極めて高い時間分解能と振幅分解能を有する撮像デバイスに関する研究

2013 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12F02365
• Research Institution: Shizuoka University
• Principal Investigator: 川人 祥二 静岡大学, 電子工学研究所, 教授
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): SEO Min-woong 静岡大学, 電子工学研究所, 外国人研究者
• Keywords: 時間分解能 / 振幅分解能 / CMOSイメージセンサ / マルチタップ光電荷変調素子

Research Abstract

本研究は極めて高い時間分解能と振幅分解能を有する撮像デバイスに関するものである。この研究の応用は医療、予防医学の分野に多大なインパクトを与える画期的な成果となる可能性がある。平成25年度には高時間分解能と振幅分解能を有する蛍光寿命と蛍光相関イメージングを実現するために開発した撮像デバイスの評価を行った。まず、試作素子を蛍光寿命と蛍光相関イメージングに応用するためには、マルチタップのすべての蓄積部に対して、光電変換部から1電子転送を可能とする電位障壁のない高速電荷転送が可能か、また、電荷蓄積部から読み出し部への完全転送により、極低雑音(～1電子)の信号読み出しが可能であるかが実現の鍵を握る。これを確認するため、1サンプリングあたり、光電子の検出確率が1/100程度の極微弱光に対して、繰り返しサンプリングと電荷蓄積の動作を行い、線形性とノイズ性能の評価を行った。
基本性能の確認後、試作されたマルチタップ光電荷変調素子を用いて, 蛍光基質を組み込んだ蛍光ビーズ及び、糖鎖に対する蛍光寿命や、蛍光相関分光を試みる。最終的にはナノ秒オーダの時間計測機能と分子のブラウン運動によるランダムながら有意な動きを計測することで、実験的に確認している。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

平成25年度の計画通りにデバイスの開発や評価が進展している。

Strategy for Future Research Activity

糖鎖に対する蛍光寿命や、蛍光相関分光を試みる。最終的にはナノ秒オーダの時間計測機能と分子のブラウン運動によるランダムながら有意な動きを計測することで、実験的に確認をする。

Research Products

• [Journal Article] A Low Noise Wide Dynamic Range CMOS Image Sensor with Low-Noise Transistors and 17b Column-Parallel ADCs (2013)
  • Author(s): M. W. Seo, T. Sawamoto, T. Akahori, T. Iida, T. Takasawa, K. Yasutomi, S. Kawahito
  • Journal Title: IEEE Sensors Journal Volume: Vol.13, No. 8 Pages: 2922-2929
  • DOI: 10.1109/JSEN.2013.2264483
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] RTS Noise Reduction of CMOS Image Sensors Using Amplifier-Selection Pixels and correlated multiple sampling (2013)
  • Author(s): M. A. Mustafa, M. W. Seo, S. Kawahito. K. Yasutomi. K. Kagawa
  • Journal Title: IEICE Electronics Express Volume: Vol.10, No. 15 Pages: 1-7
  • DOI: 10.1587/elex.10.20130299
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] RTS noise and dark current white defects reduction using selective averaging based on multi-aperture system (2013)
  • Author(s): B. Zhang, K. Kagawa, T. Takasawa, M. W. Sep, K. Yasutomi, S. Kawahito
  • Journal Title: Sensors Volume: Vol.14, No. 1 Pages: 1528-1543
  • DOI: 10.3390/s140101528
  • Peer Reviewed
• [Presentation] A high fill-factor low dark leakage CMOS image sensor with shared-pixel design (2014)
  • Author(s): M. W. Seo, K. Yasutomi, K. Kaga wa, S. Kawahito
  • Organizer: Electronic Imaging 2014
  • Place of Presentation: San Francisco, USA
  • Year and Date: 20140203-06
• [Presentation] A Time-resolved Image Sensor for Tube-less Streak Cameras (2014)
  • Author(s): K. Yasutomi, S. Han, M. W. Seo, T. Takasawa, K. Kagawa, S. K awahito
  • Organizer: Electronic Imaging 2014
  • Place of Presentation: San Francisco, USA
  • Year and Date: 20140203-06
• [Presentation] 10x10-pixel 606kSIs multi-point fluorescence correlation spectroscopy CMOS image sensor (2014)
  • Author(s): K. Kagawa, T. Takasawa, B. Zh ang, M. W. Seo, K. Imai, J. Yam amoto, M. Kinjo, S. Terakawa, K. Yasutomi, S. Kawahito
  • Organizer: Photonics West 2014
  • Place of Presentation: San Francisco, USA
  • Year and Date: 20140203-06
• [Presentation] In-pixel noise reduction techniques for CMOS image sensors (2013)
  • Author(s): M. W. Seo, K. Yasutomi, K. Kagawa, S. Kawahito
  • Organizer: 15 ^<th> Takayanagi Kenjiro Memorial Symposium
  • Place of Presentation: Hamamatsu, Japan
  • Year and Date: 20131112-13
• [Presentation] Multi-aperture System with Selective Averaging for RTS Noise and Dark Current Reduction (2013)
  • Author(s): B. Zhang, K. Kagawa, M. W. Seo, K. Yasutomi, S. Kawahito
  • Organizer: 15 ^<th> Takayanagi Kenjiro Memorial Symposium
  • Place of Presentation: Hamamatsu, Japan
  • Year and Date: 20131112-13
• [Presentation] A High-Sensitivity Low Dark Current 1.75T/Pixel CMOS Image Sensor with Ring-Gate Shared-Pixel Design (2013)
  • Author(s): M. W. Seo, K. Yasutomi, K. Kagawa, S. Kawahito
  • Organizer: 2013 International Conference on Solid State Dev ices and Materials (SSDM)
  • Place of Presentation: Fukuoka, Japan
  • Year and Date: 20130924-27
• [Presentation] A CMOS Image Sensor with High-speed Pixel-parallel Pipelined Readout Channels for Multi-point Fluorescence Correlation Spectroscopy (2013)
  • Author(s): K. Kagawa, T. Takasawa, Z. Bo, M. W. Seo, K. Imai, J. Yamamoto, M. Kinjo, S. Terakawa, K. Yasutomi, S. Kawahito
  • Organizer: 013 International Conference on Solid State Devices and Materials (SSDM)
  • Place of Presentation: Fukuoka, Japan
  • Year and Date: 20130924-27
• [Presentation] Multi-aperture system with selective averaging for RTS noise and dark current reduction (2013)
  • Author(s): B. Zhang, K. Kagawa, M. W. Seo , K. Yasutomi, S. Kawahito
  • Organizer: 電気学会東海支部連合大会
  • Place of Presentation: Hamamatsu, Japan
  • Year and Date: 20130924-25
• [Presentation] Dual-band Multi-aperture Enhanced Redox Imaging of Colonic Adenomas for Endoscopes with a High-performance CMOS Imager (2013)
  • Author(s): K. Kagawa, B. Zhang, M. W. Seo , S. Kawahito, Y. Kominami, K. Yamada, S. Yoshida, S. Tanaka
  • Organizer: 35 th Annual International conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC) 2013
  • Place of Presentation: Osaka, Japan
  • Year and Date: 20130703-07
• [Presentation] Multi-aperture high-speed CMOS imager (2013)
  • Author(s): F. Mochiduki, K. Kagawa, M. W. Seo. K. Yasutomi, S. Kawahito
  • Organizer: 13 th International conference on Quality in Research (QiR)
  • Place of Presentation: Yogyakarta, Indonesia
  • Year and Date: 20130625-28
• [Presentation] 画素内圧縮型マルチアパーヤ超高速イメジセンサの提案と撮像画素内圧縮型マルチアパーヤ超高速イメジセンサの提案と撮像 (2013)
  • Author(s): 望月風太, 高澤大志, 香川景一郎, 徐珉雄, 安富啓太, 川人祥二
  • Organizer: 映像情報メディア学会・情報センシング研究会
  • Place of Presentation: Hamamatsu, Japan
  • Year and Date: 2013-11-15
• [Presentation] A Low-Noise Transistor and Column-Parallel Readout Circuit for CMOS Image Sensors and Noise Reduction Effects (2013)
  • Author(s): M. W. Seo, K. Yasutomi, K. Kagawa, S. Kawahito
  • Organizer: 情報メディア学会-2013年次大会
  • Place of Presentation: Tokyo, Japan
  • Year and Date: 2013-08-28
• [Presentation] カスタムCMOSイメージセンサとLCOS-SLMを用いた深部観察が可能なマルチビーム共焦点顕微鏡の提案と基本実証 (2013)
  • Author(s): 徐 珉雄, 香川 景一郎, 川人 祥二, 瀧口 優, 高本 尚宜, 岡崎 茂俊, 井上 卓, 寺川 進
  • Organizer: レーザ顕微鏡研究会
  • Place of Presentation: Wako, Japan
  • Year and Date: 2013-07-31
• [Presentation] A 1.1e_Tms temporal noise 87.5dB DR CMOS image sensors with low-noi se transistors and column-parallel ADCs (2013)
  • Author(s): M. W. Seo, T. Sawamoto, T. Akahori, Z. Liu, K. Yasutomi, K. Kagawa. S. Kawahito
  • Organizer: 2013 International Image Sensor Workshop
  • Place of Presentation: Utah, USA
  • Year and Date: 2013-06-15
• [Presentation] CMOS Lock-in Pixel Image Sensors with Lateral Electric Field Control for Time-Resolved Imaging (2013)
  • Author(s): S. Kawahito, G. Baek, Z. Li, S. M. Han, M. W. Seo, K. Yasutomi, K. Kagawa
  • Organizer: 2013 International Image Sensor Workshop
  • Place of Presentation: Utah, USA
  • Year and Date: 2013-06-15
• [Presentation] マルチアパーチャ構造を用いた高速イメージセンサ (2013)
  • Author(s): F. Mochizuka, K. Kagawa, M. W. Seo, K. Yasutomi, S. Kawahito
  • Organizer: 情報センシング研究会(IST)
  • Place of Presentation: Tokyo, Japan
  • Year and Date: 2013-05-31
• [Presentation] 電荷変調方式蛍光相関分光CMOSイメージセンサ画素の検討 (2013)
  • Author(s): K. Neya, K. Kagawa, M. W. Seo, S. M. Han, K. Yasutomi, S. Kawahito
  • Organizer: 情報センシング研究会(IST)
  • Place of Presentation: Tokyo, Japan
  • Year and Date: 2013-05-31