5次元動画像ホログラフィック顕微鏡の開発とその応用に関する研究

瞬時5次元イメージング方法の理論的性能検証を計算機シミュレーションにより行った。結果,光学系と撮影範囲を適切に設計することで,回折限界程度までの分解能をもって単一露光でマルチパラメータ同時可視化を達成可能であることを定量的に明らかにした。次に,精密偏光光学素子なしで3次元構造と複数波長情報を同時記録する新たな計測方式を考案し,最高時速26kmで振動する3次元物体に対し毎秒2万コマでのカラー3次元動画像記録を達成した。これはカラー3次元動画像記録において世界最高速であった。また,3次元構造と偏光分布の単一露光同時記録を実証し,市販の偏光イメージングカメラと同程度の偏光分布可視化能力で3次元空間の動画像記録も達成可能であると実験的に示した。以上より,要素技術全てを実証した。5次元動画像記録法のさらなる性能向上をめざし,まず深さ方向の計測範囲拡大,計測精度向上を達成するための計測方式を考案した。実験した結果,約100倍の深さ方向計測精度向上,測定範囲約9000倍を実証した。次に,市販の撮像素子で記録可能な3次元空間範囲を広げ空間分解能も向上させる縞超解像法の研究に着手した。一方,従来,計測範囲,分解能を上げるためには専用の撮像素子を必要とし,市販の撮像素子では縞分解能に劣るため技術の性能を最大限に発揮できないという問題を抱えていた。そこで,光学系の配置を工夫し線形の空間キャリアを並列位相シフト法に導入することで,技術に必要とされるホログラムを記録可能にする方法を考案した。また,市販の撮像素子で記録したホログラムに空間,空間周波数領域それぞれに画像処理を施し技術で記録可能な空間情報量を最大限まで取れるアルゴリズムを考案した。結果,面内方向の撮影範囲を従来の5倍程度まで広域化可能にし,空間分解能を2倍強まで向上可能にした。以上,研究課題の技術を実現可能にした。

瞬時5次元イメージング方法の理論的性能検証を計算機シミュレーションにより行った。結果,光学系と撮影範囲を適切に設計することで,回折限界程度までの分解能をもって単一露光でマルチパラメータ同時可視化を達成可能であることを定量的に明らかにした。次に,精密偏光光学素子なしで3次元構造と複数波長情報を同時記録する新たな計測方式を考案し,最高時速26kmで振動する3次元物体に対し毎秒2万コマでのカラー3次元動画像記録を達成した。これはカラー3次元動画像記録において世界最高速であった。また,3次元構造と偏光分布の単一露光同時記録を実証し,市販の偏光イメージングカメラと同程度の偏光分布可視化能力で3次元空間の動画像記録も達成可能であると実験的に示した。以上より,要素技術全てを実証した。5次元動画像記録法のさらなる性能向上をめざし,まず深さ方向の計測範囲拡大,計測精度向上を達成するための計測方式を考案した。実験した結果,約100倍の深さ方向計測精度向上,測定範囲約9000倍を実証した。次に,市販の撮像素子で記録可能な3次元空間範囲を広げ空間分解能も向上させる縞超解像法の研究に着手した。一方,従来,計測範囲,分解能を上げるためには専用の撮像素子を必要とし,市販の撮像素子では縞分解能に劣るため技術の性能を最大限に発揮できないという問題を抱えていた。そこで,光学系の配置を工夫し線形の空間キャリアを並列位相シフト法に導入することで,技術に必要とされるホログラムを記録可能にする方法を考案した。また,市販の撮像素子で記録したホログラムに空間,空間周波数領域それぞれに画像処理を施し技術で記録可能な空間情報量を最大限まで取れるアルゴリズムを考案した。結果,面内方向の撮影範囲を従来の5倍程度まで広域化可能にし,空間分解能を2倍強まで向上可能にした。以上,研究課題の技術を実現可能にした。