Development of filter-free hyperspectral image sensor and its application

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K14790
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 21060:Electron device and electronic equipment-related
• Research Institution: Toyohashi University of Technology
• Principal Investigator: Choi Yong-Joon 豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (80868828)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: フィルタフリー / 波長検出 / CMOSセンサ / クロロフィル計測 / ウィルス検出 / 蛍光定量 / レジオネラ菌識別 / バイオセンサ

Outline of Final Research Achievements

We realized a filter-free wavelength detection sensor that does not require optical components by using the CMOS technology of the Toyohashi University of Technology. In addition, we fabricated a filter-free wavelength image sensor that can image information on wavelength and light intensity. The fabricated sensor discriminates wavelengths from the visible light region to the near ultraviolet (λ: 450-800 nm) with a resolution of 0.1 nm or more without an optical filter and simultaneously detects their light intensity. Furthermore, we used this sensor to quantify multiple fluorescent reagents and detect COVID-19 by integrating it with the LSPR sensor. We measured plant chlorophyll and identified Legionella bacteria by integrating the signal processing circuit.

Free Research Field

電気・電子工学，電子デバイス・電子機器

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

細胞などの検出には高い空間分解能が要求されており，高解像度のバイオイメージングに向け，より小さな画素を製作する研究が進められ，現在では数μm程度で技術的な限界に達した．また，特定波長を分析する分光装置は波長を分離する光学部品などにより，高価・大規模な装置になる問題かつ一ポイントのみの計測になる．開発したセンサは，特定波長を検出するため一般的に使用されている光学部品などを使用せず，単画素で光波長を検出することが可能であるため，バイオ分野で波長を検出する小型化システムが実現でき、その場診断などPOCTに応用が可能である．また，センサのアレイ化により，2次元の波長情報の画像化が可能になる．