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超高速多次元多重記録技術による大容量ホログラフィックデータストレージの実現

研究課題

研究課題/領域番号 20J10441
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
審査区分 小区分21060:電子デバイスおよび電子機器関連
研究機関和歌山大学

研究代表者

米田 成  和歌山大学, システム工学研究科, 特別研究員(DC2)

研究期間 (年度) 2020-04-24 – 2022-03-31
研究課題ステータス 完了 (2021年度)
配分額 *注記
2,300千円 (直接経費: 2,300千円)
2021年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
2020年度: 1,200千円 (直接経費: 1,200千円)
キーワードホログラフィックメモリ / 光メモリ / ホログラフィ / 強度輸送方程式 / シングルピクセルイメージング / 深層学習 / 圧縮センシング / 体積ホログラム / フーリエ縞解析 / 二値ホログラム
研究開始時の研究の概要

ホログラフィックデータストレージのさらなる大容量化・高転送速度化を目的として光波の「振幅」・「位相」・「偏光」などの多次元情報を活用する手法を提案する.一般的に,光波の多次元情報を同時に変調するためには複数の空間光変調器が必要であり光学系が大型・複雑・高価になる.また,復調過程では撮像素子が必要である.これらの問題を解決するために,計算機ホログラムの技術や圧縮センシング,シングルピクセルイメージングなど,情報フォトニクスに関する幅広い分野の技術を応用する.これら技術の応用により汎用光学素子を用いた超高速多次元大容量化ホログラフィックデータストレージを開発する.

研究実績の概要

昨年度の予定では,高速記録を目的とした二値ホログラムの技術を応用することを検討していた.しかし,実応用を検討する場合,(1)光利用効率を改善した高精度位相検出法の検討,および(2)散乱・揺らぎ場における安定検出技術の確立,が必要と考え,まずこれら二つの課題を解決する研究をおこなった.さらに,昨年度予定していた(3)さらなる高記録密度を目的とした研究にも取り組んだ.まず(1)に関して,これまで提案してきた強度輸送方程式に基づく位相検出方法に対して位相ホログラムおよび深層学習を応用し,従来技術に比べておよそ10倍の光利用効率の向上を達成した.また,位相検出方法に関する研究において,式の導出が曖昧であった箇所を指摘する論文を発表した. 次に,(2)に関して,昨年度提案したシングルピクセルイメージングに基づく検出方法において,散乱・揺らぎ場中で検出が可能なシステムの構築をおこなった.原理検証実験では,拡散角が20度の非常に散乱の影響が強い場合でも情報の取得が可能であることを示した.また,散乱体が回転しているような環境下でも,情報が得られることを示した. 最後に(3)に関して,体積ホログラムの角度選択性を活用した記録密度向上方法について取り組んだ.角度選択性に基づく方法はこれまでも多くの研究者により提案されてきたが,本研究では単一光路により実現できる方法を実現した. また,昨年度予定していた,三次元空間情報を二次元情報から取得する方法を圧縮センシングの適用により実現した.以上の研究成果より,研究課題の実現に不可欠な要素技術を確立可能であるという見通しを得た.今後,これらの各要素技術を統一する際に生じる各課題を解決する必要がある.

現在までの達成度 (段落)

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実績報告書
  • 研究成果

    (31件)

すべて 2022 2021 2020

すべて 雑誌論文 (10件) (うち査読あり 10件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (21件) (うち国際学会 12件、 招待講演 7件)

  • [雑誌論文] Three-dimensional fluorescence imaging through dynamic scattering media by motionless optical scanning holography2021

    • 著者名/発表者名
      Yoneda Naru、Saita Yusuke、Nomura Takanori
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 119 号: 16

    • DOI

      10.1063/5.0066358

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Single-shot higher-order transport-of-intensity quantitative phase imaging using deep learning2021

    • 著者名/発表者名
      Yoneda Naru、Kakei Shunsuke、Komuro Koshi、Onishi Aoi、Saita Yusuke、Nomura Takanori
    • 雑誌名

      Applied Optics

      巻: 60 号: 28 ページ: 8802-8808

    • DOI

      10.1364/ao.435538

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Fast and accurate phase-unwrapping algorithm based on the transport of intensity equation: comment2021

    • 著者名/発表者名
      Yoneda Naru、Sakai Takahiro、Nomura Takanori
    • 雑誌名

      Applied Optics

      巻: 60 号: 24 ページ: 7500-7501

    • DOI

      10.1364/ao.417146

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Common-path angular-multiplexing holographic data storage based on computer-generated holography2021

    • 著者名/発表者名
      Yoneda Naru、Nobukawa Teruyoshi、Morimoto Toshiyuki、Saita Yusuke、Nomura Takanori
    • 雑誌名

      Optics Letters

      巻: 46 号: 12 ページ: 2920-2923

    • DOI

      10.1364/ol.427113

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Single-shot higher-order transport-of-intensity quantitative phase imaging based on computer-generated holography2021

    • 著者名/発表者名
      Yoneda Naru、Onishi Aoi、Saita Yusuke、Komuro Koshi、Nomura Takanori
    • 雑誌名

      Optics Express

      巻: 29 号: 4 ページ: 4783-4801

    • DOI

      10.1364/oe.415598

    • 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] Computer-generated-hologram-based holographic data storage using common-path off-axis digital holography2020

    • 著者名/発表者名
      Yoneda Naru、Saita Yusuke、Nomura Takanori
    • 雑誌名

      Optics Letters

      巻: 45 号: 10 ページ: 2796-2796

    • DOI

      10.1364/ol.392801

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Motionless optical scanning holography2020

    • 著者名/発表者名
      Yoneda Naru、Saita Yusuke、Nomura Takanori
    • 雑誌名

      Optics Letters

      巻: 45 号: 12 ページ: 3184-3187

    • DOI

      10.1364/ol.393534

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Multiplexed recording based on the reference wave correlation for computer-generated holographic data storage2020

    • 著者名/発表者名
      Saita Yusuke、Matsumoto Aoto、Yoneda Naru、Nomura Takanori
    • 雑誌名

      Optical Review

      巻: 27 号: 4 ページ: 391-398

    • DOI

      10.1007/s10043-020-00607-7

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Single-shot in-line Fresnel incoherent holography using a dual-focus checkerboard lens2020

    • 著者名/発表者名
      Sakamaki Shota、Yoneda Naru、Nomura Takanori
    • 雑誌名

      Applied Optics

      巻: 59 号: 22 ページ: 6612-6618

    • DOI

      10.1364/ao.393176

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Spatially divided phase-shifting motionless optical scanning holography2020

    • 著者名/発表者名
      Yoneda Naru、Saita Yusuke、Nomura Takanori
    • 雑誌名

      OSA Continuum

      巻: 3 号: 12 ページ: 3523-3535

    • DOI

      10.1364/osac.410300

    • 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] Experimental Verification of Common-path Off-axis Signle-pixel Holographic Imaging2022

    • 著者名/発表者名
      Naru Yoneda, Yusuke Saita, and Takanori Nomura
    • 学会等名
      International Workshop on Holography and Related Technologies 2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 投影型ホログラフィックメモリにおけるホログラム直接検出による複素データ取得法2022

    • 著者名/発表者名
      山本誉輝, 米田成, 最田裕介, 野村孝徳
    • 学会等名
      第20回関西学生研究論文講演会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 圧縮センシングに基づいたモーションレスオプティカルスキャニングホログラフィの測定数低減2022

    • 著者名/発表者名
      杉本将光, 米田成, 最田裕介, 野村孝徳
    • 学会等名
      レーザー学会学術講演会第42回年次大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Evaluation of Axial Resolution in Holographic Data Storage Based on Compressive Sensing2021

    • 著者名/発表者名
      Naru Yoneda, Yusuke Saita, and Takanori Nomura
    • 学会等名
      The 12th International Conference on Optics-photonics Design & Fabrication
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] オプティカルスキャニングホログラフィによる動的散乱体背後の三次元蛍光イメージング2021

    • 著者名/発表者名
      米田成, 最田裕介, 野村孝徳
    • 学会等名
      日本光学会年次学術講演会OPJ2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] モーションレスオプティカルスキャニングホログラフィによる三次元蛍光反射物体の計測2021

    • 著者名/発表者名
      米田成, 最田裕介, 野村孝徳
    • 学会等名
      第82回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] モーションレスオプティカルスキャニングホログラフィ2021

    • 著者名/発表者名
      米田成, 最田裕介, 野村孝徳
    • 学会等名
      2021年第1回ホログラフィック・ディスプレイ研究会, ホログラフィック・ディスプレイ研究会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 位相シフト法が不要な圧縮モーションレスオプティカルスキャニングホログラフィ2021

    • 著者名/発表者名
      杉本将光, 米田成, 最田裕介, 野村孝徳
    • 学会等名
      情報フォトニクス研究グループ(日本光学会) 第 19 回関西学生研究論文講演会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] シングルピクセルホログラフィによる三次元ストークスパラメータの取得2021

    • 著者名/発表者名
      米田成, 最田裕介, 野村孝徳
    • 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] モーションレスオプティカルスキャニングホログラフィ2021

    • 著者名/発表者名
      米田成, 最田裕介, 野村孝徳
    • 学会等名
      2021 年第 1 回ホログラフィック・ディスプレイ研究会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] シングルピクセル並列位相シフトホログラフィ2020

    • 著者名/発表者名
      米田成, 最田裕介, 野村孝徳
    • 学会等名
      日本光学会年次学術講演会 OPJ2020
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Phase imaging based on scan-less transport of intensity equation2020

    • 著者名/発表者名
      Nomura Takanori, Komuro Koshi, Yoneda Naru, Kakei Shunsuke, Onishi Aoi, Saita Yusuke
    • 学会等名
      SPIE Three-Dimensional Imaging, Visualization, and Display 2020
    • 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] Experimental evaluation of single-shot higher-order transport-of-intensity quantitative phase imaging based on deep learning2020

    • 著者名/発表者名
      Yoneda Naru, Kakei Shunsuke, Komuro Koshi, Onishi Aoi, Saita Yusuke, Nomura Takanori
    • 学会等名
      OSA-JSAP Joint Symposia
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Transport of intensity phase imaging under a low signal-to-noise ratio condition2020

    • 著者名/発表者名
      Nomura Takanori, Komuro Koshi, Kakei Shunsuke, Yoneda Naru, Saita Yusuke
    • 学会等名
      SPIE Optical Design and Testing X
    • 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] Coaxial holographic memory to increase recording capacity using computer-generated hologram2020

    • 著者名/発表者名
      Nomura Takanori, Yoneda Naru, Saita Yusuke
    • 学会等名
      International Conference on Optoelectronic and Microelectronic Technology and Application 2020 (OMTA2020)
    • 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] Imaging through scattering media by motionless optical scanning holography2020

    • 著者名/発表者名
      Yoneda Naru, Saita Yusuke, Nomura Takanori
    • 学会等名
      OSJ-OSA-OSK Joint Symposia on Optics
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Single shot phase imaging based on higher order transport-of-intensity equation using a computer-generated hologram2020

    • 著者名/発表者名
      Onishi Aoi, Yoneda Naru, Saita Yusuke, Nomura Takanori
    • 学会等名
      International Symposium on Imaging, Sensing, and Optical Memory 2020 (ISOM’20)
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Evaluation of spatial resolution in motionless optical scanning holography2020

    • 著者名/発表者名
      Yoneda Naru, Saita Yusuke, Nomura Takanori
    • 学会等名
      International Symposium on Imaging, Sensing, and Optical Memory 2020 (ISOM’20)
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Phase data acquisition and multiplexing techniques for in-line holographic data storage based on computer-generated holograms2020

    • 著者名/発表者名
      Saita Yusuke, Yoneda Naru, Matsumoto Aoto, Nomura Takanori
    • 学会等名
      International Symposium on Imaging, Sensing, and Optical Memory 2020 (ISOM’20)
    • 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] Transport of intensity phase data-page acquisition with polarization directed flat lens in coaxial holographic data storage2020

    • 著者名/発表者名
      Takahashi Yuta, Saita Yusuke, Yoneda Naru, Nomura Takanori
    • 学会等名
      International Symposium on Imaging, Sensing, and Optical Memory 2020 (ISOM’20)
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Single-shot phase imaging techniques based on parallel optical information processing2020

    • 著者名/発表者名
      Nomura Takanori, Yoneda Naru, Saita Yusuke
    • 学会等名
      Optics and Photonics Taiwan International Conference (OPTIC)
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2020-07-07   更新日: 2024-03-26  

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