JPS62212835A - 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、空間光変調間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） ２つの数値相互間の加算演算は、集積回路を用いた電子
回路技術を利用することにより行われている。

このような演算を行うためには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１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、加算操作を多数繰り
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、多数の加算操作を
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
数の操作で実行でき、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することができ、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、減算機能、閾値処理機能を有し、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、また入射輝点群に閾値処
理をし、２値化された光強度を持つ輝点群を出力する第
１の光演算装置と、記憶機能、減算機能を有し、逐次入
力された輝点群の個々の輝点の光強度間の差に対応する
光強度をもつ輝点群を出力する第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を重ねて結
像する光学手段から構成されている。

（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、本発明による減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を介して入射した
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６
１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１の光強度に対応した光強度
を持つ光出力ｌＯ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持っている。

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へ入射する一次電子の
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、−次電子数が二次電子数より多いので（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き込み、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■。、Ｃ部分はＯ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、■ｂ＝２ＫＶ、Ｖｃ＝ＩＫＶとして、
第３図の入力光の書き込みを行ったとする。パターンＢ
に対応するところは、電子の付着量が最も大きく、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−０，５Ｋ　Ｖ八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を例えば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、そのレベル
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）、　（２１で示される。

ここではＡｔ、Ｂｔは口を法とする加算すべき数値、Ｓ
ＵＭｔは加算結果の数値、ＣＹｔ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） ＣＹＬ＝１ （Ａｔ＋Ｂｔ＋ＣＹｔ−１≧ｎの場合）ｃｙｔ＝。

（Ａｔ＋Ｂｔ＋ＣＹｔ−１＜ｎの場合）・・・・・・・
・・・・・（２） （１１，（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！ ■　第１の光演算装置でＡｔ＋Ｂｔ＋ＣＹｔ　　＋を求
める。

■　第１の光演算装置の出力 Ａｔ＋Ｂｔ＋ＣＹｔ−１を第２の光演算装置に転送する
。

■　第１の光演算装置にてＣＹｔを求める。

■　第１の光演算装置の出力ＣＹｔを用いて第２の装置
にてＡｔ＋Ｂｔ＋ＣＹｔ　−１−ｎ−ｃＹｔを求める。

■　Φ〜■を必要な桁数だけ繰り返す。

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。

以上の加算演算を２を法とする数値の加算演算の実施例
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２１．２２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は第１および第２の入力装置を
形成している。

また受光素子アレイ２７．２８は第１および第２の入力
装置を形成している。

ハーフミラ−１５とレンズ３２は、ＬＥＤアレイ１１．
１２より出力される複数の輝点群相互を重ねて結像する
光学手段を形成している。

■Ａｔ＋１３ｔ＋ＣＹｔ　−１ ２を法とする数値情報は、ＬＥＤアレイ１１およびＬＥ
Ｄアレイ１２により電気信号１．０に比例した光強度に
変換され、平面内に輝点群として配置される。

ＬＥＤアレイ１１の出力１３をＡｔ、、ＬＥＤアレイ１
２の出力１４をＢｔとする。

ハーフミラ−１５とレンズ３２によりＡｔ、Ｂｔは互い
に重ね合わされて、空間光変調管２１の光電陰極に結像
させられる。

空間光変調管２１の結晶面３５には、ｃｙｔ−。

に相当する電荷が以前の操作によって書き込まれてい゛
る。

ここで空間光変調管２１のマイクロチャンネルプレート
に駆動電圧を印加することで Ａ　ｔ　＋Ｂ　ｔ　＋ＣＹ　ｔ−、に相当する電荷が書
き込まれる。

なお第１回目（Ｑ下位）の場合は、 ＡＯ＋１３ｏ＋Ｃ，Ｙｏ−、である。

ｃｙｏ−、は当然０であるから、当初の電荷が０であれ
ばｃｙｏ−１がすでに書き込まれていることになる。

■Ａｔ＋Ｂｔ＋ＣＹｔ−，の転送 空間光変調管２１の内容は読み出し光２３により読み出
され光２５として、空間光変調管２２の光電陰極に入射
している。

ここで検光子３０を、結晶表面３５に電荷がない場合の
反射光を通過させないように、偏光板２９に対してクロ
スニコルの状態に置くことにより、出力光２５はＡｔ＋
Ｂｔ＋ＣＹｔ−１に対応した光強度を持つ。

ここで空間光変調管２２のマイクロチャンネルプレート
に駆動電圧を印加することで、空間光変調管２２にＡｔ
＋Ｂｔ＋ＣＹｔ−、を転送することができる。

■ＣＹｔ 空間光変調管２１はＡｔ＋Ｂｔ＋ＣＹｔ−、を記憶して
いる。

ここで先に説明した閾値制御機能を用い２以上の値を持
つ数値のみ出力するようにする。

さらに先に説明した減算機能を用いてｃｙｔに対応する
電荷を持つように制御する。

この出力光２５を必要があれば受光素子アレイ２７によ
り電気信号に変換し、桁上げ情報を得ることができる。

■Ａｔ＋Ｂｔ＋ＣＹｔ−、−２−ＣＹｔ以上により、空
間光変調管２１にはｃｙｔ、空間光変調管２２にはＡｔ
＋Ｂｔ＋ＣＹｔ　　ｒが記憶されている。

ここで先に説明した減算機能を用いることで空間光変調
管２２の出力光２６は、 Ａｔ＋Ｂｔ＋ＣＹｔ−、−２−ＣＹ１７）光強度を持つ
ようにすることができる。

検光子３１は偏光板２９に対してクロスニコルの状態に
配置しであるから、出力光２６を受光素子アレイ２８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Ａｔ、ＢＬにセットする数値情報
と受光素子アレイの出力を多値とし、減算（−ＣＹｔ）
をマイクロチャンネルプレート電圧４１（第１図参照）
を制御するか、またはその持続時間を制御することで、
ｎ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、閾値処理機能を有し、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。

また入射輝点群に閾値処理をし、２値化された光強度を
持つ輝点群を出力する第１の光演算装置と、記憶機能、
減算機能を有し、逐次入力された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もつ輝点群を出力する
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
の輝点群相互を重ねて結像する光学手段から構成されて
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
の操作にて実行できる。

そのため本発明は、光コンピュータの演算ユニットの１
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略図
である。 第４図は結晶表面電荷量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 ２．３２〜３４・・・レンズ ３・・・光電陰極 ４・・・マイクロチャンネルプレート ５・・・メッシュ ロ・・・結晶 ３５．３６．６１・・・結晶表面 ４１・・・マイクロチャンネルプレート駆動電圧７．１
５〜１９・・・ハーフミラ− ８，２３，２４・・・読み出し光 ９．３０．３１・・・検光子 １０・・・出力光 １１．１２・・・ＬＥＤアレイ １３．１４・・・加算される輝点群 ２０・・・ミラー ２１．２２・・・空間光変調管 ２５・・・２１からの出力光 ２６・・・２２からの出力光 ２７．２８・・・受光素子アレイ　（光電変換装置）２
９・・・偏光子 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　　溝 片３図 ５！−４図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）記憶機能、減算機能、閾値処理機能を有し、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、また入射輝点群に閾値処
   理をし、２値化された光強度を持つ輝点群を出力する第
   １の光演算装置と、記憶機能、減算機能を有し、逐次入
   力された輝点群の個々の輝点の光強度間の差に対応する
   光強度をもつ輝点群を出力する第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を重ねて結
   像する光学手段から構成した任意の数を法とする数値相
   互を全加算する全加算演算装置。
2. （２）前記第１および第２の光演算装置は、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。