Устройство для воспроизведения логических функций Советский патент 1993 года по МПК G06E3/00 

Изобретение относится к оптоэлектрон- ной аналоговой вычислительной технике и может быть использовано в системах опти- чесюй обработки информации с помощью некогерентной оптики.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей, за счет реализа- ции логических функций с двумя состояниями устойчивого равновесия в ре- али ом масштабе времени.

На фиг.1 представлена функциональная схема устройства для воспроизведения логических функций; на фиг.2 - схема оптически вправляемого транспаранта по пункту 2 формулы изобретения; на фиг.З - один из. возможных вариантов выполнения устройства для воспроизведения логических функций; на фиг.4 - схема оптического управляемого транспаранта по пункту 3

фор

улы изобретения.

Устройство для воспроизведения оги- ческих функций (фиг.1), содержит первый оптрзлектронный информационный канал

1, включающий первый 2 источник излучения, входной транспарант 3,проекционный объектив 4, первый Б светофильтр, оптически управляемый транспарант 6, второй 7 источник излучения, второй 8 светофильтр, поляризатор 9,анализатор 10,полупрозрачное зеркало 11, фотоприемник 12. линзу 13, затвор 14, а также второй 15 оптоэлектрон- ный информационный канал, включающий первый 16 источник излучения, входной транспарант 17, проекционный объектив 18, первый 10 цсветофильтр, оптически управляемый транспарант 20, второй 21 источник излучения, второй 22 светофильтр, поляризатор 23, анализатор 24, полупрозрачное зеркало 25, фотоприемник 26, линзу 27, затвор 28. Выход фотоприемника первого оп- тоэлектронного канала соединен с входом первого 29 усилителя, выход которого соединен с входом первого 30 управляемого, источника питания, выход которого подключен к электрическому вводу, оптически уп- равляемого транспаранта второго

(Л

с

00

со

VI

со со

о

оптоэлектронного информационного канала, выход фотоприемника аторого оптоэлек- гронного информационного канала соединен с входом второго 31 усилителя, выход которого соединен с входом второго

32управляемого источника питания, выход которого подключен к электрическому входу оптически управляемого транспаранта второго оптоэлектронного информационного канала. На фиг.1 приняты также следующие обозначения, Ф8х1, Фвх2 - потоки записывающего излучения, Фс1, Фс2 - потоки считывающего излучения. ФВых1, Фвых2 - потоки, несущие выходные изображения, Т-функционалъное обозначение логического оптического элемента с двумя состояниями устойчивого равновесия, А1.-А2 - вход, а, выходы.

Оптически управляемый транспарант 6/20/ состоит (фиг,2) из последовательно расположенных на оптической оси первой

33стеклянной подложки, первого 34 прозрачного электрода, фоточувствительного 35, блокирующего 36, зеркальноогражаю- щего 37 первого 38 ориентирующего и электрооптического 39 слоев, а также второго 40 ориентирующего слоя, второго 41 прозрачного электрода и второй 42 стеклянной подложки. Толщина электрооптического слоя задается прокладкой 43.

8 варианте исполнения устройства (фиг.З) используется оптически управляемый транспарант (фиг.4), работающий на просвет (без зеркальноотражающего и блокирующего слоя).

Устройство работает следующим образом.

Устройство находится в таком устойчивом состоянии, когда оптически управляемый транспарант 6 открыт, а оптически управляемый транспарант 30 закрыт, то есть электрооптический слой 39 оптически управляемого транспаранта 6 имеет минимальную оптическую плотность, а электрооптический слой 38 оптически управляемого транспаранта 20 - максимальную, В этом случае поток считывающего излучения ФС1, создаваемый источником 7 и прошедший светофильтр 8 беспрепятственно пройдет электрооптичёский слой 39 оптически управляемого транспаранта 6, отразится от зеркальноотражающегол слоя 37 и, пройдя электрооптический слой 39 в обратном на- правлении поступит на фотоприемник 12, сигнал с выхода которого поступает на вход первого 29 усилителя.

С выхода усилителя 29 сигнал поступает на инвертирующий вход первого 30 управляемого источника питания. В результате с выхода источника питания 30 на вход опти0

5

0

5

чески управляемого транспаранта 20 подается некоторое минимальное напряжение питания Un2. Это приводит к тому, что электрический слой 39 оптически управляемого транспаранта 20 удерживается в закрытом состоянии, то есть оптическая плотность электрооптического слоя 39 велика и поток считывающего излучения ФС2,создаваемый источником 21 и прошедший светофильтр 2 полностью поглощается в электрооптическом слое 39, значит,на входе фотоприемника 26 отсутствует какой-либо световой поток. Следовательно,на выходе фотоприемника 26 и усилителя 31 сигналы отсутствуют, а значит на вход оптически управляемого транспаранта 6 подается некоторое максимальное напряжение питания U n1. обеспечивающее, удержание оптически управляемого транспаранта в открытом состоянии, то есть электрооптический слой 39 оптически управляемого транспаранта 6 имеет минимальную оптическую плотность. Первый 1 и второй 15 оптоэлектронные каналы образуют логический элемент с двумя устойчивыми состояниями, имеющий два информационных входа А1 и А2 и два выхода Q и Q. При поступлении на фоточувствительный слой 35 оптически управляемого транспаранта 20 изображения входного

0 транспаранта 17 (поток Фох2), в мируется определенный рельеф распределения освещенности, адекватный формируемому изображению. Это вызовет в светочувствительном слое 35 локальные

5 изменения электрических свойств (изменение электропроводимости вследствие гене- рации дополнительного количества носителей (зарядов), а еледовательно,приведет к увеличению напряжения, приклады0 ваемого к электрооптическому слою 39 в соответствующих участках и изменению его оптической плотности. В результате данные участки слоя 39 становятся прозрачными для потока считывающего излучения ФС2

5 формируемого источником 21. Отразившись от зеркальноотражающего слоя 37 оптически управляемого транспаранта 20 поток считывающего излучения поступает на полупрозрачное зеркало 25. где он разделяется на два потока, один из которых является выходом второго 15 оптоэлектронного информационного канала, а второй поступает на фотолриемник 26. Поток Фвых2/0 / поступает на линзу 27,8 фокальной плоскости которой в лучах считывающего излучения формируется изображение входного транспаранта 17, Одновременно с выхода фотоприемника 26 на вход усилителя 31 поступает некоторый сигнал, который далее поступает на инвертирующий вход второго

0

5

з:

зультате с выхода источника питания 32 на вход оптически управляемого транспаранта подается некоторое минимальное нэпряуправляемого источника питания. В репрозрачными для потока считыеакнце излучения ФС1. Отразившись от зеркальноот- р а жа ю щ е г о слоя 37 оптически управляемого транспаранта 6 поток считы

эд

о электрооптический слой 39 оптически управляемого транспаранта 6.переводится закрытое состояние, при котором имеет место его максимальная оптическая плот- юсть. Такое переключение электрооптичя- екого слоя 39 происходит в результате в здействия вязко-упругих свойств элекг- юптического материала (в нашем случае. ;матического жидкого кристалла) при леньшении Un1 до величины меньше поро- гбвой Unoplj определяющей переход Фре- дирикса второго рода в жидком кристалле, Восстановление исходной (характерней для мнового состояния) ориентации осей мо- :кул жидкого кристалла (слоя 39) приводит тому, что поток считывающего излучения 1, создаваемый источником 7 и прошед- о|ий светофильтр 8, поглощается в электрооптическом слое 39, а Ф

Т

т

значит на входе

этоприемника 12 отсутствует световой по- к. На выходе фотоприемника 12 и усили- ля 29 сигнал равен 0, а значит, с равляемого источника питания 30 подает- некоторое напряжение Un2 питания,вели- на которого больше величины порогового

2S

ение питания Un1. Это приводит к тому, 5 дающего излучения поступает на полупрозрачное зеркало 11 и разделяется на два. Один из потоков является выходом первого 1 спгозлектронного информационного ка- на.ла. а второй поступает на фотоприемник

15 мз вход усилителя 29 поступает сигнал, который затем подается нл инвертирующий вход управляемого источника питания 30. С выхода источника питания 30 на вход оптически управляемого транспаранта 20 пода20 ется некоторое минимальное напряжение питания ип2, величина которого меньше порогового Unop2. Это приведет к тому, что в электрическом слое 39 оптически управляемого транспаранта 20 произойдет восста25 новление исходной ориентации осей молекул (директора) жидкого кристалла, то есть произойдет переключение оптически управляемого транспаранта 20 в закрытое состояние, а следовательно выхода Q

30 будет снято соответствующее изображение входного транспаранта 17.Таким образом, оптический логический элемент будет переведен во второе устойчивое состояние. В дальнейшем, при подаче на вход А2 очеред35 ного оптического сигнала (изображение транспаранта 17), будет опять лавинообразно развивать процесс переключения элемента, который закончится закрыванием оптически управляемого транспаранта 6, и

40 открыванием ранее закрытого оптически управляемого транспаранта 20.

В другом варианте выполнения оптически управляемых транспарантов 6, 20 (фиг.З, 4),работающих на просвет отсутству 15 .юг зеркзльноотражающий и блокирующий слои. Однако в этом случае необходимо строгое согласование спектрального диапазона потека записывающего излучения ФВх с диапазоном спектральной чувствительно50 сти фоточувствительного слоя 35 и его развязка со спектральным диапазоном потока считывающего излучения Фс. Процесс переключения устройства, приведенного на . фиг.2, аналогичен ранее рассмотренному

55 (фиг.).

На фиг.5 приведена временная диаграмма работы устройства, для воспроизведения логических функций, где Фвх1, Фвх2, соответственно входные оптические сигнаю р

После прекращения поступления на в од оптически управляемого транспаранта 2(1 потока ФВХ2 (например при срабатывании затвора 28), на выходе второго 15 опто- электронного информационного канала о оль угодно дол го удерживается изображение входного транспаранта 17 в лучах считывающего излучения (поток ФВых 2) вследствие некоторого увеличения напряжения питания Un2. Следовательно за счет положительной обратной связи (элементы 2( -31-32-6-7-12-29-30) в схеме имеет место

-р генеративный лавинообразный процесс переключения оптозлектронного устройства.

При поступлении на фоточуветвитель- ний слой 35 оптически управляемого транспаранта 6 изображения входного

.транспаранта 3 (лоток ФВх1), в слое 35 формируется рельеф распределения освещенности, адекватный формируемому изображению. Это вызовет в фоточувстви- тепьном слое 35 локальные изменения элек- трических свойств, что с свою очередь приведет к увеличению напряжения, при- кл|адываемого к электрооптическому слою

в соответствующих участках, и изменению его оптической плотности. Вследствие этзго данные участки слоя 39 становятся

лы устройства. Фвых 1 и ФВых 2 - сигналы выхода в потоке считывающего излучения.

Следует отметать, что прохождение считывающего потока через преобразователь описывается выражением:

It sln22.)

где Т()- нелинейная функция, связывающая запаздывание с интенсивностью I светового потока Ф,

9 -угол между плоскостью поляризации падающего света и проекцией оптической оси директора жидкого кристалла на входную плоскость.

Приведенное выражение справедливо при использовании твист-эффекта, S.- зффект. в жидком кристалле (слой 39) и при скрещенном расположении поляризаторов 9, 23 и анализаторов 10, 24 в каналах считывающего излучения, Исходная ориентация осей молекул жидкого кристалла задается ориентирующими покрытиями 38, 40 и взаимной ориентацией стеклянных подложек 33, 42уМа которые методом моннО-плззмен- ного распыления наносятся прозрачные электроды 34, 41 состава lUaOs, Sn02, обладающие пропусканием в широком спектральном диапазоне не менее 93-95% при удельном сопротивлении 30-50 Ом/fr. Ориентирующие слои представляют собой напыленный под углом 85° к нормали подложки слой моноокиси кремния толщиной 100-120°А, а также мономолекулярный слой поверхностно активного вещества (поливиниловый спирт). В качестве электро- оптического материала, как было приведено в качестве примера, могут применяться смеси нематических жидких кристаллов (смеси азоксисоедииений). При работе с ЖК толщина фоточувстеятельного слоя 35 составляет 0,3-0,5 мкм, при толщине слоя ЭК 1-5 мкм. задаваемого поливинмлбутиральными прокладками 43. В качестве фоточувствительного слоя 35 используются фотополупроеодмиковые соединения груп- пы AflB (CsS, Cd Se и др.);полученные методом катодного распыления.

Предлагаемое техническое решение обладает простой конструкцией, позволяет при работе с двумерными изображениями реализовать логический оптический элемент с двумя состояниями устойчивого равновесия, предназначенный для использования в фотограмметрических комплексах при обработке и анализе аэрофото- негативов значительных размеров (до 30x60 мм).

Устройство простое в изготовлении за счет использований стандартной тонкопленочной технологии, обладает высокой чувст-7 5

вительностью (не хуже 10 Дж/см ) и сроком службы до 10000 ч.

Формула изобретения

0 транспарант, первый светофильтр, проекционный объектив и оптически управляемый транспарант, электрический вход которого подключен к выходу управляемого источника напряжения, а также оптически

5 связанные второй источник излучения, второй светофильтр, оптически управляемый транспарант, один из выходов преобразователя и фотоприемник, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональ0 ных возможностей за счет реализации логических функций с двумя состояниями устойчивого равновесия в реальном масштабе времени, в него введены два усилителя и Второй оптозлектронный информацион5 ный канал, выполненный идентично первому оптоэлектронному информационному каналу, выход фотоприемника которого через первый усилитель подключен к входу управляемого источника напряжения второ0 го оптоэлектронного информационного канала, выход фотоприемника которого подключен к входу управляемого источника напряжения первого оптоэлектронного информационного канала.

5 подложками с нанесенными на них соответствующими слоями введен электрооптический материал, причем диапазон спектральной чувствительности фоточувствительного слоя равен диапазону спект0 рального пропускания первого светофильтра, а диапазон спектрального пропускания второго светофильтра находится за пределами чувствительности фоточувствительного слоя.

5 3. Устройство по пп.1 и 2, отличаю- щ.е е с я тем, что в оптически управляемом транспаранте на первой стеклянной подложке между фоточувствительным и ориентирующим слоями нанесены блокирующий и зеркально отражающий слои.

.

(ШгхЩ.Ж/

#N

и 5J 3$

№j 2Щ ЮП

/

«.

LJ V. 7l7

Т- №15гг

/г

v iV

ft

Г/

J&T0

«.

/г

i

2/ /

OCCZ.C81