25.07.2029.U oblastima bioluminiscentnog snimanja visokog protoka i industrijske brze detekcije u uslovima slabog osvjetljenja, postizanje optimalne ravnoteže između brzine snimanja i osjetljivosti dugo je predstavljalo usko grlo koje je ograničavalo tehnološki napredak. Tradicionalna linearna ili površinska rješenja za snimanje često se suočavaju s teškim kompromisima, što otežava održavanje efikasnosti detekcije i performansi sistema. Kao rezultat toga, industrijske nadogradnje su značajno ograničene.
Uvođenje TDI-sCMOS tehnologije sa pozadinskim osvjetljenjem počinje rješavati ova ograničenja. Ova inovativna tehnologija ne samo da rješava fizička ograničenja brzog snimanja u uslovima slabog osvjetljenja, već i proširuje svoju primjenu izvan prirodnih nauka na napredne industrijske sektore kao što su inspekcija poluprovodnika i precizna proizvodnja. S ovim razvojem, TDI-sCMOS postaje sve relevantniji u modernim industrijskim primjenama snimanja.
Ovaj članak ocrtava osnovne principe TDI snimanja, prati njegovu evoluciju i raspravlja o njegovoj rastućoj ulozi u industrijskim sistemima.
Razumijevanje principa TDI-a: Proboj u dinamičkom snimanju
Integracija vremenskog kašnjenja (TDI) je tehnologija akvizicije slike zasnovana na principu linijskog skeniranja koja nudi dvije značajne tehničke karakteristike:
Sinhronizovana dinamička akvizicija
Za razliku od tradicionalnih površinskih kamera koje rade po ciklusu "zaustavi-snimak-pomakni", TDI senzori kontinuirano eksponiraju slike dok su u pokretu. Kako se uzorak kreće preko vidnog polja, TDI senzor sinhronizuje kretanje kolona piksela sa brzinom objekta. Ova sinhronizacija omogućava kontinuiranu ekspoziciju i dinamičko akumuliranje naboja istog objekta tokom vremena, omogućavajući efikasno snimanje čak i pri velikim brzinama.
Demonstracija TDI snimanja: Koordinirano kretanje uzorka i integracija naboja
Akumulacija naplate domena
Svaka kolona piksela pretvara dolaznu svjetlost u električni naboj, koji se zatim obrađuje kroz više faza uzorkovanja i očitavanja. Ovaj kontinuirani proces akumulacije efektivno pojačava slab signal za faktor N, gdje N predstavlja broj nivoa integracije, poboljšavajući odnos signal-šum (SNR) pod ograničenim uslovima osvjetljenja.
Ilustracija kvaliteta slike u različitim TDI fazama
Evolucija TDI tehnologije: Od CCD-a do sCMOS-a sa pozadinskim osvjetljenjem
TDI senzori su prvobitno izgrađeni na CCD ili CMOS platformama sa prednjim osvjetljenjem, ali obje arhitekture su imale ograničenja kada su se primjenjivale na brzo snimanje i snimanje u uslovima slabog osvjetljenja.
TDI-CCD
TDI-CCD senzori sa pozadinskim osvjetljenjem mogu postići kvantnu efikasnost (QE) blizu 90%. Međutim, njihova arhitektura serijskog očitavanja ograničava brzinu snimanja - brzine linije obično ostaju ispod 100 kHz, dok senzori rezolucije 2K rade na oko 50 kHz.
Prednje osvijetljeni TDI-CMOS
TDI-CMOS senzori s prednjim osvjetljenjem nude veće brzine očitavanja, s linijama rezolucije od 8K koje dosežu i do 400 kHz. Međutim, strukturni faktori ograničavaju njihov kvantni efekt (QE), posebno u kraćem rasponu valnih duljina, često ga držeći ispod 60%.
Značajan napredak dogodio se 2020. godine izlaskom Tucsenovog...Dhyana 9KTDI sCMOS kamera, TDI-sCMOS kamera sa pozadinskim osvjetljenjem. Označava značajan skok u kombinovanju visoke osjetljivosti sa brzim TDI performansama:
-
Kvantna efikasnost: 82% vršne kvantne efikasnosti - približno 40% više od konvencionalnih TDI-CMOS senzora sa prednjim osvjetljenjem, što ga čini idealnim za snimanje u uslovima slabog osvjetljenja.
-
Brzina linije: 510 kHz pri rezoluciji od 9K, što se prevodi u propusnost podataka od 4,59 gigapiksela u sekundi.
Ova tehnologija je prvi put primijenjena u visokopropusnom fluorescentnom skeniranju, gdje je kamera snimila sliku od 2 gigapiksela fluorescentnog uzorka dimenzija 30 mm × 17 mm za 10,1 sekundi pod optimiziranim sistemskim uslovima, demonstrirajući značajna poboljšanja u brzini snimanja i vjernosti detalja u odnosu na konvencionalne sisteme površinskog skeniranja.
SlikaDhyana 9KTDI sa Zaber MVR motorizovanom pozornicom
Cilj10X Vrijeme akvizicije: 10,1 s Vrijeme ekspozicije: 3,6 ms
Veličina slike: 30 mm x 17 mm 58.000 x 34.160 piksela
Ključne prednosti TDI tehnologije
Visoka osjetljivost
TDI senzori akumuliraju signale tokom višestrukih ekspozicija, poboljšavajući performanse u uslovima slabog osvjetljenja. Sa TDI-sCMOS senzorima sa pozadinskim osvjetljenjem, kvantna efikasnost iznad 80% je dostižna, što podržava zahtjevne zadatke kao što su fluorescentno snimanje i inspekcija u tamnom polju.
Performanse velike brzine
TDI senzori su dizajnirani za snimanje visokog protoka, snimajući objekte koji se brzo kreću s izvrsnom jasnoćom. Sinhronizacijom očitavanja piksela s kretanjem objekta, TDI praktično eliminira zamućenje pokreta i podržava inspekciju zasnovanu na transportnoj traci, skeniranje u stvarnom vremenu i druge scenarije visokog protoka.
Poboljšan odnos signala i šuma (SNR)
Integracijom signala kroz više faza, TDI senzori mogu proizvesti slike višeg kvaliteta sa manje osvjetljenja, smanjujući rizik od fotoizbjeljivanja u biološkim uzorcima i minimizirajući termički stres u osjetljivim materijalima.
Smanjena osjetljivost na ambijentalne smetnje
Za razliku od sistema površinskog skeniranja, TDI senzori su manje pod utjecajem ambijentalne svjetlosti ili refleksija zbog njihove sinhronizirane ekspozicije liniju po liniju, što ih čini robusnijim u složenim industrijskim okruženjima.
Primjer primjene: Inspekcija pločica
U sektoru poluprovodnika, sCMOS kamere sa površinskim skeniranjem su se često koristile za detekciju u uslovima slabog osvjetljenja zbog svoje brzine i osjetljivosti. Međutim, ovi sistemi mogu imati nedostatke:
-
Ograničeno vidno polje: Potrebno je spojiti više kadrova, što rezultira dugotrajnim procesima.
-
Sporije skeniranje: Svako skeniranje zahtijeva čekanje da se pozornica smiri prije snimanja sljedeće slike.
-
Spajanje artefakata: Praznine i nedosljednosti na slici utiču na kvalitet skeniranja.
TDI snimanje pomaže u rješavanju ovih izazova:
-
Kontinuirano skeniranje: TDI podržava velika, neprekidna skeniranja bez potrebe za spajanjem okvira.
-
Brže snimanje: Visoke brzine linije (do 1 MHz) eliminišu kašnjenja između snimanja.
-
Poboljšana ujednačenost slike: TDI-jeva metoda linijskog skeniranja minimizira izobličenje perspektive i osigurava geometrijsku tačnost tokom cijelog skeniranja.
TDI u poređenju sa skeniranjem područja
IlustracijaTDI omogućava kontinuiraniji i glatkiji proces akvizicije
Tucsenova Gemini 8KTDI sCMOS kamera pokazala se efikasnom u inspekciji pločica u dubokom ultraljubičastom zračenju. Prema Tucsenovom internom testiranju, kamera postiže 63,9% kvantifikacije na 266 nm i održava stabilnost temperature čipa na 0°C tokom duže upotrebe, što je važno za primjene osjetljive na UV zračenje.
Proširenje upotrebe: Od specijaliziranog snimanja do sistemske integracije
TDI više nije ograničen na nišne primjene ili benchmark testiranje. Fokus se pomjerio ka praktičnoj integraciji u industrijske sisteme.
Tucsenova Gemini TDI serija nudi dvije vrste rješenja:
1. Vodeći modeliDizajnirano za napredne slučajeve upotrebe poput inspekcije prednjih pločica i UV detekcije defekata. Ovi modeli daju prioritet visokoj osjetljivosti, stabilnosti i propusnosti.
2. Kompaktne varijanteManji, hlađeni zrakom i s nižom potrošnjom energije – pogodniji za ugrađene sisteme. Ovi modeli uključuju CXP (CoaXPress) brze interfejse za pojednostavljenu integraciju.
Od visokopropusnog snimanja u prirodnim naukama do precizne inspekcije poluprovodnika, TDI-sCMOS sa pozadinskim osvjetljenjem igra sve važniju ulogu u poboljšanju radnih procesa snimanja.
Često postavljana pitanja
P1: Kako TDI funkcioniše?
TDI sinhronizuje prenos naboja kroz redove piksela sa kretanjem objekta. Kako se objekat kreće, svaki red akumulira još jednu ekspoziciju, povećavajući osjetljivost, posebno u uslovima slabog osvjetljenja i pri velikim brzinama.
P2: Gdje se TDI tehnologija može koristiti?
TDI je idealan za inspekciju poluprovodnika, fluorescentno skeniranje, inspekciju PCB-a i druge aplikacije snimanja visoke rezolucije i velike brzine gdje su zamućenje pokreta i slabo osvjetljenje važni.
P3: Šta trebam uzeti u obzir pri odabiru TDI kamere za industrijske primjene?
Prilikom odabira TDI kamere, važni faktori uključuju brzinu linije, kvantnu efikasnost, rezoluciju, spektralni odziv (posebno za UV ili NIR primjene) i termičku stabilnost.
Za detaljno objašnjenje o tome kako izračunati linijsku cijenu, pogledajte naš članak:
TDI serija – Kako izračunati linijsku frekvenciju kamere
Tucsen Photonics Co., Ltd. Sva prava pridržana. Prilikom citiranja, molimo navedite izvor:www.tucsen.com
