Ⅱ．研究活動状況
CURRENT RESEARCH ACTIVITIES
Ａ. エネルギー・環境・制御
仁田研究室
小田研究室
山地・藤井研究室
日高・熊田研究室
堀研究室
横山研究室
小野研究室
大崎研究室
古関研究室
Energy, Environment, and Control
Nitta Laboratory
Oda Laboratory
Yamaji & Fujii Laboratory
Hidaka & Kumada Laboratory
Hori Laboratory
Yokoyama Laboratory
Ono Laboratory
Ohsaki Laboratory
Koseki Laboratory
Ｂ. 情報・通信・メディア
………………………..
………………………..
………………………..
………………………..
………………………..
………………………..
………………………..
………………………..
………………………..
Information, Communication, and Media
青山・森川研究室
Aoyama & Morikawa Laboratory ………………………..
原島・苗村研究室
Harashima & Naemura Laboratory ………………………..
石塚・伊庭研究室
Ishizuka & Iba Laboratory
………………………..
広瀬（啓）
・峯松研究室 Hirose & Minematsu Laboratory ………………………..
近山・田浦研究室
Chikayama & Taura Laboratory
………………………..
西田・黒橋研究室
Nishida & Kurohashi Laboratory ………………………..
相田研究室
Aida Laboratory
………………………..
坂井研究室
Sakai Laboratory
………………………..
相澤研究室
Aizawa Laboratory
………………………..
江崎研究室
Esaki Laboratory
………………………..
杉本研究室
Sugimoto Laboratory
………………………..
Ｃ. エレクトロニクス
岡部研究室
柴田・三田研究室
大津研究室
保立・山下研究室
菊池・多久島研究室
浅田・池田研究室
藤田研究室
中野・杉山研究室
高木研究室
田中（雅）研究室
廣瀬（明）研究室
藤島研究室
何研究室
19
22
25
31
35
38
41
46
50
53
60
67
73
80
84
90
92
95
100
103
Electronics
Okabe Laboratory
Shibata & Mita Laboratory
Ohtsu Laboratory
Hotate & Yamahita Laboratory
Kikuchi & Takushima Laboratory
Asada & Ikeda Laboratory
Fujita Laboratory
Nakano & Sugiyama Laboratory
Takagi Laboratory
Tanaka Laboratory
Hirose Laboratory
Fujishima Laboratory
He Laboratory
18
………………………..
………………………..
………………………..
………………………..
………………………..
………………………..
………………………..
………………………..
………………………..
………………………..
………………………..
………………………..
………………………..
107
110
114
119
126
132
137
140
149
152
160
164
167
仁田研究室
Nitta Laboratory
is proposed. The control method of the power converter is
studied.
(http://www.asc.t.u‑tokyo.ac.jp)
3.
極低温における電気絶縁に関する研究
仁田 旦三・千葉 政邦
Studies on Electrical Insulation Characteristics at
Cryogenic Temperature
T. NITTA and M. CHIBA
研究現況
Current Research Projects
1.
超電導発電機に関する研究
仁田 旦三・坂本 織江
Studies on Superconducting Generator
T. NITTA and O. SAKAMOTO
超電導発電機は，小型・軽量・高効率な発電機であり，
さらに電力系統において高性能の特性を持つ．この超電
導発電機に関して，電力系統における特性の研究を行っ
ている．電力系統における発電機定数のあり方，アナロ
グ型電力系統解析シミュレータによる特性実験，シミュ
レータ（TNS）用超電導発電機モデルの作成を研究課題
としている．TNS 用の発電機モデルを DSP と電流アンプ
を用いて作成し，定数等の柔軟性のある超電導発電機の
定数と電力系統での特性の検討を進めていた．又，バル
ク超電導体を回転子にもつ超電導発電機の特性を示した．
Superconducting generators (SCGs) have many good
advantages such as smaller size, lighter weight, high efficiency,
good performances in power systems and so on. For
understanding characteristics of SCGs in power systems,
experiments on stability by use of power system simulator of
analog type and manufacture of models of SCGs for the
simulator by use of DSP have been studied. SCG with bulk
Superconductor of rotor is being developed.
2.
超電導マグネット間エネルギー転送回路に関
する研究
仁田 旦三・馬場 旬平
Studies on Energy Transfer Circuit between Two
Superconducting Magnets
T. NITTA and J. BABA
超電導マグネットの交流応用を考えたとき，マグネッ
トに高電圧がかかる．この時の絶縁特性は重要であり，
とくに沿面放電特性は絶縁物と寒剤（液体窒素，液体ヘ
リウム）の影響を受ける．また，液体の気泡が特性に影
響を与える．これらに関して実験的な研究を行っている．
また，寒剤の流動帯電現象について実験的研究を行って
いる．
One of the most important subjects for AC applications of
superconductivity is on insulation properties, especially
surface discharge characteristics on insulator and cryogen
(Liq.N2 or Liq.He). Experimental studies have been being
performed for several insulation materials and several kinds of
voltage forms. The characteristics affected by bubble in the
cryogen are studied. Streaming Electrification of the cryogen is
also studied.
4.
超電導エネルギー貯蔵装置を用いた電力系統
の運転状態把握に関する研究
仁田 旦三・山下 武健志・米津 武則
Studies on Diagnosis of Operating Conditions of
Power Systems by use of Superconducting Magnetic
Energy Storage
T. NITTA, T. YAMASHITA and T.YONEZU
電力系統は複雑化巨大化し，その安定運転はますます
重要な課題となってきている．現状ではオフラインの固
有値計算等でその安定運転を保証している．しかし，系
統の運転状態を記述する方程式のパラメータが正確には
得られないのが現状であり，計算結果からの大きなマー
ジンを持って運転しているのが現状である．そこで，オ
ンラインで運転状態が把握できれば，より経済的に安定
運転が可能であると考える．そのために，超電導エネル
ギー貯蔵装置を利用した方法を提案してきた．固有値，
固有ベクトル，伝達関数などの測定に成功しつつある．
Stable operations of power systems, which are becoming
larger and more complicated, are becoming more important.
The off-line calculations, such that eigenvalues analysis,
guarantee the stable operations. However, due to the
inaccuracy of numerical values for the calculations, systems
must be operated with large margin. The purposes of the
studies are on-line measurements of eigen values, eigen
vectors, transfer functions and so on by use of superconducting
magnetic energy storage which has good properties of quick
response, high efficiency, large impedance and so on.
超電導マグネット間のエネルギー転送回路は，超電導
マグネット用電源として良い特性を持つ．2 個の超電導マ
グネットをサイリスターブリッジ，コンデンサー，サイ
リスターブリッジを介して接続したエネルギー転送回路
において，その制御方法について理論的実験的研究を行
ってきた．この回路を用いた超電導磁気エネルギー貯蔵
装置用電源とパルス超電導マグネット電源を提案し，そ
の制御方法を研究した．
Energy transfer circuit between two superconducting
magnets has good properties for power supply of
superconducting magnets. The circuit consists of two
superconducting magnets connected to thyristor bridges and
condenser bank. The problems on controls of the circuit have
been defined and solved. Power converter for superconducting
magnetic energy storage (SMES) and for pulse
superconducting magnets by use of the energy transfer circuit
19
5.
超電導故障電流限流器に関する研究
仁田 旦三・尾出 友実
Studies on Superconducting Fault Current Limiter
T. NITTA and T. OIDE
[5]
定常時に低インピーダンスで故障時に高インピーダン
スになる超電導故障電流限流器電力系統での活躍が期待
されている．故障計算によれば，限流器の限流開始電流
値にある程度の精度が要求される．限流開始電流値を設
置後調整できる方式を提案した．実験によれば限流開始
電流値を調整できるのみならず，系統の基本操作である
再閉路において超電導状態に復帰することができるなど
優れた特長があることを示した．また，特性の理論的考
察も行っている．さらに模擬電力系統における限流器の
電力系統特性の研究を進めている．
Superconducting fault current limiters (SCFCLs) which are
low impedance in steady state and high impedance at fault
condition are expected to be used in power systems. Fault
current analyses tell that operating current of SCFCLs must
have some accuracy. Then an SCFCL with adjustable operating
current has been proposed. Experimental results have showed
that the SCFCL has good characteristics such as not only
adjustability but also ability of recover from normal state to
superconducting state. Theoretical studies have been being
carried out in parallel with experimental ones. By use of an
artificial power system, power system characteristics of
SCFCLs are being studied.
[6]
[7]
[8]
[9]
論文・著書一覧（2003 年度）
Publications List
研究論文
[1]
[2]
[3]
[10]
Y. Shirai, M. Taguchi, M. Shiotsu, H. Hatta and T. Nitta:
Simulation study on operating characteristics of
superconducting fault current limiter in one-machine
infinite bus power system, IEEE Trans. on Applied
Superconductivity, Vol. 13, No.1, Issue 2, pp. 1822 -1827
(2003).
Y. Shirai, Y. Miyato, M. Taguchi, M. Shiotsu, H. Hatta, S.
Muroya, M. Chiba and T. Nitta,: Over-voltage
suppression in a fault current limiter by a ZnO varistor
IEEE Transactions on Applied Superconductivity, Vol. 13,
No.1, Issue 2, pp. 2064 -2067 (2003).
H. Hatta, T. Nitta, S. Muroya, T. Oide, Y. Shirai, M.
Taguchi and Y. Miyato: Study on recovery current of
transformer type superconducting fault current limiter,
IEEE Transactions on Applied Superconductivity, Vol. 13
No.1, Issue 2 , pp. 2096 -2099 (2003).
[11]
[12]
国際会議論文
[4]
[13]
Y. Shirai, M. Mochida, T. Nitta, H. Hatta, T. Oide and M.
Chiba: Experimental Study on Voltage Drop Suppression
by use of Superconducting Fault Current Limiter in
20
Distribution Power System, The International
Conference on Electrical Engineering (ICEE2003), Hong
Kong (2003).
H. Hatta, T. Oide, M. Chiba, T. Nitta, Y. Shirai and A.
Mochida: Experimental Study on Characteristics of
Superconducting Fault Current Limiters, 6th European
Conference
on
Applied
Superconductivity
(EUCAS2003), Sorrent (2003).
H. Tabuchi, M. Chiba and T. Nitta: Basic Consideration
on a Synchronous Genarator with a Rotor of HTC Bulk,
6th European Conference on Applied Superconductivity
(EUCAS2003), Sorrent (2003).
D. DePalma, T. Oide, H. Hatta, T. Nitta, F. Negrine, M.
Fabbri and A. Morandi: Tests and model of transformer
type high temperature Superconducting Fault Current
Limiter with adjustable trigger current level, 6th
European Conference on Applied Superconductivity
(EUCAS2003), Sorrent (2003).
Y. Shirai, A. Mochida, T. Morimoto, M. Shiotsu, H.
Hatta, T. Oide, M. Chiba, T. Nitta: Transient
Characteistics of One Machine Infinite Bus System with
3-phase Superconducting Fault Current Limiter, 6th
European Conference on Applied Superconductivity
(EUCAS2003), Sorrent (2003).
O. Sakamoto, T. Nitta,T. Nakano, H. Kameda, T.
Kumano, M. Asada and A. Izumi: Theoretical and
Experimental Study on Characteristics of Slow Response
Type Superconducting Generator for High Harmonic
Armature Current, The 18th International Conference on
Magnet Technology (MT-18), Morioka, 1B-a02 (2003).
H. Hatta, T. Nitta, M. Chiba, S. Muroya and Y. Shirai:
Experimental Study on the Relationship between the
Trigger Current of Transformer-Type Superconducting
Fault Current Limiter and the Fault Phase:, The 18th
International Conference on Magnet Technology
(MT-18), Morioka, 2D-p31 (2003).
Y. Shirai, A. Mochida, M. Shiotsu, H. Hatta, T. Oide, M.
Chiba and T. Nitta: Current Limiting Characteristics of
Superconducting Fault Current Limiter with Parallel and
Series Connection in Experimental Power System, The
18th International Conference on Magnet Technology
(MT-18), Morioka, 2D-p46 (2003).
J. Baba, T. Nitta, Y. Shirai, and Y. Hayashi: Power
controllable region of a power conversion system for
SMES by use of a single natural commutation converter
and an ICB energy transfer circuit, The 18th
International Conference on Magnet Technology
(MT-18), Morioka, 4D-p32 (2003).
Y. Miyake, T. Nitta, Y. Shirai and H. Hayashi: The
System Identification by SMES, The 18th International
Conference on Magnet Technology (MT-18), Morioka,
3M-p04 (2003).
著書
[26] 坂本織江, 仁田旦三, 亀田秀之, 泉 昭文: 高調波電
流流入時に低速応型超電導発電機のダンパ円筒に生
じるジュール熱の計算, 平成 16 年電気学会全国大会,
神奈川, 第 5 分冊, pp. 27-28 (2004).
[14] 仁田旦三他（分担執筆）: 低温の生成と応用超伝導
論文集, Chapter 12 超電導電力機器の実用化, 大塚
泰一郎・石崎嘉弘 監修, エクティー株式会社, pp.
183-197 (2004).
その他
総説・解説論文
[27] 仁田旦三: 「英文特集号」によせて, 電気学会論文
誌電力エネルギー部門誌, 123 巻, 5 号,pp. 567-568
(2003).
[28] 仁田旦三：「ＯＨＭ」交遊対談 2003.5,7,9,11,2004.3
[29] 仁田旦三：超電導体使い発電機，日本経済新聞 2003．
8.8 掲載
[15] 仁田旦三(分担執筆): 電力貯蔵と現状と将来４―超
電導コイル電力貯蔵(SMES)は実現したか―, 電気
学会誌, 123 巻, 5 号, pp. 278-279 (2003).
シンポジウム・研究会・大会等発表
[16] 過冷却液体窒素中の沿面火花電圧: 千葉政邦, 仁
田 旦 三, 電 気学 会 研 究会 放電 研 究 会, ED-03-104,
pp.31-36 (2003).
[17] 中丸成人, 白井康之, 佐藤晃一, 仁田旦三, 柴田勝
彦: SMES の電力制御と負荷系統の自立運転への移
行, 平成 15 年度電気学会電力・エネルギー部門大会,
東京, 分冊 A, 149, pp.425-426 (2003).
[18] 田渕宏樹, 千葉政邦, 仁田旦三: バルク超電導体を
回転子に持つ同期発電機の特性に関する研究, 平成
15 年度電気学会電力・エネルギー部門大会, 東京,
分冊 A, 283, pp.425-426 (2003).
[19] 中丸成人, 白井康之, 仁田旦三, 山下武健志, 柴田勝
彦: SMES を用いた付加系統の自立運転への移行, 電
気学会電力技術・電力系統技術合同研究会, 沖縄,
PE-03-25/PSE-03-36, pp. 1-6 (2003).
[20] 山 下 武 健 志 , 三 宅 陽 一 郎 , 仁 田 旦 三 , 白 井 康 之 :
SMES を用いた電力系統の運転状態把握に関する研
究, 電気学会電力技術・電力系統技術合同研究会, 沖
縄, PE-03-27/PSE-03-38, pp. 13-18 (2003).
[21] 持田晃弘, 白井康之, 塩津正博, 仁田旦三, 千葉政邦,
尾出友実: 超電導限流器を導入した模擬系統におけ
る実験的検討, 電気学会電力技術・電力系統技術合
同 研 究 会 , 沖 縄 , PE-03-28/PSE-03-39, pp. 19-23
(2003).
[22] 三宅陽一郎, 仁田旦三, 佐藤晃一, 武田晋二, 白井康
之, 石井敏則, 木村博信, 林秀美: 1kWh/1MW モジュ
ール型 SMES による電力系統の状態把握実験の解析,
電気学会電力技術・電力系統技術合同研究会, 沖縄,
PE-03-51/PSE-03-62, pp. 25-28 (2003).
[23] 仁田旦三: 超電導技術による電力システムの高性能
化, 原子力高度技術研究会 原子力将来技術に関す
る研究 第Ⅵ−6 回作業部会, (財)産業創造研究所
原子力化学工学センター, pp.1-9 (2004).
[24] 干潟太郎, 馬場旬平, 千葉政邦, 仁田旦三: YBCO 高
温超電導薄膜のパルス電流に対する応答, 平成 16 年
電気学会全国大会, 神奈川, 第 5 分冊, p. 10 (2004)
[25] 尾出友実, 千葉政邦, 仁田旦三, D. De Palma: 動作開
始電流値調整可能な高温超電導限流器の限流動作に
関する実験的検討, 平成 16 年電気学会全国大会, 神
奈川, 第 5 分冊, pp. 17-18 (2004).
21
小田研究室
Oda Laboratory
小田 哲治・韓 尚甫・高橋 正・鈴木 明憲・
小野 孝一
Cleaning of Polluted Gas by Using Non-Thermal
Plasma
T. ODA, S.B.HAN, T. TAKAHASHI,A.SUZUKI and
K.ONO
(http://streamer.t.u‑tokyo.ac.jp)
研究現況
Current Research Projects
1.
ＬＩＦ等光学的手法による非熱平衡プラズマ
中の分子および活性種の観測
小田 哲治・武澤 慶
Optical Observation of Molecules and Radicals in
Non-Thermal Plasma by LIF and Other Optical
Spectroscopy
T. ODA, and K.TAKEZAWA
放電によって発生させた大気圧非熱平衡プラズマ中で
発生する分子やラジカルの二次元分布と、その時間変化
をレーザ誘起蛍光法(LIF)などで測定し、非熱平衡プラズ
マ中の反応機構の解明を行っている。非熱平衡プラズマ
による大気中の各種汚染物質の除去については多くの研
究者が報告しているが、その反応機構は不明な点が多い。
これは非熱平衡プラズマ中でのラジカルや分子観測技術
が確立されていないことに起因する。本研究では、クエ
ンチ効果が無視できる波長可変エキシマレーザ励起
(248nm)による OH ラジカルの観測手法、色素レーザ
(226nm)による O ラジカル、ＮＯ分子の観測手法を確立し、
パルスアークプラズマ、パルスコロナプラズマ、パルス
バリア放電プラズマ中でのラジカルの挙動、ガス雰囲気
による挙動変化などを研究している。OH の発生挙動解析
に続き、NO の挙動解析、オゾン発生観測、ストリーマ挙
動とラジカルとの関係などを明らかにしつつある。
Three different Laser-Induced Fluorescence (LIF)
techniques were developed to analyze chemical reactions,
especially radical reactions, in the atmospheric pressure
non-thermal plasma.
In order to design a practical
non-thermal plasma reactor to remove dilute gaseous
contaminants in air or flue gas, understanding of those
chemical reactions is essential but not yet done in the world.
KrF excimer laser (248nm) induced fluorescence (LIF) with
relatively very weak quenching effect was developed to detect
OH radical 2-dimensional distribution with time and NO LIF
by using 2nd harmonics (226 nm) of Dye Laser was also
developed in two dimension with time.
OH generation and
NO decomposition related with the pulse discharge have been
observed.
OH generation is strongly dependent on the
environmental gaseous condition and NO decomposition is
also controlled by some radicals produced by the plasma.
Streamer analysis related with shock wave and ozone
generation were performed with a short-gate II-CCD camera.
TARIF for O radical detection was also established just now.
2.
非熱平衡プラズマによる大気中各種有害気体
の浄化
22
非熱平衡プラズマの強力な酸化力により大気中に微量
(100~1,000ppm)存在するフロン等の揮発性有機物(VOCs)
や窒素酸化物(NOx)を分解除去する技術の開発を行って
いる。フロンやトリクレン等を 99%以上分解することが
可能であり、その分解効率向上を触媒により促進するこ
とを検討している。ガソリンエンジン排ガス処理で有効
な３元触媒、今後が期待されるゼオライト触媒、酸化バ
ナジウムなどとの併用効果について VOC 処理,NOx 処理
ともに検討中である。放電によって生成したオゾンやそ
の他の物質を触媒で分解し O ラジカルを発生させ、そこ
で酸化反応を強力に行う技術についても研究をしている。
二酸化マンガンを用いることで分解のエネルギー効率を
大幅に上げることが可能であることを実証した。プラズ
マの進行をモデル化した反応のシミュレーションも作成
中である。
Atmospheric pressure non-thermal plasma processing is
studied to decompose dilute VOCs or NOx in air or
combustion flue gas efficiently. 50~1,000ppm CFC or
trichloroethylene (TCE) in air were decomposed more than
99% by the plasma. In order to improve both energy
efficiency and decomposing ratio, a novel plasma process
combined with catalyst is under investigation. Also, DeNOx
process by using 3 way catalyst which removes NOx, COx,
and HC simultaneously, was examined. Zeorite or TiO2
with/without V2O5 were also tested as catalyst with the
non-thermal plasma pressing including absorption effects. The
relation of the ozone generation and VOC decomposition is
also experimentally studied. Reaction simulation is newly
developed including non-thermal plasma development and that
chemical reactions. As a new catalyst, manganese oxide is
investigated combined with the plasma.
3.
高分子絶縁体中の空間電荷測定と熱刺激電流
小田 哲治
Measurements of Space Charge Distribution in
Polymers and Thermally Stimulated Currents
T. ODA
各種の圧力波法を用いて高分子絶縁体中の電荷や空間
的分布の測定を行っている。高分子絶縁体は、その優れ
た絶縁特性からケーブルや電力用機器の絶縁材料等に広
く用いられているが、帯電しやすく材料中の空間電荷に
よる絶縁特性の劣化が問題となっている。高分子絶縁材
料中の空間電荷測定には圧電素子誘起圧力波法 (PIPWP
法)、レーザ誘起圧力波法(LIPP 法)等がある。本研究では、
LIPP 法に基づく空間電荷分布測定装置を開発中である。
その再現性を向上するために、前面電極に厚さ 1mm のア
ルミニウム板を配置し、そこにレーザ照射衝撃波を発生
させ、アルミ板状を伝搬させてから試料に圧力波が伝わ
ることで雑音の軽減、衝撃波の大きさを一定に保つこと
に成功、空間電荷分布を再現性よく観測できるようにな
った。空間分解能は１０μｍ程度である。この装置中で
試料温度を上げることが可能となり、電荷消散と温度と
の関係を空間分布としてとらえることに成功し、熱刺激
電流特性との相関を研究中である。
The space charge distributions in polymers were measured
by using a pressure wave propagation method. Polymers have
been widely used as insulators because of their excellent
insulating characteristics but they also cause various
electrostatic problems. The normal LIPP method uses a thin
metal film irradiated by the laser but the degradation of the
film was often observed. To remove that problem, a thick
aluminum plate was fixed on the polymer surface and the
shock wave was generated on the plate surface and transmitted
to the polymer surface.
That new method realizes the
measurement of reliable and reproducible space charge
distribution observation. By using that new technology,
space charge behavior with the temperature was analyzed.
That space charge distribution change was compared with
TSDC analysis.
4.
研究論文
[1]
T.Oda, K.Yamaji and T.Takahashi, Decomposition of
Dilute Trichloroethylene by Non-Thermal Plasma
Processing ‐ Gas Flow Rate, Catalyst and Ozone
Effect, Trans.IEEE Ind.Appl., vol.40, No.2, pp.430-436
(2004)
[2] R.Ono and T.Oda, “Visualization of Streamer Channels
and Shock Waves Generated by Positive Pulsed Corona
Discharge
Using
Laser
Schlieren
Method,”
Jpn.J.Appl.Phys., vol.43, no.1, pp.321-327(2004)
[3] R.Ono and T.Oda, “Spatial distribution of ozone density
in
pulsed
corona
discharges
observed
by
two-dimensional laser absorption method,” J.Phys.D
(appl.Physics), vo.37, pp.730-737 (2004)
[4] R.Ono and T.Oda, Formation and structure of primary
and secondary streamers in positive pulsed corona
discharge—effect of oxygen concentration and applied
voltage,” J. Phys. D: Appl. Phys. 36 1952–1958, (2003)
[5] R.Ono and T.Oda, “Dynamics of ozone and OH radicals
generated by pulsed corona discharge in humid-air flow
reactor measured by laser spectroscopy,” J.Appl.Phys.,
vol.93, pp.5876-5882 (2003)
[6] 小野、小田「パルスコロナおよびパルスバリア放電
下の OH ラジカルの測定」電気学会論文誌, Vol.123-A,
No.9, pp.920-925 (2003)
[7] T..Oda:
“Non-thermal
plasma
processing
for
environmental protection: decomposition of dilute VOCs
in
air”
Journal
of
Electrostatics,
vol.57,
pp.293-311(2003)
[8] T.Oda
and
K.Yamaji:“Dilute
Trichloroethylene
Decomposition in Air by Using Non-Thermal Plasma
–Catalyst Effect- ” Journal of Advanced Oxidation
Technologies, vol.6, No.1, pp.93-99, (2003)
[9] T.Oda:
“Non-thermal
plasma
processing
for
environmental protection: decomposition of dilute VOCs
in
air”
Journal
of
Electrostatics,
vol.57,
pp.293-311(2003)
[10] T.Oda
and
K.Yamaji:“Dilute
Trichloroethylene
Decomposition in Air by Using Non-Thermal Plasma
–Catalyst Effect-” Journal of Advanced Oxidation
Technologies, vol.6, No.1, pp.93-99, (2003)
カーボンナノチューブ作成とその応用
小田 哲治
Manufacturing of Carbonnanotube and That
Applications
T. ODA
新規に開発した CVD 法により作成したカーボンナノ
チューブを電界放出による電子供給源としての可能性を
実験的に検証している。
Carbon-nanotubes are fabricated by a newly developed
CVD method and are evaluated their properties. An electron
field emission performance is examined as a good electron
source. Various chemical treatments are tested to change that
performance.
5.
水素操作時の静電気問題
小田 哲治
Electrostatic Problems in the Hydrogen Handling
T.ODA
新しいエネルギー源として注目を浴びている水素操作
（特に、水素ステーションなどでの）時における静電気
帯電や放電現象の解明を行う。
Various kinds of electrostatic problems including
electrostatic charging, discharge and firing are examined
experimentally and theoretically, strongly related with the
hydrogen station.
国際会議論文
[11] T.Oda, S.B. Han and K.Yamaji, “VOCs Decompositio by
the Non-Thermal Plasma Process,” Proc.ESA-IEEE Joint
Meeting Electrost.2003, Little Rock pp.406-415 (2003)
[12] R.Ono and T.Oda, “Optical Analysis of A Positive Pulsed
Corona Discharge”, Proc. APSPT-3, Taipei pp.107-112
(2003)
[13] Tetsuji Oda, SangBo Han, ”Dilute Trichloroethylene
Decomposition in Air by the Non-Thermal Plasma
論文・著書一覧（2003 年度）
Publications List
23
Process combined with the Manganese Oxide,” Proc.
APSPT-3, Taipei, pp.60-65 (2003)
[14] G.Yamada, SangBo Han, “Rotational Temperature and
Density Measurements of NO Molecule Generated by
Pulsed Streamer Discharge,” IEEE Conf, Rec.-Abstract,
ICOPS 2003, Cheju, p.253 (2003)
[15] R.Ono and T.Oda “Measurement and Kinetic Analysis of
Ozone and OH Radicals in Pulsed Corona Radical
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小野亮，小田哲治：
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李善雨、小田哲治：
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演会, pp.45-48(2003)
S.B.Han and T.Oda; “Catalytic Effects of Manganese
Dioxide for the Decomposition of Trichloroethylene in
Air,” Proc.2003 Ann.Meeting of the Inst.Electrost. Jpn.,
pp.7-10, (2003)
山下陽太，小野 亮，小田哲治「パルス放電中の O
ラジカルの挙動観測−LIF 法−」静電気学会全国大
会講演論文 03, pp.29-32 (2003)
小野 亮，小田哲治「パルスコロナ放電下のオゾン
濃度分布」 静電気学会全国大会講演論文集 03,
pp.59-62 (2003)
山下浩司、小田哲治：
「高分子薄膜の帯電特性に対す
るプラズマ表面処理効果」 静電気学会全国大会講
演論文集 03, pp.81-82 (2003)
山下浩司、小田哲治：
「高分子薄膜表面・内部の電荷
挙 動 」 静 電 気 学 会 全 国 大 会 講 演 論 文 集 03,
pp.101-104 (2003)
李善雨、小田哲治：
「化学処理したカーボンナノチュ
ーブの XPS による分析」 静電気学会全国大会講演
論文集 03, pp.261-264 (2003)
小野 亮，小田哲治「単ゲート ICCD カメラおよび
シュリーレンによるストリーマの観測」(静電気学会
全国大会講演論文集 03, pp.249-252(2003)
山地・藤井研究室
Yamaji and Fujii Laboratory
る。
The contribution of the transportation sector to the global
petroleum consumption and energy-related CO2 emissions is
increasing over time, implying the growing importance of the
transportation sector to address the problems of oil supply
shortage and environmental degradation. As an effective
technological option for addressing these problems in the
transportation sector, the focus has recently been placed on the
potential of hydrogen. In this context, this model research
attempts to assess the potential role of hydrogen in the
transportation sector and to describe the optimal pattern of
hydrogen production, transportation, and utilization during the
period 2000-2100, using a long-term regionally disaggregated
global energy system model with a detailed transportation
sub-model.
(http://park.itc.u‑tokyo.ac.jp/yamaji/)
研究現況
Current Research Projects
1.
技術進歩の不確実性を考慮に入れた核燃料サ
イクルの意思決定分析
竹下 貴之・山地 憲治・藤井 康正
Decision Making Analysis of Nuclear Fuel Cycle with
Uncertain Technology Progresses
T.TAKESHITA, K.YAMAJI and Y.FUJII
核燃料が発電所の原子炉で使用されると使用済み燃料
となるが、それらは一般に、中間貯蔵や再処理などの一
連のステップを経て処理されるか、あるいは地下深い安
定した岩盤層に直接処分される。この研究の焦点は将来
の技術進歩の不確実性に関する核燃料サイクルの意志決
定分析を行うことである。核燃料サイクルの構成技術の
将来単価シナリオに関する様々な感度分析を通じて、日
本における原子力発電のための研究開発の最適戦略を、
大規模線形計画モデルを用いて検討する。
After nuclear fuel has been used in a reactor to generate
electricity, it is known as 'spent fuel' and may undergo a fuel
cycle that is a further series of steps including temporary
storage, reprocessing, or may be directly disposed of in stable
rock structures of deep underground. The focus of this study is
to make a decision making analysis of nuclear fuel cycle with
uncertainties of future technological progresses. Through
various sensitivity analyses about future cost reduction
scenarios of its component technologies, the optimal strategies
for R&D of the nuclear power generation in Japan is
investigated with a large-scale linear programming model.
3.
マルチエージェント型の世界エネルギーモデ
ルを用いたエネルギー安全保障政策の評価
篠原 剛・渡邊 裕美子・林 武人・藤井 康正・
山地憲治
Policy Assessment of Energy Security with a Global
Energy Model of Multi-agent Type
T.SHINOHARA, Y. WATANABE, T.HAYASHI,
Y.FUJII and K.YAMAJI
エネルギー安全保障の確保は優先順位の高い国家的政
策課題である。しかしながら、これまで開発されたエネ
ルギー需給モデルは、個々の国家の国益が対立する状況
も想定されるエネルギー安全保障の評価を適切に行うこ
とはとても困難である。そこでは、エネルギー市場の完
全競争や、調和のあるエネルギー貿易の均衡状態の実現
が仮定されているからである。本研究では、各国は独自
の国益の最大化を行うという仮定の下、マルチエージェ
ントシステムとして定式化されたエネルギー需給モデル
により、利害関係に相関を有する複数の国家のエネルギ
ー需給戦略をコンピュータ上でシミュレーションする。
Secure procurement of energy resources is one of the most
highly prioritized national policy subjects. However, it is very
difficult for conventional energy supply and demand models to
evaluate appropriately national energy security in the situation
where a national interest of each country can be opposed to
each other. This is because the conventional energy models
assume fully competitive world energy markets and
harmonized equilibrium states of world energy trades. In this
research, we attempt to simulate the formation of energy
procurement strategies of multiple countries which have strong
mutual interests in each other, under assumption of
maximizing their own self interests, by using the energy model
formulated as a multi-agent system.
2.
運輸部門を詳細に考慮した水素生産・輸送・利
用シナリオの作成
竹下 貴之・北浦 孝啓・戸張 智貴・藤井 康正・
山地 憲治
Scenario Developing for the Global Production,
Transportation, and Utilization of Hydrogen with a
Detailed Consideration of the Transportation Sector
T. TAKESHITA, T. KITAURA, N.TOBARI, Y.FUJII
and K.YAMAJI
石油消費量や CO2 排出量に占める運輸部門のシェアが
経年的に高まっており、資源枯渇問題や CO2 排出問題の
対策を考える上で運輸部門の重要性が高まっている。そ
して、昨今、運輸部門においてこれらの問題を緩和する
手段としての水素利用の可能性が注目されている。そこ
で、本研究では、2100 年までを対象とし、運輸部門を詳
細に表現した世界地域細分化型エネルギーシステムモデ
ルを用いて、水素が運輸部門において果たし得る役割、
最適な水素の生産・輸送・利用の具体像について検討す
4.
25
流通設備の階層構造を考慮した系統モデルに
よる分散発電・電力貯蔵の導入可能性評価
篠原 雄一郎・林 武人・藤井 康正・山地 憲治
industry is formulated on the basis of the game theory and a
power transmission network model. The purpose of the study
is to analyze the behavior of the transmission right market
through multi-agent based computer simulation, and is to
clarify the mechanism design problems of the market.
Evaluation of Distributed Generation and Storage
Facility Installation Using a Hierarchical Structure
Model of Power Transmission and Distribution
Equipment
Y.SHINOHARA, T.HAYASHI, Y.FUJII and
K.YAMAJI
6.
自由化された電気事業におけるアンシラリー
サービス市場のモデル化に関する研究
稲垣 憲治・林 武人・藤井 康正・山地 憲治
Study on Modeling of the Markets of Ancillary
Services in a Deregulated Power Industry
K.INAGAKI, T.HAYASHI, Y.FUJII and K.YAMAJI
急速な技術進歩により、風力発電、太陽光発電および
コージェネレーションシステムのような分散型発電技術
の電力系統への導入が進んでいる。本研究の目的は、分
散型電源および電力貯蔵装置による電力流通設備の代替
効果や送電線事故による確率的な停電を明示的に考慮す
るために、電力系統の流通設備の電圧階級別の階層構造
を有したモデルを構築し、それを用いて分散型電源およ
び電力貯蔵装置の導入可能性を、確率計画を通して分析
することである。
Distributed power generation technologies such as wind
turbines, solar cells and co-generation systems are gaining the
opportunities of participating into grid power systems due to
rapid technology improvement. The purpose of this study is to
build a hierarchical structure model and also to analyze
potential of distributed power generation and storage facility
installation with stochastic mathematical programming. The
power system model built here considers explicitly hierarchical
structure of several voltage classes of power systems and
stochastic power failures due to accidents of transmission lines,
in order to take account of substitution effect of power
transmission and distribution equipment by distributed
generation and storage facility.
電力市場では一般に、電気エネルギー以外に、電力の
品質を維持するために、無効電力供給、電圧制御、瞬動
予備力、運転予備力などのアンシラリーサービスも取引
されている。本研究では特に、瞬動予備力、運転予備力
などの設備容量と関連が深いサービスを取り上げ、これ
らのアンシラリーサービス市場の制度設計が、種類別の
電源構成に与える影響を評価するためのマルチエージェ
ントシミュレーション型のモデルを構築する。そのモデ
ルでは、各発電所は強化学習により独自の利益を追求す
る経済主体として定式化され、発電事業者の市場参入と
市場退出も考慮する。
In the electric power market, generally speaking, in order to
maintain the quality of electric power, the ancillary services of
reactive power supply, voltage control, instantaneous capacity
reserve, operating capacity reserve and so forth are traded in
addition to electric energy. In this research, especially, our
interest focuses on the ancillary services of the capacity
reserves, such as instantaneous capacity reserve and operating
capacity reserve, and we build a model of multi-agent
simulation type for evaluating the influence of the market
mechanism design on the power generation mixes. In the
model, each power producer is formulated as an economic
agent that pursues its own self-interest by reinforced learning,
and market entry and exit of power producers is also taken into
consideration.
5.
送電権市場の制度設計に関する研究
岡村 知暁・林 武人・藤井 康正・山地 憲治
Study on the Mechanism Design of the Market of
Power Transmission Rights
T. OKAMURA, T.HAYASHI, Y.FUJII and
K.YAMAJI
経済性を追求するために、世界的に電気事業の自由化
が進められている。自由化された環境での電力系統の各
種計画は、従来とは大きく異なり、自己の利益を追求す
る複数の意思決定者による競争あるいは協調を考慮に入
れて立案されなくてはならない。本研究では、自由化さ
れた電気事業における送電権市場を送電ネットワークモ
デルならびにゲーム理論に基づいて定式化し、市場の挙
動解析を、マルチエージェントを用いたコンピュータシ
ミュレーションを通して行い、その制度上の問題点等を
明確にすることを試みる。
In order to pursue economical efficiency, deregulation of an
electric power industry is advanced globally. Electric power
system planning in the deregulated industry is greatly different
from the one before, and competition as well as cooperation of
multiple decision makers who pursue their own self-interests
must be taken into account. In this study, a model of the
market of power transmission rights in the electric power
7.
市場価格の不確実性を考慮した確率的最適電
力調達戦略に関する研究
丹羽 弘善・林 武人・藤井 康正・山地 憲治
Stochastic Optimal Electric Power Procurement
Strategies with Uncertain Market Prices
H. NIWA, T.HAYASHI, Y.FUJII and K.YAMAJI
電力の小売事業者は、需要家の代わりに卸売市場の価
格変動から生じるリスクを引き受けることになる。この
ことは、この不確実状況下における最適電力調達戦略の
作成手法の開発が必要であることを意味している。本研
究では、規制緩和された電力市場における電力調達のた
めの長期相対契約の価値や、小売事業者が自家発電設備
を有することの価値を、確率微分方程式を用いた動的計
画に基づいて評価する手法の提案を行う。
26
Distribution companies have to take the risk stemming from
the price fluctuation of a wholesale market instead of the
customers. This entails the necessity to develop a certain
method to make an optimal strategy for electricity procurement
under this particular uncertainty. This research has the purpose
for proposing the mathematical method based on dynamic
programming with stochastic differential equations, to evaluate
the value of a long-term bilateral contract of electricity trade,
and also the value of a project of combination of the bilateral
contract, power generation with their own generators.
[3]
[4]
8.
コージェネレーションと地域エネルギーネッ
トワークの検討
室園 晃徳・林 武人・藤井 康正・山地 憲治
Evaluation of District Energy Networks including
Cogeneration Systems
A.MUROZONO, T.HAYASHI, Y.FUJII and
K.YAMAJI
[5]
[6]
CGS（コージェネレーション）を代表とする分散電源
の導入が進んでいる。従来からの電力ネットワークに加
え、それらが消費するガスのネットワーク、CGS 等が供
給する電力、ならびに温水等の熱のネットワークを、効
率良く配置し結合できれば、経済的にも環境的にも優れ
た地域エネルギーネットワークを形成できる。本研究で
はこのような地域エネルギーネットワークの数理計画モ
デルの構築し、その将来的な可能性を、家庭部門のエネ
ルギー消費の時間的挙動を模擬するマルチエージェント
モデルを用いて評価する。
CGS (cogeneration system) is one of typical examples of the
distributed power sources, and has been steadily increasing its
total installed capacity. By connecting several CGSs with heat
distribution grids, as well as utility networks of electricity and
city gas, a novel district energy network can be built, which is
economically more efficient and environmentally more benign.
The purpose of the study is to develop a mathematical
programming model of such district energy networks, and to
evaluate their future feasibility using multi-agent models
which simulate the temporal behaviors of energy consumption
of each household.
[7]
[8]
国際会議論文
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小宮山涼一、林武人、藤井康正、山地憲治：強力ゲ
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藤井康正：地球再生計画の実施計画作成に関する調
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山地 憲治：マルチエージェントモデルによる発電事
業者の入退場を考慮した電力市場分析, 平成 16 年電
気学会全国大会, [6]-47, pp.79-80, 相模原, 3/17-19
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[90] 山地憲治：政策決定と科学, 電気新聞, 11/11 (2003)
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[93] 山地憲治：核融合の魅力と魔力,電気新聞, 2/3 (2004)
[94] 山地憲治：化石燃料の寿命, 電気新聞, 3/9 (2004)
その他
[74] 山地憲治：再処理・プルトニウム利用路線を再考す
べき もんじゅ判決「これだけは言っておきたい！」
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[75] 山地憲治：再処理政策を見直せ,原子力発電 どう位
置づけるか,毎日新聞, 4/7 (2003)
[76] 山地憲治：もう一つのガス資源,電気新聞, 4/17 (2003)
[77] 山地憲治、平田賢：都市エネルギーの効率的利用と
熱供給, 熱供給, Vol.51, spring, pp.04-07 (2003).
[78] 山 地 憲 治 ： 新 エ ネ の 環 境 価 値 , 電 気 新 聞 , 5/21
(2003)
[79] 山地憲治：アンモニアと原子力, 電気新聞, 6/19
(2003)
[80] 山地憲治：エネルギー政策の課題と展望, 建設工業
新聞, 6/20 (2003)
[81] 山地憲治：バイオマス発電における行政施策と地域
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バイオ
マス発電 最前線, 技術情報センター, 6/25 (2003)
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[83] 山地憲治：単位の話, 電気新聞, 7/23 (2003)
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Vol.36, No.8, pp.32-34 (2003).
[85] 山地憲治：時代遅れの国策の下では原子力に未来は
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[86] 山地憲治：エクセルギー, 電気新聞, 8/29 (2003)
[87] 山地憲治：資源・環境制約と化石燃料, 技術士,9 月
30
日髙・熊田研究室
Hidaka and Kumada Laboratory
であるが、高電圧の場合にはその発生自体が困難である。
本年度より電圧立ち上がり時間 20ns、10µs 経過後の減衰
率 2.5%以下、最大波高値 200kV という理想的な方形波高
電圧を発生可能な装置を導入し、気体中の V-t 特性の測定
を開始した。現在絶縁ガスとして広く用いられている SF6
ガスが地球温暖化ガスとして使用の削減が求められてい
る背景から、現在までに SF6 ガス、CF3I ガス、それらの
N2、空気との混合ガスを対象に測定を行ってきた。CF3I
ガスは温室効果への寄与が極めて低く、しかも N2 を 40%
まで混合してもなお純粋 SF6 ガスと同等の高い絶縁性能
を示すが、液化温度が大気圧で‐22.5℃と高い欠点を持つ。
しかし他のガスとの混合により分圧を下げるなどの対策
をとることで、利用可能な分野はあると考えられる。
Steep-front square-pulse voltages with a long duration are
useful for clarifying the mechanism of electrical discharge
propagation. It has so far been hard to generate such a voltage,
when its peak value is required to be several hundred kilovolts.
Our laboratory introduced a new high voltage generator
making a square-pulse voltage with a rise time of 13 ns, a
dumping factor less than 2.5% after 10 µs duration and a peak
value of 200 kV, and started measuring voltage-time
characteristics of various gases. SF6 gas, which is a major
electrical insulating medium in high voltage equipments, has
been designated as a greenhouse effect gas, and should be
reduced or replaced by other gases. Voltage-time (V-t)
characteristics are measured in SF6, CF3I, and their gas
mixtures with N2 and air. CF3I gas has extremely low
environmental effect and high insulation performance. V-t
characteristics in CF3I-N2 gas mixture which contains N2 gas
of 40% are equivalent to those in pure SF6 gas. Though
liquefaction temperature of CF3I gas is high, there may be
many applicable fields if liquefaction temperature is lowered
by mixing with other gases.
(http://www.hvg.t.u‑tokyo.ac.jp)
研究現況
Current Research Projects
1.
沿面放電の基礎特性
千葉 政邦・熊田 亜紀子・日髙 邦彦
Fundamental Characteristics of Surface Discharge
M. CHIBA , A. KUMADA and K. HIDAKA
沿面放電の開始と進展に関しては、これまでの長い研
究の歴史があるが、基礎的な性質について、未だよく解
らないことも多い。絶縁物表面の電位、電荷密度の測定
手法としては、ポッケルス効果を利用する手法や、表面
電位計を用いた手法がある。後者は、ハンドリングや S/N
に優れるという長所がある反面、分解能が低いという欠
点があり沿面放電の詳細な測定は行われてこなかった。
本年度においては、表面電位計の構造が分解能に及ぼす
影響を検討し、分解能 1mm の表面電位計を作成し正極性
沿面ストリーマを対象としてその微細構造を測定した。
その結果、ストリーマ中心部に正味の電荷密度が小さい
プラズマ領域が存在し、また、先端部には局所的に残留
電荷の多い領域が存在し、その総電荷量はストリーマ転
換条件と一致することが明らかになった。
The measuring system of charges accumulated on an
insulating plate surface is developed with an electrostatic
probe whose sensing electrode is of 0.5mm diameter. In case
of measuring a surface of 2 mm thick PMMA plate, the spatial
resolution of the total measuring system reaches 1 mm by
using the image restoration process with Wiener filter. With
this system, the distribution of the residual surface charge
distribution on an insulating plate just after the occurrence of a
positive surface streamer at 25 kPa (190 Torr) air is measured.
It is observed that the charge accumulated at the head of a
streamer is the 10-11 C whose value satisfies streamer
transformation criteria. The charge distribution across a
streamer takes a peak on the edge of the streamer. This
suggests that a quasi-neutral ionized channel exists in the
center of a streamer.
3. 気体カー効果による電界測定
西田 悠介・松岡 成居・熊田 亜紀子・日髙 邦彦
Electric Field Measurement in Gas Using Kerr Effect
Y. NISHIDA, S. MATSUOKA, A. KUMADA
and K. HIDAKA
気体のカー効果を用いた電界の非接触計測手法の開発
を行っている。これは被測定対象に擾乱を与えずに電界
測定を行える理想的な電界測定手法であり、放電現象の
解明や、電力機器の絶縁設計において、きわめて有力な
手法である。昨年度、光学的位相変調技術を採用した高
感度位相測定装置を開発し、大気圧空気のカー定数の実
測に成功した。本年度は本測定装置を用いて、交流不平
等電界や、コロナ放電の生じている空間における電界を
測定し、その電界の空間的変化及び時間的変化を把握し
た。
The sensing technique based on the Kerr electro-optic effect
of gas is applied to the electric field distribution measurement
under such a condition that a corona discharge occurs. As the
急峻方形波高電圧を用いたナノ秒領域 V‑t 特
性の測定
豊田 裕之・松岡 成居・熊田 亜紀子・千葉 政邦・
日髙 邦彦
Measurement of Voltage-time Characteristics in
Nanosecond Range by Using Steep-front Square High
Voltage
H. TOYOTA, S. MATSUOKA, A. KUMADA,
M.CHIBA and K. HIDAKA
2.
放電進展のメカニズムを探るにあたり、急峻な立ち上
がりと十分に長い継続時間を持った方形波電圧が理想的
31
Kerr constant in atmospheric air is 1.3×10-18[m/V2], which is
less than 1/10000 of those in liquids, the phase retardation
caused by the Kerr effect of gas is measured by the high
sensitive system based on the optical phase modulation
technique. When an ac high voltage of 24 kV is applied to a
wire electrode stretched 7cm above a grounded electrode, a
corona discharge occurs from the wire electrode and the field
intensity near the wire electrode is saturated less than
15kV/cm.
K. HARUNO, S. MATSUOKA , A. KUMADA and
K. HIDAKA
高電圧の正確な測定は、電力機器の開発試験には欠か
せないものである。現在、電圧変成器や各種分圧器を用
いて、高電圧を分圧・降圧することにより測定している
が、サイズや価格などの面で改善が求められている。本
研究ではポッケルス効果を利用したオプトエレクトロニ
クスセンサを開発し、装置の小型・軽量化を図った。本
装置は直流からインパルス電圧まで広帯域の測定が一つ
の装置で可能で、また分圧することなく全電圧を直接測
定することから、周囲の電磁界の影響を受けないという
特長を持つ。本年度はセンサの改良を行い、また２つの
波長の光を入射することで、直接測定可能な電圧を 500kV
まで拡大した。
The accurate measurement of high voltage is required to
develop, test and monitor electric power systems. Voltage
transformers and various voltage dividers are usually used to
measure high voltage, but with increasing measured voltage,
they become bigger and more expensive. In this study, an
optical sensor based on Pockels effect is developed and a new
measuring system of 500 kV high-voltage is realized. The
new system has advantages of widely measuring such voltages
as dc, ac and impulse, and being free from electromagnetic
disturbance. Two light sources of 1300 and 1550 nm in
wavelength are introduced to effectively expand measured
voltages from 200 to 500 kV.
4. 界面の絶縁破壊現象
仁田 工美・松岡 成居・熊田 亜紀子・千葉 政邦・
日髙 邦彦
Electrical Breakdown Phenomena of Material
Interface
K.NITTA, S. MATSUOKA, M. CHIBA,
A. KUMADA and K. HIDAKA
あらゆる電気設備、機器、装置および電子デバイスに
おいて、異種材料の間や電極との間には必ず界面が存在
し、その界面が絶縁システム全体の性能に重大な影響を
もたらしている。そこで、界面絶縁構成における各種パ
ラメータから最終的には絶縁性能を適確に評価する手法
を確立したいと考えている。本年度は昨年行ったマイク
ロメーターオーダーとなる界面距離と絶縁破壊電圧につ
いての研究をさらに進め、微小ギャップの放電現象を観
測するための実験装置を構築し、解析結果との比較検討
を行った。過電圧率と放電遅れ時間の関係について、整
理をすると共に、形成遅れ時間を統計遅れ時間のギャッ
プ長依存特性について考察を行った。陰極からの 2 次電
子放出係数γと正イオンの衝突回数から、微小ギャップ
の放電現象はタウンゼント理論でモデル化できる可能性
が高いことを示した。
Composite insulation systems consisting of different
dielectric materials have been widely used in almost all
electrical apparatuses and electronic devices. In general, such
composite systems are much more complex in their insulation
characteristics than one component system because they have
interfaces between different materials. It is important to derive
an empirical criterion of electrical breakdown strength at
material interfaces for various parameters of electrical
insulation. The inception voltage in a narrow air gap of micro
meter order is studied by experimental compared with analysis
results. We discussed about the relationship between over
voltage rate and breakdown time lag by measuring formative
and statistical time lag. We suggested that the discharge
phenomena of narrow gap are modeled by Townsend theory
from experiment data of secondary electron emission rate γ
and collision time.
6.
直流電界下における絶縁物の帯電現象
熊田 亜紀子・松岡 成居・日髙 邦彦
Charge accumulation on an insulator under dc
electric field
A. KUMADA, S. MATSUOKA and K. HIDAKA
ガス絶縁開閉機器は、交流に用いられる場合において
も断路器開極時に最大で運転電圧分の直流電圧が残留す
る。するとスペーサ近傍の電界分布は、容量分布に基づ
いて決定される場から、抵抗分布に基づいて決定される
場へと移行する。抵抗場への移行に伴いスペーサとガス
の界面には帯電が生じる。このようなスペーサに逆極性
の電圧が加わった場合の破壊電圧の低下が指摘されてい
る。表面電位計を用いて分解能 3.9mm、測定点数 3402 点
に及ぶ、帯電電荷密度分布測定装置を開発した。表面電
位計出力は、対象物全面の帯電電荷の影響を受けるため、
電界計算により求めた関係式を用いて、電荷密度分布に
逆算している。本年度においてはさらに本測定装置を用
いて、直流 10kV 印加時の PTFE コーンスペーサの帯電特
性の測定を開始した。
When a dc voltage is applied to an insulating spacer for a
long time, the electric field distribution around it changes from
the initial capacitive distribution to a resistive distribution,
which is determined by the resistivity of the material.
Consequently, charges are accumulated on the spacer surface.
A surface charge measuring system is developed with an
5. ポッケルス高電圧測定器
春野 健太郎・松岡 成居・熊田 亜紀子・日髙 邦彦
Pockels High Voltage Measuring Apparatus
32
electrostatic probe using the digital signal processing technique.
The number of measured points is 3402, and the spatial
resolution reaches 3.9 mm. This spatial resolution is 5 times
higher than that reported in studies by other researchers. Using
this system, the distribution of the surface charge density on a
truncated cone spacer of polytetrafluoroethylene (PTFE) after
the application of dc 10kV is measured.
Measurement with Electrostatic Probe, IEEE Trans. on
Dielectrics and Electrical Insulation, Vol.11, No.1, pp.
122-129 (2004)
国際会議論文
[4]
7.
気体放電のシミュレーション
溝渕 隆・松岡 成居・熊田 亜紀子・日髙 邦彦
Numerical Simulation of Electrical Discharge in Gas
T. MIZOBUCHI, S. MATSUOKA, A. KUMADA,
and K. HIDAKA
[5]
気体放電の基本的現象であるストリーマのシミュレー
ションを流体方程式を解くことによって行っている。物
理的手法であるシミュレーションは、実験的に得られた
結果を検証するためにも非常に有効であり、また、任意
の条件下でのシミュレーションを行うことが可能である。
このようにシミュレーションが非常に有効であっても、
一般的に、シミュレーションの計算過程に計算の不安定
さを引き起こしたり、膨大な時間を要することがある。
本研究では、近年の計算機の高性能化や低価格化を背景
にストリーマのシミュレーションを行い、火花放電電圧
の推定を行った。また、平等電界、不平等電解中のスト
リーマの進展の違いについてもシミュレートしている。
The numerical simulation based on the fluid equation is
applied to the streamer discharge which is fundamental
phenomena of discharge. The simulation as physical approach
is very helpful for the verification of the experimental
resultants and could be done under any conditions. Although
numerical simulations are very useful for the theoretical study,
they could sometimes be unstable or take too much time. In
this research, with the resultants of the streamer simulation, the
flush-over voltage is estimated (In the case that the plate-plate
gap is 4.5mm and the anode radius is 5mm in the air, the
flush-over voltage is estimated as 14kV). And the streamer
discharge not only in the uniform field but also in the
non-uniform field is simulated.
[6]
[7]
[8]
総説・解説論文
[9]
[10]
[11]
論文・著書一覧（2003 年度）
Publications List
[12]
研究論文
[1]
[2]
[3]
Kumada, Y. Shimizu, M. Chiba and K. Hidaka : Pockels
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(2003)
熊田, 千葉, 岡部, 日高：正極性沿面ストリーマ残留
電荷密度分布の高分解測定、静電気学会誌, Vol.28,
No. 1, pp.77-82 (2004)
A.Kumada, S.Okabe and K. Hidaka: Resolution and
Signal Processing Technique of Surface Charge Density
A. Kumada, S. Okabe and K. Hidaka: Charge
distribution measurement on a truncated cone spacer
under dc voltage, Proceedings of XIII International
Symposium on High Voltage Engineering, Delft, the
Netherlands, p.458 (2003)
K. Nitta, M. Chiba, S. Matsuoka, M. C. Taplamacioglu
and K. Hidaka: Effect of electric field on discharge
phenomena in narrow gap between insulataing mateirals,
Proceedings of XIII International Symposium on High
Voltage Engineering, Delft, the Netherlands, p.169
(2003)
H. Toyota, S. Matsuoka and K. Hidaka: Voltage-time
Characteristics of SF6-N2 Gas Mixtures in Nanosecond
Range, Proceedings of 2003 Japan-Korea Joint
Symposium on ED & HVE, Nagasaki, pp. 29-32 (2003)
Haruno, S. Matsuoka, A. Kumada and K. Hidaka:
Directly Measuring System of High Voltage with Pockels
Effects, Proceedings of 2003 Japan-Korea Joint
Symposium on ED &HVE, Nagasaki, pp. 65-68 (2003)
H. Toyota, S. Matsuoka and K. Hidaka: Discharge
Phenomena in Nanosecond Range under Steep-front
Square Voltage Application, Proceedings of The Sixth
University of Tokyo-Seoul National University Joint
Seminar on Electrical Engineering, Seoul, pp.135-138,
(2003)
[13]
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日髙：これからのＥＭＣ ITU-T SG5 国内委員会
総務省情報通 信審議会 情 報通信 技術 分科会
ITU-T 部会 電磁防護・屋外設備委員会 電磁環境
工学情報 ＥＭＣ, No. 189, p. 45, (2004)
日髙：研究連絡委員会の活動から 産業競争力強化
のための競争的資金活用方策、学術の動向、第９巻、
第１号、pp.78-81 (2004)
日髙：基調講演 「電力技術者の育成について〜大
学の視点から〜」、九州工業大学寄附講座（九州電力
株式会社）電力系統制御工学講座 平成 15 年度活動
報告書、pp.63-72（2004）
日髙：第 13 回高電圧工学国際会議詳報、放電研究、
Vol. 47, No. 1, pp. 19-20 (2004)
シンポジウム・研究会・大会等発表
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[15] 熊田, 岡部：直流電界下における円錐台モデルスペ
ーサの帯電特性、電気学会放電・高電圧合同研究会
資料, ED-03-89/HV-03-60 ,pp.9-15(2003)
[16] 熊田, 岡部：二層に帯電した誘電体板の表面電位計
を用いた電荷密度分布測定、電気学会放電・高電圧
合同研究会資料, ED-03-88/HV-03-59,pp.1-8 (2003)
[17] 豊田、松岡、日高： 急峻方形波パルス電圧を用いた
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[18] 春野、松岡、熊田、日高： ポッケルス高電圧直接測
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[19] 春野、松岡、熊田、日高： ポッケルス高電圧直接測
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[20] 熊田, 千葉, 日高, 岡部: 正極性沿面ストリーマ残
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(2003)
[21] 熊田, 岡部, 日高：表面電荷密度分布測定の分解能に
及ぼす各種パラメータの影響、電気学会放電・誘電
絶 縁 材 料 ・ 高 電 圧 合 同 研 究 会 資 料 ,
ED-04-36/DEI-04-43/HV-04-36, pp.55-62 (2004)
[22] 日髙：基調講演「電力技術者の育成について〜大学
の視点から〜」、九州工業大学工学部寄付講座（九州
電力株式会社）電力系統制御工学講座第三期報告会
「電力システムのさらなる高機能化と電力技術者育
成について」pp.1-10（2004）
[23] 日髙：JABEE（電気学会）の現状、平成 16 年電気学
会全国大会講演論文集、1-S1-1、Vol. 1、pp. 1-S1(1)
〜(4)（2004)
[24] 熊田、牧野、千葉、日髙：超解像手法を用いた正極
性沿面放電残留電荷密度分布の解析、平成 16 年電気
学会全国大会講演論文集、1-029、Vol. 1、p. 3（2004)
[25] 西村、手嶋、熊田、日髙：低気圧空気における負極
性沿面放電の電位分布、平成 16 年気学会全国大会講
演論文集、1-030、Vol. 1、p. 33（2004)
[26] 八代、溝渕、松岡、熊田、日髙：不平等電界におけ
る室内空気の直流火花放電電圧、平成 16 年電気学会
全国大会講演論文集、1-121、Vol. 1、p. 132（2004)
[27] 豊田、春野、松岡、日髙：急峻方形波高電圧を用い
た CF3I-Air 混合ガス中 V-t 特性の定量的評価、平成
16 年電気学会全国大会講演論文集、1-135、Vol. 1、
p. 149（2004)
[28] 西田、金子、熊田、日髙：気体カー効果による電界
測定システムの分解能、平成 16 年電気学会全国大会
講演論文集、1-156、Vol. 1、p. 173（2004)
[29] 仁田、小島、松岡、千葉、日髙：微小ギャップ間の
火花放電電圧、平成 16 年電気学会全国大会講演論文
集、1-200、Vol. 1、p. 227（2004)
34
堀 研究室
Hori Laboratory
dynamic force distribution technique. In April, 2004, our new
vehicle “Cadwell EV” has been completed. This vehicle will
be used for new research on adhesion improvement based on
emulation of the torque reduction property of
separately-wound Dc motor.
(http://mizugaki.iis.u‑tokyo.ac.jp/index̲j.html)
研究現況
Current Research Projects
2.
1. 電気自動車の制御
堀 洋一・内田 利之・李 練兵・賀 鵬・古川 公久・
青木 健一郎・小玉 晋也・河島 清貴・劉 小星
Advanced Motion Control of Electric Vehicle
Y.HORI, T.UCHIDA, L.LI, P.HE, K.FURUKAWA,
K.AOKI, S.KODAMA, K.KAWASHIMA and S.RYU
モーション・コントロール
堀 洋一・内田 利之・馬 澄斌・坂東 信尚・
張 炳勲・呉 魯・カウソ アルベルト
Serve System Design and Motion Control
Y.HORI, T.UCHIDA, C.MA, N.BANDO,
B.CHANG, L.WU and A.CAUSO
電気・機械の境界領域（メカトロ系）における新しい
運動制御技術をアドバンスト・モーション・コントロー
ルと呼び，とくに，産業ドライブにおける振動抑制と外
乱抑圧制御，定数変動に対するロバスト化の研究に力を
入れてきた。また，ディジタル制御における諸問題を扱
っている。現在行っているテーマは，(1)外乱構造に着目
した新しいロバストサーボ制御，(2)多重サンプリング制
御と点間予測を用いたビジュアルサーボ系，(3)加速度セ
ンサを用いた新しい外乱抑圧制御，(4)加速度変化率の微
分を考慮した高速位置決めのための目標値生成法，(5)非
整数次数制御系とその応用，(6) GA を用いた NC 工作機
械のパラメータチューニングなどである。産業応用とし
ては，最近では，多軸ロボット，バックラッシをもつ軸
ねじれ系実験装置，ハードディスクドライブ装置が格好
の適用対象であり，(6)についても近々新装置を導入予定
である。
We named novel control techniques of mechatronic systems
"motion control", which deal with the boundary area between
electrical and mechanical systems. In particular, vibration
suppression, disturbance rejection, and robustification to
parameter variation in industrial drive system are important
issues in the future motion control technology. Also, various
problems in discrete time domain system are considered. Our
present actual research themes are as follows. (1)Novel robust
servo system design based on disturbance structure, (2)
Multi-sampling rate control and inter-sample point prediction
based visual servo system, (3) Novel disturbance rejection
control using acceleration sensors, (4) Trajectory generation
considering derivative of jerk for high-speed high-precision
positioning system, (5) Factional Order Control system and its
applications, and (6) Parameter tuning of NC machines using
Genetic Algorithm. These will be applied to industrial systems,
for example, multi-axis robot manipulator, torsional vibration
experimental system with gear backlash and, in particular, hard
disk drive system. For (6), we will soon introduce a new test
machine.
電気自動車の最大の特長である電気モータの高速で正
確なトルク発生を生かし，電気自動車で初めて可能にな
る新しい制御の実現をめざしている。車輪のスリップを
防止しタイヤの増粘着制御に成功すれば，低抵抗タイヤ
の使用によって一充電走行距離の大幅な伸長が可能とな
る。４輪独立駆動車は非現実的でないから，ヨーモーメ
ントを直接入力とする高性能な車体姿勢制御が実現でき
る。モータトルクは簡単に知れるから路面状態の推定も
容易である。中古車をコンバートした「東大三月号-I」に
よって，１軸における MFC や最適スリップ率制御に成功
し，インホイルモータ 4 個を用いた高性能車「東大三月
号-II」を用いて，２次元的な車両運動制御の実験を進め
ている。最近では，車体すべり角βの推定，DYC と AFS
の非干渉制御（それを実現する EPS アクチュエータの製
作），ハイブリッド ABS，最適速度パターン生成にもとづ
くブレーキ制御，動的駆動力配分などにも力を入れてい
る。2004 年 4 月には新車両「カドウェル EV」が完成し，
直流分巻モータのトルク垂下特性をまねることによる増
粘着制御の実験を計画しているところである。
By utilizing the most distinct advantage of electric vehicle
(EV), i.e., the electric motor's quick and precise torque
generation, we aim to realize novel control techniques, which
will be firstly possible by EV. If we succeed in slip prevention
and effective adhesion control at tires, by using specially
designed low drag tires with smaller energy loss, the range of
one battery charge will be drastically expanded. In a
4-wheel-driven car, the yaw moment force can be the direct
control input, which realizes higher performance vehicle
dynamics control. As the motor torque is easily known, we can
estimate road surface condition without any special effort.
Using a convert car "UOT Electric March-I", we have already
succeeded in MFC and the optimal slip ratio control. The
second high-performance test vehicle "UOT Electric March-II"
with independently controlled 4 in-wheel motors is being used
for various experiments of two-dimensional vehicle motion
control, i.e., the estimation of the body slip angle β, decoupling
control of DYC and AFS (with development of EPS actuator to
realize this method), hybrid ABS, smooth braking control
based on the optimal speed pattern generation, and the optimal
3.
35
福祉制御工学
堀 洋一・内田 利之・呉 世訓・畠 直輝・
福井 龍・青木 良文・李 微
Welfare Control Engineering
Y.HORI, T.UCHIDA, S.OH, N.HATA,
R.FUKUI, Y.AOKI and W.LI
堀研究室のテーマは大きく三つに分けているが，最後
の分類に属するものは，(1)カメラ画像情報による非日常
性の検出， (2)介護ロボットのためのパワーアシスト技術，
(3)新しい制御原理にもとづく動力義足の製作，(4)電動車
椅子によるウィリー動作（段差越え補助）の補助や転倒
防止制御，(5)機能的電気刺激を用いた歩行支援技術など
であって，福祉制御工学という名前を付けている。(1)は
高齢化社会における老人モニタリングや人が集まる場所
での異常検出などを目的としたもので，産業用ロボット
の異常動作検出にも応用可能である。(2)では可変インピ
ーダンス制御をベースとするさまざまな提案を行ってお
り，最近では，人間親和形制御法という形で体系をまと
めようとしている。(3)では健全脚の情報を用いた動力義
足の新しい制御論理を開発しており，強力な関節駆動モ
ータを用いたパワースーツの製作を行っている。(4)にお
いても，外乱オブザーバや重心位置推定など，モーショ
ンコントロールで開発した制御手法が重要な役割を果た
している。
Hori laboratory's research subjects are divided into three
groups. In the last group, following themes are included. (1)
Abnormality detection based on camera image information, (2)
Power assist technology for human-care robot, (3) Artificial
leg based on a novel control principle, (4) Assist for wheely
function and overtrun control of wheel chair, and (5) Walking
support by FES (Functional Electrical Stimulation), and so on.
We named these technology “Welfare Control Engineering”.
(1) is used for aged people monitoring, and also in various
places where people gather. It can be applied to industrial
robots, too. We are developing a novel control logic based on
variable impedance control for (2), and recently trying to
establish the field of “Human friendly control technologies”.
(3) uses the information from the healthy leg, and a novel
power suit using powerful axis motors are being developed.
In (4), control techniques like disturbance observer or
estimation of COG developed in motion control field play an
important role.
[4]
[5]
[6]
[7]
国際会議論文
[8]
[9]
[10]
[11]
[12]
論文・著書一覧（2003 年度）
Publications List
研究論文
[1]
[2]
[3]
[13]
関 弘和, 堀 洋一, カメラ画像系列の固有空間表
現に基づく産業用ロボットの異常動作検出, 電気学
会論文誌 D Vol.123 No.7 pp.856-862 (2003)
堀 洋一, 電気と制御で走る近未来車, 機械の研究
（養賢堂）, Vol.55 No.11 pp.1119-1127 (2003)
Nobutaka Bando, Sehoon Oh and Yoichi Hori,
Disturbance rejection control based on adaptive
identification of transfer characteristics from accerelation
[14]
[15]
36
sensor for hard disk drive system, Trans. of IEE Japan on
Industry Application Vol.123 No.12 pp.1461-1466
(2003)
Chengbin Ma and Yoichi Hori, Backlash Vibration
Suppression Control of Torsional System of Novel
Fractional Order PIDk Controller, Trans. of IEE Japan on
Industry Application, Vol.124, No.3, pp.312-317 (2004)
関 弘和, 畠 直輝, 小安雄一, 堀 洋一, パワーア
シスト車椅子の後方転倒防止制御(その１)〜アシス
トトルク調整法と被験者評価による検証〜 , 電気
学会論文誌Ｄ, Vol.124, No.3, pp.318-323 (2004)
堀 洋一, 電気と制御で走る近未来車両に関する研
究, FED レビュー（ウェブ上の電子媒体）, Vol.3, No.4,
全２２ページ (2004)
堀 洋一, 電気と制御で走る近未来車両の研究, 生
産研究, Vol.56, No.2, pp.131-137 (2004)
Nobutaka Bando, Sehoon Oh and Yoichi Hori,
Acceleration feedforward control based on adaptive
identification of transfer characteristics for hard disk
drive system, 2003 JSME-IIP/ASME-ISPS Joint
Conference on Micromechatronics for Information and
Precision Equipment (MIPE-2003) (2003)
Byung-Hoon Chang and Yoichi Hori, Trajectory Design
considering Derivative of Jerk for Head-positioning of
Disk Drive System with Mechanical Vibration, Proc. of
ACC 2003 (2003)
Chandan Chakraborty and Yoichi Hori, Fast Efficiency
Optimization Techniques for the Indirect VectorControlled Induction Motor Drives, IEEE Trans. on
Industry Applications Vol.39 No.4 pp.1070-1076 (2003)
Hirokazu Seki, Yuichi Koyasu, Naoki Hata and Yoichi
Hori, Novel Control Scheme of Power-Assisted
Wheelchair for Preventing Overturn, 6th Japan-France
Congress on Mechatronics & 4th Asia-Europe Congress
on Mechatronics (2003)
Chengbin Ma and Yoichi Hori, Geometric Interpretation
of Discrete Fractional Order Controllers based on
Sampling Time Scaling Property and Experimental
Verification of Fractional 1/s^a Systems' Robustness,
ASME First Symposium on Fractional Derivatives and
Their Applications (2003)
Naoki Hata and Yoichi Hori, Backward Tumbling
Control for Power Assisted Wheel-chair based on Phase
Plane Analysis, IEEE Engineering in Medicine and
Biology, (2003)
Chandan Chakraborty, Minh C. Ta and Yoichi Hori,
Speed Sensorless Efficiency Optimized Control of
Induction Motor Drives Suitable for EV Applications,
IEEE IECON-2003 (2003)
Kimihisa Furukawa and Yoichi Hori, Advanced
[16]
[17]
[18]
[19]
[20]
[21]
[22]
[23]
[24]
[25]
[26]
[27]
Estimation Techniques of Road Surface Condition and
Their Experimental Evaluation using Test Electric
Vehicle "UOT March I and II", Proc. EVS-20 (2003)
Tomoko Inoue and Yoichi Hori, Observer Design of
Body Slip Angle β for Future Vehicle Control and
Experimental Evaluation using the Four-Motored
Electric Vehicle on Professional Test Course, Proc.
EVS-20 (2003)
Chengbin Ma and Yoichi Hori, Fractional Order Motion
Control, Proc. of 6th SNU-UOT Joint Seminar on
Electrical Engineering pp.43-46 (2003)
Sehoon Oh and Yoichi Hori, A Novel Control Method for
Power-assisted Wheel Chair, Proc. of 6th SNU-UOT
Joint Seminar on Electrical Engineering pp.51-54 (2003)
Byung Hoon Chang and Yoichi Hori, Trajectory Design
considering Derivative of Jerk for Head-positioning of
Disk Drive System with Mechanical Vibration, Proc. of
6th SNU-UOT Joint Seminar on Electrical Engineering
pp.61-64 (2003)
Nobutaka Bando and Yoichi Hori, Disturbance Rejection
Control based on Adaptive Identification of Transfer
Characteristics from Acceleration Sensor for Hard Disk
Drive System, Proc. of 6th SNU-UOT Joint Seminar on
Electrical Engineering pp.77-80 (2003)
Jiun De Wu and Yoichi Hori, An Intersample Predictor
Control Scheme Based on Multirate GPC for
High-Speed Tracking Tasks, IEEE IECON-2003,
Roanoke (2003)
Kimihisa Furukawa and Yoichi Hori, Recent
Development of Road Condition Estimation Techniques
for Electric Vehicle and their Experimental Evaluation
using the Test EV "UOT March I and II", IEEE
IECON-2003, Roanoke (2003)
Yoichi Hori, Lianbing Li, Kimihisa Furukawa, Kenichiro
Aoki, Shinya Kodama, and Toshiyuki Uchida, Future
Vehicle driven by Electricity and Control, 21 世紀 COE
公開シンポジウム (2003)
Yoichi Hori, Chengbin Ma, Sehoon Oh, Nobutaka Bando,
Naoki Hata, Byunghoon Chang, Ryo Fukui, Albert
Causo and Toshiyuki Uchida, Motion Control
Technology for Better Quality of Life, 21 世紀 COE 公
開シンポジウム (2003)
Chengbin Ma and Yoichi Hori, Speed Control of
Multi-inertia System by Fractional Order Control
Approach, Proc. of AMC-2004 (2004)
Yoshibumi Aoki, Tomoko Inoue and Yoichi Hori, Robust
Design of Gain Matrix of Body Slip Angle Observer for
Electric Vehicles and its Experimental Demonstration,
Proc. of AMC-2004 (2004)
Shinya Kodama, Li Lianbing and Yoichi Hori, Skid
Prevention for EVs based on the Emulation of Torque
Characteristics of Separately-wound DC Motor, Proc. of
AMC-2004 (2004)
[28] Tomoyuki Saito and Yoichi Hori, Realtime Generation of
Smart Speed Pattern for EVs taking Driver ﾕ s Command
Change into account, Proc. of AMC-2004 (2004)
[29] Byung-hoon Chang and Yoichi Hori, High Speed
Positioning
Trajectory
Design
for
TwoDegrees-of-Freedom Controller of Hard Disk Drives
with Mechanical Vibration, Proc. of AMC-2004 (2004)
著書
[30] 堀 洋一, 寺谷達夫, 正木良三（編）, 自動車用モー
タ技術（モータ実用ポケットハンドブック）, 日刊
工業新聞社 (2003)
シンポジウム・研究会・大会等発表
[31] 青木健一郎, 堀 洋一, ２つのモータと差動機構に
よりアクティブ前輪操舵（AFS）を実現するシステ
ムの提案, 電気学会自動車研究会 VT-03-1 (2003)
[32] 井上友子, 堀 洋一, 電気自動車における車体すべ
り角βの推定と制御, 計測自動制御学会第 3 回制御
部門大会, 招待セッション「自動車のエンジン・パ
ワートレイン制御とその周辺（I）」 (2003)
[33] Chengbin Ma and Yoichi Hori, Design of Robust
Fractional Order PI^αD Speed Control for Two-inertia
System, 平 成 １ ５ 年 電 気 学 会 産 業 応 用 部 門 大 会
(2003)
[34] Jiun-De Wu and Yoichi Hori, Novel Design of
Intersample Predictor Based on Multirate GPC for
High-Speed Visual Servoing, 平成１５年電気学会産
業応用部門大会 (2003)
[35] 福井 龍, 堀 洋一, 筋肉モデルに基づく FES(機能
的電気刺激) を用いた歩行支援手法の提案, 平成１
５年電気学会産業応用部門大会 (2003)
[36] 関 弘和, 畠 直輝, 堀 洋一, 人間主体のモーシ
ョンコントロール -福祉制御工学の展開-, 平成１５
年電気学会産業応用部門大会シンポジウム (2003)
[37] 渡邊信哉, 畠 直輝, 呉 世訓, 堀 洋一, 傾斜環境
を考慮したパワーアシスト車椅子制御の高機能化,
電気学会産業計測制御研究会, IIC-04-29 (2004)
[38] 青木良文, 堀 洋一, 電気自動車における車体すべ
り角オブザーバのロバスト化と実車データによる検
証, 電気学会自動車研究会, VT-04-1 (2004)
[39] 青木健一郎, 堀 洋一, ステアバイワイヤを用いた
自動車の操舵性向上, 電気学会自動車研究会,
VT-04-4, 2004.3.23
[40] 齊藤知行, 堀 洋一, 乗り心地の向上を目指しジャ
ークと加速度限界を考慮した速度パターンのリアル
タイム生成, 電気学会自動車研究会, VT-04-6 (2004)
[41] 小玉晋也, 李 練兵, 堀 洋一, 直流分巻モータの
トルク垂下特性をまねることによる電気自動車のス
リップ抑制制御, 電気学会自動車研究会, VT-04-12
(2004)
37
横山研究室
Yokoyama Laboratory
Technology in Power System with Large-Capacity
Distributed Generation
A.YOKOYAMA, A.MURAKAMI and H.KURAISHI
(http://www.syl.t.u‑tokyo.ac.jp)
現在、CO2 をはじめとする環境問題、省エネルギー、
コスト削減、電力信頼度の維持などの期待から、太陽光
発電や風力発電、MGT、コージェネレーションなど分散
型電源の大量導入の検討が進んでいる。これらが連系さ
れる配電系統、負荷供給系統では電圧分布、短絡容量、
単独運転検出、安定度をはじめとして系統の計画、運用、
制御の各段階において様々な課題が山積している。一方
で、電力貯蔵技術は進化してきている。その技術を用い
ることによって系統上の問題点を解決し、大量の分散型
電源の連系可能な新電力供給システムの検討を行なって
いる。
A lot of planning studies on interconnection of a large
amount of distributed generators into distribution network
have been done so far from a viewpoint of environmental
problem, energy saving, cost reduction and improvement of
power reliability. However, a lot of problems such as voltage
profile, short circuit capacity, islanding operation detection and
system stability have to be solved for promotion of
interconnection of large capacity distributed generator. On the
other hand, electric power storage technology has been
developed. This technology seems to solve the above problems.
We are going to investigate an innovative power supply
network interconnecting large capacity generator with electric
power storage technology.
研究現況
Current Research Projects
1.
競争環境下における電力システムの計画・運
用・制御
横山 明彦・グルヨス ウドムワンセーリー・
杉原 俊雄・パトム アッタウィリヤヌパープ
Power System Planning, Operation and Control in
Deregulated Environment
A.YOKOYAMA, K.AUDOMVONGSEREE,
T.SUGIHARA and P.ATTAVIRIYANUPAP
世界の電気事業は自由化へ向け、垂直統合体制からの
変革を迫られており、電力システムにおける計画業務や
制御に対し、新たな問題をもたらしている。発電部門で
は、市場モデルとしてプール市場と相対取引が提案され
ており、需給運用の対応が求められる。送電網では、規
制緩和により全ての事業者が差別なく資源を利用できる
ようになり、市場取引が活性化する。一方で、送電線の
混雑に関する懸念はより高まるため、信頼度の管理がよ
り重要となる。以上のような背景では、顧客満足度はセ
キュリティーと関連しており、信頼度と品質は重要な問
題である。本研究室では、電力自由化に対して確率的
TTC・TRM の計算手法、供給信頼度評価、系統運用者の
業務モデル分析、送電契約などに取り組んでいる。
Since power systems all over the world have been forced to
change their structures, from the vertically integrated to the
open market systems, power system engineers have to face
with many new planning operation and control problems. In
generation system, new market models were proposed, pool
and bilateral based models. With these two models,
dispatching method has to be changed. In transmission system,
all participants can access to this facility without
discrimination. Many transactions can freely be proposed. This
will bring many surprising problems such as congestion,
shortage of generation and transmission capacities. Therefore,
the reliability and security of the transmission system become
very important than it has ever been. Thus, the satisfaction of
customers relating to reliability, security and quality is a vital
issue having to be concerned. The researches conducted in this
laboratory include these following topics; Probabilistic TTC
and Probabilistic TRM evaluation methods, Power System
Reliability Assessment and Reliability Worth, Work Flow
analysis, Reliability Transmission Contract.
3.
パワーエレクトロニクス応用機器による電力
系統の最適潮流制御
横山 明彦・スィリチョム ティーラタナー・志岐 明
An Optimal Power Flow Control of Power System
using Power Electronics Applied Devices
A.YOKOYAMA, S.TEERATHANA and A.SHIKI
近年、パワーエレクトロニクス技術の進歩に伴い、
UPFC、STATCOM などの FACTS(Flexible AC Transmission
Systems)機器や自励式 BTB、HVDC 及び可変速発電電動
機を用いた電力系統の最適潮流制御が提案されている。
また、複数回線に直列補償を行う IPFC(Interline Power
Flow Controller) や 、 エ ネ ル ギ ー 貯 蔵 装 置 ESS(Energy
Storage System)を組み込んだ GUPFC(Generalized UPFC)等
の新機器が研究されている。本研究では、直列型の FACTS
機器の応用例である IPFC(Interline Power Flow Controller)
を用い、ループコントローラとして電力系統に導入して
過負荷解消のための最適潮流制御(OPF)を行う手法を検
討している。また、複数台の IPFC のインバータを接続す
ることで、インバータ間に自由な有効電力融通を行うこ
とで制御性が向上することが期待される。
With recent development of power electronics technology,
power system stability enhancement and optimal power flow
control using FACTS (Flexible AC Transmission Systems)
devices such as Unified Power Flow Controller (UPFC) and
2.
大容量の分散型電源が導入された電力系統に
おける電力貯蔵技術による系統制御
横山 明彦・村上 明子・倉石 英明
Power System Control by Electric Power Storage
38
STATCOM, or self-commutated BTB (Back-to-Back), HVDC
and adjustable-speed generator (ASG) are proposed. IPFC
(Interline Power Flow Controller),a new generation of FACTS
device has been introduced as a power tool for a satisfied
solution to control power flow on multiple transmission lines.
Another, there is Generalized UPFC (GUPFC) with energy
storage system (ESS). In our laboratory, by an optimal power
flow (OPF)control method we considered IPFC applied to one
of the well-known basic test systems as a loop controller to
cope with overload constraint. In addition, that IPFC consists
of a number of inverters linked together is to provide series
compensation for their lines by exchanging active power
through its coupling DC ties.
4.
本研究では、大規模、複雑化した、また過酷な負荷条
件で運用せざるを得なくなっている電力システムの解析、
運用、制御の高度情報化、インテリジェント化によって
供給信頼性の維持、向上を図ることを目的としている。
PMU(Phase Measurement Unit)を用いて多地点での系統情
報の同時測定を行い、得られた情報を用いて複雑な電力
系統を簡素にモデル化し、系統監視制御に役立てるとい
った IT 技術の利用による系統制御システムの基礎的検討
も行っている。
Recent years, power systems have become large-scale and
complicated, and should be operated under severe conditions.
In our study, it aims at improving reliability of power supply
for these modern power systems by research and development
of intelligent control. A research work on power system control
based on Information technology such as time-stamped
measurement of system states by PMU (Phase Measurement
Unit) has been done.
超電導発電機の性能向上と電力系統導入評価
横山 明彦・ウォーラウット セーコック
Evaluation of Installation and Improvement of
Performance of Superconducting Generators in
Power Systems
A.YOKOYAMA and W.SAE-KOK
論文・著書一覧(2003 年度)
Publications List
超電導界磁巻線を採用した超電導発電機は国家プロジ
ェクトとして開発が進められており、大容量・小型軽量、
高発電効率などの特長を有することに加え、空心構造の
採用により、従来型発電機に比べて同期リアクタンス Xd
を大幅に低減させることができ、電力系統の系統安定
度・電圧安定度向上が期待できる。そこで本研究では、
超電導発電機の実系統導入に際し必要となる超電導発電
機の最適導入地点や Xd をはじめとする超電導発電機の
各種パラメータを適切に選定するための手法及び超電導
界磁巻線のエネルギー貯蔵効果の系統安定度制御への利
用方法また負荷供給系統や配電系統への適用の検討を行
っている。
Development of superconducting generator (SCG) with
superconducting field winding has been carried out as a
national project. SCG has several advantages such as high
capacity, small size, light weight and high generation
efficiency. It also has a very low synchronous reactance Xd
because of employing air-core structure: no iron core in stator,
which leads to contribution to improvement of power system
stability. In this study, it is now in progress to develop methods
for determining properly optimal locations and parameters of
SCGs such as Xd and control system parameters in a real
power system and for utilizing SMES effect of
superconducting field winding for power system stabilizing
control.
研究論文
[1]
[2]
[3]
[4]
Yokoyama et al. : Decentralized Nonlinear Equilibrium
Point Adaptive Control of Generators for Improving
Multimachine Power System Transient Stability, IEE
Proceedings of Generation, Transmission and
Distribution, Vol.150, N0.6, pp.697-708 (2003).
W.Sae-Kok, A.Yokoyama et al. : Nonlinear Excitation
Control of Two Sets of Adjustable Speed
Generators/Motors at Rotary Type Frequency Converter
Station for Performance Improvement of Power System
Dynamics, IEEJ Transactions on Power and Energy,
Vol.124, No.1, pp.84-94 (2004).
T.Sugihara, A.Yokoyama et al. : Feasibility Study of
Scheduling Work of System Operation in Deregulated
Environment, IEEJ Transactions on Power and Energy,
Vol.124, No.1, pp.103-112 (2004).
Y.Yasuda, A.Yokoyama et al. : A study on Modeling of
Transmission Line in Digital Type Real-Time Power
System Simulator, IEEJ Transactions on Power and
Energy, Vol.124, No.3, pp.422-430 (2004).
国際会議論文
[5]
5.
大規模電力系統の監視・制御のインテリジェン
ト化
横山 明彦・杉原 俊雄・島田 規人
Intelligent Monitoring and Control of Large-Scale
Power Systems
A.YOKOYAMA, T.SUGIHARA and N.SHIMADA
[6]
39
K.Audomvongseree and A.Yokoyama : Risk based TTC
Evaluation by Probabilistic Method, 2003 IEEE Bologna
Power Tec Conference, International Symposium on
Electric Power Engineering, Bologna, CD-ROM (2003).
T.Sugihara, A.Yokoyama et al. : Feasibility Study of
Power System Operation in Deregulated Power Market
in Japan Based on Work Flow Analysis, IPEC 2003 The
6th International Power Engineering Conference,
Singapore, Vol.II, pp.675-680 (2003).
著書
[7]
横山明彦 他 : 電気学会技術報告 第 925 号 競争環
境下における電力品質, 電気学会 (2003).
[21]
総説・解説論文
[8]
Yokoyama et al. : Collaboration Is Key Internationally,
IEEE Power & Energy, Vol.1, No.4, pp.50-54 (2003).
[9] 横山明彦 : 電気工学と虚数, 数理科学, Vol.41, No.8,
pp.56-60 (2003).
[10] 横山明彦 : 「電力系統における保護制御システムの
最新技術」特集号によせて, 電気学会論文誌 B 電
力・エネルギー部門誌, Vol.123, No.9, p.1025 (2003).
[11] 横山明彦 : 21 世紀の「新電力ネットワークシステ
ム」, OHM, 第 90 巻, 第 10 号, pp.21-28 (2003).
[22]
[23]
[24]
シンポジウム・研究会・大会等発表
[12] W.Sae-Kok, A.Yokoyama et al. : Nonlinear Excitation
Control of Two Sets of Adjustable Speed
Generators/Motors at Rotary Type Frequency Converter
Station for Performance Improvement of Power System
Dynamics, 平成 15 年電気学会電力・エネルギー部門
大会論文集(分冊 A), 7, pp.41-50 (2003).
[13] 杉原俊雄, 横山明彦 他 : わが国における電力自由
化に対応した給電運用業務の実現性に関する研究,
平成 15 年電気学会電力・エネルギー部門大会論文集
(分冊 A), 43, pp.298-307 (2003).
[14] 横山明彦 他 : EDC 制御分担を考慮した短時間先電
力需要予測, 平成 15 年電気学会電力・エネルギー部
門大会論文集(分冊 A), 106, pp.339-340 (2003).
[15] 元木啓明, 横山明彦 他 : 送電網有効利用のための
複数台 FACTS 機器の適用に関する研究, 平成 15 年
電気学会電力・エネルギー部門大会論文集(分冊 A),
119, pp.365-366 (2003).
[16] 近藤太郎, 横山明彦 他 : 分散型電源を含む配電系
統の単独運転における超電導発電機による安定度向
上効果, 平成 15 年電気学会電力・エネルギー部門大
会論文集(分冊 A), 154, pp.435-436 (2003).
[17] 安田祐治, 横山明彦 他 : ディジタルシミュレータ
用送電網モデルの離散化処理手法に関する基礎検討,
平成 15 年電気学会電力・エネルギー部門大会論文集
(分冊 A), 182, pp.491-492 (2003).
[18] K.Audomvongseree and A.Yokoyama : Transmission
System Reliability Assessment in Deregulated
Environment, 平成 15 年電気学会電力・エネルギー部
門大会論文集(分冊 A), 205, pp.537-538 (2003).
[19] 元木啓明, 横山明彦 : 送電網有効利用のための複
数台 FACTS 機器の適用効果, 電気学会電力技術・電
力系統技術合同研究会資料, PE-03-03, PSE-03-14,
pp.13-18 (2003).
[20] W.Sae-Kok, 横山明彦, 仁田旦三 : 電力系統安定度
向上のための超速応励磁型超電導発電機の制御, 電
[25]
[26]
[27]
[28]
[29]
[30]
[31]
40
気学会電力技術・電力系統技術合同研究会資料,
PE-03-05, PSE-03-16, pp.25-30 (2003).
安田祐治, 横山明彦 他 : 送電網のディジタルシミ
ュレータ用離散化モデルに関する基礎検討, 電気学
会電力技術・電力系統技術合同研究会資料, PE-03-17,
PSE-03-28, pp.25-30 (2003).
横山明彦 他 : EDC 制御分担を考慮した短時間先電
力需要予測, 電気学会電力技術・電力系統技術合同
研究会資料, PE-03-34, PSE-03-45, pp.13-18 (2003).
近藤太郎, 横山明彦, 馬場旬平 : UPFC を用いた配
電系統ループ化に関する研究, 電気学会電力技術・
電 力 系 統 技 術 合 同 研 究 会 資 料 , PE-03-131,
PSE-03-142, pp.7-12 (2003).
K.Audomvongseree, 横 山 明 彦 : Deregulated Power
System
Reliability
Evaluation
Considering
Transmission Network, 電気学会電力技術・電力系統
技 術 合 同 研 究 会 資 料 , PE-03-216, PSE-03-227,
pp.43-48 (2003).
横山明彦 : 日本の電力自由化動向, 平成 16 年電気
学会全国大会講演論文集[6] 電力システム, 6-S11-2,
pp.6-S11(5) - 6-S11(8) (2004).
近藤太郎, 横山明彦, 馬場旬平 : インバータ機器を
用いた配電系統の電圧制御, 平成 16 年電気学会全国
大会講演論文集[6] 電力システム, 6-006, pp.9-10
(2004).
元木啓明, 横山明彦 : 静的 ATC 向上効果の視点か
ら見た UPFC による最適潮流制御の価値評価, 平成
16 年電気学会全国大会講演論文集[6] 電力システム,
6-016, pp.25-26 (2004).
スィリチョム・ティーラタナー, 横山明彦 : IPFC を
用いた電力潮流制御, 平成 16 年電気学会全国大会講
演論文集[6] 電力システム, 6-017, pp.27-28 (2004).
K.Audomvongseree and A.Yokoyama : Market Model
Simulation for Deregulated Power System, 平成 16 年電
気学会全国大会講演論文集[6] 電力システム, 6-042,
pp.72-73 (2004).
安田祐治, 横山明彦 他 : 離散時間領域における送
電網モデル同定手法に関する基礎検討, 平成 16 年電
気学会全国大会講演論文集[6] 電力システム, 6-115,
pp.199-200 (2004).
伏木圭祐, 横山明彦 他 : 単独配電系統における超
電導発電機の電圧維持効果の検証, 平成 16 年電気学
会 全 国 大 会 講 演 論 文 集 [6] 電 力 シ ス テ ム , 6-144,
pp.251-252 (2004).
小野研究室
Ono Laboratory
よる二次元密度分布計測から、拡散領域に蓄積された粒
子と磁束の間欠的な放出によって高速リコネクションが
誘起される非定常効果についての分析を行った。
We, TS-team have focused on the ion heating mechanism of
the fast magnetic reconnection, and operated the magnetic
reconnection in our laboratory with merging plasma
experiment in TS-3 device. In this study, we focus on the
Current Sheet Ejection phenomenon, one of the transient
reconnection, under low resistivity and high compression and
analyze it with profiles of current density and magnetic
poloidal flux. We made a new current sheet ejection effect
model, and illustrated the fast magnetic reconnection
qualitatively, and also suppose that plasma particle and
magnetic flux are ejected intermittently after piling up in the
current sheet region. So we measure plasma density profile
with 2-D optical measurement system, and observed Ar
particle is pilied up in the diffusion region in the earlier stage
of the reconnection.
(http://www.tanuki.t.u‑tokyo.ac.jp)
研究現況
Current Research Projects
1.
高速磁気リコネクション現象によるイオン加
速及び加熱機構解明実験
村田 幸弘・廣田 大輔・加戸 孝允・今澤 良太・
河森 栄一郎・小野 靖
Experimental Investigation of Ion Heating during
Fast Magnetic Reconnection.
Y. MURATA, D. HIROTA, T. KADO, R. IMAZAWA,
E. KAWAMORI and Y. ONO
磁気リコネクション現象は、プラズマ中の局所的な異
常抵抗による磁気エネルギーの拡散によって発生するエ
ネルギー変換機構である。我々はこれまでに、本現象を
工学的に応用した高ベータプラズマ閉じ込め実験に成功
しており、他分野への応用を視野に入れた機構解明に着
手している。本研究では、これまでに計測してきたリコ
ネクションフローをリコネクションモデルによって説明
するために、電流シートでのパイルアップ効果を導入し
た高速磁気リコネクションを理論的、実験的に解釈し、
さらにその解釈を基に工学機器への応用機器設計に必要
な条件を洗い出す。
Magnetic reconnection is a mechanism of energy conversion
triggered by enhancement of resistivity at X-point,
accompanying ion heating. We have successfully applied this
phenomenon into high beta plasma confinement in laboratory
experiments on TS-3 and 4. In this study, for the understanding
of this fast reconnection mechanism, we have introduced a
pile-up effect upon the classical reconnection theories such as
Sweet-Parker model, which agrees with experimental results,
and confirmed requirements to design other engineering
applications.
3.
表面波励起低圧プラズマプロセス装置を用い
た高品質ダイアモンド薄膜生成
金 載浩・桂井 誠
High Quality Diamond Film Deposition with
Surface-Wave Excited Low Pressure Plasma Process
Device
J. KIM and M. KATSURAI
本研究の目的は，表面波励起プラズマプロセス装置を
用いて 100mTorr 以下の圧力でプラズマパラメーターの空
間特性を制御および最適な CVD 特性の提供することに
より，高品質のダイヤモンド薄膜を合成することである。
それを実現するためにマイクロ波表面波放電に直流電力
を印加する先端的なプロセスプラズマ装置を提案した。
現在、次の成果が得られている。マイクロ波が導入され
る石英窓の直下に放電容器と絶縁された薄い導体板を設
置することにより、プラズマと石英窓の境界面に発生す
る表面波の伝搬がよくなり、従来スロットが設置された
放電容器周囲に集中していたプラズマ発生領域が、放電
容器の中央まで広がり、より高密度のプラズマを得るこ
とが可能になった。これにより、ダイヤモンド薄膜の質
が改善された。この時、導体板を放電容器と絶縁しない
とプラズマ空間電位が高くなり、ダイヤモンド薄膜合成
に悪影響を渡すことが分かった。また、その導体板に負
の直流電圧をかけることにより、高密度、低電子温度と
低プラズマ空間電位の特性を持つプラズマの発生が可能
になった。それによりより高品質のナノクリスタルダイ
ヤモンドが合成された。
The superposition of DC power on surface-wave excited
plasmas was proposed as a means of controlling plasma
parameters. The effects of this method were experimentally
investigated and a simplified theoretical plasma model based
on the Bohm sheath criterion at the interfaces between the
plasma and the electrode is constructed to explain how the
2.
非定常効果による高速磁気リコネクション機
構の実験的解析
廣田 大輔・村田 幸弘・加戸 孝允・小野 靖
The Analysis of the Fast Magnetic Reconnection by
the Transient Effect
D. HIROTA, Y. MURATA, T. KADO and Y. ONO
我々TS グループは磁気リコネクションの加熱機構に注
目しており、合体プラズマ生成装置 TS-3 を用いて積極的
に磁気リコネクションを利用した閉じ込めプラズマの初
期加熱実験を行ってきた。本研究では既存のリコネクシ
ョンモデルでは説明できない高速磁気リコネクションに
ついて、低抵抗・高圧縮力下の電流シート放出現象に焦
点を当てた電磁場データの解析を行い、電流シート放出
効果モデルを提案することでリコネクションの高速化機
構を明らかにした。また光学機器を用いた高速度撮影に
41
plasma space potential can be controlled by the method. It was
found that the application of the negative DC voltage to the
metal plate attached under the quartz window allows the
control of net currents, resulting in the generation of plasmas
with higher electron densities, lower electron temperatures,
and lower plasma space potentials. This system was applied to
the plasma chemical vapor deposition (CVD) for diamond
films. It was confirmed that these plasmas allow the deposition
of high-quality diamond films with smooth surfaces at low gas
pressures less than 50 mTorr.
4.
Induction/ Mergin start-up of spherical tokamak (ST) has
been studied by comparing the MHD computer simulation
with the TS-3 and 4 experiments. During and after
swing-down of poloidal field coil current, self-shrink motion
of magnetic surfaces was found to produce palamagnetic
toroidal field Bt through v x B electric field. This Bt field
essential to the initial ST equilibrium depends on the external
toroidal field. Though the following merging process increased
the plasma beta, the measured magnetic fluctuation does not
offer any indication of ballooning instability, possibly due to
the present low density and low plasma pressure operation.
高ベータ球状トカマクのバルーニング不安定
に対する形状効果の数値解析
小川 徹・木村 俊郎・小野 靖
Numerical Analysis of High-beta Spherical
Tokamaks with Varied Elongation
T. OGAWA, T. KIMURA and Y. ONO
6.
TS‑4 装置におけるプラズマ合体を用いた球状
トカマク生成時の巨視的不安定
住川 隆・河森 栄一郎・小川 徹・小野 靖
Instability of STs in the merging start-up of Spherical
Tokamak using Flux Cores in TS-4
T. SUMIKAWA, E. KAWAMORI, T. OGAWA
and Y. ONO
球状トカマクは高ベータが期待されており、本研究室
の TS-3 装置ではコンパクトトーラス合体実験により、超
高ベータ球状トーラスの生成に成功している。球状トカ
マクにおいて安定限界を決定するのはバルーニング不安
定性と考えられており、この実験によって生成した配位
をもとにバルーニング不安定性について BALOO コード
を用いて安定解析を行ったところ楕円度を大きくするこ
とでバルーニング不安定性に対して安定化することが判
明した。
The effect of plasma elongation on the second-stable
spherical tokamak (ST) was numerically studied using the
experimentally measured pressure and current profile of the
ultra-high betas. It was found that the marginal beta for the
ballooning instability increased with the plasma elongation κ
of ST.
これまでに 2 つの低β球状トカマク合体により高ベー
ターST を生成する手法が TS グループにより確立されて
いる。TS-4 実験において、ある外部トロイダル磁界コイ
ル電流値の領域において初期 ST の生成が行えないこと
が観測された。トロイダルモード計測・解析からこの原
因がクルスカル・シャフラノフ限界によると考えられる
ことがわかった。
It was observed that the initial merging spherical tokamak
disrupted in a certain low-q regime of the external toroidal
field current during the TS-4 start-up. In the range, the plasma
current inductively generated by the flux cores was extremely
small. Measurement of the low-n mode suggests that this
phenomenon was due to Krusukal-Shafranov limit.
5.
誘導合体法による高ベータ球状トカマク生成
の検証
梅田 耕太郎・石井 謙一・小野 靖
Induction/ Merging Formation High-beta Spherical
Tokamak
K. UMEDA, K. ISHII and Y. ONO
7.
チタンワッシャーガンを用いた中性粒子入射
装置の開発
小川 徹・小野 靖
Development of Neutral Beam Injector with Washer
Stack Gun
T. OGAWA and Y. ONO
誘導合体法を用いた球状トカマクの立ち上げ過程の計
算機シミュレーションにより、合体前の初期プラズマは
磁気面の圧縮、移動に伴って生成される jz、Bt で維持さ
れることがわかった。さらに初期プラズマを支える磁場
の大きさは生成時の外部トロイダル磁場に依存すること
がわかった。また、TS-3、TS-4 両装置において誘導合体
法を用いて生成した球状トカマクの磁場揺動を測定し、
誘導合体法では両装置ともバルーニング不安定性の生じ
ないことを確認した。これは、TS-3 装置で放電電極を用
いて球状トカマクを生成した場合に比べて、プラズマ密
度が低く、高いプラズマ圧力が得られていないためと考
えられる。
TS-4 装置では球状トカマクをはじめ様々なコンパクト
トーラスを生成することができる。コンパクトトーラス
は高ベータ化が期待されるが、アスペクト比が小さく中
心導体付近に加熱用コイルを設置することが難しく立ち
上げ、加熱に他の方法を用いる必要がある。TS-4 装置に
はワッシャースタックを用いた簡易式のイオンビーム注
入装置が取り付けられており、TS-4 装置外の中性粒子に
より荷電交換し、中性粒子として球状トーラスを加熱す
ることができる。また、ワッシャーガンを能動計測の手
段として用いることが可能と考えられ、試作機を用いて
検証を行っている。
We can produce compact torus equilibrium such as spherical
tokamaks in the TS-4 merging experiment. The compact torus
42
received attention due to its high-beta property , but because of
small aspect ratio , it is difficult to have OH coil , so we must
have another way to heat plasma. There is a washer stack gun
on the TS-4. With washer stack gun, It is able to heat plasma
and we can measure plasma actively.
[5]
[6]
8.
多ャンネル CO2 レーザ干渉計を用いたコンパ
クトトーラスプラズマ及び磁気リコネクショ
ン実験における密度分布計測
岩間 健宏・河森 栄一郎・小野 靖
Measurement of Electron Density Profile Using
Multichannel CO2 Laser Interferometer in Compact
Torus and Magnetic Reconnection Experiments
T. IWAMA, E. KAWAMORI and Y. ONO
[7]
[8]
[9]
球状トカマク（ST）や逆転磁場配位（FRC）等のコン
パクトトーラス(CT)プラズマ及び磁気リコネクション時
の電流シート周辺の電子密度空間分布を計測することを
目的として、トーラスプラズマ合体装置 TS-4 においてマ
イケルソン型空間８チャンネル CO2 レーザ干渉計の構築
を行っている。現在４チャンネルのシステムの構築に成
功しており、今後８チャンネル化することにより CT のよ
り詳細な密度分布を得ることができる。各種 CT の粒子閉
じ込め特性及び磁気リコネクション時のプラズモイド放
出現象の検証すること等が可能となる。
A CO2 laser interferometer is a powerful tool to obtain time
evolution of electron density profile of plasmas. In order to
study the particle confinement property of Compact Torus
(CT) and to observe plasmoid ejection in magnetic
reconnection phenomena, we have been constructed the
multichannel CO2 laser interferometer in TS-4. Tangentialy
viewing four chords system was constructed in the present
experiment. We are planning the improvement of the laser
power. This enables us to increase the number of chords and to
improve the spatial resolution.
[10]
[11]
[12]
[13]
[14]
論文・著書一覧（2003 年度）
Publications List
研究論文
[1]
[2]
[3]
[4]
[15]
村田、小野：
「磁力線再結合現象におけるイオン流速
及びイオン温度の制御に関する原理検証実験」, 電
気学会論文誌 A, vol. 123-A, No. 6, pp. 543-547 (2003).
廣田大輔，小野 靖，有元克行：
「電流シート放出に
よる磁気リコネクション高速化の実験的解析」, 電
気学会論文誌 A, vol. 123,-A No. 12, pp. 1259-1260
(2003).
廣田大輔、小野靖、有元克行「TS-3 における電流シ
ート放出による高速磁気リコネクション実験」IEEJ
Trans.FM,Vol.124,No.2,pp.152--157 (2004)
梅田耕太郎、木村俊郎、小野靖：
「磁場揺動計測を用
いた高ベータ球状トカマクのバルーニング不安定の
解析, 電気学会論文誌 A 第 123-A 巻, 第 11 号,
pp.1143-1144 (2002).
村田幸弘、小野靖：
「中性粒子存在下での磁気リコネ
クションフローの数値シミュレーションと実験検
証」,電学論 A,124-A 巻 2 号, pp.164-169 (2004).
小川徹、木村俊郎、小野靖：
「球状トカマクの形状効
果に関する数値解析」,電学論 A, 124-A 巻 5 号, pp.
393-398 (2003).
廣田大輔、小野靖、有元克行：
「電流シート放出によ
る磁気リコネクション高速化の実験的解析」,電学論
A, 124-A 巻 2 号, pp. 152-157 (2004).
鶴田繭子，小野靖，桂井誠：
「同極性合体を用いて生
成された各種球状トーラスの磁束緩和に関する比較
研究」,電学論 A, 124-A 巻 3 号, pp. 209-216 (2004).
木村俊郎，宮嵜悟，植田喜延，小野靖：
「プラズマ合
体を用いた高ベータ球状トカマク立ち上げ法の実験
的・理論的検討」,電学論 A, 124-A 巻 2 号, pp.249-255
(2004).
河森栄一郎、住川隆、五十嵐拓朗、小野靖：
「コンパ
クトトーラスプラズマの低次トロイダルモードに対
するイオン粒子運動安定化効果」,電学論 A, 掲載予
定.
A. L. Balandin, Y. Ono and Y. Murata: "Radial Velocity
Profile Reconstruction by Ion Doppler Spectroscopy
Measurements", European Physical Journal D, Vol. 27,
(2003), pp. 125-130.
Y. Ono, T. Kimura, E. Kawamori, Y. Murata, S. Miyazaki,
Y. Ueda, M. Inomoto, A. L. Balandin and M. Katsurai "
First and Second-Stable Spherical Tokamaks in
Reconnection Heating Experiments", Nuclear Fusion,
Vol. 43, No. 8, (2003), pp. 789-794.
Y. Ono, T. Matsuyama, K. Umeda and E. Kawamori, "
Spontaneous and Artificial Generation of Sheared Flow
in Oblate FRCs", Nuclear Fusion Vol. 43, No. 8, (2003),
pp. 649-654.
Y. Ono and K. Umeda, “FRC Formation Process of Two
Colliding Spheromaks with Counterhelicity”, IEEJ
Transactions on Fundamentals and Materials, Vol. 124-A,
No. 1, (2004), pp. 62-67.
E. Kawamori and Y. Ono, “Ion Kinetic Relaxation of
Two Merging Spheromaks to an FRC”, Journal of
Plasma and Fusion Research, Vol.79, (2003), pp.
1109-1110.
著書
[16] M.Ugai, L.C.Lee, M.Scholer, T.G.Forbes, Y.Ono et
al. :”Physics of Magnetic Reconnection in Plasmas”
“Chapter5: Laboratory Experiments of Magnetic
Reconnection”, to be published by Research Signpost
Co.,( 2003)
解説論文
[17] 小野：小特集「ベータ値限界とＭＨＤ」第４章「第
43
Nagaoka, Japan, Oct. 2003.
[27] Y. Ono and TS-3/4 group, “Mechanical Ejection of
Current Sheet in TS-3 and 4 Reconnection Experiments”,
to be published in Bulletin of the American Physics
Society, Vol. 48, (the 44th Annual Meeting of the
Division of Plasma Physics, Albuquerque, NM, U.S.A.),
Nov. 2003, (Invited talk).
[28] E. Kawamori, T. Igarashi, Y. Ono and M. Katsurai,
“Study of High Performance Spherical Torus Formation
Using Plasma Merging in the TS-4 Device”, in Bulletin
of the American Physics Society, Vol. 48, (the 44th
Annual Meeting of the Division of Plasma Physics,
Albuquerque, NM, U.S.A.), Nov. 2003.
[29] Y. Murata, T. Igarashi, E. Kawamori, Y. Ono, “Ion
acceleration and heating characteristics of magnetic
reconnection in TS-3 merging experiment”, Bulletin of
American Physical Society, Vol. 48, No. 7, p.153,
Albuquerque, NM, October 27-31, (2004).
[30] Y. Ono and TS-3/4 group, “Current Sheet / Plasmoid
Ejections and Plasma Heating in TS-3 and 4
Reconnection Experiments”, to be published in
Proceedings of MR2003 Symposium / Fifth US-Japan
Symposium on Magnetic Reconnection, Plasma Merging
and Magnetic Jet, (Los Angeles, CA, U.S.A.), Nov. 2003,
(Invited talk).
[31] E. Kawamori, T. Igarashi and Y. Ono, “Effect of Ion Skin
Depth on the Counterhelicity Merging of Two
Force-Free Flux Tubes”, to be published in Proceedings
of MR2003 Symposium / Fifth US-Japan Symposium on
Magnetic Reconnection, Plasma Merging and Magnetic
Jet, (Los Angeles, CA, U.S.A.), Nov. 2003, (Invited
talk).
[32] Y. Ono, “Japanese Reconnection COE Project “, General
Meeting of Center for Magnetic Self-Organization in
Laboratory and Astrophysical Plasmas, (Chicago, IL,
U.S.A.), Nov., 2003, (Invited talk).
[33] Jaeho Kim and Makoto Katsurai,
Spatial Profile
Control of Plasma Parameters and Deposition of
High-Quality Diamond Films in Surface Wave Plasma
Processing Device , Proceedings of The Sixth University
of Tokyo ﾐ Seoul National University Joint Seminar on
Electrical Engineering, pp.112-115, Seoul, Korea, Nov.
2003.
[34] Jaeho Kim and Makoto Katsurai, “Space Potential
Control in 2.45 GHz Surface Wave Excited Plasmas
using Superimposed DC Bias Voltage”, Proceedings of
the Third Asia-Pacific International Symposium on the
Basic and Application of Plasma Technology, pp.326-329,
Taoyuan, Taiwan, Dec. 2003.
[35] Makoto Katsurai, Takayuki Toba and Jaeho Kim,
“Spatial profile control of electron density and plasma
space potential and generations of high-quality diamond
二安定化に向かう高ベータ球状トカマク研究」、プラ
ズマ・核融合学会誌（解説論文）, 第 79 巻，第 2 号，
2003 年 2 月，pp.144-151．.
[18] A. Hoffman, E.C. Morse, Y. Ono et al., “Coordinated
Research Project (CRP) on Comparison of Compact
Toroid Configurations”, to be published in IAEA Report,
International Atomic Energy Agency Vienna, Austria
(2003)
国際会議論文
[19] Y. Ono, "Formation of Sheared Flow in Oblate FRCs",
Workshop on Innovative Confinement Concepts 2003 /
The US-Japan Workshop on Interrelationship among
Compact Toroids, Seattle, U.S.A., pp. 77, (May. 2003).
[20] E Kawamori, “Experimental Study of Ion Kinetic
Relaxation of merging Spheromaks to an FRC”,
Workshop on Innovative Confinement Concepts 2003 /
The US-Japan Workshop on Interrelationship among
Compact Toroids, Seattle, U.S.A., pp. 56, (May. 2003).
[21] Jaeho Kim and Makoto Katsurai,
Improving Plasma
Characteristic and Depositing High-Quality Diamond
Film in Surface Wave Plasma CVD , IEEE Conference
Record-Abstracts of 2003 IEEE
International
Conference on Plasma Science, p.127, Jeju, Korea, Jun.
2003.
[22] Y. Ono, "Ion Heating Characteristics of Magnetic
Reconnection in TS-3 and 4 Merging Experiments",
Proceedings of Seventh International Workshop on the
Interrelationship between Plasma Experiments in the
Laboratory and in Space, (Whitefish, MN, U.S.A.), July,
2003, p. 61, (Invited).
[23] Jaeho Kim and Makoto Katsurai, Optimum Plasma
Generation for High-Quality Diamond Film Depositions
in Surface Wave Plasma CVD Apparatus, Proceedings of
ICPIG XXVI International Conference on Phenomena in
Ionized Gases, Vol.3, pp169-170, Greifswald, Germany,
July. 2003.
[24] Y. Murata and Y. Ono, "Investigation of Ion Heating and
Acceleration derived from Magnetic Reconnection",
Proceedings of Seventh International Workshop on the
Interrelationship between Plasma Experiments in the
Laboratory and in Space, (Whitefish, MN, U.S.A.), July,
2003, p. 77.
[25] Y. Ono, E. Kawamori, T. Kimura, K. Umeda, Y. Murata,
M. Katsurai and A. L. Balandin, “Sheared Flow
Generation in Oblate FRCs and High-Beta STs”, The
2003 ST Workshop, (Culham, UK), Sept. 2003.
[26] Jaeho Kim and Makoto Katsurai, “Generation of Plasma
with High Electron Density and Low Electron
Temperature in Planar Surface Wave Plasma”,
Proceedings of ISPP2003 4th International Symposium
on Pulsed Power and Plasma Applications, pp.359-364,
44
films in the 2.45GHz surface wave type plasma
processing devices”, 3rd Asia-Pacific International
Symposium on the Basic and Application of Plasma
Technology, pp.48-51, Taoyuan, Taiwan, Dec. 2003.
[36] Y. Ono and TS-3/4 group, “Transient and Intermittent
Magnetic Reconnections in TS-3/ 4 Tokamak Merging
Experiments”, International workshop on "Explosive
Phenomena in Magnetized Plasma - New Development
of Reconnection Research", (Kyoto, Kyoto, Japan), Mar.
2004, (Invited Talk).
過程の検証」, 電気学会 プラズマ研究会, 山梨大学,
(2003)
[49] 村田幸弘、小野靖、桂井誠、
「磁気リコネクション現
象でのイオン加速及び加熱の実験的検証」、電気学会
プラズマ研究会、pp.33-38、山梨大学、2003 年.
[50] 金載浩、桂井誠、
「ダイヤモンド薄膜合成用の表面波
プラズマ CVD 装置におけるプラズマ特性の最適化」、
電気学会プラズマ研究会、山梨大学、PST-03-30、2003
年 5 月.
[51] Jaeho Kim and Makoto Katsurai, "Nanocrystalline
Diamond Film Depositions using Surface-Wave Excited
Low Pressure Plasma", 平成 16 年電気学会全国大会、
1-214、 青山学院大学、2004 年 3 月.
シンポジウム・研究会・大会等発表
[37] 小野靖：
「プラズマ合体を用いた磁気リコネクション
室内実験」,第２０回プラズマ・核融合学会年会, 水
戸, (2003)（受賞講演）.
[38] 小野靖：
「シンポジウム VIII 大学における先端的閉
じ込め実験研究、
１．趣旨説明」,第２０回プラ
ズマ・核融合学会年会, p. 38, 水戸, (2003) .
[39] 小野靖：
「シンポジウム VIII 大学における先端的閉
じ込め実験研究、２．磁気リコネクションを用いた
超高ベータ閉じ込め実験」,第２０回プラズマ・核融
合学会年会（招待講演）, p. 39, 水戸, (2003) .
[40] 河森栄一郎、小野靖：「FRC 緩和におけるイオン運
動論効果の実験的検証」,第２０回プラズマ・核融合
学会年会（招待講演）, p. 268, 水戸, (2003) .
[41] 小野靖、
「プラズマ合体・磁気リコネクション現象の
物理」
、平成１５年度日米科学技術協力事業核融合分
野事業報告書（平成１５年度日米科学技術協力事業
報告会）, 2004 年.
[42] 小川徹、木村俊郎、小野靖：
「球状トカマクの形状効
果に関する数値」, LHD への CT 入射作業部会,核融
合科学研究所, (2003）.
[43] 廣田大輔、小野靖：
「電流シート放出現象による高速
磁気リコネクション機構の解析」, LHD への CT 入
射作業部会, 核融合科学研究所 (2003,11.20-21).
[44] 河森栄一郎、五十嵐拓朗、小野靖：
「スフェロマック、
逆転磁場配位緩和分岐におけるイオン運動効果の実
験的検証」、日本物理学会秋季大会, p. 184, 岡山大学,
(2003).
[45] 廣田大輔、小野靖、有元克行：
「電流シート放出によ
る磁気リコネクション高速化の実験的解析」電気学
会 基礎・材料・共通部門大会講演論文集, 長岡技
術科学大学 (2003,8.25-26).
[46] 小川徹、木村俊郎、小野靖：
「球状トカマクの形状効
果に関する数値解析」、平成１５年度電気学会基礎・
材料・共通部門部門大会、長岡技術科学大学、
（2003）
[47] 河森栄一郎、五十嵐拓朗、小野靖：
「コンパクトトー
ラスプラズマの低次トロイダルモードに対するイオ
ン粒子運動安定化効果」, 電気学会基礎・材料共通
部門大会、pp. 40-44、長岡技術科学大学, (2004)
[48] 梅田 耕太郎, 木村 俊郎, 河森 栄一郎, 小野 靖, 桂
井 誠 :「磁場揺動計測を用いた高ベータ CT の緩和
45
大崎研究室
Ohsaki Laboratory
for pulse field magnetization have been performed.
(http://www.ohsaki.t.u‑tokyo.ac.jp)
3.
バルク超電導体の電気機器応用
大崎 博之
Application of Bulk Superconductors to Electrical
Machines
H. OHSAKI
研究現況
Current Research Projects
1.
YBCO 超電導線材および限流器の数値解析
一木 洋太・大崎 博之
Numerical Analysis of YBCO Superconducting Wires
and Fault Current Limiters
Y. ICHIKI and H. OHSAKI
RE（希土類）系バルク超電導体の強い磁束ピン止めに
基づく磁束保存性や磁界整形作用を利用して，鉄を静止
時から無制御で安定浮上可能な超電導磁気勾配浮上方式
や，超電導界磁の回転機の研究を進めている。磁気勾配
浮上方式については，磁気軸受としての可能性について
も実証し，さらに超電導体中の電磁現象の解析，応用可
能性の検討などを行っている。回転機については，各種
運転モードでの定常・過渡運転特性の解明，電機子巻線
を利用したパルス着磁の可能性を検討している。
Flux conservation and field shaping functions based on
strong flux pinning of (RE)BCO bulk superconductors have
been applied to magnetic gradient levitation systems and
electric rotating machines with a superconducting rotor.
Magnetic bearings using the magnetic gradient levitation
concept have been also verified and its electromagnetic
phenomena and potential applications have been studied. The
superconducting rotating machine has been investigated with
emphasis on steady-state and transient-state characteristics in
various operation modes and the pulse field magnetization of a
rotor using stator coils.
優れた超電導特性を有する YBCO 超電導膜を利用した
次世代の超電導線材および限流器に関して，数値解析に
よる基本電磁特性の解明を進めている。特に応用上たい
へん重要である交流損失特性および限流素子の限流特性
を主要な解析対象として，数値解析モデルを構築し，薄
板近似の電流ベクトルポテンシャル法を適用し，2 次元あ
るいは 3 次元解析ツールを開発して，その特性解析を行
っている。
YBCO superconducting film has good superconducting
properties and its application to wires and fault current limiters
(FCL) has been investigated with emphasis on a study of its
electromagnetic characteristics. In particular, 2D and 3D
numerical analysis models and tools based on the current
vector potential method with thin-plate approximation have
been developed to study AC losses characteristics and current
limiting performance of FCL devices.
4.
磁気浮上鉄道における渦電流現象とその浮上
特性への影響
杜 剣・大崎 博之
Eddy Current Phenomena in Maglev Systems and
their Influence on Levitation Characteristics
J. DU and H. OHSAKI
2.
バルク超電導体のパルス着磁
白石 良佑・藤山 敬太・大崎 博之
Pulse Field Magnetization of Bulk Superconductors
R. SHIRAISHI, K. FUJIYAMA and H. OHSAKI
パルス着磁は，RE（希土類）系バルク超電導体の着磁
方法として有効な手段と考えられているが，着磁効率の
向上と着磁過程の電磁現象の詳細な解明，応用機器との
整合などが求められている。そこで，有限要素法を用い
た電磁界・熱伝導場連成解析ツールを開発し，現象解明，
特性把握を進めている。開発したツールを用いた解析と
実験により，例えば，バルク内の温度上昇と樹脂眼浸適
用との関係について，現象解明を行っている。また，パ
ルス着磁条件の最適化などの検討も進めている。
Pulse field magnetization is an effective method for
magnetization of (RE)BCO bulk superconductors to be used as
a quasi-permanent magnet. However, improvement of
magnetization performance, investigation of electromagnetic
phenomena during the magnetization process and integration
into an application apparatus are still required. Therefore, a
FEM analysis tool for coupled problems of electromagnetic
and thermal fields has been developed to study them. For
example, studies on influence of resin impregnation on
temperature rise in the superconductor and a better condition
電磁吸引制御方式磁気浮上を利用した都市交通用の磁
気浮上鉄道における電磁現象の解析を行っている。特に
軌道側の鉄レールに誘導される渦電流に着目し，その浮
上特性への影響を解析している。HSST のような比較的低
速の応用を目的とする磁気浮上鉄道を，200km/h 程度の高
速に適用しようとすると，渦電流の影響が無視できない。
そこで，非線形磁気特性や速度起電力を考慮した三次元
渦電流問題の数値解析を実施している。
Urban transportation systems using the EMS maglev
technology have been studied by electromagnetic field analysis
for eddy current induced in the steel rail and its influence on
levitation characteristics. When an EMS maglev system
originally designed for a low-speed application like HSST is
used for a higher-speed operation of about 200 km/h, the
influence of eddy current becomes important. Therefore,
numerical analysis of 3D eddy current problems in the
EMS-maglev system has been carried out with nonlinear
magnetic properties and velocity-induced electric fields taken
46
論文・著書一覧（2003 年度）
Publications List
into account.
5.
磁気浮上鉄道における車両運動特性の数値シ
ミュレーション
阪東 聡一郎・上田 靖人・大崎 博之
Numerical Simulation of Vehicle Dynamics in Maglev
Systems
S. BANDO, Y. UEDA and H. OHSAKI
研究論文
[1]
磁気浮上技術により非接触支持され，リニアモータに
より駆動される磁気浮上鉄道における車両運動特性の数
値解析を進めている。超電導磁気浮上鉄道に対しては，
車体弾性なども考慮した機械系と詳細な電磁系のモデル
化を行って，各種条件下で複数車両編成列車の運動特性
解析と乗り心地評価等を行っている。また，電磁吸引制
御方式磁気浮上鉄道についても同様に，フィードバック
制御された浮上車両の運動特性を解析している。
Numerical analysis of vehicle dynamics in maglev systems,
which are based on non-contact support by magnetic levitation
technologies and direct drive by linear motors, has been
performed. For the superconducting maglev, the modeling of
complicated electromagnetic system and mechanical
components including an elastic car body have been carried
out, and then dynamics and riding comfort characteristics of a
longer train under various running conditions have been
analyzed. For EMS maglev systems as well, similar numerical
analysis of vehicles dynamics under feedback control has been
performed.
[2]
[3]
[4]
[5]
S. Sugita and H. Ohsaki: “FEM analysis of current
limiting characteristics of a superconducting thin film
current limiting device by the current vector potential
method,” IEEE Trans. on Applied Superconductivity,
Vol.13, No.2, pp.2020-2023 (2003).
Y. Tsuboi and H. Ohsaki: “Torque characteristics of a
motor using bulk superconductors in the rotor in the
transient
phase,”
IEEE
Trans.
on
Applied
Superconductivity, Vol.13, No.2, pp.2210-2213 (2003).
Y Tsuboi and H. Ohsaki: “Fundamental study of a
generator using bulk superconductors in the rotor,”
Physica C, Vol. 392-396, pp.684-689 (2003).
S. Sugita and H. Ohsaki: “Numerical analysis of AC
losses in REBCO thin film for coated conductor and
fault current limiter,” Physica C, Vol. 392-396,
pp.1150-1155 (2003).
T. Kashiwagi, M. Kubota, E. Suzuki, T. Matsuda, M.
Hirakawa, H. Nakashima, H. Ohsaki and T. Mizuno:
“Levitation characteristics of the superconducting
mixed-µ system,” Physica C, Vol. 392-396, pp.654-658
(2003).
国際会議論文
[6]
H. Ohsaki and Y. Ichiki: “Numerical Analysis of Pulsed
Field Magnetization of a Resin Impregnated Bulk
Superconductor,” 4th Int. Workshop on Processing and
Applications of Superconducting (RE)BCO Large Grain
Materials (PASREG 2003), Jena, Germany (2003).
[7] H. Ohsaki, N. Teramura, X. Huang, Y. Tsuboi and Y.
Ootani: “Electromagnetic Characteristics of a Coreless
Surface Motor using Halbach Permanent Magnets,” The
4th Int. Symp. on Linear Drives for Industry
Applications (LDIA 2003), Birmingham, UK,
pp.105-108 (2003).
[8] H. Ohsaki and Y. Abe: “Numerical Simulation of Vehicle
Dynamics of the Superconducting Maglev System using
an Elastic Vehicle Model,” The 4th Int. Symp. on Linear
Drives for Industry Applications (LDIA 2003),
Birmingham, UK, pp.191-194 (2003).
[9] Y. Tsuboi and H. Ohsaki: “Pulsed Field Magnetization
Characteristics of Bulk Superconductors Embedded into
a Rotor of an Electrical Rotating Machine,” 6th
European Conf. on Applied Superconductivity, Sorrento,
Italy, no.10-21 (2003).
[10] H. Ohsaki, S. Sugita and Y. Ichiki: “Numerical Analysis
of AC Loss Characteristics of YBCO Thin Film
Superconductor,” 6th European Conf. on Applied
Superconductivity, Sorrento, Italy, no.3-12 (2003).
6.
ハルバッハ永久磁石配列を利用したサーフェ
スモータ
河本 泰典・黄 学良・大崎 博之
Surface Motors using Halbach Permanent Magnets
Y. KAWAMOTO, X. HUANG and H. OHSAKI
ハルバッハ永久磁石配列は，正弦波状磁界分布，高磁
束密度，自己遮蔽機能という優れた特長を有する。そこ
で，モータやアクチュエータの高性能化，低コスト化な
どの強い要求に応えうるシーズとして，ハルバッハ永久
磁石の可能性を実験および数値解析の両面から検討して
いる。特に，2 次元平面上でダイレクトドライブが可能な
サーフェスモータへの適用に関する研究を進めている。
A Halbach permanent magnet array has significant features
of higher and sinusoidal flux density distribution and
self-shielding function. For higher-performance or lower-cost
of motors and actuators the feasibility of the Halbach array has
been studied both in experiments and numerical analysis. In
particular the application of the Halbach array to a surface
motor that enables two-dimensional direct drive has been
considered.
47
[11] S. Hanai, H. Ogata, K. Nakamoto, H. Onoda, N. Hirano,
S. Nagaya, S. Koso, Y. Tatsuta and H. Ohsaki:
“Development of the Demonstration Model Coil for a
Cost Reduced 100MW/500kWh SMES,” 6th European
Conf. on Applied Superconductivity, Sorrento, Italy,
no.9-13 (2003).
[12] H. Ohsaki, S. Sugita and Y. Ichiki: “FEM Analysis of
Current Limiting Devices using Superconducting Thin
Film and AC Losses of YBCO Coated Conductor,” Sixth
Int. Symp. on Electric and Magnetic Fields (EMF 2003),
Aachen, Germany, pp.257-260 (2003).
[13] H. Ohsaki, S. Taniguchi, S. Nagaya, S. Akita, S. Koso
and Y. Tatsuta: “Development of SMES for Power
System Control: Present Status and Perspective,” 16th
Int. Symp. on Superconductivity (ISS 2003), Tsukuba,
Japan, WS-2 (Invited) (2003).
[14] Y. Tsuboi and H. Ohsaki: “Fundamental Characteristics
of a Generator using Bulk Superconducting Rotor
Magnetized by a Pulsed Field that Armature Windings
Generate,” 16th Int. Symp. on Superconductivity (ISS
2003), Tsukuba, Japan, BSP-41 (2003).
[15] Y. Ichiki and H. Ohsaki: “Numerical Analysis of AC
Losses in YBCO Coated Conductor in External Magnetic
Field,” 16th Int. Symp. on Superconductivity (ISS 2003),
Tsukuba, Japan, WSP-37 (2003).
[16] K. Terazono, Y. Hatabe, H. Kimura, H. Hayashi, S.
Taniguchi, M. Arika, T. Semba, K. Asano, F. Hosono, K.
Miyashita, S. Koso, T. Tsuji, H. Abe, Y. Tatsuta and H.
Ohsaki: “Construction of the SMES Experimental Model
Coil for Power System Stabilization,” 16th Int. Symp. on
Superconductivity (ISS 2003), Tsukuba, Japan, WSP-89
(2003).
[17] K. Terazono, Y. Hatabe, H. Kimura, H. Hayashi, S.
Taniguchi, M. Arika, T. Semba, K. Asano, T. Ishii, R.
Ikeda, S. Koso, T. Tsuji, H. Abe, Y. Tatsuta and H.
Ohsaki: “Verification Test Results of the Experimental
Model Coil for Power System Stabilization,” 16th Int.
Symp. on Superconductivity (ISS 2003), Tsukuba, Japan,
WSP-91 (2003).
[18] X. Huang, Z. Xu, C. Wen, J. Du and H. Ohsaki:
“Treatment of NURBS in the System of Lath Incision,”
The Sixth Int. Conf. on Electrical Machines and Systems
(ICEMS 2003) Beijing, China, pp.676-678 (2003).
[19] J. Du and H. Ohsaki: “Numerical Analysis of Eddy
Current in the EMS-Maglev System.” The Sixth Int.
Conf. on Electrical Machines and Systems (ICEMS
2003) Beijing, China, pp.761-764 (2003).
[20] X. Huang, J. Zhang, J. Du and H. Ohsaki: “A Novel
FEM Method to Compute 2D Thermal Distribution of
Electrical Machine,” The Sixth Int. Conf. on Electrical
Machines and Systems (ICEMS 2003) Beijing, China,
pp.813-814 (2003).
[21] S. Hanai, M. Shimada, H. Ogata, K. Nakamoto, N.
Hirano, S. Nagaya, H. Onoda, S. Koso, Y. Tatsuta and H.
Ohsaki: “Coil Performance Test Results of a Cost
Reduced 100MW/500kWh SMES,” The 18th Int. Conf.
on Magnet Technology (MT-18), Morioka, Japan,
3B-a01 (Invited) (2003).
シンポジウム・研究会・大会等発表
[22] J. Du and H. Ohsaki: Three-dimensional Eddy Current
Calculation in the EMS-Maglev System, 平成 15 年電
気学会産業応用部門大会, Vol.3, pp.189-192 (2003).
[23] 大谷陽介, 大崎博之: 「空心形永久磁石サーフェス
モータの電磁力と永久磁石寸法の関係に関する検
討」, 平成 15 年電気学会産業応用部門大会, Vol.3,
pp.263-264 (2003).
[24] 河本泰典, 草川慎一, 馬場旬平, 大崎博之, 正田英
介: 「電磁吸引式磁気浮上車輌の制御系設計法の三
次元運動シミュレーションによる検証」, 平成 15 年
電気学会産業応用部門大会, Y-58 (2003).
[25] 一木洋太, 大崎博之: 「YBCO 線材の交流損失の線
材幅および外部磁界依存性に関する数値解析」, 電
気学会 超電導応用電力機器／リニアドライブ合同
研究会, ASC-04-13/LD-04-13 (2004).
[26] 藤山敬太, 大崎博之: 「並列計算アルゴリズムによ
るバルク超伝導体のパルス着磁特性解析」, 電気学
会 超電導応用電力機器／リニアドライブ合同研究
会, ASC-04-24/LD-04-24 (2004).
[27] J. Du and H. Ohsaki: Numerical Analysis of Eddy
Current Induced in Iron Rails of EMS-LIM Maglev
Systems and Its Influence on Electromagnetic Force
Characteristics,
電気学会リニアドライブ研究会,
LD-03-105 (2003).
[28] 坪井雄一, 大崎博之: 「回転機の回転子に組み込ま
れたバルク超電導体のパルス励磁の数値解析」, 第
68 回 2003 年度春季低温工学・超電導学会, 2E-p32,
p.214 (2003).
[29] 一木洋太, 大崎博之: 「有限要素法による YBCO 線
材の交流損失解析」, 第 68 回 2003 年度春季低温工
学・超電導学会, 1E-p23, p.113 (2003).
[30] 有可光宏, 仙波智行, 浅野克彦, 寺薗完一, 谷口俊二,
林秀美, 木村博伸, 畑辺康宏, 辻泰三, 高祖聖一, 大
崎博之: 「系統安定化用 SMES 要素モデルコイルの
製作について」, 第 68 回 2003 年度春季低温工学・
超電導学会, 3B-a08, p.242 (2003).
[31] 小野田啓, 平野直樹, 長屋重夫, 嶋田守, 花井哲, 小
方大成, 中本一成, 高祖聖一, 辰田昌功, 大崎博之:
「負荷変動補償・周波数調整用 SMES コイルの開発」,
第 68 回 2003 年度春季低温工学・超電導学会, 3B-a09,
p.243 (2003).
[32] 坪井雄一, 大崎博之,「電機子巻線を用いたパルス磁
界により回転子を着磁したバルク超電導発電機の基
本特性」, 第 69 回 2003 年度秋季低温工学・超電導
48
学会, 2E-p22, p.208 (2003).
[33] 一木洋太， 大崎博之: 「YBCO 線材の交流損失の磁
界印加角度依存性に関する数値解析」, 第 69 回 2003
年度秋季低温工学・超電導学会, 2E-p01, p.187 (2003).
[34] 藤山敬太, 大崎博之: 「バルク超電導体の電磁界数
値解析への並列計算アルゴリズムの適用」, 第 69 回
2003 年秋季低温工学・超電導学会, 2E-p31, p.217
(2003).
[35] 長屋重夫, 平野直樹, 足立英輔, 小野田啓, 木戸口幸
司, 森口浩巳, 嶋田守, 花井哲, 小方大成, 中本一成,
高祖聖一, 清水延彦, 辰田昌功, 大崎博之: 「負荷変
動補償・周波数調整用 SMES コイルの開発−評価試
験について−」, 第 69 回 2003 年秋季低温工学・超
電導学会, 2B-a01, p.152 (2003).
[36] 長屋重夫, 平野直樹, 足立英輔, 小野田啓, 木戸口幸
司, 森口浩巳, 嶋田守, 花井哲, 小方大成, 中本一成,
高祖聖一, 辰田昌功, 大崎博之: 「負荷変動補償・周
波数調整用 SMES コイルの開発−冷却特性について
−」, 第 69 回 2003 年秋季低温工学・超電導学会,
2B-a02, p.153 (2003).
[37] 長屋重夫, 平野直樹, 足立英輔, 小野田啓, 木戸口幸
司, 森口浩巳, 嶋田守, 花井哲, 小方大成, 中本一成,
高祖聖一, 清水延彦, 辰田昌功, 大崎博之: 「負荷変
動補償・周波数調整用 SMES コイルの開発−直流通
電特性について−」, 第 69 回 2003 年秋季低温工学・
超電導学会, 2B-a03, p.154 (2003).
[38] 長屋重夫, 平野直樹, 足立英輔, 小野田啓, 木戸口幸
司, 森口浩巳, 嶋田守, 花井哲, 小方大成, 中本一成,
高祖聖一, 清水延彦, 辰田昌功, 大崎博之: 「負荷変
動補償・周波数調整用 SMES コイルの開発−繰返し
通電特性について−」, 第 69 回 2003 年秋季低温工
学・超電導学会, 2B-a04, p.155 (2003).
[39] 長屋重夫, 平野直樹, 足立英輔, 小野田啓, 木戸口幸
司, 森口浩巳, 嶋田守, 花井哲, 小方大成, 中本一成,
高祖聖一, 清水延彦, 辰田昌功, 大崎博之: 「負荷変
動補償・周波数調整用 SMES コイルの開発−交流損
失の評価について−」, 第 69 回 2003 年秋季低温工
学・超電導学会, 2B-a05, p.156 (2003).
[40] J. Du and H. Ohsaki:
Numerical Analysis of
Three-dimensional Eddy Current Problems in the
EMS-Maglev System,
第 15 回「電磁力関連のダイ
ナミックス」シンポジウム, pp.475-478 (2003).
[41] 小野田啓, 平野直樹, 長屋重夫, 嶋田守, 花井哲, 小
方大成, 中本一成, 高祖聖一, 辰田昌功, 大崎博之:
「負荷変動補償・周波数調整用 SMES コイルの試験」,
平成 15 年電気学会電力・エネルギー部門大会, no.290
(2003)
[42] 大崎博之: 「超電導電力貯蔵（SMES）」, 電気化学
会第 71 回大会, 特 1L30, p.306 (2004).
[43] J. Du and H. Ohsaki: Eddy Current Numerical Analysis
of EMS-LIM Maglev Systems and Its Influence on
Electromagnetic Force Characteristics, 平成 16 年電気
学 会 全 国 大 会 講 演 論 文 集 [5], no.5-070, p.93-94
(2004).
その他
[44] 大崎：ハルバッハ型永久磁石とその応用，第 22 次 第
8 回モータ技術フォーラム（日本能率協会） (2003).
[45] Y. Tsuboi and H. Ohsaki: “An Electric Rotating Machine
with a Bulk Superconducting Rotor,” The Sixth
University of Tokyo - Seoul National University Joint
Seminar on Electrical Engineering, Seoul, Korea,
pp.104-107 (2003).
[46] Y. Ichiki and H. Ohsaki: “Numerical Analysis of AC
Losses in YBCO Coated Conductor,” The Sixth the
University of Tokyo - Seoul National University Joint
Seminar on Electrical Engineering, Seoul, Korea, pp.
84-87 (2003).
49
古関研究室
KOSEKI Laboratory
impossible to obtain effective control and the instability
always occurs due to the remarkably difference in sensing and
controlling
speed.
To
solve
this
problem,
the
"dual-sampling-rate observer", which estimates the plant's state
variables at every sampling period and corrects the estimation
error when the measurement is detected, has been proposed. Its
effectiveness has been verified through various experiments.
(http://www.koseki.t.u‑tokyo.ac.jp/)
研究現況
Current Research Projects
1.
列車の運転整理
長崎 祐作・高野 求・永田 亮一郎・古関 隆章
Rescheduling in Train Operation
Y. NAGASAKI, M. TAKANO, R. NAGATA,
and T. KOSEKI
3.
電気車の純電気ブレーキ化
岡田 万基・福田 吉紀・古関 隆章
Pure Electric Brake for Electric Trains
Y. OKADA, Y. FUKUDA, and T. KOSEKI
現在、列車の運転整理は指令員により人手で行なわれ
ており、その負担はとても大きい。本研究室では、乗客
の立場から見た列車運行の評価法と列車運行・乗客行動
シミュレーションにより、運転整理を半自動的に行ない
指令員を支援するシステムを提案し実装してその可能性
を示した。また、効率よく運転整理を行なうためには個々
の乗客に対して適切な情報提供を行なうことが不可欠で
あるが、現時点では列車運行乱れ時には情報が混乱して
いることも多い。本研究室では携帯電話を利用し、列車
運行乱れ時にも個々の乗客に適切な乗車列車の案内を行
なえるシステムを提案し評価した。
Currently, train dispatchers take on the task of train
rescheduling, and it is a heavy burden. Therefore, we are trying
to develop the system rescheduling trains semi-automatically.
This year, we have implemented the system with a method for
evaluating train operation from passengers point of view and
simulating train operation and passengers' behavior. And it is
important to provide appropriate information to passengers so
as to operate trains efficiently. Therefore, we have proposed
and evaluated the system guiding passengers to appropriate
trains with cellular phones.
回生制動を用いて、列車の運動エネルギーを制動時に
電力として回収し、力行中の他の列車で有効に利用する
回生ブレーキを持つ車両が今日広く用いられるようにな
っているが、現在の多くの直流電気鉄道では、車両、き
電システムともに、回生ブレーキの持つ良さを必ずしも
完全に生かしきれるシステムとはなっていない。そこで、
将来の鉄道直流電気システムを視野に、現在の技術水準
をもとに、回生の能力を持つ変電設備や、電力蓄積装置
の設置の可能性、補機の利用を含めた車両電力制御の改
善策を検討した。
Currently, most electric trains are equipped with
regenerative braking systems, which convert kinetic energy of
the braking trains into electrical energy and the other powering
trains consume the electrical energy. However, conventional
vehicles and electrical systems do not enable effective usage of
regenerative braking systems in DC-electrified railways. We
investigate possibility of introducing substations that have
regenerative inverter, energy storage systems and improvement
of train-power management, which includes utilization on
auxiliary systems of trains based on present technical level.
2. 車両制御の高性能化
リリット ゴーウィティクンランシー・古関 隆章
High Performance in Traction Control of
Electric Trains
L. KOVUDHIKULRUNGSRI and T. KOSEKI
4. リニアドライブ・磁気浮上
王 建輝・崔 建明・エルカン カディル・立石 大輔・
牧野 祐輔・中井 敏幸・中内 慎一郎・古関 隆章
Linear Drives and Magnetic Levitation
J. WANG, J. CUI, K. ERKAN, D. TATEISHI,
Y. MAKINO, T. NAKAI, S. NAKAUCHI,
and T. KOSEKI
離散的な位置センサとしてのエンコーダ情報に基づく
高速から低速までの可変速駆動制御に代表されるように
制御用計算機に比べてセンサの速度が遅いため十分な制
御性能を得られなくなり、不安定を引き起こすような現
象などの問題点がある。これに対しセンサに対するハー
ドウェアの要求を引き上げることなく制御用計算機の持
つ短いサンプル時間と遅いセンサにより決まる長いサン
プル時間を統合的に扱い、制御対象のプラントモデルに
応じて有効な状態推定を行うデュアル･サンプリング･レ
ート･オブザーバの原理を提案しその実用的実装手法を
示し、実験を通じその有用性を検証した。
For some systems such as traction drives, low resolution
encoders are widely used as speed sensors. As a result, it is
磁気浮上システムでは、ギャップ長一定、ゼロパワー
およびセミゼロパワーの３種類の浮上方式の消費電力評
価を行っている。また除振システムとして、コスト削減
を目指した E 型ハイブリッド電磁石を用いたシステムを
提案している。搬送システムでは、電機子巻線を片側の
みに間欠配置している低コストなシステムについて特性
を調べた。また高層化に対応でき、輸送容量が大きいエ
レベータシステムとして、LSM と姿勢制御用電磁石を組
み合わせた非接触駆動システムを提唱した。また、可動
子に三台の電磁石と三台の LIM を持ち、6 自由度位置制
御が可能であるシステムも考案している。さらに、推力/
可動子重量比の大きな新型アクチュエータを対象とし、
50
JSME International Journal, Series C, Vol. 46, No. 2, pp.
385-390 (2003).
実験計画法を採用した設計論を検討した。
We evaluate three kinds of method for magnetic levitation
from the view of power consumption. We also propose
vibration-isolation system with staggered E-type hybrid
electromagnet and conveyer system with LSM, which is only
fixed in one side of the stator for cost reduction. Besides, we
propose vertical transportation system for high building and
conveyer system with six degrees of freedom control with LIM
and electromagnet. We investigate design of new type actuator,
whose ratio of thrust to mover weight is substantially large
using experimental design.
5.
国際会議論文
[2]
Y. Nagasaki, M. Eguchi, and T. Koseki: “Automatic
Generation and Evaluation of Urban Railway
Rescheduling Plan”, International Symposium on
Speed-up and Service Technology for Railway and
Maglev Systems 2003, Koganei, pp 301-306 (2003).
[3] Y. Okada, T. Koseki, and S. Sone: “Energy Management
for Regenerative Brakes on a DC Feeding System”,
International Symposium on Speed-up and Service
Technology for Railway and Maglev Systems 2003,
Koganei, pp 376-380 (2003).
[4] L. Kovudhikulrungsri, D. Tateishi, and T. Koseki:
Improvement of Readhesion Control of an Electric
Railway Vehicle by using Multirate Sampling Observer ,
International Symposium on Speed-up and Service
Technology for Railway and Maglev Systems 2003,
Koganei, paper no. C301, pp. 335-340 (2003).
[5] L. Kovudhikulrungsri, D. Tateishi, T.
Koseki:
Readhesion
Control
of
Single-InverterMultiple-Motor AC Traction Drives for Electric
Railways by Using Multirate Sampling Observer , EPE
2003, Toulouse, paper no. 765 (2003).
[6] T. Koseki, T, Mano and T. Mizuma: “Flux Synthesis of
a Linear Induction Motor for Compensating End-Effect
based on Insight of a Control Engineering”, 2003 Linear
Drives for Industry Applications, CO-21, pp. 359-362 ,
Birmingham (2003).
[7] L. Kovudhikulrungsri, T. Koseki: “Performance
Improvement of A Linear Encoder by Multirate
Sampling Observer”, 2003 Linear Drives for Industry
Applications, MI-07, pp. 509-513, Birmingham (2003).
[8] T. Koseki, Y. Makino, J. Liu, S. Inui, Y. Ohira:
“Two-Dimensional Linear Drive Combined with
Electromagnetic Levitation for a Flexible Transportation
Line”, 2003 Linear Drives for Industry Applications,
PL-04, pp. 97-100, Birmingham (2003).
[9] K. Erkan, T. Koseki: “6 Degrees of Freedom Zero Power
Control of A Vibration Isolation Stage”, The Sixth
University of Tokyo - Seoul National University Joint
Seminar on Electrical Engineering, Seoul, pp. 35-39
(2003).
[10] T. Nakai, D. Tateishi, T. Koseki: “Proposal of
Contactless Vertical Transportation System which can
also move in Horizontal Direction”, Proceedings of The
Sixth University of Tokyo - Seoul National University
Joint Seminar on Electrical Engineering, Seoul, pp.
69-72 (2003).
電力測定システムへの無線通信
ドァン クォング マン・清水 則博・古関 隆章
Application of Radio Communication to Power
Measuring System
D. C. MANH, N. SHIMIZU,
and T. KOSEKI
分散型電源による小規模なエネルギーネットワークに
おいて合理的な需給制御を行うため、電力使用状況の空
間的分布、時間的変化の詳細情報を収集することを考え
た。そのために電気製品で使用される電力情報を個別に
測定し収集する分散型電力測定システムと、無線通信技
術である Bluetooth の応用を提案した。そして、Bluetooth
での通信下で、複数ユーザの同時通信における通信品質
の劣化や雑音による影響を解析し、それらに対する改善
策を提案した。また、Bluetooth での通信では、有線に比
べ伝送容量に強い制約があるため、センサの段階で信号
処理を行い、必要な情報を抽出・加工することで、伝送
する情報量を減らすことを考えた。
We have proposed a novel sensor system for measuring
detailed information on spatial distribution and time
dependency of electric power consumption in order to
reasonably control energy demand as well as its supply in a
distributed electric network. The system shall collect the
real-time information on spatially distributed power
consumption in each electric components and supervise the
power flow in the network. It will be a serious problem to wire
each distributed sensor in practice. We have therefore proposed
to use Bluetooth and analyzed the effects from co-channel
interference and noise of the environment and proposed
solutions for these problems. We have introduced data
compression and signal processing to each sensor to reduce the
data volume at the radio communication.
論文・著書一覧（2003 年度）
Publications List
研究論文
[1]
T. Koseki, K. Yamashita, J. Liu: “Levitation and Thrust
Control of a Completely Passive Core Excited Solely by
Armature Currents of a Linear Synchronous Motor”,
総説・解説論文
51
[11] 古関 隆章:
次世代地下鉄システム研究委員会報
告 書 に つ い て , 日 本 地 下鉄 協 会 報 第 142 号,
pp.23-60 (2003).
[12] 古関 隆章:
これからの電気鉄道技術 , 鉄道と
電気技術, Vol.14, No.11, pp.3-8 (2003).
[13] 古関 隆章: 21 世紀の交通システムと電気系の技
術 , 三菱電機技報, Vol.77, No.11, p. 1 (2003).
[14] 古関 隆章:
ドライバレス運転の可能性と課題,
鉄道車両と技術 , No.86, pp. 2-9 (2003).
[26]
[27]
[28]
シンポジウム・研究会・大会等発表
[15] 長崎祐作, 江口誠, 古関隆章: 鉄道運行計画におけ
るグラフ理論の適用 , 電気学会 交通・電気鉄道研
究会, pp.17-22 (2003).
[16] 古関隆章, 真野 亮: 制御工学的視点に基づくリニ
ア誘導モータの磁束合成を用いた端効果補償 , 第
15 回電磁力関連のダイナミックスシンポジウム, pp.
385-390 (2003).
[17] 立石 大輔, 古関 隆章:
水平移動も可能な非接触
駆動鉛直輸送システムの提案 , 電気学会交通・電
気 鉄 道 ・ リ ニ ア ド ラ イ ブ 合 同 研 究 会 ,
TER-03-36/LD-03-61, pp. 49-54 (2003)
[18] 牧野 祐輔, 古関 隆章: 磁気浮上支持された二次
元駆動アクチュエータ , 電気学会交通・電気鉄道・
リニアドライブ合同研究会, TER-03-35/LD-03-60, pp.
43-48 (2003)
[19] L. Kovudhikulrungsri, T. Koseki: Improvement of
Performance and Stability of a Drive System with a
Low-resolution Position Sensor by Multirate Sampling
Observer , 平成 15 年電気学会産業応用部門大会, pp.
142-147 (2003).
[20] 岡田万基, 古関隆章:
直流き電システムにおける
回生ブレーキ最大活用時のエネルギー評価 , 電気
学会交通・電気鉄道・リニアドライブ合同研究会,
TER-03-35/LD-03-60, pp. 37-42 (2003).
[21] ドアン・クォング・マン, 古関隆章, 弓長建中, 芦谷
正裕:
分散型電力測定システムにおける無線信号
伝送についての研究 , 情報科学技術フォーラム
2003, O-020, pp. 509-510 (2003).
[22] エルカンカディル, 古関 隆章: スタガ配置された E
型ハイブリッド電磁石による除振台の六自由度制御,
電気学会・リニアドライブ研究会, LD-03-76~86, pp.
59-64 (2003)
[23] 立石 大輔, 中井 敏幸, 古関 隆章: 非接触駆動鉛直
輸送システムの分岐部通過特性, 電気学会リニアド
ライブ研究会, LD-03-101, pp. 53-56 (2003).
[24] L. Kovudhikulrungsri、立石大輔、古関隆章: 適切な
すべり速度制御のためのすべり速度と粘着力の推
定 , 第 10 回鉄道技術連合シンポジウム, pp. 349-352
(2003).
[25] 高野求, 長崎祐作, 古関隆章: 乗客経路決定機能を
持つ運転整理提案・評価システム , 日本機械学会
[29]
[30]
[31]
[32]
52
第 10 回鉄道技術連合シンポジウム J-Rail2003 講演
論文集, pp.25-29 (2003).
古関 隆章, 木本 徹: SC77 Ｃ（高電磁界過渡現
象）韓国済州島会議報告と最新動向 , 電気学会 電
磁環境研究会, pp.25-29 (2004).
長崎祐作, 高野求, 古関隆章: グラフ理論に基づく
乗車経路決定機能を持つ運転整理評価・支援システ
ム , 電気学会システム・制御研究会 SC-04-11, pp.
25-30, (2004).
L. Kovudhikulrungsri、古関隆章: センサが遅い系の
デュアル・レート・サンプリング・オブザーバを用
いた状態推定 , 電気学会システム・制御研究会
SC04-12, pp. 31-36, (2004).
立石 大輔, 中井 敏幸, 古関 隆章: Halbach 形可動
子による空心リニア同期駆動と磁気浮上支持による
鉛直輸送 , 電気学会システム・制御研究会,
SC-04-13, pp. 37-42 (2004).
ドアン・クォング・マン, 清水則博, 古関隆章: 電
力測定のための無線信号伝送システムでの干渉低減
評価 , 電子情報通信学会総合大会, A-5-18, p. 157
(2004).
福田吉紀, 岡田万基, 古関隆章: 補機消費電力の積
極的利用による直流電気鉄道での回生ブレーキ有効
利用 , 平成 16 年電気学会全国大会, No.5, p. 155
(2004).
永田亮一郎, 長崎祐作, 古関隆章: リアルタイム乗
客個別案内による列車運行異常時の乗客損失低減効
果 , 平成 16 年電気学会全国大会, No.4, p.160 (2004).
青山・森川研究室
Aoyama and Morikawa Laboratory
(http://www.mlab.t.u‑tokyo.ac.jp)
研究現況
Current Research Projects
1.
ユビキタスネットワーク
青山 友紀・森川 博之・川原 圭博
川西 直・江 国慶・林 智天
Ubiquitous Network
T. AOYAMA, H. MORIKAWA, Y. KAWAHARA,
N. KAWANISHI, K. KONG, and T. HAYASHI
ユビキタスネットワーク環境の実現に向けては，実世
界に遍在するコンピュータ機器やサービス同士を連携し，
実世界の情報とネットワークサービスをシームレスに融
合する技術が重要になる．これに向けてわれわれは，セ
ンサなどから得た情報から，ユーザの位置情報や，置か
れている状況，嗜好や行動パターンといったコンテキス
ト情報を抽出する基盤技術の研究開発を行っている．こ
の基盤技術を利用し，コンテキスト情報を利用した「気
の利いた」アプリケーションやエンターテイメントのた
めのアプリケーションを実装しているほか，本郷三丁目
にセンサやアクチュエータを遍在させたテストベッドを
構築し，実用的観点からのフィードバックを行っている．
A seamless fusion of the real-world information and virtual
network services along with the coordination of computer
equipments and network service in the real world will bring us
a ubiquitous networking environment. Toward this, we are
working on developing a context aware technology that infers
users' location, situation preference, behavior, etc. On the top
of the platform, we are developing context aware applications
and entertainment applications that utilize user's location and
situation. We also develop application prototypes in the testbed
room at Hongo 3-chome in order to collect practical feedbacks.
2.
フォトニックネットワーク
青山 友紀・森川 博之・王 溪・橋口 知弘
孫 咏梅・吉田 宣和・正岡 直也・Vu Quang Minh
Photonic Network
T. AOYAMA, H. MORIKAWA, X. WANG, T.
HASHIGUCHI, Y. SUN, N. YOSHIDA, N.
MASAOKA, and V. Q. MINH
インターネット接続の常時化・広帯域化とともに，グ
リッドコンピューティング，ピアツーピア通信，大容量
広域分散ストレージといった新しい利用形態が浸透し，
通信トラヒックが爆発的に増加し続けている．当研究室
では，Tb/s オーダのトラフィックを処理可能なバースト
フォトニックネットワークに着目し，その制御技術の開
発と，テストベッド構築を進めている．具体的には，光
ルータアーキテクチャ，ディフレクションルーティング，
自律分散型光パス割当，CoS(Class of Service)サポート，
53
光バーストトランスポートプロトコル，光バースト生
成・受信技術等の検討を行っている．また，他機関との
共同で産官学連携プロジェクトを進めている．
Broadband and flat rate connection services are getting
widespread recently. Meanwhile, new applications such as grid
computing, peer-to-peer communication, and wide-area
distributed storage systems also emerged. All these led to
tremendous growth in Internet traffic and generated a great
need for increased transmission capacity and switching-system
throughput in underlying transport networks. Our goal is to
develop a terabit photonic network by taking advantage of
Optical Burst Switching (OBS) technologies. The research
focuses on the architecture, functions, and performances of
future photonic networks providing, photonic router
architecture, deflection routing, distributed wavelength
assignment, CoS (Class of Service) support, photonic burst
transport protocol, and generating/receiving technique for
photonic bursts.
3.
ネットワークコラボレーション
青山 友紀・森川 博之・渡邊 廣次・川田 雅人
三村 和・チャン ハグエン・Juta Pansang
小野 孝之・飛岡 良明
Network Collaboration
T. AOYAMA, H. MORIKAWA, K. WATANABE,
M. KAWADA, N. MIMURA, T. H. NGUYEN,
J. PANSANGAND, T. ONO, and Y. TOBIOKA
インターネットの進展に伴い，多様なメディア／アプ
リケーションを用いるさまざまなコミュニケーションツ
ールが実現されつつある．本研究では，そうした多様な
メディアを用いた，ユーザを中心とする新世代のコミュ
ニケーション手段の創成を目指す．具体的には，個人情
報や状況に応じて適切な端末やメディアが自動的に選択
され，人間主体のコミュニケーションを効果的にサポー
ト・実現するアプリケーションシステムの構築を進めて
いる．これに向けて，多人数間でのデータ伝送，協調的
レート制御，モビリティサポート，ブートストラップ機
構，サービス記述・発見機構，プレゼンス技術の研究開
発ならびに実装を進めている．
Advances in networking technologies contribute to the
emergence of new adaptive communication tools in which
functions and interfaces efficiently respond to the demands, the
profiles, and the contexts of users. This new vision of
communication environment requires a seamless integration of
various computing and communication devices to deliver
customized content to its users.
Hence, flexibility,
functionality, security and robustness are definite requirements
for the design of such architectures. We are currently
investigating and implementing network technologies aiming
at providing multi-party data dissemination, cooperative rate
control, mobility support, bootstrap mechanism, service/device
description and discovery, and presence management.
4.
向け，研究を進めている．
The advanced technology of computing and networking let
us bring the proliferation of information technology into
myriad devices and applications. Realizing the great promise
of ubiquitous networks presents a new set of challenges such
as the development of a computing infrastructure that
seamlessly and ubiquitously aids users in accomplishing their
tasks according to the users' context. Towards this, we are
developing mechanisms such as session layer mobility support,
secure service handover mechanism, energy efficient resource
discovery, and flexible resource combination considering the
user's context. In addition, we are building a mobile testbed for
developing and evaluating the usability of prototype
application components.
ユーザセントリックネットワーク
森川 博之・青山 友紀・山田 浩之・岡 敏生
Nguyen Hoai Son・松本 延孝・Thielo Oumar
User-centric Network
H. MORIKAWA, T. AOYAMA, H. YAMADA,
T. OKA, N. H. SON, N. MATSUMOTO,
and T. OMUMAR
身の回りのあらゆるものに計算能力が付き，それらが
ネットワークを介してコミュニケーションできる環境が
浸透するに伴い，ユーザは多様な端末やデバイスだけで
なく，様々なサービス／アプリケーションを個人で保有
し，利用するようになる．本研究では，このような環境
における，ユーザを中心とした新しいネットワークの利
用形態，アーキテクチャを探ることを目的とする．具体
的には，グローバル環境での到達性だけでなく，ユーザ
のポリシにしたがった端末／サービス管理や経路選択と
いったネットワークの構築・管理・利用技術の検討を進
めている．これに向けて，ユーザ指向型ネットワーク空
間の構築，サービス記述・発見機構，セキュリティ機構，
ユーザ主導型光パス設定・管理機構の研究開発ならびに
実装を進めている．
The proliferation of smaller and more intelligent devices in
networks poses new issues about the control of such devices
and the provided services/applications. The main
characteristics of this new user-centric network architecture are
not only global reachability but also user's based grouping and
partitioning of networked elements as well as on demand
routing path management. We are investigating and
implementing several network technologies necessary to
provide user-oriented network space such as service/device
description and discovery, security strategies, and shortcut
routing using user-controlled light-path.
6.
センサネットワーク
森川 博之・青山 友紀・滕 睿・Poupyrev Pavel
Udana Bandara・猿渡 俊介・鹿島 拓也
Sensor Networks
H. MORIKAWA, T. AOYAMA, R. TENG, P. PAVEL,
U. BANDARA, S. SARUWATARI, and T. KASHIMA
ユビキタスネットワーク環境実現のキーテクノロジの
ひとつとしていかにして物理世界の情報をコンピュータ
ネットワーク内に取り込むかという課題がある．これに
向けて本研究室ではセンサネットワーク技術に注目し，
センサネットワークの通信技術からアプリケーション技
術までを包括的に研究を進めている．具体的には，環境
から取得したエネルギーで駆動するセンサノード技術，
低消費電力で動作する無線通信プロトコル，人の位置情
報や動線を検出などを行うセンシングデータ処理技術，
センサやアクチュエータや演算能力が組み込まれた机や
壁などの素材であるスマートマテリアル，およびセンサ
ネットワークの基盤ソフトウェアの研究開発を行ってい
る．
The issue of taking physical world information into a
computer network is one of the key technologies in realizing
ubiquitous network environment. Towards this issue, our
laboratory is focusing on sensor network technology, and
comprehensively researching from communication technology
to application technology of sensor networks. Specifically, we
are doing research on technology for sensor nodes driven by
the energy acquired from environment, low power
consumption wireless communication protocol, sensing data
processing technology that detects location information or
trajectory information of people, smart materials incorporated
with sensors, actuators, or computation ability which could be
used for desks or walls.
5.
モバイルインターネット
森川 博之・青山 友紀・金子 晋丈・新藤 晃浩
Tanapoom Damraks・林 素娟・鯉江 尚央
Mobile Internet
H. MORIKAWA, T. AOYAMA, K. KANEKO,
A. SHINDO, T. DAMRAKS, S. LIM, and N. KOIE
デバイスやネットワークの技術発展による多様化に伴
い，ユビキタス環境が間近に迫ろうとしている．本研究
では，ユーザの周辺に遍在する多様なリソースをユーザ
に柔軟に提供するために，ユーザ周辺のデバイスやネッ
トワークの発見機構，コンテキストに応じたリソースの
柔軟な連携機構などを含め，ネットワークやデバイスを
またぐ新しいネットワークアーキテクチャを検討してい
る．具体的には，セッションレイヤアーキテクチャ，サ
ービスハンドオフ機構，超省電力リソース発見機構，セ
キュリティ機構，高速ハンドオフサポート，基地局間連
携ネットワーク等の検討を進めながら，コンテキストア
ウェアモバイルインターネットアーキテクチャの実現に
論文・著書一覧（2003 年度）
Publications List
研究論文
54
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
南 正輝, 森川 博之, 青山 友紀: "ユビキタス環境に
おけるサービス合成支援のためのインタフェース指
向ネームサービス," 電子情報通信学会論文誌, vol.
J86-B, no. 5, pp. 777-789, May 2003.
X. Wang, H. Morikawa, and T. Aoyama: "Priority-based
Wavelength Assignment Algorithm for Burst Switched
WDM Optical Networks," IEICE Transactions on
Communications, Joint Special Issue on Recent Progress
in Optoelectronics and Communications, vol. E86-B, no.
5, pp. 1508-1514, May 2003.
T. Itao, S. Tanaka, T. Suda and T. Aoyama: "Adaptive
Creation of Mobile Network Applications in the
Jack-in-the-Net Architecture," Kluwer/ACM Wireless
Network Journal (WINET).
川田 雅人, 森川 博之, 青山 友紀: "階層型マルチキ
ャストを用いた協調的ストリーム間レート制御手
法," 電子情報通信学会論文誌, vol. J86-B, no.11, pp.
2357-2369, November 2003.
H. Harada, M. Kuroda, H. Morikawa, H. Wakana, and F.
Adachi: "The Overview of the New Generation Mobile
Communicatoin System and the Role of Software
Defined Radio Technology," IEICE Transactions on
Communications, Special Issue on Software Defined
Radio Technology and Its Applications, vol.E86-B, no.12,
pp. 3374-3384, December 2003.
Y. Kawahara, H. Morikawa, and T. Aoyama: "A
Peer-to-Peer Message Exchange Scheme for Large-Scale
Networked Virtual Environments," Telecommunication
Systems, vol. 25, no. 3-4, pp.353-370, March-April
2004.
[11]
[12]
[13]
[14]
[15]
国際会議論文
[7]
Y. Fukuju, M. Minami, H. Morikawa, and T. Aoyama:
"DOLPHIN: An Autonomous Indoor Positioning System
in Ubiquitous Computing Environment," In Proceedings
of IEEE Workshop on Software Technologies for Future
Embedded Systems(WSTFES2003), pp53-56, Hakodate,
Japan, May 2003.
[8] K. Nakauchi, Y. Ishikawa, H. Morikawa, and T.Aoyama:
"Peer-to-Peer Keyword Search Using Keyword
Relationship," In Proceedings of 3rd International
Workshop on Global and Peer-to-Peer Computing on
Large Scale Distributed Systems(GP2PC 2003),
pp.359-366, Tokyo, Japan, May 2003.
[9] N. Mimura, K. Nakauchi, H. Morikawa, and T.Aoyama:
"RelayCast: A Middleware for Application-level
Multicast Services," In Proceedings of 3rd International
Workshop on Global and Peer-to-Peer Computing on
Large Scale Distributed Systems(GP2PC 2003),
pp.434-441, Tokyo, Japan, May 2003.
[10] A. Saito, M. Minami, Y. Kawahara, H. Morikawa and T.
Aoyama: "Smart Baton System: A Universal Remote
[16]
[17]
[18]
55
Control System in Ubiquitous Computing Environment,"
In Proceedings of International Conference on Consumer
Electronics(ICCE2003), THAM 16.3, pp.308-309, Los
Angeles, U.S.A, June 2003.
T. Hashiguchi, X. Wang, H. Morikawa, and T. Aoyama:
"Burst Assembly Mechanism with Delay Reduction for
OBS Networks," In Proceedings of Conference on the
Optical Internet (COIN 2003), pp.664-666, Melbourne,
Australia, July 2003.
S. Lim, K. Kaneko, H. Morikawa, and T. Aoyama:
"Secure Session Migration Using Key-Insulated
Public-Key Cryptosystems," In Proceedings of the First
Joint
Workshop
on
Mobile
Multimedia
Communications(JWMMC2003),
pp.57-61,
Seoul,
Korea, July 2003.
S. Sameshima, K. Kawano, K. Takashio, H. Morikawa,
and M. Minami: "Opportunities and Issues Relating to
Middleware Technologies for Context-aware Service," In
Proceedings of the Society of Instrument and Control
Engineers(SICE) Annual Conference 2003, MPII-11-2,
Fukui, Japan, August 2003.
Y. Kawahara, M. Minami, H. Morikawa, and T. Aoyama:
"Design and Implementation of a Sensor Network Node
for Ubiquitous Computing Environment,"
In
Proceedings of IEEE Semiannual Vehicular Technology
Conference(VTC2003-Fall), Orland, USA, October
2003.
H. Yamada, H. Morikawa, and T. Aoyama:
"Decentralized Control Mechanism Suppressing Delay
Fluctuation in Wirelss LANs," In Proceedings of IEEE
Semiannual
Vehicular
Technology
Conference
(VTC2003-Fall), Orland, USA, October 2003.
M. Minami, H. Morikawa, and T. Aoyama:
"Prototyping a Fully Distributed Indoor Positioning
System for Location-aware Ubiquitous Computing
Applications," In Adjanct Proceedings of the Fifth
International Conference on Ubiquitous Computing
(UbiComp 2003), pp.201-202, Seattle, USA, October
2003.
M. Inoue, K. Mahmud, H. Murakami, M. Hasegawa, and
H. Morikawa:
"Seamless Handover Using
Out-Of-Band Signaling in Wireless Overlay Networks,"
In Proceeding of the 6th International Symposium on
Wireless Personal Multimedia Communications (WPMC
2003), vol.1 pp.186-190, Yokosuka, Japan, October
2003.
K. Kaneko, H. Morikawa, and T. Aoyama: "Session
Layer Mobility Support for 3C Everywhere
Environments," In Proceeding of the 6th International
Symposium on Wireless Personal Multimedia
Communications (WPMC 2003), vol.2, pp.347-351,
Yokosuka, Japan, October 2003.
[19] M. Hasegawa, H. Morikawa, M. Inoue, U. Bandara, H.
Murakami, and K. Mahmud: "Cross-Device Handover
Using the Service Mobility Proxy," In Proceeding of the
6th International Symposium on Wireless Personal
Multimedia Communications (WPMC 2003), vol.2,
pp.357-361, Yokosuka, Japan, October 2003.
[20] N. Hoaison, A. Shindo, K. Kaneko, H. Morikawa, and T.
Aoyama: "Personal Mesh: A Design of Flexible Internet
Access for Personal Area Network," In Proceeding of the
6th International Symposium on Wireless Personal
Multimedia Communications (WPMC 2003), vol.3,
pp.256-360, Yokosuka, Japan, October 2003.
[21] X. Wang, H. Morikawa, and T. Aoyama: "Priority-based
Wavelength Assignment for Burst Photonic Networks
with Limited Wavelength Conversion," In Proceedings of
Asia-Pacific Optical and Wireless Communications
Conference(APOC2003), Wuhan, China, November
2003.
[22] T. Hashiguchi, X. Wang, H. Morikawa, and T. Aoyama:
"Performance Evaluation of Distributed Wavelength
Assignment in WDM Optical Networks," In Proceedings
of Asia-Pacific Optical and Wireless Communications
Conference(APOC2003), Wuhan, China, November
2003.
[23] H. Morikawa: "Ubiquitous Network: Interaction with
Physical World," Advanced Technologies for Making
Life Mobile Seminar, Tokyo, Japan, November 2003.
[24] H. Morikawa: "The Design and Implementation of
Context-aware Services," In Proceedings of the
IEEE/IPSJ Symposium on Applications and the Internet
Workshops, pp.293-298, Tokyo, Japan, January 2004.
[25] M. Minami, H. Morikawa, and T. Aoyama: "The Design
of Naming-Based Service Composition System for
Ubiquitous Computing Applications," In Proceedings of
the IEEE/IPSJ Symposium on Applications and the
Internet Workshops(SAINT2004 Service Oriented
Computing Workshop), pp.304-312, Tokyo, Japan,
January 2004.
[26] T. Oka, H. Morikawa, and T. Aoayama: "Vineyard: A
Collaborative Filtering Service Platform in Distributed
Environment," In Proceedings of the IEEE/IPSJ
Symposium on Applications and the Internet
Workshops(SAINT2004 Peer-to-Peer Internetworking
Workshop), pp.575-581, Tokyo, Japan, January 2004.
[27] Y. Kawahara, H. Morikawa, and T. Aoyama: "A Sensor
Data Abstraction for Context Aware Applications," In
Proceedings of 4th International Workshop on Smart
Appliances and Wearable Computing(IWSAWC2004),
Tokyo, Japan, March 2004.
[28] H. Morikawa: "Wireless Requirements for Photonics
Middleware," ON*Vector Photonic Workshop, San
Diego, CA, March 2004.
[29] H. Morikawa: "Realizing the Ubiquitous Network: The
Internet and Beyond," In Proceedings of International
Symposium on Electronics for Future Generations,
pp.203-209, Tokyo, Japan, March 2004.
学会誌・解説論文
[30] 青山 友紀: "ユビキタス社会実現に向けての技術課
題," 電気評論 2003 年臨時号, pp. 7-12, 臨時 2003.
[31] 青山 友紀, 森川 博之: "ユビキタス・ネットワーク
の展望," 東京大学総合研究博物館特別展示「東京大
学学位記」展 II, pp.25-30, July 2003.
[32] 森川 博之: "ユビキタス時代に向けた社会環境の変
化," バーコード 増刊号, 社会環境・先端技術の最新
動向−AUTO-ID を取り巻く社会システムを斬る−,
pp.118-122, August 2003.
[33] 森川 博之: "20 世紀の名著名論−M. Weiser: The
Computer for the Twenty-First Century," 情報処理,
vol.44, no.9, pp.979, September 2003.
[34] 森川 博之: "ユビキタス社会の構築," 電気学会論文
誌Ｃ(電子・情報・システム部門誌), vol.124-C, no.1,
pp.12-17, January 2004.
[35] 青山 友紀: "ユビキタスは実社会と仮想社会を融合
するもの," 月刊 GCJ 2004 年 3 月号, pp.12-14, March
2004.
[36] H. Morikawa, and T. Aoyama: "Realizing the Ubiquitous
Network:
The
Internet
and
Beyond,"
Telecommunications
Systems,
vol.25,
no.3-4,
pp.449-468, March-April 2004.
シンポジウム・研究会等発表
[37] 川原 圭博, 南 正輝, 森川 博之, 青山 友紀: "ユビ
キタス環境に向けた実世界指向ネットワーキングテ
ストベッド," 情報処理学会研究報告, UBI-1-1, April,
2003.
[38] 森川 博之: "無線 LAN ネットワーキングへのロード
マップ," 周波数資源開発シンポジウム, pp.49-73,
May 2003.
[39] 森川 博之: "ユビキタスコンピューティングとセン
サネットワーク, " 電子情報通信学会東京支部講演
会, June 2003.
[40] 森川 博之: "ユビキタス社会の光と影, " 電子情報技
術産業協会安全委員会 35 周年記念記念講演, June
2003.
[41] グェン ホアイソン, 新藤 晃浩, 今井 尚樹, 森川
博之, 青山 友紀: "パーソナルメッシュにおける環
境適応型移動透過機構の設計と実装," 情報処理学
会マルチメディア, 分散, 協調とモバイル
（DICOMO2003）シンポジウム, pp.9-12, June 2003.
[42] 鹿島 拓也, 猿渡 俊介, 川原 圭博, 南 正輝, 森川
博之, 青山 友紀: "センサネットワーク開発用モジ
ュール U^3 におけるソフトウェアデザイン及びプロ
トタイプアプリケーションの実装," 情報処理学会
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マルチメディア, 分散, 協調とモバイル
（DICOMO2003）シン ポジ ウム, pp.305-308, June
2003.
川田 雅人, 中村 岳, 三村 和, 森川 博之, 青山 友
紀: "ピアツーピア型多対多ビデオコミュニケーショ
ンのためのホスト構成," 情報処理学会マルチメデ
ィア, 分散, 協調とモバイル（DICOMO2003）シン
ポジウム, pp.341-344, June 2003.
T. H. Nguyen, M. Jeong, H. Morikawa, and T. Aoyama:
"Mechanism and Performance Evaluation of a Rate
Control Method for Streaming Distribution," IPSJ
Symposium on Multimedia, Distributed, Cooperative
and Mobile Systems (DICOMO2003), pp.421-424, June
2003.
中村 岳, 川田 雅人, 森川 博之, 青山 友紀: "ホス
ト情報を利用した多対多アプリケーションレベル経
路 制 御 手 法 ," 電 子 情 報 通 信 学 会 技 術 研 究 報 告 ,
NS2003-28, June 2003.
橋口 知弘, 王 溪, 森川 博之, 青山 友紀: "光波長
多重ネットワークにおける波長優先度を用いた波長
予約方式の性能評価," 電子情報通信学会技術研究
報告, CS2003-54, July 2003.
森川 博之: "センサネットワーク," NetWorld+Interop
2004 Tokyo コンファレンス, C25, July 2003.
森川 博之: "実空間指向のユビキタスネットワー
ク," オープンソリューション・ パートナーズグル
ープ基盤技術研究部会, July 2003.
森川 博之: "ユビキタス＋モバイル＋インターネッ
ト＝？," YRP 産学官交流シンポジウム, pp.80-81,
July 2003.
森川 博之: "ユビキタスネットワーク," 電子情報技
術産業協会ユビキタスネットワーク技術専門委員会,
August 2003.
森川 博之: "実空間指向ユビキタスネットワーク,"
情 報 処 理 学 会 連 続 セ ミ ナ ー , pp.117-138, October
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X. Wang, H. Morikawa, and T. Aoyama: "An Approach
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森川博之: "ユビキタスコンピューティングとセンサ
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森川博之: "〔招待講演〕モバイルインターネットワ
ーキングへのロードマップ," 電子情報通信学会技
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川西 直, 川原 圭博, 板生 知子, 森川 博之, 青山
友紀: "実空間指向エンターテインメントアプリケー
ションの自律分散動作機構," 情報処理学会研究報
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淳, 田中 聡, 森川 博之, 青山, 友紀: "実空間センサ
情報を用いたエンターテインメントアプリケーショ
ン の Ja-Net へ の 実 装 ," 情 報 処 理 学 会 研 究 報 告 ,
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金子 晋丈, 林 素娟, 森川 博之, 青山 友紀:
"Key-insulated 公開鍵を用いたセキュアなサービス
モ ビ リ テ ィ の 実 現 ," 情 報 処 理 学 会 研 究 報 告 ,
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森川 博之: "実空間指向コンピューティングとセン
サネットワーク," ネットワークセンシングシステ
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ブルの軽量な負荷分散手法の検討," 電子情報通信
学会技術研究報告, IN2003-189, February 2004.
川田 雅人, 正岡 直也, 森川 博之, 青山 友紀:
"CORTH: 端末の異種性を考慮したオーバレイネッ
トワーキング," 電子情報通信学会技術研究報告,
IN2003-199, February 2004.
新藤 晃浩, 金子 晋丈, 森川 博之, 青山, 友紀: "サ
ービスモビリティを考慮したセッ ション管理機構
の設計と実装," 電子情報通信学会技術研究報告,
IN2003-260, NS2003-305, March 2004.
パンサェーン ジュター, 川田 雅人, 小野 孝之,
三村 和, 森川 博之, 青山, 友紀: "複数ユーザ同士
の関係を考慮したプレゼンス交換と合成手法," 電
子 情 報 通 信 学 会 技 術 研 究 報 告 , IN2003-275,
NS2003-320, March 2004.
吉田 宣和, 金子 晋丈, 王 溪, 森川 博之, 青山, 友
紀: "ドメイン間パスを用いたショートカット IP ル
ーティング機構," 電子情報通信学会技術研究報告,
IN2003-309, March 2004.
ダムラクス タナプーム, グエン ホアイソン, 金
子 晋丈, 森川 博之, 青山, 友紀: "IEEE 802.11 省電
力端末の TCP プロキシ搭載 AP 間ハンドオフ機能,"
情報処理学会研究報告, MBL-28-03, March, 2004.
松本 延孝, 川原 圭博, 森川 博之, 青山, 友紀: "大
規模仮想環境のためのスケーラブルな通信アーキテ
クチャの評価," 日本ソフトウェア科学会プログラ
ミングおよび応用のシステムに関するワークショッ
プ(SPA2004), March 2004.
全国大会発表
[67] ダムラクス タナプーム, 金子 晋丈, 橋本 洋平, グ
エン ホアイソン, 森川 博之, 青山 友紀: "IEEE
802.11b 基地局における TCP プロキシのスリープ間
隔に関する性能評価," 電子情報通信学会ソサイエ
ティ大会, B-5-130, September 2003.
[68] 山田 浩之, 森川 博之, 青山 友紀: "CSMA/CA
型無線 LAN におけるジッタ制御手法," 電子情報通
57
信学会ソサイエティ大会, B-5-170, September 2003.
[69] 金子 晋丈, 小森田 賢史, 森川 博之, 青山 友紀: "
セッション層モビリティサポートにおける高信頼デ
ータ転送の性能評価," 電子情報通信学会ソサイエ
ティ大会, B-6-40, September 2003.
[70] O. Thielo, T. Oka, H. Morikawa, and T. Aoyama:
"Domain-based Approach for Quota Management in
Global Storage," 電子情報通信学会ソサイエティ大
会, B-6-174, September 2003.
[71] 石丸 勝洋, 白井 大介, 山口 高弘, 清水 敬司, 白川
千洋, 鈴木 純司, 藤井 哲郎, 青山 友紀: "JGN を介
した 800 万画素ディジタルシネマ転送," 電子情報通
信学会ソサイエティ大会, B-7-37, September 2003.
[72] 川田 雅人, 正岡 直也, 三村 和, 森川 博之, 青山
友紀: "ホスト特性の異種性を考慮した多対多オーバ
レイルーティングの実装評価," 電子情報通信学会
ソサイエティ大会, B-7-57, September 2003.
[73] 松本 延孝, 川原 圭博, 森川 博之, 青山 友紀: "ピ
アツーピアを用いた大規模ネットワーク型仮想環境
の 評 価 ," 電 子 情 報 通 信 学 会 ソ サ イ エ テ ィ 大 会 ,
B-7-78, September 2003.
[74] パンサェーン ジュター, 川田 雅人, 小野 孝之, 森
川 博之, 青山 友紀: "コミュニケーションプレゼン
スを考慮したブートストラップ機構" 電子情報通信
学会ソサイエティ大会, B-7-79, September 2003.
[75] X. Wang, H. Morikawa, and T. Aoyama: "Solving
Reordering in Deflection Routing Burst Photonic
Networks," 電子 情 報 通 信 学 会 ソ サ イ エ テ ィ 大会,
B-12-3, September 2003.
[76] R. Teng, H. Morikawa, and T. Aoyama: "Energy efficient
auto-configuration in ad hoc networks," 電子情報通信
学会ソサイエティ大会, B-15-2, September 2003.
[77] 林 智天, 川原 圭博, 田村 大, 南 正輝, 森川 博
之, 青山 友紀: "マルチセンサを用いたユーザコン
テキストの推定に関する一検討," 電子情報通信学
会ソサイエティ大会, B-15-3, September 2003.
[78] 滝本 守朗, 猿渡 俊介, 鹿島 拓也, 南 正輝, 横山
成昭, 森川 博之, 青山 友紀: " 無線センサネットワ
ークを用いた動線検出システムの試作," 電子情報
通信学会ソサイエティ大会, B-15-4, September 2003.
[79] 村上 誉, 井上 真杉, 森川 博之: "最新 SACK 標準
を考慮した Receiver-Assisted Wireless TCP," 電子情
報通信学会ソ サイエティ大 会, B-15-9, September
2003.
[80] 林素娟, 金子 晋丈, 森川 博之, 青山 友紀: "セッシ
ョン層モビリティサポートにおけるセキュアなハン
ドオフ機構," 電子情報通信学会ソサイエティ大会,
B-15-14, September 2003.
[81] 川西 直, 川原 圭博, 板生 知子, 森川 博之, 青山
友紀: "実空間センサ情報を用いたエンターテインメ
ントアプリケーションの実現機構," 電子情報通信
学会ソサイエティ大会, B-15-21, September 2003.
[82] 森川 博之: "ユビキタスコンピューティングとセン
サネットワーク," 電子情報通信学会ソサイエティ
大会, PB-1-1, September 2003.
[83] K. Mahmud, M. Inoue, H. Murakami, M. Hasegawa, and
H. Morikawa: "Predicting Energy Consumption of
Multi-service Terminals for Energy-efficient Selection of
Wireless Interfaces," 電 子 情 報 通 信 学 会 総 合 大 会 ,
B-6-32, March 2004.
[84] 山田 浩之, 森川 博之, 青山 友紀: "分散システムを
利用したモビリティサポート手法," 電子情報通信
学会総合大会, B-6-33, March 2004.
[85] 金子 晋丈, 新藤 晃浩, 森川 博之, 青山 友紀: "セ
ッション層アソシエーションによる通信路管理技
術 ," 電 子 情 報 通 信 学 会 総 合 大 会 , B-6-43, March
2004.
[86] 新藤 晃浩, 金子 晋丈, 森川 博之, 青山 友紀: "サ
ービスモビリティを考慮したセッション管理機構,"
電子情報通信学会総合大会, B-6-44, March 2004.
[87] 小森田 賢史, 金子 晋丈, 森川 博之, 青山 友紀:
"CommoNet: 基地局間連携による自律分散的マイク
ロモビリティサポート," 電子情報通信学会総合大
会, B-6-65, March 2004.
[88] K. K. Kong, Y. Kawahara, H. Morikawa, and T. Aoyama:
"A Design & Implementation of a Relationship Data
Model Framework for an ID-Centric Middleware," 電子
情報通信学会総合大会, B-6-72, March 2004.
[89] 吉田 宣和, 金子 晋丈, 王 溪, 森川 博之, 青山 友
紀: "カットスルーパスを用いた適応的 IP ルーティ
ングの実現," 電子情報通信学会総合大会, B-6-165,
March 2004.
[90] 松本 延孝, 川原 圭博, 森川 博之, 青山 友紀: "ピ
アツーピアを用いた大規模仮想環境におけるネット
ワーク分断の修復," 電子情報通信学会総合大会,
B-6-193, March 2004.
[91] 長谷川 幹雄, ウダーナ バンダーラ, 井上 真杉, 森
川 博之: "ネットスピーカによるデバイス連携の設
計 と 実 装 ," 電 子 情 報 通 信 学 会 総 合 大 会 , B-7-35,
March 2004.
[92] U. Bandara, M. Minami, M. Hasegawa, M. Inoue, H.
Morikawa, and T. Aoyama: "Design of an integrated
location
sensing
platform
for
context-aware
applications," 電子情報通信学会総合大会, B-7-54,
March 2004.
[93] 井上 真杉, 岡崎 浩治, 村上 誉, 長谷川 幹雄, 森川
博之: "シームレス通信に関するユーザニーズ調査結
果 ," 電 子 情 報 通 信 学 会 総 合 大 会 , B-7-58, March
2004.
[94] Y. Sun, T. Hashiguchi, N. Yoshida, X. Wang, H.
Morikawa, and T. Aoyama: "Design and Development of
an Optical Burst Switched Network Testbed," 電子情報
通信学会総合大会, B-12-13, March 2004.
[95] 橋口 知弘, 孫 咏梅, 吉田 宣和, 王 溪, 森川 博之,
58
青山 友紀: "光バーストスイッチネットワークにお
けるバースト送受信部の設計と試作," 電子情報通
信学会総合大会, B-12-14, March 2004.
[96] 平澤 一樹，南 正輝，横山 成昭，水町 守志, 森川 博
之, 青山 友紀: "精度に基づく位置基準選択アルゴ
リズムを用いた自律分散型屋内測位システム," 電
子情報通信学会総合大会, B-15-33, March 2004.
[97] 猿渡 俊介, 鹿島 拓也, 谷田部 智之, 川原 圭博, 森
川 博之, 青山 友紀: "PAVENET: 無線センサネット
ワーク向け基盤ソフトウェア," 電子情報通信学会
総合大会, B-15-39, March 2004.
[98] 田口 裕一，猿渡 俊介，長谷川 幹雄，川原 圭博，
井上 真杉, 森川 博之, 青山 友紀: "U1-Chip: イン
スタントサービス実現に向けての無線通信モジュー
ル," 電子情報通信学会総合大会, B-15-40, March
2004.
[99] 森川 博之: "ユビキタス時代のフォトニックネット
ワークに望むこと," 電子情報通信学会総合大会,
PB-4-1, March 2004.
[100] 小野 孝之, 川田 雅人, パンサェーン ジュター, 三
村 和, 森川 博之, 青山 友紀: "ユーザ主導型プレゼ
ンスシステムの設計と実装," 電子情報通信学会総
合大会, SB-3-4, March 2004.
[101] 井上 真杉, カレド マハムド, 村上 誉, 長谷川 幹
雄, 森川 博之: "コンテキストを利用するシームレ
スネットワークシステムの実装," 電子情報通信学
会総合大会, SB-3-5, March 2004.
特許
[102] 長谷川 幹雄，森川 博之，バンダーラ ウダーナ，
井上 真杉: "ネットワーク回線を用いたアナログ信
号入出力システム," 特許出願 PICT, 2003
その他
[103] 森川 博之: "ネットワークで構築する「超環境」の世
界−見えない技術がユビキタス社会を作る," Meme,
no.7, pp.17-20, October 2003.
[104] 森川 博之: "情報技術−ユビキタス時代のメディア
とコミュニケーションのあり方," 月刊かもめ，
January 2004.
59
原島・苗村研究室
Harashima・Naemura Laboratory
新たな感性空間の創出を目指している．具体的には以下
のような研究を行っている．
(1) 都市空間におけるヒューマンコミュニケーションメ
ディアとしての情報技術の構造化と提案
(2) 従来型ディスプレイにとらわれないインタラクショ
ンのためのシステムの提案と開発
(3) 芸術分野特に合唱における指導法，表記法の検討と提
案
It is important to systematize the Human communication
media as the human in strong relation to the computer. To
realize this, we have many problems to be solved. In this work,
we are studying and investigating not only the hardware but
also the software such as the interface and the content for the
Human interactive media world. And also, the aim of this work
is to combine these technologies and create “Kansei” space.
Our main research interests are in:
(1) Proposal and construction of information technology as the
human communication media in the urban space.
(2) Proposal and development of novel interactive display.
(3) Proposal and examination of coaching and the notation in
artistic field, especially in choral.
(http://www.hc.ic.i.u‑tokyo.ac.jp/)
研究現況
Current Research Projects
1.
ヒューマンコミュニケーションメディア
原島 博・苗村 健・
田中 崇・飯田 誠・ナイワラ P. チャンドラシリ
Human Communication Media
H.HARASHIMA, T.NAEMURA,
T.TANAKA, M. IIDA and N. P. CHANDRASIRI
コンピュータと映像・音響技術を結び付けたメディア
技術が広く普及し，人とコンピュータの関係は大きく変
わりつつある．これに伴い，感性情報の処理，現実世界
と仮想世界の境界に挑む複合現実感技術，空間を対象と
した情報処理・アート・デザイン・インタフェース，人
に優しいメディア環境などの話題が注目されるようにな
ってきた．この研究では，その目指す方向，技術課題，
メディア社会に与える光と影の問題を論ずるとともに，
人間主体の「ヒューマンコミュニケーションメディア」
へ至る道を総合的に検討している．
The interaction between human and computer has been
drastically changing to a new generation, as the multi-media
technologies in which computers and audio-visual
technologies are systematically integrated have come into wide
use. Moreover, many other promising technologies, such as
virtual reality and “Kansei” information processing, are
making rapid progress. Considering such a situation, we are
studying and investigating the future prospect, technological
problems, and the merits and demerits of human
communication media designed to be very comfortable for the
human.
2.
3.
映像の構造的記述と知的画像符号化
原島 博・苗村 健・飯田 誠・
ナイワラ P. チャンドラシリ
Structural Representation and
Intelligent Coding of Image Sequences
H.HARASHIMA, T.NAEMURA,
M.IIDA and N.P.CHANDRASIRI
映像を中心とするマルチメディア情報の高度で柔軟な
処理環境の実現に向けて，映像情報の構造的な分析・記
述・合成手法に関する研究を進めている．特に，顔画像
を対象とした，実時間表情情報抽出・認識する新たな技
術や表情合成技術と結び付けて顔画像の知的画像符号化
や感性ユーザ・インタフェースへの応用を行う研究を行
っている．
In order to realize advanced and flexible visual data
processing, we are investigating methods for structural
analysis, description and synthesis of image sequences. Taking
facial image sequences as special targets, novel techniques for
real-time analysis and extraction of facial expression
information are investigated. They are combined with real time
facial expression synthesis techniques for building intelligent
image coding applications and, man-machine interfaces based
on KANSEI interactions.
次世代インタラクティブメディアと感性空間
の創出
原島 博・苗村 健・飯田 誠・
ナイワラ P. チャンドラシリ・
伊藤 いずみ・牛田 啓太・
森村久美子・鳥羽 美奈子
Creation of Next Interactive Media and
“Kansei” Space
H. HARASHIMA, T. NAEMURA,
M.IIDA, N. P. CHANDRASIRI, I. ITO,
K. USHIDA, K. MORIMURA and M. TOBA
ヒューマンコミュニケーションメディアにおいて，人
とコンピュータをより密接な関係として構造化すること
は重要である．また，そのための技術課題も多く存在す
る．本研究では，より人間に近い関係にあるインタラク
ティブメディア環境の実現に向けて，インターフェース
やコンテンツといったハードおよびソフト技術の融合と
4.
60
顔画像処理と感性コミュニケーション
原島 博・苗村 健・飯田 誠・
ナイワラ P. チャンドラシリ・
土田 健一・倉持 基・
白木 勇紀・中洲 俊信・松岡 薫
Facial Image Processing and
"Kansei" Communication
H. HARASHIMA, T. NAEMURA,
M.IIDA, N. P. CHANDRASIRI,
K. TSUCHIDA, M. KURAMOCHI,
Y.SHIRAKI, T.NAKASU and K.MATSUOKA
人の顔・表情や身振り・手振りは，感性的な対人コミ
ュニケーションの基本であり，その研究は将来の情報シ
ステムや通信システムにおけるヒューマンインタフェー
スの設計に大きなインパクトを与えるものと予想される．
本研究では，画像処理並びにコンピュータグラフィック
スの手法を駆使して，顔・表情画像や身振り・手振り画
像の動的な分析と合成を行い，併せて，各種の心理学実
験を通じて，顔・表情や身振り・手振りによる感性コミ
ュニケーションモデルを構築することを目的としている．
また，心理学者などとの共同研究を通じて「顔学」なる
学際的な新分野の開拓を目指している．
Since the facial expressions and gestures are the basics of
“Kansei” communication, the progress in this technical field
will promote the human interface technologies in the future
communication systems. We are examining how to analyze
and synthesize images of facial expressions and gestures by
utilizing the techniques of image processing and computer
graphics. The aim of this work is to construct a “Kansei”
communication model in which the facial expressions and
gestures will play an important role by several kinds of
psychological experiments. We have also opened up the new
academic area of “Facial Studies” in cooperation with
psychologists and so on.
5.
光線記述方式に基づく 3 次元空間情報の処理
苗村 健・原島 博・飯田 誠・
高橋 桂太・小島 將・田口 裕一
Ray-Based Approach to 3-D Information Processing
T. NAEMURA, H.HARASHIMA, M.IIDA
K. TAKAHASHI, M.KOJIMA and Y.TAGUCHI
理（Virtual Object Surface，Simplified View-Dependent
Structure）
For realizing recordings and transmissions of a better sense
of presence, it's indispensable to advance research on 3-D
spatial information processing. We are now studying how to
acquire and process 3-D spatial information using a ray-based
description that is independent of the structure of 3-D space.
Our main research interests are in:
(1) Proposing a concept of space coding using ray-based
description.
(2) Theoretical study on the sampling of 3-D spatial
information.
(3) Developing light-ray data acquisition systems.
(4) Real-time processing of dynamic spatial data using a
versatile camera array system
(5) Optical study of thousands of lenslets array system, and
real-time processing of 3-D spatial data with this system.
(6) Processing light-ray data of the real world efficiently using
3-D structure model.
6.
複合現実環境の実現へ向けた実世界とバーチ
ャル世界の融合
苗村 健・原島 博・飯田 誠・
柿本 正憲・池田 大介・塚本 敏弘・西貝 吉晃
Combining Physical and Virtual Worlds
into Mixed Reality Environment
T. NAEMURA, H.HARASHIMA, M.IIDA,
M.KAKIMOTO, D.IKEDA,
T.TSUKAMOTO and Y.NISHIGAI
情報メディアは人を取り巻く環境へと進化しつつある．
本研究では，我々が生活する「実世界」と，コンピュー
タの中に作り出された「バーチャル世界」を統合的に扱
う情報環境の実現に向け，さまざまな入力方式・実時間
処理・画像合成方式・対話的インタフェース・ディスプ
レイ装置の研究を進めている．具体的には下記のテーマ
が挙げられる．
(1) 温度情報を利用してビデオ入力から人物領域を実時
間で自動抽出するシステム（thermo-key）とその応用
（Thermosaic）
(2) GPU を 利 用 し た 汎 用 的 高 速 画 像 処 理 の 実 装
（ General-Purpose Computation Using Graphics
Hardware）
(3) 写真（実写画像）に迫るコンピュータグラフィックス
（Image-Based Rendering，Photon Mapping）と写真を
超える網膜レベルでのリアリティを実現する
Vision-Realistic Rendering，および実写をアブストラク
ト化する Non Photorealistic Rendering
(4) 没入型仮想環境下での空間情報の対話的操作手法
（Virtual Light Source，Reflection-Based Interface）
(5) 視線一致光学系によるビジュアルコミュニケーショ
ン（i-ball，透過液晶パネル）
(6) 多チャンネル映像を意図的に混合することで新しい
より高度な臨場感の記録と伝送を実現するためには，3
次元空間情報を対象とした研究が必要不可欠である．本
研究では，標本化対象の空間構造に依存しない「光線記
述方式」による空間情報の取得・処理方法についての検
討を進めている．特に，以下のような研究を行っている．
(1) 光線記述方式に関する概念の提唱と理論的体系化
(2) 空間情報の標本化に関する理論的検討（Depth of Field
in Light Field Rendering，Depth from Focus in Light
Fields）
(3) 光線情報取得システムの開発（移動単眼撮像系，
Telecentric 撮像系）
(4) カメラアレイシステムを用いた動空間情報の実時間
処理（Video-Based Rendering）
(5) 数千眼レンズアレイシステムの光学的検討と動空間
情報の実時間処理（Computer Graphics Based on Integral
Photography, LIFLET）
(6) 3 次元構造モデルを用いた実空間光線情報の効率的処
61
映像空間を生成するシステム
In these years, IT media is surrounding us more and more.
In this study, we research about various input devices,
real-time processing, image composition, interactive interfaces,
and displays toward accomplishment of Mixed Reality
environment in which Real-World where we live and
Virtual-World made by computers are combined naturally. The
details of these researches are shown below.
(1) Human region segmentation system from video using
thermal information (called "thermo-key") and its
application, Thermosaic
(2) General-Purpose Computation Using Graphics Hardware
(3) Image-Based Rendering，Photon Mapping: to composite
images of as high quality as live images. Vision-Realistic
Rendering: to composite images which we see in real
world with simulation of rays including in our eyes. Non
Photorealistic Rendering: to composite abstraction images
from live images to convey their impact or their
impression effectively.
(4) Virtual Light Source ， Reflection-Based Interface:
interactive manipulations of 3D information in immersive
virtual environment
(5) i-ball: Interactive communication using a crystal ball type
display and Eye- Contactable Optical System Using
Transparent Liquid Crystalline Panel
(6) Impressive image composition system (from captured TV
images) with blending multi-channel image sources.
提示とコミュニケーションの演出
(6) 影に彩りや情報を持たせることによる空間の演出
（Graphic Shadow）
With the development of information technology and
growth of information society, it has become a significant issue
to design and direct space generated by them. We are
investigating to generate informational media space focusing
on the real world where we are living, not only in the
laboratories. The major interests are:
(1) Interaction and human interface with informational media
space
(2) Communication in media space generated in the real world
(3) Proposal and implementation of media technologies
representing the relationship between environment/place
and information
(4) Feed back of virtual reality technologies into the real world
and application to space design
(5) Transfiguration and lay out of space using motion pictures
and we are attempting to actualize the design method of space
adjusted to the environment with the know-hows of
architecture, art, and so on.
論文・著書一覧（2003 年度）
Publications List
研究論文
[1]
7.
実世界指向情報環境のデザイン
苗村 健・原島 博・飯田 誠・
筧 康明・宮田 雅子・
岡田 敦・橋田 朋子・
ドミニク チェン・蓑毛 雄吾
Real-world-oriented Information Environment
Design and Generating Media Space Project
T.NAEMURA, H.HARASHIMA, M.IIDA,
Y. KAKEHI, M. MIYATA, A.OKADA, T.HASHIDA,
D.CHEN, Y.MINOMO
[2]
[3]
情報技術の発展と情報化社会の成熟に伴い，それによ
って生み出される空間の演出およびデザインの重要性が
高まっている．本研究では，実験室の枠を超え，我々の
生活する実世界に焦点を当てた情報メディア空間の創
出・デザインについて検討を進めている．特に，
(1) 対面コミュニケーション支援に向けたインタラクテ
ィブな方向依存ディスプレイ (Lumisight, Lumisight
Table)
(2) 公共空間におけるユーザセンタードな人と情報の関
わりのデザイン
(3) 人と環境，および人と人とのつながりを表現する実世
界指向インタラクティブメディア (i-trace)
(4) 音楽心理理論に基づくインタラクティブアート
(5) 聴覚情報を視覚化したメディア空間創出による情報
[4]
[5]
[6]
62
Kazutaka Yasuda, Takeshi Naemura and Hiroshi
Harashima: ``Thermo-Key: Human Region Segmentation from Video, '' IEEE Computer Graphics and
Applications, Vol.24, No.1, pp.26-30 (2004.1).
柿本正憲, 向井亨光, 芳賀剛士, 西田友是, 苗村健,
原島博: ``反射特性を考慮した実時間グレア描画手
法'', 画像電子学会誌, 32 (4), pp.336-345 (2003.7). (A
Real-Time Glare Rendering Technique Taking into
Account Surface Reflection Attributes)
倉持基, 馬場章, 原島博: ``「歴史写真」における人
物比定の新しいモデル'', 日本顔学会誌, Vol.3, No.1,
pp.89-97 (2003.9).
高橋桂太, 苗村健, 原島博: ``自由視点画像合成にお
ける光線情報のサンプリングと被写界深度に関する
理 論 '', 映 像 情 報 メ デ ィ ア 学 会 誌 , Vol.57, No.10,
pp.1292-1299 (2003.10). (Theory on Sampling of
Light-Ray Data and Depth of Field for Free Viewpoint
Image Synthesis)
牛田啓太, 田中悠, 苗村健, 原島博: ``鏡メタファに
基づくインタラクション／情報環境 i-mirror'', 日本
バ ー チ ャ ル リ ア リ テ ィ 学 会 論 文 誌 , Vol.8, No.4,
pp.421-431 (2003.12).
鈴木正己, Oliver FLEIG, 貞住武志, 飯田誠, 荒川忠
一: ``非圧縮性と圧縮性数値計算コードによる風車
翼 形 の 特 性 予 測 '', 日 本 機 械 学 会 論 文 集 (B 編 ),
Vol.69, No.681, pp.47-52 (2003.5).
国際会議論文
[7]
[8]
[9]
[10]
[11]
[12]
[13]
[14]
[15]
[16]
Yu Tanaka, Keita Ushida, Takeshi Naemura, Hiroshi
Harashima
and
Yoshihiro
Shimada:
``i-wall:
Personalizing a Wall as an Information Environment
with a Cellular Phone Deveice,'' The Fifth Annual
Conference on Ubiquitous Computing (UbiComp 2003),
pp.157-158 (2003.10).
Keita Ushida, Hiroshi Harashima, and Jun Ishikawa:
``i-ball 2: An interaction platform with a crystal-ball-like
display for multiple users,'' 13th International
Conference on Artificial Reality and Telexistence
(ICAT2003), pp.236-241 (2003.12).
Kumiko Morimura, Makoto Iida, Takeshi Naemura and
Hiroshi Harashima: ``A Study of Effect of Non-Vibrato
Singing in Choral Music,'' The Eighth Western Pacific
Acoustics Conference, MB42.pdf (2003.4).
Kumiko Morimura, Makoto Iida, Takeshi Naemura and
Hiroshi Harashima: ``Impressions of Non-Vibrato
Singing in Choral Music,'' Society for Music Perception
and Cognition 2003, pp.29-30 (2003.6).
Minako Toba, Takeshi Naemura, Takahiro Saito,
Kiyoharu Aizawa, Kenji Mochizuki and Hiroshi
Harashima: ``3D Image Representation of Buildings
Utilizing Heterogeneous Information for Multimedia
Ambiance Communication,'' SPIE VCIP2003, Lugano
(2003.7).
Naiwala P. Chandrasiri, Istvan Barakonyi, Takeshi
Naemura, Mitsuru Ishizuka and Hiroshi Harashima:
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and Meaning, Bologna, Italy, pp.70 (2003.9).
Hiroko Ichikawa, Naiwala P. Chandrasiri and Hiroshi
Harashima, Junshiro Makino: ``The effects of congruent
facial response on counterpart's facial expression,'' 10th
European Conference Facial Expression, Measurement
and Meaning, Bologna, Italy, pp.50 (2003.9).
Kaoru Sugita, Takeshi Naemura, and Hiroshi Harashima:
``Performance Evaluation of Programmable Graphics
Hardware for Image Filtering and Stereo Matching,''
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(VRST2003), pp.176-183 (2003.10).
Kaoru Sugita, Keita Takahashi, Takeshi Naemura and
Hiroshi Harashima: ``Focus Measurement on
Programmable Graphics Hardware for All in-Focus
Rendering from Light Fields,'' IEEE VR2004, pp.
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Satoshi Mitsuda, Tomoyuki Yamamoto, Keita Takahashi,
Takeshi Naemura and Hiroshi Harashima: ``Interactive
View Synthesis from Integral Photography Using
[17]
[18]
[19]
[20]
[21]
[22]
[23]
[24]
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[26]
63
Estimated Depth Information'', SPIE Three-Dimensional
TV, Video, and Display II, Vol.5243, 5243-18, pp.
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Keita Takahashi, Takeshi Naemura and Hiroshi
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IEEE International Conference on Image Processing
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Keita Takahashi, Akira Kubota and Takeshi Naemura:
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Light Field,'' International Conference on Artificial
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Kazutaka Yasuda, Takeshi Naemura and Hiroshi
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Human
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Takeshi Naemura, Hiroshi Harashima: ``Thermo-key:
Human Region Segmentation from Video Using Thermal
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Hiroshi Kato, Takeshi Naemura, and Hiroshi Harashima:
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Tetsuya Kogaki, Hikaru Matsumiya, Kaori Kieda,
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Oliver Fleig, Makoto Iida, Masami Suzuki, Chuichi
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Susumu Shibui, Katsutoshi Izawa, Hisoshi Harashima
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expressions of emotion in the realistic face,'' ECVP2003,
Perception, Vol.32, Supplement, pp.173-174 (2003.9).
総説・解説論文
[27] 原 島 博 : `` い い 笑 顔 − コ ン ピ ュ ー タ で 探 る − '',
Attractive smile - An approach from computer image
processing. 日 本 補 綴 歯 科 学 会 雑 誌 , Vol.47, 109th
Special Issue, pp.33(2003.5).
[41]
シンポジウム・研究会・大会等発表
[28] 牛田啓太, 原島博, 石川洵: ``透明球ディスプレイ
i-ball2 のハードウェア実装とアプリケーション'',
日本バーチャルリアリティ学会第 8 回大会論文集,
pp.123-126 (2003.9).
[29] 牛田啓太, 原島博, 石川洵: ``多人数観察可能な透明
球ディスプレイ i-ball2−トラックボールインタフェ
ースを用いたインタラクティブアプリケーション−
'', 電 子 情 報 通 信 学 会 技 術 報 告 , MVE2003-60,
pp.15-20 (2003.10).
[30] 牛 田 啓 太, 原島 博 , 石 川 洵: `` 透 明 デ ィス プレイ
i-ball2 における多人数インタラクティブアプリケ
ー シ ョ ン '', 映 像 メ デ ィ ア 処 理 シ ン ポ ジ ウ ム
(IMPS2003), I-4.01, pp.69-70 (2003.11).
[31] 牛田啓太, 原島博, 石川洵: ``i-ball2 の開発(1):トラ
ックボールインタフェースと一体化した透明球ディ
スプレイ'', 計測自動制御学会第 4 回システムイン
テグレーション部門講演会(SICE SI2003), 2G4-3,
pp.608-609 (2003.12).
[32] 牛田啓太, 原島博, 石川洵: ``i-ball2 の開発(2):対話
型コミュニケーションへの応用'', 計測自動制御学
会第 4 回システムインテグレーション部門講演会
(SICESI2003), 2G4-4, pp.610-611 (2003.12).
[33] 牛田啓太, チャンドラシリ N. P., 原島博, 石川洵:
``インタラクションプラットフォーム i-ball 2 にお
けるコミュニケーション指向アプリケーション'',
インタラクション 2004, B10, pp. 195 ‐ 196 (2004.3).
[34] 倉持基, 馬場章, 原島博:``「歴史写真」における新た
な人物比定方法について'', 日本写真芸術学会平成
15 年度年次大会研究報告 (2003.6).
[35] 原島博: ``顔と感情とコンピュータ'', 日本感情心理
学会第 11 回大会特別講演 (2003.8).
[36] 原島 博: ``いい笑顔−コンピュータで探る
, 第
109 回日本補綴歯科学会学術大会特別講演, 品川区
立総合区民会館「きゅりあん」(2003.5.10).
[37] 原島 博: ``顔と感情とコンピュータ
, 日本感情心
理学会第 11 回大会特別講演, 聖心女子大学宮代ホー
ル(2003.8.1).
[38] 中洲俊信, N.P. Chandrasiri, 苗村健, 原島博: ``対話型
GA を用いた似顔絵作成システムの検討'', 顔学会大
会 (2003.9).
[39] 杉田馨, 高橋桂太, 苗村健, 原島博: ``GPU を用いた
合焦判定による Light Field からの全焦点画像合成'',
電子情報通信学会技術報告, MVE2003-62 (2003.10).
[40] 柿本正憲, 松岡薫, 西田友是, 苗村健, 原島博: ``ま
つ毛の回折光を考慮したグレアの高速表示'', 画像
[42]
[43]
[44]
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[47]
[48]
[49]
[50]
64
電子学会ビジュアルコンピューティングワークショ
ップ 2003 宮島 (2003.11).
松岡薫, 柿本正憲, 西田友是, 苗村健, 原島博: ``ま
つ毛によって生じる回折光のシミュレーションとグ
レア表現への応用'', 情報処理学会第 66 回全国大会,
6N-3 (2004.3) [ 学 生 奨 励 賞 受 賞 ] (Simulating of
Difraction by Eyelashes and Its Application to the Glare)
光田智史, 山本智幸, 高橋桂太, 苗村健, 原島博: ``
実時間奥行き推定を用いたインテグラルフォトグラ
フィからの自由視点画像合成'', ３次元画像コンフ
ァレンス 2003, pp.13-16 (2003.7).[優秀論文賞受賞]
(Free-viewpoint Image Synthesis from Integral
Photography Using Depth Information Estimated in
Realtime)
高橋桂太, 苗村健, 原島博: ``多眼画像取得における
シーンの奥行きとエイリアシングに関する理論的考
察'', 3 次元画像コンファレンス 2003, 3-3, pp.133-136
(2003.7). (Theoretical Study on Scene Depth and
Aliasing in Multi-Camera Image Acquisition)
高橋桂太, 久保田彰, 苗村健: ``Light Field Rendering
における全焦点画像合成に向けた合焦判定に関する
基 礎 検 討 '', 電 子 情 報 通 信 学 会 技 術 研 究 報
告 ,PRMU2003-102 (2003.9). (Basic Study on Focus
Measure in Light Field Rendering for All in-Focus Image
Synthesis)
高橋桂太, 久保田彰, 苗村健: ``合焦判定を利用した
Light Field からの自由視点・全焦点画像の合成'', 映
像 メ デ ィ ア 処 理 シ ン ポ ジ ウ ム (IMPS2003), I-1.02,
pp.15-16 (2003.11). (Synthesizing All in-Focus Images
at Arbitrary Viewpoints from Light Fields Using Focus
Measurements)
山本智幸, 苗村健: ``レンズアレイ方式 IBR システ
ムにおける実時間処理の検討'', FIT2003 情報科学技
術フォーラム一般講演論文集, 第 3 分冊, J-082,
pp.365-366 (2003.9). (A Study on Real-Time Processing
for Image-Based Rendering System Using Lens-Array)
山本智幸, 苗村健: ``レンズアレイを用いた実時間
Image-Based Rendering システムの実装'', 日本バー
チ ャ ル リ ア リ テ ィ 学 会 第 8 回 大 会 , pp.479-482
(2003.9). (Implementation of Real-Time Image-Based
Rendering System using Lens-Array)
山本智幸, 苗村健: ``レンズアレイ方式 IBR システ
ムにおける奥行き圧縮効果の除去'', 映像メディア
処 理 シ ン ポ ジ ウ ム (IMPS2003), I-4.07, pp.81-82
(2003.11). (Removing Axial Compression for IBR
System with Lens-Array)
山本智幸, 苗村健: ``屈折率分布レンズ方式 IBR シ
ステムにおける奥行き圧縮効果の除去'', 電子情報
通信学会技術報告, IE2003-105 (2003.11).
小島將, 苗村健: ``レンズアレイ方式 IBR システム
における最適な撮影条件の検討'', 電子情報通信学
会技術研究報告, IE2003-243 (2004.2).
[51] 櫛田和貴, 高橋桂太, 苗村健: ``視点依存簡易モデル
のインタラクティブ合成による IBR の検討'', 電子
情報通信学会全国大会, D-11-121 (2004.3). (A Study
on an IBR Method with Interactive Synthesis of
View-Dependent Simple Models)
[52] 飯田誠, 苗村健, 原島博: ``ひずみゲージを用いた透
明タッチパネルの基礎研究'', ヒューマンインタフ
ェースシンポジウム 2003, pp.821-824 (2003.9). (Basic
Study of Transparent Touch Panel using Strain Gages)
[53] 飯田誠, 苗村健, 原島博: ``上面に実物体の配置が可
能なタッチパネルの研究'', 第 4 回 SICE システム
インテグレーション部門（SI 部門）講演会オーガナ
イズドセッション複合現実感, 1H2-2, pp.251-252
(2003.12).
[54] 井澤克俊, 苗村健: ``透過液晶パネルを利用した視線
一致光学系の基礎検討'', ヒューマンインタフェー
スシンポジウム 2003, pp.45-48 (2003.9). (Basic Study
on Eye-Contactable Optical System Using Transparent
Liquid Crystalline Panel)
[55] 井澤克俊, 苗村健: ``透過液晶パネルを利用した視線
一致光学系における照り返しの軽減'', 映像メディ
ア処理シンポジウム（IMPS2003）, I-2.09, pp.37-38
(2003.11). [ ベス ト ポス ター賞 受 賞 ] (Reduction of
Reflection in Eye-Contactable Optical System Using
Transparent Liquid Crystalline Panel)
[56] 安田和隆, 飯田誠, 苗村健: ``温度情報と色情報を併
用した実画像からの人物領域抽出'', 電子情報通信
学 会 技 術 研 究 報 告 , PRMU2003-175 (2003.12). (A
Method for Human Region Segmentation from Video
Image Using Color Information in Combination with
Thermal Information)
[57] 西貝吉晃, 安田和隆, 苗村健: ``Thermo-key を利用
したプライバシー保護のための実時間モザイク処理
'', イ ン タ ラ ク シ ョ ン 2004, pp.23-24 (2004.3).
(Real-time Obscure Mosaic: An Application of
Thermo-key System for Privacy Protection)
[58] 西貝吉晃, 安田和隆, 苗村健: ``人物領域を重視した
高圧縮画像符号化の検討'', 電子情報通信学会総合
大会, D-11-62 (2004.3). (A Study on Human-Region
Oriented Coding of Images)
[59] 加藤寛, 苗村健, 原島博: ``影を拡張したインタラク
ティブな映像空間の創出'', 信学技報, HIP2003-19
(2003.7). (Graphic Shadow: Augmenting Your Shadow
on the Floor)
[60] 川上玲, 筧康明, 苗村健, 原島博: ``視界制御フィル
ムを用いた方向依存透明ディスプレイ Lumisight'',
信 学 技 報 , HIP2003-15 (2003.7). (Lumisight:
View-Dependent Transparent Display Using Lumisty
Film)
[61] 筧康明, 飯田誠, 苗村健: ``インタラクティブな多人
数用方向依存ディスプレイテーブル Lumisight Table
の提案'', FIT2003 情報科学技術フォーラム情報技術
[62]
[63]
[64]
[65]
[66]
[67]
[68]
[69]
[70]
[71]
[72]
[73]
65
レ タ ー ズ , Vol. 2, LK-012, pp. 293 -294 (2003.9).
[FIT2003 論文賞受賞] (A Basic Study on ``Lumisight
Table'' for Interactive View-Dependent Display-Table
Surrounded by Multiple Users)
筧康明, 飯田誠, 苗村健: ``インタラクティブな多人
数用方向依存ディスプレイ Lumisight Table の光学
設計'', 日本バーチャルリアリティ学会第 8 回大
会,pp.111-114 (2003.9). [ 学術奨励賞受賞 ] (Optical
Design of Interactive View-Dependent Display for
Multiple Users: Lumisight Table)
筧康明, 飯田誠, 苗村健, 白井良成, 松下光範, 大黒
毅: ``Lumisight Table: 天地問題を解消した対面協調
支援システム'', 11th Workshop on Interactive Systems
and Software (WISS2003), pp.109-114 (2003.12). [対話
発表賞受賞]
橋田朋子, 筧康明, 苗村健: ``i-trace を用いた合奏シ
ス テ ム '', イ ン タ ラ ク シ ョ ン 2004, pp. 253-254
(2004.3). (Ensemble System with i-trace)
舘暲, 原島博, 廣瀬通孝, 川上直樹, 苗村健, 広田光
一: ``テレイグジスタンス遠隔通信システム (2)'', 第
4 回 SICE システムインテグレーション部門講演会
（SI2003）オーガナイズドセッション舘 CREST プ
ロジェクト: テレイグジスタンスを用いる相互コミ
ュニケーションシステム, 2G4-1 (2003.12).
原島博, 廣瀬通孝, 福島智, 岩井俊雄, 佐藤隆夫: ``
テクノロジーと心 , 日本心理学会第 67 回大会（シ
ンポジウム）, 東京大学(2003.9.14).
長友 健二, 蜷川 有紀, 大坊 郁夫, 原島 博, 村澤
博人: ``撮られる側の心理 , 日本顔学会第 13 回公
開シンポジウム, 早稲田大学国際会議場 井深大記
念ホール(2004.3.6).
飯田誠, 荒川忠一:``東京都の風力発電−東京湾の風
況と東京湾臨海風力発電 東京かざぐるま −'', 電
子 情 報 通 信 学 会 技 術 報 告 , SSS2003-16, pp.17-20
(2003.8).
木矢村公介，荒川忠一，飯田誠: ``東京湾臨海地域に
おける風力発電のための風況精査'',第 25 回風力エ
ネルギー利用シンポジウム, 東京, A6, pp.201-204
(2003.11).
有賀清一，荒川忠一，飯田誠: ``東京湾臨海地域にお
ける風力発電のための風況シミュレーション'', 第
25 回風力エネルギー利用シンポジウム, 東京, A7,
pp.205-208 (2003.11).
有賀清一, 荒川忠一, 飯田誠, 木矢村公介: ``東京湾
埋立地における風況精査と風況シミュレーション'',
第 17 回 数 値 流 体 力 学 シ ン ポ ジ ウ ム , 東 京 ，
E4-3(2003.12).
Oliver Fleig，飯田誠, 荒川忠一: ``LES 大規模計算に
よる風車翼 MELIII の流れと騒音予測'', 第 17 回数
値流体力学シンポジウム,東京，A5-2 (2003.12).
津田真吾，飯田誠, 鈴木正己，荒川忠一: ``高精度風
車全体計算に向けた重合格子法の評価と検討'', 第
17 回 数 値 流 体 力 学 シ ン ポ ジ ウ ム , 東 京 ， D1-4
(2003.12).
[74] 坂本和義, 岡田敦, 清水豊: ``色彩推論法を用いた色
彩と形態の関連性の研究'', 日本感性工学会大会予
稿集 2003, pp.199(2003.10).
その他（一般向け講演）
[89] 原島博: ``いい顔になろう−コンピュータで探る顔
の秘密
, 練馬公民館講演, 練馬公民館(2003.4.30).
[90] 團 紀彦, 楠見 清, 佐伯 順子, 原島 博: ``裏返しに
して見てみよう。（逆転の発想） , 第 26 回日本文
化デザイン会議 東京（シンポジウム）, 六本木ヒル
ズ(2003.8.24).
[91] 原島博, さかもと 未明, 松岡 恭子, わたせ せいぞ
う: ``日本人の顔 , ENJIN01 文化戦略会議 オープ
ンカレッジ in 佐賀, 旧福田家(2003.11.1).
その他（一般向け記事）
[75] 原島博: ``研究最前線からのメッセージ−100 年後
の未来, 人の顔は変わるの？'', ジオ・ワールド, No.5,
Vol.4, pp.24 (2003.4).
[76] 原島博, 海原純子: ``心の持ち方で, 顔は変わる！'',
PHP スペシャル Monthly6, pp.34-38 (2003.6).
[77] 原島博: ``知的画像符号化から顔学, そしてダ・ヴィ
ンチ科学へ'', 倉田奨励金 35 年の歩み, pp.23-24
(2003.6).
[78] 原島博: ``顔学でみる歯と顔のいい関係，朝昼晩歯と
歯みがきを科学する'', デジタルマガジン, 第 56 巻
第 4 号, pp.2-4 (2003.7).
[79] 原島博: ``コピー・ロボットはお好きですか？−「か
けがえのない」ものと「かけがえのある」ものを考
える'', 情報通信ジャーナル, Vol.22, No.1, pp.12-13
(2004.1).
[80] 原島博: ``続・テレコムインタビュー情報通信と私
(156): ダ・ヴィンチ科学がひらくヒューマンコミュ
ニケーションの未来の扉.人生を楽しくするネット
社会の実現が僕の夢です．'', 情報通信ジャーナル,
Vol.22, No.2, pp34-35 (2004.2).
[81] 原島博: ``平均顔の世界①:銀行員の顔とプロレスラ
ーの顔'', Nature Interface, No.019, pp.062-063 (2004.2).
[82] 苗村健: ``ISMAR2003 参加報告'', ヒューマンインタ
フェース学会誌, Vol. 6, No.1, p. 48 (2004.2).
[83] 牛田啓太: ``インタラクティブアート Powered by
Linux−東京都写真美術館で展示中−'', 日刊 ASCII
Linux (2003.10).
[84] 池田大介，岡田敦，小島將，塚本敏弘，橋田朋子:
``
映像現場訪問記テレビ朝日新社屋'', 映像情報メデ
ィア学会誌, vol. 58, no. 3, pp. 323-326 (2004).
[85] 牛田啓太:``CSS への招待〜読みやすさと作りやす
さのために〜：第 7 回 箇条書きとレイアウトの基
礎
，Web Site Design，Vol. 10，pp. 166-177，
ISBN4-7741-1999-7，技術評論社，(2004.3)
[86] 牛田啓太:``CSS への招待〜読みやすさと作りやす
さのために〜：第 6 回 テキストと擬似クラス・擬
似要素 ，Web Site Design，Vol. 9，pp. 130-137，
ISBN4-7741-1837-0，技術評論社，(2003.9)
[87] 牛田啓太:``CSS への招待〜読みやすさと作りやす
さのために〜：第 5 回 CSS の記法と規則 ，Web
Site Design，Vol. 8，pp. 126-133，ISBN4-7741-1763-3，
技術評論社，(2003.6)
[88] 牛田啓太:``ICAT 2003 バンケットトーク報告 ，日
本バーチャルリアリティ学会誌，Vol. 9，No. 1，pp.
40-41，(2004.3)
その他（作品展示）
[92] minim++/y.kakehi: ``ついてくる足跡'', 不思議いっぱ
い光のひみつ展, 栃木県子ども総合科学館
(2003.7-8).
[93] minim++/y.kakehi: ``at <case edo-tokyo>'', 江戸の写し
絵展, 東京都写真美術館 (2003.9-10).
その他（新聞・テレビ）
[94] 松本盟子, 原島博: NHK 花壇（ゲスト出演）, NHK
教育放送(2003.4.6).
[95] 新聞報道: ``ファインダー 進化する表示技術⑥
見える画像は四者四様'', 日本経済新聞 (朝刊), 26 面
(2003.6.15).
[96] 新聞報道: ``生中継、人物にぼかし 温度カメラ使い
自動処理'', 日経産業新聞 (朝刊), 8 面 (2004.2.16).
[97] メールマガジン: ``物が載せられるタッチパネルを
開発 ― 飯田助手、苗村助教授ら'', 情報理工 ARA
プログラム メールマガジン 第 21 号 (2004.2.25).
[98] メールマガジン: ``人物だけにモザイク、熱画像を利
用した手法を苗村助教授らが提案'', 情報理工 ARA
プログラム メールマガジン 第 22 号 (2004.3.10).
その他（特許）
[99] 筧康明, 苗村健, 飯田誠, 大黒毅, 松下光範, 白井良
成: ``情報提示方法および情報提示装置および情報
提示プログラム、ならびにそのプログラムを記録し
た記録媒体'', 特願 2003-402782
[100] 苗村健, 筧康明, 飯田誠: ``ディスプレイシステム'',
特願 2003-314990
[101] Takeshi Naemura, Kazutaka Yasuda, Makoto Iida,
Hiroshi Dohi, Kumiko Morimura, Tomoyuki Yamamoto,
Satoshi Mitsuda, Hiroshi Harashima: ``Method of
Human Region Segmentation from Video Using Thermal
Information,'' USA Provisional, 60/490,391
66
石塚・伊庭研究室
Ishizuka and Iba Laboratory
っている．特に Web のテキスト部の情報を重視し，その
テキスト処理手法に基づく知能化を図っている．関連す
る基礎技術として，キーワード抽出法，重要文抽出法，
テキスト要約法，自然言語文による質問応答(Q&A)機構，
などを開発している．これらに基づき，指定した話題に
関する所定期間の Web 新規情報を整理して提示するシス
テム，複数 Web ページの要約，Web からピンポイントで
必要な情報を探り当てる質問応答，Web からの人間関係
ネットワーク抽出，チャンス発見，などの研究を進めて
いる．
The World Wide Web (WWW or Web) is now an important
infrastructure for information/knowledge distribution and
sharing. In order to make the Web more valuable and more
friendly to us, we have been investigating and exploiting Web
intelligence functions. Specifically, we focus on the text parts
of the Web, and are aiming at the Web intelligence based on
text processing. As its basic technologies, we have developed
our methods for keyword extraction, important sentence
extraction, text summarization, question-answering using
natural language queries, etc. Based on these methods, we
have carried out the fallowing system developments. 1) A
system for summarizing new information appeared on the Web
associated with a set of given keywords, 2) A summarization
system of multiple Web pages, 3) Q&A system for finding
pin-pointed information from the Web, 4) An extraction system
of human network from the Web, 5) A chance discovery
function from the Web, etc.
(http://www.miv.t.u‑tokyo.ac.jp/)
研究現況
Current Research Projects
1.
生命的エージェントとマルチモーダルシステ
ム
石塚 満・土肥 浩・H. Prendinger・S. Saeyor
Life-like Agents and Multimodal systems
M. ISHIZUKA, H. DOHI,
H. PRENDINGER and S. SAEYOR
顔と姿，音声対話機能，感情，知能を有する生命的エ
ージェントと，これによるマルチモーダル・インタフェ
ース，コンテンツに関する研究開発を行っている．HTML
で誰でもが容易に作成できることにより Web コンテンツ
が膨大になったように，上記のマルチモーダルコンテン
ツも誰でもが使用できる記述言語が重要であるのとの考
え，MPML(Multimodal Presentation Markup Language)の開
発を行ってきている．この MPML は各種の機能を統合す
るコアの役割も果たしている．MPML は実用的なプレゼ
ンテーション記述，制作ツールとして使用でき，ソフト
ウェアを公開している．Web コンテンツを対象とするバ
ージョンに加えて，3 次元 VRML 空間や携帯電話を対象
とするバージョンも開発している．学習支援システムへ
の適用なども進めている．
（学振・未来開拓学術研究とし
て実施．）
We are developing life-like agents with face, body, voice
communication capability, emotion and intelligence, and
multimodal systems using these life-like agents. Like HTML
has allowed many people to produce Web contents easily and
thus expanded Web information space tremendously, we
consider that a common and easy-to-use description language
is required for the multimodal contents, and have been
developing such a description language called MPML
(Multimodal Presentation Markup Language). MPML also
serves as a core of integrating a variety of functionalities. It
is provided as a free software, and can be used to describe and
produce practical multimodal presentations. In addition to its
main version for Web contents, other versions for 3D VRML
space and mobile phones are developed. We have also
studied on a learning support system and other application
systems associated with MPML.
2.
3.
人工知能メカニズム‑‑知識表現と高速推論
石塚 満
Artificial Intelligence Mechanisms – Knowledge
Representation and Fast Inference
M.ISHIZUKA
高次人工知能機能の利用に向けて，不完全な知識を操
作することで有用な枠組みである仮説推論，アブダクシ
ョン（発想的推論）の高速化推論メカニズムについて研
究した．特に，数理計画法の手法を併用して準最適解を
低次多項式時間で求める優れた手法を考案，開発してい
る．命題論理版だけでなく変数を含む述語版仮説推論に
対しても，効率的解法を考案，開発している．Web 上の
テキスト文を知識として活用することを目指し，自然言
語 に 近 い 表 現 で 推 論 機 能 も 有 す る 知 識 表 現 KRNL
(Knowledge Representation for Natural Language)について
も研究を進めた．
Toward advanced artificial intelligence functions, we have
worked on hypothetical reasoning or abduction, especially on
its fast inference mechanisms. In particular, we have invented
efficient methods which jointly use mathematical
programming methods to find a near-optimal solution in
polynomial time. This approach has been extended to the
predicate-knowledge case. Towards the utilization of a huge
volume of texts on the Web as knowledge, we are caring out
インターネット/Web インテリジェンス
石塚 満
Internet/Web Intelligence
M.ISHIZUKA
情報・知識の流通と共有の重要なインフラストラクチ
ャになってきている WWW(Web)を，より利用価値の高い
親しみやすい情報空間にするための知能機能の研究を行
67
our research on KRNL (Knowledge Representation for Natural
Language) as a new knowledge representation scheme fitted to
natural language expressions.
4.
bits are adaptively acquired by genetic algorithms (GAs). We
study the fundamental principle of the gate-level. The
effectiveness of our approach is shown by comparative
experiments and successful applications.
進化型計算と遺伝的プログラミングの研究
伊庭 斉志
Evolutionary Computation and Genetic
Programming
H. IBA
6.
ゲノム情報処理
伊庭 斉志
Genome-informatics and Bio-informatics
H. IBA
本研究では, 進化型計算手法の１つとして主に遺伝的
プログラミングの理論的解析と実際的応用を試みている。
遺伝的プログラミングは個体の遺伝子としてプログラム
を扱い、生殖や選択によって望ましいプログラムを進化
させる。これにより、従来は人手でプログラムを書くこ
とが困難であったような領域（例えば動的な環境でのロ
ボットの制御）での大規模なプログラム合成が可能にな
った。我々は遺伝的プログラミングを用いたマルチエー
ジェント学習、システム同程問題の解法、金融データの
予測、ロボットプログラム、及び並列実装などを研究し
ている。
The theoretical and practical aspects of Genetic
Programming (GP) have been studied for the purpose of
establishing genetic-based evolutionary learning. The goal of
GP is to enable the automatic generation of computer programs.
It combines biological metaphors of evolution with computer
science approaches, such as machine learning or artificial
intelligence. Our experiments show the promising results for
various applications, such as multi-agent learning, system
identification tasks, financial data prediction, robot
programming, and parallel processing.
21 世紀は遺伝子（ゲノム）の世紀と言われている。ヒ
トゲノム計画はあと数年で終了するが、遺伝子に関する
情報処理にはまだ多くの未解決問題が残っている。当研
究室では、ゲノム解析グループとの共同研究などを通し
て、遺伝子・蛋白質系のダイナミクス、蛋白質ネットワ
ークモデルの進化論的手法による解析などを目指してい
る。
The 21st century is said to be that of Genome and Biology.
Human Genome Project has been finished successfully, i.e.,
most of the DNA arrangements have been analyzed and
identified. However, many problems remain to be solved.
Among them is the understanding and control of the dynamical
behavior of gene regulatory networks. We are currently
working on the simulation and inference of these dynamics by
means of several methods. More precisely, our target tasks
include inferring of gene networks by using DNA microarray
data, simulating inter- and intra-cellular signaling loops of the
mRNA products, and analyzing the metabolic pathways.
5.
研究論文
進化するハードウェアに関する研究
伊庭 斉志
論文・著書一覧（2003 年度）
Publications List
[1]
Evolvable Hardware
H. IBA
本研究では, 進化型計算手法を用いてハードウェア進
化(Evolvable Hardware, EHW)の実験とその応用を試みて
いる。EHW の基本的なアイディアは、プログラム論理素
子（ソフトウェアの書き換えで内容が可変な素子）を用
いてハードウェア構成を適応的に変化させていこうとい
うものである。従来のハードウェアは設計後の変更がで
きないため動的な環境にはうまく適応できない。しかし
ながら、設計者が予期しない新たな環境にも適応できる
点が EHW の大きな特長である。我々は、遺伝的アルゴリ
ズムを用いた EHW の実現、PAC 学習法などによる探索
能力の解析、およびパターン認識への応用を研究してい
る。
Evolvable Hardware (EHW) is a hardware, which modifies
its own hardware structure according to the environmental
changes. EHW is implemented on a programmable logic
device (PLD), whose architecture can be altered by
downloading a binary bit string, i.e., architecture bits. These
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
68
松村真宏，大澤幸生，石塚満： 影響の普及モデルに
基づくオンラインコミュニティ参加者のプロファイ
リ ン グ ， 人 工 知 能 学 会 論 文 誌 ， Vol.18, No.4,
pp.165-172 (2003.7)
松尾豊，福田隼人，石塚満：ユーザ個人の閲覧履歴
からのキーワード抽出によるブラウジング支援，人
工知能学会論文誌，Vol.18, No.4, pp. 203-211 (2003.7)
松村真宏，加藤優，大澤幸生，石塚満：議論構造の
可視化による論点の発見と理解，日本ファジィ学会
誌，Vol.15, No.5, pp.554-564 (2003.9)
Helmut Prendinger and Mitsuru Ishizuka: Designing and
Evaluating Animated Agents as Social Actors, IEICE
Transactions on Information and Systems, Vol.E86-D,
No. 8, 2003, pp. 1378-1385 (2003.8)
Naoaki Okazaki, Yutaka Matsuo, Naohiro Matsumura
and Mitsuru Ishizuka: Sentence Extraction by Spreading
Activation through Sentence Similarity, IEICE
Transactions on Information and Systems, Vol. E86-D,
No.9, pp.1686-1694 (2003.9)
Helmut Prendinger, Junichiro Mori, Santi Saeyor, Kyoshi
[7]
[8]
[9]
[10]
[11]
[12]
[13]
[14]
Mori, Naoaki Okazaki, Yustinus Juli, Sonja Mayer,
Hiroshi Dohi, and Mitsuru Ishizuka: Scripting and
Evaluating Affective Interactions with Embodied
Conversational Agents, KI Zeitschrift, (German Journal
of Artificial Intelligence), Vol.1, pp. 4-10 (2004.2)
松村真宏，三浦麻子，柴内康文，大澤幸生，石塚満：
2 ちゃんねるが盛り上がるダイナミズム，情報処理
学会論文誌， Vol.45, No.3, pp. 1053-1061 (2004.3)
井上豊, 伊庭斉志: 遺伝的アルゴリズムによる電柱
配置の自動設計, 電気学会論文誌 D (IEEJ Trans.IA,
Vol.123, No..5), pp.582-590 (2003).
安藤晋, 伊庭斉志: タグ付遺伝子型を用いたネット
ワーク構造の進化型学習と最適化, 人工知能学会論
文誌 18 巻号 H, pp.305-315 (2003).
Nikolaev,N.Y.,
Iba,H.:
Learning
Polynomial
Feedforward Neural Networks by Genetic Programming
and Backpropagation, IEEE Transactions on Neural
Networks, vol.14,No.2, pp.337-350 (2003).
Iba,H., Saeki,S., Asai,K., Takahashi,K., Ueno,Y.,
Isono,K.: Inference of Euler angles for single-particle
analysis by means of evolutionary algorithms,
Biosystems, Vol.72, No.1-2, pp.43-55 (2003).
Ando,S., Ishizuka,M., Iba,H.: Evolving Analog Circuits
by Variable Length Chromosomes, Advances in
Evolutionary Computing Theory and Applications,
Ghosh, A., Tsutsui,S.(eds.), Springer, pp.643-662 (2003).
矢吹太朗, 伊庭斉志: 関数の回帰的なネットワーク
を用いた言語判定装置の生成, 情報処理学会論文誌,
Vol.45, No.SIG 2(TOM10), pp.66-76 (2004).
神尾正太郎, 三橋秀行, 伊庭斉志: 遺伝的プログラ
ミングと強化学習の統合に基づく実ロボットの行動
獲 得 , 情 報 処 理 学 会 論 文 誌 , Vol. 45 No.SIG
2(TOM10), pp.134-143 (2004).
[20]
[21]
[22]
[23]
国際会議論文
[15] Naoaki Okazaki, Yutaka Matsuo, Naohiro Matsumura
and Mitsuru Ishizuka: Sentence Extraction by Spreading
Activation with Refined Similarity Measure, Proc. 16th
Int'l FLAIRS Conf., Florida, pp. 407-411 (2003.5)
[16] Yutaka Matsuo and Mitsuru Ishizuka: Keyword
Extraction from a Single Document using Word
Co-occurrence Statistical Information, Proc. 16th Int'l
FLAIRS Conf., Florida, pp. 392-396 (2003.5)
[17] Hironori Tomobe, Yutaka Matsuo, Koiti Hasida and
Mitsuru Ishizuka: Social Network Extraction of
Conference Participants, Poster, Proc. Int'l World Wide
Web Conf. (WWW03), Budapest (2003.5)
[18] Hiroshi Dohi and Mitsuru Ishizuka: A Virtual Showcase
with Intuitive Hand-Free Voice Control, Proc. HCI
International 2003, Vol.4 (Universal Access in HCI),
pp.1367-1371, Crete, Greece (2003.6)
[19] Junichiro Mori, Helmut Prendinger, Sonja Mayer,
[24]
[25]
[26]
[27]
69
Hiroshi Dohi, Mitsuru Ishizuka: Using Biosignals to
Track the Effects of a Character-based Interface, Proc.
3rd Workshop on Affective and Attitude User Modeling
-- Assessing and Adapting to User Attitudes and Affect:
Why, When and How? ( in conjunction with User
Modeling 2003), Johnstown, USA, pp.39-44 (2003.6)
Junichiro Mori, Helmut Prendinger and Mitsuru
Ishizuka: Evaluation of an Embodied Conversational
Agent with Affective Behavior, AAMAS Workshop Proc.
(W10) - Embodied Conversational Characters as
Individuals, (in conjunction with Second Int'l Joint
Conference on Autonomous Agents and Multiagent
Systems (AAMAS-03)), Melbourne, Australia, pp.58-61
(2003.7)
Santi Saeyor, Koki Uchiyama and Mitsuru Ishizuka:
Multimodal Presentation Markup Language on Mobile
Phones, AAMAS Workshop Proc. (W10) - Embodied
Conversational Characters as Individuals, (in conjunction
with Second Int'l Joint Conference on Autonomous
Agents and Multiagent Systems (AAMAS-03)),
Melbourne, Australia, pp.68-71 (2003.7)
Helmut Prendinger, Sonja Mayer, Junichiro Mori and
Mitsuru Ishizuka: Persona Effect Revisited -- Using
Bio-signals to Measure and Reflect the Impact of
Character-based Interfaces, in Intelligent Virtual Agents
(Proc. 4th Int'l Working Conf. on Intelligent Virtual
Agents (IVA-03), Irsee, Germany) (T. Rist, R. Aylett, D.
Ballin, J. Rickel (eds.)), Springer, LNAI-2792, pp.
283-291, (2003.9)
Santi Saeyor, Suman Mukherjee, Koki Uchiyama and
Mitsuru Ishizuka: A Scripting Language for Multimodal
Presentation on Mobile Phones, in Intelligent Virtual
Agents (Proc. 4th Int'l Working Conf. on Intelligent
Virtual Agents (IVA-03), Irsee, Germany) (T. Rist, R.
Aylett, D. Ballin, J. Rickel (eds.)), Springer, LNAI-2792,
pp.226-230 (2003.9)
Helmut Prendinger, Junichiro Mori, Sonja Mayer and
Mitsuru Ishizuka: Character-based Interfaces Adapting to
Users' Autonomic Nervous System Activity. Proc. Joint
Agent Workshop (JAWS-03), Awaji, Japan, pp. 375-380
(2003.10)
Ratanachai Sombatsrisomboon, Yutaka Matsuo and
Mitsuru Ishizuka: Aquisition of Hypernyms and
Hyponyms from the WWW, Proc. of 2nd Int'l Workshop
on Active Mining (AM2003), pp.7-13, Maebashi, Japan
(in conjunction with Int'l Symposium on Methodologies
for Intelligent Systems) (2003.10)
Adam Jatowt, Khoo Khyou Bun and Mitsuru Ishizuka:
Query-based Discovering of Popular Changes in WWW,
Proc. IADIS Int'l Conf. on WWW/Internet (IADIS 2003),
Algarve, Portugal, Vol.1, pp.477-484 (2003.11)
Zhenglu Yang, Nakasone Arturo, Adam Jatowt and
[28]
[29]
[30]
[31]
[32]
[33]
[34]
[35]
[36]
[37]
Mitsuru Ishizuka: A Two-Model Framework for
Multimodal Presentation with Life-like Characters in
Flash Medium, Proc. of 7th IASTED Int'l Conf. on
Software Engineering and Applications (SEA 2003),
Marina del Rey, CA, USA, pp.769-774 (2003.11)
{IASTED Best Paper Award in the area of Software
Quality and Testing}
Zhenglu Yang and Mitsuru Ishizuka: MPML-FLASH: A
Multimodal Presentation Markup Language with
Character Agent Control in Flash Medium, Proc. Int’l
Workshop on Multimedia Network Systems and
Applications (MNSA’2004), Tokyo (2004.3)
Naoaki Okazaki and Yukio Ohsawa: Polaris: An
Integrated Data Miner for Chance Discovery, Proc. 3rd
Int’l Workshop of Chance Discovery and Its
Management (in conjunction with Int'l Human Computer
Interaction Conf. (HCI2003)), Crete, Greece (2003.6)
Yukio Ohsawa, Naoaki Okazaki, Naohiro Matsumura,
Akio Saiura, Hajime Fujie: A Scenario Development on
Hepatitis B and C, Proc. 2nd Int’l Workshop on Active
Mining (AM2003), pp.130-140, Maebashi, (2003.10.28)
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Kamio,S., Mitsuhashi,H., Iba,H.: Integration of Genetic
Programming and Reinforcement Learning for Real
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in Computer Science (LNCS),Vol.2724, Springer-Verlag,
pp.470-482 (2003).
Topon,K.P., Iba,H.: Reinforcement Learning Estimation
of Distribution Algorithm, in Proc. of Genetic and
Evolutionary Computation Conference (GECCO2003),
Lecture Notes in Computer Science (LNCS), Vol.2724,
Springer-Verlag, pp.1259-1270 (2003).
[38] Liu,H., Iba,H.: Multi-agent Learning of Heterogeneous
Robots by Evolutionary Subsumption, in Proc. of
Genetic and Evolutionary Computation Conference
(GECCO2003), Lecture Notes in Computer Science
(LNCS), Vol.2724, Springer-Verlag, pp.1715-1728
(2003).
[39] Wakaki,H., Iba,H.: AVICE: Evolving Avatar’s
Movernent, in Proc. of Genetic and Evolutionary
Computation Conference (GECCO2003), Lecture Notes
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シンポジウム・研究会・大会等発表
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(2003.10)
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[66] Ratchai Sombatsrisomboon, Yutaka Matsuo and Mitsuru
Ishizuka: Automatic Ontology Construction by Mining
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No.158-022 (2003.11)
[67] 岡崎直観，大澤幸生，石塚満：チャンス発見のため
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学会，人工知能基礎論研究会資料，No.SIG-FAI-53-9
(2004.1)
[68] 大澤幸生，松村真宏，岡崎直観：前震からの地震シ
ナリオ理解に関する KeyGraph と IDM の比較，人工
知能学会，人工知能基礎論研究会資料，
No.SIG-FAI-53-8 (2004.1)
[69] 綾聡平，高田高志，橋田浩一，石塚満：アノテーシ
ョン付き多文書データからの要約生成，人工知能学
会第４回 MYCOM（若手の集い）資料集，No.1-1
(2003.5)
[70] 岡崎直観，松尾豊，石塚満：テキストの重要箇所推
定のための読み手のモデル，人工知能学会第４回
MYCOM（若手の集い）資料集，No.5-3 (2003.5)
[71] 友部博教，石塚満：概念共起辞書を用いた文書種類
によるクラスタリング，人工知能学会全国大会予稿
集，No.1C5-01 (2003.6)
[72] 倉田岳人，石塚満：Support Vector Machine を用いた
未知語の検出 ，人工知能学 会全国大会予 稿集，
No.1C5-04 (2003.6)
[73] 綾聡平，橋田浩一，石塚満：コンテンツネットワー
クを考慮した文書要約，人工知能学会全国大会予稿
集，No.1C5-06 (2003.6)
[74] 森純一郎，石塚満：ユーザ感情を考慮したインタフ
著書
[52] 石塚満（監修）
，小市直人，堀江俊明，豊田達也，山
本誠，人見正嗣（執筆）：新しい情報技術基礎，
（工
業 036），オーム社 (2003)
[53] Helmut Prendinger and Mitsuru Ishizuka: The
Storification of Chances, in “Chance Discovery”(Yukio
Ohsawa, Peter McBurney, eds.), Chap.14, pp.189-207,
Springer (2003)
[54] Helmut Prendinger and Mitsuru Ishizuka (eds.): Life-like
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(2004) (ISBN: 3-540-00856-5)
[55] Helmut Prendinger and Mitsuru Ishizuka: Introducing
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Life-like Characters – Tools, Affective Functions, and
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Springer (Cognitive Technologies series), pp.3-16 (2004)
[56] Helmut Prendinger, Santi Saeyor and Mitsuru Ishizuka:
MPML and SCREAM: Scripting the Bodies and Minds
of Life-like Characters, in Life-like Characters – Tools,
Affective Functions, and Applications (H. Prendinger
and M. Ishizuka (eds.), Springer (Cognitive Technologies
series), pp.213-242 (2004)
[57] Fogel,G.B., Corne,D.W. 編，伊庭斉志監訳：ソフトコ
ンピューティングとバイオインフォマティクス，東
京電気大学出版局，pp.377 (2004).
総説・解説論文
[58] 西村拓一，浜崎雅弘，松尾豊，大向一輝，友部博教，
武田英明：2003 年度人工知能学会全国大会支援統合
システム，人工知能学会誌，Vol.19, No.1, pp.43-51
(2004.1)
[59] 矢吹太朗, 伊庭斉志: 遺伝的アルゴリズムから人工
生命へ-知的なエージェントの学習環境, Computer
Today, No.113, pp.44-51 (2003).
[60] トポンクマールポール, 伊庭斉志: 遺伝的アルゴリ
ズムから人工生命へ-EDA アルゴリズム：GA から
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[90] 峠隆広, 井上豊, 伊庭斉志: ヒューマノイドによる
可動式カメラを用いた協調動作,システム・情報部門
学術講演会 2003, (2003).
[91] 長谷川禎彦, 伊庭斉志: 免疫系を用いた遺伝的プロ
グラミングの多様性維持, 第１３回日本感性工学会
あいまいと感性研究部会ワークショップ, (2004).
ェースエージェントの行動決定，人工知能学会全国
大会予稿集，No.1C5-02 (2003.6)
藤村滋，松村真宏，岡崎直観，石塚満：電子掲示板
上の評判情報に基づく意思決定支援，人工知能学会
全国大会予稿集，No.2B1-05 (2003.6)
松尾豊，友部博教，橋田浩一，石塚満：Web からの
人間関係ネットワークの抽出と情報支援，人工知能
学会全国大会予稿集，No.1F1-02 (2003.6)
石塚満：生命的エージェントによる感性的マルチモ
ーダルコンテンツの記述と生成（招待講演）
，日本音
響 学 会 2003 年 秋 季 研 究 発 表 会 ， 講 演 論 文 集 ，
No.2-8-10, pp.265-268 (2003.9)
木田信雄，倉田岳人，Santi Saeyor，石塚満：携帯電
話キャラクタエージェント感情表出のための機械学
習によるテキスト文の印象抽出，情報処理学会全国
大会予稿集，No.2T-8 (2004.3)
綾聡平，橋田浩一，石塚満：修辞構造のアノテーシ
ョンに基づく要約生成，情報処理学会全国大会予稿
集，No.5Y-1 (2004.3)
川原尊徳，岡崎直観，石塚満：複数 Web 文書のクラ
スタリングによる要約，情報処理学会全国大会予稿
集，No.5Y-5 (2004.3)
Ratchai Sombatsrisomboon ， 松 尾 豊 ， 石 塚 満 ：
Acquisition of Word Knowledge from WWW
Documents，情報処理学会全国大会予稿集，No.6Y-3
(2004.3)
Zhenglu Yang and Mitsuru Ishizuka: A Tested System for
Multimodal Presentation Markup Language in Flash
Medium with Avator Control, 情報処理学会全国大会
予稿集，No.5P-1 (2004.3)
岡崎直観，松尾豊，石塚満：係り受け関係の被覆に
基づく重要文抽出法，言語処理学会年次大会予稿集，
No.D1-6 (2004.3)
徳井直生, 伊庭斉志: SONASPHERE - 動的な３次元
インタフェースを用いたインタラクティブな音楽シ
ス テ ム , 情 報 処 理 学 会 2003-HI-106 研 究 報 告 ,
pp.21―28 (2003).
野沢康文, 土肥浩, 石塚満, 伊庭斉志: 二足歩行ロ
ボットによるマルチモーダルプレゼンテーション,
日本ロボット学会第 21 回学術講演会, (2003).
神尾正太郎, 伊庭斉志: ロボットの行動特性への実
時間適応-遺伝的プログラミングと強化学習の統合-,
日本ロボット学会第 21 回学術講演会, (2003).
三橋秀行, 伊庭斉志: 強化学習を用いたヒューマノ
イドによる持ち上げ運動, 日本ロボット学会第 21
回学術講演会, (2003).
井上豊, 峠隆広, 伊庭斉志: ヒューマノイドロボッ
トによる協調的な荷物搬送-位置修正のための学習-,
日本ロボット学会第 21 回学術講演会, (2003).
井上豊, 峠隆広, 伊庭斉志: ２体のヒューマノイド
ロボットにおける協調搬送のための位置修正, シス
テム・情報部門学術講演会 2003, (2003).
その他
[92] 石塚満：生命的エージェントによる Web コンテンツ
とインタフェース，情報処理学会，連続セミナー2003
「ユビキタス社会の実現に向けて」第 2 回「Web デ
ザインとヒュ ーマンインタ フェース」テ キスト
pp.25-32 (2003.8.8)
[93] Mitsuru Ishizuka: MPML-Mobile for Describing ECA
Contents on Mobile Phone, (invited talk) Dagstuhl
Seminar 04121 on Evaluating Embodied Conversational
Agents, Germany (2004.3.14-19)
[94] Helmut Prendiger: Physiological Responses as an
Evaluation Method for the Affective Behavior of
Life-like Characters, (invited talk) Dagstuhl Seminar
04121 on Evaluating Embodied Conversational Agents,
Germany (2004.3.14-19)
72
広瀬（啓）
・峯松研究室
Hirose and Minematsu Laboratory
モデルに組み込む手法について研究を進めている。更に，
近年提案された，音声物理の全く新しい表象である音響
的普遍構造に基づいた音響モデリングについての検討も
開始している。
In order to realize high-performance in speech recognition,
research works have been conducted from several aspects. One
of the major problems in speech recognition is mismatches
between training and testing environments. We proposed
adaptation techniques to solve the mismatch problem in
acoustic modeling and linguistic modeling. Especially to
handle emotional speech and non-native speech well, which
have larger variances and distortions, novel techniques for the
adaptation are proposed. As for the use of prosodic features in
continuous speech recognition, we have developed several
methods, where prosodic boundary information was utilized to
realize dynamic control of beam width and dynamic switching
of acoustic models and language models according to whether
a prosodic boundary is found in a speech segment which is
processed and recognized. Currently, our major focus is placed
on the language modeling; to dynamically control the use of
language models, trained for each database with different topic,
and to incorporate “bunsetsu” boundary information into
language model. Further, we started to investigate effective
acoustic modeling of speech based upon the acoustic universal
structure in speech, which is proposed recently.
(http://www.gavo.t.u‑tokyo.ac.jp)
研究現況
Current Research Projects
1.
高品質音声合成
広瀬 啓吉・峯松 信明・顧 文涛・古山 悠介・
孫 慶華・阿部 悠
High-Quality Speech Synthesis
K. HIROSE, N. MINEMATSU, W. GU, Y.
FURUYAMA, Q. SUN, and Y. ABE
音声の分節的特徴と韻律的特徴の両面から高品質の合
成音声の実現を目指している。前者に関しては，波形接
続合成、ターミナルアナログ合成、HMM 合成など種々の
方式の研究を進めている。一方，後者に関しては，生成
過程モデルと統計的手法による韻律生成の研究を進めて
いる。最近では，感情音声を朗読音声から合成すること
を目標として、研究を進めている。また、日本語アクセ
ント変形規則についても研究している。
Researches are being conducted to realize high-quality
speech synthesis from both aspects of speech features:
segmental and prosodic. As for the segmental features,
methods of waveform concatenation, terminal analogue
synthesis, HMM synthesis, have been investigated. As for
the prosodic features, developments are going on for the
corpus-based generation of prosodic features based on the
functional model. Recently, one of our major focuses is
placed on the synthesis of emotional speech from the read
speech corpus. Word accent sandhi rules of Japanese,
necessary for the speech synthesis are also constructed.
3.
音声の韻律解析
広瀬 啓吉・峯松 信明・古山 悠介
Analysis of Prosodic Features of Speech
K. HIROSE, N. MINEMATSU, and Y. FURUYAMA
2.
高精度音声認識
広瀬 啓吉・峯松 信明・鄭 聖曄・村上 隆夫
High-Performance Speech Recognition
K. HIROSE, N. MINEMATSU, S. CHUNG, and T.
MURAKAMI
音響モデル・言語モデルの効率的な適応，及び韻律の
有効な利用，更には最近提案された音声の音響的普遍構
造に基づく音声認識について研究を進めている。音声認
識性能を劣化させる理由の一つとして，学習環境と評価
環境のミスマッチがあるが，音響モデル，言語モデルの
両者に対してこのミスマッチに対処する手法を考案した。
特に，感情音声や非母国語の音声など，その歪みが大き
い音声に対する効果的な手法を提案している．韻律の利
用については，韻律境界情報によって大語彙連続音声認
識の探索幅を動的に制御する手法，韻律境界情報を用い
て複数の音響モデルを切り替える手法，韻律境界の情報
を用いて，言語モデルを切り替える手法を提案した。現
在は、特にトピックの異なる言語データから得た複数の
言語モデルを動的に制御する手法、文節境界情報を言語
73
音声の音響的特徴のうち，音の高さ，長さ，強さとい
った特徴は韻律的特徴と呼ばれる．ここでは，連続音声
に対して観測される音の高さパターン（以下，F0 パター
ンと呼ぶ）のモデル化を行なうとともに，そのモデルが
要求するパラメータの推定を観測パターンから自動推定
する枠組みについて取り組んでいる．現在検討している
手法では，実測された F0 パターンをいたるところで連続
かつ微分可能な曲線によって近似するための処理，得ら
れた曲線からアクセント指令とフレーズ指令のパラメー
タの初期値を決定するための処理，さらにそれらの初期
値をもとに逐次近似によりパラメータの最適値を求める
処理から構成されており，高精度なパラメータ自動抽出
が可能となっている．また，言語情報を利用することに
よって推定精度を向上する手法を開発した．
Acoustic features of speech are often divided into two kinds.
One of which is called prosodic features, which are related to
height, length, and strength of speech. In this study, a modeling
technique of a continuous pattern of height of speech (F0
pattern) is investigated and automatic estimation of the
parameters of the model is examined. A proposed technique is
composed of three steps; approximation of an observed F0
contour by a curve that is continuous and differentiable
everywhere, extraction of initial values for the parameters from
the curve, and optimization of the parameters by successive
approximation. This technique gives us quite high accuracy of
the parameter estimation.
Furthermore, a method was
developed to improve the parameter estimation using the
linguistic information.
information well, adequate dialogue strategy and prosodic
control of the response generation are investigated.
5.
語学教育 CAI システム
広瀬 啓吉・峯松 信明・毛利 太郎・朝川 智
Development of Language Learning CAI Systems
Using Speech Technologies
K. HIROSE, N. MINEMATSU, T. MOHRI,
and S. ASAKAWA
4. ユーザフレンドリな音声対話システム
広瀬 啓吉・峯松 信明・八木 祐司・藤野 真紀・
広瀬 智治
Development of User-friendly Spoken Dialogue
Systems
K. HIROSE, N. MINEMATSU, Y. YAGI, M.
FUJINO, and T. HIROSE
音声合成，音声認識などの技術を応用し，適切かつ高
品質な応答音声の生成，対話の流れに即した動作，及び，
ユーザの状況に応じた応答生成に重点を置いて，ユーザ
フレンドリな音声対話システムを構築している。現在、
エージェント対話システムを構築し、概念から直接音声
出力を合成することを進めている。また、この中で、ユ
ーザの特性に応じてシステムの挙動を変化させることを
検討している。現在着眼している特性は，ユーザの年代、
性別、精神状態（感情）等であり，これらの特性を音声
情報から抽出し，それに応じてシステムの挙動を動的に
制御する。特性の推定に関しては，話者認識技術を拡張
することで実現している。また，近年全く新しい音声の
物理表象として音響的普遍構造分析が提案されているが，
その構造歪みに基づく発話意図検証についても開始して
いる。更に，従来の対話システムではあまり検討されて
いなかった，対話内容が時間的，空間的広がりをもつ場
合に必要な対話制御，韻律制御に対しても実験的検討を
進めている．
By applying speech synthesis techniques and speech
recognition ones, development of spoken dialogue systems are
being conducted, where the generation of appropriate speech
response with high quality, efficient database search by using
focus of the dialogue were realized. Using these modules,
several spoken dialogue systems were built, among which an
agent dialogue system was recently constructed where output
speech was directly generated from the output concepts. Also
we are discussing two new functions; dynamic control of
system attributes according to users’ characteristics and
dialogue strategy for handling temporal and spatial information.
For the former, an automatic estimation method of users’ age
was developed based upon speaker recognition techniques.
Using this method, a dynamic control of dialogue strategy of
the system will be realized, which can be often seen in
human-to-human speech communication. A new method of
estimating users’ attitudes is developed based upon the
acoustic universal structure in speech, which is recently
proposed as a new acoustic representation of speech sounds.
As for the latter, to treat both of temporal and spatial
74
音声分析，認識，合成技術を利用し，外国語学習者の
「なまった」発音を自動的に検出して発音矯正のための
指示を与える高度な計算機支援による語学学習システム
の開発を進めている。例えば，(1)学習者音声と教師音声
の時間対応を取ったうえで，ピッチ，持続時間，パワー
等の発音誤りと矯正方法を指示し，また，PSOLA 音声合
成により，矯正音声を学習者自身の音声で提示する英語
教育システム，(2)拍の平均基本周波数を測定してアクセ
ント型の誤りを自動判定する日本語アクセント型教育シ
ステム，(3)英単語・英文中の強勢音節位置の自動検出シ
ステム，(4)強勢生成に見られる日本人特有の癖を推定し，
理解容易な形態で視覚化するシステム等，の開発を進め
ている。また，これらシステム開発に必要な大規模音声
データベースの作成も行ない，コーパスに基づく日本人
英語の分析，日本語・英語間の言語的差異の分析なども
行なっている。最近では，音声の音響的普遍構造分析に
基づき，地球上に存在する 20 億とも言われる英語学習者
一人一人を異なる対象として記述し，分類するための技
術的枠組みや，学習者の発音を教師の発音と音響的に比
較するのではなく，学習者発音を対象言語と純粋に言語
的に比較する枠組みなども検討している。
An advanced computer aided language learning system has
been developed, in which accented pronunciation in foreign
language learners is automatically detected with instructions
for its correction using speech analysis, recognition and
synthesis techniques. Several sub-systems were already
developed, including:(1) An English learning system, where
learner's utterance is time-aligned to teacher's utterance, and,
then, accented pronunciation on pitch, phoneme duration and
others is pointed out with guides to correction. Corrected
speech is also generated in his own voice using PSOLA-based
speech synthesis. (2) A Japanese word accent type training
system, where accent type errors in learner's pronunciation are
automatically detected by measuring average mora F0 values.
(3) A stressed syllable detector, where a stressed syllable is
located using four acoustic factors of power, pitch, duration
and vowel quality. (4) A pronunciation habit estimator, where
habits peculiar to Japanese learning English are detected and
the strength of the habits is also estimated automatically. To
build the systems, a large speech database of non-native
speech is required. In our study, a project of collecting
non-native speech is also carried out. Using this database, error
analysis of non-native speakers’ pronunciation is conducted
and acoustic-linguistic differences between English and
Japanese are investigated. Recently, a new and novel acoustic
representation of speech sounds is proposed, called the
acoustic universal structure in speech. Based on this
representation, we developed a method to describe 20 billion
English students as different objects and classify them based
on their phonological awareness. Further, a method of
linguistic comparison between a student’s pronunciation and
the target language is also devised.
6.
法に基づいて解くことを試みている。もう一つの分析は
人間対人間間のコミュニケーションにおけるフィラー
（つなぎ語）の役割の分析である。文字言語として書き
示されることが少ない現象であるが，日常の音声活動の
中には多発する。どのような種類のフィラーがどのよう
な場面で登場し，それによって音声コミュニケーション
がより円滑になるのか，ならないのか，そういった観点
から種々の知覚実験を通して分析を行なっている。
This project aims at investigating human processing of
speech and implementing the obtained findings in machine
processing of speech. Two analyses are being done. The first
one collects data of American listeners’ misrecognition when
hearing Japanese English. A large amount of speech samples of
Japanese English were presented to American who were asked
to write down what they heard. With the obtained data, based
on machine learning, a series of analyses were done to find out
what kind of combination of pronunciation errors is more fatal
to the smooth communication. The second analysis
investigates the role of fillers in the smooth human-to-human
communication. Fillers are often ignored when describing
speech events in documents but they occur frequently. The
analysis focuses on what kind of types of fillers are observed
in what kind of linguistic situations and whether fillers make
the speech communication smoother or not.
音楽・音声情報処理
広瀬 啓吉・峯松 信明・カデマル イスラム
Music and Speech Information Processing
K. HIROSE, N. MINEMATSU, and MD.
KAHDEMUL ISLAM MOLLA
音楽・音声情報処理として，歌声における韻律制御及
び音源分離に関して検討している。歌声の分析に関して
は日本の古典芸能に着眼し，長唄の韻律分析とそのモデ
ル化を行なった。長唄は基本周波数・パワーが瞬時に大
きく変化する（あたり・ふりと言われる）パターンを有
することが知られており，これを従来のベルカント調の
韻律モデルに対して，装飾音指令という形で実装した。
提案モデルを用いて，任意の五線譜から長唄的な歌声を
合成することに成功した。音源分離に関しては，複数の
音源によって生成された 1 チャネルの音響信号から，そ
の音源を分離し，特定する技術についての検討を開始し
ている。
Acoustic analysis and modeling of singing and instrumental
sounds were investigated. As for analysis of singing, Nagauta,
which is the Japanese classical style of singing, was focused on.
Nagauta is very characteristic as it has very rapid and sharp F0
and power increases in its prosodic patterns. Acoustic
modeling of these rapid changes, called as Ataris and Furis,
was done by adding grace note components to a conventional
prosody model of singing in Bel-Canto style. Using the
proposed model for Nagauta, any standard notation can be
converted into Nagauta-like singing as synthetic speech. As for
analysis of instrumental sounds, a novel technique to separate
sound sources from a sound stream acoustically realized as a
mixture of signals from the sources is proposed.
8.
音声に内在する音響的普遍構造
広瀬 啓吉・峯松 信明・藤野 真紀・朝川 智・
村上隆夫
The Acoustic Universal Structure in Speech
K. HIROSE, N. MINEMATSU, M. FUJINO, S.
ASAKAWA, and T. MURAKAMI
音声工学は音響音声学を基盤として構築されている。
その結果，音声の物理表象であるスペクトルには，言語・
パラ言語・非言語情報全てが混入する。全てが見えると
いうことは，例えば音声認識のように音声の言語情報の
みを対象とする場合には不都合な表象となる。本研究で
は，音声に内在する非言語情報を表現する次元を消失す
る形で定義される音声の物理表象を提案している（音声
の音響的普遍構造）。これはある意味，言語学を物理学と
して捉え直す方法論である。音響事象を確率論的に分布
として捉え，分布間の距離を情報論的に計算し，最終的
に分布群を構造論的に捉える。こうして得られる構造は，
一切の非言語情報を保有しない音声の物理表象となる。
この表象に基づく工学応用として，語学教育支援，音声
認識，更にはパラ言語情報抽出などを検討している。
Speech engineering is built based on acoustic phonetics.
Speech representation of acoustics phonetics, i.e., spectrogram,
inevitably shows linguistic, para-linguistic, and non-linguistic
information of speech. It directly means that spectrogram is
very noisy representation to implement speech recognition on
machine because the non-linguistic information in speech is
completely irrelevant to speech recognition. In this study, a
7.
人間による音声情報処理
広瀬 啓吉・峯松 信明・渡辺 美知子
Human Speech Processing
K. HIROSE, N. MINEMATSU, and M. WATANABE
人間による音声情報処理の様子を定量的に分析し，そ
の知見を種々の音声処理技術へ反映させることを目的と
する。現在 2 つの分析を進めている。一つは日本人英語
を日本人と面会したことが無い米国人に聴取させ，その
書き取り結果を収集している。得られた誤認識結果を分
析することで，日本人英語の何がコミュニケーション障
害をもたらすのか，という問題をデータマイニング的手
75
novel representation of speech is proposed, where there exists
completely no dimensions to indicate the static non-linguistic
information in speech. In a meaning, this study attempts to
implement linguistics as physics. Acoustic speech events are
captured as distributions, distribution-distribution distance is
defined based on information theory, and finally a set of the
distributions are modeled as a structure. The resulting structure
has no dimensions to indicate the non-linguistic information.
Some applications are investigated based on the representation,
such as pronunciation training, speech recognition, and
estimation of users’ attitude and emotion.
[10]
[11]
[12]
論文・著書一覧（2003 年度）
Publications List
[13]
学会誌学術論文
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
峯松信明，富山義弘，吉本啓，清水克正，中川聖一，
壇辻正剛，牧野正三:
英語 CALL 構築を目的とし
た日本人及び米国人による読み上げ英語音声データ
ベースの構築 , 日本教育工学会，vol.27，no.3，
pp.259-272 (2004-3).
峯松信明，倉田岳人，広瀬啓吉:
米語における音
素体系及び語彙体系に着眼した日本人英語の発声と
聴取に関するコーパス統計分析 , 音声学会論文誌，
Vol.7, No.3, pp.77-91 (2003-12).
C. T. Ishi, K. Hirose and N. Minematsu: “Mora F0
representation for accent type identification in
continuous speech and considerations on its relation with
perceived pitch values,” Speech Communication, Vol.41,
Nos.2-3, pp.441-453 (2003-10).
A. Sakurai, K. Hirose, and N. Minematsu: “Data-driven
generation of F0 contours using a superpositional
model,” Speech Communication, Vol.40, No.4,
pp.535-549 (2003-6).
峯松信明，仁科喜久子，中川聖一:
外国語学習用
読み上げ音声データベース,
日本音響学会誌，
vol.59，no.6，pp.345-350 (2003-6)
[14]
[15]
[16]
[17]
[18]
国際会議論文
[6] O. Okobi and K. Hirose: “Japanese repetition of normal
and prosodically-modified English words,” Proc. Int.
Conf. Speech Prosody, pp.37-40 (2004-3).
[7] K. Hirose, K. Sato, and N. Minematsu: “Emotional
speech synthesis with corpus-based generation of F0
contours using generation process model,” Proc. Int.
Conf. Speech Prosody, pp.417-420 (2004-3).
[8] W. Gu, K. Hirose and H. Fujisaki: “A method of
automatic tone command parameter extraction for the
model of F0 contour generation for Mandarin,” Proc.
Int. Conf. Speech Prosody, pp.435-438 (2004-3).
[9] S. Narusawa, N. Minematsu, K. Hirose, and H. Fujisaki:
“Evaluation of an improved method for automatic
[19]
[20]
76
extraction of model parameters from fundamental
frequency contours of speech,” Proc. Int. Conf. Speech
Prosody, pp.443-446 (2004-3).
N. Minematsu, B. Matsuoka, and K. Hirose: “Prosodic
modeling of Nagauta singing and its evaluation,” Proc.
Int. Conf. Speech Prosody, pp.487-490 (2004-3).
J. S. Zhang, S. Nakamura, and K. Hirose: “Tonal
contextual F0 variations and anchoring based
discrimination,” Proc.
Int. Conf. Speech Prosody,
pp.525-528 (2004-3).
K. Hirose: “Accent type recognition of Japanese using
perceived mora pitch values and its use for pronunciation
training system,” Proc. Int. Symp. Tonal Aspect of
Languages, pp.77-80 (2004-3).
J. S. Zhang, K. Hirose, and Satoshi Nakamura: “Robust
acoustic modeling of contextual tonal F0 variations on
the basis of tone nucleus framework,” Proc. Int. Symp.
Tonal Aspect of Languages, pp.239-242 (2004-3).
K W. Gu, K. Hirose, and H. Fujisaki: “A method for
automatic extraction of F0 contour generation process
model for Mandarin,” Proc. IEEE Workshop on
Automatic Speech Recognition and Understanding,
pp.682-687 (2003-12).
Md. Kahdemul Islam Molla and K. Hirose: “Speaker
identification using MFCC features with artificial neural
network,” Proc. Int. Conf. Computer and Information
Technology, pp.738-743 (2003-12).
K. Hirose: “Speech prosody in spoken language
processing,” Proc. Int. Conf. Computer and Information
Technology, pp.20-27 (2003-12). (keynote).
K. Hirose, Y. Furuyama, S. Narusawa, N. Minematsu,
and H. Fujisaki: “Use of linguistic information of accent
phrases for automatic extraction of F0 contour generation
process model parameters,” Proc. Oriental COCOSDA,
pp.38-45 (2003-10).
K. Hirose, T. Ono, and N. Minematsu: “Corpus-based
synthesis of fundamental frequency contours of Japanese
using automatically-generated prosodic corpus and
generation process model,” Proc. European Conf. Speech
Communication and Technology (EUROSPEECH),
pp.333-336 (2003-9).
K. Hirose, Y. Furuyama, S. Narusawa, N. Minematsu,
and H. Fujisaki: “Use of linguistic information for
automatic extraction of F0 contour generation process
model parameters,” Proc. European Conf. Speech
Communication and Technology (EUROSPEECH),
pp.141-144 (2003-9).
K. Hirose, J. Tago, and N. Minematsu: “Speech
generation from concept for realizing conversation with
an agent in a virtual room,” Proc. European Conf.
Speech
Communication
and
Technology
(EUROSPEECH), pp.1693-1696 (2003-9).
[21] N. Minematsu, B. Matsuoka, and K. Hirose: “Prosodic
analysis and modeling of the NAGAUTA singing to
synthesize its prosodic patterns from the standard
notation,” Proc. European Conf. Speech Communication
and Technology (EUROSPEECH), pp.385-388 (2003-9).
[22] N. Minematsu, K. Yamauchi, and K. Hirose: “Automatic
estimation of perceptual age using speaker modeling
techniques.”
Proc.
European
Conf.
Speech
Communication and Technology (EUROSPEECH),
pp.3005-3008 (2003-9).
[23] N. Minematsu, K. Ohsaki, and K. Hirose: “Improvement
of non-native speech recognition by effectively modeling
frequently observed pronunciation habits,” Proc.
European Conf. Speech Communication and Technology
(EUROSPEECH), pp.2597-2600 (2003-9).
[24] N. Minematsu, C. Guo, and K. Hirose: “CART-based
factor analysis of intelligibility reduction in Japanese
English,” Proc. European Conf. Speech Communication
and Technology (EUROSPEECH), pp.2069-2072
(2003-9).
[25] K. Hirose, F. Gendrin, and N. Minematsu: “A
pronunciation training system for Japanese lexical
accents with corrective feedback in learner's voice,” Proc.
European Conf. Speech Communication and Technology
(EUROSPEECH), pp.3149-3152 (2003-9).
[26] N. Nishizawa, K. Hirose and N. Minematsu: “Estimation
of resonant characteristics based on AR-HMM modeling
and spectral envelope conversion of vowel sounds,” Proc.
European Conf. Speech Communication and Technology
(EUROSPEECH), pp.885-888 (2003-9).
[27] W. Gu and K. Hirose: “Acoustic model selection and
voice quality assessment for HMM-based Mandarin
speech synthesis,” Proc. European Conf. Speech
Communication and Technology (EUROSPEECH),
pp.2457-2460 (2003-9).
[28] T. Mouri, K. Hirose and N. Minematsu: “Consideration
on vowel durational modification for Japanese CALL
system,” Proc. European Conf. Speech Communication
and Technology (EUROSPEECH), pp.3153-3156
(2003-9).
[29] N. Minematsu, G. Kurata, and K. Hirose: “Corpus-based
analysis of production and perception of Japanese
English in view of the entire phonemic system of
English,” Proc. Int. Conf. Phonetic Science (ICPhS),
pp.1569-1572 (2003-8).
[30] K. Hirose, T. Katsura, and N. Minematsu: “Corpus-based
synthesis of F0 contours for emotional speech using the
generation process model,” Proc. Int. Conf. Phonetic
Science (ICPhS), pp.2945-2948 (2003-8).
[31] J. S. Zhang, K. Hirose, and S. Nakamura: “A multilevel
framework to model the inherently confounding nature
of sentential F0 contours for recognizing Chinese lexical
tones,” Proc. Int. Conf. Acoustic, Speech, & Signal
Processing (ICASSP), pp.532-535 (2003-5).
著書
[32] K. Hirose:
On the prosodic features for emotional
speech,
From Traditional Phonology to Modern
Speech Processing, Edited by G. Fant, H. Fujisaki, J. Cao
and Y. Hu, Foreign Language Teaching and Research
Press (外語教学及研究出版社), pp.159-176 (2004-3).
[33] S. Kawamoto, H. Shimodaira, T. Nitta, T. Nishimoto, S.
Nakamura, K. Itou, S. Morishima, T. Yotsukura, A. Kai,
A. Lee, Y. Yamashita, T. Kobayashi, K. Tokuda, K.
Hirose, N. Minematsu, A. Yamada, Y. Den, T. Utsuro, S.
Sagayama: “ Galatea: open-source software for
developing anthropomorphic spoken dialog agents,”
Life-Like Characters. Tools, Affective Functions, and
Applications. Helmut Prendinger et al. (Eds.) Springer,
pp.187-212 (2003-11).
研究会論文
[34] 浜野紘一, 峯松信明, 広瀬啓吉: 音声の分節的特徴
に着眼したパラ・非言語情報推定に関する実験的検
討 , 電子情報通信学会音声研究会, SP2003-197,
pp.25-30 (2004-3).
[35] 峯松信明，松井健，広瀬啓吉:
音声に内在する音
響的普遍構造とそれに基づく音声コミュニケーショ
ン , 第三回「話し言葉の科学と工学」ワークショ
ップ論文集，pp.143-150 (2004-2)
[36] 佐藤 賢太郎, 広瀬 啓吉, 峯松 信明:
生成過程モ
デルに基づくコーパスベース感情音声合成とその評
価 , 情報処理学会音声言語情報処理研究会,
2004-SLP-50，pp.51-56 (2004-2).
[37] 峯松信明:
音響的普遍構造と言語的普遍構造の整
合性に基づく発音明瞭度の評定 ，電子情報通信学会
音声研究会，SP2003-181，pp.37-42 (2004-1)
[38] 峯松信明:
音声の音響的普遍構造の歪みに着眼し
た外国語発音の自動評定 ，電子情報通信学会音声研
究会，SP2003-180，pp.31-36 (2004-1)
[39] 峯松信明:
音声に内在する音響的普遍構造とそれ
に基づく語学学習者モデリング ，電子情報通信学会
音声研究会，SP2003-179，pp.25-30 (2004-1)
[40] 高橋力矢，峯松信明，広瀬啓吉:
複数のバックオ
フ N-gram を動的補間する言語モデルの高精度化 ,
電子情報通信学会音声研究会，SP2003-123，pp.61-67
(2003-12).
[41] 広瀬啓吉:
特定領域研究「韻律と音声処理」プロ
ジェクトの紹介 , 電子情報通信学会音声研究会,
SP2003-163, pp.53-56 (2003-12).
[42] 嵯峨山茂樹, 伊藤克亘, 宇津呂武仁, 甲斐充彦, 小林
隆夫, 下平博, 伝康晴, 徳田恵一, 中村哲, 西本卓也,
新田恒雄, 広瀬啓吉, 峯松信明, 森島繁生, 山下洋一,
山田篤, 李晃伸:
擬人化音声対話エージェント基
77
[43]
[44]
[45]
[46]
[47]
[48]
本ソフトウェアの開発プロジェクト報告 , 電子情
報 通 信 学 会 音 声 研 究 会 ， SP2003-168, pp.73-78
(2003-12).
古山悠介，成澤修一，広瀬啓吉，峯松信明，藤崎博
也:
言語情報を用いた基本周波数生成過程モデル
パラメータ自動抽出の高精度化 , 電子情報通信学
会音声研究会, SP2003-70, pp.37-42 (2003-8).
成澤修一, 峯松信明, 広瀬啓吉, 藤崎博也: 音声の
基本周波数パターン生成過程モデルのパラメータ自
動抽出法の評価 , 情報処理学会音声言語情報処理
研究会研究報告, 2003-SLP-47-1, pp.1-6 (2003-7).
S. Chung, K. Hirose, N. Minematsu: N-gram language
modeling of Japanese using "Bunsetsu" boundaries, 情
報処理学会音声言語情報処理研究会研究報告,
2003-SLP-47-3, pp.13-18 (2003-7).
八木裕司, 多胡順司, 峯松信明, 広瀬啓吉: エージ
ェント対話システムにおける対話管理と応答生成 ,
情報処理学会音声言語情報処理研究会研究報告,
2003-SLP-47-13, pp.65-70 (2003-7).
A. O. Okobi and K. Hirose:
Acoustic analysis of
English lexical-prosody reproduction by Japanese
speakers, 電子情報通信学会音声研究会, SP2003-49,
pp.37-42 (2003-6).
高橋力矢，峯松信明，広瀬啓吉:
文脈適応による
複数 N-gram の動的補間を用いた言語モデル , 情報
処理学会音声言語情報処理研究会，2003-SLP-46-7，
pp.37-42 (2003-5)
[57]
[58]
[59]
[60]
[61]
[62]
[63]
全国大会論文
[49] 峯松信明:
音声の音響的普遍構造に着眼した外国
語発音の自動評定 ，日本音響学会春季講演論文集，
3-6-10，pp.441-442 (2004-3)
[50] 峯松信明: 音声に内在する音響的普遍構造 ，日本
音響学会春季講演論文集，2-7-9，pp.281-282 (2004-3
[51] 高橋力矢, 峯松信明, 広瀬啓吉:
N-gram カウント
の信頼性を考慮したバックオフスムージング , 日
本音響学会春季講演論文集, 2-8-2, pp.63-64 (2004-3).
[52] 鄭聖曄, 広瀬啓吉, 峯松信明: 文節境界情報を利用
した N-gram 言語モデルの高精度化と音声認識への
応用 , 日本音響学会春季講演論文集, 2-8-3, pp.65-66
(2004-3).
[53] 浜野紘一, 峯松信明, 広瀬啓吉: 音声の音響的普遍
構造に着眼した非言語情報推定に関する実験的検
討 , 日本音響学会春季講演論文集, 3-8-6, pp.133-134
(2004-3).
[54] 八木祐司, 広瀬啓吉, 峯松信明: 韻律に着目した対
話システムにおける応答生成の改良 , 日本音響学
会春季講演論文集, 3-8-7, pp.135-136 (2004-3).
[55] 村上隆夫, 峯松信明, 広瀬啓吉: 音声認識における
語レベルの韻律利用に関する実験的検討 , 日本音
響学会春季講演論文集, 3-Q-24, pp.191-192 (2004-3).
[56] 古山悠介, 成澤修一, 広瀬啓吉, 峯松信明, 藤崎博
[64]
[65]
[66]
[67]
[68]
[69]
[70]
78
也:
基本周波数生成過程モデルパラメータの自動
抽出における言語情報の利用 , 日本音響学会春季
講演論文集, 1-7-15, pp.241-242 (2004-3).
佐藤賢太郎, 広瀬啓吉, 峯松信明: 感情音声合成に
おける韻律生成手法の改良 , 日本音響学会春季講
演論文集, 1-7-19, pp.249-250 (2004-3).
朝川智, 峯松信明, 広瀬啓吉: 音声の音響的普遍構
造に着眼した英語強勢･弱勢母音の分析 , 日本音響
学会春季講演論文集, 3-7-17, pp.315-316 (2004-3).
朝川智, 峯松信明, 広瀬啓吉:
モーラ境界･シラブ
ル境界における音響的分離度に関する定量的分析 ,
日本音響学会春季講演論文集, 3-7-18, pp.317-318
(2004-3).
櫻庭京子, 今泉敏, 筧一彦, 広瀬啓吉: 性同一性障
害者(MtF)音声の性別判断における男女差 , 日本音
響学会平成 15 年度春季研究発表会講演論文集, 2-P-4,
pp.337-338 (2004-3).
成澤修一, 峯松信明, 広瀬啓吉, 藤崎博也, 前川喜久
雄:
日本語話し言葉コーパスを対象とした生成過
程モデルの指令と X-JToBI ラベルとの対応につい
て , 日 本 音 響 学 会 春 季 講 演 論 文 集 , 2-P-28,
pp.385-386 (2004-3).
W. Gu, K. Hirose, and H. Fujisaki: Tone command
parameter extraction for the F0 contour generation model
for Mandarin, 日本音響学会春季講演論文集, 2-P-31,
pp.391-392 (2004-3).
毛利太郎, 広瀬啓吉, 峯松信明: 日本語 CALL シス
テムのための NN 学習による知覚ピッチ推定 , 日
本 音 響 学 会 春 季 講 演 論 文 集 , 3-6-2, pp.425-426
(2004-3).
八木祐司, 広瀬啓吉, 峯松信明: エージェント対話
システムにおける応答生成の改良 , 日本音響学会
秋季講演論文集, 1-6-25, pp.49-50 (2003-9).
鄭聖曄, 広瀬啓吉, 峯松信明: 文節境界情報を用い
た N-gram 言語モデルの高精度化 , 日本音響学会秋
季講演論文集, 2-6-9, pp.77-78 (2003-9).
佐藤賢太郎, 広瀬啓吉, 峯松信明: コーパスベース
韻律生成による感情音声合成とその評価 , 日本音
響学会秋季講演論文集, 1-8-31, pp.243-244 (2003-9).
W. Gu, K. Hirose, and H. Fujisaki:
Automatic
extraction of F0 contour generation process model
parameters for Mandarin speech,
日本音響学会秋季
講演論文集, 2-Q-22, pp.355-356 (2003-9).
成澤修一, 峯松信明, 広瀬啓吉, 藤崎博也: 音声の
基本周波数パターンのパラメータ自動抽出結果の評
価 , 日 本 音 響 学 会 秋 季 講 演 論 文 集 , 2-Q-24,
pp.359-360 (2003-9).
A. O. Okobi and K. Hirose: English lexical-prosody
reproduction by Japanese speakers,
日本音響学会秋
季講演論文集, 1-7-11, pp.383-384 (2003-9).
毛利太郎, 広瀬啓吉, 峯松信明: 日本語 CALL シス
テムのための学習者音声評価と韻律との関係の分
析 , 日 本 音 響 学 会 秋 季 講 演 論 文 集 , 1-7-23,
pp.407-408 (2003-9).
79
近山・田浦研究室
Chikayama and Taura Laboratory
はこの状況を改善するための，(1) 広域環境で高速かつス
ケーラブルなコマンド投入を可能にするシェル，(2)ネッ
トワーク性能に応じて自律的に転送路を設定する多ノー
ド間ファイル複製ツール，の研究を行った。
Large scale clusters and widely distributed environments are
difficult to manage, operate, and use. Firewalls and NATS, for
example, block direct connections between some pairs of
nodes, making it troublesome to merely invoke a remote
command. For another example, we often need explicitly copy
files because file systems are not usually shared across local
area networks. We conducted research to improve these
situations, including: (1) a shell supporting quick command
submissions in wide area, and (2) a multi-node file replication
tool that autonomously organizes transfer route based on
network performance.
(http://www.logos.t.u‑tokyo.ac.jp)
研究現況
Current Research Projects
1.
共有クラスタ・広域分散環境での高性能な並列
計算
遠藤 敏夫・金田 憲一・斎藤 秀雄・藤田 祥・
末包 昌司・田浦 健次朗・近山 隆
Performance-Robust Parallel Computation in Shared
and Widely Distributed Clusters.
T. ENDO, K. KANEDA, H. SAITO, S. FUJITA, M.
SUEKANE, K. TAURA and T. CHIKAYAMA
広域分散環境で多数の資源を利用して動作する並列プ
ログラムには，大きなネットワーク遅延や，他のプロセ
スの存在によって引き起こされるスケジューリング遅延
に対する耐性が必要になる。我々は，(1)広域分散環境用
の高性能通信ライブラリ，(2)そのような環境下で，占有
環境並みの性能を安定して示す数値計算(LU 分解)，(3)ネ
ットワーク/CPU の性能や負荷状況によってタスク配置を
変更する資源管理システム，(4)並列プログラムのスケジ
ューリング遅延を短くするオペレーティングシステム，
(5)冗長化によって遅延を隠蔽する通信ライブラリ，など
に関する研究を行った。
Parallel programs on widely distributed, large-scale
environment need tolerate network latencies and scheduling
latencies introduced by competing processes. Our research in
this area includes the following. (1) message passing library
for wide area, (2) a parallel numeric algorithm (LU
factorization) that exhibits robust performance in such
environments, (3) a resource manager that makes decision
based on network/CPU capacity and load, (4) an operating
system that reduces scheduling latencies of parallel programs,
and (5) a message passing library hiding latencies by
redundancy.
2.
3. 耐故障並列計算
堀田 勇樹・鴨志田 良和・田浦 健次朗・近山 隆
Fault-Tolerant Parallel Computation
Y. HORITA, Y. KAMOSHIDA, K. TAURA
and T. CHIKAYAMA
大規模な並列計算では一部のノードの故障を越えて，
計算が動き続けることは必須の要件となる。我々は，(1)
広域分散環境で耐故障並列計算をサポートするための通
信ライブラリの拡張，(2)充足可能性問題を題材とした，
実用的な耐故障並列計算のケーススタディを行った。
Inreasing scale of parallel computation requires a tolerance
to crash of some nodes. We conducted research on the
following. (1) an extension to a messge passing library to
support fault tolerance of wide area parallel computation. (2) a
case study using satisifiability problem (SAT) of a practical
fault-tolerant parallel computation.
4. Web Crawler および情報検索
山田 雅信・高橋 悟・高橋 俊行・田浦 健次朗・
近山 隆
Web Crawlers and Information Retrieval
M. YAMADA, S. TAKAHASHI, T. TAKAHASHI,
K. TAURA and T. CHIKAYAMA
広域に分散した資源を効率的に利用するツー
ル
安藤 雅亭・星野 喬・田浦 健次朗・近山 隆
Tools for Efficiently Using Widely Distributed
Resources
M. ANDO, T. HOSHINO, K. TAURA
and T. CHIKAYAMA
自然言語処理や情報抽出・検索の研究基盤として，Web
ページの収集・蓄積を行っている。(1) 16-32 台の計算機
を用いた並列 Web Crawling の研究，(2) データ収集時に
PageRank を考慮することによる高品質なページの高速収
集，(3) 同一サイト内の関連したページ群を発見・索引付
けし，高品質なページ群を検索するシステム，(4)収集さ
れたデータを簡便に，高速にアクセスするシステム，に
関する研究を行った。
We are gathering and archiving web pages for
infrasctructure of natural language processing and information
extraction/retrieval research. Our current efforts include (1) a
parallel web crawling using 16-32 processors, (2) an
URL-ordering (prioritization) scheme to collect high-quality
大規模クラスタや広域分散環境では，日常の対話的利
用の効率を妨げるいくつもの要因が存在する。たとえば
Firewall や NAT は一部の計算機間の直接的なアクセスを
禁止し，遠隔にコマンドを起動することを面倒にする。
また多くの場合 LAN を越えてファイルを透明に共有する
ことはできないため，データやプログラムの一貫性維持
のために明示的なファイルのコピーが必要である。我々
80
pages fast, (3) an indexing and ranking scheme thereby finding
high-quality cluster of pages on a single topic, and (4) a
storage API to easily access collected pages fast.
allocation of short-lived data. On the other hand, many
applications are memory-bound, in that the size of the problem
solvable on a system is detrmined by the available memory, so
memory management systems of garbage collecting languages
should work efficiently when much of the available memory is
occupied by long-lived data. In this research, we proposed a
garbage collection algorithm to meet this criteria, assuming
long-lived data are not frequently updated.
5.
逐次プログラムの半自動並列化
早津 政和・田浦 健次朗・近山 隆
Semi-automatic Parallelization of Sequential
Programs
M. HAYATSU, K. TAURA and T. CHIKAYAMA
7.
経路に基づいた SPAM メールフィルタリング
下川 慶貴・田浦 健次朗・近山 隆
SPAM Mail Filtering based on Delivery Route
Y. SHIMOKAWA, K. TAURA and T. CHIKAYAMA
与えられた逐次プログラムの並列化を支援する手法と
して，競合検出技術を元に，プログラムの実行を監視し
て，可能な並列化を処理系が自動的に推論してプログラ
マに提示する，
「半自動的な」並列化に関する研究を行っ
た。本手法は静的解析と異なり，保守的な近似によって，
実際には可能な並列化を見逃すことはない。したがって
これまで自動並列化が適用不可能であったプログラムに
対しても有効である。その一方でどんな入力に対しても
正しいと保証された並列化のみを出力するわけではない
ので，プログラマの介入は必要である。 したがって本研
究は対話的にプログラマを支援する道具として有用であ
り，今後その有効範囲，効率，使いやすさを改良してい
く予定である。
We conducted a research on "semi-automatic"
parallelization, which help parallelization of sequential
programs by executing the program and reporting safe
parallelizations for the given run. This approach, unlike static
analysis, does not miss parallelism by conservative
approximation, thus is effective for programs for which
traditional automatic parallelization has not been effective. On
the other hand, this method does not guarantee the safety of
reported parallelism for all possible inputs to the program,
therefore the programmer needs to be involved in the
parallelization. We believe this is useful as an interactive tool
for parallelization and plan to improve its coverage, efficiency,
and ease of use.
6.
迷惑メールの防止にはキーワードに基づくものや，ユ
ーザ間の協調により迷惑メールに印付けを行うものなど
がある。本研究では，メールが送られてきた経路と，ユ
ーザが与えたラベルから，SPAM を多く配信するメール
サーバやサーバ間のエッジを検出した。これらのデータ
を多く収集することで，各メールサーバが，配送を拒絶
すべきメールサーバの検出を行う枠組みを提案した。
Many SPAM mail filtering systems have been proposed,
some based on keywords, and others based on cooperation
between users. We built a system that, given delivery routes of
mails and labels given to them, detects mail servers and edges
between servers through which many SPAMs are routed. We
then proposed a framework in which the system automatically
suggests which mail servers should reject which mail servers
by collecting these data from many users.
8.
並列計算の統一的モデルと言語
今竹 春彦・横山 大作・田浦 健次朗・近山 隆
A Uniform Model of Parallel Computation and its
Programming Language
H. IMATAKE, D. YOKOYAMA, K. TAURA
and T. CHIKAYAMA
複雑なネットワークトポロジによって接続された広域
分散計算環境の普及など、現在の並列計算は旧来の計算
モデルでは扱い切れない。我々は、それらさまざまな計
算機環境を統一的にかつ簡便に扱えるような新しい計算
量モデル「計算連続体」を提案し、その有効性について
検討している。また、同様の目的で提案されたプログラ
ミングモデル「LMNtal」において、その効率的な処理系
を実装し、新しい計算モデルの確立を目指す研究を続け
ている。
Distributed computing on widely distributed and
complicated resources have become common. Traditional
computing models cannot apply to such environments. We
have proposed "Computing Continuum", a new computational
cost model that can model these various environment in a
uniform way. We are studying the effectiveness of this model.
We also try to establish an implementation technique for a new
programming language "LMNtal", a language developed for
自動メモリ管理
吉田 雅徳・遠藤 敏夫・田浦 健次朗・近山 隆
Automatic Memory Management
M. YOSHIDA, T. ENDO, K. TAURA
and T. CHIKAYAMA
ほとんどの自動メモリ管理はプログラムが実際に利用
するデータ量に対して一定の(数割から同程度)の余剰メ
モリが存在することではじめて効率的に動作する。一方，
利用可能なメモリ量で解ける問題の規模が決まる応用も
多く，高級言語の自動メモリ管理も，メモリを物理搭載
量いっぱいまで使い切ることができることが望まれてい
る。本研究では，生成されて以降変更の少ないデータに
対して，それが可能になるごみ集めの方式を提案して，
実装を行った。
Most automatic memory management systems make an
assumption that some fraction of the memory is available for
81
the same goal.
[3]
9.
コンピュータゲームプレイヤ
三輪 誠・横山 大作・近山 隆
Game-Playing Programs
M. MIWA, D. YOKOYAMA and T. CHIKAYAMA
[4]
計算機によるゲームプレイヤの研究は、人工知能を含
むコンピュータサイエンスの多くの分野に応用できる実
用的な題材として多くの成果を挙げてきた。我々は、そ
の中で、より効率的な探索手法、大量の棋譜からの知識
獲得などについて研究を行っている。その応用例として、
強い将棋プレイヤ「激指」を作り、高い評価を得ている。
Research on game-playing programs has yielded practical
results in many areas of computer science, including artificial
intelligence. We are investigating methods for searching
game-trees more efficiently, discovering knowledge from
game records, and so on. Appling these methods, we have
developed a strong computer shogi player "Gekisashi" that is
drawing much attention in computer shogi community.
[5]
Apr. 2004.
Kenji Kaneda, Toshio Endo, Kenjiro Taura, Akinori
Yonezawa. Routing and Resource Discovery in Phoenix
Grid-Enabled Message Passing Library. IEEE/ACM
Symposium on Cluster Computing and the Grid
(CCGrid2004), Chicago, Apr. 2004.
Kenjiro Taura, Toshio Endo, Kenji Kaneda, Akinori
Yonezawa. Phoenix : a Parallel Programming Model for
Accommodating
Dynamically
Joining/Leaving
Resources. ACM SIGPLAN Symposium on Principles
and Practice of Parallel Programming (PPoPP 2003),
SanDiego, pp.216-229, June 2003.
Takashi Hoshino, Kenjiro Taura, Takashi Chikayama. An
Adaptive File Distribution Algorithm for Wide Area
Network. Proceedings of Workshop on Adaptive Grid
Middleware (Issued as a Spcial Issue of Journal of
Parallel and Distributed Computing Practices),
NewOrleans, Sep 2003.
シンポジウム／研究会／全国大会等
10. 音楽情報処理
[6]
畑本 陽平・柳内 啓司・近山 隆
Music Informatics
Y. HATAMOTO, K. YANAGIUCHI
and T. CHIKAYAMA
[7]
情報処理の諸技術を統合して適用する対象として、音
楽を扱う研究を進めている。音楽はコンピュータ処理の
対象にしにくい人間の感性の問題であるにもかかわらず、
古来数学的興味の対象でもある。我々は自動的な作曲・
演奏・伴奏生成、あるいはコンピュータ技術を利用した
新たな「楽器」の作り方などを対象に研究を進めている。
Application area of computers are now spreading out from
logical and mathematical fields to fields of sensibility. We
are looking into application of computer technology in the
field of music, such as automatic music performance with
natural expressions or designing new "instruments" based on
computer technologies.
論文・著書一覧（2003 年度）
Publications List
[8]
[9]
[10]
[11]
研究論文
[1]
Kenji Kaneda, Kenjiro Taura, Akinori Yonezawa: Virtual
private grid: a command shell for utilizing hundreds of
machines efficiently. Future Generation Computer
Systems 19(4), pp.563-573, May 2003.
[12]
国際会議論文
[2]
[13]
Toshio Endo, Kenji Kaneda, Kenjiro Taura, Akinori
Yonezawa. High Performance LU Factorization for
Non-Dedicated Clusters. IEEE/ACM Symposium on
Cluster Computing and the Grid (CCGrid2004), Chicago,
[14]
82
近山隆: ガーベジコレクション, 日本ソフトウェア
科学会 第一回プログラミングおよびプログラミン
グ言語サマースクール（PPL Summer School 2003）,
Sep.2003.
近山隆, 柳内啓司, 三輪誠: 自然言語テキストの言
語知識を用いない類似性判定の試み, 情報処理学会
夏のプログラミング・シンポジウム, Aug. 2003.
鴨志田良和, 田浦健次朗, 近山隆: 論理式の充足可
能性問題（SAT）の分散環境での実行について, 情
報処理学会 第 45 回プログラミング・シンポジウム,
Jan.2004.
山田雅信, 田浦健次朗, 近山隆, 高橋俊之. インクリ
メンタル PageRank による重要 Web ページの効率的
な収集戦略. 先進的計算基盤システムシンポジウム
(SACSIS2004), May 2003.
安藤雅享, 田浦健次朗, 近山隆. Grid 環境での並列ジ
ョブ投入を支援するシェル. 先進的計算基盤システ
ムシンポジウム (SACSIS2004), May 2003.
Hideo Saito, Kenjiro Taura, Takashi Chikayama.
Expedite: An Operating System Extension to Support
Low-Latency Communication in Non-Dedicated Clusters.
Symposium on Advanced Computing Systems and
Infrastructures(SACSIS2004), May 2003.
高橋悟，田浦健次朗, 近山隆: ページ階層構造に基
づいたキーワード共有による Web ページ群の検索
手法, 情報処理学会第 66 回全国大会, 2U-6, Mar.
2004.
下川慶貴，田浦健次朗, 近山隆: 経路情報に基づく
スパムメール遮断方式の提案と評価, 情報処理学会
第 66 回全国大会, 4V-4, Mar. 2004.
三輪誠，横山大作，田浦健次朗，近山隆: SVM を用
いた将棋の詰みの有無の予測の学習, 情報処理学会
第 66 回全国大会, 3X-3, Mar. 2004.
[15] 畑本陽平，近山隆: 遺伝的プログラミングに基づく
演奏生, 情報処理学会第 66 回全国大会, 3ZA-6, Mar.
2004.
83
西田・黒橋研究室
Nishida and Kurohashi Laboratory
(http://www.kc.t.u‑tokyo.ac.jp)
研究現況
Current Research Projects
1.
インタラクティブ情報学
西田 豊明
Interaction Engineering
T. NISHIDA
インタラクション（人間や人工システムや環境の間の
相互の働きかけ）という概念を中心に，知識の創造と伝
承の理解と支援をめざした新しい情報学（インタラクテ
ィブ情報学）を構築する研究を進めている。さまざまな
タイプのインタラクションが個人・集団の知識の創造と
伝承に与える影響の解明をめざした分析的アプローチと、
知識の創造と伝承を支援するためのインタラクティブシ
ステムのデザイン方法論の確立をめざした合成的アプロ
ーチの統合を目指している。共有された場における人間
同士、人間とエージェントの間、あるいはエージェント
同士のインタラクションによる個人知識とコミュニティ
知識の相乗的発展をねらう。
We aim at establishing a new informatics called interactive
informatics. The goal is to understand the knowledge
creation process and develop a theory of computational
assistance that allows people to collect, understand, organize,
share, and create knowledge in the real and virtual world. We
focus on 'dynamic knowledge interaction' that may bring about
mutual understanding and knowledge evolution in a
community. From scientific viewpoints, we investigate how
people create new knowledge through interaction. From
engineering viewpoints, we design narrative intelligence that
facilitates community communication and knowledge sharing.
Altogether, we explore an interdisciplinary domain about
understanding and designing novel interaction among people
and artificial agents.
2.
会話エージェントと知識マネージメント
西田 豊明・岡本 和憲・ホ ジェウォン
Conversational Agents and its Application to
Agent-mediated Knowledge Management
T. NISHIDA, K. OKAMOTO and J. HUR
感情モデルに基づく独自のパーソナリティをもち､人
間と音声言語によってふつうに会話することができる会
話エージェントの実現をめざす。会話エージェントが空
間に占める身体性や､状況依存性を考慮に入れて発話を
生成する機能の実現をめざす。また、会話エージェント
を用いて人間同士のコミュニケーションを媒介する方式
のデザインを行う。
「分身エージェントによるコミュニケ
ーション促進」の研究では､ユーザの外化された記憶に基
づいて､本人に代わって他の人やエージェントと会話す
84
ることによってコミュニティにおける「つぶやき」レベ
ルに現れるコミュニティの背景知識の流通と促進を促進
する分身エージェントの研究開発を行っている。この研
究を通して、人々が知識メディアを用いて自分の生得の
記憶をいかに拡張するか、コミュニケーションを通して
個人の記憶とコミュニティの記憶がどのように発展する
か、解明を試みる。
We develop a conversational agent that possesses its own
emotional structure and personality and that can communicate
with people using verbal and non-verbal communication
means. We aim at implementing a control structure that
allows a conversational agent to take into accounts the
embodiment and situations underlying conversation. We
investigate agent-mediated communication in which
conversational agents mediate communication among people.
We develop a talking-virtualized-ego that accumulates an
externalized memory of the user and communicate with others
on behalf of the user, in order to allow a community to build
and maintain the shared background through chitchats with
talking virtualized-egos. A more general characterization of
this research is to design, develop, and evaluate intelligent
information tools to help people develop and extend personal
and community memory. On the complementary side, we
attempt to understand how people organize knowledge media
as an extension to their innate memory and a means of
community communication.
3.
生命的エージェント
西田 豊明・小笠原 嘉靖
Studies on the Interactive Informatics
T. NISHIDA and Y. OGASAWARA
引き込み現象を用いて、暗黙情報を含めた意図を円滑
にコミュニケーションできる実世界エージェントの研究
開発を目的とする。本研究では引き込み現象を 2 つのア
プローチで用いている。一つは、定められた適切なコミ
ュニケーションの流れに、自然と人間が引きこまれるよ
うにすることを目指すアプローチである。コミュニケー
ションが開始されていない状態から、インタラクション
を繰り返すことで、人間の意図を推定し、ふさわしいコ
ミュニケーションの流れへと人間を引き込む。もう一つ
は、引き込みをインタラクションを同期させる手段とし
て用いるアプローチである。人間の繰り返しの動作から
軌道を抽出して、それをロボットの動作に対応させ、そ
の軌道を徐々に変化させることで意図を相互に伝達する。
We develop a real-world agent that permits people to
communicate tacit intentions in a natural fashion. We take a
couple of entrainment-based approaches. One approach aims
at designing a predefined sequence of communication flow
that encourages the human participants to follow. Our
real-world agent repeats interactions in an attempt at entraining
the participant to the transition sequence from the initial state
to the goal intended by the communication partner. The other
approach is to use entrainment as a means to establish
synchronization of behaviors. The behaviors of participants
are represented as trajectories in the phase space that are
compared each other to find synchronous behaviors and to
send a control signal by small transformation.
4.
naturally. We have developed a method to learn such
paraphrase patterns automatically from the web.
6.
映像・言語の統合解析とコミュニケーションの
モデル化
黒橋 禎夫・柴田 知秀・望月 祐・大西 貴士
Studies on Multi-media Analysis and Communication
Modeling
S. KUROHASHI, T.SHIBATA, T.MOCHIZUKI and
T.Oonishi
文章の構造的理解
黒橋 禎夫・河原 大輔・笹野 遼平
Studies on Text Understanding
S. KUROHASHI, D. KAWAHARA, R.SASANO
計算機による文章理解の第一段階を、文章中の語/句間
の関係性の把握ととらえる。関係性の把握のためには、
語がどのような語と必須的な結び付きを持つかという、
格フレームと呼ばれる知識を計算機に与える必要がある。
これを、大規模コーパスでの語の共起や国語辞典などか
ら自動的に獲得する方法を考案した。また、格フレーム
を用いて関係性の解析を行うシステムを構築し、評価・
高度化を進めている。
We regard the computational understanding of text as
clarifying relations between words/phrases in the text. In
order to do that, we need to provide machines with a
knowledge, called case frames, which describes each word or
concept has an indispensable or requisite relation with what
concepts. We have developed a method to acquire such case
frames automatically from large text corpora and an ordinary
dictionary. We have been also implementing, evaluating and
enhancing such a relation-detection system based on case
frames.
5.
書き言葉話し言葉変換
黒橋 禎夫・岡本 雅史・鍜治 伸裕
Studies on Paraphrase from Written Language to
Spoken Language
S.KUROHASHI, M.OKAMOTO and N.KAJI
計算機と人間のコミュニケーションのモデル化につい
て、対話システムの構築・高度化を行いながら実践的な
研究を行う。すでに、マイクロソフトの製品に関する対
話的へルプシステム「ダイアログナビ」を構築し、実際
のサービスを行っている。さらに、料理映像について映
像情報と言語情報を統合的に構造化に基づく対話的料理
教示システムの構築を行っている。これらの対話システ
ムを運用し、人間と計算機の実際の対話現象を観察しな
がら研究を進める。
We studied a modeling of human-human and
human-machine communication. A dialogue-based helpsystem
has been developed which advises users in using Microsoft
products. The system has been working in practice with real
users via Microsoft WWW site since April 2002. By running
the system, the real dialogue database can be accumulated.
Based on this database, we study the phenomena of
human-machine conversation and to extend our work to user
modeling, user intention estimation, and other interesting
dialogue research areas. We are also developing a dialogue
cooking instruction system based on multi-media analyses of
cooking videos and their closed captions.
7.
次世代機械翻訳
黒橋 禎夫・荒牧 英治
Next Generation Machine Translation
S. KUROHASHI and E. ARAMAKI
多くの知識は web をはじめとするテキストの状態で蓄
積されている。一方、人間が意見を交換し、新たな知識
を創造する場として会話の場が重要である、そこで、テ
キスト、すなわち書き言葉で蓄積された知識を、会話の
場に話し言葉として導入することを目的として、書き言
葉話し言葉変換の研究を行っている。これまでに、書き
言葉特有の語彙と話し言葉として自然に利用される語彙
を web から自動的に学習し、これによって書き言葉特有
語彙を話し言葉語彙に変換する方式を考案した。また、
語彙や文体を状況、話し相手に応じて柔軟に切り替える
文章生成の問題にも取り組んでいる。
Most of human knowledge has been accumulated in the
form of texts, such as the web. On the order hand, conversation
is very important to exchange and share our knowledge,
leading to the creation of new knowledge. In view of this, we
are developing a paraphrase system from written language to
spoken language, aiming to introduce the text-based
knowledge archive into the conversational space more
機械翻訳の研究は 1940 年代から始まり、今日では多く
の商用システムが存在する。しかし、その質はまだ本当
の意味での実用に耐えうるものではない。機械翻訳をよ
り人間的な翻訳に近づけるために、言葉の理解・パラフ
レーズを通した翻訳や、大量の用例を利用した次世代翻
訳方式の研究を行う。実際にシステムを構築し、サービ
スを行うことを目標とする。
Though tens of commercial machine translation (MT)
systems are available these days, their quality is not
satisfactory yet. In order to develop next generation MT
systems, we studied a method of automatic acquisition of
translation patterns from parallel/comparable corpora. We are
also investigating a novel MT approach based on text
understanding and paraphrasing. We aim at constructing a
practical and robust MT system which can provide a real
service though the Internet.
85
論文・著書一覧（2003 年度）
Publications List
研究論文
[1]
[14]
西田豊明：社会技術を支える先進的コミュニケーシ
ョン基盤としての会話型知識プロセス支援技術，社
会 技 術 論 文 集 ， vol. 1, pp. 48-58, 2003.
http://www.shakai-gijutsu.com/
[2] 久保田秀和,黒橋禎夫,西田豊明: 知識カードを用い
た分身エージェント, 電子情報通信学会論文誌 「ソ
フトウェアエージェントとその応用論文特集」,
Vol.J86 D-I, No.8, pp.600-607 (2003.8).
[3] 福原知宏, 久保田秀和, 近間正樹, 西田豊明: 放送
型 コ ミ ュ ニ テ ィ 支 援 シ ス テ ム : Public Opinion
Channel のリスクコミュニケーションへの応用，社
会 技 術 論 文 集 ， vol. 1, pp. 59-66, 2003.
http://www.shakai-gijutsu.com/
[4] 福原知宏, 松村憲一, 近間正樹, 西田豊明: コミュ
ニティ支援システムにおけるコミュニティ分析支援
機能, 電子情報通信学会論文誌(D-I), Vol.86, No.11,
pp.838-847 (2003).
[5] Sadao
Kurohashi
and
Kiyotaka
Uchimoto:
SENSEVAL-2 Japanese Translation Task, 自然言語処
理, Vol.10, No.3, pp.25-37 (2003.4).
[6] 清田陽司,黒橋禎夫,木戸冬子: 大規模テキスト知識
ベースに基づく自動質問応答 −ダイアログナビ−,
自然言語処理, Vol.10, No.4, pp145-175 (2003.7).
[7] 鍜治伸裕，河原大輔，黒橋禎夫，佐藤理史: 格フレ
ームの対応付けに基づく用言の言い換え, 自然言語
処理, Vol.10, No.4, pp.67-81 (2003.7).
[8] 荒牧英治,黒橋禎夫,佐藤理史,渡辺日出雄: 用例ベー
ス翻訳のための対訳文の句アライメント, 自然言語
処理, Vol.10, No.5.pp.75-92 (2003.10).
[9] 荒牧英治,黒橋禎夫,柏岡秀紀,田中英輝: 用例ベース
翻訳のための日英アライメント確信度と日本語類似
度を用いた訳語選択, 自然言語処理, Vol.11, No.1
(2004.1).
[10] 鍜治伸裕, 黒橋禎夫: 迂言表現と重複表現の認識と
言い換え, 自然言語処理, Vol.11, No.1 (2004.1).
[15]
[16]
[17]
[18]
[19]
[20]
国際会議論文
[11] Y. I. Nakano, T. Murayama, D. Kawahara, S. Kurohashi,
T. Nishida:
Embodied Conversational Agents for
Presenting Intellectual Multimedia Contents, in
Proceedings KES 2003, 2003.
[12] H. Kubota, T. Nishida: Channel Design for Strategic
Knowledge Interaction, in Proceedings KES 2003, pp.
1037-1043, 2003.
[13] Fukuhara, T., Chikama, M., and Nishida, T.: Supporting
an experiment of a community support system:
Community analysis and maintenance functions in the
[21]
86
Public Opinion Channel, Proceedings of the First
International Conference on Communities and
Technologies(C&T2003), Kluwer Academic, pp.
347-367, Felix Meritis, Amsterdam, the Netherlands,
19-21 September, 2003.
Toyoaki Nishida: Supporting the Conversational
Knowledge Process in the Networked Community, in: N.
Bianchi-Berthouze (Ed.): DNIS 2003, LNCS 2822,
Springer-Verlag, pp. 138-157, 2003 Special Invited Talk,
presented at 3rd Workshop on Databases in Networked
Information Systems (DNIS '03), University of Aizu,
Japan, September 22 - 24, 2003.
Q. Li, Y. Nakano, M. Okamoto, and T. Nishida:
Highlighting Multimodal Synchronization for Embodied
Conversational Agent, the 2nd International Conference
on Information Technology for Application (ICITA 2004),
2004.
B. Anuchitkittikul, M. Okamoto, H. Kubota and T.
Nishida: Gestural Interface for the Creation of
Personalized Video-Based Content, the 2nd International
Conference on Information Technology for Application
(ICITA 2004), 2004.
S.M.F.D
Syed
Mustaphaa
and
T.
Nishida.
Communicative Social Intelligence: An analysis of
Community of Practice, KMICE 2004, Penang, Malaysia,
13 - 15 February 2004.
T. Nishida.
Social Intelligence Design and
Communicative Intelligence for Knowledgeable
Community, Invited Talk, International Symposium on
Digital Libraries and Knowledge Communities in
Networked Information Society DLKC'04, Kasuga
Campus, University of Tsukuba, March 2 - 5, 2004.
Eiji Aramaki, Sadao Kurohashi, Hideki Kashioka, Hideki
Tanaka: Word Selection for EBMT based on
Monolingual Similarity and Translation Confidence, In
Proceedings of HLT-NAACL 2003 Workshop on
Building and Using Parallel Texts, pp.57-64 (2003.5).
Yoji Kiyota, Sadao Kurohashi, Teruhisa Misu, Kazunori
Komatani, Tetsuya Kawahara, Fuyuko Kido: Dialog
Navigator: A Spoken Dialog Q-A System based on Large
Text Knowledge Base, In the Companion Volume to the
Proceedings of 41st Annual Meeting of the Association
for Computer Linguistics (ACL 2003 Interactive
Posters/Demonstrations Sessions), pp. 149-152, Sapporo,
Japan (2003.7).
Tomohide Shibata, Daisuke Kawahara, Masashi
Okamoto, Sadao Kurohashi, and Toyoaki Nishida:
Structural Analysis of Instruction Utterances,
In
Proceedings of Seventh International Conference on
Knowledge-Based
Intelligent
Information
and
Engineering Systems (KES2003), pp.1054-1061,
University of Oxford, United Kingdom (2003.9.3-5).
シンポジウム／研究会／全国大会等
[22] Daisuke Kawahara and Sadao Kurohashi: Zero Pronoun
Resolution based on Automatically Constructed Case
Frames and Structural Preference of Antecedents, In
Proceedings of The 1st International Joint Conference on
Natural Language Processing (IJCNLP-04), Hainan
Island, China, March, pp.334-341 (2004.3).
[23] Eiji Aramaki, Sadao Kurohashi, Hideki Kashioka, Hideki
Tanaka: Example-based Machine Translation without
Saying Inferable Predicate, In Proceedings of The 1st
International Joint Conference on Natural Language
Processing (IJCNLP-04), Hainan Island, China, March,
pp.38-45 (2004.3).
[24] Yoji Kiyota, Sadao Kurohashi, Fuyuko Kido:
Modifier-head Relation Gap Resolution using
Automatically Extracted Metonymic Expressions, In
Proceedings of The 1st International Joint Conference on
Natural Language Processing (IJCNLP-04), Hainan
Island, China, March, pp.171-176 (2004.3).
[33] 田島敬士，西田豊明：人間とロボットの感情的イン
タラクション，1D1-04，人工知能学会 第 17 回全国
大会，2003.
[34] 福原知宏，近間正樹，西田豊明：コミュニティ支援
システムにおけるコミュニティ運営・分析支援機能，
1E1-02，人工知能学会 第 17 回全国大会，2003.
[35] 畠山誠，西田豊明：同調動作に基づくロボットと人
間のコミュニケーション，1D1-05，人工知能学会 第
17 回全国大会，2003.
[36] 久保田秀和，西田豊明：知識チャンネルを用いた戦
略的な知識流通手法，1G2-03，人工知能学会 第 17
回全国大会，2003.
[37] 畑田寛久，畠山誠，西田豊明：ロボットと人とのコ
ミュニケーションの誘進的確立，1D1-06，人工知能
学会 第 17 回全国大会，2003.
[38] 山下耕二，福原知宏，西田豊明：キャンプ環境にお
ける児童によるパブリック・オピニオン・チャンネ
ルの使用報告，1E4-01，人工知能学会 第 17 回全国
大会，2003.
[39] アヌチキッティクンブリン，黒橋禎夫，西田豊明：
A Framework for interactive Video-based Explanatory
System，2C1-04，人工知能学会 第 17 回全国大会，
2003.
[40] 畦地真太郎，福原知宏，山下耕二，松村憲一，藤原
伸彦，西田豊明：DSIU は 大きく社会貢献 でき
るか？：POC を例とした実用化の意義と限界，
2B1-09，人工知能学会 第 17 回全国大会，2003.
[41] 大竹麗央，西田豊明：複雑な環境におけるマルチエ
ージェント協調方式の設計，3D1-02，人工知能学会
第 17 回全国大会，2003.
[42] 李清，中野有紀子，西田豊明：Gestures realization for
Embodied Conversational Agents，3D1-07，人工知能学
会 第 17 回全国大会，2003.
[43] 福原知宏，西田豊明：POC Communicator: 話の作成・
共有環境，3G2-03，人工知能学会 第 17 回全国大会，
2003.
[44] 藤本和則，矢入（江口）郁子，西田豊明，原聡一郎，
佐々木朱実：社会に貢献できる AI，3A4-01，パネル
討論，人工知能学会 第 17 回全国大会，2003.
[45] Toyoaki
Nishida:
Semantic
Computing
with
Conversations and Stories, 人工知能学会第 17 回大会
併設ワークショップ − セマンティックウェブから
セマンティックワールドへ, 朱鷺メッセ, 2003 年 6
月 24 日.
[46] 中野有紀子，村山敏泰，西田豊明，擬人化エージェ
ントを用いたユーザ参加型マルチメディアコンテン
ツ流通システム，FIT 2003
[47] Fukuhara, T., Chikama, M. & Nishida, T.: A Platform for
Investigating a Knowledge-Creating Community:
Community Analysis and Maintenance Functions in the
Public Opinion Channel, SID-2003:Social Intelligence
著書
[25] 西田豊明（編）
：エージェントと創るインタラクティ
ブネットワーク，培風館，2003．
著書（分担執筆）
[26] Toyoaki Nishida: Social Intelligence Design for Web
Intelligence, in: Zhong, Ning, Jiming Liu, and Yiyu Yao
(Eds.): Web Intelligence, Springer, Chapter 20, pp.
419-437, 2003.
[27] Hideo Watanabe, Sadao Kurohashi, and Eiji Aramaki:
Finding Translation Patterns from Dependency
Structures, In Michael Carl and Andy Way (eds.),
Recent Advances in Example-based Machine Translation,
pp.397-420, Kluwer Academic Publishers (2003.6).
[28] Sadao Kurohashi and Makoto Nagao: Building a
Japanese Parsed Corpus, In Anne Abeille (ed.),
Treebanks: Building and Using Parsed Corpora,
pp.249-260, Kluwer Academic Publishers (2003.6).
総説・解説論文
[29] 西田豊明，角康之：コミュニティ支援と人工知能，
人工知能学会誌，18 巻 6 号，pp. 631-636, 2003.
[30] 西田豊明，福原知宏，久保田秀和，山下耕二，松村
憲一：パブリックオピニオンチャンネルによるコミ
ュニティ知の創造実験，人工知能学会誌，18 巻 6 号，
pp. 637-642, 2003.
[31] 西田豊明：人とロボットの意思疎通，特集「知能ロ
ボットの技術：人工知能からのアプローチ（後編）」，
情報処理, 44 巻 2 号，pp. 1214-1220, 2003
[32] 黒橋禎夫: 「言語学 オン ザ WEB」 言語情報処理
ポ ー タ ル , 月 刊 「 言 語 」 , Vol.33, No.2, pp.91-92
(2004.2).
87
[48]
[49]
[50]
[51]
[52]
[53]
[54]
[55]
[56]
[57]
[58]
[59]
[60]
Design, Royal Holloway University of London at Egham,
Surrey, July 6-8, 2003.
Fujihara, N., Taniguchi, M., Nishimura, T., Fukuhara, T.,
& Nishida T.: Social Intelligence Design in Classroom:
Application of POC Communicator to Education,
SID-2003:Social Intelligence Design, Royal Holloway
University of London at Egham, Surrey, July 6-8, 2003.
Murayama, Nakano, Nshida, Participatory Broadcasting
SystemUsing Interface Agent and Multimedia, presented
at The Second International Workshop on Social
Intelligence
Design(SID2003), Royal Holloway,
University of London, Egham, UK, 6-8 July(2003)
Naohiro Matsumura, Asako Miura, Yasufumi Shibanai,
Yukio Ohsawa, and Toyoaki Nishida: The Dynamism of
2channel, SID-2003:Social Intelligence Design, Royal
Holloway University of London at Egham, Surrey, July
6-8, 2003.
松村真宏，柴内康文，西村博之，三浦麻子，西田豊
明：２ちゃんねるにおけるコミュニケーションの時
系列解析，第 3 回人工知能学会 MYCOM2003, 2003.
松村真宏，河原大輔，岡本雅史，黒橋禎夫，西田豊
明; 文の背後に潜む「問い」の抽出, 人工知能学会
ことば工学研究会 SIG-LSE-A301, pp.1-7 (2003).
河原大輔,黒橋禎夫: 語の大域的多義性解消に基づ
く省略解析の精度向上, 言語処理学会 第 10 回年次
大会, pp.769-772 (2004.3).
清田陽司,黒橋禎夫,木戸冬子: 自動抽出した換喩表
現を用いた質問応答システムの改良, 言語処理学会
第 10 回年次大会, pp.305-308 (2004.3).
荒牧英治,黒橋禎夫,柏岡秀紀,田中英輝: 用言訳出の
ずれを解消する用例ベース翻訳, 言語処理学会 第
10 回年次大会, pp.45-48 (2004.3).
鍜治伸裕,岡本雅史,黒橋禎夫: WWW を用いた書き言
葉特有語彙から話し言葉語彙への言い換え, 言語処
理学会 第 10 回年次大会, pp.500-503 (2004.3).
柴田知秀,立木将人,河原大輔,岡本雅史,黒橋禎夫,西
田豊明: 言語情報と映像情報の統合による教示発話
の 構 造 解 析 , 言 語 処 理 学 会 第 10 回 年 次 大 会 ,
pp.532-535 (2004.3).
大福泰樹,河原大輔,黒橋禎夫: 大規模コーパスと国
語辞典の統合的利用によるシソーラスの自動構築,
言語処理学会 第 10 回年次大会, pp.341-344 (2004.3).
榊剛史,河原大輔,黒橋禎夫: 高頻度に共起する二用
言の主格同一性の自動認識, 言語処理学会 第 10 回
年次大会, pp.773-776 (2004.3).
笹野遼平,河原大輔,黒橋禎夫: 名詞格フレーム辞書
の自動構築とそれを用いた名詞句の関係解析, 言語
処理学会 第 10 回年次大会, pp.472-475 (2004.3).
平成 15 年 10 月 29 日出願.
会議・ワークショップの主催
[62] Toyoaki Nishida, Alain Cardon, and Joseph Goguen:
Invited Session on Intelligent Media Technology for
Communicative Intelligence, 7TH INTERNATIONAL
CONFERENCE
ON
KNOWLEDGE-BASED
INTELLIGENT INFORMATION & ENGINEERING
SYSTEMS, 3 - 5 SEPTEMBER 2003, ST ANNE'S
COLLEGE, UNIVERSITY OF OXFORD, U.K.
[63] Rosenberg,
Nishida,
Fruchter,
SID-2003:Social
Intelligence Design, July 6-8, 2003, Royal Holloway
University of London at Egham, Surrey
[64] 電子情報通信学会，HCG シンポジウム，特別企画
（１） 会話情報学：会話を中心とする新しいイン
タラクション・コンテンツ融合技術の展開，３月 26
日（金） ９：00〜15：00．
マスメディア報道等
[65] 日経産業新聞：「デジカメ写真 音声付で効率編集，
科技事業団，東大など，映像制作ソフト開発」，2003
年 9 月 2 日，10 面．
[66] プレス発表：Card to Interactive Presentation：プレゼ
ン資料からインタラクティブなプレゼンテーション
を自動生成する画期的な教育番組作成支援ソフト，
ＳＰＯＣを開発①日経産業新聞：
「会議の映像資料簡
単作成ソフト 東大など開発」，2003 年 12 月 3 日，
８面．②日本工業新聞：
「ネットで双方向番組 JST，
東大 簡単作成のソフト開発」，2003 年 12 月 3 日，
２面．③日刊工業新聞：「コンテンツを自動生成
JST と東大 双方向番組用ソフト」，2003 年 12 月 3
日，25 面．
招待講演・依頼講演
[67] Toyoaki Nishida: Supporting the Conversational
Knowledge Process in the Networked Community,
Special Invited Talk, presented at 3rd Workshop on
Databases in Networked Information Systems (DNIS
'03), University of Aizu, Japan, September 22 - 24,
2003. (論文は国際会議論文の項に掲載)
[68] 西田豊明, 社会に通用する情報の学, 情報の学シン
ポジウム，11 月 4 日，2003.
[69] T. Nishida.
Social Intelligence Design and
Communicative Intelligence for Knowledgeable
Community, Invited Talk, International Symposium on
Digital Libraries and Knowledge Communities in
Networked Information Society DLKC'04, Kasuga
Campus, University of Tsukuba, March 2 - 5, 2004. (論
文は国際会議論文の項に掲載)
[70] 西田豊明，会話情報学の展開，電子情報通信学会，
HCG シンポジウム特別企画（１） 会話情報学：
会話を中心とする新しいインタラクション・コンテ
特許出願
[61] 荒牧英治, 黒橋禎夫, 柏岡秀紀, 田中英輝: 用例ベ
ース翻訳のための用例利用装置, 特願 2003-368241,
88
ンツ融合技術の展開，2004 年 3 月 26 日．
その他発表
[71] 田中英彦，井上博允，舘暲，木村文彦，武市正人，
平木敬，西田豊明，佐藤知正，坂井修一，杉原厚吉：
東京大学「情報科学技術戦略コア」，電子情報通信学
会誌，Vol. 86, No. 11, pp. 889-894, 2003．
[72] 西田豊明, 角康之: 特集「コミュニティ支援システ
ムの実践」にあたって，人工知能学会誌，18 巻 6 号，
pp. 629-630, 2003 年
89
相田研究室
Aida Laboratory
て Unix オペレーティングシステム上に構築されていた。
EcoGrid.Net プロジェクトでは、マイクロソフトの.NET プ
ラットフォーム上にグリッドコンピューティング環境を
構築し、より広い範囲の利用者から利用可能とすること
を目指す。
During the last decade, Grid computing and peer-to-peer has
become a central research in computer science. The recent
increase of electronic commerce over the Internet has led to
evolve the basic computational Grid platform into its next level,
providing economical interactions between the different
entities. Some projects are already on research about this, but
all of them are built on Unix operating system. Our project,
EcoGrid.Net, proposes a new implementation built on the
Microsoft .NET framework. It will give the access to the Grid
platform, to a wider range of users.
(http://www.aida.k.u‑tokyo.ac.jp)
研究現況
Current Research Projects
1. インターネット上の複数経路通信
相田 仁・ロットウィブンチャイ グンティダー・
前川 智則・冨井 泰介・大須賀 徹
Multi-path communication over Internet
H.AIDA, R.KULTIDa, T.MAEGAWA, T.TOMII and
T.OSUGA
WWW とパーソナルコンピュータの爆発的な増加によ
り、インターネットのトラヒック量は劇的に増加してい
る。また、電子商取引等の高い信頼性が要求されるアプ
リケーションも出現している。しかし、TCP/IP に基づい
たインターネットの品質はこうしたアプリケーションを
サポートするのに十分ではない。そこで、今日のインタ
ーネットの信頼性と性能を改善するために複数経路デー
タ転送プロトコル(M/TCP)の研究を行っている。M/TCP
は TCP オプションとして開発されており、端末は複数の
経路を利用して通信を行う。M/TCP の輻輳制御とエラー
リカバリメカニズムにつき調査と議論を行い、他の TCP
との共存についても検討を行った。
The amount of Internet traffic has dramatically increased
because of explosive growth of WWW and personal computers.
Applications, which require high reliability such as Electronic
Commerce, have also come upon us. However, the quality of
the Internet based on TCP/IP is not efficient enough to support
such applications. We are doing research on Multi-path
Transmission Control Protocol (M/TCP) in order to improve
reliability and performance of today's Internet. M/TCP has
been developed as an alternative TCP option. The protocol
allows two endpoints communicate each other via multiple
controlled paths. We have investigated and discussed about
congestion control and error recovery mechanisms in M/TCP.
Its coexistence with other TCP implementations is also
considered.
2.
3.
MPEG を用いたインタラクティブなビデオスト
リーミングにおける QoS の向上
相田 仁・ウンハンウェイ・佐藤 大将
Improving the QoS of Interactive Streaming of
MPEG Videos
H.AIDA, H.W.NG and D.SATO
ブロードバンドの急速な普及につれて、インターネッ
トを利用した様々なコンテンツの通信が可能になってき
た。中でも、ビデオ会議のようなビデオ・ストリーミン
グ・アプリケーションが人気を集めている。しかし、リ
アルタイムかつインタラクティブにビデオストリーミン
グを行うには遅延や品質に対する制約条件が非常に厳し
いのに対して、インターネットではトラフィックの QoS
に対する保証は何もない。そこで本研究では、チャンネ
ル適応式のストリーミング手法では対応しきれないよう
なバーストロスやネットワーク状態遷移に対して、MPEG
の特徴を利用した選択性 ARQ 及び選択性フレーム破棄
の手法を併用することで QoS の向上を目指す。
The widespread of broadband services has made it possible
for us to access and transfer various types of information over
the Internet. Among others, video streaming applications such
as video teleconferencing are gaining more popularity.
Ironically, however, the Internet does not guarantee Quality of
Service (QoS) of such traffics. We thus aim at improving the
QoS of MPEG video streaming when Channel Adaptive
Streaming Techniques failed to adapt the video bit rates to the
channel bandwidth, by combining selective ARQ and selective
frame discarding techniques based on MPEG characteristics.
.NET フレームワークに基づくグリッドコンピ
ューティング環境
相田 仁・ジョセフ ドボナフォス・沢村 正
.NET Framework Based Grid Computing
Environment
H.AIDA, J. de BONNAFOS and T.SAWAMURA
4.
HTML 構造における頻出パターンのマイニング
による WWW からの情報抽出
相田 仁・清水 力
Information Extraction from the WWW by Mining
Frequent Graph Patterns in HTML Structures
H.AIDA and C.SHIMIZU
グリッドコンピューティングやピアツーピアはこの 10
年ほど、コンピュータ科学における中心的な研究テーマ
となっている。しかも、インターネット上での電子商取
引の増加に伴い、グリッドコンピューティングも経済取
引の概念が取り入れられるようになっている。しかし、
これまでのグリッドコンピューティングシステムはすべ
WWW の規模は日々確実に増大しており、WWW への
90
情報源としての期待は増すばかりだが、Semantic Web の
ような完全に構造化された情報公開技術が研究される一
方で既存のコンテンツの大部分は半構造データである
HTML 文書や XML 文書で構成されている。本研究では
HTML 文書内に含まれるデザイン構造上の頻出パターン
に着目し、そのパターン内に配置されているテキストデ
ータを収集した上で相関ルール抽出アルゴリズムを用い
て意味のある情報を抽出する技術を実現すべく研究を行
った。
The scale of the WWW is growing steadily. The WWW is
expected to be a valuable information source. While the
Semantic Web, a completely structured information providing
technology, is well studied, almost all of existing contents are
written in semi-structured language, such as HTML and XML.
We are now studying about information extraction methods in
such environment, by mining frequent graph patterns in
semi-structured documents.
論文・著書一覧（2003 年度）
Publications List
国際会議論文
[1]
K. Rojviboonchai, T. Osuga, H. Aida: Delay time-based
data transmission sequence for multi-path transmission
control protocol (M/TCP), IEEE Pacific Rim Conference
on Communications, Computers and signal Processing
2003 (PACRIM 2003), Victoria, Volume 2, pp.976-979
(2003).
訳書
[2]
水野忠則, 相田仁, 東野輝夫, 太田賢, 西垣正勝訳:
コンピュータネットワーク第 4 版, 日経 BP, (2003).
研究会発表
[3]
[4]
[5]
[6]
冨井泰介, 相田仁: 複数経路を用いるマルチキャス
トストリーミングに関する検討−複数経路通信プロ
トコル M/RTP−, 信学技報, NS2003-254, IN2003-209,
pp.1-6 (2004).
Haung Wei Ng, Hitoshi Aida: Improving QoS of Live
and Interactive Streaming of High Bit Rate MPEG
Videos Using Selective ARQ and Selective Frame
Discard, 信 学 技 報 , NS2003-335, IN2003-290,
pp.207-212 (2004).
前川智則, 相田仁： インターネットにおけるエン
ド・エンドでの複数パス利用プラットフォーム,信学
技報, NS2003-340, IN2003-295, pp.237-242 (2004).
清水力, 相田仁: HTML 構造における頻出パターン
のマイニングによる WWW からの情報抽出, 情報処
理学会情報学基礎研究会, No.74-10 (2004).
91
坂井研究室
Sakai Laboratory
現在の VLSI 設計においては、低消費電力の要求が大き
く高まっている。それを満たすためには、従来行われて
いるデバイスや回路の低レベルでの低消費電力技術に加
えて、アーキテクチャ、コンパイラ、アルゴリズムなど、
より抽象度の高いレベルで低消費電力を実現することが
必要になっている。我々は、CPU チップの設計における
アーキテクチャとコンパイラのレベルでの省電力技術に
ついて研究し、それをスレッド投機実行チップマルチプ
ロセッサに応用することを検討している。チップマルチ
プロセッサの利点である設計の容易さと、スレッド投機
によって得られる高い性能に加え、低消費電力という特
性を盛り込むことが狙いである。
研究テーマとして、以下のものがある。
- 省電力のためのアーキテクチャ技術
- 省電力のためのソフトウェア技術
- 投機実行の管理と制御
- グローバル通信の最適化
Low poer VLSI design is highly required. To meet the low
power requirement, we should reduce power not only at device
or circuit level but also at more abstract levels, i.e.,
architectural, compiler, algorithm, operating system, and
programming language levels. Our research investigates power
reduction techniques for CPU chip design. It focuses the
reduction at architectural and compiler levels.
The
techniques are adopted to a speculative multithreading chip
multiprocessor, a central architecture of near future CPUs.
Here, we consider it ‘central’ since it has possibilities to
combine the scale advantage of less design complexity of chip
multiprocessors and the performance advantage of speculative
multithreading, with the reduction in power consumption.
The research includes the following topics:
- Architectural techniques for power reduction
- Software techniques for power reduction
- Management and control of speculations
- Optimization of global communication
(http://www.mtl.t.u‑tokyo.ac.jp/)
研究現況
Current Research Projects
1.
クラスタ型マイクロアーキテクチャの研究
坂井 修一・入江 英嗣・高田 正法
Research on Clustered Microarchitecture
S. SAKAI, H. IRIE, and M. TAKADA
情報処理の中核となるマイクロプロセッサは常に性能
向上が期待されている。しかしながら、現行のスーパス
カラ方式は、肥大したデータパスに配線遅延が大きく影
響することが予想され、性能向上の限界を指摘されてい
る。このような背景から、より高速な処理を可能とする
手法として、クラスタ型マイクロアーキテクチャが注目
されている。本方式では実行コアを複数の小さなクラス
タへと分割し、それらに命令を割り当てて並列動作させ
ることにより実行を進める。クラスタ化によって個々の
クラスタの動作が高速になる反面、クラスタ間の通信に
追加の遅延が生じる。このため、アーキテクチャの有効
性を引き出すためには、命令処理の局所性を活用した最
適化が課題となる。我々は、クラスタ型マイクロアーキ
テクチャにおける命令レベル並列処理に着目し、動的な
命令割り当てアルゴリズムや、メモリ参照のクラスタ内
局所化手法の研究を行っている。
Microprocessor is the central core of various information
processing, and its continuous performance improvement is
widely anticipated. However, it is pointed out that the
performanceof the superscalar architecture which is now most
commonly used is limited. This is because the wire-delay
severely affects the performance by its complicated data-path.
Against such wire-delay effects, clustered microarchitecture
has been proposed and attracts CPU designers for much
higher-speed parallel execution. In this architecture, execution
core consists of multiple “clusters”. While clustering enhances
the parallelism of processing in the cluster, it possibly causes
additional latency for inter-cluster communication. Hence it is
required to exploit the locality of processing for obtaining the
expected performance of clustered architecture. Our study
focuses on the instruction-level parallel execution of clustered
microarchitecture, especially the dynamic allocation
algorithms and localization of memory references.
3. ディペンダブル・コンピューティング
坂井 修一・葛 毅・入江 英嗣・岡部 淳・ルォン デ
ィン フォン・森 晃平・櫻井 隆雄・高田 正法
Dependable Computing
S. SAKAI, Y. GE, H. IRIE, J. OKABE, L. D. HUNG,
K. MORI, T. SAKURAI, and M. TAKADA
コンピュータとインターネットを中心とする情報シス
テムが重要な社会基盤のひとつとなるにつれ、そのディ
ペンダビリティの確保が大きな課題となっている。ディ
ペンダビリティは、信頼性・安全性・可用性・堅牢性・
拡張性などの複合的・総合的な性質である。現在の情報
処理環境は、場当たり的にできている部分が大きく、真
にディペンダブルなシステムを形成しているとは言い難
い。本研究では、急速に発展を続ける情報処理環境に必
須なディペンダビリティを高度に実現する情報処理基盤
2. 省電力チップマルチプロセッサ
坂井 修一・田代 大輔・ルォン ディン フォン・
豊島 隆志・初田 直也
Power Efficient Chip Multiprocessor
S. SAKAI, D. TASHIRO,
L. D. HUNG, T. TOYOSHIMA, and N. HATTA
92
[1]
の中で、特にディペンダブル・アーキテクチャおよびコ
ンパイラの技術開発を行う。具体的には、近未来の超デ
ィペンダブルＣＰＵアーキテクチャの研究開発を行う。
As our society deeply depends on information system
consisting of the computers and Internet, how to satisfy the
“dependability” of the system becomes one of the biggest
subjects. Dependability means the complex and integrated
property of the followings properties: reliability, safety,
availability, robustness and extensibility. Since many major
parts of the current information processing environment are
built up in an ad hoc way, it cannot be said “dependable.” Our
research focuses on the dependable architecture and compiler,
to realize really dependable information processing platforms
required for rapidly expanding distributed information
processing environment. More precisely, we are researching
and developing dependable CPU architectures which will be
fabricated in the near future.
[2]
[3]
[4]
飯塚 大介, バルリ ニコ・デムス, 坂井 修一, 田中
英彦: 値予測の軽量効率化方式の提案と評価, 情報
処理学会ハイパフォーマンスコンピューティングシ
ステム論文誌, Vol.44, No.7, pp.65-75 (2003)
三浦 宏一, 浜田 玲子, 井手 一郎, 坂井 修一, 田中
英彦: 動きに基づく料理映像の自動要約, 情報処理
学会コンピュータビジョンとイメージメディア研究
会論文誌, Vol.44, No.SIG9, pp.21-29 (2003)
Ichiro Ide, Reiko Hamada, Shuichi Sakai, Hidehiko
Tanaka: Compilation of dictionaries for semantic
attribute analysis of television news captions, Systems
and Computers in Japan, Vol.34, No.12, pp.32-44 (2003)
三浦 宏一, 高野 求, 浜田 玲子, 井手 一郎, 坂井
修一, 田中 英彦: 料理映像の構造解析による調理
手順との対応付け, 電子情報通信学会論文誌（D-II）,
Vol.J86-D-II, No.11, pp.1647-1656 (2003)
国際会議論文
4.
統合メディア処理手法の研究
坂井 修一・浜田 玲子・松井 康作
Research on Integrative Media Processing Methods
S. SAKAI, R. HAMADA, and K. MATSUI
[5]
マルチメディア、すなわちテキスト・画像・音声を統
合的に処理する統合メディア処理手法の研究を行なって
いる。具体的には、統合メディア処理を適用する有効な
対象として、ニュース番組や教養番組の映像への自動的
索引付けの実現を目指している。このような技術は、増
大するマルチメディア資源を効率的かつ省力的に管理す
るために不可欠である。また、このような機構に必要な
映像解析や自然言語処理、そして応用システムの研究を
行なっている。マルチメディア化した料理映像を利用し
た調理支援システムの研究では、情報処理分野からの料
理に対する支援という、これまでのマルチメディア研究
にはない実用的かつ新しい提案を行っている。
Our aim is to realize integrative media processing, which
processes multimedia: text, image and audio integratively.
Concretely, we are aiming to index automatically to news
programs and cultural programs, taking advantage of the
effectiveness of integrated media processing. Such a
technology is essential to handle the increasing amount of
multimedia resource effectively, avoiding laborious manual
work. On the other hand, we are dealing with natural
language processing and video analysis necessary to enable
such mechanisms. Adding to that, we propose a novel and
practical system to support cooking activities as an application
system which performs interactive presentation of visual
information and ideal order of cooking procedures for users.
[6]
[7]
[8]
[9]
Koichi Miura, Reiko Hamada, Ichiro Ide, Shuichi Sakai
and Hidehiko Tanaka: Associating cooking video
segments with preparation steps, Image and Video
Retrieval
-Second
Intl.
Conf.
CIVR2003,
Urbana-Champaign, IL, USA- E. M. Bakker, T. S. Huang,
M. S. Lew, N. Sebe, X. (S.) Zhou eds., Lecture Notes in
Computer Science, Vol.2728, pp.174-183 (2003)
Hideyuki Miura, Luong Dinh Hung, Chitaka Iwama,
Daisuke Tashiro, Niko Demus Barli, Shuichi Sakai and
Hidehiko Tanaka: Compiler-Assisted Thread Level
Control Speculation, Proceedings of 9th International
Euro-Par Conference, pp.603-608 (2003)
Yoshimitsu Yanagawa, Luong Dinh Hung, Chitaka
Iwama, Niko Demus Barli, Shuichi Sakai and Hidehiko
Tanaka: Complexity Analysis of A Cache Controller for
Speculative Multithreading Chip Multiprocessors,
International Conference on High Performance
Computing (HiPC), at Hyderabad, India, pp.393-404
(2003)
Gabriel Pablo Nava and Hidehiko Tanaka: Finding music
beats and tempo by using an image processing technique,
2nd. International Conference on Information
Technology for Applications (ICITA 2004), (2004)
Gabriel Pablo Nava, Hidehiko Tanaka and Ichiro Ide: A
convolutional-kernel based approach for note onset
detection in piano-solo audio signals, International
Symposium on Musical Acoustics 2004 (ISMA 2004),
(2004)
著書
論文・著書一覧（2003 年度）
Publications List
[10] 坂井 修一: 論理回路入門, 培風館 (2004)
[11] 坂井 修一: コンピュータアーキテクチャ, コロナ
社 (2004)
研究論文
93
総説・解説論文
全国大会, Vol.2, No.3ZA-9, pp.443-444 (2004)
[12] 田中 英彦, 井上 博允, 舘 暲, 木村 文彦, 武市 正
人, 平木 敬, 西田 豊明, 佐藤 知正, 坂井 修一, 杉
原 厚吉: 東京大学「情報科学技術戦略コア」, 電子
情報通信学会誌, Vol.86, No.11, pp. 889-894 (2003)
シンポジウム・研究会・大会等発表
[13] 高田 正法, 上村 明, 森 晃平, 岡部 淳, 坂井 修一,
田中 英彦: 空間分割を行う再構成可能ハードウェ
アにおける動的資源割り当て, 情報処理学会報告書
計 算 機 ア ー キ テ ク チ ャ 研 究 会 (2003-ARC-153),
Vol.2003, No.40, pp.13-18, (2003)
[14] 田代 大輔, バルリ ニコ デムス, 坂井 修一, 田中
英彦: スレッド投機実行におけるエッジに着目した
スレッド分割手法, 情報処理学会報告書計算機アー
キテクチャ研究会(2003-ARC-153), Vol.2003, No.40,
pp.67-72 (2003)
[15] 高野 求, 三浦 宏一, 浜田 玲子, 井手 一郎, 坂井
修一, 田中 英彦: テキスト情報からの制約に基づ
く料理画像中の物体検出, 人工知能学会第 17 回全
国大会, No.2C1-02, pp.1-4 (2003)
[16] Niko Demus Barli, Daisuke Tashiro, Chitaka Iwama,
Shuichi Sakai and Hidehiko Tanaka: A Register
Communication
Mechanism
for
Speculative
Multithreading Chip Multiprocessors, 先進的計算基盤
システムシンポジウム(SACSIS 2003), Vol.2003, No.8,
pp. 275-282 (2003)
[17] Chitaka Iwama, Luong Dinh Hung, Niko Demus Barli,
Shuichi Sakai and Hidehiko Tanaka: The Design of
PRESTO: A Framework For Architecture Level Power
Estimation, 情報処理学会報告書計算機アーキテク
チ ャ 研 究 会 (2003-ARC-154), Vol.2003, No.84,
pp.103-108 (2003)
[18] Luong Dinh Hung, Chitaka Iwama, Niko Deus Barli,
Shuichi Sakai and Hidehiko Tanaka: Way-variable
Caches for Static Power Reduction, 情報処理学会報告
書 計 算 機 ア ー キ テ ク チ ャ 研 究 会 (2003-ARC-155),
Vol.2003, No.10, pp.87-92 (2003)
[19] 葛 毅, 櫻井 隆雄, 坂井 修一, 田中 英彦: 算術演
算回路と暗号処理ハードウェアへの応用, 大域ディ
ペンダブル情報基盤シンポジウム, pp.147-150 (2004)
[20] 入江 英嗣: クラスタ型スーパスカラ・プロセッサに
おける分散投機メモリフォワーディング手法の提案,
大域ディペンダブル情報基盤シンポジウム,
pp.151-154 (2004)
[21] 唐沢 隆, 浜田 玲子, 井手 一郎, 坂井 修一, 田中
英彦: 料理素材テキストからの素材と調理法に関す
る知識の抽出, 情報処理学会第 66 回全国大会, Vol.2,
No.2T-2, pp.431-432 (2004) (情報処理学会研究奨励賞
受賞)
[22] 大津 幹弘, 坂井 修一, 田中 英彦: 音楽的ストリー
ム構造を用いたパート分離, 情報処理学会第 66 回
94
相澤研究室
Aizawa Laboratory
reconstruction are investigated. Image processing based on
multiple differently focused images, which we developed, is
being applied to image contents manipulation, light field
rendering etc.
(http://www.hal.t.u‑tokyo.ac.jp/)
研究現況
Current Research Projects
3. 高精度 3 次元データ処理と実空間のモデル化
相澤 清晴・山崎 俊彦・大野 哲之・早瀬 和也・
韓 昇龍
Acquistion of high precision range data and 3D
modeling
K.AIZAWA, T.YAMAZAKI, N.OHNO, K.HAYASE,
and S.R.HAN
1.
ライフログ 体験のマルチメディア情報処
理：コンテンツとコンテキストベースの情報処
理
相澤 清晴・山崎 俊彦・ナグル・小河 誠己・
堀 鉄郎・河崎 晋也・石川 尊之・タンチャロエン
Life Log: Multimedia Processing for Experiences
K.AIZAWA, T.YAMAZAKI, NAGUL, M.OGAWA,
T.HORI, S.KAWASAKI, T.ISHIKAWA,
and D. TANCHAROEN
センシングデバイスと情報処理機器の小型化が進み、
ウエアラブルなメディアにより個人の体験を長期間記録
することが可能になる。人の一生分の映像記録もそれほ
ど遠くない時期に可能になろう。その場合、映像を中心
とした大容量情報の効率的な検索、要約が大きな課題に
なる。膨大な体験を処理していくためには、コンテンツ
のみならずコンテキストを最大限に活用する必要があり、
そのデータ取得と処理を検討している。ウエアラブルイ
メージングシステムを構築した。都市データとの複合利
用も行った。
PCs and medias being improved in their size and capacity, in
future the entire life of a person will be recorded by wearable
video. Structuring and summarization of huge data of the
person's experience captured by wearable video, additional
sensors such as GPS, acceleration sensors etc. is investigated.
A wearable imaging system that captures various sensor data
including video, audio has been developed. Town database was
used together to retrieve video from shop names. Applications
or automobile scenario is also being investigated.
2.
実世界を 3 次元グラフィックスの仮想環境へ写しこみ
様々な操作を施すためには、その幾何的なモデリングが
必要である。我々は、広い空間の 3 次元計測を行うこと
ができる特殊な 3D スキャナーを用いて実世界のハイブ
リッドモデリングを行った。多数の計測位置からのモデ
ルの統合、輝度データの統合による広域モデルの構築を
進め,北海道開拓村の街路の写実的な３Ｄモデルのウォー
クスルーを構築した。また、航空高度データを利用した
さらに広範囲のモデル化も行い、大手町、本郷などの区
域の街モデルを構築した。レベルセット法により計測デ
ータに欠落する点、領域の補間を行った。
Hybrid modeling of the real world is investigated by using
highly accurate 3D long range laser sensors. The geometry and
the texture are acquired and modeled. Multiple views are
integrated to cover a wide area of the real world. Geometric
and photographic data are integrated to provide photo-realistic
model. A Walkthrough of the 3D model made for
KAITAKUMURA in Hokkaido was created by our developed
technique. Airbone range sensor is also made use of to create
3D models for wider areas such as OTEMACHI and HONGO.
Missing points and regions were interpolated by a level set
method.
4. 知能化イメージセンサ
相澤 清晴・山崎 俊彦・大田 郁子・大井 隆太朗・
小林 友岳・味八木 崇・江浦 俊彦・岩松 洋介
Computational Image Sensors and Systems
K.AIZAWA, T.YAMASAKI, I.OHTA, R.OI,
T.KOBAYASHI, T.MIYAKI, T.EURA,
and Y.IWAMATSU
多焦点・多眼画像処理
相澤 清晴・久保田 彰・高 華沙
Multifocus Multicamera for Advanced Image
Processing
K.AIZAWA, A.KUBOTA, and H-S.GUAO
電子映像メディアの利用が急速に広がり仮想環境等で
の積極的な応用が推められている。映像へ十分な画質を
与えたり、ポストプロダクションの過程で焦点などの撮
像パラメータを任意に変更し画質制御を可能とする処理
方式の検討を行っている。 -全焦点画像の生成 -任意焦
点画像の生成 -多焦点カメラの試作 -画像統合による高
精細化、任意視点化 -多眼多焦点画像処理
Very high resolution image sensing techniques are studied,
which are required for uses for electronic virtual enviroments.
To provide high quality images, all focus image reconstruction,
arbitralily focused image generation and high resolution image
信号処理やコンピュータビジョンの手法を統合した新
しい原理に基づくイメージセンサ（撮像素子）の研究を
進めている。信号処理を統合することにより、センサ本
来の機能や性能を大きく拡張することが可能であり、い
わばデバイス技術とアルゴリズムの境界にある新しい画
像処理の領域を開拓している。現在までに、イメージセ
ンサ上にて直接動画像圧縮する VLSI センサを提案・試作
し、さらにその大規模プロトタイプ、空間可変サンプリ
ングをセンサ面上にて行うイメージセンサの提案、試作
を行った。さらに、適応処理，即時動き検出処理を統合
95
[4]
したセンサなどもプロトタイプ化している。さらに、そ
れらのセンサーのネットワーク化による広域のモニタリ
ングや実時間 3 次元映像取得、実時間移動物体検出につ
いての検討も行った。センサアレイシステムによる機械
駆動のないサーベイランスシステムのプロトタイプを構
築した。
Novel processing paradigms in frontiers of image sensors
and image processing are investigated. Advanced image
sensors integrated with focal plane signal processing are
studied. So far, image compression sensors, spatially variant
sampling sensor have been proposed, designed and prototyped
for evaluations.
Motion adaptive image sensor and
instantaneous motion vector detection sensor have also been
prototyped. Applications such as networked sensing for wide
area monitoring, real time 3D image acquisition, real time
object detection and tracking are being investigated. Array of
the sensors were used for a prototype surveillance system
which does not require any mechanical control.
5.
鈴木、相澤: 形状特徴を利用したオブジェクトへの
電子透かし法 , 映像情報メディア学会誌 , Vol.57
No.5, pp.609-615, 2003
[5] 相澤、石島、椎名: ウェアラブル映像の構造化と要
約：個人の主観を考慮した要約生成の試み, 電子情
報通信学会論文誌 D-II, Vol.J86-D-II, No.6, pp.807-815,
June 2003
[6] 長尾、喜多、浜本、相澤: スマートイメージセンサ
と FPGA を用いた高速動物体追跡と奥行き推定, 映
像情報メディア学会誌, Vol.57,No.9, pp.1142-1148,
Sep. 2003
[7] 椿、相澤: 画素混合画像からのデモザイキング, 情
報科学技術フォーラム, pp.219-222, Sep. 2003
[8] 大田、相澤: 画素混合画像からの復元とデモザイキ
ン グ , 映 像 情 報 メ デ ィ ア 学 会 誌 , Vol.58, No.1,
pp.109-114, Jan. 2004
[9] 大田、相澤: CCD における画素混合方式, 映像情報
メディア学会誌, Vol.58, No.3 pp.392-395,Jan. 2004
[10] 小河、相澤: 音声イベント検出のための層状インデ
キシング, 電子情報通信学会誌 D−ＩＩ,
Vol.J87-D-II No.3 pp.909-913, Mar. 2004
[11] M.S.Oh, K.Aizawa: Large scale image sensing by a
group of smart sensors, Parallel Computing, Special
Issue on Parallel and Distributed Image and Video
Processing (accepted)
[12] 清水、大野、相澤: 航空高度データとレンジデータ
の統合による 3 次元街モデルの構築,映像情報メデ
ィア学会誌(採録)
Web のための画像処理
相澤 清晴・中平 浩二・上野 智史
Image Processing for Web
K.AIZAWA, K.NAKAHIRA, S.UENO
テキストと画像が Web の情報である。ところが、テキ
ストに比べ、画像は全くといっていいほど Web データの
情報処理に活用されていない。Web の画像の種類もロゴ
から自然画像までいくつもの用途、種類の画像が用いら
れている。画像を中心に Web の多彩な情報処理ができる
ことを検討している。従来とは全く違った観点からの
Web の分類や要約の研究を進めている。
WWW information contains mainly text and images. Text
are analyzed and utilized for various search engines, however,
images have been rarely used. Images in WWW widely ranges
from logos, titles and natural images. We are developing very
new approach to Web data processing by focusing on Images,
which enables to summarize and navigate Web contents.
国際会議論文
[13] R.Oi, K.Aizawa: Programmable sensitivity image sensor
with multicapacitance CMOS pixels, IEEE Workshop
CCD and Advanced Image sensors, May 15-17, 2003,
Schloss Elmau, Germany
[14] R. Oi, T.Hamamoto, K.Aizawa : Real-time arbitrary view
acquisition system by using random access IBR camera
array, IEEE Mutisensor Fusion and Integration for
Intelligent Systems (MFI2003), pp.143-148, Jul.
30-Aug.1 2003, Tokyo, Japan
[15] T.Ogi, T.Yasuda, T.Hamamoto, K.Aizawa: Smart image
sensor for wide dynamic tange by variable integration
time, IEEE Mutisensor Fusion and Integration for
Intelligent Systems (MFI2003), pp.179-184, Jul.
30-Aug.1 2003, Tokyo, Japan
[16] Y. Sawahata and K.Aizawa: Wearable imaging system
for summarizing personal experiences, IEEE Int. Conf.
on Multmedia and Expo, ICME2003, pp. I-45 - I-48,
July 6-9, 2003, Baltimore, MD
[17] A.Kubota, K.Aizawa: Object-based approach to
image-based rendering with linear filters using defocus
information, SPIE Visual Communication and Image
Processing(VCIP2003),Fri-PM1-TR12,142,
論文・著書一覧（2003 年度）
Publications List
研究論文
[1]
[2]
[3]
C. Gunadi, H.Shimizu, K.Kodama, K.Aizawa: 3-D
modeling of real world by fusing multi-view range data
and texture images, IEICE Trans. Information and
Systems, Vol.E86-D, No.5, pp.947-955, May, 2003
M.S.Oh, K.Aizawa: A Basic Framework for Event-Based
Monitoring by Networked Smart Image Sensors, IPSJ
Trans. Computer Vision and Image Media, Vol.44,
No.SIG9 (CVIM7), pp.30-37, July, 2003
稲葉、相澤、小舘: 個人顔認識のデータベースにお
けるメタデータの提案, 電子情報通信学会論文誌
D-II, Vol.J86-D-II, No.7, pp.1005-1014, July 2003
96
[18]
[19]
[20]
[21]
[22]
[23]
[24]
[25]
[26]
[27]
[28]
pp.1329-1336, 8-11, July, 2003, Lugano, Switzerland
(invited)
M. Toba, T. Saito, K. Aizawa, K. Mochizuki, T. Naemura,
H. Harashima: Three-dimensional image representation
of buildings utilizing heterogeneous information for
multimedia ambiance communication, SPIE Visual
Communication and Image Processing (VCIP2003),
Th-PM1-TR5 217, pp.1957-1965, 8-11, July, 2003,
Lugano, Switzerland
R.Oi, K.Aizawa: Wide dynamic range imaging by
sensitivity adjustable CMOS image sensor, IEEE Int.
Conf. Image Processing (ICIP03), II-583-II-586, Sept.
14-17, 2003, Barcelona, Spain
A.Kubota, K.Aizawa: A novel image-based rendering
method by linear filtering of multiple focused images
acquired by a camera array, IEEE Int. Conf. Image
Processing (ICIP03), III-701-III-704, Sept. 14-17, 2003,
Barcelona, Spain
Y. Sawahata, K. Aizawa: Indexing of personal video
captured by a wearable imaging system, International
Conf. Image and Video Retrieval (CIVR03),
(E.M.Bakker, T.S.Huang, M.S.Lew, N.Sebe, X.Zhou Eds.
Springer LNCS 2728), pp.342-351, July 2003
K.Aizawa: Video coding: present and future (invited), Int.
Workshop Very Low Bitrate Video (VLBV2003), Visual
Content Processing and Representation, Springer LNCS
2849 N.Garicia, J.M.Martinez, L.Salgado (eds), p.19,
September 18,19, 2003, Madrid, Spain
K. Aizawa: Context-based video retrieval for life-log
applications (invited), ATR Workshop on Ubiquitous
Experience Media (UEM), pp.77-81, Sept.9-10, 2003
T.Hori, K.Aizawa: Context-based video retrieval system
for the life-log applications, ACM SGMM International
Workshop on Multimedia Information Retrieval (MIR03),
pp.31-38, Nov 7. 2003, Berkeley, CA
R.Oi, M.Magnor, K.Aizawa: A Solid-State, Simultaneous
Wide Angle - Detailed View Video Surveillance Camera,
Vision, Modeling and Visualization 2003 (VMV2003),
pp.329-336, Nov.19-21, 2003, Munich, Germany
R.Oi, M.Magnor, K.Aizawa: A Solid-State, Simultaneous
Wide Angle - Detailed View Video Surveillance Camera,
Vision, Modeling and Visualization 2003 (VMV2003),
pp.329-336, Nov.19-21, 2003, Munich, Germany
T.Ogawa, K.Aizawa: Layered segmentation based on
audio event detection for home video,IEEE Int.
Symposium on Intelligent Signal Processing anc
Communication
Systems
(ISPACS2003),
D5-1,
pp.614-619, Dec.8-10, Awaji, Japan
I. Tsubaki, K.Aizawa: Demosaicing Method for Video
Clips of Digital Still Camera, IEEE Int. Symposium on
Intelligent Signal Processing anc Communication
Systems (ISPACS2003), D4-4 pp.514-519, Dec.8-10,
Awaji, Japan
[29] I. Tsubaki, K.Aizawa: A pixel mixrture and restoration
method for a single color CCD imager, Asilomar
Conference on Signals, Systems and Computers,
TP8a2-13, Nov.2003
[30] T.Ogawa, K.Aizawa: Layered home video indexing
based on audio signals, SPIE Vol.5307 Storage and
Retrieval Methods and Applications for Multimedia 2004,
Jan.20-22, 2004
[31] N.Cooharojananoe,
K.Aizawa:
Homevideo
summarization by shot characteristics and support vector
machine, SPIE Vol.5307 Storage and Retrieval Methods
and Applications for Multimedia 2004, Jan.20-22, 2004
[32] I. Tsubaki, K.Aizawa: Restoration and demosacing for a
pixel mixture image, SPIE Vol.5301B, Sensors, Color,
Cameras, and Systems for Digital Photography, Jan.19,
2004
[33] K.Aizawa, T.Hori, S.Kawasaki, T.Ishikawa: Capturing
life log and retrieval based on context, Int. Symposium
on Electronics for Future Generations, pp.173-176,
Mar.10-11, 2004, Tokyo
[34] K.Aizawa, R.Oi, T.Kobayashi, T.Miyaki, Y.Iwamatsu:
Image sensor array for advanced video surveillance, Int.
Symposium on Electronics for Future Generations,
pp.177-182, Mar.10-11, 2004, Tokyo
総説・解説論文
[35] 相澤、宍戸、菅谷、鈴木、橋本、長谷部、万代、山
口: 「デジタル時代の公共放送に関する勉強会」報
告書, 放送研究と調査, pp.64-85, 10, 2003
[36] 相澤: センサーフュージョン, 映像情報メディア学
会誌, Vol.57, No.10, pp.1228-1229, Oct. 2003
[37] 相澤: 地上デジタル放送の将来展望, 映像情報メデ
ィア学会誌, Vol.58, No.1, pp. 23-24, Jan. 2004
[38] 相澤: 体験の情報処理へ, NHK 技研 R&D, No.83,
No.1, pp.2-3, Jan.2004
シンポジウム・研究会・大会発表
[39] 大井、相澤: 可変感度イメージセンサによる広ダイ
ナミックレンジ撮像システム, 画像センシングシン
ポジウム, B-8, pp.75-78, Jun.12,13, 2003
[40] 椿、相澤: 反復法を用いた画素混合からの復元, 画
像センシングシンポジウム, B-8, pp.75-78, Jun.12,13,
2003
[41] 堀、相澤: 体験映像の取得とそのブラウジングシス
テムの検討, 日本バーチャルリアリティー学会 ウ
エアラブル/アウトドア研究会, pp.11-14, June 10
2003
[42] Nagul and K.Aizawa: Home video summarization by
shot characteristics, 画 像 工 学 研 究 会 , IE2003-11
pp.19-24, June 13 2003
[43] 大野、清水、小島、相澤: レンジデータの欠損修復
97
[44]
[45]
[46]
[47]
[48]
[49]
[50]
[51]
[52]
[53]
[54]
[55]
[56]
[57]
[58]
による高精細モデルの構築と航空データとの統合に
よる広域モデル化, バーチャルリアリティ学会研究
報告 サイバースペースと仮想都市環境, Vol.8 No.2,
pp.25-30, May 16, 2003
相澤: モバイル vs ウエアラブル(招待), 電子情報通
信学会 モバイルマルチメディア通信研究会, May,
2003
相澤: パネル討論(招待), ＮＨＫ技研公開 デジタル
放送 日本のシナリオ, May, 2003
大井、M.Magnor, 相澤, 小林、味八木、岩松: ラン
ダムアクセスカメラアレイを用いた広域かつ詳細な
監視システム, 映像情報メディア学会 情報センシ
ング研究会, Vol.27, No.38, pp.13-16
相澤: [パネル討論] 映像処理はもう古い？そんなこ
とはありません！？映像処理研究の学術的意義と将
来展望(招待), 電子情報通信学会 画像工学研究会,
July 18 2003
小河、相澤: ホームビデオのための GMM を用いた
音声イベントの層状インデクシング, 電子情報通信
学会 画像工学研究会, July 18 2003
久保田、相澤: 焦点ぼけ情報を利用した任意視点･
焦点画像の生成, 3 次元画像コンファレンス, 3-4
pp.137-140, July 2003
望月、森島、相澤、齋藤: フォトリアリスティック
な空間共有コミュニケーション技術(招待講演), 3 次
元画像コンファレンス, pp.209-212, July 1,2 2003
相澤: ウエアラブルメディア, 名古屋大学 人間情
報学部 特別講義, Sep.2 2003
小河、相澤: GMM を用いた層状音声インデキシング,
画像符号化・映像メディア処理シンポジウム(PCSJ・
IMPS2003), I-2.17 pp.53-54, Nov.12-14, 2003
N.Cooharojananone,
K.Aizawa:
Home
video
summarization by user's feedback, 画像符号化・映像メ
ディア処理シンポジウム(PCSJ・IMPS2003), I-4.18
pp.53-54, Nov.103-104, 2003
小林、大井、味八木、相澤: 多眼スマートセンサア
レイの構成と応用に関する研究, 画像符号化・映像
メディア処理シンポジウム(PCSJ・IMPS2003), I-4.05
pp.77-78, Nov.12-14, 2003
堀、相澤: データベースを複合利用したライフログ
映像検索システム, 画像符号化・映像メディア処理
シンポジウム(PCSJ・IMPS2003), I-4.09 pp.85-86,
Nov.12-14, 2003
大野、相澤: レベルセット法を用いたレンジデータ
欠損修復と 3 次元モデリング, 画像符号化・映像メ
ディア処理シンポジウム(PCSJ・IMPS2003), I-4.04
pp.75-76, Nov.12-14, 2003
大井、 相澤: 容量選択型可変感度イメージセンサの
特性評価およびシステム化, 映像情報メディア学会、
情報センシング研究会 10 月, Vol.27,No.58, pp,25-28,
Oct. 2003
小林、大井、味八木、相澤: 多眼スマートセンサシ
98
[59]
[60]
[61]
[62]
[63]
[64]
[65]
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[69]
[70]
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[73]
[74]
ステムとその応用に関する検討, 電子情報通信学会
画像工学研究会, IE2003-71, pp.19-24, Oct.23, 2003
相澤: コンテキストに基づく映像検索−ライフログ
応用に向けて−, 東京大学２１世紀 COE「未来社会
を担うエレクトロニクスの展開」第一回ワークショ
ップ, pp.29-38, Nov. 21 2003
K.Aizawa: Context-based video retrieval for life-log
applications, Advanced Technologies for Making Life
Mobile Seminar, Nov.25, 2003
望月、相澤、森島、齋藤: フォトリアリスティック
な空間共有コミュニケーション技術(招待講演), 情
報 伝 送 と 信 号 処 理 ワ ー ク シ ョ ッ プ , pp.93-98,
Nov.11-12, 2003, Noboribetsu
堀、相澤: ライフログビデオのためのコンテキスト
推定, 電子情報通信学会 画像工学研究会,
IE2003-142, pp.67-72, Dec.2003
堀、相澤: ライフログ応用に向けたコンテキストに
基づく映像･データ検索, 電子情報通信学会 マルチ
メディアと仮想環境基礎研究会, MVE, Mar. 2004
相澤: 体験の情報処理,ライフログの取得と処理
(特別講演), 電子情報通信学会 パターン認識メディ
ア理解研究会, PRMU, Mar. 2004
大井, Magnor, 相澤: カメラアレイを用いた広域監
視システム, 映像情報メディア学会年次大会, 21-11,
Aug.27-29, 2003. Tokyo
椿、相澤: 画素混合からの復元とデモザイキング手
法に関する検討, 映像情報メディア学会年次大会,
21-4, Aug.27-29, 2003. Tokyo
堀、相澤: 体験映像のブラウジング, 映像情報メデ
ィア学会年次大会, 15-4, Aug.27-29, 2003. Tokyo
小林,大井、味八木、相澤: 2 組の 8 眼スマートイメ
ージセンサアレイを用いた多眼入力システム, 映像
情報メディア学会年次大会, 20-8, Aug.27-29, 2003.
Tokyo
ナグル, 相澤: The Improvement of Algorithm using
Shot Characteristic for Home Video Summarization, 映
像情報メディア学会年次大会, 15-3, Aug.27-29, 2003.
Tokyo
小河、相澤: GMM による音声イベント分類を用いた
ホームビデオインデクシング, 映像情報メディア学
会年次大会, 15-4, Aug.27-29, 2003. Tokyo
大野、相澤: レンジデータにおける欠損のレベルセ
ット法による修復, 映像情報メディア学会年次大会,
2-2, Aug.27-29, 2003. Tokyo
椿、相澤: 画素混合からのデモザイキング手法, 情
報科学技術フォーラム,FIT2003, LJ-005, Sep.10-12,
2003 Sapporo
堀、相澤: データベースの複合利用による体験映像
の表示・再生, バーチャルリアリティ学
会,2C2-2,pp.355-358, Sep.17-19, 2003, Gifu
大野、相澤: レベルセット法によるレンジデータの
の欠損修復と街路のモデル化, バーチャルリアリテ
ィ学会, 3B1-4,pp.489-492, Sep.17-19, 2003, Gifu
[75] 石川、堀、河崎、相澤: ライフログに向けた加速度
センサからの歩行検出, 電子情報通信学会 総合大
会, A-16-5 Mar. 22-25 2004 Tokyo
[76] 椿、相澤: 単板式撮像素子における補間前の JPEG
圧縮手法の検討, 電子情報通信学会 総合大会,
D-11-60 Mar.22-25 2004 Tokyo,
[77] 大井、相澤: 容量選択型可変感度イメージセンサ用
即時制御システム, 電子情報通信学会 総合大会,
D-11-70 Mar.22-25 2004 Tokyo
[78] 岩松、大井、小林、味八木、相澤: 多眼イメージセ
ンサを用いた物体追跡システムに関する研究, 電子
情報通信学会 総合大会, D-11-102 Mar.22-25 2004
Tokyo
[79] 小林、大井、味八木、岩松、相澤: 2 組の 8 眼ランダ
ムアクセスセンサアレイを用いた IBR の検証, 電子
情報通信学会 総合大会, D-11-104 Mar.22-25 2004
Tokyo
[80] 小河、相澤: 音声分類を用いた層状映像インデクシ
ン グ, 電子 情報 通 信 学 会 総 合 大 会 , D-12-8 Mar.
22-25 2004 Tokyo
[81] 堀、河崎、石川、相澤: ライフログデータの効率的
検索, 電子情報通信学会 総合大会, D-12-10 Mar.
22-25 2004 Tokyo
[82] 上野、中平、相澤: 画像内容に基づく Web 画像要素
の分類, 電子情報通信学会 総合大会, D-12-12 Mar.
22-25 2004 Tokyo
[83] 大野、早瀬、相澤: レンジデータと輝度データの欠
損修復と写実的な 3 次元モデルの実現, 電子情報通
信学会 総合大会, D-12-150 Mar.22-25 2004 Tokyo
[84] 中平、上野、相澤: Web における画像要素の分類と
その検索システムへの応用, 電子情報通信学会 総
合大会, SD-1-3 Mar. 22-25 2004 Tokyo
99
江崎 研究室
Esaki Laboratory
TAHI Project ; IPv6 Test and Evaluation Suite
H. ESAKI
(http://www.hongo.wide.ad.jp)
IPv6 対応機器の IPv6 機能の評価検証手法の確立と、そ
れを実現するソフトウェアシステムの研究開発を行って
いる。 研究開発したシステムは、FeeBSD のプラットフ
ォーム上で動作し、国際的に広く参照されかつ利用され
ている。 IPv6 Forum IPv6 Ready Logo プログラムを発足
させ、委員会議長を務めている。
We have researched on the evaluation and validation
methodology for IP version 6 node, and have implemented the
referenced software for this purpose. We have implemented
on the FreeBSD platform, and it is widely referenced and used
by many organizations in the world. We have initiated the
(global) IPv6 Ready Logo Program at the IPv6 Forum and we
serve as a chairperson of this particular committee.
研究現況
Current Research Projects
1.
ラベルスイッチ技術
江崎 浩・葦名 保雄
Label Switch Technology
H. ESAKI
高速広帯域かつ高機能の次世代インターネット基盤を
提供するための技術として、ラベルスイッチ技術の研究
開発および国際標準化が推進されている。ラベルスイッ
チ技術用いた広域インターネット イクスチェンジ(IX;
Internet eXchange)アーキテクチャを提案し、全国規模の実
証実験網を用いて、その性能評価を展開した。
Label switch technology, that has been standardized at the
IETF (Internet Engineering Task Force), promises to provide
high speed, large capacity and wide variety of service
functions for the next generation Internet. We has proposed
the next generation internet exchange (IX) architecture using
the label switching technology. The practical nation-wide
testbed has been established and operated with many industrial
partners.
2.
4.
江崎 浩・吉藤 英明
USAGI Project ; IPv6 for Linux
H. ESAKI, and H. YOSHIFUJI
KAME プロジェクト: IPv6 カーネル
江崎 浩
KAME Project ; IPv6 Protocol Stack for BSD
H. ESAKI
次世代インターネットにおける基盤プロトコルとなる
IP バージョン 6 の基本ソフトウェアアーキテクチャに研
究を行うとともに、参照ソフトウェアの実装と公開を行
っている。産学協同による研究開発プロジェクトであり、
ほぼすべての BSD(FreeBSD、NetBSD、OpenBSD、BSD/OS)
において、正式版用の参照ソフトウェアとしての位置を
確立した。IPv6 を基盤プロトコルとして、総合的な次世
代インターネットに関する各国の R&E/R&D ネットワー
クや研究グループや IPv6 準拠の 商用製品において、広
く参照利用されている。
IP version 6 is a core protocol stack for the next generation
Internet. The research on software architecture and the
development for it’s referenced implementation has been
performed. This is joint effort among industries and academia,
to be adopted by almost all BSD official software releases, i.e.,
FreeBSD, Open BSD, NetBSD, BSD/OS. The implementation
has been widely and globally adopted by various research
groups and R&D/R&E networks, as well as in the commercial
products.
3.
USAGI プロジェクト
TAHI プロジェクト；IPv6 評価検証システム
江崎 浩
100
Linux システムは、組み込み用 OS などさまざまな用途
で広く利用されている。そこで、Linux システム用の IP
バージョン 6 対応ソフトウェアアーキテクチャの研究と、
参照ソフトウェアの実装と公開を行っている。産学協同
による研究開発プロジェクトであり、継続的に実装ソフ
トウェアの研究開発を公開を行っている。 研究開発の成
果は、正式に Liniux のソースコードとして正式に採用さ
れるにいたっている。
Linux system is widely used operating system for various
purposes and systems. This research studies and implements
the software architecture of Linux system in order to work
with IP version 6, that is promising network protocol stack for
the next generation Internet. This research is joint work among
multiple companies and universities, so as to carry on the
continuous software releasing of IPv6 protocol stack for Linux
community. The output of research activity, i.e, source code
has been adopted as an original Linux source code tree.
5.
ネットワーク監視制御技術
江崎 浩・山本 成一・吉田 薫,
Measurement, management and Control of Internet
H.ESAKI, S.YAMAMOTO, and K.YOSHIDA
インターネットにおけるトラフィック特性の測定、ト
ラフィック状態の計測と管理、さらにこれらの情報をも
とにしたトラフィック制御に関する研究開発を行った。
具体的には、ストリーム系アプリケーションにおける通
信品質の定義手法と測定方法と、経路制御と連携したト
ラフィック監視制御システムを研究開発し、WIDE プロ
ジェクトインターネットを用いて実証的に検証した。
Traffic measurement, management and control of internet
system is important and urgent issue. We have researched and
developed the prototype systems, i.e, traffic measurement
matrics and methodology for stream application and traffic
management and control system collaborating with the routing
protocols.
6.
研究論文
[1]
マルチホームアーキテクチャ
江崎 浩・Radinal Rachmat
Multi-Home Architecture in IPv6 Networks
H. ESAKI, and R. RACHMAT
インターネット通信の信頼性向上と負荷分散、さらに、
より高度な通信サービスを提供するために必要となるマ
ルチホームアーキテクチャの研究開発を行っている。
Mobile IP を用いる方法とプロバイダ中にマルチホームサ
ーバを用いる方法の 2 つのアプローチを並行して進めて
いる。
Multi-Home technology does provide not only robust and
load balanced internet communication service, but also
provides the functions for new generation internet application.
We have researched via two approaches; (1) Using the mobile
IP technology, (2) Using the multi-home server in the ISP.
7.
BGP システムにおける安定性向上
江崎 浩・長橋 賢吾
Robust and Stable BGP System Operation
H.ESAKI, and K.NAGAHISHI
[2]
[3]
[4]
[5]
グローバルな経路制御を実現している BGP の安定運用
と耐障害性の向上を実現するグローバル経路制御システ
ムのアーキテクチャと定量的評価の研究開発を進めてい
る。
We need a robust and stable global routing system against
various incidents and mis-configuration by the users. Current
BGP system must improve it’s operational robustness and
performance.
Tatuya Jinmei, Atsushi Onoe, Kazuhiko Yamamoto,
Jun-ichiro itojun Hagino, Hiroshi Esaki, Jun Murai, "A
method of processing inbound IP packets with a routing
table," Electronics and Communications in Japan (Part I:
Communications), Volume 86, Issue 9, pp. 1-8,
September 2003.
S.Katsuno, K.Sugauchi. O.Tsunehiro, K.Yamazaki,
K.Yoshida, H.Esaki, “Asymmetric Characteristics of
Internet Based on Traffic Measurement and Analysis”,
IEICE Trans. on Information Systems, Vol.E86-D No.11
p.2300, November 2003.
H.Yoshifuji, K.Miyazawa, M.Nakamura, Y.Sekiya,
H.Esaki, J.Murai, “Linux IPv6 Stack Implementation
Based on Serialized Data State Processing”, IEICE Trans.
on Comm. Special Issue on Internet Technology IV,
Vol.E87-B, No.3, March 2003.
Mallik Tatipamula, Patrick Grossetete, Hiroshi Esaki,
“IPv6 Integration and Coexistence Strategies for
Next-Generation Networks”, IEEE Communications
Magazine, Vol.42, No.1, January 2004.
Tatuya Jinmei, Atsushi Onoe, Kazuhiko Yamamoto,
Jun-ichiro itojun Hagino, Hiroshi Esaki, Jun Murai, “A
method of processing inbound IP packets with a routing
table”, Electronics and Communications in Japan (Part I:
Communications), Volume 86, Issue 9, pp. 1-8,
September 2003
国際会議論文
[6]
8.
アプライアンスネットワークにおける鍵管理
江崎 浩・鎌田 健一
Security Key Management in Appliance Network
H. ESAKI, and K. KAMADA
[7]
計算機以外のアプライアンスネットワーク機器を用い
たネットワーク環境におけるシステムアーキテクチャの
研究開発を進めている。 その中でも、今年度は、アプラ
インス機器におけるセキュリティー実現のための鍵管理
アーキテクチャの研究開発を行った。 研究成果は、IETF
を通じて国際標準化技術とする方向性を目指している。
We have researched on the architecture of appliance
equipment network environment based on the IPv6 technology.
A practical key management architecture has proposed. The
research output will be proposed to the IETF (Internet
Engineering Task Force) aiming to the global internet standard
technology.
[8]
[9]
H.Esaki, “Multi-Hpming and Multi-Path Architecture
Using Mobile IP and NEMO Framework”, IEEE/IPSJ
SAINT2004, Jan.2004.
Y.Mikamo,
H.Hayashi,
T.Miyake,
S.Katsuno,
K.Kobayashi, H.Esakil, “An Evaluation of IPv6
Multicast Router in JGN IPv6 Networks”, IPv6 and its
Application Workshop,
IEEE/IPSJ
SAINT2004,
Jan.2004.
M.Kanda, K.Miyazawa, H.Esaki, “USAGI IPv6 IPSec
Development for Linux”, IPv6 and its Application
Workshop, IEEE/IPSJ SAINT2004, Jan.2004.
S.Uda, N.Ogashiwa, K.Nagami, K.Kondo, I.Nakagawa,
Y.Shinoda, H.Esaki, ”Design and Implementaiton of
Overlaying Multi-Homing Architecture”, IPv6 and its
Application Workshop,
IEEE/IPSJ
SAINT2004,
Jan.2004
著書
[10] 「IPv6 時代のインターネットプロトコル詳細」、毎
日 コ ミ ュ ニ ケ ー シ ョ ン ズ , 2003 年 9 月 、
ISBN4-8399-1059-6
[11] "Gigabit Network", Edited by Tadao Saito and Hiroshi
論文・著書一覧（2003 年度）
Publications List
101
Esaki, Advanced Information Technology, Information
Processing Society of Japan(IPSJ), ISBN 4 274 90596,
ISSN13480513X, Ohmsha, 2003.
102
杉本研究室
Sugimoto Laboratory
る。
A system that integrates personal and shared spaces to
support face-to-face collaboration has been developed. We use
PDAs and a multiple-input sensing board for personal and
shared spaces, respectively. Users of the system can discuss
and negotiate with each other in the shared space by
manipulating physical objects, while they individually examine
their ideas in their own personal spaces. The system allows
users to participate in group activities interchangeably and
seamlessly using both these spaces, and supports users in
urban planning tasks. Preliminary user studies to evaluate the
system are described.
(http://www.itl.u‑tokyo.ac.jp/)
研究現況
Current Research Projects
1.
物理世界と仮想世界を統合することによるヒ
ューマンインターフェイスに関する研究
杉本 雅則
Innovative Human Interfaces by Integrating Physical
and Virtual Worlds
M. SUGIMOTO, F. KUSUNOKI, H. HASHIZUME
日頃人間が使う道具は、実世界での自然物や人工物の
表象そのものによる制約を受けており、道具とその機能
とは、視覚的あるいは触覚的な感覚を通して関係付けら
れている、という主張がなされている。一方、従来の HCI
研究ではコンピュータ画面を介した人間−コンピュータ
間のインタラクションの設計に重点が置かれているため、
実世界における我々の日頃の認知活動とは必ずしも一致
しない。そこで我々では、実オブジェクトとの相互作用
が可能な物理世界と、コンピュータが作り出す仮想世界
とを連携させることによる新しいヒューマンインターフ
ェイスについて研究を進めている。
In design of computational tools and their human interfaces,
we have to examine how recognize objects in real worlds,
because functions of tools should easily guessed through their
design (e.g. its appearances). Conventional interface designs
for human-computer interaction are based on the interaction
using a mouse, a keyboard, and computer display. We think it
is not natural and intuitive for our cognition derived from the
affordance theory. In this research, therefore, we pursue
intuitive and natural human interfaces that enable users to use
computers by manipulating physical artifacts. We have so far
developed a novel sensing board used by a group of users in a
face-to-face setting.
2.
個人空間と共有空間とを統合した協調問題解
決支援システムに関する研究
細井 一弘・杉本 雅則
Integration of Personal and Shared Spaces for
Supporting Collaborative Problem Solving
K. HOSOI, M. SUGIMOTO
グループでの協調作業を支援するシステムの設計にお
いて、協調の側面を支援することに重点がおかれている。
しかし、協調作業は、個々人の作業から構成されるため、
個々人の作業を支援するための技術も必要となる。しか
し、両者の間には trade-off の関係があるため、両方を適
切に支援するためのシステムが求められている。そこで、
本研究では PDA によって実現される個人空間と拡張現実
感技術によって実現される共有空間とをシームレスに統
合する協調作業支援空間を構築し、その評価を進めてい
103
3.
携帯端末を対象としたジェスチャ入力に関する研究
矢谷 浩司・田村 晃一・杉本 雅則・橋爪 宏達
A Study on Gestural Input for Mobile Devices
K.YATANI, K.TAMURA, M.SUGIMOTO,
H.HASHIZUME
携帯端末が急速に我々の社会に広まっている。デスク
トップコンピュータやノートブック型コンピュータと比
較した場合の携帯端末の問題点として、計算処理能力や
表示画面の小ささ等の欠点が指摘されている。しかし、
携帯端末の長所である 携帯性 を最大限活用すること
により、デスクトップコンピュータやノートブック型コ
ンピュータでは実現できない新しいユーザインターフェ
イス技術の可能性があると考える。そこで、本研究では、
携帯端末として PDA(Personal Digital Assistant)を用い、携
帯端末間での直感的な情報移動を実現する技術を提案す
る。Toss-It と呼ばれるシステムでは、相手の PDA あるい
は周囲の情報機器に対し、ボールを toss する感覚ある
いは、カードを配るような感覚で、自分の PDA に対し垂
直に振る（ toss ）あるいは水平に振る( swing )こと
で、情報を送ることができる。
In recent years, mobile devices have rapidly penetrated into
our daily lives. Several drawbacks of mobile devices have
been mentioned so far, such as their limited computational
capability, small screen real estate, and, so on, as compared
with notebook or desktop computers. However, by fully
utilizing the most notable feature of mobile devices, that is,
mobility, we can explore possibilities for a new user interface
of the devices. In this study, we use PDAs and propose
intuitive information transfer techniques for them, which could
not be achieved with notebook or desktop computers. By using
the developed system called Toss-It, a user can send
information from the user's PDA to other electronic devices
with a “toss” or “swing” action, as the user would toss a ball or
deals cards to others.
4.
複数の自律飛行ロボットによる自律的問題解
決に関する研究
細井 一弘・杉本 雅則
Problem Solving by Multiple Autonomous Flying
arrangement of pieces and visualizes the results. Multiple
boards are connected through computer network and a town on
each board receives financial and environmental influences
from each other. The goals of the system are to allow users
(school kids) to test their knowledge (learned through
textbook) in a physical world, and to learn how to construct
towns by considering their sustainability. The system is used in
several elementary schools as a teaching material.
Robots
K.HOSOI, M. SUGIMOTO
本研究では、複数の飛行ロボットが協調しつつ自律的
に航行する手法について検討する。飛行ロボットとして
は、飛行船を用いる。Blimp の体積を出来るだけ小さくす
るためにはペイロードを小さくする必要がある。本研究
では、1 台の無線カメラから得られる画像情報を基に、位
置認識を行うとともに、位置情報を基に行動プランニン
グを行う。本研究の応用として、博物館等を対象とした
監視システムを構築する。部屋の上方を航行できること
で、地上の障害物を避けて移動でき、小さい死角で監視
をお行うことが可能となる。
In this study, we investigate a method for the autonomous
navigation of multiple flying robots. We use an airship for a
flying robot. The payload of an airship must be small, in order
to make its blimp as small as possible. Therefore only a
wireless light-weight camera is mounted on an airship, which
is used for its position detection and motion planning. We
apply multiple flying robots to a monitoring system used in an
indoor place such as a museum. The merits of the application
are that flying robots can move freely without being disturbed
by obstacles on a floor, and make un-monitored areas smaller
than robots moving on a floor.
6.
携帯端末を用いた協調学習支援システムに関
する研究
矢谷 浩司・杉本 雅則
A System for Supporting Collaborative Learning
with Mobile Devices
K. YATANI, M. SUGIMOTO
近年，ハンドヘルドデバイスが子供達の学習において
重要な役割を果たすことが期待されている．また，この
ようなモバイル性の高いデバイスを利用して協調学習を
い か に 支 援 す る か は ， CSCL （ Computer Support for
Collaborative Learning）の重要な研究テーマになりつつあ
る．そこで，本研究では「総合学習」の場として注目さ
れ て い る 博 物 館 に お い て ， 複 数 の PDA （ Personal
DigitalAssistant）を連携させ，展示物および学習者同士の
インタラクションと通して子供達の学習を支援するシス
テムを構築した。実際の博物館において評価を行いつつ，
その効果を検証している．
In this research, we use handheld devices for children’s
collaborative learning. The system constructed is used in a
museum, which provides children with valuable learning
opportunities other than schools. A pair of children, i.e. visitors
of a museum is supported in their navigation in a museum,
through interactions with each other and exhibits. The system
has been evaluated in several Japanese sciences museums.
5.
ネットワークを介した協調学習支援に関する
研究
杉本 雅則・楠 房子・稲垣 成哲・吉川 厚・
高時 邦宜
Collaborative Learning Systems in Face-to-face and
Networked Environments
M. SUGIMOTO, F. KUSUNOKI, S. INAGAKI, A.
YOSHIKAWA, K. TAKATOKI
物理世界での face-to-face での協調学習に加え、コンピ
ュータネットワークを介して複数の物理世界を連携させ
つつ、各グループが仮想世界において相互作用する様子
を視覚的に表現するシステムを構築している。例えば環
境問題であれば、個々のグループが自分の町の環境問題
を face-to-face で考えると同時に、隣接する町での見えな
い他者によって引き起こさせる環境問題の影響について
も考える必要がある。本研究では、物理世界での直観的
な操作が可能なボードゲーム型インターフェイス、およ
びコンピュータシミュレーションを用い、face-to-face に
おける他者との協調、およびネットワークを介しての他
グループとの交渉やコミュニケーションを通して、環境
問題と都市設計についての学習を支援することを狙いと
している。
By using the sensing board, we have been developing
systems for supporting collaborative learning in face-to-face
and network environments. This system is used for learning
about urban planning and environment problems. A group of
users construct a town by collaboratively placing physical
pieces on the board. A computer simulation then evaluates the
7.
ロケーションアウェアコンピューティングに
関する研究
竹内 雄一郎・杉本 雅則
A Study on Location-aware Computing
Y. TAKEUCHI, M. SUGIMOTO
本研究では、ユーザの居る場所に依存して適切な支援
を行うためのシステムを構築する。本研究では、GPS 付
きの携帯端末を用いる。ユーザの文脈に応じて適切な支
援を行うため、本研究では、屋外でのユーザの行動を常
に記録する。そして、これまでのユーザ自身の行動と、
別のユーザの行動と類似度を基に、協調フィルタリング
の手法を利用して、次に取るべき行動や情報を推薦する。
本システムを実世界で利用し、評価を進める。
In this study, we develop a location-aware system for
supporting users. We use mobile devices (PDAs) with GPS
receivers. In order to support users appropriately based on their
context, the system records users behavior outdoors The
system then provides users with recommendation for their next
104
action or useful information, by considering the similarity
between multiple users’ past behaviors with a collaborative
filtering method. We evaluate the system in a real world and
discuss its effects.
Proceedings of International Conference on Human
Computer Interaction (HCII2003), Crete, Greece, pp.
956-960 (2003).
総説・解説論文
8.
音楽学習支援システムに関する研究
三浦 宗介・杉本 雅則
A Study on Systems for Supporting Music Learning
S.MIURA, M. SUGIMOTO
[6]
本研究では、幼児や児童を対象に、他者と協調しつつ
行う音楽学習を支援するシステムを構築する。音楽に関
する知識や技術の習得においては、幼児期での音楽体験
が豊富なほど重要であると言われている。そこで、本研
究では、学習者に楽器の演奏技術を要求することなく、
音楽の楽理を習得できることを目指す。具体的には、リ
ズム感、旋律等の学習を支援できるシステムを構築する。
In this study, we develop a system for supporting preschool
and school children in learning music through collaboration. It
has been pointed out that to enrich musical experiences is
critical for children to acquire musical knowledge and skills.
The proposed system is used to enhance children’s musical
experiences without asking their performance of musical
instruments and to support learning a sense of rhythm and
melody.
論文・著書一覧（2001 年度）
Publications List
[7]
シンポジウム・研究会・大会等発表
[8]
[9]
[10]
研究論文
[1]
[2]
[3]
M. Sugimoto, F. Kusunoki, S. Inagaki, K. Takatoki, A.
Yoshikawa: Design of a System and a Curriculum to
Support Group Learning for School Children, In
Designing for Change in Networked Learning
Environments, Kluwer Academic Publisher, pp.303-312
(2003).
矢谷浩司，大沼真弓，杉本雅則，楠房子：Musex: 博
物館における PDA を用いた協調学習支援システム,
電子情報通信学会論文誌, Vol.J86-D-I, No. 10, pp.
773-782 (2003).
細井一弘, 杉本雅則, 橋爪宏達: Caretta: 個人空間と
共有空間を統合した協調作業支援システム, 人工知
能学会論文誌 Vol.19. No.2, pp.136-144 (2004).
[11]
[12]
[13]
[14]
国際会議論文
[4]
[5]
K. Yatani, M. Sugimoto, F. Kusunoki,: Musex: A System
for Supporting Children's Collaborative Learning in a
Museum with PDAs, In Proceedings of International
Workshop on Sensing and Wireless Network
Technologies in Education (WMTE2004), Taoyuan,
Taiwan, pp.109 -113 (2004).
K. Hosoi, M. Sugimoto: Integrating Shared and Personal
Spaces to Support Collaborative Learning, In
[15]
[16]
[17]
105
M. Sugimoto: How Sensing and Mobile Technologies
Can Enhance Collaborative Learning in Classrooms and
Museum? In Proceedings of International Conference on
Computer Support for Collaborative Learning
(CSCL2003), Bergen, Norway, p.3 (2003, keynote talk).
M. Sugimoto: Mobile and Sensing Technologies for
Supporting Collaborative Learning, International
Symposium on Advanced Research and Development for
Learning Technology, Taipei, Taiwan (2003, invited
talk).
岸村俊哉, 田村晃一, 矢谷浩司, 杉本雅則, 橋爪 宏
達: 人間の自然なジェスチャを利用した実世界指向
端末, 情報処理学会第 66 回全国大会, pp. 4-251 ‐
4-252 (2004).
田村晃一, 岸村俊哉, 矢谷浩司, 杉本雅則, 橋爪宏
達: 複数センサを用いることによるジェスチャ入力
可能な携帯情報端末の設計, 情報処理学会第 66 回全
国大会, pp. 4-253 ‐ 4-254 (2004).
矢谷浩司, 岸村俊哉, 田村晃一, 杉本雅則, 橋爪宏
達:モバイルデバイスを用いた「振る」ことによる情
報の移動を実現するインタフェース, インタラクシ
ョン 2004, pp. 229 - 230 (2004).
矢谷浩司, 杉本雅則, 楠房子: 博物館における PDA
を用いた協調学習支援システム, 第 27 回日本科学教
育学会, 2B4 ‐16 (2003).
楠房子, 矢谷浩司, 石川葵, 石山琢子, 山口尚子, 杉
本雅則: 博物館における展示支援 Pibook, 電子情報
通 信 学 会 技 術 研 究 報 告 , vol. 103, No. 166,
HIP2003-29~45, pp. 11-15 (2003).
楠房子, 矢谷浩司, 石川 葵, 石山 琢子, 山口 尚子,
西村 拓一, 杉本 雅則:
イベント空間におけるエ
デュテイメントを実現する情報支援
第 17 回人工
知能学会全国大会, 3E1-06 (2003).
細井 一弘, 杉本 雅則：Caretta: 個人空間と共有空間
を統合することによる協調作業支援システム，電子
情報通信学会技術研究報告 Vol.103, No166（ヒュー
マン情報処理研究会）pp.1-6(2003).
水野浩太郎，杉本雅則，橋爪宏達：複数の携帯端末
を用いた対面型協調作業支援システム, インタラク
ション 2004, pp.223-224 (2004).
水野浩太郎，杉本雅則，橋爪宏達: 複数の携帯端末
間でのインタラクション技術に関する研究, 情報処
理学会第 66 回全国大会, pp.4-301-302 (2004).
福田暁史、杉本雅則: 端末上でのユーザの行動情報
を用いた Web ブラウジング支援, 情報処理学会第 66
回全国大会, pp.4-245-246 (2004).
[18] 三浦宗介，杉本雅則：幼児を対象とした音楽学習支
援システム，情報処理学会第 66 回全国大会，pp.4-471
- 4-472 (2003)
106
岡部研究室
Okabe Laboratory
As a important point in neural research, there is a question
what carries information in the brain. The traditional view is
that the mean firing rates, spike firing rates measured in a
psychological time scale, carry information. But recently, the
high variability of inter-spike intervals of cortical neurons was
revealed, and many experimental and theoretical researches on
the temporal neuronal dynamics have been worked. In this
point of view, we study an improved Hebbian learning rule
using temporal activity.
(http://www.is.t.u‑tokyo.ac.jp)
研究現況
Current Research Projects
1.
超伝導 BSFQ システム方式及びその周辺技術の
構築
岡部 洋一・テー チェンコン・西野 智弘
System-Level Self-Timing Methodology
for BSFQ circuits
Y.OKABE, C.K.TEH and T.NISHINO
3.
我々が提案してきたレベル型単一磁束量子回路（BSFQ
回路）は、論理ゲートにクロック要素の必要がなく、ま
た半導体の設計技術をそのまま利用することができる。
そこで「２重コーディング階層化パイプライン方式」
（DEHP 方式）という BSFQ 回路のための自己同期シス
テム方式を構築し、この方式を実装するために非揮発メ
モリセル、揮発メモリセル、スイッチ、４ビットシフレ
ジスタ、２ｘ２ビット非揮発キャッシュを構築し、その
設計・評価を行った。また、グローバルバイアス電流を
数十Ａから数百ｍＡに削減する電流再利用技術を提案し
た。この DEHP 方式と電流再利用技術を用いて大規模の
LSI システムを設計・評価する。
We have developed Boolean Single-Flux-Quantum (BSFQ)
circuits recently, which do not require any clock element for
local cells. Thereupon, we have proposed a novel global
self-timing methodology, dual encoding hierarchical pipelining
(DEHP), for the BSFQ circuits. In implementation, a
non-volatile memory element ND-DFF, a volatile memory
element D-DFF, a complementary switch, a 4-bit shift register,
a 2x2-bit non-volatile cache, have been constructed, designed,
and tested. Besides, we have proposed a novel current
recycling technique with bias fluctuation protection, for
reducing global
bias current from several amperes to
hundreds of milliamps. In future, we will use the DEHP
methodology and the current recycling technique for designing
superconductor LSI system.
2.
パルスニューラルネットワークに関する研究
岡部 洋一・秋光 淳生
Research on Pulse Neural Networks
Y.OKABE and T.AKIMITSU
従来の神経回路の情報表現は、ニューロンの平均発火
頻度に注目し、解析がなされてきた。しかし近年、パル
スの発火のタイミングに着目したより精緻な時間スケー
ルにおけるニューロン活動のダイナミクスが、脳の情報
処理において重要な役割を果たしているということを示
す実験、およびその理論的研究がされている。このよう
なパルスコーディングの観点から、従来の Hebb 則を改良
した自己組織化学習について研究を行っている。
モデレーティズムを用いたニューラルネット
ワーク
岡部 洋一・M.Tanvir Islam・中野 寛之
Learning rules for neural networks based on
Moderatism
Y.OKABE, M.T.ISLAM and H.NAKANO
本研究室で提案する「モデレーティズム」とは「ニュ
ーロンは入出力ともにある適度なレベルを好み、入出力
がモデレートレベルに近付くように学習を進める」とい
う仮説を元にしたニューロンの学習則である。これは、
各ニューロンが自分自身の入出力のみを考慮して学習を
進めるので、自己組織化学習を実現できる。さらに、入
力がない状態を嫌うため、自ら外部に働きかけることで
環境との相互作用を積極的に取り入れることが可能とな
る。この学習則を、時系列処理を学習するネットワーク、
パターン認識を学習するネットワーク、そして外部シス
テムとの相互作用のあるネットワークなどへ応用し、よ
り生体に近いかつ柔らかい学習モデルを実現している。
この学習モデルを確立するために生体を用いた心理実験
を行っている。
We propose a new learning rule called "Moderatism" which
is based on the hypothesis that neurons have a tendency to
sustain a moderate level of both
input and output signals.
As all the neurons moderate only their own input and output
signals, learning by auto-association of the neurons can be
realized. Also, it is possible that the neural network might try
to influence the outside environment to be provided with some
input signals when there is none available. Future expectations
are that by using feedback-looped neural nets based on
Moderatism, it will be possible to attain a more realistic,
flexible and biological model of the learning characteristics of
living beings that include signal processing and pattern
recognition.At present we are conducting psycho-phsiological
experiments to mathematically establish this learning rule.
4.
ロボットの学習制御
岡部 洋一・米澤 祐一・小山 純平
Learning Control of Robots
Y.OKABE, Y.YONEZAWA and J.KOYAMA
生物が行っているような複雑な運動を、ロボットが学
習によって自動獲得するメカニズムを探索している。
色々な運動のモデルロボットとして、2 足歩行ロボット、
107
4 関節蛇型ロボット、背鰭と尾鰭を持つ魚型ロボット等を
作成した。特に蛇型ロボットにおいてはニューラルネッ
トワークを用いて蛇行運動の自動獲得を実現することに
成功した。
The purpose of this research is to make a robot acquiring
motions by learning, like animals. We made a biped robot, a
serpent-shaped robot with four joints, a fish-shaped robot with
tail fin and pectoral fins and so on. In the research of the
fish-shaped robot, we succeeded to let the robot acquire the
efficient serpentine motion by learning, using neural networks.
conducted automated text categorization using a predicate
analysis.
5.
強化学習のアルゴリズムに関する学習
岡部 洋一・柴田 剛志
Research on algorithms for Reinforcement Learning
Y.OKABE and T.SHIBATA
[2]
強化学習のアルゴリズムの基礎的な研究を行っている。
有限状態のマルコフ決定過程を包含する文脈自由文法ベ
ースの決定過程を定義し、その最適化問題に対するアル
ゴリズムを考案している。特に、文脈自由文法のサブク
ラスである単純文法ベースの決定過程(SG-DP)に対して
は、その決定性から簡単に Q 学習を拡張することができ
る。実際に、SG-DP ベースの Q 学習を提案し、その収束
性を証明し、SG-DP 環境下では Q 学習と比べて優位性が
得られることを示している。
This is a basic research on algorithms for reinforcement
learning. We define decision processes based on context free
grammars (CFG-DPs) including the class of finite-states
Markov decision processes, and propose an algorithm for
optimal problems in CFG-DPs. Especially, for decision
processes based on simple grammars (SG-DPs), which is a
subclass of the class of CFG-DPs, it is easy to extend
Q-learning (QL) due to their determinacy. We propose a
extended Q-learning algorithm for SG-DPs and show its
convergence and its advantage than the original in SG-DPs
[3]
6.
論文・著書一覧（2003 年度）
Publications List
研究論文
[1]
ニューラルネットワークによるデータマイニ
ング
岡部 洋一・納谷 元子・小野拓史
Data mining using Neural Networks
Y.OKABE, M.NAYA and H.ONO
非線型学習性や、汎化能力に優れた性能を示すニュー
ラルネットワークを用いて経済時系列を実際に予測し、
その性能の向上について考察した。また、その手法がデ
リバティブなどの新しい金融商品にも適用することがで
きるか検討した。また、述語解析による文書の分類を行
った。
We research on non-linear learning and implementation of
artificial neural networks in prediction of economical time
sequences. In this kind of prediction tasks, networks with high
generalization power are necessary. We also attempt to
examine whether neural networks can be applied as tools in
prediction of financial products such as Derivatives. We also
108
C.K. Teh and Y. Okabe, "A novel grobal self-timing
methodology for BSFQ circuits", IEEE Transactions on
Applied Superconductivity, Jun. 2003, Vol.13, No.2,
pp.543-546
C.K. Teh, Y. Enomoto and Y. Okabe, "Current recycling
technique using capacitiv grounding", Superconductor
Science and Technology, volume 16, issue 12, Dec. 2003,
pp.1513-1517
Pablo A. Estevez and Y. Okabe, "On the computational
power of max-min propagation neural networks", Neural
Processing Letters 19, Kluwer Academics, Feb. 2004,
pp.11-23
シンポジウム・研究会・大会等発表
[4]
M. Tanvir Islam and Y. Okabe, "Moderatism based
gradient learning rules for training multilayer neural
networks", Supplementary Proceedings of International
Conference of Artificial Neural Networks and Neural
Information Processing, Turkey, Jun. 2003, pp.94-97
[5] M. Tanvir Islam, Yoichi Okabe, “A Brief Discussion on
Moderatism Based Local Gradient Learning Rules”, 7th
International Symposium on Signal Processing and its
Applications (ISSPA2002), Paris, France, July 2003,
pp.83
[6] C.K. Teh, Y. Enomoto and Y. Okabe, "Current Recycling
Technique with Bias Fluctuation Protection", 9th
International Superconductive Electronics Conference
(ISEC'03), PMo33, Sydney Australia, Jul. 2003
[7] C.K. Teh and Y. Okabe, "Dual encoding hierarchical
pipelining methodology for BSFQ circuits", Book of
abstracts, 6th European Conference on Applied
Superconductivity, Sep. 2003, pp.118
[8] 柴田剛志,岡部洋一, 単純文法による強化学習の拡
張 , 日本神経回路学会 第 13 回全国大会講演論文
概要集, 104, Sep. 2003.
[9] M. Tanvir Islam and Y. Okabe,
Moderatism Based
Gradient Learning Rules for Multilayer Neural
Networks , 日本神経回路学会 第 13 回全国大会講
演論文概要集, 66, Sep. 2003.
[10] C.K. Teh and Y. Okabe, "Dual rail BSFQ level logic
circuits for high speed pipeline sequential operation",
East
Asia
Symposium
on
Superconductive
Electronics(EASSE2003), Nov. 2003
[11] M. Tanvir Islam, Yoichi Okabe, “New Gradient Learning
Rules for artificial neural nets based on Moderatism and
feedback model.”, IEEE International Symposium on
Signal Processing and Information Technology
(ISSPIT2003), Germany, December 2003
[12] 米沢祐一,岡部洋一, モデレーティズムを用いた魚型
ロボットの運動制御 ,2004 年電子情報通信学会総合
大会,D2-8,2004
[13] 秋光淳生,岡部洋一, ２つの安定な平衡店をもつ
STDP 型学習則について ,2004 年電子情報通信学会
総合大会,D2-9,2004
その他
[14] 岡部洋一, "超伝導エレクトロニクスの展望", 低温
工学, Vol.38, No.4, Jan. 2003
[15] Y. Okabe, "The technological dream, "Feedback"",
metamorphosis, No. 8, September 2003, pp. 2-3
著書
[16] 河野照哉, 桂井誠, 岡部洋一, "電気学会大学講座 電
気 磁 気 学 基礎 論", 電 気 学 会, (12 刷 ), Sep. 2003,
pp.39-58
109
柴田・三田研究室
Shibata and Mita
or νMOS) which mimics the action of a nerve cell neuron at a
single transistor level. Based on such architecture that
"association" is the very computing primitive, we are pursuing
human-like intelligence system implementation directly in
silicon integrated circuits. Currently research is in progress for
robust image recognition and voice recognition processing.
The sate-of-the-art silicon technology has been utilized to
implement such associative processors in both analog and
digital CMOS VLSI chips. As practical applications of the
circuit technology developed for the associative processor
chips, CDMA matched filter chips have also been developed.
Laboratory
(http://www.if.t.u‑tokyo.ac.jp)
研究現況
Current Research Projects
1.
右脳型ソフトコンピューティング VLSI: 連想
プロセッサ・システム
柴田 直・山崎 俊彦・小川 誠・小林 大輔
伊藤 潔人・中山 友之・早川 仁
Right-Brain-Computing Integrated Circuits:
Asso-ciative Processing Systems
T. SHIBATA, T. YAMASAKI, M. OGAWA, D.
KOBAYASHI, K. ITO, T. NAKAYAMA, and
H. HAYAKAWA
2.
現在のコンピュータは四則演算の超高速処理に特化し
たマシンであり、人間のように「ものを見て柔軟に判断・
理解し、即座に適切な行動をとる」といった情報処理は
非常に不得手である。入力情報に対し、過去の膨大な記
憶の中から最も近しい事例を瞬時に想起しこれによって
次の行動を決定する。こんなアーキテクチャを持つコン
ピュータの基本ハードウェアを、シリコン超ＬＳＩ技術
で実現する研究を進めている。論理演算を得意とする現
在のマイクロプロセッサに対し、直感・連想・推論とい
った処理を得意としたＬＳＩチップを設計・試作してシ
シテムを構成する。単体で脳細胞ニューロンと類似の機
能を持つ高機能トランジスタ（ニューロンＭＯＳ､
neuMOS）を導入、膨大な template 群の中から最短距離ベ
クトルを完全並列探索するアナログ連想プロセッサ、0.18
ミクロンＣＭＯＳ技術を用いた超高速ディジタル連想プ
ロセッサ等をこれまで開発した。今後これらのチップで
連想を階層的に連鎖させヒトのように思考できるシステ
ムをこれらのチップ用いて構築して行く。そのために
我々の思考過程を柔軟に記述できる APROL (Association
Programming Language)の開発も行う。四則演算に代わり
連想を computing primitive とする実時間事象認識知能
システム実現を目指す研究である。現在、画像認識・音
声認識をテーマに研究を進めている。ここで開発した
VLSI 回路技術は、実用的な応用として、CDMA マッチ
トフィルタへの応用技術等も開発している。
Digital computers are dedicated machines for vary fast
execution of numerical calculations. However, their
performance is extremely poor in such tasks like seeing,
recognizing, and taking immediate actions, which are effortless
tasks in our daily life. This research aims at building intelligent
VLSI systems based on the psychological model of a brain. In
our system past experience is stored as template vectors in
non-volatile vast memories and the maximum-likelihood event
to the current event is recalled in real time by a fully parallel
processing. The key ingredient of the system is a new
functional device called “Neuron MOS Transistor”(neuMOS
110
画像の特徴ベクトル抽出 VLSI 及びそのパター
ン認識への応用
柴田 直・小川 誠・伊藤 潔人・山崎 英男
Tongprashit Benjamas・川原 邦男
A Robust Feature-Vector Generation VLSI’s and
their Application to Handwriting Pattern
Recognition and Medical X-ray Analysis
T. SHIBATA, M. OGAWA, K. ITO, H. YAMASAKI,
B. TONGPRASHIT, and K. KAWAHARA
我々の連想プロセサアーキテクチャを画像認識に用い
るには、２次元の画像情報を特徴ベクトル、即ち一次元
の数値列で表現しなければならない。我々はこの目的で、
主 方 向 線 分 投 影 法 （ PPED: Projected Principal-Edge
Distribution）と呼ぶ新たな特徴ベクトル表現法を開発した。
２次元画像に対し、縦・横・斜め２方向、計４方向の線
分を抽出してフィーチャーマップを作成、そのビットフ
ラッグを線分検出方向に垂直な主軸上にそれぞれ投影加
算して４組の一次元数値列を形成する。これらをつなぎ
合わせて６４次元ベクトルとし、６４×６４ピクセルの
画像を表現する。これは、元画像の特徴を実にうまく表
現しており、手書きによるパターンの変形、歪みに対し
ほとんど影響を受けない。従って、単純なテンプレート
マッチングの手法で手書き文字やパターンの認識が大変
ロバストに実行できる。特にこれまで認知の問題として
困難だった重なりパターンの分離認識もできることがわ
かった。さらにこの手法を矯正歯科診療におけるセファ
ロＸ線写真解析に応用、歯学部学生にも結構困難な解剖
学的特徴点抽出がかなり正確にできることがわかった。
今後、連想プロセッサと統合し、一般的な知的画像認識
システム構築へと発展させていく。このベクトル抽出は
ソフトウェアでは非常に時間のかかる処理であり、
neuMOS を用いたアナログ CMOS 回路技術、および最先
端のディジタル CMOS 回路技術の両方を用いて、独自の
アーキテクチャを持つ特徴ベクトル生成 VLSI チップの
開発を行っている。
Since image data are massive in quantity, an effective
dimensionality reduction technique is quite essential in
recognition problems. The maximum-likelihood search VLSI
chips we are developing accept image data in the form of a
vector. Therefore we need to generate a feature vector, well
representing the characteristic features of the original image. In
the representation, human perception of similarity among
images must be preserved in the vector space. A robust image
representation technique for recognition has been developed
based on a hardware intensive algorithm. An input image
either in a binary or grayscale format is subjected to adaptive
spatial filtering to generate feature maps, which are reduced to
a 64-dimension vector by "Projected Principal-Edge
Distribution (PPED)" method. The representation has been
applied to handwriting pattern recognition and the
cephalometric landmark identification (the clinical practice in
orthodontics in dentistry), to investigate the performance.
Interestingly, in hand written pattern recognition, it is shown
the separation of handwritten overlapping patterns has been
successfully carried out based on the representation, although
it is a difficult problem in artificial intelligence. Using a simple
template matching technique, identification of Sella (pituritary
grand), Nasion, and Orbitale has been successfully carried out.
Since the vector formation processing is computationally very
ex-pensive, dedicated VLSI chips have been developed both in
digital CMOS technology and analog CMOS technology.
information from the object of interest has been also developed.
Since charge redistribution among multiple capacitors are
utilized for computation, it enables us to build very low-power
systems. In these two VLSI systems, neuron MOS technology
has been utilized in realizing flexible hardware processing.
4.
Multi‑Clue サーチアルゴリズムによるロバス
トな顔検出
鈴木 康文, 柴田 直
Multiple Clue Search Algorithm for Robust Face
Detection
Y. SUZUKI and T. SHIBATA
顔の検出は、ヒューマンインタフェースの研究におい
て重要な課題である。従来、肌色に着目したり、ニュー
ラルネットによる分類等さまざまな手法が開発されてい
るが、写真の撮影条件の影響を受けたり、あるいは本当
の顔を逃してしまう、いわゆる false negative の発生とい
った問題が多かった。本研究では、多少の false positive
（顔以外のものでも似ていると顔として検出）はあって
も、
「本当の顔を絶対に逃さない」ことを目標とするロバ
ストな顔検出アルゴリズムの基礎を、これまでの成果で
あるエッジベースのベクトル表現法(PPED)を発展させて
確立した。PPED 法による検出は、例えば壁のしみでも眺
めていると人間の顔に見えてくるといった、人間の認識
に非常に近い検出アルゴリズムであるが, 本研究では
PPED とは補完的な性質を持つ、新たな 2 つのベクトル
表現法を開発、オリジナル PPED ベクトルと同時に用い
た多重照合法（multiple cluematching）の開発により、大
変ロバストな顔検出を実現した。
Face localization is an important issue in new generation of
human interface. There have been many approaches such as
skin color detection and using neural networks. They have,
however, many problems such as high sensitivity to
photograph exposure conditions, and existence of "false
negatives". The objective in our approach is to try to minimize
the number of "false negatives", even it might increase the
number of "false positives". Our algorithm can detect non-face
images that are very similar to faces. A preliminary research
is done by extending our edge-based vector image
representation method (PPED). Besides the PPED-based
detection method, two other new vector representations, which
are complementary to PPED, have been developed. Using the
multiple clue method with these three representations, a very
robust performance in face detection has been achieved.
3.
実時間動画像処理プロセッサ
柴田 直・山崎 俊彦・梅島 誠之・亀谷 曉
Real-Time Moving Image Processing VLSI Systems
T. SHIBATA, T. YAMASAKI, M. UMEJIMA,
and S. KAMETANI
リアルワールド画像の実時間情報処理を目標に、視野
中の運動物体を着目・連続追尾する Saliency Catcher、及
びキャッチした物体の 3 次元計測を瞬時に行える VLSI
プロセッサの研究を行っている。Saliency Catcher につい
ては、擬似二次元処理と呼ぶ新たな手法を導入、すべて
の処理回路をフォトダイオードアレイの周辺部に配置す
る構成がとれるため、各画素部では大きなフィルファク
タ（各ピクセルプロセッサ内でフォトダイオードが占め
る面積の割合。これが大きいほど多くの画像情報が処理
に取り込める）が実現できた。このチップは、複雑な背
景の中から複数の動いている物体を、動きの大きさとと
もに検出できる。さらにカメラ自身がブレて背景が動い
ていても検出できるという特徴をもつ。実際にチップで
基本性能を確認した。さらに運動物体の３次元計測をリ
アルタイムで行うチップも開発した。これはキャパシタ
間での電荷の再配置のみを演算に使う回路であり、究極
の低消費電力システム実現の可能性を秘めている。
Aiming at real time processing of moving images, a saliency
catcher chip that detects objects in motion in non-stationary
complicated background sceneries has been developed. Due to
the new quasi-two dimensional processing algorithm we have
developed, the chip contains the processing circuit only at the
peripheries of the photo sensor array. As a result, a very large
fill factor has been obtained in each pixel processor.
Furthermore, a VLSI system that extracts three-dimensional
5.
初期視覚プロセッシングシステム
三田 吉郎・中下 友介・久保田 雅則・柴田 直
Early-vision processing systems
Y. MITA, Y. NAKASHITA, M. KUBOTA and
T. SHIBATA
フォトセンサと情報処理回路とを融合した高機能イメ
ージセンサは発展が期待できる. 本研究では, イメージ
111
available fused quartz wafer. 2500 probes are available from
one 5-inch square quartz wafer, so that the structure can
readily be applied to low-cost volume production of
SPM/SNOM probes. Moreover, the important discovery in the
present work is the fundamental principle that is often
misunderstood or ignored by MEMS researchers: convex
corners are unexceptionally preserved by isotropic etching.
The principle will allow many researchers to obtain
nanoscopic structures in simple processing. Clear STM images
of highly oriented pyrolytic graphite surface were obtained by
applying the micro-spires to STM probes, with better tunneling
current stability compared to commercial STM probes.
センサを内蔵して, 外界の状況から特徴を瞬時に抽出す
る知的情報処理 VLSI の研究を行なっている. このよう
な VLSI は, フォトダイオードと処理回路とで演算単位
「セル」を構成し, セルを縦横に並べる構造が一般的であ
るが, 生体で行なわれているようにセル間を配線するた
めには三次元配線が必要となる. 対して VLSI の配線は
原理的に二次元であるから, セル同士の配線をいかに工
夫して行なうかが問題となる. 本研究では, (1) VLSI 回路
中においてトポロジーを再構成する手法, (2)VLSI に
MEMS 的要素を加味する手法において, この問題を解決
しようと試みている。
Intelligent image sensor array system is an integral part in
humanlike intelligent systems. An image-sensor integrated
smart feature extraction VLSI is under investigation in this
project. Distributed cellular architecture is popular for these
systems: a photodiode sensor and some information
process-ing circuits compose a unit “cell” and the array of cells
con-stitutes the system. However, if the cellular architecture
tries to physically imitate living body, three-dimensional
wiring is mandatory. However, VLSI wiring is 2-dimensional
in nature so that some architectural innovation to augment the
miss-ing-one-dimension is necessary. We are proposing two
solu-tions: (1) topology reordering, and (2) introduction of
MEMS to VLSI in this project.
7.
ナノホールアレイの作製技術高度化と応用(日
仏共同研究 SAKURA プロジェクト)
三田 吉郎・フレデリック マーティ*・
タリク ブルイナ*・柴田 直
*電子工業技術高等学院 (ESIEE, パリ)
Development of fabrication technology of nano-holes
and applications to bio- and optical systems.
(France-Japan collaboration project: SAKURA)
Y. MITA, F. MARTY*, T. BOUROUINA*, and
T.SHIBATA
日仏の研究者が共同して, VDEC 所有 EB 装置を利用し
てナノリソグラフィを行ない, ESIEE 所有の深掘り RIE 装
置でエッチングを行なって, デザイン相乗り型ナノサイ
ズの構造を作製し, 様々な応用に供する試みを行なって
いる. 現在, 最小サイズ 500nm, アスペクト比 1:60 の構
造を作製することに成功している. フォトニック結晶シ
ステムやバイオシステムへの応用を進行中である.
A multi-design nano-fabrication technloogy and ap-plication
to different domains is under development with collaboration
of French and Japanese reserachers. Lithography is performed
by VDEC's EB writer and etching is performed by Deep RIE at
ESIEE. Up to now minimum feature size of 500nm, and aspect
ration of 1:60 is obtained. Applications to Photonic Crystals
and Bio-system is under inverstigation.
6.
マイクロ尖塔構造の大量生産技術と走査プロ
ーブ顕微鏡への応用
小林 大輔・三田 吉郎・オーレリアン グレイ*・
タリク ブルイナ*・柴田 直・藤田 博之**
*電子工業技術高等学院 (ESIEE, パリ)
**東京大学生産技術研究所
Mass-production technology of micro-spire structure
and application to Scanning Probe Microscopy
D. KOBAYASHI, Y. MITA, A. GLAY, T.
BOUROUINA, T. SHIBATA and H. FUJITA
高さ百数十μm, 先端の曲率半径数十 nm という, 従来
技術の 10 倍以上の高さを持つ, 絶縁体材料によるマイク
ロ尖塔構造を, 簡便な手法で同時大量生産することに成
功した. この技術の新型 SPM への応用を目指している.
鍵は, 等方性エッチングにおいて, 一度生じた鋭角構造
は保存されるという原理であり, このため何ら精密な時
間制御を必要とせず尖塔構造を作製することができる.
絶縁体で作製した尖塔構造の上にプラチナなどの導電性
材料をコーティング, 加工することで特殊な針を作製し,
トンネル原子像と磁区像とを同時観測するシステムの応
用を試しており, その一歩としてカーボングラファイト
(HOPG)を用いた原子像取得に成功している. その際, 市
販の針に比べトンネル電流の安定性が優れていることを
確認した.
A 150um-height spired structure having a 50nm of summit
curvature was batch fabricated. The process is a
self-convergent bulk micromachining using a commercially
論文・著書一覧（2003 年度）
Publications List
研究論文
[1]
[2]
[3]
112
Trans. Neural Networks, Vol. 14, No. 5, pp. 1144-1161,
September (2003). M. Yagi, T. Shibata, “An Image
Rep-resentation
Algorithm
Compatible
to
Neu-ral-Associative-Processor-Based
Hardware
Recognition Systems,” IEEE.
T. Yamasaki and T. Shibata, “Analog Soft-Matching
Classifier Using Floating-Gate MOS Technology,” IEEE
Trans. Neural Networks, Vol. 14, No. 5, pp.1257-1265,
September (2003).
(Article
in
Japanese)
T.
Shibata,
[4]
“Psychologically-Inspired VLSI Brain Model ――New
Processor Architecture Inspired by Biological Principle,”
Oyo Butsuri (Applied Physics) Vol. 72, No. 10, pp.
1268-1275 (2003).
H. Kimura and T. Shibata, "A Simple-Architecture
Motion-Detection
Analog
VLSI
Based
on
Quasi-Two-Dimensional Hardware Algorithm,” to be
published in Analog Integrated Circuits and Signal
Processing. (2003).
[12] A. Tixier-Mita, Y. Mita and H. Fujita, "Simple, Robust
and Controllable Nanostructures Fabrication Technique
Using Standard Si Wafer", The 12th International
Con-ference on Solid-State Sensors and Actuators
(Transducers '03), June 8-12, Boston, USA, 2A2.3
pp.250-253 (2003).
[13] Y. Fukuta, Y. Mita, M. Arai and H. Fujita, "Pneumatic
Two-Dimensional Conveyance System for Autonomous
Distributed MEMS", The 12th International Conference
on Solid-State Sensors and Actuators (Transducers '03),
June 8-12, Boston, USA, 3A2.4 pp.1019-1022 (2003).
国際会議論文
[5]
Qian-Rong Gu and T. Shibata, “Speaker and Text
Inde-pendent Language identification Using Predictive
Error Histogram Vectors,” Proceedings of 2003
International Conference on accepted for presentation
Acoustics, Speech, and Signal Processing (ICASSP
2003), pp. I-36 – 39, Hong Kong, April 6-10, 2003
[6] S. Chakrabartty,
M. Yagi, T. Shibata, and G.
Cauwenberghs, “Robust Cephalometric Landmark
Identification Using Support Vector Machines,”
Proceedings of 2003 International Conference on
accepted for presentation Acoustics, Speech, and Signal
Processing (ICASSP 2003), pp. II-825 – 828, Hong
Kong, April 6-10, 2003.
[7] M. Yagi, T. Shibata, C. Tanikawa, and K. Takada,
“Neural Hardware-Based Medical Image Recognition by
Expertise-Knowledge Vectors,” (Student Forum), Hong
Kong, April 6-10, 2003.
[8] T. Yamasaki, T. Fukuda, and T. Shibata, "A
Floating-Gate-MOS-Based Low-Power CDMA Matched
Filter
Employing
Capacitance
Disconnection
Technique," Digest of Technical Papers of 2003
Symposium on VLSI Circuits, pp. 267-270, Kyoto, June
12-14, 2003 .
[9] M. Yagi, T. Shibata, C. Tanikawa, and K. Takada, “A
Robust Medical Image Recognition System Employing
Edge-Based Feature Vector Representation,” in the
Proceeding of 13th Scandinavian Conference on Image
Analysis (SCIA2003), pp.534-540, Goteborg, Sweden,
Jun. 29-Jul. 2, 2003.
[10] T. Taguchi, M. Ogawa, and T. Shibata, “An Analog
Im-age Processing LSI Employing Scanning Line
Parallel Processing”,” in the Proceedings of the 29th
European Solid-Sate Circuits Conference (ESSCIRC
2003), pp.65-68, Estoril, Portugal, September 16-18,
2003.
[11] D. Kobayashi, Y. Mita, T. Shibata, T. Bourouina, H.
Fujita,
and
P.
Beauvillan,
"High-Precision
Metal-on-Insulator Micro Spires for Use in
Nonmagnetic-Probe Magnetic Microscopy," in Proc.
14th MicroMechanics Europe Workshop (MME'03), pp.
131-134, Delft, The Netherlands, Nov. 2-4, 2003.
シンポジウム・研究会・大会等発表
[14] T. Shibata, “A Psychologically-Inspired ULSI
Architecture for Human-Like Robust Image Processing,”
Invited paper in the Booklet of The 12th International
Workshop on Post-Binary ULSI Systems, Meiji Univ.,
May 16, 2003, pp.21-35.
[15] C. Tanikawa, M. Yagi, T. Shibata, and K. Takada,
“Automatic Recognition of Cephalometric Landmarks,”
in the Proceeding of the 81st General Session of the
In-ternational Association for Dental Research 2003
(IADR2003), Goteborg, Sweden, Jun. 25-28, 2003.
[16] 山崎俊彦、福田智洋、柴田直、
「フローティングゲー
ト MOS 回路技術にキャパシタンス切り離し手法を
用いた低消費電力 CDMA マッチトフィルタ」、電子
通信学会技術研究報告、（集積回路研究専門委員会
(ICD)）、論文番号 ICD2003-57、pp.43-48、 2003 年 8
月。
[17] Y. Mita, T. Shibata, K. Ito, and M. Ogawa, “Early Vision
Processing VLSI Systems,” Proceedings of International
Symposium on Electronics for Future Generations, pp.
113-118, March 10-11, Tokyo, 2004..
[18] T. Shibata, M. Yagi, T. Yamasaki, and M. Ogawa, “A
Psychologically-Inspired
VLSI
Architecture
for
Human-Like Soft-Computing Systems,” Proceedings of
International Symposium on Electronics for Future
Generations, pp. 159-166, Tokyo, March 10-11 2004.
[19] T. Shibata, T. Yamasaki, and D. Kobayashi,
“Correlation-Based Analog Information Processing
Systems Using Floating-Gate MOS Technology,”
Proceedings of International Symposium on Electronics
for Future Generations, pp. 168-175, Tokyo, March
10-11 2004.
113
大津研究室
Ohtsu Laboratory
(http://uuu.ae.titech.ac.jp)
研究現況
Current Research Projects
1.
ナノフォトニックデバイス
大津 元一・中山 義宣・林 定植・野村 航
Nanophotonic Devices
M. OHTSU, Y. NAKAYAMA, J.-S. LIM, and W.
NOMURA
将来の超高速、超大容量の光システムを支えるために、
光の回折限界を超えて光波長以下の寸法をもつ新機能の
光デバイス、すなわちナノフォトニックデバイスの実現
のための研究を行っている。これはナノ寸法物質間の近
接場光エネルギー移動を利用する。数個の量子ドットを
用いた光スイッチの他、デジタル論理ゲート、A/D 変換
器、ナノ光集光器などを提案し、CuCl 量子ドットや ZnO
量子井戸を用いた動作確認、特に動特性について実験、
理論により評価した。さらにこれらを新しい光子コンピ
ュータへ応用する可能性について検討した。また、外部
の巨視的光デバイスとの結合のために金属微粒子の間の
プラズモン・ポラリトンエネルギー移動を利用したナノ
寸法光導波路を開発した。
Nanophotonic devices, i.e., sub-wavelength sized (beyond
diffraction limit) photonic devices with novel functions, were
studied in order to support future ultrahigh speed and ultralarge
capacity optical systems. Optical near field energy transfer
between nanometric particles are utilized for their operations.
We proposed novel devices composed of a few quantum dots,
e.g., a nanophotonic switch, digital logic gates, a A/D
converter, and an optical nano-fountain. Their operations and
dynamic properties were experimentally and theoretically
evaluated using CuCl quantum dots and ZnO quantum wells.
Possibilities of realizing a novel nanophotonic computer using
these devices were studied. Further, a plasmon-polariton
nano-coupler was developed in order to connect these devices
with external macroscopic photonic devices.
学気相堆積を実現した。この過程をリソグラフィにも応
用した。さらにまた、近接場光による脱離における寸法
依存共鳴効果を利用して、作成された微小物質の寸法を
制御した。これらにより Zn, Al, Au, ZnO, Si, GaN などのナ
ノドットを高い寸法、位置精度で作製した。
Nanophotonic fabrication, i.e., fabrication for realizing
nanometer-sized materials, is studied in order to realize
nanophotonic devices and their integration. Local
photochemical reactions between optical near fields and
molecules are utilized for ultrahigh accuracies in sizes and
positions of fabricated materials. Photochemical vapor
deposition, desorption, photolithography, and etching are being
developed. A nonadiabatic photodissociation process, which
we have found, was utilized to improve the accuracy. This
process was also applied to photolithography. Further, a
size-dependent resonance effect in optical near field desorption
was found and utilized to control the size of the fabricated
materials. Fabrications of Zn, Al, Au, ZnO, Si, and GaN
nanodots were demonstrated with ultrahigh accuracies in their
sizes and positions.
論文・著書一覧（2003 年度）
Publications List
研究論文
[1]
[2]
[3]
[4]
2.
ナノフォトニック加工
大津 元一・小林 一智・柳楽 崇・北村 心
Nanophotonic Fabrication
M. OHTSU, K. KOBAYASHI, T. NAGIRA, and K.
KITAMURA
[5]
ナノフォトニックデバイスを作製し、それらを集積化
するためのナノ寸法微細加工法を研究している。作製さ
れるナノ物質の寸法、位置の精度を高く保つために近接
場光と物質との局所的光化学反応を利用し、化学気相堆
積、脱離、リソグラフィ、エッチングを開発している。
特に化学気相堆積のための分子解離において、我々の見
い出した近接場光特有の非断熱過程を用いて高精度な化
[6]
114
S. Sangu, K. Kobayashi, A. Shojiguchi, and M. Ohtsu,
“Logic and functional operations using a near-field
optically coupled quantum-dot system”, Phys. Rev. B,
Vol.69, No.11, pp.115334-1-13 (2004).
H. Kubota, R. Takahashi, T.-W. Kim, T. Kawazoe, M.
Ohtsu, N. Arai, M. Yoshimura, H. Nakao, H. Furuya, Y.
Mori, T. Sasaki, Y. Matsumoto, and H. Koinuma,
“Combinatorial synthesis and luminescent characteristics
of RECa4O(BO3)3 epitaxial thin films”, Applied Surface
Science, Vol.223, pp.241-244 (2004).
A, Shojiguchi, K. Kobayashi, S. Sangu, K. Kitahara, and
M. Ohtsu, “Superradiance and Dipole Ordering of an N
Two-Level System Interacting with Optical Near Fields”,
J. Phys. Soc. Jpn., Vol.72, No.11, pp.2984-3001 (2003).
T. Yatsui, S. Takubo, J. Lim, W. Nomura, M. Kourogi,
and M. Ohtsu, “Regulating the size and position of
deposited Zn nanorods by optical near-field desorption
using size-dependent resonance”, Appl. Phys. Lett.,
Vol.83, No.9, pp.1716-1718 (2003).
A. Takamizawa, H. Ito, S. Yamada, and M. Ohtsu,
“Accumulative Atom Detection by Magneto-Optical
Trap for Near-Field Optical Funnel”, Jpn. J. Appl. Phys.,
Vol.42, Part 1, No.6A, pp.3658-3661 (2003).
A. Shojiguchi, K. Kobayashi, S. Sangu, K. Kitahara, and
M. Ohtsu, “Superradiant multiple pulses from excitons
interacting with optical near fields”, Trans. Material
Research Soc. Jpn. Vol.28, No.4, pp.1031-1034 (2003).
[7]
S. Sangu, K. Kobayashi, T. Kawazoe, A. Shojiguchi, and
M. Ohtsu, “Quantum-Coherence Effect in a Quantum
Dot System Coupled by Optical Near Fields”, Trans.
Material Research Soc. Jpn, Vol.28, No.4, pp.1035-1038
(2003).
[8] T.-W. Kim, T. Kawazoe, S. Yamazaki, J. Lim, T. Yatsui,
and M. Ohtsu, “Room temperature ultraviolet emission
from ZnO nanocrystallites fabricated by the low
temperature oxidation of metallic Zn precursors”, Solid
State Commun., vol.127, pp.21-24 (2003).
[9] K. Kobayashi, S. Sangu, T. Kawazoe, A. Shojiguchi, K.
Kitahara, and M. Ohtsu, “Excitation dynamics in a
three-quantum dot system driven by optical near field
interaction: towards a nanometric photonic device”, J.
Microscopy, Vol.210, Pt 3, pp.247-251 (2003).
[10] A. Shojiguchi, K. Kitahara, K. Kobayashi, and M. Ohtsu,
“A method for controlling the spins of atoms using
optical near-fields”, J. Microscopy, Vol.210, Pt 3,
pp.301-306 (2003).
[11] T. Kawazoe, K. Kobayashi, S. Sangu, and M. Ohtsu,
“Demonstration of a nanophotonic switching operation
by optical near-field energy transfer”, Appl. Phys. Lett.,
Vol.82, No.18, pp.2957-2959 (2003).
Crystals 2003, Tokyo, p.45 (2003).
[18] S. Maruyama, T. Kawazoe, and M. Ohtsu, “Magnetaic
circular dichroism and large Faraday rotation of
Au/Fe/Au/Fe optical fiber probe”, International
Symposium on Quantum Dots and Photonic Crystals
2003, Tokyo, p.46 (2003).
[19] T. Yatsui, J. Lim, T. Kawazoe, K. Kobayashi, M. Ohtsu,
W. Park, and G.C. Yi, “Observation of an optical
near-field energy transfer between closely spaced
ZnO/ZnMgO multiple-quantum-well nanorods for
nanophotonic devices”, 2003 Material Research Socieety
Fall Meeting, Boston, MA, USA, T.3.16 (2003).
[20] T. Yatsui and M. Ohtsu, “Nanophotonics; for size- and
position- cotrolled nanofabrication by optical near fields”,
Korea-Japan Joint Symposium on Nanoengineering 2003,
Daejeon, Korea, pp.85-88 (2003) <Invited>.
[21] M. Ohtsu, “Nanophotonics: Devices, Fabrications, and
Systems”, Seminar on Micro-, Nano- and Optical
Technologies in Germany, Tokyo, pp.21-23(2003)
<Invited>.
[22] M. Ohtsu, “Nanophotonics: Definition and true nature”,
The 4th Asia-Pacific International Conference on
Near-Field Optics”, Taroko, Taiwan, p.9 (2003)
<Invited>.
[23] T. Kawazoe, K. Kobayashi, and M. Ohtsu, “The optical
nano-fountain, which uses energy transfer to concentrate
optical energy to a 10-nm region”, The 4th Asia-Pacific
International Conference on Near-Field Optics”, Taroko,
Taiwan, p.21 (2003).
[24] T. Yatsui, W. Nomura, M. Kourogi, and M. Ohtsu,
“Development of optical far/near field conversion
devices”, The 4th Asia-Pacific International Conference
on Near-Field Optics”, Taroko, Taiwan, p.28 (2003).
[25] T.-W. Kim, S. Yamazaki, T. Nagira, T. Kawazoe, T.
Yatsui, and M. Ohtsu, “Growth control of Ga and In
nanorods by photochemical reactions for applications to
group III nitrides-based nanophotonic devices”,
International Conference on Nanomaterials and
Nanotechnologies, Crete, Greece, p.2 (2003).
[26] K. Kobayashi, T. Kawazoe, and M. Ohtsu,
“Characteristic mechanism of molecular dissociation and
nanofabrication using optical near fields”, The Third
IEEE Conference on Nanotechnology, San Francisco,
USA, p.271-274 (2003).
[27] S. Sangu, K. Kobayashi, A. Shojiguchi, and M. Ohtsu,
“Functional Operations Using a Near-Field Optically
Coupled Quantum-Dot Systems”, The Third IEEE
Conference on Nanotechnology, San Francisco, USA,
p.283-286(2003).
[28] A. Takamizawa, H. Ito, S. Yamada, and M. Ohtsu,
“Cold-Atom Output from a Near-Field Optical Funnel”,
The Third IEEE Conference on Nanotechnology, San
国際会議論文
[12] T. Kawazoe and M. Ohtsu, “Adiabatic and nonadiabatic
nanofabricatin by localized optical near fields”, Photonic
West, San Jose, CA, USA, 5339-85 (2004) <Invited>.
[13] M. Ohtsu, “Nanophotonics’ Devices, fabrications, and
systems”, 2003 International Symposium: Nanoscience
and Nanotechnology on Quantum Particles, Tokyo, p.3
(2003)<Invited>.
[14] J. Lim, T. Yatsui, and M. Ohtsu, “Fabrication of 20-nm
nanocrystallites by the selective photodissociation of
adsorption-phase diethlylzinc using a near-field optical
chemical vapor deposition”, MRS Fall Meeting 2003,
Boston, USA, p.348 (2003).
[15] J. Lim, T. Yatsui, and M. Ohtsu, “Fabrication of 20-nm
nanocrystallites by the selective photodissociation of
adsorbed diethylzinc molecules using a near-field optical
chemical vapor deposition”, International Symposium on
Quantum Dots and Photonic Crystals 2003, Tokyo, p.31
(2003).
[16] R. Haga, T. Kawazoe, and M. Ohtsu, “Photolithography
using a visible light based on the nonadiabatic near-field
photochemical reaction”, International Symposium on
Quantum Dots and Photonic Crystals 2003, Tokyo, p.32
(2003).
[17] K. Kobayashi, S. Sangu, A. Shojiguchi, T. Kawazoe, and
M. Ohtsu, “Exciton Dynamics in a Quantum Dot System
and Local Manipulation by Optical Near Fields”,
International Symposium on Quantum Dots and Photonic
115
Francisco, USA, p.287-290 (2003).
[29] T. Kawazoe, K. Kobayashi, and M. Ohtsu,
“Nano-Optical CVD and Nanolithography using an
Optical Near-Field Nonresonant to Electric Transition”,
The Third IEEE Conference on Nanotechnology, San
Francisco, USA, p.561-564 (2003).
[30] T. Yatsui, J. Lim, T. Kawazoe, K. Kobayashi, M. Ohtsu,
W.I. Park, and G.-C. Yi, “Observation of an optical
near-field energy transfer in closely spaced ZnO/ZnMgO
multiple-quantum-well nanorods for nanophotonic
devices”,
The
Third
IEEE
Conference
on
Nanotechnology, San Francisco, USA, p.585-587 (2003).
[31] K. Totsuka, H. Ito, A. Takamizawa, K. Yamamoto, and M.
Ohtsu, “Deflecting, detecting and funneling atoms using
near-field light”, European Quantum Electronics
Conference, Munich, Germany, EG2-4-MON (2003).
[32] A. Takamizawa, H. Ito, S. Yamada, and M. Ohtsu,
“Cold-atom funnel using near-field light”, Quantum
Electronics and Laser Science Conference, Baltimore,
MD, QThJ10 (2003).
[33] M. Ohtsu, “What is nanophotonics?”, The International
Nanophotonics Symposium Handai, Osaka, IL-19 (2003)
<Invited>.
[34] T. Kawazoe, K. Kobayashi, S. Sangu, and M. Ohtsu,
“Nanophotonic Switching using CuCl Quantum Cubes”,
Quantum Electronics and Laser Science Conference,
Baltimore, MD, QMD3 (2003).
[35] T.-W. Kim, T. Kawazoe, S. Yamazaki, J. Lim, T. Yatsui,
and M. Ohtsu, “Ultraviolet-emission and lasing from
ZnO nanostructures fabricated by a simple method
involving the low-temperature oxidation of metallic Zn”,
Conference on Lasers and Electro-Optics, Baltimore,
MD, CTuF5 (2003).
[36] S. Sangu, K. Kobayashi, T. Kawazoe, A. Shojiguchi, and
M. Ohtsu, “A nanophotonic switch: transient dynamics
and switching operation”, Quantum Electronics and
Laser Science Conference, Baltimore, MD, QTuK6
(2003).
[37] T. Kawazoe, K. Kobayashi, S. Takubo, and M. Ohtsu,
“Non-Adiabatic
Nanometric
Near-Field
Optical
Chemical Vapor Deposition using Visible Light for
Ultraviolet Metal-Organic Gas Source”, Quantum
Electronics and Laser Science Conference, June 2-6,
2003, Baltimore, MD, QWA12 (2003).
[38] T. Yatsui, W. Nomura, M. Kourogi, and M. Ohtsu,
“Plasmon condenser for optical far/near-field
conversion”, Conference on Lasers and Electro-Optics,
Baltimore, MD, CWP3 (2003).
[39] T. Yatsui, S. Takubo, J. Lim, T. Kawazoe, M. Kourogi,
and M. Ohtsu, “Controlling the growth of Zn
nanoparticles in a nonresonant optical near fields using
size-dependent resonance”, Conference on Lasers and
116
Electro-Optics, Baltimore, MD, CFL2 (2003).
[40] M.
Ohtsu,
“”Physics
and
Applications
of
Nanophotonics”, International Symposium on New
Frontiers for Ubiquitous IT Services, Atsugi, Kanagawa,
7 (2003). <Invited>
[41] M. Ohtsu, “Operation and Fabrication of Nanophotonic
Devices”, The First International Congress on
Bio-Nanointerface,
Tokyo,
23D-15-KL2
(2003)
<Invited>.
著書
[42] 大津元一、 ナノフォトニクス 、ナノテクノロジー
大事典、第 4.12 章、工業調査会、(2004).
[43] 大津元一、 光のナノ集積回路 、
「光でナノテク・ナ
ノサイエンス」、河田聡編、クバプロ、pp.41-51 (2003).
[44] 大津元一、「ナノ構造による光波制御」
、ナノエレク
トロニクス、榊裕之、横山直樹編、、オーム社、第７．
３節、７．４節(2003).
[45] 福井萬壽夫、大津元一、光ナノテクノロジーの基礎、
オーム社、(2003).
[46] M. Ohtsu and K. Kobayashi, Optical Near Fields,
Springer-Verlag, (2003).
[47] M. Ohtsu (Ed.), Progress in Nano-Electro-Optics II,
Springer-Verlag, (2003).
[48] 大津元一監修、ナノフォトニクスへの挑戦、米田出
版、(2003).
総説・解説論文
[49] 八井崇、野村航、大津元一、 プラズモン・ポラリト
ンナノ光回路 、光学、Vol.33, No.3, pp.174-176 (2003).
[50] 大津元一、川添忠、八井崇、 ナノ光加工：光加工の
パ ラ ダ イ ム シ フ ト 、 O plus E, Vol.25, No.12,
pp.1369-1373 (2003).
[51] 大津元一、 近接場光とは何か 、ぶんせき、No.12,
pp.716-721 (2003).
[52] 小林潔、大津元一: ２００２年光学界の進展 ７．
近接場光学 、光学、Vol.32, No.4, pp.211-212 (2003).
シンポジウム・研究会・大会等発表
[53] 小林潔・大津元一： 光近接場理論モデルのナノフォ
トニクスへの応用 、第 51 回応用物理学関係連合講
演会、東京工科大学、28p-YZ-3 (2004)＜招待講演＞.
[54] 山崎俊輔・金太源・八井崇・川添忠・大津元一： 光
化学気相堆積法により室温で作製した GaN の紫外
発光 、第 51 回応用物理学関係連合講演会、東京工
科大学、29a-YN-4 (2004).
[55] 羽賀僚一・川添忠・大津元一： 可視光源を用いた非
断熱過程による近接場光リソグラフィ 、第 51 回応
用物理学関係連合講演会、東京工科大学、29p-G-2
(2004).
[56] 柳楽崇・八井崇・大津元一： 基板のパターン化によ
る GaN ナノドット成長のサイズ位置制御 、第 51 回
[57]
[58]
[59]
[60]
[61]
[62]
[63]
[64]
[65]
[66]
[67]
[68]
[69]
応用物理学関係連合講演会、東京工科大学、
28p-ZW-12 (2004).
鈴木紀一・戸塚弘毅・山元和広・伊藤治彦・大津元
一： 光近接場スリットを用いた冷却 Rb 原子の偏向
制御に向けて 、第 51 回応用物理学関係連合講演会、
東京工科大学、29a-D-1 (2004).
山元和広・戸塚弘毅・鈴木紀一・伊藤治彦・大津元
一： ２色エバネッセント光による冷却 Rb 原子の２
段階イオン化 、第 51 回応用物理学関係連合講演会、
東京工科大学、29a-D-2 (2004).
村石桂一・戸塚弘毅・鈴木紀一・山元和広・伊藤治
彦・大津元一： 近接場光を用いた原子のナノフォー
カシング 、第 51 回応用物理学関係連合講演会、東
京工科大学、29a-D-3 (2004).
原一貴・松浦嘉彦・八井崇・伊藤治彦・大津元一： 近
接場光を用いた二次元 bow-tie トラップ 、第 51 回
応用物理学関係連合講演会、東京工科大学、29a-D-4
(2004).
柏木広之・富永慎・伊藤治彦・大津元一： 高原子フ
ラックスを得るための Si 近接場光ファネル 、第 51
回 応 用 物 理 学 関 係 連 合 講 演 会 、 東 京 工 科 大学、
29a-D-5 (2004).
丸山信也・林定植・川添忠・大津元一： 強磁性体コ
ートファイバプローブの巨大ファラデー回転 、第
51 回応用物理学関係連合講演会、東京工科大学、
29a-D-8 (2004).
林定植・八井崇・大津元一： 近接場光化学気相堆積
法による Zn ナノ微粒子のサイズ制御 、第 51 回応
用物理学関係連合講演会、東京工科大学、29p-D-4
(2004).
小林一智・川添忠・大津元一： 光学不活性 Zn(acac)2
を用いた近接場光 CVD による 5nm 径 Zn ナノドット
の堆積 、第 51 回応用物理学関係連合講演会、東京
工科大学、29p-D-5 (2004).
野村航・八井崇・興梠元伸・大津元一： Au ナノ微
粒子からの散乱光強度のサイズ依存性測定 、第 51
回 応 用 物 理 学 関 係 連 合 講 演 会 、 東 京 工 科 大学、
29p-D-15 (2004).
川添忠・小林潔・大津元一： Optical Nano-fountain
量子ドット間の近接場光エネルギー移動を利用した
ナノ集光器 、第 51 回応用物理学関係連合講演会、
東京工科大学、31a-M-7 (2004).
川添忠・成瀬誠・大津元一： 量子ドット間の近接場
光エネルギー移動を用いた光 D/A コンバータ 、第
51 回応用物理学関係連合講演会、東京工科大学、
30p-ZV-11 (2004).
小林潔、三宮俊、大津元一： 近接場光の特徴を生か
したナノフォトニックデバイス 、2004 年ん電子情
報通信学会総合大会シンポジウム、東京工業大学、
SC-1-1 (2004).
大津元一： ナノフォトニクス：ナノ寸法の光加工と
光デバイス、システムへの展開 、第２回ナノテクノ
117
[70]
[71]
[72]
[73]
[74]
[75]
[76]
[77]
[78]
[79]
[80]
[81]
[82]
[83]
ロジー総合シ ンポジウム、 東京ビッグサ イ ト、
pp.97-100 (2004) ＜招待講演＞.
大津元一： 近接場光とナノフォトニクス 、フォト
ニクス技術研修会、機会振興会館 (2004) ＜招待講
演＞.
大津元一： 近接場ナノフォトニクス―光技術のパラ
ダイムシフト 、先端光テクノロジー展 2003 特別講
演会、サンシャインシティ (2003)、＜招待講演＞.
八井崇・林定植・小林潔・川添忠・W.I.Park・G.C.Yi・
大津元一： ZnO/ZnMgO 多重量子井戸ナノロッドの
近接場分光測定 、第 64 回応用物理学学術講演会、
福岡大学、31p-B-7 (2003).
山崎俊輔・金太源・柳楽崇・八井崇・大津元一： レ
ーザー化学気相堆積法により室温で作製した GaN
の紫外発光 、第 64 回応用物理学学術講演会、福岡
大学、31p-ZA-9 (2003).
川添忠・小林潔・羽賀僚一・大津元一： 近接場光特
有の化学反応のフォトリソグラフィへの応用 、第
64 回応用物理学学術講演会、福岡大学、31a-ZQ-11
(2003).
戸塚弘毅・村石桂一・鈴木紀一・山元和広・伊藤治
彦・大津元一： 近接場光による原子収束 、第 64
回応用物理学学術講演会、福岡大学、1a-Q-3 (2003).
丸山信也・林定植・川添忠・大津元一： 保磁層を持
つ強磁性体コートファイバプローブにおける出射光
の偏光特性 、第 64 回応用物理学学術講演会、福岡
大学、1a-Q-5 (2003).
八井崇・林定植・小林潔・川添忠・W.I.Park・G.C.Yi・
大津元一： ZnO/ZnMgO 多重量子井戸ナノロッド
の近接場分光測定 、第 64 回応用物理学学術講演会、
福岡大学、1a-Q-9(2003).
三宮俊・小林潔・小路口暁・大津元一： 近接場光で
結合した量子ドット系の構成と励起子ダイナミク
ス 、第 64 回応用物理学学術講演会、福岡大学、
1a-Q-10 (2003).
川添忠・小林潔・三宮俊・大津元一： 近接場光相互
作用による量子ドット間の反平行双極子-双極子相
互作用 、第 64 回応用物理学学術講演会、福岡大学、
1a-Q-11 (2003).
野村航・八井崇・興梠元伸・大津元一： 伝搬光・近
接場光変換素子の開発Ⅱ 、第 64 回応用物理学学術
講演会、福岡大学、1p-Q-19 (2003).
林定植・八井崇・大津元一： 近接場光化学気相体積
法による Zn ナノ微粒子の位置及びサイズ制御 、第
64 回応用物理学学術講演会、福岡大学、1p-Q-20
(2003).
物部秀二・大津元一： 化学エッチングによる光ファ
イバーの評価基準：コア突出部終端面の真円性 、第
64 回応用物理学学術講演会、福岡大学、31a-YH-11
(2003).
小林潔・川添忠・大津元一： プローブの準粒子モデ
ルと近接場光解離反応への応用 、第 64 回応用物理
学学術講演会、福岡大学、1a-Q-10 (2003).
[84] 大津元一： ナノフォトニクス 、第４回次世代フォ
トニックネットワークのための光技術研究グループ
研究会 、福岡鹿島本館、(2003) ＜招待講演＞.
[85] 大津元一： イントロダクトリー 、日本光学会年次
学術講演会、アクトシティ浜松、8pSC1(2003) ＜招
待講演＞.
[86] 小林潔・大津元一： 量子論的なアプローチとナノフ
ォトニクスへの応用 、アクトシティ浜松、
8pSC6(2003) ＜招待講演＞.
大津元一： ナノフォトニクスの現状と将来 。
「エレクト
ロニクスと高分子」フォローアップセミナー第 1 回、
（財）
化学技術戦略推進機構戦略推進部会議室 (2002) ＜招
待講演＞.
118
保立・山下研究室
Hotate and Yamashita Laboratory
By applying, “synthesis of optical coherence function,” fiber
optic distributed force sensing technique has been studied.
Introducing a SSG-DBR laser diode as a light source, having a
wide tunability, the spatial resolution has been improved to be
20 cm. The system has been simplified to have all the optical
equipments at the single end of the sensing fiber. A system to
measure vibration distribution along an optical fiber has also
been proposed and experimented.
(http://www.sagnac.t.u‑tokyo.ac.jp)
研究現況
Current Research Projects
1.
ブリルアン散乱光相関領域解析法による高空
間分解能光ファイバ分布型・動的歪センシング
保立 和夫・山内 豊彦・阿部 浩士・
山﨑 健司・新井 寛・谷澤 健
Fiber Optic Distributed and Dynamic Strain Sensing
with High Spatial Resolution by Fiber Brillouin
Optical Correlation Domain Analysis
K. HOTATE, T. YAMAUCHI, K. ABE,
K. YAMASAKI, H. ARAI and K. TANIZAWA
3.
光ファイバに沿う歪分布を測定する新しい手法として、
ポンプ光・プローブ光の相関を制御して、誘導ブリルア
ン散乱を光ファイバに沿って局在発生させる技術を提
案・開発した。従来技術を 100 倍凌ぐ 1cm の空間分解能
と、1 万倍凌ぐ 57Hz のサンプリング速度を達成している。
測定システムの簡素化、測定レンジ拡大、温度と歪の分
離検出技術、高空間分解能実現のための新システム構成
の研究を進めた。
A scheme for fiber-optic strain-distribution sensing is
proposed based on Brillouin scattering in the fiber. Correlation
between pump and prove lightwave, which propagate in a fiber
in opposite directions, are controlled. It realizes localized
excitation of the stimulated Brillouin scattering. Spatial
resolution of 1.0cm and sampling rate of 57Hz has been
realized. The resolution is 100 times and the sampling rate is
10,000 times higher, respectively, than conventional ways. A
simplified system configuration, measurement range
elongation, simultaneous measurement of strain and
temperature, and a system for extremely high spatial resolution
have been studied.
2.
光波コヒーレンス関数の合成法による多機能
光ファイバ側圧・振動分布センシング
保立 和夫・浜中 啓・何 祖源・堀江 信吾
Multi-Functional Fiber Optic Distributed Force
Sensing and Distributed Vibration Sensing
K. HOTATE, K. HAMANAKA, Z. HE
and S. HORIE
光波コヒーレンス関数の合成法による光通信
システム用リフレクトメトリ
保立 和夫・柏木 正浩・何 祖源・吉山 総志
High Performance Reflectometry for Diagnosis of
Optical Fiber Networks
K. HOTATE, K. KASHIWAGI, Z. HE
and S. YOSHIYAMA
遠方の光デバイスを高分解能で診断できるリフレクト
リシステムの性能改善を行った。これまでは測定範囲が
離散的で広範囲に渡って連続的に測定することが出来な
かった。今回は、最適なシステムパラメータを求めるこ
とで cm オーダの空間分解能を持ちながら 1km の範囲を
連続的に反射光分布測定できるようになった。また、反
射光量の測定精度を向上させる方式を提案・実験した。
Techniques for diagnosing fiber optic subscriber networks
have been studied.
We must measure the reflectivity
distribution around the optical elements, which locate at the
end of the network beyond several km length of fiber, with cm
order spatial resolution. We have already developed a system
with 6cm resolution for this purpose, but its measurement
range was too short. This time, we have demonstrated
successfully a measurement with the range more than 1km.
Additionally, the accuracy in the measured reflectivity has
been much improved by applying a novel scheme.
4.
光波コヒーレンス関数の合成法による FBG セ
ンサの多重化技術および EDF ダイナミックグ
レーティングの制御
保立 和夫・何 祖源・樊 昕昱・圓山 百代
Multiplexed FBG Sensor and Variable EDF Dynamic
Grating by Synthesis of
Optical Coherence Function
K. HOTATE, Z. He, X. FAN and M. ENYAMA
光ファイバグレーティング多点型歪センサでは反射波
長の異なる多種類の FBG を用意する必要があり､多重化
数に制限ができる等の欠点を有する｡そこで、光波コヒー
レンス関数の合成法を用い､多重化された同一波長の
FBG から一つのみを選択し､その反射周波数を測定する
手法を開発した｡動的・ランダムアクセス歪センシングも
実行した。また、エルビウムドープ光ファイバのゲイン
飽和により形成されるダイナミックグレーティングの特
性とその形成位置を制御する歪分布センシングも提案し
た。
Super-Structure-Grating Distributed Bragg Reflector Laser
Diode を用いた光波コヒーレンス関数合成法において、従
来性能を 20 倍凌ぐ空間分解能 24µm を実現し、感度も向
上させた。偏波維持ファイバ側圧センシングシステムの
機能向上を図った。光ファイバの一端に全ての光学装置
を配置した新システムを稼動させた。振動の分布測定を
簡単な構成で実現するシステムも提案し、実験に成功し
た。
119
Traditional multiplexed Fiber Bragg Grating (FBG) strain
sensor is required to use FBGs with different reflection
frequencies, which restricts the number of multiplexed sensors.
We have developed a system with FBGs having the same
reflection frequency, in which one FBG can be selected using
the synthesis of optical coherence function technique (SOCF).
Dynamic and random-access strain measurement has been
demonstrated. A scheme to control characteristics and the
location of dynamic grating in an Er-doped fiber due to its gain
saturation has also been proposed for strain sensing.
b-FeSi2 is successfully formed below 400°C by thermal
treatment of droplets deposited by pulsed laser deposition
(PLD) at room temperature.
7.
分散特性と櫛型反射スペクトルをもつチャープサンプ
ル FBG は多チャネル分散補償デバイスへ応用できる。
我々はシミュレーションにより最適なパラメータを探し、
その結果を利用し高品質チャープサンプル FBG の作製に
成功した。さらに、多点位相シフト法によって、チャー
プサンプル FBG の高密度化にも成功した。さらに、可変
FBG の研究を行った。熱光学効果により可変多点位相シ
フトサンプル FBG の実現に成功した。また、リングをた
わませたときに周上に生じる不均一な歪みを利用して
FBG に変形を加えることにより、異なるファイバの分散
を補償できる可変分散補償器を実現した。
Chirp-sampled fiber Bragg gratings (CSFBG) have
multi-channel reflection and dispersive characteristics,
therefore useful for multi-channel dispersion compensation.
We designed and fabricated high-quality CSFBG by finding
optimum parameters in a simulation. We demonstrated
densification of CSFBG with our proposed multiple phase shift
(MPS) technique. We also studied tunable FBGs. We
succeeded adjustable MPS-SFBG with thermooptic effect. We
realized tunable dispersion compensator by using nonuniform
strain distribution along a deformed ring.
5.
デジタルセロダイン方式共振型光ファイバジ
ャイロ
保立 和夫・稲井 学
Resonator Fiber Optic Gyros with Digital Serrodyne
Modulation
K. HOTATE and M. INAI
干渉型光ファイバジャイロでは、長尺ファイバや特殊
な低コヒーレンス光源が必要であり、雑音要因となる。
これに対し、共振型光ファイバジャイロは、このような
問題が回避できる可能性を有する。光ファイバ共振器に
入射する光波にデジタルセロダイン変調を施して各種雑
音を低減する信号処理を導入したシステム構成法を提案
し、光カー効果誘起ドリフトと変調波形誤差によるドリ
フトを低減することに成功した。
In I-FOG, a long length fiber coil and a special low coherent
light-source are required to increase the sensitivity. We have
been studying Resonator FOG as a next generation gyro,
which may solve these difficulties. We have developed a
system with digital serrodyne modulation onto the phase of
lightwave incident to the fiber resonator. Optical Kerr effect
induced noise has successfully been reduced by this
configuration.
6.
新しい光ファイバグレーティング(FBG)
山下 真司・ディンチュンキエン・
横大路 宗生・平井 肇
Novel Fiber Bragg Gratings (FBG)
S. YAMASHITA, D. C. KIEN, M. YOKOOJI,
and H. HIRAI
8.
β‑FeSi2 ドロップレットの低温形成
岸 眞人・土屋 昌弘
Low temperature formation of -FeSi2 droplets
M. KISHI and M. TSUCHIYA
UV 光照射による高機能石英系光導波路の作製
山下 真司・柏木 謙
Fabrication of UV-induced waveguide devices
S. YAMASHITA, and K. KASHIWAGI,
UV 光照射により作製される石英系光導波路のデバイ
スについての研究を行なった。UV 光照射による光導波路
の作製に続いて、導波路の屈折率に分布を持たせること
による機能性導波路の実現を目指した。まず、ブラッグ
グレーティングと導波路の同時作製を行ない、TE/TM モ
ードそれぞれに対して 30%程度の反射率を持つ 10mm 長
のブラッググレーティングを内包した導波路を実現した。
また、長周期グレーティング導波路を UV 光照射による
導波路作製技術のみによって作製し、その応用として光
合分波器を実現した。
We are studying to fabricate various optical waveguides by
UV beam radiation. We demonstrated not only simple
waveguides, but also periodic functional waveguides. We
developed a technique for simultaneous fabrication of a
waveguide and Bragg grating, and realized a 10mm-long
Bragg waveguide with ~30% reflectivity for TE and TM
将来の光エレクトロニクス材料として有望視されるβ
-FeSi2 の低温生成法ついて，新たな知見を得た．パルス
レーザ堆積法(PLD)によって，室温シリコン基板上に堆積
した数ミクロンオーダのドロップレット構造を熱処理す
ることにより，400℃以下の温度でβ-FeSi2 相を形成でき
ることが明らかとなった．これまでにないこの様な低温
でのβ-FeSi2 形成過程については，未だ不明な点が多い
が，顕微ラマン分光分析と透過電子顕微鏡による検察結
果は，急冷によって形成されたアモルファス相の熱処理
による相転移が関与していることを示唆している．
-FeSi2 is an attractive material for the development of
silicon-based integration of optical devices and electronic
devices. The low temperature process is needed for the
integration of -FeSi2 into silicon ICs. We found out that
120
modes. We also proposed and demonstrated a novel
long-period graing-based optical multiplexer.
successfully demonstrated transmission of 10Gb/s signal
through 100km standard single-mode fiber.
9.
11. 光ファイバデバイス
山下 真司・マズムダルシャヘド・安岡 充昭
Fiber Devices
S. YAMASHITA, M. SHAHED, and M. YASUOKA
光ファイバレーザ
山下 真司・井上 晋宏・稲葉 淳・浅野 将弘
Fiber Lasers
S. YAMASHITA, Y. INOUE, A. INABA
and M. ASANO
光ファイバ中の４光波混合を用いた波長変換器と波形
再生器の研究を進めた。誘導ブリユアン散乱を抑圧しな
がらスペクトル拡がりを防ぐために、信号光と励起光に
同期した位相変調をかける独自の方法を提案している。
また、偏波維持光ファイバの側圧誘起モード結合を用い
た可変光フィルタの研究を行った。これを光ファイバ増
幅器の利得等化フィルタに応用した。
We are studying fiber four-wave mixing (FWM) –based
wavelength converters and waveform regenerators. In order to
suppress SBS without spectral spread, we proposed to
modulate the phase of both signal and pump waves
synchronously. We also studied tunable filter by using
stress-induced mode coupling in the polarization maintaining
fiber, and applied it as a gain equalizer for fiber amplifiers.
多波長光ファイバレーザの研究を行った。エルビウム
ドープファイバ増幅器と高非線形ファイバをリング共振
器内に挿入することにより、波長域 40nm にわたり 10GHz
間隔で 488 波長、100GHz 間隔で 51 波長を常温で多波長
発振させることに成功した。また、多波長モード同期フ
ァイバレーザの安定化手法の研究を進めている。また、
高速で波長可変なモード同期光ファイバレーザの研究を
行った。共振器中の分散のために自由スペクトル間隔
(Free Spectral Range: FSR)が波長依存性を持つことを利用
し、モード同期周波数を変化させることで波長をチュー
ニングすることができた。モード同期周波数 1GHz 付近
では 10nm の発振範囲が得られており、1.53nm/ms のチュ
ーニング速度が実現できている。
We are studying multiwavelength fiber lasers. By inserting
highly-nonlinear fiber in the laser cavity, we could generate
10GHz-spaced 488 wavelengths, and 100GHz-spaced 51
wavelengths over 40nm. We are also studying stabilization
technique of the multiwavelength mode-locked fiber lasers. We
also studied fast tunable mode-locked fiber lasers. Using the
change of FSR due to intracavity dispersion, lasing wavelength
could be tuned by changing the mode-locking frequency. We
achieved 10nm tuning range and 1.53nm/ms tuning speed with
mode-locking frequency around 1GHz.
12. カーボンナノチューブの光ファイバ通信応用
山下 真司・井上 悠介
Applications of Carbon Nanotubes
S. YAMASHITA and Y. INOUE
カーボンナノチューブ（CNT）を用いたデバイスの研
究を行っている。CNT の可飽和吸収性を用いて受動モー
ド同期短パルスファイバレーザを実現した。1550nm 帯で
1.87ps の短パルスが得られた。また、CNT の可飽和吸収
性は 1550nm 以外の波長帯でも有効であり、1500nm 帯の
S-Band では 1.40ps の短パルスが、1600nm の L-Band では
3.26ps のパルスが得られた。また、2cm という非常に短
い共振器長の光ファイバレーザを CNT を用いることによ
り実現し、光ファイバ通信への実用可能な 5GHz という
高繰り返しのパルスレーザを実現した。
We are studying the novel photonic devices using Carbon
nanotubes (CNT). We realized a novel passively mode-locked
fiber laser using saturable absorption of CNT, and generated
short (~1.87ps) pulses at 1550nm. It is usable at very wideband,
and we demonstrated 1.40ps pulses at S-band and 3.26ps
pulses at L-band. We also realized very short (~2cm) passively
mode-locked fiber laser using CNT, and generated high
repetition rate (~5GHz) pulse trains, which is applicable in the
communication systems.
10. 全光型半導体再生中継器
山下 真司・グエンホアンマン
All-Optical Semiconductor-Based Regenerators
S. YAMASHITA and H. M. NGUYEN
光ファイバブラッググレーティング（FBG）を利用し
て、ファブリペロー半導体レーザ（FP-LD）の自己注入同
期によって波形再生の研究を行った。信号入力がないと
きには、FP-LD は FBG のブラッグ周波数 f1 ので自己注入
同期される。信号入力がある時には、同期閾値以上であ
れば信号周波数 f1 で注入同期される。FP-LD から出力さ
れた光をバンドパスフィルタで f2 の成分をカットするこ
とによって、元の信号波形が再生される。これにより
10Gb/s 信号の 100km シングルモードファイバ伝送を実現
した。
We improved our proposed waveform regenerator based on
injection locking of a Fabry-Perot laser diode (FP-LD).
Without signal injection, the LD is self-injection locked at
Bragg frequency f2 by a FBG, and it is injection locked at
signal frequency f1 when the signal is injected. Distorted
intensity-modulated signal is reshaped by filtering f2. We
論文・著書一覧（2003 年度）
Publications List
研究論文
[1]
121
K. Hotate, M. Enyama, S. Yamashita and Y. Nasu: “A
multiplexing technique of fiber Bragg grating sensors
[2]
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K. Hotate, A. Kuramoto and Z.-Y. He: “Optical fiber
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optical coherence function, IEEE Photonic Technol. Lett.,
vol. 16, no.2, pp. 578 – 580 (2004).
熊谷仁志, 岩城英朗, S.S.L. Ong, 保立和夫: 高分解
能分布型光ファイバセンサによるひび割れ検知,
コンクリート工学, vol.41, no.7, pp.29-33 (2003).
S. Yamashita and R. Hayashi, “Measurement of fiber
chromatic dispersion using a mode-locked fiber laser,”
IEICE Transactions on Electronics, vol.E86-C, no.5,
pp.838-841 (2003).
K. Torii and S. Yamashita, “Efficiency improvement of
optical fiber wavelength converter without spectral
spread
using
synchronous
phase/frequency
modulations,” IEEE/OSA Journal of Lightwave
Technology, vol.21, no.4, pp.1039-1045 (2003).
S. Yamashita and K. Torii, “Polarization-independent,
highly-efficient optical fiber wavelength converter
without spectral spread using synchronous phase/
frequency modulations,” IEICE Transactions on Electronics, vol.E86-C, no.7, pp.1370-1373 (2003).
M. Tani and S. Yamashita, “Dispersion compensation
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pp.1283- 1287 (2003).
R. Hayashi, S. Yamashita and T. Saida, “16-wavelength,
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IEEE Photonics Technology Letters, vol.15, no.12,
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国際会議論文
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[12] K. Hotate: “Fiber Optic Distributed Sensing for Smart
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pp.510-513 (Oct. 2003) <Invited>.
122
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[14] S.S.L. Ong, H. Kumagai, H. Iwaki and K. Hotate:
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Sensors (OFS-16), Nara, We3-3, pp.462-465 (2003).
[15] S.S.L. Ong, M. Imai, Y. Sako, Y. Miyamoto, S. Miura
and K. Hotate: “Dynamic strain measurement and
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Brillouin optical correlation domain analysis based
distributed strain sensor,” 16th Intern. Conf. on Optical
Fiber Sensors (OFS-16), Nara, We3-2, pp.458-461
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[20] M. Imai, Y. Sako, Y. Miyamoto, S. Miura, Y. Miyamoto,
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西島 潤, 山下真司,
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レクトロニクスの展開」第１回国際シンポジウム,
東京大学武田ホール, pp.3-4 (2004).
K. Hotate and Z. He,
Fiber-optic nerve systems for
smart materials and smart structures, 東京大学 21 世
紀 COE「未来社会を担うエレクトロニクスの展開」
第１回国際 シ ンポジ ウム, 東京大 学武 田 ホール,
pp.403-409 (2004).
He and K. Hotate,
Synthesis of optical coherence
function and its application in photonic sensing, 東京
大学 21 世紀 COE「未来社会を担うエレクトロニク
スの展開」第１回国際シンポジウム, 東京大学武田
ホール, pp.411-418 (2004).
山内豊彦, 保立和夫, ポンプ・プローブ時分割発生
法による BOCDA 方式光ファイバ歪分布測定システ
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第 64 回応用物理学会学術講演会, 福岡大学,
31p-YH-8, p.1105 (2003).
今井道男, 酒向裕司, 宮本裕司, 三浦 悟, S. S. Ong,
保立和夫, BOCDA 式分布計測型光ファイバセンサ
による損傷モニタリング （その１）システム概要と
建物モデルによる検証実験, 2003 年度日本建築学
会大会（東海）学術講演会, 中部大学, B2-21504,
pp1007-1008 (2003).
酒向裕司, 今井道男, 宮本裕司, 三浦 悟, S. S. Ong,
保立和夫, BOCDA 式分布計測型光ファイバセンサ
による損傷モニタリング （その２）建物モデルによ
る損傷検知実験,
2003 年度日本建築学会大会（東
海）学術講演会, 中部大学, B2-21505, pp1009-1010
(2003).
保立和夫,
光ファイバセンサとの 24 年,
電子情
報通信学会ソサイエティ大会, 新潟大学, エレクト
ロニクスソサイエティプレナリーセッション,
p.SS-4, (2003) <受賞記念講演>.
保立和夫,
光波コヒーレンス関数の合成法による
痛みの分かる材料・構造・通信網のための光ファイ
バ神経系, 電子情報通信学会ソサイエティ大会, 新
潟大学, C-3-108, p.241 (2003) <招待講演>.
圓山百代, 保立和夫, 光波コヒーレンス関数の合成
法による FBG 多点センシングシステムでの動的歪
測定, 電子情報通信学会ソサイエティ大会, 新潟大
学, C-3-70, p.203 (2003).
S.S.L. Ong, 保立和夫,
Dynamic strain measurement
with 50hz sampling rate using a Brillouin optical
correlation domain analysis based fiber optic sensor, 電
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子情報通信学会ソサイエティ大会, 新潟大学,
C-3-109, p.242 (2003).
稲井 学, 保立和夫,
デジタルセロダイン方式共振
型光ファイバジャイロ‐セロダイン変調振幅自動調
整法の提案‐ 電子情報通信学会ソサイエティ大会,
新潟大学, C-3-110, p.243 (2003).
柏木正浩, 保立和夫, 光波コヒーレンス関数の合成
による光加入者系用遠方監視リフレクトメトリの測
定範囲の拡大,
電子情報通信学会ソサイエティ大
会, 新潟大学, C-3-111, p.244 (2003).
今井道男, 酒向裕司, 三浦 悟, 宮本裕司, S. S. Ong,
保立和夫, BOCDA 式分布計測型光ファイバセンサ
による損傷モニタリング実験, 平成 15 年度土木学
会全国大会, 徳島大学 (2003).
稲井 学, 保立和夫,
デジタルセロダイン方式共振
型光ファイバジャイロ −デジタルセロダイン変調
振幅自動調整システムの実験的検証−,
Optics
Japan 2003, 浜松, 9aA6, pp.238-239 (2003).
樊 昕昱, 何 祖源, 保立和夫, 偏波維持エルビウム
添加ファイバにおけるダイナミックグレーティング
を用いた光波コヒーレンス関数の合成法による分布
型光ファイバ歪センシング,
電子情報通信学会総
合大会, 東京工業大学, C-3-5, p.178 (2004).
圓山百代, 保立和夫, 光波コヒーレンス関数の合成
法によるファイバブラッググレーティング歪センシ
ングシステムでのランダムアクセス歪測定,
電子
情報通信学会総合大会, 東京工業大学, C-3-8, p.181,
(2004).
稲井 学, 保立和夫,
デジタルセロダイン方式共振
型光ファイバジャイロにおける光 Kerr 効果誘起雑
音低減手法の提案及び実験的検証,
電子情報通信
学会総合大会, 東京工業大学, C-3-6, p.179 (2004).
阿部浩士, 保立和夫, BOCDA 方式分布型光ファイ
バ歪センサの測定距離の拡大,
電子情報通信学会
総合大会, 東京工業大学, C-3-9, p.182 (2004).
何 祖源, 吉山総志, 圓山百代, 保立和夫, 光波コヒ
ーレンス関数合成法による高精度光リフレクトメト
リーの研究, 電子情報通信学会総合大会, 東京工業
大学, C-3-7, p.180 (2004).
保立和夫,
光波コヒーレンス関数の合成法による
分布型光ファイバーセンシング, 第 51 回応用物理
学関係連合講演会, 東京工科大学, 30a-ZS-3, P.1718
(2004).
山内豊彦, 保立和夫, ポンプ・プローブ時分割発生
法による高分解能な BOCDA 方式光ファイバ動的歪
み分布測定システム, 第 51 回応用物理学関係連合
講演会, 東京工科大学, 29a-ZS-8, p.1329 (2004).
保立和夫, 新井 寛, 山内豊彦,
低コヒーレンス光
源を用いた BOCDA システムの構築と高分解能歪分
布測定,
第 51 回応用物理学関係連合講演会, 東京
工科大学, 29a-ZS-7, p.1329 (2004).
保立和夫, 谷澤 健, 阿部浩士, BOCDA システムの
[70]
[71]
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ための温度・歪分離測定法の探求, 第 51 回応用物
理学関係連合講演会, 東京工科大学, 29a-ZS-11, 1330
(2004).
何 祖源, 堀江信吾, 圓山百代, 保立和夫, 光波コヒ
ーレンス関数の合成による偏波維持光ファイバ側圧
センサの片端入力・測定, 第 51 回応用物理学関係
連合講演会, 東京工科大学, 29a-ZS-6, P.1328 (2004).
何 祖源, コン ユーティン, 柏木正浩, 保立和夫,
光波コヒーレンス関数合成によるオプティカルド
ップラートモグラフィー, 第 51 回応用物理学関係
連合講演会, 東京工科大学, 29p-K-1, P.1126 (2004).
大内雅之, 久村 唯, 宍戸健展, 菅原宏治, 岸 眞人,
土屋昌弘,
PLD 法とアニール処理により形成され
たβ-FeSi2 ドロップレットの断面 TEM 観察 , 第
51 回応用物理学関係連合講演会, 東京工科大学,
30p-R-17, p.1522 (2004).
Trung Kien Dinh, 山下真司, 多点位相シフト法によ
るチャープサンプル光ファイバブラッググレーティ
ングの高密度化,
2003 年電子情報通信学会ソサエ
ティ大会, no.C-3-67 (2003).
柏木謙, 山下真司, 位相マスクを用いた UV 光照射
によるブラッググレーティングと光導波路の同時作
製,
2003 年電子情報通信学会ソサエティ大会,
no.C-3-68 (2003).
井上晋宏, 山下真司, 多波長光ファイバラマンリン
グレーザ,
2003 年電子情報通信学会ソサエティ大
会, no.C-4-32 (2003).
山下真司,
カーボンナノチューブの光デバイス応
用, 電子情報技術産業協会（JEITA）フォトニック
ネットワークデバイス技術専門委員会 (2003).
山下真司,
光ファイバグレーティングの基礎、解
析法および多機能化,
ニューガラスフォーラム情
報通信デバイス研究会 (2003).
山下真司,
カーボンナノチューブ可飽和吸収素子
とモードロック光ファイバレーザ応用（招待講演）,
第 42 回精研シンポジウム (2004).
山下真司, 平井 肇,
リング上に曲げ配置した
FBG の変形による特性可変化, 2004 年電子情報通
信学会ソサエティ大会, no.C-3-25 (2004).
Trung Kien Dinh, 山下真司, サンプル光ファイバブ
ラッググレーティングの広帯域化・高密度化, 2004
年 電 子 情 報 通 信 学 会 ソ サ エ テ ィ 大 会 , no.C-3-31
(2004).
柏木 謙, 山下真司,
UV 光照射による石英系光導
波路作製技術を利用した長周期グレーティング導波
路の作製,
2004 年電子情報通信学会ソサエティ大
会, no.C-3-149 (2004).
井上晋宏, 山下真司, 多波長エルビウムドープファ
イバリングレーザ,
2004 年電子情報通信学会ソサ
エティ大会, no.C-4-15 (2004).
浅野将弘, 山下真司, 共振器中の分散を利用した波
長可変モード同期光ファイバレーザ,
2004 年電子
情報通信学会ソサエティ大会, no.C-4-16 (2004).
[84] 井上悠介, 山下真司, 丸山茂夫, 村上陽一, 矢口 寛,
M. Jablonski, S. Y. Set,
石英基板上に直接合成した
カーボンナノチューブの可飽和吸収特性を用いたモ
ード同期光ファイバレーザ, 2004 年電子情報通信
学会ソサエティ大会, no.C-4-20 (2004).
[85] Hoang Manh Nguyen, 山下真司, 自己注入同期を用
いたファブリペロー半導体レーザによる波形再生,
2004 年電子情報通信学会ソサエティ大会, no.C-3-25
(2004).
125
菊池・多久島研究室
Kikuchi and Takushima Laboratories
KOK HANN, J.SUZUKI, KIATCHANOG
THANAKOM and S. OHARA
(http://www.ginjo.rcast.u‑tokyo.ac.jp)
研究現況
Current Research Projects
1.
ファイバグレーティングと光ネットワークへ
の応用
菊池 和朗・C.S.Goh・Feng Dejun・Dexian Wang・
Liu Tao
Fiber Bragg gratings and their applications to
photonic networks
K. KIKUCHI, C.S. GOH, FENG DEJUN, DEXIAN
WANG and LIU TAO
ファイバブラッググレーティング(FBG)は、波長分割多
重ネットワークにおいて多彩な応用が可能である。我々
のグループでは，均一周期の FBG に不均一な歪分布を与
えることにより，可変分散補償デバイスを開発している。
今年度は２つの FBG をカスケード接続し，二次，三次分
散を任意に制御するモジュールを試作した。また，複数
の FBG を同一基板上に配置し，分散量を増強する手法に
ついても，実験的にその有効性を確認した。さらに，位
相サンプル FBG についても検討を行なった。位相マスク
に変位を与えながら FBG を書き込む手法を用いて，８チ
ャンネル位相サンプル FBG の作製に成功した。この FBG
に歪分布を与えることにより，８チャンネルの分散を同
時に可変化した。この他、任意の特性を持つファイバグ
レーティングを設計するための逆散乱法アルゴリズムの
開発をするとともに，設計された FBG を作製する装置の
開発もあわせて行っている。
Fiber Bragg Grating (FBG) has various applications in
WDM optical networks. We have demonstrated the use of FBG
as 2nd-order and 3rd-order tunable dispersion compensators by
applying strain gradient on a uniform FBG, thereby introducing
either a linear or a non-linear chirp. The amount of dispersion
is significantly enhanced by multiple FBGs placed on a
substrate in parallel. Phase-sampled FBGs have also been
fabricated by displacing and dithering a phase mask during
the exposure process. Eight-channel FBG is demonstrated and
the dispersion of each channel can be varied simultaneously by
the strain tuning method. In addition, an inverse scattering
algorithm has also been developed to design specific fiber
gratings. We are currently in progress to upgrade the FBG
fabrication system that allows us to make longer gratings with
an arbitrary amplitude and phase profile.
2. 全光信号処理
菊池 和朗・平 健二・種村 拓夫・Fong Kok Hann・
鈴木 順・Kiatchanog Thanakom・大原 盛輝
All-optical signal processing technologies
K. KIKUCHI, K.TAIRA, T. TANEMURA, FONG
126
2.1 高非線形材料（Highly nonlinear materials）
全光信号処理デバイス応用へ向けて、酸化ビスマス系
ガラス光ファイバ（ Bi ファイバ ）の研究、開発を行っ
ている。Bi ファイバは波長 1.55 mm 帯において高い光
学的非線形性を示す。今年度は，n2 の増強，コアの細径
化により， = 1360W-1km-1 の高非線形性を達成した。ま
た，カーボンナノチューブや分極反転ニオブ酸リチウム
導波路を用いた非線形デバイスの開発も行なっている。
We study a Bismuth Oxide-based glass fiber (Bi-fiber)
aiming at applications to all-optical signal processing.
Bi-fibers have large optical nonlinearity in the optical
communication band around 1550 nm. In this year, we
demonstrated Bi fibers with = 1360W-1km-1, which was
achieved by enhancement of n2 as well as reduction of the
effective core area. We are also studing nonlinear optical
devices based on Carbon nano-tube (CNT) and periodic-poled
LiNbO3 (PPLN) waveguides.
2.2 超 短 光 パ ル ス 発 生 （ Ultra short optical pulse
generation）
電界吸収変調器(EA 変調器)から発生する光パルスを光
ファイバの非線形性を用いて圧縮することにより，繰り
返し周波数および波長可変なピコ秒パルスを得ることに
成功した。EA 変調器からの出力パルス幅は 10ps 以上で
あるが，一旦パルス圧縮した後，そのスペクトルを光フ
ァイバの自己位相変調効果により拡散し，光帯域フィル
タでスペクトルを切り出すことにより，ペデスタルのな
い高品質のピコ秒パルスが得られている。現在，160Gbps
伝送システム用の信号光パルスおよび局発用パルスとし
ての応用を検討している。
We have developed an electroabsorption-modulator
(EAM)-based picosecond pulse generator. The pulse width
generated from an EAM is typically about 20 ps at 10 GHz. In
order to obtain picosecond pulses, we need a pulse compressor,
but the conventional pulse compressor usually generates large
pedestal. In our scheme, we first generate a supercontinuum
(SC) spectrum from the EAM output, and slice the SC
spectrum by a bandpass filter (BPF). The spectral slicing
process can eliminate the pedestal of picosecond pulses. Using
the tunable BPF with a passband of 1 nm, pedestal-free 3.5-ps
pulses with the timing jitter of 150 fs are obtained at the
repetition rate of 10 GHz.
2.3 光ファイバ中の光パラメトリック効果（Optical
parametric effects in optical fibers）
光ファイバの変調不安定現象を用いると，高いパラメ
トリック利得を得ることができるので，種々の信号処理
が可能となる。今年度は，２ポンプ変調不安定現象の物
理を解明し，これを用いて偏波無依存，広帯域波長変換
を実現した。また，損失分散と三次非線形性の相互作用
によっても変調不安定が起きることを理論的に示し，ア
イドラ光に誘導ブリルアン散乱による分布損失を与える
important issues in the next-generation broadband optical
network. In order to improve the efficiency of spectral
utilization, we are studying the DQPSK scheme both
theoretically and experimentally. We have also started to
investigate the phase-diversity receiver, which can demodulate
the milti-level PSK signal.
システムにより，これを実験的に検証した。
High parametric-amplifier gain can be obtained by using the
modulation instability (MI) effect in optical fibers. We have
elucidated the physical mechanism of two-pump MI, and
achieved polarization-independent wavelength conversion over
a wide bandwidth. In addition, we theoretically show that the
interaction between the third-order nonlinearity and the
loss/gain dispersion can produce the MI effect, and
demonstrate this new class of MI by the experiment using the
distributed loss due to induced Brillouin scattering.
2.4 光ファイバ中の SPM および XPM を用いた光信号
処理（Optical signal processing based on SPM and XPM in
optical fibers）
光パルスが正常分散を持つ光ファイバを伝搬すると，
正常分散と自己位相変調（SPM）の相互作用により，パ
ルス・スペクトルは平坦に拡がる。データパルス列を用
いてスペクトルを拡散することができれば，拡散したス
ペクトルを処理することにより，波長変換，シリアル-パ
ラレル変換，パルス波形整形など多彩な光信号処理機能
を実現できる。本研究では，平坦なスペクトルを発生さ
せるための光ファイバの分散分布について検討した。階
段状に変化する正常分散分布を提案し，実験的にその有
効性を検証した。また，光カーシャッタを用いた OTDM
信号の分岐・挿入回路，クロックパルスと信号光の相互
位相変調を用いた光３R 中継技術について検討した。
During propagation through an optical fiber with normal
group-velocity dispersion (GVD), the spectrum of an optical
pulse is broadened flatly owing to the interaction between the
self-modulation (SPM) effect and the normal GVD. We can
achieve various kinds of optical signal processing such as
wavelength conversion, serial-parallel conversion, and pulse
reshaping, spreading the spectrum and slicing it by an optical
filter. In this study, we find that the fiber most suitable for
such signal processing has the dispersion which is decreasing
step-like along the fiber. We have also demonstrated an ADM
for the OTDM signal based on the optical fiber Kerr shutter
and an optical 3R circuit based on cross-phase modulation
between clock and signal pulses.
4.
光周波数変調法を用いた群速度分散測定
多久島 裕一・廣田 洋一・小関 泰之
Measurement of fiber dispersion by using a novel
optical frequency modulation method
Y. TAKUSHIMA, Y. HIROTA, and Y.OZEKI
3. コヒーレント光通信技術
菊池 和朗・加藤 一弘・Ly-Gagnon Dany-Sebastien・
塚本 聡
Coherent optical communication technologies
K. KIKUCHI, K. KATOH, LY-GAGNON
DANY-SEBASTIEN and S. TSUKAMOTO
今後，光周波数利用効率の極限的な改善をはかる場合，
変復調方式に関する再検討を行うことが重要である。今
年度は，DQPSK 伝送に関する理論的・実験的研究を行な
った。また，８相以上の多値 PSK 信号を復調するための
位相ダイバーシティー受信器に関する研究を開始してい
る。
The efficient use of the optical spectrum is one of the most
127
光ファイバの分散値を正確に測定する新しい手法を開
発している。提案手法は光周波数変調法と呼ばれるもの
であり、光源の周波数と強度を同時に変調し、測定対象
の分散値を強度変調成分の位相変化から読み取る。この
方法は、群速度遅延時間のドリフトの影響を受けず、ま
た測定ファイバからの出力のみを用いて分散測定が可能
であるという利点を持つ。その上、伝送データで変調さ
れた信号光をプローブ光として用いることができるため、
伝送システムにおける実時間モニタが可能となる。実験
による原理確認、および 6000km, 32 波 10Gbit/s 波長多重
伝送システムにおける分散モニタ実験に成功している。
現在、これを可変分散測定器の評価への応用を進め、10
ミリ秒程度に短い測定時間で従来の測定器並の測定精度
を実現した。
We investigate a method for the measurement of optical
fiber dispersion, which we call optical frequency modulation
method. In the proposed method, we modulate the optical
carrier frequency of the probe light, and derive the dispersion
value directly from the phase deviation induced by the
frequency modulation through the dispersion. This method is
insensitive to the drift of the group delay, and the dispersion
can be obtained only from the output light. In addition, this
method can be modified so that the signal light modulated with
a binary data can be used as the probe light. These features
enable the in-service monitor using the transmission signal
light itself. So far, we have experimentally confirmed the
principle of operation of the proposed method, and
successfully demonstrated the in-service dispersion monitor in
a 6000-km, 32ch x 10 Gbit/s WDM transmission system. We
applied the proposed method to the evaluation of tunable
dispersion compensators and realized fast measurement with
accuracy as high as that of previous standard dispersion
measurement techniques.
5.
シミラリトン光パルスの発生機構の研究と低
雑音多波長光源への応用
小関 泰之・安仲 健太郎・多久島 裕一
Study on similariton generation using optical fiber
amplifiers and its application to low-noise
multi-wavelength sources
イバ中の非線形偏波回転を利用した受動モード同期レー
ザを開発している。本研究の特徴は、ノイズライクモー
ドとよばれる擬似モード同期を積極的に利用しいる点で
ある。この条件下ではクリーンなパルスは発生できない
が、スペクトルは白色状に広がり、高いポンプ条件にお
いても安定に動作する。実験においてエルビウム添加光
ファイバ(EDF)を用いたファイバレーザを作成し、EDF の
利得帯域幅を大きく超えるスペクトル幅(87nm)を有する
光パルスの生成に成功した。また、更に広いスペクトル
を得るために、このパルスを利用してスーパーコンティ
ニューム発生を行い、約 950nm の帯域（波長 1200-2200nm）
にわたる平坦なスペクトルの発生に成功した。現在、医
療向け光センサー用の光源や光通信用の光部品検査用光
源などの応用について検討している。
We develop passively mode-locked fiber lasers that utilize
nonlinear polarization rotation in optical fibers The purpose of
this study is to generate ultra broadband optical pulses. The
feature of this project is that we intentionally operate the laser
in quasi-mode-locking condition, which is called noise-like
mode. In this condition, the laser cannot generate clean optical
pulse train, but the spectrum broadens flatly like 'white noise'
and the operation is kept stable even if the pump power is
extremely high. In the experiment, we constructed fiber lasers
using Erbium-doped fibers (EDFs) and successfully generated
optical pulse trains whose spectrum width is much wider than
the gain bandwidth of EDFs (87nm). In addition, we examined
super-continuum generation by using the output pulses from
the developed laser, and successfully generated flat spectrum
of over 950 nm (in the wavelength range of 1200 to 2200 nm.
Currently, we investigate the application to light sources for
medical sensing and optical component tests.
Y. OZEKI, K. YASUNAKA, and Y. TAKUSHIMA
シミラリトンとは光ファイバ増幅器中に存在する光パ
ルスであり、理論的には利得媒質中の非線形シュレーデ
ィンガー方程式の自己相似解として表される。光ファイ
バ中の分散・非線形光学効果・利得の相互作用を通じて
任意の光パルスはシミラリトンに漸近することが示され
ており、線形チャープを蓄積しながら波形が崩れること
なく安定に伝搬する。これらの性質はパルス圧縮や高エ
ネルギー光パルスへの応用に重要である。本研究では、
歪みのないシミラリトン光パルスを生成するための基礎
的な検討を数値シミュレーションにより行い、シミラリ
トン光パルスを用いた多波長光源を開発した。特徴は、(a)
非常に平坦なスペクトルが得られ、多波長光源にしたと
きに信号光の品質にばらつきがないこと、(b) スペクトル
リプルから発生する過剰雑音の影響がなく、スペクトル
を切り出した後の光の雑音が非常に小さいことである。
実験において、我々は長尺なエルビウム添加光ファイバ
増幅器を用いることにより非常に低雑音な多波長光源を
作成することに成功している。
'Similariton' is a self-similar solution to the nonlinear
Schrödinger equation in a gain medium. Through the
interaction among normal dispersion, self-phase modulation
(SPM) and gain, an input optical pulse launched into a gain
medium evolves into a similariton pulse having a parabolic
shape. During propagation, similariton pulses accumulate the
frequency chirp which is almost linear and are less susceptible
to optical wave breaking. So far, these features have opened up
various applications of similariton pulses such as pulse
compression and high-energy pulse generation. In this project,
we numerically investigated the pulse propagation in optical
fiber amplifiers in order to generate distortion-free similariton
pulses and applied them to multi-wavelength sources. The
main features of the proposed multi-wavelength sources are
twofold: (a) the output spectrum is extremely flat, and the
characteristics of spectrum-sliced pulses are uniform (b).this
method is free from the excess noise originated from the
spectrum ripple, and hence the noise of spectrum-sliced puless
is extremely small. In the experiment, we successfully
demonstrated the similariton generation in the wavelength
region of 1.55-µm using a newly developed 1-km long
Erbium-doped fiber amplifier. and showed that the sliced
signal light has excellent noise performance.
6.
論文・著書一覧（2003 年度）
Publications List
研究論文
[1]
[2]
擬似モード同期ファイバレーザを用いた超広
帯域スペクトル光発生
多久島 裕一・安仲 健太郎・Atul Kumar・
小関 泰之・水野 雄介
Ultra-broadband optical pulse generation using
quasi-mode-locked fiber lasers
Y. TAKUSHIMA, K. YASUNAKA, A. KUMAR,
Y. OZEKI and Y. MIZUNO
[3]
[4]
広帯域なスペクトルを有す光源を得る目的で、光ファ
128
T. Tanemura, C. S. Goh, K. Kikuchi, and S. Y. Set,
“Highly efficient arbitrary wavelength conversion within
entire C-band based on nondegenerate fiber four-wave
mixing,'' IEEE Photonics Technol. Lett., vol.16, no.2,
pp.551-553, Feb. 2004.
C. S. Goh, S. Y. Set, and K. Kikuchi, “Design and
fabrication of a Tunable dispersion-slope compensating
module based on strain-chirped fiber Bragg gratings,''
IEEE Photonics Technol. Lett., vol.16, no.2, 524-526,
Feb. 2004.
T. Sakamoto and K. Kikuchi, “Nonlinear optical loop
mirror with an optical bias controller for achieving
full-swing operation of gate switching,'' IEEE Photonics
Technol. Lett., vol.16, no.2, 545-547, Feb. 2004.
T. Sakamoto, K. Seo, K. Taira, N. S. Moon, and K.
Kikuchi,
“Polarization-insensitive
all-optical
[5]
[6]
[7]
[8]
[9]
[10]
[11]
[12]
[13]
[14]
time-division demultiplexing using a fiber four-wave
mixer with a peak-holding optical phase-locked loop,''
IEEE Photonics Technol. Lett.,vol.16, no.2, 563-565, Feb.
2004.
S.Y. Set, M. Jablonski, K. Hsu, C. S. Goh, and K.
Kikuchi,
“Rapid
amplitude
and
group-delay
measurement system based on intra-cavity-modulated
swept-lasers,'' IEEE Transactions on Instrumentation and
Measurement, vol.53, no.1, pp.192-196, Feb. 2004.
K. Taira and K. Kikuchi, “Picosecond pulse generation
with a high extinction ratio employing an
electroabsorption modulator, a fiber compressor, and a
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trans-Atlantic
distance
using
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picosecond
pulse
generation
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on spectral slicing of supercontinuum, '' Conference on
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[32] S. Y. Set, H. Yaguchi, Y. Tanaka, M. Jablonski, Y.
Sakakibara, M. Tokumoto, H. Kataura, Y. Achiba, and K.
Kikuchi, “A dual-regime mode-locked/Q-switched laser
using a saturable absorber incorporating Carbon
nanotubes (SAINT),'' Conference on Lasers and
Electro-Optics (CLEO'03), CThPDA9, Baltimore, June
2003.
[33] Y. Sakakibara, A. Rozhin, M. Tokumoto, H. Kataura, Y.
Achiba, S.Y. Set, H. Yaguchi, M. Jablonski, Y. Tanaka,
130
and K. Kikuchi, “Nonlinear optical thin film devices
using saturable absorption of single wall Carbon
nanotubes for optical telecommunication,'' The 203rd
Meeting of The Electrochemical Society, R5-1472, Paris,
France, 27 April-2 May 2003.
シンポジウム・研究会・大会等発表
[34] 種村拓夫, 小関泰之, 菊池和朗, 光ファイバの損失
分散に起因する光パラメトリック増幅効果の観測,
2004 年電子情報通信学会総合大会, C-3-125, 東京工
業大学, 2004 年 3 月 22-25 日.
[35] 平健二, 小関泰之, 多久島裕一, 菊池和朗, 正常分
散減少ファイバ中の自己相似パルス伝搬， 2004 年
電子情報通信学会総合大会, C-4-4, 東京工業大学, 3
月 22-25 日
[36] 安仲健太郎, 多久島裕一, 小関泰之, 平健二, 菊池和
朗,
Er ドープファイバレーザのノイズライクモー
ド発振と分散耐性,'' 2004 年電子情報通信学会総合大
会, C-4-17, 東京工業大学, 3 月 22-25 日
[37] Dexiang Wang, Chee S. Goh, Sze Y. Set and K. Kikuchi,
Phase-sampled Fibre Bragg Gratings for
Multi-channel Tunable Dispersion Compensators,'' 2004
年電子情報通信学会総合大会, C-3-89, 東京工業大
学, 3 月 22-25 日
[38] 鈴木順, 平健二, 福地裕, 小関泰之, 種村拓夫, 菊池
和朗,
光ファイバカーシャッターを用いた全光時
分割アドドロップマルチプレクサ,'' 2004 年電子情報
通信学会総合大会, C-3-126, 東京工業大学, 3 月
22-25 日
[39] 福地裕, 菊池和朗, 畑洋介, 歩行田祥人, 小島慶太,
赤池正巳,
擬似位相整合ニオブ酸リチウム光導波
路の縦続二次非線形光学効果を用いた任意波長変換
器の帯域限界,'' 2004 年電子情報通信学会総合大会,
C-4-35, 東京工業大学, 3 月 22-25 日
[40] 小関泰之, 多久島裕一, 平健二, 菊池和朗, 逆伝搬
法により最適化された入力パルスを用いたスペクト
ル歪のない放物線パルス発生,'' 2004 年電子情報通信
学会総合大会, C-4-2, 東京工業大学, 3 月 22-25 日
[41] 劉陶, 呉志松, 馮徳軍, 薛世栄, 菊池和朗， A tunable
dispersion compensator with cascaded strain-chirped
fiber Bragg gratings,'' 2004 年電子情報通信学会総合
大会, C-3-87, 東京工業大学, 3 月 22-25 日
[42] 石田和行, Ly-Gagnon Dany-Sebastien, 清水克宏, 水
落隆司, 本島邦明, 菊池和朗,
RZ-DQPSK 方式を
用いた 20Gb/sｘ20 波 5090km 伝送試験,'' 2004 年電子
情報通信学会総合大会, B-10-71, 東京工業大学, 3
月 22-25 日
[43] 平健二, 多久島裕一, 菊池和朗, 階段型正常分散プ
ロファイルファイバを用いたスーパーコンティニュ
ーム発生, '' 2003 年電子情報通信学会ソサエティ大
会, C-4-25, 新潟大学, 2003 年 9 月 23-26 日.
[44] 小関泰之, アトルクマル, 平健二, 多久島裕一, 菊池
和朗,
長尺光ファイバ増幅器中で発生するスーパ
ーコンティニュームのスペクトルスライスによる低
雑音パルス光源,'' 電子情報通信学会ソサイエティ
大会, C-4-26, 新潟大学, 2003 年 9 月 23-26 日.
[45] C. S. Goh, S. Y. Set, Dejun Feng, K. Kikuchi,
A
dispersion free filter with bandwidth tunability based on
simultaneous S-bend chirping of twin linearly chirped
fiber Bragg gratings,'' 電子情報通信学会ソサイエテ
ィ大会, C-3-69, 新潟大学, 2003 年 9 月 23-26 日.
[46] 福地裕, 赤池正巳, 前田譲治, 菊池和朗,
擬似位相
整合縦続二次非線形 LiNbO3 全光超高速ゲートスイ
ッチの特性解析,'' 電子情報通信学会ソサイエティ
大会, C-3-31, 新潟大学, 2003 年 9 月 23-26 日.
[47] 福 地 裕 , 赤 池 正 巳 , 菊 池 和 朗 ,
擬似位相整合
LiNbO3 デバイスの縦続二次非線形効果を用いた全
光超高速再生中継器の特性解析,'' 電子情報通信学
会ソサイエティ大会, C-4-46, 新潟大学, 2003 年 9 月
23-26 日.
[48] 福地裕，坂本高秀，平健二，菊池和朗,
擬似位相
整合ニオブ酸リチウムデバイスの縦続二次非線形光
学効果を用いた全光学的超高速時分割多重分離器,''
電子情報通信学会技術報告, フォトニックネットワ
ーク/光ファイバ応用技術/電磁界理論/光エレクトロ
ニクス/レーザ・量子エレクトロニクス研究会， 愛
媛大学，2004 年 1 月 28-30 日.
[49] 福地 裕, 赤池 正巳, 前田 譲治, 菊池 和朗,
擬似
位相整合 LiNbO3 デバイスの縦続二次非線形光学効
果を用いた全光超高速ゲートスイッチの特性解析,''
電子情報通信学会技術研究報告, 光通信システム/
光エレクトロニクス/レーザ・量子エレクトロニクス
研究会, 九州大学, 2003 年 11 月 13-14 日.
[50] 小関泰之, 多久島裕一, 菊池和朗, 光ファイバ増幅
器を用いたスーパーコンティニューム発生と多波長
光源としての性能評価,'' 電子情報通信学会技術報
告, 光通信システム/光エレクトロニクス/レーザ・量
子 エ レ ク ト ロ ニ ク ス 研 究 会 ,OCS2003-107,
OPE2003-170, LQE2003-107, 九州大学, 2003 年 11 月
13-14 日.
[51] 福地 裕, 赤池 正巳, 前田 譲治, 菊池 和朗,
擬似
位相整合 LiNbO3 デバイスの縦続二次非線形効果を
用いた全光超高速 3R 中継器の特性解析,'' 電子情報
通信学会技術研究報告, 光通信システム/光エレク
トロニクス/レーザ・量子エレクトロニクス研究会,
九州大学, 2003 年 11 月 13-14 日.
菊池和朗， 光ファイバを用いた超高速光信号処理,'' 電子
情報通信学会第３回超高速光エレクトロニクス研究会
2003 年 11 月 26 日.
131
浅田・池田研究室
Asada and Ikeda Laboratory
(http://www.mos.t.u‑tokyo.ac.jp)
研究現況
Current Research Projects
1.
電源雑音の解析手法
浅田 邦博・池田 誠・名倉 徹・顔 子翔
Power Supply Noise Analysis
K. ASADA, M. IKEDA, T. NAKURA, T. YEN
LSI の高速化・低電圧化に伴い、電源ノイズによって引
き起こされるエラーや電磁干渉(EMI)ノイズが深刻化し
ている．これらは、電流変化成分の寄生インダクタンス
による電圧変化 L(di/dt)、および電磁放射が主因で、この
評価・解析のために di/dt 測定が重要になってきている．
本研究では、電源線直下にスパイラルインダクタを配置
し、誘導性結合により di/dt に比例した誘導起電力を発生
させ、増幅器を用いて出力する di/dt 測定回路を作製・評
価し、良好な結果を得た．また、LSI のレイアウトとシミ
ュレーション結果を用い、個々の配線から放射される電
磁波を計算し、それら全てを足し合わせることで、チッ
プから放射される EMI ノイズを解析する手法を検討した．
Power supply noise and EMI noise are becoming critical
issues, due to operations of higher frequency and
lower-voltage in LSIs. A di/dt is the dominant source of the
power supply noise as di/dt causes voltage bounce of L(di/dt)
with the parasitic inductance, and also di/dt causes EMI noise.
We have developed an on-chip di/dt detector circuit by
inductive coupling between power supply line and an
underlying spiral inductor, which induces the di/dt proportional
voltage. Using an amplifier, di/dt propotional voltage can be
observed. We have designed and fabricated the di/dt detector
and obtained measurement results, which meet with the
simulation results. We have proposed an EMI noise analysis
method using wiring shapes from layout and current waveform
by circuit simulation. We summed up electro-magnetic field
from every segment of wires and obtained the total EMI
emissions from LSIs.
2. 電源雑音の低減および評価
浅田 邦博・池田 誠・名倉 徹・モハメド アバス
Power Supply Noise Reduction and Evaluation
K. ASADA, M. IKEDA, T. NAKURA,
A. MOHAMED
費電力向け回路が提案されているが、それぞれにおける
ノイズ耐性を比較することにより、将来の低消費電力
化・高ノイズ耐性回路設計への指針を示した．
The power supply noise of LSIs is becoming a dominant
cause of the LSI functional errors. Thus, we have proposed a
power supply noise reduction method using stubs. A
theoretical study of stubs shows that the stub can suppress the
noise more efficiently compared a planar capacitor with a same
area. We demonstrated measurement results of the power
supply noise reduction of an LSI with an off-chip stub. Several
kinds of low power schemes have been proposed such as
MTCMOS and VTCMOS. We investigated the schmes from
the noise immunity points of view, and showed the future
direction toward the low power and the high noise immunity
circuit schemes.
3.
浅田 邦博・池田 誠・李 楠
Low EMI signal transmission
K.ASADA, M.IKEDA, N.LI
チップ上の長距離高速データ伝送に適した３線式デー
タ・クロック符号化手法(３相式伝送方式)を検討した．本
手法はデータとクロックを符号化することで、非同期信
号伝送へ適用可能であり、またデータを差動により伝送
するため、信号の信頼性面で優れている．ここでは配線
をフィラメント化し、１線式、２線２相式および３線３
相式のデータ伝送方式について解析を行ない、３線３相
伝送方式が他の伝送方式に比べてリターン電流を 1/6 以
上に削減でき、また電界・磁界分布がより小さい領域内
に制限されることでＥＭＩの削減も可能であることを示
した．
We studied a delay insensitive data communication
architecture using 3-wire data encoding (3-phase data
encoding), which is applicable to the on-chip long and
hi-speed communication lines. This architecture consists of
3-wires for 1-bit dual-rail data and timing signal, and has
advantage on signal reliability. We used filament model to
simulate several transmission model, such like 1-wire model,
2-wire 2-phase model, and the proposed 3-wire 3-phase model.
As a result, the 3-phase model achieves the reduction of the
return current to less than 1/6, compared with the other
methods, and electric field and magnetic field are limited to
smaller loop, which achieves reduction of EMI.
4.
LSI の高速化に伴い、電源ノイズによる回路動作不良が
問題となっている．スタブを用いることでその電源ノイ
ズを低減させる手法を検討し、理論計算により、同一面
積の平行平板容量よりも効果的にノイズを削減可能であ
ることを示した．オフチップのスタブを用いて、スタブ
が電源ノイズ低減に有効であることを実験的に示した．
また、一般的に MTCMOS・VTCMOS などの様々な低消
低ＥＭＩ信号伝送
DCVSL を用いた低雑音 CPU の設計
浅田 邦博・池田 誠・鄭 若丹彡・池畑 博司
Low noise microprocessor design using DCVSL
K.ASADA, M.IKEDA, R.ZHENG, H.IKEHATA
本研究では、低雑音 CPU の実現を目指し、Z80 と命令
互換を持ち、パイプラインを用いることなく、１命令１
クロックにて実行するマイクロプロセッサの設計を行っ
た．終了検出によりグローバルクロックなしに動作させ
132
ることで、平均的に高速な動作が可能で、かつグローバ
ルクロック、レジスタスイッチングに起因する雑音発生
が少なく、かつそれらによる誤動作も受けにくい．また、
基本回路に DCVSL を用いることで、回路の必要部分のみ
が遷移するためスイッチングノイズが低減するとともに、
２線式論理であるため耐雑音性が向上している．これら
により、高信頼なマイクロプロセッサの実現が可能であ
る．
We have designed a Z80-compatible non-pipeline
microprocessor, aiming at low-noise microprocessor
realizations. We employed the non-pipeline architecture with
completion detection circuits, which realizes high-performance
by average, and free from toggle noise of pipeline registers by
global clocks. We employed DCVSL(Differential Cascoded
Voltage Switch Logic) circuits for noise tolerance, and the
architecture achieves only one transient per a gate throughout
the necessary signal paths, which reduces switching noise. We
can achieve a high-reliable microprocessor with the above
techniques.
5.
製造時の配線欠陥を最小化する CMOS 論理セル
レイアウトの網羅的生成手法
浅田 邦博・飯塚 哲也・山本 崇也
Wiring Fault Minimization using Comprehensive
Layout Synthesis of CMOS Logic Cells
K.ASADA, T.IIZUKA, T.YAMAMOTO
CMOS 論理セルレイアウトにおいて、製造時に配線に
欠陥が最も生じにくいレイアウトを生成する手法を提案
した．ここでは、製造時のスポット状の欠陥(Spot Defect)
により配線が短絡する確率を、その欠陥径の分布、短絡
が引き起こされる欠陥の領域(Critical Area)、およびその終
端や角での効果を考慮したコスト関数を、セルレイアウ
トの網羅的配線手法に適用した．これを従来提案してい
る充足可能性判定手法によるセル幅最小のトランジスタ
配置探索手法と組み合わせることで、配線の短絡による
欠陥が最も起きにくいレイアウトを選び出すことが可能
となった．本手法をトランジスタ数 14 までの CMOS 論理
回路に適用し、配線長最小レイアウトと比較することで、
配線の短絡発生確率を約 15%削減できることを示した．
We proposed a cell layout synthesis technique to minimize
the probability of wiring faults due to spot defects. We
modeled the probability of faults on intra-cell wirings with
considering the spot defects size distribution and the end effect
of critical areas. By using this model as a cost function, we
comprehensively generate the minimum width layout of
CMOS logic cells and select the optimal layouts. In our layout
synthesis system, all possible minimum-width transistor
placements are generated using transistor placement method
using boolean satisfiability. and a comprehensive intra-cell
router is applied to all placements and all possible cell layouts
are generated. Experimental results show that our technique
reduces about 15% of the fault probabilities compared with the
133
wire-length-minimum layouts for CMOS logic circuits with up
to 14 transistors.
6. 配列型 CMOS 論理回路方式の検討
浅田 邦博・池田 誠・山岡 寛明・Ulkuhan Ekinciel
A Study on Array Logic Circuits
K. ASADA, M. IKEDA, H. YAMAOKA,
U. EKINCIEL
高速性、 低消費電力性及び面積効率の高い配列型
CMOS 論理回路方式として、 2 入力論理セルを内部構造
に有する 2 線式プログラマブル・ロジック・アレイを提
案した．提案方式は配列型回路構造であるため設計容易
性が高く、任意の 2 入力論理関数が表現可能である 2 入
力論理セルを用いることで、複雑な論理式を効率良く実
現できる．これにより従来の配列方論理回路方式と比較
して、高速化、低消費電力化、高面積効率化が可能であ
る．また本回路方式は、2 線式回路であるため、同相ノイ
ズに対する耐性が高く、高い動作信頼性を実現可能であ
る．本回路方式を用いた回路設計を容易化するために、
論理記述から LSI レイアウトを自動生成するモジュー
ル・ジェネレータを開発した．また、この回路に 2 線式
閾値論理回路を組み込むことで、積項数、面積、PD 積を
削減できることを示した．
We proposed a high-speed, low-power, and area-efficient
dual-rail PLA with 2-input logic cells. The structural regularity
of the PLA enhances the designability, and 2-input logic cells,
which can realize any 2-input Boolean functions, efficiently
realize complex logic functions. We employed dual-rail
structure to improve the common-mode noise immunity. We
developed a module generator for the proposed PLA structure,
which produces layouts and simulation models for given
Boolean
expressions.
We
introduced
dual-rail
multiple-threshold logic circuits with logic synthesizer for the
proposed PLA architecture and demonstrated reduction of the
number of product terms, chip area, and power-delay product.
7.
充足可能性判定を利用した命令セット拡張の
マッピング手法
浅田 邦博・鈴木 真一・瀬戸 謙修・吉田 浩章
A Mapping Method of Instruction-Set Extensions Via
Boolean Satisfiability
K.ASADA, S.SUZUKI, K.SETO,H. YOSHIDA
特定用途向けプロセッサの命令セット拡張を柔軟に実
装するため、命令セット拡張をリコンフィギュラブルデ
ータパス上にマッピングする手法について提案した．命
令セット拡張を表すデータフローグラフ(DFG)のリコン
フィギュラブルデータパス上へのマッピング問題を、充
足可能性判定(SAT)問題として定式化した．
FPGA ライクな配線構造を持つリコンフィギュラブル
データパスに対して、SAT による解を生成し、シミュレ
ーテッドアニーリングに基づく手法を用いた解との比較
により、提案手法がよりバスの本数が少ないアーキテク
チャにマッピング可能であることを示した．また SAT を
用いた手法では、20 ノード程度までの DFG を扱うことが
可能であることがわかった．
To
implement
instruction-set
extensions
of
application-specific processors flexibly, we proposed a method
to map them on reconfigurable datapaths. A mapping problem
of a data-flow graph (DFG) to a reconfigurable datapath is
formulated as a Boolean satisfiability (SAT) problem. We
employed reconfigurable datapaths that have FPGA-like
interconnections and solved the SAT problems. The solutions
demonstrate that the proposed method can map with fewer
number of buses compared with results obtained by simulated
annealing based mapping. The proposed method can deal with
DFGs with up to 20 nodes.
K.ASADA, M. IKEDA, Y. OIKE, S.TAKAYAMA
8.
連想プロセッサの研究
浅田 邦博・池田 誠・大池 祐輔・新宅 宏彰
Associative Processors
K. ASADA, M. IKEDA, Y. OIKE, H. SHINTAKU
認識や学習システム、データ圧縮などに必要とされる
データの類似性検索を高速に実行する連想プロセッサと
して、高速・低電圧動作で正確な検索精度を保証するア
ーキテクチャの提案と、試作による性能評価を行った．
メモリ内に埋め込まれた階層探索構造の距離検索回路は、
大容量データに対しても高速な検索を実現し、最小距離
のデータだけでなく、データの正確な距離情報とともに
近い順に検索可能である．0．18 um プロセスによる 64
ビット、32 ワード連想プロセッサ試作では、1．8 V 電源
電圧にて 411．5 MHz で検索処理を実行し、最悪でも 158．
0 ns で全てのデータを距離の近い順に検索可能である．
また、同期検索の特徴を生かした、複数チップ間での並
列検索アーキテクチャを提案し、高速検索における大容
量化の可能性を示した．
We have developed a high-speed and low-voltage
associative processor with exact Hamming distance
computation. We have proposed a word-parallel and
hierarchical search architecture embedded into memory array.
It achieves a high-speed search operation even for the cases of
configurations with large number of words, and low-voltage
operation below 1.0 V power supply. A 64-bit 32-word
associative processor has been designed and fabricated using
an 0.18 um CMOS process. It achieves 411.5 MHz operating
frequency at a supply voltage of 1.8 V. The worst-case search
time is 158.0 ns. We have also proposed a scalable multi-chip
architecture and circuit implementation. It efficiently realizes
scalability without any degradation of precision, nor
degradation of search throughput with a few additional clock
latency.
9.
スマートイメージセンサの研究
浅田 邦博・池田 誠・大池 祐輔・高山 伸一
Smart Image Sensors
134
物体の瞬間的な変形や破壊の監視、部品検査などの産
業用途、ロボットビジョンにおける物体追跡といった応
用に向けた、1、000 枚/秒を超える高速な 3 次元撮像イメ
ージセンサを開発した．試作した 375x365 画素 3 次元イ
メージセンサは、独自の行並列有意画素探索アーキテク
チャにより、光切断法 3 次元計測システムにおける投射
シート光を 394．5 kHz のアクセス速度で検出できる．こ
れにより、0．1%以下の距離精度で 1、000 枚/秒を超える
超高速 3 次元形状計測が実現可能である．また、認識シ
ステムに必須な物体抽出と色情報の取得を、RGB 混合変
調光と画素内検波回路で実現するイメージセンサを開発
した．飽和を回避する背景光除去回路により、測定環境
に対してロバストな認識支援を実現する．
We have developed a 375 x 365 3D image sensor for 1,000
frame/s range finding using a standard 0.18 um CMOS process.
The 3-D image sensor employs a row-parallel search
architecture which realizes quick position detection of an
incident sheet beam on the sensor plane. It attains a frame
access rate of 394.5 kHz and a range accuracy of less than
0.1 %. The high-speed position detection corresponds to 1,000
frame/s range finding. We have also developed a pixel-level
color image sensor with efficient ambient light suppression
using a modulated RGB flashlight for a recognition system. It
supports image processing of object extraction and color
capture under nonideal conditions.
10. 高性能 3 次元計測システム
浅田 邦博・池田 誠・大池 祐輔・谷内出 悠介
High-Performance 3-D Range Finding System
K. ASADA, M. IKEDA, Y. OIKE, Y. YACHIDE
高速および高精細な光切断法 3 次元計測システムの実
現を目的とし、画素アクセス直後の出力変化量から瞬時
に投射ビームの位置を検出する機能を持つ 640x480 画素
イメージセンサを試作、さらに、FPGA によるシステム制
御系や 3 次元形状再構成ソフトウェアを開発した．高速 3
次元計測カメラを複数用いた任意視点 3 次元形状計測シ
ステムの構成と要求性能について検討し、計測誤差校正
プログラムをシステムに実装した．また、ランダムパタ
ーン光投影による新しい 3 次元形状計測手法を提案し、
測定による実現可能性を示した．本手法は距離解像度の
点で光切断法に劣るものの、投射光の走査が不要なこと
や 1 フレームで距離画像が得られるなどの利点がある．
We have designed a high-speed VGA 3-D image sensor
which quickly detects a beam position on the sensor plane.
Furthermore we have developed a 3-D camera system using
the 3-D image sensor. It includes a system controller, a beam
scanner, a Fast SCSI interface, and a software program for 3-D
model reconstruction. We have implemented a calibration
method for range error suppression, which is required for an
arbitrary viewpoint vision system using multiple 3-D cameras.
We have also proposed a new 3-D imaging method using a
spatial patterned light projection, which makes a 3-D
measurement setup simple.
[6]
11. ガラス基板上のシステム構築
浅田 邦博・池田 誠・小川 貴也
System on Glass Panels
K.ASADA, M.IKEDA, T.OGAWA
国際会議論文
[7]
ガラス基板上の TFT 製造技術の向上に伴い、 液晶パネ
ル上へのシステムの搭載に向けた研究が進行している．
ここでは液晶モニターの電子紙等としての利用を念頭に
おき、 誘導性結合・容量性結合による液晶への非接触デ
ータ転送と、 液晶上へ復号回路を実装することにより自
立的な画面の表示が可能となるシステムの構築を目指し、
データ転送方式および画像圧縮方式の検討をおこない、
データ転送距離と転送レート、および圧縮率と必要ハー
ドウエア量の見積りを行なった．
We have been studying embedded systems onto LCD panels.
We studied systems on LCD glass panels for such applications
like electrical papers. We studied capacitive coupling and
inductive coupling for contact-less communication systems
between terminals and LCD panels, and image
compress-decompress circuits. We estimated data transmission
rate against the transmission distance, in a given noise level,
and obtained an optimal image compression ratio according to
the hardware costs of image de-compressor, frame buffers, and
data receiver on LCD panels.
[8]
[9]
[10]
[11]
論文・著書一覧（2003 年度）
Publications List
研究論文
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
H. Yamaoka, H. Yoshida, M. Ikeda, and K. Asada, ``A
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K. Seto, M. Fujita, and K. Asada, ``Optimal Code
Generation Based on Boolean Satisfiability,'' IPSJ
Journal, Vol. 43, No. 5, May. 2003. (in Japanese)
Y. Oike, H. Shintaku, M. Ikeda, and K. Asada, ``A
High-Resolution and Real-Time 3-D Imaging System
Based on Light-Section Method,'' Journal of Image
Information and Television Engineers, Vol. 57, No. 9, pp.
1149 - 1151, Sep. 2003. (in Japanese)
Y. Oike, M. Ikeda, and K. Asada, ``High Performance
Photo Detector for Correlative Feeble Lighting Using
Pixel-Parallel Sensing,'' IEEE Sensors Journal, vol. 3, no.
5, pp. 640 - 645, Oct. 2003.
Y. Oike, M. Ikeda, and K. Asada, ``A Row-Parallel
Position Detector for High-Speed 3-D Camera Based on
Light-Section Method,'' IEICE Trans. on Electronics, Vol.
E86-C, No. 11, pp. 2320 - 2328, Nov. 2003.
Y. Oike, M. Ikeda, and K. Asada, ``A 120 x 110 Position
Sensor With the Capability of Sensitive and Selective
Light Detection in Wide Dynamic Range for Robust
Range Finding,'' IEEE Journal of Solid-State Circuits,
Vol. 39, No. 1, pp. 246 - 251, Jan. 2004.
135
[12]
[13]
[14]
[15]
[16]
Y. Oike, M. Ikeda, and K. Asada, ``High-Speed Position
Detector Using New Row-Parallel Architecture For Fast
Collision Prevention System,'' in Proc. of IEEE
International Symposium on Circuits and Systems
(ISCAS), Vol. 4, pp.788 - 791, May. 2003.
Y. Oike, M. Ikeda, and K. Asada, ``640x480 Real-Time
Range Finder Using High-Speed Readout Scheme and
Column-Parallel Position Detector,'' IEEE Symposium
on VLSI Circuits (VLSI Symp.) Dig. of Tech. Papers,
pp.153 - 156, Jun. 2003.
Y. Oike, M. Ikeda, and K. Asada, ``A Smart Image
Sensor With High-Speed Feeble ID-Beacon Detection
for Augmented Reality System,'' in Proc. of European
Solid-State Circuits Conference (ESSCIRC), pp.125 128, Sep. 2003.
H. Yamaoka, M. Ikeda, and K. Asada, ``A High-Speed
Logic Circuit Family with Interdigitated Array Structure
for Deep Sub-Micron IC Design,''Proceedings of
European Solid-State Circuits Conference (ESSCIRC),
pp. 189-192, Portugal, Sep. 2003.
Y. Oike, M. Ikeda, and K. Asada, ``A High-Speed and
Low-Voltage Associative Co-Processor With Hamming
Distance Ordering Using Word-Parallel and Hierarchical
Search Architecture,'' in Proc. of IEEE Custom
Integrated Circuits Conference (CICC), pp.643 - 646,
Sep. 2003.
T. Nakura, M. Ikeda, and K. Asada, ``Theoretical Study
of Stubs for Power Line Noise Reduction,'' in Proc. of
IEEE Custom Integrated Circuits Conference (CICC),
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Y. Oike, H. Shintaku, S. Takayama, M. Ikeda, and K.
Asada, ``Real-Time and High-Resolution 3-D Imaging
System Using Light-Section Method and Smart CMOS
Sensor,'' in Proc. of IEEE International Conference on
Sensors (IEEE SENSORS), pp. 502 - 507, Oct. 2003.
Y. Oike, M. Ikeda, and K. Asada, ``Design of Real-Time
VGA 3-D Image Sensor Using Mixed-Signal
Techniques,'' in Proc. of IEEE Asia and South Pacific
Design Automation Conference (ASP-DAC), pp. 523 524, Jan. 2004.
T. Iizuka, M. Ikeda, and K. Asada, ``High Speed Layout
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Boolean Satisfiability,'' in Proc. of IEEE Asia and South
Pacific Design Automation Conference (ASP-DAC), pp.
149 - 154, Jan. 2004.
Y. Oike, M. Ikeda, and K. Asada, ``A 375 x 365 3D 1k
frame/s Range-Finding Image Sensor with 394.5 kHz
Access Rate and 0.2 Sub-Pixel Accuracy,'' IEEE
International Solid-State Circuits Conference (ISSCC)
Dig. of Tech. Papers, pp. 118 - 119, Feb. 2004.
[17] T. Nakura, M. Ikeda, and K. Asada, ``On-chip di/dt
Detector Circuit for Power Supply Line,'' in Proc. of
IEEE International Conference on Microelectronic Test
Structure (ICMTS), pp.19-22 Mar. 2004.
[18] T. Iizuka, M. Ikeda, and K. Asada, ``Exact Wiring Fault
Minimization via Comprehensive Layout Synthesis for
CMOS Logic Cells,'' in Proc. of IEEE International
Symposium on Quality Electronic Design (ISQED), pp.
377 - 380, Mar. 2004.
[19] K. Asada, Y. Oike, and M. Ikeda,``Three Dimensional
Image Sensor for Real Time Application Based on
Triangulation,'' in Proc. of International Symposium on
Electronics for Future Generations, pp. 95 - 100, Mar.
2004.
Contactless Data Transfer Systems between System
LSIs,'' in Proc. of IEICE General Conferece 2004,
A-1-22, pp. 22, Mar. 2004. (in Japanese)
シンポジウム・研究会・大会等発表
[20] Y. Oike, M. Ikeda, and K. Asada,``Smart Active Range
Finder With the Capability of High Sensitivity, High
Selectivity and Wide Dynamic Range,'' IEICE Technical
Report, vol. 103, no. 89, pp.7-12, May 2003.
[21] T. Iizuka, M. Ikeda, and K. Asada, ``Cell Layout
Synthesis via Boolean Satisfiability,'' in Proc. of IPSJ DA
Symposium 2003, pp. 139 - 144, Jul. 2003. (in Japanese)
[22] Y. Oike, H. Shintaku, M. Ikeda, and K. Asada,``A
Real-Time and High-Resolution 3-D Imaging System
Using Smart CMOS Image Sensor,'' in Proc. of ITE
Annual Conference 2003, 20-9, pp. 299-300, Aug. 2003.
(in Japanese)
[23] T. Iizuka, M. Ikeda, and K. Asada, ``Exact Wiring Fault
Minimization via Comprehensive Layout Synthesis for
CMOS Logic Cells,'' IEICE Technical Report, vol. 103,
no. 476, pp. 157 - 161, Nov. 2003. (in Japanese)
[24] T. Nakura, M. Ikeda, and K. Asada, ``Power Supply
Noise Reduction using Stubs,'' IEICE Technical Report,
vol. 103, no. 476, pp. 217 - 222, Nov. 2003. (in Japanese)
[25] Y. Oike, M. Ikeda, and K. Asada,``An Image Sensor with
High-Speed Feeble ID Beacon Detection for Augmented
Reality System,'' in Proc. of ITE Winter Conference 2003,
4-1, pp. 34, Dec. 2003. (in Japanese)
[26] T. Nakura, M. Ikeda, and K. Asada, ``Recent Trend of
Circuit Designs,'' JIEP Technical Report, pp.131-132,
March. 2004. (in Japanese)
[27] Y. Oike, M. Ikeda, and K. Asada, ``A High-Speed and
Low-Voltage
Associative
Co-Processor
Using
Word-Parallel and Hierarchical Search Architecture,'' in
Proc. of IEICE General Conferece 2004, C-12-34, pp.
138, Mar. 2004. (in Japanese)
[28] T. Ogawa, M. Ikeda, and K. Asada, ``Analysis on
136
藤田研究室
Fujita Laboratory
of circuits for debugging is important to preserve the circuit
performance. In this study, we investigate a debugging method
targeting arithmetic circuits which exploits the correspondence
between a correct circuit and an erroneous circuit. We also
implemented a debug algorithm targeting arithmetic circuits
which have hierarchical architecture.
(http://www.cad.t.u‑tokyo.ac.jp)
研究現況
Current Research Projects
1. 設計の形式的検証に関する研究
藤田 昌宏・Thanyapat Sakunkonchak・小島 慶久・
松本 剛史・ Cho Moon Ki・吉田 充孝
Formal Verification of Designs
M. FUJITA, T. SAKUNKONCHAK, Y. KOJIMA,
T. MATSUMOTO, M. K. CHO and M. YOSHIDA
3.
論理回路合成技術に関する研究
藤田 昌宏
A Study on Logic Synthesis Techniques
M. FUJITA
VLSI 設計の大規模化に伴い、設計の正しさを検証する
時間が長期化しており、効率的な形式的検証手法が必要
となっている。本研究では、C 言語記述に対する等価性
検証と SpecC 言語記述に対する同期検証の効率的な手法
の開発を行っている。大規模設計を検証可能とするため、
等価性検証では記述の違いを利用し、同期検証ではプロ
グラムの抽象化手法を導入することにより、検証の効率
化に成功した。さらに、形式的検証の効率化を図るため
の技術として、クラスタシステムを利用した 二分決定グ
ラフ 計算の並列化に関する研究も併せて行っている。
As VLSI designs become larger, verification of designs take
more time. We are developing two efficient
formal
verification methods: synchronization verification for SpecC
descriptions and equivalence checking for C descriptions. To
deal with large designs, textual differences are utilized in
equivalence checking and the abstraction technique is
introduced in the synchronization verification. We are also
working on parallelization of BDD (Binary Decision Diagram)
on
the cluster system, which can contribute to the
development of more efficient formal methods.
2.
算術演算回路における回路修正技術に関する
研究
藤田 昌宏・小松 聡・林 哲也
Debug Methodology for Arithmetic Logic Circuits
M. FUJITA, S. KOMATSU and T. HAYASHI
集積回路の大規模化とその設計期間の増大に伴い，検
証・デバッグに費やす時間が支配的になってきている．
そのため，設計誤り，仕様変更等による再設計が大変難
しくなり，元の回路と同等の性能を出すために，最小の
回路変更でデバッグを行うことが重要になっている．そ
こで，本研究では論理設計での算術演算回路を対象とし
て、論理的に正しい回路と設計誤りを含む回路の対応づ
けを利用したデバッグ手法を提案している．また，階層
的な構造を持つ算術演算回路のデバッグ手法へと拡張し，
サンプル回路に対して評価を行った．
As VLSI systems become larger and take much longer time,
verification and debug of logic design have become one of the
dominant parts of the total design flow. So, minimal revision
137
論理合成は，レジスタ転送レベルの記述から，面積・
遅延・消費電力などをコスト関数として最適化処理を施
しながら，ライブラリに登録されているセルのみからな
る論理回路を自動生成するプロセスである。近年，レジ
スタ転送レベルより上位の高位レベルとして，Ｃ言語を
元とした設計記述言語が使われ出している．そこで，本
研究では，Ｃ言語を元としたシステムレベルからの設計
記述言語の代表の１つである SpecC 言語に対し，論理合
成が効率よく適用可能なように，レジスタ転送レベルの
記述法を新たに開発に協力し，標準化案をまとめた．
Logic synthesis is a process to generate networks of logic
cells registered in the libraries from register transfer level
descriptions. Now system level design languages that can
support high-level or system-level designs in hardware/
software co-designs are becoming to be used. We pick up one
of C-based system design language, SpecC as a representative
language and have determined standard way to describe RTL
description in SpecC jointly with the SpecC consortium.
4.
ソフトウェア・ハードウェア協調システム設計
技術に関する研究
藤田 昌宏・小松 聡・小島 慶久・田辺 健・
松井 健
Computer Aided Design for Software/Hardware
Combined Systems
M. FUJITA, S. KOMATSU, Y. KOJIMA,
K. TANABE and K. MATSUI
デジタルシステムを実現する際に，ソフトウェアとハ
ードウェアが適切に役割を分担することにより，価格性
能比を最適にする設計技術について研究している．暗号
化アルゴリズム Rijndael にて，ステップ数で 2.6 倍程度高
速化が可能との見積りを得た．また，協調システム設計
においてデバッグ・検証を効率的に行うために，システ
ム設計言語 SpecC にソフトウェア開発で用いられる抽象
化手法であるプログラムスライシング手法を適用する研
究を行っている．さらに，UML を利用したシステムの上
位設計を行う手法についても研究している．
Design methodologies and corresponding CAD techniques
for software/hardware combined digital systems are studied.
Experimental results show that our processor can achieve the
2.6 times faster performance in Rijndael encryption algorithm.
For efficient debug and verification in the system design flow,
we expand the software abstraction method, program slicing,
into the system level design language, SpecC. We also study a
methodology of the high-level system design using Unified
Modeling Language(UML).
5.
Co-design Methodology on Electric and Mechanical
Mixed Systems and its Verification Techniques
M. FUJITA, S. KOMATSU and S. SASAKI
宇宙衛星などのように，動作現場での仕様変更・修正
が困難な用途においては，抽象度の高いレベルから最終
的な製造物に至るまで，一貫した仕様記述・設計検証技
術が不可欠である．本研究では，実際の衛星をターゲッ
トとし，電気系・機械系の双方を考慮した設計支援・検
証技術の研究を行っている．その一環として, ロボットア
ームを含むシステムを設計し, 機械系のモデルを C 言語
で記述して検証に利用する手法を提案した．
In the application where the on-site debugging is difficult
such as space satellite, the consistent techniques related to
specification description and design verification are
indispensable. We are studying the design methodology and
verification method of actual satellites considering both
electric and mechanical parts. As a part of this study, we
designed a robot arm system and indicated a method for the
design of mechanical models by C language.
低電力システム設計技術に関する研究
藤田 昌宏・小松 聡
Low Power System Design Method
M. FUJITA and S. KOMATSU
近年，高性能なシステム LSI が実現可能となったが，
それに伴い消費電力の増加が大きな問題となっている．
また，プロセスの微細化に伴い，配線やチップインタフ
ェースでの消費電力が全体の消費電力に対して相対的に
大きくなってきており，いかに低電力にデータを伝送す
るかということが重要となっている．本研究ではジャン
プ/分岐などの履歴に着目し，消費電力削減効果が高く，
かつ非冗長なアドレスバス符号化手法を提案し，その評
価を行った．また，符号化回路の評価も行った．
Recently, the increase of power dissipation in system LSIs is
becoming serious concern on their designs. It also causes the
increase of power dissipation of data transmission compared to
overall chip power dissipation. In this study, we propose an
irredundant low power address bus encoding method by
considering JUMP / BRANCH history. We evaluated this
encoding method by using some bench-mark programs.
Moreover we evaluated the codec circuits.
論文・著書一覧（2003 年度）
Publications List
研究論文
[1]
[2]
6.
LSI チップ故障・誤設計診断技術に関する研究
藤田 昌宏・田辺 健
Diagnosis Techniques for Manufacturing Faults and
Design Errors
M. FUJITA and K. TANABE
[3]
高い信頼性が必要とされる社会インフラ用 LSI や, 宇
宙線によるビット反転エラーの発生率が高い人工衛星用
LSI では, 多数決回路などの冗長計算などが利用されて
いる．通常のシミュレーションでは，このような信頼性
の評価は難しく，より系統的な解析手法が望まれる．本
研究では, SpecC 言語による冗長演算回路設計に対し, ソ
フトウェア工学における解析手法であるプログラムスラ
イシングを導入する手法について検討を行っている。
Digital systems for high-reliable applications which are used
in social infrastructures or space satellite systems need special
attention to their fault-tolerance by using majority circuits,
error corrections, and others. Since the fault-tolerance cannot
be confirmed by simulations, systematic approach is required.
In this study, we are investigating methodologies that can
estimate reliability of the systems which are written in SpecC
by using program slicing technique.
国際会議論文
[4]
[5]
[6]
7.
瀬戸 謙修, 藤田 昌宏, 浅田 邦博,
充足可能性判
定を利用した最適コード生成手法 , 情報処理学会
論文誌, 第 44 巻, 第 5 号, pp. 1202-1205, 2003.
S. Komatsu, M. Fujita,
Irredundant Low Power
Address Bus Encoding Techniques Based on Adaptive
Codebooks,
IEICE Trans. Fundamentals, Vol. E86-A,
No. 12, pp. 3001-3008, Dec. 2003.
T. Sakunkonchak, S. Komatsu, and M. Fujita,
“Verification of Synchronization in SpecC Description
with the Use of Difference Decision Diagrams,” IEICE
Trans. Fundamentals, Vol. E86-A, No. 12, pp. 3192-3199,
Dec. 2003.
電気系・機械系協調設計/検証技術
藤田 昌宏・小松 聡・佐々木 俊介
138
Masahiro Fujita, “Application of formal methods in
electronic parts of space satellite designs,” Model
Checking workshop in The International Conference on
Dependable Systems and Networks (DSN) 2003, San
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Takeshi Matsumoto, Hiroshi Saito, and Masahiro Fujita,
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May 2003.
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Generation Based on Finite State Machine and Boolean
Satisfiability,” 12th International Workshop on Logic and
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Synthesis, pp. 260-265, California, USA, May. 2003.
Takeshi Matsumoto, Thanyapat Sakunkonchak, Hiroshi
Saito, and Masahiro Fujita, “Verification of Behavioral
Consistency in C by Using Symbolic Simulation and
Program Slicer,” In Proc. International Workshop on
Software Model Checking, pp. w80-w84, USA, June
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H. Saito, K. Seto, Y. Kojima, S. Komatsu, and M. Fujita,
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Changes
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Field
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形式的設計検証ツールの虚像と実像,
第 7 回システム LSI ワークショップ、ならびにデザ
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リコンフィギャラブルなブロック間接続をもつア
ーキテクチャの静的最適化のための高位合成手法,
電子情報通信学会技術研究報告[第 2 回リコンフィ
ギャラブルシステム研究会], pp. 16-21, 2003 年 11 月.
[21] 瀬戸 謙修, 藤田昌宏, 浅田邦博,
アプリケーショ
ンに特化した機能ユニットおよびコンフィギュレー
ション可能な接続からなるデータパス向けコンフィ
ギュレーション生成手法,
デザインガイア(2003),
北九州国際会議場(北九州市), 2003 年 11 月.
[22] 松本 剛史, 齋藤 寛, 藤田 昌宏,
Ｃ言語を対象と
した記述間の差異に基づく効率的な等価性検証手
法, 電子情報通信学会技術研究報告 VLD2003-146,
Vol. 103, No. 702, pp. 61-66, Mar. 2003.
[23] 田辺 健, 齋藤 寛, 小松 聡, 藤田 昌宏,
SpecC 言
語によるハードウェア・ソフトウェア混在システム
記述を対象としたプログラムスライシング手法の提
案, 電子情報通信学会技術研究報告 VLD2003-149,
Vol. 103, No. 702, pp. 79-84, Mar. 2003.
[24] 佐々木 俊介, 小松 聡, 藤田 昌宏,
電子系・機械
系協調設計における設計検証法に関する検討,
電
子情報通信学会技術研究報告 CPSY2003-49, Vol.
103, No. 735, pp. 27-32, Mar. 2003.
[25] 松井 健, 小松 聡, 藤田 昌宏, UML を用いた実時
間・高信頼性組み込みシステムの上位設計について
の検討,
電子情報通信学会技術研究報告
CPSY2003-50, Vol. 103, No. 735, pp. 33-38, Mar. 2003.
シンポジウム・研究会・大会等発表
[15] 松本 剛史, 齋藤 寛, 藤田 昌宏,
Ｃ言語でのハー
ドウェア記述に対する効率的な等価性検証手法の提
案,
電子情報通信学会技術研究報告 Vol.103, No.
40, pp. 31-36. (VLD/SLDM ５月研究会、函館)
[16] 小松 聡, 石原 亨, 藤田 昌宏,
C プログラムから
のハードウェア設計教育 --Handel-C と DK1 を使っ
た演習--, DA シンポジウム 2002, 遠鉄ホテルエン
パイア(浜松市), pp. 253-258, 2003 年 7 月.
[17] 藤田昌宏,
高位検証技術,
2003 年電子情報通信
学会ソサイエティ大会 チュートリアル講演「TA−1．
139
中野・杉山研究室
Nakano and Sugiyama Laboratory
we are researching on low-threshold cooler-less semiconductor
lasers for optical interconnect applications, and high-power
visible-wavelength edge emission devices with nitride
semiconductors.
(http://www.ee.t.u‑tokyo.ac.jp/ nakano/lab/we
lcome‑j.html)
研究現況
Current Research Projects
2.
1. 次世代高性能／高機能半導体レーザ・発光素子
中野 義昭・杉山 正和・清水 大雅・池田 健志・
陳 農・梁 吉鎬・Y. I. キム・西出 和広・大塚 節文・
F. C. イット・J. ダルジャ・雨宮 智宏
Next Generation Semiconductor Lasers and Light
Emitting Devices with Ultra-high Performances and
Advanced Functions
Y. NAKANO, M. SUGIYAMA, H. SHIMIZU,
K. IKEDA, N. CHEN, J.-H. LIANG, Y. I. KIM,
K. NISHIDE, T. OHTSUKA, F. C. YIT, J. DARJA,
and T. AMEMIYA
次世代光通信・光情報処理を担う小型高性能光源の開
発を目的に，以下の研究を行っている．これまで世界に
先駆けて行ってきた利得結合(GC)分布帰還型(DFB)半導
体レーザに関し，最近は特に，マストランスポートによ
り形成される V 溝 InP 基板上の InAsP 圧縮歪み量子細線
を，活性層および利得結合回折格子に適用せんとしてい
る．また，能動半導体媒質の光非線型性を利用した全光
制御デバイスの研究も行っており，方向性結合配置した
双安定レーザダイオード(または光アンプ)による小型全
光波長変換器を試作実証した．同原理に基づく波長可変
レーザについても研究を開始した．一方，磁性金属と半
導体光アンプから形成される小型光アイソレータの試作
実験も行っている．これらと並行して，光インタコネク
ト向きの低閾値・クーラーレス半導体レーザの研究，窒
化物材料による可視域高出力端面発光素子の研究，など
を行っている．
For the purpose of developing compact and
high-performance light sources for next generation optical
communication and optical information processing
applications, we are pursuing the following research subjects.
Concerning the gain-coupled (GC) distributed feedback (DFB)
semiconductor laser that we have been pioneering, we are
recently trying to apply compressively-strained InAsP quantum
wires formed by mass transport on V-grooved InP substrates to
the active region as well as to the gain grating. Concurrently,
we are investigating all-optical devices based on optical
nonlinearity in active semiconductor medium, and have
demonstrated a compact all-optical wavelength converter in
directionally-coupled bistable laser diodes (or optical
amplifiers). A trial to make tunable lasers based on the same
principle has just been started. Furthermore, fabrication of a
compact optical isolator consisting of magnetic metal and a
semiconductor optical amplifier is conducted. Besides these,
140
高度量子マイクロ構造に基づく光変調器／光
スイッチと光制御デバイス
中野 義昭・杉山 正和・清水 大雅・脇 一太郎・
任田 玲子・C. カントゥーンキッティクル・
周 小平・大谷 洋
Optical Modulators/Switches and Light-Controlling
Devices Based on Advanced Quantum
Microstructures
Y. NAKANO, M. SUGIYAMA, H. SHIMIZU,
I. WAKI, R. TOHDA, C. KUMTORNKITTIKUL,
X. P. ZHAO, and H. OTANI
半導体量子井戸／超格子構造のポテンシャル形状を人
工的に原子層オーダで制御すると，本来半導体の持って
いた光物性を大幅に改変することができる．本研究では，
そのような人工光物性を利用して，半導体光変調器／光
スイッチや光制御デバイスの性能革新を行うことを目的
としている．特に，吸収端から離れた透明波長域におい
ても大きな電界屈折率変化の得られる 3 重結合量子井戸
構造を新たに考案し，InGaAlAs 系材料による実証実験を
進めている．また，EA 変調器を光非線型媒質として用い
る新しい全光波長変換器／全光スイッチを提案し，マッ
ハツェンダー干渉計(MZI)型素子の試作開発を進めてい
る．一方，将来の超高速全光スイッチに向けて，窒化物
ヘテロ構造におけるサブバンド間遷移の研究を行ってお
り，有機金属気相エピタキシャル成長(MOCVD)による
AlN/GaN 多重量子井戸構造において世界最短波長の光吸
収を実現した．さらに，誘導結合プラズマによる窒化物
材料のエッチング技術を開発し，GaN/AlGaN 多重量子井
戸ハイメサ導波路の試作と 1.55μm 光導波実験を行った．
By artificial manipulation of potential profiles in
semiconductor quantum well and super lattice structures with
accuracy of atomic order, one may significantly alter inherent
optical properties of semiconductors. The purpose of this
research is to bring about innovation in semiconductor optical
modulators/switches and light-controlling devices by making
use of such artificial optical properties. More specifically, a
special triple coupled quantum well structure is investigated
based on InGaAlAs materials for large electro-refraction in
transparent wavelength range apart from the absorption edge.
We have also proposed new all-optical wavelength
conversion/all-optical
switching
concept
using
electro-absorption (EA) modulators as optical nonlinear media,
and are developing Mach-Zehnder interferometer (MZI) type
devices. Besides these activities, we are conducting research
on sub-band transition in nitride heterostructures for future
ultrafast all-optical switches, and succeeded in realizing the
shortest wavelength absorption in AlN/GaN multiple quantum
well structures by metal-organic vapor phase epitaxy
(MOCVD). Moreover, a dry etching technology for nitride
semiconductors by inductively-coupled plasma (ICP) has been
developed and applied to the fabrication of GaN/AlGaN
multiple quantum well high-mesa waveguides. Light
propagation at 1.55µm has been confirmed.
is deployed toward integration of arrayed-waveguide gratings
(AWGs) and active devices by the selective area growth. We
started research on OPLEAF technology that enables
single-step connection of an optical fiber array with
input/output optical ports which are ever increasing in number
in the current photonic integrated circuits. The study on metal
optical wiring has become active recently toward
ultra-compact photonic circuits. At the same time, the research
on all-optical flip-flop, that is one essential element for
photonic digital processing, has made a significant progress;
two types of the devices, namely, directional coupler type and
MMI type, are proposed and fabricated, with the new idea of
integrated
mirrors
for
incorporating
cascadability.
Concurrently, design and demonstration of optical switching
node subsystem is studied for photonic networking, which is
one important application area of the photonic integrated
circuits.
3.
半導体モノリシック光集積回路とフォトニッ
クネットワーキング
中野 義昭・杉山 正和・清水 大雅・E. グアルド・
竹中 充・M. レイバーン・宋 学良・広井 典良・
A. アルアミン・櫻井 謙司・堀口 勝正・
張 臻瑞・M. J. チャン
Monolithically-Integrated Semiconductor Photonic
Circuits and Photonic Networking
Y. NAKANO, M. SUGIYAMA, H. SHIMIZU, E.
GOUARDES, M. TAKENAKA, M. RABURN, X.-L.
SONG, N. HIROI, A. AL AMIN, K. SAKURAI, K.
HORIGUCHI, Z.-R. ZHANG, and M. J. CHAN
4.
モノリシック集積された光デバイス／回路では，単体
素子では得られない多くの機能や高い性能が実現され得
るため，高度な光通信，光情報処理・記録，光計測を行
う際の切り札として期待されている．本課題では，新し
いモノリシック光集積デバイスの試作・開発を行うとと
もに，能動素子／受動素子一括集積技術を研究している．
近年は特に，多モード干渉(MMI)カプラと半導体光アンプ
を集積化した MZI 型全光スイッチ集積回路の設計と試作
に取り組み，MOCVD 選択成長による同光回路を世界で
初めて実現した．選択成長によるアレイ導波路格子
(AWG)と能動素子の集積化も試みている．このような光
集積回路で増大する入出力光ポートと光ファイバアレイ
を一括で接続する OPLEAF 技術の研究を開始した．光集
積回路の超小型化に向けて，金属光配線の研究も活発化
している．並行して，光回路でデジタル処理を可能にす
る全光フリップフロップの研究が進展してきており，方
向性結合器型，MMI 型，を提案・試作するとともに，そ
の多段接続に向けた集積反射鏡構造の導入を開始した．
一方，光集積回路の重要な応用であるフォトニックネッ
トワークについて，ノード装置サブシステムの設計と実
証に関する検討を行っている．
Monolithically-integrated semiconductor optical devices and
circuits are the key to advanced optical communication, optical
information processing, and optical measurement applications
since they could provide more complex functions and higher
performances over discrete devices. In this work, we are
studying novel monolithically-integrated photonic devices as
well as the viable technology for monolithic active/passive
integration. Over the past years, we tackled design and
fabrication of an MZI all-optical switch circuit integrating
multi-mode interference (MMI) couplers and semiconductor
optical amplifiers (SOAs), and successfully realized the circuit
by the selective-area MOCVD for the first time. The research
InGaAsP 系４元混晶の面積選択 MOCVD プロセスは，
赤外波長帯用半導体光通信デバイスのモノリシック集積
化に不可欠な技術である。本プロセスにおいては，基板
表面に形成する SiO2 マスクの形状を変化させることによ
り，マスク近傍に形成される多重量子井戸構造の発光波
長を変化させ，一回の成長で１枚の基板上に能動素子と
受動素子を形成する。このような選択成長法においては，
SiO2 マスク形状の設計が本質的に重要である。従来は，
マスク幅と発光波長の相関を経験的に求め，マスク設計
を行ってきた。しかし，集積化に伴い能動素子を隣接さ
せた場合，マスク同士の干渉が顕著になる。このように
複雑な要素が絡むため，マスク設計を行うための CAD ツ
ールが必要となっている。従来の本グループの研究によ
り，マスク端から数μｍ以上離れた領域では，エピタキ
シャル層の成長速度と組成は，製膜種の気相拡散係数と
表面取り込み係数の比で表されることがわかっている。
また，Ga および In の製膜種に関する気相拡散係数と表面
取り込み係数も実験により求められている。これらの知
見を用い，任意のマスク形状によりもたらされる量子井
戸構造の層厚，組成の変化を計算により求め，ひずみも
考慮に入れて発光波長の分布を求めるシミュレーション
ツールを作成している。
The selective-area MOCVD (Metalorganic Chemical Vapor
Deposition) of InGaAsP alloys is an indispensable technology
for the monolithic integration of semiconductor infrared
optical devices. In this process, we can fabricate both active
141
InGaAsP 系 化 合 物 半 導 体 面 積 選 択 気 相 成 長
(SA‑MOCVD)プロセスの CAD ツール開発
杉山 正和・中野 義昭・霜垣 幸浩・
呉 豪振・和気 範明
Development of the CAD-tool for the selective-area
MOCVD process of InGaAsP
M. SUGIYAMA, Y. NAKANO, Y. SHIMOGAKI,
H. J. OH, and N. WAKI
and passive devices in a single substrate by a single growth, by
altering the shape of SiO2 masks that are formed on the surface
of a substrate. In such a selective growth, the design of the
shape of SiO2 masks is essential. In conventional approach,
we investigated an empirical relation between the mask width
and the photoluminescence wavelength of selectively grown
devices. However, as the device integration proceeds, the
interference between neighboring masks becomes significant.
In order to take such complicated factors into account, we need
the CAD tool for the mask design of selective area growth. We
have clarified that, in the growth region more than a few
micrometers apart from the mask edge, both the growth rate
and the composition of an epitaxial layer are determined by the
balance of gas-phase diffusion and the surface incorporation of
a film-forming precursor. In addition, we have obtained
experimentally the values of the gas-phase diffusion
coefficients and the surface incorporation coefficients of the
precursors of In and Ga. Using such information, we are
currently fabricating a CAD tool that can predict the
distribution of the photoluminescence wavelength from a
quantum well structure that is formed by a given shape of a
mask. This is realized by calculating the modulation of the
thickness and the composition of the quantum well and by
calculating its quantum energy levels taking the lattice strain
into account.
data: gas phase reaction rate constants measured with tubular
cracking reactor, and surface reaction rate constants measured
by in situ ellipsometry and by analyzing the growth-rate profile
in selective-area growth. Based on the simulation of the wall
temperature profile of the reactor including the effect of
radiation, we constructed a surface reaction model that can
simulate the As/P composition of the epitaxial layer, and
compare the simulation results with experimental results.
論文・著書一覧（2003 年度）
Publications List
研究論文
[1]
[2]
[3]
5.
数値流体力学による InGaAsP 系化合物半導体
有機金属気相成長(MOCVD)プロセスのシミュレ
ーション
杉山 正和・中野 義昭・霜垣 幸浩・
林 益台・塩田 倫也
Simulation of InGaAsP Metalorganic Chemical
Vapor Deposition Process using Computational Fluid
Dynamics Simulation
M. SUGIYAMA, Y. NAKANO, Y. SHIMOGAKI, I. T.
IM, and T. SHIODA
InGaAsP の MOCVD プロセス最適化のためには、装置
内の成長速度および組成分布を予測できるシミュレーシ
ョンの構築が不可欠である。本研究では、円管型クラッ
キングセルを用いた実験で測定した気相反応速度のデー
タ、面積選択成長および in situ エリプソメトリーを用い
て測定した表面反応速度のデータを基に、数値流体力学
シミュレーションにより MOCVD リアクター内部の成長
速度分布・組成分布を予測することを試みている。放射
伝熱を考慮した反応器壁温度分布の 3 次元シミュレーシ
ョン結果をもとに，As/P 組成まで予測できる表面反応モ
デルを構築し，シミュレーション結果と実験結果の比較
検討を行った。
For theoretical optimization of InGaAsP MOCVD processes,
it is indispensable to predict the profile of growth rate and
composition by simulations. In this work, we attempt to
predict such reactor-scale profiles based on the experimental
142
[4]
[5]
[6]
[7]
片桐祥雅, 中野義昭, 小林郁太郎, 光岡靖幸, 篠島弘
幸, 福田浩, 後藤東一郎: 超微細光回路に向けたプ
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waveguides for ultra-dense optical integrated circuits),
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Hwa Sun Park, Jong Chang Yi, Young Tae Byun, Seok
Lee, Sun Ho Kim, Mitsuru Takenaka, and Yoshiaki
Nakano: Investigation of the modulation efficiency of
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no. 7 A, pp. 4378-4382 (2003).
Chang-Zheng Sun, Bing Xiong, Yi Luo, and Yoshiaki
Nakano: Integration of external optical feedback
resistance of IC-DFB and GC-DFB lasers using a very
simple experimental set-up, Chinese Physics Letters, vol.
20, no. 7, pp. 1061-1063 (2003).
Nobuo Haneji, Goh Segami, Tatsuya Suzuki, Taro
Arakawa, Kunio Tada, Yukihiro Shimogaki, and Yoshiaki
Nakano: Electron cyclotron resonance reactive ion
etching of III-V semiconductors by cyclic injection of
CH4/H2/Ar and O2 with constant Ar flow, Japanese
Journal of Applied Physics, vol. 42, part 1, no. 6B, pp.
3958-3961 (2003).
Ichitaro Waki, Chaiyasit Kumtornkittikul, Yukihiro
Shimogaki, and Yoshiaki Nakano: Shortest intersubband
transition wavelength (1.68 µm) achieved in AlN/GaN
multiple quantum wells by metalorganic vapor phase
epitaxy, Applied Physics Letters, vol. 82, no. 25, pp.
4465-4467 (2003).
A. Morita, M. Sugiyama and S. Koda: Gas-Phase Flow
and
Diffusion
Analysis
of
the
Droplet-Train/Flow-Reactor
Technique
for
the
Mass-Accommodation Processes, J. Phys. Chem A,
107(11), pp. 1749-1759 (2003).
T. Hirose, T. Omatsu, M. Sugiyama, S. Inasawa, A.
Takami, M. Tateda and S. Koda: Diffraction Efficiency
of Holographic Grating Formation in Au Nano
Particle-Doped Sol-Gel Silica Film by Laser Irradiation,
Jpn. J. Appl. Phys, 42, pp. 1288-1289 (2003).
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[11]
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Selective-Area Metalorganic Vapor Phase Epitaxy:
Gas-Phase Concentration Analysis, Jpn. J. Appl. Phys. 42
(4A) pp. L359-L361 (2003).
Ho-jin Oh, Masakazu Sugiyama, Yoshiaki Nakano and
Yukihiro Shimogaki : Comparison of Organic and
Hydride Group V Precursors in Terms of Surface
Kineticsin Wide-Gap Selective Area Metalorganic Vapor
Phase Epitaxy, Jpn. J. Appl. Phys. 42 (10A) pp.
L1195-L1197 (2003).
Ho-jin Oh, Masakazu Sugiyama, Yoshiaki Nakano and
Yukihiro Shimogaki: Surface Reaction Kinetics in
Metalorganic Vapor Phase Epitaxy of GaAs through
Analysesof Growth Rate Pro ･ le in Wide-Gap
Selective-Area Growth, Jpn. J. Appl. Phys. 42 (10) pp.
6284-6291 (2003).
S. Inasawa, M. Sugiyama and S. Koda: Size Controlled
Formation of Gold Nanoparticles Using Photochemical
Grwoth and Photothermal Size Reduction by 308nm
Laser Pulses, Jpn. J. Appl. Phys. 42 (10) pp. 6705-6712
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Ho-Jin Oh, Masakazu Sugiyama, Yoshiaki Nakano, and
Yukihiro Shimogaki: Comparison of organic and hydride
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wide-gap selective area metalorganic vapor phase epitaxy,
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10A, pp. L1195-L1197 (2003).
Ho-Jin Oh, Masakazu Sugiyama, Yoshiaki Nakano, and
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growth, Japanese Journal of Applied Physics, vol. 42,
part 1, no. 10, pp. 6284-6291 (2003).
Seok-Hwan Jeong, Tetsuya Mizumoto, Mitsuru Takenaka,
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143
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Naoki Futakuchi, and Yoshiaki Nakano: Fabrication and
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GaInAsP/InP selective area MOVPE, Conference
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Nakano, and Yukihiro Shimogaki: Study on the surface
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selective area growth, Conference Proceedings, 15th
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Weerachai Asawamethapant and Yoshiaki Nakano:
Wavelength trimming of a 1.55 µm five-channel
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Nutchai Sroymadee and Yoshiaki Nakano: Fabrication of
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Washington, DC, June 16-18, 2003.
Ichitaro Waki, Chaiyasit Kumtornkittikul, Yukihiro
Shimogaki, and Yoshiaki Nakano: Near-infrared
intersubband transitions in MOVPE-grown AlN/GaN
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Ichitaro Waki, Chaiyasit Kumtornkittikul, Yukihiro
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144
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October 13-16, 2003.
[38] Jesse Darja, Shinichi Narata, Nong Chen, and Yoshiaki
Nakano: Use of a device simulator in conjunction with
orthogonal arrays in optimizing the design of
InAlGaAs/InP MQW laser diodes, Proceedings of the
IEEE/LEOS 3rd International Conference on Numerical
Simulation of Semiconductor Optoelectronic Devices
(NUSOD '03), MC2, pp. 25-26, Tokyo, October 14-16,
2003.
[39] Chaiyasit Kumtornkittikul, Ichitaro Waki, Yukihiro
Shimogaki, and Yoshiaki Nakano: First observation of
1.55µm intersubband absorption in MOVPE-grown
AlN/GaN multiple quantum wells, Conference
Proceedings, IEEE Lasers and Electro-Optics Society
Annual Meeting (LEOS 2003), ThU3, pp. 947-948,
Tucson, Arizona, October 26-30, 2003.
[40] Mitsuru Takenaka and Yoshiaki Nakano: Realization of a
compact directionally-coupled bistable laser diode for
all-optical flip-flop application, Conference Proceedings,
IEEE Lasers and Electro-Optics Society Annual Meeting
(LEOS 2003), ThG5, pp. 828-829, Tucson, Arizona,
October 26-30, 2003.
[41] Ichitaro Waki, Chaiyasit Kumtornkittikul, Yukihiro
Shimogaki, and Yoshiaki Nakano: Non-uniform
distribution of intersubband transition wavelength in
MOVPE-grown AlN/GaN multiple quantum wells over a
2-inch sapphire substrate, Proceedings of 2003 Material
Research Society Fall Meeting, Abst#Y10.54, Boston,
December 1-5, 2003.
[42] J.-K. Seo, S.-K. Jeong, Tetsuya Mizumoto, Mitsuru
Takenaka, and Yoshiaki Nakano: Measurement of
nonlinear response of GaInAsP DFB waveguide using a
pump-probe method, Technical Digest, Seventh
International Symposium on Contemporary Photonics
Technology (CPT 2004), F-4, pp. 127-128, Tokyo,
January 14-16, 2004.
[43] Takafumi Ohtsuka and Yoshiaki Nakano: Strain effect on
the band lineup of mass-transported InAsP quantum
wires buried in InGaAsP/InP, Technical Digest, Seventh
International Symposium on Contemporary Photonics
Technology (CPT 2004), P-6, pp. 77-78, Tokyo, January
14-16, 2004.
[44] Mitsuru Takenaka and Yoshiaki Nakano: First realization
of all-optical flip-flop based on bistable laser diode with
active multimode interference cavity, Technical Digest,
Conference on Optical Fiber Communication (OFC '04),
WL4, Los Angeles, California, February 22-27, 2004.
[45] Nong Chen, Shinichi Narata, Jesse Darja, and Yoshiaki
Nakano: Semiconductor lasers designed for cost
effective fiber communication, Proceedings of the 8th
Sino-Japanese Joint Meeting on Optical Fiber Science
and Electromagnetic Theory, S3-PD1, Huangshan City,
Anhui, China, March 28-30, 2004.
[53] 中野義昭: (招待講演) 半導体能動光機能デバイスの
研究動向, ADTECH Crosslight セミナー2003 予稿集,
pp. 1-9, 2003 年 10 月 17 日.
[54] Yoshiaki Nakano: ( 基 調 講 演 ) Progress of photonic
networking devices, 2004 IEEE Systems Packaging
Japan Workshop, Hakone, Japan, February 2-4, 2004.
[55] 中野義昭: (招待講演) ブロードバンドネットワーク
を支える光デバイス技術の動向, 特定非営利活動法
人 高度情報通信推進協議会 設立記念フォーラム
「ブロードバンド時代の到来と新しい情報通信技
術」講演資料集, 早稲田大学, 2004 年 2 月 6 日.
[56] 中野義昭: 光ワイヤレス通信技術の新展開(4)−光ワ
イヤレス通信技術調査委員会の活動から−光ワイヤ
レス通信用デバイス, 光産業技術振興協会 Opto
News (オプトニューズ), no.1 (通巻 139 号), pp. 22-27,
2004 年 2 月 10 日.
シンポジウム・研究会・大会等発表
著書
[46] 中野義昭: (3) 光ネットワークデバイス, 動け!日本
−イノベーションで変わる生活・産業・地域(共著，
動け!日本タスクフォース編), pp. 164-170, 日経 BP
社, 2003 年 4 月 21 日 (1 版 1 刷).
[47] 中野義昭: (6) 光情報ネットワーク戦略拠点の設置,
動け!日本 −イノベーションで変わる生活・産業・
地 域 ( 共 著 ， 動 け ! 日 本 タ ス ク フ ォ ー ス 編 ), pp.
180-181, 日経 BP 社, 2003 年 4 月 21 日 (1 版 1 刷).
総説・解説論文
[48] 中野義昭: 光電子回路実装標準化委員会活動報告,
JPCA「光配線板」
「光コネクタ」規格リリース報告,
JPCA 規格最前線セミナー2003, 東京ビッグサイト,
2003 年 6 月 4 日.
[49] 中野義昭: 2003 年光ファイバー通信会議(OFC2003)
の概要, オプトロニクス, vol. 22, no. 6, pp. 102-104,
2003 年 6 月 10 日.
[50] 中野義昭: (基調講演) 光通信デバイスの現状と将来,
日本ファインセラミクス協会(JFCA)シンポジウム,
科学技術館, 2003 年 6 月 11 日.
[51] 中野義昭: (応用電子物性分科会 60 周年記念招待講
演) 光エレクトロニクス(光信号処理)デバイス
(Optoelectronic -optical signal processing- devices), 第
64 回応用物理学会学術講演会(福岡大学), 30p-YA-2,
2003 年 8 月 30 日.
[52] 中野義昭: (招待論文) フォトニックネットワークに
おけるデバイス技術の動向 −デジタル光デバイス
に向けて (Trends of device technologies for photonic
networking -toward digital photonic devices), 電子情報
通信学会技術研究報告(フォトニックネットワーク
研究会), PN2003-9, p. 1, 2003 年 9 月 2-3 日.
145
[57] Ichitaro Waki, Chaiyasit Kumtornkittikul, Yukihiro
Shimogaki, and Yoshiaki Nakano: Near-infrared
intersubband absorption in Al(Ga)N/GaN multiple
quantum wells grown by MOVPE, Extended Abstracts of
the 22nd Electronic Materials Symposium, H8, pp.
265-266, Biwako, Shiga, July 2-4, 2003.
[58] Chaiyasit Kumtornkittikul, Ichitaro Waki, Yukihiro
Shimogaki, and Yoshiaki Nakano: Experimental and
theoretical study of intersubband absorption in
MOVPE-grown Al(Ga)N/GaN multiple quantum wells,
Extended Abstracts of the 22nd Electronic Materials
Symposium, H9, pp. 267-268, Biwako, Shiga, July 2-4,
2003.
[59] Tomoyoshi Ide, Goh Segami, Nobuo Haneji, Taro
Arakawa, Kunio Tada, Yukihiro Shimogaki, and Yoshiaki
Nakano: Electron cyclotron resonance reactive ion
etching of InGaAs/InAlAs/InP multilayer structure and
GaN by cyclic injection of CH4/H2/Ar and O2 with
constant Ar flow, Extended Abstracts of the 22nd
Electronic Materials Symposium, B10, pp. 27-30,
Biwako, Shiga, July 2-4, 2003.
[60] 井手智祥, 阿波良基, 荒川太郎, 羽路伸夫, 清水大雅,
杉山正和, 霜垣幸浩, 中野義昭, 多田邦雄: GaN のメ
タン・水素・アルゴン/酸素交互供給 ECR 反応性イ
オンエッチング (ECR-Reactive Ion Etching of GaN
by Cyclic Injection of CH4/H2/Ar and O2), 第 64 回応用
物理学会学術講演会(福岡大学), 30p-C-11, 2003 年 8
月 30 日.
[61] チャイヤスィットカムト−ンキッティクル, 脇一太
郎, 霜垣幸浩, 中野義昭: MOVPE 成長 AlN/GaN 多重
量子井戸における 1.55μm サブバンド間吸収の観測
(Achievement of intersubband absorption at λ~1.55 μ
m in MOVPE-grown AlN/GaN multiple quantum wells),
第 64 回 応 用 物 理 学 会 学 術 講 演 会 ( 福 岡 大 学 ),
30p-YH-7, 2003 年 8 月 30 日.
[62] 清水大雅, 中野義昭: 非相反損失に基づく TE モード
半導体導波路型光アイソレータの試作 (Fabrication
of a TE mode semiconductor-waveguide-type optical
isolator based on non-reciprocal loss), 第 64 回応用物理
学会学術講演会(福岡大学), 30a-YH-7, 2003 年 8 月 30
日.
[63] 呉豪振, 林益台, 杉山正和, 中野義昭. 霜垣幸浩: V
族原料による選択成長領域における In/Ga 組成分布
の変化 (The change of In/Ga ratio in selectively grown
film using organic or hydride group V precursor), 第 64
回応用物理学会学術講演会(福岡大学), 31a-K-1, 2003
年 8 月 31 日.
[64] 呉 豪 振 , 杉 山 正 和 , 中 野 義 昭 , 霜 垣 幸 浩 : 選 択
MOCVD に伴う SiO2 マスク上の核発生: 成長条件
依存性 (Appearance of polycrystalline on the dielectric
mask during GaAs MOCVD selective area growth: effect
of growth conditions), 第 64 回応用物理学会学術講演
会(福岡大学), 31a-K-2, 2003 年 8 月 31 日.
[65] 竹中充, 中野義昭: 多モード干渉カプラ型半導体レ
ーザによる全光フリップ・フロップの提案 (Proposal
of
a
novel
all-optical
flip-flop using
an
MMI-coupler-based bistable laser diode), 第 64 回応用
物理学会学術講演会(福岡大学), 31p-YK-10, 2003 年
8 月 31 日.
[66] 宋学良, 張臻瑞, 曹志恒, 中野義昭: 選択成長によ
るモノリシック集積 MZI 型全光スイッチ SOA 部の
線 幅 増 大 係 数 の 測 定 (Measurement of linewidth
enhancement factor of the SOA employed in the SAG
based monolithic all-optical switch), 第 64 回応用物理
学会学術講演会(福岡大学), 31p-YK-7, 2003 年 8 月 31
日.
[67] 徐 在 國 , 鄭 錫 煥 , 水 本 哲 弥 , 竹 中 充 , 中 野 義 昭 :
GaInAsP/InP 導波路におけるポンプ光誘起吸収変化
の測定 (英語), 第 64 回応用物理学会学術講演会(福
岡大学), 31p-YK-15, 2003 年 8 月 31 日.
[68] 脇一太郎, チャイヤスィットカムト−ンキッティク
ル, 霜垣幸浩, 中野義昭: MOVPE 成長 AlN/GaN 多重
量子井戸における近赤外サブバンド間遷移
(Near-infrared
intersubband
transitions
in
MOVPE-grown AlN/GaN MQWs), 第 64 回応用物理学
会学術講演会(福岡大学), 1a-G-5, 2003 年 9 月 1 日.
[69] イット・フーチョン, 竹中充, 宋学良, 中野義昭:
InGaAsP 方向性結合半導体光増幅器の改良試作とそ
の波長変換特性 (Improved fabrication and wavelength
conversion
characteristics
of
InGaAsP
directionally-coupled semiconductor optical amplifier),
第 64 回応用物理学会学術講演会(福岡大学), 1a-YK-7,
2003 年 9 月 1 日.
[70] 中野貴之, 福島康之, 杉山正和, 中野義昭, 霜垣幸
浩: MOVPE 法による化合物半導体結晶成長におけ
る 表 面 反 応 メ カ ニ ズ ム の 解 明 (Investigation of
146
[71]
[72]
[73]
[74]
[75]
[76]
[77]
[78]
[79]
[80]
[81]
surface reaction mechanism during compound
semiconductor crystal growth in MOVPE), 第 64 回応用
物理学会学術講演会(福岡大学), 2a-K-8, 2003 年 9 月 2
日.
Ik-Tae Im, Ho-Jin Oh, Masakazu Sugiyama, Yoshiaki
Nakano, and Yukihiro Shimogaki: A Study on the
Thermal Effects to the Film Growth Rate During
MOCVD Processes, 第 64 回応用物理学会学術講演会
(福岡大学), 2a-K-10, 2003 年 9 月 2 日.
Eric Gouardes and Yoshiaki Nakano: Choices of
signaling and architecture for an optical burst switching
(OBS) node prototype (光バーストスイッチングノー
ドにおけるシグナリングと構成), 電子情報通信学
会技術研究報告(フォトニックネットワーク研究会),
PN2003-12, pp. 11-16, 2003 年 9 月 2-3 日.
Chaiyasit Kumtornkittikul, 脇一太郎, 霜垣幸浩, 中野
義昭: MOVPE 成長 AlN/GaN 多重量子井戸における
1.55μm のサブバンド間遷移 (Intersubband transition
at lamda~1.55μm in MOVPE-grown AlN/GaN multiple
quantum wells), 電子情報通信学会エレクトロニクス
ソサイエティ大会(新潟大学)講演論文集, C-4-17, p.
293, 2003 年 9 月 25 日.
徐在國, 鄭錫煥, 水本哲弥, 竹中充, 中野義昭: ポン
プ・プローブ法を用いた GaInAsP DFB 導波路におけ
る 非 線 形 応 答 測 定 (Measurement of nonlinear
response of GaInAsP DFB waveguide using a
pump-probe method), 電子情報通信学会エレクトロ
ニクスソサイエティ大会( 新潟大学 )講演論文集,
C-4-18, p. 294, 2003 年 9 月 25 日.
荻野 正明、清水 了典、杉山 正和，霜垣 幸浩「ポ
リシリコン CVD 過程の素反応解析(5)」第 64 回応用
物理学会学術講演会，2pA7，福岡大学，2003 年 9
月
杉山正和, 大村恒雄, 幸田清一郎：炭素粒子超臨界水
酸化プロセスの流体力学シミュレーション」化学工
学会第 36 回秋季大会,I1P08,東北大学,2003 年 9 月.
大村恒雄, 杉山正和, 幸田清一郎：
「超臨界流体の流
動状態シミュレーション手法に関する検討, 化学工
学会第 36 回秋季大会, I1P09, 東北大学, 2003 年 9 月.
和気範明, 杉山正和, 霜垣幸浩： ULSI３次元実装用
高速均一成長 Al-CVD プロセスの開発, 化学工学会
第 36 回秋季大会, U3A03, 東北大学, 2003 年 9 月.
清水了典，荻野正明, 杉山正和, 霜垣幸浩: リンドー
プポリシリコンＬＰＣＶＤプロセスの解析とモデル
化, 化学工学会第 36 回秋季大会, U3A05, 東北大学,
2003 年 9 月.
霜垣幸浩，呉 豪振, 林 益台，杉山正和，中野義昭:
化合物半導体選択 MOCVD 成長を利用したマルチス
ケール解析, 化学工学会第 36 回秋季大会, U3A06,
東北大学, 2003 年 9 月.
杉山正和，呉 豪振, 林 益台，野義昭，霜垣幸浩: 化
合物半導体選択 MOCVD 成長における表面核発生,
[82]
[83]
[84]
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[86]
[87]
[88]
[89]
化学工学会第 36 回秋季大会, U3A06, 東北大学, 2003
年 9 月.
中野義昭, 竹中充, 宋学良, 清水大雅: (招待論文)
半導体能動導波路に基づくデジタルフォトニックデ
バイス (Invited Paper: Digital photonic devices based
on semiconductor active waveguides), 電子情報通信学
会技術研究報告(光エレクトロニクス研究会, LQE 共
催), OPE2003-213, p. 85, 2003 年 12 月 18-20 日.
杉山正和, 中野義昭: 半導体光デバイス高機能化の
ための化合物半導体結晶成長・シミュレーション技
術 (Crystal growth of compound semiconductors and
simulation technology for the fabrication of
high-performance semiconductor optical devices), 東京
大学 21 世紀 COE「未来社会を担うエレクトロニク
スの展開」第 2 回ワークショップ予稿集, pp. 43-51,
2004 年 1 月 13 日.
霜垣幸浩, 中野義昭: 光導波路接続に最適な光素子
接続部構成に関する研究開発, ASET 電子 SI 技術プ
ロジェクト「光・電気複合実装技術」成果報告会講
演資料集, 2004 年 1 月 23 日.
竹中充, 中野義昭: 多モード干渉カプラを有する双
安定性半導体レーザによる全光フリップ・フロップ
の 実 現 (Realization of a semiconductor all-optical
flip-flop by an MMI-based bistable laser diode), 電子情
報通信学会技術研究報告(フォトニックネットワー
ク研究会, LQE, OPE, EMT, OFT 共催), PN2003-76, pp.
61-64, 2004 年 1 月 28-30 日.
徐在國, 水本哲弥, 竹中充, 中野義昭: GaInAsP-DFB
導波路の光強度依存屈折率変化とその時間応答特性
の測定 (Measurement of intensity-dependent refractive
index changes and temporal response of GaInAsP-DFB
waveguides), 電子情報通信学会技術研究報告(フォ
トニックネットワーク研究会, LQE, OPE, EMT, OFT
共催), PN2003-78, pp. 69-74, 2004 年 1 月 28-30 日.
Masakazu Sugiyama, Yoshiaki Nakano, Yukihiro
Shimogaki, Ichitaro Waki, Ho-Jin Oh, Xueliang Song,
Abdullah Al Amin, Takafumi Ohtsuka, Takayuki Nakano,
and Chaiyasit Kumtornkittikul: Advanced metalorganic
vapor phase epitaxy technology for monolithic
integration of photonic devices, Proceedings of
International Symposium on Electronics for Future
Generations, pp. 151-155, Tokyo, March 10-11, 2004.
Yoshiaki Nakano, Masakazu Sugiyama, Hiromasa
Shimizu, Eric Gouardes, Mitsuru Takenaka, Maura
Raburn, Jesse Darja, Foocheong Yit, and Xiaoping Zhao:
Semiconductor photonic networking devices ﾐ research
toward digital photonics, Proceedings of International
Symposium on Electronics for Future Generations, pp.
437-442, Tokyo, March 10-11, 2004.
竹中充, モーラ・レイバン, 中野義昭: 多モード干渉
カプラ型双安定半導体レーザを用いた全光フリッ
プ・フロップ動作 (All optical flip-flop operation using
147
[90]
[91]
[92]
[93]
[94]
[95]
[96]
[97]
[98]
a multimode interference bistable laser diode), 電子情
報通信学会総合大会( 東京工業大学 )講演論文集,
C-4-30, p. 358, 2004 年 3 月 22-25 日.
新見隆男, 小林郁太郎, 中野義昭, 片桐祥雅, 光岡靖
幸: 金属光導波路における SPP-mode 伝搬損失の評
価 (Evaluation of SPP-mode loss guided by metal
optical waveguide), 電子情報通信学会総合大会(東京
工業大学)講演論文集, SC-5-5, p. S-71, 2004 年 3 月
22-25 日.
百瀬健，杉山正和，霜垣幸浩「超臨界 CO2 中におけ
る Cu 薄膜形成過程の可視化」第 51 回応用物理学関
係連合講演会,28p-P5-7，東京工科大学、2004 年 3 月
和氣範明, 中野貴之, 呉豪振, 杉山正和, 中野義昭,
霜垣幸浩: 化合物半導体の MOVPE 選択成長におけ
る異常成長制御 (Abnormal growth control in MOVPE
selective area growth of compound semiconductor), 第
51 回応用物理学関係連合講演会(東京工科大学),
28a-YG-7, 2004 年 3 月 28 日.
中野貴之, 杉山正和, 中野義昭, 霜垣幸浩: MOVPE
法における結晶成長中での表面反応メカニズムの解
明 (2) (Investigation of surface reaction mechanism
during crystal growth in MOVPE 2), 第 51 回応用物理
学関係連合講演会(東京工科大学), 28p-YG-1, 2004 年
3 月 28 日.
金 子 慎 , 清 水 大 雅 , 中 野 義 昭 : InGaAs/InAlAs
MQW-EA 変調器における光誘起屈折率変化の測定
(Photo-induced
refractive
index
change
in
InGaAs/InAlAs MQW-EA modulators), 第 51 回応用物
理学関係連合講演会(東京工科大学), 30p-ZV-1, 2004
年 3 月 30 日.
李寧, C. カムトーンキッティクル, 脇一太郎, 杉山
正和, 霜垣幸浩, 中野義昭: 塩素系 ICP エッチング
に よ る GaN 導 波 路 の 作 製 (Fabrication of GaN
waveguides using Cl2-based inductively coupled plasma
etching)", 第 51 回応用物理学関係連合講演会(東京工
科大学), 30a-ZV-7, 2004 年 3 月 30 日.
奈良田新一, ダルジャ・ジェッシー, 陳農, 中野義
昭: 電流狭窄層をもったリッジ型半導体レーザの最
適設計シミュレーション (Numerical optimization of
ridge waveguide semiconductor lasers with current
confinement structure), 第 51 回応用物理学関係連合
講演会(東京工科大学), 31p-ZZ-2, 2004 年 3 月 31 日.
竹中充, モーラ・レイバン, 中野義昭: 方向性結合器
型半導体レーザの小型化による全光フリップ・フロ
ップの特性改善 (Improvement of characteristics of
all-optical
flip-flop
using
a
compact
directionally-coupled bistable laser diode), 第 51 回応用
物理学関係連合講演会(東京工科大学), 31a-ZK-9,
2004 年 3 月 31 日.
大塚節文, 中野義昭: マストランスポート InAsP 量
子細線のバンド構造に対するひずみの効果 (Strain
effect on the band structure of mass-transported InAsP
quantum wires), 第 51 回応用物理学関係連合講演会
(東京工科大学), 31a-ZZ-2, 2004 年 3 月 31 日.
[99] 百瀬 健, 杉山正和, 霜垣幸浩：超臨界 CO2 を用いた
Cu 薄膜堆積：製膜過程の可視化, 化学工学会第 69
年会,A108,東北大学,2004 年 4 月.
[100] 藤江誠，前田和彦，杉山正和，幸田清一郎: 超臨界
水酸化における炭素粒子間の相互作用の実験と解析,
化学工学会第 69 年会, A313, 東北大学, 2004 年 4 月.
[101] 東海林大輔，片岡雅彦，大村恒雄，杉山正和，板谷
清司，内田 寛，幸田清一郎: 高温高圧水中の木材
の反応速度論的検討, 化学工学会第 69 年会, A315,
東北大学, 2004 年 4 月.
[102] 中野貴之, 杉山正和,中野義昭，霜垣幸浩: 時間変調
成長による MOVPE 表面反応メカニズムの解明, 化
学工学会第 69 年会, M306, 東北大学, 2004 年 4 月.
[103] 和氣範明, 中野貴之, 呉 豪振，杉山正和, 中野義昭，
霜垣幸浩: 化合物半導体の MOVPE 選択成長におけ
る異常成長制御, 化学工学会第 69 年会, M306, 東北
大学, 2004 年 4 月.
その他
[104] 中野義昭： ナノプロセス技術による先中野義昭: 不
況に負けるな！光ビジネスの変革に一石を, 東京大
学 先端研ウォッチャー, vol. 6, p. 3, 2003 年 4 月 20
日.
[105] 中野義昭： (招待講演) ナノプロセス技術による先
端光情報通信デバイス, 名古屋大学電気系 21 世紀
COE プログラム「プラズマが拓くナノ情報デバイス
の世界的拠点形成に向けて」シンポジウム報告書, pp.
25-30, 2003 年 4 月.
[106] Yoshiaki Nakano and Hiromasa Shimizu: Fabrication of
a TE mode semiconductor-waveguide-type optical
isolator based on non-reciprocal loss, CREST FEMD
Newsletter, vol. 5, no. 3, pp. 7-8, December 2003.
148
高木研究室
Takagi Laboratory
capacitance, associated with the decrease in gate insulator
thickness, can lead to the degradation in the device
performance. We are working on the physical understanding of
these effects and the prediction of the performance of ultimate
MOSFETs, through simulations and experiments.
研究現況
Current Research Projects
論文・著書一覧（2003 年度）
Publications List
1.
高移動度チャネル MOSFET に関する研究
高木 信一
Si-based Advanced MOSFETs using High Mobility
Channels
S. TAKAGI
研究論文
[1]
MOS トランジスタは、チャネル長が 100nm 以下になる
と様々な物理的要因により、これまで用いられてきた素
子の微細化による性能向上が困難となりつつあるため新
たなデバイス上の工夫が必要である。中でも、最近注目
を集めている、ひずみ Si や SiGe、Ge などの移動度の高
いチャネル材料を用いた MOSFET に注目し、その電気特
性と物理的機構の解明、最適構造設計などを進めている。
In MOSFETs with gate length less than 100nm, it is difficult
to boost the device performance only by shrinking the device
size, because of several physical limitations, demanding the
necessity of novel device engineering techniques. Among them,
MOSFETs with high mobility channels such as strained-Si,
SiGe and Ge, has recently stirred a strong interest. We are
studying on the analysis of electrical properties of these
MOSFETs, the understanding of their physical mechanisms
and the optimal design of the device structures.
MOSFET 中のキャリア輸送現象に関する研究
高木 信一
Carrier Transport Properties in Inversion-Layers of
Advanced MOSFETs
S. TAKAGI
[2]
[3]
[4]
2.
[5]
素子の微細化に伴って、MOS 反転層中の移動度・キャ
リア速度、電流駆動力などのキャリア輸送特性は、種々
の影響を受ける。ひとつは、チャネル長の短縮による非
定常輸送効果の発現であり、究極的には、無散乱でチャ
ネルを走行するバリスティック輸送による性能向上が期
待できる。もう一つは、酸化膜薄膜化に伴う移動度の低
下や反転層容量の影響の増大であり、これらは性能劣化
に繋がる。計算機シミュレーションや移動度評価などを
通じて、これらの現象を明確化し、微細 MOSFET におけ
る性能予測を進めている。
Carrier transport properties including mobility, velocity and
current drive in inversion layers of MOSFETs have strongly
been affected by the miniaturization of the device size. One of
typical effects is non-stationary carrier transport over
ultra-short channel. Ballistic transport, where no scattering
events occur in the channel, is expected to maximize the
current drive of MOSFETs. On the other hand, the mobility
lowering and the increased contribution of inversion-layer
S. Nakaharai, T. Tezuka, N. Sugiyama, Y. Moriyama and
S. Takagi, “Characterization of 7-nm-thick Strained
Ge-on-Insulator Layer Fabricated by Ge-Condensation
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[12] S. Takagi, T. Maeda, T. Numata, T. Mizuno, K. Usuda, A.
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Conference on Microelectronics Test Structures), Awaji
Yumebutai International Conference Center, pp. 133-138
(2004).
[19]
[20]
[21]
[22]
総説・解説論文
[13] 高木信一、水野智久、手塚勉、杉山直治、臼田宏治、
中払周、沼田敏典、守山佳彦、古賀淳二、田邊顕人、
平下紀夫、前田辰郎、MIRAI の挑戦(4)トランジスタ
技術 -10nm ゲートへの進化のシナリオ「新材料＋
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[14] 水野智久，杉山直治, 手塚勉，守山佳彦，中払周，
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シンポジウム・研究会・大会等発表
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[18] 沼田敏典, 水野智久, 手塚勉, 古賀淳二, 松沢一也,
高木信一、完全空乏型 SOI 及びひずみ SOI CMOS に
[25]
[26]
[27]
150
おけるしきい値制御と短チャネル効果抑制手法、シ
リコンテクノロジー分科会第 56 回研究集会「先端デ
バイス実現に向けたモデリング技術」
、タイム 24 ビ
ル交流サロン、(2003).
S. Takagi, N. Sugiyama, T. Tezuka, T. Mizuno, T.
Numata, Y. Moriyama, K. Usuda, S. Nakaharai, J. Koga,
A. Tanabe, N. Hirashita and T. Maeda, Proceeding of
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Village Center,Hayama JAPAN, p. 26-38 (2003).
高木信一、水野智久、手塚勉、杉山直治、沼田敏典、
臼田宏治、中払周、守山佳彦、古賀淳二、田邊顕人、
平下紀夫、前田辰郎、微細 CMOS における新チャネ
ル構造の重要性とひず SOI 素子技術、SEMI スタン
ダードワークショップ「歪Ｓｉへの期待 −デバイ
ス動向と基板・評価技術の現状」
、幕張メッセ国際会
議場会議室 (2003).
手塚勉、杉山直治、臼田宏治、平下紀夫、守山佳彦、
中払周、高木信一、宮村佳児、豊田英二、酸化濃縮
法による SGOI、ひずみ SOI 基板技術、SEMI スタン
ダードワークショップ「歪Ｓｉへの期待 −デバイ
ス動向と基板・評価技術の現状」
、幕張メッセ国際会
議場会議室, (2003).
高木信一, 水野智久, 手塚勉, 杉山直治, 沼田敏
典, 臼田宏治, 中払周, 守山佳彦, 古賀淳二,
田 邊 顕 人 , 平 下 紀 夫 , 前 田 辰 郎 ; ひ ず み SOI
MOSFET のチャネル構造設計と作製技術, 電子情報
通信学会 シリコン材料・デバイス研究会（SDM) ・
応用物理学会シリコンテクノロジー分科会 ULSI デ
バイス研究委員会合同研究会, IEDM 特集（先端
CMOS デバイス・プロセス技術）, 機械振興会館, pp.
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高木信一、ひずみ SOI CMOS 技術と CMOS チャネ
ルエンジニアリングの方向性、日本学術振興会未
踏・ナノデバイステクノロジー第 151 委員会第 67
回研究会、伊東温泉ホテル暖香園、pp. 8-14 (2004).
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向性、STRJ ワークショップ「半導体技術ロードマッ
プ専門委員会」第一部『ITRS 2003 に見る今後の LSI
技術の方向性』、ホテル フロラシオン青山、pp.
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杉山直治，水野智久，守山佳彦，中払周，手塚勉，
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講演会、東京工科大学 (2004).
沼田敏典，水野智久，手塚勉，古賀淳二，高木信一;
極薄膜ひずみ SOI p-MOSFET におけるしきい値制御
と短チャネル効果, 第 51 回応用物理学会関係連合学
術講演会、東京工科大学 (2004).
臼田宏治, 沼田典則, 手塚 務, 杉山直治, 守山佳彦,
中 払 周, 高 木 信 一 ; NBD 法 に よ る Strained-Si-
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On-Nothing (SSON)構造のひずみの評価, 第 51 回応
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(2004).
中払 周, 手塚 勉, 杉山 直治, 守山 佳彦, 高木 信
一; 酸化濃縮法による高純度 Ge-on-Insulator(GOI)層
の作製, 第 51 回応用物理学会関係連合学術講演会、
東京工科大学 (2004).
守山佳彦、杉山直治、平下紀夫、中払周、高木信一;
ひずみ SiGe 薄膜成長時の表面ラフネス・界面転位数
密度の変化と格子緩和, 第 51 回応用物理学会関係連
合学術講演会、東京工科大学 (2004).
手塚勉、中払周、杉山直治、臼田宏治、平下紀夫、
田邊顕人、守山佳彦、高木信一、宮村佳児、豊田英
二; 酸化濃縮法による高移動度チャネル CMOS 用基
板作製技術, 第 51 回応用物理学会関係連合学術講演
会、東京工科大学 (2004).
水野智久，杉山直治, 手塚勉，守山佳彦，中払周，
前田辰郎，高木信一; (110)面ひずみ及び無ひずみ素
子における正孔移動度特性, 第 51 回応用物理学会関
係連合学術講演会、東京工科大学 (2004).
古賀淳二, 石原貴光, 高木信一; 極薄ゲート酸化膜
素子における反転層移動度劣化の起源, 第 51 回応用
物理学会関係連合学術講演会、東京工科大学 (2004).
土屋英昭, 高木信一, 小川真人, 三好旦六; ナノ
MOS トランジスタのバリスティック極限性能, 第
51 回応用物理学会関係連合学術講演会、東京工科大
学 (2004).
朴敬花, 船尾大輔, 平川一彦, 高木信一; 薄いゲー
ト酸化膜を持つ Si-MOSFET 中の電子有効質量, 第
51 回応用物理学会関係連合学術講演会、東京工科大
学 (2004).
高木信一, 極薄 GOI (Ge-On-Insulator) チャネルを用
いたバリスティック MOSFET の電流駆動力, 第 51
回応用物理学会関係連合学術講演会、東京工科大学
(2004).
高木信一,極薄 GOI チャネルを用いたバリスティッ
ク MOSFET の電流駆動力に与える面方位の効果, 第
51 回応用物理学会関係連合学術講演会、東京工科大
学 (2004).
その他
[37] S. Takagi, “Strained Silicon Technology”, IEDM2003
Short Course “Silicon+: Augmented Silicon Technology”,
(2003).
151
田中（雅）研究室
M. Tanaka Laboratory
2.
(http://www.cryst.t.u‑tokyo.ac.jp)
研究現況
Current Research Projects
1.
強磁性金属(MnAs)/半導体(GaAs, AlAs)ヘテロ
構造のエピタキシャル成長とその構造・磁性・
磁気輸送特性
田中 雅明・菅原 聡・中根 了昌・松野 知紘・
李 国梁・袁 米旺・近藤 潤
Ferromagnetic Metal(MnAs) / Semiconductor(GaAs,
AlAs) Heterostructures on Si and GaAs Substrates :
Epitaxial Growth, Structure, Magnetic and
Magneto-Transport Properties
M. TANAKA, S. SUGAHARA, R. NAKANE, T.
MATSUNO, K-L. LEE, Y-M. WANG, and J. KONDO
Si や GaAs 半導体基板上に高品質単結晶の強磁性薄膜
を成長させることができれば、半導体エレクトロニクス
と磁性材料の機能（不揮発性メモリや光学的非相反性な
ど）を融合させた新しい物質科学や応用技術、またはス
ピン自由度を使ったエレクトロニクスを創造できる可能
性がある。我々はこの分野で 90 年代初めから先駆的研究
を進めているが、本研究では、六方晶の結晶構造を持つ
強磁性金属 MnAs 薄膜を、分子線エピタキシー(MBE)法を
用いて半導体(Si, GaAs)基板上にエピタキシャル成長させ
ることに成功した。また、MnAs/III-V (GaAs,AlAs)/MnAs
から成る３層の強磁性／半導体多層ヘテロ構造の形成に
成功し、良好な品質を保ったエピタキシャルヘテロ構造
を得た。磁気センサや固体磁気ランダムアクセスメモリ
(MRAM)の基本原理となるスピンバルブ効果による磁気
抵抗効果、および最近では大きなトンネル磁気抵抗効果
の観測に成功した。さらに、スピン依存伝導を積極的に
用いた新しいスピントランジスタを提案しそのデバイス
物理の解析と再構成可能な論理回路の設計を行った。
It is expected that the feasibility of growing monocrystalline
high-quality ferromagnetic thin films on semiconductors leads
to a new class of materials which combines the properties both
of semiconductors and of ferromagnets, giving rise to new
applications. We have successfully grown ferromagnetic
MnAs films with hexagonal NiAs-type crystal structure on Si
and GaAs substrates by MBE. Furthermore, we have
successfully grown MnAs/III-V(GaAs,AlAs)/MnAs trilayer
structures having good crystalline quality on Si(111) and GaAs
(111) substrates, and have observed the spin-valve effect and
tunneling magnetoresistance (TMR), which can lead to the
application to magnetic-field sensors and magnetic random
access memory (MRAM). Furthermore, we proposed and
analyzed a new class of spin transistors and their application to
reconfigurable logic devices.
152
III‑V 族 ベ ー ス の 強 磁 性 半 導 体 (GaMn)As,
(InGaMn)As, Mn デルタドープ GaAs とその超薄
膜・量子ヘテロ構造
田中 雅明・アーサンナズムル・大矢 忍・
周藤 悠介
III-V Based Ferromagnetic Semiconductors
(GaMn)As, (InGaMn)As, Mn-delta-doped GaAs, and
their Ultrathin Quantum Heterostructures
M. TANAKA, A.M. NAZMUL, S. OHYA, and Y.
SHUTO
比較的低温（200 ｰ 300℃）で強い非平衡成長条件下で
ＭＢＥ成長を行うことにより、GaAs 中に固溶限界を越え
た Mn 原子をドーピングさせ、新しい希薄磁性半導体
(Ga1-xMnx)As を作製した。GaMnAs は Mn 組成 x が 8％
未満で均一な混晶となり、p 型の伝導を示した。低温にお
いて磁化および磁気輸送測定により、強磁性秩序を持つ
ことを見いだした。III-V 化合物半導体と強磁性体の性質
を併せ持つ新しい物質であり、スピンとキャリアの相互
作用を調べる上で極めて興味深い対象である。また、強
磁性(GaMnAs)/非磁性(AlAs)半導体超格子の作製に成功
しその大きな磁気光学効果や量子準位の形成を確認した。
さらに最近では、新しい４元混晶磁性半導体(InGaMn)As
を作製し、低温（キュリー温度約 80K）強磁性が発現す
ること、格子定数やバンドギャップが変えられること、
光通信用デバイスと整合性の良い InP 基板上に格子整合
できることなどを明らかにした。さらに Mn-デルタドー
ピングと選択ドーピング構造により、III=V 族化合物半導
体で最高の強磁性転移温度 172 K を観測した。
We have successfully grown a new III-V based magnetic
semiconductor (GaMn)As by low-temperature molecular beam
epitaxy (LT-MBE), in which strong non-equilibrium growth
conditions allow a large amount of Mn atoms to be
incorporated into the host lattice of GaAs. Ternary alloys of
(Ga1-xMnx)As were obtained when the Mn content x was less
than 0.08, and all of them showed p-type conduction. By
magnetization and magneto-transport studies on the GaMnAs,
ferromagnetic order was found at low temperature and the
Curie temperature TC was 10 - 100 K. This is a new class of
materials having properties both of III-V semiconductors and
of ferromagnetic materials, providing new opportunities to
study the interaction between carriers and local spins.
Furthermore, we have grown magnetic(GaMnAs) /
nonmagnetic(AlAs) semiconductor superlattices (SLs), and the
SLs are shown to have quantum well states. More recently,
we have successfully grown a new quaternary alloy magnetic
semiconductor (InGaMn)As, and have found that it is
ferromagnetic with TC 〜 80K. In (InGaMn)As, the lattice
constant and the bandgap can be changed, and it can be grown
on lattice-matched InP substrates, thus having good
compatibility with optical communication devices. More
recently, we have realized high TC of 172 K in
Mn-delta-doped GaAs / p-AlGaAs heterostructures, which is
the highest value ever reported in III-V based materials. Such
new magnetic quantum heterostructures are very attractive in
view of fundamental research as well as potential applications
to "spintronics".
Magneto-Optical Properties
M. TANAKA, T. OGAWA, H. Yamaguchi, and M.
YOKOYAMA
低温 MBE 成長した混晶半導体(GaMn)As を 500-800℃で
熱処理すると、強磁性金属 MnAs のクラスタが析出し、
グラニュラー強磁性金属(MnAs)が半導体(GaAs)中に埋め
込まれた GaAs:MnAs 複合構造が形成される。MnAs クラ
スタの大きさは、数 nm でありアニール温度によって変え
られ、全体としては超常磁性を示す。このような強磁性
体/半導体複合構造の形成技術を確立し、その磁気光学効
果を明らかにしつつある。特に最近では、GaAs/AlAs 半
導体多層膜から成る分布ブラッグ反射鏡（ Distributed
Bragg Reflector, DBR）と組み合わせ、DBR/GaAs:MnAs
/DBR 構造をエピタキシャル成長によって形成し、光を磁
性層に局在させることによって、室温で磁気光学効果が
数倍増大することを見い出し、III-V 族化合物半導体をベ
ースとしたスピン機能光デバイスの実現へ向けて研究を
進めている。
We
have
fabricated
ferromagnet(MnAs)/III-V
semiconductor(GaAs)
granular
structures,
hereafter
GaAs:MnAs, by annealing (GaMn)As at 500 - 800oC.
During the annealing process, MnAs ferromagnetic clusters
with diameters of a few nm were formed in a matrix of GaAs
(or GaMnAs), exhibiting a superparamagnetic behavior. We
have established the fabrication process and have measured
magneto-optic properties. Furthermore, we have fabricated
GaAs:MnAs sandwiched by GaAs/AlAs distributed Bragg
Reflectors (DBRs), and have showed significant enhancement
of magneto-optical effect by using multiple interference and
localization of light in the GaAs:MnAs magnetic layer. This
structure offers new opportunity for the application to
spin-controlled photonic devices based on III-V compound
semiconductors.
3.
強磁性半導体ヘテロ構造を用いたトンネル接
合デバイスと大きなトンネル磁気抵抗効果
田中 雅明・大矢 忍・大下 淳一・
ファム ナム ハイ
Magnetic Tunnel Junctions using Ferromagnetic
Semiconductor Heterostructures and Large
Tunneling Magneto-Resistance
M. TANAKA, Y. HIGO, S. OHYA, J. OHSHITA, and
P-N. HI
低温 MBE 成長により GaMnAs/AlAs/GaMnAs から成る
強磁性半導体トンネル接合を作製し、半導体ヘテロ構造
では初めてトンネル磁気抵抗効果を観測していた(1998
年)が、最近、構造と磁場の印加方向を最適化することで
70%を越える大きなトンネル磁気抵抗効果(TMR)を明瞭
に 観 測 し た 。 Ga1-xMnxAs (x=4.0%, 50nm) / AlAs
(1.3-2.8nm) / Ga1-xMnxAs (x=3.3%, 50nm)から成る単一障
壁強磁性半導体トンネル接合に、磁場を面内で[100]方向
に印加してトンネル抵抗を測定したところ、TMR 比は最
大 75%にも達した。また、TMR の AlAs 障壁厚さ依存性
の実験結果を、界面に平行方向のキャリア波数ベクトル
k//が保存するとして強結合近似で求めた理論計算により
説明した。トンネル磁気抵抗効果は、不揮発性メモリや
磁気センサの基本原理であり、半導体ヘテロ接合を用い
てこれが明瞭に観測されたことの意義は大きいと考えて
いる。
We have observed very large tunneling magnetoresistance
(TMR) in epitaxially grown GaMnAs/AlAs/GaMnAs
ferromagnetic semiconductor tunnel junctions. Large TMR
ratios more than 70% were obtained in junctions with a very
thin (<1.6 nm) AlAs tunnel barrier when the magnetic field
was applied along the [100] axis in the film plane. The TMR
was found to rapidly decrease with increasing the barrier
thickness, which is explained by calculations assuming that the
parallel wave vector k// of carriers is conserved in tunneling.
Realization of such large TMR in semiconductor
heterostructures, that is spin injection from one semiconductor
layer to another semiconductor layer via tunneling, is an very
significant step towards future spintronics, in which one tries
to use the spin degree of freedom in semiconductor devices.
論文・著書一覧（2003 年度）
Publications List
研究論文
[1]
[2]
4.
半導体ベース磁性フォトニック結晶：グラニュ
ラー強磁性金属(MnAs)／半導体(III‑V)ハイブ
リッド多層膜構造の形成と磁気光学物性
田中 雅明・小川 智之・山口 浩之・横山 正史
Semiconductor-Based Magneto-Photonic Crystals:
Ferromagnet(MnAs)/III-V Semiconductor Hybrid
Multilayer Structures: Fabrication and
[3]
[4]
153
M. Tanaka <Invited paper>, "Spin-polarized Tunneling
in Fully Epitaxial Semiconductor-based Magnetic Tunnel
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A.M. Nazmul, S. Sugahara, and M. Tanaka,
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A.M. Nazmul, S. Sugahara, and M. Tanaka, "Transport
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[7]
[8]
[9]
[10]
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国際会議論文
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Physics
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Semiconducting
Compounds,
Ustron-Jaszowiec, Poland, May 31-June 6, 2003.
[19] M. Tanaka, S. Sugahara, and A.M. Nazmul <Invited>,
"Ferromagnetic
Heterostructures
based
on
Semiconductors", 2003 Summer Conference of the
Korean Magnetics Society and Japan-Korea Symposium
on Spintronics and its Applications, July 19-21, 2003,
Hanwha Resort at Haewoondate Beach, Busan, Korea.
[20] M. Tanaka <Invited>, "Ferromagnetic heterostructures
for semiconductor spintronics", Japan-US Workshop on
Frontiers of Nanoscale Science and Technology, Komaba,
University of Tokyo, July 10-12, 2003.
[21] S. Sugahara and M. Tanaka, "A Spin-Filter Transistor
and Its Applications", 11th Int. Conf. on Modulated
Semiconductor Structures, paper PC49, Nara, July 14-18
(2003).
[22] A. M. Nazmul, S. Kobayashi, S. Sugahara, and M.
Tanaka, "Control of Ferromagnetism in Mn Delta-doped
GaAs-based Heterostructures", 11th Int. Conf. on
Modulated Semiconductor Structures, paper G2, Nara,
July 14-18 (2003).
[23] T. Ogawa, Y. Shuto, K. Ueda, and M. Tanaka,
"Photo-induced anomalous Hall effect in GaAs:MnAs
granular films", 11th Int. Conf. on Modulated
Semiconductor Structures, paper PC61, Nara, July 14-18
(2003).
[24] S. Ohya, H. Kobayashi, and M. Tanaka, "Magnetic
Properties and Curie Temperature (~130K) of Heavily
Mn-doped
Quaternary
Alloy
Ferromagnetic
Semiconductor (InGaMn)As Grown on InP", 11th Int.
Conf. on Modulated Semiconductor Structures, paper
PB70, Nara, July 14-18 (2003).
[25] R. Nakane, S. Sugahara, and M. Tanaka, "Epitaxial
growth and magnetic properties of MnAs/NiAs/MnAs
spin-valve trilayers on GaAs(001) substrates", 11th Int.
Conf. on Modulated Semiconductor Structures, paper
PB77, Nara, July 14-18 (2003).
[26] M. Tanaka and A.M. Nazmul <Invited>, "Control of
ferromagnetic order and high Curie temperature in
[27]
[28]
[29]
[30]
[31]
[32]
[33]
[34]
Mn-delta-doped i-HEMT structures", Spintech II,
International Conference and School on Semiconductor
Spintronics and Quantum Information Technology,
Crowne Plaza Hotel, Brugge, Belgium, August 4-8,
2003.
S. Sugahara, K.L. Lee, R. Nakane, and M. Tanaka,
"Magnetic coupling and tunneling magnetoresistance of
fully epitaxial MnAs/AlAs/MnAs ferromagnetic tunnel
junctions", Spintech II, International Conference and
School on Semiconductor Spintronics and Quantum
Information Technology, Crowne Plaza Hotel, Brugge,
Belgium, August 4-8, 2003.
S. Sugahara, and M. Tanaka, "A ferromagnetic Schottky
source/drain MOSFET", Spintech II, International
Conference and School on Semiconductor Spintronics
and Quantum Information Technology, Crowne Plaza
Hotel, Brugge, Belgium, August 4-8, 2003.
T. Matsuno, S. Sugahara, and M. Tanaka,
"Reconfigurable Logic Gates Based on Spin MOSFET",
Spintech II, International Conference and School on
Semiconductor Spintronics and Quantum Information
Technology, Crowne Plaza Hotel, Brugge, Belgium,
August 4-8, 2003.
S. Ohya, H. Kobayashi, and M. Tanaka, "Properties and
Curie Temperature (130K) of Heavily Mn-doped
Quaternary Alloy Ferromagnetic Semiconductor
(InGaMn)As Grown on InP", Spintech II, International
Conference and School on Semiconductor Spintronics
and Quantum Information Technology, Crowne Plaza
Hotel, Brugge, Belgium, August 4-8, 2003.
R. Nakane, S. Sugahara, and M. Tanaka, "Magnetic
properties
of
fully
epitaxial
metallic
MnAs/NiAs/MnAs trilayers grown on GaAs(001)
substrates", Spintech II, International Conference and
School on Semiconductor Spintronics and Quantum
Information Technology, Crowne Plaza Hotel, Brugge,
Belgium, August 4-8, 2003.
M. Tanaka <<Invited>, "Ferromagnetic heterostructures
for semiconductor spintronics", International Symposium
on Compound Semiconductors (ISCS-2003), San Diego,
August 25-27, 2003.
M. Tanaka <Invited>, "Control of ferromagnetic order in
selectively p-doped GaMnAs-based heterostructures", Int.
Conf. on Solid State Devices and Materials (SSDM),
'Core area 8 Quantum Nanostructure Devices and
Physics', Tokyo, September 16-18, 2003.
M. Tanaka <Invited>, "Ferromagnetic Semiconductor
Heterostructures for Spintronics", The Fourth
Korea-Japan Workshop on Strongly Correlated Systems
on Spectroscopy of Correlated Materials and their
Nano-Structures,
Iizuna-Kogen,
Nagano,
Japan,
September 24-26, 2003.
155
[35] M. Tanaka <Plenary>, "Epitaxial Ferromagnetic
Heterostructures Based on Semiconductors: Towards a
New Spin-Based Electronics", 50th Anniversary Plenary
Session in the 50th AVS International Symposium,
AP-WEM7, Baltimore, November 2-7, 2003.
[36] M. Tanaka, S. Sugahara, and A.M. Nazmul <Invited>,
"Ferromagnetic
heterostructures
based
on
semiconductors", International Workshop on Nano-Scale
Magnetoelectronics, Nagoya, 25-27 November, 2003.
[37] S. Sugahara and M. Tanaka, "A spin MOSFET using
half-metallic-ferromagnet contacts for the source and
drain", International Workshop on Nano-Scale
Magnetoelectronics, Nagoya, 25-27 November, 2003.
[38] T. Matsuno, S. Sugahara, and M. Tanaka, "Design and
Analysis of Reconfigurable Logic Gates Using the Spin
MOSFET", International Workshop on Nano-Scale
Magnetoelectronics, Nagoya, 25-27 November, 2003.
[39] S. Sugahara and M. Tanaka, "A spin MOSFET using
half-metallic
source
and
drain",
9th
Joint
MMM-Intermag Conference, paper GB-11, Anaheim,
January 5-9, 2004.
[40] A.M. Nazmul, S. Sugahara and M. Tanaka, "External
control of ferromagnetism in Mn-delta-doped
GaAs-based heterostructures", 9th Joint MMM-Intermag
Conference, paper AB-08, Anaheim, January 5-9, 2004.
[41] R. Nakane, S. Sugahara and M. Tanaka, "The effect of
post-growth annealing on the morphology and magnetic
properties of MnAs thin films grown on GaAs(001)
substrates", 9th Joint MMM-Intermag Conference, paper
AE-08, Anaheim, January 5-9, 2004.
[42] A. M. Nazmul, T. Amemiya, S. Sugahara, and M. Tanaka
<Invited>, "Ferromagnetism in Semiconductor-based
Heterostructures", International Conference on Physics
for Understanding and Applications, BUET, Dhaka,
Bangladesh, 22 - 24 February, 2004.
[43] M. Tanaka <Invited>, "Ferromagnetic heterostructures
for spintronics", International Symposium on
Mesoscopic Superconductivity and Spintronics 2004
(MS+S2004), NTT Basic Research Laboratories Atsugi,
Kanagawa, March 1-4, 2004.
[44] M. Tanaka, "A New Spin on Semiconductors", First
International Symposium of the 21st Century COE in
Electronics for Future Generations, Takeda Hall, The
University of Tokyo, March 10-11, 2004.
[45] M. Tanaka, S. Sugahara, T. Matsuno, and K-L. Lee, "A
Spin-based Transistor and Its Applications", First
International Symposium of the 21st Century COE in
Electronics for Future Generations, Takeda Hall, The
University of Tokyo, March 10-11, 2004.
総説・解説論文
[46] 田中雅明、アーサンナズムル、菅原聡、
「磁性元素を
含む III-V 族半導体ヘテロ接合：磁気輸送特性と強
磁性制御」 マテリアルインテグレーション 2003
年 9 月号（特集：スピントロニクス）, Vol. 16, No.9,
pp.5-10 (2003)；M. Tanaka, A. M. Nazmul, S. Sugahara,
"III-V semiconductor heterostructures containing
magnetic dopants: Magnetotransport properties and
control of ferromagnetism", Material Integration, Special
Issue on Spintronics, Vol. 16, No.9, pp.5-10 (2003).
[47] 田中雅明、アーサン M. ナズムル、菅原聡、
「Mn デ
ルタドープ GaAs を含む強磁性半導体ヘテロ構造：
Tc の上昇と磁性制御」 日本応用磁気学会誌 Vol. 28
No.2, pp. 66-71 (2004).
[48] 菅原聡、田中雅明、「スピン MOSFET とその応用」、
日本応用磁気学会第 134 回研究会、第 22 回磁性人工
構造膜の物性と機能専門研究会共催「スピンエレク
トロニクス研究の現状と将来」研究会資料 pp.93-100、
東京農工大学、2004 年 1 月 29 日-30 日．
編著
[49] Proceedings of the Eleventh International Conference on
Modulated Semiconductor Structures (MSS11), Elsevier,
Physica E Vol. 21 No.2-4 (2004). Edited by Y. Arakawa,
H. Ohno, K. Hirakawa, and M. Tanaka.
シンポジウム・研究会・国内学会等発表
[50] 田中雅明、菅原聡、アーサンナズムル、大矢忍、中
根了昌、松野知紘、"半導体スピントロニクス・ヘテ
ロ構造電子デバイスの研究"、文部科学省特定領域研
究「半導体ナノスピントロニクス」平成 15 年度第１
回研究会、東京大学弥生講堂、2003 年 6 月 10 日〜
11 日； M. Tanaka, S. Sugahara, A.M. Nazmul, S. Ohya,
R. Nakane, and T. Matsuno, "Semiconductor Spintronics
Transport
Devices
using
Ferromagnetic
Heterostructures", Symposium on the Special Project
Research on the Priority Areas 'Semiconductor
Nano-Spintronics', Yayio Auditorium at the University of
Tokyo, June 10-11, 2003.
[51] S. Sugahara and M. Tanaka, "Proposal and Theoretical
Analysis of a Spin-Filter Transistor", Extended Abstraxts
of the 9th Simposium on the Physics and Application of
Spin-related Phenomena in Semiconductors (PASPS-9),
PB24, pp.206-209, Tokyo, June 11-12, 2003；第 9 回半
導体スピン工学の基礎と応用研究会(PASPS-9), 東
京大学弥生講堂, 2003 年 6 月 11 日-12 日.
[52] S. Sugahara and M. Tanaka, "A Spin MOSFET with
Half-Metallic Source/Drain and Its Nonvolatile Memory
Applications", Extended Abstracts of the 9th Symposium
on the Physics and Application of Spin-related
Phenomena in Semiconductors (PASPS-9), D5,
pp.221-224, Tokyo, June 11-12, 2003；第 9 回半導体ス
ピン工学の基礎と応用研究会(PASPS-9), 東京大学
弥生講堂, 2003 年 6 月 11 日-12 日.
156
[53] T. Matsuno, S. Sugahara, and M. Tanaka,
"Reconfigurable Logic Gates for Two-Input Symmetric
Boolean Functions Based on the Spin MOSFET",
Extended Abstracts of the 9th Symposium on the Physics
and Application of Spin-related Phenomena in
Semiconductors (PASPS-9), D6, pp.225-227, Tokyo,
June 11-12, 2003；第 9 回半導体スピン工学の基礎と
応用研究会(PASPS-9), 東京大学弥生講堂, 2003 年 6
月 11 日-12 日.
[54] R. Nakane, S. Sugahara, and M. Tanaka, "Growth and
Magnetoresistance
of
Epitaxial
Metallic
MnAs/NiAs/MnAs Trilayers on GaAs(001) Substrates",
Extended Abstracts of the 9th Symposium on the Physics
and Application of Spin-related Phenomena in
Semiconductors (PASPS-9), PB22, pp.199-202, Tokyo,
June 11-12, 2003；第 9 回半導体スピン工学の基礎と
応用研究会(PASPS-9), 東京大学弥生講堂, 2003 年 6
月 11 日-12 日.
[55] A. M. Nazmul, S. Kobayashi, S. Sugahara, and M.
Tanaka, "Electrical and Optical Control of High
Temperature Ferromagnetism in a Semiconductor
Heterostructure", Extended Abstracts of the 9th
Symposium on the Physics and Application of
Spin-related Phenomena in Semiconductors (PASPS-9),
PA6, pp.37-41, Tokyo, June 11-12, 2003；第 9 回半導体
スピン工学の基礎と応用研究会(PASPS-9), 東京大
学弥生講堂, 2003 年 6 月 11 日-12 日.
[56] T. Ogawa, Y. Shuto, and M. Tanaka, "Magnetic
Properties of GaAs:MnAs Granular Films under Light
Irradiation", Extended Abstracts of the 9th Symposium
on the Physics and Application of Spin-related
Phenomena in Semiconductors (PASPS-9), PB19,
pp.190-193, Tokyo, June 11-12, 2003；第 9 回半導体ス
ピン工学の基礎と応用研究会(PASPS-9), 東京大学
弥生講堂, 2003 年 6 月 11 日-12 日.
[57] H. Yamaguchi, T. Ogawa, and M. Tanaka,
"Magneto-optical Properties of Ferromagnetic MnAs
Nanoclusters in Various III-V Semiconductor Matrices",
Extended Abstracts of the 9th Symposium on the Physics
and Application of Spin-related Phenomena in
Semiconductors (PASPS-9), PB20, pp.194-195, Tokyo,
June 11-12, 2003；第 9 回半導体スピン工学の基礎と
応用研究会(PASPS-9), 東京大学弥生講堂, 2003 年 6
月 11 日-12 日.
[58] J. Okabayashi, M. Mizuguchi, K. Ono, M. Oshima, H.
Kuramochi, H. Akinaga, H. Shimizu, M. Tanaka, A.
Fujimori, M. Yuri, and C.T. Chen, "Electronic and
magnetic properties of MnAs-based magnetic
nanostructures studied by x-ray absorption spectroscopy
and x-ray magnetic circular dichroism", Extended
Abstracts of the 9th Symposium on the Physics and
Application
of
Spin-related
Phenomena
in
[59]
[60]
[61]
[62]
[63]
[64]
[65]
Semiconductors (PASPS-9), PA15, pp.71-74, Tokyo,
June 11-12, 2003；第 9 回半導体スピン工学の基礎と
応用研究会(PASPS-9), 東京大学弥生講堂, 2003 年 6
月 11 日-12 日.
菅原聡、田中雅明、"半導体スピントロニクスの最前
線"、日本学術振興会 薄膜第 131 委員会研究会、東
北大学、2003 年 6 月 20 日．
菅原聡、松野知紘、田中雅明、"スピン依存伝導トラ
ンジスタとその応用"、「高機能・超低消費電力メモ
リの開発」プロジェクト平成 15 年度第 1 回研究成果
報告会、東北大学電気通信研究所、2003 年 6 月 24
日．
田中雅明、"半導体をベースとした磁気光学結晶の開
発とデバイス応用"、科学技術振興事業団さきがけ研
究「光と制御」第４回領域会議、千歳、2003 年 7 月
25 日-26 日.
菅原聡、田中雅明、"ハーフメタル・ソース/ドレイ
ンを用いたスピン MOSFET の理論解析"、2003 年（平
成 15 年）秋季第 64 回応用物理学会学術連合講演会
30p-H-15、福岡大学、2003 年 8 月 30 日〜9 月 2 日；
S. Sugahara and M. Tanaka, "Theoretical Analysis of a
Spin MOSFET Using Half-Metallic Source/Drain", 64th
Fall Meeting of the Japan Society of Applied Physics,
30p-H-15, Fukuoka University, August 30- September 2,
2003.
松野知紘、菅原聡、田中雅明、"スピン MOSFET を
用いたリコンフィギャラブル論理回路"、2003 年（平
成 15 年）秋季第 64 回応用物理学会学術連合講演会
30p-H-16、福岡大学、2003 年 8 月 30 日〜9 月 2 日；
T. Matsuno, S. Sugahara and M. Tanaka,
"Reconfigurable Logic Gates based on the Spin
MOSFET", 64th Fall Meeting of the Japan Society of
Applied Physics, 30p-H-16, Fukuoka University, August
30- September 2, 2003.
菅原聡、松野知紘、李国梁、田中雅明、"低温 MBE
による Si1-xMnx 薄膜のエピタキシャル成長"、2003
年（平成 15 年）秋季第 64 回応用物理学会学術連合
講演会 2a-ZL-3、福岡大学、2003 年 8 月 30 日〜9 月
2 日； S. Sugahara, T. Matsuno, K.L. Lee, and M. Tanaka,
"Epitaxial growth of Si1-xMnx thin films using
low-temperature MBE", 64th Fall Meeting of the Japan
Society of Applied Physics, 2a-ZL-3, Fukuoka
University, August 30- September 2, 2003.
中根了昌、菅原聡、田中雅明、"エピタキシャル MnAs
薄膜の熱処理による結晶性と磁気特性の改善"、2003
年（平成 15 年）秋季第 64 回応用物理学会学術連合
講演会 1a-ZL-8、福岡大学、2003 年 8 月 30 日〜9 月
2 日 ； R. Nakane, S. Sugahara and M. Tanaka,
"Annealing effect on the crystallinity and magnetic
properties of epitaxial MnAs thin films", 64th Fall
Meeting of the Japan Society of Applied Physics,
1a-ZL-8, Fukuoka University, August 30- September 2,
157
2003.
[66] 山口浩之、小川智之、田中雅明、"III-V:MnAs グラニ
ュラ−薄膜の磁気光学特性"、2003 年（平成 15 年）
秋季第 64 回応用物理学会学術連合講演会 1a-ZL-9、
福岡大学、2003 年 8 月 30 日〜9 月 2 日； H. Yamaguchi,
T. Ogawa, and M. Tanaka, "Magneto-optical properties
of III-V:MnAs granular films", 64th Fall Meeting of the
Japan Society of Applied Physics, 1a-ZL-9, Fukuoka
University, August 30- September 2, 2003.
[67] 松野知紘、菅原聡、田中雅明、"Spin-MOSFET と再
構成可能な論理回路への応用"、「高機能・超低消費
電力メモリの開発」プロジェクト平成 15 年度第 2
回研究成果報告会、東北大学電気通信研究所、2003
年 9 月 30 日．
[68] M. Tanaka, S. Ohya, K. Ueda, and H. Yamaguchi,
"Artificial Magneto-optical Materials Based on III-V
Semiconductors containing MnAs Nanoclusters: Large
Magneto-optical Kerr Effect at Room Temperature", The
4th CREST Symposium on Function Evolution of
Materials and Devices based on Electron/Photon Related
Phenomena, Tokyo, October 30-31, 2003.
[69] 田中雅明、"磁性体／半導体ヘテロ構造のエピタキシ
ャル成長とスピンエレクトロニクスへの展開"、第
17 回日本ＩＢＭ科学賞授賞式で講演、東京・千代田
放送会館、2003 年 11 月 28 日．
[70] 田中雅明、菅原聡、"半導体ベース・エピタキシャル
強磁性トンネル接合とその応用"、「高機能・超低消
費電力メモリの開発」プロジェクト平成 15 年度第 3
回研究成果報告会、東北大学電気通信研究所、2003
年 12 月 16 日．
[71] 田中雅明、"強磁性半導体ヘテロ構造・複合構造の電
気伝導とその応用"、応用物理学会スピンエレクトロ
ニクス研究会入門セミナー、東京・機械振興会館、
2003 年 12 月 19 日．
[72] 田中雅明、"半導体をベースとした磁気光学結晶の開
発とデバイス応用"、科学技術振興事業団さきがけ研
究「光と制御」第５回領域会議、東京・アルカディ
ア市ヶ谷、2003 年 12 月 19 日-20 日．
[73] 田中雅明、菅原聡、アーサンナズムル、大矢忍、中
根了昌、松野知紘、"半導体スピントロニクス・ヘテ
ロ 構 造 電 子 デ バ イ ス の 研 究 -Spin-MOSFET の 提
案・解析と再構成可能な論理回路への応用-"、文部
科学省科学研究費特定領域研究「半導体ナノスピン
ト ロ ニ ク ス 」 平 成 15 年 度 成 果 報 告 会 （ 報 告 書
pp.179-186）、国際高等研究所、京都、2004 年 1 月
27 日-28 日．
[74] 田中雅明、菅原聡、アーサンナズムル、周藤悠介、
横山正史、"半導体ヘテロ構造における強磁性転移温
度の高温化と磁性制御"、文部科学省科学研究費特定
領域研究「半導体ナノスピントロニクス」平成 15
年度成果報告会、国際高等研究所、京都、2004 年 1
月 27 日-28 日．
[75] 菅原聡、田中雅明、"スピン MOSFET とその応用"、
日本応用磁気学会第 134 回研究会、第 22 回磁性人工
構造膜の物性と機能専門研究会共催「スピンエレク
トロニクス研究の現状と将来」研究会、東京農工大
学、2004 年 1 月 29 日-30 日．
[76] 田中雅明、
「半導体スピントロニクス研究の現状と展
望」、大阪大学 21 世紀 COE 講演会、大阪大学基礎工
学研究科、2004 年 1 月 29 日．
[77] 田中雅明、「スピントロニクス研究の現状と展望」
、
名古屋大学大学院工学研究科特別セミナー 集中講
義「スピントロニクス」、2004 年 2 月 19-20 日．
[78] 田中雅明、
「ナノスピントロニクスの将来の一方向」、
ナノスピントロニクスのデザインと創製委員会、国
際高等研究所、京都、2004 年 2 月 21 日．
[79] 田中雅明、菅原聡、李国梁、"MnAs/III-V/MnAs から
なるエピタキシャル強磁性トンネル接合の形成とト
ンネル磁気抵抗効果"、「高機能・超低消費電力メモ
リの開発」プロジェクト成果報告会、仙台国際セン
ター、2004 年 2 月 26 日-27 日．
[80] 田中雅明、菅原聡、松野知紘、"スピン MOSFET の
提案・解析とその応用"、「高機能・超低消費電力メ
モリの開発」プロジェクト成果報告会、仙台国際セ
ンター、2004 年 2 月 26 日-27 日．
[81] 田中雅明、"III-V 族半導体ヘテロ構造における磁性
制御：Mn デルタドーピングとｐ型選択ドーピング"、
日本物理学会第 59 回年次大会 シンポジウム「ナノ
スケール構造を利用した物質創製−材料種の枠を超
えて」, 29pXH-4, 九州大学箱崎キャンパス、2004 年
3 月 29 日； M. Tanaka, Control of magnetism in III-V
semiconductor heterostructures: Mn-delta doping and
selective p-type doping", 59th Annual Meeting of the
Physical Society of Japan, Symposium on Fabrication of
Nano-Scale-Structure Materials, 29pXH-4, Kyushu
University, Hakozaki Campus, March 29, 2004.
[82] 田中雅明、"半導体スピンエレクトロニクスの現状と
将来展望"、2004 年春季第 51 回応用物理学関連連合
講演会シンポジウム「飛躍する磁性体デバイスの作
製プロセスの現状と課題」, 30p-YA-3, 東京工科大学、
八王子、2004 年 3 月 30 日午後； M. Tanaka,
"Semiconductor Spin-Electronics - Current Status and
Future Prospects", 51st Spring Meeting of the Japan
Society of Applied Physics, Symposium on 'Current
Status and Future Issues in Fabrication Processes of
Magnetic Devices', 30p-YA-3, Tokyo University of
Technology, Hachiouji, March 28-31, 2004.
[83] 山 口 浩 之 、 小 川 智 之 、 横 山 正 史 、 田 中 雅 明 、
"III-V:MnAs グラニュラ−薄膜の磁気光学特性 (II)"、
2004 年春季第 51 回応用物理学関連連合講演会、
29a-ZK-2, 東京工科大学、八王子、2004 年 3 月 28
日-31 日； H. Yamaguchi, T. Ogawa, M. Yokoyama,
and M. Tanaka, "Magneto-optical properties of
III-V:MnAs granular films II", 51st Spring Meeting of
158
[84]
[85]
[86]
[87]
[88]
the Japan Society of Applied Physics, 29a-ZK-2, Tokyo
University of Technology, Hachiouji, March 28-31,
2004.
菅原聡、李国梁、田中雅明、"低温 MBE によって成
長した Mn ドープ Si 薄膜の磁気特性"、2004 年春季
第 51 回応用物理学関連連合講演会、29a-ZK-9, 東京
工科大学、八王子、2004 年 3 月 28 日-31 日； S.
Sugahara K-L. Lee, and M. Tanaka, Magnetic properties
of Mn-doped Si thin films grown by low-temperature
MBE, 51st Spring Meeting of the Japan Society of
Applied Physics, 29a-ZK-9, Tokyo University of
Technology, Hachiouji, March 28-31, 2004.
李国梁、菅原聡、田中雅明、"Si(001)基板上への
Ge1-xMnx 薄膜のエピタキシャル成長と磁気特性"、
2004 年春季第 51 回応用物理学関連連合講演会、
29a-ZK-10, 東京工科大学、八王子、2004 年 3 月 28
日-31 日； K-L. Lee, S. Sugahara and M. Tanaka,
"Epitaxial growth and magnetic properties of Ge1-xMnx
thin films on Si(001) substrates", 51st Spring Meeting of
the Japan Society of Applied Physics, 29a-ZK-10, Tokyo
University of Technology, Hachiouji, March 28-31,
2004.
菅原聡、田中雅明、"Si をベースとしたスピンエレク
トロニクス"、2004 年春季第 51 回応用物理学関連連
合講演会シンポジウム「スピンエレクトロニクスの
応用〜ＭＲＡＭから新機能デバイスまで〜」,
29p-ZK-6, 東京工科大学、八王子、2004 年 3 月 29
日 ；
S. Sugahara and M. Tanaka, "Si-based
Spin-Electronics", 51st Spring Meeting of the Japan
Society of Applied Physics, Symposium on 'Applications
of Spin-Electronics ~From MRAM to New Functional
Devices~', 29p-ZK-6, Tokyo University of Technology,
Hachiouji, March 28-31, 2004.
アーサンナズムル、雨宮智宏、菅原聡、田中雅明、
"Mn デルタドープ GaAs をベースとした半導体ヘテ
ロ構造における高温強磁性とその制御"、2004 年春
季第 51 回応用物理学関連連合講演会、30p-ZK-7, 東
京工科大学、八王子、2004 年 3 月 28 日-31 日； Ahsan
M. Nazmul, T. Amemiya, S. Sugahara, and M. Tanaka,
"High temperature ferromagnetism and its control in Mn
delta-doped GaAs-based heterostructures", 51st Spring
Meeting of the Japan Society of Applied Physics,
30p-ZK-7, Tokyo University of Technology, Hachiouji,
March 28-31, 2004.
大下 淳一、大矢 忍、田中 雅明、 強磁性半導体
GaMnAs をベースとした二重障壁磁性トンネル接合
における TMR の理論計算 、2004 年春季第 51 回応
用物理学関連連合講演会、30p-ZK-15, 東京工科大学、
八王子、2004 年 3 月 28 日-31 日； J. Ohshita , S. Ohya,
and M. Tanaka, "Theoretical analysis of TMR in
ferromagnetic
semiconductor
(GaMnAs)
based
double-barrier magnetic tunnel junctions", 51st Spring
Meeting of the Japan Society of Applied Physics,
30p-ZK-15, Tokyo University of Technology, Hachiouji,
March 28-31, 2004.
[89] 大矢 忍、Pham Nam Hai、大下 淳一、田中雅明、
"InGaAs 量子井戸を有する強磁性半導体 GaMnAs 二
重障壁強磁性トンネル接合"、2004 年春季第 51 回応
用物理学関連連合講演会、30p-ZK-16, 東京工科大学、
八王子、2004 年 3 月 28 日-31 日； S. Ohya，Pham Nam
Hai, J. Ohshita ， M. Tanaka, "Ferromagnetic
semiconductor
GaMnAs-based
double-barrier
ferromagnetic tunnel junctions with an InGaAs quantum
well", 51st Spring Meeting of the Japan Society of
Applied Physics, 30p-ZK-16, Tokyo University of
Technology, Hachiouji, March 28-31, 2004.
[90] 菅原聡、田中雅明、"強磁性金属ソース/ドレインを
用いたスピン MOSFET"、2004 年春季第 51 回応用物
理学関連連合講演会、30p-ZK-20, 東京工科大学、八
王子、2004 年 3 月 28 日-31 日； S. Sugahara and M.
Tanaka, "Theoretical Analysis of a Spin MOSFET Using
Ferromagnetic Source/Drain", 51st Spring Meeting of
the Japan Society of Applied Physics, 30p-ZK-20, Tokyo
University of Technology, Hachiouji, March 28-31,
2004.
[91] 松野知紘、菅原聡、田中雅明、"スピン MOSFET を
用いたリコンフィギャラブル論理回路(Ⅱ)"、2004 年
春季第 51 回応用物理学関連連合講演会、30p-ZK-21,
東京工科大学、八王子、2004 年 3 月 28 日-31 日； T.
Matsuno, S. Sugahara, and M. Tanaka, "Reconfigurable
Logic Gates based on the Spin MOSFET (II)", 51st
Spring Meeting of the Japan Society of Applied Physics,
30p-ZK-21, Tokyo University of Technology, Hachiouji,
March 28-31, 2004.
その他
[92]
[93]
[94]
[95]
[96]
ますますホット、磁性半導体：これまでは極低温
でしか働かなかったが、日本の研究チームなどが目
覚ましい改善を成し遂げた 、日経サイエンス、2003
年 5 月号 p16.
日経サイエンス、2003 年 7 月号 ひらめきの瞬間（21
世紀の担い手たち） No.55 整列！ スピントロニク
ス 田中雅明 東京大学大学院工学系研究科電子工
学 専 攻 助 教 授 、 http://www.nitto.co.jp/company/
culture/ad/science/science_55/
172K で強磁性示す 東大、半導体構造作製に成功
新たなデバイスへ道、日刊工業新聞 2003 年 10 月 16
日 (33 面)
零下 101 度でも「強磁性」 東大、高速半導体使い
実現、日経産業新聞 2003 年 10 月 24 日 (6 面)
田中雅明、菅原聡、松野知紘、"Spin-MOSFET と再
構成可能な論理回路の提案−スピントロニクス研究
の一方向として−"、文部科学省科学研究費特定領域
研究「半導体ナノスピントロニクス」ニュースレタ
ーNo.2, pp.3-7（平成 15 年 12 月）．
[97] 平川一彦, 田中雅明, 寒川哲臣, 「第 11 回半導体超
構造国際会議（MSS11）報告」, 応用物理 Vol. 72, No.
10, p.1325 (2003).
[98] 平川一彦, 田中雅明, 寒川哲臣, 「会議だより 第 11
回半導体超構造国際会議」, 固体物理 Vol. 38, No. 10,
pp.714-718 (2003)．
[99] 第 17 回「日本ＩＢＭ科学賞」 ＜エレクトロニクス
分野＞ 田中雅明 東京大学大学院工学系研究科電
子工学専攻助教授 『磁性体／半導体ヘテロ構造の
エピタキシャル成長とスピンエレクトロニクスへの
展開』http://www.ibm.com/news/jp/2003/11/11061.html
http://www-6.ibm.com/jp/company/society/science/p17t
h/tanaka.shtml
[100] 日本ＩＢＭ科学賞関係記事
・第 17 回科学賞に田中氏（東大大学院助教授）ら 日本
ＩＢＭが６人選出、日本工業新聞 2003 年 11 月 7 日 (2
面)
・科学賞に６氏 日本ＩＢＭが発表 エレクトロニクス分
野▽田中雅明 東京大学助教授、日経産業新聞 2003 年
11 月 7 日
・日本ＩＢＭ科学賞 ４分野６人に エレクトロニクス
田中雅明 東京大学助教授、日刊工業新聞 2003 年 11 月
7日
・日本ＩＢＭ科学賞に６人 東京新聞 2003 年 11 月 12 日、
産経新聞 2003 年 11 月 16 日、読売新聞 2003 年 11 月
18 日
・東京大学助教授 田中雅明氏 日本ＩＢＭ賞きょう受
賞 スピンエレクトロニクスで研究成果「進歩へ新しい
自由度」、日本工業新聞２面 2003 年 11 月 28 日
・田中助教授ら６人が受賞 第 17 回日本 IBM 科学賞、
日本工業新聞 2003 年 12 月 1 日
・第 17 回日本 IBM 科学賞 エレクトロニクス分野 田中
雅明氏 日本物理学会誌 第 59 巻 1 号（2004 年 1 月）
p45.
・第 17 回「日本 IBM 科学賞」受賞 戦略的創造研究推
進事業 田中雅明研究者、JST ニュース Vol.1 No.4（2004
年 1 月号）p.16.
159
廣瀬明研究室
Hirose Laboratory
including phase- and amplitude- information are processed by
complex-valued self-organizing map. We have succeeded in
visualizing plastic landmines buried in the ground.
(http://www.eis.t.u‑tokyo.ac.jp)
研究現況
Current Research Projects
1.
3.
干渉型レーダ画像処理
廣瀬 明・大石 豪
Intereferometric Radar Image Processing
A.HIROSE and T.OISHI
コヒーレント光波ニューラルネットワーク
廣瀬 明・川田 宗太郎・
アモーンラット リーマニー
Coherent Lihgtwave Neural Networks
A.HIROSE, S.KAWATA and A.LIMMANEE
干渉型合成開口レーダ(InSAR)の位相画像を用いた地
形の高度地図作製は、多くの分野への応用が考えられて
おり、その方法として特異点など測定誤差による影響を
低減することができる位相アンラッピングの方法が必要
である。これまでの研究で、InSAR 位相画像のフラクタ
ル幾何学における fBm モデルの性質を考慮することによ
り、位相アンラッピングによる結果の歪みを低減させる
ことができる可能性を発見した。現在、フラクタルとい
う性質を考慮したさらなる精度向上が望める位相アンラ
ッピング方法に関して研究を進めている。
Although digital elevation mapping of natural scenes using
InSAR (Interferometric Synthetic Aperture Radar) phase
images will possibly be a widely applied technique, it is still
necessary to reduce the effects of singular points through phase
unwrapping and measurement noise. In the preceding research,
we found the possibility of a phase unwrapping technique that
reduces the phase unwrapping distortion by using the fBm
(fractal Brownian motion) model characteristic. We are now
improving the fractal-based phase unwrapping method for a
higher accuracy.
目標とする位相出力を学習によって生成するコヒーレ
ント光波ニューラルネットワークを提案した。このニュ
ーラルネットワークは、その入力に異なる長さの複数の
遅延を持つ。そして、複素ヘブ則あるいは複素相関学習
によって、いくつかの光キャリア周波数点で望ましい位
相出力を学習する。光学系による学習曲線は理論による
時間発展とよく整合し、良好な学習が行われることが確
認された。
A coherent optical neural network was proposed that has the
learning ability to yield desirable phase values in the frequency
domain. It is composed of multiple optical-path differences
whose lengths are different from one another. The system
learns a phase value at each discrete position in the frequency
domain by obeying the complex-valued Hebbian rule. The
learning curve also agrees with theoretical evolution.
2.
適応的プラスチック地雷探知システム
廣瀬 明・原 貴弘・稲葉 崇
Plastic Land mine Detecting System Using Adaptive
Signal Processing
A.HIROSE, T.HARA and T.INABA
4.
P‑SOM に基く非線形ひずみと位相回転に強い移
動体受信機の構築
廣瀬 明・廣木 桂一
Mobile Communications and Measurement Based on
P-SOM
A.HIROSE and K.HIROKI
現在、世界各国で遺棄地雷が復興、開発の妨げとなっ
ている。中でもプラスチック地雷は探知が非常に困難で
あり、効果的な探知器の開発は急務である。我々は低反
射率の地雷を地中レーダを用いて効果的に認識するため
に、振幅情報のみならず、位相情報も活用することが有
効であると考えた。また、地雷の人工的な構造による共
振現象を捕らえようと、周波数を変化させて測定を行っ
ている。得られた振幅、位相データを適応的に複素自己
組織化マップを用いて信号処理を行い、地中のプラスチ
ック地雷の可視化に成功した。
Abandoned land mines prevent the restoration and
development in many countries. Especially, the detection of
plastic land mines is very difficult task. Therefore, there is an
urgent need to develop plastic land mine detectors. We deal
with not only amplitude information of ground penetrating
radar but also phase data to recognize plastic land mines buried
in the ground. Moreover, we conduct the measurement at
multiple frequencies so that we obtain the resonance response
of the artificial structure in land mines. The obtained radar data
通常の自己組織化マップ（SOM)が非線形にひずんだ信
号のクラスタリングに有効であるのに対し、予測自己組
織化マップ (P-SOM) は、それに加えて信号が絶えず移動
している場合でも雑音に強いクラスタリングが可能であ
る特長を有する。多者接続の移動体通信で非線形ひずみ
と位相回転がある状況でも適応的通信を実現する P-SOM
受信機を設計し、構築した。FPGA によってハードウエア
とし、基本的な動作確認を行った。今後、対雑音特性な
どを定量的に評価してゆく予定である。
A conventional self-organizing map (SOM) realizes an
adaptive quantization of nonlinearly distorted signals. The
predictive self-organizing map (P-SOM) is additionally able to
quantize migratory and distorted signals. We have designed
and constructed an adaptive mobile receiver for multiple user
systems, where we encounter the nonlinearity and the phase
rotation, based on the P-SOM principle. We have used an
FPGA to confirm the basic operations. We will evaluate the
160
noise tolerance quantitatively.
5.
clearer synthetic voice though the calculation cost is still high
at present.
画像の自然な処理
廣瀬 明・馬場 洋一郎・小安 雄一
Natural Processing of Images
A.HIROSE, Y.BABA and Y.KOYASU
7.
自然画像などの一般的な画像から文字情報を取り出す
には，文字自体の認識のほかに，文字領域の抽出も不可
欠である．本年は，文字領域を抽出する新しい手法であ
るスペクトル勾配法を提案した。この方式は，画像の局
所的な空間スペクトルの空間変化を算出することによっ
て，その部分が文字領域である可能性を評価する方法で
ある．また，文字抽出に有効な補助的処理として，フラ
クタル次元を用いて人工物である可能性の評価を行うフ
ラクタル次元法も提案した．提案手法によって，実際に
効果的に文字領域を抽出できることを示した．
To obtain text information from scene images, it is required
to extract text/character regions included in the images before
recognizing the characters. This year we proposed the
spectrum gradient method, a new method to extract the
text/character regions. There we evaluate the degree of
likelihood of text/character region by calculating spatial
variation of local spatial power spectra. We also proposed an
artifact-extracting subsystem based on fractal dimension. We
demonstrated that the system extracts the text/character regions
effectively.
6.
コヒーレント型ニューロによる発展学習
廣瀬 明・濱野 敏彦・浅野 泰史
Developmental Learning in Neural Networks
A.HIROSE, T.HAMANO and Y.ASANO
ある課題に類似の課題や発展的な課題の学習を、学習
に対する内部モードを少し変更することにより、元の課
題の学習結果を有効利用して効率的に学習する方式を提
案した。コヒーレント型ニューラルネットワークによっ
てこれを構成する。そして内部モードの制御のために、
そのキャリア周波数を制御の鍵として用いる。具体的に
は自転車に乗ることを課題としてとりあげた。第一の課
題は、倒れずに長く乗ることとする。第二の課題はこれ
を発展させて、できるだけ遠くまで乗ることとする。モ
ードを活用することにより、運動学習が効率的に進むこ
とが示され、モード活用の有効性が確認された。
We proposed the mode-utilizing developmental learning
with which a system learns similar or advanced tasks
incrementally by using its cumulative skill with mode
parameters. We construct such a system based on the coherent
neural network theory by choosing the carrier frequency as the
mode-selecting key. We assume two tasks to ride a bicycle.
The first is to ride as long as the system can before it falls. The
second is an advanced one, i.e., to ride as far as possible. The
mode key is found adjusted self-organizingly in the
developmental learning. It is demonstrated that the learning is
performed efficiently to exhibit a successful ride for a long
distance.
文章・音声の分析と合成
廣瀬 明・津田 圭一・マクシム ボドロフ
Analysis and Synthesis of Sentence and Speech
A.HIROSE, K.TSUDA and M.BODROV
8.
細胞形態が生体信号処理に与える影響
廣瀬 明・酒谷 誠一・加藤 周一・渡辺 将也
Cell Morphology and Its Influence on Physiological
Signal Processing
A.HIROSE, S.SAKATANI, S.KATO and
M.WATANABE
今年度は特に音声合成における位相の取扱いについて
考察を進め、位相を適応的に積極的に制御する音声合成
方法を開発した。音声の位相は通常あまり着目されてい
ない。しかし、各周波数帯域ごとの波形の相対位相は全
体波形のピーク値に大きな影響を及ぼす。実際に相対位
相を変えることにより、合成された音声は明瞭になった
りあるいは複数人のコーラスのように聞えたりする。わ
れわれは、位相を周波数領域で適応的に最適化する方法
を考案し、システムを構築した。その結果、現段階では
計算コストは高いものの、より明瞭な合成音声を得るこ
とができた。
This year we put emphasis on phase-sensitive voice
synthesis. The phase information in voice / speech is
conventionally almost neglected because the main information
is considered to lie in the frequency and amplitude. However,
the relative phase difference among various frequency-band
waveforms influences greatly the peak level contained in total
waveform. Actually the synthesized voice sounds very clearly
or like a chorus depending on the phase relation. We have
developed a system that optimizes the phase difference
adaptively. We have demonstrated the system generates a
細胞膨張、細胞収縮といった細胞体積変化は神経細胞
活動に伴う生理的な反応の一つである。細胞体積変化に
よって細胞の機能がどのように変化するか明らかにする
ために、本年は、マイクロコンパートメントモデルを提
案し、細胞膨張、細胞収縮が発火率に与える影響を定量
的に解析した。その結果、バースト頻度は影響を受けな
いが、くり返し発火頻度には変化が見られた。この変化
は発火モードの遷移の時間が影響を受けるためである。
The change in cell volume such as cell swelling and cell
shrinking is one of the physiological responses associated with
neuronal activities. To investigate how they change the
neuronal function by the volume change, we proposed the
micro-compartmental model and analyzed the influence of cell
swelling and shrinking on the firing latency quantitatively. We
found the following facts. The bursting frequencies are the
161
same for difference in the symmetry and volume change.
However the differences of repetitive action potential
frequency are observed. The rate differences depend on
transition time from couple spiking mode to single one.
[11]
論文・著書一覧（2003 年度）
Publications List
研究論文
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
S.Kawata A.Hirose: "Coherent lightwave associative
memory system that possesses a carrier-frequencycontrolled behavior," Optical Engineering, 42, 9 (2003)
2670-2675
S.Sakatani A.Hirose: "The influence of neuron shape
changes on the firing characteristics," Neurocomputing,
52-54 (2003) 355-362
A.Hirose K.Nakazawa: "Analog recurrent decision
circuit with high signal-voltage symmetry and delay-time
equality to improve continuous-time convergence
performance," IEEE Trans. on Neural Netw., 14, 5
(2003) 1201-1206
S.Murakami A.Hirose Y.C.Okada: "Contribution of ionic
currents to MEG and EEG signals generated by the
guinea pig CA3 slice," J. Physiology, 553.3 (2003)
975–985
S.Kawata A.Hirose: "A coherent optical neural network
that learns desirable phase values in frequency domain
by using multiple optical-path differences," Opt. Lett., 28,
24 (2003) 2524-2526
A.Hirose T.Nagashima: "Predictive self-organizing map
for vector quantization of migratory signals and its
application to mobile communications," IEEE Trans. on
Neural Netw., 14, 6 (2003) 1532-1540
[12]
[13]
[14]
[15]
[16]
[17]
国際会議論文
[7]
Hirose K.Nakazawa: "Analog continuous-time recurrent
decision circuit with high signal-voltage symmetry and
delay-time equality," Int'l Symp. on Circuits and Systems
(ISCAS) 2003, Proc. V (May 25-28, 2003, Bangkok)
657-660
[8] A.Hirose T.Hamano: "Influence of membrane warp on
pulse propagation time," Int'l Conf. on Artificial Neural
Netw. (ICANN) 2003 / Int'l Conf. on Neural Inform.
Proc. (ICONIP) 2003, Proc. (June 26-29, 2003, Istanbul)
821-829
[9] A.B.Suksmono A.Hirose: "Adaptive beamforming by
using complex-valued multi layer perceptron," Int'l Conf.
on Artificial Neural Netw. (ICANN) 2003 / Int'l Conf. on
Neural Inform. Proc. (ICONIP) 2003, Proc. (June 26-29,
2003, Istanbul) 959-966 (invited)
[10] M.Minami A.Hirose: "Phase singular points reduction by
a layered complex-valued neural network in combination
[18]
with constructive Fourier synthesis," Int'l Conf. on
Artificial Neural Netw. (ICANN) 2003 / Int'l Conf. on
Neural Inform. Proc. (ICONIP) 2003, Proc. (June 26-29,
2003, Istanbul) 943-950 (invited)
S.Kawata A.Hirose: "Coherent optical adaptive filter that
has an arbitrary generalization characteristic in
Frequency-domain by using plural path difference," Int'l
Conf. on Artificial Neural Netw. (ICANN) 2003 / Int'l
Conf. on Neural Inform. Proc. (ICONIP) 2003, Suppl.
Proc. (June 26-29, 2003, Istanbul) 426-429
S.Sakatani A.Hirose: "Analysis of the influence of
differences in somatic symmetry and sharpness on the
firing rate," Int’l Conf. on Comput. Neurosci. (CNS)
2003, Proc. (Jul. 5-9, 2003, Alicante) 167
K.Tsuda A.Hirose: "Pitch-asynchronous overlap-add
waveform-concatenation speech synthesis by using a
phase-optimizing neural network," Int'l Conf. on
Knowledge-based Engineering Systems (KES) 2003,
Proc. 2 (Sept. 3-5, 2003, Oxford) 332-339 (invited)
A.B.Suksmono A.Hirose: "Performance of adaptive
beamforming by using a complex-valued neural
network," Int'l Conf. on Knowledge-based Engineering
Systems (KES) 2003, Proc. 2 (Sept. 3-5, 2003, Oxford)
311-317 (invited)
A.Hirose, T.Hara: "Complex-valued self-organizing map
dealing with multi-frequency interferometeric data for
radar imaging systems," Int'l Workshop on
Self-Organizing Map (WSOM)2003 Hibikino, Proc.
(Sept 11-14, 2003, Hibikino) 255-260
A.B.Suksmono A.Hirose: "Recursive transform-based
phase unwrapping," Int'l Conf. on Image Processing
(ICIP) 2003, Proc. 3 (Sept. 14-17, 2003, Barcelona)
145-148
A.B.Suksmono A.Hirose: "Improving phase-unwrapping
result of InSAR images by incorporating the fractal
model," Int'l Conf. on Image Processing (ICIP) 2003,
Proc. 2 (Sept. 14-17, 2003, Barcelona) 831-834
A.Hirose, T.Hara: "Complex-valued self-organizing map:
A
framework
of
adaptive
processing
for
multiple-frequency millimeter-wave interferometric
imaging systems," Int'l Symposium on Systems &
Human Science (SSR) 2003 Osaka, Proc. (Nov. 19-20,
2003, Osaka) 333-338 (invited)
著書
[19] 廣瀬 明、電気電子計測、シリーズ 新・電気シス
テム工学、数理工学社、東京(Oct. 2003)
[20] A.Hirose (ed.): Complex-Valued Neural Networks:
Theories and Applications, Series on Innovative
Intelligent Systems, World Scientific Publishing Co.
Singapore (Oct. 2003)
[21] A.Hirose: Complex-Valued Neural Networks: An
162
introduction, in "Complex-Valued Neural Networks:
Theories and Applications," Series on Innovative
Intelligent Systems, ed. A.Hirose, World Scientific
Publishing Co. Singapore (Oct. 2003)
[22] A.B.Suksmono A.Hirose: Coherent lightwave neural
network systems, in "Complex-Valued Neural Networks:
Theories and Applications," Series on Innovative
Intelligent Systems, ed. A.Hirose, World Scientific
Publishing Co. Singapore (Oct. 2003)
[23] S.Kawata
A.Hirose:
Adaptive
processing
of
interferometric radar images, in "Complex-Valued
Neural Networks: Theories and Applications," Series on
Innovative Intelligent Systems, ed. A.Hirose, World
Scientific Publishing Co. Singapore (Oct. 2003)
ピューティング研究会、NC2003-163 (2004)
[34] 馬場 洋一郎、廣瀬 明： スペクトル勾配法を用
いた一般的動画像からの文字領域抽出 -実時間動作
システムの構築- 、信学会画像工学研究会、
IE2003-(2004)
[35] 川田宗太郎、廣瀬 明、 周波数領域を利用するコヒ
ーレント光ニューラルネットワーク 、日本光学会年
次学術講演会、Proc., 8pD3 (2003)
[36] 廣瀬 明、「スーパー右脳」エレクトロニクスによ
る柔かいレーダ・システム 、第 2 回 ２１世紀 COE
ワークショップ「未来社会を担う機能融合デバイス
とシステムフォトニクス」、Proc., (Jan. 13, 2004,
Tokyo) 33-42
[37] A.Hirose: "The Super Brain Electronics: Applications to
Soft-Processing Radar Systems, (Poster presentation:
S.Kawata and T.Hara)"
Int'l
Symposium
on
Electronics for Future Generations, COE21, Proc.,
(March 10-11, 2004, Tokyo) 267-274
[38] A.Hirose: "Mesoscopic computational neuroscience to
elucidate the brain and the human being," (Poster
presentation: S.Sakatani)" Int'l
Symposium
on
Electronics for Future Generations, COE21, Proc.,
(March 10-11, 2004, Tokyo) 275-280
総説・解説論文・報告
[24] 廣瀬 明： ICANN/ICONIP 2003 Istanbul 報告 、シ
ステム／制御／情報 、システム制御情報学会、47, 11
(2003) 549
シンポジウム・研究会・大会等発表
[25] 川田宗太郎、廣瀬 明:： 複数光路長差を利用して
周波数領域で任意の汎化特性を実現するコヒーレン
ト光適応位相フィルタ"、信学会ニューロコンピュー
ティング研究会、NC2003-42 (2003)
[26] 廣瀬 明、原 貴弘： 複素自己組織化マップによ
る複数周波数干渉型レーダ・イメージング 、信学会
/電気学会電磁界理論研究会、EMT2003-28 (2003)
[27] 廣瀬 明、原 貴弘： 複素自己組織化マップによ
るプラスチック地雷の適応的イメージング 、信学会
宇宙航行エレクトロニクス研究会 、SANE2003-61
(2003)
[28] 馬場 洋一郎、廣瀬 明： スペクトル勾配法：一
般的な画像からの文字領域抽出方法 、信学会パター
ン認識・メディア理解研究会、PRMU2003-88 (2003)
[29] 濱野 敏彦、廣瀬 明、 コヒーレント型ニューラル
ネットワークによるカテゴリーバイアス的な学習加
速の発現 、信学会ニューロコンピューティング研究
会、NC2003-115 (2003)
[30] 川田宗太郎、廣瀬 明、 周波数並列化が可能な学習
論理回路とコヒーレンと光プロセッサの提案 、情報
処理学会研究会
、
2004-ARC-157
/
2004-HPC-97 (2004)
[31] 酒谷 誠一、廣瀬 明、 細胞のイオン濃度と電位の
時空間変化を表す理論 、信学会ニューロコンピュー
ティング研究会、NC2003-136 (2004)
[32] 加藤 周一、酒谷 誠一、廣瀬 明、 スパインの形
状がカルシウム/カルモジュリン依存性プロテイン
キナーゼの濃度変化に与える影響 、信学会ニューロ
コンピューティング研究会、NC2003-137 (2004)
[33] 川田宗太郎、廣瀬 明、 キャリア周波数によって制
御が可能な光波学習論理回路 、信学会ニューロコン
163
藤島研究室
Fujishima Laboratory
近年、無線通信を担う RF 回路をシリコン基板上に作製
しようという動きが活発になってきている。 RF 回路を
シリコン基板上に作製し、ディジタル回路部分とあわせ
て１チップ化することで低コスト化、低消費電力化の期
待が持てるためである。 化合物半導体ではなくシリコン
を用いることによる問題点として、RF 回路で使用され回
路性能に大きく影響するインダクタの性能が劣化してし
まうことが挙げられる。このためシリコン基板では、回
路性能を正確に見積もるためにインダクタの正確なモデ
ルが重要となってくる。 まず、配線-基板間の容量が小さ
く、端子間の容量が大きく、端子間の容量が効いてくる
特殊なプロセスを用いて、インダクタの構造の違いによ
ってインダクタの端子間の容量に差がでることを明らか
にする。 さらに通常のプロセスを用いて作られた場合、
従来から提案されているインダクタのモデルではインダ
クタの特性を正確に表すことができないことを示し、基
板に流れる渦電流を考慮に入れた、インダクタの特性を
正確に表す新しいモデルを提案する。 新しいモデルは実
測結果と比較して非常に良い一致を示している。 また、
従来のモデルと新しいモデルを回路シミュレーションに
用いた例を示し、新しいモデルの有用性を明らかにする。
Silicon-based radio frequency integrated circuits (RFICs)
have grown recently since RFICs and digital circuits become
embedded on the same chip for low cost and low power.
Compared with a compound-semiconductor substrate, however,
a silicon substrate potentially degrades on-chip inductors,
which is essential in RFICs and affecting the circuit
performance. To suppress the degradation of inductors and to
estimate the circuit performance properly, accurate inductor
model is required.
For accurate modeling, first, the
difference of terminal capacitances in spiral and symmetry
inductors is clarified by using the dedicated process where
terminal capacitance is higher than substrate capacitance.
Second, a new inductor model is proposed where eddy current
flowing in the substrate is considered since the conventional
inductor model shows considerable discrepancy in an
equivalent terminal resistance. The proposed model shows
better agreement with the measurement results than the
conventional model not only in scattering parameters but also
in the circuit performance where a voltage-controlled oscillator
is used for a test vehicle.
(http://www.axcel.k.u‑tokyo.ac.jp/)
研究現況
Current Research Projects
1.
低電源電圧で動作する高周波集積回路
藤島 実・山本 憲・乗松 崇泰・金子 秀彦
Radio Frequency Integrated Circuits for Low
Voltage Operation
M. FUJISHIMA, K. YAMAMOTO,
T. NORIMATSU and H,KANEKO
無線通信回路の中でも搬送波を発生する位相ロックル
ープ回路中の電圧制御発振器と周波数分周器は、無線通
信回路中最も高周波の信号を扱うため、オンチップイン
ダクタが用いられることが多い。しかし、オンチップイ
ンダクタは寄生容量、寄生抵抗が大きく、低電源電圧化、
低消費電力化の障害になっている。また、LC 共振を利用
した周波数分周器は入力周波数範囲が発振周波数の付近
に限られている。それらを解決するため、まずインダク
タの寄生成分を抑えインダクタの Q 値を最大にすること
で、電源電圧 1.0V で動作する 1.6GHz 動作の電圧制御発
振器と 2.0GHz 動作の周波数分周器を実現した。また、周
波数分周器にバラクタをに用い、入力周波数範囲を
120MHz から 680MHz に向上した。さらに高い周波数の
動作を目指し MOSFET のモデリングを行った結果、
0.35µm プロセスの MOSFET の実測とモデルとが 30GHz
まで一致することを確認した。
An on-chip inductor is widely used in wireless
communication circuits, particularly in a voltage-controlled
oscillator (VCO) and a frequency divider (FD) in a
phase-locked loop. Since the on-chip inductor has large
parasitic capacitance and resistance, it is challenging to realize
low power circuits at low supply voltage. To overcome the
issue, the quality factor of on-chip inductor is optimized using
a thick-oxide substrate. As a result, a 1.6-GHz VCO and a
2.0-GHz FD are realized at the supply voltage of 1.0 volt. In
particular, a varactor in FD enhances locking range up to
680MHz. To realize higher-frequency operation, accurate
MOSFET model is also investigated using 0.35-µm CMOS
process. Consequently, good agreement has been obtained
between the proposed model and the measurement up to
30GHz.
2.
3.
量子計算アルゴリズムの開発に適した LSI プ
ロセッサの試作
藤島 実・鳳 紘一郎・稲井 健人・
北荘 哲郎・志村 正弘
LSI Processor Dedicated for the Development of
Quantum-Computing Algorithms
M. FUJISHIMA, K. HOH, K. INAI, T. KITASHO
and M. SHIMURA
無線通信回路で使用されるオンチップインダ
クタのモデリング
藤島 実・木野 順
Modeling of an On-Chip Inductor for Radio
Frequency Integrated Circuits
M. FUJISHIMA, JUN. KINO
n 量子ビットで従来の計算機の n ビットで表現できる
2n 個の組み合わせに対し並列的に計算が行える量子計算
164
機の新たなアルゴリズムの開発には、計算規模の大きな
量子計算機エミュレーションが重要である。量子計算機
をエミュレートする場合、2n 個の量子状態をレジスタと
してハードウェア上に用意することで実現できるが、計
算規模が大きくなるにつれ、必要となるハードウェアが
指数爆発するという欠点がある。そこで、量子計算の計
算過程に着目し、この 2n 個の量子状態の表現方法を工夫
することで計算規模の拡大を試みた。2n の量子状態のう
ち、計算上意味を持つ状態のみの位置情報をハードウェ
ア上に記憶し、位置情報を更新することで状態遷移を実
現した。これにより、必要となるハードウェアは削減さ
れ、計算規模を 139 量子ビットまで拡張することができ
た。
Since an n-qubit quantum computer calculates all the n-bit
combinations in parallel, it is expected to realize high-speed
computing. To develop new quantum algorithms for the
quantum computer, a large-scale emulation is important.
Although the quantum computer can be emulated using 2n
registers corresponding to all the quantum states, the amount
of required hardware increases exponentially with increasing
problem scale. To overcome this issue, we propose a new
emulation method for large-scale problems considering the
quantum-computing algorithm and the efficient representation
of quantum states. In the proposed method, the state
transitions in quantum computing are realized by updating the
location of quantum states used in the algorithm. As a result,
the amount of hardware is reduced and problem scale is
expanded to 139 qubits.
4.
研究論文
[1]
[2]
[3]
[4]
M.Fujishima, K.Saito and K.Hoh, “16-qubit quantum
computing emulation based on high-speed hardware
architecture,” Jpn. J. Appl. Phys., Vol. 42,pp. 2182-2184
(2003)
K. Ishida, M.Fujishima, Chopper-stabilized highpass
sigma delta modulator utilizing a resonator structure,
IEEE Transactions on circuits and systems-Ⅱ:Analog
and digital signal processing, Vol.50, No.9, pp.627-631
(2003)
K.Yamamoto, T.Norimatsu and M.Fujishima, “1 V 2
GHz CMOS frequency divider,” Electronics Letters IEE, Vol.39, No.17, pp.1227-1228 (2003)
M.Fujishima,
“LSI-based
efficient
emulation
overcoming algorithmic restrictions inherent in quantum
computers,” Fluctuation and Noise Letters (FNL), Vol.3,
No.4, pp. C9-C17 (2003)
国際会議論文
[5]
M.Fujishima, K.Saito, M.Onouchi and K.Hoh,
“High-speed
processor
for
quantum-computing
emulation and its application,” IEEE Int. Symp. on
Circuits and Systems. Bangkok, Thailand, Vol.IV,
pp.884-887 (2003)
[6] K.Yamamoto, M.Fujishima and K.Hoh, “Optimization of
shield structures in analog integrated circuits,” IEEE Int.
Symp. on Circuits and Systems. Bangkok,
Thailand ,Vol.I, pp.753-756 (2003.)
[7] M.Fujishima and K.Hoh, “High-speed quantum
computing emulator utilizing a dedicated Processor,”
SPIE Int. Symp.on Fluctuations and Noise. Santa Fe,
New Mexico, USA ,pp. 281-287 (2003)
[8] M.Fujishima, K.Inai, T.Kitasho and K.Hoh, “75-qubit
quantum computing emulator,” 2003 International
Conference on Solid State Devices and Materials,
Tokyo ,pp.406-407 (2003)
[9] Minoru Fujishim and Ken Yamamoto, “A 1.0V 10.2GHz
CMOS frequency divider with differential injection
locking,” 2003 IEEE Topical Conference on Wireless
Communication Technology, Honolulu, Hawaii (2003)
[10] Minoru Fujishima and Koichiro Hoh, “Abstract
emulation of quantum computing,” The 5th International
Workshop
on
Future
Information
Processing
Technologies (IWFIPT), Miyazaki (2003)
[11] M.Fujishima, “FPGA-based high-speed emulator of
quantum computing,” IEEE International Conference on
Field-Programmable Technology (FPT'03) pp.21-26
(2003)
[12] K. Yamamoto and M. Fujishima, “4.3GHz 44uW CMOS
frequency divider,” 2004 IEEE International Solid-State
Circuit Conference, San Francisco, CA pp.104-105
シリコンシャドウマスクを用いた相補型ショ
ットキーMOSFET の集積プロセス
藤島 実・鳳 紘一郎・杉浦 邦晃
Fabrication Process of Complementary Shottky
MOSFETs Utilizing Silicon Shadow Masks
M. FUJISIMA , K. HOH, and K. SUGIURA
PtSi/ErSi2-x を用いた N/P 型ショットキーソースドレイ
ン MOSFET における相補型動作を実現するために、両者
を集積する技術としてメカニカルアラインメントつきシ
リコンシャドウマスクを利用する方法を実証した。従来
報告されていたリフトオフプロセスによって試作した場
合と比較し、MOSFET の Id-Vd 特性や Id-Vg 特性の有用
性を示した
To realize complementary operation, silicon shadow masks
with mechanical alignment are studied as fabrication
technology integrating both N/P-type Shottky source/drain
MOSFETs using PtSi/ErSi2-x. As compared with the case
where fabrication processes are based on the lift-off process
reported conventionally, the usefulness of the drain current
characteristic of MOSFET is shown.
論文・著書一覧（2003 年度）
Publications List
165
(2004)
[13] K. Hoh and M. Fujishima, “High-speed RF/Digital
Design with Low-power Consumption”, Proceedings of
International Symposium on Electronics for Future
Generations, Tokyo, pp.89-94 (2004)
[26]
[27]
シンポジウム・研究会・大会等発表
[14] 木野 順、藤島 実、鶴田 和弘, 「厚膜酸化プロセ
スを用いたインダクタの特性評価」電子情報通信学
会 集積回路研究専門委員会 9 月研究会, pp.47-52
（2003） 愛知
[15] 乗松 崇泰、山本 憲、藤島 実、鶴田 和弘、「厚膜
酸化プロセスを用いた低消費電力無線通信回路」、電
子情報通信学会 集積回路研究専門委員会 9 月研究
会, pp.53-58（2003） 愛知
[16] 斉藤 康祐、藤島 実、鳳 紘一郎、「NP 問題を高
速に解く二分探索機能を持つ並列プロセッサ」、電子
情報通信学会 ソサエティ大会 一般講演 C-12-6,
p.81（2003）新潟
[17] 乗松 崇泰、藤島 実、
「5GHz 帯向け MOSFET の基
板回路網モデル」、電子情報通信学会 ソサエティ大
会 一般講演 C-12-13, p.88（2003）新潟
[18] 木野 順、藤島 実、
「螺旋型および対称型インダク
タのポート間容量の比較」、電子情報通信学会 ソサ
エティ大会 一般講演 C-12-16, p.91（2003）新潟
[19] 稲井 健人、藤島 実、鳳 紘一郎、
「ゼロでない確
率を持つ基底の遷移に基づく量子計算エミュレーシ
ョン」、第 64 回応用物理学会学術講演会 30a-ZC-1,
p.459（2003）福岡
[20] 乗松 崇泰、藤島 実、「スケール依存を考慮した
MOSFET の基板抵抗モデル」、電子情報通信学会
総合大会 一般講演 C-12-30, p.132（2004）東京
[21] 稲井 健人、北荘 哲郎、藤島 実、鳳 紘一郎、
「量子計算アルゴリズムの開発に適したＬＳＩプロ
セッサの試作」、電子情報通信学会 総合大会 シン
ポジウム講演 SC-11-18, pp.S85-86（2004）東京
[22] 北荘 哲郎、稲井健人、藤島 実、鳳 紘一郎、
「専
用プロセッサを用いた大規模量子計算シミュレーシ
ョン」、電子情報通信学会 総合大会 シンポジウム
講演 SC-11-19,pp.S87-88（2004）東京
[23] 杉浦邦明、藤島実、鳳紘一郎、
「相補型ショットキー
ソース･ドレイン MOSFET のシリコンシャドウマス
クを用いた集積化」、第 51 回応用物理学会関係連合
講演会 29a-ZH-4, p.964（2004）東京
[24] 小玉輝、藤島実、鳳紘一郎、「ショットキーソース/
ドレイン MOSFET におけるソース端トンネル障壁
の評価」、第 51 回応用物理学会関係連合講演会
29a-ZH-1, p.963（2004）東京
[28]
[29]
その他
[25] K. Hoh and M. Fujishima “Large scale quantum
emulation is available by study on the quantum
166
algorithm,” CREST News Letter Vol. 5, No. 2, p.4
(2003)
M. Fujishima
Algorithmic restrictions inherent in
quantum computers,
CREST News Letter Vol. 5, No.
3, p.4 (2003)
K. Hoh “System integration of quantum-scale devices,”
2003 CREST Symposium on “FEMD” , Kokuyo Hall,
pp.86-93 (2003)
鳳 紘一郎、藤島 実、
「ハードウェアコンピューテ
ィングの新たなパラダイム-LSI を用いた量子計算の
効率的なエミュレーション-」 第 1 回 21 世紀の COE
ワークショップ-ソフトハードの融合で目指す人に
優しい情報エレクトロニクス pp.3-8（2003）東京大
学柏キャンパス/基盤棟大講義室
藤島 実、
「低電源電圧位相ロックロープ回路の最適
設計」 第 2 回 21 世紀 COE ワークショップ‐未来
社会を担う機能融合デバイスとシステムフォトニク
ス pp.13-20（2004）東京大学本郷キャンパス/武田ホ
ール
何研究室
He Laboratory
Troubleshooting for fiber optic assembly modules in optical
fiber system manufacturing is an unsolved task. In this project,
we proposed that optical reflectometry with improved
reflectivity resolution can be applied to the purpose. The
reflectivity precision of optical reflectometry by synthesis of
optical coherence function is improved by merging with
wavelength domain averaging method. It is shown in
simulation that, by taking about 100-point wavelength
averaging over about 50 GHz frequency range, about 0.1-dB
reflectivity resolution can be realized, which is required for the
diagnosis. Preliminary experimental demonstrations have been
made.
(http://www.sagnac.t.u‑tokyo.ac.jp)
研究現況
Current Research Projects
1.
光コヒーレンストモグラフィーと光ドップラ
ートモグラフィー
何 祖源・保立 和夫・コン ユーティン
Optical Coherence Tomography and Optical Doppler
Tomography
Z. HE, K. HOTATE, and Y. KONG
光ドップラートモグラフィー(ODT)は、血流速度の非侵
入的分布型測定技術として、心臓病など病気の早期診断
に応用することが期待されている。本研究では、光波コ
ヒーレンス関数の合成法により、SSG-DBR 波長可変半導
体レーザ光源を用いた光ドップラートモグラフィーシス
テムを提案した。基礎実験では、光コヒーレンストモグ
ラフィー(OCT)と光ドップラートモグラフィー(ODT)画
像を同時に得ることができた。OCT と ODT より、運動部
分が静止部分から分離され、その運動速度と方向の測定
も確認された。
Noninvasive, localized blood velocity measurements are
vital in the diagnosis of diseases such as cardiac diseases.
Optical Doppler Tomography (ODT) is a technique used in
biomedical imaging to measure such flow. In this research, a
system by synthesis of optical coherence function (SOCF)
using super-structure grating distributed Bragg reflector laser
diode (SSG-DBR-LD) as light source is proposed. Optical
coherence tomography (OCT) and ODT images are achieved
in preliminary experiment. Moving surfaces are distinguished
from stationary ones by observing OCT and ODT images. The
magnitude and direction of velocity can be known by
observing ODT images.
2.
3.
分布型光ファイバ側圧センシング
何 祖源・保立 和夫・堀江 信吾
Distributed Fiber Optic Lateral Force Sensing
Z. HE, K. HOTATE, and S. HORIE
偏波維持光ファイバ(PMF)を用いた分布型側圧センサ
の研究を進めた。PMF に加わった側圧により速軸モード
と遅軸モード間のモード結合が生じることを利用し、光
波コヒーレンス関数合成法により、2 つのモード間で生じ
る光路差を計測することで、側圧の位置分解を行う。PMF
の片端に一方の偏波モードのみを選択するポラライザと
ミラーを配置することで、測定範囲を短縮することなく、
光ファイバの一端に全ての光学装置を配置した新システ
ムを稼動させた。また、PMF の片端に 2 つ偏波モードを
相互転換するデバイスを用いた手法も考案した。
Progress in the development of polarization maintaining
fiber (PMF) lateral force sensor has been made. By employing
the force-induced polarization mode coupling between the two
primary modes of the PMF, and measuring the optical path
length difference between the two modes per synthesis of
optical coherence function, distributed detection of the lateral
force is realized. A novel scheme with a polarizer and a mirror
placed at one end of the PMF is proposed and demonstrated.
This new system realized single end light launching and
detection in the interests of most practical applications, and
avoided the problem of measurement range shortening.
Another scheme by cross-changing the two polarization modes
at one end of the PMF has also been investigated.
高精度光ファイバリフレクトメトリと光ファ
イバモジュールの診断
何 祖源・保立 和夫・吉山 総志
High Precision Optical Fiber Reflectometry and
Troubleshooting for Optical Fiber Modules
Z. HE, K. HOTATE, and S. YOSHIYAMA
4.
エルビウム添加ファイバにおけるダイナミッ
クグレーティングを用いた分布型光ファイバ
歪センシング
何 祖源・保立 和夫・樊 昕昱
Distributed Fiber-optic Strain Sensing by Localizing
Dynamic Grating in Erbium-doped Fiber
Z. HE, K. HOTATE, and X. FAN
光ファイバシステムの組立製造工程で、光ファイバモ
ジュールの診断は、未解決な課題である。本研究では、
光波コヒーレンス関数の合成法に波長平均法を融合する
手法によって、光リフレクトメトリの反射率分解能を向
上し、この課題を解決する手法として提案している。シ
ミュレーションでは、50GHz の波長帯域にわたって、100
点程度の波長平均を施すことによって、光ファイバモジ
ュールの診断に要求される 0.1dB 程度の反射率分解能を
達成することが可能であることを示した。基礎実験で実
証を行った。
光波コヒーレンス関数の合成法を活用し、偏波維持エ
ルビウム添加ファイバ（PM-EDF）の中の任意位置におい
て、ダイナミックグレーティングを合成する手法による
分布型光ファイバ歪センサーを提案した。PM-EDF 中の
167
[1]
ダイナミックグレーティングを解析するカップリング方
程式を構成し、シミュレーションを行った。光波コヒー
レンス関数の合成法によって、ダイナミックグレーティ
ングを EDF 中の一つの区域に局在し、EDF に沿ってスキ
ャンすること、また、ファイバに歪が印加された場合、
ダイナミックグレーティングの反射スペクトルの中心周
波数が歪に比例してシフトされることを確認した。
A scheme of distributed fiber-optic strain sensor is proposed
by localizing a dynamic grating in the polarization maintaining
erbium-doped fiber (PM-EDF). With the technique of
synthesis of optical coherence function, the dynamic grating
can be localized within a small region at an arbitrary position
along the fiber. We established the coupling equations for the
dynamic grating in the PM-EDF and used it to make numerical
simulations, which shows the Bragg frequency of the dynamic
grating will shift according to the strain and the magnitude of
shift is linear with the magnitude of the strain.
5.
K. Hotate, A. Kuramoto and Z. He, “Optical fiber
stress-location measurement by synthesis of binary
optical coherence function,” IEEE Photonic Technol.
Lett., vol. 16, no.2, pp. 578 – 580 (2004).
シンポジウム・研究会・大会等発表
[2]
何 祖源, チャチェン･チャン, ジュン･バウ, ウェン
シン･ゼン, エリン･サヒンシ, ワカー･マハムード,
DWDM システムにおけるラマンスペクトルプロ
フィールの測定とモデリング,
電子情報通信学会
エレクトロニクスソサイエティ大会, 新潟大学,
C-3-61, pp. 194 (2003).
[3] 何 祖源, 保立和夫,
光波コヒーレンス関数の合成
によるフォトニックセンシング, 東京大学 21 世紀
COE「未来社会を担うエレクトロニクスの展開」第
2 回ワークショップ, 東京大学武田ホール, pp. 53-58
(2004).
[4] 何 祖源, チャチェン･チャン, ジュン･バウ, ウェン
シン･ゼン, エリン･サヒンシ, ワカー･マハムード,
DWDM システムにおけるラマンスペクトルプロ
フィールの測定とモデリング,
電子情報通信学会
光エレクトロニクス研究会, OPE2003-278, pp. 47-51
(2004).
[5] 樊 昕昱, 何 祖源, 保立和夫, 偏波維持エルビウム
添加ファイバにおけるダイナミックグレーティング
を用いた光波コヒーレンス関数の合成法による分布
型光ファイバ歪センシング,
電子情報通信学会光
エレクトロニクス研究会, OPE2003-280, pp. 59-64
(2004).
[6] K. Hotate and Z. He,
Fiber-optic nerve systems for
smart materials and smart structures, 東京大学 21 世
紀 COE「未来社会を担うエレクトロニクスの展開」
第 1 回国際シンポジウム, 東京大学武田ホール, pp.
403-409 (2004).
[7] Z. He and K. Hotate, Synthesis of optical coherence
function and its application in photonic sensing, 東京
大学 21 世紀 COE「未来社会を担うエレクトロニク
スの展開」第 1 回国際シンポジウム, 東京大学武田
ホール, pp.411-418 (2004).
[8] 樊 昕昱, 何 祖源, 保立和夫, 偏波維持エルビウム
添加ファイバにおけるダイナミックグレーティング
を用いた光波コヒーレンス関数の合成法による分布
型光ファイバ歪センシング,
電子情報通信学会総
合大会, 東京工業大学, C-3-5, p. 178 (2004).
[9] 何 祖源, 吉山総志, 圓山百代, 保立和夫, 光波コヒ
ーレンス関数合成法による高精度光リフレクトメト
リーの研究, 電子情報通信学会総合大会, 東京工業
大学, C-3-7, p. 180 (2004).
[10] 何 祖源, コン ユーティン, 柏木正浩, 保立和夫,
光波コヒーレンス関数合成によるオプティカルド
ップラートモグラフィー, 第 51 回応用物理学関係
連合講演会, 東京工科大学, 29p-K-1, p. 1126 (2004).
光波コヒーレンス関数の合成法による多点型
光ファイバグレーティングセンサ
何 祖源・保立 和夫・圓山 百代
Multiplexed Fiber Bragg Grating Sensors by
Synthesis of Optical Coherence Function
Z. HE, K. HOTATE, and M. ENYAMA
光波コヒーレンス関数の合成法による多点型光ファイ
バグレーティング(FBG)歪センサの研究を進めた。この技
術は、同一波長 FBG を使用し、光波コヒーレンス関数の
合成法により距離分解を行う。反射波長の異なる複数
FBG を必要とする従来型の波長多重 FBG センサにおける
コストの問題と多重化数の制限を解消する。本年度は、
バーニア効果を利用した新たな FBG 距離分解手法を提案
し、確認した。単一コヒーレンスピークを利用する SOCF
系に測定距離を制限するマルチ高次ピークを、積極的に
利用して、多重化 FBG を距離分解する。
Research on multiplexed fiber Bragg grating (FBG) strain
sensor by synthesis of optical coherence function (SOCF)
progressed. This technique solved the problem in conventional
wavelength-multiplexed FBG sensors requiring FBGs of
different Bragg wavelength, which is cost inefficient and limits
the number of FBGs multiplexable. A novel scheme using
vernier effect to demultiplex the FBGs has been proposed and
demonstrated. This scheme actively makes use of high order
coherence peaks produced in SOCF to spatially resolve the
FBGs multiplexed. Originally, these high order peaks in SOCF
systems using single peak are negative factors, which limit the
spatial measurement range. The new scheme removed the
limitation.
論文・著書一覧（2003 年度）
Publications List
研究論文
168
[11] 何 祖源, 堀江信吾, 圓山百代, 保立和夫, 光波コヒ
ーレンス関数の合成による偏波維持光ファイバ側圧
センサの片端入力・測定, 第 51 回応用物理学関係
連合講演会, 東京工科大学, 29a-ZS-6, p. 1328 (2004).
169

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