25/07/29Sa mga larangan ng bioluminescence high-throughput imaging at pang-industriya na high-speed low-light detection, ang pagkamit ng pinakamainam na balanse sa pagitan ng bilis at sensitivity ng imaging ay matagal nang naging pangunahing bottleneck na naglilimita sa pag-unlad ng teknolohiya. Ang mga tradisyunal na linear o area array imaging na solusyon ay kadalasang nahaharap sa mahihirap na trade-off, na ginagawa itong hamon upang mapanatili ang kahusayan sa pagtuklas at pagganap ng system. Bilang resulta, ang mga pag-upgrade sa industriya ay napigilan nang husto.
Ang pagpapakilala ng back-iluminated TDI-sCMOS na teknolohiya ay nagsisimula nang tugunan ang mga limitasyong ito. Ang makabagong teknolohiyang ito ay hindi lamang tumutugon sa mga pisikal na limitasyon ng high-speed imaging sa mga kondisyong mababa ang liwanag ngunit pinalawak din ang mga aplikasyon nito lampas sa mga agham ng buhay sa mga advanced na sektor ng industriya tulad ng semiconductor inspection at precision manufacturing. Sa mga pag-unlad na ito, ang TDI-sCMOS ay nagiging mas nauugnay sa mga modernong pang-industriya na aplikasyon ng imaging.
Binabalangkas ng artikulong ito ang mga pangunahing prinsipyo sa likod ng TDI imaging, sinusubaybayan ang ebolusyon nito, at tinatalakay ang lumalaking papel nito sa mga sistemang pang-industriya.
Pag-unawa sa Mga Prinsipyo ng TDI: Isang Pagsulong sa Dynamic na Imaging
Ang Time Delay Integration (TDI) ay isang teknolohiya sa pagkuha ng imahe batay sa prinsipyo ng pag-scan ng linya na nag-aalok ng dalawang makabuluhang teknikal na tampok:
Synchronous Dynamic Acquisition
Hindi tulad ng mga tradisyunal na area camera na gumagana sa isang "stop–shot–move" cycle, ang mga TDI sensor ay patuloy na naglalantad ng mga larawan habang kumikilos. Habang gumagalaw ang sample sa field ng view, sini-synchronize ng TDI sensor ang paggalaw ng mga pixel column sa bilis ng object. Ang pag-synchronize na ito ay nagbibigay-daan sa tuluy-tuloy na pagkakalantad at dynamic na akumulasyon ng singil ng parehong bagay sa paglipas ng panahon, na nagbibigay-daan sa mahusay na imaging kahit na sa mataas na bilis.
TDI Imaging Demonstration: Coordinated Sample Movement at Charge Integration
Singilin ang Pagtitipon ng Domain
Ang bawat pixel column ay nagko-convert ng papasok na liwanag sa electrical charge, na pagkatapos ay pinoproseso sa pamamagitan ng maraming sampling na mga yugto ng readout. Ang tuluy-tuloy na proseso ng pag-iipon na ito ay epektibong pinahuhusay ang mahinang signal sa pamamagitan ng isang factor ng N, kung saan kinakatawan ng N ang bilang ng mga antas ng integration, na pinapabuti ang signal-to-noise ratio (SNR) sa ilalim ng limitadong mga kondisyon ng pag-iilaw.
Ilustrasyon ng Kalidad ng Imahe sa Iba't ibang Yugto ng TDI
Ebolusyon ng TDI Technology: Mula sa CCD hanggang sa Back-Illuminated sCMOS
Ang mga TDI sensor ay unang binuo sa CCD o front-iluminated na mga platform ng CMOS, ngunit ang parehong mga arkitektura ay may mga limitasyon kapag inilapat sa mabilis at mahinang imaging.
TDI-CCD
Ang back-iluminated TDI-CCD sensors ay maaaring makamit ang quantum efficiencies (QE) malapit sa 90%. Gayunpaman, pinaghihigpitan ng kanilang serial readout architecture ang bilis ng imaging—karaniwang nananatiling mababa sa 100 kHz ang mga rate ng linya, na may mga 2K-resolution na sensor na tumatakbo sa humigit-kumulang 50 kHz.
TDI-CMOS na may liwanag sa harap
Nag-aalok ang mga front-illuminated TDI-CMOS sensor ng mas mabilis na bilis ng pagbabasa, na may 8K-resolution na line rate na umaabot hanggang 400 kHz. Gayunpaman, nililimitahan ng mga salik sa istruktura ang kanilang QE, lalo na sa mas maikling hanay ng wavelength, kadalasang pinapanatili itong mas mababa sa 60%.
Isang kapansin-pansing pagsulong ang dumating noong 2020 sa paglabas ng Tucsen'sDhyana 9KTDI sCMOS camera, isang back-iluminated na TDI-sCMOS camera. Ito ay nagmamarka ng isang makabuluhang hakbang sa pagsasama ng mataas na sensitivity sa high-speed na pagganap ng TDI:
-
Quantum Efficiency: 82% peak QE—humigit-kumulang 40% na mas mataas kaysa sa conventional front-illuminated TDI-CMOS sensors, ginagawa itong perpekto para sa low-light imaging.
-
Rate ng Linya: 510 kHz sa 9K na resolusyon, na nagsasalin sa isang data throughput na 4.59 gigapixel bawat segundo.
Ang teknolohiyang ito ay unang inilapat sa high-throughput fluorescence scanning, kung saan nakakuha ang camera ng 2-gigapixel na imahe ng 30 mm × 17 mm fluorescent sample sa loob ng 10.1 segundo sa ilalim ng mga naka-optimize na kundisyon ng system, na nagpapakita ng malaking tagumpay sa bilis ng imaging at katapatan ng detalye sa mga conventional area-scan system.
Imahe: Dhyana 9KTDI na may Zaber MVR motorized stage
Layunin: 10X Tagal ng pagkuha: 10.1s Tagal ng pagkakalantad: 3.6ms
Laki ng larawan: 30mm x 17mm 58,000 x 34,160 pixels
Mga Pangunahing Kalamangan ng TDI Technology
Mataas na Sensitivity
Ang mga TDI sensor ay nag-iipon ng mga signal sa maraming exposure, na nagpapahusay sa pagganap sa mababang liwanag. Sa back-iluminated TDI-sCMOS sensors, ang quantum efficiency na higit sa 80% ay makakamit, na sumusuporta sa mga mahirap na gawain gaya ng fluorescence imaging at dark-field inspection.
Mataas na Bilis ng Pagganap
Ang mga TDI sensor ay idinisenyo para sa high-throughput na imaging, na kumukuha ng mga mabilis na gumagalaw na bagay na may mahusay na kalinawan. Sa pamamagitan ng pag-synchronize ng pixel readout sa object motion, halos inaalis ng TDI ang motion blur at sinusuportahan ang conveyor-based inspection, real-time scanning, at iba pang high-throughput na sitwasyon.
Pinahusay na Signal-to-Noise Ratio (SNR)
Sa pamamagitan ng pagsasama ng mga signal sa maraming yugto, ang mga TDI sensor ay makakagawa ng mas mataas na kalidad na mga imahe na may mas kaunting pag-iilaw, na binabawasan ang mga panganib sa photobleaching sa mga biological na sample at pinapaliit ang thermal stress sa mga sensitibong materyales.
Nabawasan ang Pagkamaramdamin sa Ambient Interference
Hindi tulad ng mga system sa pag-scan ng lugar, ang mga TDI sensor ay hindi gaanong apektado ng ambient na ilaw o mga pagmuni-muni dahil sa kanilang naka-synchronize na line-by-line na pagkakalantad, na ginagawang mas matatag ang mga ito sa mga kumplikadong pang-industriyang kapaligiran.
Halimbawa ng Application: Inspeksyon ng Wafer
Sa sektor ng semiconductor, ang mga area-scan na sCMOS camera ay karaniwang ginagamit para sa low-light detection dahil sa kanilang bilis at sensitivity. Gayunpaman, ang mga sistemang ito ay maaaring magkaroon ng mga kakulangan:
-
Limitadong Field of View: Maraming mga frame ang kailangang tahiin, na nagreresulta sa mga prosesong nakakaubos ng oras.
-
Mas Mabagal na Pag-scan: Ang bawat pag-scan ay nangangailangan ng paghihintay para sa yugto na tumira bago makuha ang susunod na larawan.
-
Mga Artifact sa Pag-stitching: Ang mga gaps ng larawan at hindi pagkakapare-pareho ay nakakaapekto sa kalidad ng pag-scan.
Nakakatulong ang TDI imaging na tugunan ang mga hamong ito:
-
Patuloy na Pag-scan: Sinusuportahan ng TDI ang malaki, walang patid na pag-scan nang hindi nangangailangan ng pagtahi ng frame.
-
Mas Mabilis na Pagkuha: Ang mataas na mga rate ng linya (hanggang 1 MHz) ay nag-aalis ng mga pagkaantala sa pagitan ng mga pagkuha.
-
Pinahusay na Pagkakapareho ng Imahe: Pinaliit ng pamamaraan ng line-scan ng TDI ang pagbaluktot ng pananaw at tinitiyak ang katumpakan ng geometriko sa buong pag-scan.
TDI VS Area Scan
Ilustrasyon: Nagbibigay-daan ang TDI ng mas tuluy-tuloy at maayos na proseso ng pagkuha
Ang Gemini 8KTDI sCMOS camera ng Tucsen ay naging epektibo sa malalim na ultraviolet wafer inspeksyon. Ayon sa panloob na pagsubok ng Tucsen, nakakamit ng camera ang 63.9% QE sa 266 nm at pinapanatili ang katatagan ng temperatura ng chip sa 0°C sa pinalawig na paggamit—mahalaga para sa mga application na sensitibo sa UV.
Pagpapalawak ng Paggamit: Mula sa Specialized Imaging hanggang sa System Integration
Hindi na limitado ang TDI sa mga niche application o benchmark testing. Ang pokus ay lumipat patungo sa praktikal na pagsasama sa mga sistemang pang-industriya.
Ang Gemini TDI series ng Tucsen ay nag-aalok ng dalawang uri ng mga solusyon:
1. Mga Modelong Pangunahing Modelo: Idinisenyo para sa mga advanced na kaso ng paggamit tulad ng front-end na wafer inspection at UV defect detection. Ang mga modelong ito ay inuuna ang mataas na sensitivity, katatagan, at throughput.
2. Mga Compact na Variant: Mas maliit, air-cooled, at mas mababang power—mas angkop para sa mga naka-embed na system. Kasama sa mga modelong ito ang mga high-speed na interface ng CXP (CoaXPress) para sa streamlined na pagsasama.
Mula sa high-throughput imaging sa mga life science hanggang sa precision semiconductor inspection, ang back-iluminated na TDI-sCMOS ay gumaganap ng lalong mahalagang papel sa pagpapahusay ng mga daloy ng trabaho sa imaging.
Mga FAQ
Q1: Paano gumagana ang TDI?
Sini-synchronize ng TDI ang paglilipat ng singil sa mga hilera ng pixel sa paggalaw ng bagay. Habang gumagalaw ang bagay, ang bawat hilera ay nag-iipon ng isa pang pagkakalantad, na nagpapataas ng sensitivity, lalo na sa mga low-light at high-speed na application.
Q2: Saan maaaring gamitin ang teknolohiya ng TDI?
Tamang-tama ang TDI para sa semiconductor inspection, fluorescence scanning, PCB inspection, at iba pang high-resolution, high-speed imaging application kung saan nababahala ang motion blur at low illumination.
Q3: Ano ang dapat kong isaalang-alang kapag pumipili ng TDI camera para sa mga pang-industriyang aplikasyon?
Kapag pumipili ng TDI camera, kasama sa mahahalagang salik ang line rate, quantum efficiency, resolution, spectral response (lalo na para sa UV o NIR applications), at thermal stability.
Para sa isang detalyadong paliwanag kung paano kalkulahin ang rate ng linya, sumangguni sa aming artikulo:
TDI Series – Paano Kalkulahin ang Line Frequency ng Camera
Tucsen Photonics Co., Ltd. Nakalaan ang lahat ng karapatan. Kapag nagbabanggit, mangyaring kilalanin ang pinagmulan:www.tucsen.com
