2020 Fiscal Year Annual Research Report
High-speed lensless multispectral three-dimensional motion-picture imaging method with natural light
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18H01456
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| Research Institution | National Institute of Information and Communications Technology |
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Principal Investigator |
田原 樹 国立研究開発法人情報通信研究機構, 電磁波研究所電磁波先進研究センター, 主任研究員 (50709095)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
石井 あゆみ 桐蔭横浜大学, 工学(系)研究科(研究院), 特任講師 (70406833)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | ホログラフィック蛍光顕微鏡 / インコヒーレントデジタルホログラフィ / インコヒーレントディジタルホログラフィック顕微鏡 / カラーデジタルホログラフィ / 計算コヒーレント多重 / デジタルホログラフィック顕微鏡 / デジタルホログラフィ / インコヒーレントディジタル動画ホログラフィ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、令和元年度に試作した光学システムの高速化を行なった。高速化のために、計算コヒーレント多重方式に必要な複数種類の波長多重ホログラムを単一露光で同時記録する光学システムを試作し、1回の露光でカラーホログラフィック3次元画像情報を取得できる蛍光顕微鏡システムの開発に成功した。また、ホログラム動画像記録システムの試作にも取り組み、カラー蛍光染色されたHeLa細胞に対し最高72fpsでカラー蛍光ホログラム動画像を取得することにも成功した。また、直径0.2umの蛍光粒子群が水中でブラウン運動する様子を蛍光ホログラム動画として記録できる事を確かめ、100fpsを超えるフレームレートで動画像記録可能である事を確認した。
高速化が可能と確認できた一方で、画質や空間分解能を評価する必要があった。そこで昨年度に構築した光学システムを用いて蛍光顕微鏡応用時の画質を実験的に調べた。カラー蛍光染色されたHeLa細胞を試料に用いて5種の波長多重ホログラムを逐次記録したところ、蛍光ホログラフィック顕微鏡システムでカラー3次元イメージングが可能である事を確認した。また、フレネルインコヒーレント自己相関ホログラフィ(FINCH)の光学系配置を適用することで、2次元試料のイメージングにおいて点像分布関数が向上する事を実験的に確かめた。赤、緑、青のフルカラーイメージングでは光学系の色収差がFINCHの光学系配置に若干影響したが、どの波長帯のホログラムにおいても点像分布関数を向上させることは可能であると確認した。その後、直径0.2umの蛍光粒子を試料とし、試作した蛍光ホログラフィック顕微鏡システムの3次元的な分解能を評価した。結果として3次元的にサブミクロンの分解能を得られることが分かり、原理的に高い時間・空間分解能を有する3次元顕微鏡として提供可能である知見を得た。
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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
当初計画に挙げていた光学システムの改良と、測定回数をさらに減らす方法と光学システムの提案に成功し、昨年度に比べ直径が3分の1以下の試料に対して記録速度を1桁向上させる事に成功した。また、計算コヒーレント多重方式に必要な複数種類の波長多重ホログラムを単一露光で同時記録する光学システムの試作に成功した。そして、カラー蛍光染色された細胞試料に対し、ビデオレートを超えてカラー蛍光ホログラム動画像を取得することにも成功した。当初検討していた光学システムよりも原理的に高速化が可能な光学システムを提案できた事に加え、直径サブミクロンの蛍光物体に対し100fpsを超えてホログラフィック動画イメージングが達成可能と実証した事は、顕著に進展した事項として挙げる。
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| Strategy for Future Research Activity |
概ね順調に進んでいるため、当初の予定通りに研究遂行する予定である。
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