ОПТИЧЕСКИЙ СТРАНИЧНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ФУРЬЕ ДЛЯ ОПТОЭЛЕКТРОННОГО ЗАПОМИНАЮЩЕГО УСТРОЙСТВА Советский патент 1995 года по МПК G11C11/42 

Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано в оптоэлектронных запоминающих устройствах большой емкости для вычисления преобразования Фурье страниц информации в цифровой форме.

Цель изобретения увеличение надежности преобразователя за счет повышения точности вычислений преобразования Фурье в цифровой форме.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлена структурная схема оптического страничного преобразователя Фурье для оптоэлектронного запоминающего устройства.

Оптический страничный преобразователь Фурье работает совместно с оптоэлектронным запоминающим устройством со страничной структурой, информация на выходе которого представлена в парафазном коде.

Оптический страничный преобразователь Фурье содержит входной оптический регистр 1, светоделитель 2, формирователь 3 опорного сигнала, операционный блок 4, мультипликатор 5, эталонный комплексно-сопряженный фильтр 6, проекционный блок 7, фотопреобразователь 8, светообъединитель 9, декодирующий блок 10, блок 11 сведения изображений, формирователь 12 пучка, управляемый светопереключатель 13, светообъединитель 14, оптический сумматор 15, управляемый светопереключатель 16, блок 17 обратной связи, выходной оптический регистр 18, блок 19 управления.

Входной оптический регистр 1 предназначен для преобразования пучков, отображающих входную информационную страницу в пучки, параллельные оптической оси регистра 1, кратковременного хранения входной страницы информации и последовательной выдачи на выход регистра 1 квантов (частей слов, например, нескольких столбцов) входной страницы информации. Регистр 1 может состоять, например, из поляризационного светообъединительного куба, первый вход которого является входом регистра 1, а второй вход куба через последовательно расположенные первый объектив, дефлектор и телескоп соединен с оптическим выходом лазера. На выходе куба последовательно установлены второй объектив, оптически управляемый транспарант и растр переключателей поляризации, выход которого является выходом регистра 1. Информация на транспаранте может отображаться, например, с кратковременным запоминанием. Транспарант может быть выполнен, например, на основе жидких кристаллов или ПРОМ-структуры.

Светоделитель 2 может быть выполнен, например, в виде поляризационного светоделительного куба, на одном из выходов которого расположена поворотная призма.

Формирователь 3 опорного сигнала предназначен для формирования в опорных строках страницы оптического сигнала, состоящего из световых пучков, отображающих, например, парафазные нули во всех разрядах страницы информации. Формирователь 3 может быть выполнен, например, из волоконных разветвителей.

Операционный блок 4 может быть выполнен, например, в виде астигматической пары объективов.

Мультипликатор 5 может быть выполнен, например, в виде поликубической системы, состоящей из светоделительных кубов.

Эталонный комплексно-сопряженный фильтр 6 может быть выполнен, например, в виде матрицы Фурье голограмм на отбеленном фотослое.

Проекционный блок 7 может быть выполнен, например, в виде астигматической пары объективов.

Фотопреобразователь 8 может состоять, например, из последовательно расположенных фотоприемной матрицы и матрицы светоизлучателей, причем каждый фотоэлемент фотоприемной матрицы связан с соответствующим светоизлучателем. В качестве светоизлучателей могут быть использованы светодиоды или полупроводниковые лазеры.

Светообъединитель 9 может быть выполнен, например, в виде узла волоконных объединителей.

Декодирующий блок 10 может быть выполнен, например, в виде последовательно расположенных матрицы микрокадров и линзового растра. Каждый микрокадр содержит, например, цифровой двоичный код преобразования Фурье соответствующего кванта эталонной информации. Матрица микрокадров может быть выполнена, например, в виде фототрафарета.

Блок 11 сведения изображений может быть выполнен, например, из узла волоконных объединителей.

Формирователь 12 пучка может состоять, например, из линзового растра, в задней фокальной плоскости которого расположен коллективный объектив.

Управляемый светопереключатель 13 может состоять, например, из поляризационного светоделительного куба, на входе которого установлен управляемый переклю- чатель поляризации. Переключатель поляризации, например, при подаче на него напряжения поворачивает плоскость поляризации проходящего пучка света на 90^о. Переключатель поляризации может быть выполнен, например, на основе жидких кристаллов или кристаллов КДР.

Светообъединитель 14 может быть выполнен, например, в виде поляризационного светообъединительного куба.

Оптический сумматор 15 может быть выполнен аналогично устройству, описанному в источнике (3).

Управляемый светопереключатель 16, например, аналогичен светопереключателю 13.

Блок 17 обратной связи может состоять, например, из последовательно расположенных линзового растра, в передней фокальной плоскости которого расположен коллективный объектив, жгута волоконных светодиодов и объектива.

Выходной оптический регистр 18 может состоять, например, из поляризационного светообъединительного куба, первый вход которого является входом регистра, а второй вход куба через первый объектив связан с оптическим выходом лазера. На выходе куба последовательно установлены второй объектив и оптически управляемый транспарант, выход которого является выходом регистра. Информация на транспаранте может отображаться, например, с кратковременным запоминанием. Транспарант может быть выполнен, например, на основе жидких кристаллов или ПРОМ-структуры.

Блок 19 управления обеспечивает работу оптического страничного преобразователя Фурье и может состоять, например, из генератора синхроимпульсов и формирователей управляющих сигналов.

Оптический страничный преобразователь Фурье для оптоэлектронного запоминающего устройства работает следующим образом.

По команде генератора синхроимпульсов блока 19 управления его формирователи управляющих сигналов подают, например, напряжения на управляемые блоки 1, 6, 13, 15 оптического страничного преобразователя Фурье.

Световые пучки, переносящие страницу информации (предполагается, что каждая строка страницы содержит одно слово), с выхода оптоэлектронного запоминающего устройства поступают на вход входного оптического регистра 1, в котором страница хранится на транспаранте до конца выполнения операции. Вычисление преобразования Фурье всей страницы информации осуществляется последовательно за n тактов, в каждом из которых выполняется преобразование Фурье кванта страницы. Каждый квант страницы представляет собой К (где К 2,3,4, p, а p полное число разрядов в странице) разрядов (столбцов) страницы информации и формируется в блоке 1 за счет выборки с его транспаранта соответствующих разрядов страницы с помощью дефлектора.

В первом такте вычисления преобразования Фурье дефлектор блока 1 высвечивает с его транспаранта, например, первый (младший) квант страницы и световые пучки, отображающие его, проходят через растр переключателей поляризации, который поворачивает плоскость поляризации световых пучков, переносящих, например, четные строки кванта страницы на 90^о и поступают на светоделитель 2.

Светоделитель 2 разделяет световые пучки, переносящие нечетные и четные строки кванта (называемые соответственно первый квант и второй квант) и направляет их соответственно в идентичные операционные каналы I и II.

Формирователи 3 опорных сигналов ответвляют от каждого светового пучка, отображающего информационный двоичный знак, часть излучения и направляют его в ближайшую четную (квант-1) или нечетную (квант-2) строку, где оно отображает, например, соответствующий нулевой парафазный (опорный) знак. Таким образом, каждой информационной строке в первом и втором квантах теперь соответствует опорная строка, при этом распределение света в двоичных знаках опорных сигналов аналогично распределению света в информационных пучках, из которых они были сформированы.

Далее световые пучки через операционные блоки 4, осуществляющие преобразование Фурье первого и второго квантов, поступают на соответствующие мультипликаторы 5, имеющие коэффициент мультипликации, равный 2^К, т.е. равный максимальному числу возможных кодовых комбинаций, которые можно составить из К двоичных знаков. Таким образом, на выходах каждого мультипликатора 5 появляются 2^К одинаковых изображений преобразования Фурье соответственно первого и второго квантов, каждое из которых проецируется на соответствующий эталонный комплексно-сопряженный фильтр 6. Каждый фильтр 6 содержит в строках, соответствующих информационным строкам квантов 1 и 2, одну из 2^К возможных комбинаций кодов двоичных знаков, а в каждой опорной строке содержит, например, в младшем разряде парафазную единицу, а в остальных парафазные нули.

Проекционный блок 7 направляет оптические сигналы кросс-корреляции соответствующих информационных и опорных сигналов на разные плечи одного и того же парафазного фотоприемника фотопреобразователя 8. При этом опорным сигналам всегда соответствуют кросс-корреляционные сигналы, по величине ближайшие к автокорреляционному пику. Поэтому в случае прихода на парафазный приемник автокорреляционного информационного сигнала он регистрирует, например, парафазную единицу, а в противном случае парафазные нули. Фотоприемники блока 8, находящиеся в состоянии "единица", возбуждают соответствующие излучатели, которые через светообъединители 9 высвечивают микрокадры декодирующего блока 10, на которых хранятся для соответствующих строк кванта страницы значения преобразований Фурье в цифровой двоичной форме.

Эти оптические сигналы через блок 11 сведения изображений, формирователь 12 пучка, управляемый светопереключатель 13, светообъединитель 14 поступают на первый вход оптического сумматора 15 и запоминаются на его входном регистре.

Аналогично производится вычисление преобразования Фурье от второго кванта страницы во втором такте работы преобразователя. Однако по команде блока 19 напряжение со светопереключателя 13, например, снимается и вычисленное во втором такте значение преобразования Фурье второго кванта страницы поступает на второй вход оптического сумматора 15.

Сумматор 15 производит сложение значений преобразований Фурье, полученных в первых двух тактах, и результат через управляемый светопереключатель 16, блок 17 обратной связи, светообъединитель 14 поступает на первый вход сумматора 15, на второй вход которого поступает значение преобразования Фурье, полученное в третьем такте.

Аналогично преобразователь Фурье работает в остальных тактах. В n-м такте блок 19, например, подает напряжение на управляемый светопереключатель 16 и световые пучки, отображающие значение преобразования Фурье страницы информации, из сумматора 15 через светопереключатель 16 поступают в оптический регистр 18. В регистре 18 результат может кратковременно храниться и выдаваться на выход преобразователя Фурье.

Использование предлагаемого оптического страничного преобразователя Фурье в составе оптоэлектронного запоминающего устройства позволит значительно повысить точность и надежность вычислений.

ОПТИЧЕСКИЙ СТРАНИЧНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ФУРЬЕ ДЛЯ ОПТОЭЛЕКТРОННОГО ЗАПОМИНАЮЩЕГО УСТРОЙСТВА, содержащий первый и второй операционные каналы, каждый из которых содержит операционный блок, выход которого связан с входом мультипликатора, каждый выход которого через эталонный комплексно-сопряженный фильтр связан с входом соответствующего проекционного блока, блок управления, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности преобразователя, в него введены входной оптический регистр, светоделитель, формирователи опорного сигнала, фотопреобразователи, светообъединители каналов, декодирующие блоки, блок сведения изображений, формирователь пучка, первый и второй управляемые светопереключатели, светообъединитель, оптический сумматор, блок обратной связи и выходной оптический регистр, причем вход входного оптического регистра является оптическим входом устройства, выход входного оптического регистра оптически связан с входом светоделителя, каждый выход которого через соответствующий формирователь опорного сигнала связан с входом соответствующего операционного блока, выход каждого проекционного блока оптически связан с входом соответствующего фотопреобразователя, выходы фотопреобразователей первого операционного канала оптически связаны с первыми входами соответствующих светообъединителей каналов, вторые входы которых оптически связаны с выходами соответствующих фотопреобразователей второго операционного канала, выход каждого светообъединителя каналов связан с входом соответствующего декодирующего блока, выходы которых связаны с соответствующими входами блока сведения изображений, выход которого через формирователь пучка оптически связан с входом первого управляемого светопереключателя, первый выход которого оптически связан с первым входом светообъединителя, выход которого связан с первым входом оптического сумматора, второй вход которого оптически связан с вторым выходом первого управляемого светопереключателя, выход оптического сумматора оптически связан с входом второго управляемого светопереключателя, первый выход которого через блок обратной связи связан с вторым входом светообъединителя, второй выход второго управляемого светопереключателя оптически связан с входом выходного оптического регистра, выход которого является оптическим выходом оптического страничного преобразователя Фурье, выходы блока управления с первого по шестой подключены к управляющим входам соответственно входного оптического регистра, фотопреобразователей, первого и второго управляемых светопереключателей, оптического сумматора и выходного оптического регистра.