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デュアル光コム顕微鏡の開発~光コムは共焦点顕微鏡に革新的進展をもたらすか?~

研究課題

研究課題/領域番号 19H00871
研究種目

基盤研究(A)

配分区分補助金
応募区分一般
審査区分 中区分30:応用物理工学およびその関連分野
研究機関徳島大学

研究代表者

安井 武史  徳島大学, ポストLEDフォトニクス研究所, 教授 (70314408)

研究分担者 山本 裕紹  宇都宮大学, 工学部, 教授 (00284315)
南川 丈夫  徳島大学, ポストLEDフォトニクス研究所, 准教授 (10637193)
長谷 栄治  徳島大学, ポストLEDフォトニクス研究所, 特任助教 (50805512)
研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2022-03-31
研究課題ステータス 完了 (2022年度)
配分額 *注記
45,630千円 (直接経費: 35,100千円、間接経費: 10,530千円)
2021年度: 11,180千円 (直接経費: 8,600千円、間接経費: 2,580千円)
2020年度: 15,210千円 (直接経費: 11,700千円、間接経費: 3,510千円)
2019年度: 19,240千円 (直接経費: 14,800千円、間接経費: 4,440千円)
キーワード光コム / 共焦点顕微鏡 / 蛍光寿命顕微鏡 / レーザー顕微鏡 / スキャンレス / レーザー共焦点顕微鏡 / 蛍光顕微鏡 / 位相イメージ / 共焦点レーザー顕微鏡 / 定量位相差顕微鏡 / 定量位相顕微鏡 / デュアル光コム
研究開始時の研究の概要

本研究では、最先端光源の光周波数コム(光コム)を共焦点レーザー顕微鏡に導入し、その新奇性質『超マルチ離散チャンネル性』を波長/2次元空間変換とデュアル光コム計測でフル活用することにより、従来とは本質的に異なるアプローチで高度化されたデュアル光コム顕微鏡(DCM)を創出する。スキャンレスと共焦点性を共通のキーワードとし、共焦点透過/反射イメージに位相コントラストを付与する『位相コントラストDCM』と共焦点蛍光イメージに高解像性を付与する『高解像蛍光DCM』を開発する。これら一連の研究開発を通して、共焦点レーザー顕微鏡の性能を革新的に高度化する。

研究成果の概要

共焦点顕微鏡は、レーザーを光源として、バイオイメージングや非接触表面形状測定において幅広く利用されている。応用分野拡大のために、更なる高度化が求められているが、従来法の延長上にある性能改善のみでは限界があった。本研究では、次世代レーザーとして期待されている最先端光源「光コム」を導入し、これまでの『光周波数の物差し』として利用するのではなく、新奇特徴である『超マルチ離散チャンネル性』を、波長/2次元空間変換とデュアル光コム計測の併用でフル活用することにより、共焦点顕微鏡の大幅な高度化(スキャンレス高速性、フルフィールド共焦点性、光振幅・光位相デュアル画像コントラストなど)を実現した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

開発したデュアル光コム顕微鏡により、①表面形状測定(工業製品の微細化に必要なnmオーダーの深さ分解能)、②透明・非蛍光性サンプル計測(ガラス部品や生細胞などの透明・非蛍光性に帯するイメージ・コントラスト)、③細胞内部の時空間ダイナミクス観察(細胞内の分子や細胞小器官のダイナミックス対応可能な高速性)、といった事が可能になる。

報告書

(5件)
  • 2022 研究成果報告書 ( PDF )
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実績報告書
  • 2019 審査結果の所見   実績報告書
  • 研究成果

    (51件)

すべて 2023 2022 2021 2020 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (9件) (うち国際共著 2件、 査読あり 9件、 オープンアクセス 9件) 学会発表 (33件) (うち国際学会 13件、 招待講演 11件) 備考 (7件)

  • [国際共同研究] 北京航空航天大学(中国)

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [国際共同研究] ボルドー大学(フランス)

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [雑誌論文] Ultralow-frequency ultranarrow-bandwidth coherent terahertz imaging for nondestructive testing of mortar material2022

    • 著者名/発表者名
      Tokizane Yu、Yamaguchi Takayoshi、Minamikawa Takeo、Hase Eiji、Yamaguchi Kenzo、Suzuki Akihiro、Ueda Takao、Yasui Takeshi
    • 雑誌名

      Optics Express

      巻: 30 号: 3 ページ: 4392-4392

    • DOI

      10.1364/oe.449092

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書 2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Multicascade-linked synthetic-wavelength digital holograpy using a line-by-line spectral-shaped optical frequency comb2021

    • 著者名/発表者名
      Eiji Hase, Yu Tokizane, Masatomo Yamagiwa, Takeo Minamikawa, Hirotsugu Yamamoto, Isao Morohashi, Takeshi Yasui
    • 雑誌名

      Optical Express

      巻: 29 号: 10 ページ: 15772-15785

    • DOI

      10.1364/oe.424458

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書 2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Full-field fluorescence lifetime dual-comb microscopy using spectral mapping and frequency multiplexing of dual-comb optical beats2021

    • 著者名/発表者名
      Mizuno T.、Hase E.、Minamikawa T.、Tokizane Y.、Oe R.、Koresawa H.、Yamamoto H.、Yasui T.
    • 雑誌名

      Science Advances

      巻: 7 号: 1

    • DOI

      10.1126/sciadv.abd2102

    • NAID

      120007188417

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Computationally image-corrected dual-comb microscopy with a free-running single-cavity dual-comb fiber laser2021

    • 著者名/発表者名
      Mizuno Takahiko、Nakajima Yoshiaki、Hata Yuya、Tsuda Takuya、Asahara Akifumi、Kato Takashi、Minamikawa Takeo、Yasui Takeshi、Minoshima Kaoru
    • 雑誌名

      Optics Express

      巻: 29 号: 4 ページ: 5018-5032

    • DOI

      10.1364/oe.415242

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Optical image amplification in dual-comb microscopy2020

    • 著者名/発表者名
      Mizuno Takahiko、Tsuda Takuya、Hase Eiji、Tokizane Yu、Oe Ryo、Koresawa Hidenori、Yamamoto Hirotsugu、Minamikawa Takeo、Yasui Takeshi
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 10 号: 1 ページ: 8338-8338

    • DOI

      10.1038/s41598-020-64927-z

    • NAID

      120006956852

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Adaptive-sampling near-Doppler-limited terahertz dual-comb spectroscopy with a free-running single-cavity fiber laser2020

    • 著者名/発表者名
      Chen Jie、Nitta Kazuki、Zhao Xin、Mizuno Takahiko、Minamikawa Takeo、Hindle Francis、Zheng Zheng、Yasui Takeshi
    • 雑誌名

      Advanced Photonics

      巻: 2 号: 03 ページ: 36004-36004

    • DOI

      10.1117/1.ap.2.3.036004

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Investigation of the phase noise of a microresonator soliton comb2020

    • 著者名/発表者名
      Nishimoto Kenji、Minoshima Kaoru、Yasui Takeshi、Kuse Naoya
    • 雑誌名

      Optics Express

      巻: 28 号: 13 ページ: 19295-19303

    • DOI

      10.1364/oe.395436

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Dynamic characterization of polarization property in liquid-crystal-on-silicon spatial light modulator using dual-comb spectroscopic polarimetry2020

    • 著者名/発表者名
      Koresawa Hidenori、Gouryeb Marc、Shibuya Kyuki、Mizuno Takahiko、Hase Eiji、Tokizane Yu、Oe Ryo、Minamikawa Takeo、Yasui Takeshi
    • 雑誌名

      Optics Express

      巻: 28 号: 16 ページ: 23584-23593

    • DOI

      10.1364/oe.399200

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Generation of a microresonator soliton comb via current modulation of a DFB laser2020

    • 著者名/発表者名
      Nishimoto Kenji、Minoshima Kaoru、Yasui Takeshi、Kuse Naoya
    • 雑誌名

      OSA Continuum

      巻: 3 号: 11 ページ: 3218-3224

    • DOI

      10.1364/osac.409885

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Scan-less fluorescence lifetime microscopy using dual-comb optical beat: included in registration2023

    • 著者名/発表者名
      T. Yasui
    • 学会等名
      11th International Conference on Photonics, Optics and Laser Technology (PHOTOPTICS 2023)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Orientation analysis of collagen fibers in skin by using polarization-resolved second-harmonic generation microscopy2022

    • 著者名/発表者名
      E. Hase and T. Yasui
    • 学会等名
      BiOS2022 in Photonics West 2022(WEB会議)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] A compact dual-Ccomb fiber laser based on a mechanical sharing cavity configuration2022

    • 著者名/発表者名
      Y. Nakajima, T. Yumoto, S. Matsubara, Y. Tokizane, and T. Yasui
    • 学会等名
      Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO) 2022(WEB会議)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Development of mode-extracting optical frequency comb for rapid wavelength-scanning digital holography2022

    • 著者名/発表者名
      K. Sadahiro, Y. Tokizane, E. Hase, T. Minamikawa, and T. Yasui
    • 学会等名
      15th Pacific Rim Conference on Lasers and Electro-Optics 2022 (CLEO-PR2022)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Combination of dual-comb spectroscopy with Jones-matrix polarimetry2022

    • 著者名/発表者名
      H. Koresawa, E. Hase, Y. Tokizane, T. Minamikawa, and T. Yasui
    • 学会等名
      15th Pacific Rim Conference on Lasers and Electro-Optics 2022 (CLEO-PR2022)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Wavelength-scanning digital holography based on line-by-line spectrally shaping optical frequency comb2022

    • 著者名/発表者名
      K. Sadahiro, Y.Tokizane, E. Hase, T. Minamikawa, I. Morohashi, and T. Yasui
    • 学会等名
      25th Congress of the International Commission for Optics (ICO-25)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 全視野デュアル光コム蛍光寿命顕微鏡の開発2022

    • 著者名/発表者名
      水野 孝彦、長谷 栄治、南川 丈夫、時実 悠、麻植 凌、是澤 秀紀、山本 裕紹、安井 武史
    • 学会等名
      第69回応用物理学会春季学術講演会(WEB会議)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 次元変換光コム2022

    • 著者名/発表者名
      安井武史
    • 学会等名
      第164回微小光学研究会「光の構造化は何をもたらすか」
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] スキャンレス共焦点デュアル光コム顕微鏡2022

    • 著者名/発表者名
      安井武史
    • 学会等名
      光とレーザーの科学技術フェア2022「可視化技術セミナー」
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 全視野デュアル光コム蛍光寿命顕微鏡の開発2022

    • 著者名/発表者名
      水野 孝彦、長谷 栄治、南川 丈夫、時実 悠、麻植 凌、是澤 秀紀、山本 裕紹、安井 武史
    • 学会等名
      第69回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 光コムを用いた高機能光学顕微鏡 ~スキャンレスで生きた細胞の動態観察に向けて~2021

    • 著者名/発表者名
      安井武史
    • 学会等名
      バイオインダストリー協会 "未来へのバイオ技術" 勉強会「細胞ダイナミクス・イメージング」(WEB会議)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] デュアル光コム顕微鏡2021

    • 著者名/発表者名
      安井武史
    • 学会等名
      第8回精密計測を元に科学技術に変革をもたらす回路技術調査専門委員会(WEB会議)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Fiber biosensor based on a combination of refractive-index-sensing optical comb with chemical surface modification2021

    • 著者名/発表者名
      T. Nakahara, R. Oe, T. Minamikawa, S. Taue, T. Kajisa, T. Yasui
    • 学会等名
      BiOS2021 in Photonics West 2021
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Dual-comb spectroscopic polarimetry for dynamic characterization of polarization property2021

    • 著者名/発表者名
      H. Koresawa, M. Gouryeb, K. Shibuya, T. Mizuno, E. Hase, Y. Tokizane, R. Oe, T. Minamikawa, and T. Yasui
    • 学会等名
      LASE2021 in Photonics West 2021
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] デュアル光コム顕微鏡2021

    • 著者名/発表者名
      安井 武史
    • 学会等名
      レーザー学会 学術講演会 第41回年次大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] レーザー走査型光コム分顕微鏡による生体イメージング2021

    • 著者名/発表者名
      大谷圭史郎,南川丈夫,中野 祥太,長谷 栄治,安井武史
    • 学会等名
      LED総合フォーラム2021 in 徳島
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] DFBレーザーの電流変調によるマイクロ-ソリトン光周波数コムの発生2021

    • 著者名/発表者名
      西本健司,美濃島薫,安井武史,久世直也
    • 学会等名
      LED総合フォーラム2021 in 徳島
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 透過型光コム分光顕微鏡の開発2021

    • 著者名/発表者名
      大谷 圭史郎、南川 丈夫、中野 祥太、長谷 栄治、安井 武史
    • 学会等名
      第68回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 屈折率センシング光コムを用いたバイオセンシングに関する検討(3) ~アビジン/ビオチン抗体抗原反応の検出~2021

    • 著者名/発表者名
      仲原 拓弥、南川 丈夫、田上 周路、加治佐 平、安井 武史
    • 学会等名
      第68回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] デュアルコム分光ジョーンズ行列偏光計2021

    • 著者名/発表者名
      是澤 秀紀、前田 耕祐、南川 丈夫、安井 武史
    • 学会等名
      第68回応用物理学会春季学術講演会,
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 光コムを用いた高機能光学顕微鏡 ~スキャンレスで生きた細胞の動態観察に向けて~2021

    • 著者名/発表者名
      安井 武史
    • 学会等名
      バイオインダストリー協会 "未来へのバイオ技術" 勉強会「細胞ダイナミクス・イメージング」
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] デュアル光コム顕微鏡2021

    • 著者名/発表者名
      安井 武史
    • 学会等名
      第8回精密計測を元に科学技術に変革をもたらす回路技術調査専門委員会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Generation of a dissipative Kerr-microresonator soliton comb pumped by a MHz linewidth DFB laser2020

    • 著者名/発表者名
      K. Nishimoto, K. Minoshima, T. Yasui, and N. Kuse
    • 学会等名
      Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO) 2020
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Scan-less full-field fluorescence lifetime imaging by 2D spectral encoding and dual-comb heterodyne-beating2020

    • 著者名/発表者名
      T. Mizuno, E. Hase, T. Minamikawa, H. Yamamoto, and T. Yasui
    • 学会等名
      Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO) 2020
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Refractive-index-sensing optical comb using intra-cavity multi-mode-interference fiber sensor and its application for bio-sensing2020

    • 著者名/発表者名
      T. Nakahara, R. Oe, T. Kajisa, S. Taue, T. Minamikawa, and T. Yasui
    • 学会等名
      OSA Optical Sensors and Sensing
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Intra-cavity biosensing in refractive- index-sensing optical comb2020

    • 著者名/発表者名
      T. Nakahara, R. Oe, T. Minamikawa, S. Taue, T. Kajisa, T. Yasui
    • 学会等名
      14th Pacific Rim Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO PR 2020)
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Dual-Comb Microscopy2020

    • 著者名/発表者名
      T. Yasui
    • 学会等名
      OSA Frontiers in Optics/Laser Science APS/DLS (FiO+LS2020)
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 目に見えない光が切り拓く「光の世紀」~次世代のレーザー「光コム」~2020

    • 著者名/発表者名
      安井 武史
    • 学会等名
      光産業技術マンスリーセミナー
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] シングルピクセルイメージング再構成データの形式で見た復元画像の構造類似性2020

    • 著者名/発表者名
      向島 直哉, 八杉 公基, 水谷 康弘, 安井 武史, 山本 裕紹
    • 学会等名
      第81回応用物理学会秋季学術講演会予稿集
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] マイクロ・ソリトンコムの位相雑音測定2020

    • 著者名/発表者名
      西本 健司、美濃島 薫、安井 武史、久世 直也
    • 学会等名
      第81回応用物理学会秋季学術講演会予稿集
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] マイクロソリトンコムを用いたテラヘルツ波発生(2)2020

    • 著者名/発表者名
      時実 悠, 西本 健司, 久世 直也, 美濃島 薫, 安井 武史
    • 学会等名
      第81回応用物理学会秋季学術講演会予稿集
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] デュアル屈折率センシング光コム2020

    • 著者名/発表者名
      麻植 凌, 南川 丈夫, 田上 周路, 楠美 友悟, 中嶋 善晶, 美濃島 薫, 安井 武史
    • 学会等名
      第81回応用物理学会秋季学術講演会予稿集
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 屈折率センシング光コムの共振器ファイバー表面修飾を用いたバイオセンシング2020

    • 著者名/発表者名
      仲原 拓弥,麻植 凌,南川 丈夫,田上 周路,加治佐 平,安井 武史
    • 学会等名
      Optics & Photonics Japan 2020
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [備考] 安井/南川研究室

    • URL

      https://femto.me.tokushima-u.ac.jp/index.html

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [備考] 安井/南川研究室(研究紹介動画ギャラリー)

    • URL

      https://femto.me.tokushima-u.ac.jp/gyoseki/gyoseki05.html

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [備考] 徳島大学ポストLEDフォトニクス研究所

    • URL

      https://www.pled.tokushima-u.ac.jp

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [備考] 光のストップウォッチで、蛍光寿命画像を一括測定 ~焦点走査の不要な光学顕微鏡を開発~

    • URL

      https://www.tokushima-u.ac.jp/docs/23844.html

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [備考] 徳島大学ポストLEDフォトニクス研究所 安井/南川研究室

    • URL

      https://femto.me.tokushima-u.ac.jp/index.html

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [備考] 徳島大学ポストLEDフォトニクス研究所 安井/南川研究室(動画ギャラリー)

    • URL

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公開日: 2019-04-18   更新日: 2024-01-30  

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