Ассоциативный оптический коррелятор для запоминающего устройства

 

Изобретение относится к вычислительной технике. Целью изобретения является повышение производительности ассоциативного оптического коррелятора для запоминающего устройства при ассоциативном поиске по многим признакам опроса. АОК содержит многоканальный излучательный блок 1 для ввода в коррелятор информации в виде световых пучков, проекционный блок 2 для проецирования изображения каждого ассоциативного признака на все признаки опроса, управляемый транспарант 3 для отображения страницы признаков опроса, блок 4 разведения пучков, выполненный в виде матрицы оптических клиньев для разделения световых пучков, соответствующих разным ассоциативным признакам, а также отделения признаковых пучков от опорных, фокусирующий блок 5 для сложения оптических сигналов, фотоприемный блок 6 для преобразования оптических сигналов в электрические, и блок 7 управления. 4 ил.

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано, например, совместно с запоминающими устройствами различных типов (оптоэлектронными, электронными, магнитными и т.д.) для ассоциативного поиска информации. На фиг. 1 приведена оптическая схема ассоциативного оптического коррелятора для запоминающего устройства; на фиг. 2 схема прохождения световых пучков через оптический клин; на фиг. 3 конструкция блока разведения пучков; на фиг. 4 блок-схема блока управления. Ассоциативный оптический коррелятор содержит многоканальный излучательный блок 1, проекционный блок 2, управляемый транспарант 3, блок 4 разведения пучков, фокусирующий блок 5, фотоприемный блок 6, блок 7 управления. Многоканальный излучательный блок 1 предназначен для ввода в коррелятор информации в виде световых пучков и преобразует, например, входные электрические сигналы в оптические. Блок 1 может состоять, например, из матрицы полупроводниковых лазеров или излучательных диодов; или последовательно расположенных лазера, телескопа и управляемого транспаранта; или, в случае работы совместно с оптоэлектронным запоминающим устройством, из светообъединительного поляризационного или спектрального куба, первый вход которого является оптическим входом блока 1, второй вход через первый объектив связан с оптическим выходом лазера, выход куба через второй объектив связан с оптически управляемым транспарантом, выход которого является выходом блока 1. Проекционный блок 2 служит для проецирования изображения каждого ассоциативного признака на все признаки опроса, отображенные на управляемом транспаранте 3. Блок 2 может состоять, например, из последовательно расположенных дифракционной решетки, матрицы голографических расщепителей, расположенной в главной плоскости коллективного цилиндрического объектива и коллимирующего цилиндрического объектива, находящегося с коллективным объективом взаимно в фокальных плоскостях друг друга. Дифракционная решетка и матрица голографических расщепителей могут быть выполнены, например, на отбеленных фотослоях и желатиновых слоях. Управляемый транспарант 3 предназначен для отображения страницы признаков опроса и может быть выполнен, например, в виде пространственно-временного модулятора света на основе ниобата лития, ортоферрита или жидкого кристалла. Блок 4 разведения пучков предназначен для направления световых пучков, соответствующих разным признакам опроса, на разные столбцы фотоприемников блока 6, а также разделения признаковых и опорных оптических сигналов в каждом слове для парафазной регистрации сигналов в блоке 6. На подложке 8 размещены оптические клинья 9 (фиг. 2). Блок 4 может быть выполнен в виде интегральной или наборной матрицы клиньев (см. фиг. 3), состоящей из основания 10, признаковых 11 и опорных 12 клиньев. При этом каждая строка матрицы клиньев представляет собой линейный растр, состоящий из признаковых 11 и опорных 12 оптических клиньев, которые отличаются преломляющим углом. Все признаковые 11 и все опорные 12 оптические клинья каждой строки имеют одинаковые преломляющие углы. Преломляющие углы оптических клиньев линейных растров ступенчато изменяются от крайних строк по направлению к центру матрицы, по обе стороны которого линейные растры оптических клиньев одинаковы и развернуты относительно друг друга на 180^о. Интегральная матрица клиньев может быть изготовлена, например, штамповкой из смолы, пластмассы или желатины (методами, аналогичными методам изготовления линзовых растров); травлением стекла или методами напыления. Фокусирующий блок 5 может состоять, например, из двух объективов, расположенных взаимно в фокальных плоскостях друг друга. Фотоприемный блок 6 служит для определения совпадения ассоциативного признака информации с признаком опроса, может быть выполнен, например, в виде интегральной или наборной фотоприемной матрицы. Блок 7 управления обеспечивает работу коррелятора, состоит из генератора 13 синхроимпульсов, канала 14 ввода-вывода, буферного накопителя 15, формирователя 16 управляющих сигналов, буферного накопителя 17, формирователей 18, 19 управляющих сигналов, буферного накопителя 20. Коррелятор работает следующим образом. По команде генератора 13 синхроимпульсов из канала 14 ввода-вывода n (n 1, 2, 3, m, m число строк излучательных элементов в блоке 1) ассоциативных признаков информации через буферный накопитель 15 и формирователь 16 управляющих сигналов поступают на многоканальный излучательный блок 1, например, в виде электрических сигналов. Блок 1 преобразует электрические сигналы в оптические, например, таким образом, чтобы каждому n-му ассоциативному признаку соответствовала n-ая строка оптических сигналов на выходе блока 1. Эти оптические сигналы отображают, например, ассоциативные признаки в коде Рида-Маллера, между двоичными знаками которого, представленными в прямом парафазном коде, располагаются опорные разряды в простом коде. Оптические сигналы с блока 1 поступают в проекционный блок 2. По команде генератора 13 из канала 14К (К 1, 2, 3, r, r число строк в управляемом транспаранте 3) признаков опроса через накопитель 17 и формирователь 18 поступают на управляемый транспарант 3 и отображаются на нем, например, в коде Рида-Маллера, между двоичными знаками которого, представленными в обратном парафазном коде, располагаются опорные разряды в простом коде. При этом каждый К-й признак опроса занимает соответствующую К-ю строку транспаранта 3. В блоке 2 световой пучок, соответствующий каждому p-му (p 1, 2, 3 S, S число разрядов в признаке), двоичному знаку n-го ассоциативного признака, проходит через дифракционную решетку и голографическим расщепителем размножаются на К световых пучков, каждый из которых соответствует одноименному p-му разряду во всех К-ых признаках опроса, отображенных на транспаранте 3. При этом световые пучки, отображающие n-ый ассоциативный признак, с помощью цилиндрических объективов освещают под соответствующим определенным углом все К-ые признаки опроса, отображенные на транспаранте 3. Таким образом, осуществляется оптическое умножение всех n-ых ассациативных признаков на все К-ые признаки опроса и при этом оптические сигналы произведений разделены в пространстве (см. фиг. 1а). Световые пучки, соответствующие каждому К-му признаку опроса, проходят через соответствующий линейный растр (строку) матрицы клиньев блока 4 разведения пучков и приобретают определенное угловое смещение в ортогональной плоскости (см. фиг. 1б). При этом световые признаковые и опорные пучки проходят соответственно через признаковые и опорные клинья растра (строки), имеющие разные углы между преломляющими плоскостями (все признаковые и все опорные клинья данной строки линейного растра имеют одинаковые углы между преломляющими плоскостями). Поэтому признаковые и опорные оптические сигналы, соответствующие одному и тому же К-му признаку опроса, также разделены в пространстве. Фокусирующий блок 5 суммирует оптические сигналы и проецирует их на фотоприемный блок 6, имеющий n x K парафазных фотоприемных элементов. При этом фотоприемный элемент блока 6 с координатами n x K регистрирует оптический сигнал, соответствующий n-му ассоциативному признаку и К-му признаку опроса. По команде генератора 13 формирователь 19 подает напряжение на блок 6. Координаты n и К парафазного фотоприемного элемента блока 6, на котором оптический сигнал опорных разрядов превышает оптический сигнал признаковых разрядов, определяют соответственно n-ый ассоциативный признак и К-ый признак опроса, по которым произошло совпадение. По команде генератора 13 код адреса nK-го фотоприемного элемента передается с блока 6 через накопитель 15 в канал 14 ввода-вывода. Таким образом определяются адрес ассоциативного признака в странице ассоциативных признаков и адрес признака опроса в странице признаков опроса, по которым произошло совпадение. Объем информации, одновременно обрабатываемый данным коррелятором, существенно зависит от конструкции блока 4 разведения пучков. В устройстве-прототипе в качестве блока 4 разведения пучков используется клиновый растр (см. фиг. 2, где 8 подложка, 9 оптический клин), каждый клин 9 которого соответствует целой строке управляемого транспаранта 3. С увеличением преломляющего угла Θ клина 9 (см. фиг. 2) увеличивается путь, проходимый световыми пучками между преломляющими поверхностями клина. Это приводит к ограничению (см. фиг. 2 и 1а) максимально допустимого угла ϕ между световыми пучками, испускаемыми крайними излучательными элементами столбца блока 1, т.е. его апертурного угла. Следовательно, угол определяет количество n строк (слов) излучательных элементов в блоке 1 (т.е. его емкость), светосилу оптики проекционного блока 2, а следовательно и объем обрабатываемой коррелятором информации. С этой точки зрения желательно уменьшить путь, проходимый световыми пучками между преломляющими поверхностями оптического клина, т.е. увеличить угол ϕ Определим оптимальные параметры клина, имеющего в корреляторе наибольший преломляющий угол Θ необходимые для достижения максимального объема обрабатываемой информации. Из условия, что световой пучок не должен выходить за пределы задней преломляющей поверхности клина (см. фиг. 1 и 2), следует, что tgϕ где h высота основания клина; d диаметр светового пучка; Δ толщина клина, равная шагу расположения светоклапанных ячеек в транспаранте 3; F фокусное расстояние цилиндрического объектива блока 2; L сторона транспаранта 3. Отсюда h (1) Преломляющий угол Θ клина связан с углом ϕ /2 отклонения пучка формулой (-1)tgΘ tgϕ/2, (2) где n показатель преломления клина. Учитывая, что tgΘ и tg где l длина клина, из (2) получим:
l 2(-1) Fh/l (3)
Подставив (1) в (3), найдем, что
l (-1)F²(Δ-d)/L²
Положим для примера, что = 1,5, F²/L²= 4 и d
Тогда
l Δ (4)
Из (4) следует, что при максимальном объеме информации, обрабатываемой коррелятором, длина клина с наибольшим преломляющим углом в блоке 4 должна быть равна шагу расположения светоклапанных ячеек в транспаранте 3. По мере уменьшения преломляющего угла Θ длина l клина может увеличиваться. Из вышеизложенного следует, что для повышения объема информации, обрабатываемой коррелятором, блок 4 разведения пучков должен быть выполнен в виде матрицы оптических клиньев, что и сделано в предлагаемом корреляторе.

Формула изобретения

АССОЦИАТИВНЫЙ ОПТИЧЕСКИЙ КОРРЕЛЯТОР ДЛЯ ЗАПОМИНАЮЩЕГО УСТРОЙСТВА, содержащий многоканальный излучательный блок, оптический выход которого через последовательно расположенные проекционный блок и управляемый транспарант оптически связан с входом блока разведения пучков, оптические выходы которого через фокусирующий блок оптически связаны с входами фотоприемного блока, выход которого подключен к синхронизирующему входу блока управления, выходы которого с первого по третий подключены к управляющим входам соответственно многоканального излучательного блока, управляемого транспаранта и фотоприемного блока, отличающийся тем, что, с целью повышения его производительности при ассоциативном поиске по многим признакам опроса, блок разведения пучков выполнен в виде матрицы оптических клиньев, каждая строка которой содержит признаковые и опорные оптические клинья, различающиеся преломляющими углами, причем в каждой строке преломляющие углы для каждого типа клиньев одинаковы, преломляющие углы клиньев ступенчато изменяются от крайних строк по направлению к центру матрицы оптических клиньев, преломляющие углы оптических клиньев крайних строк одинаковы, оптические клинья крайних строк развернуты относительно друг друга на 180^o.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4