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JPH04160612A - Optical real time computing element - Google Patents

Optical real time computing element

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Publication number
JPH04160612A
JPH04160612A JP28801590A JP28801590A JPH04160612A JP H04160612 A JPH04160612 A JP H04160612A JP 28801590 A JP28801590 A JP 28801590A JP 28801590 A JP28801590 A JP 28801590A JP H04160612 A JPH04160612 A JP H04160612A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
optical
light
wavelength
slm
real time
Prior art date
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Granted
Application number
JP28801590A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2840128B2 (en
Inventor
Haruyoshi Toyoda
晴義 豊田
Terushige Hori
堀 輝成
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hamamatsu Photonics KK
Original Assignee
Hamamatsu Photonics KK
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hamamatsu Photonics KK filed Critical Hamamatsu Photonics KK
Priority to JP28801590A priority Critical patent/JP2840128B2/en
Publication of JPH04160612A publication Critical patent/JPH04160612A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP2840128B2 publication Critical patent/JP2840128B2/en
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Abstract

PURPOSE:To obtain an optical real time computing element capable of executing arithmetic operation at real time by providing the computing element with the 3rd means for generating a contradictional optical change in accordance with the writing of the 1st or 2nd wavelength light and a reading means for reading out the optical change of the 3rd means based upon reading light. CONSTITUTION:The optical real time computing element 10 is constituted of the 1st space-light modulator (SLM) 12 for converting an input image 1 to the 1st wavelength lambda1, the 2nd SLM 14 for converting an input image into the 2nd wavelength lambda2 and an SLM (lambda - SLM) 16 for generating a change in optical characteristics such as transmissivity and polarization in the contradic tory direction in accordance with the sort of the wavelength. Either one of the wavelength lambda1, lambda2 is selected so that a change in the optical characteristics is generated in the contradictory direction in the gamma-SLM 16. Thereby, the sum/ difference arithmetic operation of two obtained images can be executed at real time. Consequently, the optical real time computing element 10 sufficiently utilizing the parallelism of light can simply be obtained.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention] 【産業上の利用分野】[Industrial application field]

この発明は光リアルタイム演算器に関する。 The present invention relates to an optical real-time arithmetic unit.

【従来の技術】[Conventional technology]

光コンピユーテイングにとって、光演算を用いた和・差
の演算は不可欠なもので・ある。 従来の光演算は、マイクロチャンネルプレートを用いた
空間光変調器(以下SLM)等の和・差の演算機能を持
つ多機能デバイスを用いるものと、和・差の演算をそれ
ぞれ光学的に行い、光電変換した後、電気的に和・差の
演算を行う光−電気ハイブリッドシステムとがあった。 第10図に示されれる従来の光−電気ハイブリットシス
テムによるニューラルネットワーク装置1は原画像の情
報を出力する発光ダイオードアレイ2と、この発光ダイ
オードアレイ2からの出力光を記憶するメモリマスク3
と、このメモリマスク3の記憶を読み取る光検出器アレ
イ4とから構成されている。前記メモリマスク3の横方
向の一列は、下記2段の副画素列から構成され、第8図
(B)に示されるように上段側が+1、下段側が−1を
表わし、それぞれが、光検出器アレイ4における対応す
る一対の光検出器PD 1、PD 2に読み出され、最
終的ニV O=R(I  2−I  1) ノ差演算結
果が出力するようにされている。
For optical computing, sum and difference operations using optical operations are essential. Conventional optical calculations include those using multifunctional devices with sum/difference calculation functions such as spatial light modulators (hereinafter referred to as SLMs) using microchannel plates, and methods in which sum and difference calculations are performed optically, respectively. There is an optical-electrical hybrid system that electrically performs sum/difference calculations after photoelectric conversion. A neural network device 1 based on a conventional optical-electrical hybrid system shown in FIG. 10 includes a light emitting diode array 2 that outputs information on an original image, and a memory mask 3 that stores light output from the light emitting diode array 2.
and a photodetector array 4 for reading the memory of this memory mask 3. One row in the horizontal direction of the memory mask 3 is composed of the following two sub-pixel rows, and as shown in FIG. 8(B), the upper row represents +1 and the lower row represents −1, and each row represents a photodetector. The signals are read out to a corresponding pair of photodetectors PD 1 and PD 2 in the array 4, and the final difference calculation result of VO=R(I 2 -I 1) is output.

【発明が解決しようとする課題】[Problem to be solved by the invention]

前記SLM等を用いるものは、和・差の演算に際して、
電圧を変換して演算モードの切換えを行わなければなら
ないために、実時間では演算できないという問題点があ
った。 又後者の光電変換する光−電気ハイブリッドシステムの
場合は、構成が複雑となると共に、光の並列性を充分に
生かしきれないという問題点かある。 この発明は上記従来の問題点に鑑みてなされたものであ
って、構成が簡単で、光の並列性を充分に生かし、実時
間で演算することができる光リアルタイム演算器を提供
することを目的とする。
Those using the above-mentioned SLM etc., when calculating sums and differences,
Since the voltage must be converted to switch the calculation mode, there is a problem in that calculations cannot be performed in real time. Furthermore, in the case of the latter optical-electrical hybrid system that performs photoelectric conversion, there are problems in that the configuration is complicated and the parallelism of light cannot be fully utilized. This invention was made in view of the above-mentioned conventional problems, and an object of the present invention is to provide an optical real-time arithmetic unit that has a simple configuration, makes full use of optical parallelism, and can perform calculations in real time. shall be.

【課題を解決するための手段】[Means to solve the problem]

この発明は、第1の波長による画像を作る第1の手段と
、前記第1の波長と異なる第2の波長による画像を作る
第2の手段と、前記第1−及び第2の波長光の書込みに
より、相反する光学的変化を生じる第3の手段と、読み
出し光により前記第3の手段における光学的変化を読み
出す読み出し手段と、を有してなる光リアルタイム演算
器により上記目的を達成するものである。 上記第1、第2及び第3の手段は、空間光変調器として
もよい。
This invention includes a first means for creating an image using a first wavelength, a second means for creating an image using a second wavelength different from the first wavelength, and a first means for creating an image using a second wavelength different from the first wavelength, and a second means for creating an image using the first wavelength and the second wavelength. The above-mentioned object is achieved by an optical real-time arithmetic unit comprising a third means for producing contradictory optical changes by writing, and a read-out means for reading out the optical changes in the third means using read-out light. It is. The first, second and third means may be spatial light modulators.

【作用及び効果】[Action and effect]

この発明においては、波長により、透過率、分極等の光
学的特性の変化か相反する向きに生じるような光変調器
等からなる第3の手段に対して、第1の手段及び第2の
手段から異なる波長により書込みを行い、第3の手段に
おける変化を読み出すことによって、第1及び第2の手
段により得られた2つの画像を実時間で、和・差演算を
することができる。従ってこの構成により、簡単に、且
つ光の並列性を充分に生かして、光リアルタイム演算器
を実現することができる。
In this invention, the first means and the second means are different from the third means consisting of a light modulator, etc., in which changes in optical properties such as transmittance and polarization occur in opposite directions depending on the wavelength. By performing writing with different wavelengths from , and reading out the changes in the third means, it is possible to perform sum/difference calculations on the two images obtained by the first and second means in real time. Therefore, with this configuration, it is possible to easily realize an optical real-time arithmetic unit by making full use of the parallelism of light.

【実施例】【Example】

以下本発明の実施例を図面を参照して説明する。 第1図は、本発明の基本的な実施例を示すブロック図で
ある。 この実施例に係る光リアルタイム演算器10は、入力像
1に対して、これを第1の波長λ 1に画像を変換する
第1の空間光変調器(以下SLM)12と、入力像2を
第2の波長λ 2に画像を変換する第2のSLM14と
、波長により透過率、分極等の光学的特性の変化が、相
反する向きに生じるようなSLM(以下r−8LM)1
6とから一構成されるものである。 こコテ、波長λ 1及びλ2は、r−3LM16に、光
学的特性の変化が相反する向きに生じるように選択され
る。 前記第1及び第2のSLM12.14は、外部からの制
御信号により2次元的に、読み出し光の散乱の度合を変
化できるいわゆるスキャッタリングSLMである。この
SLM12.14では、読み出し光の変調材料として、
例えば透明セラミックスや液晶を利用し、アドレス方式
には光書込み式、電気アドレス方式のいずれにも対応で
きるものとする。 前記r−3LM16は、波長や偏波面の異なった光を利
用したとき、屈折率の変化量がそれぞれの入力光に対し
て、正負反対の特性を持つ光学材料を利用したSLMで
ある。このような特性を持つ材料としては、バクテリオ
ロドプシン(bR)等の有機材料やBSO,LN (L
i Nb O3)等の無機光学結晶等がある。 前記r−3LM16に、前述のbRを用いた場合の特性
は次のようになる。 第2図(A)のように試料11R18に、レンズL1、
L2から、ポンプ光とグローブ光をそれぞれ入射させて
、スペクトロスコープ1つで測定した場合、同図(B)
、(C)に示されるように、ポンプ光の波長がλ 1=
410nmの場合とλ 2−600nn+の場合では、
サンプルbR18の吸収特性の変化が全く逆に表われる
。 例えは読み出し光λ 3= 560 nInとしたとき
のλ 1の像は負の量を表わし、λ 2の像は正の量を
表わす。従って上記条件を満すように、λ 1、λ2及
びλ 3を適切に決めることによって、正負の演算や重
み付けの演算かできる。なおりSOやLNの場合は、負
の演算に波長の短い光を用いることによって同様の特性
を得ることができる。 前記第1及び第2のSLM12.14からr−3LM1
6への書込み光の入力のための具体的な構成、r−3L
M16の具体的な構成及び読み出し光の入力のための構
成は第3図に示されるようにする。 第1及び第2のSLM12.14の波長λ 1、λ 2
の書込み光はハーフミラ−20によって重畳して、 r
−3LM16に入射するようにされている。このr−3
LM16は、光変調材料16Aの両端面に、それぞれ所
望の波長を透過・反射する特性を持ったタイクロイック
ミラー16B、16Cが配置されている。即ち、ダイク
ロイックミラー16Bは波長λ 1、λ2の光を透゛過
し、波長λ3の読み出し光を反射し、又ダイクロイック
ミラー16Cは波長λ 1、λ2の光を反射し、波長λ
3の読み出し光を透過するようにされている。 波長λ 3の読み出し光は、ハーフミラ−22を経て 
r−3LM16に入射され、変調された反射光は、該ハ
ーフミラ−22を透過して取出され、出カバターンを形
成するようにされている。なお、一般的にSLMは、光
アドレス材料及び光変調材料の2層構造をとるが、本実
施例における r−3LM16は、光アドレス材料、光
変調材料の両機能を有するbRから成っているために2
層構造は不要である。 次に上記実施例装置の作用について説明する。   ′
入力@1は第1のSLM12に入力されて、波長λ 1
の平行光として読み出される。 又入力@2は、第2のSLM14に入力され、波長λ 
2の平行光として読み出される。 これらの波長λ 1及びλ 2の2つの@(コヒーレン
ト像)はr−3LM16に同時に入力される。 このr−8LM16では、それぞれの波長λ1、λ 2
の正負の量に対応して、第2図に示されるような光学的
変化が起る。前述のようにダイクロイックミラー16B
、16Cの反射・透過の波長選択性から前記変化を波長
λ3の読み出し光によって読み出すことにより光リアル
タイム演算器が構成されることになる。 次に第4図に示される本発明の第2実施例について説明
する。 この第2実施例は、無機光学結晶を用いた「−3LM2
4の場合のものである。 ここでは、光アドレス材料24Aとして、光電面とマイ
クロチャンネルプレートを組合せたものや、a −sr
 、 a−se等を用いる。又、光変調材料24Bとし
て、無機光学結晶のLN、BS○、DKDP等を利用す
る。これら光アドレス材料24Aと光変調材料24Bの
間にはミラー・遮光層24Cが形成されている。 この実施例においては、第4図に示されるように、正の
値の信号として、光アドレス材料24Aに感度のある波
長λ 1光を用い、負の値の信号としては、光変調材料
24Bである無機光学結晶中の光屈折効果を発生させる
波長λ 2光を用いる。 従って、λ 1光は光アドレス材料24A側から入射さ
せ、λ 2光は光変調材料24B側から入射させる。上
記λ 2光の入射により、光変調材料24Bを構成する
無機結晶中にかかる電界が少なくなるように、結晶中に
分極が起る。このため、読み出しの強度はλ 2光か大
きくなるほどOレベルに近付くことになり、負の量と等
価な働きをすることになる。 従って、読み出し光λ 3によって読み出すことにより
、和・差演算かできることになる6次に、上記第1及び
第2実施例のような構成の光リアルタム演算器の応用例
について説明する。 まず、人間の目が持1ているメキシカンハット型関数の
側制御を実現することができる。 人間の目は、第5図(A)に示されるようなメキシカン
ハット型の関数のフィルタを入力像に施すことにより、
初期の画像処理(簡単なエツジ検出)を行っている。 本発明によるリアルタイム演算器を用いて、前記メキシ
カンハット型の関数を光学的に実現するには、第5図(
A)に示す関数を、入カバターン全ての領域で、正の値
を持つ関数と負の値を持つ関数とに、第5図(B)に示
されるように分解して、分解された2つの関数を、光リ
アルタイム演算器に入力することによって、出力側から
、入力パターンの全ての画素への原画素に対して、メキ
シカンハットの演算が施された像を得ることができる。 更に、関数の型を、任意の場所で変更することが可能で
ある。 例えは、第6図に示されるように、原画像第6図(A)
に対して、異なる大きさのメキシカンハット型の関数の
フィルタを施すことにより、原画、像を異なる段階にぼ
かしたいくつかの複製に分解して、それぞれ別々に強度
変化の検出を行うことができる。 例えば、第6図(B)はσ−8画素のフィルタを掛けた
画像、第6図(C)は、σ=4画素のフィルタを掛けた
画像である。原画像は、縦320×横320の画素から
S或されている。 このように、フィルタを原画像に施すことにより、原画
像における強度変化の発生範囲に上限を与え、処理を単
純化することができる。 上記のようなメキシカンハット型の関数のフィルタを入
力像に施すための具体的な構成を第7図に示す。 この第7−図の実施例は、入力像から任意の波長の像を
得るためのSLM28Aと、このSLM28Aの読み出
し光を2つに分岐させるビームスプリッタ30Aと、分
岐された一方の光路上に直列に配置された散乱効果を用
いたs−8L5−8L、31M28Bと1、分岐された
他方の光路上に直列に配置されたs−8L5−8L、S
LM28Cと、31M28B及び28Cの読み出し光を
併合するためのミラー30B、ハーフミラ−30Cと、
併合された読み出し光を入力像とする r−8LM34
と、から構成されている。図の符号36A〜36Dは、
SLM28A〜28C及びr−8LM34の読み出し光
入力用のハーフミラ−を示す。 前記S−3L5−3L、32Bは、外部からの制御信号
により、2次元的に読み出し光の散乱の度合を変化でき
るものである。このs−8L5−8L、32Bにおける
読み出し光の変調材料は、PLZTや液晶が用いられ、
又アドレス方式としては、光書込み式、電気書込み式の
どちらにも対−12= 応できるように構成できる。 上記のようにPLZTを用いたSLMの場合、例えば第
8図に示されるような構成で実験した場合に、試料PL
ZT40に対して紙面に垂直に電圧を印加すると、印加
電圧と出力光パターンの関係は、高い電圧をかけるほど
散乱の度合か大きくなることが確認されている。即ち電
圧によりメキシカンハット型関数の型を変化できること
になる。 第8図の符号42はヘリウムネオンレーザ、44はND
フィルタ、46はシャッタ、48は偏光子、50はカメ
ラをそれぞれ示す。 次に上記実施例の作用について説明する。 ますSLM28Aに原画像が入力され、ここで所望の波
長λ 0のコヒーレント像に変換される。 このコヒーレント像は、ビームスプリッタ36Aにより
2分割され、それぞれs−3L5−3L及びs−8L5
−8Lに入力される。 これらs−8L5−8L、32Bでは所定のぼかし演算
か施され、各々の出力像が、31M28B、28Cにお
いてそれぞれの波長λ 1、λ 2の像に変換される。 これら31M28B、28Cの出力像は、ハーフミラ−
30Cによって併合され、r−3LM34に入力される
。 ここで、31M28B、28Cの出力像の波長λ 1、
λ 2として、前記第2図に示されるような、r−3L
M34に相反する光学的変化を与える波長を選択すれば
、前記第1及び第2実施例に示されると同様に、r−S
、LM34においてリアルタイムの正負の演算が行われ
、入力像の制御が実現されることになり、その結果がr
−SLM34の出力像として得ることができる。 即ち、第7図の実施例の構成により、同図の円A内に示
さ九た原画像に、メキシカンハット型の関数のフィルタ
が施され、同図の円B内に示されるように、希望のぼか
しが施された出力像を得ることができる。 なお第7図の実施例においては、s−3L5−3Lと3
1M28Bの位置又はs−、SLM32BとSLM28
Cの位置をそれぞれ入替えるようにしても同様の結果を
得ることができる。又、S −3LM32A、32Bに
、SLMの機能を持たせることによって、SLM28B
、28Cを省略することもできる。更に、第7図の構成
において、s−3L5−3LとSLM28Bとを省略し
て、SLM28Aの出力像を直接ハーフミラ−30Cを
経て r−3LM34に入力するようにしてもよい。 次に、上記のような光リアルタイム演算器を用いて、第
9図に示されるように実時間光ニューラルネットワーク
を構成した実施例について説明する。 この実施例では、第10図に示される従来の光−電気ハ
イブリットシステムにおける光検出器アレイを、本発明
に係る光リアルタイム演算器52に置換え、又電気的フ
ィードバック系を、光フイードバツク系54にそれぞれ
置換したものである。 又、この実施例のメモリマスク3のマトリックスにおけ
る横方向の各列を構成する副画素列は上段側(+1)が
、光リアルタイム演算52における第1のSLM(図示
省略)、下段側(−1)か第2のSLM(図示省略)に
それぞれ読み出される。 第10図の符号5は電気的フィードバック系を示す。 ニューラルネットワークは積和演算を基本とした簡単な
演算で行われているが、大規模な並列性が要求されてい
る。 従来は、既述の第10図のような光−電気ハイブリット
システムでニューラルネットワーク装置を構成した場合
は、構成が複雑になる上に、光の並列性を充分に生かし
きれないという問題点があったが、本発明に係るリアル
タイム光演算器を利用した光ニューラルネットワークで
は、積は、透過率の掛は算で光学的に実現でき、和・差
の演算はリアルタイム演算器で実現できるなめ、これら
の組み合せにより、第9図のように全光ニューラルネッ
トワークを構成することができる。 この装置では、完全並列にデータが流れ、光学的に演算
が進むことになり、これまで問題となつていな演算時間
か大幅に短縮できる。 なお上記各実施例において、波長λ 1及びλ 2の画
像を作るための手段及び異なった波長の書込みにより相
反する光学的変化を生じる手段として、それぞれ空間光
変調器を用いたものであるが、本発明はこれに限定され
るものでなく、要すれば、原画像から所望の波長の画像
を作る第1及び第2の手段と、これら異なる波長の書込
みにより、相反する光学的変化を生じる第3の手段を含
むものであればよい。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a basic embodiment of the present invention. The optical real-time arithmetic unit 10 according to this embodiment includes a first spatial light modulator (SLM) 12 that converts an input image 1 into a first wavelength λ 1, and a first spatial light modulator (hereinafter referred to as SLM) 12 that converts an input image 1 into a first wavelength λ1. A second SLM 14 that converts an image to a second wavelength λ 2 and an SLM (r-8LM hereinafter) 1 in which changes in optical properties such as transmittance and polarization occur in opposite directions depending on the wavelength.
6. Here, the wavelengths λ 1 and λ 2 are selected such that changes in the optical properties of the r-3 LM 16 occur in opposite directions. The first and second SLMs 12, 14 are so-called scattering SLMs that can two-dimensionally change the degree of scattering of the readout light by an external control signal. In this SLM12.14, as a modulation material for readout light,
For example, transparent ceramics or liquid crystal may be used, and the addressing method may be either an optical writing method or an electrical addressing method. The r-3LM 16 is an SLM that uses an optical material that has the property that when light having different wavelengths and planes of polarization is used, the amount of change in refractive index is opposite in positive and negative to each input light. Materials with such properties include organic materials such as bacteriorhodopsin (bR), BSO, LN (L
There are inorganic optical crystals such as iNbO3). The characteristics when the bR described above is used in the r-3LM16 are as follows. As shown in FIG. 2(A), the lens L1,
When measuring with one spectroscope with the pump light and globe light respectively incident from L2, the same figure (B)
, (C), the wavelength of the pump light is λ 1=
In the case of 410nm and in the case of λ 2-600nn+,
The change in absorption characteristics of sample bR18 appears completely opposite. For example, when the readout light λ 3 = 560 nIn, the image of λ 1 represents a negative amount, and the image of λ 2 represents a positive amount. Therefore, by appropriately determining λ 1 , λ 2 , and λ 3 so as to satisfy the above conditions, positive/negative calculations and weighting calculations can be performed. In the case of SO or LN, similar characteristics can be obtained by using light with a short wavelength for negative calculations. said first and second SLM12.14 to r-3LM1
Specific configuration for writing light input to 6, r-3L
The specific configuration of M16 and the configuration for inputting readout light are shown in FIG. Wavelengths λ 1, λ 2 of the first and second SLMs 12.14
The writing light of r is superimposed by the half mirror 20 and
-3LM16. This r-3
In the LM 16, tichroic mirrors 16B and 16C each having a characteristic of transmitting and reflecting desired wavelengths are arranged on both end faces of a light modulating material 16A. That is, the dichroic mirror 16B transmits light with wavelengths λ1 and λ2 and reflects the readout light with wavelength λ3, and the dichroic mirror 16C reflects light with wavelengths λ1 and λ2, and reflects light with wavelength λ3.
It is designed to transmit the readout light of No. 3. The readout light with a wavelength of λ 3 passes through a half mirror 22.
The modulated reflected light incident on the r-3LM 16 is transmitted through the half mirror 22 and taken out to form an output cover turn. Note that SLMs generally have a two-layer structure of an optical address material and a light modulation material, but the r-3LM16 in this example is made of bR, which has the functions of both an optical address material and a light modulation material. to 2
No layer structure is required. Next, the operation of the apparatus of the above embodiment will be explained. ′
The input @1 is input to the first SLM 12 and the wavelength λ 1
The light is read out as parallel light. Also, the input @2 is input to the second SLM 14, and the wavelength λ
It is read out as two parallel lights. These two @ (coherent images) of wavelengths λ 1 and λ 2 are simultaneously input to the r-3LM16. In this r-8LM16, the respective wavelengths λ1 and λ2
An optical change occurs as shown in FIG. 2 in response to the positive or negative amount of . Dichroic mirror 16B as mentioned above
, 16C, an optical real-time arithmetic unit is constructed by reading out the change using the readout light of wavelength λ3 from the wavelength selectivity of reflection and transmission of 16C. Next, a second embodiment of the present invention shown in FIG. 4 will be described. This second example uses an inorganic optical crystal.
This is for case 4. Here, as the photoaddressing material 24A, a combination of a photocathode and a microchannel plate, a-sr
, a-se, etc. are used. Further, as the light modulating material 24B, inorganic optical crystals such as LN, BS○, DKDP, etc. are used. A mirror/light shielding layer 24C is formed between the optical address material 24A and the optical modulation material 24B. In this embodiment, as shown in FIG. 4, a wavelength λ 1 light to which the optical addressing material 24A is sensitive is used as a positive value signal, and a light modulating material 24B is used as a negative value signal. A wavelength of λ 2 light is used that causes a photorefraction effect in a certain inorganic optical crystal. Therefore, the λ 1 light is made to enter from the optical addressing material 24A side, and the λ 2 light is made to enter from the light modulation material 24B side. Due to the incidence of the λ 2 light, polarization occurs in the crystal so that the electric field applied to the inorganic crystal constituting the light modulating material 24B is reduced. Therefore, the readout intensity approaches the O level as the λ 2 light increases, and functions equivalent to a negative amount. Therefore, by reading with the readout light λ 3, sum/difference calculations can be performed.Next, an application example of the optical real-time calculator configured as in the first and second embodiments will be described. First, it is possible to realize the side control of the Mexican hat-type function that the human eye has. By applying a Mexican hat-shaped function filter to the input image as shown in Figure 5 (A), the human eye can
Performing initial image processing (simple edge detection). FIG. 5 (
The function shown in A) is decomposed into a function that has a positive value and a function that has a negative value in all areas of input cover patterns as shown in Figure 5 (B), and the two decomposed By inputting the function to the optical real-time arithmetic unit, it is possible to obtain, from the output side, an image in which the Mexican hat arithmetic operation has been performed on the original pixels of all the pixels of the input pattern. Furthermore, the type of the function can be changed at any location. For example, as shown in Fig. 6, the original image Fig. 6 (A)
By applying filters with Mexican hat-shaped functions of different sizes to the original image, it is possible to decompose the original image into several copies with different levels of blur, and detect intensity changes for each copy separately. . For example, FIG. 6(B) is an image filtered with σ-8 pixels, and FIG. 6(C) is an image filtered with σ=4 pixels. The original image is made up of 320 pixels in the vertical direction and 320 pixels in the horizontal direction. In this way, by applying the filter to the original image, it is possible to put an upper limit on the range in which intensity changes occur in the original image and simplify the processing. FIG. 7 shows a specific configuration for applying the Mexican hat type function filter as described above to an input image. The embodiment shown in FIG. 7 includes an SLM 28A for obtaining an image of an arbitrary wavelength from an input image, and a beam splitter 30A for splitting the readout light of this SLM 28A into two, which are connected in series on one of the split optical paths. s-8L5-8L, 31M28B and 1 using the scattering effect placed on the s-8L5-8L, S-8L5-8L and S placed in series on the other branched optical path.
LM28C, a mirror 30B for merging readout lights of 31M28B and 28C, and a half mirror 30C;
r-8LM34 uses the combined readout light as the input image
It consists of and. Reference numbers 36A to 36D in the figure are
A half mirror for inputting read light of SLM28A to 28C and r-8LM34 is shown. The S-3L5-3L, 32B can change the degree of scattering of the readout light two-dimensionally by an external control signal. The readout light modulation material in these s-8L5-8L and 32B is PLZT or liquid crystal.
Furthermore, the address system can be configured to be compatible with either an optical writing type or an electrical writing type. In the case of the SLM using PLZT as described above, for example, when experimenting with the configuration shown in Fig. 8, the sample PL
It has been confirmed that when a voltage is applied perpendicular to the plane of the paper to the ZT 40, the relationship between the applied voltage and the output light pattern is such that the higher the voltage is applied, the greater the degree of scattering becomes. In other words, the type of the Mexican hat type function can be changed depending on the voltage. Reference numeral 42 in FIG. 8 is a helium neon laser, and 44 is an ND laser.
46 is a shutter, 48 is a polarizer, and 50 is a camera. Next, the operation of the above embodiment will be explained. First, the original image is input to the SLM 28A, where it is converted into a coherent image at a desired wavelength λ 0 . This coherent image is divided into two parts by the beam splitter 36A, s-3L5-3L and s-8L5, respectively.
- Input to 8L. A predetermined blurring operation is performed in these s-8L5-8L and 32B, and the respective output images are converted into images of respective wavelengths λ 1 and λ 2 in 31M28B and 28C. The output images of these 31M28B and 28C are half mirrors.
30C and input to r-3LM34. Here, the wavelength λ 1 of the output image of 31M28B, 28C,
As λ 2, r-3L as shown in FIG.
By selecting wavelengths that give opposite optical changes to M34, the r-S
, LM34 performs real-time positive/negative calculations to realize control of the input image, and the result is r
- It can be obtained as an output image of the SLM 34. That is, with the configuration of the embodiment shown in FIG. 7, a Mexican hat-shaped function filter is applied to the original image shown in circle A in the same figure, and the desired image is obtained as shown in circle B in the same figure. It is possible to obtain a blurred output image. In the embodiment shown in FIG. 7, s-3L5-3L and 3
1M28B position or s-, SLM32B and SLM28
A similar result can be obtained by interchanging the positions of C. In addition, by providing S-3LM32A and 32B with SLM functions, SLM28B
, 28C can also be omitted. Furthermore, in the configuration of FIG. 7, the s-3L5-3L and the SLM 28B may be omitted, and the output image of the SLM 28A may be input directly to the r-3LM 34 via the half mirror 30C. Next, an embodiment will be described in which a real-time optical neural network is constructed as shown in FIG. 9 using the optical real-time arithmetic unit as described above. In this embodiment, the photodetector array in the conventional optical-electrical hybrid system shown in FIG. It has been replaced. Further, in the sub-pixel columns constituting each row in the horizontal direction in the matrix of the memory mask 3 of this embodiment, the upper side (+1) is the first SLM (not shown) in the optical real-time calculation 52, and the lower side (-1) ) or a second SLM (not shown), respectively. Reference numeral 5 in FIG. 10 indicates an electrical feedback system. Neural networks are performed using simple calculations based on product-sum calculations, but large-scale parallelism is required. Conventionally, when a neural network device was configured with an optical-electrical hybrid system as shown in Fig. 10 described above, there were problems in that the configuration was complicated and the parallelism of light could not be fully utilized. However, in the optical neural network using the real-time optical arithmetic unit according to the present invention, the product can be realized optically by multiplying the transmittance, and the sum/difference calculation can be realized by the real-time arithmetic unit. By combining these, an all-optical neural network can be constructed as shown in FIG. With this device, data flows completely in parallel and calculations proceed optically, significantly reducing calculation time, which has been a problem in the past. In each of the above embodiments, spatial light modulators are used as means for creating images at wavelengths λ 1 and λ 2 and as means for producing contradictory optical changes by writing at different wavelengths, respectively. The present invention is not limited thereto, and if necessary, includes first and second means for creating an image of a desired wavelength from an original image, and a second means for producing contradictory optical changes by writing at these different wavelengths. Any method may be used as long as it includes the means described in 3 above.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明に係る光リアルタイム演算器の基本的実
施例を示すブロック図、第2図(A)は同実施例におけ
る r−8LMに用いたbRと同様の試fIbRの実験
構成を示す光学系統図、第2図(B)及び(C)は同試
料bRの特性を示す線図、第3図は上記実施例の具体的
構成を示す光学系統図、第4図は本発明の第2実施例を
示すブロック図、第5図は本発明に係る光リアルタイム
演算器で人間の目と同様の元側制御を行う場合のメキシ
カンハット型関数を示す線図、第6図はメキシカンハッ
ト型関数によるフィルタを原画像に施す過程を示す平面
図、第7図は本発明に係る光リアルタイム演算器により
元側制御を行うための実施例を示す光学系統図、第8図
は同実施例における r−3LMに利用しなPLZTの
特性を測定するための実験系を示す光学配置図、第9図
は本発明の光リアルタイム演算器を光ニューラルネット
ワーク装置に適用した実施例を示す斜視図、第10図(
A)は従来の光−電気ハイブリット型ニューラルネット
ワーク装置のモデルを示す斜視図、同図(B)はそのメ
モリマスクと光検出器との関係を示す回路図である。 10.52・・・光リアルタイム演算器、12・・・空
間光変調器(SLM)、 14・・・第2の空間光変調器(SLM)、16・・・
第3の空間光変調器(r−3LM)、18・・・試料b
R1 20,22・・・ハーフミラ−1 24A・・・光アドレス材料、 24B・・・光変調材料、 28A〜28C・・・SLM、 32A、32B・・・s5−8L、 34−r−8LM、 54・・・光フイードバツク系。
Fig. 1 is a block diagram showing a basic embodiment of the optical real-time arithmetic unit according to the present invention, and Fig. 2 (A) shows the experimental configuration of a trial fIbR similar to the bR used in the r-8LM in the same embodiment. Optical system diagram, Figures 2 (B) and (C) are diagrams showing the characteristics of the same sample bR, Figure 3 is an optical system diagram showing the specific configuration of the above embodiment, and Figure 4 is a diagram showing the characteristics of the sample bR. FIG. 5 is a block diagram showing the second embodiment; FIG. 5 is a diagram showing a Mexican hat type function when the optical real-time arithmetic unit according to the present invention performs source control similar to the human eye; FIG. 6 is a diagram showing a Mexican hat type function. FIG. 7 is a plan view showing the process of applying a filter using a function to an original image, FIG. 7 is an optical system diagram showing an embodiment for performing source control using an optical real-time arithmetic unit according to the present invention, and FIG. FIG. 9 is an optical layout diagram showing an experimental system for measuring the characteristics of PLZT that is not used in r-3LM; FIG. 9 is a perspective view showing an embodiment in which the optical real-time computing unit of the present invention is applied to an optical neural network device; Figure 10 (
A) is a perspective view showing a model of a conventional optical-electrical hybrid neural network device, and FIG. 2B is a circuit diagram showing the relationship between the memory mask and the photodetector. 10.52... Optical real-time arithmetic unit, 12... Spatial light modulator (SLM), 14... Second spatial light modulator (SLM), 16...
Third spatial light modulator (r-3LM), 18...sample b
R1 20, 22... Half mirror 1 24A... Optical address material, 24B... Light modulation material, 28A-28C... SLM, 32A, 32B... s5-8L, 34-r-8LM, 54... Optical feedback system.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)第1の波長による画像を作る第1の手段と、前記
第1の波長と異なる第2の波長による画像を作る第2の
手段と、前記第1及び第2の波長光の書込みにより、相
反する光学的変化を生じる第3の手段と、読み出し光に
より前記第3の手段における光学的変化を読み出す読み
出し手段と、を有してなる光リアルタイム演算器。
(1) A first means for creating an image using a first wavelength; a second means for creating an image using a second wavelength different from the first wavelength; and writing using the first and second wavelength lights. , a third means for producing opposite optical changes; and a readout means for reading out the optical change in the third means using readout light.
(2)請求項1において、前記第1、第2及び第3の手
段は空間光変調器であることを特徴とする光リアルタム
演算器。
(2) The optical real-time computing device according to claim 1, wherein the first, second, and third means are spatial light modulators.
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