| 研究領域 | 散乱・揺らぎ場の包括的理解と透視の科学 |
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| 研究課題/領域番号 |
20H05887
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| 研究種目 |
学術変革領域研究(A)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 審査区分 |
学術変革領域研究区分(Ⅱ)
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| 研究機関 | 京都工芸繊維大学 |
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研究代表者 |
粟辻 安浩 京都工芸繊維大学, 電気電子工学系, 教授 (80293984)
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| 研究分担者 |
角江 崇 千葉大学, 大学院工学研究院, 准教授 (40634580)
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| 研究期間 (年度) |
2020-11-19 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
148,590千円 (直接経費: 114,300千円、間接経費: 34,290千円)
2024年度: 23,530千円 (直接経費: 18,100千円、間接経費: 5,430千円)
2023年度: 20,800千円 (直接経費: 16,000千円、間接経費: 4,800千円)
2022年度: 26,390千円 (直接経費: 20,300千円、間接経費: 6,090千円)
2021年度: 13,130千円 (直接経費: 10,100千円、間接経費: 3,030千円)
2020年度: 64,740千円 (直接経費: 49,800千円、間接経費: 14,940千円)
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| キーワード | 光工学・光量子科学 / 超高速動画 / ホログラフィー / フェムト秒テクノロジー / イメージング / 高速度イメージング |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究は，散乱媒質中を伝搬する光の動画像記録技術の極限を追求する．性能的には毎秒100兆コマ相当の動画像を可能にする方法を検討し，実証にチャレンジする．さらに，散乱媒質中を伝搬する光の動画像記録に展開する．その後，光伝搬動画像記録における光散乱特性の解析と散乱の補償方法を検討し，コンピュータによる計算補償の実証にチャレンジする．さらに，顕微鏡技術とこの技術を融合し生細胞おける完全データ取得を行う技術の創出を目指して，生細胞中を伝搬する光の様子の動画像記録と観察方法を検討する．
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| 研究実績の概要 |
2022年度に検討した，生物の細胞のように，より微小な領域を伝播する光の動画像を記録できるように拡大率を30倍程度に向上させて記録する光学系の設計と構築を行った．拡大率の増大に伴い動画像の記録可能時間が減少するという問題を解決するために必要な，物体照明光パルスの光パルス面の傾き角度を明らかにした．また，この傾き角度を実現するための回折格子を設計，製作し，その有効性を実験により確認した．また，拡大率を30倍にした光パルスの像が伝播する様子のディジタル動画像記録・観察するシステムに，製作した回折格子を導入した．この構築したシステムを用いて，生体試料を伝播する光パルスの拡大動画像記録を行った．生体試料として植物の細胞を設定した．実験により，植物細胞を伝播する光の動画像記録・観察に成功した．
一般に，光の散乱特性は，光の波長に依って異なる．伝播する光パルスの動画像記録技術において，記録に用いる光の波長に対して得られる再生像やその特性については，未だ報告例が無い．そこで，前年度に開発した，伝播する光の動画像記録に用いる光の波長を変えた場合の像再生計算プログラムを用いて，超短光パルスを構成する波長成分の伝播の様子を動画像記録するための実験システムを設計・構築した．構築したシステムでは，光源として中心波長522 nm,パルス時間幅178fsの光を発する超短パルスレーザー，撮像としてハイパースペクトルカメラを用いてホログラムを記録する．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
微小な領域を伝播する光の伝播の動画像を記録できるように拡大率を30倍程度に向上させて，その像を記録するために必要な光パルスを傾けるための回折格子の記録条件を明らかに，作製できた．また，作製した回折格子を用いて光の伝播の動画像を記録する光学系を構築できた．さらに，構築した光学系で，生物の細胞を伝播する光の動画像記録にも成功した．このことより，本研究課題はおおむね順調に進展していると判断できる．
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| 今後の研究の推進方策 |
2023年度に構築した光学系では，生物細胞中を伝播する光の動画像を記録できたが，細胞壁等で光が散乱した後，その光が伝播する様子が記録されていなかった．そこで2024年度は，細胞の内部を伝播する光の動画像と細胞壁で散乱して伝播する光の動画像とを同時に記録・再生できる技術を創出する．まず，その技術を実現するためのシステムの設計ならびに構築を行う．検討を予定している技術では，異なる角度で生物細胞を照明し，それぞれの角度で照明した光の伝播の様子の動画像を同時に記録する．また，それぞれの光で記録された動画像を同時に観察を実現するためのコンピュータプログラムを創生する．細胞内部を伝播する光ならびに細胞壁で散乱した後に伝播する光のそれぞれの伝播の様子を比較し伝播特性を明らかにする．
2022年度に構築した超短光パルスを構成する波長成分の伝播の様子を動画像記録できるシステムを動作させて，その動作を確認する．また，超短光パルスを構成する波長成分がそれぞれどのように伝播するかを実験的に調べることで，伝播する光パルスの動画像記録技術の波長特性を明らかにする．
ホログラフィーの記録について高度な知識を持つ(株)久保田ホログラム工房 久保田敏弘博士，神戸大学 的場修教授，産業技術総合研究所 夏鵬主任研究員，京都工芸繊維大学 Sudheesh Kumar Rajput博士研究員，広島大学 井上智好特別研究員と議論ならびに助言を受けながら研究を進める．
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