Оптико-электронное устройство для возведения в дробную степень

 

ОПТЙКОг-ЗЛЕКТРОННОЕ УС1ТрЙСТ-^- ВО ДЛЯ ВОЗВЕДЕНИЯ В ДРОБНУЮ СТЕПЕНЬ-^ содержащее когерентный источник света, оптические амплитудные .модуля*0- ры, . конденсоры : и фотопреобраэойа~ тель,о т л. и чающееся тем, что, с целью распшрения класса p^iiae* иык задач, увеличения точности,'диапазона изменения вхбдного сигналаи быстродействия устройства, оно до* полнятельно содвржитх^етоделнтель»Изобретение отнЬ1е^!Тся к области аналоговой вычислительной техники и может найти применение в информахщоН- но-измернтельной технике, в. специаяиэнрованных ^вычислительных устройствах, при»1еняем>&1х в системах автомат11ческого регулирования и т<,д,Известны оптнко-электронше устройства Для возведения в дробную 'степень. •Одно из известных устройств содер~ 1ЖИТ операционный усилитель, в цепи .га>&шолненный В виде билиизы Бийе, световодные п-канальнЬ1й раздвоитель и ограничитель апертуры, чёррз который вход фотопреобразователя оптически связан с первым выходом светоделителя, вход которого связан с коге- 'рентным источником света^ а второй выход светоделителя - to входом пер- ,вого оптическаго амплитудного модулитора, электрический вход которого является входом устройства, а оптический выход связан перез собирающий ' конденсор со входом второго оптического' амплитудного модулятора, электрический вход которого соединен с выходом фотопреобразователя, а оптический выход - через рассеивающий конденсор со входом светрворного п~канального Ьаздй<5йтеля, всё' таходь! которого, кроме последнего, связаны со входом собирающего конденсора и являются соотвёт:ствун)щимк выходами устройства, а последний выход световодного п-канального раздвоителя связан чере:з ограничитель апертуры со входом фотопрёобраэователя.(Л^00^обратной связи которого включен квадратор, выполненный в Виде оптрона,. источник сВё^а которого включен между резистором обратной связи и шиной нулевого потенциала, а фотодиод ' рптрона и источник/смещения соединены последовательно и подключены параллельно резистору входной цепи, причем анод фотодиода соединен с.суммирукщей точкой операционного усилителя.

СОЮЗ СОБЕТСНИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„.80„„7О5В99 щ) С 06 С 3/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЙ.. К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ г!

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ .

f10 ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

t ., (21) .2579609/18-24 (22) 10.02. 78 (46) 07;03.90,Бкц1 ° Ô 9 (7l) Тбилисский филиал Всесоюзного

: научно-исследовательского института

:метрологии им.Д.И.Менделеева (72) Г.Б,Чхеидзе, М,В„Вайнер, : Н.Т.Канделаки, И,И,Тугуши, И.Г,Чхеидзе и Е.И.Рабинович (53) 681.335,5 (088,8) . (56) Авторское свидетельство CCCP

В 400904, кл, G 06 G 9/00, 1972, .Авторское свидетельство СССР . У 596974, кл, 0 06 G 9/00, 1975,. (54)(57) ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННОЕ УСТРОЙСТ-,-

ВО ДЛЯ ВОЗВЕДЕНИЯ В ДРОБНУЮ СТЕПЕНЬ содержащее когерентный источник света, оптические амплитудные,модуляторы, .конденсоры: и фотопреобразова", тель о т л и ч а ю щ е е с я тем, . что, с целью расширения класса решаежх задач, увеличения точности; диапазона изменения входного сигнала . и быстродействия устройства, оно до- . полнительно етоделитель, Изобретени ся к области аналоговой вычислительной техники и может найти применение в инфориацйон но-измерительной технике, s. специали-. зированных,вычислительных устройствах, применяежх .в системах автоматического регулирования и т.д, Известны оптико-электронные устройства для возведения в дробную степень, Одно из известных устройств содер-

1жит операционный усилитель, s цепи

2 выполненный в виде билинзы Бийе, световодные а«канальный раздвоитель и ограничитель апертуры, через котоpbN вход фотопреобраэователя оптически связан.с первым выходом светоделителя, вход которого связан с коге рентным источником света, а второй выход светоделителя. - со входом первого оптического амллитудйого модуля» тора, электрический вход которого является входом устройства, а олтн" ческий выход связан лерез собирающий коиденсор со входом второго оптического амплитудного модулятора, электрический вход которого соединен с выходом фотолреобразователя, а опти- ческий выход — через рассеивакиций конденсор со входом световорного и-канального раздвоителя, все выходы которого, кромЕ последнего, связаны со входом собирающего конденсора и являются соответствующими выходами устройства, а последний выход свето- водного и-канального раздвоителя связан через ограничитель апертуры со входом. фотопреобразователя.

1 обратной связи которого включен квад/ ратор, выполнайный в виде оптрона, источник света которого включен между резистором обратной связи и шиной нулевого потенциала, а фотодиод оптрона и источник смещения сое,цинены последовательно и подключены параллельно резистору входной цепи, причем анод: фотодиода соединен с. суммирукщей точкой операционного усилителя, 705899

Недостатками т«аког6 устройства. ro сигнала и быстродействия устройстявляются ограниченный класс решаем»х ва.. ( задач,ннэкое быстродействие и точ- Поставленная цель достигается тем я ем,. ность, Наиболее близким техническим 5 что оптико-электронное устройство решением к данному изобретению явля- для возведения в дробную степень доется оптикоэлектронное устройство, полнительно содержит светоделитель» содержащее пространственные амплитуд- выполненный в виде билинзы Вийе, cseные модуляторы света, Вход одного товодйый и-каналью»й раздвоитель и из модуляторов связан с источником fQ огранйчитель апертуры, через который входного оптического сигнала, а вы- вход фотопреобразователя оптически ход другого - через конденсор связан связан первым выходом светоделителя, с матрицей фотоприемников, соединен- вход которого связан с когерентным ных выходами соответственно с первой источником света, а второй выход группой входов блока усилителей-фор- 15 светодейителя — со входом первого мирователей, выходы которого подклю- оптического амплитудного модулятора, чея» к управляк»цим входам пространст".. электрический вход которого является венных амплитудных модуляторов света.. входом устройства, а оптический

Кроме того данное оптико-электронное выход связан через собирак»ций конденустройство включает разделитель on- . 21 сор со входом второго оптического тического пучка и источник оп6рного амплитудного модулятора, электричес напряжения, выходы которого подключе-. .кий вход которого соединен с выходом ны ко .второй группе входов блока уси- фотопреобразователя, а оптический лителей-формирователей, причем разде- выход - через, рассеивающий конденсар литель оптического пучка установлен 25 со входом световодного и-канального между входом одного и входом другого раздвоителя, все выходы которого, пространственных амплитудных модуля- кроме последнего, связаны со входом

; торов света и связан с выходом уст- собираиицего конденсора и являются соответствующими выходами устройст0 сновными недостатками такого 3р ва, а последний выход световодного устройства являются: . - a-канапьного раздвоителя связан че-

1)

) ограниченность класса pemae»ebs. рез ограничитель апертуры со входом задач, так как данное устройство, фотопреобраэователя. предназначена для выполнения одной На чертеже представлена принципи-.. операции извлечения корня квадратного альная схема устройства Цифрами н

35 из входной оптической информации; чертеже обозначены . 1 - когере(нтный

2) низкая точность, обуслоапенная источник света; 2 - светоделнтель, преобразованием пространственного on-. выполненный в виде билинзы Вийе ° 3 « тического сигнала фотоприемной матри- первый опт(нческий амплитудный моду" цей в электрический сигнал и сревне- 40 лятор; 4 - электрический вход устрой-, нием этих Сигнапов с опорнйм в блоке . отва; 5 - собирак»ций конденсор 6» усилителей рассогласователей; по второй оптический амплитудный модуля этой причине возникают дрейф нуля, -. тор; 7 -. рассенвакиций коцценсор; нестабильность характеристики и т.д.; ) 8 — световодный и- канальный .раздвои3) (() низкое быстродействие, что 45 тель; 9 - ограничитель апертуры» обусловлено взаимообратными преобра. .. 10 - фотопреобразователь1 11 - оптиэованиями и инерционностью операциои .. ческие выходы устройства. кого усилителя; ., .. Устройство работает следующим

4) ограниченный диапазон измене- образом. ни»1 входного сигнапа, выражак»цийся 50 Когерентный источник света 1 из.в том, что данное устройство опери- лучает монохроматический пучок света рует только над инфранизкочасуотвым который, падая на билинэы Вийе 2»; изменением интенсивности оптического делит его на две части, t,е, в rvioc-, -информативного сигнала в одном из кости выхода 2 образуются два дейстквадрантов, . — -: .;, 55 вительвых изображения моиохроматического излучения Р и ", Световой

"е ь изоб*Ретения расшире @ е виток 1" непосредственно падает на класса решаем»х задач, увеличение ограничитель апертуры 9, а поток Ф, точности, диапазона изменения входно- поступает на первый амплитудный моЕ(х,у, t) (2) Ф,(х,y,t) Ф (х,у,t) K(V,)(3) е(х1увс) О бразованный K(Up)R(x,ó,t) свето- для i-го пучка световодного раздвоивой поток далее падает через рассей- теля 8 вающую кондйисорную линзу 7 на соот-.. ветствукшне входы и-канального све- . ; (x,у,t) " q K { 1 )Ф; ((xpy t); товодного раздвоителя 8 . При этом основной световой поток, соотнетствукщий. . для m-ro пучка световодного раздвоизо, (xýув t) q, K < (Up) +t (хеув ") е (4) Ф: (xóyót) q. K„ô.,(U )Ф (xðyp t) 3 поступает на первый 8 снетонодный 4г) канал, который на выходе раздваивается. Рдна.его часть поступает на 35 Где q; - коэффициент пропорциональвход собиракщей конденсорной линзы 5, - ности светонодного канала, а другая - на выход устройстна, В Учитывая что световые потоки свою очередь, светоной потдк (4a - 4г) йроходят через один и тот

Ф (х,у ° t) проделывает тот же самый же амплитудный модулятор света 6, а путь и при этом будем иметь: также: учитывая выражение (3), на выходах световодного раздвоителя 8 (х У В) . % К (Up) Ф (x>y,t) (4б) будем иметь

° °

К,Щ) Ф, (х,у,t)

К()) )g(x у ° t) K(Ur) (ВДУВ)

Ф

K(Up ) Ф, {x> y> t)

В свою очередь, световой цоток >" апертуры 9, куда направлен также снеK(Up) Ч (х,у,й) с выхода последнего товой поток e . и, согласно волновой световодного канала 8, направлен теории, оии оппсыва)()тг. л выражениявдоль оптической оси на ограничитель ми .. (5) Н(х,y,t) 0,5К{Пр) + (x,y,t)cosg2e{ - - - ) -(1 Ь юе . d

I/

Ф (x,ó, t) ° 0,5 Р (x,у, t) сов (fat {--- - --- )

705899 б дулятор света 3, который управля- . падая на собирак)щую коидеисорную лнн" ется с клеммы 4 входным электричес- зу 5, объединяются в единый поток ким сигналом U При этом на выходе модулятора 3 будем иметь световой по-. Ф (x,,у,t) ток

1

1g(xfyg )

Ф((xpp ) 1 «()) .. () Р1 (у ° г

1 где P) — коэффициент преобразования,. ð и, пройдя второй амплитудный модуСветовые потоки Ф (х у t),. °,:, лятор свет» 6 с коэффициентом пере Ф„,(х у ), которые получаются íà вы- .. дачи. К(Ор), зависящим от упрацляю ходах и-канального световодного" разд«щего сигнапа обратной связи Пр, на воителя 8!8,...,8)» и р, (x>y t), выходе принимают вид:

4 p («у» ный коэффициент, -т, е. данное- устрой ство реализует возведение в любую дроонув степень входного сигнала.

О р 0,25 (» (х,у, )-!

К (uð) Р (xtÓåt) э., .;Редактор И. Цалихина Техред И. Дидык Корректор И.Муски

* ° ° Ъ «М. «Й йЪ«е«Ъ(4@«ЪЙ «««««««««М««й ««« ««««@«ЙЙЬ«««««А Ф «4 ««Ь «««««

Заказ 1686 . Тираж 551 Подписное

ВВИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж"35, Рауйская наб.,"д. 4/5

«ф (ФФ« ФЯййМФЮЙВ(ЙФ(««ЖМЕМ» ««««««Ф йъсемМ ъ«««««««««мме(«««ю«««

Производственно-издательский комбииат "Патент", r.Ужгород, ул. Гагарина,301

io5

Эти световые потоки и плоскости входа ограничителя апертуры 9 интерферйруют и на оптйческом входе фото- преобраэователя 1О формируется одна. интерферейционная полоса с интенсивностью

A. Г0,5 1;"(xeyet)) + . (.+ 0»5 <(Up ) Ф (хну» ))29 (х у,t) K(Up) 4 (х,у,t)

«сов 2ип, 0) где 2>i n — сдвиг фаэ между К(х,у, ) и ф (х y»t) Когда n" полуцелое число, выражение (7 ) принимает вид:

А 0,25ГЧ (х,у, t) -.

- К (ЦФ)ф,(x,ó,ЕЦ иФ .- 2 (8)

Данный световой поток фотопреобразователем 10 преобразуется. s электрический сигна1Р U ю виде

899 где 1ь — коэффициент преобраэовайия фотопреобразователя 10, Этот электрйческий сигнал 0 в качестве напряжения обратной. связи "

5 воздействует иа модулятор света 6, йэменяя его ийтенсивность облучения таким образом, чтобы

И "(р-0,25ГЧ,(х,у,t)=ф (ху t) К (Up)) 0 (!0) .!

- (:

С учетом этого условия иэ .выраже ния (Ю) можно определить

К(0 ) ()

4 ,По@с(тавлйм - эту формулу в вмракеЮ Ае (5), на выходах 11 световодиого. разделителя 8 получим .

И» f (x»óý t) с»ср (xâув t) Ъ

t

ВФ Ф

Ф, (х,у, t) $,e, Ф (хну, t) (12) ф, (х,у,t) -Е «,ф: (z,ó,t)