科学研究 - 全球首次！日本成功用一枚片状图像传感器同时测量指纹、静脉图像和脉搏

日本国立大学法人东京大学研究生院工学系研究科的横田知之副教授和染谷隆夫教授等与日本显示器公司合作，共同开发出了兼具高空间分辨率和高读取速度的片状图像传感器。该片状图像传感器只有15微米厚，又薄又轻还以弯曲。通过集成高灵敏度的有机光感测器和高迁移率的低温多晶硅薄膜晶体管，同时实现了高分辨率和高速读取。由此，一个图像传感器即可实现需要高分辨率的生物识别用指纹、静脉图像成像以及需要高速读取的脉搏分布测量。将片状图像传感器应用于可穿戴设备，能同时进行生物识别和生命体征测量。不仅可以预防“身份冒用”和混淆患者，还能为设备的小型化做出贡献。

日本社会正快速迈向超老龄化。在这种情况下，如何在抑制医疗费持续上涨的同时，提高生活质量（QoL）成为当务之急。为解决这个难题，人们对通过可穿戴设备等新技术获取和利用生物信息的期待高涨。尤其是患者及家人的自我照料和居家照护，被认为是解决超老龄化社会课题的突破口之一。实际上，为迎接自我照顾时代的全面到来，可随时监测健康状态的可穿戴传感器和带通信功能的家用血压计等正陆续投放市场。

另一方面，利用基于可穿戴传感器的生物信息设计新保险制度和激励制度时，如何确认在家测量的数据来自患者本人被视为一个重要挑战。另外，将来医院和福利设施大量利用可穿戴设备时，还需要降低混淆患者的风险。因此，在对用户同时进行生物识别和测量生命体征成为紧迫任务。

此次，研究团队在高分子基板上成功制作了能高分辨率成像，而且可高速读取脉搏的片状图像传感器。这款图像传感器能以高分辨率拍摄用于生物识别的指纹和静脉图像。而且，利用同一个图像传感器，还可以测量作为生命体征之一的脉搏及其分布情况。

以前也报告过片状图像传感器，但未实现同时高分辨率成像和高速读取，即无法利用一枚片状图像传感器同时测量静态的生物识别数据和动态的生命体征。主要技术制限是未能使高灵敏度的光感测器和高速开关元件在互不损坏的情况下集成于高分子基板上。

此次成功开发的片状图像传感器是以高效率有机半导体为感光层的光感测器和采用低温多晶硅薄膜晶体管有源矩阵的高速读取电路高密度集成制作而成（图1）。分辨率达到指纹认证所需的508点数/英寸（DPI）。有机光感测器的感光层采用对静脉认证等使用的850纳米波长近红外光具有高灵敏度（外部量子效率为50％以上）的体异质结结构有机膜。高分子基材厚度为10微米，片状图像传感器总厚度为15微米，实现了薄型、轻量和柔性，方便嵌入设备或张贴到曲面上（图1）。通过开发在光感测器和薄膜晶体管互不损伤的情况下进行集成的工艺技术，实现了能同时进行高分辨率成像和高速读取的片状图像传感器。