2016 Fiscal Year Annual Research Report
水ストレス状態を定量化するデュアル光コムによるワンショット3D分光イメ ージング
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15H02026
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| Research Institution | Utsunomiya University |
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Principal Investigator |
山本 裕紹 宇都宮大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (00284315)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
安井 武史 徳島大学, 大学院理工学研究部, 教授 (70314408)
梅田 大樹 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 野菜花き研究部門, 研究員 (70615377)
南川 丈夫 徳島大学, 大学院理工学研究部, 講師 (10637193)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 光周波数コム / 分光イメージング / 共焦点顕微鏡 / 反射型光学素子 / 植物工場 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は，植物工場において生育する植物の水ストレス状態を定量化するデュアル光コムによるワンショット3D分光イメージングを行う共焦点レーザー顕微鏡を開発することである．ワンショットでフルフィールド画像を取得できる共焦点顕微鏡は，植物工場の現場における植物細胞のライブイメージングを可能にする．植物工場の収率向上に重要な水分量が枯渇寸前の状態（水ストレス状態）を定量的に取得し，瞬時に可視化する光学手法を明らかにする．
本年度は，(1)分光イメージングのためのブロードバンド光源を利用した3次元配光照明と分光イメージングを行った．予備実験によりLEDの光では水分量による顕著な違いが見られなかったため，新たに太陽光と同等の広いスペクトルで構成されるサーマルシミュレーターを光源に用いる照明光学系を構築した．光ファイバーガイドで射出されるサーマルシミュレーター光源と反射型光学素子を利用して複数の葉で囲われた中央部分を照明できることを実証した．この照明光を用いて照明を行い，葉の水分量を変えたサンプルに対して，ハイパースペクトルカメラによる分光イメージングを行った．(2)光周波数コムにおける離散スペクトルを，空間位置に変換する光学系を構築した．VIPAと回折格子を用いて波長／2次元平面の変換が行われた集光スポット列をサンプルに照射して，サンプルの反射光の検出において，対物レンズからサンプルまでの距離に応じて反射光が鋭敏に変化する共焦点効果を実証した．(3) 光コムの周波数スケールをRF帯まで周波数ダウンスケーリングする技術であるデュアル光コム分光を実現して，光周波数コムの光を回折格子で1次元配列に変換して照明して，サンプルでの反射光の離散スペクトルを1本ずつ検出した．これにより，1ショットで1ラインを同時並列に読み出せる共焦点顕微鏡技術を実現した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究の目的は，植物工場において生育する植物の水ストレス状態を定量化するデュアル光コムによるワンショット3D分光イメージングを行う共焦点レーザー顕微鏡を開発することであり，本プロジェクトは，周波数が安定化された光コム光源による波長／2次元平面変換機能によるワンショット共焦点レーザー顕微鏡技術の開発，植物の水分状態の分光画像の処理ならびに植物工場での実証試験から構成される．この目標に対して，太陽光と同様のブロードバンド光を照明に用いて葉が生い茂る中での分光イメージングを行うための3次元照明光学系の開発と分光画像の取得，波長／2次元平面変換の達成とデュアル光コム分光によるライン同時共焦点顕微鏡技術を実現している．
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究の目的である水ストレス状態を定量化するデュアル光コムによるワンショット3D分光イメージングを達成するために，3年の計画で研究を進める．平成28年度には，(1)植物工場におけるin vivo観察と(2)ワンショット共焦点レーザー顕微鏡にけるデコンボリューション処理を行う．
(1)これまでの実験の結果，植物をin vivoで観察するためには，葉の立体形状や表面の毛茸が観察を妨げることがわかった．そこで，新たにディフォーマブルミラーを用いて波面補正を行う光学系を導入する．(2) 集光レーザーとピンホールを用いて深さ分解能を向上させる共焦点レーザー顕微鏡の同時並列化を行うとともに，デュアル光コム分光で取得された値をもとにデコンボリューション処理による画質向上のため，この分野のスキルと知識を有する研究者に分担者に加わっていただくことで，研究の推進をはかる．
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[Presentation] Scan-less, Line-filed, Confocal Microscopy Based on Dimensional-Conversion Optical Frequency Comb2016
Author(s)
E. Hase, S. Miyamoto, Y.-H. Hiseh, T. Minamikawa, H. Yamamoto, and T. Yasui
Organizer
CLEO 2016
Place of Presentation
San Jose Convention Center, San Jose, CA, USA
Year and Date
2016-06-09 – 2016-06-09
Int'l Joint Research
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[Patent(Industrial Property Rights)] 計測装置2016
Inventor(s)
安井武史，（省略5名），山本裕紹
Industrial Property Rights Holder
徳島大学，宇都宮大学
Industrial Property Rights Type
特許
Industrial Property Number
PCT/JP2016/66636
Filing Date
2016-06-03
Overseas
