• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 課題ページに戻る

2011 年度 実施状況報告書

生体観察のためのホログラフィック4次元顕微鏡の開発

研究課題

研究課題/領域番号 23657050
研究機関兵庫県立大学

研究代表者

佐藤 邦弘  兵庫県立大学, 工学研究科, 准教授 (40167432)

研究期間 (年度) 2011-04-28 – 2013-03-31
キーワードデジタルホログラフィ / 3次元顕微鏡 / レンズレス / 無歪高分解能 / 水中観察 / 大深度 / 微生物 / 生体細胞
研究概要

本年度研究の第1の目的は、レーザとイメージセンサを用いて微小運動被写体の3次元像を記録する装置を開発し、3次元像の連続撮影の可能性を示すことである。まず、ワンショットホログラフィを使って媒質中の高分解能3次元観察を可能するレンズレスのホログラフィック顕微鏡を開発した。この顕微鏡を使うことで、大開口数オフアクシスホログラムをワンショット記録し、1枚の記録ホログラムから複素インラインホログラムを取り出すことが可能になった。本年度研究の第2の目的は、大開口数ホログラムから無歪高分解能3次元画像を高速再生する数値計算法を開発することである。平面波展開を使った高分解能画像の再生方法に関して、カナダの研究グループは最近米国特許を取得しているが、彼らの方法では計算量が多くなり画像再生の高速化は難しい。それに比べて我々の開発した方法は簡潔であり必要な計算量は少なくなり、画像再生の大幅な高速化を図ることが可能になった。本年度研究の第3の目的は、水中や培養液中の微生物や生体組織の3次元撮像および像再生の実験を行い、生きたままの状態で4次元(空間+時間)顕微鏡観察が可能であることを示すことである。光学実験を行い、無歪高分解能(1μm以下)画像,焦点深度の1000倍以上の撮像深度の水中遊泳微生物の画像,および物体光位相分布の正確な記録と再生を示した。この顕微鏡を使用して透明生体細胞の4次元計測や水中遊泳微生物の無歪高分解能4次元観察などが可能であることを示した。

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

初年度の研究計画に従って(1)透過型ホログラフィック顕微鏡の開発、(2)無歪高分解能3次元像の高速再生法の開発、(3)透明生体細胞の観察のため光位相分布を使った定量的解析について研究を行い、それぞれについて新しい研究成果を得ることができた。

今後の研究の推進方策

生体組織の高分解能断層画像撮影法の開発本研究のホログラフィック顕微鏡を用いれば、レーザ光波長を高速掃引しながら連続高速記録したホログラムから3次元物体の高分解能断層画像を求めることが原理的に可能になる。この撮像では、結像レンズを使用しないので深い奥行きを持つ生体に対して高分解能な断層画像を計算でき、レーザ光の機械的な走査が不要となるので時系列断層画像の高速撮影が可能となる。このことにより、革新的な高分解能断層撮像装置の開発を期待できる。本研究の成果の最も重要な応用として、この高分解能断層撮像装置の開発が挙げられる。

次年度の研究費の使用計画

次年度使用する研究費として、ホログラム記録実験のための光学部品(ミラーやレンズなど)を新たに購入するための物品費、国内及び海外における研究成果発表のための旅費と参加費、および研究補助に対する謝金を計画している。

  • 研究成果

    (17件)

すべて 2012 2011 その他

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (11件) 産業財産権 (2件) (うち外国 2件)

  • [雑誌論文] Instantaneous shape measurement of moving surface with high accuracy by one-shot digital holography2012

    • 著者名/発表者名
      K. Sato, Y. Iwayama
    • 雑誌名

      Proc. of SPIE

      巻: 8281 ページ: 0K1-0K6

  • [雑誌論文] Real-time recording and reconstruction of moving 3D images using electronic holography2012

    • 著者名/発表者名
      K. Furuichi, K. Sato
    • 雑誌名

      Proc. of SPIE

      巻: 8281 ページ: 0L1-0L6

  • [雑誌論文] Lensless holographic microscopy with high-resolving power for 4D measurement of micro-organism swimming in water2012

    • 著者名/発表者名
      M. Otani, K. Sato
    • 雑誌名

      Proc. of SPIE

      巻: 8227 ページ: 2901-2906

  • [雑誌論文] Numerical Reconstruction of Hi-Resolution Microscopic Images for Lens-Less Holographic Microscopy2012

    • 著者名/発表者名
      K. Sato
    • 雑誌名

      International Journal of IC-MED

      巻: Vol.4 ページ: 77-86

    • 査読あり
  • [学会発表] Color 3-D Display and Color 3-D Video Camera by Electronic Holography2011

    • 著者名/発表者名
      K. Sato
    • 学会等名
      The 11th International Meeting on Information Display(招待講演)
    • 発表場所
      Seoul, Korea
    • 年月日
      Oct. 10, 2011
  • [学会発表] Lens-less 4-D microscopy for measurement of moving microorganism by the one-shot digital holography2011

    • 著者名/発表者名
      K. Sato
    • 学会等名
      International Workshop on Holography and Related Technologies 2011(招待講演)
    • 発表場所
      Utsunomiya Univ. (Tochigi), Japan
    • 年月日
      Nov. 16, 2011
  • [学会発表] Holographic microscope by one-shot digital holography2011

    • 著者名/発表者名
      M. Otani, K. Sato
    • 学会等名
      OSA Optics & Photonics Congress
    • 発表場所
      Univ. of Tokyo (Tokyo), Japan
    • 年月日
      May 10, 2011
  • [学会発表] 媒質中高分解能3次元観察のためのレンズレス・ホログラフィック顕微鏡

    • 著者名/発表者名
      大谷真由,佐藤邦弘
    • 学会等名
      3次元画像コンファレンス2011
    • 発表場所
      京都工芸繊維大(京都府)
    • 年月日
      2011年7月15日
  • [学会発表] 室内照明下における運動物体3次元像の実時間撮像と実時間表示

    • 著者名/発表者名
      古市和稔,佐藤邦弘
    • 学会等名
      3次元画像コンファレンス2011
    • 発表場所
      京都工芸繊維大(京都府)
    • 年月日
      2011年7月14日
  • [学会発表] 大深度運動物体のためのワンショットディジタルホログラフィによる精密表面形状計測

    • 著者名/発表者名
      岩山義秀、佐藤邦弘
    • 学会等名
      日本光学会年次学術講演会
    • 発表場所
      大阪大学(大阪府)
    • 年月日
      2011年11月29日
  • [学会発表] 電子ホログラフィによる室内照明下における3次元動画像の実時間撮像と実時間表示

    • 著者名/発表者名
      古市和稔,佐藤邦弘
    • 学会等名
      日本光学会年次学術講演会
    • 発表場所
      大阪大学(大阪府)
    • 年月日
      2011年11月29日
  • [学会発表] 水中微生物の高分解能4次元計測のためのレンズレス・ホログラフィック顕微鏡

    • 著者名/発表者名
      大谷真由,佐藤邦弘
    • 学会等名
      日本光学会年次学術講演会
    • 発表場所
      大阪大学(大阪府)
    • 年月日
      2011年11月29日
  • [学会発表] 電子ホログラフィによる3次元動画像の実時間撮像と表示

    • 著者名/発表者名
      古市和稔,佐藤邦弘
    • 学会等名
      電気関係学会関西支部連合大会
    • 発表場所
      兵庫県立大学(兵庫県)
    • 年月日
      2011年10月30日
  • [学会発表] 水中微生物の4次元観察を可能にするレンズレス・ホログラフィック顕微鏡

    • 著者名/発表者名
      大谷真由,佐藤邦弘
    • 学会等名
      電気関係学会関西支部連合大会
    • 発表場所
      兵庫県立大学(兵庫県)
    • 年月日
      2011年10月30日
  • [学会発表] ディジタル・ホログラフィを用いた運動物体の大深度精密形状計測

    • 著者名/発表者名
      岩山義秀、佐藤邦弘
    • 学会等名
      電気関係学会関西支部連合大会
    • 発表場所
      兵庫県立大学(兵庫県)
    • 年月日
      2011年10月29日
  • [産業財産権] 3次元形状計測および3次元形状計測装置2012

    • 発明者名
      佐藤邦弘
    • 権利者名
      兵庫県
    • 産業財産権番号
      特許: PCT/JP2012/051125
    • 出願年月日
      2012年01月19日
    • 外国
  • [産業財産権] 微小被写体のホログラム画像記録方法、高分解能画像再生用ホログラム作成方法、画像再生方法、およびホログラフィック顕微鏡2011

    • 発明者名
      佐藤邦弘
    • 権利者名
      兵庫県
    • 産業財産権番号
      特許: PCT/JP2011/065531
    • 出願年月日
      2011年07月05日
    • 外国

URL: 

公開日: 2013-07-10  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi