25/07/29Во областите на биолуминисцентно снимање со висок проток и индустриска детекција со голема брзина при слаба осветленост, постигнувањето на оптимална рамнотежа помеѓу брзината на снимање и чувствителноста долго време е основно тесно грло што го ограничува технолошкиот напредок. Традиционалните решенија за линеарно снимање или снимање со површински низи честопати се соочуваат со тешки компромиси, што го отежнува одржувањето и на ефикасноста на детекцијата и на перформансите на системот. Како резултат на тоа, индустриските надградби се значително ограничени.
Воведувањето на TDI-sCMOS технологијата со задно осветлување почнува да ги решава овие ограничувања. Оваа иновативна технологија не само што ги решава физичките ограничувања на снимањето со голема брзина во услови на слаба осветленост, туку ги проширува и своите примени надвор од природните науки во напредните индустриски сектори како што се инспекција на полупроводници и прецизно производство. Со овие случувања, TDI-sCMOS станува сè порелевантен во современите индустриски апликации за снимање.
Оваа статија ги опишува основните принципи зад TDI снимањето, ја следи неговата еволуција и ја дискутира неговата растечка улога во индустриските системи.
Разбирање на принципите на TDI: Пробив во динамичкото снимање
Интеграцијата со временско доцнење (TDI) е технологија за снимање слики базирана на принципот на скенирање на линии што нуди две значајни технички карактеристики:
Синхроно динамичко стекнување
За разлика од традиционалните камери за површинска обработка кои работат на циклус „стоп-снимка-поместување“, TDI сензорите континуирано експонираат слики додека се во движење. Како што примерокот се движи низ видното поле, TDI сензорот го синхронизира движењето на колоните пиксели со брзината на објектот. Оваа синхронизација овозможува континуирана експозиција и динамичка акумулација на полнеж на истиот објект со текот на времето, овозможувајќи ефикасно снимање дури и при големи брзини.
Демонстрација на TDI снимање: Координирано движење на примерокот и интеграција на полнежот
Акумулација на домен за наплата
Секоја колона од пиксели ја претвора влезната светлина во електричен полнеж, кој потоа се обработува низ повеќе фази на читање на семплирање. Овој континуиран процес на акумулација ефикасно го подобрува слабиот сигнал за фактор N, каде што N го претставува бројот на нивоа на интеграција, подобрувајќи го односот сигнал-шум (SNR) под ограничени услови на осветлување.
Илустрација на квалитетот на сликата во различни фази на TDI
Еволуција на TDI технологијата: Од CCD до sCMOS со задно осветлување
TDI сензорите првично беа изградени на CCD или CMOS платформи со предно осветлување, но обете архитектури имаа ограничувања кога се применуваа за брзо снимање и снимање при слаба осветленост.
TDI-CCD
TDI-CCD сензорите со задно осветлување можат да постигнат квантна ефикасност (QE) близу 90%. Сепак, нивната сериска архитектура на отчитување ја ограничува брзината на снимање - брзините на линиите обично остануваат под 100 kHz, при што сензорите со 2K резолуција работат на околу 50 kHz.
TDI-CMOS со предно осветлување
TDI-CMOS сензорите со предно осветлување нудат побрзи брзини на читање, при што брзините на линиите со резолуција од 8K достигнуваат до 400 kHz. Сепак, структурните фактори го ограничуваат нивниот QE, особено во пократкиот опсег на бранови должини, честопати одржувајќи го под 60%.
Значаен напредок се случи во 2020 година со објавувањето на Tucsen'sDhyana 9KTDI sCMOS камера, TDI-sCMOS камера со задно осветлување. Тоа означува значаен скок во комбинирањето на висока чувствителност со TDI перформанси со голема брзина:
-
Квантна ефикасност: 82% врвна QE - приближно 40% повисока од конвенционалните TDI-CMOS сензори со предно осветлување, што го прави идеален за снимање при слаба осветленост.
-
Линиска брзина: 510 kHz при 9K резолуција, што се претвора во проток на податоци од 4,59 гигапиксели во секунда.
Оваа технологија за прв пат беше применета во флуоресцентно скенирање со висок проток, каде што камерата сними слика од 2 гигапиксели од флуоресцентен примерок од 30 mm × 17 mm за 10,1 секунда под оптимизирани системски услови, демонстрирајќи значителни подобрувања во брзината на снимање и верноста на деталите во споредба со конвенционалните системи за скенирање на површини.
СликаDhyana 9KTDI со моторизирана сцена Zaber MVR
Цел: 10X Време на снимање: 10,1s Време на експозиција: 3,6ms
Големина на сликата: 30мм x 17мм 58.000 x 34.160 пиксели
Клучни предности на TDI технологијата
Висока чувствителност
TDI сензорите акумулираат сигнали преку повеќекратни експозиции, подобрувајќи ги перформансите при слаба осветленост. Со TDI-sCMOS сензори со задно осветлување, квантната ефикасност над 80% е остварлива, што поддржува тешки задачи како што се флуоресцентно снимање и инспекција во темно поле.
Висока брзина на перформанси
TDI сензорите се дизајнирани за снимање со висок проток, снимајќи објекти што се движат брзо со одлична јасност. Со синхронизирање на читањето на пикселите со движењето на објектот, TDI практично го елиминира замаглувањето на движењето и поддржува инспекција базирана на транспортер, скенирање во реално време и други сценарија со висок проток.
Подобрен сооднос сигнал-шум (SNR)
Со интегрирање на сигнали низ повеќе фази, TDI сензорите можат да произведат слики со повисок квалитет со помалку осветлување, намалувајќи го ризикот од фотобелеење кај биолошките примероци и минимизирајќи го термичкиот стрес кај чувствителните материјали.
Намалена подложност на амбиентални пречки
За разлика од системите за скенирање на површина, TDI сензорите се помалку засегнати од амбиенталната светлина или рефлексиите поради нивната синхронизирана изложеност линија-по-линија, што ги прави поиздржливи во сложени индустриски средини.
Пример за примена: Инспекција на плочка
Во полупроводничкиот сектор, sCMOS камерите со скенирање на површина најчесто се користеа за детекција при слаба осветленост поради нивната брзина и чувствителност. Сепак, овие системи може да имаат недостатоци:
-
Ограничено видно поле: Треба да се спојат повеќе слики, што резултира со процеси што одземаат многу време.
-
Побавно скенирање: Секое скенирање бара почекање површината да се смири пред да се направи следната слика.
-
Артефакти при спојување: празнините и недоследностите во сликата влијаат на квалитетот на скенирањето.
TDI снимањето помага во справувањето со овие предизвици:
-
Континуирано скенирање: TDI поддржува големи, непрекинати скенирања без потреба од спојување на рамки.
-
Побрзо снимање: Високите брзини на линијата (до 1 MHz) ги елиминираат доцнењата помеѓу снимањето.
-
Подобрена униформност на сликата: Методот на линиско скенирање на TDI го минимизира перспективното нарушување и обезбедува геометриска точност низ целото скенирање.
TDI наспроти скенирање на површина
ИлустрацијаTDI овозможува поконтинуиран и понепречен процес на аквизиција
Gemini 8KTDI sCMOS камерата на Tucsen се покажа како ефикасна во длабоката ултравиолетова инспекција на плочки. Според интерните тестирања на Tucsen, камерата постигнува 63,9% QE на 266 nm и одржува стабилност на температурата на чипот на 0°C при продолжена употреба - важно за апликации чувствителни на UV зрачење.
Проширување на употребата: Од специјализирано снимање до системска интеграција
TDI повеќе не е ограничен на нишни апликации или бенчмарк тестирање. Фокусот се префрли кон практична интеграција во индустриски системи.
Серијата Gemini TDI на Тусен нуди два вида решенија:
1. Водечки моделиДизајниран за напредни случаи на употреба како што се инспекција на плочката од предната страна и откривање на дефекти од УВ зрачење. Овие модели даваат приоритет на високата чувствителност, стабилност и пропусен опсег.
2. Компактни варијантиПомали, со воздушно ладење и помала потрошувачка на енергија - посоодветни за вградени системи. Овие модели вклучуваат CXP (CoaXPress) интерфејси со голема брзина за поедноставена интеграција.
Од снимање со висок проток во биолошките науки до прецизна инспекција на полупроводници, TDI-sCMOS со задно осветлување игра сè поважна улога во подобрувањето на работните процеси за снимање.
Најчесто поставувани прашања
П1: Како функционира TDI?
TDI го синхронизира преносот на полнеж низ редовите на пиксели со движењето на објектот. Како што објектот се движи, секој ред акумулира уште една експозиција, зголемувајќи ја чувствителноста, особено при слаба осветленост и апликации со голема брзина.
П2: Каде може да се користи TDI технологијата?
TDI е идеален за инспекција на полупроводници, флуоресцентно скенирање, инспекција на печатени плочки и други апликации за снимање со висока резолуција и голема брзина каде што заматеноста при движење и слабото осветлување се проблем.
П3: Што треба да земам предвид при избор на TDI камера за индустриски апликации?
При избор на TDI камера, важни фактори вклучуваат брзина на линијата, квантна ефикасност, резолуција, спектрален одговор (особено за UV или NIR апликации) и термичка стабилност.
За детално објаснување за тоа како да се пресмета линиската стапка, погледнете ја нашата статија:
TDI серија – Како да се пресмета линиската фреквенција на камерата
Tucsen Photonics Co., Ltd. Сите права се задржани. При цитирање, ве молиме наведете го изворот:www.tucsen.com
