25/07/29Dalam bidang pengimejan throughput tinggi bioluminescence dan pengesanan cahaya rendah berkelajuan tinggi industri, mencapai keseimbangan optimum antara kelajuan pengimejan dan kepekaan telah lama menjadi hambatan teras yang mengehadkan kemajuan teknologi. Penyelesaian pengimejan tatasusunan linear atau kawasan tradisional sering menghadapi pertukaran yang sukar, menjadikannya mencabar untuk mengekalkan kecekapan pengesanan dan prestasi sistem. Akibatnya, peningkatan industri telah dikekang dengan ketara.
Pengenalan teknologi TDI-sCMOS bercahaya belakang mula menangani batasan ini. Teknologi inovatif ini bukan sahaja menangani had fizikal pengimejan berkelajuan tinggi dalam keadaan cahaya malap tetapi juga meluaskan aplikasinya melangkaui sains hayat ke dalam sektor perindustrian maju seperti pemeriksaan semikonduktor dan pembuatan ketepatan. Dengan perkembangan ini, TDI-sCMOS menjadi semakin relevan dalam aplikasi pengimejan industri moden.
Artikel ini menggariskan prinsip teras di sebalik pengimejan TDI, menjejaki evolusinya dan membincangkan peranannya yang semakin meningkat dalam sistem perindustrian.
Memahami Prinsip TDI: Satu Terobosan dalam Pengimejan Dinamik
Integrasi Kelewatan Masa (TDI) ialah teknologi pemerolehan imej berdasarkan prinsip pengimbasan talian yang menawarkan dua ciri teknikal penting:
Pemerolehan Dinamik Segerak
Tidak seperti kamera kawasan tradisional yang beroperasi pada kitaran "stop-shot-move", penderia TDI mendedahkan imej secara berterusan semasa bergerak. Apabila sampel bergerak merentasi medan pandangan, penderia TDI menyegerakkan gerakan lajur piksel dengan kelajuan objek. Penyegerakan ini membolehkan pendedahan berterusan dan pengumpulan cas dinamik objek yang sama dari semasa ke semasa, membolehkan pengimejan yang cekap walaupun pada kelajuan tinggi.
Demonstrasi Pengimejan TDI: Pergerakan Contoh Terkoordinasi dan Integrasi Caj
Caj Pengumpulan Domain
Setiap lajur piksel menukar cahaya masuk kepada cas elektrik, yang kemudiannya diproses melalui berbilang peringkat bacaan pensampelan. Proses pengumpulan berterusan ini secara berkesan meningkatkan isyarat lemah dengan faktor N, di mana N mewakili bilangan tahap penyepaduan, meningkatkan nisbah isyarat kepada hingar (SNR) di bawah keadaan pencahayaan yang terhad.
Ilustrasi Kualiti Imej pada Peringkat TDI Berbeza
Evolusi Teknologi TDI: Daripada CCD kepada sCMOS Bercahaya Belakang
Penderia TDI pada mulanya dibina pada platform CCD atau CMOS bercahaya hadapan, tetapi kedua-dua seni bina mempunyai had apabila digunakan pada pengimejan pantas dan cahaya rendah.
TDI-CCD
Penderia TDI-CCD bercahaya belakang boleh mencapai kecekapan kuantum (QE) hampir 90%. Walau bagaimanapun, seni bina bacaan bersiri mereka mengehadkan kelajuan pengimejan—kadar talian biasanya kekal di bawah 100 kHz, dengan penderia resolusi 2K beroperasi pada kira-kira 50 kHz.
TDI-CMOS Bercahaya Depan
Penderia TDI-CMOS bercahaya hadapan menawarkan kelajuan bacaan yang lebih pantas, dengan kadar talian resolusi 8K mencecah sehingga 400 kHz. Walau bagaimanapun, faktor struktur mengehadkan QE mereka, terutamanya dalam julat panjang gelombang yang lebih pendek, selalunya mengekalkannya di bawah 60%.
Kemajuan yang ketara berlaku pada tahun 2020 dengan keluaran Tucsen'sKamera Dhyana 9KTDI sCMOS, kamera TDI-sCMOS bercahaya belakang. Ia menandakan lonjakan ketara dalam menggabungkan kepekaan tinggi dengan prestasi TDI berkelajuan tinggi:
-
Kecekapan Kuantum: 82% QE puncak—kira-kira 40% lebih tinggi daripada penderia TDI-CMOS bercahaya hadapan konvensional, menjadikannya sesuai untuk pengimejan cahaya malap.
-
Kadar Talian: 510 kHz pada resolusi 9K, menterjemahkan kepada pemprosesan data sebanyak 4.59 gigapiksel sesaat.
Teknologi ini mula-mula digunakan dalam pengimbasan pendarfluor throughput tinggi, di mana kamera menangkap imej 2-gigapiksel sampel pendarfluor 30 mm × 17 mm dalam 10.1 saat di bawah keadaan sistem yang dioptimumkan, menunjukkan peningkatan yang besar dalam kelajuan pengimejan dan ketepatan perincian berbanding sistem imbasan kawasan konvensional.
Imej: Dhyana 9KTDI dengan pentas bermotor Zaber MVR
Objektif: 10X Masa Pemerolehan: 10.1s Masa pendedahan: 3.6ms
Saiz imej: 30mm x 17mm 58,000 x 34,160 piksel
Kelebihan Utama Teknologi TDI
Kepekaan Tinggi
Penderia TDI mengumpul isyarat melalui berbilang dedahan, meningkatkan prestasi cahaya malap. Dengan penderia TDI-sCMOS bercahaya belakang, kecekapan kuantum melebihi 80% boleh dicapai, yang menyokong tugas yang mencabar seperti pengimejan pendarfluor dan pemeriksaan medan gelap.
Prestasi Berkelajuan Tinggi
Penderia TDI direka untuk pengimejan throughput tinggi, menangkap objek bergerak pantas dengan kejelasan yang sangat baik. Dengan menyegerakkan bacaan piksel dengan gerakan objek, TDI hampir menghapuskan kabur gerakan dan menyokong pemeriksaan berasaskan penghantar, pengimbasan masa nyata dan senario pemprosesan tinggi yang lain.
Nisbah Isyarat-ke-Bunyi yang Dipertingkatkan (SNR)
Dengan menyepadukan isyarat merentasi pelbagai peringkat, penderia TDI boleh menghasilkan imej berkualiti tinggi dengan pencahayaan yang kurang, mengurangkan risiko pelunturan foto dalam sampel biologi dan meminimumkan tekanan haba dalam bahan sensitif.
Mengurangkan Kerentanan kepada Gangguan Ambien
Tidak seperti sistem imbasan kawasan, penderia TDI kurang terjejas oleh cahaya ambien atau pantulan disebabkan pendedahan baris demi baris yang disegerakkan, menjadikannya lebih teguh dalam persekitaran industri yang kompleks.
Contoh Aplikasi: Pemeriksaan Wafer
Dalam sektor semikonduktor, kamera sCMOS imbasan kawasan biasanya digunakan untuk pengesanan cahaya malap kerana kelajuan dan sensitivitinya. Walau bagaimanapun, sistem ini boleh mempunyai kelemahan:
-
Medan Pandangan Terhad: Berbilang bingkai perlu dicantum bersama, menghasilkan proses yang memakan masa.
-
Pengimbasan Lebih Perlahan: Setiap imbasan memerlukan menunggu peringkat untuk diselesaikan sebelum menangkap imej seterusnya.
-
Artifak Jahitan: Jurang imej dan ketidakkonsistenan menjejaskan kualiti imbasan.
Pengimejan TDI membantu menangani cabaran ini:
-
Pengimbasan Berterusan: TDI menyokong imbasan besar tanpa gangguan tanpa memerlukan jahitan bingkai.
-
Pemerolehan Lebih Pantas: Kadar talian tinggi (sehingga 1 MHz) menghapuskan kelewatan antara tangkapan.
-
Keseragaman Imej yang Diperbaiki: Kaedah imbasan garisan TDI meminimumkan herotan perspektif dan memastikan ketepatan geometri merentas keseluruhan imbasan.
Imbasan Kawasan TDI VS
Ilustrasi: TDI membolehkan proses pemerolehan yang lebih berterusan dan lancar
Kamera Gemini 8KTDI sCMOS Tucsen telah berkesan dalam pemeriksaan wafer ultraviolet dalam. Menurut ujian dalaman Tucsen, kamera mencapai 63.9% QE pada 266 nm dan mengekalkan kestabilan suhu cip pada 0°C berbanding penggunaan lanjutan—penting untuk aplikasi sensitif UV.
Memperluaskan Penggunaan: Daripada Pengimejan Khusus kepada Penyepaduan Sistem
TDI tidak lagi terhad kepada aplikasi khusus atau ujian penanda aras. Tumpuan telah beralih ke arah penyepaduan praktikal ke dalam sistem perindustrian.
Siri Gemini TDI Tucsen menawarkan dua jenis penyelesaian:
1. Model Keutamaan: Direka untuk kes penggunaan lanjutan seperti pemeriksaan wafer bahagian hadapan dan pengesanan kecacatan UV. Model ini mengutamakan kepekaan tinggi, kestabilan dan daya pemprosesan.
2. Varian Padat: Kuasa yang lebih kecil, sejukan udara dan lebih rendah—lebih sesuai untuk sistem terbenam. Model ini termasuk antara muka berkelajuan tinggi CXP (CoaXPress) untuk penyepaduan yang diperkemas.
Daripada pengimejan throughput tinggi dalam sains hayat kepada pemeriksaan semikonduktor ketepatan, TDI-sCMOS bercahaya belakang memainkan peranan yang semakin penting dalam meningkatkan aliran kerja pengimejan.
Soalan Lazim
S1: Bagaimanakah TDI berfungsi?
TDI menyegerakkan pemindahan caj merentasi baris piksel dengan gerakan objek. Apabila objek bergerak, setiap baris mengumpul pendedahan lain, meningkatkan kepekaan, terutamanya dalam aplikasi cahaya rendah dan berkelajuan tinggi.
S2: Di manakah teknologi TDI boleh digunakan?
TDI sesuai untuk pemeriksaan semikonduktor, pengimbasan pendarfluor, pemeriksaan PCB, dan aplikasi pengimejan berkelajuan tinggi resolusi tinggi yang lain di mana pergerakan kabur dan pencahayaan rendah menjadi kebimbangan.
S3: Apakah yang perlu saya pertimbangkan apabila memilih kamera TDI untuk aplikasi industri?
Apabila memilih kamera TDI, faktor penting termasuk kadar talian, kecekapan kuantum, resolusi, tindak balas spektrum (terutama untuk aplikasi UV atau NIR), dan kestabilan terma.
Untuk penjelasan terperinci tentang cara mengira kadar talian, rujuk artikel kami:
Siri TDI – Cara Mengira Kekerapan Talian Kamera
Tucsen Photonics Co., Ltd. Hak cipta terpelihara. Apabila memetik, sila maklumkan sumbernya:www.tucsen.com
