| 研究課題/領域番号 |
18K04968
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| 研究機関 | 宇都宮大学 |
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研究代表者 |
茨田 大輔 宇都宮大学, 工学部, 准教授 (80400711)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| キーワード | レンズレスディジタルホログラフィ / 超解像顕微鏡 |
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| 研究実績の概要 |
当初の提案していた方法は、ノイズの含まれるディジタルホログラムから再構成した観察パターンから逆に、撮像素子面でのパターンを求めると、観察パターン抽出に使用したサンプリング点上のデータは一致するが、サンプリング点の間にあるデータは元の観察パターンと比べて滑らかではないパターンとなる。そのような状況のとき、再構成されたパターンは、元の観察物体のパターンとは全く異なる。このことは、本手法では原理的にまったく異なる複数のパターンがサンプリング点上だけに注目すると近いディジタルホログラムを作るためである。そのため、ノイズが含まれると、別のパターンを再構成してしまうという問題があった。本手法で取得したディジタルホログラムは、広い散乱角をもつ信号波と一点から広がる球面波状の参照波を干渉させるので、干渉縞パターンは滑らかとなる。よって、あるサンプリング点周辺で，レイリー・ゾンマーフェルトの回折式のテイラー展開式を用い、滑らかさを保証するような再構成方法を提案した。提案手法によって再構成シミュレーションを行ったところ、ノイズのロバスト性を改善できることがわかった。
また、本手法は、元の観察パターンの複素振幅を完全に再構成する方法であるが、一般的に、完全に再構成する必要はなく、ある程度コントラストのついた画像が得られればよい。すなわち再構成される観察パターンは滑らかであっても、コントラストが得られればよい。その観点から、元の観察パターンをテイラー展開し，テイラー係数を再構成できれば、観察パターンに必要な分解能よりも広いサンプリング間隔を用いて観察可能となる。これにより解像限界を超えることが可能である。この原理をシミュレーションによって実証した。しかし、ノイズのロバスト性についてはあまり改善がみられなかったので、引き続き検討が必要である。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
微細なサンプルを準備するための，電子ビーム描画装置が故障中であったため，実験が遅れている．しかし修理が完了したため，令和2年度では実験が可能となった．
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| 今後の研究の推進方策 |
電子ビーム描画装置の故障により滞っていた実証実験を行う。まず、微細なパターンをもつサンプルの作製を行う。作製は次の通り行う。1)電子ビームレジストにパターンを描画し現像する。2)その上にクロムのスパッタリングによってコーティングする。3)レジストの除去により、レジスト上のクロムを除去する。描画パターンは、可視光の波長より十分に小さいラインアンドスペースパターンとする。目標値は波長の1/10であるので、ラインアンドスペースパターンの間隔は、40nm～200nm程度に設定する。このサンプルに光を照射し、提案手法によって構造の再構成を行う。
提案手法を適用するためには、球面波様の参照波が必要であり、これを実験的にどのように重ね合わせるかが課題であった。広いNAで撮影するためには、サンプルから近距離に撮像素子を置かなければならないが、参照波を重ね合わせるためのビームスプリッターを置くスペースがなくなる。当初は別の方法で実施する予定であったが、入射角を変えながらサンプルへ照明光を入射することによって、等価的に広いNAでディジタルホログラムを撮影する方法を検討する。この場合、再構成に使用する連立方程式の計算コストの改善も期待できる。より広いNAで撮影することを目的として、エバネッセント波による照明も検討する。この方法の定式化を行い、シミュレーションおよび実験で原理検証を行う。
ロバスト性の向上については、サンプルのパターンを三角関数やルジャンドル多項式などの直交関数列の重ね合わせで表現することを検討する。この直交関数列の係数を求めることによって、サンプルパターンの再構成を行う。これにより、ノイズとなる高周波成分を除去したパターンが得られることが期待できる。この方法によって、ノイズに対するロバスト性の改善を検討す
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| 次年度使用額が生じた理由 |
微細既知パターン作製のために使用を予定していた電子ビーム描画装置が故障により使用不可能となっており、実験に必要なサンプル作製が行えていない。このサンプル作製費用の確保のため次年度に繰り越しを行った。
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