Photorécepteur adaptatif avec une large plage dynamique

Nous décrivons un circuit photorécepteur qui peut être utilisé dans des puces en silicium VLSI analogiques massivement parallèles, en conjonction avec d'autres circuits locaux, pour effectuer un traitement initial de l'information visuelle analogique. Le récepteur fournit une sortie en temps continu qui a un faible gain pour les signaux statiques (y compris les désajustements de circuits) et un gain élevé pour les signaux transitoires qui sont centrés autour du point d'adaptation. La réponse est logarithmique, ce qui rend la réponse à un contraste d'image fixe invariant à l'intensité lumineuse absolue. Le récepteur à 5 transistors peut être fabriqué dans une surface d'environ 70 µm par 70 µm dans une technologie CMOS à poly-silicium unique de 2 µm. Il a une plage dynamique de 1 à 2 décades à un niveau d'adaptation unique, et une plage dynamique totale de plus de 6 décades. Plusieurs améliorations techniques dans le circuit offrent une plage dynamique supplémentaire de 1 à 2 décades par rapport aux conceptions précédentes sans sacrifier la qualité du signal. La limite inférieure de la plage dynamique, définie arbitrairement comme l'éclairement auquel la bande passante du récepteur est de 60 Hz, se situe à environ 1 lux, qui est la frontière entre la vision des bâtonnets et des cônes et aussi la limite des caméras vidéo grand public actuelles. Le récepteur utilise un élément adaptatif qui est résistant à la diffusion excessive des porteurs minoritaires. Le processus de transduction continue et logarithmique permet à la bande passante de varier avec l'intensité. En conséquence, le bruit total du récepteur en courant alternatif RMS est constant, indépendant de l'intensité. La densité spectrale du bruit est dans un facteur de deux du bruit de photon pur et varie inversement avec l'intensité. La connexion entre le bruit de tir et le bruit thermique dans un système régi par les statistiques de Boltzmann est magnifiquement illustrée.