Publication

Megapixel time-gated SPAD image sensor for scientific imaging applications

Claudio Bruschini
2021
Talks

Résumé

We present a 1 megapixel single-photon avalanche diode (SPAD) camera featuring 3.8 ns time gating and 24 kfps frame rate for 1-bit images, fabricated in 180 nm CMOS image sensor technology. The SPAD sensor was used to capture 2D and 3D scenes over 2 m with depth resolution of 5.4 mm and precision better than 7.8 mm (rms). We demonstrate extended dynamic range in dual exposure operation mode and show spatially overlapped multi-object detection in single-photon time-gated time-of-flight experiments. We further demonstrate applications of the megapixel SPAD camera for fluorescence lifetime imaging microscopy (FLIM) and light-in-flight imaging.

Source officielle

https://infoscience.epfl.ch/entities/publication/aebb410b-0d95-42d0-bea7-b8fe0bf8bdf5

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Fluorescence in the life sciences

Fluorescence is used in the life sciences generally as a non-destructive way of tracking or analysing biological molecules. Some proteins or small molecules in cells are naturally fluorescent, which is called intrinsic fluorescence or autofluorescence (such as NADH, tryptophan or endogenous chlorophyll, phycoerythrin or green fluorescent protein). Alternatively, specific or general proteins, nucleic acids, lipids or small molecules can be "labelled" with an extrinsic fluorophore, a fluorescent dye which can be a small molecule, protein or quantum dot.

Fluorescence

La fluorescence est une émission lumineuse provoquée par l'excitation des électrons d'une molécule (ou atome), généralement par absorption d'un photon immédiatement suivie d'une émission spontanée. Fluorescence et phosphorescence sont deux formes différentes de luminescence qui diffèrent notamment par la durée de l'émission après excitation : la fluorescence cesse très rapidement tandis que la phosphorescence perdure plus longtemps. La fluorescence peut entre autres servir à caractériser un matériau.

Medical optical imaging

Medical optical imaging is the use of light as an investigational imaging technique for medical applications, pioneered by American Physical Chemist Britton Chance. Examples include optical microscopy, spectroscopy, endoscopy, scanning laser ophthalmoscopy, laser Doppler imaging, and optical coherence tomography. Because light is an electromagnetic wave, similar phenomena occur in X-rays, microwaves, and radio waves. Optical imaging systems may be divided into diffusive and ballistic imaging systems.

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