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光分光学：高い時空間解像度を有する広帯域ハイパースペクトルイメージセンサー
Nature 635, 8037 doi: 10.1038/s41586-024-08109-1
ハイパースペクトルイメージングは、固有の物質特性を明らかにする高次元の空間・時間・スペクトル情報を与える。今回我々は、高い空間・時間解像度を持つオンチップ計算ハイパースペクトルイメージングの枠組みを報告する。イメージセンサーチップ上に異なる広帯域変調材料を集積させることにより、ターゲットのスペクトル情報は、高い光スループットで各ピクセルに不均一かつ本質的に結合される。インテリジェント再構成アルゴリズムを使用することによって、各フレームからマルチチャネル画像を復元することができ、リアルタイムのハイパースペクトルイメージングが実現される。我々はこの枠組みに従い、光リソグラフィーを用いて、広帯域の可視・近赤外（400～1700 nm）ハイパースペクトルイメージセンサーを作製した（平均光スループットは74.8％、波長チャンネルは96）。実証された解像度は、124 fpsで1024 × 1024ピクセルである。我々は、インテリジェント農業の分野ではクロロフィルや糖分の定量化、ヒトの健康の分野では血中酸素や水質のモニタリング、産業オートメーションの分野ではテキスタイル分類やリンゴの傷検出、天文学の分野では遠隔月面検出など、幅広い応用を実証した。この集積化ハイパースペクトルイメージセンサーの重量はわずか数十グラムであり、リソースに制限のあるさまざまなプラットフォームに組み込んだり、市販の光学システムを備えたりすることができる。この技術は、高次元イメージングの課題を、高コストの製造と煩雑な系から、オンチップ圧縮と素早い計算によって解決可能なものに様変わりさせるものである。
