熒光壽命顯微成像（Fluorescence Lifetime Imaging Microscopy,FLIM）技術通過測量激發(fā)后的樣本的熒光壽命,對樣本所處的微觀環(huán)境進行定量分析,廣泛應用于生物學、醫(yī)學、材料學等領域。然而目前FLIM的成像幀頻普遍較低,限制了其在生物檢測,臨床診斷等高幀頻成像領域的應用,本文針對這種現(xiàn)狀,研究了一種基于事件驅動機制的高速熒光壽命成像傳感器。本課題研究設計了一種基于事件驅動機制的FLIM傳感器。傳感器以單光子雪崩二極管（Single Photon Avalanche Diode,SPAD）陣列作為探測器,采用時間相關單光子計數(shù)技術（Time Correlated Single Photon Counting,TCSPC）測量熒光壽命。針對TCSPC-FLIM光子事件稀疏的特性,讀出電路采用事件驅動的機制,每個SPAD像素的輸出通過異或樹的結構合并到一條數(shù)據(jù)線上,通過該數(shù)據(jù)線上的光子事件驅動時間數(shù)字轉換器直接生成光子計數(shù)直方圖,解決了傳統(tǒng)TCSPC系統(tǒng)因為讀取大量冗余數(shù)據(jù)而帶來的低幀頻問題。本文通過分析積分提取算法的精度與時間通道的關系,對TCSPC系統(tǒng)產... 

【文章來源】：天津大學天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：78 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 熒光壽命成像顯微鏡的概述
    1.2 FLIM傳感器的發(fā)展
        1.2.1 SPAD陣列
        1.2.2 系統(tǒng)架構
        1.2.3 熒光壽命還原算法
    1.3 課題研究的意義
    1.4 課題研究的主要內容
第2章 FLIM的原理與性能指標
    2.1 熒光激發(fā)過程
    2.2 熒光壽命測量技術
        2.2.1 頻域
        2.2.2 時域
    2.3 FLIM的性能指標
    2.4 本章小結
第3章 像素及讀出電路的理論研究
    3.1 SPAD像素
        3.1.1 SPAD器件結構與工作原理
        3.1.2 淬滅電路
        3.1.3 SPAD的仿真模型
    3.2 時間數(shù)字轉換器
        3.2.1 計數(shù)器型
        3.2.2 延遲線型
        3.2.3 游標型
        3.2.4 脈沖收縮型
        3.2.5 無源插值型
    3.3 本章小結
第4章 IEM算法及其擴展形式
    4.1 IEM算法
        4.1.1 算法理論
        4.1.2 誤差分析
    4.2 IEM算法的擴展形式
        4.2.1 積分方式的擴展
        4.2.2 時間通道的擴展
    4.3 數(shù)值仿真
    4.4 本章小結
第5章 FLIM傳感器設計與仿真
    5.1 芯片架構設計
    5.2 SPAD外圍電路
        5.2.1 淬滅電路
        5.2.2 XOR-tree
    5.3 地址記錄電路
    5.4 PLL設計
        5.4.1 PLL工作原理
        5.4.2 鑒頻鑒相器
        5.4.3 電荷泵
        5.4.4 環(huán)路濾波器
        5.4.5 壓控振蕩器
        5.4.6 分頻器
    5.5 PLL仿真結果
    5.6 TDC設計
        5.6.1 TDC結構
        5.6.2 延遲線
        5.6.3 直方圖
        5.6.4 TDC的仿真結果
    5.7 算法設計
    5.8 芯片總體仿真
    5.9 本章小結
第6章 總結與展望
    6.1 工作總結
    6.2 工作展望
參考文獻
發(fā)表論文和參加科研情況說明
致謝


【參考文獻】：
期刊論文
[1]熒光壽命顯微成像技術及應用的最新研究進展[J]. 劉雄波,林丹櫻,吳茜茜,嚴偉,羅騰,楊志剛,屈軍樂.  物理學報. 2018(17)
[2]基于標準CMOS工藝的非接觸式保護環(huán)單光子雪崩二極管[J]. 吳佳駿,謝生,毛陸虹,朱帥宇.  光子學報. 2018(01)
[3]熒光相關光譜在生物化學領域中的應用[J]. 黃茹,周小明.  激光生物學報. 2013(04)
[4]熒光壽命成像技術及其研究進展[J]. 劉超,周燕,王新偉,劉育梁.  激光與光電子學進展. 2011(11)



本文編號：2907984