Оптическое логическое устройство

 

(72) Авторы изобретения

B. Н. Иванов, P. Ф. Иванов и Н. А. Яковенко (71) Заявитель

Кубанский государственный университет (54) ОПТИЧЕСКОЕ ЛОГИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО

Изобретение относится к области оптоэлектроники и может применяться в автоматике, а также при построении оптических вычислительных машин.

Известно оптическое логическое устройство, содержащее матрицу диафрагм, световоды и переключатели (1).

Наиболее близким техническим решением к изобретению является оптическое логическое устройство, содержащее

10 последовательно расположенные элементы управления световым пучком, соединенные с переключателями, и светопроводящие волокна, объединенные в

Фоконы (2) . 15

Недостатком данных устройств является то, что они не позволяют реализовать логические функции большого числа переменных.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве элементы управления световым пучком выполнены в виде светоклапанной системы, а между последним фильтром и торцами волокон установлена фильтр-маска; при этом светоклапанная система выполнена в виде оптических растровых Фильтров. 30

На фиг. 1 представлено оптическое логическое устройство (элемент) для трех переменных в качестве примера; на фиг. 2 — состояние логического элемента, соответствующее входным сигналам х = О, х = 1, x>-- 1, и

1 соединение световодов.для реализации производных функций f« f» f в качестве примера.

Оптический логический элемент со цержит управляемые растровые оптические фиЛьтры 1, 2 и 3, фильтр-маску 4, жгуты световодов 5-12. Фильтры

1-4 расположены последовательно один за другим вдоль направления распространения лучей света 13.

Входные сигналы подаются на переключающие устройства 14-16. Цифрами

17-24 обозначены возможные положения светового луча после фильтра-маски 4.

Выходами оптического логического элемента являются концентрирующие устройства 25, 26 и 27,. Фильтры 1, 2, 3 состоят иэ независимых ячеек 28, Ячеййа представляет собой конденсатор, между обкладками которого на одится вещество, меняющее прозрачность под действием электрического поля, например жидкий кристалл.

74 .1

Каждый фильтр разделен на две группы 29 и 30 ячеек (см. фиг, 1), электрически связанных с переключающими устройствами. Переключающие устройства 14, 15 и 16 представляют собой триггеры. Выходы триггеров электрически связаны с группами ячеек в фильтрах таким образом, что при отсутствии входных сигналов одна группа 29 ячеек непрозрачна, а другая группа 30 прозрачна.

Объединенные в группы ячейки об разуют периодический растр, в кото"=ром совокупность прозрачной и непрозрачной ячейки определяет период Т фильтра. Число периодов в фильтре определяется формулой

N = 2 где N — - число периодов в фильтре;

n — число переменных.

В рассматриваемом случае п = 3, следовательно, N = 8.

При формировании фильтров 1, 2 и 3 в "растровой структуре необходимы локальные нарушения периодичности, т. е. после определенного числа периодов происходит смещение на

Количество периодов, после кото"- рых происходит нарушение периодичности, определяется формулой

h-1

К = 2

i где К вЂ” число периодов в фильтре, после которых происходит т. смещение на — ; п — число перемейных, 5. = 1,, 2, 3... n — номер фильтра

Согласно формуле, нарушение в периодичности структуры фильтра 1 происходит после четырех периодов (4Т).

Фильтр-маска формируется без нарушений периодичности чередованием прозрачных и непрозрачных участков с периодом.Т. В зависимости от технологии изготовления устройства фильтр

4 может быть как управляемым, так и

6377 4

/ неуправляемым. Формирование растровых структур всех фильтров выполняется в одной и той же последовательности.

Фильтр-маска 4 имеет оптический контакт со световодными жгутами 5-12,Световодные жгуты другими своими концами соединены с концентрирующими устройствами 25, 26 и 27; которые являются выходами оптического логического элемента °

Под концентрирующим устройством понимается любая оптическая система способная фокусировать излучения, ) так например, линзы, фоконы и т. д.

В изобретении концентрирующими уст15 ройствами являются фоконы.

На фиг. 2 в качестве примера показаны соединения световодов разных жгутов с фоконами 25, 26 и 27 для реализации трех производных функций

20 f f f y

Соединение световодов с фоконами выполняется в соответствии со струкгурой заданной Булевой функции.

Число функций, которые необходимо реализовать, определяет число фоконовв оптическом логическом элементе. Фоконы могут быть пространственно разнесены в соответствии с любыми техническими требованиями. Между входными

f сигналами и положением светового луча на выходе существует однозначная связь, определяемая формулой

7=1 Е 2 C„

1=4

1 где 1 — номер позиции луча после фильтра маски, причем цифра

17 соответствует i = 1 п — число переменных сигналов;

i — 1, 2, 3 ...и, .40 W — вес i-го входа, причем

W=0 1.

В качестве примера в таблице приведены три производные функции трех переменных, а также указаны номера фоконов и жгутов световодов, соединяемых с этими фоконами.

Номера фоконов ии

1

2 ки

Х4 Х Х

0 0 . 0

0 0 1

0 1 0

4 4

0 1 1

1 0 0

1 0 1

0 0

0 0

0 0

1 1 0

1 1 1,7

=-- — -"-.==-:.. - --.— -Номера жгутов св товодов, соединя мых с фоконами

1 0

0 0

1 0

1 1

0 1

0

1

0

746377 формула изобретения

Оптический логический элемент работает следующим образом.

Входные сигналы х, х, х, за данные в двоичном коде, подаются на триггеры 14, 15 и 16. Подача управляющего сигнала соответствует значению переменной (х1, х>, х ) = 1. Отсутствие входного сигнала йа триггере соответствует значению переменной (x, х2к х ) = О, Ъ

При воздействии входного сигнала на триггер происходит переключение с одной группы ячеек на другую, т. е. те ячейки, которые были прозрачными (см. фильтр 2 на фиг. 1) становится непрозрачным (см. фильтр 2 на фиг. 2). Луч света появляется в определенном жгуте световодов только при определенных входных сигналах. Так, в соответствии с таблицей свет в позиции 20(= 4 (см. Фиг. l и фиг. 2). появляется только при комбинации х О, х = 1, х = 1. По световодам жгута 8 свет разветвляется к фоконам 25, 26 и 27.

Появление света в фоконе соответствует значению функции (х,. х, x )=

1. Отсутствие света на выходе логического элемента соответствует значению функции f(x, х, x ) = О. При осуществлении всех возможйых комбинаций переменных свет появляется в фоконах согласно таблице.

Необходимо отметить, что формирование растровых структур выполняется аналогично для любого количества входных сигналов.

Достоинством элемента является то, что он способен реализовать как определенное число любых функций, так

5 и все функции одновременно.,1. Оптическое логическое устройство, содержащее последовательно расположенные элементы управления световым пучком, соединенные с переклю= чателями, и светопроводящие волокна, объединенные в фоконы, о. т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, элементы управления световым пучком выполнены в виде светоклапанной системы, а между последним фильт20 ром и торцами волокон установлена фильтр-маска.

2. Устройство по rr. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что светоклапанная система выполнена в виде on-.

25 тических растровых фильтров. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

30 Р 285350, кл. G 02 F 3/00, 1965.

2, Авторское свидетельство СССР

Р 512665, кл. G 02 F 3/00, 1973 (прототип).

Ф 1 \

МФ

146377

Заказ 3937/35

Тираж 569

Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4 5. Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул . Проектная, 4

Составитель Н. Гусева

Редактор О. Стенина Техред М. Петко Корректор М. Вигула