СУММАТОР ОПТИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ Советский патент 1970 года по МПК G06E1/02 

Изобретение относитея к вычислительной технике и может быть использовано в вычпслительны.ч машинах в качестве лотического элемента, нролзводящего су.ммирование по модуля.м 2,3, ..., .V.

Известно оптическое устройство, предназначенное для выполнения логических онераций со све1Ч)выми сигпала.ми и содержащее интер(о.ро.мет) со светоделительной поверхностью. В этом уетройстве для фор.мированпя выходного сигнала используется только часть энергнп входного сигнала. Таким образом, каждый акт нреобразования информации ириводит к потере не менее 50% входной энергии, что сужаег область применения извеетно.о устройства. Кроме того, оно способно пронзводпь су.ммирование только по модулю 2. Суммирование но более высоким модулям с помощью известиого утройства невоз.можно в принципе.

Предложенный сумматор отличается тем, что на его входе расположена расширяющая система для преобразования световых картин в квадратную матрицу, например цилнндрнческпй обьектив, после которого по каналам, соответствуюи1им слагаемы.м, расположены система ромбических ириз.м с последовательно умепьп а опич 1ся высотой, число которых на единицу .MCHbHje модуля суммирования, и приз.ма Довэ; на выходе указанных каналов расиоложен пптерференционный с.месптель, за которым размещена сужающая система. Это позволяет повысить световой к.п.д. п обеспечить су.ммирование по любому модулю.

ia фиг. 1 изображена оптическая схема предложенного еу.мматора; па фпг. 2 - его обпип вид; па фиг. 3 - изображения нсход 1ых сигпя.тов по . 2 и 3; на фиг. 4 - ход лучей в ромбической призме; на фиг. 5 -

с.хе.ма трансформаций прп суммировании по модулю 3 для всех возможных комбинацпй сигналов: а - трансформации в 1 канале сумматора, содержащем ромбические призмы; б - трлпсфор.маипи во 2 капале, содержащем

призмV Довэ; в - результат иптерфере 1циоп1 ого совмсщеп1гя в интерференцпонном смесителе; на фиг. () - - схема тpaнcфop aций при сУлП прОБании :io модулю 2 для всех возможных комбпиаци сигналов; а - трансфор. в 1 канале, о - трансформаипи во 2 канале, в - результат интерференционпого совмеп1ения в смесителе.

,Модул1зИый сумматор содерж11т два независимых доуг 01 друга капала. Первый канал

сбразозл системой ромбичес -:их иризм /, второй - i p ;3MOi i ДоБЭ 2. Перед каналами хстаио.Блена pacnnijniioHuui оптическая система, nanp;iN;ep цилиндрически объектив 3, ось ь0 0рог() .чтиэовача гак. как иоказапо па

том так, что их диагонали лежат иа одиоп прямой. Каждая последующая ири.чма но высоте .меньше иредыдуще) иа одну и ту же ве.тичину. Колнчеетво пр .им зазиснт от модуля .V и равно Л-1. Па фнг. 1 и 2 cy.MMaioji е двумя нрнзмамн, снособиьп производить суммирование ио модулям 2 и 3.

После каналов уетаиовлен смеситель 4, в качестве которого использован нлосконараллельньп брусок ео еко1иениым краем. Изображение из с.иеснтеля ноступает в сужаюгную оптическую систему, нанример цнлиндрнчсекн.й объектнв, ось которого орнеитирована так, как ноказано на чертеже. Смеснтель установлен от обьекгива 5 на дв;)нном фокусном расстоянии иоследиего. Вы.ходной сигнал нри этом наблюдаогея в фокусе объектива 5.

Псходные снгналы иредставляются в виде строк с темными и светлыми клетками {фиг. 3). Светлые клетки соотвегстр.уют иаличию света, темные - отсутствию. Снгиал «О нри любом модуле нредсгавляется строкой, все клетки которой, кроме крайиеГ ираво, светлые. Число клеток в строке равно показателю модуля ,V. При измеиеиии числа от О до .V-1 теимая клетка иоследователык) неремеи;ается слева наираво. Крайнее левое ио.тожение темной клетки соответсгвует чис.ту Л - 1.

Сумматор работагт следуюн1нм образом.

Для работы су.мматора необходи.м когерсигный свет. Исходные сигналы 6 и 7 иосгунают на объектив 3, расширяющий нзображенне строки. При этом иолучаются л адрап1ые матрииы 8 и 9 (фиг. 6). Матрица .9 направляется на систему ромбических призм /. Как указывалось Ebiuie, каждая последующая гфизма ниже нредыдунхей на высо1у строки квадратной матрниы, сформированио раси1иряющей еистемой, а нервая иризма ииже матрицы также иа высоту строки. Благодаря этому иервая строка матрнць нроходит над системой нризм без изменения, вторая ироходит только через нервую нризму, третья - через нервую и вторую, и т. д. Особенность хода лучей в ро.мбических нрнзмах (фнг. 4) приводит к тому, что система нрнзм / формнрует из исходной матрицы новую матрнну W. Трансформация ири этом заключается в круговой перестановке веех элементов матрины 9 за исключением элементов иервой строки.

Во втором канале исходная матргщы 8 ионадает на нризму Довэ 2, в результате чего оказывается иовернутой иа 9(Г. Таким образом, формируется иовая матрица //.

Изображения, сформированные в обеих каналах, нонадают в интерфереициоиный емеситель 4, в котором нроисходит совме1цсние изображеиш и их интерференционное взаимодействие, состоящее в иптерфереициоииом гаи1ении-проиускаиии. Для иитерференциоииого гашеиия-нронуска.чия сигиалов при совмещеиии изображений иеобходимо нз: 1ен1ггь фазу одного из них ио отна1иеиию к другому иа 180°, что достигается подбором смесителя соответствующей толщииы. Предполагается, что амплитуды световых во.чн, )а;1;ространяющихся в иернол и втором ка:1алах. равны. Таким об пазом, нрн совментсии двух свег.плх клеток в CMccirrcJie получится черная -- 01сутсгвие света. Образовавшаяся в смесителе -4 квадратная .матрица 12 иоиадает в сужакт1.ук) систему, фор.миру1ои1у1о изображение строки 13. При этом и|)оисход| г совлкмдеиие етрок и наложение элементов матрицы, лежащих иа одной

вертикали. И;)11 наложении светлого ноля на те.мное иолучается светлое ;1оле, п)и наложсипи еветлого поля иа светлое - также свеглое, иоскольку все участки с)р()ита волны, выН ед1не1 1 из смесителя 4. находятся в фазе друг

с другом. В результате сужающая систе.ма

сформнрует изображение выходного сигнала,

которы является ИСКОМОЙ модульной суммой

в ир1И1Ятом выи1е представлении.

Сумматор можег производить суммирование

в иринциие но любо.му .моду.тю. Показатель модуля оиределяется количество.м нрнзм /. Если количество иризм равно .V, то можлю нолучить суммы но веем модул51М от 2 до две призмы позволяют сумми)овать ио модуля.м 2

11 3, три ;1ризмы - ио модулям 2, 3 и 4 и т. д. При этом ие требуется никакой дополпитель1ШЙ иаетрО ки, иоскольку ycipoiicTBO автоматически выдает суммы ио нужному модулю ири ноявлсиии lia его входе сигиалов в даиио.м .модуле.

В фо)М11р015аг111и вьг од:чо;о спгиала исиольз ется иочти вся энсрг11Я входньгх еигналов. iacTb энергии теряется .тишь при ноглощеиии евета в 1-ранс(1)опмиру1ои1.их элементах. Стеиеиь пог/ющения зависит or 11розрачиост11 материала, из которого эти элементы нзготовлены. Просветление всех оитических деталей может знач1ггельио иовьклггь прозрачность трансформирукмцих элеме пов и тсм

сиизить потери энергии.

Поскольку сумматор ие содержит сред, то скоросгь выиолиеии.я оиерации оиреде.тяетея лиццз оитической длнноГ нути света в нем и составляет величииу, еиьи.1ую чем

10 - сек иа одиу операцию.

П р е д .м е т и з о б р е т е н и я

Су.мматор 01ггичееких сигиалов, заданных в

виде картин ирямоугольиой формы, содержа цин оптический интерферометр, отличающийся тем, что, с целью повьппеиия светового к.и.д. и обеспсчеппя возможностп сул1мироваиия по любому модулю, на его входе расиоложеиа раси1иряюи1ая система для преобразования световых картин в квадратную матрицу, иацрпмер цилиндрический объектив, после которло ио ка 1алам, соответствующим слагаемым, расположеиы система ромбических

прпзм с иоследор ат елыю умеиьи ающейся высотой, число которых на единииу меньще модуля суммн)ова;1ия, и нризма Довэ; на выходе указаииых каналов расположен и ггерференигонньп емсситель, за которым размещена