Цифровой акустооптический умножитель двоичных чисел

(50 4 С 06 Р 7/56 ВЕННЫЙ КОМИТЕТРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯ сссР ГОСУДАРСПО ИЗОБПРИ ГКН г АНИЕ РЕТЕН авиа н Архи браиП. ал тут ы инстике иУ 7,Рад клов В,В Сококов В, НАкус тава обработки анаинформации. Радиока, 1986, Р ООПТИЧЕСКИЙ УИЕЛносится к циф ронос овым Ь. РСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ 1(71) Ленинградский инстионного приборостроения(54) ЦИФРОВОЙ АКУСЖИТЕЛЬ ДВОИЧНЫХ ЧИ,.ЯО 1495787 2акустооптическим процессорам. Целью изобретения является упрощение умно" жителя. Это достигается.тем, что в умнохжтель, содержащий источник света (линейку излучателей) 1, многоканальный акустооптический модулятор (А 011) 5, фотоприемный блок 7 и две собирающие линзы 2 и б, введены оптический мультиплексор 3 и дополни". тельная собирающая линза 4. Введение оптического мультипликатора 3 изменяет вид и параметры входного сигнала, что влечет за собой резкое уменьшение полосы рабочих частот и нечувстви-. тельность умножителя к паразитным сигналам, возникающим в АОМ 5 вследствие его нелинейности. В результате снижаются требования к А(1 М 5 и устройству его возбуждения, и умножитель становится существенно проще в реализации. Причем наибольшее упрощение достигается при выполнении мультипликатора 3 в виде голографической пластины. 1 з,п,ф-лы 1 ил.Изобретение относится к цифровой вычислительной технике, в частности к цифровым акустооптическим процессорам, 5Целью изобретения является упрошение умножителя.На чертеже представлена схема цифрового акустооптического умножителя.10Умножитель содержит управляемые источники 1 света (например, линейка излучателей - светодиоды), первую собирающую линзу 2, оптический муль 15 типликатор 3, дополнительную собирающуюся линзу 4, многоканальный акустооптический модулятор 5 (АОМ) света, вторую собирающую линзу 6, фотоприемный блок 7 (линейку фотоприемников) и три шины: шину 8 произведения, шину 9 множителя, шину 10 множимогоВсе линзы (2,4 и 6) имеют общую оптическую ось. Число источников 1 света равно числу разрядов множимого (и) . 25 Они размещены с равномерным шагом вдоль одной прямой линии, расположенной впередней фокальной плоскости линзы 2. Задняя фокальная плоскость линзы 2 совпадает с передней Фокальной плоскостью дополнительной линзы 4 и в этой плоскости располагается оптический мультипликатор 3. В задней фокальной плоскости дополнительной линзы 4 располагается многоканальный АОМ 5Число каналов АОМ 5.равно 35 числу разрядов множителя ш и каждый канал имеет отдельный электрический вход, на который подается сигнал, отображакщий соответствующий разряд множителя, В обычных арифметических устройствах разрядность всех чисел одинакова и ш = и, однако в специаль" . ных случаях возможны и такие вариан: - ты, когда ш Ф и. Линия, вдоль кото 45 рой расположены отдельные каналы АОМ 5, параллельная линии расположения источник 1 света и, следовательно, направление распространения звука в АОМ лежит в Фокальной плоскости дополнительной линзы 4. Нумерация разрядов в АОМ 5 противоположна нумерации разрядов в линейке источников 1 света, т.е. направления возрас.тания номера разрядов в АОМ 5 и линейке источников 1 света противополож 55 ны)Между АОМ 5 и линейкой фотоприемников 7 располагается вторая собирающая линза 6, причем расстояния отцентра линзы 6 до АОМ 5 и до линейки фотоприемников 7 равны удвоенномуфокусному расстоянию этой линзы,Быстродействующие фотоприемники 7(например, фотодиоды) расположенытакже вдоль одной прямой линии сравномерным шагом, причем эта линияпараллельна линии размещения источников 5 света, В соответствии с правилами двоичной арифметики результат умножения в общем случае содержит (ш+п) разрядов,В качестве источников 1 света впринципе могут быть использованы любые быстродействующие электрическиеуправляемые излучатели, а в качествефотоприемников 7 - любые малогабаритные Фотоприемные элементы, обладающие требуемым быстродействием. Однако по соображениям конструктивнойпростоты и минимальной стоимости наиболее удобными излучателями.являютссветодиоды, а наиболее подходящимифотоприемниками - полупроводниковыефатодиоды.АОМ 5 работает на объемных акустических волнах. Направление распространения звука в каждом каналележит в задней фокальной,плоскостилинзы 4 и в принципе йЬжет быть какпараллельно, так и перпендикулярнолинии расположения излучателей 1(и соответственно линии размещенияфотоприемных элементов 7). При па"раллельном направлении пьезопреобразователь и поглотитель ультразвукав каждом канале АОМ 5 располагаютсяв промежутках между соседними каналами на боковых гранях звукопровода,что усложняет АОМ 5 и увеличиваетего стоимость. При перпендикулярномнаправлении эти элементы,располагаются на свободных верхней и нижнейгранях кристалла в каждом канале, врезультате чего АОМ 5 получается проще, компактнее и надежнее. Поэтомупри прочих равных условиях предпоч-тительным является вариант, показанный на чертеже, в котором направлениераспространения ультразвука в каждомканале АОМ 5 перпендикулярно линиирасположения фотоприемников 7.Оптический мультипликатор Э работает с двоичными сигналами, которыемогут принимать только два значениячеству мультиплицированных изображений сравнительно невелики и можно использовать мультипликатор простейшего типа в виде дифракционной решетки,Наиболее целесообразной формой опти -ческого мультипликатора в предлагаемом умножителе является голографическая пластинка, т.е. голограмма, призаписи которой в качестве исходногообъекта были использованы ш точечных источников света.При работе умножителя формирование всех разрядов выходного кода происходит параллельно, т.е. одновремен но, Двоичный код множимого в виде электрических сигналов в параллельном виде подается на линейку излучателей 1 . При этом при наличии "1 " в каком-либо разряде кода соответствующий излучатель 1 (например, светодиод) включается и излучает, а при наличии "О" - светодиод 1 выключается. Линза 2, формирует изизлучения каждого работающего светодиода 1 па я раллельный пучок света, который падает на оптический мультипликатор 3, причем пучки света от различных светодиодов 1 падают на мультипликатор 3 под разлйнными углами Мультиплпка тор 3 расщепляет кй 1 дый падающий на него пучок света на ш отдельных пучков, в результате чего на выходе :мультипликатора 3 каждому включенному светодиоду 1 соответствует веер из ш отдельных световых пучков. Так как углы наклона отдельных пучков этого веера к оптической оси неодинаковы, то каждый иэ этих пучков с помощью дополнительной линзы 4 про ектируется на свой канал многоканального АОМ 5. В результате на каждый канал АОМ 5 подают пучки света от всех включенных светодиодов 1, причем углы падения этих пучков оказы я ваются неодинаковыми. Это различие должно быть достаточно велико для пространственного разделения этих пучков после дифракции в АОМ 5, но в то же время достаточно мало, чтобы Б 0 для всех пучков приближенно выполнялось условие Брэгга, На акустические входы АОМ 5 (на электрические входы акустических преобразователей) подается параллельный двоичный код множителя так, что каждому разряду множителя соответствует свой канал АОМ 5. Если в каком-либо разряде двоичного кода множителя "1, т 495787 6ичного кода множителя находится 1",то в соответствующем кан 1 ле АОИ, 5распространяется акустический импульс, на котором происходит дифракция всех световых пучков, падающихна кристалл этого канала под углом,близким к углу БрэггаЕсли же значение этого разряда равно О, то акустический импульс в соответствующемканале АОМ 5 отсутствует, а, следовательно, отсутствует и дифракция.Дифрагированные пучки, отклоненныеот первоначального направления своего распространения, с помощью линзы 6 проектируется на линейку фотоприемника 7, а недифрагированные неотключенные пучки на Фотоприемники 7не попадают.1На каждый канал АОМ 5 под различными, углами падают несколько (от Одо и) световых пучков, каждый иэкоторых отображает свой нулевойразряд множимого,Если в данном канале происходитакустооптическая дифракция (т,е,соответствующий разряд множимого равен 1), то каждый из входных пучковпретерпевает дифракция на ультразвуке и на выходе этого канала появляетсянесколько пучков света, распространяющихся под различными углами к по"верхности акустического кристалла.Собирающейся линзой 6 каждый из этихпучконаправляется на свой фотоприемник 7,Совокупность выходных световыхпучков одного канала АОМ 5 образует частное произведение множимого насоответствующий разряд множителя.При постоянном значении множимогос выхода оптического мультипликатора 3 на каждый канал АОМ 5 поступаетодинаковый набор входных световых пуч-,ков и, следовательно, в каждом каналеАОМ 5 формируется свое частное произведение, Однако, так как углы падениявходных световых пучков одних и техже разрядов на акустический кристаллдля различных каналов АОМ 5 неодинаковы, а сами каналы разнесены в пространстве, то частные произведения,сформированные в различных каналах,попадают на различные фотодиоды в фотоприемной линейке 7. За счет этогоосуществляется требуемый по алгоритму умножителя сдвиг отдельных частных произведений относительно другдруга.1495787 формула и э о б р е т е н и я 30 Составитель А,Клюев.Техред А.Кравчук Корректор М.Васильева Редактор В.Бугренкова Заказ 4267/46 Тираж 668 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г.Ужгород, ул. Гагарина, 101 При нулевом значении какого-либо разряда множителя акустический импульс, а, следовательно, и выходные дифрагированные световые пучки в этом канале АОМ 5 отсутствуют, что означает нулевое значение соответствующего частного произведения.Суммирование сдвинутых частных произведения осуществляется непос редственно в фотоприемной линейке 7 за счет того, что на один и тот же фотоприемник падает несколько пучков света из различных каналов АОМ 5. При этом, как и во всех известных 15 акустооптических умножителях двух чисел, результат умножения получается в смвшанном двоичном коде, который отличается от обычного двоичного ,кода тем, что при точном совпадении 20 весов всех разрядов значения (цифры) отдельных разрядов смешанного кода могут превышать "1", Формирование всех разрядов выходного кода в линейке фотоприемников осуществляется од новременно и параллельно. 1. Цифровой акустооптический умножитель двоичных чисел, содержащий первую .собирающую линзу, в передней фокальной плоскости которой размещен источник света в виде линейки излучателей по числу разрядов множнмого, многоканальный акустооптический мо"дулятор, фотоприемный блок и вторую собирающую линзу, установленную между акустооптическим модулятором и фотоприемным блоком на расстояние удвоенного фокусного расстояния от каждого иэ них, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью упрощения умножителя, в него введены оптический мультипликатор, размещенный в задней фо- кальной плоскости первой собирающей линзы, и дополнительная собирающая линза, установленная между оптическим мультипликатором и акустооптическим модулятором, размещенными соответственно в передней и задней фокальных плоскостяхдополнительной собирающей линзы, передняя фокальная плоскость .которой совпадает с задней фокальной плоскостью первой собирающей , линзы причем все собирающие линзы установлены на одной оптической оси, каналы акустооптического модулятора расположены в плоскости, параллельной линейке излучателей источника света, число каналов акустооптического модулятора равно числу разрядов множителя, акустическийвход каждого канала соединен с соответствующей разрядной шиной множителя, нумерация каналов в акустооптическом модуляторе возрастает в обратном порядке по отношению к нумерации излучателей источника света, а фотоприемный блок выполнен в виде линейки равноотстоящих фотоприемных элементов, установленных параллельно линейке излучателей источника света,2. Умножитель по п.1, о т л и - ч а ю щ и й с я тем, что, оптический мультипликатор выполнен в виде голографической пластины.1