JPS62212834A - 全加算演算装置 - 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、空間光変調管等の光演算装置を用いた全加算
演算装置に関する。

（従来の技術） 複数の数値の加算演算は、集積回路を用いた電子回路技
術を利用することにより可能である。

このような演算を行うためには、全加算器と呼ばれる演
算回路に数値を転送し、加算演算を実行する。

この演算回路は通常−個の加算演算しか行うことができ
ないため、大量の数値の加算には、加算操作を多量に繰
り返すか、大量の演算回路を用意する必要がある。

また、扱える数値の表現は２を法とする数値である２進
法に限定される。

（発明が解決しようとする問題点） このような大量の加算演算のために大量の加算操作を行
うか、または、大量の演算回路が必要であった。また演
算回路に用意されている桁数以上の桁数を持つ数値の加
算には、さらに加算操作の回数が増加するという欠点が
あった。

さらに、演算回路の扱える数値の表現は２を法とする数
値である２進法に限定されるという欠点があった。

本発明の目的は上記欠点である多量の数値の加算を少数
の操作にて実行でき、また桁数の制約による加算操作の
回数増加を必要最小限とでき、さらに扱える数値の表現
は任意の数を法とする数値とすることができる全く異な
る新規な構成の全加算演算装置を提供することにある。

（問題点を解決するための手段） 前記目的を達成するために、本発明による全加算演算装
置は、記憶機能と、減算機能を有し、逐次入力される輝
点群の個々の輝点の光強度間の差に対応する光強度を持
つ輝点群を出力とする第１の光演算装置と、記憶機能と
閾値処理機能を有し。

入射輝点群に閾値処理をして、２値化された光強度を持
つ輝点群を記憶、出力する第２の光演算装置と、任意の
数を法とする数値情報を、前記数値に比例した光強度に
変換し、平面内に輝点群として配置する第１および第２
の入力装置と、前記第１の光演算装置の出力である輝点
群の個々の輝点の光強度を任意の数を法とする数値情報
に変換する光電変換装置と、前記第１および第２の入力
装置より出力される複数の輝点群相互と、さらに前記第
２の光演算装置より出力される輝点群とを重ねて前記第
１の光演算装置に結像する光学手段により構成されてい
る。

（実施例） 本発明を図面等を参照して、さらに詳しく説明する。

第１図は、本発明による全加算演算装置の基本的な構成
要素である空間光変調管の基本的な構成と動作を説明す
るための略図である。

空間光変調管の光電陰極３にレンズ２を介して入射させ
られた像１は光電子像に変換される。

その光電子像はマイクロチャンネルプレート４で増倍さ
れた後、結晶６の表面６１に電荷パターンを形成する。

その電荷パターンに応じて結晶６を横切る電界が変化し
、ポッケルス効果によって結晶６の屈折率が変化する。

ここで直線偏光の光８を結晶６に照射すると電荷蓄積面
６１からの反射光は、偏光状態が変化しているので検光
子９を通過させれば入力光ｌの光強度に対応した光強度
を持つ光出力１０が得られる。

次に本発明に必要な空間光変調管の主要な機能を説明す
る。

（１）　　記憶機能 空間光変調管は、電気光学結晶の表面の電荷分布を長い
時間保持する記憶機能をもっている。

結晶６は非常に高い電気抵抗値を有しているので、結晶
表面６１の電荷分布を数日以上保持することができる。

（２）減算機能 空間光変調管は、電気光学結晶の表面に正または負の電
荷分布を選択的に形成することができる。

第２図は電気光学結晶表面の２次電子放出特性を示すグ
ラフである。

第２図に示すように結晶表面６１へ入射する１次電子の
エネルギーＥが第１クロスオーバ一点Ｅ１よりも小さい
か、または第２クロスオーバ一点Ｅ２より大きい場合に
は、１次電子数が２次電子数よりも多いので（δく１）
結晶表面は負に帯電する。

１次電子のエネルギーがＥｌとＥ２の間ならば２次電子
数が１次電子数よりも多く　（δ〉１）結晶表面は正に
帯電する。

この正、負の書込みは、第１図に示すＶｃとｖｂの電圧
を制御することにより実行される。

ここで最初に負の電荷を一度書込み、次に正に帯電させ
る方法と、最初に正に帯電させ、次に負の電荷を書込む
２つの方法により減算機能を持たすことができる。

減算する量は次の３つの方法により制御できる。

１つは減算時の入射光強度を変化させる方法、もう１つ
はマイクロチャンネルプレート４に加える電圧の持続時
間を変化させる方法、さらにマイクロチャンネルプレー
ト４に加える電圧を変化させる方法である。

（３）閾値制御機能 第３図に示すように、Ａ、Ｂ、Ｃ３段階の明るさの像を
書き込む場合を考える。

最も明るい部分Ｂに対応する結晶６の電荷蓄積面６１の
電子の密度が最も大きく、Ａ、Ｃの順に少なくなる。

第４図においてＡ部分の出力光強度はＩｏ／２゜Ｂ部分
は１．、Ｃ部分は０に相当する。

この状態で第１図に示す電圧ｖｂを下げることにより最
も負電荷の多いＢ部分だけを負電位にすることができる
。

以下例をあげて説明する。

第１図におイテ、Ｖｂ＝２ＫＶ、Ｖｃ＝ＩＫＶとして、
第３図の入力光の書込みを行ったとする。

パターンＢに対応するところは、電子の付着量がもっ止
も大きく、メツシュ電極の電位ＩＫＶに達し、Ａに対応
する部分の電位は１．５　Ｋ　Ｖに達し、はとんど電子
の付着していないＣに対応する部分はｖｂと同じ２ＫＶ
であったとする。

ここでｖｂを０．５　Ｋ　Ｖとすると、Ｂに対応する部
分の電位は一〇、　５　Ｋ　ＶＡに対応する部分の電位
はＯ，ＯＫ　ＶＣに対応する部分の電位は＋〇、　５　
Ｋ　Ｖとなる。

ここでメツシュ電圧Ｖｃをたとえば０．５　Ｋ　Ｖにし
て一様な光で空間光変調管の光電陰極３を照射すると、
Ｂの部分は負電位で入射電子を反溌し、Ａに対応する部
分にはその部分が０．５　Ｋ　Ｖになるまで、電子が入
射させられることになる。

その結果、Ｂに対応する部分以外の電荷を０にできる。

このように、ある電荷のレベルを設定して、その差以上
とか、以下に２値化することを閾値制御機能ということ
にする。

一般的に任意の数ｎを法とする数値の加算の式は、下記
（１）　（２）で示される。

ここでＡ、　Ｂはｎを法とする加算すべき数値、ＳＵＭ
は加算結果の数値、ＣＹは桁上げ、ｔはｔ桁目について
の添字を意味する。

ＳＵＭｔ＝Ａｔ＋Ｂｔ＋ＣＹｔ　−１−ｎ−ＣＹｔ・・
・・・・・・・・・・（１） ＣＹｔ＝１　　（Ａｔ＋Ｂｔ＋ＣＹＬ−、≧ｎ）ＣＹｔ
＝Ｏ（Ａｔ＋Ｂｔ＋ＣＹｔ−１＜ｎ）・・・・・・・・
・・・・（２） （１）、　（２）を１＝０より加算する最終の桁まで実
行することにより加算演算を行なえる。

次に全加算の手順を示す。

■Ａ　ｔ　＋　Ｂ　ｔ　＋　ＣＹ　ｔ　−１を求める。

■ＣＹｔを求める。

■Ａｔ＋Ｂｔ＋ＣＹｔ　−１−ｎ−ＣＹｔを求める。

■　■〜■を必要な桁数だけ繰り返す。

第６図および第７図は、それぞれ２進法、３進法の場合
の例を示す。

以上の全加算演算を、２を法とする数値の全加算演算の
実施例に基づいて説明する。

第５図は本発明による全加算演算装置の実施例を示すブ
ロック図である。

空間光変調管３３．３４はそれぞれ第１および第２の光
演算装置を形成している。

ＬＥＤアレイ１１，１２は、２を法とする数値情報をそ
の数値に比例した光強度に変換し平面内に輝点群として
配置する第１および第２の入力装置を形成している。

受光素子アレイ３５は、第１の光演算装置３３の出力で
ある輝点群の個々の輝点の光強度を２を法とする数値情
報に変換する光電変換装置であり、この実施例装置の出
力装置を形成している。

受光素子アレイ３６は、第２の光演算装置３４の出力で
ある輝点群の個々の輝点の光強度を２を法とする数値情
報に変換する光電変換装置であり、キャリーの内容の表
示に利用される。

第１および第２の入力装置（ＬＥＤアレイ１１゜ＬＥＤ
アレイ１２）より出力される複数の輝点群相互と、さら
に前記第２の光演算装置３４より出力される輝点群は、
光学手段により、前記第１の光演算装！！３３に結°像
させられる。

ＬＥＤアレイ１１とＬＥＤアレイ１２の像はハーフミラ
−１６により重ねられ、シャンク３９を介してハーフミ
ラ−１７に入射させられる。

第２の光演算装置３４より出力される輝点群の像は、ハ
ーフミラ−２０−ミラー２５，２６−検光子４２−レン
ズ３０−ハーフミラ−２１−レンズ３１−ミラー２３の
経路でハーフミラ−１７にもたらされる。

そして第２の光演算装置３４より出力される輝点群の像
はハーフミラ−１７により前記ＬＥＤアレイ１１とＬＥ
Ｄアレイエ２の像とともに第１の光演算装置３３に結像
させられる。

■Ａｔ＋Ｂｔ＋ＣＹｔ−。

ＬＥＤアレイ１１．１２により、を桁目の数字を、Ａｔ
、Ｂｔを２を法とする数値情報、ここでは電気信号１，
０、として入力する。

ハーフミラ−１６，レンズ２８により互いに加算される
輝点同志を重なるように結像させる。

さらにレンズ３０，３１、ミラー２５．２６゜２３、ハ
ーフミラ−１７を用いて桁上げ信号を出力する空間光変
調管３４からの桁上げ用輝点群と前記輝点群とを、互い
に重ねるように結像させて、空間光変調管３３の電気光
学結晶に書込み操作を行う。この内容は、ハーフミラ−
２２→ミラー２４−ハーフミラ−１８の経路で入射させ
られた読み出し光２０により読み出され、検光子２７を
通過した出力光３７は Ａｔ＋Ｂｔ＋ＣＹｔ−１の光強度を持ち、この内容は前
述した記憶機能により保持される。

■ＣＹｔ 空間光変調管３４に空間光変調管３３の出力光３７を書
き込む。

そして閾値制御機能を用い、２以上の光強度を持つ輝点
に対応する輝点のみ出力させる。

ここで空間光変調管３４の出力光３８はＣｔの光強度を
持つことになる。

この出力光３８は記憶機能により保持され、必要があれ
ば受光素子アレイ３６により桁上げ情報の電気信号とし
て取り出すことができる。

■Ａｔ＋Ｂｔ＋ＣＹｔ　　ｓ　　２・ｃｙｔ入力Ａ、入
力Ｂの光強度を０とするかシャッタ３９により入力Ａ、
　Ｂの出力光をＯとし、空間光変調管３３に入力する光
をＣＹｔのみとする。

ここで減算機能を用いて空間光変調管３３に記憶機能に
より記憶されている （Ａｔ＋Ｂｔ＋ＣＹｔ　　ｒ　）から２・ｃｙｔを減算
する。

これにより加算された数値ＳＵＭｔの光強度を持つ出力
光３７が得られる。

この出力光３７を受光素子アレイ３５により電気信号に
変換し加算結果の数値情報を得ることができる。

以上の操作を加算すべき桁数だけ繰り返す。

以上の加算説明は、加算する１つの数値のみの説明であ
るが、同時に平面内に配置された輝点全てに共通である
。すなわち複数の数値の加算が同時に処理されているこ
とになる。

また、以上の実施例は２を法とする数値についての加算
操作であったが、入力Ａ、Ｂにセットする数値情報と、
受光素子の出力をアナログ値とし、減算（−ＣＹｔ）を
ＭＣＰ電圧４１を制御するか、その持続時間を制御する
か、または装置２からの読み出し光３２の光強度を制御
することで、１倍の減算とすることができる。そして、
これにより任意の数ｎを法とする数値についての加算を
行うことができる。

（発明の効果） 以上詳しく説明したように本発明による全加算演算装置
は、記憶機能、減算機能を有し、逐次入力される輝点群
の個々の輝点の光強度間の差に対応する光強度を持つ輝
点群を出力とする第１の光演算装置と、記憶機能、閾値
処理機能を有し、入射輝点群に閾値処理をして、２値化
された光強度を持つ輝点群を記憶、出力する第２の光演
算装置と、任意の数を法とする数値情報を前記数値に比
例した光強度に変換し平面内に輝点群として配置する第
１および第２の入力装置と、前記第１の光演算装置の出
力である輝点群の個々の輝点の光強度を任意の数を法と
する数値情報に変換する光電変換装置と、前記第１およ
び第２の入力装置より出力される複数の輝点群相互と、
さらに前記第２の光演算装置より出力される輝点群とを
重ねて前記第１の光演算装置に結像する光学手段により
構成されている。

したがって、任意の数を法とする数値多数の加算を少数
の操作で実行できる。

そのため、本発明は光コンピュータの演算ユニットの一
つとして広く利用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による全加算演算装置の基本的な構成
要素である空間光変調管の構成と動作を説明するための
略図である。 第２図は空間光変調管の結晶表面の２次電子放出特性を
示すグラフである。 第３図は空間光変調管の閾値制御を説明するためのグラ
フである。 第４図は結晶表面電荷晋δと、出力光強度■、出力光位
相差φとの関係を示すグラフである。 第５図は本発明による全加算演算装置の実施例を示すブ
ロック図である。 第６図は２を法とする全加算演算装置の論理表を示すグ
ラフである。 第７図は３を法とする全加算演算装置の論理表を示すグ
ラフである。 １・・・入力光 ２．２８〜３１・・・レンズ ３・・・光電陰極 ４・・・マイクロチャンネルプレート ５・・・メソジュ ロ・・・結晶 ６１・・・結晶表面 ４１・・・マイクロチャンネルプレート駆動電圧７．１
６〜２２・・・ハーフミラ− ８，３２，４０・・・読み出し光 ９．２７．４２・・・検光子 １０・・・出力光 １１．１２・・・ＬＥＤアレイ １３．１４・・・加算される輝点群 １５・・・桁上げ用輝点群 ２３〜２６・・・ミラー ３３．３４・・・空間光変調管 ３５．３６・・・受光素子アレイ　（光電変換装置）３
７・・・３３からの出力光 ３８・・・３４からの出力光 ３９・・・シャック 特許出願人　浜松ホトニクス株式会社 代理人　弁理士　　井　ノ　ロ　　連 片３図 ２４図 −Ｕ九−７にユ、ｐｃシＬ　　　σぺ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）記憶機能、減算機能を有し、逐次入力される輝点
   群の個々の輝点の光強度間の差に対応する光強度を持つ
   輝点群を出力とする第１の光演算装置と、記憶機能、閾
   値処理機能を有し、入射輝点群に閾値処理をして、２値
   化された光強度を持つ輝点群を記憶、出力する第２の光
   演算装置と、任意の数を法とする数値情報を前記数値に
   比例した光強度に変換し平面内に輝点群として配置する
   第１および第２の入力装置と、前記第１の光演算装置の
   出力である輝点群の個々の輝点の光強度を任意の数を法
   とする数値情報に変換する光電変換装置と、前記第１お
   よび第２の入力装置より出力される複数の輝点群相互と
   、さらに前記第２の光演算装置より出力される輝点群と
   を重ねて前記第１の光演算装置に結像する光学手段によ
   り構成される任意の数を法とする数値複数を全加算する
   全加算演算装置。
2. （２）前記光演算装置は空間光変調管である特許請求の
   範囲第１項記載の全加算演算装置。