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

光谱编码超薄成像系统开发原理

• 批准号: 21H01385
• 负责人: 片桐 崇史
• 金额: $ 11.15万
• 依托单位: University of Toyama
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H01385/
• 关键词: コンピュテーショナルイメージング; マルチモードファイバ; スペクトル符号化; 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; 内視鏡; 回折限界

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．

This study aims to establish a general guiding principle for the development of ultra-fine-diameter image technology by studying the theory of symbol reconstruction based on symbol transformation method, focusing on the spatial cycle number characteristics of symbol waveform, symbol structure dependence of resolution, complex symbol transformation method and ultra-fine-diameter image transformation method. The following items are subject to review and discussion. [1. Resolution evaluation: 5-dimensional resolution evaluation of optical fiber array in linear configuration. The result of the evaluation is that the resolution of 1000 LW/PH is achieved. [2. 7. Spatial Multiplication: Tolerance Up: Implementation. As a result of the evaluation, the estimation accuracy of the pre-processing and smoothing processing is improved, and the reconstruction of the image is possible, and the limit of the compression ratio is improved. [3. Optimization and animation of MMI symbol] MMI symbol is used to determine the optimal length of MMI symbol. Optimization of MMI symbols in use, animation imaging, animation imaging in use, good image quality and animation in use

项目成果

中赤外光用光コンバイナの製作

中红外光合路器的生产

• 发表时间: 2021
• 作者: 加藤仁教;松浦祐司;大嶋佑介;片桐崇史
• 通讯作者: 片桐崇史

Mid-infrared hollow fiber couplers

中红外空心光纤耦合器

• 发表时间: 2022
• 作者: Masanori Kato;Yuji Matsuura;Yusuke Oshima;Takashi Katagiri
• 通讯作者: Takashi Katagiri

側面研磨型中空光ファイバカプラの特性評価

侧面抛光空心光纤耦合器特性评估

• 发表时间: 2021
• 作者: 加藤仁教;松浦祐司;大嶋佑介;片桐崇史
• 通讯作者: 片桐崇史

Mid-infrared laser heterodyne spectrometer by hollow optical fiber and its newly designed coupler

空心光纤中红外激光外差光谱仪及其新型耦合器

• DOI: 10.1364/ao.475426
• 发表时间: 2023
• 期刊: Applied Optics
• 影响因子: 1.9
• 作者: Nakagawa Hiromu;Tsukada Satoki;Katagiri Takashi;Kasaba Yasumasa;Murata Isao;Hirahara Yasuhiro;Matsuura Yuji;Yamazaki Atsushi
• 通讯作者: Yamazaki Atsushi

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

使用光谱编码进行超细光纤成像的景深

• 发表时间: 2021
• 作者: 石川真太郎;大嶋佑介;片桐崇史
• 通讯作者: 片桐崇史