科學研究 - 全球首次！日本成功用一枚片狀圖像感測器同時測量指紋、靜脈圖像和脈搏

日本國立大學法人東京大學研究生院工學系研究科的橫田知之副教授和染谷隆夫教授等與日本顯示器公司合作，共同開發出了兼具高空間解析度和高擷取速度的片狀圖像感測器。該片狀圖像感測器只有15微米厚，又薄又輕還以彎曲。通過整合高靈敏度的有機光感測器和高遷移率的低溫多晶矽薄膜電晶體，同時實現了高解析度和高速擷取。由此，一個圖像感測器即可實現需要高解析度的生物識別用指紋、靜脈圖像成像以及需要高速擷取的脈搏分佈測量。將片狀圖像感測器應用於可穿戴設備，能同時進行生物識別和生命體徵測量。不僅可以預防「身份冒用」和混淆患者，還能為設備的小型化做出貢獻。

日本社會正快速邁向超老齡化。在這種情況下，如何在抑制醫療費持續上漲的同時，提高生活品質（QoL）成為當務之急。為解決這個難題，人們對通過可穿戴設備等新技術獲取和利用生物資訊的期待高漲。尤其是患者及家人的自我照料和居家照護，被認為是解決超老齡化社會課題的突破口之一。實際上，為迎接自我照顧時代的全面到來，可隨時監測健康狀態的可穿戴感測器和帶通信功能的家用血壓計等正陸續投放市場。

另一方面，利用基於可穿戴感測器的生物資訊設計新保險制度和激勵制度時，如何確認在家測量的數據來自患者本人被視為一個重要挑戰。另外，將來醫院和福利設施大量利用可穿戴設備時，還需要降低混淆患者的風險。因此，在對客戶同時進行生物識別和測量生命體徵成為緊迫任務。

此次，研究團隊在聚合物基底層上成功製作了能高解析度成像，而且可高速擷取脈搏的片狀圖像感測器。這款圖像感測器能以高解析度拍攝用於生物識別的指紋和靜脈圖像。而且，利用同一個圖像感測器，還可以測量作為生命體徵之一的脈搏及其分佈情況。

以前也報告過片狀圖像感測器，但未實現同時高解析度成像和高速擷取，即無法利用一枚片狀圖像感測器同時測量靜態的生物識別數據和動態的生命體徵。主要技術製限是未能使高靈敏度的光感測器和高速開關元件在互不損壞的情況下整合於聚合物基底層上。

此次成功開發的片狀圖像感測器是以高效率有機半導體為感光層的光感測器和採用低溫多晶矽薄膜電晶體有源矩陣的高速擷取電路高密度整合製作而成（圖1）。解析度達到指紋認證所需的508點數/英吋（DPI）。有機光感測器的感光層採用對靜脈認證等使用的850奈米波長近紅外光光具有高靈敏度（外部量子效率為50％以上）的體異質接面結構有機膜。聚合物基材厚度為10微米，片狀圖像感測器總厚度為15微米，實現了薄型、輕量和柔性，方便嵌入設備或張貼到曲面上（圖1）。通過開發在光感測器和薄膜電晶體互不傷害的情況下進行整合的過程技術，實現了能同時進行高解析度成像和高速擷取的片狀圖像感測器。