JP2749944B2 - Optical arithmetic unit - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は制御装置等の光を利用した高速演算装置に関
する。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a high-speed arithmetic device using light, such as a control device.
従来技術の例を第2図により説明する。2値入力画像
A1及びB2はm×nの画素からなり、第3図(a)に示す
方法で2値レベルの0と1に対応する符号を光を通す、
通さないの明暗で表現し、重ね合せて第3図(b)で表
現される符号化入力画像3とする。この画像を投影光学
系の入力面4に置き、光源面5上で格子状に配したLED6
によって照明する。系の配置を調整して、4つのLED6に
よる符号化入力画像3の投影像がスクリーン7上で互い
に上下、左右に半画素ずつずれるように投影する。この
投影像を正方格子状に並んだ正方形窓を持つ復号マスク
8を通して観察する。その結果、2変数2値論理関数の
演算結果が画像を構成する全画素に対して並列に光の明
暗信号として得られる。4つのLED6の点滅状態の組み合
せを第4図に示すように変えると16種類の論理演算が可
能となる。この方法は、光の並列性による並列論理演算
が実行できる。An example of the prior art will be described with reference to FIG. Binary input image
A1 and B2 are composed of m × n pixels, and pass light corresponding to binary levels 0 and 1 by the method shown in FIG.
The encoded input image 3 is represented by light and shade that does not pass through, and is superimposed to form an encoded input image 3 represented in FIG. 3 (b). This image is placed on the input surface 4 of the projection optical system, and LEDs 6 arranged in a grid on the light source surface 5
Illuminate by. By adjusting the arrangement of the system, the projected images of the coded input image 3 by the four LEDs 6 are projected on the screen 7 so as to be shifted by half a pixel vertically and horizontally. This projected image is observed through a decoding mask 8 having square windows arranged in a square lattice. As a result, the operation result of the two-variable binary logic function is obtained as light light / dark signals in parallel with respect to all pixels constituting the image. By changing the combination of the blinking states of the four LEDs 6 as shown in FIG. 4, 16 types of logical operations can be performed. This method can execute a parallel logical operation based on the parallelism of light.
これについての詳細はオーム社刊「光コンピュータ」
102乃至111頁に記載されている。For more information about this, see "Optical Computer" published by Ohmsha.
It is described on pages 102 to 111.
従来技術の問題点は次のとおりである。 The problems of the prior art are as follows.
a.この方法で数値演算のための負表現をするためには、
論理レベルでの符号化が必要である。a. To make a negative expression for numerical operation in this way,
It requires encoding at the logical level.
そのため、例えば補数表現が必要になる。 Therefore, for example, a complement expression is required.
b.画像の一部が欠けるだけでエラーが生じる。b. Missing part of the image causes an error.
本発明は、数値を2値もしくは3値表現であらわし、
その表現方法で表わされた数値の各桁に対して、1つの
空間周波数を割りあてる手法と、これを光波の状態で表
現するための光波の振幅と位相を調整する手段と、複数
の光波を重ねあわせる手段、光学的に空間逆フーリエ変
換し空間周波数を余弦もしくは正弦波状の光の振幅分布
を有する格子(正弦波もしくは余弦波振幅格子)に変換
する手段と、それら格子を空間フーリエ変換して空間周
波数に戻す手段、とより構成されている。The present invention represents numerical values in binary or ternary representation,
A method of allocating one spatial frequency to each digit of the numerical value represented by the expression method, a means for adjusting the amplitude and phase of the light wave for expressing the spatial frequency in the form of a light wave, a plurality of light waves , A means for optically performing a spatial inverse Fourier transform to convert a spatial frequency into a lattice having a cosine or sine wave light amplitude distribution (a sine wave or a cosine wave amplitude lattice), and performing a spatial Fourier transform on the lattice. Means for returning the frequency to the spatial frequency.
数値を2値もしくは3値表現で表わし、各桁に対し空
間周波数上の1つ周波数を割りあてる。例えば、1つの
桁が1であれば割りあてられた周波数は存在し、0であ
れば存在しないという方法で各桁を表現する。さらに、
3値表現において、−1の桁があれば、割りあてられた
周波数は存在し、その割り当てられた周波数成分の位相
は1である場合と180゜異なったものになるように、調
整する。この光波による数値表現を行うものが、光波の
振幅と位相を表現する手段である。Numerical values are represented in a binary or ternary representation, and one frequency on a spatial frequency is assigned to each digit. For example, each digit is expressed in such a manner that if one digit is 1, the assigned frequency exists, and if 0, it does not exist. further,
In the ternary representation, if there is a digit of −1, the assigned frequency exists and the phase of the assigned frequency component is adjusted so as to be 180 ° different from the case where it is 1. What expresses the numerical value by the light wave is means for expressing the amplitude and phase of the light wave.
このように、光波の振幅と位相により表現された数値
を光学的に空間逆フーリエ変換する手段で変換すると、
各桁は正弦波もしくは余弦波振幅格子の明暗パターンと
なる。この状態で、以上のように表わされた2つの数値
を重ねあわせると、各桁を表わす振幅格子は強めあった
り、弱めあったりすることで、加算、減算を行う。さら
に、その結果を今度は逆に空間フーリエ変換する手段で
空間周波数に戻すと、加算と減算の結果が反映されたも
との数値表現に戻る。Thus, when the numerical value represented by the amplitude and phase of the light wave is converted by means of optically spatial inverse Fourier transform,
Each digit is a light / dark pattern of a sine wave or cosine wave amplitude grating. In this state, when the two numerical values represented as described above are superimposed, the amplitude grid representing each digit is strengthened or weakened, so that addition and subtraction are performed. Further, when the result is returned to the spatial frequency by means of the spatial Fourier transform, the numerical expression returns to the original numerical value reflecting the result of addition and subtraction.
本発明の一実施例を第1図と第5図をもとに説明す
る。コヒーレントな光が好ましい光源10を出た光波9は
ハーフミラー11より分割され2方向に分けられる。一方
は、NDフィルター12を通過しビームエキスパンダ13を通
り光波の径が拡大され空間変調器14を通過する。空間変
調器14は、第5図に示す原理図のように、位相遅延材料
30と振幅制御材料31とピンホール32から構成されてお
り、入力した光波を第5図下半分に示す1,0,−1に相当
するように変調する。この変調により、2値もしくは3
値により表現された数値を与える。これは与えられた数
値の各桁毎に行なわれる。位相遅延材料30は、電気光学
材料等により実現でき、振幅制御材料31はフィルター等
により実現できる。One embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The light wave 9 emitted from the light source 10, which is preferably coherent light, is split by the half mirror 11 and split in two directions. One passes through an ND filter 12, passes through a beam expander 13, the diameter of the light wave is enlarged, and passes through a spatial modulator 14. The spatial modulator 14 is composed of a phase delay material as shown in the principle diagram of FIG.
It is composed of 30, an amplitude control material 31, and a pinhole 32, and modulates an input light wave so as to correspond to 1, 0, -1 shown in the lower half of FIG. With this modulation, binary or ternary
Gives a number represented by a value. This is done for each digit of the given number. The phase delay material 30 can be realized by an electro-optic material or the like, and the amplitude control material 31 can be realized by a filter or the like.
また、もう一方にわかれた光波も同様の過程を得て変
調される。これらの光波をハーフミラー15により重ねあ
わせ、フーリエ変換レンズ16で空間逆フーリエ変換する
と数値の各桁は第5図下半分の右方に例示される振幅格
子となる。ここで、フーリエ変換レンズ16とフーリエ変
換レンズ17の焦点距離を各々f16,f17とすると、空間変
調器14とフーリエ変換レンズ16との光学距離はf16と等
しく、空間変調器14bとフーリエ変換レンズ16とのハー
フミラー15を介した光学距離もf16となる。また、二つ
のフーリエ変換レンズ16と17の間隔はf16+f17に等しく
設置される。また、ストップ14とフーリエ変換レンズ17
との距離はf17とする。これらは、元の桁が各々1と−
1の場合、格子の位相が180゜異なるため互いに相殺さ
れ、その空間周波数成分は消える。また、元の桁が0と
1,0と−1,1+1,−1+−1の組み合せの場合は、各々の
空間周波数成分はそのまま保存される。したがって、加
算と減算がある空間周波数を有する格子同志の重ねあわ
せで実現する。Also, the light wave split into the other side is modulated by obtaining the same process. When these light waves are superimposed on each other by the half mirror 15 and subjected to spatial inverse Fourier transform by the Fourier transform lens 16, each digit of the numerical value becomes an amplitude grating exemplified on the right side in the lower half of FIG. Here, assuming that the focal lengths of the Fourier transform lens 16 and the Fourier transform lens 17 are f16 and f17, respectively, the optical distance between the spatial modulator 14 and the Fourier transform lens 16 is equal to f16, and the spatial modulator 14b and the Fourier transform lens 16 The optical distance via the half mirror 15 is also f16. The interval between the two Fourier transform lenses 16 and 17 is set equal to f16 + f17. Stop 14 and Fourier transform lens 17
Is f17. These have original digits of 1 and-, respectively.
In the case of 1, since the phases of the gratings are different by 180 °, they are canceled each other and their spatial frequency components disappear. Also, if the original digit is 0
In the case of a combination of 1,0 and -1,1 + 1, -1 + -1, each spatial frequency component is stored as it is. Therefore, addition and subtraction are realized by superposition of lattices having a certain spatial frequency.
さらに、この結果をフーリエ変換レンズ17により空間
フーリエ変換し、光波の中心に表われる直流成分と、他
方の空間周波数成分を受光素子アレイ25上で重ねあわせ
ると、2値もしくは3値であらわされる数値が得られ、
これが加算もしくは減算結果となる。Further, the result is subjected to a spatial Fourier transform by a Fourier transform lens 17, and when a DC component appearing at the center of the light wave and the other spatial frequency component are superimposed on the light receiving element array 25, a binary or ternary numerical value is obtained. Is obtained,
This is the result of addition or subtraction.
なお前記実施例の位相分布制御手段によれば6ビット
の情報が得られる。すなわち光軸を挾む対象の位置にあ
る一対の位相遅延材料と振幅制御材料とピンホールと、
光軸中心26の位相遅延材料と振幅制御材料とピンホール
とで1ビットを表すことができる。According to the phase distribution control means of the embodiment, 6-bit information can be obtained. That is, a pair of a phase delay material, an amplitude control material, and a pinhole at a target position sandwiching the optical axis,
One bit can be represented by the phase delay material, the amplitude control material, and the pinhole at the optical axis center 26.
本発明によれば0,1,−1の表現が光学的に実現できる
ため、論理表現のレベルでの演算が不用となる。また振
幅格子の集まりとして数値を表現しているので、格子の
一部が欠如しても、もとの数値は再現できる。According to the present invention, the expression of 0, 1, and -1 can be optically realized, so that the operation at the level of the logical expression is unnecessary. Also, since the numerical values are represented as a group of amplitude grids, the original numerical values can be reproduced even if a part of the grids is missing.
第1図は、本発明の1実施例に係る装置の全体図であ
り、第2図は従来の光演算装置の原理図であり、第3図
および第4図は従来の光演算装置の入力および出力論理
表現を示す図であり、第5図は本発明の位相分布変調器
による数表現と空間逆フーリエ変換の関係を示す図であ
る。FIG. 1 is an overall view of an apparatus according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a principle diagram of a conventional optical operation device, and FIGS. 3 and 4 are input diagrams of the conventional optical operation device. FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the number expression and the spatial inverse Fourier transform by the phase distribution modulator of the present invention.
Claims (1)
位相を制御する複数の位相制御手段を有し、複数の位相
制御手段でそれぞれ与えられる空間的な余弦もしくは正
弦波状の光の振幅分布を有する格子の像に空間周波数に
より符号を付与すると共に、上記位相制御手段から出た
光波を合成する手段と、空間(逆)フーリエ変換する手
段と、再度空間フーリエ変換する手段とを有することを
特徴とする光演算装置。1. A light source, comprising: a plurality of phase control means for controlling the phase of a light wave spread from the light source in a plane, wherein spatial cosine or sine wave light provided by the plurality of phase control means is provided. A means for adding a sign to the image of the grating having an amplitude distribution by a spatial frequency, combining the light waves output from the phase control means, a means for performing a spatial (inverse) Fourier transform, and a means for performing a spatial Fourier transform again An optical operation device characterized by the above-mentioned.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP8752490A JP2749944B2 (en) | 1990-04-03 | 1990-04-03 | Optical arithmetic unit |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP8752490A JP2749944B2 (en) | 1990-04-03 | 1990-04-03 | Optical arithmetic unit |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03287238A JPH03287238A (en) | 1991-12-17 |
| JP2749944B2 true JP2749944B2 (en) | 1998-05-13 |
Family
ID=13917385
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP8752490A Expired - Lifetime JP2749944B2 (en) | 1990-04-03 | 1990-04-03 | Optical arithmetic unit |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| JP (1) | JP2749944B2 (en) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2564394Y2 (en) * | 1991-08-19 | 1998-03-09 | 三菱重工業株式会社 | High-speed optical computing device |
| EP4468075A4 (en) * | 2022-01-20 | 2026-01-07 | Fujikura Ltd | OPTICAL CALCULATION DEVICE AND OPTICAL CALCULATION METHOD |
-
1990
- 1990-04-03 JP JP8752490A patent/JP2749944B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03287238A (en) | 1991-12-17 |
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