Оптическое логическое устройство

О 11 И С А Н И Е ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ пц 516989 Союз Свввтских Социалистических Республик(51 ено 16.03.73 (2 соединением з 22) а 1894882 25 вкпГасуларстееиньй комитет Совета Иииистроз СССР 3) При УДК 537.533.3(43) Опубликовано 05.06,76. Бюллетень2 (45) Дата опубликования описания 15.05.78 лам иаобретеиийи открытий 2) Авторы изобретения1) Заявитель. В. Егорова, В. Ф. Рахманов и Н. В. Романенко осковский ордим 4) ОПТИЧЕСКОЕ ЛОГИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВ ложен но ается т едены м рант, ус 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 яв. ляется 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 достиг ем, что в предложенное устройство вв ногослойный фотохромный транспа тановлена Ленина авиационныи институерго Орджоникидзе ный между картиной с исходной информи матрицей фотоприемников, и набор смесветофильтров, который установлен за кматором.5 Благодаря этому операция НЕ надкартиной может выполйяться в некогерентном свете и без юстировки устройства при смене исходной информации. Кроме того, устройство,помимо операции НЕ, может выполнять ло 10 гические операции И и Отрицание импликации.Схема пред го устройства показанана фиг, 1,Оптическое логическое устройство содержит15 источник света 1, коллиматор 2, набор сменных светофильтров 3, картину с исходной информацией 4, многослойнып фотохромныйтранспарант 5 и матрицу фотоприемников 6.Коллиматор 2 служит для преобразования20 излучения источника света 1 в параллельныйсветовой пучок, набор сменных светофильтров3 - для поочередного выделения определенных областей спектра излучения источникасвета 1. Состав набора светофильтров опреде 25 ляется характеристиками многослойного фотохромного транспаранта 5. Количество светофильтров в наборе может меняться в зависимости от числа слоев в фотохромном транспаранте и от типа выполняемой логическойЗО операции.3Многослойный 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 возбуждениеюг 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 ФПи ФП), характеристики которых приведены на фиг. 2 и 3,На фиг. 2 показана спектральная оптическая плотность возбужденной (а) и невозбужденной (б) пленки ФП, Возбуждение пленки производилось ультрафиолетовым светом, обесцвечивание - нагревом. Возможно также обесцвечивание пленки ФПкрасным светом. На фиг. 3 показана спектральная оптическая плотность возбужденной (а) и невозбужденной (б) фотохромной пленки ФП. Возбуждение пленки производилось в оранжевом свете, обесцвечивание - нагревом. Как видно из фиг. 2 и 3, пленки ФПи ФПобладают противоположными характеристиками возбуждения, причем переходят в возбужденное состояние под действием света разных длин волн, В 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 (ФПи ФП), нанесенных на прозрачную подложку.Картина с исходной информацией 4 представляет собой плоский транспарант, ггаггример, 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 помощьго коллиматора 2 формируется в параллельный световой пучок разномерной пространственной интенсивности. Установленный в данный мо 5 10 15 20 25 30 35 40 45 5 з 55 60 65 мент на пути светового пучка светофильтр выделяет в спектре излучения источника определенную спектральную область. Далеепучок 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 ФПи ФП. 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 ФПмногослойного транспаранта 5. На слой ФПони 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) 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 ФПи не влияют на слой ФП. Затем картину с исходной информацией 4 убирают, устанавливают ультрафиолетовый светофильтр, и фотохромный транспарант облучают Уф-светом, что вызывает потемнение всего слоя ФП, 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, 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 б результирующая картина есть коньюнкция двух входных массивов информации (двух картин).в) Если записать один из входных массивов информации на один из фотохромных 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 У) от входных картин.Многослойный фотохромный транспарант 5 может содержать отличное от двух число слоев. Так, например, операция НЕ, 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 или стирания информации. Время выдержки зеленого светофильтра определяется инерционностью фотоприемников, Очистка многослойного фотохромного транспаранта 5 перед выполнением новой логической операции может производиться, например, его нагревом.10Фор мул а из о б р етеи и яОптическое логическое устройство для выполнения логических операций НЕ, И, отрицание имплпкации над большими мас сивами исходных двоичных данных (картинамп), содержащее источник света и установленный последовательно на пути светового пучка коллпматор, картинусисходной 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 2 З фотоприемников, и набор сменных светофильтров, который установлен за коллиматором.дактор Т. Орловск аказ 822/18 Изд,302 НПО Государственн го ко по делам изоб 113035, Москва, Ж одписно Типография, пр. Сапунова, 2 о О,Тираж 653нтета Совета Министроветений и открытий5, Раушская наб д. 4/5