25.07.2029.У областима биолуминисцентног снимања високог протока и индустријске детекције велике брзине у условима слабог осветљења, постизање оптималне равнотеже између брзине снимања и осетљивости дуго је било главно уско грло које је ограничавало технолошки напредак. Традиционална решења за линеарно или површинско снимање често се суочавају са тешким компромисима, што отежава одржавање ефикасности детекције и перформанси система. Као резултат тога, индустријске надоградње су значајно ограничене.
Увођење TDI-sCMOS технологије са позадинским осветљењем почиње да решава ова ограничења. Ова иновативна технологија не само да решава физичка ограничења брзог снимања у условима слабог осветљења, већ и проширује своју примену изван природних наука на напредне индустријске секторе као што су инспекција полупроводника и прецизна производња. Са овим развојем, TDI-sCMOS постаје све релевантнији у модерним индустријским применама снимања.
Овај чланак описује основне принципе TDI снимања, прати његову еволуцију и разматра његову растућу улогу у индустријским системима.
Разумевање принципа ТДИ-ја: Пробој у динамичком снимању
Интеграција временског кашњења (TDI) је технологија аквизиције слика заснована на принципу линијског скенирања која нуди две значајне техничке карактеристике:
Синхрона динамичка аквизиција
За разлику од традиционалних површинских камера које раде по циклусу „заустави-сними-помери“, TDI сензори континуирано експонирају слике док су у покрету. Како се узорак креће преко видног поља, TDI сензор синхронизује кретање колона пиксела са брзином објекта. Ова синхронизација омогућава континуирану експозицију и динамичко акумулирање наелектрисања истог објекта током времена, омогућавајући ефикасно снимање чак и при великим брзинама.
Демонстрација TDI снимања: Координирано кретање узорка и интеграција наелектрисања
Акумулација наплате домена
Свака колона пиксела претвара долазну светлост у електрично наелектрисање, које се затим обрађује кроз више фаза узорковања и очитавања. Овај континуирани процес акумулације ефикасно побољшава слаб сигнал за фактор N, где N представља број нивоа интеграције, побољшавајући однос сигнал-шум (SNR) у условима ограниченог осветљења.
Илустрација квалитета слике у различитим фазама TDI-ја
Еволуција TDI технологије: Од CCD-а до sCMOS-а са позадинским осветљењем
TDI сензори су првобитно били изграђени на CCD или CMOS платформама са предњим осветљењем, али обе архитектуре су имале ограничења када су се примењивале на брзо снимање и снимање у условима слабог осветљења.
TDI-CCD
TDI-CCD сензори са позадинским осветљењем могу постићи квантну ефикасност (QE) близу 90%. Међутим, њихова серијска архитектура очитавања ограничава брзину снимања — брзине линије обично остају испод 100 kHz, док сензори резолуције 2K раде на око 50 kHz.
TDI-CMOS са предњим осветљењем
TDI-CMOS сензори са предњим осветљењем нуде веће брзине очитавања, са брзинама линија резолуције од 8K које достижу и до 400 kHz. Међутим, структурни фактори ограничавају њихов квантни ефекат (QE), посебно у опсегу краћих таласних дужина, често га држећи испод 60%.
Значајан напредак дошао је 2020. године објављивањем ТусеновогDhyana 9KTDI sCMOS камера, TDI-sCMOS камера са позадинским осветљењем. Она представља значајан корак у комбиновању високе осетљивости са брзим TDI перформансама:
-
Квантна ефикасност: 82% вршне квантне ефикасности — приближно 40% веће од конвенционалних TDI-CMOS сензора са предњим осветљењем, што га чини идеалним за снимање при слабом осветљењу.
-
Брзина линије: 510 kHz при резолуцији од 9K, што се преводи у проток података од 4,59 гигапиксела у секунди.
Ова технологија је први пут примењена у високопропусном флуоресцентном скенирању, где је камера снимила слику од 2 гигапиксела флуоресцентног узорка димензија 30 мм × 17 мм за 10,1 секунду под оптимизованим системским условима, демонстрирајући значајно повећање брзине снимања и верности детаља у односу на конвенционалне системе за скенирање површине.
СликаDhyana 9KTDI са моторизованом бином Zaber MVR
Циљ10X Време снимања: 10,1s Време експозиције: 3,6ms
Величина слике30 мм x 17 мм 58.000 x 34.160 пиксела
Кључне предности TDI технологије
Висока осетљивост
TDI сензори акумулирају сигнале током вишеструких експозиција, побољшавајући перформансе у условима слабог осветљења. Са TDI-sCMOS сензорима са позадинским осветљењем, квантна ефикасност изнад 80% је постигнута, што подржава захтевне задатке као што су флуоресцентно снимање и инспекција тамног поља.
Перформансе велике брзине
TDI сензори су дизајнирани за снимање високог протока, снимајући брзо покретне објекте са одличном јасноћом. Синхронизацијом очитавања пиксела са кретањем објекта, TDI практично елиминише замућење покрета и подржава инспекцију засновану на транспортеру, скенирање у реалном времену и друге сценарије високог протока.
Побољшан однос сигнал-шум (SNR)
Интеграцијом сигнала у више фаза, TDI сензори могу да произведу слике вишег квалитета са мање осветљења, смањујући ризике од фотоизбељивања у биолошким узорцима и минимизирајући термички стрес у осетљивим материјалима.
Смањена осетљивост на амбијенталне сметње
За разлику од система за скенирање површине, TDI сензори су мање погођени амбијенталном светлошћу или рефлексијама због њихове синхронизоване експозиције линију по линију, што их чини робуснијим у сложеним индустријским окружењима.
Пример примене: Инспекција плочица
У сектору полупроводника, sCMOS камере са површинским скенирањем су се често користиле за детекцију у условима слабог осветљења због своје брзине и осетљивости. Међутим, ови системи могу имати недостатке:
-
Ограничено видно поље: Потребно је спојити више фрејмова, што резултира дуготрајним процесима.
-
Спорије скенирање: Свако скенирање захтева чекање да се позорница смири пре снимања следеће слике.
-
Спајање артефаката: Празнине и недоследности на слици утичу на квалитет скенирања.
TDI снимање помаже у решавању ових изазова:
-
Непрекидно скенирање: TDI подржава велика, непрекидна скенирања без потребе за спајањем оквира.
-
Брже снимање: Високе брзине линије (до 1 MHz) елиминишу кашњења између снимања.
-
Побољшана уједначеност слике: TDI-јева метода линијског скенирања минимизира перспективну дисторзију и обезбеђује геометријску тачност током целог скенирања.
TDI VS скенирање подручја
ИлустрацијаTDI омогућава континуиранији и глаткији процес аквизиције
Тусенова Gemini 8KTDI sCMOS камера показала се ефикасном у инспекцији плочица дубоким ултраљубичастим зрачењем. Према интерном тестирању Тусена, камера постиже 63,9% квантне ефикасности на 266 nm и одржава стабилност температуре чипа на 0°C током дуже употребе, што је важно за примене осетљиве на УВ зрачење.
Проширена употреба: Од специјализованог снимања до системске интеграције
ТДИ више није ограничен на нишне примене или бенчмарк тестирање. Фокус је померен ка практичној интеграцији у индустријске системе.
Тусенова серија Gemini TDI нуди две врсте решења:
1. Водећи моделиДизајнирано за напредне случајеве употребе као што су инспекција предњег дела плочице и детекција УВ дефеката. Ови модели дају приоритет високој осетљивости, стабилности и пропусности.
2. Компактне варијантеМањи, са ваздушним хлађењем и мањом потрошњом енергије – погоднији за уграђене системе. Ови модели укључују CXP (CoaXPress) брзе интерфејсе за поједностављену интеграцију.
Од високопропусног снимања у природним наукама до прецизне инспекције полупроводника, TDI-sCMOS са позадинским осветљењем игра све важнију улогу у побољшању радних процеса снимања.
Честа питања
П1: Како ТДИ функционише?
TDI синхронизује пренос наелектрисања кроз редове пиксела са кретањем објекта. Како се објекат креће, сваки ред акумулира још једну експозицију, повећавајући осетљивост, посебно у условима слабог осветљења и великих брзина.
П2: Где се може користити TDI технологија?
TDI је идеалан за инспекцију полупроводника, флуоресцентно скенирање, инспекцију штампаних плоча и друге примене снимања високе резолуције и велике брзине где су замагљење покрета и слабо осветљење забрињавајући.
П3: Шта треба узети у обзир при избору TDI камере за индустријске примене?
Приликом избора TDI камере, важни фактори укључују брзину преноса података, квантну ефикасност, резолуцију, спектрални одзив (посебно за UV или NIR примене) и термичку стабилност.
За детаљније објашњење о томе како израчунати цену линије, погледајте наш чланак:
TDI серија – Како израчунати линијско учестање камере
Тусен Фотоникс Ко., Лтд. Сва права задржана. Приликом цитирања, молимо вас да наведете извор:www.tucsen.com
