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Photonics

Jüngste Forschungsergebnisse

28. Januar 2019, 11:26 Uhr | Iris Stroh

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Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Indirekte TOF-Messung

Auf derselben Konferenz haben Forscher von Artilux wiederum die ersten Ge-on-Si-Lock-in-Pixel für eine indirekte TOF-Messung (TOF: Time of Flight) und deren Leistungsfähigkeit demonstriert. Im Vergleich zu herkömmlichen Lock-in-Pixeln auf Basis von Silizium zeichnen sich die Ge-on-Si-Lock-in-Pixel durch einen hohen Quantenwirkungsgrad und einen hohen Demodulationskontrast bei höherer Betriebsfrequenz aus, was eine konstant hohe Tiefengenauigkeit für Innen- und Außenanwendungen ermöglicht. Konkret geben die Forscher für die neuen Ge-on-Si-Lock-in-Pixel Quantenwirkungsgrade von über 85 bzw. über 46 Prozent bei einer Wellenlänge von 940 bzw. 1550 nm an, die gemessenen Demodulationskontraste sollen bei 300 MHz über 0,81 liegen.

Die Forscher setzen auf eine indirekte TOF-Messung, weil sie ein direktes Erfassen von Tiefeninformationen ohne zusätzliche Berechnungsalgorithmen, einen einfachen Laserlichtprojektor ohne komplexe optische Module und einen geringen Stromverbrauch in Bezug auf Pixelgröße/Pixelanzahl ermöglichen. Der Tiefenfehler der GOS-Pixel ist entweder vergleichbar mit Si-Pixeln oder deutlich besser. Darüber hinaus haben die Forscher zur Entwicklung der GOS-Pixel die Bildsensor-Plattform von TSMC genutzt, was zeigt, dass die Technologie in die Fertigung von FSIÄ/BSI-CMOS-Bildsensoren eingefügt werden kann.

Das europäische Forschungsinstitut Imec und die Universität Gent wiederum haben gemeinsam mit Medtronic und anderen CARDIS-Projektpartnern (Projekt Horizon 2020) den Prototypen eines medizinischen Produkts für das Screening arterieller Steifigkeit und für die Diagnose von Herz-Kreislauf-Erkrankungen wie arterielle Verengung und Herzfehler vorgestellt, der auf Silizium-Photonik basiert. Eine klinische Machbarkeitsstudie mit 100 Patienten wurde vom INSERM (Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale) im Georges Pompidou European Hospital in Paris bereits erfolgreich abgeschlossen.

Im Rahmen des Horizont-2020-Projekts CARDIS haben das Imec, Medtronic und sieben weitere Partner einen mobilen und kostengünstigen Prototypen für Point-of-Care-Screening-Geräte für Herzkreislauferkrankungen entwickelt. Ziel dabei war es, ein Gerät zu entwickeln, das eine schnelle, reproduzierbare und zuverlässige Messung mit minimalem Körperkontakt zum Patienten und minimalen Fähigkeiten des Bedieners ermöglicht. Das Funktionsprinzip des Gerätes basiert auf Laser-Doppler-Vibrometrie (LDV), bei der ein Laser mit sehr geringer Leistung auf die Haut über einer Arterie gerichtet wird.

Die Schwingungsamplitude und -frequenz der Haut, die sich aus dem Herzschlag ergeben, werden aus der Dopplerverschiebung des reflektierten Strahls extrahiert. Die Vorrichtung beinhaltet zwei Reihen von sechs Strahlen, wodurch mehrere Punkte auf der Haut über der Arterie parallel abgetastet werden können. Das Herzstück des Systems ist ein Silizium-Photonik-Chip, der für die optische Funktionalität zuständig ist. Dieser Chip wurde von der Photonics Research Group (Universität Gent) entworfen und auf Basis der Silizium-Photonik-Technologieplattform iSiPP50G vom Imec prototypisiert. Das Packaging wiederum wurde am Tyndall National Institute in Irland entwickelt. Das System wurde dann in ein Handheld-Gerät integriert und von Medtronic für den menschlichen Gebrauch validiert. Im nächsten Schritt wird eine Kleinserie des Gerätes produziert, um eine klinische Machbarkeitsstudie an einer größeren Patientengruppe und über einen längeren Zeitraum durchführen zu können.

Wenn diese Machbarkeitsstudie die Fähigkeit der Technologie zur frühzeitigen Erkennung von Herz-Kreislauf-Erkrankungen belegt, kann eine Großserienproduktion eingeleitet werden.