Development of 320x256 pixel metamaterial infrared image sensors for visualizing invisible gases

• Project/Area Number: 23K26576
• Project/Area Number (Other): 23H01883 (2023)
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund (2024); Single-year Grants (2023)
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 30020:Optical engineering and photon science-related
• Research Institution: National Institute for Materials Science
• Principal Investigator: 宮崎 英樹 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 電子・光機能材料研究センター, 上席研究員 (10262114)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 田中 慶 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 農業機械研究部門, グループ長 (10370496)
• Project Period (FY): 2023-04-01 – 2026-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥18,850,000 (Direct Cost: ¥14,500,000、Indirect Cost: ¥4,350,000); Fiscal Year 2025: ¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000); Fiscal Year 2024: ¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000); Fiscal Year 2023: ¥7,540,000 (Direct Cost: ¥5,800,000、Indirect Cost: ¥1,740,000)
• Keywords: メタマテリアル / 赤外線 / 画像センサ / ガス可視化 / 量子井戸

Outline of Research at the Start

量子井戸とメタマテリアルを融合した独自の赤外検出器を応用し、吸収波長5～8μm帯のガスを『見える化』する320×256画素のカメラを実現する。多くのガスは3～15μｍの中赤外域に分子固有の吸収を持ち、赤外カメラに狭帯域冷却フィルタを取り付けると、そのガスだけを可視化できる。しかし、5～8μm帯は赤外カメラが存在しない空白域に位置し、可視化する手段がない。応募者は、独自のアンテナ構造により、任意の波長で従来の検出器の理論限界すら超える性能を持つ量子メタマテリアル赤外検出器を開発した。本研究では、独自の製造技術の確立によりこの検出器で8万画素のカメラを実現し、これまで見えなかったガスを可視化する。