Голографическое считывающее устройство

 

ГОЛОГРАФИЧЕСКОЕ СЧИШВАИЦЕЕ УСТРОЙСТВО, содержащее последовательно оптически связанные лазер, матрицу голограмм и объектив считывания, оптически связанный с первым и вторым фотоприемными блоками, выходы которых соответственно через первый и второй усилители считывания подключены ко входам компаратора, блок обработки информации, первый выход которого подключен к блоку отображения, второй выход блока обработки информации соединен со входом блока вьщеления сигнала адреса, выход которого подключен ко входу блока сканироваийя , подключенному к механическому приводу, связанному с матрицей голограмм , блок управления, первый и второй выходы которого подключены к тактир ующим входам соответственно блока обработки информации и блока выделения сигнала адреса, третий выход ,блока управления подключен куправляющим входам первого и второго фотоприемных блоков, о тличающеес я тем, что, с целью повьшенйя надежности устройства за счет увеличения достоверности считывания информации , в устройство введены демультиплексор , сдвигающий регистр, сумматор по модулю два, инвертор, первый, второй и третий буферные регистры и первый, второй и третий счетчики, причем информационный вход демультиплексора соединен с выходом компаратора , первьй выход демультиплексора соединен со входом сдвигающего регистра, выход которого связан с первым входом сумматора по модулю два и информационными входами первого счетчика и первого буферного регистра , второй выход демультиплексора соединен с информационными входами втоW рого буферного регистра, второго счетс чика, и входом инвертора, выход которого связан с информационными входами третьего буферного регистра и третьего счетчика, выходы первого, второго и третьего буферных регистров соединены с соответствующими информационными входами блока обработки информации, выходы первого, второго и третьего счетчиков и выход сумматора по модулю два соединены с управляющими входами блока обработки информации, тактирующие входы первого, второго и третьего счетчиков и первого, второго и третьего буферных регистров и демультиплексо ра соединены с четверть1м выходом блока управления.

А1

09) (И) (SS)S С 11 С 11/42

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРС ГВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ГЮ ИЗОБРЕТЕНИЯй И ОЪНРЫТИЯМ

Щ И ГКНТ СССР

{21) 3608022/24 (22) 17 ° 06,83

{46) 30 ° 03 ° 91, Бюл» 3 12 (71) Институт электроники AH БССР (72) В,А,Пилипович, Г А Ирочек, А,К.Есман и А.А,Визиер (53) 681 ° 327,66(088,8) (56) Патент Японии Ð 56-4971, кл, С 11 С 7/08, 1971 °

Патент США У 4149269, кл, 340-173 1979.

{54)(57) ГОЛОГРАФИЧЕСКОЕ СЧИТЫВАЮЩЕЕ

УСТРОЙСТВО, содержащее последовательно оптически связанные лазер, матрицу голограмм и объектив считывания, оптически связанный с первым и вторым фотоприемными блоками, выходы которых соответственно через первый и второй усилители считывания подключены ко входам компаратора, блок обработки информации, первый выход которого подкпючен к блоку отображения, второй выход блока обработки информации соединен со входом блока выделения сигнала адреса, выход которого подключен ко входу блока сканированйя, подключенному к механическому приводу, связанному с матрицей голограмм, блок управления, первый и второй выходы которого подключены к тактирующим входам соответственно блока обработки информации и блока выделения сигнала адреса, третий выход ,блока управления подключен к управляющим входам первого и второго фотоприемных блоков, о т л и ч а ю щ е е2 с я тем, что, с целью повьппения надежности устройств а за счет увеличения достоверности считывания информации, в устройство введены демультиплексор, сдвигающий регистр, сумматор по модулю два, инвертор, первый, второй и третий буферные регистры и первый, второй и третий счетчики, причем информационный вход демультиплексора соединен с выходом компаратора, первый выход демультиплексора соединен со входом сдвигающего регистра, выход которого связан с первым входом сумматора по модулю два и информационными входами первого счетчика и первого буферного регистра, второй выход демультиплексора соединен с информационными входами второго буферного регистра, второго счетчика, и входом инвертора, выход которого связан с информационными входамн третьего буферного регистра и третьего счетчика, выходы первого, второго и третьего буферных регистров соединены с соответствующими информационными входами блока обработки информации, выходы первого, второго и третьего счетчиков и выход сумматора по модулю два соединены с управляющими входами блока обработки информации, тактирующие входы первого, второго и третьего счетчиков и первого, второго и третьего буферных регистров и демультиплексора соединены с четвертым выходом блока управления„

И 35352

Изобретение относится к вычислительной технике и мажет быть использовано в системах накопления и обработки больших массивов информации, в частности в ЭВМ с голографической памятью..

Известно устройство, состоящее из последовательно расположенных и оптически связанных лазера, матрицы голограмм, и объектива считывания, оптически связанного с фотоприемным блоком, выход которого через компаратор подключен к усилителю считывания, связанному с блоком обработки информации, механический привод, соединенный с позиционночувствительным фотоприемником, оптически связанным с объективом считывания, Недостатком устройства является низкая надежность из-за неточности преобразования оптической информации в электрическую в процессе считывания.

Оптический код не соответствует электрическому, поступающему в 3BN, Так, нестабильность порога срабатывания компаратора приводит к увеличению коэффициента ошибок в связи с тем, что повышается число неправильно считанной информации. Более того, на досто- 3g верность считывания информации также сильно влияет изменение мощности источника оптического излучения, разброс дифракционной эффективности субголограмм и хемминговского веса вход35 ных страниц информации, С другой стороны, влияние перекрестных помех матричного фотопреобразователя, разброс передаточных характеристик каналов считывания приводят также к неправильному преобразованию оптической информации в электрическую, Из известных устройств наиболее близким па технической сущности к предложенному является голографичес- 45

I кое считывающее устройство, состоящее из последовательно расположенных и оптически связанных лазера, матрицы голограмм и объектива считывания, оптически связанного с первым и вторым фотоприемными блоками, выходы которых подключены соответственно через первый и второй усилители считывания к входам кампаратора, а также блока обработки информации, один из входов

55 которого соединен с блоком отображе:ния, а другой - через .блок выделения сигнала адреса - с блоком сканирования, связанного через механический привод.с матрицей голограмм, при этом тактирующие входы блока обработки информации, блока выделения сигнала адреса, а также управляющие входы фотоприемных блоков подключены к блоку управления, В указанном устройстве на каждой субголограмме, кроме основной информации, записывается служебная, содержащая ключевое кодовое олово (признак адреса субголограмм в матрице голограмм) и эталон плотности (признак количества информации на данной субголограмме). Перед началом цикла считывания информации адресное ключевое слово, записанное на служебной части субголограммы, считывается вторым фотоприемным блоком и поступает в блок выделения сигнала адреса, где происходит сравнение адреса выбранной субголаграммы с заданным.

Во время считывания информационной части субголограммы порог срабатывания усилителей считывания регулируется по сигналу второго .фотоприемного блока, который считает эталон плотности, записанный на служебной части субголограмм.

Недостатком устройства является низкая надежность из-за невысокой достоверности преобразования оптической информации в электрическую, вызванной влиянием дестабилизирующих факторбв и разбросом электрофизических параметров устройства, Более того, в данном устройстве нельзя проверить правильность преобразования оптической информации в соответствующую ей электрическую в процессе считывания, поскольку каждый информационный символ в восстановленном изображении входной страницы преобразуется независимо от других, При этом ошибки в выборе порога срабатывания компаратора, например, пад действием изменения отношения сигнал/шум при изменении хемминговского веса входной страницы приводит к ошибке в преобразовании информационного символа, и никакой дальнейшей обработкой сигнала на выходе фотоприемного блока обнаружить ошибочное преобразование не удается. К аналогичному результату приводят появление флуктуационной помехи, кросс-модуляция в элементах матричного фотоприемного блока, изменение чувствительности одного или нескольких ячеек фото1135352 приемного блока ° В связи с этим устройство не позволяет реализовать избыточность голографического способа записи информации, Целью данного изобретения являет5 ся повышение надежности устройства за счет увеличения достоверности считывания информации, т.е, преобразования оптической информации в соответствующую ей электрическую, Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее последовательно расположенные и оптически связанные лазер, матрицу голограмм, 15 объектив считывания, оптически связанный с первым и вторым фотоприемными блоками, выходы которых соответственно через первый и второй усилители считывания подключены к входам компа- 20 ратора, блок обработки информации, первый выход которого подключен к блоку отображения, второй выход блока обработки информации соединен с входом блока выделения сигнала адре- 25 са, выход которого подключен к блоку сканирования, подключенному к механическому приводу, связанному с матрицей голоrpамм, блок управления, первый и второй выходы которого под- 30 ключены к тактирующим входам соответственно блока обработки информации и блока выделения сигнала адреса, третий выход блока управления подключен к управляющим входам первого и второго фотоприемных блоков, введены демультиплексор, сдвигающий регистр, сумматор по модулю два, инвертор, первый, второй и третий буферные регистры и первый, второй и третий счет-40 чики, причем информационный вход демультиплексора соединен с выходом компаратора, первый выход демультиплексора соединен с входом сдвигающего регистра, выход которого связан 45 с первым входом сумматора по модулю два, информационными входами первого счетчика и первого буферного регистра, второй выход демультиплексора соединен с информационными входами второго, буферного регистра, второго счетчика и входом инвертора, выход которого связан .с информационными входами третьего буферного регистра и третьего счетчика, выходы первого, второго и третьего буферных регистров соединены с информационными входами блока обработки информации, выходы первого, второго, третьего счетчиков и вьход сумматора по модулю два соединены с управляющими входами блока обработки информации, тактирующие входы первого, второго и третьего счетчиков, и первого, второго и третьего буферных регистров и демультиплексора соединены с четвертым выходом блока управления.

Введенные блоки и связи позволили путем анализа информационного потока, считываемого с матрицы голограмм, производить исправление пораженных информационных символов, что, в конечном счете, приводит к снижению вероятности ошибки при считывании и соответствующему повышению надежности устройства, На чертеже показана структурная схема устройства, в состав которой входят лазер 1, матрица голограмм

2, объектив считывания 3, первый 4 и второй 5 фотоприемные блоки, первый 6 и второй 7 усыпители считывания, компаратор 8, демультиплексор

9, сдвигающий регистр 10, сумматор по модулю два !1, первый буферный ,,регистр 12 первый 13 и второй 14 счетчики, второй буферный регистр !

5, третий счетчик 16, инвертор 17, третий буферный регистр !8 блок обУ работки информации 19, блок отображения 20, блок выделения сигнала адреса 21, бл к управления 22, блок сканирования 23, механический привод

24.

Лазер I последовательно оптически связан с матрнцей голограмм 2, объективом считывания 3, первым 4 и вторым 5 фотоприемными блоками, Фотоприемные блоки 4, 5 через усилители считывания 6, 7 связаны со входами компаратора 8, Выход компаратора 8 соединен с входом демультиплексора 9.

Первый выход демультиплексора подключен через сдвигающий регистр 10 к входам первого буферного регистра

l 2, первого счетчика 13 и сумматора по модулю два l! ° Второй выход демультиплексора 9 соединен с входами второго счетчика 14, второго буферного регистра 15, сумматора по модулю два 11 и инверторз 17. Выход инвертора 17 подключен к входам третьего счетчика 16 и третьего буферного регистра 18. Выходы первого !2, второго 15, третьего 18 буферных усилителей и первого 13 второго 14, третьего 16 счетчиков, а также выл

1135352 ход сумматора по модулю два 11 соединены с блоком обработки информации

l9 Первый выход блока. обработки информации 19 подключен к блоку отображения информации 20 ° Второй выход бло5 ка обработки информации 19 соединен через блок выделения сигнала адреса

21, блок сканирования 23 и механический привод 24 с матрицей голограмм 2, Управляющие входы первого 4 и второго 5 фотоприемных блоков подключены к блоку управления 22, Тактирующие входы блока обработки информации 19, первого 12, второго 15, третьего 18 буферных регистров н первого 13, второго Р4, третьего 16 счетчиков, а также демультиплексора 9 соединены с блоком управления 22, Устройство работает .следующим 20 образом, На матрице голограмм 2 информация записана в виде субголограмм,. на каждой из которых информационные символы представлены в виде темных и светлых пятен, Перед записью инфор« мационный поток разбивается на блоки с постоянным количеством символов, каждый блок записывается на субголограмму дважды, причем при повторной 30 записи блока с нечетным хемминговским весом оптическое изображение инвертируется, Перед началом цикла считывания с блока управления 22, который связан с ЭВМ поступает код адреса голограммы, подлежащей считыванию в блок выделения сигнала адреса 21 ° В блок сканирования 23 поступает команда, по которой он управляет работой механического привода 24 таким обра- 40 зом, что матрица голограмм 2 перемещается в позицию, соответствующую заданному адресу. После этого с блока управления 22 подается управляющий сигнал, разрешающий считывание ключе- 45 вого слова, записанного на служебной части восстановленной субголограммы, В случае совпадения ключевого слова с заданным с блока управления подается команда, разрешающая считывание информационной части, голограммы.

Если адрес выбранной субголограммы не совпадает с заданным (считанным вторым фотоприемным блоком 5), с блока выделения сигнала адреса 21 через блок сканирования 23 подается сигнал на механический привод 24 для поиска субголограимы, Зона поиска представляет собой прямоугольник с

\ центром на первоначально выбранной субголограмме ° Размеры зоны выбраны с учетом точности работы механического привода 24, Поиск производится в стартстопном режиме с шагом, равным расстоянию между субголограммами в матрице.

Преобразование оптической информации в электрическую происходит следующим образом, Восстановленное изображение субголограммы проецируется на первый 4 и второй 5 фотоприемные блоки, Второй

5 фотоприемный блок вырабатывает сигнал, определяющий порог срабатывания компаратора 8 и зависящий от плотности субголограммы, Сигнал с выхода компаратора 8 поступает на вход демультиплексора 9, где разделяется иа два параллельных потока с относительной временной задержкой, равной длине блока информационной последовательности, На вход демультиплексора 9 поступает информационная последовательность в виде следующих друг за другом блоков с постоянным числом символов, каждый блок последовательности поступает дважды, причем если хеминговский вес блока нечетный, второй раз он поступает в инверсном коде, В демультиплексоре 9 повторяющиеся блоки разделяются.на два выхода.

Для того, чтобы сигналы на выходах демулътиплексора 9 заняли одинаковое временное -положение, один из них необходимо сдвинуть во времени, сигнал со второго выхода демультиплексора 9 инвертируется инвертором 27 °

Информационная последовательность с первого выхода демультиплексора 9, пройдя сдвигающий регистр 10 заносится в первый буферный регистр 12 информационная последовательность со второго выхода демультиплексора

9 заносится во второй буферный регистр 15, Одновременно при помощи счетчиков 13, 14, 16 определяется четность хемминговского веса последовательностей, заносимых в каждый из буферных регистров 12, 15, 18 При этом последовательности с выхода сдвигающего регистра 10 и с второго выхода демультиплексора 9 подаются на сумматор по модулю два 11 Сигналы с выходов счетчиков 13, 14, 16, а также сумматора по модулю два 11 поступают на управляющие входы блока обработки информации 19 сигналы

1135352!

О с выходов буферных регистров 12, 15, 18 поступают на информационные входы блока обработки информации 19 ° Если. в результате суммирования по модулю два последовательности с первого выхода демультиплексора 9, прошед.ший через сдвигающий регистр IQ, и последовательности со второго выхода демультиплексора 9 получено !

О число, во всех разрядах которого одинаковые символы, например 00000 ипи 11111, последовательность с первого выхода демультиплексора 9, пройдя сдвигающий регистр IQ и первый буферный регистр 12, выводится блоком обработки информации !9 на блок отображения 20. Если в результате суммирования по модулю получено число, во всех разрядах которого сим- 20 волы "1", за исключением одного, сравниваются последовательности с первого выхода демультиплексора 9 и инвертированная последовательность со второго выхода демультиплексора 25

9, т,е, последовательность на выходе инвертора 17 и на блок обработки информации 19 выводится та из них, которая имеет нечетный хемминговский вес. Для этого в блоке обработке 30 информации 19 производится сравнение показаний первого счетчика !3 и третьего счетчика 16 ° Прн нечетном показании первого счетчика 13 по сигналу на первом управляющем входе блока обработки информации 19 информация с первого буферного регистра 12 выводится на второй выход блока обработки информации 19 При нечетном показании третьего счетчика 16 по сигна- !О лу на четвертом управляющем входе блока обработки информации 19 инфор мация с третьего буферного регистра

18 выводится на первый выход блока обработки информации 19 и далее на 45 блок отображения 20, Если после суммирования по модулю два получено число, во всех разрядах которого символ

"0", за исключением одного, сравнивается последовательность, поступающая с первого выхода демультиплексора 9, и последовательность со второго выхода демультиплексора 9 и иа блок обработки информации 19 выводится та из иих, котоРая имеет четный хемминговский вес, Осуществляется это следующим образом, Если число "нулей", поступающих с выхода сумматора по модулю два

11 на второй управляющий вход блока обработки информации 19, превышает число единиц, блок 19 сравнивает показания счетчиков 13 и 14, При четном показании счетчика !3 информация с первого буферного регистра 12 поступа ет на блок отображения 20.через первый выход блока обработки информации 19, При четном показании счетчика 14 на первом выходе блока обработки информации 19 выделяется информация со втарого буферного регистра 15 °

В сравнении с известным, заявляемое устройство обладает повышенной надежностью, т е, искажение любого символа внутри блока информационной последовательности не приводит к появлению ошибки при считывании информации. Процесс исправления ошибки удобно проиллюстрировать на следующем примере, Пусть поток информации, подлежащей записи на субголограмме, имеет вид 11010001101111101101101. °

Пусть также при записи он разбивается на блоки по пять символов: 11010

01101 llIlO 11011, Каждый из блоков на субголограмме записывается два раза, причем первый и второй блоки, имеющие нечетный хемминговский вес, при повторении записываются инверсным кодом, Таким образом, на субголограмме записывается информация: 11010, 00101, 01101 10010 11110 11110 11011 I!0!I. ° ° При считывании эта информация выделяется на двух выходах демультиплексора: поочередно блоки поступают на первый и второй выходы, в результате пЬлучено: на первом выходе

11010 01101 !ll 10, I10l!..., на втором выходе 00101 10010 1!110 11011 ° . °

Если в процессе считывания все информационные символы преобразованы правильно, суммирование по модулю два каждого блока последовательностей с первого и второго выходов демультиплексора 9 дает число, во всех разрядах которого (в пределах блока) одинаковые символы в д анном с луч а е име ем: I I I 1 !!!!I 00OOO 00000... Пусть при считывании в процессе преобразования информации произошла первая идентификация второго символа первого блока, т.е, вместо 11010 на первом выходе,цемультиплексора 9 получено 10010 °

Пусть, кроме того, искажен третий символ второго блока на втором выходе демультиплексора 9: т.е, вместо

10010 имеет 10l 10, а также пятый

l! 113535 символ четвертого блока: 11011 11010, В результате на выходах демультиплексора 9 имеем: на первом выходе

10010 01101 11110 !1010.. °, на втором выходе 00!О! 1011 l0 111!0 1!011 ° . °

В результате суммирования по модулю два имеем: 101!l 11011 00000 00001 °

Во всех разрядах первого числа в результате суммирования "l за ис- )p ключением второго, сравнивается блок последовательности на первом выходе демультиплексора 9 и инвертированный блок со второго выхода,.т,е, 10010 и !1010 после чего выбирается !5 тот, который имеет нечетный хемминговский вес Н (для 10010 Н-2, а для

I1010 H=3), т,е ° на выход блока обработки информации выводится блок

11010. Во всех разрядах второго числа результата суммирования по модулю два, за исключением одного, — "l" °

Поступая аналогично, имеем: для

01!101 H=3, 01001 H=2, т,е, на выход блока обработки информации 19 выводится 01101, В результате суммирования по модулю два третьего блока— все "0", поэтому этот блок выводится с первого выхода демультиплексора 9 без изменений, Дальше в результате З0 суммирования по модулю два для четвертого блока имеем все "0", за исключением одного разряда, Это указывает на то, что необходимо сравнивать блок на первом и втором выходах З5 демультиплексора 9 и выбрать тот, который имеет четный хемминговский вес: для I!010 H=3, !1011 Н=4, выбираем 110!l. Таким образом, на выходе блока обработки информации имеем: 40

2 12

l 1010 0l!0l !1110 11011„°, т.е, исходную последовательность, Работа устройства не изменяется .при любом числе символов в блоке, однако для обеспечения исправления ошибки это число должно быть не менее 4 (на практике всегда оно 4), Численный параметр,характеризующий надежность считывающего устройства,— средняя вероятность ошибки на один бит записанной информации, Для из" вестного устройства этот параметр совпадает с вероятностью искажения символа при преобразовании из оптической формы в электрическую. В заявляемом устройстве происходит правильное считывание, даже если произошло искажение одного символа из N где

N — длина блока, т,е. ошибка имеет место в случае, если произошло 2 и более искажений в пределах блока иэ

N символов или если произошло искажение символа с номером М и, кроме того, искажения сиМвола с номером

M+N Веооятность такого события

P = (I/N) С Р„, что при N=6 дает (1/6). 66,P2 = 11 Р, Если для известного устройства обеспечивается вероятность неправильного преобразования P = 10, то для заявляемого усто ройства при той же емкости субголограммы P 1 ° 10 — 10 + т.е, на два порядка меньше.

Таким образом, заявляемое устройство обладает существенно большой надежностью в сравнении с известным, что численно выражается в уменьшении средней вероятности ошибки на один бит считываемой информации.! 135352

Техред А.Кравчук Корректор С. Шевкун

Редактор С.Титова

Заказ !062 Тираж 349 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", .г. Ужгород, ул. Гагарина, 101