Ⅱ．研究活動状況
CURRENT RESEARCH ACTIVITIES
メディア・コンテンツラボ
相澤・山崎研究室
苗村研究室
Media Contents Lab.
Aizawa & Yamasaki Laboratory
Naemura Laboratory
知能インターフェース
石塚研究室
広瀬（啓）・峯松研究室
杉本研究室
Asami & Kawahara Laboratory
Aida Laboratory
Esaki Laboratory
Morikawa Laboratory
Chikayama & Taura Laboratory
Sakai & Goshima Laboratory
Iba Laboratory
量子フォトニクスラボ
大津・八井研究室
菊池・五十嵐研究室
中野・種村研究室
ナノ物理・デバイスラボ
高木・竹中研究室
田中・大矢研究室
田畑研究室
染谷・関谷研究室
杉山研究室
加藤研究室
………………………..
………………………..
………………………..
………………………..
50
54
57
60
………………………..
………………………..
………………………..
67
73
78
System Electronics Lab.
Shibata & Mita Laboratory
………………………..
Asada, Ikeda & Nakura Laboratory ………………………..
Fujita Laboratory
………………………..
Takeuchi Laboratory
………………………..
フォトニクス＆ワイヤレスラボ
保立・何研究室
廣瀬（明）研究室
山下研究室
34
38
47
Computing Lab.
システム・エレクトロニクスラボ
柴田・三田研究室
浅田・池田・名倉研究室
藤田研究室
竹内研究室
………………………..
………………………..
………………………..
Network Lab.
コンピューティングラボ
近山・田浦研究室
坂井・五島研究室
伊庭研究室
22
28
Intelligent Human-Computer Interface Lab.
Ishizuka Laboratory
Hirose & Minematsu Laboratory
Sugimoto Laboratory
ネットワークラボ
浅見・川原研究室
相田研究室
江崎研究室
森川研究室
………………………..
………………………..
81
88
91
95
Photonics and Wireless Lab.
Hotate & He Laboratory
Hirose Laboratory
Yamashita Laboratory
………………………..
………………………..
………………………..
99
106
111
Quantum Photonics Lab.
Ohtsu & Yatsui Laboratory
Kikuchi & Igarashi Laboratory
Nakano & Tanemura Laboratory
………………………..
………………………..
………………………..
114
122
127
Nanophysics and Devices Lab.
Takagi & Takenaka Laboratory
Tanaka & Ohya Laboratory
Tabata Laboratory
Someya & Sekitani Laboratory
Sugiyama Laboratory
Kato Laboratory
20
………………………..
………………………..
………………………..
………………………..
………………………..
………………………..
139
147
155
159
166
176
プラズマ・エネルギーフロンティアラボ
Plasma and Energy Frontier Lab.
小田・小野（亮）研究室 Oda & Ono Laboratory
………………………..
日高・熊田・池田（久）研究室 Hidaka, Kumada & Ikeda Laboratory
…………....
小野（靖）・井研究室
Ono & Inomoto Laboratory
………………………..
エネルギーシステム・制御ラボ
堀研究室
横山研究室
大崎研究室
古関研究室
馬場研究室
谷口研究室
178
183
193
Energy Systems and Control Lab.
Hori Laboratory
Yokoyama Laboratory
Ohsaki Laboratory
Koseki Laboratory
Baba Laboratory
Taniguchi Laboratory
21
………………………..
………………………..
………………………..
………………………..
………………………..
………………………..
199
204
209
214
217
220
相澤・山崎研究室
Aizawa Yamasaki Laboratory
映像をより身近な元とする為に，少数台のカメラからの
3 次元映像の生成，3 次元映像からの人体動作の抽出など
についても検討を進めている．
We are investigating new technologies for archiving three
dimensional video. Three dimensional video is dynamic mesh
model with dynamic texture: a moving three dimensional
object such as a person is captured and modeled . We are
investigating new techniques required for archiving a number
of three dimensional videos. These techniques include
compression,
segmentation,
content-based
retrieval,
composition, extraction of structural data, motion tracking to
name a few. We are also looking at the potential of 3D video
on mobile phones. In addition, in order to make 3D video
widely available, we investigate generation of 3D video using
small number of cameras..
(http://www.hal.k.u-tokyo.ac.jp/ja/index.html)
研究現況
Current Research Projects
1.
ライフログ： パーソナル＆ソーシャル情報
相澤清晴・山崎俊彦・チャミンダデシルバ・
澤田耕司・北村圭吾・畑田晃希・丸山悠斗・
谷澤幹也・宮崎達也
Life Log: Multimedia Processing for Personal and
Social Informatics,
K.Aizawa, T.Yamasaki, G.C.Chaminda, K.Sawada,
K.Kitamura, K.Hatada， Y.Maruyama,
M.Tanizawa, T.Miyazaki
3. CGM(Consumer Generated Media)処理
相澤清晴・山崎俊彦・入江豪・ヘネ テイシェイラ・
フーチェン・松本尚也
Processing of Consumer Generated Media
K.Aizawa, T.Yamasaki, G..Irie, Rene Teixeira, F.
Chen, N.Matsumoto
センシングデバイスと情報処理機器の小型化が進み，
個人の生活体験を長期間記録することが可能になった．
携帯電話や iPhone などの普及により，写真・映像，コメ
ント，GPS による位置情報などで自分の行動を記録・公
開するユーザも増え，ライフロギングは始まっている．
先々には，膨大なデータの処理，複合的なログの集約と
連携，直感的なユーザインタフェースへの可視化とイン
タラクティブな検索等が技術的な課題になる．汎用的な
ライフログから，特定応用に向けたライフログを集約的
に処理，利用する形態を模索している．そのため，食事
ログなどの応用にも取り組んでいる．
We are pioneering a new area that is called the life log. PCs
and storage media are improving in their size and capacity. In
not a too distant future, we will have the computing power
and storage capacity to cheaply record a person’s lifetimes
worth of details. Life logging is already beginning to happen:
photographs, locations, blogs, health records and more are
bring recorded digitally online. We think our life log will be a
composite of various application-oriented logs. Additionally,
we are investigating the processing of various logs, interactive
interfaces and a focus on Food Logging.
近年，Youtube やニコニコ動画など，ユーザ主導のマ
ルチメディアデータ（ＣＧＭ）が多数生成・閲覧される
ようになった．しかし，これらのデータに関する情報は，
再生回数やユーザが付与するタグやコメントなどに依存
しているため，ビデオの数が急増するにつれて目的のビ
デオの検索が困難になったり，クオリティーの高い映像
なのに誰にも閲覧されなかったりする問題が生じている．
そこで，ＣＧＶや多数の映画映像などを対象に，新たな
映像処理の可能性を模索している．映像内容に関する主
観的な評価実験も進め，人の印象や感情に見合う映像評
価手法も検討している．
CGMs such as YouTube are widely used on the Internet.
The amount of CGMs is explosively growing. Currently
CGMs are managed by their tagged keywords, which also
defines the limitation of the management. We are
investigating techniques such as new ranking schemes,
summarization using of tags and comment descriptions, and
affective evaluations..
2.
3 次元映像処理
相澤清晴・山崎俊彦・韓昇龍・羅衛蘭・
中川卓・池畑諭・ビウェイ
3D Video Processing
K. Aizawa, T. Yamasaki, S. R. Han, L. Weilan, S.
Nakagawa, S. Ikahata, B. Wei
4. クリエイティブ応用，デジタルミュジアム
相澤清晴・山崎俊彦・大谷智子・オゥグオストルク・
冨樫政徳・河治寿都・松濤智明・松村成朗
Creative Applications, Digital Museum
K.Aizawa, T.Yamasaki, T.Ohtani, O.Ozturk,
M.Togashi, H.Kawaji, T.Matsunami, N.Matumura
実世界を動的な３次元グラフィックオブジェクトとし
て取込む技術(３次元ビデオ)が進展しており，３次元ビ
デオでは，自由に視点を変えて視聴することができる．
その一方，３次元ビデオは，幾何情報，テクスチャとも
時間的に変化し，情報量は膨大で,将来３次元ビデオの利
活用が進むためには技術的な課題は多く，３次元ビデオ
の圧縮，セグメンテーション，検索・編集，ケータイ応
用など新しい領域の研究を進めている．さらに，3 次元
新しいクリエイティブ作品やデジタルミュジアムのた
めの映像解析技術の研究を進めている．前者に関しては，
顔検出，セグメンテーション，トラッキングの実時間処
理により人の状態を検出し，その検出結果に応じて，イ
ンタラクティブなシステムが応答する．アーティスト共
22
論文・著書一覧（2009 年度）
Publications List
同して作品をつくり，羽田空港での展示なども行った．
後者に関しては，映像をもとに人の位置検出を行う手法
を研究している. 自然な体感を目指す手描きペン入力シ
ステムについても検討している．
Making image processing fully usable leads to new creative
applications. Real time image analysis such as face detection,
segmentation, and tracking can probe the status of persons.
We can then have the interactive system respond according to
the results of the analysis. Working with artists, we have made
artwork using image analysis that have been displayed at
Haneda International Airport. We also wok on digital museum
project where we investigate localization of persons using
photos taken by the persons. We investigate pen drawing
interface which realizes natural human computer interaction.
研究論文
5. メディア処理のためのハードウェア処理
山崎俊彦・相澤清晴・山中悠歩・蔵野達也
Hardware Processing for Multimedia
T.Yamasaki, K.Aizawa, Y.Yamanaka, T.Kurano
画像・映像処理のアルゴリズムをハードウェア化し、高
速かつ低消費電力で処理するための研究や、ライフログ
について専用端末の設計などを行っている。
- ハードウェア実装に向けた画像処理アルゴリズム検討
- ＦＰＧＡによる高速・低消費電力メディア処理
- ウェアラブル・ライフログ端末の開発
We investigate hardware algorithms which can accelerate the
processing speed of complex multimedia processing with
lower power consumption. FPGA based acceleration is
investigated. In addition, devices for life logging are
investigated.
[1]
Jianfeng Xu, Toshihiko Yamasaki and Kiyoharu Aizawa:
Temporal
Segmentation
of
3D
Video
By
Histogram-Based Feature Vectors, IEEE Trans. Circuit
and Systems for Video Technology, Vol. 19, pp 870 –
881(2009)
[2]
山崎俊彦．浜崎祐樹，相澤清晴: Time-Varying Mesh
の位相変化検出とインタラクティブなメッシュ編
集 , 映 像 情 報 メ デ ィ ア 学 会 誌 , Vol.63, No.4,
pp.516-523 (2009).
[3]
G.C.De Silva, T.Yamasaki and K.Aiazawa: Sketch-based
Spatial Queries for the Retrieval of Human Locomotion
Patterns in Smart Environments, Advances in
Multimedia, (2009)
[4]
G.C.De Silva, T.Yamasaki and K.Aiazawa: Sketch Based
Spatial Queries for Retrieving Human Locomotion
Patterns from Continuously Archived GPS Data, IEEE
Trans. Multimedia, Vol. 11, No.7 pp 1240-1253(2009)
[5]
山崎俊彦、前田崇、中川卓、相澤清晴: スケルトン
による Time-Varying Mesh の動き抽出と合成, 映像
情 報 メ デ ィ ア 学 会 誌 , Vol.63, No.10,
pp.1459-1466(2009)
[6]
畑田晃希，河治寿都，山崎俊彦，相澤清晴: ユーザ
の閲覧履歴を利用したライフログデータの要約, 映
像情報メディア学会,Vol.64, No.2, pp.237-240(2010)
[7]
松嵜直幸，原澤賢充，繁桝博昭，森田寿哉，伊藤祟
之，斎藤隆弘，佐藤隆夫，相澤清晴，北崎充晃, 能
動的観察による映像酔いの低減, 日本バーチャルリ
アリティ学会論文誌,TVRSJ Vol.15, No.1, pp.41-44,
2010
[8]
相澤清晴: ライフログ ～役に立つために～, 映像
情報メディア学会誌, Vol.63, No.4, pp.445-448 (2009).
[9]
相澤清晴: 実践的ライフログ：食事ログからの展開，
情報処理学会, Vol.50 No.7, pp. 592-597( 2009)
[10] 宮脇健三郎, 尾関基行, 木村穣, 相澤清晴, 北村圭
吾, 山崎俊彦, 森麻紀, 武川直樹: 食べる, 電子情報
通信学会誌「生活に役立つメディア処理 ―料理行
動を科学する―」小特集, pp. 48-54( 2010)
[11] 大谷智子: ∞のこどもたちオープンラボ in 種子島，
映 像 情 報 メ デ ィ ア 学 会 誌 , Vol. 63, No. 10, pp.
1390-1393( 2009)
総説・解説論文
[12] 相澤清晴: メディアと人, 映像情報メディア学会誌,
Vol. 64, No. 1, pp. 17～18(2010)
[13] 相澤清晴，荒川佳樹, 超高精細映像システム・コン
テ ン ツ , 電 子 情 報 通 信 学 会 誌 , Vol.93, No.5,
23
pp.368-371, May, 2010
Conference Sapporo(2009)
[14] 山崎俊彦: 100 行で書く画像処理最先端 環境の構
築と簡単なサンプルの例，映像情報メディア学会
誌,Vol64, No.1, pp. 71～75(2010)
[25] Toshihiko Yamasaki, Kentaro Yamada, Kiyoharu
Aizawa: Time-Varying Mesh Generation Based on
Iterative Feedback between Silhouette Extraction and
Geometry Modeling (invited), APSIPA Summit and
Conference 2009, Oct. 4-7, Sapporo
[15] 山崎俊彦:100 行で書く画像処理最先端 画像の編
集：シームカービング（Seam Carving），映像情報メ
ディア学会誌, Vol64, No.2, pp. 208-215( 2010)
[16] 山崎俊彦: 100 行で書く画像処理最先端 画像の特
徴抽出：Histogram of Oriented Gradients（HoG），映
像情報映像情報メディア学会誌, Vol64, No.3, pp.
322-329( 2010)
[26] Toshihiko Yamasaki, Yasumasa Nakai, Kiyoharu
Aizawa: An Object-Based Non-Blind Watermarking that
is Robust To Non-Linear Geometrical Distortion Attacks,
IEEE Int. Conf. Image Processing
(ICIP2009),
pp.3669-3672, Nov. 7-10, 2009 Cairo, Egypt
[17] 山崎俊彦, “若手研究者から見た映像情報メディア
の未来: メディアとハードウェア,”映像情報メディ
ア学会誌, 学会創立 60 周年記念特集 映像情報メデ
ィアの未来ビジョン, vol. 64., no. 1, pp. 47-48（2010）
[27] Go Irie, Kota Hidaka, Takashi Satou, Toshihiko
Yamasaki, Kiyoharu Aizawa: Latent Topic Driving
Model for Movie Affective Scene Classification, ACM
Multimedia 2009, pp.565-568, Oct. 19-24 2009, Beijin
[28] Gamhewage C. de Silva, Kiyoharu Aizawa,:Retrieving
Multimedia Travel Stories using Location Data and
Spatial Queries, ACM Multimedia 2009, pp.785-788,
Oct. 19-24 2009, Beijin
国際会議論文
[18] Kiyoharu Aizawa: Compression of 3D Video: Various
Approaches to Compress Time Varying Meshes (invited),
3DSA(3D Systems and Applications), Tue S08-02,
Taiwan(2009)
[29] Keigo Kitamura, Toshihiko Yamasaki, Kiyoharu
Aizawa: FoodLog: Capture, Analysis and Retrieval of
Personal Food Images via Web, ACM Multimedia
Workshop on Multimedia for Cooking and Eating
Activities, pp.23-30, Oct. 23 2009, Beijin
[19] Gamhewage Chaminda de Silva, Kiyoharu Aizawa:
Visual Querying with Iconic Sketches for Face Image
Retrieval, HCI International 2009, San Diego, CA,
USA(2009)
[30] Kiyoharu Aizawa:Life Log: Generic Purposes or
Specific Applications? (Invited), Int. Workshop on
Advanced Multimedia Computing, Oct. 18, Huangshan,
2009, China
[20] Toshihiko
Yamasaki,
Kiyoharu
Aizawa:
Euclidean-Geodesic Shape Distribution For Retrieval of
Time-Varying Mesh Sequences, IEEE International
Conference on Multimedia and Expo (ICME2009),
MDFS-L2.3, pp.846-849, New York(2009)
[31] Kiyoharu Aizawa: Non-Conventional Media Interaction
Paradigm: Content-centirc or Human-centric (invited),
ACM Multimedia Brave New Session (Panel), Oct.
19-24, 2009 Beijin, China
[21] Daisuke Kasai, Toshihiko Yamasaki, Kiyoharu Aizawa:
Retrieval of Time-Varying Mesh And Motion Capture
Data Using 2D Video Queries Based on Silhouette
Shape Descriptors, IEEE International Conference on
Multimedia and Expo (ICME2009), MDFS-L2.5,
pp.854-857,New York(2009)
[32] O. Ozturk, T. Yamasaki, and K. Aizawa:Tracking of
Humans and Estimation of Body/Head Orientation from
Top-view Single Camera for Visual Focus of Attention
Analysis, IEEE International Workshop on Tracking
Humans for the Evaluation of their Motion in Image
Sequences (THEMIS2009) (ICCV2009 Workshops),
pp. 1020-1027, Oct 3rd, Kyoto, 2009
[22] Go Irie, Kota Hidaka, Takashi Satou, Toshihiko
Yamasaki, Kiyoharu Aizawa: A Degree-of-Edit Ranking
For Consumer Generated Video Retrieval, IEEE
International Conference on Multimedia and Expo
(ICME2009), MA-L4.3, pp.1242-1245, New York(2009)
[33] Kiyoharu Aizawa: Life Log Technology (invited),
Japan-Taiwan
Microelectronics
International
Symposium -Innocations of Sensing Technologies-, 3-3,
Oct.28-29, 2009, Tokyo
[23] Go Irie, Kota Hidaka, Takashi Satou, Toshihiko
Yamasaki, Kiyoharu Aizawa: Affective Video Segment
Retrieval For Consumer Generated Videos Based on
Correlation Between Emotions And Emotional Audio
Events, IEEE International Conference on Multimedia
and Expo (ICME2009), MCA-P1.1, pp.522-525,New
York(2009)
[34] Kiyoharu Aizawa: Interactive Art Using Image Analysis
(invited), JSPS-DFG Round Table on 'Cooperative
Technology in future: Cognitive Technical Systems', Feb.
8-10, 2010, Tokyo
[35] Kiyoharu Aizawa, Gamhewage Chaminda De Silva,
Keigo Kitamura, Yuto Maruyama: Food Log: the
Easiest Way to Capture and Archive What We Eat,
[24] Kiyoharu Aizawa: R&D strategies of Industry in Asia
Pacific Area, Panel Session, APSIPA Summit and
24
Information Access for Personal Media Archives
Workshop (IAPMA2010) , Mar. 28 2010, UK
Retrieval，画像符号化・映像メディア処理シンポジ
ウム(PCSJ・IMPS2009) pp.133-134(2009)
[49] 中川 卓，山崎 俊彦，相澤 清晴: 携帯端末表示のた
めのＴＶＭ表現，画像符号化・映像メディア処理シ
ンポジウム(PCSJ・IMPS2009)，P1-01 pp.13-14( 2009)
シンポジウム・研究会・大会等発表
[36] 相澤清晴: 役に立つライフログのために：これまで
の試みから(招待講演)，ライフログが拓く新たな世
界, 電子情報通信学会 ライフインテリジェンスと
オフィス情報システム研究会，( 2009)
[50] 羅 衛蘭，山崎 俊彦，相澤 清晴: 3D Human Motion
Capture of Time-Varying Meshes by Tracking Kinematic
Skeletons and Edge Corresponding Points，画像符号
化 ・ 映 像 メ デ ィ ア 処 理 シ ン ポ ジ ウ ム (PCSJ ・
IMPS2009)，I2-07 pp.29-30( 2009)
[37] 相澤清晴: ライフログの展開（特別講演）
，電子情報
通信学会 パターン認識とメディア理解研究会，
IE2009-37, pp.153-158,z8 2009)
[51] Rene M A Teixeira，入江 豪，山崎 俊彦，相澤 清晴:
User study on affective evaluation of movie clips，画像
符号化・映像メディア処理シンポジウム(PCSJ・
IMPS2009)，I2-15 pp.45-46(2009)
[38] 松濤智明，山崎俊彦，相澤清晴:DCT 高周波成分分
析によるＪＰＥＧ画像の非線形リサイズ検出，電子
情 報 通 信 学 会 , 画 像 工 学 研 究 会 ， IE-2009-12,
pp.11-16(2009)
[52] 相澤清晴: パネルディスカション，Digital Public Art
in HANEDA AIRPORT 空気の港 ?テクノロジー×
空気で感じる新しい世界 デジタルパブリックア
ートシンポジウム（招待）(2009)
[39] 谷直紀，山崎俊彦，相澤清晴:コメント数の動的な変
化に基づく CGM 動画要約，デジタルコンテンツシ
ンポジウム,2-1, June 10-12( 2009)
[53] 中川卓, 山崎俊彦, 相澤清晴: モバイル端末での
Time-Varying Mesh 表示のためのメッシュ処理，映
像情報メディア学会 立体映像技術研究会，ITE
technical report 33(42) pp.17-20( 2009)
[40] 丸山悠斗，山崎俊彦，相澤清晴:マイクロブログと画
像の集約によるライフログとその要約，デジタルコ
ンテンツシンポジウム,4-1, June 10-12( 2009)
[41] 畑田晃希，山崎俊彦，相澤清晴:ユーザの閲覧履歴を
利用したライフログデータの要約，デジタルコンテ
ンツシンポジウム,4-2, June 10-12( 2009)
[54] 相澤清晴: FOOD LOG ～画像で分析する食事生活
～ （ 招 待 講 演 ）， CAMP(CREST Anti Metabolic
syndrome Project) ワークショップ(2010)
[42] 山田健太郎，山崎俊彦，相澤清晴:シルエット抽出と
モデル生成の相互フィードバックによる
Time-Varying Mesh の欠損補填，画像の認識・理解
シ ン ポ ジ ウ ム （ Ｍ Ｉ RU2009) ， OS13-1
pp.375-382(2009)
[55] 澤田 耕司，鳴海 拓志，鈴木 康広，山崎 俊彦，相
澤 清晴，廣瀬 通孝:風見鶏の視線，インタラクショ
ン 2010，インタラクティブセッション( 2010)
[56] 畑田晃希，河治寿都，山崎俊彦，相澤清晴: 全方位
カメラによる参照画像群を用いた屋内位置推定 デジタルミュージアムでの鑑賞者の行動記録に向
けて-，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 ， 信 学 技 報 Vol. 109, No.466,
MVE2009-141 pp.57-62, (2010)
[43] 北村圭吾，山崎俊彦，相澤清晴:FoodLog―Web 上で
行う食事画像解析システム，画像の認識・理解シン
ポジウム（MIRU2009)，DS-4, pp.1865-1866( 2009)
[44] 北村 圭吾，山崎 俊彦，相澤 清晴:食事画像におけ
る料理領域の推定，画像符号化・映像メディア処理
シンポジウム(PCSJ・IMPS2009)，pp.163-164(2009)
[45] 畑田 晃希，山崎 俊彦，相澤 清晴:ウェアラブルカ
メラ画像列を用いた展示会場における注目展示物
の推定，画像符号化・映像メディア処理シンポジウ
ム(PCSJ・IMPS2009)，pp.161-162(2009)
[57] 松村成朗，富樫政徳，大谷智子，山崎俊彦，相澤清
晴，鈴木康広:自針と分針：映像からの人物抽出によ
るメディアアート，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，信学技報 Vol. 109,
No.466, MVE2009-141 pp.113-118(2010)
[46] Ovgu Ozturk，山崎 俊彦，相澤 清晴:Multiple Human
Tracking and Body Orientation Estimation by Cascaded
Particle Filter using a Single Camera，画像符号化・映
像メディア処理シンポジウム(PCSJ・IMPS2009)，
P3-23 pp.69-70(2009)
[58] 池畑諭，山崎俊彦，相澤清晴，The Shadow Man ‐
影を用いたインタラクティブ・メディア・アート‐，
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，信学技報 Vol. 109, No.466, MVE2009-141
pp.119-124( 2010)
[47] 冨樫 政徳，山崎 俊彦，相澤 清晴:手書き入力によ
る時系列標本点の逐次補間，画像符号化・映像メデ
ィ ア 処 理 シ ン ポ ジ ウ ム (PCSJ ・
IMPS2009),I4-03,pp.73-74(2009)
[59] 北村圭吾, 山崎俊彦, 相澤清晴: FoodLog システムに
おける食事画像分類，映像情報メディア学会年次大
会,6-8( 2009)
[60] 中川卓, 山崎俊彦, 相澤清晴: 携帯端末表示のため
の Time-Varying Mesh の圧縮，映像情報メディア学
会年次大会,( 2009)
[48] デシルヴァ ガムヘワゲチャミンダ，相澤 清晴:Face
Detection and Visual Querying for Editorial Photo
25
[61] 畑田晃希, 山崎俊彦, 相澤清晴: ウェアラブルカメ
ラを利用した展示会場での見学履歴取得，情報科学
技術フォーラム,FIT2009(2009)
彦、相澤清晴: デジタルパブリックアートプロジェ
クト作品技術紹介 自針と分針，情報処理学会全国
大会( 2010)
[62] Rene Teixeira, 山 崎 俊 彦 , 相 澤 清 晴 : Affective
Analysis of Films by Low-Level Visual Features，情報
科学技術フォーラム, FIT2009(2009)
[77] オゥグ オストルク、松濤智明，冨樫政徳、澤田耕
司、大谷智子、鈴木康広、山崎俊彦、相澤清晴: デ
ジタルパブリックアートプロジェクト作品技術紹
介 未来の足跡，情報処理学会全国大会( 2010)
[63] 相澤清晴: ライフログ（招待講演），情報科学技術フ
ォーラム、FIT2009、企画セッション 膨大な映像
コンテンツを，いかに処理して，どのように応用す
るのか?( 2009)
[78] 北村圭吾, 山崎俊彦, 相澤清晴: 食事ログ利用によ
る食生活変化，電子情報通信学会 総合大会( 2010)
[79] 畑田晃希, 河治寿都，山崎俊彦, 相澤清晴: 全方位カ
メラ画像を用いた博物館における展示物認識，電子
情報通信学会 総合大会(2010)
[64] G.C.De Silva: ライフログデータにおけるスケッチ
による移動パターン検索（招待講演），情報科学技
術フォーラム、FIT2009 lifelog を情報システムに
－収集から活用へ－(2009)
[80] 中川卓，山崎俊彦，相澤清晴: スケルトンを利用し
た異なるモデル間でのメッシュ変形，電子情報通信
学会 総合大会( 2010)
[65] 相澤清晴: デジタルパブリックアートを創出する技
術 ～広域・集団の行動ログ～ （招待講演），デ
ジタルパブリックアート ―５年間の軌跡とこれ
から― 企画セッション 日本バーチャルリアリ
ティ学会大会(2009)
[81] 山崎俊彦, 体験を記録するライフログシステムとそ
の応用（招待講演）,HASC01:第 1 回人間行動センシ
ングシンポジウム～人間行動理解のための装着型
センサによる大規模データベース構築～,名古屋,
Oct. 7nd, 2009
[66] 相澤清晴: 日常の生活をログに取り込む (基調講
演），情報処理学会全国大会 企画セッション 日
常の生活をログに取り込む(2010)
著書
[67] 松本尚也，山崎俊彦，相澤清晴: コメント解析によ
る CGM 動画のシーン処理，情報処理学会全国大会
(2010)
[82] 相澤清晴: 分担執筆，電子情報通信分野 科学技
術・研究開発の国際比較 2009 年版，科学技術振興
機構 研究開発戦略センター 264pages(2009)
[68] 松本洋一郎，相澤清晴，山崎俊彦:汎用ライフログデ
ータの取得のための携帯端末の開発，情報処理学会
全国大会( 2010)
[83] 廣瀬通孝、相澤清晴、苗村健、谷川智洋、飯田誠、
鈴木康広、西村邦裕、山崎俊彦、上條桂子:Digital
Public Art Project 空気の港?テクノロジー×空気で
感じる新しい世界，美術出版社 160 pages (2010)
[69] 本多篤史，山崎俊彦，相澤清晴: ウェアラブルカメ
ラによる対人ログの取得と処理，情報処理学会全国
大会( 2010)
[84] Chaminda de Silva: Take Grate Photos with Your
Digicam, Lulu Inc. 70 pages(2010)
[70] 畑田晃希，河治寿都，山崎俊彦，相澤清晴: 全方位
カメラによる参照画像を用いた屋内における位置
推定- デジタルミュージアムでの鑑賞者の行動記録
に向けて-，情報処理学会全国大会( 2010)
その他
[85] Food Log，BBC Digital Planet Interview，2009 年 7 月
2日
[71] 北村圭吾, 山崎俊彦, 相澤清晴: FoodLog における
カロリー推定補助，情報処理学会全国大会(2010)
[86] 未来の足跡，空気の港 （デジタルパブリックアー
ト羽田空港展）， 2009 年 10 月 9 日～11 月 3 日，
[72] 中川卓，山崎俊彦，相澤清晴: スケルトンを用いた
異なるメッシュモデル間の対応点抽出，情報処理学
会全国大会( 2010)
[87] 自針と分針，，空気の港 （デジタルパブリックア
ート羽田空港展）， 2009 年 10 月 9 日～11 月 3 日，
好評につき，延長展示，2010 年 1 月 12 日まで
[73] Gamhewage de Silva, Kiyoharu Aizawa: Multimedia
Travel Story Retrieval using Location Data and Spatial
Queries，情報処理学会全国大会(2010)
[88] 風見鶏，，空気の港 （デジタルパブリックアート
羽田空港展）， 2009 年 10 月 9 日～11 月 3 日
[89] 21st Century Computing, Poster 展示, Sketch-Based
Spatial Queries for Locomotion Pattern Retrieval ，
G.C.De Silva, Kiyoharu Aizawa，Nov. 4, 2009, Hiyoshi
[74] 冨樫政徳，大谷智子，山崎俊彦，相澤清晴: ペン入
力による軌跡の平滑化処理に関するユーザビリテ
ィ評価，情報処理学会全国大会( 2010)
[90] 表現の未来へ 領域展示，「未来の足跡」，「自針と
分針」，「風見鶏」 ポスター，2009 年 11 月 6 日
[75] 冨樫政徳，大谷智子，山崎俊彦，相澤清晴: ペン入
力による軌跡の平滑化処理に関するユーザビリテ
ィ評価 （デモ），情報処理学会全国大会( 2010)
[91] ＩＭＬオープンハウス，FoodLog，2009 年 12 月 4
日
[76] 松村成朗、冨樫政徳、大谷智子，鈴木康広、山崎俊
26
[92] 情報理工学系研究科 本部棟展示，「自針と分針」，
2009 年 11 月 25 日～2010 年 1 月 26 日
[93] 今ドキッの IT@御殿下記念館 2010、情報処理学会
創立 50 周年記念 全国大会第 72 回全国大会，「自針
と分針」，2010 年 3 月 9，10 日
[94] 今ドキッの IT@御殿下記念館 2010、情報処理学会
創立 50 周年記念 全国大会第 72 回全国大会，戦略
的創造研究推進事業（CREST）「“食”に関わるラ
イフログ共有技術基盤」，2010 年 3 月 9，10 日
27
苗村研究室
Naemura Laboratory
space sharing communication system
(6) Sampling theory of 3-D spatial
Computational Photography
(http://www.nae-lab.org/)
研究現況
Current Research Projects
1.
2.
超臨場感コミュニケーションと
映像構造化・空間認識
苗村健・高橋桂太・
宇都木契・Pham Viet Quoc・村上智一・
中島諒・白石卓也
Ultra-Realistic Communication and
Image Understanding
T. Naemura, K. Takahashi,
K. Utsugi, P. V. Quoc, T. Murakami
R. Nakashima, and T. Shiraishi
data
and
複合現実感インタフェースとメディアアート
表現
苗村健・筧康明・橋田朋子・
ソンヨンア・
成谷峻・金ハンヨウル・深澤尚史
Mixed Reality Interface and Media Art
T. Naemura, Y. Kakehi, T. Hashida,
Y. Seong,
T. Nariya, H. Kim, and N. Fukasawa
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るとともに，その一部を，メディ
アアート作品として展開している．具体的には下記のテ
ーマが挙げられる．
(1) 可視光通信プロジェクタによる情報投影型拡張現実
の実践（EmiTable, Bolxels, SteganoScan）
(2) 実物体と映像の混在を可能にする複合現実型空間像
ディスプレイ（i-ball, ExFloasion, FloationTable）
(3) 匂いをキーにしたライフログシステム（scentlog）
(4) CO2 計測による人の活動の視覚化（呼吸する研究室，
呼吸する空港，呼吸する美術館）
(5) コンピュータを介した音楽表現支援システム（Tempo
Primo, otoato）
(6) テーブル型ディスプレイにおけるインタラクション
（Lumisight Table, through the looking glass,
Tablescape Plus, UlteriorScape, ForceTile）
In these years, IT media is surrounding us more and
more. We are now studying various input devices,
real-time processing, image composition, interactive
interfaces, and displays toward accomplishment of MR
environment in which Real-World where we live and
Virtual-World made by computers are combined
naturally. Some of them are exhibited as media art
works. Our research interests are in:
(1) Pixel-level visible light communication and
projection-based augmented reality
(2) Mixed reality display without eye glasses
(3) Olfactory sensing for life-log application
(4) Visualization of CO2 distribution
(5) System for supporting musical expressions by
making use of players’ beat
(6) Tabletop interface and its interaction design
より高度な臨場感を伝えるためには，実世界の 3 次元
空間そのものを対象とした研究が必要不可欠である．本
研究では，映像の構造化（領域分割）や一般物体認識に
関する検討を進めるとともに，これを多眼画像に応用す
ることで超臨場感コミュニケーションの実現を目指して
いる．また，画像ではなく光線を単位とした空間情報の
取得・認識・処理・合成方法についての検討を進めてい
る．具体的には下記のテーマが挙げられる．
(1) 超解像的アプローチによる自由視点画像合成
(2) メタリアリティのための多眼画像の領域分割と立体
画像の Content-Preserving 処理
(3) セマンティックビデオ編集のためのリアルタイムビ
デオマッティング
(4) 画像のテクスチャと視覚特徴に適応した画像符号化
モデル
(5) 多眼ビデオの実時間処理（Video-Based Rendering，
All-in Focus Light Field Rendering）と空間共有
システムの実装（TransCAIP）
(6) 光線記述方式の提唱と Computational Photography
For transmitting a better sense of presence, it's
indispensable to advance research on 3-D spatial data
processing. We are now studying some methods for image
segmentation and generic object recognition, and
applying them to multi-view images. In addition, we
are investigating how to acquire and process 3-D
spatial data using ray-based description as well as
image-based one. Our research interests are in:
(1) Combination of super resolution and view
interpolation
(2) Multi-view segmentation and stereo content
preserving transformation for meta-reality
(3) Real-time video matting
(4) Video coding model based on texture and visual
characteristics analysis
(5) Real-time processing of multi-view videos, and
28
3.
論文・著書一覧（2009 年度）
Publications List
デジタルミュージアム展示支援とコンテンツ
デザイン
苗村健・飯田誠・大谷智子・
Chen Dominique・金ジョンヒョン・
秋月亮輔・林泰子・武井祥平・三宅正陽
Digital Museum and Content Design
T. Naemura, M. Iida, T. Ohtani,
D. Chen, J. Kim,
R. Akizuki, Y. Hayashi, S. Takei, and M. Miyake
研究論文
メディア技術の発展により，そこに提示されるコンテ
ンツ技術も新たな時代を迎えようとしている．本研究で
は，新たなデジタルミュージアムにおけるさりげない展
示支援のためのメディア技術や，様々なデジタルコンテ
ンツの創造支援技術の検討を進めている．具体的には下
記のテーマが挙げられる．
(1) ひずみ計測を応用したユビキタスインタフェース
（Strino Leaves, Log-Log, 星に座る椅子）
(2) 両面タッチ入力可能な透明ディスプレイ（LimpiDual
Touch）と光ファイバを用いた触れるディスプレイ
(3) 創造支援型メディア芸術アーカイヴ（HIVE）
(4) 対面コミュニケーションのためのラップトップ PC
の擬人化（ProsopoLaptop）
(5) 自由空間点群ディスプレイにおけるコンテンツデザ
イン（United Points）
(6) 温度情報を用いたビデオ入力からの人物領域実時間
自動抽出（Thermo-key，Thermosaic）
With the development of media technologies, it has
become a significant issue to design digital content
technologies. We are now studying natural support
system for next-generation digital museum, and
investigating to realize balanced design of media and
content technologies. Our research interests are in:
(1) Strain-based user interface with tactile of
elastic natural objects
(2) Interactive limpid display with dual-sided
touch sensing and optical-fiber display
(3) Media art archiving system based on the concept
of creative commons
(4) Prosopopeia of laptops
(5) Contents design for laser-plasma scanning 3D
display
(6) Human region segmentation from video using
thermal information and its applications
[1]
Yuichi Taguchi, Keita Takahashi, and Takeshi Naemura:
“Design and Implementation of a Real-Time
Video-Based Rendering System Using a Network
Camera Array,” IEICE Trans. Information and Systems,
vol. E92-D, no. 7, pp. 1442-1452 (2009.7).
[2]
村上 智一, 伊藤 浩朗, 軽部 勲: “周辺誤差を考慮
した画質評価指標による H. 264/AVC 符号化方式”,
信学論, Vol.J92-D, No.7, pp.1074-1077 (2009.7).
[3]
Yuichi Taguchi, Takafumi Koike, Keita Takahashi, and
Takeshi Naemura: “TransCAIP: A Live 3D TV System
Using a Camera Array and an Integral Photography
Display with Interactive Control of Viewing
Parameters,” IEEE Trans. Visualization and Computer
Graphics, vol. 15, no. 5, pp. 841-852 (2009.9).
[4]
永塚 遼, 田口 裕一, 苗村 健: “裸眼立体映像シス
テムにおけるオブジェクトの切り抜きと見え方の
操 作 ”, 映 情 学 誌 , vol. 63, no. 9, pp. 1265-1271
(2009.9).
[5]
中洲 俊信, 苗村 健, 原島 博: “似顔絵画家の多様
な誇張表現手法を反映した対話型似顔絵作成シス
テムに関する基礎検討”, 映情学誌, vol. 63, no. 9, pp.
1241-1251 (2009.9).
[6]
Viet-Quoc Pham, Keita Takahashi, and Takeshi
Naemura: “Live Video Segmentation in Dynamic
Backgrounds using Thermal Vision,” IPSJ Transactions
on Computer Vision and Applications, vol. 2, pp. 84-93
(2010.3).
国際会議論文
[7]
Tomokazu Murakami, and Masashi Takahashi: “Hybrid
Video Coding Model of Finite Ridgelet Transform and
H.264/AVC,” Picture Coding Symposium 2009
(PCS2009), pp. 5 – 8 (2009.5).
[8]
Jinha Lee, Yasuaki Kakehi, and Takeshi Naemura:
“Bloxels: Glowing Blocks as Volumetric Pixels,” ACM
SIGGRAPH 2009 Emerging Technologies, ET 331
(2009.8).
[9]
Yuji Morimoto, Yuichi Taguchi and Takeshi Naemura:
“Automatic Colorization of Grayscale Images using
Multiple Images on the Web,” ACM SIGGRAPH 2009
Talks, Article no. 59 (2009.8).
[10] Yasuaki Kakehi, Junichi Yamaoka, Daisuke Akatsuka,
and Takeshi Naemura: “Tablescape Animation: A
Support System for Making Animations Using Tabletop
Physical Objects,” ACM SIGGRAPH 2009 Talks,
Article no. 70 (2009.8).
29
[11] Yuji Morimoto, Yuichi Taguchi and Takeshi Naemura:
“Automatic Colorization of Grayscale Images using
Multiple Images on the Web,” ACM SIGGRAPH 2009
Posters, 32B (2009.8). [ SRC semi-finalist (SRC 2B) ]
総説・解説論文
[12] Jinha Lee, Yasuaki Kakehi, and Takeshi Naemura:
“Bloxels: Glowing Blocks as Volumetric Pixels,” ACM
SIGGRAPH 2009 Posters, 38B (2009.8). [ SRC
semi-finalist (SRC 5A) ]
[23] チェン ハンロン ドミニク: “胡蝶の夢 -生態映像メ
ディアを巡る創造性 (学会創立 60 周年記念特集 映
像情報メディアの未来ビジョン)-”, 映情学誌, Vol.
64, No. 1, pp36-38 (2010.1). [ 特別賞 受賞 ]
[13] Kei Utsugi, Takuma Shibahara, Takafumi Koike, and
Takeshi Naemura: “Proportional Constraint for Seam
Carving,” ACM SIGGRAPH 2009 Posters, 35A
(2009.8). [ SRC semi-finalist (SRC 11A) ]
[24] チェン ハンロン ドミニク: “大学発ベンチャービ
ジネス - いきるためのメディアの創成～株式会社
デ ィ ヴ ィ デ ュ ア ル ”, 映 情 学 誌 , Vol. 64, No. 2,
pp74-76 (2010.2).
る 新 し い 世 界 ―, 美 術 出 版 社 (2010.2). [ ISBN:
978-4-568-10383-0 C3070 ]
[14] Yasuko Hayashi, Kensei Jo, Yasuaki Kakehi, and
Takeshi Naemura: “TypeTile: A Keyboard System that
Decorates Characters Depending on the Way of Typing,”
ACM SIGGRAPH 2009 Posters, 44A (2009.8).
シンポジウム・研究会・大会等発表
[25] 李 鎭河, 筧 康明, 苗村 健: “Bloxels:発光ブロック
群による実体ボクセルディスプレイ ―積層によ
るブロック間の情報伝達―”, 信学技報 MVE2009-6,
vol. 109, no. 75, pp. 31 -- 36 (2009.6).
[15] Takashi Nariya, Young ah Seong, Tomoko Hashida and
Takeshi Naemura: “Spatio-Temporal Sensing and
Visualizing of CO2,” ACM SIGGRAPH 2009 Posters,
67A (2009.8).
[26] ソン ヨンア, 筧 康明, 高橋 桂太,ドロネー ジャ
ン ジャック, 苗村 健: “匂い情報を手掛かりにした
ライフログシステムにおけるイベント検出手法の
基礎検討”, 信学技報 MVE2009-18, vol. 109, no. 75,
pp. 95 -- 100 (2009.6). [ MVE 賞 受賞 ]
[16] Ryo Kishi, Yasuaki Kakehi, and Takeshi Naemura:
“SteganoScan: Persitence of Vision Display with
Pixel-Level Visual Light Communication Projector,”
ACM SIGGRAPH 2009 Posters, 71A (2009.8).
[27] 成谷 峻, ソン ヨンア, 橋田 朋子, 苗村 健: “ポー
タブルデバイスを用いた CO2 ログ取得と時空間マ
ッピングの基礎検討”, デジタルコンテンツシンポ
ジウム, 4-3 (2009.6). [ 船井賞 受賞 ]
[17] Viet Pham, Keita Takahashi, and Takeshi Naemura:
“Real-time Video Matting based on Bilayer
Segmentation,” Ninth Asia Conference on Computer
Vision (ACCV), Lecture Notes in Computer Science,
vol. 5995/2010, pp. 498 -- 501, Springer (2009.9).
[28] 林 泰子, 城 堅誠, 筧 康明, 苗村 健: “打ち方で文
字修飾が変化するキーボードシステムの基礎検討”,
デジタルコンテンツシンポジウム, 7-2 (2009.6).
[18] Masato Ishii, Keita Takahashi, and Takeshi Naemura:
“Online Segmentation of Free-Viewpoint Video,” IEEE
International Workshop on 3D Digital Imaging and
Modeling (3DIM), pp. 1638 -- 1645 (2009.10).
[19] Masato Ishii, Keita Takahashi, and Takeshi Naemura:
“Joint Rendering and Segmentation of Free-viewpoint
Images,” IEEE International Conference on Image
Processing (ICIP2009), pp. 525 -- 528 (2009.11).
[20] Yasuaki Kakehi: “Design of Real-World Oriented
Information Environment,”Japan - America Frontiers of
Engineering (JAFOE2009) (2009.11)
[21] Tomokazu Murakami, Shohei Saito, Yuto Komatsu,
Katsuyuki
Nakamura,
and
Toru
Yokoyama:
“Enhancement of H.264/AVC for Higher Coding
Efficiency Using Motion Estimation between Reference
Frames,” IEEE International Conference on Consumer
Electronics 2010 (ICCE2010), 7.4-1 (2010.1).
[29] 山 岡 潤 一 , 赤 塚 大 典 , 筧 康 明 , 苗 村 健 :
“Tablescape Animation: 卓上オブジェクトを用いた
アニメーション制作支援システム”, デジタルコン
テンツシンポジウム, 7-4 (2009.6).
[30] 森本 悠嗣, 田口 裕一, 苗村 健: “Web 上の画像群
を用いたモノクロ画像の自動 Colorization に関する
基礎検討”, デジタルコンテンツシンポジウム, 9-1
(2009.6).
[31] 石井 雅人, 高橋 桂太, 苗村 健: “自由視点画像の
ための合成とセグメンテーションの連結手法”, 3 次
元画像コンファレンス, 5-1, pp. 49 – 52 (2009.7).
[32] ファン ヴェト クォク, 高橋 桂太, 苗村 健: “前
景・背景セグメンテーションに基づくリアルタイム
ビデオマッティング”, 画像の認識・理解シンポジウ
ム(MIRU2009), OS3-2, pp. 71--78 (2009.7).
[33] 高橋 桂太: “平均二乗誤差最小化に基づく視点補間
問 題 の 解 法 ”, 画 像 の 認 識 ・ 理 解 シ ン ポ ジ ウ ム
（MIRU2009）, OS11-2, pp. 327--334 (2009.7).
著書
[22] 東京大学「デジタルパブリックアートを創出する技
術」プロジェクト編: Digital Public Art in HANEDA
AIRPORT 空気の港 ―テクノロジー×空気で感じ
[34] 中島 諒, ファン ヴェト クォク, 高橋 桂太, 苗村
健: “多数画像の領域共通性に着目した物体テンプ
30
レ ー ト 作 成 ”, 画 像 の 認 識 ・ 理 解 シ ン ポ ジ ウ ム
(MIRU2009), IS3-2, pp. 1364--1370 (2009.7).
相澤 隆, 大西 康司, 苗村 健: “PLZT を用いた高速
可変焦点レンズの基礎実験 ～ 高速時分割方式に
よる立体ディスプレイ実現に向けて(第 2 報) ～”,
映情学技報 3DIT2010-41, vol. 34, no. 12, pp. 59 – 62
(2010.3).
[35] 李 同夏, 小池 崇文, 高橋 桂太, 苗村 健: “流体レ
ンズアレイの二重化による光学ズーム付き多眼撮
影装置の基礎検討”, 日本バーチャルリアリティ学
会第 14 回大会, 1A4-5(2009.9). [ 学術奨励賞 受賞 ]
[49] 山 岡 潤 一 , 赤 塚 大 典 , 筧 康 明 , 苗 村 健 :
“Tablescape Animation におけるキャラクタ制作ソフ
トウェアの開発”, 情報処理学会全国大会, 1ZN-7
(2010.3). [ 学術奨励賞 受賞 ]
[36] 廣瀬通孝, 相澤清晴, 苗村健, 川上直樹, 鈴木康広:
“デジタルパブリックアート ―5 年間の軌跡とこれ
から―”, 日本バーチャルリアリティ学会第 14 回大
会, 2B1-1 (2009.9).
[50] 林 泰子, 筧 康明, 苗村 健: “おりがみらいふ：折り
紙のデジタルな演出の提案”, 情処全大, 1ZN-3
(2010.3).
[37] 和田 拓朗, 苗村 健: “テーブル型空中像ディスプレ
イの基礎検討”, 日本バーチャルリアリティ学会第
14 回大会, 3A4-2 (2009.9).
[51] 和田 拓朗, 苗村 健: “多方向から鑑賞可能な空中像
デ ィ ス プ レ イ FloasionTable”, 情 処 全 大 , 1ZJ-6
(2010.3).
[38] 金 廷炫, 飯田 誠, 苗村 健, 太田 裕之: “デジタル
パブリックアートのための磁石を用いた簡便なひ
ずみ計測の基礎検討”, 日本バーチャルリアリティ
学会第 14 回大会, 3D4-4 (2009.9).
[52] 大 谷 智 子 , 橋 田 朋 子 , 筧 康 明 , 苗 村 健 :
“LimpiDual Touch の操作性に関する評価実験”, 信
学 技 報 MVE2009-130, vol. 109, no. 466, pp. 1-2
(2010.3).
[39] 岸 遼, 筧 康明, 苗村 健: “光で制御する残像ディ
スプレイ SteganoScan の提案”, エンタテインメント
コンピューティング(EC2009), pp. 43 -- 46 (2009.9).
[ 芸術科学会最優秀論文賞 受賞 ]
[53] 和田 拓朗, 苗村 健: “FloasionTable : 複合現実展示
のための多方向から鑑賞可能な空間立像ディスプ
レイ”, 信学技報 MVE2009-135, vol. 109, no. 466, pp.
29-34 (2010.3).
[40] 高橋 桂太, 横山 大作, 森 武俊, 植田 亮平, 山崎
公俊, 岡田 慧, 松本 潔: “思い出し支援のための日
用品データベースシステム”, 日本ロボット学会学
術講演会，2E2-04 (2009.9).
[54] 中島 統太郎, 和田 拓朗, 筧 康明, 杉田 馨, 山内
康晋, 苗村 健: “ExFloasion: 多層空中像を用いた複
合現実展示システム”, 信学技報 MVE2009-136, vol.
109, no. 466, pp. 35-40 (2010.3).
[55] 赤塚 大典, 筧 康明: “ウェブを介した鑑賞前・鑑賞
中・鑑賞後をつなぐ展示支援システムの提案”, 信学
技報 MVE2009-138, pp. 45 – 48 (2010.3).
[56] 久野 崇文, 赤塚 大典, 筧 康明: “付箋とウェブを
利用した展示感想共有システムの提案”, 信学技報
MVE2009-139, pp. 49 – 50 (2010.3).
[41] 高橋 桂太: “デプスマップの歪みが多視点画像符号
化に与える影響について”, 画像符号化シンポジウ
ム（PCSJ）2009, P-1.03, pp. 17--18 (2009.10).
[42] 石井 雅人, 高橋 桂太, 苗村 健: “超解像的アプロ
ーチによる視点補間の基礎検討”, 映像メディア処
理 シ ン ポ ジ ウ ム (IMPS), I-5-18, pp. 109 -- 101
(2009.10). [ ベストポスター賞 受賞 ]
[43] 森本 悠嗣, 苗村 健: “Web 上の画像群を用いたモノ
クロ画像の自動 Colorization”, 映像メディア処理シ
ンポジウム(IMPS), I-2-13, pp. 41 – 42 (2009.10).
[44] 村上 智一: “静止画像を用いた動画像のコントラス
ト改善法に関する一検討”,映像メディア処理シンポ
ジウム(IMPS) I-6-13, pp. 145 – 146 (2009.10).
[57] 大島 遼, 筧 康明: “前面投影型方向依存ディスプレ
イ の 提 案 と 複 合 現 実 展 示 へ の 応 用 ”, 信 学 技 報
MVE2009-142, vol. 109, no. 466, pp. 64 – 64 (2010.3).
[58] 苗村 健: “DMD による空間分割型可視光通信プロ
ジェクタの開発と応用”, 2010 年春季第 57 回応用物
理学関係連合講演会 新画像システム研究会企画
「アンコンシャス画像技術とその応用」, 18p-J-2, p.
170 (2010.3).
[45] 宇都木 契, 小池 崇文: “画像の直線性を維持した
Image-Retargeting”, 信学技報 MVE2009-34, vol. 109,
no. 215, pp. 1 -- 5 (2009.10).
[46] 筧 康明: “［招待講演］interFORest プロジェクト:
Discover Shiretoko キャンペーンにおける実世界と
Web をつなぐ試み”, 信学技報 MVE2009-41, vol. 109,
no. 215, pp. 41 -- 46, (2009.10).
その他（一般向け）
[59] 苗村健: “PVLC プロジェクタ”, 第 13 回文化庁メデ
ィア芸術祭 展示室内プレゼンテーションステージ
(2010.2.8).
[47] 金 ジョンヒョン, 飯田 誠, 苗村 健, 太田 裕之:
“デジタルパブリックアートのための磁石を用いた
簡便なひずみ計測に関する実験的検討”, 情処研報,
Vol. 2010-HCI-136, no. 12 (2010.1).
その他（展示）
[60] Jinha Lee, Yasuaki Kakehi, and Takeshi Naemura:
“Bloxels: Glowing Blocks as Volumetric Pixels,” ACM
[48] 山本 和明, 小池 崇文, 永田 邦裕, 海老澤 瑞枝,
31
[74] 和田 拓朗, 苗村 健: “FloasionTable : 複合現実展示
のための多方向から鑑賞可能な空間立像ディスプ
レイ”, 信学技報 MVE2009-135, vol. 109, no. 466, pp.
29-34 (2010.3).
SIGGRAPH 2009 Emerging Technologies, ET 331
(2009.8).
[61] 成谷 峻, 鈴木 隆志, ソン ヨンア, 橋田 朋子, 苗
村 健（プランニング: 鈴木 康広, スクリーン制作:
鈴木 康広, 飯田 智広）: “呼吸する空港”, Digital
Public Art in Haneda Airport 空気の港 ～テクノロジ
ー×空気で感じる新しい世界～, 羽田空港
(2009.10.9-11.3).
[75] 中島 統太郎, 和田 拓朗, 筧 康明, 杉田 馨, 山内
康晋, 苗村 健: “ExFloasion: 多層空中像を用いた複
合現実展示システム”, 信学技報 MVE2009-136, vol.
109, no. 466, pp. 35-40 (2010.3).
[76] 林 泰子, 城 堅誠, 筧 康明, 苗村 健: “打ち方で文
字修飾が変化するキーボードシステムの基礎検討”,
科学自由研究フェスタ(2009.7).
[77] 筧 康明, 苗村 健: “through the looking glass”, 2009
ART ADVANCE MITSUKOSHI, 三越百貨店日本橋
本店 (2009.8.5-10).
[62] 金 ジョンヒョン, 佐藤 宗彦, 飯田 誠, 苗村 健
（プランニング: 鈴木 康広, 協力: 日立製作所機械
研究所）: “星に座る椅子”, Digital Public Art in
Haneda Airport 空気の港 ～テクノロジー×空気で感
じる新しい世界～, 羽田空港 (2009.10.9 - 11.3).
[63] 李 鎭河, 岸 遼, 筧 康明, 苗村 健: “Bloxels: 発光
ブロック群による実体ボクセルディスプレイ”, イ
ンタラクティブ東京, 日本科学未来館
(2009.10.22-25).
[78] 慶 應 義 塾 大 学 SFC 筧 康 明 研 究 室 : “Tablescape
Animation ワークショップ”, 2009 ART ADVANCE
MITSUKOSHI, 三 越 百 貨 店 日 本 橋 本 店
(2009.8.9-10).
[64] 大口 諒, 岸 遼, 筧 康明, 苗村 健: “Photonastic
Surface: 光傾性立体形状ディスプレイ”, インタラ
クティブ東京, 日本科学未来館 (2009.10.22-25).
[79] 筧 康明, 山岡 潤一, 赤塚 大典, 苗村 健: “テーブ
ルスケープ・アニメーション”, ワークショップコレ
クション 2010 (2010.2.27-28)
[65] 岸 遼, 李 鎭河, 筧 康明, 苗村 健: “PVLC プ
ロジェクタ - Bloxels & SteganoScan Orbs-”, 第 13 回
文化庁メディア芸術祭協賛展 先端技術ショーケー
ス'10, 六本木国立新美術館 (2010.2.3 - 2.14).
[80] 金 廷炫, 橋田 朋子, 飯田 誠, 苗村 健（制作協力：
（株）日立製作所 機械研究所）: “Aquarium Café”,
東京大学 制作展エクストラ(2009.6).
[81] 大口 諒, 筧 康明, 苗村 健（制作協力:岸 遼）:
“Photonastic Surface: 光傾性立体形状ディスプレイ”,
東京大学 制作展エクストラ(2009.6).
[66] 成谷 峻, 赤塚 大典, ソン ヨンア, 橋田 朋子, 筧
康明, 苗村 健: “呼吸する美術館”, サイバーアーツ
ジャパン アルスエレクトロニカの 30 年, 東京都
現代美術館 (2010.2.2 - 3.22).
[82] 李 鎭 河 , 筧 康 明 , 苗 村 健 : “Bloxels: Glowing
Blocks as Volumentric Pixels”, 東京大学 制作展エク
ストラ(2009.6).
[67] 大島 遼, 筧 康明: “Bounsight Table”, サイバーアー
ツジャパン アルスエレクトロニカの 30 年, 東京
都現代美術館 (2010.2.2-3.22).
[83] 和田 拓朗, 苗村 健: “FloatyCreature”, 第 11 回学府
制作展 (2009.12.3-8).
[68] 久野 崇文, 赤塚 大典, 筧 康明: “Post-Visit Board”,
サイバーアーツジャパン アルスエレクトロニカ
の 30 年, 東京都現代美術館 (2010.2.2-3.22).
[84] 林 泰子, 筧 康明, 苗村 健: “おりがみらいふ”, 第
11 回学府制作展 (2009.12.3-8).
[85] 成谷 峻, ソン ヨンア, 橋田 朋子, 苗村 健: “呼吸
する制作展”, 第 11 回学府制作展 (2009.12.3-8).
[69] 金 廷炫，橋田 朋子, 飯田 誠，苗村 健, (制作協力：
（株）日立製作所 機械研究所): “Aquarium Cafe: 複
数人で楽しめるベンチインタフェース”, エンタテ
インメントコンピューティング(EC2009) (2009.9).
その他（報道）
[86] テレビ取材: “魔法のような装置が続々登場！拡張
現実 AR の可能性に迫る！”, BS ジャパン 世の中進
歩堂 (2009.11.29).
[70] 成谷 峻, ソン ヨンア, 橋田 朋子, 苗村 健: “呼吸
する研究室”, エンタテインメントコンピューティ
ング(EC2009) (2009.9).
[87] 雑誌取材: “裸眼で飛び出す最新 3D 映像の近未来”,
大人の科学マガジン, vol. 25, pp. 70-71, 学研教育出
版 (2009.10).
[71] 筧 康明, 苗村 健: “through the looking glass”, 日本
基礎心理学会特別展示「知覚を揺るがす作品展」
(2009.12.5-6).
[88] ニコニコ動画取材: “デジタルコンテンツエキスポ
2009 おい、ゆとり！科学未来館でスゲェ展示見る
ぞ”(2009.9)
[72] 林 泰子, 筧 康明, 苗村 健: “おりがみらいふ：折り
紙のデジタルな演出の提案”, 情処全大, デモセッ
ション: デ-09 (2010.3).
http://www.nicovideo.jp/mylist/15443694
[73] 和田 拓朗, 苗村 健: “多方向から鑑賞可能な空中像
ディスプレイ FloasionTable”, 情処全大, デモセッシ
ョン：デ-17 (2010.3).
32
[89] Web ニュース: “リアルと融合するデジタル映像技
術 - Naemura Lab | Open House 2010”, マイコミジャ
ーナル (2010.3.12).
http://journal.mycom.co.jp/articles/2010/03/12/naemural
ab/
[90] News Release: “Development of an autostereoscopic
live 3D video system enabling video to be displayed live
in 3D” (2009.6.2).
http://www.hitachi.com/New/cnews/080602a.html
33
石塚研究室
Ishizuka Laboratory
以前には，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
について研究してきた．ここ数年は，Web 上のテキスト
文 が 表 す 意 味 概 念 と 共 通 的 に 記 述 す る CDL(Concept
Description Language)を中心にして，次世代 Web 基盤構
築に向けた研究を行っている．これは日本オリジナルな
アプローチであり，米国，欧州を中心に次世代 Web 基盤
として研究開発されてきた Semantic Web とは異なってい
る．他機関とも連携し，日本発の意味計算(Semantic
Computing)技術に基づく次世代 Web 基盤の研究と国際標
準化を進めている．
Previously, we worked, toward advanced artificial
intelligence functions, on hypothetical reasoning or abduction,
especially on its fast inference mechanisms. In recent years,
we are working toward a next-generation Web foundation
based on CDL (Concept Description Language), which allows
to describe the concept meaning expressed in natural language
texts. This approach is original in Japan and different from
the “Semantic Web” which has been pursued primarily in the
US and Europe toward a next-generation Web foundation. In
cooperation with other organizations, we are pushing our
original approach based on the semantic computing of
natural-language texts, and making efforts to standardize it
internationally.
(http://www.miv.t.u-tokyo.ac.jp/)
研究現況
Current Research Projects
1.
Web インテリジェンス
石塚
満
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，関
係語の抽出法，テキスト要約法，テキストマイニング法,
エンティティペア間の類似性計算法，などを研究開発し
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，Web 情報の分類や推薦システム，潜在的関係検索エ
ンジン，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, synonym extraction, text summarization,
text mining, a similarity computation method between two
entity pairs, etc. Based on these methods, we have carried
out, for example, 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)
Systems for classification and recommendation of Web
information, and 6) A latent relational search engine.
2.
3.
生命的エージェントとマルチモーダル・メデ
ィア
石塚 満・土肥 浩
Life-like Agents and Multimodal Media
M. ISHIZUKA and H. DOHI
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・メディアに
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，セカンドライフ空間，携帯電話，ヒューマノ
イドロボットを対象とするバージョンも開発している．
エージェントの自律性向上の観点から，テキストからの
感情抽出，発話テキストからのジェスチャの自動生成，
モノローグテキストからのダイアローグ（対話）の自動
生成の研究も行っている．
We are developing life-like agents with face, body, voice
communication capability, emotion and intelligence, and
multimodal media systems using these life-like agents. Like
HTML has allowed many people to produce Web contents
自然言語テキスト意味概念の共通的記述に基
づく次世代 Web 基盤
石塚 満
A Next-generation Web Foundation based on a
Common Description of the Concept Meaning
expressed in Natural Language Texts
M. ISHIZUKA
34
論文・著書一覧（2009 年度）
Publications List
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 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, Second-Life
space, mobile phones and humanoid robots are developed.
For enhancing the autonomy of the agents, we are also
studying on the topics of emotion extraction from text,
automatic gesture generation from speech text, and automatic
dialogue generation from monologue text.
研究論文
[1] 古川忠延，松尾豊，大向一輝，内山幸樹，石塚満： ブ
ログ上での話題伝播に注目した重要語判別，知能と
情報（日本知能情報ファジィ学会誌）, Vol.21, No.4,
pp.557-566 (2009.8)
[2] Arturo Nakasone, Helmut Prendinger and Mitsuru
Ishizuka: ISRST: Generating Interesting Multimedia
Stories on the Web, Int'l Jour. of Applied Artificial
Intelligence, Vol.23, No.7, pp 633-679 (2009.9)
[3] Danushka Bollegala, Naoaki Okazaki and Mitsuru
Ishizuka: A Bottom-up Approach to Sentence Ordering for
Multi-document Summarization, Information Processing
and Management, Vol.46, Issue 1, pp.89-109 (2010.1)
[4] Alena Neviarouskaya, Helmut Prendinger and Mitsuru
Ishizuka: EmoHeart: Conveying Emotions in Second Life
Based on Affect Sensing from Text, In: Advances in
Human-Computer Interaction (open access journal from
Hindawi Pub. Co.), Special Issue on Emotion-Aware
Natural Interaction, Vol.2010, Article ID 209801, 13
pages (2010)
総説・解説論文
[5] 石塚満，内田裕士，横井俊夫： 自然言語テキスト意
味概念の共通的記述による次世代 Web 基盤, 知能と
情報（日本知能情報ファジィ学会誌）, Vol.21, No.4,
pp.519-526 (2009.8)
国際会議論文
[6] Danushka Bollegala, Yutaka Matsuo and Mitsuru Ishizuka:
Measuring the Similarity between Implicit Semantic
Relations from the Web, Proc. 18th Int'l World Wide Web
Conf. (WWW2009), pp.651-660, Madrid, Spain (2009.4)
[7] Keigo Watanabe, Danushka Bollegala, Yutaka Matsuo and
Mitsuru Ishizuka: A Two-Step Approach to Extracting
Attributes for People on the Web, Online Proc.
WWW2009 2nd Web People Search Evaluation Workshop
(WEPS2009), 6 pages, Madrid, Spain (2009.4)
[8] Yulan Yan, Yutaka Matsuo and Mitsuru Ishizuka: An
Integrated Approach for Relation Extraction from
Wikipedia Texts, Online Proc. WWW2009 Workshop on
Content Analysis in the WEB2.0 (CAW2.0 2009), 7 pages,
Madrid, Spain (2009.4)
[9] Alena Neviarouskaya, Helmut Prendinger and Mitsuru
Ishizuka: Compositinatity Principle in Recognition of
Fine-Grained Emotions from Texts (poster paper), Proc.
3rd Int'l Conf. on Weblogs and Social Media (ICWSM09),
pp.278-281, San Jose, California, (2009.5)
[10] D. Tsetserukou, A. Neviarouskaya, H. Prendinger, N.
35
Kawakami, M. Ishizuka, and S. Tachi:
iFeel_IM!
Emotion Enhancing Garment for Communication in
Affect Sensitive Instant Messenger, in Virtual and Mixed
Reality - VMR2009 (Proc. HCI Int'l 2009, San Diego,
USA), Springer, LNCS 5622, pp.628-637 (2009.7)
[11] Alena Neviarouskaya, Helmut Prendinger and Mitsuru
Ishizuka: EmoHeart: Automation of Expressive
Communication of Emotions in Second Life, in Online
Communities and Social Computing - OCSC2009 (Proc.
HCI Int'l 2009, San Diego, USA), Springer, LNCS 5721,
pp.584-592 (2009.7)
[12] Hiroshi Dohi and Mitsuru Ishizuka: A Life-Like Agent
Interface System with Second Life Avatars on the
OpenSimulator Server, in Online Communities and Social
Computing - OCSC2009 (Proc. HCI Int'l 2009, San Diego,
USA), Springer, LNCS 5721, pp.182-190 (2009.7)
[13] Werner Breitfuss, Helmut Prendinger and Mitsuru
Ishizuka: Automatic Generation of Non-verbal Behavior
for Agents in Virtual Worlds: A System for Supporting
Multimodal Conversations of Bots and Avatars, in Online
Communities and Social Computing - OCSC2009 (Proc.
HCI Int'l 2009, San Diego, USA), Springer, LNCS 5721,
pp.153-161 (2009.7)
[14] Gersende Georg, Hugo Hernault, Marc Cavazza, Helmut
Prendinger and Mitsuru Ishizuka: Analysing Clinical
Guidelines' Content with Deontic and Rhetorical
Structures, Artificial Intelligence in Medicine (Proc. 12th
Conf. on Artificial Intelligence in Medicine (AIME'09),
Verona, Italy), Springer, LNAI 5651, pp.86-90 (2009.7)
[15] Danushka Bollegala, Yutaka Matsuo and Mitsuru
Ishizuka: A Relational Model of Semantic Similarity
between Words using Automatically Extracted Lexical
Pattern Clusters from the Web, Proc. 2009 Conf. on
Empirical Methods in Natural Language Processing
(EMNLP2009), pp.803-812, Singapore (2009.8)
[16] Yulan Yan, Naoaki Okazaki, Yutaka Matsuo, Zhenglu
Yang and Mitsuru Ishizuka: Unsupervised Relation
Extraction by Mining Wikipedia Texts Using Information
from the Web, Proc. of Joint Conf. of 47th Annual
Meeting of the Association for Computational Linguistics
and 4th Int'l Joint Conf. on Natural Language Processing
of the Asian Federation of Natural Language Processing
(ACL-IJCNLP2009), pp.1021-1029, Singapore (2009.8)
[17] Alena Neviarouskaya, D. Tsetserukou, H. Prendinger, N.
Kawakami, S. Tachi, and M. Ishizuka: Emerging System
for Affectively Charged Interpersonal Communication,
Proc. of ICROS-SICE Int'l Joint Conf. 2009
(ICCAS-SICE 2009), Fukuoka, Japan, pp. 3376-3381
(2009.8)
[18] Mostafa Al Masum Shaikh, Antonio Rui Ferreira
Rebordao, Keikichi Hirose and Mitsuru Ishizuka:
Emotional Speech Synthesis by Sensing Affective
Information from Text, Proc. Int'l Conf. on Affective
Computing and Intelligent Interaction (ACII 2009),
Amsterdam, The Netherlands, pp.466-471 (2009.9)
[19] Alena Neviarouskaya, Helmut Prendinger and Mitsuru
Ishizuka: SentiFul: Generating a Reliable Lexicon for
Sentiment Analysis, Proc. Int'l Conf. on Affective
Computing and Intelligent Interaction (ACII 2009),
Amsterdam, The Netherlands, pp.363-368 (2009.9)
[20] Dzmitry Tsetserukou, Alena Neviarouskaya, Helmut
Prendinger, Naoki Kawakami, Mitsuru Ishizuka, and
Susumu Tachi: Affective Haptics in Emotional
Communication, Proc. Int'l Conf. on Affective Computing
and Intelligent Interaction (ACII 2009), Amsterdam, The
Netherlands, pp.181-186 (2009.9)
[21] Werner Breitfuss, Ielka van der Sluis, Saturunino Luz,
Helmut Prendinger and Mitsuru Ishizuka: Evaluating an
Algorithm for the Generation of Multimodal Referring
Expression in a Virtual World: A Pilot Study, Intelligent
Virtual Agents (Proc. 9th Int'l Conf. IVA 2009,
Amsterdam The Netherlands), Springer, LNAI 5773,
pp.181-187 (2009.9)
[22] Gersende Georg, Hugo Hernault, Marc Cavazza, Helmut
Prendinger and Mitsuru Ishizuka: From Rhetorical
Structures to Document Structure: Shallow Pragmatic
Analysis for Document Engineering, Proc. 9th ACM
Symposium on Document Engineering (DocEng09),
Munich, Germany, pp.185-192 (2009.9)
[23] Mostafa Al Masum Shaikh, Helmut Prendinger, Keikichi
Hirose and Mitsuru Ishizuka: Easy Living in the Virtual
World: a Novel Approach to Integrate Real World
Activities to Virtual Worlds, Proc. 2009 IEEE/WIC/ACM
Int'l Conf. on Intelligent Agent Technology (IAT'09),
Milan, Italy, pp.466-473 (2009.9)
[24] Dzimitry Tsetserukou, Alena Neviarouskaya, Helmut
Prendinger, Naoki Kawakami, Mitsuru Ishizuka and
Susumu Tachi: iFeel_IM: Affective Haptic Garment for
Emotion Enhancement during Online Communication
(ARTECH--art demo tech. summary), Proc. ASIAGRAPH
2009, Odaiba, Tokyo, pp.145 (2009.10)
[25] Dzimitry Tsetserukou, Alena Neviarouskaya, Helmut
Prendinger, Naoki Kawakami, Mitsuru Ishizuka and
Susumu Tachi: iFeel_IM: Affective Haptic Garment for
Emotion Enhancement during Online Communication,
Proc. ASIAGRAPH 2009, Odaiba, Tokyo, pp.120-123
(2009.10)
[26] Alena Neviarouskaya, Helmut Prendinger and Mitsuru
Ishizuka: Semantically Distinct Verb Classes Involved in
Sentiment Analysis, Proc. IADIS Int'l Conf. on Applied
Computing 2009, Rome, Italy, pp.27-34 (2009.11)
[27] Hiroshi Dohi and Mitsuru Ishizuka: An Interactive
Presentation System in a 3D Virtual World using an
OpenSimulator Server, Proc. Image Electronics and
36
Visual Computing Workshop 2010, 3A-1, Nice, France
(2010.3)
[28] Yulan Yan, Haibo Li, Yutaka Matsuo and Mitsuru
Ishizuka: Multi-view Bootstrapping for Relation
Extraction by Exploiting Web Features and Linguistic
Features, Computational Linguistics and Intelligent Text
Processing (Proc. 11th Int'l Conf. CICLing 2010, Iasi,
Rumania), Springer, LNCS 6008, pp.525-536 (2010.3)
[29] Hugo Hernault, Danushka Bollegala and Mitsuru
Ishizuka: A Sequential Model for Discourse Segmentation,
Computational Linguistics and Intelligent Text Processing
(Proc. 11th Int'l Conf. CICLing 2010, Iasi, Rumania),
Springer, LNCS 6008, pp.315-326 (2010.3)
[30] Tadanobu Furukawa, Seishi Okamoto, Yutaka Matsuo
and Mitsuru Ishizuka: Prediction of Social Bookmarking
based on a Behavior Transition Model, Proc. 2010 ACM
Symposium on Applied Computing (ACM SAC 2010),
Sierre, Switzerland, pp.1741-1747 (2010.3)
シンポジウム・研究会・大会等発表
[31] 高山智史，石塚満：概念グラフのマッチングによる
効率的な意味検索手法の提案，人工知能学会全国大
会予稿集，No. 3i3-2 (2009.6)
[32] ボ ッ レ ー ガ ラ ダ ヌ シ カ ， 松 尾 豊 ， 石 塚 満 ： A
Relational Model of Semantic Similarity，人工知能学会
全国大会予稿集，No. 3B4-3 (2009.6)
[33] Yulan Yan, Mitsuru Ishizuka：Unsupervised Relation
Extraction by Mining Wikipedia Texts supported with
Web Redundancy Information，人工知能学会全国大会
予稿集，No. 2G1-NFC5-2 (2009.6)
[34] 李海博，石塚満：Extraction of CDL Relation Using
Co-Training Style Algorithm，人工知能学会全国大会予
稿集，No. 3M1-OS1-1 (2009.6)
[35] 渡部啓吾，松尾豊，石塚満：Web からの人物の属性
情報抽出，人工知能学会全国大会予稿集，No. 3B2-2
(2009.6)
[36] 古川忠延，松尾豊，石塚満：フォークソノミーのタ
グとして不適切な語句のウェブからの抽出，人工知
能学会全国大会予稿集，No. 3E3-NFC2-11 (2009.6)
[37] 菅原久嗣，Alena Neviarouskaya，石塚満：日本語テ
キストからの感情抽出，人工知能学会全国大会予稿
集，No. 3i4-2 (2009.6)
[38] 滝 由貴，Werner Breitfuss，石塚満：日本語会話文を
用いたキャラクタエージェントのためのジェスチャ
自動生成，人工知能学会全国大会予稿集，No. 2i1-3
(2009.6)
[39] 城真範，伊藤直貴，小林洋一，馬場雪乃，高山智史，
飯塚泰樹: ２ちゃんねるデータの非線形解析, 日本
物理学会第 65 回年次大会概要集，領域 11(経済物理
学，生物・生態学), No.21pEL-11 (2010.3)
[40] Tuan Duc Nguyen，Bollegala Danushka，石塚 満：単
語ペア間の潜在的関係を利用する関係検索エンジン，
37
情報処理学会全国大会予稿，4ZP-1 (2010.3)
[41] 後藤友和，Tuan Duc Nguyen，Danushka Bollegala，
石塚 満：潜在的関係を利用する検索システムの対称
性による候補語リランキング法，情報処理学会全国
大会予稿，4ZP-2 (2010.3)
[42] 李 海博，松尾 豊，石塚 満：Duality based Expansion
for Relation of Entity Pair，情報処理学会全国大会予稿，
5ZN-3 (2010.3)
[43] 渡部啓吾，Danushka Bollegala，松尾 豊，石塚 満：
Web からの人物の属性情報抽出，情報処理学会全国
大会予稿，5W-7 (2010.3)
[44] 高山智史，石塚 満，内田裕士：概念グラフのマッ
チングによる自然言語テキストの意味検索システム
の開発，情報処理学会全国大会予稿，3K-3 (2010.3)
[45] 滝 由貴，Breitfuss Werner，石塚 満：アバタージェ
スチャ辞書のユーザフィードバックを用いた自動生
成手法，情報処理学会全国大会予稿，1ZG-4 (2010.3)
[46] Hugo Hernault，Danushka Bollegala，Mitsuru Ishizuka: A
Clustering Approach to Discourse Relation Classification,
情報処理学会全国大会予稿，1X-6 (2010.3)
[47] 伊藤直貴，Hugo Hernault，石塚 満：教師なし学習
を用いた談話解析手法に関する一検討，情報処理学
会全国大会予稿，1X-9 (2010.3)
[48] 白石卓也，Danushka Bollegala，石塚 満：Web から
の関連語抽出の役割分類を用いた拡張と精度向上，
情報処理学会全国大会予稿，5ZN-4 (2010.3)
[49] 田中翔平，岡崎直観，石塚 満：Wikipedia からの要
約生成パターンの抽出（学生奨励賞受賞）
，情報処理
学会全国大会予稿，5W-8 (2010.3)
その他
[50] ボレガラ ダヌシカ，石塚満，グェン トアン
ゥク： 「検索方法及びシステム」，特許出願
2009-275762 (2009 年 12 月 3 日)
ド
広瀬・峯松研究室
Hirose and Minematsu Laboratory
(http://www.gavo.t.u-tokyo.ac.jp)
K. Hirose, N. Minematsu, M. Wang,
T. Matsuda, and M. Wen
柔軟な音声合成として HMM 音声合成の研究が盛んに行
われているが、そのフレーム単位での韻律表現には問題
がある。これを、生成過程モデルの枠組みで解決するこ
とを進めている。まず、HMM 音声合成で生成した基本周
波数パターンを生成過程モデルにあてはめ、言語情報に
対応しない動きを制御する手法を開発し、その効果を確
認した。また、中国語で特に問題となる、学習コーパス
の有声/無声の誤りを、生成過程モデルによる補間で解消
する手法を開発した。さらに、テキストの自動処理によ
って得られる高次の言語情報を用いたコーパスベース時
間長制御等を開発し、その有効性を確認した。
HMM-based speech synthesis has attracted special concern
among researchers for its ability of realizing flexible speech
synthesis. However, it has an inherent problem in its
frame-based control of prosodic features. Several researches
have been conducted to solve this problem using generation
process model of F0 contours. A method was developed to
suppress local movements in F0 contours, which do not
correspond to any linguistic information of the text. The
method is to find a model approximation to F0 contours
generated by the HMM-based speech synthesis. Errors in
voiced/unvoiced decision for the training corpus cause
degradation of synthetic speech in HMM-based speech
synthesis. A method is developed to cope with this issue by
interpolating F0 contours by the model. Research was also
conducted for duration control, where higher order linguistic
information, automatically extracted by parsers, were used for
phone duration prediction.
研究現況
Current Research Projects
1.
柔軟な音声合成における韻律制御
広瀬啓吉・峯松信明・越智景子
・見原隆介・高野克弥・李明世
Control of Prosody for Flexible Speech Synthesis
K. Hirose, N. Minematsu, K. Ochi,
R. Mihara, K. Takano and M. Li
種々の発話スタイルが可能な音声合成について、主に
韻律の観点から研究を進めている。生成過程モデルの枠
組みでコーパスベース韻律制御手法を開発し、種々の発
話スタイルの例として、感情を取り上げ、感情音声の合
成を行った。少量の音声コーパスで焦点制御を行う手法
も開発した。規則により生成過程モデルパラメータを制
御することと組合せ、コーパスによらない新しいスタイ
ルの音声合成を目指している。関連して、観測される音
声の基本周波数パターンから生成過程モデルパラメータ
を自動抽出する手法の開発を日本語と中国語について行
った。また、テキストからの音声合成で特に重要な、ア
クセント変形の統計的規則化についても研究を進め、従
来よりも見通しの良い規則を開発した。
Researches are being conducted to realize “flexible” speech
synthesis, where various speaking styles are possible, with a
special focus on prosody. A corpus-based method was
developed to control F0 contours of speech in the framework
of generation process model, and emotional speech synthesis
was conducted to show method’s “flexibility.” Control of
prosodic focus was also realized only from a limited and
“additional” speech corpus. We are now trying to add
rule-based control to the method to realize a new style in
speech synthesis without corpus. Similar work was conducted
on Chinese, and a new method of prosodic control was
realized, where intonation aspect was controlled rule-base,
while tone aspect was controlled corpus-base. Highly natural
synthetic speech was obtained. As a part of these works,
methods of automatically extracting model parameters from
observed F0 contours were developed for Japanese and
Chinese. Rules of word accent sandhi, indispensable for text
to speech conversion, were also investigated using a large text
corpus with accurate accent labeling, and a CRF-based
module for predicting the accent sandhi was developed with
increased consistency as compared to former modules.
3.
高頑健性音声認識
峯松信明・広瀬啓吉・齋藤大輔
・鈴木雅之・清水信哉・小林俊平
High-Robustness Speech Recognition
N. Minematsu, K. Hirose, D. Saito, M. Suzuki,
S. Shimizu and S. Kobayashi
音声は話者，年齢，収録時に使われる音響機器によっ
てその音響的特性が異なってくるが，人間は頑健に処理
できる。これらの非言語的な音響歪みを原理的に消失さ
せた上で音声を表象する方法を提案しており（音声の構
造的表象），これに基づく音声認識を検討している。従来
の音声認識における音響モデルは音色そのものをモデル
化することで実装が行なわれていたが，本研究ではモデ
ル化すべきは音色ではなく，音色のコントラストの方で
ある，という考え方の下で研究を進めている。これは音
色の相対音感と解釈される方法論である。既に，母音の
みから構成される擬似的単語群に対する単語認識精度で
は，従来のミスマッチ問題を完全に解決できることを実
験的に示している。現在，子音までを含めた通常の単語
認識のタスクにおいて種々の問題解決を図るべく研究を
進めている。なお，本研究は，従来音声科学の分野で議
2. HMM 音声合成における韻律制御の高度化
広瀬啓吉・峯松信明・汪淼淼・松田徹也・温苗苗
Improving Prosodic Control in HMM-Based Speech
Synthesis
38
integrated system of these modules does not necessarily show
a good performance. What is important is to optimize the
integrated system as a whole but this is difficult because each
module is often built based on different frameworks. WFST
(Weighted Finite State Transducer) is a transducer of input
sequence to another (output) sequence through state transition
and it has a very high flexibility of modeling any sequential
data. With WFST, the four modules can be represented in a
single framework and then, it becomes possible to optimize
the integrated system as a whole based on that single
framework. In this study, performance improvement of
WFST-based speech recognition is aimed at by introducing
dynamic control of WFST networks and more efficient use of
memory.
論されていた音声認知プロセスとは全く異なる方法論を
展開しており，幼児の言語獲得研究，言語障害研究，更
には進化人類学研究との接点を見せ始めている。音声の
構造表象以外にも，韻律境界の情報を用いて，言語モデ
ルを切り替える手法，韻律の観点から音声認識プロセス
で得られるフィラー仮説を検証する手法，更には単語置
換に基づく汎用性の高い言語モデル構築法を提案してい
る。
Acoustic features in speech are easily and inevitably
modified by non-linguistic factors, such as age, gender,
microphone etc. These factors easily decrease speech
recognition performance. Considering the fact that humans
can cope with this type of modification very well, a novel
speech representation was proposed called structural
representation of speech, where the modification is effectively
canceled. Conventional acoustic modeling of speech focused
on speech timbre but our approach focuses only on timbre
contrasts. Isolated word recognition experiments, where
words were defined artificially as vowel sequences, showed
that the proposed method can completely solve this
modification problem. Currently, we’re doing some
recognition experiments with a phoneme-balanced word set,
including consonant sounds. Some other projects are also
running as for use of prosody in speech recognition, effective
switching of language models, verification of hypothesis
generated in decoding, robust language modeling based on
word replacement.
5.
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・高田靖也
Development of User-friendly Spoken Dialogue
Systems
K. Hirose, N. Minematsu, S. Takada
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。エージ
ェント対話システム、道案内対話システム、番組案内シ
ステム等を構築し、概念から直接音声出力を合成するこ
とを行った。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進めている。特性とし
ては，ユーザの年代、性別、意図、感情、状況等であり，
これらの特性を音声・言語情報から抽出し，それに応じ
てシステムの挙動を動的に制御する。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．
Development of spoken dialogue systems has been
conducted, as an application of speech synthesis and
recognition techniques. Several important issues, such as
generation of appropriate speech response with high quality,
efficient database search using dialogue focus, adaptive
control of reply based on dialogue flow, were tackled. We
have constructed several systems on agent dialogue, road
guide, TV-program guide, and etc., 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/situations and
dialogue strategy for handling temporal and spatial
information. For the former we developed methods to detect
user’s familiarity on the topic and the attitudes. Using these
methods, a dynamic control of dialogue strategy of the system
was realized, which could be often seen in human-to-human
speech communication. As for the latter, to treat both of
temporal and spatial information well, adequate dialogue
WFST を用いた大規模連続音声認識
峯松信明・広瀬啓吉・Josef Novak
WFST-based large vocabulary speech recognition
N. Minematsu, K. Hirose, and J. Novak
4.
大語彙連続音声認識は，音響モデル，言語モデル，発
音辞書，デコーダーというモジュールを組み合わせると
こで構成することが多い。この場合，個々のモジュール
が単体として高い性能を持っていたとしても，システム
全体として必ずしも高い性能を示す訳では無い。システ
ム全体としての最適化を行う必要があるが，その場合，
個々のモジュールの構成方法が異なると，最適化が擬似
的にしか行えないという問題が生じる。WFST(Weighted
Finite State Transducer)は，状態遷移を通してシーケンス
データの変換を行う非常に柔軟な変換器であるが，これ
を用いると各種モデルを，共通の枠組みで記述すること
が可能となる。その結果，システム全体としての最適化
が容易になる。本研究では，この WFST による音声認
識を基盤として，そのメモリー消費量の削減や，動的な
WFST 構成の制御などを検討し，よりコンパクトかつ高
精度な WFST に基づく音声認識の実現を目指す。
Large-vocabulary speech recognition systems are
composed of several modules such as acoustic model,
language model, pronunciation lexicon, and decoder. Even
though each module has high performance in itself, an
39
strategy and prosodic control of the response generation are
investigated.
classification has been conducted and speakers are
automatically classified according to their dialects irrespective
of their gender and age.
6.
外国語・方言を対象とした音声応用システム
峯松信明・広瀬啓吉・羅徳安
・馬学彬・鈴木雅之・Greg Short
Development of Language Learning CAI Systems
Using Speech Technologies
N. Minematsu, K. Hirose, D. Luo, X. Ma,
M. Suzuki, and G. Short
7.
音声に内在する音響的普遍構造とその拡張
峯松信明・広瀬啓吉・齋藤大輔・鈴木雅之
The Acoustic Universal Structure in Speech and its
Extension
N. Minematsu, K. Hirose, D. Saito, and M. Suzuki
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)シャドーイング音声の
自動評定とそれに基づく TOEIC スコアの予測，(2)学習
者の発音の状態の移り変わりをカルテとして保存，記録
する技術，(3)学習者が指定したモデル話者と比較し，発
音のどの部位から矯正するのかを特定する技術，(4)学習
者の年齢や性別に依存しない形で学習者を分類する技術，
(5)学習者の動機付けを高めるユーザーインタフェース,
(6)留学生の日本語音声から単語アクセント型を同定す
る技術，(7)教師音声の韻律的特徴を学習者音声にコピー
することで，学習者自身の音声で教示音声を提示する技
術，の構築について検討している。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音声の分析，中国人日本語
音声の分析なども行なっている。また，発音分類の応用
として，方言性に基づく中国語話者分類も検討している。
Advanced computer aided language learning systems have
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 systems and modules were
already developed, including: (1) automatic assessment of a
leaner’s shadowed utterances and its use for automatic
prediction of TOEIC score of that learner (2) logging a history
of pronunciation development of individual learners, i.e.
pronunciation portfolio (3) automatic clarification of which
part of pronunciation should be corrected at first for
individual learners based on comparison between each learner
and a model speaker (4) automatic classification of learners’
pronunciations irrespective of gender and age (5) creation of
very motivating user-interfaces for CAI systems, (6)
automatic identification of accent types in foreign students’
pronunciation of Japanese words, (7) automatic generation of
corrected utterances of a learner by copying prosodic features
of a teacher’s utterance into those of that learner’s. To build
CAI systems, a large speech database of non-native speech is
required. A project of collecting non-native speech is also
carried out. Using this database, error analysis of non-native
speakers’ pronunciation, Japanese-English, Chinese-Japanese,
is conducted. Recently, dialect-based Chinese speaker
40
音声工学は音響音声学を基盤として構築されている。
音声表象としてスペクトルが用いられるが，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。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，音声合成，更
にはパラ言語情報抽出などを検討している。この構造的
表象は，可逆変換で対応付けされた二つの空間において
分布間距離が一切不変である，という数学的事実に基づ
いている。この二つの空間は異なるメディアでも不変性
は成り立つ。これは，提案する構造表象はメディア普遍
の情報表象として位置づけることが出来，このような観
点からの理論研究も行なっている。
Speech engineering is built based on acoustic phonetics,
where speech is often represented by spectrogram.
Spectrogram shows every aspect of speech: linguistic,
para-linguistic, and non-linguistic. It directly means that
spectrogram is very noisy representation for speech
recognition because the non-linguistic information is
completely irrelevant for it. In this study, a new representation
of speech is proposed, where there exists completely no
dimension to indicate the static non-linguistic information. In
a meaning, this study attempts to consider linguistics in the
domain of physics and acoustics. Speech events are captured
as distributions. Distance between two events is defined based
on information theory and every distance between any pair is
calculated. The resulting distance matrix forms a structure.
Some applications were already realized based on the new
representation, such as CALL, speech recognition, and speech
synthesis. This structural representation is based on a
mathematical fact that distribution to distribution distances are
invariant both in two spaces if the two spaces are mapped by
any kind of invertible function. This means that, if two spaces
of different media are mapped, the structural representation
can become a media-universal representation. We’re doing
some theoretical studies from this viewpoint.
8.
異メディア間の空間写像を実装すれば実現されるが，こ
れを，ガウス混合分布を用いて実装し，データグローブ
の動きに応じて動きを伴った共鳴音が生成される音声合
成器（一種の楽器）を構築した。従来のテキスト音声変
換技術を異なり，身体運動というアナログ量を入力する
点が大きく異なる。
To support the handicapped, especially for individuals with
articulation disorders, a special device for speech synthesis is
being developed. Normal speakers can generate speech
(dynamic change of timbre) by controlling articulatory organs,
such as tongue, larynx, pharynx, etc. This fact indicates that
physical motions are converted into timbre motions. We’re
developing a device which can convert hand motions into
timbre motions. This device can be realized by mapping a
space of hand motions and that of timbre motions. In our
study, GMM-based space mapping is used for that. Currently,
we’ve made a tentative device which converts the motions of
a data-glove into speech. This is considered as a kind of
musical instrument. Unlike conventional speech synthesizers,
the developed synthesizer takes analogue motion signals as
input and generates speech motions as output.
構造からの音声合成とその実装
峯松信明・広瀬啓吉・齋藤大輔
Structure to speech conversion
N. Minematsu, K. Hirose, and D. Saito
幼児の言語獲得は音声模倣を通して行なわれる。しか
し彼らは，音そのものは真似ない。九官鳥の音声模倣と
の明確な違いである。幼児は音韻意識が希薄なため，発
声をモーラに分割し，一つ一つのモーラ（音カテゴリ）
を自分の口で音に変換する，という手順を実行するのは
困難である。この場合，一体親の声の何を真似ているの
か？話者不変の音声の構造表象は，この問いに対する一
つの解答を与える。即ち，構造表象は，音声から話者の
身体特性を削除した音声表象である。逆に言えば，構造
表象に身体性を戻す事で音声が生成される。このプロセ
スを計算機上に実装することを検討しており，5 母音を
対象とした単語において，既に性能評価を行なっている。
人間らしい音声合成を目指している。
Infants acquire spoken language through imitating
utterances of their parents. In this case, however, they don’t
imitate the voices of the parents. This is a clear difference in
the vocal imitation between myna birds and infants. Since
infants only have very poor phonological awareness, they can
hardly decode an utterance into a sequence of sound symbols
and realize each of them acoustically using their mouths. Then,
what in the voices do infants imitate acoustically? Structural
representation of an utterance, which is speaker-invariant, is
one candidate answer to this seemingly easy but essentially
difficult question. The representation is considered to be able
to be obtained by removing embodiment features from a
speech stream and, by returning the features back to the
structure, it can be realized as a speech stream. This process
was implemented on machine and an utterance comprised of
only vowels , e.g, /eoiau/ was generated acoustically from its
corresponding structure. In this study, we’re proposing a
method of converting an abstract representation of speech into
speech sounds, which is very human-like.
9.
10. 音声の個人性情報に対する数理的解析
峯松信明・広瀬啓吉・齋藤大輔・鎌田敏明
Mathematical analysis of speech acoustics to extract
speaker’s individuality
N. Minematsu, K. Hirose, D. Saito, and T. Kamada
本研究では，話者の個人性（特に声道の長さ，即ち身
長情報）について，音声ストリーム（軌跡）パターンが
持つ「角度」に着眼して研究を進めている。これは声道
長変換を行なう時にしばし用いられる変換行列が強い回
転性を持つ，という数学的事実に由来する。例えば，成
人男性と子供では 90 度ほど軌跡パターンは回転する。従
来の話者認識はスペクトル包絡へ着眼するものが多く，
軌跡パターンの角度への着眼は皆無であり，非常に新し
い技術的検討となっている。また，特徴量空間は 10 次元
以上のパラメータ空間となっており，この場合は複数個
の部分空間における回転へと細分化できる。ここの部分
空間の回転が持つ物理的意味などまだまだ不明な点も多
く，音声分析と絡めて検討を進めている。
In this study, we’re proposing new speech features
representing speaker’s individuality, especially length of the
vocal tract. Here, the angle of a speech stream in a parameter
(cepstrum) space is focused on. In speech recognition research,
to normalize the vocal tract length of a speaker, a certain form
of matrix is often used. We found that this matrix has a very
strong function of rotating cepstrum vectors. For example, an
utterance of an adult and that of a child will have an angular
difference of 90 degree. This analysis method is very unique
because, conventionally, speaker’s information was always
extracted from spectrum slices (formant positions). The
手の動きからの音声合成
峯松信明・広瀬啓吉・國越晶
Hand motions to speech motions
N. Minematsu, K. Hirose, and K. Kunikoshi
構音障害者支援を目的として，調音器官以外の運動器
官を使った音声合成を検討している。通常，咽頭／喉頭
／舌などの調音器官の運動によって，口腔の形状変化が
起こり，それが音色を変化させることになる。即ち，身
体運動によって音色が変わる訳である。例えば，手の動
きに対して，それが音色空間の各点に対応するような写
像を準備しておけば，任意の手の動きに対応した音色の
動き（即ち音声）が生成されることになる。この技術は，
41
cepstrum rotation can be decomposed into the rotations in
subspaces because the dimension of a speech feature space is
very high. Currently, we are carrying out some experimental
investigation of which subspace will have what kind of
function in controlling speaker’s individuality.
論文・著書一覧（2009 年度）
Publications List
研究論文
[1]
11. EMD の高度化と信号処理
広瀬啓吉・峯松信明・松田徹也・砂田宜宏
Improvement of EMD and its use for signal
processing
K. Hirose, N. Minematsu, T. Matsuda,
and N. Sunada
Y. Qiao, W. Wang, N. Minematsu, J. Liu, M. Takeda,
X. Tang: "A theory of phase singularities for image
representation and its application to object tracking
and image matching," IEEE Trans. on Image
Processing, vol.18, no.10, pp.2153-2166 (2009-10)
国際会議論文
データ適応型の信号解析手法として、Empirical Mode
Decomposition（EMD）が着目されている。基底なしに解
析が可能という優れた特徴があるが、反面、Mode Mixing
等の問題がある。これを解決する手法として、雑音を付
加して後で取り除くアンサンブル EMD があるが、雑音に
工夫することでその高度化を図った。EMD を用いた信号
処理の研究も進めており、マイクロフォンの数が音源の
数より少ない劣条件下での音源の特徴に関する事前知識
の無いブラインド音源分離手法の開発、ピッチの高精度
抽出、有声/無声の判定の高度化、医療信号の解析、等を
進めている。
As a data-adaptive technique for signal analysis, empirical
mode decomposition (EMD) gathers concerns of researchers.
It can analyze signals without any bases. It leads to a benefit
of data adaptability, but in turn causes a problem know as
mode mixing. Ensemble EMD, which adds noises before
analysis and suppresses them after analysis, can solve the
problem. By using pair of white noises with inverse phases,
we realized a facilitated process of Ensemble EMD. We are
applying EMD for; Source separation in severe conditions
(when number of sources is larger than their mixtures, and
when no priori information is available on the sources),
high-precision pitch extraction, robust v/u detection, and
medical applications.
42
[2]
K. Ochi, K. Hirose, and N. Minematsu: "Control of
prosodic focus in corpus-based generation of
fundamental frequency contours of Japanese based on
the generation process model," Proc. Int. Conf.
Acoustics,
Speech,
&
Signal
Processing
(ICASSP'2009), pp.4257-4260 (2009-4)
[3]
Y. Qiao and N. Minematsu: "Mixture of probabilistic
linear regressions: a unified view of GMM-based
mapping techniques," Proc. Int. Conf. Acoustics,
Speech, & Signal Processing (ICASSP'2009),
pp.3913-3916 (2009-4)
[4]
Y. Qiao, M. Suzuki, and N. Minematsu: "Affine
invariant features and its application to speech
recognition," Proc. Int. Conf. Acoustics, Speech, &
Signal Processing (ICASSP'2009), pp.4629-4632
(2009-4)
[5]
N. Minematsu, M. Takazawa, X. Ma: "Pronunciation
clinic & dialect-based speaker classification," Proc.
Int. Conf. Acoustics, Speech, & Signal Processing
(ICASSP'2009, Show & Tell) (2009-4)
[6]
N. Minematsu, S. Asakawa, Y. Qiao, D. Saito, and T.
Nishimura: "Implementation of robust speech
recognition by simulating infants' speech perception
based on the invariant sound shape embedded in
utterances,"
Proc.
Speech
and
Computer
(SPECOM'2009), pp.35-40 (2009-6)
[7]
X. Ma, N. Minematsu, Y. Qiao, K. Hirose, A. Nemoto,
and F. Shi: "Dialect-based speaker classification of
Chinese
using
structural
representation
of
pronunciation," Proc. Speech and Computer
(SPECOM'2009), pp.350-355 (2009-6)
[8]
D. Saito, Y. Qiao, N. Minematsu, and K. Hirose:
"Improvement of structure to speech conversion using
iterative optimization," Proc. Speech and Computer
(SPECOM'2009), pp.174-179 (2009-6)
[9]
H. Hirano, M. Suzuki, K. Innami, N. Minematsu, and
K. Hirose: "Development of an on-line word accent
dictionary of Japanese," Proc. Int. Conf. on Japanese
Language Education (ICJLE'2009) (2009-7)
[10] X. Ma, N. Minematsu, A. Nemoto, M. Takazawa, Y.
Qiao, K. Hirose: "Structural analysis of Chinese
dialect speakers and their automatic classification,"
Proc. National Conference on Man-Machine Speech
Communication
(NCMMSC'2009),
pp.440-445
(2009-8)
[20] A. R. F. Rebordao, M. A. M. Shaikh, K. Hirose, N.
Minematsu: "How to improve TTS systems for
emotional expressivity," Proc. INTERSPEECH,
pp.524-527 (2009-9)
[11] N. Minematsu: "Speech structure: a new framework of
speech processing inspired from infants' behaviors and
animals' behaviors," Proc. National Conference on
Man-Machine
Speech
Communication
(NCMMSC'2009), pp.504-509 (2009-8)
[21] Y. Qiao, S. Asakawa, N. Minematsu, K. Hirose: "On
invariant structural representation for speech
recognition: theoretical validation and experimental
improvement," Proc. INTERSPEECH, pp.3055-3058
(2009-9)
[12] D. Luo, N, Minematsu, Y. Yamauchi, K. Hirose:
"Analysis and comparison of automatic language
proficiency assessment between shadowed sentences
and read senteces," Proc. ISCA Tutorial and Research
Workshop on Speech and Language Technology in
Education (SLaTE), CD-ROM (2009-9)
[22] Mostafa Al Masum Shaikh, Antonio Rui Ferreira
Rebordao, Keikichi Hirose, Mitsuru Ishizuka,
"Emotional Speech Synthesis by Sensing Affective
Information from Text, " Proc. International
Conference on Affective Computing & Intelligent
Interaction, Amsterdam, September 11, pp.466-471
(2009-9)
mapping,"
(2009-9)
[13] M. Suzuki, L. Dean, N. Minematsu, K. Hirose:
"Improved structure-based automatic estimation of
pronunciation proficiency," Proc. ISCA Tutorial and
Research Workshop on Speech and Language
Technology in Education (SLaTE), CD-ROM
(2009-9)
Proc.
INTERSPEECH,
pp.308-311
[23] Mostafa Al Masum Shaikh, Antonio Rui Ferreira
Rebordao, A. Nakasone, Helmut Prendinger &
Keikichi Hirose, "An automatic approach to virtual
living based on environmental sound cues, " Proc.
IEEE International Workshop on Social Signal
Processing, Amsterdam, September 13, CD-ROM
Proceedings, pp.1-6 (2009-9)
[14] D. Luo, N. Minematsu, Y. Yamauchi: "Development
of a CALL system to enhance ESL/EFL learners'
skills of shadowing and reading aloud," Proc. ISCA
Tutorial and Research Workshop on Speech and
Language Technology in Education (SLaTE), Demo
Session (2009-9)
[24] Mostafa Al Masum Shaikh, Prendinger Helmut,
Keikichi Hirose, and Ishizuka Mitsuru, "Easy Living
in the Virtual World: a Noble Approach to Integrate
Real World Activities to Virtual Worlds," Proc. Web
Intelligence / Advanced Information Technology,
Miran, September 15-18, pp.466-473 (2009-9)
[15] N. Minematsu and M. Suzuki: "Structure-based
pronunciation assessment," Proc. ISCA Tutorial and
Research Workshop on Speech and Language
Technology in Education (SLaTE), Demo Session
(2009-9)
[25] D. Luo, Y. Qiao, N. Minematsu, Y. Yamauchi, K.
Hirose: "Analysis and utilization of MLLR speaker
adaptation technique for learners' pronunciation
evaluation," Proc. INTERSPEECH, pp.608-611
(2009-9)
[16] D. Saito, Y. Qiao, N. Minematsu, K. Hirose: "Optimal
event search using a structural cost function -improvement of structure to speech conversion --,"
Proc. INTERSPEECH, pp.2047-2050 (2009-9)
[26] N. Minematsu: "A consideration of ASR based on
animal evolution and human development -- what
should A of ASR stand for? --," Proc. Int. Workshop
on Computational Models of Language Evolution,
Acquisition and Processing (2009-9)
[17] Adrian Leemann, Keikichi Hirose, and Hiroya
Fujisaki, "Analysis of Voice Fundamental Frequency
Contours of Continuing and Terminating Prosodic
Phrases in Four Swiss German Dialects," Proceedings
Interspeech 2009, Brighton, September 6-9,
pp.2419-2422 (2009-9)
[27] M. Suzuki, N. Minematsu, D. Luo, and K. Hirose:
"Sub-structure-based estimation of pronunciation
proficiency and classification of learners," Proc. Int.
Workshop on Automatic Speech Recognition and
Understanding (ASRU'2009), pp.574-579 (2009-12)
[18] X. Ma, A. Nemoto, N. Minematsu, Y. Qiao, K.
Hirose: "Structural analysis of dialects, sub-dialects,
and
sub-sub-dialects
of
Chinese,"
Proc.
INTERSPEECH, pp.2219-2222 (2009-9)
[28] Y. Qiao, M. Suzuki, and N. Minematsu: "A study of
Hidden Structure Model and its application of labeling
sequences," Proc. Int. Workshop on Automatic Speech
[19] A. Kunikoshi, Y. Qiao, N. Minematsu, K. Hirose:
"Speech generation from hand gestures based on space
43
Recognition and Understanding
pp.118-123 (2009-12)
(ASRU'2009),
[37] 羅徳安，峯松信明，山内豊，牧野武彦，広瀬啓吉:
"シャドーイング・音読発音評価を目的とした話
者適応の分析と応用"，電子情報通信学会音声研
究会，SP2009-32, p.51-56 (2009-6)
[29] T. Matsuda, K. Hirose, and N. Minematsu:
"HMM-based synthesis of fundamental frequency
contours using the generation process model," Proc.
Int. Workshop on Nonlinear Circuits, Communication
and Signal Processing (NCSP'2010), pp.464-467
(2010-3)
[38] 山内豊，峯松信明，羅徳安，川村明美: "コンテ
ンツ・シャドーイングと英語習熟度の関係"，外
国語教育メディア学会関東支部研究大会発表要
項，pp.12-13 (2009-6)
[30] N. Sunada, T. Matsuda, K. Hirose, and N. Minematsu:
"Use of paired white noises with inverse polarity in
ensemble empirical mode decomposition," Proc. Int.
Workshop on Nonlinear Circuits, Communication and
Signal
Processing
(NCSP'2010),
pp.512-515
（2010-3)
[39] 峯松信明: "音声の構造的表象とその応用 ～言
語の起源・獲得・学習を見据えた技術の構築～"，
株式会社リオン研究セミナー (2009-6) ＜招待講
演＞
[40] X. Ma, N. Minematsu, A. Nemoto, Y. Qiao, and K.
Hirose: "Structural analysis of Chinese dialects and its
experimental
application
to
pronunciation
assessment,"
IEICE Technical Report, SP2009-45, pp.25-30
(2009-7)
[31] Yasuhiro Kosugi and Keikichi Hirose, "A study on
beamforming techniques for detecting extraordinary
sounds from power transformers," Proceedings of
International Workshop on Nonlinear Circuits and
Signal Processing (NCSP2010), Waikiki, 3-5 March,
pp.169-172 (2010-3)
[41] 鈴木雅之，羅徳安，峯松信明，広瀬啓吉: "音声
の構造的表象を用いた自動発音評定法の改善"，
情報処理学会音声言語情報処理研究会，
2009-SLP-77-17，pp.1-6 (2009-7)
[32] Y. Qiao and N. Minematsu: "HMM-based
sequence-to-frame mapping for voice conversion,"
Proc. Int. Conf. Acoustics, Speech, & Signal
Processing (ICASSP'2010), pp.4830-4833 (2010-3)
[42] Y. Qiao, M. Suzuki, and N. Minematsu: "An
Investigation of Hiden Structure Model," IPSJ
Technical Report, 2009-SLP-77-5, pp.1-6 (2009-7)
著書
[43] N. Minematsu: "Speech structure: a new framework of
speech processing inspired from infants' behaviors and
animals' behaviors," Seminar talk at SooChow
University, China (2009-8) <Invited>
[33] Keikichi Hirose, Qinghua Sun "On the prosodic
features for emotional speech," Frontiers in Phonetics
and Speech Science, Edited by G. Fant, H. Fujisaki,
and J. Shen, The Commercial Press (商務印書館),
Beijing, pp.263-274 (2009-12)
[44] 峯松信明，山内豊: "音声情報処理技術を活用し
た英語発音の自動分類と発音矯正部位の自動推
定"， 外国語教育メディア学会全国研究大会講演
集，pp.134-135 (2009-8)
[34] Keikichi Hirose, "Prosodic corpora based on F0
contour generation model and automatic extraction
of model parameters, " Computer Processing of Asian
Spoken languages, Edited by Suichi Itahashi and
Chiu-yu Tseng, Consideration Books, Los Angeles,
pp.180-183 (2010-3)
[45] 山内豊，峯松信明，羅徳安，川村明美: "音声情
報処理技術を活用したシャドーイング自動評価
システムの開発"， 外国語教育メディア学会全国
研究大会講演集，pp.178-179 (2009-8)
[46] ヤーッコラ伊勢井敏子, 広瀬啓吉, "3 次元母音図
で見る日本人大学生 EL2 の短母音の問題(1) ", 日
本音響学会春季大会講演論文集, 日本大学, 3-P-1,
pp. 361-364 (2009-9)
[35] Nobuaki Minematsu, "Development of ERJ (English
Read by Japanese) database for CALL research,”
Computer Processing of Asian Spoken languages,
Edited by Suichi Itahashi and Chiu-yu Tseng,
Consideration Books, Los Angeles, pp.151-154
(2010-3)
[47] 峯松信明: "音声構造論から考えるシャドーイン
グ"， 大学英語教育学会・リーディング研究会
(2009-9) ＜招待講演＞
シンポジウム・研究会・大会等発表
[48] 喬宇，鈴木雅之，峯松信明: "Proposal of Hidden
Structure Model," Proc. Autumn Meeting of Acoust.
Soc. Japan, 1-1-3, pp.7-10 (2009-9)
[36] 松田徹也，広瀬啓吉，峯松信明: "経験的モード
分解による主構造抽出を介した雑音環境下にお
ける音声信号の基本周波数推定"，電子情報通信
学会音声研究会，SP2009-15,pp.49-54 (2009-5)
[49] 越智景子，広瀬啓吉，峯松信明: "基本周波数パ
ターン生成過程モデルに基づくコーパスベース
44
[62] ヤーッコラ伊勢井敏子, 広瀬啓吉, "呼吸ピックア
ップと音響特徴から見た英語リズムに関する一
考察―物語朗読文の場合", 日本音響学会春季大
会講演論文集, 電気通信大学, 3-7-7, pp.371-372
( 2010-3)
韻律制御における焦点の補間"， 日本音響学会秋
季講演論文集，3-P-8，pp.381-382 (2009-9)
[50] 齋藤大輔，松浦良，峯松信明，広瀬啓吉: "音声
事象の相対関係を音響単位とした未知語用音響
モデルに関する実験的検討"， 日本音響学会秋季
講演論文集，1-R-13，pp.167-170 (2009-9)
[63] ヤーッコラ伊勢井敏子, 広瀬啓吉, "3 次元母音図
で見る日本人大学生 EL2 の短母音の問題(2) ", 日
本音響学会春季大会講演論文集, 電気通信大学,
3-7-8, pp. 373-374 (2010-3)
[51] 鈴木雅之，羅徳安，峯松信明，広瀬啓吉: "発音
構造を用いた話者の違いに頑健な発音評定と学
習者分類"， 日本音響学会秋季講演論文集，1-2-5，
pp.243-246 (2009-9)
[64] 齋藤大輔，松浦良，峯松信明，広瀬啓吉: "音素
列表象を併用した相対関係特徴を音響単位とす
る音響モデリング"， 日本音響学会春季講演論文
集，2-Q-9，pp.257-260 (2010-3)
[52] 見原隆介，齋藤大輔，峯松信明，広瀬啓吉: "二
言語に渡る構造的表象に基づく音声・言語変換の
実験的検討"， 日本音響学会秋季講演論文集，
3-P-19，pp.403-406 (2009-9)
[65] 國越晶，喬宇，峯松信明，広瀬啓吉: "手の動き
を入力としたリアルタイム音声生成系における
鼻音の合成に関する検討"， 日本音響学会春季講
演論文集，1-P-8，pp.419-422 (2010-3)
[53] 渡辺美知子, 伝康晴, 広瀬啓吉, "フィラー使用
頻度パターンによる講演タイプの分類",日本音
響学会全国大会講演論文集, 日本大学, 3-P-34,
pp.443-444 (2009-9)
[66] 高橋琢己，広瀬敬吉，峯松信明: "意図の信頼度
を用いた柔軟な応答生成"， 日本音響学会春季講
演論文集，3-6-14，pp.129-132 (2010-3)
[54] 竹内京子，高澤真章，鎌田圭，峯松信明，広瀬啓
吉: "日本人学習者のフランス語母音生成特徴の
考察 ～音声の構造表象による発音評価の応用
～"， 日本音声学会全国大会予稿集 (2009-9)
[67] 鈴木雅之，喬宇，峯松信明，広瀬啓吉，牧野武彦:
"構造表象と多段階の重回帰を用いた外国語発音
評価"， 日本音響学会春季講演論文集，1-P-16，
pp.443-446 (2010-3)
[55] 國越晶，喬宇，峯松信明，広瀬敬吉: "手の動き
を入力としたリアルタイム音声生成系における
鼻音の合成とピッチ制御に関する検討"， 電子情
報 通 信 学 会 音 声 研 究 会 ， SP2009-56 ， pp.43-48
(2009-10)
[68] 高澤真章，峯松信明，広瀬啓吉: "CALL 応用を目
的とした教師・学習者の発声間における時間アラ
イメントに関する実験的検討"， 日本音響学会春
季講演論文集，1-P-12，pp.429-432 (2010-3)
[56] 越智景子，広瀬敬吉，峯松信明: "基本周波数パ
ターン生成過程モデルに基づくコーパスベース
韻律生成における柔軟な焦点制御"， 電子情報通
信学会音声研究会，SP2009-67，pp.31-36 (2009-11)
[69] 中村綾乃，鈴木雅之，峯松信明，広瀬敬吉，牧野
武彦: "音声の構造的表象を用いた英語二重母音
の発音評価に関する実験的検討"， 日本音響学会
春季講演論文集，1-P-15，pp.439-442 (2010-3)
[57] 齋藤大輔，喬宇，峯松信明，広瀬敬吉: "構造評
価関数を用いた構造的表象からの音声合成系の
高精度化" ， 電 子情 報通信 学会音 声研 究 会，
SP2009-70，pp.49-54 (2009-11)
[70] 砂田宜宏，松田徹也，広瀬啓吉，峯松信明: "ア
ンサンブル経験的モード分解における効果的な
ノイズ付与の検討"， 日本音響学会春季講演論文
集，2-Q-33，pp.519-522 (2010-3)
[58] 見原隆介，齋藤大輔，峯松信明，広瀬啓吉: "二
言語に渡る構造的表象に基づく音声・言語変換の
実験的検討"， 電子情報通信学会音声研究会，
SP2009-71，pp.55-60 (2009-11)
[71] 清水信哉，齋藤大輔，鈴木雅之，峯松信明，広瀬
敬吉: "類似単語の置換に基づく学習データ自動
生成とそれを用いた主題の違いに頑健な言語モ
デルの構築"， 日本音響学会春季講演論文集，
1-Q-10，pp.171-174 (2010-3)
[59] 齋藤大輔，松浦良，峯松信明，広瀬敬吉: "話者
不変な相対関係特徴を音響単位とする音響モデ
リングに関する実験的検討"， 電子情報通信学会
音声研究会，SP2009-77，pp.7-12 (2009-12)
[60] 峯松信明: "峯松研究室が取り組む外国語発音教
育の技術支援"， 田辺英語教育学研究会(TALK)
(2009-12) ＜招待講演＞
[72] 千々岩圭吾，鈴木雅之，齋藤大輔，峯松信明，広
瀬敬吉: "基本周波数パターン生成過程モデルに
おけるフレーズ指令パラメータ抽出の高精度化"，
日本音響学会春季講演論文集，2-Q-23，pp.495-498
(2010-3)
[61] Y. Qiao, D. Saito, and N. Minematsu: "Statistical
sequence-to-frame mapping techniques for voice
conversion", IEICE Technical Report, SP2009-138,
pp.285-290 (2010-1)
[73] 峯松信明，鈴木雅之，高澤真章，馬学彬，中村綾
乃: "発音クリニック ～音声の構造的表象を用
いた外国語・方言発音分析～"， 情報処理学会講
演論文集，D-24，vol.5，pp.303-304 (2010-3)
45
[74] 鈴木雅之，喬宇，峯松信明，広瀬敬吉: "音声の
構造的表象と多段階の重回帰を用いた外国語発
音分析"， 情報処理学会講演論文集，1U-9，vol.2，
pp.221-222 (2010-3)
その他（取材・報道）
[75] 取材協力（峯松信明）: "人間に近づく音声認識"，
日経サイエンス 6 月号，pp.94-99，日経サイエン
ス社 (2009-6)
[76] 取材協力（峯松信明）: 最相葉月， "ビヨンド・
エジソン ～12 人の博士が見つめる未来～（第六
章「言葉の不思議を探求する」）"， pp.119-139，
ポプラ社 (2009-9)
[77] 雑誌報道（峯松信明）: "書評「ビヨンド・エジソ
ン ～12 人の博士が見つめる未来～」", 週刊朝日,
p.77 (2009-11)
[78] 取材協力（峯松信明，羅徳安，山内豊）: "シャ
ドーイング自動評定システム"， 多聴多読マガジ
ン，p.30-32，コスモピア社 (2009-12)
[79] 取材協力（峯松信明）: "研究室散歩「音声認識」
"，（東大新聞 2010 年 1 月 12 日号）
46
杉本研究室
Sugimoto Laboratory
手法では、TOA(Time of Arrival)方式でもっとも精度が
高い手法と同等以上の精度を示した。
In order to realize an ubiquitous computing society which
servers us contextualized services anytime and anywhere, we
have to investigate localization technologies to identify users’
position in the real world. So far we have been developing an
innovative technology for detecting relative positions and
orientations among multiple devices by using ultrasonic
communication. The experiment proved that the proposed
technique called "phase accordance method" could show
remarkable performance: less than 0.3 mm errors in three
meter distance measurements and less than 0.5 degree errors
in the zero, ten, twenty, and thirty degree measurements. The
remarkable feature of this technology is that a 3D position of
a node is identified only one pair of a transmitter and a
receiver, Therefore, it is cost effective and scalable, which
means easy deployment for implementation. We have also
applied this technology to a robot tracking system and
extended it for precise velocity detection. The experiment
proved that we can estimate the velocity of a moving node
within the error of 0.2 mm/s.
Another study related to positioning techniques is a WiFi
based positioning system. Our proposed system uses a TOA
(Time of Arrival) method and shows the same or better
accuracy level than existing systems.
(http://www.itl.t.u-tokyo.ac.jp/)
研究現況
Current Research Projects
1.
モバイルプロジェクタカメラシステム
杉本 雅則，ダオ ヴィン ニン,
Siriborvornratanakul Thitirat,
グェン ゴク トゥン
Mobile Projector-Camera System
M. SUGIMOTO, V.N.DAO,
T.SIRIBORVORNRATANAKUL, G.T.NGUYEN
ユーザとロボットが同一空間上にいる環境で、ユーザ
が自己の視点に基づいて、直感的にロボットに操作・指
示を行えるユーザインタフェイスを開発している。ハン
ドヘルドプロジェクタを用いたロボットとのインタラク
ションとして”Manipulation by Projection”という新
しい概念を提唱し、その概念に基づく GENTORO と呼ばれ
るストーリーテリング支援システムを構築した。さらに
ハンドヘルドプロジェクタによる任意表面への投影を実
現するための障害物回避アルゴリズムの実装と評価を行
った。
We have been developing a remote control technique for
multi-robots that allows a user to control them from his
viewpoint. We have also developed a system called
GENTORO that allows users to interact with a robot using a
handheld projector. The idea of GENTORO is coming from a
novel concept called “Manipulation by Projection”. We have
evaluated the concept and the system by using it for
supporting children’s storytelling. In order to make any
surface projectable through a handheld projector, a novel
technique for adaptive projection in cluttered environments.
3.
テーブルトップインタフェース
杉本 雅則, 米 海鵬, 藤田 智樹
Tabletop Interface
M. SUGIMOTO, H.MI, T.FUJITA
テーブルトップ環境での対面インタラクションは，伝
統的なボードゲームの重要な特徴の１つである．そのた
め，計算機メディアにより強化されたテーブルトップ環
境を用いて従来のボードゲームを拡張し，新しいエンタ
テインメントアプリケーションを構築する試みが，これ
までに多数行われている．われわれは，テーブルトップ
環境に対し，ロボットを導入することを提案する．本研
究では，物理的なオブジェクトであるロボットとテーブ
ル表面に表示される仮想的なオブジェクトとの間のイン
タラクション，さらには物理的，仮想的なオブジェクト
とプレイヤとのインタラクションの効果より，プレイヤ
のゲームへの engagement をさらに高めることを目指す．
本研究で構築される RoboTable と呼ばれるテーブルト
ップ環境では，物理的なロボットおよび仮想的なオブジ
ェクトの指による操作が可能である．さらに，ロボット
を直接掴んで行うタンジブルな操作により，その動きを
記 録 ， 再 生 す る こ と が で き る ． RoboTable で は ，
Frustrated Total Internal Reflection (FTIR)と呼ばれ
る手法と DI とを統合することで，安定したマルチタッチ
認識とロボットトラッキングを実現している．
This paper presents a tangible tabletop platform called
RoboTable, which supports both multi-touch and physical
2.
モバイル・ユビキタスコンピューティング
杉本 雅則, 伊藤 俊夫, 寺田 篤司,
佐藤 智彦, 中村 成希, 水谷 享平, 橋爪 宏達
Mobile and Ubiquitous Computing
M. SUGIMOTO, T.ITO,A.TERADA, T.SATO,
S.NAKAMURA, K.MIZUTANI, H.HASHIZUME
いつでもどこでも適切なサービスを受けるために、ユ
ビキタスコンピューティングの研究において、ユーザの
位置情報を正確に知るための技術が重要になっている。
我々はこれまでの研究で、安価な超音波センサのみを用
いることで、端末間の相対位置、方向認識を行うための
技術の構築してきている。この手法を発展させ、1 対の
送信機、受信機のみで、ユーザの 3 次元位置を知ること
ができるようにした。さらに、移動するユーザの速度を
0.1mm/s の精度で測定できるという性能を確認した。
WLAN 技術を用いた位置認識技術においても、マルチパス
の影響を考慮した新しい手法の研究を進めている。提案
47
論文・著書一覧（2009 年度）
Publications List
robot tracking. RoboTable integrates two tracking techniques
(FTIR and DI) so that we leverage the strong points of each
and improve their tracking performance. A robot on
RoboTable is also designed to be suitable for a tabletop
human-robot interaction (HRI) environment. RoboTable can
be used for augmented reality applications and tabletop game
development.In this paper, two interactive games on
RoboTable are introduced. A pilot study using one of the
games is conducted to investigate effects of physical robots on
multi-touch tabletop environments.
研究論文
３Ｄイメージング
杉本 雅則， ダオ ヴィン ニン,
伊藤 俊夫, Laokulrat Natsuda, 橋爪 宏達
3D Imaging
M. SUGIMOTO, V.N.DAO, T.ITO, N.LAOKULRAT,
H.HASHIZUME
[1]
伊藤 俊夫, 杉本 雅則, 橋爪 宏達: 最適化したマル
チキャリア信号と 合成送信開口による高画質音響
イメージング，電子情報通信学会論文誌, Vol. J93-A,
No.5 (2010).
[2]
Siriborvornratanakul, T., Sugimoto, M.: ipProjector:
Designs and Techniques for Geometry-based Interactive
Applications using a Portable Projector, International
Journal of Digital Multimedia Broadcasting (IJDMB),
Volume 2010, Article ID 352060, 12 pages, (2010).
[3]
伊藤 俊廷, グェン トゥン ゴク, 杉本 雅則, 稲垣
成哲: GENTORO: モバイル複合現実環境における
ストーリーテリング支援システムの設計と評価 情
報 処 理 学 会 論 文 誌 , Vol.50, No.12, pp.2819-2830
(2009).
[4]
佐藤 哲也, 杉本 雅則, 橋爪 宏達: 高精度超音波移
動体測位のための位相一 致法の拡張手法, 電子情
報 通 信 学 会 論 文 誌 , Vol.J92-A, No.12, pp.953-963
(2009).
[5]
伊藤 俊夫, 杉本 雅則, 橋爪 宏達: 超音波イメージ
ングシステムの直感的 な設計評価を可能にする線
形モデル, 電子情報通信学会論文誌, Vol. J92-A, No.
8, pp.559-570 (2009).
[6]
Ito, T., Sato, T., Tulathimutte, K., Sugimoto, M.,
Hashizume, H.: A Scalable Tracking System Using
Ultrasonic Communication, IEICE Transactions on
Fundamentals of Electronics, Communications and
Computer Sciences, Vol. E92-A, No.6, pp. 1408-1416
(2009).
4.
実世界の物体形状を認識し 3 次元モデルを容易に構築
する技術を、以下の 2 つの手法を用いて進めている。1
つ目は光学的な手法である。モバイルプロジェクタとカ
メラを用い、物体に structured light を投影することで、
実時間 3D スキャンを実現する技術の構築を目指す。2 つ
目は超音波を用いる手法である。マルチキャリアの超音
波信号および合成送信開口の手法を用いることで、実時
間でのイメージングを行う。ノイズ低減のための送信信
号のパラメータを最適化することで、取得される画質の
改善と高速化を目指す。
In order to identify 3D shapes of objects in the real world,
the following two techniques are investigated. The first one is
based on an optical technique using a handheld projector
augmented with a camera. By projecting structured lights onto
objects, its 3D shape is captured. Realtime 3D scan becomes
possible by moving the projector around the object,
In the second approach, the synthetic transmit aperture
technique with multi- carrier ultrasonic signals is used. In
order to reduce the noises, improve the quality of captured
images, and increasing the capture rate, the optimization of
multi-carrier signal parameters is conducted.
著書
48
[7]
Ito, T., Sato, T., Tulathimutte, K., Sugimoto, M.,
Hashizume, H.: A Scalable Ultrasonic-Based
Localization System Using the Phase Accordance
Method, In Recent Advances in Sensing Technology,
Lecture Notes in Electrical Engineering, Vol. 49,
Springer, pp.35-54 (2009).
[8]
Yamaguchi, E., Inagaki, S., Sugimoto, M., Kusunoki, F.,
Deguchi, A., Takeuchi, Y. Seki, T., Tachibana, S.,
Yamamoto, Y.: Fostering Students' Participation in
Face-to-Face Interactions and Deepening Their
Understanding by Integrating Personal and Shared
Spaces, Transactions on Edutainment II, pp. 228-245
(2009).
ンピューティング 2009 (EC2009), 東京 (2009 年 9
月).
国際会議論文
[9]
Ito, T., Sugimoto, M., Hashizume, H.: High-Resolution
Acoustic Imaging Using Multi-Carrier Waveforms
Synthesized by Genetic Algorithm, Proceedings of IEEE
Ultrasonic Symposium 2009, Rome, Italy, pp. 685-689
(2009).
[19] 伊藤 俊夫, 杉本 雅則, 橋爪 宏達: 合成送信開口
イメージングにおけるマルチキャリア信号と M 系列
信号の比較実験, 日本超音波医学会 基礎技術研究
会資料, Vol.2009, No.4, BT2009-24, pp.7-14, 東
北大学, 仙台 (2009 年 12 月).
[10] Dao, V.N., Sugimoto, M.: A Robust and Dynamic Scene
Geometry Acquisition Technique for a Mobile
Projector-Camera System, In Proceedings of ACM
SIGGRAPH
ASIA
2009,
Yokohama,
Japan
[DVD-ROM] (2009).
[20] 水谷 享平, 伊藤 俊夫, 杉本 雅則, 橋爪 宏達:
TSaT-MUSIC 法を用いた超音波イメージング, 日本
超 音 波 医 学 会 基 礎 技 術 研 究 会 資 料 , Vol.2009,
No.4, BT2009-23, pp.1-6, 東北大学, 仙台(2009
年 12 月).
[11] Siriborvornratanakul, T., Sugimoto, M.: A Portable
Projector Extended for Object-Centered Real-time
Interactions, In Proceedings of IEEE European
Conference on Visual Media Production (CVMP),
London, United Kingdom, pp.118-126, November 12-13,
(2009).
[21] 佐藤 智彦, 中村 成希, 杉本 雅則, 橋爪 宏達: 超
音波通信を用いた移動体位置および速度の実時間高
精度推定, 電子情報通信学会超音波研究会, 関西
大学, 大阪, pp.75-80 (2010 年 1 月)．
[22] 中村 成希, 佐藤 智彦, 杉本 雅則, 橋爪 宏達: 拡
張位相一致法を用いた移動体の 3 次元位置速度同時
計測, 電子情報通信学会超音波研究会, 関西大学,
大阪, pp.75-80, (2010 年 1 月)．
[12] Krzywinski, A., Mi, H., Chen, W., Sugimoto, M.:
RoboTable: A Tabletop Framework for Tangible
Interaction with Robots in a Mixed Reality, In
Proceedings of ACM ACE 2009, Athens, Greece, pp.
107-114 (2009).
[23] 中村 達也, 杉本 雅則，橋爪 宏達： 予測フィルタ
を用いた超音波位置認識手法，フレッシュマンのため
の人工知能研究交流会, 東京工業大学, 東京, (2010
年 3 月).
[13] Deguchi, A., Inagaki, S., Kusunoki, F., Yamaguchi, E.,
Takeda, Y. Sugimoto, M.: Development and Evaluation
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Proceedings of ICEC 2009, Paris, France, pp.288-289
(2009).
[24] 寺田 篤司，杉本 雅則，橋爪 宏達：MB-OFDM 方
式 UWB を用いた屋内測距技術, 情報処理学会第 72
回全国大会予稿集，東京 (2010 年 3 月).
[25] Tuan Ngoc Nguyen，杉本 雅則：モバイルショッピ
ング環境のための料理レシピ推薦システム, 情報処
理学会第 72 回全国大会予稿集，東京 (2010 年 3 月).
[14] Sugimoto, M., Ito, T., Nguyen, G.T., Inagaki, S.:
GENTORO: A System for Supporting Children's
Storytelling using Handheld Projectors and a Robot, In
Proceedings of ACM IDC 2009, Como, Italy pp.
214-217 (2009).
[26] 小野島 昇吾，Mi Haipeng，杉本 雅則，Krzywinski
Aleksander：テーブルトップヒューマンロボットイ
ンタラクションのための Toolkit の設計と評価, 情
報処理学会第 72 回全国大会予稿集，東京 (2010 年 3
月).
[15] Sugimoto, M., Tulathimutte, K., Ito, T., Sato, T.,
Hashizume, H.: An Ultrasonic 3D Positioning System
using a Single Compact Receiver Unit, In Proceedings
of LOCA 2009, pp.240-253, Tokyo, Japan (2009).
[27] 新島 有信，藤田 智樹，米 海鵬，杉本 雅則：マル
チタッチテーブルトップ環境におけるロボットプ
ログラミングのためのジェスチャ設計, 情報処理学
会第 72 回全国大会予稿集，東京 (2010 年 3 月).
シンポジウム・研究会・大会等発表
[16] 伊藤 俊夫, 杉本 雅則, 橋爪 宏達: 複数音源を用
いた音響イメージングのための最適な送信波形の
検 討 , 信 学 技 報 , Vol.109, No.107, US2009-19,
pp.31-36, 千葉 (2009 年 6 月).
受賞
[28] 寺 田 篤 司 ： 情 報 処 理 学 会 全 国 大 会 学 生 奨 励 賞
(2010 年 3 月)．
[17] 出口明子, 楠房子, 武田義明, 山口悦司, 稲垣成哲,
杉本雅則: 環境学習における実世界と仮想世界と
の関連付けを支援するデジタル植生遷移ゲームの
開発と評価, 日本科学教育学会第 33 回年会, 京都
(2009 年 8 月).
[29] 伊藤 俊夫：東京大学工学系研究科長賞 (2010 年 3
月)．
[30] 中村 成希：東京大学工学部長賞 (2010 年 3 月)．
[18] 米 海鵬, Aleksander Krzywinski, 藤田 智樹, 杉本
雅則：マルチタッチ入力とロボットトラッキングの
ためのテーブルトップ環境. エンタテインメントコ
49
浅見・川原研究室
Asami and Kawahara Laboratory
研究現況
Current Research Projects
地図上に図示する機能を備えている．
In order to enhance the understanding of spectrum
allocation and utilization, a SpectrumMap is proposed. It’s a
visual / graphic representation of the spectrum resources,
built from large volume RF data collected in time-varying and
space-varying fashion.
1.
3.
(http://www.akg.t.u-tokyo.ac.jp)
新世代ネットワーク管理技術
浅見徹・川原圭博・Ahmad Kamil Abdul Hamid
Network Management Technology for New
Generation Network
Tohru Asami, Yoshihiro Kawahara, and Ahmad
Kamil Abdul Hamid
電子機器の無線通信化は進んでいるにもかかわらず，
電源の無線化には依然として技術課題が多い．本研究で
は，室内などの空間において，配線の手間や電池交換や
充電といった手間を必要としない，低コストで高効率，
そして安全性の高い無線電力供給方式を提案，開発して
いる．面上に多数のアンテナを配置し，その間を磁界共
振結合によるマルチホップ無線電力伝送を行うことで，
既存研究に比べ設置コストが小さく，位置ずれに強い無
線電力伝送が可能である．また，我々は最適な伝送効率
に合わせる方法として，周波数マッチング方式を用いる
ことで効果的に電力の経路制御が可能になる．
Even though wireless communication system has prevailed,
as for wireless energy transfer, many research issues are left
undone. We propose and develop a low-cost, efficient, and
safe wireless power transmission method for indoor
environment. By locating many antennas on a plane and
transferring power between those antennas via magnetic
resonant coupling, the method can be a low cost solution and
more tolerant of position gap than existing researches. As an
adjusting method of transfer efficiency, we exploit frequent
matching technology to effectively control the path of
wireless power line.
現在のクラウドコンピューティング向けの管理システ
ムは，元来コンピュータやサーバの管理に使われて来た
システムを踏襲している．これらの管理システムは仮想
化のことを考慮して設計されているとは言い難く，物理
サーバ上で稼働する仮想マシン(VM)は独立したホスト
としてとらえられ，物理サーバと VM の相互の影響をと
らえ，可視化することは難しかった．それゆえ，クラウ
ドコンピューティング環境で備えるべきサーバの統合や
VM マイグレーションをサポートすることができない．
我々は，細粒度でモニタリングが可能であり，物理ホス
トと VM の関係性を含めたリソースのマッピングが可能
な，クラウドコンピューティング向けの管理モデルを提
案している．
Current management systems of cloud computing
infrastructure are typically inherited from the systems used to
administrate and manage computers and servers. Since these
management systems are built without virtualization in mind,
virtual machines (VMs) running on the native host are treated
as separate servers and therefore the management systems
have a major disability in visualizing the interactions of
resource consumptions between the native host and its VMs.
Thus, it resulted in the lacking of other functionalities such as
server consolidation and migration. Our work attempts at
defining the fundamental architecture required in management
systems of cloud computing. We start by proposing a cloud
computing management model which performs twofold
critical functions (a) comprehensive monitoring, and (b)
two-level mapping process, that serve as the basis for
analyzing the correlations between VMs and physical host.
2.
マルチホップ無線電力伝送方式
川原圭博・浅見徹
Multihop Wireless Power Transfer Method
Yoshihiro Kawahara and Tohru Asami
4.
コグニティブ無線に向けたスペクトラム情報
可視化
浅見徹・川原圭博・Li Yun
Spectrum Visualization for Cognitive Radio
Tohru Asami, Yoshihiro Kawahara, and Li Yun
無線周波数のリソースの効率的な利用を促進するため
に，スペクトラム可視化システム Spectrum Map の開発に
取り組んでいる．Spectrum Map は時々刻々と変化する周
波数利用状況に関する膨大なデータを蓄積および処理し，
50
エナジーハーベスティングに関する研究
川原圭博・浅見徹
Energy Harvesting
Yoshihiro Kawahara and Tohru Asami
太陽電池や圧電素子などを用いて環境中の微小な電力
を回収し，電子機器を電池交換なしで永続的に動作させ
るエナジーハーベスティングに関する研究が注目されて
いる．エナジーハーベスティングの実現には発電素子の
高効率化だけでは不十分であり，得られるエネルギーと
機器で利用するエネルギーのバランスを考え，システム
として最適な動作戦略を立てなければならない．
本研究では，放送通信用電波をエネルギー源とするセ
ンサネットワークの実現を目指して研究を進めている．
現在のところ，東京タワー周辺では，デジタルテレビ帯
の電波からレクテナを用いて数百 μW から数 mW の電力
を得ることが可能であった．環境電波からの給電は，時
間的・空間的変動が大きいほか，無線センサネットワー
クのノードでは実行タスクに応じて消費電力が大きく変
論文・著書一覧（2009 年度）
Publications List
動する．本研究では，獲得電力量に応じて，センサネッ
トワークタスクのデューティーサイクルを制御する仕組
み適用し，温度情報などをセンシングするプロトタイプ
を制作している．
Energy harvesting is the way to derive energy from an
ambient energy source such as solar, vibration, etc. It is a key
technology to break the brick wall that prevents real world
deployment of wireless sensor networks. Since the energy that
can be obtained from ambient energy sources is scarce, a
strategy to balance the harvested energy and the power
consumption is essential in energy harvesting systems.
We exploit ambient RF signal of TV broadcasts as an
energy source to power wireless sensor nodes. Results show
that obtaining a few mW using RF energy harvesting near
Tokyo tower is possible. The energy generated from an energy
harvester varies in time and space. In addition, the power
consumption differs depending on task to task. We proposed a
duty cycle determination method for our system, and
developed a sensor node prototype that is capable of sensing
temperature data and charge voltage data.
研究論文
[1]
川原圭博，塚田恵佑，浅見徹，“放送通信用電波か
らのエネルギー. ハーベストに関する定量調査，”
情 報 処 理 学 会 論 文 誌 ， Vol.51,. No.3, pp.824-834,
March 2010.
国際会議論文
51
[2]
A. Viratanapanu, Y. Kawahara, and T. Asami: “An
Empirical Study on The Effect of Sensor’s Position and
User Adaptation for Activity Recognition,” the Seventh
International Conference on Pervasive Computing
(Pervasive 2009), Late Breaking Results, May 2009.
[3]
Y. Kawahara, K. Tsukada, and T. Asami: “Feasibility and
Potential Application of Power Scavenging from
Environmental RF Signals,” IEEE International
Symposium on Antennas and Propagation and
USNC/URSI National Radio Science Meeting (APS
URSI 2009), Charleston, U.S.A, Jun. 2009.
[4]
Y. Kawahara and T. Asami: “Toward Energy Harvesting
for Wireless Sensor Networks,” 2009 International
Microwave Symposium (IMS2009),Workshop of
Modern RFID: Inkjet Printing of “Green” RFID and
RFID-enabled Sensors on Flexible Substrates, Jun.
2009.(invited talk)
[5]
K. Wada, Y. Kawahara, and T. Asami: “A Design of
XML Schema for Information Presentation System using
Augmented Reality in New Generation Network
Management,”In Proceeding of ITU-T Kaleidoscope
event, Aug 2009.
[6]
Y. Li, T. Tran Quang, Y. Kawahara, T. Asami and M.
Kusunoki: “Building a Spectrum Map for Future
Cognitive Radio Technology,” ACM MobiCom’09
Workshop on Cognitive Radio Networks (CoRoNet),
Beijing, China, Sep. 2009.
[7]
Y. Kawahara, Y. Kawahara, A. K. A. Hamid, T.Y. Song,
K. Wada, T. Asami: “Network Management Architecture
Toward Universal Communication,” In proceedings of
3rd International Universal Communication Symposium
IUCS 2009, Tokyo, Japan, December 2009 (invited talk)
[8]
Y. Kawahara, V. Lakafosis, Y. Sawakami, H. Nishimoto,
T. Asami: “Design Issues for Energy Harvesting Enabled
Wireless Sensing Systems,” In proceedings of
APMC2009: Asia-Pacific Microwave Conference 2009,
Singapore, December 2009
[9]
R. Vyas, V. Lakafosis, T. Wu, Y. Kawahara, and M. M.
Tentzeris: “Near-perpetual operated solar and RF
powered Autonomous Sensing Systems,” In proceedings
of APMC2009: Asia-Pacific Microwave Conference
2009, Singapore, December 2009
IA2009-95, pp. 77-82, Feb. 2010.
[21] 澤上 佳希, 西本 寛, Vasileios Lakafosis, 川原 圭博,
浅見 徹:”ワイヤレスセンサーネットワークのため
のエネルギー分散手法の検討,” 電子情報通信学会
ソサイエティ大会,B-20-17, September 2009.
[10] T. Miyasaka, Y. Kawahara, and T. Asami: “A Bulk
Transfer Agent for Improving Data Communication
Efficiency in Bullet Trains,”Workshop on Vehicular
Communications, Networks, and Applications (VCNA
2009),Kaohsiung, Taiwan, December 2009
[22] 西本 寛, 川原 圭博, 浅見 徹:”センサネットワーク
のための各種無線電力伝送方式の比較,” 電子情報
通 信 学 会 ソ サ イ エ テ ィ 大 会 ,B-20-18, September
2009.
[11] A. K. A. Hamid, Y. Kawahara, T. Asami, “Web Cache
Design for Efficient SNMP Monitoring Towards
Realizing Globalization in Network Management,
“IEEE INFOCOM 2010, San Diego, USA, March 2010.
シンポジウム・研究会・大会等発表
[23] 宮坂 拓也, 川原 圭博, 浅見 徹:”環境電磁界からの
再生エネルギーを用いたバッテリレス無線センサ
ーネットワークの検討,” 電子情報通信学会 ソサイ
エティ大会,B-20-19, September 2009.
[12] A. K. A. Hamid, Y. Kawahara, T. Asami, “Performance
Analysis of REST-based Active Proxy in Network
Management”, Workshop of Internet Technology,
Furano, Hokkaido, June 2009.
[24] 宋 泰永, 川原 圭博, 浅見 徹:”SNS をアクセス制
御に利用した DLNA コンテンツ共有システムの評
価,” 電子情報通信学会 ソサイエティ大会,BS-5-7,
September 2009.
[13] 川原 圭博, 塚田 恵佑, 浅見 徹:“送通信用電波から
のエネルギーハーベストに関する定量調査, ”情報
処理学会 マルチメディア，分散，協調とモバイル
(DICOMO2009)シンポジウム論文集, vol.2009, no.1,
pp.1754 - 1763, July 2009.(優秀プレゼンテーション
賞受賞)
[25] Q. T. Tran, Y. Li, V. Lakafosis, Y. Kawahara, T.
Asami:”Requirements for an RF Spectrum Map Data
Exchange Format,” 電子情報通信学会 ソサイエティ
大会,B-6-35, September 2009.
[26] 川原 圭博, 瀬崎 薫, 浅見 徹:”Web サービス連携に
よるアプリケーションからのネットワーク制御管
理 技 術 ,” 電 子 情 報 通 信 学 会 ソ サ イ エ テ ィ 大
会,B-16-3, September 2009.
[14] A. K. A. Hamid, Y. Kawahara, T. Asami, “Cache design
for RESTful Active Proxy for efficient SNMP
monitoring”信学技報, vol. 109, no. 276, IN2009-70, pp.
11-16, Nov. 2009. (第 16 回情報ネットワーク研究賞)
[27] Y. Li, T. T. Quang, Y. Kawahara, T. Asami, M.
Kusunoki:”Visualizing Spectrum Utilisation of Tokyo
Area,” 電 子 情 報 通 信 学 会 ソ サ イ エ テ ィ 大
会,BS-10-24, September 2009.
[15] L. Valnarov, L. N. Bui, Y. Kawahara, and T. Asami,
“Packet Loss Tolerance of Extensible Authentication
Protocol,”信学技報, vol. 109, no. 351, IA2009-69, pp.
21-26, Dec. 2009.
[28] 笠 七菜実, 川原 圭博, 浅見 徹:”CGM 型 Web サー
ビスにおけるユーザ行動解析モデル,” 電子情報通
信学会 ソサイエティ大会,B-15-6, September 2009.
[16] A. Viratanapanu, A. K. A. Hamid, Y. Kawahara, and T.
Asami, “Resource Monitoring System Design for Server
Consolidation, “ 信 学 技 報 , vol. 109, no. 463,
ICM2009-59, pp. 81-86, March 2010.
[29] J. Jung, 川原 圭博, 横澤一彦, 浅見 徹:”デスクトッ
プウィジェットが作業に与える影響,” 電子情報通
信学会 ソサイエティ大会,B-15-7, September 2009.
[17] 池田尚哉,渡辺義則,正村雄介,浅見 徹,”大規模エッ
ジルータと高速トラヒックモニタリング,”信学技報,
vol. 109, no. 421, IA2009-90, pp. 47-52, Feb. 2010.
[30] 山田 和弘, 坂井 洋介, 鈴木 貴敦, 川原 圭博, 浅
見 徹:”東海道新幹線における車内インターネット
接続の ICMP による通信特性の測定,” 電子情報通
信学会 ソサイエティ大会,B-15-21, September 2009.
[18] 黒須隆行, 谷澤 健, 来見田淳也, 並木 周, 秋本
良一,鍬塚治彦,狭間壽文,石川浩,関口茂昭,安岡奈美,
森戸 健,小山田公之, 浅見 徹,”光 時分割多重を
用いたスーパーハイビジョン映像の伝送,” 信学技
報, vol. 109, no. 421, IA2009-91, pp. 53-58, Feb. 2010.
[31] 鈴木 貴敦, 川原 圭博, 浅見 徹:”LCX を利用した通
信システムの TCP 通信性能特性,” 電子情報通信学
会 ソサイエティ大会,B-15-22, September 2009.
[32] 山田和弘,坂井洋介,鈴木貴敦,川原圭博,浅見徹:”高速
移動環境における Wi-Fi を利用した通信システム”
電子情報通信学会 総合大会, B-15-32, March 2009.
[19] 中戸川 剛, 中村円香, 小山田公之, 尾中 寛, 並
木 周, 浅見 徹, “非圧縮 SHV 信号の OTU3 フレー
ムによる光伝送実験,”信学技報, vol. 109, no. 421,
IA2009-92, pp. 59-64, Feb. 2010.
[33] 鈴木貴敦,山田和弘,川原圭博,浅見徹:”Wi-Fi を利用
した通信システムの通信性能評価”電子情報通信学
会 総合大会, B-15-33, March 2010.
[20] 浅見 徹, 並木 周, 尾中 寛, 池田尚哉, 西村信
治,”省エネルギー化に向けた高効率ネットワークデ
バイス技術の 現状,”信学技 報, vol. 109, no. 421,
[34] 澤上佳希,川原圭博,浅見徹:”電磁共鳴式無線電力伝
送のマルチホップ性能評価”電子情報通信学会 総
52
合大会, B-20-38, March 2010.
[35] 宮坂拓也,川原圭博,浅見徹:”エネルギーハーべステ
ィング WSN における MAC プロトコルを意識した
エネルギー管理手法の提案”電子情報通信学 会 総
合大会, B-20-39, March 2010.
[36] 西本寛,川原圭博,浅見徹:”環境電磁界からの電力再
生を用いたセンサネットワークプロトタイプ”電子
情報通信学会 総合大会, B-20-59, March 2010.
[37] 川原圭博:”センサネットワークのためのエナジーハ
ーベスティングの研究動向”電子情報通信学会 総
合大会, BT-5-4, March 2010.
[38] L. Bui, K. Wada, Y. Kawahara, and T. Asami:”An
Extension of IEEE802.1X for Nomadic VLAN”電子情
報通信学会 総合大会, BS-3-14, March 2010.
[39] A. K. A. Hamid, A. Viratanapanu, Y. Kawahara, and T.
Asami, “Structure and Functions of Management
Systems for Cloud Computing Infrastructure”電子情報
通信学会 総合大会, BS-3-14, March 2010.
[40] ジェユン ジョン，川原圭博，横澤一彦，浅見徹，”
ユーザの情報認知特性を考慮したデスクトップウ
ィジェット，”情報処理学会全国大会，6Z-2，March
2010．
[41] 和田 佳，A. K. A. Hamid，川原圭博，浅見 徹，”
実空間指向ネットワーク障害診断システムの実装
と評価，”情報処理学会全国大会，6ZA-3，March 2010．
[42] 川原圭博，浅見徹，”RF エナジーハーベスティング
による無線センサネットワークのノード構成の検
討，”情報処理学会全国大会，4F- 1，March 2010．
53
相田研究室
Aida Laboratory
3.
(http://www.aida.t.u-tokyo.ac.jp)
研究現況
Current Research Projects
1.
ゲーム理論に基づいて低消費電力の無線センサネット
ワークを実現する方式について、協調クラスタリング、
マルチホップ通信方式の 2 つの手法について検討を行っ
た。
また、コグニティブ無線において、基地局間で複数チ
ャンネルを共有する際に、利用者の効用モデルに基づき、
それを最大とするような電力制御法を計算機シミュレー
ションにより求めた
In this research, we applied game theory to achieve low
power consumption in wireless sensor network with both
cooperative clustering and multi-hop communication
approach.
We also studied about the power control method which
maximizes utility of the users in cognitive radio system in
which multiple channels are shared by base stations.
メタ情報を付加した情報の流通および活用
相田 仁、神堀 真也、佐伯 嘉康
Distribution and Utilization of Information with
Meta-Information
H. Aida, S. Kambori and Y. Saeki
近年、我々は様々なコミュニケーションツールを通じ
て膨大な量の情報を受信しており、その中から真に必要
な情報を探し出すことが困難になってきている。そこで
電子メールシステムに焦点を当て、電子メールにより受
信する情報を整理し必要な情報を発見することを支援す
るシステムにつき検討を行った。
また、ネットワーク上に存在する全てのデータがデー
タとは別に機械が解釈出来る「意味のデータ」を持ち、
それを流通・共有する事で、ユーザが自由にネットワー
クに参加し、情報を参照し合うことが可能な P2P ネット
ワークの構築について研究を行った。
We receive a large amount of information from various
communication tools, which makes it difficult to find
necessary items from such a lot of information. Our research
focuses on e-mail systems and discussed about a system
which organizes information received via e-mails so that we
can find necessary information in it.
In addition, we take particular note of the information of
data called metadata and build a P2P network system in which
users can freely join and exchange information by organizing
all data by understanding metadata on them.
2.
無線センサネットワーク・コグニティブ無線
相田 仁、景 輝、森川 貴康、碇 壮太
Wireless Sensor Network and Cognitive Radio
H. Aida, Hui Jing, T. Morikawa and S. Ikari
4.
マルチメディア情報処理
相田 仁、大泉 拓
Multimedia Information Processing
H. Aida and T. Oizumi
視聴者からコメントが付加される動画配信システムに
おいて、付加されたコメントの量などを時間軸上で畳み
込むことで、各時刻におけるその動画の「面白さの値」
を算出し、長時間の動画から「面白い部分」だけを抜き
出してアーカイブ化する手法を提案・実装して、アンケ
ート調査を行うことでその有効性を確認した。
In this research, we applied time-domain convolution to the
amount of comments annotated by viewers of video delivery
system to obtain “enjoy factor”. It is then used to select
“enjoyable parts” from long video sequence for archiving.
Results of user survey showed the effectiveness of the
proposed method.
グリッド・クラウドコンピューティング
相田 仁、アウレリオ アキラ メーロ マツイ
Grid and Cloud Computing
H. Aida and A. A. M. Matsui
5.
ユーザ参加型無線 LAN 位置測定システムの高
精度化
相田 仁、藤木 慎太郎
Improvement of the accuracy of user collaborative
WiFi location system
H. Aida and S. Fujiki
グリッドサービスが提供される環境はいくつもの管理
ドメインにまたがっており、グリッドサービスを構成す
る際には、それらが常に利用可能であるとは限らないこ
と、非同期な通信が必要とされることなどから、高度な
調整メカニズムが必要となる。本研究ではアスペクト指
向プログラミングと呼ばれる手法を用いて、グリッドサ
ービスを容易に構成する手法について検討した。
Creating Grid services need sophisticated orchestration
mechanism because their environments are partitioned into
disjoint administrative domains which are not always
available and asynchronous communication among them are
required. In this research, we are investigating a method to
compose Grid services using Aspect Oriented Programming.
ユーザ参加型無線 LAN 位置測定システムでは、多数の
ユーザから収集された、測定条件の異なるデータに基づ
いて位置推定を行うため、精度の劣化を招いていた。
そこで本研究では、収集された測定データを、測定条
件ごとに有意差があるかどうか判定して適切なクラスタ
リングを行った上で、測定結果のバラツキをモデル化し、
それに基づき最尤推定を行うことで、測定精度の向上を
図った。
大学の建物内外で行った実験例では、屋内外を区別し
54
論文・著書一覧（2009 年度）
Publications List
ないモデルを用いた場合の位置推定精度が 12m 程度であ
ったのに対し、別々にモデル化した場合は約 6m と、大
幅に推定精度を改善することができた。
Accuracy of user collaborative WiFi location system suffers
from the fact it depends on data collected by many users
under heterogeneous conditions.
In this research, collected data are properly clustered by
judging whether significant difference exist between
measuring conditions. Next, a model of the distribution of
each cluster is constructed and used by maximum likelihood
estimation.
In the experimental results obtained indoor and outdoor of
university buildings, the accuracy of the measurement based
on mixed indoor-outdoor model is about 12m, while accuracy
based on separate models are about 6m, which shows the
effectiveness of our approach.
6.
国際会議論文
異種ネットワーク間ハンドオーバーのための
階層型サーバシステム
相田 仁、アブクデース アマニ
Vertical Handover Support by means of
Hierarchical Network Information Servers
H. Aida and Amani Abuqudais
異なる無線技術に基づくネットワーク間でハンドオー
バーを行おうとする際には、現在使用中の無線技術以外
のネットワークの存在や負荷状況をどのようにして取得
するかが大きな問題となる。
そこで本研究では、インターネットにおけるドメイン
名前システムと同様な階層型のサーバシステムを構築し、
その上に各ネットワークの地理的位置や負荷状況に関す
る情報を載せることで、複数の無線インタフェースを
ON にしなくても、効率よいハンドオーバーを行うこと
のできる方式を提案し、シミュレーションによりその有
効性を示した。
Handover across different radio access technologies is
called vertical handover. In vertical handovers, how to get
information of the networks of the technologies other than
currently connected network is a very important factor in the
target network decision and cannot be obtained using
traditional network discovery methods.
In this research, we proposed hierarchical server system
similar to the domain name system in the Internet, which
provide geographical and load information of access networks.
Simulation results showed that efficient handover could be
done without powering multiple wireless interfaces ON.
[1]
Shinya Kambori and Hitoshi Aida, E-mail-based
Information Utilization System, Proc. 2009 International
Symposium on Applications and the Internet
(SAINT2009), Seattle, USA (2009.7).
[2]
Hui Jing and H. Aida, A Cooperative Game Theoretic
Approach to Clustering Algorithms for Wireless Sensor
Networks, Proc. 2009 IEEE Pacific Rim Conference on
Communications, Computers and Signal Processing
(PACRIM2009), Victoria, Canada, M16-1 (2009.8).
[3]
Shinya Kambori and H. Aida, Keyword Definition on
E-mail-based Information Utilization System, Proc.
2009 IEEE Pacific Rim Conference on Communications,
Computers and Signal Processing (PACRIM2009),
Victoria, Canada, M24-1 (2009.8).
[4]
Yoshiyasu Saeki and H. Aida, Proposal for a semantic
data categorization system through reusing metadata,
Proc. 2009 IEEE Pacific Rim Conference on
Communications, Computers and Signal Processing
(PACRIM2009), Victoria, Canada, T12-3 (2009.8).
[5]
Aurelio Akira Mello Matsui and H. Aida, Refinements to
Task Control in the Aspect-Oriented Programming
Model for Computing Grids, Proc. 2009 IEEE Pacific
Rim Conference on Communications, Computers and
Signal Processing (PACRIM2009), Victoria, Canada,
T44-6 (2009.8).
[6]
Emi Yamamoto, Hitoshi Aida and Makoto Yoshida:
Informatization of Education at the University of Tokyo
 Utilization of the UT OpenCourseWare , Proc. 1st
Asia Regional OCW Conference 2009, Seoul, Korea
(2009.11).
シンポジウム・研究会・大会等発表
[7]
佐伯 嘉康, 相田 仁, 適切なメタデータを活用した
データの流通と再利用支援システムの提案, マルチ
メディア，分散，協調とモバイル (DICOMO2009) シ
ンポジウム, 7B-3, pp.1452-1456 (2009.7).
[8]
佐伯 嘉康, 相田 仁, 意味データを解釈するエージ
ェントを用いたデータ活用環境の開発, 情報処理学
会創立 50 周年記念全国大会, 3S-9 (2010.3).
[9]
大泉 拓, 相田 仁, コメント付きユーザ配信型ライ
ブ放送の「面白い部分」を抜き出したアーカイブ化,
情 報 処 理 学 会 創 立 50 周 年 記 念 全 国 大 会 , 3Y-7
(2010.3).
[10] 森川 貴康, 相田 仁, コグニティブ無線における基
地局電力制御によるユーザ効用の最大化, 情報処理
55
学会創立 50 周年記念全国大会, 5Z-5 (2010.3).
[11] 藤木 慎太郎, 相田 仁, ユーザ参加型無線 LAN 位置
測定システムにおけるアクセスポイント移設の検
出法, 情報処理学会創立 50 周年記念全国大会,
2ZB-1 (2010.3).
[12] Amani ABUQDAIS and H. Aida, A Global Network
Information Architecture for Handover Support in
Heterogeneous Networks, 情報処理学会創立 50 周年
記念全国大会, 5ZB-8 (2010.3).
その他
[13] 相 田 仁 : 旅 行 中 の コ ネ ク テ ィ ビ テ ィ , NTT
DOCOMO テクニカル・ジャーナル, Vol.17, No.4,
pp.4-5 (2010.1).
56
江崎 研究室
Esaki Laboratory
行った。
Peer-to-Peer (P2P) technology and architecture is to
achieve distributed and effective contents delivery
platform , that is sitting on the IP infrastructure, i.e.,
overlay network on Internet. P2P architecture is
message oriented data delivery system, with the
introduction of various component technologies, such
as network cache, network DMA and network virtual
memory. In this research activity, we have proposed and
evaluated the inter-domain routing control for P2P
system.
(http://www.hongo.wide.ad.jp)
研究現況
Current Research Projects
1.
次世代インターネットアーキテクチャ
江崎 浩
Next Generation Internet Architecture
H.ESAKI
21 世紀の情報通信システムに資する次世代インターネ
ットアーキテクチャの要求条件を整理し、そのアーキテ
クチャを検討し提案している。P2P 技術、DTN 技術、ク
ラウド技術など、新しく必要となる要素技術の研究のみ
ならず統治アーキテクチャを含む研究を推進した。
The existing Internet architecture can not provide sufficient
functionalities that the next generation Internet is going to
require. The new architecture must have interoperability and
migration capability for practical operation.
We have
proposed new architecture paradigm and framework.
2.
4.
ブロードバンドインターネット環境の整備と進展は、
アプリケーションの動作がインターネットへの接続性の
存在を前提としており、インターネットへの接続性を喪
失した環境では、ほとんどのアプリケーションが事実上
動作しない。 本研究では、このような問題を実践的に、
あるいは根本的に解決するシステムアーキテクチャの研
究開発を推進している。
The success of broadband Internet leads to the system
assumption for the major applications, where the computer
has been always on the net. Therefore, without internet
connectivity, most of useful applications do not work. In this
research activity, the practical and fundamental system
architecture to solve this issue.
グリーン東大工学部プロジェクト
江崎 浩, 落合 秀也
Green University of Tokyo Project
Hiroshi ESAKI, Hideya OCHIAI
インターネットアーキテクチャに基づいた次世代オー
プン ファシリティーネットワークのアーキテクチャな
らびに実装・評価、国際標準化を推進した。 プロジェク
トの推進にあたっては、40 以上の組織から構成される産
学連携コンソーシアムを創成して研究開発を推進した。
We have established a R&D consortium, with more than 40
organizations from industry and academia, for next generation
open facility network system. It includes not only
architectural aspect, but also practical implementation using
our live building (Engineering Building No.2) or global
standardization activities.
3.
アドホックネットワークアーキテクチャ
江崎浩, 藤田 祥, 落合 秀也
Ad Hoc Network Architecture
H.ESAKI, S.FUJITA, H.OCHIAI
5.
仮想マシンを用いた広域分散基盤
江崎 浩, 金海 好彦, 杉田毅博, 川上雄也
AAA Architecture for Large Scale Sensor Network
H.ESAKI, Y.KANAUMI, T.SUGITA,
Y.KAWAKAMI
Peer-to-Peer システムアーキテクチャ
江崎 浩, 浅井 大史、土井 裕介、趙越、下忠健一
Peer-to-Peer System Architecture
H.ESAKI, H.ASAI, Y.DO, K.SHIMOTADA
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
Peer-to-Peer システムアーキテクチャの研究開発を行っ
ている。ファイル共有を実現するために研究開発された
P2P 技術は、近年、インターネットにおける新しいアー
キテクチャパラダイムの実現に向けた要素機能を提供し、
さらに効率的なデータ配信を実現するアーキテクチャフ
レームワークとしての利用の可能性が認識されつつある。
P2P システムにおけるトラフィックエンジニアリングを
Inter-ISP で実現するための経路制御技術の提案と評価を
57
仮想化技術は計算機システムの信頼性向上と省エネ・
環境改善に資するシステム技術である。本研究では、グ
リーン東大工学部プロジェクト等ファシリティーネット
ワーキングシステム関する基盤研究を行っている。
The facility networks, e.g., factory automation or building
automation, tends to introduce the open networking
technology based on TCP/IP. In this research, we try to
establish the scalable virtual machine platform, which enable
eco-system, which achieves continuous innovations while
achieving the energy saving and environment protection.
6.
Live E! プロジェクト
江崎浩、落合秀也
Live E! Project; Large Scale Sensor Network
H.ESAKI, H.OCHIAI
インターネット上に展開する大量のセンサーノードや
ホストが生成するデジタル情報が、自律的にかつ自由に
論文・著書一覧（2009 年度）
Publications List
流通し再利用される基盤を構築するアーキテクチャの研
究開発を実証実験を進めている。
Deployment of sensor network generate huge amount of
digital information ubiquitously, and we need a new internet
architecture to handle these digital information, while
preserving the original architecture of Internet.
研究論文
[1] 江崎,「インターネット技術を用いたオープン環境・
省エネ対策」,映像情報メディア学会 学会誌, Vol.63,
No.4. pp.423-427, 2009 年 4 月.
DTN アーキテクチャ
江崎 浩, 落合 秀也、藤田 祥, 下忠 健一
Kaveevivitchai Sathita, Lert Leela
DTN(Delay Tolerant Network) Architecture
H.ESAKI, H.OCHIAI, S.FUJITA, K.SHIMOTADA,
K.SATHITA, L.LEELA
7.
[2] 江崎, 「我が国のインターネットトラフィックの実態
から見たネット中立性に関する問題点の考察」、電
子情報通信学会、通信ソサイエティマガジン、No.9(6
月号), 2009 年 6 月
[3] Sergio CARRILHO, Hiroshi ESAKI, "A Pub/Sub
Message Distribution Architecture for Disruption Tolerant
Networks", IEICE Special Section of Transactions on
Information
and
Systems,
Vol.E92-D
No.10.,
pp.1888-1896, October 2009.
モバイルネット、アドホックネットにおいては、特に
大きな遅延に対応可能なシステムアーキテクチャが必要
となる。 これまでの UNIX システムにおけるデータ通
信モデルは、小さな遅延時間と常時接続を前提としてお
り、ほとんどのアプリケーションは、DTN 環境では良好
に動作することが難しい。本研究では、DTN アーキテク
チャの検討を行い、プロトタイプシステムの実装を行う。
In the mobile and ad hoc network environment, the
computer system must come up with large delay. In other
words, the delay tolerant system architecture must be newly
introduced. The existing legacy UNIX system could not aooly
to such a large delay communication and does need new
architecture framework. In this research, a new
communication model must be proposed and be implemented.
8.
[4] Sho Fujita, Keiichi Shima, Yuijro Uo, Hiroshi Esaki, "A
Decentralized VPN Service over Generalized Mobile
Ad-Hoc Networks", IEICE Special Section of
Transactions on Information and Systems, Vol.E92-D
No.10.,pp.1897-1904, October 2009.
[5] H.Ochiai, H.Esaki, "Accuracy-Based Cache Consistency
Management for Numerical Object Replication",
IEEE/IPSJ SAINT2008, Turuk, Finland, August 2008.
国際会議論文
[6] Y.Himura, K.Fukuda, K.Cho,H.Esaki, "Quantifying
Host-based Application Traf?c with Multi-Scale Gamma
Model", PAM2009 Student Workshop, Seoul, South
Korea April, 2009
インターネットトラフィックの計測と解析
江崎 浩, 肥村 洋輔、浅井 大史
Measurement and Analysis of Internet Traffic
H.ESAKI, Y. HIMURA
[7] Y.Himura, K.Fukuda, K.Cho, H.Esaki, "An Automaic and
Dynamic Parameter Tuning of a Statistics-based Anomaly
Detection Algorithm", IEEE ICC 2009, pp.6-11, Dresden,
June 2009
インターネットのトラフィック特性は、急速に変化し
ており、それに対応するトラフィック制御フレームワー
クが確立されなければならない。 本研究では、WIDE プ
ロジェクトおよび商用 ISP のトラフィックの実データを
測定・解析し、その特性を把握し、セキュリティー対策
など資する制御手法への応用を展開する。また、インタ
ーネットの接続トポロジーを測定データから推察する有
効な手法の提案・評価も行った。
The Internet traffic has been always changed and is not easy
to measure. In this research, we collaborate with WIDE
project and commercial ISPes to measure and analyze the real
Internet traffic. Based on the real Internet traffic, we have
proposed an effective traffic engineering method. Also, the
publish of these analyzed traffic data is useful and unique data
to research and business community. Also, we proposed and
evaluated the topology estimation using the actual traffic and
routing information obtained by live networks.
[8] Sathita Kaveevivitchai, H.Ochiai, H.Esaki, "Message
Deletion and Mobility Patterns for Efficient Message
Delivery in DTNs", PerCom 2010 (Eighth Annual IEEE
International Conference on Pervasive Computing and
Communications), Mannheim, Germany, March 29 April 2, 2010.
[9]
H.Ochiai, K.Shimotada, H.Esaki, "DTIPN: Delay
Tolerant IP Networking for Opportunistic Network
Applications", ACM MobiOpp 2010, Pisa, Italy, February
2010.
[10] H.Asai, H.Esaki, "AURORA: Autonomous System
Relationships-aware Overlay Routing Architecture in P2P
CDNs," Asia Future Internet summer school, Jeju, Korea,
Aug., 2009
58
[11] H.Esaki, "Eco-System Design Based on Internet
Architecture
Framework",
EcoDesign
2009,
Sapporo(Japan), December 2009.
[12] K.Yoshida, H.Esaki, "Energy Saving with ICT --Green
Universwity of Tokyo Project--", EcoDesign 2009,
Sapporo(Japan), December 2009.
[13] H.Ochiai,
N.Fujiwara,
H.Esaki,
"Green
UT
Energy-Aware Facility Networking: a Challenge to the
Standardization of Architectureand its Protocol",
EcoDesign 2009, Sapporo(Japan), December 2009.
[14] H.Ochiai, K.Shimotada, H.Esaki, "IP over DTN:
Large-Delay Asynchronous Packet Delivery in the
Internet", IEEE E-DTN2009, St.Petersburg, October 2009
[15] H.Ochiai, H.Esaki, "Toward Open Facility Networking:
Semantics
Management
for
Higher-Level
Interoperability", 2nd Asia Future Internet Workshop, Jeju,
Korea, August 2009.
[16] A.Sugiyama, H.Ochiai, H.Esaki, "CCDM: Central
Controller-based Device Management Architecture and
Method to Split Management Scripts", IEEE/IPSJ
SAINT2009, Seattle, USA, July 2009.
[17] Kaveevivitchai Sathita, H.Ochiai, H.Esaki, "RainWatch
Project: Location-Awared Realtime Detection and
Notification of Rain on Internet-Based Sensor Network",
IEEE/IPSJ SAINT2009, Seattle, USA, July 2009.
59
森川研究室
Morikawa Laboratory
Green Networks
H. Morikawa, M. Minami, H. Imaizumi,
M. Suzuki, T. Yamamoto, F. Panjaitan, Y. Okamura,
K. Iwamoto, H. Kakuta, and H. Suganuma
(http://www.mlab.t.u-tokyo.ac.jp)
研究現況
Current Research Projects
1.
センサネットワーク
森川 博之・南 正輝・猿渡 俊介・
鈴木 誠・森戸 貴・劉 進志・
シトルス ティモティ ラウレンス・
高木潤一郎・白 先暳・黒岩 拓人・
Sensor Networks
H. Morikawa, M. Minami, S. Saruwatari,
M. Suzuki, T. Morito, J. Li, T. Lawrence,
J. Takagi, S Baek, and T. Kuroiwa
ユビキタスネットワーク環境を実現するためには，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の
中に取り込むかが課題である．これに向けてセンサネッ
トワークグループでは，無線センサネットワーク技術に
着目し，無線センサネットワークの通信技術から，OS
を含めた無線センサネットワークプラットフォーム，さ
らにはセンサから取得した情報を利用するアプリケーシ
ョン技術までを包括的に研究を進めている．具体的には，
無線センサノード向けのハードリアルタイムオペレーテ
ィングシステム，1 フロア当り数十の無線センサノード
で実現される地震モニタリングアプリケーション，
NGN/IMS アーキテクチャを利用したユビキタスヘルス
モニタリングアプリケーション，環境から取得したエネ
ルギーで駆動する無線センサノード技術，加速度情報を
利用してユーザの状態を推定するコンテキスト推定技術，
無線センサネットワークのための省電力マルチコア
CPU，モバイル端末上でセンサデータを蓄積する省電力
データベース技術の研究開発を行っている．
One of the key challenges in realizing ubiquitous network
environments is that of capturing and using physical world
information in a computer network. Towards this, our group
focuses on wireless sensor networks, and performs
comprehensive research on topics such as novel wireless
communication protocols, a wireless sensor network platform,
and sensor network applications. Specifically, we are
researching on hard realtime operating system for wireless
sensor nodes, earthquake monitoring, communication
protocols for battery-less sensor nodes, user’s posture
inference mechanism from acceleration sensors, energy
efficient multicore CPU for wireless sensor networks, and a
low power sensor database system on a mobile device.
2.
グリーンネットワーク
森川 博之・南 正輝・今泉 英明・鈴木 誠・
山本享弘・フェルナンド パンジャイタン・
岡村 悠貴・岩元 啓・角田 仁・菅沼 久浩
グリーンネットワークグループでは，インターネット
や家電ネットワーク，センサネットワークなどを含む，
様々な ICT 技術における省電力化に取り組んでいる．地
球温暖化問題に端を発し，消費電力の急増している ICT
分野においても，省電力化が必須要素となっている．省
電力化手法の基本は，品質を落とさずに無駄を省く技術
である．特に LAN では平均利用率が 1%とされ，人間の
行動に深く関連する無駄が存在する．これらの無駄の発
見には，人間の行動を予測するコンテキストアウェア技
術などとの連携が不可欠である．バックボーンでは，こ
れらの行動の集約となるトラフィックが流れるため，ト
ラフィック量は一日の中で一定のパターンで変化する．
本グループでは，これらホーム，オフィス，バックボー
ンなどの多様なネットワークを対象に，それぞれネット
ワークに特化した省電力化を検討している．最終的には，
これら全てが連携したグリーンネットワークアーキテク
チャの確立を目標としている．
Green Network Group aims at reducing the power
consumption of various ICT technologies including Internet,
Home Appliance Networks, and Sensor Networks. Due to the
global warming, ICT technologies which rapidly increase
their power consumption are forced to reduce it. The basic
methodology for reducing power consumption is to eliminate
various wastes without sacrificing its quality. Especially, in
LANs where the average utilization is approximately 1%, the
waste deeply bound to human activities exists. In order to
detect such waste efficiently, the cooperation with
context-aware technologies for predicting human activities is
highly important. Accordingly, traffic in backbone networks
resulted from such activities has obvious patterns during a day
or a week. This group considers different power saving
methods specialized for each target network. Our final target
is to integrate these methods into green network architecture
where the total power consumption is efficiently reduced at
network level.
3.
無線通信システム
森川 博之・南 正輝・翁長 久・猿渡 俊介・
諸橋 知雄・金 昊俊・石田 繁巳・
瀧口 貴啓・長縄潤一・陳 宇
Wireless Communication Systems
H. Morikawa, M. Minami, H. Onaga,
S. Saruwatari, T. Morohashi, H. Kim, S. Ishida,
T. Takiguchi, J. Naganawa, and Y. Chen
携帯電話や無線 LAN の登場によって加速化されたモ
バイル端末の発展により，無線通信技術は新しい局面を
迎えている．ワイヤレスグループでは，無線通信の新し
い応用分野の創出を目指すと同時に，電波政策などの俯
60
storage for
high-density
sensor data.
development
data sharing.
瞰的な視点からも研究を進めている．具体的には，超低
消費電力な無線待ち受けを実現するウェイクアップ無線
通信方式，ロボットなどの機械を制御するために往復数
ミリ秒以内の高速なデータの送受信を実現するリアルタ
イムワイヤレス，OFDM 通信のマルチセル環境下で伝送
容量の最大化を実現するための資源管理手法，広範囲・
高密度に電波の利用状況を収集する分散スペクトラムセ
ンシングなどの研究を行っている．
Wireless communication technology moves forward to a
new phase by the progress of mobile devices, such as cell
phones and WiFi PCs. Wireless group is widely studying not
only the new application area of wireless communication, but
also spectrum management policy. We are currently working
on wakeup wireless realizing super low power listening,
realtime wireless enabling submilliseconds round trip time for
machine-to-machine communication, multi-cell resource
management for OFDM wireless access, and distributed
spectrum sensing collecting spectrum usage information from
densely placed sensor nodes.
4.
コンテキストアウェアコンピューティング
森川 博之・南 正輝・鈴木 誠・上條 浩一・
ジョン ラッセル レーン・山田 直治・
浅井 光太郎・加美 伸治・高 超・中嶋 毅彰
Context-aware Computing
H. Morikawa, M. Minami, M. Suzuki,
K. Kamijo, J. Lane, N. Yamada, K. Asai,
S. Kami, C. Gao, and T. Nakajima
現在の情報通信環境では，ユーザは必要とされる情
報を能動的に探すことを強いられている．理想的には状
況に応じて必要な情報を情報通信システム側が提示して
くれることが望ましい．状況に応じた情報提供を実現す
るためには，ユーザの状態を推定する技術が必要となる．
コンテキスト情報の研究では，環境に埋め込まれたセン
サや，携帯電話に搭載されているセンサから得られるデ
ータを蓄積し，これを分析したり，外部に公開したりす
るためのプラットフォームを中心に研究を進めている．
具体的には NGN/IMS を利用したセンサデータ蓄積技術，
研究室に設置された膨大なセンサからのデータの共有技
術，大量のセンサデータストリームを保存する技術など
を中心に研究を進めている．これらに加え，加速度セン
サを用いた行動推定や携帯電話向け移動経路推定などの
各種コンテキスト推定技術などについても研究を行って
いる．
Today's information systems force users to actively find
necessary information even in an emergency situation.
Hopefully, it is desired that the systems automatically provide
appropriate information depending on users' situation. To
enable such context-aware information services, we are
focusing on large-scale data storage system and sensor data
sharing system. Currently, we are designing a NGN/IMS
based sensor network architecture and a scalable sensor data
61
this purpose. We are also developing a
indoor sensor network testbed to gather real
The gathered data will be used not only for
of context recognition algorithms, but also for
論文・著書一覧（2009 年度）
Publications List
International Conference on Networked Sensing
Systems (INSS 2009), Pittsburgh, USA, June 2009.
[11] H. Li, M. Takagi, H. Imaizumi, and H. Morikawa:
“Preliminary Demonstration of Hybrid Optical
Switching Node with Dynamic Wavelength Resource
Allocation using SOA Switch,” n Proceedings of the
14th OptoElectronics and Communications Conference
(OECC2009), FB1, Hong Kong, July 2009.
研究論文
[1]
南 正輝, 川村 龍太郎, 森川 博之, 平原 正樹:
“【招待論文】省電力志向新世代ネットワーク,” 電
子情報通信学会論文誌, Vol.J92-B, No.4, pp. 605- 614,
Apr. 2009.
[2]
南 正輝, 猿渡 俊介: “アプリケーション指向セン
サ ネ ッ ト ワ ー ク , ” 計 測 と 制 御 , Vol.48, No.7,
pp.548-553, Jul. 2009.
[3]
上條 浩一, 南 正輝, 森川 博之: “ハイパリンク不
可視マーカ,” 電子情報通信学会論文誌, Vol. J92-D,
No. 8, pp.1425-1439, Aug. 2009.
[4]
山田 直治, 礒田 佳徳, 南 正輝, 森川 博之: “プ
レゼンスシステム実現のための無線 LAN を用いた
高確度な屋内エリア推定方式,” 情報処理学会論文
誌，Vol.50 No.8, pp. 1845-1855, Aug. 2009.
[5]
上條 浩一, 張 綱, 上條 昇, 南 正輝, 森川 博之:
“不可視バーコードにおける印刷支援システム,”
情報処理学会論文誌, Vol.50, No.11, pp. 2607-2617,
Nov. 2009.
[12] M. Takagi, H. Imaizumi, T. Tanemura, S. Iio, M.
Suehiro,Y. Nakano, and H. Morikawa: “200Gb/s
Multi-Wavelength Optical Packet Switching with 2ns
Ultra-fast Optical Switch,” in Proceedings of the 14th
OptoElectronics and Communications Conference
(OECC2009), WB5, Hong Kong, July 2009.
[13] H, Imaizumi, T. Nagata, G. Kunito, K. Yamazaki, and H.
Morikawa: “Power Saving Technique Based on Simple
Moving Average for Multi-Channel Ethernet,” in
Proceedings of the 14th OptoElectronics and
Communications Conference (OECC2009), FT3, Hong
Kong, July 2009.
[14] H. Imaizumi, K. Watabe, T. Tanemura, Y. Nakano, and H.
Morikawa: “280Gb/s Hybrid Optical Switching
Demonstration
Combining
Circuit
and
Multi-Wavelength Packet,” in Proceedings of the 14th
OptoElectronics and Communications Conference
(OECC2009), WB2, Hong Kong, July 2009.
国際会議論文
[6]
[7]
[8]
[9]
T. L. Sitorus, S. Saruwatari, H. Si, M. Minami, H.
Morikawa, J. Hjelm, K. Yasukawa, and T. Oda:
“Logging Operation History of DLNA Devices using
ARP Spoofing,” in Proceedings of The 7th International
Conference on Pervasive Computing (Pervasive 2009),
Nara, Japan, May 2009.
[15] Y. Okamura, H. Imaizumi, K. Hisadome, O. Ishida, and
H. Morikawa: “Performance Evaluation of Packet
Multiplexing
with
Flow
Aggregation
in
Multi-Wavelength Optical Packet Networks,” in
Proceedings of the 14th OptoElectronics and
Communications Conference (OECC2009), WB1, Hong
Kong, July 2009.
H. Si, S. Saruwatari, M. Minami, and H. Morikawa: “A
Stochastic Scheme to Balance Power Saving and
Response Time of Electronic Devices,” in Proceedings
of The 7th International Conference on Pervasive
Computing (Pervasive 2009), Nara, Japan, May 2009.
[16] H. Morikawa: “Ubiquitous sensor networks: A glimpse
of where we are going,” The 2nd Asia-Europe Workshop
on Ubiquitous Computing 2009 (AEWUC'09), Shizuoka,
Japan, Aug. 2009.
T. Takiguchi, S. Saruwatari, T. Morito, S. Ishida, M.
Minami, and M. Morikawa: “A Novel Wireless Wake-up
Mechanism for Energy-efficient Ubiquitous Networks,”
In Proceedings of the 1st International Workshop on
Green Communications (GreenComm'09), Dresden,
Germany, June 2009.
[17] M. Minami: “Eco-aware Networks,” The 2nd
Asia-Europe Workshop on Ubiquitous Computing 2009
(AEWUC'09), Shizuoka, Japan, Aug. 2009.
[18] J. Naganawa, K. Nishimura, H. Kim, S. Saruwatari, M.
Suzuki, M. Minami, and H. Morikawa: “Towards
realizing distributed spectrum sensing,” The 2nd
Asia-Europe Workshop on Ubiquitous Computing 2009
(AEWUC'09), Shizuoka, Japan, Aug 2009.
J. Takagi, K. Rikitake, Y. Araki, Y. Kawahara, M.
Minami, and H. Morikawa: “NGN/IMS-based
Ubiquitous Health Monitoring System -Data Format
Design-,” in Proceedings of Sixth International
Conference on Networked Sensing Systems (INSS
2009), p. 244, Pittsburgh, USA, June 2009.
[19] Y. Chen, S. Ohara, M. Suzuki, S. Saruwatari, T. Higata,
M. Minami, and H. Morikawa: “Initial Discussion of
Deer Detecting System for Railways using Wireless
Sensor Network,” The 2nd Asia-Europe Workshop on
Ubiquitous Computing 2009 (AEWUC'09), Shizuoka,
[10] S. Saruwatari, M. Suzuki, and H. Morikawa: “A
Compact Hard Real-Time Operating System for
Wireless Sensor Nodes,” in Proceedings of Sixth
62
Japan, Aug. 2009.
Proceedings of the 7th ACM Conference on Embedded
Networked Sensor Systems (SenSys 2009), Nov. 2009.
[20] S. Ohara: “A Multi-Core CPU for Reducing Scheduling
Overhead in Wireless Sensor Nodes,” Asian Workshop
on Ubiquitous and Embedded Computing (AWUEC)
2009, Beijing, China, Aug. 2009.
[31] J. Naganawa, H. Kim, K. Nishimura, S. Saruwatari, M.
Suzuki, M. Minami, and H. Morikawa: “Radio
Information Management for Distributed Spectrum
Sensing,” in Proceedings of the 7th ACM Conference on
Embedded Networked Sensor Systems (SenSys 2009),
Nov. 2009.
[21] H. Kim: “Design of a Low-cost Spectrum Sensor for
Distributed Spectrum Sensing,” Asian Workshop on
Ubiquitous and Embedded Computing (AWUEC) 2009,
Beijing, China, Aug. 2009.
[32] H. Imaizumi, T. Nagata, G. Kunito, K. Yamazaki, and H.
Morikawa: “Power Saving Mechanism based on Simple
Moving Average for 802.3ad Link Aggregation,” in
Proceedings of the 2nd International Workshop on Green
Communications (GreenComm2), Hawaii, USA, Dec.
2009.
[22] T. Hayashi: “Design of Indoor High-Density
Multi-Modal Sensor Networks for Context Data
Mining,” Asian Workshop on Ubiquitous and Embedded
Computing (AWUEC) 2009, Beijing, China, Aug. 2009.
[23] K. Nishimura: “Design and Implementation of a
Distributed Spectrum Sensing System,” Asian Workshop
on Ubiquitous and Embedded Computing (AWUEC)
2009, Beijing, China, Aug. 2009.
[33] H. Morikawa: “Ubiquitous Sensor Networks: A Glimpse
of Where We are Going,” 29th Asia-Pacific Advanced
Network Event (APAN29), 3-2, Sydney, Australia, Feb.
2010.
[24] H. Imaizumi, H. Morikawa: “Directions towards Future
Green Internet,” in Proceedings of to the 12th
International Symposium on Wireless Personal
Multimedia Communications (WPMC’09), Sendai, Sep.
2009.
[34] H. Li, H. Imaizumi, T. Tanemura, Y. Nakano, and H.
Morikawa: “Demonstration of Hybrid Optical Ring
Network Combining Multi-Wavelength OPS and OCS,”
In Proceedings of the OFC/NFOEC 2010, OTuM6, San
Diego, USA, Mar. 2010.
[25] D. Lee and H. Morikawa: “Random Access Transmit
Power Control Algorithm of LTE System in Relay
Network,” in Proceedings of the 20th IEEE International
Symposium on Personal, Indoor and Mobile Radio
Communications (PIMRC 2009), Tokyo, Japan, Sep.
2009.
シンポジウム・研究会・大会等発表
[35] 猿渡 俊介: “【招待講演】Gnu Radio/USRP を用いた
研究事例と今後の展開, ” 情報処理学会研究報告,
モバイルコンピューティングとユビキタス通信研
究会, MBL-49-16, May 2009.
[26] H. Li, H. Imaizumi, T. Tanemura, Y. Nakano, and H.
Morikawa: “Experimental Study on Dynamic Range of
SOA Switch for Multi-Wavelength Optical Packet
Switching,” in Proceedings of International Conference
on Photonics in Switching 2009 (PS 2009), WeI3 - 7 ,
Pisa, Italy, Sep. 2009.
[36] 南 正輝: “【招待講演】エコアウェアネットワーク, ”
電子情報通信学会 ネットワークソフトウェア時
限研究会, June 2009.
[37] 大原 壮太郎，鈴木 誠，猿渡 俊介, 南 正輝，森川 博
之: “無線センサノードにおけるシングルコア CPU の
問題点に関する定量的評価, ” 情報処理学会研究報
告, ユビキタスコンピューティングシステム研究会,
UBI-23-6, July 2009. 【学生優秀論文賞受賞)
[27] Y. Okamura, H. Imaizumi, K. Hisadome, O. Ishida, Y.
Sekiya, and H. Morikawa: “Packet Multiplexing based
on BGP Routing Information on Slotted OPS
Networks,” in Proceedings of International Conference
on Photonics in Switching 2009 (PS2009), ThⅡ1-4,
Pisa, Italy, Sep. 2009.
[38] 鈴木 誠, 大原 壮太郎, 猿渡 俊介, 倉田 成人, 南
正輝, 森川 博之: “無線センサネットワークにおけ
る時刻同期誤差伝播の解析, ” 電子情報通信学会技
術研究報告, ユビキタスセンサネットワーク研究会,
USN2009-15, July 2009.
[28] K. Kamijo, M. Minami, and H. Morikawa: “An Invisible
Hyperlink Marker,” in Proceedings of the 3rd IEEE Int'l
Conference on Signal Processing and Communication
Systems (ICSPCS 2009), Omaha, USA, Sep. 2009.
[39] 猿渡 俊介: “【招待講演】無線センサネットワーク
によるオフィス空間ライフログ, ” 第 8 回情報科学
技術フォーラム（FIT2009）, イベント企画, Sept.
2009.
[29] S. Saruwatari: “Distributed Spectrum Sensing,” 2nd
Japan EU Symposium on the New-Generation Network
and Future Internet, Oct. 2009.
[40] 森川 博之: “モバイルコンピューティングの未来, ”
情報処理学会研究報告， モバイルコンピューティ
ングとユビキタス通信研究会，Vol.2009-MBL-50,
No.5, Sep. 2009.
[30] H. Kim, M. Suzuki, S. Saruwatari, K. Nishimura, M.
Minami, and H. Morikawa: “Design of a Low-cost
Sensor Node for Distributed Spectrum Sensing,” in
63
[41] 翁長 久: “電波行政の動向, ” 第 2 回ワイヤレス給電
研究会, Oct. 2009.
[53] 岡村 悠貴，今泉 英明，久留 賢治，石田 修，関谷
勇司，森川 博之: “光パケット網における BGP フロ
ー集約型パケット多重化手法による衝突回避効果
の評価,” 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, PN2009-92, Mar. 2010.
[42] 猿渡 俊介: “【招待講演】Gnu Radio と USRP を利用
した無線通信プログラミング ～上位層の視点から
の活用事例～,” 電子情報通信学会, アドホックネ
ットワーク研究会, チュートリアル, Sep. 2009.
[43] P. L. Nguyen, T. Morohashi, H. Imaizumi, M. Minami,
and H. Morikawa: “A Performance Evaluation of Energy
Efficient Schemes for Green Office Networks,” IEICE
Technical Report, CS2009-51, Nov. 2009.
[54] 岩元 啓, 今泉 英明, 久留 賢治, 石田 修, 森
川 博之: “予備光ファイバを用いたパス・パケット
混合型光リング Add/Drop ネットワークの初期的検
証実験,” 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, PN2009-104, Mar. 2010.
[44] 瀧口 貴啓, 石田 繁巳, 猿渡 俊介, 南 正輝, 森川
博之: “ブルームフィルタを用いたウェイクアップ
型無線通信システムの消費電力評価,” 電子情報通
信学会, 無線通信システム研究会, RCS2009-254, Jan.
2010.
[55] 李 慧, 今泉 英明, 種村 拓夫, 中野 義昭, 森川 博
之: “多波長環境における SOA スイッチのダイナミ
ックレンジ評価実験,” 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,
PN2009-98, Mar. 2010.
[45] 森川博之: “【基調講演】センサネットワークはどこ
へ行くのか？,” ユビキタス・センサネットワークシ
ンポジウム，pp.5-10, Jan. 2010.
[56] 高木 潤一郎, 猿渡 俊介, 川島 英之, 南 正輝, 森
川 博之: “時系列センサデータベースシステムの初
期的検討,” 電子情報通信学会ソサイエティ大会,
BS-5-4, Sep. 2009.
[46] 李 慧, 今泉 英明, 種村 拓夫, 中野 義昭, 森川 博
之: “ハイブリッド型光 Add/Drop リングネットワー
クにおける 交換ノードの初期的検証実験,” 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, PN2009-43, Jan. 2010.
[57] 山田 直治, 礒田 佳徳, 南 正輝, 森川 博之: “GPS
位置情報を用いた逐次的移動経路推定手法の評価,”
電子情報通信学会ソサイエティ大会, B-7-62, Sep.
2009.
[58] 金 昊俊, 鈴木 誠, 猿渡 俊介, 西村 亨輔, 南 正輝,
森川 博之: “分散スペクトラムセンシングに向けた
センサノードの初期的検討,” 電子情報通信学会ソ
サイエティ大会, B-5-68, Sep. 2009.
[47] 猿渡 俊介, 司 化, 西村 亨輔, ヨハン イェルム,
小田 稔周, 森川 博之: “DLNA デバイスの操作履歴
取得手法に関する検討,” 情報処理学会, モバイル
コンピューティングとユビキタス通信研究会,
MBL-52-9, January 2010. 【優秀論文賞受賞】
[59] 南 正輝: “省電力志向ネットワーク,” 電子情報通信
学会ソサイエティ大会, BP-2-1, Sep. 2009.
[48] 高杉 耕一, 高谷 直樹, 南 正輝, 森川 博之: “ユー
ザの曖昧な行動情報を自動収集する IMS ネットワ
ークアプリケーション,” 電子情報通信学会技術研
究報告, 情報ネットワーク研究会, IN2009-136, Feb.
2010.
[60] 西村 亨輔, 金 昊俊, 長縄 潤一, 猿渡 俊介, 鈴木
誠, 南 正輝, 森川 博之: “分散スペクトラムセンシ
ングのための電波情報管理に関する検討,” 電子情
報通信学会ソサイエティ大会, B-5-69, Sep. 2009.
[49] 司 化, パンジャイタン フェルナンド, 南 正輝, 森
川 博之: “コンテキスト適応型電力管理システムの
実装と評価,” 電子情報通信学会技術研究報告, 情
報ネットワーク研究会, IN2009-174, Mar. 2010.
[61] 千家 雅之, 猿渡 俊介, 森川 博之: “送信等化を利
用したリアルタイム無線通信システムの初期的検
討,” 電子情報通信学会ソサイエティ大会, B-5-108,
Sep. 2009.
[50] 山崎 敬広, 井上 武, 佐藤 浩史, 高木 潤一郎, 南
正輝, 高橋 紀之: “順序逆転のある時系列センサデ
ータのための効率的な索引付方法の提案と性能評
価,” 電子情報通信学会技術研究報告, 情報ネット
ワーク研究会, IN2009-184, Mar. 2010.
[62] 大原 壮太郎, 鈴木 誠, 猿渡 俊介, 南 正輝, 森川
博之: “無線センサノード向けマルチコア CPU に
おけるタスク分割手法,” 電子情報通信学会ソサイ
エティ大会, B-20-20, Sep. 2009.
[63] 鈴木 誠, 大原 壮太郎, 猿渡 俊介, 今泉 英明, 倉
田 成人, 南 正輝, 森川 博之: “無線センサネット
ワークにおける時刻同期の誤差分布に関する検討,”
電子情報通信学会ソサイエティ大会, B-20-6, Sep.
2009.
[51] 森川博之: “ガラパゴスを超える～国力から考える
研究開発～,” 情報ネットワーク・ネットワークシス
テム研究ワークショップ，Mar. 2010.
[52] 長縄 潤一, 西村 亨輔, 金 昊俊, 猿渡 俊介, 翁長
久, 森川 博之: “広範囲・高密度に展開可能な分散ス
ペクトラムセンシングの設計と実装,” 電子情報通
信学会技術研究報告, 無線通信システム研究会,
RCS2009-342, Mar. 2010.
[64] 山崎 敬広, 井上 武・佐藤 浩史, 高木 潤一郎, 南
正輝, 高橋 紀之: “順序逆転のある時系列センサデ
ータに対するオフセットビットマップを用いた効
率的な索引付方法,” 電子情報通信学会総合大会,
64
China, Aug. 2009.
B-20-8, Mar. 2010.
[65] Eko Rianto Drajat, 猿渡 俊介, 森戸 貴, 南 正輝, 森
川 博之: “バッテリレス WSN における位置情報を
用いたデータ収集プロトコルの評価,” 電子情報通
信学会総合大会, B-20-23, Mar. 2010.
[79] 森川 博之: “グリーンネットワーク,” 情報通信技術
研究交流会，Sep. 2009.
[66] 上條 浩一, 南 正輝, 森川 博之: “マーカとマッチ
ングコンテンツを用いたアナログメディアからの
情報取得,” 電子情報通信学会総合大会, A-15-12,
Mar. 2010.
[81] 森川 博之: “社会インフラとしてのユビキタスサー
ビスプラットフォーム,” 岩見沢 ICT セミナー2009
－地域社会へのユビキタスサービスの展開－，Oct.
2009.
[67] 猿渡 俊介, 千家 雅之, 森川 博之: “送信等化を用
いたリアルタイム無線通信システムにおけるシン
ボルタイミング同期方式,” 電子情報通信学会総合
大会, B-5-177, Mar. 2010.
[82] 森川 博之: “ユビキタスセンサネットワークの現状
と課題,” 新機能素子研究開発協会，Oct. 2009.
[80] H. Imaizumi: “【Invited Talks】Green Internet and
Optical Networks,” University of Wien, Sep. 2009.
[83] 森川 博之: “【基調講演】2010 年代の電波利用の将
来像の実現に向けたブロード バンドワイヤレスフ
ォーラムの戦略,” ブロードバンドワイヤレスフォ
ーラム ：家庭内ワイヤレスシステムに関するシン
ポジウム，Nov. 2009.
[68] 岩元 啓, 今泉 英明, 久留 賢治, 石田 修, 森川 博
之: “予備ファイバを用いたパス・パケット混合型光
リングネットワーク,” 電子情報通信学会総合大会,
B-12-23, Mar. 2010.
[84] 森川 博之: “情報技術と情報文化の未来,”
術を文化へシンポジウム， Dec. 2009.
[69] 長縄 潤一, 西村 亨輔, 猿渡 俊介, 森川 博之: “ハ
ードウェアの選択性を備えた分散スペクトラムセ
ンシングシステムの実装,” 電子情報通信学会総合
大会, B-17-19, Mar. 2010.
情報技
[85] 森川 博之: “次世代クラウドサービスと技術,” 総務
省スマートクラウド研究会，Dec. 2009.
[86] 森川 博之: “社会基盤としての ICT,” 総務省新たな
電 波 の 活 用 ビ ジ ョ ン に 関 す る 検 討 チ ー ム ， Dec.
2009.
[70] 林 敏樹, 猿渡 俊介, 森川 博之: “オフィスチェア
におけるコンテキスト推定手法の初期的検討,” 電
子情報通信学会総合大会, B-20-32, Mar. 2010.
[87] 森川 博之: “【基調講演】デジタル・ディバイドの
解消と衛星ブロードバンド,” 衛星ブロードバンド
シンポジウム－衛星ブロードバンドによる地域活
性化の展望， Dec. 2009.
[71] 西村 亨輔, 長縄 潤一, 猿渡 俊介, 鈴木 誠, 翁長
久, 森川 博之: “分散スペクトラムセンシングのた
めの電波利用量検出に関する検討,” 電子情報通信
学会総合大会, B-5-36, Mar. 2010.
[88] 森川 博之: “アンビエント・デバイスから ICT 社会
基盤の構築へ,” 東京大学 科学技術交流フォーラム，
p.67-81, Jan. 2010.
[72] 山田 直治, 礒田 佳徳, 南 正輝, 森川 博之: “GPS
搭載携帯電話を用いた移動経路履歴に基づく訪問
地予測方式,” 電子情報通信学会総合大会, B-15-23,
Mar. 2010.
[89] 森川 博之: “ICT 社会基盤,” 東大エグゼクティブ・
マネジメント・プログラム， Jan. 2010.
[73] 大原 壮太郎, 鈴木 誠, 猿渡 俊介, 森川 博之: “無
線センサノード向けマルチコア CPU におけるコア
間通信に関する検討,” 電子情報通信学会総合大会,
B-20-58, Mar. 2010.
[90] 森川 博之: “変革期におけるベンチャーへの期待～
うならせる ICT,” NICT 情報通信ベンチャーフォー
ラム 2010：変革期こそ起て！ 不況を乗り越え新事
業創造，Feb. 2010.
[91] 森川 博之: “ICT 社会を支えるセンサネットワーク
技術の展開,” 第 9 回ケータイ国際フォーラム，Mar.
2010.
その他（講演）
[74] 森川 博之: “電波の見える化,” 総務省電波政策懇談
会, Apr. 2009.
[75] 森川 博之: “【招待講演】うならせるワイヤレスと
国力,” 東京工業大学移動通信 研究グループオープ
ンハウス，Apr. 2009.
その他（記事）
[92] D. Arai, M. Isomura, J. Akiba, T. Tamura, H. Suzuki, H.
Morikawa, I. Inoue, T. Miyoshi, T. Miyamura, G.
Kimura, and M. Yamamoto: “Report on the 25th NS/IN
Research Workshop,” IEICE Communications Society Global Newsletter -, Vol.28, p.15, June 2009.
[76] 森川 博之: “【基調講演】センサネットワークを始
動させる『取る』，『繋ぐ』，『貯める』，『使う』,” セ
ンサエキスポ 2009, Apr. 2009.
[77] 森川 博之: “うならせるワイヤレスと国力,” 日本
PTC フォーラム，June 2009.
[93] 森川 博之: “プライバシーからみたユビキタス社
会,” u-Kanagawa 推進協議会，情報セキュリティコラ
ム，Sep. 2009.
[78] H. Morikawa: “Morikawa Laboratory,” Asian Workshop
on Ubiquitous and Embedded Computing, Beijing,
65
[94] 森川 博之: “未来を創る,” 日立評論，vol.91, no.11,
p.11, Nov. 2009.
[95] 森川 博之: “うならせる研究と建築,” 電子情報通信
学会通信ソサイエティマガジン， no.11, p.75, Dec.
2009.
[96] 森川 博之: “NTT の「2010 年問題」わたしの提言：
国際競争力強化の観点で議論を， NTT の研究開発
能力を生かせ,” 日経コミュニケーション 2010.1.1,
p.82, Jan. 2010.
[97] 森川 博之: “情報通信新原理,” 将来社会を支える科
学技術の予測調査, 第 9 回デルファイ調査, 文部科
学省科学技術政策 研究所科学技術同行研究センタ
ー, pp.144-146, Mar. 2010.
その他（報道・取材協力）
[98] 取材協力（森川 博之）：“先端研キャンパス公開プ
ログラム委員長インタビュー,” キャンパス公開
2009, Apr. 2009.
[99] 取材協力（大原 壮太郎）：“異色の研究テーマを実
践,” Techno Dream 01－東京大学工学部がわかる本,
日経 BP ムック，pp.48-49, July 2009.
[100] 取材協力（森川 博之）
：
“「夢」はユビキタスで未来
を創ること,” Techno Dream 01－東京大学工学部が
わかる本, 日経 BP ムック，pp.46-47, July 2009.
[101] 取材協力（森川 博之）：“東大の専門家が語るワイ
ヤレスの未来, メリット豊富 未来は明るい,” 東京
大学新聞, Aug. 2009.
[102] 取材協力（森川 博之）：“次世代ワイヤレスで創る
50 兆円新市場,” テレコミュニケーション，No.301,
pp.22-26, Aug. 2009.
[103] 報道：“ユビキタス構造モニタリング：超高層で性
能確認,” 建設工業新聞, Sep. 2009.
[104] 取材協力（森川 博之）
：
“「みんなへ」から「あなた
だけ」に，通信は今，オーダメイド の時代,” NTT
広報誌 365°, pp.8-11, Jan. 2010.
[105] 報道：“家電利用状況で安否確認：東大など－専用
コンセント,” 日経産業新聞, Mar. 2010.
その他（受賞）
[106] 大原 壮太郎, 鈴木 誠, 猿渡 俊介, 南 正輝, 森川
博之: 第 23 回 UBI 研究発表会優秀論文賞, 情報処理
学会 ユビキタスコンピューティングシステム
(UBI)研究会, Sep. 14, 2009.
[107] 森川 博之: ドコモ・モバイル・サイエンス賞先端技
術部門優秀賞, NPO 法人 モバイル・コミュニケーシ
ョン・ファンド, Oct. 16, 2009.
66
近山・田浦研究室
Chikayama & Taura Laboratory
間の遅延・バンド幅などの情報をを高速に推論する方式
や, それらの情報を元にブロードキャストやデータ収集
などの集合通信を効率よく行う方式を提案した.
Widely distributed environments are heterogeneous
networks having many challenging features. They include that
latencies between host pairs vary two orders of magnitude and
that some host pairs cannot establish TCP connections due to
firewalls and NATs. Thus, software designed for single cluster
often do not scale to wide area environments. We have
designed and implemented fundamental technologies for
building efficient and robust systems in such challenging
environments, namely network topology inference, and
latency and bandwidth inferences.
(http://www.logos.ic.i.u-tokyo.ac.jp/)
研究現況
Current Research Projects
1. InTrigger 広域分散テストベッドの構築
田浦健次朗, 鴨志田良和, 柴田剛志, 横山大作,
頓南, 長沼翔, 吉富翔太, 佐伯勇樹, 原健太朗,
中島潤, 加辺友也, 近山隆
Design and implementation of InTrigger Widely
Distributed Testbed
K. Taura, Y. Kamoshida, T. Shibata, D. Yokoyama,
N. Dun, S. Naganuma, S. Yoshitomi, Y. Saeki, K.
Hara, J. Nakashima, T. Kabe, and T. Chikayama
3. 分散環境の監視と状態推定
鴨志田良和, 佐伯勇樹, 田浦健次朗, 近山隆
Monitoring and automatic state classification of
parallel computing environments
Y. Kamoshida, Y. Saeki, K. Taura, and T.
Chikayama
科研費特定領域研究の一部として, 16 拠点, 約 1,600
CPU コアからなる広域分散プラットフォームを構築し
た. システムソフトウェア, データマイニングや自然言
語研究者のためのリソースとして, 数十グループに使わ
れている. その目的のため, 全拠点にまたがった統一さ
れたソフトウェアの構成管理, OS カーネルを含めたソフ
トウェアの自動インストール, OS が起動不能になった際
の IPMI による遠隔管理などを行うことができる環境を
構築した.
As part of MEXT Grant-in-Aid for Scientific Research on
Priority
Areas
“Cyber
Infrastructure
for
the
Information-explosion Era”, we have built a widely
distributed platform consisting of sixteen sites and about
1,600 CPU cores. The platform is used by many groups of
researchers in various fields including system software, data
mining, and natural language processing. To this end, we have
designed and built an environment that maintains software of
all sites in an identical state, automatically installs all software
including operating systems, and remotely manages broken
nodes including those that do not boot.
並列処理環境を多数のユーザが共有して使うために,
計算機の状態を可視化して, リアルタイムに状態が把握
できるようにするためのシステム VGXP を設計, 実装し
た. Web 経由で自動インストールを可能とし, 14 拠点 500
以上のホストで常時稼働している. また, 計算機の状態
(CPU やメモリ, 稼働中のプロセスなど)に関する過去の
記録をもとに計算機の状態を分類し, それにより異常な
挙動をしている計算機を自動的に検出したり, その異常
原因を特定する方式に関する研究を行った.
We have designed and implemented VGXP, a tool that
visualizes many computers and helps users reason about states
of systems shared by many people in real time. It installs
automatically through web browsers and now operates on
more than 500 hosts in 14 cites. We also proposed an
automatic machine states classification system that can
automatically detect ill-behaving machines and infers the
cause of the behavior.
2. 非均質環境での並列計算
柴田剛志, 吉富翔太, 長沼翔, 水野悠,
田浦健次朗, 近山隆
Parallel computing on heterogeneous environments
H. Saito, T. Shirai, S. Naganuma, S. Yoshitomi,
T. Shibata, S. Yoshitomi, S. Naganuma, Y. Mizuno, K.
Taura, and T. Chikayama
4.
クラウドコンピューティング環境における高
性能並列科学技術計算のためのプログラミン
グ処理系
原健太朗, 田浦健次朗, 近山隆
A Programming Framework for High-performance
Parallel Scientific Computings on a Cloud
Computing Environment
K. Hara, K. Taura, and T. Chikayama
広域分散環境は非均質なネットワークであり, ホスト
間によって遅延が 2 桁以上異なる, ホスト間によっては
直接の TCP 接続が(firewall や NAT によって)不可能であ
るなど, 効率的な並列計算を困難にする特徴がある. こ
のため通常の 1 クラスタ用のソフトウェアの方式は, し
ばしばそのまま広域環境へスケールしない. 我々はこの
ような環境で頑健に動作する処理系を作るための基礎技
術として, ネットワークのトポロジ, ホストやスイッチ
クラウド環境では, 全体の負荷変動に対応して, 各利
用者が利用可能な計算資源が動的に増減しうる. よって,
クラウド環境で実行される並列計算はその時点で利用可
能な計算資源に対応して計算規模を動的に増減させる必
要があるが, そのような並列計算を記述するのは容易で
はない. そこで本研究では, 利用可能な計算資源の増減
67
5. 次世代超並列計算機のためのマルチスレッド
処理系
中島潤, 田浦健次朗, 近山隆
A Multithread Framework for Next-Generation
Massively Parallel Computer
J. Nakashima, K. Taura, T. Chikayama
に対応して計算規模を動的に増減できるような並列計算
を簡単に記述できる並列分散プログラミング処理系とし
て, DMI を設計・実装している.
DMI では, プログラマは単に十分な数のスレッドを生成
して, 共有メモリモデルに基づく簡単なプログラミング
インタフェースのもとで並列計算を記述するだけで良い.
すると, DMI の処理系がそれら大量のスレッドをその時
点で利用可能な計算資源に動的にマッピングし, 透過的
に計算規模を増減してくれる. DMI の要素技術として以
下を研究している：
(1) 大域アドレス空間に対する read/write アクセスを高性
能化する技術
(2) ノードの動的な参加/脱退を越えて大域アドレス空間
のコンシステンシを維持するためのアルゴリズム
(3) ノード間での安全なスレッド移動
(4) 利用可能な計算資源に対して大量のスレッドをスケ
ジューリングするアルゴリズムの最適化
また, 科学シミュレーションの研究者と協力し, 実世界
の有限要素法や粒子法を題材にした性能評価と最適化に
取り組んでいる.
In a cloud environment, available resources for each user
can change dynamically in response to the global load
fluctuation. Therefore, in order to execute a parallel
computation on a cloud environment the parallel computation
should expand or shrink its scale dynamically in response to
the increase or decrease of available resources. It is, however,
difficult to describe most parallel scientific computings so that
they can scale up or down dynamically. With this background,
this work designs and implements DMI, which is a parallel
and distributed programming framework with which a
programmer can easily develop a parallel computation
supporting dynamic scale-up and scale-down.
With DMI, a programmer only has to create a sufficient
number of threads and describe a parallel computation using
easy programming interface based on a shared memory model.
Then the runtime of DMI dynamically schedules and maps
these massive threads on available resources and thus
transparently expands and shrinks the scale of the
computation. Work has been in progress on the following
elemental techniques of DMI:
(1) Techniques for improving the performance of
read/write accesses to a global address space
(2) Algorithms for maintaining the consistency of the
global address space beyond dynamic joining and leaving of
nodes
(3) Live thread migration between nodes
(4) Optimization of the scheduling of massive threads on
available resources
We have been also working on the performance evaluation
and the optimization of DMI using real-world scientific
computings such as finite element methods and particle
methods, collaborating with scientific simulation experts.
今後の並列計算機は,
(1) 各計算ノードに, より多くの CPU コアを搭載する
(2) 1 つの CPU コア内で複数のスレッドを実行し, 通信や
メモリアクセスのレイテンシを隠蔽する
(3) 計算ノードの台数を増加させる
(4) 計算ノード間を接続するネットワークを高速化する
の 4 つの方向に発展していくと予想されている. したが
って, 次世代超並列計算機のハードウェア性能を引き出
すためには, 多くの CPU コアに, そのコア数よりも多く
のスレッドを適切に割り当てて並列実行することと, ノ
ード間の協調とレイテンシの隠蔽のために多くのスレッ
ドからの I/O 処理を効率的に行うこと, の 2 つを満たす
ことがソフトウェアに要求されている.
この状況を踏まえ, 我々は上に挙げた 2 つの要求を満た
し, さらに既存のアプリケーションにも容易に適用可能
なマルチスレッド処理系, MassiveThreads を提案する. 本
研究の目標は, MassiveThreads の実装を通じて, 次世代超
並列計算機上で, 高生産言語の処理系や, データ集中型
計算, 高並列サーバといったアプリケーションを簡潔,
かつ高性能に記述, 実行するための基盤ソフトウェアを
構築することである.
Next-generation parallel computer have more CPU
cores, multiple threads on one core for hiding network and
memory latency, more computational nodes, and faster
networks. Thus in designing software, both handling I/O from
many threads to cooperate between nodes and hide latency,
and executing more threads than the number of CPU cores
efficiently, are essential to utilize next-generation massively
parallel computer hardware.
With this background, we purpose MassiveThreads: a
multithread framework not only meets the two requirements
described above, but also can apply to existing software easily.
The goal of our research is to construct middleware for
writing and executing high-performance application such as
high-productivity language runtime, data-intensive computing
application,
and
high-concurrency
server
through
implementation of MassiveThreads.
6.
高性能データ集約的計算のためのワークフロ
ー実行系・ファイルシステム
頓楠, 柴田剛志, 崔升準,
田浦健次朗, 近山隆
Workflow Engines and File Systems for High Performance
Data-Intensive Computing
Nan Dun, Takeshi Shibata, Sung Jun Choi, Kenjiro Taura,
Takashi Chikayama
68
7. 自然言語構文解析を用いたトラブルシューテ
ィング記事検索
生物情報学(ゲノム解析), 天文学, 高エネルギー物理
学, 環境モニタリング, 情報検索, 情報抽出など様々な
分野で, 大量のデータをネットワークで共有し, それら
のデータから計算機を用いて新たな知識の発見を目指す,
「データ集約的計算」と呼ばれる方法論が発展している.
本研究ではそのようなデータ集約的計算を大量の計算機
でスケーラブルに並列処理できる枠組みおよび実際のシ
ステムの構築を目指している. システムは主にワークフ
ロー記述・実行系および分散・並列ファイルシステムか
らなっている.
(1) GXP make という make に基づくワークフローシステ
ムを構築し, クラスタ, 各種スーパーコンピュータ(8000
並列)上で, ゲノム断片のアラインメント, 天文画像のモ
ザイキング, 生物医学文献データベースからのたんぱく
質相互作用抽出などの実応用への適用及びそれらを用い
た評価を行っている. また, 新言語やその高性能ディス
パッチャに間する研究が進行中である.
(2) 分散したデータをファイルシステムとして統合し,
どのような環境でもワークフローが簡便に実行できるフ
ァイルシステム GMount を設計・実装している. また, 大
量の並列性に対してスケーラブルな性能を示し, データ
が広く分散し, ネットワークの遅延が大きくても良好な
性能を示すファイルシステムの構築を目指している.
"Data-Intensive Computing" is an emerging computing
paradigm that aims at scientific discovery by processing
massive amount of data. It is becoming a mandatory
methodology in various fields including bioinformatics
(genomics), astronomy physics, high energy physics,
environmental monitoring, information search, and
information extraction. In this work, we aim at establishing
a framework and building systems for executing large scale
data-intensive computing on massively parallel computers.
The system consists of two components---a workflow engine
and a distributed and parallel file system.
(1) we designed and built a workflow engine based on the
unix 'make', called GXP make. The system has been
implemented on various platforms including clusters and
several supercomputers (up to 8,000 parallelism). We run
several real applications including genome reads alignments,
astoronomy image mosaicing, and extraction and
classification of protein interaction events from all available
PubMed abstracts. Work is in progress on new languages for
data-intensive computing and its high-throughput dispatchers
and schedulers.
(2) We designed and implemented a distributed file system
that can easily integrate local file systems distributed across
many sites and thus enable workflow execution on distributed
set of data. Work is in progress on file systems that show
robust performance in widely distributed environment that
have high latencies.
栗田光晴, 田浦健次朗, 近山隆
Searching troubleshooting articles with deep parsing
natural languages
M. Kurita, K. Taura and T. Chikayama
現在 WWW は豊富な情報源であるが, 情報が多すぎて
現在のキーワードとページの人気を主体としたランキン
グ手法では, 目的とする情報にたどり着く方法がわから
ないケースも多く存在する. 計算機に関するトラブルと
その対処法はその好例で, 症状の記述の仕方に様々な言
い方がある, ハードウェア名やソフトウェア名などの固
有名詞をキーワードとしても商品の紹介など関係ない情
報ばかりが見つかってしまうなど, 通常の検索エンジン
では必要な情報にまったくたどり着けないことも多い.
本研究では, トラブルを記述する様々な言い回しをテク
ニカルフォーラムなどから収集し, 意味上の主語・述語
の組み合わせというような単位で, トラブルシュートを
記述した文書の特徴を抽出した. そしてそのような組み
合わせを含むページを検索の上位にランクさせることで,
固有名詞などを入力するだけでトラブルシュートにフォ
ーカスした検索を行うことができるシステムを構築し
た.
While WWW offers an enormous amount of information,
there are many types of searches for which current search
engines based on keyword match and overall page popularity
do not work very well. Computer-related troubles and their
fixes (troubleshooting) is a good example, where there are
many ways to describe the same problem, searching based on
key proper names such as hardware or software names often
give you general product information useless for
troubleshooting. As such, regular search engines often do not
help. In this work, we collected and parsed many sentences
collected from technical forums, and automatically extracted
typical phrases describing troubles. We then built a special
search engine that highly rank troubleshooting pages based on
it.
8. コンピュータゲームプレイヤの研究
吉本晴洋, 三木理斗, 矢野友貴, 浦晃, 田野文彦,
山本一成, 横山大作, 近山隆
Research on Computer Game Players
H. Yoshimoto, D. Yokoyama, K. Taura and
T. Chikayama
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, 大量の棋譜からの知識獲得や並列化による,
より効率的な探索手法に ついて研究を行っている. そ
の応用例として, 将棋プレイヤ「激指」および囲碁 プレ
イヤを設計・実装した. 激指は世界でも屈指の強い将棋
69
function is a successful method in game such as shogi, chess,
and othello. However constructing precise evaluation function
is difficult in game of go. Therefore game tree search
algorithm using monte carlo method called UCT is applied to
game of go and made a remarkable success. We will try to
speedup UCT algorithm by parallelize it on distributed shared
memory system.
プレイヤとして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 by parallelization and utilizing
knowledge acquired from game records, and so on. Applying
these methods, we have developed a computer shogi player
"Gekisashi" and a computer Go player. Gekisashi is drawing
much attention in the community as one of the strongest shogi
player programs.
11. ゲーム構成要素を組み合わせた特徴の最適化
矢野友貴, 近山隆
Optimizing Conjunctive Features of Game
Components
Y. Yano and T. Chikayama
9. ロボットやセンサ群を想定したイベント駆動
型プログラミング環境
横山大作
An Event-Driven Programming Environment for
Robots and Sensors
D. Yokoyama
近年の機械学習の発展により, ゲーム構成要素による組
み合わせ特徴が局面の評価に広く用いられるようになっ
た. 組み合わせ特徴はゲームの知識に依らず, 非常に汎
用性が高いという利点を持つ一方で, 組み合わせ爆発や
表現の冗長性に伴い計算コスト・空間コストが容易に大
きくなる欠点を持つ. このような欠点に対し, 我々は棋
譜の統計情報から得られるゲーム構成要素間の関係性に
着目することによって, 組み合わせ特徴をより効率的に
計算する手法について研究を行っている.
Recently, for the sake of the development of machine learning,
conjunctive features become widely used to evaluate game
positions.
While
conjunctive
features
are
knowledge-independent and high utility, they have crucial
defect that computational and spacial costs easily increase
because of the explosion of combinations and redundant
expression. To address this defect, we study the method to
compute conjunctive features more efficiently by utilizing the
statistical information about relations of game components.
近年のロボットプログラミングでは、センサネットワー
クやネットワーク化されたロボット群、及び PC クラス
タといった並列環境下での動作を要求されることが多く
なっている。我々は、このような環境を統一的に扱うこ
とができ、イベント駆動型プログラミングを書きやすい
フレームワークを研究している。このフレームワークは、
タプルスペースと分散オブジェクトによる通信の隠蔽機
構、ルール形式による容易なイベント駆動型タスク記述、
動的負荷分散機構とシンプルなタスク実行場所制御機構
を持ち、複雑なタスク連鎖からなる動作の容易なプログ
ラミングを可能にした。
Recently parallel computing environments such as sensor
networks, networked robots, or PC clusters, have become very
popular in robotics. We have developed a programming
framework that can treat these environments in a unified
manner and helps to write event driven policy programs with
ease. Tuplespaces and distributed object systems are provided
to hide explicit communications. Our system provides a
rule-based semantics to write event driven tasks. It also
provides a dynamic load balancing system and a simple
notation to restrict the location of execution of each task.
10. 分散共有メモリ上の UCT の並列化
吉本晴洋，田浦健次朗
Parallelization of UCT on distributed shared
memory
H.Yoshimoto and K.Taura
将棋，チェス，オセロなどのゲームは精度の高い評価関
数による探索が成功を収めている．その一方，囲碁は
精度の高い評価関数が作りにくいゲームであるため，上
記の手法はうまくいかない．そこで近年 UCT というモン
テカルロ法を利用した木探索手法が囲碁に導入され，目
覚ましい成果を収めている．本研究では分散共有メモリ
システム上で UCT を並列化し，性能向上を目指す．
 game tree search with combination of precise evaluation
70
論文・著書一覧（2009 年度）
Publications List
ド幅測定アルゴリズム, 並列／分散／協調処理に関
するサマーワークショップ(SWoPP2009), 情報処理
学会研究報告 ハイパフォーマンスコンピューティ
ング(HPC), Vol.2009-HPC-121, No. 8, Aug. 2009.
研究論文
[1]
柴田剛志, 田浦健次朗: トポロジ情報を用いた効率
的かつ漸近安定な大容量ブロードキャスト, 情報処
理学会論文誌コンピューティングシステム(ACS),
Vol.2, no.3, pp.47-57 (2009).
[2]
原健太朗, 田浦健次朗, 近山隆:DMI:計算資源の動
的な参加/脱退をサポートする大規模分散共有メモ
リインタフェース, 情報処理学会論文誌(プログラ
ミング), vol.3, no.1, pp.1-40 (2010).
[3]
[12] 吉富翔太, 田浦健次朗: メッセージ衝突を防止する
適応的な収集操作アルゴリズム, 並列／分散／協調
処理に関するサマーワークショップ(SWoPP2009),
情報処理学会研究報告 ハイパフォーマンスコンピ
ューティング（HPC）, Vol.2009-HPC-121 No.1, pp.1-8,
Aug. 2009.
[13] 鴨志田良和, 田浦健次朗: 並列アプリケーションの
性能を損なわないポーリング型のモニタリング, 並
列／分散／協調処理に関するサマーワークショッ
プ (SWoPP2009), 情 報 処 理 学 会 研 究 報 告
Vol.2009-HPC-121, No.8, Aug. 2009.
吉富翔太, 田浦健次朗: メッセージ衝突を防止する
適応的な収集操作アルゴリズム, 電子情報通信学会
論文誌(情報爆発特集号), Vol.J93-D, No.6 (2010).
[14] 原健太朗, 田浦健次朗, 近山隆: DMI:計算資源の動
的な参加/脱退をサポートする大規模分散共有メモ
リインタフェース, 並列／分散／協調処理に関する
サマーワークショップ(SWoPP2009), Aug. 2009.
国際会議論文
[4]
[5]
Nan Dun, Kenjiro Taura, Akinori Yonezawa: GMount:
An Ad Hoc and Locality-Aware Distributed File System
by Using SSH and FUSE, 9th IEEE/ACM International
Symposium on Cluster Computing and the Grid
(CCGrid2009), Shanghai, China, pp.188-195 (2009).
[15] 佐伯勇樹, 田浦健次朗, 鴨志田良和: 並列分散環境
におけるファイル共有システムの負荷原因探索シ
ステム, 並列／分散／協調処理に関するサマーワー
クショップ(SWoPP2009), Aug. 2009.
[16] 横山大作: ロボットと計算機の界面におけるプログ
ラミング, 夏のプログラミング・シンポジウム, Aug.
2009.
Ken Hironaka, Hideo Saito, Kenjiro Taura: High
Performance Wide-area Overlay using Deadlock-free
Routing, the 18th ACM International Symposium on
High Performance Distributed Computing (HPDC2009),
Garching, Germany, pp.81-90 (2009).
[17] 三木理斗, 三輪誠, 近山隆: UCT 探索による不完全
情報下の行動決定, 第 14 回ゲームプログラミング
ワークショップ 2009, pp.43-50. Nov. 2009.
著書
[6]
近山隆, ICPC の競技（目指せ!プログラミング世界一
― 大学対抗プログラミングコンテスト ICPC への
挑戦）, 近代科学社, pp.3-29 (2009).
[7]
近山隆, ICPC に参加しよう（目指せ!プログラミング
世界一 ― 大学対抗プログラミングコンテスト
ICPC への挑戦）, 近代科学社, pp.41-64 (2009).
[18] 矢野友貴, 三輪誠, 横山大作, 近山隆: 既存評価関
数のパラメタを活かした適応学習, 第 14 回ゲーム
プログラミングワークショップ 2009, pp.1-8, Nov.
2009.
[19] 古宇田フミ子, 近山隆: 表現の変換という視点から
の 計 算 機 上 の 処 理 の モ デ ル 化 , 信 学 技 報 IEICE
Technical Report SS2009-42, (2009-12), pp.43-48
(2009).
総説・解説論文
[8]
[20] 吉富翔太, 田浦健次朗: メッセージ衝突を防止した
適応的な集合通信, 情報処理学会創立 50 周年記念
第 72 回全国大会 6ZB-4, Mar. 2010.
田浦健次朗, 並列処理技術, 日本ロボット学会誌,
Vol.28, No. 3, pp.32-35 (2010).
シンポジウム・研究会・大会等発表
[9]
[21] 長沼翔, 田浦健次朗: 大規模ネットワークにおける
効率的なバンド幅マップ構築アルゴリズム, 情報処
理学会創立 50 周年記念第 72 回全国大会 6ZA-7, Mar.
2010.
柴田剛志, 田浦健次朗: トポロジ情報を用いた効率
的かつ漸近安定な大容量ブロードキャスト, 先進的
計 算 基 盤 シ ス テ ム シ ン ポ ジ ウ ム (SACSIS2009),
pp.63-70, May 2009.
[22] 佐伯勇樹, 田浦健次朗: 並列分散環境上のファイル
共有システムの負荷原因探索システム, 情報処理学
会創立 50 周年記念第 72 回全国大会 2L-1, Mar. 2010.
[10] 吉富翔太, 田浦健次朗: メッセージ衝突を防止する
適応的な収集操作アルゴリズム, 先進的計算基盤シ
ステムシンポジウム(SACSIS2009), pp.71-78, May
2009.
[23] 加辺友也, 田浦健次朗, 近山隆: XQuery を用いたプ
ログラマブルかつ軽量な大規模分散環境における
モニタリングフレームワーク, 情報処理学会創立
[11] 長沼翔, 田浦健次朗: 大規模分散環境におけるバン
71
50 周年記念第 72 回全国大会 6ZA-2, Mar. 2010.
[24] 和田健太, 近山隆: 素性にモーラとシラブルを用い
た略語の自動推定, 情報処理学会創立 50 周年記念
第 72 回全国大会 1X-1, Mar. 2010.
[25] 栗田光晴, 田浦健次朗, 近山隆: 計算機トラブルシ
ュートドメインにおける未知固有表現抽出, 情報処
理学会創立 50 周年記念第 72 回全国大会 5W-9, Mar.
2010.
[26] 田野文彦, 近山隆: グラフィックエンジンを用いた
ゲーム探索の高速化, 情報処理学会創立 50 周年記
念第 72 回全国大会 5W-9, Mar. 2010.
[27] 山本一成, 田浦健次朗, 近山隆: 学習を用いた枝刈
の新手法の提案, 情報処理学会創立 50 周年記念第
72 回全国大会 4T-2, Mar. 2010.
[28] 白川直人, 近山隆: 機械学習に基づく楽曲のクラス
タリング, 情報処理学会創立 50 周年記念第 72 回全
国大会, 1T-1, Mar. 2010.
[29] 水野悠, 田浦健次朗, 近山隆: 広域環境における
RTT を用いたネットワークトポロジー推定, 情報処
理学会創立 50 周年記念第 72 回全国大会 6ZA-8,
Vol.3, pp.283-284, Mar. 2010.
[30] 路星洋, 原健太朗, 田浦健次朗, 近山隆: NUMA に
おけるメモリローカリティと負荷分散を同時に考
慮した並列 GC のシミュレーションによる性能評価,
情報処理学会創立 50 周年記念第 72 回全国大会
3L-2, Mar. 2010.
[31] 水野悠, 田浦健次朗, 近山隆: 広域環境における
RTT を用いたネットワークトポロジー推定, 情報処
理学会創立 50 周年記念第 72 回全国大会 6ZA-8,
Vol.3, pp.283-284 (2010).
72
坂井・五島研究室
Sakai & Goshima Laboratory
(http://www.mtl.t.u-tokyo.ac.jp/)
skew based on the actual delays measured when testing the
chips.
研究現況
Current Research Projects
1.
故障耐性を持つ VLSI
坂井 修一・五島 正裕・喜多 貴信・有馬 慧
Fault-Tolerant VLSI
S. SAKAI, M. GOSHIMA, T. KITA, and S. ARIMA
半導体の微細化に伴い、素子ごとのランダムなバラつき
の影響が大きくなっている。素子性能がバラつくと、歩
留まりが低下するほか、従来のワースト・ケースに基づ
いた設計では遅延の見積もりが悲観的になりすぎる。
そこで現在では、実際に近い遅延に基づいて設計を行う
ため、統計的静的タイミング解析の導入が進められてい
る。また、出荷時に、実際の遅延を計測してスキューを
調整することなども試みられている。
そして、動作時にタイミング故障を検出し回復する動的
な手法が提案されている。この手法では、Process、Voltage、
Temperature に加え、Aging と Input の実際の状態に応じ
て、最高周波数、最低電圧での動作が可能になる。
我々は、以下の 2 つのレベルにおいて研究を進めている。
回路技術
二層ラッチと動的タイミング故障検出を組み合わせ、動
的タイム・ボローイングを可能とするクロッキング方式
を開発した。従来手法では、1 回でも時間の「赤字」が
発生すると、タイミング故障として検出し、回復処理を
行わなければならない。提案手法では、時間の「借金」
が許される。理論的には、動作周波数を最大 2 倍にする
ことができる。
アーキテクチャ技術
Out-of-order スーパスカラ・プロセッサ向けに、データ系
のみならず、制御系も考慮した回復機構を提案した。タ
イミング故障の発生の情報をパイプラインに沿って伝播
し、故障に基づく結果によってはマシン・ステートを更
新しないようにする。その上で、故障発生後にマシン・
ステートを残してリセットを行う。このことによって、
チップ上のいかなる場所にタイミング故障が発生しても、
正しく回復を行うことができる。
本年度は、本手法を適用したスーパスカラ・プロセッサ
を FPGA 上に実装し、正しく回復できることを確認した。
As the feature size of LSI becomes smaller, random
variation of each element becomes more influential. The
variation of elements decreases the yield, and makes
conventional design based on worst-case estimation too
pessimistic.
Recently, statistical static timing analysis is introduced to
design based on actual delays. It is also tried to adjust the
73
And in the end, some dynamic techniques are proposed. They
detect timing faults and recover from faulty state. These
techniques enable operation at the highest frequency and the
lowest voltage, because it operates based on the most actual
delays according to variations not only of Process, Voltage,
Temperature, but also of Aging and Input.
We proceed with our research on the following two levels, i.e.,
circuit and architecture.
Circuit Technology
We proposed a technique that enables dynamic time
borrowing combining two-phase latch system with dynamic
timing-fault detection. Existing scheme must detect only one
dynamic timing fault and start recovery process from it. On
the other hand, the proposed scheme allows dynamic time
borrowing. Theoretically, the scheme can double the clock
frequency.
Architectural Technology
We proposed a recovering method aware of faults on the
control paths for out-of-order superscalar processors. This
method makes fault information propagated along the pipeline
and prevents the machine state updated by faulty results. And
the chip is reset on fault remaining the machine state. This
makes it possible to recover from any timing faults occurred
in any part on the chip.
This year, we implemented a superscalar processor employing
this method on an FPGA, and verified that the processor can
recover correctly.
2.
注入攻撃の検出
坂井 修一・五島 正裕・李 坤波・都井 紘
Injection Attack Detection
S. SAKAI, M. GOSHIMA, K. LI, and H. TOI
注入攻撃 (injection attack) とは、コンピュータシステム
の脆弱性を利用して、外部から注入 (inject) した攻撃コ
ード・コマンドなどを実行させることをいう。最近では、
クロスサイト・スクリプティングや SQL インジェクショ
ンなど、サーバ上のスクリプトに対する攻撃が深刻にな
っている。
動的情報フロー追跡 (DIFT) は，Perl の taint mode を
プロセッサに応用したものと考えてよく、スクリプトへ
の攻撃に対しても効果がある。プロセッサで攻撃が検出
できれば、個別の言語ごとに対策を行うより、包括的な
対策となる。しかし既存の DIFT は、その伝播精度が十
分ではなく、誤検出や検出漏れが生じていた。
本研究室では、「プログラマの制御の下でのユーザの
選択」が実現されている場合には、文字列から文字列へ
の直接的な変換が行われないことを見出した。そこで、
命令ごとではなく、文字列操作を認識して文字列ごとに
taint bit を伝播させる SWIFT (String-Wise Information
4.
Flow Tracking) を提案した。SWIFT 上で脆弱性のあるサ
ーバプログラムを動作させ、誤検出も検出漏れも発生し
ないことを確認した。
また本年度は、SWIFT の PHP への実装を開始した。
Now attacks by exploiting security vulnerabilities such as
SQL injection and cross-site scripting are becoming seriously.
Dynamic Information Flow Tracking (DIFT) has been
proposed as a promising platform for detecting a wide range
of injection attacks. Nevertheless, current DIFT systems do
not have high accuracy and will produce a mass of false
positives and false negatives.
We proposed SWIFT (String-Wise Information Flow
Tracking), a string-wise tracking method. We verified that
SWIFT cause neither positive nor negative false when
executing server programs with known vulnerabilities.
This year, we started to implement SWIFT on PHP.
3.
高効率タグ・アーキテクチャ
坂井 修一・五島 正裕・塩谷 亮太
Efficient Tagged Architecture
S. SAKAI, M. GOSHIMA, and R. SHIOYA
タグ・アーキテクチャは，メモリの各ワードに対して
タグを付加するアーキテクチャで、近年では、DIFT の基
盤として使われている。これらの技術では、典型的には、
入力データに依存するデータに taint タグを付ける。
従来のタグ・アーキテクチャではレジスタからメモリ
までタグとデータを一緒に格納し、タグの伝搬もデータ
の演算と同時に行っていた。そのため、メモリの必要量
が多く、レジスタやメモリのアクセス・レイテンシが増
加する。
そこで我々は、その格納の伝搬の各フェーズにおいて、
タグとデータの分離する高効率アーキテクチャを提案し
た。
Tagged architecture is the one that each memory data has
extra tag for its property, and used as a base of DIFT in recent
years. In these technologies, the data that depend on the input
from the outside is put the taint tags.
Conventional tagged architecture stores data and its tag
together in from the memory to the register. Thus an amount
of additional memory is required, and the access latencies of
the register and the caches increase.
We proposed an efficient architecture in which data and its
tag are separated both in storing and in propagating them.
情報漏洩防止プラットフォーム
坂井 修一・五島 正裕・江口 修平
・横田 侑樹・文 栄光
Platform against Information Leakage
S. SAKAI, M. GOSHIMA, S. EGUCHI,
Y. YOKOTA, and Y. MOON
情報技術が浸透するに伴い、情報漏洩や著作権侵害な
どの事件も多発するようになっている。情報漏洩の原因は多
岐に渡るため、個々のアプリケーションの信頼性に依拠しな
い包括的な手法が求められる。
その答えの一つとして DIFT があるが、条件分岐に由来す
る情報フローを追跡することは困難であった。
そこで本研究では、条件分岐に由来する情報漏洩も防止
できるプラットフォームとして、コンテクスト・スイッチとページ・
プロテクションを拡張する手法を提案した。
また、プラットフォームが所望の性質を満たしていることを
遠隔から認証する方法を提案した。
With penetration of information technologies, serious
accidents and incidents —such as information leakage and
copyright infringement — are increasing. Since information
can leak through various applications, a comprehensive
technique is expected, which is independent of dependability
of individual applications .
DIFT gives a solution to it, but it is hard to track
information flow through conditional branches.
We proposed a new platform to prevent information
leakage even through conditional branches, based on context
switching and page protection .
In addition, we proposed a scheme of remote attestation
which attests that the platform has the desired features from a
remote site.
5.
高効率スーパスカラ・アーキテクチャ
五島 正裕・坂井 修一・堀尾 一生
・ジョーリ アビシェク
High-Efficient Superscalar Architecture
M. GOSHIMA, S. SAKAI, K. HORIO,
and J. ABHISHEK
プログラムには並列化不能な部分が不可避的に含まれ
る．アムダールの法則が示唆するように，メニーコアの
時代においても，そのような逐次部分を実行するシング
ル・コアの性能は重要であり続ける．最近のスーパスカ
ラ・プロセッサ・コアにおいては，消費エネルギーとそ
の結果として生ずる熱がクロック速度を制約しており，
効率，すなわち，回路面積あたり，消費電力あたりの性
能が，最も重要な指標となる．
スーパスカラ・プロセッサ・コアは，言わば，マルチポ
ート RAM のかたまりであり，性能を落とすことなくこれ
らのポート数を削減することが，効率の向上に直結する．
このことを踏まえ，我々は，(1) リネームド・トレース・
キャッシュ，(2) 非レイテンシ指向レジスタ・キャッシ
ュ・システム，(3) マトリクス・スケジューラ，(4) ツ
インテール・アーキテクチャ など，数々の技術を提案し
てきた．現在，これらの技術を組み込んだプロセッサ・
コアを設計中であり，それらの有効性を実証していく予
定である．
74
Programs essentially contain fragments that cannot be
parallelized. As Amdahl's law suggests, speed-up of a single
core which executes sequential portion of programs will
remain to be important even in the era of many-core
processors. Since energy consumption and resulting heat are
ones of the most serious factors that limit the clock frequency,
efficiency, i.e., performance per circuit area, or energy is the
most important measure of recent processor cores.
A superscalar processor core is composed of a bulk of
multi-port RAMs. Therefore, reducing the number of these
ports while maintaining the performance leads to high
efficiency.
We have proposed such techniques as
(1) Renamed trace cache, (2) Non-latency-oriented register
cache system, (3) Matrix scheduler, and (4) Twin-tail
architecture. We are now designing a processor core with
these techniques, and will prove their effectiveness.
6.
スーパスカラ・プロセッサの研究においては、プロセ
ッサの 1 サイクルごとの挙動を正確に再現する
cycle-accurate なシミュレータが必要となる。
本研究室で開発した「鬼斬」では、特に以下のような
点を重視している：
・ 拡張性： 様々なアーキテクチャの構成への対応
・ 再現性： 正確なプロセッサの挙動の再現
・ デバッガビリティ： 性能バグの発見の容易さ
現在、鬼斬弐は Web 上で公開されている。
In research of superscalar processors, cycle-accurate
simulators, which precisely reproduce cycle-by-cycle
behavior of processors, are required.
Onikiri, which we are developing in our lab, has the
following important aspects:
・ Extensibility: to simulate various architectures
・ Reproducibility: to precisely reproduce the behaviors
・ Debuggability: to easily find performance bugs
Now, Onikiri 2 is available on the WWW.
Switch-on-Future-Event マルチスレッディング
五島 正裕・坂井 修一・塩谷 亮太・倉田 成己
Switch-on-Future-Event Multithreading
M. GOSHIMA, S. SAKAI, R. SHIOYA,
and N. KURATA
データ並列性とは、異なるデータに対してほぼ同様の処
理を行う際に生じる並列性である。データ並列性の高い
処理としては画像処理などのメディア処理が挙げられる。
近年、これらの処理ではループ内に分岐を含むなど、そ
のアルゴリズムが複雑化する傾向にあり、従来の SIMD
などでは対応が困難となっている。
Switch-on-Future-Event マルチスレッディング (SoF
MT) は、このデータ並列性の高い処理をターゲットとし
た方式である。SoF MT はループ・イタレーションに対し
てスレッドを生成し、キャッシュ・ミスや分岐予測ミス
が起こる前にスレッドを切り替える。これにより、SoF MT
では複雑なアルゴリズムを処理できる柔軟性と高いピー
ク性能を両立することが可能になると考えられる。
Data parallelism is derived from almost the same
operations to different data streams. Media processing such as
image processing is an example with high data parallelism.
Recently, the algorithms of these applications tend to become
more complex, and conventional architecture such as SIMD
processors cannot deal with these applications efficiently.
Switch-on-Future-Event Multithreading (SoF MT) aims
to process these applications with high data parallelism. SoF
MT creates threads for loop iterations, and switches them
before they cause branch prediction misses or cache misses.
This enables SoF-MT processor have both high peak
performance and high programmability.
7.
プロセッサ・シミュレータ「鬼斬弐」の開発
五島 正裕・坂井 修一・塩谷 亮太
Processor Simulator “Onikiri 2”
M. GOSHIMA, S. SAKAI, and R. SHIOYA
75
論文・著書一覧（2009 年度）
Publications List
[9]
国際会議論文
[1]
[2]
横田 侑樹, 塩谷 亮太, 五島 正裕, 坂井 修一: 情
報漏洩防止プラットフォーム, 電子情報通信学会
研究報告 CPSY2009–28, pp. 7–12 (2009).
[10] 文 栄光, 塩谷 亮太, 五島 正裕, 坂井 修一: 情報
漏洩防止のためのプラットフォーム認証, 電子情
報 通 信 学 会 研 究 報 告 CPSY2009–29, pp. 13–18
(2009).
Ryota Shioya, Daewung Kim, Kazuo Horio, Masahiro
Goshima, and Shuichi Sakai: Low-Overhead
Architecture for Security Tag, IEEE Int'l Symp. on
Pacific Rim Dependable Computing (PRDC 2009),
DOI: 10.1109/PRDC.2009.30 (2009).
[11] 堀尾 一生, 塩谷 亮太, 五島 正裕, 坂井 修一: 面
積効率を指向するプロセッサの設計, 情報処理学
会 研究報告 2009–ARC–184 (2009).
Kunbo Li, Ryota Shioya, Masahiro Goshima, and
Shuichi Sakai: String-wise Information Flow Tracking
Against Script Injection Attacks, IEEE Int'l Symp. on
Pacific Rim Dependable Computing (PRDC 2009),
DOI: 10.1109/PRDC.2009.35 (2009).
[12] 岡田 崇志, 喜多 貴信, 五島 正裕, 坂井 修一: 耐
永久故障 FPGA アーキテクチャ, 情報処理学会 研
究報告 2009–ARC–184 (2009).
国内会議論文（査読付き）
[13] 喜多 貴信: タイミング制約を緩和するクロッキン
グ方式: 第 1 回 CREST DVLS テスト構造フォーラ
ム, FD1–4 (2009).
[3]
塩谷 亮太, 五島 正裕, 坂井 修一: プロセッサ・シ
ミュレータ「鬼斬弐」の設計と実装, 先進的計算基
盤システムシンポジウム SACSIS 2009, pp. 120–121
(2009). （ポスター）.
[14] 喜多 貴信, 塩谷 亮太, 五島 正裕, 坂井 修一: タ
イミング制約を緩和するクロッキング方式の提案,
情報処理学会 第 72 会 全国大会 , pp. 1-239–1-240
(2010).
[4]
江口 修平, 塩谷 亮太, 五島 正裕, 坂井 修一: 主
記憶バンド幅がプロセッサ性能に与える影響の評
価, 先進的計算基盤システムシンポジウム SACSIS
2009, pp. 147—148 (2009). （ポスター）.
[15] 江口 修平, 塩谷 亮太, 五島 正裕, 坂井 修一: プ
ロセッサ性能に対する主記憶バンド幅の影響の評
価 , 情 報 処 理 学 会 第 72 会 全 国 大 会 ,
pp. 1-179–1-180 (2010).
[16] 堀尾 一生, 塩谷 亮太, 五島 正裕, 坂井 修一: 面
積効率を指向するプロセッサの設計と実装, 情報
処理学会 第 72 会 全国大会, pp. 1-181–1-182 (2010).
総説・解説論文
[5]
末松 安晴, 発田 弘, 山田 昭彦, 旭 寛治, 坂井
修一: 卓越技術データベースの構築と発信, 情報処
理, Vol. 51, No. 1, pp. 79–82 (2010).
[17] 横田 侑樹, 塩谷 亮太, 五島 正裕, 坂井 修一: 情
報漏洩防止プラットフォーム, 情報処理学会
第 72 会 全国大会, pp. 3-629–3-63 (2010).
[18] Yen-Chung Wang, Kazuo Horio, Ryota Shioya,
Masahiro Goshima, Shuichi Sakai: Reevaluating the
Renamed Trace Cache Architecture, 72nd National
Convention of IPSJ, pp. 1-191–1-192 (2010).
招待講演
[6]
五島 正裕: LSI とシステムにおけるアーキテクチャ
の果たすべき役割, LSI とシステムのワークショッ
プ 2009 (2009).
[19] 文 栄光, 塩谷 亮太, 五島 正裕, 坂井 修一: 情報
漏洩防止のためのプラットフォーム認証, 情報処
理学会 第 72 会 全国大会, pp. 3-632–3-633 (2010).
口頭発表
[7]
伊藤 悠二, 塩谷 亮太, 五島 正裕, 坂井 修一: 最
適なロールバック・ポイントを選択するネスティッ
ド・トランザクショナル・メモリ, 情報処理学会 研
究報告 2009–ARC–184, No. 5 (2009).
[8]
喜多 貴信, 樽井 翔, 塩谷 亮太, 五島 正裕, 坂井
修一: タイミング制約を緩和するクロッキング方
式の予備評価, 電子情報通信学会 研究報告
CPSY2009–26, pp. 61–66 (2009).
[20] 伊藤 悠二, 塩谷 亮太, 五島 正裕, 坂井 修一: 最
適なロールバック・ポイントを選択するネスティッ
ド・トランザクショナル・メモリの評価, 情報処理
学会 第 72 会 全国大会, pp. 1-187–1-188 (2010).
[21] 岡田 崇志, 喜多 貴信, 五島 正裕, 坂井 修一: 耐
永久故障 FPGA アーキテクチャの予備評価, 情報処
理学会 第 72 会 全国大会, pp. 1-221–1-222 (2010).
[22] 倉田 成己, 塩谷 亮太, 五島 正裕, 坂井 修一: 繰
り返し構造に着目した分岐プレディシジョンの改
良 , 情 報 処 理 学 会 第 72 会 全 国 大 会 ,
pp. 1-213–1-214 (2010).
76
[23] 有馬 慧, 岡田 崇志, 堀尾 一生, 喜多 貴信, 塩谷
亮太, 五島 正裕, 坂井 修一: 過渡故障耐性を持つ
Out-of-Order スーパスカラ・プロセッサの評価, 情
報 処 理 学 会 第 72 会 全 国 大 会 , pp. 1-223–1-224
(2010).
[24] 都井 紘, 塩谷 亮太, 五島 正裕, 坂井 修一: 文字
列ごとの情報フロー追跡手法の PHP への実装, 情
報 処 理 学 会 第 72 会 全 国 大 会 , pp. 3-623–3-624
(2010)
受賞
[25] 喜多 貴信: 情報処理学会 平成 21 年度 山下記念
研究賞, 予測ミスした命令の実行を継続する投機
手法 (2008–ARC–178) (2009).
[26] 坂井 修一: 情報処理学会フェロー (2010).
[27] 有馬 慧： 情報処理学会 第 72 会 全国大会 推奨卒
業論文認定 (2010).
[28] 倉田 成己： 情報処理学会 第 72 会 全国大会 推奨
卒業論文認定 (2010).
[29] 都井 紘： 情報処理学会 第 72 会 全国大会 推奨卒
業論文認定 (2010).
[30] 喜多 貴信: 情報処理学会 第 72 会 全国大会 推奨修
士論文認定 (2010).
報道
[31] 五島 正裕: 「性能よりも書きやすさ」, マルチコア
LSI でソフトウェア設計者の心を知る, 日経 BP 社
(Tech-On), http://techon.nikkeibp.co.jp/article/NEWS/
20090521/170516/ (2009).
著書
[32] 坂井 修一： 実践コンピュータアーキテクチャ, コ
ロナ社 (2009).
[33] 坂井 修一: 知っておきたい情報社会の安全知識,
岩波ジュニア新書, 岩波書店 (2010).
77
伊庭研究室
Iba Laboratory
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
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.
(http://www.iba.t.u-tokyo.ac.jp/)
研究現況
Current Research Projects
1.
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
3.
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.
2.
進化するハードウェアに関する研究
伊庭斉志
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
78
ゲノム情報処理
伊庭斉志
Genome-informatics and Bio-informatics
H. IBA
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.
pp. 1147-1154, 2009.
論文・著書一覧（2009 年度）
Publications List
[11] Aranha,C., Iba,H.: “ Using memetic algorithms to
improve portfolio performance in static and
dynamic trading scenarios”, Proceedings of the
Genetic and Evolutionary Computation Conference
(GECCO 2009), pp. 1427-1434, 2009.
研究論文
[1]
長谷川禎彦, 伊庭斉志: ”PCFG-LA 混合モデルに基
づく分布推定アルゴリズム”, 人工知能学会論文
誌,vol.24,no.1SP-H, pp.80-91, 2009.
[2]
柳瀬利彦,長谷川禎彦,伊庭斉志: ”確率モデル GP の
ための二分岐化プロトタイプ木”,人工知能学会論文
誌,vol.25,no.2,pp.340-350,2010.
[3]
Iba,H.: “Hybrid Genetic Programming and GMDH
System: STROGANOFF “, Hybrid Self-Organizing
Modeling Systems
(Studies
in Computational
Intelligence), Godfrey C. Onwubolu (ed.), pp.27-98,
Springer, 2009 .
[4]
Aranha,C., Iba,H.:
“Evolutionary Morphology for
Memetic
Tree-based
Polycube Robots, The
Genetic
Algorithm
and
its
application
to
Portfolio Optimization”, Memetic Computing,vo1,
no.2,DOI:10.1007/s12293-009-0010-2, 2009.
[6]
Paul,T.-K., Iba,H.: “Prediction of Cancer Class
with
Majority
Voting
Genetic
Programming
Classifier
Using
Gene
Expression
Data”,
IEEE/ACM
Transcriptions
on
Computational
Biology and Bioinformatics,pp.353-367, 2009.
[8]
[13] Watanabe,A., Tanji,M., Iba,H.: “ Creating Singing
Vocal Expressions by means of Interactive
Evolutionary Computation”, Proc. of the 5th
International
Workshop
on
Computational
Intelligence
&
Applications, IEEE
SMC
Hiroshima Chapter, Hiroshima University, pp.10-12,
2008.
Tohge,T., Iba,H.: ”Search
for the Structure of
Polyube Robots
using Memetic
Algorithm”,
Emerging Technologies Robotics
and
Control
Systems, Third edition Salvatore Pennacchio(ed.),
pp.154-159,Internationalsar,2009.
[5]
[7]
[12] Hirabayashi,A., Aranha,C., Iba,H.: “ Optimization of
the trading rule in foreign exchange using
genetic algorithm”, Proceedings of the Genetic and
Evolutionary Computation Conference (GECCO 2009),
pp. 1529-1536, 2009.
著書
[14] Iba,H., Paul,T.-K., Hasegawa,Y.: “Applied
Genetic
Programming
and
Machine
Learning”, CRC
Press
International
Series
on
Computational
Intelligence,349
pages,
CRC
Press,
ISBN-10:1439803692, Taylor & Francis, Inc.. 2009.
シンポジウム・研究会・大会発表等
[15] 丹治信,伊庭斉志: “軍隊アリの生態を取り入れたマ
ルチエージェントシミュレーション”, 2009 年度人
工知能学会全国大会第 23 回論文集 (JSAI2009),
2009.
Hasegawa,Y., Iba,H.: “ Latent Variable Model for
Estimation of Distribution Algorithm Based on
a
Probabilistic
Context-Free
Grammar”,
IEEE/ACM
Transcriptions
on
Evolutionary
Computation,vol.13, no.4, pp.858-878, 2009.
[16] 石渡裕之,伊庭斉志: “木構造断片のランダムサンプ
リングによるプログラム進化”, 2009 年度人工知能
学会全国大会第 23 回論文集 (JSAI2009), 2009.
[17] 柳瀬利彦,伊庭斉志: “二分岐化プロトタイプ木を用
いた確率モデル GP”, 2009 年度人工知能学会全国大
会第 23 回論文集 (JSAI2009), 2009.
Kabir,M., Noman,N., Iba,H.: “ Reverse engineering
gene regulatory network from microarray data
using
liner
time-variant
model”, BMC
Bioinformatics,
vol.11,
(Suppl.1):S56,
doi:10.1186/1471-2105-11-S1-S56, 2010.
[18] アランニャ・クラウス,アゼベド・カルロス,伊庭斉
志: “金融ポートフォリオ最適化のためのセルオー
トマトンに基づいたミミティクスアルゴリズム”,進
化計算シンポジウム 2009,進化計算研究会, 2009.
国際会議論文
[9]
[19] 安藤大地,伊庭斉志: “時系列メディアを生成対象と
したアート創作支援 IEC のインタフェース”,進化計
算シンポジウム 2009,進化計算研究会, 2009.
Tanji,M.,, Iba,H.:“Program
optimization
by
random tree sampling”, Proceedings of the Genetic
and Evolutionary Computation Conference (GECCO
2009), pp. 1131-1138, 2009.
[20] 渡辺晃生,伊庭斉志: “対話型進化計算を用いた歌声
の表情付け”,進化計算シンポジウム 2009,進化計算
研究会, 2009.
[10] Yanase,T., Hasegawa,Y., Iba,H.: “Binary encoding
for
prototype
tree
of
probabilistic
model
building
GP”,
Proceedings of the Genetic and
Evolutionary Computation Conference (GECCO 2009),
[21] 丹治信,伊庭斉志: “ ConBreO：対話型と自動型の GP
による楽曲自動表情付けシステム”,進化計算シンポ
ジウム 2009,進化計算研究会, 2009.
79
[22] 丹治信, 伊庭斉志: “拡張 PCFG による演奏 MIDI デ
ータからの拍節構造推定”, 情報処理学会 音楽情
報 科 学 研 究 会 研 究 報 告 , (IPSJ SIG Technical
Report),2009-MUS-81, 2009.
[37] 福井啓,伊庭斉志: “進化的アンサンブル手法の時系
列への応用”, 第３回フレッシュマンのための人工
知能研究交流会予稿集, 人工知能学会, 2010.
[23] 石渡裕之,伊庭斉志: “軍隊アリのシミュレーション
による協調行動の創発”,第 22 回分散システムシン
ポジウム,SY0002/10/0000-0121, 2010.
[38] 坪井祐樹,伊庭斉志: “遺伝的アルゴリズムによるト
レンドフォローシステムの最適化”, 第３回フレッ
シュマンのための人工知能研究交流会予稿集, 人工
知能学会, 2010.
[24] 石渡裕之,伊庭斉志: “軍隊アリの生態を取り入れた
マルチエージェントシミュレーションによる協調
行動の創発”,第 2 回進化計算フロンティア研究
会,2009/10/02-03, 2009.
[39] バダルチ・ツェレンチメデ,伊庭斉志: “遺伝的アルゴ
リズムによるリアルタイム取引ルールの最適化”,
第３回フレッシュマンのための人工知能研究交流
会予稿集, 人工知能学会, 2010.
[25] 渡辺晃生,伊庭斉志: “ IEC を用いたコンピュータ歌
唱の表情付け”,第 2 回進化計算フロンティア研究
会,2009/10/02-03, 2009.
[40] 今 川 哲 矢 , 伊 庭 斉 志 : “ 外 国 取 引 為 替 に お け る
MVGPC の有効性”, 第３回フレッシュマンのため
の人工知能研究交流会予稿集, 人工知能学会, 2010.
[26] 執行恵太,福永アレックス,柳瀬利彦,伊庭斉志: “遺伝
的プログラミングを用いた巡回案内ロボットの行
動 学 習 ”, 第 2 回 進 化 計 算 フ ロ ン テ ィ ア 研 究
会,2009/10/02-03, 2009.
[27] 藤原健太,伊庭斉志: “進化計算を用いた外国為替取
引手法の生成”,第 2 回進化計算フロンティア研究
会,2009/10/02-03, 2009.
[28] 丹治信,伊庭斉志: “ GP の木構造ランダムサンプリ
ングによる個体生成手法”, 第 3 回進化計算フロン
ティア研究会,2010/03/05-06, 2009.
[29] 渡辺晃生,伊庭斉志: “対話型アプローチを用いた人
間らしい歌声の生成”, 第 3 回進化計算フロンティ
ア研究会,2010/03/05-06, 2009.
[30] 小宮一樹,執行恵太,柳瀬利彦,伊庭斉志: “聴衆の人数
に応じたプレゼンテーションのためのマルチモー
ダルプレゼンテーション言語 MPML の拡張”, 第
27 回日本ロボット学会学術講演会, 2009.
[31] 福 永 ア レ ッ ク ス , 柳 瀬 利 彦 , 伊 庭 斉 志 :“Goal
Selection for a Busy Robot Tour Guide”, 第
27 回日本ロボット学会学術講演会, 2009.
[32] Suresh,H.D., Jiradej,V., Iba, H.:“Evolving
Robust
Humanoid Controllers”, 第 27 回日本ロボット学会
学術講演会, 2009.
[33] アランニャ・クラウス,伊庭斉志: “遺伝的アルゴリズ
ムを用いたポートフォリオ最適化の最新発達”, 第 3
回ファイナンスにおける人工知能応用研究
会,SIG-FIN-003-10, 2009.
[34] 藤原健太,伊庭斉志: “進化計算手法に基づく外国為
替の自動取引”, 第 3 回ファイナンスにおける人工
知能応用研究会,SIG-FIN-003-10, 2009.
[35] 福井啓,伊庭斉志: “進化的アンサンブル手法の時系
列への応用”, 第３回フレッシュマンのための人工
知能研究交流会予稿集, 人工知能学会, 2010.
[36] 福井啓,伊庭斉志: “進化的アンサンブル手法の時系
列への応用”, 第３回フレッシュマンのための人工
知能研究交流会予稿集, 人工知能学会, 2010.
80
柴田・三田研究室
intelligent
Semiconductor Microsystems
Laboratory (iSML)
(http://www.if.t.u-tokyo.ac.jp)
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 a
practical application of the circuit technology developed for
the associative processor chips, CDMA matched filter chips
have also been developed..
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，馬 奕濤, 夏 文
Right-Brain-Computing Integrated Circuits:
Associative Processing Systems
T. Shibata, Y. Ma, B. Ka
2. 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, ロバート グロー, 朱弘博，
高橋 徳浩, 森川重毅，韓 丹丹,
金 炫秀，孫 卓力，山下直也，押山 元
A Robust Feature-Vector Generation VLSI’s and
their Application to Human-Like Image Recognition
T. Shibata, R. Grou, Z. Hongbo, N. Takahashi,
S. Morikawa, D. Han, H.-S. Kim, Z. Sun,
N. Yamashita, G. Oshiyama
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
ステムを構成する。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 psycho-logical 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 or νMOS) which mimics the action of a
nerve cell neuron at a single transistor level. Based on such
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: Pro-jected 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、歯学部学生にとっても高
度な訓練を必要とする解剖学的特徴点抽出の困難な作業
が、専門医と同様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
81
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)" algorithm. 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 expensive, dedicated VLSI chips have
been developed both in digital CMOS technology and analog
CMOS technology.
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 information from the object of
interest has also been 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.
方向性エッジベクトル表現を用いたロバスト
な人物像検出システム
柴田直, 三好 高史
A Robust Human Figure Detection System Using
Directional-Edge-Based Image Representations
T. Shibata, T. Miyoshi
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。さらに、顔画像を各
部分を構成する微小画像の２次元シーケンスとして扱い、
シーケンスマッチングの手法を用いて顔認証を行うシス
テムも構築した。これにより、照明条件の変化に強いロ
バストな顔認証システムが実現した。本実績をベースに、
任意の環境下において様々なポーズをとる人物像をロバ
ストに検出するシステムの研究を進めている。
Face localization and identification of individuals by
facial images are important issues in the development of new
generation human-computer interfaces. 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
3. 実時間動画像処理プロセッサ
柴田直，趙 普社，申 丞鎬，
プラバート・ウィーラワルダナ，小森健正
Real-Time Moving Image Processing VLSI Systems
T. Shibata, P. Zhao, S. Shin,
P. Weerawardhana, T. Komori
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
タが実現できた。フィルファクタとは、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で、こ
れが大きいほど多くの画像情報が処理に取り込める。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
nonstationary complicated background sceneries has been
developed. Due to the new quasi-two dimensional processing
algorithm we have developed, the chip contains the
82
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. We also developed a face
identification system in which a face image is treated as a two
dimensional sequence of partial images also represented by
directional edge-based vectors, thus showing a robust
identification performance under a variety of illumination
conditions. Based on these achievements, a system is now
under development that is capable of localizing human figures
with varying poses under cluttered environments..
shows a very robust tracking performance for an object
moving under variety of disturbing conditions such as
changing illumination, con-fusing busy background, object
shape transformation, changing speed, partial occlusion etc. A
robust ego-motion perception algorithm has also been
developed based on the edge information. In order to
understand the gesture of a person form motion pictures, a
vector representation of an instantaneous motion has been
developed. A temporal sequence of such vectors is analyzed
by Hidden Markov Models (HMMs). For this purpose, a new
HMM has been developed which we call Self-Evaluating
HMM. With this new model, it is possible for a single
Self-Evaluating HMM to judge if an input sequence matches
to the model without referring to other models. Preliminary
experiments of simple gesture recognition have confirmed the
effectiveness of this approach.
5. 動画像認識システム
柴田直，西山 未央，包 蕊寒，ルーク・ビーマ
Moving Image Recognition System
T. Shibata, M. Nishiyama, R. Bao, L. Beamer
方向性エッジ情報が、静止画の認識に重要な働きをす
ることを我々はこれまで様々な事例で実証してきた。本
研究テーマは、動画像シーケンスから動きの情報を取り
出し、これによって動作の理解を行う研究であり、これ
もエッジ情報を用いて行っている。人間の脳は、まず第
一視覚野で様々な方向性エッジ情報が抽出し、これを用
いて形状認識と動き認識を、それぞれ別々の pass way
で実行している。我々もこれに習った。エッジ情報によ
って物体の形状を認識し、その形状を順次追いかけて行
く手法でオブジェクトトラッキングシステムを開発した。
追跡物体が複雑な背景の中に入っても、途中で形状や動
作速度を変えても、また照明条件が変化しても正確に追
跡していける。環境の中で人が移動すると環境の視覚画
像もそれに応じて変化するが、その変化から自分の動き
を理解するいわゆる ego motion perception も、方向性
エッジ情報を用いて実現した。照明条件の変化や、明確
なテクスチャの少ない環境、あるいは視野内に別の動き
をする物体が存在する場合にも、ロバストな ego motion
検出ができる。さらに、画面の中で動作する人物のジェ
スチャーを認識するシステムも開発中である。各時刻に
おけるオプティカル・フローをベクトル表現し、ベクト
ルの時間シーケンスを隠れマルコフモデル（HMM）を用い
て理解するシステムである。この目的のため、相対評価
ではなく絶対評価可能な、新たな隠れマルコフモデルを
考案し、その有効性を実証した。
So far we have shown directional edge information plays
an essential role in a variety of still image recognition
applications. In this project, we are developing moving image
recognition systems also utilizing directional edge information.
In the human brain, it is known that edges of various
orientations are firstly extracted from retinal images and then
being processed through separate pass ways for motion
recognition and object shape recognition. We have followed
such a biological principle. As an example, we have
developed an object tracking system utilizing the edge
information to represent the object appearance. Our system
83
6. サブミクロン開口の深掘りエッチングを応用
したMEMS-LSI融合デバイス
三田吉郎，澤村智紀，山本広隆，伍仟，
フレデリック・マーティー(仏電子技術高等学院)
LSI-MEMS integrated device by deep reactive ion
etching technology
Y. Mita, T. Sawamura, H. Yamamoto, Q.Wu,
F. Marty (ESIEE, France)
東京大学武田先端知ビルスーパークリーンルームの
VDEC 所有 EB 装置を利用してリソグラフィを行ない、
DRIE
装置でエッチングを行なって、深掘りナノサイズ構造す
なわち、電子デバイスサイズ（１ミクロン以下）のパタ
ーン幅でかつマイクロマシンサイズ（40 ミクロン以上）
の深さを持つ垂直深掘り構造を作製し、機械的な深掘り
構造に起因した物理効果によって量的・質的な向上がも
たらされる新世代の電気機械デバイスを研究している。
深掘り加工技術としては最小サイズ 170 ナノメートル、
深さ 15 ミクロンのトレンチ構造を作製することができ
るようになった。MEMS 用サブミクロンサイズの深掘り構
造は、これまでせいぜいアスペクト比 1:10 程度であった
が、本研究ではそれより一桁優れた結果を出している。
このエッチング技術を基礎に、シリコンの垂直面の表面
から不純物拡散を行って PN 接合とした「垂直フォトダイ
オード」を作製、既存の平面型ダイオードに比較して 25%
～80%の効率向上ならびにクロストーク軽減ができるこ
とを示した研究を進めているが、開口幅を光の波長より
も狭くした細長いスリット構造を並べることで、直線偏
光に対して感度のある電子デバイスが作製できることが
示されたので、その原理ならびに応用 LSI システムにつ
いて研究を進めている。
Silicon deep nano-fabrication technology of structures
having both electron-device-scale (10µm down to less than
1µm) lateral resolution and MEMS-scale (more than 40 µm)
depth, and application to electron devices are developed.
VDEC’s EB writer performs lithography and Deep RIE at
Takeda Building performs etching. Our recent performance
provides trenches of 170nm-width and or 15µm-depth. The
feature scale is ten times smaller in lateral direction while
keeping DRIE-standard depth as compared to Deep-RIE
standard. Based on the technology, several new-concept
devices are appearing such as: (1) a “vertical photodiode” that
is made by thermal diffusion on the vertical wall of Si Deep
Reactive Ion Etching (DRIE) and showed from 25% to 80%
of photocurrent increase and crosstalk suppression as
compared to conventional planar photodiode, (2)
“Polarization-sensitive
photo-detector”
that
shows
photocurrent dependence on polarization angle of incident
light due to the submicron deep-silicon grating photodiode
structure. Studies on the physical understanding and system
application are underway.
Narrow and deep structures such as microholes and
trenches are playing key roles in modern electro and
mechanical systems. In standard micro fabrication technology,
patterns are composed of rectangles and vertically transferred
to the depth direction, yielding long-cubic structures.
However, just by thinking of lens shape, one can realize that
cubic shape is not necessarily the optimum shape for all kinds
of applications. Hence it can be said that the ideal micro
fabrication technology must be capable of realizing surfaces
having arbitral curvatures that are top-down requested by
applications. The team aims at acquiring comprehensive study
on such “arbitral curvature providing micro fabrication
technologies” from three aspects: (1) Top-down concrete
applications, (2) Enabling micro fabrication methods by
cutting-edge technologies and ideas, and (3) non-destructive
profiling method of such surfaces. Top-down applications
include (1-1) vertically-buried microinductor, (1-2) Silicon
photovoltaic polarizer for energy harvesting, and (1-3) A
Curvature Controlled Flexible Silicon Micro Electrode Array
to Wrap Neurons for Signal Analysis. As fabrication
methods, (2-1) Micro entrant shape etching method by
isotropic and anisotropic etching combination and (2-2)
Digital thickness variation induced out-of-plane curvature
control method are developed. To evaluate above-mentioned
structures without breaking, (3) a swing-probing surface
profiler that can tap vertical surface perpendicularly is under
development.
7. マイクロ構造の自由な断面形状制御法とそれ
を活用する電気機械システム
三田吉郎，澤村智紀，金俊亨，チャンナムビン，馬
少駿（東大杉山研）
，久保田雅則（杉山研），
ジャン=ベルナール・プーシエル（仏計測自動制御
技術研究所）
，増沢隆久（東大名誉教授）
LSI-MEMS integrated device by submicron-wide
opening deep reactive ion etching technology
Y. Mita, T. Sawamura, J.-H. Kim, T.-N. Binh, S. Ma,
M. Kubota, J.-B. Pourciel, T. Masuzawa
シリコン深掘り微細加工技術は絶え間ない進歩をつ
づけており、それに伴い微小電気機械(MEMS)に関する新
しい応用分野が広がりを見せている。現在主流となって
いる微細加工技術によって実現可能なマイクロ構造は、
平面方向に矩形パターンを組み合わせてそのまま深さ方
向に転写する作製プロセスで決定される直方体構造であ
る。しかしながら、例えばレンズの形状を考えるとわか
るように、直方体が形状として最適でない機械素子は多
数存在するので、理想的なマイクロ加工技術というもの
は本来、電子機械素子の性能からトップダウン要請され
る任意曲面を自在に実現できなくてはならない。本研究
はこのような、「任意形状の曲面を実現するマイクロ加
工技術」に関する総合的知見を得るための試みであり、
(1)具体的なトップダウンアプリケーション、(2)最先端
技術とアイディアによる作製テクノロジ、さらに(3)マ
イクロ三次元構造の非破壊評価技術という三正面からの
アプローチを行っている。具体的なトップダウンアプリ
ケーションとして、(1-1) 集積回路チップの垂直方向に
埋め込んだインダクタや、(1-2)発電機能付きシリコン
偏光薄膜素子、(1-3)非破壊神経系の動作電位分布を測
定するためのやわらかい電極アレイを、加工技術として
は(2-1) 深掘りエッチングの特性を生かしたえぐれ構造
作製法ならびに(2-2)部分的に薄層化することで曲率の
制御を可能とした曲面生成法、測定技術としては(3)断
面に対して直交して探針を当てられる新型スイング式垂
直表面プロファイリングシステムの研究を行っている。
8. 集積化水上走行ロボットを通じたエネルギー
自立型分散マイクロシステム
三田吉郎，森下賢志，イファン・リ（英エジンバラ
大），アントニー・ウォルトン（英エジンバラ大）
Study on LSI-MEMS integrated pond-skating robot
for energy-autonomous distributed Microsystems
Y. Mita, S. Morishita, Y. Li, A. J. Walton
新しい応用分野を拓くものと近年期待が高まってい
る集積化 MEMS（微小電気機械システム）のトップダウン
アプリケーションとして、環境からエネルギーを取得し
て自立移動できる、完全自走型のマイクロシステムの研
究を行っている。「Engineered Nature」すなわち、動物
の実装をデッドコピーするのではなく動物に見られる機
能を抽出してそれを工学的に最適な形で実現することを
通じて工学の発展に寄与することを指導原理としている。
大きさ 1cm 以下のマイクロロボットを多数環境に放出し、
個々のロボットは近傍のロボットと通信を行いながら、
協調的に環境測定などの高度な機能を実現するという自
律分散システムを目指している。1cm 角サイズという小
型なマイクロロボットとして知られているものは、安宅
（東大）らによるマイクロ繊毛（1992）、Ebefords（KTH）
らによるマイクロ尺取虫、三木（東大）らによるマイク
ロヘリコプターなどがあるが、電源供給用に電線が必要
であるとか、ミリワット級のエネルギーを投入しなくて
84
はならないとかいった問題のため完全自立というには程
遠かった。
既存研究の最大の課題である電力消費を抑えて自立
移動するための動力原理として、筆者らはエレクトロウ
ェッティング(EWOD)現象に注目している。むきだしの絶
縁電極に電荷を注入して表面エネルギーを変調すること
で、表面の濡れ性を制御する、19 世紀半ばから知られ
ている原理で、2000 年代になってマイクロ化学システ
ムの液滴移動原理として再発見されたものである。濡れ
性制御に必要なエネルギーが 1µm/cm2 と非常に小さいた
め、世界初の自立移動マイクロロボットの駆動原理とし
て好都合であると考えている。現在までに、磁気誘導に
よって電力を伝送して自走（一掻き）するロボットのデ
モンストレーションに成功している。
As one example of integrated MEMS that is expected to
open new research and industrial application fields, the
authors are trying to show a top-down application of
energy-autonomous distributed microrobots. The research
belongs to the “top-down” research category and through the
research the team looks forward to provide the “Engineered
Nature”; the team does not intend to just copy how nature
works in implementation level, but to realize with
cutting-edge technologies what nature is aiming at in
highly-functional level. Recent top-down activities include
autonomous distributed mobile robot: “Pond Skater”, which to
date had not been realized by any other microsystems group.
The availability of a leading low voltage technology at the
Scottish Microelectronic Centre (SMC) the University of
Edinburgh that could electrically change surfaces from
hydro-phobic to hydrophilic proved to be crucial to achieving
this goal as was the previous involvement of SMC staff in
wireless technology. The major challenge is propulsion, and it
is clear that directly mimicking the pond skating insect’s
propulsion mechanism would be problematic. The idea that
was developed was to propel the device using Electro-Wetting
Of Dielectric (EWOD) to move air bubbles, which had the
significant advantage that there we no moving mechanical
parts, which simplified the construction and helped to
minimize the weight which was important if the pondskating
device was to float using surface tension. Based on the
world’s first wireless pond-skating propulsion, the team is
developing VLSI control circuit and integration technology
for continuous skating.
論文・著書一覧（2009 年度）
Publications List
研究論文
[1]
Yoshio Mita, Y. Li, M. Kubota, S. Morishita, W. Parkes,
L.I. Haworth, B.W. Flynn, J.G. Terry, T.-B. Tang, A.D.
Ruthven, S. Smith and A.J. Walton, “Demonstration of a
wireless driven MEMS pond skater that uses EWOD
technology,” Journal of Solid-State Electronics, Vol. 53
pp. 798-802, 2009.
[2]
Hongbo
Zhu
and
Tadashi
Shibata,
“A
Digital-Pixel-Sensor-Based Global Feature Extraction
Processor for Real-Time Object Recognition,” Japanese
Journal of Applied Physics, VOL. 48, NO. 4, pp.
04C080-1-7, 2009.
[3]
Norihiro Takahashi, Kazuhide Fujita, and Tadashi
Shibata, “A Pixel-Parallel Self-Similitude Processing for
Multiple-Resolution Edge-Filtering Analog Image
Sensors,” IEEE Transactions on Circuits and
Systems—I : Regular Papers, VOL. 56, NO.11,
pp.2384-2392, 2009.
[4]
Tadashi Shibata, “Computing based on the physics of
nano devices—A beyond-CMOS approach to
human-like intelligent systems,” Solid-State Electronics,
VOL. 53, pp. 1227-1241, 2009.
[5]
Jia Hao, and Tadashi Shibata, “An Ego-Motion
Detection System Employing Directional-Edge-Based
Motion Field,” IEICE Trans. Inf. & Syst., VOL.E93-D,
NO.1, pp. 94-106, 2010.
国際会議論文
85
[6]
Yudai
Fukuoka
and
Tadashi
Shibata,
“Block-Matching-Based CMOS Optical Flow Sensor
Using
Only-Nearest-Neighbor
Computation,”
Proceedings of the 2009 International Symposium on
Circuits and Systems (ISCAS 2009), pp. 1485-1488,
Taipei, Taiwan, May 24-27, 2009.
[7]
Kyunghee Kang and Tadashi Shibata, “An
on-Chip-Trainable Gaussian-Kernel Analog Support
Vector Machine,” Proceedings of the 2009 International
Symposium on Circuits and Systems (ISCAS 2009), pp.
2661-2664, Taipei, Taiwan, May 24-27, 2009.
[8]
Kazuhide Fujita, Kiyoto Ito and Tadashi Shibata, “A
Single-Motion-Vector/Cycle-Generation Optical Flow
Processor Employing Directional-Edge Histogram
Matching,” Proceedings of the 2009 International
Symposium on Circuits and Systems (ISCAS 2009), pp.
3022-3025, Taipei, Taiwan, May 24-27, 2009.
[9]
Takuki Nakagawa and Tadashi Shibata, “A Real-Time
Image Feature Vector Generator Employing Functional
Cache Memory for Edge Flags,” Proceedings of the
2009 International Symposium on Circuits and Systems
(ISCAS 2009), pp. 3026-3029, Taipei, Taiwan, May
24-27, 2009.
CMOS Image Sensor Employing Self-Similitude
Processing, ” in Extended Abstracts of the 2009
International Conference on Solid State Devices and
Materials (SSDM 2009), pp. 1066-1067, Sendai, Japan,
October 7-9, 2009.
[10] Satoshi Morishita, JunHyong Kim, Frederic Marty,
Yifan Li, Anthony J. Walton, and Yoshio Mita, “A
Three-Dimensional Silicon Shadowmask for Patterning
On Trenches with Vertical Walls,”
The 15th
International Conference on Solid-State Sensors,
Actuators and Microsystems (Transducers '09), June
21-25, Denver, USA, pp. 1608-1611, 2009.
[18] Yitao Ma and Tadashi Shibata, “A Binary-Tree
Hierarchical Multiple-Chip Architecture for Real-Time
Large-Scale Learning Processor Systems,” Proceeding
of the 2009 International Conference on Solid State
Devices and Materials (SSDM2009), P-5-3, pp. 454-455,
Sendai, Japan, October, 2009.
[11] Jun-Hyoung Kim, Masanori Kubota, Akio Higo, Hideki
Abe, Yoshitaka Oka, and Yoshio Mita, “A Curvature
Controlled Flexible Silicon Micro Electrode Array to
Wrap Neurons for Signal Analysis,”
The 15th
International Conference on Solid-State Sensors,
Actuators and Microsystems (Transducers '09), June
21-25, Denver, USA, pp. 1810-1813, 2009.
[19] Tadashi Shibata,”Bio Inspired Architectures in the
Nanoscale Integration Era,” ECS Transactions, Volume
25, Issue 7, 216th ECS Meeting, October 4 - October 9,
2009, Vienna, Austria, “ULSI Process Integration
6”Editor(s): C. Claeys, H. Iwai, M. Tao, S. Deleonibus, J.
Murota, pp. 49-64.
[20] Jia Hao and Tadashi Shibata, “Digit-Writing Hand
Gesture Recognition by Hand-Held Camera Motion
Analysis,” Proceedings of the IEEE International
Conference on Signal Processing and Communication
Systems2009 (ICSPCS 2009), Omaha Nebraska, USA,
September 28-30, 2009.
[12] K. Takahashi, I. W. Jung, A. Higo, Y. Mita, H. Fujita, H.
Toshiyoshi, and O. Solgaard, “A CMOS Compatible
Low Temperature Process for Photonic Crystal MEMS
Scanner,” IEEE/LEOS International Conference On
Optical MEMS and Their Applications (OMEMS 2009),
pp. 77-78 2009.
[21] Ruihan Bao and Tadashi Shibata,“A Gesture Perception
Algorithm
Using
Compact
One-Dimensional
Representation of Spatio-Temporal Motion-Field
Patches, ” Proceedings of The IEEE International
Conference on Signal Processing and Communication
Systems 2009 (ICSPCS 2009), Omaha Nebraska, USA,
September 28-30, 2009.
[13] Norihiro Takahashi and Tadashi Shibata, “A
Non-Subtraction Configuration of Self-Similitude
Architecture for Multiple-Resolution Edge-Filtering
CMOS Image Sensor,” Proceedings of the 19th
International Conference on Artificial Neural Networks
(ICANN 2009), vol. 1, pp. 391-400, Limassol, Cyprus,
September 14-17, 2009.
[22] Robert Grou-Szabo and Tadashi Shibata, “ Blind
Motion-Blur Parameter Estimation Using Edge
Detectors, ” Proceedings of The IEEE International
Conference on Signal Processing and Communication
Systems 2009 (ICSPCS 2009), Omaha Nebraska, USA,
September 28-30, 2009.
[14] Tadashi Shibata, “Bio-Inspired Devices, Circuits and
Systems,” Proceeding of the 35th European Solid-State
Circuits Conference (ESSCIRC 2009), pp. 8-15, Athens,
Greece, 14-18 September, 2009.
[15] Hongbo Zhu and Tadashi Shibata, “A Real-Time Image
Recognition
System
Using
a
Global
Directional-Edge-Feature Extraction VLSI Processor,”
Proceeding of the 35th European Solid-State Circuits
Conference (ESSCIRC 2009), pp. 248-251, Athens,
Greece, 14-18 September, 2009.
[23] Robert
Grou-Szabo
and
Tadashi
Shibata,
“ Random-Valued Impulse Noise Detector for
Switching Median Filters Using Edge Detectors, ”
Proceedings of The IEEE International Conference on
Signal Processing and Communication Systems 2009
(ICSPCS 2009), Omaha Nebraska, USA, September
28-30, 2009.
[16] Yoshio Mita,
Jean-Bernard Pourciel,
Masanori
Kubota,
Akio Higo,
Shaojun Ma,
Satoshi
Morishita,
Masakazu Sugiyama, and
Takahisa
Masuzawa, “An Active Swing Probing Method for High
Aspect Ratio Deep Hole Profiler,” 20th Workshop on
Micromachining, Micromechanics and Microsystems,
(MME 2009), September 20-22, Toulouse, France D12
(2009.09).
[24] Mio Nishiyama and Tadashi Shibata, “Normalized
Scoring of Hidden Markov Models by On-Line Learning
and Its Application to Gesture-Sequence Perception,”
Proceedings of the IEEE International Conference on
Image Processing (ICIP), pp.3565-3568, Cairo,
November, 7-11, 2009.
[25] Yuta Okano and Tadashi Shibata, “High-Frame-Rate
Dense Motion Vector Field Generation Processor With
[17] Norihiro
Takahashi
and
Tadashi
Shibata,
“ Current-Mode Multiple-Resolution Edge-Filtering
86
Simplified Best-Match Searching Circuitries,” in The
Proceedings of IEEE Asian Solid-State Circuits
Conference (A-SSCC), pp. 205-208, Taipei, Taiwan,
November 16-18, 2009.
ICD2009-113（2010-01), 2010 年 1 月
[26] Masanori Kubota, Yoshio Mita, Masakazu Sugiyama,
and Yoshiaki Nakano, “A bulk micromachined vertical
nano-gap Pirani wide-range pressure test structure for
MEMS-integration, ” 23rd IEEE International
Conference on Microelectronic Test Structures (ICMTS),
22-25 March, Hiroshima, Japan, pp. 14-17, 2010.
[27] Yoshio Mita, Jean-Bernard Pourciel, Masanori Kubota,
Agnes Tixier-Mita, Satoshi Morishita, and Takahisa
Masuzawa, “A Balanced-SeeSaw MEMS Swing Probe
for Vertical Profilometry of Deep Micro Structures,”
23rd IEEE International Conference on Microelectronic
Test Structures (ICMTS), 22-25 March, Hiroshima,
Japan, pp. 58-63, 2010.
シンポジウム・研究会・大会等発表
[28] 三田吉郎、「高機能ＭＥＭＳ三次元構造形成のため
のプロセス技術(招待講演)」, 応用物理学会秋季全
国大会, 2009 年 9 月.
[29] Yoshio Mita, Jean-Bernard Pourciel, Masanori Kubota,
Shaojun Ma, Akio Higo, Agnès Tixier-Mita, Satoshi
Morishita, Masakazu Sugiyama, et Takahisa Masuzawa,
"La Méthode "Swing-Probing" Pour la Profilomètrie de
Microtrous Très Profonds (in French)", Journée
Francophone de la Recherche (フランス語による科学
シ ン ポ ジ ウ ム ), 14 Novembre 2009, Maison
Franco-Japonaise, Tokyo, Japon (2009.11)..
[30] 柴田直,「〔招待論文〕心の情報処理に学ぶ新たな
VLSI システムアーキテクチャ」電子情報通信学会
技術研究報告(信学技報 IEICE Technical Report),Vol.
109, No. 336, ICD2009-95(2009-12), 2009 年 12 月.
[31] 三好高史, 柴田直, 「ブロックサイズ可変エッジ
ヒストグラムを用いた物体検出ハードウエアアル
ゴリズム」, 電子情報通信学会技術研究報告 (信学
技報), Vol. 109, No.334, PRMU2009-151, pp. 71-76,
2009 年 12 月 Yoshio Mita, "Special Section on the IEEE
International Conference on Microelectronic Test
Structures", IEEE Transactions on Semiconductor
Manufacturing, Vol. 21, No. 4, pp. 494-495 (2008.11)
[32] 申 丞鎬, 柴田直, 「方向性エッジヒストグラムマッ
チング VLSI プロセッサを用いた実時間３次元動き
フィールド生成システム」, 電子情報通信学会技術
研 究 報 告 ( 信 学 技 報 ), Vol. 109, No.334,
PRMU2009-151, pp. 83-88, 2009 年 12 月
[33] プラバート ウィーラワルダナ, 柴田直,「ＣＭＯ
Ｓバンプ回路を用いた電流モード動きフィールド
生成回路」電子情報通信学会技術研究報告(信学技報
IEICE
Technical
Report),Vol.
109,
No.405,
87
浅田・池田・名倉研究室
Asada, Ikeda & Nakura Laboratory
In this study, we proposed a buffer-ring-based alldigital
process variability monitor. This technique allows us to
collect the data easily in wafer or package form due to its
all-digital nature. The correct operation of the proposed circuit
was demonstrated using test chip fabricated on 65 nm CMOS
process. We also proposed a pulse-width memory. The
proposed pulse width memory stores the input pulse width,
which is the time-domain information, utilizing two
crosscoupled buffer ring which operate differentially.
(http://www.mos.t.u-tokyo.ac.jp)
研究現況
Current Research Projects
4. 電源雑音測定・低減手法
浅田邦博、名倉 徹、金 鎮明
Dan Ngoc Lan、玉置 裕基
Power Supply Noise Measurement and Suppression
K. Asada, T. Nakura, J. Kim, D. Lan, Y. Tamaki
6. 100GHz 帯を用いたイメージング
浅田邦博，佐々木昌浩， ゲエンカンゴクマイ
Imaging using 100GHz frequency band
K. Asada, M. Sasaki, N.N.M. Khanh
大規模集積回路は情報処理や通信のみならず医療， 航
空宇宙など様々な分野において広く使われている． これ
により回路動作信頼性は必須の課題であり，安定 した誤
動作のないシステムの構築が強く求められてい る．しか
し，VLSI は微細化に伴うトランジスタ数の 増加により
電流密度が高くなり，電源ラインに雑音を 引き起こす原
因となる．電源雑音は回路遅延増加，雑 音余裕低下，ゲ
ート劣化などを引き起こす．本研究で は電源モニタをチ
ップ内に配置して，各ロケーション における遅延の最悪
値を検出する電源モニタシステム を構築する．また，発
生した電源雑音を能動的に低減 するための電源雑音低
減回路構成を実現し，安定的な 電源実現を目標とする
VLSI systems are widely used not only information
processing and communication, but also medical services and
aerospace. The high signal integrity is required for the stable
circuit operation without system errors. However, the
increasing number of transistors in the VLSI due to CMOS
technology scaling make on- chip current density high, and it
causes noise on the power supply lines. Power supply noise
causes problems such as timing violation, reduced noise
margin, and oxide breakdown. Our research put power supply
monitors in the chip to detect the worst delay of each
monitoring location. In the other hand, we realize stable
power supply voltage to cancel supply noise with active
cancelling circuit systems.
5. パルスを利用した設計・プロセスモニター
浅田邦博，名倉徹，飯塚哲也，程在鉉
Pulse-Based LSI Design and Process Monitor
K. Asada, T. Nakura, T. Iizuka, J.H. Jeong
本研究では，リング型のバッファチェインを使用し て，
小面積かつ簡易な計測手法で PMOS/NMOS トラ ンジスタ
の特性ばらつきをモニタする回路を提案し， 65 nmCMOS
プロセスを用いた試作チップにより動作 の確認を行っ
た．さらに，時間方向の情報であるパル ス幅を記憶する
ためのパルス幅メモリに関する検討を 行った．本回路で
はクロスカップルした 2 つのリング 型のバッファチェ
インを差動動作させることによりプ ロセスばらつきに
よらずパルス幅を記憶できる構成と なっている．
88
本年度は，ミリ波イメージングを目的としたパル スビ
ームフォーミング機能を有する 2 × 4 オンチップ ア
ンテナアレイとその送信回路の設計・実装を 65nm CMOS
プロセスを用いて行った．パルス波送信回路 として送信
周波数が 117.130GHz となる 8 素子のダイ ポールアレ
イを実装した．オンチップアンテナは可変 遅延計測制御
回路およびダンピング・パルス発生回路 によりドライブ
されている．また，遅延制御精度 1ps 以下の遅延回路及
びジッタ計測回路を実装した．この 回路は，イメージ取
得時のビームフォーム角度調整 のための遅延量制御に
用いられる．ミリ波送信回路の コンセプトを確認するた
め，マイクロ波オンチップダ イポールアンテナを実装し
たパルス波送信回路，及び ワイドバンド送信波形に対応
したギルバートセルミキ サーを用いた受信回路を 0.18
μm CMOS プロセスによ り実装した．測定により送信
回路は 12.15GHz の周波 数成分を含むパルスを放射して
いることを確認し，提案回路の有効性を示した．
A fully on-chip 2x4 antenna array transmitter by 65nm
CMOS technology is designed and fabricated for pulse
beam-forming in millimeter wave （mm-wave） imaging
applications. An 8 on-chip dipole element array with 117.130
GHz frequency bandwidth for pulse transmitting is integrated
into a chip. Each of antennas is fed by an on-chip damping
pulse generator followed by a programmable delay controlling
circuit. An on-chip jitter measuring circuit with resolution less
than 1ps is designed using the 65nm CMOS process. This
circuit is used to adjust time interval of generating pulses of
the above on-chip antenna array in order to control the
transmitter's beam-forming angle toward target objects for
imaging. The on-chip pulse transmitter with integrated dipole
antenna operating in lower frequency is designed and
fabricated in 0.18 μm CMOS process. A corresponding
wide-band Gilbert cell mixer is included in this chip for
detecting received signals which are radiated by the above
transmitter. The measurement results show that the 0.18μm
CMOS pulse transmitter successfully radiates a wave with
12.15 GHz frequency.
synchronous FPGA," IEEE European Solid-State
Circuits Conference（ESSCIRC）， pp. 156-159, Sep.
2009.
論文・著書一覧（2009 年度）
Publications List
研究論文
[1]
[11] S. Bushnaq, T. Nakura, M. Ikeda, and K. Asada, "All
Digital Wireless Transceiver Using Modified BPSK and
2/3 Sub-sampling Technique" ． IEEE Application
Specific Integrated Circuits Conference ASICON, pp
469-472, Oct. 2009. （Best student paper award）
S. Mandai, T. Nakura, M. Ikeda, and K. Asada, "Dual
Imager Core Chip with 24.8 rangemap/s 3-D and 58 fps
2-D Simultaneous Capture Capability"， IEICE Trans.
on Electronics, Vol.E92-C, No.6, pp.798-805, June
2009.
[2]
T. Nakura, S. Mandai, M. Ikeda, and K. Asada, "Time
Dif ference Amplifier with Robust Gain Using
Closed-Loop Control," IEICE Trans. on Electronics,
Vol.E93-C No.3, pp.303-308, March 2010.
[3]
Y.K. Kim, M. Ikeda, and K. Asada, "Analysis on light
transmission through Multi-Metal-Layers for CMOS
image sensors," ITE Journal of Image Information and
Television Engineers, Vol.64, No.3, pp.419-422, March
2010（in Japanese）．
[12] M. Abbas, Y. Furukawa, S. Komatsu, and K. Asada,
"Signature-based testing for adaptive digitallycalibrated
pipelined
analog-to-digital
converters,"
IEEE
Application Specific Integrated Circuits Conference
ASICON, pp 597-600, Oct. 2009.
[13] T. Nakura, M. Ikeda, and K. Asada, "Ring Oscillator
Based Random Number Generator Utilizing Wake-Up
Time Uncertainty," IEEE Asian Solid-State Circuits
Conference（ A-SSCC）， pp.121- 124, Nov. 2009.
[14] T. Iizuka, D. Nakamura, H. Yoshida, S. Komatsu, M.
Sasaki, M. Ikeda, and K. Asada, "An SoC Platform with
On-Chip Web Interface for In-Field Monitoring,"
International SoC Design Conference （ ISOCC ），
pp.208-211,Nov. 2009.
国際会議論文
[4]
S. Bushnaq, T. Nakura, M. Ikeda, and K. Asada, "All
Digital Baseband 50 Mbps Data Recovery Using 5x
Oversampling With 0.9 Data Unit Interval Clock Jitter
Tolerance," IEEE Symposium on Design and
Diagnostics of Electronic Circuits and Systems
（DDECS）， pp 206-209, April, 2009.
[15] S. Mandai, T. Nakura, M. Ikeda, and K. Asada,
"Cascaded Time Dif ference Amplifier using Differential
Logic Delay Cell"， in Proceedings of International SoC
Design Conference（ISOCC）， pp.194-197, Nov. 2009.
[5]
K. Asada, T. Sogabe, T. Nakura, and M. Ikeda,
"Measurement of Power Supply Noise Tolerance of
Self-Timed Processor," IEEE Symposium on Design and
Diagnostics of Electronic Circuits and Systems
（DDECS）， pp 128-131, April, 2009.
[16] B. Devlin, T. Nakura, M. Ikeda, and K. Asada,
"Throughput optimization by pipeline alignment of a
Self Synchronous FPGA, " IEEE International
Conference on Field-Programmable Technology
（ICFPT）， pp. 312-315, Dec. 2009.
[6]
M. Abbas, K-T. Cheng, Y. Furukawa, S. Komatsu, and K.
Asada, "Signature-Based Testing for Digitally-Assisted
Adaptive Equalizers in High- Speed Serial Links, "
IEEE European Test Symposium, pp. 107-112, May
2009.
[17] S. Mandai, T. Nakura, M. Ikeda, and K. Asada,
"Cascaded Time Dif ference Amplifier using Differential
Logic Delay Cell," in Proceedings of IEEE Asia and
South Pacific Design Automation Conference
（ ASP-DAC），pp.355-356, Jan. 2010.
[7]
T. Nakura, S. Mandai, M. Ikeda, and K. Asada, "Time
Difference Amplifier Using Closed-Loop Gain Control."
JSAP/IEEE Symposium on VLSI Circuits, sess.20-2,
pp.208-209, June 2009.
[8]
S. Mandai, T.Nakura, M. Ikeda, and K. Asada, "U l t r a
High Speed 3-D Image Sensor"， International Image
Sensor Workshop（IISW）， June 2009.
[18] S. Mandai, M. Ikeda, and K. Asada, "A 256 × 256 14k
Range Maps/s 3-D Range-Finding Image Sensor Using
Row-Parallel Embedded Binary Search Tree and
Address Encoder," IEEE International Solid-State
Circuits Conference （ISSCC）， Dig. Of Tech. Papers,
pp.404-405, Feb. 2010..
[9]
[19] M. Abbas, S. Komatsu, K. Asada, K-T. Cheng, Y.
Furukawa, "An Automatic Tet Generation Framework
for Digitally-Assisted Adaptive Equalizers in
High-Speed Serial Links," Design, Automation & Test in
Europe, March 2010.
T. Nakura, Y. Tatemura, G. Fey, M. Ikeda, S. Komatsu,
and K. Asada, "SAT-Based ATPG Testing of Inter- and
Intra-Gate Bridging Faults," IEEE European Conference
On Circuit Theory and Design（ ECCTD）， pp.643-647,
Sep. 2009.
[20] M. Abbas, K-T. Cheng, Y. Furukawa, S. Komatsu, and K.
Asada, "Signature-Based Testing for Digitally-Assisted
Adaptive Equalizers in High- Speed Serial Links, "
[10] B. Devlin, M.G. Jeong, T. Nakura, M. Ikeda, and K.
Asada, "647 MHz, 0.642pJ/block/cycle 65nm self
89
IEEE European Test Symposium, pp. 107-112, May
2009.
シンポジウム・研究会・大会等発表
[21] 名倉，萬代，池田，浅田， "フィードバック制御 を
用いた時間差増幅回路，" 電子情報通信学会 研究
報告集積回路研究会， ICD2009-46, pp.69-74, 2009
年 10 月．
[22] 萬代，名倉，池田，浅田， "多機能デュアル・イ メ
ージャ・コア・チップ"， LSI とシステムのワー ク
ショップ， 2009 年 5 月． S.Mandai, T.Nakura.
M.Ikeda, K.Asada, "Multi Functional Dual Imager Core
Chip," LSI and Systems Workshop, May 2009 （ in
Japanese）
[23] 萬代，池田，浅田， "行並列二分木探索回路によ る
高速 3 次元距離計測イメージセンサ，" 映像情 報
メディア学会技術研究報告，
2010 年 3 月．S.Mandai,
M.Ikeda, K.Asada, "3-D Range-Finding Image Sensor
Using Row-Parallel Embedded Binary Search Tree and
Address Encoder," ITE Technical Report, to be
presented, Mar. 2010. （in Japanese）
[24] 萬代，名倉，池田，浅田， "時間差増幅器を用い た
高解像度時間差ディジタル変換，" 電子情報通 信
学会ソサイエティ大会， C-12-33, 2009 年 9 月．
S.Mandai, T.Nakura. M.Ikeda, K.Asada, "High
Resolution Time to Digital Converter using Time
Difference Amplifier," IEICE Society Conference 2009,
Sep. 2009（. in Japanese）．
[25] 萬代，名倉，池田，浅田， "差動遅延素子を用い た
カスケード型時間増幅器"，電子情報通信学会 総合
大会， C-12-16, 2010 年 3 月 S.Mandai, T.Nakura.
M.Ikeda, K.Asada, "Cascaded Time Difference
Amplifier using Differential Logic Delay Cell," IEICE
General Conference 2010, to be presented, Mar. 2010.
（in Japanese）
．
[26] 程，飯塚，名倉，池田，浅田， "インバータチェー
ンを用いたパルス幅メモリ，" 電子情報通信学会
総合大会，C-12-39, 2010 年 3 月 J.H. Jeong, T. Iizuka,
T. Nakura, M. Ikeda and K. Asada, "A Pulse Width
Memory Using Inverter Chain," IEICE General
Conference, C-12-39. Mar.2010.
[27] Ngoc Lan Dang・T. Nakura・M. Ikeda・K. Asada, "Digital
Substrate Noise Canceling Method using
90
藤田研究室
Fujita Laboratory
(http://www.cad.t.u-tokyo.ac.jp)
う場合に対応可能な手法を提案・評価した。提案手法は
我々のプロトコル変換器自動合成ツールへ実装中である。
2 つ目の提案手法は、通信要求に応じて NoC(ネットワー
クオンチップ)トポロジ・経路を最適に生成する NoC のア
ーキテクチャ自動合成である。通信路のレイテンシと一
ホップあたりのリンク長に関する要求を整数線形計画法
問題として定式化し、評価を行った。
We have proposed two design methods to facilitate the
design of on-chip interconnect. The first method is automatic
interface synthesis. We have proposed methods to realize
communication among components with different width of
data channel and clock frequency. Currently, we are
implementing the proposed methods in our automatic protocol
transducer synthesis tool. The second method is automatic
synthesis of Network-on-Chip (NoC) architectures. We are
studying automated floor-planning of function blocks and
NoC topology/route generation based on application
requirements. Our method is capable of handling additional
constraints on one-hop link length, which enables generation
of NoC architecture with lower bound of operating frequency
guaranteed.
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・ビジャン アリザデ・アミル ガラバギ・
松本 剛史・西原 佑・田川 貴聡
Formal Verification of Designs
M. FUJITA, B. ALIZADEH, A. GHAREHBAGHI,
T. MATSUMOTO, T. NISHIHARA, and
T. TAGAWA
ハードウェア/ソフトウェア協調設計や非同期式回路
に対する形式的検証手法を提案した。前者では、メモリ
マップ I/O や割り込みにより通信を行っている設計に対
して、通信の抽象化、記述変換による設計抽象度の統一、
並列動作の順序化により、効率的に検証を行う手法を提
案した。後者では、高位合成前後の束データ方式の非同
期式回路に対する初めての等価性検証手法を提案した。
提案手法では、回路が満たすべきタイミング制約とデー
タフローを別々に検証することにより、高速に検証が可
能となっている。この他にも、データパス回路やパイプ
ラインプロセッサにおけるタイミングエラー回復機構の
形式的検証手法を提案・評価している。
Application of formal verification to hardware/software
co-design and asynchronous circuit is researched. In the
former, designs using memory-mapped I/O and interruption
are efficiently verified by communication abstraction,
translation of both hardware and software portions into a same
abstraction level description, and sequentialization of
concurrent behaviors. On the other hand, in the latter, the
proposed method is the first formal equivalence checking
method for bundled-data implementations before and after
high-level synthesis. In this method, timing condition and data
flow are checked separately, which enables the fast
verification speed. In addition, we have proposed and
evaluated formal verification methods for datapath circuits
and timing error recovery circuits in pipeline processors.
3. 上位設計記述を用いたデバッグ支援手法
藤田 昌宏・松本 剛史・西原 佑・李 蓮福・
原田 裕基・蔵野 達也
Debug Support Using High-level Design
Descriptions
2. オンチップインターコネクト設計支援
藤田 昌宏・吉田 浩章・松本 剛史・張 嘉懿・
谷田 英生・中井 勇気
Design Support for On-chip Interconnect
M. FUJITA, H. YOSHIDA, T. MATSUMOTO,
J. ZHANG, H. TANIDA, and Y. NAKAI
SoC の機能ブロック間を接続するオンチップインター
コネクトの設計支援手法を 2 つ提案した。1 つ目の提案
手法は、有限状態機械の形式に抽象化して表現された互
換性のないプロトコル同士の変換器自動合成手法である。
変換対象プロトコルの通信路ビット幅や動作周波数が違
91
M. FUJITA, T. MATSUMOTO, T. NISHIHARA,
Y. LEE, H. HARADA, and T. KURANO
上位設計を用いた 2 つのデバッグ支援手法を提案した。
SMT ソルバーを用いて上位設計記述中のバグの位置を
特定する手法では、設計中にマルチプレクサを挿入して、
設計中で計算された値か自由変数を選択することで、設
計のどの部分を修正すれば良いかを示すことができる。
また、上位設計を用いて製造後デバッグを行うために、
チップの入出力シーケンスを上位設計の入出力シーケン
スにマッピングする手法を提案している。この手法では、
インタフェース仕様を表す FSM を実行することにより、
上位設計における入出力シーケンスを生成している。
We have proposed two methods for debugging support.
The first method is to identify the portion to be modified for
debugging by inserting multiplexers to select the original
variable in the design or a free variable. The second method
maps an I/O sequence obtained through a chip run to that of
high-level design descriptions. The method generates the
high-level sequence by running FSM representing the
specification of the interface of a chip.
4. 高位合成および高位設計最適化
藤田 昌宏・吉田 浩章・
ラトナ クリシュナムルティ・李 在浩
High-level Synthesis and Optimization
論文・著書一覧（2009 年度）
Publications List
M. FUJITA, H. YOSHIDA,
R. KRISHNAMOORTHY, and J. LEE
近年、配線が性能へ及ぼす影響は支配的になりつつあ
り、レイアウト・論理設計においては配線を考慮した設
計技術が確立されている。本研究では、近年普及が進む
高位合成、特にパイプライン合成において配線を考慮す
る手法を提案した。また、特定用途向け VLSI はその高
並列性により高性能・低消費電力を実現可能であるが、
設計が難しい・変更が不可能・高コスト等といった問題
がある。実行中に機能を変更できる動的再構成可能ハー
ドウェアは柔軟性と高性能・低消費電力を両立する技術
として期待されている。本研究では開発の効率化および
過去の開発資産の有効活用を重視し、逐次的プログラム
から自動的に高効率な動的再構成可能ハードウェア向け
回路を合成する技術の研究を行っている。
The impact of interconnect on performance has been
becoming dominant, hence a number of studies have already
been proposed for interconnect-aware logic synthesis. We
proposed a high-level synthesis method considering the
interconnect effect, particularly a pipeline synthesis method.
Dynamically reconfigurable processors (DRPs) can achieve
high flexibility, high performance and low power
simultaneously. However, designing applications for DRPs
requires considerable manual effort and is hence a challenging
problem. We have been developing a compiler framework for
DRPs and also conducting a research on the automation of
typical optimization techniques which are currently performed
manually.
5.
研究論文
動的ウェブアプリケーションの検証
藤田 昌宏・谷田 英生
Verification of Dynamic Web Applications
M. FUJITA and H. TANIDA
[1]
O. Sarbishei, M. Tabandeh, B. Alizadeh, and M. Fujita,
“A Formal Approach for Debugging Arithmetic
Circuits,” IEEE Transactions on Computer-Aided
Design of Integrated Circuits and Systems, Vol.28, No.5,
pp.742-754, May 2009.
[2]
T. Nishihara, T. Matsumoto, and M. Fujita, “Word-Level
Equivalence Checking in Bit-Level Accuracy with
Identical Datapath,” IEICE Trans. on Information and
Systems, Vol.E92-D, No.5, pp.972-984, May 2009.
[3]
B. Alizadeh and M. Fujita, “A Unified Framework for
Equivalence Verification of Datapath Oriented
Applications,” IEICE Trans. on Information and
Systems, Vol.E92-D, No.5, pp.985-994, May 2009.
[4]
S. Gao, H. Yoshida, K. Seto, S. Komatsu, and M. Fujita,
“Interconnect-aware pipeline synthesis for array based
architectures,” IEICE Trans. on Fundamentals,
Vol.E92-A, No.6, pp.1464-1475, June 2009.
[5]
A. Mathur, M. Fujita, E. M. Clarke, and P. Urard,
“Functional Equivalence Verification Tools in
High-Level Synthesis Flows,” IEEE Design & Test of
Computers, Vo.26, No.4, pp.88-95, July 2009.
[6]
T. Matsumoto, T. Nishihara, and M. Fujita,
“Performance Estimation with Automatic False-Path
Detection for System-Level Designs,” IPSJ Transactions
on System LSI Design Methodology, Vol.3, pp.69-80,
Feb. 2010.
国際会議論文
動的ウェブアプリケーションの画面間遷移に対する網
羅的検証手法を提案した。提案手法は、ブラウザ内での
表示内容とそのユーザ入力に伴う遷移関係を表す画面間
遷移モデル自動抽出手法と、画面間遷移モデルに基づく
モデル検査手法から構成される。さらに、小規模な解説
書上の例題および実運用に供されている大規模な動的ウ
ェブアプリケーションに適用して評価を行い、提案手法
がウェブアプリケーションの不具合発見に有効であるこ
と、及び大規模なアプリケーションにも適用可能である
ことを示した。
We proposed a verification technique for inter-screen
transitions of dynamic web applications. The proposal is a
two-phase approach. The first phase is automatic extraction of
inter-screen transition models which contain behavior of
dynamic HTML contents shown on web browsers. The second
phase is model checking on the extracted model. We
confirmed the method was effective for detecting malfunction
in applications and applicable to large-scale applications.
[7]
B. Alizadeh and M. Fujita, “Modularity in Word-level
Decision Diagrams,” Reed Muller Workshop, pp.33-41,
May 2009.
[8]
O. Sarbishei, B. Alizadeh, and M. Fujita, “A Debug
Methodology for Arithmetic Circuits Based on Horner
Expansion Diagram,” Proc. of 6th International
Workshop on Constraints in Formal Verification,
pp.30-45, June 2009.
[9]
T. Matsumoto, T. Nishihara, Y. Kojima, and M. Fujita,
“Equivalence Checking of High-Level Designs Based on
Symbolic Simulation,” Proc. of 2009 International
Conference on Communications, Circuits and Systems,
San Jose, USA, pp.1129-1133, July 2009.
[10] H. Yoshida and M. Fujita, “Rule-based Equivalence
Checking of System-level Design Descriptions,” Proc.
of International Conference on Communications,
Circuits and Systems, pp.1139-1143, San Jose, USA,
July 2009.
92
“Aggressive Overclocking Support using a Novel
Timing Error Recovery Technique on FPGAs,” Proc. of
Eighteenth ACM/SIGDA International Symposium on
Field-Programmable Gate Arrays, page 288, Feb. 2010.
[11] O. Sarbishei, M. Tabandeh, B. Alizadeh, and M. Fujita,
“High-level Optimization of Integer Multipliers over a
Finite Bit-Width with Verification Capabilities,” Proc. of
7th International Conference on Formal Methods and
Models for Codesign, pp.56-65, July 2009.
[24] B. Alizadeh, A. M. Gharehbaghi, and M. Fujita,
“Pipelined
Microprocessors
Optimization
and
Debugging,” Proc. of 6th International Symposium on
Applied Reconfigurable Computing, pp.435-444, March
2010.
[12] O. Sarbishei, B. Alizadeh, and M. Fujita, “Polynomial
Datapath Optimization using Partitioning and
Compensation Heuristics,” Proc. of the 46th Annual
Design Automation Conference, pp.931-936, July 2009.
[13] M. Fujita, “Verification and debugging of hardware
designs
utilizing
C-based
high-level
design
descriptions,” Intel DTS Symposium, Haifa, Israel,
September 2009.
[25] M. Fujita, H. Tanida, F. Gao, T. Nishihara, and T.
Matsumoto, “Synthesis and Formal Verification of
On-Chip Protocol Transducers through Decomposed
Specification,” 11th International Symposium on
Quality Electronic Design, March 2010.
[14] A.M. Gharehbaghi and M. Fujita, “Transaction-Based
Debugging of System-on-Chips with Patterns,” Proc. of
27th IEEE International Conference on Computer
Design, pp.186-192, Oct. 2009.
シンポジウム・研究会・大会等発表
[26] 西原佑, 松本剛史, 藤田昌宏, “HW/SW 協調設計の
形式的検証における同期点の抽出による効率的な
状態削減手法,” DA シンポジウム 2009 論文集,
pp.49-54, 2009 年 8 月.
[15] A.M. Gharehbaghi and M. Fujita, “On-Chip Transaction
Level Debug Support for System-on-Chips,” Proc. of
International SoC Design Conference, pp.124-127, Nov.
2009.
[27] 藤田昌宏, “C 言語ベース設計に対する高位設計検
証技術,” DA シンポジウム 2009 論文集, pp.199-204,
2009 年 8 月.
[16] B. Alizadeh and M. Fujita, “Modular Arithmetic
Decision Procedure with Auto-correction Mechanism,”
Proc. of International High Level Design, Validation and
Test Workshop, pp.138-145, Nov. 2009.
[28] 山 下 茂 , 吉 田 浩 章 , 藤 田 昌 宏 , “ Increasing Yield
Using Partially-Programmable Circuits,” 電子情報通
信学会技術研究報告, Vol.109, No.315, pp.125-130,
2009 年 12 月.
[17] B. Alizadeh and M. Fujita, “Improved Heuristics for
Finite
Word-Length
Polynomial
Datapath
Optimization,” Proc. of International Conference on
Computer-Aided Design, pp.169-174, Nov. 2009.
[29] 吉田浩章, 藤田昌宏, “設計固有セルライブラリの
自動生成手法,” 電子情報通信学会技術研究報告,
Vol.109, No.315, pp.179-184, 2009 年 12 月.
[18] Y. Lee, T. Nishihara, T. Matsumoto, and M. Fujita, “A
Post-Silicon Debug Support Using High-level Design
Description,” Proc. of The 18th Asian Test Symposium,
pp.141-147, Nov. 2009.
[30] 谷田英生, M. R. Prasad, S. P. Rajan, 藤田昌宏, “動的
ウェブアプリケーションのクライアントを使用し
た網羅的検証手法,” 第 6 回ディペンダブルシステ
ムシンポジウム DSS2009 論文集, pp.82-93, 2009 年
12 月.
[19] H. Yoshida, S. Morishita, and M. Fujita, “Demonstration
of Hardware Accelerated Formal Verification,” Proc. of
International Conference on Field-Programmable
Technology, pp.380-383, Dec. 2009.
[31] R. Krishnamoorthy, K. Varadarajan, M. Alle, R. Narayan,
M. Fujita, S. K. Nandy, “Reducing Scheduling
Overheads in Dynamically Reconfigurable Processors,”
電子情報通信学会技術研究報告, Vol.109, No.395,
pp.7-12, 2010 年 1 月.
[20] B. Alizadeh and M. Fujita, “Optimization of Modular
Multiplication on FPGA using Don’t Care Conditions,”
Proc.
of
International
Conference
on
Field-Programmable Technology, pp.399-402, Dec.
2009.
[32] Y. Lee, T. Nishihara, T. Matsumoto, and M. Fujita, “A
Method of Reproducing Iuput/Ouput Error Trace on
High-level Design for Hardware Debug Support,” 電子
情 報 通 信 学 会 技 術 研 究 報 告 , Vol.109, No.416,
pp.30-35, 2010 年 2 月.
[21] M. Fujita, “Techniques assuring logical correctness of
hardware design,” 23rd International Conference on
VLSI Design, Bangalore, India, January 2010.
[33] 原田裕基, 西原佑, 松本剛史, 藤田昌宏, “ワードレ
ベル論理式の充足可能性判定問題を利用したシス
テムレベル設計デバッグ支援手法,” 情報処理学会
創立 50 周年記念(第 72 回)全国大会, pp.1-459-1-460,
2010 年 3 月.
[22] B. Alizadeh and M. Fujita, “Guided Gate-level ATPG for
Sequential Circuits using a High-level Test Generation
Approach,” Proc. of 15th Asia and South Pacific Design
Automation Conference, pp.425-430, Jan. 2010.
[23] A.M. Gharehbaghi, B. Alizadeh, and M. Fujita,
93
[34] 田川貴聡, 松本剛史, 藤田昌宏, “動作合成された束
データ方式による非同期式回路とその動作仕様に
対する等価性検証手法,” 情報処理学会創立 50 周年
記念(第 72 回)全国大会, pp.1-153-1-154, 2010 年 3 月.
[35] 谷田英生, M. R. Prasad, S. P. Rajan, 藤田昌宏, “動的
ウェブアプリケーションの操作に対する画面間遷
移の網羅的検証,”情報処理学会創立 50 周年記念(第
72 回)全国大会, pp.1-459-1-460, 2010 年 3 月.
[36] 吉田浩章, 藤田昌宏, “潜在的多様性を考慮したプ
ログラマブルハードウェアの高位合成手法,” 電子
情 報 通 信 学 会 技 術 研 究 報 告 , Vol.109, No.462,
pp.67-72, 那覇, 2010 年 3 月.
94
竹内研究室
Takeuchi Laboratory
2.
3 次元 LSI 回路設計の研究
竹内健・畑中輝義
3D-LSI Circuit Design
Ken Takeuchi, Teruyoshi Hatanaka
(http://www.lsi.t.u-tokyo.ac.jp/)
研究現況
Current Research Projects
1.
Fe-NAND フラッシュメモリの研究
竹内健・畑中輝義・戸井田明俊
Fe(Ferroelectric)-NAND Flash Memory
Ken Takeuchi, Teruyoshi Hatanaka, Akitoshi Toita
メモリカードや携帯電話に使われているフラッシュメ
モリを更に大容量化・低消費電力化する可能性を持った
Fe-NAND フラッシュメモリを世界で最初に提案した。基
本的な動作を実証し、NVSMW(Non-volatile Semiconductor
Memory Workshop)で発表した。Fe-NAND はメモリトラ
ンジスタのゲート絶縁膜が強誘電体膜 SrBiTaO と絶縁膜
HfAlO の積層で構成され、従来の LSI では使われていな
い強誘電性物質を採用していることを特徴とする。従来
の NAND フラッシュメモリに比べて電圧を 20V から 5V
に低電圧化、書き換え回数を一万回から一億回に増加さ
せることに成功した。また 10 年間のデータ保持が可能な
ことを実証した。Fe-NAND では、電界によって強誘電体
の結晶格子内のイオンを移動させて情報を記憶するため、
数ナノメーター（格子サイズ）の極限まで微細化するこ
とができると考えられる。
We succeeded in developing a Fe-NAND flash
memory and presented a paper at NVSMW. The
research objective is to realize a Tera-bit capacity
non-volatile memory in 2015. Fe-NAND is composed
of ferroelectric field-effect transistors (FeFET) whose
gate dielectric consists of a ferroelectric layer, SrBiTaO
and a high-K dielectric layer, HfAlO.
It is difficult to scale down the conventional
floating-gate (FG) NAND flash memories below 30nm
due to the serious interference with neighboring cells.
The charge-trap memories like MONOS have short data
retention problems. Current-driven resistive switching
memories such as MRAM, PRAM and RRAM are
unscalable below 20nm because of the significant IR
drop of the bit-line.
We succeeded in demonstrating that Fe-NAND is in
principle scalable below 10nm to the crystal unit-cell
size because the data is stored with an electric
polarization in a ferroelectric gate insulator. Due to
the voltage-driven, low-voltage operation and scalable
properties, Fe-NAND is a promising candidate for the
future sub-10nm Tera-bit capacity NAND flash
memories.
LSI を小型化・高機能化・低電力化する技術として、
マイクロプロセッサ・イメージセンサ・アナログ回路・
DRAM・フラッシュメモリなど複数の LSI を 1 個のパッ
ケージ内に積み重ね、1 個の LSI として機能させる 3 次
元 LSI の研究を行った（生産技術研究所桜井・高宮研究
室と共同）。従来の研究では各種 LSI は独立して最適化さ
れていた。当研究室では異種 LSI 間のレイヤーを超えて、
領域を横断して最適化することで、低電力・高機能な LSI
を実現することを目指した。3 次元 LSI の中でも特に、
フラッシュメモリ・DRAM・フラッシュメモリコントロ
ーラーを１個のパッケージ内に 3 次元に集積化（SiP:
System in Package）した SSD(Solid-State Drive)の向けアダ
プティブ制御のブーストコンバータを用いた電源回路を
開発し、3 次元 SSD の消費電力を 70%削減できることを、
実際にチップを設計・試作・評価することで実証した。
研究成果は半導体のオリンピックと言われる ISSCC
(International Solid-State Circuit Conference)で発表した。
Takeuchi Lab. is developing circuit technologies of
three dimensional LSIs where multiple LSIs such as
micro processors, image sensors, analog circuits,
DRAMs and flash memories are stacked in one package.
With an intelligent mix and match, various circuits such
as analog, digital and memory are best optimized. As a
result, an ultra small form factor, multi-functional,
high-speed and low power consumption solution is
realized. As a demonstration of 3D-LSI, we
successfully developed a 3D-SSD, Solid-State Drive,
which contains flash memories, DRAMs and a flash
memory controller with SiP. At ISSCC 2009, we
presented a boost converter-based adaptive voltage
generator for a 3D-SSD. Through the circuit design,
chip fabrication and chip evaluation, we experimentally
demonstrated that the power consumption of the NAND
flash memory decreases by 70% by dynamically
controlling the frequency and the duty cycle. We are
working on this project with Sakurai and Takamiya
laboratory at University of Tokyo.
3.
SSD(Solid-State Drive)システムの研究
竹内健・田中丸周平・洪慶麟
SSD (Solid-State Drive) System
Ken Takeuchi, Shuhei Tanakamaru
, Ching-Lin Hung
システム分野では、パソコンの記憶媒体として注目さ
れている、Solid-State Drive の研究を行った。フラッシュ
メモリと、それを制御するコントローラーチップのアー
キテクチャーの革新により、消費電力を半減することに
成功し Symposium on VLSI Circuits で発表を行った。現在、
95
論文・著書一覧（2009 年度）
Publications List
インターネット上で扱われるデータの量が爆発的に増加
した結果、サーバーのハードディスクの発熱の増大が問
題になっている。グーグルやアマゾンドットコムなどの
大規模なサーバーでは、冷却のために一社で年間１兆円
以上の電気代がかかっている。メモリシステムの電力を
劇的に削減することで、地球環境の改善に貢献すること
を目指している。
研究論文
We are developing a low-power high-speed SSD,
Solid-State Drive and presented at Symposium on VLSI
Circuits. As the capacity of NAND flash memories
drastically increases, SSD that uses NAND as a mass
storage of PC is attracting much attention. SSD is
composed of as many as 64 NAND flash memories,
RAM and NAND controllers. By co-designing NAND
flash memory and NAND controller circuits, we
succeeded in best optimize both NAND and NAND
controllers. As a result, at sub-30nm generation, the
SSD speed would be improved by 150% without a cost
penalty or circuit noise.
4.
超低消費電力ランダムアクセスメモリの研究
竹内健・田中丸周平
Ultra Low Power Random Access Memory
Ken Takeuchi, Shuhei Tanakamaru
パソコンやサーバーの CPU に混載されるランダムメ
モリの電源電圧を従来の 1V から 0.5V に低減する、メモ
リ駆動回路を開発した。従来のランダムアクセスメモリ
はメモリ駆動回路内のトランジスタのしきい値電圧によ
る電圧降下により、0.5V の低電圧では速度が約３倍遅く
なるという問題があった。また、メモリの低電圧化が困
難なため、CPU も低電圧化できなかった。今回しきい値
電圧による電圧降下によるロスを補償する回路を付加し
た新しいメモリ駆動回路を発明することで上記の問題を
克服し、従来と同じ面積（コスト）で、メモリの速度を
約３倍高速化することに成功した。提案技術により、メ
モリが混載される CPU の電源電圧を 1V から 0.5V に低
減することが可能になり、CPU の電力が約 1/4 に削減さ
れる。
[1]
Ken Takeuchi, “Novel Co-design of NAND Flash
Memory and NAND Flash Controller Circuits for
sub-30nm Low-Power High-Speed Solid-State Drives
(SSD),” IEEE J. of Solid-State Circuits, vol. 44, no. 4,
pp. 1227-1234, April 2009.
[2]
ShouyuWang, Mitue Takahashi, Qiu-Hong Li, Ken
Takeuchi and Shigeki Sakai, “Operational method of a
ferroelectric (Fe)-NAND flash memory array,”
Semiconductor Science and Technology, 105029, 24,
October 2009.
[3]
Tsuyoshi Sekitani, Tomoyuki Yokota, Ute Zschieschang,
Hagen Klauk, Siegfried Bauer, Ken Takeuchi, Makoto
Takamiya, Takayasu Sakurai and Takao Someya,
“Organic Nonvolatile Memory Transistors for Flexible
Sensor Arrays,” Science, vol. 326, no. 5959, pp.
1516-1519, December 2009.
[4]
Tadashi Yasufuku, Koichi Ishida, Shinji Miyamoto,
Hiroto Nakai, Makoto Takamiya, Takayasu Sakurai and
Ken Takeuchi, “Inductor and TSV Design of 20-V Boost
Converter for Low Power 3D Solid State Drive with
NAND Flash Memories,” IEICE Transactions on
Electronics, E93-C, no.3, pp. 317-323, March 2010.
国際会議論文
A low power high-speed word-line booster is
proposed for 0.5V operation embedded/discrete
DRAMs. The rising time is 25% and the power
consumption is 48% of the conventional circuits with
the same area. The proposed active kicker generates
VPP within 3 clock cycles which is shorter than the
entire DRAM access time. As a result, a sequential row
access is secured. With a fast and low power advantage,
the proposed scheme is a promising candidate for the
word-line booster of the future 0.5V operation DRAMs.
96
[5]
Shuhei Tanakamaru and Ken Takeuchi, “A 60pJ,
3-Clock Rising Time, VTH Loss Compensated
Word-line Booster Circuit for 0.5V Power Supply
Embedded/Discrete DRAMs”, IEEE International
Memory Workshop, pp.1-2, May 2009.
[6]
Teruyoshi Hatanaka, Ryoji Yajima, Takeshi Horiuchi,
Shouyu Wang, Xizhen Zhang, Mitsue Takahashi,
Shigeki
Sakai
and
Ken
Takeuchi,
“Ferroelectric(Fe)-NAND
Flash
Memory
with
Non-volatile Page Buffer for Data Center Application
Enterprise Solid-State Drives (SSD),” IEEE Symp. on
VLSI Circuits, pp.78-79, June 2009.
[7]
Tadashi Yasufuku, Koichi Ishida, Shinji Miyamoto,
Hiroto Nakai, Makoto Takamiya, Takayasu Sakurai and
Ken Takeuchi, “Inductor Design of 20-V Boost
Converter for Low Power 3D Solid State Drive with
NAND Flash Memories,” IEEE International
Symposium on Low Power Electronics and Design
(ISLPED), pp.87-91, August 2009.
[8]
Ken Takeuchi, “ Ferroelectric-gate FET for Flash
Memory & SRAM application, ” ITRS Emerging
Research Devices and Emerging Research Materials
Meeting, Memory Workshop, April 2010.【招待講演】
[9]
シンポジウム・研究会・大会等発表
Ken Takeuchi, “Solid State Drive (SSD) and Memory
Subsystem Innovation,” CMOS Emerging Technologies,
September 2009.【招待講演】
[18] 安福正, 石田光一, 高宮真, 桜井貴康, 竹内健, “三
次元 SSD の低電力化技術と SSD 向けプログラム電
圧(20V)生成回路”, 電子情報通信学会 集積回路研
究会, 信学技報, vol. 109, no. 2, ICD2009-10, pp.
47-52, 2009 年 4 月(招待講演).
[10] Teruyoshi Hatanaka, Mitsue Takahashi, Shigeki Sakai
and Ken Takeuchi, “A Zero VTH Memory Cell
Ferroelectric-NAND Flash Memory with 32% Read
Disturb, 24% Program Disturb, 10% Data Retention
Improvement for Enterprise SSD,” IEEE European
Solid-State Device Research Conference (ESSDERC),
pp.225-228, September 2009.
[19] 安福正, 石田光一, 宮本晋示, 中井弘人, 高宮真, 桜
井貴康, 竹内健, “三次元積層 NAND 型フラッシュ
SSD 向けプログラム電圧(20V)生成回路”, システム
LSI ワークショップ, ポスターセッション 学生部
門 27, pp. 262-264, 2009 年 5 月.
[11] Tadashi Yasufuku, Koichi Ishida, Shinji Miyamoto,
Hiroto Nakai, Makoto Takamiya, Takayasu Sakurai and
Ken Takeuchi, “Effect of Resistance of TSV’s on
Performance of Boost Converter for Low Power 3D
SSD with NAND Flash Memories,” IEEE International
Conference on 3D System Integration (3D IC),
September 2009.
[20] 畑中輝義, “LSI の研究を始める第一歩 - 設計環境
の構築”, VDEC デザイナーズフォーラム, 2009 年 6
月. (招待講演)
[21] 田中丸周平, 竹内健, “0.5V 動作 DRAM 用 60pJ, 立
ち上がり時間 3 クロック, しきい値電圧ロス補償ワ
ード線昇圧回路”, 電子情報通信学会 集積回路研究
会, 信学技報, vol.109, no.134, ICD2009-19, pp.33-38,
2009 年 7 月.
[12] Ryoji Yajima, Teruyoshi Hatanaka, Mitsue Takahashi,
Shigeki Sakai and Ken Takeuchi, “A Negative Word-line
Voltage Step-Down Erase Pulse Scheme with
ΔVTH=1/6 ΔVERASE for Enterprise SSD Application
Ferroelectric
(Fe)-NAND
Flash
Memories,”
pp.1196-1197, International Conference on Solid State
Devices and Materials (SSDM), October 2009.
[22] 矢島亮児, 畑中輝義, 高橋光恵, 酒井滋樹, 竹内健,
“データセンター用 SSD 向け不揮発性ページバッ
ファを搭載した Fe-NAND フラッシュメモリ”, 電
子情報通信学会 集積回路研究会, 信学技報, vol.109,
no.134, ICD2009-20, pp.39-44, 2009 年 7 月.
[13] Shinji Noda, Teruyoshi Hatanaka, Mitsue Takahashi,
Shigeki Sakai and Ken Takeuchi, “A 1.2V Operation
2.43 Times Higher Power Efficiency Adaptive Charge
Pump Circuit with Optimized VTH at Each Pump Stage
for Ferroelectric (Fe)-NAND Flash Memories,”
pp.162-163, International Conference on Solid State
Devices and Materials (SSDM), October 2009.
[23] 竹内健,“新世代ストレージ SSD を使いこなすため
の基礎と応用”, 日経エレクトロニクス セミナー,
2009 年 7 月. (招待講演)
[24] 竹内健, “デジタル LSI の技術動向 - メモリ技術”,
電子情報通信学会 集積回路研究会 サマースクー
ル, 2009 年 8 月. (招待講演)
[25] 野田晋司, 矢島亮児, 畑中輝義, 高橋光恵, 酒井滋
樹, 竹内健, “データセンター用 SSD 向け不揮発性
ページバッファを搭載した Fe-NAND フラッシュメ
モリ(1)”, 電子情報通信学会 ソサイエティ大会, エ
レクトロニクス講演論文集 2, pp. 68, 2009 年 9 月.
[14] Mitsue Takahashi, Shouyu Wang, Ken Takeuchi and
Shigeki Sakai, “Fe-NAND Flash-memory Application of
Ferroelectric Gate FETs”, F10-6, MRS (Materials
Research Society) Fall Meeting, December 2009.
[15] Shuhei Tanakamaru, Teruyoshi Hatanaka, Ryoji Yajima,
Mitsue Takahashi, Shigeki Sakai and Ken Takeuchi, “A
0.5V Operation, 32% Lower Active Power, 42% Lower
Leakage Current, Ferroelectric 6T-SRAM with VTH
Self-Adjusting Function for 60% Larger Static Noise
Margin,” IEEE International Electron Devices Meeting
(IEDM), pp. 11.7.1-11.7.4, December 2009.
[26] 矢島亮児, 畑中輝義, 高橋光恵, 酒井滋樹, 竹内健,
“データセンター用 SSD 向け不揮発性ページバッ
ファを搭載した Fe-NAND フラッシュメモリ(2)”,
電子情報通信学会 ソサイエティ大会, エレクトロ
ニクス講演論文集 2, pp. 69, 2009 年 9 月.
[27] 竹内健, “Ferroelectric-gate FET for Flash Memory &
SRAM application,” ITRS ロードマップ委員会日本
支 部 Emerging Research Devices and Emerging
Research Materials Meeting, 2009 年 11 月(招待講演)
著書
[16] 竹内健, “SSD 2010”, 日経 BP 社, October 2009.
[28] 竹内健, “グリーン IT を目指した低電力 3 次元積層
SSD 技術”, Electronic Journal 第 224 回 Technical
Symposium・フラッシュメモリ/SSD 徹底検証, 2009
年 11 月 26 日. (基調講演・招待講演)
総説・解説論文
[17] 竹内健, “2020 年の半導体未来像，そこに向けた課
題と克服策”, 半導体技術年鑑 2010, 2009 年 11 月.
[29] 安福正, 石田光一, 高宮真, 桜井貴康, 竹内健, “3
次元 SSD 用 20V ブーストコンバータ向けのインダ
97
クタ設計 (Inductor Design of 20-V Boost Converter
for Low Power 3D Solid State Drive)”, 電子情報通信
学会 集積回路研究会, 信学技報, vol. 109, no. 336,
ICD2009-103, pp.151-156, 2009 年 12 月.
[30] 竹内健, “システム化する NAND フラッシュメモ
リ”, 産業技術総合研究所 エレクトロニクスフォ
ーラム, 2009 年 12 月 15 日. (招待講演)
[31] 中 川 隆 , 横 田 知 之 , 関 谷 毅 , 竹 内 健 , Ute
Zschieschang, Hagen Klauk, 染谷隆夫, “自己組織化
単分子膜を用いた有機不揮発性メモリの作製と閾
値制御”, 信学技報, vol. 109, no. 359, OME2009-67,
pp. 7-11, 2010 年 1 月.
[32] 田中丸周平, 畑中輝義, 矢島亮児, 高橋光恵, 酒井
滋樹, 竹内健, “0.5V 動作, しきい値電圧自己調整
機能による 60%スタティック・ノイズ・マージン増
加, 32%アクティブ電力削減, 42%リーク電流削減の
強誘電体 6T-SRAM”, 電子情報通信学会 SDM 研究
会・応物シリコンテクノロジー分科会 ULSI デバイ
ス委員会共催 IEDM 特集講演会, 信学技報, 2010 年 1
月.
[33] 竹内健, “データセンター向け高信頼・低電力強誘
電体 NAND フラッシュメモリ技術”, 技術情報協会,
2010 年 2 月. (招待講演)
[34] 竹内健, “新材料・デバイス・回路・システムを総
動員して LSI の微細化限界に挑む”, 広島大学エレ
クトロニクスセミナ, 2010 年 3 月. (招待講演)
[35] 竹内健, “SSD の使いこなし方”, 日経エレクトロ
ニクス セミナー, 2010 年 3 月. (招待講演)
[36] 畑中輝義, 高橋光恵, 酒井滋樹, 竹内健, “Zero VTH
Ferroelectric(Fe)-NAND Flash Memory Cell によるリ
ードディスターブ特性、プログラムディスターブ特
性、およびデータ保持特性の改善”, 応用物理学関
係連合講演会, 17p-B-3, 2010 年 3 月.
[37] 田中丸周平, 畑中輝義, 矢島亮児, 高橋光恵, 酒井
滋樹, 竹内健, “0.5V 動作強誘電体 6T-SRAM”, 応
用物理学関係連合講演会, 17p-B-6, 2010 年 3 月.
[38] 野田晋司, 畑中輝義, 高橋光恵, 酒井滋樹, 竹内健,
“Ferroelectric-NAND フラッシュメモリ向け 1.2V
動作アダプティブチャージポンプ”, 応用物理学関
係連合講演会, 17p-B-5, 2010 年 3 月.
[39] 矢島亮児, 畑中輝義, 高橋光恵, 酒井滋樹, 竹内健,
“Fe(Ferroelectric)-NAND フラッシュメモリの負電
圧ステップダウン消去法”, 応用物理学関係連合講
演会, 17p-B-4, 2010 年 3 月.
[40] 竹内健, “低電力 SSD/強誘電体メモリ技術”, 応用
物理学会シリコンテクノロジー分科会 Si ナノテ
クロノジー研究委員会「シリコンプラットフォーム
テクノロジ」, 2010 年 3 月. (招待講演).
98
保立・何研究室
Hotate and He Laboratory
(http://www.sagnac.t.u-tokyo.ac.jp)
研究現況
Current Research Projects
1. ブリルアン散乱に基づいた分布型光ファイバ
センシングシステム
保立和夫・何 祖源・岸 眞人・鄒 衛文・
水野洋輔・沼澤正和・芦田哲郎・ｼﾃｨﾎﾟﾝ ﾏﾉﾀﾑ
Distributed Fiber Optic Sensing Systems
Based on Brillouin Scattering
K. HOTATE, Z. HE, M. KISHI, W. ZOU, Y. MIZUNO,
M. NUMASAWA, T. ASHIDA, S. MANOTHAM
光ファイバに沿う歪分布を測定する手法として，ポン
プ光・プローブ光の相関を制御することにより，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光相
関領域解析技術（BOCDA）の機能向上と応用に関する研
究を進めている．偏波維持光ファイバ（PMF）の片方の
偏波モードで誘導散乱を発生させつつ，直交偏波モード
で複屈折を測定する新技術を提案・実証し，ブリルアン
散乱周波数シフトと複屈折を両方測定することから温度
と歪を同時・分離・分布測定できる技術を提案してきた．
本年度は，空間分解能 10cm，歪感度 12，温度感度 0.3
o
C での実験に成功した．
本年度には，誘導ブリルアン散乱に基づいた片端入射
型光ファイバ分布センサを新たに提案した．被測定ファ
イバとして PMF を用い，偏波ビームスプリッター（PBS）
を利用して前方伝搬するポンプ光と後方伝搬するプロー
ブ光の偏波状態を制御し，二つの光が被測定ファイバの
中の 1 箇所のみで相互作用させる．BOCDA 変調周波数
を調整することにより，測定レンジ対空間分解能の比を
200m/16cm，56m/5cm，5.6m/5mm，それぞれに実現した．
また，ハイブリッドコア高非線形フォトニック結晶ファ
イバにおけるブリルアン散乱の特性も調べた．
BOCDA のコストを低減するために，レーザへの注入
電流の変調によりポンプ・プローブを時分割で発生する
手法，および低コヒーレンス光源を用いたブリルアン光
相関領域解析法の高分解能化に関する研究も進めている．
ブリルアン光相関領域リフレクトメトリ(BOCDR)の
性能向上も努めた． BOCDR は，空間分解能と測定レン
ジはトレードオフの関係にあり，従来両者の比 N は 560
程度が限界であった．そこで，ポンプ光と参照光をパル
ス化し，両者の相対位相を制御することによって被測定
ファイバ中に立ち並ぶ複数の相関ピークの中から任意の
一つを選択する技術を提案し，実験的に N を 1515 程度
まで向上させた．さらに，2 つの異なる周波数変調(f0 と
mf0)を同時に光源に印加する二重周波数変調法も提案し
た．これによって合成される相関ピークの形状は，m が
十分大きい場合，f0 で決まる測定レンジと mf0 で決まる
空間分解能を両立させることが可能となり，N が m 倍に
99
向上される．m = 10 として分布測定を行った結果， N を
5690 に達成させた．また，一般のシリカファイバよりも
ブリルアン利得係数 gB が高い特殊ファイバの BGS の歪
依存性を調べ，BOCDR の極限分解能の達成に検証した．
歪を印加した 1cm の区間を理論分解能 6mm で検出する
ことに成功した．
The research on the improvement and the application of
fiber-optic distributed sensing system based on Brillouin
optical correlation domain analysis (BOCDA) has been
advanced.
In this year, we demonstrated that the
distributions of strain and temperature can be fully
discriminated by measuring stimulated Brillouin scattering
(SBS) and the birefringence in a polarization-maintaining
fiber (PMF) by using BOCDA technique. By optimizing the
parameters of the sinusoidal frequency modulations to the
writing (pump and probe) and readout waves for the Brillouin
dynamic grating, we realized ~10-cm nominal spatial
resolution for the distributed measurement of the Brillouin
frequency shift and the birefringence. The accuracies of the
distributed discrimination of strain and temperature were
estimated as high as ~12 and ~0.3 oC, respectively.
In this year, a novel proposal of a single-end-access
BOCDA distributed sensor was demonstrated. A PMF is
used as the fiber under test, and two polarization-beam
splitters (PBS) are used to control the polarization states of the
forward pump and the backward probe so that they interact at
one position exclusively within the PMF. By setting the
modulation frequency at different values, we realized the
measurement range / the spatial resolution at 200m/16cm,
56m/5cm, or 5.6m/5mm, respectively. In addition, the SBS
property of a highly nonlinear photonic crystal fiber
(HNL-PCF) with hybrid-core structure was investigated.
Aiming at cost-reduction of BOCDA system, a simplified
BOCDA (S-BOCDA) with time-division pump-probe
generation scheme has been developed through direct current
modulation of the laser source.
The low coherence
interferometry based BOCDA system has also been improved.
In this year, we continued studying on the improvement of
the Brillouin optical correlation-domain reflectometry
(BOCDR), which is capable of measuring the strain
distribution along the fiber from a single end. To enhance
the ratio of the measurement range over the spatial resolution
(ratio N), which is limited by about 560 up to date, a temporal
gating scheme was introduced. The pump and probe
lightwaves were pulsed, and the phase difference between the
pump and probe pulses were controlled to select one
correlation peak from the multiple peaks along the fiber. In
experiment, N was improved to 1515. Furthermore, a
dual-frequency modulation scheme was proposed, in which 2
frequency modulations with different frequencies (f0 and mf0)
were added to the light source. When m is large enough, the
measurement range is determined only by f0, while the spatial
resolution by mf0, so N is improved m times. In experiment
with m = 10, N of 5690 was achieved. On the other hand, for
reaching the ultimate spatial resolution limit of BOCDR, the
strain dependence of the Brillouin frequency shift of a
specialty fiber with Brillouin gain coefficient gB much higher
than conventional single mode fiber was investigated. A 1-cm
strained section was detected successfully with 6mm nominal
resolution.
frequency for measuring the reflective spectra of FBG. By
adjusting the AOM frequency to compensating the heterodyne
beat frequency, the spectra were obtained correctly. On the
other hand, a novel scheme was proposed to improve the
SOCF spatial resolution by applying a phase modulation in
addition to the light source frequency modulation to expand
the power spectrum. Adopting this new method to measure
the Bragg wavelength distribution within a 100mm long-FBG,
5mm heated section was detected successfully.
On the research of multiplexed FBG sensing system using
an optical frequency comb light source, a comb-interval
adjustable frequency comb source was newly developed this
year to realize high-accuracy and high-speed sensing. In
experimental demonstration, four FBG sensors were
demultiplexed for strain measurement successfully.
Furthermore, the number of multiplexable FBGs by SOCF
was studied theoretically. The multiplexable number of
coherence peak interval adjustment method and that of
coherence peak parallel moving method were investigated.
2. 分布型・多点型光ファイバブラッググレーティ
ングセンシングシステム
保立和夫・何 祖源・梶原康嗣・村上 秀・
山下健二 ホドリーゴ・橋本章太郎
Distributed/Multiplexed Fiber Bragg Grating
Sensing Systems
K. HOTATE, Z. HE, K. KAJIWARA, S. MURAKAMI,
R. K. YAMASHITA, S. HASHIMOTO
光波コヒーレンス関数の合成法（SOCF）による分布
型・多点型光ファイバグレーティング(FBG)センサの研
究を進めた．本年度は，長尺 FBG センシングシステムに
おいて，構造物の複数箇所における診断を実現するため，
長尺 FBG を 3 本配列し多点化実験を行った．本測定系で
は，FBG スペクトル測定に光源中心周波数が高速掃引さ
れているため，位置によりヘテロダインビート周波数が
変化する．そこで，合成されたコヒーレンスピークを全
ての FBG の領域内で掃引させると共に，AOM の駆動周
波数を調整しヘテロダインビートを補正して，各 FBG の
スペクトル分布を測定した．また，光源の光周波数変調
に加えて，光源からの光を外部位相変調によってパワー
スペクトル幅を拡大し，SOCF 空間分解能を向上させる
手法を新たに提案した．この手法を長尺 FBG 内のブラッ
グ波長分布測定に適用し，全長 100mm の長尺 FBG の中
の 5mm 区間に局所的な温度変化を検出することに成功
した．
光周波数コム（OFC）光源を用いた多点型 FBG センサ
においては，高い測定精度と高速な測定を可能とするた
めに，周波数間隔可変光コム光源を導入し，システムの
構築とその基本動作の確認を行った． 4 個 FBG の位置
分解が可能であることを実験で確認した．また，各 FBG
に歪を加えたときの反射スペクトルを測定し，ブラッグ
波長がシフトしていることも確認した．
さらに，本年度は，SOCF による多点型 FBG センサの
多重化数について検討し，コヒーレンスピークの間隔を
調整する方式とコヒーレンス関数を平行で移動する方式
それぞれにおいての最大多重化数を解明した．
The research on distributed/multiplexed fiber Bragg
grating (FBG) sensors by synthesis of optical coherence
function (SOCF) has been carried on. In the distributed
sensor with long-FBG, multiplexing experiment with 3
long-FBGs has been demonstrated. In this system, the
heterodyne beat frequency changes according to position due
to the high-speed scanning of the light source’s central
3. 高性能光リフレクトメトリおよび光コヒーレ
ンストモグラフィ
何 祖源・保立和夫・高橋 央・
ホー ワンナム・風間拓志
High Performance Optical Reflectometry and
Optical Coherence Tomography
Z. HE, K. HOTATE, H. TAKAHASHI,
Q.-N. HO, T. KAZAMA
光ファイバ加入者系（FTTH）ネットワークの診断のた
めの高速・高精度光リフレクトメトリの研究を進めてい
る．本年度には，光周波数コム（OFC）光源を用いた光
コヒーレンス領域リフレクトメトリ（OCDR）において，
位相変調器の変調指数を最適化し，光周波数コムのサイ
ドバンド数を増加させ，空間分解能を前年度の 7cm から
2cm に向上させた．光周波数コムのサイドバンド数をさ
らに増加する方法として，多重位相変調を用いた光周波
数コムの発生を行い，従来の OCDR-OFC の測定レンジ
を 5 倍拡大した．また，本手法の導入により，空間分解
能の向上と測定レンジの延伸の方向性を示し，今後，更
なる多重数の増加により，OCDR-OFC の性能向上が見込
める．
また，光 SSB 変調器により発生させた光周波数コムを
用いた光コヒーレンストモグラフィ（OFC-OCT）を提案
し，断層イメージの測定を行った．実験では幅の 7.46nm
の光周波数コムを発生させ，90nm の空間分解能を達成し
た．そして，空気とミルクを持つ 2 枚のガラスの両面に
おける反射を確認することができた．
周波数変調連続波（FMCW）光リフレクトメトリの性
能向上についての研究も進めた．本年度は，反射率測定
精度を向上するために，光源として多波長光源である光
周波数コムを利用した波長平均法を提案した．従来の波
長平均法は複数回の測定から得たデータを平均する信号
100
と FBG の特性も明確し，FBG センサで数ナノストレイ
ンの極限歪分解能を実現できると証明した．初期実験で
は，17.6 ナノストレインの歪精度を実現している．
In responding to the request from geophysics research, the
research on ultra-high resolution FBG strain sensors with 10
nano-strain resolution, which is 2 figures more sensitive than
conventional systems, progressed this year. The performancelimiting factors, including the light source noise, the ambient
temperature change, and the thermal-expansion of the sensor
head, were investigated, and their counter-measures have been
studied. A method to realize the ultra-high resolution based
on cross-correlation algorithm has been established. System
specifications and FBG characteristics required for ultra-high
strain resolution were specified. It has been shown that
several-nano-strain resolution can be realized. In experiment,
a strain resolution of 17.6 nano-strains has been demonstrated.
処理的な手法であるが，本手法は広帯域に発生した光周
波数コムをまとめてファイバ中に入射し，光学的な平均
を狙ったものである．シミュレーションでは，光周波数
コムを用いることによりフェイディングノイズ低減され
ることが示された．
The research on the high-speed high-accuracy optical
reflectometry for diagnoses of fiber optic subscriber access
networks (FTTH) has been put forward. In the coherence
domain reflectometry (OCDR) using optical frequency comb
light source, the modulation index of the phase modulator was
optimized to increase the number of sidebands of the
generalized optical frequency comb, and thus enhance the
spatial resolution from 7cm to 2cm. To further increase the
number of the comb sidebands, multiple phase modulations
was adopted so that the measurement range was expanded 5
times as long as last year’s result. The method opens a way
to further enhance the spatial resolution and expand the
measurement range. Further improvement is expected by
increasing the multiplexing number of phase modulations.
The optical coherence tomography by use of optical
frequency comb with SSB modulator was proposed and
tomography imaging was demonstrated experimentally. An
optical frequency comb with 7.46nm bandwidth was
developed producing a 90nm spatial resolution.
The
reflections from the surfaces of two glass plates with air or
milk in between were detected.
Studies on the improvement of frequency-modulated
continuous wave (FMCW) optical reflectometry have also
been advanced. To enhance the reflectivity accuracy, a new
scheme of wavelength-domain averaging by using an optical
frequency comb as a multi-wavelength light source was
proposed. In conventional wavelength-domain averaging,
multiple reflective profiles measured at different wavelengths
are averaged to get a high-accuracy profile, while the new
scheme is based on the optical averaging by using the
wideband multi-frequency comb as the FMCW light source.
By simulation, the fading noise reduction effect by the new
scheme was confirmed.
5. 共振器型光ファイバジャイロに関する研究
保立和夫・何 祖源・王 希晶
Studies on Resonator Optical Fiber Gyroscope
K. HOTATE, Z. HE, X. WANG
共振器型光ファイバジャイロ（R-FOG）に関する研究
を展開している．R-FOG におけるデジタルセロダイン波
形の振幅の誤差，光源周波数の揺らぎ，偏波変動などに
よる雑音に関する対策を取入れ，実証実験を行った．デ
ジタルセロダイン波形の振幅の誤差に関して，CW と
CCW 両方で波形振幅の制御を施す必要があると実証し
た．光源周波数の揺らぎによる影響を抑えるために，
FPGA を用いて光源周波数のファースト揺らぎとスロー
ドリフトとも処理できるデジタルプロセッサーを開発し
た．偏波の影響について，2 箇所偏波軸 90 度捻り接続フ
ァイバ共振器において，2 箇所の接続点の間のファイバ
長の差がファイバのビート長の半分にすれば，偏波変動
の影響を大幅に抑えることができると実証した．
Studies on resonator fiber-optic gyro (R-FOG) have been
performed. In this year, the countermeasures for imperfect
digital serrodyne modulation waveform amplitude induced
noise, for light source instability induced noise, and for
polarization-fluctuation induced noise in R-FOG were
implemented. For the noise induced by imperfect digital
serrodyne modulation waveform amplitude, our experiment
results suggest that R-FOG performs best with the amplitude
control for both CW and CCW sides. To suppress the light
source instability induced noise, a digital processor capable of
dealing with both the fast- and slow-drift in the light source
was developed based on a field programmable gate array
(FPGA).
We verified that an R-FOG with twin 90o
polarization-axis rotated splices is effective in suppressing
polarization-fluctuation induced drift. By setting the length
difference of the fiber segments between two 90o
polarization-axis rotated splicing points to a half of the
4. 超高歪分解能光ファイバブラッググレーティ
ングセンサ
何 祖源・保立和夫・劉 慶文
Ultra-High Strain-Resolution Fiber Bragg Grating
Sensors
Z. HE, K. HOTATE, Q. LIU
地球科学研究の要求に応える 10 ナノストレインとい
う従来技術より二桁も高い歪分解能を提供できる FBG
センサの研究を進めている．FBG センサの歪分解能の制
限要因を分析し，レーザ光源のドリフト，環境温度の変
化とセンサヘッドの熱膨張などの影響とこれらの補正手
法を検討し，クロス相関アルゴリズムによる超高歪分解
能を実現する手法を確立した．必要とする測定器の性能
101
beat-length of the fiber, the polarization-fluctuation is
significantly suppressed.
論文・著書一覧（2009 年度）
Publications List
研究論文
[1]
Y. Mizuno, Z. He and K. Hotate: “One-end-access
high-speed distributed strain measurement with 13-mm
spatial resolution based on Brillouin optical correlationdomain reflectometry,” IEEE Photon. Technol. Lett., vol.
21, no. 7, pp.474-476, Apr. 2009.
[2]
Y. Mizuno, Z. He and K. Hotate: “Polarization beat
length distribution measurement in single-mode optical
fibers with Brillouin optical correlation-domain
reflectometry,” Appl. Phys. Exp., vol. 2, Paper no.
046502, Apr. 2009.
[3]
W. Zou, Z. He, K.-Y. Song and K. Hotate: “Correlationbased distributed measurement of dynamic grating
spectrum generated in stimulated Brillouin scattering in
a polarization-maintaining optical fiber,” Opt. Lett., vol.
34, no. 7, pp. 1126-1128, Apr. 2009.
[4]
M. Kashiwagi and K. Hotate: “Long range and high
resolution reflectometry by synthesis of optical
coherence function at region beyond the coherence
length,” IEICE Electron. Exp., vol. 6, no. 8, pp. 497-503,
Apr. 2009.
[5]
K.-Y. Song, W. Zou, Z, He and K. Hotate: “Optical
time-domain measurement of Brillouin dynamic grating
spectrum in a polarization-maintaining fiber,” Opt. Lett.,
vol. 34, no. 9, pp. 1381-1383, May 2009.
[6]
Y. Mizuno, Z. He and K. Hotate: “Measurement range
enlargement in Brillouin optical correlation-domain
reflectometry based on temporal gating scheme,” Opt.
Exp., vol. 17, no. 11, pp. 9040-9046, May 2009.
[7]
Y. Mizuno, Z. He and K. Hotate: “Stable entire-length
measurement of fiber strain distribution by Brillouin
optical correlation-domain reflectometry with polarization scrambling and noise-floor compensation,” Applied
Phys. Exp., vol. 2, Paper no. 062403, June 2009.
[8]
K. Kajiwara and K. Hotate: “Measurement of
Bragg-Wavelength Distribution in a Long-Length Fiber
Bragg Grating with High Speed Sampling,” Appl. Phys.
Exp., vol. 2, No. 8, Paper no. 082401, Aug. 2009.
[9]
Y. Jeong, K.-Y. Song, K. Hotate and K. Oh: “Analysis of
Brillouin frequency shift and acoustic waves in a hollow
optical fiber,” Opt. Lett., vol. 34, no. 20, pp. 3217- 3219,
Oct. 2009.
[10] Y. Mizuno, Z. He and K. Hotate: “Dependence of the
Brillouin frequency shift on temperature in a tellurite
glass fiber and a bismuth-oxide highly-nonlinear fiber,”
Appl. Phys. Exp., vol. 2, no. 11, Paper no. 112402, Oct.
2009.
102
[11] W. Zou, Z. He, and K. Hotate: “Tunable fiber-optic
delay line based on stimulated Brillouin scattering,”
Appl. Phys. Exp., vol. 3, no. 1, Paper no. 12501, Jan.
2010.
dynamic-strain sensing based on Brillouin optical
correlation domain analysis,” 8th Pacific Rim Conf. on
Lasers and Electro-Optics (CLEO-PR 2009), Shanghai,
WE1-5, Aug. 30-Sep. 3, 2009
[12] X. Wang, Z. He and K. Hotate: “Reduction of
polarization-fluctuation induced drift in resonator fiber
optic gyro by a resonator with twin 90o polarization-axis
rotated splices,” Opt. Exp., vol. 18, Issue 2, pp.
1677-1683, Jan. 2010.
[23] Y. Mizuno, Z. He, and K. Hotate: “Distributed strain
measurement with millimeter-order spatial resolution
based on Brillouin optical correlation-domain
reflectometry using tellurite glass fiber,” 20th Intern.
Conf. on Optical Fiber Sensors (OFS-20), Edinburgh,
OF101-10, Oct. 5-9, 2009.
[13] Y. Mizuno, Z. He, and K. Hotate: “Measurement range
enlargement in Brillouin optical correlation-domain
reflectometry based on double-modulation scheme,” Opt.
Exp., vol. 18, no. 6, pp. 5926-13, Mar. 2010.
[24] W. Zou, Z. He, and K. Hotate: “Single-ended distributed
temperature or strain sensor based on stimulated
Brillouin scattering,” 20th Intern. Conf. on Optical Fiber
Sensors (OFS-20), Edinburgh, OF101-222, Oct. 5-9,
2009.
国際会議論文
[25] K. Kajiwara and K. Hotate: “Multiplexed long-length
fiber Bragg grating distributed sensors based on
synthesis of optical coherence function,” 20th Intern.
Conf. on Optical Fiber Sensors (OFS-20), Edinburgh,
OF101-84, Oct. 5-9, 2009.
[14] K. Hotate: “Fiber optic nerve systems for safety and
security,” SPIE Conference on Defense, Security, and
Sensing, Orlando, Apr. 13-17, 2009 (Keynote).
[15] X. Wang, Z. He, and K. Hotate: “Resonator Fiber optic
gyroscope with digital serrodyne scheme using a digital
controller,” SPIE Conference on Defense, Security, and
Sensing, Orlando, Apr. 13-17, 2009.
[26] Y. Mizuno, Z. He, and K. Hotate, “Measurement range
enlargement in Brillouin optical correlation-domain
reflectometry based on double-modulation scheme”,
20th International Conference on Optical Fibre Sensors
(OFS-20), PDP-03, Edinburgh, Oct. 5-9, 2009.
[16] W. Zou, Z. He, and K. Hotate: “Realization of high
distributed sensing speed based on Brillouin optical
correlation domain analysis,” CLEO/IQEC 2009,
CMNN5, Maryland, May 31-Jun. 5, 2009.
[27] X. Wang, Z. He, and K. Hotate: “Experiment on bias
stability measurement of resonator fiber optic gyro with
digital feedback scheme,” 20th Intern. Conf. on Optical
Fiber Sensors (OFS-20), Edinburgh, OF101-144, Oct.
5-9, 2009.
[17] Y. Mizuno, Z. He, K. Hotate: “Stable Entire-length
measurement of fiber strain distribution by Brillouin
optical correlation-domain reflectometry based on
polarization scrambling scheme,” CLEO/IQEC 2009,
CMNN6, Maryland, May 31-Jun. 5, 2009.
[28] Y. Mizuno, Z. He, and K. Hotate: “Dependence of the
Brillouin frequency shift on temperature in a bismuthoxide highly-nonlinear fiber,” 15th Microoptics Conf.
(MOC'09), Tokyo, Oct. 25-28, 2009.
[18] K. Kajiwara, and K. Hotate: “Distributed sensing in a
long-length FBG Based on synthesis of optical
coherence function with 1-kHz sampling rate,” CLEO/
IQEC 2009, CMNN2, Maryland, May 31-Jun. 5, 2009.
[29] K. Hotate: “Advanced optical Fiber sensors –Fiber optic
nerve systems for safety and security-,” International
Symposium of Advanced Photonic Electronics – 50year anniversary of JSPS Optoelectronics the 130
Committee, Tokyo, pp. 6-11, Oct. 29, 2009 (Invited).
[19] X. Wang, Z. He, and K. Hotate: “Polarization-noise
suppression by twice 90° polarization-axis rotated
splicing in resonator fiber optic gyroscope,”
CLEO/IQEC 2009, CMG1, Maryland, May 31-Jun. 5,
2009.
総説・解説論文
[20] K.-Y. Song, W. Zou, Z. He and K. Hotate: “Optical
time-domain measurement of Brillouin dynamic grating
spectrum in a polarization maintaining fiber,”
CLEO/IQEC 2009, CMNN4, Maryland, May 31-Jun. 5,
2009.
[30] 保立和夫: “安全･安心な社会を支える光ファイバー
神経網技術,” O plus E, 特集「光ファイバーセンサー
の現状と展望」, vol. 31, no. 9, pp. 996-1003, Sept.
2009.
[21] K. Hotate and Z. He: “Fiber-Optic Nerve Systems for
Safety and Security,” 4th Optoelectronics and
Communications Conf., Hong Kong, July 13-17, 2009
(Invited).
[22] W.
Zou,
Z.
He,
and
K.
Hotate:
シンポジウム・研究会・大会等発表
[31] 鄒 衛文, 何 祖源, 保立和夫: “High-speed distributed
sensing based on Brillouin optical correlation domain
analysis,” 電子情報通信学会光ファイバ応用技術研
“Distributed
103
究会, 南箱根セミナーハウス, OFT2009-13, pp.61-66,
May 28-29, 2009.
[41] 鄒 衛文, 何 祖源, 保立和夫: “Single-end- access
distributed fiber-optic sensor based on stimulated
Brillouin scattering,” 電子情報通信学会 信学技報,
OFT2009-67, pp. 27-32, Jan. 21-22, 2010.
[32] 何 祖 源 , 山 下 健 二 ホ ド リ ー ゴ , 保 立 和 夫 :
“High-accuracy optical frequency domain reflectometry
by single-sweep frequency-averaging,” 電子情報通信
学会光ファイバ応用技術研究会, 南箱根セミナーハ
ウス, OFT2009-11, pp. 51-54, May 28-29, 2009.
[42] 水野洋輔, 鄒 衛文, 何 祖源, 保立和夫: “ブリル
アン光相関領域リフレクトメトリにおけるレイリ
ー散乱誘起雑音と空間分解能に関する考察,” 電子
情報通信学会 信学技報, OFT2009-66, pp. 21-26, Jan.
21-22, 2010.
[33] 何 祖源, 高橋 央, 保立和夫: “光周波数コムを用
いた光コヒーレンス領域リフレクトメトリ,” 電子
情報通信学会光ファイバ応用技術研究会, 南箱根セ
ミナーハウス, OFT2009-12, pp. 55-60, May 28-29,
2009.
[43] 梶原康嗣, 高橋 央, 何 祖源, 保立和夫: “外部位
相変調と光波コヒーレンス関数の合成法の組合せ
による長尺 FBG センシングシステムの空間分解能
向上,” 電子情報通信学会 信学技報, OFT2009-76,
pp. 77-82, Jan. 21-22, 2010.
[34] 水野洋輔, 何 祖源, 保立和夫: “テルライトファイ
バにおけるブリルアン周波数シフトの歪および温
度依存性とその BOCDR への応用,” 応用物理学会
第 43 回光波センシング技術研究会, 埼玉大学ステ
ーションカレッジ, LST-43-24, pp. 161-165, Jun. 9-10,
2009.
[44] 王 希 晶 , 何 祖 源 , 保 立 和 夫 : “Automated
suppression of polarization-fluctuation induced drift in
resonator fiber optic gyro by a resonator with twin 90º
polarization-axis rotated splices,” 電子情報通信学会
信学技報, OFT2009-78, pp. 89-94, Jan. 21-22, 2010.
[35] 王 希晶, 何 祖源, 保立 和夫: “Experiment on bias
stability measurement of resonator fiber optic gyroscope
with digital feedback scheme,” 応用物理学会第 43 回
光波センシング技術研究会, 埼玉大学東京ステーシ
ョンカレッジ , LST-43-16, pp. 111-116, Jun. 9-10,
2009.
[45] 劉 慶文, 何 祖源, 徳永朋祥, 保立 和夫: “An
ultra-high strain-resolution FBG sensor for static strain
measurement using cross-correlation processing,”電子
情報通信学会 信学技報, OFT2009-77, pp. 83-88, Jan.
21-22, 2010.
[46] 高橋 央, 何 祖源, 保立和夫: “多重位相変調光周
波数コムを用いた光リフレクトメトリ,” 電子情報
通 信 学 会 信 学 技 報 , OFT2009-72, pp.55-60, Jan.
21-22, 2010.
[36] 久野裕之, 何 祖源, 保立和夫: “動的な変調機構の
提案による Simplified BOCDA システムの分布測定
高速化,” 応用物理学会第 43 回光波センシング技術
研究会, 埼玉大学ステーションカレッジ, LST-43-19,
pp. 129-136, Jun. 9-10, 2009.
[47] 鄒 衛文, 何 祖源, 保立和夫: “Single-End- Incident
Distributed Temperature or Strain Sensor Based on
Stimulated Brillouin Scattering,” 2009 年度電子情報通
信学会ソサイエティ大会, 新潟大学, B-13-40, p. 329,
Sept. 15-18, 2009.
[37] 保立和夫, 千種健二, 水野洋輔, 岸 眞人, 何 祖源:
“低コヒーレンスブリルアン光相関領域解析法の
S/N 比の向上,” 応用物理学会第 43 回光波センシン
グ技術研究会, 埼玉大学ステーションカレッジ,
LST-43-21, pp. 1743-147, Jun. 9-10, 2009.
[48] 水野洋輔, 何 祖源, 保立和夫: “酸化ビスマスファ
イバにおけるブリルアン周波数シフトの温度依存
性,” 2009 年度電子情報通信学会ソサイエティ大会,
新潟大学, B-13-41, p. 166, Sept. 15-18, 2009.
[38] 何 祖源, 沼澤正和, 保立和夫: “光コム光源を用い
た多点型 FBG センシングシステム,” 応用物理学会
第 43 回光波センシング技術研究会, 埼玉大学ステ
ーションカレッジ, LST-43-2, pp. 15-20, Jun. 9-10,
2009.
[49] 王 希 晶 , 何 祖 源 , 保 立 和 夫 : “Reduction of
Polarization-Fluctuation Induced Bias Drift in Twice
Polarization Cross-Spiced Resonator Fiber Optic Gyro
by Controlling the Eigen-state of Polarization,” 2009
年度電子情報通信学会ソサイエティ大会, 新潟大学,
B-13-42, p. 331, Sept. 15-18, 2009.
[39] 水野洋輔, 何 祖源, 保立和夫: “二重周波数変調を
用いたブリルアン光相関領域リフレクトメトリの
測定レンジの延伸,” 応用物理学会第 44 回光波セン
シング技術研究会, 東京理科大学, LST-44-8, pp.
57-62, Dec. 8-9, 2009.
[50] 梶原康嗣, 保立和夫: “分布型センシングヘッドとし
ての長尺 FBG センサの多点化技術,” 2009 年度電子
情報通信学会ソサイエティ大会, 新潟大学, C-3-11,
p. 166, Sept. 15-18, 2009.
[40] 王 希晶, 何 祖源, 保立 和夫: “Improvement of
bias stability in resonator-fiber optic gyro with feedback
loop for controlling digital serrodyne phase modulation
amplitude,” 応用物理学会第 44 回光波センシング技
術研究会, 東京理科大学, LST-44-12, pp. 83-88, Dec.
8-9, 2009.
[51] 高橋 央, 何 祖源, 保立和夫: “光周波数コムを用
いた光リフレクトメトリにおける空間分解能の向
上,” 2009 年度電子情報通信学会ソサイエティ大会,
104
新潟大学, C-3-28, p. 183, Sept. 15-18, 2009.
[52] 鄒 衛文, 何 祖源, 保立和夫: “Brillouin scattering
property in highly nonlinear photonic crystal fiber with
hybrid-core structure,” 2010 年度電子情報通信学会総
合大会, 東北大学, BS-6-3, p. S-112, Mar. 16-19, 2010.
[53] 梶原康嗣, 何 祖源, 保立和夫: “強度変調器を用い
た光波コヒーレンス関数合成法の空間分解能向上,”
2010 年度電子情報通信学会総合大会, 東北大学,
C-3-32, p. 205, Mar. 16-19, 2010.
[54] 保立和夫, 芦田哲郎, 水野洋輔, 岸 眞人, 何 祖
源: “低コヒーレンスブリルアン光相関領域解析法
の空間分解能向上,” 2010 年度電子情報通信学会総
合大会, 東北大学, C-3-33, p. 206, Mar. 16-19, 2010.
[55] 高橋 央, 何 祖源, 保立和夫: “任意波形位相変調
光周波数コムを用いた光リフレクトメトリ,” 2010
年度電子情報通信学会総合大会, 東北大学, C-3-31,
p. 204, Mar. 16-19, 2010.
[56] 何 祖源, ホーワンナム, 鄒 衛文, 梶原康嗣, 保
立和夫: “SSB 変調器による光周波数コムを用いた
光コヒーレンストモグラフィ,” 2010 年度電子情報
通信学会総合大会, 東北大学,C-3-30, p. 203, Mar.
16-19, 2010.
[57] 久保田寛和, 何 祖源, 保立和夫: “単一モードフォ
トニックバンドギャップファイバ,” 2010 年度電子
情報通信学会総合大会, 東北大学, C-3-28, p. 201,
Mar. 16-19, 2010.
[58] 古敷谷優介, 樊 昕昱, 伊藤文彦, 何 祖源, 保立
和夫: “光コム光源を用いた PNC-OFDR におけるフ
ェーディング雑音低減,” 2010 年度電子情報通信学
会総合大会, 東北大学, B-13-13, p. 508, Mar. 16-19,
2010.
105
廣瀬（明）研究室
Hirose Laboratory
(http://www.eis.t.u-tokyo.ac.jp/)
度イメージとは異なる有効な情報が得られる。すなわち、
アクティブ イメージングで反射が輝点に見えてしまう
問題が緩和されて、対象の形状をよりよく把握できる。
本方式は、キャリアの波長そのままを観測するよりも、
奥行きに対する適切な位相感度を得ることができる。今
年度は特に、適応的画像処理方式である複素自己組織化
マップ(CSOM)を利用する際に、位相情報をより活用する
ためのメトリックとして複素内積を利用することを提案
した。これによって、危険物の区分性能が格段に向上す
ることが、基礎実験により明らかになった。また、この
ようなイメージングに適した低損失なミリ波回路を実現
するための低インピーダンスで広帯域姓を持つ bulk
LTSA を提案した。数値解析を進めるとともに、実際に
素子を作成してその基礎的な特性を明らかにした。
We conducted experimental demonstration of our novel
active and coherent method for near field imaging in
millimeter-wave band, namely the envelope phase detection
(EPD). In the EPD, the high-frequency circuit is so simple
that it is low-cost and suitable for highly-parallel imaging.
One of the possible applications is an anti-terrorism security
system at ticket gates in railway stations where we observe
walking people with their belongings. We reported in
particular that the phase image observed by the EPD yields
quite informative images. That is, the harmful glaring, which
often occurs in active millimeter imaging, is mitigated
effectively so that the shape of an objective is presented much
better. We can choose arbitrary phase-distance sensitivity by
adjusting the modulation frequency adaptively to the target of
visualization. This year we proposed a novel metric, namely
the complex-valued inner product, to be used in the
self-organization in the complex-valued self-organizing map
(CSOM) with which we can more utilize the phase
information. Experiments demonstrated drastic improvement
in the adaptive classification of target objects. In parallel, we
proposed a low-impedance wideband antenna element for the
imaging purpose, and named it the bulk linearly-tapered slot
array (bulk LTSA). Numerical analysis revealed the wideband
characteristic and direct connectability to detection circuits,
which guarantees low loss in millimeter-wave imaging
systems.
研究現況
Current Research Projects
1. 対人プラスチック地雷可視化システム
廣瀬 明・仲野幸真・江尻礼聡
Antipersonnel Plastic Landmine Visualization
System
A.Hirose, Y.Nakano and A.Ejiri
複素自己組織化マップ(CSOM)は地雷とそれ以外のも
のとの適応的な分別を可能にする。これまでのフィール
ド実験で、walled linearly tapered slot antenna (walled LTSA)
アレイの高密度化によって、より高い適応区分性能が得
られ地雷領域を可視化できることを確認した。今年度は、
アレイアンテナを高密度化した際に顕在化してきた送受
信アンテナ素子間の直接結合を軽減する方法について検
討し、新たなアンテナ素子を提案した。これは、walled
linearly tapered slot antenna (walled LTSA)の壁にもテーパ
を施して実効的な開口面積を壁自体の開口面積よりも大
きくすることによって指向性を増大させ、直接結合を減
少させるものである。
The complex-valued self-organizing map (CSOM)
realizes an adaptive distinction between plastic landmines and
other objects in landmine visualization systems. Previously
we developed our walled linearly tapered slot antenna (walled
LTSA) to construct a high-density array. We conducted field
experiments to confirm the high ability to visualize plastic
landmines buried in laterite soil. This year we concentrated on
the reduction of direct coupling which deteriorates the
visualization and classification ability. We proposed and
developed a new antenna that has a taper structure also on the
walls. The effective aperture is then larger than that of the
physical wall, which enhances the directivity and reduces the
direct coupling.
2. ミリ波・マイクロ波イメージング
廣瀬 明・ラデンアマド ダムリ・青柳 俊
Millimeter wave and microwave imaging for
antiterrorism screening
A.Hirose, D.Radenamad and T.Aoyagi
われわれは、ミリ波による近距離のイメージングを目
的するアクティブでコヒーレントなイメージング手法と
して、振幅変調成分の位相と振幅を取得する 変調複素振
幅観測イメージング法 を提案し、基礎実験を行っている。
この方式によれば高周波部分の回路構成は比較的簡易で
あり、安価で並列処理性が高い。その応用には、たとえ
ば鉄道改札を通過する歩行者とその所持物をイメージン
グすることによるテロ対策システムなどを挙げることが
できる。特に、変調の位相値に注目することにより、強
106
3. 干渉型開口合成レーダ
廣瀬 明・夏秋 嶺・ハンムラー ニコラウス
Interferometric Synthetic Aperture Radars
A.Hirose, R.Natsuaki and N.Hammler
衛星あるいは航空の干渉合成開口レーダー(InSAR)は
地形情報(DEM)を測定するための有用な技術である。しか
し、InSAR による干渉画像には、位相特異点とよばれる
回転成分が多数 生じており、地形情報の精確な把握を困
難にしている。今年度は昨年度に引き続き、位相特異点
が発生する座標周辺の干渉前の観測データをサブピクセ
ル単位の複素振幅データに補間して局所的かつ非線型な
位置合わせを行って、位相特異点の数を減少させること
によって DEM の SN 比を向上させる実験を進めた。その際
に特徴的なことは、位相特異点自体が消滅することを位
置合わせの整合度の指標として利用する点にある。この
方法を SPEC 法と名づけた。実際の観測データに対して本
手法を適用したところ、位相特異点が減少するとともに、
地形図の SN 比が向上して地形の概観も大幅に向上する
ことが確認された。ただし、この際に位相特異点を消去
する一あわせ方法が複数ある場合に、ある条件を満たす
方向への位置あわせがよりよい結果に至ることを観測し
ている。その点も取り入れて、現在、本手法の体系的な
確立を図っている。
Interferometric synthetic aperture radar (InSAR) is a useful
technology to observe the earth topography or, in other words,
to generate digital elevation map (DEM). However, an InSAR
interferogram usually includes a lot of points where we find
rotational component, i.e., singular points (SPs). They
deteriorate the accuracy of height estimation. This year, we
investigated the improvement by employing our proposed
method, the SPEC method, which is a local and nonlinear
coregistration method of the master and the slave, that are
interpolated into subpixel complex-amplitude data, by using
the number of the SPs as the evaluation criterion. In this
process, we regard the vanishment of SPs as a realization of
accurate coregistration. Experiments for real observation data
demonstrated that the proposed method reduces the number of
SPs and improves the signal-to-noise ratio of generated digital
elevation models. We also found that that, when we have
multiple coregistration possibilities in a local area, there exists
the best direction, and the solution satisfies a certain condition.
We are now optimizing the processing including the above
optimization.
4.
をシミュレーションにより確認した。その計算量は、ゼ
ロ埋め込み法や自己回帰法、高分解能法などより小さい
く優れている。今年度はさらに、周波数領域で時間的な
一時推定を行うことにより、予測の性能を向上させるこ
とに成功した。
Recently there is an increasing interest in adaptive antenna
technology since its capability of user tracking, co-channel
interference reduction, and spatial diversity offer better
coverage, capacity, multipath rejection, and power efficiency.
Previously we proposed a low complexity method to predict
fast fading channel by estimating the parameters of the
channel from the Doppler spectrum calculated using chirp
z-transform (CZT). The CZT fits the frequency domain
channel prediction for its ability to interpolate data points in
the
frequency
domain,
which
reduces
the
frequency-quantization error. Our evaluation results with
time-division duplexing show that the CZT method can
significantly increase the channel prediction accuracy. The
calculation cost of the CZT-based method is much lower
compared to that of the zero-padding, autoregressive, or
high-resolution methods. This year we proposed to combine
the CZT with linear prediction in the frequency domain. This
proposed method has improved the channel prediction ability
very largely.
5. 高機能アンテナ
廣瀬 明・ヴェルナー シュテフェン・馬場貴弘
Highly functional antenna elements
A.Hirose, S.Werner and T.Baba
今年度は超広帯域で指向性可変のアンテナの実現を目
指した研究のうち、まず、スイッチト・ディスコーン・
アンテナの理論解析を中心に進めた。等価回路によって
詳細な動作解析を進めた結果、その動作が進行波型エレ
メントの広帯域性とスタガ同調とによって説明できるこ
とが明らかになった。近年、UWB(Ultra wideband)等に利
用可能な超広帯域アンテナに対する関心が増している。
一般に超広帯域アンテナでは柔軟な指向性を実現するこ
とが難しい。アレイ化等によってもホイヘンスの原理に
よる単純な波面合成法が利用できないためである。また
共振特性を利用できないため、エスパアンテナなどにも
用いられている八木アンテナ的な導波器や反射器の利用
も困難である。われわれは指向性可変の超広帯域アンテ
ナを新たに考案した。ディスコーンアンテナのコーンを
複数の棒状エレメントで構成し、その一部を給電素子と
し残りを無給電（寄生）素子とする。これまでに、全体
として調和のとれた動作を行う可変指向性アンテナとす
ることに成功し、実測によってその性能を確認している。
We analyzed the operation of our newly proposed
ultra-wideband variable-directivity antenna. In the
equivalent-circuit analysis, we found that we can explain the
wideband and controllable-directivity operation based on the
wideband characteristics of the traveling-wave-type elements
アダプティブ アンテナ システム
廣瀬 明・小沢章太郎
Adaptive Antenna Systems
A.Hirose and S.Ozawa
移動体通信でアダプティブアンテナを基地局に用いる
場合、基地局は受信したアップリンク信号からユーザ端
末の方向を推定してアンテナ荷重を決定し、空間分割多
重を実現できる。その際、特に時分割二重通信方式では、
アップリンク受信信号によって決定した荷重をダウンリ
ンクにも利用できる可能性がある。そのためにはユーザ
方向の移動の予測が必要となるが、ダウンリンク時間が
長いため、これまで十分な性能を得ることが難しかった。
昨年度までにわれわれは、チャープ z 変換(CZT)を利用す
る、正確な予測が可能で計算量が少ない新たな手法を提
案している。この手法は周波数領域でドップラーシフト
を推定するために適したものであり、周波数の量子化（離
散化）による誤差を緩和するために大きな効果がある。
時分割二重通信において予測精度が大きく向上すること
107
and the stagger tuning in total. It is more and more desired to
develop ultra-wideband antennas applicable to, e.g., so-called
ultra wideband (UWB) systems. However, such an ultra
wideband antenna has difficulty in variable-directivity
compatibility because we cannot adopt a simple wavefront
synthesis technique based on Huygens principle. Another
reason lies in the unavailability of directors and reflectors
used in ESPAR antennas and ordinary Yagi antennas. We
proposed a new antenna structure. The antenna is a modified
discone of which cone is consists of line elements. We feed
some of the lines, while we do not others, to make them
parasitic, so that all the elements works in cooperation, which
realizes both wideband and variable directivity.
当研究室における複素ニューラルネットワーク研究は
これまで、具体的な個々のアプリケーションに付随する
個別のダイナミクスを持つ基本原理として、それぞれ構
築されてきた。一方、近年の世界のニューラルネットワ
ーク研究では、すでに複素ニューラルネットワークを出
来上がったものとして手軽に活用してアプリケーション
に組み込んだり、あるいはその基本的な性質を理解する
ために基礎的な動作確認を行ったりすることへの要求が
大きくなってきた。そこで、複素ニューラルネットワー
クのソフトウエアを整理し世界の研究者に利用しやすく
するためのライブラリ化の作業を開始した。今年度は
Matlab の環境で、複素バックプロパゲーションを実現す
る複素ニューラルネットワークのソフトウエアの構築を
行った。柔軟に一般的な信号を処理できるよう工夫し、
その動作を確認した。Matlab は手軽な環境であるが、実
システムに組み込むには問題もあるため、今後は C++当
での構築も進める。
In this laboratory, we have been developing various
complex-valued neural networks (CVNNs) as processing
modules specialized to respective application systems so that
the modules possess their own dynamics optimized their
applications. Simultaneously, many world neural-network
researchers expect us to provide standard packages of CVNNs
for easy embedment into new systems or quick confirmation
of performance in basic processing and learning functionality.
Then we have started to build a set of CVNN packages
available for world researchers in the field. This year we
constructed a CVNN package realizing complex-valued
backpropagation learning in the Matlab environment. The
software has a set of general parameter inputs to realize
general learning and processing. Though the Matlab is very
useful for quick evaluation, it is not suitable for real
applications. For this reason, we are going to construct similar
software in C++
6. 適応的コヒーレント光波イメージング
廣瀬 明・アンドリヤン バユ スクスモノ
Adaptive processing in coherent optical imaging
A.Hirose and A.B.Suksmono
今年度はディジタルホログラムにおける対象物画像の
新しい数値再構成方法を提案した。この方法は実空間領
域とフレネル変換領域の双方を用いるものであり、これ
を双領域マッチング追跡法(MPPD)と名づけた。変換領域
でホログラムを分解し、係数セットを得る。その係数を
使って、あらかじめ用意した空間基底によって実空間画
像を再構成する。まず球状粒子を対象物としたシミュレ
ーションによって、本手法が高い対雑音性をもつことを
確認した。実空間ガウス基底とその変換をペアとして用
いることにより、画像の再構成をうまく実現できた。ま
た、実際に球状シリカゲルを対象とした工学実験を行っ
て、本手法が効果的に画像採光性を実現することを確認
した。
We proposed a new numerical-reconstruction method of
an object image from its digital hologram. The proposed
matching pursuit on a pair of domains (MPPD) method
employs a spatial-domain basis and its (Fresnel)
transform-domain pair. The transform domain basis is used to
decompose the hologram, which yields a set of coefficients.
Then, these coefficients are used to reconstruct the
spatial-domain object image using the predefined spatial basis.
We showed the robustness of the proposed method against
noise on a simulated hologram of spherical particles. By
employing spatial-domain gaussian basis and its transform
pair, the image of these particles were recovered successfully.
The effectiveness of the proposed method has also been
demonstrated to a real microscopic-hologram of silica gel
spherical particles.
7. ニューラルネットワークのダイナミクスの基
礎解析
廣瀬 明・ゲルマン ユルク マルクス
Fundamental analysis of neural network dynamics
A.Hirose and J.M.Germann
108
Int'l Joint Conference on Neural Networks (IJCNN)
2009 Atlanta, Proc. (June 15-19, 2009, Atlanta) A2_T15.
論文・著書一覧（2009 年度）
Publications List
[11] A.Hirose: "Complex-valued neural networks: The merits
and their origins," Int'l Joint Conference on Neural
Networks (IJCNN) 2009 Atlanta, Proc. (June 15-19,
2009, Atlanta) 1237-1244.
研究論文
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
A.Handayani A.B.Suksmono T.L.R.Mengko A.Hirose:
"Blood Vessel Segmentation in Complex-Valued
Magnetic Resonance Images with Snake Active Contour
Model," International Journal of E-Health and Medical
Communications, 1, 1 (2010) 41-52.
解説
[12] 廣瀬明:「地中レーダによる地雷可視化技術」
、計測
と制御、48, 10 (2009) 754-760.
T.Nishino R.Yamaki A.Hirose: “Ultrasonic imaging for
boundary shape generation by phase unwrapping with
singular-point elimination based on complex-valued
Markov random field model," IEICE Trans. on
Fundamentals, E93-A, 1 (2010) 219-226.
シンポジウム・研究会・大会等発表
[13] 青柳俊 ラデンアマド・ダムリ 仲野幸真 廣瀬
明：複素内積を用いた複素自己組織化マップによる
セキュリティ用アクティブイメージング実験、信学
会ニューロコンピューティング研究会、NC2009-129
(March 10, 2010, Tokyo)
Y.Baba A.Hirose: “Spectral fluctuation method: A
texture-based method to extract text regions in general
scene images," IEICE Trans. on Information Systems,
E92-D, 9 (2009) 1702-1715.
[14] 廣瀬明 江尻礼聡 北原邦紀：相互情報量を利用し
た複数 SOM による地雷概念形成、信学会ニューロ
コンピューティング研究会、NC2009-130 (March 10,
2010, Tokyo)
K.Tanizawa A.Hirose: "Search Control Algorithm Based
on Random Step Size Hill-Climbing Method for
Adaptive PMD Compensation," IEICE Trans. on
Commun. , E92-B, 8 (2009) 2584-2590.
[15] ラデンアマド・ダムリ 青柳俊 廣瀬明：実時間ミ
リ波イメージング用フロントエンドのための低イ
ンピーダンス バルク LTSA、信学会電磁界理論研究
会、EMT09-148 (Nov. 28, 2009, Okinawa)
S.Tan A.Hirose: “Chirp Z-Transform-based Fading
Channel Prediction," Electron. Lett., 45, 8 (2009)
418-420.
[16] 仲野幸真 廣瀬明：近傍イメージングのために高指
向性・低直接結合を実現する Taper-walled LTSA、信
学会電磁界理論研究会、EMT09-147 (Nov. 28, 2009,
Okinawa)
国際会議論文
[6]
[7]
[8]
[9]
D.Radenamad T.Aoyagi A.Hirose: "Proposal of bulk
LTSA to realize low antenna impedance for real time
millimeter wave imaging front-end," Asia Pacific
Microwave Conf. (APMC) 2009 Singapore, Proc. (Dec.
7-10, 2009, Singapore) TU1G-2.
[17] 夏秋嶺 廣瀬明：SAR 干渉画像を作成するための局
所的かつ非線形な位置合わせ、 信学会宇宙・航行
エレクトロニクス研究会、SANE2009-40 (June 26,
2008, Tsukuba)
K.Kitahara A.Hirose, "A Concept Generation Method
Based on Mutual Information Quantity Among Multiple
Self-Organizing Maps," Int'l Conf. on Neural Inform.
Processing (ICONIP) 2009 Bangkok, Proc. (Dec. 1-5,
2009, Bangkok) 263-272.
[18] 廣瀬 明：複素ニューラルネットワークの利点とそ
の起源、信学会ニューロコンピューティング研究会、
NC2009-2 (May 25, 2009, Okinawa)
[19] 廣瀬明 宮森高：「五感」情報処理：アプリケーシ
ョンの展望、2010 信学総大 CDT-1 (Mar. 18, 2010,
Sendai)
K.Tanizawa A.Hirose: "Improvement of BER
Performance by Active PMD Compensation Employing
the Steepest Descent-Based Tracking Algorithm,"
Optoelectronics and Commun. Conf. (OECC) 2009
Hong Kong, Proc. (July 13-17, 2009, Hong Kong)
ThD5.
[20] 夏秋嶺 廣瀬明：SAR 干渉画像の局所的歪み解消の
ための非線形な位置合わせ、2010 信学総大、B-2-64
(Mar. 19, 2010, Sendai)
[21] 青柳俊 ラデンアマド・ダムリ 仲野幸真 廣瀬
明：衣服下の液体を可視化するためのアクティブミ
リ波イメージングにおける複素自己組織化マップ
適応処理、2010 信学総大、C-2-114 (Mar. 17, 2010,
Sendai)
R.Natsuaki A.Hirose: "Local, nonlinear adaptive
co-registration of master and slave interferometric SAR
complex image data for high quality digital elevation
map generation," Int'l Geosci. and Remote Sens.
Symposium (IGARSS) 2009 Capetown, Proc. (July
13-17, 2009, Cape Town) FR2.O2.2.
[22] 仲野幸真 廣瀬明：広帯域近傍イメージング・アレ
イの素子間直接結合の低減、2010 信学総大、B-1-151
(Mar. 17, 2010, Sendai)
[10] A.Hirose: "Complex-valued neural networks (Tutorial),"
109
[23] A.Hirose: ”Future millimeter-wave / microwave imaging
technology
and
microelectronics,”Japan-Taiwan
Symposium on Microelectronics, (Oct. 29, 2009, Tokyo)
著書
[24] Y.Nakano A.Hirose: "Adaptive ground penetrating radar
systems to visualize antipersonnel plastic landmines
based on local texture in scattering and reflection data in
space and frequency domains,” in Radar Technology,
In-Tech (Dec. 2009) 127-140, ISBN 978-953-307-029-2.
その他
[25] A.Hirose: "Complex-valued neural networks (Tutorial
video archive, IJCNN 2009 Atlanta)," IEEE
Computational Intelligence Society (CIS) / INNS, IEEE
CIS Website (June 15-19, 2009, Atlanta).
110
山下研究室
Yamashita Laboratory
(http://www.sagnac.t.u-tokyo.ac.jp)
Carbon Nanotube based Nonlinear Photonic Devices
S. YAMASHITA, K. K. CHOW
カーボンナノチューブ（CNT）は可飽和吸収性のみな
らず、高い３次光非線形性を持っている。これを用いた
全光信号処理のための CNT 非線形デバイスの研究を進
めている。昨年度に非線形偏波回転を利用した 10Gb/s
NRZ 光信号の波長変換に成功しており、今年度は四光波
混合(FWM)を利用したデータフォーマットに依存しない
波長変換に世界で初めて成功した。D シェイプ光ファイ
バ、もしくは平面型光導波路(PLC)に CNT 載せたエバネ
ッセント光結合型 CNT デバイスを作製し、この CNT デ
バイスに 10Gb/s で変調された NRZ 光信号と、ハイパワ
ーな CW 励起光を入力することで、信号光が新しい波長
に変換される。波長変換のチューニングレンジはおおよ
そ 8nm で、これは CNT の飽和のリカバリ時間(約 1ps)に
おおよそ対応している。ビットエラーレート測定の結果、
もとの信号に対しておよそ 3dB のパワーペナルティでエ
ラーフリーな伝送が実現できた。NRZ 信号の波長変換だ
けでなく、光ファイバ型 CNT デバイス中の自己位相変調
(SPM)とオフセットフィルタリングを用いて 1.8ps の
10Gb/s RZ 信号の波形再生にも成功している。
研究現況
Current Research Projects
12. カーボンナノチューブモード同期レーザ
山下真司・マルチネス アモス・布施数元
Mode-Locked Lasers using Carbon Nanotubes
S. YAMASHITA, A. MARTINEZ, K. FUSE
カーボンナノチューブ（CNT）の可飽和吸収性を用い
たモード同期レーザの研究を進めている。本年度はこれ
までに実現した短共振器・高繰り返し CNT モード同期光
ファイバレーザの改善に取り組んだ。光照射による光フ
ァイバ CNT デバイス作製法を用い、長さ 1cm の Er:Yb
光ファイバモード同期光ファイバレーザを試作した。約
2ps の高安定な繰り返し周波数 9.7GHz のパルス列の生成
に成功している。また、テーパー光ファイバの周りに
CNT 層を直接形成する代わりに、昨年度までに開発した
CNT ドープポリマーを用いることによるモード同期光
ファイバレーザを新たに提案した。2.7MHz の繰り返し周
波数で 1.1ps 程度の短パルスが得られた。また、高出力
に耐える CNT デバイスの開発にも取り組んでいる。
さらに、光照射により CNT をテーパー光ファイバ側面
にも吸着させる方法について詳細な検討を行い、CNT 層
の成長プロセスとして、まず光ピンセット効果により少
数の CNT が付着し、その後は熱による対流により付着が
加速されることを見いだした。また、テーパー光ファイ
バを曲げてエバネッセント光を増強することで、要する
時間を劇的に短縮することができることを見いだした
We are studying the novel photonic devices using carbon
nanotubes (CNT). In this year, we tried to improve the
performance of short-cavity high-repetition-rate CNT
mode-locked fiber laser. We prepared a 2cm-long
Er:Yb-doped fiber laser with optically deposited CNT layer.
We succeeded in generation of stable ~2ps pulse trains at the
repetition rate of 9.7GHz. We also proposed a new CNT
device in which a tapered fiber is surrounded by the
CNT-doped polymer. Using the device, we realized a
mode-locked fiber laser having ~1.1ps pulse duration at the
repetition rate of 2.7MHz. We are now developing CNT
devices having endurance against high optical power.
We made detailed studies on the process of optical
deposition of CNT around tapered fiber, and found that the
optical tweezers effect initiates the process, and the thermal
convection follows and accelerates the process. We also found
that the process time is drastically reduced by distorting the
tapered fiber due to the enhancement of the evanescent field.
CNT has been known to have high 3rd-order nonlinearity
along with saturable absorption. We are studying the photonic
functional devices using the nonlinearity. In the last year, we
realized wavelength conversion of 10Gb/s NRZ signal. In this
year, we realized the transparent wavelength conversion using
FWM. We prepared evanescent-coupling CNT device using
either D-shaped fiber or planer waveguide. By injecting NRZ
10Gb/s signal with intense CW pump, the new wavelength is
generated through FWM process. We observed that the tuning
range is ~8nm, which corresponds to nonlinear response time
of CNT (~1ps). A BER measurement shows that the error-free
transmission is realized with ~3dB power penalty. Waveform
regeneration of 10Gb/s 1.8ps RZ signal was also
demonstrated using self-phase modulation (SPM) and offset
spectral filtering in CNT-coated D-shaped fiber.
14. 高速・広帯域波長可変光ファイバレーザ
山下真司・草刈修・濱口浩輝
Fast and Widely Tunable Fiber Lasers
S. YAMASHITA, O. KUSAKARI, H.
HAMAGUCHI
光コヒーレンストモグラフィ(OCT)への応用を目的と
して、共振器中の分散を利用することで広帯域かつ高速
に波長を掃引できるモード同期ファイバレーザの研究を
進めている。本年度は、OCT 応用に向け、この分散チュ
ーニングレーザの性能評価を行った。波長スイープ幅は
約 133nm でアンバランスマイケルソン干渉計でのビート
スペクトル観測の結果、理論距離分解能は約 10m に対
し、実験では 20-30 m であり、さらにスイープ速度が
上がるほど悪化することがわかった。これはスイープの
非直線性と、瞬時コヒーレンス（線幅）の悪さが原因と
13. カーボンナノチューブ非線形デバイス
山下真司・チャオ キンキー
111
論文・著書一覧（2009 年度）
Publications List
考えられ、今後の改善が必要である。また、相対強度雑
音(RIN)を測定し、リファレンスの CW-LD とほぼ同じ低
雑音が得らることがわかった。
さらに、モード同期のために半導体光増幅器(SOA)を
直接変調する代わりに、相互利得変調(XGM) を利用した
光駆動分散チューニングレーザを実現した。SOA に逆向
きに LN 変調器で強度変調された制御光を入射すること
で、XGM を介しモード同期をかけることができる。こ
の方法では 250MHz-2GHz の任意の周波数でモード同期
をかけることができ、200kHz のスイープ速度で 80nm の
波長スイープ幅を実現した。
We are studying widely and fast wavelength tunable
mode-locked fiber lasers using dispersion tuning for optical
coherence tomography (OCT). In this year, we made a
performance assessment of the laser for OCT. We observed
the beat spectra through a unbalanced MZ interferometer at
the sweep bandwidth of 133nm. The spatial resolution is
found to be ~20-30m, whereas the theoretical one is ~10nm.
The degradation might be due to the nonlinearity in the sweep
and broad instantaneous linewidth of the laser. We also
measured relative intensity noise (RIN), which was found to
be as low as the reference CW-LD.
We also realized an optically-driven laser through cross
gain modulation (XGM) in the semiconductor optical
amplifier (SOA). Dispersion tuning is achieved by putting the
intensity-modulated control light into the SOA from opposite
direction. We found that dispersion tuning is possible at any
modulation frequency from 250MHz to 2GHz, and realized
80nm sweep bandwidth at 200kHz sweep speed.
研究論文
15. 高非線形光ファイバの応用
山下真司・高橋和也
Application of Highly Nonlinear Fibers
S. YAMASHITA, K. TAKAHASHI
光ファイバの非線形性を利用した種々の光デバイスの
研究を進めている。本年度は大きな分散をもつ光ファイ
バでの狭帯域パラメトリック増幅(PA)の研究をさらに進
めた。分散(2)の大きな光ファイバでも 3 次分散(4)の値
によっては狭帯域 PA の発生が可能であることを理論的
に確認し、その条件を満たすフォトニック結晶光ファイ
バ(PCF)を設計している。また、この狭帯域 PA の応用と
して、スローライトおよび広帯域波長可変レーザを検討
している。
We have been studying various nonlinear fiber devices. We
further investigated narrowband parametric amplification
(PA) in highly dispersive fiber. We found theoretically that
the narrowband PA is possible with the highly dispersive
fiber having a proper4, and now trying to design the
photonic crystal fiber (PCF) having such dispersion
characteristics. As the application of the narrowband PA,
we are studying on the slow light generation and widely
tunable fiber lasers
[1]
K. K. Chow, S. Yamashita, and Y. W. Song, “A widely
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polarization rotation in a carbon nanotubes deposited
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[2]
Y. Nakazaki and S. Yamashita, “Fast and wide tuning
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[3]
S. Yamashita, Y. Nakazaki, R. Konishi, and O. Kusakari,
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[4]
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2009.
[5]
K. K. Chow and S. Yamashita, "Four-wave mixing in a
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2009.
[6]
K. Kashiwagi and S. Yamashita, "Deposition of carbon
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Optics Express, vol.17, no.20, pp.18364-18370,
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[7]
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2009.
[8]
K. K. Chow, M. Tsuji, and S. Yamashita, “Single-walled
carbon-nanotube-deposited tapered fiber for four-wave
mixing based wavelength conversion,” Applied Physics
Letters, vol.96, no.6, pp. 061104-1-3, Feb. 2010.
国際会議論文
[9]
K. K. Chow, A. Martinez, K. Zhou, I. Bennion, and S.
Yamashita, “Nonlinear polarization rotation in a carbon
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[10] A. Martinez, K. Zhou, I. Bennion and S. Yamashita,
“Fiber laser with enhanced modelocking using a carbon
nanotube-filled
micro-slot
saturable
absorber”,
Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO) 2009,
112
no.JTuD71, June 2009.
Optical Fiber Communication Conference (OFC 2010),
no. OTuB4, March 2010.
[11] Y.-W. Song, J. S. Lee, S. H. Yoo, A. Martinez, S.
Yamashita, and S. Y. Lee, “Formation of p-n Junctions
with sprayed carbon nanotubes and Ga-doped ZnO thin
films,” European Materials Research Society (E-MRS)
2009 Spring Meeting, no. DGUX4, June 2009.
シンポジウム・研究会・大会等発表
[22] 山下真司, “カーボンナノチューブのフォトニクス
応用（招待講演）,” 日本学術振興会光エレクトロ
ニクス第 130 委員会研究会, May 2009.
[12] S. Yamashita, “Photonic applications of carbon
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Materials for Advanced Technologies (ICMAT 2009), no.
P-S3.1-2, June 2009.
[23] 草刈修, 山下真司, “相互利得変調による分散チュ
ーニングを用いた波長可変レーザ,” 電子情報通信
学会 2009 年ソサエティ大会, no. C-4-14, Sept.
2009.
[13] Y.-W. Song, J. S. Lee, S. H. Yoo, A. Martinez, S.
Yamashita, and S. Y. Lee, “p-n junctions formed with
carbon nanotubes deposited onto Ga-doped ZnO thin
films,” 5th International Conference on Materials for
Advanced Technologies (ICMAT 2009), no.H-S8.4, June
2009.
[24] 山下真司, “光ファイバーの A-Z（チュートリアル
講演）,” 日本光学会年次学術講演会(OPJ2009),
no.25aCS3, Nov. 2009.
[25] 草刈修, 山下真司, “相互利得変調による分散チュ
ーニングを用いた波長可変レーザ,”電子情報通信学
会光ファイバ応用技術研究会(OFT), vol.109, no.377,
OFT2009-74, pp.67-72, Jan. 2010.
[14] S. Yamashita, A. Martinez, K. K. Chow, “Application of
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Communications Conf. (OECC'2009), no.WS1, July
2009.
[26] K. K. Chow, S. Yamashita, and S. Y. Set, “Four-Wave
Mixing based Wavelength Conversion using a
Carbon-Nanotube-Deposited PLC Waveguide,” 電子情
報通信学会 2010 年総合大会, no.C-4-5, Mar. 2010.
[15] A. Martinez, K. Zhou, I. Bennion and S. Yamashita,
“Direct and evanescent interaction in carbon nanotube
based photonic devices by using laser inscribed fiber
structures,” Optical Electronics and Communications
Conf. (OECC'2009), no.WM3, July 2009.
[27] S. Y. Set, D. Wang, 矢口寛, 山下真司, “All-Optical
Waveform
Measurement
Technology
for
Ultra-High-Speed Signals （依頼講演）
” 電子情報通
信学会 2010 年総合大会, no. BCS-1-4, Mar. 2010.
[16] K. K. Chow and S. Yamashita, “High average power
super-continuum generation in a 1-meter bismuth-oxide
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Electronics and Communications Conf. (OECC'2009),
no.TuA6, July 2009.
[17] A. Martinez, K. K. Chow, S. Yamashita, “"Photonic
applications of carbon nanotubes (invited)” 8th
International Conference on Optical Communications
and Networks (ICOCN 2009), Sept. 2009.
[18] K. K. Chow, M. Tsuji and S. Yamashita, “Four-wave
mixing based wavelength conversion in a carbon
nanotubes deposited tapered fiber,” European Conf. on
Optical Communication (ECOC'09), no. P1.13, Sept.
2009.
[19] M. Tsuji, K. Kashiwagi and S. Yamashita, “Improved
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fibers,” Microoptics Conference (MOC'09), no.C4, Oct.
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Workshop, Tokyo, Japan, no.1-2, Oct. 2009.
[21] K. K. Chow, S. Yamashita, S. Y. Set,
“Carbon-Nanotube-Deposited PLC Waveguide for
Four-Wave Mixing Based Wavelength Conversion,”
113
大津・八井研究室
Ohtsu & Yatsui Laboratory
(http://uuu.t.u-tokyo.ac.jp)
(http://www.lux.t.u-tokyo.ac.jp)
deposition
2. 非断熱光化学気相堆積法によるInxGa1-xNの組
成制御
大津元一・八井崇
Composition control of InxGa1-xN fabricated using a
non-adiabatic photo-chemical vapor deposition
M. OHTSU and T. YATSUI
研究現況
Current Research Projects
1. 非断熱過程に基づく波長選択性を有する光電
変換素子の開発
大津元一・八井崇・川添忠・行武 壮太郎
Development of a nonadiabatic wavelength-selective
photoelectric transducer
M. OHTSU, T. YATSUI, T. KAWAZOE, and S.
YUKUTAKE
光化学気相堆積法は GaN 系窒化物半導体の室温成長
法の一つとして期待されている。我々はこれまでに，サ
ファイア基板上に光 CVD により室温成長した InGaN が
良好な発光特性を示すことを報告している。今年度は，
InGaN の組成制御のために光を用いた手法の検討を行っ
た。
光 CVD による堆積用光源には Nd:YAG レーザの 5 倍
波を用い、基板をサファイア(0001)とし室温で堆積（60
分）を行った。原料ガスは、NH3・TMG の流量を、
2000sccm・0.5sccm とした。堆積用光源に加えて、過剰
に取り込まれた In の脱離用光源として、2.71eV（波長
457nm）および 2.33eV（波長 532nm）を用いた．いずれ
の場合も、脱離用の光源よりも低エネルギー側の発光強
度が低減し、スペクトルの半値幅として 50meV 程度の減
少を確認した。すなわち、脱離用光源によって、堆積中
の微粒子に近接場光が発生し、これによって In 組成比の
高い成分の微粒子が脱離され、In 組成比の均一化が達成
された．
We demonstrated a self-assembly method that produces
greater spatial uniformity in InGaN thin films using optical
near-field desorption. Spatial homogeneity in the In fraction
was reduced by introducing additional light during the
photo-enhanced chemical vapour deposition of InGaN.
Near-field desorption of InGaN nanoparticles, upon additional
depended on the In content of the film, and the photon energy
of the illumination source determined the energy of emitted
photons. Since this deposition method is based on a
photo-desorption reaction, it can easily be applied to other
deposition techniques and used with other semiconductor
systems.
近接場光の非断熱過程は CVD、フォトリソグラフィ、
表面平坦化などナノ構造を作製する方法として、あるい
は周波数変換などに応用されている。これまで、近接場
光の発生源となる構造は EB リソグラフィや再結晶化技
術などの方法によって作製されている。今回我々は、非
断熱過程を用いた自己組織的方法によって効率の良い近
接場光源を有する光電変換素子を作製し、非断熱過程に
由来する波長選択性を実現した．
膜厚がそれぞれ 200nm および 100nm の ITO および
ZnO をサファイア基板上にスパッタ法により堆積した
後、P3HT（poly(3-hexylthiophene)）をスピンコート法に
より 50nm 製膜した。その後、光アシストスパッタリン
グ（光波長：660nm）を行い、Ag を堆積した。この結果、
得られる Ag/P3HT の界面はレーザ光の波長の光に対応
する近接場光が発生する最適な構造に変化した。
従来の P3HT/ZnO の光電変換素子は波長約 570nm 以
下の光にしか感度を持たないが、本提案の光電変換素子
は作製時に使用した光の波長において顕著に感度を持っ
た。光電変換素子の感度のピーク波長（620nm）と作製
時のレーザ光の波長（660nm）のずれはシュタルク効果
によるエネルギーシフトで説明される。
Ｗe demonstrated a novel photovoltaic device using P3HT
and ZnO as test materials for the p-type and n-type
semiconductors, respectively. To fabricate an electrode of this
device, Ag was deposited on a P3HT film by RF-sputtering
under light illumination (wavelength λ0 = 660 nm) while
reversely biasing the P3HT/ZnO pnjunction. As a result, a
unique granular Ag film was formed, which originated from a
phonon-assisted process induced by an optical near-field in a
self-organized manner. The fabricated device generated a
photocurrent even though the incident light wavelength was as
long as 670 nm, which is longer than the long-wavelength
cutoff λc (= 570 nm) of the P3HT. The photocurrent was
generated in a wavelength selective manner, showing a
maximum at the incident light wavelength of 620 nm, which
was shorter than λ0 because of the Stark effect brought about
by the reverse bias DC electric field applied during the Ag
3. 近接場光アシストスパッタリングによるセラ
ミックスの平坦化
大津元一・八井崇・野村航
Repairing nanoscale scratched grooves on
polycrystalline ceramics using optical near-field
assisted sputtering
M. OHTSU, T. YATSUI, and W. NOMURA
近年の透光性の高い光学材料向けファインセラミック
スにおいて，表面ラフネスに起因する散乱損失が重要な
問題となっている．従来の研磨技術では解決し難い微小
な研磨キズ，粒界段差の発生などセラミックスに特有の
問題を改善するため，本研究では近接場光による堆積物
の位置・粒形制御効果を利用した平坦面の形成手法を提
114
案した．透光性アルミナを用いてこの実証実験を行った．
試料は 0.5m ダイヤモンド砥粒で研磨したアルミナ基
板であり，同じアルミナ材質のターゲットを用い RF ス
パッタリングにより基板上に製膜を行った．スパッタ条
件は常温，放電出力 300W で 30 分間製膜した(膜厚 150nm)．
照射光源には波長 473nm の CW レーザを用い，パワー密
度は 2.7mW/cm2 である．製膜された試料表面を原子間力
顕微鏡で観察したところ，レーザ照射した基板表面は，
同じ製膜条件でレーザを照射しない場合と対照的に研磨
キズが埋まっていることが確認され，光照射の効果が確
認された
We demonstrated an optical near-field assisted sputtering
method for repairing scratches on the surface of
polycrystalline ceramics in a self-assembling manner. Al2O3
source was sputtered on substrates with laser radiation of
wavelength 473 nm. The average depth of the scratched
grooves on polycrystalline Al2O3 ceramic substrate decreased
from 3.2 nm to 0.79 nm. Using a Hough transform, we also
confirmed the selective repair of scratches.
4. InGaAs量子ドットを用いた光ナノファウンテ
ンの動作検証
大津元一・八井崇・川添忠・大山遼馬
Verification of optical nanofountain using InGaAs
quantum dots
M. OHTSU, T. YATSUI, R. OYAMA
光素子として動作していることを示している。一方、レ
ーザ強度が 150W/cm2 の場合、集光機能が消失し、試料
全体からほぼ一様な QD の発光が確認された。これは試
料内の QD ほぼすべてが励起され、充填効果のために QD
間でエネルギー移動が起こらなくなったためである。
We demonstrated a nanophotonic device, which
concentrates optical energy in a nanometric region. We call
this device an “optical nanofountain,” which uses the energy
transfer among quantum dots and acts like a light-harvesting
photosynthetic system. We experimentally concentrated
optical energy in a nanometric area less than 270 nm by using
the optical nanofountain which was composed of InGaAs
quantum dots embedded in a GaAs.
5. ナノロッド構造を用いたフォノン援用可視光
応答光触媒
大津元一・八井崇・北村心
Phonon-assisted visible light photocatalyst using
nanorods structures
M. OHTSU, T. YATSUI, and K. KITAMURA
近年，水と太陽光から水素を生成する手法として光触
媒が注目されている．現在，光触媒材料として広く用い
られているものは，励起光に紫外線を利用する半導体材
料である．太陽光を励起光として効率的に利用するため
には，可視光応答可能な光触媒が求められる．本研究で
は，近接場光によるフォノン励起を利用することにより，
光触媒の可視光応答を得ることを目的とする．近接場光
では，伝搬光では励起することのできないフォノン準位
への励起が可能となるため，この準位を介した多段励起
により紫外半導体材料の可視光励起が可能となる．
近接場光を発生させる半導体電極として酸化亜鉛ナノ
ロッドを用いた．実験に用いた酸化亜鉛ナノロッドは有
機金属気相エピタキシー法により作製した．本手法では
ナノロッドの直径を成長温度により制御することが可能
となり，物質の寸法に強く影響する近接場光の影響を検
証するのに適している．本研究では 2 種類の試料を作製
した．試料 1 ではナノロッド直径が 100nm，試料 2 では
10nm 程度である．これらの電極を用いて水分解の測定を
行った．ポテンショスタットを用いて非照射時の自然電
位に固定し，励起光照射時の電流値を測定した．
紫外光(3.8eV)および可視光(2.6eV)を照射した場合の
電流の照射光強度依存性を測定したところ，紫外光励起
の場合，両試料においてもキャリアが励起され反応が起
った．これに対して，可視光励起の場合，試料 2 におい
て試料 1 の約 17 倍の電流値が観測された．この結果は、
照射光波長より十分微細な構造を有する試料 2 において，
近接場光によるフォノン援用励起が起っていることを示
している．電極表面の微細構造と近接場光を用いること
により，可視光応答を得ることを確認した．
Ｗe demonstrated visible light photocatalyst reaction
我々は、ナノ寸法以下への集光素子として、光ナノフ
ァウンテンを提唱している。この素子は、近接場光相互
作用を介した量子ドット（QD）間のエネルギー移動が小
さな QD から大きな QD に一方向的に起こることを利用
する。これまでに CuCl QD を用い、20nm 以下の領域へ
の集光に成功している。しかし、CuCl QD は位置・寸法
の制御性が悪く、室温動作にも適さない。本研究では、
制御性の高い作製法が確立されており、室温動作が期待
できる InGaAs QD を用いた光ナノファウンテンの実現を
目的とし、動作原理検証を行ったので報告する。
試料には MBE 法によって GaAs 基板上に S-K モードで
成長された 7 層の InGaAs QD を用いた。この手法によっ
て成長した QD は垂直方向に整列することが知られてお
り、表面に成長させた QD 層により位置・寸法の確認が
可能である。この表面の AFM 像によって QD の直径は
40～70nm、密度は 600 個/μm2 であることが分かった。
動作検証実験はコレクションモードによる近接場発光像
によって行った。励起光には波長 850nm の Ti:Sapphire
レーザのパルス光（強度 15W/cm2、パルス幅 2ps、繰り
返し周波数 80MHz）を用い、素子温度は 56K に設定した。
近接場発光強度分布を測定したところ，集光直径は
270nm であり、光の波長の 1/3 以下であった。また、領
域（A）での発光強度は領域（B）の 100 倍以上であった。
これはエネルギー移動時間が発光寿命より十分に短く、
測定領域内にある最大の QD へエネルギーが移動してい
るからである。これらの結果は、この素子が高性能な集
using phonon-assisted optical near-field process. To
excite the carriers using propagating light, the higher
115
photon energy than band gap energy Eg (3.3 eV for
ZnO) is required. While, the usage of the optical
near-field allows us to excite the carriers using a photon
energy with lower than Eg, which is called as
phonon-assisted excitation process using an optical
near-field. We introduced ZnO nanorods grown by
MOVPE, which were used for semiconductor
electrodes. Optical near-field generated around the
material depends on the size of material. We prepared
two samples of ZnO nanorod with the diameters of 100
nm (sample 1) and 10nm (sample 2). Using these
electrodes, water splitting reaction was performed.
Current was measured under laser irradiation. Under
UV laser (3.8 eV) irradiation, both samples had similar
dependence. While, under visible light (2.6 eV)
irradiation, higher current was measured using sample 2
than others. This result indicated that the efficient
excitation process using an optical near-field was
realized by introducing the fine structure as small as 10
nm.
7. ランダム分布量子ドット系によるナノ光エネ
ルギー伝送
大津元一・八井崇・野村航
Nanophotonic energy transfer in randomly
distributed quantum dots system
M. OHTSU, T. YATSUI, and W. NOMURA
近接場光相互作用に基づくエネルギー移動によって，2
次元的にランダムに分布した量子ドット(QD）間を光エ
ネルギーを効率良く伝送させることが可能である．ナノ
フォトニックデバイスのための信号伝送路や励起エネル
ギー集中器に応用可能なこのランダム系のエネルギー伝
送について，我々は既にこれを実験及び数値計算で確認
したことを報告している．本講演では，この概要とその
後の展開について報告する．
検証実験は，CdSe/ZnS コアシェル量子ドット QD1(コ
ア径 2.8nm)をスピンコートで基板上にランダムに塗布し，
これを局所的に励起し，QD1 からの発光の分布を測定す
ることで行った．ファイバプローブ先端に QD1 に共鳴
する QD2(コア径 4.1nm)を付着させた近接場光学顕微鏡
で観測したところ，QD1 から QD2 への 1 方向的なエネ
ルギーの流れにより，励起エネルギーが 4μm 以上の距
離に伝達可能であることが確認された．(Fig.1 実線)また，
近接場光エネルギー移動を考慮した数値計算を行い，実
験結果との比較を行った．QD1 を平面的に中心間距離
7.3nm で細密に分布させ，基板から 10nm 上方にある
QD2 と励起中心からの距離を L とした際の出力信号を
プロットしたところ，実験結果と良い一致を示すことが
分かり，得られた実験結果は近接場光相互作用に基づく
ことが示された．さらに，QD1 の分布によって伝送特性
が変化することを確かめており，現在伝送距離の向上や
広範囲の励起エネルギーの集中に適した分布を探索中で
ある．
Distribution dependency of quantum dots was theoretically
and experimentally investigated with respect to the basic
properties of optical excitation transfer via optical near-field
interactions between quantum dots. The effects of
three-dimensional structure and arraying precision of quantum
dots on the signal transfer performance were analyzed. In
addition, quantum dot distribution dependency of the signal
transfer performance was experimentally evaluated by using
stacked CdSe quantum dots and an optical near-field fiber
probe tip laminated with quantum dots serving as an output
terminal, showing good agreement with theory. These results
demonstrate the basic properties of signal transfer via optical
near-field interactions and serve as guidelines for a
nanostructure design optimized to attain desired signal
transfer performance.
6. 非断熱光化学反応による金微粒子析出
大津元一・八井崇・北村心
Nonadiabatic precipitation of gold nanoparticles
M. OHTSU, T. YATSUI, and K. KITAMURA
我々は金ナノ微粒子の形成に近接場光を用いることに
より，波長以下の領域への位置選択的配列を実現してい
る．本発表では，非断熱光化学反応による金微粒子析出
について検証したので報告する．
金微粒子の光析出には塩化金酸を含有したスピンオン
グラス薄膜（200nm）を用い，近接場光の発生にはサフ
ァイヤ基板上に垂直に成長された酸化亜鉛ナノロッドを
用いた．このナノロッドを塩化金酸含有薄膜に押しつけ
た状態でナノロッドを通して He-Cd レーザ（波長 325nm）
を照射した（1 分間）．光照射後の薄膜表面の SEM 像を
用いて，各金微粒子について最も近いナノロッド跡まで
の重心間距離を測定し，その距離をナノロッド跡の半径
で規格化した．この結果から金微粒子はナノロッドの近
傍に析出していることが明らかになった．さらに FDTD
計算により，ナノロッド周辺の光強度，および光強度と
強度勾配の積を求めた．その結果，光強度はナノロッド
表面から離れても数分の 1 にしか減衰しないのに対し，
光強度と強度勾配の積はナノロッド表面から離れると急
激に減少することがわかった．以上の結果から，本研究
での金析出反応は，光強度と強度勾配の積に比例した非
断熱反応の効果であるといえる．
We demonstrated the selective photo-precipitation of Au
nanopariticles using optical near-field. Using ZnO nanorods
array, Au nanoparticles were formed in the vicinity of the
nanorods. Finite-domain time-difference simulation revealed
that the position of the Au nanoparticles strongly depends on
the distribution of the optical near-field.
116
論文・著書一覧（2009 年度）
Publications List
dots for optical excitation transfer via optical near-field
interactions," Physical Review B, Vol. 80, No. 12, pp.
125325 1-7, (2009).
研究論文
[10] M. Naruse, H. Hori, K. Kobayashi, M. Ishikawa, K.
Leibnitz, M. Murata, N. Tate, and M. Ohtsu,
"Information theoretical analysis of hierarchical
nano-optical systems in the subwavelength regime,"
Journal of the Optical Society of America B, Vol. 26, No.
9, pp. 1772-1779, (2009).
[1] N. Tate, W. Nomura, T. Yatsui, T. Kawazoe, M. Naruse,
and M. Ohtsu, “Parallel retrieval of nanometer-scale
light-matter interactions for nanophotonic systems,”
Natural Computing, Proceedings in Information and
Communications Technology, PICT2, pp. 298-307,
(2010).
[11] T. Yatsui and M. Ohtsu, "Production of size-controlled Si
nanocrystals using self-organized optical near-field
chemical etching," Appl. Phys. Lett., Vol. 95, No. 4,
043104 1-3, (2009). (selected for Virtual Journal of
Nanoscale Science & Technology -- Vol. 20, Issue 6).
(2009).
[2] N. T. Tate, H. Tokoro, K. Takeda, W. Nomura, T. Yatsui,
T. Kawazoe, M. Naruse, S-I, Ohkoshi, .and M. Ohtsu,
“Transcription of optical near-fields by photoinduced
structural change in single crystal metal complexes for
parallel nanophotonic” Appl. Phys. B- Lasers and Optics,
Vol. 98, No. 4, pp. 685-689, (2010).
[12] K. Kobayashi, A. Sato, T. Yatsui, T. Kawazoe, and M.
Ohtsu, "New Aspects in Nanofabrication Using
Near-Field Photo-Chemical Vapor Deposition," Appl.
Phys. Exp., Vol. 2, No. 7, July 2009, pp. 075504 1-3.
(2009). (selected for Virtual Journal of Nanoscale
Science & Technology --Vol. 20, Issue 3, (2009).
[3] H. Fujiwara, T. Kawazoe, and M. Ohtsu, “Nonadiabatic
multi-step excitation for the blue–green light emission
from dye grains induced by the near-infrared optical
near-field,” Appl. Phys. B- Lasers and Optics, Vol. 98,
No. 2-3, pp. 283-289, (2010).
[4] T. Kawazoe, T. Takahashi and M. Ohtsu, “Evaluation of
the dynamic range and spatial resolution of nonadiabatic
optical near-field lithography through fabrication of
Fresnel zone plates,” Appl. Phys. B- Lasers and Optics,
Vol. 98, No. 1, pp. 5-11, (2010).
[13] N. Tate, W. Nomura, T. Yatsui, M. Naruse, and M. Ohtsu,
"Hierarchy in optical near-fields based on compositions
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96, No. 1, pp. 1-4, (2009).
[14] N. Tate, H. Sugiyama, M. Naruse, W. Nomura, T. Yatsui,
T. Kawazoe, and M. Ohtsu, "Quadrupole-Dipole
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[5] K. Kitamura, T. Yatsui, and M. Ohtsu, "Observation of
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[6] T. Yatsui, S. Yamazaki, K. Ito, H. Kawamura, M.
Mizumura, T. Kawazoe, and M. Ohtsu, "Increased spatial
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Optics, Vol. 97, No. 2, October 2009, pp. 375-378 (2009).
国際会議論文
[7] K. Nishibayashi, T. Kawazoe, M. Ohtsu, K. Akahane, and
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InAs
quantum
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by
pump-and-probe
micro-photoluminescence
measurement,”
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Luminescence, Vol. 129, Issue 12, pp. 1912-1915,
(2009).
[16] K. Kitamura, T. Yatsui, H. Yasuda, T. Kawazoe, and M.
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[17] T. Yatsui, and M. Ohtsu, “Progress in developing
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[8] T. Kawazoe, H. Fujiwara, K. Kobayashi, and M. Ohtsu,
"Visible light emission from dye molecular grains via
infrared excitation based on the nonadiabatic transition
induced by the optical near field," Journal of Selected
Topics in Quantum Electronics, Vol. 15, Issue 5, pp.
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[18] T. Yatsui and M. Ohtsu, "Nanophotonic fabrication in
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[9] M. Naruse, T. Kawazoe, R. Ohta, W. Nomura, and M.
Ohtsu, "Optimal mixture of randomly dispersed quantum
117
San Francisco,
presentation]
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172
(2010).
and Systems,” Proceedings of the 35th European
Conference on Optical Communication, Vienna, Austria,
3.6.1 (2009). [Tutorial presentation]
[Invited
[19] M. Ohtsu, “Nanophotonics: application to nonadiabatic
fabrication,” Technical Digest, The 7th Asia-Pacific
Conference on Near-Field Optics, Jeju, Korea, p. 5
(2009). [Plenary presentation]
[29] M. Ohtsu, “Joint nanophotonics research within the
strategic JST-DFG “Nanophotonics” Programme,”
Programme, German-Japanese Nano-Optics Seminar,
Oldenburg, Germany (2009).
[20] M. Naruse, H. Hori, K. Kobayashi, N. Tate, and M. Ohtsu
“Information Theoretic Analysis of Hierarchical
Nano-Optical Systems,” Technical Digest, The 7th
Asia-Pacific Conference on Near-Field Optics, Jeju,
Korea, I(2)-AW4, p. 18 (2009).
[30] M. Naruse, N. Tate, and M. Ohtsu, “System Architectures
for Nanophotonics for Information and Communications
Applications,” Proceedings of The 8th Pacific Rim
Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO Pacific
Rim 2009), Shanghai, China, WJ2-2 (2009). [Invited
presentation]
[21] S. Yukutake, T. Kawazoe, T. Yatsui, M. Ohtsu,
“Nonadiabatic wavelength-selective sensitization of the
P3HT/ZnO photodetector using optical near field.,”
Technical Digest, The 7th Asia-Pacific Conference on
Near-Field Optics, Jeju, Korea, I(2)-AW4, p. 105 (2009).
[31] M. Ohtsu, “Nanophotonics: Exchanging the dressed
photons ,” Abstracts, Finland-Japan Workshop on
Nanophotonics and Related Technologies, Espoo, Finland,
pp. 10-14 (2009).
[22] Y. Fujiyoshi, M. Haraguchi, M. Fukui, T. Okamoto, T.
Yatsui, and M. Ohtsu, “Numerical simulation for
nonadiabatic optical near-field etching,” Technical Digest,
The 7th Asia-Pacific Conference on Near-Field Optics,
Jeju, Korea, VI-PT-2, p. 182 (2009).
[32] T. Kawazoe, “Essences of an optical near field and its
applications to nanophotonic devices and fabrications,
Abstracts, Finland-Japan Workshop on Nanophotonics
and Related Technologies, Espoo, Finland, pp. 15-17
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[23] T. Kawazoe, H. Fujiwara, and M. Ohtsu, “Visible light
emission from DCM dye grains via infrared excitation
due to the nonadiabatic transition induced by the optical
near field,,” Technical Digest, The 7th Asia-Pacific
Conference on Near-Field Optics, Jeju, Korea, I-PT-5, p.
131 (2009).
[33] T. Yatsui, “ Nanophotonic fabrication and operation,”
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and Related Technologies, Espoo, Finland, pp. 18-20
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[34] N. Tate, “Hierarchical optical system based on
Nanophotonics,” Abstracts, Finland-Japan Workshop on
Nanophotonics and Related Technologies, Espoo, Finland,
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[24] T. Yatsui, Y. Ryu, T. Morishima, W. Nomura, T.
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Tokyo, Japan, p. 12 (2009).
[35] M. Naruse, “System Architectures in Nanophotonics for
Information and Communications Applications,”
Abstracts, Finland-Japan Workshop on Nanophotonics
and Related Technologies, Espoo, Finland, pp. 64-66
(2009).
[25] M. Ohtsu, “Nanophotonics: Dressed photon science and
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2009 The 13th International Conference on Miniaturized
Systems for Chemistry and Life Sciences, Jeju, Korea, pp.
39-40 (2009). [Plenary presentation]
[36] M. Ohtsu, “Nanophotonics: Exchanging the dressed
photons ,” Proceedings of the Sweden-Japan Workshop
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Antalya, Turkey, pp. 22-23 (2009). [Invited
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[37] T. Kawazoe,“Essences of an optical near field and its
applications to nanophotonic devices and fabrications,”
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[27] N. Tate, W. Nomura, T. Yatsui, T. Kawazoe, M. Naruse,
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[38] T. Yatsui, “ Nanophotonic fabrication and operation,”
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[28] M. Ohtsu, “Tutorial: Nanophotonics: Dressed Photon
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[39] N. Tate,“Hierarchical optical system based on
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Stockholm, Sweden, pp. 12-13 (2009).
[53] 大津元一, “東京大学大学院工学系研究科大津・八
井研究室 ＝ドレスト光子の科学とナノフォトニク
ス技術の開拓＝”, 研究室紹介, 光アライアンス,
第 20 巻,
第 11 号, pp. 60-61 (2009)
[40] M. Naruse, “System Architectures for Nanophotonics,”
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Nanophotonics and Related Technologies, Stockholm,
Sweden, pp. 34-35 (2009).
[54] 大津元一, “NEDO 特別講座『ナノフォトニクス総
合的展開』”, 特集：光科学の研究拠点 ～創出ラッ
シュ～, 光アライアンス, 第 20 巻, 第 9 号, pp.
19-23 (2009)
著書
[55] 大津元一, “『なぜ？』に答えるには二国間セミナー
で”, -談話室-, 応用物理, 第 78 巻, 第 5 号, pp.
473-474 (2009)
[41] M. Ohtsu (ed.), Progress in Nano-Electro-Optics VII,
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[42] 大津元一(編著), “先端光技術入門-ナノフォトニク
スに挑戦しようー”, 朝倉書店, 東京, 224 ページ
(2009)
シンポジウム・研究会・大会等発表
[43] 大津元一(編著), “光物性入門-物質の性質を知ろう
ー”, 朝倉書店, 東京, 2009 年 4 月, 180 ページ
(2009)
[56] 八井崇, “イントロダクトリートーク：ナノフォト
ニクスを支えるナノ加工”(20 分), 2010 年春季第 57
回応用物理学関係連合講演会, 東海大学, 神奈川,
18p-N-1 (2010) 【招待講演】
総説・解説論文
[57] 竪直也，野村航，成瀬誠，八井崇，川添忠，法元盛
久，大八木康之，福山徳博，北村満，大津元一, “講
演奨励賞受賞記念講演” (15 分) “階層型ホログラ
ムにおけるナノフォトニックコードの近傍構造依存
の光学応答特性”, 2010 年春季第 57 回応用物理学
関係連合講演会, 東海大学, 神奈川, 17p-J-1 (2010)
[44] 八井崇, 大津元一, “ナノフォトニックデバイス”, O
plus E, 第 32 巻, 第 2 号, 通巻 363 号, pp. 136-139
(2010)
[45] 川添忠, “近接場光によって実現されるナノフォト
ニックデバイス”, O plus E, 第 32 巻, 第 2 号, 通巻
363 号, pp. 140-144 (2010)
[58] 野村航，川添忠，八井崇，多幡能徳，平田一也，原
口雅宣，大津元一, “ポンププローブ法によるガラ
ス表面の光破壊過程の観測”, 2010 年春季第 57 回応
用物理学関係連合講演会, 東海大学, 神奈川,
17p-L-6 (2010)
[46] 成瀬誠, 竪直也, “情報から見たナノフォトニクスの
基本構造”, O plus E, 第 32 巻, 第 2 号, 通巻 363 号, pp.
145-149 (2010)
[47] 八井崇, 大津元一, “最近のナノフォトニック加工技
術”, 光技術コンタクト, 第 47 巻, 第 11 号, 通巻 552
号, pp. 3-9 (2009)
[59] 西林一彦, 川添忠, 斉藤伸, 高橋研, 守哲司, 福田浩
章, 大津元一, “NiFe/GaAs ハイブリッド構造の室温
ゼロ磁場におけるスピン相互作用”, 2010 年春季第
57 回応用物理学関係連合講演会, 東海大学, 神奈川,
17p-ZH-10 (2010)
[48] 大津元一, “光・物質融合科学技術が進む”, 巻頭
言, ～特集：近接場光を用いた光工学技術の革新的
発展～,『表面科学』, 第 30 巻, 第 11 号, p. 599 (2009)
[60] 沢渡義規, 吉沢勝美, 赤羽浩一, 山本直克, 川添忠,
大津元一, “MBE で作製した GaAs(001) 面上低密
度 InAs 量子ドットの室温 PL 特性 (4)”, 2010 年春
季第 57 回応用物理学関係連合講演会, 東海大学, 神
奈川, 17p-TW-18 (2010)
[49] 大津元一, “近接場光による光技術の質的変革”, ～
特集：近接場光を用いた光工学技術の革新的発展～,
『表面科学』, 第 30 巻, 第 11 号, pp. 600-606 (2009)
[50] 川添忠, “近接場光による非断熱光化学反応を用い
た光化学気相堆積と光リソグラフィ”, ～特集：近
接場光を用いた光工学技術の革新的発展～, 『表面
科学』, 第 30 巻, 第 11 号, pp. 607-613 (2009)
[61] 藤原弘康, 川添忠, 大津元一, “近接場光非断熱励起
による発光を利用した光パルス形状計測”, 2010 年
春季第 57 回応用物理学関係連合講演会, 東海大学,
神奈川, 18a-K-4 (2010)
[51] 八井崇, “近接場光による自己組織的ナノ光加工技
術”, ～特集：近接場光を用いた光工学技術の革新
的発展～,『表面科学』, 第 30 巻, 第 11 号, pp. 614-619
(2009)
[62] 行武壮太郎, 川添忠, 八井崇, 大津元一, “非断熱過
程に基づく波長選択性を有する光電変換素子の開
発”, 2010 年春季第 57 回応用物理学関係連合講演会,
東海大学, 神奈川, 18a-P4-13 (2010)
[52] 成瀬誠, 竪直也, “ナノフォトニクスのシステムアー
キテクチャ：物理的基礎からシステムとしての機能
へ”, ～特集：近接場光を用いた光工学技術の革新
的発展～,『表面科学』, 第 30 巻, 第 11 号, pp. 620-625
(2009)
[63] 高木裕昭, 川添忠, 大津元一, “近接場光による非断
熱過程を用いた Si 光電変換素子の赤外感度特性の
向上”, 2010 年春季第 57 回応用物理学関係連合講演
会, 東海大学, 神奈川, 18a-P4-14 (2010)
119
[64] 森島哲, 劉洋, 野村航, 八井崇, 川添忠, 成瀬誠, 米
澤徹, 鷲津正夫, 藤田博之, 大津元一, “ナノフォト
ニックデバイスのための ZnO 量子ドットへのアビ
ジン修飾”, 2010 年春季第 57 回応用物理学関係連合
講演会, 東海大学, 神奈川, 18a-P4-15 (2010)
ナノフォトニクス, エネルギー– , かながわサイエ
ンスパーク西棟 KSP ホール (2009) 【招待講演】
[76] 野村航, 八井崇, 川添忠, 大津元一, “講演奨励賞受
賞記念講演”(15 分) ランダム分布量子ドット系によ
るナノ光エネルギー伝送”, 2009 年秋季第 70 回応用
物 理 学 会 学 術 講 演 会 , 富 山 大 学 , 富 山 , 8p-C- １
(2009)
[65] 劉洋, 森島哲, 八井崇, 大津元一, “近接場光による
ZnO 量子ドットの寸法制御”, 2010 年春季第 57 回応
用物理学関係連合講演会, 東海大学, 神奈川,
18a-P4-16 (2010)
[77] 成瀬誠, 野村航, 川添忠, 大津元一, “近接場光相互
作用による光励起移動のための最適量子ドット混在
比”, 2009 年秋季第 70 回応用物理学会学術講演会, 富
山大学, 富山, 8p-C-3 (2009)
[66] 辻真大, 劉洋, 森島哲, 八井崇, 大津元一, “ファイ
バプローブとの近接相互作用により誘起された ZnO
量子ドットの光学禁制準位からの発光”, 2010 年春
季第 57 回応用物理学関係連合講演会, 東海大学, 神
奈川, 18a-P4-17 (2010)
[78] 北村心, 八井崇, 杉山正和, 大津元一, “非断熱光化
学反応による金微粒子析出”, 2009 年秋季第 70 回応
用 物 理 学 会 学 術 講 演 会 , 富 山 大 学 , 富 山 , 8p-C-4
(2009)
[67] 大山遼馬, 川添忠, 八井崇, 成瀬誠, 大津元一, 沢渡
義規, 吉沢勝美, 赤羽浩一, 山本直克, “近接場光相
互作用による InAs 量子ドット間発光の反相関特性
の評価”, 2010 年春季第 57 回応用物理学関係連合講
演会, 東海大学, 神奈川, 18a-P4-18 (2010)
[79] 森島哲, 劉洋，野村航, 八井崇, 米澤徹, 鷲津正夫,
藤田博之, 大津元一, “ナノフォトニックデバイスの
ための DNA 結合 ZnO 量子ドット列の作製”, 2009
年秋季第 70 回応用物理学会学術講演会, 富山大学,
富山, 8p-C-6 (2009)
[68] 赤羽浩一, 山本直克, 成瀬誠, 川添忠, 八井崇, 大津
元一, 沢渡義規, 吉沢勝美, 赤羽浩一, 山本直克,
“多重積層 InAs 量子ドットにおける励起移動”,
2010 年春季第 57 回応用物理学関係連合講演会, 東海
大学, 神奈川, 18a-P4-19 (2010)
[80] 藤原弘康, 川添忠, 大津元一, “2 色の近赤外光源に
よる色素微結晶群の非断熱励起と可視発光”, 2009
年秋季第 70 回応用物理学会学術講演会, 富山大学,
富山, 8p-C-7 (2009)
[69] 山本巧, 川添忠, 大津元一， “金ナノロッドによる
InAs 量子ドットの偏光制御発光”, 2010 年春季第 57
回応用物理学関係連合講演会, 東海大学, 神奈川,
18a-P4-20 (2010)
[81] 八井崇, 川添忠, 大津元一, 伊藤圭一, 川村博, 水村
通伸, “非断熱光化学気相堆積法による InxGa1-xN
の組成制御”, 2009 年秋季第 70 回応用物理学会学術
講演会, 富山大学, 富山, 8p-C-8 (2009)
[70] 成瀬誠, 堀裕和, 小林潔, 川添忠, 八井崇, 大津元一,
“光励起移動に基づく信号輸送の最小エネルギー散
逸”, 2010 年春季第 57 回応用物理学関係連合講演会,
東海大学, 神奈川, 18a-P4-21 (2010)
[82] 八井崇, “ZnO ナノロッド量子構造によるナノフォ
トニックデバイスの進展 (25 分) ”, 2009 年秋季第
70 回応用物理学会学術講演会, 富山大学, 富山,
9p-C-8 (2009) 【招待講演】
[71] 松井裕章, 野村航, 八井崇, 大津元一, 田畑仁, “金
属/CdZnO 量子井戸ヘテロ界面における動的光学応
答”, 2010 年春季第 57 回応用物理学関係連合講演会,
東海大学, 神奈川, 1a-TM-16 (2010)
[83] 沢渡義規, 吉沢勝美, 赤羽浩一, 山本直克, 川添忠,
大津元一, “MBE で作製した GaAs (001) 面上 低密
度 InAs 量子ドットの室温 PL 特性(3) ”, 2009 年秋季
第 70 回応用物理学会学術講演会, 富山大学, 10a-C-9
(2009)
[72] 八井崇, 大津元一, “ナノフォトニクスの最前線：光
学基板のオングストローム平坦化加工”, 第４回レ
ーザー学会 “マイクロ固体フォトニクスの新展開”,
中央大学, 東京 (2010) 【招待講演】
[84] 川添忠, 大津元一, 麻生三郎, 沢渡義規, 細田康雄,
吉沢勝美, 赤羽浩一, 山本直克, “ナノ光素子のため
に作製したメサ構造内の InAs 量子ドットの室温に
おける発光観測”, 2009 年秋季第 70 回応用物理学会
学術講演会, 富山大学, 富山, 10a-C-10 (2009)
[73] 大津元一, “ナノフォトニクスの現状と将来”, 独立
行政法人日本学術振興会：フォトニクス情報システ
ム第 179 委員会第 17 回研究会, 東京ガーデンパレス,
東京, pp. 2-8 (2010） 【招待講演】
[85] 成瀬誠, 竪直也, 堀裕和, 小林潔, 大津元一, “階層
型ナノ光システムにおける相互情報量の分析”, 2009
年秋季第 70 回応用物理学会学術講演会, 富山大学,
富山, 11a-D-3 (2009)
[74] 大津元一, “近接場光による微細加工の質的変革”
先端技術基礎セミナー, 財団法人ファインセラミッ
クスセンター, 名古屋 (2009) 【招待講演】
[86] 竪直也, 野村航, 成瀬誠, 八井崇, 川添忠, 法元盛久,
大八木康之, 福山徳博, 北村満, 大津元一, “ナノフ
ォトニックコードを用いた階層的ホログラム”, 2009
[75] 大津元一, “近接場光による微細加工の質的変革”,
先端技術基礎セミナー, かわさき サイエンス＆テ
クノロジーフォーラム 2009 – 生命科学, 先端医療,
120
年秋季第 70 回応用物理学会学術講演会, 富山大学,
富山, 11a-D-4 (2009)
121
菊池・五十嵐研究室
Kikuchi & Igarashi Laboratory
が可能である。したがって、既に商用化されている
40 Gbit/s 用変調器を用いることによって 160 Gbit/s 光
(http://www.ginjo.t.u-tokyo.ac.jp)
研究現況
Current Research Projects
信号の処理が可能となる。本方式では、時間多重分離と
1. 超高速光信号処理
菊池和朗・五十嵐浩司・H. M. Nguyen・薄衣雅俊・
渋下要・中西康輔・G. Mingyi・L. Jin
All-optical signal processing technologies
K. Kikuchi, K. Igarashi, H. M. Nguyen, M. Usui,
K. Shibushita, K. Nakanishi, G. Mingyi, and Lei JIN
安定な動作も可能となる。提案方式を用いて、40 km 光
クロック再生の両機能が同時に実現され、その結果、高
ファイバ伝送後の 160 Gbit/s 光信号を 40 Gbit/s 光信号
に多重分離し、エラーフリー動作を確認した。システム
実験への応用が可能な安定動作も実現された。
Optical receivers require functions of time division
demultiplexing and clock recovery, with which received high
bit-rate serial data are converted into parallel data at a lower
bit rate. At bit rates higher than 100 Gbit/s, it becomes more
and more difficult to realize such functions by using
electronic circuits. A promising approach to cope with this
difficulty is optoelectronic signal processing, which
demultiplexes a high-speed optical signal into optical
tributaries with optical modulators.
We have proposed novel optoelectronic signal processing
based on LiNbO3 optical modulators. Our proposal scheme
requires only a quarter bandwidth of an optical signal; hence,
we can perform signal processing of 160-Gbit/s optical signals
by using 40-GHz LN modulators. Using our scheme, we
have demonstrated demultiplexing of a 160-Gbit/s optical
signal transmitted through a 40-km dispersion-shifted fiber.
Receiver sensitivities are ranging from -23 to -25 dBm for all
40-Gbit/s tributaries.
1.3 光 FIR フィルタを用いた光等化器
超高速・長距離光ファイバ伝送システムでは、伝送
路の分散だけでなく光フィルタや光増幅器による帯域制
限による光信号線形歪みが顕著となる。この歪みを補償
するには、光信号の位相成分だけでなく振幅成分も補償
する光等化器が必要となる。
我々は、光等化を実現するデバイスとして、平面導
波路光回路を用いて光有限インパルス応答（FIR）フィル
タを作製した。この回路の光遅延部を制御することによ
って、任意の伝達関数を近似的に実現することが可能と
なる。30 箇所を超える光遅延部を正確に制御する方式を
新規提案し、フィルタ伝達特性の任意制御を実現した。
その一例として、帯域可変のナイキストフィルタを実現
し、10 Gbit/s 光信号に対する性能を評価した。
Fiber dispersion of the transmission lines and bandwidth
limitation of optical filters and amplifiers give rise to a serious
linear distortion on optical signals in ultra-fast and long-haul
optical fiber transmission systems. One of suppression
technique for such linear distortion is based on use of optical
equalization, where phase rotation and amplitude limitation of
optical signals are compensated.
For realizing optical equalizers, we have demonstrated an
optical finite impulse response (FIR) filter based on planer
1.1 高非線形ファイバ
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m 帯において高い光学
的非線形性を示す。これまで，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ている。
さらにフォトニック結晶（PCF）構造を導入し，分散の
低減を計った結果，このファイバを用いて，OTDM 信号
の時間多重分離, 全光学的波長変換などの全光学的信号
処理を実現している。
また，高非線形石英ガラスファイバの２ポンプ四光波
混合を用いた，縮退パラメトリック増幅の研究を行い，
高い利得を得るための最適分散配置を明らかにした。
We study a Bismuth Oxide-based glass fiber (Bi-fiber)
aiming at applications to all-optical signal processing. Bi
fibers with  > 1000W-1km-1 have been fabricated by
enhancement of n2 as well as reduction of the effective core
area. In this year, we have succeeded in the reduction of the
group-velocity dispersion, introducing the photonic-crystal
structure. With such a fiber, we have demonstrated data
demultiplexing of OTDM signals and all-optical wavelength
conversion. Owing to the short fiber length, device stability is
greatly improved, and operation at 160 Gbit/s becomes
feasible.
Degenerate optical parametric amplifiers based on highly
nonlinear silica-glass fibers are also studied. The optimum
dispersion profile is designed such that the highest parametric
gain is obtained.
1.2 超高速時間多重分離・クロック再生
光受信器には時間多重分離機能とクロック再生機能が
必須となる。100 Gbit/s を超えるビットレートでは、従
来の様に、電子回路を用いて、これら機能を超高速に実
現することは容易ではない。光変調器を介して電気信号
で光信号を処理する光電処理法は、100 Gbit/s 程度の光
信号処理を実現する現実的な方式である。
我々が提案した LiNbO3 光変調器ベースの新規方式は、
変調器帯域の 4 倍のビットレートの信号を処理すること
122
lightwave circuit technique. Tap coefficients of such an FIR
filter are tuned by locally heating waveguides, and the desired
transfer function is obtained. We have proposed a novel
technique for controlling a number of tap coefficients of an
optical FIR filter, and demonstrated manipulation of an
arbitrary transfer function in the optical domain. For one
example, we have demonstrated a bandwidth- and
wavelength-tunable comb filter using such a device, and
evaluated the performance of 10-Gbit/s NRZ optical signals.
1.4 超高速光ファイバ伝送のシステム実験
光ファイバ伝送性能は、シンボルレートだけでなく変
調フォーマットにも大きく依存する。更なる伝送システ
ムの大容量化の実現には、シンボルレートを高速化する
と共に、高度な変調方式を選択することが重要となる。
我々は、100 Gsymbol/s を超える超高速光ファイバ伝送シ
ステムを構築し、そこでの伝搬物理を明らかにしている。
上述、光信号処理を駆使して 160 Gsymbol/s でも動作す
る光信号発生器及び光受信器を実現し、OOK, DBPSK,
DQPSK と い っ た 変 調 フ ォ ー マ ッ ト を 実 現 で き る
160 Gsymbol/s 波長多重伝送システムを構築した。
その第一歩として、40Gsymbol/s における伝送特性を
明らかにした。位相変調光信号は、光非線形効果による
歪みに対する耐性が強いことが示され、40 Gsymbol/s
DQPSK 信号の 1,000km 伝送でもエラーフリー動作が可能
であることが示された。更に、10,000km 程度の伝送を実
現するために、周回実験を構築中である。
The performance of optical fiber transmission depends
strongly on the symbol rate of the optical signals as well as
the modulation format such as OOK, BPSK, QPSK, and so on.
We have constructed long-haul ultra-fast optical fiber
transmission systems in order to investigate a great variety of
effects occurring on the transmission. Based on the techniques
of the optical signal processing, we realized a 160-Gsymbol/s
transmission system over 1,000 km applicable to various
kinds of modulation format such as OOK, DBPSK, and
DQPSK.
First, we have investigated transmission characteristics of
40-Gsymbol/s optical signals. We showed that phase
modulation signals have large tolerance for the waveform
distortion due to the nonlinear effects, and demonstrated
error-free operation of 80 Gbit/s DQPSK transmission. Next
target is investigation of the performance of the
160-Gsymbol/s transmission for OOK, DBPSK, and QPSK
formats. In addition, the loop configuration of transmission
line is also constructed for realizing 10,000 km transmission.
2.
K. Kikuchi, K. Katoh, K. Igarashi, Y. Mori,
C. Zhang, Faruk Md. Saifuddin,
Md. Khairuzzaman, T. Hatori, T. Yamamoto, and
M. Osaki
2.1 多値光変復調方式
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。
我々は，デジタル・コヒーレント光受信器を提案し，こ
れを用いた多値光変復調方式の研究を進めている。ホモ
ダイン受信信号を高速 AD 変換器でデジタル信号に変換
した後，デジタル信号処理を行なってキャリア位相を推
定することにより，どのような変調フォーマットにでも
対応することが可能になった。 10Gsymbol/s で，２，４，
８相 PSK および 16 相, 32 相 QAM 信号の変復調に成功
している。
しかしこれらの多値光伝送特性は，多値度があがるに
つれて符号間干渉に弱くなる。現在，光/電気フィルタの
帯域制限，WDM チャンネル間クロストーク，光ファイ
バの分散分布，光ファイバの非線形性を考慮した多値光
伝送用シミュレータを作製し，多値信号の長距離伝送特
性を解析している。今後，実験的検証を行う予定である。
また，光 OFDM 技術の新たな応用についても検討を進
めている。
The efficient use of the optical spectrum is one of the most
important issues in the next-generation broadband optical
network. We have proposed the digital coherent receiver, and
investigated novel modulation formats with such a receiver.
We can cope with any kind of modulation format with digital
signal processing on the homodyne-detected electrical signal,
which enables carrier phase estimation in the digital domain.
We have demonstrated demodulation of 2, 4, 8 phase-shift
keying (PSK)，and 16，32 quadrature amplitude modulation
(QAM) signals.
However, transmission characteristics of such high-level
modulation formats suffer from inter-symbol interference. We
have completed a simulation program including
optical/electrical bandwidth limitation, crosstalk between
WDM channels, dispersion allocation of the link, and fiber
nonlinearity, and analyzed transmission characteristics of
multi-level modulation formats. Experimental verifications
are now under way.
Novel applications of the optical OFDM scheme are also
investigated.
2.2 信号等化技術
デジタル・コヒーレント光受信器は，光の電界を測定
しているため，デジタル領域において受信信号を等化す
ることができる。このような電気段での光ファイバの群
速度分散および偏波依存損失，偏波分散の等化技術に関
して研究を進めている。
まず，時間領域および周波数領域におけるブラインド
等化アルゴリズムに関して，計算量を考慮した比較検討
を行っている。さらに等化器のタップ係数から，伝送路
コヒーレント光通信技術
菊池和朗・加藤一弘・五十嵐浩司・森洋二郎・
張超・Faruk Md. Saifuddin, Md. Khairuzzaman・
羽鳥武史・山本卓矢・大崎将行
Coherent optical communication technologies
123
の群速度分散，偏波依存損失，偏波分散をモニタするア
ルゴリズムを開発し，40Gbit/s 偏波多重 QPSK 伝送実験
により，その有効性を検証した。
また，光ファイバの非線形性を等化する手法について
も検討している。最尤推定(MLSE)を導入することにより，
自己位相変調(SPM)を等化できることを実験的に示した。
Since the digital coherent receiver measures the complex
amplitude of the optical electric field, any linear impairment
can be equalized in the digital domain. We have investigated
electrical equalization of fiber chromatic dispersion (CD),
polarization-mode dispersion (PMD), and polarizationdependent loss (PDL).
First, we compare blind equalization algorithms in the time
domain and the frequency domain, considering their
computational complexity. Second, we develop a novel
method of monitoring CD, PMD, and PDL from tap
coefficients of the equalizer. Using such method, we have
demonstrated performance monitoring of the 40-Gbit/s
dual-polarization QPSK system.
Equalization of fiber nonlinearity is also our concern.
We have experimentally demonstrated that self-phase
modulation (SPM) can be equalized through
maximum-likelihood-sequence estimation (MLSE).
2.3 超高速コヒーレント受信器
デジタル・コヒーレント受信器が処理できる信号の最
高シンボルレートは AD 変換器の動作速度により制限さ
れる。この速度制限を克服するために、これまでに時間
多重分離機能を持つデジタル・コヒーレント受信器を提
案し、時間領域における並列処理により高速信号を処理
できることを示した。この受信器は LO 光に光パルス列
を用い、光サンプリングを行うことで光信号を時間多重
分離する。これまでにシンボルレート 160GSymbol/s にお
いて偏波多重 16QAM 信号を用いることにより，単一キ
ャリアを 1.28Tbit/s で変復調することに成功している。
一方、高速信号の並列化は周波数領域でも行うことが
できる。この受信器は LO 光に複数の光周波数コムを用
い、高速光信号をサブバンドに帯域分割して並列処理す
る。各サブバンドはデジタル領域でフーリエ変換された
後、周波数領域で合成される。その後、逆フーリエ変換
を行うことで元の信号が得られる。5GHz 帯域の受信器
を用いて 10Gsymbol/s QPSK 信号の復調に成功している。
The highest symbol rate of digital coherent receivers is
determined from the speed of AD converters. To overcome
this speed limit, we have proposed the digital coherent
receiver having the time-division demultiplexing function
where LO pulse trains sample serial data in parallel. By using
such a receiver, demodulation of 160-Gsymbol/s
dual-polarization 16QAM signals has been demonstrated, and
the transmission capacity has reached 1.28Tbit/s with a single
carrier.
On the other hand, parallel signal processing in the
frequency domain also enables high-speed operation of the
digital coherent receiver. Each subband of the wideband
124
optical signal is homodyne detected by frequency comb of LO.
Such subband information is processed in the digital domain,
and the original signal is reconstructed. We have demonstrated
reconstruction of 10Gsymbol/s QPSK signals with two 5-GHz
receivers in parallel.
2.4 コヒーレント光通信用半導体レーザ
コヒーレント光通信では，位相雑音特性の良好な半導
体レーザが要求される。デジタル・コヒーレント受信器
を用いて，半導体レーザのスペクトル線幅，FM 雑音，
位相雑音を解析する装置を試作し，コヒーレント光通信
用各種半導体レーザの評価を進めている。
また，局発レーザ周波数を送信用半導体レーザの周波
数に追尾させる AFC 回路を開発しており，デジタル・コ
ヒーレント受信器に組み込む予定である。
Coherent optical communication systems require
semiconductor lasers with superior phase-noise
characteristics. We have constructed a phase-noise
analyzer based on an offline digital coherent receiver,
and measured field spectrum, FM noise, and PM noise
of various kinds of semiconductor lasers for coherent
optical communications..
In addition, we have developed an AFC circuit,
which enables the LO frequency to track the signal
frequency. We try to introduce such an AFC circuit into
the digital coherent receiver.
論文・著書一覧（2009 年度）
Publications List
Communication Conference
Hong Kong (13-17 July 2009)
[9] S. Nabeya, K. Igarashi, K. Katoh, and K. Kikuchi,
“Optoelectronic 1:4 demultiplexing and clock recovery
using dual-port LiNb03 intensity modulators,”
Optoelectronics and Commun- ications Conference
(OECC 2009), TuJ4, Hong Kong (13-17 July 2009)
研究論文
[1] K. Kikuchi, “Ultra long-haul optical transmission
characteristics of wavelength-division multiplexed
dual-polarisation
16-quadrature-amplitudemodulation signals,” Electron. Lett., vol.46, no.6,
pp.433-434 (March 2010)
[2] Md. Khairuzzaman, C. Zhang, K. Igarashi, K.
Katoh, and K. Kikuchi, “Equalization of nonlinear
transmission
impairments
by
maximumlikelihood-sequence estimation in digital coherent
receivers,” Optics Express, vol.18, no.5,
pp.4776-4782 (March 2010)
[10] H. C. Lim, A. Yoshizawa, H. Tsuchida, and K. Kikuchi,
“Excess noise in bandwidth- resource- efficient
entanglement distribution,” The European Conference on
Lasers and Electro- Optics and the European Quantum
Electronics Conference (CLEO/Europe-EQEC2009),
ED.P.7, Munich, Germany (14-19 June 2009)
[11] H. M. Nguyen, K. Igarashi, K. Katoh, and K. Kikuchi,
“Bandwidth-and wavelength-tunable comb filter using
PLC-based optical transversal filter,” Conference on
Lasers and Electro-optics (CLEO 2009), CFV1,
Baltimore, Maryland, USA (31 May-5 June 2009)
国際会議
[3] C. Zhang, Y. Mori, M. Usui, K. Igarashi, K. Katoh, and
K. Kikuchi, “Straight-line 1,073-km transmission of
640-Gbit/s dual-polarization QPSK signals on a single
carrier,”
European
Conference
on
Optical
Communication (ECOC 2009), PD2.8, Vienna, Austria
(20-24 Sept. 2009)
[12] M. Gao and K. Kikuchi, “The effect of pump-pump
four-wave mixing on gain of two-pump phase sensitive
optical amplifiers,” Conference on Lasers and
Electro-optics (CLEO 2009), CFS2, Baltimore, Maryland,
USA (31 May-5 June 2009)
[4] Y. Mori, C. Zhang, M. Usui, K. Igarashi, K. Katoh, and
K. Kikuchi , “200-km transmission of 100-Gbit/s
32-QAM dual-polarization signals using a digital
coherent receiver,” European Conference on Optical
Communication (ECOC 2009), 8.4.6, Vienna, Austria
(20-24 Sept. 2009)
国内学会
[13] Hoang Manh Nguyen, Koji Igarashi, Kazuhiro Katoh,
and Kazuro Kikuchi, “Continuously- tunable optical
delay line using PLC-based optical FIR filter,” 電子情報
通信学会総合大会, C-3-42, (仙台, 2010 年 3 月 16-19
日)
[5] C. Zhang, Y. Mori, M. Usui, K. Igarashi, K. Katoh, and
K. Kikuchi, “Transmission of 160-Gbit/s QPSK signals
on a single carrier over 1,000 km using digital coherent
receivers,”
European
Conference
on
Optical
Communication (ECOC 2009), 10.3.6, Vienna, Austria
(20-24 Sept. 2009)
[14] K. Kikuchi, “Simulation study of ultra long-haul
transmission characteristics of wavelength- division
multiplexed dual-polarization 16-QAM signals with
digital coherent receivers,” 電子情報通信学会ソサイ
エティー大会, B-10-85（仙台, 2010 年 3 月 16-19 日）
[15] 菊池 和朗，”コヒーレント光ファイバ通信技術の進
展,” 電子情報通信学会ソサイエティー大会, CS-6-1
（仙台, 2010 年 3 月 16-19 日）
[6] K. Igarashi, “Optoelectronic signal processing based on
LiNb03 modulators and its application to 160-Gbit/s
systems,” The Pacific Rim Conference on Lasers and
Electro-Optics (CLEO/PACIFIC RIM 2009), ThH1-2,
Shanghai, China (31 August-3 September 2009)
[7]
(OECC 2009), TuK5,
[16] 五十嵐浩司, 鍋屋信介, 加藤一弘, 菊池和朗, “2 出力
型 Mach-Zehnder 干渉型光変調器を用いた 1:4 時間多
重分離とその 160 Gsymbol/s システムへの応用,” 電
子情報通信学会技術報告, 光通信システム研究会,
OCS2009-114(下関, 2010 年 1 月 28-29 日)
H. C. Lim and K. Kikuchi, “Multi-wavelength
entanglement distribution for long-distance quantum
communications,” The Pacific Rim Conference on
Lasers and Electro-Optics (CLEO/PACIFIC RIM 2009),
TuB4-2, Shanghai, China (31 August-3 September
2009)
[17] Md. Khairuzzaman, C. Zhang, K. Igarashi, K. Katoh, and
K. Kikuchi, “Maximum-likelihood- sequence estimation
for 30-Gbit/s 8-PSK signals using digital coherent
receivers,” 電 子 情 報 通 信 学 会 ソ サ エ テ ィ ー 大 会
B-10-49（新潟, 2009 年 9 月 15-18 日）
[8] Md. Khairuzzaman, C. Zhang, K. Igarashi, K. Katoh,
and K. Kikuchi, “Fiber-nonlinearity equalization by
maximum-likelihood-sequence estimation (MLSE) in
digital coherent receivers,” Optoelectronics and
[18] 鍋屋信介, 五十嵐浩司, 加藤一弘, 菊池和朗, “2 出力
型 LiNb03 強度変調器を用いた 160 Gbit/s 光信号の 1:4
125
時間多重分離”, 電子情報通信学会ソサエティー大
会、B-10-39(新潟, 2009 年 9 月 15-18 日)
[19] 森 洋二郎, 張 超, 薄衣 雅俊, 五十嵐 浩司, 加藤
一弘, 菊池和朗, “ディジタルコヒーレント受信にお
ける直交振幅変調信号の非線形耐力,” 電子情報通
信学会光通信システム研究会 OCS2009-33 (千歳，
2009 年 8 月 27-28 日)
[20] 張 超，森 洋二郎, 薄衣 雅俊, 五十嵐 浩司, 加藤
一弘, 菊池和朗, “ディジタルコヒーレント受信器を
用いた 160Gbit/sQPSK 信号の 1,000km 伝送,” 電子情
報通信学会光通信システム研究会 OCS2009-34 (千歳，
2009 年 8 月 27-28 日)
解説
[21] 菊池和朗, “コヒーレント光受信器で 100 ギガビット
の光を受信する，”O plus E, vol.31, no.8, pp.875-878
(2009 年 8 月)
[22] 菊池 和朗，“ディジタルコヒーレント光受信器を用
いた偏波多重分離および偏波分散補償技術の基礎
(チュートリアル)，” 電子情報通信学会光通信シス
テム研究会第 2 種研究会｢第１回 ディジタル信号処
理による新しい光通信技術｣ (湯河原，2009 年 7 月
30 日)
[23] 菊池 和朗, “コヒーレント光ファイバー通信の新展
開,” 応用物理 78 巻 9 号, pp.856-861 (2009 年 9 月)
[24] 菊池 和朗，“ディジタルコヒーレント光通信技術,”
光学 38 巻 5 号, pp.258-262 （2009 年 5 月）
126
中野・種村研究室
Nakano and Tanemura Laboratory
(http://www.ee.t.u-tokyo.ac.jp/~nakano/lab/)
研究現況
Current Research Projects
1. 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・種村拓夫・肥後昭男・
李凌翰・I.M. ソーアンジ・郭命俊・財津優・
小山智史・大和文彦
Monolithically Integrated Semiconductor Photonic
Circuits and Photonic Networking
Y. NAKANO, M. SUGIYAMA, T. TANEMURA,
A. HIGO, L. H. LI, I. M. SOGANCI, M. KWACK
M. ZAITSU, T. OYAMA, and F. YAMATO
モノリシック集積された半導体光デバイス／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、これらは高度な光通信、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回路(光 IC)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(SOA)を集積化した新型マッハ
ツェンダー干渉計(MZI)型全光スイッチ集積回路の設計
と試作に取り組み、有機金属気相エピタキシー(MOCVD)
装置による能動素子／受動素子一括集積技術を用いるこ
とで、同光回路を世界で初めて実現した。
並行して、光回路でデジタル信号処理を可能にする全
光フリップフロップの研究も進展し、分布ブラッグ反射
（DBR）型 MMI 全光フリップフロップの試作を行うと
ともに、これを利用した全光パケットルーティング実験
に成功した。また、多重量子井戸（MQW）活性層に伸張
歪みを導入した偏波無依存化、電流注入による波長可変
動作などを実証した。さらに、モード重なりを高めた
MZI 型全光フリップフロップを初めて実現し、低消費電
力かつ高速な光フリップフロップ動作に成功した。最近
では、DBR 型 MMI 全光フリップフロップと SOA-MZI
全光スイッチのモノリシック集積に世界で初めて成功し、
全光パケットスイッチング実験に応用した。
一方、光信号の高速ルーティングを可能にするスケー
ラブルな集積マトリクス光スイッチの研究開発も進めて
いる。フェーズアレイを用いた半導体光スイッチを新た
に提案し、InP 基板上に集積した 1×5 光スイッチ、低偏
波依存 1×8 スイッチを相次いで実現した。最近では、世
界でも最大規模となる 1×16 光スイッチの作製に成功し、
広波長帯域性、高速応答性などを実証した。さらに、開
発した光スイッチを用いて、160Gbps 時間多重光パケッ
トスイッチング実験、320Gbps 多波長パケットスイッチ
ング実験などを行い、光ルータへの適用性を明らかにし
た。また、これらと並行して、マイクロマシン技術を適
127
用した新型の集積光スイッチや高機能光デバイスの開発
も進めている。
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 circuits (PIC) as well as the processing technology
for monolithic active/passive integration. Over the past years,
we have tackled design and fabrication of a novel type of
Mach-Zehnder interferometer (MZI) all-optical switch circuit
integrating multi-mode interference (MMI) couplers and
semiconductor optical amplifiers (SOAs), and successfully
realized the circuit by the active/passive integration using
metal-organic vapor phase epitaxy (MOCVD) for the first
time.
At the same time, the research on all-optical flip-flop,
which is another essential element for photonic digital
processing, has made another significant progress; MMI
all-optical flip-flops with distributed Bragg reflectors (DBR)
have been developed and demonstrated in all-optical packet
routing experiments.
In addition, we have achieved
polarization-independent operation by introducing tensile
strain into the multi-quantum-well (MQW) active layers, as
well as wavelength-tunable operation by current injection.
We have also succeeded in fabricating an MZI-based
all-optical flip-flop with enhanced mode overlap, and have
successfully demonstrated its low-power high-speed flip-flop
operation for the first time. More recently, we have achieved
the monolithic integration of a DBR-MMI all-optical flip-flop
and an SOA-MZI all-optical switch for the first time and
applied it to all-optical packet switching experiment.
In addition, we have also been working on scalable
integrated matrix optical switches that enable fast routing of
optical signals. We have proposed a novel type of photonic
integrated switch based on optical phased array and
demonstrated the first 1x5 switch and polarization-insensitive
1x8 switch on an InP substrate. More recently, we have
succeeded in fabricating the world-first monolithically
integrated 116 switch and demonstrated its wide operating
bandwidth as well as fast switching response. Using the
developed switches, we have demonstrated 160-Gbps
optical-time-domain-multiplexed packet switching and
320-Gbps multi-wavelength packet switching experiments,
showing the potential applicability to optical routers.
Concurrently, we have also been working on micro-machined
integrated optical switches and highly functional devices.
2. 高度量子マイクロ構造に基づく全光スイッチと
光制御デバイス
中野義昭・杉山正和・種村拓夫・肥後昭男・
H. ソダーバンル
All-Optical Switches and Light-Controlling Devices
Based on Advanced Quantum Microstructures
Y. NAKANO, M. SUGIYAMA, T. TANEMURA,
A. HIGO, and H. SODABANLU
Next Generation Semiconductor Lasers, Optical
Interconnection and Active Optical Devices with
Advanced Functions
Y. NAKANO, M. SUGIYAMA, T. TANEMURA,
A. HIGO, X.-L. SONG, S.-R. WANG, F.-C. YIT,
K. HORIGUCHI, and L. H. LI
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、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(ISBT)の研究を行っ
ており、有機金属気相エピタキシー(MOVPE)と分子線エ
ピタキシーとのハイブリッド成長により、これまでで最
小の光パルスエネルギーによる 1.55μm 帯の全光スイッ
チングを実現した。また、パルスインジェクション法を
用いて AlN/GaN 多重量子井戸を低温 MOCVD 成長する
ことで、世界で初めて、全 MOCVD による 1.55μm 帯 ISBT
量子井戸を実現し、過飽和吸収特性の測定に成功した。
同時に、ウェット／ドライハイブリッドエッチング技術
による AlN リッジ導波路の伝搬損失低減手法を提案し、
また、新規光スポットサイズ変換器を開発し、スイッチ
ングパワーの更なる低減化に向けて研究を進めている。
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, our research focuses on intersubband
transition (ISBT) in Nitride-based heterostructures for the
future ultrafast all-optical switches. All-optical switching at
1.55-m wavelength has been achieved with the minimum
optical pulse energy to date by utilizing hybrid growth of
metal-organic vapor phase epitaxy (MOCVD) and molecular
beam epitaxy. Moreover, we have recently realized, for the
first time in the world, all-MOCVD-grown 1.55-m ISBT
multi-quantum-well (MQW) structures by using the
pulse-injection MOCVD technique for low-temperature
growth of AlN/GaN MQWs and demonstrated its saturable
absorptive characteristic at 1.55-m wavelength. At the
same time, we have also developed a wet/dry hybrid etching
technology to reduce the propagation loss of AlN ridge
waveguides as well as novel type of spot-size converter to
achieve further reduction of switching power.
次世代光通信・光情報処理を担う小型高性能光源や光
インターコネクション技術の開発を目的に研究を行って
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、低密度 WDM（CWDM）
用波長多重モノリシック集積レーザアレイを始めとし、
各種高機能レーザや光配線技術を開発している。
特に、強磁性金属と半導体光アンプから形成される集
積化可能な導波路型光アイソレータの提案と試作実証を
進めている。これまで、TE/TM 偏波モード導波路型光ア
イソレータの開発を始めとして、DFB レーザと TE モー
ド光アイソレータのモノリシック集積化など、顕著な成
果を挙げてきた。最近では、リングレーザに光アイソレ
ータを集積することで、外部磁場により発振方向を制御
することに世界で初めて成功した。さらには、非対称導
波路構造を持つ非相反偏波コンバータを新たに提案し、
デバイスの試作を進めている。
一方、将来の光インターコネクション技術の確立に向
けて、レーザ等の光能動素子をシリコン光集積回路にヘ
テロ集積する研究を新たに開始した。シリコン細線導波
路上に InP 能動素子を貼り付けた構造を新たに提案し、
酸素プラズマ処理による直接接合デバイスの試作を行っ
ている。最近では、シリンコン層からの電流注入により
自然放出発光を得ることに初めて成功し、シリコンチッ
プ上発光素子としての可能性を明らかにした。
For the next-generation optical communication and
optical information processing applications, we have been
developing compact and high-performance light sources as
well as optical interconnecting devices. Starting with the
gain-coupled (GC) distributed feedback (DFB) semiconductor
laser and the wavelength-multiplexed monolithically
integrated laser array for coarse WDM applications, we have
been working on various types of highly functional lasers and
optical interconnection devices.
Proposal and fabrication of an integratable waveguide
optical isolator consisting of a ferromagnetic metal and a
semiconductor optical amplifier have been carried out in
recent years, resulting in significant achievements such as
monolithic integration of a DFB laser and a TE-mode optical
isolator. More recently, a ridge-waveguide TM-mode optical
isolator with epitaxially grown MnAs or MnSb ferromagnetic
layer has been realized for the first time. A novel type of
nonreciprocal polarization converter with asymmetric
waveguide structure has also been proposed and the first
device has been fabricated successfully.
In addition, we have also launched a research on
hetero-integration of lasers and active devices on silicon
3. 次世代半導体レーザ・光インターコネクト・光
能動機能素子
中野義昭・杉山正和・種村拓夫・肥後昭男・宋学良・
王書栄・F.-C. イット・堀口勝正・李凌翰
128
photonic circuits for the future optical interconnection. We
have proposed a novel structure of bonding InP active devices
onto silicon wire waveguides and demonstrated the device
fabrication using an oxygen-plasma-assisted direct bonding
technique. More recently, we have succeeded in observing
spontaneous emission by injecting current from the silicon
layer. These results support the promising potentials of the
proposed device as a light source on a silicon chip.
achieved short circuit current increase of 3.3mA/cm2. Newly
introduced stepped quantum wells have successfully extended
absorption edge wavelength up to 1 µm.
At the same time, we have also proposed a novel
nano-structure to be introduced at the surface of solar cells,
which has actually contributed to improving the conversion
efficiency by 7% in a GaAs solar cell.
4. 化合物半導体量子構造を用いたポストシリコン
超高効率太陽電池
中野義昭・杉山正和・肥後昭男・渡辺健太郎・
王云鵬・H. ソダーバンル・鬼塚隆祐・
Y. ウェン・崔洙赫
Post-Silicon Highly Efficient Solar Cells with
Compound Semiconductor Quantum Structures
Y. NAKANO, M. SUGIYAMA, A. HIGO,
K. WATANABE, Y. WANG, H. SODABANLU, R.
ONIZUKA, Y. WEN, and S. CHOI
将来の低炭素サステイナブル社会の構築に向けて、
40％以上のエネルギー変換効率を持つポストシリコン太
陽電池の実現が期待されている。本課題では、従来から
の化合物半導体タンデム太陽電池に、多重量子井戸
（MQW）構造を導入した新型太陽電池の研究を進めてい
る。MQW 構造を用いることで、格子整合条件を保ちな
がら歪みを緩和し、効果的に中間層のエネルギーバンド
ギャップを長波長化することが可能になる。その場歪み
モニタリング機能を装備した有機金属気相エピタキシー
（MOCVD）装置を用いることで、GaAs 基板との横方向
格子整合条件を完璧に満たしながら、最大 100 層の
InGaAs/GaAsP MQW 構造の結晶成長に成功し、障壁層の
薄層化と界面制御により 3.3mA/cm2 の短絡電流増加を達
成した。また、新たに階段型量子井戸を導入することで、
吸収端を 1μm まで長波長化することに成功した。
並行して、太陽電池モジュール表面における太陽光の
反射を効果的に抑圧する微細加工構造を新たに提案し、
実際に GaAs 太陽電池に適用して、7%の変換効率向上を
達成した。
The post-silicon solar cells with the energy conversion
efficiency exceeding 40% are highly desired for the future
low-carbon sustainable human society. To this end, we have
launched the research on a novel type of multi-junction solar
cells based on compound semiconductor. More specifically,
strain-balanced multi-quantum-well (MQW) layers were
introduced to a conventional tandem solar cell, which allows
the effective bandgap narrowing of the middle cell while
keeping the lattice matching condition. Using metal-organic
vapor phase epitaxy (MOCVD) with in-situ strain monitoring,
we have successfully grown up to 100 stacks of
InGaAs/GaAsP MQW layers with complete lattice matching
to the GaAs substrate in the lateral direction. By thinning
barrier layers and controlling interface structures, we have
129
論文・著書一覧（2009 年度）
Publications List
quantum wells grown by metal organic vapor phase
epitaxy, Applied Physics Express, vol. 2, no. 6, pp.
061002-1-3, June 5 (2009).
研究論文
[1]
[2]
Yunpeng Wang, Haizheng Song, Masakazu Sugiyama,
Yoshiaki Nakano, and Yukihiro Shimogaki: Kinetic
analysis of InAsP by metalorganic vapor phase epitaxy
selective area growth technique, Japanese Journal of
Applied Physics, vol. 48, no. 4, pp. 041102-1-5, April 20
(2009).
[11] Ibrahim Murat Soganci, Takuo Tanemura, and Yoshiaki
Nakano: Integrated 1x8 optical phased-array switch with
low polarization sensitivity for broadband optical packet
switching, IEEE Photonics Journal, vol. 1, no. 2, pp.
80-87, August (2009).
Tomonari Shioda, Masakazu Sugiyama, Yukihiro
Shimogaki, and Yoshiaki Nakano: Selective area
metal-organic vapor-phase epitaxy of InN, GaN and
InGaN covering whole composition range, Journal of
Crystal Growth, vol. 311, Issue 10, pp. 2809-2812, May
1 (2009).
[3]
Yuki Tomita, Tomonari Shioda, Masakazu Sugiyama,
Yukihiro Shimogaki, and Yoshiaki Nakano: Role of
vapor-phase diffusion in selective-area MOVPE of
InGaN/GaN MQWs, Journal of Crystal Growth, vol. 311,
Issue 10, pp. 2813-2816, May 1 (2009).
[4]
Masakazu Sugiyama, Tomonari Shioda, Yuki Tomita,
Takahisa Yamamoto, Yuichi Ikuhara, and Yoshiaki
Nakano: Optical and structural characterization of
InGaN/GaN multiple quantum wells by epitaxial lateral
overgrowth, Materials Transactions, vol. 50, no. 5, pp.
1085-1090, May (2009).
[5]
Jung-Seung Yang, Hassanet Sodabanlu, Masakazu
Sugiyama, Yoshiaki Nakano, and Yukihiro Shimogaki:
Fabrication of abrupt AlN/GaN multi quantum wells by
low temperature metal organic vapor phase epitaxy,
Applied Physics Express, vol. 2, no. 5, pp. 051004-1-3,
May 15 (2009).
[6]
Takuo Tanemura, Koji Takeda, and Yoshiaki Nakano:
Wavelength-multiplexed optical packet switching using
InP phased-array switch, OSA Optics Express, vol. 17,
no. 11, pp. 9454-9459, May 21(2009).
[7]
[10] Tomohiro Amemiya, Takuo Tanemura, and Yoshiaki
Nakano: Nonreciprocal polarization converter consisting
of asymmetric waveguide with magnetooptic cladding:
theory and simulation, IEEE Journal of Quantum
Electronics, vol. 45, no. 7, pp. 769-776, July (2009).
[12] Abdullah Al Amin, Kohsuke Nishimura, Katsuhiro
Shimizu, Mitsuru Takenaka, Takuo Tanemura, Hiroshi
Onaka, Tatsuo Hatta, Akihiko Kasukawa, Shinji Tsuji,
Yuki Kondo, Yutaka Urino, Hisato Uetsuka, and
Yoshiaki Nakano: Development of an optical burst
switching node testbed and demonstration of multibit
rate optical burst forwarding, IEEE/OSA Journal of
Lightwave Technology, vol. 27, no. 16, pp. 3466-3475,
August 15 (2009).
[13] Hong-Liang Lu, Yuki Terada, Yukihiro Shimogaki,
Yoshiaki Nakano, and Masakazu Sugiyama: In situ
passivation of InP surface using H2S during metal
organic vapor phase epitaxy, Applied Physics Letters,
vol. 95, no. 15, pp. 152103-1-3, October 13 (2009).
[14] Hassanet Sodabanlu, Jung-Seung Yang, Masakazu
Sugiyama, Yukihiro Shimogaki, and Yoshiaki Nakano:
Strain effects on the intersubband transitions in
GaN/AlN multiple quantum wells grown by
low-temperature metal organic vapor phase epitaxy with
AlGaN interlayer, Applied Physics Letters, vol. 95, no.
16, pp. 161908-1-3, October 22 (2009).
[15] Jung-Seung Yang, Hassanet Sodabanlu, Masakazu
Sugiyama, Yoshiaki Nakano, and Yukihiro Shimogaki:
Blueshift of intersubband transition wavelength in
AlN/GaN multiple quantum wells by low temperature
metal organic vapor phase epitaxy using pulse injection
method, Applied Physics Letters, vol. 95, no. 16, pp.
162111-1-3, October 23 (2009).
Koen Huybrechts, Takuo Tamemura, Yoshiaki Nakano,
Roel Baets, and Geert Morthier: 40-Gb/s all-optical
packet switching with a distributed feedback laser as
all-optical flip-flop, IEEE Photonics Technology Letters,
vol. 21, no. 11, pp. 703-705, June 1 (2009).
[8]
Koji Takeda, Mitsuru Takenaka, Takuo Tanemua, and
Yoshiaki Nakano: Experimental study on wavelength
tunability of all-optical flip-flop based on multimode
interference bistable laser diode, IEEE Photonics Journal,
vol. 1, no. 1, pp. 40-47, June (2009).
[9]
Hassanet Sodabanlu, Jung-Seung Yang, Masakazu
Sugiyama, Yukihiro Shimogaki, and Yoshiaki Nakano:
Intersubband transition at 1.52 µm in GaN/AlN multiple
[16] Mitsuru Takenaka, Masafumi Yokoyama, Masakazu
Sugiyama, Yoshiaki Nakano, and Shinichi Takagi:
InGaAsP photonic wire based ultrasmall arrayed
waveguide grating multiplexer on Si wafer, Applied
Physics Express, vol. 2, no. 12, pp. 122201-1-3,
November 27 (2009).
[17] Norio Iizuka, Haruhiko Yoshida, Nobuto Managaki,
Toshimasa Shimizu, Sodabanlu Hassanet, Chiyasit
Cumtornkittikul, Masakazu Sugiyama, and Yoshiaki
Nakano: Integration of GaN/AlN all-optical switch with
130
SiN/AlN waveguide utilizing spot-size conversion, OSA
Optics Express, vol. 17, no. 25, pp. 23247-23253,
December 7 (2009).
Masakazu Sugiyama, and Yoshiaki Nakano: Suppression
of GaAs (001) surface oxidation by in-situ H2S
treatment and aluminum termination with MOVPE,
Extended Abstracts of the 28th Electronic Materials
Symposium (EMS-28), E-9 pp. 141-144, Biwako, Shiga,
July 9 (2009).
[18] Ibrahim Murat Soganci, Takuo Tanemura, Kevin A.
Williams, Nicola Calabretta, Tjibbe de Vries, E.
Smalbrugge, Meint K. Smit, Harm J. S. Dorren, and
Yoshiaki Nakano: Monolithically integrated InP 1x16
optical switch with wavelength-insensitive operation,
IEEE Photonics Technology Letters, vol. 22, no. 3, pp.
143-145, February 1 (2010).
[25] Momoko Deura, Yoshiyuki Kondo, Takuya Hoshii,
Mitsuru Takenaka, Shinichi Takagi, Yoshiaki Nakano,
and Masakazu Sugiyama: Improvement in uniformity of
InGaAs micro-discs on Si using multi-step growth in
micro-channel selective-area MOVPE, Extended
Abstracts of the 28th Electronic Materials Symposium
(EMS-28), E-2, pp. 123-126, Biwako, Shiga, July 9
(2009).
国際会議論文
[19] Momoko Deura, Takuya Hoshii, Mitsuru Takenaka,
Shinichi Takagi, Yoshiaki Nakano, and Masakazu
Sugiyama ： Uniform InGaAs micro-discs on Si by
micro-channel selective-area MOVPE, Conference
Proceedings CD, 21st International Conference on
Indium Phosphide and Related Materials (IPRM '09),
MA2.2, pp. 48-51, Newport Beach, California, May 10
(2009).
[26] Masakazu Sugiyama, Yunpeng Wang, Momoko Deura,
Ryusuke Onitsuka, and Yoshiaki Nakano: MOVPE
growth of strain-balanced InGaAs/GaAsP quantum wells
with in-situ monitoring for high-efficiency solar cells,
Extended Abstracts of the 28th Electronic Materials
Symposium (EMS-28), L-4 pp. 317-320, Biwako, Shiga,
July 10 (2009).
[20] Mitsuru Takenaka, Koji Takeda, Takuya Hoshii, Takuo
Tanemura, Masakazu Sugiyama, Yoshiaki Nakano, and
Shinichi Takagi: Source/drain formation by using
epitaxial regrowth of n+InP for III-V NMOSFETs,
Conference Proceedings CD, 21st International
Conference on Indium Phosphide and Related Materials
(IPRM '09), TuA1.5, pp. 111-114, Newport Beach,
California, May 11 (2009).
[27] Ryusuke Onitsuka, Masakazu Sugiyama, and Yoshiaki
Nakano: High material efficiency MOVPE growth with
in-situ monitoring, Extended Abstracts of the 28th
Electronic Materials Symposium (EMS-28), L-3 pp.
315-316, Biwako, Shiga, July 10 (2009).
[28] Mamoru Takagi, Hideaki Imaizumi, Takuo Tanemura,
Shinji Iio, Masayuki Suehiro,Yoshiaki Nakano, and
Hiroyuki Morikawa: 200Gb/s multi-wavelength optical
packet switching with 2ns ultra-fast optical switch,
Technical Digest CD, 14th Optoelectronics and
Communications Conference (OECC 2009), WB5, Hong
Kong, China, July 15 (2009).
[21] Ling-Han Li, Ryo Takigawa, Akio Higo, Masanori
Kubota, Eiji Higurashi, Masakazu Sugiyama, and
Yoshiaki Nakano: Semiconductive properties of
heterointegration of InP/InGaAs on high doped silicon
wire waveguide for silicon hybrid laser, Conference
Proceedings CD, 21st International Conference on
Indium Phosphide and Related Materials (IPRM '09),
WB1.6, pp. 230-233, Newport Beach, California, May
13 (2009).
[29] Hideaki Imaizumi, Katsuya Watabe, Takuo Tanemura,
Yoshiaki Nakano, and Hiroyuki Morikawa: 280Gb/s
hybrid optical switching demonstration combining
circuit and multi-wavlength packet, Technical Digest CD,
14th Optoelectronics and Communications Conference
(OECC 2009), WB2, Hong Kong, China, July 15 (2009).
[22] Masakazu Sugiyama, Yunpeng Wang, Momoko Deura,
Ryusuke Onitsuka, and Yoshiaki Nakano: In-situ growth
monitoring of strain-balanced quantum-well solar cells
by metal-organic vapor phase epitaxy, The 34th IEEE
Photovoltaic
Specialist
Conference,
BK3-373,
Philadelphia, Pennsylvania, June 10 (2009).
[30] Li Hui, Hideaki Imaizumi, Takuo Tanemura, Yoshiaki
Nakano, and Hiroyuki Morikawa: Experimental study
on dynamic range of SOA switch for multi-wavelength
optical packet switching, Conference Proceedings CD,
International Conference on Photonics in Switching (PS
2009), WeI3-7, pp. 1-2, Pisa, Italy, September 6 (2009).
[23] Yuki Terada, Momoko Deura, Yukihiro Shimogaki,
Masakazu Sugiyama, and Yoshiaki Nakano: Suppression
of GaAs (001) surface oxidation by in-situ H2S
treatment and aluminum termination with MOVPE,
Extended Abstracts of the 28th Electronic Materials
Symposium (EMS-28), E-9 pp. 141-144, Biwako, Shiga,
July 9 (2009).
[31] Ibrahim Murat Soganci, Takuo Tanemura, Kevin A.
Williams, Nicola Calabretta, Tjibbe de Vries, E.
Smalbrugge, Meint K. Smit, Harm J. S. Dorren, and
Yoshiaki Nakano: Integrated phased-array 1x16
photonic switch for WDM optical packet switching
application, Conference Proceedings CD, International
[24] Yuki Terada, Momoko Deura, Yukihiro Shimogaki,
131
Conference on Photonics in Switching (PS 2009),
WeI3-2, pp. 1-2, Pisa, Italy, September 16 (2009).
multi-wavelength packet and circuit switching," 15th
Asia-Pacific Conference on Communications (APCC'09),
Shanghai, China, October 9 (2009).
[32] Koen Huybrechts, A. Ali, Takuo Tanemura, Yoshiaki
Nakano, and Geert Morthier: Numerical and
experimental study of the switching times and energies
of DFB-laser based all-optical flip-flops, Conference
Proceedings CD, International Conference on Photonics
in Switching (PS 2009), WeI2-6, pp. 1-2, Pisa, Italy,
September 16 (2009).
[40] Masakazu Sugiyama, Wen Yu, Yunpeng Wang, Ryusuke
Onitsuka, Momoko Deura, and Yoshiaki Nakano: III-V
coupled quantum well solar cells: predicted
performances and growth challenges, Extended
Abstracts of the International Conference on Solid State
Devices and Materials (SSDM 2009), H-8-5, pp.
1262-1263, Sendai, Japan, October 9 (2009).
[33] Koji Takeda, Mitsuru Takenaka, Takuo Tanemura, and
Yoshiaki Nakano: Design and fabrication of
Mach-Zehnder interferometer bistable laser diode
all-optical flip-flop, Conference Proceedings CD,
International Conference on Photonics in Switching (PS
2009), WeI2-4, pp. 1-2, Pisa, Italy, September 16 (2009).
[41] Hassanet Sodabanlu, Jung-Seung Yang, Masakazu
Sugiyama, Yukihiro Shimogaki, and Yoshiaki Nakano:
Improvement of 1.5-¨m-range intersubband transitions in
MOVPE grown GaN/AlN MQWs by AlGaN interlayer,
Abstract Book, 8th International Conference on Nitride
Semiconductors (ICNS-8), MP93, pp. 279-280, Jeju,
Korea, October 19 (2009).
[34] Koji Takeda, Mitsuru Takenaka, Takuo Tanemura, and
Yoshiaki Nakano: All-optical flip-flop based on
Mach-Zehnder interferometer bistable laser diode,
Proceedings CD, 35th European Conference on Optical
Communications (ECOC 2009), 1.2.5, pp. 1-2, Vienna,
Austria, September 21 (2009).
[42] Jung-Seung Yang, Hassanet Sodabanlu, Masakazu
Sugiyama, Yoshiaki Nakano, and Yukihiro Shimogaki:
Blue-shift of intersubband absorption wavelength by low
temperature metal organic vapor phase epitaxy of
AlN/GaN multi quantum wells by pulse injection
method, Abstract Book, 8th International Conference on
Nitride Semiconductors (ICNS-8), TP108, pp. 764-765,
Jeju, Korea, October 20 (2009).
[35] Ibrahim Murat Soganci, Takuo Tanemura, Kevin
Williams, Nicola Calabretta, Tjibbe de Vries, Barry
Smalbrugge, Meint Smit, Harm Dorren, and Yoshiaki
Nakano: High-speed 1x16 optical switch monolithically
integrated on InP, Proceedings CD, 35th European
Conference on Optical Communications (ECOC 2009),
1.2.1, pp. 1-2, Vienna, Austria, September 21 (2009).
[43] Masakazu Sugiyama, Satoshi Yasukochi, Tomonari
Shioda, Yukihiro Shimogaki, and Yoshiaki Nakano:
Examination of intermediate species in GaN MOVPE by
selective-area growth, Abstract Book, 8th International
Conference on Nitride Semiconductors (ICNS-8), TP41,
pp. 630-631, Jeju, Korea, October 20 (2009).
[36] Yuki Terada, Momoko Deura, Yukihiro Shimogaki,
Yoshiaki
Nakano,
and
Masakazu
Sugiyama:
Metalorganic vapor phase epitaxy of GaAs with AlP
surface passivation layer for improved MOS
characteristics, Extended Abstracts of the International
Conference on Solid State Devices and Materials
(SSDM 2009), J-2-5, pp. 252-253, Sendai, Japan,
October 7 (2009).
[44] Tomonari Shioda, Masakazu Sugiyama, Yukihiro
Shimogaki, and Yoshiaki Nakano: Monolithically
integrated muti-color light emitting diode fabrication by
wide-stripe selective area metal-organic vapor phase
epitaxy, Abstract Book, 8th International Conference on
Nitride Semiconductors (ICNS-8), ThP97, pp.
1273-1274, Jeju, Korea, October 22 (2009).
[37] Takuo Tanemura, Tomohiro Amemiya, Koji Takeda,
Akio Higo, and Yoshiaki Nakano: Simple and compact
InP polarization converter for polarization-multiplexed
photonic integrated circuits, Conference Proceedings,
IEEE Photonics Society Annual Meeting, WF4, pp.
436-437, Antalya, Turkey, October 7 (2009).
[45] Nicola Calabretta, Ibrahim Murat Soganci, Takuo
Tanemura, Wenrui Wang, Oded Raz, Kazuhide Higuchi,
Kevin A. Williams, Tjibbe de Vries, Yoshiaki Nakano,
and Harm J. S. Dorren: Optical packet switch
sub-system with label processing and monolithically
integrated InP optical switch, Technical Digest CD,
IEEE Photonics Society Winter Topicals 2010
“Photonics for Routing and Interconnects”, TuC3.4, pp.
107-108, Majorca, Spain, January 12, (2010).
[38] Koji Takeda, Mitsuru Takenaka, Takuo Tanemua,
Masaru Zaitsu, and Yoshiaki Nakano：Wide wavelength
operation of all-optical flip-flop using Mach-Zehnder
interferometer bistable laser diode, Conference
Proceedings, IEEE Photonics Society Annual Meeting,
WV5, pp. 585-586, Antalya, Turkey, October 7 (2009).
[46] Hui Li, Hideaki Imaizumi, Takuo Tanemura, Yoshiaki
Nakano, and Hiroyuki Morikawa: Demonstration of
hybrid optical ring network combining multi-wavelength
OPS and OCS, Technical Digest CD, Conference on
[39] H. Imaizumi, H. Li, K. Watabe, T. Tanemura, Y. Nakano,
and H. Morikawa, "HOTARU: a novel concept of hybrid
optical
network
architecture
combining
132
Optical Fiber Communication (OFC/NFOEC 2010),
OTuM6, pp. 1-3, San Diego, California, March 24
(2010).
Abstract, Erasmus Mundus Master of Science in
Photonics Summer Course, Lecture 5, p. 8, Gent,
Belgium, June 27 (2009).
[47] Nicola Calabretta, Ibrahim Murat Soganci, Takuo
Tanemura, Wenrui Wang, Oded Raz, Kazuhide Higuchi,
Kevin A. Williams, Tjibbe de Vries, Yoshiaki Nakano,
and Harm J. S. Dorren: 1x16 optical packet switch
sub-system with a monolithically integrated InP optical
switch, Technical Digest CD, Conference on Optical
Fiber Communication (OFC/NFOEC 2010), OTuN6, pp.
1-3, San Diego, California, March 24 (2010).
[55] 中野義昭, 杉山正和, 霜垣幸浩: (招待講演) III-V
族化合物高効率太陽電池の有機金属気相エピタキ
シャル成長技術, 第 6 回「次世代の太陽光発電シス
テム」− エネルギー産業クラスターの形成を見据え
た産学連携：新潟− シンポジウム予稿集, 日本学
術振興会第 175 委員会, pp. 138-142, 朱鷺メッセ,
新潟, 7 月 3 日 (2009).
[56] Yoshiaki Nakano: (Invited Paper) Optical flip-flops and
isolators for digital photonic integrated circuits,
Technical Digest CD, Topical Meeting on Integrated
Photonics
and
Nanophotonics
Research
and
Applications (IPNRA), Honolulu, Hawaii, July 14
(2009).
[48] Koji Takeda, Mitsuru Takenaka, Takuo Tanemura,
Masaru Zaitsu, and Yoshiaki Nakano: Single-chip
all-optical packet processor based on all-optical flip-flop
monolithically integrated with MZI-SOA switch,
Technical Digest CD, Conference on Optical Fiber
Communication (OFC/NFOEC 2010), OThS2, pp. 1-3,
San Diego, California, March 26 (2010).
[57] 種村拓夫, 中野義昭: (招待論文) 半導体集積光デ
バイス・モノリシック光集積回路の現状と展望, 電
子情報通信学会論文誌 C, vol. J92-C, no. 8, pp.
498-505, August (2009).
[49] Mitsuru Takenaka, Masafumi Yokoyama, Masakazu
Sugiyama, Yoshiaki Nakano, and Shinichi Takagi:
Ultrasmall arrayed waveguide grating multiplexer using
InP-based photonic wire waveguide on Si wafer for
III-V CMOS photonics, Technical Digest CD,
Conference on Optical Fiber Communication
(OFC/NFOEC 2010), OThS5, pp. 1-3, San Diego,
California, March 26 (2010).
[58] Takuo Tanemura, Abdullah Al Amin, and Yoshiaki
Nakano: (Invited Paper) Development and field
demonstration of an optical burst switching testbed with
PLZT optical matrix switch, Conference Proceedings
CD, International Conference on Photonics in Switching
(PS 2009), FrII2-1, pp. 1-4, Pisa, Italy, September 18
(2009).
[50] Takuo Tanemura, Ibrahim Murat Soganci, Tomofumi
Oyama, Takaharu Ohyama, Shinji Mino, Kevin A.
Williams, Nicola Calabretta, Harm J. S. Dorren, and
Yoshiaki Nakano: Optical buffer based on monolithic
InP phased-array 1x16 switch with silica-PLC pitch
converter and ultra-compact coiled fiber delay lines,
Technical Digest (Postdeadline Papaers), Conference on
Optical Fiber Communication (OFC/NFOEC 2010),
PDPA5, San Diego, California, March 26 (2010).
[59] Yoshiaki Nakano: (Invited Paper) Multiple wavelength
optical packet switching by InP integrated photonic
devices, Technical Digest CD, Asia Communications
and Photonics Conference and Exhibition (ACP 2009),
FAA1, Shanghai, China, November 6 (2009).
[60] Yoshiaki Nakano: (Invited) Transparent multicolor
optical packet routing by InP phased-array optical
switches for low power network nodes, IEEE Photonics
Society Winter Topicals 2010 “Photonics for Routing
and Interconnects”, TuC3.3, Majorca, Spain, January 12
(2010).
総説・解説論文
[51] 中野義昭, 瀬川浩司, 岡田至崇, 杉山正和: ポスト
Si 高効率太陽電池技術の開発, Semiconductor FPD
World, 特集「次世代に向けた革新的太陽電池技術」,
vol. 28, no. 7, pp. 40-42, 5 月 20 日 (2009).
[61] Yoshiaki Nakano and Takuo Tanemura: (Invited Paper)
InP photonic integrated circuits for optical switching and
processing, Abstract, Optoelectronic Integrated Circuits
XII (Part of SPIE Photonics West OPTO 2010), Paper
7605-04, San Francisco, CA, USA, January 27 (2010).
[52] Yoshiaki Nakano: (Invited) Semiconductor integrated
optoelectronic devices for photonic networking, Abstract,
Erasmus Mundus Master of Science in Photonics
Summer Course, Lecture 1, p. 8, Gent, Belgium, June 26
(2009).
[62] 中野義昭, 種村拓夫: (招待講演) InP 系集積光デバ
イス・モノリシック光集積回路の現状と展望
(Present and future of InP-based integrated
photonic devices and monolithically-integrated
photonic circuits), 電子情報通信学会技術研究報
告(集積光デバイスと応用技術研究会), IPDA10-02,
pp. 7-12, 箱根, 2 月 4 日 (2010).
[53] 種村拓夫, "(招待講演) InP 集積光デバイス技術," エ
イトラムダフォーラム 2009, 銀座ラフィナート, 12
月 11 日 (2009).
[54] Yoshiaki Nakano: (Invited) Metal-organic vapor phase
epitaxy technology for advanced photonic devices,
133
[63] 種村拓夫, 中野義昭: (特集招待論文) 情報ネット
ワーク省電力化に向けた光パケットスイッチング
技術 (Optical packet switching technologies for
low-power information network), エレクトロニク
ス実装学会誌, vol. 13, no. 2, pp. 122-127, 3
月 1 日(2010).
実 証 (Experimental demonstration of static
all-optical flip-flop operation based ov MZI
bistable laser diode), 第 56 回応用物理学関係連
合講演会講演予稿集, No. 3, p. 1234, 1p-B-12, 筑
波大学, 4 月 1 日 (2009).
[72] 横山正史, 安田哲二, 山田永, 福原昇, 秦雅彦, 杉
山正和, 中野義昭, 竹中充, 高木信一: 基板貼り合
わせによる Si 基板上メタル S/D III-V-OI MOSFET
の動作実証 (First demonstration of metal S/D
III-V-OI MOSFETs on Si using direct wafer
bonding), 第 56 回応用物理学関係連合講演会講演
予稿集, No. 2, p. 909, 1p-V-17, 筑波大学, 4 月
1 日 (2009).
[64] 中野義昭: (基調講演) 半導体集積光デバイス・モ
ノリシック光集積回路の展開, 情報通信研究機構ネ
ットワーク基盤技術シンポジウム「次世代ネットワ
ークを支える超高周波電子／光技術」予稿集, pp.
13-14, 東京ステーションコンファレンス, 3 月 3
日 (2010).
[65] 中野義昭: 次世代高効率太陽電池の開発と展望, 中
国・日本科学最前線 − 研究の現場から 2010 年版,
科学技術振興機構 中国総合研究センター, pp.
457-460, 3 月 15 日 (2010).
[73] 森井清仁, 中根了昌, 杉山正和, 中野義昭, 竹中充,
高木信一: MOVPE 装置を用いた As 気相ドーピングに
よ る Ge p-n 接 合 の 電 気 特 性 (Electrical
characteristics of Ge p-n junctions formed by gas
phase As doping in MOVPE system), 第 56 回応用
物理学関係連合講演会講演予稿集, No. 2, p. 887,
1a-T-2, 筑波大学, 4 月 1 日 (2009).
[66] Ibrahim Murat Soganci, Takuo Tanemura, and
Yoshiaki Nakano: ( 招 待 講 演 ) Broadband
Monolithic Photonic Phased-Array Switches for
High-Throughput Optical Routing (大容量光ルー
タのための広帯域フェーズアレイ型モノリシック
光スイッチ), 電子情報通信学会総合大会(東北大
学)エレクトロニクス講演論文集 1, C-4-7, p. 258,
3 月 17 日 (2010).
[74] 竹中充, 杉山正和, 中野義昭, 高木信一: MOVPE に
よる砒素気相ドーピングの Ge 面方位依存性 (Ge
surface orientation dependence of gas phase As
doping by using MOVPE system), 第 56 回応用物理
学 関 係 連 合 講 演 会 講 演 予 稿 集 , No. 2, p. 886,
1a-T-1, 筑波大学, 4 月 1 日 (2009).
[67] 中野義昭: 超高効率化合物単結晶太陽電池の現状と
展望, 特定非営利活動法人サーキットネットワーク
(NPO C-NET)第 4 回定期講演会予稿集, pp. 43-55, 3
月 19 日 (2010).
[75] 梁正承, ハッサネットソダーバンルー, 杉山正和,
中野義昭, 霜垣幸浩: パルスインジェクション方式
で作製した AlN/GaN 多重量子井戸のサブバンド間吸
収 特 性 (Intersubband absorption property of
AIN/GaN multi quantum wells growth by pulse
injection method), 第 56 回応用物理学関係連合講
演会講演予稿集, No. 1, p. 415, 1a-ZJ-18, 筑波
大学, 4 月 1 日 (2009).
[68] Yoshiaki Nakano, Takuo Tanemura, Hideaki Imaizumi
and Hiroyuki Morikawa: (Invited Paper) Development
of photonic switching node prototypes for transparent
networks: Technical Digest CD, Conference on Optical
Fiber Communication (OFC/NFOEC 2010), OTuN5, pp.
1-3, San Diego, California, March 21, (2010).
[69] Yoshiaki Nakano, Takuo Tanemura, and Ibrahim Murat
Soganci: (Invited Paper) Monolithically integrated
phased-array switch for optical packet switching and
interconnection, Technical Digest CD, Conference on
Optical Fiber Communication (OFC/NFOEC 2010),
OMP4, pp. 1-3, San Diego, California, March 21 (2010).
[76] 雨宮智宏, 武田浩司, 肥後昭男, 種村拓夫, 中野義
昭: 非対称 Rib 型導波路構造を有する InGaAsP/InP
偏 波 コ ン バ ー タ (InGaAsP/InP polarization
converter consisting of asymmetrie
rib
waveguide), 第 56 回応用物理学関係連合講演会講
演予稿集, No. 3, p. 1240, 2p-A-2, 筑波大学, 4
月 2 日 (2009).
シンポジウム・研究会・大会等発表
[77] 藤村拓也, 種村拓夫, 中野義昭: InGaAsP/InP ビー
ム 曲 折 型 1xN 光 ス イ ッ チ に 関 す る 研 究
(Beam-deflecting planar 1xN optical switch on
InGaAsP/InP), 第 56 回応用物理学関係連合講演会
講演予稿集, No. 3, p. 1238, 2a-A-6, 筑波大学, 4
月 2 日 (2009).
[70] Salah Ibrahim, Masakazu Sugiyama, and Yoshiaki
Nakano: Experimental all-optical switching by
cross-phase modulation in active multimode
interferometer (能動多モード干渉計における相互
位相変調を用いた実験的全光スイッチング), 第 56
回応用物理学関係連合講演会講演予稿集, No. 3, p.
1235, 1p-B-16, 筑波大学, 4 月 1 日 (2009).
[78] 寺田雄紀, 出浦桃子, 霜垣幸浩, 杉山正和, 中野義
昭: MOVPE における In situ H2S 処理および Al 終端
処理による GaAs の表面酸化抑制 (Suppression of
surface oxidation of GaAs by in situ H2S
[71] 武田浩司, 竹中充, 種村拓夫, 中野義昭: MZI 双安
定レーザによる静的全光フリップ・フロップ動作の
134
treatment and Al passivation in MOVPE), 第 56
回応用物理学関係連合講演会講演予稿集, No. 1, p.
372, 2p-J-7, 筑波大学, 4 月 2 日 (2009).
日(2009 年).
[87] 武田浩司, 竹中充, 種村拓夫, 財津優, 中野義昭:
MZI 双安定レーザを用いた全光フリップ・フロップ
の 動 的 動 作 実 証 (Demonstration of dynamic
all-optical flip-flop based on Mach-Zehnder
interferometer bistable laser diode), 第 70 回
応用物理学会学術講演会講演予稿集, No. 3, p.
1085, 9a-ZN-7, 富山大学, 9 月 9 日(2009 年).
[79] 出浦桃子, 近藤佳幸, 星井拓也, 竹中充, 高木信一,
中野義昭, 杉山正和: 多段階成長を用いた微小領域
選択 MOVPE における Si 上 InGaAs の面内均一化
(Uniform lateral growth in micro-channel
selective-area MOVPE of InGaAs on Si using
multi-step growth), 第 56 回応用物理学関係連合
講演会講演予稿集, No. 1, p. 369, 2a-J-7, 筑波
大学, 4 月 2 日 (2009).
[88] 竹中充, 横山正史, 種村拓夫, 杉山正和, 中野義昭,
高木信一, "III-V CMOS photonics 実現に向けた InP
系フォトニックワイヤーの作製," 第 70 回応用物理
学会学術講演会講演予稿集, No.3, 9a-ZN-9 富山大
学, 9 月 9 日(2009 年).
[80] 近藤佳幸, 出浦桃子, 竹中充, 高木信一, 中野義昭,
杉山正和: 微小領域選択 MOVPE における Si 上 InAs
核 発 生 の 成 長 条 件 依 存 性 (Effect growth
condition on InAs nucleation in micro-channel
selective-area MOVPE on Si), 第 56 回応用物理学
関係連合講演会講演予稿集, No. 1, p. 369, 2a-J-6,
筑波大学, 4 月 2 日 (2009).
[89] Ibrahim Murat Soganci, Takuo Tanemura, and
Yoshiaki Nakano: High-speed 1x16 optical
phased-array switch monolithically integrated
on InP (光フェーズアレイを用いた InP 集積, 第 70
回応用物理学会学術講演会講演予稿集, No. 3, p.
1085, 9a-ZN-6, 富山大学, 9 月 9 日 (2009 年).
[81] T. Tanemura, "Semiconductor integrated optical switch
for future photonic networks," Sweden-Japan Workshop
on Nanophotonics and Related Technologies, Stockholm,
Sweden, June (2009).
[90] 梁正承, ソダバヌル ハッサネット, 杉山正和, 中
野義昭, 霜垣幸浩: パルスインジェクション方式で
作製した AlN/GaN 多重量子井戸のサブバンド間遷移
特性に与える成長温度の効果 (Effect of growth
temperature of AlN/GaN muti quantum wells grown
by pulse injection method), 第 70 回応用物理学
会学術講演会講演予稿集, No. 1, p. 362, 10p-X-20,
富山大学, 9 月 10 日(2009 年).
[82] T. Tanemura, "Semiconductor integrated optical switch
for future photonic networks," Finland-Japan Workshop
on Nanophotonics and Related Technologies, Espoo,
Finland, July (2009).
[83] I. M. Soganci, T. Tanemura, and Y. Nakano, "Integrated
broadband scalable 1xN optical phased-array switches
for WDM optical packet networks," 1st International
Workshop on Advancement of Optical Signal Processing
and Related Devices (AOSPRD), Vienna, September
(2009).
[91] 出浦桃子, 近藤佳幸, 竹中充, 高木信一, 中野義昭,
杉山正和: 微小領域選択 MOVPE による Si 上 InGaAs
結晶最表部における双晶消滅層の形成と評価
(Formation and evaluation of twin-free layer at
the topmost of InGaAs crystal on Si in
micro-channel selective-area MOVPE), 第 70 回応
用物理学会学術講演会講演予稿集, No. 1, p. 321,
11p-C-5, 富山大学, 9 月 11 日(2009 年).
[84] 中野義昭: シンポジウム「シリコン基板上化合物半
導体デバイスの新展開」クロージングトーク
(Closing talk: recent evolution in compound
semiconductor devices on Si substrates), 第 70
回応用物理学会学術講演会講演予稿集, 9p-TE-8,
富山大学, 9 月 9 日(2009 年).
[92] 近藤佳幸, 出浦桃子, 竹中充, 高木信一, 中野義昭,
杉山正和: 微小領域選択 MOVPE における表面 P 終端
Si からの InAs 均一核発生 (Uniform nucleation of
InAs on P-terminated Si in micro-channel
selective-area MOVPE), 第 70 回応用物理学会学術
講演会講演予稿集, No. 1, p. 321, 11p-C-4, 富山
大学, 9 月 11 日(2009 年).
[85] 竹中充, 横山正史, 杉山正和, 中野義昭, 高木信一:
直接基板接合による Si 基板上 III-V CMOS トランジ
ス タ (III-V CMOS transistors on Si by using
direct wafer bonding), 第 70 回応用物理学会学術
講演会講演予稿集, No. 0, p. 87, 9p-TE-3, 富山
大学, 9 月 9 日(2009 年).
[93] 寺田雄紀, 出浦桃子, 霜垣幸浩, 竹中充, 高木信一,
中野義昭, 杉山正和: MOVPE における in situ AlP
パ ッ シ ベ ー シ ョ ン に よ る GaAs 表 面 準 位 抑 制
(Suppression of GaAs surface states by in situ
AlP passivation with MOVPE), 第 70 回応用物理学
会学術講演会講演予稿集, No. 1, p. 319, 11a-C-10,
富山大学, 9 月 11 日(2009 年).
[86] 竹中充, 横山正史, 種村拓夫, 杉山正和, 中野義昭,
高木信一: MZI 双安定レーザを用いた全光フリッ
プ・フロップの動的動作実証 (Demonstration of
dynamic all-optical flip-flop based on
Mach-Zehnder interferometer bistable laser
diode), 第 70 回応用物理学会学術講演会講演予稿
集, No. 3, p. 1085, 9a-ZN-7, 富山大学, 9 月 9
[94] 鬼塚隆祐, 杉山正和, 中野義昭: In-situ 観察 MOVPE
による GaAs 太陽電池構造の高原料効率成長 (High
135
material efficiency growth of GaAs solar cell
structures by MOVPE using in situ observation),
第 70 回応用物理学会学術講演会講演予稿集, No. 1,
p. 319, 11a-C-9, 富山大学, 9 月 11 日(2009 年).
カニズムの検討, 化学工学会第 41 回秋季大会研究
発 表 講 演 要 旨 集 ( 広 島 大 学 ), A121, 9 月 16 日
(2009).
[103] 鬼塚隆祐, 杉山正和, 中野義昭: In-situ 表面異方
性観察を用いた GaAs MOVPE 成長の高原料効率化, 化
学工学会第 41 回秋季大会研究発表講演要旨集(広島
大学), A118, 9 月 16 日 (2009).
[95] 杉山正和, 王云鵬, 出浦桃子, 鬼塚隆祐, 中野義昭:
高効率太陽電池用 InGaAs/GaAsP 歪み補償量子井戸
に お け る ヘ テ ロ 界 面 急 峻 性 (Abruptness of
hetero-interfaces
in
InGaAs/GaAsP
strain-balanced
quantum
wells
for
high-efficiency solar cells), 第 70 回応用物理
学会学術講演会講演予稿集, No. 1, p. 319, 11a-C-8,
富山大学, 9 月 11 日(2009 年).
[104] Yoshiaki Nakano: Post-silicon ultra-high efficiency solar
cells based on compound semiconductor quantum
structures, Proceedings of JSPS Northeastern Asian
Symposium on “Renewable Energy”, pp. 1-2, Hiroshima,
Japan, November 6 (2009).
[96] 横山正史, 安田哲二, 高木秀樹, 山田永, 福原昇, 秦
雅彦, 杉山正和, 中野義昭, 竹中充, 高木信一: 基
板貼り合わせによる Si 基板上メタル S/D III-V-OI
n-MOSFET の移動度向上と p-MOSFET 動作 (Higher
mobility of metal S/D III-V-OI n-MOSFET and
demonstration of metal S/D III-V-OI p-MOSFET on
Si using direct wafer bonding), 第 70 回応用物
理 学 会 学 術 講 演 会 講 演 予 稿 集 , No. 2, p. 803,
11p-TH-6, 富山大学, 9 月 11 日(2009 年).
[97]
[98]
[99]
[105] 中野義昭: 効率 50%も照準に入った集光型太陽電
池の研究開発動向, 東京大学産学連携協議会 第 17
回科学技術交流フォーラム「太陽光エネルギー利用
の未来」− 大規模太陽光発電システムに向けた技術
開発の現状と展望− 資料集, pp. 29-41, 東京大学
山上会館, 12 月 17 日 (2009).
[106] 中野義昭: 太陽光エネルギー利用の未来, 太陽光エ
ネルギー利用の未来, 東京大学産学連携協議会 第
17 回科学技術交流フォーラム「太陽光エネルギー利
用の未来」− 大規模太陽光発電システムに向けた技
術開発の現状と展望− 資料集, pp. 125-133, 東京
大学山上会館, 12 月 17 日 (2009).
Hassanet Sodabanlu, Jung-Seung Yang, Masakazu
Sugiyama, Yukihiro Shimogaki, and Yoshiaki
Nakano: Intersubband absorption at 1.5μm range
in MOVPE-grown optical waveguide with GaN/AlN
MQWs core (MOVPE で成長した GaN/AlN MQW コア導波
路による 1.5μm 帯サブバンド間吸収), 第 70 回応
用物理学会学術講演会講演予稿集, No. 3, p. 1103,
11a-P8-23, 富山大学, 9 月 11 日 (2009 年).
[107] 小山智史, 種村拓夫, イブラーヒム ムラット ソー
アンジ, 大山貴晴, 美野真司, 中野義昭: フェーズ
アレイ 1×8 集積光スイッチを用いた可変光バッフ
ァ (Variable optical buffer using integrated 1x8
optical phased-array switch), 電子情報通信学会
総合大会(東北大学)通信講演論文集 2, B-12-15, p.
476, 3 月 17 日 (2010).
杉山正和, 塩田倫也, 富田祐貴, 霜垣幸浩, 中野
義昭: InGaN/GaN 選択 MOVPE による可視光発光波長
シフトのメカニズム, 化学工学会第 41 回秋季大会
研究発表講演要旨集(広島大学), A104, 9 月 16 日
(2009).
[108] 竹中充, 横山正史, 杉山正和, 中野義昭, 高木信一:
III-V CMOS photonics 技術を用いた超小型 InP 系
AWG の作製 (InP-based ultra compact AWG by III-V
CMOS photonics platform), 第 57 回応用物理学関
係連合講演会講演予稿集, 17a-N-8, p. 05-053, 東
海大学, 3 月 17 日 (2010).
出浦桃子, 近藤佳幸, 星井拓也, 竹中充, 高木信
一, 中野義昭, 杉山正和: 微小領域選択 MOVPE にお
ける Si 上 InGaAs の原子構造と光学特性解析, 化学
工学会第 41 回秋季大会研究発表講演要旨集(広島大
学), A105, 9 月 16 日 (2009).
[109] ソダーバンル・ハッサネット, 梁正承, 種村拓夫,
杉山正和, 霜垣幸浩, 中野義昭: MOVPE 成長 GaN/AlN
量子井戸導波路におけるサブバンド間 遷 移 吸 収 飽
和 の 観 測
(Observation of intersubband
absorption saturation in MOVPE-grown GaN/AlN
MQWs waveguide), 第 57 回応用物理学関係連合講演
会講演予稿集, 17a-N-6, p. 05-051, 東海大学, 3
月 17 日 (2010).
[100] 寺田雄紀, 出浦桃子, 霜垣幸浩, 杉山正和, 中野
義昭: AlP および H2S を用いた GaAs 表面の MOVPE
反応炉内 in situ パッシベーション, 化学工学会第
41 回秋季大会研究発表講演要旨集(広島大学),
A117, 9 月 16 日 (2009).
[101] 近藤佳幸, 出浦桃子, 竹中充, 高木信一, 中野義
昭, 杉山正和: MOVPE 微小領域選択成長における Si
上 InAs 核発生の成長条件依存性, 化学工学会第 41
回秋季大会研究発表講演要旨集(広島大学), A120,
9 月 16 日 (2009).
[110] 梁正承, ハサネット・ソダーバンル, 杉山正和, 中
野義昭, 霜垣幸浩: Fabrication of AlN/GaN multi
quantum wells at 770 ̊ C by metal organic vapor
phase epitaxy using pulse injection method and
observation of intersubband transition at 1.55
μm (ハルスインシェクション法を用いた MOVPE に
[102] 杉山正和, 安河内諭, 塩田倫也, 霜垣幸浩, 中野
義昭: マルチスケール解析による GaN MOVPE 反応メ
136
よる AlN/GaN 多重量子井戸の 770 ̊ C での作製と
1.55 μm でのサブバンド間遷移観測), 第 57 回応用
物理学関係連合講演会講演予稿集, 18p-TA-5, p.
15-168, 東海大学, 3 月 18 日(2010).
57 回 応 用 物 理 学 関 係 連 合 講 演 会 講 演 予 稿 集 ,
19a-TW-3, p. 15-096, 東海大学, 3 月 19 日 (2010
[118] 杉山正和, 杉田憲一, 王云鵬, 中野義昭: 量子井戸
太陽電池用 InGaAs/GaAsP 歪み補償量子井戸成長の
in situ 観察 (In situ monitoring of InGaAs/GaAsP
strain-balanced quantum wells for solar cell
applications), 第 57 回応用物理学関係連合講演会
講演予稿集, 19a-TW-2, p. 15-095, 東海大学, 3
月 19 日 (2010).
[111] 横山正史, 山田永, 安田哲二, 高木秀樹, 卜部友二,
石井裕之, 宮田典幸, 福原昇, 秦雅彦, 杉山正和, 中
野義昭, 竹中充, 高木信一: 極薄膜 III-V-OI MOSFET
における電子移動度の向上 (Mobility enhancement
of ultrathin body III-V-OI MOSFETs), 第 57 回応
用物理学関係連合講演会講演予稿集, 18a-B-11, p.
13-262, 東海大学, 3 月 18 日(2010).
[119] 前代武瑠, 市川磨, 秦雅彦, 杉山正和, 中野義昭, 霜
垣幸浩: 大型 MOVPE 反応炉での選択成長プロファイ
ルによる GaAs 成長反応機構の考察 (Analysis of
GaAs metal organic vapor phase epitaxy by
selective area growth technique in large-scale
reactor), 第 57 回応用物理学関係連合講演会講演
予稿集, 19a-TW-1, p. 15-094, 東海大学, 3 月 19
日 (2010).
[112] 高橋元悟, 武田浩司, 雨宮智宏, 種村拓夫, 肥後昭
男, 中野義昭: TM モート導波路型アイソレータを集
積化した半導体リンクレーサーの設計 (Design of
semiconductor ring laser integrated with TM mode
waveguide isolator), 第 57 回応用物理学関係連合
講演会講演予稿集, 18a-N-8, p. 05-095, 東海大学,
3 月 18 日(2010).
[113] 財津優, 武田浩司, 竹中充, 種村拓夫, 中野義昭:
MZI 双安定レーザ型全光フリップ・フロップの光ク
ロ ッ ク 動 作 (All-optical flip-flop operations
with clock signals using MZI bistable laser
diodes), 第 57 回応用物理学関係連合講演会講演予
稿集, 18a-N-2, p. 05-089, 東海大学, 3 月 18 日
(2010).
[120] 寺田雄紀, 霜垣幸浩, 竹中充, 高木信一, 中野義昭,
杉山正和: MOVPE in situ AlP パッシベーション層
の 膜 厚 最 適 化 に よ る GaAs MOS の 界 面 準 位 低 減
(Reduction of interface states in GaAs MOS by
optimization of layer thickness of in situ AlP
passivation layer with MOVPE), 第 57 回応用物理
学関係連合講演会講演予稿集, 19a-TK-4, p. 14-118,
東海大学, 3 月 19 日 (2010).
[114] 武田浩司, 竹中充, 種村拓夫, 財津優, 中野義昭: 干
渉型全光フリップ・フロップと全光パケットスイ
ッチングへの応用 (All-optical flip-flops based
on interferometric bistable laser diodes and
applications for all-optical packet switching),
第 57 回応用物理学関係連合講演会講演予稿集,
18a-N-1, p. 05-088, 東海大学, 3 月 18 日 (2010).
[121] 種村拓夫, ソーアンジ・イブラヒム・ムラット, 樋
口和英, 武田浩司, 中野義昭: 1x16 フェーズアレイ
型 半 導 体 光 パ ケ ッ ト ス イ ッ チ (1x16 optical
phased-array semiconductor packet switch), 電
子情報通信学会技術研究報告(レーザ・量子エレク
ト ロ ニ ク ス 研 究 会 , EMD, CPM, OPE 共 催 ),
LQE2009-36, pp. 17-20 (2009).
[115] 出浦桃子, 近藤佳幸, 竹中充, 高木信一, 中野義昭,
杉山正和: 微小領域選択 MOVPE を用いた Si 上
InGaAs 多段階成長の時間発展 (Time evolution of
multi-step growth for InGaAs on Si using
micro-channel selective-area growth), 第 57 回
応用物理学関係連合講演会講演予稿集, 19a-TW-8,
p. 15-101, 東海大学, 3 月 19 日 (2010).
[122] 武田浩司, 竹中充, 種村拓夫, 財津優, 中野義昭: マ
ッハ・ツェンダ干渉計型双安定レーザの全光フリッ
プ ・ フ ロ ッ プ 動 作 実 証
(Experimental
demonstration of all-optical flip-flop based on
Mach-Zehnder interferometer bistable laser
diode), 電子情報通信学会技術研究報告(レーザ・
量子エレクトロニクス研究会, OPE, OCS 共催),
LQE2009-90, pp. 121-124 (2009).
[116] 近藤佳幸, 出浦桃子, 竹中充, 高木信一, 中野義昭,
杉山正和: 選択 MOVPE による Si 上 InGaAs 成長の成
長 領 域 狭 窄 化 に よ る 横 方 向 成 長 促 進 (Enhanced
lateral overgrowth of InGaAs on Si by reduced
growth area in micro-channel selective area
MOVPE), 第 57 回応用物理学関係連合講演会講演予
稿集, 19a-TW-8, p. 15-101, 東海大学, 3 月 19 日
(2010).
[123] 武田浩司, 竹中充, 種村拓夫, 財津優, 中野義昭: 電
子情報通信学会技術研究報告(集積光デバイスと応
用技術研究会), IPDA10-P05, pp. 41-42 (2010).
[124] 高橋元悟, 雨宮智宏, 種村拓夫, 武田浩司, 肥後昭
男, 中野義昭: 導波路型アイソレータを集積一体化
し た 半 導 体 リ ン グ レ ー ザ (Semiconductor ring
laser monolithically integrated with a waveguide
optical isolator), 電子情報通信学会技術研究報
告(集積光デバイスと応用技術研究会), IPDA10-P04,
pp. 39-40 (2010).
[117] 鬼塚隆祐, 種村拓夫, 杉山正和, 中野義昭: GaAs
太陽電池用の高原料効率で性能劣化のない MOVPE
(High-material-efficiency MOVPE for GaAs solar
cells without degradation of performance), 第
137
その他
[125] 中野義昭: 自分でつくると見えてくる − 光エレク
トロニクスのものづくりにこだわった四半世紀, 東
京大学電気系グローバル COE「セキュアライフ・エ
レクトロニクス」特別講演会，「私のオリジナリテ
ィ − その契機・手ごたえ・そして展開」, 東京大
学駒場 II キャンパス, 5 月 29 日 (2009).
[126] Yoshiaki Nakano: Foreword: Special section on recent
advances in ultra-high-speed photonic devices for
next-generation optical fiber communications, IEICE
Transactions on Electronics, vol. E92-C, no. 7, pp.
905-906, July (2009).
[127] パワー半導体レーザ産業技術調査専門委員会(委員
長:中野義昭)編: パワー半導体レーザ産業技術調査
報告, 電気学会技術報告, 第 1170 号, 9 月 25 日
(2009).
[128] 中野義昭: エネルギー・環境技術国際研究拠点
「SOLAR QUEST」発足, 東京大学環境報告書 2009,
p.35, 9 月 30 日 (2009 年).
[129] 中野義昭: 特集「エレクトロニクス実装技術の現状
と展望」特集に寄せて (Preface to the special
edition), エレクトロニクス実装学会誌, vol. 13,
no. 1, p. 1, 1 月 1 日 (2010 年).
138
高木・竹中研究室
Takagi & Takenaka Laboratory
(http://www.mosfet.k.u-tokyo.ac.jp/index.html)
研究現況
Current Research Projects
1.
Ge Metal-Insulator-Semiconductor (MIS) 界
面形成技術に関する研究
高木信一、竹中充、Rui Zhang、岩崎敬志
Ge Metal-Insulator-Semiconductor (MIS) interface
properties
S. Takagi, M. Takenaka, Rui Zhang, T. Iwasaki
高性能 Ge MISFET を実現するための最大の課題は、良
好な MIS 界面特性の実現である。我々はこれまでに Ge
上の MIS 界面形成方法として、Ge 基板を高温熱酸化す
ることにより形成した GeO2/Ge 界面が極めて良好な
MOS 特性を示すことを明らかにしてきた。しかし、GeO2
は SiO2 と比較して化学的に不安定であり、水溶性である
などの問題がある。そこで我々は、熱酸化により形成し
た GeO2/Ge 構造を超高真空化でプラズマ窒化することで、
GeON/GeO2/Ge ゲートスタック構造を作製した。表層部
分を窒化して GeON を形成することで、GeO2 と比較して
水に溶けずより高温でも安定なゲートスタックを実現す
ることに成功した。また熱的安定性が高まったことによ
り、従来 GeO2/Ge MOS 界面が劣化してしまう 550 度以
上の高温アニールで GeON/GeO2/Ge MOS 界面が改善す
ることを世界で初めて実証し、51010 cm-2eV-1 程度の界
面準位を得た。
One of the most critical issues on realizing high
performance Ge MISFETs is the formation of MIS interfaces
with high quality interface properties. We have demonstrate
that thermally oxidized GeO2/Ge MOS interface exhibited
low interface trap density. However the GeO2 itself is
chemically unstable and water soluble. To overcome the GeO2
problems, we have performed the ECR plasma nitridation of
the thermally oxidized GeO2/Ge gate stack to form a
GeON/GeO2/Ge MOS structure. We have successfully
obtained the stable and water-proof GeON/GeO2/Ge gate
stack by the nitridation of the surface of the GeO2. We have
also demonstrated for the first time that the high temperature
annealing over 550 C improved the interface state density
down to 51010 cm-2eV-1.
2.
Ge Metal-Insulator-Semiconductor (MIS) FET
に関する研究
高木信一、竹中充、Sanjeewa Dissanayake、Junkyo
Suh、森井清仁、富山 健太郎
Ge Metal-Insulator-Semiconductor (MIS) FETs
S. Takagi, M. Takenaka, S. Dissanayake, Junkyo Suh,
K. Morii, K. Tomiyama
我 々 は こ れ ま で に 低 界 面 準 位 が 得 ら れ る GeO2/Ge
139
MOS 界面を利用した高性能 Ge pMOSFET の実証に成功
してきた。GeO2/Ge MOS 界面は、他の Ge MOS 界面と比
較して、伝導体側の界面準位も極めて低いことが我々の
研究により明らかになったことから、同じゲートスタッ
ク構造を利用した Ge nMOSFET の作製を試みた。従来、
Ge nMOSFET の作製においては、イオン注入後の As や P
などの n 型ドーパントが極めて高速に拡散する問題が知
られており、
良好な S/D を形成することが困難であった。
そこで、今回我々は MOVPE システムにおける TBAs を
利 用 し た 気 相 拡 散 に よ り S/D を 形 成 し 、 GeO2/Ge
nMOSFET の作製を行った。気相拡散により結晶欠陥の
少ない S/D を形成することで、オフリーク電流が極めて
小さい Ge nMOSFET の動作実証に成功した。ドレイン電
流においてもオン・オフ比が 105 程度の高い値が得られ
ており、良好な GeO2/Ge MOS 界面により、世界で初め
て Si ユ ニ バ ー サ ル 移 動 度 を 1.4 倍 程 度 上 回 る Ge
nMOSFET 動作を得た。
We have successfully fabricated high performance Ge
pMOSFET by using GeO2/Ge MOS interface with Dit of
around 1012 cm2eV-1 so far. We have also clarified that the
GeO2/Ge MOS interface had low interface state density even
at the conduction band side. Thus we tried to demonstrate the
Ge nMOSFET using the same the GeO2/Ge gate stack.
However it is difficult to form the S/D for the Ge nMOSFET
using the ion implantation because of the fast diffusion of
As/P in Ge. To overcome this problem, we have performed the
MOVPE based gas phase doping. The small junction leakage
current of the Ge nMOSFET was obtained due to the low
crystal damage doping by the gas phase doping, then the
electron mobility exceeded the Si universal mobility for the
first time.
3.
ひずみ Si MOSFET の電気特性に関する研究
高木信一、竹中充、趙毅
Electrical Properties of Strained-Si MOSFETs
S. Takagi, M. Takenaka, Y. Zhao
二軸引っ張りひずみをもつバルク Si MOSFET のひず
みが、表面ラフネス散乱によって決まる移動度に与える
影響とその物理的機構を調べた。まず、ひずみ Si MOS
界面の形状を TEM 分析により実測し、ひずみの印加と
共に、表面凹凸の高さと相関長の両方が変化することが
分かった。この測定結果から、直接移動度を決定する新
しい手法を提案し、実測の移動度の値が再現できること
を明らかにした。結果として、ひずみによる電子移動度
の上昇は、表面凹凸の高さの低下に、また正孔移動度の
移動度の若干の低下は、凹凸の相関長の増加に起因し、
電子と正孔のフェルミ波数の違いと凹凸の自己相関関数
の波長依存性によって、電子移動度と正孔移動度の振る
舞いの違いが説明できることが明らかとなった。
The effects of strain in bi-axial tensile strain MOSFETs on
the surface-roughness-limited mobility have been investigated.
First, the MOS interface roughness of strained Si MOSFETs
was evaluated directly by TEM analyses. This result has
revealed that the roughness height and the correlation length
are varied with the amount of the strain. We have proposed a
novel method to represent the inversion-layer mobility from
the measured interface roughness and demonstrated that the
represented mobility is in good agreement with the
experimental one. As a result, it has been found that the
increase in the electron mobility and the slight decrease in the
hole mobility with an increase in tensile strain are attributed to
the decrease in the roughness height and the increase in the
correlation length, respectively, and that the difference in the
strain dependence between electron and hole mobility can be
explained by the different values of the Fermi wave length
between inversion-layer electrons and holes and the wave
length dependence of the auto-correlation function of the
interface roughness.
obtain high quality MOS interface. We have found that the
ECR plasma nitriadation of the InGaAs followed by in-situ
SiO2 deposition reduced the interface state density down to
around 21011 cm-2eV-1. On the other hand, the formation of
the III-V layer on Si substrate is mandatory to integrate the
III-V MOSFET to the conventional Si CMOS platform. We
have successfully fabricated the III-V-on-Insulator on Si using
the direct wafer bonding technique. Thus, we have
demonstrated the III-V nMOSFET using the III-V-OI
substrate, and the 2 times higher electron mobility than Si was
obtained.
5.
4.
光配線 LSI 実現に向けた Ge ナノ光電子集積回
路に関する研究
竹中充、黒田浩一、吉原大貴、高木信一
Ge based nano electro-optic integrated circuit
forintrachip optical interconnection
M. Takenaka, K. Kuroda, D.Yoshihara, S. Takagi
スケーリング則によらない CMOS の性能向上のため高
い電子移動度をもつ III-V 族化合物半導体 n-MOSFET の
研究が盛んになりつつある。我々は良好な MOS 界面を
形成するため、InGaAs のプラズマ窒化の研究を進めてき
た。高真空化で ECR 窒素プラズマで InGaAs 表面を窒化
後、そのまま SiO2 を堆積した MOS 界面において、450
度程度のアニール処理によって、界面準位が 21011
cm-2eV-1 程度まで低減することを見出した。一方、III-V
MOSFET を既存の CMOS プロセスに導入するためには、
Si 基板上に良好な III-V 層を形成する必要がある。我々
はこれまでに基板直接貼り合わせを用いて
III-V-on-Insulator 構造を Si 基板上に実現することに成功
した。作製した III-V-OI 基板上に実際に nMOSFET を作
製して、Si ユニバーサル移動度を 2 倍程度上回る性能を
実証にすることに成功した。
Enhancement of carrier transport properties in MOS
channels is regarded as mandatory for continuous increase in
the current drive under deep sub-100 nm regime. As for
n-channel MOSFETs, however, any promising technologies
after bi-axial tensile strain, which can provide the mobility
enhancement of twice as high as in conventional Si
n-MOSFETs, are still lacking. Thus, III-V semiconductor
MISFETs, expected to have higher electron mobility, has
recently stirred a strong interest. We have investigated the
plasma nitridation effect on the InGaAs MOS interfacae to
シリコンフォトニクスは既存の CMOS プロセスとの整
合性から光電子集積回路実現に向けた研究が進められて
おり、Ge PD を Si LSI に集積化した光通信用レシーバー
などが報告されている。一方で、スケーリング則の物理
的限界から高移動度材料である Ge をチャネルとした
MOSFET の導入が検討されており、スケーリング則破綻
後においては Ge PD などの光デバイスと Ge MOSFET を
Si 基板上に集積化することが必要となる。我々は酸化濃
縮法により Ge-on-Insulator (GOI)基板を作製し、Ge PD と
GOI MOSFET を Si 基板上にモノリシック集積すること
に世界で初めて成功した。作製した Ge PD が光通信波長
1.55 m 帯域において動作可能であることを実証した。
また次世代パターニング技術として期待される近接場リ
ソグラフィーを用いたグレーティング光カプラの作製に
も世界で初めて成功した。
Silicon-based electro-optic integrated circuits have recently
been intensely investigated because of its standard CMOS
compatibility. The monolithic integration of optical devices
with large scale integrated (LSI) electrical devices will open
up many applications of optical interconnections including
intra-chip communications. An optical receiver with a Ge
photodetector (PD) was demonstrated using 130nm CMOS
process. On the other hand, the Si LSIs are faced with the
physical limitation of the miniaturization of transistors, and
the introduction of high mobility materials such as Ge will be
expected in the post-scaling era. Therefore, the monolithic
integration of Ge MOSFETs and Ge PD on a Si substrate will
be a promising candidate for future high-performance
electro-optic integrated circuits. Recently, we have
successfully integrated the Ge PD and the Ge MOSFET on a
Ge-on-Insulator (GOI) substrate formed by the oxidation
condensation technique. The Ge PD exhibited the responsivity
covering the C-band with low dark current. In addition, we
have also successfully demonstrated the grating coupler by
Si 基板上の III-V 族化合物半導体 MetalInsulator-Semiconductor (MIS) FET に関する
研究
高木信一、竹中充、横山正史、星井拓也、中川翔太、
キムサンヒョン、飯田亮、Sunghoon Lee、沓木知宏
III-V compound semiconductor
Metal-Insulator-Semiconductor (MIS) FET on Si
substrates
S. Takagi, M. Takenaka, M. Yokoyama,
T. Hoshii, S. Nakagawa, S. Kim, T. Kutsuki
140
using the near-field lithography which is expected to be the
next generation patterning technology.
論文・著書一覧（2009 年度）
Publications List
6.
研究論文
III-V CMOS photonics に関する研究
竹中充、高木信一
III-V CMOS photonics platform technolgy
M. Takenaka, S. Takagi
InP 系光素子の小型化の限界を打破するため、我々は
SOI 基板と同様に強い垂直光閉じ込めが実現できる
III-V-on-Insulator（III-V-OI）基板を用いたフォトニックワ
イヤー構造を提案した。また同じ III-V-OI 基板上に III-V
CMOS[3]をモノリシック集積することで、超高性能・超
小型光電子集積回路が実現可能な III-V CMOS photonics
プラットフォームを提案している。そこで我々は、熱酸
化 Si 基板と InGaAsP(g=1.25m)/InP 基板を直接接合する
ことで III-V-OI 構造を Si 基板上に実現し、InP 系高光閉
じ込め導波路（フォトニックワイヤー）において、曲率
半径 5m の急峻な曲げ導波路においても損失がないこ
とを実証した。また強い光閉じ込めを利用した超小型ア
レイ導波路グレーティングの動作実証に初めて成功した。
We proposed the InP-based photonic wire waveguide using
the III-V semiconductor-on-insulator (III-V-OI) structure
because the strong optical confinement enables the drastic
reduction of the device size like silicon-on-insulator (SOI)
waveguides. We also proposed the III-V CMOS photonics
platform where ultracompact photonics and high-performance
III-V CMOS transistors are monolithically integrated. We
have successfully demonstrated the InP-based photonic wire
waveguide using the III-V-OI substrate fabricated by direct
wafer bonding of an InGaAsP/InP wafer to a thermally
oxidized Si wafer, which is suitable for III-V CMOS
photonics. The strong optical confinement in the InP-based
photonic wire allowed a micro bend with a bend radius down
to 5 m, and an ultrasmall 4 channel arrayed waveguide
grating (AWG) with a channel spacing of 600 GHz was
successfully demonstrated by the III-V-OI structure on Si.
[1]
S. Dissanayake, K. Tomiyama, S. Sugahara, M.
Takenaka, and S. Takagi, “High performance ultrathin
(110)-oriented Ge-on-Insulator pMOSFETs fabricated
by Ge condensation technique,” Appl. Phys. Express.,
Vol. 3, 041302, 2010.
[2]
T. Haimoto, T. Hoshii, S. Nakagawa, M. Takenaka, and
S. Takagi, “Fabrication and characterization of MIS
structures by direct nitridation of InP surfaces,” Appl.
Phys. Lett., Vol. 96, 012107, 2010.
[3]
M. Yokoyama, T. Yasuda, H. Takagi, H. Yamada, N.
Fukuhara, M. Hata, M. Sugiyama, Y. Nakano, M.
Takenaka, S. Takagi, “Thin body III-V-semiconductoron-insulator MOSFETs on Si fabricated using direct
wafer bonding,” Appl. Phys. Express., Vol. 2, 124501,
2009.
[4]
Y. Moriyama, N. Hirashita, K. Usuda, S. Nakaharai, N.
Sugiyama, E. Toyoda and S. Takagi, “Study of the
surface cleaning of GOI and SGOI substrates for Ge
epitaxial growth”, Appl. Surf. Sci., Vol. 256, pp.
823-829, 2009.
[5]
M. Takenaka, M. Yokoyama, M. Sugiyama, Y. Nakano,
and S. Takagi, “InGaAsP photonic wire based
ultrasmall arrayed waveguide grating multiplexer on Si
wafer,” Appl. Phys. Express., Vol. 2, 122201, 2009.
[6]
H. Ishii, N. Miyata, Y. Urabe, T. Itatani, T. Yasuda, H.
Yamada, N. Fukuhara, M. Hata, M. Deura, M.
Sugiyama, M. Takenaka, and S. Takagi, “High electron
mobility metal–insulator–semiconductor field-effect
transistors fabricated on (111)-oriented InGaAs
channels,” Appl. Phys. Express., Vol. 2, 121101, 2009.
[7]
T. Sasada, Y. Nakakita, M. Takenaka, and S. Takagi,
“Surface orientation dependence of interface properties
of GeO2/Ge metal-oxide–semiconductor structures
fabricated by thermal oxidation,” J. Appl. Phys., vol.
106, 073716, 2009.
[8]
S. Takagi, M. Sugiyama, T. Yasuda and M. Takenaka,
“Ge/III-V Channel Engineering for future CMOS,” ECS
Trans. vol. 19, no. 5, pp. 9-20, 2009.
[9]
N. Taoka, W. Mizubayashi, Y. Morita, S. Migita, H. Ota
and S. Takagi, ”Impact of Minorty Carrier Response on
Characterization of Ge MIS Interface Traps”, ECS
Trans., vol. 19, pp. 117-128, 2009.
[10] S. Takagi, N. Taoka and M. Takenaka, “Interfacial
Control and Electrical Properties of Ge MOS structures
(invited)”, ECS Trans. vol. 19, pp. 67-85, 2009.
[11] N. Taoka, T. Yamamoto, M. Harada, Y. Yamashita, N.
141
Sugiyama and S. Takagi, “Importance of Minority
Carrier Response in Accurate Characterization of Ge
Metal-Insulator-Semiconductor Interface Traps”, J.
Appl. Phys., vol. 106, 044506, 2009.
“Structural analyses of strained SiGe wires formed by
hydrogen thermal etching and Ge-condensation
processes”, Appl. Phys. Lett., vol. 94, 081910, 2009.
国際会議論文
[12] Y. Zhao, M. Takenaka, and S. Takagi, “On surface
roughness scattering-limited mobilities on electrons and
holes in biaxially tensile-strained Si MOSFETs,” IEEE
Electron Dev., vol. 30, no. 9, pp. 967 - 969, 2009.
[21] M. Takenaka, M. Yokoyama, M. Sugiyama, Y. Nakano,
and S. Takagi, " Ultrasmall arrayed waveguide grating
multiplexer using InP-based photonic wire waveguide
on Si wafer for III-V CMOS photonics," Optical Fiber
Communication Conference (OFC’10), OThS5, San
Diego, March 2010.
[22] K. Takeda, M. Takenaka, T. Tanemura, M. Zaitsu, and Y.
Nakano, "Single-chip all-optical packet processor based
on all-optical flip-flop monolithically integrated with
MZI-SOA switch," Optical Fiber Communication
Conference (OFC’10), OThS2, San Diego, March 2010.
[23] S. Takagi and M. Takenaka, “High Mobility Ge CMOS
Technologies (invited)”, 5th International Workshop on
New Group IV Semiconductor Nanoelectronics, Jan.
29(Fri.)-30(Sat.), 2010, Tohoku University, Sendai,
Japan, p. 79-80
[24] M. Yokoyama, T. Yasuda, H. Takagi, H. Yamada, Y.
Urabe, H. Ishii, N. Fukuhara, M. Hata, M. Sugiyama, Y.
Nakano, M. Takenaka, and S. Takagi, " Novel low
damage and low temperature direct wafer bonding
processes using buried oxide protection layers for
fabricating III-V-on-insulator on Si structures," 2nd
International IEEE Workshop on Low Temperature
Bonding for 3D Integration, Tokyo, January 2010.
[25] K. Morii, T. Iwasaki, R. Nakane, M. Takenaka, and S.
Takagi, "High performance GeO2/Ge nMOSFETs with
source/drain junctions formed by gas phase doping,"
International Electron Devices Meeting (IEDM’09),
29.3, Baltimore, December 2009.
[26] T. Yasuda, N. Miyata, Y. Urabe, H. Ishii, T. Itatani, H.
Yamada, N. Fukuhara, M. Hata, A. Ohtake, M.
Yokoyama, T. Hoshii, M. Takenaka, and Shinichi
Takagi, "Relationship between interface structures and
electrical properties in the High-k/III-V system," MRS
Fall Meeting, A8-7, Boston, December 2009 (invited
paper).
[27] T. Hoshii, M. Yokoyama, H. Yamada, M. Hata, T.
Yasuda, M. Takenaka, and S. Takagi, "Impact of
Nitridation on Interface State Density of InGaAs MOS
Capacitors using SiO2 Deposited by Electron Cyclotron
Resonance Plasma Sputtering," IEEE Semiconductor
Interface Specialists conference (SISC’09), 5-3,
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[28] T. Iwasaki, N. Taoka, M. Takenaka, and S. Takagi, "
Impact of plasma nitridation of thermally-grown
GeO2/Ge MIS structures on the GeO2 film and interface
properties," IEEE Semiconductor Interface Specialists
[13] K. Takeda, M. Takenaka, T. Tanemura, and Y. Nakano,
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[14] T. Irisawa, K. Okano, T. Horiuchi, H. Itokawa, I.
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[15] Y. Zhao, M. Takenaka, and S. Takagi, “Comprehensive
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Electron and Hole Mobility at Identical Metal-OxideSemiconductor Interfaces by using Metal Source/Drain
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2009.
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Y. Nakano, and M. Sugiyama, "Twin-free InGaAs thin
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Y. Nakano, M. Sugiyama1, " Initial growth of InAs on
P-terminated Si(111) surface to promote uniform lateral
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[38] K. Takeda, M. Takenaka, T. Tanemura, and Y. Nakano,
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143
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Takenaka, and S. Takagi, " Metal source/drain
inversion-mode InP MOSFETs," Device Research
Conference (DRC’09), III-31, State College, June 2009.
M. Yokoyama, T. Yasuda, H. Takagi, H. Yamada, N.
Fukuhara, M. Hata, M. Sugiyama, Y. Nakano, M.
Takenaka, and S. Takagi, "High Mobility metal S/D
III-V-On-Insulator MOSFETs on a Si substrate using
direct wafer bonding," VLSI Symposium., 12B-3, Kyoto,
June 2009.
Y. Zhao, H. Matsumoto, T. Sato, S. Koyama, M.
Takenaka
and
S.
Takagi,
"Comprehensive
understanding of surface roughness limited mobility in
unstrained- and strained-Si MOSFETs by novel
characterization scheme of Si/SiO2 interface
roughness," VLSI Symposium., 2A-3, Kyoto, June 2009.
N. Taoka, W. Mizubayashi, Y. Morita, S. Migita, H. Ota
and S. Takagi, “Physical origins of Mobility
Enhancement of Ge pMISFETs with Si passivation
Layers”, VLSI Symposium., pp. 80-81, Kyoto, June
2009.
M. Takenaka, M. Sugiyama, Y. Nakano, and S. Takagi,
"Gas phase doping of arsenic into germanium by using
MOVPE system for source/drain formation of high
performance Ge nMOSFETs," E-MRS Spring Meeting,
14.4, Strasbourg, June 2009.
M. Takenaka, K. Takeda, T. Hoshii, T. Tanemura, M.
Sugiyama, Y. Nakano, and S. Takagi, "Source/drain
formation by using epitaxial regrowth of n+InP for
III-V nMOSFETs," Indium Phosphide and Related
Materials (IPRM’09), TuA1-5, Newport beach, May
2009.
M. Deura, T. Hoshii, M. Takenaka, S. Takagi, Y.
Nakano, and M. Sugiyama, "Uniform InGaAs
micro-discs on Si by micro-channel selective-area
MOVPE," Indium Phosphide and Related Materials
(IPRM’09), MA2-2, Newport beach, May 2009.
[50] S. Takagi, M. Sugiyama, T. Yasuda, and M. Takenaka,
"Ge/III-V channel engineering for future CMOS," 1st
International Symposium on Graphene and Emerging
Materials for Post-CMOS Applications, 215 th Meeting
of The Electrochemical Society, San Francisco, May
2009 (invited).
[51] S. Takagi, N. Taoka, and M. Takenaka, "Interfacial
control and electrical properties of Ge MOS structures,"
10th International Symposium on Silicon Nitride,
Silicon Dioxide, and Alternate Emerging Dielectrics,
215 th Meeting of The Electrochemical Society, pp.
67-85, San Francisco, May 2009 (invited).
[52] N. Taoka, W. Mizubayashi, Y. Morita, S. Migita, H. Ota
and S. Takagi, ”Impact of Minorty Carrier Response on
Characterization of Ge MIS Interface Traps”, 10th
International Symposium on Silicon Nitride, Silicon
Dioxide, and Alternate Emerging Dielectrics, 215th
Meeting of The Electrochemical Society, San Francisco,
USA, May 2009.
著書
シンポジウム・研究会・大会等発表
[53] 森井清仁、竹中充、高木信一、「気相拡散により形
成されたソース・ドレイン接合をもつ高性能
GeO2/Ge nMOSFET」、電気学会グリーン IT におけ
る化合物半導体電子デバイス調査専門委員会、東京
工業大学、2010 年 3 月 26 日（招待講演）.
[54] 竹中充、横山正史、杉山正和、中野義昭、高木信一、
「III-V CMOS photonics 技術を用いた超小型 InP 系
AWG の作製」、第 57 回応用物理学関係連合講演会、
17a-N-8、東海大学、2009 年 3 月.
[55] 高木信一、杉山正和、竹中充、「Si プラットフォー
ム上の III-V/Ge チャネル MOS トランジスタ技術」、
第 57 回応用物理学関係連合講演会、19p-TK-3、東
海大学、2010 年 3 月.
[56] 横山正史、山田永、安田哲二、高木秀樹、卜部友二、
石井裕之、宮田典幸、福原昇、秦雅彦、杉山正和、
中野義昭、竹中充、高木信一、「極薄膜 III-V-OI
MOSFET における電子移動度の向上」、第 57 回応
用物理学関係連合講演会、18a-B-11、東海大学、2010
年 3 月.
[57] 星井拓也、横山正史、山田永、秦雅彦、安田哲二、
竹中充、高木信一、「ECR プラズマ界面窒化による
ALD-Al2O3/InGaAs MOS キャパシタの界面特性向
上」、第 57 回応用物理学関係連合講演会、20a-P16-11、
東海大学、2010 年 3 月.
144
[58] 森井 清仁、岩崎 敬志、中根 了昌、竹中充、高木 信
一、「気相拡散によるソース・ドレイン接合を用い
た高性能 GeO2/Ge nMOSFET」、第 57 回応用物理学
関係連合講演会、18p-B-6、東海大学、2010 年 3 月.
[59] 富山健太郎、Sanjeewa Dissanayake、竹中充、高木
信一、「酸化濃縮法により作製した SGOI 中の圧縮
ひずみと酸化前基板構造の関係」、第 57 回応用物理
学関係連合講演会、17p-TJ-11、東海大学、2010 年
3 月.
[60] 趙毅、竹中充、高木信一、「二軸引張りひずみ Si
MOS 電子・正孔反転層における界面電荷・基板不
純物によるクーロン散乱に与える影響の統一的な
物理機構」、第 57 回応用物理学関係連合講演会、
18a-B-4、東海大学、2010 年 3 月.
[61] 趙毅、松本弘昭、佐藤岳志、小山晋、竹中充、高木
信一、「高精度 TEM と新しいデータ分析方法によ
る MOS 界面ラフネス移動度及びその引張り歪みの
影響の定量評価」、第 57 回応用物理学関係連合講演
会、18a-B-3、東海大学、2010 年 3 月.
[62] 卜部友二、高木秀樹、宮田典幸、安田哲二、山田永、
福原昇、秦雅彦、横山正史、竹中充、高木信一、「Si
基板上に貼り合わせた InGaAs チャネル MISFET の
18a-B-10、
実現」、第 57 回応用物理学関係連合講演会、
東海大学、2010 年 3 月.
[63] 石井裕之、卜部友二、板谷太郎、宮田典幸、安田哲
二、山田永、福原昇、秦雅彦、横山正史、竹中充、
高木信一、「InGaAs(111)A 面上への高品質 MIS 界
面形成と高電子移動度の実現」、第 57 回応用物理学
関係連合講演会、20a-P16-12、東海大学、2010 年 3
月.
[64] 武田浩司、竹中充、種村拓夫、財津優、中野義昭、
「干渉型全光フリップ・フロップと全光パケットス
イッチングへの応用」、第 57 回応用物理学関係連合
講演会、18a-N-1、東海大学、2010 年 3 月.
[65] 財津優、武田浩司、竹中充、種村拓夫、中野義昭、
「MZI 双安定レーザ型全光フリップ・フロップの
光クロック動作」、第 57 回応用物理学関係連合講演
会、18a-N-2、東海大学、2010 年 3 月.
[66] 出浦 桃子、近藤 佳幸、竹中充、高木 信一、中野 義
昭、杉山 正和、「微小領域選択 MOVPE を用いた
Si 上 InGaAs 多段階成長の時間発展」、第 57 回応
用物理学関係連合講演会、19a-TW-9、東海大学、
2010 年 3 月.
[67] 近藤 佳幸、出浦 桃子、竹中充、高木 信一、中野 義
昭、杉山 正和、「選択 MOVPE による Si 上 InGaAs
成長の成長領域狭窄化による横方向成長促進」
、第
57 回応用物理学関係連合講演会、19a-TW-8、東海
大学、2010 年 3 月.
[68] 寺田雄紀、霜垣幸浩、竹中充、高木信一、中野義昭、
杉山正和、「MOVPEin situ AlP パッシベーション層
の膜厚最適化による GaAs MOS の界面準位低減」、
第 57 回応用物理学関係連合講演会、19a-TK-4、東
海大学、2010 年 3 月.
[69] 朴敬花, 平川一彦, 高木信一, 「Si MOSFET におけ
るゲート中の遠隔不純物散乱」、第 57 回応用物理学
関係連合講演会、18a-B-9、東海大学、2010 年 3 月.
[70] 竹中充、森井清仁、高木信一、「MOVPE を用いた
気相ドーピングによる高品質 Ge n+/p 接合の形成お
よび Ge nMOSFET への応用」、電気学会シリコンナ
ノデバイス集積化技術調査専門委員会、早稲田大学、
2010 年 3 月 5 日（招待講演）.
[71] 高木信一, 趙毅, 竹中充, 松本弘昭, 佐藤岳志, 小
山 晋, 「Si MOS 界面ラフネス散乱による移動度と
ひずみの効果」, 応用物理学会シリコンテクノロジ
ー分科会第 121 回研究集会,「半導体シリコン単結
晶ウェーハを特徴づける評価技術」, 学習院大学
2010 年 3 月 12 日（招待講演）.
[72] 高木信一, 「Si プラットフォーム上の III-V チャネ
ル MOSFET 技術」, 日本学術振興会半導体界面制
御技術第 154 委員会・ワイドギャップ半導体光デバ
イス第 162 委員会合同研究会「III-V MIS 界面評価
とデバイスへの応用」, キャンパスイノベーション
センター東京, 2009 年 10 月 26 日（招待講演）.
[73] 竹中充、横山正史、種村拓夫、杉山正和、中野義昭、
高木信一、「III-V CMOS photonics 実現に向けた InP
系フォトニックワイヤーの作製」、第 70 回応用物理
学会学術講演会、9a-ZN-9、富山大学、2009 年 9 月.
[74] 竹中充、横山正史、杉山正和、中野義昭、高木信一、
「直接基板接合による Si 基板上 III-V CMOS トラン
ジスタ」、第 70 回応用物理学会学術講演会、9p-TE-3、
富山大学、2009 年 9 月.
[75] 金相賢、中川翔太、灰本隆志、中根了昌、竹中充、
高木信一、「メタルソース• ドレインを用いた InP
MOSFET の作製と電気特性」、第 70 回応用物理学
会学術講演会、10p-TH-19、富山大学、2009 年 9 月.
[76] 横山正史、安田哲二、山田永、福原昇、秦雅彦、杉
山正和、中野義昭、竹中充、高木信一、「基板貼り
合 わ せ に よ る Si 基 板 上 メ タ ル S/D III-V-OI
、第
n-MOSFET の移動度向上と p-MOSFET 動作」
70 回応用物理学会学術講演会、11p-TH-6、富山大
学、2009 年 9 月.
[77] 星井拓也、横山正史、山田永、秦雅彦、安田哲二、
竹中充、高木信一、「界面窒化による ECR スパッタ
SiO2/InGaAs MOS キャパシタの界面特性向上」、第
70 回応用物理学会学術講演会、11a-TE-4、富山大
学、2009 年 9 月.
[78] 中川翔太、横山正史、山田永、秦雅彦、竹中充、高
木信一、「InAlAs 酸化界面制御層を用いた InP MOS
界面特性の向上」、第 70 回応用物理学会学術講演会、
11a-TE-5、富山大学、2009 年 9 月.
[79] S. Dissanayake、富山健太郎、周藤悠介、菅原 聡、
竹 中 充 、 高 木 信 一 、「 超 薄 膜 (110) 面 GOI p 型
MOSFET の電気的特性」、第 70 回応用物理学会学
術講演会、11p-TH-3、富山大学、2009 年 9 月.
145
[80] 寺田 雄紀、出浦 桃子、霜垣 幸浩、竹中充、高木 信
一、中野 義昭、杉山 正和、「MOVPE における in
situ AlP パッシベーションによる GaAs 表面準位抑
制」、第 70 回応用物理学会学術講演会、9a-ZN-7、
富山大学、2009 年 9 月.
[81] 武田浩司、竹中充、種村拓夫、財津優、中野義昭、
「MZI 双安定レーザーを用いた全光フリップ・フ
ロップの動的動作実証」、第 70 回応用物理学会学術
講演会、9a-ZN-7、富山大学、2009 年 9 月.
[82] 安田哲二、卜部友二、石井裕之、宮田典幸、板谷太
郎、山田永、福原昇、秦雅彦、竹中充、高木信一、
「InP/InGaAs 埋め込みチャネルを持つ MIS 構造の
界面特性」、第 70 回応用物理学会学術講演会、
11a-TE-3、富山大学、2009 年 9 月.
[83] 卜部友二、宮田典幸、安田哲二、石井裕之、板谷太
郎、山田永、秦雅彦、竹中充、高木信一、「硫化ア
ンモニウム溶液処理したⅢ-Ⅴ表面上の MIS 界面評
価」、第 70 回応用物理学会学術講演会、11a-TE-2、
富山大学、2009 年 9 月.
[84] 石井裕之、卜部友二、板谷太郎、安田哲二、宮田典
幸、山田永、福原昇、秦雅彦、横山正史、竹中充、
高木信一、「 硫化アンモニ ウム溶液処理 によ る
InGaAs n-MISFET の特性改善」、第 70 回応用物理学
会学術講演会、11p-TH-5、富山大学、2009 年 9 月.
[85] 安田哲二、高木秀樹、横山正史、石井裕之、卜部友
二、山田永、秦雅彦、竹中充、高木信一、「ALD Al2O3
を埋め込み層とした III-V-On-Insulator 構造の形成
とバックゲート MISFET 特性」、第 70 回応用物理
学会学術講演会、11p-TH-4、富山大学、2009 年 9
月.
[86] 近藤 佳幸、出浦 桃子、竹中充、高木 信一、中野 義
昭、杉山 正和、「微小領域選択 MOVPE における
表面 P 終端 Si からの InAs 均一核発生」、第 70 回
応用物理学会学術講演会、11p-C-4、富山大学、2009
年 9 月.
[87] 出浦 桃子、近藤 佳幸、竹中充、高木 信一、中野 義
昭、杉山 正和、「微小領域選択 MOVPE による Si
上 InGaAs 結晶最表部における双晶消滅層の形成
と評価」、第 70 回応用物理学会学術講演会、11p-C-5、
富山大学、2009 年 9 月.
[88] 横山正史、安田哲二、高木秀樹、山田永、福原昇、
秦雅彦、杉山正和、中野義昭、竹中充、高木信一, 「基
板 貼 り 合 わ せ を 用 い た Si 基 板 上 メ タ ル S/D
III-V-On-Insulator MOSFET の作製とその動作実証」,
応用物理学会シリコンテクノロジー分科会第 115
回研究集会, 東京大学, 2009 年 7 月 21 日, （招待講
演）.
[89] 高木信一, 「CMOS プラットフォーム上の III-V
MOS トランジスタ技術」, 電子材料シンポジウム
(EMS28), ラフォーレ琵琶湖, 2009 年 7 月 8 日（招
待講演）.
[90] M. Deura, Y. Kondo, T. Hoshii, M. Takenaka, S. Takagi,
Y. Nakano, and M. Sugiyama、「多段階成長を用いた
微小領域選択 MOVPE における Si 上 InGaAs マイ
クロディスク形状の面内均一化向上」、第 28 回電子材
料シンポジウム、E-2、守山市、2009 年 7 月.
[91] Y. Kondo, M. Deura, M. Takenaka, S. Takagi, Y.
Nakano, and M. Sugiyama、「微小領域選択 MOVPE
における Si 上 InAs 初期核発生の成長条件依存性」、
第 28 回電子材料シンポジウム、E-4、守山市、2009
年 7 月.
[92] 田岡紀之, 水林亘, 森田行則, 右田真司, 太田裕之,
高木信一, 「GeMIS 界面欠陥の電気的性質 （ハイ
ライト講演）」, シリコンテクノロジー分科会第 113
回研究集会, 電子情報通信学会シリコン材料・デバ
イス（SDM）研究会, 東京大学, 2009 年 6 月 19 日.
[93] 竹中充，杉山正和，中野義昭，高木信一、「MOVPE
による砒素気相ドーピングの Ge 面方位依存性」、
第 56 回応用物理学関係連合講演会、1a-T-1、筑波
大学、2009 年 4 月.
146
田中・大矢 研究室
Tanaka and Ohya Laboratory
2.
III-V 族ベースの強磁性半導体および その超
薄膜・量子ヘテロ構造
田中雅明・大矢忍・アーサンナズムル・
横山正史・宗田伊理也、ファムナムハイ
III-V Based Ferromagnetic Semiconductors
(GaMn)As, (InGaMn)As, Mn-delta-doped GaAs,
and their Ultrathin Quantum Heterostructures
M. TANAKA, S. OHYA, A.M. NAZMUL, M.
YOKOYAMA, I. MUNETA, K. TAKATA,
and P. N. HAI
(http://www.cryst.t.u-tokyo.ac.jp)
(http://www.cryst.t.u-tokyo.ac.jp/index.en.html)
研究現況
Current Research Projects
1.
強磁性金属/半導体ヘテロ構造とスピントラ
ンジスタの研究
田中雅明・中根了昌・國谷瞬・佐藤彰一・菅原聡
Ferromagnetic Metal / Semiconductor
Heterostructures and Spin Transistors
M. TANAKA, R. NAKANE, S. KOKUTANI,
S. SATO, and S. SUGAHARA
我々は 1996 年以降、比較的低温（200 ｰ 300℃）の強い
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 を作製できることを示し
てきた。最近は、結晶作製条件の最適化により、最大で
x=21％もの高濃度の Mn をドープすることに成功してお
り、この組成領域において高品質な閃亜鉛鉱型の単結晶
が保たれることを明らかにしている。これらの試料に対
する磁化および磁気輸送特性などの測定により、170 K
程度に及ぶ高い強磁性転移温度 TC が得られた。四元混晶
磁性半導体(InGaMn)As の作製も行っており、低温（TC
は約 130 K）強磁性が発現すること、In 組成を変えるこ
とにより、格子定数、バンドギャップ、磁気異方性を制
御できること、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。これら
の系は、III-V 族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。これらの材料を用
いたヘテロ構造の研究も行っており、強磁性(GaMnAs)/
非磁性(AlAs)半導体超格子構造や、GaMnAs 量子井戸二
重障壁へテロ構造などを作製し、磁気光学効果やスピン
依存トンネル伝導特性の測定により、GaMnAs 層中に量
子準位が形成されていることを初めて示した。一方、Mnデルタドーピングと選択ドーピング構造を作製し、III-V
族化合物半導体では最高の強磁性転移温度である
TC=172 K- 250 K を観測した。最近、これらの系における
プレーナホール効果を用いた磁気異方性の研究を進めて
おり、Mn-delta-doped GaAs / p-AlGaAs ヘテロ構造におい
て巨大プレーナホール効果が観測されることや、
(InGaMn)As において面内一軸異方性が支配的であるこ
となどを明らかにしている。
Since 1996, 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.
Recently, heavily Mn doped GaMnAs with the Mn
concentration up to 21% has been successfully fabricated by
improving the growth condition. It was revealed that these
films have a high-qualified zinc-blende-type single-crystal
structure.
By the magnetization, magneto-optical and
magneto-transport studies, it was clarified that high Curie
temperature (TC) values up to 170 K were obtained in these
films. We also have tried to fabricate a new quaternary alloy
magnetic semiconductor (InGaMn)As, and have found that it
is ferromagnetic with TC ～ 130K. In (InGaMn)As, the
lattice constant, the bandgap, and magnetic anisotropy can be
changed, and it can be grown on lattice-matched InP
substrates, thus having good compatibility with optical
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シリコンベースのスピ
ントランジスタ（Spin MOSFET）を提案し、そのデバイ
ス物理の解析、高密度不揮発性メモリおよび再構成可能
な論理回路の設計を行った。シリコンベースのスピンデ
バ イ ス の 実 現 に 向 け て デ バ イ ス プ ロ セ ス と Spin
MOSFET 作製、Si-MOS チャネルへのスピン注入と伝導、
スピン検出の研究も行っている。
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 silicon-MOS based spin transistors (Spin
MOSFET) and their application to ultrahigh density
nonvolatile memory and reconfigurable logic devices. We
are investigating device processes for realizing Si-based spin
devices including spin MOSFETs, spin injection and transport
in Si-MOS channels, and spin detection.
147
communication devices. They are 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 GaMnAs/ AlAs super lattices (SLs) and
GaMnAs/ AlGaAs/ GaMnAs/ AlAs quantum heterostructures,
and have shown that the quantum levels are formed in
GaMnAs. Also, we have realized high TC of 172－250 K in
Mn-delta-doped GaAs / p-AlGaAs heterostructures, which are
the highest values ever reported in III-V based materials.
More recently, we have developed a technique to investigate
the in-plane magnetic anisotropy in the magnetic
semiconductor systems by using the planer Hall effect. We
have found out a giant planar Hall effect in the
Mn-delta-doped GaAs / p-AlGaAs heterostructures and 4.
clarified their magnetic anisotropy. Also, its technique has
been applied to InGaMnAs, and we have clarified that the
uniaxial magnetic anisotropy is dominant in InGaMnAs.
values up to 175% at 2.6 K in GaMnAs/AlMnAs/GaMnAs
tunnel junctions. This is the highest TMR value ever
reported in the semiconductor-based tunnel junctions in the
same temperature region,
In the GaMnAs/ AlGaAs/
GaMnAs/ AlAs quantum heterostructures, we have found that
the TMR is enhanced by the quantum-size effect in the
GaMnAs QW.
More recently, we have grown a
three-terminal devices containing an electrode connected to
the GaMnAs QW, and successfully controlled the quantum
levels and the spin-dependent tunneling. These findings are
very significant steps towards future spintronics, in which one
tries to use the spin degree of freedom in semiconductor
devices.
強磁性半導体ヘテロ構造を用いた量子効果ト
ンネル接合デバイスとトンネル磁気抵抗効果
田中雅明・大矢忍・宗田伊理也・ファムナムハイ
Magnetic Tunnel Junctions using Ferromagnetic
Semiconductor Quantum Heterostructures and
Tunneling Magneto-Resistance
M. TANAKA, S. OHYA, I. MUNETA, and P. N. HAI
グ ラ ニ ュ ラ ー 強 磁 性 金 属 (MnAs) ／ 半 導 体
(III-V)ハイブリッド構造の形成と磁気光学物性、
磁気抵抗効果、スピン起電力、およびデバイス応用
田中雅明・ファムナムハイ・横山正史・大矢忍
Semiconductor-Based Magneto-Photonic Crystals:
Ferromagnet(MnAs)/III-V Semiconductor Hybrid
Multilayer Structures: Fabrication,
Magneto-optical , Magnet-resistive Properties, and
Device Applications
M. TANAKA, P. N. HAI, M. YOKOYAMA, and S.
OHYA
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、2000 年に構造と磁場の印加方向を最適化するこ
とにより大きなトンネル磁気抵抗効果(TMR)が得られる
ことを明らかにした。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。最近では、AlMnAs 障壁をトンネル障壁に用
いることにより、2.6 K において、同測定温度領域におい
ては半導体系で最も大きな TMR 比 175%を観測した。ま
た、GaMnAs/ AlGaAs/ GaMnAs/ AlAs/ GaAs:Be 量子へテ
ロ構造において、スピン依存共鳴トンネル効果により、
TMR が増大することを示した。一方、このような系を用
いて、GaMnAs 量子井戸に電極を有する３端子素子を作
製し、量子準位とスピン依存トンネル伝導の制御にも成
功している。このようなスピンに依存するトンネル現象
は、不揮発性メモリや磁気センサの基本原理であり、半
導体ヘテロ接合においてこのような現象が明瞭に観測さ
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. Recently, we have observed the larger TMR
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 のクラスター（微粒
子）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。一方で、MnAs クラスタ
ーを介した非常に興味深い伝導特性も観測され始めてい
る。GaAs:MnAs 複合構造において、室温で 600%にも達
する大きな正の磁気抵抗効果を見出し、さらなる評価と
解明を進めている。また、GaAs:MnAs 微粒子構造を含む
強磁性トンネル接合を作製し、明瞭なスピン依存トンネ
ル現象を観測した。さらに MnAs 微粒子が閃亜鉛鉱型結
晶構造である場合には、静磁場による起電力の発生と
100,000%にもおよぶ巨大な磁気抵抗効果が得られるこ
とを発見した。静磁場による起電力の発生は、1831 年に
確立したファラデーの電磁誘導の法則を、このような強
磁性ナノ構造においてはより一般化する必要があること
を示すものである［Nature 458, 489 (2009)に掲載］
。
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
3.
148
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. Recently, we have found extremely large
positive magnetoresistance of 600 % at room temperature in
the GaAs:MnAs granular structures, and further investigations
are underway. Furthermore, we found that an emf can be
induced by a static magnetic field in magnetic tunnel
junctions (MTJs) containing zinc-blende (ZB) MnAs
nanoparticles. As a consequence, a huge magnetoresistance
effect of up to 100,000% was observed at certain bias voltages.
Our results show, for the first time, that Faraday’s Law of
induction given in 1831 must be generalized to take into
account spin effects in magnetic nanostructures [Nature 458,
489 (2009)].
論文・著書一覧（2009 年度）
Publications List
研究論文
Shinobu Ohya, Iriya Muneta, Pham Nam Hai, and
Masaaki Tanaka, "GaMnAs-based magnetic tunnel
junctions with an AlMnAs barrier", Appl. Phys.
Lett. 95, 242503/1-3 (2009) ; Shinobu Ohya, Iriya
Muneta, Pham Nam Hai, and Masaaki Tanaka,
"GaMnAs-based magnetic tunnel junctions with an
AlMnAs barrier", Virtual Journal of Nanoscale
Science
&
Technology
21,No.1,(2010);
http://www.vjnano.org/getabs/servlet/GetabsServle
t?prog=normal&id=VIRT01000021000001000033
000001&idtype=cvips&gifs=Yes&ref=no
[2] Yusuke Shuto, Ryosho Nakane, Wenhong Wang,
Hiroaki Sukegawa, Shuu’ichirou Yamamoto,
Masaaki Tanaka, Koichiro Inomata, and Satoshi
Sugahara, "A new spin-functional MOSFET based
on magnetic tunnel junction technology:
pseudo-spin-MOSFET", Applied Physics Express,
3, 013003/1-3 (2010).
[3] Shinobu Ohya, Iriya Muneta, and Masaaki Tanaka,
"Quantum-level control in a III-V-based
ferromagnetic-semiconductor heterostructure with
a GaMnAs quantum well and double barriers",
Appl. Phys. Lett. 96, 052505/1-3 (2010); Shinobu
Ohya, Iriya Muneta, and Masaaki Tanaka,
"Quantum-level control in a III-V-based
ferromagnetic-semiconductor heterostructure with
a GaMnAs quantum well and double barriers",
Virtual Journal of Nanoscale Science &
Technology, Volume 21, Issue 7, February 15,
2010.;
http://www.vjnano.org/getabs/servlet/GetabsServle
t?prog=normal&id=VIRT01000021000007000024
000001&idtype=cvips&gifs=Yes&ref=no
[1]
5.
IV 族ベース・スピントロニクス材料とデバイ
スプロセスの研究
田中雅明・矢田慎介・岡崎亮平・伴芳祐・中根了昌・
國谷瞬・周藤悠介・大矢忍
Group-IV-based Spintronics Materials and Device
Processes
M. TANAKA, S. YADA, R. OKAZAKI,
Y. BAN, R. NAKANE, S. KOKUTANI,
Y. SHUTO, and S. OHYA
Si を中心とする IV 族半導体は大規模集積回路・MOS
トランジスタの主材料であり、将来にわたってその重要
性は疑う余地が無い。Si や Ge など IV 族ベースの磁性半
導体や IV 族半導体と整合性の良いハーフメタルなど高
スピン偏極材料の創製とデバイスプロセスの研究を行っ
ている。これまでに GeMn の強磁性の起源の解明と GeM
アモルファス強磁性半導体の作製、自己組織化 GeMn ナ
ノコラム構造の作製、新しい強磁性半導体 GeFe の作製
と微視的構造および磁気光学効果などの物性評価、SOI
(silicon on insulator) 基板上への FexSi の作製とそのスピ
ン MOS デバイスプロセス開発などを進めている。
It is no doubt that Si and group-IV semiconductors will be
continuously important in the future, because they are used for
MOS transistors and integrated circuits. We study the
fabrication of group-IV (Si and Ge) based magnetic
semiconductors and ferromagnets with high spin polarization,
such as half metals, which are compatible with group-IV
semiconductors, and their applications to spin-device
processes. We have grown GeMn and clarified the origin of
its ferromagnetism, successfully fabricated ferromagnetic
amorphous semiconductor GeMn and self-organized GeMn
nanocolumns. Also, we have successfully grown a new
ferromagnetic semiconductor GeFe and clarified its
microscopic structure and magneto-optical properties.
Recently, we have successfully fabricated ferromagnetic Fe3Si
on silicon-on-insulator (SOI) substrates, and developed spin
MOS devices.
総説論文、解説論文、編著
田中雅明 "強磁性半導体へテロ構造 －スピン
依存トンネル現象を中心に－"『スピントロニ
クスの基礎と材料・応用技術の最前線』 ＣＭ
Ｃ出版 (2009 年 6 月 30 日発行); Masaaki Tanaka,
"Ferromagnetic Semiconductor Heterostructures
－ Spin Dependent Tunneling", Frontiers of
Spintronics, Basics, Materials and Applications,
CMC Books, (published on June 30, 2009).
[5] ナノテクノロジー・材料分野 科学技術・研究
開発の国際比較 2009 年版（分担執筆） 科学
技術振興機構研究開発戦略センター、2009 年 5
月発行.
[6] 竹田幸治, 小林正起, 岡根哲夫, 大河内拓雄,
[4]
149
[13] S. Ohya, I. Muneta, P. N. Hai, and M. Tanaka,
岡本淳, 斎藤祐児, 小林啓介, 山上浩志, 藤森
淳, 田中新, 岡林潤, 尾嶋正治, 大矢忍, ファ
ムナムハイ, 田中雅明, "軟Ｘ線磁気円二色性
による希薄磁性半導体 Ga1-xMnxAs の Mn イオ
ンの磁気的相互作用の研究", 放射光 Vol.22
No.4, pp.202-209, July 2009.
"Spin-Dependent
Resonant
Tunneling
Spectroscopy on the Valence-Band Structure of
Ferromagnetic-Semiconductor
GaMnAs",
International
Symposium
on
Quantum
Nanophotonics and Nanoelectronics (ISQNN2009),
Komaba campus at University of Tokyo,
November 18-20, 2009.
国際会議論文
[7]
M. Tanaka (invited), "Functionalities of
GaAs/MnAs nanocomposites", 5th International
School and Conference on Spintronics and
Quantum Information Technology (SPINTECH V),
Krakow (Cracow), Poland, July 7-11, 2009.
[14] I.
Muneta,
S.
Ohya,and
M.
Tanaka,
"Spin-dependent properties of three-terminal
ferromagnetic semiconductor heterostructures with
a GaMnAs quantum well and double barriers:
Control of quantum levels and TMR",
International
Symposium
on
Quantum
Nanophotonics and Nanoelectronics (ISQNN2009),
Komaba campus at University of Tokyo,
November 18-20, 2009.
[15] P. N. Hai, S. Ohya, and M. Tanaka, "Electromotive
force and huge magnetoresistance in magnetic
tunnel junctions with zinc-blende MnAs
nanomagnets", International Symposium on
Quantum Nanophotonics and Nanoelectronics
(ISQNN2009), Komaba campus at University of
Tokyo, November 18-20, 2009.
[16] Ahsan M. Nazmul and Masaaki Tanaka (invited),
"Ferromagnetic Semiconductor Heterostructures
for Spintronics", 12nd International Symposium on
Microwave
and
Optical
Technology
(ISMOT-2009), New Delhi, India, December
16-19, 2009.
P. N. Hai, S. Ohya, S. E. Barnes, S. Maekawa, and
M. Tanaka, "Electromotive force and huge
magnetoresistance induced by zinc-blende MnAs
nanomagnets in magnetic tunnel junctions", 5th
International School and Conference on
Spintronics and Quantum Information Technology
(SPINTECH V), Krakow (Cracow), Poland, July
6-11, 2009.
[9] S. Ohya, I. Muneta,and M. Tanaka, "Quantum
level control in III-V based ferromagnetic
semiconductor heterostructures with a GaMnAs
quantum well and double barriers", 5th
International School and Conference on
Spintronics and Quantum Information Technology
(SPINTECH V), Krakow (Cracow), Poland, July
6-11, 2009.
[8]
[10] P.N. Hai, S. Ohya, S.E. Barnes, S. Makeawa,and
M.Tanaka (invited), "Electromotive force and
magnetoresistance (~100,000%) in magnetic
tunnel junctions with zinc-blende MnAs
nanomagnets, 14th International Conference on
Modulated Semiconductor Structures (MSS-14),
Kobe, July 20-24, 2009.
[17] S. Ohya, I. Muneta, P. N. Hai, and M. Tanaka,
"Valence-Band
Structure
of
Ferromagnetic-Semiconductor GaMnAs Studied
by
Spin-Dependent
Resonant
Tunneling
Spectroscopy", 11th Joint MMM-Intermag
Conference, Washington DC, USA, January 18-22,
2010.
[11] Y. Shuto, R. Nakane, H. Sukegawa, S. Yamamoto,
M. Tanaka, K. Inomata, and S. Sugahara,
"Fabrication
and
characterization
of
pseudo-spin-MOSFETs, International Symposium
on Silicon Nanodevices in 2030: Prospects by
world's leading scientists, Tokyo Institute of
Technology, Oookayama, Tokyo, October 13-14,
2009.
[18] I.
Muneta, S. Ohya, and M. Tanaka,
"Spin-dependent properties of three-terminal
ferromagnetic semiconductor heterostructures with
a GaMnAs quantum well and double barriers:
Control of quantum levels and TMR", 11th Joint
MMM-Intermag Conference, Washington DC,
USA, January 18-22, 2010.
[12] M. Tanaka, P.N. Hai, and S. Ohya (invited),
[19] M. Tanaka, P.N. Hai, and S. Ohya (invited),
"Electromotive force and huge magnetoresistance
(~100,000%) in magnetic nanostructures with
zincblende
MnAs
nanomagnets",
9th
Japan-Sweden QNANO Workshop, Komaba
campus at University of Tokyo, November 13-14,
2009.
"Electromotive force and huge magnetoresistance
in magnetic tunnel junctions with zinc-blende
MnAs nanomagnets", 4th International Workshop
on Spin Current and the 2nd International
Workshop on Spin Caloritronics, Sendai, February
8-10, 2010.
150
[20] Ryota Akiyama, Pham Nam Hai, Masaaki Tanaka,
子情報エレクトロニクス公開シンポジウム「ナ
ノ、量子、IT 融合によるイノベーション創出
～ナノ量子情報エレクトロニクス連携研究拠
点の新展開～」、東京大学本郷キャンパス小柴
ホール、2009 年 4 月 22 日．
"Structure-parameter
dependence
of
the
electromotive force in spin batteries", 4th
International Workshop on Spin Current and the
2nd International Workshop on Spin Caloritronics,
Sendai, February 8-10, 2010.
[28] ファムナムハイ 、大矢忍、田中 雅明、"閃亜
鉛鉱型 MnAs 微粒子を含む半導体へテロ構造
におけるスピン起電力と超巨大磁気抵抗効果"、
ナノ量子情報エレクトロニクス公開シンポジ
ウム「ナノ、量子、IT 融合によるイノベーシ
ョン創出～ナノ量子情報エレクトロニクス連
携研究拠点の新展開～」
、東京大学本郷キャン
パス小柴ホール、2009 年 4 月 22 日．
[21] R. Akiyama, Pham Nam Hai, and M. Tanaka,
"Equivalent circuit model of the "spin battery"
with
zinc-blende
MnAs
nanomagnets",
International
Symposium
on
Quantum
Nanostructures and Spin-related Phenomena
(QNSP), Komaba Campus, University of Tokyo,
March 9-11, 2010.
[22] P. N. Hai, S. Ohya, M. Tanaka, S. E. Barnes and S.
[29] 田中雅明、"スピンエレクトロニクス技術の未
Maekawa (invited), "Electromotive force and huge
magnetoresistance in magnetic tunnel junctions
with zinc-blende MnAs nanomagnets", American
Physical Society (APS) March Meeting 2010,
paper L36.00010, Portland, Oregon, USA, March
15-19, 2010.
来と現状～スピントロニクスが拓く次世代エ
レクトロニクスデバイス"、新産業創出セミナ
ー、東京お茶の水総評会館、2009 年 4 月 15 日．
[30] ファムナムハイ、"スピン起電力と超巨大磁気
抵抗効果～ファラデーの電磁誘導法則の拡張
～Spin current induced electromotive force and
huge magnetoresistance - Extension of Faraday's
Law -"、第５回先端エレクトロニクス公開セミ
ナー、東京大学本郷キャンパス、2009 年 7 月
16 日．
[23] Shinobu Ohya, Iriya Muneta, Pham Nam Hai, and
Masaaki
Tanaka,
"Investigation
on
the
valence-band
structure
of
ferromagnetic-semiconductor GaMnAs using
spin-dependent resonant tunneling spectroscopy",
American Physical Society (APS) March Meeting
2010, paper P35.00008, Portland, Oregon, USA,
March 15-19, 2010.
[24] Iriya Muneta , Shinobu Ohya , Masaaki Tanaka,
"Spin-dependent
transport
properties
of
three-terminal
ferromagnetic-semiconductor
heterostructures with a GaMnAs quantum well and
double barriers: Control of quantum levels and
TMR", American Physical Society (APS) March
Meeting 2010, paper W35.00010, Portland,
Oregon, USA, March 15-19, 2010.
[31] ファムナムハイ，大矢忍，田中雅明、"MnAs
ナノ微粒子/III-V 族半導体ヘテロ構造における
スピン依存伝導～スピン起電力と巨大磁気抵
抗効果"、文部科学省研究費補助金 特定領域研
究「スピン流の創出と制御」平成 21 年度第 1
回研究会、北海道大学、2009 年 8 月 9 日-11 日．
[32] 大矢 忍，宗田伊理也，田中雅明、"GaMnAs 強
磁性半導体へテロ構造におけるスピン依存ト
ンネル効果"、文部科学省研究費補助金 特定領
域研究「スピン流の創出と制御」平成 21 年度
第 1 回研究会、北海道大学、2009 年 8 月 9 日
-11 日
[33] 中根 了昌，國谷瞬，佐藤彰一，菅原聡，田中
雅明、"シリコン MOS 反転層へのスピン注入
と検出"、文部科学省研究費補助金 特定領域研
究「スピン流の創出と制御」平成 21 年度第 1
回研究会、北海道大学、2009 年 8 月 9 日-11 日．
シンポジウム・研究会・国内学会等発表
[25] 中根了昌、佐藤彰一、菅原聡、田中雅明、"強
磁性 MnAs ソース・ドレインを用いたスピン
MOSFET"、NEDO ナノテクプロジェクト第 4
回研究会、東京大学本郷キャンパス、2009 年 4
月 22 日．
[34] 竹田幸治，岡根哲夫，藤森淳，斎藤祐児，山上
磁性体/MgO/pn 接合複合構造ソース/ドレイン
MOSFET"、NEDO ナノテクプロジェクト第 4
回研究会、東京大学本郷キャンパス、2009 年 4
月 22 日．
浩志，大矢忍，ファムナムハイ，田中雅明、"
軟Ｘ線磁気円二色性による Ga1-xMnxAs のア
ニール効果の研究"、文部科学省研究費補助金
特定領域研究「スピン流の創出と制御」平成
21 年度第 1 回研究会、北海道大学、2009 年 8
月 9 日-11 日．
[27] 大矢忍、宗田伊理也、ファムナムハイ、田中雅
[35] 中根了昌、佐藤彰一、菅原聡、田中雅明、"強
明、"III-V 族強磁性半導体 GaMnAs と量子へテ
ロ構造におけるスピン依存伝導特性"、ナノ量
磁性 MnAs ソース・ドレインを用いたスピン
MOSFET－半導体／磁性体界面制御技術（ショ
[26] 菅原聡，高村陽太，中根了昌，田中雅明、"強
151
明、"Fe 電極を用いたスピン MOSFET におけ
るスピン依存伝導特性"、2009 年秋季第 70 回
応用物理学会学術講演会、富山大学、2009 年 9
月 8 日-11 日．S. Kokutani, R. Nakane, S. Sato, S.
Sugahara, and M. Tanaka, "Spin-dependent
transport characteristics in spin MOSFETs with Fe
contacts", 2009 Fall Meeting of the Japan Physical
Society, Toyama University, September 8-11,
2009.
ットキー障壁）の開発－"、NEDO ナノテクプ
ロジェクト第 5 回研究会、東京大学本郷キャン
パス、2009 年 8 月 19 日．
[36] 菅原聡，橋詰研志，高村陽太，中根了昌，田中
雅明、"強磁性体/MgO/pn 接合複合構造ソース/
ドレイン MOSFET の試作と評価"、NEDO ナノ
テクプロジェクト第 5 回研究会、東京大学本郷
キャンパス、2009 年 8 月 19 日．
[37] ファムナムハイ，大矢忍, 田中雅明, 前川禎通,
S. E. Barnes、"スピン起電力と超巨大磁気抵抗
効果（実験）～ファラデー法則は超えられる
か？～" 2009 年秋季第 70 回応用物理学会学
術講演会、シンポジウム「スピン流が生み出す
新しい物性」(9 月 9 日)、富山大学、2009 年 9
月 8 日-11 日．P. N. Hai, S. Ohya, M. Tanaka, S.
Maekawa, S.E. Barnes"Spin electromotive force
and huge magnetoresistance: can Faraday's Law be
extended ?" 2009 Fall Meeting of the Japan
Physical Society, Toyama University, September
8-11, 2009.
[42] 田中雅明、"スピン起電力と巨大磁気抵抗効果"、
日本物理学会 2009 年秋季講演会 シンポジウ
ム「スピン流に関わる新現象」、熊本大学、2009
年 9 月 25 日ｰ 28 日．
[43] P. N. Hai, S. Ohya, and M. Tanaka (invited)、"Spin
motive force and huge magnetoresistance in
III-V/MnAs based magnetic nanostructures" 第
14 回 半 導 体 ス ピ ン 工 学 の 基 礎 と 応 用
(PASPS-14)研究会 Paper E7、慶應義塾大学日吉
キャンパス、2009 年 12 月 21 日－22 日．
[44] Sanjukta Ghosh, Ahsan M. Nazmul, and Masaaki
Tanaka, "Controlling ferromagnetism in a Mn
δ-doped GaAs/p-AlGaAs heterostructure" 第 14
回半導体スピン工学の基礎と応用(PASPS-14)
研究会 Paper E6、慶應義塾大学日吉キャンパ
ス、2009 年 12 月 21 日－22 日．
[45] 宗田伊理也, 大矢忍, 田中雅明、"強磁性半導体
GaMnAs 量子井戸二重障壁へテロ構造を用い
た三端子素子におけるスピン依存特性: 量子
準位とトンネル磁気抵抗効果の制御"、第 14 回
半導体スピン工学の基礎と応用(PASPS-14)研
究会 Paper P12、慶應義塾大学日吉キャンパス、
2009 年 12 月 21 日－22 日．
[46] 大矢忍, 宗田伊理也, ファムナムハイ, 田中雅
明、"スピン依存共鳴トンネル分光を用いた強
磁性半導体 GaMnAs における価電子帯解析"、
第 14 回 半 導 体 ス ピ ン 工 学 の 基 礎 と 応 用
(PASPS-14)研究会 Paper D2、慶應義塾大学日
吉キャンパス、2009 年 12 月 21 日－22 日．
[38] ァムナムハイ, 王哲, 大矢忍, 田中雅明、"スピ
ン起電力と超巨大磁気抵抗効果：素子構造依存
性"、2009 年秋季第 70 回応用物理学会学術講
演会、富山大学、2009 年 9 月 8 日-11 日． P.N.
Hai, Zh. Wang, S. Ohya, and M. Tanaka, "Spin
electromotive force and huge magnetoresistance:
Device-structure dependence", 2009 Fall Meeting
of the Japan Physical Society, Toyama University,
September 8-11, 2009.
[39] 大矢忍，宗田伊理也，ファムナムハイ，田中雅
明 、 "AlMnAs 障 壁 を 有 す る 強 磁 性 半 導 体
GaMnAs 磁気トンネル接合におけるトンネル
磁気抵抗効果"、2009 年秋季第 70 回応用物理
学会学術講演会、富山大学、2009 年 9 月 8 日
-11 日．S. Ohya, I. Muneta, P. N. Hai, and M.
Tanaka,
"Tunneling
magnetoresistance
in
ferromagnetic semiconductor GaMnAs magnetic
tunnel junctions with an AlMnAs barrier", 2009
Fall Meeting of the Japan Physical Society,
Toyama University, September 8-11, 2009.
[47] 秋山了太, ファムナムハイ, 田中雅明、"スピン
バッテリーにおける起電力の構造依存特性"、
第 14 回 半 導 体 ス ピ ン 工 学 の 基 礎 と 応 用
(PASPS-14)研究会 Paper P20、慶應義塾大学日
吉キャンパス、2009 年 12 月 21 日－22 日．
[48] 田中雅明、
大矢忍、中根了昌、ファムナムハイ、
矢田慎介、秋山了太、國谷瞬、佐藤彰一、宗田
伊理也、"スピン偏極電流制御デバイスと材料
物性の研究"、特定領域研究「スピン流の創出
と制御」平成 21 年度研究成果報告会、東京大
学本郷キャンパス武田ホール、2010 年 1 月 13
日－14 日.
[49] 大矢忍、宗田伊理也、ファムナムハイ、田中雅
[40] 宗田伊理也，大矢 忍，田中雅明, "GaMnAs 量
子井戸を有する３端子共鳴トンネルダイオー
ドにおけるスピン依存トンネル特性"、2009 年
秋季第 70 回応用物理学会学術講演会、富山大
学、2009 年 9 月 8 日-11 日; I. Muneta, S. Ohya,
and M. Tanaka, "Spin-dependent tunneling in
three-terminal resonant tunneling diodes with a
GaMnAs quantum well", 2009 Fall Meeting of the
Japan Physical Society, Toyama University,
September 8-11, 2009.
[41] 國谷瞬，中根了昌, 佐藤彰一, 菅原聡, 田中雅
152
明 、 "AlMnAs 障 壁 を 有 す る 強 磁 性 半 導 体
GaMnAs 磁気トンネル接合におけるトンネル
磁気抵抗効果"、特定領域研究「スピン流の創
出と制御」平成 21 年度研究成果報告会、東京
大学本郷キャンパス武田ホール、2010 年 1 月
13 日－14 日.
[57] 大矢忍,宗田伊理也,ファムナムハイ,髙田健太,
[50] 秋山了太、ファムナムハイ、田中雅明、"スピ
[51]
[52]
[53]
[54]
ンバッテリーにおける起電力の構造依存特性"、
特定領域研究「スピン流の創出と制御」平成
21 年度研究成果報告会、東京大学本郷キャン
パス武田ホール、2010 年 1 月 13 日－14 日.
宗田伊理也、大矢忍、田中雅明、"強磁性半導
体 GaMnAs 量子井戸二重障壁ヘテロ構造を用
いた三端子素子におけるスピン依存伝導特性:
量子準位とトンネル磁気抵抗の制御"、特定領
域研究「スピン流の創出と制御」平成 21 年度
研究成果報告会、東京大学本郷キャンパス武田
ホール、2010 年 1 月 13 日－14 日.
竹田幸治, 岡根哲夫, 藤森淳, 斎藤祐児, 山上
浩志, 大矢忍, ファムナムハイ, 田中雅明"、"
軟Ｘ線磁気円二色性による Ga1-xMnxAs のア
ニール効果の研究"、特定領域研究「スピン流
の創出と制御」平成 21 年度研究成果報告会、
東京大学本郷キャンパス武田ホール、2010 年 1
月 13 日－14 日.
矢田慎介、岡崎亮平、田中雅明、"Ⅳ族ベース
磁性半導体 Mn ドープ Ge 薄膜の構造と磁性の
評価"、東京大学低温センター成果発表会、東
京大学、2010 年 3 月 4 日．
秋山了太、ファムナムハイ、大矢忍、田中雅明、
MnAs 強磁性微粒子を含む半導体へテロ接合
－スピン起電力と巨大磁気抵抗効果、東京大学
低温センター成果発表会、東京大学、2010 年 3
月 4 日．
[55] 矢田慎介、田中雅明、"Growth, structure, and
magnetic
properties
of
Mn-doped
Ge
ferromagnetic thin films for group-IV based spin
electronic devices（Ⅳ族ベース・スピンデバイ
スを目指した Mn ドープ Ge 強磁性薄膜の成長
及び構造・磁性の評価）"、固体エレクトロニ
クス・オプトエレクトロニクス研究会、東京大
学工学部２号館講堂、2010 年 3 月 15 日．
田中雅明、"強磁性半導体 GaMnAs へテロ構造
におけるスピン依存伝導"、シンポジウム「ス
ピントロニクスデバイスの新展開」
、第 57 回応
用物理学関係連合講演会、東海大学、2010 年 3
月 17 日-20 日. S. Ohya, I. Muneta, K. Takata,
P-N. Hai, and M. Tanaka, "Spin-dependent
transport
in
ferromagnetic-semiconductor
GaMnAs heterostructures", Symposium on New
Developments in Spintronics Devices, 57th Spring
Meeting of the Japan Society of Applied Physics,
Tokai University, March 17-20, 2010.
[58] 大矢忍, 宗田伊理也, ファムナムハイ, 田中雅
明、"スピン依存共鳴トンネル分光を用いた強
磁性半導体 GaMnAs における価電子帯解析"、
第 57 回応用物理学関係連合講演会、東海大学、
2010 年 3 月 17 日-20 日. S. Ohya, I. Muneta, P.
N. Hai, M. Tanaka, 57th Spring Meeting of the
Japan Society of Applied Physics, Tokai University,
March 17-20, 2010. "Valence-Band Structure of
Ferromagnetic-Semiconductor GaMnAs Studied
by
Spin-Dependent
Resonant
Tunneling
Spectroscopy"
[59] 高田健太，大矢忍，田中雅明、"強磁性半導体
GaMnAs 表面層に形成された量子準位の系統
的観測"、第 57 回応用物理学関係連合講演会、
東海大学、2010 年 3 月 17 日-20 日. Kenta
Takata, Sinobu Ohya, Masaaki Tanaka,
"Systematic analysis of the quantum levels in
GaMnAs surface layers", 57th Spring Meeting of
the Japan Society of Applied Physics, Tokai
University, March 17-20, 2010.
[60] 秋山了太，ファムナムハイ，田中雅明、"スピ
ンバッテリーにおける起電力の素子構造依存
特性"、第 57 回応用物理学関係連合講演会、東
海大学、2010 年 3 月 17 日-20 日. Ryota Akiyama,
Pham Nam Hai, Masaaki Tanaka, "Structure
dependence of the electromotive force in spin
batteries", 57th Spring Meeting of the Japan
Society of Applied Physics, Tokai University,
March 17-20, 2010.
[61] 矢田慎介，岡崎亮平，大矢忍，田中雅明、
"Ge(111)基板上に MBE 成長した Ge1-xMnx 薄
膜の磁性及び構造評価"、第 57 回応用物理学関
係連合講演会、東海大学、2010 年 3 月 17 日-20
日. Shinsuke Yada, Ryohei Okazaki, Shinobu
Ohya, Masaaki Tanaka, "Magnetic and structural
properties of epitaxial Ge1-xMnx films grown on Ge
(111) substrates", 57th Spring Meeting of the Japan
Society of Applied Physics, Tokai University,
March 17-20, 2010.
[56] 白井正文、松倉文礼、田中雅明、"次世代３端
子スピンデバイス基盤技術の開発"、文部科学
省 ｢次世代 IT 基盤構築のための研究開発｣ 、
「高機能・超低消費電力コンピューティングの
ためのデバイス・システム基盤技術の研究開
発」委託研究「高機能・超低消費電力スピンデ
バイス・ストレージ基盤技術の開発」平成 21
年度成果報告会 東北大学電気通信研究所附属
ナノ・スピン実験施設、2010 年 3 月 15 日(月)．
153
[62] 周藤悠介，中根了昌，Wenhong Wang，介川裕
章，山本修一郎, 田中雅明，猪俣浩一郎，菅原
聡、"擬似スピン MOSFET の作製と評価"、第
57 回応用物理学関係連合講演会、東海大学、
2010 年 3 月 17 日-20 日. Y. Shuto, R. Nakane, W.
H. Wang, H. Sukegawa, S. Yamamoto, M. Tanaka,
K. Inomata, S. Sugahara, "Fabrication and
characterization of pseudo-spin-MOSFET", 57th
Spring Meeting of the Japan Society of Applied
Physics, Tokai University, March 17-20, 2010.
特許、受賞、報道、記事、その他
[63] 田中雅明, "スピントロニクス研究会"
分科
会・研究会だより 応用物理 78 巻第 7 号, p.698
(2009).
[64] NPG Asia Materials, featured highlight, Magnetic
nanostructures: Faraday's law evolves (Published
online
22
June
2009),
http://www.natureasia.com/asia-materials/highlight
.php?id=464
[65] BREAKTHROUGH:
A New Principle of
"Electromotive Force", A joint Japan-U.S. research
team has found that, contrary to conventional
wisdom, an electromotive force can be induced by
a static magnetic field in circuits that contain
ferromagnetic materials. The Japan Journal
JANUARY 2010, p31.
[66] 40th International Conference on Solid State
Devices and Materials (SSDM2008) Young
Researcher Award、Pham Nam Hai, 2009 年 9 月
41st SSDM にて受賞式 受賞論文 Pham Nam
Hai, Shinobu Ohya, and Masaaki Tanaka, “Huge
Magnetoresistance Effect in Semiconductor based
Nanostructures
with
Zinc-blende
MnAs
Nanoparticles”, presented at 40th International
Conference on Solid State Devices and Materials,
Tsukuba, September 24-26, 2008.
[67] 東京大学低温センター成果発表会
ベストプ
レゼンテーション賞 秋山了太 2010 年 3 月 4
日、秋山了太、ファムナムハイ、大矢忍、田中
雅明”MnAs 強磁性微粒子を含む半導体へテ
ロ接合 －スピン起電力と巨大磁気抵抗効果”
東京大学低温センター成果発表会、東京大学、
2010 年 3 月 4 日．
[68] 東京大学電気系学科優秀卒業論文賞および電
気系学科長賞 高田健太 2010 年 3 月 23 日,
卒業論文「Ⅲ-Ⅴ族強磁性半導体(Ga,Mn)As 表
面層における共鳴トンネル分光」
154
田畑研究室
TABATA Laboratory
場合には電気伝導度に変化がないのに対して、Fe2+ を
Zn2+で置換した場合は、キャリア数が大幅に減少すると
いう実験事実から、三角格子面内の Fe3d 電子がキャリア
となっていることが示唆された。
(http://www.bioxide.t.u-tokyo.ac.jp/index.html)
研究現況
Current Research Projects
1.
自然超格子構造を用いた機能融合材料の創製
関宗俊・岩本藤行・小埜洋輔・田畑仁
Fabrication of Multifunctional Materials based on
Natural Superlattice structure
M. Seki, F. Iwamoto, Y. Ono, and H. Tabata
遷移金属酸化物は電子スピンが強く相互作用する強相
関電子系であり、高温超伝導や室温強磁性あるいは巨大
磁気抵抗などの多彩な物性が発現する。われわれは、異
なる複数の副格子からなる自然超格子構造を用いて、一
つの材料の中で光・磁気・電子物性が融合した新しい機
能性酸化物材料の創出を目指し研究を行っている。今年
度は特に、二次元三角格子・層状酸化物 RFeO3・(FeO)n (n:
整数)を対象として実験を行い、スピン秩序と電気双極子
秩序の同時発現を目指した。RFe2O4(R:希土類元素など)
は菱面体晶系(空間群 R3m)に属する層状酸化物であり Fe
イオン混合原子価状態（RFe2+Fe3+O4）をとるフェリ磁性
体（ネール温度~250K）である。Fe イオンは三角格子２
層を単位とする積層構造を持ち、また電荷の配置に関し
てフラストレーションを実現するため、およそ 300K 以
下の温度領域において Fe2+と Fe3+の超格子構造が出現す
る。これによって FeOx 二層間で電気双極子が生じるため、
高温マルチフェロイック特性の発現が期待されている。
我々は、パルスレーザー堆積法（PLD 法）を用いて、高
品質な InFe2O4 エピタキシャル薄膜の作製に初めて成功
した。この物質系では Fe イオンは 2+および 3+の混合価
数状態をとるため、還元雰囲気中で結晶成長させる必要
があるが、高温・低酸素圧力下では In の蒸発が激しく
Fe3O4 等の不純物相が析出しやすい。そこで基板温度、雰
囲気ガス圧力およびターゲット組成を最適化することに
より、化学量論組成を持つ高品質な結晶薄膜を得た。
InFe2O4 はフェリ磁性を示し、as-depo.の薄膜においては、
その転移温度は約 250K となった。その磁気相関は 2 次
元三角格子面内の Fe イオン間の超交換相互作用により
支配されるため、酸素欠損や格子歪み、化学ドーピング
の導入による格子定数の変調により、転移温度が変化す
ると考えられる。そこで、製膜後のポストアニールによ
って酸素欠損量を低減し、Fe イオン間距離を小さくする
ことによって磁気相関を増大させ、RFe2O4 系では最高と
なる 280K の磁気転移温度を実現した。電気伝導特性に
ついては、半導体的な挙動を示し、特に電荷整列温度以
上の高温領域で 2 次元バリアブルレンジホッピングが支
配的になることが分かった。In 層では、In の 5s 軌道の重
なり、Fe 層では Fe2+-Fe3+間の 3d 電子のホッピングが伝
導機構として考えられるが、In サイトを Yb で置換した
155
In recent decades, complex oxides with
multi-layered structures have elicited considerable
interest. These oxides exhibit novel properties such
as high-temperature superconductivity and large
thermoelectric effects that originate from the
electrons confined in the two-dimensional layers.
The triangular antiferromagnet RFe2O4 (R = Ho–Lu,
In), which was found in the 1970s, is an example of
such a layered oxide. RFe2O4 is composed of
alternate hexagonal Fe-O layers and R-O layers that
are stacked along the c-axis. The magnetic ordering
in RFe2O4 (TN ～ 240 K) is strongly related to
Fe2+/Fe3+ charge ordering which occurs below 330 K,
Although considerable research has been focused on
their two-dimensional magnetic and electronic
properties in recent years, reports are scarce on
RFe2O4 thin films. We have succeeded in the
epitaxial thin film growth of indium iron oxides with
two-dimensional layered structure using a pulsed
laser deposition for the first time. The crystal
structure of the films strongly depends on the
ambient oxygen pressures during the film deposition.
Thin films of ferrimagnetic InFe2O4 with strong
uniaxial magnetic anisotropy was found to grow in
vacuum, while paramagnetic InFeO3 films grow
under the oxygen atmosphere. The key point for the
growth of high quality films is the control of
volatilization of indium during the film deposition at
high temperature (~700°C) by changing oxygen
pressures and target compositions.
2.
酸化物表面プラズモ二クスの創成とその応用
田畑 仁、松井裕章
Development of oxide surface plasmons and its
applications
Hitoshi Tabata, Hiroaki Matsui
近年、金属表面上に誘起される局在表面プラズモンを
利用した表面センシング素子や、高効率な光電変換を目
指した研究開発が注視されている。本研究では、透明酸
化物半導体材料を基盤として 2 つの大きな研究テーマを
実施している。一つは、金属/酸化物半導体ヘテロ構造に
おける光エネルギー伝達過程の解明である。これは、金
属ナノ構造体近傍への光局在（光トラッピング）を利用
した光電変換技術の開発、更に、生体・化学分子に対す
る表面センシング素子への展開を目指している。２つ目
は、酸化物半導体表面上に直接励起される局在表面プラ
ズモンに注目する。近赤外及び赤外域における新規な帆
湯麺センシングや光学応用に向けての材料開発や、酸化
物材料における局在表面プラズモンの学理構築を目指す。
Recently, investigations concerning surface sensing devices
論文・著書一覧（2009 年度）
Publications List
and solar cells have been much attention from the viewpoints
of surface plasmons. At present, we have mainly focused on
two research themes used oxide semiconductors. One is an
understanding of light energy transfer on heterostructures of
metals coupled with oxide semiconductors, which contributes
to the light-electric conversion technology using a light
localization, that is, light-trapping. Additionally, this study
develops to fabricating new sensing devices based on
luminescent spectroscopy. Second are surface plasmons
excited directly on oxide semiconductors, which will produce
bio/chemical sensing in near-infrared and infrared regions
based on new concept. Finally, we have elucidation of surface
plasmons of functional oxide materials as an object in future.
研究論文
[1]
H. Matsui, T. Osone and H. Tabata：“Band alignment
and Excitonic localization in Cd0.08Zn0.92O/ZnO
quantum wells” J. Appl. Phys. (in press) 2010
[2]
M. Kobayashi, M. Seki, H. Tabata, Y. Watababe and I.
Yamashita ： “Fabrication
of Aligned Magnetic
Nanoparticles Using Tobamoviruses” Nano Lett., (in
press) DOI:10.1021/nl902405s (2010)
[3]
H. Matsui and H. Tabata： “In-plane anisotropy of
polarized photoluminescence in M-nonpolar ZnO and
multiple-quantum wells” Appl. Phys. Lett. 94, 161907
(3 pages) (2009)
[4]
M. Kobayashi, G. S. Song, T. Kataoka, Y. Sakamoto, A.
Fujimori, T. Ohkochi, Y. Takeda, T. Okane, Y. Saitoh,
H. Yamagami, H. Yamahara H. Saeki, T. Kawai and H.
Tabata ： “Experimental observation of bulk band
dispersions in the oxide semiconductor ZnO using soft
x-ray angle-resolved photoemission
spectroscopy”
J.Appl.Phys.,105, 122403 (2009)
[5]
N. Asakawa, Y. Hotta, T. Kanki, T. Kawai, H. Tabata：
“A
noise-driven
attractor
switching
device”
Phys.Rev.E., 79, 021902（2009）
国際会議論文
[6]
H. Matsui and H. Tabata：“Growth and properties of
nonpolar and polar MgZnO/ZnO quantum structures”
Proc. of SPIE, 7603 (2010) 760307-760317. （ San
Francisco,USA）
[7]
H. Tabata：“Magnetic and Optical Functionalities in
Quantum Wells Structures of Wide-gap Oxide
Semiconductors”
International
Conference
on
Magnetism
and
Advanced
Materials
(ICMAM-2010)Dhaka, Bangladesh, Mar.03-07, 2010
[8]
T. Uno, H. Tabata：“Terahertz spectroscopic technology
for safety and security” 2009 International Conference
on Solid State Devices and Materials (SSDM2009),
Sendai, Japan Oct.08 2009
[9]
H. Matstui, T. Osone and H. Tabata ： “New
functionalities of metal/oxide interfaces: surface
plasmons and ZnO quantum wells” 16th International
Workshop on Oxide Electronics (WOE16), Tarragona,
Spain, Oct.07,2009
[10] H. Tabata ： “Simultaneous Ordering of Spins and
Dipole-moment in Strained Thin Films of RFeO4 &
Garnet-type Ferrite” IMF-ISAF2009，12th International
Meeting on Ferroelectricity(IMF) & 18th IEEE
International Symposium on The Applications of
156
Ferroelectrics (ISAF),X’ian, China,
Aug.26,2009
[22] 田畑 仁：“自己整合 3 次元構造化とマルチフェロ
イックデバイス”，特定領域研究「ポストスケー
ル」：第六回全体会議，名古屋，Aug.06-07, 2009
[11] H. Tabata： “Self-organized ZnO nano-rods formation
by pulse laser deposition and its application to novel
devices” IUVSTA2009 Workshop (Surface Engineering
& Thin Film Divisions), Busan, Korea, Sep.18, 2009
[23] 田畑 仁、関 宗俊、小埜 洋輔、岩本 藤行：
“ス
ピン電荷競合系 RFe2O4 薄膜の Si 基板上エピタキシ
ャル成長～シリコン-酸化物融合マルチフェロイッ
クデバイス創成に向けて～”（ポスター発表）, , 特
定領域研究「ポストスケール」：第六回全体会議，
名古屋，Aug.06-07, 2009
著書
[12] H. Matsui and H. Tabata：
“Lateral surface nanowires and
quantum structures based on nonpolar ZnO
Nanowires”, In-Tech publisher, (in press) 2010.
[24] 松井 裕章：“金属・量子井戸へテロ界面における
動的共鳴現象”，文部科学省科学研究費補助金・新
学術領域研究「動的相関光科学」総括班主催，新学
術領域研究「半導体における動的相関電子系の光科
学」第 2 回 DYCE シンポジウム，京都，Aug.20, 2009
[13] H. Matsui and H. Tabata：“ Electro-magneto-optics in
polarity-controlled quantum structures based on ZnO”
Progress in Nano-Electro-Optics VII, Springer Series in
optical sciences 155 (2009) 73-111 total pages 149.
[25] H. Tabata ：“Simultaneous Ordering of Spins and
Dipole-moment in Strained Thin Films of RFeO4 &
Garnet-type Ferrite”，IMF-ISAF2009，12th International
Meeting on Ferroelectricity(IMF) & 18th IEEE
International Symposium on The Applications of
Ferroelectrics (ISAF),X’ian, China, Aug.26,2009 ＜
Invited＞
[14] 田畑 仁（共同執筆）： “実用薄膜プロセス－機能
創製・応用展開－”技術教育出版社 第 10 章 バイ
オデバイスへの応用 428 ページ (2009.8.5.)
シンポジウム・研究会・大会等発表
[15] H.Tabata ：“ Spin Frustration for Mimicking Brain
System”, 第 1 回機能性材料/薄膜物性研究会，大阪
大学 吹田キャンパス，大阪，Apr. 24, 2009
[26] 田畑 仁：“スピン流が生み出す新しい物性 ～イ
ントロダクトリートーク～”， 2009 年秋季 第 70
回応用物理学会 学術講演会，富山，Sep.9,2009
[16] 田畑 仁：“バイオに学ぶ自己組織化と“ゆらぎ”機
能”,（社）未踏科学技術協会 超伝導科学技術研究
会 第 72 回ワークショップ「超電導材料と先端ナ
ノ材料における自己組織化」，東京大学 山上会館，
東京，Jun.24, 2009
[27] 松井 裕章、田畑 仁：“可視域おける CdZnO の
励起子光制御”，2009 年秋季 第 70 回応用物理学
会 学術講演会，富山，Sep.09,2009
[17] M.Seki ：“ Optical and electronic properties of
self-organized oxide nanostructures ”
29-30
June:Sweden-Japan Workshop on Nanophotonics and
Related Technologies, Kista, Sweden, Jun.29,2009
[28] 関 宗俊、岩本 藤行、小埜 洋輔、田畑 仁：“PLD
法による三角格子スピン電荷競合系 RFe2O エピタ
キシャル薄膜の作製”，2009 年秋季 第 70 回応用
物理学会 学術講演会，富山，Sep.9,2009
[18] M. Seki ：“ Optical and electronic properties of
self-organized oxide nanostructures”, 1st and 2nd of
July:Finland-Japan Workshop on Nanophotonics and
Related Technologies, Espoo,Finland, Jul.01,2009
[29] 小 埜 洋 輔 、 松 井 裕 章 、 関 宗 俊 、 田 畑 仁 ：
“Sm3Fe5O12 の非ガーネット材料上へのエピタキ
シャル成長と磁気特性”，2009 年秋季 第 70 回応用
物理学会 学術講演会，富山，Sep.10,2009
[19] 田畑 仁：
“薄膜・表面評価技術”,
第26回 薄膜
スクール、（独）日本学術振興会 薄膜第１３１委
員会, キャンパスイノベーションセンター，東京,
Jul.7-8, 2009
[30] 山田 裕樹、宇野 毅、関 宗俊、田畑 仁：“ナ
ノ・マクロ構造による表面ポラリトンを用いた生体
関連物質のテラヘルツ分光”，2009 年秋季 第 70
回応用物理学会 学術講演会，富山，Sep.10,2009
[20] 田畑 仁：“機能性表面による生体分子自己組織化
構造および細胞分化誘導制御”，日本動物細胞工学
会 2009 年度大会（第 21 回大会、JAACT2009），つ
くば，Jul.24,2009
[31] H. Tabata ：“Self-organized ZnO nano-rods formation
by pulse laser deposition and its application to novel
devices“,IUVSTA2009 Workshop (Surface Engineering
& Thin Film Divisons), Busan, Korea, Sep.18, 2009
＜Invited＞
[21] 野口 真路，TSOLMON Soninkhishig，大曽根 崇雅，
長谷部 貴之，山田 パリーダ，礒田 博子，田畑 仁：
“ナノ構造制御酸化物表面を利用した慢性骨髄性
白血病細胞の分化誘導、及びテラヘルツ波による動
物細胞物質測定”
（ポスター発表），日本動物細胞工
学会 2009 年度大会（第 21 回大会、JAACT2009），
つくば，Jul.24,2009
[32] H. Matstui, T. Osone and H. Tabata ：“ New
functionalities of metal/oxide interfaces: surface
plasmons and ZnO quantum wells”, 16th International
Workshop on Oxide Electronics (WOE16), Tarragona,
Spain, Oct.07,2009
[33] Y. Ono, H.Matsui, M. Seki, and H. Tabata：
“Magnetic &
157
Dielectric properties of Garnet-Ferrite films on ITO
buffered Garnet substrate”(Poster), 16th International
Workshop on Oxide Electronics (WOE16) Tarragona,
Spain, Oct.07, 2009
[45] 岩本 藤行、関 宗俊、田畑 仁：“(Co,Ru),Fe2O4
薄膜の磁気・電気特性”，2010年春季 第57回 応用
物理学関係連合講演会，東海大学，神奈川，
Mar.19,2010
[34] T. Uno, H. Tabata：“Terahertz spectroscopic technology
for safety and security”, 2009 International Conference
on Solid State Devices and Materials (SSDM2009),
Sendai, Japan Oct.08,2009
[46] 関 宗俊、岩本 藤行、小埜 洋輔、田畑 仁：
“三
角格子反強磁性対InFe2O4 薄膜の作製と電気磁気特
性”， 2010年春季 第57回 応用物理学関係連合講演
会，東海大学，神奈川，Mar.17,2010
[35] 横田 紘子：
“Rhombohedral相におけるPZTの構造解
析”, フューチャー・フェロエレクトリックス 第
１回・誘電体若手秋の学校, 熱海,Oct. 10-11, 2009
[47] 長谷部 貴之、山田 祐樹、田畑 仁：“タンパク
質-糖鎖結合のTHzセンシング”，2010年春季 第57
回 応用物理学関係連合講演会，東海大学，神奈川，
Mar.17,2010
[36] H. Tabata ： “ Thermoelectricity in correlated
electrons(with topical overview) ”， International
workshop on dynamic cross-effect in softly condensed
matter,Tokyo, Nov.04, 2009 ＜Invited＞
[48] 松井裕章、野村航、八井崇、大津元一、田畑仁：
“金
属・CdZnO量子井戸へテロ界面における動的光学応
答”, 2010年春季 第57回 応用物理学関係連合講演
会，東海大学，神奈川，Mar.19,2010
[37] 田畑 仁：“自己組織化プロセスで創る生体機能デ
バイス”，第 13 回 VBL シンポジウム 「次世代のモ
ノ創りを先導するナノプロセスの最前線」，名古屋，
Nov.0 9,2009
[49] 横田 紘子, Nan Zhang，Pam Thomas，Mike Glazer：
“Rhombohedral相におけるPbZr1-xTixO3の構造解析”,
日 本 物 理 学 会 第 65 回 年 次 大 会 , 岡 山 大 学 ,
Mar.20-23,2009
[38] 田畑 仁：“低炭素化社会にむけたグリーンエレク
トロニクスの基盤技術”，第 32 回ナノマグネティ
ックス専門研究会，中央大学，東京，Nov.27, 2009
[39] 横 田
紘 子 ：“ Rhombohedral 相 に お け る
PbZr(1-x)TixO3 の構造解析”, Nan Zhang, Mike Glazer,
Pam Thomas, 文科省科研費特定領域研究「フラスト
レーションが創る新しい物性」主催 第５回トピカ
ルミーティング, 大阪大学, Dec. 18-19, 2009
[40] 田畑 仁：“ゆらぎ物性が繋ぐバイオとスピン・双
極子グラス”，光量子科学研究センター・レーザー
アライアンス合同シンポジウム，第 5 回先端光量子
科学アライアンスセミナー, 東大 小柴ホール，
Dec.22, 2009
[41] H. Matsui and H. Tabata：“Growth and properties of
nonpolar and polar MgZnO/ZnO quantum structures”,
SPIE-Photonics
WEST,
San
Francisco,USA,
Jan.23-27,2010
[42] H. Tabata：“Magnetic and Optical Functionalities in
Quantum Wells Structures of Wide-gap Oxide
Semiconductors ” ,
International Conference on
Magnetism and Advanced Materials (ICMAM-2010)
Dhaka, Bangladesh, Mar.03-07, 2010 ＜Invited＞
[43] 田畑 仁：バイオキサイドエレクトロニクス－“バ
イオを学び”“バイオに学んだ”エレクトロニクス－,
東京大学グローバル COE「セキュアライフ・エレク
トロニクス」特別講演会 私のオリジナリティ－そ
の契機・手ごたえ・そして展開－, 東京、Mar.15,2010
[44] 山田 祐樹、長谷部 貴之、Sonia contera, 田畑
仁：“金属メッシュによるテラヘルツ波異常伝搬特
性の入射角依存性”，2010年春季 第57回 応用物理
学関係連合講演会，東海大学，神奈川，Mar.19,2010
158
染谷・関谷研究室
Someya & Sekitani Laboratory
(http://www.ntech.t.u-tokyo.ac.jp/)
along with an on/off current ratio greater than 105. We
observed the surface roughness and the morphology of
semiconductor materials using X-ray reflectivity and atomic
force microscopy. The C14-SAM made most flat surface and
the pentacene on the C14-SAM has a grain size of
approximately 3 μm, which is notably larger than on the other
SAMs.
研究現況
Current Research Projects
1.
伸縮自在なエレクトロニクス
関谷毅・染谷隆夫
Stretchable electronics
T. Sekitani and T. Someya
3.
サブフェムトインクジェット印刷を用いた高
性能有機トランジスタの作製
染谷隆夫・横田知之・関谷毅・野口儀晃
Fabrication of high performance organic transistors
by subfemtloiter inkjet
T. Someya, Y. Yokota, T. Sekitani and Y. Yoshiaki
有機トランジスタと伸縮性導体を用いることにより、
ゴムのように伸縮自在なトランジスタ集積回路の作成に
成功した。伸縮自在な配線材料として、カーボンナノチ
ューブを用いた伸縮性導体を開発し、電子人工皮膚や伸
縮性ディスプレイを試作した。将来的には、ロボットの
腕の関節のような曲面や可動部など、どこにでも貼り付
けることができるエレクトロニクスの要素技術として期
待されている。
We have successfully developed stretchable, large-area
integrated circuits using organic transistors and elastic
conductors. Elastic conductors were formed using carbon
nanotubes. Stretchable artificial skins and stretchable organic
EL displays have been demonstrated. This technology will be
an essential feature of future generations of robots, enabling to
spread over arbitrary surfaces including movable parts.
2.
サブフェムトインクジェットを用いて、トップコンタ
クト構造の p 型の有機トランジスタを作製した。作製し
たトランジスタは非常に高い相互コンダクタンスを示し
た。ゲート絶縁膜には SAM を用いた。チャネル長は 2.5 µm
と非常に微細で、相互コンダクタンスは 254 µS/mm とい
う印刷で作製した素子としては世界最高の値を得た。
We have fabricated top-contact p-channel organic
transistors with high transconductance by inkjet technology
with subfemtoliter accuracy. The gate dielectric is formed
using single-molecule-thick self-assembled monolayer. The
TFT with channel length 2.5 µm has a high transconductance
of 254 µS/mm which is the highest value among organic
transistors fabricated by using printing methods are
demonstrated.
自己組織化単分子膜ゲート絶縁膜有機トラン
ジスタ特性のアルキル鎖長依存性
4.
自己組織化単分子膜を用いた有機トランジス
タの熱的安定化
栗原一徳・福田憲二郎・横田知之・関谷毅・
染谷隆夫
Thermal stabilization of organic transistors with
self-assembled monolayers.
K.Kuribara, K.Fukuda, T.Yokota, T.Sekitani, and T.
Someya
福田憲二郎・関谷毅・染谷隆夫
Organic transistors with self-assembled monolayers
as gate dielectric layers
K. Fukuda, T.Sekitani, and T. Someya
異なるアルキル鎖長を持つ 5 種類のホスホン酸系の自
己組織化単分子膜(SAMs)をゲート絶縁膜に用いた 2 V 駆
動有機薄膜トランジスタ(TFTs)を作製し、そのアルキル
鎖長とトランジスタの電気特性・安定性の相関を調べた。
14 個の C 原子をもつ SAM ではトランジスタの移動度は
最大で 0.7 cm2/Vs であり、on/off 電流の比は 105 以上であ
った。X 線反射率や原子間力顕微鏡で表面の平坦性を測
定した結果、アルキル鎖長 14 の SAM が最も平坦な表面
を形成しており、SAM 上の半導体層であるペンタセンの
グレインサイズもアルキル鎖長 14 の SAM 上で最大値 3
μm を示した。
We have fabricated pentacene organic thin-film transistors
(TFTs) using self-assembled monolayers (SAMs) based on
alkyl-phosphonic acids with five different alkyl chain lengths
as the gate dielectric and investigated the relationship between
the SAM chain length and the electrical performance and
stability of the transistors. A SAM chain length of 14 carbon
atoms provides a maximum TFT mobility of 0.7 cm2/Vs,
自己組織化単分子膜（SAM）をゲート絶縁体に用いた有
機トランジスタの熱安定性を調べ、パリレン高分子の封
止によりその耐熱性の向上に成功した。テトラデシルホ
スホン酸を SAM 絶縁膜に用いた通常のペンタセン有機ト
ランジスタは 100℃のアニール後、室温での測定で移動
度が製作直後の 0.55 cm2/Vs から 0.25 cm2/Vs に減少し
on/off 比は、106 から 2×105 へ低下した。一方でトラン
ジスタ構造の上からパリレン高分子膜による封止を行っ
た場合、140℃の加熱でもトランジスタは 0.81 cm2/Vs と
いう高い移動度を保持し、劣化は作製直後の値に対して
13％の減少に止まった。X 線回折によるペンタセン結晶
の構造観察から封止によって初期構造の安定化が出来る
ことを確認した。
We have manufactured heat-resistant pentacene
field-effect transistors (FETs) with self assembled monolayer
159
論文・著書一覧（2009 年度）
Publications List
(SAM) gate dielectric. The pentacene FETs could operate
within 2 V, and exhibited high mobility of 0.81 cm^2/Vs and
on/off ratio of 10^5 even at high temperatures up to 140 deg C.
For enhancing thermal stability, the pentacene FETs were
encapsulated with polychloro-para-xyleylene passivation layer,
which is hereafter referred to as the parylene layer. Although
irreversible degradation began at 100 deg C on FETs without
encapsulation, the encapsulated FETs were not damaged
electrically and mechanically at 100 deg C and the decrease in
currents was less than 13 % even at 140 deg C. We also
investigate molecule structure of thin-film pentacene using
X-ray diffraction (XRD) spectrum, and found that on
encapsulated pentacene, thin-film phase is stable after
annealing at below 160 deg C.
5.
研究論文
[1]
[2]
[3]
自己組織化単分子膜を用いた浮遊ゲート型メ
モリトランジスタ
中川隆・関谷毅・染谷隆夫
Floating gate memory transistor using
self-assembled monolayers(SAMs)
T. Nakagawa, T. Sekitani and T. Someya
[4]
自己組織化単分子膜(SAM)を絶縁層に用いることで
-6V 書込み-1V 読み出しという低電圧駆動の有機浮遊ゲ
ート型メモリトランジスタを作製した。有機半導体層と
して用いたペンタセンの膜厚を変えることで閾値電圧制
御を実現した。ペンタセンの膜厚を 10 nm~90 nm まで変
化させることにより，書き込み状態と消去状態の閾値電
圧の差(Vth)を 1.6 V~3 V までコントロールすることに成
功した。
We have demonstrated to control threshold voltage (Vth)
of the organic floating-gate transistors using self-assembled
monolayers (SAMs) for realizing organic nonvolatile memory
array. For programming, -6 V is applied between the control
gate and the source contact. To erase, +3 V is applied to
discharge the floating gate and recover the initial threshold
voltage. The difference between Vth on program-state and on
erase-state (Vth) is one of the most important factors for data
retention. In this work, with changing the thickness of organic
semiconductor pentacene from 10 to 90 nm, Vth can be
systematically changed from 1.6 to 3 V.
[5]
[6]
[7]
[8]
160
Tsuyoshi Sekitani and Takao Someya, “Stretchable,
Large-area Organic Electronics”, Advanced Materials,
Mar. 2010.
Kenjiro Fukuda, Tomoyuki Yokota, Kazunori Kuribara,
Tsuyoshi Sekitani, Ute Zschieschang, Hagen Klauk, and
Takao Someya, “Thermal stability of organic thin-film
transistors with self-assembled monolayer dielectrics”,
Applied Physics Letters, Vol. 96, 053302 (2010).
Ute Zschieschang, Frederik Ante, Tatsuya Yamamoto,
Kazuo Takimiya, Hirokazu Kuwabara, Masaaki Ikeda,
Tsuyoshi Sekitani, Takao Someya, Klaus Kern, Hagen
Klauk, “Flexible Low Voltage Organic Transistors and
Circuits Based on a High Mobility Organic
Semiconductor with Good Air Stability”, Advanced
Materials, Vol.22, Issue9, pp.982-985, Dec.8th, 2010.
K. Ishida, N. Masunaga, Z. Zhou, T. Yasufuku, T.
Sekitani, U. Zschieschang, H. Klauk, M. Takamiya, T.
Someya, and T. Sakurai, “A Stretchable EMI
Measurement Sheet with 8×8 Coil Array, 2V Organic
CMOS Decoder, and 0.18µm Silicon CMOS LSIs for
Electric and Magnetic Field Detection”, IEEE Journal of
Solid State Circuits, Vol. 45, pp. 249 – 259, Jan. 2010.
Lechang Liu, Makoto Takamiya, Tsuyoshi Sekitani,
Yoshiaki Noguchi, Shintaro Nakano, Koichiro Zaitsu,
Tadahiro Kururoda, Takao Someya, Takayasu Sakurai,
“A 107-pJ/bit 100-kb/s 0.18-m Capacitive-Copuling
Tansciver With Data Edge Signaling and DC
Power-Free
Pulse
Detector
for
Printable
Communication Sheet”, IEEE Transactions on Circuits
and Systems, Vol, 56, pp. 2511-2518,(ISSN;1549-8328),
Nov. 2009
Tsuyoshi Sekitani, Tomoyuki Yokota, Ute Zschieschang,
Hagen Klauk, Siegfried Bauer, Ken Takeuchi, Makoto
Takamiya, Takayasu Sakurai, Takao Someya, “Organic
Non-volatile Memory Transistors for Flexible Sensor
Arrays”, Science, Vol. 326, pp.1516-1519 (2009).
Kenjiro Fukuda, Takanori Hamamoto, Tomoyuki
Yokota, Tsuyoshi Sekitani, Ute Zschieschang, Hagen
Klauk, and Takao Someya, “Effects of the alkyl chain
length in phosphonic acid self-assembled monolayer
gate dielectrics on the performance and stability of
low-voltage organic thin-film transistors”, Applied
Physics Letters, Vol. 95, 203301 (2009).
Tsuyoshi Sekitani, Hiroyoshi Nakajima, Hiroki Maeda,
Takanori Fukushima, Takuzo Aida, Kenji Hata, Takao
Someya,
“Stretchable
active-matrix
organic
light-emitting diode display using printable elastic
conductors”, Nature Materials, Vol. 8, pp. 494-499
[9]
(2009).
Tsuyoshi Sekitani, Koichiro Zaitsu, Yoshiaki Noguchi,
Kiyoshiro Ishibe, Makoto Takamiya, Takayasu Sakurai,
and Takao Someya, “Printed nonvolatile memory for a
sheet-type communication system”, IEEE Transactions
on Electron devices, Vol. 56, pp. 1027-1035, (2009).
11 月 13 日, Sanaru Hall, Shizuoka University.
[19] (Solicited) T. Someya and T. Sekitani, "Printed organic
transistors and ambient electronics", 9th Japan-Taiwan
Microelectronics International Workshop-- Innovation
of Sensing Technologies --, October 28-29, 2009,
Takeda Hall, The University of Tokyo.
[20] (PLENARY) Takao Someya, "Ambient Electronics and
Digital Fabrication: Print Electronics Everywhere!",
NIP25/Digital Fabrication 2009, September 20-24, 2009,
Louisville, Kentucky.
[21] (PLENARY) Takao Someya, "Printed skin-like
large-area flexible sensors and actuators", Eurosensors
XXIII, September 6-9, 2009, Lausanne, Switzerland.
(http://www.eurosensors09.ch/general-program.php)
[22] (INVITED) T. Someya and T. Sekitani, "A Stretchable
OLED Display Using a Printed Organic Transistor
Active Matrix", LOPE-C, Large-area Organic and
Printed Electronics Convention, June 23-25, 2009,
Congress Center, Messe Frankfurt, Germany.
[23] (Tutorial) Takao Someya, "OTFT Applications:
Ambient electronics using printed organic transistors From E-skins to power sheet", V INTERNATIONAL
KRUTYN SUMMER SCHOOL 2009, June 2-8, June
2009,
Krutyn,
Poland.
(http://oled100.ichf.edu.pl/ikss2009/page.php?id=1)
[24] (Tutorial) Takao Someya, "OTFT Basics: Electronic
transport properties of pentacene films and transistor
channels", V INTERNATIONAL KRUTYN SUMMER
SCHOOL 2009, June 2-8, June 2009, Krutyn, Poland.
(http://oled100.ichf.edu.pl/ikss2009/page.php?id=1)
[25] (INVITED) Takao Someya and Tsuyoshi Sekitani,
“Stretchable, large-area electronics using printed
organic
transistors”,
International
Display
Manufacturing Conference (IDMC 2009), April 28-30,
2009, Taipei Int'l Convention Center, Taiwan.
[26] (Keynote) Tsuyoshi Sekitani and Takao Someya,
“Stretchable skin-like large-area sensors and actuators
using printed organic transistors”, 2009 Flexible &
Stretchable Electronics Workshop, Ghent, Belgium,
Nov. 16-18, 2009.
[27] (INVITED) Tsuyoshi Sekitani and Takao Someya,
“Printable Organic Transistor Integrated Circuits for
Large-Area Sensors and Actuators”, Japan-Finland joint
workshop, Functional Materials, Printed Functionality,
organized by JST, Kyoto University, March 10-11,
2010.
[28] (INVITED) Takao Someya, Yasushi Takamatsu, and
Tsuyoshi Sekitani, “Electronic transport properties of
pentacene thin films and transistor channels”, 5B.1, The
6th International Thin-Film Transistor Conference, Egret
Himeji, Hyogo, Japan, January 28-29, 2010.
[29] (INVITED) Tsuyoshi Sekitani and Takao Someya,
国際会議論文
[10] Tomoyuki Yokota, Yusaku Kato, Yoshiaki Noguchi,
Tsuyoshi Sekitani, and Takao Someya, “Organic
transistors with parylene gate dielectlic by subfemtoliter
inkjet”, WeP-5, International Symposium on Quantum
Nanophotonics
and
Nanoelectronics
(ISQNN),
University of Tokyo, Japan, November 18-20, 2009.
[11] (INVITED) Takao Someya and Tsuyoshi Sekitani,
"Foldable and Stretchable Organic Transistor Integrated
Circuits", JJ8.1, 2010 MRS Spring Meeting, San
Francisco.
[12] (INVITED) Takao Someya, Tsuyoshi Sekitani,
Tomoyuki Yokota, Ute Zschieschang, Hagen Klauk,
Siegfried Bauer, Ken Takeuchi, Makoto Takamiya, and
Takayasu Sakurai, "Flexible Organic Floating Gate
Transistors for Non-volatile Memory", II7.7, 2010 MRS
Spring Meeting, San Francisco.
[13] (INVITED) T. Someya, Y. Takamatsu and T. Sekitani,
"Electronic transport properties of pentacene thin films
and transistor channels", International Thin-Film
Transistor Conference 2010, January 28-29, 2010, Egret
Himeji, Japan.
[14] (PLENARY) Takao Someya, “Printed organic
transistors: Towards ambient electronics”, International
Electron Devices Meeting (IEDM), December 7, 2010,
Boltimore, MD.
[15] (INVITED) Takao Someya, Tsuyoshi Sekitani,
Hiroyoshi Nakajima, Hiroki Maeda, Kenji Hata,
Takanori
Fukushima,
and
Takuzo
Aida,
"Carbon-nanotube-based Elastic Conductors for
Stretchable Electronics and Displays", K15.2, 2009
MRS Fall Meeting, Boston, MA.
[16] (Tutorial) Takao Someya, "Organic materials for
electronics, displays, LEDs", 5th NTT-BRL school,
November 24-27, 2009, NTT Atsugi R&D Center,
Kanagawa, Japan
[17] (Solicited) T. Someya and T. Sekitani, "Stretchable
skin-like electronics using printed organic transistors",
Sweden-Japan
Workshop
on
Quantum
Nanoelectronics (QNANO), November 13, 2009,
Komaba Campus, University of Tokyo.
[18] (INVITED) Takao Someya and Tsuyoshi Sekitani,
“Printed organic transistors for ambient electronics”,
The 11th Kenjiro Takayanagi Memorial Symposium
“Toward Advanced Imaging Science Creation”, 2009 年
161
[30]
[31]
[32]
[33]
[34]
[35]
[36]
[37]
“Printable Organic Transistor Integrated Circuits for
Large-Area Sensors and Actuators”, The 16th
International Display Workshops (IDW), World
convention center summit, Phenix Seagaia Resort,
Miyazaki, Japan, Dec. 9-11, 2009.
(INVITED) Takao Someya, Tsuyoshi Sekitani,
Hiroyoshi Nakajima, Hiroki Maeda, Kenji Hata,
Takanori
Fukushima,
Takuzo
Aida,
“Carbon-nanotube-based Elastic Conductors for
Stretchable Electronics and Displays”, Material
Research Society (MRS) Fall Meeting Symposium K:
Nanotube and Related Nanostructures, Boston, MA,
November 30-December 4, 2009.
(INVITED) Tsuyoshi Sekitani and Takao Someya,
“Large-area Stretchable Active Matrix Organic EL
Displays”, Printed-electronics Asia 2009, Sheraton
Hotel Tokyo, Tokyo, Japan, Sep. 30-Oct. 1, 2009.
(INVITED) Tsuyoshi Sekitani and Takao Someya, “A
stretchable and flexible organic transistor active matrix
for large-area sensors and displays”, TFT session of
2009 The Sixteenth International Workshop on
Active-Matric Flatpanel Displays and Devices
(AM-FPD'09), Nara Centennial Hall, Nara, Japan, July
1-3, 2009.
(INVITED) Tsuyoshi Sekitani and Takao Someya,
“Large-area Stretchable Organic Transistor Integrated
Circuits for Sensor applications”, SPIE meeting, San
Diego August 2009. Conference proceedings,
Proceedings of SPIE, 2009.
(INVITED) Tsuyoshi Sekitani and Takao Someya,
“Introduction to large-area integrated devices on
Plastic”, 2th Plastic Electronics Asia, Taipei, Taiwan,
June 9-10, 2009.
(INVITED) Tsuyoshi Sekitani and Takao Someya,
“Rubber-like Stretchable Organic Transistor Integrated
Circuits Using Elastic Conductors”, 2009 MRS spring
meeting session PP, Stretchable electronics, San
Francisco, CA, Apr. 13-17, 2009.
Kenjiro Fukuda, Kazunori Kuribara, Tomoyuki Yokota,
Shinya Takatani, Tsuyoshi Sekitani, Ute Zschieschang,
Hagen Klauk, and Takao Someya, “Electrical and
mechanical stabilities of 2V-driven flexible organic
transistors with self-assembled monolayers”, Material
Research Society (MRS) Fall Meeting Symposium D:
Organic Materials for Printable Thin-Film Electronic
Devices, Boston, MA, November 30-December 4, 2009.
Naoya Uchiyama, Tsuyoshi Sekitani, Tatsuya
Yamamoto, Kazuo Takimiya, Ute Zschieschang, Hagen
Klauk, and Takao Someya, “3-V operation of organic
transistors with mobility of 1.8 cm2/Vs”, The 6th
International Thin-Film Transistor Conference, Egret
Himeji, Hyogo, Japan, January 28-29, 2010.
[38] Kenjiro Fukuda, Kazunori Kuribara, Tomoyuki Yokota,
Tsuyoshi Sekitani, Ute Zschieschang, Hagen Klauk, and
Takao Someya, “The relationship between the
performances of the organic transistors with
self-assembled monolayers as gate dielectric and the
alkyl chain length of the monolayers”, The 6th
International Thin-Film Transistor Conference, Egret
Himeji, Hyogo, Japan, January 28-29, 2010.
[39] Yoshiaki Noguchi, Tsuyoshi Sekitani, Tomoyuki
Yokota, and Takao Someya, “3-stage organic
complementary ring oscillators using inkjet technologies
with sub-femtoliter accuracy”, The 6th International
Thin-Film Transistor Conference, Egret Himeji, Hyogo,
Japan, January 28-29, 2010.
[40] Tomoyuki Yokota, Tsuyoshi Sekitani, Takashi
Nakagawa, Ken Takeuchi, Ute Zschieschang, Hagen
Klauk, Makoto Takamiya, Takayasu Sakurai, and Takao
Someya,
“Manufacturing
process
of
organic
non-volatile memory transistors using self-assembled
monolayer”, The 6th International Thin-Film Transistor
Conference, Egret Himeji, Hyogo, Japan, January 28-29,
2010.
[41] Takashi Nakagawa, Tomoyuki Yokota, Tsuyoshi
Sekitani, Ken Takeuchi, Ute Zschieschang, Hagen klauk,
and Takao Someya, “Threshold-voltage control of the
organic nonvolatile memory transistors”, The 6th
International Thin-Film Transistor Conference, Egret
Himeji, Hyogo, Japan, January 28-29, 2010.
[42] Kazunori Kuribara, Kenjiro Fukuda, Tomoyuki Yokota,
Tsuyoshi Sekitani, Ute Zschieschang, Hagen Klauk, and
Takao Someya, “Thermal stability of organic transistors
with self-assembled monolayer dielectrics”, The 6th
International Thin-Film Transistor Conference, Egret
Himeji, Hyogo, Japan, January 28-29, 2010.
[43] Tsuyoshi Sekitani, Hiroyoshi Nakajima, Hiroki Maeda,
Takanori Fukushima, Takuzo Aida, Kenji Hata, Takao
Someya, “Stretchable organic transistor active matrix”,
The 6th International Thin-Film Transistor Conference,
Egret Himeji, Hyogo, Japan, January 28-29, 2010.
[44] Jung Hun Lee, Tsuyoshi Sekitani, and Takao Someya,
“Threshold Voltage Controllable Pentacene Thin Film
Transistors With Self-Assembled Monolayer Gate
Dielectric”, P66, KJF International Conference on
Organic Materials for Electronics and Photonics, JEJU,
Korea, August 23-26, 2009.
[45] N. Masunaga, K. Ishida, Z. Zhou, T. Yasufuku, T.
Sekitani, M. Takamiya, T. Someya, and T. Sakurai, “A
Flexible EMI Measurement Sheet to Measure Electric
and Magnetic Fields Separately with Distributed
Antennas and LSI’s”, IEEE International Symposium on
Electromagnetic Compatibility, Austin, USA, pp.
156-160, Aug. 2009.
162
[46] K. Ishida, N. Masunaga, Z. Zhou, T. Yasufuku, T.
Sekitani, U. Zschieschang, H. Klauk, M. Takamiya, T.
Someya, and T. Sakurai, “A Stretchable EMI
Measurement Sheet with 8×8 Coil Array, 2V Organic
CMOS Decoder, and -70dBm EMI Detection Circuits in
0.18um CMOS”, IEEE International Solid-State Circuits
Conference (ISSCC), San Francisco, USA, pp. 472-473,
Feb. 2009.
[47] Tsuyoshi Sekitani, Hiroyoshi Nakajima, Hiroki Maeda,
Takanori Fukushima, Takuzo Aida, Kenji Hata, and
Takao Someya, Stretchable, “Large-area Active Matrix
Organic Light-emitting Diode Display Using Printable
Elastic Conductors”, 11:15 AM D8.8, Material Research
Society (MRS) Fall Meeting Symposium D: Organic
Materials for Printable Thin-Film Electronic Devices,
Boston, MA, November 30-December 4, 2009.
2009, 2009 年 11 月 13 日, 日本化学会館.
[57] （レヴュー講演） 染谷隆夫, "大面積フレキシブル
エレクトロニクスの将来展望", 第 6 回薄膜材料デ
バイス研究会, 2009 年 11 月 3 日, 龍谷大学大宮学舎
清和館. (http://www.tfmd.jp/)
[58] （基調講演） 染谷 隆夫「有機分子の大面積エレ
クトロニクス応用 染谷隆夫・東京大学有機分子・
バイオエレクトロニクス分科会, 2009 年 11 月 10 日,
産業技術総合研究所 臨海副都心センター.
[59] （依頼講演）染谷隆夫, “伸縮性アクティブマトリッ
クスのディスプレイとセンサへの応用”, 第２回フ
レキシブルディスプレイシンポジウム『進化するフ
レキシブルディスプレイ ～高画質化に向けて～』,
2009 年 10 月 28 日, 工学院大学.
[60] （依頼講演）染谷隆夫, "印刷法によるフレキシブル
有機トランジスタと電子機能性フィルム", 「機能性
フィルム研究会」, 2009 年 10 月 5 日, 東京理科大
森戸記念館.
[61] （依頼講演）染谷隆夫, "有機トランジスタの機械
的・電気的安定性", 第 6 回光機能性材料セミナー
「有機デバイスの耐久性に関わる科学」, 2009 年 6
月 16 日, 東京工業大学百年記念館.
[62] （依頼講演）染谷隆夫, "印刷デバイスの界面制御と
新機能創製", JST/S イノベーションシンポジウム,
2009 年 6 月 1 日, 科学技術振興機構, 東京.
[63] （依頼講演）染谷隆夫, "アンビエントエレクトロニ
クスを目指した印刷技術への期待",日本印刷学会Ｐ
＆Ｉ研究会, 2009 年 5 月 28 日, 日本印刷会館, 東
京・新富町.
[64] （依頼講演）染谷隆夫, 「印刷技術による大面積フ
レキシブル入出力デバイス」, 藤技会・講演会, 2009
年 5 月 26 日, フジクラ 光電子回路開発センター,
東京.
[65] （依頼講演）染谷隆夫, 「プリンタで回路を作る」,
教養学部進学情報センター主催シンポジウム「私は
どのようにして専門分野を決めたか」, 2009 年 4 月
27 日, 東京大学教養学部.
[66] （依頼講演）染谷隆夫, 「分子性ナノ量子情報デバ
イスの大面積エレクトロニクス応用」, ナノ量子情
報エレクトロニクス公開シンポジウム, 2009 年 4 月
22 日, 東京大学駒場 II キャンパス.
[67] (招待講演) 関谷毅、染谷隆夫、“有機トランジスタ
の印刷技術と大面積センサーへの応用”、日本画像
学会 年次大会（第 105 回）、デジタルファブリケ
ーションセッション品川区民ホール（きゅりあん）、
2010 年 6 月 10 日. Imaging Conference JAPAN 2010,
The 105th Annual Conference of the Imaging Society of
Japan, Shinagawa General Citizen Hall "Curian", Tokyo,
Japan, June 9 - 11, 2010,（講演予定）
[68] (招待講演) 関谷毅、染谷隆夫、“伸縮性エレクトロ
ニクスのディスプレイと大面積センサへの応用”、
シンポジウム：印刷エレクトロニクスの現状と展望、
シンポ ジウム・研究会・大会等の発表
[48] （特別講演）染谷隆夫, 「実装技術とフレキシブル
有機エレクトロニクス」, 第 24 回 エレクトロニク
ス実装学会春季講演大会, 平成２２年３月１０日,
芝浦工業大学 豊洲キャンパス, 東京．
[49] （基調講演） 染谷隆夫, 関谷毅 "フレキシブル大面
積インターフ ェース", イン タラクシ ョン 2010,
2010 年 3 月 1 日(月), 2 日(火), 学術総合センター, 一
橋記念講堂, 東京．
[50] （依頼講演）染谷隆夫, 「有機エレクトロニクスの
最前線と市場創造」, 情報通信総合研究所研究会,
２０１０年２月２６日, ＮＴＴ大手町逓信ビル, 東
京．
[51] （特別講演）染谷隆夫, "印刷エレクトロニクス", 第
13 回光技術シンポジウム－有機デバイス－, 2010
年 2 月 25 日, 産業技術総合研究所 臨海副都心セ
ンター, 東京．
[52] （依頼講演）染谷隆夫, 「有機エレクトロニクスの
新展開」, IEEE EDS 関西チャプタ Distinguished
Lecturer Program, 2010 年 2 月 25 日, 関西大学１００
周年記念会館, 大阪．
[53] （依頼講演）染谷隆夫, 「伸縮性エレクトロニクス」,
広島大学大学院先端物質科学研究科セミナー, 2010
年 2 月 24 日, 広島大学．
[54] （特別講演）染谷隆夫, "有機材料を用いたプリンテ
ッドエレクトロニクスの将来展望", nano tech 2010
国際ナノテクノロジー総合展・技術会議, 2010 年 2
月 18 日, 東京ビッグサイト.
[55] （依頼講演）染谷隆夫, “伸縮自在なレイアウトを生
むアンビエントエレクトロニクス”, 第 18 回科学技
術交流フォーラム「アンビエントエレクトロニクス
がもたらす情報社会の変革」, 2010 年 1 月 19 日, 東
京大学山上会館.
[56] (招待講演) 染谷 隆夫「印刷技術のアンビエント・
エレクトロニクス応用」, 電子情報技術フォーラム
163
応用物理学会、東海大学、2010 年 3 月 17 日.
[69] (招待講演) 関谷毅、染谷隆夫、“自己組織化単分子
膜を用いた有機エレクトロニクス”、物理的な視点
を利用した新しい成膜及び評価技術、応用物理学会
有機分子・バイオエレクトロニクス研究会、東京工
業大学、2010 年 3 月 2 日.
[70] (招待講演) 関谷毅、Ute Zschieschang，Hagen Klauk，
染谷隆夫、“自己組織化単分子膜の有機トランジス
タ”、9p-K-10、シンポジウム：応用新しいパイ電子
系材料と高性能新型トランジスタ 2009 年第 70 回
応用物理学会学術講演会、富山大学、2009 年 9 月 9
日.
[71] (招待講演) 関谷毅、染谷隆夫、“基礎から学ぶ有機
プリンテッドデバイス” 行事名 09-1 印刷・情報記
録・表示研究会、「基礎から学ぶ有機半導体材料・
有機電子デバイス PartII」、東京工業大学百年記
念館フェライト会議室、2009 年 9 月 4 日.
[72] 横 田 知 之 ， 関 谷 毅 ， 中 川 隆 ， 竹 内 健 ， Ute
Zschieschang, Hagen Klauk，高宮 真，桜井 貴康，
染谷 隆夫、“自己組織化単分子膜を用いた有機不揮
発性メモリトランジスタの作製”、 2010 年春季 第
57 回 応用物理学関係連合講演会、12.9 有機トラ
ンジスター東海大学、2010 年 3 月 17~20 日.
[73] 中 川 隆 ， 横 田 知 之 ， 関 谷 毅 ， 竹 内 健 ， Ute
Zschieschang, Hagen Klauk，高宮 真，桜井 貴康，
染谷 隆夫、“自己組織化単分子膜を用いた有機不揮
発性メモリの作製と閾値制御”、 2010 年春季 第 57
回 応用物理学関係連合講演会、12.9 有機トラン
ジスター東海大学、2010 年 3 月 17~20 日.
[74] 福田 憲二郎、栗原 一徳、横田知之、高谷慎也、関
谷 毅、Ute Zschieschang、Hagen Klauk、染谷隆夫、
“自己組織化単分子絶縁膜を用いた低電圧駆動有
機トランジスタの電気的・機械的安定性”、2010
年春季 第 57 回 応用物理学関係連合講演会、12.9
有機トランジスター東海大学、2010 年 3 月 17~20
日.
[75] 栗原一徳、福田憲二郎、横田知之、関谷毅、Ute
Zschieschang、Hagen Klauk、染谷隆夫、“自己組織
化単分子ゲート膜を用いた２V 駆動有機トランジ
スタの熱安定性”、2010 年春季 第 57 回 応用物理
学関係連合講演会、12.9 有機トランジスター東海
大学、2010 年 3 月 17~20 日.
[76] 内 山 直 哉 、 関 谷 毅 、 山 本 達 也 、 瀧 宮 和 男 、 Ute
Zschieschang、Hagen Klauk、染谷隆夫、“自己組織化
単分子絶縁膜上の DNTT トランジスタの温度特性
と大気安定性”、 電子情報通信学会、有機エレクト
ロニクス研究会（OME）、機械振興会館、東京、2010
年 1 月 12 日．
[77] 野口儀晃、横田知之、関谷毅、染谷隆夫、“インク
ジェット印刷による有機トランジスタ電極の微細
化と電圧利得遮断周波数測定”、 電子情報通信学会、
有機エレクトロニクス研究会（OME）、機械振興会
164
館、東京、2010 年 1 月 12 日．
[78] 栗 原 一 徳 、 福 田 憲 二 郎 、 横 田 知 之 、 関 谷 毅 、
Zschieschang Ute、Klauk Hagen、染谷隆夫、“自己組
織化単分子ゲート膜を用いた 2V 駆動有機トランジ
スタの熱安定性”、 電子情報通信学会、有機エレク
トロニクス研究会（OME）、機械振興会館、東京、
2010 年 1 月 12 日．
[79] 中 川 隆 、 横 田 知 之 、 関 谷 毅 、 竹 内 健 、 Ute
Zschieschang、Hagen Klauk、染谷隆夫、“自己組織化
単分子膜を用いた有機不揮発性メモリの作製と閾
値制御”、 電子情報通信学会、有機エレクトロニク
ス研究会（OME）、機械振興会館、東京、2010 年 1
月 12 日．
[80] 石田光一、増永直樹、周志偉、安福正、関谷毅、ツ
ィーシャング ウテ、クラーク ハーゲン、高宮真、
染谷隆夫、桜井貴康, “2V 有機 CMOS とシリコン
CMOS を用いた EMI 測定用風呂敷の原理検証”, 電
子情報通信学会、信学技報, ICD2009-33, pp. 1-6, 東
京，2009 年 10 月.
[81] 福田憲二郎，関谷毅，浜本貴紀，Ute Zschieschang，
Hagen Klauk，染谷隆夫、“自己組織化単分子膜ゲー
ト絶縁膜有機トランジスタ特性のアルキル鎖長依
存性”、8a-K10, 2009 年第 70 回応用物理学会学術講
演会、”有機分子バイオエレクトロニクス”、富山大、
2009 年 9 月 8 日.
[82] 内山直哉，関谷毅，山本達也，瀧宮和男，Zschieschang
Ute，Klauk Hagen，染谷隆夫、“DNTT を利用した自
己組織化単分子絶縁膜上の有機トランジスタ”、
8a-K11, 2009 年第 70 回応用物理学会学術講演会、”
有機分子バイオエレクトロニクス”、富山大、2009
年 9 月 8 日.
[83] 横田知之，加藤祐作，野口儀晃，関谷毅，染谷隆夫、
“サブフェムトリットルインクジェットを用いたパ
リレンゲート絶縁膜有機トランジスタ”、10a-K13,
2009 年第 70 回応用物理学会学術講演会、”有機分子
バイオエレクトロニクス”、富山大、2009 年 9 月 10
日.
[84] 増永直樹，石田光一，周志偉，安福正，関谷毅，
Zschieschang Ute，Klauk Hagen，高宮 真，染谷隆夫，
桜井貴康、“8×8 のコイルアレーと 2V 有機 CMOS
デコーダと EMI 検出用 LSI で構成された伸縮可能
な EMI 測定シートの提案と動作実証”, 電子情報通
信学会、LSI とシステムのワークショップ, ポスタ
ーセッション 学生部門 28, pp. 265-267, 北九州，
2009 年 5 月. （IEEE SSCS Kansai Chapter Award を
受賞）.
著書
[85] Tsuyoshi Sekitani and Takao Someya, “Picoliter and
subfemtoliter inkjet technologies for organic transistors”,
Book chapter of “Organic Electronics II. More Materials
and Applications”, Edited by Hagen Klauk, to be
published in 2010.
[86] 関谷毅、染谷隆夫、“フレキシブルデバイス” 監修：
東北大学 宮下 徳治, 月刊 機能材料 （シーエ
ムシー出版）、環境に溶け込むアンビエントエレク
トロニクス、2009 年 10 月.
[87] 関谷毅、染谷隆夫, “非接触電力伝送技術の最前線”
（シーエムシー出版） 監修 東北大学 松木英敏
第２章シート型ワイヤレスインテリジェントシス
テム、2009 年 8 月.
総説・解説論文
[88] 関谷毅、横田知之、中川隆、栗原一徳、福田憲二郎、
染谷隆夫 “自己組織化単分子膜を用いた有機エレ
クトロニクス”, 応用物理学会有機・バイオエレクト
ロ ニ ク ス 分 科 会 誌 「 Molecular Electronics and
Bioelectronics (M&BE)誌」Vol. 21, pp. 9-14 (2010).
[89] 染谷隆夫、関谷毅 “分子性ナノ機能と有機トランジ
スタ”、日本化学会、「化学と工業」誌 特集記事、
2010 年 2 月号.
[90] 高宮真、関谷毅、染谷隆夫、桜井貴康 “ワイヤレス
電力伝送・通信シート”, 日本磁気学会会報「まぐね」,
Vol. 4, No. 9, pp.435-440 (2009).
その他
[91] 2009 年 IEEE ニュースにて「フレキシブルセンサ
アレイのための有機フローティングゲートトラン
ジスタ」の論文（Science 誌掲載）が紹介される
[92] 2009 年 8 月 国際会議 SPIE での招待講演が、SPIE
NEWs にてハイライト講演として紹介される
[93] 2009 年 7 月 Nature ニュースにて「伸縮性導体を用
いたアクティブマトリックス有機発光ディスプレ
イ」がハイライト論文として紹介される
165
杉山研究室
Sugiyama Laboratory
(http://www.ee.t.u-tokyo.ac.jp/~sugiyama)
研究現況
Current Research Projects
1. III-V 化合物半導体量子構造を用いた多接合太
陽電池への量子井戸挿入による高効率化
杉山正和・中野義昭・渡辺健太郎・王云鵬・
Y. ウェン・藤井宏昌
Efficiency Enhancement of III-V Compound
Semiconductor Multijunction Solar Cells by
Insertion of Quantum Wells
M. SUGIYAMA, Y. NAKANO, K. WATANABE,
Y. WANG, H. SODABANLU, Y. WEN,
and H. FUJII
近年、III-V 化合物半導体を用いた高効率太陽電池に対
する注目が高まっている。なかでも、InGaP/GaAs/Ge３接
合太陽電池における電流ミスマッチの解決が重要であり、
このためには GaAs 中間セルのバンドギャップ狭窄化が
必須となる．Ge 基板への格子整合を保ちつつ実効的にバ
ンドギャップを狭窄化するために，InGaAs/GaAsP 多重量
子井戸の導入が有効である．すなわち，狭ギャップの
InGaAs 層を格子緩和膜厚以下で導入し，その歪みを補償
するために格子の小さい GaAsP 層をペアにして，必要な
InGaAs 層厚を得るまで積層するものである．
このような多重量子井戸構造により，GaAs バンドギャ
ップよりも長波長側の光を確かに吸収できるものの，光
吸収で生じた電子・正孔対は InGaAs 井戸内に閉じ込め
られたまま再結合しやすいため，いかに効率よく井戸内
から電子・正孔対を取り出すかが太陽電池の効率を左右
する．このような目的にかなう量子井戸を設計するため，
GaAs のｐｉｎ接合に InGaAs/GaAsP 多重量子井戸を挿入
した単セルにおいて，光電変換の量子効率を最大化する
量子井戸構造を探求した．
量子井戸内部からの電子・正孔の取り出しを効率化す
るために，障壁層を 5 nm 以下に薄層化してトネリングに
よる脱出を促す｢超格子セル｣と，井戸層と障壁層の間に
中間的なポテンシャルを持つ層を導入した「階段ポテン
シャルセル」を提案・作成し，３接合セルの集光時変換
効率 45%を達成するのに必要な有効バンド端 1.2 eV と，
量子井戸の寄与による短絡電流増大 3 mA/cm2 を達成し
た．また，GaAs のｐｉｎ構造において，ｉ層のなかで量
子井戸をどの位置に挿入すべきかについて検討を行い，
ｉ層の中間よりも若干ｐ層に寄せて配置することにより，
量子井戸内での電子・正孔の再結合を抑制して効率を最
大化できることを実証した．
Recently, there is growing focus on high-efficiency solar
cells using III-V compound semiconductors. The most
severe bottleneck in InGaP/GaAs/Ge tandem junction cells
toward higher conversion efficiency is current mismatch
166
among three component sub-cells.
For better current
matching, the bandgap of the GaAs middle cell have to be
narrower, while keeping lattice matching to Ge for the
purpose of dislocation-free crystal growth. InGaAs/GaAsP
multiple quantum wells (MQWs) structure is promising for
narrowing an effective bandgap: a narrow-gap (large-lattice)
InGaAs is grown with its thickness below the relaxation limit,
and then a small-lattice GaAsP is grown to compensate strain
due to lattice mismatch, which pair is repeated until sufficient
total thickness of InGaAs is obtained for photo-absorption.
This MQWs indeed absorb photons with the wavelength
longer than the band edge of GaAs, but electrons and holes
generated by photo-absorption tend to be trapped and
recombine in the wells. Therefore, high efficiency of
quantum well solar cells depends on the escape efficiency of
electrons and holes from the wells. We adopted a model
quantum-well cell in which quantum wells are inserted in a
GaAs single p-i-n junction, and tried to design a structure to
enhance carrier escape from the wells.
We have tried two structures: a “super-lattice cell” in
which the thickness of barriers is smaller than 5 nm to
promote tunneling of carriers through the barriers, and a
“stepped potential cell” in which a step layer with an
intermediate potential has been inserted between the well and
the barrier. We have thus achieved an extended effective
band edge at 1.2 eV from the GaAs value of 1.4 eV, and 3
mA/cm2 increment in short-circuit current due to the quantum
wells, both of which are required for the conversion efficiency
of 45% by a 3 junction solar cells under concentrated sunlight.
We have also examined the optimum position of MQWs in the
i-layer. If we situate the MQWs between the edge of p-layer
and the center of the i-layer, we can avoid carrier
recombination inside the MQWs the most efficiently, and thus
can maximize the contribution of MQWs to conversion
efficiency.
2.
III-V 化合物半導体量子井戸太陽電池の有機
金属気相成長技術
杉山正和・中野義昭・渡辺健太郎・王云鵬・
H. ソダーバンル・鬼塚隆祐・馬 少駿
Metal-Organic Vapor-Phase Epitaxy (MOVPE)
Technology of III-V Compound Semiconductor
Quantum-Well Solar Cells
M. SUGIYAMA, Y. NAKANO, K. WATANABE,
Y. WANG, H. SODABANLU,
R. ONIZUKA, and S. Ma
III-V 化合物半導体を用いた高効率太陽電池の普及に
は，高品位の結晶を高原料効率かつ低コストで成長でき
る製造プロセスの確立は必須である．III-V 化合物半導体
太陽電池は 1000 倍程度の集光下で使われるためシリコ
ン系太陽電池のような大面積製造プロセスは不要だが，
GW 級の太陽光発電ステーションを世界規模で導入する
ためには，現在の光・電子デバイス用途を数桁上回る量
の結晶成長を行う必要がある．
有機金属気相成長はこのような目的に対して最適な高
品位かつ高スループットの結晶成長プロセスであり，量
子井戸のような精細な構造は低成長速度で，バルク層は
高成長速度でと構造に応じて成長速度を調整できる利点
を持つ．そこで我々は，歪み補償量子井戸については結
晶品位を決定的に左右する歪み補償を完全に行うための
in situ 観察技術と大きな歪みのかかるヘテロ界面の組成
急峻化技術の確立を目指し，バルク層成長については高
速かつ低 V/III 比で高原料利用効率のもとに結晶成長を
行う極限を探求した．
InGaAs/GaAsP 歪み補償量子井戸構造にかかる格子歪
みや結晶品位は，一定数の積層構造を成長後に X 線回折
などによって評価するのが普通である．したがって，完
全な歪み補償を行うための成長条件決定には，結晶成長
と評価の繰り返しにより多くの時間・手間・原材料を要
する．この状況を打破するため，我々は、成長最表面に
蓄積する歪みを，ウエハ曲率を光学測定により結晶成長
中に観察し，歪み補償のための成長条件微調整を成長中
に行うことに成功した．ウエハと光学測定系の距離を大
きくとった高感度測定系の導入により，1000 ppm 未満の
平均歪みでも正確に測定でき，また，InGaAs 井戸層およ
び GaAsP 障壁層それぞれの成長における歪みの蓄積お
よび開放をリアルタイムで観察することに成功した．以
上の成果により，従来達成できなかった高精度での歪み
補償を InGaAs/GaAsP 量子井戸について達成することが
でき，格子欠陥の低減による光電変換効率の向上につな
げることができた．
また，InGaAs と GaAsP の界面には大きな歪みがかか
るため，成長中もしくは成長後の固相拡散により界面で
の元素組成が急峻でなくなる問題が発覚した．これに対
して，InGaAs と GaAsP の間に１～２原子層の GaAs を挿
入することで，界面における元素組成の急峻性を改善し，
量子井戸太陽電池の変換効率向上を達成できた．
一方，GaAs バルク層の高原料効率成長に関しては，
As 原料として従来用いられている AsH3 に代わり，分解
効率の高い TBAs を用いることで，V/III 比が１よりも大
きければ As 安定化面を持った GaAs を成長できることを，
成長表面の反射率異方性を in situ 観察することで突き止
めた．この結果をもとに，TBAs の分圧を固定したまま
Ga 原料である TMGa の分圧を増大させて高速成長を行
ったときに GaAs 結晶が受ける影響を解析した結果，成
長速度にほぼ比例して炭素不純物の濃度が増大し，炭素
がアクセプタとして機能することにより正孔濃度が増大
することがわかった．この結果をもとに適切な補償ドー
ピングを行いながら GaAs 単セルを成長することで，毎
時 10μm 程度までの高速成長を行っても，セルの光電変
換特性は劣化しないことを示した．
In order for high-efficiency III-V compound
semiconductors solar cells to prevail in the world, it is
mandatory to develop a technology that can grow high-quality
167
crystals with high material consumption efficiency and low
cost. Since III-V solar cells are used under high sunlight
concentration such as ×1000, it does not require large-area
crystal-growth process as silicon solar cells. Nevertheless, if
we introduce giga-watt scale solar-power generation plants in
the world-wide scale using III-V high-efficiency solar cells,
an amount of III-V epitaxial layer growth would exceed
current production scale for optical and electronic devices by
several orders of magnitude.
Metalorganic vapor-phase epitaxy (MOVPE) is the most
suitable process for such high-throughput growth of
high-quality crystal layers. It can manage a wide range of
growth rate depending on a crystal layer: low growth rate for
fine structures such as quantum wells and high growth rate for
bulk layers. We here developed growth technologies along
these two opposite directions.
For strain-compensated
quantum wells, we have developed in situ observation method
for perfect strain balancing that is mandatory for the growth of
defect-free quantum-well stacks, and management of
interfacial atomic-content profile at highly-strained hetero
interfaces. For bulk growth, we have explored growth at
high growth rate and low V/III ratio, both of which allow us
high material-consumption efficiency.
For the growth of InGaAs/GaAsP multiple quantum wells
(MQWs), strain accumulated in the structure and crystal
quality are normally analyzed by X-ray diffraction after the
growth of a stack structure. We, therefore, need substantial
amount of time, human resource and source materials for the
optimization of structure which strikes perfect strain
balancing. To overcome this situation, we introduced in situ
optical monitoring of wafer curvature and we successfully
observed time evolution of strain that was accumulated in the
MQWs in the course of growth. As a result, we were able to
adjust a growth condition for obtaining better strain balancing
in the middle of the growth. By the use of high-sensitivity
curvature measurement system which has larger distance
between a wafer and a optical head, we successfully observed
an average strain smaller than ±1000 ppm. We also observed
for the first time strain accumulation in the growth of a single
InGaAs well and release in a single GaAsP barrier during the
growth of these layers. These achievements allow us strain
balancing of InGaAs/GaAsP MQWs with a precision that
have never been achieved, and conversion efficiency of MQW
solar cells has been improved through reduction of crystal
defects.
Regarding the MQWs’ growth, there is also a severe
problem of non-abrupt atomic-content profiles at the
InGaAs/GaAsP hetero interface, at which stress-driven
solid-state diffusion would be promoted during growth and/or
after growth. Insertion of GaAs intermediate layers between
InGaAs and GaAsP, with a thickness of a couple of
monolayers, has proved to be quite effective for this issue:
short-circuit current due to quantum wells increased
significantly when we inserted such GaAs layers.
On the other hand, high-material efficiency growth of
GaAs bulk layers seems to be favored by the use of TBAs as a
source material for As, instead of conventional AsH3, because
decomposition efficiency of TBAs is significantly higher than
AsH3. In situ observation of GaAs growth surface with
reflectance anisotropy spectroscopy has revealed that we can
grow GaAs with As-stabilized surface if V/III ratio is larger
than unity when we use TBAs, which threshold is much lower
than expected for the MOVPE of III-V epitaxial layers.
Based on this observation, we have tried to increase growth
rate by increasing a partial pressure of TMGa, a Ga precursor,
under a constant partial pressure of TBAs, leading to a lower
V/III ratio.
What happened was increase in carbon
concentration in the GaAs layer, which functioned as
acceptors, almost proportionally to the growth rate. As a
result, we have confirmed that growth rate can be as much as
10 μm/h under a V/III ratio close to unity without significant
degradation in photovoltaic performances, if we grow a GaAs
p-i-n structure with an appropriate compensation doping
profile.
3.
選択有機金属気相成長(SAMOVPE)によるマル
チバンドギャップモノリシック集積デバイ
ス：集積多色発光 LED の実現に向けて
杉山正和・中野義昭・霜垣幸浩・
藤原達記・穴澤風彦
Monolythic Integration of Multiple Bandgaps Using
Selective-Area Metal-Organic Vapor-Phase Epitaxy
(SA-MOVPE) toward Realization of Multi-Color
Integrated Light-Emitting Diodes (LED)
M. SUGIYAMA, Y. NAKANO, Y. SHIMOGAKI,
T. FUJIWARA and K. ANAZAWA
有機金属気相成長（MOVPE）プロセスは大気圧付近で
行われるため、基板上に形成した SiO2 等の成長阻害マス
クの効果がマスク近傍 10～100μm 程度の範囲に局在化
する。このため、マスクのサイズや形状を適切に設計し
た選択 MOVPE により、一度の成長で結晶成長速度の局
所的変調が可能になる。さらに、成長の律速種である III
族元素が複数存在する混晶の場合には、元素の種類によ
ってマスクがもたらす成長速度増大効果が異なるため、
選択 MOVPE による III 族組成の変調も可能になる。これ
らの現象を利用すると、光デバイスの機能の主要部であ
る多重量子井戸を選択成長を用いて形成することにより、
井戸層の厚さと組成がマスクのサイズ・形状に応じて面
内変調されるため、有効バンドギャップの局所制御が可
能となる。すなわち、マルチバンドギャップ集積が可能
となる。
これまでに、選択成長のノウハウが蓄積されている
InGaAsP 混晶について、多重量子井戸からの発光波長を
選択成長マスクにより制御し、1.5 μm 帯多波長集積 DFB
168
レーザなどのモノリシック集積デバイスを実現してきた。
一方、マスクの周囲に形成される μm スケールの成長速
度・組成分布に関しては、気相拡散の知見と表面拡散・
表面反応過程の速度データに基づくモデル化およびシミ
ュレーションを行ってきた。これを発展させて、選択
MOVPE において多重量子井戸構造のバンドギャップを
定量的に予測することが可能になっている。
これらの選択 MOVPE に関する知見を、近年照明用途
に多大な注目を集めている InxGa1-xN 混晶に適用し、モノ
リシック集積多色発光 LED の作製を目指す。このために
は、(1) InxGa1-xN の選択成長を可能にする成長条件、(2)
InxGa1-xN の構成要素である InN、GaN それぞれに対する
製膜種の気相拡散長の測定、(3) InxGa1-xN 選択成長のシ
ミュレーション構築、(4) InxGa1-xN/GaN MQW の選択成
長による発光波長シフトの実証、という段階を踏んで研
究をすすめている。
これまでに、GaN および InN の選択成長に成功し、気
相拡散長を抽出することができた。しかし、選択 MOVPE
が可能となる成長条件は GaN と InN とでは大幅に異なっ
ており、InGaAsP の場合のように In と Ga の取り込み様
式の違いを相互比較することは困難であった。そこで、
モデリングは未完成であるが、マスクパターンを形成し
た GaN 下地上に InxGa1-xN/GaN MQW を成長したところ、
期待通り 400～500 nm の範囲でマスク幅やマスク端から
の距離に依存した発光波長シフトを得ることに成功した。
この結果から、MQW の成長条件においては In の表面取
り込みは Ga の取り込みに従属して起こり、発光波長シ
フトは井戸厚の変化に起因することが明らかになった。
これらの知見を利用して，400～500 nm の範囲で多色発
光する集積多色 LED を作製することに成功した．
さらなる長波長化を図るため，c 面サファイア上に六
角錐を選択成長し，その表面に得られる半極性面
（{11-22}面）上に MQW を成長するアプローチを採った．
これにより，高 In 組成 InGaN からの長波長発光を阻害す
る量子閉じ込めシュタルク効果（QCSE）を低減し，橙
色～赤色領域での発光を実現することを目指している．
Metal-organic vapor-phase epitaxy (MOVPE) process is
executed normally at sub-atmospheric pressures, which
localizes the effect of anti-growth masks, such as SiO2, to the
region within 10-100 μm from mask edges. For this reason,
by selective area MOVPE (SA-MOVPE) with appropriate
design of both the size and the shape of masks, it is possible to
modulate growth rate locally by a single growth. Moreover,
for ternary or quaternary alloys with more than two group-III
elements that are rate-limiting species, it is possible to
modulate group-III content of an alloy by SA-MOVPE
because growth-rate enhancement due to a mask is dependent
on the kind of group-III element. Therefore, if multiple
quantum wells (MQWs) were grown by SA-MOVPE,
effective bandgap of the MQWs can be controlled locally
because both thickness and group-III content of the wells
were modulated depending on the size and the shape of masks,
allowing us in-plane monolithic integration of multiple
bandgaps
Using InGaAsP system that is relatively an easy material
in terms of selective-area growth, we have developed
monolithically-integrated multiple-bandgap devices such as
multi-channel DFB lasers for 1.5 μm range. At the same
time, we have also enabled prediction of bandgap-shift due to
a given mask pattern in selective area growth, on the basis of
understanding of gas-phase and surface diffusion and surface
reactions. This predictive model has been validated by
fabrication of InGaAsP MQWs using wide variety of mask
patterns and measurement of luminescence wavelength
profiles.
We are extending this scheme to nitride semiconductors
for the purpose of monolithic integration of multi-color LEDs
covering whole visible wavelength range by selective-area
MOVPE. For this purpose, we will pursue the following
items: (1) investigation of a growth condition that allows
SA-MOVPE of InxGa1-xN, (2) measurement of a basic
parameter, vapor-phase diffusion length, for both InN and
GaN that composes InxGa1-xN, (3) simulation of InxGa1-xN
selective growth based on such kinetic parameters, and (4)
observation of wavelength profile from InxGa1-xN/GaN
MQWs by SA-MOVPE.
So far, we have been successful in obtaining growth
conditions for SA-MOVPE of both InN and GaN and in
extracting vapor-phase diffusion length for both materials.
The suitable growth conditions for SA-MOVPE of InN and
GaN differs significantly and it is difficult to directly compare
vapor-phase diffusion length between InN and GaN, although
it has been possible for GaAs and InP that compose InGaAsP.
Therefore, we have skipped the modeling and simulation of
InxGa1-xN SA-MOVPE and directly tried the growth of
InxGa1-xN/GaN MQWs on a patterned substrate. As a result,
we have been successful in obtaining the shift of emission
waveength in the range 400-500 nm, depending on mask
width and distance from the mask edge. The result indicated
that the surface incorporation of In occurs proportionally to
the incorporaiton of Ga and that the cause of the wavelength
shift was modulation of the well width by existence of masks.
For the purpose of futher shift of luminescence wavelength
to amber or red directions, we adopted selective–area growth
of hexagonal pyramids and grew InxGa1-xN/GaN MQWs on
the surface of the pyramids. Since the surfaces are {11-22}
semipolar planes, we can reduce quantum confinement Starc
effect (QCSE), which has prevented luminescence at longer
wavelengths from high-indium-centent InxGa1-xN wells.
4.
Selective-Growth of III-V Layer on Si
for the Introduction of III-V Channels on Si LSIs
M. SUGIYAMA, S. TAKAGI, M. TAKENAKA
M. DEURA and Y. KONDO
シリコン LSI のさらなる高性能化を進めるためのブー
スター技術として、高移動度の III-V 電子チャネルを用い
た n-MISFET をシリコンプラットフォーム上に作製する
ことが提唱されている。
シリコン上の III-V 半導体成長に
はこれまでに多くの研究例があるものの、III-V 半導体と
Si の格子定数差に由来する貫通転位を低減することがで
きず、実用には至っていない。そこで、Si 基板上の所望
の位置にのみ III-V 層を導入したいというデバイス上の
要求を利用し、SiO2 マスクで定義された 1 μm 程度の微
小成長領域から選択的に III-V 層を成長し、横方向成長に
より SiO2 マスク上に転位のない単一ドメイン III-V 結晶
層を得る「微小領域選択成長法」を試みている。
これまでに、シリコン(111)基板上に幅 7 μm、厚さ 200
nm の表面の平滑な単一ドメイン InGaAs 結晶を貫通転位
なく得ることに成功している。また、本技術をデバイス
作製に応用するためには、結晶品位とともに基板内のア
イランド形状均一化が大きな課題である。これら両課題
を解決するため、InAs の核発生からスタートし、Ga 原
料の供給量を成長の段階に応じて制御する多段階成長法
を確立した。これにより、横方向成長した InGaAs アイ
ランドを安定して得ることが可能となった。同時に、成
長の最終段階で高 Ga 組成の結晶層を成長することによ
り、(111)面の成長で課題となっていた双晶をアイランド
表面近傍で消滅させることに成功した。
このように作製した InGaAs アイランド上に MOSFET
を形成するための第一歩として，InGaAs 表面の電子伝導
特性をホール測定により明らかにすべく，InGaAs アイラ
ンド上に電極を形成するデバイスプロセスを開発してい
る．
For further development in the performance of silicon
LSIs, it is proposed that silicon platform should be integrated
with n-MISFETs with III-V compound semiconductor channel
layers that have high electron mobility. There have been
substantial efforts to realize the growth of III-V layers on a
silicon substrate, but they could not eliminate threading
dislocations due to the lattice mismatch between a III-V
compound semiconductor and silicon. We take advantage of
the requirement of device structure that we should grow III-V
layers on the selected part of the silicon wafer, and adopted
the selective-area growth of III-V layer on a 1-μm-wide spot
defined on a silicon substrate by an SiO2 mask. This
selective-area growth, when combined with the lateral growth
of a III-V layer on the mask, will provide a thin
dislocation-free III-V layer on the mask, which is desirable for
a MISFET on insulator. The narrow growth area is essential
for obtaining a single domain crystal. We call this method
"micro-channel selective-area growth."
We have recently obtained a single grain InGaAs layer (7
シリコン LSI への III-V チャネル層導入を目
指した III-V on Si 選択成長技術の開発
杉山正和・高木信一・竹中充・
出浦桃子・近藤佳幸
169
論文・著書一覧（2009 年度）
Publications List
μm in the lateral direction and 0.2 μm in the thickness)
without threading dislocations. In order to apply this
technique to device fabrication, uniformity of the shape of
InGaAs islands is mandatory as well as reduction of
dislocations. To solve these problems at the same time, we
have devised multi-step growth, in which the growth starts
from nucleation of InAs and the supply of Ga precursors were
modulated with time in order to control the island shape
because surface incorporation of Ga plays an essential role in
the control of island shape. This method allowed us to
obtain laterally-grown InGaAs islands with high uniformity
and it led to complete reduction of twin dislocations, which
has been inevitably observed for the growth on (111) plane, in
the vicinity of the island surface by introducing high
concentration of Ga precursor at the last stage of the growth.
As the first step to form MIFETs on such InGaAs islands,
we aim at Hall measurement of the InGaAs layer to
characterize its electron transport properties.
For this
purpose, device fabrication process to form electrodes on the
top of the InGaAs islands in under development.
研究論文
5.
マイクロ真空ポンプ・真空計の設計と実証
久保田 雅則・杉山 正和・肥後 昭男・
三田 吉郎
Design and Implementation of Micro Vacuum Pump
M. KUBOTA, M. SUGIYAMA, A. HIGO
and Y. MITA
安全・安心な社会を実現するために、手のひらサイズ
の微量環境物質センサが求められている。このためには、
マイクロ質量分析計など高真空で動作する MEMS が必
要となる。そこで、高アスペクト比の微細加工技術を活
用して MEMS に実装可能な真空ポンプおよび真空計を
設計し、その動作を実証している。
In order to realize safe and secured life, a handy sensor to
detect a trace amount of environmental substances is required.
For this purpose, we need MEMS that operate under high
vacuum such as a micro mass spectrometer. We are
developing a micro vacuum pump and a micro vacuum gauge
that can be integrated with MEMS using micro fabrication
technology such as high-aspect-ratio etching.
170
[1]
Yunpeng Wang, Haizheng Song, Masakazu Sugiyama,
Yoshiaki Nakano, and Yukihiro Shimogaki: Kinetic
analysis of InAsP by metalorganic vapor phase epitaxy
selective area growth technique, Japanese Journal of
Applied Physics, vol. 48, no. 4, pp. 041102-1-5, April 20
(2009).
[2]
Tomonari Shioda, Masakazu Sugiyama, Yukihiro
Shimogaki, and Yoshiaki Nakano: Selective area
metal-organic vapor-phase epitaxy of InN, GaN and
InGaN covering whole composition range, Journal of
Crystal Growth, vol. 311, Issue 10, pp. 2809-2812, May
1 (2009).
[3]
Yuki Tomita, Tomonari Shioda, Masakazu Sugiyama,
Yukihiro Shimogaki, and Yoshiaki Nakano: Role of
vapor-phase diffusion in selective-area MOVPE of
InGaN/GaN MQWs, Journal of Crystal Growth, vol. 311,
Issue 10, pp. 2813-2816, May 1 (2009).
[4]
Masakazu Sugiyama, Tomonari Shioda, Yuki Tomita,
Takahisa Yamamoto, Yuichi Ikuhara, and Yoshiaki
Nakano: Optical and structural characterization of
InGaN/GaN multiple quantum wells by epitaxial lateral
overgrowth, Materials Transactions, vol. 50, no. 5, pp.
1085-1090, May (2009).
[5]
Jung-Seung Yang, Hassanet Sodabanlu, Masakazu
Sugiyama, Yoshiaki Nakano, and Yukihiro Shimogaki:
Fabrication of abrupt AlN/GaN multi quantum wells by
low temperature metal organic vapor phase epitaxy,
Applied Physics Express, vol. 2, no. 5, pp. 051004-1-3,
May 15 (2009).
[6]
Hassanet Sodabanlu, Jung-Seung Yang, Masakazu
Sugiyama, Yukihiro Shimogaki, and Yoshiaki Nakano:
Intersubband transition at 1.52 µm in GaN/AlN multiple
quantum wells grown by metal organic vapor phase
epitaxy, Applied Physics Express, vol. 2, no. 6, pp.
061002-1-3, June 5 (2009).
[7]
Hong-Liang Lu, Yuki Terada, Yukihiro Shimogaki,
Yoshiaki Nakano, and Masakazu Sugiyama: In situ
passivation of InP surface using H2S during metal
organic vapor phase epitaxy, Applied Physics Letters,
vol. 95, no. 15, pp. 152103-1-3, October 13 (2009).
[8]
Hassanet Sodabanlu, Jung-Seung Yang, Masakazu
Sugiyama, Yukihiro Shimogaki, and Yoshiaki Nakano:
Strain effects on the intersubband transitions in
GaN/AlN multiple quantum wells grown by
low-temperature metal organic vapor phase epitaxy with
AlGaN interlayer, Applied Physics Letters, vol. 95, no.
16, pp. 161908-1-3, October 22 (2009).
[9]
Jung-Seung Yang, Hassanet Sodabanlu, Masakazu
Sugiyama, Yoshiaki Nakano, and Yukihiro Shimogaki:
Blueshift of intersubband transition wavelength in
AlN/GaN multiple quantum wells by low temperature
metal organic vapor phase epitaxy using pulse injection
method, Applied Physics Letters, vol. 95, no. 16, pp.
162111-1-3, October 23 (2009).
Kubota, Eiji Higurashi, Masakazu Sugiyama, and
Yoshiaki Nakano: Semiconductive properties of
heterointegration of InP/InGaAs on high doped silicon
wire waveguide for silicon hybrid laser, Conference
Proceedings CD, 21st International Conference on
Indium Phosphide and Related Materials (IPRM '09),
WB1.6, pp. 230-233, Newport Beach, California, May
13 (2009).
[10] Mitsuru Takenaka, Masafumi Yokoyama, Masakazu
Sugiyama, Yoshiaki Nakano, and Shinichi Takagi:
InGaAsP photonic wire based ultrasmall arrayed
waveguide grating multiplexer on Si wafer, Applied
Physics Express, vol. 2, no. 12, pp. 122201-1-3,
November 27 (2009).
[17] Masakazu Sugiyama, Yunpeng Wang, Momoko Deura,
Ryusuke Onitsuka, and Yoshiaki Nakano: In-situ growth
monitoring of strain-balanced quantum-well solar cells
by metal-organic vapor phase epitaxy, The 34th IEEE
Photovoltaic
Specialist
Conference,
BK3-373,
Philadelphia, Pennsylvania, June 10 (2009).
[11] Norio Iizuka, Haruhiko Yoshida, Nobuto Managaki,
Toshimasa Shimizu, Sodabanlu Hassanet, Chiyasit
Cumtornkittikul, Masakazu Sugiyama, and Yoshiaki
Nakano: Integration of GaN/AlN all-optical switch with
SiN/AlN waveguide utilizing spot-size conversion, OSA
Optics Express, vol. 17, no. 25, pp. 23247-23253,
December 7 (2009).
[18] Yuki Terada, Momoko Deura, Yukihiro Shimogaki,
Masakazu Sugiyama, and Yoshiaki Nakano: Suppression
of GaAs (001) surface oxidation by in-situ H2S
treatment and aluminum termination with MOVPE,
Extended Abstracts of the 28th Electronic Materials
Symposium (EMS-28), E-9 pp. 141-144, Biwako, Shiga,
July 9 (2009).
[12] M. Yokoyama, T. Yasuda, H. Takagi, N. Miyata, Y.
Urabe, H. Ishii, H. Yamada, N. Fukuhara, M. Hata, M.
Sugiyama, Y. Nakano, M. Takenaka and S. Takagi:
III-V-semiconductor-on-insulator
n-channel
metal-insulator-semiconductor field-effect transistors
with buried Al2O3 layers and sulfur passivation:
Reduction in carrier scattering at the bottom interface,
Appl. Phys. Lett., vol. 96, 142106 (2010).
[19] Momoko Deura, Yoshiyuki Kondo, Takuya Hoshii,
Mitsuru Takenaka, Shinichi Takagi, Yoshiaki Nakano,
and Masakazu Sugiyama: Improvement in uniformity of
InGaAs micro-discs on Si using multi-step growth in
micro-channel selective-area MOVPE, Extended
Abstracts of the 28th Electronic Materials Symposium
(EMS-28), E-2, pp. 123-126, Biwako, Shiga, July 9
(2009).
[13] Hong-Liang Lu, Xiao-Liang Wang, M. Sugiyama,Y.
Shimogaki: Investigation on GaAs surface treated with
dimethylaluminumhydride, Appl. Phys. Lett. vol.95, no.
21, pp. 212102 1-3 (2009)
[20] Masakazu Sugiyama, Yunpeng Wang, Momoko Deura,
Ryusuke Onitsuka, and Yoshiaki Nakano: MOVPE
growth of strain-balanced InGaAs/GaAsP quantum wells
with in-situ monitoring for high-efficiency solar cells,
Extended Abstracts of the 28th Electronic Materials
Symposium (EMS-28), L-4 pp. 317-320, Biwako, Shiga,
July 10 (2009).
国際会議論文
[14] Momoko Deura, Takuya Hoshii, Mitsuru Takenaka,
Shinichi Takagi, Yoshiaki Nakano, and Masakazu
Sugiyama ： Uniform InGaAs micro-discs on Si by
micro-channel selective-area MOVPE, Conference
Proceedings CD, 21st International Conference on
Indium Phosphide and Related Materials (IPRM '09),
MA2.2, pp. 48-51, Newport Beach, California, May 10
(2009).
[21] Ryusuke Onitsuka, Masakazu Sugiyama, and Yoshiaki
Nakano: High material efficiency MOVPE growth with
in-situ monitoring, Extended Abstracts of the 28th
Electronic Materials Symposium (EMS-28), L-3 pp.
315-316, Biwako, Shiga, July 10 (2009).
[22] Yuki Terada, Momoko Deura, Yukihiro Shimogaki,
Yoshiaki
Nakano,
and
Masakazu
Sugiyama:
Metalorganic vapor phase epitaxy of GaAs with AlP
surface passivation layer for improved MOS
characteristics, Extended Abstracts of the International
Conference on Solid State Devices and Materials
(SSDM 2009), J-2-5, pp. 252-253, Sendai, Japan,
October 7 (2009).
[15] Mitsuru Takenaka, Koji Takeda, Takuya Hoshii, Takuo
Tanemura, Masakazu Sugiyama, Yoshiaki Nakano, and
Shinichi Takagi: Source/drain formation by using
epitaxial regrowth of n+InP for III-V NMOSFETs,
Conference Proceedings CD, 21st International
Conference on Indium Phosphide and Related Materials
(IPRM '09), TuA1.5, pp. 111-114, Newport Beach,
California, May 11 (2009).
[23] Masakazu Sugiyama, Wen Yu, Yunpeng Wang, Ryusuke
Onitsuka, Momoko Deura, and Yoshiaki Nakano: III-V
[16] Ling-Han Li, Ryo Takigawa, Akio Higo, Masanori
171
coupled quantum well solar cells: predicted
performances and growth challenges, Extended
Abstracts of the International Conference on Solid State
Devices and Materials (SSDM 2009), H-8-5, pp.
1262-1263, Sendai, Japan, October 9 (2009).
Technology (VLSIT), pp. 242-243 (2009).
[31] Yasushi Tomizawa, Yongfang Li, Toshikatsu Akiba, Gen
Hashiguchi, Koji Miyake, Yasuhisa Ando, Masakazu
Sugiyama, Hiroyuki Fujita: Tribological Investigation
for a Probe Nano Lithography Using Conductive Atomic
Force Microscopy, World Tribology Congress 2009,
P-183 (Sep. 2009, Kyoto, Japan).
[24] T. Momose, T. Uejima, H. Yamada, M. Sugiyama, Y.
Shimogaki: “Ultra-Conformal Metal Coating on
High-aspect-ratio 3D Structures using Supercritical
Fluid: Controlled Selectivity/Non-Selectivity”, Extended
Abstracts of the International Conference on Solid State
Devices and Materials (SSDM 2009), P-11-6, Sendai,
Japan, October 9 (2009).
[32] Yongfang Li, Yasushi Tomizawa, Toshikatsu Akiba, Gen
Hashiguchi, Koji Miyake, Yasuhisa Ando, Masakazu
Sugiyama, Hiroyuki Fujita: Wear and Friction
Characteristics of a Pencil Type Microprobe for SPM
Lithography, World Tribology Congress 2009, P-184
(Sep. 2009, Kyoto, Japan).
[25] Hassanet Sodabanlu, Jung-Seung Yang, Masakazu
Sugiyama, Yukihiro Shimogaki, and Yoshiaki Nakano:
Improvement of 1.5-¨m-range intersubband transitions in
MOVPE grown GaN/AlN MQWs by AlGaN interlayer,
Abstract Book, 8th International Conference on Nitride
Semiconductors (ICNS-8), MP93, pp. 279-280, Jeju,
Korea, October 19 (2009).
総説・解説論文
[33] 杉山 正和：（招待講演）CVD プロセスのシミュレー
ションの基礎と応用，学術振興会 131 委員会研究会
（2009. 10. 30，田町（東京））
[34] 杉山 正和：
（招待講演）選択成長におけるミクロス
ケールとリアクタスケールの成長速度分布の相関，
第 39 回結晶成長国内会議（2009.11.13，名古屋大
学）
[26] Jung-Seung Yang, Hassanet Sodabanlu, Masakazu
Sugiyama, Yoshiaki Nakano, and Yukihiro Shimogaki:
Blue-shift of intersubband absorption wavelength by low
temperature metal organic vapor phase epitaxy of
AlN/GaN multi quantum wells by pulse injection
method, Abstract Book, 8th International Conference on
Nitride Semiconductors (ICNS-8), TP108, pp. 764-765,
Jeju, Korea, October 20 (2009).
[35] 杉山 正和，王 云鵬，杉田 憲一，中野 義昭：
（招待講演）高効率 III-V 量子井戸太陽電池の
MOVPE 技術，学術振興会 154 委員会研究会（2010. 2.
4，田町（東京））
[36] 杉山 正和，霜垣 幸浩，中野 義昭：
（招待講演）III/V
多接合・量子構造太陽電池の結晶成長技術，化学工
学会 CVD ドライプロセス分科会（2010.3.10, 東京
工業大学）
[27] Masakazu Sugiyama, Satoshi Yasukochi, Tomonari
Shioda, Yukihiro Shimogaki, and Yoshiaki Nakano:
Examination of intermediate species in GaN MOVPE by
selective-area growth, Abstract Book, 8th International
Conference on Nitride Semiconductors (ICNS-8), TP41,
pp. 630-631, Jeju, Korea, October 20 (2009).
[37] 中野義昭, 瀬川浩司, 岡田至崇, 杉山正和: ポスト
Si 高効率太陽電池技術の開発, Semiconductor FPD
World, 特集「次世代に向けた革新的太陽電池技術」,
vol. 28, no. 7, pp. 40-42, 5 月 20 日 (2009).
[28] Tomonari Shioda, Masakazu Sugiyama, Yukihiro
Shimogaki, and Yoshiaki Nakano: Monolithically
integrated muti-color light emitting diode fabrication by
wide-stripe selective area metal-organic vapor phase
epitaxy, Abstract Book, 8th International Conference on
Nitride Semiconductors (ICNS-8), ThP97, pp.
1273-1274, Jeju, Korea, October 22 (2009).
[38] 中野義昭, 杉山正和, 霜垣幸浩: (招待講演) III-V
族化合物高効率太陽電池の有機金属気相エピタキ
シャル成長技術, 第 6 回「次世代の太陽光発電シス
テム」− エネルギー産業クラスターの形成を見据え
た産学連携：新潟− シンポジウム予稿集, 日本学
術振興会第 175 委員会, pp. 138-142, 朱鷺メッセ,
新潟, 7 月 3 日 (2009).
[29] M. Kubota, T. Okada, Y. Mita, M. Sugiyama, Y. Nakano:
A bulk micromachined vertical nano-gap Pirani
wide-range pressure test structure for packaged MEMS
performance monitoring, IEEE International Conference
on Microelectronic Test Structures (ICMTS 2010), p
14-17, (2010).
シンポジウム・研究会・大会等発表
[39] Salah Ibrahim, Masakazu Sugiyama, and Yoshiaki
Nakano: Experimental all-optical switching by
cross-phase modulation in active multimode
interferometer (能動多モード干渉計における相互
位相変調を用いた実験的全光スイッチング), 第 56
回応用物理学関係連合講演会講演予稿集, No. 3, p.
1235, 1p-B-16, 筑波大学, 4 月 1 日 (2009).
[30] M. Yokoyama, T. Yasuda, H. Takagi, H. Yamada, N.
Fukuhara, M. Hata, M. Sugiyama, Y. Nakano, M.
Takenaka, S. Takagi: High mobility metal S/D
III-V-On-Insulator MOSFETs on a Si substrate using
direct wafer bonding, 2009 Symposium on VLSI
172
[40] 横山正史, 安田哲二, 山田永, 福原昇, 秦雅彦, 杉
山正和, 中野義昭, 竹中充, 高木信一: 基板貼り合
わせによる Si 基板上メタル S/D III-V-OI MOSFET
の動作実証 (First demonstration of metal S/D
III-V-OI MOSFETs on Si using direct wafer
bonding), 第 56 回応用物理学関係連合講演会講演
予稿集, No. 2, p. 909, 1p-V-17, 筑波大学, 4 月
1 日 (2009).
[47] 杉山正和，富田祐貴，塩田倫也，霜垣幸浩, 中野義
昭，広幅マスク選択 MOVPE による InGaN 量子井戸発
光波長シフトのメカニズムと長波長化，第１回窒化
物半導体結晶成長講演会，FRI_05，(2009.5.15，東
京農工大学)
[48] 杉山正和，安河内諭，塩田倫也，霜垣幸浩, 中野義
昭，マルチスケール製膜速度分布を用いた GaN
MOVPE 反応機構の解析，第１回窒化物半導体結晶成
長講演会，FRI_05，(2009.5.15，東京農工大学)
[41] 森井清仁, 中根了昌, 杉山正和, 中野義昭, 竹中充,
高木信一: MOVPE 装置を用いた As 気相ドーピングに
よ る Ge p-n 接 合 の 電 気 特 性 (Electrical
characteristics of Ge p-n junctions formed by gas
phase As doping in MOVPE system), 第 56 回応用
物理学関係連合講演会講演予稿集, No. 2, p. 887,
1a-T-2, 筑波大学, 4 月 1 日 (2009).
[49] 竹中充, 横山正史, 杉山正和, 中野義昭, 高木信一:
直接基板接合による Si 基板上 III-V CMOS トランジ
ス タ (III-V CMOS transistors on Si by using
direct wafer bonding), 第 70 回応用物理学会学術
講演会講演予稿集, No. 0, p. 87, 9p-TE-3, 富山
大学, 9 月 9 日(2009 年).
[42] 竹中充, 杉山正和, 中野義昭, 高木信一: MOVPE に
よる砒素気相ドーピングの Ge 面方位依存性 (Ge
surface orientation dependence of gas phase As
doping by using MOVPE system), 第 56 回応用物理
学 関 係 連 合 講 演 会 講 演 予 稿 集 , No. 2, p. 886,
1a-T-1, 筑波大学, 4 月 1 日 (2009).
[50] 竹中充, 横山正史, 種村拓夫, 杉山正和, 中野義昭,
高木信一: MZI 双安定レーザを用いた全光フリッ
プ・フロップの動的動作実証 (Demonstration of
dynamic all-optical flip-flop based on
Mach-Zehnder interferometer bistable laser
diode), 第 70 回応用物理学会学術講演会講演予稿
集, No. 3, p. 1085, 9a-ZN-7, 富山大学, 9 月 9
日(2009 年).
[43] 梁正承, ハッサネットソダーバンルー, 杉山正和,
中野義昭, 霜垣幸浩: パルスインジェクション方式
で作製した AlN/GaN 多重量子井戸のサブバンド間吸
収 特 性 (Intersubband absorption property of
AIN/GaN multi quantum wells growth by pulse
injection method), 第 56 回応用物理学関係連合講
演会講演予稿集, No. 1, p. 415, 1a-ZJ-18, 筑波
大学, 4 月 1 日 (2009).
[51] 竹中充, 横山正史, 種村拓夫, 杉山正和, 中野義昭,
高木信一, "III-V CMOS photonics 実現に向けた InP
系フォトニックワイヤーの作製," 第 70 回応用物理
学会学術講演会講演予稿集, No.3, 9a-ZN-9 富山大
学, 9 月 9 日(2009 年).
[44] 寺田雄紀, 出浦桃子, 霜垣幸浩, 杉山正和, 中野義
昭: MOVPE における In situ H2S 処理および Al 終端
処理による GaAs の表面酸化抑制 (Suppression of
surface oxidation of GaAs by in situ H2S
treatment and Al passivation in MOVPE), 第 56
回応用物理学関係連合講演会講演予稿集, No. 1, p.
372, 2p-J-7, 筑波大学, 4 月 2 日 (2009).
[52] 梁正承, ソダバヌル ハッサネット, 杉山正和, 中
野義昭, 霜垣幸浩: パルスインジェクション方式で
作製した AlN/GaN 多重量子井戸のサブバンド間遷移
特性に与える成長温度の効果 (Effect of growth
temperature of AlN/GaN muti quantum wells grown
by pulse injection method), 第 70 回応用物理学
会学術講演会講演予稿集, No. 1, p. 362, 10p-X-20,
富山大学, 9 月 10 日(2009 年).
[45] 出浦桃子, 近藤佳幸, 星井拓也, 竹中充, 高木信一,
中野義昭, 杉山正和: 多段階成長を用いた微小領域
選択 MOVPE における Si 上 InGaAs の面内均一化
(Uniform lateral growth in micro-channel
selective-area MOVPE of InGaAs on Si using
multi-step growth), 第 56 回応用物理学関係連合
講演会講演予稿集, No. 1, p. 369, 2a-J-7, 筑波
大学, 4 月 2 日 (2009).
[53] 出浦桃子, 近藤佳幸, 竹中充, 高木信一, 中野義昭,
杉山正和: 微小領域選択 MOVPE による Si 上 InGaAs
結晶最表部における双晶消滅層の形成と評価
(Formation and evaluation of twin-free layer at
the topmost of InGaAs crystal on Si in
micro-channel selective-area MOVPE), 第 70 回応
用物理学会学術講演会講演予稿集, No. 1, p. 321,
11p-C-5, 富山大学, 9 月 11 日(2009 年).
[46] 近藤佳幸, 出浦桃子, 竹中充, 高木信一, 中野義昭,
杉山正和: 微小領域選択 MOVPE における Si 上 InAs
核 発 生 の 成 長 条 件 依 存 性 (Effect growth
condition on InAs nucleation in micro-channel
selective-area MOVPE on Si), 第 56 回応用物理学
関係連合講演会講演予稿集, No. 1, p. 369, 2a-J-6,
筑波大学, 4 月 2 日 (2009).
[54] 近藤佳幸, 出浦桃子, 竹中充, 高木信一, 中野義昭,
杉山正和: 微小領域選択 MOVPE における表面 P 終端
Si からの InAs 均一核発生 (Uniform nucleation of
InAs on P-terminated Si in micro-channel
selective-area MOVPE), 第 70 回応用物理学会学術
講演会講演予稿集, No. 1, p. 321, 11p-C-4, 富山
大学, 9 月 11 日(2009 年).
173
[55] 寺田雄紀, 出浦桃子, 霜垣幸浩, 竹中充, 高木信一,
中野義昭, 杉山正和: MOVPE における in situ AlP
パ ッ シ ベ ー シ ョ ン に よ る GaAs 表 面 準 位 抑 制
(Suppression of GaAs surface states by in situ
AlP passivation with MOVPE), 第 70 回応用物理学
会学術講演会講演予稿集, No. 1, p. 319, 11a-C-10,
富山大学, 9 月 11 日(2009 年).
月 9 日 (2009 年).
[63] 百瀬 健，杉山正和，霜垣幸浩，SCFD（Supercritical
Fluid Deposition）と CVD の Cu 薄膜堆積における埋
め込み性の比較，第 70 回応用物理学会学術講演会
講演予稿集, 10p-TB-14, 富山大学, 9 月 10 日 (2009
年).
[64] 百瀬 健，上嶋健嗣，山田英雄，杉山正和，霜垣幸
浩：高アスペクト比対応 Cu 超臨界製膜プロセスの
MEMS 応用に向けた表面選択性制御，第 70 回応用
物理学会学術講演会講演予稿集, 10p-TB-15, 富山
大学, 9 月 10 日 (2009 年).
[56] 鬼塚隆祐, 杉山正和, 中野義昭: In-situ 観察 MOVPE
による GaAs 太陽電池構造の高原料効率成長 (High
material efficiency growth of GaAs solar cell
structures by MOVPE using in situ observation),
第 70 回応用物理学会学術講演会講演予稿集, No. 1,
p. 319, 11a-C-9, 富山大学, 9 月 11 日(2009 年).
[57] 杉山正和, 王云鵬, 出浦桃子, 鬼塚隆祐, 中野義昭:
高効率太陽電池用 InGaAs/GaAsP 歪み補償量子井戸
に お け る ヘ テ ロ 界 面 急 峻 性 (Abruptness of
hetero-interfaces
in
InGaAs/GaAsP
strain-balanced
quantum
wells
for
high-efficiency solar cells), 第 70 回応用物理
学会学術講演会講演予稿集, No. 1, p. 319, 11a-C-8,
富山大学, 9 月 11 日(2009 年).
[58] 横山正史, 安田哲二, 高木秀樹, 山田永, 福原昇, 秦
雅彦, 杉山正和, 中野義昭, 竹中充, 高木信一: 基
板貼り合わせによる Si 基板上メタル S/D III-V-OI
n-MOSFET の移動度向上と p-MOSFET 動作 (Higher
mobility of metal S/D III-V-OI n-MOSFET and
demonstration of metal S/D III-V-OI p-MOSFET on
Si using direct wafer bonding), 第 70 回応用物
理 学 会 学 術 講 演 会 講 演 予 稿 集 , No. 2, p. 803,
11p-TH-6, 富山大学, 9 月 11 日(2009 年).
[59]
Hassanet Sodabanlu, Jung-Seung Yang, Masakazu
Sugiyama, Yukihiro Shimogaki, and Yoshiaki
Nakano: Intersubband absorption at 1.5μm range
in MOVPE-grown optical waveguide with GaN/AlN
MQWs core (MOVPE で成長した GaN/AlN MQW コア導波
路による 1.5μm 帯サブバンド間吸収), 第 70 回応
用物理学会学術講演会講演予稿集, No. 3, p. 1103,
11a-P8-23, 富山大学, 9 月 11 日 (2009 年).
心，八井 崇，杉山正和，大津元一：非断熱
光化学反応による金微粒子析出，第 70 回応用物
[60] 北村
理学会学術講演会講演予稿集, 8p-C-4, 富山大学, 9
月 8 日 (2009 年).
[65]
杉山正和, 塩田倫也, 富田祐貴, 霜垣幸浩, 中野
義昭: InGaN/GaN 選択 MOVPE による可視光発光波長
シフトのメカニズム, 化学工学会第 41 回秋季大会
研究発表講演要旨集(広島大学), A104, 9 月 16 日
(2009).
[66]
出浦桃子, 近藤佳幸, 星井拓也, 竹中充, 高木信
一, 中野義昭, 杉山正和: 微小領域選択 MOVPE にお
ける Si 上 InGaAs の原子構造と光学特性解析, 化学
工学会第 41 回秋季大会研究発表講演要旨集(広島大
学), A105, 9 月 16 日 (2009).
[67]
寺田雄紀, 出浦桃子, 霜垣幸浩, 杉山正和, 中野
義昭: AlP および H2S を用いた GaAs 表面の MOVPE
反応炉内 in situ パッシベーション, 化学工学会第
41 回秋季大会研究発表講演要旨集(広島大学),
A117, 9 月 16 日 (2009).
[68]
近藤佳幸, 出浦桃子, 竹中充, 高木信一, 中野義
昭, 杉山正和: MOVPE 微小領域選択成長における Si
上 InAs 核発生の成長条件依存性, 化学工学会第 41
回秋季大会研究発表講演要旨集(広島大学), A120,
9 月 16 日 (2009).
[69]
杉山正和, 安河内諭, 塩田倫也, 霜垣幸浩, 中野
義昭: マルチスケール解析による GaN MOVPE 反応メ
カニズムの検討, 化学工学会第 41 回秋季大会研究
発 表 講 演 要 旨 集 ( 広 島 大 学 ), A121, 9 月 16 日
(2009).
[70]
鬼塚隆祐, 杉山正和, 中野義昭: In-situ 表面異方
性観察を用いた GaAs MOVPE 成長の高原料効率化, 化
学工学会第 41 回秋季大会研究発表講演要旨集(広島
大学), A118, 9 月 16 日 (2009).
[71] 杉山 正和，王 云鵬，出浦 桃子，杉田 憲一，中野
義昭：量子井戸太陽電池用 InGaAs/GaAsP 歪み補償
量子井戸成長の in situ モニタリング, 第 39 回結
晶成長国内会議，14pC07（2009.11.14, 名古屋大学）
[61] 額賀
理，山本 敏，久保田智広，杉山正和，
寒川誠二：合成石英のフェムト秒レーザーアシ
スト・ドライエッチング（１）＝選択性評価＝，
[72] 竹中充, 横山正史, 杉山正和, 中野義昭, 高木信一:
III-V CMOS photonics 技術を用いた超小型 InP 系
AWG の作製 (InP-based ultra compact AWG by III-V
CMOS photonics platform), 第 57 回応用物理学関
係連合講演会講演予稿集, 17a-N-8, p. 05-053, 東
海大学, 3 月 17 日 (2010).
第 70 回 応 用 物 理 学 会 学 術 講 演 会 講 演 予 稿 集 ,
9a-ZG-26, 富山大学, 9 月 9 日 (2009 年).
[62] 久保田智広，額賀 理，植木真治，杉山正和，寒川
誠二：中性粒子ビームの解析（２）～大口径中
性粒子ビーム装置への適用～，第 70 回応用物理
学会学術講演会講演予稿集, 9a-ZG-27, 富山大学, 9
174
[73] ソダーバンル・ハッサネット, 梁正承, 種村拓夫,
杉山正和, 霜垣幸浩, 中野義昭: MOVPE 成長 GaN/AlN
量 子 井 戸導波路におけるサブバンド間 遷 移 吸 収 飽
和 の 観 測
(Observation of intersubband
absorption saturation in MOVPE-grown GaN/AlN
MQWs waveguide), 第 57 回応用物理学関係連合講演
会講演予稿集, 17a-N-6, p. 05-051, 東海大学, 3
月 17 日 (2010).
講演予稿集, 19a-TW-2, p. 15-095, 東海大学, 3
月 19 日 (2010).
[80] 前代武瑠, 市川磨, 秦雅彦, 杉山正和, 中野義昭, 霜
垣幸浩: 大型 MOVPE 反応炉での選択成長プロファイ
ルによる GaAs 成長反応機構の考察 (Analysis of
GaAs metal organic vapor phase epitaxy by
selective area growth technique in large-scale
reactor), 第 57 回応用物理学関係連合講演会講演
予稿集, 19a-TW-1, p. 15-094, 東海大学, 3 月 19
日 (2010).
[74] 梁正承, ハサネット・ソダーバンル, 杉山正和, 中
野義昭, 霜垣幸浩: Fabrication of AlN/GaN multi
quantum wells at 770℃ by metal organic vapor
phase epitaxy using pulse injection method and
observation of intersubband transition at 1.55
μm (ハルスインシェクション法を用いた MOVPE に
よる AlN/GaN 多重量子井戸の 770 ̊ C での作製と
1.55 μm でのサブバンド間遷移観測), 第 57 回応用
物理学関係連合講演会講演予稿集, 18p-TA-5, p.
15-168, 東海大学, 3 月 18 日(2010).
[81] 寺田雄紀, 霜垣幸浩, 竹中充, 高木信一, 中野義昭,
杉山正和: MOVPE in situ AlP パッシベーション層
の 膜 厚 最 適 化 に よ る GaAs MOS の 界 面 準 位 低 減
(Reduction of interface states in GaAs MOS by
optimization of layer thickness of in situ AlP
passivation layer with MOVPE), 第 57 回応用物理
学関係連合講演会講演予稿集, 19a-TK-4, p. 14-118,
東海大学, 3 月 19 日 (2010).
[75] 横山正史, 山田永, 安田哲二, 高木秀樹, 卜部友二,
石井裕之, 宮田典幸, 福原昇, 秦雅彦, 杉山正和, 中
野義昭, 竹中充, 高木信一: 極薄膜 III-V-OI MOSFET
における電子移動度の向上 (Mobility enhancement
of ultrathin body III-V-OI MOSFETs), 第 57 回応
用物理学関係連合講演会講演予稿集, 18a-B-11, p.
13-262, 東海大学, 3 月 18 日(2010).
[82] 額賀 理，山本 敏，久保田智広，杉山正和，寒川
誠二：合成石英のフェムト秒レーザーアシスト・ド
ライエッチング（２）＝ナノ周期構造の選択的エッ
チング＝，第 57 回応用物理学関係連合講演会講演
予稿集, 18p-ZD-6,東海大学, 3 月 18 日 (2010).
[83] 久保田智広，額賀 理，植木真治，杉山正和，大竹
浩人，寒川誠二：フッ素中性粒子ビームによるシリ
コンエッチング，第 57 回応用物理学関係連合講演
会講演予稿集, 18p-ZD-15, 東海大学, 3 月 18 日
(2010).
[76] 出浦桃子, 近藤佳幸, 竹中充, 高木信一, 中野義昭,
杉山正和: 微小領域選択 MOVPE を用いた Si 上
InGaAs 多段階成長の時間発展 (Time evolution of
multi-step growth for InGaAs on Si using
micro-channel selective-area growth), 第 57 回
応用物理学関係連合講演会講演予稿集, 19a-TW-8,
p. 15-101, 東海大学, 3 月 19 日 (2010).
[84] 久保田智広，額賀 理，植木真治，杉山正和，寒川
誠二：第 57 回応用物理学関係連合講演会講演予稿
集, 18p-ZD-16,東海大学, 3 月 18 日 (2010).
[85] 渡辺尚貴，大塚晋吾，岩崎拓也，小野耕平，入江康
郎，額賀 理，植木真治，久保田智広，杉山正和，
寒川誠二：第一原理電子状態計算による中性粒子ビ
ーム生成メカニズムの解析 III，第 57 回応用物理学
関係連合講演会講演予稿集, 18p-ZD-17,東海大学,
3 月 18 日 (2010).
[77] 近藤佳幸, 出浦桃子, 竹中充, 高木信一, 中野義昭,
杉山正和: 選択 MOVPE による Si 上 InGaAs 成長の成
長 領 域 狭 窄 化 に よ る 横 方 向 成 長 促 進 (Enhanced
lateral overgrowth of InGaAs on Si by reduced
growth area in micro-channel selective area
MOVPE), 第 57 回応用物理学関係連合講演会講演予
稿集, 19a-TW-8, p. 15-101, 東海大学, 3 月 19 日
(2010).
[86] 山田英雄，百瀬健，北村康宏，川原伸章，杉山正和，
霜垣幸浩：超臨界流体を用いた SiO2 製膜における酸
化剤効果，化学工学会第 75 年会，
，鹿児島大学，3
月 18 日（2010）
[78] 鬼塚隆祐, 種村拓夫, 杉山正和, 中野義昭: GaAs
太陽電池用の高原料効率で性能劣化のない MOVPE
(High-material-efficiency MOVPE for GaAs solar
cells without degradation of performance), 第
57 回 応 用 物 理 学 関 係 連 合 講 演 会 講 演 予 稿 集 ,
19a-TW-3, p. 15-096, 東海大学, 3 月 19 日 (2010
[87] 岩崎拓也 小野耕平 鈴木幸人，入江康郎，山田英
雄，百瀬健，浅海一志，霜垣幸浩，杉山正和：基板
加熱型超臨界製膜装置の数値流体シミュレーショ
ン，化学工学会第 75 年会，，鹿児島大学，3 月 18
日（2010）
[79] 杉山正和, 杉田憲一, 王云鵬, 中野義昭: 量子井戸
太陽電池用 InGaAs/GaAsP 歪み補償量子井戸成長の
in situ 観察 (In situ monitoring of InGaAs/GaAsP
strain-balanced quantum wells for solar cell
applications), 第 57 回応用物理学関係連合講演会
175
加藤研究室
Kato Laboratory
3.
(http://ykkato.t.u-tokyo.ac.jp)
研究現況
Current Research Projects
ナノチューブ・Ⅲ‐Ⅴ族半導体ヘテロ構造に
よる電流誘起スピン
堀内 義文・加藤 雄一郎
Optical detection of electron spin dynamics in
carbon nanotubes
Y. Horiuchi, Y. K. Kato
カーボンナノチューブ発光素子の研究は、カーボンナ
ノチューブが直接半導体であることから、pn 接合発光ダ
イオードに代表される従来型のバルク半導体で利用され
ている素子構造を用いて行われている。これに対し、カ
ーボンナノチューブが理想的な真性半導体としてふるう
ことを利用した新しい発光機構である「電荷汲み上げ発
光」の原理を実証するため、素子構造の試作と作動方法
の検討を行い、発光検出を目指す。
Carbon nanotubes offer a good degree of control over the
Fermi level, as a result of their characteristics as intrinsic
semiconductors. Taking advantage of such properties, we are
aiming at a proof-of-concept device that allows for light
emission using charge pumping.
カーボンナノチューブは炭素という軽い元素からなる
ため、スピン軌道相互作用が弱いと考えられてきたが、
近年、実際はスピン軌道相互作用が強いという報告がな
されている。この報告が正しいとすると、カーボンナノ
チューブ内を流れる電流において電子スピンがスピン軌
道相互作用により偏極し、スピン偏極電流となっている
可能性がある。このようなスピン偏極電流は、ナノスケ
ールにおけるスピン注入やスピン流生成に利用できる可
能性があるほか、一次元系におけるスピン流という展開
をもたらす期待がある。そこで、単一の単層カーボンナ
ノチューブ内における電流誘起スピンの存在を検証する
ことを目指す。
Carbon nanotubes have been thought to have weak
spin-orbit coupling because they are made up of light atoms.
Recently, there are reports that the spin-orbit coupling is
actually strong. If this is the case, there is a possibility that
electrical currents flowing through carbon nanotubes are spin
polarized. We plan to investigate whether or not such
current-induced spin polarization exist within carbon
nanotubes.
2.
4.
1.
光
カーボンナノチューブによる電荷汲み上げ発
村井 智昭・加藤 雄一郎
Light emission by charge pumping
in carbon nanotubes
T. Murai, Y. K. Kato
カーボンナノチューブにおける電子スピンダ
イナミクスの光検出
横山 明男・吉田 匡廣・加藤 雄一郎
Optical detection of electron spin dynamics in
carbon nanotubes
A. Yokoyama, M. Yoshida, Y. K. Kato
カーボンナノチューブデバイスはナノスケールにおけ
る電子スピン制御に有望な系であるが、単一のカーボン
ナノチューブ内の電子スピンダイナミクスには不明な点
が多い。そこで、高感度な光学的スピン検出システムを
構築して電子スピンの緩和時間やコヒーレンス長に関す
る知見を得て、ナノチューブを用いた電子スピン制御デ
バイスやスピンから光子への量子情報転写デバイスなど
未来の電子スピン情報技術への第一歩とする。
Carbon nanotubes have potential use in electron spin
manipulation at nano-scale, but electron spin dynamics within
single carbon nanotubes remain elusive. We plan to
investigate electron spin relaxation times and coherence
length by constructing an optical spin detection system with
high sensitivity. Understanding of such spin properties will be
a first step towards electron spin information device.
カーボンナノチューブにおける励起子束縛エ
ネルギーの電界制御
安河内 諭・加藤 雄一郎
Electrical control of exciton binding energies in
carbon nanotubes
S. Yasukochi, Y. K. Kato
一次元性が高く遮蔽効果が弱いカーボンナノチューブ
では、クーロン相互作用が強く働く。そのため、励起子
束縛エネルギーは通常の半導体と比べて極めて大きい。
本研究ではこの束縛エネルギーを電界によって制御する
ことを目指している。
Because of their one-dimensional nature, screening is weak
in single-walled carbon nanotubes. This results in strong
Coulomb interaction, giving rise to large exciton binding
energies. Using electric fields, we aim at controlling the
exciton binding energy in carbon nanotubes.
176
論文・著書一覧（2009 年度）
Publication List
[11] 加藤雄一郎, 「量子オプトエレクトロニクス：ナノ
デバイスによる量子状態制御を目指して」スーパー
准教授公開発表会(2009 年 5 月)
国際会議論文
[1]
S. Moritsubo, T. Murai, T. Shimada, Y. Murakami, S.
Chiashi, S. Maruyama, Y. K. Kato, “Trench width
dependence of photoluminescence intensity from
individual suspended carbon nanotubes”, March Meeting
of the American Physical Society, Portland, Oregon
(March 16, 2010).
[2]
P. Loptien, S. Moritsubo, T. Murai, Y. K. Kato, “Growth
and photoluminescence of carbon-nanotubes laying on
silicon substrates”, Spring Meeting of the German
Physical Society, Regensburg, Germany (March 24,
2010).
解説
[3]
加藤雄一郎，「世界最小の白熱灯~ナノ世界でのプ
ランクの法則~」，パリティ 25, 10 (2010).
シンポジウム・研究会・大会等発表
[4]
村井智昭，森坪繁，嶋田行志，村上陽一，丸山茂夫，
加藤雄一郎，「単一カーボンナノチューブ FET 構造
を用いた光電流測定」第 70 回応用物理学会学術講
演会，富山（2009 年 9 月）．
[5]
森坪繁，村井智昭，嶋田行志，村上陽一，丸山茂夫，
加藤雄一郎，「様々な幅の溝に架橋させたカーボン
ナノチューブからのフォトルミネッセンス」第 70
回応用物理学会学術講演会，富山（2009 年 9 月）．
[6]
加藤雄一郎，「海外留学とキャリアデザイン」第 70
回応用物理学会学術講演会，富山（2009 年 9 月）．
[7]
Y. K. Kato, “Spin manipulation without magnetic fields
in strained semiconductors”, 特定領域研究「スピン流
の創出と制御」第 2 回若手研究交流会(2009 年 12 月
14 日)
[8]
加藤雄一郎, 「カーボンナノチューブにおける電流
誘起スピンの検出に向けて」特定領域研究「スピン
流の創出と制御」研究会(2009 年 8 月 11 日)
[9]
原島慧, 加藤雄一郎, 「単一のカーボンナノチュー
ブにおける電子スピンの光検出に向けた測定系の
立ち上げ」特定領域研究「スピン流の創出と制御」
研究会(2009 年 8 月 10 日)
[10] 堀内義文, 村井智昭, 杉山正和, 丸山茂夫, 加藤雄
一郎, 「電子スピンの光注入・検出に向けた窒化ガ
リウム上カーボンナノチューブデバイス」特定領域
研究「スピン流の創出と制御」研究会(2009 年 8 月
10 日)
177
小田・小野(亮)研究室
Oda and Ono Laboratory
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.
(http://streamer.t.u-tokyo.ac.jp)
研究現況
Current Research Projects
1. 大気圧非熱平衡プラズマのラジカル反応計測
小野 亮・小田 哲治・寺本 慶之・中川 雄介
・田中 邦理・森垣 文博
Measurement of Radical Reactions in Atmospheric
Pressure Nonthermal Plasma
R. ONO, T. ODA, Y. TERAMOTO,
Y. NAKAGAWA, K. TANAKA, and
F. MORIGAKI
大気圧非熱平衡プラズマの反応機構を解明するため、
ラジカル密度の空間分布や時間変化を、レーザ分光法に
より測定している。レーザ誘起蛍光法（LIF）による OH
ラジカル、NO 分子、準安定準位 N2(A)分子、振動励起
O2 分子、O ラジカル、N ラジカル密度の計測、二次元吸
収法によるオゾン密度計測を行い、コロナ放電やバリア
放電プラズマでのラジカルの挙動を調べている。この研
究により、ストリーマの挙動とラジカル生成との関係な
どが明らかになりつつある。本研究は、非熱平衡プラズ
マによる大気汚染物質除去など、様々なプラズマ応用技
術に貢献するものである。ラジカル反応速度は温度に強
く依存するため、本研究では LIF やコヒーレント・アン
チストークスラマン分光法（CARS）により、分子の回
転温度や振動温度も測定している。
To investigate the reaction processes in atmospheric
pressure nonthermal plasma, density of radicals was measured
using laser spectroscopic techniques. OH radicals, NO
molecules, N2(A) metastables, vibrationally excited O2
molecules, O atoms, N atoms were measured by laser-induced
fluorescence (LIF) and ozone density was measured by
two-dimensional laser absorption in corona and dielectric
barrier discharges. Time evolution and spatial distribution of
these radicals have been observed in order to clarify the
production and chemical reaction processes in the
non-thermal plasma. This research contributes to various
plasma applications such as removal of environmental
pollutants using nonthermal plasma. The rate of chemical
reactions in the plasma strongly depends on temperature. The
kinetic and vibrational temperatures of molecules were also
measured using LIF and coherent anti-Stokes Raman
scattering (CARS).
2.
3.
大気圧ストリーマ放電の観測とシミュレーシ
ョン
小野 亮・小田 哲治・小室 淳史・福本 佑樹
Observation and Simulation of Atmospheric
Pressure Streamer Discharge
R. ONO, T. ODA, A. KOMURO,
and Y. FUKUMOTO
非熱平衡プラズマによるラジカルの生成や反応機構を
調べるため、極短ゲート ICCD カメラや高速度ストリー
クカメラによる大気圧ストリーマ放電の進展の観測や、
放電のシミュレーションを行っている。これらの実験結
果と LIF によるラジカルの測定結果を比較し、放電によ
るラジカルの生成機構を調べている。その結果、オゾン、
OH ラジカル、NO 分子、振動励起 O2 分子は主に二次ス
トリーマで生成され、N2(A)は一次ストリーマ（ストリー
マ・ヘッド）で生成されることが明らかになった。また、
ストリーマの進展シミュレーションや、そこで発生する
様々な反応シミュレーションを生成し、プラズマ反応モ
デルの構築を行っている。
非熱平衡プラズマによる大気中各種有害気体
の浄化
小田 哲治・藤澤 秀俊・富村 勇太
Cleaning of Polluted Gas by Using
Nonthermal Plasma
T. ODA, H. FUJISAWA, and Y. TOMIMURA
178
5.
水素操作時の静電気問題
小野 亮・小田 哲治・井関 紘士
Electrostatic Problems in the Hydrogen Handling
R. ONO, T. ODA, and H. ISEKI
Propagation of atmospheric pressure streamer discharge
was observed using a short-gated ICCD camera and a
high-speed streak camera, and it was numerically simulated.
By comparing these results with radical measurement by laser
spectroscopy, it was shown that ozone, OH radicals, NO
molecules, and vibrationally excited O2 molecules were
mainly produced in the secondary streamer, while N2(A)
metastables were mainly produced in the primary streamer
(streamer head). We develop a numerical model of the
streamer propagation and the various reactions in the streamer
to simulate the experimental results.
4.
燃料電池の燃料として利用される水素の、操作時（特
に、水素ステーションなどでの）における静電気安全性
の評価を行っている。水素は最小着火エネルギーが
0.019mJ で、一般的な可燃性ガスの 1/10 程度である。こ
のため非常に静電気に敏感で、その安全対策は必須であ
る。本研究では静電気放電を模擬した容量性スパーク放
電を用いて、様々な水素濃度、酸素濃度、湿度、回路定
数について最小着火エネルギーを求め、水素静電気着火
危険性の定量的な評価を行っている。
Electrostatic hazard for hydrogen is investigated especially
related with hydrogen station for fuel cell vehicles. The
minimum ignition energy (MIE) of hydrogen-air mixture is
0.019 mJ, which is 1/10 smaller than that of other usual
flammable gas such as methane and propane. As hydrogen is
quite sensitive to the electrostatic discharge (ESD), the
assessment of electrostatic hazard is essential for practical use
of hydrogen. The MIE of hydrogen was measured using a
spark discharge, which simulated ESD, for various hydrogen
concentrations.
高分子絶縁体中の空間電荷測定と熱刺激電流
小田 哲治・小野 亮
Measurements of Space Charge Distribution in
Polymers and Thermally Stimulated Currents
T. ODA and R. ONO
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.
6.
水素放電着火時のラジカルおよびガス温度計
測
小野 亮・小田 哲治・熊本 亜由美
Measurement of Radical Density and Gas
Temperature in Incipient Spark-Ignited
Hydrogen-Air Flame
R. ONO, T. ODA, and A. KUMAMOTO
水素の静電気着火機構を解明するため、水素放電着火
後の反応過程をレーザ計測している。可燃性ガス中で放
電が発生すると初期火炎が生成され、これが放電後 10s
－1ms に臨界火炎まで成長すれば着火する。したがって
この時間領域で初期火炎の温度、サイズ、ラジカル密度
を測定すれば、着火と不着火を分ける要素が明らかにな
る。本研究では OH ラジカル密度と火炎核温度の LIF 計
測と、主要分子（O2, H2, H2O, N2）のラマン分光計測を行
っている。これまで、水素等可燃性ガスの着火過程を定
量的に測定した例はなく、本研究は放電着火機構の解明
に大きく寄与する。
For examining the hydrogen spark-ignition mechanism, the
reaction process in the spark-ignited incipient flame was
measured by laser spectroscopy. When a spark occurs in a
flammable gas, an incipient flame is produced. If it grows to a
sufficient flame during 10 s to 1 ms after the spark, an
ignition occurs. Therefore, the measurements of the gas
temperature, size, and density of radicals in the incipient
flame are indispensable for investigating the ignition process
of hydrogen-air mixture. We measured the gas temperature
179
and OH radical density in the incipient flame using LIF and
the densities of major molecules (O2, H2, H2O, N2) using
Raman spectroscopy in spark-ignited hydrogen-air flame. The
growing process of the incipient-flame was quantitatively
measured.
少なく、新型太陽電池として期待されている。プラズマ
を用いて、色素増感太陽電池の変換効率を向上させる技
術の開発に取り組んでいる。
Dye-sensitized solar cell generates electricity by different
mechanism from silicon solar cell. It can be made at low cost
from easily available materials. We develop a plasma
treatment technique to enhance the conversion efficiency of
dye-sensitized solar cell.
7.
超高速静電気放電現象の把握とその対策技術
小田 哲治・花輪 啓輔
Observation of Ultra-Fast Electrostatic Discharge
and Its Safety Measures
T. ODA and K. HANAWA
IT 機器の製造過程において問題となる静電気放電は、
5V 以下の低電圧で発生し、パッシェンの法則から大きく
外れた領域で発生する。この放電は非常に微弱で、1m
以下の微小ギャップで発生し、GHz 以上の周波数成分を
含む高速現象である。この放電の発生メカニズムはまだ
ほとんど知られておらず、対策を困難なものにしている。
本研究ではこの微弱放電の現象の解明および対策技術の
確立に取り組んでいる。
Electrostatic discharge (ESD) causes severe problems in the
manufacturing process of IT devices. The ESD occurs below
5 V, which deviates considerably from the Pachen curve. The
ESD is quite feeble and occurs between a small gap (< 1m).
It is a fast phenomenon containing high frequency component
in the order of GHz. The mechanism of the ESD is not well
understood, which makes the development of safety measures
difficult. We measure the ESD for further understanding and
develop the safety measures against the ESD.
8.
カーボンナノチューブ作成とその応用
小田哲治
Manufacturing of Carbon Nanotube
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 nanotube is 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.
9.
色素増感太陽電池の開発
寺本 慶之・塩野 拓・米澤 寛・小野 亮
・小田 哲治
Development of Dye-Sensitized Solar Cell
Y. TERAMOTO, T. SHIONO, H. YONEZAWA,
R. ONO, and T. ODA
シリコン系の太陽電池とはまったく異なる原理で動作
する色素増感太陽電池は、安価に製造でき材料の制約が
180
著書
論文・著書一覧（2009 年度）
Publications List
[12] 小田哲治, 小野亮（分担執筆）, 大気圧プラズマ－
基礎と応用－, 日本学術振興会プラズマ材料科学第
153 委員会編, オーム社 (2009).
研究論文
[1]
[2]
R. Ono, Y. Teramoto, and T. Oda, “Effect of humidity on
gas temperature in the afterglow of pulsed positive
corona discharge,” Plasma Sources Sci. Technol., v.19,
015009 (2010).
シンポジウム・研究会・大会等発表
[13] 藤澤 秀俊, 中川 雄介, 小野 亮, 小田 哲治,“非
熱平衡プラズマによる TCE 分解処理における相対湿
度の影響,”2010 年静電気学会春期講演会論文集,
pp.61-64 (2010).
R. Ono, Y. Teramoto, and T. Oda, “Measurement of
atomic nitrogen in N2 pulsed positive corona discharge
using
two-photon
absorption
laser-induced
fluorescence,” Jpn. J. Appl. Phys., v.48, 122302 (2009).
[14] 塩野 拓, 寺本 慶之, 小野 亮, 小田 哲治, “色素
増感太陽電池の大気圧バリア放電処理,”2010 年静
電気学会春期講演会論文集, pp.65-68 (2010).
[3]
Y. Teramoto, R. Ono, and T. Oda, “Measurement of
N2(A) metastable in N2 pulsed positive corona discharge
with trace amounts of additives,” J. Phys. D, v.42,
235205 (2009).
[4]
R. Ono, K. Takezawa, and T. Oda, “Two-photon
absorption laser-induced fluorescence of atomic oxygen
in the afterglow of pulsed positive corona discharge,” J.
Appl. Phys., v.106, 043302 (2009).
[5]
R. Ono and T. Oda, “Measurement of vibrationally
excited O2(v = 6) in the afterglow of pulsed positive
corona discharge,” Plasma Sources Sci. Technol., v.18,
035006 (2009).
[17] 中川 雄介, 小野 亮, 小田 哲治, E. Kiss, “電気
集塵器用鋸歯型電極を用いたパルスコロナ放電下
の OH-LIF 計測,”2010 年静電気学会春期講演会論
文集, pp.85-86 (2010).
[6]
R. Ono, C. Tobaru, Y. Teramoto and T. Oda,
“Laser-induced fluorescence of N2(A) metastable in N2
pulsed positive corona discharge,” Plasma Sources Sci.
Technol., v.18, 025006 (2009).
[18] 寺本 慶之, 小野 亮, 小田 哲治, “レーザー誘起
蛍光法を用いた大気圧 N2/O2 ガス中パルスコロナ放
電の N 原子及び N2(A)計測,” 2010 年静電気学会春
期講演会論文集, pp.87-90 (2010).
[15] 中川 雄介, 森垣 文博, 寺本 慶之, 小野 亮, 小田
哲治, “レーザ誘起蛍光法を用いた大気圧パルスコ
ロナ放電下の OH 相対密度及び回転温度測定,”2010
年静電気学会春期講演会論文集, pp.69-72 (2010).
[16] 小室 淳史, 小野 亮, 小田 哲治, “大気圧パルス
放電後の振動緩和における湿度の影響,”2010 年静
電気学会春期講演会論文集, pp.73-76 (2010).
[19] 熊本 亜由美, 田中 邦理, 井関 紘士, 小野 亮, 小
田 哲治, “ラマン散乱法による水素-空気予混合気
放電着火過程における各種分子密度計測,”2010 年
静電気学会春期講演会論文集, pp.91-94 (2010).
国際会議論文
[7]
[8]
[9]
T. Oda, H. Miyasaka, Y. Ono and R. Ono, “The low
voltage electrostatic discharge on the contacting point,”
Conf. Rec. 2009 IEEE Ind. Applicat. Conf. 44th IAS
Annual Meeting, 10p1 (2009).
[20] Y. Teramoto, R. Ono and T. Oda, “Measurement of
nitrogen atoms under atmospheric pressure pulsed
corona discharge in N2/O2 mixed gas using TALIF,” 第
27 回 プ ラ ズ マ プ ロ セ シ ン グ 研 究 会 , pp.251-252
(2010).
R. Ono, Y. Teramoto and T. Oda, “Vibrational
temperature and vibrational relaxation of molecular
oxygen in the afterglow of pulsed corona discharge,”
29th Int. Conf. Phenomena Ionized Gases
[21] Y. Teramoto, T. Shiono, R. Ono and T. Oda, “Corona
discharge treatment of TiO2 electrode for dye-sensitized
solar cells in air,” 第 27 回プラズマプロセシング研究
会, pp.111-112 (2010).
Y. Teramoto, R. Ono and T. Oda, “Measurement of
N2(A) metastable in N2 pulsed positive corona discharge
with trace amounts of additives,” 29th Int. Conf.
Phenomena Ionized Gases, PA10-9 (2009).
[22] A. Komuro, R. Ono and T. Oda, “Effect of humidity on
vibrational relaxation after pulsed corona discharge,” 第
27 回プラズマプロセシング研究会, pp.25-26 (2010).
[10] T. Oda, Y. Ono and H. Miyasaka, “Low voltage contact
electrostatic discharge phenomena,” 2009 Electrostat.
Joint Conf., P1-22 (2009).
[23] Y. Nakagawa, Y. Teramoto, F. Morigaki, R. Ono and T.
Oda, “Laser-induced fluorescence measurement of OH
radicals in atmospheric-pressure pulsed corona
discharge,” 第 27 回プラズマプロセシング研究会,
pp.23-24 (2010).
[11] Y. Teramoto, R. Ono and T. Oda, “Laser-induced
fluorescence of metastable N2(A3Σ) in various gases
pulsed positive corona discharge,” 2009 Electrostat.
Joint Conf., p. 2.2 (2009).
[24] 藤澤 秀俊, 小野 亮, 小田 哲治, “非熱平衡プラズ
181
マによる TCE 分解処理における触媒量及び相対湿
度 の 影 響 ,” 電 気 学 会 パ ル ス パ ワ ー 研 究 会 資 料 ,
pp.23-28 (2010).
[25] 塩野 拓, 寺本 慶之, 小野 亮, 小田 哲治, “色素増
感太陽電池の酸化チタン電極への大気圧パルスコ
ロナ放電処理,” 電気学会パルスパワー研究会資料,
pp.35-38 (2010).
[26] 寺本 慶之, 小野 亮, 小田 哲治, “2 光子励起レーザ
ー誘起蛍光法を用いた大気圧窒素/酸素混合ガス中
パルスコロナ放電の N 原子計測,” 電気学会パルス
パワー研究会資料, pp.39-42 (2010).
[27] 中川 雄介, 寺本 慶之, 森垣 文博, 小野 亮, 小田
哲治, “大気圧パルスコロナ放電下における OH ラジ
カル密度及び温度の LIF 計測,” 電気学会パルスパ
ワー研究会資料, pp.43-46 (2010).
[28] 小室 淳史, 小野 亮, 小田 哲治, “大気圧パルスコ
ロナ放電後の振動緩和における湿度の影響,” 電気
学会パルスパワー研究会資料, pp.47-52 (2010).
[29] 小野 亮, 小田 哲治, “大気圧パルスコロナ放電の光
学的診断,” 19th Academic Symp. MRS-Japan 2009,
I-24 (2009).
[30] 熊本 亜由美, 小野 亮, 小田 哲治, “水素－空気混
合 気 中 で の 火 花 放 電 着 火 発 光 ス ペ ク ト ル 計 測 ,”
2009 年静電気学会講演論文集, pp.9-10 (2009).
[31] 中川 雄介, 寺本 慶之, 小野 亮, 小田 哲治, “大気
圧パルスコロナ放電における OH ラジカルの LIF 計
測,” 2009 年静電気学会講演論文集, pp.19-22 (2009).
[32] 寺本 慶之, 小野 亮, 小田 哲治, “2 光子励起レーザ
誘起蛍光法による大気圧パルスコロナ放電の N 原
子 挙 動 観 測 ,” 2009 年 静 電 気 学 会 講 演 論 文 集 ,
pp.29-32 (2009).
[33] 塩野 拓, 寺本 慶之, 小野 亮, 小田 哲治, “色素増
感太陽電池の大気圧コロナ放電処理,” 2009 年静電
気学会講演論文集, pp.145-148 (2009).
[34] 藤澤 秀俊, 小野 亮, 小田 哲治, “大気圧非熱平衡
プラズマによるトリクロロエチレン分解に対する
触 媒 量 の 効果,” 2009 年 静電 気 学 会 講 演 論 文集,
pp.189-192 (2009).
182
日髙・熊田，池田(久)研究室
Hidaka, Kumada & Ikeda Laboratory
2. レーザ波面計測による放電中の電子密度測定
稲田優貴・松岡成居・熊田亜紀子・池田久利・
日髙邦彦
Electron Density Measurement in Arc Discharge by
Wave-front Sensor
Y. INADA, S. MATSUOKA, A. KUMADA,
H. IKEDA and K. HIDAKA
(http://www.hvg.t.u-tokyo.ac.jp)
研究現況
Current Research Projects
1. 気体カー効果による電界測定
松本洋和・松岡成居・熊田亜紀子・日髙邦彦
Electric Field Measurement in Gas Using Kerr
Effect
H. MATSUMOTO, S. MATSUOKA,
A. KUMADA and K. HIDAKA
雷放電の研究および耐雷技術の開発、ガス絶縁機器の
開発や放電プラズマ応用機器の開発などには、過渡的な
放電現象の機構解明が求められており、放電に関する基
礎物理量の 1 つである電子密度計測は特に重要である。
本年度は数 kA 級のピーク電流値を有する大気中アーク
放電内の電子密度をシャックハルトマン型レーザ波面計
測器を利用して測定した。
アーク柱軸上の 3 か所において横断方向の電子密度分
布を解析した結果、電子密度は常にアーク柱軸中心で最
大となり、電流値が 0.6kA のときのピーク電子密度は 7
×1023m-3 であった。
It has been needed to clarify the discharge process for
lightning protection, efficient plasma reactors, and designing
power apparatuses such as gas insulated switchgears. The
study on discharge mechanism is possible through the
measurement of fundamental physical quantities such as
electron density, ion density, and electric field.
In this year, a Shack-Hartmann type laser wave-front sensor
was applied for measuring the electron density in an arc
column with the peak current of several kA in air.
The electron density distributions across the arc column
were acquired at three points along the arc column. The
electron density in the arc column takes its peak value at
column center. The peak value is 7×1023 m-3 at the middle
point of the gap when the instantaneous current decreases to
0.6kA.
気体のカー効果を用いた電界の非接触計測手法は被
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。気体カー
効果は液体のカー効果と比較して 1/10000 程度であり、
測定が困難とされていが、位相変調による高感度測定な
どの開発のよりその測定が可能となっている。
過去の研究において、コロナ放電発生時にカー定数が
イオン電荷量の増加に伴い指数的に増加することが確
認された。本年度はまず、この原因の解明を行った。電
界、イオン電荷量を変化させて実験を行い、コロナ放電
発生時に確認された大きなカー効果は、イオン風によっ
て空気の密度が揺らいだためと判明した。
さらに電界測定システムの高度化を行った。これは、
検出信号の変調周波数の倍波成分に着目することでレ
ーザや光路で生じるレーザ出力の変化の補償を行える
ようにしたものであり、カー効果により生じる位相差は
10％の不確かさの範囲内で得ることに成功した。
The sensing technique based on the Kerr electro-optic
effect of gas is applied to the electric field distribution
measurement. As the Kerr constant in atmospheric air is
1.3×10-18m/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.
In previous work, Kerr constant increase exponentially
with increase of ion density. In this year, the change of the
birefringence was measured with changing the electric field
and the corona charge amount. It has been turned out that
increase in Kerr constant is caused by the ion wind of
corona discharge.
In addition, the advanced electric field measurement
system based on gaseous Kerr effect was also proposed.
This proposed system can compensate the change of the
laser output which is generated in the laser source or
superimposed in the optical path. In verification of the
compensation method, the phase difference caused by Kerr
effect can be obtained in 10% uncertainty.
3. マイクロ波照射による PCB 分解反応促進機構
岡崎洋平・松岡成居・熊田亜紀子・日髙邦彦
Decomposition Reaction Accelerating Process of
PCBs by Microwave Irradiation
Y. OKAZAKI, S. MATSUOKA, A. KUMADA
and K. HIDAKA
ビフェニルを塩素化した芳香族化合物はポリ塩化ビフ
ェニル(PCB)と呼ばれる。PCB はその熱的安定性や化学
的安定性、優れた絶縁特性から、変圧器やコンデンサな
ど多くの用途に用いられてきた。しかし、PCB の強い毒
性がわかってからは、国内における生産や輸入は研究目
的以外には禁止され、その廃棄や取り扱いについても厳
しい規制が設けられることとなった。PCB の処理は難し
く、その多くは保管されてきたが、近年 PCB の新たな処
理法が開発された。その方法は、マイクロ波(2.45GHz)
を用いて PCB を脱塩素化し、無害化するといったもので
ある。これは従来法と異なり、有害な副生成物をほとん
ど生成しないといった特徴がある。この現象はマイクロ
183
表面電位計を用いた分解能 5.4mm、測定点数 6846 点
に及ぶ帯電電荷密度分布測定装置によって、直流電界下
の電力用エポキシ樹脂製コーンモデルスペーサの帯電特
性の測定を行った。スペーサの表面状態が悪化すると帯
電量が大きくなることが確認されたため、主な帯電発生
要因は表面に沿う導電であると考えられる。またスペー
サの表面抵抗率の測定を行い、表面抵抗率が一様でない
場合、抵抗率が変化する境界に沿って帯電が発生するこ
とを実験と電界計算シミュレーションの両面から確認し
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 had developed with an
electrostatic probe using the digital signal processing
technique. The number of measured points is 6846, and the
spatial resolution reaches 5.4 mm.
Both the voltage
application process and the measuring process are carried out
in a container (glove box) filled with atmospheric SF6.
Surface conductivity of the insulator was measured because
surface leakage current was assumed to be the main factor of
charge accumulation, and it was turned out that the uniformity
of the surface conductivity depends on the surface treatment
and the humidity of the storage tank. Time evolution of the
charge accumulation was calculated by the electric field
computation based on charge simulation method, and it
coincided well with the measured value.
波の熱的な効果によるもののほかに、非熱的な効果によ
るものといわれるが、分解機構の詳細は未解明である。
そこで、マイクロ波照射により触媒と溶液が逆極性に
帯電するため分解反応が促進されるという仮説を立て、
Pd/C 触媒の電子放出測定と溶液の帯電量の計測を行い、
その検証を行った。その結果、触媒の電子放出量から推
定される帯電量が実際の帯電量と近い値をとることが分
かった。
さらにマイクロ波照射時の溶液をイメージインテンシ
ファイア付きカメラで観測したところ、触媒からの発光
が確認された。この光の中には紫外線が含まれており、
この紫外線が PCB 分解反応を促進している可能性があ
ることがわかった。触媒形状・配置をモデル化し、触媒
近傍の電磁界分布の解析も併せて行った。
Polychlorinated biphenyls (PCBs) had been used in many
applications such as transformers and capacitors. In recent
years, a new effective processing for PCBs has been
developed. With this processing, PCBs can be made harmless
by de-chlorination of them using microwave (MW, 2.45GHz).
Unlike conventional treatment, this new processing hardly
produces harmful by-product material. It is natural to
consider that the MW irradiation process has high-efficient
heating performance and also may have some non-thermal
effect.
In this year, we made such a hypothesis that the absorptive
power of the catalyst is improved by charge accumulation. To
evaluate this hypothesis, the amount of the electrical emission
from the Pd/C catalyst and the charge density of the solution
were measured. It was observed that the charge accumulation
which is estimated from the result of the electrical emission
measurement is comparable in amount to experimental result.
In addition, it was observed by an ICCD camera that the
catalyst in the solution emits lights under the irradiation of
microwave. The emitted light includes UV spectra, which is
expected to contribute to PCBs decomposition. The electric
field distribution around the catalyst was also analyzed with
the simplified configuration models.
.
5. SF6 及び空気中にける沿面放電の残留電荷密度
分布測定
伊藤朋央・松岡成居・熊田亜紀子・日髙邦彦
Residual Charge Distribution Measurement of
Surface Discharge in Air/SF6
T. ITOU, S. MATSUOKA, A. KUMADA and
K. HIDAKA
4. 直流電界下における絶縁物の帯電現象
道念大樹・松岡成居・熊田亜紀子・日髙邦彦
Charge Accumulation on an Insulator under DC
Electric Field
T. DOUNEN, S. MATSUOKA, A. KUMADA
and K. HIDAKA
誘電体表面に発生する沿面放電は、電力機器や電子素
子の絶縁設計において抑制が重要になるので、その進展
機構の解明が強く望まれている。本研究では、表面電位
計を用いて沿面放電後の試料を測定し、あらかじめ電界
計算により求めておいた関係式により逆算を行い、沿面
放電進展時の電位分布を測定することを目的としている。
空気及び SF6 中における沿面放電を対象にその残留
電荷密度分布の測定を行った。その結果、導電性の高い
リーダチャネルがストリーマ中に形成され、より長く進
展する様子が捉えられた。
A surface discharge on an insulating material has a great
influence on the insulating performance of electrical apparatus
and electronic devices. Electrostatic probes have been utilized
for measuring the residual charge distribution. In this research,
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。
184
/CO2 gas mixtures in gaseous space and on dielectric surface
under steep front square pulse voltage application. The
synergism works when CF3I is mixed with N2 or CO2 both in
gaseous space and on dielectric surface.
As a result, the sparkover voltage in CF3I/N2 gas mixture
which contains N2 gas of 80% under non-uniform electric
field is higher than that in pure CF3I, and the flashover voltage
in CF3I/CO2 gas mixture which contains CO2 gas of 60 - 80%
on dielectric surface is higher than that in pure CF3I.
a layered dielectric plate was introduced and the residual
charge distributions of surface discharge in air and SF6 were
successfully measured.
The charge distribution of surface discharge propagated on
it in 25kPa-SF6 was measured. In the residual charge
distribution, leader channels are successfully recognized.
6. ナノ秒領域における絶縁ガス中の放電進展現
象
武田敏信・飯田潤基・松岡成居・熊田亜紀子・
日髙邦彦
Nano-Second Range Electrical Discharge
Phenomena in Insulation Gases
T. TAKEDA, J. IIDA, S. MATSUOKA,
A. KUMADA and K. HIDAKA
7. マイクロギャップにおける沿面放電現象
ファテメ レザイファル・松岡成居・熊田亜紀子・
日髙邦彦
Surface Discharge in Micro Gap
F.REZAIFAR, S. MATSUOKA, A. KUMADA
and K. HIDAKA
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、1µs 以下の短時間領域で放電
現象を詳細に測定している。
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。そこ
で我々は絶縁性能が高く、地球温暖化への影響が小さい
CF3I ガスを SF6 代替ガスとしての可能性を検証してきた。
その結果、準平等電界下では CF3I は SF6 より絶縁性能
が高いが、極端な不平等電界下では CF3I は SF6 より絶縁
性能が低いということがわかっている。
また、CF3I は飽和蒸気圧が低く、高気圧では液化が起
こってしまう。それを防ぐために CF3I を他のガスと混合
することによって分圧を下げるという方法が考えられて
いる。混合した場合の絶縁性能を知るために CF3I/N2、
CF3I/CO2 混合ガスの気中放電特性、沿面放電特性の測定
を行った。気中、沿面共に CF3I は強いシナジズムを示し、
ガス混合は絶縁性、液化防止の両面で有効であることが
明らかになった。
SF6 gas, which is a major electrical insulating medium in
high voltage equipments, has been designated as a greenhouse
effect gas. Thus, it has been required to be reduced or replaced
by other gases.
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 has 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.
The sparkover voltage of gap in CF3I is lower than that in
SF6 under non-uniform electric field. On the contrary, the
sparkover voltage in CF3I is higher than that in SF6 under
uniform electric field.
We measured the V − t characteristics of CF3I /N2 and CF3I
マイクロギャップにおける沿面放電進展特性の測定を
行った。具体的には厚さ 1m の SiO2 絶縁膜上に、ギャ
ップ長 2m 及び 10m の電極を配置し、その V-t 特性の
測定を行った。その結果、放電電圧は電極の厚み及び印
加電圧の極性の影響を受けることが分かった。また、放
電の統計時間遅れは十分小さかった。これは電界放出に
より初期電子が供給されていることを示唆するものであ
る。さらに、サブミクロンオーダの分解能をもつ沿面放
電測定用センサの開発を昨年に引き続き行った。センサ
の出力が微弱であるため、CMOS 読み出し回路集積型セ
ンサを試作した。これは、CMOS チップ内の金属層構造
を利用して、チップ内部及び表面にセンサ構造、放電電
極構造を作りこんだ構造をとる。現在その応答特性の測
定の準備を進めているところである。
Due to the fast development in miniaturization of electronic
devices, the insulation thickness between electrodes becomes
more narrowing. Operation of these micro systems under high
applied electric field exposes them to high risk of breakdown.
Therefore, it is necessary to investigate the withstanding
capability of micro insulator. Especially surface discharge is
able to propagate more easily through an insulator surface
compared with electrical discharge in gaseous gap, and
deteriorate insulation characteristics. In this research first, the
V-t characteristics of surface discharge across micro gap has
been measured. Later, for measuring potential distribution of
surface discharge, our laboratory proposed CMOS readout
micro sensor. This micro sensor has been fabricated via
MEMS technology. It is expected to acquire roughly high
special resolution (10μm) and approach to more explicit
information about discharge propagation.
This sensor’s fundamental theory is based on electrostatic
sensor. 10 detecting electrodes are installed between the
electrodes, just under the insulator (SiO2) layer. These
detecting electrodes are connected to an analogue integrated
circuit to read out the induced potential. Because the
discharge appearing during a short moment, the circuit is
185
designed to store the potential of the electrode in a “sample
and hold” type circuit made of 4 transistors and one capacitor.
Scan circuit extract the stored potential from each electrode to
send it to a common output.
Gas instead of using liquid N2 in pre-shipment inspection to
reduce inspection cost.
9. バリア放電のシミュレーション
田中大樹・松岡成居・熊田亜紀子・日髙邦彦
Numerical Simulation of Barrier Discharge
D. TANAKA, S. MATSUOKA, A. KUMADA and
K. HIDAKA
8. 超電導ケーブルの部分放電測定
杉本敬哉・松岡成居・熊田亜紀子・日髙邦彦
Partial Discharge Measurement in HTS Cable
Y. SUGIMOTO, F.REZAEIFAR, S. MATSUOKA,
A. KUMADA and K. HIDAKA
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、バリア放電による放電プラズマが、
排ガス処理等に利用されていることを背景に、誘電体を
ギャップ間に挿入したバリア放電を対象にその進展シミ
ュレーションを行った。効率的なプラズマ反応器の設計
や特性の解明には、電子やイオンの密度分布、温度分布
の把握が重要であり、これら測定が難しい諸量を数値計
算シミュレーションにより求めることに成功した。さら
に、バリア上の電位分布をポッケルスセンサを用いて測
定し、計算結果との比較を行った。両者の電荷密度分布
は定性的に一致したものとなった。
In recent years, barrier discharge plasma has been utilized
to the removal of pollutants such as VOCs, SOx, and NOx.
The performance of removal is greatly influenced by the
structure of the plasma reactor. For the improvement of
performance in various applications, it is necessary to
understand gas discharge dynamics experimentally and
analytically. A numerical simulation of positive streamer
propagation is carried out in non-uniform electric field with a
dielectric barrier. The simulation method is based on the
first-order continuity equations of charged particles. The
transport coefficients at a given field strength are derived
from the Boltzmann equation, and the electric field is obtained
by solving the Poisson's equation. The streamer propagation,
electron and ion distributions, electric field strength, and
electron temperature are studied in detail as the time passes
after the application of electric field. In addition, the
transient change of potential on dielectric barrier is measured
by Pockels sensor, and compared with the simulated result.
The simulated charge profile on dielectric barrier coincides
qualitatively with the measured profile.
都心部へ給電する電力ケーブルは送電容量の向上が望
まれている。高温超電導ケーブル（High Temperature
Superconducting Cable = HTS ケーブル）は、高温超電
導線材を導体に使用することにより、送電ロスを大幅に
減らすことができ、軽量かつコンパクトで大容量の送電
が可能となる。HTS ケーブルの電気絶縁システムは、絶
縁紙 PPLP(Poly-Propylene Laminated Paper)と液体窒素
の複合絶縁となる。既存の OF ケーブルとは放電機構が異
なり、従って液体窒素含浸時の PPLP の絶縁破壊および部
分放電の体系的解明が望まれている。
本研究では、PPLP の絶縁特性の体系的把握を目的とし、
大気圧空気中、気体窒素中および液体窒素含浸時の部分
放電特性の比較を行う。本年度は、上記の 3 つの条件に
おけるシート及びケーブルモデルを用いた交流、直流部
分放電開始電圧特性、電荷量を測定した。得られた結果
から Q-V 特性を取得し、液体窒素環境下における部分放
電を、他の環境下におけるそれから推測する手法を提案
した。また経済対策として、出荷時試験時に液体窒素を
使わない代替試験についても検討を行った。
Nowadays, electrical cables that provide power to urban
regions are nearly in the full of their capacity, and it is wanted
to expand transmission capacity. High Temperature
Superconducting (HTS) Cables, whose conductor is made of
HTS material, can lessen transmission loss exceedingly and
enable more lightweight, compact and high-capacity
transmission system.
HTS cable electrical insulation system consists of
insulation paper PPLP and liquid N2. The discharge structure
is different from that of OF cable, so that it is need to solve
the destruction and partial discharge structure of PPLP in the
condition of liquid N2.
In this research, on the purpose of understanding
insulation characteristics of PPLP, we compare partial
discharge characteristics in the condition of air, N2 gas and
liquid N2. In this year, we investigated the characteristics of
inception voltage and the amount of electric charge of partial
discharge under AC and DC voltage using PPLP sheets and
HTS cable models. By comparing the experimental results in
air and N2 gas with obtained results in liquid N2 , we have
proposed the method which is estimating partial discharge in
the condition of liquid N2 comparing with other conditions.
Moreover we have evaluated the probability of using air or N2
186
10. 乾燥空気下におけるバリア効果
老田友紀・松岡成居・熊田亜紀子・日髙邦彦
Barrier Effect on Electrical Discharge in Dry Air
Y. OIDA, S. MATSUOKA, A. KUMADA and
K. HIDAKA
ガス絶縁開閉機器に用いられている SF6 は優れた絶縁
性能と消弧能力を持っているが、地球温暖化を加速させ
るという問題が指摘されているため、本研究では SF6 の
代替ガスとして、人体及び環境に無害な乾燥空気に注目
した。乾燥空気の絶縁耐力は低いため、電力機器におい
ては固体絶縁バリアを組み合わせることになるが、複合
絶縁を用いた機器の絶縁設計は経験則に頼っているのが
実情である。本研究は、乾燥空気スイッチギアの理論的
な絶縁設計手法の確立も視野に入れて、乾燥空気中のバ
リア存在下における放電進展機構の解明を目指している。
本年度においては、乾燥空気絶縁スイッチギアの理論
的設計に不可欠である乾燥空気中のバリア存在下での放
電進展機構の解明を目的とし、インパルス及び交流火花
電圧の測定からバリア寸法の最適化、またコロナ放電の
撮影及び電流測定に基づいたバリア放電進展モデルの構
築を行った。
これにより、絶縁破壊を防ぐためにはまず前駆放電で
ある高圧側電極からのコロナ放電の発生を防ぐ必要があ
ることがわかった。
SF6 gas is a major electrical insulating medium in Gas
Insulated Switchgear(GIS). But it has been designated as a
greenhouse effect gas, so dry air draws attention instead of it.
Dielectric strength of dry air is not so strong as SF6 gas, and
the composite insulation with a solid barrier will be utilized in
electric apparatus. But in designing a power apparatus with
such a composite insulation, it is designed almost empirically
from the experimental values. In this research, we investigate
the barrier effect on electrical discharges in dry air with a
view to establish the theoretical method for insulation design.
In this year, 50% breakdown voltage was measured with
up-down method by changing the shape of solid barriers and
the pressure of gas, and built up model of electrical discharges
sequence by observing electrical discharges on barrier with a
high speed camera. It was found that it was important to
prevent corona discharge prior to breakdown from occurring.
11. 沿面リーダ進展現象の計測
に沿面放電進展現象の測定を行った。雷インパルス電圧
を 25 回極性を変えながら試料に印加すると、50Hz 交流
電圧印加時に比べて 4 倍以上の長さを沿面リーダが進展
することがわかった。繰り返し電圧を印加した場合、ス
トリーマ部分の電位勾配に変化は見られなかったが、リ
ーダ部分の電位勾配は徐々に低下し、最終的に
0.5~0.6kV/mm 以下となった。
これは、機器にインバータサージなどの高い周波数の
サージ電圧が侵入する場合、低い電圧で沿面絶縁破壊を
起こす危険性があることを示唆するものである。
To study the mechanism of the development of leader
discharge, the charge measuring system was developed with
an electrostatic probe. To reduce the potential of the
accumulated charge, two-layer structure pipe is designed. The
outer layer is a 100m thick PET film and the inner layer is a
rubber one with a low resistivity. In this way, the potential is
reduced.
The influence of the residual charge to the propagation of
surface discharge is experimentally investigated by using high
speed framing and streak cameras, and an electrostatic probe.
When 25-times consecutive impulse voltages are applied with
changing the polarity, the propagation length of the surface
discharge increases gradually from 79 mm to 164 mm and
hardly converges. In such a condition, the potential gradient in
the leader part decreases with the consecutive number of
impulses, while that in the streamer part keeps constant and
the value is 0.5-0.6 kV/mm. With the residual charge of a
previous opposite polarity discharge on an insulator, the
propagation velocity increases three to eight times as large as
that of the surface discharge on a clear insulator without
residual charge. The peak current of surface discharge with
residual charge also becomes much higher than that without
residual charge.
12. ポッケルス効果による沿面放電進展時の電
位・電界・電荷分布測定
田中大樹・松岡成居・熊田亜紀子・日髙邦彦
Potential, Charge, and Electric Field Distributions
Measurement of Propagating Surface Discharge by
Using Pockels Effect
D. TANAKA, S. MATSUOKA, A. KUMADA and
K. HIDAKA
沿面放電現象は電力機器の設計上は防ぐべき対象とし
て、また沿面放電によるプラズマは排ガス処理の手法と
してその進展機構の解明が望まれている。本研究では、
誘電体バリア上を進展する沿面ストリーマの進展時電位
分布及び電荷密度分布について、ポッケルス効果を利用
した光学的手法による測定を行った。
正確な光軸合わせ及び数値処理手法の改善により、先
行研究で問題よなっていた測定ノイズを低減し、進展中
の正極性沿面ストリーマの詳細な電位分布を測定するこ
とに成功した。測定結果より、ストリーマヘッドにおい
Deng Junbo・松岡成居・熊田亜紀子・日髙邦彦
Propagation of Surface Leader
J. Deng, S. MATSUOKA, A. KUMADA and
K. HIDAKA
リーダ進展の機構解明を目的とし、振動容量型表面電
位計を用いて沿面リーダ残留電荷密度分布測定装置を構
築してきた。
本年度は、本測定システム及びハイスピードカメラを
用いて、印加電圧の極性を交互に変化させた場合を対象
187
ては水平方向電界成分が大気圧空気の臨界電離強度
2.4kV/mm に近い値であること、ストリーマチャネルでは
ほぼ 0.5kV/mm 一定であることがわかった。逆計算手法か
ら得られた帯電電荷密度はストリーマチャネルにおいて
200pC/mm2 一定であった。
Clarifying the propagation mechanism of surface discharge
is required in insulating electric apparatuses and processing
gases containing pollutants. In this research, we measured the
potential and electric field distribution on a dielectric material
with the sensing technique using the Pockels effect.
By the Pockels sensing system, the instantaneous
two-dimensional potential profile of a propagating surface
streamer was successfully measured. The propagating
direction component of the electric field near the tip of the
propagating streamer reaches 3kV/mm. When the streamer
stops, the potential distribution along a streamer forms an
almost linear profile with the distance from the electrode, and
its gradient is about 0.5kV/mm.
PMDMS is 60 ～ 70% in THz region, which causes the
difference of wave forms after transmission. In addition, the
configuration of water trees in a low density PE sheet is
detected using THz time-domain spectroscopy and the
rejuvenation process of water trees by PMDMS is also
successfully observed. These results indicate that it is possible
to
CV ケーブルは、水に晒された状態で長期間使用する
と水トリー劣化が生じ、絶縁性能が低下することが知ら
れており、水トリーの性質の解明は重要な研究課題とな
っている。テラヘルツ波と呼ばれる周波数 1～30 THz 程
度の電磁波は、ポリエチレンのような不透明な物質も透
過し、また水に吸収される特性を持つため、ポリエチレ
ン内部の水トリーを検出できる可能性があると考えられ
る。本研究では、水、低密度ポリエチレン、水トリーの
補修材料として用いられるフェニルメチルジメトキシシ
ラン(PMDMS)についてテラヘルツ波の透過特性を測定
した。その結果、水のテラヘルツ波透過率は 10～20%と
小さいのに対し、PMDMS のテラヘルツ波透過率は 60～
70%程度であることが判明した。この透過率の差に起因
すると考えられる透過波形の変化が同時に観測された。
さらに、テラヘルツ時間領域分光法を用いてポリエチレ
ンシート内部に発生させた水トリーの観察、PMDMS に
よるトリー補修の経過観察に成功した。本研究によって
得られた結果は、テラヘルツ波によるケーブル劣化診断
の可能性を示すものである。
The water tree is one of major degradation factors of XLPE
In
this
research,
THz-wave
a
new
diagnostic
technology
for
cable
deteriorations and failures based on THz-wave technology.
13. テラヘルツ波を用いた水トリーの観察
岩渕大行・松岡成居・熊田亜紀子・池田久利・
日髙邦彦
Observation of Water Trees Using THz-Wave
H. IWABUCHI, S. MATSUOKA, A. KUMADA,
H. IKEDA and K. HIDAKA
cables.
develop
transmission
characteristics of water, low density polyethylene, and
phenylmethyldimethoxy silane (PMDMS), which is a
rejuvenation material of water tree, are measured. It is turned
out that the transmittivity of water is 10～20%, and that of
188
論文・著書一覧（2009 年度）
Publications List
[10] Toshinobu Takeda, Shigeyasu Matsuoka, Akiko Kumada,
and Kunihiko Hidaka: Breakdown characteristics of
CF3I on the dielectric surface, Proceedings of 2009
Korea-Japan Joint Symposium on Electrical Discharge
and High Voltage Engineering, OB-3, pp. 104-107,
Pusan, Korea (2009)
学会誌論文
[1]
[2]
[3]
Akiko Kumada, Shigemitsu Okabe and Kunihiko
Hidaka: Residual Charge Distribution of Positive
Surface Streamer, J. Phys. D: Appl. Phys., Vol.42,
095209 (2009)
[11] Yuki Oida, Shigeyasu Matsuoka, Akiko Kumada and
Kunihiko Hidaka, and Tadahiro Yoshida: Discharge
Propagation on Barrier in Dry Air, Proceedings of 2009
Korea-Japan Joint Symposium on Electrical Discharge
and High Voltage Engineering, OC-5, pp. 134-137,
Pusan, Korea (2009)
Daiki Tanaka，Shigeyasu Matsuoka，Akiko Kumada and
Kunihiko Hidaka:
Two-dimensional potential and
charge distributions of positive surface streamer, J. Phys.
D: Appl. Phys., Vol.42, 075204 (2009)
Myo Min Thein, H.Ikeda, K.Harada, S.Ohtsuka,
M.Hikita,E.Haginomori and T.Koshiduka: Investigation
of Transformer Model for TRV Calculation by EMTP，
電気学会論文誌 B, Vol. 129, No. 10, pp. 1174-1180
(2009)
[12] Youhei Okazaki, Akiko Kumada, Kunihiko Hidaka,
Kouji Amano and Kouichi Ito: Decomposition Process
of PCBs by Microwave Irradiation, Proceedings of 2009
Korea-Japan Joint Symposium on Electrical Discharge
and High Voltage Engineering, OD-4, pp. 150-153,
Pusan, Korea (2009)
国際会議論文
[4]
Kunihiko Hidaka: Toward International Standardization
of 1100kV Ultra-High-Voltage Technologies on
Ultra-High-Voltage
Technologies,
International
Conference on Electrical Engineering 2009, keynote
speech, KS1-01, pp. A1-A5, Shenyan, China (2009)
[13] Daiki Tanaka, Shigeyasu Matsuoka, Akiko Kumada, and
Kunihiko Hidaka: Two-dimensional potential and charge
distributions on insulator with propagating positive
surface streamer, Proceedings of 2009 Korea-Japan Joint
Symposium on Electrical Discharge and High Voltage
Engineering, PC-7, pp. 178-181, Pusan, Korea (2009)
[5]
Junbo Deng, Shigeyasu Matsuoka, Akiko Kumada and
Kunihiko Hidaka: Residual Charge Density Distribution
Measurement of Surface Discharge on Cylindrical
Insulator, International Conference on Electrical
Engineering 2009, 19FP310, pp. 1-5, Shenyan, China
(2009)
[14] Taiki Donen, Shigeyasu Matsuoka, Akiko Kumada and
Kunihiko Hidaka, M Takei and Y. Hoshina: Influence of
surface resistance on charge accumulation on GIS
insulator, Proceedings of 2009 Korea-Japan Joint
Symposium on Electrical Discharge and High Voltage
Engineering, PB-18, pp. 387-390, Pusan, Korea (2009)
[6]
Daiki Tanaka, Shigeyasu Matsuoka, Akiko Kumada and
Kunihiko Hidaka: Two-dimensional potential and charge
distributions on insulator with propagating positive
surface streamer, 14th International Conference on
Phenomena in Ionized Gases, PB10-5, pp. 1-4, Cancun,
Mexico (2009)
[15] Hirokazu Matsumoto, Shigeyasu Matsuoka, Akiko
Kumada
and
Kunihiko
Hidaka:
Noncontact
Measurement of Electric Field Based on Gaseous Kerr
Effect, Proceedings of the 10th University of Tokyo Seoul National University Joint Seminar on Electrical
Engineering, pp. 29-32, Seoul, Korea (2009)
[7]
Akiko Kumada and Kunihiko Hidaka: Charge and
electric field distribution of surface leader, 14th
International Conference on Phenomena in Ionized
Gases, PB10-6, pp. 1-4, Cancun, Mexico (2009)
[8]
Toshinobu Takeda, Shigeyasu Matsuoka, Akiko Kumada
and Kunihiko Hidaka: Sparkover and Surface Flashover
Characteristics of CF3I Gas under Application of
Nanosecond Square Pulse Voltage, 16th International
Symposium on High Voltage Engineering, C-55, pp. 1-6,
Cape Town, South Africa (2009)
[16] Junbo Deng, Shigeyasu Matsuoka, Akiko Kumada and
Kunihiko Hidaka: The influence of residual charge on
surface leader propagation, Proceedings of the 10th
University of Tokyo - Seoul National University Joint
Seminar on Electrical Engineering, pp. 37-42, Seoul,
Korea (2009)
[9]
[17] Toshinobu Takeda, Shigeyasu Matsuoka, Akiko Kumada
and Kunihiko Hidaka : Breakdown Characteristics of
CF3I/CO2 Gas Mixture on Dielectric Surface,
Proceedings of the 10th University of Tokyo - Seoul
National University Joint Seminar on Electrical
Engineering, pp. 47-50, Seoul, Korea (2009)
Hirokazu Matsumoto, Shigeyasu Matsuoka, Akiko
Kumada and Kunihiko Hidaka: Suppression of
Piezoelectric Vibration on Pockels Crystal, IEEE T&D
Asia 2009, PO18-8, pp. 1-4, Seoul (2009)
[18] Daiki Tanaka, Mariko Sakuta, Shigeyasu Matsuoka,
Akiko Kumada and Kunihiko Hidaka: Two-dimensional
potential distribution on insulator with propagating
189
[19]
[20]
[21]
[22]
negative surface leader, Proceedings of the 10th
University of Tokyo - Seoul National University Joint
Seminar on Electrical Engineering, pp. 55-57, Seoul,
Korea (2009)
H. Ikeda, K. Harada, S. Ohtsuka, M. Kozako and M.
Hikita : UNIVERSITY APPROACH FOR CIRCUIT
BREAKER DEVELOPMENT, Conference Proceedings
of 20th International Conference and Exhibition on
Electricity Distribution 2009, 0794, Prague, 8-11 June,
2009
Myo Min Thein, H. Ikeda, H. Katsuhiko, M. Hikita, S.
Ohtsuka, E. Haginomori, T. Koshiduka : Transformer Model
for TRV Calculation at the Transformer Limited Fault
Condition by EMTP", Proceedings of the International
Conference on Electrical Engineering 2009, HF-08
I9FP0196, Shengyang, July 7-10, 2009
M. Koochack Zadeh, V. Hinrichsen, H.Ikeda and
M.Hikita ; Insulation Properties of Vacuum Interrupters
after Short Circuit Current Interruption, Proceedings of
the 16th International Symposium on High Voltage
Engineering ISH2009, Capetown South Africa, August
24-28, 2009
H.Ikeda, S. Kawachi, K. Harada, S. Ohtsuka, M.Hikita, T.
Nagata and K. Iwamoto : Research on Acceleration
Phenomena with Test Equipment of Simulating Puffer type
Gas Circuit Breaker", Proceedings of the IEEE T&D
Asia-SIEF 2009, OR10-1, D20090224-30, COEX
Convention Center, Seoul Korea, October 26-30, 2009
PPT-09-8/ED-09-30, pp. 43-48（2009）
[29] 老田友紀，松岡成居，熊田亜紀子，日髙邦彦，吉田
忠広，竹内敏惠：乾燥空気中におけるバリア放電進
展機構, 電気学会放電静止器開閉保護合同研究会資
料, ED-09-48/ SA-09-36/ SP-09-5, pp. 25-29（2009）
[30] 道念大樹，松岡成居，熊田亜紀子，日髙邦彦，武井
雅文，保科好一：GIS 絶縁スペーサの帯電現象にお
ける表面抵抗の影響, 電気学会放電静止器開閉保護
合 同 研 究 会 資 料 , ED-09-49/SA-09-39/SP-09-6, pp.
31-36（2009）
[31] 熊田亜紀子：沿面リーダの残留電荷測定, 安全工学
シンポジウム 2009 予稿集, pp. 78-79（2009）
[32] 日髙邦彦：日本発の技術を国際標準へ～1100kV
UHV 送電システムを例として, 平成 21 年度電気学
会東京支部連合研究会特別講演（2009）
[33] 岡崎洋平，熊田亜紀子，日髙邦彦，天野耕治，伊藤
鉱一：マイクロ波照射による PCB 分解反応促進機
構, 電気学会基礎・材料・共通部門大会講演論文集,
O-77-Ⅱ, pp. 228-233（2009）
[34] 日髙邦彦：ピコからテラまで広がる高電圧工学の世
界, 九州工業大学工学部寄附講座電力系制御工学講
座第 5 期報告会および電力設備診断講習会基調講演,
pp. 45-61（2009）
[35] 稲田優貴，松岡成居，熊田亜紀子，日髙邦彦：電子
密度計測用に向けたシャック・ハルトマン型レーザ
波面測定器の開発, 2009 年放電学会年次大会講演論
文集, A-1-4, p. 1（2009）
[36] 飯田潤基，松岡成居，熊田亜紀子，日髙邦彦：CF3I
混合ガスの沿面 V-t 特性, 2009 年放電学会年次大会
講演論文集, A-1-6, pp. 1-2（2009）
解説論文・総合報告等
[23] 日髙邦彦，池田久利: 日本発の技術を国際標準へ
100 万ボルト送電の例, 電気学会誌, Vol. 129, pp.
303-306（2009）
[37] 作田真理子，田中大樹，松岡成居，熊田亜紀子，日
髙邦彦：ポッケルス効果を用いた沿面放電の二次元
電位分布測定, 2009 年放電学会年次大会講演論文集,
A-2-5, pp. 1-2（2009）
[24] 日髙邦彦: 国際会議報告 International Symposium on
High Voltage Engineering (ISH2009)総括, 放電研究,
Vol. 52, No. 3, pp. 7-9（2009）
[38] ファテメ レザイファル，松岡成居，熊田亜紀子，
日髙邦彦：沿面放電電位分布測定用マイクロセンサ
の開発, 2009 年放電学会年次大会講演論文集, A-2-6,
pp. 1-2（2009）
[25] 熊 田 亜 紀 子 : 国 際 会 議 報 告 XXIX International
Conference on Phenomena in Ionized Gases
(ICPIG2009) 総括, Vol. 52, No. 3, pp. 1-3（2009）
[39] 松岡成居，熊田亜紀子，日髙邦彦，伊藤朋央：空気
中における沿面放電の電荷密度分布測定, 2009 年放
電学会年次大会講演論文集, A-2-7, pp. 1-2（2009）
[26] 日髙邦彦: UHV 送電技術の世界標準化, 電気評論,
第 94 巻, 第 12 号, pp. 40-45（2009）
[27] 日髙邦彦: 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 部会伝送網・電磁環境委員会) , 月刊 EMC, No.
261, p. 47（2009）
[40] 岩渕大行，松岡成居，熊田亜紀子，池田久利，日髙
邦彦：CV ケーブルの診断及び修復技術, 2009 年放
電学会年次大会講演論文集, A-3-3, pp. 1-2（2009）
[41] 杉本敬哉，西村崇，松岡成居，熊田亜紀子，日髙邦
彦：高温超電導ケーブルにおける PPLP バットギャ
ップ内の部分放電特性, 2009 年放電学会年次大会講
演論文集, P-1-6, p. 1（2009）
国内大会・研究会
[28] 田中大樹，松岡成居，熊田亜紀子，日髙邦彦：正極
性沿面ストリーマの進展時電位・電荷密度分布測定,
電気学会パルスパワー放電合同研究会資料,
[42] 武田敏信，松岡成居，熊田亜紀子，日髙邦彦：CF3I
の分解生成物の沿面放電に与える影響沿面放電特
190
性, 2009 年放電学会若手セミナー, pp. 1-2（2009）
Vol. 2, No. 71, p. 80（2010）
[43] 田中大樹，松岡成居，熊田亜紀子，日髙邦彦：正極
性沿面ストリーマの進展時電位・電荷密度分布測定
標題, 2009 年放電学会若手セミナー, pp. 1-2（2009）
[56] 道念大樹，松岡成居，熊田亜紀子，日髙邦彦，武井
雅文(東芝），保科好一（東芝）
：GIS スペーサの表面
導電分布を考慮した電界計算法, 平成 22 年電気学
会全国大会講演論文集, Vol. 6, No. 210（2010）
[44] 日 髙 邦 彦 ： 16th International Symposium on High
Voltage Engineering (ISH2009) (Cape Town, 南アフリ
カ）全体概要, 第 156 回高電圧技術研究会, 口頭発
表（2010）
[57] 杉本敬哉，松岡成居，熊田亜紀子，日髙邦彦，西村
崇（住友電工），増田孝人（住友電工）
：気体窒素環
境下における HTS デーブルモデルの部分放電特性,
平成 22 年電気学会全国大会講演論文集, Vol. 7, No.
150, p. 233（2010）
[45] 熊 田 亜 紀 子 ： 29th International Conference on
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キシコ)、2009 Korea-Japan Joint Symposium on ED
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156 回高電圧技術研究会, 口頭発表（2010）
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[46] 熊田亜紀子：2009 年放電・高電圧日韓ジョイントシ
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[60] Deng Junbo: The influence of residual charge on surface
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[47] 熊田亜紀子：帯電分布の高分解測定に向けて-放電・
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[61] 武田敏信: 急峻方形波を用いた CF3I の放電特性の
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p. 64（2010）
[48] 老田友紀，松岡成居，熊田亜紀子，日髙邦彦，吉田
忠広（三菱電機）：乾燥空気中における交流電圧印
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[62] 田中大樹: 大気圧空気中における沿面放電進展機構,
グローバル COE 第 9 回ワークショップ予稿集, p. 65
（2010）
[63] 中島、日高、山地、横山、谷口、池田：電力エネル
ギー技術の教育・研究への新しい取り組み-先端電力
エネルギー・環境技術教育研究センター（APET)の
ケース-，電気学会電力技術・電力系統技術合同研究
会 PSE-09-111 (2009)
[64] 腰塚、宇田川、河野、小坂田、豊田、池田、萩森：
並列抵抗を有する遮断器の TRV 解析手法，電気学
会放電・静止器・開閉保護合同研究会, SP-09-16
( 2009)
[65] H. Ikeda, K. Harada, H. Toda, S. Ohtsuka and M. Hikita:
Circuit Breaker Research in University,電気学会放電・
静止器・開閉保護合同研究会, SP-09-22 (2009)
[66] 川内、戸田、池田、原田、大塚、匹田、永田、岩本：
光加速度センサーの遮断器模擬試験装置による加
速度測定，平成 21 年電気学会電力エネルギー部門
大会, No. 327 ( 2009)
[67] 戸田、原田、大塚、匹田、池田：電力機器技術の活
動状況，電気学会電力技術・電力系統技術合同研究
会, PE-09-101 ( 2009)
[68] 池田、岡本、合田：IEC/SB1 と関連 SG 活動，電気
学会電力技術・電力系統技術合同研究会, PE-09-102
( 2009)
[69] 池田、熊田、日高：中電圧 CV 電力ケーブルの劣化
診断と再生技術，第 40 回電気電子絶縁材料システ
ムシンポジューム (2009)
[70] 竹中、原田、大塚、匹田、戸田、池田、鈴木、内野、
富田：トムソン散乱測定法を用いたガス遮断器内ア
[49] 伊藤朋央，松岡成居，熊田亜紀子，日髙邦彦：空気
および SF6 における正極性沿面放電の残留電荷密
度分布測定, 平成 22 年電気学会全国大会, Vol. 1, No.
69, p. 78 (2010)
[50] 作田真理子，田中大樹，松岡成居，熊田亜紀子，日
髙邦彦：ポッケルス効果を用いた負極性沿面リーダ
の二次元電位分布高時間分解測定, 平成 22 年電気
学会全国大会講演論文集, Vol. 1, No. 72, p. 82（2010）
[51] 武田敏信，飯田潤基，松岡成居，熊田亜紀子，日髙
邦彦：CF3I/CO2 混合ガスの沿面フラッシオーバ, 平
成 22 年電気学会全国大会講演論文集, Vol. 1, No. 75,
p. 85（2010）
[52] Deng Junbo，松岡成居，熊田亜紀子，日髙邦彦：The
influence of residual charge on surface leader
propagation, 平成 22 年電気学会全国大会講演論文集,
Vol. 1, No. 76, pp. 86-87（2010）
[53] 稲田優貴，松岡成居，熊田亜紀子，池田久利，日髙
邦彦：電子密度計測用に向けたシャック・ハルトマ
ン型レーザ波面測定器の開発, 平成 22 年電気学会
全国大会講演論文集, Vol. 1, No. 93, p. 106（2010）
[54] 岩渕大行，松岡成居，熊田亜紀子，福永香（情報通
信研究機構），池田久利，日髙邦彦：テラヘルツ波
を用いた水トリーの観察, 平成 22 年電気学会全国
大会講演論文集, Vol. 2, No. 24, p. 28（2010）
[55] 岡崎洋平，熊田亜紀子，日髙邦彦，天野耕治，伊藤
鉱一：マイクロ波照射下における Pd/C 触媒周囲の
電界分布, 平成 22 年電気学会全国大会講演論文集,
191
[71]
[72]
[73]
[74]
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[77]
[78]
よび電力設備診断講習会 2009 年 9 月、 国立名古屋
大学での特別講義 2010 年 3 月
[82] 池田久利：「国際標準」を勝ち取れ！メーカーの生
き残り戦略・その舞台裏, NHK BS-1 きょうの世界
(2009)
[83] H.Ikeda : High Voltage Equipment Technology ，
Presentation at LS Industrial Systems Co., South Korea，
11th August 2009
[84] 池田久利：SB1;Sector Board 1, Electricity Transmission
and Distribution, 平成 21 年度 第 3 回 IEC 上層委員
会報告会 (2010)
ークプラズマの消弧特性計測システムの構築，平成
21 年電気学会九州支部連合大会（第 62 回連合大会）,
No. 05-2A-11( 2009)
四郎園、大野、富田、内野、竹中、原田、大塚、匹
田、池田、鈴木：ガス遮断器内アーク放電プラズマ
のための協同的レーザトムソン散乱システムの開
発，平成 21 年電気学会九州支部連合大会（第 62 回
連合大会）, No. 05-2A-12 (2009)
ミョーミン、戸田、原田、匹田、大塚、池田、萩森、
腰塚：Investigation of TRV at Transformer Limited Fault
Condition with Small Stray Capacitance of Current
Injection Circuit，平成 21 年電気学会九州支部連合大
会（第 62 回連合大会）, No.04-2P-12 (2009)
川内、戸田、池田、原田、大塚、匹田、永田、岩本：
モデル遮断器加速度特性のウェーブレット変換評
価，平成 21 年電気学会九州支部連合大会（第 62 回
連合大会）, No. 07-2P-02 ( 2009)
原田、匹田、池田、Koochack Zadeh、Hinrichsen：短
絡電流遮断後における真空遮断器の絶縁特性調査，
放 電 ・ 開 閉 保 護 ・ 高 電 圧 合 同 研 究 会 ,
ED-09-187/SP-09-59/HV-09-68 ( 2009)
K. Harada, H. Toda, M. Kozato, S. Ohtsuka, M. Hikita
and H. Ikeda : Research for Switching Phenomena in
University, 電気学 会 静 止 器 / 開 閉 保 護 / 新エ ネ ル ギ
ー・環境技術/電力技術/高電圧/電力系統技術合同研
究会 ( 2009)
ミョーミン、戸田、原田、匹田、大塚、池田、萩森、
腰塚：変圧器通過故障遮断時の TRV 算出のための
変 圧 器 モ デルの 検 討 ， 静止器 研 究 会, SA-09-126
( 2009)
川内、池田、原田、大塚、匹田、永田、岩本：遮断
器模擬試験装置を用いた加速度測定，平成 21 年電
気 学 会 放 電 誘 電 体 絶 縁 材 料 研 究 会 ,
ED-09-020/DEI-09-045/HV-09-020 ( 2010)
ミョーミン、戸田、原田、匹田、大塚、池田、萩森、
腰塚：Investigation of TRV at Transformer Limited Fault
Condition with Diode Interruption，平成 22 年度電気学
会全国大会, 6-226 (2010)
その他
[79] 池田久利：最先端・高信頼の機器技術，東京大学 先
端電力エネルギー・環境技術教育研究センター
（APET) 第１回イブニングセミナー 『UHV 送電技
術の現状と動向』 (2009）
[80] H. Ikeda : Coordination Activities by JICCG for UHV
technology standardizatio ， 2009 International
Conference on UHV Power Transmission，Beijing，May
2009
[81] 池田久利：世界最先端の日本の百万ボルト変電技術，
国立津山高専および国立鳥取大学での特別講義,
2009 年 6 月, 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」第 5 期報告会お
192
小野(靖)・井研究室
Ono & Inomoto Laboratory
差を利用したトムソン散乱光の空間 2 次元計測を設計し
た。新手法ではプラズマの電子温度・密度をトーラスプ
ラズマの r（径方向）と z（中心軸方向）の２次元分布の
計測が可能となる。その新手法とは、
（１）YAG レーザ
ー光を複数回反射させて r-z 平面をレーザー光でカバー
させ、（２）レーザー光の飛行時間差を利用することによ
り、散乱光の検出素子の数を削減するものである。一つ
のポリクロメーターを用いて二次元の計測点においてト
ムソン散乱光計測を行うことにも成功している。これに
より、レーザー光の複数回反射、飛行時間差を利用して
ラマン散乱光の二次元計測に成功し、我々のトムソン散
乱計測の２次元化の基本原理が LIDAR トムソン散乱計
測法の拡張として有効であることを実証した。
Two-Dimensional Thomson Scattering Measurement (2-D
TS) was designed using multiple reflections and the
time-flight of laser light. This new approach enable us to
measure the r(radial)-z(axial) profiles of electron temperature
and density: In this approach, (1) multiple reflections of YAG
laser light are used to cover the whole r-z plane of the ST
plasma, and (2) the time delay of the scattered light along the
laser beam is arbitrarily arranged by adjusting the multiply
reflected laser light path in order to reduce the necessary
number of detectors. Thomson scattering lights from 2-D
measurement points has been observed by single
polychromator.
Raman scattering lights from 2-D
measurement points were successfully observed at single shot
of YAG laser suggesting that the basic principle of the 2-D
Thomson scattering system functions effectively as a new
extension of LIDAR (LIght Detection And Ranging)
Thomson scattering system.
(http://www.tanuki.t.u-tokyo.ac.jp)
研究現状
Current Research Projects
1. 連続合体法を用いた逆転磁場配位の安定化手
法の開発
伊藤慎悟・伊井亨・桑波田晃弘・小野靖
Development of Sheared-Flow Stabilization of
Field-Reversed Configuration using Repetitive
Spheromak
S. Ito, T. Ii , A. Kuwahata and Y. Ono
磁場構造の逆転磁場配位（以下 FRC）は経済的性能を
表す指標β≒1 と磁場閉じ込め方式の中では最高のβ値
を有しており、経済的な炉を造れる点において可能性を
有望視されているが、長時間維持や安定性への解析が未
解明であり、その解明に新たな手法が必要とされている。
このための方法として、プラズマを合体させることに
より作成している FRC に更にプラズマを合体させるこ
とで、プラズマの内側と外側の速度が±10km/s 程度の流
速シアと呼ばれるプラズマ流を駆動し安定化を試みてい
る。昨年度はポロイダルコイルを作成し、外部コロイダ
ル磁場を用いた新プラズマを作成することに成功した。
しかし、外部トロイダル磁場を用いたプラズマ生成では
磁場構造及び生成時間が連続合体に向いておらず、また
その生成速度が FRC の寿命に対して長すぎることから
放電ガン及びキャパシタバンクを用いることで連続合体
により適したプラズマ生成を行う。これにより、連続合
体法による FRC の安定化手法の確立を目指す。
The field-reversed configuration(FRC) has a unique fusion
reactor potential because of its simple and compact toroid
geometry and unity plasma beta. Although several
magnetohydrodynamic(MHD) modes are predicted to be
unstable, the merging method makes oblate FRC stable due to
its sheared-flow. Hence, to repeat the Spheromak merging
(called “Repetitive Spheromak Merging method”) FRC
predicted to be stable. In this year, we can succeed to make
new plasma with external toroidal fields and new poloidal coil.
We plan to make desirable magnetic configuration in limited
time using plasma gun method for the stabilization of FRC.
3. 非定常磁気リコネクションの高速化機構の実
験的検証
林由記・伊井亨・小野靖
Experimental study of non-steady magnetic
reconnection
Y. Hayashi, T. Ii, Y. Ono
磁気リコネクションは核融合プラズマや宇宙プラズマ
に共通した物理現象で爆発的なエネルギー変換機構が注
目されている。本研究ではトーラスプラズマ合体の手法
を用い強いインフローを駆動した実験により磁気リコネ
クションの非定常性を検証した。その結果プラズモイド
が成長し放出される場合特にリコネクション 速度も大
きくなった。また、太陽コロナに置ける磁場構造に近い
実験も行いインパルスな磁気リコネクションの発生を確
認した。
Magnetic reconnection is common phenomena in
laboratory fusion plasma and space plasma, and is important
as explosive energy conversion. We investigated non-steady
reconnection mechanism using torus plasma merging method
with driven inflow. When large plasmoid grew and ejected,
reconnection speed was maximized
. We also
2. 飛行時間差と往復反射を用いた二次元トムソ
ン散乱計測の開発
伊藤慎悟・坂本恒之・野中博之・小野靖
Construction of the 2-dimensional Thomson
scattering measurement system using Multiple
Reflections and the Time-of-Flight of Laser Light.
S. Ito, H.Sakamoto, H.Nonaka and Y. Ono
入射レーザー光のミラーによる複数回反射、飛行時間
193
simulated magnetic topology of solar corona in the laboratory
and observed impulsive reconnection.
実現を目指したシステムおよびソフト開発を行っている。
現在、トーラスプラズマ合体実験装置 TS-4 への集光シス
テムの設置は完了し、初期結果取得段階に入り始めた。
The novel ion Doppler measurement system to reconstruct
local 3-D ion flow velocity profile by use of 3-D vector
tomography method is developed. Collecting lens system to
encircle TS-4 (torus plasma merging device) has already been
installed and initial results of reconstruction from
line-integrated spectrum data are started to acquired.
4. Experimental Study of Nonthermal Particle
Acceleration during Magnetic Reconnection in
a Laboratory Plasma
P. COPINGER, Y. ONO
The question of nonthermal particle acceleration, or the origin
of cosmic rays, has intrigued scientists for a long time.
Recently, magnetic reconnection, with an increased
understanding, is being examined as a possible source of these
nonthermal particles. While many have examined nonthermal
particle acceleration in reconnection through simulations and
satellite observations, few experiments in a laboratory plasma
have been conducted. Some plasma diagnostics being utilized
are Gridded Energy Analyzers, Ion Doppler Spectroscopy, and
a Carbon Spark technique. Further research into the physical
processes behind nonthermal particle acceleration in magnetic
reconnection may yield a partition rate between thermal and
nonthermal energies, invaluable for magnetic confinement
fusion reactors
7. 球状トカマク実験装置 UTST の開発
山田琢磨・今澤良太・神尾修治・日原竜磨・阿部圭
太・作村守央・曹慶紅・井通暁・小野靖
Development of a spherical Tokamak device, UTST.
T. Yamada, R. Imazawa, S. Kamio, R. Hihara, K.
Abe, M. Sakumura, Q.H. Cao, M. Inomoto, Y. Ono
本研究室の TS-3/4 装置において、超高β球状トカマク
の立ち上げ法として実証されたプラズマ合体法を、より
実用炉に近い条件(プラズマを制御するコイルが全て真
空容器外にあるという条件)で実証するために作られた
新実験装置 UTST の開発を行っている。成果としては、セ
ンターソレノイドへの電力を増強することで、プラズマ
電流 100 kA とパルス幅 1.2 ms を達成した。また、真空
容器内上下に生成される 2 つの初期プラズマのバランス
を取るために、予備電離装置であるワッシャーガンを新
たに増設し、バランスの取れた合体を観測することに成
功した。さらに、加速コイル(プラズマを押すコイル)を
導入することで合体のⅩ点近傍で電流が反対方向に流れ
るカレントシートと、異常抵抗が観測された。
Our devices, TS-3/4, showed that the plasma merging method
can start-up an ultra high beta spherical tokamak. A new
device, UTST, will verify that the merging method is
favorable under the condition like a commercial reactor, i.e.,
all coils controlling plasma are placed outside a vacuum
vessel. We succeeded to obtain the plasma current of 100 kA
and the pulse width of 1.2 ms by increasing the power
supplied to the center solenoid. An also, by installing another
washer gun, which is used for pre-ionization, the two initial
plasmas became the same size and a good-balanced plasma
merging was observed. In addition, by using the acceleration
coils that push plasma, current sheet (current in the negative
direction) and anomalous resistivity at the X-point were
observed.
5. 2次元局所イオン温度分布計測システムの開発
小野靖・田辺博士・S. You
Development of Two Dimensional Ion
Temperature Measurement System
Y. Ono, H. Tanabe, S. You
ドップラー効果を利用したプラズマのイオン温度計測
にマルチチャンネル光ファイバーアレイを用いたシステ
ム構成法を導入することにより、計測次元が一次元に限
られる分光計測の限界を克服して二次元計測を実現する
とともに、コンピュータトモグラフィの手法を応用する
ことにより、受動分光計測の弱点である視線積分に計測
信号が積分される問題を克服し、2 次元局所イオン温度
計測を可能とするためのシステムの開発を進めている。
The novel cost effective 2-D ion temperature measurement
system was developed by use of multiple optical fiber bundle
and tomographic reconstruction method. To overcome the
dimensional limit of an input slit of polychromator, 2-D
projected spectrum data of finite volume plasma is acquired
with optical fiber array
6. 3 次元ベクトルトモグラフィを用いたイオン流
速場診断システムの開発
小野靖・S. You・田辺博士
Development of Flow Diagnostics System by Use
of 3-D Vector Tomography Method
Y. Ono, S. You, H. Tanabe
ドップラー効果を利用したプラズマ中のイオン流速計
測法にマルチチャンネル光ファイバーアレイのステレオ
配置および 3 次元ベクトルトモグラフィの手法を応用す
ることによって、視線積分された分光スペクトル計測か
ら 3 次元のベクトル量であるイオン流速の局所分布計測
194
論文・著書一覧（2009 年度）
Publications List
8. UTST 装置におけるイオン温度時間発展計測
神尾修治・曹慶紅・鈴木直人・山田琢磨・井通暁・
小野靖
Time-dependent measurement of ion temperature
on UTST.
S. Kamio, Q. H. Cao, N. Suzuki, T. Yamada, M.
Inomoto, Y. Ono
研究論文
[1]
本研究では UTST におけるプラズマ合体時のイオン温
度変化を計測するため、受光素子に光電子増倍管(PMT)
アレイを用いたドップラー分光計測システムを構築した。
プラズマ中の炭素不純物イオンの発光スペクトルを用い
てイオン温度を計測したところ、およそ 15-25eV という
結果が得られた。現在空間 8 点を同時計測するシステム
を開発中であり、イオン温度およびプラズマ流速の空間
分布を計測することによってプラズマ合体時のイオン加
熱の詳細を測定し、そのメカニズムを解明することが期
待される。平行して可視光トモグラフィーによるプラズ
マの不安定性計測の計画も進んでいる。
A Doppler spectroscopy system using PhotoMultiplier Tube
(PMT) array as a light receiving element has been developed
to measure the temporal evolution of ion temperature in the
UTST device. We successfully measured the ion temperature
of about 15-25eV using the carbon impurity emission line.
Now we are developing a new ion temperature measurement
system with 8 spatial channels to observe the spatial
distribution of the ion temperature and flow velocity. We are
also constructing a visible light tomography system to observe
the plasma instability.
195
伊井亨, 林由記, 小野靖,「トーラスプラズマ合体
を用いた 3 次元局所磁気リコネクションの実験的検
証」,電気学会論文誌Ａ, 第 129-A 巻, 第 9 号, (2009),
pp.614-615.
[2] 伊井亨, 林由記, 井通暁, 小野靖,「トーラスプラズ
マ合体実験装置 TS-4 における 3 次元局所磁気リコ
ネクション」,電気学会論文誌 A、Vol.130、No.8、
(2010), to be published
[3] 今中平造, 加治屋貴博, 浅井朋彦, 小野靖,「ワッ
シャーガンを用いた短パルス中性粒子ビーム入射
装置の開発」,電気学会論文誌Ａ, 第 129-A 巻, 第
11 号, (2009), pp.802-808.
[4] 今澤良太，神尾修治，日原竜磨，阿部圭太，作村守
央，曹慶紅，山田琢磨，井通暁，高瀬雄一，小野靖,
「UTST における外部ポロイダル磁場コイルだけを
用いた球状トカマク生成合体実験」電気学会論文誌
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Shinohara, N. Kasuya, K. Terasaka, K. Kamataki, H.
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[8] T. Yamada, S.-I. Itoh, S. Inagaki, Y. Nagashima, S.
Shinohara, N. Kasuya, K. Terasaka, K. Kamataki, H.
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[25]
[26]
[27]
[28]
196
Spherical Torus Workshop 2009, (Madison, WI, USA),
Oct. 22-24, 2009.
M. Inomoto, Y. Ono, the TS group, “High-beta
equilibrium produced by plasma merging in the presence
of toroidal magnetic field”, Program and Abstracts of the
US-Japan Workshop on Innovative confinement
concepts based on self-organization and active control
2009, (Kusatsu, Gumma, Japan), Sep. 8-10, 2009.
Y. Ono, “Impulsive Magnetic Reconnection in TS-3 and
TS-4 Merging Experiments”, Bulletin of American
Physical Society, 53, 8, JM9.00005, (Atlanta, GA, USA),
Nov. 2009 (Invited).
Y. Ono, M. Inomoto, T. Yamada: “Pulsed High-Power
Heating of Magnetic Reconnection for Spherical Torus
Plasmas”, Bulletin of American Physical Society, 53, 8,
TP8.00139, (Atlanta, GA, USA), Nov. 2009.
S. You, A. Balandin, H. Tanabe, Y. Ono: “3D Canonical
Momentum Measurements During the Merging of Two
Counter-Helicity Spheromaks”, Bulletin of American
Physical Society, 53, 8, UP8.00030, (Atlanta, GA, USA),
Nov. 2009
T. Yamada, R. Imazawa, S. Kamio, R. Hihara, K. Abe,
M. Sakumura, Q.H. Cao, T. Oosako, H. Kobayashi, T.
Wakatsuki, B.I. An, Y. Nagashima, M. Inomoto, A. Ejiri,
Y. Takase, Y. Ono, H. Sakakita, H. Koguchi, S. Kiyama,
Y. Hirano, “Spherical tokamak start-up and sustainment
experiments on UTST”, Bulletin of American Physical
Society, 53, 8, PP8.00098, (Atlanta, GA, USA), Nov.
2009.
R. Imazawa, S. Kamio, R. Hihara, K. Abe, M. Sakumura,
Q.H. Cao, T. Yamada, M. Inomoto, Y. Takase, Y. Ono:
“Experimental Demonstration of Double Null Merging
Start-up on UTST”, Bulletin of American Physical
Society, 53, 8, PP8.00099, (Atlanta, GA, USA), Nov.
2009.
Y. Hayashi, T. Ii, M. Inomoto, Y. Ono, “Local and
Global Transient Effect of Magnetic Reconnection”,
Bulletin of American Physical Society, 53, 8, TP8.00137,
(Atlanta, GA, USA), Nov. 2009.
Y. Hayashi, T. Ii, M. Inomoto, Y. Ono, “Local and
Global Transient Effect of Magnetic Reconnection”,
TP8.00137, 51st Annual Meeting of the APS Division of
Plasma Physics, Poster, (Atlanta USA), Nov. 5, 2009
H. Tanabe, Setthivoine You, A. Balandin, M. Inomoto,
Y. Ono: “3D Ion Temperature Reconstruction”, Bulletin
of American Physical Society, 53, 8, TP8.00136,
(Atlanta, GA, USA), Nov. 2009.
T. Ii, Y. Hayashi, M. Inomoto, and Y. Ono,
“Experimental Study of Three-Dimensional Localized
Magnetic Reconnection by Use of Merging Torus
Plasmas”, 51st Annual Meeting of the American Physical
Society Division of Plasma Physics, TP8.00138,
(Atlanta, GA, USA), Nov. 2009
[29] T. Wakatsuki, T. Oosako, H. Kobayashi, T. Yamada, B.I.
An, R. Imazawa, K. Abe, A. Ejiri, K. Hanashima, H.
Hayashi, R. Hihara, J. Hiratsuka, M. Inomoto, H.
Kakuda, S. Kamio, H. Kurashina, Y. Nagashima, Y.
Ono, T. Sakamoto, M. Sakumura, Q.H. Cao, Y. Takase,
O. Watanabe, T. Yamaguchi, K. Yamada:
“Measurements of HHFW profile in UTST”, Bulletin of
American Physical Society, 53, 8, PP8.00100, (Atlanta,
GA, USA), Nov. 2009.
[30] Y. Ono, “Physics and applications of impulsive 3-D
magnetic reconnection”, Proceedingds of 2009
International Workshop on Frontiers In Space and
Fusion Energy Sciences (2009 FISFES), Nov. 30-Dec. 3,
2009, National Cheng Kung University, Tainan, Taiwan
(Invited).
[31] T. Yamada, S.-I. Itoh, S. Inagaki, Y. Nagashima, S.
Shinohara, N. Kasuya, K. Terasaka, K. Kamataki, H.
Arakawa, M. Yagi, A. Fujisawa, K. Itoh: “Nonlinear
mode couplings in a cylindrical magnetized plasma”,
19th International Toki Conference on Advanced
Physics in Plasma and Fusion Research, O-5, (Toki, Gifu,
Japan), Dec. 8-11, 2009.
[32] T. Yamada, R. Imazawa, S. Kamio, R. Hihara, K. Abe,
M. Sakumura, Q.H. Cao, T. Oosako, H. Kobayashi, T.
Wakatsuki, B.I. An, Y. Nagashima, H. Sakakita, H.
Koguchi, S. Kiyama, Y. Hirano, M. Inomoto, A. Ejiri, Y.
Takase, Y. Ono: “Merging start-up and sustainment
experiments on the UTST spherical tokamak”, 19th
International Toki Conference on Advanced Physics in
Plasma and Fusion Research, P2-82, (Toki, Gifu, Japan),
Dec. 8-11, 2009.
[33] S. Ito, T. Ii, A. Kuwahata and Y. Ono, “Numerical and
Experimental Study on Sheared-Flow Stabilization of
Field-Reversed
Configuration
using
Repetitive
Spheromak Merging”, The 10th University of Tokyo Seoul National University Joint Seminar on Electrical
Engineering, C4, Seoul univ, Seoul, Republic of Korea,
Mar. 11-12, 2010
[34] P. Copinger:, "Experimental Study of Nonthermal
Particle Acceleration during Magnetic Reconnection in a
Laboratory Plasma" Smart Grid, Smart World UT-SNU
Joint Seminar on Electrical Engineering, pp. 33-36,
2010.
[37] 田辺博士, S. You, A. Balandin, 井通暁, 小野靖,「ド
ップラー分光ＣＴによる２次元イオン温度・流速分
布の計測」, 第 4 回 ひのでー実験室研究会, 柏,
2009 年 5 月
[38] 田辺博士, S. You, A. Balandin, 井通暁, 小野靖,「ド
ップラー分光ＣＴによるイオン温度・流速分布の再
構成」, 第 48 回プラズマ若手夏の学校, 筑波山, 15,
2009 年 8 月
[39] 今澤良太, 神尾修治, 日原竜磨, 阿部圭太, 作村守
央, 曹慶紅, 山田琢磨, 井通暁, 高瀬雄一,小野靖,
「UTST における外部 PF コイルだけを用いた球状ト
カマク生成・合体実験」、電気学会平成 21 年 A 部門
大会, O-16-II, 浜松, 2009 年 9 月 10-11 日
[40] 田辺博士, S. You, A. Balandin, 井通暁, 小野靖,「TS-3
実験再開における 2D ドップラー計測状況の報告」,
第 6 回 ひのでー実験室研究会, 柏, 2009 年 11 月
[41] 井通暁, 桑波田晃弘, 田辺博士, 伊藤慎悟, 小野靖,
「TS-3 装置におけるコンパクトトーラスプラズマ
合体と高ベータ化」,第 26 回プラズマ・核融合学会
年会, 12 月 1 日～4 日, 2009 年, 京都
[42] 山田琢磨,「直線プラズマにおけるドリフト波乱流
実験」,プラズマ・核融合学会第 26 回年会，第 14
回学術奨励賞受賞記念講演，京都，2009 年 12 月 1-4
日
[43] 山田琢磨, 今澤良太, 神尾修治, 日原竜磨, 阿部圭
太, 作村守央, 曹慶紅, 大迫琢也, 小林弘明, 若月
琢馬, 安秉日, 永島芳彦, 井通暁, 江尻晶, 高瀬雄
一, 小野靖, 榊田創, 小口治久, 木山学, 平野洋一,
「UTST 実験における球状トカマクの合体立ち上げ
と維持」,プラズマ・核融合学会第 24 回年会，4aE02p，
京都，2009 年 12 月 1-4 日
[44] 神尾修治, 今澤良太, 日原竜磨, 阿部圭太, 作村守
央, 曹慶紅, 山田琢磨, 井通暁, 小野靖,「UTST に
おけるイオン温度の時間発展計測」,プラズマ・核
融合学会第 24 回年会，4aE03p，京都，2009 年 12
月 1-4 日
[45] 日原竜磨, 榊田創, 平野洋一, 今澤良太, 神尾修治,
阿部圭太, 作村守央, 曹慶紅, 山田琢磨, 井通暁, 小
野靖,「UTST 球状トカマクへの中性粒子ビーム入射
実験」,プラズマ・核融合学会第 24 回年会，4aE04p，
京都，2009 年 12 月 1-4 日
[46] 阿部圭太, 今澤良太, 神尾修治, 日原竜磨, 作村守
央, 曹慶紅, 山田琢磨, 井通暁, 小野靖,「電気 2
重層キャパシタのパルスコイル電源への応用」, プ
ラズマ・核融合学会第 24 回年会，4aD33p，京都，
2009 年 12 月 1-4 日
[47] 田辺博士, S. You, A. Balandin, 井通暁, 小野靖,「ド
ップラー分光ＣＴ診断によるイオン温度・流速場の
再構成」, プラズマ核融合学会 2009 年度年次会,
4aD43P, 京都, 2009 年 12 月
[48] 田辺博士, S. You, A. Balandin, 井通暁, 小野靖,「ド
ップラー分光計測の CT 化によるイオン温度・流速
シンポジウム・研究会・大会等発表.
[35] 小野靖,「シンポジウム講演 III、磁気リコネクショ
ン研
[36] 林由記，伊井亨，井通暁，小野靖，”TS-4 装置に
おける過渡的磁気リコネクション実験”第１回「太
陽コロナ活動の室内再現実験」研究会，2009 年 5
月 29 日
197
場の再構成」, CT-RFP 研究会, 岐阜, 2009 年 12 月
[49] 伊井亨, 林由記, 小野靖,「トーラスプラズマ合体
を用いた 3 次元磁気リコネクションの実験的検証」,
日本物理学会第 64 回年次大会, 29pSP-11,立教大学,
2009 年 3 月
日, 2010 年, 岡山
[61] 伊藤慎悟, 伊井亨, 桑波田晃弘, 小野靖“連続合体
を用いた逆転磁場配位の能動
的安定化の検証”, 第 65 回物理学会年次大会,
20aTJ-5, 岡山大学, 2010 年 3 月 20-23 日, 岡山
[62] 桑波田晃弘，井通暁，田辺博士，伊藤慎悟，小野靖，
「プラズマ合体装置における磁気リコネクション
と低周波波動の励起」，物理学会，第 65 回年次大会，
23aTJ-10，岡山，2010 年 3 月（口頭発表，査読なし）
[50] 伊井亨,「3 次元局所磁気リコネクションの実験的検
証」、第 1 回「太陽コロナ活動の室内再現実験」研
究会, 東京大学, 2009 年 5 月
[51] 伊井亨,「トーラスプラズマ合体を用いた 3 次元局
所磁気リコネクションの実験的検証」、プラズマ・
核融合学会第 48 回プラズマ若手夏の学校, 茨城,
2009 年 8 月
[52] 桑波田晃弘，井通暁，「太陽コロナにおけるアルヴ
ェン波加熱の実験的検証」，プラズマ核融合学会，
第 48 回若手夏の学校，茨城，2009 年 8 月 （ポス
ター発表，査読なし）
[53] 桑波田晃弘，井通暁，田辺博士，伊藤慎悟，小野靖，
「異極性合体における磁場揺動計測」，ひので‐実
験室研究会，第 6 回，東京，2009 年 11 月（口頭発
表，査読なし）
[54] 林由記，伊井亨，井通暁，小野靖，”非定常効果に
よる磁気リコネクションの高速化の検証”, 4aD37P,
プラズマ核融合学会第 26 回年会 ，ポスター発表,
京都, 2009 年 12 月 4 日
[55] 伊井亨、林由記、井通暁、小野靖,「TS-4 磁気リコ
ネクション室内実験における電流シートの 3 次元構
造の検証」, プラズマ・核融合学会第 26 回年会,
4aD36P, 京都, 2009 年 12 月
[56] 桑波田晃弘，井通暁，田辺博士，伊藤慎悟，小野靖，
「プラズマ合体装置における磁気リコネクション
とアルヴェン波励起」，プラズマ核融合学会，第 26
回年会，3pC04，京都，2009 年 12 月（口頭発表，査
読なし）
[57] 山田琢磨, 今澤良太, 神尾修治, 日原竜磨, 阿部圭
太, 作村守央, 曹慶紅, 大迫琢也, 小林弘明, 若月
琢馬, 安秉日, 永島芳彦, 井通暁, 江尻晶, 高瀬雄
一, 小野靖, 榊田創, 小口治久, 木山学, 平野洋一,
「UTST におけるプラズマの合体立ち上げ」,電気学
会(球状トカマク炉の経済性施行に伴う技術的課
題)調査専門委員会, 核融合科学研究所, 多治見,
2010 年 3 月 16 日
[58] 桑波田晃弘，井通暁，田辺博士，伊藤慎悟，小野靖，
「プラズマ合体装置における磁気リコネクション
と低周波波動の励起」，電気学会，平成 22 年全国大
会，1-188，東京，2010 年 3 月（口頭発表，査読な
し）
[59] 田辺博士, S. You, A. Balandin, 井通暁, 小野靖, 「ド
ップラー分光ＣＴ診断によるイオン温度・流速場の
再構成」, 物理学会, 23aTJ-12, 池袋, 2010 年 3 月
[60] 井通暁, 桑波田晃弘, 田辺博士, 林由記, 小野靖,
「電流シート放出による高速磁気リコネクション」,
日本物理学会第 65 回年会, 23aTJ-9, 3 月 20 日～23
198
すべり角の推定，(3) Automatic Manual Transmission に関
する研究，(4) 小型電気自動車を用いた運動制御に関す
る研究，(5) 非接触給電に関する研究，(6) トルク垂下特
性を用いた自動車の運動制御に関する研究。
By utilizing electric motor's quick torque generation, we
aim to realize novel control techniques for EV. Effective
adhesion control at tires based on quick torque reduction
property, high performance vehicle dynamics control by
4-wheel-driven car, and road surface estimation using easily
known motor torque are being researched. The test vehicle
"UOT March-II" with independent 4 in-wheel motors and the
new vehicle “Cadwell-EV” were used for experiments.
Recently, “C-COMS” and “C-COMS II” have been completed,
which are driven only by super-capacitors. Actual research
subjects are body slip angle estimation, optimal speed pattern
generation, hybrid braking system, and so on. We plan to
investigate novel energy supply and storage technologies for
moving vehicles. Also, automatic MT system using
super-capacitor will be included in our research scope.
堀 研究室（2009 年度）
Hori Laboratory
(http://www.hori.k.u-tokyo.ac.jp/)
研究現況
Current Research Projects
堀研究室のテーマは，電気自動車の制御，福祉制御工
学，モーションコントロールの３つである。機械制御が
開ループ制御を基本とするのに対し，電気制御の本質は
フィードバック制御にある。単純な演算を短い制御周期
で繰り返す電気制御の力によって，機械系の特性は大き
く変化する。この原理をもとに，電気自動車や人間親和
型モーション制御の分野に，革新をもたらそうともくろ
んでいる。最近はワイヤレス電力伝送に力を入れており，
将来の車の姿を大きく変えることになるだろう。
The research themes of Hori Lab. are divided into 3 groups:
Electric Vehicle Control, Welfare Control Engineering, and
Advanced Motion Control. The essence of electrical control is
in feedback control, while that of mechanical control is in
open loop control. The control of electrical power, which
repeats simple algorithm in a short control period, can
drastically change mechanical characteristics. Based on this
principle, we are planning to make evolution in the fields of
Electric Vehicle and Human Friendly Motion Control.
Recently we add Wireless Power Transfer System to our
scope, which will change future vehicle society.
1.
2.
ワイヤレス電力伝送システム
堀 洋一・居村岳広・内田利之・
小柳拓也・加藤昌樹・
Beh Teck Chuan・森脇悠介
Wireless Power Transfer System
Y.HORI, T.IMURA, T.UCHIDA,
T.KOYANAGI, M.KATO,
B.CHUAN, Y.MORIWAKI
ワイヤレス電力伝送システムチームでは，電磁界共振
結合に基づく非接触電力伝送に関する研究を行っている。
電磁共鳴を用いた非接触電力伝送の原理が示されたこと
により，大エアギャップかつ高効率な非接触電力伝送が
達成された。これにより，いつでもどこでも電源ケーブ
ル無しで電力が得られる，ユビキタスエ ネルギー社会実
現への扉が開けたと言える。電磁共鳴の基本的な原理を
理解し，高効率・大エアギャップ・位置ずれに強い，と
いう三拍子揃ったワイヤレス給電システム実現に向け研
究を行っている。研究内容として以下のようなものがあ
る。すなわち，(1) 等価回路を用いた電磁共鳴の基本的
現象の解明，(2) 電磁共鳴を実現するアンテナの提案，(3)
スイッチング素子を用いた高効率給電システムの作成，
(4) インピーダンスマッチングの原理に基づく電力伝送
効率改善手法の提案，(5) 電気自動車向けワイヤレス給
電システムの開発，などである。
In this Wireless Power Transfer (WPT) team, we research a
wireless power transfer technology that is based on
Electromagnetic Resonance Coupling. Ever since the theories
of wireless power transfer via electromagnetic resonance are
proven, a wireless power transfer technique that has a large air
gap and a high efficiency is achieved. With this technology,
electricity can be obtained without a power cord anytime,
anywhere. It can be said that the door to the realization of a
ubiquitous society is opened. This team studies the basic
theories of electromagnetic resonance, and conducts
researches to create a wireless power transfer system that has
the three advantages of having a large air gap, high efficiency,
and resistant to positional shifts. The researches include
topics such as: (1) Explaining the electromagnetic resonance
phenomenon using equivalent circuits, (2) Proposing antenna
designs to achieve electromagnetic resonance, (3) Creating
電気自動車の制御
堀 洋一・内田利之・
皆木 亮・南 康鉉・王 亜飛・
国枝佑樹・金 潤河・Kotchapansompote Palakon・
Nguyen Binh Minh・曲 亭・前田健太
Advanced Motion Control of Electric Vehicle
Y.HORI, T.UCHIDA,
R.MINAKI, K.NAM, Y.WANG,
Y.KUNIEDA, Y.KIM, K.PALAKON,
N.BINHMINH, T.KYOKU, K.MAEDA
電気モータの高速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。タ
イヤの増粘着制御によって，低抵抗タイヤの使用が 可能
になる。４輪独立駆動車は高性能な車体姿勢制御が実現
できる。モータトルクは容易に知れるから路面状態の推
定も容易である。インホイルモータ 4 個を用いた高性能
車「東大三月号-II」および「カドウェルＥＶ」を製作し
実験を進めてきた。車体すべり角βの推定，DYC と AFS
の非干渉制御などに力を入れ ている。最近キャパシタだ
けで走る「C-COMS I & II」および，電池駆動の「COMS
III」を製作し，電気自動車の制御に関する諸種の実験と，
移動体におけるエネルギーストレージデバイスとしての
電気二重層キャパシタの可能性を探っている。研究内容
として以下のようなものがある。(1) 4 輪車両における仮
想重心移動の推定と制御，(2) 電気自動車における車体
199
highly efficient power transfer systems with switching devices,
(4) Improving the power transfer efficiency with techniques
based on impedance matching theories, and (5) Developing
wireless charging systems for electric vehicles.
論文, 著書一覧（2009 年度）
Publications List
3.
[1]
研究論文
人間親和型モーションコントロール
堀 洋一・呉 世訓・内田利之・
Valerio Salvucci・木村康人・金 佳英・
五十嵐 渉・清水 拓
Human Friendly Motion Control
Y.HORI, S.OH, T.UCHIDA,
V.SALVUCCI, Y. KIMURA, K.KIM,
W.IKARASHI, T.SHIMIZU
[2]
福祉分野を想定した独特の制御手法の開発を目論むも
ので，人間親和型モーションコントロールにもとづく福
祉制御工学，という学術領域を作りたいと考えている。
現在行っている研究は，(1) 介護ロボットのためのパワ
ーアシスト技術基本理論開発，(2) 力センサレスインピ
ーダンス制御による電動電車ドアの安全化制御，(3) 状
態推定オブザーバを利用したパワーアシスト車椅子の制
御，(4) 生物特有の二関節筋特徴のロボティクスへの応
用，(5) 二関節筋を有するロボットレッグの開発，(6) 二
関節筋力学に基づく動物運動の解析，などである。
We are aiming to establish a new field of "Welfare Control
Engineering" based on "Human Friendly Motion Control".
Present research themes are：(1) Power assist technology for
human-care robot, (2) Force sensor-less impedance control for
the electric train door to secure the safety, (3) Control of
power assisted wheelchair based on the state observer, (4)
Application of bi-articular muscle structure to robotics, (5)
Development of robot leg using the structure of bi-articular
muscle mechanism, and (6) Analysis of anima motion based
on the bi-articular muscle mechanics.
[3]
[4]
[5]
Cong Geng, Lotfi Mostefai and Yoichi Hori, Direct Yaw
Moment Control Evaluation of an In-Wheel-Motored
Electric Vehicle Based on Body Slip Angle Fuzzy
Observer, IEEE Transactions on Industrial Electronics,
Vol.56, No.5, pp.1411-1419, 2009.5
Dejun Yin, Sehoon Oh and Yoichi Hori, A Novel
Traction Control for EV Based on Maximum
Transmissible Torque Estimation, IEEE Transactions on
Industrial Electronics, Vol.56, No.6, pp.2086-2094,
2009.6
Lotfi Mostefai, Mouloud Denai and Yoichi Hori,
Optimal Control Design For Robust Fuzzy Friction
Compensator in a Robot Joint, IEEE Transactions on
Industrial Electronics, Vol.56, No.10, pp.3832-3839,
2009.10
居村岳広, 岡部浩之, 内田利之, 堀 洋一, 共振時の
電磁界結合を利用した位置ずれに強いワイヤレス
電力伝送, －磁界型アンテナと電界型アンテナ－,
電気学会論文誌Ｄ, Vol.130, No.1, pp.76-83, 2010.1
居村岳広, 岡部浩之, 内田利之, 堀 洋一, 等価回路
から見た非接触電力伝送の磁界結合と電界結合に
関する研究 −共振時の電磁界結合を利用したワイ
ヤレス電力伝送−, 電気学会論文誌Ｄ, Vol.130, No.1,
pp.84-92, 2010.1
国際会議論文
[6]
Dejun Yin and Yoichi Hori, A Novel Traction Control
without Chassis Velocity for Electric Vehicles, EVS24
(The International Battery, Hybrid and Fuel Cell Electric
Vehicle Symposium), 2009.5.13-16, Stavanger
[7] Guidi Giuseppe, Tore Undeland and Yoichi Hori,
Effectiveness of Supercapacitors as Power-Assist in
Pure EV Using a Sodium Nickel-Chloride Battery as
Main Energy Storage, EVS24 (The International Battery,
Hybrid and Fuel Cell Electric Vehicle Symposium),
2009.5.13-16, Stavanger
[8] Kiyotaka Kawashima, Toshiyuki Uchida and Yoichi
Hori, Rolling Stability Control Based on Electronic
Stability Program for In-wheel-motor Electric Vehicle,
EVS24 (The International Battery, Hybrid and Fuel Cell
Electric Vehicle Symposium), 2009.5.13-16, Stavanger
[9] Takehiro Imura and Yoichi Hori, Flexibility of
Contactless Power Transfer using Magnetic Resonance
Coupling to Air Gap and Misalignment for EV, EVS24
(The International Battery, Hybrid and Fuel Cell Electric
Vehicle Symposium), 2009.5.13-16, Stavanger
[10] Takeshi Fujii and Yoichi Hori, Motor-Assisted AMT
System driven by Supercapacitors and Disturbance
200
[11]
[12]
[13]
[14]
[15]
[16]
[17]
[18]
[19]
[20]
[21]
[22]
[23]
Observer-based Controller, EVS24 (The International
Battery, Hybrid and Fuel Cell Electric Vehicle
Symposium), 2009.5.13-16, Stavanger
Sehoon Oh and Yoichi Hori, Development of Novel
Two-Degree-of-Freedom Control for Robot Manipulator
with Biarticular Muscle Torque, 2009 American Control
Conference (ACC2009), 2009.6.10-12, St. Louis,
Missouri
Kengo Yoshida, Toshiyuki Uchida, Sehoon Oh and
Yoichi Hori , Experimental Verification on Novel Robot
Arm Equipped with Bi-articular Driving Mechanism,
IEEE ISIE 2009, 2009.7.5-8, Seoul
Sehoon Oh, Takuya Koyanagi and Yoichi Hori, Stiffness
Direction
Stabilization
and
Inertia
Matrix
Diagonalization of Robot Manipulator by Biarticular
Muscle, IEEE ISIE 2009, 2009.7.5-8, Seoul
Yoichi Hori, Future EV World with Choco-choco
Charge, One-day International Workshop on Sustainable
Transportation and Energy - Leading-edge Technologies
and Policies-, 2009.8.6, Tokyo
Sehoon Oh and Yoichi Hori, Force Sensor-less Assist
Control Design based on Two-degree-of-freedom
Control, SICE-ICCAS 2009, 2009.8.18-21, Fukuoka
Kiyotaka Kawashima, Toshiyuki Uchida and Yoichi
Hori, Development of a Novel Ultracapacitor Electric
Vehicle and Methods to Suppress Voltage Variation,
VPPC2009, 2009.9.7-10, Dearborn
Ryo Minaki, Hiroshi Hoshino and Yoichi Hori,
Ergonomic Verification of Reactive Torque Control
Based on Driver's Sensitivity Characteristics for Active
Front Steering, VPPC2009, 2009.9.7-10, Dearborn
Takahiro Imura, Hiroyuki Okabe and Yoichi Hori, Basic
Experimental Study on Helical Antennas of Wireless
Power Transfer for Electric Vehicles by using Magnetic
Resonant Couplings, VPPC2009, 2009.9.7-10, Dearborn
Jia-Sheng Hu, Dejun Yin and Yoichi Hori, Electric
vehicle traction control - A new MTTE approach with PI
observer, 9th International IFAC Symposium on Robot
Control, SYROCO 2009, 2009.9.9-12, Gifu
Kengo Yoshida, Naoki Hata, Sehoon Oh and Yoichi
Hori, Extended Manipulability Measure and Application
for Robot Arm Equipped with Bi-articular Driving
Mechanism, IEEE IECON 2009, 2009.11.3-5, Porto
Ryo Minaki and Yoichi Hori, Basic Verification of
Human Friendly Motion Control Based on Driver’s
Sensitivity Characteristics for Active Front Steering,
IEEE IECON 2009, 2009.11.3-5, Porto
Sehoon Oh and Yoichi Hori, Novel Endeffector Stiffness
Control by Biarticular Muscle in Robot Manipulator,
IEEE IECON 2009, 2009.11.3-5, Porto
Takehiro Imura, Hiroyuki Okabe, Toshiyuki Uchida and
Yoichi Hori, Study on Open and Short End Helical
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Kiyotaka Kawashima, Toshiyuki Uchida and Yoichi
Hori, Robust Bank Angle Estimation for Rolling
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2010.3.21-24, Nagaoka
Valerio Salvucci, Sehoon Oh and Yoichi Hori, Force
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Yasuto Kimura, Sehoon Oh and Yoichi Hori, Novel
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著書
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[34] 河島清貴, 内田利之, 堀 洋一 , インホイールモー
タ搭載電気自動車における位相平面に基づくロー
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平成２１年電気学会産業応用部門大会, 2009.8, 三
重
[35] 皆木 亮, 堀 洋一, 運転者のステアリング感度特性
に基づく反力制御による人間親和型アクティブ前
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吉田憲吾, 内田利之, 呉 世訓, 堀 洋一, 二関節同
時駆動機構を備えるロボットアームの静動特性の
実験的考察, 平成２１年電気学会産業応用部門大
会, 2009.8, 三重
呉 世訓, 堀 洋一, 二関節筋特性のロボティクスへ
の応用, 平成２１年電気学会産業応用部門大会,
2009.8, 三重
居村岳広, 岡部浩之, 内田利之, 堀 洋一 , 共振時
の磁界結合を利用したワイヤレス電力伝送用ヘリ
カルアンテナのオープンショート特性評価, 平成
２１年電気学会産業応用部門大会, 2009.8, 三重
国枝佑樹, 澁谷浩之, 近藤圭一郎, 堀 洋一, ハイブ
リッド電源鉄道車両の電気二重層キャパシタ充放
電制御系設計法の基礎検討, 平成２１年電気学会
産業応用部門大会, 2009.8, 三重
Valerio Salvucci, Sehoon Oh and Yoichi Hori, Force
Sensor-less Power Assist Control with Variable Gain for
Ball Screw Door Applications, 第 27 回日本ロボット
学会学術講演会, 3C1-07, 2009.9.15-17, 横浜
吉田憲吾, 呉 世訓, 堀 洋一, 二関節同時駆動機構
を持つロボットアームへの操作性指標の適用, 第
27 回 日 本 ロ ボ ッ ト 学 会 学 術 講 演 会 , 1K3-04,
2009.9.15-17, 横浜
呉 世訓, 吉田憲吾, 堀 洋一, ロボットマニピュレ
ータにおける二関節筋座特徴を取り入れた二自由
度制御系の設計, 第 27 回日本ロボット学会学術講
演会, 1K2-02, 2009.9.15-17, 横浜
小柳拓也, 稲玉繁樹, 呉 世訓, 堀 洋一, 外乱オブ
ザーバを利用した電車ドアの快適で安全な制御,
第 27 回 日本ロ ボ ッ ト 学会学 術 講 演 会, 2H1-03,
2009.9.15-17, 横浜
河島清貴, 内田利之, 堀 洋一, インホイールモー
タ搭載電気自動車における外乱にロバストなロー
ル安定化制御, EVS フォーラム 2009, 2009.12.17-18,
東京
居村岳広, 堀 洋一, エアギャップと位置ずれに強
い電磁界共振結合を利用した電気自動車へのワイ
ヤ レ ス 電 力 伝 送 , EVS フ ォ ー ラ ム 2009,
2009.12.17-18, 東京
殷 徳軍, 堀 洋一, 電気自動車における車速情報を
不要とした新しいトラクション制御方法, EVS フォ
ーラム 2009, 2009.12.17-18, 東京
稲玉繁樹, 小柳拓也, 呉 世訓, 堀 洋一, 機械定数
に基づく制御パラメータ設計と電動ドアへの適用
実験, 電気学会産業計測制御研究会, 2010.3
国 枝 祐 樹 , 河 島 清 貴 , 内 田 利 之 , 堀 洋 一 , Half
Controlled コンバータによる電池, キャパシタ併用
システムにおけるキャパシタ電圧調整制御, 電気
学会産業計測制御研究会, 2010.3
島本潤吉, 居村岳広, 堀 洋一, 桜井貴康, 高宮 真,
磁気共鳴を用いたプリント基板上のコイル間の無
線電力伝送の実測, 電子情報通信学会総合大会,
2010.3.16-19, 仙台
[50] 居村岳広, 岡部浩之, 小柳拓也, 加藤昌樹, ベーテ
ックチュアン, 大手昌也, 島本潤吉, 高宮 真, 堀
洋一, kHz～MHz～GHz における磁界共振結合によ
る ワイヤレス電力伝送用アンテナの提案, 電子情
報通信学会総合大会, 2010.3.16-19, 仙台
[51] 岡部浩之, 居村岳広, 加藤昌樹, 小柳拓也, 大手昌
也, ベー テック チュア, 内田利之, 堀 洋一, kHz
帯における磁界共振結合の実現とフェライトの効
果, 電子情報通信学会総合大会, 2010.3.16-19, 仙台
その他
[52] 堀 洋一, ちょこちょこ充電する電車のようなクル
マ, （キャパシタだけで動く小型電気自動車
C-COMS のめざすもの）, 東京大学エネルギー工学
連携センター Newsletter, 「東京大学における燃料
電池および二次電池、キャパシタの研究」, 第４号,
2009.4.20
[53] Yoichi Hori, Motion Control of Electric Vehicle and
Future Prospect of Supercapacitors, Lecture at DGIST,
DAEGU GYEONGBUK INSTITUTE OF SCIENCE &
TECHNOLOGY, 2009.7.9
[54] 堀 洋一, いま電気自動車の周りで起きていること
〜ちょこちょこ充電しながら走る電車のようなク
ルマへ〜, 東京大学 ITS セミナーシリーズ７, 基調
講演, 2009.7.13
[55] 堀 洋一, 高速充電技術〜私の見方, 日経産業新聞,
第９面, 2009.7.29
[56] 堀 洋一, ちょこちょこ充電する未来のクルマ, 東
大エネルギーシンポジウム, 新領域創成科学研究
科先端エネルギー工学専攻, 2009.9.14, 東京
[57] 堀 洋一, ちょこちょこ充電しながら走る電車のよ
うなクルマへ, 九州先端科学技術研究所, 第４回カ
ーエレクトロニクス研究会, 基調講演, 2009.9.17,
東京
[58] 堀 洋一, 2020 年ビジョンの実現に向けて, 日本自
動車研究所 40 周年記念誌「挑」座談会, pp.68-83,
2009.10.1, 東京
[59] 皆木 亮, 堀 洋一, 運転者の感度特性に基づく反力
制御によるアクティブ前輪操舵の実験的検証, 生
産研究プロテク生産研究特集号, Vol. 61, No. 6
pp.971-976, 2009.11
[60] 堀 洋一, ちょこちょこ充電するクルマ社会へ, 東
京大学電気系同窓会イベント, パネルディスカッ
ション「未来のクルマは電気で走っているか？」,
2009.11.14
[61] 堀 洋一, ちょこちょこ充電で描く未来のクルマ社
会, UDCK３周年記念イベント, 柏の葉モビリティ
フォーラム 2009, 2009.11.20
[62] 堀 洋一ほか, 座談会「EV の普及に向けて」, 自動
202
車技術, Vol.64, No.1, pp.4-11, 2010.1
[63] 堀 洋一, 未来のクルマ社会はモータ, キャパシタ,
ワイヤレスで実現しよう, 電気学会四国支部講演
会, 共催：電子情報通信学会四国支部、計測自動制
御学会四国支部, 2009.12.21, 徳島
[64] 堀 洋一, モータ, キャパシタ, ワイヤレスで作る
未来のクルマ社会, 都立産業技術研究センター多
摩テクノプラザ開所プレイベント, 2010.2.5, 立川
市民会館
[65] 堀 洋一, ちょこちょこ充電する電気自動車, 愛光
経済懇話会講演会, 2010.2.27, 松山
[66] 堀 洋一, ちょこちょこ充電する未来のクルマ, 「創
成」「フロンティアサイエンス最前線」, Vol.15,
2010.3.15
203
横山研究室
Yokoyama Laboratory
(http:// www.syl.t.u-tokyo.ac.jp)
2. 再生可能エネルギー大量導入時における電気
自動車を用いた電力の安定供給
横山 明彦・益田 泰輔・清水 浩一郎
The Stable Electric Power Supply Using Electric
Vehicles in Power System with a Large Penetration
of Renewable Energy Sources
A.YOKOYAMA, T.MASUTA and K.SHIMIZU
研究現況
Current Research Projects
1. 日本型スマートグリッド、「ユビキタスパワー
ネットワーク」の構築
横山 明彦・益田 泰輔・清水 浩一郎・宮原 啓太
Development of Smart Grid in Japanese Context
“Ubiquitous Power Grid”
A.YOKOYAMA, T.MASUTA, K.SHIMIZU and
K.MIYAHARA
電力系統からエネルギーを供給されることで走行する
EV はエネルギー貯蔵装置をもつ可制御負荷である。再生
可能エネルギー電源の大量導入により生じる諸問題を多
数台の EV への電力供給を制御することで解決すること
が期待されており、余剰電力対策や周波数の制御、電圧
の上昇抑制などを行う新しいシステムに注目が集まって
いる。現在、本研究室では EV の蓄電池に貯めた電気を、
充電スタンドを通して電力系統へ逆に流し込むことも活
用して、電力供給の安定に貢献する Vehicle to Grid
(V2G) の構築を目指している。具体的には太陽光発電や
風力発電が大量に導入された電力系統における多数台の
EV を用いた周波数制御手法の構築を行っている。
EVs are controllable loads such as battery energy storage
systems (BESS) because the batteries of EVs can be charged
and discharged due to order of the power system. EVs are
now expected to be charged with the reasonable control
scheme to solve the problems caused by a large penetration of
renewable energy sources, e.g. excess power, fluctuation of
frequency and voltage rise.
Our researches are based on Vehicle to Grid (V2G) which
is a concept of charging and discharging between the batteries
of EVs and the power system to contribute to the power
system operation. Now, we are developing a new frequency
control method using EVs in a power system with a large
penetration of wind and photovoltaic generations.
地球温暖化などの環境問題やエネルギーセキュリティ
の観点から、供給サイドでは多数の再生可能エネルギー
電源や蓄電池、需要サイドではヒートポンプ給湯機など
の定置型のエネルギー貯蔵装置付きの需要家機器の導入
が今後ますます進むものと予測されている。
本研究で提案する「ユビキタスパワーネットワーク」
では、インテリジェントな双方向情報通信技術を応用し、
可制御性を有するヒートポンプ給湯機を従来の電力系統
機器や蓄電池と協調して制御することで再生可能エネル
ギー電源により生じる諸問題を解消し、ネットワーク全
体の経済性、運用性、信頼性、電力品質等の最適化を図
っている。現在は、風力や太陽光発電などの大量の再生
可能エネルギー電源と、多数のヒートポンプ給湯器など
の可制御負荷が導入された電力系統の経済性を評価する
とともに、ヒートポンプ給湯機による周波数制御手法の
構築を行っている。
The electric power system is about to undergo the
following many changes: In the supply side, a large amount of
renewable energy sources have been and will be installed. In
the demand side, new energy-saving devices such as heat
pump based water heaters (HPWHs) and battery energy
storage systems (BESS) are expected to gain significant
attention.
"Ubiquitous Power Grid" is a new concept of the power
system dealing with the above future changes in both the
supply and demand sides. In the power system with a large
penetration of renewable energy sources, controllable loads
such as HPWHs are controlled cooperatively by way of
information communication technology in order to optimize
economics, efficiency, reliability, and quality of electricity
supply. To make "Ubiquitous Power Grid" practical, we are
now focusing on the research topics such as the coordinated
control of BESS and controllable loads such as HPWHs to
suppress the frequency fluctuation caused by a large
penetration of wind power generations. In addition, the
economic efficiency of the "Ubiquitous Power Grid" will be
evaluated.
3. 再生可能エネルギー発電の大量連系系統の制
御
横山 明彦・グェン ホアン ヴィエット・
相原 良太・吉原 徹・木原 寛之
Control of Power System with a Large Amount of
Generation from Renewable Energy Sources
A.YOKOYAMA, N.VIET, R.AIHARA,
T.YOSHIHARA and H.KIHARA
近年、風力発電や太陽光発電などの再生可能エネルギ
ー発電の導入が進められている。再生可能エネルギー発
電の出力は気候や風況などに強く依存し、出力制御が極
めて困難である。さらに、系統事故などによる再生可能
エネルギー電源の一斉脱落は大規模停電につながるもの
と懸念されている。本研究室ではこれらの課題に対して、
電力系統内に連系された大量の太陽光発電による一斉脱
落の系統安定度への影響およびその対策、風力発電とフ
ライホイール・海水淡水化装置を組み合わせた離島にお
けるマイクログリッドの構築、再生可能エネルギー電源
大量導入時の揚水発電を含めた系統運用計画並びに供給
204
overcome the transmission overload or the transient instability
problems under the severe fault conditions.
信頼度への影響などに関しての研究を行っている。
Recently, the installation of generations from renewable
energy sources, such as solar or wind energy has been
promoted. Strongly depending on climate or wind conditions,
the power output from wind or photovoltaic (PV) generations
becomes extremely difficult to be controlled. It is of serious
concern that a sudden and simultaneous disconnection of a lot
of renewable energy based generations due to a fault in the
network may cause a wide-area blackout. As the solutions to
these problems, the impact of grid disconnection of a lot of
PV generations on power system stability, the construction of
a microgrid in an island which is composed of wind power
generations, a flywheel and seawater desalination plant, and
operation planning of a power system including pumping-up
hydro power station in presence of a large amount of
renewable energy based generation and its effect on the power
supply reliability have been studied in our laboratory.
5. 新手法による競争環境下における電力系統解
析に関する研究
横山 明彦・ナッタウット パンスワン
Research on Novel Analytical Method for
Competitive Electric Power Systems
A.YOKOYAMA and N.PAENSUWAN
競争環境下においては、電力系統は送電限界の近くま
で運用される可能性があるため，送電可能電力 TTC
(Total Transfer Capability)といった運用限度指標を効
率的に精度よく把握する必要があり、その際には、今後
益々導入が進んでいく再生可能エネルギー電源の不確実
性も考慮する必要がある。本研究では、TTC 算出におい
て系統安定度や電圧安定度の動的制約や、再生可能エネ
ルギー電源に起因する発電の不確実性を考慮した、より
精度の高い系統セキュリティ解析手法を検討している。
また、系統状態のスクリーニング手法や、過渡安定度の
解析にデータマイニング手法の一つである決定木を用い
ることで、計算の高速化を図っている。
The deregulation of an electric power system resulted in a
more competitive environment and challenges for system
operators in managing the security of a transmission network
as it is always operated close to its limits. With this regard, the
Total Transfer Capability (TTC) is used to provide the system
operators with key information related to the maximum
transferrable power. Several aspects, i.e. uncertainty
associated with the system conditions, voltage and transient
stabilities, are needed to be properly taken into account.
Nonetheless, incorporating these aspects into the TTC
evaluation is computationally intensive. Therefore, this
research proposed a novel efficient probabilistic TTC
evaluation method using several techniques, partitioned
Monte Carlo simulation, decision tree, and voltage stability
index to speed up the computation.
4. 電力系統における FACTS 機器やエネルギー貯
蔵装置等の協調制御による停電範囲の極小化
横山明彦・河辺賢一
Power Supply Reliability Improvement by
Coordinated Control of FACTS Devices and Battery
Energy Storage Systems in Power Systems
A.YOKOYAMA and K.KAWABE
近年，世界的に発生している広域停電の発生を鑑み，
事故発生時の停電範囲の極小化に計画的に取り組んでい
くことが求められている。本研究では，送電線の増強を
行うことなく，既存設備や将来の電力系統への導入が予
想される電力制御機器を有効に活用することにより，経
済性との両立を図りながら，重大事故発生時における停
電範囲を極小化する方法を検討している。これまで，パ
ワーエレクトロニクス技術を応用した FACTS 機器や、自
然エネルギー源の導入促進に伴い設置容量の増加が予想
されるエネルギー貯蔵装置を協調制御することにより、
停電を免れることのできない事故が発生した場合でも，
事故波及を防止し，停電範囲を極小化できる新たな緊急
時制御技術を開発している。
Recent trends towards the deregulation in an electrical
power sector and a large integration of renewable energy into
the power system have heightened the need to maintain the
power supply reliability, since these trends have caused
cascading outages in some countries. Besides the construction
of new transmission lines, installation of the advanced power
control devices and development of a new emergency control
system will also be a potential approach to improve the power
system reliability in the future power system. In this research,
an emergency control scheme that can make the best use of
the existing equipment considering new technologies, e.g.
FACTS (flexible AC transmission systems) devices, BESSs
(battery energy storage systems), has been studied to
205
[11] N.Paensuwan and A.Yokoyama: “Probabilistic TTC of a
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Transfer Capability at Risk”，平成 21 年電気学
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[42] 太田, 谷口, 中島, 横山：「ユビキタスパワーネッ
トワークにおける自律分散型スマートストレージ
の提案」，電気学会電力技術・電力系統技術合同研
究会 PSE-09-168(2009).
[31] 若林, 横山：「静的電圧安定性向上のための UPFC 制
御系の設計法」，平成 21 年電気学会電力エネルギー
部門大会, No. 43(2009).
[43] 千貫, 横山, 進士, 辻田：「配電系統の電圧制約違
反を考慮したマイクログリッドによる系統周波数
制御への貢献」，平成 22 年電気学会全国大会,
6-022, pp.39-40(2009).
[32] 河辺, 横山：「複数 FACTS 機器による停電範囲の極
小化」，平成 21 年電気学会電力エネルギー部門大会,
No. 44(2009).
[44] 太田, 谷口, 中島, K.M.Liyanage, 清水, 益田, 馬
場, 横山：「自律分散型 V2G の瞬動予備力としての
効果」，平成 22 年電気学会全国大会,
6-023, pp.
41-42(2009).
[33] K.M.Liyanage, A,Yokoyama, T.Nakajima and
H.Taniguchi ： “Coordinated Operation of
Controllable Devices for Load Balancing in
Ubiquitous Power Networks”，平成 21 年電気学会
電力エネルギー部門大会, No. 158(2009).
[45] 恩田, 今中, 馬場, 横山：「離島系統安定化に向け
た海水淡水化装置制御のためのモデル化」，平成 22
年電気学会全国大会,
6-023, pp.43-44(2009).
[34] 河辺, 横山：「UPFC・二次電池の過負荷現象緩和効
果を活用した事故時の停電範囲の極小化に関する
研究」，電気学会電力技術・電力系統技術合同研究
会 PSE-09-77(2009).
[46] K.M.Liyanage, A.Yokoyama, Y.Ota, T.Nakajima and
H.Taniguchi：“Coordinated Control of Ubiquitous
Power Networks with Controllable Loads Having
Limited Energy Capacity”，平成 22 年電気学会全
国大会,
6-034, pp.61-62(2009).
[35] N.Paensuwan,
A.Yokoyama,
S.C.Verma
and
Y.Nakachi ： “Application of Decision Tree
Classification to Dymamic TTC Calculation “，
電気学会電力技術・電力系統技術合同研究会
PSE-09-85(2009).
[47] N.Paensuwan,
A.Yokoyama,
S.C.Verma and
Y.Nakachi：“Application of Voltage Stability
Index to the Total Transfer Capability
Evaluation” ， 平 成 22 年 電 気 学 会 全 国 大 会 ,
[36] K.Tangpatiphan,A.Yokoyama: “Multi-Contingency
Transient Stability Constrained Optimal Power
207
6-046, pp.80-81(2009).
[48] 相原, 横山, 野見山：「太陽光発電大量導入時にお
ける供給信頼度を考慮した揚水発電所の運用計画
に関する一考察」，平成 22 年電気学会全国大会,
6-065, pp.115-116(2009).
[49] 吉原, 横山, 馬場：「離島系統における海水淡水化
装置の制御による需給調整能力確保手法」，平成 22
年電気学会全国大会,
6-066, pp.117-118(2009).
[50] 宮原, 横山, 多田：「太陽光発電大量導入時におけ
る余剰電力問題を考慮した際の蓄電池導入必要量
の検討」，平成 22 年電気学会全国大会,
6-090,
pp.156-157(2009).
[51] ｸﾘｻﾅ ﾀﾝﾊﾟﾃｨﾊﾟｰﾝ, 横山：「適応型の進化的プログラ
ミングによる最適潮流問題」，平成 22 年電気学会全
国大会,
6-122, pp.215-216(2009).
[52] 益田, 横山, 多田：「制御可能台数の不確実性を考
慮したヒートポンプ給湯器による周波数制御の基
礎的検討」，平成 22 年電気学会全国大会,
6-135,
pp.235-236(2009).
[53] 郡司掛, 益田, 横山, 多田：「ヒートポンプ給湯器
の負荷としての特性を考慮した周波数制御の検討」，
平 成 22 年 電 気 学 会 全 国 大 会 ,
6-136,
pp.237-238(2009).
[54] 若林, 横山：「電圧安全性向上に対する STATCOM と
UPFC の 比 較 」， 平 成 22 年 電 気 学 会 全 国 大 会 ,
6-139, pp.242-243(2009).
[55] 河辺, 横山：
「広域情報を活用した UPFC による多機
系統の過渡安定度向上制御」，平成 22 年電気学会全
国大会,
6-142, pp.248-249(2009).
[56] 木原, 横山, K.M.リヤナゲ, 佐久間：「太陽光発電
が大量導入された配電系統における蓄電池の最適
設置場所の評価」，平成 22 年電気学会全国大会,
6-155, pp.271-272(2009).
[57] 清水, 益田, 太田, 横山：「再生可能ｴﾈﾙｷﾞｰ電源大
量導入時における使用者の利便性を考慮した電気
自動車を用いた周波数制御」，平成 22 年電気学会全
国大会,
6-158, pp.277-278(2009).
208
大崎研究室
Ohsaki Laboratory
the three-dimensional finite element method, and conceptual
machine designs have been carried out. Several field magnet
designs have been investigated for a high power density
machine, such as a combination of bulk superconductors and
superconducting windings, transverse- flux enhanced type
field windings, and conventional racetrack coils, etc. Cooling
systems and mechanical support structures for them have been
also studied. In addition, high power density motors have
been investigated.
(http://www.ohsaki.k.u-tokyo.ac.jp)
研究現況
Current Research Projects
1. 高い磁場均一性を持ったイットリウム系超電導
マグネットの設計
宮副照久・関野正樹・大崎博之
Design of YBCO Superconducting Magnets with
Highly Homogeneous Magnetic Fields
A. MIYAZOE, M. SEKINO and H. OHSAKI
3.
超電導技術の鉄道への応用
山田正博・ロ シン・関野正樹・大崎博之
Superconducting Technology for Railway Systems
M. YAMADA, L. ZHEN, M. SEKINO
and H. OHSAKI
イットリウム(Y)系超電導線材を用い，空間的磁場均一
性と時間的安定性が高い超電導マグネットの設計手法の
開発を進めている。高い磁場均一性は，NMR (Nuclear
Magnetic Resonance) 分光計や MRI (Magnetic Resonance
Imaging) 装置のマグネットにおいて欠かせない。Y 系線
材はテープ状であり，線材を貫く磁束が誘導する遮蔽電
流の影響を実験的側面から調査し，それらを考慮したコ
イル設計モデルの検討を行っている。
We study how to design YBCO superconducting magnets
producing highly stable and homogeneous magnetic fields,
which are required for NMR and MRI devices. YBCO
superconducting wires have the shape of tapes. Magnetic field
perpendicular to the surface of the wires induces screening
currents in the wires. The currents and magnetic field decay
with time and result in generating inhomogeneous fields. We
try to evaluate the screening currents from measurement data
and develop a design method suitable for YBCO wires.
2.
超電導技術を鉄道システムに適用することの可能性に
ついて検討を進めている。磁気浮上鉄道用高温超電導マ
グネットの設計研究に加え，在来鉄道の直流き電システ
ムへの直流超電導ケーブルの導入可能性，およびそれに
その他の超電導機器やエネルギー貯蔵機器等を組み合わ
せることの可能性などについて，シミュレーションを元
に検討を進めている。
Application of superconducting technologies to railway
systems has been studied. Design study of high-temperature
superconducting magnets for the maglev system has been
carried out. In addition, potential application of DC
superconducting power cable to DC feeding systems in
conventional railway systems, combined with other
superconducting equipment and energy storage devices have
been studied based on numerical simulation.
超電導モータ・発電機
寺尾悠・ロイキ ケバル・クッディス モハンマド ラシド・
中西泰章・関野正樹・大崎博之
Superconducting Motors and Generators
Y. TERAO, L. QUEVAL, M. R. QUDDES,
Y. NAKANISHI, M. SEKINO and H. OHSAKI
4.
超電導技術と電磁界の医療応用
関野正樹・加藤拓哉・大崎博之
Medical Applications of Superconducting
Technologies and Electromagnetic Fields
M. SEKINO, T. KATO and H. OHSAKI
MRI (magnetic resonance imaging)を応用して，従来は有
効な計測手段が無かった生体の誘電率や導電率の空間分
布を計測する新しい手法を開発している。提案手法の測
定精度を数値解析で評価するとともに，専用の RF コイ
ルを開発することで信号取得の効率化を図っている。ま
た，患者が在宅で使用するのに適した，コンパクトな経
頭蓋的磁気刺激装置の開発にも取り組んでおり，新しい
磁場発生コイルの設計を行っている。
We develop a new magnetic resonance imaging (MRI)
technique for visualizing dielectric properties of biological
tissues which could not be measured using conventional
techniques. The accuracy of the proposed method is evaluated
using numerical methods. A dedicated RF coil improves the
efficacy of signal acquisition. Another project is to develop a
compact transcranial magnetic stimulator for treatment of pain
at home. The equipment incorporates a novel coil producing
magnetic fields.
洋上風力発電などへの適用が期待される 10MW 級大
型風力発電機の検討を行っている。大トルク，超低速回
転を特徴とするこのような発電機について，三次元有限
要素法を使った電磁界解析に基づく特性評価および発電
機概念設計を進め，バルク超電導体と超電導コイルを界
磁として併用する設計や，超電導コイルを利用した横方
向磁束強化型，および一般的なレーストラックコイル界
磁を使う設計等を比較検討している。また，冷却系や機
械構造の設計検討も併行して進めている。さらに，発電
機だけでなく，高出力密度の超電導モータの検討も行っ
ている。
We have studied 10 MW-class superconducting wind
turbine generators, which are characterized as a high torque
and very low speed machine and expected to be applied to
off-shore wind power generation. Performance analysis using
209
5.
論文・著書一覧（2009 年度）
Publications List
バルク超電導体の電磁現象と応用
寺尾悠・蛭川倫行・関野正樹・大崎博之
Electromagnetic Phenomena in Bulk
Superconductors and their Applications
Y. TERAO, M. HIRUKAWA, M. SEKINO
and H. OHSAKI
研究論文
優れた磁束ピン止め特性により高臨界電流密度を有す
る RE（希土類）系バルク超電導体の応用を目指して，そ
の中での電磁現象を中心に研究を行っている。バルク超
電導体のマグネット応用のための着磁法として，パルス
着磁や磁界中冷却法に関して，有限要素法を用いた解析
ツールを開発し，効率的な着磁について検討している。
また，バルク超電導体の磁気シールド材としての可能性
についての検討も進めている。
For practical application of (RE)BCO bulk superconductors,
which have high critical current densities based on strong flux
pinning characteristics, electromagnetic phenomena inside the
superconductors have been studied. For their magnet
applications, pulsed-field and field-cooling magnetization
methods have been examined using a FEM analysis tool
developed for studying improvement of magnetization
performance. Magnetic shielding application of bulk
superconductor is also investigated.
マイクロ波励起非平衡プラズマを対象とする
自己無撞着の数値解析ツールの開発
キム ドンミン・大崎博之
Development of Self-consistent Numerical Analysis
Tool for Microwave-exited Plasma
D. KIM and H. OHSAKI
[1]
Y.
Komi,
M.
Sekino,
and
H.
Ohsaki:
“Three-dimensional numerical analysis of magnetic and
thermal fields during pulsed field magnetization of bulk
superconductors with inhomogeneous superconducting
properties,” Physica C: Superconductivity, Vol.469,
No.15-20, pp.1262-1265 (2009).
[2]
H. Ohsaki and M. Sekino: “Design of High-temperature
superconducting coils for a magnetic energy storage
system,” 日本 AEM 学会誌, Vol.17, No.3, pp.441- 444
(2009).
[3]
H. Ohsaki, M. Sekino, and S. Nonaka: “Characteristics
of Resistive Fault Current Limiting Elements using
YBCO
Superconducting
Thin
Film
with
Meander-shaped Metal Layer,” IEEE Transactions on
Applied Superconductivity, vol.19, No.3, pp.1818-1822
(2009).
[4]
M. Sekino, H. Ohsaki, S. Yamaguchi-Sekino, N.
Iriguchi, and S. Ueno: “Low-frequency conductivity
tensor of rat brain tissues inferred from diffusion MRI,”
Bioelectromagnetics, Vol.30, No.6, pp.489-499 (2009).
[5]
M. Sekino, H. Ohsaki, S. Yamaguchi-Sekino, and S.
Ueno: “Toward detection of transient changes in
magnetic resonance signal intensity arising from
neuronal electrical activities,” IEEE Transactions on
Magnetics, Vol.45, No.10, pp.4841-4844 (2009).
[6]
M. Kumagai, M. R. Kano, Y. Morishita, M. Ota, Y. Imai,
N. Nishiyama, M. Sekino, S. Ueno, K. Miyazono, and K.
Kataoka: “Enhanced magnetic resonance imaging of
experimental pancreatic tumor in vivo by block
copolymer-coated magnetite nanoparticles with
TGF-beta inhibitor,” Journal of Controlled Release,
Vol.140, No.3, pp.306-311 (2009).
[7]
M. Takeuchi, S. Ueno, T. Usagawa, T. Sueyoshi, M.
Sekino, and N. Iriguchi: “Measurement of T2 relaxation
time and fiber orientation degree of collagen gel
exposed to a magnetic field,” Information, Vol.13, No.1,
pp.229-234 (2010).
6.
マイクロ波励起プラズマは，低気圧から大気圧まで広
い圧力条件で安定的に発生や維持ができるが，そのプラ
ズマパラメータと電磁波伝搬特性は強い依存関係にある。
そのために，設計段階での装置最適化は容易でなく，プ
ラズマとマイクロ波伝搬の特性を同時に解析できる必要
がある。本研究で FDTD (Finite-Difference Time-Domain)
法による電磁界解析とプラズマ流体解析を連成した数値
解析ツールを開発している。
Microwave-excited plasmas can be generated very stably at
the low gas pressure, and even at the atmospheric pressure.
However, the device characteristics cannot be prospected and
optimized on the design level due to the close and
complicated coupling of plasma parameters and microwave
propagation characteristics. In order to overcome this problem,
it needs to simulate them simultaneously. In this study, we
develop a self-consistent numerical analysis tool in
three-dimensional system with combining plasma fluid model
and FDTD (Finite-Difference Time-Domain) method.
210
国際会議論文
[8]
H. Ohsaki, M. Sekino, T. Suzuki, and Y. Terao: “Design
Study
of
Wind
Turbine
Generators
using
Superconducting Coils and Bulks,” 2nd International
Conference on Clean Electrical Power, Capri, Italy
(2009).
[9]
H. Ohsaki, Y. Terao, and M. Sekino: “Wind Turbine
Generators using Superconducting Coils and Bulks,”
The 9th European Conference of Applied
Superconductivity (EUCAS 20009), P-77, pp. 303
(2009).
materials
deposition
in
microwave-excited
atmospheric-pressure plasma jets using microstrip line,
The Sixth Asia-Pacific International Symposium on the
Basic and Application of Plasma Technology (APSPT-6),
Hsinchu, Taiwan (2009).
[20] S. Takemoto, M. Migita, N. Mizuuchi, K. Maruyama, T.
Moroi, T. Sueyoshi, M. Sekino, and N. Iriguchi:
“Multidirectional RF coils for MRI,” 2009 IEEE/ICME
International Conference on Complex Medical
Engineering, Tempe, USA, no.10073, pp.208-211
(2009).
[10] M. Sekino, H. Ohsaki, H. Wada, T. Hisatsune, O. Ozaki,
and T. Kiyoshi: “An MRI model magnet with an
off-centered distribution of homogeneous magnetic field
zone,” 21st International Conference on Magnet
Technology (MT-21), Hefei, China, 4DP-17 (2009).
[11] A. Miyazoe, M. Sekino, T. Kiyoshi and H. Ohsaki:
“Magnetic field induced by screening current in short
and straight coated conductors,” 21st International
Conference on Magnet Technology (MT-21), Hefei,
China, 4GP-25 (2009).
[21] M. Sekino, N. Boulant, M. Luong, A. Amadon, H.
Ohsaki, and D. Le Bihan: “Effects of relaxation during
RF pulses on the homogeneity of signal intensity in
parallel transmission,” ISMRM 17th Scientific Meeting
and Exhibition, Honolulu, USA, no.2586 (2009).
[12] A. Miyazoe, H. Abe, K. Kurashima, K. Aoyagi, T.
Kimura, Y. Sugimoto, K. Nakajima, T. Ando, N. Hirota,
H. Ohsaki, and H. Wada: “Electrochemical synthesis of
highly crystalline MgB2 nanowires,” Material research
society spring meeting, pp.227 (2009).
[22] T. Imae, H. Shinohara, M. Sekino, H. Ohsaki, S. Ueno,
K. Mima, and K. Ohtomo: “Estimation of cell
membrane permeability and intracellular diffusion
coefficient of the gray matter in the normal human
brain,” ISMRM 17th Scientific Meeting and Exhibition,
Honolulu, USA, no.3583 (2009).
[13] A. Miyazoe, M. Sekino, T. Kiyoshi, and H. Ohsaki:
“Magnetic fields generated by screening currents on
coated conductors in external field and/or self field,”
Asian conference 2009 on Applied Superconductivity
and Cryogenics, pp. 54 (2010).
[23] H. Kuribayashi, T. Minowa, Y. Maitani, M. Sekino, H.
Ohsaki, M. Ueda, and Y. Katayama: “Accuracy of T1
and equilibrium magnetization maps using a spoiled
gradient-recalled echo sequence with variable flip
angles at 4.7 T, 7 T, and 9.4 T: A gadolinium-doped gel
phantom study,” ISMRM 17th Scientific Meeting and
Exhibition, Honolulu, USA, no. 4442 (2009).
[14] H. Ohsaki: “Superconducting Technologies for Linear
Drives and Magnetic Levitation,” The 7th International
Symposium on Linear Drives for Industry Applications
(LDIA 2009), Keynote speech, Incheon, Korea (2009)
<Invited>.
[15] Y. Ueda, M. Sekino, and H. Ohsaki: “Armature
conductor design of a long-stroke planar actuator with
multipole degrees of freedom,” The 7th International
Symposium on Linear Drives for Industry Applications
(LDIA 2009), Incheon, Korea, No OS9.4, pp.162-163
(2009).
[24] M. Sekino, H. Ohsaki, S. Yamaguchi-Sekino, and S.
Ueno: “Detection of transient changes in magnetic
resonance signal intensity arising from neuronal
electrical activities,” IEEE International Magnetics
Conference, Sacramento, USA, no.DS-12 (2009).
[25] S. Ueno and M. Sekino: “Recent advances in new MRI
methods for electrical impedance and current imaging of
the brain,” Joint Meeting of the Bioelectromagnetics
Society and European Bioelectromagnetics Association
(BioEM 2009), Davos, Switzerland, no.TU2-2 (2009)
<Invited>.
[16] H. Yasuda, M. Sekino, and H. Ohsaki: “Magnetic field
measurement system using linear actuators for
three-axis drive,” The 7th International Symposium on
Linear Drives for Industry Applications (LDIA 2009),
Incheon, Korea, no.PS4.6, pp.182-183 (2009).
[17] Y. Terao, M. Sekino and H. Ohsaki: Design Study of
High-Thrust Superconducting Linear Motors, The 9th
International Symposium on Linear Drives for Industry
Applications (LDIA 2009), Incheon, Korea, PS3.4,
pp.204-207 (2009).
[26] N. Boulant, M. Sekino, M. Cloos, A. Amadon, and M.
Luong: “T1 and T2 effects during RF pulses in MRI
sequences,” 7th Bi-Annual High Field Workshop,
Minneapolis, USA (2009) <Invited>.
[18] D. Kim, and H. Ohsaki: “Numerical analysis of
Discharging Characteristics in Microwave excited Ring
Dielectric Line Surface Wave Plasma Apparatus,” 21st
International Conference on Numerical Simulation on
Plasma, Lisbon, Portugal (2009).
[27] S. Nakatani, M. Sekino, H. Ohsaki, and S. Miyata:
“Control of fiber alignment in collagen gel by static
magnetic field and effect of that on ECM synthesis of
articular chondrocytes,” ORS 56th Annual Meeting,
New Orleans, USA, no.904 (2010).
[19] J. Kim, D. Kim, H. Ohsaki, and M. Katsurai: Carbon
[28] D. Kim, and H. Ohsaki: Numerical Analysis of
Electromagnetic Wave Propagation in Surface Wave
211
Plasma, The 10th University of Tokyo - Seoul National
University Joint Seminar on Electric Engineering, Seoul,
Korea, pp.78-81 (2010).
[29] A. Miyazoe, M. Sekino, T. Kiyoshi, and H. Ohsaki:
Magnetic fields induced by screening currents flowing
on superconducting coated conductors, The 10th
University of Tokyo - Seoul National University Joint
Seminar on Electrical Engineering, pp. 297-301 (2010).
合成,” 第 70 回応用物理学会学術講演会, pp.46
(2009).
[40] 大崎博之: “陸上を進む 超伝導リニア新幹線,” 第
57 回応用物理学関係連合講演会, シンポジウム：超
伝導で”進む”未来技術の最新動向～超伝導の物
流・交通への展開～, 東海大学 (2010) <Invited>.
[41] キムドンミン, 大崎博之: マイクロストリップ型プ
ラズマデバイスにおける低気圧でのマイクロ波伝
搬特性に関する数値解析, 第 57 回応用物理学関係
連合講演会,東海大学, 18p-ZB-2 (2010).
[42] 金載浩, キムドンミン, 大崎博之, 桂井誠: “マイク
ロストリップ型マイクロ波大気圧プラズマ CVD 装
置の開発,” 第 57 回応用物理学関係連合講演会, 東
海大学, 20a-ZB-8 (2010).
[43] 宮副照久, 関野正樹, 大崎博之, 木吉司: “配列され
たイットリウム系線材の遮蔽特性評価,” 第 57 回応
用物理学関係連合講演会, pp.76 (2010).
著書
[30] 関野正樹, 第 4 章 2 誘電率と導電率の物理的な意味
と測定の方法, (MRI 安全性の考え方, 日本磁気共鳴
医学会安全性評価委員会 監修) 秀潤社, (全 279 ペ
ージ, 分担 69-84 ページ) (2010).
シンポジウム・研究会・大会等発表
[31] 宮副照久, 関野正樹, 大崎博之, 木吉司: “バックグ
ラウンド磁場を変動させたときの短尺 Y 系テープ
線材における捕捉磁界と遮蔽効果,” 第 80 回 2009
年度春季低温工学・超電導学会, 1P-p16, p.92 (2009).
[44] 野中壮平，池永健，大崎博之: “超電導薄膜限流素子
の電流分布の測定と解析,” 第 21 回「電磁力関連の
ダイナミクス」シンポジウム（SEAD21）, 21C1-1
(2009).
[32] 寺尾悠, 関野正樹, 大崎博之: “高温超電導コイルと
バルクを併用した界磁を有する風力発電機の検討,”
第 80 回 2009 年度春季低温工学・超電導学会, 2P-p.30,
pp.177 (2009).
[45] 鈴木達矢， 寺尾悠， 関野正樹， 大崎博之: “高温
超電導コイルとバルク超電導磁気シールド材を併
用した界磁を有する同期モータの研究,” 第 21 回
「電磁力関連のダイナミクス」シンポジウム
(SEAD21), 21C1-2, pp. 467-472 (2009).
[33] 安田斉史, 大崎博之, 関野正樹: “均一磁場空間生成
のためのバルク超電導体の配置,” 第 81 回 2009 年度
秋季低温工学・超電導学会, 1A-a08, pp.8 (2009).
[46] 小見慶樹, 安田斉史, 関野正樹, 大崎博之: “不均一
な臨界電流密度分布を持つバルク超電導体のパル
ス着磁過程の三次元解析,” 第 21 回電磁力関連のダ
イ ナ ミ ク ス シ ン ポ ジ ウ ム , 21C1-3, pp.473-476
(2009).
[34] 大崎博之, 寺尾悠，長屋重夫, 鹿島直二: “風力発電
用横方向磁束強化型超電導発電機の設計と特性解
析,” 第 81 回 2009 年度秋季低温工学・超電導学会,
1B-p09, pp. 38 (2009).
[47] 福島大志, 西川敦, 宮崎文夫, 関野正樹, 齋藤洋一:
“在宅型経頭蓋磁気刺激治療のためのコイル磁場逆
解析,” 生体医工学シンポジウム, No.2-4-06 (2009).
[35] 寺尾悠， 関野正樹， 大崎博之, 手嶋英一, 森田充:
“高温超電導コイルとバルクを併用した風力発電機
の出力特性の解析,” 第 81 回 2009 年度秋季低温工
学・超電導学会, 2P-p32, pp. 184 (2009).
[48] 栗林秀人, 箕輪卓也, 米谷芳枝, 関野正樹, 大崎博
之, 上田雅之: “スライス選択二次元 SPGR 法を用い
た熱平衡磁化マップの定量性の検証,” 第 37 回日本
磁気共鳴医学会大会, O-1-86, pp. 168 (2009).
[36] 南いつか, 広瀬量一, 伊藤聡, 竹田雅詳, 尾崎修,
大崎博之, 関野正樹, 和田仁: “認知症研究用の新型
MRI モデルマグネットの検討.” 第 81 回 2009 年度
秋季低温工学・超電導学会, 2P-p39, pp.191 (2009).
[49] 関野正樹, N. Boulant, M. Luong, A. Amadon, 大崎博
之, D. Le Bihan: “7T 装置でのパラレル送信において
RF 照射中の緩和が信号均一度に与える影響,” 第 37
回日本磁気共鳴医学会大会, O-1-182, pp. 217 (2009).
[37] キムドンミン, 大崎博之: “マイクロ波励起円形表面
波プロセスプラズマ装置におけるプラズマ特性の
数値解析,” 第 70 回応用物理学会学術講演会, 富山
大学, 10p-R-5 (2009).
[38] 宮副照久, 関野正樹, 大崎博之, 木吉司: “イットリ
ウム系超電導テープ線材の磁化電流がもたらす磁
界の評価,” 第 70 回応用物理学会学術講演会, pp.46
(2009).
[50] 宮田昌悟, 関野正樹, 大崎博之: “ADC 測定における
biexponential な信号減衰に着目した再生軟骨の微細
組織構造評価の基礎的検討,” 第 37 回日本磁気共鳴
医学会大会, P-1-91, pp. 350 (2009).
[51] 山口さち子, 久保田久代, I. Guimiot, D. Le Bihan, 関
野正樹: “血液脳関門損傷ラットへの 7T 磁場曝露の
影 響 評 価 ,” 第 37 回 日 本 磁 気 共 鳴 医 学 会 大 会 ,
P-1-106, pp.357 (2009).
[39] 宮副照久, 阿部英樹, 倉嶋敬次, 青柳岳史, 木村隆,
杉本喜正, 中島清美, 安藤努, 廣田憲之, 大崎博之,
和田仁: “高結晶性 MgB2 ナノワイヤの電気化学的
212
[52] 栗林秀人, 箕輪卓也, 米谷芳枝, 関野正樹, 大崎博
之, 上田雅之, 片山泰朗: “スライス選 択 二次元
SPGR 法を用いた T1 マップの定量性の検討,” 第 37
回日本磁気共鳴医学会大会, P-1-117, pp. 363 (2009).
[53] 竹内道広, キムドンミン, 関野正樹, 上野照剛, 大
崎博之, 入口紀男: “スピンエコー法による MR 画像
の定量化誤差の検討,” 第 37 回日本磁気共鳴医学会
大会, P-2-208, pp. 410 (2009).
[54] 福島大志, 西川敦, 宮崎文夫, 内田国克, 関野正樹,
齋藤洋一: “在宅型経頭蓋磁気刺激治療のためのコ
イル磁場逆解析シミュレーション−磁場逆解析のコ
イル形状依存性の検証−,” 第 18 回日本コンピュー
タ外科学会大会, 09(VI)-27 (2009).
[55] 関野正樹: “MRI と光脳機能イメージングの融合が
持つ可能,” JST 戦略的イノベーション創出推進事業
のためのワークショップ「脳，神経等の疾患を対象
とした安全なイメージング技術・機器開発」 (2010).
その他
[56] 大崎博之: “これからの EMC,” 電磁環境工学 EMC,
2010 年 1 月号, ミマツコ－ポレーション, No.261,
p.35 (2010).
[57] 大崎博之: “特集：超電導産業機器技術の展開「超
電導産業機器技術の動向」,” 超電導 Web21, 2010
年 3 月 1 日号, p.4 (2010).
[58] 大崎博之: “特集：超電導産業機器技術の展開「風
力発電用超電導回転機の設計技術の現状」,” 超電
導 Web21, 2010 年 3 月 1 日号, p.9 (2010).
213
古関研究室
Koseki Laboratory
石形同期機の設計とその評価を行った。
Propulsion motor manufacturers are investigating new direct
drive solutions for use in electric ships. These applications
require motors with high torque output at low speeds. Such
requirements were the motivation for the design of a new
PMSM with a novel topology. We designed and measured
“the 1st model” used for high torque at low speed making use
of transverse flux motor. But the 1st model was not able to
rotate smoothly due to cogging torque. The cogging torque
has been a serious problem. Considering weak points of the
1st model, “the 2nd model” to innovate skew and entertain the
number of core and winding turns was analyzed and designed.
To compare the theoretical result, characteristics of the
proposed 2nd model have been tested.
(http://www.koseki.t.u-tokyo.ac.jp)
研究現況
Current Research Projects
1.
乗客視点の評価を用いる運転整理支援システ
ム
古関 隆章・田中 峻一・
千種 健二・福地 正樹
Operation Plan for Train Rescheduling System
Based on Passenger’s View
T. KOSEKI, S.TANAKA
K. CHIGUSA and M. FUKUCHI
列車の運行が乱れた際に列車のダイヤに変更を加え、
元のダイヤに収束させる運転整理という業務が行われる。
現在、この業務のコンピュータによる支援が望まれてい
る。本研究室では、先行研究より乗客の立場に立った評
価に基づいて運転整理の作成を行う運転整理案作成支援
システムの開発を行っている。本研究では、乗客視点の
ダイヤ評価を適切に行うための乗客行動の仮定法、障害
発生直後の暫定的な列車運行パターン、待避駅及び運行
時刻の最適化、片方向から両方向への拡張に取り組んだ。
Train rescheduling during disrupted service is a
substantially significant task for urban railway operators. Now,
operators have requested assistance in the form of a
computer-aided train-rescheduling program. In our laboratory,
we are creating the train-rescheduling system based on
passenger’s view. In this research, we changed the model of
passengers' behavior for the accuracy enhancement, made the
operating pattern shortly after the accident and proposed
optimizing train reordering and interval adjustment and
expanding the system into two directions from one direction.
2.
三次元磁束を考慮した大トルク永久磁石形同
期機の設計と評価
古関 隆章・ジェネヴィエヴ マリー パターソン・
佐藤 功一・シン ジュンソブ・迫 健太郎
Design and Verification of Permanent Magnet
Synchronous Motor for High Torque Drive
Considering Three-dimensional Flux Distribution
T. KOSEKI, G. M. PATTERSON,
K. SATO, J. SHIN and K. SAKO
永久磁石形同期機は大トルクを出力するため、変速機の
不要な直接駆動の実現性がある。直接駆動は、機械的損
失の低減、容易な保守、低騒音・低振動等のメリットが
ある。直接駆動の応用例として船舶推進用モータがあり、
特に低速回転領域において大トルクを必要とすることが
特徴である。本研究では、企業との共同研究において、
船舶推進用モータを想定し、先行研究の“横方向磁束形モ
ータ”の長所・短所を考慮した直接駆動用大トルク永久磁
3.
リアクションプレート改良による都市交通用
リニア誘導モータの三次元渦電流解析を通じ
た性能向上評価
古関 隆章・早山 和弥
Performance Evaluation of Linear Induction Motor
for Urban Transit with Processed Reaction Plate
T.KOSEKI and K.HAYAYAMA
リニア誘導モータは、直接駆動による粘着からの解放や
車体の小型化によるトンネル断面の縮小が可能であると
いうことからリニアメトロの駆動源として活用されてい
る。しかし、縁効果や二次鉄心の渦電流損といった二次
側の渦電流に起因する損失がある。そこで、本研究では
電磁界解析の計算結果に基づいたリアクションプレート
の改良によってこれらの影響を低減させ、推力を向上さ
せることを目標とし、渦電流の流路を考慮できるような
電磁界解析プログラムを提案し、リアクションプレート
の形状ごとに電磁界解析を行って性能向上の度合いを評
価する。差分法を用いた二次元電磁界解析によって二次
側に渦電流が流れる場合について計算を行い、二次鉄心
の損失が推力に対して及ぼす影響を算出した。
Linear induction motor (LIM) is used for traction system of
Linear Metro. However, there are problems of "edge-effect"
and eddy current loss of secondary core in LIM driving
system. So thrust of LIM is decreased. The purpose of this
research is to evaluate design of reaction plate in order to
remedy these problems. So condition of eddy current has to be
considered by 3D electromagnetic analysis. FDM
electromagnetic analysis made cleared that thrust decrease
caused by eddy current loss in secondary core.
4.
電気車の軸角速度情報に基づく再粘着制御と
車輪部の超過角運動量補償に基づく粘着利用
率の向上
古関 隆章・槻木澤 佑公・原 崇文
Re-adhesion Control Based on Axis Angular
Velocity Information and Advancement of Adhesion
Availability
214
論文・著書一覧（2009 年度）
Publications List
T. KOSEKI, Y. TSUKINOKIZAWA and T.HARA
鉄道においてその推進には鉄車輪とレール間の粘着力
を利用している。しかし、粘着力に関係する現象として
しばしば発生する滑走・空転によって推進力が減尐して
しまうこと、車輪・レールの損傷を招くなど、この発生
を防ぐことは大きな課題である。そこで本研究では電気
車の駆動に関わるこの滑走・空転現象に関して、インバ
ータ装置の制御の面から滑走・空転を最小限に抑え最大
限の減速/加速を実現するための制御則の提案を目的と
する。結果として、再粘着制御における接線力特性や再
粘着可能性が包括的な現象として記述されることがわか
った。
It is important in the viewpoint that secures the acceleration
not to cause the slip and to use adhesion phenomenon
effectively in railways. I would like to examine the condition
of causing the slip with Adhesion control. On the other hand,
it is known that the tractive coefficient is shown as a function
at the slip velocity. As a result, tracks of the tractive
coefficient characteristic with the Adhesion control and the
possibility of the readhesion control as the comprehensive
phenomenon are described.
研究論文
[1]
Y. Okada, T. Koseki & K. Hisatomi, “Power
management control in DC-electrified railways for the
regenerative braking systems of electric trains,”
WITPRESS “Power Supply, Energy Management and
Catenary Problems,” pp.13-23, 2010.
国際会議論文
[2]
[3]
5.
生体の二関節同時駆動の特徴を取り入れたヒ
ューマノイドロボットの運動制御
古関 隆章・福正 博之・杉本 貴大
Motion control of a humanoid robot with biological
bi-articular simultaneous drive characteristics
T. KOSEKI, H. FUKUSHO and T. SUGIMOTO
[4]
ヒューマノイドロボットの運動制御簡単化のために、
二つの関節を同時駆動させる二関節筋に着目する研究が
ある。先行研究により、二関節筋の存在により筋肉の出
力量が簡単な比例配分制御を行っていることが明らかに
なっている。本研究では、先端の出力分布特性を数学的
に導くと共に、先端出力特性を線形計画法を用いて求め
た。加えて、先端のワークを想定した伸縮運動時の先端
の運動特性と関節トルクの特性に関し、先端に外力のか
かる運動を力の問題に帰着した運動制御手法を検討した。
さらに、生体骨格モデルにおける先端加速度特性の最
適化手法を検討した。
Research for motion control of a humanoid robot taking
advantages of bi-articular muscle which is connected two
joints and rotates those joints simultaneously is advancing
now. It has been already obvious that direction of the force at
the tip point is realized by simple proportional distributed
control.In this research, characteristics of force distribution at
the tip point have been mathematically derived. In addition,
calculation method of the distribution using linear
programming has been proposed. Furthere more, joint torques
control during the straight line motion with some work at the
tip has been taken into account.Optimization method for the
characteristics of tip acceleration considering with the
musculoskeletal model has been also considered.
215
[5]
[6]
[7]
KS. Tanaka, K. Kumazawa, T. Koseki, “PASSENGER
FLOW ANALYSIS FOR TRAIN RESCHEDULING
AND ITS EVALUTION,” International Symposium on
Speed-up, Safety and Service Technology for Railway
and Maglev Systems 2009 (STECH’09), June 2009.
J K. Genevieve Patterson, Takafumi Koseki, Yasuaki
Aoyama, Kentaro Sako, "Simple Modeling and
Prototype Experiments for a New High-Thrust,
Low-Speed Permanent Magnet Disk Motor,"
Proceedings of the 12th International Conference on
Electrical Machines and Systems (ICEMS 2009),
DS2G01-06, 6pages, November 2009, Tokyo, Japan.
Yutaka Tsukinokizawa, Takafumi Koseki, Hideto
Negoro and Akihiro Murahashi, "A MICROSCOPIC
OPERATING
POINT
ANALYSIS
OF
A
NON-LINEAR
MACROSCOPIC
ADHESION
CONTROL," Proceedings of the International
Symposium on Speed-up, Safety and Service
technology for Railway and Maglev Systems 350458, 6
pages June 16-19, 2009, Niigata, Japan.
H. Fukusho, T. Koseki, T. Sugimoto, “Control of a
Straight Line Motion for a Two-Link Robot Arm Using
Coordinate Transform of Bi-articular Simultaneous
Drive,'' The 11th IEEE International Workshop on
Advanced Motion Control (AMC2010), NF-003069,
Nagaoka, 2010.3 (発表後論文修正)
K. Kunomura and T. Koseki, “A Simplified Stability
Analysis for Modern A.C. Feeder Voltage Control
Using Multiple Power Converters for Shinkansen
Systems, ”Proceedings of the 12th International
Conference on Electrical Machines and Systems
(ICEMS 2009), LS2B-001, 6pages, November 2009,
Tokyo, Japan
Takafumi Koseki, Yasuhiro Takada, Hiroshi Obata,
Yori Hayakeyama, Wolfram Teppan, Eric Favre,
“Measurement and Modeling of Nonlinear Magnetic
Core Characteristics of a Fluxgate Direct Current Sensor
for Wide-Range Current Monitoring,” Proceedings of
the 12th International Conference on Electrical
Machines and Systems (ICEMS 2009), DS2G09-07,
6pages, November 2009, Tokyo, Japan.
[8]
Takafumi Koseki, Tomoki Watanabe, and Masatoshi
Shimizu,
“Report
on
the
Activities
of
IEC/TC9/PT62520 --Railway Applications -- Electric
Traction - Electrical Machines for Railway - Short
Primary Type Linear Induction Motors Fed by Power
Converters--,” Proceedings of the 7th International
Symposium on Linear Drives for Industry Applications,
September 20-23, 2009, OS 1.4, 4pages, Incheon, Korea
[9] Takafumi Koseki, Daisuke Sakurai, and Takeomi
Suzuki, “Multiple Rate Sampling State Estimation for
a Visual State Feedback Control of a Linear
Synchronous Motor,” Proceedings of the 7th
International Symposium on Linear Drives for Industry
Applications, September 20-23, 2009, PS 2.5, 4-pages,
Incheon, Korea.
[10] Takashi Noda and Takafumi Koseki, “Design of
Run-Curve for Energy Saving Operation in a Modern
DC-Electrification -Efficiency Assuming Perfect
Regenerative Braking-,” Proceedings of the Internatonal
Symposium on Speed-up, Safety and Service
technology for Railway and Maglev Systems, 360659, 6
pages June 16-19, 2009, Niigata, Japan.
[17] Hiroyuki Fukusho, Takahiro Sugimoto and Takafumi
Koseki, “Motion Control for a Humanoid Robot with
Characteristics of Bi-Articular Simultaneous Drive,''
The 10th University of Tokyo - Seoul National
University Joint Seminar on Electrical Engineering,
2010.3
[18] 杉本 貴大, 福正 博之, 古関 隆章:「生体の筋配列
を有する多関節マニピュレータの先端出力分布特
性」第27 回 日本ロボット学会学術講演会, 1K2-03,
2009.
[19] 古関隆章：「運転のChange: エネルギー・制御技術
とサービス」 ( “Change” for the innovative train
operations---controls of energy conversion and
transportation services) 平21電気学会産業応用部門全
国大会3-O3-5, pp.III-137-142, 三重 2009.09.
[20] 久野村健, 古関隆章：「複数の電力変換装置を用い
た新幹線き電システムの交流電圧制御の安定性解
析」(Stability Analysis of A.C. Voltage Controls
for Feeding System of Shinkansen Using Multiple
Power Converters) 平21 電気学会産業応用部門全
国大会3-30, pp.III-259-264, 三重 2009.09.
総説・解説論文
[11] 古関隆章：論説「国際標準化の作業現場から--日本
提案 IEC/TC9/PT62520 審議状況報告--」日本地下
鉄協会報 Vol. 180, pp. 8-16, 2009 年11 月.
[12] 古関 隆章, 木本 徹:「高出力電磁波問題に関する
国 際 標 準 化 動 向 」 (Actual Trend in International
Standardization on High Power Electromagnetic Field)
電子情報通信学会 「通信ソサイエティマガジン
IEIEC-B Plus」2009 秋号, No. 10, pp.36-45, 2009.
[13] 古関隆章：「電気鉄道の研究開発動向」月刊オーム
2009.8 pp. 40-47
シンポジウム・研究会・大会等発表
[14] Jung-Seob Shin, Genevieve Patterson, Koichi Sato,
Kentaro Sako, Takafumi Koseki and Yasuaki Aoyama,
"Modeling and Prototype Experiments for a New
High-Thrust,
Low-Speed
Permanent
Magnet
Synchronous Motor," The 10th University of Tokyo Seoul National University Joint Seminar on Electrical
Engineering, 2010.3.
[15] 福正 博之, 杉本 貴大, 古関 隆章: 「二関節筋を
持つ2リンクロボットアームの動力学計算から見た
二関節筋の特徴解析」精密工学会 生体機構制御・
応 用 技 術 専 門 委 員 会 第 16 回 研 究 例 会 , pp.14-17
2009.8.
[16] 福正 博之, 杉本 貴大, 古関 隆章 :「生体の機構
と特徴を取り入れたヒューマノイドロボットの運
動学計算」平成21年電気学会産業応用部門大会,
2-73, 津, 2009.9.
216
馬場研究室
Baba Laboratory
have also been developed. The SoC regulation control method
without affection to the power quality has been proposed, and
it has been shown that the proposed method is useful from the
results of the experiments.
(http://www.asc.t.u-tokyo.ac.jp)
研究現況
Current Research Projects
1.
2.
超電導故障電流限流器に関する研究
馬場旬平・西岡英祥・森政人
Studies on Superconducting Fault Current Limiter
J. BABA, H. NISHIOKA, M. MORI
マイクログリッドの自立運転時における電力
品質向上手法に関する研究
馬場旬平・河内駿介
Studies on Power Quality Enhancement Control
Method for Micro Grid Power System in case of
Islanding Operation
J. BABA and S. KAWACHI
マイクログリッドは複数の分散型電源と負荷を有する
小規模電力系統である．マイクログリッドにおける最も
挑戦的な課題は既存の系統から自立して運転している場
合においても高品質な電力を供給する手法の確立である．
本研究室では複数種類の分散型電源を統合的に制御する
ことにより負荷変動を補償する手法，及び，分散型電源
と負荷が母線に混在する場合における負荷総量推定手法
を提案している．現実的なシステムを構築するには時間
遅れを考慮した制御手法の確立が必須である．そこで電
力応答特性の良い一部の分散型電源にローカル制御を組
み合わせ，統合制御に時間遅れが存在する場合において
も高品質電力供給が可能となるような制御系を提案し，
実証試験の結果，自立運転時においても高い電力品質の
電力供給が可能であることが証明され，これらの手法の
有効性が確認された．またマイクログリッドの運用に必
須 と 考 え ら れ る エ ネ ル ギ ー 貯 蔵 装 置 の SoC(State of
Charge)制御手法についても検討を進めている．より少な
い貯蔵容量でも同様の系統安定化効果が得られるような
制御手法を提案し，実証試験を行った結果良好な結果が
得られた．
Micro grid is a small electric power system that consists of
several distributed generation systems (DGs) and loads. The
most challenging issue of micro grid is to establish the method
to supply high quality electricity in case of islanding operation.
Two DG operation methods have been proposed by our
laboratory; the integrated DG control method to compensate
load power fluctuation and the demand estimation method
when loads and DGs are penetrated to a grid. The proposed
method should be improved to be able to respond the time
delay. Then, it is proposed to introduce a local control method
for a DG whose power response is the fastest of all to realize a
high quality power supply even when there are the control and
communication time delay of the integrated control. It has
been shown that high quality power supply can be realized by
use of these proposed methods from the results of real micro
grid tests. And the controller designing method has been
developed. The SoC (State of Charge) control methods for
energy storage system that will be essential for micro grids
217
定常時に低インピーダンスで故障時に高インピーダン
スとなる超電導故障電流限流器は電力系統での活躍が期
待されている．これまで，金属系の動作電流調整可能な
限流器を開発し，優れた動作を実験的・理論的に示して
きた．この唯一の欠点は，保護区間外のサージにより誤
動作する点にある．この欠点のない限流器を構築すべく，
2 種類の限流器(変圧器型、抵抗型)を開発中である．特に
YBCO 薄膜の適用について着目して研究を進めており，
特性が異なる薄膜の直並列接続手法，及び，薄膜の I-V
特性の工学的モデルの構築を進め，限流器設計への適用
を目指している．
Superconducting fault current limiters (SFCLs) which are
of low impedance in steady states and of high impedance at
fault conditions are expected to be used in power systems.
SFCLs by use of metal superconductors have been developed.
Experimental and theoretical results show that they have very
good characteristics. They, however, have only one weak
point, that is, they operate incorrectly due to surge current
generated at non-protection zone. 2 kinds of SFCLs
(transformer type and resistive type) without such a weak
point have been being developed. Application of YBCO thin
film for those SFCLs has been studied. Designing method for
parallel - series connection of uninformed YBCO thin films
and the I-V characteristics model of YBCO thin film have
been developed to apply the SFCL design.
3.
離島系統の安定化に関する研究
馬場旬平・今中政輝
Studies on Stabilization of Island Power Systems
J. BABA and M. IMANAKA
再生可能エネルギー電源が離島独立系統に導入されつ
つある。しかし再生可能エネルギー電源からの出力変動
は、離島独立系統において補償することは困難である。
その結果、電力品質問題が離島系統への再生可能エネル
ギー電源導入にあたっての深刻な問題になっている。確
かに十分な電力および電力量容量を持ったエネルギー貯
蔵装置を導入すれば電力品質問題を解決することができ
るが、エネルギー貯蔵装置はまだかなり高コストである。
本論文では、再生可能エネルギー電源による出力変動を
補償するために、可制御負荷として海水淡水化装置を活
用することを提案し、制御方法について議論している。
起動停止制御は電力変換装置を持たない実際の海水淡水
化施設において行われたが、起動停止制御は電力品質向
論文・著書一覧（2009 年度）
Publications List
上にはあまり実用的でないことがわかった。電力変換装
置を用いることで、海水淡水化装置の消費電力制御が十
分な精度と応答速度で実現しうることを示した。
Renewable energy sources are being installed into isolated
islands. Power fluctuation caused by them, however, is
difficult to be compensated in isolated island power systems.
As a result, the power quality problem is an important issue in
the island systems with renewable energy sources. If energy
storage systems that have enough power and energy capacity
are installed in the system, this problem will be overcome.
They, however, are still quite expensive. In this paper, the use
of a seawater desalination system as a controllable load is
proposed to compensate the power fluctuation of renewable
energy sources, and control methods are discussed. On/off
control tests were conducted with the actual desalination
system without a power converter and variable pump speed
tests were conducted with the experimental system with a
power converter. The on/off control turned out to be not so
useful for power quality enhancement. With a power converter,
the power consumption of the system can be controlled with
enough accuracy and response speed.
研究論文
[1]
J. Baba, V. Salvucci, T. Nitta, T. Fukunaga, M. Shibuya,
S. Torii, T. Matsumura, and T. Kumagai,
Superconducting Fault Current Limiter Design Using
Parallel-Connected YBCO Thin Films, M. D. Ainslie, ,
IEEE Trans. on Applied Superconductivity, Vol.19, No.3,
pp. 1918-1921 (2009)
[2]
V. Salvucci, M. Ainslie, J. Baba and A. Morandi,
Experimental Investigation of Quench Phenomena in
YBCO Thin Films for SFCL Applications, IEEE Trans.
on Applied Superconductivity, Vol.19, No.3, pp.
1930-1931 (2009)
[3]
T. Nitta, T. Matsumura, J. Baba, M. D. Ainslie, S. Torii,
H. Kado, T. Kumagai, and M. Shibuya, Tests for
Conceptual Design of 6.6 kV Class Superconducting
Fault Current Limiter With YBCO Thin Film Elements,
IEEE Trans. on Applied Superconductivity, Vol.19, No.3,
pp. 1964-1967 (2009)
[4]
H. Ishikawa, Y. Morita, Y. Shirai, T. Nitta, J. Baba, T.
Yonezu, K. Shibata and K. Takenaka, On-Line
Evaluation of an Electric Power System by Use of
SMES － Experimental Study on Power System
Simulator With Rotating Generator Models－, IEEE
Trans. on Applied Superconductivity, Vol.19, No.3, pp.
2032-2035, Jun (2009)
[5]
下田英介, 沼田茂生, 馬場旬平, 仁田旦三, 正田英
介,マイクログリッドにおける負荷変動解析と電源
周波数特性評価を用いた複数分散型電源の制御戦
略と設備容量設計法,電気学会論文誌 B, Vol. 129, No.
12, pp. 1553-1560 (2009)
[6]
菊池卓郎, 馬場旬平, 河内駿介, 下田英介, 沼田茂
生, 山根俊博, 正田英介, 仁田旦三,回転機を含む複
数種類の分散型電源を用いたマイクログリッドの
高電力品質自立運転手法の提案と実証,電気学会論
文誌 B, Vol. 129, No. 12, pp. 1561-1566 (2009)
国際会議論文
218
[7]
S. Kawachi, J. Baba, T. Kikuchi, E. Shimoda, S.
Numata,E. Masada and T. Nitta, State of Charge Control
for Energy Storage by use of Cascade Control System
for Microgrid, 2nd International Conference on Clean
Electrical Power(ICCEP2009), Capri, Italy (2009)
[8]
S. Kawachi, J. Baba, T. Kikuchi, E. Shimoda, S. Numata,
E. Masada and T. Nitta, Energy Capacity Reduction of
Energy Storage System in Microgrid Stabilized by
Cascade Control System, The 13th European Conference
on Power Electronics and Applications(EPE2009),
Barcelona, Spain, (2009)
[9]
H. Nishioka, J. Baba, M D. Ainslie, T. Nitta, T.
Matsumura,
T.
Kumagai,
M.
Shibuya,
Multi-case-divided resisutance model of YBCO thin
films during S/N transition, 9th European Conference on
Applied Superconductivity (EUCAS2009), Dresden,
Germany (2009)
[19] 森 昭斗, 河内駿介, 馬場旬平, マイクログリッド
制御へのオブザーバ適用の検討,平成 22 年電気学会
全 国 大 会 , 東 京 , 6-169, pp.297-298, 第 6 分 冊 ,
2009.3.17-19
[20] 萩原裕人, 河内駿介, 馬場旬平, 谷口治人, 沼田茂
生, 下田英介, 古川 慧, 正田英介, 仁田旦三, 空調
用ヒートポンプを用いた電力変動補償の基礎的検
討 , 平 成 22 年 電 気 学 会 全 国 大 会 , 東 京 , 6-171,
pp.301-302, 第 6 分冊, 2009.3.17-19
シンポジウム・研究会・大会等発表
[10] 菊池卓郎, 馬場旬平, 河内駿介, 下田英介, 沼田茂
生, 山根俊博, 正田英介, 仁田旦三, 回転機を含む
複数種類の分散型電源を用いたマイクログリッド
の高電力品質自立運転手法の提案と実証, 平成 21
年電気学会 電力・エネルギー部門大会論文集, 東
京, 20, 13.17-13.22 (2009)
[21] 西岡英祥, 馬場旬平, 仁田旦三, 熊谷俊弥, 渋谷正
豊, 交流通電時の YBCO 薄膜抵抗発生多分割近似モ
デル, 平成 22 年電気学会全国大会, 東京, 6-227,
pp.382-383, 第 6 分冊, 2009.3.17-19
[22] 森 政人, 西岡英祥, 馬場旬平, 仁田旦三, 熊谷俊
弥, 渋谷正豊, YBCO 薄膜 S/N 転移時の二次元電圧
分布測定, 平成 22 年電気学会全国大会, 東京, 6-228,
pp.384-385, 第 6 分冊, 2009.3.17-19
[11] 下田英介, 沼田茂生, 馬場旬平, 仁田旦三, 正田英
介, マイクログリッドにおける負荷変動解析と電源
周波数特性評価を用いた複数分散型電源の制御戦
略と設備容量設計法,平成 21 年電気学会 電力・エ
ネルギー部門大会論文集, 東京, 21, 14.1-14.7 (2009)
[12] 野田翔, 小田さや香, 白井康之, 馬場旬平, 西岡英
祥, 森政人, 巻き戻し構造を持つ変圧器型超電導限
流器の模擬電力系統における限流特性実験, 平成
22 年電気学会全国大会, 東京, 5-104, pp.159-160, 第
5 分冊 (2009)
[13] 北條昌秀, 馬場旬平, 福士明彦, 松田啓二, 勝木亮,
移動体における配電システム,平成 22 年電気学会全
国大会, 東京, S18, pp.22-26, 第 4 分冊 (2009)
[14] 太田豊, 谷口治人, 中島達人, Kithsiri M. Liyanage,
清水浩一郎, 益田泰輔, 馬場旬平, 横山明彦, 自律
分散型 V2G の瞬動予備力としての効果, 平成 22 年
電気学会全国大会, 東京, 6-023, pp.41-42, 第 6 分冊
(2009)
[15] 恩田祐輔, 今中政輝, 馬場旬平, 横山明彦, 離島系
統安定化に向けた海水淡水化装置制御のためのモ
デル化,平成 22 年電気学会全国大会, 東京, 6-024,
pp.43-44, 第 6 分冊 (2009)
[16] 吉原 徹, 横山明彦, 馬場旬平, 離島系統における
海水淡水化装置の制御による需給調整能力確保手
法 , 平 成 22 年 電 気 学 会 全 国 大 会 , 東 京 , 6-066,
pp.117-118, 第 6 分冊 (2009)
[17] 下田英介, 沼田茂生, 馬場旬平, 河内駿介, 正田英
介, 仁田旦三, 非常時を想定したマイクログリッド
72 時間連続自立運転(1) -電力品質の定量的評価-,
平 成 22 年 電 気 学 会 全 国 大 会 , 東 京 , 6-163,
pp.286-287, 第 6 分冊 (2009)
[18] 河内駿介, 馬場旬平, 下田英介, 沼田茂生, 正田英
介, 仁田旦三, 非常時を想定したマイクログリッド
72 時間連続自立運転(2) -エネルギー貯蔵装置の運
用容量削減手法-, 平成 22 年電気学会全国大会, 東
京, 6-164, pp.288-289, 第 6 分冊 (2009)
219
谷口研究室
Taniguchi Laboratory
響を与える。この影響を，一機無限大母線系統を対象に、
P-δカーブを用いた等面積法やシミュレーションによっ
て明らかとする。
Large penetration of PV may affect transient stability. The
effects are clarified by using an equal area criterion of
P-curves and time domain simulations applied to the one
machine to infinite bus model.
(http://www.apet.t.u-tokyo.ac.jp/
kenkyu_taniguchi.html)
研究現況
Current Research Projects
1. 電力系統と分散電源の協調運転に関する研究
谷口 治人・横山 明彦・馬場 旬平・太田 豊
Study on Coordination between Power System
Operation and Dispersed Generation,
H. Taniguchi, A. Yokoyama, J. Baba, and Y. Ota
4. 再生可能エネルギーシステムへの直流超電導
ケーブル適用可能性の検討
谷口 治人・中島 達人
Feasibility Study on Superconducting DC Cables
for Power Transmission from Renewable Energy
風力発電，太陽光発電，バイオマス発電をはじめとす
る再生可能エネルギー利用の分散電源の導入が促進する
中，電力系統への影響把握と，その影響を分散型電源自
身が緩和する方策が求められている。電力系統と分散電
源の協調運転により，電力系統に高い信頼度，ロバスト
性をもたらす道を探り，将来のシステムの姿について検
討する。
While the renewable generation such as wind power
generation, PV generation and biomass generation are
promoted to be introduced, understanding those effects to
power system and developing the mitigation method by those
generation themselves are becoming very important. The
objective of this study is to investigate the future figure to
bring higher reliability and robustness through coordination
between power system operation and dispersed generation.
H. TANIGUCHI and T. NAKAJIMA
太陽光発電，風力発電などの再生可能エネルギー電源
からの送電における，直流超電導ケーブルの適用可能性
を検討している。ウィンドファームのデータに基づき，
必要となる交直変換器や直流超電導ケーブルなどのシス
テム構成や，電圧，電流条件についてケーススタディを
行っている。システム構成の最適化，従来ケーブルとの
経済性比較などについて検討を進めていく予定である。
In this research, feasibility studies on superconducting
(SC) DC cable for power transmission from renewable energy
generation sources have been conducted. Case studies on the
system configuration including wind turbine generators,
AC/DC static converters, and SC cables have been carried out,
based on existing wind farm data. The research will cover
optimization of the system configuration, and economical
evaluation of superconducting DC cable transmission.
2. 系統構成と信頼度に関する基礎研究
谷口 治人・中島 達人
K. M. Liyanage・太田 豊
Fundamental Study on Power System
Configuration and Reliability
H. Taniguchi, T. Nakajima,
K. M. Liyanage, and Y. Ota
5. 電力系統用自励式交直変換器に関する研究
中島 達人
Research on High-Power Voltage Source AC/DC
Converters for Power Network Applications
T. NAKAJIMA
電力系統の擾乱に対する強靭さはその系統構成によっ
ても影響を受ける。
放射状とメッシュ状の単純な系統構成例を用い、送電
線の送電容量により事故が波及していくことを考慮し、
停電の発生の観点から信頼度を比較する。
The resilience of power system is affected by its system
configuration. Fundamental study is conducted on the
comparison of power system reliability between radial and
mesh network configurations considering cascading of fault
by excess of transmission limit.
電力系統用自励式交直変換器の主な技術課題は，定常
時の安定動作性能，過渡時の動作継続性能，発生高調波
低減，効率向上である。これらの課題の解決方策として，
特定次数消去 PWM の適用可能性を検討した。系統事故
により母線電圧が低下し，著しい三相不平衡が生じた場
合に，どの程度の制御性能が実現され，変換器動作を継
続できるかについてシミュレーション解析で検討してい
る。
The main technical subjects regarding voltage source
AC/DC converters for power network applications are stable
steady-state operation, continual operation under transient
conditions, harmonic reduction, and high efficiency. In this
research, feasibility studies on the selective harmonic elimination PWM method as the countermeasure for these subjects
have been conducted. Simulation analysis studies have been
carried out to examine the converter operating performance in
the event of serious system voltage dip and voltage imbalance.
3. 太陽光発電大量導入時の過渡安定度に関する
基礎研究
坂本 尚也・谷口 治人・中島 達人
K. M. Liyanage・太田 豊
Transient Stability Study under Large
Penetration of PV Generation
太陽光発電の大量導入は、電力系統の過渡安定度へ影
220
6. スマートグリッドにおける電気自動車のV2G
(Vehicle-to-Grid)に関する研究
太田 豊・谷口 治人・中島 達人
K. M. Liyanage・馬場旬平・横山明彦
Research about V2G (Vehicle-to-Grid) of Electric
Vehicle on Smart Grid Concept
Y. Ota, H. Taniguchi, T. Nakajima
K. M. Liyanage, J. Baba, and A. Yokoyama
論文・著書一覧（2009 年度）
Publications List
国際会議論文
電気自動車の Smart Charging の次には, 充放電が可能
な蓄電池として活用する V2G (Vehicle-to-Grid)が, スマー
トグリッドのコア技術として期待されている。本研究で
は、ユーザの充電要求を満たしたうえで、太陽光・風力
発電の自然変動による影響を電力系統全体で緩和する
V2G 制御を提案した。この制御が電力系統の周波数制御
に与える影響や、実装方法について研究を進めている。
In the next step following smart charging, bi-directional
V2G (Vehicle-to-Grid), which is equivalent to stationary battery energy storage, is expected as one of the key technology
for smart grids. We proposed a new V2G control scheme for
mitigating the effects of intermittent renewable energy sources
in whole power system with satisfying the charging request of
each electric vehicle. Study on the effects to the power system
frequency control and implementation of the proposed V2G
control is being investigated.
[1]
K. M. Liyanage, A. Yokoyama, Y. Ota, H. Taniguchi and
T. Nakajima, : "A Method to Support Load Frequency
Control in Ubiquitous Power Networks", Proceedings of
Fourth International Conference on Industrial &
Information Systems (ICIIS2009) (2009-12)
[2]
Y. Ota, H. Taniguchi, T. Nakajima, K. M. Liyanage and
A. Yokoyama : "An Autonomous Distributed
Vehicle-to-Grid Control of Grid-connected Electric
Vehicle", Proceedings of Fourth International
Conference on Industrial & Information Systems
(ICIIS2009) (2009-12)
[3]
Y. Ota and Y. Hashimoto : "Smart Storage Concept of
Grid-connected Electric Vehicle for introducing
Renewable Energy to Power System", Proceedings of
The 24th International Battery, Hybrid and Fuel Cell
Electric Vehicle Symposium & Exposition (EVS24)
(2009-05)
著書
[4]
7. スマートグリッドの運用のための制御戦略に
関する研究
K. M. Liyanage・横山明彦・太田 豊
中島 達人・谷口 治人
Control Strategies for the Operation of Smart
Grids
K. M. Liyanage, A. Yokoyama, Y. Ota,
T. Nakajima, and H. Taniguchi
谷口治人(編著) : ｢電力システム解析－モデリング
とシミュレーション－｣, EE Text (電気学会, オーム
社共同企画), オーム社 (2009-08)
総説・解説論文
再生可能エネルギー電源のランダムで断続的な出力特
性に対し、電力系統の信頼度を維持する制御戦略は不可
欠である。本研究では、種々の制御対象間をリアルタイ
ムで情報交換できる通信技術を使った新しい制御戦略を
開発する。これにより、連系線電力変動や周波数変動を
抑制する。
Employing new control strategies for system operation is
becoming inevitable to ensure the reliable operation of future
power systems due to the random and intermittent nature of
renewable generation. The research activities under this theme
is expected to develop new control strategies that rely on the
capabilities of modern communication technologies’ to
exchange information near real-time among various
controllable devices. Information gathered is used to maintain
reasonably smooth power and frequency fluctuations which
are, without any controls, could be very severe.
[5]
谷口治人 : ｢太陽光発電の導入に向けた課題解決の
可能性｣, 化学工業, Vol.61, No.2, pp.64-69 (2010-02)
[6]
谷口治人 : ｢太陽光発電大量導入時の系統対応｣,
エネルギー･資源, Vol.31, No.2, pp.6-10 (2010-02)
[7]
太田豊 : ｢再生可能エネルギー大量導入のためのプ
ラグインハイブリッド･電気自動車の分散型電力貯
蔵のネットワーク化｣, 電気管理技術, 2009 年 4 月号,
pp.2-7, (2009-04)
シンポジウム・研究会・大会等発表
[8]
谷口治人, 中島達人, K. M. Liyanage, 太田豊 : ｢放
射状とメッシュ状系統の信頼度－基礎検討－｣, 電
気 学 会 全 国 大 会 論 文 集 , 第 6 分 冊 , 6-118,
pp.207-208 ,(2010-03)
[9]
中島達人, 日髙邦彦, 山地憲治, 横山明彦, 谷口治
人, 池田久利 : ｢電力エネルギー技術の教育･研究
への新しい取り組み～先端電力エネルギー･環境技
術教育研究センター(APET)のケース～｣, 電気学会
電力技術･電力系統技術合同研究会, PSE-09-111,
(2009-09)
[10] 太田豊, 谷口治人, 中島達人, 横山明彦 : ｢ユビキ
タスパワーネットワークにおける自律分散型スマ
221
東京支部教育コンソーシアム，(2009-08)
ートストレージの提案｣, 電気学会電力技術･電力系
統技術合同研究会, PSE-09-168, (2009-09)
[22] 谷口治人: ｢東大におけるユビキタスパワーネット
ワークの研究｣, 平成 21 年電気学会電力・エネルギ
ー部門大会募集型座談会｢日本型スマートグリッド
を考える｣, (2009-08)
[11] 太田豊, 谷口治人, 中島達人, K. M. Liyanage, 清水
浩一郎, 益田泰輔, 馬場旬平, 横山明彦: ｢自律分散
型 V2G の瞬動予備力としての効果｣, 平成 22 年電気
学会全国大会, 6-023, pp.41-42, (2010-03)
[23] 谷口治人: ｢太陽光発電の導入に向けた課題解決の
可能性｣, 第 5 回 CEE シンポジウム｢太陽光発電導入
の長期戦略を考える｣, (2009-10)
[12] 太田豊, 谷口治人, 中島達人, K. M. Liyanage, 横山
明彦: ｢プラグインハイブリッド･電気自動車と電力
システムの協調－スマートストレージによる自律
分散型 V2G－｣, EVS フォーラム 2009 論文集,
pp.235-241, (2009-12)
[24] 谷口治人: 「電力系統とエネルギー貯蔵」，電気材料
技術懇談会新春座談会，(2010-01)
[25] 谷口治人: 「ユビキタスパワーネットワーク(日本型
先進スマートグリッド)」, 第 5 回 JEITA 電子材料
セミナー －環境・省エネルギーへの対応－(スマー
トグリッドを中心に), (2010-01)
[13] 太田豊, 森弘毅, 桐明零, 橋本芳宏: ｢電圧ヒステリ
シス・緩和モデルに基づくニッケル水素電池の充電
状態推定｣, 平成 21 年電気学会電力･エネルギー部
門大会論文集, No.269, pp.32-7~32-8, (2009-08)
[26] 中島達人: 「地球環境と電力ネットワークとパワー
エレクトロニクス」, 九州パワーアカデミー特別講
演会 (2009-11)
[14] K. M. Liyanage, A, Yokoyama, T. Nakajima and H.
Taniguchi : "Coordinated Operation of Controllable
Devices for Load Balancing in Ubiquitous Power
Networks", 平成 21 年電気学会電力エネルギー部門
大会, No.158, (2009-08)
[27] 太田豊: 「電気自動車のスマートストレージ化～マ
イクログリッドからユビキタスパワーネットワー
クへ～」, 技術総合誌 OHM, Vol.96, No.7, pp.2-3
(2009-07)
[15] K. M. Liyanage, A, Yokoyama, Y. Ota, T. Nakajima and
H.Taniguchi : "Efficient Operation of Renewable
Sources in Ubiquitous Power Networks Through the
Coordinated Control of System Elements", 電気学会電
力 技 術 ･ 電 力 系 統 技 術 合 同 研 究 会 , PE-09-161,
PSE-09-169, (2009-09)
[28] 谷口治人: 「エネルギー新時代『賢い』送電とは？」,
東京大学新聞, (2009-12)
[29] 太田豊: 平成 21 年度電気学会優秀論文発表賞 (IEEJ
Excellent Presentation Award), 電力エネルギー部門
研究会, ｢ユビキタスパワーネットワークにおける
自律分散型スマートストレージの提案｣, PE-09-160
PSE-09-168 , (2009-09)
[16] K. M. Liyanage, A. Yokoyama, Y. Ota, T. Nakajima and
H. Taniguchi : "Coordinated Control of Ubiquitous
Power Networks with Controllable Loads Having
Limited Energy Capacity", 平成 22 年電気学会全国大
会, 6-034, pp.61-62, (2010-03)
[17] 千貫智幸, 横山明彦, 進士誉夫, 辻田伸介: ｢配電系
統の電圧制約違反を考慮したマイクログリッドに
よる系統周波数制御への貢献｣, 平成 22 年電気学会
全国大会, 6-022, pp.39-40, (2010-03)
[18] 清水浩一郎, 益田泰輔, 太田豊, 横山明彦: ｢再生可
能エネルギー電源大量導入時における使用者の利
便性を考慮した電気自動車を用いた周波数制御｣,
平成 22 年電気学会全国大会, 6-158, pp.277-278,
(2010-03)
[19] 萩原裕人, 河内駿介, 馬場旬平, 谷口治人, 沼田茂
生, 下田英介, 古川慧, 正田英介, 仁田旦三 : ｢空調
用ヒートポンプを用いた電力変動補償の基礎的検
討｣, 平成 22 年電気学会全国大会, 東京, 6-171,
pp.301-302, 第 6 分冊, (2010-03)
その他
[20] 谷口治人: 「電力システムの信頼度評価」，電気学会
東京支部教育コンソーシアム，(2009-08)
[21] 谷口治人: 「配電システムの信頼度評価」，電気学会
222

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