25.07.29У галіне біялюмінесцэнтнай высокапрапускной візуалізацыі і прамысловага высакахуткаснага выяўлення ў слабых умовах дасягненне аптымальнага балансу паміж хуткасцю візуалізацыі і адчувальнасцю доўгі час было асноўным вузкім месцам, якое абмяжоўвала тэхналагічны прагрэс. Традыцыйныя рашэнні лінейнай або плоскаснай візуалізацыі часта сутыкаюцца з складанымі кампрамісамі, што ўскладняе падтрыманне як эфектыўнасці выяўлення, так і прадукцыйнасці сістэмы. У выніку мадэрнізацыя прамысловасці была значна абмежаваная.
Укараненне тэхналогіі TDI-sCMOS з задняй падсветкай пачынае вырашаць гэтыя праблемы. Гэтая інавацыйная тэхналогія не толькі вырашае фізічныя праблемы хуткаснай візуалізацыі ва ўмовах нізкай асветленасці, але і пашырае сваё прымяненне за межы навук аб жыцці на перадавыя прамысловыя сектары, такія як кантроль паўправаднікоў і дакладная вытворчасць. Дзякуючы гэтым распрацоўкам, TDI-sCMOS становіцца ўсё больш актуальнай у сучасных прамысловых прыкладаннях візуалізацыі.
У гэтым артыкуле выкладаюцца асноўныя прынцыпы візуалізацыі TDI, прасочваецца яе эвалюцыя і абмяркоўваецца яе ўзрастаючая роля ў прамысловых сістэмах.
Разуменне прынцыпаў TDI: прарыў у дынамічнай візуалізацыі
Інтэграцыя з часовай затрымкай (TDI) — гэта тэхналогія атрымання выявы, заснаваная на прынцыпе лінейнага сканавання, якая мае дзве важныя тэхнічныя асаблівасці:
Сінхроннае дынамічнае набыццё
У адрозненне ад традыцыйных камер з плоскасцю, якія працуюць па цыкле «стоп-здымак-рух», датчыкі TDI бесперапынна экспонуюць выявы падчас руху. Па меры руху ўзору па полі зроку датчык TDI сінхранізуе рух слупкоў пікселяў з хуткасцю аб'екта. Гэтая сінхранізацыя дазваляе бесперапынную экспазіцыю і дынамічнае назапашванне зарада аднаго і таго ж аб'екта з цягам часу, што дазваляе эфектыўна атрымліваць выявы нават на высокіх хуткасцях.
Дэманстрацыя візуалізацыі TDI: скаардынаваны рух узору і інтэграцыя зарада
Назапашванне платы за дамен
Кожны слупок пікселя пераўтварае ўваходнае святло ў электрычны зарад, які затым апрацоўваецца праз некалькі этапаў выбаркі і счытвання. Гэты бесперапынны працэс назапашвання эфектыўна ўзмацняе слабы сігнал у N разоў, дзе N азначае колькасць узроўняў інтэгравання, паляпшаючы суадносіны сігнал/шум (SNR) ва ўмовах абмежаванага асвятлення.
Ілюстрацыя якасці выявы на розных этапах TDI
Эвалюцыя тэхналогіі TDI: ад CCD да sCMOS з задняй падсветкай
Першапачаткова датчыкі TDI будаваліся на платформах CCD або CMOS з пярэдняй падсветкай, але абедзве архітэктуры мелі абмежаванні пры ўжыванні да хуткай візуалізацыі і слабага асвятлення.
TDI-CCD
Датчыкі TDI-CCD з задняй падсветкай могуць дасягнуць квантавай эфектыўнасці (QE) блізкай да 90%. Аднак іх архітэктура паслядоўнага счытвання абмяжоўвае хуткасць візуалізацыі — хуткасць лініі звычайна застаецца ніжэй за 100 кГц, прычым датчыкі з дазволам 2K працуюць на частаце каля 50 кГц.
Пярэдняя падсветка TDI-CMOS
Пярэдняя падсветка датчыкаў TDI-CMOS забяспечвае больш высокую хуткасць счытвання, прычым хуткасць счытвання з дазволам 8K дасягае 400 кГц. Аднак структурныя фактары абмяжоўваюць іх каэфіцыент якасці, асабліва ў дыяпазоне карацейшых даўжынь хваль, часта ўтрымліваючы яго ніжэй за 60%.
Значны прагрэс адбыўся ў 2020 годзе з выхадам кнігі Тусена.sCMOS-камера Dhyana 9KTDI, TDI-sCMOS-камера з задняй падсветкай. Яна значыць значны крок наперад у спалучэнні высокай адчувальнасці з высакахуткаснымі характарыстыкамі TDI:
-
Квантавая эфектыўнасць: пікавая квантавая эфектыўнасць 82% — прыблізна на 40% вышэй, чым у звычайных TDI-CMOS-датчыкаў з франтальнай падсветкай, што робіць іх ідэальнымі для візуалізацыі пры слабым асвятленні.
-
Хуткасць лініі: 510 кГц пры дазволе 9K, што адпавядае прапускной здольнасці дадзеных 4,59 гігапікселяў у секунду.
Гэтая тэхналогія ўпершыню была ўжыта ў высокапрадукцыйным флуарэсцэнтным сканаванні, дзе камера захапіла 2-гігапіксельны малюнак флуарэсцэнтнага ўзору памерам 30 мм × 17 мм за 10,1 секунды пры аптымізаваных умовах сістэмы, што прадэманстравала значны прырост хуткасці візуалізацыі і дакладнасці дэталізацыі ў параўнанні з традыцыйнымі сістэмамі плошчавага сканавання.
ВыяваDhyana 9KTDI з матарызаванай сцэнай Zaber MVR
Мэта10X Час здымкі: 10,1 с Час экспазіцыі: 3,6 мс
Памер выявы30 мм x 17 мм 58 000 x 34 160 пікселяў
Асноўныя перавагі тэхналогіі TDI
Высокая адчувальнасць
Датчыкі TDI назапашваюць сігналы на працягу некалькіх экспазіцыяў, паляпшаючы працу пры слабым асвятленні. З дапамогай датчыкаў TDI-sCMOS з задняй падсветкай можна дасягнуць квантавай эфектыўнасці вышэй за 80%, што дазваляе выконваць такія складаныя задачы, як флуарэсцэнтная візуалізацыя і кантроль у цёмным полі.
Высокая хуткасць
Датчыкі TDI прызначаны для высокапрадукцыйнай візуалізацыі, якая дазваляе фіксаваць хуткарухомыя аб'екты з выдатнай выразнасцю. Сінхранізуючы счытванне пікселяў з рухам аб'екта, TDI практычна ліквідуе размыццё руху і падтрымлівае кантроль на канвееры, сканаванне ў рэжыме рэальнага часу і іншыя высокапрадукцыйныя сцэнарыі.
Палепшанае суадносіны сігнал/шум (SNR)
Інтэгруючы сігналы на некалькіх этапах, датчыкі TDI могуць атрымліваць больш якасныя выявы з меншым асвятленнем, зніжаючы рызыку фотавыцвітання ў біялагічных узорах і мінімізуючы тэрмічнае напружанне ў адчувальных матэрыялах.
Зніжаная ўспрымальнасць да навакольных перашкод
У адрозненне ад сістэм сканавання па плошчы, датчыкі TDI менш схільныя да ўздзеяння навакольнага святла або адлюстраванняў дзякуючы сінхранізаванай пастрочнай экспазіцыі, што робіць іх больш надзейнымі ў складаных прамысловых умовах.
Прыклад прымянення: кантроль пласцін
У паўправадніковай галіне для выяўлення пры слабым асвятленні звычайна выкарыстоўваліся sCMOS-камеры з плошчавым сканаваннем з-за іх хуткасці і адчувальнасці. Аднак гэтыя сістэмы могуць мець недахопы:
-
Абмежаванае поле зроку: неабходна сшываць некалькі кадраў разам, што прыводзіць да працаёмкіх працэсаў.
-
Павольнейшае сканаванне: перад кожным сканаваннем патрабуецца чакаць, пакуль платформа стабілізуецца, перш чым рабіць наступны здымак.
-
Зшыванне артэфактаў: прабелы і неадпаведнасці выявы ўплываюць на якасць сканавання.
Візуалізацыя TDI дапамагае вырашыць гэтыя праблемы:
-
Бесперапыннае сканаванне: TDI падтрымлівае вялікія, бесперапынныя сканы без неабходнасці зшывання кадраў.
-
Хутчэйшы збор дадзеных: Высокія хуткасці лініі (да 1 МГц) ліквідуюць затрымкі паміж захопамі дадзеных.
-
Палепшаная аднастайнасць выявы: метад лінейнага сканавання TDI мінімізуе скажэнне перспектывы і забяспечвае геаметрычную дакладнасць па ўсім сканаванні.
TDI супраць сканавання зоны
ІлюстрацыяTDI забяспечвае больш бесперапынны і плаўны працэс набыцця
sCMOS-камера Gemini 8KTDI ад Tucsen эфектыўна прадэманстравала сябе пры глыбокім ультрафіялетавым кантролі пласцін. Згодна з унутранымі выпрабаваннямі Tucsen, камера дасягае 63,9% якасці пры 266 нм і падтрымлівае стабільнасць тэмпературы чыпа на ўзроўні 0°C пры працяглым выкарыстанні, што важна для прыкладанняў, адчувальных да ультрафіялетавага выпраменьвання.
Пашырэнне выкарыстання: ад спецыялізаванай візуалізацыі да сістэмнай інтэграцыі
TDI больш не абмяжоўваецца нішавымі прыкладаннямі або тэставаннем на практыцы. Акцэнт зрушыўся ў бок практычнай інтэграцыі ў прамысловыя сістэмы.
Серыя Gemini TDI ад Tucsen прапануе два тыпы рашэнняў:
1. Флагманскія мадэліРаспрацавана для складаных выпадкаў выкарыстання, такіх як праверка пярэдняй часткі пласцін і выяўленне дэфектаў з дапамогай УФ-выпраменьвання. Гэтыя мадэлі аддаюць перавагу высокай адчувальнасці, стабільнасці і прапускной здольнасці.
2. Кампактныя варыянтыМеншыя па памеры, з паветраным астуджэннем і меншым энергаспажываннем — больш падыходзяць для ўбудаваных сістэм. Гэтыя мадэлі ўключаюць высакахуткасныя інтэрфейсы CXP (CoaXPress) для спрашчэння інтэграцыі.
Ад высокапрадукцыйнай візуалізацыі ў навуках аб жыцці да дакладнага кантролю паўправаднікоў, TDI-sCMOS з задняй падсветкай адыгрывае ўсё больш важную ролю ў паляпшэнні працоўных працэсаў візуалізацыі.
Часта задаваныя пытанні
Пытанне 1: Як працуе TDI?
TDI сінхранізуе перанос зарада паміж радамі пікселяў з рухам аб'екта. Па меры руху аб'екта кожны радок назапашвае яшчэ адну экспазіцыя, павялічваючы адчувальнасць, асабліва ў умовах нізкай асветленасці і пры высокай хуткасці.
Пытанне 2: Дзе можна выкарыстоўваць тэхналогію TDI?
TDI ідэальна падыходзіць для кантролю паўправаднікоў, флуарэсцэнтнага сканавання, кантролю друкаваных плат і іншых задач з высокім разрозненнем і хуткасцю візуалізацыі, дзе ёсць праблемы з размыццём пры руху і нізкім узроўнем асветленасці.
Пытанне 3: Што варта ўлічваць пры выбары TDI-камеры для прамысловага прымянення?
Пры выбары TDI-камеры важнымі фактарамі з'яўляюцца хуткасць перадачы дадзеных, квантавая эфектыўнасць, раздзяляльная здольнасць, спектральная характарыстыка (асабліва для УФ- або БІЧ-прымяненняў) і тэрмічная стабільнасць.
Каб даведацца больш пра тое, як разлічыць тарыф на лінію, глядзіце наш артыкул:
Серыя TDI - Як разлічыць частату лініі камеры
Tucsen Photonics Co., Ltd. Усе правы абаронены. Пры цытаванні, калі ласка, спасылайцеся на крыніцу:www.tucsen.com
