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光の全パラメータ制御による超解像ダークスポットイメージング法の開発

研究課題

研究課題/領域番号 16H05985
研究種目

若手研究(A)

配分区分補助金
研究分野 光工学・光量子科学
研究機関東北大学

研究代表者

小澤 祐市  東北大学, 多元物質科学研究所, 准教授 (90509126)

研究協力者 佐藤 俊一  
根本 知己  
石井 宏和  
研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
18,330千円 (直接経費: 14,100千円、間接経費: 4,230千円)
2018年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
2017年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2016年度: 11,440千円 (直接経費: 8,800千円、間接経費: 2,640千円)
キーワードレーザー顕微鏡 / 超解像 / ベクトルビーム
研究成果の概要

本研究では,軸対称な偏光分布を持つベクトルビームと呼ばれるレーザー光を共焦点レーザー走査型顕微鏡に適用し,空間分解能を大きく向上する手法を開発した.本手法では,ベクトルビームの偏光や位相の空間分布を制御することで,焦点に異なる形状の集光スポットを発生させ,その集光スポットの走査により得られた画像の差引演算により空間分解能を向上することを原理とする.本原理に基づいて,実際に可視光を用いたイメージングを実施し,従来の限界を超えた100 nmに迫る空間分解能が達成できることを実証した.

研究成果の学術的意義や社会的意義

レーザー顕微鏡法は,多様な学術分野あるいは産業現場において広く普及している必須の観察手法である.一方で,光を用いた顕微鏡法であるため,観察対象として解像可能な最小サイズは使用する光の波長程度であり,可視光を用いた場合の空間分解能の限界は200 nm前後とされている.本研究成果は,このような従来のレーザー顕微鏡法に対して,使用するレーザー光をベクトルビームとするだけで従来の限界を超えた高い空間分解能が容易に得られること実証した点に大きな意義があり,広く様々な分野での活用につながることが期待される.

報告書

(4件)
  • 2018 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2017 実績報告書
  • 2016 実績報告書
  • 研究成果

    (37件)

すべて 2019 2018 2017 2016 その他

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 4件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (29件) (うち国際学会 8件、 招待講演 10件) 図書 (1件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] Subtraction imaging by the combination of higher order vector beams for enhanced spatial resolution2019

    • 著者名/発表者名
      Yuichi Kozawa and Shunichi Sato
    • 雑誌名

      Optics Letters

      巻: 44 号: 4 ページ: 883-886

    • DOI

      10.1364/ol.44.000883

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Vector beam generation from vertical cavity surface emitting lasers2018

    • 著者名/発表者名
      Yuichi Kozawa, Yuki Nara, Naoto Jikutani, Yasuhiro Higashi, and Shunichi Sato
    • 雑誌名

      Optics Letters

      巻: 43 号: 22 ページ: 5659-5662

    • DOI

      10.1364/ol.43.005659

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Superresolution imaging via superoscillation focusing of a radially polarized beam2018

    • 著者名/発表者名
      Yuichi Kozawa, Daichi Matsunaga, Shunichi Sato
    • 雑誌名

      Optica

      巻: 5 号: 2 ページ: 749-759

    • DOI

      10.1364/optica.5.000086

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Micro-hole drilling by tightly focused vector beams2018

    • 著者名/発表者名
      Shugo Matsusaka, Yuichi Kozawa, Shunichi Sato
    • 雑誌名

      Optics Letters

      巻: 43 号: 7 ページ: 1542-1545

    • DOI

      10.1364/ol.43.001542

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 高次径偏光ビームの軸方向電場を用いた共焦点イメージング2017

    • 著者名/発表者名
      小澤祐市, 阪下良太, 佐藤俊一
    • 雑誌名

      光アライアンス

      巻: 28 ページ: 16-20

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 光波の強度・偏光・位相の空間分布制御と光マニピュレーション応用2019

    • 著者名/発表者名
      小澤 祐市, 佐藤 俊一
    • 学会等名
      第66回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 高次ベクトルビームを用いた差引イメージングの生体試料への適用2019

    • 著者名/発表者名
      吉田 実生, 小澤 祐市, 佐藤 俊一
    • 学会等名
      第66回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] レーザー光の偏光・位相の空間分布制御に基づく光イメージングの高度化2018

    • 著者名/発表者名
      小澤 祐市, 佐藤 俊一
    • 学会等名
      第3期第2回レーザー学会「レーザーバイオ医療」技術専門委員会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 光波の強度・位相・偏光の空間分布制御と光イメージング応用2018

    • 著者名/発表者名
      小澤 祐市, 佐藤 俊一
    • 学会等名
      第19 回情報フォトニクス研究会( 秋合宿 )
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 光フィードバック光学系を用いた面発光レーザーからの高次ベクトルビームの発生2018

    • 著者名/発表者名
      奈良 優樹, 小澤 祐市, 佐藤 俊一, 軸谷 直人, 東 康弘
    • 学会等名
      第 79 回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] ベクトルビームを用いた差引イメージングにおける集光ビームの最適化と高分 解能化2018

    • 著者名/発表者名
      吉田 実生, 小澤 祐市, 佐藤 俊一
    • 学会等名
      第 79 回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 高次ベクトルビームを用いた差引イメージングによる共焦点レーザー顕微鏡の空間分解能向上2018

    • 著者名/発表者名
      吉田 実生, 小澤 祐市, 佐藤 俊一
    • 学会等名
      応用物理学会東北支部第 73 回学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Spatial resolution enhancement in laser scanning microscopy using vector beams2018

    • 著者名/発表者名
      Yuichi Kozawa, Shunichi Sato
    • 学会等名
      The 4th Biomedical Imaging and Sensing Conference 2018 (BISC2018)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Acceleration of Micro-Hole Drilling by an Azimuthally Polarized Laser Beam under Tight Focusing Condition2018

    • 著者名/発表者名
      Shugo Matsusaka, Yuichi Kozawa, Shunichi Sato
    • 学会等名
      Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO) 2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Generation of Cylindrical Vector Beams from Vertical- Cavity Surface-Emitting Laser with Optical Feedback2018

    • 著者名/発表者名
      Yuki Nara, Yuichi Kozawa, Shunichi Sato
    • 学会等名
      Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO) 2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 複屈折レンズを用いた光フィードバック光学系による面発光レーザーからのベクトルビームの発生2018

    • 著者名/発表者名
      奈良 優樹, 小澤 祐市, 佐藤 俊一
    • 学会等名
      第65回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] ベクトルビームを用いた微細穴あけ加工における偏光の効果2018

    • 著者名/発表者名
      松坂 修吾, 小澤 祐市, 佐藤 俊一
    • 学会等名
      第65回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 位相補償を用いた光ファイバー増幅器における高出力・高品質ベクトルビーム発生2017

    • 著者名/発表者名
      小澤 祐市, 佐藤 俊一
    • 学会等名
      第64回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      パシフィコ横浜(横浜市)
    • 年月日
      2017-03-14
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 軸方向電場を用いた共焦点イメージングにおけるサイドローブの抑制2017

    • 著者名/発表者名
      阪下 良太, 小澤 祐市, 佐藤 俊一
    • 学会等名
      第64回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      パシフィコ横浜(横浜市)
    • 年月日
      2017-03-14
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] ベクトルビームにおける振幅・偏光・位相の空間分布制御と光イメージング応用2017

    • 著者名/発表者名
      小澤 祐市, 佐藤 俊一
    • 学会等名
      Optics & Photonics Japan 2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Enhanced Spatial Resolution by Subtraction Imaging Using Higher-Order Vector Beams2017

    • 著者名/発表者名
      Yuichi Kozawa, Daichi Matsunaga, Shunichi Sato
    • 学会等名
      Focus on Microscopy (FOM2017)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Long Depth-of-Focus Imaging by a Non-Diffracting Optical Needle under Strong Aberration2017

    • 著者名/発表者名
      Yuichi Kozawa, Shunichi Sato
    • 学会等名
      Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Enhanced Spatial Resolution in Laser Microscopy by the Longitudinal Field of a Radially Polarized Beam2017

    • 著者名/発表者名
      Y. Kozawa, R. Sakashita, S. Sato
    • 学会等名
      The 24th Congress of the International Commission for Optics (ICO-24)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Subtraction Imaging by Higher-Order Vector Beams for Spatial Resolution Enhancement2017

    • 著者名/発表者名
      Yuichi Kozawa, Daichi Matsunaga, Shunichi Sato
    • 学会等名
      6th Tohoku University Optical Science and Engineering Forum
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 光波の偏光・位相・強度分布制御に基づく新しいレーザー光の発生と応用2017

    • 著者名/発表者名
      小澤祐市, 佐藤俊一
    • 学会等名
      高分子・ハイブリッド材料研究センター(PHyM)講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 面発光半導体レーザーからの径偏光ビーム発生の検討2017

    • 著者名/発表者名
      奈良 優樹, 小澤 祐市, 佐藤 俊一
    • 学会等名
      第78回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 強く集光したベクトルビームによるレーザー微細穴あけ加工2017

    • 著者名/発表者名
      松坂 修吾, 小澤 祐市, 佐藤 俊一
    • 学会等名
      第78回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] ベクトルビームの基礎とイメージング応用2017

    • 著者名/発表者名
      小澤祐市, 佐藤俊一
    • 学会等名
      第143回微小光学研究会
    • 発表場所
      上智大学 (東京都千代田区)
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 高次径偏光ビームを用いた共焦点イメージングにおける偏光特性の検討2016

    • 著者名/発表者名
      阪下 良太, 小澤 祐市, 佐藤 俊一
    • 学会等名
      応用物理学会東北支部第71回学術講演会
    • 発表場所
      東北大学(仙台市)
    • 年月日
      2016-12-01
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Resolution enhancement in confocal microscopy with vector beams2016

    • 著者名/発表者名
      Shunichi Sato, Yuichi Kozawa
    • 学会等名
      第54回日本生物物理学会年会
    • 発表場所
      つくば国際会議場(つくば市)
    • 年月日
      2016-11-25
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] レーザー光の強度・偏光・位相の空間分布制御と応用2016

    • 著者名/発表者名
      小澤 祐市
    • 学会等名
      日本顕微鏡学会 様々なイメージング技術研究部会 第4回研究会
    • 発表場所
      ホテル紫雲閣(東松山市)
    • 年月日
      2016-11-20
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 高次径偏光ビームの軸方向電場を用いた共焦点イメージング2016

    • 著者名/発表者名
      阪下 良太, 小澤 祐市, 佐藤 俊一
    • 学会等名
      第77回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      朱鷺メッセ(新潟市)
    • 年月日
      2016-09-13
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Super-Oscillation by Higher-Order Radially Polarized Laguerre-Gaussian Beams2016

    • 著者名/発表者名
      Daichi Matsunaga, Yuichi Kozawa, Shunichi Sato
    • 学会等名
      Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO) 2016
    • 発表場所
      San Jose (USA)
    • 年月日
      2016-06-05
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] ベクトルビームレーザー光の光イメージング応用2016

    • 著者名/発表者名
      小澤 祐市
    • 学会等名
      第1回フロンティアバイオイメージング研究会
    • 発表場所
      東北大学(仙台市)
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [図書] Super-Resolution Two-Photon Excitation Microscopy Utilizing Transmissive Liquid Crystal Devices (Super-Resolution Imaging in Biomedicine,Chapter 10)2016

    • 著者名/発表者名
      Kohei Otomo, Terumasa Hibi, Yuichi Kozawa, Sari Ipponjima, Shunichi Sato, Tomomi Nemoto
    • 総ページ数
      426
    • 出版者
      CRC Press
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [備考] 東北大学多元物質科学研究所 佐藤俊一研究室

    • URL

      http://satolab.tagen.tohoku.ac.jp/

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書 2016 実績報告書
  • [備考] 東北大学多元物質科学研究所 佐藤俊一研究室

    • URL

      http://satolab.tagen.tohoku.ac.jp/

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書

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公開日: 2016-04-21   更新日: 2020-03-30  

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