アレイ、６２は光を透過させる、あるいは透過させない
各エレメントを格子状に配列した光の透過マスク、６３
は線状に伸びるＰＩＮフォトダイオード（ＰＤ）を平面
状に配列して構成したＰＤアレイである。いま各ＬＥＤ
６１の状態をＬＥＤが発光するとき１、発光しない時０
で表し、ＬＥＤアレイの状態を ｖｊ（ｊ＝１，２，‥‥Ｎ） （ここでＮはＬＥＤアレイにおけるＬＥＤの数である。 ）で表す。また、透過マスク２の状態を透過マスク６２
の各エレメントが光を透過させるときは１、光を透過さ
せないなときは０として、マトリックスＴｉｊ（ｉ＝１
，２，‥‥Ｎ，ｊ＝１，２，‥‥Ｎ）で表す。
【０００３】ここで、ＰＤアレイ６３を構成するＰＤの
長手方向とＬＥＤアレイ６１を構成するＬＥＤの長手方
向とは直交するように組立てられているので、ＰＤアレ
イで発生する光電流は、各ＰＤについて、で表される光
量が照射されるため、この値に比例した光電流が発生す
ることになる。このようにして発生する光電流を各ＰＤ
ごとにＵｉ とおけば、 （ηは光−電子変換効率である）となり、ベクトル−マ
トリックス並列乗算機能が実現されていることがわかる
。
長手方向とＬＥＤアレイ６１を構成するＬＥＤの長手方
向とは直交するように組立てられているので、ＰＤアレ
イで発生する光電流は、各ＰＤについて、で表される光
量が照射されるため、この値に比例した光電流が発生す
ることになる。このようにして発生する光電流を各ＰＤ
ごとにＵｉ とおけば、 （ηは光−電子変換効率である）となり、ベクトル−マ
トリックス並列乗算機能が実現されていることがわかる
。
【０００４】図７は図６におけるＰＤアレイ３の回路構
成概念図であり、各列ごとにＮ個のＰＩＮフォトダイオ
ードが並列に接続され片方に逆バイアスを加えることに
よりフォトダイオードとして機能する。図８はＰＩＮフ
ォトダイオードのエネルギーバンド図であり、入射した
光がｉ層における空乏層で吸収され、電子−正孔対が生
じ、それらがドリフトすることにより光電流が生じる。 この電流の流れる方向は決まっており、向きを変えるこ
とはできない。
成概念図であり、各列ごとにＮ個のＰＩＮフォトダイオ
ードが並列に接続され片方に逆バイアスを加えることに
よりフォトダイオードとして機能する。図８はＰＩＮフ
ォトダイオードのエネルギーバンド図であり、入射した
光がｉ層における空乏層で吸収され、電子−正孔対が生
じ、それらがドリフトすることにより光電流が生じる。 この電流の流れる方向は決まっており、向きを変えるこ
とはできない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来の光並列乗算器は
以上のように構成されているので、マトリックスＴｉｊ
の要素を演算において変化させることができず、汎用性
に欠ける。また、ＰＤアレイを構成する各ＰＩＮフォト
ダイオードで発生する光電流は流れる方向が一定である
ため、上記Ｕｉ の演算において加算は可能であるが減
算は不可能であって、減算を必要とする場合にはこの並
列乗算器を２組用意し、一方を加算用、他方を減算用と
し、その両者の値（光電流）を例えば別に用意したコン
ピュータなどを用いて加減算を行う必要があるという問
題があった。
以上のように構成されているので、マトリックスＴｉｊ
の要素を演算において変化させることができず、汎用性
に欠ける。また、ＰＤアレイを構成する各ＰＩＮフォト
ダイオードで発生する光電流は流れる方向が一定である
ため、上記Ｕｉ の演算において加算は可能であるが減
算は不可能であって、減算を必要とする場合にはこの並
列乗算器を２組用意し、一方を加算用、他方を減算用と
し、その両者の値（光電流）を例えば別に用意したコン
ピュータなどを用いて加減算を行う必要があるという問
題があった。
【０００６】この発明は、上記のような問題点を解消す
るためになされたもので、マトリックス要素を各演算ご
とに可変にさせることができるデバイスを得ることを目
的としており、さらに加減演算を１組の並列演算器で実
行できるようにすることを目的とする。
るためになされたもので、マトリックス要素を各演算ご
とに可変にさせることができるデバイスを得ることを目
的としており、さらに加減演算を１組の並列演算器で実
行できるようにすることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この発明に係る光並列乗
算装置は、図６における透過マスク６２とＰＤアレイ６
３を構成するＰＩＮフォトダイオードを、対称な材料構
成を有するｎｐｎまたはｐｎｐヘテロ接合フローティン
グベースフォトトランジスタ（フローティングベースフ
ォトトランジスタとはベースへの配線を行なわず、エミ
ッタ、コレクタ両端子のみで動作させる構造のフォトト
ランジスタのことである。）で置き換えたものであり、
ヘテロ接合フローティングベースフォトトランジスタの
エミッタ、コレクタ間の電圧ＶＥＣによって発生する光
電流を変化させることができるようにしたものである。
算装置は、図６における透過マスク６２とＰＤアレイ６
３を構成するＰＩＮフォトダイオードを、対称な材料構
成を有するｎｐｎまたはｐｎｐヘテロ接合フローティン
グベースフォトトランジスタ（フローティングベースフ
ォトトランジスタとはベースへの配線を行なわず、エミ
ッタ、コレクタ両端子のみで動作させる構造のフォトト
ランジスタのことである。）で置き換えたものであり、
ヘテロ接合フローティングベースフォトトランジスタの
エミッタ、コレクタ間の電圧ＶＥＣによって発生する光
電流を変化させることができるようにしたものである。
【０００８】
【作用】上記のようなフォトトランジスタにおいては、
エミッタ−コレクタ間電圧ＶＥＣを変化させると、逆バ
イアス状態になったこのフォトトランジスタのｐｎ接合
部分では空乏層がエミッタ−コレクタ間電圧ＶＥＣに応
じて広がり、この空乏層で発生する光電流が変化する。 この光電流の変化によってトランジスタの増幅率が変化
し、フォトトランジスタの出力電流が変化する。この電
流の変化をベクトル−マトリックス並列乗算における各
行列要素の値の変化に対応させることができる。また、
ＶＥＣの極性を行列Ｔｉｊの各要素の正負値に対応させ
ることができるため、このように構成した光並列乗算器
によって加減算を同時に実行することができる。
エミッタ−コレクタ間電圧ＶＥＣを変化させると、逆バ
イアス状態になったこのフォトトランジスタのｐｎ接合
部分では空乏層がエミッタ−コレクタ間電圧ＶＥＣに応
じて広がり、この空乏層で発生する光電流が変化する。 この光電流の変化によってトランジスタの増幅率が変化
し、フォトトランジスタの出力電流が変化する。この電
流の変化をベクトル−マトリックス並列乗算における各
行列要素の値の変化に対応させることができる。また、
ＶＥＣの極性を行列Ｔｉｊの各要素の正負値に対応させ
ることができるため、このように構成した光並列乗算器
によって加減算を同時に実行することができる。
【０００９】
【実施例】実施例１．図１は、この発明の一実施例を示
す断面図であり、面発光デバイス１と受光デバイス２の
両者から構成されており、このうち面発光デバイス１は
上述した従来の並列乗算器におけると同様なＬＥＤアレ
イである。同様に、ＬＥＤアレイの電極３も同様である
。
す断面図であり、面発光デバイス１と受光デバイス２の
両者から構成されており、このうち面発光デバイス１は
上述した従来の並列乗算器におけると同様なＬＥＤアレ
イである。同様に、ＬＥＤアレイの電極３も同様である
。
【００１０】図２は、図１における受光デバイス２の回
路構成図であり、上述した従来の並列乗算器におけるＰ
ＩＮフォトダイオードのかわりに対称構造フローティン
グベースヘテロ接合バイポーラフォトトランジスタ（以
下Ｓ−ＨＰＴ（Ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ Ｈｅｔｅｒｏ ｊ
ｕｎｃｔｉｏｎ Ｐｈｏｔｏ Ｔｒａｎｓｉｓｔｅｒ）
と略記する）が用いられている。Ｓ−ＨＰＴのコレクタ
ーは各列ごとにＮ個並列に接続され接地されている。し
かし、エミッタ側は従来のＰＩＮフォトダイオードとは
異なり、各素子ごとに配線され、エミッタを制御するこ
とによって各Ｓ−ＨＰＴの受光電流が変調されるように
なっている。これにより図１における受光デバイス２は
光の受光能力とともに光電流の変調機能をもつようにな
るため、ベクトル−マトリックス演算におけるマトリッ
クス要素を演算ごとに変化させる機能が実現できる。
路構成図であり、上述した従来の並列乗算器におけるＰ
ＩＮフォトダイオードのかわりに対称構造フローティン
グベースヘテロ接合バイポーラフォトトランジスタ（以
下Ｓ−ＨＰＴ（Ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ Ｈｅｔｅｒｏ ｊ
ｕｎｃｔｉｏｎ Ｐｈｏｔｏ Ｔｒａｎｓｉｓｔｅｒ）
と略記する）が用いられている。Ｓ−ＨＰＴのコレクタ
ーは各列ごとにＮ個並列に接続され接地されている。し
かし、エミッタ側は従来のＰＩＮフォトダイオードとは
異なり、各素子ごとに配線され、エミッタを制御するこ
とによって各Ｓ−ＨＰＴの受光電流が変調されるように
なっている。これにより図１における受光デバイス２は
光の受光能力とともに光電流の変調機能をもつようにな
るため、ベクトル−マトリックス演算におけるマトリッ
クス要素を演算ごとに変化させる機能が実現できる。
【００１１】すなわち、従来のような行列要素を示す透
過マスクは不要となり、光並列乗算器の構成を簡単にす
ることができる。例えば、集積化して１チップ上に一体
の光並列乗算器を実現することができる。図３にＳ−Ｈ
ＰＴのバイアス電圧を加えない場合のエネルギーバンド
図を示す。この例ではｎｐｎ型Ｓ−ＨＰＴを例にとって
説明する。Ｓ−ＨＰＴのエミッタとコレクタはそれぞれ
ｎ型ＡｌＧａＡｓ で構成されており、ＡｌＧａＡｓ
のバンドギャップは発光デバイスの発する光のエネルギ
ーよりも大きくとることによって、光の透過性をもたせ
てある。 そしてベースはｐ型ＧａＡｓで構成されており、光は主
にベースで吸収される。
過マスクは不要となり、光並列乗算器の構成を簡単にす
ることができる。例えば、集積化して１チップ上に一体
の光並列乗算器を実現することができる。図３にＳ−Ｈ
ＰＴのバイアス電圧を加えない場合のエネルギーバンド
図を示す。この例ではｎｐｎ型Ｓ−ＨＰＴを例にとって
説明する。Ｓ−ＨＰＴのエミッタとコレクタはそれぞれ
ｎ型ＡｌＧａＡｓ で構成されており、ＡｌＧａＡｓ
のバンドギャップは発光デバイスの発する光のエネルギ
ーよりも大きくとることによって、光の透過性をもたせ
てある。 そしてベースはｐ型ＧａＡｓで構成されており、光は主
にベースで吸収される。
【００１２】図４にＳ−ＨＰＴのエミッタ側に負のバイ
アス電圧を加えた場合のエネルギーバンド図を示す。こ
の場合、エミッタ−ベース間のｐｎ接合は順バイアス状
態となり、ベース−コレクタ間のｐｎ接合は逆バイアス
状態となる。そのため、ベース−コレクタ間のｐｎ接合
部分はエミッタにかける逆バイアス電圧に応じた幅の空
乏層が広がることになり、この空乏層の幅に比例した量
だけ光が吸収され、電子−正孔対が発生する。この電子
−正孔対は、ドリフトして電子はコレクタ側へ、正孔は
ベース側へ流入する。正孔のベース側への注入は従来の
トランジスタのベース電流に相当するため、そのベース
電流に応じた増幅率のトランジスタ作用が生じ、電子が
エミッタからベースへ注入されベース中を拡散してコレ
クタへ達し、コレクタ電流が生じる。ここでベース電流
がエミッタ−コレクタ間にかける逆バイアス電圧に応じ
て変化する点が重要であり、これによってトランジスタ
の増幅率が変化する。これが光電流を変調できる原理と
なる。
アス電圧を加えた場合のエネルギーバンド図を示す。こ
の場合、エミッタ−ベース間のｐｎ接合は順バイアス状
態となり、ベース−コレクタ間のｐｎ接合は逆バイアス
状態となる。そのため、ベース−コレクタ間のｐｎ接合
部分はエミッタにかける逆バイアス電圧に応じた幅の空
乏層が広がることになり、この空乏層の幅に比例した量
だけ光が吸収され、電子−正孔対が発生する。この電子
−正孔対は、ドリフトして電子はコレクタ側へ、正孔は
ベース側へ流入する。正孔のベース側への注入は従来の
トランジスタのベース電流に相当するため、そのベース
電流に応じた増幅率のトランジスタ作用が生じ、電子が
エミッタからベースへ注入されベース中を拡散してコレ
クタへ達し、コレクタ電流が生じる。ここでベース電流
がエミッタ−コレクタ間にかける逆バイアス電圧に応じ
て変化する点が重要であり、これによってトランジスタ
の増幅率が変化する。これが光電流を変調できる原理と
なる。
【００１３】次に、図５にエミッタ側に正のバイアス電
圧を加えた場合のエネルギーバンド図を示す。この場合
、エミッタ−ベース間のｐｎ接合が逆バイアス状態とな
り、ベース−コレクタ間のｐｎ接合が順バイアス状態と
なる。光は、このときエミッタ−ベース間で吸収され、
それによりベース電流が生じるが、図４と向きが逆であ
るため今度はコレクタからベースへ電子が注入されてト
ランジスタ作用が生じる。この場合、トランジスタは全
く対称な構造をしているため図４と同じ増幅率が得られ
る。この時流れる電流は図４の場合と逆向きである。つ
まりこのＳ−ＨＰＴは双方向に光電流を流すことが可能
である。
圧を加えた場合のエネルギーバンド図を示す。この場合
、エミッタ−ベース間のｐｎ接合が逆バイアス状態とな
り、ベース−コレクタ間のｐｎ接合が順バイアス状態と
なる。光は、このときエミッタ−ベース間で吸収され、
それによりベース電流が生じるが、図４と向きが逆であ
るため今度はコレクタからベースへ電子が注入されてト
ランジスタ作用が生じる。この場合、トランジスタは全
く対称な構造をしているため図４と同じ増幅率が得られ
る。この時流れる電流は図４の場合と逆向きである。つ
まりこのＳ−ＨＰＴは双方向に光電流を流すことが可能
である。
【００１４】実施例２．上記実施例では発光デバイスと
してＬＥＤアレイを用いる場合について説明したが、発
光デバイスとして２次元ＬＥＤアレイもしくは面発光レ
ーザアレイを用いることもできることはいうまでもない
。もちろん、この実施例においても上記実施例と同様に
集積化することが可能である。
してＬＥＤアレイを用いる場合について説明したが、発
光デバイスとして２次元ＬＥＤアレイもしくは面発光レ
ーザアレイを用いることもできることはいうまでもない
。もちろん、この実施例においても上記実施例と同様に
集積化することが可能である。
【００１５】実施例３．また、上記実施例では受光デバ
イスとしてｎｐｎ型のＳ−ＨＰＴを用いる場合について
について説明したが、ｐｎｐ型のＳ−ＨＰＴを用いても
同様に実現できることはいうまでもない。
イスとしてｎｐｎ型のＳ−ＨＰＴを用いる場合について
について説明したが、ｐｎｐ型のＳ−ＨＰＴを用いても
同様に実現できることはいうまでもない。
【００１６】実施例４．さらに、上記実施例ではＳ−Ｈ
ＰＴとしてＡｌＧａＡｓ−ＧｌＡｓ 系の材料を用いた
場合を示したが、他の化合物半導体を用いても同様に実
現できることはいうまでもない。
ＰＴとしてＡｌＧａＡｓ−ＧｌＡｓ 系の材料を用いた
場合を示したが、他の化合物半導体を用いても同様に実
現できることはいうまでもない。
【００１７】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、光電
子並列乗算器におけるベクトル−マトリックス演算にお
いて、各行列要素を各演算ごとに変化させることができ
、しかも光を用いた正負の演算が可能であるように構成
したので、光電子並列乗算器の機能を飛躍的に向上させ
る効果がある。そして、この発明の光電子並列乗算器を
ニューラルネットワークのハードウェアとして用いるこ
とにより、その機能を飛躍的に向上させることができる
。
子並列乗算器におけるベクトル−マトリックス演算にお
いて、各行列要素を各演算ごとに変化させることができ
、しかも光を用いた正負の演算が可能であるように構成
したので、光電子並列乗算器の機能を飛躍的に向上させ
る効果がある。そして、この発明の光電子並列乗算器を
ニューラルネットワークのハードウェアとして用いるこ
とにより、その機能を飛躍的に向上させることができる
。
【図１】本発明の簡単な概念図
【図２】図１におけるＰＤアレイの回路図
【図３】Ｓ−
ＨＰＴの動作を示すエネルギーバンド図
ＨＰＴの動作を示すエネルギーバンド図
【図４】Ｓ−Ｈ
ＰＴの動作を示すエネルギーバンド図
ＰＴの動作を示すエネルギーバンド図
【図５】Ｓ−ＨＰ
Ｔの動作を示すエネルギーバンド図
Ｔの動作を示すエネルギーバンド図
【図６】従来の光電
子並列乗算器の概念図
子並列乗算器の概念図
【図７】図６におけるＰＤアレイ
の回路図
の回路図
【図８】ＰＩＮフォトダイオードの動作を示す
エネルギーバンド図
エネルギーバンド図
１ ＬＥＤアレイ
２ 受光デバイス
３ ＬＥＤ電極
４ 受光デバイス電極
Claims (3)
- 【請求項１】 複数の発光素子を２次元アレイ状に配
列した発光デバイスと、複数のフォトトランジスタを２
次元アレイ状に配列して、この各フォトトランジスタの
受光電流を外部からそれぞれ独立に制御できるようにし
た受光デバイスとからなることを特徴とする光電子並列
乗算器。 - 【請求項２】 フォトトランジスタはフローティング
ベースヘテロ結合トランジスタからなり、このフローテ
ィングベースヘテロ結合トランジスタのヘテロ結合部の
空乏層幅を上記フローティングベースヘテロ結合トラン
ジスタのエミッタ−コレクタ間電圧により制御すること
により受光電流を制御するようにしたことを特徴とする
請求項１記載の光電子並列乗算器。 - 【請求項３】 フォトトランジスタを同一材料構成の
エミッタ、コレクタによって構成し、かつ対称なｎｐｎ
またはｐｎｐ構造として、上記フォトトランジスタの光
電流を双方向に流すことができるようにしたことを特徴
とする請求項１記載の光電子並列乗算器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3066407A JPH04313111A (ja) | 1991-03-29 | 1991-03-29 | 光電子並列乗算器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3066407A JPH04313111A (ja) | 1991-03-29 | 1991-03-29 | 光電子並列乗算器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04313111A true JPH04313111A (ja) | 1992-11-05 |
Family
ID=13314915
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3066407A Pending JPH04313111A (ja) | 1991-03-29 | 1991-03-29 | 光電子並列乗算器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04313111A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2019528873A (ja) * | 2016-09-09 | 2019-10-17 | ウトゥク・ビュユクシャヒンＵｔｋｕ ＢＵＹＵＫＳＡＨＩＮ | バイオメカトロニクスデータ通信システム |
-
1991
- 1991-03-29 JP JP3066407A patent/JPH04313111A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2019528873A (ja) * | 2016-09-09 | 2019-10-17 | ウトゥク・ビュユクシャヒンＵｔｋｕ ＢＵＹＵＫＳＡＨＩＮ | バイオメカトロニクスデータ通信システム |
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