2021 Fiscal Year Research-status Report
構造化照明と圧縮センシングを用いた超高解像度２次元ラマン分光高速イメージング
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20K04188
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| Research Institution | Meijo University |
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Principal Investigator |
來海 博央 名城大学, 理工学部, 教授 (30324453)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 構造化照明 / 圧縮センシング / ラマン分光法 / ２次元イメージング / ひずみ分布 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
まず構造化照明を用いた２次元ラマン分光イメージング顕微鏡の光学系の配置を行った．ここでは，２次元構造化照明用光学系を構築し，偏光板，回折格子，ビームエキスパンダー，λ/2板，対物レンズ等で構成している．回折格子でレーザー光を分岐し，対物レンズを用いて試料表面に角度をつけて入射させることで格子状の回折パターンを形成して構造化照明とした．格子状の回折パターンが理論で予測される形状に形成できた．ただ領域全体のラマン散乱光が非常に弱いため，光学系の最適化が必要であることが分かった．
次に，照射領域の各位置のラマン散乱光を同時に分光するための，チューナブルバンドパスフィルタ２枚を利用した分光装置と，その装置による分光シミュレーションを開発した．分光にはスキャン時間分だけ時間はかかるものの，画像そのものを分光できることがシミュレーションにより分かった．
最後に，き裂を有するモデル材料に対し有限要素法により得られたひずみ場を用いてラマンスペクトルを予測し，そのデータに基づく3次元ラマンデータキューブを構築した．さらに，そのデータキューブから得られる特定波長のラマンイメージング画像に対して，構造化照明と同等となる少ないデータを用いて，圧縮センシングにより画像の復元を行った．その結果，適切なパラーメーターを用いて復元することで，き裂位置が判別できるほど画像復元が可能となった．以上から，圧縮センシングによるラマンイメージングの高解像化かつ高速化の可能性を示した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
大学で建設された研究実験棟への引越しが２０２２年２月あり、その準備作業の１か月前から装置の一時解体、移設後の入室禁止期間があったため，２０２２年３月中旬までの２．５ヵ月間、研究の中断を余儀なくされ、実験面において遅れが生じた．本来行うはずだった装置構築に代わりに、２次元イメージの分光を面で行うシミュレーションを行い，２次元イメージをそのまま分光ができる目途を立てたため，全体としてはやや遅れていると判断した．
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| Strategy for Future Research Activity |
構築した2次元の構造化照明の光学系の最適化を実施する．特に，入射光学系に係わる光学素子の変更と光学系のアライメントの調整，任意のモノを観察できる装置構成に変更する．また，光学フィルター２枚を使用したスキャン型分光法によるシミュレーションにより分光分析ができることが分かったため，半同時ではあるが装置に分光装置として組み込んでいく．さらに完全同時２次元分光の可能性を追求する．
最後に，有限要素法を用いたシミュレーションベースのラマン散乱光を予測したラマンデータキューブを用い，構造化照明で利用する本来のデータの9分の1のデータに対し, 圧縮センシングで全データを用いた場合と同様なひずみ場を復元できたことから，実験でも試みる．
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| Causes of Carryover |
大学の新研究実験棟の完成に際し，２０２２年２月に引越しがあり，引越し前後の移設準備と復旧を含め２．５ヵ月実験研究が止まったため，２次元の構造化照明の光学系が最適化できておらず，これらの装置に使用する経費が次年度に繰り越された．
そのため，まず装置の光学系の最適化に必要な光学部品と，落射型の装置構成にするための部品を経費として執行し，装置の完成を目指す．さらに，観察に必要な試料の購入を行う予定である．
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Research Products
(4 results)
