JPS62212836A - 加減算演算装置 - 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て加算と
減算を行う加減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または減算は、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。

また減算は、補数をとり加算演算にて実行する。

この演算回路は通常−個の演算しか行うことができない
ため大量の数値の演算には、演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減算演算のために、多数の加減算操
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
値の加減算には、さらに加減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減算を、
少数の操作で実行でき、また桁数の制約による加減算操
作の回数増加を必要最小限とすることができ、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加減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、本発明による加減算装置は
、記１．な機能、減算機能をもち順次入力された輝点の
光強度間の差に対応する光強度を持つ輝点群を出力する
第１の光演算装置と、記憶機能と閾値処理機能を存し、
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の光演算装置および第２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
を重で結像する光学手段と、前記第１の光演算装置から
の出力光の明暗を反転させて加算演算機能か減算演算機
能を選択する切り替え手段から構成されている。

（実施例） 以下図面等を参照して本発明をさらに詳しく説明する。

第１図は、本発明による加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。

ここで直線偏光の単色光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１次電子エ
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Ｉ。／２゜Ｂ部分
は１．、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、
量も負電荷の多い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図において、Ｖｂ＝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、電子の付着量がもっと
も大きく、メツシュ電圧の電位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−０，５”、＜　ＩＴＡに対
応する部分の電位は０．０　Ｋ　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
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。

この様にある電荷のレベルを設定してそのレベル以上と
か以下に二値化することを閾値制御機部ということにす
る。

第５図は本発明による加減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３７．３８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１），１２は第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４８．４９はそれぞれ、第１および第２
の光演算装置（空間光変調管３７．３８）の出力像の個
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を形成している。

ハーフミラ−２９，３０，３１、レンズ２５，２７．２
８は、第１および第２の入力装置（ＬＥＤアレイ１）．
１２）および第２の光演算装置（空間光変調管３８）よ
り出力される輝点群を互いに正ねて結像する手段を与え
ている。

結晶板５２と検光子４５は、加算演算機能か、減算演算
機能かを選択する切り替え手段を形成している。結晶板
５２に電圧５３を印加しないときには、第４図の実線の
光強度が偏光板４５を通過後に得られる。また、電圧５
３を印加したときには、半波長板として動作し、第４図
に点線で示す光強度が偏光板４５を通過して得られる。

なお、結晶板５２は、空間光変調管の結晶６と同一のも
のを用い、両面に電圧印加用の透明電極を付けたもので
ある。

前記構成の実施例装置の動作を各演算別に細部の構成と
ともに説明する。

（加算演算） 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　＝Ａ　ｔ　＋Ｂ　ｔ　＋ＣＹｔ　　　（ｎ　
　−ＣＹｔ・・・・・・・・・（１） ＣＹ　ｔ　＝　１ （Ａｔ＋Ｂｔ＋ＣＹｔ−、≧ｎの場合）ｃｙ　ｔ　＝　
。

（Ａ　ｔ　＋Ｂｔ　＋ＣＹ　ｔ　　Ｈ＜　ｎの場合）・
・・・・・・・・（２） （１），（２１をｔ＝Ｑ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う。

次に全加算の手順を示す。

■Ａｔ＋Ｂｔ＋ＣＹｔ−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図にそれぞれ２進法、３進法の場合の
例を示す。

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。

■Ａｔ＋Ｂｔ＋ＣＹｔ　　ｓ ２を法とする数値情報、ここでは電気信号０゜■、をこ
の電気信号０，１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ＬＥＤアレイ１），１２の出力を
それぞれ入力Ａｔ、Ｂｔとする。

入力Ａｔ、Ｂｔは、ハーフミラ−２９，レンズ２５によ
り互いに加算される輝点同志を重なるように空間光変調
管３７に結像させられる。

さらにレンズ２７．２８、ミラー４０．４２，４３、ハ
ーフミラ−３１を用いて、桁上げ信号を出力する空間光
変調管３８からの桁上げ用輝点群と前記輝点群とを互い
に重なるように結像させる。

ここで空間光変調管３７に書き込み操作を行う。

結晶板５２に電圧を印加せず、また結晶表面５０に電荷
がない場合の反射光の通過を阻止するように偏光板４４
に対し、クロスニコルに配置した検光子４５．４６を通
過した出力光１８．１９は、Ａ　ｔ　＋Ｂ　ｔ　＋ＣＹ
　ｔ−、に対応した光強度を持ち、先に説明した空間光
変調管の記１）機能により保持される。

■ＣＹｔ 空間光変調管３８に空間光変調管３７の出力光１８を書
き込む。

そして、前述した空間光変調管の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。

ここで検光子４７は、結晶表面５１に電荷がない場合の
反射光の通過を阻止するように偏光板４４に対し、クロ
スニコルとして配宣しである。

検光子４７を通過した出力光２０は、ｃｙｔに対応した
光強度を持つことになる。

この出力光２０は、空間光変調管３８の記憶機部により
保持される。なお、その内容は必要があれば、受光素子
アレイ４９により電気信号に変換して桁上げ情報として
利用できる。

■、ａ、ｔ＋１３ｔ＋ＣＹｔ　−１−２・ＣＹｔＬＥＤ
アレイ１）．１２を消灯またはシャフタ２３を閉とする
か、もしくはシャッタ２１，２２゜２３を閉とし、空間
光変調管３７に入射する光をｃｙｔのみとする。

ここで２の減算機能を用いて、空間光変調管３７に記憶
されているＡ　ｔ　＋Ｂ　ｔ　＋ＣＹ　ｔ−、より２・
ＣＹｔを減算する。

２倍されたＣＹｔの減算は読出し光１７の光強度を制御
するか、マイクロチャンネルプレート駆動電圧４１　（
第１図参照）を制御するか、その持続時間を制御するこ
とで得られる。

空間光変調管３７の出力光１９を受光素子アレイ４８に
よって、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。

（減算演算） 一般的に任意の数ｎを法とする数値相互の減算の式は、
下記（１）、　（２）で示される。

ここでＡｔ、Ｂｔはｎを法とする数値、５ＵＢｔは、減
算結果の数値、ＢＯｔは上位の桁から借りた数値、ｔは
ｔ桁目についての添字を意味する。

５ＵＢｔ’−Ａｔ−Ｂｔ−ＢＯｔ−、＋ｎ−ＢＯｔ・・
・・・・・・・・・・（１） ＢＯｔ＝０ （Ａｔ−Ｂｔ−ＢＯｔ　−、≧０） ＢＯｔ＝１ （Ａｔ−Ｂｔ−ＢＯｔ−、＜Ｏ） ・・・・・・・・・・・・（２１ ここで（１），（２１式を次のように変形するＳＵＢ　
　む　＝　　（Ａｔ＋ｎ）　　−（Ｂｔ＋ＢＯｔ　　−
１）−ｎ＋ｎ−ＢＯｔ　　　・・・・・・・・・・・・
（３）ＢＯｔ＝０ （２ｎ−１−（Ａｔ＋ｎ−（Ｂｔ＋ＢＯｔ　−１））〈
ｎ〕 ＢＯ１＝１ （２ｎ−１−（Ａｔ＋ｎ　−（Ｂ、ｔ＋ＢＯｔ　−１）
）≧ｎ〕 ・・・・・・・・・・・・（４） 次に減算の手順を示す。。

■Ａｔ＋ｎを求める。

■Ａｔ＋ｎ−（Ｂｔ＋ＢＯｔ　　１　）を求める。

■ＢＯｔを求める。

■Ａ　ｔ　＋　ｎ　　　（Ｂ　ｔ　＋　Ｂ　Ｏｔ　　ｌ
　）　＋　ｎ−Ｂ　ＯＬを求める。

■Ａ　ｊ＋ｎ−（Ｂ　む　十　ＢＯｔ　　−１）　　　
＋ｎ−ＢＯｔ−ｎを求める。

■■〜■を必要な桁数だけ繰り返す。

第８図および第９図にそれぞれ２進法、３進法の場合の
例を示す。

以上の減算演算を、２を法とする数値の減算演算の実施
例に基づいて説明する。

■Ａｔ＋２ ２を法とする数値情報をここでは電気信号０゜１とし、
この電気信号０．１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ＬＥＤプレイ１．１．１２の出
力を、ａ、ｔ、Ｂｔとする。

光１５の光強度を法の数２に比例した光強度とし、ハー
フミラ−３０とレンズ２５により互いに重ねて、空間光
変調管３７の光電陰極３（第１図参照）に結像させる。

ここでシャッタ２１．２４を閉とするか、またはＬＥＤ
アレイ１２を消灯し、シャフタ２４を閉とするかの方法
により、空間光変調管にＡｔ＋２を書き込む。

■Ａｔ＋２−　（Ｂｔ＋ＢＯｔ−、） ＬＥＤアレイ１）と光１５を消灯するか、シャッタ２２
．２３を閉とするかの方法により空間光変調管３７にＢ
　ｔ　＋ＢＯｔ−ｔの光強度を持つ光を入射させる。

ここで空間光変調管の減算機能を利用する。

空間光変調管３７の光１６により読み出された光は■と
なる。

結晶５２は結晶駆動電圧５３により偏波面を９０゜回転
させられるため、第４図に示すように、３は０．２は１
．１は２．３は０のように変換される。

そして、このとき空間光変調管３７の出力光１８（読み
出された光）は、 ２・２−１−　（Ａｔ＋　２−　（Ｂｔ＋ＢＯｔ　−１
）　）に対応した光強度を持つ。

この出力光１８は空間光変調管３７の記憶機能により保
持されている。

■空間光変調管３８に空間光変調管３７の出力光１８を
書き込む。さらに空間光変調管の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３８の出力光２０は、ＢＯｔの光強
度を持つことになる。

この出力光２０は空間光変調管の記憶機能により保持さ
れる。

必要があれば受光素子アレイ４９により電気信号として
上位の桁からの借りの情報を得ることができる。

■Ａｔ＋２　　　（Ｂｔ＋ＢＯｔ　　ｓ　）＋２・ＢＯ
ｔ空間光変調管３７には、■のＡｔ＋２−（Ｂｔ＋ＢＯ
ｔ−五）が記憶されている。

ここでシャッタ２１．２２を閉とするか、ＬＥＤアレイ
１），１２と光１５を消灯し、ＢＯｔの光２０のみを空
間光変調管に入射させ、書き込むことによりＡｔ＋２−
　（Ｂｔ＋ＢＯｔ−、）＋２・ＢＯｔが得られる。

２倍されたＢＯｔの加算は読み出し光１７の光強度を制
御するか、マイクロチャンネルプレート駆動電圧４１　
（第１図参照）を制御するか、その持続時間を制御する
ことで得られる。

■Ａｔ＋２−　（Ｂｔ＋ＢＯｔ−１）＋２・ＢＯｔシャ
ッタ２１，２２．２４を閉とするが、ＬＥＤアレイ１）
，１２を消灯とし、シャッタ２４を閉とする方法で光強
度２を持つ光のみ空間光変調管３７に入射させる。

ここで２の減算機能を用いて−２の減算を行う。

空間光変調管３７の出力光１９はＡｔ＋２−（Ｂｔ＋Ｂ
Ｏｔ−１）＋２・ＢＯｔ　　２に対応する光強度を持つ
。

この出力光１９を受光素子アレイ４８により電気信号に
変換し、減算結果の数値情報を得ることができる。

以上の操作を減算すべき桁数だけ繰り返す。

以上説明した加減演算は、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減算が同時に処理されているこ
とになる。

また前述した実施例は、いずれも２を法とする数値につ
いての減算操作であったが、入力Ａｔ。

Ｂｔに配置する数値情報と受光素子の出力を多値とし、
ｎ倍の加減算は、マイクロチャンネルプレート駆動電圧
４１を制御するかその持続時間を制御するか、または読
み出し光１７の光強度を制御することでｎ倍の加減算を
行う手段により任意の数ｎを法とする数値の加減算を行
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加減算演算装置
は、記憶機能、減算機能をもち順次入力された輝点の光
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、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て結像
する光学手段と、前記第１の光演算装置からの出力光の
明暗を反転させて加算演算機能か減算演算機能を選択す
る切り替え手段から構成されている。

したがって、前記切り替え手段を用いることにより、任
意の数を法とする数値多数の加算および減算を、構成を
殆ど変更することなく、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、本発明による加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図は本発明による加減算演算装置のブロック図であ
る。 第６図は２を法とする加算の場合の論理表を示すグラフ
である。 第７図は３を法とする加算の場合の論理表を示すグラフ
である。 第８図は２を法とする減算の場合の論理表を示すグラフ
である。 第９図は３を法とする減算の場合の論理表を示すグラフ
である。 １・・・入力光 ２．２５〜２８・・・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 ５０．６１・・・結晶表面 ４１・・・マイクロチャンネルプレート駆動電圧７．２
９〜３６・・・ハーフミラ− ８，１６，１７・・・読み出し光 １０・・・光出力 １）．１２・・・ＬＥＤアレイ １３．１４・・・減算される輝点群 １５・・・一様な光強度を持つ光 １８．１９・・・出力光 ２０・ＢＯＲＲＯＷ用輝点群 ２１〜２４・・・シャッタ ３７．３８・・・空間光変調管 ３９〜４０．４２．４３・・・ミラー ４４・・・偏光子 ９．４５〜４７・・・検光子 ４８．４９・・・受光素子アレイ（光電変換装置）５２
・・・結晶 ５３・・・結晶駆動電圧 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　　毒 牙３図 才４図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）記憶機能、減算機能をもち順次入力された輝点の
   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、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の光演算装置および第２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
   群とを重て結像する光学手段と、前記第１の光演算装置
   からの出力光の明暗を反転させて加算演算機能か減算演
   算機能を選択する切り替え手段から構成した任意の数を
   法とする数値相互を加減算する加減算演算装置。
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項記載の加減算演算装置。
3. （３）前記加算演算機能か減算演算機能かを選択する切
   り替え手段は、検光子と半波長板の組合せである特許請
   求の範囲第１項記載の加減算演算装置。