Principles for the development of an ultra-thin imaging system by the spectral encoding

本研究は，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いる．2022年度は，主に以下の項目について検討を行った．[1.解像度の評価]　5ミクロン径の蛍光スポットを直線状に配列した評価サンプルを用いて，構築したイメージングシステムの一次元解像度を評価した．評価の結果，解像度1000 LW/PHを達成することが明らかとなり，従来法に比べて1桁の解像度向上が可能であることを実証した．[2.ノイズ耐性のコア数依存性]　7コアのマルチコアファイバを用いて，空間多重化によるノイズ耐性向上についての実証実験を行った．評価の結果，コア数が多いほどノイズ耐性が向上すること，前処理として平滑化処理を行うことにより推定精度が著しく向上すること，さらには，ラグランジュ補間により少ない測定数で高解像な画像再構成が可能となり，圧縮率の限界が標本化定理に従うことが明らかとなった．[3.MMI符号器の最適化と動画撮像]　MMI符号器で用いるマルチモードファイバの長さ依存特性を，シミュレーションおよび実験により検討したところ，長さ4cmが最適であることが判明した．最適化されたMMI符号器を用いて，動画撮像を実施し，動く撮像対象において，良好な画質の動画を取得可能であることを確認した．

本研究は，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いる．2022年度は，主に以下の項目について検討を行った．[1.解像度の評価]　5ミクロン径の蛍光スポットを直線状に配列した評価サンプルを用いて，構築したイメージングシステムの一次元解像度を評価した．評価の結果，解像度1000 LW/PHを達成することが明らかとなり，従来法に比べて1桁の解像度向上が可能であることを実証した．[2.ノイズ耐性のコア数依存性]　7コアのマルチコアファイバを用いて，空間多重化によるノイズ耐性向上についての実証実験を行った．評価の結果，コア数が多いほどノイズ耐性が向上すること，前処理として平滑化処理を行うことにより推定精度が著しく向上すること，さらには，ラグランジュ補間により少ない測定数で高解像な画像再構成が可能となり，圧縮率の限界が標本化定理に従うことが明らかとなった．[3.MMI符号器の最適化と動画撮像]　MMI符号器で用いるマルチモードファイバの長さ依存特性を，シミュレーションおよび実験により検討したところ，長さ4cmが最適であることが判明した．最適化されたMMI符号器を用いて，動画撮像を実施し，動く撮像対象において，良好な画質の動画を取得可能であることを確認した．