JPH077315B2 - 光ニユーロコンピユータ - Google Patents
光ニユーロコンピユータInfo
- Publication number
- JPH077315B2 JPH077315B2 JP19754788A JP19754788A JPH077315B2 JP H077315 B2 JPH077315 B2 JP H077315B2 JP 19754788 A JP19754788 A JP 19754788A JP 19754788 A JP19754788 A JP 19754788A JP H077315 B2 JPH077315 B2 JP H077315B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- element array
- positive
- optical
- computer
- Prior art date
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は，生物の神経回路網を模倣し，連想機能，パ
ターン認識機能などを有するコンピユータ（ニユーロコ
ンピユータ）を光技術を用いて達成する光ニユーロコン
ピユータに関するものである。
ターン認識機能などを有するコンピユータ（ニユーロコ
ンピユータ）を光技術を用いて達成する光ニユーロコン
ピユータに関するものである。
第４図は例えば刊行物（電子情報通信学会光・量子エレ
クトロニクス研究会資料OQE87−174（1988））に示され
た従来の光連想ニユーロコンピユータの構成図である。
図において，（1a），（1b）は発光ダイオードアレイ，
（2a），（2b）は光学マスク，（3a），（3b）は受光素
子アレイ，（４）は差動増幅器，（５）は比較器，
（６）は不完全情報入力，（７）は完全情報出力であ
る。
クトロニクス研究会資料OQE87−174（1988））に示され
た従来の光連想ニユーロコンピユータの構成図である。
図において，（1a），（1b）は発光ダイオードアレイ，
（2a），（2b）は光学マスク，（3a），（3b）は受光素
子アレイ，（４）は差動増幅器，（５）は比較器，
（６）は不完全情報入力，（７）は完全情報出力であ
る。
次に動作について説明する。第４図は光連想ニユーロコ
ンピユータの基本構成を示したものである。発光ダイオ
ードアレイ（1a），（1b）から扇状の光を光学マスク
（2a），（2b）へ照射する。発光ダイオードアレイ（1
a），（1b）はそれぞれの要素が点燈するか消燈するか
に対応して,1か０の状態を表わす一種のベクトル を表わしている。光学マスク（2a），（2b）はｎ×ｎの
要素に分けられており、その各要素の光透過率が異なつ
ている一種のマトリクス を表わし，受光素子アレイ（3b），（3b）は一種のベク
トル を表わしている。ｊ番目の発光ダイオードで光学マスク
のｊ行目を照射し，光マスクのｉ列目の光をｉ番目を受
光素子で受けると， なるベクトル，マトリクス演算が行なえる。
ンピユータの基本構成を示したものである。発光ダイオ
ードアレイ（1a），（1b）から扇状の光を光学マスク
（2a），（2b）へ照射する。発光ダイオードアレイ（1
a），（1b）はそれぞれの要素が点燈するか消燈するか
に対応して,1か０の状態を表わす一種のベクトル を表わしている。光学マスク（2a），（2b）はｎ×ｎの
要素に分けられており、その各要素の光透過率が異なつ
ている一種のマトリクス を表わし，受光素子アレイ（3b），（3b）は一種のベク
トル を表わしている。ｊ番目の発光ダイオードで光学マスク
のｊ行目を照射し，光マスクのｉ列目の光をｉ番目を受
光素子で受けると， なるベクトル，マトリクス演算が行なえる。
ニユーロコンピユータでは各ニユーロン間の結合強度に
情報を蓄積している。この光連想ニユーロコンピユータ
では光学マスクの透過率 に情報を蓄積している。その情報蓄積規則はHop field
モデルに基いたものであり、 で与えられる。Tijは正の値も負の値もとり得るが，光
学的に負の値は扱えないため，第３図に示すようにTij
の成分の正値Tij(+)と負値Tij(-)に対応して光学系を２
系統（Ui(+),Ui(-)）作製し，その差 Ui＝Ui(+)−Ui(-) を差動増幅器（４）で得ている。この出力信号を比較器
（５）でしきい値処理 Vi＝θ（Ui） 但し， した後，発光ダイオードアレイ（1a），（1b）にフイー
ドバツクしている。
情報を蓄積している。この光連想ニユーロコンピユータ
では光学マスクの透過率 に情報を蓄積している。その情報蓄積規則はHop field
モデルに基いたものであり、 で与えられる。Tijは正の値も負の値もとり得るが，光
学的に負の値は扱えないため，第３図に示すようにTij
の成分の正値Tij(+)と負値Tij(-)に対応して光学系を２
系統（Ui(+),Ui(-)）作製し，その差 Ui＝Ui(+)−Ui(-) を差動増幅器（４）で得ている。この出力信号を比較器
（５）でしきい値処理 Vi＝θ（Ui） 但し， した後，発光ダイオードアレイ（1a），（1b）にフイー
ドバツクしている。
このようにすると，例えば光学マスク（2a），（2b）に
アルフアベツトA,J,Eに相当する３種類の情報を蓄積し
ておけば，最初に発光ダイオード（1a），（1b）に不完
全な情報，例えばＡ′を入力しても，フイードバツクを
繰り返すうちに，その出力は入力情報Ａ′に最も近い情
報Ａを完全出力として表示する。
アルフアベツトA,J,Eに相当する３種類の情報を蓄積し
ておけば，最初に発光ダイオード（1a），（1b）に不完
全な情報，例えばＡ′を入力しても，フイードバツクを
繰り返すうちに，その出力は入力情報Ａ′に最も近い情
報Ａを完全出力として表示する。
このことを別の言葉で言えば，系のエネルギが蓄積情報
A,J,Eで極小値を取り，不完全情報が与えられると，そ
の近くのエネルギ極小値を取るように系全体が変化して
行く（発光ダイオードアレイの点滅状態を変化させるこ
とによる）という事である。
A,J,Eで極小値を取り，不完全情報が与えられると，そ
の近くのエネルギ極小値を取るように系全体が変化して
行く（発光ダイオードアレイの点滅状態を変化させるこ
とによる）という事である。
従来の光ニユーロコンピユータは以上のように構成され
ているので、Tijマトリクスの正値，負値に対応して光
学系を２系統必要とし，系が複雑であるという問題があ
つた。
ているので、Tijマトリクスの正値，負値に対応して光
学系を２系統必要とし，系が複雑であるという問題があ
つた。
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，光学系を１系統で構成できる光ニユーロコン
ピユータを得ることを目的とする。
たもので，光学系を１系統で構成できる光ニユーロコン
ピユータを得ることを目的とする。
この発明に係る光ニユーロコンピユータは，ニユーロン
の状態ベクトルに応じて点滅する発光素子アレイ，記憶
情報の正値，負値に対してそれぞれ異なつた周波数もし
くは位相，または上記正値，負値に対して交互の時分割
により多重化して駆動することにより相関行列を実現
し，上記発光素子アレイからの光を変調させて上記ニユ
ーロンの状態ベクトルと相関行列との積信号光を透過す
る空間光変調器，この空間光変調器からの透過光を受信
し上記積信号の和を得る受光素子アレイ，この受光素子
アレイの出力信号を弁別して上記正値，負値に相当する
信号を得る信号処理器，この信号処理器で得られた正
値，負値に相当する信号の差を得る差動増幅器，および
この差動増幅器で得られた差の値をしきい値処理して上
記発光素子アレイにフイールドバツクする比較器を備え
たものである。
の状態ベクトルに応じて点滅する発光素子アレイ，記憶
情報の正値，負値に対してそれぞれ異なつた周波数もし
くは位相，または上記正値，負値に対して交互の時分割
により多重化して駆動することにより相関行列を実現
し，上記発光素子アレイからの光を変調させて上記ニユ
ーロンの状態ベクトルと相関行列との積信号光を透過す
る空間光変調器，この空間光変調器からの透過光を受信
し上記積信号の和を得る受光素子アレイ，この受光素子
アレイの出力信号を弁別して上記正値，負値に相当する
信号を得る信号処理器，この信号処理器で得られた正
値，負値に相当する信号の差を得る差動増幅器，および
この差動増幅器で得られた差の値をしきい値処理して上
記発光素子アレイにフイールドバツクする比較器を備え
たものである。
この発明における空間光変調器は,Tijマトリクスの正
値，負値が多重化されて表現されているので，空間光変
調器の透過光を電気信号に変換した後，分離することに
より，光学系は一系統でよい。
値，負値が多重化されて表現されているので，空間光変
調器の透過光を電気信号に変換した後，分離することに
より，光学系は一系統でよい。
以下，この発明の一実施例を図について説明する。第１
図において，（１）は発光素子アレイすなわち発光ダイ
オードアレイ，（３）は受光素子アレイ，（４）は差動
増幅器，（５）は比較器，（10）は空間光変調器，（1
1）は信号処理器すなわちバンドパスフイルタ，（12）
は整流器，（13）は空間光変調器のドライバである。
図において，（１）は発光素子アレイすなわち発光ダイ
オードアレイ，（３）は受光素子アレイ，（４）は差動
増幅器，（５）は比較器，（10）は空間光変調器，（1
1）は信号処理器すなわちバンドパスフイルタ，（12）
は整流器，（13）は空間光変調器のドライバである。
次に動作について説明する。基本原理は従来例と同じで
ある。本実施例では光学マスタの代わりに，外部信号に
て変調可能な空間光変調器（10）を用いている。空間光
変調器（10）は第３図に示すように、平面的に分布した
光を入射し、２次元的に光透過量を変調するものであ
る。第３図において、黒い部分は光強度がゼロ（すなわ
ち、全く光が通らない）であり、白い部分は光が全部通
過しており、中間色（ドッド、ハッチング、クロスハッ
チングで順に濃くなる様子を模式的に示している）は一
部光が通過していることを示している。このような空間
光変調器（10）として例えば液晶ディスプレイを使用す
ることができるが、これに限るものではなく、光磁気効
果を利用したものなど、他のどのような材料、原理を用
いたものであっても等しく適用することができる。
ある。本実施例では光学マスタの代わりに，外部信号に
て変調可能な空間光変調器（10）を用いている。空間光
変調器（10）は第３図に示すように、平面的に分布した
光を入射し、２次元的に光透過量を変調するものであ
る。第３図において、黒い部分は光強度がゼロ（すなわ
ち、全く光が通らない）であり、白い部分は光が全部通
過しており、中間色（ドッド、ハッチング、クロスハッ
チングで順に濃くなる様子を模式的に示している）は一
部光が通過していることを示している。このような空間
光変調器（10）として例えば液晶ディスプレイを使用す
ることができるが、これに限るものではなく、光磁気効
果を利用したものなど、他のどのような材料、原理を用
いたものであっても等しく適用することができる。
空間光変調器（10）では各単位毎に光強度を変調するこ
とができる。この単位のことを画素と呼んでおり、第３
図では各々の小さな四角が画素に相当している。各画素
は別々の電圧を印加することによって独立に駆動するこ
とができる。例えば、正弦波状の電圧を印加すれば、そ
れに応じて透過光強度は正弦波状に変化する。従って、
記憶情報の正値，負値に対するＴijマトリクスの成分を
それぞれＴij (+)、Ｔij (-)とし、それぞれを角周波数ω
１、ω２で変調した信号の和を で表わす。このようにすれば空間光変調器（10）のｉ行
目ｊ列の画素を正と負の要素で多重化することができ
る。ｊ番目の発光ダイオード（１）で空間光変調器（1
0）のｊ行目を照射し，空間光変調器（10）のｉ列目の
光をｉ番目の受光素子（３）で受けると なる信号が得られる。この信号をバンドパスフイルタ
（10）を通して，角周波数ω１とω２の成分を分離した
後，整流器（12）で整流する。
とができる。この単位のことを画素と呼んでおり、第３
図では各々の小さな四角が画素に相当している。各画素
は別々の電圧を印加することによって独立に駆動するこ
とができる。例えば、正弦波状の電圧を印加すれば、そ
れに応じて透過光強度は正弦波状に変化する。従って、
記憶情報の正値，負値に対するＴijマトリクスの成分を
それぞれＴij (+)、Ｔij (-)とし、それぞれを角周波数ω
１、ω２で変調した信号の和を で表わす。このようにすれば空間光変調器（10）のｉ行
目ｊ列の画素を正と負の要素で多重化することができ
る。ｊ番目の発光ダイオード（１）で空間光変調器（1
0）のｊ行目を照射し，空間光変調器（10）のｉ列目の
光をｉ番目の受光素子（３）で受けると なる信号が得られる。この信号をバンドパスフイルタ
（10）を通して，角周波数ω１とω２の成分を分離した
後，整流器（12）で整流する。
すなわち， なる信号が得られる。これらの信号を差動増幅器（４）
で引算して Ui＝Ui(+)−Ui(-) なる信号を得，これを比較器（５）でしきい値処理し，
発光ダイオードアレイ（１）へフイードバツクする。
で引算して Ui＝Ui(+)−Ui(-) なる信号を得，これを比較器（５）でしきい値処理し，
発光ダイオードアレイ（１）へフイードバツクする。
なお，上記実施例では，空間光変調器（10）を周波数多
重化信号で駆動するものを示したが，同一周波数で位相
の異なる信号で，例えばTijの正値はTij(+)cosωt,負値
はTij(-)sinωｔのように駆動しても良い。このとき,Ti
jの正値，負値は位相によつて弁別できる（位相変調
法）。
重化信号で駆動するものを示したが，同一周波数で位相
の異なる信号で，例えばTijの正値はTij(+)cosωt,負値
はTij(-)sinωｔのように駆動しても良い。このとき,Ti
jの正値，負値は位相によつて弁別できる（位相変調
法）。
また，時分割多重化してもよい。その例を第２図に示
す。
す。
図において，（１）は発光ダイオードアレイ，（３）は
受光素子アレイ，（４）は差動増幅器，（５）は比較
器，（10）は空間光変調器，（14a），（14b）は空間光
変調器ドライバ，（15a）（15b）はパルス発生器，（16
a）（16b）はサンプルホールドアンプである。
受光素子アレイ，（４）は差動増幅器，（５）は比較
器，（10）は空間光変調器，（14a），（14b）は空間光
変調器ドライバ，（15a）（15b）はパルス発生器，（16
a）（16b）はサンプルホールドアンプである。
空間光変調器（10）はそのドライバ（14a）（14b）を通
じて，パルサ（15a）（15b）によつてTij(+)とTij(-)信
号で交互にパルス駆動される。このとき受光素子（３）
出力を空間光変調器（10）駆動信号パルスに同期させて
サンプルホールドすることにより,Tijマトリクスの正値
Tij(+),負値Tij(-)を分離できる。後の動作は第１図の
実施例と同じである。
じて，パルサ（15a）（15b）によつてTij(+)とTij(-)信
号で交互にパルス駆動される。このとき受光素子（３）
出力を空間光変調器（10）駆動信号パルスに同期させて
サンプルホールドすることにより,Tijマトリクスの正値
Tij(+),負値Tij(-)を分離できる。後の動作は第１図の
実施例と同じである。
以上のように，この発明によれば，ニユーロンの状態ベ
クトルに応じて点滅する発光素子アレイ，記憶情報の正
値，負値に対してそれぞれ異なつた周波数もしくは位
相，または上記正値，負値に対して交互の時分割により
多重化して駆動することにより相関行列を実現し，上記
発光素子アレイからの光を変調させて上記ニユーロンの
状態ベクトルと相関行列との積信号光を透過する空間光
変調器，この空間光変調器からの透過光を受信し上記積
信号の和を得る受光素子アレイ，この受光素子アレイの
出力信号を弁別して上記正値，負値に相当する信号を得
る信号処理器，この信号処理器で得られた正値，負値に
相当する信号の差を得る差動増幅器，およびこの差動増
幅器で得られた差の値をしきい値処理して上記発光素子
アレイにフイードバツクする比較器を備えたので，光学
系が一系統でよく，装置が簡単となり，大規模化が容易
となる効果がある。
クトルに応じて点滅する発光素子アレイ，記憶情報の正
値，負値に対してそれぞれ異なつた周波数もしくは位
相，または上記正値，負値に対して交互の時分割により
多重化して駆動することにより相関行列を実現し，上記
発光素子アレイからの光を変調させて上記ニユーロンの
状態ベクトルと相関行列との積信号光を透過する空間光
変調器，この空間光変調器からの透過光を受信し上記積
信号の和を得る受光素子アレイ，この受光素子アレイの
出力信号を弁別して上記正値，負値に相当する信号を得
る信号処理器，この信号処理器で得られた正値，負値に
相当する信号の差を得る差動増幅器，およびこの差動増
幅器で得られた差の値をしきい値処理して上記発光素子
アレイにフイードバツクする比較器を備えたので，光学
系が一系統でよく，装置が簡単となり，大規模化が容易
となる効果がある。
第１図はこの発明の一実施例による光ニユーロコンピユ
ータを示す構成図，第２図ははこの発明の他の実施例に
よる光ニユーロコンピユータを示す構成図，第３図はこ
の発明に係る空間光変調器の動作を説明する説明図、第
４図は従来の光ニユーロコンピユータを示す構成図であ
る。 図において，（１），（1a），（1b）は発光ダイオード
アレイ，（2a），（2b）は光学マスク，（３），（3
a），（3b）は受光素子アレイ，（４）は差動増幅器，
（５）は比較器，（６）は不完全情報入力，（７）は完
全情報出力，（10）空間光変調器，（11）はバンドパス
フイルタ，（12）は整流器，（13），（14a），（14b）
はドライバ，（15a），（15b）はパルス発生器，（16
a），（16b）はサンプルホールドアンプである。 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示すもの
とする。
ータを示す構成図，第２図ははこの発明の他の実施例に
よる光ニユーロコンピユータを示す構成図，第３図はこ
の発明に係る空間光変調器の動作を説明する説明図、第
４図は従来の光ニユーロコンピユータを示す構成図であ
る。 図において，（１），（1a），（1b）は発光ダイオード
アレイ，（2a），（2b）は光学マスク，（３），（3
a），（3b）は受光素子アレイ，（４）は差動増幅器，
（５）は比較器，（６）は不完全情報入力，（７）は完
全情報出力，（10）空間光変調器，（11）はバンドパス
フイルタ，（12）は整流器，（13），（14a），（14b）
はドライバ，（15a），（15b）はパルス発生器，（16
a），（16b）はサンプルホールドアンプである。 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示すもの
とする。
Claims (1)
- 【請求項１】ニユーロンの状態ベクトルと相関行列との
積和演算を行う光ニユーロコンピユータにおいて，上記
ニユーロンの状態ベクトルに応じて点滅する発光素子ア
レイ， 記憶情報の正値，負値に対してそれぞれ異なつた周波数
もしくは位相，または上記正値，負値に対して交互の時
分割により多重化して駆動することにより上記相関行列
を実現し，上記発光素子アレイからの光を変調させて上
記ニユーロンの状態ベクトルと相関行列との積信号光を
透過する空間光変調器， この空間光変調器からの透過光を受信し上記積信号の和
を得る受光素子アレイ， この受光素子アレイの出力信号を弁別して上記正値，負
値に相当する信号を得る信号処理器， この信号処理器で得られた正値，負値に相当する信号の
差を得る差動増幅器． およびこの差動増幅器で得られた差の値をしきい値処理
して上記発光素子アレイにフイードバツクする比較器を
備えたことを特徴とする光ニユーロコンピユータ。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19754788A JPH077315B2 (ja) | 1988-08-08 | 1988-08-08 | 光ニユーロコンピユータ |
| GB8915308A GB2220780B (en) | 1988-07-05 | 1989-07-04 | Neurocomputer |
| US07/375,813 US5095459A (en) | 1988-07-05 | 1989-07-05 | Optical neural network |
| DE3922129A DE3922129C2 (de) | 1988-07-05 | 1989-07-05 | Neurocomputer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19754788A JPH077315B2 (ja) | 1988-08-08 | 1988-08-08 | 光ニユーロコンピユータ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0245815A JPH0245815A (ja) | 1990-02-15 |
| JPH077315B2 true JPH077315B2 (ja) | 1995-01-30 |
Family
ID=16376298
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19754788A Expired - Lifetime JPH077315B2 (ja) | 1988-07-05 | 1988-08-08 | 光ニユーロコンピユータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH077315B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05158097A (ja) * | 1991-12-06 | 1993-06-25 | Hitachi Ltd | 並列光変換装置 |
| WO2021021787A1 (en) | 2019-07-29 | 2021-02-04 | Lightmatter, Inc. | Systems and methods for analog computing using a linear photonic processor |
-
1988
- 1988-08-08 JP JP19754788A patent/JPH077315B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0245815A (ja) | 1990-02-15 |
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