JPS63502142A - バイポ−ラおよび複素数デ−タ処理用光アナログデ−タ処理システム - 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】 バイポーラおよび複素数データ処理用 光アナログデータ処理システム ［産業上の利用分野］ 本発明は、光計界およびデータ処理システム、特にバイポーラおよび複素数デー タ処理を処理し得る多段式レンズレス光アナログデータプロセッサに関するもの である。

［従来技術］ ベクトルおよびマトリックスデータの光処理は、非常に優れた計算処理能力と計 算による集中画像処理能力を本質的に有することで知られている。画像または別 の空間に関するデータは、実質的に分解能の限界において一般にピクセル（画素 ）と言われるデータ成分のラスタまたはベクトル走査から成るマトリックスとし て処理される。一般的な画像は、このような一連の連続画像から成る光線の交差 部分として得られるアナログ画像フレームによって代表される。典型的に各アナ ログ画像フレームは、効果的に継続する画素データの空間分布配列を有する。不 連続のマトリックスデータは、例えばその局部的強度もしくは偏光ベクトルに関 するデータ光線の断面を空間的に変調することによって選択的にデータ光線上に 記憶される。

どのような場合においても光処理は、その基本的並列処理の性質の故に非常に大 きな価値を持つ。もちろん並列関係は完全な画像の処理のために一度に発生する 。各画素は分離したデータなので、並列処理されたデータ量は、一般に画像のの と同じフォーマットにおいてデータを処理するという長所を有する。典型的に、 画像強化および識別等の応用のために処理されるデータが一般に単一画像もしく は画像フレームのラスタ走査として得られる。光プロセッサは、そのとき従来処 理または中間処理を伴わず直接データを受取り得る。画像データの情報提供値は 、画像の分解能および検討された画像の数と共に増加するため、特別かつ独特な 光学処理の特質が強く望まれるようになった。

通常光処理は、選択された空間マスクを通じて処理される光処理用の一時的で可 変的なマスクは、１デイメンシヨンの空間光変調装置（ＳＬＭ）として認められ ており、このＳＬＭは電子的付勢を通じてマスクによってデータ光線上に与えら れた空間的に分配されたデータの選択的変更を行なう。

典型的なＳＬＭは、空間的に分配された電極アレイによって付勢された固体電子 −光学素子の形状で存在する。画像変調は、各予想データ値と対応するアナログ 電圧で各電極の電圧電位を別々に設定することによって効果的に行われる。

上記されたタイプの光デ°−タプロセッサは、アメリカ合衆国特許出願第７１３ ０８４号（１９８５年３月１８日出願）、ＪａｎＧ　ｒｌｎｂｅｒｇとＢ　ｅｒ ｍａｒｄＨ、Ｓ　Ｏｆｆ’ｅｒによって発明された“Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ 　Ｍｕｌｔｌｓｔａｇｅ　Ｌｅｎｓｌｅｓｓ　０ｐｔｉｃａｌ　ＤａｔａＰ　ｒ ｏｃｅｓｓｉＢ　Ｓ　ｙｓｔｅｍ　”と、アメリカ合衆国特許出願第７１３０６ ３号（１９８５年３月１８日出願）　、Ｊａｎ　Ｇｒｌｎｂｅｒｇ　ｓＧｒａｈ ａｍ　ＲｏＮｕｄｄおよびＢ　ｅｒｍａｒｄＨ、Ｓ　ｏｆｆｅｒにより発明され た“Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｍｅｔｈｏｄｓ　ｏｆ　Ｐｅｒｆｏｒｍｉｎｇ 　ＣｏｍｐｌｅｘＯｐｔｌｃａｌ　（、ｏｍｐｕｔａｔｉｏｎｓ　Ｕ　ｓｉｎｇ 　Ｄ　ａｔａ　Ｐ　ｒｏｃｅｓｓｉｎｇＳｙｓｔｅ［Ｉｌ″において明らかにさ れている。

これら光データプロセッサ使用における限界は、これらプロセッサがアナログ正 数しか処理できない点にある。それは、これらの数が負でない数ｘ−６ある光強 度によって表わされるためである。従来技術による動作は、はとんど実数処理に 限定されていた。

したがって正数、負数を共に、処理し得る、新規で改良された光データプロセッ サシステムを提供することが本発明の目的である。

実数、複素数を共に処理し得る光データプロセッサシステムを提供することは本 発明の別の目的である。

［発明の概要］ 前述した発明の目的は、空間的な多重化を使用して正負の両数を処理するための 光データプロセッサを提供することによって第１の実施例の中で達成される。プ ロセッサは、第１の数に応答する光線を空間的に変調し、第１および第２の変調 領域を有する第１の変調器を具備している。

第２の変調器は、第２の数に応答する第１の変調器から出ている光線を空間的に 変調するために設けられている。この変調器は、それぞれ第１および第２の変調 領域によって変調された光を傍受する第３および第４の変調領域を有する。

光検知装置には４つの検知領域が備えられている。第１の検知領域は第１および 第３の変調領域によって変調された光に応答する。第２の検知領域は第２および 第３の変調領域によって変調された光に応答する。第３の検知領域は第１および 第４の変調領域によって変調された光に応答し、第４の検知領域は第２および第 ４の変調領域によって変調された光に応答する。

制御回路により、第１の数が正の場合は第１の数は第１の変調領域で光線を変調 することができ、第１の数が負の場合は第１の数は第２の変調領域で光線を変調 することができ、その場合第１および第２の変調領域での変調の度合いは、第１ の数の大きさに比例する。また制御回路により、第２の数が正の場合は第２の数 は第３の変調類゛域で光線を変調することができ、第２の数が負の場合は第２の 数は第４の変調領域で光線を変調することができ、その場合第３および第４の変 調領域での変調の程度は、第２の数の大きさに比例する。

本発明の第２の実施例は、空間および時間的な多重化を使用して正数と負数を共 に乗数するための光プロセッサを具備し、先の実施例に伴う非直線性を排除する 。このプロセッサは、第１の数と第１の位置バイアス信号に応答して光線を空間 的に変調するための第１の変調器を具備し、第１および′第２の変調領域を有す る。

第２の変調器は、第２の数および第２のバイアス信号に応答して光線を空間的に 変調し、光線が第１および第２の変調器によって変調されるように配置される。

この変調器は第１および第２の変調領域によって変調された光線の同じ部分を変 調する第３の変調領域を有する。光検知装置は２つの光検知領域を有する。第１ の検知領域は、第１および第３の変調領域によって変調された光線に応答する第 １の検知信号を提供し、第２の検知領域は第２および第３の変調領域によって変 調された光線に応答する第２の検知信号を提供する。

第１の数と第１のバイアス信号の合計である第１の制御信号が発生され、第１の バイアス信号と第１の数との差である第２の制御信号が発生され、第２の数と第 ２のバイアス信号の合計である第３の制御信号が発生され、第２のバイアス信号 と第２の数との差である第４の制御信号が発生される。

制御回路は、第１の制御信号により第１の変調領域で光線を変調し、第２の制御 信号により第２の変調領域で光線を変調し、第３の制御信号により第３の変調領 域で光線を変調ることによって第１の時間間隔において第１および第２の数の光 処理を制御する。

第２の時間間隔における第１および第２の数の光処理は、第２の制御信号により 第１の変調領域で光線を変調し、第１の制御信号により第２の変調領域で光線を 変調し、第４の制御信号により第３の変調領域で光線を変調することによって制 御されている。変調領域の変調の程度は、各領域に供給される信号の大きさに比 例する。

累算器は光検知装置の一部であることが好ましく、第１および第２の時間間隔を 通して第１の検知信号を合計し、この合計を差動増幅器の正数入力端子に供給す る。また累算器は、第１および第２の時間間隔を通して第２の検知信号を合計し 、この合計を差動増幅器の負の数入力端子に供給する。増幅器からの出力信号は 、第１の数と第２の数の所望の積に比例する。

本発明の第３の実施例は、空間的多重化を使用する複素数を処理するための光プ ロセッサを具備している。第１の複素数は、３つの正の実数成分α１．β１．γ １にそれぞれ分解され、第２の複素数は、３つの正の実数成分α２．β２゜γ２ にそれぞれ分解される。

第１の変調器は成分α０．β１．γ１に対応する光線を空間的に変調するために 設けられ、第１、第２および第３の変調領域を有する。第２の変調器は、成分α ２．β２．γ２に　゛応答する第１の変調器から出ている光線を空間的に変調し 、第４、第５および第６の変調領域を有する。

光検知装置は、９つの光検知領域を具備している。第１の検知領域は、第１およ び第４の変調領域によって変調された光線に応答し、第２の検知領域は、第１お よび第５の変調領域によって変調された光線に応答し、第３の検知領域は、第１ および第６の変調領域によって変調された光線に応答し、第４の検知領域は、第 ２および第４の変調領域によって変調された光線に応答し、第５の検知領域は、 第２および第５の変調領域によって変調された光線に応答し、第６の検知領域は 、第２および第６の変調領域によって変調された光線に応答し、第７の検知領域 は、第３および第４の変調領域によりて変調された光線に応答し、第８の検知領 域は、第３および第５の変調領域によって変調された光線に応答し、第９の検知 領域は、第３および第６の変調領域によって変調された光線に応答する。以下に おいて説明されるように予め決定された検知領域の反応は、積の成分であるα、 β、γを得るために合計されなくてはならない。

制御回路は成分αｌ、β１．γ１により第１、第２および第３の変調領域でそれ ぞれ光線を変調し、成分α２．β２゜γ２により第４、第５および第６の変調領 域でそれぞれ光線を変調することがで堡る。各変調領域における変調の程度はそ れぞれの成分に比例する。

本発明の第４の実施例は、空間および時間的多重化を使用して複素数を処理する ための光プロセッサを具備している。

先の実施例のように、第１の複素数は３つの正の実数ベクトルα１．β１．γ１ にそれぞれ分解され、第２の複素数は３つの正の実数ベクトルα２．β２．γ２ にそれぞれ分解される。

第１の変調器はベクトルα１．β１．γ１に応答して光線を空間的に変調し、第 １、第２および第３の変調領域を有する。第２の変調器はベクトルα２．β２． γ２に応答して光線を空間的に変調し、第４の変調領域を有する。

光検知装置は３つの光検知領域を有する。第１の検知領域は第１および第４の変 調領域によって変調された光線に応答し、第２の検知領域は第２および第４の変 調領域によって変調された光線に応答し、第３の検知領域は第３および第４の変 調領域によって変調された光線に応答する。

制御回路はベクトルα１．βｌおよびγｌにより第１、第２および第３の変調領 域でそれぞれ光線を変調し、ベクトルα２により第４の変調領域で光線を変調す ることによって第１の時間間隔において複素数の光処理を制御する。制御回路は ベクトルα１．β１．γ１により第２、第３および第１の変調領域でそれぞれ光 線を変調し、ベクトルβ２により第４の変調領域で光線を変調することによって 、第２の時間間隔において複素数の光処理を制御する。また制御回路はベクトル α１．β１．γ１により第３、第１および第２の変調領域でそれぞれ光線を変調 し、ベクトルγ２により第４の変調領域で光線を変調することによって第３の時 間間隔において複素数の光処理を制御する。第１乃至第４の変調領域の変調の程 度はその領域を変調するベクトルの大きさに比例する。

本発明の第５の実施例は、バイアス信号と共に空間および時間的多重化を使用し て複素数を乗算するための光プロセッサを具備している。先の実施例とは異なり 、複素数は成分α。

β、γに分解される必要はない。さらにこの実施例は先の実施例に伴う非直線性 をほとんど排除する。

第１の変調器は第１の複素数の実数部および虚数部と第１のバイアス信号に応じ て光線を空間的に変調し、第１および第２の変調領域を有する。第２の変調器は 第２の複素数の実数部および虚数部と第２のバイアス信号に応じて光線を空間的 に変調し、第３および第４の変調領域を有する。

光検知装置は４つの光検知領域を有する。第１の検知領域は、第１および第３の 変調領域によって変調された光線に応答する第１の検知信号を供給し、第２の光 検知領域は、第１および第４の変調領域によって変調された光線に応答する第２ の検知信号を供給し、第３の検知領域は、第２および第３の変調領域によって変 調された光線に応答する第３の検知信号を供給し、第４の検知領域は、第２およ び第４の変調領域によりて変調された光線に応答する第４の検知信号を供給する 。

第１の複素数の実数部と第１のバイアス信号の合計である第１の制御信号が発生 される。第１のバイアス信号と第１の複素数の実数部の差である第２の制御信号 が発生される。第１の複素数の虚数部と第１のバイアス信号の合計である第３の 制御信号が発生される。第１のバイアス信号と第１の複素数の虚数部の差である 第４の制御信号が発生される。

第２の複素数の実数部と第２のバイアス信号の合計である第５の制御信号が発生 される。第２のバイアス信号と第２の複素数の実数部の差である第６の制御信号 が発生される。第２の複素数の虚数部と第２のバイアス信号の合計である第７の 制御信号が発生され、第２のバイアス信号と第２の複素数の虚数部−の差である 第、６の制御信号が発生される。

制御回路は第１、第２、第８および第７の制御信号により第１、第２、第３およ び第４の変調領域でそれぞれ光線を変調することによって第１の時間間隔におい て複素数の光処理を制御する。制御回路は第２、第１、第７および第８の制御信 号により第１、第２、第３および第４の変調領域でそれぞれ光線を変調すること によって、第２の時間間隔において複素数の光処理を制御する。制御回路は第３ 、第４、第６および第５の制御信号により第１、第２、第３および第４の変調領 域でそれぞれ光線を変調することによって第３の時間間隔において複素数の光処 理を制御する。最後に、制御回路は第４、第３、第５および第６の制御信号によ り第１、第２、第３および第４の変調領域でそれぞれ光線を変調することによっ て第４の時間間隔において複素数の光処理を制御する。変調領域の変調の程度は 各領域に供給された信号の大きさに比例する。

累算器は光検知装置の一部であることが好ましく、４つの時間間隔を通して４つ の検知領域それぞれに対して発生され１の検知領域から合計された信号を差動増 幅器の正の入力端子へ供給し、第３の検知領域から合計された信号を増幅器の負 の入力端子へ供給する。この第５の時間間隔の間増幅器の出力信号は、第１と第 ２の複素数の積の実数部に比例する。

第６の時間間隔の間、第２および第４の検知領域から合計した信号はそれぞれ差 動増幅器の正と負の入力端子に供給される。第６の時間間隔の間、増幅器の出力 信号は、第１と第２の複素数の積の虚数部に比徊する。

本発明のその他の目的、特徴および利点は、数個の図を通して対応する参照番号 が対応する成分を示している図面と共に明細書を読むことで明らかになる。

図面の簡単な説明 第１図は、本発明による光データ処理システムのブロック図であり、 第２図は、本発明により構成された光データプロセッサの側面図であり、 第３図は、本発明において使用するための電気−光空間光線変調器の斜視図であ り、 第４図は、本発明において使用するための別の電気−光空間光線変調器の斜視図 であ６、 第５図は、単極の実数を含むマトリックス処理用の従来技術による光データ処理 システムの分解透視図であり、第６図は、空間多重化を使用するバイポーラデー タ処理用の本発明の第１の実施例により構成された光プロセッサの分解斜視図で あり、 第７図は、空間および時間的多重化を使用するバイポーラデータ処理用の本発明 の第２の実施例により構成された光プロセッサのユニットセル部分の分解斜視図 であり、第８図は、空間多重化を使用する複素データ処理用の本発明の第３の実 施例により構成された光プロセッサのユニットセル部分の分解斜視図であり、 第９図は、空間および時間的多重化を使用する複素データ処理用の本発明の第４ の実施例により構成された光プロセッサのユニットセル部分の分解図であり、第 １０図は、第９図に示されたものに類似してはいるが、付加的な電気−光空間光 線変調器を使用している光プロセッサのユニットセル部分の分解図であり、 第１１図は、バイアス信号と共に空間および時間的多重化を使用する複素データ 処理用の本発明の第４の実施例により組立てられた光プロセッサのユニットセル 部分の分解図である。

［実施例コ 本発明に使用するためのシステムの好ましい実施例は、第１図において参照番号 １０により全体的に示されている。特に参照番号２０によって示されている好ま しい多段式光データプロセッサ（ＯＤＰ）は、マイクロコントローラ１２および インターフェイスレジスタ１８．２２．２４．２Ｂ、　３０．３２および３４に よって効果的に動作されている。ＯＤＰの原則的な動作部品は、平面パネルまた はＬＥＤ光源１４、マトリックス配列累算器（検知装置列としても参照されてい る）１６、および多数の空間光線変調器（Ｓ　ＬＭ）　３６．３８．４０．４２ ．４４および４６を具備するものとして第１図に示されている。光源１４、累算 器１６およびＳ　ＬＭ３８．３８．４０．４２．４４．４８は、光源１４から発 せられ、比較的均一な光線が各空間光線変調器を順次通過し最後に累算器１Ｂに よって受取られるように、それぞれ非常に密接した平行平面に配置されている。

光線は、累算器１Ｂへ順次伝達される各空間光線変調器によって与えられたデー タを得るデータ伝達装置として効果的に使用される。各空間光線変調器の動作は 、空間的に対応し″て配置された付勢電圧電位に関する空間透過率変動とのかか わりで説明される。少なくともまず得られた近似の結果、空間光線変調器の光線 振幅透過率は供給された電圧電位に直接比例する。このように２つの直列に結合 された空間光線変調器の結合透過率（Ｔｏ）は、空間光線変調器の各透過率Ｔｌ 。

Ｔ２の積に比例する。結合透過率Ｔｏは次のように表わされＴＯ＝Ｔ：Ｉ　ＸＴ ２　・・・　（１）ＴＯ＝ＣＸＤｘＶＬ　ｘＶ２　・・・　（２）ｖｌおよびＶ ２は各々供給された電位であり、ＣおよびＤは各空間光線変調器の供給された電 圧に対する透過率の係数である。空間光線変調器が順次結合された直列結合の場 合、本発明によると多段式空間光線変調器スタックの結合透過率ＴＯは、空間光 線変調器の各透過率の積に比例する。フラットパネル１４から供給された光線は 、このように空間光線変調器３８．３８．４０．４２．４４および４６それぞれ の空間的に分布された各透過率に対応する空間配置データを得るために導入され る。

本発明により使用される光プロセッサの好ましい実施例にり２２．２４．２Ｂ、 　３０．３２および３４を通じて空間光線変調器３６゜３８、４０．４２．４４ および４６へ供給される。これらのレジスタは高速デジタルデータ記憶レジスタ 、バッファおよびデジタルアナログデータコンバータとして動作することが好ま しい。

以下においてより詳細に検討されるように、空間光線変調器スタックが多数の１ 次元空間光線変調器を有することが好ましい。第１図に示されているように、１ 次元空間光線変調器３６、３ｇ、　４０．４２．４４および４６は、インターフ ェイスデータライン６０．７８．６２．８０．６４および８２を通って各レジス タ２２．３０゜２４、３２．および２６へ結合される。

インターフェイスレジスタ２２．２４．２Ｂ、　３０．３２および３４は、外部 供給源から供給される平行状態のデータを順次受取ることが好ましい。−マイク ロコントローラ１２は、プロセッサ制御バス５０．７０を通じて制御信号を出力 する。プロセッサ制御バス５０．７０が分離しているものとして示され、レジス タ制御ライン５２．５４．５６．７２および７６によってそのレジスタにそれぞ れ結合されるけれども、インターフェイスレジスタは制御マルチプレクサを介し てマイクロコントローラ１２によって動作されている単一の共通制御バスに接続 されてもよい。しかしながらいずれの場合においても、本質的なことはマイクロ コントローラ１２が選択的に予め決定されたデータをレジスタ２２゜２４、２６ ．３０および３４へ供給するのに十分な制御をレジスタに対して行なっているこ とである。

光データプロセッサシステム１０は、累算器１６とプロセッサ出力との間に結合 されている出力レジスタ１８を具備している。

累算器１６それ自体は感光性装置のマトリックスであり、このマトリックスは、 投射光線の強度を少なくとも空間光線変調器３６．３８．４０．４２．４４およ び４６の分解能に一致する分解能の列でのデータ光線を表わす対応電圧電位に変 換できる。以下においてより詳細に述べるように、累算器１６はそのときクロッ ク信号によってシフトされ得る光線データを累算する。このクロック信号はクロ ック発生器８３によってデータ出力レジスタ１８へ出力インターフェイスバス８ ８を通して供給されたものである。また累算器１６は、シフトのさまざまな変化 を可能にし、光データプロセッサ２０の動作中に累算器１６内で合計動作を行な うために循環シフトバス８６および横シフトバス８４を有する。

データ出力レジスタ１８は、累算器１６からシフトされた出力データをプロセッ サデータ出力バス９０を通してプロセッサ出力へ伝達する高速アナログデジタル コンバータ、シフトレジスタおよびバッファであることが好ましい。

前述から明らかなように、マイクロコントローラ１２は光データプロセッサ２０ を十分制御することができる。所望のデータは、全て所望のデータアルゴリズム を行なうために空間光線変調器のどのような特定の組合せに対しても供給され得 る。

特別の設備は、特定のデータアルゴリズム処理を行なうために必要な空間光線変 調器だけが、本発明による光データプロセッサ２０において能動的に使用される ことである。光データプロセッサ２０の中の空間光線変調器は、適切なデータを それらの各データレジスタを通して供給され、それらの最大透過率に空間光線変 調器を一定に保つ。結果として、選択された空間光線変調器は効果的にそれらの 適切なデータプログラムによって光データプロセッサから取除かれる。このよう に光データ処理システム１０は、光データ処理操作のためにかなり融通のきく環 境を提供している。

本発明の好ましい光プロセッサの実施例に従って製作された光データプロセッサ ２０の構造は、第２図に示されている。

図示された実施例は、光プロセッサの好ましい実施例の一部である基本的な部品 を全て具備しているような例である。

光データプロセッサの部品は、光源１４、ＳＬＮステージ３６乃至４６および検 知装置アレイ１６を含んでいる。フラットパネル光源１４は、電界発光ディスプ レイパネルまたはガスプラズマディスプレイパネル、ＬＥＤ、ＬＥＤアレイ、レ ーザダイオード、レーザダイオードアレイのいずれかであることが好ましい。デ フユーザ（示されていない）は、フラットディスプレイパネルによって発生され た空間的に同一の光線にするために使用される。

光データプロセッサ２０の大部分は、ＳＬＭステージの連続スタックによって形 成され、ＳＬＭステージ４６は、この連続スタックの典型的なものである。ＳＬ Ｍは付加的補助を必要としない強固な構造であることが好ましい。このような実 施例において、ＳＬＭは互いに直接的に隣合って設置され、薄い絶縁光学透明層 によってのみ分離され、空間光線変調器の光学的なコンパクト多段式スタックを 生じる。空間光線変調器の動作が光線の偏光変調によって行われる実施例におい ては、偏光素子６４はＳＬＭの間に設置されることが好ましい。

さらに偏光素子６４は、偏光されない光データ光線源１４を本発明の実施例で示 されている局部偏光ベクトルデータにおいて使用することができる。空間光線変 調器の動作の原理が光吸収（偏光回転の代わりに）である場合、偏光素子の必要 はない。

累算器１６は、光検知装置の固体マトリックスアレイであることが好ましい。特 に光検知装置のアレイは、光データプロセッサ２０の実効分解能に等しい配列密 度で設置される従来の電荷結合装置（ＣＣＤ）のシフトレジスタのアレイである ことが好ましい。ＣＣＤアレイは、マイクロコントローラ１２によって直接制御 され得るＣＣＤシフトレジスタ回路の製造の容易性だけでなく、例えばデータ計 算能力のような電荷累算のために使用されることが好ましい。さらにＣＣＤアレ イの使用により、循環シフトデータバス８６を通して累算器１６へ再び循環され るように累算器１６からデータリタンバス８８上にデータがシフトされることに よって累算器１６の動作において実質的な融通性が生じる。さらに累算器１Ｂは 、第１図に示されているように横シフトデータバス８４を介してそこに含まれて いるデータの横循環を行なう、隣合うレジスタ伝達路の相互連結を使用すること で所望の融通性を獲得する。結果的に累算器１Ｂは、マイクロコントローラ１２ が直接制御するシフトおよび計算動作に関して、非常に複雑な光データ処理アル ゴリズムを実行する中で効果的に使用される。

１次元空間光線変調器の好ましい２つの実施例は、第３図および第４図にそれぞ れ示されている。第３図に示されている空間光線変調器１３０は、電気−光素子 １３２を有し、この素子１３２はストライブ電極１３６と電位基準面１４０がそ れぞれ設置されている２つの主要な平行対向面を有していることが好ましい。電 気−光素子１３２は、ＫＤ２ＰＯ４もしくはＢａ　Ｔｉ　０３のような固体電気 −光材料であることが好ましいが、伝達モードの液晶光バルブでもよい。４のＢ ａＴ１０３の分極により、光線が通過する材料の一部を通って供給される縦およ び横方向の電圧電位に比例して光線は局部的に変調される。この材料はその特徴 として、電気−光素子１３２として使用されるときには本発明の目的通りに適切 に独立して動作しうる十分な構造的強度を有し、また約１平方インチの主要表面 区に対して約５乃至１０ミルの厚さで設けることができる。

電気−光素子１３２の能動部分は、必然的に各ストライプ電極１３６と基準平面 電極１４０との間に存在し、電極１３Ｂおよび１４０はインジウムスズ酸化物の ような高い電気伝導率の透明材料であることが好ましい。電極１３６および１４ ０への接続は、分離した電極リード１３４および１３８をそれぞれ使用すること によって達成されることが好゛ましく、これらの電極リードは接続されている。

第４図は、別の１次元空間光線変調器を示している。この空間光線変調器は、電 気−光素子１５２の２つの主面に対する信号電極１５６および電位基準電極１５ ８を各々配置されている点で第３図の変調器とは異なっている。各主面で電位基 準電極１５８は１組の信号電極１５６の間に設置され、電気−光素子１５２の両 生面で本質的に同一であるインターデジタル電極構造を形成する。電気−光素子 １５２の能動部分は、信号電極このようにして得られた電気−光効果は、電気− 光素子１５２の両表面を使用することによって高められる。さらに電気−光素子 １５２の能動部分が信号電極１５６によって遮られない場合、電極１５６および １８８は全て電気−光素子１５２の能動部分を効果的に遮るために使用されるア ルミニウムのような不透明の導電材料となしうる。すなわち電極１５６および１ ５８が電気−光素子１５２を通過している間に発散するので、これら電極はデー タ光線の各画素のエツジ部分を遮るために使用される。

第３図の空間光線変調器と同様に、電気−光素子１５２は液晶光バルブまたは固 体電気−光材料のいずれかでよい。電気−光応答時間の迅速性、より大きな構造 上の強度および組立ての容易性等の理由により、Ｌｉ　Ｎｂ　０３．Ｌｉ　Ｔａ 　０３゜ＢａＴｉ　０３，５ｒｘＢａら−ｘ）Ｎｂ０３およびＰＬＺＴによって 代表されるような横方向の電界分極変調電光材料が好ましい。

上記に示したタイプの光データ処理システムの動作は、マトリックス乗法処理に おけるその動作を分析することによって最もよく理解される。Ｒ，Ａ、　Ａｔｈ ａｌｅとＷ、Ｃ。

Ｃｏ１１ｉｎｓの両者の著書であり、Ｏｐｔｉｃｓ２１，２０８９　（１９８２ ）に記載された”ＯｐｔｉｃａｌＭａｔｒｉｘ　−ｎ＋ａｔｒｉｘ　Ｍｕｌｔｉ ｐｌｉｅｒ　Ｂａ５ｅｄｏｎ　０ｕｔｅｒ　Ｐｒｏｄｕｃｔ　Ｄｅｃｏｍｐｏｓ ｆｔｌｏｎ”において光マトリツクス乗法のための外積分解の原理が述べられて いる。

このように２つのマトリックスＡおよびＢの積マトリックスＣは、 Ｃ−ＢＡ　・・・（３） によって与えられ、ここにおいてＣのｉｊｊ番目エレメントは、Ｂの１番目の行 ベクトルとＡのｊ番目の列ベクトル間の内積によって与えられる。

しかしながらＣは、各々がＢの列ベクトルとそれに対応するＡの行ベクトル間の 外積であるマトリックスの合計として記録される得る。外積マトリックス乗算器 の原則は、マトリックスＢの行をＳＬＭ３８のようなＳＬＭに、またそれに対応 、するマトリックスＡの列を第１のＳＬＭに直角であるＳ’ＬＭ３Ｂのような別 のＳＬＭに連続的に供給することである。

クロック発生装置８３のｎ番目のタロツクサイクル中の２つの交差するＳＬＭの 伝導は、Ｂのｎ番目の行とＡのｎ番目の列との外積によって与えられる。伝導さ れた光線は累算検知装置アレイ１６上に達し、合計されて積マトリックスＣを形 成する。Ｎ３の乗算を要する２つのＮｘＮマトリックスの乗算は、Ｎクロックサ イクルで行われる。

第５図は、記録レジスタ３０および２２によってＳＬＭ３８および３６の行およ び列に一時に１つづつ供給されるときの２つのマトリックスＡおよびＢのエレメ ントを示している。

（ＳＬＭの間に設置された偏光素子は分り易くするために除かれている。）　Ｓ ＬＭ３Ｅｉ、　３８の電極はＳＬＭを細片部分９２゜９４に分割し、以下ユニッ トセルとして参照される。各セルはマトリックスエレメントを処理するために使 用される。ｎ番目のクロックサイクルの間、光源１４からの光線はＡのｎ番目の 行による１方向とＢのｎ番目の列による直角方向において変調され、累算検知装 置列１６におけるｎ番目の外積マトリックスを形成し、その合計が積マトリック スＣとなる。マトリックス乗算動作に必要なのはただ２つのＳＬＭであることに 注意したい。アレイ１６はセル９Ｂに分割され、ここでは各セル上記の従来技術 による光プロセッサは、マトリックスの全エレメントが正である場合によく動作 するが、バイポーラ（負および正）または複素数を処理するようにはできていな い。これは数値が、光度によって表わされているためであり、この光度は負でな い数量である。

第６図はバイポーラナンバを処理できる光プロセッサである本発明の第１の実施 例２０′を示している。読者に本発明の種々の実施例を理解し易くするために、 各マトリックスは方形で９個の要素を有している上記で使用のマトリックス乗算 例が、種々の実施例のいくつかの動作において使用される。

実施例２０′　は、前に示されたような方法で配置された第１と第２の各Ｓ　Ｌ Ｍ３ｇ’　、　３Ｂ’　、累算検知装置１６′および光源１４を有する。ＳＬＭ ３８’　はユニットセル９２′を成す３つの細片に分割され、ＳＬＭ３ｇ’はユ ニットセル９４′を成す３つの細片に分割される。セル９２′　はセル９４′に 対して直角である。

各セル９２′　は順にアドレスできる光変調領域９８および１００にそれぞれ分 割され、各セル９４′　はアドレスできる光変調領域１０２および１０４にそれ ぞれ分割される。累算器１６′は９個のユニットセル９６′に分割される。各セ ル９８’は４個の光検知領域１０６　、１０８　、１１０および１１２に分割さ れる。ユニットセル９２’　、　９４’　、　９Ｂ’の分割部分は、第６図の右 側に詳しく示されている。

プロセッサ２０′は以下のように動作する。マトリックスＡ（１度に１つの列） の各列エレメントの大きさを表わしている信号は、レジスタ３０によってＳＬＭ ３８’のセル９４′へ供給される。エレメントの極性が正の場合、その信号はレ ジスタ３０に結合された適切な制御回路によって各セル９４′の領域１０２へ送 られる。エレメントの極性が負の場合、エレメントを表わす信号は各セル９４′ の領域１０４へ送られる。

同様の方法でマトリックスＢ（１度に１つの行）各行エレメントの大きさを表わ している信号は、レジスタ２２によってＳＬＭ３Ｂのセル９２′　に供給される 。特定エレメントの極性が正の場合、その信号はレジスタ２２に結合された適切 な制御回路によって各セル９２′の領域９８へ送られる。エレメントの極性が負 の場合、そのエレメントを表わす信号は各セル９２′の領域１００へ送られる。

検知装置１６′の各セル９６′　における４つの検知領域１０６゜１０８　、１ １０および１１２は、各領域がＳＬＭ３６’および３８′の特定変調領域によっ て変調された光を受光するように設置されている。すなわち領域１０６は領域１ ０２および９８によって変調された光を検知し、領域１０８は領域１０２および １００によって変調された光を検知し、領域１１２は領域１０４および１１０に よって変調された光を検知する。

第６図に示されたユニットセルにおける極性の記号は、検知装置１６のユニット セル９Ｂの様々な領域によって検知されるとき、これらの成分を乗じたものの極 性だけでなくセル９４および９２それぞれのマトリックスエレメントの極性を表 わすものである。例えば領域１０６は２つの正数の積を検知し、したがって正数 である。同様に領域１１２は２つの負の数の積を検知し、したがって負である。

検知装置領域１０８および１１２がらの信号を合計することによって、マトリッ クスエレメントの正の積の平方に比例した信号が得られ、検知装置領域１０８お よび１１０からの信号を合計することによって、マトリックスエレメントの負の 積の平方に比例した信号が得られる。これら２つの信号の間の差を取ることによ って、２つのバイポーラ数の積の平方を含んだ信号が得られる。検知装置１６′ のデータのリードアウトは、ＮＸＮマトリックスアレイに対する２Ｎクロツクサ イクルで行われ、２つのクロックサイクルが各セルに分配される。各セルの異な る領域は極性を区別するために使用されるので、実施例２０′　は空間マルチプ レクス配置と呼ばれる。　゛ 前に述べた空間マトリックスの実施例の限界の１つは、検知累算器１６′からの 出力信号がマトリックスエレメントの積に対して直接比例しないで、その代わり これらの積の２乗に比例することである。これは光の振幅および強度の間の２乗 関係が原因である。変調器３８′および３６′は、光源１４からの光の振幅を供 給された信号の大きさに比例して変調する。

しかしながら検知装置１６′　は光線の振幅の２乗に比例している光強度に比例 する信号を出力する。

したがって前に述べた実施例において、検知装置信号は所望する数の積を２乗値 から取出すためにさらに信号処理を行なわなければならず、この２乗値もまた計 算上交差する種々の積によってバイアスされている。第７図に示されている本発 明の第２の実施例２０″において、空間と時間の乗算したものの組合せはバイポ ーラ数の積に直接比例している出力信号を有する光プロセッサに、バイポーラ数 を供給するためにバイアス信号と共に使用される。

過去において、時間多重装置がバイポーラ数の光処理のために提案された。例え ばり、Ｃａ５ａｓｅｎｔ、Ｊ　、　ＪａｃｋｓｏｎおよびＣ、Ｎ　ｅｕｍａｎは 、彼等の論文“Ｆ　ｒｅｑｕｅｎｃｙ　−ｍｕｌｔｌｐｌｅｘｅｄａｎｄ　Ｐｉ ｐｅｌｉｎｅｄ　Ｉｔｅｒａｔｉｖｅ　０ｐｔｉｃａｌ　５ｙｓｔｏｌｉｃＡｒ ｒａｙＰｒｏｃｅｓｓｏｒｓ、”　Ａｐｐｌｉｅｄ　０ｐｔｉｃｓ、Ｖｏｌ、２ ２．Ｎｏ、２２．　Ｎｏ。

１．１１５頁、１９８３年１月１日発行においてこのような装置の１つを提案し た。しかしながらこれらの従来技術のプロセッサは、以下の実施例において動作 されるようにバイポーラ数の積に直線的に比例する出力信号を直接出力しない。

第７図を参照すると、第１および第２のＳＬＭのユニットセル、および集合的に 光プロセッサを形成する検知累算器アレイのユニットセルが示されている。先の 実施例におけるように、複素数データを処理するために複合セルが使用されるこ とが理解されるべきである。

ユニットセル９４′は、前記のＳＬＭ３ＢのようなＳＬＭのセルの１つを表わし ている。同様にセル９２′は、ＳＬＭ３８のようなＳＬＭのセルの１つを表わし ており、セル９６′は、前に示したような検知累算器アレイ１６のセルの１つを 表わしている。

セル９２′は単一のアドレス可能な光変調領域から構成されているが、セル９４ ′は２つのアドレス可能な光変調領域１７０および１７２に分割されている。検 知装置のセル９Ｂ’は２つの光検知領域１７４および１７６に区分される。

特定の変調領域によって変調された光を受光するように２つの光検知領域１７４ および１７６は区分される。このように領域１７４は、領域１７０および９２′ によって変調された光を検知し、領域１７６は領域１７２および９２′によって 変調された光を検知する。領域１７６で累算された検知信号は差動増幅器２３０ の負の入力端子へ供給され、一方領域１７４で累算された検知信号は、差動増幅 器２３０の正の入力端子へ供給される。以下に示すように、プロセッサ２０’か らの所望の出力信号ｄは、増幅器２３０の出力端子２３２で出力される。

信号処理回路は、以下のような変調器９４′および９２′を制御するために使用 される信号を発生するために具備される。

マトリックスエレメントになり得る第１のバイポーラ数ａｌｌを表わしている信 号は、合計増幅器２３４の正の入力端子および差動増幅器２３６の負の入力端子 に供給される。正のバイアス信号Δ１は、増幅器２３４および２３６の正の入力 端子に供給される。ａｌｌ十Δ１に等しい制御信号Ｓ１が増幅器２３４の出力端 子に現われる。Δ１−ａ１□に等しい制御信号Ｓ２が増幅器２３Ｂの出力端子に 現われる。

第２のマトリックスエレメントになり得るバイポーラ数ｂｌｌを表わしている第 ２の信号は、合計増幅器２３８の正の入力端子および差動増幅器２４０の負の入 力端子に供給される。

第２の正のバイアス信号Δ２は、増幅器２３８および２４０の正の入力端子に供 給される。ｂｌｌ＋Δ２に等しい制御信号ｒ１が増幅器２３８の出力端子に現わ れる。Δ２ｂｌｌに等しい制御信号ｒ２が増幅器２４０の出力端子に現われる。

プロセッサ２０′の動作は以下の通りである。クロック発生器８３によって決定 されるような第１のクロック間隔τ１の間、制御信号は以下のようにセル９４′ および９２′へ供給される。

制御信号Ｓ１は変調領域１７０に供給され、制御信号Ｓ２は変調領域１７２に供 給され、制御信号ｒ１は変調領域９２′に供給される。検知領域１７４および１ ７Ｂは変調された光に応答し、検知累算器９６′の累算部分によって累算された 検知信号を供給する。

第２のクロック間隔τ２の間４、制御信号Ｓ２．Ｓ工およびｒ２はそれぞれ第７ 図で時間ラインによって示されるように変調領域１７０　、１７２および９２′ に供給される。検知領域１７４および１７８は変調された光に応答し、この時間 間隔の期間にセル１７４および１７Ｂにおいて与えられた検知信号を前の間隔τ 、からのこれらのセルにおいて累算された検知信号に加算する。

正のバイアス信号Δ１の振幅が、変調領域１７０および１７２をバイアスするた めにバイポーラ数ａｌｌの正と負の予想最大範囲に渡って光振幅変調の直線的範 囲内でこれらの領域を保持する箇所で選択されることに留意すべきである。同様 にバイアス信号Δ２の振幅が、バイポーラ数ｂ１□の正と負の予想最大範囲に渡 って光振幅変調の直線的範囲内に領域９２″を保持するために選択される。バイ アス信号Δ１およびΔ２の振幅はそれぞれ等しい。

上記に示したように検知領域１７４および１７６から累算された信号は、差動増 幅器２３０の正と負の入力端子にそれぞれ供給される。第２の時間間隔τ２の末 端において出力端子２３２に現われる出力信号ｄは、 ｄ−１６Δ１Δ２　ａｔ　１ｂｔ　１−　（５）と等しいことが示され得る。

したがってプロセッサ２０′は、バイポーラ数の積に直接比例する出力信号を供 給する。

第８図に示された本発明の第３の実施例は、複素数を処理するための空間的乗算 数比を使用する光プロセッサである。

複素数バイポーラデータが３つの実数の正のベクトル成分に分解され、各々は０ °、１２０°および２４０°の極の方向のベクトルを表わしている。例えば、Ｊ 　、　Ｗ、　ＧｏｏｄｍａｎおよびＬ　、　Ｍ、　Ｗｏｏｄｙ著、−Ｍｅｔｈｏ ｄ　ｆｏｒ　Ｐｅｒｆ’ｏｒｍｉｎｇ　Ｃｏｍｐｌｅｘ　−ｖａｌｕｅｄ　Ｌｉ ｎｅａｒ　０ｐｅｒａｔｉｏｎｓ　ｏｎ　Ｃｏｍｐｌｅｘ−ｖａｌｕｅｄＤａｔ ａ　Ｕｓｉｎｇ　Ｉ　ｎｃｏｈｅｒｅｎｔ　Ｌｉｇｈｔ、　”応用光学、第１６ 刊、２６１１頁（１９７７年）参照。このように複素数の値Ｘは、Ｘ　−Ｘ　ａ 　＋　Ｘ、βｅｘｐ　（ｉ２π／３　）＋Ｘγｅｘｐ　（１４π／３　）−（６ ）に分解され得る。ここにおいてＸα、ＸβおよびＸγは正の実数値である。

第８図は、適切な計算プロセッサ（示されていない）によってそれらの成分であ るα、βおよびγに分解されている２つの複素数を乗算できる光プロセッサ２０ ″を示している。

その図は第１および第２のＳＬＭのユニットセル部分、オヨびプロセッサの検知 装置アレイだけを示している。前の実施例におけるように、多数のセルが複素数 データのマトリックスアレイを処理するために使用され得ると理解されるべきで ある。

ユニットセル９４″　は、先の実施例に示されたＳＬＭ３８のようなＳＬＭのセ ルの１つを表わす。同様にユニットセル９２″　は、先の実施例に示されたＳＬ Ｍ３ＢのようなＳＬＭのセルの１つを表わし、セル９６″　も先の実施例に示さ れた１Ｂのような検知装置のセルの１つを表わす。

セル９４″　は３つのアドレスできる光変調領域１７８．１８０および１８２に それぞれ区分され、一方セル９２″　はセル９４″の領域に直角である３つのア ドレスできる光変調領域１８４゜１８６および１８８にそれぞれ区分される。検 知装置のセル９６″は、９つの光検知領域１９０，１９２，１９４．１９６．１ ９８，２００，２０２゜２０４および２０６に区分される。

プロセッサ２０″の動作は以下の通りである。複素数“ａ。

の成分α、βおよびγの大きさを表わしている信号は、セル９４″の変調領域１ ７８．１８０および１８２にそれぞれ供給される。

第２の複素数“ｂ″の成分α、βおよびγの大きさを表わしている信号は、セル ９２″の変調領域１８４，１８６および１８８にそれぞれ供給される。

検知装置の各セル９６″′における９つの検知領域は、各領域がセル９４″およ び９２″における変調領域の特定の領域のように領域１９０は、領域１７８およ び１８４によって変調された光を受光し、領域１９２は領域１７８および１８６ によって変調された光を受光し、領域１９４は領域１７８および１８８によって 変調された光を受光し、領域１９６は、領域１８０および１８４によって変調さ れた光を受光し、領域１９８は領域１８０および１８６によって変調された光を 要光し、領域２００は領域１８０および１８８によって変調された光を受光し、 領域２０２は領域１８２および１８４によって変調された光を受光し、領域２０ ４は領域１８２および１８６によって変調された光を受光し、領域２０６は領域 １８２および１８８によって変調された光を受光する。

゛　第８図において９つの検知領域のそれぞれに示されたシンボルα、βおよび γは、種々の成分の積の循環的な連続を表わしており、この連鎖は複素数の極性 の表示に積の定義を用いることによって即座に得られる。成分α、βおよびγの 種々の積は３つのクロック期間にセル９６″から読出され、複素数“ａ”と“ｂ ”の積の実数および虚数部分の２乗を含む信号をデカルト座標において得るため に、よく知られている方法で数学的に結合される。

第９図に示されている本発明の第４の実施例２０″は、複素数を処理するために 空間と時間の結合乗算を使用し、ここにおいて前の実施例で示されたように数は ３つの正の実数成分に分解される。

第９図は第１と第２のＳＬＭのユニットセルの構造およびプロセッサ２０１′の 検知装置アレイを示している。前の実施例におけるように、多数のセルが複素数 データを処理するために使用される。

ユニットセ）、ｔ／９４”は上記に示されたＳＬＭ３８のようなＳＬＭのセルの １つを表わしている。同様にセル９２″はＳＬＭ３ＢのようなＳＬＭのセルの１ つを表わし、セル９６″は前に示した１６のような検知装置のセルの１つを表わ している。

−セル９４″はセル９２″によって定められる変調領域と直角をなす、３つのア ドレスできる光変調領域２０８，２１０および２１２にそれぞれ区分される。検 知セル９６″は３つの光検知領域２１４，２１６および２１８にそれぞれ区分さ れる。

プロセッサ２０″′の動作は以下の通りである。タロツク発生器８３によって決 定される第１のクロック間隔τ１中、°複素数′ａ″の成分α、βおよびγの大 きさを表わしている信号は、セル９４″の変調領域２０８，２１０および２１２ へそれぞれ供給される。第２の複素数″ｂ″の成分αの大きさを表わしている信 号だけが変調領域９２″′へ供給される。

第２のクロック間隔τ２の間、“ａ″の成分子、αおよびβの大きさを表わして いる信号は領域２０８，２１０および２１２へそれぞれ供給されるが、“ｂ”の 成分βだけが領域９２″へ供給される。

第３のクロック間隔τ３の間、“ａ”の成分β、γおよびαの大きさを表わして いる信号は、領域２０８．２１０および２１２へそれぞれ供給されるが、“ｂ” の成分子だけが領域９２′″へ供給される。

各セル９６′″における３つの検知領域２１４，２１８および２１８は、各領域 が特定の変調領域の結合によって変調された光を受光するように配置されている 。すなわち領域２１４は領域２０Ｂおよび９２″によって変調された光を受光し 、領域２１６は領域２１０および９２′−’によって変調された光を受光し、領 域２１８は領域２１２および９２″によって変調された光を受光する。

第９図において示されたα、β、γの記号および時間ラインは、各間隔τ１．τ ２．τ３に対して、複素数の極性の表示に積の定義を用いて得られるような成分 のさまざまな積の連続だけでなく、各変調領域に供給された成分を示している。

変調領域に供給される成分α、βおよびγの特定の循環パターンが、３つのクロ ック期間に渡って検知領域における信号成分のれぞく供給するために選択される ことは当業者によって評価されるだろう。した′がって検知領域２１４．２１８ および２１８は、常にα、βおよびγの積の値とそれぞれ関連されている。この 装置は、セル９８″からのデータの読出しをかなり簡単化するものであり、これ は１クロック期間の中に達成され、各ベクトルを伴うデータは並列に読取られる 。

上記に示された第３および第４の実施例では複素数の３つのベクトルへの分解が 行われるが、本発明の技術的範囲を逸脱しない別の分解方法が実行され得ること に留意すべきである。例えば複素数は２つまたは４つの成分に分解され、その結 果得られた成分が上記の原則によって処理され得る。

この発明の上記の例は２つのマトリックスの乗算を示しているが、本発明がそれ に限定されることは決してないことも留意すべきである。より多くのマトリック スを処理する光プロセッサ構造の応用は、ＳＬＭの層を追加するだけでよい。

例として、第１０図は複素数成分を有する３つのマトリックスを処理するための 空間と時間の乗算を使用する光プロセッサ２２４のユニットセルを示している。

第１０図を第９図を比較することによって、プロセッサ２２４の構造は、ユニッ トセル２２６によって代表される第３のＳＬＭを追加したプロセッサ２０″の構 造と実質的に同一であることが明らかになる。この第３のＳＬＭは、第１図およ び第２図のＳＬＭ４０に対応すると考えられ得る。

プロセッサ２２４は９つのクロック期間に渡って動作し、その細い動作は前述の プロセッサ２０″による第１０図の符号α、β、γおよび時間ラインから迅速に 得られる。

本発明の第１の実施例の場合のように、示された第３および第４の実施例は、複 素数の積に直接比例しない検知累算器からの出力信号を供給する。第１１図に示 された本発明の第５の実施例２０”　’　はバイアス信号と共に使用され、空間 と時間の乗算による特有の結合はベクトル分解を必要とせず、複素数の積に直接 比例する出力信号を発生する複素数光プロセッサを提供する。

第１１図を参照すると、実数部および虚数部ａＲおよびａｉを有する第１の複素 数″ａ″を実数部および虚数部ｂＲおよびｂｌを有する第２の複素数“ｂ”と乗 算するために使用されるプロセッサ２０”　’ユニットセル構造が示されている 。

前の実施例のように、多数のセルが複素数データの処理アレイを平行にするため に使用される。

ユニットセル９４”　’　は上記に示されているＳＬＭ３８のようなＳＬＭのセ ルの１つを表わしている。同様にセル９２”　’　はＳＬＭ３ＢのようなＳＬＭ のセルの１つを表わし、セル９６”　’は前に示された１６のような検知装置の セルの１つを表わしいる。

セル９４”　’　は、セル９２”　’　によって決定された２個の個々にアドレ スできる光変調領域２１３および２１５と直角をなす、２個の個々にアト１／ス できる光変調領域２０９および２１１に分割される。検知セル９Ｂ”　’は、４ つの光検知領域２１７゜２１９．２２１および２２３に分割される。

それぞれのセル９θ″′における４つの検知領域２１７，２１９゜２２１および ２２３は、変調領域の特有の結合によって変調された光を受光するように配置さ れる。すなわち領域２１７は領域２０９および２１３によって変調された光を受 光し、領域２１９は領域２１１および２１３によって変調された光を受光し、領 域２２１は領域２０９および２１５によって変調された光を受光し、領域２２３ は領域２１１および２１５によって変調された光を受光する。

領域２１７および２１９から累算された検知信号は、差動増幅器２４２の正およ び負の入力端子にそれぞれ供給される。第１図を参照しながら前に記載したよう に、発生器８３からのクロック信号は、セル９Ｂ”　’により表わされる検知累 算器においてデータをシフトするために使用され得る。本実施例において以下に 示すように、領域２１７および２１９で累算されるデータは、増幅器の出力端子 ２４４で複素数“ａ”および“ｂ”の積の実数部分に直接比例する信号ｄＲを供 給する。クロック信号によって領域２２１および２２３から累算された検知信号 は増幅器２４２の正、負の端子へそれぞれシフトされ、この時複素数“ａ”と“ ｂ”の積の虚数部分に直接比例する信号ｄＩが端子２４４に出力される。

信号処理回路は以下のように、変調器９４”　’および９２”　’を制御する信 号を発生するために設けられている。

第１の複素数“ａ″の実数部分ａＲを表わす信号が合計増幅器２４６の正の入力 および差動増幅器２４８の負の入力端子へ供給される。正のバイアス信号Δ３は 、増幅器２４６および２４８の正の入力端子に供給される。増幅器２４６の出力 端子においてａＲ＋Δ３に等しい制御信号ｔ１が現われる。増幅器２４８の出力 端子においてΔ３＋ａＲに等しい制御信号ｔ２が現われる。

数“ａ”の虚数部分ａＪを表わしている信号は、合計増幅器２５０の正の入力端 子および差動増幅器２５２の負の入力端子へ供給される。バイアス信号Δ３は増 幅器２５０および２５２の正の入力端子に供給される。増幅器２５０の出力端子 においてａＪ＋Δ３に等しい制御信号ｕｌが現われる。増幅器２５２の出力端子 においてΔ３　ａＪに等しい制御信号ｕ２が現われる。

第２の複素数“ｂ″の実数部分ｂＲを表わす信号が、合計増幅器２５４の正の入 力および差動増幅器２５６の負の入力端子へ供給される。正のバイアス信号Δ４ は、増幅器２５４および２５Ｂの正の入力端子へ供給される。増幅器２５４の出 力端子においてｂＲ＋へ、と等しい制御信号Ｖ、が現われる。増幅器２５８の出 力端子においてΔ４＋ｂＲと等しい制御信号ｖ２が現われる。

数“ｂ”の虚数部分ｂＪを表わす信号が、合計増幅器２５８の正の入力端子およ び差動増幅器２８０の負の入力端子へ供給される。バイアス信号Δ４は、増幅器 ２５８および２６０の正の入力端子へ供給される。増幅器２５８の出力端子にお いてす。

十Δ４と等しい制御信号ω１が現われる。増幅器２６０の出力端子においてΔ４ 　ｂ、と等しい制御信号ω２が現われる。

プロセッサ２０”　’の動作は、以下の通りである。第１のクロック期間τ１中 、クロック発生器８３によって決定されたように制御信号は以下のようにセル９ ４″および９２″に供給される。制御信号ｔ２．ｔｌ、ω１およびω２は、領域 ２０９．２１１，２１５および２１３をそれぞれ変調するために供給される。検 知領域２１７，２１９．２２１および２２３は変調された光に応答し、エレメン ト９Ｂ”　’の累算部分によって累算された検知信号を出力する。

第２のクロック期間τ２中、制御信号ｊ２．ｊｌ＋　ω２およびω１は、領域２ ０９，２１１，２１５および２１３に供給される。第３のクロック期間τ３中、 制御信号ｕｌ＋　ｕ２．ｖｌおよびｖ２は、領域２０９，２１１，２１５および ２１３をそれぞれ変調するために供給される。第４のクロック期間τ４中、制御 信号ｕ２゜ω１．ｖ２およびｖｌは領域２０９，２１Ｌ、２１５および２１３に 供給される。各検知セル２１７，２１９，２２１および２２３に対して、累算器 は４つのクロック期間τｌ〜τ４を通じて発生された検知信号を合計する。

正のバイアス信号Δ３の振幅は、変調領域２０９および２１１を数ａｌとａＪの 予想される正および負の大きさの最大範囲においてその直線的光振幅変調領域の 中にこれらの領域を維持するような箇所にバイアスするために選択されることに 留意すべきである。同様にバイアス信号Δ４は、領域２１３および２１５を数ｂ Ｒとす、の予想される正および負の大きさの最大範囲に対応する直線的光振幅変 調領域の中に維持するために選択される。バイアス信号Δ３およびΔ４の振幅は 、それぞれ等しくてよい。

第４のクロック期間τ４の完了時に、検知領域２１７および２１９からの累算さ れたデータは上記に示されるように増幅器２４２に供給される。出力端子２４４ で現われる出力信号ｄＲは、ｄＦＬ−１８Δ３Δ４　（ａＲｂＲａＪｂ＋　）　 −（７）に比例することが示され得る。

適切なりロック信号は、検知領域２２１および２２３から累算されたデータをシ フトするためによく知られた技術を使用して検知累算器に供給されるため、この データは入力信号として増幅器２４２に供給される。これが起こっているとき、 出力端子２４４に現われる出力信号ｄＪは、ｄＪ−１６Δ３Δ４　（ａＲｂＲ＋ ａ、ｒ　ｂＪ　）　・”　（８）に比例することが示され得る。

したがってプロセッサ２０”　’　は、複素数“ａ”および“ｂ”の積の実数部 および虚数部に、直接比例する出力信号を供給する。

本発明の上記実施例は、２つのマトリックスのエレメントとなり得る２つの数の 乗算を示しているが、実施例は決してそれだけに限られるものではない。より多 数のマトリックスを処理するための光プロセッサ構造の拡張には、前に示したよ うにＳＬＭの層だけを付加すればよい。

２つのマトリックスを正数と乗算することが望ましい実施例において、これは２ つのＳＬＭだけを有する光ブロモ・ノサで光源の変調特性を利用することにより 達成され得る。例えば第７図の本発明の第２の実施例は、数Ｃの大きさに比例し て光源１４の強度を変調することによって２つのマトリックスエレメントａｌ　 ｌ　＋　ｂｌ　１と第３の正数Ｃとの積を得るために変調され得る。したがって 光源１４がＬＥＤの形状で存在する場合、ＬＥＤを通る電流は数Ｃに比例する信 号によって変調され得る。この例において出力端子２３２に現われる信号ｄは、 式５に示されたものから以下のように変形されることが示され得る。

ｄ−１６Δ１Δ２Ｃａ１、ｂｌｌ　・・・（９）本発明の実施例のいずれにおい ても、光源の変調が使用できるよう拡張し得ることが理解されるであろう。

本発明の好ましい実施例が示され、説明されてきたが、本発明の技術的範囲から 逸脱することなく他の色々な応用および修正が行われ得ると考えられる。このよ うに発明は、その請求の範囲によってのみ制限されるものである。

竹表昭６３−５０２１４２　（１３） ≠却馴る Ｆ／Ｇ、６ 国際調査報告 八ＮＮＥＸ　Ｔｏ　上五三　ＩＮＴ三Ｒさ＋　ＡτＩＣＮさＬＳ二、ユＲＣ五　 Ｒ三ＰＣλτ　ＯＮ

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. （１）正および負の数を光学的に処理する装置において、第１の数に応答し、第 １および第２の変調領域を有する光線を空間的に変調するための第１の変調手段 と、第２の数に応答する第１の変調手段から出た、それぞれが第１および第２の 変調領域によって変調された光を受光する第３および第４の変調領域を有する光 線を空間的に変調するための第２の変調手段と、 ４つの光検知領域、すなわち第１および第３の変調領域によって変調された光に 応答する第１の検知領域、第２および第３の変調領域によって変調された光に応 答する第２の検知領域、第１および第４の変調領域によって変調された光に応答 する第３の検知領域、および第２および第４の変調領域によって変調された光に 応答する第４の検知領域を有する光検知手段と、 第１の数が正の場合は第１の変調領域で光線を変調し、第１の数が負の場合は第 ２の変調領域で光線を変調し、このとき第１および第２の変調領域における変調 の程度は第１の数の大きさに比例し、また第２の数が正の場合は第３の変調領域 で光線を変調し、第２の数が負の場合は第４の変調領域で光線を変調し、このと き第３および第４の変調領域における変調の程度は第２の数の大きさに比例する ように、第１および第２の数で変調させる制御手段とを有することを特徴とする 装置。
2. （２）第１および第２の変調領域は第１の方向に延在している隣合う細片の形状 であり、第３および第４の変調領域は第１の方向に垂直である第２の方向に延在 している隣合う細片の形状である請求の範囲第１項記載の装置。
3. （３）正および負の数を乗算するための光プロセッサにおいて、 第１の数に応答し、第１および第２の変調領域を有する光線を空間的に変調する ための第１の変調手段と、第２の数に応答し、第１および第２の変調手段によっ て光線が変調されるように設置され、第１および第２の変調領域によって変調さ れた光線の同じ部分を変調する第３の変調領域を有する光線を空間的に変調する ための第２の変調手段と、２つの光検知領域すなわち、第１および第３の変調領 域によって変調された光に応答する第１の検知信号を供給する第１の検知領域お よび、第２および第３の変調領域によって変調された光に応答する第２の検知信 号を供給する２つの検知領域を有する光検知手段と、 第１の制御信号が第１のバイポーラ数と第１の正のバイアス信号の合計であり、 第２の制御信号は第１のバイアス信号と第１のバイポーラ数との差であり、第３ の制御信号は第２のバイポーラ数と第２の正のバイアス信号の合計であり、第４ の制御信号は第２のバイアス信号と第２のバイポーラ数との差である４つの制御 信号を供給するための信号処理手段と、第１の制御信号で第１の変調領域におい て光線を変調させ、第２の制御信号で第２の変調領域において光線を変調させ、 第３の制御信号で第３の変調領域において光線を変調させることにより、第１の 時間間隔の中で第１および第２の数の光処理を制御し、また第２の制御信号で第 １の変調領域において光線を変調させ、第１の制御信号で第２の変調領域におい て光線を変調させ、第４の制御信号で第３の変調領域において光線を変調させる ことにより、第２の時間間隔の中で第１および第２の数の光処理を制御し、これ らの変調領域の変調程度はそれぞれの制御信号の大きさに比例する制御手段と、 第１の合計信号を得るために第１の時間間隔に供給された第１の検知信号と第２ の時間間隔に供給された第１の検知信号とを合計し、第２の合計信号を得るため に第１の時間間隔に供給された第２の検知信号と第２の時間間隔に供給された第 ２の検知信号とを合計するための累算手段と、第１および第２のバイポーラ数の 積に直接比例する出力信号を供給するために第１の合計信号から第２の合計信号 を減算するための差動手段とを有することを特徴とする光プロセッサ。
4. （４）第１および第２のバイアス信号が互に等しい請求の範囲第３項記載のプロ セッサ。
5. （５）光度は第３の正の数に比例し、出力信号は第１，第２および第３の数の積 に直接比例する請求の範囲第３項記載のプロセッサ。
6. （６）複素数を光学的に処理するための装置において、第１の複素数を３つの正 の値の実数成分α１，β１，γ１にそれぞれ分解し、第２の複素数を３つの正の 値の実数成分α２，β２，γ２に分解する処理手段と、成分α１，β１，γ１に 応答し、第１、第２おおよび第３の変調領域を有する光線を空間的に変調する第 １の変調手段と、成分α２，β２，γ２に応答する第１の変調手段から出た第４ 、第５および第６の変調領域を有する光線を空間的に変調するための第２の変調 手段と、 第１の検知領域は第１および第４の変調領域によって変調された光に応答し、第 ２の検知領域は第１および第５の変調領域によって変調された光に応答し、第３ の検知領域は第１および第６の変調領域によって変調された光に応答し、第４の 検知領域は第２および第４の変調領域によって変調された光に応答し、第５の検 知領域は第２および第５の変調領域によって変調された光に応答し、第６の検知 領域は第２および第６の変調領域によって変調された光に応答し、第７の検知領 域は第３および第４の変調領域によって変調された光に応答し、第８の検知領域 は第３および第５の変調領域によって変調された光に応答し、第９の検知領域は 第３および第６の変調領域によって変調された光に応答する９つの光検知領域を 有する光検知手段と、 成分α１，β１，γ１により第１、第２および第３の各変調領域で光線を変調し 、成分α２，β２，γ２により第４、第５および第６の各変調領域で光線を変調 し、この場合各変調領域における変調の程度は、各成分の大きさに比例する制御 手段とを有することを特徴とする装置。
7. （７）第１、第２および第３の変調領域が、第１の方向に延在している隣合う細 片の形状であり、第４、第５および第６の変調領域が、第１の方向と直角である 第２の方向に延在している隣合う細片の形状である請求の範囲第６項記載の装置 。
8. （８）複素数を乗算するための光プロセッサにおいて、第１の複素数の実数部お よび虚数部に応答し、第１および第２の変調領域を有する光線を空間的に変調す る第１の変調手段と、 第２の複素数の実数部および虚数部に応答し、第１および第２の変調領域によっ て変調された光を受光する第３および第４の変調領域を有する第１の変調手段か ら出た光線を空間的に変調する第２の変調手段と、 第１の検知領域は第１および第３の変調領域によって変調された光に応答して第 １の検知信号を供給し、第２の検知領域は第２および第３の変調領域によって変 調された光に応答して第２の検知信号を供給し、第３の検知領域は第１および第 ４の変調領域によって変調された光に応答して第３の検知信号を供給し、第４の 検知領域は第２および第４の変調領域によって変調された光に応答して第４の検 知信号を供給する４つの光検知領域を有する光検知手段と、第１の制御信号は第 １の複素数の実数部と第１の正のバイアス信号の合計であり、第２の制御信号は 第１のバイアス信号と第１の複素数の実数部との差であり、第３の制御信号は第 １の複素数の虚数部と第１のバイアス信号の合計であり、第４の制御信号は第１ のバイアス信号と第１の複素数の虚数部との差であり、第５の制御信号は第２の 複素数の実数部と第２の正のバイアス信号の合計であり、第６の制御信号は第２ のバイアス信号と第２の複素数の実数部との差であり、第７の制御信号は第２の 複素数の虚数部と第２のバイアス信号の合計であり、第８の制御信号は第２のバ イアス信号と第２の複素数の虚数部との差である光制御信号を供給する信号処理 手段と、 第１、第２、第８および第７の制御信号により第１、第２、第３および第４の変 調領域で光線をそれぞれ変調することによって第１の時間間隔において第１およ び第２の複素数の光処理を制御し、第２、第１、第７および第８の制御信号によ り第１、第２、第３および第４の変調領域で光線をそれぞれ変調することによっ て第２の時間間隔において複素数の処理を制御し、第３、第４、第６および第５ の制御信号により第１、第２、第３および第４の変調領域で光線をそれぞれ変調 することによって第３の時間間隔において複素数の処理を制御し、第４、第３、 第５および第６の制御信号により第１、第２、第３および第４の変調領域で光線 をそれぞれ変調することによって第４の時間間隔において複素数の処理を制御す る制御手段と、 第１の合計された信号を得るために４つの時間間隔のそれぞれにおいて与えられ た第１の検知信号を合計し、第２の合計された信号を得るために４つの時間間隔 のそれぞれに与えられた第２の検知信号を合計し、第３の合計された信号を得る ために４つの時間間隔のそれぞれにおいて与えられた第３の検知信号を合計し、 第４の合計された信号を得るために４つの時間間隔のそれぞれにおいて与えられ た第４の検知信号を合計する累算手段と、 ２つの複素数の積の実数部に直接比例する出力信号を供給するために第２の合計 信号を第１の合計信号から減算し、２つの複素数の積の虚数部分に直接比例する 第２の出力信号を供給するために第４の合計信号を第３の合計信号から減算する 差動手段とを有する光プロセッサ。
9. （９）第１および第２のバイアス信号が互いに等しい請求の範囲第８項記載のプ ロセッサ。
10. （１０）光線の強度は第３の正数に比例し、第１の出力信号は第１、第２および 第３の数の実数部分の積に直接比例し、第２の出力信号は第１、第２および第３ の数の虚数部の積に直接比例する請求の範囲第８項記載のプロセッサ。
11. （１１）複素数を光学的に処理するための装置において、第１の複素数を３つの 正の値の実数ベクトルα１、β１、γ１にそれぞれ分解し、第２の複素数を３つ の正の値の実数ベクトルα２、β２、γ２にそれぞれ分解するための処理手段と 、 ベクトルα１、β１、γ１に応答し、第１、第２および第３の変調領域を有する 光線を空間的に変調するための第１の変調手段と、 ベクトルα２、β２、γ２に応答し、第４の変調領域を有する光線を空間的に変 調するための第２の変調手段と、第１および第４の変調領域によって変調された 光に応答する第１の検知領域と、第２および第４の変調領域によって変調された 光に反応する第２の光検知領域と、第３および第４の変調領域によって変調され た光に反応する第３の検知領域との３つの光検知領域を有する光検知手段と、ベ クトルα１、β１およびγ１により第１、第２および第３の変調領域でそれぞれ 光線を変調し、ベクトルα２により第４の変調領域で光線を変調することによっ て第１の時間間隔において複素数の光処理を制御し、ベクトルα１、β１および γ１により第２、第３および第１の変調領域でそれぞれ光線を変調し、ベクトル β２により第４の変調領域で光線を変調することによって第２の時間間隔におい て複素数の光処理を制御し、またベクトルα１、β１およびγ１により第３、第 １および第２の変調領域でそれぞれ光線を変調し、ベクトルγ２により第４の変 調領域で光線を変調することによって第３の時間間隔において複素数の光処理を 制御し、この場合第１乃至第４の変調領域の変調の程度はその領域を変調してい る各ベクトルの大きさに比例する制御手段とを有することを特徴とする装置。