TDI 라인 스캔 카메라
적용 분야, 작동 원리, 장점
TDI(시간 지연 통합) 카메라는 여러 라인에 걸쳐 광 신호를 통합하는 특수 라인 스캔 카메라입니다. 높은 사이클 속도를 위해 설계된 이 카메라는 이미지를 라인별로 이동시켜 조명 강도를 높이고 모션 블러를 줄입니다. 웨이퍼 및 반도체 검사, 자동 광학 검사(AOI)에 자주 사용됩니다.
TDI 주요 특징
고속 이동 및 저조도 환경에서도 정밀한 이미지 처리
높은 감도와 낮은 노이즈
반도체, 디스플레이, 전자 생산 및 산업 검사에 적용
이동 중 여러 센서 라인을 통합하여 기능
최신 CMOS TDI 센서: 고속, 저노이즈, 에너지 효율, 그리고 보정 요구가 높은 특성
TDI 라인 스캔 카메라의 주요 적용 분야
TDI 셀 카메라는 빠른 이동과 낮은 조도 환경이 요구되는 애플리케이션을 위해 설계되었습니다. 여러 센서 라인이 이동 방향을 따라 신호를 점진적으로 누적하는 시간 지연 통합 원리를 기반으로, 낮은 노이즈에서 높은 감도를 구현합니다. 고속 공정에서 정밀하고 신뢰성 높은 검사가 중요한 반도체, 디스플레이, 전자 생산 분야에서 선호됩니다.
TDI와 표준 라인 스캔 카메라의 차이점
TDI는 기존 라인 스캔 카메라로는 대응이 어려운 저조도 또는 초고속 공정에 적합합니다. 또한 노출 및 신호 처리 방식에서도 차이가 있으며, 이동 중 여러 라인을 통합하여 신호를 누적합니다. 이를 통해 빛 감도를 향상시키고 노이즈를 줄입니다.
구분 | 일반 라인 스캔 카메라 | TDI 라인 스캔 카메라 |
센서 구조 | 1줄(또는 몇 줄) | 다수의 연속 라인 (예, 최대 256 단계) |
|---|---|---|
감도 | 기준 레벨 (단일 센서 라인 기준) | 감도는 TDI 단계 수에 비례하여 증가 (N배 증가) |
조명 요구 조건 | 신호가 한 번만 통합되므로 높은 조도가 필요 | 여러 라인에 걸쳐 신호가 통합되므로 낮은 조도에서도 가능 |
최대 대상 속도 | 제한된 속도 범위 | 동일한 신호량 기준에서 훨씬 높은 속도 지원 |
모션 블러 | 고속 이동 시 민감 | 동일 지점이 여러 번 노출되므로 감소" |
비용 | 낮음 | 중간에서 높음(복잡한 시스템 설계로 인해) |
TDI 신호 증폭, 광 통합의 원리 및 장점
최신 TDI 라인 스캔 카메라는 여러 개의 노출 라인을 통합하여 최대 3배 더 높은 감도와 확장된 다이나믹 레인지를 구현합니다. 이를 통해 저조도 조건에서 신호 품질이 개선되고 밝고 어두운 이미지 영역에서 디테일을 더욱 정밀하게 캡처할 수 있어 산업 검사 프로세스의 신뢰성과 효율성이 향상됩니다.
1단계: 첫 번째 라인 진입
물체가 TDI 라인 스캔 카메라 아래를 지나가면 센서의 첫 번째 픽셀 라인이 반사된 빛을 감지하고 이를 전하로 변환합니다. 이 전하가 기록되고 이후의 각 통합 단계에서 다시 추가됩니다. 카메라에 따라 센서는 16~256개의 스테이지로 구성되어 신호 강도와 감도가 크게 증가합니다.
2단계: 요금 이체
물체가 정확히 한 픽셀 라인 더 이동하자마자 첫 번째 라인에서 수집된 전하가 다음 픽셀 라인으로 전달되어 그곳의 새로운 빛 정보에 추가됩니다. 이 과정은 합산된 신호가 판독될 때까지 한 줄씩 반복됩니다. 그 결과 기존 라인 스캔 카메라에 비해 신호 대 잡음비가 개선되어 이미지가 크게 향상됩니다.
3단계: 통합(누적)
이 전하가 두 번째 라인에 도달하면, 해당 라인의 픽셀은 동일한 물체 위치에서 다시 빛을 감지합니다. 이 과정에서 새롭게 생성된 전하는 기존 전하, 첫 번째 라인에서 전달된 전하에 추가로 누적됩니다. 이러한 다중 광 검출 및 전하 통합 과정을 통해 픽셀 단위에서 최대 신호 강도를 확보할 수 있습니다.
4단계: 전체 라인 반복
이 이동 및 추가 과정은 TDI 센서의 모든 라인(스테이지)에서 반복됩니다. 전하가 센서를 따라 이동하며 항상 움직이는 물체와 동기화되고, 각 라인마다 물체의 동일한 지점에서 점점 더 많은 빛 정보를 수집합니다.
5단계: 최종 라인 판독
누적된 전하가 센서의 마지막 라인에 도달하면 판독됩니다. 최종 픽셀 값은 모든 통합 라인에 걸쳐 누적된 광 정보를 포함하며, 이를 통해 더 강하고 노이즈가 적은 신호를 생성하고, 밝기 차이를 정밀하게 구분할 수 있어 저조도 환경에서도 보다 정확한 평가가 가능합니다.
TDI 라인 스캔 카메라의 노출 제어 및 동기화
TDI 라인 스캔 카메라는 동기화 및 노출 제어에 높은 요구 조건을 가집니다. 왜곡을 방지하기 위해 보정은 복잡하며 높은 정밀도가 요구됩니다. 카메라 이동과 물체 이동 간의 정확한 동기화는 일관된 고품질 이미지를 확보하는 데 핵심 요소입니다.
동기화 및 보정
정밀한 제어 시스템과 동기화 하드웨어를 통해 카메라는 물체 속도에 정확하게 일치합니다. Basler의 프레임 그래버는 통합 트리거 및 동기화 기능을 제공하여 인코더 신호를 평가하고 TDI 라인 스캔 카메라를 위한 정밀한 라인 트리거 및 시작/정지 신호를 생성합니다. 보정 및 유지보수를 통해 드리프트와 마모를 보정하고 일관된 이미지 품질을 위한 동기화를 보장합니다.
물체 이동 및 이미지 캡처 제어
적응형 제어는 속도 변화를 감지하고 카메라 설정을 동적으로 조정합니다. 움직임 프로파일이 변화하더라도 이미지는 안정적으로 유지되며, 측정 값의 정확도 또한 유지됩니다. 이를 통해 지연을 줄이고 노출 및 초점 파라미터를 정밀하게 제어할 수 있습니다.
모든 조명 환경에서 선명한 이미지
모든 조명 조건에서 선명한 이미지를 얻으려면 균일하고 충분히 강한 조명이 필요하며, 필요한 경우 추가 광원 또는 IR 조명을 사용하여 대비를 개선할 수 있습니다. Gbit/s 범위의 높은 데이터 처리량과 최소한의 지연 시간(마이크로초에서 수 밀리초)을 제공하는 CXP 인터페이스를 사용하면 고화질의 이미지가 거의 실시간으로 전송됩니다. 따라서 이미지 데이터는 공정과 관련된 신속한 의사 결정에 즉시 사용할 수 있습니다.
결론: TDI는 까다로운 조건에서도 높은 이미지 품질 제공
TDI 라인 스캔 카메라는 특히 고속 이동 및 저조도 환경에서도 높은 이미지 품질을 제공합니다.
적용 분야: 반도체 생산, PCB 검사, 평판 디스플레이 검사 등
기존 라인 스캔 카메라와의 차이점: 단일 노출이 아닌 여러 센서 라인에 걸친 신호 통합을 통해 감도와 신호 대 잡음비가 크게 향상됩니다.
작동 방식: 이동하는 물체의 이미지를 라인 단위로 캡처하며, 각 라인의 전하는 물체의 이동과 동기화되어 다음 라인으로 전달되고 누적됩니다.
과제: 안정적인 조명과 물체 이동, 센서 스캔, 보정 간의 정밀한 동기화가 필요하며 드리프트에 대한 민감도가 존재합니다.
Basler의 TDI 비전 시스템
Basler의 TDI 비전 시스템은 다양한 프로젝트 요구사항에 대응할 수 있는 강력하고 신뢰성 높은 기반을 제공합니다. 고객 요구에 맞춰 미래 지향적이고 최첨단 시스템을 함께 설계하며, 예를 들어 racer 2 XL TDI 라인 스캔 카메라는 최대 256 TDI 단계를 통해 고속에서도 우수한 조명 품질의 이미지를 제공합니다. Basler의 지원을 통해 애플리케이션에 최적화된 맞춤형 구성 요소로 미래 대비형 솔루션을 구축할 수 있습니다.
TDI 라인 스캔 카메라에 대해 자주 묻는 질문
TDI 라인 스캔 카메라는 여러 센서 라인에 걸쳐 물체를 캡처하고, 여러 번의 노출에서 획득한 신호를 누적합니다. 이를 통해 특히 저조도 또는 고속 이동 환경에서 감도와 이미지 품질이 크게 향상됩니다.
TDI 기술은 반도체 및 인쇄 회로 기판 테스트나 과학 이미징과 같은 고속 검사 시스템에서 특히 효율적입니다.
TDI 방식은 물체에 반사된 빛 정보를 한 줄씩 기록하여 물체의 움직임과 동시에 전송합니다. 각 라인마다 새로운 빛 신호가 추가되어 전체 신호가 증폭됩니다.
TDI 시스템은 선명하고 왜곡 없는 이미지를 생성하기 위해 균일하고 안정적인 조명과 물체 이동 및 센서 스캔 간의 정밀한 동기화가 필요합니다.
드리프트 없는 기구 설계, 정밀한 속도 제어, 정기적인 보정이 중요합니다. 또한 효율적인 데이터 전송을 위해 CoaXPress 또는 Camera Link와 같은 고속 인터페이스와의 통합이 필요합니다.