Устройство для коммутации оптических бинарных изображений Советский патент 1993 года по МПК G06E1/00 

с/ С

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использовано в различных оптоэлект- ронных вычислительных системах обработки оптической информации, для перекоммутации двумерных массивов, записанных на оптических информационных картинах. Введение в устройство мультипликатора световых потоков с одного входа на М выходов, дополнительных оптоэлект- ронных затворов и D-защелок картинного типа позволило расширить функциональные возможности (повысить быстродействие) предлагаемого устройства. 4 ил.

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использовано в различных оптоэлект- ронных вычислительных системах обработ ки оптической информации, для перекоммутации двумерных массивов, записанных на оптических информационных картинах.

. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей (повышение быстродействия) за счет возможности за такт логической обработки выполнять перекоммутэцию входных переменных.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства; на фиг. 2 и 3 - примеры реализации блоков временных задержек; на фиг. 4 - пример функционирования устройства с использованием 2-х картинных операндов с размером рабочей апертуры 4x4.

Устройство содержит (фиг. 1) с первого 1i по Н-й 1н оптические входы подачи коммутируемых направлений, соединенные соответственно с первыми оптическими входами блоков временных задержек, причем параллельный оптический выход а- го блока временных задержек, где ,...,.... Н-1 соединен со вторым параллельным оптическим входом (а+1)-го блока временных задержек, второй параллельный оптический вход первого 2i блока временных задержек соединен с оптическим выходом светоизлу- чателя 3 посредством коллиматора 4, параллельный оптический выход Н-го блока 2Н временных задержек соединен с параллельным оптическим входом первого светоделителя 5i, первый параллельный оптический выход b-го светоделителя, где ,..., M-1, М - число выходных коммутируемых направлений, соединен с параллельным оптическим входом (Ь+1)-го светоделителя,

VI

О

ел

4 OJ Ю

второй параллельный оптический выход с- го светоделителя, где ,...,. М, соединен с параллельным оптическим входом 7С устройства, параллельный оптический выход с- го оптоэлектронного затвора 6с соединен с параллельным оптическим входом с-й D-за- щелки 8С картионного типа, параллельный оптический выход которой соединен с оптическим выходом 9с, а вход сброса D-защелок - соединен с выходом элемента НЕ 10, вход которой соединен с анодом светоизлучате- ля 3, катод которого соединен с шиной нулевого потенциала устройства.

БВЗ содержит (фиг. 2) оптически управляемый транспарант 11, управляющий параллельный оптический вход которого соединен с соответствующим параллельным оптическим входом информационного операнда 1а, являющегося первым параллельным оптическим входом данного БВЗ, второй параллельный оптический вход которого соединен с сигнальным оптическим, входом транспаранта 11, сигнальный параллельный оптический выход которого соединен с параллельным оптическим входом светоделителя 12 (СД), первый параллельный оптический выход которого соединен с оптическим входом первого анализатора 12, второй параллельный оптический выход СД 12 соединен с оптическим входом второго анализатора 14, плоскость поляризации которого перпендикулярна плоскости поляризации первого анализатора 13, оптический выход второго анализатора 14 соединен с оптическим входом вращателя плоскости поляризации светового потока, оптический выход которого посредством первого отражателя соединен с оптическим входом волоконно-оптического жгута 15 (ВОЖ), длина которого выбрана в соответствии с порядковым номером данного ВВЗ, оптический выход ВОЖ 15 посредством второго отражателя соединен с первым оптическим входом светообъединителя 16 (СО), второй оптический вход которого соединен с оптическим выходом первого анализатора 13, а оптический выход СО 16 соединен с параллельным оптическим выходом данного БВЗ,

Схема другого варианта БВЗ (фиг. 3) содержит совокупность дискретных ячеек, каждая из которых содержит первый 17 и второй 18 БИСПИН-фотоприемники, первый 19 и второй 20 фотодиоды, первый 21 и второй 22 светодиоды, омические выводы БИСПИН-фотоприемников соединены с шиной питания ячейки, причем совокупность выводов питания всех ячеек образуют шину питания БВЗ, электроды подложек БИСПИН-фотоприемников соединены соответственно с анодами первого 19 и второго 20

фотодиодов, катоды которых соединены с шиной нулевого потенциала, запирающие электроды БИСПИН-фотоприемников 17 и 18 соединены соответственно с анодами

первого 21 и второго 22 светодиодов, катоды которых через первый и второй резисторы соединены с шиной нулевого потенциала, электрод подложки и запирающий электрод второго БИСПИН-фотоприемника 18 соединены посредством конденсатора совокупность оптических входов вторых 18 БИСПИН-фотоприемников образуют первый параллельный оптический вход 1а БВЗ; второй параллельный оптический вход которого образует совокупность оптических входов первых 19 фотодиодов, а параллельный оптический выход данного ВВЗ образует совокупность оптических выходов вторых светодиодов 22, в каждой

ячейке оптический выход первого светодиода 21 соединен с оптическим входом второго фотодиода 20 и первого БИСПИН-фотоприемника 17, оптический выход второго светодиода соединен с оптическим входом первого БИСПИН-прибора 17, емкость конденсаторов всех ячеек равны и соответствуют порядковому номеру данного БВЗ.

Устройство работает следующим образом.

При выставленных значениях информационных операндов 1а() после подачи сигнала запуск производится сброс состояний всех D-защелок 8с (), на второй

параллельный оптический вход первого БВЗ проецируется параллельный световой поток, запускающий первый БВЗ, на выходе которого поочередно с временной задержкой п проецируются изображения Xi и Хь

т.е. инверсное изображение задерживается на время, равное TI .Данные изображения служат для запуска второго БВЗ, т.к. на его второй параллельный оптический вход подаются соответствующие сформированные

изображения. Следовательно, на выходе второго БВЗ 22 последовательно проецируются изображения Xi Х2, Xi X2. Xi Ха, Xi Х2. на выходе последнего БВЗ 2„ последовательно формируются значения всех 2 минтермов изображений Xi Хг ... XH,Xi Х2 ...Хн ( Ti), X.1 Х2...ХН ( Т2 ), ...,XiX2...XH( гн),..., Xi Ха.-.Хн ( т + Т2 + ... + гн). Эти изображения проецируются посредством светоделителей 6с на оптических входах ОЭВ 6i-6M.

Подбирая последовательность управляющих сигналов на каждом из управляющих входов 7i-7M ОЗЭ в соответствующие моменты времени т, т2 . ..., тн ,ri + г2 , ...,

71+ Т2 + ... + Тн - 1 +ТН ВОЗМОЖНО ДОстичь перекоммутации любого из входных операндов Ха путем дизъюнкций определенного набора минтермов. Например, при (фиг. 4) чтобы скоммутировать изображение Xi, следует пропустить через соответствующий ОЭЗ минтермы Xi X2 + Xi Хг и т.д. БВЗ (фиг. 2, фиг. 3) работает следующим образом.

При выставленном значении текущего операнда Ха на первом параллельном оптическом входе БВЗ подачей изображения, формируемого предыдущим БВЗт - БВЗа-1 достигается запуск а-го БВЗ. Изображение f(Xi,..., Xa-i) перемножается с операндом Хд по логическому И, на оптическом выходе данного БВЗ последовательно во времени с временной задержкой проецируются изображения:

f(Xl,....Xa-l)Xa И f(Xl.....Xa-l)Xa. где

f(Xi,...,Xa-i) - часть произвольного минтер- ма, полученного путем логического перемножения значений прямых и инверсных изображений Xi,...,Xa-i. Выполнение данной операции по схеме на фиг. 2 достигается за счет разделения светового потока с транспаранта 11 и выбором взаимоперпендикулярных плоскостей поляризации.первого 13 и второго 14 анализаторов,на выходе которых формируются требуемые изображения. В одном из каналов, например, втом, где изображение Ха с инверсией, ставится ВОЖ 15, длина которого выбирается с учетом обеспечения требуемой задержки та, т.е. в каждом БВЗ формируется своя временная задержка с целью того, чтобы избежать возможности пересечения (слияния) формируемых значений минтермов. Следует отметить, что для работы БВЗ по схеме фиг. 2 запуск первого БВЗ-должен осуществляться соответственно поляризованным светом (направление поляризации такое же, как и на выходе), что достигается подбором линзы с соответствующим образом поляризованным выходным световым потоком. Аналогично работает БВЗ: на дискретных ячейках с применением БИСПИН- фотоприемников. .При выставленном значении текущего операнда на первом оптическом входе БУВЗ второй светодиод 22 формирует оптический сигнал, который производит к уменьшению сопротивления первого БИСПИН-фотоприемника 17 до такого значения, при котором первый светодиод 21 начинает излучать, облучая одновременно второй фотодиод 20 и оптическую апертуру первого БИСПИН-фотоприемника 17. Посу- ти первые БИСПИН-фотоприемник 17, фотодиод 19 и светодиод 21 представляют собой оптический RS-триггер на уровне ячейки, оптическая апертура БИСПИН-фотоприемника есть S-вход, а оптическая апертура фотодиода является R-входом. При подаче оптического сигнала на оптический вход первого фотодиода 19 светодиод 5 21 сбрасывается, следовательно, неосвещенным становится второй фотодиод 20 и на оптическом выходе второго светодиода 22 возникает короткий импульс, величина которого пропорциональна времени заряда

0 конденсатора 23. Емкости конденсаторов по ячейкам для каждого БВЗ подобраны так. чтобы обеспечить свое время задержки (аналогия с выбором длины ВОЖ 15 на фиг. 2) таким образом, на выходе второго свето5 диода 22 последовательно формируются сигналы соответствующие значениям сначала прямого сигнала Ха. затем с временной задержкой та инверсного сигнала Хэ.

Пример формирования во времени изо0 бражений возможных минтермов раскрыт на фиг. 4 () для апертуры 4x4. Управляющие сигналы подобраны для перекоммутации изображений с первого оптического входа на второй оптический вы5 ход. и наоборот, со второго оптического входа на первый оптический выход. Наличие связи входа запуск со входами сброс D-за- щелок 8С с инвертированием обеспечивает динамический режим работы устройства. В

0 этом случае необходима периодичность сигналов на входе пуск с периодом Т Ъ

i 1

Докажем, что поставленная цель до- с стигнута. Заявленное устройство обладает расширенными функциональными возможностями, т.к. наряду с самой общей перекоммутацией оптических картин с Н оптических входов на М оптических выходов

Q на каждом из данных выходов наряду со значениями Xi,...XM могут быть получены любые другие изображения, являющиеся значениями логических функций данных операндов. Например, легко получить на опс тических выходах значения инверсных изо- бражений, что достигается выбором соответствующей последовательности управляющих сигналов на управляемых входах ОЭЗ. При этом достигается

Q значительная простота управления, т.к. выбор направления коммутации задается лишь кодовой комбинацией на управляющих входах ОЭЗ, а изменять комбинации управляющих сигналов легко. Расширение

с функциональных возможностей возможно достичь за счет того, что имеется возможность вместо ОЭЗ использовать оптический блок, выполняющий функцию логическое И, например, оптически управляемый транспарант, блок из дискретных элементов, выполненных на фотоматериалах с использованием БИСПИН-фотоприемников. В этом случае в качестве управляющих сигналов 7С следует задавать матрицы управляющих сигналов из 0 и 1. Комбинации таких сигналов по отдельным частям оптической

Формула изобретения Устройство для коммутации оптических бинарных изображений, содержащее с первого по Н-й блоки временных задержек, где Н - число входных коммутируемых направлений, с первого по К-й светоделители, где (H,M), M -число выходных коммутируемых направлений, первый оптоэлектрон- ный затвор, светоизлучатель и коллиматор, причем оптические выходы светоизлучателя соединены с оптическими входами коллиматора, отличающееся тем, что, с целью увеличения быстродействия, оно содержит с второго по M-й оптоэлектронные затворы, с (К+1)-го по Р-й светоделители, где {Н,М), с первой по М-ю D-защелки картинного типа и элемент НЕ, причем вход запуска устройства соединен с входом анода свето- иэлучателя и с входом элемента НЕ, выход которого соединен с входами сброса D-за- щелок картинного типа с первой по М-ю, параллельные оптические выходы которых соединены соответственно с первого по М-й параллельными оптическими выходами устройства, выход катода светоизлучателя соединен с шиной нулевого потенциала устройства, с первого по Н-й параллельные

апертуры обеспечат перекоммутации различных частей результирующих оптических апертур, составленных при помощи соответствующих частей оптических апертур входных изображений.

оптические информационные входы устройства соединены соответственно с первого по Н-й первыми параллельными оптическими входами блоков временных задержек, оптический выход коллиматора соединен с

вторым параллельным оптическим входом первого блока временных задержек, параллельный оптический выход а-ro блока временных задержек, где ,...,Н-1, соединен с вторым параллельным оптическим входом

(а+1)-го блока временных задержек, параллельный оптический выход Н-го блока временных задержек соединен с параллельным оптическим входом первого светоделителя, первый параллельный оптический выход Ьго светоделителя, где ,...,Р-1, соединен с параллельным оптическим входом (Ь+1)-го светоделителя, второй параллельный оптический выход с-го светоделителя, ,..., Р, соединен с параллельным оптическим

входом с-го оптоэлектронного затвора, управляющий вход которого соединен с с-м управляющим входом устройства, параллельный оптический выход с-го оптоэлектронного затвора соединен с параллельным

оптическим входом с-й D-защелки картинного типа.

Фи г. 4

Y,

%

9™

Ym

//Ч-tf- M

$

I

i

/

.А±

з &&--/ii Ък Т хх. ;хг

/

t

7-м

Фиг. 3