JPS6338924A - 光論理演算の方法及びその装置 - 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】 ［産業上の利用分り’Ｆ　］ この発明は、画像のような二次元データを、並列に演算
処理する、光論理ル；Ｉ算の方法及びその装置に関する
らのである。

し従来、の技術］ 画像処理の分野においては、複数の画像データの間に一
定のｉｌ算を施し、新たなデータを得るといった処理が
頻繁に行なわれる。このように、１数の二次元データの
間に一定の１出算処理を施し、新たなデータを得ろ従来
方法としては、各入力画像を画素に分解して一連の画素
信号を形成し、対応する画素信号毎に時系列的ににｌ算
していく方法が知られている。

例えば、第９図において、２つの入力画像（二次元デー
タ）Ｉ　Ａ、Ｉ　Ｂは、光学系２を介して、二次元イメ
ージセンサ３上に結像する。イメージセンサ３は、まず
、画（！？！ｌＡの像を各画素に分解して読み取り、画
素信号を時系列的な電気パルス列（画像データ）Ａに変
換し、メモリ４に記憶させる。

次に、もう一方の入力画像！Ｂを同様に読み取り、時系
列的な電気パルス列（画像データ）Ｂを形成し、先に画
像データＡを記憶した場所とは異なるメモリ４上の場所
に記ｉαさ仕る。

記１αされた２種の画像データΔ、Ｂは、同一位置の画
素データが対応するように同期されて、電気的な演゛算
部５へ転送され、対応する６画素データ間で演算されろ
。この後、やはり時系列な電気パルス列として、演算結
果の画像データＣがメモリ４に転送され、記憶されろ。

記憶された画像データＣは出力装置（ＣｎＴ表示装置）
６に送られ、表示される。

［発明が解決しようとする問題点］ ところで、上述した従来の二次元データの演算方法にお
いては、次のような欠点があった。

■二次元データを時系列データに変換して、直列的に処
理していくので、画素数が多いときには、処理速度が遅
くなってしまう。

すなわち、二次元的な広がりを持つ画像を、イメージセ
ンサ３等の画像検知ｉ！Ｊによって、時系列的な画像デ
ータに順次変換し、これらの画像データを電気的な演算
部（半導体プロセッサ）５に転送して、順次時系列に演
算することか木質的な処理の流れであるため、各画素を
同時に並列処理できず、処理速度が遅い。

■入力部、演算部、出力部等の処理速度のマツチングを
とるために、それぞれの間に、インターフェースとして
の記憶部を配置しなければならない。このため、！、’
４成が謹惟になるとともに、上記各構成要素間のデータ
転送を行うためのタイミングクロックの制御が必要とな
る。

この発明は、このような背景の下になされたもので、処
理速度が速く、かつ構成が簡単な、光論理演算の方法及
びその装置を提供することを目的とする。

ｃ問題点を解決するための手段］ 上記問題点を解決するためにこの発明は、画像等の二次
元データを複数組入力し、各二次元データの対応画素間
に論理演算を施して新たな二次元データを得るようにし
た光論理演算の方法において、 波長、偏光而等の光学的特性が異なる；９数の光によっ
て、それぞれの二次元データを入力し、前記光学的特性
の異なる光に対して異なった反応をする光検知器により
、前記二次元データの各画素に対応する光信号を一斉に
検知し、検知した入力状態を、各画素当たり曵数個設け
られた点滅素子の点滅状態に変換して符号化し、 前記点滅素子に対向して設けられ、演算制御部からの信
号によってオン／オフ制御される光検知器によって、萌
記点滅素子の点滅を検出し、この検出状態により各画素
毎に設けられた出力用の点滅素子を点滅させること を特徴とする。

また、画像等の二次元データを１ｇ、数入力し、６二次
元データの対応画素間に論理演算を施して新たな二次元
データを得るようにした光論理演算の装置において、 波長、偏光而等の光学的特性か異なった複数の光によっ
て、前記複数の二次元データを同一平面上に投射・入力
する入力光学系と、 前記３画素毎に複数ｉ、役けられ、萌記光学的特性が異
なる光に対して異なった反応をなし、かつ前記同一平面
上に結像された複数の二次元データを各画素毎に一斉に
検知する光検知素子と、各画素当たり複数個設けられ、
かつ自記光検知素子によって検知された入力状態に応じ
て点滅し、前記入力状態を符号化する点滅素子とからな
る符号化部と、 前記各点滅素子に対向して設けられ、前記点滅素子の点
滅状態を検出する光検知素子と、各画素当たり１つずつ
設けられ、自記光検知素子の検出状態に応じて点滅する
出力用の点滅素子とからなる演算部と、 前記演算部の光検知素子をオン／オフ制御する演算制御
部と を具備することを特徴とする。

［作用］ 上記方法または装置によれば、二次元データの各画素を
並列に演算処理できるので、クロック制御が不要になる
とともに、処理速度が著しく向上する。

また、符号化された入力データと、演算部の光検知素子
のオン／オフとの組み合わせにより、任意の形式の論理
演算が可能となる（第３図および第６図参照）。

［実施例］ 以下、図面を参照して、本発明の詳細な説明する。

第１図ないし第５図において、２つの入力画像１１Ａ、
ＩＩＢは、結像光学系１２を介して、符号化部１３に同
時に入射する。ここで、入力画像１１Ａ、ＩＩＢの各画
素（ｉ、ｊ）が、“０”、“１”の２値（デジタル値）
をとるものとし、入力画像１１Ａの各画素（ｉ、Ｄの値
をａｉｊと表記し、入力画像１１Ｂの各画素（ｉ、Ｄの
値をｂｉｊと表記すると、入力状態（Ｂｉｊ、ｂｉｊ）
は、　（０，０）、　（０、ｌ　）、　（１，０）、（
１，１）の４通りの状態をとり得る。

符号化部１３は、上記４通りの入力状態に対応して、第
２図の発光素子２１の４個の素子２１ａ〜２１ｄの内の
１つを発光させる。すなわち、第３図に示すように、入
力状態が（０，０）のときには発光素子２１ａを点灯さ
せ、入力状態が（０、Ｉ　）のときには発光素子２１ｂ
を点灯させ、入力状態が（１，０）のときには発光素子
２１ｃを点灯させ、入力状態が（１，１）のときには発
光素子２１ｄを点灯させる。なお、これらの符号化は、
すべての画；４Ｒｉ、ｊ）について同時に並行して実行
される。

上記符号化によって得られた、各画素毎の光信号は、演
算部１４に送られる。ｌＯＩ算部１４は、各画素毎に設
けられた光検知器２２と、該光検知器２２の出力をオン
／オフするスイッチ２３と、自記出力により点滅される
出力用の発光素子２４とから構成されている。

上記光検知器２２は、符号化部１３の・１側の発光素子
２１ａ〜２１ｄに対向配置された４　（！、’１の光検
知素子２２ａ〜２’　２　ｄからなる。これらの光検知
素子２２ａ〜２２ｄの出力は、スイッチ２３ａ〜２３ｄ
によってオン／オフされ、出力用の１個の発光素子２４
に共通に供給される。そして、４個の発光素子２１ａ〜
２１ｄの内の少なくと乙１１が点灯し、かつ、このＩＩ
に対応するスイッチ２３ａ〜２３ｄかオンのときに、出
力用の発光素子２４が点灯する。なお、スイッチ２３ａ
〜２３ｄは、光検知素子２２ａ〜２２ｄの出ツＪをオン
／オフできさえずればよく、実際には、光検知素子２２
ａ〜２２ｄへの供給電圧をオン／オフしたり、光検知素
子のゲート；圧をオン／オフしたりして制御する。この
オン／オフ制御は、演算制御部１５からの制御信号によ
って行なわれる。

この結果、発光素子２１とスイッチ２３の動作状態によ
り、第３図に示すような論理演算が各画素について同時
に行なわれる。

例えば、スイッチ２３の内のスイッチ２３ａ〜２３ｃか
オフ、かつ２３ｄかオフの場合は、入力状態（ａｉｊ、
ｂｉｊ）が（１，１）の場合、すなイつち、入力画像＋
　＋Δ、＋１１３の対応画素がと乙に“ｌ”となり、発
光素子２１ｄが点灯した場合のみ、発光素子２４が点灯
する。つまり、２つの入力画像１１Ａ。

１１１３のアンドがとられろ。

一方、スイッチ２１ａがオフで、他の３つのスイッチ２
１ｂ〜２　Ｉ’ｄがオンの場合には、入力状態（ａｉｊ
、ｂｉＤが（０，１，）、（１，０）、（１，１）の場
合、言い替えれば、入力画ａ＋＋Ａ、ｚＢの対応画像の
一方力じＩ”となり、発光素子２１ｂ〜２１ｄの内の少
なくと乙１つが点灯した場合に、発光素子２４が点灯す
る。つまり、２つの入力画ｆａｌｌΔ。

＋１１３のオアがとられろ。

なお、第１図の演算部１１Ｉは、入力画像＋１Ａおよび
１１１３のイクスクルーノーブオアをとっている。また
、第３図では、アンド、オア、イクスクルーシーブオア
、ナンドの４種類の演算のみ示したが、実際には、４個
のスイッチ２３ａ〜２３ｄの状態に応じて、２’＝Ｉ６
種類の組み合わせがあり、これに対応して１６種類の演
算が可能である。そして、これらの演算は、スイッチ２
３の切り替えによって選択できるようになっている。

次に、第・１図を参照して、符号化部１３の具体的構成
を説明する。この図において、点線で囲んだ＋Ｍ＜分か
一画累に相当し、上述した４ｇＩの発光素子２１ａ〜２
１ｄを含んでいる。そして、各発光素子２１ａ〜２１ｄ
は、上記の４つの入力状！（０，０）〜（１，１）に応
じて点滅するようノこなっている。

なお、以下の説明においては、入力画像１１Ａ。

ＪＩＢはそれぞれ、波長λａ、λｂ（λａ≠λｂ）の光
によって符号化部１３に入力する乙のとし、波長かλａ
の光に感応する光検知素子を３２ａで表し、波長がλｂ
の光に感応する光検知素子を３２１）で、これら双方に
感応する光検知素子を３２ａｂで表ずらのとする。

まず、発光素子２１ａは、２つの波長λａ、λｂに感応
する光検知素子３２ａｂと並列接続され、回路電流調整
用の抵抗３３を介して電源端に接続されている。従って
、入力状態が（０，０）のときのみ光検知索子３２ａｂ
がオフとなり、発光素子２１ａが点灯する。一方、発光
素子２１ｂは、波長λａに感応する光検知素子３２ａと
並列接続され、波長＾ｂに感応する光検知素子３２ｂと
回路調整用の抵抗３３とを介してＷＥｔ端に接続されて
いる。従って、発光素子２１ｂは、入力状態が（Ｏｉ）
のとき、つまり、光検知素子３２ａがオフ、かつ３２１
）がオンのときに点灯する。

更に、発光素子２１ｃは、波長λｂに感応する光検知素
子３２ｂと並列接続され、光検知素子３２ａと抵抗３３
とを介して電源端に接続されている。

従って、発光素子２１ｃは、入力状態が（１，０）のと
き、すなわち、光検知素子３２ａがオン、３２１）がオ
フのとき点灯する。最後に、発光素子２１ｄは、光検知
素子３２ａ、３２ｂ、抵抗３３を介して７ｒｉ源端に接
続され、入力状態が（１，１）のとき、つまり、光検知
素子３２ａ、３２ｂがとらにオンのときに点灯する。

このように、４区画の発光素子２１ａ〜２Ｉｄの点灯状
、慄は、２つの入力！！ｉｉ像１１Ａ、ＩＩＢの各画素
（ｉ、ｊ）の入力状？、（ａｉｊ、ｂｉｊ）に対応する
こととなり、入力状態が符号化される。なお、光検知器
３２としては、フォトトランジスタ、または光伝導セル
を用いることができる。また、萌記のような波長感度特
性を光検知器３２に持たせるｆこめには、受光面前面に
特定波長の透過フィルタを被せればよい。

上記発光素子２１、光検知器３２は透明なガラス基板上
に搭１戟され、一方の面側から画像１１Ａ。

１１１３を入力して、光検知器３２で画像の入力状態を
検知するとともに、各画素当たり４つずつ設けられた発
光素子２１ａ〜２１ｄの点滅状態を、画像入力端と反対
側の面に出力させることにより、符号化状態として出力
することができる。なお、これらの構成を含め、符号化
部１３の更に具体的な構成については後述する。

次に、第５図を参照して、演算部１４の構成を説明する
。図において、点線で囲んだ部分が一画素に相当してい
る。この部分は、一端が演算制御部Ｉ５の制御ラインＶ
ａ〜Ｖ　（Ｉに接続されろ一方、他端が共通に接続さ、
Ｂ−１，た・１個の光検ｙＩ＋素子２２ａ〜２２ｄと、
アノードが抵抗３３を介して面記共通接続端に接続され
るとともに、カソードがアース端に接続された発光素子
２４とから構成されている。これらの構成要素は、透明
なガラス基板上に構成され、各画素毎に、符号化部１３
の発光素子２１ａ〜２１ｄと、演算部１４の光検知素子
２２ａ〜２２（１とが対向するように配置されている。

また、発光素子２４の出力光は、入力側と反対の方向に
投光される。

ここで、例えば、ル１１算制御部１５の制御ラインＶｄ
にのみ電圧が印加されたときには、各画素の光検知素子
２２ｄだけがオンとなる。従って、符号化部１３の発光
素子２１ｄが点灯したときのみ、演算部１４の発光素子
２４が点灯する。つまり、第３図に示すように、入力画
像１１Ａ、ｌｌ［３の各画素信号の論理積（Ａ　Ｎ　Ｄ
　）として演Ｗ結果が出力される。

同様に、Ｖａ以外の制御ラインＶｂ−Ｖｄｔ、：電圧が
印加されたときには、上記各画素信号の論理和（ＯＲ）
の演算結果が出力される。以下、同様に、制御ラインＶ
ａ＝Ｖｄに対する電圧の与え方により、第６図に示す１
６種類の演算を、各画素毎に同時に実行することかでき
る。

第７図は、上記演算部１４の変形例１４Ａの構成を示す
ものである。この変形例＋４Ａが上記演算部Ｉ４と異な
る点は次の通りである。

■各画素の光検知素子２２ａ〜２２ｄの共通接続端に、
電圧Ｖを共通に供給する点。

■光検知素子２２ａ〜２２ｄに３端子形のフォトトラン
ジスタを用い、その各ゲートを、演算制御部１５の制御
ラインＶａ−Ｖｄに接続し、制御ラインＶａ＝Ｖｄから
電圧を印加することにより、光検知素子を選択する上う
にした点。

この演算部１４Ａによっても、演算部１４と同様の作用
、効果を奏することができる。

［具体例１　］ （１）第４図に示す符号化部１３を、第８図に示す、５
ｃｍ口、１ｍｍ厚の石英基板５１の上に形成した。試作
した笥号化部１３は、画素寸法が３×３ｍｍ、画素数が
ｌ０ＸＩＯであり、全部で７００個の薄膜フォトトラン
ジスタ３２（第４図の３２ａ。

３２ｂ、３２ａｂに相当）と４００個の発光ダイオード
２１（第４図の発光素子２１に相当）とから構成される
。

薄膜フォトトランジスタ３２は、石英基板５Ｉ上にポリ
シリコン膜５２をＣＶＤ法によって成長させた後、ソー
ス電極５３とドレイン電極５４とを配して形成した。ま
た、プラズマＣＶＤ法により、窒化シリコン膜からなる
ゲート絶縁膜５５を形成した。更に、薄膜フォトトラン
ジスタ３２の受光面の前部には、赤及び緑の波長を通過
させる色ガラスフィルタ５６を必要に応じて配置した。

また、石英基板５１上に、０．７ｍｍ口の発光ダイオー
ドデツプ２１を、ハイブリッドに搭、成し、ワイヤボン
ディング５７により、薄膜フォトトランジスタ３２と接
続した。発光ダイオード２１には、ＧａΔｓＩ）の赤色
発光のものを用いた。

こうして、薄膜フォトトランジスタ３２に受光された入
力光５８か、上述しノじょうにして符号化され、発光ク
イオード２１から符号化出力光５つとして放射される。

（２）同様にして、１１１算部Ｉ４についても、第５図
の回路構成により、石英基板上に薄膜フォトトランジス
タを形成し、発光ダイオードをハイブリッドに搭載した
。画素寸法は３　Ｘ　３　ｍｍ、画素数１０ＸＩＯであ
り、各画素毎に符号化部１３の発光ダイオード２Ｉと、
演算部１４の薄膜フォトトランジスタとが対向するよう
に、符号化部１３と演算部１４の各石英基板が重ねて配
置された。

上記の構成において、Ｈｅ−Ｎｅレーザ（赤）、及びＡ
　ｒレーザ（緑）の２つの光源により、入力画像１１Ａ
、ｌ　１１３をそれぞれ、符号化部１３の薄膜フォトト
ランジスタ３２に結像させることにより入力した。この
場合、各薄膜フォトトランジスタ３２には、抵抗３３を
介して、＋５Ｖの直流電圧を印加した。また、演算部１
４の制御ラインＶａ〜Ｖｄには、演算の種類に応じて選
択的に、演算制御部Ｉ５から＋５Ｖの電圧を印加した。

以上の条件の下に、制御ラインＶａ−Ｖｄへの印加電圧
を選択することにより、１６翻類の演Ｘ７　＋’１！ｉ
果が、演算部Ｉ・１の発光ダイオード２・Ｉの点、或に
より表示されることが確認できた。

［置体例２　コ 以上の例では、波長か異なる２つの光を用いて画像を入
力したが、２つの毘なる偏光状態で画像の入力を行って
乙、同様の作用、効果を得ることができろ。例えば、第
８図に示す色ガラスフィルタ５８に代えて、偏光方向が
互いに直交する２種の偏光板を配置するととムに、偏光
方向が互いに直交したｌ１ｅ−Ｎｃレーザ光により、画
像１１Ａ。

１１ｒ３を入力さＵ゛ろごとにより、第４図と全く同し
回路で同じ動作が可能となる。

なお、以上の例で用いた発光素子２１．２１１の代わり
に、透過光の透過率を変化さＵ−ろような光ツヤツタを
用いて乙よい。例えば、液晶セルのような、電圧により
透過率の変化する乙のを、発光素子２１．２・１の代わ
りに配置すれば、光検出素子３２．２２を流れる電流の
強弱によって、液晶セルへの印加電圧が変化して透過率
が変わるので、発光素子の点滅と同様の作用を遂行でき
る。

［発明の効果コ 以上説明したように、この発明は、二次元的なデータを
時系列的なデータに変換することなく、ふ画素ｍに空間
的に同時に処理することができるため、クロック制御が
不要であるとともに、二次元データをきわめて高速に処
理することができるＦｌ１点を持つ。また、簡単なスイ
ッチの切替制御によって、多数の演算の中から任意の演
算を選択できるので、処理に柔軟性を持たせることので
きる利点６得られる。従って、この発明は、大規模な二
次元データの演算や画像処理に応用でき、高速かつ柔軟
な演算処理を行わせることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の構成を示す概観図、第２
図は同実施例の一画素分の（Ｉ′４成を示す模式図、第
３図は同実施例における入力画素に対する論理演算の原
理を説明するための図、第４図は同実惟例の符号化部１
３の構成を示す回路図、第５図は同実施例の演算部１４
の構成を示す回路図、第６図は同実施例のすへての論理
演算を示す図、第７図は同実施例のｊｉｊＪ算部１　ｌ
Ｉの変形例Ｉ４Δの構成を示す回路図、第８図は符号化
部１３の具体的構成を示すデバイス構成図、第９図は従
来の光論理演算を説明するための概観図である。 １１・・・・・・入力画像、１２・・・・・結像光学系
、Ｉ３・・・・・・符号化部、１４．１，１Ａ・・・・
・・演算部、１５・・・・・演算制御部′、 ２１・・・・・・符号化部の発光素子、２２・・・・・
演算部の光検知器、２３・・す・スイッチ、２・１・・
・・・ｉｉ’＋ｉ算部の発光素子、３２・・・符号化部
の光検知器。 第１図 第２図 第４図 第６図

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）画像等の二次元データを複数組入力し、各二次元
   データの対応画素間に論理演算を施して新たな二次元デ
   ータを得るようにした光論理演算の方法において、 波長、偏光面等の光学的特性が異なる複数の光によって
   、それぞれの二次元データを入力し、前記光学的特性の
   異なる光に対して異なった反応をする光検知器により、
   前記二次元データの各画素に対応する光信号を一斉に検
   知し、検知した入力状態を、各画素当たり複数個設けら
   れた点滅素子の点滅状態に変換して符号化し、 前記点滅素子に対向して設けられ、演算制御部からの信
   号によってオン／オフ制御される光検知器によって、前
   記点滅素子の点滅を検出し、この検出状態により各画素
   毎に設けられた出力用の点滅素子を点滅させること を特徴とする光論理演算の方法。
2. （２）前記光学的特性の異なる複数の光は、波長を異と
   することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の光論
   理演算の方法。
3. （３）前記光学的特性の異なる複数の光は、偏光状態を
   異とすることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   光論理演算の方法。
4. （４）画像等の二次元データを複数入力し、各二次元デ
   ータの対応画素間に論理演算を施して新たな二次元デー
   タを得るようにした光論理演算の装置において、 波長、偏光面等の光学的特性が異なった複数の光によっ
   て、前記複数の二次元データを同一平面上に投射・入力
   する入力光学系と、 前記各画素毎に複数個設けられ、前記光学的特性が異な
   る光に対して異なった反応をなし、かつ前記同一平面上
   に結像された複数の二次元データを各画素毎に一斉に検
   知する光検知素子と、各画素当たり複数個設けられ、か
   つ前記光検知素子によって検知された入力状態に応じて
   点滅し、前記入力状態を符号化する点滅素子とからなる
   符号化部と、 前記各点滅素子に対向して設けられ、前記点滅素子の点
   滅状態を検出する光検知素子と、各画素当たり１つずつ
   設けられ、前記光検知素子の検出状態に応じて点滅する
   出力用の点滅素子とからなる演算部と、 前記演算部の光検知素子をオン／オフ制御する演算制御
   部と を具備することを特徴とする光論理演算の装置。
5. （５）前記符号化部の点滅素子及び光検知素子は、いず
   れも透明基板上に配置され、かつ前記点滅素子は発光素
   子からなり、前記光検知素子と直列または並列に接続さ
   れたことを特徴とする特許請求の範囲第４項記載の光論
   理演算の装置。
6. （６）前記符号化部の光検知素子の受光部前面に波長フ
   ィルタ、もしくは偏光板を配置したことを特徴とする特
   許請求の範囲第４項または第５項記載の光論理演算の装
   置。
7. （７）前記演算部を構成する光検知素子及び出力用の点
   滅素子は、いずれも透明基板上に配置されて互いに接続
   され、かつ前記演算制御部は、前記演算部の光検知素子
   それぞれにオン／オフ切替信号を供給するように接続さ
   れたことを特徴とする特許請求の範囲第４項〜第６項い
   ずれかの項記載の光論理演算の装置。