Интерференционное вычислительное устройство

 

ИНТЕРФЕРЕНЦИОННОЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО, содержащее коге- . рентный источник света, распределитель светового пучка, ограничитель апертуры и фотоприемник, отличающееся тем, что, с целью расширения класса решаемых задач, повьвиения точности и быстродействия, в него дополнительно введены рассеивающая линза, первый, второй, третий и четвертый оптические клинья, первый, второй делители света, первый, второй, третий ограничители апертуры, первый,второй -третий фотоприемники, первый, второй, третий блоки преобразования электрических сигналов в механическую величину и выходная линза, причем первый, второй, третий, четвертый и пятый оптический выходы распределителя света связаны соответственно с оптическими входами первого, второго и третьего оптических клиньев и с первым и вторым оптическими входами четвертого оптического клина; оптические выходы второго и третьего оптических клиньев связаны соответственно с первым и вторым делителями света, причем первый выход первого оптического делителя , выход первого оптического клина и шестой рыход распределителя света . связаны со входом первого ограничителя апертуры, второй выход первого делителя света и первый выход второго делителя света связаны со входом второго ограничителя апертуры, и второй выход второго делителя света, первый выход четвертого оптического клика и седьмой выход распределителя (Л света связаны со входом третьего oi- раничителя апертуры, оптические вы- . ,ходы первого, второго и третьего oi- раничителей апертуры связаны соответ ,ственно с первым, вторым и третьим фотоприемниками, причем выход первого фотоприемника через первый блок преобразования электрических 1чЭ сигналов в механическую величину о связан с первыми механическими вхо00 дами первого и второго оптических клиньев, выход второго фотоприемнир1 ка через второй блок преобразования электрических сигналов в механическую величину связан с первым механическим входом четвертого оптическо- . го клина, и выход третьего фотоприемника через третий блок преобразования электрических сигналов в механическую величину связан со вторым механическим входом четвертого оптического клина и первым механическим входом третьего оптического клина;

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) SU GD

5(sD С 06 G /00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ЛВТОРСИОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

«%- 1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДБЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

i (21) 3321304/18-24 (22) 24. 07. 81 (46) 15.04.83. Бюл. И 14 (72) 3.И.Цискаришвили, Л.А;Майсурадзе, Г.Б.Чхеидзе, Т.А,Каландадзе, В.E.Ãàáèñoíèÿ и Р.B.Aáóëàäýå (71) Грузинский ордена -Ленина и ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт им. В.И,Ленина (53) 681 3(088.8) (56) 1. Смолов В.Б. Аналоговые вычислительные машины. М,, "Высшая школа", 1972. г

2. Катыс Г.П. Оптикоэлектронная обработка информации. И., ".Машиностроение", 1973 °

3. Авторское свиДетельство СССР

У 644245, кл. 6 06 6 9/00, 1976 (прототип). (54) (57) ИНТЕРфЕРЕНЦИОННОЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО, содержащее когерентный источник света, распределитель светового пучка, ограничитель апертуры и фотоприемник, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения класса решаемых задач, повышения точности и быстродействия, в него дополнительно введены рассеивающая линза, первый, второй, третий и четвертый оптические клинья, первый, второй делители света, первый, второй,, третий ограничители апертуры, первый, второй .третий фотоприемники, первый, второй, третий блоки нреобразования электрических сигналов в механическую величину и выходная лииза, причем первый, второй, третий, четвертый и пятый оптические. выходы распределителя света связаны аоответственно с оптическими входами первого, второго и третьего оптических клиньев и с первым и вторым оптическими входами четвертого оптического клина; оптические выходы второго и третьего оптических клиньев связаны соответственно с первым и вторым делителями света, причем первый выход первого оптического делите" ля, выход первого оптического клина и шестой выход распределителя света . связаны со входом первого ограничителя апертуры, второй выход первого делителя света и первый выход второго делителя света связаны со входом второго ограничителя апертуры, и второй выход второго делителя света, первый выход четвертого оптического клина и седьмой выход распределителя света связаны со входом третьего ограничителя апертуры, оптические вы- . ходы первого, второго и третьего ограничителей апертуры связаны соответ,ственно с первым, вторым и третьим фотоприемниками, причем выход пер-. вого фотоприемника через первый блок преобразования электрических сигналов в механическую величину связан с первыми механическими входами первого и второго оптических клиньев, выход второго фотоприемника через второй блок преобразования электрических сигналов в механическую величину связан с первым механическим входом четвертого оптического клина, и выход третьего фотоприемника через третий блок преобразования электрических сигналов в механическую величину связан со вторым механическим входом четвертого оптического клина и первым механическим входом третьего оптического клина;

1012285 второй оптический выход четвертого оптического клина связан с выходной линзой, выход которой является оптическим выходом устройства, вторые

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и может быть использовано в навигационных системах, в системах автоматического регулирования, где возникает необходимость одновременного выполнения различных функциональных преобразователей над внешними сигналами.

Известны функциональные преобразователи угол - код, угол — напряжение 10 с одновременным выполнением функциональных зависимостей вида: х ; ху; — Г 3

Известны также оптические устрой- 15 ства, в которых реализуется принцип модуляции светового потока вращением различных кодовых транспортантюв с последующим их считыванием электронными устройствами P2). 20

Основные недостатки всех устройстваналогов классифицируются в зависимости от конструктивного решения.

Устройства, в которых используются управляемые транспортанты, предназна- 25 чены для обработки информации, предварительно записанной на транспортанты, которые после установки в оптическое устройство, двигаются перпендикулярно лучу, либо его вращают во- 30 круг центральной оси, соответствующей углу поворота преобразуемого сигнала. Указанные устройства характеризуются ограниченностью класса решаемых задач, невысокой точностью, ниэ- З кой надежностью и быстродействием.

Устройствам, в которых используется принцип псевдомоста, также характерны: ограниченность класса решаемых задач, так как они предназначены для обработки электрических сигналов и выполняют только одну опера цию, невысокая точность и быстродействие, так как для обработки механических сигналов в оптическом псев45 домосте требуются преобразователи механические входы первого, второго и третьего оптических клиньев являются соответствующими входами устройства. механической силы в электрический сигнал, что приводит к потере точ-, ности и быстродействия.

Наиболее близким техническим решением к изобретению следует считать интерференционное вычислител ьное устройство, в котором применен принцип отрицательной обратной связи и которое содержит последовательно установленные вдоль оптической оси когерентный источник света, делительную линзу, два амплитудных модулятора света, ограничитель апертуры и фотоприемник, выход которого соединен с одним иэ электрических входов амплитудного модулятора света (3 ), Недостатками такого устройства являются также ограниченность класса решаемых задач, невысокая точность и быстродействие.

Цель изобретения - расширение класса решаемых задач, повышение точности и быстродействия, Поставленная цель достигается тем, что в интерференционное вычислительное устройство, содержащее когерентный источник света,, распределитель светового пучка, ограничитель апертуры и фотоприемник, дополнительно введены рассеивающая линза, первый, второй, третий и четвертый оптические клинья, первый, второй делители света, первый,.второй, третий ограничители апертуры, первый, второй, третий фотоприемники, первый, второй. третий .блоки преобразования электрических сигналов в механическую величину и выходная линза, причем первый, второй, третий, четвертый и пятый оптические выходы распределителя света связаны соответственно с оптическими входами первого, второго и третьего оптических клиньев и с первым и вторым оптическими входами четвертого оптического клина; оптические выходы второго и третьего оптических клиньев

3 10122 связаны соответственно с первым и вторым делит еля ми свет а, причем первый выход первого оптического делителя, выход первого оптического клина и шестой выход распределителя света связаны со входом первого ограничителя апертуры, второи выход первого делителя света и первый выход второго делителя света связаны со входом второго ограничителя апертуры, и второй выход второго делителя света, первый выход четвертого оптического клина и седьмой выход распределителя света связаны со входом третьего ограничителя апертуры, оптические выходы первого; второго и третьего ограничителей апертуры связаны соответственно с первым, вторым и третьим фотоприемниками, причем выход первого фотоприемника через первый блок преобразования электри-. ческих сигналов в механическую величину связан с первыми механическими входами первого и второго оптических к1 иньев, выход второго фотоприемника через второй блок преобразования электрических сигналов в механическую величину связан с первым. механическим входом четвертого оптического клина, и выход третьего фотоприемника через третий блок преобразования электрических сигналов в механическую величину связан со вторым механическим входом четвертого оптического клина и первым механическим входом третье35 го оптического клина; второй оптический выход четвертого оптического клина связан с выходной линзой, выход которой является оптическим выходом устройства; вторые механические входы первого, второго и третьего опти40 ческих клиньев являются соответствующими входами устройства.

На чертеже изображена схема интерференционного вычислительного уст45 ройства.

Схема включает когерентный источ ник 1 света, рассеивающую линзу 2, распределитель 3 светового пучка, оптические клинья 4-7, делители 8 и

9 света, ограничители 10, 11 и 12 апертуры, фотоприемники 13., 14 и 15, блоки 16, 17 и 18 преобразования электрических сигналов в механическую величину, входы 19, 20 и 21 устройства выходную линзу 22, выход уст-

) ройства 23..

Когерентный источник 1 света оп«тически.связан с последовательно ус85 4 тановленными рассеивающей линзой 2 и распределителем 3 светового пучка.

Первый, второй, третий, четвертый и пятый оптические выходы распределителя 3 оптически связаны с оптическими клиньями 4-7, причем оптические выходы клиньев 5 и 6 через светоделители S и 9 и оптические выходы клиньев 4 и 7 связаны с ограничителями 10, 11 и 12 апертуры, которые соответственно связаны с фотоприемниками 13, 14 и 15. Электрические выходы фотоприемников 13, 14 и 15 посредством блоков 16, 17 и 18 преобразования электрических сигналов B механическую величину связаны с оптичес. кими клиньями 4-7, образуя обратную связь и, вторые входы 19, 20 и 21 которых образуют входы устройства.

Выходной сигнал клина 7 связан с выходной линзой 22, формирующей в фокусной точке выходной сигнал 23.

Опорные оптические сигналы шестого и седьмого выходов распределителя 3 света оптически связаны соответственно с ограничителями 10 и 12 апертуры.

Устройство работает следующим об" разом.

Световой поток фо(х, у ), излучаемый когерентным источником 1 света, посредством линзы 2, распределителя 3 делится на семь световых потоков

01 (X,×)=Û,6 (V,S)-. Ф,(Ч, )= -,Фо(Х,Ъ) Ю

Световые потоки ф„(х, у)-ф4(х, у) поступают на оптические клинья 4-7 и на их выходах в зависимости от внешних сигналов Ц „- V, поступающих на входы 19, 20 и 21, и сигналов обратной связи Р<,,2 формируются оп- тические сигналы и Ь )=d O„(x,v)=9„p„d.„Ô (х,у) ("») "тГ 4фо(" ) )

H (x,з) =f>) 4,Ф„И,0)

"4 (ХМ - 12. 4 о (Х V > где (сигнал обратной связи, формиру емый фотоприемником 14.

Оптические сигналы Н (х, у) и

H (х у) посредством делителей 8 и

9 света длятся на две части

5 6

Подставля" (11) и (9) 8 (10) най.« дем ygoL q а(. а«.„

gs

1 с 4

q u 4», Ч Ч4 (И) или т.е. реализуется множительно-делительная операция над внешними сигна-. лами Ч«, 92, Ч . При рассмотрении данного устройства предполагают, что оптические элементы 4-7 являются клиньями. Однако можно предположить, что имеется большой банк оптических элементов, имеющих различные конфигурации поверхностей (например х, х и т.д.), Тогда в общем виде соотношение примет вид т.е. реализуются различные функциональные зависимости с одновременным выполнением множительно-делительной операции..

5 101228 где, - коэффициенты деления пото"

4 ков светового делителя 8 и 9 света.

Таким образом, полученные световые потоки оптически суммируются в. плоскости ограничителей 10 и 12 апертуры, т.е.

Й„Ь,ч) н, (, )=Ч„ „й„Ф, h, )+

+% 42 1А2 Ф (Х,Ч)= фв(Х,ЧЩА4+ 7-,.А 3 = «Ь,Ч), (4)

4 ) Ъ(1 ) 2. 4©о(" )++

+ И 3<1 4 2 фо(Х,р) = 2Ф(Х,S)9d-4+ (- д2)А 9ь js М2.(Му 3) (М

Одновременно с этим в плоскости ограничителей 10-12 апертуры формируются интерференционные полосы с условием гашения волн.

I,. Интерференция в плоскости 10, .

- го формируемая световыми потоками

П. Интерференция s плоскости 11, формируемая световыми потоками

" (1 )» (x >И (Hz (х, ?-н (м, jQ =дК ()

»

ill. Интерференция в плоскости 12, формируемая световыми потоками

le<(x,M)» 4,(y,y): P 2.(,Þ-Ф„(Х;М)3 =Ь Ъ (Q .Ограничители 10- lZ апертур йропускают на вход фотоприемников 13-15 световые потоки одной интерференционНоН полосы, которые после преобразования воздействуют посредством бло ков 16-18 преобразования электрических сигналов в механическую величину на оптические клинья 4-7 до тех пор, пока не выбираются условия дина- 40, мического равновесия, т.е.

l4,„(x,,s) — ф5 (y,s) o, и "(x,÷)- H, (÷,ч) о, а,(х,ч)-Ф Ь,ч) "о, откуда после несложных преобразований следует: ) = ; 14 Yg gg d. @g1 ,"1 l+ 6 М2 (" 5Z («У)У,2 «о)

1 - — у — ) где — постоянный коэффициент l так как Д, 0(т,х„=зь =«/2.

Учитывая тот Факт, что через клин 7 проходит также второй световои поток ф (х, у), которыи, проходя через выходную линзу 22 формирует выходной сигнал 23, равный

Ф ых() = Ф6(,», .О )

I учитывая (17 1, окончательно получим

@А И,З) = @O (X,Ч) —"

Фьых(х,))=a («4

Ч () Р(Ч„) Р 2. (Фь) (вью " - „(, « ) Технико-экономическое обоснование предлагаемого устройства обусловлено тем, что данное устройство обеспечи" вает абсолютную гальваническую развязку входных и выходных сигналов с одновременным выполнением различных функциональных преобразователей, что существенно удешевляет устройство.

Соста вител ь Г. Рожнов

Редактор M.Êåëåìåø Техред M.Ãåðãåëü Корректор С.Шекмар

Заказ 2768/62 Тираж 704 Подписное

ВНИ!!ПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Ф

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4