研究課題
極微弱光に対する超高時間分解計測を可能にする撮像デバイスとして、4タップ型で極短時間の時間窓を有するラテラル電界制御電荷変調(LEFM)ピクセルとこれを用いた時間分解撮像デバイスの試作に成功した。最短で0.8ナノ秒の時間窓を実現し、自己応答時定数170ps、読出しノイズ0.8電子、飽和電子数5500電子と優れた性能を有するピクセルを128×128画素配置した時間分解撮像デバイスを実現し、これを用いて単一細胞(HeLa細胞)が発生する微弱蛍光に対し、蛍光寿命顕微撮像が行えることを示した。バイポーラゲート方式によって超高速光電荷変調ピクセルの応答性能をさらに向上させ、これを用いた光飛行時間距離画像センサにおいて最も応答性の優れたピクセルでは、0.083mmとサブ0.1mmの距離分解能を得られることが示された。さらに、信号光の一部を参照信号として用いて、系の1/fノイズを低減する方法によって更なる高分解能化が可能であることが示された。本素子の時間分解NIRS(近赤外分光)による脳活動イメージングへの応用を目的とし、ラットの脳に対する時間分解血液動態計測を実施し、脳内血液の酸素飽和度の変化に伴う吸収係数、等価散乱係数の変化を観測できることが示された。また、その定量精度を向上するためには、LEFM素子の近赤外領域での応答速度を一層向上させることが必要であるという課題も明らかになった。本研究で考案された超高感度光電子検出器であるRGL(Reset-gate-less)検出器を用いた700×720画素のイメージセンサにおいて、毎秒30フレーム以上の撮像速度に対して画素平均の実効値で0.44電子という極めて低ノイズの性能を実証した。
29年度が最終年度であるため、記入しない。
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