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Ｓ／Ｎ比８０ｄＢ超・広光波長帯域ＣＭＯＳ撮像素子による吸光・発光イメージング

使用信噪比超过 80 dB 和宽光学波长带的 CMOS 图像传感器进行吸收/发射成像

基本信息

批准号：
18J20657
负责人：
藤原康行
金额：
$ 1.41万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2018
资助国家：
日本
起止时间：
2018-04-25 至 2021-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

高精度な吸光分析を2次元画像として実現するために、高いSNRと、紫外から近赤外の広光波長帯域における高い量子効率を同時に実現するCMOSイメージセンサを開発すること、また、その応用として非侵襲での血糖値測定の基礎技術を確立する研究に取り組んだ。１次試作センサの追加測定を行い、10フレームを平均化することでSNR80dBが達成できること及び紫外から近赤外の広光波長帯域での高量子効率を確認した。また、測定対象物質の要求測定濃度の吸光度から測定に必要となるSNR及びCMOSイメージセンサの設計パラメータを算出するフローを提案し、要素技術を集積化し、具現化する手法を確立した。これらの結果を、『IEEE Transactions on Electron Devices』やオンラインセミナー講演他にて報告した。2次試作センサでは、飽和電子数を1億個以上とするために、画素内容量部を2枚のウエハに分割する積層構造を提案、設計し、単一露光で飽和電子数1億個超、裏面照射化により開口率100％を達成する見込みを得た。以上の結果より、紫外光から近赤外光までの広い波長範囲で高い量子効率を持ち、最高SNRが80dB以上を有し、高精度吸光分析に適用できるCMOSイメージセンサが創出できたと結論づける。非侵襲血糖値測定に向けた取り組みとしては、血液を用いた検量線取得の高精度化及び生体を用いた吸光イメージングに取り組んだ。検量線取得に関しては、血液分析装置を新たに用い、血液成分と吸光度の関係を詳細に解析することで、より高精度な検量線を安定的に測定する方法を明らかにし、特願2021-025482及び特願2021-025483の2件を共同発明者として特許出願した。生体の吸光イメージングに関しては、可搬性を有する小型プロトタイプ機の設計に着手した。以上より、非侵襲での血糖値測定の基礎技術を確立したと結論づける。

High precision absorption analysis, two-dimensional imaging, high SNR, UV, near-infrared wavelength band, high quantum efficiency, simultaneous detection, CMOS imaging, development, application, non-invasive blood glucose measurement, basic technology, research and development 1 test run for additional measurements, 10 dB SNR averaging, 80dB SNR, and high quantum efficiency in the near-infrared wavelength range. To determine the absorbance of the required concentration of the target substance, the SNR and CMOS technology are required to calculate the design parameters and establish the integration and visualization methods. The results of this report are presented in IEEE Transactions on Electron Devices and IEEE Transactions on Electron Devices. 2 times try to make the number of saturated electrons more than 100 million, the number of pixels in the internal capacity part of the two layers of structure proposal, design, single exposure, the number of saturated electrons more than 100 million, the number of internal irradiation, the aperture ratio of 100%, to achieve The above results show that the UV wavelength range is high, the maximum SNR is above 80dB, and the high precision absorption analysis is applicable. Non-invasive blood glucose measurement is performed with high accuracy and with high absorbance. A new method for obtaining a calibration curve, analyzing the relationship between blood components and absorbance in detail, and measuring a stable calibration curve with high accuracy is disclosed in Japanese Patent Application No. 2021-025482 and Japanese Patent Application No. 2021 -025483. The light absorption of living organisms is related to the design of portable small machines. The basic technology of noninvasive blood glucose measurement was established.