25/07/29Bioluminescence yüksək məhsuldar görüntüləmə və sənaye yüksək sürətli aşağı işığın aşkarlanması sahələrində təsvir sürəti və həssaslıq arasında optimal tarazlığa nail olmaq uzun müddətdir texnoloji tərəqqi məhdudlaşdıran əsas darboğaz olmuşdur. Ənənəvi xətti və ya ərazi massivinin təsviri həlləri tez-tez çətin kompensasiyalarla üzləşir və bu, həm aşkarlama effektivliyini, həm də sistem performansını qoruyub saxlamağı çətinləşdirir. Nəticədə sənayenin təkmilləşdirilməsi əhəmiyyətli dərəcədə məhdudlaşdırıldı.
Arxadan işıqlandırılan TDI-sCMOS texnologiyasının tətbiqi bu məhdudiyyətləri aradan qaldırmağa başlayır. Bu innovativ texnologiya yalnız aşağı işıq şəraitində yüksək sürətli təsvirin fiziki məhdudiyyətlərinə toxunmur, həm də tətbiqlərini həyat elmlərindən kənarda yarımkeçiricilərin yoxlanılması və dəqiq istehsal kimi qabaqcıl sənaye sektorlarına da genişləndirir. Bu inkişaflarla TDI-sCMOS müasir sənaye görüntüləmə tətbiqlərində getdikcə aktuallaşır.
Bu məqalə TDI təsvirinin arxasında duran əsas prinsipləri təsvir edir, onun təkamülünü izləyir və sənaye sistemlərində artan rolunu müzakirə edir.
TDI-nin Prinsiplərini Anlamaq: Dinamik Görünüşdə Sıçrayış
Vaxt Gecikməsi İnteqrasiyası (TDI) iki əhəmiyyətli texniki xüsusiyyət təklif edən xətt skan etmə prinsipinə əsaslanan görüntü əldə etmə texnologiyasıdır:
Sinxron Dinamik Alma
"Dayan-çəkiş-hərəkət" dövrü ilə işləyən ənənəvi sahə kameralarından fərqli olaraq, TDI sensorları hərəkət zamanı şəkilləri davamlı olaraq ifşa edir. Nümunə baxış sahəsi boyunca hərəkət etdikcə, TDI sensoru piksel sütunlarının hərəkətini obyektin sürəti ilə sinxronlaşdırır. Bu sinxronizasiya eyni obyektin zamanla davamlı ekspozisiyasına və dinamik yük yığılmasına imkan verir, hətta yüksək sürətlə də səmərəli təsvir etməyə imkan verir.
TDI Görüntü nümayişi: Koordinasiya edilmiş Nümunə Hərəkəti və Şarj İnteqrasiyası
Domen yığılmasını doldurun
Hər bir piksel sütunu daxil olan işığı elektrik yükünə çevirir və bu, daha sonra bir çox nümunə götürmə oxu mərhələləri vasitəsilə işlənir. Bu davamlı yığılma prosesi zəif siqnalı N faktoru ilə effektiv şəkildə artırır, burada N inteqrasiya səviyyələrinin sayını təmsil edir, məhdud işıqlandırma şəraitində siqnal-küy nisbətini (SNR) yaxşılaşdırır.
Müxtəlif TDI Mərhələlərində Şəkil Keyfiyyətinin İllüstrasiyası
TDI Texnologiyasının Təkamülü: CCD-dən Arxa İşıqlandırılmış sCMOS-a
TDI sensorları əvvəlcə CCD və ya öndən işıqlandırılan CMOS platformalarında qurulmuşdu, lakin hər iki arxitekturada sürətli və az işıqlı təsvirlərə tətbiq edildikdə məhdudiyyətlər var idi.
TDI-CCD
Arxadan işıqlandırılan TDI-CCD sensorları 90%-ə yaxın kvant səmərəliliyinə (QE) nail ola bilir. Bununla belə, onların seriyalı oxunma arxitekturası təsvir sürətini məhdudlaşdırır - xətt sürətləri adətən 100 kHz-dən aşağı qalır, 2K ayırdetmə sensorları təxminən 50 kHz-də işləyir.
Öndən İşıqlandırılan TDI-CMOS
Öndən işıqlandırılan TDI-CMOS sensorlar 400 kHz-ə çatan 8K ayırdetmə xətləri ilə daha sürətli oxuma sürəti təklif edir. Bununla belə, struktur amillər onların QE-ni məhdudlaşdırır, xüsusən daha qısa dalğa uzunluğu diapazonunda, çox vaxt onu 60%-dən aşağı saxlayır.
2020-ci ildə Tucsen's-in buraxılması ilə nəzərəçarpacaq irəliləyiş olduDhyana 9KTDI sCMOS kamera, arxadan işıqlandırılan TDI-sCMOS kamera. Bu, yüksək həssaslığı yüksək sürətli TDI performansı ilə birləşdirməkdə əhəmiyyətli bir sıçrayışı göstərir:
-
Kvant Effektivliyi: 82% pik QE — adi öndən işıqlandırılan TDI-CMOS sensorlarından təxminən 40% yüksək, onu aşağı işıqlı görüntülər üçün ideal edir.
-
Line Rate: 9K qətnamə ilə 510 kHz, saniyədə 4,59 gigapiksel məlumat ötürmə qabiliyyətinə çevrilir.
Bu texnologiya ilk dəfə yüksək məhsuldarlıqlı flüoresan skanlamada tətbiq edilib, burada kamera optimallaşdırılmış sistem şəraitində 10,1 saniyə ərzində 30 mm × 17 mm flüoresan nümunənin 2 giqapiksellik şəklini çəkib və adi sahə-skan sistemləri ilə müqayisədə təsvirin sürəti və detalların dəqiqliyində əhəmiyyətli qazanc nümayiş etdirib.
Şəkil: Zaber MVR motorlu səhnə ilə Dhyana 9KTDI
Məqsəd: 10X Alma vaxtı: 10.1s Ekspozisiya vaxtı: 3.6ms
Şəkil ölçüsü: 30mm x 17mm 58.000 x 34.160 piksel
TDI Texnologiyasının Əsas Üstünlükləri
Yüksək Həssaslıq
TDI sensorları çoxlu ekspozisiyalar üzərində siqnalları toplayır və aşağı işıqda performansı artırır. Arxadan işıqlandırılan TDI-sCMOS sensorları ilə 80%-dən yuxarı kvant səmərəliliyinə nail olmaq mümkündür ki, bu da flüoresan görüntüləmə və qaranlıq sahədə yoxlama kimi çətin tapşırıqları dəstəkləyir.
Yüksək Sürətli Performans
TDI sensorları sürətli hərəkət edən obyektləri əla aydınlıqla çəkməklə yüksək məhsuldar görüntülər üçün nəzərdə tutulmuşdur. Piksel oxunuşunu obyektin hərəkəti ilə sinxronlaşdırmaqla, TDI hərəkət bulanıqlığını faktiki olaraq aradan qaldırır və konveyer əsaslı yoxlamanı, real vaxt rejimində skan etməyi və digər yüksək məhsuldarlıq ssenarilərini dəstəkləyir.
Təkmilləşdirilmiş siqnal-səs nisbəti (SNR)
Siqnalları bir neçə mərhələdə birləşdirərək, TDI sensorları daha az işıqlandırma ilə daha yüksək keyfiyyətli şəkillər yarada bilər, bioloji nümunələrdə fotoağartma risklərini azaldır və həssas materiallarda istilik gərginliyini minimuma endirir.
Ətraf Mühit Müdaxiləsinə Azaldılmış Həssaslıq
Ərazi skan sistemlərindən fərqli olaraq, TDI sensorları, sinxronlaşdırılmış xətt-sətir ifşası sayəsində ətraf işığı və ya əks olunmalardan daha az təsirlənir və onları mürəkkəb sənaye mühitlərində daha möhkəm edir.
Tətbiq nümunəsi: Gofret Təftişi
Yarımkeçiricilər sektorunda, sürət və həssaslıqlarına görə, tez-tez ərazini skan edən sCMOS kameraları aşağı işığın aşkarlanması üçün istifadə olunurdu. Bununla belə, bu sistemlərin çatışmazlıqları ola bilər:
-
Məhdud Baxış Sahəsi: Çoxlu çərçivələr bir-birinə yapışdırılmalıdır ki, bu da vaxt aparan proseslərlə nəticələnir.
-
Yavaş Skanlama: Hər bir skan növbəti şəkli çəkməzdən əvvəl səhnənin yerləşməsini gözləməyi tələb edir.
-
Artefaktların tikilməsi: Şəkil boşluqları və uyğunsuzluqlar skan keyfiyyətinə təsir edir.
TDI təsviri bu problemləri həll etməyə kömək edir:
-
Davamlı Skanlama: TDI çərçivə tikişinə ehtiyac olmadan böyük, fasiləsiz skanları dəstəkləyir.
-
Daha sürətli əldə etmə: Yüksək xətt sürətləri (1 MHz-ə qədər) çəkilişlər arasında gecikmələri aradan qaldırır.
-
Təkmilləşdirilmiş Şəkil Vahidliyi: TDI-nin xətti skan üsulu perspektiv təhrifini minimuma endirir və bütün skan zamanı həndəsi dəqiqliyi təmin edir.
TDI VS Ərazi Skanı
İllüstrasiya: TDI daha davamlı və rəvan əldə etmə prosesini təmin edir
Tucsenin Gemini 8KTDI sCMOS kamerası dərin ultrabənövşəyi vafli yoxlamada təsirli olmuşdur. Tucsenin daxili sınaqlarına əsasən, kamera 266 nm-də 63,9% QE əldə edir və uzun müddət istifadə zamanı çip temperaturu sabitliyini 0°C-də saxlayır, bu UV-həssas tətbiqlər üçün vacibdir.
İstifadənin genişləndirilməsi: Xüsusi təsvirdən sistem inteqrasiyasına qədər
TDI artıq niş tətbiqləri və ya benchmark testi ilə məhdudlaşmır. Diqqət sənaye sistemlərinə praktiki inteqrasiyaya yönəldi.
Tucsenin Gemini TDI seriyası iki növ həll təklif edir:
1. Flaqman modelləri: Qabaqcıl vafli yoxlama və UV qüsurlarının aşkarlanması kimi qabaqcıl istifadə halları üçün nəzərdə tutulmuşdur. Bu modellər yüksək həssaslığa, sabitliyə və ötürmə qabiliyyətinə üstünlük verir.
2. Kompakt Variantlar: Daha kiçik, hava ilə soyudulur və aşağı güc - quraşdırılmış sistemlər üçün daha uyğundur. Bu modellərə sadələşdirilmiş inteqrasiya üçün yüksək sürətli CXP (CoaXPress) interfeysləri daxildir.
Həyat elmlərində yüksək məhsuldar görüntüləmədən tutmuş dəqiq yarımkeçirici yoxlamaya qədər arxadan işıqlandırılmış TDI-sCMOS görüntüləmə iş axınının təkmilləşdirilməsində getdikcə daha mühüm rol oynayır.
Tez-tez verilən suallar
S1: TDI necə işləyir?
TDI obyektin hərəkəti ilə piksel cərgələri arasında yük transferini sinxronlaşdırır. Obyekt hərəkət etdikcə, hər cərgə daha bir ekspozisiya toplayır, həssaslığı artırır, xüsusən də az işıqlı və yüksək sürətli tətbiqlərdə.
2-ci sual: TDI texnologiyasından harada istifadə etmək olar?
TDI yarımkeçiricilərin yoxlanılması, flüoresan skan, PCB yoxlaması və hərəkət bulanıqlığının və aşağı işıqlandırmanın narahatlıq doğurduğu digər yüksək keyfiyyətli, yüksək sürətli təsvir proqramları üçün idealdır.
S3: Sənaye tətbiqləri üçün TDI kamera seçərkən nəyi nəzərə almalıyam?
TDI kameranı seçərkən mühüm amillərə xətt sürəti, kvant səmərəliliyi, ayırdetmə qabiliyyəti, spektral reaksiya (xüsusilə UV və ya NIR tətbiqləri üçün) və istilik sabitliyi daxildir.
Xətt dərəcəsini necə hesablamaq barədə ətraflı izahat üçün məqaləmizə baxın:
TDI Seriyası - Kameranın Xətt Tezliyini Necə Hesablamaq olar
Tucsen Photonics Co., Ltd. Bütün hüquqlar qorunur. İstinad edərkən mənbəni qeyd edin:www.tucsen.com
