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JP2828370B2 - Optical neural computer - Google Patents

Optical neural computer

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Publication number
JP2828370B2
JP2828370B2 JP17564292A JP17564292A JP2828370B2 JP 2828370 B2 JP2828370 B2 JP 2828370B2 JP 17564292 A JP17564292 A JP 17564292A JP 17564292 A JP17564292 A JP 17564292A JP 2828370 B2 JP2828370 B2 JP 2828370B2
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JP
Japan
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light
transparent substrate
optical
element array
output
Prior art date
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JP17564292A
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Japanese (ja)
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JPH0618953A (en
Inventor
式雄 吉田
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.)
Consejo Superior de Investigaciones Cientificas CSIC
Original Assignee
Consejo Superior de Investigaciones Cientificas CSIC
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Publication date
Application filed by Consejo Superior de Investigaciones Cientificas CSIC filed Critical Consejo Superior de Investigaciones Cientificas CSIC
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Publication of JPH0618953A publication Critical patent/JPH0618953A/en
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は光ニューラルコンピュー
タに関し、特に、光ニューラルコンピュータを構成する
主要部品間に光伝搬路を有する透明基板を有効に組み合
わせて電気回路及び電気的配線を少なくした一体構造の
光ニューラルコンピュータに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention also relates to an optical neural computer, in particular, constituting the optical neural computer
Effective combination of transparent substrate with light propagation path between main components
In addition, the integrated structure of the electric circuit and electric wiring is reduced.
It relates to an optical neural computer .

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、学会等で光の並列処理手法とニュ
ーラルコンピューティングを複合させた光ニューラルコ
ンピュータの研究が盛んである。図10は代表的な連想
メモリをなす従来タイプの光ニューラルコンピュータの
構成図である。この光ニューラルコンピュータは、ニュ
ーロンの各出力信号がしきい値処理された後、フィード
バックされて、ニューロンの各入力信号に影響を与える
モデルである。最終的に、このフィードバック信号の働
きにより、任意の入力信号に対して空間光変調素子によ
って決まるそれぞれに特定の出力信号に収束する。
2. Description of the Related Art In recent years, researches on optical neural computers, which combine optical parallel processing and neural computing, have been actively conducted at academic societies and the like. FIG. 10 is a configuration diagram of a conventional type optical neural computer forming a typical associative memory. This optical neural computer is a model in which each output signal of a neuron is subjected to threshold processing and then fed back to affect each input signal of the neuron. Finally, the function of this feedback signal causes each input signal to converge to a specific output signal determined by the spatial light modulator.

【0003】図10にしたがって従来の光ニューラルコ
ンピュータの構成を説明する。この光ニューラルコンピ
ュータは、3個のLED素子が垂直方向に並んだ発光素
子アレイ101からの出力光LINが、出力光進行方向に
位置する3×3のマトリクス状の空間光変調素子102
に入射して、変調を受ける。空間光変調素子は、各マト
リクス成分の光透過率が異なるように作製された光学マ
スクからなり、透過光の強度を変調する。
The configuration of a conventional optical neural computer will be described with reference to FIG. In this optical neural computer, output light L IN from a light emitting element array 101 in which three LED elements are arranged in a vertical direction is converted into a 3 × 3 matrix spatial light modulator 102 located in the output light traveling direction.
And undergoes modulation. The spatial light modulator is composed of an optical mask manufactured so that the light transmittance of each matrix component is different, and modulates the intensity of transmitted light.

【0004】空間光変調素子は、例えば、ガラス板に金
属蒸着した固定パターンのマスクからなる素子あるい
は、強誘電性液晶を用いた可変パターン素子等によって
実現できる。次に、該空間光変調素子102からの変調
出力光LOUTは、3個の受光素子が水平方向に並んだ受
光素子アレイ103によって受光される。該受光素子ア
レイ103の各受光素子で光電変換されることにより得
られた信号は、3個の比較器104に入力され、ここで
電気的にしきい値処理されてその出力信号である各2値
化信号は、発光素子アレイ101の入力へとフィードバ
ックされる。
The spatial light modulation element can be realized by, for example, an element comprising a fixed pattern mask formed by metal deposition on a glass plate, or a variable pattern element using ferroelectric liquid crystal. Next, the modulated output light L OUT from the spatial light modulation element 102 is received by a light receiving element array 103 in which three light receiving elements are arranged in a horizontal direction. A signal obtained by photoelectric conversion by each light receiving element of the light receiving element array 103 is input to three comparators 104, where it is subjected to an electrical threshold process, and each output signal is a binary signal. The conversion signal is fed back to the input of the light emitting element array 101.

【0005】この構成において、受光素子アレイ103
から比較器104を経て発光素子アレイ101へと至る
部分は、ニューロンへの入出力間の接続に相当し、ま
た、発光素子アレイ101の点滅状態は、ニューロンへ
入力される各ニューロン出力からの興奮状態を示す信号
に相当する。一方、空間光変調素子102の各マトリク
ス成分の光透過率は、ニューラルコンピュータのシナプ
ス結合強度に相当している。
In this configuration, the light receiving element array 103
The portion from to the light emitting element array 101 via the comparator 104 corresponds to the connection between input and output to the neuron, and the blinking state of the light emitting element array 101 indicates the excitation from each neuron output input to the neuron. This corresponds to a signal indicating a state. On the other hand, the light transmittance of each matrix component of the spatial light modulator 102 corresponds to the synaptic connection strength of the neural computer.

【0006】ここで発光素子アレイ101の各発光素子
出力光LIN,p(p=1,2,3)は、空間光変調素子102の
各マトリクス成分Tpqのうちマトリクスp行目の成分T
p1,Tp2,Tp3に一様に入力するように発光素子アレイ
101の各素子の指向性を広くとり、空間的配置も適切
に設計している。
Here, each light emitting element output light L IN , p (p = 1,2,3) of the light emitting element array 101 is a component T pq of a matrix p row of each matrix component Tpq of the spatial light modulator 102.
The directivity of each element of the light emitting element array 101 is widened so as to uniformly input to p1, Tp2, and Tp3, and the spatial arrangement is appropriately designed.

【0007】同様に、空間光変調素子102の各マトリ
クス成分Tpqのうちマトリクスq列目の成分T1q,T2
q,T3q(q=1,2,3)からの各出力光LOUT,1q,LOUT,2
q,LO UT,3qは、受光素子アレイ103のq列目の受光
素子1個で均等な感度で受光するように各受光素子の指
向性を広くとり、空間的配置も適切に設計している。
(ただし、この設計では小型化には限度がある。)
Similarly, of the matrix components Tpq of the spatial light modulator 102, the components T1q and T2 of the q-th column of the matrix
q, each output light L OUT , 1q, L OUT , 2 from T3q (q = 1,2,3)
q, L O UT, 3q takes wide directivity of the light receiving elements to receive light in a uniform sensitivity light receiving element with one q-th column of the light receiving element array 103, the spatial arrangement and properly designed I have.
(However, miniaturization is limited in this design.)

【0008】次に、受光素子アレイ103で光電変換さ
れて得られた信号は、各比較器104でしきい値処理さ
れて、発光素子アレイ101の入力にフィードバックさ
れるが、このニューロン間接続に相当する過程は電気的
に行なわれている。
Next, a signal obtained by photoelectric conversion in the light receiving element array 103 is subjected to threshold processing in each comparator 104 and fed back to an input of the light emitting element array 101. The corresponding process is performed electrically.

【0009】また、光ニューラルコンピュータ全体の機
能について補足すると、最初、ある不完全な入力信号
が、発光素子アレイ101に入力するが、光学的にベク
トル−マトリクス演算としきい値処理を繰り返すことに
より、あらかじめ空間光変調素子102のパターン等に
何らかの形で蓄積された完全情報の中から最も類似した
ものを選択して、完全出力が発光素子アレイ101の点
滅状態(2値化信号)となって得られる(参考文献;光
学第17巻11号(1988年11月)552頁“ニュ
ーロコンピュータ”等)。
To supplement the function of the entire optical neural computer, first, a certain imperfect input signal is input to the light emitting element array 101. By optically repeating the vector-matrix operation and the threshold value processing, The most similar information is selected from the complete information stored in advance in the pattern of the spatial light modulator 102 in some form or the like, and the complete output is obtained as the blinking state (binary signal) of the light emitting element array 101. (Reference: Optics Vol. 17, No. 11, November 1988, p. 552, "Neurocomputer").

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ニューラルコンピュータでは、 1.受発光素子アレイと空間光変調素子との相対的な空
間的配置の設計、受発光素子の指向性の設計を最適化し
ても、空間光変調素子マトリクス成分への入力光強度や
各出力光感度を揃えることは容易でない。また、それら
の最適化設計を行った場合には形状的にも素子全体の寸
法が大きくなる。 2.受光素子アレイから比較器を経て発光素子アレイに
至る部分の光化がなされておらず、電気的配線が必要と
なるので集積化、一体化を図るにあたり複雑になる。と
いう問題があった。 本発明は、以上のような欠点の解決を課題としている。
However, in the above neural computer, Even if the design of the relative spatial arrangement of the light receiving and emitting element array and the spatial light modulator and the design of the directivity of the light receiving and emitting element are optimized, the input light intensity to the spatial light modulator element matrix component and each output light sensitivity It is not easy to align. In addition, when these optimized designs are performed, the dimensions of the entire device also become large in terms of shape. 2. Since the light from the light receiving element array to the light emitting element array via the comparator is not converted to light and electrical wiring is required, integration and integration are complicated. There was a problem. An object of the present invention is to solve the above disadvantages.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明は、入力信号光を
受けて面発光する発光素子アレイと、前記発光素子アレ
イからの各出力光を変調するマトリクス成分を有する空
間光変調素子と、前記空間光変調素子からの出力光を受
光素子にて検出ししきい値処理を行う光論理演算素子ア
レイと、前記発光素子アレイからの各出力光を前記空間
光変調素子の各マトリクス成分にガイドするとともに分
配入力するための光伝搬路を有する第1の透明基板と、
前記空間光変調素子からの各出力光を結合し前記光論理
演算素子アレイにガイドする光伝搬路を有する第2の透
明基板と、前記光論理演算素子アレイからの各出力光を
フィードバック信号光として前記発光素子アレイにガイ
ドする光伝搬路を有する第3の透明基板とからなる光ニ
ューラルコンピュータである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides an input signal light.
A light emitting element array that receives and emits surface light;
Sky having a matrix component that modulates each output light from b
And an output light from the spatial light modulator.
Optical logic operation element
Ray and each output light from the light emitting element array
Guides and separates each matrix component of the light modulator.
A first transparent substrate having a light propagation path for input / output;
Combining the respective output lights from the spatial light modulator to form the optical logic
A second transmission line having a light propagation path for guiding the operation element array;
Light substrate and each output light from the optical logic operation element array.
Guidance is provided to the light emitting element array as feedback signal light
A third transparent substrate having a light propagation path
It is a neural computer.

【0012】なお、本発明において、前記発光素子アレ
イは、面発光型半導体レーザアレイで構成されることが
好ましい。また、前記第1の透明基板、前記第2の透明
基板および前記第3の透明基板の各光伝搬路が、回折格
全反射ミラービームスプリッタのいずれか一つ以
上からなる光学素子で形成されることが好ましい。
た、前記第1の透明基板、前記第2の透明基板および前
記第3の透明基板の各光伝搬路が、一つの環状の光伝搬
路として接続されるように前記発光素子アレイ、前記空
間光変調素子、前記光論理演算素子アレイおよび前記各
透明基板が積層または貼り合わせ可能な形状に作成され
一体化形成されることが好ましい。 また、前記光論理演
算素子アレイは、空間光変調素子からの入力光によって
しきい値処理したフィードバック信号光を前記第3の透
明基板の光伝搬路を介して前記発光素子アレイに出力す
ることが好ましい。
In the present invention, the light emitting element array is used.
B) may be composed of a surface emitting semiconductor laser array
preferable. In addition, the first transparent substrate, the second transparent substrate
Each optical propagation path of the substrate and said third transparent substrate, a diffraction grating, a total reflection mirror, any one or more of the beam splitter
It is preferable to be formed by an optical element consisting of the above. Ma
The first transparent substrate, the second transparent substrate, and the
Each light propagation path of the third transparent substrate has one annular light propagation.
The light emitting element array and the air
Light modulation element, the optical logic operation element array and each of the
A transparent substrate is created in a shape that can be laminated or bonded.
It is preferable that they are formed integrally. In addition, the optical logic
The arithmetic element array is driven by the input light from the spatial light modulator.
The threshold-processed feedback signal light is transmitted through the third transmission line.
Output to the light emitting element array via the light propagation path of the light board.
Preferably.

【0013】[0013]

【作用】本発明によれば、発光素子アレイ、空間光変調
素子、及び光論理演算素子アレイ間に第1〜第3の透明
基板の各光伝搬路をそれぞれ設けて、それぞれ光分岐
路、光結合路、フィードバック光路として機能させるこ
とできるので、光ニューラルコンピュータは各構成要素
を組み合わせた一体化、小型化が容易になる。 さらに、
通常、光論理演算素子アレイと発光素子アレイ間に設け
られる電気的フィードバック回路を、第3の透明基板の
光伝搬路によりフィードバック光路にすることができ
る。これにより、電気回路、電気的配線が不要になり、
基本的には各電気的能動素子に接続される電気的配線
みの簡単な構造となるので、光ニューラルコンピュータ
の集積化、一体化が容易になる。
According to the present invention , a light emitting element array, spatial light modulation
First to third transparent elements and an optical logic operation element array
Each light propagation path of the board is provided, and each light branch
Path, optical coupling path, and feedback optical path.
Therefore, the optical neural computer has each component
, Which facilitates integration and miniaturization. further,
Usually provided between optical logic operation element array and light emitting element array
The electrical feedback circuit is connected to the third transparent substrate.
The optical path can be used as a feedback path.
You. This eliminates the need for electrical circuits and electrical wiring ,
Basically, since it has a simple structure of electrical wiring connected to each electrically active element , the optical neural computer
Integration and integration becomes easier.

【0014】[0014]

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて具
体的に説明する。図1は、本発明の光ニューラルコンピ
ュータの外観斜視図であり、面発光型半導体レーザアレ
イ11、空間光変調素子13、面発光型半導体レーザア
レイ11からの入射光を該空間光変調素子13へガイド
するための光の伝搬路および分岐路となる第一の透明基
板12、空間光変調素子13からの複数の出力光を結合
し、その伝搬路とする第二の透明基板14、その第二の
透明基板14からの出力光の方向を直角に折り曲げて伝
搬させる45度全反射プリズム15、光検出としきい値
処理のための光論理演算素子アレイ16、その光論理演
算素子16から面発光型半導体レーザアレイ11までの
光の伝搬路となる第三の透明基板17がその構成要素で
あり、これらが各方向から積層または貼合わされて一体
化構造をなしている。(図1では一体化したものの厚み
が大きく図示されているが、実際には透明基板各1枚
が、厚さ1mm程度と考えてよい(全体で厚さ数mm程
度)。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the present invention will be specifically described below with reference to the drawings. FIG. 1 is an external perspective view of an optical neural computer according to the present invention, in which a surface-emitting type semiconductor laser array 11, a spatial light modulator 13, and incident light from the surface-emitting type semiconductor laser array 11 are applied to the spatial light modulator 13. A first transparent substrate 12 serving as a light propagation path and a branch path for guiding the light, a plurality of output lights from the spatial light modulator 13 are combined, and a second transparent substrate 14 serving as the propagation path is provided. 45 ° total reflection prism 15 that bends the direction of output light from transparent substrate 14 at right angles and propagates it, optical logic operation element array 16 for light detection and threshold processing, and a surface emitting type The third transparent substrate 17 serving as a light propagation path to the semiconductor laser array 11 is a component thereof, and these are laminated or laminated from each direction to form an integrated structure. (In FIG. 1, the thickness of the integrated substrate is shown large, but in practice one transparent substrate may be considered to be about 1 mm thick (total thickness of about several mm).

【0015】次に、本発明の光ニューラルコンピュータ
の動作原理を説明する。図2は各光学要素に分解した分
解図である。なお、図3〜図5に示す各部分の図も併用
しながらその詳細を述べる。
Next, the operation principle of the optical neural computer according to the present invention will be described. FIG. 2 is an exploded view of each optical element. The details will be described using the drawings of the respective parts shown in FIGS.

【0016】まず、面発光型半導体レーザアレイ11か
らの光出力が、図3に示すように第一の透明基板12に
斜めに入射し、内部での反射を繰り返しながら水平方向
に伝搬する。ただし、伝搬光は透明基板側面31では全
反射するように金属膜等による反射ミラーが形成されて
おり、反対側の透明基板側面32では出力光が当たるた
びに光出力の1/3ずつが透明基板12から空間光変調
素子13の方向へ出射する構造となっている。
First, the light output from the surface emitting semiconductor laser array 11 is obliquely incident on the first transparent substrate 12 as shown in FIG. 3, and propagates in the horizontal direction while repeating internal reflection. However, a reflection mirror made of a metal film or the like is formed so that the propagating light is totally reflected on the transparent substrate side surface 31. On the opposite transparent substrate side surface 32, one-third of the light output is transparent each time the output light is applied. The light is emitted from the substrate 12 in the direction of the spatial light modulator 13.

【0017】この透明基板の構造は、例えば図4のよう
に、透明基板側面32では光の当たる位置3カ所に回折
効率等をコントロールした回折格子33等を作製し、全
光出力の1/3ずつが、透明基板12から空間光変調素
子13の方向へ出射する構造、または、回折格子33の
代わりに透過率、反射率等を最適化した薄膜をビームス
プリタとして形成して全光出力の1/3ずつが透明基板
12から空間光変調素子13の方向へ出射する構造とす
ることができる。
As shown in FIG. 4, for example, as shown in FIG. 4, on the transparent substrate side surface 32, a diffraction grating 33 or the like having a controlled diffraction efficiency or the like is formed at three positions where light strikes, thereby forming one third of the total light output. Each of them has a structure in which light is emitted from the transparent substrate 12 in the direction of the spatial light modulator 13, or a thin film in which the transmittance, the reflectance, etc. are optimized instead of the diffraction grating 33 is formed as a beam splitter to reduce the total light output. A structure can be adopted in which each third light is emitted from the transparent substrate 12 in the direction of the spatial light modulator 13.

【0018】これにより、空間光変調素子13の各マト
リクス成分には均等な強度の光が入射する。次に、空間
光変調素子13は、従来例と同様に、例えばガラス板に
金属蒸着した固定パターンのマスクからなる素子、ある
いは強誘電性液晶を用いた可変パターン素子等の、光を
強度変調できるものを利用することができる。
As a result, light of uniform intensity enters each matrix component of the spatial light modulator 13. Next, similarly to the conventional example, the spatial light modulator 13 can modulate the intensity of light, for example, an element consisting of a fixed pattern mask formed by metal deposition on a glass plate, or a variable pattern element using ferroelectric liquid crystal. Things can be used.

【0019】強誘電性液晶を用いた可変パターン素子で
は、スイッチング速度10-6sec程度であり、高速処理
を要する場合には、AlGaAs/GaAsMQW(Mu
ltiQuantum well)構造のQCSE効果を利用した変調
器とCCD(Charge CoupledDevice)を組み合わせた空
間光変調素子を用いるとスイッチング速度10-10sec程
度が実現できる。
In a variable pattern element using a ferroelectric liquid crystal, the switching speed is about 10 −6 sec. When high-speed processing is required, AlGaAs / GaAs MQW (Mu
A switching speed of about 10 −10 sec can be realized by using a spatial light modulation element in which a modulator utilizing the QCSE effect of an ltiQuantum well (CTI) effect and a CCD (Charge Coupled Device) are combined.

【0020】変調された光は3×3マトリクスの各成分
から出射するが、図5に示すように、垂直方向の3成分
は、次の第二の透明基板14において結合し、一つの光
信号となる。つまり、垂直方向に延びる各第二の透明基
板14において、空間光変調素子13のマトリクスの各
成分からの出射光の到達位置3カ所に回折格子33等を
形成しておき、第二の透明基板14の内部へ光を取り込
み、結合させながら透明基板14内部での反射で所定位
置まで伝搬させる。このとき回折格子33は、回折効率
等をそれぞれ最適になるように制御して、3カ所から入
射した各光出力が均等に重み付けされるように設計す
る。
The modulated light is emitted from each component of the 3 × 3 matrix. As shown in FIG. 5, the three components in the vertical direction are combined on the next second transparent substrate 14 to form one optical signal. Becomes That is, in each of the second transparent substrates 14 extending in the vertical direction, the diffraction gratings 33 and the like are formed at three arrival positions of the emitted light from the respective components of the matrix of the spatial light modulator 13, and the second transparent substrate 14 is formed. The light is taken into the inside of the transparent substrate 14 and propagated to a predetermined position by reflection inside the transparent substrate 14 while being coupled. At this time, the diffraction grating 33 is designed so that the diffraction efficiency and the like are controlled to be optimum, respectively, so that each light output incident from three places is equally weighted.

【0021】図2の例では、透明基板14の右側部分で
は3カ所からの光出力の結合した全出力が透明基板14
の下方へ、透明基板14の中央部分では同様の全光出力
が透明基板14中央部分へ、そして透明基板14の左側
部分では同様の全光出力が透明基板14上方部分へ伝搬
するようにして各回折光が得られるように、各回折格子
33を設計する。
In the example shown in FIG. 2, in the right part of the transparent substrate 14, all of the combined optical outputs from three places
Downward, the central portion of the transparent substrate 14 transmits the same total light output to the central portion of the transparent substrate 14, and the left side portion of the transparent substrate 14 transmits the same total light output to the upper portion of the transparent substrate 14. Each diffraction grating 33 is designed so that diffracted light can be obtained.

【0022】上記回折格子33を形成した面と反対側の
面には、光の取り出し口に出射窓41(透過率100
%)を形成する以外には、金属膜蒸着等により、反射ミ
ラーの形成をする。
On the surface opposite to the surface on which the diffraction grating 33 is formed, an exit window 41 (having a transmittance of 100
%), A reflecting mirror is formed by metal film deposition or the like.

【0023】該透明基板14のそれぞれの光の取り出し
口からの出射光は、次の経路の45度全反射プリズム1
5にてそれぞれ45度光路を曲げられて、45度全反射
プリズム15の端面まで伝搬し、プリズム端面上に付設
された光論理演算素子アレイ16にそれぞれ入射して光
強度検出および光強度が一定以上ならば“1”、一定未
満ならば“0”というように、光出力で2値化された信
号となる。
The light emitted from each light extraction port of the transparent substrate 14 is transmitted to the 45 ° total reflection prism 1 in the next path.
5, the optical path is bent by 45 degrees, propagates to the end face of the 45-degree total reflection prism 15, enters the optical logic operation element array 16 provided on the end face of the prism, and the light intensity detection and the light intensity are constant. If this is the case, it is a signal binarized by the optical output, such as "1", if it is less than a certain value, "0".

【0024】光論理演算素子の一例としては、構造的に
は図7に示すように、光検出器と半導体レーザが同一種
類の材料(例えばInGaAsP系等)によりモノリシック化
した集積化素子があげられ、電気的には図8に示すよう
に、光検出器85と半導体レーザ84が直列接続され、
光検出器85で入射光82のほか半導体レーザからの出
力光86を受け、その大きさに対応したポジティブフィ
ードバックがかかる構成があげられる(参考文献;IEEE
Trans.Electron Devices,ED-31,805/811(1984))。
As an example of the optical logic operation element, as shown in FIG. 7, there is an integrated element in which the photodetector and the semiconductor laser are monolithically made of the same kind of material (for example, InGaAsP type) as shown in FIG. Electrically, as shown in FIG. 8, a photodetector 85 and a semiconductor laser 84 are connected in series,
A configuration in which the photodetector 85 receives the output light 86 from the semiconductor laser in addition to the incident light 82 and applies a positive feedback corresponding to the size thereof (reference document: IEEE)
Trans. Electron Devices, ED-31, 805/811 (1984)).

【0025】次に、2値化信号の“0”、“1”に相当
する光強度の信号が第3の透明基板17に入射し、その
透明基板17内部で反射を繰り返し、透明基板17他端
へ伝搬する。そして透明基板17他端から光信号は出射
し、面発光型半導体レーザアレイ11へ戻るフィードバ
ック信号光となる。
Next, a signal of light intensity corresponding to "0" and "1" of the binary signal is incident on the third transparent substrate 17, and the reflection is repeated inside the transparent substrate 17, and the transparent substrate 17 Propagate to the edge. Then, an optical signal is emitted from the other end of the transparent substrate 17 and becomes a feedback signal light returning to the surface-emitting type semiconductor laser array 11.

【0026】第3の透明基板17の表面の光の入射およ
び出射位置には回折格子または、薄膜による入出力窓が
設けられ、内部反射位置には金属膜等による反射ミラー
が形成される。面発光型半導体レーザアレイ11は、駆
動電流Iopによりそれ自体発光(発光出力PL)する
が、そのとき、外部からアレイ各素子へ入力した光の大
きさPIに応じて面発光型半導体レーザアレイ各素子の
しきい値電流の大きさを△Ithだけ低減でき、それによ
って同じ駆動電流Iopのとき、面発光型半導体レーザア
レイ各素子からの出力光がPIだけ増えてPL+PIとな
る構造を実現する。
A diffraction grating or an input / output window made of a thin film is provided at a position where light enters and exits from the surface of the third transparent substrate 17, and a reflection mirror made of a metal film or the like is formed at an internal reflection position. The surface-emitting type semiconductor laser array 11 emits light itself (light-emitting output PL) by the drive current Iop. At this time, each of the surface-emitting type semiconductor laser arrays 11 according to the magnitude PI of light input from the outside to each element of the array. The magnitude of the threshold current of the element can be reduced by ΔIth, thereby realizing a structure in which, at the same drive current Iop, the output light from each element of the surface-emitting type semiconductor laser array increases by PI and becomes PL + PI.

【0027】図6にその面発光型半導体レーザアレイ各
素子の駆動電流対光出力特性を示した。それによって、
等価的には、光ニューラルコンピュータへの入力信号で
それ自体発光し、かつ、上記フィードバック信号光を、
見かけ上、透過させて、発光強度、透過強度の和が空間
光変調素子13へ入力する構造と見なせる素子となっ
た。
FIG. 6 shows the driving current versus light output characteristics of each element of the surface emitting semiconductor laser array. Thereby,
Equivalently, the signal itself emits light by an input signal to the optical neural computer, and the feedback signal light is
The element can be regarded as a structure that is apparently transmitted and the sum of the emission intensity and the transmission intensity is input to the spatial light modulator 13.

【0028】この等価的構造の考え方を用いて、図9に
示した、面発光型半導体レーザアレイ11に採用できる
半導体レーザ素子の構造の一例を以下に説明する。n−
GaAs基板97上にクラッド層(n−GaAlAs)
96、活性層(p−GaAs)95、クラッド層(n−
AlGaAs)94、バッファ層(p−AlGaAs)
93、コンタクト層(p−GaAs)92を順次積層
し、その中央部分にp−不純物拡散領域89を形成す
る。
Using the concept of the equivalent structure, an example of the structure of the semiconductor laser device which can be employed in the surface emitting semiconductor laser array 11 shown in FIG. 9 will be described below. n-
Cladding layer (n-GaAlAs) on GaAs substrate 97
96, an active layer (p-GaAs) 95, a cladding layer (n-
AlGaAs) 94, buffer layer (p-AlGaAs)
93 and a contact layer (p-GaAs) 92 are sequentially laminated, and a p-impurity diffusion region 89 is formed at the center thereof.

【0029】また、コンタクト層92上面には、中央部
分のp−不純物拡散領域89に対向する部分を除いて電
極91を形成し、対向する部分にはARコート99を設
けた出力窓とする。一方、n−GaAs基板97は中央
部分のp−不純物拡散領域89に対向する部分の基板厚
みが薄くなっており、この部分にもARコート99を設
け、外部からの透過光88の入力窓とし、n−GaAs
基板97のそれ以外の部分には、電極98が形成された
構造とする。
An electrode 91 is formed on the upper surface of the contact layer 92 except for a portion opposed to the p-impurity diffusion region 89 at the center, and an output window provided with an AR coat 99 is provided on the opposed portion. On the other hand, the n-GaAs substrate 97 has a thinner substrate at a portion facing the p-impurity diffusion region 89 at the center, and an AR coat 99 is also provided at this portion to serve as an input window for transmitted light 88 from the outside. , N-GaAs
The other portion of the substrate 97 has a structure in which an electrode 98 is formed.

【0030】中央部分のp−不純物拡散領域89を含む
領域のみpn構造となり、そこを流れた電流によって、
活性層95から発光したレーザ光は出力窓方向に出射さ
れる。フィードバック信号光は入力窓から出力窓方向に
素子内を透過し、出力窓からは、発光強度、透過強度の
和87が得られるようになっている。
Only the region including the p-impurity diffusion region 89 at the center has a pn structure, and the current flowing therethrough causes
The laser light emitted from the active layer 95 is emitted toward the output window. The feedback signal light passes through the element from the input window to the output window, and a sum 87 of emission intensity and transmission intensity is obtained from the output window.

【0031】以上の実施例では、3×3マトリクス成分
から構成される空間光変調素子を用いた光ニューラルコ
ンピュータに関して述べたが、勿論、N×Nマトリクス
成分(N:自然数)から構成される空間光変調素子を用
いた光ニューラルコンピュータに関しても本発明を適用
することができることは容易に類推できる。
In the above embodiment, an optical neural computer using a spatial light modulator composed of 3 × 3 matrix components has been described. However, it is needless to say that a space composed of N × N matrix components (N: natural number) is used. It can be easily analogized that the present invention can be applied to an optical neural computer using a light modulation element.

【0032】[0032]

【発明の効果】本発明によれば、発光素子アレイ、空間
光変調素子、及び光論理演算素子アレイ間に第1〜第3
の透明基板の各光伝搬路をそれぞれ設けて、それぞれ光
分岐路、光結合路、フィードバック光路として機能させ
ることできるので、光ニューラルコンピュータは各構成
要素を組み合わせた一体化、小型化が容易になる。 さら
に、通常、光論理演算素子アレイと発光素子アレイ間に
設けられる電気的フィードバック回路を、第3の透明基
板の光伝搬路によりフィードバック光路にすることがで
きる。これにより、電気回路、電気的配線が不要にな
り、基本的には各電気的能動素子に接続される電気的配
線のみの簡単な構造となるので、光ニューラルコンピュ
ータの集積化、一体化が容易になる。
According to the present invention, a light emitting element array, a space
First to third light modulation elements and an optical logic operation element array
Each light propagation path of the transparent substrate of
Function as branch path, optical coupling path, feedback optical path
Because it Rukoto, light neural computer each configuration
Integration and miniaturization by combining elements are facilitated. Further
Usually, between the optical logic operation element array and the light emitting element array
The electric feedback circuit provided is connected to a third transparent substrate.
The feedback light path can be made by the light propagation path of the plate.
Wear. This eliminates the need for electrical circuits and electrical wiring.
Basically, the electrical connection connected to each electrically active element
Since it has a simple structure consisting only of lines , the optical neural computer
Data integration and integration become easier.

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

【図1】本発明の一実施例の光ニューラルコンピュータ
の外観斜視図である。
FIG. 1 is an external perspective view of an optical neural computer according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1の動作原理を各光学要素に分離して説明す
る分解斜視図である。
FIG. 2 is an exploded perspective view for explaining the operation principle of FIG. 1 separately for each optical element.

【図3】実施例による入射光の内部反射による伝搬を示
す第一の透明基板側面図である。
FIG. 3 is a first transparent substrate side view showing propagation of incident light due to internal reflection according to the embodiment.

【図4】実施例による第一の透明基板の構造を示す斜視
図である。
FIG. 4 is a perspective view showing a structure of a first transparent substrate according to the embodiment.

【図5】実施例による透明基板内部での光の結合、伝搬
を示す第二の透明基板構造図である。
FIG. 5 is a second transparent substrate structure diagram showing coupling and propagation of light inside the transparent substrate according to the embodiment.

【図6】実施例による面発光型半導体レーザアレイ各素
子の駆動電流対光出力特性を示す特性図である。
FIG. 6 is a characteristic diagram showing a drive current versus light output characteristic of each element of the surface emitting semiconductor laser array according to the example.

【図7】実施例による光論理演算素子の一例を示す構造
図である。
FIG. 7 is a structural diagram illustrating an example of an optical logic operation element according to an embodiment.

【図8】図7の等価回路図である。FIG. 8 is an equivalent circuit diagram of FIG. 7;

【図9】実施例による面発光型半導体レーザアレイを構
成する半導体レーザ素子の一例を示す構造図である。
FIG. 9 is a structural diagram showing an example of a semiconductor laser device constituting a surface emitting semiconductor laser array according to an embodiment.

【図10】従来の光ニューラルコンピュータの構成を示
す構造図である。
FIG. 10 is a structural diagram showing a configuration of a conventional optical neural computer.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 面発光型半導体レーザアレイ 12 第1の透明基板 13 空間光変調素子 14 第2の透明基板 15 45度全反射プリズム 16 光論理演算素子アレイ 17 第3の透明基板 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Surface-emitting type semiconductor laser array 12 1st transparent substrate 13 Spatial light modulation element 14 2nd transparent substrate 15 45 degree total reflection prism 16 Optical logic operation element array 17 3rd transparent substrate

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 入力信号光を受けて面発光する発光素子
アレイと、前記発光素子アレイからの各出力光を変調す
るマトリクス成分を有する空間光変調素子と、前記空間
光変調素子からの出力光を受光素子にて検出ししきい値
処理を行う光論理演算素子アレイと、前記発光素子アレ
イからの各出力光を前記空間光変調素子の各マトリクス
成分にガイドするとともに分配入力するための光伝搬路
を有する第1の透明基板と、前記空間光変調素子からの
各出力光を結合し前記光論理演算素子アレイにガイドす
る光伝搬路を有する第2の透明基板と、前記光論理演算
素子アレイからの各出力光をフィードバック信号光とし
て前記発光素子アレイにガイドする光伝搬路を有する
3の透明基板とからなる光ニューラルコンピュータ。
1. A light emitting element array which receives input signal light and emits surface light, and modulates each output light from the light emitting element array .
That the spatial light modulator having a matrix component, and the optical logic operation element array for detecting and thresholding the output light from the spatial light modulator by the light receiving element, the light emitting element array
Each output light from b is converted to each matrix of the spatial light modulator.
Light propagation path for guiding components and distributing input
A first transparent substrate having
Each output light is combined and guided to the optical logic operation element array.
A second transparent substrate having a light propagation path, and each output light from the optical logic operation element array as a feedback signal light.
And a third transparent substrate having a light propagation path for guiding the light emitting element array.
【請求項2】 前記第1の透明基板、前記第2の透明基
板および前記第3の透明基板の各光伝搬路が、回折格
全反射ミラービームスプリッタのいずれか一つ以
上からなる光学素子で形成されたことを特徴とする請求
項1記載の光ニューラルコンピュータ。
2. The first transparent substrate and the second transparent substrate.
Each optical channel plate and the third transparent substrate, a diffraction grating, a total reflection mirror, any one or more of the beam splitter
2. An optical neural computer according to claim 1, wherein said optical neural computer is formed of an optical element comprising:
【請求項3】 前記第1の透明基板、前記第2の透明基
および前記第3の透明基板の各光伝搬路が、一つの環
状の光伝搬路として接続されるように前記発光素子アレ
イ、前記空間光変調素子、前記光論理演算素子アレイお
よび前記各透明基板が積層または貼り合わせ可能な形状
に作成され一体化形成されたことを特徴とする請求項1
記載の光ニューラルコンピュータ。
Wherein said first transparent substrate, each optical propagation path of said second transparent substrate and said third transparent substrate, one ring
Light emitting element array so as to be connected as
A, the spatial light modulator, the optical logical operation element array,
And a shape in which each of the transparent substrates can be laminated or bonded
2. The method according to claim 1, wherein the first and second parts are integrally formed.
An optical neural computer as described.
【請求項4】 前記光論理演算素子アレイは、空間光変
調素子からの入力光によってしきい値処理したフィード
バック信号光を前記第3の透明基板の光伝搬路を介して
前記発光素子アレイに出力することを特徴とする請求項
1記載の光ニューラルコンピュータ。
4. An optical logic operation element array according to claim 1, wherein
The feedback signal light, which has been subjected to threshold processing by the input light from the modulation element, is transmitted through the light transmission path of the third transparent substrate.
Claims, characterized in that the output to the light emitting element array
An optical neural computer according to claim 1 .
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