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2021 年度 実績報告書

スペクトル符号化による超細径撮像系の開発原理

研究課題

研究課題/領域番号 21H01385
研究機関富山大学

研究代表者

片桐 崇史  富山大学, 学術研究部工学系, 教授 (90415125)

研究分担者 大嶋 佑介  富山大学, 学術研究部工学系, 准教授 (10586639)
研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2024-03-31
キーワードコンピュテーショナルイメージング / 光ファイバ / スペクトル符号化法 / 被写界深度 / マルチコアファイバ
研究実績の概要

スペクトル符号化法に基づく単一ファイバイメージング法において,符号波形の空間周波数特性に着目して,解像度の符号器構造依存性,復号,再構成アルゴリズムに関する学理を究明し,超細径撮像デバイスの開発に資する普遍的な指導原理を確立することを目的として,次の事項について検討を行った.
1.作動距離に依存した被写界深度の調査
単一モードファイバに長さ40 mmのマルチモードファイバを融着接続したイメージングプローブについて,被写界深度の作動距離依存性を調査した.ビーム伝搬法による数値シミュレーションより,作動距離4 mm以上ではおおよそパンフォーカスとして振る舞うことが判明した.一方,短作動距離では,被写界深度は次第に浅くなり,プローブ近傍において深さ分解能10ミクロン程度の3次元像が得られることがわかった.5ミクロン径の蛍光スポットを201点直線上に配列した評価サンプルによって,実験的にも同様の結果が得られることを確認した.
2.マルチコアファイバを用いた推定精度向上
単一モードファイバを7コアとしたイメージングプローブを製作し,空間多重化による画像再構成の推定精度向上についての実証実験を行った.使用したサンプルは,5ミクロン径の蛍光スポットを201点直線上に配列した評価サンプルである.評価の結果,単一コアに比べて3コアとすることにより推定精度が約1.4倍向上することがわかった.コア数は多いほど良いことが予想されるため,今後,推定精度のコア数依存性を調査することにより,空間多重化の効果を実証することとした.

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

当初の計画にある,(1)符号波形と分解能の調査,(2)符号化性能の向上,の2項目について実施し,現段階ですでに良好な結果が得られている.また,2年目以降に予定していた(4)超細径高解像イメージングの実証での評価項目(被写界深度と光セクショニング効果の有無についての調査)を前倒しで実施し,生体を対象とした実証実験に向けた準備が整いつつある.

今後の研究の推進方策

現状でほぼ計画通りに研究が進んでおり,良好な結果も得られはじめている.今後はさらに加速させ,生体サンプルを対象とした実証実験までを行う予定である.

  • 研究成果

    (12件)

すべて 2022 2021

すべて 学会発表 (12件) (うち国際学会 2件、 招待講演 1件)

  • [学会発表] Mid-infrared hollow fiber couplers2022

    • 著者名/発表者名
      Masanori Kato, Yuji Matsuura, Yusuke Oshima, Takashi Katagiri
    • 学会等名
      Proc. SPIE PC11953, Optical Fiber and Sensors for Medical Diagnostics, Treatment and Environmental Applications XXII
    • 国際学会
  • [学会発表] スペクトル符号化単一ファイバイメージングの空間分解能2021

    • 著者名/発表者名
      小池亮, 大嶋佑介, 片桐崇史
    • 学会等名
      第82回応用物理学会秋季学術講演会
  • [学会発表] 側面研磨型中空光ファイバカプラの特性評価2021

    • 著者名/発表者名
      加藤仁教, 松浦祐司, 大嶋佑介, 片桐崇史
    • 学会等名
      第82回応用物理学会秋季学術講演会
  • [学会発表] 圧縮ラマンイメージングの精度評価2021

    • 著者名/発表者名
      舟橋諒, 大嶋佑介, 片桐崇史
    • 学会等名
      第82回応用物理学会秋季学術講演会
  • [学会発表] 大面積散乱光検出のためのエタンデュ低減システムの提案2021

    • 著者名/発表者名
      西田翔吾, 大嶋佑介, 片桐崇史
    • 学会等名
      第82回応用物理学会秋季学術講演会
  • [学会発表] レーザー誘起衝撃波により形成される擬似的導波路中の光伝搬2021

    • 著者名/発表者名
      鈴木雄大, 大嶋佑介, 片桐崇史
    • 学会等名
      第82回応用物理学会秋季学術講演会
  • [学会発表] 術中に無神経節腸管を同定するためのラマン分光システムの開発2021

    • 著者名/発表者名
      松本悠希, 小川雄大, 衛藤剛, 猪股雅文, 片桐崇史, 大嶋佑介
    • 学会等名
      レーザー学会学術講演会第42回年次大会
  • [学会発表] 中赤外光用光コンバイナの製作2021

    • 著者名/発表者名
      加藤仁教, 松浦祐司, 大嶋佑介, 片桐崇史
    • 学会等名
      レーザー学会学術講演会第42回年次大会
  • [学会発表] スペクトル符号化による極細径ファイバイメージングの被写界深度2021

    • 著者名/発表者名
      石川真太郎, 大嶋佑介, 片桐崇史
    • 学会等名
      レーザー学会学術講演会第42回年次大会
  • [学会発表] 波長可変スペックル照明を用いた単一ファイバイメージングシステムの測定精度改善2021

    • 著者名/発表者名
      川上友佑, 大嶋佑介, 片桐崇史
    • 学会等名
      レーザー学会学術講演会第42回年次大会
  • [学会発表] ラマン分光法によるマウス免疫細胞のフェノタイプ解析2021

    • 著者名/発表者名
      文室温人, 山本武, 竹谷皓規, 小泉桂一, 片桐崇史, 大嶋佑介
    • 学会等名
      レーザー学会学術講演会第42回年次大会
  • [学会発表] Single fiber fluorescence imaging by multimode interference-based spectral encoder2021

    • 著者名/発表者名
      Takashi Katagiri
    • 学会等名
      The 10th Advanced Lasers and Photon sources(ALPS2021)
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2022-12-28  

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