Оптоэлектронный функциональныйпреобразователь

 

Союз Советскнк

Соцналнстнческнк

Рвспублнк

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОИЖОМУ CB ТЕЛЬСТВУ

Опубликофано 28.02.81. Бюллетень ЙЯ 8

Дата опубликования описания

{51}М. Кл.з

G G 9/00

Государстееяяыя квинтет

СССР яо делам лзобретення я открытая

{53) УДК 681 335 (088. 8) (72) Авторы изобретения

В.E.Áûêoâ и В.A.Ñèòíèêoâ

3 (7! ) Заявитель (54) ОПТОЭЛЕКТРОННЫЙ ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Изобретение относится к вычислительной технике, использующей средства оптической обработки информации, и может быть использовано преимущест- е венно для непрерывного функционального преобразования информации, заданной в виде светового потока.

Известны устройства для получения светового потока, функционально эави- 1О симого от исходного светового потока, несущего информацию. Так, например, известен функциональный преобразователь, содержащий диодно-реэистивные ячейки, диоды которых соединены с соответствующими движками делителя напряжения, одним выводом соединенного с первым выводом источника напряжения, а другим — с выходным нагру-. эочным резистором, вторым выводом источника опорного напряжения и с после-20 довательно включенными ограничительным и регулировочным резистором каждой диодно-резистивной ячейки, кроме того, в преобразователь введены оптроны на основе светоциодов-фотодиодов по числу диодно-реэистивных ячеек, фотоднод каждого.оптрона включен встречно-последовательно с соответствующим диодом диодно-реэнстивной ячейки и входом преобразователя, а каждый 30 светодиод оптрона включен между выводом регулировочного резистора соответствующей диодно-резистивной ячейки и первым источником опорного напряжения (13 .

Другой оптоэлектронный функциональный преобразователь, схема которого позволяет одновременное преобразование оптических н электрических сигналов в напряжение постоянного тока или в световой поток, содержит операционный усилитель, вход которого через резистор обратной связи соединен с электрическим выходом преобразователя, первым неподвижным контактом переключателя и через соответствующие фотоприемники с разноименными выводами источника постоянного напряжения, каждый из фотоприемников оптически связан через последовательно установленные поглощающий оптический фильтр и светоделительную пластинку с соответствующим оптическим выходом преобразователя и выходом соответствующего светодиода, один иэ которых анодом, а другой катодом соединены с выходом операционного усилителя через второй неподвижный контакт переключателя.

Кроме того, в состав функционального преобразователя включены приэматичес

809248 кие функциональные формирователи с усилителями света на выходной грани, каждый из которых установлен между оптическим выходом преобразователя и соответствующим фотоприемником, и электронный диодно-резистивный функциональный блок, включенный между .входом операционного усилителя и электрическим входом цреобразователя (2) .

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является функциональный преобразователь, содержащий треугольную призму с отражающей гранью и слоем люминофора, нанесенного на другую грань, систему усилителей света, контактирующих со слоем люминофора, собирающую опти- 15 ку на выходе, кроме того, содержащий коммутирующее устройство, связанное с цепями питания усилителей света.

Это устройство как и другие рас- Щ смотренные преобразователи, обладает рядом недостатков. Выходная функция, однозначно связанная с входной функцией, представляет собой изменение интенсивности света во времени, не несет пространственной информации, и, по существу, реализует одномерный временной канал. Единственно возможной операцией, которую допускает непосредственно смоделированная функция, является фотоэлектрическое преобразование, Данный функциональный преобразователь не может успешно применяться в вычислительной технике„ использующей средства оптической обработки информации, которые характеризуются высокой информативностью, простотой проведения многих интегральных преобразований, таких, как прямое и обратное преобразования Фурье, свертка, корреляция, дифференцирование и другие, Кроме того, необходимость увеличения количества усилителей света прямо пропорционально усложнению моделируемых функций и повышению точности моделирования, сложность аппроксимации функций, невозможность прямого визуального контроля смоделированных функций — все это также является недостатками данного .функционального преобразователя.

Цель изобретения - расширение об- © ласти применения функционального преобразователя за счет обработки двумерных сигналов оптического диапазона.

Поставленная цель достигается тем, что в оптоэлектронный функциональный преобразователь, содержащий треугольную призму, выполненную иэ поглощаю. щего материала, входная грань которой является входом преобразователя, а 40 выходная грань снабжена слоем люминофора, являющимся оптическим выходом треугольной призмы, и собирающую оптическую систему, введены волоконнооптическое запоминающее устройство, 65 блок синхронизации, источник переменного напряжения, генератор сигналов с линейно-частотной модуляцией и одномерный акустико-оптический дефлектор, сопряженный с пьезопреобразователем, который электрически соединен с выходом генератора сигналов с линейно-частотной модуляцией, вход акустико-оптического дефлектора свя(зан с оптическим выходом треугольной призмы, а выход акустико-оптического дефлектора оптически связан через последовательно установленные волоконно-оптическое запоминающее устройство и собирающую оптическую систему с выходом преобразователя, причем питающие выводы волоконно-оптического запоминающего устройства соединены с соответствующими выходами источника переменного напряжения, который входом соединен с первым выходом блока синхронизации, второй выход которого подключен к управляю,щему входу генератора сигналов с линейно-частотной модуляцией.

Кроме того, волоконно-оптическое запоминающее устройство выполнено в виде регулярного световолоконного блока, на входные торцы световолокон которого нанесен первый прозрачный фотопроводящий слой, например селеновый, и на их выходные торцы последовательно нанесены слой злектролюминофора и второй прозрачный фотопроводящий слой, первый и второй прозрачные фотопроводящие слои являются соответственно оптическими входом и вы-. ходом волоконно-оптического запоминающего устройства и его электрическими питающими выводами.

На чертеже приведена схема предлагаемого преобразователя.

Преобразователь состоит иэ треугольной призмы 1, выполненной из поглощающего материала, у которой имеется входная грань 2, отражающая грань 3, выходная грань, покрытая слоем люминофора 4, оптически соединенная с одномерным акустико-оптическим дефлектором 5, волоконно-оптическое запоминающее устройство б, которое состоит из регулярного световолоконного блока 7, слоя электролюминофора 8, первого 9 и второго 10 прозрачных фотопроводящих слоев, выполненных, например, из селена преобразователь состоит также из блока ll синхронизации, источника 12 переменного напряжения, генератора 13 сигналов линейно-частотной модуляцией,пьезопреобраэователя 14 и собирающей сиптической системы 15, выход которой является выходом преобразователя.

Одномерный акустико-оптический дефлектор 5 показан на чертеже со стороны пьезопреобразователя, ультразвуковые волны в-нем направлены вдоль оси Х, перпендикулярной плоскости чертежа.

809248

Предлагаемый преобразователь работает следующим образом.

В трехгранную призму 1 через ее оснонание 2 вводится входной параллельный пучок света, несущий информацию в виде изменяющейся во времени интенсивности. В связи с тем, что призма 1 выполнена иэ поглощающего материала, лучи света разной интенсивности отразятся н различных точках бтражающей грани 3 и попадут на слой люминофора 4 на разной высоте от ос10 нования 2 призмы 1, образУя при этом на люминофоре 4 светящиеся участки, т.е ° лучи света с большой интенсивностью проходят в призме 1 больший путь и на более высоком расстоянии от основания 2.образуют на слое люминофора 4 светящийся участок. При изменении интенсивности входного потока света но времени общая светящаяся область люминофора 4 изменяется Щ по высоте прямо пропорционально изменениям входной функции. Оценим точность соответствия между интенсивностью света Л„, прошедшего в призме 1 путь, ранный Ь, и высотой сне- д5 тящейся области люминофора R.Îáoçíàчим начальную интенсивность счета через 3 . Тогда

3 =,> ехр(-k(At+5)j

1 О !

ЗО где .К вЂ” коэффициент поглощения материала призмы;

A и В-постоянные величины, зависящие от размеров призмы: н -11 2нИ1 35

4 +ъ н р

3 — высота точки выхода луча иэ призмы, отсчитанная от ее основания;

h — размер входной грани (осно- 40 нания) призмы;

Н вЂ” высота выходной грани призмы.

Можно записать ,> еха(-k(AQ+ g))g где 9. — †порогов интенсивность люминофора, Для относительной погрешности запишем 55

-- = constAR, ЬЭ о т.е. точность соответствия интенсивности света высоте светящейся области

R люминофора зависит лишь от ошибки измерения величины ЬН, которая может 60 быть измерена с .точностью, превышающей

0,005 мм, Световые потоки, вышедшие иэ призмы 1, соответствующие н различные моменты времени разным по высоте све- й>5 тящимся участкам люминофора 4, попадают на дефлектор 5, оптически связанный с призмой 1. В связи с тем, что в дефлектор 5 распространяются ультразвуковые волны, модулированные по закону ЛЧИ, лучи света от люминофора 4, входящие в дефлектор 5 с различными координатами Y дифрагируют на этой волне и отклоняются дефлектором 5 вдоль координаты Х на величину, зависящую от частоты сигнала генератора 13 в данный момент времени. Таким образом, световой поток, являющийся н исходном состоянии функцией времени, в конечном итоге разворачивается в пространстве с помощью дефлектора 5. Дифрагиронанные лучи света с выхода дефлектора 5 попа дают на первый фотопронодящий слой

9. Фотопроводящие слои 9 и 10 соединены с источником 12 переменного на- пряжения U, При включенном источнике

12 переменного напряжения и при отсутствии светового пятна на входе запоминающего устройства 6 выполняется условие

Rc)) НЭ > где R — электрическое сопротивление фотопроводящих слоев 9 и 10;

R — электрическое сопротивление

Э электролюминофора 8.

При этом условии электролюминофор

8 не излучает, так как — Rc

> где 3 — ток, протекающий н цепи запоминающего устройства 6.

Если на Фотопроводящий слой 9 проецируется световое ятно,то сопротивление его резко падает, т.е.

Rc c(Вэ

R3> при этом электролюминофор 8 начинает высвечивать. Электролюминесцентный свет распространяется как наружу, по закону Ламберта, воспроизводя иэображение входного светового пятна на выходе запоминающего устройства б, так и но внутрь, поддерживая высокую проводимость селенового слоя.

Вследствие обратной световой связи на выходе запоминающего устройства б при отсутствии светового пятна на

его входе наблюдается иэображение до тех пор, пока н электрической цепи действует напряжение U- от источника

12. Таким образом развернутая в пространстве с помощью дефлектора 5 временная функция входного оптического сигнала запоминается, создавая пространственное изображение сигнала в виде светящегося образа, функционально зависящего, от входного светового потока, модулированного во времени по интенсивности. Блок 11 синхронизации управляет во времени работой всеlo функционального преобразователя.

Необходимо, чтобы источник 12 переменного напряжения включался одновременно с началом периода работы гене809248 ратора 13, при этом период сигнала должен быть равен периоду моделируемой функции или моделируемой ее части.

Изменяя с помощью генератора 13 сигналов вид ультразвуковой волны дефлектора 5, можно моделировать функции, по-разному изменяющиеся в пространственных координатах.

Предлагаемый преобразователь вследствие того, что моделируемая функция представлена в нем в виде пространственной картины, позволяет в дальнейшем производить над последней математические операции, характерные для систем оптической обработки информации при некогерентном освещении. кроме того, степень слож- 15 ности моделируемых функций и требуемая точность их моделирования не сказываются на какоМ бы то ни было усложнении самого функционального преобразователя, а представление самодели- 20 рованной функции в виде светящегося пространственного изображения позволяет производить визуальный контроль процесса моделирования, Формула изобретения 25

1. Оптоэлектронный функциональный преобразователь, содержащий треугольную призму, выполненную из поглощающего материала, входная грань кото-. рой является входом Преобразователя, на выходную грань нанесен слой люминофора, являющийся оптическим выходом треугольной призмы, и собирающую оптическую систему, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью расширения области применения преобразователя эа счет обработки двумерных сигналов, в него введены волоконно-оптическое запоминающее устройство, блок синхронизации, источник переменного напряжения, генератор сигналов с линейно- 4Q частотной модуляцией и одномерный акустико-оптический дефлектор, сопряженный с пьезопреобразователем, который электрически соединен с выходом генератора сигналов с линейно-частотной модуляцией, вход акустико-оптического дефлектора связан с оптическим выходом треугольной призмы, а выход акустико-оптического дефлектора оптически связан через последовательно установленные волоконно-оптическое запоминающее устройство и собирающую оптическую систему с выходом преобразователя, причем питающие выводы волоконно-оптического запоминающего устройства соединены с соответствующими выходами источника переменного напряжения, который входом соединен с первым выходом блока синхронизации, второй выход которого подключен к управляющему входу генератора сигналов с линейно-частотной модуляцией.

2. Оптоэлектронный функциональный преобразователь по п. 1, о т л и ч аю шийся тем, что в нем волоконно-,оптическое устройство выполнено в виде регулярного световолоконного блока, на входные торцы световолокон которого нанесен первый прозрачный фотопроводящий слой, например селеновый, а на их выходные торцы последовательно нанесены слой электролюминофора и второй прозрачный фотопроводящий слой, первый и второй прозрачные фотопроводящие слои являются соответственно оптическими входом и выходом волоконно-оптического запоминающего устройства и его электрическими питающими выводами.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 515127, кл. G 06 С 9/00, 1975.

2. Авторское свидетельство СССР

Ъ 519732, кл. G Об G 9/00, 1974, 3. Авторское свидетельство СССР

9 309373, кл, G 06 G 7/26,, 1970 (прототип).

809248

СостаВитель Ю.Козлов

Редактор Н.Бушаева Техред И.Коштура Корректор С.Шекмар

Заказ 428/62 Тираж 756 Подписное

ВНИИПИ 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