2019 Fiscal Year Annual Research Report
Development of multi-wavelength digital holography for highly accurate particle measurement
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17K06156
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| Research Institution | Kyoto Institute of Technology |
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Principal Investigator |
村田 滋 京都工芸繊維大学, 機械工学系, 教授 (50174298)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 流体計測 / 波動光学 / ディジタルホログラフィ / ３次元計測 / 粒子計測 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題では，これまで単波長光を用いて開発してきたディジタルホログラフィ粒子計測法を多波長法へと拡張し，単眼で３次元空間に高密度分布する数マイクロ～数十マイクロメートルの微小粒子・液滴群に関する様々な量を時系列同時計測できる高性能ディジタルホログラフィ粒子計測システムの開発を目的とした．
高性能化の方針は，ホログラムに記録された粒子像を現実の粒子分布により近い姿で再生することとし，次の２つの観点で粒子像の画質改善を図った．１つ目は，記録粒子像を測るためホログラム再生した時にノイズの原因となる共役像の波面を抑制することであり，もう１つは，奥行き方向に伸びてしまう粒子の再生像を現実の粒子のコンパクトな形状に近づけることである．
平成30年度までは，多波長照明及びカラーカメラを用いた多波長位相回復ホログラフィを開発し，その性能評価を数値シミュレーションおよび基礎実験によって実施した．この方法は赤，緑，青のレーザー照明によるホログラムを同時取得することで，同じ粒子群に対する観測情報量を増大させ，粒子情報をより正確に計測することを狙うものである．複数枚の色の異なるホログラムを用いた反復計算により，背景ノイズの原因となる共役像波面が効率的に除去され，数値シミュレーションおよび基本性能試験によって偽粒子カウント数を低減できることを示した．
令和元年度は，ホログラムから再生した粒子像の奥行き方向伸びをデコンボリューション処理により低減する方法の性能を改善した．これは，再生像の奥行き方向伸びを理論的に表現し，その影響を実際の再生粒子像から取り除く処理であり，再生像から平面波再生光成分を除去することで従来のデコンボリューション処理の性能を向上させた．そして，数値シミュレーションにより，とりわけ高粒子数密度の場合にその効果が発揮されることを確認した．
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