| 研究課題/領域番号 |
19K20607
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| 研究機関 | 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構 |
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研究代表者 |
菅原 健人 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 関西光科学研究所 放射光科学研究センター, 技術員(定常) (80831304)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | 放射光X線 / 計測技術 / 磁性体 / 蛍光X線 / レイトレース法 |
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| 研究実績の概要 |
本研究は試料の深部磁化計測が可能な新しい磁気光学顕微鏡の受光光学系の調整システムの最適化および自動化を目的としている。この磁気光学顕微鏡では測定効率を向上させるため、試料からの発散光を平行化するモンテル型ミラーを導入しているが、その調整法が確立していないため、シミュレーションデータと実験データを併用し最適な調整法を探索する必要があった。
初年度はレイトレース法を用いたシミュレーションにて、試料表面および内部の有限サイズの発光点位置からの蛍光X線を入力とし、モンテル型ミラー上での反射経路を光線1本毎で計算できるソフトを開発した。このソフトを用い、モンテル型ミラーが最適配置条件および最適配置からずれた位置や角度条件における平行光の強度分布形状や積算強度、平行度の計算を行い、ミラー配置との相関性を解析した。一方で大型放射光施設SPring-8での放射光実験にて実際にモンテル型ミラーを利用し、モンテル型ミラーの位置や角度における平行光の強度分布の情報を2次元検出器で測定した。また、平行化光学素子のモンテル型ミラーを用いたことにより、FeサンプルのKαスペクトル測定にて従来の約5千倍の測定効率を実現した。これにより、測定に必要な時間が大幅に短縮されたため、試料走査型の磁区マップの測定が可能となり、試料走査方向10μmの分解能を持つ磁気顕微鏡の実現に成功した。また、研究計画当初は、エネルギー幅を持つ平行光の平行度の測定は困難と考えていたが、モンテル型ミラーの調整の際に新たに2結晶分光器を用いることにより、平行度の測定に成功した。これにより平行光の強度だけでは判別が困難であった焦点距離方向についても調整し最適化する事が可能になった。
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| 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
本研究は、レイトレース法によるシミュレーションと実験データを組み合わせ、機械学習などの手法にて光学機器の調整の最適化、自動化を目的としており、現在、レイトレース法を用いたシミュレーションデータと放射光実験による実際の平行光の画像強度データの双方を取得済みである。シミュレーションデータと実験データは人間が確認する限りでは定性的な対応がついている。今後はこの対応付けを人間が行うのではなく画像認識等を用いた機械学習を利用することで、高速化と定量化が期待できる。さらに、研究当初は上記のデータだけで調整を検討していたが、当初測定が困難と考えられてきた平行光の平行度のデータについても2結晶分光器を用いることで測定に成功した事から、平行光の形状や強度だけでなく、平行度の実測値もパラメータとした調整が可能となり、さらなる高精度化が期待できる状況にあり、おおむね順調に進展していると考えられる。
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| 今後の研究の推進方策 |
初年度に測定した各モンテル型ミラー位置と角度における、平行光の形状、強度、平行度の実測データとレイトレース法のシミュレーションデータとの対応関係の解析を、同じく初年度に購入した深層学習用ワークステーションを用いて行う。具体的には実験で取得した画像データから平行光の形状の特徴量を抽出し、積算強度、平行度のデータもしくはそれらを組み合わせたものにより、実験データとシミュレーションデータとの対応付け処理を行う。一方でシミュレーションデータには計算に用いたモンテル型ミラーの最適配置からの位置や角度のズレの量をパラメーターとして紐付けする。この両者を行う事により、実験で取得したデータから平行化光学素子であるモンテル型ミラーが現在最適配置からどの程度ズレているか計算できるようにする。
また初年度の実験では強度、平行度の観点から実験データとシミュレーションデータと比較して、ミラーの最適配置にはまだ到達できていないと見られることから、調整手順やモータの可動域等を十分考慮して最適配置までの到達を目指す。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
初年度の実験にて必要性が新たに判明した平行光の平行度の測定機器の部品が当該年度の残額のみではわずかに購入金額に満たなかったため、仕様の再検討および次年度で購入して使用する計画に変更したためである。
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