Retinomorphic sensor
ریٹینومورفک سینسر ایک قسم کے ایونٹ سے چلنے والے آپٹیکل سینسر ہیں جو روشنی کی شدت میں ہونے والی تبدیلیوں کے جواب میں سگنل تیار کرتے ہیں، نہ کہ خود روشنی کی شدت کے۔ یہ روایتی آپٹیکل سینسرز جیسے چارج کپلڈ ڈیوائس (سی سی ڈی) یا کمپلیمنٹری میٹل آکسائیڈ سیمی کنڈکٹر (سی ایم او ایس) پر مبنی سینسرز کے برعکس ہے، جو ایک سگنل آؤٹ پٹ کرتے ہیں جو روشنی کی شدت میں اضافے کے ساتھ بڑھتا ہے۔ چونکہ وہ صرف حرکت کا جواب دیتے ہیں، اس لیے امید کی جاتی ہے کہ ریٹینومورفک سینسر روایتی امیج سینسرز کے مقابلے میں حرکت پذیر اشیاء کی تیزی سے ٹریکنگ کو قابل بنائیں گے، اور خود مختار گاڑیوں، روبوٹکس اور نیورومورفک انجینئرنگ میں ممکنہ ایپلی کیشنز رکھتے ہیں۔ نام اور تاریخ پہلے نام نہاد مصنوعی ریٹنا کی اطلاع 1980 کی دہائی کے آخر میں کارور میڈ اور ان کے ڈاکٹریٹ کے طالب علموں میشا مہوالڈ اور ٹوبیاس ڈیلبرک نے دی تھی۔ یہ سلکان پر مبنی سینسر چھوٹے سرکٹس پر مبنی تھے جن میں تفریقی یمپلیفائرز، کیپسیٹرز اور مزاحم شامل تھے۔ روشنی کی شدت میں ایک قدم کی تبدیلی کے جواب میں سینسرز نے آؤٹ پٹ وولٹیج میں ایک سپائیک اور اس کے بعد کی خرابی پیدا کی۔ یہ ردعمل جانوروں کے ریٹنا خلیوں سے ملتا جلتا ہے، جو 1920 کی دہائی میں روشنی کی شدت کو تبدیل کرنے کے مقابلے میں زیادہ کثرت سے فائر کرتے ہوئے دیکھا گیا تھا جب یہ مستقل تھا۔ اس لیے ان سینسرز کو بیان کرنے کے لیے سلکان ریٹنا کا نام استعمال کیا گیا ہے۔ ریٹینومورفک کی اصطلاح پہلی بار 1990 میں لیکس ایکرز کے ایک کانفرنس پیپر میں استعمال کی گئی تھی۔ اس اصطلاح کو اسٹینفورڈ پروفیسر آف انجینئرنگ کوابینا بوہین نے وسیع پیمانے پر استعمال کیا، اور اس کے بعد سے اس کا اطلاق ایونٹ پر مبنی سینسنگ حکمت عملیوں کی ایک وسیع رینج پر کیا گیا ہے۔ یہ لفظ نیورومورفک سے مشابہت رکھتا ہے، جس کا اطلاق ہارڈ ویئر عناصر (جیسے پروسیسرز) پر ہوتا ہے جو دماغ کی معلومات پر عمل کرنے کے طریقے کو نقل کرنے کے لیے بنائے گئے ہیں۔ آپریٹنگ اصول کئی ریٹینومورفک سینسر ڈیزائن ہیں جو اسی طرح کا ردعمل دیتے ہیں۔ پہلے ڈیزائنوں میں ایک تفریقی یمپلیفائر کا استعمال کیا گیا جس میں روایتی سینسر کے ان پٹ سگنل کا موازنہ کیا گیا (جیسے۔ ایک فوٹو ٹرانسسٹر) آؤٹ پٹ کے فلٹر شدہ ورژن میں، جس کے نتیجے میں اگر ان پٹ مستقل ہو تو بتدریج ختم ہو جاتا ہے۔ 1980 کی دہائی سے یہ سینسر بہت زیادہ پیچیدہ اور مضبوط سرکٹس میں تیار ہوئے ہیں۔ ریٹینومورفک سینسر کا ایک زیادہ کمپیکٹ ڈیزائن صرف ایک فوٹو حساس کیپسیٹر اور سیریز میں ایک مزاحم پر مشتمل ہوتا ہے۔ ان ریٹینومورفک سینسرز کے آؤٹ پٹ وولٹیج کی تعریف مزاحم کے پار گرے ہوئے وولٹیج کے طور پر کی جاتی ہے۔ فوٹو حساس کیپسیٹر کو ایک کیپسیٹنس کے لیے ڈیزائن کیا گیا ہے جو کہ واقع روشنی کی شدت کا ایک فنکشن ہے۔ اگر ایک مستقل وولٹیج، اس آر سی سرکٹ پر لگایا جاتا ہے تو یہ ایک غیر فعال ہائی پاس فلٹر کے طور پر کام کرے گا اور تمام وولٹیج کیپسیٹر کے پار گر جائے گا (یعنی۔ )۔ کافی وقت کے بعد، کیپسیٹر کی پلیٹیں ہر پلیٹ پر چارج کے ساتھ مکمل طور پر چارج ہو جائیں گی، اندھیرے میں کیپسیٹنس کہاں ہے۔ چونکہ مسلسل روشنی کے تحت، اسے آسان بنایا جا سکتا ہے۔ اگر روشنی کو کیپسیٹر پر لگایا جاتا ہے تو یہ کیپسیٹنس کو ایک نئی قدر میں تبدیل کر دے گا: اس لیے پلیٹیں جس چارج کو ایڈجسٹ کر سکتی ہیں وہ بدل جائے گا، جس سے ہر پلیٹ پر چارج کا سرپلس/خسارہ رہ جائے گا۔ اضافی چارج یا تو زمین یا ان پٹ وولٹیج ٹرمینل کی طرف بہتے ہوئے پلیٹوں کو چھوڑنے پر مجبور ہو جائے گا۔ چارج کے بہاؤ کی شرح کا تعین مزاحم کی مزاحمت اور کیپسیٹر کی صلاحیت سے ہوتا ہے۔ یہ چارج کا بہاؤ مزاحم کے پار غیر صفر وولٹیج کو گرائے جانے کا باعث بنے گا اور اس وجہ سے غیر صفر ہوگا۔ چارج کا بہاؤ بند ہونے کے بعد نظام مستحکم حالت میں واپس آتا ہے، تمام وولٹیج ایک بار پھر کیپسیٹر کے پار گر جاتا ہے، اور again.For ایک کیپسیٹر روشنی کے تحت اپنی کیپسیٹنس کو تبدیل کرنے کے لیے، پلیٹوں کے درمیان موصلیت کا ڈائی الیکٹرک مستقل، یا کیپسیٹر کے موثر طول و عرض، روشنی پر منحصر ہونا چاہیے۔ موثر طول و عرض کو پلیٹوں کے درمیان دو پرتوں والے مواد کا استعمال کرکے تبدیل کیا جا سکتا ہے، جو ایک موصلیت اور سیمی کنڈکٹر پر مشتمل ہوتا ہے۔ مناسب روشنی کے حالات میں سیمی کنڈکٹر روشنی کے سامنے آنے پر اپنی چالکتا میں اضافہ کرے گا، کیپسیٹر کی پلیٹوں کو ایک دوسرے کے قریب منتقل کرنے کے عمل کی تقلید کرے گا، اور اس وجہ سے کیپسیٹنس میں اضافہ ہوگا۔ اس کے ممکن ہونے کے لیے، سیمی کنڈکٹر میں اندھیرے میں برقی چالکتا کم ہونی چاہیے، اور روشنی کے تحت چارج پیدا کرنے کے لیے ایک مناسب بینڈ گیپ ہونا چاہیے۔ آلہ کو ایک شفاف پلیٹ کے ذریعے سیمی کنڈکٹر تک نظری رسائی کی بھی اجازت دینی چاہیے (مثال کے طور پر۔ ایک شفاف کنڈکٹنگ آکسائڈ کا استعمال کرتے ہوئے)۔ ایپلی کیشنز روایتی کیمرے تصویر کے ہر حصے پر قبضہ کرتے ہیں، قطع نظر اس کے کہ یہ کام سے متعلق ہے یا نہیں۔ چونکہ ہر پکسل کی پیمائش کی جاتی ہے، روایتی امیج سینسر صرف نسبتا کم فریم ریٹ پر بصری فیلڈ کا نمونہ لینے کے قابل ہوتے ہیں، عام طور پر 30-240 فریم فی سیکنڈ۔ یہاں تک کہ موشن پکچر کے لیے استعمال ہونے والے پیشہ ورانہ تیز رفتار کیمروں میں بھی، مکمل ریزولوشن والی تصویر کے لیے فریم کی شرح چند 10 کے ہزاروں فریم فی سیکنڈ تک محدود ہے۔ یہ حد تیز رفتار حرکت پذیر اشیاء کی شناخت میں کارکردگی کی رکاوٹ کی نمائندگی کر سکتی ہے۔ یہ خاص طور پر ان ایپلی کیشنز میں اہم ہے جہاں نقل و حرکت کی تیزی سے شناخت اہم ہے، جیسے کہ خود مختار گاڑیوں میں۔ اس کے برعکس، ریٹینومورفک سینسر ڈیزائن کے ذریعے حرکت کی شناخت کرتے ہیں۔ اس کا مطلب یہ ہے کہ ان کے پاس فریم ریٹ نہیں ہے اور اس کے بجائے ایونٹ پر مبنی ہیں، صرف ضرورت پڑنے پر جواب دیتے ہیں۔ اس وجہ سے، ریٹینومورفک سینسرز سے روایتی ریئل ٹائم امیج تجزیہ کی حکمت عملیوں کے مقابلے میں حرکت پذیر اشیاء کی شناخت کو بہت تیزی سے قابل بنانے کی امید کی جاتی ہے۔ اس لیے امید کی جاتی ہے کہ ریٹینومورفک سینسر خود مختار گاڑیوں، روبوٹکس اور نیورومورفک انجینئرنگ میں استعمال ہوں گے۔ تھیوری ریٹینومورفک سینسر آپریشن کو سادہ آر سی سرکٹس سے ملتی جلتی تکنیکوں کا استعمال کرتے ہوئے مقداری بنایا جا سکتا ہے، فرق صرف اتنا ہے کہ ریٹینومورفک سینسر میں وقت کی تقریب کے طور پر کیپسیٹنس مستقل نہیں ہوتا ہے۔ اگر ان پٹ وولٹیج کی تعریف اس طرح کی جاتی ہے، تو مزاحم کے پار گرے ہوئے وولٹیج کے طور پر، اور کیپسیٹر کے پار گرے ہوئے وولٹیج کے طور پر، ہم کرچوف کے وولٹیج قانون کو یہ بتانے کے لیے استعمال کر سکتے ہیں: مزاحم کے ذریعے بہتے ہوئے کرنٹ کی وضاحت کرتے ہوئے، ہم اوہم کے قانون کو لکھنے کے لیے استعمال کر سکتے ہیں: کرنٹ کی تعریف سے، ہم اسے چارج کے لحاظ سے لکھ سکتے ہیں، نیچے کی پلیٹ سے بہتا ہوا: وقت کہاں ہے۔ کیپسیٹر پلیٹوں پر چارج کی تعریف کیپسیٹنس کے پروڈکٹ، اور کیپسیٹر کے پار وولٹیج سے ہوتی ہے، اس لیے ہم یہ کہہ سکتے ہیں: کیونکہ ریٹینومورفک سینسرز میں کیپسیٹنس وقت کی ایک تقریب ہے، اسے مشتق سے مستقل کے طور پر نہیں لیا جا سکتا۔ پروڈکٹ رول کا استعمال کرتے ہوئے، ہم ریٹینومورفک سینسر رسپانس کی درج ذیل عمومی مساوات حاصل کرتے ہیں: یا، آؤٹ پٹ وولٹیج کے لحاظ سے: شدت میں قدم کی تبدیلی کا ردعمل اگرچہ اوپر کی مساوات کسی بھی شکل کے لیے درست ہے، لیکن اسے تجزیاتی طور پر حل نہیں کیا جا سکتا جب تک کہ آپٹیکل محرک کی ان پٹ شکل معلوم نہ ہو۔ آپٹیکل محرک کی سب سے آسان شکل ایک وقت میں صفر سے کچھ محدود آپٹیکل پاور ڈینسٹی تک جانے والی ایک سٹیپ فنکشن ہوگی۔ اگرچہ ریٹینومورفک سینسرز کی حقیقی دنیا کی ایپلی کیشنز کو اس طرح کے واقعات کے ذریعے درست طریقے سے بیان کرنے کا امکان نہیں ہے، لیکن یہ ریٹینومورفک سینسرز کی کارکردگی کو سمجھنے اور معیار بندی کرنے کا ایک مفید طریقہ ہے۔ خاص طور پر، ہم بنیادی طور پر روشنی آن ہونے کے فورا بعد کی زیادہ سے زیادہ اونچائی سے متعلق ہیں۔ اس صورت میں کیپسیٹنس کو اس طرح بیان کیا جا سکتا ہے: روشنی کے تحت کیپسیٹنس کا انحصار اس پر ہوگا۔ سیمی کنڈکٹرز کو ایک چالکتا کے طور پر جانا جاتا ہے، جو واقع آپٹیکل پاور ڈینسٹی پر پاور لا انحصار کے ساتھ بڑھتا ہے:، جہاں ایک طول و عرض کے بغیر ایکسپونینٹ ہے۔ چونکہ چارج کی کثافت کے لیے لکیری متناسب ہے، اور کیپسیٹنس کسی دیئے گئے وولٹیج کے لیے پلیٹوں پر چارج کے لیے لکیری متناسب ہے، اس لیے ریٹینومورفک سینسر کے کیپسیٹنس پر بھی پاور لا کا انحصار ہوتا ہے۔ کسی سٹیپ فنکشن کے جواب میں وقت کے فنکشن کے طور پر کیپسیٹنس کو اس طرح لکھا جا سکتا ہے: کیپسیٹنس پری فیکٹر کہاں ہے۔ ایک سٹیپ فنکشن کے لیے ہم اپنی تفریقی مساوات کو فرق مساوات کے طور پر دوبارہ لکھ سکتے ہیں: روشنی کو آن کرنے کے نتیجے میں کیپسیٹر کے پار گرے ہوئے وولٹیج میں تبدیلی کہاں ہے، روشنی کو آن کرنے کے نتیجے میں کیپسیٹنس میں تبدیلی ہے، اور روشنی کو آن کرنے میں لگنے والا وقت ہے۔ متغیرات اور ان کی تعریف کیپیسیٹر اور کیپسیٹنس کے پار گرے ہوئے وولٹیج کے طور پر کی جاتی ہے، بالترتیب، روشنی آن ہونے کے فورا بعد۔ I. e. اب سے شارٹ ہینڈ کے لیے ہے، اور اب سے شارٹ ہینڈ کے لیے ہے۔ یہ فرض کرتے ہوئے کہ روشنی کو آن کرنے سے پہلے سینسر کو کافی دیر تک اندھیرے میں رکھا گیا ہے، اس لیے اس میں ہونے والی تبدیلی کو اس طرح لکھا جا سکتا ہے: اسی طرح، ان میں ہونے والی تبدیلی کو اس طرح لکھا جا سکتا ہے کہ ان کو فرق کے مساوات میں ڈالنا: اس کو ضرب دینا: چونکہ ہم یہ فرض کر رہے ہیں کہ روشنی بہت تیزی سے آن ہو جاتی ہے تو ہم اس کا تخمینہ لگا سکتے ہیں۔ یہ مندرجہ ذیل کی طرف لے جاتا ہے: تعلقات کا استعمال کرتے ہوئے، اس کے بعد اسے آؤٹ پٹ وولٹیج کے لحاظ سے لکھا جا سکتا ہے: جہاں ہم نے چوٹی کی اونچائی کو اس طرح بیان کیا ہے، کیونکہ وہ چوٹی روشنی کو آن کرنے کے فورا بعد ہوتی ہے۔ میرٹ کے ریٹینومورفک اعداد و شمار، کی تعریف کیپیسیٹیننس پری فیکٹر کے تناسب اور اندھیرے میں ریٹینومورفک سینسر کے کیپیسیٹیننس کے طور پر کی گئی ہے: اس پیرامیٹر کے ساتھ، چوٹی کی اونچائی اور ان پٹ وولٹیج کا الٹا تناسب مندرجہ ذیل لکھا جا سکتا ہے: کی قیمت سیمی کنڈکٹر میں ریکومبینیشن کی نوعیت پر منحصر ہوگی، لیکن اگر بینڈ ٹو بینڈ ریکومبینیشن غالب ہے اور الیکٹرانوں اور سوراخوں کی چارج کثافت برابر ہے،۔ ان نظاموں کے لیے جہاں یہ تقریبا درست ہے، مندرجہ ذیل مساوات کو آسان بنایا جائے: یہ مساوات تجرباتی اعداد و شمار سے میرٹ کے ریٹینومورفک اعداد و شمار کا اندازہ کرنے کے لیے ایک آسان طریقہ فراہم کرتی ہے۔ یہ ریٹینومورفک سینسر کی چوٹی کی اونچائی کی پیمائش کر کے کیا جا سکتا ہے، روشنی کی شدت میں ایک قدم کی تبدیلی کے جواب میں 0 سے، اقدار کی ایک رینج کے لیے۔ کے فنکشن کے طور پر پلاٹ کرنے سے ایک سیدھی لکیر ملنی چاہیے جس کے میلان کے ساتھ۔ یہ نقطہ نظر فرض کرتا ہے کہ لکیری طور پر متناسب ہے۔ آپٹیکل سینسر ایونٹ کیمرا نیورومورفک انجینئرنگ چارج کپلڈ ڈیوائس فوٹوڈیوڈ ایکٹو پکسل سینسر حوالہ جات تصویری سینسر سیمی کنڈکٹر سینسر بھی دیکھیں۔