बायोल्यूमिनेसेंस हाई-थ्रूपुट इमेजिंग और औद्योगिक हाई-स्पीड लो-लाइट डिटेक्शन के क्षेत्रों में, इमेजिंग गति और संवेदनशीलता के बीच इष्टतम संतुलन हासिल करना लंबे समय से तकनीकी प्रगति को बाधित करने वाली एक प्रमुख बाधा रही है। पारंपरिक रैखिक या एरिया ऐरे इमेजिंग समाधानों को अक्सर कठिन समझौतों का सामना करना पड़ता है, जिससे डिटेक्शन दक्षता और सिस्टम प्रदर्शन दोनों को बनाए रखना चुनौतीपूर्ण हो जाता है। परिणामस्वरूप, औद्योगिक उन्नयन में काफी बाधाएँ आई हैं।
बैक-इलुमिनेटेड TDI-sCMOS तकनीक की शुरुआत इन सीमाओं को दूर करने की शुरुआत कर रही है। यह नवोन्मेषी तकनीक न केवल कम रोशनी में उच्च गति वाली इमेजिंग की भौतिक सीमाओं को दूर करती है, बल्कि इसके अनुप्रयोगों को जीवन विज्ञान से आगे बढ़कर अर्धचालक निरीक्षण और परिशुद्ध विनिर्माण जैसे उन्नत औद्योगिक क्षेत्रों में भी विस्तारित करती है। इन विकासों के साथ, TDI-sCMOS आधुनिक औद्योगिक इमेजिंग अनुप्रयोगों में तेज़ी से प्रासंगिक होता जा रहा है।
यह आलेख टीडीआई इमेजिंग के पीछे के मूल सिद्धांतों को रेखांकित करता है, इसके विकास पर नज़र रखता है, और औद्योगिक प्रणालियों में इसकी बढ़ती भूमिका पर चर्चा करता है।
टीडीआई के सिद्धांतों को समझना: डायनामिक इमेजिंग में एक सफलता
टाइम डिले इंटीग्रेशन (टीडीआई) लाइन-स्कैनिंग सिद्धांत पर आधारित एक छवि अधिग्रहण तकनीक है जो दो महत्वपूर्ण तकनीकी विशेषताएं प्रदान करती है:
तुल्यकालिक गतिशील अधिग्रहण
पारंपरिक क्षेत्र कैमरों के विपरीत, जो "स्टॉप-शॉट-मूव" चक्र पर काम करते हैं, TDI सेंसर गतिमान रहते हुए भी छवियों को लगातार एक्सपोज़ करते हैं। जैसे-जैसे नमूना दृश्य क्षेत्र में गति करता है, TDI सेंसर पिक्सेल स्तंभों की गति को वस्तु की गति के साथ समकालिक करता है। यह समकालिकता समय के साथ एक ही वस्तु के निरंतर एक्सपोज़र और गतिशील आवेश संचय को सक्षम बनाती है, जिससे उच्च गति पर भी कुशल इमेजिंग संभव होती है।

टीडीआई इमेजिंग प्रदर्शन: समन्वित नमूना संचलन और चार्ज एकीकरण
चार्ज डोमेन संचय
प्रत्येक पिक्सेल स्तंभ आने वाले प्रकाश को विद्युत आवेश में परिवर्तित करता है, जिसे फिर कई नमूनाकरण रीडआउट चरणों के माध्यम से संसाधित किया जाता है। यह निरंतर संचयन प्रक्रिया कमज़ोर सिग्नल को N के गुणक से प्रभावी रूप से बढ़ाती है, जहाँ N एकीकरण स्तरों की संख्या को दर्शाता है, जिससे सीमित प्रकाश स्थितियों में सिग्नल-टू-शोर अनुपात (SNR) में सुधार होता है।

विभिन्न TDI चरणों में छवि गुणवत्ता का चित्रण
टीडीआई प्रौद्योगिकी का विकास: सीसीडी से बैक-इल्युमिनेटेड एससीएमओएस तक
टीडीआई सेंसरों को शुरू में सीसीडी या फ्रंट-इल्युमिनेटेड सीएमओएस प्लेटफॉर्म पर बनाया गया था, लेकिन तेज और कम रोशनी वाली इमेजिंग के लिए लागू किए जाने पर दोनों आर्किटेक्चर की सीमाएं थीं।
टीडीआई-सीसीडी
बैक-इल्युमिनेटेड टीडीआई-सीसीडी सेंसर लगभग 90% क्वांटम दक्षता (क्यूई) प्राप्त कर सकते हैं। हालाँकि, उनकी सीरियल रीडआउट संरचना इमेजिंग गति को सीमित करती है—लाइन दरें आमतौर पर 100 kHz से नीचे रहती हैं, जबकि 2K-रिज़ॉल्यूशन सेंसर लगभग 50 kHz पर काम करते हैं।
फ्रंट-इल्युमिनेटेड TDI-CMOS
फ्रंट-इल्युमिनेटेड TDI-CMOS सेंसर तेज़ रीडआउट गति प्रदान करते हैं, जिनकी 8K-रिज़ॉल्यूशन लाइन दर 400 kHz तक पहुँचती है। हालाँकि, संरचनात्मक कारक उनकी QE को सीमित करते हैं, खासकर छोटी तरंगदैर्ध्य रेंज में, और अक्सर इसे 60% से नीचे रखते हैं।
2020 में टक्सन के रिलीज़ के साथ एक उल्लेखनीय प्रगति हुईध्यान 9KTDI sCMOS कैमरा, एक बैक-इलुमिनेटेड TDI-sCMOS कैमरा। यह उच्च संवेदनशीलता और उच्च-गति TDI प्रदर्शन के संयोजन में एक महत्वपूर्ण छलांग है:

-
क्वांटम दक्षता: 82% पीक क्यूई - पारंपरिक फ्रंट-इल्युमिनेटेड टीडीआई-सीएमओएस सेंसर की तुलना में लगभग 40% अधिक, जो इसे कम रोशनी वाली इमेजिंग के लिए आदर्श बनाता है।

-
लाइन दर: 9K रिज़ॉल्यूशन पर 510 kHz, जो 4.59 गीगापिक्सल प्रति सेकंड की डेटा थ्रूपुट में परिवर्तित होती है।

इस प्रौद्योगिकी को पहली बार उच्च-थ्रूपुट प्रतिदीप्ति स्कैनिंग में लागू किया गया था, जहां कैमरे ने अनुकूलित प्रणाली स्थितियों के तहत 10.1 सेकंड में 30 मिमी × 17 मिमी प्रतिदीप्ति नमूने की 2-गीगापिक्सल छवि कैप्चर की, जिससे पारंपरिक क्षेत्र-स्कैन प्रणालियों की तुलना में इमेजिंग गति और विवरण निष्ठा में पर्याप्त लाभ प्रदर्शित हुआ।

छवि: ध्यान 9KTDI ज़ेबर MVR मोटराइज्ड स्टेज के साथ
उद्देश्य: 10X अधिग्रहण समय: 10.1s एक्सपोज़र समय: 3.6ms
छवि का आकार: 30 मिमी x 17 मिमी 58,000 x 34,160 पिक्सेल
टीडीआई प्रौद्योगिकी के प्रमुख लाभ
उच्च संवेदनशीलता
टीडीआई सेंसर कई एक्सपोज़र पर सिग्नल जमा करते हैं, जिससे कम रोशनी में प्रदर्शन बेहतर होता है। बैक-इल्युमिनेटेड टीडीआई-एससीएमओएस सेंसर के साथ, 80% से अधिक क्वांटम दक्षता प्राप्त की जा सकती है, जो फ्लोरोसेंस इमेजिंग और डार्क-फील्ड इंस्पेक्शन जैसे कठिन कार्यों में सहायक होती है।
उच्च गति प्रदर्शन
टीडीआई सेंसर उच्च-थ्रूपुट इमेजिंग के लिए डिज़ाइन किए गए हैं, जो तेज़ गति से चलती वस्तुओं को उत्कृष्ट स्पष्टता के साथ कैप्चर करते हैं। पिक्सेल रीडआउट को वस्तु की गति के साथ सिंक्रोनाइज़ करके, टीडीआई गति धुंधलापन को लगभग समाप्त कर देता है और कन्वेयर-आधारित निरीक्षण, रीयल-टाइम स्कैनिंग और अन्य उच्च-थ्रूपुट परिदृश्यों का समर्थन करता है।
बेहतर सिग्नल-टू-शोर अनुपात (एसएनआर)
कई चरणों में संकेतों को एकीकृत करके, टीडीआई सेंसर कम रोशनी में उच्च गुणवत्ता वाली छवियां उत्पन्न कर सकते हैं, जिससे जैविक नमूनों में फोटोब्लीचिंग का जोखिम कम हो जाता है और संवेदनशील सामग्रियों में तापीय तनाव न्यूनतम हो जाता है।
परिवेशीय हस्तक्षेप के प्रति कम संवेदनशीलता
क्षेत्र-स्कैन प्रणालियों के विपरीत, टीडीआई सेंसर अपने समकालिक लाइन-बाय-लाइन एक्सपोजर के कारण परिवेशीय प्रकाश या प्रतिबिंबों से कम प्रभावित होते हैं, जिससे वे जटिल औद्योगिक वातावरण में अधिक मजबूत बन जाते हैं।
अनुप्रयोग उदाहरण: वेफर निरीक्षण
अर्धचालक क्षेत्र में, क्षेत्र-स्कैन sCMOS कैमरों का उपयोग उनकी गति और संवेदनशीलता के कारण कम रोशनी में पता लगाने के लिए आमतौर पर किया जाता था। हालाँकि, इन प्रणालियों में कुछ कमियाँ भी हो सकती हैं:
-
सीमित दृश्य क्षेत्र: कई फ्रेमों को एक साथ जोड़ने की आवश्यकता होती है, जिसके परिणामस्वरूप प्रक्रिया में समय लगता है।
-
धीमी स्कैनिंग: प्रत्येक स्कैन में अगली छवि कैप्चर करने से पहले स्टेज के स्थिर होने तक प्रतीक्षा करने की आवश्यकता होती है।
-
सिलाई कलाकृतियाँ: छवि अंतराल और असंगतता स्कैन गुणवत्ता को प्रभावित करती हैं।

टीडीआई इमेजिंग इन चुनौतियों का समाधान करने में मदद करती है:
-
निरंतर स्कैनिंग: टीडीआई फ्रेम सिलाई की आवश्यकता के बिना बड़े, निर्बाध स्कैन का समर्थन करता है।
-
तीव्र अधिग्रहण: उच्च लाइन दरें (1 मेगाहर्ट्ज तक) कैप्चर के बीच विलंब को समाप्त करती हैं।
-
बेहतर छवि एकरूपता: टीडीआई की लाइन-स्कैन विधि परिप्रेक्ष्य विरूपण को न्यूनतम करती है और संपूर्ण स्कैन में ज्यामितीय सटीकता सुनिश्चित करती है।

टीडीआई बनाम क्षेत्र स्कैन
चित्रण: टीडीआई एक अधिक सतत और सुचारू अधिग्रहण प्रक्रिया को सक्षम बनाता है
टक्सन का जेमिनी 8KTDI sCMOS कैमरा गहरे पराबैंगनी वेफर निरीक्षण में प्रभावी रहा है। टक्सन के आंतरिक परीक्षण के अनुसार, कैमरा 266 नैनोमीटर पर 63.9% QE प्राप्त करता है और लंबे समय तक उपयोग के बाद भी चिप तापमान को 0°C पर स्थिर रखता है—जो पराबैंगनी-संवेदनशील अनुप्रयोगों के लिए महत्वपूर्ण है।

उपयोग का विस्तार: विशिष्ट इमेजिंग से लेकर सिस्टम एकीकरण तक
टीडीआई अब केवल विशिष्ट अनुप्रयोगों या बेंचमार्क परीक्षणों तक सीमित नहीं है। इसका ध्यान अब औद्योगिक प्रणालियों में व्यावहारिक एकीकरण की ओर स्थानांतरित हो गया है।

ट्यूक्सेन की जेमिनी टीडीआई श्रृंखला दो प्रकार के समाधान प्रदान करती है:
1. प्रमुख मॉडल: फ्रंट-एंड वेफर निरीक्षण और यूवी दोष पहचान जैसे उन्नत उपयोग के मामलों के लिए डिज़ाइन किया गया। ये मॉडल उच्च संवेदनशीलता, स्थिरता और थ्रूपुट को प्राथमिकता देते हैं।
2. कॉम्पैक्ट वेरिएंट: छोटे, वायु-शीतित, और कम ऊर्जा खपत वाले—एम्बेडेड सिस्टम के लिए ज़्यादा उपयुक्त। इन मॉडलों में सुव्यवस्थित एकीकरण के लिए CXP (CoaXPress) हाई-स्पीड इंटरफ़ेस शामिल हैं।
जीवन विज्ञान में उच्च-थ्रूपुट इमेजिंग से लेकर परिशुद्ध अर्धचालक निरीक्षण तक, बैक-इलुमिनेटेड TDI-sCMOS इमेजिंग वर्कफ़्लो को बढ़ाने में तेजी से महत्वपूर्ण भूमिका निभा रहा है।
पूछे जाने वाले प्रश्न
प्रश्न 1: टीडीआई कैसे काम करता है?
टीडीआई पिक्सेल पंक्तियों में आवेश स्थानांतरण को वस्तु की गति के साथ समकालिक बनाता है। जैसे-जैसे वस्तु गति करती है, प्रत्येक पंक्ति एक नया एक्सपोज़र जमा करती है, जिससे संवेदनशीलता बढ़ती है, खासकर कम रोशनी और उच्च गति वाले अनुप्रयोगों में।
प्रश्न 2: टीडीआई प्रौद्योगिकी का उपयोग कहां किया जा सकता है?
टीडीआई अर्धचालक निरीक्षण, प्रतिदीप्ति स्कैनिंग, पीसीबी निरीक्षण, तथा अन्य उच्च-रिज़ॉल्यूशन, उच्च-गति इमेजिंग अनुप्रयोगों के लिए आदर्श है, जहां गति धुंधलापन और कम रोशनी चिंता का विषय हैं।
प्रश्न 3: औद्योगिक अनुप्रयोगों के लिए टीडीआई कैमरा चुनते समय मुझे क्या विचार करना चाहिए?
टीडीआई कैमरा चुनते समय, महत्वपूर्ण कारकों में लाइन दर, क्वांटम दक्षता, रिज़ॉल्यूशन, स्पेक्ट्रल प्रतिक्रिया (विशेष रूप से यूवी या एनआईआर अनुप्रयोगों के लिए) और थर्मल स्थिरता शामिल हैं।
लाइन दर की गणना कैसे करें, इसकी विस्तृत व्याख्या के लिए हमारा लेख देखें:
टीडीआई सीरीज़ - कैमरे की लाइन फ़्रीक्वेंसी की गणना कैसे करें
टक्सन फोटोनिक्स कंपनी लिमिटेड। सर्वाधिकार सुरक्षित। उद्धरण देते समय, कृपया स्रोत का उल्लेख करें:www.tucsen.com