Caméras linéaires TDI
Applications, principe de fonctionnement, avantages
Les caméras TDI (Time Delay Integration) sont des caméras linéaires spéciales qui intègrent les signaux lumineux sur plusieurs lignes. Conçues pour des cadences élevées, elles décalent l'image ligne par ligne afin d'augmenter l'intensité de l'éclairage et de réduire le flou de bougé. Elles sont fréquemment utilisées pour l'inspection des plaquettes et des semi-conducteurs et pour l'inspection optique automatisée (AOI).
The most important facts about TDI
Precise image processing even with fast movements and low light
High sensitivity and low noise
Used in semiconductor, display, and electronics production as well as industrial inspection
Function by integrating several sensor lines during movement
Modern CMOS TDI sensors: Fast, low-noise, energy-efficient, and calibration-intensive
Domaines d'application typiques des caméras linéaires TDI
Les caméras cellulaires TDI sont conçues pour les applications nécessitant des mouvements rapides et de faibles niveaux d'éclairage. Grâce au principe d'intégration à retardement, dans lequel plusieurs lignes de capteurs ajoutent progressivement le signal le long de la direction du mouvement, elles atteignent une sensibilité élevée avec un faible niveau de bruit. Elles sont privilégiées dans la production de semi-conducteurs, d'écrans et d'électronique, où une inspection précise et fiable à des vitesses de traitement élevées est cruciale.
Différences entre les caméras TDI et les caméras linéaires standard
La TDI convient aux processus à faible luminosité ou très rapides pour lesquels les caméras linéaires classiques ne sont pas suffisantes. Les caméras linéaires TDI diffèrent également en termes d'exposition et de traitement du signal ; elles intègrent plusieurs lignes pendant le mouvement. Cela permet d'augmenter la sensibilité à la lumière et de réduire le bruit.
Aspect | Caméra linéaire classique | Caméras linéaires TDI |
Structure du capteur | 1 (ou quelques) ligne(s) | Nombreuses lignes consécutives (par exemple, jusqu'à 256 niveaux) |
|---|---|---|
Sensibilité | Niveau de référence (ligne de capteur unique) | La sensibilité augmente avec le nombre de niveaux de TDI (N-fold) |
Besoin de lumière | Un éclairage élevé est nécessaire, car le signal n'est intégré qu'une seule fois. | Éclairement plus faible, car le signal est intégré sur plusieurs lignes |
Max. Vitesse de l'objet | Plage de vitesse limitée | Des vitesses nettement plus élevées avec la même quantité de signal |
Flou artistique | Essentiel pour un mouvement rapide | Réduit, car le même point est "exposé" plusieurs fois |
Coûts | Faible | Moyenne à élevée (en raison de la complexité de la conception du système) |
Amplification du signal TDI : Principe et avantages de l'intégration de la lumière
En intégrant plusieurs lignes d'exposition, les caméras linéaires TDI modernes atteignent une sensibilité jusqu'à trois fois supérieure et une plage dynamique étendue. Cela permet d'améliorer la qualité du signal dans des conditions de faible luminosité et de capturer plus précisément les détails dans les zones claires et sombres de l'image, ce qui accroît la fiabilité et l'efficacité des processus d'inspection industrielle.
Étape 1 : Saisie de la première ligne
Lorsqu'un objet passe sous une caméra linéaire TDI, la première ligne de pixels du capteur détecte la lumière réfléchie et la convertit en une charge électrique. Cette charge est enregistrée et ajoutée à chaque étape d'intégration suivante. Selon la caméra, le capteur comprend de 16 à 256 étapes de ce type, ce qui augmente considérablement l'intensité du signal et donc la sensibilité.
Étape 2 : Transfert de charge
Dès que l'objet s'est déplacé d'une ligne de pixel exactement, les charges collectées sur la première ligne sont transmises à la ligne de pixel suivante et ajoutées à la nouvelle information lumineuse qui s'y trouve. Ce processus est répété ligne par ligne jusqu'à ce que le signal additionné soit lu. Le résultat est une image nettement améliorée avec un meilleur rapport signal/bruit par rapport aux caméras linéaires conventionnelles.
Étape 3 : Intégration (ajout)
Lorsque ces charges arrivent sur la deuxième ligne, les pixels de cette ligne captent à nouveau la lumière provenant du même point de l'objet. Les nouvelles charges collectées au cours de ce processus sont ajoutées ou intégrées aux charges existantes (provenant de la première ligne). Cette détection multiple de la lumière et l'intégration des charges garantissent une force de signal maximale par pixel.
Étape 4 : Répéter sur toutes les rangées
Ce processus de déplacement et d'ajout est répété sur toutes les lignes (étapes) du capteur TDI. Les charges "move" le long du capteur, toujours en synchronisation avec l'objet en mouvement, et collectent de plus en plus d'informations lumineuses à partir du même point de l'objet à chaque ligne.
Étape 5 : Lecture de la ligne finale
Lorsque les charges accumulées atteignent la dernière ligne du capteur, elles sont lues. La valeur du pixel qui en résulte contient la somme des informations lumineuses d'un point sur toutes les lignes d'intégration. Il en résulte un signal plus fort et moins bruyant, qui permet de résoudre de fines différences de luminosité et d'effectuer des évaluations plus précises dans des conditions de faible éclairage.
Contrôle de l'exposition et synchronisation pour les caméras linéaires TDI
Les caméras linéaires TDI sont très exigeantes en matière de synchronisation et de contrôle de l'exposition. L'étalonnage est complexe et doit être précis afin d'éviter les distorsions. La coordination exacte entre le mouvement de la caméra et le mouvement de l'objet est cruciale pour garantir une qualité d'image élevée et constante.
Synchronisation et étalonnage
Grâce à des systèmes de contrôle précis et à du matériel de synchronisation, la caméra est précisément adaptée à la vitesse de l'objet. Nos cartes d'acquisition offrent des fonctions intégrées de déclenchement et de synchronisation qui évaluent les signaux des encodeurs et génèrent des déclenchements de ligne précis et des signaux de démarrage/arrêt pour la caméra linéaire TDI. L'étalonnage et la maintenance compensent la dérive et l'usure et assurent la synchronisation pour une qualité d'image constante.
Contrôle du mouvement de l'objet et de la capture d'images
Les contrôles adaptatifs détectent les variations de vitesse et ajustent dynamiquement les paramètres de la caméra. L'image reste stable même si les profils de mouvement changent ; les valeurs mesurées restent également précises. Cela permet de réduire les délais et d'ajuster avec précision les paramètres d'exposition et de mise au point.
Des images claires quelle que soit la lumière
Des images claires dans toutes les conditions d'éclairage nécessitent un éclairage uniforme et suffisamment puissant - avec des sources lumineuses supplémentaires ou une lumière infrarouge pour améliorer le contraste, si nécessaire. Grâce aux interfaces CXP, qui offrent un débit de données élevé de l'ordre du Gbit/s et une latence minimale (de quelques microsecondes à quelques millisecondes), la qualité élevée de l'image est transmise presque en temps réel. Les données d'image sont donc immédiatement disponibles pour des décisions rapides liées au processus.
Conclusion : La TDI offre une qualité d'image élevée dans des conditions difficiles
Les caméras linéaires TDI permettent d'obtenir une qualité d'image élevée avec des mouvements particulièrement rapides et une faible luminosité.
Domaines d'application: Inspection dans la production de semi-conducteurs, tests de cartes de circuits imprimés et d'écrans plats, etc.
Différences par rapport aux caméras linéaires conventionnelles: Intégration multiple du signal sur plusieurs lignes de capteurs au lieu d'une seule exposition, ce qui permet d'obtenir une sensibilité nettement plus élevée et un meilleur rapport signal/bruit.
L'image d'un objet en mouvement est capturée ligne par ligne ; la charge électrique de chaque ligne est transmise et ajoutée en synchronisation avec le mouvement de l'objet.
Défis: Un éclairage stable et une synchronisation précise du mouvement de l'objet, du balayage du capteur et de l'étalonnage sont nécessaires, et il y a une sensibilité à la dérive.
Système de vision TDI de Basler
Le système de vision TDI de Basler constitue une base puissante et fiable pour les besoins de votre projet. Nous collaborons avec vous pour développer un système de pointe à l'épreuve du temps, spécialement adapté à vos besoins : la caméra linéaire TDI racer 2 XL, par exemple, fournit des images superbement éclairées à des vitesses élevées avec 256 niveaux TDI. Avec notre soutien, une solution à l'épreuve du temps est créée, avec des composants individuels adaptés à votre application.
Questions fréquemment posées sur les caméras linéaires TDI
Les caméras linéaires TDI capturent un objet sur plusieurs lignes de capteurs et additionnent les signaux de plusieurs expositions. Il en résulte une sensibilité et une qualité d'image nettement supérieures, notamment en cas de faible luminosité ou de mouvements rapides.
La technologie TDI est particulièrement efficace dans les systèmes d'inspection à grande vitesse, par exemple dans les tests de semi-conducteurs et de circuits imprimés ou dans l'imagerie scientifique.
Avec la méthode TDI, les informations lumineuses réfléchies par l'objet sont enregistrées ligne par ligne et transmises de manière synchronisée avec le mouvement de l'objet. Chaque ligne ajoute de nouveaux signaux lumineux, ce qui amplifie le signal global.
Les systèmes TDI nécessitent un éclairage uniforme et stable ainsi qu'une synchronisation précise entre le mouvement de l'objet et le balayage du capteur afin de produire des images nettes et sans distorsion.
Une mécanique sans dérive, un contrôle précis de la vitesse et un étalonnage régulier sont essentiels. Pour un transfert efficace des données, il est également important d'intégrer des interfaces à grande vitesse telles que CoaXPress ou Camera Link.