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2015 年度 実績報告書

水ストレス状態を定量化するデュアル光コムによるワンショット3D分光イメ ージング

研究課題

研究課題/領域番号 15H02026
研究機関宇都宮大学

研究代表者

山本 裕紹  宇都宮大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (00284315)

研究分担者 安井 武史  徳島大学, ソシオテクノサイエンス研究部, 教授 (70314408)
梅田 大樹  国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, その他部局等, 研究員 (70615377)
研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2018-03-31
キーワード光周波数コム / 分光イメージング / 共焦点顕微鏡 / 反射型光学素子 / 植物工場
研究実績の概要

本研究の目的は,植物工場において生育する植物の水ストレス状態を定量化するデュアル光コムによるワンショット3D分光イメージングを行う共焦点レーザー顕微鏡を開発することである.ワンショットでフルフィールド画像を取得できる共焦点顕微鏡は,植物工場の現場における植物細胞のライブイメージングを可能にする.植物工場の収率向上に重要な水分量が枯渇寸前の状態(水ストレス状態)を定量的に取得し,瞬時に可視化する光学手法を明らかにする.本プロジェクトは,周波数が安定化された光コム光源による波長/2次元平面変換機能によるワンショット共焦点レーザー顕微鏡技術の開発,植物の水分状態の分光画像の処理ならびに植物工場での実証試験から構成される.
平成27年度においては,(1)分光イメージングのための3次元配光照明の製作と分光イメージングを行った.植物工場でのIn vivo観察向けに,反射型光学素子を利用して可視光だけでなく赤外光についても集光できる光学系を製作して,3次元配光により,複数の葉で囲われた中央部分を照明できることを実証した.この照明光を用いて,ハイパースペクトルカメラによる分光イメージングを行った.(2)2次元回折格子を用いた波長/2次元平面の双方向変換の原理検証を行った.光スペクトル計測に用いる分光器では,通常は1次元回折格子が用いられているのに対して,ファブリーペローエタロン型の分光素子と回折格子の組み合わせにより,光周波数コム光源の光を波長ごとに2次元に展開することに成功した.(3) 光コムの周波数スケール(数百THzオーダー)をRF帯(MHzオーダー)まで周波数ダウンスケーリングする技術であるデュアル光コム分光を実現した.以上,ようするに,波長/2次元平面変換により得られた光情報を個別に検出するという次年度の目標達成のための要素技術を実現した.

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

本研究の目的は,植物工場において生育する植物の水ストレス状態を定量化するデュアル光コムによるワンショット3D分光イメージングを行う共焦点レーザー顕微鏡を開発することであり,本プロジェクトは,周波数が安定化された光コム光源による波長/2次元平面変換機能によるワンショット共焦点レーザー顕微鏡技術の開発,植物の水分状態の分光画像の処理ならびに植物工場での実証試験から構成される.この目標に対して,葉が生い茂る中での分光イメージングを行うための3次元照明光学系の開発,植物圃場の製作,波長/2次元平面変換の達成とデュアル光コム分光の実現という第1年度の実施項目を達成している.

今後の研究の推進方策

本研究の目的である水ストレス状態を定量化するデュアル光コムによるワンショット3D分光イメージングを達成するために,3年の計画で研究を進める.平成28年度には,(1)植物工場における分光イメージングと(2)ワンショット共焦点レーザー顕微鏡の構築を行う.
(1) これまでの可視域から近赤外領域のハイパースペクトルカメラに加えて,新たに赤外領域のハイパースペクトルカメラを利用できる見込みとなった.これらの広い波長域での分光イメージングにより,植物の水分状態による分光画像の変化を調べる.本年度に有効性を実証した,可視光だけでなく近赤外および赤外も収束可能な反射型結像系について,植物工場の現場での観察において注目領域に照明光を集光するための設計の最適化を進める.
(2) 集光レーザーとピンホールを用いて深さ分解能を向上させる共焦点レーザー顕微鏡において,同時並列化を行う.スリット光と回折格子を用いる方法により共焦点画像の獲得を行うスキャンレス共焦点顕微鏡の構築とともに,2次元回折格子とデュアル光コム分光によりワンショットで画像を獲得するワンショット共焦点レーザー顕微鏡の構築を行う.デュアル光コム分光においては光源の安定化が必要であり,この分野のスキルと知識を有する研究者に分担者に加わっていただくことで,研究の推進をはかる.

  • 研究成果

    (37件)

すべて 2016 2015 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (6件) (うち査読あり 3件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (28件) (うち国際学会 10件、 招待講演 7件) 備考 (1件) 産業財産権 (1件)

  • [国際共同研究] University of Exeter(United Kingdom)

    • 国名
      英国
    • 外国機関名
      University of Exeter
  • [雑誌論文] Scan-less, line-field confocal microscopy by combination of wavelength/space conversion with dual optical comb2016

    • 著者名/発表者名
      Takeshi Yasui, Eiji Hase, Shuji Miyamoto, Yi-Da Hsieh, Takeo Minamikawa, and Hirotsugu Yamamoto
    • 雑誌名

      Proc. SPIE

      巻: 9720 ページ: 972006

    • DOI

      10.1117/12.2213560

  • [雑誌論文] One shot confocal microscopy based on wavelength/space conversion by use of multichannel spectrometer2016

    • 著者名/発表者名
      Shuji Miyamoto, Eiji Hase, Ryuji Ichikawa, Takeo Mnamikawa, Takeshi Yasui, and Hirotugu Yamamoto
    • 雑誌名

      Proc. SPIE

      巻: 9720 ページ: 97201C

    • DOI

      10.1117/12.2213814

  • [雑誌論文] eal-Time Determination of Absolute Frequency in Continuous-Wave Terahertz Radiation with a Photocarrier Terahertz Frequency Comb Induced by an Unstabilized Femtosecond Laser2016

    • 著者名/発表者名
      Takeo Minamikawa, Kenta Hayashi, Tatsuya Mizuguchi, Yi-Da Hsieh, Dahi Ghareab Abdelsalam, Yasuhiro Mizutani, Hirotsugu Yamamoto, Tetsuo Iwata, and Takeshi Yasui
    • 雑誌名

      Journal of Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves

      巻: 37 ページ: 473-485

    • DOI

      10.1007/s10762-015-0237-6

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Different aerial image formation into two directions by crossed-mirror array2015

    • 著者名/発表者名
      Ryosuke Kujime, Shiro Suyama, Hirotsugu Yamamoto
    • 雑誌名

      Optical Review

      巻: 22 ページ: 862-867

    • DOI

      10.1007/s10043-015-0132-3

    • 査読あり
  • [雑誌論文] フォトニック3次元情報環境の創成に向けて2015

    • 著者名/発表者名
      山本裕紹
    • 雑誌名

      フォトニクスニュース

      巻: 1 ページ: 45-50

    • 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Adaptive sampling dual terahertz comb spectroscopy using dual free-running femtosecond lasers2015

    • 著者名/発表者名
      2)Takeshi Yasui, Ryuji Ichikawa, Yi-Da Hsieh, Kenta Hayashi, Harsono Cahydi, Francis Hindle, Yoshiyuki Sakaguchi, Tetsuo Iwata, Yasuhiro Mizutani, Hirotsugu Yamamoto, Kaoru Minoshima, and Hajime Inaba
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 5 ページ: 10786

    • DOI

      10.1038/srep10786

    • 査読あり
  • [学会発表] THz量子カスケードレーザと2次元非冷却マイクロボロメータを用いたテラヘルツディジタルホログラフィ2016

    • 著者名/発表者名
      小川貴之
    • 学会等名
      第63回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      京工業大学 大岡山キャンパス,目黒区
    • 年月日
      2016-03-22 – 2016-03-22
  • [学会発表] 直交ミラーアレイとミラーによる空中像の二重表示2016

    • 著者名/発表者名
      久次米亮介
    • 学会等名
      第63回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      京工業大学 大岡山キャンパス,目黒区
    • 年月日
      2016-03-22 – 2016-03-22
  • [学会発表] 2層矩形ミラーアレイ(WARM)による遠赤外線を用いた局所暖房2016

    • 著者名/発表者名
      岡本智之
    • 学会等名
      第63回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      京工業大学 大岡山キャンパス,目黒区
    • 年月日
      2016-03-22 – 2016-03-22
  • [学会発表] 次元変換光コムを用いたスキャンレス・フルフィールド共焦点顕微鏡の開発(2)~2次元波長分散光学系の構築~2016

    • 著者名/発表者名
      長谷栄治
    • 学会等名
      第63回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      京工業大学 大岡山キャンパス,目黒区
    • 年月日
      2016-03-21 – 2016-03-21
  • [学会発表] 波長/1D空間変換および共焦点スリットを用いたフルフィールド・スキャンレス共焦点レーザー顕微鏡の開発2016

    • 著者名/発表者名
      宮本周治
    • 学会等名
      第63回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      京工業大学 大岡山キャンパス,目黒区
    • 年月日
      2016-03-20 – 2016-03-20
  • [学会発表] 空中結像によるマルチモーダル空中ディスプレイ2016

    • 著者名/発表者名
      山本裕紹
    • 学会等名
      ホログラフィック・ディスプレイ研究会
    • 発表場所
      宇都宮大学,宇都宮市
    • 年月日
      2016-03-08 – 2016-03-08
    • 招待講演
  • [学会発表] 放物面鏡を用いた空中ヒーターの形成2016

    • 著者名/発表者名
      堀江ひとみ
    • 学会等名
      情報フォトニクス研究会第10回関東学生研究論文講演会
    • 発表場所
      千葉大学西千葉キャンパス,千葉市
    • 年月日
      2016-03-07 – 2016-03-07
  • [学会発表] One shot confocal microscopy based on wavelength/space conversion by use of multichannel spectrometer2016

    • 著者名/発表者名
      Shuji Miyamoto
    • 学会等名
      Photonics West
    • 発表場所
      The Moscone Center, San Francisco, USA
    • 年月日
      2016-02-14 – 2016-02-14
    • 国際学会
  • [学会発表] Scan-less, line-field confocal microscopy by combination of wavelength/space conversion with dual optical comb2016

    • 著者名/発表者名
      Takeshi Yasui
    • 学会等名
      Photonics West
    • 発表場所
      The Moscone Center, San Francisco, USA
    • 年月日
      2016-02-13 – 2016-02-13
    • 国際学会
  • [学会発表] 情報フォトニクスによる空間ディスプレイ2016

    • 著者名/発表者名
      山本裕紹
    • 学会等名
      レーザー学会学術講演会第36回年次大会
    • 発表場所
      名城大学,名古屋市
    • 年月日
      2016-01-09 – 2016-01-09
    • 招待講演
  • [学会発表] How to Converge Long Wave-Length Sound by Small-Aperture Crossed-Mirror Array2015

    • 著者名/発表者名
      Ryosuke Kujime
    • 学会等名
      IDW'15
    • 発表場所
      大津プリンスホテル,大津市
    • 年月日
      2015-12-10 – 2015-12-10
    • 国際学会
  • [学会発表] 波長/空間変換に基づくマルチチャネル分光器型ワンショット共焦点顕微鏡2015

    • 著者名/発表者名
      宮本周治
    • 学会等名
      日本光学会年次学術講演会 Optics & Photonics Japan 2015
    • 発表場所
      筑波大学東京キャンパス文京校舎,文京区
    • 年月日
      2015-10-30 – 2015-10-30
  • [学会発表] 多視点画像取得のためのミラーアレイの最適配置2015

    • 著者名/発表者名
      黒田 隼
    • 学会等名
      日本光学会年次学術講演会 Optics & Photonics Japan 2015
    • 発表場所
      筑波大学東京キャンパス文京校舎,文京区
    • 年月日
      2015-10-30 – 2015-10-30
  • [学会発表] 直交ミラーアレイによる長波長音波の空間収束のための手法2015

    • 著者名/発表者名
      久次米亮介
    • 学会等名
      日本光学会年次学術講演会 Optics & Photonics Japan 2015
    • 発表場所
      筑波大学東京キャンパス文京校舎,文京区
    • 年月日
      2015-10-29 – 2015-10-29
  • [学会発表] 光コムを用いたスキャンレス共焦点顕微鏡の開発~共焦点ラインイメージングへの応用2015

    • 著者名/発表者名
      長谷栄治
    • 学会等名
      日本光学会年次学術講演会 Optics & Photonics Japan 2015
    • 発表場所
      筑波大学東京キャンパス文京校舎,文京区
    • 年月日
      2015-10-28 – 2015-10-28
  • [学会発表] THz量子カスケードレーザーと2次元非冷却マイクロボロメータ-を用いたテラヘルツディジタルホログラフィー2015

    • 著者名/発表者名
      小川貴之
    • 学会等名
      日本光学会年次学術講演会 Optics & Photonics Japan 2015
    • 発表場所
      筑波大学東京キャンパス文京校舎,文京区
    • 年月日
      2015-10-28 – 2015-10-28
  • [学会発表] 空中結像による3Dディジタルサイネージ2015

    • 著者名/発表者名
      山本裕紹
    • 学会等名
      日本機械学会特別講演会
    • 発表場所
      東北大学,仙台市
    • 年月日
      2015-10-15 – 2015-10-15
    • 招待講演
  • [学会発表] 3D Information Environments Based on Information Photonics2015

    • 著者名/発表者名
      Hirotsugu Yamamoto
    • 学会等名
      DHIP2015
    • 発表場所
      KIST, Gangneung, Republic of Korea
    • 年月日
      2015-09-17 – 2015-09-17
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Converging light, thermal and sound wave by 2 types crossed mirror array2015

    • 著者名/発表者名
      Ryosuke Kujime
    • 学会等名
      JSAP-OSA Joint Symposia 2015
    • 発表場所
      名古屋国際会議場,名古屋市
    • 年月日
      2015-09-15 – 2015-09-15
    • 国際学会
  • [学会発表] 角パイプアレイ(SPA)を用いた遠赤外線収束による局所暖房の可能性2015

    • 著者名/発表者名
      小野瀬 翔
    • 学会等名
      第76回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      名古屋国際会議場,名古屋市
    • 年月日
      2015-09-14 – 2015-09-14
  • [学会発表] フォトニクスによる3次元情報環境の創成2015

    • 著者名/発表者名
      山本裕紹
    • 学会等名
      第76回応用物理学会秋季学術講演会フォトニクス分科会発足記念シンポジウム
    • 発表場所
      名古屋国際会議場,名古屋市
    • 年月日
      2015-09-14 – 2015-09-14
    • 招待講演
  • [学会発表] 角パイプアレイ(SPA)による暖房における熱源位置による放射温度分布の変化2015

    • 著者名/発表者名
      岡本智行
    • 学会等名
      第16回情報フォトニクス研究グループ研究会
    • 発表場所
      いしい荘,御宿町
    • 年月日
      2015-09-10 – 2015-09-10
  • [学会発表] Digital holographic microscopy using partially coherent, instantaneously bright, femtosecond pulse light2015

    • 著者名/発表者名
      Dahi Ghareab Abdelsalam
    • 学会等名
      CLEO-PR 2015
    • 発表場所
      BEXCO, Busan, Republic of Korea
    • 年月日
      2015-08-27 – 2015-08-27
    • 国際学会
  • [学会発表] Off-axis terahertz digital holography using continuous-wave terahertz radiation2015

    • 著者名/発表者名
      Takayuki Ogawa
    • 学会等名
      CLEO-PR 2015
    • 発表場所
      BEXCO, Busan, Republic of Korea
    • 年月日
      2015-08-27 – 2015-08-27
    • 国際学会
  • [学会発表] Optical detection of micro defect by single-pixel imaging2015

    • 著者名/発表者名
      Kyuki Shibuya
    • 学会等名
      CLEO-PR 2015
    • 発表場所
      BEXCO, Busan, Republic of Korea
    • 年月日
      2015-08-27 – 2015-08-27
    • 国際学会
  • [学会発表] Wave form of converged sound by crossed-mirror array2015

    • 著者名/発表者名
      Ryosuke Kujime
    • 学会等名
      IMID 2015
    • 発表場所
      EXCO, Daegu, Republic of Korea
    • 年月日
      2015-08-21 – 2015-08-21
    • 国際学会
  • [学会発表] 夢のディスプレイを実現する光学2015

    • 著者名/発表者名
      山本裕紹
    • 学会等名
      際光年 徳島大学市民公開講座 未来を拓く光の世界
    • 発表場所
      あわぎんホール,徳島市
    • 年月日
      2015-07-11 – 2015-07-11
    • 招待講演
  • [学会発表] Unconscious Imaging (UcI) and its applications for digital signage2015

    • 著者名/発表者名
      Hirotsugu Yamamoto
    • 学会等名
      The 14th Workshop on Information Optics (WIO2015)
    • 発表場所
      京都ガーデンパレス,京都市
    • 年月日
      2015-06-03 – 2015-06-03
    • 国際学会 / 招待講演
  • [備考] 宇都宮大学 山本研究室

    • URL

      http://www.yamamotolab.science/

  • [産業財産権] 計測装置2015

    • 発明者名
      安井武史,岩田哲郎,水谷康弘,謝 宣達,長谷栄治,山本裕紹
    • 権利者名
      徳島大学・宇都宮大学
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      特願2015-130249
    • 出願年月日
      2015-06-29

URL: 

公開日: 2017-01-06  

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