(57)【要約】  本発明は、光学装置(101, 201, 305)に関する。本発明は、光学的人工ニューロンとして実装され得る。光学装置は、フォトダイオードであり得る光学的透過受光装置(102)、発光ダイオードなどの光学的透過発光装置(104, 304)、メモリ記憶装置(106)を含む光学的透過処理器(103)を含む。発光装置及び受光装置は、受光装置により受信される第１の光学信号に基づき光学信号(307, 313)を発するように発光装置を制御するように構成される。光学装置は、光学信号と共に伝送されるアドレスを含む。このアドレスは、受信される光学信号を処理する時に処理器により認識され、発光装置を制御して光学信号を発するか否かを決定するために処理器により使用される。
2016537736.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学装置であって、
光学的透過発光装置であって、当該光学的透過発光装置を介して光学信号の少なくとも一部が伝送されるように構成されている、光学的透過発光装置と、
光学的透過受光装置であって、前記光学信号は当該光学的透過受光装置により受信され、前記光学信号の一部は当該光学的透過受光装置を通じて伝送される、光学的透過受光装置と、
前記発光装置及び前記受光装置へ電気的に接続されている光学的透過制御ユニットであって、当該光学的透過制御ユニットは、前記光学信号の少なくとも一部を当該光学的透過制御ユニットを通過させるように構成されている、光学的透過制御ユニットと、
を有し、
前記制御ユニットは、前記受光装置により受信される少なくとも前記光学信号に基づき光学信号を発するように前記発光装置を制御する、
光学装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光学装置であって、当該光学装置の固有のアドレスを記憶するように構成される光学的透過記憶装置を更に含む、光学装置。
【請求項３】
請求項２に記載の光学装置であって、前記記憶装置は、各アドレスがそれぞれの光学装置に対応している複数の所定の固有のアドレスを記憶するように更に構成される、光学装置。
【請求項４】
請求項１に記載の光学装置であって、前記制御ユニットは、当該光学装置を識別する情報を含む光学信号を発するように前記発光装置を制御する、光学装置。
【請求項５】
請求項３に記載の光学装置であって、受信される光学信号のアドレスが前記複数の所定の固有のアドレスのうちの１つに対応する場合に、前記制御ユニットは、前記受信される光学信号の重み付けに基づき特性値をある量だけインクリメントするように構成される、光学装置。
【請求項６】
請求項５に記載の光学装置であって、前記特性値があるしきい値を超える場合に、前記制御ユニットは、光学信号を発するように前記発光装置を制御するように構成される、光学装置。
【請求項７】
請求項１に記載の光学装置であって、当該光学装置は、光学的透過媒体に一体化されており、これにより、光学信号は、前記受光装置により全ての方向から受信され、及び、光学信号は、前記発光装置により全ての方向へ発され得るようにされる、光学装置。
【請求項８】
請求項１に記載の光学装置であって、当該光学装置は、光学的に不透明な部分を含む外枠に一体化されており、これにより、光学信号が少なくとも１つの方向から受信されるのを防がれ得るように、及び、光学信号が少なくとも１つの方向へ発されるのを防がれ得るように、構成されている、光学装置。
【請求項９】
１つのハウジング内に互いに隣接して配置されている、請求項７又は８に記載の複数の光学装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の複数の光学装置であって、光学信号が第１の光学装置から第２の光学装置へ無誘導に伝播し得るように構成されている、光学装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の複数の光学装置であって、光学信号が前記第１の光学装置から第２の光学装置へ第３の光学装置を介して無誘導に伝播し得るように構成されている、光学装置。
【請求項１２】
光学装置を制御する方法であって、当該光学装置は、
光学的透過発光装置であって、当該光学的透過発光装置を介して光学信号の少なくとも一部が伝送されるように構成されている、光学的透過発光装置と、
光学的透過受光装置であって、前記光学信号は当該光学的透過受光装置により受信され、前記光学信号の一部は当該光学的透過受光装置を通じて伝送される、光学的透過受光装置と、
光学的透過記憶装置と、
前記発光装置、前記受光装置及び前記記憶装置へ電気的に接続され且つこれらを制御するように構成されている光学的透過制御ユニットであって、当該光学的透過制御ユニット及び前記光学的透過記憶装置は、前記光学信号の少なくとも一部を当該光学的透過制御ユニット及び当該光学的透過記憶装置を通過させるように構成されている、光学的透過制御ユニットと、
を有し、
当該方法は、
第２の光学装置を識別するアドレスを含む光学信号を受信するステップと、
前記第２の光学装置を識別する前記アドレスが前記記憶装置に記憶されているアドレスに対応するかを決定するステップと、
前記アドレスが前記記憶装置に記憶されているアドレスに対応する場合に、前記受信される信号の重み付けに基づき特性値をインクリメントするステップと、
を含む、方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の方法であって、前記特性値があるしきい値を超える場合、光学信号を発するように前記発光装置を制御するステップを含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学装置に関する。具体的には、本発明は、光学的人工ニューロンに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年のコンピュータの計算能力は、過去数十年において劇的に向上されている。近年の電子装置において、多数の電子コンポーネントが、互いに通信するために電気的に接続されている。ある応用例において、ディスクリートコンポーネントは、コンポーネントを相互接続するために必要とされる伝導性経路を含むプリント基板（ＰＣＢ）に搭載される。多数のコンポーネントが必要とされるより複雑な応用例に関しては、半導体基板にコンポーネントが作製されコンポーネント間の通信がこの基板における様々な金属層で行われる集積回路が使用される。
【０００３】
近年、人工ニューロンネットワークは、計算能力をより更に向上させるために実装されてきている。人工ニューロンネットワークは、人工ニューロンに相当する多数のコンポーネントがネットワーク内で互いに接続されている半導体装置で形成され得る。この考え方は、単一のニューロンが膨大な数の他のニューロンから信号を受け取る生物学的なニューロンシステムを模倣することに基づく。あるニューロンにより受信される信号の合計に依存して、そのニューロンは、信号を発するか否かを決定する。信号が発される場合、この信号は、次は、他のニューロンによって受信及び処理され得る。
【０００４】
シミュレートされるニューロンネットワークにおいては、ニューロン間の相互接続の数は、相当数存在している。例えば、人間の脳などを忠実に模倣するためには、約1000億個のニューロンが必要とされ、この場合、各ニューロンは、約1万個の他のニューロンと接続される。半導体に基づく人工ニューロンネットワークにおいて、人工ニューロン間の相互接続は、従来型の電気導体相互接続部材を用いて達成されている。理解され得るように、電気相互接続は、人工ニューロンネットワークの複雑性の更なる可能性を制限している。
【０００５】
米国特許第6754646号において、配線は、光学的通信方法により置換されている。このようにして、配線は除去され得る。代わりに、米国特許第6754646号に記載される装置の光学的に透明な部分を通じて光学信号が伝送される。例えば、光放射体によって発される光学信号は、装置に関するハウジングの透明部分を通じてガイドされる。光学信号は、その後、光学信号がガイドされる透明部分に隣接するように配置される光受信器によって受信され得る。しかし、光学装置間の通信をより向上させることが望ましい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来技術の上述の及び他の欠点を考慮して、本発明の全般的な目的は、光学装置に、２つ又はそれ以上の光学装置間におけるより柔軟な通信を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の態様に従うと、光学的透過発光装置と、光学的透過受光装置と、前記発光装置及び前記受光装置へ電気的に接続されている光学的透過制御ユニットと、を有する光学装置であって、前記制御ユニットは、前記受光装置により受信される少なくとも前記光学信号に基づき光学信号を発するように前記発光装置を制御する、光学装置が提供される。
【０００８】
光学的透過コンポーネントは、光学信号の少なくとも十分な部分がこのコンポーネントの材料を通過し、光学信号が受光装置によって正確に受信され得るようにするのを可能にさせるコンポーネントである。光学的に透過とは、例えば、透明、半透明（semi-transparent）、半透明（translucent）又はこれらの組み合わせなどであり得る。処理ユニットは、光学装置の受光装置によって受信される光学信号の特性に基づき光学信号を発するように発光装置を制御することを決定する。
【０００９】
本発明は、光学的に透過な材料から作製されるコンポーネントを使用することによって、光学装置において配置される発光装置が複数の方向へ光学信号を発することが可能であり、これにより、１つより多い他の受光装置との通信を可能にさせるという理解に基づく。このような光学装置を用いることにより、内部のコンポーネントは、光学装置の光学的に透過するコンポーネントによって妨害され得ない光学信号を介して他の光学装置と通信し得る。本発明は、光学装置の構造を設計する際の柔軟性、並びに、光学装置内のコンポーネントの位置及び他の光学装置の位置とは独立している光学装置のレイアウトにおける柔軟性を可能にする。したがって、配線などの物理的接続を介して作製される、光学装置のコンポーネント間及び光学装置間の電気接続の数は減らされて得る、又は、より言えば除去され得る。このようにして、複数の光学装置間のいずれかの場所に配置される全て光学的に透過である複数の発光装置及び受光装置間における通信を可能にされる。例えば、光学信号は、光学的透過発光装置の材料を通過し得、これにより、光学装置の更なるレイアウトの可能性を可能にされる。本発明により、多数の光学装置が、光学信号で互いに通信するのを可能にされる。本発明に従う光学装置は、受光装置である入力部と発光装置である出力部とを有する人工ニューロンとして見なされ得る。受光部は、シミュレートされたシナプス、すなわち２つのニューロン間の接続、を介して別の光学装置から光学信号を受信し得る。受信される信号は、制御ユニットにより処理され得、受信される光学信号の特性に依存して、制御ユニットは、活動する（firing）生物学的ニューロンに類似するように、光学信号を発するように発光装置を制御し得る。したがって、本発明は、更には、通信が改善されることにより、従来技術で知られるよりも少ない部品を含む簡素化された人工ニューロンネットワークを実現することが可能である。
【００１０】
本発明のある実施例において、光学装置は、当該光学装置の固有のアドレスを記憶するように構成される光学的透過記憶装置を更に含み得る。固有のアドレスにより、複数の光学装置間において光学装置を識別することが可能になる。メモリ記憶装置は、光学信号の伝播を更に促進するために光学的に透過である。
【００１１】
本発明の一つの実施例において、前記記憶装置は、各アドレスがそれぞれの光学装置に対応している複数の所定の固有のアドレスを記憶するように更に構成され得る。言い換えると、各光学装置は、対応するアドレスを有する。光学装置が光学信号を受信する場合、光学装置の制御ユニットは、光学信号のアドレスをメモリに記憶されるアドレスの内の１つとして認識し得る。このようにして、光学装置の制御ユニットは、光学装置が別の光学装置からアドレスを受け取る場合に、複数の他の光学装置を識別し得る。
【００１２】
本発明の一つの実施例に従うと、前記制御ユニットは、当該光学装置を識別する情報を含む光学信号を発するように前記発光装置を制御し得る。発される光学信号において、光学信号を発した光学装置に固有である情報を含めることによって、光学信号を受け取る光学装置は、どの光学装置から光学信号が発されたかを識別し得る。このようにして、受け取る側の光学装置は、例えばどの光学装置が信号を発したかなどに基づき、受信された信号をいかに処理するかについて決定し得る。
【００１３】
本発明の一つの実施例に従うと、受信される光学信号のアドレスが前記複数の所定の固有のアドレスのうちの１つに対応する場合に、前記制御ユニットは、前記受信される光学信号の重み付けに基づき、累積される特性値をある量だけインクリメントするように構成され得る。例えば、第１の光学装置は、第１の光学装置へ接続される第２の光学装置のアドレスとして認識されるアドレスを含む光学信号を受信し得る。重み付けを含む光学信号の値は、制御ユニットにより累積される特性値へ加えられる。
【００１４】
本発明の一つの実施例に従うと、前記特性値があるしきい値を超える場合に、前記制御ユニットは、光学信号を発するように前記発光装置を制御するように構成され得る。言い換えると、アドレスを有し、対応する重み付けを含む十分な光学信号が光学装置の制御ユニットにより認識され、そして光学装置により受け取られる場合、光学装置の制御ユニットは、光学信号を発するように発光装置を制御する。
【００１５】
本発明の一つの実施例に従うと、当該光学装置は、光学的透過媒体に一体化されており、これにより、光学信号は、前記受光装置により全ての方向から受信され、及び、光学信号は、前記発光装置により全ての方向へ発され得るようにされ得る。言い換えると、光学信号は、全方向的に光学装置により受信され得、光学装置から発され得る。光学的透過の容器は、プラスチック若しくはガラス又は他の適したいずれかの材料から作製され得る。
【００１６】
本発明の一つの実施例に従うと、当該光学装置は、光学的に不透明な部分を含む外枠に一体化されており、これにより、光学信号が少なくとも１つの方向から受信されるのを防がれ得るように、及び、光学信号が少なくとも１つの方向へ発されるのを防がれ得るように、構成されている。特定の方向に伝播する光学信号をブロックすることにより、事前に定められた方向への通信を可能にする。
【００１７】
本発明の一つの実施例に従うと、複数の光学装置は、光学信号が第１の光学装置から第２の光学装置へ無誘導に伝播し得るように構成され得る。このようにして、複数の光学装置は、光学信号は、発光装置から受光装置へ無誘導に伝播するように構成され得る。言い換えると、光学信号は、第１の光学装置から第２の光学装置へガイドされていないが、発光装置により発せられ、光学的に透過な固体材料及び空気の両方を介して自由に伝播し得る。誘導されずに光学信号を通信することにより、更には、例えば光ファイバ又は鏡を用いるなどにより、光学信号をガイドする必要性が除かれることになり、したがって、光学装置の複雑性が低減される。コンポーネント間の物理的な接続に関する必要性を除く又は低減することによって、接続の数は増加させられ得、したがって、相互接続の数に関して複雑性は低減されつつも光学装置の処理速度は増加され得る。
【００１８】
本発明の一つの実施例に従うと、複数の光学装置は、光学信号が、光学信号が前記第１の光学装置から第２の光学装置へ第３の光学装置を介して無誘導に伝播し得るように構成され得る。したがって、光学信号は、光学信号の経路に配置される光学装置によって妨害されない。このようにして、無誘導な光学信号を用いて複数の光学装置間における通信は促進される。
【００１９】
本発明の一つの実施例に従うと、受光装置は、有利には、固体状態フォトトランジスタ又はフォトダイオードであり得る。発光装置は、有利には、固体状態発光装置であり得、この場合、光は、電子及び正孔の再結合により生成される。このような発光装置は、有利には、発光ダイオードであり得る。光学的透過受光装置は、有利には、インジウム−ガリウム−亜鉛−酸化物から作製される。しかし、光学的透過受光装置は、いかなる他の適した材料から作製され得る。本発明の一つの実施例において、制御ユニットは、酸化薄膜トランジスタを含み得る。
【００２０】
本発明の第２の態様に従うと、光学的透過発光装置と、光学的透過受光装置と、光学的透過記憶装置と、前記発光装置、前記受光装置及び前記記憶装置へ電気的に接続され且つこれらを制御するように構成されている光学的透過制御ユニットとを有する光学装置を制御する方法であって、当該方法は、第２の光学装置を識別するアドレスを含む光学信号を受信するステップと、前記第２の光学装置を識別する前記アドレスが前記記憶装置に記憶されているアドレスに対応するかを決定するステップと、前記アドレスが前記記憶装置に記憶されているアドレスに対応する場合に、前記受信される信号の重み付けに基づき特性値をインクリメントするステップと、を含む、方法が提供される。
【００２１】
本発明の一つの実施例に従うと、受信される特性値があるしきい値を超える場合、光学信号を発するように発光装置を制御するようにされる。したがって、受信され認識される光学信号の累計が所定の値を超えると、制御ユニットは、別の光学装置の受光装置により受信され得る光学信号を発するように発光装置を制御するように決定し得る。所定の値は、所定の期間において受信される光学信号の重み付けの合計であり得る。
【００２２】
本発明の更なる特徴及び有利な点は、添付の請求項及び以下の説明を検討することにより明らかになる。当業者は、本発明の様々な特徴は、本発明の範囲から逸脱することなく以下に記載される以外の実施例を実施するように組み合わせられ得ることを理解する。例えば、光学信号は、必ずしもアドレスを有し得ないが、個別の通信手段、好ましくは無線通信手段により伝送され得る。
【００２３】
本発明のこれら及び他の態様は、本発明の例示的な実施例を示す添付の図面を参照にして、以下により詳細に説明され得る。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、本発明の一つの実施例に従う光学装置を概略的に例示する。
【図２】図２は、本発明の一つの実施例に従う光学装置を例示する。
【図３】図３は、本発明の一つの実施例に従う複数の光学装置を例示する。
【図４】図４は、本発明の一つの実施例に従うと方法の全般的なステップを示すフロー図を例示する。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下の説明において、本発明は、光学的人工ニューロンの形態として光学装置を参照して主に説明される。
【００２６】
しかし、このことにより、本発明の範囲が限定されることはなく、本発明は、他の応用例、例えば、照明設備、ＬＥＤランプ、符号化照明、携帯電話、時計、ヘッドアップディスプレイ、テレビ、ディスプレイ、ゲーム機、又は光学通信が適用可能な他の応用例などへ等しく適用可能であることを特記されるべきである。
【００２７】
図１は、受光装置１０２、処理ユニット１０３、及び発光装置１０４を示す。受光装置１０２はフォトダイオードであり得、発光装置１０４は発光ダイオードであり得る。処理ユニット１０３は、受光装置１０２及び発光装置１０４へ接続され、これにより、処理ユニット１０３は、発光装置１０４を制御し、受光装置１０２によって受け取られる光学信号に基づき光学信号を発するようにされる。受光装置１０２、発光装置１０４及び処理ユニット１０３は、光学的に透過性である。処理ユニット１０３は、更に、複数の他の光学装置のアドレス及び光学装置１０１の固有のアドレスが記憶される光学的透過メモリ記憶装置１０６を含む。アドレスは、36ビットアドレスであり得る。
【００２８】
図２は、光学的人工ニューロン２０１の形態での光学装置２０１の可能なレイアウトを例示する。光学装置２０１は、光学的透過受光装置１０２、光学的透過発光装置１０４、及び、メモリ記憶装置１０６を有する光学的透過処理ユニット１０３、を含み、光学的透過ハウジング２０２の形態の光学的透過媒体内に収納されている。光学的透過ハウジング２０２及び光学的透過コンポーネント１０２〜１０４、１０６は、光学信号が発光装置１０４から全ての方向へ送信され、及び、全ての方向から受光装置１０２により受信されるのを可能にする。
【００２９】
任意選択的に、再び図２を参照して、ハウジング２０２は、光学的に透過性であり得、及び、特定の方向からの光学信号がブロックされるように配置される不透明部分２０４−２０６を有し得る。例えば、光学信号は、特定の方向から受信され得ないように、及び／又は特定の方向へ放射されないようにブロックされ得る。光学信号をブロックすることによって、選択された光学装置のみが互いに通信することが可能になり得る。
【００３０】
図３は、光学信号を用いて互いに通信するように構成される光学的人工ニューロン２０１（図面における混乱を避けるために１つのみが参照符号を示される）の形態での複数の光学装置２００を例示する。第１の光学装置３０５の発光装置３０４から発される光学信号３０７は、無誘導に伝播され、離れた第２の光学装置２０１の受光装置３０２により受信される。光学信号は、第１の光学装置３０５から第２の光学装置３０９へ伝播するので、複数の他の光学装置、例えば光学装置３０９などを通事で伝播する。更に、発光装置３０４により発される光学信号３０７は、全ての方向へ放射される。したがって、光学信号３０７は、光学装置３１３の受光装置３１１へも到達する。このようにして、１つ以上の方向への通信、すなわち、複数の光学装置２００内に任意の位置に配置される光学装置との通信が可能にされる。
【００３１】
図４は、光学的人工ニューロンを制御する方法の全般的なステップを例示するフロー図である。第１のステップＳ１において、第１の人工ニューロンは、36ビットアドレスを含む符号化された光学信号を発する。光学信号は、ステップＳ２において、第２の人工ニューロンの受光装置により受信される。信号のアドレスは、第２の人工ニューロンのメモリ記憶装置に記憶される既存のアドレスと比較される（ステップＳ３）。アドレスがメモリ記憶装置において記憶されたアドレスの内に存在する場合、受信された信号は、ステップＳ４において、処理ユニットの累算器へ追加される。もしアドレスが記憶されたアドレスの内に存在しない場合、何のアクションも実行されない。第２の人工ニューロンの処理ユニットの累算器が、ステップＳ５により例示されるように、所定のしきい値に達する場合、処理ユニットは、発光装置を制御して、ステップＳ６において、36ビットアドレスを含む符号化された光学信号を放射させる。
【００３２】
追加的に、開示された実施例の変更態様も、図面、説明及び添付の請求項を検討することにより、請求される発明を実施する当業者により理解され、実施され得る。
【００３３】
請求項における「有する」という用語は、他の要素又はステップの存在を排除せず、単数形の構成要素は、複数個の斯様な構成要素の存在を排除しない。特定の手段が、相互に異なる従属請求項において引用されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有利になるように使用されていることができないと示すものではない。
【００３４】
要約すると、本発明は、光学装置１０１、２０１、３０５に関する。本発明は、光学的人工ニューロンとして実装され得る。光学装置は、フォトダイオードであり得る光学的透過受光装置１０２、発光ダイオードなどである光学的透過発光装置１０４、３０４、メモリ記憶装置１０６を含む光学的透過処理器１０３、を有する。発光装置及び受光装置は、処理器に電気的に接続され、この処理器は、発光装置を制御し、受光装置により受信される第１の光学信号に基づき光学信号３０７、３１３を放射させる。光学装置はアドレスを有し、このアドレスは光学信号と共に送信される。アドレスは、受信された光学信号を処理する時に処理器により認識され得、発光装置を制御して光学信号を発するか否かを決定するために処理器により使用される。
【図１】
2016537736.tif 000003
【図２】
2016537736.tif 000004
【図３】
2016537736.tif 000005
【図４】
2016537736.tif 000006
【国際調査報告】
2016537736.tif 000007
2016537736.tif 000008
2016537736.tif 000009