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डायरेक्ट टाइम-ऑफ-फ़्लाइट (dTOF) तकनीक, टाइम कोरिलेटेड सिंगल फोटॉन काउंटिंग (TCSPC) पद्धति का उपयोग करके प्रकाश के उड़ान समय को सटीक रूप से मापने का एक अभिनव तरीका है। यह तकनीक उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स में निकटता संवेदन से लेकर ऑटोमोटिव अनुप्रयोगों में उन्नत LiDAR प्रणालियों तक, विभिन्न अनुप्रयोगों के लिए अभिन्न है। मूलतः, dTOF प्रणालियों में कई प्रमुख घटक होते हैं, जिनमें से प्रत्येक सटीक दूरी माप सुनिश्चित करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है।
डीटीओएफ सिस्टम के मुख्य घटक
लेज़र ड्राइवर और लेज़र
लेज़र ड्राइवर, ट्रांसमीटर सर्किट का एक महत्वपूर्ण हिस्सा, MOSFET स्विचिंग के माध्यम से लेज़र के उत्सर्जन को नियंत्रित करने के लिए डिजिटल पल्स सिग्नल उत्पन्न करता है। लेज़र, विशेष रूप सेऊर्ध्वाधर गुहा सतह उत्सर्जक लेज़र(वीसीएसईएल), अपने संकीर्ण स्पेक्ट्रम, उच्च ऊर्जा तीव्रता, तीव्र मॉडुलन क्षमताओं और एकीकरण में आसानी के लिए पसंदीदा हैं। अनुप्रयोग के आधार पर, सौर स्पेक्ट्रम अवशोषण शिखरों और सेंसर क्वांटम दक्षता के बीच संतुलन बनाने के लिए 850nm या 940nm की तरंगदैर्ध्य का चयन किया जाता है।
संचारण और अभिग्राही प्रकाशिकी
संचारण पक्ष पर, एक साधारण ऑप्टिकल लेंस या कोलिमेटिंग लेंस और विवर्तनिक ऑप्टिकल तत्वों (DOE) का संयोजन लेज़र किरण को वांछित दृश्य क्षेत्र में निर्देशित करता है। प्राप्तकर्ता प्रकाशिकी, जिसका उद्देश्य लक्षित दृश्य क्षेत्र में प्रकाश को एकत्रित करना है, कम F-संख्या और उच्च सापेक्ष प्रदीप्ति वाले लेंसों के साथ-साथ बाहरी प्रकाश हस्तक्षेप को समाप्त करने के लिए नैरोबैंड फ़िल्टरों से लाभान्वित होती है।
SPAD और SiPM सेंसर
सिंगल-फ़ोटॉन एवलांच डायोड (SPAD) और सिलिकॉन फ़ोटोमल्टीप्लायर (SiPM) dTOF सिस्टम में प्राथमिक सेंसर हैं। SPAD की खासियत यह है कि वे एकल फ़ोटॉन पर प्रतिक्रिया कर सकते हैं और केवल एक फ़ोटॉन से ही एक प्रबल एवलांच धारा उत्पन्न कर सकते हैं, जिससे वे उच्च-सटीक मापन के लिए आदर्श बन जाते हैं। हालाँकि, पारंपरिक CMOS सेंसर की तुलना में इनका बड़ा पिक्सेल आकार dTOF सिस्टम के स्थानिक रिज़ॉल्यूशन को सीमित कर देता है।
टाइम-टू-डिजिटल कनवर्टर (TDC)
टीडीसी सर्किट एनालॉग सिग्नल को समय द्वारा दर्शाए गए डिजिटल सिग्नल में परिवर्तित करता है, और प्रत्येक फोटॉन पल्स के रिकॉर्ड होने के सटीक क्षण को कैप्चर करता है। रिकॉर्ड किए गए पल्स के हिस्टोग्राम के आधार पर लक्ष्य वस्तु की स्थिति निर्धारित करने के लिए यह सटीकता अत्यंत महत्वपूर्ण है।
dTOF प्रदर्शन मापदंडों का अन्वेषण
पता लगाने की सीमा और सटीकता
सैद्धांतिक रूप से, एक डीटीओएफ प्रणाली की पहचान सीमा, उसके प्रकाश स्पंदों की यात्रा और सेंसर पर वापस परावर्तित होने की सीमा तक फैली होती है, जिसे शोर से अलग पहचाना जा सकता है। उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए, वीसीएसईएल का उपयोग करते हुए, फोकस अक्सर 5 मीटर की सीमा के भीतर होता है, जबकि ऑटोमोटिव अनुप्रयोगों के लिए 100 मीटर या उससे अधिक की पहचान सीमा की आवश्यकता हो सकती है, जिसके लिए ईईएल याफाइबर लेज़रों.
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अधिकतम अस्पष्ट सीमा
अस्पष्टता रहित अधिकतम सीमा उत्सर्जित स्पंदों और लेज़र की मॉडुलन आवृत्ति के बीच के अंतराल पर निर्भर करती है। उदाहरण के लिए, 1 मेगाहर्ट्ज की मॉडुलन आवृत्ति के साथ, अस्पष्टता रहित सीमा 150 मीटर तक पहुँच सकती है।
परिशुद्धता और त्रुटि
डीटीओएफ प्रणालियों में सटीकता स्वाभाविक रूप से लेज़र की पल्स चौड़ाई द्वारा सीमित होती है, जबकि घटकों में विभिन्न अनिश्चितताओं के कारण त्रुटियाँ उत्पन्न हो सकती हैं, जिनमें लेज़र ड्राइवर, एसपीएडी सेंसर प्रतिक्रिया और टीडीसी सर्किट सटीकता शामिल हैं। संदर्भ एसपीएडी का उपयोग करने जैसी रणनीतियाँ समय और दूरी के लिए एक आधार रेखा स्थापित करके इन त्रुटियों को कम करने में मदद कर सकती हैं।
शोर और हस्तक्षेप प्रतिरोध
dTOF प्रणालियों को पृष्ठभूमि शोर से निपटना पड़ता है, खासकर तेज़ रोशनी वाले वातावरण में। अलग-अलग क्षीणन स्तरों वाले कई SPAD पिक्सेल का उपयोग करने जैसी तकनीकें इस चुनौती से निपटने में मदद कर सकती हैं। इसके अतिरिक्त, प्रत्यक्ष और बहुपथ परावर्तनों के बीच अंतर करने की dTOF की क्षमता हस्तक्षेप के प्रति इसकी मज़बूती को बढ़ाती है।
स्थानिक रिज़ॉल्यूशन और बिजली की खपत
SPAD सेंसर तकनीक में प्रगति, जैसे कि फ्रंट-साइड इल्यूमिनेशन (FSI) से बैक-साइड इल्यूमिनेशन (BSI) प्रक्रियाओं में परिवर्तन, ने फोटॉन अवशोषण दर और सेंसर दक्षता में उल्लेखनीय सुधार किया है। यह प्रगति, dTOF प्रणालियों की स्पंदित प्रकृति के साथ मिलकर, iTOF जैसी सतत तरंग प्रणालियों की तुलना में कम बिजली की खपत करती है।
डीटीओएफ प्रौद्योगिकी का भविष्य
डीटीओएफ तकनीक से जुड़ी उच्च तकनीकी बाधाओं और लागतों के बावजूद, सटीकता, रेंज और ऊर्जा दक्षता में इसके लाभ इसे विविध क्षेत्रों में भविष्य के अनुप्रयोगों के लिए एक आशाजनक उम्मीदवार बनाते हैं। जैसे-जैसे सेंसर तकनीक और इलेक्ट्रॉनिक सर्किट डिज़ाइन का विकास जारी है, डीटीओएफ प्रणालियाँ व्यापक रूप से अपनाई जाने के लिए तैयार हैं, जिससे उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स, ऑटोमोटिव सुरक्षा और अन्य क्षेत्रों में नवाचारों को बढ़ावा मिलेगा।
- वेब पेज से02.02 टीओएफ सॉफ्टवेयर डीटीओएफ सॉफ्टवेयर - प्रकाश से भी तेज (light.net से भी तेज)
- लेखक: चाओ गुआंग
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पोस्ट करने का समय: मार्च-07-2024