Оптоэлектронный процессор для решения уравнений математической физики
Предлагаемый оптоэлектронный процессор слоисто-пленочной структуры позволяет решать уравнения математической физики. Вычислительный модуль содержит слоисто-пленочный процессор распределенной структуры, содержащий последовательно нанесенные на прозрачную подложку 4 прозрачные ленточные электроды 3 и фоторезисторные слои 1 и 2. Управляющий блок является блоком оптической памяти, содержащим источник когерентного излучения и установленные на пути светового потока от этого источника излучения к фоторезисторным слоям 1 и 2 вычислительного модуля дефлектор 6 с произвольной адресацией и матрицу 7 голограмм. Выводы 9 от ленточных прозрачных электродов являются выходами устройства, а управляющие входы 11 дефлектора являются управляющими входами. Ленточные прозрачные электроды имеют различную ширину , что позволяет решать уравнения математической физики различных видов. Сами по себе ленточные электроды обеспечивают повышение точности решения за счет контроля задаваемых параметров. 2 з.п. ф-лы, 5 ил. ел с
ф
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 7 8 r zan О фь фь К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4467163/24 (22) 29.07,88 (46) 07.02.93, Бюл. N 5 (71) Томский политехнический институт им.С. М, Кирова (72) А.Ф.Лавренюк и О.В.Смиренский (56) Авторское свидетельство СССР N 375653, кл, G 06 G 7/44, 1972. Авторское свидетельство СССР М 383067. кл. 6 06 G 7/44, 1972, (54) ОПТОЭЛЕКТРОННЫЙ ПРОЦЕССОР ДЛЯ РЕШЕНИЯ УРАВНЕНИЙ MATEMATViЧЕСКОЙ ФИЗИКИ (57) Предлагаемый оптоэлектронный процессор слоисто-пленочной структуры позволяет решать уравнения математической физики. Вычислительный модуль содержит слоисто-пленочный процессор распределенной структуры, содержащий последовательно нанесенные на прозрачную. Ы 1793449 А1 подложку 4 прозрачные ленточные электроды 3 и фоторезисторные слои 1 и 2. Управляющий блок является блоком оптической памяти, содержащим источник когерентного излучения и установленные на пути светового потока от этого источника излучения к фоторезисторным слоям 1 и 2 вычислительного модуля дефлектор 6 с произвольной адресацией и матрицу 7 голограмм. Выводы 9 от ленточных прозрачных электродов являются выходами устройства, а управляющие входы 11 дефлектора являются управляющими входами. Ленточные прозрачные электроды имеют различную ширину, что позволяет решать уравнения математической физики различных видав, Сами по себе ленточные электроды обеспечивают повышение точности решения за счет койтроля задаваемых параметров, 2 з,п. ф-лы, 5 ил, 1793449 Изобретение относится к вычислительной технике, а именно к оптоэлектронным процессорам распределенной структуры, и предназначено для решения уравнений математической физики. Известны оптоэлектронные процессоры распределенной слоисто-пленочной структуры, содержащие в качестве основного решающего элемента слой фоторезисторного материала. Слой фоторезисторного материала в этих устройствах представляет собой моделирующую среду распределенной структуры, локальная проводимость которой управляется посредством изменения освещенности рабочей поверхности фоторезисторного слоя источником светового излучения. Недостатком известных устройств является то, что для индикации получаемых решений в фоторезисторном слое необходимы система электродов и устройство коммутирования этих электродов. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является вычислительное устройство, в котором имеется дополнительный фоторезисторный слой, имеющий иную спектральную чувствительность, чем основной решающий слой. Освещение дополнительного фоторезисторного слоя производится дополнитель ным источником светового излучения, Однако известное устройство позволяет проводить регистрацию параметров моделируемого поля только в одной точке моделируемого пространства, Целью изобретения является повышение точности решения уравнений математической физики за счет контроля параметров моделирующей среды в различных точках моделируемого пространства и более точного их задания, Цель достигается тем, что в оптоэлектронный процессор для решения уравнений математической физики, содер>кащий оптически связанные первый и второй источники излучения, первый и второй формирователи светового потока, оптоэлектронный вычислительный модуль слоисто-пленочной структуры, состоящий из последовательно нанесенных на прозрачную основу прозрачного токопроводящего слоя, первого и второго фото резисторных слоев, сенсибилизированных к длинам BollH cooT ветствующих источников излучения и формирователей светового потока, установленных с внешних сторон соответствующих фоторезисторных слоев, причем электрические выводы электродов, распо-- ложенных на втором фоторезисторном слое, и электрический выход прозрачного токопроводящего слоя являются выходами процессора, входы источника излучения и формирователя светового потока являются управляющими входами процессора, прозрачный токопроводящий слой выполнен в виде набора изолированных между собой ленточных прозрачных электродов, к каждому из которых подключены выводы, являющиеся дополнительными выходами процессора, кроме того, набор ленточных "0 электродов содержит не менее двух групп разной ширины изолированных между собой прозрачных ленточных электродов и имеет выводы, которые образуют соответствующие группы дополнительных выходов процессора. Первый и второй формирователи светового потока выполнены каждый в виде оптически связанных детектора светового потока и матрицы голограмм, 20 На фиг, 1 представлена структурная схема оптоэлектронного процессора для решения уравнений математической физики; на фиг. 2 — схема обработки выходной информации, на фиг, 3 и 4 — варианты оптического сканирования ленточных электродов при регистрации результатов моделирования и задания функций источников; на фиг. 5— топограммы получаемых решений. Оптоэлектронный процессор (фиг, 1) со30 держит оптоэлектронный вычислительный модуль слоисто-пленочной структуры, содер>кащий фоторезисторные слои 1 и 2, име. ющие различную спектральную чувствительность, набор прозрачных ленточных электродов 3, прозрачную подложку 4, два управляющих оптических модуля, каждый из которых содержит источник 5 когерентного излучения, дефлектор 6 светового потока с произвольной адресацией и 40 матрицу 7 голограмм, устройство 8 проецирования оптических изображений. К прозрачным ленточным электродам подключены выводы 9, являющиеся выходами устройства, Выходами устройства явля45 ются выводы 10 электродов, нанесенных на фоторезисторный слой 1, Управляющие входы 11 дефлекторов являются входами устройства. Источники 5 когерентного излучения имеют различные спектральные характеристики излучения, соответствующие спектральные характеристики имеют и освещаемые ими фоторезисторные слои 1 и 2, Различные спектральные характеристики 55 излучателей выбраны для того, чтобы исключить взаимное влияние каждого из источников излучения на соответствующий фоторезисторный слой. Управляющий оптический блок, содержащий источник 5 когерентного излучения, дефлектор 6, матрицу 7 1793449 голограмм, представляет собой блок постоянной оптической памяти с системой оптического сканирования, блоки такого типа являются частью оптоэлектронных процессоров, При этом матрица 7 голограмм, расположенная со стороны фоторезисторного слоя 1, содержит набор голограмм — масок в виде теневых картин, а в матрице голограмм, расположенной со стороны прозрачной подложки, содержится набор голограмм — масок в виде картин из светящихся точек и в виде теневых картин, Картины в виде светящихся точек высвечиваются в случае оптического сканирования ленточных электродов при измерении моделируемых параметров в фоторезисторном слое 1, а теневые картинь1 — в случае задания функций распределенных источников в фоторезисторном слое 2. Удельная проводимость фоторезисторного слоя 2 должна быть значительно меньше удельной проводимости фоторезисторного слоя 1, чтобы исключить возможное шунтирование последнего, На фиг. 2 показана схема соединения ленточных прозрачных электродов 3 оптоэлектронного процессора через выводы 9 с измерительнымустройством. В качестве последнего может быть применен многоканальный самопишущий прибор, многолучевой осциллограф либо многоканальный аналого-цифровой преобразователь, Блок R при включенном переключателе режимов в положение К— "контроль" оказывается включенным между двумя соседними ленточными электродами, при этом появляется возможность измерять локальную проводимость в решающем фоторезисторном слое 1 между двумя точками оптического сканирования, каждая из которых приходится на один из ленточных электродов. Получаемая при этом картина распределения локальной проводимости моделирующей среды складывается из набора зависимостей, снятых одновременно по каждой пространственной оси, совпадающей с направлением ленточных электро-. дов. Блок V при включенном переключателе режимов в положение P — "решение" оказывается подключенным к ленточному электроду и позволяет измерять величину моделируемого потенциала либо задавать функцию источника в фоторезисторном слое 1. При одновременном оптическом сканировании ленточных электродов можно получить картину распределения моделируемых функций в виде набора непрерывных функций по пространственной оси, совпадающей с направлением ленточных электродов, и дискретных функций в перпендикулярном направлении, При оптическом сканировании ленточных электродов под углом к оси ленточных электродов можно получить топогрэмму моделируемых функций (фиг. 5). Посредством ленточных электродов можно осуществлять и измерение, и задание функций источников в фоторезисторном слое 1, поэтому не обязательно наличие 1р электродов, подключенных к этому слою. Работает устройство следующим образом. В зависимости от геометрии и условий решаемой задачи производится подбор го15 лограмм в матрице 7, расположенной со стороны фоторезисторного слоя 1, В матрице 7 голограмм, расположенной со стороны прозрачной подложки, подбор голограмм определяется условиями задания функций 2р источников и порядком измерения моделируемых потенциалов. Подбор оптической прозрачности голограмм производится на основе условий подобия, которые получаются из сравнения уравнений, описывающих 25 моделируемую систему: а а а а Q p (x, у) + — Ку — р(х, y)= = f(x, у) . (1) и уравнений, описывающих распределение 3р потенциалов U> в фоторезисторном слое 1 оптоэлектронного процессора; pi — Ui (x>, у1) + д д д д 35 У1 У1 + а pt а U1 (x1 у1) =pp Uo (х1, у1) (2) Задавая масштабные соотношения m p = —à : mx = — . mf = д-, (3) х 1 х1 оо из уравнений (1) и (2) можно получить усло4р. вия подобия следующего вида п л p> — Кх -; Ос = mf ° (4) г В соответствии с условиями решаемой задачи на управляющие входы 11 дефлектора от внешнего управляющего устройства, например ЦВМ, заносится сигнал, который записывается в регистр адреса позиции дефлектора 6, в соответствии с которым осуществляется отклонение светового луча от источника 5 на соответствующую голограмму матрицы 7, и высвечиваемая при этом теневая картина проектируется на рабочую поверхность фоторезисторного слоя 1, изменяя при этом локальную проводимость этого слоя в соответствии с условиями решаемой задачи. Задается режим работы "контроль", при котором между ленточными электргдлми включен измеритель локальной провод 1.-:о1793449 сти — блок R, а от внешнего управляющего устройства в регистр адреса позиции дефлектора производится последовательная засылка сигналов по заданной программе, в результат чего производится изменение положения дефлектора, приводящее к отклонению светового луча на соответствующую голограмму с высвечиванием картины светящихся точек, каждая из которых проектируется на ленточный электрод и произво-дит, таким образом, оптическое сканирование ленточного электрода. Оптическая прозрачность голограмм подбирается таким образом, чтобы поток светового излучения от источника излучения полностью поглощался в фоторезисторном слое 2 и не проходил к границе раздела слоев 1 и 2. Выполнение этого условия необходимо для исключения влияния оптических управляющих сигналов на проводимость другого фоторезисторного слоя. Фоторезисторные слои должны иметь один и тот же тип проводимости и тип свободных носителей. Оптическое сканирование под углом к направлению ленточных электродов и одновременная регистрация локальной проводимости, например. на многолучевом осциллографе позволяют получать топограммы локальной проводимости на экране такого регистрирующего устройства (фиг., 5). При решении уравнений математической физики (1) без источников задается режим решения Р— "решение", при котором электроды 3 подключены к измерительному блоку Vp (фиг. 2) и производится оптическое гканирование ленточных прозрачных электродов и расположенных под ним зон фоторезисторного слоя 2, В последних в точке падения светового луча образуется канал повышенной проводимости, который является своеобразным оптически управляемым контактом для снятия модулирующих потенциалов в фоторезисторном слое. При решении уравнений математической физики (1) с источниками следует применять оптоэлектронный процессор с чередующимся набором узких и широких ленточных электродов. При этом возможны различные варианты уравнения (1). два из таких вариантов приведены на схемах фиг. 3 и 4. Схема на фиг, 3 предназначена для решения уравнения (1) с дискретными источниками: д д — К - — <р(х, у)+ K> — „p(x, у)= д д = 1*(x*, у*) (5) где f"(х*, у*) — функц » дискретных источников, заданная в точках с дискретными координатами x* и у*. 55 сколько раз более низким по стоимости, чем программный способ представления графической информации на дисплее с применением ЭВМ, получать топограммы параметров моделируемой среды и моделируемой функции. Одна из дискретных координат совпадает с координатой узкого ленточного электрода, а другая дискретная координата может быть задана произвольно. узкие ленточные электроды подключены к блокам опорных потенциалов V><, а широкие ленточные электроды подключены к измерительным блокам Vp. При поступлении на управляющий вход 11 дефлектора 6, расположеннаго со стороны прозрачной подложки 4, соответствующего управляющего сигнала высвечивается картина светящихся точек: посредством одних, падающих на узкие ленточные электроды, задаются координаты и значения функций дискретных источников, посредством других, падающих на широкие ленточные электроды, задаются координаты измерения моделируемых потенциалов, Схема на фиг. 4 предназначена для решения уравнения (1) с распределенными источниками, но при этом измеряются моделируемые функции p(x*. у*), распределенные по координате х, совпадающей с направлением ленточных электродов, и дискретные в направлении координаты у. Измерение этих функций осуществляется точечным оптическим сканированием узких ленточных электродов, а функции распределенных источников задаются проектированием теневой картины на широкие ленточные электроды, при этом погрешность задания функций распределенных источников тем меньше, чем больше соотношение линейных поперечных размеров широких и узких ленточных электродов. В зависимости от условия решаемой задачи производится смена голограмм и меняется освещенность решающего фоторезисторного слоя 1 и локальйая рсвещенность зон вспомогательного фоторезисторного слоя 2, при этом обеспечивается селективное оптическое сканирование ленточных электродов, что позволяет одновременно измерять распределение локальной проводимости 8 решающем фоторезисторном слое при подготовке к решению. обеспечивая тем самым повышение точности задания параметров моделируемой среды, и одновременно увеличить скорость решения за счет одновременной регистрации моделируемых параметров в нескольких точках решающего слоя. Кроме того, устройство позволяет довольно простым аппаратным способом в не1793449 Формула изобретения 1. Оптоэлектронный процессор для решения уравнений математической физики, содержащий первый и второй источники излучения, оптически связанные соответственно через первый и второй формирователи светового потока с оптоэлектронным вычислительным модулем слоисто-пленочной структуры, состоящим из последовательно нанесенных на прозрачную основу прозрачного токопроводящего слоя и первого и второго фоторезисторных слоев, сенсибилизированных к длинам волн источников излучения, установленных с внешних сторон соответствующих фоторезисторных слоев, выводы электродов, расположенных на втором фоторезисторном и прозрачном токопроводящем слоях, являются выходами процессора, управляющие входы источников излучения. и форМирователей светового потока являются управляющими входами процессора, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения точности решения и расширения класса решаемых задач, прозрачный токопроводящий слой выполнен в виде набора изолированных между собой ленточных прозрачных электродов, электрические выводы которых являются дополнительными выходами процессора. 2. Оптоэлектронный процессор по и. 1. отличающийся тем, что прозрачный токопроводящий слой выполнен в виде набора из и групп (n > 2} изолированных между собой прозрачных ленточных электродов различной ширины. электрические выводы которых образуют соответствующие группы дополнительных выходов процессора. 3. Оптоэлектронный процессор по и, 1, отл и ч а ю шийся тем, что первый и второй формирователи светового потока выполнены каждый ц виде оптически связанных дефлектора светового потока и матрицы голограмм, 1793449 Составитель А. Лавренюк Техред М,Моргентал Корректор M.Ïåòðîâà Редактор С. Кулакова Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 Заказ 505 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, MocKsa, Ж-35, Раушская наб„4/5
