2024/04/18 更新

写真a

コマツ　シンイチ
小松　進一
所属
理工学術院
職名
名誉教授
学位
理学博士 ( 早稲田大学 )
Dr.Sci.
工学修士
Master of Engineering
ホームページ
http://www.phys.waseda.ac.jp/opt/

経歴

  • 1985年
    -
    　

    早稲田大学 教授

  • 1985年
    　
    　

    早稲田大学 教授

  • 1980年
    -
    1985年

    早稲田大学 助教授

  • 1978年
    -
    1980年

    早稲田大学 専任講師

  • 1974年
    -
    1978年

    理化学研究所 研究員補

学歴

  • 　
    -
    1974年

    早稲田大学   理工学研究科   応用物理学専攻  

  • 　
    -
    1972年

    早稲田大学   理工学部   応用物理学科  

所属学協会

  • 　
    　
    　

    日本光学会

  • 　
    　
    　

    日本工学会

  • 　
    　
    　

    応用物理学会

  • 　
    　
    　

    SPIE

  • 　
    　
    　

    米国光学会 (OSA)

研究分野

  • 光工学、光量子科学

研究キーワード

  • イメージサイエンス

  • 応用光学

  • 情報フォトニクス

  • 光物理工学

 

論文

  • Detector Imperfections of Schrödinger Cat Generation with Ancillary Coherent States

    Takahashi Yuta, Inoue Shuichiro, Komatsu Shinichi

    Journal of the Physical Society of Japan   85 ( 12 )  2016年12月  [査読有り]

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    ©2016 The Physical Society of Japan.Measurement-induced nonlinear operation in linear optics is a promising technique to realize quantum computation and communications. Such an operation has been demonstrated via the generation of photon-subtracted squeezed states, namely, Schrödinger-cat states. Nielsen and Mølmer have proposed an efficient scheme to generate the cat states with larger amplitudes relative to previous experimental results. We present a simple experimental implementation of their scheme and analyze it while considering experimental imperfections. Our study indicates that the current photon detection technology meets the conditions necessary for their operation.

    DOI

  • Detector Imperfections of Schrodinger Cat Generation with Ancillary Coherent States

    Yuta Takahashi, Shuichiro Inoue, Shinichi Komatsu

    JOURNAL OF THE PHYSICAL SOCIETY OF JAPAN   85 ( 12 )  2016年12月  [査読有り]

    　概要を見る

    Measurement-induced nonlinear operation in linear optics is a promising technique to realize quantum computation and communications. Such an operation has been demonstrated via the generation of photon-subtracted squeezed states, namely, Schrodinger-cat states. Nielsen and Molmer have proposed an efficient scheme to generate the cat states with larger amplitudes relative to previous experimental results. We present a simple experimental implementation of their scheme and analyze it while considering experimental imperfections. Our study indicates that the current photon detection technology meets the conditions necessary for their operation.

    DOI

  • Detector Imperfections of Schrödinger Cat Generation with Ancillary Coherent States

    Takahashi Yuta, Inoue Shuichiro, Komatsu Shinichi

    Journal of the Physical Society of Japan   85 ( 12 )  2016年11月

    CiNii

  • Performance of VUV-sensitive MPPC for liquid argon scintillation light

    T. Igarashi, M. Tanaka, T. Washimi, K. Yorita

    NUCLEAR INSTRUMENTS & METHODS IN PHYSICS RESEARCH SECTION A-ACCELERATORS SPECTROMETERS DETECTORS AND ASSOCIATED EQUIPMENT   833   239 - 244  2016年10月  [査読有り]

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    A new multi-pixel photon counter (MPPC) sensitive to vacuum ultra-violet (VUV) light (wavelength lambda < 150 nm) has recently been developed and produced by Hamamatsu Photonics K.K. In this study, the basic properties of the new MPPC are measured at the cryogenic facility of the Waseda University using liquid nitrogen. The temperature dependence of the breakdown voltage, capacitance, and dark count rate of the MPPCs are also evaluated. Using an Am-241 alpha-ray source, the absolute photon detection efficiency (PDE) of the liquid argon (LAr) scintillation light (lambda=128 nm) for the latest MPPC model is estimated to be 13%. Based on these basic measurements a possible application of the new MPPC to LAr detectors in dark matter search is suggested. (C) 2016 Elsevier B.V. All rights reserved.

    DOI

  • Design and characterization of reading glasses with extended-depth-of-field

    Furukawa, Satoshi, Komatsu, Shinichi

    MOC 2015 - Technical Digest of 20th Microoptics Conference    2016年02月  [査読有り]

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    © 2015 The Japan Society of Applied Physics.It has become a thing that can not be ignored impact on the visual by presbyopia in the aging population, the depth of focus magnifying lens to assist it will be asked. The paper succeeded in designing lens for presbyopia that have extended-depth-of-field than ordinary reading glasses.

    DOI

  • Non-overlapping lensless synthetic aperture digital holography

    Yoshino, H, Suyama, R, Wakasugi, T, Komatsu, S

    MOC 2015 - Technical Digest of 20th Microoptics Conference    2016年02月  [査読有り]

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    © 2015 The Japan Society of Applied Physics.The low resolution of reconstructed images is a major problem in digital holography. An improvement of the synthetic aperture method that uses the cross-correlation of the reconstructed image with lensless Fourier holography is proposed. We succeeded in improving the resolution and the recording area of the image without overlapping the apertures.

    DOI

  • Extended depth of field for laser-scanning barcode reader with wavefront coding

    Hashimoto, W, Sugita, H, Komatsu, S

    MOC 2015 - Technical Digest of 20th Microoptics Conference    2016年02月  [査読有り]

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    © 2015 The Japan Society of Applied Physics.We achieved a significant extension of the depth of field for a laser-scanning barcode reader by wavefront coding with a cubic phase mask. If the present method is adopted in a laser-scanning barcode reader, a decrease in the frequency of reading failure is expected.

    DOI

  • Widening the angle of view in wavefront coding

    Uemura, Yuka, Komatsu, Shinichi

    MOC 2015 - Technical Digest of 20th Microoptics Conference    2016年02月  [査読有り]

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    © 2015 The Japan Society of Applied Physics.The cubic phase mask is known to cause significant changes of point spread function (PSF) as the angle of view increases. view. Instead of the conventional on-axis PSF in the best focal plane, we utilized the arithmetic-average of PSFs at various angles of view to generate the deconvolution filter for wavefront coding, and confirmed that the effective angle of view was successfully expanded about 1.6 times than conventional.

    DOI

  • Improved extension of DOF performance by apodized wavefront coding

    Tsukasaki, T, Komatsu, S

    MOC 2015 - Technical Digest of 20th Microoptics Conference    2016年02月  [査読有り]

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    © 2015 The Japan Society of Applied Physics.Wavefront coding[1] is the most commonly used method of extending the depth of field (DOF). In this method, the DOF is extended by phase modulation of the pupil function using a cubic phase mask and digital processing using a deconvolution filter. We propose a new aperture for the system that extends the DOF and suppresses artifacts.

    DOI

  • Phase distribution measurement based on wavefront correction using tabu search

    Yoda, Naoya, Komatsu, Shinichi

    MOC 2015 - Technical Digest of 20th Microoptics Conference    2016年02月  [査読有り]

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    © 2015 The Japan Society of Applied Physics.We attempted to decrease of the measurement time by introducing a tabu search optimization algorithm to the phase distribution measurement of adaptive optics. The algorithm used for comparison in the simulation were simulated annealing, tabu search, and a hybrid algorithm that combines both algorithms. Compared with the simulated annealing, although the measurement time for the tabu search was reduced, the standard deviation was increased. For the hybrid, both the measurement time and the standard deviation decreased.

    DOI

  • 2次元コードリーダの読取り深度拡大技術

    長嶋 千恵, 塚田 敏彦, 伊藤 邦彦, 北角 善美, 小松 進一

    精密工学会誌   82 ( 2 ) 118 - 121  2016年  [査読有り]

    DOI CiNii

  • Synthetic Aperture Digital Holography with Cross-Correlation

    Y. Ishi, S. Komatsu

    Opt. Rev.   19 ( 4 ) 228 - 234  2012年08月  [査読有り]

  • Synthetic aperture digital holography with cross-correlation of reconstruction images

    Yujin Ishi, Shinichi Komatsu

    OPTICAL REVIEW   19 ( 4 ) 228 - 234  2012年07月  [査読有り]

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    We propose a new nonoverlapping synthetic aperture digital holography without additional instruments. The relative distance between adjacent subholograms is estimated from the cross-correlation of reconstruction images from each subhologram. From the cross-correlation, the shift amount of the reconstruction object is estimated. Then, the relationship between the position of the subhologram and the reconstruction object from it enables the relative distance between adjacent subholograms to be calculated. The nonoverlapping synthetic aperture experiments with two subholograms are presented in two ways by changing the object. In the experiments, we show that the resolution of the reconstruction object increased twofold, thanks to the nonoverlapping.

    DOI

  • 波面コード化法による被写界深度制御

    小松 進一

    ODG&JOEM共催セミナー「やさしくわかる！光設計の最新動向」テキスト     57 - 64  2011年09月  [査読有り]

  • ８章 画像処理（8.1 Wave-Front Coding）

    小松進一

    平成２２年度「光学機器における光デバイス設計と製造技術の先端動向に関する調査研究報告書」（（社）日本機械工業連合会，（財）光産業技術振興協会）     205 - 215  2011年03月  [査読有り]

  • Extension Depth of Field Using Two Types of Circular-Symmetry Phase Mask

    A. Usui, S. Komatsu

    Technical Digest, MOC'10     144 - 145  2010年11月  [査読有り]

  • High Confidence Iris Recognition System by Wavefront Coded Imaging Using Free-Form Phase Mask

    S. Shakushio, S. Komatsu

    Technical Digest, MOC'10     211 - 212  2010年11月  [査読有り]

  • Bend-Direction Sensor using Chirped Fiber Bragg Grating

    S. Hashimoto, S. Komatsu

    Technical Digest, MOC'10     235 - 23  2010年11月  [査読有り]

  • Message Encoding and Decoding Using Chaotic Laser Diode Transmitter-Receiver Array with Noisy Drive Current

    S. Ebisawa, J. Maeda, S. Komatsu

        237 - 238  2010年11月  [査読有り]

  • Performance of an Improved Free-form Phase Mask for Wavefront Coding

    H. Kudo, S. Komatsu

    Technical Digest, MOC'10     263 - 264  2010年11月  [査読有り]

  • Field test of Color Imaging Using Optimized Free-Form Phase Mask for Wavefrong Coding

    Y. Yoneda, S. Komatsu

    Technical Digest, MOC'10     277 - 278  2010年11月  [査読有り]

  • Phase distribution measurement based on wavefront correction using blue-violet laser diode

    K. Fujisawa, K. Nishimura, Y. Ono, S. Komatsu

        279 - 280  2010年11月  [査読有り]

  • Five-Dimensional Optical Digital Key Utilizing Time Characteristic of Light-Emitting Material

    Y. Shimamoto, S. Komatsu

    Technical Digest, MOC'10     281 - 282  2010年11月  [査読有り]

  • Detection of eavesdropping using time-shifted correlation for point-to-multipoint optical chaotic communication

    K. Suyama, S. Ebisawa, S. Komatsu

    Technical Digest, MOC'10     251 - 252  2010年11月  [査読有り]

  • Super-resolution by subpixel shift and deconvolution in digital holography

    Y. Ishi, S. Komatsu

    Technical Digest, MOC'10     271 - 272  2010年11月  [査読有り]

  • Wevefront coding による被写界深度の拡大

    小松進一

    情報処理学会研究報告   2010-CVIM-174   IPSJ - CVIM10174005  2010年11月  [査読有り]

  • Restoration of gamma-ray intensity map obtained by Kaguya gamma-ray spectrometer

    K. Kobayashi, T. Yokoyama, K. Senda, R. Kobayashi, Y. Karouji, S. Kobayashi, N. Hasebe, S. Komatsu

    Abstract, SUM2010 (International Symposium of the Science and Utilization of the Moon)     P2  2010年11月  [査読有り]

  • 瞳関数のハイブリッド変・復調 −波面コード化法による被写界深度制御−

    小松進一

    光アライアンス   21 ( 10 ) 19 - 23  2010年10月  [査読有り]

  • Optimized free-form phase mask for extension of depth of field in wavefront-coded imaging

    H. Kudo, Y. Yoneda, T. Shakushio, R. Obana, S. Komatsu

    Technical Digest, ODF'10     309 - 310  2010年04月  [査読有り]

  • Detection of eavesdropping for point-to-multipoint optical chaotic communication

    K. Suyama, S. Ebisawa, S. Komatsu

    Technical Digest, OSA Frontiers in Optics 2009     JWC52  2009年10月  [査読有り]

  • Color imaging using optimized free-form phase mask for wavefront coding

    Y. Yoneda, R. Obana, S. Komatsu

    Technical Digest, MOC'09     318 - 319  2009年09月  [査読有り]

  • Extension of depth of field for iris recognition system by wavefront coded imaging using free-form phase mask,

    T. Shakushio, S. Komatsu

    Technical Digest, MOC'09     314 - 315  2009年09月  [査読有り]

  • Comparison of characteristics between cubic phase mask and free-form phase mask for wavefront coding

    H. Kudo, S. Komatsu

    Technical Digest, MOC'09     154 - 155  2009年09月  [査読有り]

  • Wavefront Coding（波面コード化）による焦点深度拡大技術

    小松進一

    光設計研究グループ機関誌   42   3 - 6  2009年07月  [査読有り]

  • 撮像システムの被写界深度を拡大するWavefront Coding技術 〜物理的な仕掛けと最近の動向〜

    小松進一

    映像情報メディア学会誌   63 ( 3 ) 35 - 39  2009年03月  [査読有り]

  • 月周回衛星ガンマ線画像のデジタル超解像

    小林亮, 仙田晃一, 小林進悟, 長谷部信行, 小松進一

    Optics & Photonics Japan 2008 Post-Deadline論文集     16 - 17  2008年11月  [査読有り]

  • Eavesdrop Detection for Chaotic Communication with Mutual Optical Coupling

    S. Ebisawa, H. Miyazaki, S. Komatsu

    Technical Digest, OSA Frontiers in Optics 2008     JWA49  2008年10月  [査読有り]

  • Modulation of refractive index distribution and spectrum characteristic of chirped fiber bragg gratings

    J. Nagasawa, S. Komatsu

    Technical Digest, MOC'08     216 - 217  2008年09月  [査読有り]

  • Off-axis imaging characteristics of optimized freeform phase mask for wavefront coding

    R. Obana, Y. Takahashi, S. Komatsu

    Technical Digest, MOC'08     125 - 126  2008年09月  [査読有り]

  • Optimized free-form phase mask for extension of depth of field in wavefront-coded imaging

    Y. Takahashi, S. Komatsu

    Opt. Lett.   33 ( 13 ) 1515 - 1517  2008年07月  [査読有り]

  • Effects of dispersion on squeezing and photon statistics of down-converted light

    Y. Takahashi, J. Soederholm, K. Hirano, N. Namekata, S. Machida, S. Mori, S. Kurimura, S. Komatsu, S. Inoue

    Phys. Rev. A   77   43801  2008年04月  [査読有り]

  • Dynamic masking of image deconvolution for moving pictures

    N. Ishihara, S. Komatsu

    Jpn. J. Appl. Phys.   46 ( 12 ) 7763 - 7767  2007年12月  [査読有り]

  • A Novel Method of Blind De-Blurring for Consecutive Frames of a Motion Picture

    N. Ishihara, S. Komatsu

    Technical Digest, OSA Frontiers in Optics 2007     JSuA21  2007年09月  [査読有り]

  • Chaotic Communication Using Asynchronous Laser Diode Transmitter/Receiver Array with Optical Feedback

    S. Ebisawa, S. Komatsu

    Jpn. J. Appl. Phys   46 ( 8B ) 5512 - 5518  2007年08月  [査読有り]

  • Message encoding and decoding using asynchronous chaotic laser diode transmitter-receiver array

    S. Ebisawa, S. Komatsu

    Appl. Opt.   46 ( 20 ) 4386 - 4396  2007年06月  [査読有り]

  • 補償光学の小型化と光情報処理システム

    小松進一, 鵜飼一彦, 橋本信幸, 大里 潔

    光技術コンタクト   45 ( 5 ) 264 - 272  2007年05月  [査読有り]

    CiNii

  • Identification Using Cascaded Fiber Bragg Gratings

    M. Abe, J. Kobayashi, S. Komatsu

    Technical Digest, MOC'06 (Soeul, Korea, 2006)     152 - 153  2006年09月  [査読有り]

  • Chaotic Communication Using Asynchronous Laser Diode Transmitter/Receiver Array with Optical Feedback

    S. Ebisawa, S. Komatsu

    Technical Digest, MOC'06 (Soeul, Korea, 2006)     150 - 151  2006年09月  [査読有り]

  • Dynamic Masking of Image Deconvolution for Micro Order Moving Pictures

    N. Ishihara, S. Komatsu

    Technical Digest, MOC'06 (Soeul, Korea, 2006)     138 - 139  2006年09月  [査読有り]

  • Measurement of Wavefront Aberration of Human Eye Using Talbot Image of Two-Dimensional Grating

    R. Sekine, T. Shibuya, K. Ukai, S. Komatsu, M. Hattori, T. Mihashi, N.Nakazawa, Y. Hirohara

    Opt. Rev   13 ( 4 ) 1 - 5  2006年08月  [査読有り]

  • Generation of femtosecond pulsed squeezed light in optical telecommunication band

    K. Hirano, Y. Takahashi, G. Fujii, S. Machida, S. Inoue, S. Komatsu, S. Kurimura

    Conference on Lasers and Electro-Optics / Quantum Electronics and Laser Science Conference 2006    2006年05月  [査読有り]

  • 補償光学と光情報処理システム −光ディスク応用を中心として−

    小松進一, 橋本信幸, 大里 潔

    光アライアンス   17 ( 1 ) 22 - 29  2006年01月  [査読有り]

  • Message Encoding Using Chaotic Laser Diode Transmitter/Receiver Array with Optical Feedback

    S. Ebisawa, S. Komatsu

    Technical Digest, MOC'05     156 - 157  2005年11月  [査読有り]

  • Measurement of Wavefront Aberrations of Human Eyes Using a 2-Dimensional Grating and Fourier Analysis

    R. Sekine, K. Ukai, S. Komatsu, M. Hattori, T. Mihashi, N. Nakazawa, Y. Hirohara

    Technical Digest, Frontiers in Optics (The 88th OSA Annual Meeting, Rochester, USA, 2004)     FWT3  2004年10月  [査読有り]

  • Blind Recovery of Blurred Image Using Adaptive Masking Method: Experimental Results

    N. Ishihara, S. Komatsu

    Proc. MOC'04 (10th Microopics Conference, Jena, Germany, 2004)     L - 59  2004年09月  [査読有り]

  • Identification of Seals by Exploiting Their Three-Dimensional Shape Based on Logarithmic Joint Transform

    J. Kobayashi, S. Komatsu

    Proc. MOC'04 (10th Microopics Conference, Jena, Germany, 2004)     F_42  2004年09月  [査読有り]

  • Optimization of Chaotic Message Encoding and Decoding Using Laser Diode Transmitter/Receiver Array

    S. Ebisawa, S. Komatsu

    Proc. MOC'04 (10th Microopics Conference, Jena, Germany, 2004)     F_41  2004年09月  [査読有り]

  • Optical Chaotic Communication Using Laser Diode Transmitter/Receiver Array

    S. Ebisawa, S. Komatsu

    Japanese Journal of Applied Physics(JJAP)   43 ( 8B ) 5897 - 5903  2004年08月  [査読有り]

  • Narrow band-pass transmission filter consisting of two fiber Bragg gratings with different periods

    Y Yabe, Y Yamada, S Komatsu

    JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS PART 1-REGULAR PAPERS BRIEF COMMUNICATIONS & REVIEW PAPERS   43 ( 8B ) 5776 - 5779  2004年08月  [査読有り]

    　概要を見る

    We developed a narrow band-pass transmission filter by connecting in series two fiber Bragg gratings (FBGs) with slightly different periods. The filter was fabricated by writing two FBGs directly onto the core of a single optical fiber. The center wavelengths of the element FBGs are 1549.71 nm and 1550.05 nm, their bandwidths are 0.36 run and 0.42 nm, and their reflectances are 99.8% and 99.9%, respectively. The measured bandwidth (full width at half maximum, FWHM) of the fabricated band-pass filter is 0.052 mu, and the maximum transmittance is -12.5 dB. In order to reduce the transmission loss, we adjusted the period difference between the two element FBGs by temperature control, and achieved a maximum transmittance of -0.3 dB although the bandwidth slightly increased Lip to 0.092 nm. To obtain the narrower bandwidth of the transmission peak, we fabricated a series-type FBG filter using FBGs with higher reflectance, whose measured band-pass bandwidth was as narrow as 0.033 nm.

    DOI

  • Optical Chaotic Communication Using Laser Diode Transmitter/Receiver Array

    S. Ebisawa, S. Komatsu

    Technical Digest, ICO'04     477 - 478  2004年07月  [査読有り]

  • Blind Recovery for Degraded Image Blurred with Shift Variant PSF: Series Segmenting Method

    N. Ishihara, S. Komatsu

    Technical Digest, ICO'04     445 - 446  2004年07月  [査読有り]

  • Identification of Seals by Exploiting Their Three-Dimensional Shape Based on Logarithmic Joint Transform

    J. Kobayashi, S. Komatsu

    Technical Digest, ICO'04     97 - 98  2004年07月  [査読有り]

  • デジタル画像処理 −広まる画像の利用に向けて−

    小松 進一

    第14回微小光学特別セミナー「今こそ微小光学の基礎」テキスト     83 - 87  2004年06月  [査読有り]

  • Dynamic masking of truncated image segments for blind recovery of blurred images based on simulated annealing

    N Ishihara, S Komatsu

    OPTICAL ENGINEERING   43 ( 5 ) 1177 - 1182  2004年05月  [査読有り]

    　概要を見る

    We propose a new method of blind deconvolution (BD) suitable for the recovery of truncated blurred images. In practical cases we often encounter truncated images, but they are difficult to treat properly with conventional BD algorithms, since nontruncated blurred images are assumed. The proposed method is based on simulated annealing (SA), to which we introduce an adaptive masking process. After a truncated segment is cut out from the blurred image, the sharp edges surrounding the segment are removed by multiplying the initial window, whose shape is determined with the initial estimate of the point spread function (PSF). A more appropriate estimate for the PSF is obtained from the masked segment based on the SA algorithm, and according to the new estimate of the PSF, the shape of the window is varied. These procedures are iterated until we finally obtain the best possible estimate of the PSF. In the last step, the entire blurred image is deconvolved with the final estimate of the PSF to obtain the recovered image. The effectiveness of the proposed method is confirmed by computer simulation. (C) 2004 Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers.

    DOI

  • 多次元光情報処理システム — 補償光学（Adaptive Optics）を中心として —

    小松進一, 鵜飼一彦

    早稲田大学ハイテク・リサーチ・センター研究報告会資料     12 - 15  2004年03月  [査読有り]

  • Digital Communication Based on the Complexity of Chaotic LD-Transmitter/Receiver Array

    S. Ebisawa, S. Komatsu

    Proc. WISICT 2004     434 - 439  2004年01月  [査読有り]

  • Blind Recovery of Truncated Blurred Image Using Adaptive Masking Method

    N. Ishihara, S. Komatsu

    Proc. WISICT 2004     368 - 373  2004年01月  [査読有り]

  • A Method for Personal Identification Based on the Recognition of Three-Dimensional Objects

    J. Kobayashi, S. Komatsu

    Technical Digest, MOC'03     384 - 387  2003年10月  [査読有り]

  • Narrow Band-Pass Transmission Filter Consisting of Two Fiber Bragg Gratings With Different Periods

    Y. Yamada, Y. Yabe, S. Komatsu

    Technical Digest, MOC'03     320 - 323  2003年10月  [査読有り]

  • Chaotic Communication Using LD-Transmitter/Receiver Array

    S. Ebisawa, S. Komatsu

    Technical Digest, MOC'03     316 - 319  2003年10月  [査読有り]

  • An Exact Formulation of a Filter for Rotations in Phase Gradients and Its Applications to Wavefront Reconstruction Problems

    M. Hattori, S. Komatsu

    J. Mod. Opt.   50 ( 11 ) 1705 - 1723  2003年07月  [査読有り]

  • Simultaneous Image Restoration and Distance Estimation of an Object from a Strongly Defocused Photon Image

    S. Ono, S. Komatsu

    Opt. Eng.   42 ( 4 ) 1024 - 1028  2003年04月  [査読有り]

  • Phase Retrieval Microscope Based on Photon Image Detection

    Y. Nakashima, M. Hattori, S. Komatsu

    Jpn. J. Appl. Phys.   41 ( 7B ) 4809 - 4812  2002年07月  [査読有り]

  • Real-time Adaptive Optics with a Twisted Nematic Liquid Crystal Light

    M. Hattori, S. Komatsu

    Opt. Rev   9 ( 3 ) 126 - 131  2002年06月  [査読有り]

  • (創立50周年記念特集) 光学界のひろがり「画像処理」

    小松進一, 羽石秀昭, 大坪順次, 津村徳道

    光学   31 ( 4 ) 242 - 244  2002年04月  [査読有り]

  • Phase distribution measurement of light wave by adaptive control of pupil function with local algorithm

    Masahiro Sakakura, Shinichi Komatsu

    Optical Review   9 ( 2 ) 33 - 36  2002年  [査読有り]

    　概要を見る

    In developing a new method to measure the phase distribution of a light wave utilizing the adaptive control of the pupil function with a liquid crystal panel, the optimization procedure for the adaptive control is shown to improve when a local algorithm is adopted. The feasibility of the proposed system is confirmed by computer simulation as well as by some basic experiments.

    DOI

  • 色知覚の不思議

    パリティブックス「色とにおいの科学」/丸善   pp. 47 -68  2001年11月  [査読有り]

  • Phase Retrieval Microscope Using Photon Imaging Detector

    Technical Digest MOC'01 (The 8th Microoptics Conference) ／The Japan Society of Applied Physics   pp. 270-273  2001年10月  [査読有り]

  • Wavelength Shift Measurement Using a Dual-Photodiode for the Reflected Light from a Strained Fiber Bragg Grating

    Technical Report (Advanced Res. Inst. for Sci. and Eng.,Waseda Univ)／理工学総合研究センター   No.2001 - 9, pp 1-9  2001年09月  [査読有り]

  • 光学で専門職をねらえ

    パリティ/ 丸善   16; 7, pp.29-35  2001年07月  [査読有り]

  • Blind Deconvolution Algorithm by Use of Quasi Binary Hopfield Neural Network

    Technical Report (Advanced Res. Inst. for Sci. and Eng.,Waseda Univ)／理工学総合研究センター   No.2001 - 5, pp 1-11  2001年06月  [査読有り]

  • Improved Blind Deconvolution Algorithm Using a Sub-Band Filter Bank

    Technical Report (Advanced Res. Inst. for Sci. and Eng.,Waseda Univ)／理工学総合研究センター   No.2001 - 4, pp 1-11  2001年06月  [査読有り]

  • Experimental Study on the Characteristics of the Double-Path Liquid Crystal Spatial Phase Modulator for Adaptive Optics

    Proc. SPIE   4416; , pp.368-371  2001年06月  [査読有り]

  • Image Restoration and Object Distance Evaluation from a Defocused Photon Image

    Proc. SPIE   4416; , pp. 412-415  2001年06月  [査読有り]

  • ツイストネマティック液晶光変調器と2次元回折格子による波面形状センサーを用いた実時間補償光学系

    光学／日本光学会（応用物理学会）   30; 4, pp.262-269  2001年04月  [査読有り]

  • True-time adaptive optics using liquid crystal panel and wave-front distribution sensor with2-dimensional grating mask

    Abstracts of International Symposium: Adaptive Optics: From Telescopes to the Human Eye (Murcia, Spain, November 13-14, 2000)   Part 2, p.5  2000年11月  [査読有り]

  • Near Field Image of Refractive Objects; Numerical Analysis of the Border Contrasts

    Technical Digest of Focus on Microscopy 2000 (Shirahama, Japan, 2000)   p.79  2000年04月  [査読有り]

  • 液晶表示素子の省エネルギー向上用偏光導光板の成形による生産—高輝度導光板および偏光性高機能導光板の量産化—

    NEDO 平成11年度新規産業創造型提案公募事業成果報告会予稿集／新エネルギー・産業技術総合開発機構   ; , pp.330-334  2000年03月  [査読有り]

  • Near Field Image of Sub-micron Sample with Internal Refractive Structures

    Abstracts (Sixth International Conference on Optics Within Life Sciences (OWLS VI)／OWLS    2000年02月  [査読有り]

  • 境界要素法によるニアフィールド顕微鏡の解析—多体問題解を用いた解析—

    光学／日本光学会（応用物理学会）   28; 5, pp.278-281  1999年05月  [査読有り]

  • 不思議なこと

    光学／日本光学会（応用物理学会）   28; 4,  1999年04月  [査読有り]

  • Self-Consistent Numerical Analysis of the Photon STM Optical

    Technical Digest (the 5th International Conference on Near Field Optics and Related Techniques／日本学術振興会   pp. 345-346  1998年12月  [査読有り]

  • Phase Retrieval Microscope for Quantitative Imaging of a Weak Phase Object

    Jpn. J. Appl. Phys.／応用物理学欧文誌刊行会   37;11, pp. 6018-6019  1998年11月  [査読有り]

  • ウェーヴレット解析によるブラインド・デコンボリユーションの一手法−低周波サブバンド画像の寄与

    光学／日本光学会（応用物理学会）   27; 11, pp. 661-667  1998年11月  [査読有り]

  • Optical wavefront sensing using a 2-dimensional diffraction grating: Application to biological microscopy

    Scientific Program Abstracts (Fifth International Conference on Optics Within Life Sciences (OWLS V)／OWLS    1998年10月  [査読有り]

  • The endoscopic application of the deconvolution filter set method

    Scientific Program Abstracts (Fifth International Conference on Optics Within Life Sciences (OWLS V)／OWLS    1998年10月  [査読有り]

  • Crosstalk of Optical Switching Device Using Photorefractive Crystal and Interconnection Mask

    Proc. SPIE ／SPIE   3554; , pp. 140-143  1998年09月  [査読有り]

  • 点像分布関数の推定に基づく三次元顕微鏡画像の回復

    光学／日本光学会（応用物理学会）   27; 9, pp. 539-543  1998年09月  [査読有り]

  • Wavefront Sensor Using a 2-Dimensional Diffraction Grating

    Jpn. J. Appl. Phys.／応用物理学欧文誌刊行会   37;6B, pp. 3749-3753  1998年06月  [査読有り]

  • デコンボリューションフィルターを用いる焦点ずれ量の推定法：実験的検証

    光学／日本光学会（応用物理学会）   27; 3, pp. 150-156  1998年03月  [査読有り]

  • Wavefront Sensor Using Diffraction Grating

    Technical Digest MOC/GRIN'97 (The 6th Microoptics Conference and 14th   pp. 248-251  1997年10月  [査読有り]

  • Quantitative Analysis of the Tracking Novelty Filter

    Proc. Topical Meeting on Photorefractive Materials, Effects and Devices   pp. 625-628  1997年06月  [査読有り]

  • シフトバリアントな psf によって劣化した画像の復元 −行列演算反復法−

    光学／日本光学会（応用物理学会）   26;5, pp. 280-286  1997年05月  [査読有り]

  • ぼけ画像の復元 −ブラインド・デコンボリューション−

    Microoptics News／日本光学会（応用物理学会）微小光学研究グループ   15, pp. 45-50  1997年04月  [査読有り]

  • 瞳関数の適応制御による光波位相分布の測定法

    早稲田大学情報科学研究教育センター紀要／早稲田大学情報科学研究教育センター   21  1997年03月  [査読有り]

  • ヘテロダイン干渉を利用したレーザー顕微鏡

    理工ジャーナル／理工学部   1;2  1997年02月  [査読有り]

  • Theoretical Analysis of the Iterative Blind Deconvolution Algorithms

    Technical Report (Advanced Res. Inst. for Sci. and Eng.,Waseda Univ)／理工学総合研究センター   96-35  1996年11月  [査読有り]

  • レーザーワード （光ヘテロダイン検出）

    レーザー研究／レーザー学会   24;10  1996年10月  [査読有り]

  • ヘテロダイン干渉を利用したレーザー顕微鏡

    レーザー研究／レーザー学会   24;10  1996年10月  [査読有り]

  • Analysis of the Output Intensity Distribution of the Tracking Novelty Filter

    Proc. SPIE(Proc. ICO 17, Taejon,Korea)／SPIE，ICO   2778;1  1996年08月  [査読有り]

  • Analysis of Convergence Property of the Fourier Iterative Blind Deconvolution Algorithms

    Proc. SPIE(Proc. ICO 17,Taejon, Korea)／SPIE，ICO   2778;1  1996年08月  [査読有り]

  • フーリエ反復アルゴリズムを用いた二次元位相回復顕微鏡

    光学／日本光学会（応用物理学会）   25;7  1996年07月  [査読有り]

  • 複数枚の天体スペックル画像を利用するブラインドデコンボリューション

    光学／日本光学会（応用物理学会）   25;6  1996年06月  [査読有り]

  • 第5回微小光学国際会議 (MOC'95) 報告

    応用物理／応用物理学会   65;5  1996年05月  [査読有り]

  • ブラインド・デコンボリューションのためのフーリエ反復アルゴリズムにおける非負拘束条件の検討

    光学／日本光学会（応用物理学会）   25;5  1996年05月  [査読有り]

  • Imperial College における光学教育

    光学／日本光学会（応用物理学会）   25;4  1996年04月  [査読有り]

  • リポート国際会議−The Fifth Microoptics Conference (MOC'95)

    OPTO NEWS/光産業技術振興協会   91;1  1996年01月  [査読有り]

  • 冷却CCDを用いる位相回復顕微鏡

    レーザー顕微鏡研究会講演会論文集   16;1  1995年11月  [査読有り]

  • 国際会議報告（1）MOC'95（Hiroshima）

    MICROOPTICS NEWS/微小光学研究グループ (応用物理学会日本光学会)   13;4  1995年11月  [査読有り]

  • 自己励起位相共役波と空間フィルターを用いたノヴェルティーフィルター

    永田哲生, 橋本信幸, 小松進一

    光学   24 ( 11 ) 689 - 695  1995年11月  [査読有り]

    CiNii

  • 高像密度粒子像流速計を用いた流速計測

    流体力学講演会講演集/日本航空宇宙学会   27;1  1995年08月  [査読有り]

  • 光情報処理

    微小光学ハンドブック/朝倉書店    1995年06月  [査読有り]

  • フーリエ光学

    微小光学ハンドブック/朝倉書店    1995年06月  [査読有り]

  • ヘテロダインプローブによるレーザー顕微鏡

    小松進一

    O plus E   150   115 - 121  1992年05月  [査読有り]

  • ブラインドデコンボリューションによる像回復

    小松進一

    画像工学コンファレンス論文集   22   179 - 184  1991年  [査読有り]

    CiNii

  • LASER SCANNING MICROSCOPE WITH A DIFFERENTIAL HETERODYNE OPTICAL PROBE

    S KOMATSU, H SUHARA, H OHZU

    APPLIED OPTICS   29 ( 28 ) 4244 - 4249  1990年10月  [査読有り]

  • ビート光源を用いるOBIC顕微鏡

    安田裕昭, 小松進一

    光学   18 ( 6 ) 316 - 319  1989年06月  [査読有り]

  • DOUBLE EXPOSURE SPECKLE TECHNIQUE FOR IMAGING-SYSTEM ANALYSIS AND USE IN ROD LENS ARRAYS

    S KOMATSU, K SUMI, H OHZU

    APPLIED OPTICS   28 ( 10 ) 1869 - 1873  1989年05月  [査読有り]

  • 高出力半導体パルスレーザーを用いるストロボスペックル速度計

    栗田隆雄, 小松進一

    光学   18 ( 5 ) 262 - 265  1989年05月  [査読有り]

  • Differential Heterodyre Optical Probe Using a Zeeman-Laser

    S. Komatsu, H. Suhara, S. Komatsu

    Proceedings of the SPIE   813   299 - 300  1987年08月  [査読有り]

  • Lens testing method based on the boiling phenomenon of laser speckle

    S. Komatsu, T. Morioka, H. Ohzu

    Proceedings of the SPIE   556   123 - 131  1985年08月  [査読有り]

  • Evaluation of Imaging Capability of Rod-Lens-Array Using Optical Filtering Technique

    K. Sumi, S. Komatsu, H. Ohzu

    ICO-13 Conference Digest     574 - 575  1984年08月  [査読有り]

  • Diode-laser speckle velocimeter using maximum entropy method

    K. Kobayashi, S. Komatsu, H. Ohzu

    ICO-13 Conference Digest     128 - 129  1984年08月  [査読有り]

  • レーザースペックルによる眼軸長精密測定の可能性

    大頭 仁, 小松進一

    日本眼光学学会誌   4 ( 1 ) 105 - 107  1983年  [査読有り]

  • SCALE AND ROTATION INVARIANT REAL-TIME OPTICAL CORRELATOR USING COMPUTER GENERATED HOLOGRAM

    Y SAITO, S KOMATSU, H OHZU

    OPTICS COMMUNICATIONS   47 ( 1 ) 8 - 11  1983年  [査読有り]

  • EVALUATION OF OPTICAL-SYSTEMS USING THE DYNAMIC PROPERTIES OF LASER-PRODUCED SPECKLES

    SI KOMATSU, T MORIOKA, H OHZU

    APPLIED OPTICS   22 ( 22 ) 3532 - 3536  1983年  [査読有り]

  • スペックルを利用するMTF測定

    小松進一, 大頭 仁

    光学技術コンタクト   19 ( 8 ) 1924  1981年08月  [査読有り]

  • VELOCITY SENSITIVITY OF LASER-SPECKLE VELOCIMETERS

    S KOMATSU, K OSATO, H OHZU

    OPTICS COMMUNICATIONS   39 ( 6 ) 357 - 361  1981年  [査読有り]

  • レーザードップラー法による粉粒体の粒径分布測定

    小松進一, 渡部昭憲, 斎藤弘義

    応用物理   46 ( 9 ) 879 - 885  1977年09月  [査読有り]

  • 速度および変位測定におけるスペックル変形の影響

    小松進一, 斎藤弘義

    光学   6月1日 ( 1 ) 20 - 25  1977年02月  [査読有り]

  • Theory and applications of dynamic laser speckles due to in-plane object motion

    I. Yamaguchi, S. Komatsu

    Optica Acta   24/7 , 705-724 ( 7 ) 705 - 724  1977年  [査読有り]

  • Velocity Measurement of Diffuse Objects Using Speckle Dynamics

    S. Komatsu, I. Yamaguchi, H. Saito

    Japanese Journal of Applied Physics(JJAP)   15 ( 9 ) 1715 - 1724  1976年09月  [査読有り]

  • Velocity Measurement Using Structural Change of Speckle

    S. Komatsu, I. Yamaguchi, H. Saito

    Optics Communications   18 ( 3 ) 314 - 316  1976年08月  [査読有り]

  • Dynamics of Speckles Produced by a Moving Object and Its Applications

    I. Yamaguchi, S. Komatsu, H. Saito

    Japanese Journal of Applied Physics(JJAP)   14 ( Suppl14-1 ) 301 - 306  1975年  [査読有り]

  • First Results of High Performance Ge Gamma-Ray Spectrometer Onboard Lunar Orbiter SELENE (KAGUYA)

    Hasebe N, Shibamura E, Miyachi T, Takashima T, Kobayashi M.-N, Okudaira O, Yamashita N, Kobayashi S, Karouji Y, Hareyama M, Kodaira S, Komatsu S, Hayatsu K, Iwabuchi K, Nemoto S, Sakurai K, Miyajima M, Ebihara M, Hihara T, Arai T, Sugihara T, Takeda H, Uston C, Gasnault O, Diez B, Forni O, Maurice S, C. Reedy R, J. Kim K

    Journal of the Physical Society of Japan   78 ( 0 )

    CiNii

  • Optical Method for Personal Identification Based on the Recognition of Three-Dimensional Objects

    J. Kobayashi, S. Komatsu

    Japanese Journal of Applied Physics(JJAP)   43 ( 8B ) 5910 - 5917

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書籍等出版物

  • 空間周波数フィルター，スペックル，フーリエ光学

    小松進一

    光技術総合事典／オプトロニクス社  2004年12月

  • 第5章「見えないものを見る」

    小松進一

    「応用物理の最前線」(ブルーバックス B-1450)／講談社  2004年07月

  • Optical wavefront sensing using a 2-dimensional diffraction grating: Application to biological microscopy

    Optics and Lasers in Biomedicine and Culture (Proc. Optics Within Life Sciences V) / Springer-Verlag  2000年07月

  • The endoscopic application of the deconvolution filter set method

    Optics and Lasers in Biomedicine and Culture (Proc. Optics Within Life Sciences V) / Springer-Verlag  2000年07月

  • The Endoscopic Application of the Deconvolution Filter Set Method

    Optics and Lasers in Biomedicine and Culture(Springer-Verlag)  2000年

  • スペックル，フーリエ光学

    速解 光サイエンス辞典／オプトロニクス社  1998年11月

  • Optical Methods in Biomedical and Environmental Sciences (Optics Within Life Sciences III) (共編)

    Elsevier Science B. V.  1994年

  • Scale and Rotation Invariant Real Time Optical Correlator Using Computer Generated Hologram

    Y. Saito, S. Komatsu, H. Ohzu

    SPIE Milestone Series  1993年

  • Scale and Rotation Invariant Real Time Optical Correlator Using Computer Generated Hologram

    Y. Saito, S. Komatsu, H. Ohzu

    SPIE Milestone Series  1993年

  • Technical Terms of Optics

    Ohm Publishing Company  1981年

  • 光用語事典(分担執筆)

    小松進一

    オーム社  1981年

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Works(作品等)

  • （翻訳）色知覚の不思議（パリティブックス「色とにおいの科学」，PP47-68（丸善）

    2001年
    -
    　

  • （翻訳）光学で専門職をねらえ（「パリティ」16巻7号, PP29-35（丸善）

    2001年
    -
    　

  • (共編)JJAP微小光学特集号39巻3B号

    2000年
    -
    　

  • (共編)JJAP光メモリー特等号 39巻2B号

    2000年
    -
    　

  • (翻訳)新しい光通信デバイス:ファイバー回折格子(「パリティ」9巻6号,PP4-11(丸善))

    1994年
    -
    　

  • (翻訳)色知覚の不思議(「パリティ」8巻9号,pp14-20(丸善))

    1993年
    -
    　

  • (翻訳)限界を超える補償光学と天体干渉法(「パリティ」6巻12号(丸善))

    1991年
    -
    　

  • (共編)微小光学の物理的基礎(朝倉書店)

    1991年
    -
    　

  • 日本人による光学原著論文の統計(「光学」18巻4号)

    1989年
    -
    　

  • (共編)光ディスクシステム(朝倉書店)

    1989年
    -
    　

  • (調査報告)光応用計測-スペックル応用計測-(光技術動向調査報告書(光産業技術振興協会)

    1988年
    -
    　

  • 日本人による光学原著論文の統計(「光学」17巻3号)

    1988年
    -
    　

  • (翻訳)物理科学この1年-光学-(パリティ3巻5号(丸善))

    1988年
    -
    　

  • （共編）光集積回路（朝倉書店）

    1988年
    -
    　

  • (翻訳)物理科学この1年-光学-(パリティ別冊No.2(丸善))

    1987年
    -
    　

  • (調査報告)光応用計測-ライダ,生体,医療計測,半導体デバイスの検査-(光技術動向調査報告書II(光産業技術振興協会))

    1986年
    -
    　

  • (共編)オプトエレクトロニクス(朝倉書店)

    1986年
    -
    　

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講演・口頭発表等

  • ＷＦＣ顕微鏡光学系の深度拡大特性の検討

    第73回応用物理学会学術講演会  

    発表年月： 2012年09月

共同研究・競争的資金等の研究課題

  • 高エネルギー天体現象の電波観測

    日本学術振興会  科学研究費助成事業

    研究期間:

    2002年
    -
    2005年
     

    大師堂 経明, 前田 恵一, 小松 進一

    　概要を見る

    那須に建設した球面鏡により、観測周波数1.4GHzで電波観測を行い、世界ではじめて高銀緯にトランジェント電波源を発見した。観測結果の発表などは雑誌論文の項目に記載してある。光やX線、ガンマ線などの領域では空の広い範囲を常時モニターする観測が行われ、トランジェントな天体が数多く発見されてきた。ガンマ線バーストはその典型であり、1960年代に発見されながらその正体が宇宙理論的な距離にある高エネルギー天体現象であることが判明するのに30年以上かかった。電波領域では、CygX-3のように銀河面にあって数年に1度電波バーストを起こすトランジェントな天体が1970年代からすでに知られていたにもかかわらず、それらを捜す観測装置はこれまで存在しなかった。その理由は、視野が広くかっ多方向を同時に観測できる装置がつくりにくかったからである。我々はディジタル信号処理のアルゴリズムを工夫し、またそこへ入力する宇宙からの微弱な信号を集光する大面積のアンテナを極めて安くつくる工夫をして、通常の建設コストの数十分の一の経費でこの課題を達成した。アルゴリズムの問題としては、信号の流れのビット幅が、信号処理の各段階において拡大も縮小もせず一定に保たれることに成功したことがカギであった。これにより、空間領域と時間領域の両方に広がった信号を、あふれさせることなく、また逆に処理装置が遊ぶこともなく常に100%の稼働率で働くことが、可能となった。さらに曲率が一定であることを利用して大面積のアンテナ、固定球面鏡を極めて安く開発した。追尾機能をもたせ微弱な天体の観測も可能となって、上記の観測が可能となった

  • フォトニクスと先端光子材料開発

    研究期間:

    2001年
    -
    　
     

  • サブナノ領域の位相回復を実現する光子計数顕微映像法

    日本学術振興会  科学研究費助成事業

    研究期間:

    1998年
    -
    2001年
     

    小松 進一, 服部 雅之

    　概要を見る

    1.光子計数イメージングカメラ(平成10年度申請設備備品)を用いることによって、非常に広いダイナッミックでフラウンホーファー回折像データを取得することに成功した。SiO_2透明薄膜を基板上に形成した極微弱位相格子の高次回折像部分を撮像し、これとNDフィルターで強度を減少させて別に撮像したゼロ次光部分を合成する方法で80,000以上のダイナミックレンジが、また、上記カメラの視野を横ずらししながら、隣接する回折スポットのグループごとに撮像していき、最後にそれらを合成する方法では、実効的なダイナミックレンジを11,000,000:1にまで高めることができた。現在のところナノメートルオーダーの位相感度が達成されたと推定されるが、今後、上記のダイナミックレンジをすべて有効に利用することによって、サブナノメートルのオーダーで物体の凹凸を正確に回復することが期待できる。2.冷却CCDによる従来の撮像法では1次回折光までを位相回復に利用していたため、回復できるのは物体周期構造の基本周期成分の情報にとどまっていたが、光子計数イメージングカメラのよって回折像の取り込み次数を7次まで拡大することができた。3.このうち3次回折光までを使って実際に位相回復することに成功した。7次光までのすべてを利用することによって、物体構造をさらに正確に回復されるものと期待できる。4.微弱位相の条件のもとで回折像が満たすべき数学的関係を利用して、解析的に物体位相を求める手法について考察した。この解を位相回復の初期推定に利用することでアルゴリズムの収束性の大幅な改善が期待できる。5.回折像を形成する光子数が少ない場合に、得られた離散的な光子計数データに対して最尤推定法を適用した。今後生体材料等に応用する場合には、このような光子数の制限された状況が多いものと想定される。これまでに検討した最尤推定法との比較を行いながら、引き続き有効なアルゴリズムを探る

  • 液晶表示素子の省エネルギー向上用偏光導光板の成形による生産

    研究期間:

    1999年
    -
    2000年
     

  • フォトニクスと先端光子材料開発

    研究期間:

    1996年
    -
    2000年
     

  • フォトニクスと先端光子材料開発

    文部科学省 

    研究期間:

    1996年
    -
    2000年
     

  • ディジタル干渉計によるトランジェント電波源のサーベイ

    日本学術振興会  科学研究費助成事業

    研究期間:

    1994年
    -
    1997年
     

    小松 進一, 山田 勝美, 大師堂 経明, 大場 一郎, 相沢 洋二, 小原 啓義, 山田 勝美, 小松 進一

    　概要を見る

    6年かけて建設した現在の64素子の電波干渉計は、受信機交換により3倍の感度向上を達成し、CygX-3などのトランジェント電波源のバーストモニターに加え、γ線クェーサー、変動の速いBL Lac天体などの観測を継続している。この装置は、世界で初めてナイキストレートでの直接像合成を可能にした。これまでの世界の電波干渉計は、すべて細密な電波地図をつくることを目的としたFourier合成干渉計(間接像合成干渉計)である。ケンブリッジ大学が開発した、この方式は最少のアンテナ数で、できるだけ細かい地図を描けるように最適化したもので、数学的にはWiener-Khinchinの定理を使う。その際、入力信号がエルゴード的(時間平均=アンサンブル平均)であることが要求される。通常は天体からの電波は激しく変化しないので、このエルゴード性は満たされているが、パルサーや通信の信号は非エルゴード的であり、Fourier合成干渉計でパルサーを捜すことはできない。早稲田大学が開発した直接像合成方式では、座標表示と運動表示がFourier変換で結ばれている性質を利用し、ハードウエアによる空間FFT演算で入力電波を振幅のまま方向識別する。この方法では、通信の信号も処理できるため、移動体通信などの分野での多方向同時通信の方式として近年注目されるようになった。関連する特許は成立している

  • 補償光学系による光波位相分布の定量的可視化

    研究期間:

    1995年
    -
    1996年
     

  • フーリエ反復法に基づく超高感度位相回復顕微鏡

    日本学術振興会  科学研究費助成事業

    研究期間:

    1992年
    -
    1994年
     

    小松 進一, 大頭 仁, 高木 康博

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    昨年度に用いた透過型位相物体の標準試料と同様で膜厚の大きい試料を作製し、2次元位相分布回復の実験を行った。また、冷却CCDカメラで撮影したフラウンホ-ファー回折像強度分布に含まれるノイズの影響を除去する手法について検討した。さらに回折像強度分布に重畳する加算ノイズの分布を推定するアルゴリズムの検討も行った。主な結果を箇条書きにまとめる。(1)水晶基板表面に膜厚約90nm(位相遅れに換算して約λ/14)のSiO_2薄膜を形成して幅10umのラインアンドスペースパターンにした位相物体を標準試料として用い、透過光のフラウンホファーの回折像から位相回復を行った。位相分布の周期と振幅など、位相分布の基本構造をほぼ正しく再生することができた。(2)位相回復アルゴリズムにおいて、周波数マスクとしてロ-パスフィルターをかけた場合には、位相分布の回復精度が向上し、位相回復誤差が減少することが分かった。(3)ノイズ推定アルゴリズムの計算機シミュレーションを行った。4×4画素の位相物体を仮定し、そのフラウンホ-ファー回折像強度分布に非負のノイズを加えたものを回折像の測定データとして用いた。測定データの各画素から推定ノイズを減算しながら反復アルゴリズムにかけ、モニターした拘束条件違反量が最小となるようにして、ノイズ分布を正しく求めることができた。今後の課題として、より大規模な画素サイズの位相物体に適用できるようにアルゴリズムの改良を進める必要がある

  • 静止画像用デジタル画像処理

    研究期間:

    1992年
    -
    1993年
     

  • レーザー走査法による生体眼底計測装置

    日本学術振興会  科学研究費助成事業

    研究期間:

    1985年
    -
    1987年
     

    大頭 仁, 簗島 謙次, 鵜飼 一彦, 小松 進一, 小口 芳久, 中島 章

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    第1年度は装置の試作設計, 第2年度は試験的研究と装置の改良, 第3年度は臨床医学的研究と実用化の検討を行なった. 空冷式アルゴンイオンレーザを用い, 超音波光偏向素子とガルバノ振動鏡の組合せにより, 生体眼底を高速走査し, NTSC方式のビデオレートで画像形成を行なう方式にした. またズームレンズ系により, 20度から60度視野の観測可能な装置にした. 画角20度の場合に, 眼底網膜上の解像力は約45本/mmであり, 超音波光偏向素子を用いるときに必然的に生ずるシリンドリカルレンズ効果の影響が大きい. 被検者の眼球運動に伴う画質の低下は殆んどなく, 安定した眼底網膜像が得られた. 入射光量も少なく瞳上で約20μWであり, 被験者の負担の軽減と安定性の向上に非常に有効であることも判明した. 蛍光眼底観測に際しては, 従来のストロボ撮影に比して, (イ)造影剤の注入量は10/1と少なくてよい. (2)観測は連続的に実時間で可能である. (3)照射光量は非常に少ない. (4)経口造影剤による安全性の高い観測も可能と考えられる, など多くの利点が明らかになった. さらに, 視神経線維が明瞭に観測されることや, 計算機による画像処理を併用して目的に応じた診断の向上などが期待できるものとなった. その他臨床医学的に重要な点は, (1)中心暗点を有する患者の偏心同視点の発見, (2)緑内障眼の早期視野変化の発見, (3)網膜の黄斑神経線維の計測, (4)光凝固手術の併用の可能性, (5)眼底血流の計測, (6)前眼部失患への応用, など従来の技術では困難であった重要な知見の得られることが判明した. 実用化のために, (1)解像力向上にはポリゴン回転鏡による共焦点方式にする. (2)検出感度上昇のために光電子増倍管の冷却を行なう, (3)診断目的に応じた画像処理を行なう, (4)全体として使い易い実用機の設計を行なう, などの必要性がある. 欧米でも最近試作がなされているが, おくれることなく本研究の目的が達成された

  • 差動型ヘテロダイン検出による光散乱体の空間分布測定

    日本学術振興会  科学研究費助成事業

    研究期間:

    1985年
    -
    1986年
     

    小松 進一, 久米 祐一郎, 大頭 仁

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    差動型ヘテロダイン光学系を用いて物体内部の光散乱体検出のための光プローブを構成し、その基本的な特性を検討し、かつ実験的に評価した。互いに周波数の異なる2本のコヒーレントなレーザービームを焦点付近で交差させる。この微小な領域中の粒子や構造欠陥、材料不均質などから生ずるビート成分を検出しながら、ビームの交差領域を空間的に走査することによって散乱体の分布を高いSN比でコントラスト良く映像化することが可能と考えられる。本研究では、この方法の有効性を理論的、実験的に確かめた。1.ブラッグ回析を利用した音響光学セルを使って光プローブを構成し、拡散表面の形状測定を行った。実験の結果、3次元の形状測定に有効であることが確認されたが、超音波セルの駆動回路からまわりこむ高周波信号によりビート信号のコントラストが低下した。2.前記の問題を解決するために、横ゼーマンレーザーから振動数が異なり振動方向が互いに直交した2本のレーザービームをとり出し、位相板と偏光ビームスプリッターを用いた簡単な光学系で互いに干渉させた。ビート周波数は87.5kHzと低く、ロックインアンプの併用が可能なためSN比を向上させることができた。3.横ゼーマンレーザーを用いた光プローブでは10μφのラテックス球をターゲットに用い、周囲にターゲット以外の粒子が存在するときにもSN比の良い測定が行え、光強度だけで検出する場合に比べて顕著な改善がみられた。この方法で平板ガラスの厚み方向のビート信号分布を測定し、コンピュータでデータ収集と空間分布のCRT表示を行なった。差動型ヘラロダイン光学系は、光以外の信号を検出する場合に、とくにその特徴が明らかになるため、今後は光音響法(PAS)や光起電力(OBIC)への応用をすすめて行きたい

  • 2次元広視野電波パトロ-ルカメラのよる高エネルギ-天体現象の研究

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    この計画は総じて予算の割に目標が高いために、あちこちで資金難の問題にぶつかるが、とにかく直径20mφのパラボラアンテナ64台の働きをする装置が1億円強でできあがり、観測結果が出始めた。早稲田大学が開発したこの観測装置については、URSI(国際電波連合)総会(1990プラハ)の招待講演で報告し、各国の関係者はその安さに驚いていた。安く建設できた理由は、干渉計のデザインにあたって電磁波の基本的性質(エルゴ-ト的信号と非エルゴ-ト的信号)にまでたちもどって検討を行い、十分時間をかけて試験的研究をおこない、その成果をふまえて大型化するというプロセスをとったからである。手間をかけて開発し、アルゴリズムの最適化を行ったということである。広い視野を高い感度でマッピングするために小型のアンテナを多数、狭い範囲に配置する計画をカナダのドミニオン電波天文台、米国国立電波天文台/NRL、などがもっている。早稲田大学のプロジェクトと似た計画であるが、方式としては従来のフ-リエ合成干渉計のアルゴリズムを使うため100億円以上かかりそうで実現は簡単ではない。以下では1991年5月に提出した交付申請書(今年度の研究実施計画)のうち何が実現でき、何ができなかったかを記す。またできなかった部分についての対策と今後の見通しについて述べる。(*)位相を精密に測るためには、各アンテナに正確なロ-カル信号を送る必要がある。現在8台あるがそれぞれでは1次元像しか得られない。その装置を作る予算が足りないので、民間の財団などへ申請中である(本度の研究実施計画1991年5月)。→山田科学財団より600万円の研究助成が得られ、必要なロ-カル信号発信器64ー8=56台のうち半分ほどをつくるめどがついた。現時点でできる最善のことは、必要な56台全部をつくり、支払いのできない部分についてはメ-カ-から貸与を受け、後日支払を行うやりかたである。成果としては、まず1次元のうち2素子を使って天の川にある超新星の残骸カシオペアAの干渉じまが得られ、1991年10月の日本天文学会で発表した。この天体は、その膨張速度を逆算すると今から250年前にカシオペア座で爆発したはずであるが、世界のどこにもその記録が残っていない。引きつずき、カニ星雲(1054年に爆発した超新星の残骸で、藤原定家の名月記に記録がある)、はくちょう座A(銀河系の外にある電波銀河)、オリオンA(銀河系中の大きな電離水素領域)などの干渉縞が受信された。さらに2素子から8素子への拡張も比較的スム-ズに実現でき、1991年12月には8素子1次元大型アレイにより上記天体の微分像の直接合成に合功した。つまり毎秒2千万枚のカニ星雲やカシオペアA微分像が世界で初めて得られた。これらの結果はリストにあげた論文として報告した。また多くの新聞社、テレビ局の取材を受けた。(*)パルサ-サ-ベイ用の分散消去フィルタ-の概念設計を行う。→これは非エルゴ-ト的信号も観測できる早稲田大学干渉計でなければできないプロジェクトである。概念設計をすすめた結果、既存のパラボラアンテナをそのまま用い、既存のディジタルレンズのほぼ2倍の規模の処理システムでパ-クスを上回る感度でミリ秒パルサ-のサ-ベイが可能であることがわかった。すなわち空間・時間フ-リエ変換を行い、その結果を2乗積分した後に周波数・時間領域で2次元FFTを行う方法(2+1+2次元FFT)である。このシステムは移設が簡単であり、ワイヤ-をたらしただけの14mφの簡易球面アンテナを110m四方に64台展開するだけで、アレシボを上回る感度でパルサ-を捜すことができる。総経費は3億円で、現在、特別推進研究に応募している。これが実現すると世界最大の集光力をもつ電波望遠鏡となり、多くの連星ミリ秒パルサ-を捜していまだに実現されていない強重力場中での一般相対論の検証に貢献できるであろう

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特定課題制度（学内資金）

  • 波面符号化による超深度イメージングシステムの高度化

    2013年  

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    波面符号化（WFC:Wavefront Coding）による超深度イメージングシステムの高度化を目標として，３次位相板（CPM: Cubic Phase Mask）と自由曲面位相板（FPM:Free-form Phase Mask）を用いたシステムの深度拡大効果を以下に示す多角的なアプローチから検討を加え，種々の知見を得た。まず，CPM-WFC顕微鏡について，比較的NAの高いシステムを組んで実験を行い，深度拡大特性を検討した。システムの主な構成要素のうち，ニコン倒立顕微鏡（ECLIPSE TE300）は，ハロゲンランプ（6W,30V）を光源とし，対物レンズ（CFI S Plan Fluor ELWD ADM ）は倍率20倍，NA=0.45である。挿入した円形CPMの規格化３次係数の値はα=69，直径は12.5mmであるが，絞り径（12mm）の制限を受け，実効値はα=61であった。撮影系は，Canon EOS 5D(CMOS)　のイメージセンサー部を用い，有効画素数は　4368×2912pixel，１画素の大きさ8.2×8.2μmであった。撮影条件は，ピンホール（1μmφ）を用いた点像分布関数（PSF）については，ISO 1600 で露光時間 1/5s，USAFテストチャートおよび羊毛の糸を物体とした中間画像については，ISO 100で露光時間 1/20sであった。実測PSFに含まれるノイズ成分の影響を除去するため，平均化とバイアス成分の引き算を行った結果，細部の復元が可能になった。デジタル復元にはウィーナーフィルターを用い，デフォーカス量50μm（デフォーカスパラメータΨ=50）においても，グループ番号7，ライン番号6が明瞭に識別でき，CPMを挿入しない通常光学系に比べて数十倍の深度が得られることを確認した。実測PSFの代わりに，光学設計ソフトによるシミュレーションPSFのを用いることにより，復元画像の画質が向上した。今後の課題は，ブラインドデコンボリューションによるPSF推定を利用してさらなる改善を図ることである。このほか，波面コード化における円形開口用位相板の最適化，波面コード化のビーム走査型結像光学系への応用においても，それぞれ有用な知見が得られた。

  • 非発散光学の物理に基づく革新的波面コード化技術の創成

    2011年  

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    　波面コード化 (ＷＦＣ) 法による被写界深度拡大(ＥＤＯＦ)を非発散光学現象の枠組みの中で捉え直すとともに光学設計ソフトを活用し，３次位相板（ＣＰＭ），最適化位相板(ＦＰＭ)，円対称位相板（ＱＰＭ，ＣＳＰＭ）およびランダム位相板がもたらすＥＤＯＦ特性の検討を通して，波面コード化の物理のさらなる解明と革新的波面コード化技術の創成に向けて，以下の課題に取り組んだ。　１．波面コード化の物理の解明　２．デジタル復元フィルター最適化によるＥＤＯＦ性能の向上　３．ゼルニケ多項式による円対称位相板の最適化　４．ＷＦＣ顕微鏡光学系の最適設計　その結果，　１．ＣＰＭで瞳変調した光学系で得られるアナログ中間像の点像分布関数（ＰＳＦ）と光学伝達関数（ＯＴＦ）が，デフォーカスパラメータΨの正負に関してほぼ対称な特性を示すことをフーリエ光学の解析によって導いた。　２．ＣＰＭ‐ＷＦＣシステムにおいて，焦点はずれ位置のＰＳＦを用いて作成したデコンボリューションフィルターがもたらすＷ型のＥＤＯＦ特性とそれによるＥＤＯＦ効果拡大の理由が，前項１の結果によって説明できることを示した。すなわち，上記ＰＳＦの焦点はずれ量φを大きくすると，正負の±φにおいてフィルター後の復元像の誤差が零となりＥＤＯＦ特性の幅は拡大する。その一方，合焦位置での復元像はφとともに増加する誤差を含むようになり，その大きさが許容量に達するところが，ＥＤＯＦ効果拡大の限界となる。　３．ゼルニケ多項式で表される円対称位相板を，ＯＴＦ高周波成分を減少させない条件下で最適化した。従来から知られていた半径の２次と４次の項で表される位相板（ＱＰＭ）とは異なり，回折限界までＯＴＦに零点がない位相板形状（ＣＳＰＭ）が得られた。被写界深度は通常光学系の2.7倍にとどまったが，最終画像の画質は良好でrms誤差も小さかった。　４．ＣＰＭ‐ＷＦＣ顕微鏡光学系において，ＣＰＭ挿入位置によるＥＤＯＦ効果の変化を，光学設計ソフトを用いて評価した。射出瞳近傍挿入時のＥＤＯＦ効果は，入射瞳挿入時の2.2倍に拡大され，挿入位置依存性も小さいことが分かった。

  • 次世代波面コード化技術の物理の探究とそれに基づく新たな展開

    2010年  

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    　波面コード化(ＷＦＣ)技術は，携帯電話搭載カメラの被写界深度拡大(ＥＤＯＦ)をはじめとして実用化が進みつつある，本研究では，最適化位相板(ＦＰＭ）と赤外用デジタルＣＣＤカメラを用いる虹彩認証実験と円対称位相板の最適化を中心に波面コード化の物理のさらなる解明を行い，その結果に基づいて次世代波面コード化技術の方向性を指し示すべく，以下の課題に取り組んだ。１．波面コード化の物理の解明２．デコンボリューションフィルターの改善によるＥＤＯＦ性能の向上３．円対称位相板の最適化４．赤外領域でのＦＰＭ‐ＷＦＣの虹彩認証実験　その結果，１．レンズの波面曲率変換作用の半幾何光学的考察により，半径の２次と４次の項からなる円対称位相がＥＤＯＦ効果をもたらすことを説明し，それらの項の係数を導出した。フーリエ光学の範囲外では，円対称位相が６次以上の高次項を含むべき級数で表されることを示し，その具体形を導いた。２．焦点はずれ位置での点像分布関数（ＰＳＦ）を用いて作成したデコンボリューションフィルターにより，３次位相板(ＣＰＭ)のＥＤＯＦ効果を拡大できることを見いだした。これは自由曲面位相板(ＦＰＭ)によるＥＤＯＦ効果拡大と等価であることを示した。３．半径のべき級数で表される円対称位相版の最適化を図り，半径の２次と４次の項で表される位相分布とは異なるタイプの位相板形状が見いだされた。４．近赤外光源（760nm）で照明した人眼の虹彩を赤外用デジタルＣＣＤで撮影するＦＰＭ‐ＷＦＣシステムを用いて虹彩認証実験を行った。認証のHamming Distanceの評価から十分なＥＤＯＦ効果を確認することができた。

  • 波面コード化の物理に基づく高機能化

    2009年  

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    波面コード化(ＷＦＣ)による結像光学系の被写界深度拡大(ＥＤＯＦ)は，セキュリティー応用などの新しい分野における小型画像情報機器の研究・開発を活性化させ，社会に大きなインパクトを与えることが期待される。　本研究では，波面コード化の物理のさらなる解明を行い，その結果に基づいてＷＦＣの高機能化を図るために，以下の課題に取り組んだ。　１．波面コード化の物理の解明　２．自由曲面位相板による波面コード化(ＦＰＭ‐ＷＦＣ)のＥＤＯＦ特性の検討　３．カラー物体を対象とするＦＰＭ‐ＷＦＣによるＥＤＯＦ効果の実験的検証　４．ＦＰＭ‐ＷＦＣの虹彩認証システムへの応用とＥＤＯＦ効果の実験的検証　その結果，　１．等しい大きさの球面収差をもつ凹レンズと凸レンズを横ずらしして３次位相板(ＣＰＭ)が生成できることを，焦点はずれが与える瞳位相分布の変化に基づいて説明した。　２．同じ厚さの自由曲面位相板(ＦＰＭ)と３次位相板(ＣＰＭ)のＥＤＯＦ特性を正負両方の焦点はずれ領域で比較した。ＦＰＭはＣＰＭの２倍程度のＥＤＯＦ効果があり，格段に滑らかなＭＴＦを与えることが示せた。　３．通常の蛍光灯照明下で，ルービックキューブ(物体距離：100cm)，カラーケーブル(140cm)，電圧計(150cm)を配置し，自由曲面位相板を絞り面に置いたデジタル一眼レフカメラ(Canon EOS1Ds MARKⅢ)で撮像した。物体全域にわたって鮮明なカラー像が再生され，カラー物体を対象とするＦＰＭ‐ＷＦＣによるＥＤＯＦ効果が確認された。　４．虹彩画像(物体距離：30～80cm)を用いてＦＰＭ‐ＷＦＣの実験を行い，復元された最終画像を比較した。大きな焦点はずれ(-10～+10cm)に対しても画像変化が小さく，通常光学系に比べて十分なＥＤＯＦ効果が認められた。また， -15～+15°の画角範囲において画像変化が小さく，画角依存性も少ないことが確認できた。虹彩部分を極座標変換して得られたアイリスコードも，ＦＰＭ‐ＷＦＣでは，実験した物体領域全域において鮮明であり，虹彩認証システムの被写界を大きく拡大できた。

  • 最適波面符号化とブラインド画像復元の融合による超焦点深度拡張

    2008年  

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    　固定焦点式光学撮像モジュールの焦点深度（被写界深度）を，明るさを損なわずに拡張するために，デジタル画像処理を併用するハイブリッド・イメージング技術に世界的な関心が集まっている。本研究の最終目標は，ハイブリッド・イメージング技術の中でもとくに注目を浴びている波面符号化法を最適化し，この方法の原理と本質を物理的見地から解明するとともに，ブラインド画像復元との融合によって，従来の限界を超えた超焦点深度拡張を達成することである。　高感度16 ビットCCD カメラ，空間位相変調器，数値計算用ワークステーションを用いて，最終目標を達成する計画であるが，本年度の特定課題研究の予算内では実行できない。したがって本特定課題においては，上記最終目標の達成に向けた基礎固めを行うことを目的とし，波面符号化法の原理と最適化位相板の特性に関する検討を主な課題とした。　まず初めに，Dowski らが提案した３次位相板（直交瞳座標の３乗に比例する位相分布）が焦点はずれ量に依らない点像分布関数を形成するか，その物理的な仕掛けを明らかにした。Dowski らは，結像光学系の空間周波数伝達特性を表す光学伝達関数（ＯＴＦ：Optical Transfer Function）をいろいろな焦点はずれに対して包括的に表現する曖昧（両義性）関数（Ambiguity Function）に停留位相法を適用して，３次位相板がよい近似解となることを導いている。これに対して申請者は，３次位相の波面収差は，３次位相の横シフトという形で，焦点はずれを表す２次関数の収差を吸収できることに着目した。この結果，瞳径が大きくＦ値の小さな結像光学系においては，点像分布関数が焦点はずれ量に依存しないことがわかった。３次位相板が軸上の色収差に強いことも同様に理解できる。また逆に，横シフトによって焦点はずれを吸収できるのは３次位相板に限ることを示すこともできた。さらに，幾何光学的アプローチから３次位相板の必然性を示すことができた。　一方，申請者らの提案した最適化位相板の軸外特性について，詳細なシミュレーションを行い，３次位相板に比べて非常に優れた特性が得られることを確認した。このことは，高分子材料の射出成型で作製した最適化位相板を用いた光学実験でも確認することができた。

  • ナノ粒子の３次元配列を用いる光キーと個人認証システム

    2006年  

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    　所有物の多次元光情報を利用する新しい個人認証システムの構築とその有効性の検証を通して，安全・安心な社会づくりとナノ粒子や近接場光学における未知の特性や現象の解明に貢献することをめざす。具体的には，ナノ粒子の３次元配列を情報とする新しいタイプの光キー（光の鍵）を作製し，偽造されにくく使いやすい鍵を実現することを目標とする。さらに，空間配列の３次元に加え，発光スペクトルに関連した波長次元や発光時間特性に関連した時間次元などを加えて鍵情報の多次元化を図り，さらに安全な鍵の開発を行う。　本研究の最終目標はナノ粒子の３次元配列を用いる光キーの開発であるが，本年度の特定課題研究の予算内では実行できない。したがって本特定課題においては，上記最終目標の達成に向けた基礎固めを行うことを目的とし，ファイバーブラッグ格子(FBG)を利用する多次元光キーを主な課題とした。また，燐光物質の多次元配列を光キーとし，その発光の時間特性を鍵情報として利用することも検討した。光ファイバーのコア中にブラッグ波長が異なる複数個のFBGを書き込み，その反射スペクトルを鍵情報として利用することを提案した。このようなカスケード接続したFBGの反射スペクトルをT-Matrix法で計算し，鍵情報として用いるのに十分な多様性をもつことを確認した。　さらに，FBG内部に位相シフト領域を導入することでおきる共振現象を利用してより複雑で多様な鍵情報を生成できること確認した。　アクリル板を加工して表面に３×３のアレイ状に穴を開け，そこに燐光物質を充填して２次元の光キーを作製した。白色LEDを照射して励起した直後の発光個所をマルチチャンネル観測し，３×３の各個所に該当する燐光物質が存在するか否かを調べ，0.1秒以下で鍵の識別ができることを示した。また発光の時間変化も鍵情報として用い，あわせて情報をデジタル化することによって，より誤りの少ない認識が可能であることを実験的に示すことができた。複数の異なる燐光物質を用い，それらの発光波長や時間応答の違いを利用することによって，さらに確実な鍵認識が可能である。また，今回の２次元アレイは積層して３次元光キーにすることが容易である。空間３次元，波長１次元，時間１次元を組み合わせて，５次元光キーが簡単に構成できることを示した。

  • 連続波長シフト多次元ハイブリッド・イメージング

    2006年  

    　概要を見る

    　本研究の最終目標は，アナログ光学系とその出力像をデジタル処理する計算機を一体化したハイブリッド・イメージングシステムに対して，波長変数を新たに導入する多次元化を行い，結像システムの高機能化と高精度化を実現することである。　連続可変波長光源を用いて波長変数を導入することを計画しているが，本年度の特定課題研究の予算内では実行できない。したがって本特定課題においては，上記最終目標の達成に向けた基礎固めを行うことを目的とし，ハイブリッド・イメージングのアルゴリズムの検討を主な課題とした。また，位相回復やブラインドデコンボリューションについては，デジタルカメラの撮像系を利用する簡易予備実験により，最適化アルゴリズムの開発も行った。　ハイブリッド・イメージングシステムに用いる位相板をSA法によって最適設計した。その結果，複数の離散焦点を持つハイブリッド結像システムが実現可能であることを示すことができた。また，この方向で最適化する面の数を増やすと，従来の３次位相板に比べて非常に大きな焦点深度拡張効果が得られることを発見した。　また，生体の免疫系をモデルとした免疫アルゴリズムをブラインドデコンボリューションに適用し，画像復元の有効性を検討し，従来手法との比較を行った。免疫アルゴリズムは遺伝アルゴリズムを基に構成されている。遺伝アルゴリズムは，比較的短時間で準最適解を得ることが可能である一方で，解の不十分な時点で集団の多様性が喪失し収束を遅延させる問題を含む。その改善方法として，免疫システムの持つ多様性のある抗体の生産機構とその自己調整機構を模倣した免疫アルゴリズムを用いることで，ブラインド･デコンボリューションの従来手法より早い収束性が期待できる。　19×19の劣化像のシミュレーションにより，免疫アルゴリズムを用いたブラインドデコンボリューションの有用性を示し，従来手法より早い収束性を得ることができた。一方，遺伝アルゴリズムを継承しているため，局所探索能力に弱いという課題も残る。今後，さらに大きな画素の画像への改善が求められる。　位相回復については，He-NeレーザーとAr+レーザーを用いて２波長の回折像を得，それをデジタルカメラで撮像したデータを使って位相回復実験を行い，良好な結果を得た。　さらに，フィルターバンク法による３次元物体空間の再構築に関しても，ハイスピードビデオカメラを用いて，振り子の３次元運動の記録再生に成功した。

  • ブロードバンド位相回復による多次元イメージングの高機能化と普遍化

    2005年  

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    　回折像の強度分布から光波の波面形状を求める位相回復法に関し，ブロードバンド光源による高機能化と普遍化を達成することが，本研究の最終目標である。物体からの透過光や反射光の波面形状は，物体の形状分布や屈折率分布を反映しており重要である。位相回復イメージングの高機能化により，これらの空間分布をナノメートルあるいはサブナノメートルの精度で計測することを可能にし，ナノテクノロジーの基盤技術として確立することをめざしている。　本特定課題では，位相変化が小さな弱位相物体に適した非反復型の位相回復アルゴリズムの提案と検証を行った。　位相回復問題では，フーリエ変換と逆変換を拘束条件の下で繰り返して正しい解に収束させるGerchberg-Saxonアルゴリズムのように，反復型アルゴリズムが一般的である。しかし，反復型アルゴリズムでは，局所解への停滞や，計算時間が長い，などの問題がある。　弱位相物体では，透過光波あるいは反射光波の複素振幅分布の指数部をテイラー展開した２次以上の項を無視することができ，これによって位相分布を解析的に求めることが可能となる。Gonsalvesは最近，弱位相物体に適用可能な非反復型の位相回復アルゴリズムを提案した．この方法では，異なる物体距離で撮像した２枚の回折パターンを用いるため，機械的な走査機構が必要となる。　そこで我々は，走査機構が不要な新しい非反復型位相回復アルゴリズムを提案した。本方法では，開口部に弱位相物体を置いたときと置かないときの２枚の回折パターンを利用する。ここでは，弱位相物体のフラウンホーファー回折像を偶関数部分と奇関数部分に分け，偶感数と奇関数のそれぞれの連立方程式を解いて位相分布を求めた．連立方程式を解く過程で，正負の符合の曖昧さが生じるが，フーリエ変換の性質を利用することにより正しく符合を決定できる。　表面形状が矩形格子状のSiO2基板を弱位相物体のモデルとして用い，He-Neレーザーを光源としてフラウンホーファー回折像をCCDで撮像した。このとき，制限開口として直径200μmのピンホールを位相格子に近接させて用いている。得られた回折像データから提案手法で位相回復を行った結果，表面形状による位相分布(振幅が1/32波長に相当)を回復することができた。

  • ユビキタス社会を支えるイメージサイエンスとしての劣化像ブラインド回復

    2005年  

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    　インターネットや携帯電話などの通信ネットワーク，固体撮像素子や液晶パネルなどの画像記録・表示デバイス，それにコンピュータが融合したユビキタス社会において，日常生活にデジタル画像が浸透する度合いは，ますます広くかつ深くなっており，それとともにロバストな画像復元技術の必要性も増している。　本特定課題では，このようなユビキタス社会で求められるロバストな画像復元法の一つとして，連続分割法を用いたブラインド回復手法について研究を行った。　はじめに，携帯電話付属の撮像素子で撮影したシフトバリアントな劣化像，すなわち，劣化関数が場所によって大きく異なるような劣化像に対して，ブラインドな画像回復を試みた。本研究では，劣化像のサポート領域を連続的にセグメント化し，各々の領域内では劣化関数が同一と見なして回復を行う連続分割法を用いた。また，セグメント化された画像情報のウィンドウ処理には，我々が提案した動的マスク法を用いた。これまではシミュレーションを中心に研究を行ってきたが，本研究においては，エネルギー関数の最適化とニューラルネットワークを用いた劣化関数の推定手法の導入によって，携帯電話付属の撮像素子という安価で，大型のデジタルカメラ等に比べると撮像性能もそれほど高くないデバイスを用いて撮影した実画像に対し，実時間でブラインド回復することに成功した。　また，比較的単純なモジュールを用いてプログラミング可能であり，PERL等のCGIプログラムでもコーディングできるため，現在は数値データの直接入力によって画像を回復している段階であるが，今後はJPEGファイルを数値ファイルに展開するモジュールを用いることにより，携帯電話から直接インターネット上にあるサーバーにアクセスしてデータファイルを送信し，回復処理された画像を受信することも比較的容易に行えるものと期待される。

  • ディジタルフォーカス方式による３次元オブジェクト空間の再構成

    2004年  

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    　本研究では，焦点調節機構のない固定焦点式CCDカメラで撮影した１枚の画像から，計算処理によって３次元物体空間を再構成する新しい画像処理技術を確立することを目的とする。コヒーレントな参照光を用いるホログラフィー技術によって３次元物体の記録・再生が行えることはよく知られているけれども，インコヒーレント光を用いて特別な干渉光学系を用いずに３次元物体空間全体の再構成を行う点で本方法は独創的かつ画期的である。　本方法の原理は，焦点ずれによる劣化像をデコンボリューションフィルター群に入力し，各要素フィルターからの出力画像に含まれる負値の総和を評価量とし，これが極小となる要素フィルターを見つけることによって物体距離を推定することにある。このことが可能であることは，我々の計算機シミュレーションと冷却 CCD を用いた光学実験の両方からすでに確認されていた。　本研究課題では，まず，高性能な冷却 CCDではなく，一般に市販されているごく普通のCCDを撮像素子として用いた場合にも本方法が有効であることを，詳細な実験によって確認し，本方法が広い適用範囲をもつことを示した。　さらに，動的な３次元物体空間を再構成する基礎実験として，光軸方向に運動するモデル物体をビデオカメラで捉えた連続画像に本方法を適用し，物体位置の時間変化を良い精度で計測できることを実証した。今後は，3次元粒子流れや内視鏡被写体空間に測定対象を拡大し，動的３次元空間再構成の可能性について検討していきたい。　ところで，本方法の原理をビデオ内視鏡や生物顕微鏡の3次元像構成に利用するためには，画像の切り出し(トランケーション)の影響を抑制する必要がある。このため，トランケーション画像から画像復元を行うブラインド・デコンボリューション手法を新たに提案し，計算機シミュレーションによって，その有効性を確認した。この手法は本方法のようなセミブラインド・デコンボリューション法にも適用可能である。

  • 非同期送受信系アレイによる光カオス秘匿通信

    2002年  

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    高度情報化社会においては通信のセキュリティーが非常に重要な課題となっている。現在の秘匿通信はソフトウェア的な手法であり，より高性能なコンピューターの開発により秘匿性が低下する恐れがある。そのため物理現象に起因する光カオス通信が注目され，広く研究されるようになってきた。 従来の光カオス通信は，送信器レーザーと受信器レーザーの同期現象に依存した通信であり，同じハードウェアを用いることによって送信器レーザーとの同期さえとれれば，第三者にも読み取り可能となる欠点がある。そこで，本研究では以下のようなカオス的なLD送受信器アレイを用いた新手法を考案した。送信器レーザーと受信器レーザーが同期した状態においても秘匿性を保てることが本手法の特長である。 送信側LDの出力の一部が受信側LDに注入されるように透過率を定めた送受信器をアレイ状に並べ，その離散化した出力の列を結合する。ここで，それぞれの送受信器の透過率を変化させると複雑性の異なるカオス状態を作り出す（透過率ゼロの送受信系を含ませることで比較的容易に異なるカオス状態が生じる）ことに着目し，メッセージ信号を送受信器の透過率の変化に対応させ，出力の複雑性を示すリアプノフ指数の変化によりメッセージを読み取る。秘匿性を保つ「鍵」に当たるものは透過率の選び方と送受信器の個数であり，受信者はあらかじめ送信者よりその情報を受け取っておく必要がある。 まず，数値シミュレーションにより，カオス的なLD送受信器アレイを用いた新手法と従来法であるChaotic Masking法とChaotic Modulation法のパラメーター誤差に対するビットエラーを比較した。その結果，提案手法がより高い秘匿性を有することが確認できた。 さらに，波長1.55μmのDFBレーザーを用いた光学実験を行った。提案手法による出力のストレンジアトラクターを描き，それより送信メッセージに対応するリアプノフ指数を求め，メッセージを読み取ることに成功した。これにより本手法が実現可能であることを実験的に示すことができた。ただし，実験でカオス状態を変化させた際のリアプノフ指数の差異は，数値シミュレーションに比べ一桁程度小さい。LD送受信器アレイの特性を詳細に調べ，より大きなリアプノフ指数の差異が得られる条件を明らかにすることが今後の課題である。

  • 新しいディジタル・インコヒーレントホログラムの提案

    2000年  

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    　インコヒーレント照明下の３次元物体を記録・再生するための新しい方法を提案した。本方法は、従来のホログラフィーとは全く異なる独創的な原理に基づいており、固定焦点光学系で撮影した１枚の劣化像から、そこに含まれる複数の物体までの距離を推定するとともに、デコンボリューションによって各物体の鮮明な原画像を復元し、３次元物体空間を再構成するものである。１枚のCCD画像から３次元情報を抽出する本方法は汎用性に富んでおり、立体像の記録・再生に関する新しい研究分野を開拓し、内視鏡や顕微鏡などを利用するいろいろな分野にも新しい展開と成果をもたらすことが期待できる。　本方法では、焦点ずれによる劣化像をデコンボリューションフィルター群に入力し、各要素フィルターからの出力画像に含まれる負値の総和を評価量とし、これが極小となる要素フィルターを見つけることによって物体距離を推定する。このことが可能であることは、我々によって、計算機シミュレーションと冷却CCDを用いた光学実験の両方からすでに確認されている。　本研究では、まずこの原理をビデオ内視鏡や生物顕微鏡の３次元像構成に利用するための光学系を提案した。一般に内視鏡診断は患者の苦痛を伴うため、なるべく短時間での撮像が望まれる。本方法によれば、焦点が少しずれた劣化画像からでも鮮明な物体を再生できるため、焦点合わせに要する時間を短縮し、全体の撮像時間を短くできる。　次に、通常のCCDでは撮像不可能な極微弱照明光下で得られたフォトン画像を対象として、本方法の適用領域の拡大を図り、その有効性を調べた。黄色LEDにピンホールを取り付けた点光源とVIMカメラヘッドを搭載したフォトンカウンティングカメラを用いて実験を行い、実際に物体距離推定が可能であり、良好な回復像が得られることを確認した。この実験で用いた１画素あたりのフォトン数の最大値は479個であった。撮像に要するフォトン数の下限の確認と、限界以下での回復を可能にするアルゴリズムの開発が今後の課題である。

  • ２次元回折格子を用いる波面センサーとその応用

    1998年  

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    　天体望遠鏡による画像は、地球大気の屈折率ゆらぎの影響を受けて回折限界の数十倍にも拡がってしまう。このゆらぎによる光波面の乱れを打ち消して回折限界の天体像を得ようとするのが、補償光学である。これを実行するためには、まず波面の乱れ（ランダムな位相分布）を高速で測定することが必要である。　本研究では、光波の輝度伝搬方程式にしたがって、波面の乱れが伝搬後の光波の強度分布に反映されることに着目し、この原理に基づく２次元回折格子を用いる簡便な波面センサーを構成し、これを用いて実時間波面計測に応用した。　補償光学において波面の乱れを測定する方法としてはシャック・ハルトマン法が一般的である。これは多くの小さなレンズを並べたレンズアレイに被測定波面を入射する方法で、要素レンズに傾いた平面波が入射した際に焦点位置が傾きに比例して横ずれすることを利用している。したがって各要素レンズの中心位置で波面を離散的にサンプルして傾きを測定することになる。　本研究の波面センサーは２次元的な回折格子を通過伝搬した光波の強度分布変化を利用するため、シャックハルトマン法と比較し、波面の傾きを測定する点を自由に選べ、必要に応じて測定精度を変えられる特長がある。　今年度は、まず波面センサーの位相測定精度と空間分解能との関係を明確にし、これにより格子周期や波面の傾きを求める領域の大きさなどのパラメータを最適化する方法を確立した。　現在までに波面センサーの応答時間は約50msに短縮でき、実際の大気ゆらぎの動的計測に応用し、その時間変動をとらえて時空間相関を求めることに成功している。今後、高速フーリエ変換を専用のDSP演算ボードで行うことにより測定時間をビデオレートにまで短縮し、より高速で簡便な実時間波面計測システムが構築できる見通しを得た。　補償光学以外の応用として、本方法に基づく波面計測システムで従来の干渉計置き換える可能性も十分考えられる。その場合、干渉によらないため、振動の影響を受けない画期的な波面計測システムを提供するものとなり、その意義は非常に大きい。　このような例として、顕微鏡に波面センサーを組み込んで無染色の生体組織の位相分布を定量的に可視化する新たな方法も提案した。

  • シフトバリアント劣化像のブラインド・デコンボリューション

    1997年  

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    結像光学系によって形成された画像（劣化像）は、光学系のインパルス応答である点像分布関数 (ｐｓｆ) と物体（原画像）とのコンボリューションで記述されることが多い。このとき、劣化像のみから原画像を推定する逆問題をブラインド・デコンボリューション（以下ＢＤ）という。筆者はこれまで、フーリエ反復型ＢＤアルゴリズムを実画像に適用する際の諸課題について検討する一方、顕微鏡の３次元ｐｓｆの推定問題にも着手してきた。　フーリエ反復型ＢＤアルゴリズムでは、像面位置によるｐｓｆの形状変化がないこと（シフトインバリアント性）を仮定している。しかし、この仮定は望遠鏡画像等では比較的妥当であるが、顕微鏡画像や一般のカメラ画像に対しては厳密には成立しない。現実の画像回復においては、ｐｓｆが未知でシフトバリアントな場合がほとんどであり、このような場合に適用できるＢＤアルゴリズムの構築は、画像回復を現実に適用できる範囲を拡げる上でも重要である。　本研究では、２次元画像を１次元の列ベクトルで表し、像面の各点における点像分布関数（ｐｓｆ）の集合をまとめた ｐｓｆ行列をこれに掛けることによってシフトバリアント光学系の結像特性を表現し、この関係から、行列演算に基づく新しいＢＤアルゴリズムを構築した。このアルゴリズムでは、推定ｐｓｆ行列の逆行列を掛ける演算と推定原画像行列の逆行列を掛ける演算とを交互に反復している。　ところで、ｐｓｆ行列を推定するためには、画像の画素数をＭ＝Ｎ×　Ｎとして、Ｍ種類の原画像を用意しその劣化像を観測する必要がある。また、原画像の一時独立性が強くない場合には逆行列が存在しない場合がある。これらの困難を克服するために、特異値分解に基づいて求めた疑似逆行列を利用する方法についてコンピューターシミュレーションにより検討し、原画像の種類が少ない場合にも本方法が適用できることを確認した。　現実の光学系を用いて実際に形成した劣化像をＣＣＤカメラを用いてワークステーションに取り込むシステムを完成し、この撮像データを使ってＢＤアルゴリズムの実用性を検討している。今後、顕微鏡画像などへの適用を計画している。

  • 補償光学系による光波位相分布の定量的可視化

    1996年   大頭　仁, 橋本　周司

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    　光波の位相分布の可視化とその精密測定を行うために、光学系の瞳関数を動的に適応制御可能な補償光学系を利用する新しい方法を提案し、システムの設計とアルゴリズムの最適化を通して本方法の有効性を確認した。　光波の位相分布には透過物体の屈折率分布、あるいは反射物体の三次元表面形状およびその変形などの情報が反映されるために、その可視化と高感度測定は工学的に重要である。実験室スケールで補償光学系の適応制御を行い、これまで干渉法その他で行われてきた光波位相分布を物体波のみから位相分布の推定をすることをめざし、そのための新しい方法と適応制御アルゴリズムを提案し、その特性を検討した。ここで提案した方法では、フーリエ変換を光学的に行い、補償光学系の瞳関数の位相分布を最適制御する。そのための基本システム構成は、光波の位相変調を行う液晶パネル、それを瞳面に置いたレンズ、およびこれでできた回折像を撮像する CCD 素子、さらに回折像を取り込み、その拡がり具合を計算して最小となるように液晶パネルの位相変調分布を適応制御するコンピュータからなる。この方法は、光波センシングの新しい一手法として、1. 参照光、基準面などを必要とせず、光学系が簡単となる。2. そのため、これらの光学部品の収差の影響が少なく、外部振動などに強い極めて安定な系となり、3. 測定感度および精度の点で、向上が期待できる、などの特色をもつ。　提案した方法に関し、（1）液晶パネルによる位相変調制御特性の測定（2）フラウンホーファー回折像の撮像とコンピュータによる取り込み。（3）最適制御アルゴリズムの検討、など、基本原理の検証と光学的な問題点の整理を行った。とくに（3）では、瞳関数の制御アルゴリズムとしてシミュレーティッドアニーリングを採用し、その際にツェルニケ多項式を利用して制御の高速化を図る方法について計算機シミュレーションにより検討し、その有効性を確認した。現在、液晶パネルをオンライン制御する適応制御光学系の完成をいそいでおり、その後これを薄膜試料・生物試料へ応用する予定である。

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