книги из ГПНТБ / Мясников, В. А. Программное управление оборудованием

положительной обратной связи передается в расфокусированном виде. Скорость «растекания» световой волны зависит в основном от инерционности фоторезистора. Возникновение и перемещение рефрактерной, темной зоны вслед за возбужденной, светящейся по плоскости оптрона происходит благодаря обратному латераль­ ному торможению, которое реализуется так же, как и в МЛТ с обратным торможением: светящийся участок электролюмино­ фора оптрона активизирует тормозящее воздействие, направлен­ ное на прилегающий фоточувствительный слой, вследствие чего через некоторое время, определяемое инерционностью цепи гаше­ ния, данный участок оптрона гаснет.

Схема однородной МРВ дана на рис. 169, в. Модель содержит

те же компоненты, что и МЛТ с обратным торможением, с той разницей, что промежуточный слой МРВ прозрачен; это позволяет реализовать оптическую положительную обратную связь от люминесцентного слоя к фоточувствительному.

Весьма перспективным с точки зрения достижения конструк­ тивной однородности является использование в МРВ фоторезисторного слоя с отрицательным фотоэффектом (ОФ). Схема конструк­ ций таких моделей приведена на рис. 170. Фотослой 3 с ОФ пред­

назначен главным образом для реализации отрицательной внутрен­ ней обратной связи. В модели с распространяющимся возбужде­ нием (рис. 170, а, в) этот слой расположен со стороны электро-

люминесцентного слоя 5 оптрона. Для наблюдения излучения слой 3 перфорируется. Между слоями включены прозрачные

промежуточные пассивные слои, необходимые для формирования заданных функций связи. В модели с обратным латеральным торможением (рис. 170, б) фотослой 3 с ОФ помещен между сло­ ями 8 и 9. Представляется перспективным введение в конструкцию

однородных устройств стекла с анизотропной проводимостью. Мозаичные МЛТ и МРВ. В мозаичной структуре для воспро­

изведения латерального торможения используется шунтирова­ ние электролюминесцентного конденсатора 3 фоторезистором 2

(рис. 171). Модель состоит из одинаковых ячеек, включенных параллельно, и управляется двумя световыми потоками, один из которых, возбуждающий, активирует последовательный фото­ резистор 1, что приводит к увеличению яркости люминесценции, а другой, тормозящий, активирует шунтирующий фоторезистор 2,

вследствие чего уменьшается яркость люминесценции. Разделение световых потоков может быть чисто пространствен­

ным, если фоторезисторы оптически взаимно изолированы и сме­ шивание световых потоков исключено. Разделение может быть осуществлено также за счет разного спектрального состава свето­ вых потоков; в этом случае фоторезисторы должны иметь различ­ ную спектральную чувствительность. В качестве фоторезисторов в мозаичной модели могут быть использованы как монокристаллические (для сужения полосы спектральной чувствительности), так и поликристаллические материалы. Интенсивности возбуждаю-

щих и тормозящих световых потоков при использовании шунти­ рующих (тормозящих) фоторезисторов, в отличие от однородных моделей с ИК-гашением, в принципе могут быть одинаковыми.

Мозаичная структура может быть выполнена таким образом, что все ее детали будут размещены в одной плоскости. Такое распо­ ложение возможно, если для электрического соединения отдель­

током, в составе которого имеются волны Я,! и Я,2. Световой поток расщепляется оптической системой 3

на два одинаковых изображения, каждое из которых проходит через фильтр 4 и фокусирующую систему 5; при этом левый поток

область плоскости модели 2. Электролюмииофор модели из­

лучает с длиной волны А,3. Токопроводящие покрытия могут быть как прозрачными, так и непрозрачными. От этого зави­

вать люминофор от фоторезисторов из-за вероятности боковой заев етки.

322

Рис. 173. Схема прохождения световых потоков в мозаичных моделях: а — МЛТ с прямым торможением; б, в — МЛТ с обратным торможе­

нием;

/ — диапозитив; 2 — плоскость модели; 3 — оптическая расщепляющая система; 4 — оптические фильтры; 5 — фокусирующая система; 6 — зер­ кала

Схемы МЛТ с обратным торможением даны на рис. 173, б (для непрозрачных электродов) и 173, в (для прозрачных электро­

дов). Оптическая система представляет собой полупрозрачное зеркало 6\ электролюминофор изготовляется из материала, излуча­

ющего с длиной волны Я.,, что соответствует максимуму спектраль­ ной чувствительности шунтирующего фоторезистора. Отраженное от зеркала излучение люминофора производит тормозящий эффект, активируя шунтирующие фоторезисторы.

Схема мозаичной МРВ с прозрачными электродами представлена на рис. 174. Люминофор составлен из смеси двух компонентов, излучающих в двух полосах спектра ^ и Х2, например из ZnS,

Си и ZnSe, ZnS, CdSe. Оптическая система, формирующая свето­ вые потоки для осуществления положительной обратной связи и рефрактерной (тормозной) связи, состоит в простейшем случае из полупрозрачных зеркал 5 и 6, снабженных отражающими филь­ трами 3 и 4. Верхнее зеркало отражает лишь в полосе А,! и тем

самым формирует световой поток для поддержания генераторного режима, а нижнее зеркало отражает лишь в полосе А2, формируя световой поток, срывающий световую генерацию. Изменяя рас­ стояния /гх и h2между зеркалами и фоточувствительной плоскостью

модели, можно изменять коэффициенты обратных связей в цепях возбуждения и рефрактор мости.

Схема конструкции, объединяющей функции обоих видов мо­ делей (МЛТ и МРВ). приведена на рис. 175.

33.ПРИМЕНЕНИЕ КОНТИНУАЛЬНЫХ СИСТЕМ

ВУСТРОЙСТВАХ УПРАВЛЕНИЯ

Преобразование оптической информации в оптоэлектронных однородных устройствах

Модель мозаичной МРВ. Рассмотрим преобразование оптиче­ ских двухмерных и одномерных сигналов в однородных мо­ делях биологических систем (МРВ и МЛТ), построенных на основе электролюминесцентных усилителей света: в литера­ туре эти модели до сих пор не были достаточно подробно пред­ ставлены.

Работа этих моделей сопоставляется с поведением некоторых биологических прототипов, вместе с тем полученные результаты могут быть с успехом использованы в технических информацион­ ных системах.

Расчеты поведения МЛТ и МРВ в различных ситуациях про­ изведены Ф. Д. Дубининым на ЭВМ типа Проминь.

Математический эксперимент проводился применительно к мо­ заичной МРВ, расчетная схема которой приведена на рис. 176, а

(одномерный вариант). Модель с учетом ее дискретной структуры

324

go — темповая проводимость фото'резисторов; Аъ и Аг — чувстви­ тельность фоторезисторов; U3 — напряжение, приложенное к электролюминесцентным конденсаторам мозаики; Тв и Тт — постоян-

ные времени фоторезисторов; Ев и Ет— возбуждающая и тормоз­

ная освещенность от собственного свечения модели.

и степень затухания которых определяется видом ST и коэффи-

325

циентом усиления Лт. На рис. 177 приведены графики 1 входных (Е) и выходных (В) излучений модели. Очевидно, что в МЛТ

происходит переработка оптической информации с выделением контуров входного изображения. В соответствии с теорией лате-

В,?

Рис. 177. Преобразование оптической информации в МЛТ с обратным торможе­ нием:

---------. — — — — п ы х о д п ы е н

пходные излучения модели; 7" = = -I; ф = 0; 1 — группа 7, Лт =

= 0,3- I0-6; 2 — группа 4, Лт=

= 0,3- и г 5

рального торможения эффект выделения контуров выявляется тем отчетливее, чем шире зона тормозных связей по сравнению с шириной контура входного изображения. Результаты расчетов аналогичны реакции рецепторов глаза Limulus на ступенчатое воздействие.

1 Графики на рис. 177—180 приведены для групп из табл. 10.

326

Модель МРВ при отсутствии тормозной оптической обратной связи. Модель приобретает свойства оптрона. Световое возбужде­ ние распространяется вширь по поверхности модели от области первоначального возбуждения (рис. 178).

которая зависит от Su и Ат, а также от продолжительности и ши­

рины возбуждающего импульса; чем продолжительнее процесс первоначального возбуждения и чем большую область он захваты­ вает, тем меньше £ omln. Скорость распространения возбуждения в ближней зоне (п < 10) также зависит от амплитуды запускаю­ щего импульса; при п > 10 скорость стабилизируется и не зависит

327

ОТ Параметров £ 0minФронт оптической волны Имеет, весьма боль­ шую крутизну; это полезно для конструирования на основе дан­ ного оптрона оптических липни задержки; крутизна возрастает по мере сужения SB. На скорость распространения волны влияет подпороговая возбуждающая подсветка В0и, действующая на

всю длину модели в течение всего времени распространения; ско­ рость волны в зоне п < 10 увеличивается.

В модели можно наблюдать явления временной и пространствен­ ной суммации. Пусть два подпороговых импульса света подаются в точки т = 5 и т — 6 с интервалом времени At = 1, 2, . . ., 7. Если At < 7, то свечение в точке т = 5 затухает до момента подачи импульса в точку т = 6, после чего первая точка начинает разгораться. Разгоранпе в точке т = 6 происходит без предвари­

тельного затухания, так как возбуждение подается уже на «горя­ щую» область, подготовленную процессом распространения горе­

максимальный интервал At временной суммации, свыше которого

суммация отсутствует.

В экспериментах с пространственной суммацией наблюдается та же картина: при At — 0 волна возникает, если подпороговые

возбуждения подаются с пространственным интервалом, не пре­ вышающим критический; при Ат < 3 волна возникает и распро­

страняется вширь. В опытах с пространственно-временной сумма­ цией наблюдается сочетание уже описанных явлений; при боль­ ших Ат и At волна не возникает; при уменьшении Ат или At

или того и другого вместе волна возникает.

Модель МРВ при наличии обоих видов оптических обратных связей. Поведение модели зависит от соотношения постоянного времени Та и Тт. При Тя = Тт умеренное торможение ие изме­

няет оптронного характера процесса распространения возбужде­ ния, но уменьшает его амплитуду и скорость (рис. 178). Увели­ чение торможения ST при снижении возбуждения SB приводит

к новому эффекту: возникает локализация возбуждения в ограни­ ченной области (рис. 179), из которой оно не распространяется. Особенно наглядно этот эффект сказывается при Тт TR

и при больших ширине и силе тормозного процесса (группы 5—7). Аналогичный механизм локализации возбужденной зоны считается основным в процессе формирования и дальнейшего развития це­

цессов равны (Ат = Ав), то в модели происходит возникновение зоны рефрактерности при распространении возбуждения (рис. 180). Подача импульса возбуждения во время периода рефрактерности не приводит к возникновению новой волны; при этом более поздняя подача импульса вызывает все большую ответную реакцию.

328

Рис. 179. Влияние сильного торможения на рас­ пространение оптического возбуждения в МРВ:

Рис. 180. Возникновение рефрактерной зоны в МРВ

при распространении возбуждения;

329

Поведение оптоэлектронной модели с регулируемыми тормоз­ ными и возбуждающими связями, качественно аналогичное про­ теканию некоторых процессов, характерных для нейро-мышеч- ных однородных структур и рецепторных полей, позволяет сделать следующие выводы:

1) устройство с характеристиками модели МЛТ может быть использовано в системах с пространственной оптической фильтра­ цией, в частности, для выделения контуров из двухмерных изо­ бражений;

2)устройство с характеристиками модели МРВ может быть использовано в качестве двухмерных нейрнсторов с управляемой рефрактерностыо, в частности, для построения преобразователей освещенности в последовательность импульсов;

3)устройства с пространственно-временной суммацией могут

быть положены в основу новых типов логических элементов, работа которых зависит От геометрии системы (в соответствии с топологическим характером работы дендритов нейрона).

Однородное фазоимпульсное устройство

Свойство оптронов и оптических нейрнсторов формировать движущуюся волну оптического возбуждения является полезным для построения на основе моделей типа МРВ линий задержки и оп­ тических регистров сдвига. Изменение скорости распространения светового возбуждения в таких системах основано па свойстве фоторезистора изменять свою чувствительность под воздействием возбуждающей подсветки. Известно, что инерционность фоторе­ зистора т определяется его освещенностью Е в виде

где т0 — постоянная времени фоторезистора при освещенности £ 0;

Е— текущая освещенность; |3 — коэффициент, принимающий при

Е= 0,5-ь0,05 лк значения от 0,4 до 0,8 в зависимости от типа

фоторезистора.

Одним из интересных применений оптоэлектронной линии задержки является ее использование в качестве фазонмпульсного устройства, предназначенного для управления тиристорными преобразователями, широко используемыми в современном электро­ приводе. Фазоимпульсное устройство состоит из четырех основных элементов: синхронизатора, управляемой линии задержки, фор­ мирователя импульсов и регулятора. Синхронизатор, связанный с сетью переменного напряжения, питающего тиристоры преобра­ зователя, подает входной импульс в линию задержки; линия задержки генерирует сигнал, сдвинутый по фазе относительно синхронизирующего импульса; в формирователе вырабатывается импульс тока, способный открыть тиристор; регулятор задает время сдвига в линию задержки.

330