2022 Fiscal Year Final Research Report

Ultimately-Time-Resolved Imaging Devices Using Ultrafast Hybrid Cascade Photo-Charge Modulators and Their Applications

Research Project

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Project/Area Number	18H05240
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (S)
Allocation Type	Single-year Grants
Review Section	Broad Section C
Research Institution	Shizuoka University
Principal Investigator	Kawahito Shoji 静岡大学, 電子工学研究所, 教授 (40204763)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	香川景一郎静岡大学, 電子工学研究所, 教授 (30335484) 庭山雅嗣静岡大学, 電子工学研究所, 教授 (40334958)
Project Period (FY)	2018-06-11 – 2023-03-31
Keywords	光電荷変調素子 / 高時間分解撮像 / バイオメディカルイメージング / 光飛行時間デプスイメージング / 血液動態計測
Outline of Final Research Achievements	In this research project, we propose a new ultra high-speed multi-tap photoelectronic demodulator, the tapped pinned-photodiode demodulator (TPD) and its cascaded structure, which use multiple-tapped pinned photodiodes to control the channel electric potential and demodulate the photo signal by manipulating a single photoelectron and transferring it to multiple sites. The implemented multi-tap time-resolved imaging devices based on the new pixel concept have demonstrated their significant contributions to the advancement of various biomedical imaging applications, such as fluorescence lifetime microscopy (FLIM), spatial frequency domain imaging (SFDI), laser speckle contrast imaging (LSCI), time-resolved near-infrared spectroscopy (TR-NIRS) and stimulated Raman spectroscopy (SRS).The developed technology can also be extended to other scientific and industrial imaging applications, and its effectiveness has been demonstrated in 3D depth imaging with excellent dynamic response.
Free Research Field	電子デバイス、電子機器、集積回路工学
Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements	本研究による多窓時間分解撮像デバイスは、生命科学、先端医療・医学、その他の先端科学計測の発展を支える時間分解撮像において、従来の点計測走査型から面計測並列型へと真のパラダイムシフトをもたらす基幹デバイスとなりうるものであり、新原理の電子デバイスの創出の観点のみならず、医学・医療等の分野に発見や発明をもたらしうる画期的な計測手段・デバイスが生み出されたことは、学術的に大きな意義がある。また、生まれた成果により、医学・医療機器の革新及び医学・医療技術の発展への貢献、また広範な応用展開（産業機器(ロボット)や自動運転向けセンサへの応用等）がなされることが期待され、社会的に大きな意義がある。