Оптическое логическое устройство

 

ОГ1ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1iц 516989

Союз Свввтоких

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 16.03.73 (21) 1894882/25 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 05.06.76. Бюллетень № 21 (45) Дата опубликования описания 15.05.78 (51) М. Кл.2 G 02F 3/00

Гасуларстееинь и комитет

Совета Иииистроз СССР (53) УДК 537.533.3 (088.8) ло делам иаобретеиий и открытий (72) Авторы изобретения

Л. В. Егорова, В. Ф. Рахманов и H. В. Романенко

Московский ордена Ленина авиационный институт им. Серго Орджоникидзе (71) Заявитель (54) ОПТИЧЕСКОЕ ЛОГИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в оптических цифровых вычислительных машинах для выполнения логических операций «НЕ», «И» и «Отрицание импликации» над большими массивами исходных двоичных данных (картинами).

Известно оптическое логическос устройство для выполнения операции «НЕ» над картиной с исходной информацией, содержащее источник света и установленные па пути светового пучка коллиматор, картину с исходной информацией и матрицу фотоприемников.

Основным недостатком этого устройства является необходимость использования в нем источника когерентного монохроматического света, поскольку работа устройства основана па интерференции элементарных световых пучков, прошедших через прозрачные (единичные) участки картины с исходной информацией и через специальную опорную картину. Кроме того, для правильной работы устройства необходима точная юстировка каждой новой картины с исходной информацией.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей оптического логического устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в предложенное устройство введены многослойный фотохромный транспарант, установленный между картиной с исходной информацией и матрицей фотоприемников, и набор сменных светофильтров, который установлен за коллиматором.

Благодаря этому операция «НЕ» над картиной может выполйяться в некогерентном свете и без юстировки устройства при смене исходной информации. Кроме того, устройство, помимо операции «НЕ», может выполнять ло10 гические операции «И» и «Отрицание импликации».

Схема предложенного устройства показана на фиг. 1.

Оптическое логическое устройство содержит

15 источник света 1, коллиматор 2, набор сменных светофильтров 3, картину с исходной информацией 4, многослойньш фотохромный транспарант 5 и матрицу фотоприемников 6.

Коллиматор 2 служит для преобразования

20 излучения источника света 1 в параллельный световой пучок, набор сменных светофильтров

3 — для поочередного выделения определенных областей спектра излучения источника света 1. Состав набора светофильтров опреде25 ляется характеристиками многослойного фотохромного транспаранта 5. Количество светофильтров в наборе может меняться в зависимости от числа слоев в фотохромном транспаранте и от типа выполняемой логической

30 операции.

516989

Многослойный фотохромный транспарант 5 служит для кратковременного запоминания исходной информации в прямом или обратном коде. Как известно, фотохромные вещества обладают свойством менять свою оптическую плотность под воздействием света определенной длины волны. Такую реакцию фотохромного вещества называют его возбуждением или окрашиванием. Вывести фотохромное вещество из состояния возбуждения (обесцветить) можно облучением его светом другого спектрального состава, чаще всего с длинами волн, лежащими в инфракрасной области. В то же время свет другого спектрального диапазона не влияет вовсе пли влияет слабо на состояние фотохромного вещества. Указанные свойства фотохромных материалов используют для записи, считывания и стирания двоичной информации.

Следует отметить, что в зависимости от химического состава фотохромного материала длины волн записи, считывания и стирания могут меняться. В частности, были исследованы два типа органических фотохромных пленок (условно назовем их ФП-1 и ФП-II), характеристики которых приведены на фиг. 2 и 3.

На фиг. 2 показана спектральная оптическая плотность возбужденной (а) и невозбужденной (б) пленки ФП-1. Возбуждение пленки производилось ультрафиолетовым светом, обесцвечивание — нагревом. Возможно также обесцвечивание пленки ФП-1 красным светом. На фиг. 3 показана спектральная оптическая плотность возбужденной (a) и невозбужденной (б) фотохромной пленки ФП-II. Возбуждение пленки производилось в оранжевом свете, обесцвечивание — нагревом. Как видно из фиг. 2 и 3, пленки ФП-I и ФП-II обладают противоположными характеристиками возбуждения, причем переходят в возбужденное состояние под действием света разных длин волн. B диапазоне длин волн 500—

570 ммк пленки этих типов обладают достаточно хорошим соотношением оптических плотностей в возбужденном и невозбужденном состояниях. Многослойный фотохромный транспарант 5 может состоять, в частности, из двух фотохромных слоев указанных типов (ФП-1 и ФП-11), нанесенных на прозрачную подложку.

Картина с исходной информацией 4 представляет собой плоский транспарант, например, из фото- или кинопленки, перфоленты или перфокарты и т. п., на котором исходная двоичная информация нанесена в виде прозрачных и непрозрачных элементарных участков.

Матрица фотоприемников б служит для приема результирующей картины.

Устройство работает следующим образом.

Излучение источника света 1 с помощью коллиматора 2 формируется в параллельный световой пучок разномерной пространственной интенсивности. Установленный в данный мо5

5з

65 мент на пути светового пучка светофильтр выделяет в спектре излучения источника определенную спектральную область. Далее пучок света, встречая на своем пути картину с исходной информацией 4, претерпевает пространственную амплитудную модуляцию. В зависимости от спектрального состава прошедших через картину с исходной информацией

4 элементарных пучков света они оказывают соответствующее локальное воздействие на многослойный фотохромный транспарант 5.

Будем считать, что многослойный фотохромпый транспарант 5 содержит два фотохромных слоя типов ФГ1-1 и ФП-II. Рассмотрим отдельно работу устройства при выполнении различных логических операций. а) Для выполнения операции «НЕ» над входной информацией необходимо светофильтры устанавливать в такой последовательности на пути светового пучка: сначала ультрафиолетовый светофильтр, затем зеленый. Элементарные ультрафиолетовые лучи вызывают локальное повышение оптической плотности слоя ФП-1 многослойного транспаранта 5. На слой ФП-II они не влияют. Таким образом, исходная информация записывается па многослойном фотохромном транспаранте 5 в обратном коде. При смене светофильтра на зеленый происходит считывание, и инвертированная исходная картина (информация) регистрируется матрицей фотоприемников б. б) Операция «И» выполняется следующим образом. Информация, записанная на картине с исходной информацией 4, переписывается на второй слой (ФП-II) многослойного фотохромного транспаранта 5 в прямом коде. Для этого на пути светового пучка устанавливается оранжевый светофильтр. Элементарные пучки оранжевого света, прошедшие через картину с исходной информацией, вызывают локальное понижение оптической плотности (повышение прозрачности) слоя ФП-II и не влияют на слой ФП-1. Затем картину с исходной информацией 4 убирают, устанавливают ультрафиолетовый светофильтр, и фотохромный транспарант облучают УФ-светом, что вызывает потемнение всего слоя ФП-I.

Одновременно с вводом в устройство новой картины с исходной информацией светофильтр меняется на красный и новая информация записывается в прямом коде на многослойный фотохромный транспарант 5 на слой ФП-I, так как красные элементарные пучки вызывают локальное повышение прозрачности этого слоя.

В следующем такте в набор сменных светофильтров 3 устанавливают зеленый фильтр, а картину с исходной информацией убирают.

Свет проходит в тех местах многослойного фотохромного транспаранта 5, где в обоих слоях имеются прозрачные элементарные участки. Воспринимаемая матрицей фотоприемников 6 результирующая картина есть коньюнкция двух входных массивов информации (двух картин).

516989 в) Если записать один из входных массивов информации на один из фотохромпых слоев в прямом коде по методу, описанному в п. б), а другой входной массив информации записать на второй слой в обратном коде, например способом, указанным в п. а), то при освещении многослойного фотохромного транспаранта 5 зеленым светом матрицей фотоприемников б воспринимается результирующая картина, являющаяся отрицанием импликации (запретом по Х или Y) от входных картин.

Многослойный фотохромный транспарант 5 может содержать отличное от двух число слоев. Так, например, операция «ЙЕ», которая является нулевой функцией одной переменной, может выполняться в устройстве и в том случае, когда фотохромный транспарант содержит один фотохромный слой.

Для операции «И», которая является нулевой функцией нескольких переменных, увеличение числа фотохромных слоев в транспаранте равносильно увеличению числа входов устройства логического умножения.

Следует заметить, что время выдержки ультрафиолетового, оранжевого и красного светофильтров должно соответствовать псобходимому времени экспонирования фотохромных слоев для достаточно глубокой записи илп стирания информации. Время выдержки зеленого светофильтра определяется инерционностью фотоприемников. Очистка многослойного фотохромного транспаранта 5 перед выполнением новой логической операции может производиться, например, его нагревом.

Формула изобретения

Оптическое логическое устройство для выполнения логических операций «НЕ», «И», «отрицание имплпкации» над большими массивами исходных двоичных данных (картинамп), содержащее источник света и установленный последовательно на пути светового пучка коллпматор, картину с исходной информацией и матрицу фотоприемников, о т л и ч а ю щ е е с я

20 тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, оно содержит фотохромный транспарант, содержащий по крайней мере два слоя и установленный между картиной с исходной информацией и матрицей

Б фотоприемников, и набор сменных светофильтров, который установлен за коллиматором.

516989

0, л)нм) моиг. 2

О, А (нм) 00 )00 М 000 ;00 Ио

Фиг. ) Составитель В. Зверев 1скред О. Москвитина

Редактор Т. Орловская

Корректоры: Л. Брахнина и E. Хмелева

Подписное

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 822/18 Изд. № 302 Тираж 653

НПО Государственн го комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, 7К-35, Раушская наб., д. 4/5