Tanggal 25/07/29Dalam bidang pencitraan bioluminesensi throughput tinggi dan deteksi cahaya rendah berkecepatan tinggi untuk industri, mencapai keseimbangan optimal antara kecepatan dan sensitivitas pencitraan telah lama menjadi hambatan utama yang membatasi kemajuan teknologi. Solusi pencitraan linear atau area array tradisional seringkali menghadapi dilema yang rumit, sehingga sulit untuk mempertahankan efisiensi deteksi dan kinerja sistem. Akibatnya, peningkatan kemampuan industri menjadi sangat terbatas.
Pengenalan teknologi TDI-sCMOS bercahaya belakang mulai mengatasi keterbatasan ini. Teknologi inovatif ini tidak hanya mengatasi keterbatasan fisik pencitraan kecepatan tinggi dalam kondisi cahaya redup, tetapi juga memperluas aplikasinya di luar ilmu hayati ke sektor industri canggih seperti inspeksi semikonduktor dan manufaktur presisi. Dengan perkembangan ini, TDI-sCMOS menjadi semakin relevan dalam aplikasi pencitraan industri modern.
Artikel ini menguraikan prinsip inti di balik pencitraan TDI, melacak evolusinya, dan membahas perannya yang semakin berkembang dalam sistem industri.
Memahami Prinsip TDI: Sebuah Terobosan dalam Pencitraan Dinamis
Time Delay Integration (TDI) adalah teknologi akuisisi gambar berdasarkan prinsip pemindaian garis yang menawarkan dua fitur teknis penting:
Akuisisi Dinamis Sinkron
Berbeda dengan kamera area tradisional yang beroperasi dengan siklus "berhenti–ambil gambar–bergerak", sensor TDI terus-menerus mengekspos gambar saat bergerak. Saat sampel bergerak melintasi bidang pandang, sensor TDI menyinkronkan gerakan kolom piksel dengan kecepatan objek. Sinkronisasi ini memungkinkan eksposur berkelanjutan dan akumulasi muatan dinamis dari objek yang sama dari waktu ke waktu, sehingga memungkinkan pencitraan yang efisien bahkan pada kecepatan tinggi.
Demonstrasi Pencitraan TDI: Pergerakan Sampel Terkoordinasi dan Integrasi Muatan
Akumulasi Domain Muatan
Setiap kolom piksel mengubah cahaya yang masuk menjadi muatan listrik, yang kemudian diproses melalui beberapa tahap pembacaan sampel. Proses akumulasi berkelanjutan ini secara efektif meningkatkan sinyal lemah dengan faktor N, di mana N mewakili jumlah tingkat integrasi, sehingga meningkatkan rasio sinyal terhadap derau (SNR) dalam kondisi pencahayaan terbatas.
Ilustrasi Kualitas Gambar pada Berbagai Tahap TDI
Evolusi Teknologi TDI: Dari CCD ke sCMOS Back-Illuminated
Sensor TDI awalnya dibangun pada platform CCD atau CMOS dengan pencahayaan depan, tetapi kedua arsitektur tersebut memiliki keterbatasan saat diterapkan pada pencitraan cepat dan cahaya rendah.
TDI-CCD
Sensor TDI-CCD dengan iluminasi latar dapat mencapai efisiensi kuantum (QE) mendekati 90%. Namun, arsitektur pembacaan serialnya membatasi kecepatan pencitraan—laju garis biasanya tetap di bawah 100 kHz, sementara sensor beresolusi 2K beroperasi pada sekitar 50 kHz.
TDI-CMOS dengan Lampu Depan
Sensor TDI-CMOS dengan iluminasi depan menawarkan kecepatan baca yang lebih tinggi, dengan laju garis resolusi 8K mencapai hingga 400 kHz. Namun, faktor struktural membatasi QE-nya, terutama pada rentang panjang gelombang yang lebih pendek, yang seringkali membuatnya di bawah 60%.
Kemajuan penting terjadi pada tahun 2020 dengan peluncuran TucsenKamera Dhyana 9KTDI sCMOS, kamera TDI-sCMOS dengan iluminasi belakang. Kamera ini menandai lompatan signifikan dalam menggabungkan sensitivitas tinggi dengan kinerja TDI berkecepatan tinggi:
-
Efisiensi Kuantum: QE puncak 82%—sekitar 40% lebih tinggi daripada sensor TDI-CMOS iluminasi depan konvensional, menjadikannya ideal untuk pencitraan cahaya rendah.
-
Laju Garis: 510 kHz pada resolusi 9K, yang menghasilkan keluaran data sebesar 4,59 gigapiksel per detik.
Teknologi ini pertama kali diterapkan dalam pemindaian fluoresensi berthroughput tinggi, di mana kamera menangkap gambar 2 gigapiksel dari sampel fluoresensi 30 mm × 17 mm dalam 10,1 detik dalam kondisi sistem yang dioptimalkan, menunjukkan peningkatan substansial dalam kecepatan pencitraan dan ketepatan detail dibandingkan sistem pemindaian area konvensional.
Gambar: Dhyana 9KTDI dengan panggung bermotor Zaber MVR
Tujuan: : Waktu akuisisi 10X: 10,1 detik Waktu pencahayaan: 3,6 ms
Ukuran gambar: 30mm x 17mm 58.000 x 34.160 piksel
Keunggulan Utama Teknologi TDI
Sensitivitas Tinggi
Sensor TDI mengakumulasi sinyal selama beberapa kali pencahayaan, sehingga meningkatkan kinerja dalam kondisi cahaya rendah. Dengan sensor TDI-sCMOS dengan pencahayaan latar, efisiensi kuantum di atas 80% dapat dicapai, yang mendukung tugas-tugas berat seperti pencitraan fluoresensi dan inspeksi bidang gelap.
Performa Kecepatan Tinggi
Sensor TDI dirancang untuk pencitraan throughput tinggi, menangkap objek yang bergerak cepat dengan kejernihan yang sangat baik. Dengan menyinkronkan pembacaan piksel dengan gerakan objek, TDI praktis menghilangkan blur gerakan dan mendukung inspeksi berbasis konveyor, pemindaian waktu nyata, dan skenario throughput tinggi lainnya.
Peningkatan Rasio Sinyal terhadap Derau (SNR)
Dengan mengintegrasikan sinyal di beberapa tahap, sensor TDI dapat menghasilkan gambar berkualitas lebih tinggi dengan pencahayaan lebih sedikit, mengurangi risiko pemutihan foto dalam sampel biologis dan meminimalkan tekanan termal pada bahan sensitif.
Mengurangi Kerentanan terhadap Gangguan Sekitar
Tidak seperti sistem pemindaian area, sensor TDI kurang terpengaruh oleh cahaya sekitar atau pantulan karena paparan baris demi barisnya tersinkronisasi, sehingga membuatnya lebih tangguh di lingkungan industri yang kompleks.
Contoh Aplikasi: Inspeksi Wafer
Di sektor semikonduktor, kamera sCMOS pemindaian area umumnya digunakan untuk deteksi cahaya rendah karena kecepatan dan sensitivitasnya. Namun, sistem ini memiliki kekurangan:
-
Bidang Pandang Terbatas: Beberapa bingkai perlu digabungkan, sehingga mengakibatkan proses yang memakan waktu.
-
Pemindaian Lebih Lambat: Setiap pemindaian memerlukan waktu menunggu hingga tahap selesai sebelum mengambil gambar berikutnya.
-
Artefak Jahitan: Kesenjangan dan ketidakkonsistenan gambar memengaruhi kualitas pemindaian.
Pencitraan TDI membantu mengatasi tantangan berikut:
-
Pemindaian Berkelanjutan: TDI mendukung pemindaian besar tanpa gangguan tanpa perlu penggabungan bingkai.
-
Akuisisi Lebih Cepat: Kecepatan saluran tinggi (hingga 1 MHz) menghilangkan penundaan antar penangkapan.
-
Keseragaman Gambar yang Ditingkatkan: Metode pemindaian garis TDI meminimalkan distorsi perspektif dan memastikan akurasi geometris di seluruh pemindaian.
Pemindaian Area TDI VS
Ilustrasi:TDI memungkinkan proses akuisisi yang lebih berkelanjutan dan lancar
Kamera sCMOS Gemini 8KTDI Tucsen terbukti efektif dalam inspeksi wafer ultraviolet yang mendalam. Berdasarkan pengujian internal Tucsen, kamera mencapai 63,9% QE pada 266 nm dan mempertahankan stabilitas suhu chip pada 0°C selama penggunaan jangka panjang—penting untuk aplikasi yang sensitif terhadap UV.
Memperluas Penggunaan: Dari Pencitraan Khusus hingga Integrasi Sistem
TDI tidak lagi terbatas pada aplikasi khusus atau pengujian benchmark. Fokusnya telah bergeser ke arah integrasi praktis ke dalam sistem industri.
Seri Gemini TDI Tucsen menawarkan dua jenis solusi:
1. Model UnggulanDirancang untuk kasus penggunaan tingkat lanjut seperti inspeksi wafer front-end dan deteksi cacat UV. Model-model ini mengutamakan sensitivitas, stabilitas, dan throughput yang tinggi.
2. Varian KompakLebih kecil, berpendingin udara, dan berdaya lebih rendah—lebih cocok untuk sistem tertanam. Model ini dilengkapi antarmuka berkecepatan tinggi CXP (CoaXPress) untuk integrasi yang lebih efisien.
Dari pencitraan throughput tinggi dalam ilmu hayati hingga inspeksi semikonduktor presisi, TDI-sCMOS dengan pencahayaan belakang memainkan peran yang semakin penting dalam meningkatkan alur kerja pencitraan.
Tanya Jawab Umum
Q1: Bagaimana cara kerja TDI?
TDI menyinkronkan transfer muatan antar baris piksel dengan pergerakan objek. Seiring objek bergerak, setiap baris mengakumulasikan paparan baru, sehingga meningkatkan sensitivitas, terutama dalam aplikasi dengan cahaya redup dan kecepatan tinggi.
Q2: Di mana teknologi TDI dapat digunakan?
TDI ideal untuk inspeksi semikonduktor, pemindaian fluoresensi, inspeksi PCB, dan aplikasi pencitraan resolusi tinggi dan kecepatan tinggi lainnya yang mengkhawatirkan keburaman gerakan dan pencahayaan rendah.
Q3: Apa yang harus saya pertimbangkan saat memilih kamera TDI untuk aplikasi industri?
Saat memilih kamera TDI, faktor penting meliputi laju garis, efisiensi kuantum, resolusi, respons spektral (terutama untuk aplikasi UV atau NIR), dan stabilitas termal.
Untuk penjelasan lebih rinci tentang cara menghitung tarif baris, lihat artikel kami:
Seri TDI – Cara Menghitung Frekuensi Garis Kamera
Tucsen Photonics Co., Ltd. Hak cipta dilindungi undang-undang. Saat mengutip, harap sebutkan sumbernya:www.tucsen.com
