Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen optischen Rechner zur optischen Verarbeitung von Informationen und insbesondere auf einen optischen Rechner, der aus einem Dünnschichtelement besteht, das Nanopartikel enthält, die Moleküle einer organischen Verbindung und Vereinigungen/Aggregate dieser Moleküle umfassen.

Das Konzept für einen optischen Rechner ist herkömmlich vorgeschlagen worden, und basierend auf dieser Idee sind optische Rechenelemente vorgeschlagen worden. Darüber hinaus sind optische Rechner mit Spezialfunktionen auf Versuchsbasis hergestellt worden.

In derartigen optischen Rechnern verwendete optische Elemente sind von der Struktur her so, dass eine teilweise lichtabschirmende Abdeckblende vor einem dünnen, flachen anorganischen Kristall (LiNbO&sub3;, BBO oder dergleichen) angeordnet ist. Ein Signallichtstrahl und ein Steuerlichtstrahl werden zur optischen Berechnung über die Abdeckblende in das Element eingegeben. Durch Verändern des lichtabschirmenden Musters dieser Abdeckblende kann eine Auswahl aus verschiedenen Rechenoperationen getroffen werden. In den experimentell hergestellten optischen Rechnern sind die Rechenelemente räumlich so angeordnet, dass sie grundsätzlich in Reihe geschaltet sind. Diese Anordnung ist zum Erzielen einer superschnellen Berechnung verwendet worden.

Im Dokument US-A-4 351 589 sind Anordnungen und Verfahren beschrieben, bei denen eine eingegebene optische Dichte zur Ausgabe einer räumlichen Standortabbildung verwendet wird, um eine optische Berechnung durchzuführen. Eine elektrooptische Vorrichtung besteht im wesentlichen aus einer Flüssigkristallzelle, die ein Schichtenaufbau aus Dünnfilmen oder -schichten 1, 2, 3 und 4 (Fig. 1) ist, einzeln eingegebene optische Objektstrahlen verschiedener Intensitätspegel und einen gesondert ausgelesenen optischen Strahl empfängt und Abschnitte des ausgelesenen optischen Strahls zu eindeutigen Raumstellungen im zweidimensionalen Raum beugt. Die Flüssigkristallzelle zeigt ein veränderliches Phasengitter, in dem die Ortszeit eine Funktion einer lichtempfindlichen Struktur mit lokal angelegter Spannung ist. In Fig. 1 ist die Modenvorrichtung mit veränderlichem Gitter durch eine Spannung elektrisch vorgespannt, obwohl auch eine optische Vorspannung möglich ist.

Fig. 9a stellt eine Matrixadressieranordnung dar, die zwei Modenvorrichtungen mit veränderlichem Gitter verwendet, und Fig. 12b stellt die Ausführung eines Norm-Flipflops dar, das Modenvorrichtungen mit veränderlichem Gitter benutzt. Beide Figuren zeigen also die Zusammenarbeit von mehr als einer Modenvorrichtung mit veränderlichem Gitter.

Da die oben beschriebenen optischen Rechner jedoch Spezialrechner sind, die zur Ausführung spezieller Berechnungen mit hoher Geschwindigkeit ausgelegt sind, sind sie für verschiedene Arten allgemeiner Berechnungen nicht geeignet. Insbesondere ist gesagt worden, dass solche optischen Rechner nicht zur Verarbeitung zweidimensionaler Informationen geeignet sind, die Bildinformationen einschließen. Da die üblichen Elemente in optischen Rechnern einen einzigen Kristall verwenden, ist zudem ein Mittel zum Bewirken einer Funktion eines Elementes ein homogenes System, so dass die Übertragung eines angeregten Zustands in dem Dünnschichtelement schwierig zu steuern ist.

Diese Einschränkung gilt auch bei einem System, in dem Moleküle einer organischen Verbindung monomolekular in einer Matrix eines Polymers oder dergleichen dispergiert sind, und bleibt im Wesentlichen ungelöst.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die oben erwähnten Probleme, die herkömmlichen optischen Elementen innewohnen, zu lösen und einen optischen Rechner bereitzustellen, der eine Vielzahl von Dünnschichtelementen und Lichtquellen zur Übertragung von Licht mit zweidimensionalen Informationen zwischen den Dünnschichtelementen einschließt und es dadurch möglich macht, Lichtstrahlen in die Vielzahl von Dünnschichtelementen einzugeben und davon auszugeben.

Zur Lösung der obigen Aufgabe stellt die vorliegende Erfindung einen optischen Rechner bereit, der eine Vielzahl von Dünnschichtelementen einschließt, die jeweils geeignet sind, auf ein externes Signal einzuwirken, damit dieses auf einfallendes Licht mit zweidimensionaler Information wirkt, um eine Informationsverarbeitung durchzuführen, und Lichtquellen zum Übertragen des einfallenden Lichtes mit zweidimensionaler Information zwischen den Funktionselementen einschließt.

Vorzugsweise schließt jedes der Dünnschichtelemente Nanopartikel ein, die Moleküle einer organischen Verbindung und Vereinigungen/Aggregate dieser Moleküle umfassen.

Vorzugsweise schließt das einfallende Licht mit zweidimensionaler Information ein zweidimensionales Bild ein.

Vorzugsweise ist das externe Signal ein Signallicht oder ein das Signallicht unterstützendes elektrisches oder Ultraschall-Signal.

Vorzugsweise sind die Dünnschichtelemente eine Vielzahl von unterschiedlichen Funktionselementen, die in der Lage sind, das einfallende Licht mit zweidimensionaler Information für entsprechende Zeitspannen nach Abschalten des einfallenden Lichtes mit zweidimensionaler Information zu halten, wobei die jeweiligen Zeitspannen von der Größenordnung von Femtosekunden bis zur Größenordnung von Jahren reichen.

Vorzugsweise ist die Vielzahl von Dünnschichtelementen so angeordnet und miteinander verbunden, dass eine Vielzahl von Signallichtstrahlen in jedes Dünnschichtelement eingegeben und eine Vielzahl von Signallichtstrahlen davon ausgegeben wird.

In diesem Fall wird vorzugsweise zumindest ein einzelner Lichtstrahl mit einer Wellenlänge gleich wie oder anders als diejenige des einfallenden Lichtes mit zweidimensionaler Information von der Außenseite des Elementes auf das Element so ausgestrahlt, dass der Lichtstrahl koaxial oder in einem Winkel zu dem einfallenden Licht mit zweidimensionaler Information ausgerichtet ist, wodurch die Bewegung eines angeregten Zustands innerhalb des Elementes von der Außenseite des Elementes gesteuert wird.

Fig. 1 ist eine Ansicht, welche die Struktur eines optischen Rechners gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 2 ist eine Teilseitenansicht des optischen Rechners gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 3 ist eine Darstellung, die ein Abdeckblendenmuster zeigt;

Fig. 4 ist eine Darstellung, die das Übertragungsmuster des in Fig. 3 gezeigten Abdeckblendenmusters zeigt;

Fig. 5 ist ein Erläuterungsdiagramm, das eine Kombination von Elementen gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, die zwei Eingänge und zwei Ausgänge aufweist;

Fig. 6 ist eine Darstellung, die einen Zustand zeigt, in dem ein Bild durch Ausstrahlen eines Anregungslichtstrahls auf einen weggeschnittenen Teil eines modifizierten dreiseitigen Prismas in Bezug auf die Bestrahlungsrichtung verschoben wurde;

Fig. 7 ist eine Ansicht, welche die Struktur eines optischen Rechners gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und

Fig. 8 ist eine Ansicht, welche die Struktur eines optischen Rechners gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.

Die vorliegende Erfindung wird nun im Einzelnen beschrieben. In der folgenden Beschreibung wird angenommen, dass in Übereinstimmung mit dem Verfahren der vorliegenden Erfindung zu verarbeitende Eingangsbilder Wellenlängeninformationen (Farbinformationen), aber keine Zeitinformationen einschließen. Das heißt, die Informationen selbst verändern sich innerhalb einer Zeitspanne nicht, während derer ein Einzelbild einer Eingangsabbildung verarbeitet wird.

Demgemäß kann das Verfahren der vorliegenden Erfindung nur dann auf die Verarbeitung beweglicher Bilder angewendet werden, wenn die zur Verarbeitung eines Einzelbildes einer Eingangsabbildung erforderliche Zeitspanne kürzer ist als die Zeitspanne, während derer sich die Abbildung verändert, um ein nächstes Rasterbild bereitzustellen.

Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun insbesondere mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.

Zur Vereinfachung der folgenden Beschreibung wird angenommen, dass Eingangsbilder monochromatische Informationen sind (Kontrast des monochromatischen Lichtes). Wenn jedoch Farbinformationen enthaltende Informationen verarbeitet werden, können diese Informationen durch Anordnen von Dünnschichtelementen verarbeitet werden, die zur Farbverarbeitung erforderlich sind. Selbst in einem derartigen Fall ist der Arbeitsablauf grundsätzlich derselbe wie bei der nachstehend beschriebenen Operation.

Fig. 1 ist eine Ansicht, welche die Struktur eines optischen Rechners gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, und Fig. 2 ist eine Teilseitenansicht des in Fig. 1 gezeigten optischen Rechners.

In Fig. 1 und 2 ist jedes Paar aus zwei modifizierten dreiseitigen Prismen 1A und 1B, 3A und 3B, 5A und 5B, 7A und 7B sowie 9A und 9B zusammengesetzt, indem die jeweiligen modifizierten dreiseitigen Prismen durch Aufbringen eines Klebstoffs mit einem Brechungsindex nahe demjenigen der Prismen zusammengefügt sind, so dass modifizierte vierseitige Prismen 1, 3, 5, 7 und 9 bereitgestellt werden, und jedes vierseitige modifizierte Prisma (kann nachfolgend auch als "Block" bezeichnet sein) wird als einzelnes Bauglied behandelt.

Zwischen den Blöcken 1 und 3, zwischen den Blöcken 3 und 5, zwischen den Blöcken 5 und 7 sowie zwischen den Blöcken 7 und 9 sind jeweils Dünnschichtelemente 2, 4, 6 und 8 vorgesehen. Jedes der Dünnschichtelemente 2, 4, 6 und 8 kann durch ein bekanntes Verfahren gebildet werden. Zum Beispiel kann jedes Dünnschichtelement ein Funktionselement sein, das Nanopartikel einschließt, die Moleküle einer organischen Verbindung und Vereinigungen/Aggregate dieser Moleküle umfassen, und das eine Dicke von ca. 30 um aufweist (was dadurch erhalten wird, dass unter Verwendung eines Lösungsmitfällungsverfahrens ein Pulvermaterial hergestellt und das Pulvermaterial einem Heißpressen unterzogen wird; siehe japanische Patentoffenlegungsschrift (kokai) Nr. 6-263885). Alternativ kann das Dünnschichtelement ein Dünnschichtelement sein, das Nanopartikel einschließt, wie oben beschrieben, und eine Dicke von ca. 1 um aufweist (was dadurch erhalten wird, dass unter Verwendung eines Vakuumlösungs-Mitfällungsverfahrens ein Dünnfilm geformt und der Dünnfilm einem Heißformverfahren unterzogen wird; siehe japanische Patentoffenlegungsschriften (kokai) Nr. 6-306181 und 7-252671). Das Dünnschichtelement weist eine Maximalabsorptions-Wellenlänge von 580 nm und eine Vollbreite am Halbmaximum (FWHM) von ca. 40 nm auf.

Zur Vereinfachung der Analyse wird ein Lichtstrahl nach Passieren einer Abdeckblende mit einem Muster, wie in Fig. 3 gezeigt, als Bildsignal auf den Block 1 gestrahlt. Das heißt, der Blockkern der Bildempfangsfläche des Blocks 1 wird mit einem Signallichtstrahl bestrahlt, der beispielsweise eine Wellenlänge von 580 nm und eine Leistung von 20 mW aufweist. In jedem der Dünnschichtelemente 2, 4, 6 und 8 fällt der Durchlässigkeitsgrad innerhalb des mit dem Signallichtstrahl bestrahlten Gebietes auf ca. 80% ab, so dass für weißes Licht das Übertragungsmuster erhalten wird, wie in Fig. 4 gezeigt.

Wenn ein Übertragungslichtstrahl 11 (weißer Lichtstrahl mit einer Wellenlänge von 400 bis 700 nm) von einer Lichtquelle I auf das Dünnschichtelement 2 gestrahlt wird, wird das in Fig. 4 gezeigte Muster auf das Dünnschichtelement 2 übertragen. Wenn Übertragungslichtstrahlen 12, 13 und 14 (weißer Lichtstrahl mit einer Wellenlänge von 400 bis 700 nm) von entsprechenden Lichtquellen II, III und IV jeweils auf die Dünnschichtelemente 4, 6 und 8 gestrahlt werden, wird das in Fig. 4 gezeigte Muster auf ähnliche Weise auf jedes der Dünnschichtelemente 4, 6 und 8 übertragen.

Auf diese Weise wird ein Bild auf einem n-ten Dünnschichtelement auf ein (n + 1)-tes Dünnschichtelement übertragen. Die Übertragungsgeschwindigkeit zu dieser Zeit hängt ab von der Zeitspanne zwischen dem Zeitpunkt, zu dem ein Übertragungslichtstrahl auf das n-te Dünnschichtelement gestrahlt wird, und dem Zeitpunkt, zu dem ein Übertragungslichtstrahl auf das (n + 1)-te Dünnschichtelement gestrahlt wird. Ferner hängt die langsamste Grenze vom Dasein eines erregten Zustands einer in jedem Dünnschichtelement benutzten organischen Verbindung ab. In der vorliegenden Erfindung sind die Dünnschichtelemente zum leichteren Verständnis in Reihe angeordnet. Da jeder Block jedoch vier Seiten hat, wie in Fig. 1 gezeigt, können die Elemente so angeordnet sein, dass sie zwei Eingangslichtstrahlen empfangen und zwei Ausgangslichtstrahlen abgeben, wie in Fig. 5 gezeigt.

Wenn Anregungslichtstrahlen 25 und 26 auf weggeschnittene Teile der oben beschriebenen modifizierten dreiseitigen Prismen gestrahlt werden, kann ein auf das n-te Dünnschichtelement projiziertes Bild in lotrechter Richtung zur Projektionsrichtung verschoben werden. Wenn die zweite Fourier-Komponente eines Forsteritlasers, die durch einen YAG-Laser angeregt wurde und eine Wellenlänge von 630 nm sowie eine Energie von 7 mJ/Puls aufwies, unter Verwendung einer Zylinderlinse konvergiert und ausgestrahlt wurde, wurde unter Mikroskopbeobachtung eine Verschiebung von ca. 10 um beobachtet, wie in Fig. 6 gezeigt. In Fig. 1 und 2 bezeichnen die Zahlen 21, 22, 23, 24, 27 und 28 ebenfalls Anregungslichtstrahlen. Diese Anregungslichtstrahlen 21, 22, 23, 24, 27 und 28 werden durch die an den jeweiligen Prismen vorgesehenen Prismenverbindungsflächen (Sortierverbindungsflächen) auf die jeweiligen Prismen gestrahlt.

In der vorliegenden Erfindung wird jedes Element, das in der ersten Ausführungsform erläutert ist und sich aus modifizierten dreiseitigen Prismen zusammensetzt, als flache Platte betrachtet, um die Beschreibung seiner Funktion zu erleichtern und die Ansicht der Zeichnung leichter zu machen. Die komplette Struktur ist jedoch in der ersten Ausführungsform beschrieben.

Fig. 7 zeigt die Struktur eines optischen Rechners gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Wie in Fig. 7 gezeigt, wird ein Bildeingang in ein erstes Element mit einem Referenzbild gemischt, das auf einer photographischen Platte aufgezeichnet ist und von einem zweiten Element übertragen wird, so dass eine erste Abbildung erhalten wird. Das zweite Element für das Referenzbild kann aufgezeichnete Informationen über ein Jahr lang festhalten und bei Bedarf ersetzt werden.

Die erste Abbildung wird durch einen Übertragungslichtstrahl hervorgerufen und tritt in ein drittes Element ein, in dem das erste Bild mit einem Referenzbild gemischt wird, das auf einer Flüssigkristallanzeige angezeigt und von einem vierten Element übertragen wird, so dass eine zweite Abbildung erhalten wird. Dieses Referenzbild kann zur Anzeige gespeicherter Informationen mit einer Reaktionsgeschwindigkeit von nur ein paar Millisekunden verwendet werden und dient daher als Konverter zur Umwandlung elektronisch aufgezeichneter Informationen in optische Informationen.

Bezogen auf die Speicherung speichert das zweite Element ein ortsfestes Bild dauerhaft, während das vierte Element Informationen speichert, die sich von einem Augenblick zum anderen verändern, wie z. B. ein bewegliches Bild.

Wenn die Reaktionszeit jedes Elementes ignoriert wird, wird die benötigte Zeitspanne zum Übertragen des Eingangsbildes an das letzte Element zum Erhalt des zweiten Bildes gleich der Summe der folgenden zwei Perioden: die erste Periode liegt zwischen dem Zeitpunkt, zu dem das Eingangsbild eingegeben und das Bild auf dem zweiten Element durch Verwendung der ersten Übertragungslichtquelle zum ersten Element übertragen wird und dem Zeitpunkt, zu dem das erste Bild auf dem ersten Element durch Verwendung der zweiten Übertragungslichtquelle auf das dritte Element übertragen wird; und die zweite Periode liegt zwischen dem Zeitpunkt, zu dem das Bild auf dem vierten Element durch Verwendung der dritten Übertragungslichtquelle auf das dritte Element übertragen wird und dem Zeitpunkt, zu dem das Bild auf dem dritten Element durch Verwendung der vierten Übertragungslichtquelle ausgegeben wird.

Es wird nun eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.

Fig. 8 zeigt die Struktur eines optischen Rechners gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

In der vorliegenden Ausführungsform sind fünfseitige Prismen, die sich jeweils aus einem dreiseitigen Prisma und einem fünfseitigen Prisma zusammensetzen, unter Berücksichtigung der Reflexions- und Polarisationsmerkmale an der Stoßfläche zwischen den beiden Prismen verbunden.

Im Einzelnen ist ein fünfseitiges Prisma 30 vorgesehen, das aus einem dreiseitigen Prisma 31 mit Seiten 31a, 31b und 31c und einem fünfseitigen Prisma 32 mit Seiten 32a, 32b, 32c, 32d und 32e besteht; und es ist ferner ein fünfseitiges Prisma 40 vorgesehen, das aus einem dreiseitigen Prisma 41 mit Seiten 41a, 41b und 41c und einem fünfseitigen Prisma 42 mit Seiten 42a, 42b, 42c, 42d und 42e besteht. Diese fünfseitigen Prismen 30 sind so angeordnet, dass die Seite 32b des Prismas 30 und die Seite 42b des Prismas 40 einander zugewandt sind und ein als Funktionselement dienendes Dünnschichtelement 71 zwischen den beiden Seiten angeordnet ist.

Durch die Seite 32a des fünfseitigen Prismas 30 wird einfallendes Licht 51 mit zweidimensionaler Information eingegeben. Der Lichtstrahl 51 wird von den Seiten 32c und 32e reflektiert und von der Seite 32b ausgegeben, so dass der derart ausgegebene Lichtstrahl auf das als Funktionselement dienende Dünnschichtelement 71 wirkt. Zu dieser Zeit wird über die Seite 31a ein Übertragungslichtstrahl 61 in das dreiseitige Prisma 31 eingegeben, so dass der Übertragungslichtstrahl 61 zusammen mit dem einfallenden Licht 51 mit zweidimensionaler Information auf das Dünnschichtelement 71 wirkt. Ferner wird bewirkt, dass ein Anregungslichtstrahl 72 auf das Dünnschichtelement wirkt.

Der von dem Dünnschichtelement 71 ausgegebene Lichtstrahl mit zweidimensionaler Information wird von den Reflexionsflächen 42e und 42c des fünfseitigen Prismas 42 reflektiert, so dass ein Ausgangslichtstrahl 52 zusammen mit einem von der Seite 41a des dreiseitigen Prismas 41 eingegebenen Übertragungslichtstrahl 62 von der Seite 42a des fünfseitigen Prismas 42 ausgegeben wird.

Zwischen der vorliegenden Ausführungsform und der ersten Ausführungsform besteht kein wesentlicher Unterschied, bis auf ihre unterschiedlichen Reflexionsvermögen und Polarisationshalteeigenschaften.

Wie oben beschrieben, ist in der vorliegenden Erfindung eine Vielzahl von Dünnschichtelementen angeordnet, die jeweils bewirken, dass ein externes Signal auf einfallendes Licht mit zweidimensionaler Information wirkt, um so eine Informationsverarbeitung durchzuführen, und ferner sind Lichtquellen vorgesehen, um das einfallende Licht mit zweidimensionaler Information zwischen den Funktionselementen zu übertragen. Diese Struktur macht es möglich, Lichtstrahlen in eine Vielzahl von Dünnschichtelementen einzugeben und davon auszugeben, so dass eine optische Berechnung durch die Verwendung eines optischen Rechners mit einfacher Struktur ausgeführt werden kann.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Abwandlungen und Veränderungen innerhalb des Schutzbereichs der vorliegenden Erfindung, wie beansprucht, sind möglich.