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光散乱場の位相特異点の時空間ダイナミックスを用いた新しいセンシング技術の基礎研究

研究課題

研究課題/領域番号 15360026
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 応用光学・量子光工学
研究機関電気通信大学

研究代表者

武田 光夫  電気通信大学, 電気通信学部, 教授 (00114926)

研究分担者 宮本 洋子  電気通信大学, 電気通信学部, 助手 (50281655)
研究期間 (年度) 2003 – 2005
研究課題ステータス 完了 (2005年度)
配分額 *注記
14,800千円 (直接経費: 14,800千円)
2005年度: 2,800千円 (直接経費: 2,800千円)
2004年度: 6,400千円 (直接経費: 6,400千円)
2003年度: 5,600千円 (直接経費: 5,600千円)
キーワードスペック / 位相特異点 / 干渉計測 / 光渦 / Vortex / 光応用計測 / 変位計測 / スペック干渉 / スペックル / スペックル干渉 / 位相相関 / ランダムドット
研究概要

拡散表面をもつ物体からの光散乱場の位相情報を用いた新しい光波センシング技術を開拓することを目的として,光散乱場の位相分布の中に生成される光渦場(Optical Vortex)の渦中心に存在する位相特異点(Phase Singularity)の統計的性質を実験により明らかにした.また,位相特異点の統計的性質を利用して微小変位の精密計測する新しい発想に基づく原理を提案し,計測装置を試作しその有効性を実験的に示した.その具体的内容は以下の通りである.
1.光散乱場の位相特異点の空間構造と統計的性質の解明
フーリエ縞解析法による精密干渉計測と波動場の内挿により光渦場の位相特異点近傍の位相の空間構造を高分解能計測する技術を開発し,Berryが理論的に予測した光散乱場の位相特異点の楕円的空間異方構造とその統計的性質を初めて実験的に確認した.また,Dennisが理論的に予言した位相特異点近傍の位相場の角運動量のケプラー則を初めて実験により検証した.
2.スペックルパターンの解析信号の位相特異点を指標としたナノメートル領域の微小変位計測の実現
スペックルの強度情報を位相情報に対応づけるための手段としてRiesz変換に基づくスペックル強度場の複素解析信号表現を採用し,複素解析信号の位相特異点の中心位置を指標とする微小変位計測法を提案し実験によりナノメートルクラスの微小変位計測の可能性を実証した.
3.スペックルパターンの複素解析信号の位相限定相関法による微小変位計測法の実現
スペックルパターンをヒルベルト変換して得られる複素解析信号の擬似位相情報のみを用いた信号領域での位相限定相関関数を指標とする微小変位計測の原理を提案した.実験と理論の両方により従来の強度相関法に対する優位性を実証した.
4.複素コヒーレンス場のコヒーレンス渦の存在の実証実験
光波動場の相関関数である複素コヒーレンス関数のコヒーレンス渦場が存在することが理論的に予測されていたが実験的にはまだ示されていなかった.コヒーレンス渦場を発生させる実験法を提案し,実験によりコヒーレンス渦場の存在を初めて実証することに成功した

報告書

(4件)
  • 2005 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 2004 実績報告書
  • 2003 実績報告書
  • 研究成果

    (36件)

すべて 2006 2005 2004 2003 その他

すべて 雑誌論文 (29件) 産業財産権 (4件) 文献書誌 (3件)

  • [雑誌論文] Experimental study of coherence vortices : Local properties of phase singularities in a spatial coherence function2006

    • 著者名/発表者名
      W.Wang, Z.Duan, S.G.Hanson, Y.Miyamoto, M.Takeda
    • 雑誌名

      Physical Review Letters Vol.96

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 実績報告書 2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Optical vortex metrology for nanometric speckle displacement measurement2006

    • 著者名/発表者名
      W.Wang, T.Yokozeki, R.Ishijima, A.Wada, Y.Miyamoto, M.Takeda
    • 雑誌名

      Optics Express Vol.14 No.1

      ページ: 120-127

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 実績報告書 2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Experimental study of coherence vortices : Local properties of phase singularities in a spatial coherence function,2006

    • 著者名/発表者名
      W.Wang, Z.Duan, S.G.Hanson, Y.Miyamoto, M.Takeda
    • 雑誌名

      Phys.Rev.Lett. Vol.96

      ページ: 73902-73902

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Optical vortex metrology for nanometric speckle displacement measurement,2006

    • 著者名/発表者名
      W.Wang, T.Yokozeki, R.Ishijima, A.Wada, Y.Miyamoto, S.G.Hanson, M.Takeda
    • 雑誌名

      Opt.Express Vol.14, No.1

      ページ: 120-127

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Experimental investigation of local properties and statistics of optical vortices in random wave fields2005

    • 著者名/発表者名
      W.Wang, S.G.Hanson, Y.Miyamoto, M.Takeda
    • 雑誌名

      Physical Review Letters Vol.94, No.10

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Phase singularities in analytic signal of while-light speckle pattern with application to micro-displacement measurement2005

    • 著者名/発表者名
      W.Wang, N.Ishii, S.G.Hanson, Y.Miyamoto, M.Takeda
    • 雑誌名

      Optics Communications Vol.248/1-3

      ページ: 59-68

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Pseudo-phase information of complex analytic signal of speckle fields and its applications (I) : Micro-displacement observation based on phase-only correlation in signal domain2005

    • 著者名/発表者名
      W.Wang, N.Ishii, S.G.Hanson, Y.Miyamoto, M.Takeda
    • 雑誌名

      Applied Optics Vol.44 No.23

      ページ: 4909-4915

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Pseudo-phase information of complex analytic signal of speckle fields and its applications (II) : Statistical property of analytic signal of while-light speckle pattern applied to micro-displacement measurement2005

    • 著者名/発表者名
      W.Wang, N.Ishii, S.G.Hanson, Y.Miyamoto, M.Takeda
    • 雑誌名

      Applied Optics Vol.44 No.23

      ページ: 4916-4921

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Coherence holography2005

    • 著者名/発表者名
      M.Takeda, W.Wang, Z.Duan, Y.Miyamoto
    • 雑誌名

      Optics Express Vol.13 No.23

      ページ: 9629-9635

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 実績報告書 2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Phase singularities in analytic signal of white-light speckle pattern with application to micro-displacement measurement.2005

    • 著者名/発表者名
      W.Wang, N.Ishii, S.G.Hanson, Y.Miyamoto, M.Takeda
    • 雑誌名

      Opt.Communications Vol.248/1-3

      ページ: 59-68

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Experimental Investigation of Local Properties and Statistics of Optical Vortices in Random Wave Fields,2005

    • 著者名/発表者名
      W.Wang, S.G.Hanson, Y.Miyamoto, M.Takeda
    • 雑誌名

      Phys.Rev.Lett. Vol.94, No.10

      ページ: 103902-103902

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Pseudo-phase Information of Complex Analytic Signal of Speckle Fields and Its Applications (I) : Micro-displacement observation Based on Phase-only Correlation in Signal Domain,2005

    • 著者名/発表者名
      W.Wang, N.Ishii, S.G.Hanson, Y.Miyamoto, M.Takeda
    • 雑誌名

      Appl.Opt. Vol.44

      ページ: 4909-4915

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Pseudo-phase Information of Complex Analytic Signal of Speckle Fields and Its Applications (II) : Statistical Property of the Analytic Signal of White-light Speckle Pattern Applied to Micro-displacement Measurement,2005

    • 著者名/発表者名
      W.Wang, N.Ishii, S.G.Hanson, Y.Miyamoto, M.Takeda
    • 雑誌名

      Appl.Opt. Vol.44

      ページ: 4916-4921

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Experimental study of local properties of optical vortices in random isotropic field,2005

    • 著者名/発表者名
      W.Wang, S.G.Hanson, Y.Miyamoto, M.Takeda
    • 雑誌名

      European Conference on Lasers and Electro-Optics, (Munich, Germany)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Synthesis and Spatial Evolution of Longitudinal Coherence Vortex,2005

    • 著者名/発表者名
      W.Wang, Z.Duan, S.G.Hanson, Y.Miyamoto, M.Takeda
    • 雑誌名

      Optics and Photonics : SPIE Annual Meeting, (San Diego, USA), Proc.SPIE Vol.5924

      ページ: 592405-592411

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Experimental study of coherence vortices : birth and evolution of phase singularities in a spatial coherence function,2005

    • 著者名/発表者名
      W.Wang, Z.Duan, S.G.Hanson, Y.Miyamoto, M.Takeda
    • 雑誌名

      Fringe'05 : International Workshop on Automatic Processing of Fringe Patterns, (Stuttgart, Germany)(W.Osten Ed.)(Springer)

      ページ: 46-53

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Second-order statistical properties of partially developed speckle and its applications to speckle metrology,2005

    • 著者名/発表者名
      W.Wang, S.G.Hanson, Y.Miyamoto, M.Takeda
    • 雑誌名

      IQEC/CLEO-PR 2005, (Tokyo, Japan), Technical Digest

      ページ: 1423-1424

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Pseudo-phase information of complex analytic signal of speckle fields and its applications (I): Micro-displacement observation based on phase-only correlation in signal domain2005

    • 著者名/発表者名
      W.Wang, N.Ishii, S.G.Hanson, Y.Miyamoto, M.Takeda
    • 雑誌名

      Applied Optics Vol.44 No.23

      ページ: 4909-4915

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Pseudo-phase information of complex analytic signal of speckle fields and its applications (II): Statistical property of analytic signal of white-light speckle pattern applied to micro-displacement measurement2005

    • 著者名/発表者名
      W.Wang, N.Ishii, S.G.Hanson, Y.Miyamoto, M.Takeda
    • 雑誌名

      Applied Optics Vol.44 No.23

      ページ: 4916-4921

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Experimental Investigation of Local Properties and Statistics of Optical Vortices in Random Wave Fields2005

    • 著者名/発表者名
      W.Wang, S.G.Hanson, Y.Miyamoto, M.Takeda
    • 雑誌名

      Physical Review Ltters (印刷中)

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Phase Singularities in Analytic Signal of White-Light Speckle Pattern with Application to Micro-displacement Measurement2005

    • 著者名/発表者名
      W.Wang, N.Ishii, S.G.Hanson, Y.Miyamoto, M.Takeda
    • 雑誌名

      Optics Communications (印刷中)

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Pseudo-phase information of complex analytic signal of speckle fields and its applications : micro-displacement measurement based on phase-only correlation in signal domain,2004

    • 著者名/発表者名
      W.Wang, N.Ishii, Y.Miyamoto, M.Takeda
    • 雑誌名

      Optical Metrology in Production Engineering(W.Osten, M.Takeda Eds.)(Munich, Germany), Proc.SPIE Vol.5457

      ページ: 44-49

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Density of phase singularities in analytic signal of speckle pattern with application to micro-displacement measurement,2004

    • 著者名/発表者名
      W.Wang, N.Ishii, S.G.Hanson, Y.Miyamoto, M.Takeda
    • 雑誌名

      ICO International Conference, Optics and Photonics in Technology Frontier, (Makuhari, Japan) Technical Digest

      ページ: 407-408

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Statistical property for the complex analytic signal of white-light speckle pattern applied to micro-displacement measurement,2004

    • 著者名/発表者名
      W.Wang, N.Ishii, S.G.Hanson, Y.Miyamoto, M.Takeda
    • 雑誌名

      Interferometry XII : Techniques and Analysis, (Denver, USA), Proc.SPIE Vol.5531

      ページ: 121-126

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Pseudo-phase information of complex analytic signal of speckle fields and its applications2004

    • 著者名/発表者名
      W.Wang, N.Isii, Y.Miyamoto, M.Takeda
    • 雑誌名

      Optical Metrology in Production Engineering (Munich, Germany) Proc.SPIE Vol.5457

      ページ: 44-49

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Density of phase singularities in analytic signal of speckle pattern with application to micro-displacement measurement2004

    • 著者名/発表者名
      W.Wang, N.Isii, S.G.Hanson, Y.Miyamoto, M.Takeda
    • 雑誌名

      ICO International Conference, Optics and Photonics in Technology Frontier, (Makuhari, Japan)

      ページ: 407-408

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Statistical property for the complex analytic signal of white-light speckle pattern applied to micro-displacement measurement2004

    • 著者名/発表者名
      W.Wang, N.Ishii, S.G.Hanson, Y.Miyamoto, M.Takeda
    • 雑誌名

      Interferometry XII : Techniques and Analysis, (Denver, USA), Proc.SPIE Vol.5531

      ページ: 121-126

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Statistical properties of analytic signal of white-light speckle pattern and its application to in-plane displacement2004

    • 著者名/発表者名
      W.Wang, N.Isii, Y.Miyamoto, M.Takeda
    • 雑誌名

      Extended Abstracts, Optics Japan 2004

      ページ: 538-539

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Phase singularities in dynamic speckle fields and their applications to optical metrology,2003

    • 著者名/発表者名
      W.Wang, N.Ishii, Y.Miyamoto, M.Takeda
    • 雑誌名

      Speckle Metrology 2003 (Trondheim, Norway), Proc.SPIE Vol.4933

      ページ: 175-180

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [産業財産権] 変位検出方法、及び変位検出装置、並びに変位検出プログラム2006

    • 発明者名
      武田光夫, 王〓, 横関友亮, 石島玲華
    • 権利者名
      電気通信大学
    • 産業財産権番号
      2006-024846
    • 出願年月日
      2006-02-01
    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [産業財産権] 変位検出方法、及び変位検出装置、並びに変位検出プログラム2006

    • 発明者名
      武田光夫, Wei Wang, 横関友亮, 石島玲華
    • 産業財産権番号
      2006-024846
    • 出願年月日
      2006-02-01
    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [産業財産権] 非破壊検査方法および装置2004

    • 発明者名
      武田光夫, 王〓, 石井信生, 宮本洋子
    • 権利者名
      電気通信大学
    • 出願年月日
      2004-04-23
    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [産業財産権] 非破壊検査方法および装置2004

    • 発明者名
      武田光夫, 王い, 石井信生, 宮本洋子
    • 権利者名
      電気通信大学
    • 出願年月日
      2004-04-23
    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [文献書誌] W.Wang, N.Ishii, Y.Miyamoto, M.Takeda: "Phase singularities in dynamic speckle fields and their applications to optical metrology"Speckle Metrology 2003 (Trondheim, Norway), Proc.SPIE. Vol.4933. 175-180 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] 石井信生, Wang Wei, 宮本洋子, 服部修二, 武田光夫: "スッペックル場の複素解析信号の擬似位相情報とその応用(I):位相特異点を用いた微小変位計測"日本光学会Optics Japan 2003 講演予稿集. 402-403 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] Wang Wei, 石井信生, 宮本洋子, 武田光夫: "スッペックル場の複素解析信号の擬似位相情報とその応用(II):信号領域で振幅を同一化した位相相関法による微小変位計測"日本光学会Optics Japan 2003 講演予稿集. 404-405 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書

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公開日: 2003-04-01   更新日: 2016-04-21  

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