Оптоэлектронный двумерный регистр сдвига Советский патент 1977 года по МПК G11C19/30 

1

Изобретение относится к области радиоэлектроники и оптоэлектроники и предназначено для использования в цифровых и оптических вычислительных машинах.

Известны оптоэлектронные двумерные регистры сдвига.

Один из известных оптоэлектронных регистров сдвига содержит электролюминесцентный токопроводящий и фоторезксторный слои, а также оптически связанный с эле- ментами электролюминесцентного слоя шифратор, выполненный в виде параллельно расположенных питающих и выходных проводящих шин, соединенных фоторезистивными перемычками в соответствии с заданной системой кодирования 1J.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является оптоэлектронный двумерный регистр сдвига, содержащий матрицу оптоэлектронных элементов, электрические сигнальные входы которых соединены с источником управляющего напряжения, и источники параллельного светового потока 2.

Недостатком таких устройств является сложность сопряжения фотоэлектрических элементов с источниками света, так как каждый из них обладает селективностью, а соединения между элементами осуществляются посредством многократного преобразования энергии.

Функциональные возможности этих устройств ограничены, так как они не способны работать в режиме инвертирования изображения.

Целью изобретения является расширение области применения и упрощение конструкции регистра.

Поставленная цель достигается тем, что в регистр введены дополнительная матрица оптоэлектронных элементов, электрические сигальные входы которых соединеньг с введенным дополнительным источником управляющего напряжения, и два управляемых транспаранта, каждый из которых установлен между соответствукяцим источником параллельного светового потока и соответст вующей матрицей оптоэлектронных элементов, сигнальные выходы управляемых транспарантов связаны с оптическими сигнальными входами каждого оптоэлектронного элемента соответствующей матрицы, а считывающие выходы управляемых транспаран тов по числу оптических считывающих входов оптоэлектронного элемента связаны с соответствующими оптическими входами каждого оптоэлектронного элемента соответствующей матрицы. Причем оптические выходы оптоэлектронных элементов основ- ной матрицы связаны с оптическими сигнал ными входами каждого соседнего оптоэлект ронного элемента по столбцу и строке допо нительной матрицы, оптические выходы оп тоэлектронных элементов которой являются оптическими выходами регистра. Особенность выполнения оптоэлектронног двумерного регистра сдвига состоит в том, в нем оптоэлектронный элемент выполнен в виде четырех пар последовательно соедине ных фотоэлектрических преобразователей и модуляторов света и накопительного конде сатора, подключенного обкладками ко входам модуляторов света, оптические входы и выходы которых являются соответствен- но оптическими считывающими входами и оптическими выходами оптоэлектронкого элемента, оптические сигнальные входы ко торого являются сигнальными входами фотоэлектрических преобразователей. На фиг, 1 представлена принципиальная схема оптоэлектронного двумерного регист ра сдвига; на фиг. 2 - электрическая схема оптоэлектронного элемента матрицы. Регистр сдвига содержит основную 1 и дополнительную 2 матрицы оптоэлектронных элементов, основной 3 и дополнительный 4 источники управляющих напряжений, источники параллельного светового потока 5, управляемые транспаранты 6. Каждый оптоэлектронный элемент основной матрицы 1 { 1, J) и дополнительной матрицы 2 ( чг, J2 содержит четыре модулятора света 7-1О; четыре фотоэлектрических преобразователя 11- 14 и накопительный конденсатор 15. {i, j номера столбцов и строк элементов матриц 1 и 2, соответственно, принимают значения от 1 до Т1 ); считывающие выходы 16-19 одного управляемого транспаранта 6 считывающие выходы 20-23 другого управляемого транспаранта 6, сигнальные выходы 24, 25 соответствующих управляе мых транспарантов 6. На фиг. 1 и 2 цифрами обозначены сиг- нальные оптические входы оптоэлектронного элемента 26-29 и ЗО-ЗЗ; считывающие оптические входы оптоэлектронного элемента 34-37; оптические выходы оптоэлектронного элемента 38-41. Электрические входы 42, 43 оптоэлектронных элементов зсновной матрицы 1 соединены с основным источником управляющих напряжений 3, а электрические входы 44,45 оптоэлектрокяых элементов дополнительной матрицы 2-е дополнительным источником управляюидих напряжений 4. Устройство работает следующим образом. Каждый управляемый транспарант 6 имеет по четыре считывающих выхода 16- 19 и 20 - 23, которыми осуществляется выбор направления сдвига изображения. Пусть каждый из считывающих входов 1619 одного управляемого транспаранта 6 воздействует, соответственно, на считывающие входы мoдJлятopoв света 7-10 во всех оптоэлектронных элементах основной матрицы 1, а каждый из считывающих выходов 20-23 другого угфавляемого транспаранта 6 воздействует, соответственно, на считывающие входы монуляторов света 7-10 во всех оптоэлектронных элементах дополнительной матрицы 2. Сигальные выходы 24, 25 управляемых транспарантов 6 воздействует на сигнальные входы 26 29 фотоэлектрических преобразователей 11 14 во всех оптоэлек- тронных элементах обоих матриц 1, 2. Оптоэлектронньга элемент имеет четыре сигнальных оятических вхоц - которые совпадают с оптическими входами фотоэлектрических преобразователей 11-14, Для простоты связи между матрицами 1, 2 каждый вход фотоэлектрического преобразователя 11-14 геометрически разделен на два. Поэтому четыре сигкалькьтх оптических вхопа 26 - 29 оптоэлектрокного элемента служат для записи первэначапьной информации, они связаны с сигнальными выходами 24,25 управляемых транспарантов 6, а другие четыре сигнальных входа ЗО - 33 для записи информации с одной матрицы на другую матрицу, связаны с оптическими выходами оптоэяектронного элемента. Эта связь, благодаря определенной взаимной ориентации обеих матриц 1, 2 осуществляется следующим образом. Световые потоки с оптических выходов 38 - 41, например, оптоэлектрокного элемента (1-),/) основной матрицы 1 поступают на оптичес - кие сигнальные входы оптоэлектронных элементов дополнительной матрицы 2, т.е. соответственно, на вход 32 в оптоэлектрон- ном элементе ( , J °Д птоэлектронном элементе (i,J }, ка ход 30 в оптоэлектронном элементе (J. 1 2 31 в оптоэлектронном лементе 7, / - -f ).

Таким образом,информация, записанная в оптоэлектрпнном элементе (ij , j ) основной матрицы 1, может быть переписана в один из четырех оптоэлектронных элементов (-fj.,- , jj)

(1, U ). --z /2 - дополнительной матрицы 2, а в какой именно оптоэпектрсданый элемент будет перепвЕсана информация, т.е. куда информация будет сдвинута, определяется выбором очйты вающего светового потока, соответствующе- го считывающим выходам одного управляк щего транспаранта 6.

Каждый оптоэлектронный элемент имеет четыре оптических считывакнцих входа, которые совпадают с оптическими входами модуляторов свет-а 7-10.

Оптические выходы оптоэлекгр энного элемента совпадают- с оптическими выходами модуляторов света 7 « 1О.

Оптические выходы, входы регистра сдвк га совпадают с оптическнми выходами, дами оптоэлектронных элементов. Электрические входы 42, 44 явлшотся сЕГкапьными входами в оптоэпектронных элементах, к котсфым подключаются фотоэлектрические преобразователи 11-14 всех оптоэлект- ронных элементов ОСНОВЕОЙ 1 и дополни телъной 2 матриц соответственно. Электрические входы 43, 45 служят для непосред ственкого заряда накопитепьшлх конденсаторов 15 во Всех оптоэлектронных элементах обеих матриц 1, 2.

Работа оптоэлектроннот1Э элемента каждой матрицы 1, 2 складывается из следующих этапов.

Заряжают накопительный конденсатор 15 путем подачи потенциала на входы 42, 44 и светового сигнала на входы 26-29 оптоэлектронных элементов в обоих матрицах

1,2. Подают логические сигналы х. - х на оптические входы 26-29 и низкий потенциал - на входы оптоэлектронного элемента 42 К 44. При этом, сели на фотоэлектрические преобразователи 11-14 воз действует световой поток высокой (низкой интенсивности, то накопительный конденсатор 15 разрядится (останется заряженным). При подаче считывающего светов« го потока на соответствующие оптические входы 34-37 оптоэлектронного элемента на его выходах 38- 41 будет световой поток низкой (высокой) интекЕсивности. Таким образом, реализуется функция У X.VX-VX, V X л-т.е. оптоэлектт.. -

ровный элемент работает в режиме инвертирования сигналов. ОптоэлектронЕый элемент может работать и в режиме повторителя при обеспечении следующих этапов: разряда накопительного конденсатора 15

путзм поцачЕ низкого потеш иеяа на .хо™ ды 42, 44 и светового потока на входы 26-29 оптоэлектроЕНОГО эпемента; пс-дачи логических сигналов X Х на сп тические входы оптоэлектронного элемента 26 - 29 и высокого потенциала на входы 42,44, Если при этом на фотозлектрические преобразователи 11-14 воздействует световой поток высокой (низкой) интенсивности, то накопительный конценса тор 15 зарядится (останется разряженным) Э результате при подаче светового потока на считывающие оптические входы 34, 33, 36, 37 оптоэлектронного элемента на его выходе будет поток высокой (низкой) интенсивности, т.во реализуется функция:

x,,v .ЗапЕсь зг-гфорг ЮЕЕЯ- Е. матрице 1, 2 може осуществлять как электрически - путем заряр.а (сгзрЕда) HarvMrtHTenbKorD конденса- тооа 1 (пГ7У-1а -i.TyDr-c/eHKH HS электр чес- Кие сцг апьные вкэды 43, 45 ), так н ОП TK«ecsH : TijrTeM ооЁ лекия фптозлектрч-хсКЕХ преобря,до1 аГ9лей,

PaccMOTpSM пог,ро5нее операцию скзктч. инф РАйк--1 S этотл случае работ i-p Msp-к:ого оегютра сцэкга скяацывей. на .ГОЩЕх этапо.:..

Зарйц (райрйц) нахоиктепькых кокдансегороз IE iiyTSiv-i лоце.ч: светового потока о сигнагсъного выхода 24 одного упряйляе™ мого транспаранта 6 на оптические входы 26™29 оптозлектрокного элемента осксг-ной матрИ1Ы 1 и высокого (низкого,) потенциала к& вход 42. Зйтем ос.уществЕяется запись Неходкой информации в оптозлектронные эяемеаты ocHoaj-ioii матрацы 1, например, путем подачи электрических сигаалов на вход 43 от основного источника управляющего напряжения 3.

Заряд (разряд) накопительных конденсаторов 15 дополнительной матрицы 2 пу- подачй светового пот-ока с выхода 25 другого уиразляемого транспаранта 6 на оптические входы 26-29 оптоэлектронного элемента дополнительной матрицы 2 и высокого (низкого) потенциала - на вход 44. После чего осуществляется считывание информации с основной матрицы путем подачи на считьтакшще входы 34-37 оптоэлектронного элемента одного из световых потоков со считывающих выходов 16-19 согласно выбранному направлению сдвига и запис ее в дополнительную матрицу 2 путем подачи низкого (высокого) потенциала на вход 44.

Заряд (разряд) накопительных конденсаторов 15 основной матрицы 1 путем по дачи свторого потока с выхода 24 одного управляемого транспаранта 6 на оптические входы 26-29 основной матрицы 1 и высокого (низкого) потенциала - на вхо 42. После чего осуществляется считывания информации с дополнительной матрицы путем подачи на оптические входы 34-37 одного из световых потоков с считывающих выходов 20-23 согласно выбранному направлению сдвига и запись ее в основную матрицу 1 путем подачи низкого (высокого потенциала на вход 42. Двумерный регистр сдвига работает в р жиме инвертирования сигналов, если оптоэлектронные элементы основной 1 и дополни тельной 2 матриц работают в режиме инвер тора; если оптоэлектронные элементы основной матрицы 1 работают в режиме повторителя, а оптоэлектронные элементы дополнительной матрицы 2 - в режиме инвертора; если оптоэлектронные элементы основ ной матрицы 1 работают в режиме инвертора, а оптоэлектронные элементы дополнительной матрицы 2 - в режиме повторителя. При этом в первом и втором вариант после сдвига информации с оптоэлектронны элементов основной матрш--т 1 на выходах 38 - 41 можно считать сигналы без инверсии, а сг оптоэлектронных элементов дополнительной матрицы 2 на выходах 38- 41 - с инверсией; в третьем варианте с оптоэлектронных элементов основной матрицы 1 можно считать сигналы с инверсией, а с оптоэлектронных элементов допол нительной матрицы 2 - без инверсии. Двумерный регистр сдвига работает в режиме повторения сигналов, если оптоэлектронные элементы матриц 1, 2 работают в режиме повторителя. Рассмотрим сдвиг информации в направлении X при работе двумерного регистра сдвига в режиме повторителя. Пусть после выполнения первого этапа вышеописанного алгоритма в оптоэлектрон- ком элементе ( i - 7 / - ) накопительный конденсатор 15 заряжен, т.е. в этот элемент записана информация, а в остальных оптоэлектронных элементах накопительные конденсаторы 15 разряжены. После выполнения вторго этапа, т.е. считывания и переписи информации в дополнительную матрицу 2, путем включения светового потока со считывающего выхода 16, который, воздействуя на вход 36 оптоэлектронного элемента 9 во всех элементах основной матрицы 1, приведет к тому, что на оптическом выходе 40 оптоэлектронного элемента ( i 1, j + ) будет поток высокой интенсивности, т.е. считана информация, так как накопительный конденсатор 15 в этом. элементе заряжен, на оптических выходах 40 в остальных элементах будет поток низкой интенсивности. Световой поток с выхода 40 оптоэлектронного элемента ( т - -f; J -t- ) воздействует на сигнальный вход 26 оптоэлектронного элемента ( 2.1 J2. ° полнительной матрицы 2, следовательно, в этот элемент переписана информация со сдвигом на один шаг (элемент) в направлении + X . После выполнения третьего этапа, т.е. считывания и переписи информации с дополнительной матрицы 2 в основную 1, путем включения светового потока со считывающего выхода 20, который воздействует аналогично вышеописанному, и в результате информации перепишется с оптоэлект- ронного элемента ( ij i+x) в эле Л,Л,1.Л,. Л.4,Ь мент (if f, f -( Т. Итак, информация из оптоэлектронного элемента (1 - -/, J ч- 1 ) сдвинута в направлении 4 X в пгоэлектронный элемент ( i +- , ) Один разряд двумерного регистра сдвига состоит из двух оптоэлектронных элементов матрицы, например одного элемента основной матрицы 1 ( -г, j ) и одного из элементов ( l / , У, ), 2. (2, Ь - ). ( Z - , 2) ( zJz i ) дополнительной матрицы 2, В зависимости от направления сдвига информации. При сдвиге в направлении - X разряд образуют оптцэлектронные элементы ( /1 ), ( Iz - i, J ), при сдвинаправлении + X - элементы ( , /I ) ( 2 /2 Р сдвиге в направлении у - элементы (1.,, J ( 2 7 . + сдвиге в направлении -У -( . Зч ). ( Ji-1 Таким образом, оптоэлек тронный двумерный регистр сдвига может работать в режимах повторения и инвертирования сигналов, его можно использовать в качестве логического устройства для выполнения, напритаких операций, как инверсия матри поэлементная дизъюнкция двух мат, поэлементная конъюнкция двух мат- , сравнение матриц. Формула изобретения 1. Оптоэлектронный двумерный регистр сдвига, содержащий матрицу оптоэлектронных элементов, электрические сигнальные входы которых соединены с источником управляющего напряжения, и источники параллельного светового потока, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения и упрощения конструкНИИ регистра, в него введены дополнительная матрица оптоэлектронных элементов, электрические сигнальные входы которых соединены с введенным дополнительным источником управляющего напряжения, и два управляемых транспаранта, каждый из которых установлен между соответствующим источником параллельного светового потока и соответствующей матрицей оптоэлектрон- ных элементов, сигнальные выходы управляемых транспарантов связаны с оптическими сигнальными входами каждого оптоэлектронного элемента соответствующей матрицы, а считывакицие выходы управляемых транспарантов по числу оптических считывающих входов оптоэлектронного элемента связаны с соответствующими оптическими входами каждого оцтоэлектронного элемента соответствующей матрицы, причем оптические выходы оптоэлектронных элементов основной матрицы связаны с оптическими сигнальными входами каждого соседнего оптоэлектронного элемента по столбцу и строке дополнительной матрицы, оптические выходы оптоэлектронных элементов которой являются оптическими выходами регистра. 2. Регистр сдвига по п. 1 , о т л и чающийся тем, что в нем оптоэлектронный элемент выполнен в виде четырех пар последовательно соединенных фотоэлектрических преобразователей и модуляторов света и накопительного конденсатора, подключенного обкладками ко входам модуляторов света, оптические входы и выходы которых являются соответственно оптическими считывающими входами и оптическими выходами оптоэлектронного элемента, оптические сигнальные входы которого являются сигнальными входами фотоэлектрических преобразователей.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1.Авторское свидетельство СССР ,

№ 262279, МКИ Н 03 К 23/34, 1969г.

2.Катыс Г, П. Оптико-электронная обработка информации , М., 1973, стр. 238 рис. 132 (прототип).

Г 20 Af/ 1,22 .J A/5 t r t t 6 Li

7

7 wWwш 77 7S 36Wг2& /7

29

-042

AJ

35

Vj9 С7

фиг.2