Оптоэлектронный процессор для решения уравнений математической физики Советский патент 1993 года по МПК G06E3/00 

Изобретение относится к вычислительной технике, а именно к оптоэлектронным процессорам распределенной структуры, и предназначено для решения уравнений математической физики.

Известны оптоэлектронные процессоры распределенной слоисто-пленочной структуры, содержащие в качестве основного решающего элемента слой фоторезистор- ного материала. Слой фоторезисторного

-материала в этих устройствах представляет собой моделирующую среду распределенной структуры, локальная проводимость которой управляется посредством изменения освещенности рабочей поверхности фоторезисторного слоя источником светового излучения. Недостатком известных устройств является то, что для индикации получаемых решений в фоторезисторном слое необходимы система электродов и устройство коммутирования этих электродов.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является вычислительное устройство, в котором имеется дополнительный фоторезисторный слой, имеющий иную спектральную чувствительность, чем основной решающий слой. Освещение дополнительного фоторезисторного слоя производится дополнительным источником светового излучения, Однако известное устройство позволяет проводить регистрацию параметров моделируемого поля только в одной точке моделируемого пространства.

Целью изобретения является повышение точности решения уравнений математической физики за счет контроля параметров моделирующей среды в различных точках моделируемого пространства и более точного их задания.

Цель достигается тем, что в оптоэлект- ронный процессор для решения уравнений математической физики, содержащий оптически связанные первый и второй источники излучения, первый и второй формирователи светового потока, оптоэлектронный вычислительный модуль слоисто-пленочной структуры, состоящий из последовательно нанесенных на прозрачную основу прозрачного токопроводящего слоя, первого и второго фоторезисторных слоев, сенсибилизированных к длинам волн соответствующих источников излучения и формирователей светового потока, установленных с внешних сторон соответствующих фоторезисторных слоев, причем электрические выводы электродов, распо-- ложенных на втором фоторезисторном слое, и электрический выход прозрачного токопроводящего слоя являются выходами

процессора, входы источника излучения и формирователя светового потока являются управляющими входами процессора, прозрачный токопроводящий слой выполнен в

виде набора изолированных между собой ленточных прозрачных электродов, к каждому из которых подключены выводы, являющиеся дополнительными выходами процессора, кроме того, набор ленточных

0 электродов содержит не менее двух групп разной ширины изолированных между собой прозрачных ленточных электродов и имеет выводы, которые образуют соответствующие группы дополнительных выходов

5 процессора.

Первый и второй формирователи светового потока выполнены каждый в виде оптически связанных детектора светового1 потока и матрицы голограмм.

0 На фиг, 1 представлена структурная схема оптоэлектронного процессора для решения уравнений математической физики; на фиг. 2 - схема обработки выходной информации; на фиг. 3 и 4 - варианты оптического

5 сканирования ленточных электродов при регистрации результатов моделирования и задания функций источников; на фиг. 5 - топограммы получаемых решений.

Оптоэлектронный процессор (фиг, 1) со0 держит оптоэлектронный вычислительный модуль слоисто-пленочной структуры, содержащийфоторезисторные слои 1 и 2, име- .ющие различную спектральную чувствительность, набор прозрачных лен5 точных электродов 3, прозрачную подложку 4, два управляющих оптических модуля, каждый из которых содержит источник 5 когерентного излучения, дефлектор б светового потока с произвольной адресацией и

0 матрицу 7 голограмм, устройство 8 проецирования оптических изображений. К прозрачным ленточным электродам подключены выводы 9, являющиеся выходами устройства. Выходами устройства явля5 ются выводы 10 электродов, нанесенных на фоторезисторный слой 1. Управляющие входы 11 дефлекторов являются входами устройства.

Источники 5 когерентного излучения

0 имеют различные спектральные характеристики излучения, соответствующие спектральные характеристики имеют и освещаемые ими фоторезисторные слои 1 и 2. Различные спектральные характеристики

5 излучателей выбраны для того, чтобы исключить взаимное влияние каждого из источников излучения на соответствующий фоторезисторный слой. Управляющий оптический блок, содержащий источник 5 коге- рентного излучения, дефлектор б, матрицу 7

голограмм, представляет собой блок постоянной оптической памяти с системой оптического сканирования, блоки такого типа являются частью оптоэлектронных процессоров. При этом матрица 7 голограмм, расположенная со стороны фоторезисторного слоя 1, содержит набор голограмм - масок в виде теневых картин, а в матрице голограмм, расположенной со стороны прозрач- ной подложки, содержится набор голограмм - масок в виде картин из светящихся точек и в виде теневых картин. Кар- тины в виде светящихся точек высвечиваются в случае оптического сканирования ленточных электродов при измере- нии моделируемых параметров в фоторёзисторном слое 1, а теневые картины - в случае задания функций распределенных источников в фоторёзисторном слое 2. Удельная проводимость фоторезисторного слоя 2 должна быть значительно меньше удельной проводимости фоторезисторного слоя 1. чтобы исключить возможное шунтирование последнего.

На фиг. 2 показана схема соединения ленточных прозрачных электродов 3 оптоэ- лектронного процессора через выводы 9 с измерительным устройством. В качестве последнего может быть применен многоканальный самопишущий прибор, многолучевой осциллограф либо многоканальный аналого-цифровой преобразователь. Блок R. при включенном переключателе режимов в положение К - контроль оказывается включенным между двумя соседними ленточными электродами, при этом появляется возможность измерять локальную проводимость в решающем фоторёзисторном слое 1 между двумя точками оптического сканирования, каждая из которых приходится на один из ленточных электродов. Получаемая при этом картина распределения локальной проводимости моделирующей среды складывается из набора зависимостей, снятых одновременно по каждой пространственной оси, совпадающей с направлением ленточных электро-, дов. Блок V при включенном переключателе режимов в положение Р - решение оказывается подключенным к ленточному электроду и позволяет измерять величину моделируемого потенциала либо задавать функцию источника в фоторёзисторном слое 1. При одновременном оптическом сканировании ленточных электродов можно получить картину распределения моделируемых функций в виде набора непрерывных функций по пространственной оси, совпадающей с направлением ленточных электродов, и дискретных функций в

перпендикулярном направлении. При оптическом сканировании ленточных электродов под углом к оси ленточных электродов можно получить топограмму моделируемых

функций (фиг. 5).

Посредством ленточных электродов можно осуществлять и измерение, и задание функций источников в фоторезистор- ном слое 1, поэтому не обязательно наличие

электродов, подключенных к этому слою.

Работает устройство следующим образом.

В зависимости от геометрии и условий решаемой задачи производится подбор голограмм в матрице 7, расположенной со стьроны фоторезисторного слоя 1. В матрице 7 голограмм, расположенной со стороны прозрачной подложки, подбор голограмм определяется условиями задания функций

источников и порядком измерения моделируемых потенциалов. Подбор оптической прозрачности голограмм производится на основе условий подобия, которые получаются из сравнения уравнений, описывающих

моделируемую систему:

.А((Х У)- Пх.у). . (1) и уравнений, описывающих распределение потенциалов Ui в фоторёзисторном слое 1 оптоэлектронного процессора:

(x1,y1) +

+ Fy7p1377 U1 (X1 У1 р° Uo (X1 У1) (2)

Задавая масштабные соотношения

. (3)

из уравнений (1) и (2) можно получить усло- вия подобия следующего вида:

m in р Кх -f ; ро mf.(4)

5

0

5

В соответствии с условиями решаемой задачи на управляющие входы 11 дефлектора от внешнего управляющего устройства, например ЦВМ, заносится сигнал, который записывается в регистр адреса позиции дефлектора 6, в соответствии с которым осуществляется отклонение светового луча от источника 5 на соответствующую голограмму матрицы 7, и высвечиваемая при этом теневая картина проектируется на рабочую поверхность фоторезисторного слоя 1, изменяя при этом локальную проводимость этого слоя в соответствии с условиями решаемой задачи.

Задается режим работы контроль, при котором между ленточными электрп лми включен измеритель локальной пройодимости - блок R, а от внешнего управляющего устройства в регистр адреса позиции дефлектора производится последовательная засылка сигналов по заданной программе, в результате чего производится изменение положения дефлектора, приводящее к отклонению светового луча на соответствующую голограмму с высвечиванием картины светящихся точек, каждая из которых проектируется на ленточный электрод и произво- -дит, таким образом, оптическое сканирование ленточного электрода. Оптическая прозрачность голограмм подбирается таким образом, чтобы поток светового излучения от источника излучения полностью поглощался в фоторезисторном слое 2 и не проходил к границе раздела слоев 1 и 2. Выполнение этого условия необходимо для исключения влияния оптических управляющих сигналов на проводимость другого фоторезисторного слоя. Фоторезисторные слои должны иметь один и тот же тип проводимости и тип свободных носителей. Оптическое сканирование под углом к направлению ленточных электродов и одновременная регистрация локальной проводимости, например, на многолучевом осциллографе позволяют получать топо- грэммы локальной проводимости на экране такого регистрирующего устройства (фиг. 5).

При решении уравнений математической физики (1) без источников задается режим решения Р - решение, при котором электроды 3 подключены к измерительному блоку Vp (фиг. 2) и производится оптическое сканирование ленточных прозрачных электродов и расположенных под ним зон фоторезисторного слоя 2, В последних в точке падения светового луча образуется канал повышенной проводимости, который является своеобразным оптически управляемым контактом для снятия модулирующих потенциалов в фоторезисторном слое.

При решении уравнений математической физики (1) с источниками следует применять оптоэлектронный процессор с чередующимся набором узких и широких ленточных электродов. При этом возможны различные варианты уравнения (1). два из таких вариантов приведены на схемах фиг. 3 и 4. Схема на фиг. 3 предназначена для решения уравнения (1) с дискретными источниками:

AK(x.v) + fyKl(x,y}

f(x.-y)

(5)

где f(x. у)- функция дискретных источников, заданная в точках с дискретными координатами х и у.

Одна из дискретных координат совпадает с координатой узкого ленточного электрода, а другая дискретная координата может быть задана произвольно, узкие ленточные электроды подключены к блокам опорных потенциалов V0n, а широкие ленточные электроды подключены к измерительным блокам Vp. При поступлении на управляющий вход 11 дефлектора 6, распо0 ложенного со стороны прозрачной подложки 4, соответствующего управляющего сигнала высвечивается картина светящихся точек: посредством одних, падающих на узкие ленточные электроды, задаются коорди5 наты и значения функций дискретных источников, посредством других, падающих на широкие ленточные электроды, задаются координаты измерения моделируемых потенциалов. Схема на фиг. А предназначена

0 для решения уравнения (1) с распределенными источниками, но при этом измеряются моделируемые функции р(х. у), распределенные по координате х, совпадающей с направлением ленточных электродов, и ди5 скретные в направлении координаты у. Измерение этих функций осуществляется точечным оптическим сканированием узких ленточных электродов, а функции распределенных источников задаются проектирова0 нием теневой картины на широкие ленточные электроды, при этом погрешность задания функций распределенных ис- точников тем меньше, чем больше соотношение линейных поперечных разме5 ров широких и узких ленточных электродов. В зависимости от условия решаемой задачи производится смена голограмм и меняется освещенность решающего фоторезисторного слоя 1 и локальная осве0 щенность зон вспомогательного фоторезисторного слоя 2, при этом обеспечивается селективное оптическое сканирование ленточных электродов, что позволяет одновременно измерять распределение локальной

5 проводимости в решающем фоторезисторном слое при подготовке к решению, обес- . печивая тем самым повышение точности задания параметров моделируемой среды, и одновременно увеличить скорость рёше0 ния за счет одновременной регистрации мо- делируемых параметров в нескольких точках решающего слоя.

Кроме того, устройство позволяет довольно простым аппаратным способом в не5 сколько раз более низким по стоимости, чем программный способ представления графической информации на дисплее с применением ЭВМ, получать топогрэммы параметров моделируемой среды и моделируемой функции.

Формула изобретения 1. Оптоэлектронный процессор для решения уравнений математической физики, содержащий первый и второй источники излучения, оптически связанные соответственно через первый и второй формирователи светового потока с оптоэ- лектронным вычислительным модулем слоисто-пленочной структуры, состоящим из последовательно нанесенных на прозрачную основу прозрачного токопроводящего слоя и первого и второго фоторезисторных слоев, сенсибилизированных к длинам волн источников излучения, установленных с внешних сторон соответствующих фоторезисторных слоев, выводы электродов, расположенных на втором фоторезисторном и прозрачном токопроводящем слоях, являются выходами процессора, управляющие входы источников излучения, и формирователей светового потока являются управляющими входами процессора, отличающийся тем, что, с целью повышения

точности решения и расширения класса решаемых задач, прозрачный токопроводя- щий слой выполнен в виде набора изолированных между собой ленточных прозрачных электродов, электрические выводы которых являются дополнительными выходами процессора.

2. Оптоэлектронный процессор по п. 1. отличающийся тем, что прозрачный токопроводящий слой выполнен в виде набора из п групп (п 2) изолированных между собой прозрачных ленточных электродов различной ширины, электрические выводы которых образуют соответствующие группы дополнительных выходов процессора.

3. Оптоэлектронный процессор по п. 1, отличающийся тем, что первый и второй формирователи светового потока выполнены каждый q виде оптически связанных дефлектора светового потока и матрицы голограмм;

Предлагаемый оптоэлектронный процессор слоисто-пленочной структуры позволяет решать уравнения математической физики. Вычислительный модуль содержит слоисто-пленочный процессор распределенной структуры, содержащий последовательно нанесенные на прозрачную подложку 4 прозрачные ленточные электроды 3 и фоторезисторные слои 1 и 2. Управляющий блок является блоком оптической памяти, содержащим источник когерентного излучения и установленные на пути светового потока от этого источника излучения к фоторезисторным слоям 1 и 2 вычислительного модуля дефлектор 6 с произвольной адресацией и матрицу 7 голограмм. Выводы 9 от ленточных прозрачных электродов являются выходами устройства, а управляющие входы 11 дефлектора являются управляющими входами. Ленточные прозрачные электроды имеют различную ширину, что позволяет решать уравнения математической физики различных видов. Сами по себе ленточные электроды обеспечивают повышение точности решения за счет контроля задаваемых параметров. 2 з.п. ф-лы, 5 ил. ел с

Фиг

JT

±:

ЗЗтВН

Ы VP PS

JT

± ±

JL

JL

±

фиг. 5

JL

фие.Ь