
книги из ГПНТБ / Мясников, В. А. Программное управление оборудованием
.pdfположительной 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-
2 1 Мясников и др. |
3 2 1 |
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
|
|
|
ных компонентов мозаики при |
|||||||
|
|
|
менить так называемые гребенча |
|||||||
|
|
|
тые электроды |
(рис. |
172). |
После |
||||
|
|
|
довательный |
и |
шунтирующий |
|||||
|
|
|
фоторезисторы модели |
имеют раз |
||||||
|
|
|
несенные |
по спектру |
максимумы |
|||||
|
|
|
спектральных характеристик и из |
|||||||
|
|
|
готовляются, |
например, из поли- |
||||||
|
|
|
кристаллических |
CdS |
и |
CdSe |
||||
|
|
|
с максимумами |
при |
|
А, = |
510 ч- |
|||
|
|
|
ч-550 |
нм |
и А, = |
660 нм соответ |
||||
|
|
|
ственно. Более эффективным будет |
|||||||
|
|
|
использование |
моиокрметалличе |
||||||
|
|
|
ских фоторезисторов: их спек |
|||||||
|
|
|
тральная |
чувствительность |
имеет |
|||||
|
|
|
более |
острую |
характеристику и |
|||||
|
|
|
поэтому влияние |
возбуждающего |
||||||
|
|
|
облучения на шунтирующие фото |
|||||||
|
|
|
резисторы или тормозящего облу |
|||||||
|
|
|
чения |
на |
последовательные фото |
|||||
|
|
|
резисторы |
снижается. |
|
|
||||
|
|
|
Схема мозаичной МЛТ с пря |
|||||||
|
|
|
мым |
торможением приведена иа |
||||||
Рис. 172. |
Схема |
расположения |
рис. 173, а. Здесь ^ |
и Я,2 — соот |
||||||
электродов |
и активных компонен |
ветственно длины волн возбуждаю |
||||||||
тов однослойной мозаичной модели: |
щего |
и |
тормозящего |
световых |
||||||
1 — последовательный |
фоторезнетор; |
потоков. |
Изображение ■— диапо |
|||||||
2 — шунтирующий фоторезистор; 3 — |
||||||||||
электролюмииофор; 4 —6 — электроды |
зитив 1 — облучается световым по |
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
становится монохроматичным с длиной |
волны А,,, а правый — |
с длиной волны Я,!. Оба световых потока |
собираются снова в одну |
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
сит лишь направление |
выходного излучения. |
Длина |
волны А,3 |
||
излучения электролюминсфора |
может быть |
произвольной. |
|||
В случае А,3 = |
или |
^3 = Я,2 |
необходимо оптически |
изолиро |
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
Рис. 174. Схема однослойной мозаич |
Рис. |
175. Схема универсальной мо |
||
ной МРВ: |
|
|
дели: |
|
1 — входной световой поток; 2 — пло |
1 — плоскость модели; |
2 — источник |
||
скость модели; 3, 4 —оптические фильтры; |
света; |
3 — диапозитив; |
4 — оптиче |
|
5 ,6 — зеркала |
ская |
расщепляющая система; 5, 6 — |
||
|
фильтры; 7, |
8 — зеркала; 9, 10 — фо\ |
||
|
кусирующие |
системы; 11 — отражаю* |
||
|
щий фильтр; |
12 — источник питания |
||
|
|
|
модели |
|
21* |
323 |
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
описывается системой |
уравнений: |
|
|
|
|
|||
|
En(k, |
() = |
Е Su (k — т) В (т, |
/); |
||||
|
|
|
Ш = 1 |
|
|
|
|
|
|
ЕЛЬ, |
0 = |
ij |
ST(k — m)B(m, |
l)\ |
|||
|
|
|
ш = 1 |
|
|
|
|
|
Т в |
& 1 д / ~ + §\ (Ь, |
t) = |
got + |
А а[ £ „ |
(к, |
l ) - \ - E 0 (k, 0 1 ; |
||
|
T r Ag!SF ° |
+ f t (/г- |
о = |
+ |
Ar [ET (k, 01; |
|||
|
U3(m, l) — U |
|
gi(k. |
t) |
|
|
||
|
|
V [ g i ( k . /) + |
fia (ft. |
0 ] 2 + |
C02C2 ’ |
|||
|
|
В ( / ? г , t) = b U % ( m , t ) , |
|
|||||
где SB= |
cp (k — m, Лх) и 5T = я|; (£ — m, |
/i2) — функции связи; |
go — темповая проводимость фото'резисторов; Аъ и Аг — чувстви тельность фоторезисторов; U3 — напряжение, приложенное к электролюминесцентным конденсаторам мозаики; Тв и Тт — постоян-
Рис. 176. Модель мозаичной |
МРВ: а — схема модели; б — |
|||
зависимость функций связи |
от модуля |
разности координат |
||
облучающей |
и облучаемой плоскости модели; |
|
||
I — диапозитив; ФП — последовательные |
фоторезнсторы; |
ЭЛ — |
||
электролюминофор; |
ФШ — шунтирующие |
фоторезнсторы; |
EQB — |
|
возбуждающая освещенность от внешнего источника |
|
ные времени фоторезисторов; Ев и Ет— возбуждающая и тормоз
ная освещенность от собственного свечения модели.
Значения |
5 а и Sr при а = 0,5 приведены в табл. 10 и на |
рис. 176, б. |
|
Модель МЛТ при отсутствии возбуждающей оптической об |
|
ратной связи. |
Модель приобретает характер рецепторного поля |
с обратными |
латеральными связями, ширина распространения |
и степень затухания которых определяется видом ST и коэффи-
325
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а 10 |
|
|
Значения |
коэффициентов |
и ST (рис. |
176, б) |
|
|
j\o группы |
h |
|
к ~- т |
|
|
|
0 |
± 1 |
± 2 |
±3 |
|||
|
|
|||||
1 |
0,316 |
2,25 ' |
0,125 |
0 |
0 |
|
2 |
0,5 |
1,57 |
0,175 |
0 |
0 |
|
3 |
0,706 |
1,05 |
0,204 |
0,016 |
0 |
|
4 |
0,74 |
0,97 |
0,2 |
0,016 |
0 |
|
5 |
1,0 |
0,63 |
0,21 |
0,031 |
0 |
|
G |
1,5 |
0,31 |
0,16 |
0,047 |
0,016 |
|
7 |
3,0 |
0,19 |
0,125 |
0,047 |
0,016 |
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-I О"6 ; 3 — группа 7, |
= |
= 0,3- и г 5
/ |
2 |
3 |
9 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
т |
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).
Рис. |
178. Распространение |
оптического возбуждения |
|||||||||
|
|
|
в МРВ: |
|
|
|
|
|
|
|
|
1. |
2, |
. . . — номера тактов; |
Г |
= |
Г = |
4; А |
т |
= А |
В |
= |
|
» |
» |
|
г |
т |
|
В |
’ |
|
|
||
=0,3* 10“ 6; ------ |
— ср для группы 6, |
ij) = |
0; — — — — ф |
||||||||
|
|
|
и ^ для группы 6 |
|
|
|
|
|
|||
Регенеративный процесс возникает при превышении ампли |
|||||||||||
туды первоначального |
импульса |
£ 0 mm |
пороговой величины, |
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
ния из |
точки т = 5. Если At ^ |
7, то разгорания в точках т = 5, |
т = 6 |
не происходит. Таким образом, при конкретной величине |
|
возбуждающего подпорогового |
импульса (£ 0n = 1) определяется |
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
почки возбужденных нейронов. Если Тг превышает Тв |
лишь |
в 5— 10 раз и интенсивности тормозного и возбуждающего |
про |
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:
1 , 2 , |
. . . — номера |
тактов; Т = 20; |
Та = 4; А т — |
= |
1,5-10- е ; /' в = |
0,3 - 10-0; Ф и ф для |
группы 5 |
В |
|
|
|
Рис. 180. Возникновение рефрактерной зоны в МРВ
при распространении возбуждения;
1, 2, . . |
. номера |
тактов; Тт = 8 ; |
Гв = 4; А т = А в = |
= 0 ,3 - |
1 0—6; ф, |
Ф Для групп 5 и |
1 соответственно |
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