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

2017 年度 実績報告書

• 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: 梅田 大樹 日本大学, 生物資源科学部, 講師 (70615377) ; 安井 武史 徳島大学, 大学院社会産業理工学研究部(理工学域), 教授 (70314408) ; 南川 丈夫 徳島大学, 大学院社会産業理工学研究部(理工学域), 講師 (10637193) ; 長谷 栄治 公益財団法人高輝度光科学研究センター, 利用研究促進部門, 研究員 (50805512)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• キーワード: 光周波数コム / 共焦点顕微鏡 / 分光イメージング / 水ストレス

研究実績の概要

植物の水ストレス状態を定量化する３D分光イメージングの目的に対して，光周波数コム光源を用いて共焦点レーザー顕微鏡を同時並列化する顕微鏡技術について， VIPA(Virtually Imaged Phased Array)と回折格子による周波数-２次元空間変換により，ワンショットによる２次元フルフィールド照射を行った．開発した光学系では焦点スポットの広がりが重なることなく２次元空間に焦点スポット列を形成することができたため，デコンボリューション処理が不要とわかった．各スポットの情報を得るため，発振繰り返し周波数の異なる２台の光周波数コム光源を用いてビート周波数により光周波数コムの各モードの振幅と位相を検出するデュアル光コム分光法を共焦点顕微鏡に導入することで，共焦点顕微鏡における焦点スポット内で位相情報を検出する技術を開発した．注目対象の動きや空気の揺らぎによる像の揺れを補正するため，連続取得された画像におけるオプティカルフロー情報を利用して，画像ベースでディフォーマブルミラーの動きを制御する一手法を実現した．切り取り葉ではなく，水耕栽培によって育成したトマトを対象として，葉の奥に注目部分（ROI: region of interest）を設定して，通常の室内照明では，生い茂った葉によって照明がなされないROIに対してフルスペクトル照明光を照射するために，空中結像法を利用して広い範囲から集光する照明法を実現した．実際に分光イメージングを行い，水分状態による分光情報の違いを明らかにした．

現在までの達成度 (段落)

29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

29年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Scan-less confocal phase imaging based on dual-comb microscopy (2018)
  • 著者名/発表者名: Eiji Hase, Takeo Minamikawa, Takahiko Mizuno, Shuji Miyamoto, Ryuji Ichikawa, Yi-Da Hsieh, Kyuki Shibuya, Katsuya Sato, Yoshiaki Nakajima, Akifumi Asahara, Kaoru Minoshima, Yasuhiro Mizutani, Tetsuo Iwata, Hirotsugu Yamamoto, and Takeshi Yasui
  • 雑誌名: Optica 巻: 5 ページ: 634-643
  • DOI: 10.1364/OPTICA.5.000634
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Dual-Comb Microscopy for Scanless Confocal Phase Imaging (2018)
  • 著者名/発表者名: E. Hase, S. Miyamoto, T. Mizuno, T. Minamikawa, H. Yamamoto, and T. Yasui
  • 学会等名: CLEO
  • 国際学会
• [学会発表] Real-time multi-wavelength digital holography using line-by-line spectral shaping of optical frequency comb (2018)
  • 著者名/発表者名: M. Yamagiwa, T. Minamikawa, I. Morohashi, N. Sekine, I. Hosako, H. Yamamoto, and T. Yasui
  • 学会等名: CLEO
  • 国際学会
• [学会発表] 施設園芸における作物水分動態推定のための非侵襲計測技術(3)－分光センサによるトマト葉内水分の定量化指標と現場計測手法の提案－ (2017)
  • 著者名/発表者名: 1.村松慧哉，梅田大樹，川越義則，杉原敏昭，山本裕紹，安井武史，小泉明嗣
  • 学会等名: 第18回計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演会
• [学会発表] 3D Lighting for Hyperspectral Imaging of Leaf Group by Use of Aerial Imaging Optics (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Kawai, R. Kujime, T. Okamoto, H. Yamamoto
  • 学会等名: IDW
  • 国際学会