DE2241461A1 - Optische verknuepfungs- und speicheranordnung - Google Patents

Description

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PHILIPS PAiDMiYERWALTTOG GMBH, Hamburg 1, Steindamm 94

Optische Verknüpfung s-» und Speicheranordnung

Die Erfindung betrifft eine Anordnug aum logischen Verknüpfen und Speichern von. binären LichtSignalen»

Digtale Rechenanlagen., insbesondere die Rechenwerke von Universalrechnern, bestehen im wesentlichen aus Verknüpfungsgliedern und Speichern. Die Verknüpfungsglieder realisieren ODER~3?unktionen und ÜND-Funktionsn, teilweise mit nachfolgender liegst!on, so daß ITAIiD-* bzw. IfOR-Verknüpfungen entstehen. Derartige elektrische Verknüpfungsglieder sind jedoch kompliziert aufgebaut und daher teiler, euch wenn sie als integrierte Schaltungen hergestellt v/erden. Ein wesentlicher Punkt der Rechenaiilagen. ist nämlich ihre Verarbeitungsgeschwindigkeit, d.h. die Anzahl von Verknüpfungsoperβtionen, je Sekunde. Da die Schaltgeschwindigkeit eines einzelnen Verknüpf ung-s element β begrenzt ist, öind daher eine große Anzahl von parallel arbeitenden Verknüpfungsgliedern notwendig. Da ·Verknüpfungnglieder praktisch keine.Speieherfunktion οπΐ-

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halten, ist daher auch eine große Anzahl von parallel arbeitenden Speichern notwendig, die jeweils zu Registern zusammengefaßt v/erden.

E3 ißt bereits eine Anordnung-bekannt, L₀A. Edelstein "Picture logic" for "Bachus'J a fourth-generation computer. The Computer Journal, vol6, no.2, July 1963, A.W. Burks Essays on Cellular Automata. University of Illinois Press, Urbana, Chicago, London 1970, bei den mit optischen Mitteln eine große Anzahl von Signalen parallel verarbeitet werden kann. Die darin angegebenen Mittel zur Realisierung der Verknüpfungen und der Speicherung sind jedoch aufwendig, schwierig herzustellen und nicht sehr zuverlässig.

Die Erfindung gibt eine Anordnung an, die ebenfalls eine große Anzahl von Signalen parallel verarbeiten kann, die aber einfach und zuverlässig im Aufbau ist und die eine große Vielfalt von Anwendungsmöglichkeiten besitzt. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß ein aus einem Material mit einem Pockels-Effekt bestehender Kristall mit zwei parallelen Oberflächen auf der inneren Oberfläche mit einem dielektrischen Spiegel versehen ist, daß gegenüber diesem dielektrischen Spiegel eine fotoempfindliche Schicht angeordnet ist, die bei Belichtung mit mindestens einem Lichtsignal mit zweidiraenoionaler-, den binären Werten entsprechenden Llchtintensitätaverteilung auf dem dielektrischen Spiegel ein der Lichtintenaitätsvertcilung entsprechendes Ladungsbild erzeugt, wobei die einzelnen Ladungen so groß sind, daß auf die

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äußere Oberfläche des Kristalls etwa senkrecht auftreffendes polarisiertes und an dein dielektrischen Spiegel reflektier-" tes Eicht um 0 oder ein ganzzahliges Vielfaches von 90° in der Polarisationsebene gedreht aus dem Kristall austritt, daß die die fotoompfiiidli.che Schicht belichtenden Lichtsignale die zu speichernden und gegebenenfalls zu verknüpfenden Signale sind und dass das aus dem Kristall austretende Lichtsignal das gespeicherte und gegebenenfalls verknüpfte binäre Lichtsignal ist. Der Kristall ist dabei zweckmäßig ein OP-Kristall. Die fotoempfindliche Schicht kann dabei z.B. als Fotokathode in einem Abstand gegenüber dem dielektrischen Spiegel angeordnet sein, wobei eine dazwischenliegende Elektronenoptik das Elektronenbild der Fotokathode auf dem· dielektrischen Spiegel abbildet·. Sie kann aber auch als Fotohalbleiter direkt auf dem dielektrischen Spiegel aufgebracht werden* so daß eine kompakte Anordnung entsteht. Die Lichtsignale stellen zweckmäßig eine Vielzahl von Binärelementen ' in einer vorzugsweise zweidimensionalen Intensitätsverteilung dar, d.h. in einem Hell- Dunkel- Bild entsprechend den Werten der Binär elemente«,

Ausführungsbeispiele der Erfindung warden anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen

Anordnung,
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer anderen Auafüh-

rung nach der Erfindung,
Fig. 3 eine .Anordnung zum Verknüpfen und Negieren von Signalen,

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Fig; 4 ein Analog-Digital-Wandler, 2241AR1 Fig. 5 cane Kennlinie der erfindungßgemäßen Anordnung.

In Fig. 1 besteht der Kristall 1 aus einem einen Pockels-Effekt auf v/eisenden Material. Der Pockels-Effekt besagt, daß ein durch den Kristall hindurchtretender polarisierter Lichtstrahl in der Polarisationsebene gedreht wird, wenn ein elektrisches Feld in Richtung des Lichtstrahls an den Kristall angelegt wird. Eine derartige Eigenschaft hat z.B. ein KDP-ICri stall, der daher häufig verwendet wird.

Dieser Kristall 1 ist auf der inneren Oberfläche 2 mit einen dielektrischen Spiegel 4 versehen, der also elektrisch 'isolierend ist. Um ein einmal aufgebrachtes Ladungsbild möglichst lange speichern zu können, sollte der Spiegel eten möglichst hohen Isolationswiderstand aufweisen.

Gegenüber dem dielektrischen ' '.

Spiegel 4 is$ in einem gewissen Abstand eine Fotokathode 15 angebracht. Wenn auf diese Fotokathode 15 ein Lichtsignal 6 fällt, werden in der Fotokathode entsprechend der Lichtintensität Elektronen freigesetzt, die auf der Rückseite der Fotokathode austreten und durch eine schematisch dargestellte Elektronenoptik 16 als Elektronenstrahlen auf den dielektrischen Spiegel 4 geleitet werden, so daß auf diesem Spiegel ein Ladungsbild entsteht, das dem Lichtsignal 6 entspricht.

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In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen," daß das Verhältnis dor·Dicke der einzelnen Elemente zur Längenabmessung verzerrt dargestellt ist, insbesondere der dielektrische Spiegel 4 und die Fotokathode 15 sind wesentlich dünner als gezeichnet.

Eine Lsdung, die sich an einer Stelle auf dem dielektrischen. Spiegel 4 befindet, bewirkt nun, daß an dieser Stelle ein entsprechendes elektrisches 3?eld in dem Kristall 1 entsteht. Dadurch wird ein polarisiertes Lichtsignal 7, das auf die' äußere Oberfläche 3 des Kristalls 1 auftrifft, an dieser Stelle beim Durchgang durch den Kristall in der Polarlss~ tionsebene gedreht, an dem dielektrischen Spiegel 4 reflektiert und beim Rückweg durch den Kristall ura>den gleichen "Betrag weiter in der Polarisationsebene gedreht_e \iewa. die Ladung durch entsprechende Lichtmenge des Lichtsignals 6 so groß ist, daß die Polarisationsebene des austretenden Lichtsignals 8 an dieser..Stelle um 90° oder ein. ungradzahliges Vielfaches davon gegenüber der Polarisationsebene des einfallenden Lichtsignals 7 gedreht ist, so wird dieses Licht bei entsprechender Einstellung der Polarisationsebene des Analysators 9 von diesem ungehindert durchgelassen nn& verläßt den Analysator als Lichtsignal 1O₀ Palis an einer Stelle auf dem dielektrischen Spiegel 4 keine Ladung Yarhanden ist,, weil in dem Lichtsignal β an'der entsprechenden Stelle kein Licht vorhanden ist_s so wird das austretende Licht 8 an dieser Stelle nicht in der Polarisationsebene gedreht und steht somit senkrecht zur Polarisati-

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onsebene des Analysators 9 und wird somit nicht durchgelassen. Auf diese Weise ist das Lichtsignal 10 hinter dem Analysstor ein direktes Abbild des als Ladungsbild auf dem dielektrischen Spiegel 4 gespeicherten Lichtsignals 6 und kann beliebig oft wieder ausgelesen werden, d.h. solange das Ladungsbild durch den endlichen elektrischen Widerstand des dielektrischen Spiegels nicht abgeflonsen ist. Das Löschen des Ladungsbildes kann durch einen Elektronenschauer aus einer nicht dargestellten Elektronenquelle erreicht werden.

Falls die Polarisationsebene des Analysators 9 um 90° gedreht wird, tritt bei den eben geschilderten Bedingungen nur (?as nicht in der Polariaationsebene gedrehte Licht, das also unbelichteten Stellen im Lichtsignal 6 entspricht, durch den Analysator, während das Licht mit entsprechend gedrehter Polarisationsebene» das belichteten Stellen im Lichtsignal 6 entspricht, vom Analysator gesperrt wird. Dadurch entspricht dann das Lichtsignal 10 dem invertierten Lichtsignal 6. Die gleiche Wirkung kann auch dadurch erreicht werden, daß im Ruhesustand,, d.h. bei fehlendem Lichtsignal 6, eine Ruheladung auf dem dielektrischen Spiegel erzeugt wird, die das durch den Kristall 1 laufende Licht um 90 oder ein ungradzahliges Vielfaches davon in der Polarisationsebene dreht, während die zusätzliche Ladung durch ein Lichtsignal 6 so groß iot, daß die Drehung der Polarisationsebene gegenüber dem Ruhezustand zusätzlich 90 oder ein ganazahliges Vielfachem davon beträgt. Im Interesse einer

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möglichst hohen Betriebssicherheit ist es im übrigen zweckmäßig, möglichst nur mit einer Drehung von 90°.und nicht mit einem ganKzahligen Yielfachen davon zu arbeiten. Eine Drehung der Polarisationsebene um 100 ist jedoch für einen bestimmten Pail notwendig, der später erläutert wird

Eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung ist in Fig. 2 dargestellt. Sie "besteht wieder.aus einem Kristall 1 aus einem Material mit einem Pockels-Effeiet, dessen eine Oberfläche 2 mit einem dielektrischen Spiegel 4 versehen ist. Unmittelbar auf diesem Spiegel ist nun ein Fotohalbleiter 5 angebracht. Sowohl die äußere Oberfläche 3 des Kristalls wie auch die äußere Oberfläche des Fotohalb-

-leiters sind jeweils mit einer elektrisch leitenden, durch-.sichtigen Schicht 11 und 12 bedeckt. Diese beiden leitenden Schichten sind nun an eine Spannungsquelle 13 angeschlossen, durch deren Spannung die Funktion des/gesamten Elements wesentlich beeinflußt v/eMen kann.

Der Fotohalbleiter 5 stellt einen hohen elektrischen Widerstand dar, der sich bei Beleuchtung an der beleuchteten Stel- ■ Ie stark verringert. Dadurch wird bei genügend langer Belichtungszeit durch ein Lichtsignal 6 der Fotohalbleiter an allen*denjenigen Stellen, an denen im Lichtsignal 6 Licht vorhanden ist, niederohmig und überträgt die an der leitenden Schicht 12 liegenden Spannung auf die Oberfläche des dielektrischen Spiegels 4» auf dem somit ein dem Lichtsignal entsprechendes Ladungsbild entsteht. Wenn die Span-

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nuiig der Spannungsquelle 13 und damit die bei Belichtung auf dem Siegel 4 erzeugte Ladung gerade so groß ist* daß das auf die Oberfläche 5 des Kristalls 1 auftreffen.de linear polarisierte Lichtsignal 7 an den durch das Lichtsignsl 6 belichteten Stellen um '90 oder ein ungradKehliges Vielfaches davon in der Polarisationsebene gedreht austritt, kann durch einen nachfolgenden Analysator je nach Stellung von dessen Polarisationsebene ein dem Lichtsignal 6 entsprechendes oder gegenüber diesen invertiertes Bild erhalten werden. Bei genügend hoher Intensität des auf den Kristall auftreffenden Lichtsignals 7 entsteht im übrigen, ebenso wie beim vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel, ein Ausgangs-Lichtclgnal mit höherer Intensität als das Lichtsignal 6 hatte. Die Anordnung kann daher auch als Bildverstärker wirken.

Als Analysator ist in Fig. 2 ein polarisierender Strahlenteiler 25 dargestellt. Ei,n solcher Strahlenteiler hat die Eigenschaft, linear polarisiertes Licht mit einer beßtirciiiten Polarisationsebene durchzulassen, während senkrecht da- , zu polarisiertes Licht an der Trennlinie reflektiert wird. Dießes Element vereinigt somit die Eigenschaften eines Polarisators und eines Analysators. Zwar wird dadurch das austretende Lichtsignal 27 von dem einfallenden Lichtsignal 7 in der Richtung getrennt, da es seitlich am Ausgang 26 des Elements 25 austritt, aber das austretende Lichtsignal 27 kann gegenüber dem Lichtsignal 6 nicht mehr durch Drehung des Analysators Invertiert werden. Dies läßt eich jedoch auf andere Weise erreichen.

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Zunächst soll das Löschen des gespeicherten Ladungsbildes, erläutert ve:den. Datsu liefert die Spannungsquelle 13 die Spannung O_fund der Potohalbleiter 5-wird durch ein gleichmäßig helles Lichtsignal 6 genügend lange beleuchtet. Dann hat der dielektrische Spiegel 4 auf seiner "Oberfläche überall die Ladung Ö, und es kann ein neues Ladungsbild eingeschrieben werden, wenn die Spannungsquelle 13 wieder die vorher erwähnte Spannung liefert.

Wenn aber die Spannungsquelle 13 beim Löschen nicht die Spannung 0 liefert, sondern diebsreits erwähnte Spannung» die einer Drehung der Polarisationsebene des den Kristall hin- und herdurchlaufenden Lichtsignals um 90° entspricht, und wenn die Spannungsquelle 13 weiterhin zum Einschreiben eines dem Lichtsignal 6 entsprechenden Ladungsbildes eine Spannung liefert, die einer Drehung der Polarisationsebene des de.n Kristall durchlaufenden Lichtsignals um 180° entspricht, d.h. etwa die doppelte Spannung, so geschieht folgendes: Bei fehlendem Lichtsignal ist das aus dem Kristall austretende Lichtsignal 8 gegenüber dem Lichtsignal 7 um 90° gedreht und tritt somit am Ausgang 26 des Strahlenteiler s 25 auf« Bei Belichtung -mit einem Lichtsignal 6 wird jedoch das den Kristall durchlaufende Licht um 180° gedreht und erscheint nicht am Ausgang 26 des Strahlenteiler s 25» In diesem Falle bildet das aus dem Strahlenteiler austretende Lichtsignal 27 das invertierte Abbild des Lichtsignal s 6 ο

Eine andere Möglichkeit zur Invertierung ist in Pig«, 5 dar»

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gestellt, wobei zunächst nur die obere Hälfte der Figur betrachtet wird. Darin beleuchtet eine Lichtquelle 29 ein Element 21, das der. in Hg. 1 oder Fig. 2 dargestellten Anordnung «us dem Kristall und der fotoempfindlichen Schicht entspricht. Die schraffierte Seite in dem Element 21 deutet dabei den Kristall an. Dabei durchläuft daa Licht den bereits beschriebenen polarisierenden Strahlenteiler 25 sowie.ein Element 24» das die Polarisationsebene des durchlaufenden Lichtes um 45 dreht. Wenn nun durch einen ent-.sprechenden Ruhezustand des Elements 21 durch die Wahl der Löschbedingungen, die bereits beschrieben wurden, bei fehlendem Signal 22 und 23 das aus dem Element 21 wieder aus~ tretende Licht nicht in der Polarisationsebene gedreht ist_f durchläuft es also zweimal das Element 24 und wird somit um 90° gedreht und erscheint als Lichtsignal.27 am Ausgang 26. Wird nun durch ein Signal 22 oder 23 daa aus dem Element 21 austretende Licht um 90 in der Polarisationsebene ge~ genüber dem einfallenden Licht gedreht, so ist das auf den Strahlenteiler 25 zurücklaufende Licht gegenüber dem hinlaufenden Licht um 180 gedreht und erscheint somit nicht am Ausgang 26. Dadurch wird also ebenfalls eine Invertie-.rungdes Lichtsignala 22 bzw. 23 erreicht. Wenn als Element 24 ebenfalls ein OP-Kristall verwendet wird, an den eine solche Spannung angelegt wird, daß das hindurchtretende Licht um 45° in der Polarisationsebene gedreht wird, kann die Punktion der dargestellten Anordnung nur durch An- oder Abschalten dieser Spannung auf normal oder invertierend umgeschaltet werden.

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Bisher wurde nur.die Punktion des Speichern sowie des Inrertierens, die der logischen Negation entspricht, erläutert. Zur einfacheren Erläuterung der Verknüpfungen vird nun angenommen, daß der logischen "0" kein Licht entspricht und der logischen "1" Licht mit einer Intensität in einem vorgegebenen Bereich.

In I¹Ig. 1 sind zwei Signale 22 und 23 angegeben, die beide auf die fotcempfiiidliche Schicht des Elements 21 fallen. Die Betriebsbedingungen dieses Elements 21 mögen so gewählt sein, daß bei einer der logischen ."1" eine Sättigung der fotoempfindlichen Schicht bzw.' des Ladungsbildes eintritt, so daß sich die Ladung durch längere Belichtungsdauer oder höhere Intensität nicht mehr erhöht, wie bereits beschrieben wurde. Wenn' daher an einer Stelle in beiden · ■ Signalen 22 und 23 eine Lichtintensität vorhanden 1st, ist

■v

die gesamte Intensität an dieser Stelle auf der fotoempfindlichen Schicht doppelt so hoch, jedoch wird dadurch nicht die Ladung erhöht. Es ergeben sich also folgende Fälle, die in Form einer Tabelle beschrieben werden, wobei "dunkel" kein Licht bedeutet und damit der logischen Ziffer "0" entspricht und "hell" eine der logischen Ziffer "1" entspricht. Die dabei entstehenden Verhältnisse sind nachstehend in Form einer tabelle aufgeführt, wobei auf die bereits beschriebene Umwandlung des Ladungsbildes in ein Intensltäts— signal am Ausgang 26 des Strahlteilers 25 Bezug genommen wir&t

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	224	1	46	1	- 12 -	Signal 27
Signal	22				Signal 23	dunkel
dunkel					dunkel	hell
hell					dunkel	hell
dunkel					hell	hell
hell					hell

oder mit logischen Signalen geschrieben

O 0 1 1

0 1 1 1

Wie ous der Tabelle zu ersehen ist, wird dadurch eine ODER-Funktion realisiert. Dabei ist das Element 24 zunächst noch nicht "berücksichtigt. Wird ein solches Element, das daß hilldurchlaufende Licht um 45° in der Polarisationsebene dreht, eingefügt bzw. eingeschaltet,, so stellt das Signal 27 die NOR-Verknüpfung der beiden Eingangssignale 22 und 2 3 dar, wie leicht abgeleitet werden kann. Dieses Lichtsignal 27 kenn nun in gleicher Weise wie die Licht3ignale 22 und 23 verwendet .werden, es kann also, gegebenenfalls nach Umlenkung durch Spiegel, auf die fotoempfindliche Schicht eines anderen Elements oder für besondere Zwecke auch auf die fotoempfindliche Schicht desselben Elements geleitet werden. Dies ist deswegen möglich, weil das Verknüpfungselement 21 gleichzeitig speichernde Wirkung hst, wie bereits beschrieben wurde, so daß die beiden Signale und 23 auch nacheinander eintreffen können.

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Bei den bisherigen Erläuterungen wurde ohne ausdrückliche Erwähung immer vorausgesetzt, daß das den Kristall eines Elements 21 beleuchtende Licht eine gleichmäßige Intensitätsverteilung besitzt, wie dies bei der in Fig. 3'dcrgestellten Lichtquelle 29 der Fall sein wird. Diese Lichtquelle kann im übrigen ein Laser oder eine lichtaussendende Diode , gegebenenfalls gesteuert, sein. Stattdessen kann aber auch das Lichtsignal 27 das den Kristall eines Elements 31 beleuchtende Lichtsignal 3ein, zumal es bereits polax'isiert ist, wie in Fig. 3 dargestellt ist« Darin wird also das Lichtsignal 27 über den Umlenkspiegel 28 auf einen polarisierenden Strahlenteiler gerichtet, der natürlich so eingestellt sein muß, daß das Biit einer bestimmten Polarisation ankommende Lichtsignal 27 den Strahlenteiler 35 durchdringen und auf ctas Element· 31 fallen kann» Die in Fig. 3 dargestellte Lage des Strahlenteiler^ 35 dient nur der einfacheren Darstellung, denn sie ist unter diesen Bedingungen nicht zutreffend, sondern müßte um das umgelenkte Lichtsignal 27 um 90° gedreht sein, so daß der Ausgcmg 56 dieses Strahlenteilers parallel zws Zeichenebene liegt und daß gegebenenfalls entstehende Lichtsignal 37 seakseslit zur Zeichenebene verläuft. Es kann jedoch auch in den Weg des LichtsignaIs 27 ein .die Polarisationsebene dieses Lichtsignals um 90° drehendes Element eingefügt seisu

Die fotoempfindliche Schicht des Elements 31 wird stm mit einem Signal 32 beleuchtet» Bei entsprechenden Betriebsbedingungen des'Elements 31, die bereits beschrieben viurdea,

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wird also ein Lichtsignal.37 nur dann auftreten, wenn dowohl ein Lichtsignal 27 wie auch ein Lichtsignal 32 vorhanden sind. Wenn den in Fig. 3 dargestellten Lichtsignalen 22,23,27,32 und 37 die Bezeichnungen A,B,C,D und E augeordnet v/erden, ergeben sich folgende Verlmüpfung3funktionen:

C * A + B C'=A+B=A.B

E = C · D = (A + B) . D E¹ = C . D = Ϊ . 1 . C

Das mit einem Strich versehene Ergebnissyrabol gibt die Punktier an, die entsteht, wenn das Element 24 mit der bereits beschrie~ benen Wirkung eingefügt oder eingeschaltet wird. Aus den Punktionen iet daher zu erkennen, daß eine UHD-Funktion realisiert wird, wenn das Ausgangssignal einee Elements, nämlich das ans dem Kristall wieder austretende Licht, dazu verwendet wird, den Kristall eines anderen Elements zu beleuchten. Biese Verknüpfung wird in diesem anderen Element jedoch nicht gespeichert. In dem beschriebenen Beispiel braucht das Element 21 übrigens nicht eine'Verknüpfung auszuführen, sondern es kann auch nur eines der beiden Signale 22 und 23 vorhanden sein. Durch Einfügen weiterer, dem Element 24 entsprechender Elemente an anderen Stellen, können noch andere Punktionen verwirklicht werden.

Wie bereits erwähnt, enthalten die bisher beschriebenen Lichtsignal e eine Vielzahl von binären Elementen in einer zweidimensional en Intensitätsverteilung des Lichtes, eo daß jedem Flächenelement auf der fotoempfindlichen Schicht ein bestimmtes Binär element zugeordnet ist. Die Lichtsignale müs-

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sen also so justiert seia, daß jedes Binärelement auf das ihm zugeordnete Elächeaelement de© Potohalbleiters ausgerichtet ist« Dies ist praktisch jedoch nicht exakt möglich. Bei einer geringen Falscfoeinsteilung ist jedoch das vom Kristall austretende Signal in gleicher Weise verschoben. Wenn dieses verschobene Signal auf die fotoempfindliche Schicht eines -v/eiteren Elements geleitet wird und dabei dieses Lichtsignal ebenfalls gegenüber der Sollage verschoben ist, können sich die beiden Verschiebungen addieren. Auf diese Weiee kann "beim Durchlaufen eines Signals durch eine Anzahl von Elementen eine solche Verschiebung entstehen, daß das Signal eines, Binärelementes schließlich auf ein dem benachbarten Binärelement zugeordneten Flächenelements der fotoempfindlichen Schicht auftritt. Wenn es an dieser Stelle a.B. mit einem Lichtsignal verknüpft wind, das im wesentlichen richtig justiert ist_s ergibt.sich daher" eine "falsche Verknüpfung. Um dies zu vermeiden, ist in Fig. 2 vor der fotoempfindllchen Schicht "ein Element 14 engeordnet, das die Intensität des Lichtes über jeweils einem Binärelement zugeordneten Bereich, und swar dem flächenelement auf der fotoempfindlichen Schicht, mittelt. Dieses EIement 14 kann aus einer üazahl von Sammellinsen oder Matt-. scheiben bestehen, die entsprechend der Verteilung der Bi- · närelemente in deia Lichtsignal angeordnet sind. Dadurch wird erreicht, daß nur die einem Binärelement zugeordneten Bereiche oder Flächenelemente "beleuchtet bzw. gleichmäßig beleuchtet werden. Ein gegenüber der vorgesc?ariebenen Lsge verschobenes McSitsigia©! auf- der fotoempfindlichen Schicht kann daher Bleat aehr €Ie richtige Lage des aus dem Kristall

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austretenden Lichtsignal.9 verändern, sondern es tritt höchstens ein geringer Lichtverluat ein. Da aber engenoirrraen wurde, daß die fotoempfindliche Schicht im Sattigungsbereich betrieben wurde, wie bereits beschrieben wurde, wirkt sich dieaer Licbtverluot nicht schädlich aus.

Es ist jedoch auch möglich, dos Element oo zu betreiben, daß die fotoempfindliche »Schicht nicht ira Sättigungsbereich arbeitet. Dies geschieht dadurch, daß z.B. bei dem in Fig. 2 dargestellten Element die Spannungsquelle 13 eine Spannung erzeugt, die bei voller Wirksamkeit an dem Kristall eine wesentliche stärkere Drehung des den Kristall durchlaufenden Lichtes bewirkt als 90°, und zwar zumindest mehr als 180°, und daß das auf den Fotohalbleiter 5 auftreffende Lichtsignal 6 eine Aufladung auf dem dielektrischen Spiegel 4 von nur einem Teil der maximalen Aufladung bewirkt. Dies wird an dem in Fig. 5 gezeigten Diagramm näher erläutert. Darin ist die Intensität S des Signals 27 über die Lichtmenge L des Signals 6 aufgetragen. Als Lichtmenge ist das Produkt aus Lichtintensität und der Dauer dieeer Intensität zu verstehen. Das Löschen möge so erfolgen, daß keine Drehung der Polarisationsebene des durch den Kristall . hindurchlaufenden Lichtes erfolgt, d.h. daß keine Ladung auf dem dielektrischen Spiegel vorhanden ist. V/enn nun eine bestimmte Lichtmenge auf die fotoempfindliche Schicht fällt, entsteht auf dem dielektrischen Spiegel eine etwa proportionale Ladung, die eine entsprechende Drehung der Polarisationsebene bewirkt. Bei der Lichtmenge L₁, die der binären

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"1" entsprichtj möge gerade eine Drehung um 90 erreicht werden, so daß die Intensität des austretenden Lichtsignals 27 am-Punkt P^ gerade ein Maximum, hat. Bei der doppolt so großen Lichtintensität Lp wird daher etwa die doppelte Ladung auf dem dielektrischen Spiegel entstehen, die eine Drehung der Polarisationsebene um 180° "bewirkt, so daß die Intensität des austretenden Lichtsignalβ 27 beim Punkt Pp etwa ein Minimum hat. Die doppelte Liclrfcintensitat entsteht z.B. dadurch, daß ein Flächenelement durch zwei Signale mit jeweils der binären "1" beleuchtet wird. Wenn in Fig. 3 angenommen wird, daß das Element 21 in diesem beschriebenen Betriebszustand betrieben wird, und die Lichtsignale 22 und 23 enthalten beide an einem Flächenelement keine Lichtintensität, so hat das austretende Lichtsignal 27 an dieser Stelle auch keine Intensität, wenn zunächst angenommen wird, daß das Element 24 nicht vorhanden ist. Wenn nur eines dieser beiden Lichtsignale 22 und 23 an einem Flächenelement eine Lichtintensität entsprechend der binären "1" hat, so erhält dieses Flächenelement die Lichtmenge L., und damit hst das austretende Lichtsignal 27 an dieser Stelle ein Maximum entsprechend der "binären ^WVK Wenn jedoch beide Lichtsignale 22 und 23 an einem Flächenelement die Intensität entsprechend der binären ⁿ1^M hß"ben$ ©rhält dieses Flächenelement also die gesamte Lichtmenge Lp* ^BO'" daß das austretende Lichtsignal 27 an dieser Stelle ein Minimum entsprechend der binären-'¹O" hat. Auf diese Weise wird also eine Exklusiv-ODER-Funktion realisiert* ¥orerassot»img dabei ist jedoch, daß die Lichtintensität wie auch die Bau™

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er der beiden Lichtsignale 22 und 2 3 innerhalb enger Greii-- " zen liegt.

Anhand der Fig. 5 kann auch dargestellt werden, wie ein Lichtsignal, dessen Intensitäten nicht genau den binären Signalen entsprechen, nach dem Durchlaufen eines der beschriebenen Elemente näher an diesen Werten liegt. Wenn nämlich eine Lichtmenge kleiner ist als die Lichtmenge L-> die dem Schnittpunkt der Geraden G mit der Kennlinie des Elements entspricht, ist das antretende Lichtsignal verhältnismäßig mehr verringert, v/enn dagegen die auf die foto empfind Ii ehe Schicht auftreffende Lichtmenge größer ict als die Lichtmenge L,, dann wird die austretende Liehtmengc im Verhältnis vergrößert. Auf diese Weise werden kleine Abweichungen der Lichtsignale durch z.B. ungenaue Einstellungen immer wieder korrigiert, was dem Störspammngsabstand bei elektronischen digitalen Schaltungen entspricht.

Auf diese Weise kann auch ein Analog-Digital-Wandler realisiert werden, wie z.B. in Dig. 4 dargestellt ist. Darin beleuchtet eine Lichtquelle 50 das Bild 53, das auf der fotoempfindlichen Schicht dea Elements 21 abgebildet wird, wobei es noch einen halbdurchläasigen Spiegel 48 durchdringt, dessen Bedeutung später erläutert wird. Wenn die Lichtquelle 29 nun eingeschaltet wird, int des aus dem Strahlenteiler 25 austretende Lichtsignal 27 an den hellen Stellen der Bildvorlage noch heller und an den dunkleren Stellen der Bildvorlage noch dunkler geworden. Dieoe3 Signal 27 wird

4-09810/0608 ~¹⁹ ""

über den Spiegel 28 auf die fotoempfindliche SchiGht eines zv/Giten Elements 41 geleitet und gleichzeitig das Element
21 durch Einschalten der Lichtquelle^¹! und Anlegen einer
entsprechenden Spannung gelöscht. Wenn nun die Lichtquelle 49 eingeschaltet wird, ist das aus dem Strahlenteiler 45
austretende Lichtsignal 47 an &en dunkleren Stellen des
Bildes 53 noch dunkler und an den hellen Stellen noch heller geworden. Dieses Lichtsignal 47 kann über den haTbdin?G]iläf.e.gen Spiegel 48 wieder auf die fotoempfindliche Schicht des Elements 21 geleitet werden, wonach das Element 41 durch Einschalten der Lichtquelle 52 wieder gelöscht wird. Dieser Torgang kann mehrmals wiederholt v/erden, bis eine einwandfreie Digitalisierung erreicht worden ist. Die Steuerung der Lichtquellen sowie der Spannungsquellen an den Elementen 21 und 41 erfolgt zweckmäßig durch einen\elektroniscl£eji Rechner, der also das Programm verarbeitet, so daß um? die Daten optisch verarbeitet werden.

Patentansprüche:

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Claims (12)

1. Patentansprüche:

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   ( 1/) Anordnung zum logischen Verknüpfen und' Speichern von binären Lichtsignalen, deren binärer Y/ert durch die Intensität des Lichtes gegeben ist, d£djw^iLj^X?i?XiSiiJ^lU^^ daß ein aus einem Material mit einem Pockels-Effekt bestehender Kristall (1) mit zwei parallelen Oberflächen (2,3) auf der inneren Oberfläche (2) mit einem dielektrischen Spiegel (4) versehen ist, daß gegenüber diesem dielektrischen Spiegel (4) eine fotoerepfindliche Schicht (5 bzw.15)angeordnet ist, die bei Belichtung mit mindestens einem Lichtsignal (6) mit zweidimensionaler, den binären Vierten entsprechenden Lichtintensitätsverteilung auf dem dielektrischen Spiegel ein der Lichtintensitätsverteilung entsprechendes Ladungsbild erzeugt, wobei die einzelnen Ladungen so groß sind, daß auf die äußere Oberfläche (3) des Kristalls (1) etwa senkrecht ctuftreffendes, polarisiertes und an dem dielektrischen Spiegel reflektiertes Licht (7) um O⁰ oder ein ganzzahliges Vielfaches von 90° in der Polarisetionsebene gedreht aus dem Kristall (1) austritt (8), daß die die fotoempfindliche Schicht (5,15) belichtenden Lichtsignale (6) die yax speichernden und gegebenenfalls zu verknüpfenden Signale sind und dass das aus dem Kristall (1) austretende lichtsignal (8 ) das gespeicherte und gegebenenfalls verknüpfte binäre Lichtsignal ist.
2. 2.) Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, ch'ß der Kristall (1) ein KDP-Kristall ist.

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3. 3.) Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennaeich-«· net, daß die fotoerapfindliehe Schicht -eine Fotokathode (15) ist und daß zwischen dieser Fotokathode und dem. dielektrischen Spiegel (4) eine Elektronenoptik (16). vorgesehen ist_v die das von der Fotokathode erzeugte Elektronenbild auf den dielektrischen Spiegel abbildet*
4. 4.) Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich™ net, daß die fotoempfindliche Schicht ein Fotohalbleiter (5) ist, der unmittelbar auf dem dielektrischen Spiegel· (4) angebracht ist, daß die äußere Oberfläche (3) des Kristalls (1) sowie die davon sbgewandte Oberfläche des Fotohalbleiters (5) je mit einer durchsichtigen, elek-. • trisch leitenden Schicht (11_P12) versehen sind, die an eine Spannungsquelle (13.) lait einer solchen Spannung angeschlossen sind, daß bei Belichtung des Potohalbleitere (6).auf dem dielektrischen Spiegel (4) eine solche Ladung· entsteht, daß die Drehung der Polarisationsebene des auf den Kristall (1) suftreffenden und wieder austretenden Lichtes 0° oder ein ganazahliges Vielfaches von 90° beträgt.
5. 5.) Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtsignal.e eine Vielzahl von Binärelementen in einer vorzugsweise zweidi- ■ raensionalen Intensitätsverteilung darstellen.
6. 6«) Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß

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   vor dor fotoempfindlichen Schicht (5,1-5) o??>. Element (14) angeordnet ist, das die Intensität de3 Lichtes über jeweils einen einem Binäreloment zugeordneten Bereich mittelt.
7. 7.) Anordnung noch einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein das Licht auf den Kristrfl"? (1) leitender Analysator (9) ein polarisierender Strahlenteiler ist, der vor dem Kristall (1) angeordnet ist und das rom Kristall (1) reflektierte Licht (8) gegebenenfalls um 90° seitlich ablenkt.
8. 8.) Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Kristall (1) eines öus de Kristall und der fotoempfindlichen Schicht bestehenden Elements (21) ein die Polarisationsebene des durchtretenden Lichtsignals um 45° drehendes Element (24) engeordnet ist, so doß bei fehlender Belichtung der fotoempfindlichen Schicht das auf den Kristall des Elementβ (21) euftreffende Lichtsignal em Ausgang (26) des Analysatora (25) erscheint.
9. 9.) Anordnung nach Anspruch 4 odej: einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsquelle (13) eine solche Spannung erzeugt, daß bei fehlender Befeuchtung des Fotohalbleiters (5) das auf den Kristall (1) euftrc; fende Lichtsignal am Ausgang (26) des Analysetors (25) erscheint.

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10. 10.) Anordnung nach, einero. der vorn er gehend er. Ar· nprüehe, άβ.·? durch gekennselclmet, daß zur Realisierung einer ODER-Punktion die zu verknüpfenden Mchtsignale auf die foto-

    bzv/. .
    ' empfindliche Schicht (5/15) gerichtet sind und ihre ■ Dauer bo ber/iossen Ist* daß bereits bei einer einem blnären Viert "L" entsprechenden Intensität eine Sättigimg der'fötoeEpfIndlichen Schicht eintritt und die auf dem dielektrischen Spiegel (4) erzeugte ladung sich bei .Erhöhung der Intensität nicht'wesentlich ändert.
11. 11.) Anordnung nach einem der Torhergehenden 'Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auch das auf die äußere Oberfläche (3) des Kristalls (1) auftreffende Licht (7) ein zu verknüpfendes Signal ist, so daß eine UlTIHFunktion realisiert ist. ' ·
12. 12.) Anordnung nach einem der'Ansprüche 1 bis 9» dadurch ge~ kennzeichnet* daß zur Realisierung einer Exklusiv-ODER-Funktion die su verknüpfenden L-Iehtsignale sich intensitätsMäßig auf der fotoempfindlichen Schicht (5 b55w. 15) überlagern und ihre Dauer so bemessen ist, daß bei einer einem binären Wert "!»'! entsprechenden Intensität die Drehung des den Kristall durchlaufenden Lichtstrahls 90° oder eixi ungradzahliges Vielfaches davon beträgt und daß bei doppelter Intensität die Drehung 180 öder ein B Yi elf aches davon beträgt.

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