25/07/29În domeniile imagisticii bioluminescente cu randament ridicat și detectării industriale de mare viteză în condiții de lumină slabă, atingerea echilibrului optim între viteza de imagistică și sensibilitate a reprezentat mult timp un blocaj major care limitează progresul tehnologic. Soluțiile tradiționale de imagistică liniară sau de tip matrice ariată se confruntă adesea cu compromisuri dificile, ceea ce face dificilă menținerea atât a eficienței detecției, cât și a performanței sistemului. Drept urmare, modernizările industriale au fost semnificativ restricționate.
Introducerea tehnologiei TDI-sCMOS cu iluminare din spate începe să abordeze aceste limitări. Această tehnologie inovatoare nu numai că abordează limitele fizice ale imagisticii de mare viteză în condiții de lumină slabă, dar își extinde aplicațiile dincolo de științele vieții, în sectoare industriale avansate, cum ar fi inspecția semiconductorilor și fabricația de precizie. Odată cu aceste dezvoltări, TDI-sCMOS devine din ce în ce mai relevant în aplicațiile moderne de imagistică industrială.
Acest articol prezintă principiile de bază din spatele imagisticii TDI, urmărește evoluția acesteia și discută rolul său tot mai mare în sistemele industriale.
Înțelegerea principiilor TDI: o descoperire în imagistica dinamică
Integrarea cu întârziere temporală (TDI) este o tehnologie de achiziție a imaginilor bazată pe principiul scanării liniare care oferă două caracteristici tehnice semnificative:
Achiziție dinamică sincronă
Spre deosebire de camerele tradiționale de supraveghere care funcționează pe un ciclu „stop-shot-move”, senzorii TDI expun continuu imagini în mișcare. Pe măsură ce mostra se mișcă în câmpul vizual, senzorul TDI sincronizează mișcarea coloanelor de pixeli cu viteza obiectului. Această sincronizare permite expunerea continuă și acumularea dinamică de sarcină a aceluiași obiect în timp, permițând imagistica eficientă chiar și la viteze mari.
Demonstrație de imagistică TDI: Mișcarea coordonată a probei și integrarea sarcinii
Acumularea domeniului de sarcină
Fiecare coloană de pixeli transformă lumina primită în sarcină electrică, care este apoi procesată prin mai multe etape de citire a eșantionării. Acest proces continuu de acumulare îmbunătățește eficient semnalul slab cu un factor de N, unde N reprezintă numărul de niveluri de integrare, îmbunătățind raportul semnal-zgomot (SNR) în condiții de iluminare limitată.
Ilustrarea calității imaginii în diferite etape TDI
Evoluția tehnologiei TDI: De la CCD la sCMOS cu iluminare din spate
Senzorii TDI au fost inițial construiți pe platforme CCD sau CMOS cu iluminare frontală, dar ambele arhitecturi au avut limitări atunci când au fost aplicate la imagistică rapidă și în lumină slabă.
TDI-CCD
Senzorii TDI-CCD cu iluminare din spate pot atinge eficiențe cuantice (QE) apropiate de 90%. Cu toate acestea, arhitectura lor de citire serială restricționează viteza de imagistică - ratele de linie rămân de obicei sub 100 kHz, senzorii cu rezoluție 2K funcționând la aproximativ 50 kHz.
TDI-CMOS iluminat frontal
Senzorii TDI-CMOS iluminați frontal oferă viteze de citire mai mari, cu rate de linie de rezoluție 8K care ajung până la 400 kHz. Cu toate acestea, factorii structurali limitează QE-ul lor, în special în intervalul de lungimi de undă mai scurte, menținându-l adesea sub 60%.
O progres notabilă a venit în 2020 odată cu lansarea lui Tucsen.Cameră Dhyana 9KTDI sCMOS, o cameră TDI-sCMOS cu iluminare din spate. Aceasta marchează un salt semnificativ în combinarea sensibilității ridicate cu performanța TDI de mare viteză:
-
Eficiență cuantică: QE de vârf de 82% - cu aproximativ 40% mai mare decât senzorii TDI-CMOS convenționali cu iluminare frontală, ceea ce îl face ideal pentru imagistica în condiții de lumină slabă.
-
Rată de linie: 510 kHz la rezoluție de 9K, ceea ce se traduce printr-un debit de date de 4,59 gigapixeli pe secundă.
Această tehnologie a fost aplicată pentru prima dată în scanarea fluorescentă de mare randament, unde camera a capturat o imagine de 2 gigapixeli a unei probe fluorescente de 30 mm × 17 mm în 10,1 secunde în condiții optimizate ale sistemului, demonstrând câștiguri substanțiale în ceea ce privește viteza de imagistică și fidelitatea detaliilor față de sistemele convenționale de scanare a zonei.
ImagineDhyana 9KTDI cu scenă motorizată Zaber MVR
Obiectiv10X Timp de achiziție: 10,1s Timp de expunere: 3,6ms
Dimensiunea imaginii30 mm x 17 mm, 58.000 x 34.160 pixeli
Avantajele cheie ale tehnologiei TDI
Sensibilitate ridicată
Senzorii TDI acumulează semnale pe parcursul expunerilor multiple, îmbunătățind performanța în condiții de lumină slabă. Cu senzorii TDI-sCMOS cu iluminare din spate, se poate obține o eficiență cuantică de peste 80%, ceea ce permite îndeplinirea unor sarcini solicitante, cum ar fi imagistica fluorescentă și inspecția în câmp întunecat.
Performanță de mare viteză
Senzorii TDI sunt concepuți pentru imagistică de mare randament, captând obiecte în mișcare rapidă cu o claritate excelentă. Prin sincronizarea citirii pixelilor cu mișcarea obiectului, TDI elimină practic neclaritatea mișcării și permite inspecția bazată pe benzi transportoare, scanarea în timp real și alte scenarii de mare randament.
Raport semnal-zgomot (SNR) îmbunătățit
Prin integrarea semnalelor în mai multe etape, senzorii TDI pot produce imagini de calitate superioară cu o iluminare mai redusă, reducând riscurile de fotoalbire în probele biologice și minimizând stresul termic în materialele sensibile.
Susceptibilitate redusă la interferențele ambientale
Spre deosebire de sistemele de scanare de suprafață, senzorii TDI sunt mai puțin afectați de lumina ambientală sau de reflexii datorită expunerii sincronizate linie cu linie, ceea ce îi face mai robuști în medii industriale complexe.
Exemplu de aplicație: Inspecția plachetelor
În sectorul semiconductorilor, camerele sCMOS cu scanare de arie au fost utilizate în mod obișnuit pentru detectarea în condiții de lumină slabă datorită vitezei și sensibilității lor. Cu toate acestea, aceste sisteme pot avea dezavantaje:
-
Câmp vizual limitat: Mai multe cadre trebuie cusute împreună, ceea ce duce la procese consumatoare de timp.
-
Scanare mai lentă: Fiecare scanare necesită așteptarea stabilizării etapei înainte de a captura următoarea imagine.
-
Artefacte de îmbinare: Lacunele și inconsecvențele din imagine afectează calitatea scanării.
Imagistica TDI ajută la abordarea acestor provocări:
-
Scanare continuă: TDI acceptă scanări mari, neîntrerupte, fără a fi nevoie de îmbinarea cadrelor.
-
Achiziție mai rapidă: Ratele de linie mari (până la 1 MHz) elimină întârzierile dintre capturi.
-
Uniformitate îmbunătățită a imaginii: Metoda de scanare liniară a TDI minimizează distorsiunea perspectivei și asigură precizia geometrică pe întreaga scanare.
TDI VS Scanare de zonă
IlustrareTDI permite un proces de achiziție mai continuu și mai fluid
Camera Gemini 8KTDI sCMOS de la Tucsen s-a dovedit eficientă în inspecția ultravioletă profundă a napolitanelor. Conform testelor interne ale Tucsen, camera atinge o QE de 63,9% la 266 nm și menține stabilitatea temperaturii cipului la 0°C pe durata utilizării prelungite - important pentru aplicațiile sensibile la UV.
Extinderea utilizării: de la imagistica specializată la integrarea sistemelor
TDI nu se mai limitează la aplicații de nișă sau teste comparative. Accentul s-a mutat pe integrarea practică în sistemele industriale.
Seria Gemini TDI de la Tucsen oferă două tipuri de soluții:
1. Modele emblematiceConcepute pentru cazuri de utilizare avansate, cum ar fi inspecția front-end a plachetelor și detectarea defectelor UV. Aceste modele prioritizează sensibilitatea ridicată, stabilitatea și randamentul.
2. Variante compacteMai mici, răcite cu aer și cu consum redus de energie — mai potrivite pentru sistemele integrate. Aceste modele includ interfețe de mare viteză CXP (CoaXPress) pentru o integrare simplificată.
De la imagistica de mare randament în științele vieții până la inspecția de precizie a semiconductorilor, TDI-sCMOS cu iluminare din spate joacă un rol din ce în ce mai important în îmbunătățirea fluxurilor de lucru pentru imagistică.
Întrebări frecvente
Î1: Cum funcționează TDI?
TDI sincronizează transferul de sarcină între rândurile de pixeli cu mișcarea obiectului. Pe măsură ce obiectul se mișcă, fiecare rând acumulează o altă expunere, crescând sensibilitatea, în special în aplicații cu lumină slabă și viteză mare.
Î2: Unde poate fi utilizată tehnologia TDI?
TDI este ideal pentru inspecția semiconductorilor, scanarea fluorescenței, inspecția PCB-urilor și alte aplicații de imagistică de înaltă rezoluție și mare viteză, unde neclaritatea mișcării și iluminarea slabă sunt motive de îngrijorare.
Î3: La ce ar trebui să iau în considerare atunci când aleg o cameră TDI pentru aplicații industriale?
Atunci când se selectează o cameră TDI, factorii importanți includ rata de linie, eficiența cuantică, rezoluția, răspunsul spectral (în special pentru aplicații UV sau NIR) și stabilitatea termică.
Pentru o explicație detaliată despre cum se calculează rata de linie, consultați articolul nostru:
Seria TDI – Cum se calculează frecvența de linie a camerei
Tucsen Photonics Co., Ltd. Toate drepturile rezervate. Când citați, vă rugăm să menționați sursa:www.tucsen.com
