Retinomorphic sensor
રેટિનોમોર્ફિક સેન્સર એ ઘટના-સંચાલિત ઓપ્ટિકલ સેન્સરનો એક પ્રકાર છે જે પ્રકાશની તીવ્રતાને બદલે પ્રકાશની તીવ્રતામાં ફેરફારોના જવાબમાં સંકેત ઉત્પન્ન કરે છે. આ ચાર્જ કપલ્ડ ડિવાઇસ (સી. સી. ડી.) અથવા પૂરક મેટલ ઓક્સાઇડ સેમિકન્ડક્ટર (સી. એમ. ઓ. એસ.) આધારિત સેન્સર જેવા પરંપરાગત ઓપ્ટિકલ સેન્સરથી વિપરીત છે, જે એક સંકેત આપે છે જે પ્રકાશની વધતી તીવ્રતા સાથે વધે છે. કારણ કે તેઓ માત્ર હિલચાલને જ પ્રતિસાદ આપે છે, રેટિનોમોર્ફિક સેન્સર પરંપરાગત છબી સેન્સર કરતા ગતિશીલ પદાર્થોના ઝડપી ટ્રેકિંગને સક્ષમ કરે તેવી આશા છે, અને સ્વાયત્ત વાહનો, રોબોટિક્સ અને ન્યુરોમોર્ફિક એન્જિનિયરિંગમાં સંભવિત ઉપયોગો ધરાવે છે. પ્રથમ કહેવાતા કૃત્રિમ રેટિના 1980 ના દાયકાના અંતમાં કાર્વર મીડ અને તેમના ડોક્ટરલ વિદ્યાર્થીઓ મિશા મહોવાલ્ડ અને ટોબિયાસ ડેલબ્રુક દ્વારા નોંધવામાં આવ્યા હતા. આ સિલિકોન આધારિત સેન્સર વિભેદક એમ્પ્લીફાયર્સ, કેપેસિટર્સ અને રેઝિસ્ટર ધરાવતી નાની સર્કિટ પર આધારિત હતા. સંવેદકોએ પ્રકાશની તીવ્રતામાં તબક્કાવાર ફેરફારના જવાબમાં આઉટપુટ વોલ્ટેજમાં સ્પાઇક અને અનુગામી ક્ષય ઉત્પન્ન કર્યો હતો. આ પ્રતિક્રિયા પ્રાણીઓના દૃષ્ટિપટલના કોષો જેવી જ છે, જે 1920ના દાયકામાં જ્યારે પ્રકાશની તીવ્રતા બદલાતી હતી ત્યારે તે સ્થિર હતી તેના કરતા વધુ વારંવાર ગોળીબાર કરતી જોવા મળી હતી. તેથી આ સેન્સરનું વર્ણન કરવા માટે સિલિકોન રેટિના નામનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો છે. રેટિનોમોર્ફિક શબ્દનો ઉપયોગ સૌપ્રથમ 1990 માં લેક્સ અકર્સ દ્વારા પરિષદના પેપરમાં કરવામાં આવ્યો હતો. એન્જિનિયરિંગના સ્ટેનફોર્ડ પ્રોફેસર ક્વાબેના બોહેન દ્વારા આ શબ્દનો વ્યાપક ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો અને ત્યારથી તે ઘટના-સંચાલિત સંવેદના વ્યૂહરચનાઓની વિશાળ શ્રેણી પર લાગુ કરવામાં આવે છે. આ શબ્દ ન્યુરોમોર્ફિક જેવું જ છે, જે મગજ માહિતીની પ્રક્રિયા કરવાની રીતની નકલ કરવા માટે રચાયેલ હાર્ડવેર તત્વો (જેમ કે પ્રોસેસર્સ) પર લાગુ થાય છે. ઓપરેટિંગ સિદ્ધાંતો ત્યાં ઘણી રેટિનોમોર્ફિક સેન્સર ડિઝાઇન છે જે સમાન પ્રતિસાદ આપે છે. પ્રથમ ડિઝાઇનમાં વિભેદક એમ્પ્લીફાયરનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો જે પરંપરાગત સેન્સર (દા. ત.) ના ઇનપુટ સિગ્નલની સરખામણી કરે છે. એક ફોટોટ્રાન્ઝિસ્ટર) આઉટપુટના ફિલ્ટર કરેલા સંસ્કરણમાં, જો ઇનપુટ સતત હોય તો ધીમે ધીમે સડો થાય છે. 1980ના દાયકાથી આ સેન્સર વધુ જટિલ અને મજબૂત સર્કિટમાં વિકસિત થયા છે. રેટિનોમોર્ફિક સેન્સરની વધુ સઘન ડિઝાઇનમાં માત્ર એક પ્રકાશસંવેદનશીલ કેપેસિટર અને શ્રેણીમાં એક પ્રતિરોધક હોય છે. આ રેટિનોમોર્ફિક સેન્સરના આઉટપુટ વોલ્ટેજને, રેઝિસ્ટરની આજુબાજુ પડતા વોલ્ટેજ તરીકે વ્યાખ્યાયિત કરવામાં આવે છે. પ્રકાશસંવેદનશીલ કેપેસિટરની રચના કેપેસિટન્સ માટે કરવામાં આવી છે જે ઘટના પ્રકાશની તીવ્રતાનું કાર્ય છે. જો આ આર. સી. સર્કિટમાં સતત વોલ્ટેજ લાગુ કરવામાં આવે તો તે નિષ્ક્રિય હાઇ-પાસ ફિલ્ટર તરીકે કામ કરશે અને તમામ વોલ્ટેજ કેપેસિટર પર છોડવામાં આવશે (એટલે કે. ). પૂરતા સમય પછી, કેપેસિટરની પ્લેટ દરેક પ્લેટ પર ચાર્જ સાથે સંપૂર્ણપણે ચાર્જ થઈ જશે, જ્યાં અંધારામાં કેપેસિટન્સ છે. સતત પ્રકાશ હેઠળ હોવાથી, આને સરળ બનાવી શકાય છે. જો પ્રકાશ પછી કેપેસિટર પર લાગુ કરવામાં આવે તો તે કેપેસિટન્સને નવા મૂલ્યમાં બદલશેઃ પ્લેટ જે ચાર્જને સમાવી શકે છે તે બદલાઇ જશે, જેથી દરેક પ્લેટ પર ચાર્જની વધારાની/ખાધ રહે છે. વધારાનો ચાર્જ પ્લેટને છોડવા માટે દબાણ કરવામાં આવશે, જે કાં તો જમીન પર અથવા ઇનપુટ વોલ્ટેજ ટર્મિનલ પર વહે છે. ચાર્જ પ્રવાહનો દર રેઝિસ્ટરનો પ્રતિકાર અને કેપેસિટરની ક્ષમતા દ્વારા નક્કી થાય છે. આ ચાર્જ પ્રવાહ અવરોધ તરફ બિન-શૂન્ય વોલ્ટેજ તરફ દોરી જશે અને તેથી બિન-શૂન્ય. ચાર્જ બંધ થયા પછી સિસ્ટમ સ્થિર સ્થિતિમાં પાછી આવે છે, તમામ વોલ્ટેજ ફરી એકવાર કેપેસિટરની આજુબાજુ ફેંકવામાં આવે છે, અને again.For પ્રકાશ હેઠળ તેની કેપેસિટેન્સને બદલવા માટે કેપેસિટર, પ્લેટ વચ્ચેના અવાહકનો ડાઇલેક્ટ્રિક અચળાંક, અથવા કેપેસિટરના અસરકારક પરિમાણો, પ્રકાશ-આધારિત હોવા જોઈએ. ઇન્સ્યુલેટર અને સેમિકન્ડક્ટર ધરાવતી પ્લેટ વચ્ચે દ્વિસ્તરીય સામગ્રીનો ઉપયોગ કરીને અસરકારક પરિમાણોને બદલી શકાય છે. યોગ્ય પ્રકાશની પરિસ્થિતિઓમાં સેમિકન્ડક્ટર પ્રકાશના સંપર્કમાં આવે ત્યારે તેની વાહકતામાં વધારો કરશે, કેપેસિટરની પ્લેટને એકબીજાની નજીક ખસેડવાની પ્રક્રિયાનું અનુકરણ કરશે અને તેથી કેપેસિટન્સમાં વધારો થશે. આ શક્ય બનાવવા માટે, સેમિકન્ડક્ટરની અંધારામાં ઓછી વિદ્યુત વાહકતા હોવી જોઈએ, અને પ્રકાશ હેઠળ ચાર્જ જનરેશનને સક્ષમ કરવા માટે યોગ્ય બેન્ડ ગેપ હોવું જોઈએ. ઉપકરણએ પારદર્શક પ્લેટ (દા. ત. સેમિકન્ડક્ટર) દ્વારા ઓપ્ટિકલ ઍક્સેસને પણ મંજૂરી આપવી જોઈએ. પારદર્શક વાહક ઓક્સાઇડનો ઉપયોગ કરીને). એપ્લિકેશન્સ પરંપરાગત કેમેરા છબીના દરેક ભાગને કેપ્ચર કરે છે, પછી ભલે તે કાર્ય માટે સુસંગત હોય. કારણ કે દરેક પિક્સેલ માપવામાં આવે છે, પરંપરાગત છબી સેન્સર માત્ર પ્રમાણમાં નીચા ફ્રેમ દરે દ્રશ્ય ક્ષેત્રનો નમૂનો લેવા માટે સક્ષમ હોય છે, સામાન્ય રીતે 30-240 ફ્રેમ પ્રતિ સેકન્ડ. મોશન પિક્ચર માટે ઉપયોગમાં લેવાતા વ્યાવસાયિક હાઇ સ્પીડ કેમેરામાં પણ, સંપૂર્ણ રીઝોલ્યુશન છબી માટે ફ્રેમ દર સેકન્ડ દીઠ થોડા 10 હજાર ફ્રેમ્સ સુધી મર્યાદિત છે. આ મર્યાદા ઝડપી ગતિએ ચાલતી વસ્તુઓની ઓળખમાં કામગીરીમાં અવરોધ રજૂ કરી શકે છે. આ ખાસ કરીને એવી એપ્લિકેશનોમાં મહત્વપૂર્ણ છે જ્યાં હિલચાલની ઝડપી ઓળખ મહત્વપૂર્ણ છે, જેમ કે સ્વાયત્ત વાહનોમાં. તેનાથી વિપરીત, રેટિનોમોર્ફિક સેન્સર ડિઝાઇન દ્વારા હિલચાલને ઓળખે છે. આનો અર્થ એ છે કે તેમની પાસે ફ્રેમ દર નથી અને તેના બદલે તેઓ ઘટના-સંચાલિત છે, જ્યારે જરૂર પડે ત્યારે જ પ્રતિસાદ આપે છે. આ કારણોસર, રેટિનોમોર્ફિક સેન્સર પરંપરાગત વાસ્તવિક-સમયની છબી વિશ્લેષણ વ્યૂહરચનાઓ કરતાં વધુ ઝડપથી ગતિશીલ પદાર્થોની ઓળખને સક્ષમ કરે તેવી આશા છે. તેથી રેટિનોમોર્ફિક સેન્સર સ્વાયત્ત વાહનો, રોબોટિક્સ અને ન્યુરોમોર્ફિક એન્જિનિયરિંગમાં ઉપયોગમાં લેવાની આશા છે. સિદ્ધાંત રેટિનોમોર્ફિક સેન્સર કામગીરીને સરળ આર. સી. સર્કિટ્સ જેવી જ તકનીકોનો ઉપયોગ કરીને માપી શકાય છે, માત્ર એટલો જ તફાવત છે કે રેટિનોમોર્ફિક સેન્સરમાં સમયના કાર્ય તરીકે કેપેસિટન્સ સ્થિર નથી. જો ઇનપુટ વોલ્ટેજને આ રીતે વ્યાખ્યાયિત કરવામાં આવે છે, તો રેઝિસ્ટર પર પડેલો વોલ્ટેજ અને કેપેસિટર પર પડેલો વોલ્ટેજ આ રીતે વ્યાખ્યાયિત કરવામાં આવે છે, તો આપણે કિર્ચોફના વોલ્ટેજ લૉનો ઉપયોગ કરી શકીએ છીએઃ રેઝિસ્ટરમાંથી વહેતા કરંટને આ રીતે વ્યાખ્યાયિત કરીને, આપણે ઓહ્મના લૉનો ઉપયોગ કરીને લખી શકીએ છીએઃ કરંટની વ્યાખ્યા પરથી, આપણે તેને ચાર્જની દ્રષ્ટિએ લખી શકીએ છીએ, જે નીચેની પ્લેટમાંથી વહે છેઃ સમય ક્યાં છે. કેપેસિટર પ્લેટ પરના ચાર્જને કેપેસિટન્સના ગુણાકાર અને કેપેસિટરની આજુબાજુના વોલ્ટેજ દ્વારા વ્યાખ્યાયિત કરવામાં આવે છે, તેથી આપણે કહી શકીએ કેઃ કારણ કે રેટિનોમોર્ફિક સેન્સરમાં કેપેસિટન્સ એ સમયનું કાર્ય છે, જેને અચળાંક તરીકે વ્યુત્પન્નમાંથી બહાર કાઢી શકાતું નથી. ઉત્પાદન નિયમનો ઉપયોગ કરીને, આપણે રેટિનોમોર્ફિક સેન્સર રિસ્પોન્સનું નીચેનું સામાન્ય સમીકરણ મેળવીએ છીએઃ અથવા, આઉટપુટ વોલ્ટેજની દ્રષ્ટિએઃ તીવ્રતામાં પગલા-પરિવર્તનનો પ્રતિસાદ જ્યારે ઉપરનું સમીકરણ કોઈપણ સ્વરૂપ માટે માન્ય છે, જ્યાં સુધી ઓપ્ટિકલ ઉત્તેજનાનું ઇનપુટ સ્વરૂપ જાણીતું ન હોય ત્યાં સુધી તેને વિશ્લેષણાત્મક રીતે ઉકેલી શકાતું નથી. ઓપ્ટિકલ સ્ટિમ્યુલસનું સૌથી સરળ સ્વરૂપ એ એક સમયે શૂન્યથી અમુક મર્યાદિત ઓપ્ટિકલ પાવર ડેન્સિટી તરફ જતું સ્ટેપ ફંક્શન હશે. જ્યારે રેટિનોમોર્ફિક સેન્સરની વાસ્તવિક દુનિયાની એપ્લિકેશનો આવી ઘટનાઓ દ્વારા સચોટ રીતે વર્ણવવામાં આવે તેવી શક્યતા નથી, તે રેટિનોમોર્ફિક સેન્સરની કામગીરીને સમજવા અને બેન્ચમાર્ક કરવાની ઉપયોગી રીત છે. ખાસ કરીને, આપણે મુખ્યત્વે પ્રકાશ ચાલુ થયા પછી તરત જ તેની મહત્તમ ઊંચાઈ સાથે સંબંધિત છીએ. આ કિસ્સામાં કેપેસિટન્સને આ રીતે વર્ણવી શકાય છેઃ પ્રકાશ હેઠળની કેપેસિટન્સ તેના પર નિર્ભર રહેશે. સેમિકન્ડક્ટર્સમાં કંડક્ટન્સ હોવાનું જાણીતું છે, જે ઇન્સિડેન્ટ ઓપ્ટિકલ પાવર ડેન્સિટી પર પાવર-લૉ અવલંબન સાથે વધે છેઃ, જ્યાં પરિમાણહીન ઘાતાંક છે. કારણ કે તે ચાર્જ ઘનતાના રેખીય પ્રમાણસર હોય છે, અને કેપેસિટન્સ આપેલ વોલ્ટેજ માટે પ્લેટ પરના ચાર્જના રેખીય પ્રમાણસર હોય છે, તેથી રેટિનોમોર્ફિક સેન્સરનું કેપેસિટન્સ પણ તેના પર પાવર-લો અવલંબન ધરાવે છે. સ્ટેપ ફંક્શનના જવાબમાં સમયના કાર્ય તરીકે કેપેસિટન્સ, તેથી આ રીતે લખી શકાય છેઃ કેપેસિટન્સ પ્રિફેક્ટર ક્યાં છે. સ્ટેપ ફંક્શન માટે આપણે આપણા વિભેદક સમીકરણને તફાવત સમીકરણ તરીકે ફરીથી લખી શકીએ છીએઃ પ્રકાશને ચાલુ કરવાના પરિણામે કેપેસિટરની આજુબાજુ પડતા વોલ્ટેજમાં ફેરફાર ક્યાં છે, તે પ્રકાશને ચાલુ કરવાના પરિણામે કેપેસિટીન્સમાં ફેરફાર છે, અને તે પ્રકાશને ચાલુ કરવા માટેનો સમય છે. વેરિયેબલ્સ અને તેને પ્રકાશ ચાલુ થયા પછી તરત જ અનુક્રમે કેપેસિટર અને કેપેસિટન્સ પર પડતા વોલ્ટેજ તરીકે વ્યાખ્યાયિત કરવામાં આવે છે. આઈ. ઇ. હવેથી માટે લઘુલિપિ છે, અને હવેથી માટે લઘુલિપિ છે. ધારો કે સેન્સર પ્રકાશ ચાલુ થાય તે પહેલાં પૂરતા સમય સુધી અંધારામાં રાખવામાં આવ્યું છે, તેથી તેમાં ફેરફારને આ રીતે લખી શકાય છેઃ તેવી જ રીતે, તેમાં ફેરફારને આને તફાવત સમીકરણમાં મૂકવા તરીકે લખી શકાય છેઃ આનો ગુણાકારઃ કારણ કે આપણે ધારીએ છીએ કે પ્રકાશ ખૂબ જ ઝડપથી ચાલુ થાય છે તેથી આપણે અંદાજ લગાવી શકીએ છીએ. આ નીચેની તરફ દોરી જાય છેઃ સંબંધનો ઉપયોગ કરીને, આ પછી આઉટપુટ વોલ્ટેજની દ્રષ્ટિએ લખી શકાય છેઃ જ્યાં આપણે ટોચની ઊંચાઈને આ રીતે વ્યાખ્યાયિત કરી છે, કારણ કે પ્રકાશ ચાલુ થયા પછી તરત જ તે ટોચ પર પહોંચે છે. યોગ્યતાના રેટિનોમોર્ફિક આંકડાને કેપેસિટન્સ પ્રિફેક્ટર અને અંધારામાં રેટિનોમોર્ફિક સેન્સરના કેપેસિટન્સના ગુણોત્તર તરીકે વ્યાખ્યાયિત કરવામાં આવે છેઃ આ પરિમાણ સાથે, ટોચ ઊંચાઈ અને ઇનપુટ વોલ્ટેજનો વ્યસ્ત ગુણોત્તર નીચે મુજબ લખી શકાય છેઃ નું મૂલ્ય સેમિકન્ડક્ટરમાં પુનઃસંયોજનની પ્રકૃતિ પર આધારિત છે, પરંતુ જો બેન્ડ-ટુ-બેન્ડ પુનઃસંયોજન પ્રભુત્વ ધરાવે છે અને ઇલેક્ટ્રોન અને છિદ્રોની ચાર્જ ઘનતા સમાન હોય, તો. જ્યાં આ લગભગ સાચું હોય તેવી પ્રણાલીઓ માટે ઉપરોક્ત સમીકરણનું નીચેનું સરળીકરણ કરવામાં આવે છેઃ આ સમીકરણ પ્રાયોગિક માહિતીમાંથી યોગ્યતાના રેટિનોમોર્ફિક આંકડાનું મૂલ્યાંકન કરવા માટે એક સરળ પદ્ધતિ પ્રદાન કરે છે. આ મૂલ્યોની શ્રેણી માટે પ્રકાશની તીવ્રતામાં 0 થી માં પગલાના ફેરફારના જવાબમાં રેટિનોમોર્ફિક સેન્સરની ટોચની ઊંચાઈને માપવા દ્વારા કરી શકાય છે. એક કાર્ય તરીકે પ્લોટ કરવાથી એક ઢાળ સાથે એક સીધી રેખા મળવી જોઈએ. આ અભિગમ ધારે છે કે તે રેખીય પ્રમાણમાં છે. ઓપ્ટિકલ સેન્સર ઇવેન્ટ કેમેરા ન્યુરોમોર્ફિક એન્જિનિયરિંગ ચાર્જ કપલ્ડ ડિવાઇસ ફોટોડાયોડ સક્રિય-પિક્સેલ સેન્સર સંદર્ભો છબી સેન્સર અર્ધચાલક સેન્સર પણ જુઓ.