2021 Fiscal Year Final Research Report

Construction of High-Sensitivity Real-Time Spectroscopic Imaging by Innovative High-Speed Spectroscopy and its Application to Non-Invasive Diagnostics

Research Project

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Project/Area Number	19H02187
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
Allocation Type	Single-year Grants
Section	一般
Review Section	Basic Section 21060:Electron device and electronic equipment-related
Research Institution	Tohoku University
Principal Investigator	Ishinabe Takahiro 東北大学, 工学研究科, 准教授 (30361132)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	黒田理人東北大学, 工学研究科, 准教授 (40581294) 柴田陽生東北大学, 工学研究科, 助教 (70771880) 若生一広仙台高等専門学校, 総合工学科, 教授 (90500893)
Project Period (FY)	2019-04-01 – 2022-03-31
Keywords	分光イメージング / 液晶バンドパスフィルタ / 高感度CMOSイメージセンサ
Outline of Final Research Achievements	In this research, a polarization-independent and high-speed control method of the refractive index of liquid crystals by controlling the nano-sized polymer network structure formed in the liquid crystal was established and a high-speed wavelength tunable spectral filter using liquid crystal Fabry-Perot etalons was realized to achieve compact real-time spectral imaging system. In addition, by using a horizontal overflow storage capacitor that stores light charge in a capacitance density capacitor formed in the pixel and an analog memory that temporarily holds pixel signals, we established a technique that combines high light sensitivity in the near-infrared region with a global shutter function, and successfully developed a high-sensitivity, high-speed spectral imaging system.
Free Research Field	電子光学
Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements	本研究は、液晶中に形成した高分子ネットワークの構造制御により、偏光無依存でかつ高速な屈折率制御技術を確立し、液晶ファブリ・ペローエタロンによる高速波長可変分光フィルタを実現した。更に、CMOSセンサにおいて、全画素が一斉に露光期間を設けるグローバルシャッタ方式を実現する画素構造を構築し、その高速撮像を達成した。本研究成果は、液晶による精密な光制御において重要な知見であり、CMOSセンサの応用工学についての学理構築に資するものである。高精細な分光画像をリアルタイムで取得する高感度・高速分光イメージングシステムの構築は、運転者の生体情報の取得など新たな応用の創出等、様々な分野への波及が期待される。