特表 2025-505998 Ｍ個の入力を有するブール関数を光学的に計算する方法、及び関連する電気光学的計算システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2025-03-05

(54)【発明の名称】Ｍ個の入力を有するブール関数を光学的に計算する方法、及び関連する電気光学的計算システム

(51)【国際特許分類】

   G02F 3/00 20060101AFI20250226BHJP

   G06E 3/00 20060101ALI20250226BHJP

【ＦＩ】

G02F3/00 501

G06E3/00

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024546151

(86)(22)【出願日】2023-02-01

(85)【翻訳文提出日】2024-10-01

(86)【国際出願番号】 IB2023050877

(87)【国際公開番号】W WO2023148631

(87)【国際公開日】2023-08-10

(31)【優先権主張番号】102022000001982

(32)【優先日】2022-02-04

(33)【優先権主張国・地域又は機関】IT

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】516002716

【氏名又は名称】ウニヴェルシタ デッリ ストゥディ ディ ミラノ

(74)【代理人】

【識別番号】100145403

【弁理士】

【氏名又は名称】山尾 憲人

(74)【代理人】

【識別番号】100135703

【弁理士】

【氏名又は名称】岡部 英隆

(72)【発明者】

【氏名】ポテンツァ，マルコ

(72)【発明者】

【氏名】パローリ，ブルーノ

(72)【発明者】

【氏名】ミラーニ，パオロ

【テーマコード（参考）】

2K102

【Ｆターム（参考）】

2K102AA21

2K102AA30

2K102BA01

2K102BA05

2K102BA31

2K102BB01

2K102BC04

2K102BC07

2K102CA20

2K102DB08

2K102DC07

2K102DC09

2K102EA21

2K102EB02

2K102EB04

2K102EB10

2K102EB16

2K102EB20

2K102EB22

2K102EB26

(57)【要約】

本発明は、Ｍ個の入力を有するブール関数を光学的に計算するための方法（２００）と、関連する電気光学的計算システム（１００）とに関する。本システムは、Ｍ個の入力ビーム（Ｌ，Ｌ１）を利用可能にするコヒーレント又は部分的にコヒーレントな光放射ソース（１）と、Ｍ個の入力光ビームから変調された光ビーム（Ｌ２）を生成する光変調装置（３）と、光変調装置に機能的に関連付けられ、変調された光ビームを受信する１つ又は複数の光拡散装置（５）と、光変調装置（３）を制御するように構成された少なくとも１つの電子的処理装置（９，１０）と、少なくとも１つの電子的処理装置（９，１０）に機能的に関連付けられた１つ又は複数の電気光学的センサとを備える。本方法は、光変調装置が、Ｍ個の入力光ビームの２^Ｍ個の組み合わせからなる変調された光ビーム（Ｌ２）を生成するステップ（２０１ａ）を含む。２^Ｍ個の組み合わせのそれぞれにおいて、各入力光ビーム（Ｌ，Ｌ１）はオン状態（ＯＮ）又はオフ状態（ＯＦＦ）をとることができる。本方法は、変調された光ビームを、１つ又は複数の光拡散装置により利用可能にすることで、変調された光ビームの組み合わせにそれぞれ関連付けられた２^Ｍ個のランダム又は擬似ランダムフィールド（２０）を生成するステップ（２０１ｂ）を含む。各ランダムフィールドは、観察空間（Ｓ）における点のランダム光強度変動の集合を表し、各擬似ランダムフィールドは、観察空間における点の決定論的光強度変動の集合を表す。本方法は、２^Ｍ個のランダム又は擬似ランダムフィールドのそれぞれに関連付けられた観察空間の１つ又は複数の領域の点の光強度を少なくとも１つのしきい値光強度値（ＴＨ）に対して比較することに基づいて、２^Ｍ個の生成されたランダム又は擬似ランダムフィールドのうちの１つにそれぞれ関連付けられた２^Ｍ個のブールフィールド（３０）を導出するステップ（２０１ｃ）を含む。各ブールフィールドは関連するランダム又は擬似ランダムフィールドの光強度が少なくとも１つのしきい値光強度値より大きい、観察空間の１つ又は複数の領域の第１の点であって、論理１を表す第１の点と、関連するランダム又は擬似ランダムフィールドの光強度が少なくとも１つのしきい値光強度値より小さい、観察空間の１つ又は複数の領域の第２の点であって、論理０を表す第２の点とを含む。本方法は、Ｍ個の入力を有する目標ブール関数（Ｆ）を選択するステップ（２０１ｄ）と、少なくとも１つの電子的処理装置（９，１０）が、選択された目標ブール関数を満たす２^Ｍ個の導出されたブールフィールド（３０）のそれぞれの第１及び第２の点の間におけるアクティブ点（３１）を識別するステップ（２０１ｅ）と、識別されたアクティブ点に基づいて、Ｍ個の入力を有するブール関数を計算するステップ（２０２）とを含む。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電気光学的計算システム（１００）によって実施される、Ｍ≧１であるＭ個の入力を有するブール関数を光学的に計算するための方法（２００）であって、
上記計算システムは、
－ Ｍ個の入力ビーム（Ｌ，Ｌ１）を利用可能にするように構成されたコヒーレント又は部分的にコヒーレントな光放射ソース（１）と、
－ 上記Ｍ個の入力光ビーム（Ｌ，Ｌ１）から変調された光ビーム（Ｌ２）を生成するように適応された光変調装置（３）と、
－ 上記光変調装置（３）に機能的に関連付けられ、上記変調された光ビーム（Ｌ２）を受信する１つ又は複数の光拡散装置（５）と、
－ 上記光変調装置（３）を制御するように構成された少なくとも１つの電子的処理装置（９，１０）と、
－ 上記少なくとも１つの電子的処理装置（９，１０）に機能的に関連付けられた１つ又は複数の電気光学的センサとを備え、
上記方法（２００）は、
－ 上記光変調装置（３）が、上記Ｍ個の入力光ビーム（Ｌ，Ｌ１）の２^Ｍ個の組み合わせからなる上記変調された光ビーム（Ｌ２）を生成するステップ（２０１ａ）を含み、
上記２^Ｍ個の組み合わせのそれぞれにおいて、各入力光ビーム（Ｌ，Ｌ１）はオン状態（ＯＮ）又はオフ状態（ＯＦＦ）をとることができ、
上記方法（２００）は、
－ 上記変調された光ビーム（Ｌ２）を、上記１つ又は複数の光拡散装置（５）により利用可能にすることで、上記変調された光ビーム（Ｌ２）の組み合わせにそれぞれ関連付けられた２^Ｍ個のランダム又は擬似ランダムフィールド（２０）を生成するステップ（２０１ｂ）を含み、
各ランダムフィールドは、観察空間（Ｓ）における点のランダム光強度変動の集合を表し、
各擬似ランダムフィールドは、上記観察空間（Ｓ）における点の決定論的光強度変動の集合を表し、
上記方法（２００）は、
－ 上記少なくとも１つの電子的処理装置（９，１０）が、上記２^Ｍ個のランダム又は擬似ランダムフィールドのそれぞれに関連付けられた上記観察空間（Ｓ）の１つ又は複数の領域の点の光強度を少なくとも１つのしきい値光強度値（ＴＨ）に対して比較することに基づいて、上記１つ又は複数の電気光学的センサによって、上記２^Ｍ個の生成されたランダム又は擬似ランダムフィールドのうちの１つにそれぞれ関連付けられた２^Ｍ個のブールフィールド（３０）を導出するステップ（２０１ｃ）を含み、
上記２^Ｍ個のブールフィールド（３０）のそれぞれは、
関連する上記ランダム又は擬似ランダムフィールドの光強度が上記少なくとも１つのしきい値光強度値（ＴＨ）より大きい、上記観察空間（Ｓ）の１つ又は複数の領域の第１の点であって、論理１を表す第１の点と、
関連する上記ランダム又は擬似ランダムフィールドの光強度が上記少なくとも１つのしきい値光強度値（ＴＨ）より小さい、上記観察空間（Ｓ）の上記１つ又は複数の領域の第２の点であって、論理０を表す第２の点とを含み、
上記方法（２００）は、
－ 計算されるＭ個の入力を有する目標ブール関数（Ｆ）を選択するステップ（２０１ｄ）と、
－ 上記少なくとも１つの電子的処理装置（９，１０）が、上記Ｍ個の入力を有する選択された目標ブール関数（Ｆ）を満たす上記２^Ｍ個の導出されたブールフィールド（３０）のそれぞれの上記第１及び第２の点の間におけるアクティブ点（３１）であって、上記Ｍ個の入力を有するブール関数を光学的に符号化するアクティブ点（３１）を識別するステップ（２０１ｅ）と、
－ 上記電気光学的計算システム（１００）が、上記識別されたアクティブ点（３１）に基づいて、上記Ｍ個の入力を有するブール関数を計算するステップ（２０２）とを含む、
方法。

【請求項2】

上記２^Ｍ個の生成されたランダム又は擬似ランダムフィールドのうちの１つにそれぞれ関連付けられた上記２^Ｍ個のブールフィールド（３０）を導出するステップ（２０１ｃ）は、上記２^Ｍ個のランダム又は擬似ランダムフィールドのそれぞれに関連付けられた上記観察空間（Ｓ）の１つ又は複数の領域の点の光強度を、第１（ＴＨ１）及び少なくとも第２（ＴＨ２）のしきい値光強度値に対して比較するステップを含み、
上記２^Ｍ個のブールフィールド（３０）のそれぞれは、
関連する上記ランダム又は擬似ランダムフィールドの光強度が上記第１（ＴＨ１）及び少なくとも第２（ＴＨ２）のしきい値光強度値の間にある、上記観察空間（Ｓ）の１つ又は複数の領域のさらなる第１の点であって、論理１を表すさらなる第１の点と、
関連する上記ランダム又は擬似ランダムフィールドの光強度が上記第１（ＴＨ１）及び少なくとも第２（ＴＨ２）のしきい値光強度値を境界とする光強度範囲の外部にある、上記観察空間（Ｓ）の上記１つ又は複数の領域のさらなる第２の点であって、論理０を表すさらなる第２の点とを含む、
Ｍ個の入力を有するブール関数を光学的に計算するための請求項１記載の方法（２００）。

【請求項3】

上記計算するステップ（２０２）は、
－ 上記２^Ｍ個のブールフィールド（３０）のそれぞれに関して識別されたアクティブ点（３１）に関連付けられた第１の光ビーム（Ｌ４）を、上記システム（１００）の検出領域（１２）に伝送するステップ（２０２１）と、
－ 上記検出領域（１２）に伝送された光強度を、少なくとも１つのアクティベーション光強度しきい値（ＴＨａ）に対して比較するステップ（２０２２）と、
－ 上記検出領域（１２）に伝送された光強度が上記少なくとも１つのアクティベーションしきい値（ＴＨａ）より大きい場合には論理値１を、又は、上記検出領域（１２）に伝送された光強度が上記少なくとも１つのアクティベーションしきい値（ＴＨａ）より小さい場合には論理値０を、上記Ｍ個の入力を有するブール関数の出力状態（Ｕ１）に対して関連付けるステップ（２０２３）とをさらに含む、
Ｍ個の入力を有するブール関数を光学的に計算するための請求項１又は２記載の方法（２００）。

【請求項4】

上記伝送するステップ（２０２１）は、
－ 上記変調された光ビーム（Ｌ２）を上記システム（１００）のさらなる光変調装置（４）に向かって拡散するステップと、
－ 上記さらなる光変調装置（４）が、上記識別されたアクティブ点（３１）に関連付けられた上記第１の光ビーム（Ｌ４）を少なくとも１つの集束レンズ（１１）に向かって偏向させるステップと、
－ そのような少なくとも１つの集束レンズ（１１）が、上記偏向された第１の光ビーム（Ｌ４）を集中させることで、上記検出領域（１２）に向かって伝送される第１の光ビーム（Ｌ５）を生成するステップとをさらに含む、
Ｍ個の入力を有するブール関数を光学的に計算するための請求項３記載の方法（２００）。

【請求項5】

上記比較するステップ（２０２２）は、
－ 上記システム（１００）の第１の電気光学的センサ（１３）を介して、上記検出領域（１２）に伝送された光強度を検出し、それを電気信号（Ｅ）に変換するステップと、
－ 電子的増幅手段（１４）が、上記電気信号（Ｅ）を増幅して第１の電気信号（Ｅ１）を生成するステップと、
－ 電子的比較手段（１５）に関連付けられた少なくとも１つの電気的アクティベーションしきい値（ＥＴＨａ）であって、上記少なくとも１つアクティベーション光強度しきい値（ＴＨａ）を表す少なくとも１つ電気的アクティベーションしきい値（ＥＴＨａ）に対して、上記第１の電気信号（Ｅ１）を比較するステップとをさらに含む、
Ｍ個の入力を有するブール関数を光学的に計算するための請求項３又は４記載の方法（２００）。

【請求項6】

上記比較するステップは、第１（ＴＨａ１）及び少なくとも第２（ＴＨａ２）のアクティベーション光強度しきい値をそれぞれ表す第１（ＥＴＨａ１）及び少なくとも第２（ＥＴＨａ２）の電気的アクティベーションしきい値に対して、上記第１の電気信号（Ｅ１）を比較するステップを含む、
Ｍ個の入力を有するブール関数を光学的に計算するための請求項３記載の方法（２００）。

【請求項7】

単一のしきい値の場合、上記アクティベーション光強度しきい値（ＴＨａ）は次式を用いて計算可能であり、
ＴＨａ＝Ｎ＊ＴＨ＊ｋ
ここで、Ｎは、上記検出領域（１２）に向かって伝送されるアクティブゾーン（３１）の個数であり、ＴＨは、上記少なくとも１つのしきい値光強度値であり、ｋは、上記アクティブゾーンから上記検出領域（１２）に転送される光においてアクティブゾーン光強度（３１）がどの程度にわたって減衰されるかを示す減衰定数である、
Ｍ個の入力を有するブール関数を光学的に計算するための請求項３～５のうちの１つに記載の方法（２００）。

【請求項8】

２つ以上の複数のアクティベーションしきい値の場合、上記アクティベーション光強度しきい値（ＴＨａｊ）は次式を用いて算可能であり、
ＴＨａｊ＝Ｎ＊ＴＨｊ＊ｋ
ここで、ＴＨｊは、上記比較ステップ（２０１ｃ）において使用される光強度しきい値を示し、ｊ＝１，２，３，４…である、
Ｍ個の入力を有するブール関数を光学的に計算するための請求項３～６のうちの１つに記載の方法（２００）。

【請求項9】

上記識別するステップ（２０１ｅ）は、
－ 上記Ｍ個の入力光ビーム（Ｌ，Ｌ１）の２^Ｍ個の組み合わせのそれぞれに関して、上記Ｍ個の入力を有するブール関数を光学的に符号化するアクティブ点（３１）のうちから、上記アクティブ点におけるランダム又は擬似ランダムフィールドの光強度と上記少なくとも１つのしきい値光強度値（ＴＨ）との間の差の絶対値が予め設定された正のパラメータ（Ｐ）よりも常に大きくなるようにそれぞれ設定された第１のアクティブ点（３１’）を選択するステップ（２０１０）と、
－ 上記電気光学的計算システム（１００）が、上記選択された第１のアクティブ点（３１’）に基づいて、上記Ｍ個の入力を有するブール関数を計算するステップ（２０２）とをさらに含む、
Ｍ個の入力を有するブール関数を光学的に計算するための請求項１～８のうちの１つに記載の方法（２００）。

【請求項10】

上記計算するステップ（２０２）は、
－ 上記２^Ｍ個のブールフィールド（３０）のそれぞれに関して識別された第１のアクティブ点（３１’）に関連付けられた第１の光ビーム（Ｌ４）を、上記システム（１００）の検出領域（１２）に向かって伝送するステップ（２０２１）と、
－ 上記検出領域（１２）に伝送された光強度を、少なくとも１つのアクティベーション光強度しきい値（ＴＨａ）に対して比較するステップ（２０２２）と、
－ 上記検出領域（１２）に伝送された光強度が上記少なくとも１つのアクティベーションしきい値（ＴＨａ）より大きい場合には論理値１を、又は、上記検出領域（１２）に伝送された光強度が上記少なくとも１つのアクティベーションしきい値（ＴＨａ）より小さい場合には論理値０を、上記Ｍ個の入力を有するブール関数の出力状態（Ｕ１）に対して関連付けるステップ（２０２３）とをさらに含む、
Ｍ個の入力を有するブール関数を光学的に計算するための請求項９記載の方法（２００）。

【請求項11】

Ｍ≧１であるＭ個の入力を有する１つ又は複数のブール関数を計算するための電気光学的システム（１００）であって、上記システムは、
－ Ｍ個の入力ビーム（Ｌ，Ｌ１）を利用可能にするように構成されたコヒーレント又は部分的にコヒーレントな光放射ソース（１）と、
－ 上記Ｍ個の入力光ビーム（Ｌ，Ｌ１）から変調された光ビーム（Ｌ２）を生成するように適応された光変調装置（３）と、
－ 上記光変調装置（３）に機能的に関連付けられ、上記変調された光ビーム（Ｌ２）を受信する１つ又は複数の光拡散装置（５）と、
－ 上記光変調装置（３）を制御するように構成された少なくとも１つの電子的処理装置（９，１０）と、
－ 上記少なくとも１つの電子的処理装置（９，１０）に機能的に関連付けられた１つ又は複数の電気光学的センサと、
－ 上記１つ又は複数の光拡散装置（５）から、拡散された光ビーム（Ｌ３）を受信するように適応された光反射素子（６）であって、観察空間（Ｓ）に向かって、及び／又は、上記少なくとも１つの電子的処理装置（９，１０）によって制御されるさらなる光変調装置（４）に向かって、上記拡散された光ビーム（Ｌ３）を伝送するように構成された光反射素子（６）と、
－ 上記さらなる光変調装置（４）から第１の光ビーム（Ｌ４）を受けて、検出領域（１２）に向かって伝送される上記第１の光ビーム（Ｌ５）を集中させるように適応された１つ又は複数の集束レンズ（１１）と、
－ 上記伝送された第１の光ビーム（Ｌ５）のそれぞれを各電気信号（Ｅ）に変換するように構成された第１の電気光学的センサ（１３）と、
－ 上記第１の電気光学的センサ（１３）の出力に接続され、上記電気信号（Ｅ）から第１の電気信号（Ｅ１）を生成する電子的増幅手段（１４）と、
－ 上記電子的増幅手段（１４）に接続され、上記第１の電気信号（Ｅ１）を入力として受信する電子的比較手段（１５）とを備え、
上記少なくとも１つ電子的処理装置（９，１０）は、請求項１～１０のうちの１つに記載の方法（２００）のステップを実行するように構成された、
システム（１００）。

【請求項12】

上記光反射素子（６）は、上記少なくとも１つの電子的処理装置（９，１０）によって、上記拡散された光ビーム（Ｌ３）が観察空間（Ｓ）に向かって伝送される第１の動作位置から、上記拡散された光ビーム（Ｌ３）が上記少なくとも１つの電子的処理装置（９，１０）によって制御される上記さらなる光変調装置（４）に向かって伝送される第２の動作位置に、可逆的に移動可能なミラーである、
請求項１１記載の電気光学的システム（１００）。

【請求項13】

上記観察空間（Ｓ）は、ディジタルカメラの電荷結合センサ又は電荷結合素子（ＣＣＤ）の平面（７）である、
請求項１１又は１２記載の電気光学的システム（１００）。

【請求項14】

吸収材料からなり、上記１つ又は複数の光拡散装置（５）及び上記観察空間（Ｓ）の間に配置された第１のセパレータ（８）と、
上記第１のセパレータ（８）に類似し、上記１つ又は複数の光拡散装置（５）及び上記さらなる光変調装置（４）の間に配置された第２のセパレータ（８’）とをさらに備える、
請求項１１～１３のうちの１つに記載の電気光学的システム（１００）。

【請求項15】

請求項１～１０に記載の方法を実施するために、Ｍ≧１であるＭ個の入力を有する１つ又は複数のブール関数を計算するための電気光学的システム（１００）の少なくとも１つの電子的処理装置（９，１０）によって実行可能なアプリケーションコードを含むコンピュータプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、１つ又は複数の入力、例えばＭ個の入力を有する１つ又は複数のブール関数を計算又は光学的に生成する方法に関する。本発明はまた、この方法を実施する、ブール関数を光学的に計算するための光学的電子的計算システムに関する。

【背景技術】

【0002】

知られているように、ディジタルデータに対する計算及び／又は処理を実行するために使用される電子デバイスは、制限された実行速度によって特徴付けられる。その理由は、計算装置を形成する基本電子部品、すなわちトランジスタが、そのような電子部品の有限のサイズと、部品中の固有容量の存在との両方によって決まる、信号自体の伝搬遅れによって制限される信号処理速度を有することにある。

【0003】

互いにカスケードで接続された電子デバイスの個数が増大するときに信号伝搬遅延は増大し、従って、例えば論理ゲート及びプロセッサのような、多数のトランジスタからなる複雑なデバイス及び装置において増大する。

【0004】

そのような欠点を回避するために、最近になって、光放射を用いて情報を転送及び処理することが提案されている。

【0005】

この目的で開発されたいくつかの最近の技術的解決方法は、例えば光タイプ論理ゲート又は光プロセッサのような、複雑な計算装置を作成するために組み合わせ可能である、光トランジスタに等価なデバイスを作成することを目的とする。

【0006】

例えば、これらの解決方法のうちのいくつかは、光キャビティの強め合う干渉及び弱め合う干渉の特性を利用することで、バイナリ情報が関連付けられうる光放射強度を変調し、強め合う干渉の場合には、高いほうの光放射強度が論理状態「１」に関連付けられ、弱め合う干渉の場合には、低いほうの光放射強度が論理状態「０」に関連付けられる。

【0007】

他の解決方法は、例えば結晶又は液晶のような、材料の非線形光学効果を利用することで、制御ビームを介して主光ビームの光放射強度又は方向を制御する。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

しかしながら、そのような既知の光学的解決方法は、集積スケールに関して電子デバイス及び回路を用いて入手可能であるものに匹敵する複雑な装置を実装するように構成された、トランジスタに類似した光デバイスを作成できない、という欠点を有する。

【0009】

さらに、これらの単に光学的なアプローチの共通の欠点は、現在、複数の光デバイスを組み合わせて、電子デバイスを用いて取得可能であるものに匹敵する小型の装置サイズ及び論理ゲートファンアウト値を維持しながら、複雑な計算装置を作成することが不可能であるということにある。特に、相互にカスケードで接続された構成要素間の正しい情報転送を示すパラメータである、無理のないファンアウト値を達成することは、そのようなアプローチの制限である。

【0010】

そのような欠点を部分的に回避するために、特に、電気光学的コンピュータを作成するために、ハイブリッド解決方法が提案された。この場合、最初に、光学タイプの情報が電気タイプの情報に変換され、後者は従来の電子的処理装置によって処理され、処理結果は光学タイプの情報に変換して戻される。

【0011】

そのようなハイブリッド解決方法は、複雑な計算装置の小型化と、相互にカスケードで接続された構成要素間における情報の転送とに関連付けられた欠点の緩和を可能にしたが、既知の電気光学的解決方法はなお、最大の達成可能な計算速度に関する制限を有する。

【0012】

従って、従来の電気光学的解決方法の制限及び欠点を克服することを可能にする、ディジタルデータ及び情報を光学的に処理するための、特にブール関数を光学的に計算するための解決方法に対する必要性が強く感じられる。

【課題を解決するための手段】

【0013】

従って、本発明の目的は、既知のタイプの光学的又は電気光学的技術で作成された計算装置の制限を少なくとも部分的に克服することを可能にする、１つ又は複数の入力、例えばＭ個の入力を有する１つ又は複数のブール関数を生成又は光学的に計算するための方法を提供することにある。

【0014】

そのような目的は、請求項１に係る、例えばＭ個の入力を有する、ブール関数を光学的に計算するための方法によって達成される。ここで、Ｍ≧１である。

【0015】

本発明はまた、請求項１１に係る、ブール関数を光学的に計算するための光学的電子的計算システムに関する。

【0016】

概略的かつ例示的な実施形態では、計算システムは、
－ Ｍ個の入力ビーム（Ｌ，Ｌ１）を利用可能にするように構成されたコヒーレント又は部分的にコヒーレントな光放射ソース（１）と、
－ 上記Ｍ個の入力光ビーム（Ｌ，Ｌ１）から変調された光ビーム（Ｌ２）を生成するように適応された光変調装置（３）と、
－ 上記光変調装置（３）に機能的に関連付けられ、上記変調された光ビーム（Ｌ２）を受信する１つ又は複数の光拡散装置（５）と、
－ 上記光変調装置（３）を制御するように構成された少なくとも１つの電子的処理装置（９，１０）と、
－ 上記少なくとも１つの電子的処理装置（９，１０）に機能的に関連付けられた１つ又は複数の電気光学的センサと、を備える。

【0017】

さらに、本発明の方法（２００）は、
－ 上記光変調装置（３）が、上記Ｍ個の入力光ビーム（Ｌ，Ｌ１）の２^Ｍ個の組み合わせからなる上記変調された光ビーム（Ｌ２）を生成するステップ（２０１ａ）を含み、
上記２^Ｍ個の組み合わせのそれぞれにおいて、各入力光ビーム（Ｌ，Ｌ１）はオン状態（ＯＮ）又はオフ状態（ＯＦＦ）をとることができ、
本発明の方法（２００）は、
－ 上記変調された光ビーム（Ｌ２）を、上記１つ又は複数の光拡散装置（５）により利用可能にすることで、上記変調された光ビーム（Ｌ２）の組み合わせにそれぞれ関連付けられた２^Ｍ個のランダム又は擬似ランダムフィールド（２０）を生成するステップ（２０１ｂ）を含み、
各ランダムフィールドは、観察空間（Ｓ）における点のランダム光強度変動の集合を表し、
各擬似ランダムフィールドは、上記観察空間（Ｓ）における点の決定論的光強度変動の集合を表し、
本発明の方法（２００）は、
－ 上記少なくとも１つの電子的処理装置（９，１０）が、上記２^Ｍ個のランダム又は擬似ランダムフィールドのそれぞれに関連付けられた上記観察空間（Ｓ）の１つ又は複数の領域の点の光強度を少なくとも１つのしきい値光強度値（ＴＨ）に対して比較することに基づいて、上記１つ又は複数の電気光学的センサによって、上記２^Ｍ個の生成されたランダム又は擬似ランダムフィールドのうちの１つにそれぞれ関連付けられた２^Ｍ個のブールフィールド（３０）を導出するステップ（２０１ｃ）を含み、
上記２^Ｍ個のブールフィールド（３０）のそれぞれは、
関連する上記ランダム又は擬似ランダムフィールドの光強度が上記少なくとも１つのしきい値光強度値（ＴＨ）より大きい、上記観察空間（Ｓ）の１つ又は複数の領域の第１の点であって、論理１を表す第１の点と、
関連する上記ランダム又は擬似ランダムフィールドの光強度が上記少なくとも１つのしきい値光強度値（ＴＨ）より小さい、上記観察空間（Ｓ）の上記１つ又は複数の領域の第２の点であって、論理０を表す第２の点とを含み、
本発明の方法（２００）は、
－ 計算されるＭ個の入力を有する目標ブール関数（Ｆ）を選択するステップ（２０１ｄ）と、
－ 上記少なくとも１つの電子的処理装置（９，１０）が、上記Ｍ個の入力を有する選択された目標ブール関数（Ｆ）を満たす上記２^Ｍ個の導出されたブールフィールド（３０）のそれぞれの上記第１及び第２の点の間におけるアクティブ点（３１）であって、上記Ｍ個の入力を有するブール関数を光学的に符号化するアクティブ点（３１）を識別するステップ（２０１ｅ）と、
－ 上記電気光学的計算システム（１００）が、上記選択された第１のアクティブ点（３１）に基づいて、上記Ｍ個の入力を有するブール関数を計算するステップ（２０２）とを含む。

【0018】

本発明の方法及び関連する計算システムは、優位点として、既知の解決方法で達成可能なものよりも高い計算速度を保証する。

【0019】

さらに、上述した方法及び関連する計算システムは、例えば、ブール代数ＮＯＴ、ＯＲ、ＡＮＤ、ＸＯＲ、ＥＸＯＲ関数のような基本的ブール関数、又は、複雑なブール関数を生成するために使用されてもよい。そのような基本的関数は、さらなるブール関数を定式化するために組み合わされてもよい。

【0020】

ブール関数を光学的に計算するための方法及び関連する光学的電子的計算システムの好ましい及び有利な実施形態は、従属請求項の主題である。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本発明の１つ又は複数のブール関数を光学的に計算するための方法を実施するように構成された光学的電子的計算システムの例示的な実施形態を概略的に示す図である。

【図2】２入力ブールＥＸＯＲ関数を光学的に計算する本発明の方法の符号化ステップにおいて実行される動作シーケンスの例を概略的に示す図である。

【図3A】図２のブールＥＸＯＲ関数の光学的実装に関連する、ランダム又は擬似ランダムフィールドのアクティブゾーンの光放射強度を示す図である。

【図3B】図２のブールＥＸＯＲ関数の光学的実装に関連する、対応するブールフィールドの光放射強度を示す図である。

【図4】図２の２入力ブールＥＸＯＲ関数を光学的に計算する本発明の方法のエラー低減ステップにおいて実行される動作の例を概略的に示す図である。

【図5】ブール関数を光学的に計算するための本発明の方法の重畳ステップにおいて実行される動作の例を概略的に示す図である。

【図6】図２の２入力ＥＸＯＲブール関数を光学的に計算するための本発明の方法の計算ステップを概略的に示す図である。

【図7】本発明に係るブール関数を光学的に計算するための方法の動作ステージをフローチャートにより示す図である。

【図8】図７のブール関数を光学的に計算するための本発明の方法の重畳ステップの動作ステージをフローチャートにより示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

本発明のさらなる特徴及び利点は、下記の好ましい実施形態の説明から、添付の図面を参照して、非限定的な表示によって与えられて、明らかになるであろう。

【0023】

前述の図面において同様又は等価な構成要素は同じ参照符号によって示される。

【0024】

図１を参照すると、参照符号１００によって、本発明に係るＭ個の入力を有するブール関数を光学的に計算するための、又は、複数のブール関数を同時に計算するための方法２００を実施するように構成された電気光学的計算システムの例が全体として示される。ここで、Ｍ≧１である。

【0025】

本発明に係る１つ又は複数のブール関数を光学的に計算するためのそのような方法２００は、図２、図３Ａ～図３Ｂ、図４、図５、図６、図７、図８を参照して説明される。

【0026】

下記の説明において、用語ランダムフィールドは、観察空間Ｓにおける点のランダム光強度変動の集合を示すために使用される。

【0027】

用語擬似ランダムフィールドは、観察空間Ｓにおける点の決定論的光強度変動を示すために使用される。

【0028】

言いかえると、ランダムフィールドは未知であって特徴付けられる必要があり、一方、擬似ランダムフィールドはが既知の特徴を有する。

【0029】

観察空間Ｓは、三次元空間又は３Ｄ空間と、平面又は任意の２Ｄ面、球、直線、又は三次元空間の任意の分離した領域のような、三次元空間の任意の部分集合との両方も意味する。特定の、ただし限定するものではない例示的な実施形態では、観察空間Ｓは、電荷結合センサ又はＣＣＤ（電荷結合素子）センサの表面である。

【0030】

ランダム又は擬似ランダムフィールドは、観察空間Ｓよりも大きくなってもよいことに注意する。従って、観察空間Ｓは、ランダム又は擬似ランダムフィールドの一部にアクセスすることを可能にする。

【0031】

概して、提案する方法２００は、コヒーレント又は部分的にコヒーレントなタイプの電磁放射、すなわち、単一のソース１、典型的にはレーザソースによって発生されるコヒーレント又は部分的にコヒーレントな光ビームを使用することにある。代替として、方法２００は、ソース自体によって生成されたコヒーレンな光ビームを複数の光ビームに分割することで取得された、独立したコヒーレント又は部分的にコヒーレントなＭ個のソースを使用する。そのようなＭ個の光ビームは、上言した電気光学的計算システム１００のＭ個の入力である。

【0032】

本発明において、光ビームは、光線の組み合わせを意味する。

【0033】

コヒーレント又は部分的にコヒーレントなタイプの前述した電磁放射は、例えば、可視スペクトルにおける放射、又は、赤外線又は紫外線放射である。

【0034】

概して、図１を参照すると、電気光学的計算システム又はシステム１００は、Ｍ個の入力光ビームＬ，Ｌ１を利用可能にするように構成された、コヒーレント又は部分的にコヒーレントな光放射ソース１を備える。

【0035】

特に、各光ビームは、他のものに無関係にオン又はオフされてもよく、従って、オン光ビームに論理状態「１」を関連付け、オフ光ビームに論理状態「０」を関連付けることができる。

【0036】

さらに、システム１００は、Ｍ個の入力光ビームＬ，Ｌ１から、変調された光ビームＬ２を生成するように適応された光変調装置３を備える。システム１００はさらに、光変調装置３に機能的に関連付けられ、変調された光ビームＬ２を受信する１つ又は複数の光拡散装置５と、そのような光変調装置３を制御するように構成された少なくとも１つの電子的処理装置９，１０とを備える。さらに、システム１００は、少なくとも１つの電子的処理装置９，１０に機能的に関連付けられた１つ又は複数の電気光学的センサを備える。

【0037】

特に、変調されたＭ個の光ビームＬ２は、自由空間において伝搬するように構成され、又は、光ファイバーケーブルを用いて光学的にガイドされてもよく、前述した１つ又は複数の拡散器５に向かって進み、ランダム又は擬似ランダムフィールドを生成し、それは、本発明の方法２００による計算のために使用される。

【0038】

言いかえると、ランダム又は擬似ランダムフィールドは、観察空間Ｓ、例えば三次元観察空間において、前述した１つ又は複数の拡散装置５によって生成される。

【0039】

システム１００のさらなる構造的特徴については詳細後述する。

【0040】

本発明に係るＭ個の入力を有するブール関数を光学的に計算する方法２００の概略的かつ例示的な実施形態を、図７を参照してフローチャートにより示す。ここで，Ｍ≧１である。本方法は、開始ステップの符号ＳＴＲで開始し、終了ステップの符号ＥＤで終了する。

【0041】

そのような方法２００は、Ｍ個の入力を有する１つ又は複数のブール関数の計算又は生成で終了する動作ステップを含む。そのような動作するステップは、符号化ステップ、エラー低減ステップ、重畳ステップ、及び計算ステップを含む。

【0042】

図２、図３Ａ、図３Ｂ、及び図７を参照すると、方法２００は、光変調装置３によって、 上記Ｍ個の入力光ビームＬ，Ｌ１の２^Ｍ個の組み合わせからなる変調された光ビームＬ２を生成するステップ２０１ａを含む。２^Ｍ個の組み合わせの各々において、各入力光ビームＬ，Ｌ１は、オン状態（ＯＮ）又はオフ状態（ＯＦＦ）のいずれかをとりうる。

【0043】

さらに、方法２００は、変調された光ビームＬ２を、前述した１つ又は複数の光拡散装置５により利用可能にすることで、変調された光ビームＬ２の組み合わせにそれぞれ関連付けられた２^Ｍ個のランダム又は擬似ランダムフィールド２０を生成するステップ２０１ｂを含む。

【0044】

さらに、方法２００は、少なくとも１つ）電子的処理装置９，１０によって、２^Ｍ個のランダム又は擬似ランダムフィールドのそれぞれに関連付けられた観察空間Ｓの１つ又は複数の領域における点の光強度を少なくとも１つのしきい値光強度値ＴＨに対して比較することに基づいて、前述した１つ又は複数の電気光学的センサを用いて、生成された２^Ｍ個のランダム又は擬似ランダムフィールドのうちの１つにそれぞれ関連付けられた）２^Ｍ個のブールフィールド３０を検出するステップ２０１ｃを含む。

【0045】

２^Ｍ個のブール３０フィールドの各々は、関連するランダム又は擬似ランダムフィールドの光強度が少なくとも１つのしきい値光強度値ＴＨより大きい、観察空間の１つ又は複数の領域の第１の点であって、従って、論理１を表す第１の点と、関連するランダム又は擬似ランダムフィールドの光強度が少なくとも１つのしきい値光強度値ＴＨより小さい、観察空間Ｓの上記１つ又は複数の領域の第２の点であって、従って、論理０を表す第２の点とを含むことに注意する。

【0046】

方法２００は、計算されるＭ個の入力を有する目標ブール関数Ｆを選択するステップ２０１ｄをさらに含む。

【0047】

さらに、方法２００は、少なくとも１つの電子的処理装置９．１０によって、Ｍ個の入力を有する選択された目標ブール関数Ｆを満たす導出された２^Ｍ個のブール関数３０の各々の第１及び第２の点の間におけるアクティブ点３１を識別すること２０１ｅを可能にする。

【0048】

言いかえると、そのようなアクティブ点３１は、Ｍ個の入力を有するブール関数の光学的符号化であり、上述した方法２００のステップはともに、本発明の方法の符号化ステップ２０１を形成する。

【0049】

符号化ステップ２０１の少なくとも１つのしきい値ＴＨに対する比較処理は、Ｍ個の入力の各組み合わせに対して少なくとも１つしきい値を適用することにあり、これにより、観察空間Ｓの１つ又は複数の領域におけるすべての点は、ランダム又は擬似ランダムフィールドの放射強度がそのような少なくとも１つしきい値ＴＨより高いならば、１（又は否定ブールフィールドの場合には０）とみなされ、又は、ランダム又は擬似ランダムフィールドの放射強度が少なくとも１つしきい値ＴＨより低いならば、０（又はブール否定フィールドの場合には１）とみなされる、ということに注意する。

【0050】

例示的な実施形態では、方法２００は、生成された２^Ｍ個のランダム又は擬似ランダムフィールド２０のうちの１つにそれぞれ関連付けられた２^Ｍ個のブールフィールド３０を導出するステップ２０１ｃを含み、それは、２^Ｍ個のランダム又は擬似ランダム２０フィールドのそれぞれに関連付けられた観察空間Ｓの１つ又は複数の領域の点の光強度を、第１、ＴＨ１及び少なくとも第２、ＴＨ２のしきい値光強度値に対して比較するステップを含む。

【0051】

この場合、２^Ｍ個のブールフィールド３０のそれぞれは、関連するランダム又は擬似ランダムフィールドの光強度が第１、ＴＨ１及び少なくとも第２、ＴＨ２のしきい値光強度値の間にある、観察空間Ｓの１つ又は複数の領域のさらなる第１の点であって、従って、論理１を表すさらなる第１の点と、関連するランダム又は擬似ランダムフィールドの光強度が第１、ＴＨ１及び少なくとも第２、ＴＨ２のしきい値光強度値を境界とする光強度範囲の外部にある、観察空間Ｓの１つ又は複数の領域のさらなる第２の点であって、従って、論理０を表すさらなる第２の点と
を含む。

【0052】

符号化ステップ２０１で導出されるブールフィールド３０は、次式によって形式的に表されてもよい。

【0053】

Ｃｉ（ｘ）：Ｓ⊆Ｒ^３→［０，１］ （１）

【0054】

ここで、Ｃｉがブールフィールドであり、ｘはブールフィールドの空間座標を示し、Ｓは観察空間であり、ｉは入力の組み合わせｉ＝（ａ_１，…，ａ_Ｍ）を示す。ここで、ａ_１，…，ａ_Ｍはブール入力を示す。

【0055】

方法２００の符号化ステップ２０１は、導出されたブールフィールド３０から目標ブール関数Ｆが満たされるように、観察空間Ｓの点又は部分を識別するステップ２０１ｅを含む。

【0056】

目標ブール関数Ｆは、入力ｉの各組み合わせを出力のただ１つの値に対して関連付ける関係であることに注意する。関数がブール値を有するので、出力の値は論理値１又は０をとりうる。

【0057】

概して、目標ブール関数Ｆは、下記の関係によって定義されうる。

【0058】

Ｆ（ｉ）：Ｂ^Ｍ→｛０，１｝ （２）

【0059】

ここで、Ｂ＝｛０，１｝はブール値の集合である。

【0060】

従って、目標ブール関数Ｆを満たす観察空間Ｓの１つ又は複数の領域の点又は部分は、次式の関係を満たす空間Ｓの点である。

【0061】

ｘ：Ｆ（ｉ）＝Ｃ_ｉ（ｘ） ∀ｉ （３）

【0062】

上述したことから、また、式（３）に基づいて、詳しくは、入力ｉの各組み合わせに関して、目標ブール関数Ｆ（ｉの関数）の値が、点ｘにおける（組み合わせｉによって生成された）ブールフィールドＣｉの値に等しくなるように、アクティブ点３１が観察空間Ｓの点ｘであることに注意する。

【0063】

従って、入力ｉの各組み合わせに関して、目標ブール関数Ｆ（ｉの関数）の値が、点ｘにおける（組み合わせｉによって生成された）ブールフィールドＣｉの値に等しくなるように、アクティブ点を識別する上述のステップ２０１ｅは、観察空間Ｓの点ｘを追跡するステップと同時に行われる。

【0064】

アクティブ点を識別するそのような動作は、処理装置９および１０によって、観察フィールドｘにおける任意の点に関して、特に、上に示した式（３）を検証する、すなわち、入力の任意の組み合わせに関して等式Ｆ（ｉ）＝Ｃｉ（ｘ）が成り立つことを検証することによって実行される。

【0065】

点ｘにおけるそのような式が、入力の任意の組み合わせに対して有効である場合、考慮される点ｘはアクティブ点３１として識別される。逆に、入力のただ１つの組み合わせに関して、点ｘにおける等式Ｆ（ｉ）＝Ｃｉ（ｘ）が有効でない場合、そのような点はアクティブ点ではなく、非アクティブ点として示されてもよい。

【0066】

さらに、上述したように、拡散光ビームは、観察空間Ｓにおけるランダム又は擬似ランダムに変化する強度分布を形成するようなものである。そのような強度はランダム又は擬似ランダムであるが、ステップ２０１ｃによって、入力の各組み合わせに対して１つずつの、２^Ｍ個のブールフィールドを導出することができる。そのようなブールフィールドは、観察空間における「１」又は「０」値の分布である。

【0067】

従って、ブールフィールド及び目的関数Ｆを知ることで、処理装置９及び１０により前述の式（３）を検証することにより、アクティブ点３１を非アクティブ点から識別することができる。言いかえると、アクティブ点を識別することは、式（３）を利用して観察空間Ｓにおけるそのような点の位置ｘを識別することを意味する。

【0068】

アクティブ点は相互に分離されることを必要とせず、実際に、それらは、観察空間Ｓの連続エリアをカバーしてもよい。しかしながら、そのようなアクティブ点のすべては式（３）を満たす必要があり、このことは、処理装置９及び１０によって検証されうる。

【0069】

アプリケーションの観点からは、本発明は、三次元３Ｄ観察空間Ｓに分布した１つ又は複数の電気光学的センサを備える電気光学的計算システムを作成することを含む。特に、そのようなセンサは、必ずしも適切に定義された表面に沿うことなく、分布してもよい。図１の例では、観察空間Ｓは、ＣＣＤセンサの面に一致するので、二次元の（２Ｄ）であることに注意する。

【0070】

各センサは、三次元観察空間Ｓの所与の場所ｘにおけるランダム又は擬似ランダムフィールドの強度を測定するように構成される。そのような強度から、処理装置９，１０によって、センサの様々な位置ｘにおけるブールフィールドを導出することができる。

【0071】

さらに、式（３）を用いて、アクティブ点３１は、処理装置９，１０によって識別されうる。観察空間Ｓに位置したそのような電気光学的システムセンサは、処理装置９，１０に機能的に関連付けられる。従って、繰り返しになるが、そのような処理装置９及び１０は、すべての点ｘにおいて、かつ、入力ｉのすべての組み合わせに対して、式（３）を検証するように適応される。

【0072】

さらに、観察空間におけるアクティブ点３１が事前に知られていないことに注意する価値がある。従って、本発明では、所与の点の前又は後に電気光学的センサを配置することは必要ではない。実際に、導出されたブールフィールド３０（すなわちアクティブ点）から目標ブール関数Ｆが満たされるように、観察空間Ｓの点又は部分を識別するステップ２０１ｅは、電気光学的センサがアクティブ点にあるか、それとも非アクティブ点にあるかを決定するように適応される。

【0073】

前述した符号化ステップ２０１の後、本発明の方法２００は、電気光学的計算システム１００によって、識別されたアクティブ点３１に基づいて、Ｍ個の入力を有するブール関数を計算する概略ステップ２０２を含む。

【0074】

そのような計算ステップ２０２の例示的な実施形態は、図５、図６、図８と、図１の光学的電子的計算システムの実施例とを参照して説明される。

【0075】

例示的な実施形態では、本方法のそのような計算ステップ２０２はさらに、
－ ２^Ｍ個のブールフィールド３０のそれぞれに関して識別されたアクティブ点３１に関連付けられた第１の光ビームＬ４を、システム１００の検出領域１２に伝送するステップ２０２１と、
－ 検出領域１２に伝送された光強度を、少なくとも１つのアクティベーション光強度しきい値ＴＨａに対して比較するステップ２０２２と、
－ 検出領域１２に伝送された光強度が少なくとも１つのアクティベーションしきい値ＴＨａより大きい場合には論理値１を、又は、検出領域１２に伝送された光強度が少なくとも１つのアクティベーションしきい値ＴＨａより小さい場合には論理値０を、Ｍ個の入力を有するブール関数の出力状態Ｕ１に対して関連付けるステップ２０２３とをさらに含む。

【0076】

特定の例示的な実施形態では、前述した伝送ステップ２０２１は、
－ 上記変調された光ビームＬ２をシステム１００のさらなる光変調装置４に向かって拡散するステップと、
－ さらなる光変調装置４が、識別されたアクティブ点３１に関連付けられた第１の光ビームＬ４を少なくとも１つの集束レンズ１１に向かって偏向させるステップと、
－ そのような少なくとも１つの集束レンズ１１が、偏向された第１の光ビームＬ４を集中させることで、検出領域１２に向かって伝送される第１の光ビームＬ５を生成するステップとをさらに含む。

【0077】

上述したステップは、本発明の方法２００の重畳ステップを形成する。重畳ステップの間において、符号化ステップ２０１で識別された、アクティブゾーン３１からの光の全部又は一部（しきい値の値による）は、検出領域１２に向かって伝送される。

【0078】

優位点として、検出領域１２に伝送される光の強度は、Ｍ個の入力を有するブール関数の計算の結果である。そのような伝送された光の強度は、そのような強度がアクティベーションしきい値ＴＨａを超過する状態をブール関数の論理状態１（又は否定ブール関数の場合には０）として識別及び認識し、そのような強度がアクティベーションしきい値ＴＨａ未満である状態をブール関数の論理状態０（又は否定ブール関数の場合には１）として認識することを可能にする。

【0079】

方法２００の例示的な実施形態において、前述した比較ステップ２０２２は、
－ システム１００の第１の電気光学的センサ１３、例えば１つ又は複数のフォトダイオードを介して、検出領域１２に伝送される光強度を検出してそれを電気信号Ｅに変換するステップと、
－ 電子的増幅手段１４、例えば増幅器によって、電気信号Ｅを増幅して第１の電気信号Ｅ１を生成するステップと、
－ 電子的比較手段１５、例えば１つ又は複数のしきい値比較器に関連付けられた少なくとも１つの電気的アクティベーションしきい値ＥＴＨａに対して第１の電気信号Ｅ１を比較するステップとをさらに含み、
そのような少なくとも１つの電気的アクティベーションしきい値ＥＴＨａは、上述した少なくとも１つのアクティベーション光強度しきい値ＴＨａを表す。

【0080】

特定の例示的な実施形態では、比較するステップは、第１、ＴＨａ１及び少なくとも第２、ＴＨａ２のアクティベーション光強度しきい値をそれぞれ表す第１、ＥＴＨａ１及び少なくとも第２、ＥＴＨａ２の電気的アクティベーションしきい値に対して、第１の電気信号Ｅ１を比較するステップを含む。

【0081】

上述したことに基づいて、計算されるブール関数の出力状態Ｕ１は電気信号に変換され、これにより、計算は任意の電子回路に対して互換性を有する。

【0082】

電子的比較手段１５に関連付けられたアクティベーションしきい値ＴＨａは、目標ブール関数Ｆが満たされるように選択される、すなわち、アクティベーションしきい値ＴＨａは、ドリフト又はノイズに起因する強度の変動を考慮しても、ブール関数の値「１」（又は否定関数の場合には「０」）が期待される場合に、検出領域１２に伝送される光の強度未満になるように選択されることに注意する。逆に、アクティベーションしきい値ＴＨａは、ドリフト又はノイズに起因する強度の変動を考慮しても、ブール関数の値「０」（又は否定関数の場合には「１」）が期待される場合に、検出領域に伝送される光強度より高くなるように選択される。

【0083】

代替の例示的な実施形態では、方法２００は、電子的比較手段１５に関連付けられた２つ以上のアクティベーションしきい値をともなう。しかしながら、そのようなしきい値は、目標ブール関数Ｆが満たされるように選択される。

【0084】

特に、２つのアクティベーションしきい値ＴＨａ１，ＴＨａ２の場合、そのようなしきい値は、ブール関数の値１が期待される場合（又は否定関数の場合には０）に、検出領域１２に伝送される光の強度がそのような２つのしきい値の間になるように選択される。
逆に、検出領域１２に伝送される光強度は、ブール関数の値０（又は否定関数の場合には１）が期待される場合、２つのアクティベーションしきい値ＴＨａ１，ＴＨａ２の間の範囲の外部になるように提供される。

【0085】

複数のアクティベーションしきい値の場合であっても、そのようなしきい値は、目標ブール関数Ｆ（又は否定目標ブール関数）が満たされるように選択される。

【0086】

符号化ステップ２０１の間において、目標ブール関数Ｆを満たすブールフィールド３０のまさしくその点又は部分が探索されたという事実、すなわち、対応するランダム又は擬似ランダムフィールド２０に対して単一、２つ、又は複数のしきい値を適用することによる関数を本質的に満たす、アクティブゾーン３１によって、提案する方法２００による目標ブール関数Ｆの解決方法が保証されることを注意する。

【0087】

さらに、本方法の重畳ステップは、優位点として、様々な目標ブール関数を実装することを可能にし、これらの関数を実装するために、目的関数に対応するアクティブゾーン３１の光放射のチャネルを検出領域１２に向ければ十分である。

【0088】

さらに、本方法の重畳ステップは、同じブール関数を満たす複数の領域を重畳することによって、ノイズ及びドリフトの拒否を増大させるために有用である。

【0089】

本方法の例示的な実施形態において、単一のしきい値の場合には、アクティベーション光強度しきい値ＴＨａは次式により計算可能である。

【0090】

ＴＨａ＝Ｎ＊ＴＨ＊ｋ （４）

【0091】

ここで、Ｎは、検出領域１２に向かって伝送されるアクティブゾーン３１の個数であり、ＴＨは、少なくとも１つのしきい値光強度値であり、ｋは、アクティブゾーンから検出領域１２に転送される光においてアクティブゾーン光強度３１がどの程度にわたって減衰されるかを示す減衰定数である。

【0092】

さらに例示的な実施形態では、２つ以上の複数のアクティベーションしきい値の場合、アクティベーション光強度しきい値ＴＨａｊは次式を用いて算可能である。

【0093】

ＴＨａｊ＝Ｎ＊ＴＨｊ＊ｋ （５）

【0094】

ここで、ＴＨｊは、上述した比較ステップ２０１ｃにおいて使用される光強度しきい値を示し、ｊ＝１，２，３，４…である。

【0095】

図７及び図４を参照すると、本発明の方法２００のオプションの例示的な実施形態において、前述した識別ステップ２０１ｅは、
－ Ｍ個の入力光ビームＬ，Ｌ１の２^Ｍ個の組み合わせのそれぞれに関して、Ｍ個の入力を有するブール関数を光学的に符号化するアクティブ点３１のうちから、アクティブ点におけるランダム又は擬似ランダムフィールドの光強度と少なくとも１つのしきい値光強度値ＴＨとの間の差の絶対値が予め設定された正のパラメータＰよりも常に大きくなるようにそれぞれ設定された第１のアクティブ点３１’を選択するステップ２０１０と、
－ 電気光学的計算システム１００によって、前述した第１の選択されたアクティブ点３１’に基づいてＭ個の入力を有するブール関数を計算することステップ２０２とをさらに含む。

【0096】

このように、本発明の方法２００の計算ステップ２０２は、
－ ２^Ｍ個のブールフィールド３０のそれぞれに関して識別された第１のアクティブ点３１’に関連付けられた第１の光ビームＬ４を、検出領域１２に伝送するステップ２０２１と、
－ 検出領域１２に伝送された光強度を、少なくとも１つのアクティベーション光強度しきい値ＴＨａに対して比較するステップ２０２２と、
－ 検出領域１２に伝送された光強度が少なくとも１つのアクティベーションしきい値ＴＨａより大きい場合には論理値１を、又は、検出領域１２に伝送された光強度が少なくとも１つのアクティベーションしきい値ＴＨａより小さい場合には論理値０を、Ｍ個の入力を有するブール関数の出力状態Ｕ１に対して関連付けるステップ２０２３とをさらに含むように実行される。

【0097】

上述した方法２００のステップは、エラー低減ステップを形成する。そのようなエラー低減ステップは、優位点として、特に不安定なシステム又はノイズを含むシステムの場合に、計算エラーを生じる可能性を低減するようにアクティブ点又は部分を選択することを可能にする。

【0098】

計算システムが特に安定かつ低ノイズである場合、又は、ノイズ又はドリフトに起因するアクティブゾーンにおけるランダム又は擬似ランダムフィールド強度の変動が無視できるほど、すなわち、入力の各組み合わせに関して、かつ、各アクティブゾーンに関して、考慮されるアクティブ点又は部分におけるランダム又は擬似ランダムフィールド強度としきい値と間の差の絶対値に比較して、ノイズ又はドリフトは無視できるほど十分にアクティブゾーンが大きい場合、エラー低減ステップは無視されてもよい。

【0099】

本発明の方法２００の計算ステップは、計算上の必要性に係るブール関数の入力としてＭ個の光ビーム（ＯＮ又はＯＦＦ）と、出力として検出領域１２に伝送される強度とを用いて、Ｍ個の入力を有する目標ブール関数（Ｆ）を計算又は光学的に実装することを含む。提案する方法に従って実装される関数は、目的関数（又は、複数の複数符号化及びエラー低減のステップが行われる場合には、複数の目的関数）に対応する。

【0100】

方法のアプリケーションの実施例
図２、図３Ａ～図３Ｂ、図４、図５、図６を参照して、２入力のＥＸＯＲ目標ブール関数、すなわち、Ｆ（０，０）＝０，Ｆ（０，１）＝１，Ｆ（１，０）＝１，Ｆ（１，１）＝０を光学的に計算する本発明の方法２００に関連する動作のシーケンスを下記に説明する。

【0101】

特に、図２を参照すると、符号化ステップ２０１は、例えば電気光学型又は音響光学型の、任意の光変調器を用いて、又は、光学シャッタにより、相互に分離された２つの入力光ビームＬ２を逐次的アクティベーションすること２０１ａを含む。

【0102】

このように、拡散器５を介して、観察空間Ｓにおいて取得されるランダム２０１ｂ又は擬似ランダムフィールド２０を生成するように、入力の４つの可能な組み合わせを達成することができる。そのような観察空間Ｓは、例えば、ディジタルカメラの電荷結合センサ、又は電荷結合素子（ＣＣＤ）の面７において作成される。

【0103】

前述した生成されたランダム又は擬似ランダムフィールド２０から、処理装置９，１０によって、少なくとも１つのしきい値光強度値ＴＨに対して比較することに基づいて、前述したランダム又は擬似ランダムフィールドに関連付けられた対応する４つのブールフィールド３０を導出する次のステップ２０１ｃが含まれる。

【0104】

さらに、いったん目標ブール関数Ｆ、すなわちＥＸＯＲ関数が選択されると、システム１００の処理装置９，１０を用いて、識別されたブールフィールド３０の各々に関連付けられたアクティブゾーン３１を識別する１ステップ２０１ｅが含まれる。

【0105】

この実施例では、符号化ステップ２０１がシステム製造プロセス中に実行されることに注意する。

【0106】

さらに、擬似ランダムフィールドの場合には、拡散器５によって生成された強度フィールド分布が事前に既知であるので、電荷結合センサ（ＣＣＤ）の面７を使用することは必要ではない。しかしながら、符号化ステップ２０１は、例えば、既知の擬似ランダムフィールドに対して前述したしきい値を適用する処理装置９，１０を利用して、ＥＸＯＲ関数を満たすアクティブゾーン３１を識別するのに有用である。

【0107】

図３Ａ、図３Ｂは、図２に係るランダム及び擬似ランダムフィールド２０のアクティブゾーン３１及び対応する導出されたブールフィールド３０の強度Ｉを示す。４つのランダム又は擬似ランダムフィールドの各アクティブゾーンの強度Ｉが、少なくとも１つしきい値ＴＨを用いた比較処理によって、式（２）によって記述されるような目標ブール関数Ｆを満たす４つの対応するブールフィールド３０を生成することに注意する。

【0108】

図４は、本方法のエラー低減ステップを示す。しきい値ＴＨに非常に近いアクティブゾーン３１は除外される。言いかえると、第１のアクティブゾーン３１’を形成するしきい値ＴＨから十分に遠いアクティブゾーン３１のみが選択される。従って、実施例では、７つのアクティブゾーンのうちの５つの第１の３１’が選択されている。

【0109】

図５は、電気光学的システム１００によって実施される方法２００の重畳ステップを示す。そのようなステップは、観察の空間領域Ｓ（ＣＣＤセンサの検出の領域又は面）に位置した、追加の空間光変調器４の使用をともなう。

【0110】

そのようなさらなる空間的光変調器４は、アクティブゾーン３１，３１’における集束レンズ１１に向かってランダム又は擬似ランダムフィールド光のみを伝送するように構成される。レンズ１１は、レンズの焦点に近い検出領域１２に向かって（アクティブゾーンのみの）放射を伝送するように適応される。

【0111】

アクティベーションしきい値ＴＨａに対して比較することは、検出領域１２におけるパワー又は強度を測定し、それを電気信号Ｅに変換するフォトダイオード１３によって実施される。電気信号Ｅは増幅され、しきい値比較器１５に適用される初期電気信号Ｅ１を生成する。

【0112】

アクティベーションしきい値は、定数ｋ＝Ａ＊Ｒ＊Ｇを考慮して、関係（４）に従うことで選択される。ここｋｄｅ，アクティブゾーン３１から検出領域１２への光減衰Ａ、フォトダイオード１３の電力－電流変換定数Ｒ、及び増幅器１４の利得Ｇである。したがって、比較器１５のしきい値は、重畳ステップにおいて記述される基準による選択される、アクティベーションしきい値ＴＨａのうちの１つ又は複数を実装する。

【0113】

図６は、本発明の方法２００の計算ステップを示し、ここで、２つの入力の任意の組み合わせに関して、目的関数Ｆ、すなわちＥＸＯＲ関数が正しく計算される。

【0114】

本願出願人は、特に、いったん符号化するステップ２０１が実行されると、ＥＸＯＲ関数を計算する前述した計算ステップは極めて高速であることに注意する。実際に、ランダム又は擬似ランダムフィールドのアクティブゾーン３１，３１’に関連付けられた光ビームの集束レンズ１１に対する伝送が光速で行われるので、伝搬遅延は、実質的に、フォトダイオード１３、増幅器１４、及び比較器１５のみによって決定される。しかしながら、これらの電子装置は、１０ＧＨｚより高いクロック周波数を有する電気通信のアプリケーションで使用される基本的電子部品により作成されるので、非常に高速である。

【0115】

光学的電子的システムの実施例
図１を参照して、本発明に係る、例えばＭ個の入力を有する、１つ又は複数のブール関数を光学的に計算するための方法２００を実施するように構成された、光学的電子的計算システム１００の実施例について詳細後述する。

【0116】

電気光学的計算システム、又は、単にシステム１００は、光ビームＬのコヒーレント又は部分的にコヒーレントなソース１、例えばレーザソースを備える。そのようなレーザはＭ個の光ビームを備え、ここで、Ｍ≧１である。

【0117】

システム１００は、オプションで、ソース１によって放射されたレーザビームＬからコリメートされたＭ個のレーザビームＬ１を生成するように適応されたコリメータ装置２を含む。

【0118】

そのようなＭ個のビームレーザＬ，Ｌ１は、電気光学的計算システム１００のＭ個の入力である。

【0119】

さらに、システム１００は、Ｍ個の入力光ビームＬ，Ｌ１から変調された光ビームＬ２を生成するように適応された、光変調装置、空間光変調器、又は変調器３を備える。

【0120】

例えば、空間光変調器３は、テキサス・インスツルメンツからのＤＬＰ ６５００変調器によって具体化される。

【0121】

そのような空間的光変調器３は、Ｍ個の入力レーザビームＬ１を、変調器３に関連付けられた個々の画素又はグループの画素から、Ｍ×Ｎ個のグループのレーザビームＬ２に分離するように、システム１００の少なくとも１つの電子的処理装置９，１０によって制御される。言いかえると、変調器３は、変調されたレーザビームＬ２のＭ×Ｎ個のグループを生成するように構成される。

【0122】

図１の実施例は、相互に独立でありデータ通信線１９によって接続された、第１の電子的処理装置１０及び第２の電子的処理装置９を示す。もう１つの例示的な実施形態では、システム１００は、単一の電子的処理装置を備えてもよい。

【0123】

レーザビームＬ２のＭ×Ｎ個のグループが、本発明の方法２００に従ってＭ個の入力を有するＮ個のブール関数を実装又は計算するＮ個の装置の入力であることに注意する。

【0124】

システム１００は、光変調装置３に関連付けられ、かつ、変調された光ビームＬ２を受信する、１つ又は複数の光拡散５をさらに備える。

【0125】

特に、変調器３は、前述した１つ又は複数の拡散器５（論理状態１又はオン）又は図１には図示しない吸収器（論理状態０又はオフ）に向かって入力レーザ放射Ｌ１を偏向させることによって、他のものとは無関係に、前述した変調されたレーザビームＬ２のグループの各々をオン又はオフするように構成される。

【0126】

代替の例示的な実施形態では、入力レーザビームＬ，Ｌ１は、ビームスプリッタ装置により複数のサブビームへ分割されてもよい。ビームスプリッタから出力されるそのようなサブビームは、例えば電気的光学型又は音響光学型の、任意の光変調器によって、又は、光学シャッタによって、適切に変調されうる。

【0127】

さらに、システム１００は、光反射素子６、例えば鏡を含み、拡散器５から出力されるレーザビームのグループ、すなわち、拡散器５から出力される、拡散されたレーザビームグループＬ３は、そのような鏡６に向かって自由空間を伝搬する。特に、そのような鏡６は、第１の電子的処理装置１０によって、拡散器５から出力されるレーザビームグループＬ３が観察空間Ｓに向かって伝送される第１の動作位置から、第２の動作位置に、可逆的に移動可能である。

【0128】

鏡６が前述した第１の動作位置にある場合、そのような鏡は、例えばディジタルカメラの電荷結合素子（ＣＣＤ）センサの面７において、作成されるＳ観察空間に向かって、拡散されたレーザ光線グループＬ３を反射するように構成される。そのような電荷結合センサは、電子的処理装置９，１０に機能的に関連付けられた電気光学的センサである。

【0129】

異なる例示的な実施形態では、そのような光反射素子６は、ビームスプリッタによって具体化され、それは、鏡に関して固定位置にあり、移動される必要がない。

【0130】

ＣＣＤセンサの面７に向かって拡散されるレーザグループＬ３の各々は、観察空間Ｓにおいて各ランダム又は擬似ランダム２０フィールドを生成するように構成される。

【0131】

さらに、様々な拡散されたレーザビームグループＬ３が互いに別個であり、したがって独立したままであることを保証するために、システム１００は、例えば吸収材料からなり、拡散器５及び観察空間Ｓの間に配置された第１のセパレータ８の使用をともなう。そのような吸収材料は、概して、レーザ放射を良好に吸収するように構成された、黒色にされた材料、紙、プラスチック、金属（例えば、黒色の陽極処理されたアルミニウム）を備える。

【0132】

観察空間Ｓにおけるディジタルカメラは、本発明の方法２００の符号化及びエラー低減ステップにおいて指定されるような、観察空間Ｓにおいて２^Ｍ個のランダム又は擬似ランダムフィールドの領域を選択するように適応された、従来型の第２の電子的処理装置９に機能的に関連付けられる。

【0133】

変調器３は、そのようなビームを拡散器５に向かって偏向させることにより、入力レーザビームグループＬ１を逐次にオン又はオフして、本発明の方法の符号化ステップにおいて変調されたレーザビームＬ２を生成するように構成される。

【0134】

第２の電子的処理装置９及びカメラによって、システム１００は、特に、前述した符号化ステップにおける適切なしきい値ＴＨを設定することにより、計算しようとしている目標ブール関数Ｆを満たすアクティブゾーン３１を選択するように構成される。

【0135】

例示的な実施形態では、システム１００の前述した第２の電子的処理装置９はまた、方法２００のエラー低減ステップにおける第１のアクティブゾーン３１’を選択するように構成される。

【0136】

いったんアクティブゾーン３１，３１’が選択されると、システム１００は、第２の動作位置をとるように鏡６が移動される、方法２００の重畳ステップを実行するように構成される。

【0137】

鏡６のそのような第２の動作位置において、拡散器５によって拡散されたレーザビームグループＬ３は、例えば空間光変調器３と同様のタイプの、さらなる空間光変調器又はさらなる変調器４に直接的に伝送される。

【0138】

様々な拡散されたレーザビームグループＬ３が互いに別個であり、したがって独立したままであることを保証するために、システム１００は、拡散器５及びさらなる空間光変調器４の間で配置された、第１のセパレータ８に類似した第２のセパレータ８’を備える。特に、そのような第２のセパレータ８’は、別個のレーザビームグループをさらなる変調器４に送信して第１のレーザビームＬ４を生成するように構成される。

【0139】

観察平面７において生成されたランダム又は擬似ランダムフィールドが、追加の空間光変調器４におけるランダム又は擬似ランダムフィールドと同じ分布を有することを保証するために、システム１００は、鏡６及びカメラの間の距離が鏡６自体及びそのようなさらなる空間光変調器４の間の距離に等しいことを保証するように設計される。

【0140】

さらに、システム１００は、追加の空間光変調器４によって伝送されるアクティブゾーン３１，３１’に対応する第１のレーザビームグループＬ４のみを受信するように適応された集束レンズ１１を備える。

【0141】

例示的な実施形態では、アクティブゾーンに対応しないレーザ放射は、各吸収器（図１には図示せず）に対して偏向される。このように、本発明の方法２００の符号化及びエラー低減ステップにおいて選択されたアクティブゾーンのみが、システム１００の検出領域１２に向かって伝送される。

【0142】

特に、システム１００は、図１の実施例では、４つの集束レンズ１１を備える。そのようなレンズは、４つの計算装置の各ランダム又は擬似ランダムフィールドに関連付けられ、計算装置は、特定の実施例では、４つの異なるブール関数を独立かつ同時に計算する。

【0143】

さらに、システム１００は、各レンズ１１によって集中されたレーザ放射を各電気信号Ｅに変換するように構成された第１の電気光学的センサ１３を備える。特に、システム１００は４つのフォトダイオード１３を備える。各増幅器装置１４は、各フォトダイオード１３の出力に接続される。

【0144】

増幅器１４から出力される、増幅された電気信号Ｅ１又は第１の電気信号Ｅ１は、フォトダイオード１３のエリアに対する統合されたレーザ放射のパワー又は強度に比例する。

【0145】

さらに、システム１００は、入力として第１の電気信号Ｅ１を受信するように構成され、例えば単一のしきい値又は複数のしきい値を有する、比較器１５を備える。特に、そのような比較器１５のしきい値、単一のしきい値の場合にはＥＴＨａ、又は、２つのしきい値の場合にはＥＴＨａ１及びＥＴＨａ２は、本発明の方法の重畳ステップに従って選択される。

【0146】

上述したように、変調器３は、計算上必要性に従って、論理的に高い値もしくは論理「１」（ＯＮ）又は論理的に低い値もしくは論理「０」（ＯＦＦ）をとるように計算される、ブール関数のＭ個の入力を制御するように構成される。単一のしきい値又は複数のしきい値を有する比較器１５の出力Ｕ１は、計算された目標ブール関数Ｆの出力状態である。言いかえると、比較器１５のしきい値は、本発明の方法の重畳ステップで説明した基準に従って選択されるアクティベーションしきい値を表す。

【0147】

Ｍ個の入力を有するブール関数を光学的に計算するための提案する方法を実行するように、上述したもの以外のシステムが作成されうることに注意する。

【0148】

上述した利点に加えて、Ｍ個の入力を有するブール関数を光学的に計算するための方法２００と、関連する電気光学的計算システム１００とは、さらなる利点を有し、予め設定された目的を達成する。

【0149】

特に、提案する方法２００は、Ｍ個の入力を有する任意のブール関数を光学的に計算することを可能にする。計算されるそのような関数は、システム自体のハードウェア構造に対する変更を必要とすることなく、単に、システム１００の電子的処理装置９，１０に機能的に関連付けられたメモリに格納された各ソフトウェアプログラムを変更することで確立可能である。

【0150】

従って、本発明の方法を実施するシステム１００は、普遍的かつプログラミング可能なブール関数生成器である。

【0151】

追加の利点は、複数の変調器及び複数の高解像度ＣＣＤが使用される場合、本発明の方法が計算又は生成されうるブール関数の個数を増大することを可能にする、ということにある。

【0152】

本発明はさらに、本発明の方法２００を実施する、Ｍ個の入力を有する１つ又は複数のブール関数を計算するための電気光学的システム１００の少なくとも１つの電子的処理装置９，１０によって実行可能であるアプリケーションコードを含むコンピュータプログラムに関する。

【0153】

偶発的な必要性を満たすために、当業者は、上述したブール関数を生成するための方法及び電気光学的計算システムに対して変更及び適応を加えてもよく、又は、特許請求の範囲から逸脱することなく、構成要素を機能的に等価な他のもので置き換えてもよい。可能な１つの実施形態に属するものとして上述した特徴のそれぞれは、説明した他の実施形態に関わりなく実施されてもよい。

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【国際調査報告】