Оптическое устройство для извлечения корня квадратного Советский патент 1978 года по МПК G06G9/00 

1

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и может быть применено для построения ог4тических аналоговьпс вычислительных машин, в электронных вычислительных машинах, для моделирования с применением оптических сигналов, для распознавания образрв н др.

Известны оптические устройства для извлечения квадратного корня. Одно из нзвестных устройств представляет собой оптически аналоговый вычислитель, в котором производится пространственная модуляция света при помощи матрицы из одинаковых модуляторов света, которые построены на принципе акустической линии задержки. При этом осуществляется многоканальная пространственная фазовая модуляция, светового пучца за счет возбуждения модуляторов от внешнего генератора. При- помощи такого вычислите- ля решают в реальном масштабе времени задачу спектрального анализа и задачу моделирования диаграммы направленности для дальней области фазированной антенной решетки .

Однако данный вычислитель характеризуется ограниченным классом решаемых задач и недостаточной точностью вычисл&ний.

Другое устройство известно также как оптический вычислитель, осуществляющий пространственную модуляцию света в реальном масштабе времени при помопш специальной трубки, работающей на основе эффекта Поккельса JS

В таком оптическом вычислителе кристалл в трубке работает как мгновенный транспарант , изменяя свое светопропускание под действием электрического напряжения, подаваемого извне на кристалл.. Данный вычислитель позволяет осущестааять операцию иространственного преобразования Фурье.

Такой оптический вычислитель также характеризуется, ограниченностью класса решаемых задач и недостаточной точностью.

Наиболее близкнм техническим решением к данному изобретению является оптическое множительно-делительное устройство, содержащее пространственные амплитудные модуляторы света, вход одного из которых свяаан с источником входного оптического сигнала, а выход другого - через конденсор связан с матрицей фотоприемников, которые выходами соединены соответственно с первой группой входов блока усилителей - формирователей, выходы которого подключены к управляющим входам пространственных амплитудных модуляторов света 3 Однако такое.оптическое устройство характеризуется недостаточной точностью, ограниченным быстродействием и надежностью в случае его использования для операции извлечения корня квадратного, поскольку это устройство является множительно-делительным устройством и не позволяет осуществлять операцию извлечения корня квадратного непосредственно, без применения сп циальныгс Ешгоритмов и структурных схем. Цель настоящего изобретения является повышение точности работы, быстродействие и надежности устройства. Для этого в устройство для извлечения корня квадратного введены разделитель оптического пучка и источник опорного напряжения, вьрсоды которого подключены к второй группе входов блока усилителей формирователей, причем разделитель оптического пучка установлен между выходом одного и входом другого пространственных ам1плитудных модуляторов света и связан с выходом устройства. На чертеже приведена принципиальная Электро-оптическая схема устройства. На чертеже цифрами обозначены: источник входного оптического сигнала 1, пространственные амплитудные модуляторы све та 2 и 3, разделитель оптического пучка 4 выходной пучок.света, связанный с выходом устройства 5, конденсаторб, матрица фото- приемников 7, блОк -усилителей-формирова;телей 8, источник опорного напряжения 9. Входной пучок света от источника входного оптического сигнала 1 проходит через пространственные амплитудные модуляторы света 2 и 3, между которыми установлен разделитель оптического пучка 4, посредством которого на выход устройства 5 излуча ется выходной пучок света. На выходе пространственного амплитудного модулятора света 3 установлен конденсор 6, на выходе которого установлена матрица фотоприемников 7, выходы которых соединены соответстве.нно с первой группой входов блока усилителей-формирователей 8, вторая группа входов которого подключена к выходу источ ника опорного напряжения 9. Выходы блока усилителей -формирователей 8 подключены соответственно к управляющим входам пространственных амплитудных модуляторов света 2 и 3. Работа оптического устройства для извлечения корня квадратного в соответствии с чертежом происходит следующим образом. Входной пучок света с пространственно-воеменным оасппепелением светового потока J ) проходит через пространственные амплитудные модуляторы света 2 и 3. При этом на разделитель оптичрскрго пучка 4 поступает световой пучок с пространственно-временным распределением светового потока 1 У i Л) равным: .alЛ)Pl(,УlЛ),t) (1) где Р -постоянный коэффициент, характеризующий потери света в пространственном амплитудном модуляторе света 2, К,, (( меняющийся коэффициент передачи пространственного амплитудного модулятора света 2. Обозначим через т,л -постоянные числе, характеризующие разделитель оптического пучка 4. Тогда на выходе фотоприемннка с координатами ( 5 j. i У С ) н матрице фотоприемников ВОЗНИКНУТ электрическое напряжение U| (.t), равное: )A.aL,t) U) где ct - постоянный коэффициент преобразования фотоприемкика, а величины , Z dyi-) относятся к пространств венному амплитудному модулятору света 3. Напряжение ir(t) поступает на первый вход соответствующего усилителя - формирователя из блока усилителей-формирователей 8, на второй вход которого поступает опорное напряжение от источникг опорного напряжения 9. На каждом выходе блока усилителей-формирователей 8 возвнкает напряжение ХТупр Cf) при этом, вследствие наличия отрицательной обратной связи с выходов Ьлока усилителей-формирователей 8 на пространственный амплитудный модулятор света 3,,устанавливается значение напряжения tl tt wTJ Учитывая то, из равенства (2) подучаем. Ст+тт)Уо KaCXi.yi.t) ) оскольку пространственные амплитудные одуляторы света 2 и 3 идентичны и на их действует одно и то же управляющее апряжение U упр W , то , K(Xi,yi,t).Ввиду этого, подставляя (3) в i) получаем: г(«1.у.) На выходе устройства 5 будет излучат ся световой пучок с пространственко-вре- менкым распределением светового потока Ьы yi- А) 1 равным с учетом соотношения (4) V«ti,4i,tl irVi,t4,Mi,t) 13) -r-S )Р. -постоянный коэффициент. Таким образом, предлагаемое устройств осушествляет операцию извлечения квадрат ного корня из величниь светового потока оптического излучения в реальном масштаб времени. Данное устройство позволяет jocymec sлять параллельную многокавалыфо обработ ку информоцан, так как пространственное сечавне пучка света может содержать NV каналов с координатами. каналов (Х , У1) Данное устройство может оперировать как с когерентным, так и с некогерентным световым излучением. Устройство не содер жит дорогостояшик с высоким классом точности обработки поверхностей, вследствяв чего сужественно повышается точность вычислений в оптическом диапазо не н существенно упрощается устройство. Формула изобретения Оптическое устройство для извлечения корня квадратного, содержащее пространственные амплитудные модуляторы света, вход одного из которых Co,i3aH с источником входного оптического сигнала, а выход другого - через конденсор связан с матрицей фотоприемников, которые выходами соединены соответственно с первой группой входов блока усилителей-формирователей, выходы которого подключены к управляющим входам пространственных амплитудных модуляторов света, отличающееся тем, что, с целью повышения точности работы, быстродействия и надежности устройства, в него введены разделитель оптического пучка и источник опорного напряжения, выходы которого подключены к второй группе входов блока усилителей-формирователей, причем разделитель оптического пучка установлен между выходом одного и входом другого пространственных амплитудных модуляторов света и связан с выходом устройства. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе; 1.К. Престон. Когерентные оптические вычислительные машины, М., изд. Мир, 1974. 2.Г. П. Катыс. Оптико-электронная об работка информации; М., Машиностроение, 1973, 3.Авторское свидетельство СССР по заявке К% 2156286/24 кл. G- 06 О- 9/00, 15.07.1975..S If.