特許 7426510 光演算システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-01-24

(45)【発行日】2024-02-01

(54)【発明の名称】光演算システム

(51)【国際特許分類】

   G02F 3/00 20060101AFI20240125BHJP

   G02B 5/18 20060101ALI20240125BHJP

   G02F 1/21 20060101ALN20240125BHJP

【ＦＩ】

G02F3/00 501

G02B5/18

G02F1/21

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2022569706

(86)(22)【出願日】2021-08-18

(86)【国際出願番号】 JP2021030195

(87)【国際公開番号】W WO2022130690

(87)【国際公開日】2022-06-23

【審査請求日】2022-10-19

(31)【優先権主張番号】P 2020210653

(32)【優先日】2020-12-18

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000005186

【氏名又は名称】株式会社フジクラ

(74)【代理人】

【識別番号】110000338

【氏名又は名称】弁理士法人 ＨＡＲＡＫＥＮＺＯ ＷＯＲＬＤ ＰＡＴＥＮＴ ＆ ＴＲＡＤＥＭＡＲＫ

(72)【発明者】

【氏名】日下 裕幸

(72)【発明者】

【氏名】柏木 正浩

【審査官】林 祥恵

(56)【参考文献】

【文献】特表２０１９－５２９９９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０２０／０３３３６６８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２００９／０１９５８５７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１６－１４５９３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０７０７８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２００９／１３３５９２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００９－１４６５４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】J． A. DAVIS et al.，“Programmable optical interconnections with large fan-out capability using the magneto-optic spatial light modulator”，Optics Letters，1989年01月01日，Vol. 14, No. 1，pp.102-104，DOI: 10.1364/ol.14.000102

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｆ １／００－１／１２５

Ｇ０２Ｆ １／２１－３／００

Ｇ０２Ｂ ５／１８

Ｇ０２Ｂ ２７／００、２７／１８、２７／４８

Ｇ０２Ｂ ２６／０２

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ｎ個（ｎは２以上の自然数）の強度変調装置からなる強度変調装置群であって、各強度変調装置ＡＭｉ（ｉ＝１，２，…，ｎ）が、複数の変調用セルにより構成され、各強度変調装置ＡＭｉの各変調用セルが、信号Ｓｉに従って搬送光を強度変調する強度変調器群と、
厚み又は屈折率が互いに独立に設定された複数の回折用セルにより構成された光回折素子と、を備え、
前記光回折素子の各回折用セルには、各強度変調装置ＡＭｉにおいて該回折用セルに対応する変調用セルにて強度変調されたｎ個の信号光が入力され、
各強度変調装置ＡＭｉにて強度変調され、自由空間を伝搬する信号光を、光路長の異なる光路を経由して前記光回折素子に入射させることにより、前記光回折素子の各回折用セルに入力されるｎ個の信号光の位相を異ならせた、
ことを特徴とする光演算システム。

【請求項2】

前記光回折素子の各回折用セルは、高さが互いに独立に設定されたピラーにより構成されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の光演算システム。

【請求項3】

各強度変調装置ＡＭｉにて強度変調され、自由空間を伝搬する信号光を、光路長の異なる光路を経由して前記光回折素子に入射させるための空間光学系として、ミラー及びハーフミラーにより構成される空間光学系を更に備える、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の光演算システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光回折素子を用いて演算を行う光演算システムに関する。

【背景技術】

【0002】

屈折率が個別に設定された複数のマイクロセルを有し、各マイクロセルを透過した光を相互に干渉させることによって、予め定められた演算を光学的に実行する光回折素子が知られている。光回折素子を用いた光学的な演算には、プロセッサを用いた電気的な演算と比べて高速且つ低消費電力であるという利点がある。特許文献１には、入力層、中間層、及び出力層を有する光ニューラルネットワークが開示されている。上述した光回折素子は、例えば、このような光ニューラルネットワークの中間層として利用することが可能である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】米国特許第７８４７２２５号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、従来の光回折素子は、特定の波長の光を入力したときに、特定の光演算を実行することしかできない。このため、相異なる複数の信号に対する演算を、単一の光回折素子を用いて光学的且つ並列的に実行可能な光演算システムは実現されていなかった。

【0005】

本発明の一態様は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、相異なる複数の信号に対する演算を、単一の光回折素子を用いて光学的且つ並列的に実行可能な光演算システムを実現することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一態様に係る光演算システムにおいては、厚み又は屈折率が互いに独立に設定された複数のセルにより構成された光回折素子を備え、前記光回折素子の各セルには、相異なる信号によって変調された、位相の異なる複数の信号光が入力される、という構成が採用されている。

【発明の効果】

【0007】

本発明の一態様によれば、相異なる複数の信号に対する演算を、単一の光回折素子を用いて光学的且つ並列的に実行可能な光演算システムを実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の各実施形態において共通に利用される光回折素子の構成を示す平面図である。

【図2】図１に示す光回折素子の一部分を拡大した斜視図である。

【図3】本発明の第１の実施形態に係る光演算システムの要部構成を示す平面図である。

【図4】図３の光演算システムに含まれる発光装置の平面図である。

【図5】図３の光演算システムに含まれる移相装置の平面図である。

【図6】図３の光演算システムに含まれる強度変調装置の平面図である。

【図7】本発明の第２の実施形態に係る光演算システムの要部構成を示す平面図である。

【図8】図７の光演算システムに含まれる強度変調装置の平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

〔光回折素子の構成〕
本発明の各実施形態において共通に利用される光回折素子１の構成について、図１及び図２を参照して説明する。図１は、光回折素子１の平面図である。図２は、光回折素子１の一部分（図１において破線で囲んだ部分）を拡大した斜視図である。

【0010】

光回折素子１は、平板状の光回折素子であり、厚み又は屈折率が互いに独立に設定された複数のマイクロセルＡ（特許請求の範囲における「セル」の一例）により構成されている。光回折素子１に信号光が入射すると、各マイクロセルＡを透過した信号光が相互に干渉することによって、予め定められた光演算が行われる。光回折素子１から出力される信号光の強度分布は、その光信号の結果を表す。

【0011】

ここで、「マイクロセル」とは、例えば、セルサイズが１０μｍ未満のセルのことを指す。また、「セルサイズ」とは、セルの面積の平方根のことを指す。例えば、マイクロセルの平面視形状が正方形である場合、セルサイズとは、セルの一辺の長さである。セルサイズの下限は、特に限定されないが、例えば１ｎｍである。

【0012】

図１に例示した光回折素子１は、マトリックス状に配置された１２×１２個のマイクロセルＡにより構成されている。各マイクロセルＡの平面視形状は、例えば、１μｍ×１μｍの正方形であり、光回折素子１の平面視形状は、例えば、１２μｍ×１２μｍの正方形である。

【0013】

（１）マイクロセルＡの厚みをセル毎に独立に設定することによって、又は、（２）マイクロセルＡの屈折率をセル毎に独立に選択することによって、マイクロセルＡを透過する光の位相変化量をセル毎に独立に設定することができる。本実施形態においては、ナノインプリントにより実現可能な（１）の方法を採用している。この場合、各マイクロセルＡは、図２に示すように、各辺の長さがセルサイズと等しい正方形の底面を有する四角柱状のピラーにより構成される。この場合、マイクロセルＡを透過する光の位相変化量は、このピラーの高さに応じて決まる。すなわち、高さの高いピラーにより構成されるマイクロセルＡを透過する光の位相変化量は大きくなり、高さの低いピラーにより構成されるマイクロセルＡを透過する光の位相変化量は小さくなる。

【0014】

なお、各マイクロセルＡの厚み又は屈折率の設定は、例えば、機械学習を用いて実現することができる。この機械学習において用いられるモデルとしては、例えば、光回折素子１への入力光の強度分布を入力とし、光回折素子１からの出力光の強度分布を出力とするモデルであって、各マイクロセルＡの厚み又は屈折率をパラメータとして含むモデルを用いることができる。ここで、入力光の強度分布とは、例えば、光回折素子１の各マイクロセルＡに入力される入力光の強度のことを指す。また、出力光とは、光回折素子１の各マイクロセルＡを透過した光が相互に干渉することによって生じる光のことを指し、出力光の強度分布とは、例えば、光回折素子１の後段に配置された光回折素子の各マイクロセル（又は、イメージセンサの各セル）に入力される出力光の強度のことを指す。

【0015】

〔第１の実施形態〕
本発明の第１の実施形態に係る光演算システム１０Ａについて、図３～図６を参照して説明する。図３は、光演算システム１０Ａの構成を示す平面図である。図４は、光演算システム１０Ａに含まれる発光装置２の平面図である。図５は、光演算システム１０Ａに含まれる移相装置４の平面図である。図６は、光演算システム１０Ａに含まれる強度変調装置５の平面図である。

【0016】

光演算システム１０Ａは、上述した光回折素子１に加えて、発光装置２と、受光装置３と、移相装置４と、強度変調装置５と、を備えている。

【0017】

発光装置２は、搬送光を生成するための装置である。発光装置２は、図４に示すように、マトリックス状に配置された複数のセルＢを有しており、例えば、２次元ディスプレイにより構成される。

【0018】

発光装置２から出力された搬送光の光路上には、移相装置４が配置されている。移相装置４は、発光装置２から出力された搬送光を移相するための装置である。移相装置４は、図５に示すように、マトリックス状に配置された複数のセルＣを有している。移相装置４の各セルＣと発光装置２の各セルＢとは一対一に対応しており、発光装置２の各セルＢから出力された搬送光は、移相装置４の対応するセルＣに入力される。移相装置４の各セルＣは、ｎ個（ｎは２以上の自然数）のサブセルＣ１，Ｃ２，…，Ｃｎに分割されている。移相装置４の各セルＣに含まれる各サブセルＣｉ（ｉ＝１，２，…，ｎ）は、そのセルＣに対応する発光装置２のセルＢから出力された搬送光を移相する。サブセルＣ１，Ｃ２，…，Ｃｎの移相量（位相の変化量）δ１，δ２，…，δｎは、０≦δ１＜δ２＜…＜δｎ＜２πを満たす。なお、本実施形態において、サブセル数ｎは３である。また、本実施形態において、サブセルＣ１の移相量δ１［ｒａｄ］は０であり、サブセルＣ２の移相量δ２［ｒａｄ］は２／３πであり、サブセルＣ３の移相量δ３［ｒａｄ］は４／３πである。

【0019】

移相装置４から出力された搬送光の光路上には、強度変調装置５が配置されている。強度変調装置５は、ｎ個の信号Ｓ１，Ｓ２，…Ｓｎに従って移相装置４から出力された搬送光を強度変調することによって、信号光を生成するための装置である。強度変調装置５は、図６に示すように、マトリックス状に配置された複数のセルＤを有している。強度変調装置５の各セルＤと移相装置４の各セルＣとは一対一に対応しており、移相装置４の各セルＣから出力された搬送光は、強度変調装置５の対応するセルＤに入力される。強度変調装置５の各セルＤは、移相装置４の各サブセルＣiと同様、ｎ個のサブセルＤ１，Ｄ２，…，Ｄｎに分割されている。強度変調装置５の各セルＤに含まれる各サブセルＤｉは、そのセルＤに対応する移相装置４のセルＣに含まれるサブセルＣｉから出力された搬送光を、信号Ｓｉに従って強度変調する。

【0020】

強度変調装置５から出力された信号光の光路上には、光回折素子１が配置されている。光回折素子１は、図１に示したように、マトリックス状に配置された複数のマイクロセルＡを有している。光回折素子１の各マイクロセルＡと強度変調装置５の各セルＤとは一対一に対応しており、強度変調装置５の各セルＤから出力された信号光は、光回折素子１の対応するマイクロセルＡに入力される。すなわち、光回折素子１の各マイクロセルＡに入力される信号光には、信号Ｓ１に従って強度変調された移相量δ１の信号光、信号Ｓ２に従って強度変調された移相量δ２の信号光、…、及び信号Ｓｎに従って強度変調された移相量δｎの信号光が入力される。光回折素子１は、上述したように、各マイクロセルＡを透過した信号光を相互に干渉させることによって予め定められた光演算を行う。

【0021】

光回折素子１から出力された信号光の光路上には、受光装置３が配置されている。受光装置３は、光回折素子１から出力された信号光を検出するための装置である。受光装置３は、マトリックス状に配置された複数のセルを有しており、例えば、２次元イメージセンサにより構成される。光回折素子１の各マイクロセルＡを透過した信号光は、光回折素子１の他のマイクロセルＡを透過した光と干渉し、受光装置３の各セルに入力される。受光装置３の各セルは、移相量がδ１である信号光、移相量がδ２である信号光、・・・、及び移相量がδｎである信号光を重ね合せた光の強度分布を検出する。ここで、重ね合せた光の強度分布は、信号Ｓ１に従って強度変調された信号光に対して予め定められた光演算を行った結果と、信号Ｓ２に従って強度変調された信号光に対して予め定められた光演算を行った結果と、…、信号Ｓｎに従って強度変調された信号光に対して予め定められた光演算を行った結果との和を表す。なお、受光装置３の各セルをサブセルに分割し、サブセル毎に異なるフィルタを付加することで、移相量がδ１である信号光、移相量がδ２である信号光、・・・、及び移相量がδｎである信号光の強度分布を個別に検出できるようにしてもよい。

【0022】

以上のように、光演算システム１０Ａにおいては、光回折素子１の各マイクロセルＡに、強度変調装置５において該マイクロセルＡに対応するセルＤに含まれるｎ個のサブセルＤ１，Ｄ２，…，Ｄｎの各々にて強度変調されたｎ個の信号光が入力される。そして、光演算システム１０Ａにおいては、移相装置４において各サブセルＣｉの移相量を異ならせることにより、光回折素子の各マイクロセルＡに入力されるｎ個の信号光の位相を異ならせている。

【0023】

これにより、光演算システム１０Ａによれば、相異なる複数の信号Ｓ１，Ｓ２，…，Ｓｎに対する演算を、単一の光回折素子１を用いて光学的且つ並列的に実行することができる。例えば、カラー画像を表す画像信号の各色成分に対する演算を、単一の光回折素子１を用いて光学的且つ並列的に実行することができる。この場合、画像信号のＲ（赤）成分を信号Ｓ１、画像信号のＧ（緑）成分を信号Ｓ２、画像信号のＢ（青）成分を信号Ｓ３として、強度変調装置５に入力すればよい。

【0024】

なお、本実施形態においては、強度変調装置５から出力された信号光の光路上に単一の光回折素子１を配置し、この光回折素子１を透過した光を受光装置３に入力する構成を採用しているが、本発明はこれに限定されない。例えば、強度変調装置５から出力された信号光の光路上に複数の光回折素子１を配置し、これらの光回折素子１を透過した光を受光装置３に入力する構成を採用してもよい。これにより、複数の光演算を順次実行することが可能な光演算システム１０Ａを実現することが可能になる。

【0025】

〔第２の実施形態〕
本発明の第２の実施形態に係る光演算システム１０Ｂについて、図７～図８を参照して説明する。図７は、光演算システム１０Ｂの構成を示す平面図である。図８は、光演算システム１０Ｂに含まれる強度変調装置ＡＭ１の平面図である。

【0026】

光演算システム１０Ｂは、上述した光回折素子１に加えて、発光装置２と、受光装置３と、ｎ個（ｎは２以上の自然数）の強度変調装置ＡＭ１～ＡＭｎからなる強度変調装置群５’と、ｎ個のミラーＭａ１～Ｍａｎからなるミラー群Ｍａと、ｎ個のミラーＭｂ１～Ｍｂｎからなるミラー群Ｍｂと、を備えている。ミラーＭａ１～Ｍａｎ－１及びミラーＭｂ１～Ｍｂｎ－１は、入射した光の５０％を反射すると共に、残りの５０％を透過するハーフミラーである。一方、ミラーＭａｎ及びＭｂｎは、入射した光の１００％を反射するミラーである。以下、ｎ＝３であるものとして、各装置の構成を説明する。

【0027】

発光装置２は、搬送光を生成するための装置である。発光装置２は、第１の実施形態に係る光演算システム１０Ａと同様、マトリックス状に配置された複数のセルＢを有しており、例えば、２次元ディスプレイにより構成される。

【0028】

発光装置２から出力された搬送光の光路上には、ミラーＭａ１が配置されている。ミラーＭａ１は、ハーフミラーであり、発光装置２から出力された搬送光の１／２を透過し、残り１／２を反射する。ミラーＭａ１にて反射された搬送光の光路上には、ミラーＭａ２が配置されている。ミラーＭａ２は、ハーフミラーであり、ミラーＭａ１にて反射された搬送光の１／２を透過し、残り１／２を反射する。ミラーＭａ２を透過した搬送光の光路上には、ミラーＭａ３が配置されている。ミラーＭａ３は、ミラーＭａ２を透過した搬送光を反射する。

【0029】

ミラーＭａ１を透過した搬送光の光路上には、強度変調装置ＡＭ１が配置されている。強度変調装置ＡＭ１は、信号Ｓ１に従ってミラーＭａ１を透過した搬送光を強度変調するための構成である。強度変調装置ＡＭ１は、図８に示すように、マトリックス状に配置された複数のセルＤを有している。強度変調装置ＡＭ１の各セルＤと発光装置２の各セルＢとは一対一に対応しており、発光装置２の各セルＢから出力された搬送光は、強度変調装置ＡＭ１の対応するセルＤに入力される。強度変調装置ＡＭ１の各セルＤは、そのセルＤに対応する発光装置２のセルＢから出力された搬送光を、信号Ｓ１に従って強度変調する。

【0030】

強度変調装置ＡＭ１から出力された信号光の光路上には、ミラーＭｂ１が配置されている。強度変調装置ＡＭ１から出力された信号光の１／２は、ミラーＭｂ１を透過した後、光回折素子１に入力される。

【0031】

ミラーＭａ２にて反射された搬送光の光路上には、強度変調装置ＡＭ２が配置されている。強度変調装置ＡＭ２は、信号Ｓ２に従ってミラーＭａ２にて反射された搬送光を強度変調するための構成である。強度変調装置ＡＭ２は、強度変調装置ＡＭ１と同様、マトリックス状に配置された複数のセルＤを有している。強度変調装置ＡＭ２の各セルＤと発光装置２の各セルＢとは一対一に対応しており、発光装置２の各セルＢから出力された搬送光は、強度変調装置ＡＭ２の対応するセルＤに入力される。強度変調装置ＡＭ２の各セルＤは、そのセルＤに対応する発光装置２のセルＢから出力された搬送光を、信号Ｓ２に従って強度変調する。

【0032】

強度変調装置ＡＭ２から出力された信号光の光路上には、ミラーＭｂ２が配置されている。（１）強度変調装置ＡＭ２から出力された信号光の１／２は、ミラーＭｂ２にて反射され、（２）ミラーＭｂ２にて反射された信号光の１／２は、Ｍｂ１にて反射され、光回折素子１に入力される。

【0033】

ミラーＭａ３にて反射された搬送光の光路上には、強度変調装置ＡＭ３が配置されている。強度変調装置ＡＭ３は、信号Ｓ３に従ってミラーＭａ３にて反射された搬送光を強度変調するための構成である。強度変調装置ＡＭ３は、強度変調装置ＡＭ１と同様、マトリックス状に配置された複数のセルＤを有している。強度変調装置ＡＭ３の各セルＤと発光装置２の各セルＢとは一対一に対応しており、発光装置２の各セルＢから出力された搬送光は、強度変調装置ＡＭ３の対応するセルＤに入力される。強度変調装置ＡＭ３の各セルＤは、そのセルＤに対応する発光装置２のセルＢから出力された搬送光を、信号Ｓ３に従って強度変調する。

【0034】

強度変調装置ＡＭ３から出力された信号光の光路上には、ミラーＭｂ３が配置されている。（１）強度変調装置ＡＭ３から出力された信号光は、ミラーＭｂ３にて反射され、（２）ミラーＭｂ３にて反射された信号光の１／２は、ミラーＭｂ２を透過し、（３）ミラーＭｂ２を透過した信号光の１／２は、Ｍｂ１にて反射され、光回折素子１に入力される。

【0035】

ここで、強度変調装置ＡＭ１にて強度変調される信号光の発光装置２から光回折素子１までの光路長Ｌ１、強度変調装置ＡＭ２にて強度変調される信号光の発光装置２から光回折素子１までの光路長Ｌ２、及び、強度変調装置ＡＭ３にて強度変調される信号光の発光装置２から光回折素子１までの光路長Ｌ３は、それぞれ異なる。例えば、図７に示す構成を採用した場合、これらの光路長Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３は、不等式Ｌ１＜Ｌ２＜Ｌ３を満たす。従って、強度変調装置ＡＭ１にて強度変調されて光回折素子１に入力される信号光の移相量δ１、強度変調装置ＡＭ２にて強度変調されて光回折素子１に入力される信号光の移相量δ２、及び、強度変調装置ＡＭ３にて強度変調されて光回折素子１に入力される信号光の移相量δ３は、それぞれ異なる。例えば、図７に示す構成を採用した場合、これらの移相量δ１，δ２，δ３は、不等式δ１＜δ２＜δ３を満たす。

【0036】

光回折素子１は、図１に示したように、マトリックス状に配置された複数のマイクロセルＡを有している。光回折素子１の各マイクロセルＡと強度変調装置ＡＭ１，ＡＭ２，ＡＭ３の各セルＤとは一対一に対応している。強度変調装置ＡＭ１の各セルＤから出力された信号光は、光回折素子１の対応するマイクロセルＡに入力され、強度変調装置ＡＭ２の各セルＤから出力された信号光は、光回折素子１の対応するマイクロセルＡに入力され、強度変調装置ＡＭ３の各セルＤから出力された信号光は、光回折素子１の対応するマイクロセルＡに入力される。したがって、光回折素子１の各マイクロセルＡに入力される信号光には、信号Ｓ１に従って強度変調された移相量δ１の信号光、信号Ｓ２に従って強度変調された移相量δ２の信号光、及び信号Ｓ３に従って強度変調された移相量δ３の信号光が入力される。光回折素子１は、上述したように、各マイクロセルＡを透過した信号光を相互に干渉させることによって予め定められた光演算を行う。

【0037】

光回折素子から出力された信号光の光路上には、受光装置３が配置されている。受光装置３は、光回折素子１から出力された信号光を検出するための装置である。受光装置３は、第１の実施形態に係る光演算システム１０Ａが備える受光装置３と同様、マトリックス状に配置された複数のセルを有しており、例えば、２次元イメージセンサにより構成される。光回折素子１の各マイクロセルＡを透過した信号光は、光回折素子１の他のマイクロセルＡを透過した光と干渉し、受光装置３の各セルに入力される。受光装置３の各セルは、移相量がδ１である信号光の強度分布、移相量がδ２である信号光の強度分布、・・・、及び移相量がδｎである信号光の強度分布を個別に検出する。ここで、移相量がδ１である信号光の強度分布は、信号Ｓ１に従って強度変調された信号光に対して予め定められた光演算を行った結果を表し、移相量がδ２である信号光の強度分布は、信号Ｓ２に従って強度変調された信号光に対して予め定められた光演算を行った結果を表し、…、移相量がδｎである信号光の強度分布は、信号Ｓｎに従って強度変調された信号光に対して予め定められた光演算を行った結果を表す。

【0038】

以上のように、光演算システム１０Ｂにおいては、光回折素子１の各マイクロセルＡに、ｎ個の強度変調装置ＡＭ１，ＡＭ２，…，ＡＭｎの各々において該マイクロセルＡに対応するセルＤにて強度変調されたｎ個の信号光が入力される。そして、光演算システム１０Ｂにおいては、各強度変調装置ＡＭｉにて強度変調される信号光の発光装置２から光回折素子１までの光路長Ｌｉを異ならせることによって、光回折素子の各マイクロセルＡに入力されるｎ個の信号光の位相を異ならせている。

【0039】

これにより、光演算システム１０Ｂによれば、相異なる複数の信号Ｓ１，Ｓ２，…，Ｓｎに対する演算を、単一の光回折素子１を用いて光学的且つ並列的に実行することができる。例えば、カラー画像を表す画像信号の各色成分に対する演算を、単一の光回折素子１を用いて光学的且つ並列的に実行することができる。この場合、画像信号のＲ（赤）成分を信号Ｓ１として強度変調装置ＡＭ１に入力し、画像信号のＧ（緑）成分を信号Ｓ２として強度変調装置ＡＭ２に入力し、画像信号のＢ（青）成分を信号Ｓ３として強度変調装置ＡＭ３に入力すればよい。

【0040】

なお、本実施形態においては、強度変調装置ＡＭ１，ＡＭ２，ＡＭ３から出力された信号光の光路上に単一の光回折素子１を配置し、この光回折素子１を透過した光を受光装置３に入力する構成を採用しているが、本発明はこれに限定されない。例えば、強度変調装置ＡＭ１，ＡＭ２，ＡＭ３から出力された信号光の光路上に複数の光回折素子１を配置し、これらの光回折素子１を透過した光を受光装置３に入力する構成を採用してもよい。これにより、複数の光演算を順次実行することが可能な光演算システム１０Ｂを実現することが可能になる。

【0041】

〔まとめ〕
本発明の態様１に係る光演算システムにおいては、厚み又は屈折率が互いに独立に設定された複数のセルにより構成された光回折素子を備え、前記光回折素子の各セルには、相異なる信号によって変調された、位相の異なる複数の信号光が入力される、という構成が採用されている。

【0042】

上記の構成によれば、相異なる複数の信号に対する演算を、単一の光回折素子を用いて光学的且つ並列的に実行することができる。

【0043】

本発明の態様２に係る光演算システムにおいては、態様１に係る構成に加えて、複数のセルにより構成された移相装置であって、各セルＣが、ｎ個（ｎは２以上の自然数）のサブセルＣ１，Ｃ２，…，Ｃｎに分割され、各サブセルＣｉ（ｉ＝１，２，…，ｎ）が、搬送光を移相する移相装置と、複数のセルにより構成された強度変調装置であって、各セルＤが、ｎ個のサブセルＤ１，Ｄ２，…，Ｄｎに分割され、各サブセルＤｉが、前記移相装置において該セルＤに対応するセルＣに含まれるサブセルＣｉから出力された搬送光を信号Ｓｉに従って強度変調する強度変調装置と、を更に備え、前記光回折素子の各セル（マイクロセルＡ）には、前記強度変調装置において該セル（マイクロセルＡ）に対応するセルＤに含まれるｎ個のサブセルＤ１，Ｄ２，…，Ｄｎの各々にて強度変調されたｎ個の信号光が入力され、前記移相装置において各サブセルＣｉの移相量を異ならせることにより、前記光回折素子の各セル（マイクロセルＡ）に入力されるｎ個の信号光の位相を異ならせる、という構成が採用されている。

【0044】

上記の構成によれば、信号Ｓ１，Ｓ２，…，Ｓｎの各々によって変調された、位相の異なるｎ個の信号光を、光回折素子の各セルに入力することができる。これにより、信号Ｓ１，Ｓ２，…，Ｓｎに対する演算を、単一の光回折素子を用いて光学的且つ並列的に実現することができる。

【0045】

本発明の態様３に係る光演算システムにおいては、態様１に係る構成に加えて、ｎ個（ｎは２以上の自然数）の強度変調装置ＡＭ１，ＡＭ２，…，ＡＭｎからなる強度変調装置群であって、各強度変調装置ＡＭｉ（ｉ＝１，２，…，ｎ）が、複数のセルにより構成され、各強度変調装置ＡＭｉの各セルＤが、信号Ｓｉに従って搬送光を強度変調する強度変調器群を更に備え、前記光回折素子の各セル（マイクロセルＡ）には、複数の強度変調装置ＡＭ１，ＡＭ２，…，ＡＭｎの各々において該セル（マイクロセルＡ）に対応するセルＤにて強度変調されたｎ個の信号光が入力され、各強度変調装置ＡＭｉにて強度変調される信号光の前記光回折素子までの光路長を異ならせることにより、前記光回折素子の各セル（マイクロセルＡ）に入力されるｎ個の信号光の位相を異ならせる、という構成が採用されている。

【0046】

上記の構成によれば、信号Ｓ１，Ｓ２，…，Ｓｎの各々によって変調された、位相の異なるｎ個の信号光を、光回折素子の各セルに入力することができる。これにより、信号Ｓ１，Ｓ２，…，Ｓｎに対する演算を、単一の光回折素子を用いて光学的且つ並列的に実現することができる。

【0047】

本発明の態様４に係る光演算システムにおいては、態様１～３の何れか一態様に係る構成に加えて、前記光回折素子の各セルは、高さが互いに独立に設定されたピラーにより構成されている、という構成が採用されている。

【0048】

上記の構成によれば、ナノインプリント技術等を用いて光回折素子を容易に製造することができる。

【0049】

〔付記事項〕
本発明は、上述した実施形態に限定されるものでなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、上述した実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても、本発明の技術的範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0050】

１ 光回折素子
２ 発光装置
３ 受光装置
４ 移相装置
５ 強度変調装置
５’ 強度変調装置群
ＡＭ１，ＡＭ２，ＡＭ３ 強度変調装置
１０Ａ，１０Ｂ 光演算システム

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】