DE2520424C2

DE2520424C2 - Auf Strahlungsenergie ansprechender logischer Digitalbaustein

Info

Publication number: DE2520424C2
Application number: DE2520424A
Authority: DE
Inventors: David Hutzler Silver Spring Schaefer, Md.; James Phillips Upper Marlboro Strong, Md.
Original assignee: National Aeronautics and Space Administration NASA
Current assignee: National Aeronautics and Space Administration NASA
Priority date: 1974-05-08
Filing date: 1975-05-07
Publication date: 1983-08-04
Also published as: CA1037147A; GB1512031A; GB1512032A; CA1037157A; FR2280099A1; FR2280099B1; DE2520424A1; JPS50161260A; US3996455A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen auf Strahlungsenergie ansprechenden logischen Digitalbaustein. Ein derartiger Baustein wird in Digitalrechnern und Rechnerbausteinen benötigt, in denen Felder Strahlungsenergie aussendender Signalquellen vorhanden sind.

Aus der US-PS 32 05 363 ist ein auf optische Strahlungsenergie ansprechender logischer Digitalbaustein bekannt, der ein zweidimensionales Eingabefeld aus Strahlungsenergie abgebenden, digitalen Signalelementen aufweist. Es sind Einrichtungen vorgesehen, die auf den Digitalzustand dieser Signalelemente des Eingabefeldes ansprechen und in Abhängigkeit davon Ausgangssignale an Strahlungsenergie abgebende zusätzliche digitale Signalelemente zur Weiterverarbeitung liefern.

Konventionelle Digitalrechner bestehen aus Bauteilen, die aufgrund eindimensionaler elektrischer Binärsignale logische Operationen durchführen. Derartige konventionelle Digitalrechner können zur Verarbeitung großer zweidimensionaler Bilder oder Datenfelder nu>-mit großen Schwierigkeiten herangezogen werden, da im allgemeinen eine Abtastung oder Abfragung von Bildern oder Feldern Punkt für Punkt erforderlich ist.

um die Bilddaten in (jinen seriellen Datenstrom umzuwandeln, der zur Verarbeitung im Digitalrechner geeignet ist Es sind bereits Bauelemente bekannt, die ein optisches Eingangsfeld für Strahlungsenergie und ein optisches Ausgab efeldl aufweisen, wie beispielsweise die bekannten Bildverstärker; es existieren bislang aber keine Bauelemente, die digital arbeitende Arbeitsfelder für Strahlungsenergie aufweisen und daraus entsprechend der gewünschten logischen Operationen ein digitales Strahlungs-Ausgabefeld ableiten. "»

Die Entwicklung zweidimensional digital arbeitender Rechnerbausteine und -systeme wurde durch den außerordentlich großen Vorteil einer Geschwindigkeitssieigerung ausgelöst, die dadurch erhalten wird, wenn man die eine Million oder mehr Bildelemente von '5 mit Erdsatelliten gewonnenen Bildern parallel verarbeitet Speziell erlaubt dies die Mitführung derartiger Rechner an Bord von Wetter- und Forschungssatelliten. Darüber hinaus haben zweidimensional arbeitende Rechner ein breites Anwendungsgebiet bei vielen ^m andersartigen Problemen in den verschiedensten wissenschaftlichen Disziplinen, wo große zweidimensionale Datenfelder verarbeiti-t werden müssen.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher dfe Aufgabe zugrunde, ein Bauelement anzugeben, das logische Operationen an aus Stfsihjungsenergiesignalen bestehenden Feldern durchführen kann. Die Lösung ist im Anspruch 1 beschrieben.

Zweidimensionale Logikbausteine für zweidimensional arbeitende Digitalrechner können in gewisser Beziehung als zweidimensional vergrößerte Ausführungsformen konventioneller Logikbausteine aufgefaßt werden. Auf diese Weise können Torschaltungen analog den Schaltungen AND, OR, NAND, NOR und XOR ausgebildet werden, die zwei eingangsseitig getrennte Signalfelder empfangen, von denen jedes in Reihen und Spalten geordnet ist, und die die logischen Operationen an jedem Signalpaar der Eingabefelder an derselben Reinen- und Spaltenposition innerhalb jedes Feldes durchführen, um daraus ein Ausgangssignalfeld zu erzeugen.

Das Ausgingssignalfeld ist ebenfalls in Reihen und Spalten geordnet, wobei jedes der Signale von den Eingangsgrößen an korrespondierenden Reihen- und Spaltenpositionen abgeleitet wird. Wenn jedes Bauelement eines konventionellen Rechners durch ein Feld miteinander verdrahteter Bauelemente ersetzt würde, dann erhielte man ein Feld unabhängiger Rechner, von denen jeder durch eine andere Reihen- und Spaltenposition innerhalb der verschiedenen Felder charakterisiert ^5(l wäre. Im Unterschied von einer solchen hypothetischen Situation sind gemäß der vorliegenden Erfindung Zwischenverbindungen herstellende Bauteile vorgesehen, bei dinen das digitale Ausgangssignal bei jeder gegebenen Reihen- und Spaltenposition vom Digitalzustand wenigstens eines Eingangssignals an einer nicht-korrespondierenden Reihen- und Spaltenposition abhängig ist.

Die zweidimensionalen Tore gemäß der vorliegenden Erfindung empfangen und senden elektrische Signale nicht über Drähte, sondern empfangen und senden Felder digitaler Signale mit Hilfe von Strahlungsenergie wie ein optisches Bild, das aus Punkten zweier Intensitätsstufen (z. B. schwarz und weiß) zusammengesetzt ist. Der Ausdruck »Strahlungsenergie« soll auch andere Arten elektromagnetischer Strahlung umfassen, wie beispielsweise Mikrowellen und wellenähnliche oder partikelähnliche Strahlung, wie beispielsweise Röntgenstrahlen und Elektrpnenstrahlen. Strahlungsenergie erzeugt eine festgelegte. Anordnung von Feldern, % bei, denen ,Strahlungs- und· Partikel-Abbflduhgstecfaniken dazu verwendet werden, das Ausgangsfeld;: des emen· Tores ziunEmgangsfeld des anderen Tores überLinsen, leitungen usw. zu übertragen. Wenn die Strahlungsenergie optischer Natur ist, dann werden hierzu optische Linsen ,oder" optische Faserbündel verwendet- ■ ^v '.-

Gemäß der vorliegenden Erfindung besteht eine Ausführungsform einer logischen Torschaltung zur Aufnahme zweier digitaler optischer Signalfelder oder Bilder aus einem Feld von Paaren fotoempfindlicher Elemente, wie beispielsweise Fotoleiter, die zur Verwirklichung einer logischen UND-Funktion in Serie und zur Verwirklichung einer logischen ODER-Funktion parallel mit einer Spannungsquelle verbunden sind, um ein Feld von Fotoleiterkreisen zu bilden, die auf entsprechende Elemente der Eingangsfelder ansprechen. Ein digitales elektrisches Signalfeld wird aus diesen Fotoleiterkreisen abgeleitet, welches das Ergebnis der gewünschten logischen Verarbeitung entsprechender Eingangssignalelemente wiedergibt Dieses elektrische Signalfeld, das auf einem geeigneten Elektrodenfeld erscheint wird zu einem Ausgabefeld für digitale optische Signale überführt, indem enty/eder selektiv beschleunigte Elektronen auf einen Bildschirm geworfen werden, der aus elektrolumineszentem Material besteht, oder in dem ein Feld aus einzelnen Lichtquellen, wie beispielsweise Leuchtdioden, angesteuert wird.

Bei einer anderen Ausführungsform einer logischen Torschaltung, die von zwei optischen Signalfeldern angesteuert wird, ist ein einzelnes Feld von Fotoleitern vorgesehen, das nur auf eines der Eingabesignalfelder anspricht Die Fotoleiter sind mit einer Spannungsquelle und einem Elektrodenfeld verbunden. Digitale elektrische Signale am Elektrodenfeld, die den digitalen Zustand von nur einem der Eingabefelder angeben, werden dazu benutzt ein Flüssigkristall so zu erregen, daß ein selektiver Einfluß auf die Kristalltransparenz oder das Reflexionsvermögen zum anderen Eingabefeld digitaler optischer Signale erzeugt wird. Je nach Ausführungsform wird als digitales optisches Ausgabefeld diejenige optische Energie des anderen Feldes verwendet, die vom Flüssigkristall durchgelassen oder reflektiert wird.

Die vorerwähnten und weitere Ausführungsformen und ihre Vorteile der vorliegenden Erfindung sollen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im nachfolgenden näher erläutert werden. Es zeigt

F i g. 1 eine Schemadarstellung im Schnitt eines Teils eines zweidimensionalen Torbausteins mit einem Ausgabefeld, das aus diskreten Lichtquellen besteht;

Fig.2 eine der Fig. 1 ähnliche Darstellung eines ODER-Verknüpfungsbausteins, der ähnliche Ausgabelichtquellen verwendet;

Fig.3 eine Darstellung ähnlich Fig. 1, die in verschiedenen Teilen eine andere Ausführungsart eines zweidimensionalen UND-Bausteins und eines ODER» Bausteins zeigt, dir einen phosphoreszierenden Ausgabeschirm verwendet;

F i g. 4 eine Darstellung ähnlich F ί g. 1 einer wiederum anderen Ausführungsform eines zwei'Jimensionalen UND-Bausteins, die eine elektrolumineszente Ausgabeschicht verwendet;

Fig.5 in ähnliche·· Art wie Fig. 1 eine alternative Ausführungsform eines ODER-Bausteins mit einer

elektrolumineszenten Schicht;

F i g. 6 in wiederum ähnlicher Weise einen logischen Torbaustein mit einem Flüssigkristall zum Hindurchlassen optischer Strahlen;

Fi g. 7 eine alternative Ausführungsform eines zweidimensionalen UND-Baustcins mit einem Flüssigkristall, das optische Strahlen reflektiert;

Fig.8 eine schematische Darstellung eines Längsschnitts durch eine Zusammenführung bzw. Verzweigung; K)

F i g. 9 eine schematische Seitenansicht eines Systems, das zwei Anordnungen nach F i g. 8 enthält, wobei die eine als Zusammenführung und die andere als Verzweigung zusammen mit einem Torbaustein mit zwei Eingängen verwendet wird;

Fig.9a Bezugszeidien, die in Fig.9 verwendet werden;

F i g. 9b eine Draufsicht auf die Eingabefläche des mit zwei Eingängen ausgestatteten Torbausteins und

F i g. 9c eine Drst:f:ich: auf die Ausgabefläche dieses 2» Bausteins.

Es seien zunächst die F i g. 1 bis 7 betrachtet. Es sind zweidimensionale logische Feldbausteine vorgesehen, die auf zwei getrennte digital arbeitende Strahlungsenergiesignalfelder A und B ansprechen. Die Felder A n und B sind gewöhnlich rechteckig, obgleich auch quadratische Felder verwendet werden können. Sie haben digital arbeitende optische Signalelemente Ai₁ und Bi/, die in Reihen und Spalten angeordnet sind. Die Indizes / und / beziehen sich auf die Reihe und die jo Spalte, in denen ein einzelnes Element innerhalb der Felder angeordnet ist. Unter digitale optische Signale wird hier verstanden, daß die Amplituden der optischen Signale zwei verschiedene Niveaus entsprechend der zwei digitalen Zustände aufweisen. Ein geeignetes Paar solcher Amplitudengrößen ist beispielsweise dann gegeben, wenn an einer gegebenen Position im Feld optische Energie entweder vorhanden ist oder nicht. Die Anwesenheit optischer Energie an einer gegebenen Position, die einem bestimmten Element entspricht, stellt den digitalen 1-Zustand dar, die Abwesenheit optischer Energie entspricht dem digitalen O-Zustand.

Die logischen Bauelemente des Feldes führen die gewünschte logische Operation an den entsprechenden Signalen von den Eingabefeldern A und B durch und liefern ein Ausgabefeld O, das ebenfalls in Reihen und Spalten gegliedert ist

Unter dem Ausdruck Ausführung der logischen Operationen an korrespondierenden Signalen von den Einsabefeldern A und B wird hier verstanden, daß der logische Zustand von Signalen, die beispielsweise in der dritten Reihe unii der zweiten Spalte in den Eingabefeldern A und B vorhanden sind, miteinander kombiniert werden, um den logischen Zustand des Signais festzulegen, das in der dritten Reihe und der zweiten Spalte des Ausgabefeldes O vorhanden ist Die Kombination erfolgt je nachdem, welche logische Funktion ausgeführt werden soll, beispielsweise ODER, UND usw. Auf diese Weise hat jedes Signal in einer gegebenen Reihen- und Spaltenposition Oij einen digitalen Zustand, der nur von den digitalen Zuständen der Eingabeelemente Ai/ und Bi/ an den entsprechenden gleichen Positionen abhängt Die Eingabesignalfelder entsprechen optischen Digitalbildern, die zu und von dem logischen Baustein durch Bildübertragungssysteme, en wie beispielsweise Linsensysteme, gelangen. Beispielsweise werden die an den Eingabefeldern A und B erscheinenden Eingabebilder vermittels verschachtelter optischer Faserbündel 40a und 406 übertragen, um eine saubere Registrierung korrespondierender Elemente der Eingabebilder sicherzustellen. Wie aus der späteren Beschreibung noch hervorgeht, wird entsprechend den Paaren korrespondierender Elemente der Eingabefelder A und B, die durch das Verschachteln der Faserbündel 40a und 40b zusammengruppiert werden, ein Ausgabefeld O auf der Ausgabefläche 54 des Bausteins gebildet. Jeder der logischen Bausteine hat deshalb eine Eingangsfeldfläche 42, wie am besten aus Fig.9b ersichtlich, bei der die korrespondierenden Elemente Au und Bi/ einander benachbart sind. Wie aus dieser Figur ferner hervorgeht, können die einander benachbarten Elemente Αη und B// übereinander angeordnet sein und einen Satz 44 bilden. Die Fläche 42 stellt daher ein Feld von Sätzen 44 dar, die die gleiche Ordnung in Reihen und Spalten aufweisen wie die korrespondierenden Elemente, die an den Eingabefeldern A und B aufscheinen. Der Zustand jedes Ausgabeelements Q>· wird von dem zugehörigen S···⁷ bestimmt.

Die logischen Bausteine nach den F i g. I bis 7 enthalten weiterhin wenigstens ein Fotoleiterfeld aus Reihen und Spalten, das aus einzelnen Fotoleiterelementen 46 besteht, die auf das Eingabefeld A ansprechen, wobei jedes Fotoleiterelement an einer gegebenen Reihen-/Spaltenposition auf das optische Signalelement Ai/ der entsprechenden Reihen-/Spaltenpositicivinspricht.

In Fig. 1 ist eine Ausführungsform für einen UND-Baustein 48 dargestellt. Der UND-Baustein 48 besteht aus einer Empfangsfläche 42 mit einem Feld von Fotoleiterelementen, die auf einem einzigen Substrat 43 derart angeordnet sind, daß sie auf jeden der Eingabesätze 44 ansprechen. So sieht man beispielsweise ein Fotoleiterelement 46, das auf jedes Eingabesignal Ai/ anspricht Da, wie zuvor erläutert, der Eingabesatz 44 aus Eingabeelementen beider Eingabefelder A und B aufgebaut ist, ist demzufolge auch ein Fotoleiterelement 50 vorhanden, das auf jedes Eingabesignal Bi/ anspricht. Auf diese Weise sind einzelne korrespondierende Fotoleiterelemente 46 und 50 in einem Feld ebenso benachbart zueinander angeordnet, wie die Eingabesätze 44. Der UND-Baustein 48 hat auch eine Ausgabefläche 54 mit einem Feld einzelner Lichtquellen 56, die durch entsprechende elektrische Signale, die von den Fotoleiterelementen 46 und 50 gesteuert werden, erregt werden. Die Lichtquellen 56 sind vorzugsweise Leuchtdioden. Diese Licht aussendenden Dioden 56 werden von einem Substrat 57 getragen, das parallel zum Subtrat 43 diesem gegenüber angeordnet ist Auf ihm sind die Dioden in Reihen und Spalten angeordnet, wie am besten aus F i g. 9 ersichtlich. Einander entsprechende Fotoleiterelemente 46 und 50 der Eingabeseite und Leuchtdioden 56 der Ausgabeseite sind in Serienschaltungen 49 mit einer Spannungsquelle 58 verbunden, so daß die Leuchtdioden 56 nur dann mit Spannung versorgt sind und leuchten, wenn beide entsprechenden Fotoleiterelemente 46 und 50 durch auf sie auftreffendes Licht leitfähig gemacht sind und damit den elektrischen Serienkreis 49 schließen. Diese Fotoleiter haben einen hohen Widerstand, wenn kein Licht auf sie fällt, ihr Widerstand ist dagegen gering oder vernachlässigbar, wenn sie beleuchtet werden.

Wie aus den Fig. 1 bis 3 ersichtlich, sind einandegegenüberliegende Paare von Anschlußelektroden oben und unten an den Fotoleiterelementen 46 und 50 angeordnet Die eine Elektrode jedes der Fotoleiterele-

mente ist vermitteis einer Anschlußleitung 62 mit einer flächenhaften Versorgungsleitung 60 verbunden, die zur Spannungsquelle 58 führt. Ebenso ist eine Elektrode der Leuchtdioden über eine Anschlußleitung 66 mit einer Versorgungsrückleitung 64 verbunden, die ebenfalls zur Spannungsquelle 58 führt. Die Versorgungsleitungen 60 und 64 sind zwischen den Substraten 43 und 57 angeordnet. Die anderen Elektroden der Leuchtdioden sind rrit einer Elektrode des Fotoleiterelements 50 mittels Verbindungsleitungen 68 verbunden und die anderen Elektroden der Fotoleiterelemente 50 und 46 sind durch Kurzschlußbügel 70 miteinander verbunden. Der Baustein 48 enthält also ein Feld elektrischer Kreise 49, die auf korrespondierende optische Eingangssignale Ai;und Biiansprechen, durch die die Fotoleiterelemente 46 und 50 selektiv in den leitenden Zustand versetzt werden, was dem digitalen »!«-Zustand entspricht, wenn sowohl bei An als auch bei ß//ein optisches Signal vorhanden ist. Auf diese Weise werden die Leuchtdioden 56 erregt, die ein entsprechendes digitales Ausgangssignal O;/erzeugen.

In F i g. 2 ist ein ODER-Baustein 72 gezeigt, der dem Aufbau des UND-Bausteins 48 im wesentlichen entspricht mit der Ausnahme, daß die entsprechenden Fotoleiterelemente 46 und 50 anstatt in Serie einander parallel geschaltet sind. Auf diese Weise schließt ein Lichteinfall auf eines oder beide der Fotoleiterelemente 46 und 50 einen elektrischen Kreis und erregt die Leuchtdiode 56. Wie in F i g. I ist eine Elektrode des Fotoleiterelements 46 mit der Versorgungsleitung 60 über eine Leitung 62 und eine Elektrode der LeuchMioden 56 mit der Versorgungsrückleitung 64 über eine Verbindungsleitung 66 verbunden. Die andere Elektrode des Fotoleiterelements 50 ist jedoch über eine Verbindungsleitung 74 mit der Anschlußleitung 60 verbunden und die Kurzschlußbügel 70, die die Fotoleiterelemente 46 und 50 miteinander verbinden, sind außerdem über eine Verbindungsleitung 76 mit der anderen Elektrode der Leuchtdiode 56 verbunden. Der ODER-Baustein 72 ist damit als ein Feld paralleler Kreise 78 aufzufassen.

Fig.3 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel für einen logischen Baustein 79, der ein Elektrodenfeld aus Elektrodenelementen 80 verwendet, die auf einem dielektrischen Substrat 81 angeordnet sind, das sich zwischen dem Eingangssubstrat 43 und einem Ausgabe-Phosphorschirm 82 befindet, welch letzterer eine flächenhafte Lichtquelle bildet In Richtung auf diesen Bildschirm 82 werden örtlich selektiv Elektronen von den Elektroden her beschleunigt Der Baustein ist in geeigneter Weise in einem transparenten Gehäuse, beispielsweise aus Glas, das hier nicht dargestellt ist, eingeschlossen, damit wenigstens der Zwischenraum 83 zwischen dem Elektrodensubstrat 81 und dem Phosphorschirm 82 evakuiert werden kann. Aus Übersichtlichkeitsgründen sind in F i g. 3 nur zwei verschiedene elektrische Kreise 84 und 86 im Baustein 79 dargestellt Der Kreis 84 ist ein Serienkreis und entspricht einer UND-Verknüpfung, während der Kreis 86 ein Parallelkreis ist und einer ODER-Verknüpfung entspricht Im Kreis 84 ist eine Elektrode der in Serie geschalteten Fotoleiter mit der Beschleunigerelektrode 80 vermittels einer Verbindungsleitung 88 verbunden, damit zu ihr eine negative Beschleunigungsspannung von der Spannungsquelle 5S her zugeführt werden kann, wenn beide Fotoleiter 46 und 50 durch ein optisches Eingangssignal »1« in den leitenden Zustand gebracht sind. Ein Glühfaden 90, der zwischen den Elektroden und dem Phosphorschirm angeordnet ist, liefert Elektronen in den Zwischenraum 83. Eine transparente Elektrode 102, wie beispielsweise ein Gitter oder dgl., das mit dem positiven Anschluß der Spannungsquelle 58 vermittels ' einer Verbindungsleitung 64 verbunden ist, hält den Phosphorschirm auf einem positiven Potential. Beim Betrieb des Bausteins 79 werden die digitalen optischen Eingangssignale An und S// in ein elektrisches Feld von Signalen an den Elektroden 80 umgewandelt. Diese

ίο elektrischen Signale wiederum werden in optische Signale zurückverwandelt mittels der Elektronenentladung, bei der die Elektronen selektiv im evakuierten Zwischenraum 83 in Richtung auf den Phosphorschirm 82 beschleunigt werden.

ι* Fig.4 zeigt einen wiederum anderen UND-Baustein 92, der eine flächenhafte elektrolumineszente Ausgangslichtquelle 94 verwendet. Dargestellt ist außerdem eine alternative Ausführungsform der Reihenschaltung der Fotoleiterelemente 46 und 50. Darin sind die Fotoleiter ffi!d?r 50 angeordnet, daß die entsprechenden Fctclcitcr- elemente 46 und 50 sowohl axial als auch vertikal voneinander beabstandet sind. Ein rechteckiges Feld von Fotoleiterelementen 46 ist sandwich-artig zwischen einer ersten planaren transparenten Elektrode 96, deren

ζ⁵ Vorderfläche die Eingabefläche 42 ist, und einer Elektrode eingeschlossen, die ein Feld von voneinander beabstandeten transparenten leitenden Brückenelementen 98 enthält, die die entsprechenden Fotoleiterelemente 46 und 50 miteinander verbinden. Die Brückenele- mente 98 werden von einem dielektrischen Substrat 100 getragen. Das Feld von Fotoleiterelementen 50 ist sandwichartig zwischen den Brückenelementen 98 und der elektrolumineszenten Schicht 94 eingeschlossen, wobei eine Fotowiderstandsrückenschicht 99 der

J"' Elektrolumineszenzschicht 94 an die Fotoleiterelemente 50 anstößt. Eine planare transparente Elektrode 102 liegt auf der gegenüberliegenden Seite der Elektrolumineszenzschicht 94 als Ausgabefläche. Die planaren transparenten, einander gegenüberliegenden Elektroden 96 und 102 sind über Leitungen 104 und 106 mit einer geeigneten Spannungsquelle 58, die vorzugsweise eine 60 Hz-Spannung liefert, verbunden. Hiermit können diejenigen Bereiche 107 der Elektrolumineszenzschicht 94, die an die Fotoleiterelemente 50 anstoßen,

■»*· selektiv angeregt werden. Die transparenten Elektroden können aus extrem dünnen metallischen Schichten oder sehr feinmaschigen Drahtgittern gebildet sein. Der UND-Baustein 92 enthält ein rechteckiges Feld von elektrischen Serienkreisen 95, von denen jeder die

"><> Spannungsquelle 58, die Elektrode 42, ein Fotoleiterelement 46, ein Brückenelement 98, ein zugehöriges Fotoleiterelement 50, einen Schichtbereich 107 und die Elektrode 102 umfaßt Wenn sowohl das Fotoleiterelement 46 durch ein digitales »!«-Signal Ay, das durch die Elektrode 42 läuft, als auch das korrespondierende Fotoleiterelement 50 durch ein digitales »!«-Signal B₁/, das durch die Elektrode 42 und das Brückenelement 98 läuft, in den leitenden Zustand gebracht sind, dann ist der elektrische Kreis geschlossen und der Bereich 107 emittiert Licht O/j entsprechend einem digitalen »!«-Ausgangssignal Oij.

Fig.5 zeigt eine der Fig.4 entsprechende Anordnung, jedoch für eine ODER-Verknüpfung. Dieser Baustein 110 besteht aus einem Feld paralleler Kreise

^&5 112, mit denen selektiv Bereiche 107 der Elektrolumineszenzschicht 94 erregt werden können. Darin sind korrespondierende Fotoleiterelemente 46 und 50 sandwich-artig und Seite an Seite zwischen der

vorderen transparenten Elektrode 96 und einer zugehörigen Elektrode eines Feldes von leitenden Brückenelektrodenelementen 98 eingeschlossen. Die Brückenelemente 98, die an der Elektrolumineszenzschicht 94 durch Abscheidung oder Klebung befestigt sind, bilden in der Elektrolumineszenzschicht Bereiche 107 zwischen s>ch und einer auf der anderen Seite liegenden transparenten Elektrode 102 aus, die erregbar sind. Diese Bereiche 107 werden in den Kreisen 112 selektiv erregt, so daß sie Ausgangs-Lichtsignale Oij aussenden, wenn entweder ein Fotoleiterelement 46 durch ein Eingangssignal an Au oder das korrespondierende Fotoleiterelement 50 durch ein Eingangssignal an ßy in den digitalen »!«-Zustand gesetzt ist.

F i g. 6 zeigt einen Baustein 118, der den Durchlässigkeitsmode eines Flüssigkristalls 120, der in einer hier nicht eingezeichneten Glasumhüllung eingeschlossen ist, ausnutzt. Es ist bekannt, daß die Anwesenheit einer elektrischen Spannung über dem Flüssigkristall diesen trüb erscheinen läßt Wenn der Kristall trüb ist, dann wird Licht nur mit großer Dämpfung durchgelassen und ein beachtlicher Anteil des eingestrahlten Lichtes wird zurückgestreut oder reflektiert. In dem logischen Baustein 118 ist ein rechteckiges Feld von Fotoleiterelementen 46 vorgesehen, die auf das rechteckige Feld von optischen Eingangssignalen Ai/ ansprechen, die selektiv das Anlegen von Spannung aus der Spannungsquelle 58 an Bereiche 122 des Flüssigkristalls steuern. Diese Bereiche 122 sind in einem Feld von Stromkreisen 124 gelegen, die die Übertragung optischer Signale ßy durch die Bereiche 122 hindurch beeinflussen. Das rechteckige Feld von Fotoleiterelementen 46 ist sandwichartig zwischen der transparenten planaren Vorderelektrode 96 und dem Feld transparenter Brückenelektroden 98 eingeschlossen. Die Brückt nelemente 98, die adhäsiv an der Umhüllung des Flüssi_bkristalls 120 befestigt sind, bestimmen die Kristallbereiche 122 zwischen sich und der gegenüberliegenden planaren transparenten Elektrode 102, die zur Übertragung der Signale Sy herangezogen und in ihrer Lichtdurchlässigkeit beeinflußt werden sollen. Wenn die Fotoleiter 46 durch Lichtsignale Ay in den leitenden Zustand gebracht sind, dann sind die StrorpVreise 124 geschlossen und die Flüssigkristallbereiche 122 sind in den trüben Zustand versetzt, bei dem das Licht von By, das durch den Kristall hindurchgeht, um Ausgangssignale Oy zu bilden, so gedämpft wird, daß das Ergebnis als digitale »0« betrachtet werden kann. Auf diese Weise ist das Ausgangssignal Oy nur dann eine digitale »1«, wenn das Eingangssignal Ay eine digitale »0« ist (in welchen Zustand am Kristall keine Spannung liegt und er klar bleibt) und das Signal By eine digitale »1« ist Der logische Baustein kann daher als eine mit einem Inverter versehene UND-Schaltung aufgefaßt werden.

Der Baustein 130 nach F i g. 7 ist eine UND-Verknüpfung. Er ist im Aufbau identisch mit dem Baustein nach Fig.6 mit der Ausnahme, daß als Ausgangssignal derjenige Anteil vom Signal B/j verwendet wird, der von den Flüssigkristallbereichen 122 reflektiert oder zurückgestreut wird. Durch das Hinleiten des Eingangssignals Bfj mittels einer optischen Faserleitung 132 zu der Eingabefläche 42 und das Wegführen des empfangenen reflektierten Signals von den Kristallbereichen 122 mittels einer der Leitung 132 benachbarten Faserleitung 134, wird eine direkte Überkopplung von Βη nach Οι; verhindert. Es ist auch möglich, das einlaufende Signal Βη und das reflektierte Signal Oij mit einem teilweise durchlässigen, teilweise reflektierenden geneigten, einseitig versilberten Spiegel bekannter Art zu trennen. Im Betrieb zeigt der UND-Baustein 130 folgendes Verhalten: Wenn Ai/ c'".n digitalen »1«-Zustand hat, wird der korrespondierende Kristallbereich 122 trüb. Wenn By dann ebenfalls digitalen »1 «-Zustand hat, dann wird ein

' ausreichender Anteil des By-Signals von der Faserleitung 134 aufgenommen und das Ausgangssignal Oy ist digital in »1«. Die beschriebenen 2torigen Schaltungen können bequem als planare Baugruppen zwischen dem

ίο Eingabefeld 42 und dem Ausgabefeld 54 hergestellt werden. Die verschachtelten optischen Faserleitungen 40a und 40fc können einfach in der Weise zusammengesetzt werden wie es mit 160 in Fig.8 dargestellt ist. Diese Leitungsvereinigung 160 hat eine Eingangsfläche zum Anschluß an die Ausgabefläche 54 einer Torschaltung und eine zweite Eingangsfläche 164 im Abstand vertikal darunter zum Anschluß an die Ausgangsfläche 54 einer zweiten Torschaltung. Die verschachtelten optischen Faserleiter 40a und 406 erstrecken sich entsprechend von den Flächen 162 und 164 zur kombinierten Ausgabefeidtiäche iö6, die an die Eingabefläche 42 einer 2eingängigen Torschaltung angeschlossen ist. Die entsprechenden Eingangssignale an den Feldflächen 162 und 164 an entsprechenden Reihen- und Spaltenplätzen werden durch die verschachtelten Leitungen 40a und 40b zu einander benachbarten Plätzen geführt, wo sie die Sätze 44 eines zusammengeführte Leitungen enthaltenden Feldes bilden.

jo Durch geeignete Wahl der bezeichneten Felder kann für einfallende Strahlungsenergie die Zusammenführung 160 auch als Verzweigung benutzt werden. Die F i g. 9,9a, 9b und 9c veranschaulichen dies. Hierin ist ein Vereinigungs-/Verzweigungsbauteil 170 als Verzweigung und ein gegenüberliegendes gleichartiges Bauteil 172 als Vereinigung verwendet. Bei der dargestellten Ausführungsform erweitern bzw. verengen sich die verschachtelten Leitungen 40a und 406 kegelstumpfförffiig, damit weiche Übergänge zwischen einem großen Fensterdurchmesser an den Flächen 162 und 164 und einem kleinen Fensterdurchmesser 176 an der Fläche 166 erreicht werden. Die Fenster der Fotoleiterelemente 46 und 50 an der Eingangsfläche 42 ht.ben ebenfalls den Durchmesser 176, während die Torschaltungen so aufgebaut sind, daß jedes Ausgangssignal Oy die volle Fensterfläche 174 ausleuchtet Die Sätze 44 sind so geordnet, daß die entsprechenden benachbarten Fenster der Größe 176 von der Fenstergröße 174 umschlossen werden. Mit einer Ausgangsfläche 54, die an die Fläche 166 des die zusammengeführten Leitungen enthaltenden Feldes anschließt, wird ein Ausgangssignal Ay der Torschaltung, das als Eingangssignal für die Verzweigung 170 dient, von einem großen Fensterdurchmesser 174 zu zwei benachbarten kleinen Fensterdurchmessern 44 geleitet und von dort zu zwei verschachtelten Leitungen 40a und 406. Daher wird das Eingabe-Signalfeld A zur Zusammenführung/Verzweigung 170 an den zwei vertikalen Feldflächen 162 und 164 verdoppelt

Die Zusammenführung 172 von Fig.9 empfängt Eingangssignale für die Flächen 162 und 164 von einer Ausgangsfläche 54 einer Torschaltung oder einer Ausgangsfläche 162 oder 164 eines Duplizierers der vorgenannten Art. Es sei hervorgehoben, daß leingängige Torschaltungen 178, wie beispielsweise der Inverter 138, Eingabeflächen 180 aufweisen, deren Fensterdurchmesser die gleiche Größe haben wie die Ausgangsflächen 54, damit Eingangssignale von einer

Il

Duplizierer-Ausgabefläche 164 oder einer Ausgangsfläche j4 einer Torschaltung aufgenommen werden können.

Fig.9a zeigt die Symbole, die in der weiteren Erläuterung verwendet werden. Die Zusammenführung 170 und der Duplizierer bzw. die Verzweigung 172 werden jeweils durch Trapeze 182 dargestellt, die einander gegenüberliegende kurze und lange Seiten haben. Die kurze Seite entspricht der Fläche 166, während die oberen und unteren Hälften der langen Seite den Flächen 162 und 164 entsprechen. Die 1- und 2-eingängigen Torschaltungen werden durch Rechtecke 184 dargestellt. Es ist oft nicht möglich, die Flächen von Torschaltungen direkt miteinander zu verbinden. Ein Feld von Faserleitungen des Durchmessers 174, die durch die Vielfachleitungen 186 dargestellt sind, werden dazu verwendet, die Flächen von Torschaltungen miteinander zu verbinden.

Anstelle von sich erweiternden bzw. verengende, η Durchmessern der verschachtelten Leitungen 40a und 40b können diese Leitungen auch einen konstant bleibenden Durchmesser der Größe 174 aufweisen. In diesem Fall ist es wünschenswert, beim Verbinden der Ausgangsfläche 162 des Duplizierers 17C (der kleine Fensterdurchmesser aufweisen würde) mit dem Eingang der Torschaltung 178, ein Übergangsstück zwischen den

ι" Duplizierer 170 und die Eingabefläche 180 zwischenzuschalten, um die Leitungen des Durchmessers 176 an den größeren Durchmesser 174 anzupassen.

Es sei betont, daß die Erfindung zur einfachen Darstellung nur an der Verarbeitung sehr weniger

^|!> Signale dargestellt worden ist und daß sie in gleicher Weise auf extrem große Felder von Signalelementen anwendbar ist.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Auf Strahlungsenergie ansprechender logischer Digitalbaustein, dadurch gekennzeichnet, daß eine Abbildungsfläche (42) für die Eingabe erster und zweiter flächenhafter zweidjmensionaler Eingabefelder (A, B) aus Strahlungsenergie abgebenden, digitalen Signalelementen und eine Abbildungsfläche für die Ausgabe eines flächenhaften zweidimensionalen Ausgabefeldes (O) aas Strahlungsenergie ι ο abgebenden digitalen Signalelementen vorgesehen sind, daß die. Signalelemente der Eihgabefelder (A, B) und des Ausgabefeldes (O)va. Reihen und Spalten derart geordnet sind, daß jede Feldposition (Öij) des Ausgabefeldesγ0 "einer gleichen Position-(Αιχβφ ts an beiden Eirigabefeldern^ B) entspricht, und daß : Einrichtungen (46,50) vorgesehen sind, die auf den Digitalzustand der Signalelemente (AiyBifi beider Eingabefelder (A; B) ansprechen und. selektiv die Äbbiidungsfläche für das Ausgabefeld (O) in Abhängigkeit von den eingangsseitigen Digitalzuständen ia einen bestimmten digitalen Ausgabezustand versetzen.

2. Digitalbaustein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ein- und Ausgabe für jedes Signalelement eine eigene Leitung (40a, 406, 134) vorgesehen ist.

3. Digitalbaustein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er auf optische Strahlung anspricht und optische Strahlung ausgibt, daß die eingangsseitige Abbildungsfläche aus einem rechtekkigen Feld von in Reihen und Spalten angeordneten optoelektrischen Wandlerelementen besteht, daß ein rechteckiges zyeidimei-iionales Feld von Elektroden (80) vorgesehen ist, die je nach Digitalzustand der optoelektrischen Wandler (46,50) von letzteren an eine Spannungsquelle (58) geschaltet sind, und daß eine Einrichtung (82,94,120) zum Umsetzen der Elektrodenspannung in ein optisches Ausgabesignal vorgesehen ist.

4. Digitalbaustein nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Umwandeln der Elektrodenspannung aus einem elektrooptischen Material (94, 120) besteht, dessen optisshe Eigenschaften sich mit der Elektrodenspannung 4s ändern, daß das zweite Eingabefeld (B) auf das elektrooptische Material gekoppelt ist und das Ausgabefeld (O) derart an das elektrooptische Material gekoppelt ist, daß die optische Energie aus Elementen des Eingabefeldes auf entsprechende Elemente des Ausgabefeldes entsprechend der., jeweiligen optischen Eigenschaften des elektrooptischen Materials gekoppelt wird.

5. Digitalbaustein nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrooptische Material 5s ein Flüssigkristall (120) ist.

6. Digitalbaustein nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkristall (120) transparent ist und daß das zweite Eingabefeld (B) und das Ausgabefeld (O) von gegenüberliegenden Seiten mit dem Flüssigkristall (120) gekoppelt sind.

7. Digitälbäustein naeh Anspruchs, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkristall (120) reflektierend ist und das zweite Eingabefeld (B) und das Ausgabefeld (O) von der gleichen Seite an den Flüssigkristall (120) gekoppelt sind.

8. Digitalbaustein nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweites Feld von in Reihen , und Spalten geordneten optoelektrischen Eirigabe-, wandlereiementen (50) vorgesehen ist, die mit den entsprechenden Elementen des zweiten Eingabefeldes- (B) verbunden sind, und daß einander entsprechende optoelektrische Elemente (46, 50) gleichen Reihen- und Spaltenplatzes der ersten und zweiten Eingabewandlerfelder miteinander^ zwecks Erregung der elektrooptischen Wandlerelemente (56) des Ausgabefeldestgekoppelt sind. ^; _t 9. * Digitalbausteih nach Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandlerelemente des Ausgabefeldes aus einzeln erregbaren Lichtquellen bestehen.

10. Digitalbaustein nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquellen Leuchtdioden sind. ' ■ '

111 Digitalbaustein nach Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangswandler ein verteiltes Feld von elektrisch erregbaren Lichtquellen ist

IZ Digitalbaustein nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Lichtquellenfeld aus elektrolumineszentem material (84) besteht.

13. Digitalbaustein nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Lichtquellenfeld aus einem phosphoreszierenden Schirm (82) besteht.

14. Digitalbaustein nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine elektrische Entladungsstrecke (83) vorgesehen ist, in die hinein eine Elektronenquelle (90) Elektronen emittiert, und daß das Feld von Elektroden (80) so angeordnet ist, daß die Elektronen durch die Elektrodenspannung in Richtung auf den Schirm (82) beschleunigt werden.

15. Digitälbäustein nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß erste und zweite Referenzelektroden zum Erregen der Wandler vorgesehen sind und daß das Feld von Elektroden zwischen der ersten und der zweiten Referenzelektrode angeordnet ist, um die Wandler selektiv von der Erregung abzuschirmen.