2029.07.25.A nagy áteresztőképességű biolumineszcens képalkotás és az ipari nagysebességű, gyenge fényviszonyok melletti detektálás területén a képalkotási sebesség és az érzékenység közötti optimális egyensúly elérése régóta a technológiai fejlődést korlátozó fő szűk keresztmetszet. A hagyományos lineáris vagy területalapú képalkotó megoldások gyakran nehéz kompromisszumokkal szembesülnek, ami megnehezíti mind a detektálási hatékonyság, mind a rendszer teljesítményének fenntartását. Ennek eredményeként az ipari fejlesztések jelentősen korlátozottak.
A hátsó megvilágítású TDI-sCMOS technológia bevezetése kezdi kezelni ezeket a korlátokat. Ez az innovatív technológia nemcsak a gyenge fényviszonyok melletti nagysebességű képalkotás fizikai korlátait kezeli, hanem az élettudományokon túlmutató alkalmazási lehetőségeket is kiterjeszti olyan fejlett ipari szektorokra, mint a félvezető-vizsgálat és a precíziós gyártás. Ezekkel a fejlesztésekkel a TDI-sCMOS egyre relevánsabbá válik a modern ipari képalkotó alkalmazásokban.
Ez a cikk felvázolja a TDI képalkotás mögött álló alapelveket, nyomon követi fejlődését, és tárgyalja növekvő szerepét az ipari rendszerekben.
TDI alapelveinek megértése: Áttörés a dinamikus képalkotásban
Az időkésleltetéses integráció (TDI) egy vonalszkennelési elven alapuló képalkotási technológia, amely két jelentős műszaki jellemzőt kínál:
Szinkron dinamikus adatgyűjtés
A hagyományos, „stop-shot-move” ciklusban működő területkameráktól eltérően a TDI-érzékelők mozgás közben folyamatosan exponálnak képeket. Ahogy a minta a látómezőn keresztül mozog, a TDI-érzékelő szinkronizálja a pixeloszlopok mozgását a tárgy sebességével. Ez a szinkronizálás lehetővé teszi a tárgy folyamatos expozícióját és dinamikus töltésfelhalmozódását az idő múlásával, így hatékony képalkotást tesz lehetővé még nagy sebességnél is.
TDI képalkotási demonstráció: Koordinált mintamozgás és töltésintegráció
Díjtartomány-felhalmozás
Minden egyes pixeloszlop a bejövő fényt elektromos töltéssé alakítja, amelyet aztán több mintavételi kiolvasási szakaszon dolgoz fel. Ez a folyamatos felhalmozási folyamat hatékonyan felerősíti a gyenge jelet N-szeres faktorral, ahol N az integrációs szintek számát jelöli, javítva a jel-zaj arányt (SNR) korlátozott fényviszonyok mellett.
A képminőség illusztrációja különböző TDI fázisokban
A TDI technológia fejlődése: a CCD-től a háttérvilágítású sCMOS-ig
A TDI érzékelőket kezdetben CCD vagy elölről megvilágított CMOS platformokra építették, de mindkét architektúrának korlátai voltak a gyors és gyenge fényviszonyok melletti képalkotás során.
TDI-CCD
A hátulról megvilágított TDI-CCD érzékelők közel 90%-os kvantumhatásfokot (QE) érhetnek el. Soros kiolvasási architektúrájuk azonban korlátozza a képalkotási sebességet – a vonali frekvenciák jellemzően 100 kHz alatt maradnak, míg a 2K felbontású érzékelők körülbelül 50 kHz-en működnek.
Elölről megvilágított TDI-CMOS
Az elölről megvilágított TDI-CMOS érzékelők gyorsabb leolvasási sebességet kínálnak, a 8K felbontású vonali sebesség akár 400 kHz is lehet. A szerkezeti tényezők azonban korlátozzák a QE-jüket, különösen a rövidebb hullámhossz-tartományban, gyakran 60% alatt tartva azt.
Jelentős előrelépés történt 2020-ban a Tucsen's megjelenésével.Dhyana 9KTDI sCMOS kamera, egy hátulról megvilágított TDI-sCMOS kamera. Ez jelentős ugrást jelent a nagy érzékenység és a nagy sebességű TDI teljesítmény ötvözésében:
-
Kvantumhatásfok: 82%-os csúcsérték QE – körülbelül 40%-kal magasabb, mint a hagyományos elölről megvilágított TDI-CMOS érzékelőknél, így ideális a gyenge fényviszonyok melletti képalkotáshoz.
-
Vonalfrekvencia: 510 kHz 9K felbontásban, ami 4,59 gigapixel/másodperc adatátvitelt jelent.
Ezt a technológiát először nagy áteresztőképességű fluoreszcens szkennelésben alkalmazták, ahol a kamera optimalizált rendszerkörülmények között 10,1 másodperc alatt rögzített egy 2 gigapixeles képet egy 30 mm × 17 mm-es fluoreszcens mintáról, ami jelentős javulást mutatott a képalkotási sebesség és a részletgazdagság tekintetében a hagyományos terület-szkennelési rendszerekhez képest.
KépDhyana 9KTDI Zaber MVR motoros színpaddal
Célkitűzés10X Felvételi idő: 10,1 mp Expozíciós idő: 3,6 ms
Képméret30 mm x 17 mm, 58 000 x 34 160 képpont
A TDI technológia fő előnyei
Nagy érzékenység
A TDI-érzékelők több expozíció során is gyűjtik a jeleket, javítva a gyenge fényviszonyok melletti teljesítményt. A hátsó megvilágítású TDI-sCMOS érzékelőkkel a kvantumhatásfok 80% feletti is elérhető, ami olyan igényes feladatokat támogat, mint a fluoreszcens képalkotás és a sötétlátóteres vizsgálat.
Nagy sebességű teljesítmény
A TDI érzékelőket nagy áteresztőképességű képalkotásra tervezték, kiváló tisztasággal rögzítve a gyorsan mozgó objektumokat. A pixelkiolvasás és a tárgy mozgásának szinkronizálásával a TDI gyakorlatilag kiküszöböli a mozgás okozta elmosódást, és támogatja a szállítószalag-alapú vizsgálatot, a valós idejű szkennelést és más nagy áteresztőképességű forgatókönyveket.
Javított jel-zaj arány (SNR)
A jelek több szakaszon keresztüli integrálásával a TDI-érzékelők jobb minőségű képeket tudnak előállítani kevesebb megvilágítással, csökkentve a fotofehérítés kockázatát a biológiai mintákban és minimalizálva a hőfeszültséget az érzékeny anyagokban.
Csökkentett érzékenység a környezeti interferenciákkal szemben
A területalapú letapogató rendszerekkel ellentétben a TDI-érzékelőket kevésbé befolyásolja a környezeti fény vagy a visszaverődések a szinkronizált soronkénti expozíciójuk miatt, így robusztusabbak az összetett ipari környezetekben.
Alkalmazási példa: Szegélyvizsgálat
A félvezető szektorban a területalapú sCMOS kamerákat gyakran használták gyenge fényviszonyok melletti érzékeléshez sebességük és érzékenységük miatt. Ezeknek a rendszereknek azonban lehetnek hátrányaik:
-
Korlátozott látómező: Több képkockát kell összeilleszteni, ami időigényes folyamatokat eredményez.
-
Lassabb szkennelés: Minden szkennelésnél meg kell várni, amíg a színpad leülepedik, mielőtt a következő képet rögzítené.
-
Illesztési hibák: A képhibák és az egyenetlenségek befolyásolják a beolvasás minőségét.
A TDI képalkotás segít megoldani ezeket a kihívásokat:
-
Folyamatos szkennelés: A TDI nagyméretű, megszakítás nélküli szkenneléseket támogat képkocka-összeillesztés nélkül.
-
Gyorsabb adatgyűjtés: A magas vonali frekvenciák (akár 1 MHz) kiküszöbölik a rögzítések közötti késéseket.
-
Továbbfejlesztett képminőség: A TDI vonalas szkennelési módszere minimalizálja a perspektív torzítást és biztosítja a geometriai pontosságot a teljes szkennelés során.
TDI VS területvizsgálat
ÁbraA TDI folyamatosabb és zökkenőmentesebb beszerzési folyamatot tesz lehetővé.
A Tucsen Gemini 8KTDI sCMOS kamerája hatékonynak bizonyult a mély ultraibolya wafer vizsgálatban. A Tucsen belső tesztjei szerint a kamera 63,9%-os QE-t ér el 266 nm-en, és hosszabb használat mellett is 0°C-on tartja a chip hőmérsékletének stabilitását – ami fontos az UV-érzékeny alkalmazásoknál.
Bővülő felhasználás: a speciális képalkotástól a rendszerintegrációig
A TDI már nem korlátozódik niche alkalmazásokra vagy benchmark tesztelésre. A hangsúly az ipari rendszerekbe való gyakorlati integrációra helyeződött át.
A Tucsen Gemini TDI sorozata kétféle megoldást kínál:
1. Zászlóshajó modellek: Olyan fejlett felhasználási esetekre tervezték, mint az előlapi lapkavizsgálat és az UV-hibadetektálás. Ezek a modellek a nagy érzékenységet, stabilitást és áteresztőképességet helyezik előtérbe.
2. Kompakt változatokKisebb, léghűtéses és alacsonyabb fogyasztású – alkalmasabb beágyazott rendszerekhez. Ezek a modellek CXP (CoaXPress) nagysebességű interfészeket tartalmaznak a gördülékeny integráció érdekében.
Az élettudományokban alkalmazott nagy áteresztőképességű képalkotástól a precíziós félvezető-vizsgálatig a háttérvilágítású TDI-sCMOS egyre fontosabb szerepet játszik a képalkotási munkafolyamatok fejlesztésében.
GYIK
1. kérdés: Hogyan működik a TDI?
A TDI szinkronizálja a pixelsorok közötti töltésátvitelt a tárgy mozgásával. Ahogy a tárgy mozog, minden sor újabb expozíciót halmoz fel, növelve az érzékenységet, különösen gyenge fényviszonyok mellett és nagy sebességű alkalmazásoknál.
2. kérdés: Hol használható a TDI technológia?
A TDI ideális félvezető-vizsgálathoz, fluoreszcens szkenneléshez, NYÁK-vizsgálathoz és más nagy felbontású, nagy sebességű képalkotási alkalmazásokhoz, ahol a mozgás okozta elmosódás és az alacsony megvilágítás aggodalomra ad okot.
3. kérdés: Mit kell figyelembe vennem ipari alkalmazásokhoz való TDI kamera kiválasztásakor?
TDI kamera kiválasztásakor fontos tényezők a vonali sebesség, a kvantumhatásfok, a felbontás, a spektrális válasz (különösen UV vagy NIR alkalmazásoknál) és a termikus stabilitás.
A vonali díj kiszámításának részletes magyarázatát lásd a cikkünkben:
TDI sorozat – Hogyan számítsuk ki a kamera vonalfrekvenciáját
Tucsen Photonics Co., Ltd. Minden jog fenntartva. Hivatkozáskor kérjük, tüntesse fel a forrást:www.tucsen.com
