25.07.29Bioluminestsents-suure läbilaskevõimega pildistamise ja tööstusliku kiire hämaras valguses tuvastamise valdkonnas on pildistamiskiiruse ja tundlikkuse optimaalse tasakaalu saavutamine pikka aega olnud peamine tehnoloogilist arengut piirav kitsaskoht. Traditsioonilised lineaarsed või pindalaga pildistamislahendused seisavad sageli silmitsi keeruliste kompromissidega, mistõttu on keeruline säilitada nii tuvastamise efektiivsust kui ka süsteemi jõudlust. Seetõttu on tööstuslikud uuendused olnud oluliselt piiratud.
Taustvalgustusega TDI-sCMOS-tehnoloogia kasutuselevõtt on hakanud neid piiranguid lahendama. See uuenduslik tehnoloogia mitte ainult ei lahenda kiire pildistamise füüsikalisi piiranguid hämaras valguses, vaid laiendab oma rakendusi ka bioteadustest kaugemale arenenud tööstussektoritesse, nagu pooljuhtide kontroll ja täppistootmine. Tänu nendele arengutele muutub TDI-sCMOS üha olulisemaks tänapäevastes tööstuslikes pildistamisrakendustes.
See artikkel kirjeldab TDI-kuvamise põhiprintsiipe, jälgib selle arengut ja arutab selle kasvavat rolli tööstussüsteemides.
TDI põhimõtete mõistmine: läbimurre dünaamilises pildistamises
Ajalise viivitusega integreerimine (TDI) on pildi omandamise tehnoloogia, mis põhineb joonskaneerimise põhimõttel ja pakub kahte olulist tehnilist omadust:
Sünkroonne dünaamiline omandamine
Erinevalt traditsioonilistest pindkaameratest, mis töötavad tsüklil „peatu–võte–liikumine“, säritavad TDI-andurid pilte pidevalt liikumise ajal. Kui proov liigub vaateväljas, sünkroniseerib TDI-andur pikslite veergude liikumise objekti kiirusega. See sünkroniseerimine võimaldab sama objekti pidevat säritust ja dünaamilist laengu akumuleerimist aja jooksul, võimaldades tõhusat pildistamist isegi suurtel kiirustel.
TDI pildistamise demonstratsioon: proovi koordineeritud liikumine ja laengu integreerimine
Tasulise domeeni kogunemine
Iga piksliveerg teisendab sissetuleva valguse elektrilaenguks, mida seejärel töödeldakse mitme diskreetimisetapi kaudu. See pidev akumuleerimisprotsess võimendab nõrka signaali efektiivselt N-kordselt, kus N tähistab integreerimistasemete arvu, parandades signaali-müra suhet (SNR) piiratud valgustingimustes.
Kujutise kvaliteedi illustratsioon erinevates TDI etappides
TDI-tehnoloogia areng: CCD-st taustvalgustusega sCMOS-ini
TDI-andurid ehitati algselt CCD- või esivalgustusega CMOS-platvormidele, kuid mõlemal arhitektuuril olid kiirel ja hämaras pildistamisel piirangud.
TDI-CCD
Taustvalgustusega TDI-CCD-andurid suudavad saavutada kvantefektiivsuse (QE) ligi 90%. Nende jadaväljundi arhitektuur piirab aga pildistamiskiirust – liinisagedus jääb tavaliselt alla 100 kHz, 2K-eraldusvõimega andurid töötavad umbes 50 kHz juures.
Eestvalgustusega TDI-CMOS
Eestvalgustusega TDI-CMOS-andurid pakuvad kiiremat lugemiskiirust, 8K eraldusvõimega liinisagedusega kuni 400 kHz. Struktuurilised tegurid piiravad aga nende QE-d, eriti lühema lainepikkuse vahemikus, hoides seda sageli alla 60%.
Märkimisväärne edasiminek toimus 2020. aastal, kui ilmus Tucseni album.Dhyana 9KTDI sCMOS-kaamera, tagantvalgustusega TDI-sCMOS-kaamera. See tähistab olulist edasiminekut suure tundlikkuse ja kiire TDI-jõudluse ühendamisel:
-
Kvantefektiivsus: 82% tipp-kvantefektiivsusest – ligikaudu 40% kõrgem kui tavapärastel esivalgustusega TDI-CMOS-anduritel, mistõttu sobib see ideaalselt hämaras pildistamiseks.
-
Liinisagedus: 510 kHz 9K eraldusvõimega, mis tähendab andmeedastuskiirust 4,59 gigapikslit sekundis.
Seda tehnoloogiat rakendati esmakordselt suure läbilaskevõimega fluorestsentsskaneerimisel, kus kaamera jäädvustas optimeeritud süsteemitingimustes 10,1 sekundiga 30 mm × 17 mm fluorestsentsproovist 2-gigapikslise pildi, mis näitas olulist pildikiiruse ja detailitäpsuse paranemist tavapäraste pindalaskaneerimissüsteemidega võrreldes.
PiltDhyana 9KTDI koos Zaber MVR motoriseeritud lavaga
Eesmärk10X Suurendus: 10,1 s Säriaeg: 3,6 ms
Pildi suurus30 mm x 17 mm 58 000 x 34 160 pikslit
TDI-tehnoloogia peamised eelised
Kõrge tundlikkus
TDI-andurid koguvad signaale mitme särituse jooksul, parandades jõudlust hämaras valguses. Taustvalgustusega TDI-sCMOS-anduritega on saavutatav kvanttõhusus üle 80%, mis toetab nõudlikke ülesandeid, nagu fluorestsentskuvamine ja tumevälja kontroll.
Kiire jõudlus
TDI-andurid on loodud suure läbilaskevõimega pildistamiseks, jäädvustades kiiresti liikuvaid objekte suurepärase selgusega. Pikslite näidu sünkroniseerimisega objekti liikumisega kõrvaldab TDI praktiliselt liikumise hägususe ja toetab konveieripõhist kontrolli, reaalajas skaneerimist ja muid suure läbilaskevõimega stsenaariume.
Parandatud signaali-müra suhe (SNR)
Signaalide integreerimisega mitmes etapis saavad TDI-andurid toota kvaliteetsemaid pilte väiksema valgustusega, vähendades bioloogiliste proovide fotovalgendamise ohtu ja minimeerides tundlike materjalide termilist stressi.
Vähenenud tundlikkus ümbritseva keskkonna häirete suhtes
Erinevalt pindalaskaneerimissüsteemidest mõjutavad TDI-andureid ümbritseva valguse või peegelduste mõju vähem tänu sünkroniseeritud rida-realt säritusele, mis muudab need keerukates tööstuskeskkondades vastupidavamaks.
Rakendusnäide: vahvlite kontroll
Pooljuhtide sektoris kasutati oma kiiruse ja tundlikkuse tõttu sageli hämaras valguses tuvastamiseks pindskaneerivaid sCMOS-kaameraid. Nendel süsteemidel võivad aga olla puudused:
-
Piiratud vaateväli: mitu kaadrit tuleb kokku õmmelda, mis muudab protsessid aeganõudvaks.
-
Aeglasem skaneerimine: iga skaneerimine nõuab enne järgmise pildi jäädvustamist ootamist, kuni lava stabiliseerub.
-
Ühendamisega seotud artefaktid: piltide lüngad ja ebakõlad mõjutavad skannimise kvaliteeti.
TDI-kuvamine aitab lahendada neid probleeme:
-
Pidev skaneerimine: TDI toetab suuri ja katkematuid skaneeringuid ilma kaadrite liitmise vajaduseta.
-
Kiirem andmeside: Kõrge liinisagedus (kuni 1 MHz) kõrvaldab jäädvustamise vahelised viivitused.
-
Täiustatud pildi ühtlus: TDI joone skaneerimise meetod minimeerib perspektiivi moonutusi ja tagab geomeetrilise täpsuse kogu skaneerimise ulatuses.
TDI VS piirkonna skaneerimine
IllustratsioonTDI võimaldab pidevamat ja sujuvamat omandamisprotsessi
Tucseni Gemini 8KTDI sCMOS-kaamera on osutunud tõhusaks sügava ultraviolettkiirgusega kiipide kontrollimisel. Tucseni sisemiste testide kohaselt saavutab kaamera 266 nm juures 63,9% QE ja säilitab kiibi temperatuuri stabiilsuse 0 °C juures pikaajalise kasutamise korral – see on oluline UV-tundlike rakenduste puhul.
Kasutuse laiendamine: spetsialiseeritud pildistamisest süsteemiintegratsioonini
TDI ei piirdu enam niširakenduste või võrdlustestimisega. Tähelepanu keskmes on nihkunud praktiline integreerimine tööstussüsteemidesse.
Tucseni Gemini TDI seeria pakub kahte tüüpi lahendusi:
1. LipulaevamudelidMõeldud täiustatud kasutusjuhtudeks, näiteks esiotsa kiibi kontrollimiseks ja UV-defektide tuvastamiseks. Need mudelid seavad esikohale kõrge tundlikkuse, stabiilsuse ja läbilaskevõime.
2. Kompaktsed variandidVäiksemad, õhkjahutusega ja väiksema energiatarbega – sobivad paremini manussüsteemidele. Need mudelid sisaldavad sujuvamaks integreerimiseks CXP (CoaXPress) kiireid liideseid.
Alates suure läbilaskevõimega pildistamisest bioteadustes kuni täppispooljuhtide kontrollimiseni mängib taustvalgustusega TDI-sCMOS üha olulisemat rolli pildistamisvoogude täiustamisel.
KKK
K1: Kuidas TDI töötab?
TDI sünkroniseerib laenguülekande piksliridade vahel objekti liikumisega. Objekti liikudes akumuleerib iga rida uue särituse, suurendades tundlikkust, eriti hämaras ja kiiretel rakendustel.
K2: Kus saab TDI-tehnoloogiat kasutada?
TDI sobib ideaalselt pooljuhtide kontrollimiseks, fluorestsentsskaneerimiseks, trükkplaatide kontrollimiseks ja muudeks suure eraldusvõimega ja kiire pildistamise rakendusteks, kus liikumise hägusus ja nõrk valgustus on probleemiks.
K3: Mida peaksin tööstuslikuks kasutamiseks TDI-kaamera valimisel arvestama?
TDI-kaamera valimisel on oluliste tegurite hulka liinikiirus, kvantefektiivsus, eraldusvõime, spektraalne reaktsioon (eriti UV- või NIR-rakenduste puhul) ja termiline stabiilsus.
Liinikiiruse arvutamise üksikasjaliku selgituse leiate meie artiklist:
TDI-seeria – kuidas arvutada kaamera liinisagedust
Tucsen Photonics Co., Ltd. Kõik õigused kaitstud. Tsiteerides palun viidata allikale:www.tucsen.com
