JPH0659764A - Optical neuro arithmetic element - Google Patents

Optical neuro arithmetic element

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JPH0659764A
JPH0659764A JP20827292A JP20827292A JPH0659764A JP H0659764 A JPH0659764 A JP H0659764A JP 20827292 A JP20827292 A JP 20827292A JP 20827292 A JP20827292 A JP 20827292A JP H0659764 A JPH0659764 A JP H0659764A
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JP
Japan
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light
liquid crystal
section
crystal spatial
spatial light
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Withdrawn
Application number
JP20827292A
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Japanese (ja)
Inventor
Takeshi Shibatani
岳 柴谷
Fumiaki Funada
文明 船田
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Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 汎用性に富み、一体素子化された小型の、演
算を並列に行うことができるようにする。 【構成】 発光部2、液晶空間光変調素子部3及び受光
部4がこの順に貼着されており、発光部2と液晶空間光
変調素子部3との間、および液晶空間光変調素子部3と
受光部4との間には隙間がない。また、液晶空間光変調
素子部3には耐熱性のモノリシック偏光層11、20が
備わっているので、熱的に強いものとなっている。更
に、液晶空間光変調素子部3が、透過光量を調整するマ
トリクス状の領域を縦横に備えており、各領域の透過光
量が独立して調整される。
(57) [Abstract] [Purpose] A versatile, small-sized integrated device that can perform operations in parallel. A light emitting section 2, a liquid crystal spatial light modulating element section 3 and a light receiving section 4 are adhered in this order, and the light emitting section 2 and the liquid crystal spatial light modulating element section 3 and the liquid crystal spatial light modulating element section 3 are attached. There is no gap between and the light receiving part 4. Further, since the liquid crystal spatial light modulation element section 3 is provided with the heat resistant monolithic polarizing layers 11 and 20, it is thermally strong. Further, the liquid crystal spatial light modulation element section 3 has matrix-like regions for adjusting the amount of transmitted light vertically and horizontally, and the amount of transmitted light in each region is independently adjusted.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、情報処理システム、機
器制御等の分野で用いられる主にニューラルネットワー
クのための光ニューロ演算素子に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical neuro arithmetic element mainly for neural networks used in the fields of information processing systems, equipment control and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】上述したニューラルネットワークは生物
の脳内における情報処理を模倣したものであり、従来の
ノイマン型コンピュータの苦手とする音声、文字、画像
などのパターン認識や連想といった方面に非常にその能
力を発揮しており、近年活発に研究及び応用がされてい
る。
2. Description of the Related Art The above-mentioned neural network imitates information processing in the brain of an organism, and is extremely useful in the areas such as pattern recognition and association of voices, characters, images, etc. which conventional Neumann computers are not good at. It has demonstrated its ability and has been actively researched and applied in recent years.

【0003】図3はニューラルネットワークを構成する
1つのユニットすなわちニューロンのモデル図でこれは
生物の1つの脳細胞に相当するものである。以下にニュ
ーロンの動作を図3に基づいて説明する。ニューロンi
(i=1〜m)は、通常、複数の入力信号からただ1つ
の出力信号を発生させるものとして扱われている。n本
の入力信号Ij(j=1〜n、各Ijは0≦Ij≦1の範
囲の値を持つ)は、各々荷重Wijの数値だけ乗ぜられて
からニューロンiに伝えられる。ニューロンiに伝えられ
る信号の総和Xiは、下記1式で表される。
FIG. 3 is a model diagram of one unit, that is, a neuron that constitutes a neural network, which corresponds to one brain cell of an organism. The operation of the neuron will be described below with reference to FIG. Neuron i
(I = 1 to m) is usually treated as generating only one output signal from a plurality of input signals. The n input signals I j (j = 1 to n, each I j has a value in the range of 0 ≦ I j ≦ 1) are multiplied by the value of the weight W ij and then transmitted to the neuron i . The total sum X i of the signals transmitted to the neuron i is expressed by the following equation 1.

【0004】 Xi=Wi11+Wi22+・・・+Win-1n-1+Winn …(1) また、ニューロンiからの出力Yiは入力信号の総和Xi
から決定され、下記2式で表される。
[0004] X i = W i1 I 1 + W i2 I 2 + ··· + W in-1 I n-1 + W in I n ... (1) A sum X i of the output Y i input signals from neuron i
And is expressed by the following two equations.

【0005】Yi=fi(Xi) …(2) 上記fは応答関数(0≦f≦1の範囲の値)であり、例
えば1/(1+EXP(−Xi)が相当する。
Y i = f i (X i ) ... (2) The above f is a response function (value in the range of 0 ≦ f ≦ 1), and corresponds to, for example, 1 / (1 + EXP (−X i ).

【0006】ニューラルネットワークは、図3のような
ニューロンが多数結合して構成されており、或るニュー
ロンの出力信号は他の多数のニューロンの入力信号にな
っている。また、ニューラルネットワークは、ニューロ
ン間の結合と、荷重Wと、応答関数fとによってその処
理内容が決定されており、入力信号に対して望みの出力
が導かれるように荷重Wを逐次変化させていくことによ
り学習が行われ、望みの処理を行う状態へと成長してい
く。加えて、一般にニューロンの数が増えるほど、ニュ
ーロン間の結合が増えるほど、複雑な処理に使用できる
ようになる。
A neural network is constructed by connecting a large number of neurons as shown in FIG. 3, and an output signal of a certain neuron becomes an input signal of a large number of other neurons. Further, the neural network has its processing content determined by the coupling between the neurons, the weight W, and the response function f, and the weight W is sequentially changed so that a desired output is derived with respect to the input signal. Learning is carried out by going, and it grows to the state where desired processing is performed. In addition, generally, the larger the number of neurons and the more the connections between neurons, the more complicated the processing becomes.

【0007】こうしたニューラルネットワークは、当
初、各ニューロン間の結合やニューロンの出力演算を汎
用計算機で逐次計算し、一種のコンピューターシミュレ
ーションによって実現されていた。
Initially, such a neural network was realized by a kind of computer simulation in which the connection between neurons and the output operation of neurons were sequentially calculated by a general-purpose computer.

【0008】しかし、より複雑な処理を行わせるという
要求に応えるためにニューラルネットワークのニューロ
ンの数及びニューロン間の結合数が増加すると、当然の
ことながら計算量は莫大なものとなり処理速度の面で非
常に問題があった。
However, when the number of neurons in the neural network and the number of connections between the neurons are increased in order to meet the demand for more complicated processing, the amount of calculation naturally becomes enormous, and in terms of processing speed. There was a very problem.

【0009】そこで、光学的ハードウエアを用いて演算
を並列に行うことが提案されている。図4にその構成図
を示す。電気入力信号群は、例えば5個のLED(発光
ダイオード)やLD(レーザーダイオード)等からなる
発光素子アレイ24で光強度に変換され、これらを入力
側のレンズ系25により縦方向(又は横方向)に扇状に
広げることで平面状の光学マスク26に入射する。光学
マスク26は5×5の25領域に分割されていて、それ
ぞれの領域が固有の透過率をもっている。各領域の透過
率はニューロンの荷重Wに対応しており、光の透過率の
違いが入力信号の倍率となる。光学マスク26により強
度が変化した光は、入力側のレンズ系25とは垂直な方
向に5つに区切られている出力側のレンズ系27を通
り、同じく5個の光検知用受光素子からなる受光素子ア
レイ28に集まり、各受光素子からそれぞれの総受光量
に対応した信号が取り出される。これは、上述した入力
信号Ijがそれぞれ荷重Wijを乗ぜられた後に、ニュー
ロン毎に積の総和を求めることに対応している。
Therefore, it has been proposed to perform operations in parallel using optical hardware. Fig. 4 shows its configuration. The electrical input signal group is converted into light intensity by a light emitting element array 24 including, for example, five LEDs (light emitting diodes), LDs (laser diodes), etc., and these are converted to a vertical direction (or a horizontal direction) by a lens system 25 on the input side. ), And the light is incident on the planar optical mask 26. The optical mask 26 is divided into 5 × 5 = 25 regions, and each region has a unique transmittance. The transmittance of each region corresponds to the weight W of the neuron, and the difference in the transmittance of light becomes the magnification of the input signal. The light whose intensity is changed by the optical mask 26 passes through the output-side lens system 27 which is divided into five in the direction perpendicular to the input-side lens system 25, and is also composed of five light-detecting light-receiving elements. Collected in the light receiving element array 28, a signal corresponding to each total light receiving amount is extracted from each light receiving element. This corresponds to obtaining the sum of products for each neuron after the above-mentioned input signals I j are multiplied by the respective weights W ij .

【0010】このシステムによる場合は、計算機により
ニューラルネットワークを1ユニット毎にニューロ演算
を順次処理していたときと比べて、光を使用することの
利点は同時に複数の入力信号に複数ユニット用の荷重を
かけ、その総和を取る処理が一度に且つ並列に行われる
点で、これにより速度面での向上が図られている。
With this system, the advantage of using light is that, compared with the case where the neural network is sequentially processed by the computer for each unit, the advantage of using light is that the load for multiple units is applied to multiple input signals at the same time. Thus, the speed is improved in that the processing of multiplying the sum and the sum is performed at once and in parallel.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の図4の
ような構成では、前記レンズ系25及び27等のレンズ
又はそれに類する機能を持つ光学系で光を広げるための
空間が必要なので、演算装置の構成が大型になるという
問題があり、これを小型化、一体素子化させたいという
要求があった。
However, in the conventional configuration as shown in FIG. 4, a space for expanding light is required in the lenses such as the lens systems 25 and 27 or an optical system having a similar function, so that the calculation is performed. There is a problem that the structure of the device becomes large, and there has been a demand for downsizing the device and making it an integrated element.

【0012】一方、図4の光学マスク26には、各領域
の透過率が固定された平板、例えば濃度分布を持たせた
ND(neutral density)フィルタを使
用するのが最も簡便である。しかし、その場合は当然の
ことながら、一度決定された透過率、即ち荷重を変化さ
せることはできない。つまり、ニューロ演算の機能が1
種類に限定されてしまい、汎用性に乏しくなる。このた
め、ユーザーの要求するニューラルネットワークを作る
ときには、作ろうとする処理系と同じシステムを通常の
コンピュータでシミュレーションし、ニューロ学習させ
て求めた荷重Wijを基に透過率分布に置き換えたものを
製作することになる。これを一体素子化するときは、学
習済み荷重が決定後に素子化の工程が行われるので、発
注されてから完成までに時間がかかる。
On the other hand, for the optical mask 26 of FIG. 4, it is most convenient to use a flat plate whose transmittance in each region is fixed, for example, an ND (neutral density) filter having a density distribution. However, in that case, the transmittance once determined, that is, the load cannot be changed, as a matter of course. In other words, the function of neuro operation is 1
It is limited in type and lacks versatility. Therefore, when the neural network required by the user is created, the same system as the processing system to be created is simulated by an ordinary computer, and a transmission distribution is replaced based on the weight W ij obtained by neuro learning. Will be done. When this is integrated into an element, the element formation process is performed after the learned load is determined, so it takes time from the ordering to the completion.

【0013】逆に、光学マスクが微小領域毎に透過率が
可変であれば、ユーザーは完成品の形で装置を買い求め
て、独自にニューロ学習を行えるので汎用性に富み、上
述の透過率固定マスクの場合と比べて、時間上の問題も
解消される。透過率の制御には、現在最もポピュラーな
液晶素子を使用することが考えられる。しかし、液晶表
示素子は、その機構上、偏光板を併用する必要がある
が、従来の偏光板は熱に弱いという欠点があり、演算を
並列に行うことができる光ニューロ演算装置をIC製造
技術を用いて小型化、一体素子化したいという要求に対
して重大な障害となっていた。
On the contrary, if the transmittance of the optical mask is variable for each minute region, the user can purchase the device in the form of a finished product and independently learn the neuron, which is versatile and has the above-mentioned fixed transmittance. Time problems are also eliminated as compared to the case of the mask. It is considered that the most popular liquid crystal element at present is used for controlling the transmittance. However, the liquid crystal display element needs to use a polarizing plate together due to its mechanism, but the conventional polarizing plate has a drawback that it is weak against heat, and an optical neuro arithmetic device capable of performing arithmetic operations in parallel is manufactured by an IC manufacturing technique. It has been a serious obstacle to the demand for miniaturization and integration into integrated devices.

【0014】本発明は、上述した従来技術の問題点に鑑
みてなされたものであり、汎用性に富み、一体素子化さ
れた小型の、演算を並列に行うことができる光ニューロ
演算装置を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and provides a versatile, small-sized integrated optical device capable of performing arithmetic operations in parallel. The purpose is to do.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】本発明の光ニューロ演算
素子は、光量が独立して制御される複数の線状光源が並
列に設けられた発光部と、透過光量を調整するマトリク
ス状の領域を縦横に備えると共に各領域の透過光量が独
立して調整され、縦1列の領域で該発光部の各光源から
発せられた光を受光して変調させる構成となっており、
かつ、耐熱性のモノリシック偏光層を有する液晶空間光
変調素子部と、該マトリクス状の領域の横1列からの透
過光を受光する線状光検知器が複数並列に設けられ、各
線状光検知器が該液晶空間光変調素子部を透過した変調
された光を検出する受光部と、を備え、該液晶空間光変
調素子部を挟み、かつ接触する状態で該発光部及び該受
光部が設けられており、そのことにより上記目的が達成
される。
In the optical neuro arithmetic element of the present invention, a light emitting portion in which a plurality of linear light sources whose light amounts are independently controlled are provided in parallel, and a matrix area for adjusting the transmitted light amount. And the amount of transmitted light in each region is independently adjusted, and the light emitted from each light source of the light emitting unit is received and modulated in the region of one vertical column.
In addition, a liquid crystal spatial light modulator having a heat-resistant monolithic polarizing layer and a plurality of linear photodetectors for receiving transmitted light from one horizontal row of the matrix-like region are provided in parallel, and each linear photodetector is detected. A light receiving section for detecting modulated light transmitted through the liquid crystal spatial light modulating element section, and the light emitting section and the light receiving section are provided so as to sandwich and contact the liquid crystal spatial light modulating element section. The above object is achieved thereby.

【0016】[0016]

【作用】本発明にあっては、発光部、液晶空間光変調素
子部及び受光部がこの順に設けられており、発光部と液
晶空間光変調素子部との間、および液晶空間光変調素子
部と受光部との間には隙間がない。また、液晶空間光変
調素子部には耐熱性のモノリシック偏光層が備わってい
るので、熱的に強いものとなっている。更に、液晶空間
光変調素子部が、透過光量を調整するマトリクス状の領
域を縦横に備えており、各領域の透過光量が独立して調
整される。
In the present invention, the light emitting portion, the liquid crystal spatial light modulating element portion and the light receiving portion are provided in this order, and between the light emitting portion and the liquid crystal spatial light modulating element portion, and the liquid crystal spatial light modulating element portion. There is no gap between and the light receiving part. Further, since the liquid crystal spatial light modulation element section is provided with a heat resistant monolithic polarizing layer, it is thermally strong. Further, the liquid crystal spatial light modulation element section is provided with matrix-like regions for adjusting the amount of transmitted light vertically and horizontally, and the amount of transmitted light in each region is adjusted independently.

【0017】[0017]

【実施例】以下に本発明の実施例について具体的に説明
する。
EXAMPLES Examples of the present invention will be specifically described below.

【0018】図1は本実施例の光ニューロ演算素子の構
成を示す斜視図、図2はその光ニューロ演算素子の断面
図である。この光ニューロ演算素子は、2つのガラス基
板1、5の間に、発光部2、液晶空間光変調素子部3及
び受光部4が設けられ、外部に複数の電極9、14、1
5、23が形成された外観を有している。
FIG. 1 is a perspective view showing the structure of the optical neuro-computation element of this embodiment, and FIG. 2 is a sectional view of the optical neuro-computation element. In this optical neuro arithmetic element, a light emitting section 2, a liquid crystal spatial light modulating element section 3 and a light receiving section 4 are provided between two glass substrates 1 and 5, and a plurality of electrodes 9, 14, 1 are provided outside.
5 and 23 are formed.

【0019】上記発光部2は、線状のELを並べたもの
で、絶縁されたZnS層7をITO(透明電極)膜6、
8で挟んだ構造になっている。ITO膜6は線状になっ
ており、ITO膜6のそれぞれに接続された電極9に、
外部から電圧を印加することによりZnS層7を線状に
発光させることができる。
The light emitting portion 2 is formed by arranging linear ELs, and the insulated ZnS layer 7 is provided with an ITO (transparent electrode) film 6,
It has a structure sandwiched between 8. The ITO film 6 has a linear shape, and the electrodes 9 connected to the ITO films 6 are
The ZnS layer 7 can emit light linearly by applying a voltage from the outside.

【0020】発光部2の上には、液晶空間光変調素子部
3が設けられている。液晶空間光変調素子部3は、発光
部2側から順に、透明絶縁膜10、モノリシック偏光板
11、透明絶縁膜12及びTFT(薄膜トランジスタ)
アレイ13が積層された第1の積層体を有し、更に、こ
の第1の積層体の上方にITO膜18と、透明絶縁膜1
9、21で挟まれたモノリシック偏光板20とからなる
第2の積層体を有する。第1の積層体と第2の積層体と
は、間に介装したスペーサー17により間隔が一定に保
持されて貼り合わされ、第1の積層体と第2の積層体と
の間であって、スペーサー17で包囲された部分には強
誘電液晶からなる液晶層16が封入されている。なお、
液晶層16を挟む上下面には、図示しない配向膜が形成
されており、この配向膜により液晶層16の配向方向が
決定されている。
A liquid crystal spatial light modulation element section 3 is provided on the light emitting section 2. The liquid crystal spatial light modulation element section 3 includes, in order from the light emitting section 2 side, a transparent insulating film 10, a monolithic polarizing plate 11, a transparent insulating film 12 and a TFT (thin film transistor).
The array 13 has a first laminated body in which the ITO film 18 and the transparent insulating film 1 are provided above the first laminated body.
It has the 2nd laminated body which consists of the monolithic polarizing plate 20 pinched | interposed by 9 and 21. The first laminated body and the second laminated body are bonded to each other with a constant spacing maintained by a spacer 17 interposed therebetween, and between the first laminated body and the second laminated body, A liquid crystal layer 16 made of a ferroelectric liquid crystal is enclosed in a portion surrounded by the spacer 17. In addition,
An alignment film (not shown) is formed on the upper and lower surfaces sandwiching the liquid crystal layer 16, and the alignment direction of the liquid crystal layer 16 is determined by this alignment film.

【0021】上記モノリシック偏光板11は、スリット
を有する金属薄膜である。その作製は、例えば透明絶縁
膜10上にAlやCr等の金属薄膜を成膜し、その全面
に、発光部2から発せられる光の波長の半分よりも狭い
間隔の細い線状のスリットをX線リソグラフィ技術によ
り形成することにより行われる。かかるスリットを有す
るモノリシック偏光板11においては、スリットの各線
の伸延方向と垂直な方向の電気ベクトル成分を通過させ
る。
The monolithic polarizing plate 11 is a metal thin film having slits. For example, a thin metal film of Al, Cr or the like is formed on the transparent insulating film 10, and thin linear slits with an interval narrower than half the wavelength of the light emitted from the light emitting unit 2 are formed on the entire surface thereof. It is performed by forming by line lithography technology. In the monolithic polarizing plate 11 having such slits, the electric vector component in the direction perpendicular to the extending direction of each line of the slits is passed.

【0022】このモノリシック偏光板11の上方に設け
られたTFTアレイ13は、液晶層16をマトリクス駆
動させるためのものであり、マトリクス状に配設されて
いる。このTFTアレイ13は、液晶空間光変調素子部
3の外部に形成した電極14、15を介して素子外部か
ら印加される電圧により駆動され、液晶層16の配向角
度に基づいて定まる光透過率をマトリクス状の多数の領
域に分けて制御する。つまり、液晶空間光変調素子部3
は、透過光量を調整するマトリクス状の領域を縦横に備
えると共に、電極14、15への通電状態に応じて各領
域の透過光量を独立して調整できるようになっている。
The TFT array 13 provided above the monolithic polarizing plate 11 is for driving the liquid crystal layer 16 in a matrix, and is arranged in a matrix. The TFT array 13 is driven by a voltage applied from the outside of the liquid crystal spatial light modulation element section 3 through electrodes 14 and 15 formed outside the element, and has a light transmittance determined based on the orientation angle of the liquid crystal layer 16. Control is performed by dividing into a number of matrix-shaped regions. That is, the liquid crystal spatial light modulation element unit 3
Is provided with matrix-like regions for adjusting the amount of transmitted light in the vertical and horizontal directions, and the amount of transmitted light in each region can be independently adjusted according to the energization state to the electrodes 14 and 15.

【0023】液晶層16の上方に設けたモノリシック偏
光板20は、液晶層16の下方に設けたモノリシック偏
光板11と同様の製法で作られるが、その偏光の方向は
モノリシック偏光板11の偏光方向とは垂直になしてあ
る。
The monolithic polarizing plate 20 provided above the liquid crystal layer 16 is manufactured by the same manufacturing method as the monolithic polarizing plate 11 provided below the liquid crystal layer 16, but the polarization direction thereof is the polarization direction of the monolithic polarizing plate 11. And are vertical.

【0024】液晶空間光変調素子部3の上に設けられた
受光部4は、アモルファスシリコンを用いた線状フォト
ダイオード22が並設されて形成されている。各フォト
ダイオード22の上には、電極23の一端が電気的に接
続した設けられ、各電極23はフォトダイオード22が
受光した光量に応じた電流を取り出す。
The light receiving portion 4 provided on the liquid crystal spatial light modulation element portion 3 is formed by arranging linear photodiodes 22 made of amorphous silicon side by side. One end of an electrode 23 is electrically connected to each photodiode 22, and each electrode 23 takes out a current according to the amount of light received by the photodiode 22.

【0025】このように構成された光ニューロ演算素子
の製造は以下のように行われる。先ず、液晶層16の下
側の液晶空間光変調素子部3部分と、発光部2とをガラ
ス基板1の上に形成し、一方液晶層16の上側の液晶空
間光変調素子部3部分と、受光部4とをガラス基板5の
上に形成する。
The optical neuro arithmetic element having the above structure is manufactured as follows. First, the liquid crystal spatial light modulation element portion 3 portion below the liquid crystal layer 16 and the light emitting portion 2 are formed on the glass substrate 1, while the liquid crystal spatial light modulation element portion 3 portion above the liquid crystal layer 16 is formed. The light receiving part 4 and the glass substrate 5 are formed.

【0026】次に、両ガラス基板1、5の向かい合う面
に、液晶の配向角度を決定する配向処理を施し、その
後、両ガラス基板1、5をスペーサー17で間隔を一定
に保って貼り合わせ、両ガラス基板1、5とスペーサー
17とで囲まれた空間に、高速動作が可能な強誘電液晶
を封入して液晶層16を形成する。
Next, the facing surfaces of the glass substrates 1 and 5 are subjected to an alignment treatment for determining the alignment angle of the liquid crystal, and then the glass substrates 1 and 5 are bonded with a spacer 17 at a constant interval. A liquid crystal layer 16 is formed by enclosing a ferroelectric liquid crystal capable of high-speed operation in a space surrounded by both glass substrates 1 and 5 and a spacer 17.

【0027】かかる製造工程において、上記モノリシッ
ク偏光板11と20がAlやCr等の金属薄膜で形成さ
れているので、TFTアレイ13を形成するときや、そ
の後の素子製作段階において熱を伴っても、破壊されず
所定の機能を達成することができる。
In the manufacturing process, since the monolithic polarizing plates 11 and 20 are formed of a metal thin film such as Al or Cr, even when heat is generated during the formation of the TFT array 13 or in the subsequent element manufacturing stage. The predetermined function can be achieved without being destroyed.

【0028】次に、本発明の光ニューロ演算素子の動作
内容を説明する。
Next, the operation contents of the optical neuro-computation element of the present invention will be described.

【0029】入力信号は光ニューロ演算素子の電極9に
電気信号の形で入力され、発光部2の線状ELを発光さ
せる。発光部2から発せられた光は、液晶空間光変調素
子部3に照射されて強度変調を受ける。この強度変調
は、電極14および15からTFTアレイ13をマトリ
クス駆動し、マトリクス状をした各領域の光透過率を変
えることで行われ、これはニューロンの荷重の制御に相
当する。
The input signal is input to the electrode 9 of the optical neuro-computation element in the form of an electric signal to cause the linear EL of the light emitting section 2 to emit light. The light emitted from the light emitting section 2 is applied to the liquid crystal spatial light modulation element section 3 to undergo intensity modulation. This intensity modulation is performed by matrix driving the TFT array 13 from the electrodes 14 and 15 and changing the light transmittance of each matrix-shaped region, which corresponds to the control of the weight of the neuron.

【0030】強度変調を受けた光は、発光部2の線状E
Lとは直交する方向に並べられた線状フォトダイオード
アレイを持つ受光部4に入射する。受光部4の各線状フ
ォトダイオードは、入射した総受光量に応じた電流を出
力する。この電流に関する信号は、電極23を通じて外
部に取り出され、外部に設けた、例えば閾い値処理回路
により閾い値処理されて、ニューロンの出力信号とな
る。この出力については、例えばオペアンプを使用して
ある一定以上の電流(または電圧)になればオペアンプ
から電圧信号を出力するようにしてもよい。
The intensity-modulated light is emitted from the linear E of the light emitting section 2.
The light is incident on the light receiving unit 4 having a linear photodiode array arranged in a direction orthogonal to L. Each linear photodiode of the light receiving section 4 outputs a current according to the total amount of received light received. The signal related to this current is taken out to the outside through the electrode 23 and subjected to threshold value processing, for example, by a threshold value processing circuit provided outside, and becomes a neuron output signal. Regarding this output, for example, when an operational amplifier is used and a current (or voltage) above a certain level is reached, a voltage signal may be output from the operational amplifier.

【0031】したがって、本発明による場合は、発光部
と液晶空間光変調素子部との間、および液晶空間光変調
素子部と受光部との間に光の幅を広げる空間を必要とせ
ず、よって素子の小型化が図れる。また、耐熱性のある
金属製のモノリシック偏光板を使用するので、IC製造
技術を用いることが可能となり、透過率制御(荷重表
現)に液晶を利用した光ニューロ演算素子の一体素子化
が可能になる。
Therefore, according to the present invention, there is no need to provide a space for expanding the width of the light between the light emitting section and the liquid crystal spatial light modulating element section and between the liquid crystal spatial light modulating element section and the light receiving section. The element can be miniaturized. Moreover, since a monolithic polarizing plate made of heat-resistant metal is used, it is possible to use IC manufacturing technology, and it is possible to integrate an optical neuro arithmetic element using liquid crystal for transmittance control (load expression). Become.

【0032】また、ニューラルネットワークにおける荷
重付与を、液晶の制御に変更して行うことが可能であ
る。このことは、単にニューラルネットワークの学習機
能の実現だけではなく、時分割処理によって、複数種類
のニューロ演算をひとつの素子のみで行うことができる
こと、また完成後の光ニューロ演算素子をユーザーが各
自の目的とするシステムに直接組み込んで最適な最適な
学習ができることとなるので、2重のコストダウンが図
れることを意味する。
Further, the weight application in the neural network can be changed to the control of the liquid crystal. This means that not only the learning function of the neural network is realized, but also multiple types of neuro computations can be performed by a single element by time-division processing, and the user can complete the optical neuro computation element after completion. This means that the optimal learning can be performed by directly incorporating it into the target system, which means that double cost reduction can be achieved.

【0033】更に、荷重変更の制御のためには、通常の
コンピュータシステムを用いる必要があるが、現在の技
術ではニューラルネットワークで得られた最終的な出力
を普通のコンピュータやマイクロコンピュータで処理す
る構成にならざるを得ないので、荷重制御によるコスト
アップは考えなくともよい。単一機能のみ必要な単純な
装置に使用するならば、荷重が固定されている光学マス
クを使用したものを使えばコスト的には有利になるのは
勿論であるが、そうした小規模の演算には素子化するよ
りマイクコンピュータで代替処理させられてしまう場合
が殆どである。一方、本発明の光ニューロ演算素子で
は、入力、出力及び荷重の信号を時分割処理することに
より、光ニューロ演算素子が持つニューロンの数よりも
もっと多数のニューロンを仮想した大規模なニューラル
ネットワークを構成することや、複数のニューラルネッ
トワークを構成することが可能となる。
Furthermore, in order to control the load change, it is necessary to use an ordinary computer system, but in the present technology, the final output obtained by the neural network is processed by an ordinary computer or a microcomputer. Therefore, it is not necessary to consider the cost increase due to the load control. If it is used in a simple device that requires only a single function, it is of course advantageous in terms of cost to use an optical mask with a fixed load, but for such a small-scale operation. In most cases, it is processed by a microphone computer instead of being converted into an element. On the other hand, in the optical neuro arithmetic element of the present invention, by performing time-division processing of the input, output, and weight signals, a large-scale neural network in which a larger number of neurons than the optical neuro arithmetic element has is virtualized. It is possible to configure and multiple neural networks.

【0034】上記実施例では閾い値処理回路を光ニュー
ロ演算素子の外部に設けた構成としているが、本発明は
これに限らず、光ニューロ演算素子に内蔵させてもよい
のは言うまでもない。
Although the threshold value processing circuit is provided outside the optical neuro-computation element in the above embodiment, the present invention is not limited to this, and it goes without saying that it may be incorporated in the optical neuro-computation element.

【0035】[0035]

【発明の効果】本発明によれば、発光部と液晶空間光変
調素子部との間、および液晶空間光変調素子部と受光部
との間には隙間を必要としないので、一体素子化でき小
型化できる。また、液晶空間光変調素子部に必要とされ
る偏光板に耐熱性のモノリシック偏光層を使用している
ので、熱的に強いものとなっている。更に、液晶空間光
変調素子部が、透過光量を調整するマトリクス状の領域
を縦横に備えており、各領域の透過光量が独立して調整
されるので、汎用性に富むと共に演算を並列に行うこと
ができる
According to the present invention, since no space is required between the light emitting portion and the liquid crystal spatial light modulating element portion and between the liquid crystal spatial light modulating element portion and the light receiving portion, it is possible to form an integrated element. Can be miniaturized. Further, since the heat-resistant monolithic polarizing layer is used for the polarizing plate required for the liquid crystal spatial light modulation element portion, it is thermally strong. Further, the liquid crystal spatial light modulation element section is provided with matrix-shaped regions for adjusting the amount of transmitted light in the vertical and horizontal directions, and the amount of transmitted light in each region is adjusted independently, so that it is versatile and performs operations in parallel. be able to

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本実施例の光ニューロ演算素子を示す斜視図。FIG. 1 is a perspective view showing an optical neuro-computation element of this embodiment.

【図2】本実施例の光ニューロ演算素子を示す断面図。FIG. 2 is a cross-sectional view showing an optical neuro arithmetic element of this embodiment.

【図3】ニューラルネットワークを構成するニューロン
のモデル図。
FIG. 3 is a model diagram of neurons forming a neural network.

【図4】従来の光ニューロ演算装置の構成を示す斜視
図。
FIG. 4 is a perspective view showing a configuration of a conventional optical neuro arithmetic device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ガラス基板 2 発光部 3 液晶空間光変調素子部 4 受光部 5 ガラス基板 6 ITO膜 7 ZnS層 8 ITO膜 9 電極 10 透明絶縁膜 11 モノリシック偏光板 12 透明絶縁膜 13 TFT(薄膜トランジスタ)アレイ 14 電極 15 電極 16 液晶層 17 スペーサー 18 ITO膜 19 透明絶縁膜 20 モノリシック偏光板 21 透明絶縁膜 22 フォトダイオード 23 電極 1 glass substrate 2 light emitting part 3 liquid crystal spatial light modulation element part 4 light receiving part 5 glass substrate 6 ITO film 7 ZnS layer 8 ITO film 9 electrode 10 transparent insulating film 11 monolithic polarizing plate 12 transparent insulating film 13 TFT (thin film transistor) array 14 electrode 15 electrode 16 liquid crystal layer 17 spacer 18 ITO film 19 transparent insulating film 20 monolithic polarizing plate 21 transparent insulating film 22 photodiode 23 electrode

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 光量が独立して制御される複数の線状光
源が並列に設けられた発光部と、 透過光量を調整するマトリクス状の領域を縦横に備える
と共に各領域の透過光量が独立して調整され、縦1列の
領域で該発光部の各光源から発せられた光を受光して変
調させる構成となっており、かつ、耐熱性のモノリシッ
ク偏光層を有する液晶空間光変調素子部と、 該マトリクス状の領域の横1列からの透過光を受光する
線状光検知器が複数並列に設けられ、各線状光検知器が
該液晶空間光変調素子部を透過した変調された光を検出
する受光部と、 を備え、該液晶空間光変調素子部を挟み、かつ接触する
状態で該発光部及び該受光部が設けられ光ニューロ演算
素子。
1. A light-emitting unit in which a plurality of linear light sources whose light amounts are independently controlled are arranged in parallel, and matrix-shaped regions for adjusting the amount of transmitted light are provided vertically and horizontally, and the amount of transmitted light in each region is independent. And a liquid crystal spatial light modulation element section having a heat-resistant monolithic polarizing layer, which is configured to receive and modulate light emitted from each light source of the light emitting section in a vertical one-row region. , A plurality of linear photodetectors for receiving transmitted light from one horizontal row of the matrix-like region are provided in parallel, and each linear photodetector detects the modulated light transmitted through the liquid crystal spatial light modulation element section. An optical neuro arithmetic element comprising: a light receiving section for detecting; and the light emitting section and the light receiving section provided with the liquid crystal spatial light modulation element section sandwiched and in contact with each other.
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