Ⅱ．研究活動状況 CURRENT RESEARCH ACTIVITIES メディア・コンテンツラボ Media Contents Lab. 相澤・山崎研究室 Aizawa & Yamasaki Laboratory ……………………….. 22 苗村研究室 Naemura Laboratory ……………………….. 27 知能インターフェース Intelligent Human-Computer Interface Lab. 石塚研究室 Ishizuka Laboratory ……………………….. 35 広瀬（啓）・峯松研究室 Hirose & Minematsu Laboratory ……………………….. 40 杉本研究室 Sugimoto Laboratory ……………………….. 49 ネットワークラボ Network Lab. 浅見研究室 Asami Laboratory ……………………….. 52 相田研究室 Aida Laboratory ……………………….. 56 江崎研究室 Esaki Laboratory ……………………….. 58 森川研究室 Morikawa Laboratory ……………………….. 61 コンピューティングラボ Computing Lab. 近山・田浦研究室 Chikayama & Taura Laboratory ……………………….. 68 坂井・五島研究室 Sakai & Goshima Laboratory ……………………….. 73 伊庭研究室 Iba Laboratory ……………………….. 78 システム・エレクトロニクスラボ System Electronics Lab. 柴田・三田研究室 Shibata & Mita Laboratory ……………………….. 81 浅田・池田・名倉研究室 Asada, Ikeda & Nakura Laboratory ……………………….. 87 藤田研究室 Fujita Laboratory ……………………….. 91 藤島研究室 Fujishima Laboratory ……………………….. 94 竹内研究室 Takeuchi Laboratory ……………………….. 98 フォトニクス＆ワイヤレスラボ Photonics and Wireless Lab. 保立・何研究室 Hotate & He Laboratory ……………………….. 101 廣瀬（明）研究室 Hirose Laboratory ……………………….. 107 山下研究室 Yamashita Laboratory ……………………….. 112 量子フォトニクスラボ Quantum Photonics Lab. 大津・八井研究室 Ohtsu & Yatsui Laboratory ……………………….. 116 菊池・五十嵐研究室 Kikuchi & Igarashi Laboratory ……………………….. 123 中野・種村研究室 Nakano & Tanemura Laboratory ……………………….. 127 ナノ物理・デバイスラボ Nanophysics and Devices Lab. 高木・竹中研究室 Takagi & Takenaka Laboratory ……………………….. 137 田中研究室 Tanaka Laboratory ……………………….. 145 田畑研究室 Tabata Laboratory ……………………….. 153 染谷研究室 Someya Laboratory ……………………….. 157 杉山研究室 Sugiyama Laboratory ……………………….. 162 加藤研究室 Kato Laboratory ……………………….. 171

20 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 ……………………….. 173 日高・熊田研究室 Hidaka & Kumada Laboratory ……………………….. 178 小野（靖）研究室 Ono Laboratory ……………………….. 186 エネルギーシステム・制御ラボ Energy Systems and Control Lab. 山地研究室 Yamaji Laboratory ……………………….. 191 堀研究室 Hori Laboratory ……………………….. 197 横山研究室 Yokoyama Laboratory ……………………….. 201 大崎研究室 Ohsaki Laboratory ……………………….. 205 古関研究室 Koseki Laboratory ……………………….. 210 馬場研究室 Baba Laboratory ……………………….. 214 谷口研究室 Taniguchi Laboratory ……………………….. 217

21 相澤・山崎研究室 まで含んだ動的な 3 次元映像が生成できる．3 次元映像 Aizawa Yamasaki Laboratory は，実写であり，インタラクティブであり，自由に視点 http://www.hal.k.u-tokyo.ac.jp/ja/index.html を変えることができる．しかし，その情報量は膨大で将 来 3 次元ビデオのアーカイブなど利活用をすすめるため 研究現況 には全く新しい技術的な課題が多い．人の舞踊などの 3 Current Research Projects 次元ビデオを対象とし，動的な 3 次元映像の圧縮，イン デクシングのためのセグメンテーション，3 次元映像の 1. ライフログ 体験のマルチメディア情報処理 類似検索，編集，構造的なデータの抽出, 動き追跡とセ 相澤清晴,山崎俊彦,チャミンダデシルバ,澤田耕司， グメンテーションに関する検討を進めている．ケータイ 北村圭吾,畑田晃希，丸山悠斗 端末への応用も検討している． Life Log: Multimedia Processing for Experiences, We are investigating new technologies for archiving three K.Aizawa, T.Yamasaki, G.C.Chaminda, K.Sawada, dimensional video. Three dimensional video is dynamic mesh K.Kitamura, K.Hatada model with dynamic texture: moving three dimensional センシングデバイスと情報処理機器の小型化が進み， objects are captured and modeled for real ones such as a ウエアラブルなメディアにより個人の体験を長期間記録 person. Differing from the conventional video, the three することが可能になる．極端な話，人の一生分の映像記 dimensional video is manipulated in three dimension. It is real 録もそれほど遠くない時期に可能になろう．その場合， and interactive: view can be easily changed arbitrarily. We are 映像を中心とした大容量情報の効率的な検索が大きな課 intensively investigating techniques required for archiving a 題になる．膨大な体験を処理していくためには，コンテ number of three dimensional video: compression, ンツのみならずコンテキストを最大限に活用する必要が segmentation, content-based retrieval, composition, extraction あり，そのデータ取得と処理を検討している．様々な局 of structural data, motion tracking etc. 3D video on mobile 面でのデータ取得を検討しており，ライフログは，特定 phone is also being investigated. ログの複合体として位置づけて，そのための処理，集約 について検討を進めている．閲覧履歴に基づくランク付 3. CGM 処理 け，トラックログの検索，トラックログと twitter, flickr の連携，食事に焦点をあてた食事ログについて検討を進 相澤清晴, 山崎俊彦，入江豪，ヘネ テイシェイラ めた． Processing of Consumer Generated Media We are pioneering a new area that is life log. PCs and K.Aizawa, T.Yamasaki, G..Irie, Rene Teixeira に代表されるような がインターネット various media are being improved in their size and capacity. YouTube CGM で広く受け入れられるに至っている．その量は，劇的に In not a distant future, the entire life of a person will be able 増加しており，タグとして付されたキーワードの検索だ to be recorded. Search in the huge data of the person's けでは対応しきれない状況になっている．それら experience captured by various sensors such as video, audio, CGM の新しい観点からのランキング，タグや書き込みを利用 GPS, acceleration sensors etc. has been investigated. In order した要約，映像の感情評定などに関して検討を進めてい to index huge amount of video, data captured by various る． sensors are used as the context information. We think life log will be a complex of various application-oriented logs. CGMs such as YouTube are widely used in Internet. The Capture, aggregation and processing of various logs are amount of CGMs is explosively growing. Currently CGMs investigated. Ranking of wearable camera logs based on are managed by their tagged keywords, which defines the viewing history, search of track logs, association between limitation of the management. We are investigating techniques track logs and twitter, and food log focusing on our daily such as new ranking scheme, summarization making use of eating etc have been investigated. tags and descriptions, affective evaluation etc.

2. 3 次元映像のための圧縮，検索技術 4. 集団，広域のセンシング 相澤清晴, 山崎俊彦, 韓昇龍，羅衛蘭， 相澤清晴, 山崎俊彦, オゥグ オストルク 李琳珊, 葛西大佑, 中川卓 Sensing for People in Wide Area 3D Video Compression and Indexing Techniques K.Aizawa, T.Yamasaki, O.Ozturk K.Aizawa, T.Yamasaki, S.R.Han, N.S. Lee, D.Kasai, 多数のセンサのネットワーク化による広域のサーベイ S.Nakagawa ランス技術を検討している．ワイヤレス LAN によるネッ 実世界を 3 次元グラフィックオブジェクトとして取込 トワークも併用した人物の検出，追跡についての検証を む技術が進展している．動く対象であれば，3 次元構造 進めた．公道沿いに設置したサーベイランスカメラでの

22 実験を行い，人の追跡，モニタリング履歴の可視化，位 論文・著書一覧（2008 年度） 置履歴に基づく検索を行うシステムを構築した．より詳 Publications List 細な人物行動の解析について検討しており，視野内の人 たちのトラッキング，それぞれの人の動きの様子，見て 研究論文 いる方向の自動解析を進めている． [1] T.Yamasaki and K.Aizawa: Motion Segmentation for Sensing various activities in wide area by using a large Time-Varying Mesh Sequences Based on Spherical number of cameras is being investigated. Wireless LAN is Registration, EURASIP Journal on Advances in Signal also used for the localization of the person. Processing, Special Issue on 3DTV: Capture, Combination of Wireless LAN and visual tracking was Transmission and Display of 3D Video. Volume 2009, investigated. Experiments were done by using cameras Article ID 346425, 9 pages doi:10.1155/2009/346425 set along a public road. Tracking people, visualization [2] 唯野隆一，山崎俊彦，相澤清晴: スケルトンを用い of the tracking results and retrieval based on location た Time-Varing Mesh からの動き抽出と類似動作検索 were investigated. More detailed analysis is being (Motion Estimation for Time Varying Mesh and Similar investigated, which automatically tracks and estimates Motion Retrieval, 映像情報メディア学会誌, Vol.62, the orientation of wandering persons in a view No.5, pp.792-742(2008) [3] Jianfeng Xu, Toshihiko Yamasaki and Kiyoharu Aizawa: 5. コンテンツセキュリティ Motion Editing for Time-Varying Mesh, EURASIP 相澤清晴, 山崎俊彦，松濤智明 Journal on Advances in Signal Processing, Volume 2009, Content Security Article ID 592812, 9 pages doi:10.1155/2009/592812 K.Aizawa, T.Yamasaki, T.Matsunami [4] Pham Viet Quoc, T. Miyaki, T. Yamasaki, and K. メディア技術の進歩のおかげで，デジタルメディアの Aizawa: Robust Object-Based Watermarking using 複製や編集加工は極めて容易になった．その一方で，違 Feature Matching, EURASIP Journal on Advances in 法コピーがインターネットに流れたり，改ざん加工され Signal Processing, Volume 2009, Article ID 592812, 9 た写真がつくられることにもなっている．技術的にそれ pages doi:10.1155/2009/592812 らに対処するために，電子透かしや改ざん検出について [5] 西岡潔郁，山崎俊彦，相澤清晴: 広域・分散マルチ の検討を行っている．電子透かしに関しては，オブジェ カメラサーベイランス映像における人物追跡の基 クトベースの手法の検討を行い，画像内の特定のオブジ 礎検討 (Study on Human Tracking for Surveillance ェクトの特徴登録とその領域への電子透かしを埋め込み Video on Wide Area and Distributed Multi-Camera を組み合わせた手法を検討した．非線形な幾何変換に対 System) 電子情報通信学会論文誌, Vol.J91-D,No.8 してもロバストな埋め込み方式を考案した．また，改ざ pp.2029-2031( 2008) ん検出においては，非線形のリサイズなどの処理が施さ [6] 山崎俊彦，相澤清晴: 3Dc アルゴリズムに基づくノ れているかどうかについて JPEG 画像のパラメータから ーマルマップ圧縮の誤差解析とそれに基づく非線 推定する手法を考案した． 形量子化の提案, 映像情報メディア学会誌, Vol.62, Thanks to the development of media technology, copy, No.9, pp.1427-1434(2008) modify & edit of digital media has become easy. Because of [7] 北村圭吾、山崎俊彦、相澤清晴: 食事ログの取得と this development, pirated or tampered pictures are also easily 処理－画像処理による食事記録－（Food Logging made. Coping with them from technical point of view, and Processing - Analysis of Food Images -)映像情報メ watermarking and media forensics are being investigated. ディア学会誌, Vol.63, No.3, pp.376-379(2009) Regarding the watermarking, object based watermarking has [8] Jianfeng Xu, Toshihiko Yamasaki, Kiyoharu Aizawa: been investigated. Making use of low level features of an Temporal Segmentation of 3D Video By object region, watermarking is combined with object detection. Histogram-Based Feature Vectors, IEEE Trans. Circuit Regarding media forensics, detection of nonlinear resizing is and Systems for Video Technology, Accepted being investigated. [9] 井手一郎，北村圭吾，山崎俊彦，相澤清晴，青山秀 紀，尾関基行，中村祐一，佐野睦夫，宮脇健三郎: 料 理メディア ～台所におけるディジタルコンテン ツの処理と利用～（Cooking Media: Digital Content Processing and Application in the Kitchen) 映像情報メ ディア学会誌, Vol.63, No.2, pp.156-160 (2009)

23 国際会議論文 [20] Gamhewage Chaminda de Silva, Toshihiko Yamasaki, [10] T. Yamasaki and K. Aizawa: Error analysis of 3Dc-based Kiyoharu Aizawa: Face Detection and Visual Querying normal map compression and its application to for Interactive Photo Retrieval, 3rd International optimized quantization, IEEE International Conf. Audio, Conference on Semantic and Digital Media Speech and Signal Processing (ICASSP2008), Las Vegas, Technologies, Koblenz, Germany(2008) pp.1177-1180, IMDSP9.F3,(2008) [21] Chaminda De Silva, Toshihiko Yamasaki, Kiyoharu [11] T.Yamasaki, Hamazaki, K.Aizawa: Interactive Aizawa: Embedded Tags and Visual Querying for Face Refinement and Editting for Time-Varying Mesh, Photo Retrieval, Pacific Rim Conference on Multimedia 3DTV-CON'08: THE TRUE VISION, CAPTURE, 2008 (PCM2008) LNCS5353, Tainan, Taiwan, TRANSMISSION AND DISPLAY OF 3D VIDEO, pp.446-455( 2008) Istanbul, Turkey, pp.285-288, (2008) [22] Gamhewage de Silva, Toshihiko Yamasaki and Kiyoharu [12] W. Puangpakisiri, T. Yamasaki, and K. Aizawa: High Aizawa: Sketch-on-Map : Spatial Queries for Retrieving Level Activity Annotation of Daily Experiences by a Human Locomotion Patterns from Continuously Combination of a Wearable Device and Wi-Fi Based Archived GPS Data, International Multimedia Modeling Positioning System. IEEE International Conference on Conference (MMM2009) LNCS5371, Sophia-Antipolis, Multimedia and Expo(ICME2008) Hannover, Germany, France, pp.457-458(2009 pp.1421-1424( 2008) [23] K. Aizawa, Y. Iwadate, A. Utsumi, T. Yamasaki, M. [13] Ning Sung Lee, T.Yamasaki, K.Aizawa: Hierarchical Katayama, K. Tomiyama, K. Hisatomi, H. Yamazoe, S.R. Mesh Decomposition and Motion Tracking for Han, N.S. Lee, D. Kasai, and S. Nakagawa: Archiving Time-Varying-Meshes, IEEE International Conference Performances of Japanese Traditional Dramatic Arts on Multimedia and Expo(ICME2008) Hannover, with a Dynamic 3D Model - 3D Video Archiving of Germany, pp.1565-1568 Traditional Performing Arts, The 3rd Pacific-Rim [14] T.Maeda, T.Yamasaki, K.Aizawa: Model-Based Analysis Symposium on Image and Video Technology (PSIVT and Synthesis of Time Varying Mesh, Int. Conf. 2009) CD-ROM proceedings, Tokyo, Japan(2009) Articulated Motion and Deformable Objects (AMDO) シンポジウム・研究会・大会等発表 2008, Articulated Motion and Deformable Objects, LNCS 5098, Springer, Port'd Andratx, Mallorca, Spain, [24] 北村圭吾，山崎俊彦，相澤清晴: 食事ログの取得と pp.113-121( 2008) 処理－画像処理による食事記録支援－, デジタルコ ンテンツシンポジウム [15] Ning Sung Lee, T.Yamasaki, K.Aizawa: Motion , 8.1(2008) Tracking of Time-Varying Mesh Through Surface [25] 山崎俊彦, 中井泰雅, 相澤清晴: 非線形画像幾何変 Gradient Matching With Multi-Temporal Registration, 換攻撃に対応したオブジェクトベース電子透かし ACM SIGGRAPH 2008, Posters, LosAngeles, と WEB サービス展開, 電子情報通信学会, 画像工 California, August 11–15( 2008) 学研究会, pp.1-6(2008) [16] S-R.Han, T.Yamasaki, K.Aizawa,: Geometry [26] 葛西大佑, 山崎俊彦, 相澤清晴: 2 次元動画像をクエ Compression for Time-Varying Mesh Using Coarse and リとする Time-Varying Mesh の検索, 電子情報通信 Fine Levels of Quantization and Run-Length Encoding, 学会, 画像工学研究会 pp.13-18, IE2008-35(2008) IEEE Int. Conf. Image Processing (ICIP2008) [27] 相澤清晴: 食と住のライフログ (招待講演）, 情報 pp.1045-1048, Oct. 12-15, 2008 処理学会研究会報告 ユビキタスコンピューティ [17] Gamhewage C. de Silva, Kiyoharu Aizawa: Enhanced ングシステム, 2008-UBI-19, pp.58-65(2008) Image Search Using Face Detection and Visual Queries, [28] 北村圭吾，山崎俊彦，相澤清晴: 食事ログ：食事画 ASIAGRAPH, 23-26 Oct. 2008, Odaiba, Tokyo 像の類別と料理バランス推定, 画像の認識・理解シ [18] Keigo Kitamura, Toshihiko Yamasaki, Kiyoharu ンポジウム（ＭＩRU2008) IS2-14 (2008) Aizawa: Food Log by Analyzing Food Images, ACM [29] Ning Sung Lee T.Yamasaki, K.Aizawa: Motion Tracking Multimedia 2008 Demo Session, Vancouver, Canada, through Surface Gradient Matching for Time-Varying pp.999-1000 (2008) Mesh, 画像の認識・理解シンポジウム（ＭＩRU2008) [19] Toshihiko Yamasaki, Yoshifumi Nishioka, Kiyoharu ( 2008) Aizawa: Interactive Retrieval for Multi-Camera [30] 相澤清晴: ３次元映像の圧縮と処理（特別講演）, 電 Surveillance Systems Featuring Spatio-Temporal 子情報通信学会, 画像工学研究会, IE2008-71, pp.1-6, Summarization, ACM Multimedia 2008 Short Paper ( 2008) Session, Vancouver, Canada, pp.797-800 (2008)

24 [31] 相澤清晴: ライフログ：役にたつために (特別講 データの検索, 電子情報通信学会 総合大会, 演）, 情報処理学会関西支部支部大会, SC1-01, D-12-120 Mar.17-20, 2009 pp.84-85,(2008) [45] 山田健太郎, 山崎俊彦, 相澤清晴: 簡易スタジ [32] 山崎俊彦、相澤清晴、Time-Varying Mesh の類似動作 オでの背景処理にロバストな Time-Varying 検索 (招待講演) 第３４回ＣＧ・可視化研究会（Ｃ Mesh 生成, 電子情報通信学会 総合大会, ＡＶＥ研究会）, 埼玉大学, Sep. 11 2008 D-12-83 Mar.17-20, 2009 [33] 澤田耕司, 山崎俊彦, 相澤清晴, アドホック通信に [46] 松濤智明, 山崎俊彦, 相澤清晴: DCT 高周波成 よる他者視点ライフログ画像の取得とその処理, 画 分を用いた JPEG 画像のリターゲッティング検 像符号化・映像メディア処理シンポジウム(PCSJ・ 出, 電子情報通信学会 総合大会, D-12-16 IMPS2008) I5-07, pp.127-128, (2008) Mar.17-20, 2009 [34] 葛西大佑, 山崎俊彦, 相澤清晴: 2D 動画によるＴＶ [47] 丸山悠斗, 山崎俊彦, 相澤清晴: 画像・コメン Ｍ検索のためのクエリ生成, 画像符号化・映像メデ トの分布情報に基づく集約型ライフログコン ィア処理シンポジウム(PCSJ・ IMPS2008) I3-01, テンツの要約, 電子情報通信学会 総合大会, pp.65-66, (2008) D-12-30 Mar.17-20, 2009 [35] 相澤清晴: 画像処理とＭＰＥＧ符号化 (招待）ＭＰ [48] 松村陽介, 山崎俊彦, 相澤清晴: トラックログ ＥＧ発足 20 周年記念行事 記念シンポジウム「Ｍ を用いたライフログの効率的な閲覧・要約・検 ＰＥG２０年と今後の展望」(2008) 索システム, 電子情報通信学会 総合大会, [36] 入江 豪, 日高浩太, 佐藤 隆, 小島 明, 相澤清 D-12-29 Mar.17-20, 2009 晴: 消費者生成映像検索のための編集度順序推定法, 電子情報通信学会, パターン認識とメディア理解研 その他 究会, PRMU2008-172, pp.147-152, (2008) [49] K.Aizawa: 3D Video Processing: Compression and [37] 北村圭吾，山崎俊彦，相澤清晴: 食事画像の解析に Retireval of Time Varying Mesh (invited), Multi-View おける特徴量選択の評価, 電子情報通信学会, 画像 Image and Geometry Processing for 3D Cinematography, 工学研究会, vol. 108, no. 425, IE2008-233, pp. July 13-18(2008) 167-172, (2009) [50] K.Aizawa: 3D Video: Compression and Retrieval of [38] 入江 豪, 日高浩太, 佐藤 隆, 小島 明, 相澤清 Time Varying Mesh (invited), Todai Week at Tsinghua 晴: 動画共有サイトにおける映像検索のための編集 University: Joint Workshop on New Generation Network 度順序によるランキング法の提案と評価, インタラ Archtecture(2008) クション 2009, pp.87-94, IPSJ Symposium Series, [51] 相澤清晴: ３次元映像処理 (invited), ナックフェア Vol.2009, No.4, (2009) 2008 TOKYO 明日をデザインする力 ～映像技術の [39] 澤田耕司, 山崎俊彦, 相澤清晴: アドホック通信を 無限の可能性を求めて, 2008 年 6 月 5 日 秋葉原 用いたライフログ取得システムの検討, 情報科学技 [52] 相澤清晴: 映像情報メディア学会誌について ふぉ 術フォーラム、FIT2008, J-005,pp.411-412, (2008) ーかす（巻頭言）, 映像情報メディア学会誌, Vol.62, [40] 葛西大佑, 山崎俊彦, 相澤清晴: 2D 動画クエリ No.8(2008) による TVM 検索のための特徴量の検討, 情報 [53] 相澤清晴: デジタルメディア技術の展望 -１０年後 科学技術フォーラム、FIT2008, I-043,pp.285-286, の符号化技術－（巻頭言）, 三菱電機技報, Vol.82, Sep.2-4, 2008 No.12, p737(2008) [41] G.C.De Silva, T.Yamasaki, K.Aiazawa: Human [54] 古澤徹，渡井康行，山崎俊彦，相澤清晴: 見た目に Locomotion Segmentation by Constrained 基づく Web ページ検索のための例示絞り込み検索 Hierarchical Clustering of GPS Data, 映像情報メ ～Web ページの特徴に基づいた視覚的類似度尺度 ディア学会年次大会, 21-2, Aug.27-29, 2008 の提案～, 画像ラボ, Vol.19, No.8,pp(2008) [42] 葛西大佑, 山崎俊彦, 相澤清晴: DP マッチング [55] デシルバチャミンダ，相澤清晴: スケッチによる行 の経路制限による 2 次元動画をクエリとした 動履歴閲覧・検索システム (デモ展示）, 日本科学 TVM 検索の精度向上, 電子情報通信学会 総 未来館 予感研究所２, 2008 年 7 月 26 日～30 日 合大会 , D-11-35 Mar.17-20, 2009 [56] 相澤清晴, 山崎俊彦:文化を伝える・利用する -知 [43] 谷 直紀, 山崎俊彦, 相澤清晴: コメント数の 的資産のための技術基盤- 成果報告会 （デモ展示）, 動的な変化を利用した CGM 動画要約, 電子情 学術総合センター(2009) 報通信学会 総合大会 , D-12-5 Mar.17-20, 2009 [57] キャンパス研究室訪問 Vol23 ケータイで三次元映 [44] 柴山悠毅, 山崎俊彦, 相澤清晴: 加速度センサ 像！？ ライフログで生活改善！？ 映像・メディ によるクエリを用いたモーションキャプチャ ア情報処理の新境地をひらく, 情報通信ジャーナル，

25 Vol.26,No.5, May 2008, 2008年5月 [58] 相澤清晴，画像から食べ物を検出 健康管理に活用, 日経産業新聞, 2008 年 7 月 15 日 [59] 相澤清晴，研究室・散歩 ライフログと画像処理, 東 大は主張する 東京大学新聞年間 ２００７－０ ８, 2008 年 9 月 1 日 [60] 相澤清晴，主食や副菜自動分類, 日経産業新聞, 2009年1月6日 [61] 相澤清晴，デジカメの画像で食生活を見直し 食べ 物の画像を自動選別できる食事ログ, 日経 TRENDY, 2009年3月

26 苗村研究室 super resolution and view interpolation Naemura Laboratory (4) Real-time processing of multi-view videos, (http://www.nae-lab.org/) and space sharing communication system 研究現況 (5) Computational Photography Current Research Projects (6) Sampling theory of 3-D spatial data

1. 超臨場感コミュニケーションと映像構造化・ 2. 複合現実感インタフェースとメディアアート 空間認識 表現 苗村健・高橋桂太・ 苗村健・飯田誠・筧康明・ 宇都木契・Pham Viet Quoc・ 成ヨンア・ 李同夏・石井雅人・山本和明・中島諒 岸遼・金廷炫・李鎭河・成谷峻 Ultra-Realistic Communication and Mixed Reality Interface and Media Art Image Understanding T. Naemura, M. Iida, Y. Kakehi, T. Naemura, K. Takahashi, Y. Seong, K. Utsugi, P. V. Quoc, R. Kishi, J. Kim, J. Lee, and T. Nariya D. Lee, M. Ishii, K. Yamamoto, and R. Nakashima 情報メディアは人を取り巻く環境へと進化しつ より高度な臨場感を伝えるためには，実世界の 3 つある．本研究では，我々が生活する「実世界」と， 次元空間そのものを対象とした研究が必要不可欠 コンピュータの中に作り出された「バーチャル世 である．本研究では，映像の構造化（領域分割）や 界」を統合的に扱う情報環境の実現に向け，さまざ 一般物体認識に関する検討を進めるとともに，これ まな入力方式・実時間処理・画像合成方式・対話的 を多眼画像に応用することで超臨場感コミュニケ インタフェース・ディスプレイ装置の研究を進める ーションの実現を目指している．また，画像ではな とともに，その一部を，メディアアート作品として く光線を単位とした空間情報の取得・認識・処理・ 展開している．具体的には下記のテーマが挙げられ 合成方法についての検討を進めている．具体的には る． 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 (1) 一般物体認識のためのデータベースの自動作 張現実の実践（EmiTable, SteganoScan） 成 (2) 光で制御する 3 次元形状ディスプレイ (2) セマンティックビデオ編集のためのリアルタ （Photonastic Surface）とブロック型デバイス イムビデオマッティング （Bloxels） (3) 多眼画像の領域分割と，超解像的アプローチ (3) ひずみ計測を応用したユビキタスインタフェ による自由視点画像合成 ース（Strino Leaves, Log-Log, 星に座る椅子） (4) 多眼ビデオ映像の実時間処理（Video-Based (4) 匂いをキーにしたライフログシステム Rendering ， All-in Focus Light Field （scentlog） Rendering）と空間共有システムの実装 (5) CO2 計測による人の活動の視覚化（呼吸する （TransCAIP） 研究室，呼吸する空港） (5) Computational Photography のための可変焦点 (6) テーブル型ディスプレイにおけるインタラク レンズアレイ（Multi-Focal Compound Eye） ション（Lumisight Table, through the looking (6) 光線記述方式の提唱と理論的体系化（空間情 glass, Tablescape Plus, UlteriorScape, ForceTile） 報の標本化理論） In these years, IT media is surrounding us more and For transmitting a better sense of presence, more. We are now studying various input devices, it's indispensable to advance research on 3-D real-time processing, image composition, interactive spatial data processing. We are now studying interfaces, and displays toward accomplishment of MR some methods for image segmentation and generic environment in which Real-World where we live and object recognition, and applying them to Virtual-World made by computers are combined multi-view images. In addition, we are naturally. Some of them are exhibited as media art investigating how to acquire and process 3-D works. Our research interests are in: spatial data using ray-based description as well (1) Pixel-level visible light communication and as image-based one. Our research interests are projection-based augmented reality in: (2) 3D shape display and block-shaped devices (1) Generic object recognition controlled by light (2) Real-time video matting (3) Strain-based user interface with tactile of elastic (3) Multi-view segmentation and combination of natural objects

27 (4) Olfactory sensing for life-log application 論文・著書一覧（2008 年度） (5) Visualization of CO2 distribution Publications List (6) Tabletop interface and its interaction design 研究論文 3. デジタルミュージアム展示支援とコンテンツ [1] 高橋 桂太, 苗村 健: ``Plenoptic Sampling 再考: デザイン 視差精度が視点補間の品質に与える影響について'', 苗村健・大谷智子・橋田朋子・ 電子情報通信学会論文誌, Vol. J91-D, No.8, pp. Chen Dominique・村上智一・ 2042 -- 2044 (2008.8). 森本悠嗣・和田拓朗・秋月亮輔・林泰子 [2] Yuichi Taguchi, Takafumi Koike, Keita Takahashi, and Digital Museum and Content Design Takeshi Naemura: ``TransCAIP: A Live 3D TV System T. Naemura, T. Ohtani, T. Hashida, Using a Camera Array and an Integral Photography D. Chen, T. Murakami, Display with Interactive Control of Viewing

Y. Morimoto, T. Wada, R. Akizuki, and Y. Hayashi Parameters,'' IEEE Transactions on Visualization and メディア技術の発展により，そこに提示されるコ Computer Graphics (accepted). ンテンツ技術も新たな時代を迎えようとしている． [3] Yuichi Taguchi, Keita Takahashi, and Takeshi Naemura: 本研究では，新たなデジタルミュージアムにおける ``Design and Implementation of a Real-Time さりげない展示支援のためのメディア技術や，様々 Video-Based Rendering System Using a Network なデジタルコンテンツの創造支援技術の検討を進 Camera Array,'' IEICE Trans. Information and Systems, めている．具体的には下記のテーマが挙げられる． vol. E92-D (accepted). (1) 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）と両面タッチ入 [4] Yuichi Taguchi and Takeshi Naemura: 力可能な透明ディスプレイ（LimpiDual Touch） ``Rendering-Oriented Decoding for a Distributed (2) 創造支援型メディア芸術アーカイヴ（HIVE） Multi-View Coding System Using a Coset Code,'' (3) インターネットビジョンによる創発的映像編 EURASIP Journal on Image and Video Processing, vol. 集（Automatic Clolorization） 2009, Article ID 251081, 12 pages (2009.2). (4) 自由空間点群ディスプレイにおけるコンテン doi:10.1155/2009/25108 ツデザイン（United Points） [5] 石井 雅人, 高橋 桂太, 苗村 健: ``多眼画像の間引 (5) コンピュータを介した音楽表現支援システム きと符号化特性に関する基礎実験'', 電子情報通信 （Tempo Primo, otoato） 学会和文論文誌 D, Vol.J-91D, No.8, pp. 1951--1953 (6) 温度情報を用いたビデオ入力からの人物領域 (2008.8). 実時間自動抽出（Thermo-key，Thermosaic） [6] 吉野 祥之, 苗村 健: ``u-soul: 超音波を用いた空間 With the development of media technologies, it has 的な音像提示システム'', 日本バーチャルリアリテ become a significant issue to design digital content ィ学会論文誌, Vol.13, No.2, pp. 239 -- 246 (2008.6). technologies. We are now studying natural support [7] 木村 翔, 筧 康明, 高橋 桂太, 苗村 健: ``可視光通 system for next-generation digital museum, and 信プロジェクタと高速度カメラを用いたユビキタ investigating to realize balanced design of media and ス情報環境の基礎検討'', 電子情報通信学会論文誌 content technologies. Our research interests are in: D-II, Vol.J91-D, No.12, pp. 2781 -- 2790 (2008.12). (1) Mixed reality display without eye glasses and [8] 橋田 朋子, 苗村 健, 佐藤 隆夫: ``技法習得を伴う interactive limpid display with dual-sided touch 創意発揮：即興的音楽表現支援の試み'', 芸術科学会 sensing 論文誌, Vol.7, No.2, pp. 75 -- 84 (2008.6). (2) Media art archiving system based on the concept [9] 橋田 朋子, 佐藤 隆夫: ``背景音の提示下で時間間 of creative commons 隔を生成する精度に音楽経験が与える影響'', 日本 (3) Internet vision for creative works 音響学会誌, Vol.66 (accepted). (4) Contents design for laser-plasma scanning 3D [10] 中洲 俊信, 苗村 健, 崔 昌石, 原島 博: ``似顔絵作 display 成における経験者および初心者の誇張表現の違い (5) System for supporting musical expressions by に関する基礎検討'', 日本顔学会誌, Vol.8, No.1, pp. making use of players’ beat 65 -- 75 (2008.10). (6) Human region segmentation from video using thermal information and its applications 国際会議論文 [11] Takeshi Naemura: ``Magic is Art,'' campus | Tokyo Conference ARS Electronica (2008.9.6).

28 [12] Takeshi Naemura and Seong Young-ah: ``Magic is Art,'' NT-1415, Article no. 17 (2008.8). campus | Tokyo Presentation ARS Electronica [23] Yasuaki Kakehi, Takeshi Naemura, and Mitsunori (2008.9.8). Matsushita: ``Tablescape Plus,'' campus | Tokyo [13] Keita Takahashi and Taketoshi Mori: ``Foreground Exhibisions, ARS Electronica (2008.9.4-9). Segmentation with Single Reference Frame Using [24] Yasuaki Kakehi and Takeshi Naemura: ``UlteriorScape: Iterative Likelihood Estimation and Graph-Cut," IEEE Interactive Optical Superimposing on View-Dependent Intl. Conf. on Multimedia and Expo. (ICME'08), Tabletop Display,'' IEEE Tabletops and Interactive pp.1401 -- 1404 (2008.6) Surfaces (Tabletop 2008), pp. 189 -- 192 (2008.10). [14] Keita Takahashi and Takeshi Naemura: ``Theoretical [25] Takafumi Koike and Takeshi Naemura: ``BRDF Model and Optimal Prefilter for View Interpolation," Display: Interactive View Dependent Texture Display Proc. IEEE Intl. Conf. on Image Processing (ICIP'08), using Integral Photography,'' Workshop on 4th Emerging pp. 1528 -- 1531 (2008.10). Display Technologies and 10th Immersive Projection [15] Yuichi Taguchi, Keita Takahashi, and Takeshi Naemura: Technologies (EDT-IPT 2008), Article no. 6 (2008.8). ``Real-Time All-in-Focus Video-Based Rendering Using [26] Takafumi Koike, Akimasa Yuuki, Shin-ichi Uehara, a Network Camera Array,'' 3DTV-Conference 2008, pp. Kazuki Taira, Goro Hamagishi, Kuniaki Izumi, Toshio 241 -- 244 (2008.5). Nomura, Ken Mashitani, Atsushi Miyazawa, Tsutomu [16] Yuichi Taguchi, Bennett Wilburn, and C. Lawrence Horikoshi, and Hiroyasu Ujike: ``Measurement of Zitnick: ``Stereo Reconstruction with Mixed Pixels Multiview and Integral Photography Displays based on Using Adaptive Over-Segmentation,'' IEEE Computer Sampling in Ray Space,'' International 3D Fair 2008 Society Conference on Computer Vision and Pattern (2008.10.25). Recognition (CVPR 2008), P3A-1-15 (2008.6). [27] Takafumi Koike, Akimasa Yuuki, Shin-ichi Uehara, [17] Yuichi Taguchi, Takafumi Koike, Keita Takahashi, and Kazuki Taira, Goro Hamagishi, Kuniaki Izumi, Toshio Takeshi Naemura: ``TransCAIP: Live Transmission of Nomura, Ken Mashitani, Atsushi Miyazawa, Tsutomu Light Field from a Camera Array to an Integral Horikoshi, and Hiroyasu Ujike: ``Measurement of Photography Display," SIGGRAPH ASIA Emerging Multiview and Integral Photography Displays based on Technologies, p. 47 (2008.12). Sampling in Ray Space,'' The 15th International Display [18] Kensuke Ueda, Dongha Lee, Takafumi Koike, Keita Workshops, 3D2-5 (2008.12).[Invited] Takahashi, and Takeshi Naemura: ``Multi-Focal [28] Sho Kimura, Ryo Oguchi, Hideo Tanida, Yasuaki Kakehi, Compound Eye: Liquid Lens Array for Computational Keita Takahashi, and Takeshi Naemura: ``PVLC Photography", ACM SIGGRAPH2008 New Tech Projector: Image Projection with Imperceptible Demos, NT-87, Article no. 28 (2008.8). Pixel-Level Metadata" ACM SIGGRAPH2008 Posters, [19] Pham Viet Quoc, Keita Takahashi, and Takeshi B177, Article no. 135 (2008.8). Naemura: ``Live Video Segmentation in Dynamic [29] Masaki Iwabuchi, Yasuaki Kakehi, and Takeshi Backgrounds using Thermal Vision," Pacific-Rim Naemura: ``LimpiDual Touch: Interactive Limpid Symposium on Image and Video Technology (PSIVT), Display with Dual-sided Touch Sensing'', ACM pp. 143 – 154 (2009.1). SIGGRAPH2008 Posters, B156, Article no. 87 (2008.8). [20] Masato Ishii, Keita Takahashi and Takeshi Naemura: [ selected for Student Research Competition ] ``Rate-Distortion Performance of Multi-View Image [30] Ryo Oguchi, Yasuaki Kakehi, Keita Takahashi, and Coding with Subsampling of Viewpoints," Proc. IEEE Takeshi Naemura: ``Photonastic Surface: Pin Matrix Intl. Conf. on Image Processing (ICIP'08), pp. 2428 -- Type Display Controlled with Light," ACM Intern. Conf. 2431 (2008.10). Advances in Computer Entertainment (ACE2008), [21] Yasuaki Kakehi and Takeshi Naemura: ``UlteriorScape: Creative Showcase, CS-T3, p. 396 (2008.12). Optical Superimposing on View-Dependent Tabletop [31] Masahiro Ota, Takafumi Koike, and Takeshi Naemura: Display and Its Applications'', ACM SIGGRAPH2008 ``Floating 3D-Image Display Using Integral New Tech Demos NT-472, Article no. 41 (2008.8). Photography Display and Afocal Lens System,'' The [22] Yasuaki Kakehi, Kensei Jo, Katsunori Sato, Kouta 15th International Display Workshops, 3D3-4, pp. 2091 Minamizawa, Hideaki Nii, Naoki Kawakami, Takeshi -- 2094 (2008.12). Naemura, and Susumu Tachi: ``ForceTile: Tabletop [32] Takuro Wada, Takafumi Koike, and Takeshi Naemura: Tangible Interface with Vision-based Force Distribution ``Semi-transparent light field display using dual integral Sensing'' ACM SIGGRAPH2008 New Tech Demos videography,'' ACM SIGGRAPH 2008 posters,

29 F226(SRC19), Article no. 56 (2008.8).[ selected for [Invited] Student Research Competition Semi-Finalists ] [43] Kazuki Taira, Goro Hamagishi, Kuniaki Izumi, Shin-ichi [33] Takuro Wada, Takafumi Koike, and Takeshi Naemura: Uehara, Toshio Nomura, Ken Mashitani, Atsushi ``Optically multilayered light field display for enhancing Miyazawa, Takafumi Koike, Akimasa Yuuki, Tsutomu depth of field,'' SPIE Stereoscopic Displays and Horikoshi, Yuzo Hisatake, Hiroyasu Ujike, and Applications XX, 7237-68, (2009.1). Yoshihiko Nakano: ``Variation of Autostereoscopic [34] Tomoko Hashida and Takao Sato: ``Accuracy in Displays and Their Measurements,'' The 15th time-interval production with contextual sequences: A International Display Workshops, 3D2-2 (2008.12). comparison between trained and untrained people," Proc. [Invited] of Int. Conf. on Music Perception and Cognition [44] Shin-ichi Uehara, Kazuki Taira, Goro Hamagishi, (ICMPC), 3PM-R02-1 (2008.8). Kuniaki Izumi, Toshio Nomura, Ken Mashitani, Atsushi [35] Young ah Seong, Yasuaki Kakehi, Jean-Jacques Miyazawa, Takafumi Koike, Akimasa Yuuki, Tsutomu Delaunay, and Takeshi Naemura: ``Logging and Horikoshi, and Hiroyasu Ujike: ``Methodology of browsing system for personal lifetime photos with use of Optical Measurement for Autostereoscopic Displays,'' scent data,'' ASIAGRAPH, Vol.2, No.1, pp.79 -- 84 The 15th International Display Workshops, 3D2-3 (2008.6). (2008.12). [Invited] [36] Young ah Seong, Yasuaki Kakehi, Jean-Jacques [45] Akimasa Yuuki, Shin-ichi Uehara, Kazuki Taira, Goro Delaunay, and Takeshi Naemura: ``Automatic Data Hamagishi, Kuniaki Izumi, Toshio Nomura, Ken Extracting Software for Retrieval of Lifetime Photos Mashitani, Atsushi Miyazawa, Takafumi Koike, Using Scent Information,'' SIGGRAPH ASIA 2008, Tsutomu Horikoshi, and Hiroyasu Ujike: ``Viewing posters, no.1 (2008.12). Zones of Autostereoscopic Displays and Their [37] Kouta INo and Takeshi Naemura: ``A Basic Study on Measurement Methods,'' The 15th International Display Font Design for Laser-Plasma Scanning 3D Display,'' Workshops, 3D2-4 (2008.12). [Invited] ASIAGRAPH 2008 in Tokyo, vol. 2, no. 2, pp. 126 -- [46] Goro Hamagishi, Kazuki Taira, Kunihiko Izumi, 129 (2008.10). Shin-ichi Uehara, Toshio Nomura, Ken Mashitani, [38] Takuji Narumi, Tomohiro Akagawa, Young Ah Seong Atsushi Miyazawa, Takafumi Koike, Akimasa Yuuki, and Michitaka Hirose: ``Absolute Field - The space Tsutomu Horikoshi, Yoshihiro Yoshihara, Yuzo Hisatake, reconstructed by memories of the people,'' ASIAGRAPH Hitoyasu Ujike, and Yoshihiko Nakano: ``Ergonomics in Tokyo 2008 (2008.10). for 3D displays and Their Standardization,'' International 3D Fair 2008 (2008.10). [39] Takuji Narumi, Tomohiro Akagawa, Young Ah Seong, and Michitaka Hirose: ``Absolute Field: Proposal for a [47] Kazuki Taira, Goro Hamagishi, Kuniaki Izumi, Shin-ichi Re-configurable Spatial Structure,'' ACM International Uehara, Toshio Nomura, Ken Mashitani, Atsushi Conference on Advances in Computer Entertainment Miyazawa, Takafumi Koike, Akimasa Yuuki, Tsutomu Technology (ACE2008), pp.67 -- 70 (2008.12). Horikoshi, Yuzo Hisatake, Hiroyasu Ujike, and Yoshihiko Nakano: ``Variation of Autostereoscopic [40] Michio Oikawa, Miho Kobayashi, Takafumi Koike, Kei Displays and Their Measurements,'' International 3D Utsugi, and Masami Yamasaki: ``Sample Applications Fair 2008 (2008.10). Suitable for Features of Integral Videography,'' SID 2008, 50.1 (2008.5). [Invited] [48] Shin-ichi Uehara, Kazuki Taira, Goro Hamagishi, Ken Izumi, Toshio Nomura, Ken Mashitani, Atsushi [41] Masami Yamasaki, Takafumi Koike, Kei Utsugi, and Miyazawa, Takafumi Koike, Akimasa Yuuki, Tsutomo Hideyuki Sakai: ``High-Density Light Field Horikoshi, and Hiroyasu Ujike: ``Methodology of Reproduction using Overlaid Multiple Projection Optical Measurement for autostereoscopic Displays,'' Images,'' SPIE Stereoscopic Displays and Applications International 3D Fair 2008 (2008.10). XX, 7237-8, (2009.1). [49] Akimasa Yuuki, Shin-ichi Uehara, Kazuki Taira, Goro [42] Goro Hamagishi, Kazuki Taira, Kuniaki Izumi, Shin-ichi Hamagishi, Kuniaki Izumi, Toshio Nomura, Ken Uehara, Toshio Nomura, Ken Mashitani, Atsushi Mashitani, Atsushi Miyazawa, Takafumi Koike, Miyazawa, Takafumi Koike, Akimasa Yuuki, Tsutomu Tsutomu Horikoshi, and Hiroyasu Ujike: ``Viewing Horikoshi, Yoshihiro Yoshihara, Yuzo Hisatake, Zones of Autostereoscopic Displays and Their Hiroyasu Ujike, and Yoshihiko Nakano: ``Ergonomics Measurement Methods,'' International 3D Fair 2008 for 3D Displays and Their Standardization,'' The 15th (2008.10). International Display Workshops, 3D2-1 (2008.12).

30 総説・解説論文 [65] 高橋 桂太, 苗村 健: ``自由視点画像合成のための [50] 原島 博: ``時代を見る目－なぜいま情報技術なの 適応型ウィナーフィルタの基礎検討", 映像メディ か？－'', 技術と経済, No.496, pp. 2 -- 15 (2008.6). ア処理シンポジウム, I-4.19, pp. 107--108 (2008.10). [51] 原島 博: ``編集にあたって'', 情報処理, Vol.48, [66] 高橋 桂太, 苗村 健: ``平行ステレオ画像からの最 No.12, p.1318 (2008.7). 適視点内挿フィルタ", 映像メディア処理シンポジ ウム [52] 原島 博: ``顔学'', ひたち, Vol.70, No.3, pp. 28 -- 29 , I-5.21, pp.155 -- 156 (2008.10). (2008.12). [67] 田口 裕一, 山本 和明, 小池 崇文, 高橋 桂太, 苗 村 健 カメラアレイからインテグラ [53] 原島 博: ``私的な「顔学ことはじめ」'', 映像情報メ : ``TransCAIP: ルフォトグラフィディスプレイへのインタラクテ ディア学会誌, Vol.62, No.12, pp. 1917 -- 1919 ィブな３次元映像提示 ３次元画像コンファレン (2008.12). '', ス, P-10 , pp. 121 -- 124 (2008.7). [ 優秀論文賞 ] [54] 原島 博: ``メディア芸術は科学技術と文化を結ぶ'', 文部科学時報, No.1596, pp. 52 -- 53 (2009.1). [68] Pham Viet Quoc, Kohji Sawada, Keita Takahashi, and Takeshi Naemura: ``Human Region Segmentation Based [55] 苗村 健: ``解説論文：実世界に情報を宿す拡張現実 on Graph-cut Using Color and Thermal Videos", 画像 型情報提示手法の研究'', 電子情報通信学会 通信ソ の認識・理解シンポジウム(MIRU2008), IS5-24, pp. サイエティマガジン, no.6 秋号, pp. 32 -- 41 (2008.9). 1536--1540 (2008.7). [56] 小池 崇文, 及川 道雄, 小林 美保, 宇都木 契: ``高 [69] 李 同夏, 小池 崇文, 高橋 桂太, 苗村 健: ``流体レ 解像度液晶パネルを用いたインテグラルビデオグ ンズアレイを用いた光学焦点と合成焦点の制御'', ラフィ立体ディスプレイ'', 画像ラボ, Vol. 20, No. 2, 電子情報通信学会技術報告, Vol.108, No.374, pp. 25-30, (2009.2). PRMU2008-192, pp.19 -- 24 (2009.1). [57] 澤田 耕司, 高橋 桂太, 苗村 健: ``色画像と温度画 [70] 石井 雅人, 高橋 桂太, 苗村 健: ``自由視点画像に 像を併用した人物領域抽出～統計的手法によるア おけるセグメンテーションの基礎検討'', 映像メデ プローチ'', 画像ラボ, Vol.19, No.6, pp. 30 -- 34 ィア処理シンポジウム（IMPS）, I-2.07, pp. 35 -- 36 (2008.6). (2008.10).

[71] 中島 諒, ファン ヴェト クォク, 高橋 桂太, 苗村 シンポジウム・研究会・大会等発表 健: ``多数画像からの共通物体の検出とセグメンテ [58] 苗村 健: ``自由視点映像のリアルタイム生成システ ーションの基礎検討'', 電子情報通信学会 2009 年総 ム'', URCF セミナー「多視点画像の取得・処理・符 合大会, D-12-66, (2009.3). 号化」 (2008.5.23). [72] 永塚 遼, 田口 裕一, 苗村 健: ``裸眼立体映像シス [59] 苗村 健: ``光学的アプローチによる体感型エンタテ テムにおけるオブジェクトの切り抜きと見え方の インメント'', 画像センシングシンポジウム オーガ 操作'', 信学技報, IE2008-204, vol. 208, no. 425, pp.1 -- ナイズドセッション インタラクション・エンター 6 (2009.2). テインメントのためのセンシング (2008.6.12). [73] 筧 康明, 苗村 健: ``インタラクティブな卓上映像 [60] 苗村 健, 森山 朋絵, 廣瀬 通孝: ``ARS Electronica 重畳ディスプレイ UlteriorScape の提案'', デジタル 東大キャンパス展の報告'', 日本バーチャルリアリ コンテンツシンポジウム, 1-5 (2008.6). ティ学会第 13 回大会, 3B5-2 (2008.9) [74] 筧 康明, 城 堅誠, 佐藤 克成, 南澤 孝太, 新居 英 [61] 苗村 健: ``［招待講演］Computational Photography 明, 川上 直樹, 苗村 健, 舘 暲: ``ForceTile: テーブ に基づく裸眼立体ライブ映像システム'', 映情メ研 ル型ディスプレイにおける力ベクトル入力可能な 報 3DIT2008-67, vol. 32, no. 44 (2008.10). タンジブルインタフェースの提案'', 日本バーチャ [62] 苗村 健: ``裸眼立体ライブ映像システム'', URCF ワ ルリアリティ学会第 13 回大会, 2B5-4 (2008.9) ークショップ（第 2 回）3D 立体映像の制作と立体 [75] 筧 康明, 山岡 潤一, 赤塚 大典, 苗村 健: ``卓上オ 映像の未来への取り組み (2009.2.9). ブジェクトを用いたアニメーション制作支援環境 [63] 苗村 健: ``HCG 特別企画【招待講演】 エンタテイ Tablescape Animation の基礎検討'', インタラクショ メント工学：心を豊かにする科学技術の創生'', HCG ン, B25 (2009.3) シンポジウム (2009.3). [76] 小池 崇文, 及川 道雄, 小林 美保, 宇都木 契: ``高 [64] 大谷 智子, 永井 淳一, 横澤 一彦: ``色特徴処理の 解像度液晶パネルを用いたインテグラルビデオグ 空間特性に視覚的注意が及ぼす影響'', 第 47 回ヒュ ラフィ立体ディスプレイ,'' 第 14 回 画像センシン ーマンインタフェース学会研究会「コミュニケーシ グシンポジウム, IN3-08 (2008.6). ョン・共生および一般」 , Vol.10, No.1, pp. 53 -- 54 [77] 小池 崇文, 苗村 健: ``IP ディスプレイにおける (2008.5). BRDF表示性能の理論検討'', 日本バーチャルリアリ

31 ティ学会 第 13 回大会, 2B4-4 (2008.9). 似顔絵作成システム'', 第 13 回 日本顔学会大会, [78] 小池 崇文: ``[招待講演]光線空間のサンプリングに O-3-03, p. 182 (2008.10). 基づいた多眼方式立体ディスプレイ及びインテグ [91] 伊野 浩太, 苗村 健: ``レーザープラズマ方式自由 ラルフォトグラフィ立体ディスプレイの解析'', 映 空間点群ディスプレイにおけるコンテンツデザイ 像メ研報 3DIT2009-8, vol. 33, no. 16 (2009.3). ン'', CREST 自由空間に３次元コンテンツを描き出 [79] 小池 崇文, 山本 和明, 苗村 健: `` PLZT を用いた す技術シンポジウム, pp. 37 -- 43 (2008.7). 高速可変焦点レンズの基礎検討 --高速時分割方式 [92] 伊野 浩太, 苗村 健: ``レーザープラズマ方式自由 による立体ディスプレイ実現に向けて--'', 映像メ研 空間点群ディスプレイにおける文字コンテンツの 報 3DIT2009-10, vol. 33, no. 16 (2009.3). 基礎検討'', 日本バーチャルリアリティ学会第 13 回 [80] 岩渕 正樹, 筧 康明, 苗村 健: ``LimpiDual Touch: 大会, 2B4-3 (2008.9). 両面タッチ入力可能な透明インタラクティブディ [93] 伊野 浩太, 苗村 健: ``レーザープラズマ方式自由 スプレイ'', ヒューマンインタフェースシンポジウ 空間点群ディスプレイにおける日本語文字コンテ ム 2008, 3424, pp. 1151 -- 1156 (2008.9). [ 学術奨励賞 ンツの基礎検討'', 信学技報 MVE2008-114, vol. 108, 受賞 ] no. 490, pp. 19 -- 24 (2009.3). [81] 岩渕 正樹, 筧 康明, 苗村 健: ``LimpiDual Touch に [94] 高田 英明, 金 廷炫, 飯田 誠, 苗村 健, 太田 裕之: おける両面タッチ入力の実験的検討'', 信学技報 ``Log-Log におけるセンシング手法とコンテンツ'', MVE2008-104, vol. 108, no. 379, pp. 45 -- 48 (2009.1). 情処研報 EC-011-02, vol. 2008, no. 129, pp. 7 -- 12 [82] 大口 諒, 筧 康明, 高橋 桂太, 苗村 健: ``光で制御 (2008.12) する 3 次元形状ディスプレイ Photonastic Surface の [95] 木田 巧, チェン ドミニク, 苗村 健: ``Pri/Pro を用 提案'', 日本バーチャルリアリティ学会第 13 回大会, いた実世界と Second Life 間の複合現実インタラク 2B4-2 (2008.9). ションの基礎検討'', デジタルコンテンツシンポジ [83] 大口 諒 , 筧 康明, 高橋 桂太, 苗村 健 : ウム, 3-3 (2008.6). ``Photonastic Surface: 光で制御する 3 次元形状ディ [96] 亀田 能成, 蔵田 武志, 清川 清, 稲見 昌彦, 伴 好 スプレイ", 信学技報 MVE2008-115, vol. 108, no. 490, 弘, 苗村 健, 神原 誠之, 黒田 知宏, 前田 典彦: `` pp. 25 -- 30 (2009.3). ＭＲ・ＡＲ・ＶＲの現状 ―何ができて何ができて [84] 太田 昌宏, 小池 崇文, 高橋 桂太, 苗村 健: ``光線 いないのか？これから何をやるべきか？―'', 日本 情報記述法に基づく 3 次元ディスプレイの見え方の バーチャルリアリティ学会第 13 回大会, 2B1-1 モデル化'', 3 次元画像コンファレンス 2008, P-2, (2008.9) pp. 91 -- 94 (2008.7). [97] 横山 大作, 高橋 桂太, 杉 正夫, 森 武俊: ``ライフ [85] 和田 拓朗, 小池 崇文, 苗村 健: ``インテグラルフ ログによる日用品管理システム構築の試み'', 日本 ォトグラフィの光学的多層化'', CREST 自由空間に ロボット学会学術講演会, 3F3-10 (2008.9). ３次元コンテンツを描き出す技術シンポジウム, pp. [98] 小田嶋 成幸, 高橋 桂太, 横山 大作, 森 武俊: ``椅 33 -- 36 (2008.7). 子型ロボットにおけるライフログ画像取得手法の [86] 和田 拓朗, 小池 崇文, 苗村 健: ``インテグラルフ 基礎検討'', 日本ロボット学会学術講演会, 2L1-06 ォトグラフィの光学的多層化に関する基礎検討'', 3 (2008.9). 次元画像コンファレンス, P-11, pp. 125 -- 128 [99] 谷川 智洋, 檜山 敦, 高橋 桂太, 田川 和義, 唐山 (2008.7). 英明, 廣瀬 通孝: ``東大 IRT 研究機構におけるサイ [87] 岸 遼, 筧 康明, 苗村 健: ``可視光通信プロジェク バーインタフェース研究'', 日本ロボット学会学術 タを用いた残像ディスプレイの基礎検討'', 信学技 講演会, 3F3-03 (2008.9). 報 MVE 2008-113, vol. 108, no. 490, pp. 15 -- 18 [100] 山崎 眞見, 坂井 秀行, 宇都木 契, 小池 崇文: ``重 (2009.3). 畳投影型裸眼立体視ディスプレイの較正方法'', 映 [88] 林 泰子, 城 堅誠, 筧 康明, 苗村 健: ``打ち方で文 情メ研報 3DIT2008-6, vol. 32, no. 44 (2008.10). 字修飾が変化するキーボードシステムの提案'', 信 学総大, A16-13 (2009.3). 著書 [89] 中洲 俊信, 苗村 健, 原島 博: ``似顔絵画家の多様 [101] 苗村 健: ``序論 ３次元映像技術の魅力'', 立体視テ な誇張表現手法を反映した似顔絵作成システムに クノロジー ―次世代立体表示技術の最前線―, 関する基礎検討'', 信学技報 MVE2008-43, vol. 108, NTS, pp. 1 -- 18 (2008.10) [ ISBN978-4-86043-155-6 ] no. 127, pp. 95 -- 100 (2008.7). [102] 苗村 健: ``２つの結像系を用いた複合現実型空間立 [90] 中洲 俊信, 苗村 健, 原島 博: ``似顔絵画家の多様 像ディスプレイ'', 立体視テクノロジー ―次世代 な誇張表現を遺伝的アルゴリズムで掛け合わせる 立体表示技術の最前線―, NTS, pp. 356 -- 362

32 (2008.10) [ ISBN978-4-86043-155-6 ] 感研究所２ (2008.7.25-30). [103] 及川 道雄, 小池 崇文, 宇都木 契, 小林 美保 (分 [115] 筧 康明, 苗村 健: ``UlteriorScape'', インタラクティ 担執筆), ``インテグラルビデオグラフィ技術を用い ブ東京 (2008.9.13-14). た立体視ディスプレイの開発'', 立体視テクノロジ [116] 筧 康明, 城 堅誠, 佐藤 克成, 南澤 孝太, 新居 英 ー -次世代立体表示技術の最前線-, NTS, pp. 明, 川上 直樹, 苗村 健, 舘 暲: ``ForceTile'', イン 243-256 (2008.10). [ ISBN978-4-86043-155-6 ] タラクティブ東京 (2008.9.13-14). [117] 筧 康明, 山岡 潤一, 赤塚 大典, 苗村 健 : その他（一般向け記事） ``Tablescape Animation'', ワークショップコレクショ [104] 佐伯 胖, 原島 博, 辻 政博, 横内 克之: ``∞のこど ン (2008.10.12-13). もたち シンポジウム「教える」から「学」へさら [118] 木村 翔, 大口 諒, 谷田 英生, 筧 康明, 高橋 桂太, にその先にくるもの '', 教育美術, No.792, pp. 46 -- 苗村 健: ``PVLC プロジェクタ: 可視光通信プロジ 57(2008.6). ェクタ'', グッドデザインエキスポ 2008, D-1-1, [105] 原島 博: ``顔から性格がわかるか？－顔学と人相学 D1815073 (2008.8.22-24). [ グッドデザイン賞 受 － '', みんぱく, Vol.32, No.6, p.1 (2008.6). 賞 ] [106] 宮坂 元裕, 原島 博, 春日 明夫, 鈴石 弘之, 中川 [119] 岩渕 正樹, 筧 康明, 苗村 健: ``LimpiDual Touch'', 織江, 服部 綱資, 橋本 繁, 山田 一美: ``蔵前教育 東京大学大学院情報学環学際情報学府・コンテンツ 美術会議 VOL.5－「外から見た図工・美術」の巻 '', 創造科学産学連携プログラム 第 9 回制作展 教育美術, No.794, pp. 44 -- 53 (2008.6). (2008.6.19-24). [107] 岡野 宏, 竹内 一郎, 原島 博, 南 伸坊: ``「本当に [120] 岩渕 正樹, 筧 康明, 苗村 健: ``LimpiDual Touch: いい顔」の条件とは－大激論 顔の品格－ '', 月刊現 両面タッチ入力可能な透明インタラクティブディ 代 Vol.42, No.8, pp. 220 -- 229 (2008.8). スプレイ'', グッドデザインエキスポ 2008, D-1-1, グッドデザイン賞 受 [108] 原島 博: ``顔は何でつくられる－不思議がいっぱい D1815063 (2008.8.22-24). [ 賞 「顔」－ '', THE Neighbor, Vol.32, No.6, pp. 14 -- 17 ] (2008.10). [121] 岩渕 正樹, 筧 康明, 苗村 健: ``LimpiDual Touch: 両面タッチ入力可能な透明インタラクティブディ [109] 中洲 俊信: 月刊宝島（（株）宝島社）の特集記事内 スプレイ 第 回サイン＆ディスプレイショウ イラスト, No.677, pp. 52 -- 57 (2008.10). '', 50 , （株）寺岡精工ブース内(2008.8.28-30).

その他（一般向け講演） [122] 岩渕 正樹, 筧 康明, 苗村 健: ``LimpiDual Touch: 両面タッチ入力可能な透明インタラクティブディ [110] 原島 博, 二月 浩樹, 百束 比古, かづき れいこ: `` スプレイ'', インタラクティブ東京 (2008.9). 真の美と健康を追い求めて'', 第 4 回 外観先端医療 岩渕 正樹 筧 康明 苗村 健 シンポジウム(2008.9.27). [123] , , : ``LimpiDual Touch: 両面タッチ入力可能な透明インタラクティブディ [111] 苗村 健: ``実世界指向インタフェース ～アート＆ スプレイ'', IML Open House 2008 (2008.12.13). エンタテインメントへの展開～'' , ナックフェア 和田 拓朗 小池 崇文 苗村 健 2008 TOKYO 明日をデザインする力 ～映像技術の [124] , , : ``Pop-up Theater'', 東京大学大学院情報学環学際情報学府・コンテンツ 無限の可能性を求めて～ (2008.6.5) 創造科学産学連携プログラム 第 9 回制作展 [112] 小池 崇文: ``光線空間のサンプリングに基づいた多 (2008.6.19-24). 眼式立体ディスプレイ及びインテグラルフォトグ 斎藤英雄、木村秀尉、島田悟、苗村健、萱原純 ラフィ立体ディスプレイの測定'', 社団法人電子情 [125] : `` 報産業協会ディスプレイデバイス事業委員会人間 空中に描くデジタル映像'', 予感研究所２ 工学 PJ 会議 (2009.2.18). (2008.7.25-30). 高田 英明 金 廷炫 天野 翔 白谷 栄梨子 飯田 [113] 小池 崇文: ``光線空間のサンプリングに基づいた多 [126] , , , , 眼式立体ディスプレイ及びインテグラルフォトグ 誠, 苗村 健（協力：株式会社日立製作所 機械研究 所，東京大学 荒川研究室） ログログ 予感研究 ラフィ立体ディスプレイの測定'', フラットパネル : `` '', 所２ ディスプレイの人間工学シンポジウム 2009, 社団 (2008.7.25-30). 法人電子情報産業協会ディスプレイデバイス事業 [127] Hideaki Takata, Kim Junghyun, Sho Amano, Eriko 委員会主催, (2009.3.6). Shiraya, Makoto Iida, Takeshi Naemura: ``Log-Log2008,'' campus | Tokyo Exhibisions, ARS その他（展示） Electronica, (2008.9.4-9). 東京大学原島・苗村研究室（高田 英明 金 廷炫 飯 [114] 筧 康明, 苗村 健, 松下 光範: ``Tablescape Plus'', 予 [128] , , 田 誠, 苗村 健，原島 博）＋鈴木 康広（制作：草

33 刈木工（株），協力：（株）日立製作所 機械研究所）: No.979, pp. 62 -- 63 (2008.6). ``Streaming Bench'', 国立新美術館 (2008.11.5-17) [144] 取材協力（田口裕一, 小池崇文, 高橋桂太, 苗村健）: [129] 金 廷炫, 高田 英明, 飯田 誠, 苗村 健: ``ハヌーる ``Latest 3D TV Technology Offers Interactive Control'', ん'', 東京大学大学院情報学環学際情報学府・コンテ phsyorg.com (2009.3). ンツ創造科学産学連携プログラム 第 10 回制作展 [145] 取材協力（高橋 桂太, 苗村 健）:``【レポート】裸 (2008.12.4-9). 眼立体ライブ映像システムを支えるカメラアレイ の開発 - 東京大学'', マイコミジャーナル その他（報道） (2008.6.25）. [130] 取材協力（原島 博, 森島 繁生）: ``研究のプロセス [146] プレスリリース（苗村 健，高橋桂太）: ``東大大 としての文化祭'', JST News, Vol.5, No.4, pp. 10 -- 11 学院・苗村研究室、アクシスのネットワークカメラ (2008.7). を 150 台採用'' , アクシスコミュニケーションズ [131] 取材協力（原島 博）: ``音声・言語理解と超臨場感 (2008.4.23) が柱－技術開発の進展に大きな期待'', 映像新聞, 11 [147] プレスリリース（苗村 健，日立製作所）: ``撮影映 面(2008.7.7). 像をライブで立体映像として見ることができる「裸 眼立体ライブ映像システム」を開発 台分のカメ [132] 取材協力（原島 博）: ``今の時代だからこそ，顔を -64 ラ映像を高速処理し、立体映像としてリアルタイム 科学する研究'', テレビブロス, p. 102 (2008.7.7). で表示--'' (2008.6.2) [133] 取材協力（原島 博）: ``わくわく「科学アート」－ 取材協力（高橋桂太） 高齢者等の快適で健やかな きょうまで「予感研究所 2」'', 讀賣新聞, 16 面 [148] : `` 生活を支える「思い出し支援技術」の発表 ，プレ (2008.7.30). '' スリリース，東京大学 IRT 研究機構 (2008.12.3) [134] 取材協力（原島 博）: ``関係希薄な「見かけ社会」 －動機軽く「顔を変えたい」－'', 日本経済新聞, 35 その他（そのほかの表彰） 面(2009.1.6). 原島 博 映像情報メディア学会丹羽高柳賞功績賞 [135] 新聞報道（原島 博）: ``PC で探る顔学会会長講演'', [149] : 朝日新聞, 17 面(2009.2.2). (2008.5.26). 苗村 健 学際分野における実世界指向メディア技 [136] テレビ取材（田口 裕一, 小池 崇文, 高橋 桂太, 苗 [150] : `` 術の研究 文部科学大臣表彰 若手科学者賞 村 健）: ``ライブで立体映像'', テレビ東京 ワール '', ドビジネスサテライト (2008.6.6). (2008.4.15). 中洲 俊信 苗村 健 原島 博 映像情報メディア学 [137] 新聞取材（筧 康明, 苗村 健）: ``キャラの動き、駒 [151] , , : 会丹羽高柳賞論文賞（ ） で操作 CG 制作簡単に'', 日経産業新聞, 10 面 2008.5.26 (2009.3.19). [152] 北村匡彦, 苗村健: 日本バーチャルリアリティ学会 論文賞 [138] 雑誌取材（苗村 健）: ``それゆけＩＴ戦隊コレナン (2008.9.26) ジャー 立体ライブ映像で合体!!の巻'', PC fan 2008 [153] 大口 諒: 電子情報通信学会 MVE 賞（2008.10.2） 年 9 月 15 日号, (株）毎日コミュニケーションズ, vol. [154] 王金戈, 田口裕一, 高橋桂太, 苗村健: 3 次元画像コ 15, no. 19, pp. 90 -- 93 (2008.8.29). ンファレンス優秀論文賞 (2008.7.10). [139] 雑誌取材（苗村健, 大口諒, 岸遼）: ``映像から情報 [155] 岩渕 正樹: 学府オンライン発表会 アイデア賞銀 発信'', FUTUREX, WAVE 出版, No. 00, p. 11 賞（2008.4.7） (2008.10).[ ISBN: 978-4-87290-378-2 ] [156] 伊野 浩太: 学府オンライン発表会 アイデア賞銅 [140] 雑誌取材（田口 裕一, 苗村 健）: ``The 64-camera 賞（2008.4.7） Array Answer,'' The Japan Journal, vol. 5, No. 11, pp. 24 [157] 田口 裕一: 情報理工学系研究科研究科長賞 -- 25 (2009.2). [158] 橋田 朋子: 学際情報学府課程博士優秀者選定 雑誌取材（小池 崇文 苗村 健） [141] , : ``Hitachi TODAY [159] 李 鎭河：電気系３学科学科長特別賞 明日をひらく産学連携① メガネなしでも飛び出 す映像！画期的な３Ｄシステムを共同開発'', NANNOKI 2008 Autumn, vol. 22, pp. 36 -- 37 (2008.9). [142] 雑誌取材（田口 裕一, 苗村 健）: 消費を生む「先 端技術」, 日経トレンディ, No. 288, 2009 年 3 月号, p. 112 (2009.2). [143] 雑誌取材（岩渕 正樹, 筧 康明, 苗村 健）: ``特集 タッチが起こす入力革新'', 日経エレクトロニクス,

34 石塚研究室 アブダクション（発想的推論）の高速化推論メカニズム Ishizuka Laboratory について研究してきた．ここ数年は，Web 上のテキスト (http://www.miv.t.u-tokyo.ac.jp/) 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 研究現況 築に向けた研究を行っている．これは日本オリジナルな Current Research Projects 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 1. Web インテリジェンス る．他機関とも連携し，日本発の意味計算(Semantic 石塚 満 Computing)技術に基づく次世代 Web 基盤の研究と国際標 Web Intelligence 準化を進めている． M. ISHIZUKA Previously, we worked, toward advanced artificial 情報・知識の流通と共有の重要なインフラストラクチ intelligence functions, on hypothetical reasoning or abduction, ャになってきている WWW(Web)を，より利用価値の高い親 especially on its fast inference mechanisms. In recent years, 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 we are working toward a next-generation Web foundation ている．特に Web のテキスト部の情報を重視し，そのテ based on CDL (Concept Description Language), which allows キスト処理手法に基づく知能化を図っている．関連する to describe the concept meaning expressed in natural language 基礎技術として，キーワード抽出法，重要文抽出法，関 texts. This approach is original in Japan and different from 係語の抽出法，テキスト要約法，テキストマイニング法 the “Semantic Web” which has been pursued primarily in the などを開発している．これらに基づき，指定した話題に US and Europe toward a next-generation Web foundation. In 関する所定期間の Web 新規情報を整理して提示するシス cooperation with other organizations, we are pushing our テム，複数 Web ページの要約，Web からピンポイントで original approach based on the semantic computing of 必要な情報を探り当てる質問応答，Web からの人間関係 natural-language texts, and making efforts to standardize it ネットワーク抽出，Web 情報の分類や推薦システム，な internationally. どの研究を進めている． The World Wide Web (WWW or Web) is now an important 3. 生命的エージェントとマルチモーダル・メデ infrastructure for information/knowledge distribution and ィア sharing. In order to make the Web more valuable and more 石塚 満・土肥 浩 friendly to us, we have been investigating and exploiting Web Life-like Agents and Multimodal Media intelligence functions. Specifically, we focus on the text M. ISHIZUKA and H. DOHI parts of the Web, and are aiming at the Web intelligence based 顔と姿，音声対話機能，感情，知能を有する生命的エ on text processing. As its basic technologies, we have ージェントと，これによるマルチモーダル・メディアに developed our methods for keyword extraction, important 関する研究開発を行っている．HTMLで誰でもが容易に作 sentence extraction, synonym extraction, text summarization, 成できることにより Web コンテンツが膨大になったよう text mining, etc. Based on these methods, we have carried に，上記のマルチモーダルコンテンツも誰でもが使用で out, for example, the fallowing system developments. 1) A きる記述言語が重要であるのとの考え，MPML(Multimodal system for summarizing new information appeared on the Presentation Markup Language)の開発を行ってきている． Web associated with a set of given keywords, 2) A この MPML は各種の機能を統合するコアの役割も果たし summarization system of multiple Web pages, 3) Q&A system ている．MPML は実用的なプレゼンテーション記述，制作 for finding pin-pointed information from the Web, 4) An ツールとして使用でき，ソフトウェアを公開している． extraction system of human network from the Web, and 5) Web コンテンツを対象とするバージョンに加えて，3次元 Systems for classification and recommendation of Web VRML 空間，セカンドライフ空間，携帯電話，ヒューマノ information. 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 2. 自然言語テキスト意味概念の共通的記述に基 感情抽出，発話テキストからのジェスチャの自動生成， づく次世代 Web 基盤 モノローグテキストからのダイアローグ（対話）の自動 石塚 満 生成の研究も行っている． A Next-generation Web Foundation based on a We are developing life-like agents with face, body, voice Common Description of the Concept Meaning communication capability, emotion and intelligence, and expressed in Natural Language Texts multimodal media systems using these life-like agents. Like M. ISHIZUKA HTML has allowed many people to produce Web contents 以前には，高次人工知能機能の利用に向けて，不完全 easily and thus expanded Web information space な知識を操作することで有用な枠組みである仮説推論， tremendously, we consider that a common and easy-to-use

35 description language is required for the multimodal contents, 論文・著書一覧（2008 年度） and have been developing such a description language called Publications List MPML (Multimodal Presentation Markup Language). MPML also serves as a core of integrating a variety of 研究論文 functionalities. It is provided as free software, and can be [1] Yingzi Jin, Mitsuru Ishizuka and Yutaka Matsuo: used to describe and produce practical multimodal Extracting Inter-firm Networks from the World Wide presentations. In addition to its main version for Web Web using a General-purpose Search Engine, Online contents, other versions for 3D VRML space, Second-Life Information Review, Vol.32, Issue 2, pp.196-210 space, mobile phones and humanoid robots are developed. (2008.5) For enhancing the autonomy of the agents, we are also [2] 唐門準，松尾豊，石塚満： リンクに基づく分類の studying on the topics of emotion extraction from text, ためのネットワーク構造を用いた属性生成，情報処 automatic gesture generation from speech text, and automatic 理学会論文誌，Vo.49, No.6, pp.2212-2223 (2008.6) dialogue generation from monologue text. [3] Mostafa Al Masum Shaikh, Helmut Prendinger and

Mitsuru Ishizuka: Sentiment Assessment of Text by

Analyzing Linguistic Features and Contextual Valence Assignment, Applied Artificial Intelligence, Vol.22, Issue 6, pp.558-601 (2008.7) [4] Werner Breitfuss, Helmut Prendinger and Mitsuru Ishizuka: Automatic Generation of Gaze and Gestures for Dialogues between Embodied Conversational Agents, Int'l Jour. of Semantic Computing, Vol.2, No.1, pp.71-90 (2008)

著書（Book Chapter） [5] Mostafa Al Masum Shaikh, Helmut Prendinger and Mitsuru Ishizuka: A Linguistic Interpretation of the OCC Emotion Model for Affect Sensing from Text, in Affective Information Processing (Jianhua Tao and Tieniu Tan (eds.)), Chapter 4, pp.45-73, Springer (2008.11)

国際会議論文 [6] Werner Breitfuss, Helmut Prendinger and Mitsuru Ishizuka: Automatic Generation of Gaze and Gestures for Dialogues Between Embodied Conversational Agents: System Description and Study on Gaze Behavior, Proc. AISB 2008 Symp. on Multimodal Output Generation (MOG'08), (in conj. with the AISB Convention on Communication, Interaction and Social Intelligence), pp.18-25, Aberdeen, Scotland (2008.4) [7] Danushka Bollegala, Taiki Honma, Yutaka Matsuo and Mitsuru Ishizuka: Mining for Personal Name Aliases on the Web (poster paper), Proc. (CD-ROM) 17th Int'l World Wide Web Conf. (WWW2008), pp.1107-1108, Beijing, China (2008.4) [8] Danushka Bollegala, Taiki Honma, Yutaka Matsuo and Mitsuru Ishizuka: Identification of Personal Name Aliases on the Web, Online Proc. WWW2008 Workshop on Social Web Search and Mining (SWSM2008), 8 pages, Beijing, China (2008.4)

36 [9] YingZi Jin, Yutaka Matsuo and Mitsuru Ishizuka: [18] Danushka Bollegala, Taiki Honma, Yukata Matsuo and Ranking Entities on the Web using Social Network Mitsuru Ishizuka: Automatically Extracting Personal Mining and Ranking Learning, Online Proc. WWW2008 Name Aliases from the Web, Advances in Natural Workshop on Social Web Search and Mining Language Processing (Proc. 6th Int'l Conf., GoTAL 2008, (SWSM2008), 4 pages, Beijing, China (2008.4) Gothenburg, Sweden), Springer, LNCS 5221, pp. 77-88 [10] Yong Sun, Helmut Prendinger, Yu (David) Shi, Fand (2008.8) Chen, Vera Chung and Mitsuru Ishizuka: THE HINGE [19] Alena Neviarouskaya, Helmut Prendinger and Mitsuru between Input and Output: Understanding the Ishizuka: User Study of AffectIM: an Emotionally Multimodal Input Fusion Results in an Agent-based Intelligent Instant Messaging System, Intelligent Virtual Multimodal Presentation System, Proc. ACM SIGCHI Agents (Helmut Prendinger, James Lester and Mitsuru Computer/Human Interaction Conference (CHI'08), Ishizuka (eds.)) (Proc. 8th Int'l Conf. IVA 2008, Tokyo), Works-in-Progress, pp.3483-3488, Florence, Italy Springer, LNAI 5208, pp.29-36 (2008.9) (2008.4) [20] Hugo Hernault, Paul Piwek, Helmut Prendinger and [11] Boris Brandherm, Helmut Prendinger and Mitsuru Mitsuru Ishizuka: Generating Dialogues for Virtual Ishizuka: Dynamic Bayesian Network Based Interest Agents Using Nested Textual Coherence Relations, Estimation for Visual Attentive Presentation Agents, Intelligent Virtual Agents (Helmut Prendinger, James Proc. of 7th Int'l Conf. on Autonomous Agents and Lester and Mitsuru Ishizuka (eds.)) (Proc. 8th Int'l Conf. Multiagent Systems (AAMAS 2008), pp.191-198, IVA 2008, Tokyo), Springer, LNAI 5208, pp.139-145 Estoril, Portugal (2008.5) (2008.9) [12] Mitsuru Ishizuka: A Common Concept Description of [21] Sebastian Ullrich, Klaus Bruegmann, Helmut Prendinger Natural Language Texts as the Foundation of Semantic and Mitsuru Ishizuka: Extending MPML3D to Second Computing on the Web (ASC2008 Keynote Talk), Proc. Life, Intelligent Virtual Agents (Helmut Prendinger, IEEE Int'l Conf. on Sensor Networks, Ubiquitous, and James Lester and Mitsuru Ishizuka (eds.)) (Proc. 8th Int'l Trustworthy Computing, p.385, Taichung, Taiwan Conf. IVA 2008, Tokyo), Springer, LNAI 5208, (2008.6) pp.281-288 (2008.9) [13] Jun Karamon, Yutaka Matsuo and Mitsuru Ishizuka: [22] Werner Breitfuss, Helmut Prendinger and Mitsuru Generating Useful Network-based Features for Ishizuka: Automatic Generation of Conversational Analyzing Social Networks, Proc. 23rd AAAI Conf. on Behavior for Multiple Embodied Virtual Characters: The Artificial Intelligence (AAAI2008), pp.1162-1168, Roles and Models behind Our System (poster), Chicago, Ilinois (2008.7) Intelligent Virtual Agents (Helmut Prendinger, James [14] Fahim Kawsar, Mostafa Al Masum Shaikh and Mitsuru Lester and Mitsuru Ishizuka (eds.)) (Proc. 8th Int'l Conf. Ishizuka: Text Beutifier: An Affective-Text Tool to IVA 2008, Tokyo), Springer, LNAI 5208, pp.472-473 Tailor Written Text (student abstract), Proc. 23rd AAAI (2008.9) Conf. on Artificial Intelligence (AAAI2008), [23] Birgit Endrass, Helmut Prendinger, Elisabeth Andre and pp.1806-1807, Chicago, Ilinois (2008.7) Mitsuru Ishizuka: Creating and Scripting Second Life [15] A. S. M. Mahbub Morshed and Mitsuru Ishizuka: Bots Using MPML3D (poster), Intelligent Virtual ADROIT: Automatic Discourse Relation Organizer of Agents (Helmut Prendinger, James Lester and Mitsuru Internet-based Text (student abstract), Proc. 23rd AAAI Ishizuka (eds.)) (Proc. 8th Int'l Conf. IVA 2008, Tokyo), Conf. on Artificial Intelligence (AAAI2008), Springer, LNAI 5208, pp.492-493 (2008.9) pp.1824-1825, Chicago, Ilinois (2008.7) [24] Paul Piwek, Helmut Prendinger, Hugo Hernault and [16] Danushka Bollegala, Yutaka Matsuo and Mitsuru Mitsuru Ishizuka: Generating Questions: An Inclusive Ishizuka: WWW sits the SAT: Measuring Relational Characterization and a Dialogue-based Application, Similarity from the Web, Proc. 18th European Conf. on Online Proc. Workshop on the Question Generation Artificial Intelligence (ECAI2008), pp.333-337, Patras, Shared Task and Evaluation Challenge, Arlington, VA, Greece (2008.7) USA (2008.9) [17] Yulan Yan, Yutaka Matsuo, Mitsuru Ishizuka and Toshio [25] Mostafa Al Masum Shaikh, Helmut Prendinger, Keikichi Yokoi: Annotating an Extension Layer of Semantic Hirose and Mitsuru Ishizuka: An Approach for Ambient Structure for Natural Language Text, Proc. (CD-ROM) Communication by Detecting Real-world Activities 2nd IEEE Int'l Conf. on Semantic Computing, from Environmental Sound Cues, Proc. (CD-ROM) pp.174-181, Santa Clara, CA, USA, (2008.8) IADIS Int'l Conf. on WWW/Internet 2008, pp.504-507, Freiburg, Germany (2008.10)

37 [26] Yutaka Matsuo, Danushka Bollegala, Hironori Tomobe, [35] 古川忠延，松尾豊，内山幸樹，石塚満：汎用的な YingZi Jin, Junichiro Mori, Keigo Watanabe, Taiki Web 推薦アルゴリズムの提案，人工知能学会全国大 Honma, Masahiro Hamasaki, Kotaro Nakayama and 会予稿集，No.1H2-6 (2008.6) Mizuki Oka: Social Network Mining from the Web [36] 金英子，松尾豊，石塚満：Web から抽出した社会ネ (poster), NSF Sponsored Symposium on Semantic ットワークに基づくエンティティランキングの学 Knowledge Discovery, Organization and Use, New York, 習，人工知能学会全国大会予稿集，No.3H1-1 (2008.6) (2008.11). [37] Danushka Bollegala，松尾豊，石塚満：WWW sits the [27] Sebastian Ullrich, Helmut Prendinger and Mitsuru SAT Measuring Relational Similarity on the Web，人工 Ishizuka: MPML3D: Agent Authoring Language for 知能学会全国大会予稿集，No.2G3-1 (2008.6) Virtual Worlds, Proc. Int'l Conf. on Advances in [38] 本間大輝，Danushka Bollegala，松尾豊，石塚満：語 Computer Entertainment Technology (ACE'08), ACM の共起ネットワークを用いたエンティティの別名 Press, pp.134-137, Yokohama, Japan (2008.12) 抽出，人工知能学会全国大会予稿集，No.2D2-4 [28] Yulan Yan, Yutaka Matsuo, Mitsuru Ishizuka and Toshio (2008.6) Yokoi: Relation Classification for Semantic Structure [39] 大根千明，松尾豊，木戸冬子，勝芳邦，石塚満： Annotation of Text, Proc. (CD-ROM) 2008 Weblog からのタレントに関する好感感情抽出，人工 IEEE/WIC/ACM Int'l Conf. on Web Intelligence 知能学会全国大会予稿集，No.2G2-1 (2008.6) (WI'08), pp.377-380, Sydney, Australia (2008.12) [40] 渡部啓吾，Danushka Bollegala，松尾豊，石塚満：検 [29] Danushka Bollegala, Yutaka Matsuo and Mitsuru 索エンジンを用いた関連語の自動抽出，人工知能学 Ishizuka: Measuring the Similarity between Implicit 会全国大会予稿集，No.3B1-4 (2008.6) Semantic Relations using Web Search Engines, Proc. [41] Yulan Yan, Yutaka Matsuo, Mitsuru Ishizuka, Toshio (CD-ROM) 2009 Second ACM Int'l Conf. on Web Yokoi: Annotating Semantic Structure of Web Text Search and Data Mining (WSDM'09), pp.104-113, based on CDL.nl, FIT2008(第 7 回情報科学技術フォ Barcelona, Spain (2009.02) ーラム), No.E-055 (2008.9) [30] Masahiro Ono and Mitsuru Ishizuka: Prisoner’s [42] 大根千明，松尾豊，木戸冬子，勝 芳邦，石塚満： Dilemma Game on Network, in Multi-Agent Systems Weblog からのタレントに関する好感度情報抽出， for Society (Pacific Rim Int’l Workshop on 情報処理学会全国大会予稿集，No.1S-1 (2009.3) Multi-Agents, PRIMA 2005, Revised Selected Papers). [43] 千葉大輝：Web 検索エンジンを用いた間連語の抽出 Springer, LNAI 4078, pp.33-44 (2009) （ポスター発表），フレッシュマンのための人工知

能交流会 2009 予稿集，人工知能学会，pp.15-16 シンポジウム・研究会・大会等発表 (2009.3) 高山智史 馬場雪乃 古川忠延 川俣洋次郎 [31] , , , , A.S.M. [44] 井口宣久：係り受け解析を使った日本語分明晰化手 Mahbub Morshed, 飯塚泰樹: Ana2ch: ２ちゃんねる 法（ポスター発表），フレッシュマンのための人工 のための拡張可能な分析プラットフォームの開発 知能交流会 2009 予稿集，人工知能学会，pp.17-18 （ポスター） 楽天研究開発シンポジウム , 2008 (2009.3) (2008.11)

[32] 高山智史, 馬場雪乃, 古川忠延, 川俣洋次郎, A.S.M. その他 Mahbub Morshed, 飯塚泰樹: Ana2ch: ２ちゃんねる [45] Mitsuru Ishizuka: A Common Concept Description of のための拡張可能な分析プラットフォームの開発, Natural Language Texts as the Foundation of Semantic 電子情報通信学会第 13 回 Web インテリジェンスと Computing on the Web (ASC2008 Keynote Talk), Proc. インタラクション研究会(SIG-WI2) 報告， IEEE Int’l Conf. on Sensor Networks, Ubiquitous, and No.WI2-2008-48 (2008.12) Trustworthy Computing, p.385, Taichung, Taiwan [33] Helmut Prendinger, Arturo Nakasone, Sebastian Ullrich, (2008.6) Alena Neviarouskaya, Werner Breitfuss, Anette von [46] 石塚 満：[随想]１億人，１０億人，５０億人，画像 Kapri, Simon Holland: Global Lab: an Interaction, 電子学会誌，Vo.37, No.3, p.179 (2008.5) Simulation, and Experimentation Framework based on "Second Life”, HAI シンポジウム 2008 予稿集， [47] Helmut Prendinger, James Lester and Mitsuru Ishizuka: No.2T-11 (2008.12) Preface, Intelligent Virtual Agents (Helmut Prendinger, James Lester and Mitsuru Ishizuka (eds.)) (Proc. Int’l [34] 楊 潔，松尾豊，石塚満：Semantic Relation Extraction Conf. IVA 2008, Tokyo), Springer LNAI 5208, p.V-VI Using Penalty Tree Similarity，人工知能学会全国大会 (2008.9) 予稿集，No.2G2-2 (2008.6)

38 [48] 古川忠延，亀田尭宙：学生ファーラム Inter-View 第 47 回 奥村学氏インタビュー「自分の感覚を信じ て」，人工知能学会誌，Vol.23, No.6, pp.841-843 (2008.11) [49] 古川忠延：個性ある一研究者を目指して，人工知能 学会誌，特集「編集委員今年の抱負 2009」，Vol . 24, No.1, p.36 (2009.1) [50] Mitsuru Ishizuka; Pivot Language and CDL(Concept Description Language) as a Foundation of Semantic Computing on the Web, Microsoft Research Asia Workshop on Machine Translation for Multiple Language Information Access, Panel Presentation, Tokyo (2008.12) [51] < 報道> EmoHeart: Japanese universities develop solution to visualize “human” emotions in virtual worlds, Asiajin (Blog news site) (2008.11.17) http://asiajin.com/blog/2008/11/17/emoheart-japanese- universities-develop-solution-to-visualize-human-emotio ns-in-virtual-worlds/

39 広瀬・峯松研究室 2. 高頑健性音声認識 Hirose and Minematsu Laboratory 峯松信明・広瀬啓吉・喬宇・鈴木雅之 (http://www.gavo.t.u-tokyo.ac.jp) High-Robustness Speech Recognition N. Minematsu, K. Hirose, Y, Qiao, M. Suzuki 研究現況 音声は話者，年齢，収録時に使われる音響機器によっ Current Research Projects 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 1. 柔軟な音声合成における韻律制御 せた上で音声を表象する方法を提案しており（音声の構 広瀬啓吉・峯松信明・越智景子・ 造的表象），これに基づく音声認識を検討している。従来 松田徹也・見原隆介・高野克弥 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 Control of Prosody for Flexible Speech Synthesis 化することで実装が行なわれていたが，本研究ではモデ K. Hirose, N. Minematsu, K. Ochi, T. Matsuda, R. ル化すべきは音色ではなく，音色のコントラストの方で Mihara, and K. Takano ある，という考え方の下で研究を進めている。これは「音 種々の発話スタイルが可能な音声合成について、主に 色の相対音感」と解釈される方法論である。既に，母音 韻律の観点から研究を進めている。生成過程モデルの枠 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 組みでコーパスベース韻律制御手法を開発し、種々の発 では，従来のミスマッチ問題を完全に解決できることを 話スタイルの例として、感情を取り上げ、感情音声の合 実験的に示している。現在，子音を含めた通常の単語認 成を行った。少量の音声コーパスで焦点制御を行う手法 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 も開発した。規則により生成過程モデルパラメータを制 めている。なお，本研究は，従来音声科学の分野で議論 御することと組合せ、コーパスによらない新しいスタイ 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 ルの音声合成を目指している。中国語についても研究を 開しており，幼児の言語獲得研究，言語障害研究，更に 進め、イントネーションを規則により制御し、声調をコ は進化人類学研究との接点を見せている。 ーパスベースで制御する手法を開発し、自然性の高い合 Acoustic features in speech are easily and inevitably 成音声を得ている。関連して、観測される音声の基本周 modified by non-linguistic factors, such as age, gender, 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 microphone etc. These factors easily decrease speech する手法の開発を日本語と中国語について行った。また、 recognition performance. Considering the fact that humans テキストからの音声合成で特に重要な、アクセント変形 can cope with this type of modification very well, a novel の統計的規則化についても研究を進め、従来よりも見通 speech representation was proposed called structural しの良い規則を開発した。 representation of speech, where the modification is effectively Researches are being conducted to realize “flexible” speech canceled. Conventional acoustic modeling of speech focused synthesis, where various speaking styles are possible, with a on speech timbre but our approach focuses only on timbre special focus on prosody. A corpus-based method was contrasts. Isolated word recognition experiments, where developed to control F0 contours of speech in the framework words were defined artificially as vowel sequences, showed of generation process model, and emotional speech synthesis that the proposed method can completely solve this was conducted to show method’s “flexibility.” Control of modification problem. Currently, we’re extending the prosodic focus was also realized only from a limited and proposed framework to more general tasks such as “additional” speech corpus. We are now trying to add phoneme-balanced word recognition. The proposed speech rule-based control to the method to realize a new style in representation can imply a new model of speech perception speech synthesis without corpus. Similar work was and it has a good and strong link to some findings in studies conducted on Chinese, and a new method of prosodic control of developmental psychology, language disorders, and was realized, where intonation aspect was controlled rule-base, evolutionary anthropology. while tone aspect was controlled corpus-base. Highly natural synthetic speech was obtained. As a part of these 3. ユーザフレンドリな音声対話システム works, methods of automatically extracting model parameters 広瀬啓吉・峯松信明・高田靖也・高橋琢巳 from observed F0 contours were developed for Japanese and Development of User-friendly Spoken Dialogue Chinese. Rules of word accent sandhi, indispensable for text Systems to speech conversion, were also investigated using a large text K. Hirose, N. Minematsu, S. Takada, and T. corpus with accurate accent labeling, and a CRF-based Takahashi module for predicting the accent sandhi was developed with 音声合成，音声認識などの技術を応用し，適切かつ高 increased consistency as compared to former modules. 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

40 ェント対話システム、道案内対話システム、番組案内シ りも，より高い精度で習熟度（例えば TOEIC スコア）推 ステム等を構築し、概念から直接音声出力を合成するこ 定が可能であることが実験的に示されている。構造表象 とを行った。また、この中で、ユーザの特性に応じてシ を用いることで，子供の音声も適切に扱えることになる。 ステムの挙動を変化させることを進めている。特性とし 小学校に導入される英語教育を支援するための技術的枠 ては，ユーザの年代、性別、意図、感情、状況等であり， 組みを構築している。中国語は非常に多様な方言を有し これらの特性を音声・言語情報から抽出し，それに応じ ており，同一方言の二話者であっても，彼らが異なる下 てシステムの挙動を動的に制御する。更に，従来の対話 位方言話者であることはしばしば起きる。即ち，任意の システムではあまり検討されていなかった，対話内容が 二話者は厳密には異なる方言話者として定義可能である。 時間的，空間的広がりをもつ場合に必要な対話制御，韻 音声の構造的表象を用いて，中国語話者をその方言性に 律制御に対しても実験的検討を進めている． 基づいて分類することを目的とした研究を遂行している。 Development of spoken dialogue systems has been Using the technologies of speech analysis, recognition and conducted, as an application of speech synthesis and synthesis, accurate techniques of analyzing foreign accented recognition techniques. Several important issues, such as or regional accented utterances are developed. Using these generation of appropriate speech response with high quality, new techniques, pronunciation assessment systems are built efficient database search using dialogue focus, adaptive for language learning education. (1) Shadowing training is control of reply based on dialogue flow, were tackled. We widely used in language learning, where students have to have constructed several systems on agent dialogue, road repeat presented utterances without waiting for the end of guide, TV-program guide, and etc., where output speech was words or phrases. We are providing a technique to directly generated from the output concepts. Also we are acoustically analyze shadowed utterances and estimate the discussing two new functions; dynamic control of system pronunciation proficiency. (2) Using structural representation attributes according to users’ characteristics/situations and of utterances, a new technique of pronunciation proficiency dialogue strategy for handling temporal and spatial estimation is proposed, where the system performance is information. For the former we developed methods to detect independent of extra-linguistic factors such as age and gender. user’s familiarity on the topic and the attitudes. Using these (3) Structural representation is applied to dialectal Chinese methods, a dynamic control of dialogue strategy of the system utterances. Then, a technique of classifying Chinese speakers was realized, which could be often seen in human-to-human based on their dialects, not based on their age and gender, is speech communication. As for the latter, to treat both of provided. Shadowed utterances are usually very inarticulate temporal and spatial information well, adequate dialogue and then, difficult to analyze. With our new techniques, strategy and prosodic control of the response generation are however, the students’ proficiency can be estimated more investigated. accurately using shadowed utterances than read utterances. The use of structural representation is very effective 4. 外国語・方言を対象とした音声応用システム especially when analyzing children speech. We’re developing 峯松信明・広瀬啓吉・羅徳安・ a pronunciation assessment system especially for primary 馬学彬・高澤真章・鈴木雅之 school children. Chinese dialects are very complicated and Development of Speech Applications for Foreign two speakers of the same dialect are often speakers of Language Learning and Dialect Analysis different sub-dialects. Strictly speaking, every Chinese N. Minematsu, K. Hirose, D. Luo, X. Ma, M. speaker speaks his/her own dialect. What we’re proposing is a Takazawa, and M. Suzuki technique that can classify all the Chinese speakers on earth 音声分析，認識，合成技術を利用し，外国語訛りや方 based on their dialects. 言訛りのある音声を分析する技術を開発し，発音学習支 援などに応用している。(1)母語話者の音声を聴取し，そ 5. テキストからの情動抽出とそれに基づく音声 のまま即座に繰り返して発声するシャドーイングという 合成 訓練法が広く利用されるに至っている。シャドーイング 広瀬啓吉・峯松信明・ の音声を分析することで，その学習者の英語習熟度を推 シャイクフ モスタファ アルマサム 定するシステムを開発している。(2)音声の構造的表象を ・レボルダオ アントニオ 用い，性別，年齢，マイクの違いといった発音とは無関 Human-Like Text Reading based on Affective Information 係な音響変動をキャンセルした上で発音習熟度を推定す Sensed from Text るシステムを開発している。(3)中国語方言を対象として K. Hirose, N. Minematsu, 音声の構造的表象を応用し，性別，年齢に捉われない， M. A. Shaikh, and A. Rebordao 方言性のみに着眼した話者分類についても検討している。 機械と人間との音声による情報授受は、もっぱら音声 シャドーイングは非常に負荷の高い訓練法であり，発声 の表層的な言語情報に限られ、それに付与された意図、 もより崩れた音声となる。しかし通常の読み上げ音声よ 感情などの情動／感性に関する情報授受が欠落しており、

41 これが、現在の音声対話システムの利便性を阻害する大 ディアを空間写像で結びつけた場合，構成される構造は きな一因ともなっている。これに対し、文に含まれる情 メディアの違いを越えた普遍かつ不変な構造となる。 動（感性情報）を抽出し、それを合成音声に反映させる Any system that receives environmental stimuli and テキスト音声合成手法を開発している。従来の音声合成 performs information processing of them has an inevitable では、感性情報はあらかじめ与えられていたが、語句の problem. The characteristics of the stimuli are dependent on 情動レベルの定量化、句の接続関係の検出、OCC モデル various factors that are irrelevant to the aim of the processing. に基づく感性情報の定式化等に基づき、文に含まれる情 In the case of speech, speech acoustics are heavily dependent 報を自動的に抽出する。抽出した情報により音声の韻律 on age and gender of the speaker and acoustic characteristics 的特徴を制御することで、文の内容に即した調子の英文 of the microphone and the room used. Stimulus modification 音声合成を実現している。韻律制御の高度化を進めてい is also found in other media such as visual and tactile stimuli. る。 These modifications can be modeled mathematically as space Although man-machine speech communication is realized, transformation and what is required for “robust” the conveyed information is mostly restricted to “surface” representation of information is transform-invariant linguistic information and does not include “kansei” such as representation. In this study, completely transform-invariant intention and emotion. This situation limits the use of representation is proposed. f-divergence is an invariant speech technologies in actual human life. We have distance measure with any kind of continuous and invertible developed a method of text-to-speech conversion method, transform (sufficiency) and any kind of completely invariant where, given an input text, emotional states included in the distance measure has to be written in the form of f-divergence text are extracted and reflected onto the synthetic speech. (necessity). A method of representing an utterance in a In most emotional speech synthesizers, emotions are assigned, speaker- and environment-invariant way using f-divergence is while our method automatically extracts emotions included in called structural representation of speech. We’re generalizing the text based on the OCC model using valence values and extending this effective representation. For example, if attached to constituting words, positive/negative relation of the invariance is too strong, it has to be constrained properly constituting phrases, and so on. By controlling prosodic and, if the parameter dimension is too high, it has to be features based on the extracted emotions, English speech effectively reduced. Further, if transformation is considered synthesis, which has a good match with the sentence contents, between different media, the structure becomes media is realized. Improvements in prosodic control are now on universal and invariant to modification. the way. 7. 構造からの音声合成とその実装 6. 普遍・不変構造理論とその拡張 峯松信明・広瀬啓吉・齋藤大輔 峯松信明・広瀬啓吉・喬宇・齋藤大輔・鈴木雅之 Structure to speech conversion The Universal and Invariant Structure Theory and N. Minematsu, K. Hirose, and D. Saito its Extension 幼児の言語獲得は音声模倣を通して行なわれる。しか N. Minematsu, K. Hirose, Y. Qiao, D. Saito, し彼らは，音そのものは真似ない。九官鳥の音声模倣と and M. Suzuki の明確な違いである。幼児は音韻意識が希薄なため，発 外界の情報を感覚器を通して取り入れ，情報処理を行 声をモーラに分割し，一つ一つのモーラ（音カテゴリ） なうシステムを考える場合，様々な要因が感覚器の出力 を自分の口で音に変換する，という手順を実行するのは に影響する。音声の場合，発声者の年齢や性別，更には 困難である。この場合，一体親の声の何を真似ているの マイクの特性や部屋の音響特性によっても感覚器の出力 か？話者不変の音声の構造表象は，この問いに対する一 は変化する。音声以外の音響刺激，更には視覚刺激，触 つの解答を与える。即ち，構造表象は，音声から話者の 覚刺激なども同様である。これらの刺激変化を空間写像 身体特性を削除した音声表象である。逆に言えば，構造 として捉えた場合，任意の可逆な空間写像によって変形 表象に身体性を戻す事で音声が生成される。このプロセ を「被らない」頑健な情報の表象手段が求められること スを計算機上に実装することを検討しており，5 母音を になる。本研究では，任意の連続的な可逆変換によって 対象とした単語において，音声模倣シミュレータを構築 一切変化しない情報の構造的表象を導出している。 した。現在，子音や韻律的特徴の導入を検討しており， f-divergence は任意の変換によって不変な距離尺度であ 人間らしく言語を獲得する音声合成を目指している。 り，また任意の変換によって不変な距離は f-divergence Infants acquire a spoken language through imitating でなければならない。この数学的性質に着眼して音声を utterances of their parents. In this case, however, they don’t 話者不変，環境不変に表象する方法が音声の構造的表象 impersonate their parents. This is a clear difference between である。本研究では，この不変表象の一般化や拡張を検 myna birds and infants. Since infants only have very poor 討している。例えば，不変性が強すぎる場合，特徴量次 phonological awareness, they can hardly decode an utterance 元数が高すぎる場合の対処法などを検討している。異メ into a sequence of sound symbols and realize each of them

42 acoustically using their mouths. Then, what in the voices do 9. 音声の個人性情報に対する数理的解析 infants imitate acoustically? Structural representation of an 峯松信明・広瀬啓吉・齋藤大輔・鎌田敏明 utterance, which is speaker-invariant, is one candidate answer Mathematical analysis of speech acoustics to to this seemingly easy but essentially difficult question. The estimate speaker’s identity representation is considered to be obtained by removing body N. Minematsu, K. Hirose, D. Saito, and T. Kamada features from a speech stream and, by returning the features 本研究では，話者の個人性（特に声道の長さ，即ち身 back to the structure, it can be realized as a speech stream. 長情報）について，音声ストリーム（軌跡）パターンが This process was implemented on a machine and utterances 持つ「角度」に着眼して研究を進めている。これは声道 comprised of only vowels , e.g, /eoiau/ were generated 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 acoustically from their corresponding structures. Currently, 転性を持つ，という数学的事実に由来する。例えば，成 we’re trying to produce good consonant sounds and prosodic 人男性と子供では 90 度ほど軌跡パターンは回転する。従 features based on the proposed framework. The ultimate goal 来の話者認識はスペクトル包絡へ着眼するものが多く， of this study is the development of a human-like speech 軌跡パターンの角度への着眼は皆無であり，非常に新し generator, where an abstract and speaker-invariant い技術的検討となっている。また，特徴量空間は 10 次元 representation is converted into speech sounds acoustically. 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 8. 手の動きからの音声合成 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 峯松信明・広瀬啓吉・喬宇・國越晶 く，音声分析と絡めて検討を進めている。 Hand motions to speech motions In this study, we’re proposing new speech features N. Minematsu, K. Hirose, Y. Qiao, and K. Kunikoshi representing speaker’s identity, especially the length of the 構音障害者支援を目的として，調音器官以外の運動器 vocal tract. Here, the angle of a speech stream in a parameter 官を使った音声合成を検討している。通常，咽頭／喉頭 (cepstrum) space is focused on. In speech recognition research, ／舌などの調音器官の運動によって，口腔の形状変化が to normalize the vocal tract length of a speaker, a certain form 起こり，それが音色を変化させることになる。即ち，身 of matrix is often multiplied. We found that this matrix has a 体運動によって音色が変わる。例えば，手の動きに対し very strong function of rotating cepstrum vectors. For て，それが音色空間の各点に対応するような写像を準備 example, an utterance of an adult and that of a child will have すれば，任意の手の動きに対応した音色の動き（即ち音 an angular difference of 90 degree. This analysis method is 声）が生成されることになる。この技術は，異メディア very unique because, conventionally, speaker’s information 間の空間写像を実装すれば実現されるが，これを，ガウ was always extracted from spectrum slices (formant positions). ス混合分布を用いて実装し，データグローブの動きに応 The cepstrum rotation can be decomposed into the rotations in じて動きを伴った共鳴音が生成される音声合成器（一種 subspaces because the dimension of a speech feature space is の楽器）を構築した。従来のテキスト音声変換技術を異 very high. Currently, we are carrying out some experimental なり，身体運動というアナログ量を入力する点が大きく investigation of which subspace will have what kind of 異なる。 function in controlling speaker’s identity. To support the handicapped, especially for individuals with articulation disorders, a special device for speech synthesis is 10. 異常音による変電設備自動監視 being developed. Normal speakers can generate speech 広瀬啓吉・峯松信明・小杉康弘 (dynamic changes of timbre) by moving articulatory organs, Detection of extraordinary sounds from such as tongue, larynx, pharynx, etc. This fact indicates that transformers in electric power facility surveillance physical motions are converted into timbre motions. We’re K. Hirose, N. Minematsu, and Y. Kosugi developing a device which can convert hand motions into 従来、熟練技術者が巡視点検を行い、設備の音による timbre motions. This device can be realized by mapping a 経験的な異常検知が行なわれて来たが、これを、信号処 space of hand motions into that of timbre motions. In our 理技術により自動的に行うシステムの開発を進めている。 study, GMM-based space mapping is used for that. Currently, 変圧器表面での外来音反射が、異常音検出の障害となる we’ve made a tentative device which converts the motions of が、これを、2マイクロフォンを用いた時間差情報とパワ a data-glove into Japanese vowels. This is considered as a ー情報により音源方向を推定して低減する。さらに、処 kind of musical instrument. Unlike conventional speech 理に先立ち、変圧器の平常音を除去することにより、異 synthesizers, the developed synthesizer takes analogue motion 常音検出性能を向上させる。 signals as input and generates speech motions as output. A two-microphone system was proposed for detecting extraordinary sounds from transformers in power facility surveillance. Several signal processing techniques were investigated for suppressing ordinary sounds from

43 transformers and separating noises other than from 論文・著書一覧（2008 年度） transformers. As for ordinary sound suppression, spectral Publications List subtraction, high pass filtering, and comb filtering were shown to be efficient. As for the noise separation, DOA 研究論文 (Direction of Arrival) estimation of noises was investigated, [1] X. D. Wang, K. Hirose, J. S. Zhang, and N. Minematsu: and it was shown that TDE (Time Delay Estimation) "Tone recognition of continuous Mandarin speech based techniques such as GCC and LMS were effective, when start on tone nucleus model and neural network," IEICE timings of the noises were known. While, in the case of Transaction on Information and Systems, vol.E91-D, stationary noises, where starting timings were unknown, TDE no.6, pp.1748-1755 (2008). techniques did not work well because of reflections from [2] M. K. I. Molla, K. Hirose, and N. Minematsu: "The transformers. In such cases, amplitude ratios of robustness and applicability of audio source separation beam-former pairs showed a better separation. from single mixtures," Acoustics Australia, Vol. 36, No.

2, pp.23-27 (2008). [3] M. K. I. Molla and K. Hirose: "Robust voiced/unvoiced classification of speech signals using Hilbert-Huang transformation," Journal of Signal Processing, Vol.12, No.6, pp.473-482 (2008). [4] 櫻庭京子, 今泉敏, 峯松信明, 田山二朗, 堀川直史: "女性と判定される声の特徴 ～性同一性障害者の 話声位～," 音声言語医学, vol.50, no.1, pp.14-20 (2009). [5] 平野宏子, 広瀬啓吉, 河合剛, 峯松信明: "母語話 者と中国語話者の日本語朗読音声の基本周波数パ ターンの比較," 日本音響学会誌, vol.65, no.2, pp.69-80 (2009).

国際会議論文 [6] S. Asakawa, N. Minematsu, K. Hirose: "Multi-stream parameterization for structural speech recognition," Proc. Int. Conf. Acoustics, Speech, & Signal Processing (ICASSP'2008), pp.4097-4100 (2008). [7] D. Saito, R. Matsuura, S. Asakawa, N. Minematsu, K. Hirose: "Directional dependency of cepstrum on vocal tract length," Proc. Int. Conf. Acoustics, Speech, & Signal Processing (ICASSP'2008), pp.4485-4488 (2008). [8] Y. Qiao, N. Shimomura, N. Minematsu: "Unsupervised optimal phoneme segmentation: objectives, algorithm and comparisons," Proc. Int. Conf. Acoustics, Speech, & Signal Processing (ICASSP'2008), pp.3989-3992 (2008). [9] Y. Qiao, W. Wang, N. Minematsu, J. Liu, X. Tang: "Phase singularities for image representation and matching," Proc. Int. Conf. Acoustics, Speech, & Signal Processing (ICASSP'2008), pp.885-888 (2008). [10] N. Minematsu: "Training of pronunciation as learning of the sound system embedded in the target language," Proc. The 8th Phonetic Conference of China and Int. Symposium on Phonetic Frontiers, CD-ROM (2008).

44 [11] K. Hirose, Q. Sun, and N. Minematsu: "Generation of F0 [22] Y. Qiao and N. Minematsu: "f-divergence is a contours for Mandarin speech in combination with generalized invariant measure between distributions," rule-based and corpus-based methods," Proc. The 8th Proc. INTERSPEECH, pp.1349-1352 (2008). Phonetic Conference of China and Int. Symposium on [23] D. Saito, N. Minematsu, and K. Hirose: "Decomposition Phonetic Frontiers, CD-ROM (2008). of rotational distortion caused by VTL difference using [12] Q. Sun, K. Hirose, N. Minematsu: "Improved prediction eigenvalues of its transformation matrix," Proc. of tone components for F0 contour generation of INTERSPEECH, pp.1361-1364 (2008). Mandarin speech based on the tone nucleus model," [24] D. Saito, S. Asakawa, N. Minematsu, and K. Hirose: Proc. Int. Conf. Speech Prosody, pp.95-98 (2008). "Structure to speech -- speech generation based on [13] N. Minematsu, T. Nishimura, D. Saito, S. Asakawa, Y. infant-like vocal imitation --," Proc. INTERSPEECH, Qiao: "Holistic and prosodic representation of the pp1837-1840 (2008). segmental aspect of speech," Proc. Int. Conf. Speech [25] D. Luo, N. Shimomura, N. Minematsu, Y. Yamauchi, Prosody, pp.169-172 (2008). and K. Hirose: "Automatic pronunciation evaluation of [14] N. Minematsu and T. Nishimura: "Speech as language learners' utterances generated through timbre-based melody -- What in parants' voices do shadowing," Proc. INTERSPEECH, pp.2807-2810 infants imitate acoustically? --," Proc. Int. Conf. (2008). Language, Music, and the Mind, Paper Session (2008). [26] K. Ochi, K. Hirose, and N. Minematsu: "Control of [15] N. Minematsu: "Are language learners myna birds? -- a prosodic focus in corpur-based generation of note of warning from a serious speech engineer --," fundamental frequency based on the generation process WorldCALL, Poster Session (2008). model," Proc. INTERSPEECH, pp.1216 (2008). [16] N. Minematsu, K. Kamata, M. Takazawa, K. Takeuchi, S. [27] M. K. I. Molla, K. Hirose, and N. Minematsu: "Robust Asakawa, T. Makino, Y. Yamauchi, T. Nishimura, K. voiced/unvoiced speech classification using empirical Hirose: "Pronunciation clinic -- which part of your mode decomposition and periodic correlation model," pronunciation to correct at first to become like your Proc. INTERSPEECH, pp.2530-2533 (2008). model speaker? --," WorldCALL, Courseware Session [28] M. K. I. Molla, K. Hirose, and N. Minematsu: "Robust (2008). determination of periodic correlation of speech signals [17] M. Ma, H. Hirano, K. Hirose, N. Minematsu: "A CALL using empirical mode decomposition and higher-order system for Japanese learners of Mandarin speech spectra," Proc. Asia-Pacific Conference on adaptive to learners' proficiency," Proc. Int. Workshop Communications (APCC’2008), CD-ROM (2008). on Language and Speech Science (2008). [29] K. Hirose, K. Ochi, and N. Minematsu: "Corpus-based [18] D. Luo, N. Minematsu, Y. Yamauchi, K. Hirose: generation of F0 contours of Japanese based on the "Automatic assessment of utterances shadowed by generation process model and its control for prosodic learners using speech technologies," Proc. Int. Workshop focus," Proc. Int. Conf. Signal Processing (ICSP), on Language and Speech Science (2008). pp.647-650 (2008) . [19] K. Hirose, Q. Sun, N. Minematsu: "Synthesis of F0 [30] N. Minematsu, D. Saito, and K. Hirose: "Experimenal contours for Mandarin speech by superposing study of structure-to-speech conversion -- an corpus-generated tone contours on rule-generated phrase implementation of infant-like vocal imitation --," Proc. components," Proc. Int. Conf. on Speech Analysis, Int. Conf. Signal Processing (ICSP), pp.651-654 (2008) Synthesis, and Recognition (SASR) -Application in . Systems for Homeland Security-, (2008) . synthesis of Madarin speech with F0 contours generated [20] M. A. Shaikh, M. K. I. Molla, and K. Hirose: "Assigning by superposing tone contours on rule-generated phrase suitable phrasal tones and pitch accents by sensing components," Proc. IEEE Workshop on Spoken affective information from text to synthesize human-like Language Technology (SLT), pp.33-36 (2008). speech," Proc. INTERSPEECH, pp.326-329 (2008). [32] D. Luo, N. Minematsu, Y. Yamauchi, and K. Hirose: [21] Y. Qiao and N. Minematsu: "Metric learning for "Automatic assessment of non-native shadowed unsupervised phoneme segmentation," Proc. utterances," Proc. Int. Symposium on Chinese Spoken INTERSPEECH, pp.1060-1063 (2008). Language Processing (ISCSLP), pp.41-44 (2008). [33] Z. Ripon, M. Z. Alom, M. K. I. Molla, K. Hirose, and A. Sobhan: "OFDM based multi-path channel modeling

45 using sub-carrier frequency shuffling to reduce ISI and [43] 喬宇, 峯松信明: "変換不変性を有するダイバージ ICI effects, " Proceedings of 14th Asia-Pacific ェンスとその一般形," 電子情報通信学会音声研究 Conference on Communications (APCC’2008), 会, SP2008-51, pp.49-54 (2008). CD-ROM (2008). [44] 松浦良, 齋藤大輔, 朝川智, 峯松信明, 広瀬啓吉: " [34] M. A. M. Shaikh, H. Prendinger, K. Hirose, and M. 構造表象を用いた音声認識におけるパラメータ共 Ishizuka: "An approach for ambient communication by 有とその効果," 電子情報通信学会音声研究会, detecting real-world activities from environmental sound SP2008-52, pp.55-60 (2008). cues, " Proc. Internet/WWW 2008, Freiburg, Germany, [45] 広瀬啓吉: "韻律と音声言語処理," 電子情報通信学 pp.504-507 (2008). 会技術研究報告(音声研究会)／日本音響学会音声 [35] M. A. M. Shaikh, H. Prendinger, and K. Hirose: 研究会資料, SP2008-36, pp.73-78 (2008) ＜招待講演 "Automatic life-logging: A novel approach to sense ＞. real-world activities by environmental sound cues and [46] 國越晶, 喬宇, 峯松信明, 広瀬啓吉: "空間写像に common sense", to be published in Proc. the 11th 基づく手の動きを入力とした音声生成系の構築," International Conference on Computer and Information 電子情報通信学会音声研究会, SP2008-78, pp.45-50 Technology (ICCIT 2008), pp. 294-299 (2008). (2008). [36] Y. Kosugi, and K. Hirose: "Development of a scheme for [47] 鈴木雅之, 喬宇, 峯松信明: "アフィン変換不変性 detecting extraordinary sounds from electric power を有する局所的特徴量を用いた音声認識," 電子情 facilities," Proceedings of International Workshop on 報通信学会音声研究会, SP2008-114, pp.209-214 Nonlinear Circuits and Signal Processing (NCSP2009), (2008). pp.177-180 (2009). [48] 朝川智, 喬宇, 峯松信明, 広瀬啓吉: "音声の構造 的表象と判別分析を用いた単語音声認識," 電子情 著書 報通信学会音声研究会, SP2008-113, pp.203-208 [37] 峯松信明: "「あ」という声を聞いて母音「あ」と (2008). 同定する能力は音声言語運用に必要か？ ～音声 [49] X. Ma, N. Minematsu, Y. Qiao, K. Hirose, A. Nemoto, 認識研究からの一つの提言～," 日本語学 4 月号, and F. Shi: "Dialect-based speaker classification of p.187-197, 明治書院 (2008). Chinese using acoustic features invariant with [38] 峯松信明: "言葉の不思議を探求する ～音声工学 extra-linguistic factors," IEICE Technical Report, 者・峯松信明さんと動物科学者テンプル・グランデ SP2008-109, pp.179-184 (2008). ィン～," 最相葉月著, わたしの偉人伝第４回, ポ [50] 峯松信明: "音声言語運用が要求する認知的能力と プラ社 (2008). 音声言語工学が構築した計算論的能力," 電子情報 通信学会音声研究会, SP2008-84, pp.31-36 (2008) ＜ シンポジウム・研究会・大会等発表 招待講演＞. 渡辺 美知子, 時岡 洋一, 広瀬 啓吉: "通訳者支援 [39] 平野宏子, 広瀬啓吉, 河合剛, 峯松信明: "英語・ [51] システム「イズ」とその情報保障支援の可能性," 電 中国語・母国話者の日本語朗読音声の F0 に現れる 子情報通信学会技術研究報告(福祉情報工学研究 特徴," 電子情報通信学会音声研究会, SP2008-27, 会)／日本音響学会聴覚研究会資料, pp.43-48 (2008). pp.23-26 (2009) ＜招待講演＞. [40] 羅徳安, 下村直也, 峯松信明, 山内豊, 広瀬啓吉: " 外国語学習を対象としたシャドーイング音声の自 [52] Y. Qiao, D. Saito, and N. Minematsu: "Mixture of 動評定法に関する検討," 電子情報通信学会音声研 probabilistic linear regression models for voice 究会, SP2008-29, pp.55-60 (2008). conversion," IEICE Technical Report, SP2008-139, pp.79-84 (2009). [41] 鈴木雅之, 朝川智, 喬宇, 峯松信明, 広瀬啓吉: " スペクトル特徴量を用いた音声の構造的表象に関 [53] 齋藤大輔, 朝川智, 峯松信明, 西村多寿子, 広瀬啓 する実験的検討," 電子情報通信学会音声研究会, 吉: "音声の不変表象に基づく語ゲシュタルトの物 理的解釈とそれに基づく幼児の音声模倣の実装," SP2008-32, pp.73-78 (2008). 人工知能学会全国大会講演論文集, 3F3-5, pp.1-4 [42] 齋藤大輔, 朝川智, 峯松信明, 広瀬啓吉: "構造的 (2008). 表象からの音声合成とそれに基づく音声模倣に関 する検討," 電子情報通信学会音声研究会, [54] M. A. M. Shaikh, F. Kawsar, M. K. I. Molla, and K. SP2008-40, pp.115-120 (2008). Hirose: "Affective speech based interaction in pervasive applications," 日本音響学会秋季講演論文集, 1-4-12, pp.261-264 (2008).

46 [55] ヤーッコラ伊勢井敏子, 中貴俊, 広瀬啓吉: "目標 structure in speech," Proc. Autumn Meeting of Acoust. 言語母音達成のための 3D フォルマント母音図にお Soc. Jpn., 2-P-22, pp.405-408 (2008). ける母音二重表示," 日本音響学会秋季講演論文集, [68] 齋藤大輔, 鎌田敏明, 峯松信明, 広瀬啓吉, 長内隆, 3-4-16, pp.317-318 (2008). 蒔苗久則: "ケプストラムの回転性とそれに基づく [56] ヤーッコラ伊勢井敏子, 広瀬啓吉, 森島繁生: "英 話者認識に関する実験的検討," 日本音響学会秋季 語情動文“I love you”の中国語話者による認知と音 講演論文集, 3-Q-17, pp.189-192 (2008). 響特性相関 (1)," 日本音響学会秋季講演論文集, [69] 松浦良, 齋藤大輔, 朝川智, 峯松信明, 広瀬啓吉: " 1-Q-5, pp.331-332 (2008). 音声の構造的表象を用いた音声認識におけるパラ [57] 鈴木茂樹, ヤーッコラ伊勢井敏子, 広瀬啓吉: "英 メータ共有に関する考察," 日本音響学会秋季講演 語流音学習のための音と同期した 3DCG による構 論文集, 2-P-4, pp.117-120 (2008). 音運動," 日本音響学会秋季講演論文集, 1-Q-8, [70] 朝川智, 喬宇, 峯松信明, 広瀬啓吉: "判別分析と pp.339-340 (2008). 構造構造表象を用いた話者の多様性に超頑健な音 [58] 孫慶華, 広瀬啓吉: "声調核モデルに基づく接続型 声認識," 日本音響学会秋季講演論文集, 2-P-3, 中国語基本周波数パターン合成手法," 日本音響学 pp.113-116 (2008). 会秋季講演論文集, 1-Q-13, pp.349-350 (2008). [71] Y. Qiao, S. Asakawa, N. Minematsu, and K. Hirose: [59] 渡辺美知子, 時岡洋一, 広瀬啓吉: "逐次通訳の要 "Dimension reduction and discriminant analysis for 素を取り入れた同時通訳支援システムの開発と評 Japanese connected vowel recognition," Proc. Autumn 価," 日本音響学会秋季講演論文集, 3-7-4, Meeting of Acoust. Soc. Jpn., 2-P-2, pp.109-112 (2008). pp.503-504 (2008). [72] Y. Qiao and N. Minematsu: "Structural representation [60] M. Ma, H. Hirano, K. Hirose, and N. Minematsu: with a general form of invariant divergence," Proc. "Proposal of adaptive CALL system for Japanese Autumn Meeting of Acoust. Soc. Jpn., 2-P-1, learners of Mandarin," Proc. Autumn Meeting of Acoust. pp.105-108 (2008). Soc. Jpn., 1-Q-6, pp.333-334 (2008). [73] 印南圭祐, 渡辺美知子, 峯松信明, 広瀬啓吉: "CRF [61] 平野宏子, 広瀬啓吉, 河合剛, 峯松信明: "日本語 を用いたアクセント変形予測モデルの規則処理に 母語話者と学習者の文発話の基本周波数パターン 基づく改良," 言語処理学会年次大会発表論文集, ～中国語話者・英語話者の日本語と母語の観察から P2-26, pp.574-577 (2009). ～," 日本音響学会秋季講演論文集, 1-Q-2, [74] 末光厚夫, 朴雪梅, 党建武, 赤木正人, 櫻庭京子, 峯 pp.321-322 (2008). 松信明, 広瀬啓吉: "異文化間における 3 感情音声 [62] 細田聖人, 広瀬啓吉, 峯松信明: "話し言葉認識に 認知と 6 感情音声認知の比較検討," 日本音響学会 おける文節境界情報を用いた言語モデルに関する 春季講演論文集, 3-6-3, pp.343-344 (2009). 検討," 日本音響学会秋季講演論文集, 3-1-8, [75] 越智景子, 広瀬啓吉, 峯松信明: "生成過程モデル pp.95-96 (2008). に基づくコーパスベース韻律生成における焦点制 [63] 羅徳安, 下村直也, 峯松信明, 山内豊, 広瀬啓吉: " 御 ～音韻継続長に関する検討～," 日本音響学会 シャドーイング訓練法における外国語学習者の発 春季講演論文集, 1-R-21, pp.431-432 (2009). 音分析とその自動評価," 日本音響学会秋季講演論 [76] 高橋琢巳, 広瀬啓吉, 峯松信明: "音声対話システ 文集, 1-R-31, pp.485-488 (2008). ムの高度化のための韻律を用いた話者の意図判 [64] 鈴木雅之, 朝川智, 喬宇, 峯松信明, 広瀬啓吉: " 別," 日本音響学会春季講演論文集, 2-P-19, スペクトル領域特徴量を用いた音声の構造的表象 pp.491-492 (2009). による音声認識," 日本音響学会秋季講演論文集, [77] 細田聖人, 広瀬啓吉, 峯松信明: "境界情報を用い 1-R-26, pp.473-476 (2008). た言語モデルの高精度化に関する検討," 日本音響 [65] 國越晶, 喬宇, 峯松信明, 広瀬啓吉: "空間写像に 学会春季講演論文集, 3-Q-16, pp.239-242 (2009). 基づく手の動きを入力とした音声生成系," 日本音 [78] 羅徳安, 峯松信明, 山内豊, 牧野武彦, 広瀬啓吉: " 響学会秋季講演論文集, 1-Q-23, pp.375-376 (2008). 話者適応処理が発音評定精度に及ぼす影響に関す [66] 齋藤大輔, 峯松信明, 広瀬啓吉: "ケプストラムの る定量的分析," 日本音響学会春季講演論文集, 幾何学的特性に着眼した声質変換に関する実験的 1-P-22, pp.173-176 (2009). 検討," 日本音響学会秋季講演論文集, 1-Q-27, [79] 平野宏子, 広瀬啓吉, 河合剛, 峯松信明: "中国語 pp.385-388 (2008). 話者と母語話者の日本語朗読音声の韻律 ～F0 モ [67] X. Ma, M. Takazawa, N. Minematsu, and K. Hirose: デル指令に着目した解析～," 日本音響学会春季講 "Chinese dialect classification using acoustic universal 演論文集, 1-R-14, pp.415-416 (2009).

47 [80] X. Ma, A. Nemoto, N. Minematsu, F. Shi: "Development of a Chinese speech corpus covering inter-dialect phonological differences," Proc. Spring Meeting of Acoust. Soc. Japan, 1-R-15, pp.417-418 (2009). [81] M. Ma, K. Hirose, and N. Minematsu: "A learner adaptive Chinese pronunciation education system for Japanese," Proc. Spring Meeting of Acoust. Soc. Japan, 1-R-16, pp.419-420 (2009). [82] 齋藤大輔, 喬宇, 峯松信明, 広瀬啓吉: "反復解法 に基づく構造的表象からの音声合成の高精度化に 関する検討," 日本音響学会春季講演論文集, 1-R-17, pp.421-424 (2009). [83] 國越晶, 喬宇, 鈴木雅之, 峯松信明, 広瀬啓吉, 坂 野秀樹: "ジェスチャー空間と音響空間の写像に基 づくリアルタイム音声生成系," 日本音響学会春季 講演論文集, 2-P-2, pp.445-448 (2009). [84] 印南圭祐, 渡辺美知子, 峯松信明, 広瀬啓吉: "規 則処理を参考にした CRF によるアクセント結合モ デル," 日本音響学会春季講演論文集, 2-P-13, pp.473-476 (2009). [85] 鈴木雅之, 喬宇, 峯松信明, 広瀬啓吉: "アフィン 変換不変性を有する局所特徴量を用いた音声認 識," 日本音響学会春季講演論文集, 1-5-4, pp.11-14 (2009). [86] 藤崎博也, 広瀬啓吉, ダスマンダル シャマル: "ベ ンガル語音声の基本周波数パターンの分析," 日本 音響学会春季講演論文集, 2-6-1, pp.237-238 (2009). [87] M. A. M. Shaikh, K. Hirose: "Human activity detection from sound cues and commonsense knowledge," Proc. Spring Meeting of Acoust. Soc. Jpn., pp.1359-1360 (2009). [88] A. Leemann, K. Hirose: "Command-response modeling of spontaneous Swiss German dialectal speech," Proc. Spring Meeting of Acoust. Soc. Jpn., 2-6-2, pp.329-330 (2009). [89] ヤーッコラ伊勢井敏子, 広瀬啓吉, 森島繁生: "英 語情動文“I love you”の中国語話者による認知と音 響特性相関 (2)," 日本音響学会春季講演論文集, 2-P-16, pp.483-484 (2009). [90] ヤーッコラ伊勢井敏子, 鈴木茂樹, 広瀬啓吉, 森島 繁生: "音と同期した 3DCG を用いた日本人英語学 習者に苦手な構音運動のためのトレーニングシス テム―唇の突き出し," 日本音響学会春季講演論文 集, 3-6-13, pp.483-484 (2009).

48 杉本研究室 考慮した新しい手法の研究を進めている。提案手法では、 Sugimoto Laboratory TOA(Time of Arrival)方式でもっとも精度が高い手法と (http://www.itl.u-tokyo.ac.jp/) 同等以上の精度を示した。 In order to realize an ubiquitous computing society which 研究現況 servers us contextualized services anytime and anywhere, we Current Research Projects have to investigate localization technologies to identify users’ position in the real world. So far we have been developing an 1. ヒューマンロボットインタラクションと応用 innovative technology for detecting relative positions and 杉本 雅則，ダオ ヴィン ニン, orientations among multiple devices by using ultrasonic Siriborvornratanakul Thitirat・伊藤 俊廷, communication. The experiment proved that the proposed 森 晶洋・グェン ゴク トゥン technique called "phase accordance method" could show Human Robot Interaction remarkable performance: less than 0.3 mm errors in three M. SUGIMOTO, V.N.DAO, meter distance measurements and less than 0.5 degree errors T.SIRIBORVORNRATANAKUL, T.ITO, in the zero, ten, twenty, and thirty degree measurements. The A.MORI, G.T.NGUYEN remarkable feature of this technology is that a 3D position of ユーザとロボットが同一空間上にいる環境で、ユーザ a node is identified only one pair of a transmitter and a が自己の視点に基づいて、直感的にロボットに操作・指 receiver, Therefore, it is cost effective and scalable, which 示を行えるユーザインタフェイスを開発している。ハン means easy deployment for implementation. We have also 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 applied this technology to a robot tracking system and ションとして”Manipulation by Projection”という新 extended it for precise velocity detection. The experiment しい概念を提唱し、その概念に基づく GENTORO と呼ばれ proved that we can estimate the velocity of a moving node るストーリーテリング支援システムを構築した。さらに within the error of 0.2 mm/s. 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 Another study related to positioning techniques is a WiFi 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 based positioning system. Our proposed system uses a TOA った。 (Time of Arrival) method and shows the same or better We have been developing a remote control technique for accuracy level than existing systems. multi-robots that allows a user to control them from his viewpoint. We have also developed a system called 3. 物理インタフェイスと学習支援システム GENTORO that allows users to interact with a robot using a 杉本 雅則・三浦 宗介・米 海鵬 handheld projector. The idea of GENTORO is coming from a Physical Interface and Learning Support Systems novel concept called “Manipulation by Projection”. We have M. SUGIMOTO, S.MIURA, H.MI evaluated the concept and the system by using it for 本研究では、グループでの協調的問題解決を支援する supporting children’s storytelling. In order to make any ためのシステムを構築する。グループ作業において、他 surface projectable through a handheld projector, a novel 者との作業プロセスを共有すると同時に、各個人の思考 technique for adaptive projection in cluttered environments. を妨げることなく作業を進める必要がある。そこで本研 究では、PDA(Personal Digital Assistant)上で提供され 2. モバイル・ユビキタスコンピューティング る個人空間と、センシングボード上で実現される共有空 杉本 雅則・ Tulathimutte Kan・ 間とをシームレスに統合する作業環境を構築する。本シ 佐藤 哲也・伊藤 俊夫・寺田 篤司・橋爪 宏達 ステムでは、拡張現実感技術を活用することで、物理世 Mobile and Ubiquitous Computing 界と仮想世界が融合された共有空間上で他者との共有作 M. SUGIMOTO, K.TULATHIMUTTE, T.SATO, 業を行う。一方、PDA からの共有空間への入出力により、 T.ITO, A.TERADA, H.HASHIZUME グループでの作業結果を活用したり、個人作業の結果を いつでもどこでも適切なサービスを受けるために、ユ 反映させたりすることができる。それによって、ユーザ ビキタスコンピューティングの研究において、ユーザの は、共有空間と個人空間を行き来しつつ、協調作業を行 位置情報を正確に知るための技術が重要になっている。 うことが可能になる。 我々はこれまでの研究で、安価な超音波センサのみを用 また、振動モータを用い、強さ、周波数を文脈に応じ いることで、端末間の相対位置、方向認識を行うための て制御することで、人間に情報伝達を行うための技術を 技術の構築してきている。この手法を発展させ、1 対の 構築する。T-RHYTYM と呼ばれるシステムでは、上記の技 送信機、受信機のみで、ユーザの 3 次元位置を知ること 術を応用し、音楽学習におけるリズム提示、さらには合 ができようにした。さらに、移動するユーザの速度を 奏、合唱を支援することができる。上記以外に、屋外学 0.1mm/s の精度で測定できる技術を確認した。WLAN 技術 習支援を支援する SketchMap システムの開発と評価も行 を用いた位置認識技術においても、マルチパスの影響を っている。

49 In this study, a system for supporting cooperative problem 論文・著書一覧（2008 年度） solving has been developed. In order to support cooperative Publications List problem solving, it is important not only to allow a group of users to share work processes among them, but also assist 研究論文 individual users to enhance their own thinking. The proposed [1] 伊藤 俊夫, 杉本 雅則, 橋爪 宏達: 超音波イメー system in this study seamlessly integrates a personal space on ジングシステムの直感的な設計評価を可能にする PDAs (Personal Digital Assistants) and a shared space on a 線形モデル, 電子情報通信学会論文誌 J92-D, No.8, sensing board. We use augmented reality technology and (2009). create the immersive shared space by overlaying a virtual [2] Ito, T., Sato, T., Tulathimutte, K., Sugimoto, M., world on a real world. PDAs are used for sharing personal Hashizume, H.: A Scalable Tracking System Using activities on a personal space among other users, and utilizing Ultrasonic Communication, IEICE Transactions on results of group activities on the shared space. Fundamentals of Electronics, Communications and We have also been developing a tactile interface technology Computer Sciences, E92-A, No.6 (2009). by utilizing vibration motors whose strength and frequency of [3] Miura, S., Ravasio, P., Sugimoto, M.: Nurturing the vibration are controllable. The technology is used in a Learners' Communities by Creating and Sharing Maps, music class in an elementary school, in order to support PsychNology Journal, Vol.6, No.3, pp. 269-289 (2008). children in performing musical instruments in an ensemble [4] Miura, S., Ravasio, P., Sugimoto, M.: Situated Learning setting. We have also developed and evaluated a system with SketchMap, In Handbook of Innovative Mobile called SketchMap that integrates outdoor and classroom Learning, pp.216-231 (2008). learning. [5] 橋爪 宏達，金子 歩，杉本 雅則: 位相一致法による 4. ３Ｄイメージング 正確な超音波位置認識手法とその特性, 電子情報通 杉本 雅則・ダオ ヴィン ニン・ 信学会論文誌, Vol.J91-A, No.4, pp.435-447 (2008). 伊藤 俊夫・橋爪 宏達 [6] Sugimoto, M.: Design of Systems for Supporting 3D Imaging Collaborative Learning Augmented with Physical M. SUGIMOTO, V.N.DAO, T.ITO, H.HASHIZUME Artifacts, In Interactive Artifacts and Furniture 実世界の物体形状を認識し 3 次元モデルを容易に構築 Supporting Collaborative Work and Learning, Springer, する技術を、以下の 2 つの手法を用いて進めている。1 pp.15-34 (2008). つ目は光学的な手法である。モバイルプロジェクタとカ [7] Takeuchi, Y., Sugimoto, M.: A User-Adaptive City メラを用い、物体に structured lightを投影することで、 Guide System with an Unobtrusive Navigation Interface, 実時間 3D スキャンを実現する技術の構築を目指す。2つ Journal of Personal and Ubiquitous Computing, Vol.13, 目は超音波を用いる手法である。マルチキャリアの超音 No. 2, pp. 119-132 (2008). 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 国際会議論文 号のパラメータを最適化することで、取得される画質の [8] Ito, T., Sugimoto, M., Hashizume, H.: A Simple Linear 改善を目指す。 Model for Acoustic Imaging in Temporal and In order to identify 3D shapes of objects in the real world, Directional Frequency Space, Proceedings of the following two techniques are investigated. The first one is Acoustical Imaging 30, Monterey, CA (2009). based on an optical technique using a handheld projector augmented with a camera. By projecting structured lights onto [9] Hosoi, K., Dao, V.N., Mori, A., Sugimoto, M: Mobile objects, its 3D shape is captured. Realtime 3D scan becomes Display-based Manipulation: An Intuitive and possible by moving the projector around the object, Interactive Technique for Manipulating Simple Robots, In the second approach, the synthetic transmit aperture In Proceedings, of ACM ACE 2008, Yokohama, Japan , technique is used for multi- carrier ultrasonic signals. In order pp.271-274 (2008). to reduce the noises and improve the quality of captured [10] Ito, T., Sato, T., Tulathimutte, K., Sugimoto, M., images, the optimization of multi-carrier signal parameters is Hashizume, H.: A Scalable Tracking System Using conducted. Ultrasonic Communication, In Proceedings of the 3rd International Conference on Sensing Technology (ICST) 2008, Tainan, Taiwan, pp.31-36 (2008). [11] Siriborvornratanakul, T., Sugimoto, M.: Clutter-aware Dynamic Projection System using a Handheld Projector, In Proceedings of the 10th IEEE International

50 Conference on Control Automation Robotics and Vision (ICARCV) 2008, Hanoi, Vietnam, pp.1271-1276 (2008). [12] Siriborvornratanakul, T., Sugimoto, M.: Clutter-aware Adaptive Projection inside a Dynamic Environment, In Proceedings of the 15th ACM Symposium on Virtual Reality Software and Technology (VRST) 2008, Bordeaux, France pp.241-242 (2008). [13] Ito, T., Nguyen, G.T., Sugimoto, M: A Storytelling Support System Using Robots and Handheld Projectors, In Proceedings of IDC 2008, Evanston, IL (2008).

シンポジウム・研究会・大会等発表 [14] Sugimoto, M.: Collaborative Storytelling using Mobile Robots, In Proceedings of ICCE 2008, Taipei, Taiwan, 2008 (invited talk). [15] Tulathimutte, K., Sugimoto, M., Hashizume, H.: Ultrasonic-based 3D Tracking System using a Single Beacon, 電子情報通信学会 ユビキタス・センサネッ トワーク研究会， pp.117-122，(2008 年 7 月) [16] 佐藤 哲也，大泉 拓，杉本 雅則，橋爪 宏達: 超音 波測位システムにおける移動ノードの位置および 速度の実時間同時測定， 情報処理学会，第 18 回ユ ビキタスコンピューティングシステム研究会， pp.83-90，(2008 年 5 月) [17] 伊藤 俊夫，杉本 雅則，橋爪 宏達: 超音波通信を 用いたロボットトラッキングシステム， 情報処理 学会，第 18 回ユビキタスコンピューティングシス テム研究会， pp.91-98，(2008年5月) [18] 伊藤 俊廷, グェン ゴク トゥン, 杉本 雅則, 稲垣 成哲：ロボットとハンドヘルドプロジェクタを用い たストーリーテリングシステムとその評価,HAI シ ンポジウム 2008, 横浜 (2008). [19] 伊藤 俊廷, グェン ゴク トゥン, 杉本 雅則, 稲垣 成哲. GENTORO: ハンドヘルドプロジェクタとロボ ットを用いたストーリーテリング支援システム, エ ンタテインメントコンピューティング 2008, 金沢 (2008). [20] 出口 明子，楠 房子，稲垣 成哲，北野 達也，杉本 雅則，山口 悦司，武田 義明: 野外体験の効果を増 幅させる植生遷移ゲームの開発, 情報処理学会第 11 回エンタテインメントコンピューティング研究会, 東京 (2008). [21] 三浦 宗介, 杉本 雅則: 物理世界とのインタラクシ ョンを通した音楽鑑賞能力支援システムの提案, 情 報処理学会音楽情報科学第 75 回研究会, 神戸, pp101-104 (2008 年 6 月).

51 浅見研究室 on user activity recognition technologies based on sensing Asami Laboratory technologies, and a rendezvous-based service composition (http://www.akg.t.u-tokyo.ac.jp/) mechanism which allows users to create a mash-up services with distributed resources. To survey the requirements as well 研究現況 as feasibilities of context-aware technologies, we also develop

Current Research Projects practical applications such as an estimating method of all-day energy expenditure by a cell-phone. 1. ユビキタスネットワークとアーキテクチャ

浅見 徹・川原 圭博 3. 新世代広域ネットワーク管理アーキテクチャ Architectural Framework of Ubiquitous Networks 浅見 徹・川原 圭博 Tohru Asami, Yoshihiro Kawahara New Generation Wide Area Network Management ユビキタスネットワークとアーキテクチャの研究では， Architecture 新たに出現したサービス形態である，大量かつ多種多様 Tohru Asami, Yoshihiro Kawahara な端末が接続されたユビキタスネットワーク/コンピュ インターネット上のアプリケーションに参加している ーティングを実現するため，新しい通信システムアーキ ノードはいくつかのネットワークをリレーして相互接続 テクチャを制御・運用面から検討している． 具体的には， しているため，通信リソースの最適な制御が難しい．こ 携帯電話のデータ保護を目指したユーザ・ベースの分散 のため，インターネット規模でネットワーク制御する要 ストレージ管理，超高速鉄道での 3G 移動体通信におけ 求がアプリケーション側から高まっている．本研究では， るパケット通信品質の解析，広域イーサネットを対象に インターネットスケールでエンド・ツー・エンドのネッ したプライベート網の自動オーバーレイ技術といった観 トワーク制御を目指して新世代ネットワーク制御管理ア 点から研究開発を進めている． ーキテクチャの検討を進めている．具体的には，プロト We are investigating new communication system コル変換，管理情報の加工，双方向データキャッシュ， architectures from the points of controllability and operations アクセス制御，負荷分散機能を持つ Active Proxy と REST to realize new communication services or ubiquitous をベースとしたアーキテクチャの研究開発を進めている． networking / computing environments. Our recent activities All the nodes joining an application on the Internet are include user-based distributed private storage for mobile connected relaying through several network management terminals, communication quality analysis of 3G mobile for domains, which makes it difficult to manage/control the high speed trains, private IP overlay networking technologies overall network resources optimally. To cope with the for wide area Ethernet. demands for internet-scale network management/control from these applications, we are investigating new generation wide 2. コンテキストアウェアネットワーキングの研究 area network management architecture to enable end-to-end 川原 圭博・浅見 徹 network management and control in the Internet. Our Context-aware Networking REST-based architecture is based on nodes, called Active Yoshihiro Kawahara, Tohru Asami Proxies, which provides protocol conversions for existing 情報通信技術が成熟するにつれ，行動目的，趣味・嗜 network management protocols, conversions/modifications of 好，場所，周辺機器の利用条件等，通信サービス利用者 managed information, bi-directional data caching, accress の置かれた状況 コンテキスト を考慮して利用者中心の ( ) controls and load balancing. 柔軟なサービスを提供するコンテキストアウェアサービ スを構成するための基盤技術に関する重要性が高まりつ 4. 再生エネルギー利用型センサネットワークの研究 つある．本研究では，センサ技術を活用しコンピュータ 川原 圭博・浅見 徹 によりユーザの活動を解析する技術，分散するリソース Energy Harvesting for Sensor Networks をユーザの手により即興的に組み合わせるためのランデ Yoshihiro Kawahara, Tohru Asami ブーベースサービス構成機構を研究対象に選んでいる． センサの用いたアプリケーションのボトルネックは， また，研究ニーズをくみ上げるため，実用的なアプリケ 大量に配布されたセンサの電源管理にある．運用コスト ーションについても種々検討しており，携帯電話で日常 削減の面から電池を使うことはできない．本研究では， 生活の消費カロリーを推定するアプリケーションの開発 センサへの電力供給に関して電池以外の手段を検討して 等を行っている． いる．特に，太陽電池，環境電磁界，振動等種々の再生 Importance of the fundamental technologies about 源があるが，環境電磁界をターゲットに選び電力再生と context-awareness increases, as ICT technologies mature. 電力制御に関する研究を行っている．このため，環境電 Context-awareness is the idea to provide user-centric and 磁界の分布の測定と，測定データの地図へのマッシュア flexible network services based on user’s objective, ップ方法についても研究開発している． preference, place, and status of peripheral devices. We work Using a battery is a bottleneck to put sensors into practical

52 use from the operational point of view. We are investigating 論文・著書一覧（2008 年度） alternative power supplies for sensors other than batteries. Publications List Among these power sources such as solar energy, vibrations, etc., we are focusing on energy harvesting techniques from 研究論文 environmental microwaves and its effective use. As the [1] Y. Kawahara, N. Ryu, T. Asami: Monitoring Daily related research, we are constructing a spectrum map of Energy Expenditure using a 3-Axis Accelerometer with environmental microwaves mashupped onto 3D map. a Low-Power Microprocessor, International Journal on Human Computer Interaction, Vol. 1, No. 5, ISSN: 1697-9613, pp. 145-154(2009).

国際会議論文 [2] K. Wada, Y. Kawahara, and T. Asami: Coordinating Context-aware Service Resources Using Internet Indirection Infrastructure, In Adjunct Proceedings of 7th Asia-Pacific Symposium on Information and Telecommunication Technologies (APSITT 2008), Bandos Island(2008). [3] L. N. Bui, M. Tatipamula, Y. Kawahara, and T. Asami: Overlay Private IP Address Networks over Wide Area Ethernet,ITU-T Kaleidoscope - Innovations in NGN, Geneva(2008). [4] H. Endo, Y. Kawahara, and T. Asami: A Self-encryption Based Private Storage System over P2P Distributed File Sharing Infrastructure, ITU-T Kaleidoscope - Innovations in NGN, Geneva(2008). [5] G. Qin, Y. Kawahara, and T. Asami: Two Buffer Model-based QoS Estimation Method for 3G wireless IP networks in Bullet Trains, ITU-T Kaleidoscope - Innovations in NGN, Geneva(2008). [6] M. M. Tentzeris and Y. Kawahara: Novel Energy Harvesting Technologies for ICT Applications, Internationl Symposium on Applications and the Internet (SAINT 2008), pp. 373-376, Turku, Finland (2008). [7] S. Namiki, H. Onaka, T. Ikeuchi, K. Oyamada, K. Morito, A. Sugitatsu, H. Ishikawa, T. Asami: Optical LAN technologies for the ultra-high definition video era, Optical Metro Networks and Short-Haul Systems , Photonics West 2009, Vol. 7235 (2009). [8] Tohru Asami, Shu Namiki: Energy reduction: Photonic Technology found its new frontiers, Symposium on Network Solutions to Reduce the Energy Footprint of ICT, ECOC 2008, Brussels, Belgium (2008). [9] K. Rikitake, Y. Araki, Y. Kawahara, M. Minami and H. Morikawa Design of a NGN/IMS-based Ubiquitous Health Monitoring System, Asian Workshop on Ubiquitous and Embedded Computing (AWUEC08), Kaohsiung, Taiwan, Aug. 2008.

国際会議デモ＆ポスター [10] T. Y. Song, Y. Kawahara, and T. Asami: Using SNS as

53 Access Control Mechanism for DLNA Content Sharing [21] 遠藤大礎，川原圭博，浅見 徹: モバイル端末向け System, 6th Annual IEEE Consumer Communications & ファイルシステムのセキュリティと可用性向上手 Networking Conference (CCNC 2009), Las Vegas, 法に関する一検討, 信学技報, vol. 108, no. 458, Nevada, USA, (2009). IN2008-148, pp. 97-102(2009). [11] N. Ryu, Y. Kawahara, and T. Asami: A Calorie Count [22] 王亮，川原圭博，浅見徹: P2P 動画共有システムに Application for a Mobile Phone Based on METS Value, おけるコンテンツ不正利用の低減手法とその評価, Fifth Annual IEEE Communications Society Conference 信学技報, vol. 108, no. 458, IN2008-149, pp. on Sensor, Mesh and Ad Hoc Communications and 103-108( 2009). Networks (SECON 2008), (2008). [23] 力武紘一郎，荒木靖宏，川原圭博，南 正輝，森川 [12] K. Rikitake, Y. Araki, Y. Kawahara, M. Minami, and H. 博之: NGN/IMS を用いたユビキタスヘルスモニタ Morikawa, NGN/IMS-based Ubiquitous Health リングシステムの設計と実装, 信学技報, vol. 108, Monitoring System, 6th Annual IEEE Consumer no. 458, IN2008-195, pp. 375-380, (2009). Communications & Networking Conference (CCNC [24] 浅見徹, 並木周, 尾中寛, 池内公, 森戸健, 杉立厚志, 2009), Las Vegas, Nevada, USA, (2009). 小山田公之, 石川浩: 超高速光 LAN-SAN システム [13] K. Wada, Y. Kawahara, and T. Asami: An Entity 化技術の目標と現状, 信学技報, vol. ??, no. ??, Information Registry For Rendezvous-based Resourse IA2008-50, pp.17-22, (2009). Coordination System, Fifth International Conference on [25] 中戸川剛, 中村円香, 小山田公之, 尾中寛, 並木周, Networked Sensing Systems (INSS08), (2008). 浅見徹: SHV 配信 LAN-SAN システム収容技術の開 発, 信学技報, IA2008-51, pp.23-28, (2009). 国際会議パネルセッション [26] 池田尚哉, 渡辺義則, 正村雄介, 浅見徹: 大規模エ [14] Tohru Asami,: Power Consumptions in Future Network ッジルータシステムにおける高速トラヒックモニ Systems, Going Green- Feel Good or Good Business, タリング技術の検討, 信学技報, IA2008-52, pp.29-34, Telecom Asia 2008, Bangkok, Thailand, 2008. (2009). [15] Tohru Asami: P2P Network Experiment Council, Panel [27] 宮坂拓也,川原圭博,浅見 徹: 3G 携帯電話網におけ Session #1: How P2P technology drives e-Society, 8th る UDP 転送エージェントを用いたデータ転送効率 IFIP Conference on e-Business, e-Services, and 向上手法の考察, 電子情報通信学会 ソサイエティ e-Society, I3E 2008, Tokyo, Japan, September 2008. 大会,B-6-41(2008). [28] 宋 泰永,川原圭博,浅見 徹: SNS のアクセス制御機 総説・解説論文 能を活用した DLNA コンテンツ共有システム, 電 [16] 浅見徹:ユビキタスネットワークのアーキテクチャ, 子情報通信学会 ソサイエティ大会,B-6-53(2008). 松下テクニカルジャーナル , Vol. 54, No.1, pp.36-39 [29] 力武紘一郎,荒木靖宏,川原圭博,南 正輝,森川博 (2008). 之:NGN/IMS を用いたユビキタスヘルスモニタリン グシステム, 電子情報通信学会 ソサイエティ大 シンポジウム・研究会・大会等発表 会,B-7-1(2008). 笠七菜実 川原圭博 小林亜令 浅見 徹 非運動性活 [17] , , , : [30] 川原圭博,瀬崎 薫,浅見 徹: Web サービス連携技術 動を考慮した加速度センサによる消費エネルギー推定 を用いたリソース指向ネットワーク制御管理手法, 手法 情報処理学会 研究報告 ユビキタスコンピュー , 電子情報通信学会 ソサイエティ大会,B-7-6 (2008). ティングシステム（UBI）, UBI-18-11,(2008). [31] 王 亮,川原圭博,浅見 徹: ユーザのキャッシュ情報 [18] 川原圭博,瀬崎薫,浅見 徹:リソース指向型異種ネッ を活用した分散型ウェブアーカイブシステムの構 トワーク協調管理機構の設計 情報処理学会 研 , DPS 成, 電子情報通信学会 ソサイエティ大会,B-7-16 究会 研究報告 (IPSJ SIG-DPS) , DPS136 GN69 (2008). EIP41-8,(2008). [32] 秦 剛,川原圭博,浅見 徹: 3G 携帯電話網の超高速 [19] 秦剛，川原圭博，浅見徹: 高速鉄道での 3G 移動体 移動環境でのボトルネックリンクに関する帯域推 通信におけるパケット通信エミュレータの設計と 定 , 電子情報通信学会 ソサイエティ大 その評価 信学技報 , , vol. 108, no. 458, IN2008-145, pp. 会,B-7-35(2008). 79-84 ( 2009). [33] 江口洋平,川原圭博,浅見 徹,瀬崎 薫: Web サービス [20] 宮坂拓也，川原圭博，浅見徹: 高速鉄道環境のため 連携技術を用いたセンサネットワーク管理システ の転送エージェントによるデータ転送効率向上手 ムの設計, 電子情報通信学会 ソサイエティ大 法 信学技報 , , vol. 108, no. 458, IN2008-146, pp. 会,B-7-58(2008). 85-90(2009). [34] Le Na Bui,川原圭博,浅見 徹: Automatic Dynamic

54 VLAN Management for Corporate Networks in Wide [49] 王亮,川原圭博,浅見徹: P2P 動画共有システムにおけ Area Ethernet Services, 電子情報通信学会 ソサイエ るコンテンツ不正利用の低減手法, 電子情報通信学 ティ大会,B-7-68,(2008). 会 総合大会, B-7-118, (2009). [35] 遠藤大礎,川原圭博,浅見 徹: モバイル端末向け自己 暗号化法による暗号化ファイルシステムの設計, 電 その他 子情報通信学会 ソサイエティ大会,B-15-3, (2008). [50] 浅見徹， 新世代ネットワークに求められる技術－ [36] 並木 周,尾中 寛,池内 公,森戸 健,杉立厚志,小山田 新しい競争原理の登場と次世代ネットワーク技術 公之,石川 浩,浅見 徹: 超高精細映像時代に向けた －, 2008 年材料・デバイスサマーミーティング,電子 光 LAN 要素技術開発, 電子情報通信学会 ソサイエ 情報通信学会，(2008). ティ大会,BS-10-5 (2008). [37] 浅見 徹,池田尚哉,西村信治,並木 周,尾中 寛: 省エ ネルギーと次世代高効率ネットワークデバイスプ ロジェクト, 電子情報通信学会 ソサイエティ大 会,BS-13-1 (2008). [38] 浅見 徹: Missing links among technology, service and standardization in the communication industry, 電子情 報通信学会 ソサイエティ大会,BT-3-1, (2008). [39] 川原圭博: 加速度センサを用いた移動状態推定と運 動強度の推定, 情報処理学会全国大会,特別セッシ ョン(2009). [40] 塚田恵佑,川原圭博,浅見徹: 環境電磁界からの電力 再生を目指した東京都内電波分布調査, 電子情報通 信学会 総合大会, B-20-3 (2009). [41] 江口洋平,川原圭博,瀬崎薫,浅見 徹: リソース指向 WSN 管理システムの実装, 電子情報通信学会 総合 大会, B-20-16 (2009). [42] 秦剛,川原圭博,浅見徹: 3G 移動体通信向け超高速鉄 道環境パケット通信エミュレータの設計, 電子情報 通信学会 総合大会, B-7-21,(2009). [43] 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実装, 電子 情報通信学会 総合大会, B-7-25, (2009). [44] Ahmad Kamil Abdul Hamid,Yoshihiro Kawahara,Tohru Asami: i.see.Workflow: The Framework for Integrated and Comprehensive Workflow for Future Network Management, 電子情報通信学会 総合大会, BS-4-9, ( 2009). [45] 遠藤大礎,川原圭博,浅見徹: モバイル端末向けセキ ュアファイルシステムにおけるキャッシュ機能の 検討, 電子情報通信学会 総合大会, B-15-6, (2009). [46] Yun Li,Yoshihiro Kawahara,Tohru Asami: Issues for a Cooperative Cognitive Radio Network Construction, 電 子情報通信学会 総合大会, BS-4-11, (2009). [47] 宮坂拓也,川原圭博,浅見徹: 高速鉄道上の 3G 移動体 通信におけるスループット改善手法の評価, 電子情 報通信学会 総合大会, B-7-77, (2009). [48] 和田佳,川原圭博,瀬崎薫,浅見徹: 新世代ネットワー ク管理のための AR 技術を用いた情報提示システム の設計, 電子情報通信学会 総合大会, B-7-96, ( 2009).

55 相田研究室 そこで、メタデータと呼ばれるデータの意味に注目し、 Aida Laboratory データの持つメタデータを理解し人が利用し易いようデ (http://www.aida.t.u-tokyo.ac.jp) ータの整理をするシステムを構築している。 Recently, people are being given stages such as Web where 研究現況 they can get various data. Consequently, a new technology Current Research Projects for supporting discovering and utilization of data they want. In our study for the realization, we take particular note of the 1. 電子メールシステムにおけるメタ情報を活用 information of data called metadata and build a new system した情報整理 organizing all data by understanding metadata on them. 相田 仁、神堀 真也 Meta-Information-based Information Organizing on 3. グリッドサービス構成のためのオーケストレ E-mail System ーションメカニズム H. Aida and S. Kambori 相田 仁、アウレリオ アキラ メーロ マツイ 近年、我々は様々なコミュニケーションツールを通じ An Orchestration Mechanism for Grid Services て膨大な量の情報を受信しており、その中から真に必要 Composition な情報を探し出すことが困難になってきている。そこで H. Aida and A.A.M. Matsui 本研究では、電子メールシステムに焦点を当て、電子メ グリッドサービスが提供される環境はいくつもの管理 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 ドメインにまたがっており、グリッドサービスを構成す ことを支援するシステムを提案する。 る際には、それらが常に利用可能であるとは限らないこ 提案するシステムはメールクライアントとして機能し、 と、非同期な通信が必要とされることなどから、高度な 受信したメールに含まれる情報の分類や情報どうしの関 調整メカニズムが必要となる。本研究では Aspect 連を評価する。既存の電子メールにはこのような評価に Oriented Programming と呼ばれる手法を用いて、グリッド 必要な情報が十分には含まれていないため、本システム サービスを容易に構成する手法を検討している。 では送信者側において で記述されたメタ情報を添 XML Creating Grid services need sophisticated orchestration 付ファイルの形で電子メールに付加し、受信者側ではそ mechanism because their environments are partitioned into のメタ情報を利用して処理を行う。また、パラグラフ単 disjoint administrative domains which are not always 位で情報を扱うことにより、従来のメッセージ単位での available and asynchronous communication among them are 処理よりも柔軟な情報整理を可能にする。 required. In this research, we are investigating a method to We receive a large amount of information from various compose Grid services using Aspect Oriented Programming. communication tools, which makes it difficult to find necessary items from such a lot of information. Our research 4. プレゼンスサービスに関する研究 focuses on e-mail systems and proposes a system to organize 相田 仁、金 ナレ information received via e-mail. Study on Presence Service This system working as an e-mail client, which categorizes H. Aida and N. Kim items of information and explore their relationships. It 近年、様々な通信機器の発展に伴い、いつでもどこで utilizes meta-information of a message, which is attached to もコミュニケーションを行うことができる環境になって the message in the form of an XML document. In addition, a きた。しかし、相手の状況(プレゼンス) により連絡が取 new message model, "paragraph-unit model", is applied to the れない場合がある。そのため、相手が現在コミュニケー system in order to organize information efficiently. This ションできる状態にいるか否かを知らせてくれるプレゼ new model enables organizing more flexibly than traditional ンスサービスが用いられている。 message-unit processing. 本研究では、プレゼンス情報の管理に注目し、ユーザ のプレゼンス情報をサーバ側で自動的にフィルタリング 2. Web 上でのメタデータを活用した情報発見と する方式について検討を行った。提案方式では、ユーザ その応用 のコミュニケーションツール使用履歴を分析してパーソ 相田 仁、佐伯 嘉康 ナルネットワークを構築し、それを基にプレゼンス情報 Discovery of information and its application をフィルタリングし提供することで、親しい知人にはよ utilizing Metadata on Web り詳しいプレゼンス情報を提供し、親しい人の間でのコ H. Aida and Y. Saeki ミュニケーションを活性化させる。また、プレゼンス情 現在、Web などの情報流通の場には様々な種類のデー 報のフィルリング部分の試作および評価実験を行い、構 タが多く存在している。しかし、その情報の量が多くな 築したパーソナルネットワークおよびそれを用いたプレ り過ぎた結果、人が望むデータを発見し、利用すること ゼンス情報フィルタリングの有効性を確認した。 を支援するための技術が求められるようになっている。 Currently, There are many ways of communication. We

56 can communicate whenever, wherever we want to by simply 論文・著書一覧（2008 年度） using tools such as a cellular phone, PDA, IM etc. However, Publications List there still remains a problem to tell a caller an appropriate time for the callee to start communication. As a service to 国際会議論文 cover this hole, presence service provides user status as [1] Emi Yamamoto, Hitoshi Aida and Makoto Yoshida: The presence information. Strategy of the OCW and its Current Progress at the In this research, we discuss reorganizing presence University of Tokyo, Proc. Open Education information by automatic filtering. Presence information is Conference 2008, Dalian, China, pp.29-36 (2008.4). filtered by personal network made from the frequency of the [2] Hitoshi Aida and Sinya Kambori: Effective Use of communication tools, so user's friends can get more detailed Heterogeneous Wireless Links in High Speed Railways presence information, and the communication between friends by Predictive Scheduling, Proc. Workshop on Next could be activated. We implemented the filter for presence Generation Service Platforms for Future Mobile Systems information, and validated personal network and filter for (NGSP-FMS), in Conjunction with The 2008 presence information. International Symposium on Applications and the Internet (SAINT2008), Turku, Finland, pp.459-462 5. 異種端末環境における P2P ビデオストリーミ (2008.7.31). ング配信 相田 仁、田中 貴章 シンポジウム・研究会・大会等発表 Peer-to-Peer Video Streaming in Heterogeneous [3] 神堀 真也, 相田 仁: 電子メールへのメタ情報付加 Terminal Environments とそれを利用した MUA による情報処理支援", マル H. Aida and T. Tanaka チメディア，分散，協調とモバイル(DICOMO2008) 近年、様々な端末で動画を視聴できる環境が整いつつ シンポジウム, 1B-2 (2008.7). あるが、視聴端末の多様化に伴い、ライブ配信のコンテ 金 ナレ 相田 仁 ユーザ同士のコミュニケーショ ンツを様々な端末で視聴するニーズが高まってきている。 [4] , : ンを考慮したプレゼンスサービスシステムの検討， しかし、現状ではそのような端末環境に応じて動画品質 マルチメディア，分散，協調とモバイル を変更できる仕組みは実現されておらず、またストリー シンポジウム， ミングの際の配信サーバにかかる負荷も問題となってい (DICOMO2008) 1B-4 (2008.7). る。 [5] 田中 貴章, 相田 仁: 異種端末環境に適応したオー そこで、これらの問題を解決し柔軟な配信を実現する バレイマルチキャストによるビデオストリーミン ためのアプローチとして、端末間でデータ交換を行う グ方式の検討，マルチメディア，分散，協調とモバ P2P オーバレイネットワークを構築し、その上でストリ イル(DICOMO2008)シンポジウム，3F-5 (2008.7). ーミングデータを端末に合わせて適切に変換（トランス [6] 田中 貴章, 相田 仁: トランスコードを伴った P2P コーディング）することでコンテンツが流通される仕組 ビデオストリーミングの検討, 電子情報通信学会 みを提案する。 情報ネットワーク研究会, IN2008-200, pp. 405-410 シミュレーションの結果、端末の構成比によらない柔 (2009.3.4). 軟な配信ネットワークの構築と、トランスコード遅延に [7] 金 ナレ, 神堀 真也, 相田 仁: 知人同士のインフォ よる影響をできるだけ抑えたストリーミングが可能であ ーマルコミュニケーションを支援するプレゼンス ることが示された。 サービスシステムの検討, 情報処理学会第 71 回グ Live video streaming service is becoming popular, but these ループウェアとネットワークサービス研究発表会, services are not suitable for mobile terminals because of 2009-GN-071, pp.1-6 (2009.3.18). limited communication bandwidth as well as small terminal [8] 森川 貴康, 相田 仁: 二次利用システム間の周波数 capability. 利用公平性を考慮したコグニティブ無線技術の提 In this research, we are studying the cooperative approach 案, 電子情報通信学会 2009 年総合大会, B-6-72 in which each terminal transforms the streaming data into a (2009.3.18). different video format or quality (transcoding), and exchanges them each other over peer-to-peer overlay networks. その他 Simulation results show that proposed method of [9] 金 ナレ, 相田 仁: ケータイ通信頻度からのパーソ constructing a clustered network with peers receiving the data ナルネットワーク構築法の検討, 電子情報通信学会 with same format and quality has effectiveness, and streaming 2009 年総合大会, 学生ポスターセッション continuity keeps high in each peers. (2009.3.17-19).

57 江崎 研究室 P2P 技術は、近年、インターネットにおける新しいアー Esaki Laboratory 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、 (http://www.hongo.wide.ad.jp) 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。 研究現況 P2P システムにおけるトラフィックエンジニアリングを Current Research Projects Inter-ISP で実現するための経路制御技術の提案と評価を 行った。 1. 次世代経路制御技術 Peer-to-Peer (P2P) technology and architecture is to 江崎 浩、吉田 薫 achieve distributed and effective contents delivery Next Generation Routing Architecture platform , that is sitting on the IP infrastructure, i.e., H.ESAKI, K.YOSHIDSA, Z.WANG overlay network on Internet. P2P architecture is 現在の経路制御アーキテクチャは、今後の高速広帯域 message oriented data delivery system, with the かつ高機能の次世代インターネット基盤を提供するため introduction of various component technologies, such には、さまざまな問題が顕在化しつつある。 現在のイン as network cache, network DMA and network virtual ターネット基盤への変更を加えずに、新しい機能の実現 memory. In this research activity, we have proposed and を行う経路制御アーキテクチャのフレームワークの提案 evaluated the inter-domain routing control for P2P と、それに基づいた実証システム例を実装評価した。 system. The existing routing architecture can not provide sufficient functionalities, that the next generation Internet is going to 4. アドホックネットワークアーキテクチャ require. The new architecture must have interoperability and 江崎浩, 藤田 祥, 賈洪光, 安本直史 migration capability for practical operation. We have Ad Hoc Network Architecture proposed new routing architecture paradigm and framework. H.ESAKI, S.FUJITA, H.JIA, Based on this proposed architecture, we have designed traffic Y. TANAKA, Y.SAKAMOTO management architecture for OSPF network and evaluate the ブロードバンドインターネット環境の整備と進展は、 proposed system architecture. 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 2. TAHI プロジェクト；IPv6 評価検証システム 失した環境では、ほとんどのアプリケーションが事実上 江崎 浩 動作しない。 本研究では、このような問題を実践的に、 TAHI Project ; IPv6 Test and Evaluation Suite 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 Hiroshi ESAKI 究開発を推進している。 対応機器の 機能の評価検証手法の確立と、そ IPv6 IPv6 The success of broadband Internet leads to the system れを実現するソフトウェアシステムの研究開発を行って assumption for the major applications, where the computer いる。 研究開発したシステムは、 のプラットフ FeeBSD has been always on the net. Therefore, without internet ォーム上で動作し、国際的に広く参照されかつ利用され connectivity, most of useful applications do not work. In this ている。 プログラムを発足 IPv6 Forum IPv6 Ready Logo research activity, the practical and fundamental system させ、委員会議長を務めている。 architecture to solve this issue. We have researched on the evaluation and validation methodology for IP version 6 node, and have implemented the 5. 仮想マシンを用いた広域分散基盤 referenced software for this purpose. We have implemented 江崎 浩, 杉田毅博, 橋本紘希, 川上雄也 on the FreeBSD platform, and it is widely referenced and used AAA Architecture for Large Scale Sensor Network by many organizations in the world. We have initiated the H.ESAKI, N.OKABE (global) IPv6 Ready Logo Program at the IPv6 Forum and we 仮想化技術は計算機システムの信頼性向上と省エネ・ serve as a chairperson of this particular committee. 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 3. Peer-to-Peer システムアーキテクチャ ワーキングシステム関する基盤研究を行っている。 江崎 浩, 杉山 哲弘, 浅井 大史 The facility networks, e.g., factory automation or building Peer-to-Peer System Architecture automation, tends to introduce the open networking H.ESAKI, S.SUGIYAMA, P.JIANG, H.ASAI technology based on TCP/IP. In this research, we try to インターネット通信の信頼性向上と負荷分散、さらに、 establish the scalable virtual machine platform, which enable より高度な通信サービスを提供するために必要となる eco-system, which achieves continuous innovations while システムアーキテクチャの研究開発を行っ Peer-to-Peer achieving the energy saving and environment protection. ている。ファイル共有を実現するために研究開発された

58 6. Live E! プロジェクト 論文・著書一覧（2008 年度） 江崎浩、落合秀也 Publications List Robust and Stable Global BGP System Operation H.ESAKI, S.ISHIDA, H.OCHIAI, Z.WANG 研究論文 インターネット上に展開する大量のセンサーノードや [1] 落合,松浦,砂原,中山,江崎,「広域センサネットワーク ホストが生成するデジタル情報が、自律的にかつ自由に の運用構造と多属性検索」,電子情報通信学会 論文 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 誌 B, Vol.J91-B, No.10. pp.1160-1170, October 2008. 究開発を実証実験を進めている。 [2] 吉田,藤井,菊池,永見,山本,中川,江崎, 「ユーザ視点に Deployment of sensor network generate huge amount of 基づいたブロードバンドインターネット環境セにお digital information ubiquitously, and we need a new internet ける遅延・パケットロスの傾向分析」, 電子情報通 architecture to handle these digital information, while 信学会 論文誌 B, Vol.J91-B, No.10. pp.1182-1192, preserving the original architecture of Internet. October 2008.

[3] 落合,江崎, 「高級言語によるネットワーク汎用 I/O 7. DTN アーキテクチャ 制御とプロトコル翻訳機」, 情報処理学会論文誌, 江崎 浩, 藤田 祥, 田中 陽介, Sergio Carrilho Vol.49 No.10, pp.3451-3461, October 2008. DTN(Delay Tolerant Network) Architecture H.ESAKI, S.FUJITA, Y.TANAKA, S.CARRIHO [4] H.Ochiai, H.Esaki, "Topology Change Tolerant Routing モバイルネット、アドホックネットにおいては、特に for Delay Tolerant Networks", (in Japanese), IPSJ 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 DICOMO2008, Sapporo (Japan), July 2008. となる。 これまでの UNIX システムにおけるデータ通 [5] S.Fujita, H.Esaki, "ATMOS: A middleware for 信モデルは、小さな遅延時間と常時接続を前提としてお Transparent MObile ad-hoc networking Systems", (in り、ほとんどのアプリケーションは、DTN 環境では良好 Japanese), IPSJ DICOMO2008, Sapporo (Japan), July に動作することが難しい。本研究では、DTN アーキテク 2008. チャの検討を行い、プロトタイプシステムの実装を行う。 [6] H.Ochiai, H.Esaki, "Accuracy-Based Cache Consistency In the mobile and ad hoc network environment, the Management for Numerical Object Replication", computer system must come up with large delay. In other IEEE/IPSJ SAINT2008, Turuk, Finnland, August 2008. words, the delay tolerant system architecture must be newly [7] 肥村, 福田, 長, 江崎, "スケッチおよびガンマ関数 introduced. The existing legacy UNIX system could not aooly モデルを用いたインターネットトラフィック異常検 to such a large delay communication and does need new 出アルゴリズムの性能評価と最適化", WIT 2008, 北 architecture framework. In this research, a new 海道, 2008 年 6 月 communication model must be proposed and be implemented. [8] 浅井大史, 江崎浩, "マルチドメイン P2P 型 CDN にお ける経路制御アーキテクチャの提案と評価", イン 8. インターネットトラフィックの計測と解析 ターネットコンファレンス 2008, pp.78-84, 沖縄, 江崎 浩, 吉田 薫, 肥村 洋輔 2008 年 10 月 Measurement and Analysis of Internet Traffic [9] 姜鵬、江崎浩, "A scheme for small Mesh-based live H.ESAKI, K.YOSHIDA, Y. HIMURA media streaming overlays with online duration インターネットのトラフィック特性は、急速に変化し awareness", 電子情報通信学会 2009 年総合大会、 ており、それに対応するトラフィック制御フレームワー B-16-1、松山市、2009 年 3 月 クが確立されなければならない。 本研究では、WIDE プ [10] 杉田毅博, 江崎浩,"起動時間短縮を目的とするアプ ロジェクトおよび商用 ISP のトラフィックの実データを リケーション配布機構の検討",信学会 2009 年総合 測定・解析し、その特性を把握し、セキュリティー対策 大会、B-16-2、松山市、2009 年 3 月 など資する制御手法への応用を展開する。 川上 江崎 仮想マシンの分岐複製を用いたプロセ The Internet traffic has been always changed and is not easy [11] , , " スの分散実行環境の構築に向けた一検討 信学会 to measure. In this research, we collaborate with WIDE ", 総合大会、 、 年 月 project and commercial ISPes to measure and analyze the real B-16-3 2009 3 Internet traffic. Based on the real Internet traffic, we have [12] 橋本紘希, 江崎浩, "遠隔拠点間ネットワークサービ proposed an effective traffic engineering method. Also, the スマイグレーション手法の一提案",信学会 2009 年 publish of these analyzed traffic data is useful and unique data 総合大会、B-16-4、2009 年 3 月 to research and business community. [13] 杉山哲弘, 落合秀也, 江崎浩, "CCDM:中央管理手法 によるセンサ・アクチュエータ機器管理アーキテク チャの提案", 電子情報通信学会 2009 年総合大会、 B-16-5、松山市、2009 年 3 月

59 [14] 平山陽彦, "非ネットワーク対応ディジタル家電のネ ットワーク制御手法の一考察", 信学会 2009 年総合 大会、B-16-6, 2009 年 3 月

国際会議論文 [15] Kenjiro Cho, Kensuke Fukuda, Hiroshi Esaki, Akira Kato, "Observing Slow Crustal Movement in Residential User Traffic", ACM SOGCOMM, CoNEXT (International Conference of emerging Networking EXeriments and Technologies), Madrid, Spain, December 2008. [16] S.Fujita, T.Yasumoto, H.Esaki, "On Seamless Connectivity over Multi-Radio and Multi-Channel Wireless Mesh Networks", ACM SOGCOMM, CoNEXT(International Conference of emerging Networking EXeriments and Technologies), Madrid, Spain, December 2008. [17] H.Ochiai, H.Esaki, "Mobility Entropy and Message Routing in Community-Structured Delay Tolerant Networks", ACM SIGCOMM, Asian Internet Engineering Conference (AINTEC) 2008, Bangkok, Thailand, November 2008.

60 森川研究室 用化に向けた要件として，消費電力の抜本的な削減，リ Morikawa Laboratory アルタイム処理による信頼性向上，キラーアプリケーシ (http://mlab.t.u-tokyo.ac.jp) ョンの創出の 3 つをあげ，ウェイクアップ型無線通信方 式，省資源ハードリアルタイムオペレーティングシステ 研究現況 ム，環境エネルギで駆動可能なセンサノード技術，セン Current Research Projects サネットワークに特化したマルチコア CPU といった基 盤技術から，デバイス連携技術，地震モニタリング，ス 1. 新世代ネットワークアーキテクチャ ペクトルセンシング技術，リアルタイムワイヤレス制御 森川 博之・南 正輝・ といったアプリケーションに至るまで包括的に研究を進 荒木 靖宏・諸橋 知雄 めている． グェン フィ レー・ Wireless sensor networks are essential for the coming フェルナンド パンジャイタン・ ubiquitous computing environment. Our laboratory is 高木 潤一郎・長縄 潤一・中嶋 毅彰 focusing on three requirements toward practical realization of New Generation Network Architecture wireless sensor networks, which requirements are drastic H. MORIKAWA, M. MINAMI, reduction of power consumption, improvement of Y. ARAKI, T. MOROHASHI, P. L. NGUYEN, dependability with real-time processing, and development of F. PANJAITAN, J. TAKAGI, J. NAGANAWA, killer applications. To fulfill these requirements, we are T. NAKAJIMA comprehensively tackling research challenges from 新世代ネットワークの実現に向けては，伝送技術の高 fundamental technology to applications. Specifically, we are 速化，ネットワークの高信頼化，セキュリティとモビリ researching ultra-low-power wake-up wireless communication ティサポートに加え，ネットワークの省電力化を図って system, resource-constrained hard real-time operating system, いかなければならない．本研究グループは，ネットワー sensor-nodes driven by environmental energy, multi-core CPU クの下位層から上位層にわたり包括的に新たなネットワ specialized for wireless sensor nodes, device ークアーキテクチャの検討を進めている．具体的には， discovery/coordination scheme, earthquake monitoring テストベッドの構築，センサネットワークと の IMS IMS system, spectrum sensing, and realtime wireless networked 融合，グリーンネットワークアーキテクチャ，無電源ウ control system. ェイクアップ技術，省電力なサービス発見デバイス及び プロトコルなどの検討を進めている． 3. コンテキストアウェアコンピューティング Toward realizing the new generation network, it is required 森川 博之・南 正輝・川西 直・ to address emerging requirements of low power consumption, 司 化・上條 浩一・山本 享弘・ high speed traffic provisioning, high reliability, security, and シトルス ティモティ ラウレンス・ mobility support. In this research group, we develop 林 敏樹・角田 仁 comprehensive solutions at every layer of the network Context-aware Computing architecture from physical layer to application layer. H. MORIKAWA, M. MINAMI, N. KAWANISHI, Specifically, we are currently researching topics such as H. SI, K. KAMIJOH, T. YAMAMOTO, building IMS testbed, integration of sensor networks and IMS, S. T. LAWRENCE, T. HAYASHI, H. KAKUTA green network architecture, wake-up based communication 誰もがいつでも，どこでも，あらゆる情報に簡単にア module, and energy-efficient nearby service discovery. クセス可能な環境が現実のものとなりつつある今，押し 寄せる膨大な情報の中から，利用者のコンテキストに応 2. センサネットワーク じてあなただけ，いまだけ，ここだけの情報を提供する 森川 博之・南 正輝・猿渡 俊介・ ことの重要性が高まりつつある．また，コンテキストを 鈴木 誠・森戸 貴・山田 直治・ 解析して個人や社会の潜在的なニーズや問題点などを浮 キム ホジュン・劉 進志・千家 雅之・ き彫りにすることで，利用者に対して新たな気付きを与 大原 壮太郎・西村 亨輔・瀧口 貴啓・陳 宇 えられるようなコンテキストの「見える化」に対する期 Sensor Networks 待も高まりつつある．本研究グループでは，利用者のコ H. MORIKAWA, M. MINAMI, S. SARUWATARI, ンテキストを意識した人間中心のネットワークサービス M. SUZUKI, T. MORITO, N. YAMADA, サービスを提供することを目的とし，さまざまな基盤技 H. KIM, J. LIU, N. SENKE, S. OHARA, 術の研究開発を行うとともに利活用の観点からも検討を K.NISHMURA, T. TAKIGUCHI, Y. CHEN 行っている．具体的には，実空間拡張型プレゼンス共有 無線センサネットワークは実空間情報をコンピュータ 機構，QoL（Quality of Life）向上のためのウェアラブル ネットワークに取り込むためのキーテクノロジである． モニタリング基盤，位置情報を考慮したソーシャルネッ 本研究グループでは，無線センサネットワークの真の実 トワーキングプラットフォーム，コンテキスト情報から

61 の人間関係ネットワークの抽出，実オブジェクトに対す 論文・著書一覧（2008 年度） るコンテキスト情報の埋め込み技術などを実践的に研究 Publications List している． As the cost reduction of information delivery makes people 研究論文 drowned in a sea of unmanageable amounts of information, it [1] 大橋 正良，徳田 英幸，尾家 祐二，森川 博之，桐 becomes more important to be able to provide useful 葉 佳明，加藤 正文，長谷川 亨: ユビキタスネット information, only for a given user, at a given time & location, ワーク制御・管理技術(Ubila), 電子情報通信学会誌， and according to the user's context. In addition, visualization Vol.91, No.7, pp.569-582, July 2008. of context can make users aware about the "hidden" needs and [2] 森川 博之: “Web 2.0 からみたユビキタスセンサネ issues by performing proper context analysis. The goal of this ットワーク,” 人工知能学会誌，vol. 23, no. 5, pp. group is to research and develop core technologies required 617-622, Sep. 2008. for providing human-centric network services, adaptation to [3] 松本 延孝, 金子 晋丈, 今泉 英明, 森川 博之, 青 users' context from an application perspective. Specifically, 山 友紀：“プリアンブル遅延によるラベル更新処理 we are currently exploring real-world oriented presence を用いた自己ルーチング型光パケット転送機構,” sharing systems, wearable monitoring platforms to improve 電子情報通信学会論文誌 B, vol.J91-B, no.10, the "quality of life", location-aware social networking pp.1244-1253, Oct. 2008. platforms, abstraction of human relationships from context information, and embedding context information to analog [4] P. Poupyrev, P. Davis, and H. Morikawa: “A Media objects. Access Protocol for Proactive Presence Discovery in Ubiquitous Wireless Networks,” IEICE Transactions on 4. 光ネットワーク Communications, Vol. E91-B, No.11, pp. 3639-3647, 森川 博之・南 正輝・今泉 英明・ Nov. 2008. 李 慧・岡村 悠貴・岩元 啓 [5] 南 正輝, 森川 博之: “位置・方向検出機能統合型面 Optical Networks 状通信システム,” パーソナルネットワークの技術 H. MORIKAWA, M. MINAMI, H. IMAIZUMI, 特集, ヒューマンインタフェース学会誌, Vol.10, H. Li, Y. OKAMURA, K. IWAMOTO No.4, pp.11-16, Dec. 2008. インターネットの広帯域化・利用形態の多様化に伴い， [6] 鈴木 誠, 猿渡 俊介, 南 正輝, 森川 博之: “無線セ 通信トラフィックは爆発的に増加しており，光インター ンサノードのためのハードリアルタイム保証が可 ネットに対する期待が大きい．本研究室では，(1)広帯域 能な仮想マシン,” 電子情報通信学会論文誌, vol. 性，(2)QoS 保証，(3)高信頼性，(4)低消費電力の四点が将 J92-B, no. 1, pp. 130-139, Jan. 2009. 【学生優秀論文賞 来のインターネットを支える上で必要不可欠な要素であ 受賞】 ると考え，光インターネットアーキテクチャの設計から [7] D. Lee and H. Morikawa: “A Ranging Process in IEEE 構築までを包括的に行っている．具体的には，パス・パ 802.16 Relay System,” International Journal of ケット混在型光転送ノードの設計／構築と多波長光パケ Interdisciplinary Telecommunication and Network, Vol. ット交換技術，光スイッチ評価，波長割当方式などに関 1, Issue 1, pp. 64-79, Jan. 2009. して研究開発を進めている． Widespread of flat-rate broadband services has caused 国際会議論文 explosion of internet traffic and various applications have [8] J. Ok, P. Morales, and H. Morikawa: “A Simple Client required QoS service in the Internet. . This group is Software Upgrade Enables Fast Handoff in IEEE 802.11 designing an optical network architecture which leverages the Wireless Networks,” in Proceedings of ACM MobiHoc characteristics of optical transport from the viewpoint of high 2008, Hong Kong SAR, China, May 2008. capacity, QoS guarantee, reliability, and low power [9] H. Imaizumi, M. Takagi, K. Machida, H. Li, D. E. consumption. Specifically, we have designed and Rianto, Y. Okamura, and H. Morikawa: “A Hybrid implemented a novel hybrid switching node for the optical Optical Network Architecture Concept Combining network architecture combining Circuit and Multi-Wavelength Multi-Wavelength Packet and Circuit Switching Packet Switching, wavelength assignment algorithms, and (HOTARU),” The Conference on IP+ Optical Network evaluation of various optical switches for MW-OPS. (IPOP2008), Tokyo, Japan, June 2008.

[10] H. Morikawa: “Keynote: Ubiquitous Networks from Web 2.0 Viewpoint,” The Forth International Conference on Mobile Computing and Ubiquitous Networking (ICMU2008), Tokyo, Japan, June 2008.

62 [11] H. Morikawa: “Ubiquitous Tag (RFID),” 1st EU-Japan [22] S. Ohara, M. Suzuki, S. Saruwatari, and H. Morikawa: Symposium on NGN and Future of Internet, Bruxelles, “A Prototype of A Multi-Core Wireless Sensor Node for Belgium, June 2008. Reducing Power Consumption,” in Proceedings of The [12] H. Morikawa: “Ubiquitous Networking, 1st EU-Japan 2008 International Symposium on Applications and the Symposium on NGN and Future of Internet,” Bruxelles, Internet (SAINT 2008), pp. 369-372, Turku, Finland, Belgium, June 2008. July 2008. [13] H. Morikawa: “Keynote: Ubiquitous Networks from [23] H. Imaizumi: “A Demonstration of 280Gbps Hybrid Web 2.0 Viewpoint,” International Conference on Optical Network Testbed Combining Circuit and Packet Communications and Electronics (ICCE2008), Hoian, Switching,” IEICE PN/PS2008 Joint Workshop on Vietnam, June 2008. Optical Network Related Projects in Japan and Their [14] M. Minami and H. Morikawa: “Some Open Challenges Latest Achievements, Sapporo, Japan, Aug. 2008. for Improving the Energy Efficiency of the Internet,” in [24] K. Rikitake, Y. Araki, Y. Kawahara, M. Minami, and H. Proceedings of the International Conference on Future Morikawa: “Design of a NGN/IMS-based Ubiquitous Internet Technologies (CFI08), Seoul, Korea, June 2008. Health Monitoring System,” in Proceedings of Asian [15] N. I. Yasui, S. Saruwatari, X. Llorà, and D. E. Goldberg: Workshop on Ubiquitous and Embedded Computing, “Facilitation Support for On-Line Focus Group Aug. 2008. Discussions by Message Feature Map,” in Proceedings [25] N. Senke, M. Minami, and H. Morikawa: “A Study on of the Tenth International Conference on Enterprise Real-time Wireless Communication in Networked Information Systems (ICEIS 2008), Volume AIDSS, pp. Control System,” in Proceedings of Asian Workshop on 563-566, Barcelona, Spain, June 2008. Ubiquitous and Embedded Computing (AWUEC), [16] H. Imaizumi: “Optical Packet Switching Technology for Kaohsiung, Taiwan, Aug. 2008. Future Global Sensing Networks,” in Proceedings of [26] P. Morales, M. Minami, J. Ok, and H. Morikawa: University of Tokyo - INRIA - Ecole des Mines Paris - “Towards a green network architecture: Network power INRETS Joint Symposium on Electronics for Secure consumption estimation,” in Proceedings of Asian Life, July 2008. Workshop on Ubiquitous and Embedded Computing [17] T. Morito, T. Hayashi, and H. Morikawa: “User Posture (AWUEC), Taiwan, Aug. 2008. and Movement Estimation Based on 3-Axis Acceleration [27] J. Ok, P. Morales, and H. Morikawa: “AuthScan: with a Sensor Network,” University of Tokyo - INRIA - Enabling Fast Handoff across Already Deployed IEEE Ecole des Mines Paris - INRETS Joint Symposium on 802.11 Wireless Networks Mobility,” in Proceedings of Electronics for Secure Life, July 2008. The 19th IEEE International Symposium on Personal, [18] Y. Araki and H. Morikawa: “Electricity power Indoor and Mobile Radio Communications (PIMRC consumption collection by sensor network on the 2008), Cannes, France, Sep. 2008. NGN/IMS,” University of Tokyo - INRIA - Ecole des [28] D. Lee and H. Morikawa: “Power Control Algorithm of Mines Paris - INRETS Joint Symposium on Electronics Ranging Process in IEEE 802.16 Relay System,” in for Secure Life, July 2008. Proceedings of the 68th Vehicular Technology [19] H. Morikawa: “From Sensors to Contexts,” University Conference (VTC2008-Fall), Calgary, Canada, Sep. of Tokyo - INRIA - Ecole des Mines Paris - INRETS 2008. Joint Symposium on Electronics for Secure Life, July [29] N. Kurata, M. Suzuki, S. Saruwatari, and H. Morikawa: 2008. “Actual Application of Ubiquitous Structural Monitoring [20] S. Saruwatari, X. Llora, N. I. Yasui, H. Tamura, K. System using Wireless Sensor Networks,” in Sastry and D. E. Goldberg: “Speeding Online Synthesis Proceedings of the 14th World Conference on via Enforced Selecto-Recombination,” in Proceedings of Earthquake Engineering (14WCEE), Beijing, China, Oct. the Genetic and Evolutionary Computation Conference 2008. (GECCO 2008), pp. 1635-1642, Atlanta, USA, July [30] H. Morikawa: “Invited Talks: From Sensor to Context: 2008. Web 2.0 Viewpoint,” Wireless World Research Forum, [21] Y. Araki, M. T. Nguyen, H. Morikawa: “Design and Stockholm, Sweden, Oct. 2008. Implementation of sensor network on the NGN/IMS,” in [31] D. Lee and H. Morikawa: “Interference Tolerant Power Proceedings of the 2008 International Symposium on Control Algorithm of Ranging Process in IEEE 802.16 Applications and the Internet (SAINT 2008), pp. Relay System,” in Proceedings of the 14th Asia-Pacific 141-144, Turku, Finland, July 2008. Conference on Communication (APCC2008), Tokyo,

63 Japan, Oct. 2008 [41] 森川博之: “夢の IT”ロードマップ, JST フォーラム, [32] H. Morikawa: “Networked Sensing: From Profiling to vol24, no.6, pp.4-1 - 4-21, May 2008. Services,” in Proceedings of University of Tokyo - [42] 森川博之: “【招待講演】ユビキタスネットワークと Ericsson Workshop on Future Inforcom, Stockholm, 空間のスマート化,” 電子情報通信学会ユビキタス Sweden, Oct. 2008. センサネットワーク研究会, USN2008-6, May 2008. [33] H. Imaizumi: “Invited Talks: 400Gbps Hybrid Optical [43] 鈴木 誠, 猿渡 俊介, 南 正輝, 森川 博之: “無線セ Switching Demonstration with Dynamic Resource ンサネットワークにおける時刻同期技術の研究動 Allocation for Future Optical Internet,” in Proceedings 向,” 森川研究室 技術研究報告書, No. 2008001, June of 3rd International Workshop on OPS and OCDMA, 2008. Shanghai, China, Oct. 2008. [44] 森戸 貴, 猿渡 俊介, 南 正輝, 森川 博之: “無線セ [34] M. Suzuki, S. Saruwatari, N. Kurata, M. Minami, and H. ンサネットワークを用いたアプリケーションに関 Morikawa: “A Quantitative Error Analysis of する研究動向,” 森川研究室 技術研究報告書, No. Synchronized Sampling on Wireless Sensor Networks 2008002, June 2008. for Earthquake Monitoring,” in Proceedings of The 6th [45] 林 敏樹, 小澤 政博, 川西 直, 川原 圭博, 森川 博 ACM Conference on Embedded Networked Sensor 之: “省電力化に向けたユーザ適応型姿勢推定機構 Systems (SenSys 2008), Raleigh, NC, USA, Nov. 2008. の評価,” 情報処理学会マルチメディア，分散，協調 [35] H. Morikawa: “Invited Talks: From Sensor to Context - とモバイル(DICOMO2008) シンポジウム, 6I-1, Web 2.0 viewpoint,” 2009 Conference of Samsung pp.1471-1478, July 2008. Techwin's Research Centers, Phoenix Park, South Korea, [46] 倉田 成人, 鈴木 誠, 猿渡 俊介, 森川 博之: Jan. 2009. “ユビキタス構造モニタリングシステムの実建物で [36] K. Rikitake, Y. Araki, Y. Kawahara, M. Minami, and H. の実証実験,” 日本建築学会学術講演会, 11041, pp. Morikawa: “NGN/IMS-based Ubiquitous Health 495-496, Sep. 2008. Monitoring System,” in Proceedings of the on 6th [47] 荒木 靖宏, 森川 博之: “XQuery 可能な XDMS の設 Annual IEEE Consumer Communications & 計と実装,” 情報処理学会研究報告, 情報ネットワ Networking Conference (CCNC 2009), Las Vegas, ーク研究会, IN2008-52, Sep. 2008. Nevada, USA, Jan. 2009. [48] 猿渡 俊介, 鈴木 誠, 大原 壮太郎, 南 正輝, 森川 [37] K. Machida, H. Imaizumi, H. Morikawa, and J. Murai: 博之: “無線センサネットワークにおけるオペレー “A RWA Performance Comparison for Hybrid Optical ティングシステムの研究動向,” 森川研究室 技術研 Networks combining Circuit and Multi-Wavelength 究報告書, No. 2008003, Oct. 2008. Packet Switching,” in Proceedings of the 13th [49] 李 斗煥, 森川 博之: “Random access transmit power Conference on Optical Network Design and Modeling control algorithm of LTE system in relay network,” 電 (ONDM 2009), Braunschweig, Germany, Feb. 2009. 子情報通信学会技術研究報告, 無線通信システム研 [38] M. Takagi, H. Li, K. Watabe, H. Imaizumi, T. Tanemura, 究会, RCS2008, Oct. 2008. Y. Nakano, and H. Morikawa: “400Gb/s Hybrid Optical [50] 大原 壮太郎, 鈴木 誠, 猿渡 俊介, 南 正輝, 森川 Switching Demonstration Combining Multi-Wavelength 博之: “無線センサノード向けマルチコア CPU の低 OPS and OCS with Dynamic Resource Allocation,” in 消費電力性に関する初期的検討,” 電子情報通信学 Proceedings of the Optical Fiber Communication 会技術研究報告, ユビキタスセンサネットワーク研 Conference and Exposition (OFC 2009), San Diego, 究会, USN2008-59, Oct. 2008. California, USA, Mar. 2009. 【 2009 Corning [51] 猿渡 俊介: “【招待講演】スマートダストから 10 年 Outstanding Student Paper Award Finalist 受賞】 ～無線センサネットワーク技術の現状と課題～,”

電子情報通信学会スマートインフォメディアシス 著書 テム研究会, SIS2008-52, Dec. 2008. [39] D. H. Lee（執筆協力）: “インプレス標準教科書シリ [52] 町田 啓太, 今泉 英明, 森川 博之, 村井 純: “パス ーズ 『WiMAX 教科書』,” インプレス R&D, 2008. ／多波長光パケット混在型光ネットワークにおけ

る負荷分散型 RWA 手法,” 電子情報通信学会技術研 シンポジウム・研究会・大会等発表 究報告, フォトニックネットワーク研究会, [40] D. H. Lee, H. Morikawa: “A Study on Ranging Process PN2008-39, Dec. 2008. in IEEE 802.16 Relay Network,” 電子情報通信学会研 [53] 高木 衛, 李 慧, 渡部 克弥, 今泉 英明, 種村 拓夫, 究報告, 無線通信システム研究会, RCS2008-1, May 中野 義昭, 森川 博之: “共有波長資源配分比可変型 2008. 400Gb/s ハイブリッド光交換ノードの実証実験,” 電

64 子情報通信学会技術研究報告, フォトニックネット 中野 義昭, 森川 博之: “共有波長資源配分比可変型 ワーク研究会, PN2008-40, Dec. 2008. 【若手研究賞 ハイブリッド光交換ノードの設計と実装,” 電子情 受賞】 報通信学会技術研究報告, フォトニックネットワー [54] 鈴木 誠, 猿渡 俊介, 倉田成人, 南正輝, 森川 博之: ク研究会, PN2008-90, Mar. 2009. “地震モニタリングに向けた高精度分散同期サンプ [64] 今泉 英明, 南 正輝, 永田 智大, 國頭 吾郎, 山崎 リング,” 電子情報通信学会技術研究報告, ユビキ 憲一, 森川 博之: “グリーンネットワークに向けた タスセンサネットワーク研究会, USN2008-91, Jan. リンク省電力化手法,” 電子情報通信学会技術研究 2009. 報告, フォトニックネットワーク研究会, [55] S. Saruwatari, M. Minami, and H. Morikawa: PN2008-102, Mar. 2009. “Application-Oriented Wireless Sensor Networks,” 東 [65] 森戸 貴, 猿渡 俊介, 南 正輝, 森川 博之: “バッテ 京大学グローバル COE「セキュアライフ・エレクト リレス無線センサネットワークにおけるデータ収 ロニクス」シンポジウム～21 世紀の社会は先端エレ 集プロトコルの設計と評価,” 電子情報通信学会技 クトロニクスでどう変わる～, Jan. 2009. 術研究報告, 情報ネットワーク研究会, IN2008-157, [56] H. Imaizumi, K. Watabe, and H. Morikawa: “A Novel Mar. 2009. Concept of Hybrid Optical Network Architecture [66] 南 正輝: “グリーンネットワークアーキテクチャへ combining Multi-Wavelength Packet and Circuit の挑戦,” 電子情報通信学会ソサイエティ大会, Switching for future WDM networks,” 東京大学グロ BT-1-3, Sep. 2008. ーバル COE「セュアライフ・エレクトロニクス」シ [67] 森川 博之: “通信におけるグリーニング技術,” 電子 ンポジウム～21 世紀の社会は先端エレクトロニク 情報通信学会ソサイエティ大会, BT-1, Sep. 2008. スでどう変わる～ , Jan. 2009. [68] 森川 博之: “IMT-Advanced におけるネットワーク [57] M. Minami, P. Morales, and H. Morikawa: 技術の課題,” 電子情報通信学会ソサイエティ大会, “Energy-aware Network Architecture,” 東京大学グロ IMT-Advanced の要求条件および技術課題, Sep. ーバル COE「セキュアライフ・エレクトロニクス」 2008. シンポジウム～ 世紀の社会は先端エレクトロニ 21 [69] 今泉 英明, 渡部 克弥, 種村 拓夫, 中野 義昭, 森 クスでどう変わる～ , Jan. 2009. 川 博之: “テラビット級 LAN におけるハイブリッド [58] 森川 博之: “セキュアライフのためのセンサネット 型光ネットワークアーキテクチャ,” 電子情報通信 ワーク,” 東京大学グローバル COE「セキュアライ 学会ソサイエティ大会, BS-9-4, Sep. 2008. フ・エレクトロニクス」シンポジウム～ 世紀の社 21 [70] 金 昊俊，鈴木 誠，猿渡 俊介，倉田 成人，南 正 会は先端エレクトロニクスでどう変わる～， Jan. 輝，森川 博之: “地域規模の高密度地震モニタリン 2009. グに向けた同期サンプリング機構の初期的評価,” [59] 今泉 英明, 渡部 克弥, 種村 拓夫, 中野 義昭, 森 電子情報通信学会ソサイエティ大会, B-20-22, Sep. 川 博之: “λ アクセスネットワークに向けたテラビ 2008. ット級 多重アクセス技術 電子通信情報学会 LAN ,” [71] 荒木 靖宏, 森川 博之: “XQuery 可能な XDMS の設 技術研究報告 光通信システム研究会 , , 計と実装,” 電子情報通信学会ソサイエティ大会, OCS2008-114, Feb. 2009. B-7-7, Sep. 2008. 力武 紘一郎 荒木 靖宏 川原 圭博 南 正輝 森 [60] , , , , [72] 力武 紘一郎, 荒木 靖宏, 川原 圭博, 南 正輝, 森 川 博之 を用いたユビキタスヘルスモ : “NGN/IMS 川 博之: “NGN/IMS を用いたユビキタスヘルスモ ニタリングシステムの設計と実装 電子情報通信 ,” ニタリングシステム,” 電子情報通信学会ソサイエ 学会技術研究報告 情報ネットワーク研究会 , , ティ大会, B-7-1, Sep. 2008 IN2008-195, Mar. 2009. [73] 高木 衛, 渡部 克弥, 今泉 英明, 種村 拓夫, 中野 [61] P. Morales, J. Ok, M. Minami, and H. Morikawa: “Smart 義昭, 森川 博之: “動的な波長資源割当可能なハイ Wireless Aggregation for Access Network Infrastructure ブリッド光交換ノードの実証実験,” 電子情報通信 Power Saving in the Office Environment,” IEICE 学会ソサイエティ大会, B-12-5, Sep. 2008. Technical Report, IN2008-209, Mar. 2009. [74] 瀧口 貴啓, 森戸 貴, 猿渡 俊介, 南 正輝, 森川 博 岡村 悠貴，今泉 英明，久留 賢治，石田 修，森川 [62] 之: “ウェイクアップ型無線モジュールにおける通 博之 多波長光パケットネットワークにおけるフ : “ 信時の消費電力に関する検討,” 電子情報通信学会 ロー集約を用いたパケット多重化手法の性能評価 ,” ソサイエティ大会, B-5-79, Sep. 2008. 電子情報通信学会技術研究報告, フォトニックネッ [75] D. Lee and H. Morikawa: “Considerations on Random トワーク研究会, PN2008-98, Mar. 2009. Access Process of LTE system in Relay Network,” 電子 高木 衛 李 慧 渡部 克弥 今泉 英明 種村 拓夫 [63] , , , , , 情報通信学会ソサイエティ大会, BS-4-15, Sep. 2008.

65 [76] 山田 直治, 礒田 佳徳, 南 正輝, 森川 博之: “携帯 Forum, May 2008. 電話の GPS 位置情報を用いた高精度移動経路推定 [89] 森川 博之，南 正輝: “グリーンユビキタスネットワ 手法,” 電子情報通信学会総合大会, B-7-61, Mar. ーク,” STARC グリーン IT（極低電力）説明会，June 2009. 2008. [77] H. Si, S. Saruwatari, M. Minami, and H. Morikawa: “A [90] H. Morikawa: “From Mobile to Ubiquitous Networks,” Stochastic Scheme to Balance Energy Saving and APT Training Course "Actions for Next Generation Response Time of Electronic Devices,” 電子情報通信 Mobile Communication Systems", July 2008. 学会総合大会 , B-20-46, Mar. 2009. [91] 森川 博之: “ワイヤレスが切り拓くユビキタス新時 [78] 李 斗煥, 森川 博之: “Performance Analysis of 代,” KKE VISION 2008, Sep. 2008. Interference Tolerant Random Access Transmit Power [92] 森川 博之: “NGN の勘所,” Marcus Evans Conferences, 電子情報通信 Control Algorithm in Relay Networks,” Transformative NGN －ユビキタス時代に先行利益 学会総合大会 , B-5-93, Mar. 2009. 者となるために NGN 上でできること－, Sep. 2008. [79] P. Morales, J. Ok, M. Minami, and H. Morikawa: [93] 森川 博之: “ユビキタスの勘所,” 国土交通省国土計 “Wireless Aggregation for Network Infrastructure Power 画局，Oct. 2008. Saving,” 電子情報通信学会総合大会, B-14-17, Mar. [94] 森川 博之: “ワイヤレスが切り拓く新世界,” 総務省 2009. 電波政策懇談会，Oct. 2008. [80] シトルス ティモティ ラウレンス, 猿渡 俊介, 南 [95] 森川 博之: “ユビキタスネットワークと環境,” フュ 正輝, 森川 博之: “ARP Spoofing による DLNA 対応 ーチャーイノベーションフォーラム，Nov. 2008. 機器の操作履歴の取得,” 電子情報通信学会総合大 [96] H. Morikawa: “Networked Sensing: From Profiling to 会, B-7-2, Mar. 2009. Services,” Japan-Finland Ubiquitous Meeting, Dec. [81] 岡村 悠貴, 今泉 英明, 森川 博之: “フロー集約に 2008. よる多波長光パケット交換技術のパケット多重化 [97] 森川 博之: “これからのユビキタス,” 消防防災分野 手法,” 電子情報通信学会総合大会, B-12-13, Mar. における ICT 活用のための研究会, Dec. 2008. 2009. [98] 森川 博之: “ユビキタスネットワーク,” 地理空間情 [82] 瀧口 貴啓, 森戸 貴, 猿渡 俊介, 南 正輝, 森川 博 報産学官連携協議会 共通的な基盤技術に関する 之: “Bloom Filter を用いたウェイクアップ型無線通 研究開発ワーキンググループ，Dec. 2008. 信の消費電力評価,” 電子情報通信学会総合大会, B-5-96, Mar. 2009. [99] 森川 博之: “ICT 研究開発推進支援,” ICT ビジョン 懇談会基本戦略 WG，Dec. 2008. [83] 李 慧, 高木 衛, 今泉 英明, 森川 博之: “SOA スイ ッチを用いた共有波長資源配分比率可変型ハイブ [100] 森川 博之: “ICT と社会基盤,” 国土交通省国土基盤 リッド光交換ノードの検証実験,” 電子情報通信学 研究会，Feb. 2009. 会総合大会, B-12-14, Mar. 2009. [84] 力武 紘一郎, 荒木 靖宏, 川原 圭博, 南 正輝, 森 その他（記事） 川 博之: “NGN/IMS を用いたユビキタスヘルスモニ [101] 森川 博之（分担執筆）: “新世代ネットワークアー タリングシステムにおけるイベント/データ管理手 キテクチャ AKARI 概念設計書改訂版(ver1.1),” 法,” 電子情報通信学会総合大会, B-7-109, Mar. AKARI アーキテクチャ設計プロジェクト, June 2009. 2008. [102] T. Miyamura, I. Ichiro, H. Tode, M. Yamamoto, K. その他（講演） Miyake, K. Sunyong, M. Nakamura, M. Isomura, H. [85] 森川 博之: “NGN の勘所：NGN の登場がビジネスに Morikawa, and H. Saito: “Report on the 24th IN/NS どう影響するのか,” ケーブルテレビショー2008，総 Research Workshop,” IEICE Communications Society, 合シンポジウム「ケーブルテレビ，2010 年への 展 Global Newsletter, vol.24, p.11, June 2008. 望」，May 2008. [103] H. Morikawa: “IEICE Transaction on Communications: [86] 南 正輝: “情報通信の道具箱～クリエイティブなネ Editor's Message,” IEICE Trans. Comm., vol.E91-B, ットワークライフを目指して～,” 駒場Ⅱリサーチ no.7, p.2178, July 2008. キャンパス公開 2008, 講演会, May 2008. [104] 森川 博之: “マインドを変える,” 総務省 ICT 成長力 [87] 森川 博之: “携帯電話の秘密を探ろう,” 駒場Ⅱリサ 懇談会，成長懇イレブンリレーコラム，July 2008. ーチキャンパス公開 2008, ジュニア企画／理科教 [105] 南 正輝: “第９２回 笑ったもの勝ち,” 東京大学大 室，May 2008. 学院工学系研究科電気系工学専攻融合情報学コー [88] H. Morikawa: “Dependable Society,” NEC Technology スコラム, Sep. 2008.

66 [106] 森川 博之: “第９３回 うならせる研究と建築,” 東 京大学大学院工学系研究科電気系工学専攻融合情 報学コースコラム, Sep. 2008. [107] 森川博之：“衛星ブロードバンドの可能性：実証実 験を終えて，”衛星ブロードバンド基盤整備に係る 標準化モデル構築業務報告書，p.13, Feb. 2009.

その他（報道・取材協力） [108] 取材協力：“「ライフ・レコーダ」の萌芽，あなたの 1 日を見守ります，”日経エレクトロニクス， pp.91-100, 2008 年 4 月 21 日号． [109] 取材協力: “ユビキタス社会を実現するセンサーネ ットワークの世界,” 日経 BP，東京大学テクノロジ ー&サイエンス，vol.2, pp.65-66, 2008. [110] 取材協力: “Only in Japan,” Highlighting JAPAN, 9p, July 2008. [111] 取材協力: “ユビキタス最前線は、ラボの未来とつな がっていた,” イノベーティブ・ラボデザインマガジ ン「ラボデザインプラス」, Vol. 2, Oct. 2008. [112] 報道: “「ひらめきの宝庫」に集う,” 日経ビジネス, pp. 128-129, Nov. 2008. [113] 取材協力：“ライフログ活用でグーグルに先手を,” 日経コミュニケーション, p.40, 2009 年 1 月 1 日号． [114] 取材協力：“2010 年代の電波政策,”日経コミュニケ ーション, pp.36-40, 2009 年 1 月 15 日号． [115] 取材協力: “来るべきユビキタス社会の姿, そこに創 出されるサービスとは,” NTT コミュニケーション ズ ICT Key Persons, Mar. 2009.

その他（受賞） [116] 森川 博之: 情報通信功績賞（情報通信月間推進協議 会会長表彰）, 情報通信月間推進協議会, June. 2, 2008. [117] 渡部 克弥: PN 若手研究賞, 電子情報通信学会 フ ォトニックネットワーク研究会, June 12, 2008. [118] 森川 博之: 電子情報通信学会フェロー, 電子情報 通信学会, Sep. 17, 2008. [119] 鈴木 誠: 通信技術の未来を拓く学生論文特集号 学 生優秀論文賞, 電子情報通信学会 通信ソサイエテ ィ和文論文誌編集委員会, Jan. 5, 2009. [120] 高木 衛: PN 若手研究賞, 電子情報通信学会 フォ トニックネットワーク研究会, Mar. 9, 2009. [121] 今泉 英明: 学術奨励賞, 電子情報通信学会, Mar. 18, 2009. [122] 高木 衛: 2009 Corning Outstanding Student Paper Award Finalist, Corning and the OSA Foundation, Mar. 26, 2009.

67 近山・田浦研究室 るなど, 効率的な並列計算を困難にする特徴がある. こ Chikayama and Taura Laboratory 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 (http://www.logos.ic.i.u-tokyo.ac.jp/) . 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 研究現況 間の遅延・バンド幅を, 高速に推論する方式を提案した. Current Research Projects Widely distributed environments are heterogeneous networks having many challenging features. They include that 1. InTrigger 広域分散テストベッドの構築 latencies between host pairs vary two orders of magnitude and 田浦健次朗, 鴨志田良和, 斎藤秀雄, 柴田剛志, that some host pairs cannot establish TCP connections due to 横山大作, 頓南,弘中鍵, 長沼翔, 吉富翔太, firewalls and NATs. Thus, software designed for single cluster 佐伯勇樹, 原健太朗, 早水悠登, 木村光樹, 近山隆 often do not scale to wide area environments. We have Design and implementation of InTrigger Widely designed and implemented fundamental technologies for Distributed Testbed building efficient and robust systems in such challenging K. Taura, Y. Kamoshida, H. Saito, T. Shibata, D. environments, namely network topology inference, and Yokoyama, D. Nan, K. Hironaka, S. Naganuma, S. latency and bandwidth inferences. Yoshitomi, Y. Saeki, K. Hara, Y. Hayamizu, M. Kimura, and T. Chikayama 3. 分散環境の監視と状態推定 科研費特定領域研究の一部として，11 拠点，約 1,200 鴨志田良和, 佐伯勇樹, 田浦健次朗, 近山隆 CPU コアからなる広域分散プラットフォームを構築し Monitoring and automatic state classification of た．今後 3 ヶ年計画で 20 以上の拠点にまたがる, 1,500 parallel computing environments 以上の CPU コアからなるプラットフォームを構築する Y. Kamoshida, Y. Saeki, K. Taura, and T. Chikayama 予定であり，システムソフトウェア，データマイニング 並列処理環境を多数のユーザが共有して使うために, や自然言語研究者のためのリソースとして，数十グルー 計算機の状態を可視化して，リアルタイムに状態が把握 プに使われる．その目的のため，全拠点にまたがった統 できるようにするためのシステム VGXP を設計, 実装し 一されたソフトウェアの構成管理，OS カーネルを含めた た. Web 経由で自動インストールを可能とし, 14 拠点 500 ソフトウェアの自動インストール，OS が起動不能になっ 以上のホストで常時稼働している. また, 計算機の状態 た際の IPMI による遠隔管理などを行うことができる環 (CPU やメモリ, 稼働中のプロセスなど)に関する過去の 境を構築した． 記録をもとに計算機の状態を分類し, それにより異常な As part of MEXT Grant-in-Aid for Scientific Research on 挙動をしている計算機を自動的に検出したり, その異常 Priority Areas "Cyber Infrastructure for the 原因を特定する方式に関する研究を行った. Information-explosion Era", we have built a widely We have designed and implemented VGXP, a tool that distributed platform consisting of eleven sites and about 1,200 visualizes many computers and helps users reason about states CPU cores. In the next three years, we plan to grow it to over of systems shared by many people in real time. It installs 20 sites including more than 1,500 CPU cores. The platform is automatically through web browsers and now operates on used by many groups of researchers in various fields more than 500 hosts in 14 cites. We also proposed an including system software, data mining, and natural language automatic machine states classification system that can processing. To this end, we have designed and built an automatically detect ill-behaving machines and infers the environment that maintains software of all sites in an cause of the behavior. identical state, automatically installs all software including operating systems, and remotely manages broken 4. 高水準並列プログラミング言語 nodes including those that do not boot. 弘中鍵, 田浦健次朗, 近山隆 High-level parallel programming languages 2. 非均質環境での並列計算 K. Hironaka, K. Taura, and T. Chikayama 斎藤秀雄, 弘中健, 柴田剛志, 長沼翔, 吉富翔太, 分散環境での並列処理を容易に記述可能なプログラミ 田浦健次朗, 近山隆 ング処理系 glupy の設計・実装を行った．glupy では Python Parallel computing on heterogeneous environments に RMI 拡張を施し，遠隔オブジェクトのメソッドを非同 H. Saito, K. Hironaka, T. Shibata, S. Naganuma, S. 期に呼び出すことで並列処理を記述する．広域環境でス Yoshitomi, K. Taura, and T. Chikayama ケールするために，制限された接続数でオーバーレイを 広域分散環境は非均質なネットワークであり，ホスト 構築し，オーバーレイ上のルーティングによって，NAT 間によって遅延が 2 桁以上異なる, ホスト間によっては や firewall が存在していてもそれを意識することなく 直接の TCP 接続が(firewall や NAT によって)不可能であ RMI が可能である．さらに，動的に参加・脱退する資源

68 を計算に取り込むことが可能であるため，広域分散環境 6. トランザクションの分割による並列プログ でのデータ集約的処理や並列化されたサービスの構築に ラムの並列度向上 有用である．また，共有メモリモデルに基づくプログラ 早水悠登, 田浦健次朗, 近山隆 ミング言語 OpenMP の，分散環境用の処理系の実装を行 Increasing Speedup of Parallel Programs by い，分散環境向けに最適化された方式を提案した． Transaction Splitting We designed and implemented a parallel programming Y. Hayamizu, K. Taura, and T. Chikayama library gluepy, which simplifies parallel programming on Transactional memory は atomicity を保証する単純な構文 distributed environments. It extends Python with remote で共有データへのアクセスを可能にし, かつ実行時の method invocations and expresses parallelism via read/write レベルの競合アクセスがなければ高い並列性 asynchronous method invocations. To scale to distributed を維持できる方式として注目されている．しかし現行の environments, it builds an overlay network with a limited 枠組みでは実行時の read/write の競合により transaction node degree, which allows transparent RMIs in the presence がアボートし, 高い性能が得られないことが多い．そこ of NATs and firewalls. It also accommodates dynamically で本研究ではプログラムを実行させた際のアクセスログ joining/leaving hosts and thus is useful for implementing data から, 細かく分割できるトランザクション --- 他のトラ intensive programs and parallel long-running services. We ンザクションと interleave してもプログラムの意味に影 also developed OpenMP implementation for distributed 響を与えない可能性の高いトランザクション --- を選び environments and proposed an optimization for such 出し提示するシステムを提案した． environments. Transactional memory provides a simple construct to guarantee atomic accesses to shared data while extracting 5. DMI: 規模分散共有メモリインタフェース parallelism so far as there are no read/write-level conflicts. 原健太朗, 田浦健次朗, 近山隆 Current proposals, however, often abort many transactions DMI: A Large-Scale Distributed Shared Memory due to read/write-level conflicts, thus fail to extract Interface parallelism. To tackle this problem, we propose an algorithm K. Hara, K. Taura, and T. Chikayama that uses access logs to detect and suggest transactions that are 密な協調を必要とするアプリケーションを記述するには likely to be split safely --- can interleave with other データをその位置によらず透過的にアクセスできること transactions without affecting the program’s semantics. が重要である．またそれは, 分散環境上で重要な並列度 の増減を支援するための基盤としても有望である上, マ 7. 自然言語構文解析を用いたトラブルシューテ ルチコア環境から分散環境へシームレスに移行するため ィング記事検索 のインタフェースとしても重要である．そこで本研究で 栗田光晴, 柴田剛, 弘中健, 田浦健次朗, 近山隆 は, 分散環境上で動的なノードの増減をサポートする分 Searching troubleshooting articles with deep parsing 散共有メモリシステムの設計と実装を行った．結果とし natural languages て, 共有メモリプログラムを容易に分散環境上へ移植可 M. Kurita, T. Shibata, M. Miwa, K. Hironaka, 能であること, 密な協調をするアプリケーションをノー K. Taura and T. Chikayama ドの増減を伴いながら動かし続けることが可能であるこ 現在 WWW は豊富な情報源であるが, 情報が多すぎて現 とが示された． 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 Tightly coupled applications need an infrastructure to 手法では, 目的とする情報にたどり着く方法がわからな access data transparently regardless of their physical locations. いケースも多く存在する. 計算機に関するトラブルとそ Such an infrastructure is also useful for supporting の対処法はその好例で, 症状の記述の仕方に様々な言い dynamically changing parallelism and important for 方がある, ハードウェア名やソフトウェア名などの固有 supporting seamless transition from multi-core environments 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 to distributed environments. To this end, we have developed a ばかりが見つかってしまうなど, 通常の検索エンジンで distributed shared memory interface that supports dynamically は必要な情報にまったくたどり着けないことも多い. 本 joining/leaving nodes. Experiments have shown that it 研究では, トラブルを記述する様々な言い回しをテクニ facilitates porting shared-memory applications to distributed カルフォーラムなどから収集し,意味上の主語・述語の組 environments and makes it possible to continuously run み合わせというような単位で,トラブルシュートを記述 tightly-coupled applications on dynamically changing した文書の特徴を抽出した.そしてそのような組み合わ resources. 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

69 engines based on keyword match and overall page popularity game-trees more efficiently by parallelization and utilizing do not work very well. Computer-related troubles and their knowledge acquired from game records, and so on. Applying fixes (troubleshooting) is a good example, where there are these methods, we have developed a computer shogi player many ways to describe the same problem, searching based on "Gekisashi" and a computer Go player. Gekisashi is drawing key proper names such as hardware or software names often much attention in the community as one of the strongest shogi give you general product information useless for player programs. troubleshooting. As such, regular search engines often do not help. In this work, we collected and parsed many sentences 10. 画像からの物体認識の研究 collected from technical forums, and automatically extracted 栗田哲平, バダルチ・ツェレンチメデ, 横山大作, typical phrases describing troubles. We then built a special 田浦健次朗, 近山隆 search engine that highly rank troubleshooting pages based on Research on Image Based Object Recognition it. T. Kurita, G. Godai, D. Yokoyama, K. Taura and T. Chikayama 8. コンピュータゲームプレイヤにおけるゲーム 画像からの物体認識は,広範な応用範囲を持つ重要な 履歴からの知識獲得とその利用 人工知能分野の題材であり,近年盛んに研究されている。 三木理斗，北川竜平，中村秋吾,三輪誠，近山隆 我々は,大量の画像を対象に既知物品検出を実現するこ Application of knowledge acquisition to computer とを目指しており,画像特徴点の変化に基づく計算回数 game players の削減手法,機械学習に必要なトレーニングデータ画像 A. Miki, R. Kitagawa, S. Nakamra, の取得を容易にするための半自動的な背景除去機構など M. Miwa and T. Chikayama を提案, 作成した. データからの知識獲得はコンピュータサイエンスにお Image based object recognition can be applied for many ける重要な課題の 1 つである．我々はその中でもコンピ situations of real world and have been widely studied. We aim ュータゲームプレイヤを対象に過去の履歴からの知 識 to extract many known gadgets from enormous images. We 獲得とその利用について研究を行っている．我々は，ゲ propose a method to reduce computation cost by comparing ーム固有の語彙を高速 かつスケーラブルに自動生成す image features. We also implement a semi-automated る手法，評価関数の効率的な獲得手法，また評価 関数を background subtraction system to retrieve training image data 用いて探索を効率化する手法について提案を行った． easily. Knowledge acquisition from data is one of the important tasks in computer science. We are focusing on knowledge 11. WWW ニュースサイトからの記事収集と情報 acquisition from game records and its application in 抽出 game-playing programs. For this purpose, we proposed 安井雅章, 田浦健次朗, 近山隆 methods for extracting domain vocabulary fast and scalably, Collecting WWW News Articles and Extracting acquiring evaluation functions fast, and searching game-trees Information efficiently by using an evaluation function. S. Wonbo, A.A. Anik, S. Kusakari,Y. Nagai, K. Taura, and T. Chikayama 9. コンピュータゲームプレイヤの研究 WWW によって世界中のニュース源からニュースを得 吉本晴洋,三輪誠,横山大作,田浦健次朗, 近山隆 ることが極めて容易になっており, そこから各国の共通 関心事 世論の傾向の違いなどを抽出する可能性が出て Research on Computer Game Players , きている しかしそのためには非構造的な書式 H. Yoshimoto, M. Miwa, D. Yokoyama, . (HTML) で書かれ 広告その他の余分な情報を多数含んだ文書か K. Taura and T. Chikayamaa , ら正しく記事やその属性を切り取る手法を確立する必要 計算機によるゲームプレイヤの研究は，人工知能を含 がある. 本研究はその第一歩として, 毎日 600 のニュー むコンピュータサイエンス の多くの分野に応用できる スサイトから記事を収集し, 自動的に記事本文を切り出 実用的な題材として多くの成果を挙げてきた．我々は そ すラッパを作成した また その結果を容易に評価でき の中で，大量の棋譜からの知識獲得や並列化による，よ . , るようにするための可視化システムを構築した. り効率的な探索手法に ついて研究を行っている．その応 WWW has made accessing news from world-wide news 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プレ resources extremely easy and cheap. They can potentially イヤとして高い評価を得ている． make it possible to automatically extract nations' common interests and differences of public opinions. To realize this, Research on game-playing programs has yielded practical however, we need to establish a method to correctly identify results in many areas of computer science, including artificial article bodies and their attributes from unstructured texts intelligence. We are investigating methods for searching (html) including lots of irrelevant information (e.g., ads). As a

70 first step, we built a news crawler collecting web pages from 600 news sources everyday and an extracter that collects 論文・著書一覧（2008 年度） article bodies. We also built a viewer to easily evaluate such Publications List systems. 研究論文 [1] 弘中健，斎藤秀雄，高橋慧，田浦健次朗．複雑なグ リッド環境で柔軟なプログラミングを実現するフ レームワーク．情報処理学会論文誌：コンピューテ ィングシステム (ACS)，Vol .1 No. 2，pp.157-168，2008 年 8 月． [2] Hideo Saito, Kenjiro Taura and Takashi Chikayama. Collective Operations for Wide-Area Message Passing Systems Using Adaptive Spanning Trees. International Journal of High Performance Computing and Networking (IJHPCN). Vol.5, No.3, 2008, pp.179-188.

国際会議論文 [3] Yoshikazu Kamoshida and Kenjiro Taura. Scalable Data Gathering for Real-time Monitoring Systems on Distributed Computing. In Proceedings of the 8th IEEE International Symposium on Cluster Computing and the Grid (CCGrid2008), pp. 425-432, Lyon, France, May 2008. [4] Kei Takahashi, Hideo Saito, Takeshi Shibata and Kenjiro Taura. A Stable Broadcast Algorithm. In Proceedings of the 8th International IEEE International Symposium on Cluster Computing and the Grid (CCGrid 2008), pp.392-400, Lyon, May 2008. [5] Ken Hironaka, Hideo Saito, Kei Takahashi and Kenjiro Taura. Gluepy: A Simple Distributed Python Framework for Complex Grid Environments. At the 21st Annual International Workshop on Languages and Compilers for Parallel Computing (LCPC 2008), Edmonton, August 2008.

シンポジウム・研究会・大会等発表 [6] 長沼翔，高橋慧，斎藤秀雄，柴田剛志，田浦健次朗， 近山隆．ネットワークトポロジを考慮した効率的な バンド幅推定手法．先進的計算基盤システムシンポ ジウム (SACSIS 2008)，pp359-366，筑波，2008 年 6 月. （査読あり） [7] 弘中健，斎藤秀雄，高橋慧，田浦健次朗．複雑なグ リッド環境でプログラミングを実現するフレーム ワーク．先進的計算基盤シンポジウム (SACSIS 2008)，pp.349-358，筑波，2008 年 6 月. （査読あ り） [8] 原健太朗，塩谷亮太，田浦健次朗．メモリアクセス 最適化を適用した汎用プロセッサと Cell の性能比 較―--Cell Speed Challenge を題材にして―--．先進 的計算基盤シンポジウム (SACSIS 2008) ，

71 pp.157-166，筑波，2008 年 6 月. （査読あり） pp.104-107，Nov. 2008. [9] 高宮安仁，弘中健，斎藤秀雄，田浦健次朗．複数拠 [20] 三木理斗，三輪誠，近山隆，木カーネルを用いた SVM 点に分散配置されたクラスタの効率的な管理手法． による麻雀打ち手の順位学習，第 13 回ゲームプロ 情報処理学会研究報告 OS-108，pp.131-138，那覇， グラミングワークショップ 2008，pp. 60 -- 66，Nov. 2008 年 4 月. 2008. [10] Ken Hironaka, Hideo Saito, Kei Takahashi and Kenjiro [21] 北川竜平, 栗田哲平, 近山隆, 投入計算量の有限性 Taura. A Framework for Flexible Programming in に基づく UCT 探索の枝刈り, 第 13 回ゲームプログ Complex Grid Environments. Poster presentation at the ラミングワークショップ 2008, pp. 46 -- 53, 8th IEEE International Symposium on Cluster Nov.2008. Computing and the Grid (CCGrid 2008), Lyon, May 2008. [11] 高宮安仁，弘中健，斎藤秀雄，田浦健次朗．複数拠 点に分散配置されたクラスタの効率的な管理手法． ( ポスター発表) 先進的計算基盤シンポジウム (SACSIS 2008)，筑波，2008 年 6 月． [12] 鴨志田良和, 佐伯勇樹, 田浦健次朗. 分散計算機環 境 InTrigger 上の資源共有ルールの評価, 情報処理学 会研究報告 HPC-116 (SWoPP 2008)，pp.97-102, 佐賀， 2008 年 8 月. [13] 斎藤秀雄，田浦健次朗．広域計算環境用のスケーラ ブルな高性能通信ライブラリ．情報処理学会研究報 告 HPC-116 (SWoPP 2008)，pp.181-186，佐賀，2008 年 8 月. [14] 長沼翔，高橋慧，斎藤秀雄，柴田剛志，田浦健次朗， 近山隆．ネットワークトポロジーを考慮した効率的 なバンド幅推定手法．情報処理学会研究報告 HPC-116 (SWoPP 2008)，pp.175-180，佐賀，2008 年 8 月. [15] 吉富翔太，斎藤秀雄，田浦健次朗，近山隆．自動取 得したネットワーク構成情報に基づく MPI 集合通 信．情報処理学会研究報告 HPC-116 (SWoPP 2008)， pp.7-12，佐賀，2008 年 8 月. [16] 弘中健，斎藤秀雄，田浦健次朗．広域 TCP オーバレ イにおけるデッドロックフールーティング．情報処 理学会研究報告 OS-109 (SWoPP2008)， pp.9-15，佐 賀，2008 年 8 月. [17] Hideo Saito, Ken Hironaka and Kenjiro Taura. A Scalable High-performance Communication Library for Wide-area Environments. Poster presentation at the 9th IEEE/ACM International Conference on Grid Computing (Grid 2008), pp.310-315, Tsukuba, September 2008. [18] 栗田哲平，近山 隆，多クラス Support Vector Machine を用いた一般物体認識での複数候補提示下におけ る分類性能の傾向，情報処理学会研究報告 CVIM-165 (PRMU・MVE 共催)，pp.251-258，2008 年 11 月. [19] 田野文彦，三輪 誠，横山大作，近山 隆，GPU 開発 環境 CUDA を用いたゲーム探索の高速化，第 13 回 ゲームプログラミングワークショップ 2008 ，

72 坂井・五島研究室 And in the end, some dynamic techniques are proposed. Sakai Laboratory They detect timing faults and recover from the faulty state. (http://www.mtl.t.u-tokyo.ac.jp) These techniques enable operation at the highest frequency and the lowest voltage, because it operates based on the most 研究現況 actual delays according to variations not only of Process, Current Research Projects Voltage, Temperature, but also of Aging and Input. We proceed our research on the following two levels ―― 1. 故障耐性を持つ VLSI circuit and architecture. 坂井 修一・五島 正裕・杉本 健・樽井 翔 Circuit Technology Fault-Tolerant VLSI The existing researches focused on the detection of timing S. SAKAI, M. GOSHIMA, fault. We proposed a technique that enables delayed signals to K. SUGIMOTO and S. TARUI pass. 半導体の微細化に伴い、素子ごとのランダムなバラつ Architectural Technology きの影響が大きくなっている。素子性能がバラつくと、 We proposed a recovering method aware of faults on the 歩留まりが低下するほか、従来のワースト・ケースに合 control paths for out-of-order superscalar processors. This わせた設計では遅延の見積もりが悲観的になりすぎる。 method makes fault information propagated along the pipeline そこで現在では、実際に近い遅延に基づいて設計を行 and prevents the machine state updated by faulty results. And うため、統計的静的タイミング解析の導入が進められて the chip is reset on fault remaining the machine state. This いる。また、出荷時に、実際の遅延を計測してスキュー makes it possible to recover from any timing faults occurred を調整することなども試みられている。 in any part on the chip. そして、動作時にタイミング故障を検出し回復する動 This year, we implemented a superscalar processor 的な手法が提案されている。この手法では、Process、 employing this method on an FPGA, and verified that the Voltage、Temperature に加え、Aging と Input の実際の processor can recover correctly. 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。 2. 注入攻撃の検出 我々は、以下の 2 つのレベルにおいて研究を進めてい 坂井 修一・五島 正裕・李 坤波 る。 Injection Attack Detection 回路技術 S. SAKAI, M. GOSHIMA and K. LI 従来の研究は、タイミング故障を検出することを目的 注入攻撃 (injection attack) とは、コンピュータシステム としたものであった。それに対し本研究では、タイミン の脆弱性を利用して、外部から注入 (inject) した攻撃 グ故障を起こすはずの信号をそのまま通過させ得る手法 コード・コマンドなどを実行させることをいう。最近で を提案した。 は、クロスサイト・スクリプティングや SQL インジェク アーキテクチャ技術 ションなど、サーバ上のスクリプトに対する攻撃が深刻 Out-of-order スーパスカラ・プロセッサ向けに、コン になっている。 トロール・パスも考慮した回復機構を提案した。タイミ 動的情報フロー追跡 (DIFT) は，Perl の taint mode ング故障の発生の情報をパイプラインに沿って伝播し、 をプロセッサに応用したものと考えてよく、スクリプト 故障に基づく結果によってはマシン・ステートを更新し への攻撃に対しても効果がある。プロセッサで攻撃が検 ないようにする。その上で、故障発生後にマシン・ステ 出できれば、個別の言語ごとに対策を行うより、包括的 ートを残してリセットを行う。このことによって、チッ な対策となる。しかし既存のDIFT は、その伝播精度が十 プ上のいかなる場所にタイミング故障が発生しても、正 分ではなく、誤検出や検出漏れが生じていた。 しく回復を行うことができる。 本研究室では、「プログラマの制御の下でのユーザの 本年度は、本手法を適用したスーパスカラ・プロセッ 選択」が実現されている場合には、文字列から文字列へ サを FPGA 上に実装し、正しく回復できることを確認した。 の直接的な変換が行われないことを見出した。そこで、 As the feature size of LSI becomes smaller, random 命令ごとではなく、文字列操作を認識して文字列ごとに variation of each element becomes more influential. The taint bitを伝播させる SWIFT (String-Wise Information variation of elements decreases the yield, and makes Flow Tracking) を提案した。SWIFT 上で脆弱性のあるサ conventional design based on worst-case estimation be too ーバプログラムを動作させ、誤検出も検出漏れも発生し pessimistic. ないことを確認した。 Recently, statistical static timing analysis is introduced to Currently attacks by exploiting security vulnerabilities such design based on actual delays. It is also tried to adjust the as SQL injection and cross-site scripting are becoming skew based on the actual delays measured when testing the serious. chips.

73 Dynamic Information Flow Tracking (DIFT) has been そこで我々は、その格納の伝搬の各フェーズにおいて、 proposed as a promising platform for detecting a wide range 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 of injection attacks. Nevertheless, current DIFT systems do た。 not have sufficient accuracy and will produce a mass of false Tagged architecture is the one that each memory data has positives and false negatives. extra tag for its property, and used as a base of DIFT in recent We proposed a string-wise tracking method. We verified it years. In these technologies, the data that depend on the input does not cause positive and negative false when executing from the outside is put the taint tags. server programs with known vulnerabilities. Conventional tagged architecture stores data and its tag together in the memory, the cache and the register. Thus an 3. 情報漏洩防止プラットフォーム amount of additional memory is required, and the access 坂井 修一・五島 正裕・江口修平 latencies of the register and the caches increase. ・横田侑樹・文栄光 We proposed an efficient architecture in which data and its Platform against Information Leakage tag are separated both in storing and in propagating them. S. SAKAI, M. GOSHIMA, S. EGUCHI, Y. YOKOTA and Y. MOON 5. ツインテール・アーキテクチャ 情報技術が浸透するに伴い、情報漏洩や著作権侵害な 五島 正裕・坂井 修一・堀尾一生 どの事件も多発するようになっている。情報漏洩の原因 Twintail Architecture は多岐に渡るため、個々のアプリケーションの信頼性に M. GOSHIMA, S. SAKAI, and K. HORIO 依拠しない包括的な手法が求められる。 ツインテール・アーキテクチャは、 その答えの一つとして DIFT があるが、条件分岐に由来 in-order/out-of-order テールと呼ぶ 2 つの実行系を持 する情報フローを追跡することは困難であった。 つ。それぞれのテールは、in-order/out-of-order スー そこで本研究では、条件分岐に由来する情報漏洩も防 パスカラ・プロセッサとほぼ同等なものと考えてよい。 止できるプラットフォームとして、コンテクスト・スイ In-order テールで実行可能な命令は in-order テールで、 ッチとページ・プロテクションを拡張する手法を提案し そうでない命令は out-of-order テールで、それぞれ実行 た。 される。 With penetration of information technologies, serious In-order テールでは、out-of-order テールに比べて、 accidents and incidents —such as information leakage and 早期に命令が実行される。そのため、命令流は早期に実 copyright infringement— are increasing. Since information 行可能なものと、そうでないものに分割され、それぞれ leaks through various applications, a comprehensive のテールで実行されることになる。ツインテール・アー technique which is independent of dependability of individual キテクチャは、同数の演算器を持つスーパスカラ・プロ applications is required. セッサより性能が向上することが分かっている。 DIFT gives a solution to it, but it is hard to track 本年度はツインテールによる性能向上を損なわずに消 information flow through conditional branches. 費電力を削減するための機構，ハーフパンプ FU アレイの We proposed a new platform based on context switching 検討を行った。 and page protection to prevent information leakage even Twintail architecture is composed of two parts, called through conditional branches. in-order/out-of-order tails. These tails can be considered as usual in-order/out-of-order superscalar processors. 4. 高効率タグ・アーキテクチャ Instructions executable in the in-order tail are executed in the 坂井 修一・五島 正裕・金 大雄 in-order tail, while ones inexecutable in the in-order tail are Efficient Tagged Architecture executed in the out-of-order tail. S. SAKAI, M. GOSHIMA, and D. KIM Instructions are executed earlier in the in-order tail than in タグ・アーキテクチャは，メモリの各ワードに対して the out-of-order tail. Therefore the instruction stream is タグを付加するアーキテクチャで、近年では、DIFT の基 divided into two streams. One can be executed earlier, the 盤として使われている。これらの技術では、典型的には、 other cannot. The former and the latter are executed in the 入力データに依存するデータに taint タグを付ける。 in-order and the out-of-order tails, respectively. This feature 従来のタグ・アーキテクチャではレジスタからメモリ enables twintail architecture more efficient than usual までタグとデータを一緒に格納し、タグの伝搬もデータ superscalar processors of the same number of function units. の演算と同時に行っていた。そのため、メモリの必要量 This year, we studied Half-pumped FU Array, an が多く、レジスタやメモリのアクセス・レイテンシが増 implementation of Twin-tail architecture which could reduce 加する。 power consumption with small performance degradation.

74 6. リネームド・トレース・キャッシュ processing element has small instruction buffer to save loop 五島 正裕・坂井 修一・王 彦鈞 iteration, and can execute iteration individually. This structure Renamed Trace Cache enables RIMD architecture to have both high peak M. GOSHIMA, S. SAKAI, and Y. WANG performance and high programmability. レジスタ・リネーミングは、out-of-order スーパスカ This year, we proposed a new register cache system that can ラ・プロセッサにおける最も高コストな処理の一つであ minimize the area of the register file, which is an important る。リネームド・トレース・キャッシュは、レジスタ・ element for RIMD architecture. リネーミング済みの命令のトレースをキャッシュし、再 利用することにより、レジスタ・リネーミングを省略で 8. プロセッサ・シミュレータ「鬼斬弐」の開発 きる。 五島 正裕・坂井 修一・塩谷 亮太 本年度は、命令トレースをキャッシュにする際にコン Processor Simulator “Onikiri 2” フリクト・ミスを低減するためのインデクス生成法など M. GOSHIMA, S. SAKAI, and R. SHIOYA を検討した。 スーパスカラ・プロセッサの研究においては、プロセ Register renaming is one of the most costly operations of a ッサの 1 サイクルごとの挙動を正確に再現する superscalar processor. Renamed trace cache can omit it by cycle-accurate なシミュレータが必要となる。 caching the traces of renamed instructions in the cache and 本研究室で開発した「鬼斬」では、特に以下のような reusing them. 点を重視している： This year, we studied a new method of indexing for the ・ 拡張性： 様々なアーキテクチャの構成への対応 trace cache to reduce the conflict misses. ・ 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 7. RIMD アーキテクチャ 本年度は、この鬼斬を 1 から作り直した鬼斬弐の開発 五島 正裕・坂井 修一・塩谷 亮太 を行い、各研究のシミュレーションに用いた。 RIMD Architecture In research of superscalar processors, cycle-accurate M. GOSHIMA, S. SAKAI, and R. SHIOYA simulators, which precisely reproduce cycle-by-cycle データ並列性とは、異なるデータに対してほぼ同様の behavior of processors, are required. 処理を行う際に生じる並列性である。データ並列性の高 Onikiri, which we are developing in our lab, has the 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 following important aspects: る。近年、これらの処理ではループ内に分岐を含むなど、 ・ Extensibility: to simulate various architectures そのアルゴリズムが複雑化する傾向にあり、従来の SIMD ・ Reproducibility: to precisely reproduce the behaviors などでは対応が困難となっている。 ・ Debuggability: to easily find performance bugs RIMD ( Replicated Instruction/Multiple Data stream) This year, we developed Onikiri 2, which is a fully new は、このデータ並列性の高い処理をターゲットとしたア version of Onikiri, and used it for each research theme. ーキテクチャである。RIMD は SIMD と同様に複数の演算 器が制御部を共有する構成をとる。各演算器はループ・ イタレーションの格納を目的とした小容量の命令バッフ ァを備えており、それぞれが独立したパスの実行を行う ことが可能である。これにより、RIMD 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併せ持つ ことが可能になると考えられる。 本年度は主に、RIMD における重要な要素技術の一つで ある、非レイテンシ指向レジスタ・キャッシュ・システ ムの研究を行った。 Data parallelism is derived from almost 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. RIMD (Replicated Instruction/Multiple Data stream) architecture aims to process these applications with high data parallelism. All the processing elements of a RIMD processor share one control unit just like SIMD processors. But each

75 論文・著書一覧（2008 年度） ウム SACSIS2008, pp. 177– 185 (2008). Publications List [11] 塩谷亮太, 入江英嗣, 五島正裕, 坂井修一: 回路面 積指向レジスタ・キャッシュ, 先進的計算基盤シス 研究論文 テムシンポジウム SACSIS2008, pp. 229– 236 (2008). [1] 勝沼聡, 塩谷亮太, 入江英嗣, 五島正裕, 坂井修一: [12] 一林宏憲, 塩谷亮太, 入江英嗣, 五島正裕, 坂井修 SWIFT: 文字列ごとの情報フロー追跡手法,情報処 一: 逆 Dualflow アーキテクチャ, 先進的計算基盤シ 理学会論文誌コンピューティングシステム, Vol. 1, ステムシンポジウム SACSIS2008, pp. 245– 254 No. 2, pp. 261-274 (2008). (2008). [2] 一林宏憲, 塩谷亮太, 入江英嗣, 五島正裕, 坂井修 [13] 原健太郎, 塩谷亮太, 田浦健二朗: メモリアクセス 一: 逆 Dualflow アーキテクチャ, 情報処理学会論文 最適化を適応した汎用プロセッサと Cell の性能比 誌コンピューティングシステム, Vol. 1, No. 2, pp. 較 , 先進的計算基盤システムシンポジウム 22-33 (2008). SACSIS2008, pp. 157– 166 (2008). [3] 入江英嗣, 杉本健, 五島正裕, 坂井修一: 典型的ケ [14] 入江英嗣, 杉本健, 塩谷亮太, 渡辺憲一, 五島正裕, ース設計のためのレジスタ書き込み保証アーキテ 坂井修一: パッシブ WAB の改良による低コストな クチャ, 情報処理学会論文誌, Vol. 49, No. 6, pp. レジスタ書き込みエラー検出手法,電子情報通信学 2016-2028 (2008). 会研究報告 CPSY2008-3, pp. 13– 18 (2008). [4] Shuichi Sakai, Masahiro Goshima, and Hidetsugu Irie: [15] 喜多貴信, 塩谷亮太, 入江英嗣, 五島正裕, 坂井修 Ultra Dependable Processor, IEICE Trans. on 一: 予測ミスした命令の実行を継続する投機手法, Electronics, Vol. E91-C, No. 9, pp. 1386–1393 (2008). 情報処理学会研究報告 2008– ARC– 178, pp. 7– 12 [5] Kenichiro Hirose, Yasuo Manzawa, Masahiro Goshima, (2008). and Shuichi Sakai: Delay-Compensation Flip-Flop with [16] 塩谷亮太, 入江英嗣, 五島正裕, 坂井修一: 回路面 In-situ Error Monitoring for Low- Power and 積指向レジスタ・キャッシュの評価, 情報処理学会 Timing-Error-Tolerant Circuit Design, IPAP (Institute of 研究報告 2008– ARC– 178, pp. 13– 18 (2008). Pure and Applied Physics) Japanese Journal of Applied [17] Li Kunbo, Ryota Shioya, Masahiro Goshima and Physics, Vol. 47, No. 4, pp. 2779-2787 (2008). Shuichi Sakai: String-Wise Information Flow Tracking, STARC Forum/Symposium 2008 (2008). (Poster). 国際会議論文 [18] 江口修平, 坂井修一:耐タンパ・プロセッサの AES [6] Shinobu Miwa, Hironori Ichibayashi, Hidetsugu Irie, 暗号回路の評価, STARC Forum/Symposium 2008 Masahiro Goshima, Hironori Nakajo, and Shinji Tomita: (2008). (Poster). Low-Complexity Bypass Network Using Small RAM, [19] 杉本健, 入江英嗣, 五島正裕, 坂井修一: タイミン Int'l Conf. on Computer Design (CDES'08), pp. 153–159 グ・エラー耐性を持つスーパスカラ・プロセッサ, 電 (2008). 子情報通信学会研究報告 CPSY2008– 14, pp. 19– 24 [7] Shuichi Sakai, Hidetoshi Onodera, Hiroto Yasuura, (2008). James C. Hoe: Dependable VLSI: Device, Design and [20] 樽井翔, 塩谷亮太, 五島正裕, 坂井修一:タイミング Architecture ––How should they cooperate––, フォールト耐性を持つクロッキング方式, 電子情報 ASP-DAC 2009, pp. 859–860 (2009). 通信学会研究報告 CPSY2008– 14, pp. 25– 30 (2008).

堀尾一生 亘理靖展 塩谷亮太 五島正裕 坂井修 総説・解説論文 [21] , , , , 一: ツインテール・アーキテクチャの評価,情報処理 [8] 坂井修一: 情報処理で社会を守る： 1. 社会情報イ 学会研究報告 2008– ARC– 179, pp. 7– 12 (2008). ンフラの安全と信頼, 情報処理, Vol. 49, No. 4, pp. 49 [22] 塩谷亮太, 五島正裕, 坂井修一: 分岐プレディシジ – 53 (2008). ョン,情報処理学会研究報告 2008– ARC– 179, pp.

67– 72 (2008). シンポジウム・研究会・大会等発表 [23] 安藤徹, 塩谷亮太, 五島正裕, 坂井修一: プログラ [9] 勝沼聡, 塩谷亮太, 入江英嗣, 五島正裕, 坂井修一, : ムの繰り返し構造に着目した動的なヘルパースレ SWIFT: 文字列ごとの情報フロー追跡手法, 先進的 ッディング, 情報処理学会研究報告 2008– ARC– 計算基盤システムシンポジウム SACSIS2008, pp. 179, pp. 139– 144 (2008). 167– 176 (2008). [24] 入江英嗣, 五島正裕, 坂井修一, 平木敬: レジス [10] 金大雄, 塩谷亮太, 入江英嗣, 五島正裕, 坂井修一: タ・ファイル書き込み時タイミング・エラーに関す 可変長タグをサポートする低オーバヘッド・タグ・ る脆弱性評価, 情報処理学会研究報告 2008– ARC アーキテクチャ, 先進的計算基盤システムシンポジ – 179, pp. 175– 180 (2008).

76 [25] 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 報処理学会研究報告 2008– ARC– 180, pp. 15– 20 (2008).

招待講演 [26] 坂井修一, 藤田昌宏, 五島正裕, 吉瀬謙二: 超ディ ペンダブル VLSI への挑戦, 電子情報通信学会 2009 年総合大会, AI-1-4 (2008).

特許 [27] 勝沼聡, 五島正裕, 塩谷亮太, 入江英嗣, 坂井修一: 情報処理装置、情報処理方法及びこれを実現させる ためのプログラム, 特願 2008-251255. [28] 塩谷亮太, 五島正裕, 坂井修一: 半導体集積回路,特 願 2008-284574. [29] Satoshi Katsunuma, Masahiro Goshima, Ryota Shioya, Hidetsugu Irie and Shuichi Sakai: information processing device, information processing method, and computer. （米国出願中）.

報道 [30] 坂井修一: CPU の不具合 自動復旧, 日経産業新聞 (2008). [31] 坂井修一: 「並列コンピュータと EDA」, 日経 BP 社 Tech-On, http:// techon. nikkeibp. co. jp/ article/ NEWS/ 20081215/ 162877 / (2008).

77 伊庭研究室 changes. EHW is implemented on a programmable logic Iba Laboratory device (PLD), whose architecture can be altered by (http://www.iba.k.u-tokyo.ac.jp/) downloading a binary bit string, i.e., architecture bits. These bits are adaptively acquired by genetic algorithms (GAs). We 研究現況 study the fundamental principle of the gate-level. The Current Research Projects effectiveness of our approach is shown by comparative experiments and successful applications. 1. 進化型計算と遺伝的プログラミングの研究 伊庭斉志 3. ゲノム情報処理 Evolutionary Computation and Genetic 伊庭斉志 Programming Genome-informatics and Bio-informatics H. IBA H. IBA 本研究では 進化型計算手法の１つとして主に遺伝的 , 21 世紀は遺伝子（ゲノム）の世紀と言われている。ヒ 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。 トゲノム計画はあと数年で終了するが、遺伝子に関する 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 情報処理にはまだ多くの未解決問題が残っている。当研 を扱い、生殖や選択によって望ましいプログラムを進化 究室では、ゲノム解析グループとの共同研究などを通し させる。これにより、従来は人手でプログラムを書くこ て、遺伝子・蛋白質系のダイナミクス、蛋白質ネットワ とが困難であったような領域（例えば動的な環境でのロ 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 ボットの制御）での大規模なプログラム合成が可能にな る。 った。我々は遺伝的プログラミングを用いたマルチエー The 21st century is said to be that of Genome and Biology. ジェント学習、システム同程問題の解法、金融データの Human Genome Project has been finished successfully, i.e., 予測、ロボットプログラム、及び並列実装などを研究し most of the DNA arrangements have been analyzed and ている。 identified. However, many problems remain to be solved. The theoretical and practical aspects of Genetic Among them is the understanding and control of the Programming (GP) have been studied for the purpose of dynamical behavior of gene regulatory networks. We are establishing genetic-based evolutionary learning. The goal of currently working on the simulation and inference of these GP is to enable the automatic generation of computer dynamics by means of several methods. More precisely, our programs. It combines biological metaphors of evolution with target tasks include inferring of gene networks by using DNA computer science approaches, such as machine learning or microarray data, simulating inter- and intra-cellular signaling artificial intelligence. Our experiments show the promising loops of the mRNA products, and analyzing the metabolic results for various applications, such as multi-agent learning, pathways. 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 論文・著書一覧（2008 年度） [12] Aranha,C.,Iba,H.: "MVGPC+: An Integrated Approach Publications List to Machine-learning Classification", Proceedings of the IASTED International Conference Advanced in 研究論文 Computer Science and Engineering (ACSE2009), [1] 長谷川禎彦, 伊庭斉志: "PCFG-LA 混合モデルに基 pp.38-43, 2009. づく分布推定アルゴリズム", 人工知能学会論文 [13] Hirabayashi,A., Aranha,C.,Iba,H.: MVGPC+: "An 誌,vol.24,no.1SP-H, pp.80-91, 2009. Integrated Approach to Machine-learning Classification", [2] Noman,N., Iba,H.: "Differential evolution for Proceedings of the IASTED International Conference economic load dispatch problems", Electric Power Advanced in Computer Science and Engineering Systems Researc, vol.78, pp.1322-1331, 2008. (ACSE2009), pp.32-37, 2009. [3] Noman,N., Iba,H.: "A Bayesian Network Approach to 著書 Program Generation", IEEE/ACM Transcriptions on Evolutionary Computation, vol.12,no.6, pp.750-764, [14] Iba,H.(ed.): Frontiers in Evolutionary Robotics , I-Tech 2008. Education and Publishing, Vienna, Austria, 1997. [4] Iba,H.: "Inference of differential equation models by [15] 伊庭斉志: C による探索プログラミング―基礎から genetic programming", Information Sciences, vol.178, 遺伝的アルゴリズムまで, オーム社, 2008. pp.4453-4468, 2008. [5] Tohge,T., Iba,H.: "Evolutionary Morphology for 解説論文 Polycube Robots", Frontiers in Evolutionary Robotics, [16] 伊庭斉志: "ゲノムと言語の学際的研究 ： 進化計 Iba,H(Ed.), I-Tech Education and Publishing, 算と遺伝子ネットワーク推定", 実験医学 (増刊) pp.221-232, 2008. vol.26,no.7, pp.210-212, 2008. [6] Yanase,T., Iba,H.: "Evolutionary Motion Design for [17] 伊庭斉志: "進化的コンピューティング", 人工知能 Humanoid Robots", Frontiers in Evolutionary 学会誌 vol.23,no.4, pp.559-568, 2008. Robotics, Iba,H(Ed.), I-Tech Education and Publishing, pp.567-586, 2008. シンポジウム・研究会・大会発表等 [18] 平林明憲, 伊庭斉志: "遺伝的アルゴリズムによる外 国際会議論文 国為替取引手法の最適化", 2008 年度人工知能学会 [7] Aranha,Claus C.,Iba,H.: "A Tree-based GA 全国大会第 22 回論文集 (JSAI2008), 3H1-2, 2008. Representation For The Portfolio Optimization Problem", [19] 福田エリック駿, 伊庭斉志: "GA を用いた自己組織 Proceedings of the Genetic and Evolutionary 化ロボットの結合ルール生成", 2008 年度人工知能 Computation Conference (GECCO 2008), pp.873-880, 学会全国大会第 22 回論文集 (JSAI2008), 3A1-1, 2008. 2008. [8] Tanji,M., Ando,D.,Iba,H.: "Musical Rhythm Parsing [20] Aranha,Claus C., 伊庭斉志: "A New GA representation Using Mixture Probabilistic Conext-Tree Grammar", for the Portfolio Optimization Problem", 2008 年度人 Proceedings of the 10th International Conference on 工知能学会全国大会第 22 回論文集 (JSAI2008), Music Perception and Cognition (ICMPC10), 2008. 3A1-1, 2008. [9] Aranha,C.,Iba,H.: "Application of a Memetic [21] 渡辺晃生, 安藤大地, 丹治信, 稲田雅彦, 伊庭斉志: Algorithm to the Portfolio Optimization Problem", "対話型進化論的計算を用いた歌声合成パラメータ Advances in Artificial Intelligence, 21st Australasian の探索", 情報処理学会 音楽情報科学研究会研究報 Joint Conference on Artificial Intelligence (AI2008), 告, 2008-MUS-76, 2008. LNCS 5360, pp.512-521, 2008. [22] 安藤大地, 稲田雅彦, 丹治信, 伊庭斉志: "音楽用対 [10] Tanji,M., Ando,D.,Iba,H.: "Improving Metrical 話型進化論的計算のインタフェース", 情報処理学 Grammar with Grammar Expansion", Advances in 会 音楽情報科学研究会研究報告, 2008-MUS-76, Artificial Intelligence, 21st Australasian Joint 2008. Conference on Artificial Intelligence (AI2008), LNCS [23] 丹治信, 安藤大地, 伊庭斉志: "PCFG の文法拡大に 5360, pp.180-191, 2008. よる音列パターン解析", 情報処理学会 音楽情報科 [11] Yanase, T.,Iba,H.: "Evolutionary Multi-Objective 学研究会研究報告, 2008-MUS-76, 2008. Optimization for Biped Walking", Simulated Evolution [24] 稲田雅彦, 安藤大地, 丹治信, 伊庭斉志: "対話型作 and Learning, 7th International Conference 曲支援システムにおけるユーザー嗜好の獲得", 情 (SEAL2008),LNCS 5361, pp.635-644, 2008. 報処理学会 音楽情報科学研究会研究報告,

79 2008-MUS-78, 2008. [25] 渡辺晃生, 安藤大地, 丹治信, 稲田雅彦, 伊庭斉志: "IEC を用いた音声パラメータの最適化システム", 情報処理学会 音楽情報科学研究会研究報告, 2008-MUS-79, 2009. [26] 柳瀬利彦, 伊庭斉志: "進化計算を用いた歩容計画の ための多目的最適化の応用", 第 26 回日本ロボット 学会学術講演会, RSJ2008AC1N2-03, 2008. [27] クラウス, アランニャ, 伊庭斉志: "Use of Memetic Algorithms for Portfolio Optimization", 人工知能学会 第１回ファイナンスにおける人工知能応用研究会 (SIG-FIN001-04), pp.18-23, 2008. [28] 平林明憲, 伊庭斉志: "遺伝的アルゴリズムによる外 国為替取引手法の最適化", 人工知能学会 第１回 ファイナンスにおける人工知能応用研究会 (SIG-FIN001-04), pp.1-7, 2008. [29] 平林明憲, 伊庭斉志: "遺伝的アルゴリズムによる外 国為替取引手法の最適化 (続報) ", 人工知能学会 第２回ファイナンスにおける人工知能応用研究会 (SIG-FIN002-07), pp.40-45, 2009. [30] クラウス, アランニャ, 伊庭斉志: "Use of Memetic Algorithms for Portfolio Rebalancing", 人工知能学会 第２回ファイナンスにおける人工知能応用研究会 (SIG-FIN002-07), pp.1-6, 2009. [31] 藤原健太, 伊庭斉志: 分散遺伝的プログラミングを 用いた売買ルールの生成, 第２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, pp.29-30, 2009. [32] 渡辺幹生, 伊庭斉志: "フラクタル状に自己組織化す るロボットの規模制御モデル", 第２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, pp.25-26, 2009. [33] 熊谷基樹, 伊庭斉志: "遺伝的アルゴリズムを用いた Keepaway におけるエージェントの行動設計", 第 ２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, pp.23-24, 2009. [34] 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", 第２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, pp.19-20, 2009. [35] 渡辺晃生, 伊庭斉志: "IEC を用いた歌声パラメータ の最適化", 第２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, pp.3-4, 2009.

80 柴田・三田研究室 nerve cell neuron at a single transistor level. Based on such intelligent Semiconductor Microsystems architecture that "association" is the very computing primitive, Laboratory (iSML) we are pursuing human-like intelligence system (http://www.if.t.u-tokyo.ac.jp) implementation directly in silicon integrated circuits. Currently research is in progress for robust image recognition 研究現況 and voice recognition processing. The sate-of-the-art silicon Current Research Projects technology has been utilized to implement such associative processors in both analog and digital CMOS VLSI chips. As a 1. 右脳型ソフトコンピューティングVLSI: practical application of the circuit technology de-veloped for 連想プロセッサ・システム the associative processor chips, CDMA matched filter chips 柴田直, トゥロン トゥウ ブゥイ, have also been developed.. 馬奕濤, 姜璟煕

Right-Brain-Computing Integrated Circuits: 2. 画像の特徴ベクトル抽出VLSI及びそのパター Associative Processing Systems ン認識への応用 T. Shibata, Trong Tu Bui, Ma Yitao, Kang Kyunghee 柴田直, ロバート グロー, 朱弘博， 現在のコンピュータは四則演算の超高速処理に特化し 高橋徳浩, 森川重毅, 中川琢規， たマシンであり、人間のように「ものを見て柔軟に判断・ 金炫秀，孫卓力，山下直也 理解し、即座に適切な行動をとる」といった情報処理は A Robust Feature-Vector Generation VLSI’s and 非常に不得手である。入力情報に対し、過去の膨大な記 their Application to Human-Like Image Recognition 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 T. Shibata, Robert Grou, Zhu Hongbo, 次の行動を決定する。こんなアーキテクチャを持つコン N. Takahashi, S. Morikawa，T. Nakagawa, Kim ピュータの基本ハードウェアを、シリコン超ＬＳＩ技術 Hyun-soo, Sun Zhuoli, N. Yamashita. で実現する研究を進めている。論理演算を得意とする現 我々の連想プロセサアーキテクチャを画像認識に用い 在のマイクロプロセッサに対し、直感・連想・推論とい るには、２次元の画像情報を特徴ベクトル、即ち一次元 った処理を得意としたＬＳＩチップを設計・試作してシ の数値列で表現しなければならない。我々はこの目的で、 ステムを構成する。単体で脳細胞ニューロンと類似の機 主方向線分投影法（PPED: Pro-jected Principal-Edge 能を持つ高機能トランジスタ（ニューロンＭＯＳ､ Distribution）と呼ぶ新たな特徴ベクトル表現法を開発 neuMOS）を導入、膨大な template 群の中から最短距離ベ した。２次元画像に対し、縦・横・斜め２方向、計４方 クトルを完全並列探索するアナログ連想プロセッサ、 向の線分を抽出してフィーチャーマップを作成、そのビ 0.18 ミクロンＣＭＯＳ技術を用いた超高速ディジタル連 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 想プロセッサ等を、これまで開発した。今後連想を階層 投影加算して４組の一次元数値列を形成する。これらを 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 つなぎ合わせて６４次元ベクトルとし、６４×６４ピク のチップ用いて構築して行く。そのために我々の思考過 セルの画像を表現する。これは、元画像の特徴を実にう 程を柔軟に記述できる APROL (Association Programming まく表現しており、手書きによるパターンの変形、歪み Language) の開発も行う。四則演算に代わり連想を に対しほとんど影響を受けない。従って、単純なテンプ “computing primitive”とする実時間事象認識知能システ 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 ム実現を目指す研究である。現在、画像認識・音声認識 が大変ロバストに実行できる。特にこれまで認知の問題 をテーマに研究を進めている。ここで開発した VLSI 回 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 路技術は、実用的な応用として、CDMA マッチトフィル とがわかった。さらにこの手法を矯正歯科診療における タへの応用技術等も開発している。 セファロＸ線写真解析に応用、歯学部学生にとっても高 Digital computers are dedicated machines for vary fast 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 execution of numerical calculations. However, their が、専門医と同様にできることがわかった。今後、連想 performance is extremely poor in such tasks like seeing, プロセッサと統合し、一般的な知的画像認識システム構 recognizing, and taking immediate actions, which are 築へと発展させていく。このベクトル抽出はソフトウェ effortless tasks in our daily life. This research aims at building アでは非常に時間のかかる処理であり、neuMOSを用いた intelligent VLSI systems based on the psycho-logical model アナログ CMOS 回路技術、および最先端のディジタル CMOS of a brain. In our system past experience is stored as template 回路技術の両方を用いて、独自のアーキテクチャを持つ vectors in non-volatile vast memo-ries and the 特徴ベクトル生成 VLSI チップの開発を行っている。 maximum-likelihood event to the current event is recalled in Since image data are massive in quantity, an effective real time by a fully parallel processing. The key ingredient of dimensionality reduction technique is quite essential in the system is a new functional device called “Neuron MOS recognition problems. The maximum-likelihood search VLSI Transistor” (neuMOS or νMOS) which mimics the action of a chips we are developing accept image data in the form of a

81 vector. Therefore we need to generate a feature vector, well algorithm we have developed, the chip contains the representing the characteristic features of the original image. processing circuit only at the peripheries of the photo sensor In the representation, human perception of similarity among array. As a result, a very large fill factor has been obtained in images must be preserved in the vector space. A robust image each pixel processor. Furthermore, a VLSI system that representation technique for recognition has been developed extracts three-dimensional information from the object of based on a hardware intensive algorithm. An input image interest has also been developed. Since charge redistribution either in a binary or grayscale format is subjected to adaptive among multiple capacitors are utilized for computation, it spatial filtering to generate feature maps, which are reduced to enables us to build very low-power systems. In these two a 64-dimension vector by "Projected Principal-Edge VLSI systems, neuron MOS technology has been utilized in Distribution (PPED)" algorithm. The representation has been realizing flexible hardware processing. applied to handwriting pattern recognition and the cephalomet-ric landmark identification (the clinical practice in 4. 方向性エッジベクトル表現を用いたロバスト orthodontics in dentistry), to investigate the performance. な人物像検出システム In-terestingly, in hand written pattern recognition, it is shown 柴田直, 三好高史 the separation of handwritten overlapping patterns has been A Robust Human Figure Detection System Using successfully carried out based on the representation, although Directional-Edge-Based Image Representations it is a difficult problem in artificial intelli-gence. Using a T. Shibata, T. Miyoshi simple template matching technique, identification of Sella 顔の検出は、ヒューマンインタフェースの研究におい (pituritary grand), Nasion, and Orbi-tale has been successfully て重要な課題である。従来、肌色に着目したり、ニュー carried out. Since the vector formation processing is 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 computationally very expensive, dedicated VLSI chips have るが、写真の撮影条件の影響を受けたり、あるいは本当 been developed both in digital CMOS technology and analog の顔を逃してしまう、いわゆる false negative の発生とい CMOS technology. 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 3. 実時間動画像処理プロセッサ も、「本当の顔を絶対に逃さない」ことを目標とするロバ 柴田直, 岡野裕太，福岡雄大，吉井一馬，申 丞鎬， ストな顔検出アルゴリズムの基礎を、これまでの成果で プラバート・ウィーラワルダナ，小森健正 あるエッジベースのベクトル表現法(PPED)を発展させ Real-Time Moving Image Processing VLSI Systems て確立した。PPED 法による検出は、例えば壁のしみで T. Shibata, Y. Okano, Y. Fukuoka, K. Yoshii, も眺めていると人間の顔に見えてくるといった、人間の Shin Seungho, P. Weerawardhana, T. Komori 認識に非常に近い検出アルゴリズムであるが, 本研究で リアルワールド画像の実時間情報処理を目標に、視野 は PPED とは補完的な性質を持つ、新たな 2 つのベクト 中の運動物体を着目・連続追尾する Saliency Catcher、及 ル表現法を開発、オリジナル PPED ベクトルと同時に用 びキャッチした物体の 3 次元計測を瞬時に行える VLSI いた多重照合法（multiple cluematching）の開発により、 プロセッサの研究を行っている。Saliency Catcher につい 大変ロバストな顔検出を実現した。さらに、顔画像を各 ては、擬似二次元処理と呼ぶ新たな手法を導入、すべて 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、 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 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 る構成がとれるため、各画素部では大きなフィルファク テムも構築した。これにより、照明条件の変化に強いロ タが実現できた。フィルファクタとは、各ピクセルプロ バストな顔認証システムが実現した。本実績をベースに、 セッサ内でフォトダイオードが占める面積の割合で、こ 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 れが大きいほど多くの画像情報が処理に取り込める。こ ストに検出するシステムの研究を進めている。 のチップは、複雑な背景の中から複数の動いている物体 Face localization and identification of individuals by facial を、動きの大きさとともに検出できる。さらにカメラ自 images are important issues in the development of new 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 generation human-computer interfaces. There have been many もつ。実際にチップで基本性能を確認した。さらに運動 approaches such as skin color detection and using neural 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 networks. They have, however, many problems such as high た。これはキャパシタ間での電荷の再配置のみを演算に sensitivity to photograph exposure conditions, and existence 使う回路であり、究極の低消費電力システム実現の可能 of "false negatives". The objective in our approach is to try to 性を秘めている。 minimize the number of "false negatives", even it might Aiming at real time processing of moving images, a increase the number of "false positives". Our algorithm can saliency catcher chip that detects objects in motion in detect non-face im-ages that are very similar to faces. A non-stationary complicated background sceneries has been preliminary research is done by extending our edge-based developed. Due to the new quasi-two dimensional processing vector image rep-resentation method (PPED). Besides the

82 PPED-based detection method, two other new vector such a biological principle. As an example, we have representations, which are complementary to PPED, have developed an object tracking system utilizing the edge been developed. Using the multiple clue method with these information to represent the object appearance. Our system three rep-resentations, a very robust performance in face shows a very robust track-ing performance for an object detection has been achieved. We also developed a face moving under variety of disturbing conditions such as identifica-tion system in which a face image is treated as a changing illumination, con-fusing busy background, object two dimensional sequence of partial images also represented shape transformation, changing speed, partial occlusion etc. A by directional edge-based vectors, thus showing a robust robust ego-motion perception algorithm has also been identification performance under a variety of illumination developed based on the edge information. In order to conditions. Based on these achievements, a system is now understand the gesture of a person form motion pictures, a under development that is capable of localizing human figures vector representation of an instantaneous motion has been with varying poses under cluttered environments.. developed. A temporal sequence of such vectors is analyzed by Hidden Markov Models (HMMs). For this purpose, a new 5. 動画像認識システム HMM has been developed which we call Self-Evaluating 柴田直，ハオ ジア，西山未央，包蕊寒 HMM. With this new model, it is possible for a single Moving Image Recognition System Self-Evaluating HMM to judge if an input sequence matches T. Shibata, Hao Jia, M. Nishiyama, Bao, Ruihan to the model without referring to other models. Pre-liminary experiments of simple gesture recognition have confirmed the 方向性エッジ情報が、静止画の認識に重要な働きをす effectiveness of this approach. ることを我々はこれまで様々な事例で実証してきた。本 6. 深掘エッチングを応用したMEMS-LSI融合デバ 研究テーマは、動画像シーケンスから動きの情報を取り イス 出し、これによって動作の理解を行う研究であり、これ 三田吉郎，澤村智紀，今井義明， もエッジ情報を用いて行っている。人間の脳は、まず第 金俊亨，森下賢志 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 LSI-MEMS integrated device by deep reactive ion で実行している。我々もこれに習った。エッジ情報によ etching technology って物体の形状を認識し、その形状を順次追いかけて行 Y. Mita, T. Sawamura, Y. Imai, 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。 Kim Jun Hyoung, S. Morishita VDEC 所有 EB 装置を利用してナノリソグラフィを行な 追跡物体が複雑な背景の中に入っても、途中で形状や動 い、武田先端知ビル等の深掘り RIE 装置でエッチングを 作速度を変えても、また照明条件が変化しても正確に追 行なって、深掘ナノサイズ構造を作製, 電子デバイスサ 跡していける。環境の中で人が移動すると環境の視覚画 イズ（10~１ミクロン以下）のパターン精度でかつマイク 像もそれに応じて変化するが、その変化から自分の動き ロマシンサイズ（40 ミクロン以上）の深さを持つ垂直構 を理解するいわゆる ego mo-tion perceptionも、方向性 造を積極的に利用した電子デバイス応用を試みている。 エッジ情報を用いて実現した。照明条件の変化や、明確 最小サイズ 370 ナノメートル、アスペクト比 1:107 のト なテクスチャの少ない環境、あるいは視野内に別の動き レンチ構造を作製することができるようになった。MEMS をする物体が存在する場合にも、ロバストな ego motion 用サブミクロンサイズの深掘り構造は、これまでせいぜ 検出ができる。さらに、画面の中で動作する人物のジェ いアスペクト比 1:10 程度であったが、本研究では一桁優 スチャーを認識するシステムも開発中である。各時刻に れた結果を出している。このエッチング技術を基礎に、 おけるオプティカル・フローをベクトル表現し、ベクト シリコンの垂直面の表面から不純物拡散を行って PN 接 ルの時間シーケンスを隠れマルコフモデル（HMM）を用い 合とした「垂直フォトダイオード」を作製、既存の平面 て理解するシステムである。この目的のため、相対評価 型ダイオードに比較して 25%～80%の効率向上ならびに ではなく絶対評価可能な、新たな隠れマルコフモデルを クロストーク軽減ができることを示した研究、蒸着する 考案し、その有効性を実証した。 だけで三次元配線のできる「セルフカットパターニング So far we have shown directional edge information plays an 法」とその垂直型コイルへの応用、VDEC で試作した essential role in a variety of still image recogni-tion 0.15µm 完全空乏型 Silicon on Insulator (FDSOI) LSI applications. In this project, we are developing moving image を、シリコーンゴム(PDMS)やガラス基板に接着し、支持 recognition systems also utilizing directional edge information. 層シリコンを完全にエッチングすることで活性部分だけ In the human brain, it is known that edges of various を任意の表面に転写する「Silicon on PDMS」デバイスな orientations are firstly extracted from retinal images and then どが新たに開発された。 being processed through separate pass ways for motion Silicon deep nano-fabrication technology of structures recognition and object shape recognition. We have followed having both electron-device-scale (10µm down to less than

83 1µm) lateral resolution and MEMS-scale (more than 40 µm) 論文・著書一覧（2008 年度） depth, and application to electron devices is developed. Publications List VDEC’s EB writer performs lithography and Deep RIE at Takeda Building performs etching. Our top data is aspect ratio 研究論文 1:107 for trenches of 370nm. This is the record ten times [1] Yusuke Niki, Yasuo Manzawa, Satoshi Kametani, and deeper as compared to ordinal submicron Deep-RIE Tadashi Shibata, “Moving-Object-Localization technology. Based on the technology, a couple of Hardware Algorithm Employing OR-Amplification of new-concept devices are appearing such as: (1) a “vertical Pixel Activities,” Japanese Journal of Applied Physics. photodiode” that is made by thermal diffusion on the vertical Vol. 47, No.4, pp. 2767-2773, 2008. wall of Si Deep Reactive Ion Etching (DRIE) and showed [2] Liem T. Nguyen, Kiyoto Ito, and Tadashi Shibata, from 25% to 80% of photocurrent increase and crosstalk “Compact and Power-Efficient Implementation of suppression as com-pared to conventional planar photodiode, Rank-Order Filters Using Time-Domain Digital (2) “Self-cut patterning method” that is a three-dimensional Computation Technique,” Japanese Journal of Applied wiring technology by a simple evaporation on Physics. Vol. 47, No.4, pp. 2807-2811, 2008. profile-controlled 3-D structure with an application of [3] Trong Tu Bui and Tadashi Shibata, “Compact vertically-winded coils, and (3) “Silicon on PDMS” devices Bell-Shaped Analog Matching-Cell Module for that is made by an active-layer transferring technology using Digital-Memory-Based Associative Processors,” 0.15µm Fully-Depleted Silicon on Insulator (FDSOI) LSI Japanese Journal of Applied Physics. Vol. 47, No.4, pp. pasted on silicone rubber (PDMS) or glass substrate and 2788-2796, 2008. lost-wafer etching. [4] Kenichiro Hirose, Yoshio Mita, Yoshiaki Imai, Frédéric Marty, Tarik Bourouina, Kunihiro Asada, Shuichi Sakai, Tadashi Kawazoe and Motoichi Ohtsu, "Polarization transmissive photovoltaic film device consisting of Si photodiode wire-grid", J. Opt. A: Pure Appl. Opt. 10 044014 (2008.04). [5] Liem T. Nguyen, Kiyoto Ito, and Tadashi Shibata, "A Compact and Power-Efficient Implementation of Rank Order Filters Using Time-Domain Digital Computation Technique," accepted for publication in Japanese Journal of Applied Physics. [6] Kiyoto Ito, Benjamas Tongprasit, and Tadashi Shibata, "A Computational Digital Pixel Sensor Featuring Block-Readout Architecture for On-Chip Image Processing," IEEE Transactions on Circuits and Systems-I, Vol. 56, NO. 1, pp. 114-123, January 2009. [7] Kiyoto Ito, Benjamas Tongprasit, and Tadashi Shibata, "A Computational Digital Pixel Sensor Featuring Block-Readout Architecture for On-Chip Image Processing," IEEE Transactions on Circuits and Systems-I, Vol. 56, NO. 1, pp. 114-123, January 2009. [8] Yifan Li, Yoshio Mita, Leslie I. Haworth, William Parkes, Masanori Kubota, Anthony J. Walton, "Test Structure for Characterizing Low Voltage Coplanar EWOD System", IEEE Transactions on Semiconductor Manufacturing, IEEE Transactions, Vol. 22, No. 1, pp. 88-95 (2009.02). [9] Hitoshi Hayakawa and Tadashi Shibata, “Block-matching-based motion field generation utilizing directional edge displacement,”

84 Computers and Electrical Engineering, 2009 (In Matching Cells," Proceedings of 2008 9th International Press). Conference on Solid-State and Integrated-Circuit [10] Hongbo Zhu and Tadashi Shibata, “A Technology (ICSICT), pp. 1819-1822, Beijing, China, Digital-Pixel-Sensor-Based Global Feature Oct 20-23, 2008. Extraction VLSI for Real-Time Object [18] Tadashi Shibata, “Implementing Brain-Like Systems Recognition,” Japanese Journal of Applied Physics, Using Nano Functional Devices,” Proceedings of the Vol. 48, PP. 04C080-1～04C080-7. 10th International Conference on Ultimate Integration of [11] Norihiro Takahashi, Kazuhide Fujita, and Tadashi Silicon (ULIS 2009), pp. 131-134, Aachen 18-20 March, Shibata, “A Pixel-Parallel Self-Similitude 2009. Processing for Multiple-Resolution Edge-Filtering [19] Trong Tu Bui and Tadashi Shibata, “A Scalable Analog Image Sensors,” IEEE Transactions on Architecture of Associative Processors Employing Nano Circuits and Systems-I, : REGULAR PAPERS, Vol. Functional Devices,” Proceedings of the 10th 56, No. 11, pp. 2384-2392, 2009 International Conference on Ultimate Integration of Silicon (ULIS 2009), pp. 213-216, Aachen 18-20 March, 国際会議論文 2009. [12] Norihiro Takahashi, Kazuhide Fujita, and Tadashi [20] Kyunghee Kang and Tadashi Shibata, “A Shibata, "An Analog Self-Similitude Edge-Filtering Parzen-Window Classifier Architecture for Processor for Multiple-Resolution Image Perception," Massively-Integrated Nanoscale Resonant Devices,” Proceedings of The 2008 International Symposium on Proceedings of the 10th International Conference on Circuits and Systems (ISCAS 2008), pp. 1640-1643, Ultimate Integration of Silicon (ULIS 2009), pp. Seattle, USA, May 18-21, 2008. 217-220, Aachen 18-20 March, 2009. [13] Yoshiaki Imai, Yoshio Mita, Kenichiro Hirose, [21] Kazuma Yoshii and Tadashi Shibata, “A Masanori Kubota and Tadashi Shibata, "Surface Nano-Functional-Device-Based Image Feature Corrugated P-N Junction on Deep Submicron Trenches Extraction Circuitry With Current-Balancing Feedback,” for Polarization Detection With Improved Efficiency", Proceedings of the 10th International Conference on Asia-Pacific Conference of Transducers (APCOT), Ultimate Integration of Silicon (ULIS 2009), pp. Taiwan, 3B1-3. (2008.06). 233-236, Aachen 18-20 March, 2009. [14] Yitao Ma and Tadashi Shibata, "A Real-Time K-means 著書 Learning Processor Architecture extendible to Multiple-Chip Large-Scale systems," Proceedings of [22] 三田吉郎、吉川昌範(編著)(分担執筆), "最新機械・機 The 34th uropean Solid-State Circuits Conference 器要素技術" 2 章 10 節「センサー」3 章 15 節「セン (ESSCIRC 2008), Fringe P3, Edinburgh, UK, Sep. サ・アクチュエータの加工(光学リソ含む)」, NGT 16-18, 2008. コーポレーション (2008) [15] Yoshio Mita, Yifan Li, Masanori Kubota, William Parkes, Leslie I. Haworth, Brian W. Flynn, Jonathan G. シンポジウム・研究会・大会等発表 Terry, T.B. Tang, Alec Ruthven, Stewart Smith, and [23] Tadashi Shibata, " A Brain-Mimicking Computer for Anthony J. Walton, "Wireless Driven EWOD Human-like Perception", in the Abstract of Mouth and Technology for MEMS Pond Skater Application", 38th Face Forum 2008 in silico Dentistry, pp.9, Osaka, European Solid-State Device Research Conference January14-15, 2008. (ESSDERC 2008), Edinburgh, UK, Sep. 16-19, [24] 松山知弘、三田吉郎、久保田雅則、柴田 直、藤田 pp.306-309 (2008.09). 博之（東京大学）「静電駆動型大面積 MEMS におけ [16] Hongbo Zhu and Tadashi Shibata, “A る消費電力」、電気学会マイクロマシン・センサシ Digital-Pixel-Sensor-Based Global Feature Extraction ステム研究会、東北大学、2008 年 6 月 12、13 日 VLSI for Real-Time Image Recognition,” in Extended (MSS-08-20) pp. 95-100 (2008.06). Abstracts of the 2008 International Conference on Solid [25] Yoshio Mita, L.Bouraoui et M.Parent, "Vision stéréo State Devices and Materials (SSDM 2008), pp. 476 - pour la détection d'obstacles vulnérables: méthode de 477, Tsukuba, Japan, Sep. 24-26, 2008. <> pour l'amélioration de la [17] Trong Tu Bui and Tadashi Shibata, "A précision de mise en correspondance", Journée Multi-core/Multi-chip Scalable Architecture of Francophone de la Recherche, 28 Novembre 2008, IIS Associative Processors Employing Bell-Shaped Analog Univ. Tokyo, Japon (2008.11).

85 [26] 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) [27] 金俊亨、久保田雅則、肥後昭男、三田吉郎、「柔ら かいシリコンマイクロ構造とその神経信号解析へ の応用」、応用物理学会第二回集積化 MEMS 研究会、 2008 年 11 月 21、東京大学 (2008.11)*研究奨励賞受 賞 [28] 柴田直,「〔招待論文〕心理学的脳モデル VLSI シス テムによる柔軟な資格情報処理」映像情報メディア 学会技術報告 ITE Technical Report Vol.32,No.57,pp.13-20 IST2008-83, 2008 年 12 月

86 浅田・池田・名倉研究室 式を採用したチップ内・チップ間通信用 3 線 3 相伝送方 Asada, Ikeda & Nakura Laboratory 式シリアルインターフェイスの研究を行っている。3 線 3 (http://www.mos.t.u-tokyo.ac.jp) 相伝送方式は自己同期伝送方式であるため、送信データ の各ビットに同期信号が内在し、CDR(Clock and Data 研究現況 Recovery)回路が不要であり、設計マージンが大きく、高 Current Research Projects 速化に適している。このような特徴を有するデータレー ト制御機能付き 3 線 3 相伝送システムを 65nmCMOS プ 1. DCVSL 回路による自己同期システムの構築 ロセスを用いて試作・評価を行っている。また、ブライ 浅田邦博・池田誠・鈴木真一・曽我部 拓・鄭明奎 ンドオーバーサンプリング技術を用いたオールデジタル ・Devlin Benjamin Stefan・齊藤総 回路によるデータリカバリ回路を提案した。本アルゴリ Self-synchronous system design using DCVSL ズムは、データレートより 5 倍高速なクロックを用いて K.Asada, M.Ikeda, S.Suzuki, T.Sogabe, M.G.Jeong, データエッジが検出出来ない場合においても確実にデー B.S.Devlin, S.Saito タを抽出することを可能にしている。 二線式のダイナミック回路論理素子である DCVSL を We have proposed a 3-phase 3-wire serial interface circuit 用いて自己同期回路を構成し、その信頼性の評価や論理 based on a GALS(Globally Asynchronous Locally 素子レベルパイプラインへの応用を検討した。信頼性の Synchronous) method for low EMI intra- and inter-chip 評価においては電源線に雑音を重畳させることで、自己 3-phase 3-wire serial communication. Since this circuit 同期、同期のプロセッサの測定を行い、電源雑音を遅延 utilizes a self-synchronous transmission method, transmitted 変動ととらえた場合に自己同期が遅延変動に強いことを data include synchronous clocks at each bit. Therefore, a CDR 示した。また、論理素子レベルパイプラインでは同じ機 (Clock and Data Recovery) circuit becomes unnecessary, and 能のダイナミック回路を相補的に設けることで、交互に this scheme is suitable for high-speed transmission due to its プリチャージとエバリュエーションを行うことで高いス wide design margin. The prototype interface featuring a data ループットを実現した。これを用いて FPGA のアーキテ rate control capability has been implemented and evaluated クチャの設計・試作も行った。論理を決定するルックア using 65nm CMOS process. Furthermore, we have proposed ップテーブルとスイッチボックスからなるブロックを並 an all digital baseband data recovery circuit using a blind べることで実現した。 oversampling technique. Our algorithm uses a 5x clock to We designed self-timed circuits using DCVSLs, which are sample incoming data. If no data edge sensed, sampling dual-rail logic gates composed of dynamic circuits, and occurs after five clocks from the previous sample. evaluated the reliability of them and applications to gate-level-pipelining. To evaluate the reliability, we inserted 3. ガラス基板上のシステム構築 power noise sources to the circuits as sources of delay 浅田邦博・池田誠・金鎮明・猪飼啓太 variation, and measured impacts of them. As a result System on Glass Panels self-timed circuits proved to be more tolerant to delay K.Asada, M.Ikeda, J.M.Kim, K.Ikai variations. We also designed gate-level-pipelined logic ガラス基板上へのシステムの集積の実現に向けて、 circuits by using two equivalent circuits, one is being PMELA結晶上のTFTを用いた回路の設計環境を構築し、 pre-charged, the other is evaluating the logic, complementarily, その環境上で無線通信回路およびデジタル回路を設計し to eliminate pre-charge period for higher throughput. Using た。PMELA 結晶上では Si 結晶が縞状に並ぶ。その上に this gate-level-pipelining, we designed and fabricated the TFT のチャネル部が配置されるようにデジタル回路の自 architecture for self-timed FPGA. The architecture is 動配置配線環境を整え，トランジスタモデルのフィッテ composed of arrayed common blocks. A common block has a ィングを行い、レイアウトからのシミュレーション環境 LUT (look up table) which evaluates the logic and a switch を構築した。またばらつきの大きいプロセスで無線通信 box which connects some channels from horizontal and を行うためばらつきに強い通信回路構造を提案し設計を vertical directions. 行った。実際にガラス基板上にチップを作成して、アナ ログ回路では VCO の動作、アンプの動作などを、また 2. 自己同期型通信方式 デジタル回路では分周期の動作を確認した。 浅田邦博・池田誠・佐々木昌浩・中村大輔 Recent improvements in TFT processing technology have ・Bushnaq Sanad Saleh achieved to integrate a great degree of functionality on glass. Self-synchronous communication It is widely expected that these integrations will contribute to K. Asada, M. Ikeda, M. Sasaki, D.Nakamura, the increase in functionalities of displays, which will hence S.S. Bushnaq lead to the realization of System-on-Glass (SOG). We have グローバルには非同期で、局所的には同期式で通信を developed a design environment for a stripe-shaped PMELA 行う GALS(Globally Asynchronous Locally Synchronous)方

87 process on glass, and have designed digital circuits and a increasing their fragility with technology scaling. So we variation tolerant transceiver for SOG. These circuits are propose an on-chip monitoring system as a SoC platform fabricated in a 0.5um PMELA TFT CMOS technology, and which ensures reliable operation of LSI circuit even if in-feild the measurement results show that VCOs and amplifiers are as well as the at the time of manufacturing. In the proposed successfully work, and the digital circuits using PMELA TFTs platform, designers can monitor LSI operation after shipment are successfully integrated on glass by using the design from remote location by using TCP/IP network. Moreover, environment. We also proved the accuracy of the established designers can use web browser as the user interface which design environment. offers an intuitive operation of monitoring. Our on-chip web server system contains small 16-bit CPU, network interface, 4. SoC のテスト手法 and so on. A TCP/IP protocol routine and a web server 浅田邦博・池田誠・名倉徹・鄭若丹彡 program runs on the CPU, and serves as an HTTP server. We ・中村大輔・楯村祐太郎 designed the system, and verified the hardware/software Testing method for SoC operation by implementing it on FPGA and PCB board. We K. Asada, M. Ikeda, T. Nakura, R. Zheng, also implemented the system on 0.18um CMOS process. the D. Nakamura, Y. Tatemura overhead area was about 8.44mm2 IDDQ testing is known as a very effective method to detect 我々は SoC のテスト手法の一環として、SoC のため faults in CMOS circuits. IDDQ test can detect some faults のオンチップモニタリングシステムと IDDQ テスト向 which are hard to detect in voltage measurement such as け ATPG の研究を行っている。本研究では LSI の微細化 に伴い長期信頼性が低下している問題に対し、出荷時だ functional test. For example, bridging fault is the fault. When けでなく出荷後においても動作信頼性を保証するための we think about bridging fault, we handle inter gate bridging in プラットフォームとしてオンチップウェブサーバによる many cases. And if we also consider intra gate bridge, we モニタリング機構を提案している。提案プラットフォー don't handle all possible intra gate bridge in many cases, for example handle only transistor short. So we proposed a ムでは TCP/IP ネットワーク網を利用することにより、 method to generate test pattern for all possible intra gate 出荷後においても遠隔地から LSI の内部状態をモニタ することが可能であり、またユーザインターフェイスと bridge and implemented SAT-based ATPG for bridging してウェブブラウザを用いるため直感的な動作が可能に fault(intra and inter gate bridge). Additionally, we show that the test pattern generated for intra gate bridge can cover many なる。オンチップウェブサーバシステムは 16 ビットの小 of the inter gate bridge by running ISCAS85 and ITC99 test さな CPU とネットワークインタフェイス等を搭載して bench. おり、CPU 上で TCP/IP 、ウェブサーバプログラムが動 作させることにより HTTP サーバの機能を提供する。 我々はこのシステムの設計を行い、再構成可能なハード 5. 能動的基板雑音低減手法 ウェアを用いて基板上でハードウェア、ソフトウェア共 浅田邦博・池田誠・名倉徹・Dang Ngoc Lan に正常動作を確認した。また、設計したシステムを Active Substrate Noise Canceller 0.18um CMOS プロセスを用いてセルベース LSI として K. Asada, M. Ikeda, T. Nakura, N.L. Dang 試作した。実装面積はおよそ 8.44mm2 であった。 LSI の微細化・集積化の進展にともない、チップの単 IDDQ テストは CMOS 回路をテストするのに非常 位面積当たりのトランジスタ数が上昇し、同じチップに に有効な手法であることが知られている。電圧測定によ デジタル回路とアナログ回路を混載することが可能とな り故障検出を行うファンクショナルテストなどとは異な ってきた。しかし、そのようなチップにはデジタル回路 り、一部の故障、例えばブリッジ故障などの扱いが容易 から発生する基板ノイズの影響が無視できなくなってき である。一般にブリッジ故障を扱う場合、ゲート間のブ ている。本研究では、基板ノイズを低減するためにデジ リッジを考えることが多く、また,ゲート内のブリッジを タル制御アクティブノイズキャンセラー回路について検 扱ったモデルも、トランジスタのショートのみを考えた 討する。受動素子あるいはフィードバック回路を利用す ものなど部分的に扱ったものが多い。そこで当研究では, る手法と比べて、本研究で提案する能動的基板雑音低減 ゲート内配線の全てのブリッジを扱うために新たな手法 手法はより安定であり、広い周波数帯で有効だと期待さ を提案し、SAT ソルバを用いて ATPG を実装した。また、 れる。また、ノイズキャンセラー回路をデジタル制御に ゲート内ブリッジ向けのテストパターンが、ゲート間ブ することにより自律的制御に適した回路構成とする。 リッジの多くを検出することができることを ISCAS85 With the development in LSI technology, the number of および ITC99 のテストベンチを実行することで示した。 transistors that can be integrated in one unit of area and the We have studied an on-chip monitoring system for reliable clock frequency is increasing rapidly while the power supply LSI operation and an ATPG for IDDQ testing as part of a voltage is getting smaller. In devices where digital and analog testing method for SoC. Recently, transistors in a LSI are circuits are placed on the same substrate, noise generated from

88 digital circuits may become problem, degrade the わせることにより、光学および磁界による特性により performance of analog parts or even cause them to TOF 法による三次元計測等への応用を目指した検討を行 malfunction. In this research, we proposed a digital active っている。また、光感度変調を目指しフォトトランジス substrate noise canceller to reduce substrate noise in such タを用いたイメージセンサーの検討を行っている。アン devices. Compare with some other methods that use feedback テナアレイを用いたミリ波帯の透過・吸収画像の取得を circuit or passive components, our method is expected to 目指した 100-120GHz パルス生成回路の検討を行った。 operate more stably and has wider effective range of We proposed the transfer matrix for calculation of frequency. Also, as the proposed circuit is digitally controlled, transmission rate in the multi-metal-layer above pixels. The it is suitable for the purpose of dynamic operation control in reproducibility of the color is verified through an optical system LSI. simulation with the multilayer. We have studied MAGFET with photo-gate function for optical and electro-magnetic 6. ばらつきを活用した設計 characteristics to achieve range-finding by TOF method. We 浅田邦博・池田誠・名倉徹・猪飼啓太 also studied sensitivity modulation using photo-transistor for Circuit Design Utilizing Process Variability smart image sensors. On the other hand, we investigated K.Asada, M.Ikeda, T.Nakura, K.Ikai 100-120GHz pulse generator for mm-wave imaging using on-chip antenna array. LSI が我々の生活に浸透するにつれ、様々なモノに LSI が搭載されるようになってきており、あらゆるモノに固 有の ID をつけて識別番号を与える RFID が必要となる。 8. 高性能三次元計測システム 本研究では通常のスタンダード CMOS プロセスを用い 浅田邦博・池田誠・萬代新悟 て、同一のマスクレイアウトでありながら製造プロセス High-Performance 3-D Range Finding System で生じるトランジスタ特性のランダムなばらつきを利用 K. Asada, M. Ikeda, S.Mandai することによって、チップ ID を生成する。ただし、従来 CMOS プロセスの発展により、センサ上に様々な機能 のように ID の読み出しのたびに毎回トランジスタ特性 を備えたスマートイメージセンサは目覚ましく発達した。 のばらつきを評価・2 値化して ID 値を出力するのではな 我々はこれまで高速、高精度三次元情報取得を可能にす く、最初に決定した ID をもとにしてトランジスタの電気 る光切断法を用いて、多くの三次元イメージセンサを開 的特性を破壊・変化させることにより、「安定した」ID 発してきた。そして昨年、様々な状況に応じた三次元撮 を生成するチップ ID 回路を実現する。 像を可能に するという目的のために、チップ上に二つの As LSIs penetrates into our daily life, many things have イメージャ・コアを備え、それぞれのコアを独立に動か LSI chips on them and RFID is the most promising candidate すことで、複数のモードで動作するた三次元イメージセ for giving ID number to every single thing. Our research ンサ を開発した。また、実時間撮像を実現するために、 realize chip ID generation circuit utilizing process variation, PC とのインターフェース、さらにカメラボードなどの開 which is the source of the randomness with exactly the same 発も随時行っている。 layout pattern, on standard CMOS process technology. Unlike Smart image sensors including processing elements on a conventional scheme which evaluates the ID number at every sensor array have developed because of the development of read request, our ID generation scheme breakes and changes CMOS process. We have developed 3-D smart image sensors the transistor characteristics at the first time ID generation so employing light-section method to realize high accuracy and as to fix and stabilize the ID number. high speed 3-D capturing. Last year, to realize flexible 3-D image sensor, we have designed and fabricated 7. スマートイメージセンサに関する研究 multi-functional range finder using dual imager core on a 浅田邦博・池田誠・佐々木昌浩・金允璟 single chip and operating them independently. Furthermore, In ・門馬太平・ゲエンカンゴクマイ・大塚泰雅 order to achieve real-time imaging, we also have developed ・金江南・萬代新悟・服部慶士 PC interface and camera board. Smart Image Sensors K.Asada, M.Ikeda, M.Sasaki, Y.K.Kim, T.Monma, N.N.M.Khanh, Y.Ohtsuka, K.N. Kim, S.Mandai, K.Hattori 微細化しつつあるプロセスにより設計されるイメージ センサの多層配線層において、光透過光率を計算するた めの透過マトリックス法を提案した。その多層膜を用い てカラー再現性に関して光学シミュレーションを通じて 検証している。また、MAGFET とフォトゲートを組み合

89 論文・著書一覧（2008 年度） using Stripe-Shaped TFTs on Glass” Proceedings of Publications List IEEE Asia and South Pacific Design Automation Conference, pp. 105-106, Jan. 2009. 研究論文 [13] S. Mandai, M. Ikeda, ISSCC 2009 Student Forum [1] M. Sasaki, M. Ikeda and K. Asada, “A Temperature SF-4-1, Feb. 2009. Sensor With an Inaccuracy of -1/+0.8℃ Using 90-nm 1-V CMOS for Online Thermal Monitoring of VLSI シンポジウム・研究会・大会等発表 Circuits,” Semiconductor Manufacturing, IEEE [14] [Invited] M. Ikeda, “Studies on Wide Dynamic Range Transactions, Vol.21, Issue 2, pp.201-208, May. 2008. Image Sensors,” IST2008-42, pp. 21-24, Information Sensing Research Committee, The Institute of Image 国際会議論文 Information and Television Engineers(ITE), Sept. 2008. [2] M. Ikeda, “Smart Image Sensors,” University of Tokyo – [15] Y.K.Kim, M. Ikeda and K. Asada, "Analysis of light INRIA – Ecole des Mines Paris – INRETS Joint transmission on multilayer interconnect for color CMOS Symposium on Electronics for Secure Life, Jul. 2008. image sensors." IEICE Society Conference,A-3-3, Sep. [3] K. Asada, “Introduction to VDEC activities for design 2008. and Manufacturing in microelectronics,” University of [16] K. Ikai, M. Ikeda, K. Asada, “Digital Integrated Circuit Tokyo – UC Santa Barbara Joint Workshop, Sept. 2008. Design for Stripe-Shaped TFT,” IEICE Society [4] M. Ikeda, “Delay Variation Measurements on DCVSL Conference, A-3-13, Sep. 2007. (in Japanese) Using Logic Tester,” University of Tokyo – UC Santa [17] J.Kim, K.Ikai, T.Nakura, M.Ikeda, K.Asada, "Digital Barbara Joint Workshop, Sept. 2008. Transceiver Circuit Design for Immune Device [5] J.Kim, K.Ikai, T.Nakura, M.Ikeda, K.Asada, “Variation Parameter Variation" IEICE Society Conference, B-5-34, Tolerant Transceiver Design for System -on-Glass,” in Sep.2008. (in Japanese) IEEE 34th European Solid-State Circuits Conference [18] [Invited] M. Ikeda, H. Sumi “Report on ISSCC 2009 (ESSCIRC) Fringe, Sep. 2008. Medical Image Sensors Forum,” IST2009-11, pp. 13-16, [6] M. Ikeda, “Self-synchronous architecture for margin Information Sensing Research Committee, The Institute aware operations against PVT variations,” Shanghai Jiao of Image Information and Television Engineers(ITE), Tong University – University of Tokyo Joint Symposium Mar. 2009. on Electronics, Information Technology, and Electrical [19] M.G. Jeong, M. Ikeda, K. Asada, "Dynamic Circuit Engineering, D-2, Oct. 2008. Design for Selftimed Fine-grained Pipeline [7] S.Mandai, T.Monma, T.Nakura, M.Ikeda, and K.Asada, Architecture", IEICE General Conference, C-12-11, Mar. "Multi Functional Range Finder Employing a Dual 2009. Imager Core on a Single Chip", International SoC [20] D. Nakamura, H. Yoshida, S. Komatsu, M. Sasaki, M. Design Conf.(ISOCC) 2008, pp.89-92. Ikeda and K. Asada, ``Implementation and Chip Size [8] K. Ikai, J. Kim, M. Ikeda, and K. Asada, “Digital Evaluation of an Realtime Onchip Monitoring System Integrated Circuit Design for System-on-Glass,” for Reliability of LSI," IEICE General Conference, Proceedings of International SoC Design C-12-19, Mar. 2009.(in Japanese) Conference, pp. 172-175, Nov. 2008. [21] S. Mandai, T. Nakura, M. Ikeda, K. Asada, “,”, IEICE [9] Y.K. Kim, M. Ikeda, and K. Asada, "Analysis on light General Conference, C-12-72, Mar. 2009. attenuation through Multi-Metal-Layers for CMOS image sensors on System LSIs," International SoC Design Conference, No.94, Nov. 2008. [10] [Invited] K. Asada, “Nanotech-Net Project as an Academic-Industry Collaboration Platform,” the 8th Taiwan-Japan Microelectronics Symposium 2008, 1-2, Dec. 2008. [11] [Invited] M. Ikeda, “Self-Synchronous Architecture for Power Optimal Operations against PVT Variations,” the 8th Taiwan-Japan Microelectronics Symposium 2008, 4-6, Dec. 2008. [12] K. Ikai, J. Kim, M. Ikeda, and K. Asada, “Circuit Design

90 藤田研究室 った。本研究では、各機能ブロックを配置する際に低レ Fujita Laboratory イテンシで通信する機能ブロック間の距離に、NoC トポ (http://www.cad.t.u-tokyo.ac.jp) ロジの生成の際に接続する機能ブロック・スイッチ間距 離に制約を加え、それらの性能が保証された設計の生成 研究現況 を実現することを目的とする。初期的な実験結果では、 Current Research Projects 既存手法と提案手法を比較した場合、提案手法のみ生成 される NoC の通信路一ホップの長さの最大値、および機 設計の形式的検証・デバッグ支援に関する研究 1. 能ブロック間の最大通信レイテンシが満たされる例が存 藤田 昌宏・吉田 浩章・松本 剛史・ 在することが確認された。 アリザデ マラフェ ビジャン・小島 慶久・ With wire delay becoming dominant compared to 西原 佑・高 飛・許 金美・原田 裕基・田川 貴聡 transistor delay in deep-submicron era, the performance of Formal Verification and Debugging-Support SoC is more affected by interconnect. This study proposes a of Designs method for generating custom NoCs which meet M. FUJITA, H. YOSHIDA, T. MATSUMOTO, communication link-length and latency requirements. B. ALIZADEH, Y. KOJIMA, T. NISHIHARA, Addition of constraints for floor- planning and interconnect F. GAO, J. XU, H. HARADA, and T. TAGAWA architecture generation, to existing ILP-based approach, システム LSI 設計の正しさの証明、もしくは不具合を enables link-length and latency requirement to be met in the 発見・修正するための検証・デバッグ支援技術の重要性 generated NoC architecture. Initial experimental results have が高まっている。自動入力パタン生成において記号シミ shown that only the proposed method can meet link-length ュレーションと従来のシミュレーションを組合せて設計 and latency constraints. 記述を解析することにより、アサーション違反を発生さ

せるような入力値を自動的に求める手法を実現した。ま 3. 製造後デバッグ支援に関する研究 た、プログラマブル配線向け検証手法として、ありうる 藤田 昌宏・ガラバギ アミル マスード・李 蓮福 すべての配線接続情報に対して、 点間が仕様通りにつ 2 Post-Silicon Debug Support ながっており、かつ他の配線とつながっていないことを M. FUJITA, A. GHAREHBAGHI, and Y. LEE 充足可能性判定問題として定式化して証明する手法を提 製造後デバッグは製造後のチップ上での実行で現れた 案した。これらの提案手法は、実際に設計に対して十分 エラーの原因を分析し探す過程である。本研究では、上 に適用できることが実験を通して確認されている。 位設計記述を活かした二つのデバッグ支援手法を提案し In system-level designs, the verification and debugging ている。前者の研究は設計記述の中からエラーに影響を support techniques to prove the correctness or to find and fix 与えた部分だけを取り出す手法であるダイナミックプロ bugs are getting more important. In automatic input pattern グラムスライシングの概念に基づいている。二番目の手 generation, we proposed the technique to automatically find 法では、システムの通信を担当する部分、特に SoC のオ input values that violate the assertions by analyzing the design ンチップバス上での通信に注目し、デッドロック等のバ description using traditional simulation and symbolic グを検出する。実際に、オンチップのモニター回路を作 simulation. In formal verification for on-chip programmable 成し、通信のやり取りからバグが検出できることを示し interconnect, we proposed the method to prove that two ports た。 are connected as specified, and not connected to any other Post-silicon debug is the process of finding the cause of ports for all possible connection configurations, formulating errors in the prototype or initial implemented system. We as a Boolean satisfiability problem. Those proposed methods propose two debug support methods utilizing high-level have been experimented with several practical designs. design descriptions. The first method utilizes the concept of

dynamic program slicing to extract parts of the design that has 2. オンチップネットワークのトポロジ自動生成 influenced the error. In the second method we have focused に関する研究 on bugs in the communication parts of systems, specifically 藤田 昌宏・吉田 浩章・谷田 英生 on-chip buses of SoCs. We designed on-chip transaction Automatic Network-on-Chip Topology Synthesis monitors and confirmed they could detect bugs in M. FUJITA, H. YOSHIDA, and H. TANIDA communication. 本研究では、アプリケーションの通信要求に応じて、

自動的に各機能ブロックを配置し、NoC トポロジを生成 4. 設計解析技術のシステムバイオロジーへの応 する手法を提案・評価した。問題を整数線形計画法によ 用に関する研究 り定式化した従来手法は、消費電力・面積の最適化を実 藤田 昌宏・西原 佑 現したが、動作周波数に影響を与える一ホップあたりの Application of Design Analysis Techniques リンク長、および、レイテンシの保証を実現していなか to Systems Biology

91 M. FUJITA and T. NISHIHARA 論文・著書一覧（2008 年度） 本研究テーマでは、生体システムのシミュレーション Publications List を FPGA などのリコンフィギュラブル素子を用いてハー ドウェア実装することにより、シミュレーションの高速 研究論文 化を目指している。その対象として、 によって Gillespie [1] M. Fujita, K. Seto, and T. Sakunkonchak, “Dependence 提案された統計的シミュレーション手法を選び、それを Graph Based Verification and Synthesis of 行う既存ソフトウェアである 、 を用いた STOCKS FPGA Hardware/Software Co-Designs with SAT Related ハードウェア実装との実行速度の比較を行い、一定の成 Formulation,” Journal on Satisfiability, Boolean 果を上げた。今後は、生体システムのシミュレーション Modeling and Computation, Vol.5, pp.57-82, June 2008. において汎用的に有効なアーキテクチャの提案を目指す。 [2] M. Fujita, “Trends in Formal Verification Techniques for In this research, we are going to implement bio-chemical C-based Hardware Designs,” IPSJ Transactions on simulations on hardware (with reconfigurable blocks, such as System LSI Design Methodology, Vol.2, pp.2-17, Feb. FPGA). We targeted on Gillespie's stochastic simulation 2009. algorithm, and compared the executions of an existing software STOCKS and a hardware implementation on FPGA. 国際会議論文 We confirmed that the hardware implementation was faster [3] M. Fujita, T. Matsumoto, and H. Yoshida, “A HW/SW than the software implementation. The main future work is to Co-Reuse Methodology Based on Design Refinement propose a hardware architecture which is generally effective Templates in UML Diagrams,” Prof. on Third for bio-chemical simulations. International Conference on Software and Data 5. 設計の自動合成に関する研究 Technologies, Vol.SE, pp.240-245, Apr. 2008. 藤田 昌宏・吉田 浩章・高 尚華・ [4] G. Fey, S. Komatsu, Y. Furukawa, and M. Fujita, クリシュナムルティ ラトナ・李 在浩 “Targeting Leakage Constraints during ATPG,” Proc. of High-level Design Automation and Optimization 5th IEEE International Workshop on Silicon Debug and M. FUJITA, H. YOSHIDA, S. GAO, Diagnosis (SDD08), pp.225-230, Apr. 2008. R. KRISHNAMOORTHY, and J. LEE [5] D. Ando, T. Nishihara, T. Matsumoto, and M. Fujita, 集積回路製造技術のプロセス微細化に伴い、配線が性 “Performance Estimation with Automatic False-Path 能へ及ぼす影響は支配的になりつつあり、レイアウト・ Detection for System-Level Designs,” Proc. of 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 International Workshop on Logic and Synthesis, ている。本研究室では、近年普及が進む高位合成、特に pp.15-22, June 2008. 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 [6] H. Yoshida, S. Morishita, and M. Fujita, “Hardware た。また、高度化が進む組み込み機器分野において、実 Accelerated Formal Verification,” Proc. of International 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 Workshop on Logic and Synthesis, pp.247-252, June 柔軟性と高性能・低消費電力を両立する技術として期待 2008. されている。本研究では開発の効率化および過去の開発 [7] O. Sarbishei, B. Alizadeh, and M. Fujita, “Arithmetic 資産の有効活用を重視し、逐次的プログラムから自動的 Circuits Verification without Looking for Internal 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 Equivalences,” Proc. of IEEE International Conference する技術の研究を行っている。 on Formal Methods and Models for Codesign, The impact of interconnect on performance has been pp.97-104, June 2008. becoming dominant, hence a number of studies have already [8] Y. Le e , Y. Ishi ka wa , T. Ni shi ha ra, Y. Koj ima , T. been proposed for interconnect-aware logic synthesis. We Matsumoto, H. Yoshid, H. Yomiya, and M. Fujita, proposed a high-level synthesis method considering the “UML-based specification level design and property interconnect effect, particularly a pipeline synthesis method. checking methodology of SoC,” Proc. of Dynamically reconfigurable processors (DRPs) can achieve UML-Workshop in Design Automation Conference, pp. high flexibility, high performance and low power 25-30, June 2008. simultaneously. However, designing applications for DRPs [9] B. Alizadeh and M. Fujita, “Modular-HED: A Canonical requires considerable manual effort. We have been developing Decision Diagram for Modular Equivalence Verification a compiler framework for DRPs and also conducting a of Polynomial Functions,” Proc. of 5th International research on the automation of typical optimization techniques Workshop on Constraints in Formal Verification, which are currently performed manually. pp.22-40, Aug. 2008.

[10] T. Nishihara, T. Matsumoto, and M. Fujita, “Multi-Level

92 Bounded Model Checking to Detect Bugs Beyond the Vol.108, No.412, pp.111-116, 2009 年 1 月. Bound,” Proc. of IEEE International High Level Design [21] 李蓮福, 松本剛史, 藤田昌宏, “上位設計記述におけ Validation and Test Workshop, pp.49-55, Nov. 2008. るダイナミックプログラムスライシングを用いた [11] Y. Kojima, T. Nishihara, T. Matsumoto, and M. Fujita, ポストシリコンデバッグ支援手法,” 電子情報通信 “An Interactive Verification and Debugging 学会技術研究報告, Vol.108, No. 463, pp.31-36, 2009 Environment by Concrete/Symbolic Simulations for 年 3 月. System-level Designs,” Proc. of The 17th Asian Test [22] 原田裕基, 西原佑, 松本剛史, 藤田昌宏, “システム Symposium, pp.315-320, Nov. 2008. レベル設計における並列動作の同期に関するデバ [12] G. Fey, S. Komatsu, Y. Furukawa, and M. Fujita, ッグ支援手法,” 電子情報通信学会技術研究報告, pp. “Targeting Leakage Constraints during ATPG,” Proc. of 37-42, 2009 年 3 月. 17th Asian Test Symposium (ATS'08), pp. 225-230, Nov. [23] 田川貴聡, 吉田浩章, 藤田昌宏, “チップ内プログラ 2008. マブル配線向け形式的検証手法,” 電子情報通信学 [13] Y. Kojima, T. Nishihara, T. Matsumoto, and M. Fujita, 会技術研究報告, Vol.108, No.478, pp.95-100, 2009 年 “FLEC: A Framework for System-level Debugging 3 月. Support, Formal Verification and Static Analysis,” Proc. [24] 谷田英生, 吉田浩章, 松本剛史, 藤田昌宏, “リンク of The 15th Workshop on Synthesis and System 長及びレイテンシ制約下でのネットワークオンチ Integration of Mixed Information Technologies, ップのトポロジ自動生成,” 電子情報通信学会技術 pp.341-346, March 2009. 研究報告, Vol.108, No.478, pp.129-134, 2009 年 3 月. [14] S. Gao, T. Matsumoto, H. Yoshida, and M. Fujita, “Equivalence Checking of Loops Before and After Pipelining by Applying Symbolic Simulation and Induction,” Proc. of The 15th Workshop on Synthesis and System Integration of Mixed Information Technologies, pp.380-385, March 2009. [15] H. Yoshida and M. Fujita, “Improving the Accuracy of Rule-based Equivalence Checking of System-level Design Descriptions by Identifying Potential Internal Equivalences,” Proc. of IEEE International Symposium on Quality Electronic Design, Mar. 2009.

シンポジウム・研究会・大会等発表 [16] 西原佑, 松本剛史, 藤田昌宏, “プロパティ分割と限 定モデル検査を利用した長い反例を持つ設計誤り の検出方法,” DA シンポジウム論文集, pp.121-126, 2008 年 8 月. [17] 吉田浩章, 藤田昌宏, “内部等価点の推定によるルー ルベース高位検証の高精度化,” 電子情報通信学会 技術研究報告, Vol.108, No.298, pp.109-114, 2008年 11 月. [18] 松本剛史, 李蓮福, 吉田浩章, 余宮尚志, 藤田昌宏, “反例を利用した網羅性の高いプロパティ集合生成 手法,” 電子情報通信学会技術研究報告, Vol.108, No.298, pp.115-120, 2008 年 11 月. [19] 許金美, 西原佑, 松本剛史, 藤田昌宏, “順序回路の 上位設計記述における等価性指定の自動化手法,” 電子情報通信学会技術研究報告, Vol.108, No.412, pp.105-110, 2009 年 1 月. [20] 高飛, 西原佑, 松本剛史, 藤田昌宏, “仕様から自動 生成されたプロパティによるプロトコル変換機の 形式的検証手法,” 電子情報通信学会技術研究報告,

93 藤島研究室 考えた。そこで、我々は大信号回路である発振器や分周 Fujishima Laboratory 器における自動設計に取り組んでいる。これまでに、大 (http://www.rfic.t.u-tokyo.ac.jp/) 信号回路の解析手法としてアドミタンスバランス法を提 案し、自動設計に組み込む際の処理手順などに関する検 研究現況 討がなされた。今後は、提案手法の妥当性とこれを利用 Current Research Projects した設計例を示せるようになることを目指す。 The popularization of high-definition television and 1. ミリ波 CMOS 回路の最適設計手法 high-speed digital electric household appliances has led us to 藤島実、萬澤康雄、夏苅洋平 consider the needs for faster wireless communication. Optimum design method for millimeter-wave Recently, the millimeter-wave transceiver has been attracting CMOS circuits attention as a mean of high-speed wireless communication M.Fujishima, Y. Manzawa and Y.Natsukari. and it is thought to be commercialized in the near future. Since the product cycle of the general public electric 近年の情報の大容量化を受け、家庭やオフィスなどでも household appliances are short, we thought that efficient 高速な無線通信が求められている。そのような高速な無 design method would be necessary. Currently, we are working 線通信を実現するために、無免許で広い帯域を使用する on automated design of large signal circuits such as oscillator ことができる 60GHz 帯が注目されている。しかし、その and frequency divider. We have proposed an analysis method ような高い周波数になると寄生成分の影響が大きくなり、 "admittance balance method" and considered how it could be 正確な設計が困難になる。我々は、電源の特性が寄生成 implemented in automated design program. For the future 分によって悪化してしまうことを防ぐために、これらの work, we will consider the adequacy of the proposed method 寄生成分を排除する方法としてゼロオーム伝送線路を提 and aim to show a circuit designed using this method. 案した。また、試作したデバイスの評価手法についても

検討をし、寄生成分の影響下において従来の評価手法で 3. ミキサの自動設計・モデリング は誤差が大きいことを確認し、それを解決するための新 藤島実、大橋翔 しい評価手法であるスルーオンリー法を提案した。今後 Automated design and modeling of mixer は、これらの技術を用いてミリ波帯回路の高精度な設計 M.Fujishima and S.Ohashi を目指す。 近年、無線通信技術の進歩によって携帯電話や無線LAN Recently, high speed wireless communication is required in などが広がりを見せ、さらに、ごく最近ではデジタル家 both office and family. Millimeter-wave (MMW) applications 電の増加によって通信に対する容量的要求は拡大の一途 have attracted much attention for their use in ultrahigh-speed をたどっている。この解決手段としてミリ波トランシー wireless communication utilizing the unlicensed 60GHz band. バが注目されており、製品化も目前と思われている。し However, design of circuits at these high frequency tends to かし、予測通りの結果が得られる設計をするには精密な be difficult because of large parasitic elements. To prevent a デバイスのモデリングが欠かせない。そこで、我々はミ degradation of a power line caused by such parasitic elements, キサに対して S パラーメータによるモデリングを試みて we proposed a new power line named "zero-ohm transmission いる。これまでに、既知ミキサと未知ミキサの組み合わ line", and successfully removed the influences of these せによる評価方法・測定系を検討し、その妥当性を検証 parasitics. We also found that a conventional evaluation した。今後はこれを利用したミキサの自動設計を実現す method may cause large error, and proposed "Thru-Only ることを目指す。 de-embedding", a new evaluation technique to eliminate Recently, the popularity of mobile phone and wireless LAN parasitic effects. These methods are expected to realize increase with the development of the wireless communication, accurate design of MMW CMOS circuits. and the demands for the capability and speed of the communication enlarge due to the expansion of digital home 2. 大信号回路の自動設計手法 electronics. The millimeter-wave transceiver attracts attention 藤島実、大橋俊介、林聖雄 as a solution for these issues, and its commercialization is Automated design of large signal circuits thought to be close at hand. However, it is necessary for M. Fujishima, S. Ohashi and Lim Seong Woong designing as we expect to make accurate device modeling. ハイビジョンや高速なデジタル家電の普及に伴い、より Thus, we put mixer in perspective of scattering parameter to 高速な無線通信が求められるようになると考えられてい make mixer model. So far, we proposed the valuation and る。高速な短距離無線通信としてミリ波トランシーバが measurement by the combination of known mixer and 注目されており、製品化されるのもそう遠くは無いと考 unknown mixer and verify the adequacy of it. For the future, えられている。しかし、大衆向け電化製品の製品サイク we aim to realize the automated design of mixer by this ルは短いため、効率的な設計手法を考える必要があると method.

94 4. 150GHz 無線トランシーバー 5. HDMI 用超小型周波数合成器 藤島実、ワサンタマーラー・バダラワ、 藤島実、王帆 林聖雄、佐藤功一 Compact Frequency Synthesizer for HDMI 150GHz Wireless Transceiver M.Fujishima and Fan Wang 近年、HDMI という家電向け画像、音声伝送規格が急速 M.Fujishima,W.Badalawa, LimSeongWoong, K.Sato に普及している。携帯用マルチメディアへの搭載も期待 無線通信の動作周波数は 10Gbps のイーサネット接続 されているため、HDMIトランシーバの中で用いられる周 された LAN とのシームレスな接続を維持するために 波数合成器の低コスト化、小型化及び広帯域化に対する 60GHz に移りつつある。しかしながら60GHz-1394 無線ネ 要求が高まっている。しかし、従来のアナログ周波数合 ットワークを用いても、通信速度は 1.6GHz までしか達成 成器では大きなキャパシタを用いられるので微細化でき できていない。複素変調法を用いるとさらに高速な通信 ない。そこで、我々は微細化可能な新しい周波数合成器 速度を達成することができるかもしれないが消費電力も アーキテクチャを提案した。これまでに、提案するシス 増加してしまう。低消費電力用の高速通信速度を可能に テムの部分回路として、出力が 480MHz～1.6GHz で、10 する手段として動作周波数を 100GHz 以上にする方法が 逓倍の周波数合成を実現した。今後、広いチューニング ある。過去 10 年間はこの周波数範囲での化合物半導体を レンジ且つ低い雑音ノイズを持った超小型周波数合成器 用いた集積回路設計の研究が主流になっている。しかし、 システムの実現を目指す。 CMOS 半導体の微細化技術の進歩により、CMOS 回路をさら に高い周波数で動作させることが可能になってきている。 Recently, the high-definition multimedia interface (HDMI) CMOS デバイスのゲート長を短くするとさらに高い電流 as a licensable compact audio/video wireline interface has 利得周波数(ft)と最大発振周波数(fmax)を達成すること been rapidly spreading. There is an increasing requirement for ができる。超高速無線通信の要求を満たすために、今回 a low-cost, compact frequency synthesizer with a wide tuning CMOS を用いて D バンド用の電圧制御発振器(VCO)を試作 range for HDMI transceiver used in mobile applications. し、チューニングレンジ 4.4%、発振周波数 115GHz の性 However, since the conventional frequency synthesizers 能を実現した。VCO のチューニングレンジを改善するた require large capacitors in a loop filter, they can not be scaled めに、一般的な VCO に用いられているバラクタを取り除 down with scaling MOSFETs. Thus, we proposed a new

き、クロスカップル型 MOSFET のゲート-ドレイン間容量 scalable frequency synthesizer which use injection locked. ～ を、電源電圧を変化させることによって可変容量を実現 In the system, we realized output frequency is 480MHz した。 1.6GHz . The compact frequency synthesizer with a wide tuning range and low phase noise are currently studying by The operating frequency of wireless communication using the proposed architecture and technique in this research. systems is shifting to 60GHz to maintain the seamless connection with 10Gbps ethernet wired LANs. However, 6. 生体センサ用ミリ波トランシーバ even in the 60GHz 1394 wireless network, the data rate is 藤島実、足立恵理子、高野恭弥 limited to 1.6Gbps. Complex modulation methods will be able Millimeter-wave transceiver for biomedical sensors to reach to a higher data rate which also increases power M.Fujishima, E.Adachi and K.Takano consumption. A possible method of achieving a high data rate 近年、マイクロ波帯(10GHz,24GHz) で生体の特性を利 with low power consumption is to shift the operating 用した生体計測が行われており、侵入者の監視など無線 frequency to higher than 100GHz. Over the past decade, 生体センサは様々な所で活用されています。しかし、新 research on integrated circuit designing using compound 生児の生体計測は有線センサが主流なため、それを無線 semiconductors is dominant in this frequency range. The rapid 化にすることによって 24 時間モニタリングを可能にし、 development of silicon based technologies has made it 周波数をミリ波帯(60GHz)にすることによって高解像度 possible for CMOS circuits to operate higher frequencies. The 化の実現を目指して研究しています。現在は、 scaling down of the gate length of CMOS devices could be QVCO ,PA ,LNA ,Mixer など個々のデバイス設計をしてい able to achieve the higher unit current-gain frequency (fT) and ます。また、CMOS プロセスを用いることにより小型化、 maximum oscillation frequency (fmax). To satisfy consumer 低コスト、低消費電力の実現を目指しています。今後は demands for ultrahigh-speed wireless communication, voltage QVCO と PA の接続部分の改良を進める予定です。 controlled oscillators (VCOs) in the D-band using CMOS; a Recently, biomedical instrumentations using biomedical 115GHz VCO with a 4.4% tuning range is realized. To characteristics are applied for security sensors and wireless improve the tuning range of the VCO, the conventional medical body sensors in microwave band (10GHz,24GHz). varactors are removed and the variation of the gate-drain However, the wired sensors are popular for newborn baby's capacitance in the cross-coupled MOSFETs with supply bioinstrumentation. The 24 hour monitoring is enabled by voltage is utilized. making it wireless. And the millimeter waveband (60GHz) realizes higher resolution. Individual devices such as QVCO,

95 PA, LNA, and Mixer are designed now. Moreover, it aims to 論文・著書一覧（2008 年度） realize small chip size, low cost, and low power consumption Publications List using CMOS process. Connected parts of QVCO and PA are scheduled to be improved in the future. 研究論文 [1] Y. Goto,Y. Natsukari and M. Fujishima, "New On-Chip De-Embedding for Accurate Evaluation of Symmetric Devices," Japanese Journal of Applied Physics, vol. 47, pp. 2812-2816, 2008 [2] K.Takano, M. Motoyoshi and M. Fujishima, “4.8GHz CMOS Frequency Multiplier Using Subharmonic Pulse-Injection Locking for Spurious Suppression,” IEICE TRANSACTIONS on Electronics Vol.E-91-C No.11 pp1738-1743, 2008. [3] Y. Manzawa, M. Sasaki and M. Fujishima, “High Attenuation Power Line for Wideband Decoupling” submitted to IEICE TRANSACTIONS on Electronics, 2008.

国際会議論文 [4] C. Inui, M. Fujishima, "Characterization of T-Shaped Terminal Impedances of Differential Short Stubs in Advanced CMOS Technology," ICMTS (2008) [5] A. Oncu and M. Fujishima、 “19.2mW 2Gbps CMOS Pulse Receiver for 60GHz Band Wireless,” 2008 Symposia on VLSI Technology and Circuits, pp 158-159 （2008） [6] M. Fujishima,"Millimeter-Wave CMOS Pulse Communication," 2008 International Conference on Solid State Devices and Materials 2008. (2008) [7] M. Fujishima, "Low-Power 60GHz CMOS Pulse Communication,"The 9th International Conference on Solid-Stateand Integrated-Circuit Technology 2008. (2008) [8] C. Inui, Y. Manzawa and M. Fujishima, “On-Chip S-Shaped Rat-Race Balun for Millimeter-Wave Band Using Wafer-Level Chip-Size Package Process,” TheEuropean Microwave Integrated Circuits Conference 2008（2008） [9] A. Oncu, T. Kyoya, and M. Fujishima, “8Gbps CMOS ASK Modulator for 60GHz Wireless Communication,” IEEE Asian Solid-State Circuits Conference pp 125-128 （2008） [10] Y. Manzawa, Y. Goto, and M. Fujishima, "Bond-Based Design for Millimeter-Wave CMOS Circuits Optimization," Asia- Pacific Microwave Conference 2008.（2008） [11] A. Oncu, W. Badalawa, and M. Fujishima, “60GHz-Pulse Detector Based on CMOS Nonlinear Amplifier,” 9th IEEE Topical Meeting on Silicon Monolithic Integrated Circuits in RF Systems (SiRF 2009)（2009）

96 [12] A. Oncu and M. Fujishima, “Low-Power CMOS Transceiver Circuits for 60GHz Band Millimeterwave Impulse Radio,” 14th Asia and South Pacific Design Automation Conference ASP-DAC 2009（2009）

シンポジウム・研究会・大会等発表 [13] 藤島, “ミリ波 CMOS 回路”, 第 21 回 回路とシス テム軽井沢ワークショップ（軽井沢プリンスホテ ル）（2008） [14] 藤島, “シリコン CMOS ベースのミリ波回路,” 信 学会 2008 ソサイエティ大会(2008) [15] 萬澤, 乾, 藤島, “W-CSP を利用した S 型ミリ波オ ンチップラットレースバラン ”, 電子情報通信学 会 集積回路研究会 （2008） [16] 大橋, 藤島, “ミキサ設計の最適化・自動化 ”, 電 子情報通信学会 集積回路研究会 （2008） [17] 王, 藤島, “注入同期を用いた周波数合成器 ”, 電 子情報通信学会 集積回路研究会 （2008） [18] 夏苅, 藤島, “ミリ波帯におけるオンチップキャパ シタのデバイスモデル ”, 電子情報通信学会 集 積回路研究会 （2008） [19] Seongwoong LIM and M. Fujishima, “3.3mW 11-times CMOS Frequency Multiplier ”, 電子情 報通信学会 集積回路研究会 （2008）

97 竹内研究室 2. 3 次元 LSI 回路設計の研究 Takeuchi Laboratory 竹内健・畑中輝義 (http://www.lsi.t.u-tokyo.ac.jp/) 3D-LSI Circuit Design Ken Takeuchi, Teruyoshi Hatanaka 研究現況 LSI を小型化・高機能化・低電力化する技術として、 Current Research Projects 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 1. Fe-NAND フラッシュメモリの研究 ケージ内に積み重ね、1 個の LSI として機能させる 3 次 竹内健・畑中輝義・矢島亮児・野田晋司 元 LSI の研究を行った（生産技術研究所桜井・高宮研究 Fe(Ferroelectric)-NAND Flash Memory 室と共同）。従来の研究では各種 LSI は独立して最適化さ Ken Takeuchi, Teruyoshi Hatanaka, Ryoji Yajima, れていた。当研究室では異種 LSI 間のレイヤーを超えて、 Shinji Noda 領域を横断して最適化することで、低電力・高機能な LSI メモリカードや携帯電話に使われているフラッシュメ を実現することを目指した。3 次元 LSI の中でも特に、 モリを更に大容量化・低消費電力化する可能性を持った フラッシュメモリ・DRAM・フラッシュメモリコントロ フラッシュメモリを世界で最初に提案した。基 Fe-NAND ーラーを１個のパッケージ内に 3 次元に集積化（SiP: 本的な動作を実証し、 NVSMW(Non-volatile Semiconductor System in Package）し た SSD(Solid-State Drive)の向けアダ Memory Workshop)で発表した。Fe-NAND はメモリトラ 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 ンジスタのゲート絶縁膜が強誘電体膜 と絶縁膜 SrBiTaO 開発し、3 次元 SSD の消費電力を 70%削減できることを、 HfAlO の積層で構成され、従来の LSI では使われていな 実際にチップを設計・試作・評価することで実証した。 い強誘電性物質を採用していることを特徴とする。従来 研究成果は 2009 年 2 月に半導体のオリンピックと言われ の フラッシュメモリに比べて電圧を から NAND 20V 5V る ISSCC (International Solid-State Circuit Conference)で発 に低電圧化、書き換え回数を一万回から一億回に増加さ 表した。 せることに成功した。また 10 年間のデータ保持が可能な Takeuchi Lab. is developing circuit technologies of ことを実証した。Fe-NAND では、電界によって強誘電体 three dimensional LSIs where multiple LSIs such as 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、 micro processors, image sensors, analog circuits, 数ナノメーター（格子サイズ）の極限まで微細化するこ DRAMs and flash memories are stacked in one package. とができると考えられる。 With an intelligent mix and match, various circuits such We succeeded in developing a Fe-NAND flash as analog, digital and memory are best optimized. As a memory and presented a paper at NVSMW. The result, an ultra small form factor, multi-functional, research objective is to realize a Tera-bit capacity high-speed and low power consumption solution is non-volatile memory in 2015. Fe-NAND is composed realized. As a demonstration of 3D-LSI, we of ferroelectric field-effect transistors (FeFET) whose successfully developed a 3D-SSD, Solid-State Drive, gate dielectric consists of a ferroelectric layer, SrBiTaO which contains flash memories, DRAMs and a flash and a high-K dielectric layer, HfAlO. memory controller with SiP. At ISSCC 2009, we It is difficult to scale down the conventional presented a boost converter-based adaptive voltage floating-gate (FG) NAND flash memories below 30nm generator for a 3D-SSD. Through the circuit design, due to the serious interference with neighboring cells. chip fabrication and chip evaluation, we experimentally The charge-trap memories like MONOS have short data demonstrated that the power consumption of the NAND retention problems. Current-driven resistive switching flash memory decreases by 70% by dynamically memories such as MRAM, PRAM and RRAM are controlling the frequency and the duty cycle. We are unscalable below 20nm because of the significant IR working on this project with Sakurai and Takamiya drop of the bit-line. laboratory at University of Tokyo. We succeeded in demonstrating that Fe-NAND is in principle scalable below 10nm to the crystal unit-cell 3. SSD(Solid-State Drive)システムの研究 size because the data is stored with an electric 竹内健 polarization in a ferroelectric gate insulator. Due to SSD (Solid-State Drive) System the voltage-driven, low-voltage operation and scalable Ken Takeuchi properties, Fe-NAND is a promising candidate for the システム分野では、パソコンの記憶媒体として注目さ future sub-10nm Tera-bit capacity NAND flash れている、Solid-State Drive の研究を行った。フラッシュ memories. 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、

98 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 論文・著書一覧（2008 年度） した結果、サーバーのハードディスクの発熱の増大が問 Publications List 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 国際会議論文 以上の電気代がかかっている。メモリシステムの電力を [1] Shigeki Sakai, Mitsue Takahashi, Ken Takeuchi, 劇的に削減することで、地球環境の改善に貢献すること Qiu-Hong Li, Takeshi Horiuchi, Shouyu Wang, を目指している。 Kwi-Young Yun, Makoto Takamiya, and Takayasu We are developing a low-power high-speed SSD, Sakurai, “Highly Scalable Fe(Ferroelectric)-NAND Cell Solid-State Drive and presented at Symposium on VLSI with MFIS (Metal - Ferroelectric - Insulator - Circuits. As the capacity of NAND flash memories Semiconductor) Structure for Sub-10nm Tera-Bit drastically increases, SSD that uses NAND as a mass Capacity NAND Flash Memories,” IEEE Non-volatile storage of PC is attracting much attention. SSD is Semiconductor Memory Workshop (NVSMW), pp. composed of as many as 64 NAND flash memories, 103-104 (2008). RAM and NAND controllers. By co-designing NAND [2] Ken Takeuchi, “Novel Co-design of NAND Flash flash memory and NAND controller circuits, we Memory and NAND Flash Controller Circuits for succeeded in best optimize both NAND and NAND sub-30nm Low-Power High-Speed Solid-State Drives controllers. As a result, at sub-30nm generation, the (SSD),” IEEE Symp. on VLSI Circuits, pp.124-125 SSD speed would be improved by 150% without a cost ( 2008). penalty or circuit noise. [3] Ken Takeuchi, “Solid-State Drive(SSD) and Memory

System Innovation,” University of Tokyo-INRIA-Ecole 4. 超低消費電力ランダムアクセスメモリの研究 des Mines Paris-INRETS Joint Symposium, pp.111-139 竹内健・田中丸周平 (2008). Ultra Low Power Random Access Memory Ken Takeuchi, Shuhei Tanakamaru [4] Ken Takeuchi, “Emerging Nanoscale Non-volatile Semiconductor Memories,” Bilateral Workshop on パソコンやサーバーの CPU に混載されるランダムメ Nanoscale Systems, pp.6-9 (2008). 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 [5] Ken Takeuchi, “Emerging 3D-Memory Device,” 2008 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 Taiwan & Japan Semiconductor Technology Forum る電圧降下により、0.5V の低電圧では速度が約３倍遅く (2008). なるという問題があった。また、メモリの低電圧化が困 [6] Ken Takeuchi, “Solid-State Drive(SSD) and Memory 難なため、CPU も低電圧化できなかった。今回しきい値 System Innovation,” Shanghai Jiao Tong 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 University–University of Tokyo Joint Symposium on 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 Electronics, Information Technology, and Electrical 克服し、従来と同じ面積（コスト）で、メモリの速度を Engineering (2008). 約３倍高速化することに成功した。提案技術により、メ [7] Koichi Ishida, Tadashi Yasufuku, Shinji Miyamoto, モリが混載される CPU の電源電圧を 1V から 0.5V に低 Hiroto Nakai, Makoto Takamiya, Takayasu Sakurai and 減することが可能になり、CPU の電力が約 1/4 に削減さ Ken Takeuchi, “A 1.8V 30nJ Adaptive Program-Voltage れる。 (20V) Generator for 3D-Integrated NAND Flash SSD,” A low power high-speed word-line booster is IEEE International Solid-State Circuits Conference proposed for 0.5V operation embedded/discrete (ISSCC), pp. 238-239 (2009). DRAMs. The rising time is 25% and the power [8] Ken Takeuchi, “Memory System Innovation with SSD consumption is 48% of the conventional circuits with and Emerging Memories, ” IEEE International the same area. The proposed active kicker generates Solid-State Circuits Conference (ISSCC), Memory VPP within 3 clock cycles which is shorter than the Forum F-1 (2009). entire DRAM access time. As a result, a sequential row [9] Ken Takeuchi, “ 3D LSI Design for MEMS access is secured. With a fast and low power advantage, Application,” Japan-Taiwan CMOS MEMS Workshop, the proposed scheme is a promising candidate for the pp.113-131 (2009). word-line booster of the future 0.5V operation DRAMs. 総説・解説論文 [10] 竹内健, “フラッシュメモリの最新技術動向 - SSD への応用”, 情報処理, vol.49, no.9, pp.1090-1098,

99 (2008). 技術が実用域へ、DRAM は 4 枚積層で 8G ビット”, 日経エレクトロニクス, pp. 67, 2009 年 1 月 12 日号. シンポジウム・研究会・大会等発表 [24] 竹内健, “低消費電力フラッシュメモリ技術：3 次 [11] 竹内健, “SSD 動向と NAND フラッシュメモリ”, 電 元積層 SSD(Solid-State Drive) システムと 子情報通信学会 集積回路研究会, 2008 年 4 月. (招待 Ferroelectric(Fe)-NAND フラッシュメモリ”, Material 講演) Stage, pp.28-31 , 2009 年 2 月号. [12] 竹内健, “大容量フラッシュメモリの可能性を探る [25] 竹内健, “ISSCC2009, SSD 応用を目指すには，大容 ～進行するフラッシュ革命のインパクト～”, 電子 量 NAND 技術とともに低電力技術が必須に”, 日経 情報通信学会 集積回路研究会, 2008 年 4 月. エレクトロニクス Tech-On, 2009 年 2 月 12 日. [13] 竹内健, “SSD がもたらすメモリシステムの革新と Post NAND フラッシュメモリの技術動向”, JEITA ナノエレクトロニクス技術分科会, 2008 年 11 月 12 日. (招待講演) [14] 竹内健, “HDD の代替を目指すフラッシュメモリの 現状と課題”, Electronic Journal 第 192 回 Technical Symposium・フラッシュメモリ/SSD 徹底検証, 基調 講演, 2008 年 11 月 26 日. (招待講演) [15] 竹内健, “VLSI 回路設計手法と MEMS モデリング”, 電気等価回路から考える MEMS 設計手法研究会, 2008 年 11 月. (招待講演) [16] 竹内健, “VLSI 回路設計手法と MEMS モデリング”, 第 7 回ファイン MEMS システム化設計プラットフ ォーム検討委員会, 2008 年 12 月 3 日(招待講演) [17] 竹内健, “使い手のための SSD のすべて”, 日経エ レクトロニクス メモリ・システム・シンポジウム・ モバイル新時代に向けたメモリ技術総覧, 2008 年 12 月 9 日. (招待講演) [18] 竹内健, “不揮発性機能デバイスと新アプリケーシ ョン”, 新機能素子研究開発協会 新機能トランジス タ調査委員会, 2009 年 2 月 18 日. (招待講演) [19] 石田光一, 安福正, 高宮真, 桜井貴康, 竹内健, “NAND 型フラッシュ SSD 向け 20V ブーストコン バータの制御方式（その 1）(A Control Method of 20V Boost Converter for NAND Flash SSD)”, 電子情報通 信学会総合大会, 2009 年 3 月. [20] 安福正, 石田光一, 高宮真, 桜井貴康, 竹内健, “NAND 型フラッシュ SSD 向け 20V ブーストコン バータの制御方式（その 2）(A Control Method of 20V Boost Converter for NAND Flash SSD)”, 電子情報通 信学会総合大会, 2009 年 3 月. [21] 畑中輝義, 酒井滋樹, 高橋光恵, 堀内健史, 竹内健, “Ferroelectric(Fe)-NAND フラッシュメモリにおけ るプログラムディスターブ特性”, 応用物理学関係 連合講演会, 2009 年 3 月.

その他 [22] 竹内健, “SSD の将来像 - HDD 完全代替に向けて OS による対応が急務”, 日経エレクトロニクス, pp.67-77, 2008 年 4 月 21 日号. [23] 竹内健, “ISSCC 2009 プレビュー：NAND は超多値

100 保立・何研究室 fiber-optic distributed sensing system based on Brillouin Hotate and He Laboratory optical correlation domain analysis (BOCDA) has been (http://www.sagnac.t.u-tokyo.ac.jp) advanced. In this year, a novel method is proposed to realize high-speed BOCDA by continuously sweeping the sensing 研究現況 position along the fiber under test and recording the Current Research Projects corresponding distributed Brillouin interaction at each 1. ブリルアン散乱に基づいた分布型光ファイバ pump-probe frequency offset. As high as ~5-Hz entire センシングシステム distributed sensing speed has been achieved over ~53-meter 保立和夫・何 祖源・岸 眞人・鄒 衛文・ measurement range with ~5-cm spatial resolution and more 水野洋輔・久野 裕之・千種健二 than 1000 sensing positions. On the other hand, the research Distributed Fiber Optic Sensing Systems on discriminative distributed sensing of strain and temperature Based on Brillouin Scattering has also been carried on. K. HOTATE, Z. HE, M. KISHI, W. ZOU Aiming at cost-reduction of BOCDA system, a simplified Y. MIZUNO, H. KUNO, K. CHIGUSA BOCDA (S-BOCDA) with time-division pump-probe 光ファイバに沿う歪分布を測定する手法として，ポン generation scheme has been developed through direct current プ光・プローブ光の相関を制御することにより，誘導ブ modulation of the laser source. In this year, we reformed the 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 compensation for the modulation by monitoring the 関領域解析技術（ ）の機能向上と応用に関する研 BOCDA pump-probe beat-spectrum, and optimized the modulation 究を進めている．本年度には， の高速化につい BOCDA waveform to improve the system accuracy. Also, we proposed て検討し，各ポンプ・プローブ光周波数オフセットにお a new modulation scheme enabling continues scanning of the いて，センシング位置を連続掃引させることによって， sensing position and realized a distributed-sensing speed 10 ファイバ全長をわたる分布測定の速度を向上する手法を times as high as previous system. 新たに提案した． の空間分解能で， のファイバ 5cm 53m The low coherence interferometry based BOCDA system （ 超える箇所測定位置）の全長にわたって， の 1000 5Hz has been improved. By introducing a notch filter to suppress 分布測定を実現した．また，前年度に引き続いて温度と the frequency component at heterodyne detection frequency 歪の分離分布計測の研究も展開している． from the noise modulation current inject to the laser source, のコストを低減するために，レーザへの注入 BOCDA we succeeded in enhancing the SN ratio of the system. 電流の変調のよりポンプ・プローブを時分割で発生する In this year, we continued working on the improvement of 手法についても進めている．本年度は，従来のレーザ駆 the Brillouin optical correlation-domain reflectometry 動波形補償法を見直し，ポンプ・プローブのビートスペ (BOCDR), which is capable of measuring the strain クトル幅を指標として，補償法の最適化を通してシステ distribution along the fiber from a single end. To enlarge the ム精度の向上を図った．また，測定位置掃引を動的に行 measurement range, a temporal gating scheme was introduced, うことが可能な新たな変調機構を提案し，従来方式に比 in which the pump and probe lightwaves are pulsed, and the べて約 倍の速度で分布測定に成功した． 10 phase difference between the pump and probe pulses are 低コヒーレンス干渉計に基づいた システム BOCDA controlled to select one correlation peak from the multiple （ ）の性能向上に関する研究も進めている． LC-BOCDA peaks along the fiber. Polarization scrambling and noise-floor 本年度は，レーザに印加するノイズ変調成分のうち，同 correction have also been introduced to enhance the stability 期検波周波数に相当する成分をあらかじめノッチフィル and S/N ratio of BOCDR. Also, by employing a tellurite fiber タによって抑制することで， 比の向上に成功した． S/N with high Brillouin scattering intensity, the S/N ratio was 本年度は，片端からのみ光を入射するブリルアン光相 enhanced and thus the limit of the spatial resolution of 関領域リフレクトメトリ の性能向上も努めた． (BOCDR) BOCDR has been verified successfully. On the other hand, we ポンプ光と参照光をパルス化し，両者の相対位相を制御 challenged to use BOCDR to measure the distribution of することで被測定ファイバ中に立ち並ぶ複数の相関ピー polarization beat length along the fiber by observing the クの中から任意の一つを選択する時間ゲート法を提案し， distribution of Brillouin scattering intensity. 測定レンジを大幅に拡大することに成功した．偏波スク

ランブリングとノイズフロア補正によって，BOCDR の 2. 分布型・多点型光ファイバブラッググレーティ 安定性と S/N 比の向上も図った．また，ブリルアン散乱 ングセンシングシステム 強度の高いテルライトファイバを採用し，S/N 比の向上 保立和夫・何 祖源・梶原康嗣・ により，BOCDR の極限空間分解能を確かめた．BOCDR 村上 秀・沼澤正和・劉 慶文 を用いて，ブリルアン散乱光強度のファイバ中の分布を Distributed/Multiplexed Fiber Bragg Grating 測定することにより，偏波ビート長の分布測定も試みた． Sensing Systems The research on the improvement and the application of K. HOTATE, Z. HE, K. KAJIWARA,

101 S. MURAKAMI, M. NUMASAWA, Q. LIU initiated this year. The performance-limiting factors, including 光波コヒーレンス関数の合成法による分布型・多点型 light source noise, ambient temperature change, and the 光ファイバグレーティング(FBG)センサの研究を進めた． thermal-expansion of the sensor head, were investigated, and 本年度は，長尺 FBG を用いた連続分布型センサに関して， their counter-measures have been studied. In preliminary 光波コヒーレンス関数の合成法の利点である高速かつラ experiments, a strain resolution of several tens of nano-strain ンダムアクセス可能な分布測定を実験的に実証した．実 has been realized. 験では光源の中心周波数を 1kHz で掃引させ，80Hz の振 動を位置特定した上で測定に成功した．また，長尺 FBG 3. 高性能光リフレクトメトリおよび光コヒーレ の反射率と測定精度の関係に関する考察も行った．前年 ンストモグラフィ 度に行ったシミュレーション結果を踏まえて，今年度は 何 祖源・保立和夫・高橋 央・ 実験的に低反射率 FBG により測定精度向上が可能であ ホー ワンナム・山下健二 ホドリーゴ ることを示した．また，反射率低下に伴う信号光強度の High Performance Optical Reflectometry and 低下による S/N 比とのトレードオフ関係をシミュレーシ Optical Coherence Tomography ョンにより考察し，反射率 1%程度においても 30dB と十 Z. HE, K. HOTATE, H. TAKAHASHI, 分な S/N 比が得られることを確認した． Q.-N. HO, R. K. YAMASHITA 本年度は，多点型 FBG センサに初めて光周波数コムと 光ファイバ加入者系（FTTH）ネットワークの診断のた いう光源を導入し，新たなセンシングシステムの構築と めの高速・高精度光リフレクトメトリの研究を進めてい 基本動作の確認を行った．光周波数コムの光波コヒーレ る．本年度は，新たに光周波数コム光源を用いて，ダイ ンス関数の測定と位置分解に利用するバーニア法の確認 ナミックレンジと測定速度の両立を可能にした新たな光 実験を行い，FBG センサに対して位置分解と歪計測に成 コヒーレンス領域リフレクトメトリ（OCDR）を提案し 功した． た．光周波数コムのコム間隔を掃引することで，干渉ピ また，本年度は，地球科学研究と地震観測応用の要求 ークの位置を動かせることを利用し，分布測定を行う． に応え，10 ナノストレインという従来技術より二桁も高 コム間隔可変の光周波数コムを，リング型ファイバ共振 い歪精度を有する FBG センサの研究を開始した．FBG 器と位相変調器を用いて発生させた．実験では，従来手 センサにおける歪分解能の制限要因を分析し，レーザ光 法では測定できなかった 50cm 間隔で設置した PC コネク 源のドリフト，環境温度変化とセンサヘッド熱膨張など タ（反射率 -33.8dB）と APC コネクタ（反射率 -58.1dB） の影響とこれらの補正手法を検討した．初期実験では， を同時に測定することができた．更に，光周波数コムを 数 10 ナノストレインの歪精度を実現している． 用いた OCDR を光コヒーレンストモグラフィ（OCT）へ The research on distributed/multiplexed fiber Bragg grating の応用を提案した．実験系を構築し，シミュレーション (FBG) sensors by synthesis of optical coherence function で必要な光周波数コムの特性を調べた． (SOCF) has been carried on. In the distributed sensor with 周波数変調連続波（FMCW）光リフレクトメトリの性 long-FBG, the ability of high-speed and random-access 能向上についての研究も進めた．反射率測定精度を向上 distributed measurement, which is the advantages of SOCF, するために，一回のフルレンジ光周波数掃引の間に採取 has been demonstrated experimentally. 80-Hz vibration was した干渉信号を，複数のセッションに分け，それぞれの successfully spatially resolved and observed with 1-kHz セッションから得られた反射分布を平均する，という新 scanning of the central frequency of the laser source. The たな波長平均処理手法を提案した．これにより，複数回 relation of the long-FBG’s reflectivity to the sensing accuracy 掃引・採取を要する従来技術における測定速度への制限 was also examined; it is shown that a lower reflectivity gives や実際のレーザ光源の掃引速度からの制限などが解消で a better accuracy. In general, the lower reflectivity results in きる．本年度は，周波数掃引されたファイバレーザ光源 lower S/N ratio. By simulation, we confirmed that even a 1% を用いて，反射率感度の向上を図った．実験では，ノイ reflectivity gives satisfactory S/N ratio as high as 30 dB. ズフロアを－110dB まで落とすことに成功し，シングル In this year, a new scheme of multiplexed FBG sensing 掃引周波数平均を用いて反射率測定精度の向上効果を確 system has been proposed and demonstrated by introducing 認した． the optical frequency comb light source for the first time. The The research on the high-speed high-accuracy optical coherence function of the optical frequency comb was coherence domain reflectometry (OCDR) for diagnoses of measured, the Vernier scheme for distance resolving was fiber optic subscriber access networks (FTTH) has been put confirmed, and multiple FBG sensors were demultiplexed for forward. In this year, a new scheme using the optical strain measurement successfully. frequency comb light source has been proposed to achieve In responding to the request from geophysics research and both the large dynamic range and the high measurement speed. earthquake monitoring, the research on ultra-high resolution The comb interval is linearly adjusted to scan the coherence FBG strain sensors with 10 nano-strain resolution, which is 2 peak along the fiber under test to realize distributed figures more sensitive than conventional systems, was

102 measurement. The interval-adjustable frequency comb was previous configuration, gives great improvement on the built up with a fiber ring resonator and a phase modulator. In suppression of the polarization noise. Also, following up last experiments, an APC connector (reflectivity -58.1 dB) year’s work, the signal processing scheme for R-FOG has connected to a PC connector (reflectivity -33.8 dB) 50-cm been studied. An FPGA-based digital controller was newly apart, which cannot be detected by previous systems, has been developed incorporating the digital serrodyne demodulation observed clearly. Moreover, we proposed to apply the OCDR technique. with optical frequency comb light source to optical coherence On the other hand, research on silica waveguide resonator tomography (OCT). The experimental setup has been set up, gyroscope has also been moved on. In experiment with a and by simulation, the specification of the required frequency 7.9-cm long waveguide resonator, a rotation sensitivity of comb source was investigated. 0.46 degree/s was demonstrated, which is the best in the world Studies on the improvement of frequency-modulated currently to the best of our knowledge. continuous wave (FMCW) optical reflectometry have also been advanced. To enhance the reflectivity accuracy, 5. エルビウムドープシリコンサブオキサイドの interference signals acquired during a full-range light 光学特性 frequency sweeping are divided into multiple sessions; 岸 眞人 reflection distributions deduced from each session Optical characterization of erbium-doped silicon respectively are averaged to get a high-accuracy profile. By suboxide the new scheme, the limitation on the measurement speed or M. KISHI the limitation from the sweeping speed of available laser シリコンフォトニクス分野において，発光素子，変調 source in conventional schemes can be relieved. In this year, a 器，光検出器，導波路などをモノリシックに集積したデ frequency-swept fiber laser source was introduced for バイスが望まれている．近年，エルビウムドープのシリ enhancing the sensitivity of the reflectivity. In experiment, the コンサブオキサイド(SiOx:x < 2)がシリコンベースの発 noise floor was suppressed successfully down to -110 dB, and 光素子として注目されている．Er と SiO の同時蒸着とい the improvement of reflectivity sensitivity by the single- う比較的簡単で応用範囲の広い方法で形成した Er ドー frequency-sweep frequency-averaging was confirmed. プの SiOx から強いフォトルミネッセンスが観測された． In the silicon photonics it is expected that silicon-based 4. 共振器型光ジャイロに関する研究 devices, e.g. emitter, modulator, photodetector, waveguide and 保立和夫・何 祖源・馬 慧蓮・王 希晶 so on, are integrated monolithically. Recently, much attention Studies on Resonator Optical Gyroscope has been paid to erbium(Er)-doped silicon suboxide (SiOx:x < 2) as one of the silicon-based light sources. Er-doped SiOx K. HOTATE, Z. HE, H. MA, X. WANG were obtained by simple simultaneous vacuum deposition of フォトニックバンドギャップファイバ（PBF）を用い Er and silicon monoxide (SiO). This Er-doped SiOx showed た光共振器型光ファイバジャイロ（R-FOG）に関する研 strong photoluminescence (PL). 究を展開した．本年度には，R-FOG における偏波変動の

影響について解析し，2 箇所偏波軸 90 度捻り接続ファイ 6. β-FeSi ドロップレットの低温形成 バ共振器を用いた R-FOG において，従来手法に必要とし 2 岸 眞人 た出口のポロライザーを除去することで，大幅に偏波ノ Low temperature formation of β-FeSi droplets イズの影響を抑えることができると証明した．また，前 2 M. KISHI 年度に引続き，信号処理の手法についても検討した． β-FeSi は光エレクトロニクス材料として有望視されて FPGA を用いたデジタルコントローラを構成し，これを 2 いる．パルスレーザ堆積法を用いて多孔質 Si 基板上に 用いてデジタルセロダイン復調方式を実現した． β-FeSi を室温で形成できることを見出した．顕微ラマン 一方，石英光導波路共振型ジャイロに関する研究も展 2 分光分析と断面透過電子顕微鏡の格子像及び回折像から， 開した．実験では，長さ 7.9cm の導波路リングを用いて， Fe-Si 混合液滴の急冷により形成された Fe-Si アモルファ 現在世界で最も良い 0.46 度/秒の回転測定精度を実現し スが，基板の表面処理による熱的性質の変化により， た． β-FeSi 相に相変化するとの知見を得た． Studies on resonator fiber-optic gyro (R-FOG) by use of 2 β-FeSi is an attractive material for the development of photonic band-gap fiber (PBF) have been performed. In this 2 silicon-based integration of optical devices and electronic year, the influence of polarization variation on the devices. β-FeSi polycrystalline microstructure was performance of R-FOG was analyzed. It proves that, in 2 successfully formed at room temperature on the porous silicon R-FOG consisting of a fiber ring resonator with two substrate by pulsed laser deposition. It was suggested that the 90-degree polarization-axis rotated connections, removing the thermal property of porous silicon caused the β-phase polarizers at the output ports, which are assumed necessary in formation.

103 論文・著書一覧（2008 年度） 国際会議論文 Publications List [11] K. Hotate: “Distributed optical fiber sensors and their applications,” 19th Intern. Conf. on Optical Fiber 研究論文 Sensors (OFS-19), Tutorial workshops, Perth, Apr. 14-18, [1] K.-Y. Song, W. Zou, Z. He and K. Hotate: “All-optical 2008 . dynamic grating generation based on Brillouin scattering [12] K.-Y. Song and K. Hotate: “All-optical dynamic grating in Polarization-maintaining fiber,” Opt. Lett., vol.33, generation based on Brillouin scattering in polarization no.9, pp.926-938, May 2008. maintaining fiber,” OFS-19, Perth, 7004-219, Apr. 14-18, [2] K. Hotate and K. Kajiwara: “Proposal and experimental 2008. verification of Bragg wavelength distribution [13] W. Zou, Z. He, and K. Hotate: “High-accuracy measurement within a long-length FBG by synthesis of discriminative sensing of strain and temperature by use optical coherence function,” OSA Opt. Exp., vol.16, of birefringence and Brillouin scattering in a Issue 11, pp. 7881-7887, June 2008. polarization- maintaining fiber,” OFS-19, Perth, [3] W. Zou, Z. He and K. Hotate: “Acoustic modal analysis 7004-105, Apr. 14-18, 2008. and control in w-shaped triple-layer optical fibers with [14] Y. Mizuno, W. Zou, Z. He, and K. Hotate: “Proposal and highly-germanium-doped core and F-doped inner experiment of BOCDR -Brillouin optical correlation- cladding,” OSA Opt. Exp., vol.16, no.14, pp.10006- domain reflectometry-,” OFS-19, Perth, 7004-122, Apr. 10017, June 2008. 14-18, 2008.. [4] X. Fan, Z. He, and Kazuo Hotate: “Distributed strain [15] K. Hotate and K. Kajiwara: “Measurement of Bragg sensor based on dynamic grating in polarization- wavelength distribution in a long-length fiber Bragg maintaining erbium-doped fiber,” Opt. Lett., vol.33, grating by synthesis of optical coherence function,” no.15, pp.1647-1649, Aug. 2008. OFS-19, Perth, 7004-108, Apr. 14-18, 2008. [5] Y. Mizuno, W. Zou, Z. He and K. Hotate: “Proposal of [16] Z. He, M. Konishi and K. Hotate: “A high-speed Brillouin optical correlation-domain reflectometry sinusoidally-frequency-modulated optical reflectometry (BOCDR),” OSA Optics Express, vol.16, Issue 16, pp. with continuous modulation-frequency sweeping,” 12148-12153, July 2008. OFS-19, Perth, 7004-201, Apr. 14-18, 2008. [6] K. Hotate, H. Arai and K.-Y. Song: “Range-enlargement [17] W. Zou, Z. He, K.-Y. Song and K. Hotate: “Correlation- of simplified Brillouin optical correlation domain based distributed measurement of SBS- generated analysis based on a temporal gating scheme,” SICE J. of dynamic grating spectrum in a polarization- maintaining Control, Measurement, and System Integration, vol.1, fiber,” OFS-19, Perth, PD3, 7004-305, Apr. 14-18, 2008. no.4, pp.271-274, July 2008 . [18] W. Zou, Z. He, and K. Hotate: “High-precision [7] W. Zou, Z. He and K. Hotate: “Investigation of strain- characterization of dynamic acoustic grating induced by and temperature- dependences of Brillouin frequency stimulated Brillouin scattering in a high-birefringence shifts in GeO2-doped optical fibers,” J. of Lightwave optical fiber,” CLEO 2008, San Jose, CThE2, May. 5-8, Technology, vol.26, no.13, pp.1854-1861, July 2008. 2008. [8] K.-Y. Song and K. Hotate: “Brillouin optical correlation [19] Y. Mizuno, Z. He, K. Hotate: “Brillouin Optical domain analysis in linear configuration,” IEEE Photon. Correlation-Domain Reflectometry with 13-mm Spatial Technol. Lett., vol.20, no.24, pp.2150-2152, Dec. 2008. Resolution and 50-Hz Sampling Rate,” CLEO 2008, San [9] W. Zou, Z. He and K. Hotate: “Complete discrimination Jose, CMZ2, May 5-8, 2008. of strain and temperature using Brillouin frequency shift [20] Y. Kumagai, S. Matsuura, S. Adachi and K. Hotate: and birefringence in a polarization-maintaining fiber,” Enhancement of BOCDA systems for aircraft health OSA Opt. Exp., vol.17, no. 3, pp. 1248-1255, Jan. 2009. monitoring,” Intl. Conf. on Instrumentation Control and [10] Y. Naka, N. Yamamoto, M. Kishi, D. Miyawaki, T. Information Technology (SICE annual Conf. 2008), Yoshida, T. Minami, K. Ito, M. Tsuchiya, and Y. Tokyo, 2B02-2, pp.2184-2187, Aug. 22-23, 2008. Nakamura: “Optical characterization and X-ray [21] W. Zou, Z. He, and K. Hotate: “Fiber-optic Brillouin photoelectron spectroscopy of erbium-doped silicon distributed discrimination of strain and temperature with suboxide emitting at 1.5μm,” Jpn. J. Appl. Phys., vol. 47, 11-cm spatial resolution using correlation-based no. 12, pp. 8871-8873, Dec. 2008. continuous-wave technique,” ECOC2008, We.3.B.3, Brusseles, Belgium, Sept. 21-25, 2008. [22] Y. Mizuno, Z. He, K. Hotate: “Enlargement of

104 measurement range of Brillouin optical correlation- 理学会第 41 回光波センシング技術研究会, 東京理 domain reflectometry based on temporal gating 科大, LST-41-25, pp.167-176, 2008 年 6 月 11 日. scheme,” ECOC2008, We.3.B.7, Brusseles, Belgium, [33] 鄒 衛文, 何 祖源, 保立和夫: “Fiber-Optic Brillouin Sept. 21-25, 2008. Distributed Discrimination of Strain and Temperature [23] K. Hotate: “Fiber optic nerve systems for smart Using Correlation-Based Continuous-Wave Technique,” materials and smart structures,” IEEE Topical Meeting 電子情報通信学会光ファイバ応用技術研究会, 北海 on Microwave Photonics (NWP2008), Gold Coast, 道大学, OFT2008-28, pp.61-64, 2008 年 8 月 28･29 日. pp.31-34, Sept. 30 - Oct. 3, 2008 . [34] 梶原康嗣, 保立和夫: “光波コヒーレンス関数の合 [24] Z. He and K. Hotate: “Dynamic grating in optical fiber: 成法による長尺 FBG センサのシミュレーションに synthesis and sensing applications,” 1st Asia-Pacific よる性能評価,” 電子情報通信学会光ファイバ応用 Optical Fiber Sensors Conference (APOS-2008), 技術研究会, 北海道大学, OFT2008-27, pp.55-60, Chengdu, China, Nov. 7-9, 2008 . 2008 年 8 月 28･29 日. [25] W. Zou, Z. He, and K. Hotate: “Brillouin-based random [35] 王 希晶, 何 祖源, 保立和夫: “ Rotation fiber optic delay line,” OFC/NFOEC 2009, San Diego, Experiment of Ring Resonator Fiber Optic Gyroscope JWA6, Mar. 24-26, 2009. with a Digital Controller,” 電子情報通信学会光ファ [26] Y. Mizuno, Z. He, K. Hotate: “Polarization beat length イバ応用技術研究会, 北海道大学, OFT2008-29, distribution measurement in single-mode optical fibers pp.65-70, 2008 年 8 月 28･29 日. with Brillouin optical correlation-domain reflectometry,” [36] 水野洋輔, 鄒 衛文, 何 祖源, 保立和夫: “光ヘテロ OFC/NFOEC 2009, San Diego, OMP5, Mar. 24-26, ダイン検波を用いたブリルアン光相関領域リフレ 2009. 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, 日本文理大学湯布院研修所, OFT2008-53, 著書 pp.33-38 2008 年 11 月 20 日. [27] 保立和夫: “光ファイバセンサ網の光測定「次世代 [37] 馬 慧蓮, 何 祖源, 保立和夫: “Reduction of センサハンドブック：Ⅰ編 基礎９章 光ファイバセ Backscattering Induced Noise by Carrier Suppression in ンサ 9.4 光ファイバジャイロ, 藍 光郎, Waveguide-type Optical Passive Ring Resonator Gyro,” pp.356-361, 培風館, July 2008. 電子情報通信学会光ファイバ応用技術研究会, 日本 文理大学湯布院研修所 [28] 保立和夫: “光ファイバセンサ網の光測定「次世代 , OFT2008-54, pp.39-42, 2008 年 月 日 センサハンドブック：Ⅰ編 基礎９章 光ファイバセ 11 20 . ンサ 9.6 次世代光ファイバセンサ技術 9.6.1 分布 [38] 水野洋輔, 何 祖源, 保立和夫: “ブリルアン光相関 型センシング, 藍 光郎, pp.371-380, 培風館, July 領域リフレクトメトリによるシングルモード光フ 2008. ァイバ中のビート長の分布測定,” 応用物理学会第 回光波センシング技術研究会 埼玉大学ステー 42 , 総説・解説論文 ションカレッジ, LST-42-21, pp.149-156, 2008 年 12 月 10 日. [29] 保立和夫: “光波コヒーレンス関数の合成技術によ 王 希晶 何 祖源 保立和夫 “ る光ファイバー神経網の高機能化,” 光学, vol.37, [39] , , : Evaluation of no.10, pp.461-471, Oct. 2008. output error in ring resonator fiber optic gyroscope with twice 90o polarization axis rotated splicing,” 応用物理 シンポジウム・研究会・大会等発表 学会第 42 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-42-22, pp.157-164, 2008 [30] 保立和夫: “連続光波の相関制御による光ファイバ 年 12 月 10 日. 神経網技術,” 応用物理学会第 41 回光波センシング 水野洋輔 何 祖源 保立和夫 “ 技術研究会, 東京理科大, LST-41-23, pp.153-160, [40] , , : Stable entire-length 2008 年 6 月 11 日<招待講演>. measurement of fiber strain distribution by Brillouin optical correlation-domain reflectometry based on [31] 水野洋輔, 鄒 衛文, 何 祖源, 保立和夫: “ブリルア polarization scrambling scheme,” 電子情報通信学会 ン光相関領域リフレクトメトリ(BOCDR)の測定レ 光エレクトロニクス研究会, 機会振興会館, ンジの拡大,” 応用物理学会第 41 回光波センシング OPE2008-193, pp.31-38, 2009 年 3 月 6 日. 技術研究会, 東京理科大, LST-41-24, pp.161-166, 梶原康嗣 保立和夫 “長尺 内分布センシング 2008 年 6 月 11 日. [41] , : FBG の精度向上と高速化に関する検討,” 電子情報通信 [32] 鄒 衛文, 何 祖源, 保立和夫: “ A novel 学会光エレクトロニクス研究会, 機会振興会館, discriminative sensing of strain and temperature by use OPE2008-194, pp.39-44, 2009 年 3 月 6 日. of a Panda-type polarization-maintaining fiber,” 応用物

105 [42] 中村達也, 灘部岳晃, 水口周, 武田展雄, 岸 眞人, ングを用いたブリルアン光相関領域リフレクトメ 保立和夫: “埋め込み光ファイバを用いた BOCDA トリによる歪分布全長測定の安定化,” 2009 年度電 による CFRP 積層板のボルト孔周りの損傷検知,” 子情報通信学会総合大会, 愛媛大学, C-3-89, Mar. 20, JCOM-38 －材料・構造の複合化と機能化に関する p.240, 2009. シンポジウム－, 同志社大学今出川キャンパス, Ⅱ [54] 梶原康嗣, 保立和夫: “長尺 FBG による分布型セン -5A, PP.79-82, 2009 年 3 月 10 日. サの高速測定の実証,” 2009 年度電子情報通信学会 [43] 水野洋輔, 何 祖源, 保立和夫: “ブリルアン光相関 総合大会, 愛媛大学, B-13-38, p.526, Mar. 19, 2009. 領域リフレクトメトリによるリアルタイム歪分布 [55] 王 希晶, 何 祖源, 保立和夫: “Evaluation on 測定の実証,” 第 69 回応用物理学会学術講演会, 中 Polarization-Noise Suppression by Twice 90o 部大学, 4p-ZM-8, Sept. 4, 2008. Polarization-Axis Rotated Splicing in Resonator Fiber [44] 何 祖源, 保立和夫: “光ファイバ中におけるダイ Optic Gyroscope,” 2009 年度電子情報通信学会総合 ナミックグレーティングの合成とセンシング応用,” 大会, 愛媛大学, B-13-36, p.524, Mar. 19, 2009. 2008 年度電子情報通信学会ソサイエティ大会, 明 [56] 久野裕之, 保立和夫: “動的な変調機構の提案による 治大学, BS-11-7, p.S-117, Sept. 18, 2008<招待講演>. Simplified BOCDA システムの分布測定高速化,” [45] 鄒 衛文, 何 祖源, 保立和夫: “ Fiber-Optic 2009 年度電子情報通信学会総合大会, 愛媛大学, Brillouin distributed discrimination of strain and C-3-90, p.241, Mar. 20, 2009. temperature using correlation-based continuous-wave [57] 保立和夫, 千種健二, 水野洋輔, 岸 眞人, 何 祖 technique,” 2008 年度電子情報通信学会ソサイエテ 源, 保立和夫: “低コヒーレンスブリルアン光相関 ィ大会, 明治大学, B- 13-9, p.263, Sept. 16, 2008. 領域解析法の S/N 比の向上,” 2009 年度電子情報通 [46] 水野洋輔, 何 祖源, 保立和夫: “時間ゲート法を用 信学会総合大会, 愛媛大学, C-3-91, p.242, Mar. 20, いた BOCDR の測定レンジの拡大,” 2008 年度電子 2009. 情報通信学会ソサイエティ大会, 明治大学, C-3-69, p.191, Sept. 19, 2008. [47] 水野洋輔, 鄒 衛文, 何 祖源, 保立和夫: “光ヘテ ロダイン検波を用いたブリルアン光相関領域リフ レクトメトリ,” 2008 年度電子情報通信学会ソサイ エティ大会, 明治大学, C-3-70, p.192, Sept. 19, 2008. [48] 梶原康嗣, 保立和夫: “シミュレーションによる長 尺 FBG センサの特性評価,” 2008 年度電子情報通信 学会ソサイエティ大会, 明治大学, C-3-67, p.189, Sept. 19, 2008. [49] 王 希晶, 何 祖源, 川西悟基, 保立和夫: “Experimental Characterization of Ring Resonator Using Photonic Bandgap Fiber,” 2008 年度電子情報通 信学会ソサイエティ大会, 明治大学, B- 13-32, p.286, Sept. 17, 2008. [50] 保立和夫, 久野裕之: “Simplified BOCDA システム 高性能化のための変調信号波形補償とその評価,” 2008 年度電子情報通信学会ソサイエティ大会, 明 治大学, C-3-68, p.190, Sept. 19, 2008. [51] 鄒 衛文, 何 祖源, 保立和夫: “Brillouin-Based Random Fiber Optic Delay Line,” 2009 年度電子情報 通信学会総合大会, 愛媛大学, B-13-37, p.525, Mar. 19, 2009. [52] 水野洋輔, 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よるシングルモード光フ ァイバ中の偏波ビート長の分布測定,” 2009 年度電 子情報通信学会総合大会, 愛媛大学, C-3-88, Mar. 20, p.239, 2009. [53] 水野洋輔, 何 祖源, 保立和夫: “偏波スクランブリ

106 廣瀬（明）研究室 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 Hirose Laboratory 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 (http://www.eis.t.u-tokyo.ac.jp/) きる。特に、変調の位相値に注目することにより、強度 イメージとは異なる有効な情報が得られる。すなわち、 研究現況 アクティブ イメージングで反射が輝点に見えてしまう Current Research Projects 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、 1. 対人プラスチック地雷可視化システム 奥行きに対する適切な位相感度を得ることができる。そ 廣瀬 明・仲野幸真・中村洋平 して FMCW(frequency-modulated continuous wave)方式よ りも簡便であり、アレイ化・並列化にも対応し易い方式 Antipersonnel Plastic Landmine Visualization である。今年度は実験によってその有効性を明確に示し System た。現在、改札イメージングシステムのプロトタイプの A.Hirose, Y.Nakano and Y.Nakamura 構築を進めている。 複素自己組織化マップ は地雷とそれ以外のも (CSOM) We conducted experimental demonstration of our novel のとの適応的な分別を可能にする。これまでのフィール active and coherent method for near field imaging in ド実験で、Walled-LTSA(walled linearly tapered slot antenna) millimeter-wave band, namely the envelope phase detection アンテナアレイの高密度化によって、より高い適応区分 (EPD). In the EPD, the high-frequency circuit is so simple 性能が得られ地雷領域を可視化できることを確認した。 that it is low-cost and suitable for highly-parallel imaging. また同時に、非常に含水率が高いラテライトでは区分に One of the possible applications is an anti-terrorism security 失敗する場合もあることが明らかになった。この問題を system at ticket gates in railway stations where we observe 解決するため、リング状 CSOM(complex-valued walking people with their belongings. We reported in self-organizing map)による区分ダイナミクスと、周波数領 particular that the phase image observed by the EPD yields 域局所相関法を考案した。これらを適用することにより、 quite informative images. That is, the harmful glaring, which often occurs in active millimeter imaging, is mitigated 上記の困難な状況においても非常に高い確率で区分化が effectively so that the shape of an objective is presented much 可能であることが確認され、これら手法による CSOM 処 better. We can choose arbitrary phase-distance sensitivity by 理の有効性が確認された。 adjusting the modulation frequency adaptively to the target of The complex-valued self-organizing map (CSOM) realizes visualization. The system can be simpler than FMCW, and an adaptive distinction between plastic landmines and other compatible with array antennas and parallel processing. objects in landmine visualization systems. However, when the Laboratory experiments demonstrated clearly the spatial resolution in electromagnetic-wave measurement is not effectiveness of the EPD method. Presently we construct a sufficiently high, the distinction sometimes fails. To solve this prototype of a ticket-gate imaging system. problem this year, we proposed two techniques to enhance the visualization ability. One is the utilization of SOM-space 3. 干渉型開口合成レーダ topology in the CSOM adaptive classification. The other is a 廣瀬 明・夏秋 嶺 novel feature extraction method paying attention to local Interferometric Synthetic Aperture Radars correlation in the frequency domain. In experimental results, A.Hirose and R.Natsuaki we find that these two techniques significantly improve the 衛星あるいは航空の干渉合成開口レーダー(InSAR)は visualization performance. The local-correlation method 地形情報を測定するための有用な技術である。しかし、 contributes also to the reduction of the number of tuning InSAR による干渉画像には、位相特異点とよばれる回転 parameters in the CSOM classification. 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、局所的なゆらぎが、サンプリング 2. ミリ波・マイクロ波イメージング 定理を満たすかどうかも含むピクセルの離散性と一緒に 廣瀬 明・ラデンアマド ダムリ・青柳 俊・ なって、位相特異点を互いに近傍に発生させているので ショーネンベルガー クラウディオ はないかと考えた。すなわちこの問題に対して本年度は、 Millimeter wave and microwave imaging for 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、 antiterrorism screening サブピクセル単位の複素振幅データに補間し、局所的か A.Hirose, D.Radenamad, T.Aoyagi and つ非線型な位置合わせを行って、位相特異点の数を減少 C.Shoenenberger させることを提案した。その際、位相特異点自体が消滅 われわれは、ミリ波による近距離のイメージングを目 することを位置合わせの整合度の指標として利用する。 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 実際の観測データに対して本手法を適用したところ、位 して、振幅変調成分の位相と振幅を取得する 変調複素振 相特異点が減少し、また地形図の SN 比が向上するととも 幅観測イメージング法 を提案し、基礎実験を行った。こ に、地形の概観も大幅に向上することが確認された。現 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 在、本手法の体系的な確立を図っている。 り、安価で並列処理性が高い。その応用には、たとえば

107 Interferometric synthetic aperture radar (InSAR) is a useful significantly increase the channel prediction accuracy. The technology to observe the earth topography. However, an calculation cost of the CZT-based method is much lower InSAR interferogram usually includes a lot of points where compared to that of the zero-padding, autoregressive, or we observe rotational component, namely singular points high-resolution methods. (SPs). They deteriorate the accuracy of height estimation. We assume that the origin of closely located positive and negative 5. 高機能アンテナ pairs of SPs lies in local fluctuation and the pixel discreteness 廣瀬 明・岡本洋平・羽磨 毅・ including the possible violation of the sampling theorem. To ヴェルナー シュテフェン solve this problem, this year, we proposed local and nonlinear Highly functional antenna elements coregistration of the master and the slave that are interpolated A.Hirose, Y.Okamoto, T.Hama and S.Werner into subpixel complex-amplitude data. In this process, we 今年度は超広帯域で指向性可変のアンテナの実現を目 regard the vanishment of SPs as a realization of accurate 指した研究のうち、特に新たに提案したスイッチト・デ coregistration. Experiments for real observation data ィスコーン・アンテナの理論解析を中心に進めた。た。 demonstrate that the proposed method reduces the number of 近年、UWB(Ultra wideband)等に利用可能な超広帯域アン SPs and improves the signal-to-noise ratio of generated digital テナに対する関心が増している。一般に超広帯域アンテ elevation models. The appearance has also been improved ナでは柔軟な指向性を実現することが難しい。アレイ化 greatly. We are now systematizing the procedure by 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 optimizing the processing modules. 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 4. アダプティブ アンテナ システム ンテナ的な導波器や反射器の利用も困難である。われわ 廣瀬 明・タン ソフヤン れは指向性可変の超広帯域アンテナを新たに考案した。 Adaptive Antenna Systems 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 A.Hirose and S.Tan で構成し、その一部を給電素子とし残りを無給電（寄生） 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 素子とする。これまでに、全体として調和のとれた動作 合、基地局は受信したアップリンク信号からユーザ端末 を行う可変指向性アンテナとすることに成功し、実測に の方向を推定してアンテナ荷重を決定し、空間分割多重 よってその性能を確認している。今年度は、等価回路に を実現できる。その際、特に時分割二重通信方式では、 よって詳細な動作解析を進め、その動作が進行波型エレ 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 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 ンクにも利用できる可能性がある。そのためにはユーザ とが明らかになった。 方向の移動の予測が必要となるが、ダウンリンク時間が This year we concentrated upon the operation analysis of 長いため、これまで十分な性能を得ることが難しかった。 our newly proposed ultra-wideband variable-directivity 今年度われわれは、正確な予測が可能で計算量が少ない antenna. It is more and more desired to develop 新たな手法を提案した。本手法はチャープ z 変換(CZT) ultra-wideband antennas applicable to, e.g., so-called ultra を利用するものである。この手法は周波数領域でドップ wideband (UWB) systems. However, such an ultra wideband ラーシフトを水生するために適したものであり、周波数 antenna has difficulty in variable-directivity compatibility の量子化（離散化）による誤差を緩和するために大きな because we cannot adopt a simple wavefront synthesis 効果がある。時分割二重通信において予測精度が大きく technique based on Huygens principle. Another reason lies in 向上することをシミュレーションにより確認した。その the unavailability of directors and reflectors used in ESPAR 計算量は、ゼロ埋め込み法や自己回帰法、高分解能法な antennas and ordinary Yagi antennas. We proposed a new どより小さいものである。 antenna structure. The antenna is a modified discone of which Recently there is an increasing interest in adaptive antenna cone is consists of line elements. We feed some of the lines, technology since its capability of user tracking, co-channel while we do not others, to make them parasitic, so that all the interference reduction, and spatial diversity offer better elements works in cooperation, which realizes both wideband coverage, capacity, multipath rejection, and power efficiency. and variable directivity. We conducted precise measurement This year we proposed a low complexity method to predict of operation characterization. We are now analyzing the fast fading channel by estimating the parameters of the operation by introducing an equivalent circuit. channel from the Doppler spectrum calculated using chirp z-transform (CZT). The CZT fits the frequency domain 6. 光通信における適応的信号 channel prediction for its ability to interpolate data points in 廣瀬 明・谷澤 健 the frequency domain, which reduces the Adaptive Signal Processing in Optical frequency-quantization error. Our evaluation results with Communications time-division duplexing show that the CZT method can A.Hirose and K.Tanizawa

108 光交換によるメトロネットワークでは、伝送路の分散 論文・著書一覧（2008 年度） 特性が時々刻々変化する。これに適応的に追随し、また Publications List 分散特性計測が不要な安定かつ高速に分散補償する方法 を提案している。今年度は特に偏波モード分散(PMD)の 研究論文 高速・高精度補償の方法について研究を進めた。ランダ [1] A.Hirose S.Hamada R.Yamaki: "Envelope phase ムなステップ幅の山登り法が、少ない計算量で大きな効 detection for millimeter-wave active imaging," Electron. 果をもたらすことを確認し、 でのシミュレーシ 160Gb/s Lett., 45, 6 (2009) 331-332. ョン実験で、その性能を統計的に評価して有効性を示し [2] K.Tanizawa A.Hirose : Fast tracking algorithm for た。本手法は、今年度まで進めてきた波長分散の高速・ adaptive compensation of high-speed PMD variation 適応的な制御と一緒に組み合わせることが可能であり、 caused by SOP change in millisecondss," IEEE Photon. 総合的な分散補償を実現できるものである。将来のメト Technol. Lett.s, 21, 3 (2009) 140-142. ロネットワークでの利用が期待される。 [3] R.Yamaki A.Hirose: Singular unit restoration in In the near-future all-optical networks, adaptive dispersion interferograms based on complex-valued Markov compensation is indispensable for high-speed flexible random field model for phase unwrapping," IEEE communications. Adaptive polarization mode dispersion Geoscience and Remote Sensing Letters, 6, 1 (2009) (PMD) compensation is required for the speed-up and 18-22. advancement of the present optical communications. The combination of a tunable PMD compensator and its adaptive [4] Y.Nakano A.Hirose: "Improvement of plastic landmine control method achieves adaptive PMD compensation. This visualization performance by use of ring-CSOM and year, we reported an effective search control algorithm for the frequency-domain local correlation," IEICE Trans. on feedback control of the PMD compensator. The algorithm is Electron. , E92-C, 1 (2009) 102-108. based on the hill-climbing method. However, the step size [5] C.S.Tay K.Tanizawa A.Hirose: Error reduction in changes randomly to prevent the convergence from being holographic movies using a hybrid learning method in trapped at a local maximum or a flat, unlike the conventional coherent neural networks," Applied Optics, 47, 28 hill-climbing method. The randomness follows the Gaussian (2008) 5221-5228. probability density functions. We conducted transmission [6] S.Masuyama K.Yasuda A.Hirose: "Multiple mode simulations at 160 Gb/s. The results showed that the proposed selection of walled-LTSA array elements for high method provides more optimal compensator control than the resolution imaging to visualize antipersonnel plastic conventional hill-climbing method. landmines," IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters, 5, 4 (2008) 745-749. [7] Y.Okamoto A.Hirose: "Wideband adaptive antenna using selective feeding and stagger tuning," Electron. Lett., 44, 19 (2008) 1116-1117.

国際会議論文 [8] S.Tan A.Hirose: "Channel Prediction Based on Chirp Z-Transform and Linear Parameter Prediction," Int'l Symposium on Antennas and Propagation (ISAP) 2008 Taipei Proc. (Oct. 27-30, 2008, Taipei) 830-833. [9] J.Koyama M.Kato A.Hirose, "Local-spectrum-based distinction between handwritten and machine-printed characters," Int'l Conf. on Image Processing (ICIP) 2008 Proc. (Oct. 12-15, 2008, San Diego) 1021-1024. [10] Y.Nakano A.Hirose,: "A complex-valued self-organizing map and its modifications to enhance visualization ability in adaptive ground penetrating radar systems," Int'l Conf. on Soft Computing and Intelligent Systems (SCIS) and Int'l Symposium on Advanced Intelligent Systems (ISIS) 2008 Nagoya Proc. (Sept. 17-21, 2008, Nagoya) FR-G2-1. [11] R.Yamaki A.Hirose: "Singular unit restoration based on

109 complex-valued Markov random field model for InSAR 偏波モード分散補償のための最急降下法を用いた interferograms," Int'l Geosci. and Remote Sens. トラッキングアルゴリズム、信学会光通信システム Symposium (IGARSS) 2008 Boston, Proc. (July 6-11, 研究会、OCS2008-45 (Aug. 28, 2008, Sapporo) 2008, Boston) TUP.Q.9 [22] 廣瀬 明 濱田詩瑞夫 山城 遼：ミリ波帯におけ [12] J.Koyama M.Kato A.Hirose: "Distinction between るアクティブ・イメージングのための変調複素振幅 handwritten and machine-printed characters without 観測法、安全工学シンポジウム (July 10-11, 2008, extracting characters or text lines," World Congress on Tokyo) Comput. Intelligence (WCCI) / Int'l Joint Conf. on [23] 廣瀬 明 濱田詩瑞夫 山城 遼：ミリ波帯におけ Neural Netw. (IJCNN) 2008 Hong Kong Proc. (June 1-6, るアクティブ・イメージングのための変調複素振幅 2008, Hong Kong) 4143-4050. 観測法の提案、信学会宇宙・航行エレクトロニクス [13] A.Hirose: "An Adaptive Ground Penetrating Radar 研究会、SANE2008-8 (May 30, 2008, Yokosuka) Imaging System Based on Complex-Valued [24] 谷澤 健 廣瀬 明：高速変動する PMD を適応補償 Self-Organizing Map -- Recent Progress and するための最急降下法を用いた補償器制御方式の Experiments in Cambodia --, "World Congress on 検討 2008 信学総大、B-10-67 (Mar. 19, 2009, Comput. Intelligence (WCCI) / Int'l Joint Conf. on Matsuyama) Neural Netw. (IJCNN) 2008 Hong Kong Proc. (June 1-6, [25] 岡本洋平 廣瀬明：線状ディスコーンを基にした広 2008, Hong Kong) 1610-1615. 帯域可変指向性アンテナの特性の等価回路的考察、 [14] A.Hirose S.Masuyama K.Yasuda, "Walled-LTSA array 2008 信学総大 B-1-219 (Mar. 19, 2009, Matsuyama) with multiple Tx–Rx selection modes for high-resolution [26] 仲野幸真 廣瀬明：Ring-CSOM のトポロジーを有 adaptive subsurface imaging," Int'l Conf. on Ground 効利用した高速地雷クラス同定、2008 信学総大 Penetrating Radar (GPR) 2008 BirminghamProc. (June ADS-1-1 (Mar. 18, 2009, Matsuyama) 16-19, 2008, Birmingham) Oral 22-4 [27] Y.Nakano A.Hirose Performance improvement of plastic landmine visualization system by employing 解説 local correlation method SICE Annual Conference [15] 小山純平 加藤雅弘 廣瀬明「スペクトル領域局所: 2008 Tokyo, 2B15-5 (Aug. 20-22, 2008, Tokyo) ゆらぎ検出法 -- 生体の視覚に学んだ手書き文字と [28] A.Hirose: "Brain-inspired millimeter-wave/microwave 活字文字の判別手法」、日本神経回路学会誌、15, 3 imaging tecnology and a landmine visualization (2008) 165-173. system," GCOE Symposium on Secure-Life electronics, Proc. (Jan. 20-21, 2009, Tokyo) 59-64 シンポジウム・研究会・大会等発表 [29] A.Hirose: "Recent progress in radar systems employing [16] 中村洋平 仲野幸真 廣瀬明：周波数領域において complex-valued neural networks," Shanghai Univ. - 局所的なテクスチャを衆生法とすることによる Tokyo Univ. Work Shop, Proc. (October 30-31, 2008, ring-CSOM 地雷可視化システムの性能評価、信学会 Shanghai) ニューロコンピューティング研究会、NC2008-170 (Mar. 13, 2009, Tokyo) 著書 [17] 仲野幸真 廣瀬明：Ring-CSOM 空間での整合度に [30] T.Nishino R.Yamaki A.Hirose: "Three-dimensional よる地雷クラスらしさの評価、信学会ニューロコン imaging by using singularity-spreading phase ピューティング研究会、NC2008-169 (Mar. 13, 2009, unwrapping method, in "Scoustical Imaging," ed. Tokyo) I.Akiyama, Acoustical Imaging, vol.29, Springer [18] 廣瀬 明：複素自己組織化マップに基づく地中レー (December 2008) ISBN 978-1-4020-8822-3. ダシステムとそのカンボジアでの地雷可視化実験、 [31] K.Tanizawa A.Hirose: "High-speed adaptive control 信学会ニューロコンピューティング研究会、 technique based on steepest descent method for adaptive NC2008-71 (Nov. 7, 2008, Saga) chromatic dispersion comensation in optical [19] 仲野幸真 廣瀬明：CSOM 空間のトポロジーを利用 communications," in ""Adaptive Control"", ed. Kwanho した高速な地雷クラス同定法、信学会電磁界理論研 You " In-Tech Book Series on Artificial Intelligence, 究会、EMT08-147 (Nov. 22, 2008, Takayama) In-Tech, (January 2009) 243-258, ISBN [20] 岡本洋平 廣瀬明：選択的給電とスタガー同調によ 978-953-7619-47-3. る広帯域可変指向性アンテナの提案 信学会電磁界 理論研究、EMT08-110 (Nov. 20, 2008, Takayama) [21] 谷澤 健 廣瀬 明：偏波変動に起因して変動する

110 その他 [32] A.Hirose: "Landmines detection: Innovations and demands for new technology," under the auspice of Japan Egypt science and technology year of cooperation(June 14-15, 2008, Helwan)

111 山下研究室 信号を非線形偏波回転を利用して 40nm 以上の帯域で波 Yamashita Laboratory 長変換することに成功した。これは変調信号に対する (http://www.sagnac.t.u-tokyo.ac.jp) CNT 全光信号処理デバイスの世界初の実現である。さら に四光波混合(FWM)を利用した波長変換にも世界で初め 研究現況 て成功した。 Current Research Projects CNT has been known to have high 3rd-order nonlinearity along with saturable absorption. We are studying the photonic 1. カーボンナノチューブモード同期レーザ functional devices using the nonlinearity. We realized 山下真司・マルチネス アモス・西村基・辻真大・ wavelength conversion of 10Gb/s RZ signal with the 布施数元 bandwidth larger than 40nm based on nonlinear polarization Mode-Locked Lasers using Carbon Nanotubes rotation in the CNT-deposited D-shaped fiber. This is the first S. YAMASHITA , A. MARTINEZ, M. NISHIMURA, demonstration of CNT-based functional devices with actual M. TSUJI, K. FUSE data signal. We also succeeded in wavelength conversion カーボンナノチューブ（ ）の可飽和吸収性を用い CNT based on four-wave mixing (FWM) for the first time. たモード同期レーザの研究を進めている。CNT をポリマ ー(PMMA)にドープし、光ファイバ化した CNT ドープポ 3. 高速・広帯域波長可変光ファイバレーザ リマーファイバの実現に世界で初めて成功し、その可飽 山下真司・小西諒正・中﨑裕一・草刈修・濱口浩輝 和吸収特性を確認し、受動モード同期によるパルス発生 Fast and Widely Tunable Fiber Lasers にも成功した。さらに、fs レーザにより光ファイバの側 S. YAMASHITA, R. KONISHI, Y. NAKAZAKI, 面からコア部分を貫通するスロット（長さ数 10 m）を O. KUSAKARI, H. HAMAGUCHI 作製し、その部分に CNT 分散溶液を充填することによっ 共振器中の分散を利用することで広帯域かつ高速に波 ても受動モード同期によるパルス発生に成功した。 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 また、 デバイスの作製法として、光照射により CNT ている。リング型で波長可変幅 178.70 nm (波長 1550nm をテーパー光ファイバ側面にも吸着させる方法に CNT 帯), 142.80 nm (波長 1300nm 帯)，波長掃引速度 200 kHz ついて詳細な検討を行い、光ピンセット効果と熱による の特性を実現できた。さらに、構築した波長可変レーザ 対流の両方の効果が寄与することを明らかにした。 CNT を光ファイバグレーティング(FBG)センサと光コヒーレ スプレー法についても最適化も進めた。 ンストモグラフィ(OCT)に応用した。FBG センサでは 40 We are studying the novel photonic devices using carbon kHz 超高速センサを実現し、OCT ではカバーガラスの断 nanotubes (CNT). We succeeded in doping CNT in polymer 層画像の取得ができた。更なる改善として、高出力化を (PMMA), and realizing CNT-doped polymer fiber for the first 検討し実現した。また、リニア型レーザでも 1550 nm 帯 time. We also confirmed its saturable absorption, and においては 110 nm の発振範囲を 2 kHz で、800 nm 帯で mode-locking of fiber laser. We also realized a novel device は 50 nm の発振範囲を 20 kHz で掃引することに成功した。 based on CNT-filled micro slot in the fiber. The slot is made We are studying widely and fast wavelength tunable by the fs laser irradiation from the side of the fiber so that it mode-locked fiber lasers using dispersion tuning. We realized penetrates through the fiber for a few 10 m. We confirmed the tunable bandwidth of 178.70 nm at 1550nm band, 142.80 mode-locking of fiber laser with the device. nm at 1300nm band, with the scan speed of 200kHz. We We developed our original fabrication method of CNT applied the lasers to fiber Bragg grating (FBG) sensor and devices by means of optical deposition. We made a detailed optical coherence tomography (OCT). We realized fast studies on the process of optical deposition of CNT around (40kHz) FBG sensor system, and succeeded in obtaining tapered fiber, and found that both of the optical tweezers tomographic images of a cover glass in the OCT system. In effect and thermal convection contribute. We also made the linear laser configuration, we realized the fast tuning over optimization of the conventional spray method. 110nm at the sweep rate of 2kHz at the wavelength of 1550nm band, and tuning over 50nm at the sweep rate of 2. カーボンナノチューブ非線形デバイス 20kHz at the wavelength of 800nm band. 山下真司・チャオ キンキー

Carbon Nanotube based Nonlinear Photonic Devices 4. 光ファイバグレーティング(FBG) S. YAMASHITA, K. K. CHOW 山下真司・樊向軍 カーボンナノチューブ（CNT）は可飽和吸収性のみな Fiber Bragg Gratings (FBG) らず、高い３次光非線形性を持っている。これを用いた S. YAMASHITA, X. FAN 全光信号処理のための CNT 非線形デバイスの研究を進 光ファイバをテーパー化などにより変形させることで、 めている。D シェイプ光ファイバ上に CNT を塗布した光 ユニフォームな位相マスクを使いながらチャープなどの ファイバ型 デバイスを用い、 で変調した CNT 10Gb/s RZ 機能性光ファイバグレーティング(FBG)を実現する研究

112 を進めた。テーパー光ファイバ上に FBG を形成し、リニ 論文・著書一覧（2008 年度） アチャープ FBG が実現でき、テーパーの度合によりチャ Publications List ープ幅が変化させられることを確認した。さらに、サン プルチャープ FBG の実現にも成功した。 研究論文 We nvestigated to realize highly functional fiber Bragg [1] A. Martinez, S. Uchida, Y.-W. Song, T. Ishigure, and S. gratings (FBG) such as chirped or sampled FBG using the Yamashita, “Fabrication of Carbon nanotube uniform phase mask and deformed fiber. By forming the poly-methyl-methacrylate composites for nonlinear uniform FBG onto the tapered fiber, we found that linearly photonic devices,” Optics Express, vol.16, no.15, chirped FBG is realized and its chirp rate is tunable by pp.11337-11343, July 2008. changing the taper gradient. We also fabricated chirped [2] S. Y. Set, H. Yaguchi, C. S. Goh, D. X. Wang, and S. sampled FBG with this method. Yamashita “Non-synchronous optical sampling and data

pattern recovery using a repetition-rate-tunable CNT 5. 高非線形光ファイバの応用 pulsed laser,” Japanese Journal of Applied Physics, vol. 山下真司・高橋和也 47, no. 8, pp. 6809–6811, Aug. 2008. Application of Highly Nonlinear Fibers [3] K. Seki and S. Yamashita, “Narrowband and tunable 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 optical parametric amplification in 研究を進めている。昨年度から続けている分散の大きな Bismuth-Oxide-based highly nonlinear fiber,” Optics Express, vol.16, no.18, pp.13871-13877, Sept. 2008. ビスマスガラス高非線形光ファイバ(Bi-HNLF)における パラメトリック増幅(PA)の研究をさらに進め、位相整合 [4] A. Martinez, K. Zhou, I. Bennion, and S. Yamashita, が Bi-HNLF の複屈折により達成されていることがわか “In-fiber microchannel device filled with a carbon った。また、分散の大きな分散補償光ファイバ(DCF)で nanotube dispersion for passive mode-lock lasing,” Optics Express, vol.16, no.20, pp.15425-15430, Sept. も 3 次分散(β4)の値によっては PA の発生が可能であるこ とをシミュレーションにより確かめた。 2008. We have been studying various nonlinear fiber devices. We further [5] K. Kashiwagi, S. Yamashita, and S. Y. Set, “In-situ investigated parametric amplification (PA) in Dispersive monitoring of optical deposition of carbon nanotubes Bismuth-Oxide-based highly nonlinear fiber (Bi-HNLF), and found onto fiber end,” Optics Express, vol.17, no.7, that the phase matching is achieved by the birefringence in Bi-HNLF. pp.5711-5715, Mar. 2009. We also found in simulation that PA is generated in the dispersion compensating fiber (DCF) with proper β4. 国際会議論文 [6] Y. Nakazaki, S. Yamashita, K. Hsu, “Wide and fast 6. 多波長コム光源 wavelength-swept mode-locked fiber laser based on 山下真司・トーウェイヘン dispersion tuning and its application to dynamic FBG Multiwavelength Comb Light Sources sensing,” Int. Conf. on Optical Fiber Sensors (OFS2008), S. YAMASHITA, W. H. TOH no.7004-123, Apr. 2008. 広帯域な多波長光源は光ファイバ通信・光計測応用で [7] S. Uchida, A. Martinez, Y.-W. Song, T. Ishigure, and S. 重要である。本研究では、半導体レーザに直接強度・位 Yamashita, “Fabrication and characterization of Carbon 相変調を与えることによる多波長光源を検討している。 nanotube–polymer saturable absorbers for mode-locked シミュレーションおよび直接変調用半導体レーザと RF lasers,” Conference on Lasers and Electro Optics (CLEO シンセサイザを用いた実験の結果、6-18GHz 間隔で 10 2008), no.CTuV5, May 2008. 本程度の平坦な多波長光発生を実現した。強度雑音など [8] K. Seki and S. Yamashita, “Narrowband and tunable の評価と伝送試験により、10Gb/s の光ファイバ通信用光 parametric amplification in Bismuth-oxide-based highly 源として用いることができることを確認した。 nonlinear fiber,” Conference on Lasers and Electro We have realized multi-wavelength generation for Optics (CLEO 2008), no.CFL1, May 2008. modulation frequencies ranging from 6 to 18GHz from a laser [9] A. Martinez, K. Zhou, I. Bennion, and S. Yamashita diode (LD) with direct sinusoidal modulation, confirming the “High energy all-fiber passively mode locked laser feasibility for optical communications through optical based on a carbon nanotube-filled micro channel,” spectrum, Relative Intensity Noise (RIN), eye pattern and Optical Electronics and Communications Conf. Bit-Error-Rate (BER) (of a 10Gb/s NRZ-modulated signal) (OECC'2008), no.ThM-3, July 2008. measurements of a single filtered channel. [10] K. Kashiwagi, S. Yamashita, and S. Y. Set. “Optically induced carbon nanotube deposition onto tapered

113 fibers,” European Conf. on Optical Communication 応用（招待講演）,” 日本学術振興会光エレクトロ (ECOC'08), no.P.2.01, Sept. 2008. ニクス第 130 委員会研究会, May 2009. [11] S. Yamashita, “Carbon nanotubes for micro-optic [23] A. Martinez, K. Zhou, I. Bennion, S. Yamashita, applications (invited)” Micro-Optics Conference “ Carbon nanotube-filled microchannel for photonic (MOC’08), no.F-1, Sept. 2008. devices,” 電子情報通信学会 2008 年ソサエティ大会, [12] W. H. Toh and S. Yamashita, “Multi-wavelength optical no. B-13-31, Sept. 2008. source from a laser diode with direct sinusoidal [24] 内田翔，A.Martinez, Y.-W.Song, 石榑崇明，山下真司, modulation,” Micro-Optics Conference (MOC’08), “カーボンナノチューブドープポリマー光ファイ no.P-38, Sept. 2008. バの作製とその受動モード同期レーザへの応用,” [13] S. Yamashita, “Carbon nanotube based mode-locked 電子情報通信学会 2008 年ソサエティ大会, no.C-3-18, fiber lasers (invited)” 2008 Asia Optical Fiber Sept. 2008. Communication and Optoelectronic Exposition & [25] X. Fan and S. Yamashita, “Chirped fiber Bragg grating Conference (AOE), no.SaG5, Oct. 2008. on tapered fiber fabricated by uniform phase mask,” 電 [14] S. Uchida, A. Martinez, Y.-W. Song, T. Ishigure, and S. 子情報通信学会 2008 年ソサエティ大会, no.C-3-20, Yamashita, “Carbon Nanotube-doped polymer optical Sept. 2008. fiber: fabrication and application to passively [26] W. H. Toh and S. Yamashita, “Multi-wavelength light mode-locked laser,” The 21st Annual Meeting of the source from a laser diode with direct sinusoidal IEEE Lasers & Electro-Optics Society (LEOS 2008), modulation for use in wavelength division multiplexed no.WDD4, Nov. 2008. (WDM) systems,” 電子情報通信学会 2008 年ソサエ [15] Y. Nakazaki and S. Yamashita, “Wide and fast ティ大会, no.C-4-8, Sept. 2008. wavelength-tunable mode-locked fiber lasers based on [27] Y.-W. Song, K. H. Fong, S. Yamashita, “ Carbon dispersion tuning at 1.5 m and 1.3 m bands,” Optical nanotube-incorporated Sol-Gel glass for the application Fiber Communication Conference (OFC 2009), of passive laser pulsation,” 電子情報通信学会 2008 no.OWB2, March 2009. 年ソサエティ大会, no.C-4-16, Sept. 2008. [16] K. K. Chow, S. Yamashita, and Y. W. Song, “Nonlinear [28] 西村基, 垂水規泰, 山下真司, “ビスマスガラス系エ polarization rotation in a carbon nanotubes deposited ルビウムドープファイバと FBG を用いた短共振器 D-shaped fiber for widely tunable wavelength CW レーザ,” 電子情報通信学会 2008 年ソサエティ conversion,” Optical Fiber Communication Conference 大会, no. C-4-24, Sept. 2008. (OFC 2009), no.OWD5, March 2009. [29] K. K. Chow, S. Yamashita, and Y. W. Song, “Widely tunable wavelength conversion based on nonlinear シンポジウム・研究会・大会等発表 polarization rotation in a carbon nanotubes deposited [17] S. Yamashita, “Non-linear fiber optics and optical fiber D-shaped fiber,” 電子情報通信学会 2009 年総合大会, devices,” Joint Workshop on Secure-Life Photonics , no.C-4-6, Mar. 2009. Todai Week at Tsinghua University, May 2008. [30] A. Martinez, K. Zhou, I. Bennion, S. Yamashita, [18] S. Yamashita, “Carbon nanotube based mode-locked “ Enhanced modelocking using a carbon fiber lasers” Shanghai Jiao Tong University - University nanotube-filled micro-slot fiber saturable absorber,” 電 of Tokyo Joint Symposium on Electronics, Information 子情報通信学会 2009 年総合大会, no.C-4-4, Mar. Technology, and Electrical Engineering, Oct. 2008. 2009. [19] W. H. Toh and S. Yamashita, “Multi-wavelength optical [31] トーウェイヘン, 山下真司, “直接変調を用いた単 source from a laser diode with direct sinusoidal 一レーザダイオードからの光コム発生,” 電子情報 modulation,” 電子情報通信学会光エレクトロニクス 通信学会 2009 年総合大会, no.C-4-7, Mar. 2009. 研究会(OPE), Nov. 2008. [32] 中崎裕一,山下真司, “OCT 光源用高速・広帯域分散 [20] 小西諒生, 山下真司, “直線型共振器を用いた チューニング波長可変ファイバレーザ,”電子情報通 800nm 帯における広帯域・高速波長可変モード同期 信学会 2009 年総合大会, no.C-4-1, Mar. 2009. ファイバレーザ,” 電子情報通信学会光エレクトロ [33] 内田翔, マルチネスアモス, 石榑崇明, 山下真司, ニクス研究会(OPE), Nov. 2008. “カーボンナノチューブドープポリマー光導波路 [21] 中崎裕一, 山下真司, “分散チューニング波長可変 の伝送損失特性,” 電子情報通信学会 2009 年総合大 ファイバレーザの広帯域化・高速化,” 第 42 回光波 会, no.C-3-24, Mar. 2009. センシング技術研究会講演会, no.14, Dec. 2008. [34] 辻真大，山下真司, 柏木謙, “光照射によるテーパ [22] 山下真司, “カーボンナノチューブのフォトニクス ーファイバへのカーボンナノチューブ付着メカニ

114 ズム,” 2009 年春季第 56 回応用物理学関係連合講 演会, no. 2a-P15-5, Mar. 2009. [35] 西村基, 山下真司, “超短パルスファイバレーザ応 用のためのカーボンナノチューブ薄膜の最適化,” 2009 年春季第 56 回応用物理学関係連合講演会, no. 2a-P15-6, Mar. 2009.

115 大津・八井研究室 Zone Plates Ohtsu Yatsui Laboratory M. OHTSU and T. TAKAHASHI (http://uuu.t.u-tokyo.ac.jp) 微細化技術のロードマップ上に存在しない新たな方法 で微細化が可能な非断熱近接場光リソグラフィによる微 (http://www.lux.t.u-tokyo.ac.jp/index.html) 細加工技術の開発を行っている。本手法では、回折限界 を持たない近接場光を用いて微細化を行う。近接場光は 研究現況 特異な光化学反応である非断熱過程を引き起こすことが Current Research Projects 出来るために、光の回折限界によらず微細化が可能とな る。さらに，従来のリソグラフィ技術で使用される極紫 1. ナノフォトニックデバイスにおける外部出力 外（EUV）光源を必要としないため，実用上幅広い応用 端子の開発 が期待されている。近年，X 線結像光学と呼ばれる分野 大津元一・山本巧 が注目を集めている。原理的には単純であるが、X 線と Photoluminescence from Non-radiative InAs いう短波長を扱うために微細加工が必要であったが、そ Quantum Dots through Au Nanoparticles using the れが半導体技術の発展と共に実現が可能になってきてお Optical Near-field Interaction り、急速に進歩しているからである。これは上述の EUV M. OHTSU and T. YAMAMOTO によるリソグラフィ技術の開発とも繋がっている。本年 将来の超高速、超大容量の光システムを支えるために、 度は非断熱近接場光リソグラフィによって X 線光学素子 光の回折限界を超えて光波長以下の寸法をもつ新機能の の作製を行った。 光デバイス、すなわちナノフォトニックデバイスの実現 可視光源を用いた非断熱近接場光リソグラフィにより、 のための研究を行っている。これはナノ寸法物質間の近 下記の２種類のＸ線用フレネルゾーンプレートを作製し 接場光エネルギー移動を利用する。数個の量子ドットを た。 用いた光スイッチの他、デジタル論理ゲート、 変換 A/D ・2.96KeV 用の焦点距離 5cm (輪帯数 150,直径 110µm, 器、ナノ集光器、バッファメモリなどを提案している。 最外輪帯幅 190nm) 本年度はナノフォトニックデバイスの外部出力端子を実 ・750eV 用の焦点距離 10cm (輪帯数 230,直径 400µm, 現するために、金属微粒子と 量子ドットとの相互作 InAs 最外輪帯幅 420nm) 用に関する基礎検討を行った。 また、最外輪帯まで設計通りの素子が同時に 64 個作製 量子ドットが 個 2 程度分散された試料に対 InAs 50 /μm 出来た。 して， 2 程度金の微粒子を分散させた試料において、 3/μm 作製したフレネルゾーンプレート(750eV 用の焦点距離 量子ドットからの発光強度が増大する結果が得ら InAs 10cm)に対して紫外光により特性を評価し、1.6µm の半値 れた．この結果は、金微粒子と InAs 量子ドットとの近接 全幅で集光されていることを確認した。また、半値全幅 場光相互作用によって、 量子ドット中の非発光準位 InAs 1.5µm のピンホールを仮定してデコンボリューションし、 が発光準位に変換された結果であることを示唆している。 理論値に近い半値全幅 580nm を確認した。 また，金微粒子と InAs 量子ドットとの近接場光相互作用 さらに，フレネルゾーンプレート型マスクを用いて、 長を求めたところ、約 320nm であることが見積もられた。 数値解析により露光結果を定量的に評価し、非断熱近接 We observed the change in photoluminescence (PL) 場光リソグラフィの優位性を示した。 spectral profiles from InAs quantum dots (QDs) using gold Fabrication of Fresnel zone plates (FZP) using a nanoparticles (Au NPs). In addition, we observed an increase nonadiabatic photolithography was reported. This novel in the PL decay time. These results were clearly observed, scheme of photolithography could realize FZPs with fine 2 even though the areal density (3/μm ) of the Au NPs was structures smaller than the wavelength of the light source for 2 much lower than that (50/μm ) of the InAs QDs. They were exposure. The FZP for 325-nm wavelength UV light could explained by the activation of the non-radiative QDs through focus the incident light to the spot size of 590 nm, which the optical near-field interaction between the InAs QDs and agreed with the designed value. A FZP for the soft X ray was the Au NPs. The interaction length for the activation was also fabricated. Comparing with the one fabricated by the estimated to be 320 nm due to the long-range component of conventional adiabatic photolithography, the one fabricated by the optical near-field interaction. the present method had much higher-contrast concentric rings over the whole area of the FZP, which was because the 2. 非断熱近接場光リソグラフィを用いた 線光学 X nonadiabatic photochemical reaction had high dynamic range 素子の作製 and high spatial resolution capabilities and was free from the 大津元一・高橋永久 interference of the residual propagating light transmitted Evaluations of Dynamic Range and Spatial through the aperture of the photomask. Resolution of Nonadiabatic Photolithography using Optical Near fields through Fabrication of Fresnel

116 3. 金属ナノ構造体間の近接場光相互作用による 室温動作を目指し、励起子結合エネルギーの大きい GaN 遠方放射場制御 を用いたデバイスの研究を進めている。これまでに、Ⅲ- 大津元一・八井崇・杉山博紀 Ⅴ族ガス分圧比を 1:50000 以上とすることで、室温にお Quadrupole–Dipole Transform based on Optical いても光 CVD により堆積した GaN 薄膜から紫外発光する Near-Field Interactions in Engineered ことを報告していている。本年度は、Ⅲ-Ⅴ族ガス分圧比 Nanostructures の最適化により、良好な発光特性を実証した。

M. OHTSU, T. YATSUI, and H. SUGIYAMA GaN の作製にはⅢ-Ⅴ族材料ガスとして TMG（Ⅲ）・NH3 我々は、２個の平面シート型の金属ナノ構造（以下、 （Ⅴ）を用い、Ⅲ-Ⅴ族ガス分圧比を 1:2600 としてサフ 構造 A 及び構造 B と呼ぶ）について、両者が適切な組み ァイヤ基板上に光 CVD により室温で堆積を行った。光源 合わせの形状で構成され、かつ適切に積層配置されたと には Nd:YAG レーザの 5 次高調波（λ=213nm,10mJ）を用 きに選択的に強い放射場が生成されることを理論及び数 いて、基板上に60 分間照射した。堆積したサンプルにつ 値シミュレーションにより示している。その原理は、構 いて光源として HeCd レーザ（λ=325nm）を用いた PL 測 造体単独では全体として電気四重極子として作用する状 定では低温において 3.47eV にピークを持つスペクトル 況が、両者が近接して積層配置されることで層間の近接 を観測した。これは六方晶 GaN からの発光と一致するこ 場光相互作用が生じ、実効的に電気双極子として作用す とから、作製された微粒子が六方晶結晶であると考えら る状況へ変換されることとして理解される。システムと れる。また、同条件で作製した試料の一部から、3.55eV しては、構造 A、構造 B をそれぞれ鍵と鍵穴とした認証 にピークを有する発光を確認した。これは量子効果が現 システムの新形式と見ることができる。本年度はそのシ れるような寸法の小さな六方晶結晶が堆積していること ステム原理の実験による実証を行った。 を示唆している。 まず、電子ビームリソグラフィ（EB リソ）等を用いて、 The room-temperature (RT) growth of ultraviolet-emitting 同一のサファイヤ基板上に(a)構造 A、(b)構造 B、及び(c) hexagonal gallium nitride (h-GaN) on a sapphire substrate 構造 A と構造 B の積層構造を面内の異なる位置に作製し using photochemical vapor deposition (PCVD) has been た。金属ナノ構造の材質は金、厚みは100 nmである。(c) demonstrated. A high photoluminescence (PL) peak at 3.47 の積層構造は、本来、構造 A、B を別々に作製しその積層 eV was observed at 5 K, indicating a high-quality crystalline 配置によるべきだが、原理確認のため 2 回の EB リソによ structure for h-GaN. A RT PL energy peak of 3.40 eV って作製した 2 層一体化構造を用いた。構造A、B間には indicated the reduction of thermal residual stresses in GaN. In スパッタにより厚み 200 nm の SiO2 層を作製した。各々 addition, the RT growth resulted in the formation of の構造に関し、波長690 nmの x 偏光入力に対する y 偏光 dendrite-like GaN, which originated from the low kinetic 透過光の強度比を求めたところ，(a)構造 A、(b)構造 B energy of the precursors for migration. A high PL peak at 3.55 単独では、出力光がほとんど生じないのに対し、両者を eV observed at 5 K in the dendrite-like GaN indicated the 近接させた(c)の積層構造において出力が明瞭に増大し quantum size effect. ており、前記の原理が実験により実証された。 Nanophotonics has the potential to provide novel devices 5. プラスチック基板上への単結晶成長 and systems with unique functions based on optical near-field 大津元一・八井崇・北村心 interactions. Here we experimentally demonstrate, for the first ZnO Nanorods Growth on a Polyimide Substrate time, what we call a quadrupole–dipole transform achieved by M. OHTSU, T. YATSUI, and K. KITAMURA optical near-field interactions between engineered ZnO ナノロッド構造は電子・光デバイス材料として大 nanostructures. We describe its principles, the nanostructure きな注目を集めている．一方，軽量，薄型化，フレキシ design, fabrication of one- and two-layer gold nanostructures, ブルデバイスの実現めざし，有機フィルム上へのデバイ an experimental demonstration, and optical characterization ス作製も盛んに研究されている．本年度は有機フィルム and analysis. であるポリイミドを基板として，ZnO ナノロッドの成長 に成功した． 4. 超薄膜GaN単結晶の室温成長技術の開発 結晶成長は金属触媒を用いない MOVPE 法により，原 大津元一・八井崇・山崎俊輔 料ガスとしてジエチル亜鉛ガス(DEZn)と酸素ガスを使 Ultraviolet Emission from GaN Nanocrystallites 用し，成長温度 450℃で行った．SEM 像から，成長した Fabricated at Room Temperature using 構造物は六角柱のナノロッド構造であり，六方晶の ZnO Photo-chemical Vapor Deposition の結晶性を反映していることを確認した．また，基板か M. OHTSU, T. YATSUI, and S. YAMAZAKI ら剥離したナノロッドの SEM 像より，ナノロッドの直 我々は近接場光エネルギー移動により動作するナノフ 径，長さはそれぞれ 100nm，500nm 程度であった．この ォトニックデバイス実現のため、すでに NaCl 中に成長さ 試料の室温における PL スペクトルは 3.25eV にピークを せた CuCl 量子箱によるスイッチング動作を確認してい もち，その半値幅は130meV であった．以上の結果から， る。ナノフォトニックスイッチの更なる性能向上、特に ポリイミド基板上に結晶性の良い ZnO ナノロッドの成

117 長が確認された． ナノフォトニクスの特長は、加工寸法およびデバイス We report the direct growth of vertically well aligned ZnO の微細化が可能であるという量的な点に留まらず、従来 nanorods on a polyimide film by low-temperature の波動光学では達成できない新しい機能・性質を有する catalyst-free metal organic chemical vapor deposition at 質的に変革されたデバイス・加工・システムが実現可能 450 °C. The polyimide film maintained its flexibility after the であるという点にある． nanorods growth. Electron microscopy revealed that the ZnO 薄膜堆積において，基板の平坦化は結晶性向上のため nanorods grown on polyimide film had a single crystal に非常に重要な課題となっている．この問題を解決する structure, and the growth direction was along c-axis. The 手法として，ナノ物質特有の非断熱光化学反応の利用が fabricated ZnO nanorods also exhibited excellent 有効である．従来の基板平坦化技術である機械化学研磨 photoluminescence characteristics. The spectral full width at 法によって平坦化された基板において研磨に用いるパッ half maximum at room temperature was comparable to that of ドの凹凸やスラリーの影響により，基板表面にはナノ寸 ZnO nanorods on the sapphire substrate. 法の凹凸が存在する．この凹凸を有する基板に対して光 を照射すると，突起部に近接場光が発生し非断熱光化学 6. ナノフォトニックエネルギーアップコンバー 反応が誘起される．この結果，突起部のみがエッチング ジョンデバイスの開発 され基板が平坦化される．そして，最終的に基板に凹凸 大津元一・八井崇 部がなくなると近接場光は発生しなくなるため，反応が Nanophotonic Energy Up-conversion using ZnO 自動的に停止し余計なエッチングを防ぐことが可能とな Nanorod Double-quantum-well Structures る．以上の原理を用いて，合成石英基板の平均表面荒さ M. OHTSU and T. YATSUI をオングストロームレベルまで平坦化することに成功し ナノフォトニックデバイスの室温動作を実現するため た．本手法は光化学反応を利用しているため，光学ガラ の取り組みとして、ZnO を用いた研究を行っている。ZnO ス以外の光学基板，結晶基板などへの応用や，平面基板 は電子デバイス用材料としても良質な特性を示すが、光 以外の 3 次元形状を有する素子に対しても平坦化が可能 デバイスとしての特長は励起子結合エネルギーが大きい であると期待される． こと、さらに、振動子強度が大きいので室温において強 We propose a new method of optical near-field etching い励起子発光強度が得られること、などである。 where a non-adiabatic process is applied to a synthetic silica ZnO 量子構造の作製手法として、触媒を用いない substrate using a continuum wave laser (λ= 532 nm) with a

Metalorganic Vaper-Phase Epitaxy （MOVPE）法により良 Cl2 gas source. Because the absorption band edge energy of

質な単結晶としての ZnO ナノロッドを形成し、その先端 Cl2 is higher than the photon energy of the light source, we 部に量子井戸構造を形成することで単一量子井戸構造 preclude the conventional adiabatic photochemical reaction. （SQWs）とした場合でも井戸層からの強い励起子発光 An optical near-field, generated on the nanometrically rough が観測されている。この手法により、２重量子井戸構造 substrate, induces the nonadiabatic chemical reaction to the

（DQWs）を有する ZnO ナノロッドにおいては、共鳴す Cl2 molecules and thereby selectively etches away the るエネルギー準位間での近接場光エネルギー移動を制御 roughness, leaving an ultra-flat synthetic silica surface with a

した AND ゲート特性が確認されている。さらには、量 minimum average surface roughness Ra of 1.37Å. 子準位のサブレベル間緩和を近接場光により制御するこ とによって，エネルギーアップコンバージョンデバイス の実証を行った。 We report on near-field spectroscopy of ZnO/ZnMgO nanorod double-quantum-well structures (DQWs) for a nanometer-scale photonic device. We observed energy up-conversion assisted by the absorption of phonons generated in the ZnO nanorod DQWs. Theoretical calculation of the coherent excitonic excitation of the population with incoherent phonon coupling agrees well with the obtained experimental power dependence of the up-conversion efficiency. It should result in increased in the efficiency of devices, such as photo detectors, solar cells, and so on.

7. ナノフォトニクスによるサブナノ加工 大津元一・八井崇 Nanophotonic Fabrication in Sub-nanometer Scale M. OHTSU and T. YATSUI

118 論文・著書一覧（2008 年度） Polyimide Films,” Appl. Phys. Exp. Vol. 1, No. 8, pp. Publications List 081202 1-3, (2008) [11] K. Nishibayashi, T. Kawazoe, K. Akahane, N. 研究論文 Yamamoto, and M. Ohtsu, “Observation of interdot [1] M. Naruse, T. Yatsui, W. Nomura, K. Hirata, Y. Tabata, energy transfer between InAs quantum dots,” Appl. M. Ohtsu, “Analysis of surface roughness of optical Phys. Lett., Vol. 93, Issue 4, pp. 042101 1-3, (2008) elements planarized by nonadiabatic optical near-field [12] M. Naruse, K. Nishibayashi, T. Kawazoe, K. Alahane, etching,” J. of Appl. Phys., Vol. 105, No. 6, pp.063516 N. Yamamoto, and M. Ohtsu, “Scale-dependent Optical 1-3, (2009) Near-fields in InAs Quantu Dots and Their Application [2] S. Yamazaki, T. Yatsui, and M. Ohtsu, to Non-pixelated Memory Retrieval,” Applied Physics “Room-Temperature Growth of UV-Emitting Dendritic Espress,Vol.1, No.6, pp. 072101 1-3, (2008) GaN Fractal Nanostructures Using Photochemical Vapor [13] M. Naruse, T. Yatsui, H. Hori, M. Yasui , and M. Ohtsu, Deposition,” Appl. Phys. Express, Vol. 2, No. 3, “Polarization in optical near and far fields and its pp.031004 1-3, (2009). The paper was also highlighted relation to shape and layout of nanostructures,” Journal in Nature Photonics. of Applied Physics, Vol. 103, No. 11, pp. 113525 1-8, [3] T. Yatsui, S. Sangu, K. Kobayashi, T. Kawazoe, M. (2008) Ohtsu, J. Yoo, and G.-C. Yi, “Nanophotonic energy up [14] M. Naruse, T. Yatsui, J. H. Kim, and M. Ohtsu, conversion using ZnO nanorod double-quantum-well “Hierarchy in OpticalNear-fields by Nano-scale Shape structures,” Appl. Phys. Lett., Vol. 94, No. 8 pp.083113 Engineering and its Application toTraceable Memory,” 1-3, (2009) Applied Physics Express, Vol. 1, No. 6, pp. 062004 1-3, [4] T. Kawazoe, and M. Ohtsu, “Dependence of the (2008) Deposition Rate on Probe-Substrate Separation in [15] S. Yamazaki, T. Yatsui, and M. Ohtsu, Nonadiabatic Near-Field Optical CVD,”Journal of “Room-Temperature Growth of UV-Emitting GaN with Photopolymer Science and Technology, Vol. 21, No. 6, a Hexagonal Crystal-Structure Using Photochemical pp.741-745, (2008) Vapor Deposition,” Applied Physics Express, Vol.1, [5] M. Ohtsu, T. Kawazoe, T. Yatsui, and M. Naruse, No.6, Jun2008, p.61102 1-3 “Nanophotonics: Application of Dressed Photons to [16] K. Hirose, Y. Mita, Y. Imai, F. Marty, T Bourouina, K. Novel Photonic Devices, and Systems,” IEEE Journal of Asada, S. Sakai, T. Kawazoe, and M. Ohtsu, Selected Topics in Quantum Electronics, Vol. 14, No. 6, “Polarization-transmissive photovoltaic film device pp.1404-1417, (2008), [Invited Papers] consisting of an Si photodiode wire-grid,” Journal of [6] T. Kawazoe, S. Tanaka, and M. Ohtsu, “A Optics A : Pure and Applied Optics, 10, pp.044014 1-9, Single-photon emitter using excitation energy transfer (2008) between quantum dots,” J. Nanophoton. Vol. 2, Paper [17] K. Kitamura, T. Yatsui, M. Ohtsu, and G.-C. Yi, No. 029502, pp. 029502 1-6, (2008) “Fabrication of vertically aligned ultrafine ZnO [7] M. Naruse, T. Yatsui, T. Kawazoe, N. Tate, H. nanorods using metal-organic vapor phase epitaxy with Sugiyama, and M. Ohtsu, “Nanophotonic Matching by a two-temperature growth method,” Nanotechnology, Optical Near-Fields between Shape-Engineered Vol. 19, No. 17, April pp.175305 1-3, (2008) Nanostructures,” Appl. Phys. Exp., Vol. 1, No. 112101, pp. 112101 1-3, (2008) 国際会議論文 [8] T. Yatsui, K. Hirata, W. Nomura, Y. Tabata, and M. [18] M. Ohtsu, “Nanophotonics for Analytical spectroscopy Ohtsu, “Realization of an ultra-flat silica surface with and Application to Nanofabrication,” Extended angstrom-scale average roughness using nonadiabatic Abstracts, Japan Symposium The optical near-field etching,” Appl. Phys. B, Vol. 93, No. 5, State-of-the-Technologies from Japan with/for pp. 55-57, (2008) Nano-Technology , PITTCON Conference & EXPO [9] T. Yatsui, H. Jeong, and M. Ohtsu, “Controlling the 2009, Chicago, IL USA, pp.9-12, (2009), [Invited energy transfer between near-field optically coupled presentation] ZnO quantum dots,” Appl. Phys. B, Vol. 93, No. 5, pp. [19] M. Ohtsu, “Nanophotonics: Exchanging the Dressed 199-202, (2008) Photons ,” Abstracts, Multifunctional Nanoscale [10] K. Kitamura, T. Yatsui, and M. Ohtsu, “Optical and Materials for The 21st Century, Argonne, IL USA, Structural Properties of ZnO Nanorods Grown on pp.41-42, (2009), [Plenary presentation]

119 [20] M. Ohtsu, and M. Naruse, “Optical Near-Field [31] W. Nomura, T. Yatsui, T. Kawazoe, M. Naruse, N. Tate, Interactions and their System Applications for Security,” and M. Ohtsu, “Unidirectional signal transfer in Proceedings of Global COE Symposium on Secure-Life quantum-dot systems via optical near-field interactions,” Electronics, Tokyo, JAPAN, p.317, (2009) Proceedings, SPIE Optics+Photonics, Vol.7032, San [21] T. Yatsui, and M. Ohtsu, “ZnO Nanorods Growth Using Diego, CA, USA, pp. 703215-1-10, (2008) [Invited Metal-Organic Vapor Phase Epitaxy for Nanophotonic Paper] Device Applications,” Proceedings of Global COE [32] M. Ohtsu, “Nanophotonics and application to future Symposium on Secure-Life Electronics, Tokyo, JAPAN, storage technology,” Technical Digest, The Joint Int. p.323, (2009) Symp. on Optical Memory and Optical Data Storage [22] M. Ohtsu, “Nanophotonics: Exchanging the dressed 2008 (ISOM/ODS’08), July 13-17, Hawaii, HI, USA, pp. photons,” Abstracts, Australia Japan Nanophotonics 24-26, paper number MA01 TD05-01, (2008) [Plenary Workshop 2008, Canberra, AUSTRALIA, (2008) presentation] [23] T. Yatsui, G.-C. Yi, and M. Ohtsu, “Progress in [33] N. Tate, W. Nomura, T. Yatsui, M. Naruse, and M. developing nanophotonic integrated circuits using ZnO Ohtsu, “Nanophotonic Hierarchical Hologram: nanorod quantum-well-structures,” Meeting Abstracts, demonstration of the physical hierarchy, ” Technical 214th Meeting of ECS, Honolulu, HI, USA, p. 2357 Digest, The Joint Int. Symp. on Optical Memory and (2008) Optical Data Storage 2008 (ISOM/ODS’08), Hawaii, HI, [24] K. Kitamura, T. Yatsui, and M. Ohtsu, “Radial Quantum USA, pp. 396-398, (paper number WA04 TD05-033), Confinement of ZnO Ultrafine Nanorods Observed (2008) Using Polarization Spectroscopy,” Abstracts, Materials [34] M. Ohtsu, “Nanophotonics,” Abstracts, Bilateral Research Society, 2008 Fall Meeting December 1-5. Workshop on Nanoscale Systems, Munich, Germany, pp. 2008,Boston, MA, USA, Paper number: LL15.2, (2008) 29-33, (2008) [25] N. Tate, W. Nomura, T. Yatsui, M. Naruse, and M. [35] T. Kawazoe, H. Fujiwara, and M. Ohtsu, “Visible light Ohtsu, “Hierarchical information retrieval based on emission from dye molecules by infrared excitation optical near-field interactions,” Technical Digest, based on the nonadiabatic transition,” Abstracts, The International Technical Meeting on Information 15th International Conference on Luminescence and Photonics 2008, Hyogo, JAPAN, pp.34-35 , (2008) Optical Spectroscopy of Condensed Matter, Lyon, [26] S. Yamazaki, T. Yatsui, and M. Ohtsu, “Synthesis of France, p. 120, (paper number ThB2-01), (2008) dendrite-like GaN nanostructures using photochemical [36] T. Kawazoe, and M. Ohtsu, “Photochemical reaction vapor deposition at room temperature,” Abstracts of based on the nonadiabatic transition by an optical Nanotech Northern Europe 2008, Europe’s Largest near-field observed in a chemical vapour deposition,” Annual Nanotechnology Conference and Exhibition, Abstracts, The 15th International Conference on Copenhagen, DENMARK, pp. 163-164, (2008) Luminescence and Optical Spectroscopy of Condensed [27] M. Ohtsu “Nanophotonics: Exchanging the dressed Matter, Lyon, FRANCE, p. 260, (paper number photons,” Abstracts, 2008 Japan-US Nanophotonics Mo-P-127), (2008) Seminar, Miyazaki, JAPAN, pp. 6-7, (2008) [37] K. Nishibayashi, T. Kawazoe, K. Akahane, N. [28] N. Tate, W. Nomura, T. Yatsui, M. Naruse, and M. Yamamoto, and M. Ohtsu, “Observation of energy Ohtsu, “Hierarchical architectures: A novel applications transfer between InAs quantum dots by pump-and-probe of Nanophotonics,” Abstracts, UC Santa micro-photoluminescence measurement,” Abstracts, The Barbara-University of Tokyo Workshop, Santa Barbara, 15th International Conference on Luminescence and CA, USA, p. 42, (2008) Optical Spectroscopy of Condensed Matter, Lyon, FRANCE, p. 284, (paper number Mo-P-162) (2008) [29] M. Ohtsu, “The “Secure-Life Electronics” of the Global Center of Excellence Program,” Abstracts, UC Santa [38] K. Kitamura, T. Yatsui, and M. Ohtsu, Barbara-University of Tokyo Workshop, Santa Barbara, “Photoluminescence from ZnO Nanorods Grown on a CL, USA, p. 8, (2008) Polyimide Film,” Abstracts, The 15th International Conference on Luminescence and Optical Spectroscopy [30] N. Tate, W. Nomura, T. Yatsui, M. Naruse, and M. of Condensed Matter, July 6-11, 2008, Lyon, France, p. Ohtsu, “Hierarchical architectures based on optical 312, (paper number Tu-P-021) near-field interactions,” Proceedings, SPIE Optics+Photonics, Vol.7033, San Diego, CA, USA, pp. [39] S. Yamazaki, T. Yatsui, and M. Ohtsu, “Ultraviolet 703305-1-9, (2008) [Invited Paper] emission from GaN nanocrystallites fabricated at room temperature using photo-chemical vapor deposition,”

120 Abstracts, The 15th International Conference on [48] W. Nomura, T. Yatsui, T. Kawazoe, M. Naruse, N. Tate, Luminescence and Optical Spectroscopy of Condensed M. Ohtsu, “Optical near-field energy transfer between Matter, Lyon, FRANCE, p. 314, (2008), (paper number CdSe quantum dots for unidirectional signal Tu-P-023) transmitter,” Abstracts, The 8th International [40] T. Yatsui, S. Sangu, K. Kobayashi, M. Ohtsu, S. J. An, J. Conference on Physics of Light-Matter Coupling in Yoo, and G.-C. Yi, “Nanophotonic up-conversion using Nanostructures (PLMCN8), Meguro, Tokyo, JAPAN, p. ZnO nanorod double-quantum-well structures,” 16, (paper number MoC-6), (2008) Abstracts, The 15th International Conference on [49] T. Yatsui, S. Sangu, K. Kobayashi, M. Ohtsu, S. J. An, J. Luminescence and Optical Spectroscopy of Condensed Yoo, and G.-C. Yi, “Nanophotonic up-conversion device Matter, Lyon, FRANCE, p. 376, (paper number driven by an optical near-field using ZnO nanorod Tu-P-089), (2008) quantum-well structures,” Abstracts, The 8th [41] T. Yatsui, W. Nomura, M. Ohtsu, K. Hirata, Y. Tabata, International Conference on Physics of Light-Matter “Realization of an ultra-flat silica surface with Coupling in Nanostructures (PLMCN8), Meguro, Tokyo, angstrom-scale average roughness using nanophotonic JAPAN, p. 70, (paper number WeP-15), (2008) polishing,” Abstracts, Conference on Lasers and Electro-Optics, San Jose, CA, USA, (paper number 著書 CMX3), (2008) [50] M. Ohtsu (ed.),Nanophotonics and Nanofabrication , [42] T. Kawazoe, S. Tanaka, and M. Ohtsu, “Single-Photon Wiley-VCH, Weinheim, GERMANY, (259 pages), Generation Using Excitation Energy Transfer between (2009) Quantum Dots via an Optical Near Field,” Abstracts, [51] 大津元一(編著)、「光学入門-光の性質を知ろうー」、朝 Conference on Lasers and Electro-Optics, San Jose, CA, 倉書店、東京、(232 ページ)、 (2008) USA, (paper number QTuE4), (2008) [52] M. Ohtsu (ed), “Progress in Nano-Electro-Optics V,” [43] M. Naruse, H. Hori, K. Kobayashi, and M. Ohtsu, Springer, GERMANY, (174 pages), (2008) “Secure Signal Transfer by Optical Near-Field [53] M. Ohtsu, K. Kobayashi, T. Kawazoe, T. Yatsui, M. Interactions,” Abstracts, Conference on Lasers and Naruse, Principles of Nanophotonics, A Tailor & Francis Electro-Optics, San Jose, CA, USA (paper number book, USA, (222 pages), (2008) QTuE5), (2008)

[44] M. Naruse, K. Nishibayashi, T. Kawazoe, K. Akahane, 総説・解説論文 N. Yamamoto, and M. Ohtsu, “Scale-Dependent Optical [54] 大津元一、「「なぜ？」に答えるには二国間セミナ Near-Fields in InAs Quantum Dots and their Application ーで」、『談話室』、『応用物理』、第78巻、 第5号、 to Non-Pixelated Memory Architecture,” Abstracts, pp.473-474、（2009） Conference on Lasers and Electro-Optics, San Jose, CA, [55] 大津元一、「ナノフォトニクスによる光技術の質的 USA (paper number JWA 109), (2008) 変革」、『応用物理』、第７７巻、 第 11 号、 [45] K. Nishibayashi, T. Yamamoto, T. Kawazoe, K. pp.1341-1352、（2008） Akahane, N. Yamamoto, and M. Ohtsu, “Nanophotonic [56] 大津元一、「成瀬誠氏の論文紹介（平成１９年度光 gate operation using near-field energy transfer between 学論文賞受賞論文紹介）」、『光学』、第 37 巻、 InAs quantum dots,Abstracts,” Conference on Lasers 第 4 号、p.245、（2008） and Electro-Optics, San Jose, CA, USA, (paper number JThA124), (2008) [57] 大津元一、「記録密度の限界を超えた近接場光・磁 気ハイブリッド記録技術」、『自動車技術』、第 62 [46] T. Yatsui, H. S. Jeong, T. Kawazoe, M. Ohtsu, 巻、第 5 号、pp.98-99、（2008） “Nanophotonic energy converter using ZnO quantum dots,” Abstracts, Conference on Lasers and Electro-Optics, San Jose, CA, USA, (paper number シンポジウム・研究会・大会等発表 JThA129), (2008) [58] 大津元一, “ナノフォトニクスによる非断熱的微細 [47] M. Ohtsu, “Nanophotonics: Energy transfer of virtual 加工”、第 109 回微小光学研究会 『光と分子の微 exciton-polariton and its application to nano-devices and 小光学―光と分子・分子振動の相互作用とその応用 fabrications,” Proceedings of The 3rd International －』、応用物理学会日本光学会微小光学研究グルー Laser, Light-Wave and Microwave Conference 2008, プ、早稲田大学、東京、（2008） Yokohama, Kanagawa, JAPAN, (paper number 23-IT-2), [59] 北村心，八井崇、杉山正和、成瀬誠、大津元一、 (2008), [Invited presentation] “近接場光による金ナノ微粒子析出”、第 69 回 応用物理学学術講演会、中部大学、愛知、(2008)

121 [60] 藤原弘康、川添忠，大津元一、“非断熱励起に 基づく近赤外光励起による青色色素発光”、第 69 回応用物理学学術講演会、中部大学、愛知、(2008) [61] 西林一彦、川添忠、大津元一、沢渡義規、吉 沢勝美、赤羽浩一，山本直克，“近接場光で結 合した 2 つの InAs 量子ドット層間のエネルギ ー移動 (II)”、第 69 回応用物理学学術講演会、中 部大学、愛知、(2008) [62] 杉山博紀，成瀬誠，竪直也，八井崇、川添忠， 大津元一、“近ナノ構造体間の近接場光相互作 用によるファーフィールド制御”、第 69 回応用 物理学学術講演会、中部大学、愛知、(2008) [63] 川添忠，八井崇、大津元一、“近接場光相互作 用に基づく高効率偏光制御板(I)-シミュレーシ ョン-”、第 69 回応用物理学学術講演会、中部大学、 愛知、(2008) [64] 川添忠，八井崇、大津元一、“近接場光相互作 用に基づく高効率偏光制御板(II)-作製と評価-”、 第 69 回応用物理学学術講演会、中部大学、愛知、 (2008) [65] 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”、 第 69 回応用物理学学術講演会、中部大学、愛知、 (2008) [66] 山﨑俊輔、八井崇、大津元一、“室温成長した樹枝 状 GaN のフラクタル次元解析”、第 69 回応用物理学 学術講演会、中部大学、愛知、(2008) [67] 大津元一、“ナノフォトニクスによる光技術の質的 変革と産学連携の事例”、ナノテクノロジー新報ジ ウム 2008-ヨコハマ初先端技術の発信-都市エリア 産学官連携促進事業（横浜内陸部エリア）、横浜産 貿ホール、神奈川県、（2008）[招待講演] [68] M. Ohtsu, Near field optics and photonics Bilateral Workshop on Nanoscale Systems organized by NIM and Global COE in Secure-Live Electronics (University of Tokyo) [69] 竪 直也、野村 航、八井 崇、成瀬 誠、大津元一、 “ナノフォトニクスに基づいた情報処理系の構 築”、第 8 回情報フォトニクス研究グループ研究会、 pp. 27-28、(2008)

122 菊池・五十嵐研究室 enhancement of n2 as well as reduction of the effective core Kikuchi & Igarashi Laboratory area. In this year, we have succeeded in the reduction of the (http://www.ginjo.t.u-tokyo.ac.jp) group-velocity dispersion, introducing the photonic-crystal 研究現況 structure. With such a fiber, we have demonstrated data Current Research Projects demultiplexing of OTDM signals and all-optical wavelength conversion. Owing to the short fiber length, device stability is 1. ファイバグレーティングと光ネットワークへ greatly improved, and operation at 160 Gbit/s becomes の応用 feasible. 菊池和朗・石川正紀 Degenerate optical parametric amplifiers based on highly Fiber Bragg gratings and their applications to nonlinear silica-glass fibers are also studied. The optimum photonic networks dispersion profile is designed such that the highest parametric K. Kikuchi and M. Ishikawa gain is obtained. ファイバブラッググレーティング(FBG)は、波長分割多 2.2 超高速時間多重分離・クロック再生 重ネットワークにおいて多彩な応用が可能である。我々 光受信器には時間多重分離機能とクロック再生機能が のグループではこれまで，FBG を用いた広帯域波長可変 必須となる。100 Gbit/sを超えるビットレートでは、従 フィルタ，多波長可変分散補償デバイスなどを開発して 来の様に、電子回路を用いて、これら機能を超高速に実 きた。また，任意の特性を持つファイバグレーティング 現することは容易ではない。光変調器を介して電気信号 を設計するための逆散乱法アルゴリズムに関しても研究 で光信号を処理する光電処理法は、100 Gbit/s程度の光 を行なっており，これを用いて，40Gbit/s 信号に対する 信号処理を実現する現実的な方式である。

ナイキストフィルタやパルス波形整形器の試作に成功し 我々が提案した LiNbO3 光変調器ベースの新規方式は、 ている。 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 Fiber Bragg Grating (FBG) has various applications in が可能である。したがって、既に商用化されている WDM optical networks. We have demonstrated the use of 40 Gbit/s 用変調器を用いることによって 160 Gbit/s光 FBG as tunable filters, and 2nd-order and 3rd-order tunable 信号の処理が可能となる。本方式では、時間多重分離と dispersion compensators by applying strain on a uniform FBG. クロック再生の両機能が同時に実現され、その結果、高 The inverse scattering algorithm has also been developed to 安定な動作も可能となる。提案方式を用いて、40 km 光 design specific fiber gratings. Using the design method, we ファイバ伝送後の 160 Gbit/s光信号を 40 Gbit/s 光信号 have succeeded in fabricating Nyquist filters for 40 Gbit/s に多重分離し、エラーフリー動作を確認した。システム signals and pulse-waveform reshapers. 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 2. 超高速光信号処理 demultiplexing and clock recovery, with which received high 菊池和朗・五十嵐浩司・H. M. Nguyen bit-rate serial data are converted into parallel data at a lower ・薄衣雅俊・鍋屋信介 bit rate. At bit rates higher than 100 Gbit/s, it becomes more All-optical signal processing technologies and more difficult to realize such functions by using K. Kikuchi, K. Igarashi, H. M. Nguyen, M. Usui, electronic circuits. A promising approach to cope with this Gao Mingyi and S. Nabeya difficulty is optoelectronic signal processing, which 2.1 高非線形ファイバ demultiplexes a high-speed optical signal into optical 全光信号処理デバイス応用へ向けて、酸化ビスマス系 tributaries with optical modulators. ガラス光ファイバ（ Bi ファイバ ）の研究、開発を行っ We have proposed novel optoelectronic signal processing

ている。Bi ファイバは波長 1.55μm 帯において高い光学 based on LiNbO3 optical modulators. Our proposal scheme

的非線形性を示す。これまで，n2 の増強，コアの細径化 requires only a quarter bandwidth of an optical signal; hence, により，γ= 1360W-1km-1 の高非線形性を達成している。 we can perform signal processing of 160-Gbit/s optical signals さらにフォトニック結晶（PCF）構造を導入し，分散の by using 40-GHz LN modulators. Using our scheme, we 低減を計った結果，このファイバを用いて，OTDM 信号 have demonstrated demultiplexing of a 160-Gbit/s optical の時間多重分離, 全光学的波長変換などの全光学的信号 signal transmitted through a 40-km dispersion-shifted fiber. 処理を実現している。 Receiver sensitivities are ranging from -23 to -25 dBm for all また，高非線形石英ガラスファイバの２ポンプ四光波 40-Gbit/s tributaries. 混合を用いた，縮退パラメトリック増幅の研究を行い， 2.3 光FIR フィルタを用いた光等化器 高い利得を得るための最適分散配置を明らかにした。 超高速・長距離光ファイバ伝送システムでは、伝送路 We study a Bismuth Oxide-based glass fiber (Bi-fiber) 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 aiming at applications to all-optical signal processing. Bi による光信号線形歪みが顕著となる。この歪みを補償す fibers with γ > 1000W-1km-1 have been fabricated by るには、光信号の位相成分だけでなく振幅成分も補償す

123 る光等化器が必要となる。 能の劣化要因を明確化している。 我々は、光等化を実現するデバイスとして、平面導波 さらに，LO パルスを用いた時間多重分離機能を持つコ 路光回路を用いて光有限インパルス応答（FIR）フィルタ ヒーレント受信器を提案し，160Gsymbol/s 16QAM 信号 を作製した。この回路の光遅延部を制御することによっ の復調に成果を上げている。偏波多重を併用することに て、任意の伝達関数を近似的に実現することが可能とな より，１キャリアあたり 1.28Tbit/s の伝送容量を達成し る。30箇所を超える光遅延部を正確に制御する方式を新 た。 規提案し、フィルタ伝達特性の任意制御を実現した。そ The efficient use of the optical spectrum is one of the most の一例として、帯域可変のナイキストフィルタを実現し、 important issues in the next-generation broadband optical 10 Gbit/s 光信号に対する性能を評価した。 network. We have proposed the digital coherent receiver, and Fiber dispersion of the transmission lines and bandwidth investigated novel modulation formats with such a receiver. limitation of optical filters and amplifiers give rise to a serious We can cope with any kind of modulation format with digital linear distortion on optical signals in ultra-fast and long-haul signal processing on the homodyne-detected electrical signal, optical fiber transmission systems. One of suppression which enables carrier phase estimation in the digital domain. technique for such linear distortion is based on use of optical We have demonstrated demodulation of 2, 4, 8 phase-shift equalization, where phase rotation and amplitude limitation of keying (PSK) ， and 16 quadrature amplitude modulation optical signals are compensated. (QAM) signals. In addition, the quadrature duobinary For realizing optical equalizers, we have demonstrated an modulation with higher spectral efficiencies has been optical finite impulse response (FIR) filter based on planer demonstrated at 10 Gsymbol/s. Furthermore, we habe lightwave circuit technique. Tap coefficients of such an FIR achieved electrical equalization of fiber dispersion and filter are tuned by locally heating waveguides, and the desired nonlinearity and polarization control. Using these techniques, transfer function is obtained. We have proposed a novel we have demonstrated 20-Gbit/s QPSK and 40-Gbit/s technique for controlling a number of tap coefficients of an 16QAM transmission over 1,000km, and elucidated the origin optical FIR filter, and demonstrated manipulation of an of transmission impairments from the measured complex arbitrary transfer function in the optical domain. For one amplitude with the digital coherent receiver. example, we have demonstrated a bandwidth- and In addition, by using the time-division demultiplexing wavelength-tunable comb filter using such a device, and function of the coherent receiver, where LO pulse trains are evaluated the performance of 10-Gbit/s NRZ optical signals. introduced, demodulation of 160-Gsymbol/s 16QAM signals has been demonstrated, and the transmission capacity has 3. コヒーレント光通信技術 reached 1.28Tbit/s with a single carrier. 菊池和朗・加藤一弘・五十嵐浩司・森洋二郎・ 張超・Md. Khairuzzaman・越川博之・羽鳥武史・ 4. 量子情報ネットワーク技術 菊池和朗・H. C. Lim 矢羽々聡史・山本卓矢 Coherent optical communication technologies Quantum information network technologies

K. Kikuchi, K. Katoh, K. Igarashi, Y. Mori, C. K.Kikuchi and H. C. Lim PPLN や光ファイバにおけるパラメトリック自然放出光 Zhang, Md. Khairuzzaman, H. Koshikawa, T. を用いれば，比較的容易に Entangled 光子対を発生させ Harori, S. Yahaba, and T. Yamamoto ることができる。このような光子対の効率的発生・伝送・ 今後，光周波数利用効率の極限的な改善をはかる場合， 検出，情報処理への応用に関して検討を行なっている。 変復調方式に関する再検討を行うことが重要である。 特に波長多重技術を用いた光量子情報ネットワークの 我々は，デジタル・コヒーレント光受信器を提案し，こ 提案を行い，波長を駆使することにより，量子中継の性 れを用いた多値光変復調方式の研究を進めている。ホモ 能が大幅に向上することを示した。またその基本技術と ダイン受信信号を高速 AD 変換器でデジタル信号に変換 して，波長多重光子対発生と分配技術の開発を行った。 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 Using parametric spontaneous emission from PPLN and optical fibers, we can generate entangled photon pairs. We 対応することが可能になった。 10Gsymbol/s で，２，４， have studied generation, transmission and detection of such ８相 PSK および 16 相 QAM 信号の復調に成功している。 さらに周波数利用効率を高めるために，デュオバイナリ entangled photon pairs, and their applications to quantum information processing. Especially, we have proposed 信号の導入を検討している。 電気段での分散，偏波制御，非線形性の等化技術に関 wavelength-division multiplexed optical quantum networks, しても研究を進めている。これらの技術を用いて， which enable the drastic improvement of quantum repeater characteristics. We have started the research on generation and 20-Gbit/s QPSK および 40-Gbit/s 16QAM 信号の長距離 delivery of wavelength-division multiplexed photon pairs. DWDM 伝送実験を行い，複素振幅の解析により，伝送性

124 論文・著書一覧（2008 年度） [10] Y. Mori, C. Zhang, K. Igarashi, K. Katoh, and K. Publications List Kikuchi, “Phase-noise tolerance of optical 16-QAM signals demodulated with decision-directed carrier-phase 研究論文 estimation,” Optical Fiber Communication Conference [1] C. Zhang, Y. Mori, K. Igarashi, K. Katoh, and K. (OFC 2009), OWG7, San Diego, USA, Mar. 2009. Kikuchi, “Ultrafast Operation of Digital Coherent [11] H. C. Lim, A. Yoshizawa, H. Tsuchida, and K. Kikuchi, Receivers Using Their Time-Division Demultiplexing “Ultra-broadband source of telecom-band entangled Function,” IEEE Journal of Lightwave Technology, vol. photon-pairs for wavelength-multiplexed entanglement 27, no. 3, pp. 224-232, Feb. 2009. distribution,” International Symposium on Physics of [2] Y. Mori, C. Zhang, K. Igarashi, K. Katoh, and K. Quantum Technology (ISPQT), Nara, Japan, 25-28 Nov. Kikuchi, “Unrepeated 200-km Transmission of 40-Gbit/s 2008. 16-QAM Signals using Digital Coherent Receiver,” [12] H. C. Lim, A. Yoshizawa, H. Tsuchida, and K. Kikuchi, Optics Express, vol. 17, no. 32, Feb. 2009. “Wavelength-multiplexed entanglement distribution over [3] H. C. Lim, A. Yoshizawa, H. Tsuchida, and K. Kikuchi, 10 km of fiber,” European Conference on Optical “Wavelength-multiplexed distribution of highly Communications (ECOC 2008), postdeadline paper entangled photon-pairs over optical fiber,” Optics Th.3.D.6, Brussels, Belgium, 21-25 Sept. 2008. Express, vol.16, Issue 26, pp.22099-22104, Dec. 2008. [13] K. Igarashi, K. Katoh, and K. Kikuchi, “Generation of [4] H. C. Lim, A. Yoshizawa, H. Tsuchida, and K. Kikuchi, 10-GHz 2-ps optical pulse train over the C band based “Broadband source of telecom-band on an optical comb generator and its application to polarization-entangled photon-pairs for 160-Gbit/s OTDM systems,” European Conference on wavelength-multiplexed entanglement distribution,” optical Communication (ECOC 2008), Tu3.D.1, Optics Express, vol.16, Issue 20, pp.16052-16057, Sep. Brussels, Belgium, 21-25 Sept. 2008. 2008. [14] C. Zhang, Y. Mori, K. Igarashi, K. Katoh, and K. [5] H. C. Lim, A. Yoshizawa, H. Tsuchida, and K. Kikuchi, Kikuchi, “Demodulation of 480-Gbit/s 8PSK OTDM “Distribution of polarization-entangled photon-pairs signal with digital coherent receiver,” European produced via spontaneous parametric down-conversion Conference on Optical Communication (ECOC 2008), within a local-area fiber network: Theoretical model and Mo.4.D.6, Brussels, Belgium, 21-25 Sept. 2008. experiment,” Optics Express, vol.16, Issue 19, [15] H. C. Lim, A. Yoshizawa, H. Tsuchida, and K. Kikuchi, pp.14512-14523, Sep. 2008. “Broadband source of polarization-entangled [6] H. C. Lim, A. Yoshizawa, H. Tsuchida, and K. Kikuchi, photon-pairs suitable for multi-channel “Stable source of high quality telecom-band wavelength-multiplexed entanglement distribution polarization-entangled photon-pairs based on a single, (Invited),” European Conference on Optical pulse-pumped, short PPLN waveguide,” Optics Express, Communications (ECOC 2008), Mo.4.F.3, Brussels, vol.16, Issue 17, pp.12460-12468, Aug. 2008. Belgium, 21-25 Sept. 2008. [7] K. Igarashi and K. Kikuchi, “Optical signal processing [16] K. Kikuchi, “Coherent transmission systems,” Tutorials, by phase modulation and subsequent spectral filtering European Conference on Optical Communication aiming at applications to ultrafast optical communication (ECOC 2008), Brussels, Belgium, 21-25 Sept. 2008. systems,” IEEE J. Sel. Topics Quantum Electron., vol.14, [17] Y. Mori, C. Zhang, K. Igarashi, K. Katoh, and K. no.3, pp.551-565, May/June 2008. Kikuchi, “Transmission of 40-Gbit/s 16-QAM signal [8] K. Kikuchi and S. Tsukamoto, “Evaluation of sensitivity over 100-km standard single-mode fiber using digital of the digital coherent receiver,” J. Lightwave. coherent optical receiver,” European Conference on Technol., vol. 26, no. 13, pp.1817-1822 (July 2008) Optical Communication (ECOC 2008), Tu.1.E.4, Belgium, Brussels, 21-25 Sept. 2008. 国際会議報告 [18] H. C. Lim, A. Yoshizawa, H. Tsuchida, and K. Kikuchi, “Distribution of polarization-entangled photon-pairs [9] C. Zhang, Y. Mori, K. Igarashi, K. Katoh, and K. produced via spontaneous parametric down-conversion Kikuchi, “Demodulation of 1.28-Tbit/s over 82 km and 132 km of optical fiber,” Asian Polarization-multiplexed 16-QAM Signals on a Single Conference on Quantum Information Science (AQIS Carrier with Digital Coherent Receiver,” Optical Fiber 2008), Seoul, Korea, 25-31 Aug. 2008. Communication Conference (OFC 2009), OTuG3, San Diego, USA, Mar. 2009. [19] Y. Mori, C. Zhang, K. Igarashi, K. Katoh, and K.

125 Kikuchi, “Unrepeated 200-km Transmission of 40-Gbit/s [30] 張超，森洋二郎，五十嵐浩司，加藤一弘，菊池和朗，” 16-QAM Signals using Digital Coherent Optical 光時間多重分離機能によるディジタルコヒーレン Receiver,” Opto-Electronics and Communications ト受信器の超高速化，” 光通信システム研究会， Conference (OECC 2008), postdeadline paper PDP-4, OCS2008-40，北海道(北海道大学)，2008 年 8 月 28-29 Sydney, Australia, 7-10 Jul. 2008. 日. [20] Y. Mori, K. Igarashi, K. Katoh, and K. Kikuchi, [31] 森洋二郎，張超，五十嵐浩司，加藤一弘，菊池和朗，” “Decision-feedback carrier-phase estimation for digital ディジタルコヒーレント光受信器を用いた coherent optical receivers,” Opto-Electronics and 10Gsymbol/s 16-QAM 信号の伝送，” 光通信システ Communications Conference (OECC 2008), WeF-4, ム研究会，OCS2008-39，北海道(北海道大学)，2008 Sydney, Australia, 7-10 Jul. 2008. 年 8 月 28-29 日. [21] K. Kikuchi, “Coherent optical Communications,” [32] 菊池 和朗、五十嵐 浩司、張 超、森 洋二郎、”光 Optoelectronics and Communications Conference DEMUX 技術を用いた超高速デジタル・コヒーレン (OECC 2008),WeF-1, Sydney, Australia (7-10 July ト光受信器、” 電子情報通信学会第 2 種研究会、第 2008) ５回超高速光ネットワークのための光変復調符号 [22] K. Kikuchi, “Polarization-demultiplexing algorithm in 化技術に関する研究会、（甲府市）（2008 年 7 月 the digital coherent receiver,” LEOS Summer Topicals, 18 日） TuC1.1, Acapulco, Mexico (21-23 July 2008). [23] K. Kikuchi and S.-Y. Kim, “Investigation of nonlinear 解説 impairment effects on optical quadrature phase-shift [33] 菊池和朗，“デジタル信号処理を駆使した新しいコ keying signals transmitted through a long-haul system,” ヒーレント光通信技術，”レーザー研究，37 巻 3 号， LEOS Summer Topicals, WC2.2, Acapulco, Mexico pp.164-170 (2009 年 3 月) (21-23 July 2008) [24] K. Kikuchi, “History of coherent optical communication and challenges for the future,” LEOS Summer Topicals, TuC1.1, Acapulco, Mexico (21-23 July 2008). [25] H. C. Lim, A. Yoshizawa, H. Tsuchida, and K. Kikuchi, “High quality telecom-band polarization-entangled photon-pairs from a stable, pulse-pumped, short PPLN waveguide,” Quantum Electronics and Laser Science Conference (QELS 2008), QFE2, San Jose, USA, 4-9 May 2008.

シンポジウム・研究会・大会等発表 [26] 五十嵐浩司、加藤一弘、菊池和朗、”315-MHz FSR を有する偏波保持ファイバ型マッハツェンダー干 渉計フィルタ、”電子情報通信学会総合大会、B-10-72、 松山（松山大学）、2009 年 3 月 17-20 日。 [27] 菊池和朗、“多値光変復調を用いた大容量光伝送技 術の動向”、電子情報通信学会 2009 年総合大会、 CS-9-1、松山(松山大学) 2009 年 3 月 17-20 日。 [28] 張超，森洋二郎，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による 480-Gbit/s OTDM-8PSK 信号の復調，” 電子情報通信ソサイエ ティ大会，B-10-72，川崎(明治大学)，2008 年 9 月 16-19 日. [29] 森洋二郎，張超，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 40Gbit/s, 16-QAM 信号の 200km 無中継伝送，” 電子情報通 信学会ソサイエティ大会，B-10-71，川崎(明治大学)， 2008 年 9 月 16-19 日.

126 中野・種村研究室 measurement applications, since they could provide more Nakano and Tanemura Laboratory complex functions and higher performances over discrete (http://www.ee.t.u-tokyo.ac.jp/~nakano/lab/) devices. In this work, we are studying novel monolithically integrated photonic circuits (PIC) as well as the processing 研究現況 technology for monolithic active/passive integration. Over the Current Research Projects past years, we have tackled design and fabrication of a novel type of Mach-Zehnder interferometer (MZI) all-optical switch 1. 半導体モノリシック光集積回路とフォトニック circuit integrating multi-mode interference (MMI) couplers ネットワーキング and semiconductor optical amplifiers (SOAs), and 中野義昭・杉山正和・種村拓夫・肥後昭男・ successfully realized the circuit by the active/passive 清水克宏・武田浩司・李凌翰・ ソーアンジ・ I.M. integration using metal-organic vapor phase epitaxy 財津優・小山智史 (MOCVD) for the first time. Monolithically Integrated Semiconductor Photonic At the same time, the research on all-optical flip-flop, Circuits and Photonic Networking which is another essential element for photonic digital Y. NAKANO, M. SUGIYAMA, T. TANEMURA, processing, has made another significant progress; MMI A. HIGO, K. SHIMIZU, K. TAKEDA, L. H. LI, all-optical flip-flops with distributed Bragg reflectors (DBR) I. M. SOGANCI, M. ZAITSU, and T. OYAMA have been developed and demonstrated in all-optical packet モノリシック集積された半導体光デバイス／回路 routing experiments. More recently, we have achieved では、単体素子では得られない多くの機能や高い性能が polarization-independent operation by introducing tensile 実現され得るため、これらは高度な光通信、光情報処理・ strain into the multi-quantum-well (MQW) active layers, as 記録、光計測を行う際の切り札として期待されている。 well as wavelength-tunable operation by current injection. 本課題では、新しいモノリシック光集積回路 光 の試 ( IC) We have also succeeded in fabricating an MZI-based 作・開発を行うとともに、能動素子／受動素子一括集積 all-optical flip-flop with enhanced mode overlap, and have 技術を研究している。近年は特に、多モード干渉 (MMI) successfully demonstrated its low-power high-speed flip-flop カプラと半導体光アンプ を集積化した新型マッハ (SOA) operation for the first time. ツェンダー干渉計 型全光スイッチ集積回路の設計 (MZI) In addition, we have also been working on scalable と試作に取り組み、有機金属気相エピタキシー (MOCVD) integrated matrix optical switches that enable fast routing of 装置による能動素子／受動素子一括集積技術を用いるこ optical signals. We have proposed a novel type of photonic とで、同光回路を世界で初めて実現した。 integrated switch based on optical phased array and 並行して、光回路でデジタル信号処理を可能にする全 demonstrated the first 1x5 switch on an InP substrate. 光フリップフロップの研究も進展し、分布ブラッグ反射 Recently, it has been extended to 1x8 switch, having low （ ）型 全光フリップフロップの試作を行うと DBR MMI polarization dependence, wide operating bandwidth, and fast ともに、これを利用した全光パケットルーティング実験 switching response. Using the developed switch, we have に成功した。最近では、多重量子井戸（ ）活性層に MQW also demonstrated 320-Gbps multi-wavelength packet 伸張歪みを導入した偏波無依存化、電流注入による波長 switching experiment, showing the potential application to 可変動作などを実証した。さらに、モード重なりを高め optical routers. Concurrently, we have been working on た 型全光フリップフロップを初めて実現し、低消費 MZI micro-machined integrated optical switches and highly 電力かつ高速な光フリップフロップ動作に成功した。 functional devices. 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 2. 高度量子マイクロ構造に基づく全光スイッチと いる。フェーズアレイを用いた半導体光スイッチを新た 光制御デバイス に提案し、InP 基板上に集積した 1×5 光フェーズアレイ 中野義昭・杉山正和・種村拓夫・肥後昭男・ スイッチを世界に先駆けて実現した。最近では、1×8 光 H. ソダーバンル スイッチの作製に成功し、低偏波依存特性、広波長帯域 All-Optical Switches and Light-Controlling Devices 性、高速応答性などを実証した。さらに、開発した光ス Based on Advanced Quantum Microstructures イッチを用いた 320Gbps 多波長パケットスイッチング実 Y. NAKANO, M. SUGIYAMA, T. TANEMURA, 験も行い、光ルータへの適用性を明らかにした。また、 A. HIGO, and H. SODABANLU これと並行して、マイクロマシン技術を適用した新型の 半導体量子井戸／超格子構造のポテンシャル形状を人 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。 工的に原子層オーダで制御すると、本来半導体の持って Monolithically integrated semiconductor optical いた光物性を大幅に改変することができる。本研究では、 devices and circuits are the key to advanced optical そのような人工光物性を利用して、半導体光変調器／光 communication, optical information processing, and optical 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

127 としている。 （CWDM）用波長多重モノリシック集積レーザアレイを 特に、将来の超高速全光スイッチに向けて、窒化物ヘ 始めとし、各種高機能レーザや光配線技術を開発してい テロ構造におけるサブバンド間遷移(ISBT)の研究を行っ る。 ており、有機金属気相エピタキシー(MOVPE)と分子線エ 特に、強磁性金属と半導体光アンプから形成される集 ピタキシーとのハイブリッド成長により、これまでで最 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 小の光パルスエネルギーによる 1.55μm 帯の全光スイッ 進めており、DFB レーザと TE モード光アイソレータの チングを実現した。さらに最近では、パルスインジェク モノリシック集積化など、顕著な成果を挙げてきた。最 ション法を用いて AlN/GaN 多重量子井戸を低温 MOCVD 近では、MnAs および MnSb 強磁性層をエピタキシャル 成長することで、全 MOCVD による 1.55μm 帯 ISBT 量 に成長した TM モード光アイソレータの実現に初めて成 子井戸の実現に世界で初めて成功した。また、ウェット 功した。さらには、非対称導波路構造を持つ非相反偏波 ／ドライハイブリッドエッチング技術による AlN リッジ コンバータを新たに提案し、デバイスの試作を進めてい 導波路の伝搬損失低減手法を提案し、および新規光スポ る。 ットサイズ変換器を開発し、スイッチングパワーの更な 一方、将来の光インターコネクション技術の確立に向 る低減化に向けて研究を進めている。 けて、レーザ等の光能動素子をシリコン光集積回路にヘ By artificial manipulation of potential profiles in テロ集積する研究を新たに開始した。シリコン細線導波 semiconductor quantum well and super lattice structures with 路上に InP 能動素子を貼り付けた構造を新たに提案し、 accuracy of atomic order, one may significantly alter inherent 酸素プラズマ処理による直接接合デバイスの試作に成功 optical properties of semiconductors. The purpose of this した。 research is to bring about innovation in semiconductor optical modulators/switches and light-controlling devices by making For the next-generation optical communication and use of such artificial optical properties. optical information processing applications, we have been More specifically, our research focuses on intersubband developing compact and high-performance light sources as transition (ISBT) in Nitride-based heterostructures for the well as optical interconnecting devices. Starting with the future ultrafast all-optical switches. All-optical switching at gain-coupled (GC) distributed feedback (DFB) semiconductor 1.55-μm wavelength has been achieved with the minimum laser and the wavelength-multiplexed monolithically optical pulse energy to date by utilizing hybrid growth of integrated laser array for coarse WDM applications, we have metal-organic vapor phase epitaxy (MOCVD) and molecular been working on various types of highly functional lasers and beam epitaxy. Moreover, we have recently realized, for the optical interconnection devices. first time in the world, all-MOCVD-grown 1.55-μm ISBT Proposal and fabrication of an integratable waveguide multi-quantum-well (MQW) structures by using the optical isolator consisting of a ferromagnetic metal and a pulse-injection MOCVD technique for low-temperature semiconductor optical amplifier have been carried out in growth of AlN/GaN MQWs. At the same time, we have also recent years, resulting in significant achievements such as developed a wet/dry hybrid etching technology to reduce the monolithic integration of a DFB laser and a TE-mode optical propagation loss of AlN ridge waveguides as well as novel isolator. More recently, a ridge-waveguide TM-mode optical type of spot-size converter to achieve further reduction of isolator with epitaxially grown MnAs or MnSb ferromagnetic switching power. layer has been realized for the first time. A novel type of nonreciprocal polarization converter with asymmetric 3. 次世代半導体レーザ・光インターコネクト・光 waveguide structure has also been proposed and the first 能動機能素子 device has been fabricated successfully. 中野義昭・杉山正和・種村拓夫・肥後昭男・宋学良・ In addition, we have also launched a research on 王書栄・F.-C. イット・堀口勝正・李凌翰・ hetero-integration of lasers and active devices on silicon 高橋元悟 photonic circuits for the future optical interconnection. We Next Generation Semiconductor Lasers, Optical have proposed a novel structure of bonding InP active devices Interconnection and Active Optical Devices with onto silicon wire waveguides and successfully demonstrated Advanced Functions the device fabrication using an oxygen-plasma-assisted direct Y. NAKANO, M. SUGIYAMA, T. TANEMURA, bonding technique. A. HIGO, X.-L. SONG, S.-R. WANG, F.-C. YIT, K. HORIGUCHI, L. H. LI, and G. TAKAHASHI 4. 化合物半導体量子構造を用いたポストシリコン 次世代光通信・光情報処理を担う小型高性能光源や 超高効率太陽電池 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 中野義昭・杉山正和・肥後昭男・渡辺健太郎・ ている。これまで世界に先駆けて行ってきた利得結合 王云鵬・杉田憲一・鬼塚隆祐・Y. ウェン (GC) 分布帰還型(DFB) 半導体レーザ、低密度 WDM Post-Silicon Highly Efficient Solar Cells with

128 Compound Semiconductor Quantum Structures 論文・著書一覧（2008 年度） Y. NAKANO, M. SUGIYAMA, A. HIGO, Publications List K. WATANABE, Y. WANG, K. SUGITA, R. ONIZUKA, and Y. WEN 研究論文 将来の低炭素サステイナブル社会の構築に向けて、 [1] Salah Ibrahim, Xueliang Song, Masakazu Sugiyama, ％以上のエネルギー変換効率を持つポストシリコン太 40 and Yoshiaki Nakano: “Static optical cross phase 陽電池の実現が期待されている。本課題では、従来から modulation in active multimode interference couplers”, の化合物半導体タンデム太陽電池に、多重量子井戸 Optical and Quantum Electronics, vol. 40, no. 5-6, pp. （ ）構造を導入した新型太陽電池の研究を進めてい MQW 419-424 (2008). る。MQW 構造を用いることで、格子整合条件を保ちな [2] Takuo Tanemura, Mitsuru Takenaka, Abdullah Al Amin, がら歪みを緩和し、効果的に中間層のエネルギーバンド Koji Takeda, Tomonari Shioda, Masakazu Sugiyama, ギャップを長波長化することが可能になる。その場モニ and Yoshiaki Nakano: “InP/InGaAsP integrated 1x5 タリング機能を具備した有機金属気相エピタキシー optical switch using arrayed phase shifters”, IEEE （MOCVD）装置を用いることで、GaAs 基板との横方向 Photonics Technology Letters, vol. 20, no. 12, pp. 格子整合条件を完璧に満たしながら、最大 100 層の 1063-1065 (2008). InGaAs/GaAsP MQW 構造の結晶成長に成功している。 並行して、太陽電池モジュール表面における太陽光の [3] Tomonari Shioda, Masakazu Sugiyama, Yukihiro 反射を効果的に抑圧する微細加工構造を新たに提案し、 Shimogaki, and Yoshiaki Nakano: “Kinetic analysis of InN selective area metal-organic vapor phase epitaxy”, 数値計算によりその有効性を実証している。 Applied Physics Express, vol. 1, no. 7, pp. 071102-1-3

(2008). The post-silicon solar cells with the energy conversion efficiency exceeding 40% are highly desired for the future [4] Takuo Tanemura and Yoshiaki Nakano: “Design and low-carbon sustainable human society. To this end, we have scalability analysis of optical phased-array 1xN switch launched the research on a novel type of multi-junction solar on planar lightwave circuit”, IEICE Electronics Express, cells based on compound semiconductor. More specifically, vol. 5, no. 16, pp. 603-609 (2008). strain-balanced multi-quantum-well (MQW) layers were [5] Kazuhiro Nishide, Kenji Ikeda, Xueliang Song, Shurong introduced to a conventional tandem solar cell, which allows Wang, and Yoshiaki Nakano: “Highly-permissible the effective bandgap narrowing of the middle cell while alignment tolerance of back-illuminated photodiode keeping the lattice matching condition. Using metal-organic array attached with a self-aligned micro ball lens”, vapor phase epitaxy (MOCVD) with in-situ strain monitoring, IEICE Transactions on Electronics, vol. E91-C, no. 9, pp. we have successfully grown up to 100 stacks of 1472-1479 (2008). InGaAs/GaAsP MQW layers with complete lattice matching [6] Yunpeng Wang, Haizheng Song, Masakazu Sugiyama, to the GaAs substrate in the lateral direction. Yoshiaki Nakano, and Yukihiro Shimogaki: “Surface At the same time, we have also proposed and numerically reaction kinetics of InP and InAs metalorganic vapor demonstrated a novel nano-structure to be introduced at the phase epitaxy analyzed by selective area growth surface of solar cells, which should effectively suppress the technique”, Japanese Journal of Applied Physics, vol. 47, undesired light reflection. no. 10, pp. 7788-7792 (2008). [7] Yunpeng Wang, Haizheng Song, Masakazu Sugiyama, Yoshiaki Nakano, and Yukihiro Shimogaki: “Nonlinear kinetic analysis of InP and InAs metal organic vapor phase epitaxy by selective area growth technique”, Japanese Journal of Applied Physics, vol. 47, no. 11, pp. 8269-8274 (2008). [8] Koji Takeda, Yasuki Kanema, Mitsuru Takenaka, Takuo Tanemura, and Yoshiaki Nakano: “Polarization-insensitive all-optical flip-flop using tensile-strained multiple quantum wells”, IEEE Photonics Technology Letters, vol. 20, no. 22, pp. 1851-1853, (2008). [9] Haizheng Song, Yunpeng Wang, Masakazu Sugiyama, Yoshiaki Nakano, and Yukihiro Shimogaki: “Non-linear

129 surface reaction kinetics in GaAs selective area analysis of InAsP by metalorganic vapor phase epitaxy MOVPE”, Journal of Crystal Growth, vol. 310, no. 23, selective area growth technique”, Japanese Journal of pp. 4731-4735 (2008). Applied Physics, vol. 48, no. 4, pp. 041102-1-5 (2009). [10] Yuki Terada, Momoko Deura, Yukihiro Shimogaki, Masakazu Sugiyama, and Yoshiaki Nakano: “In situ 国際会議論文 passivation of GaAs surface with aluminum oxide with [19] Tomohiro Amemiya, Yusuke Ogawa, Hiromasa Shimizu, MOVPE”, Journal of Crystal Growth, vol. 310, no. 23, Masaaki Tanaka, Hiro Munekata, and Yoshiaki Nakano: pp. 4808-4812 (2008). “Semiconductor waveguide optical isolators [11] Momoko Deura, Yukihiro Shimogaki, Yoshiaki Nakano, incorporating ferromagnetic epitaxial MnX (X=As or and Masakazu Sugiyama: “Kinetic analysis of surface Sb)”, Technical Digest, Conference on Lasers and adsorption layer for InGaAsP-related binary materials Electro-Optics (CLEO 2008), San Jose, California, using in situ RAS”, Journal of Crystal Growth, vol. 310, CThC2 (2008). no. 23, pp. 4736-4740 (2008). [20] Koji Takeda, Yasuki Kanema, Mitsuru Takenaka, Takuo [12] Momoko Deura, Takuya Hoshii, Mitsuru Takenaka, Tanemura, and Yoshiaki Nakano: “Polarization Shinichi Takagi, Yoshiaki Nakano, and Masakazu insensitive operation of multimode interference bistable Sugiyama: “Effect of Ga content on crystal shape in laser all-optical flip-flop”, Conference Proceedings CD, micro-channel selective-area MOVPE of InGaAs on Si”, 20th International Conference on Indium Phosphide and Journal of Crystal Growth, vol. 310, no. 23, pp. Related Materials (IPRM '08), Versailles, France WeP45 4768-4771 (2008). (2008). [13] Momoko Deura, Takuya Hoshii, Takahisa Yamamoto, [21] Takuo Tanemura, Koji Takeda, and Yoshiaki Nakano: Yuichi Ikuhara, Mitsuru Takenaka, Shinichi Takagi, “Characterization of 1x5 InP/InGaAsP waveguide Yoshiaki Nakano, and Masakazu Sugiyama: switch based on optical phased array”, Conference “Dislocation-free InGaAs on Si(111) using Proceedings CD, 20th International Conference on micro-channel selective-area metalorganic vapor phase Indium Phosphide and Related Materials (IPRM '08), epitaxy”, Applied Physics Express, vol. 2, no. 1, pp. Versailles, France ThA1.6 (2008). 011101-1-3 (2008). [22] Tomonari Shioda, Masakazu Sugiyama, Yukihiro [14] Jung-Seung Yang, Hassanet Sodabanlu, Ichitaro Waki, Shimogaki, and Yoshiaki Nakano: “Kinetic analysis on Masakazu Sugiyama, Yoshiaki Nakano, and Yukihiro InN and GaN selective area metal-organic vapor phase Shimogaki: “Process design of pulse injection method epitaxy”, Abstracts, the 14th International Conference on for low temperature metal organic vapor phase epitaxial Metal Organic Vapor Phase Epitaxy (IC-MOVPE XIV), growth of AlN at 800˚C”, Journal of Crystal Growth, vol. Metz, France, Tu-A2.2, pp. pp. 47-48 (2008). 311, Issue 2, pp. 383-388 (2009). [23] Momoko Deura, Masakazu Sugiyama, Yukihiro [15] Takuo Tanemura, Abdullah Al Amin, and Yoshiaki Shimogaki, and Yoshiaki Nakano: “Kinetic analysis of Nakano: “Multihop field trial of optical burst switching surface adsorption layer for InGaAsP-related binary and testbed with PLZT optical matrix switch”, IEEE ternary systems using in situ RAS”, Abstracts, the 14th Photonics Technology Letters, vol. 21, no. 1, pp. 42-44 International Conference on Metal Organic Vapor Phase (2009). Epitaxy (IC-MOVPE XIV), Metz, France, We-B1.4, pp. [16] Takayuki Nakano, Tomonari Shioda, Masakazu 233-234, (2008). Sugiyama, Yoshiaki Nakano, and Yukihiro Shimogaki: [24] Yuki Terada, Momoko Deura, Masakazu Sugiyama, “Competitive kinetics model to explain surface Yukihiro Shimogaki, and Yoshiaki Nakano: “In situ segregation of indium during InGaP growth by using passivation of GaAs surface with aluminum oxide”, metal organic vapor phase epitaxy”, Japanese Journal of Abstracts, the 14th International Conference on Metal Applied Physics, vol. 48, no. 1, pp. 011101-1-5 (2009). Organic Vapor Phase Epitaxy (IC-MOVPE XIV), Metz, [17] Haizheng Song, Yunpeng Wang, Masakazu Sugiyama, France, We-B1.6, pp. 237-238 (2008). Yoshiaki Nakano, and Yukihiro Shimogaki: “Zn and S [25] Momoko Deura, Takuya Hoshii, Masakazu Sugiyama, doping in GaAs selective area growth by metal-organic Ryosho Nakane, Mitsuru Takenaka, Satoshi Sugahara, vapor phase epitaxy”, Japanese Journal of Applied Shinichi Takagi, and Yoshiaki Nakano: “Effect of Ga Physics, vol. 48, no. 3, pp. 031101-1-4, (2009). content on crystal shape in micro-channel selective-area [18] Yunpeng Wang, Haizheng Song, Masakazu Sugiyama, MOVPE of InGaAs on Si”, Abstracts, the 14th Yoshiaki Nakano, and Yukihiro Shimogaki: “Kinetic International Conference on Metal Organic Vapor Phase Epitaxy (IC-MOVPE XIV), Metz, France, We-B2.6, pp.

130 263-264 (2008). micro-channel selective-area MOVPE of InGaAs on Si”, [26] Haizheng Song, Yunpeng Wang, Masakazu Sugiyama, Extended Abstracts of the 27th Electronic Materials Yoshiaki Nakano, and Yukihiro Shimogaki: “Non-linear Symposium (EMS-27), Shuzenji, Shizuoka, Japan,. B-5, surface reaction kinetics in GaAs selective area pp. 33-34 (2008). MOVPE”, Abstracts, the 14th International Conference [34] Ryusuke Onitsuka, Masakazu Sugiyama, Yukihiro on Metal Organic Vapor Phase Epitaxy (IC-MOVPE Shimogaki, and Yoshiaki Nakano: “Reactor scale XIV), Metz, France, We-P61, pp. 385-386 (2008). simulation of MOVPE in InGaAsP system”, Extended [27] Salah A. Ibrahim and Yoshiaki Nakano: “Towards a Abstracts of the 27th Electronic Materials Symposium novel all-optical switch, design, fabrication, and (EMS-27), Shuzenji, Shizuoka, Japan, B-8, pp. 41-42 characterization”, Abstracts, the First Japan-Egypt (2008). International Symposium on Science and Technology, [35] Yuki Terada, Momoko Deura, Yukihiro Shimogaki, Waseda, Tokyo S13-14, p. 115 (2008). Yoshiaki Nakano, and Masakazu Sugiyama: “In-situ [28] Yuki Tomita, Tomonari Shioda, Masakazu Sugiyama, passivation of GaAs surface with aluminum oxide in Yukihiro Shimogaki, and Yoshiaki Nakano: “Role of MOVPE”, Extended Abstracts of the 27th Electronic vapor-phase diffusion in selective-area MOVPE of Materials Symposium (EMS-27), Shuzenji, Shizuoka, InGaN MQWs”, Technical Digest, the Second Japan, B-10, pp. 45-46 (2008). International Symposium on Growth of III-Nitrides [36] Ibrahim Murat Soganci, Takuo Tanemura, and Yoshiaki (ISGN-2), Shuzenji, Shizuoka, Mo-18, p. 58, (2008). Nakano: “Design and fabrication of compact [29] Tomonari Shioda, Masakazu Sugiyama, Yukihiro InP/InGaAsP 1x8 optical phased-array switch”, Shimogaki, and Yoshiaki Nakano: “Selective area Abstracts of International Nano-Optoelectronics metal-organic vapor phase epitaxy of InN, GaN, and Workshop (iNOW '08), Tokyo, Lake Saiko, Shonan InGaN covering whole composition range”, Technical Village, Japan, pp. 149-150 (2008). Digest, the Second International Symposium on Growth [37] Yuki Tomita, Tomonari Shioda, Yoshiaki Nakano, and of III-Nitrides (ISGN-2), Shuzenji, Shizuoka, Mo-13, p. Masakazu Sugiyama: “Role of vapor-phase diffusion in 53 (2008). selective-area MOVPE of InGaN MQWs”, Abstracts of [30] Ryo Hasegawa, Yutaka Sawai, Tomohiro Amemiya, Taro International Nano-Optoelectronics Workshop (iNOW Arakawa, Takuo Tanemura, Hiromasa Shimizu, Kunio '08), Tokyo, Lake Saiko, Shonan Village, Japan, pp. Tada, and Yoshiaki Nakano: “Phase modulator with 163-164 (2008). InGaAs/InAlAs FACQW grown by MOVPE”, Technical [38] Mitsuru Takenaka, Koji Takeda, Takuo Tanemura, and Digest CD, Optoelectronics and Communications Yoshiaki Nakano: “Challenge for large scale integration Conference/Australian Conference on Optical Fiber of MMI-BLD optical flip-flop”, Workshop II Technology (OECC/ACOFT 2008), Sydney, Australia, “All-Optical Memories and Flip-Flops”, International TuH-5 (2008). Conference on Photonics in Switching (PS 2008), [31] Norio Iizuka, Toshimasa Shimizu, Chaiyasit Sapporo, Japan, WS2-2 (2008). Kumtornkittikul, Masakazu Sugiyama, and Yoshiaki [39] Takuya Fujimura, Takuo Tanemura, and Yoshiaki Nakano: “Absorption saturation of AlN-based Nakano: “Design and fabrication of beam-deflecting waveguide utilizing intersubband transition in GaN/AlN optical switch on InP”, Abstracts of International quantum wells”, Technical Digest CD, Optoelectronics Nano-Optoelectronics Workshop (iNOW '08), Tokyo, and Communications Conference/Australian Conference Lake Saiko, Shonan Village, Japan, pp. 223-224 (2008). on Optical Fiber Technology (OECC/ACOFT 2008), [40] Akira Ishizuka, Akio Higo, and Yoshiaki Nakano: Sydney, Australia, TuH-6 (2008). “Design of InP based tunable MEMS grating for [32] Tomonari Shioda, Masakazu Sugiyama, Yukihiro photonic IC”, Abstracts of International Shimogaki, and Yoshiaki Nakano: “Kinetic analysis on Nano-Optoelectronics Workshop (iNOW '08), Tokyo, vapor phase diffusion effect in binary AlN, GaN, and Lake Saiko, Shonan Village, Japan, pp. 209-210 (2008). InN selective area metal-organic vapor phase epitaxy”, [41] Takuo Tanemura and Yoshiaki Nakano: “Scalability of Extended Abstracts of the 27th Electronic Materials photonic 1xN switch based on arrayed phase shifters”, Symposium (EMS-27), Shuzenji, Shizuoka, Japan, A-1, Conference Proceedings CD, International Conference pp. 5-6 (2008). on Photonics in Switching (PS 2008), Sapporo, Japan, [33] Momoko Deura, Takuya Hoshii, Mitsuru Takenaka, D-06-3 (2008). Shinichi Takagi, Yoshiaki Nakano, and Masakazu [42] Salah Ibrahim, Koji Takeda, Xueliang Song, Masakazu Sugiyama: “Effect of Ga on growth mechanism in

131 Sugiyama, and Yoshiaki Nakano: “Cross-port cross gain California, U.S.A., WV6, pp. 597-598 (2008). modulation in active MMI”, Conference Proceedings [50] Takuya Fujimura, Takuo Tanemura, and Yoshiaki CD, International Conference on Photonics in Switching Nakano: “Numerical and experimental study on (PS 2008), Sapporo, Japan, D-05-1 (2008). beam-deflecting planar optical switch on InP”, [43] Takuo Tanemura, Abdullah Al Amin, and Yoshiaki Conference Proceedings, IEEE Lasers and Nakano: “Experimental demonstration of optical burst Electro-Optics Society Annual Meeting (LEOS 2008), switch prototype equipped with pre-emptive scheduler Newport Beach, California, U.S.A., WF3, pp. 461-462 for absolute QoS guarantee”, Conference Proceedings (2008). CD, International Conference on Photonics in Switching [51] Koen Huybrechts, Takuo Tamemura, Yoshiaki Nakano, (PS 2008), Sapporo, Japan, S-07-5 (2008). Roel Baets, and Geert Morthier: “Fast 40 Gb/s optical [44] Ling-Han Li, Akio Higo, Masanori Kubota, Masakazu packet switching using an all-optical flip-flop based on a Sugiyama, and Yoshiaki Nakano : “A novel single distributed feedback laser”, Technical Digest, etching-oxidation fabrication method for 3D nano Conference on Optical Fiber Communication structures on silicon and its application to SOI (OFC/NFOEC '09), San Diego, California , U.S.A., symmetric waveguide and 3D taper spot size converter”, OMU4 (2009). Technical Digest, Topical Meeting on Optical MEMS [52] Takuo Tanemura, Koji Takeda, and Yoshiaki Nakano: and Nanophotonics, Freibourg, Germany, M3.4, pp. “320-Gbps wavelength-multiplexed 1x5 optical packet 27-28 (2008). switching using broadband InP phased-array switch”, [45] Tomohiro Amemiya, Takuo Tanemura, and Yoshiaki Technical Digest, Conference on Optical Fiber Nakano: “Nonreciprocal polarization converter Communication (OFC/NFOEC '09), San Diego, consisting of asymmetric waveguide with ferrimagnetic California , U.S.A., OMU3 (2009). Ce:YIG”, Proceedings of the 8th International [53] Mamoru Takagi, Hui Li, Katsuya Watabe, Hideaki Conference on Numerical Simulation of Optoelectronic Imaizumi, Takuo Tanemura, Yoshiaki Nakano, and Devices (NUSOD 2008), Nottingham, UK, TuB1, pp. Hiroyuki Morikawa: “400 Gb/s hybrid optical switching 53-54 (2008). demonstration combining multi-wavelength OPS and [46] Abdullah Al Amin, Takuo Tanemura, and Yoshiaki OCS with dynamic resource allocation”, Technical Nakano: “Field trial of an optical burst switching node Digest, Conference on Optical Fiber Communication prototype with layer2 characterization at 40 Gbps”, (OFC/NFOEC '09), San Diego, California , U.S.A., Proceedings, 34th European Conference on Optical OTuA6 (2009). Communications (ECOC 2008), Brussels, Belgium, [54] Ibrahim Murat Soganci, Takuo Tanemura, and Yoshiaki Tu.1.C.5, vol. 2, pp. 27-28 (2008). Nakano: “Polarization-independent broadband 1x8 [47] Koji Takeda, Yasuki Kanema, Mitsuru Takenaka, Takuo optical phased-array switch monolithically integrated on Tanemura, and Yoshiaki Nakano: “Dynamic operation of InP”, Technical Digest, Conference on Optical Fiber polarization insensitive all-optical flip-flop based on Communication (OFC/NFOEC '09), San Diego, multimode-interference bistable laser diode”, California , U.S.A., OWV1 (2009). Proceedings, 34th European Conference on Optical [55] Tomohiro Amemiya, Yusuke Ogawa, Hiromasa Shimizu, Communications (ECOC 2008), Brussels, Belgium, Hiro Munekata, and Yoshiaki Nakano: We.2.C.2, vol. 3, pp. 101-102, (2008). “Nonreciprocal-loss (NRL) waveguide isolator with [48] Koji Takeda, Mitsuru Takenaka, Takuo Tanemua, and ferromagnetic MnSb thin film”, presented as a poster Yoshiaki Nakano: “Wavelength tunability of all-optical paper, Conference on Magnetism and Magnetic flip-flop using distributed Bragg reflectors”, Conference Materials (MMM), Austin, Texus, U.S.A. (2008). Proceedings, IEEE Lasers and Electro-Optics Society Annual Meeting (LEOS 2008), Newport Beach, 総説・解説論文 California, U.S.A., TuF5, pp. 192-193 (2008). [56] 中野義昭: “(招待講演) ディジタルフォトニクス [49] Norio Iizuka, Haruhiko Yoshida, Nobuto Managaki, − 集積光エレクトロニクスのパラダイムシフト”, Toshimasa Shimizu, Sodabanlu Hassanet, Masakazu 電子情報通信学会技術研究報告(集積光デバイス技 Sugiyama, and Yoshiaki Nakano: “Saturation of 術研究会), ランプセッション「光集積・光配線技 intersubband absorption in GaN/AlN-based waveguide 術の未来は？− 課題と展望− 」, 登別 (2008). integrated with spot-size converter”, Conference [57] Yoshiaki Nakano: “(Invited Paper) Integrated optical Proceedings, IEEE Lasers and Electro-Optics Society devices and circuits for photonic networking”, Abstracts Annual Meeting (LEOS 2008), Newport Beach, of International Nano-Optoelectronics Workshop (iNOW

132 '08), Tokyo, Lake Saiko, Shonan Village, Japan pp. tempreture MOVPE)”,第 69 回応用物理学会学術講 81-82 (2008). 演会講演予稿集, No. 1, p. 299, 2a-CA-11 (2008). [58] Yoshiaki Nakano: “(Invited Paper) Nonreciprocal [67] 寺田雄紀, 出浦桃子, 霜垣幸浩, 杉山正和, 中野義 semiconductor optical waveguide devices”, Abstract, 昭: “アルミニウム原料を用いた GaAs(001)面の Optoelectronic Materials and Devices III (Part of SPIE's MOVPE 内 in situ パ ッ シベーション (In situ Asia-Pacific Optical Communications Conference, passivation of GaAs(001) surface using an APOC'08), Hangzhou, China (2008). aluminum source in MOVPE)”,第 69 回応用物理学 [59] Yoshiaki Nakano: “(Invited Paper) InP integrated 会学術講演会講演予稿集, No. 1, p. 288, 3a-CF-20 photonic devices based on semiconductor laser (2008). technologies”, Abstract, Novel In-Plane Semiconductor [68] 武田浩司, 竹中充, 種村拓夫, 中野義昭: Lasers VIII (Part of SPIE Photonics West OPTO 2009), “DBR-MNI-BLD 全光フリップ・フロップの波長可変 San Jose, CA, USA, Paper 7230-20 (2009). 特 性 (Wavelength tunability of DBR-MMI-BLD [60] 中野義昭: “(招待講演) フォトニックネットワー all-optical flip-flop)”,第 69 回応用物理学会学 クデバイス技術の研究動向”, 平成20 年度 PST-net 術講演会講演予稿集, No. 3, p. 1047, 4a-ZN-6 招待講演会資料, pp. 19-48 (2009). (2008). [61] 高木衛, 李慧, 渡部克弥, 今泉英明, 種村拓夫, 中 [69] Hassanet Sodabanlu, Jungseung Yang, Masakazu 野義昭, 森川博之: “(奨励講演) 共有波長資源配 Sugiyama, Yukihiro Shimogaki, and Yoshiaki 分比可変型ハイブリッド光交換ノードの設計と実 Nakano: “Absorption measurement of the 装 (Design and implementation of hybrid optical waveguide with GaN/AIN MQWs grown by MOVPE (MOVPE switch node combining MW-OPS and OCS with dynamic で作製した GaN/AlN MQW 導波路の吸収測定)”, 第 resource allocation)”, 電子情報通信学会技術研 69 回応用物理学会学術講演会講演予稿集, No. 3, p. 究報告(フォトニックネットワーク研究会), 1049, 4a-ZN-11 (2008). PN2008-90, pp. 35-40 (2009). [70] 出浦桃子, 星井拓也, 竹中充, 高木信一, 中野義昭, [62] 種村拓夫, ソーアンジ イブラーヒム ムラット, 武 杉山正和: “微小領域選択 MOVPE における Si 上 田浩司, 中野義昭, "（奨励講演）フェーズアレイ型 InGaAs の横方向成長過程 (Development of lateral 半導体光パケットスイッチの研究開発," 電子情報 growth in micro-channel selective-area MOVPE of 通信学会技術研究報告, フォトニックネットワーク InGaAs on Si)”, 第 69 回応用物理学会学術講演会 研究会(PN2008-87) . 講演予稿集, No. 1, p. 288, 4a-CF-1 (2008). [63] 種村拓夫, ソーアンジ･イブラーヒム･ムラット, 武 [71] 出浦桃子, 星井拓也, 山本剛久, 幾原雄一, 竹中充, 田浩司, 中野義昭, "（招待講演）光パケットスイッ 高木信一, 中野義昭, 杉山正和: “微小領域選択 チング用 InP 集積フェーズアレイ型 1×N 光スイッ MOVPE における Si 上 InGaAs の Ga 組成と結晶構造 チ," 2008 年電子情報通信学会ソサイエティ大会, (Ga content and crystal structure in C-3-54 (2008). micro-channel selective-area MOVPE of InGaAs on Si)”, 第 69 回応用物理学会学術講演会講演予稿集, シンポジウム・研究会・大会等発表 No. 1, p. 288, 4a-CF-2 (2008). 塩田倫也, 杉山正和, 霜垣幸浩, 中野義昭: “MOVPE [64] Yoshiaki Nakano: “Digital photonics -new paradigm of [72] 選択成長 InGaN の気相拡散モデルによる解析 semiconductor integrated photonic devices”, Joint (Vapor phase diffusion model analysis on InGaN Workshop on Secure-Life Photonics, Todai Week in grown by selective area metal-organic vapor Tsinghua (2008). phase epitaxy)”, 第 69 回応用物理学会学術講演 [65] 武田浩司, 竹中充, 種村拓夫, 中野義昭: “分布ブ 会講演予稿集, No. 1, p. 330, 4p-CG-17 (2008). ラッグ反射鏡を用いた全光フリップ・フロップの波 長可変特性 (Wavelength tunability of [73] 富田祐貴, 塩田倫也, 杉山正和, 霜垣幸浩, 中野義 all-optical flip-flop using distributed Bragg 昭: “選択 MOVPE における InGaN 量子井戸発光波長 reflector)”, 電子情報通信学会技術研究報告(フ シフトの起源 (Origin of shift in luminescence ォトニックネットワーク研究会), PN2008-24, pp. wavelength from InGaN quantum wells in 61-64 (2008). selective-area MOVPE)”, 第 69 回応用物理学会学 術講演会講演予稿集, No. 1, p. 330, 4p-CG-18 [66] 梁正承, ハッサネットソダーバンルー, 杉山正和, (2008). 中野義昭, 霜垣幸浩: “低温 MOVPE 方式による急峻 な AIN/GaN 多重量子井戸の作製 (Fablication of [74] 高木衛, 渡部克弥, 今泉英明, 種村拓夫, 中野 義 abrupt AIN/GaN multi quantum wells by low 昭, 森川 博之, "動的な波長資源割当可能なハイブ リッド光交換ノードの実証実験," 2008 年電子情報

133 通信学会ソサイエティ大会, B-12-5 (2008). 杉山正和: “Si 上 InGaAs の微小領域選択 MOVPE に [75] 今泉英明, 渡部克弥, 種村拓夫, 中野義昭, 森川博 おける横方向成長促進と均一性向上”, 化学工学会 之, "テラビット級 LAN におけるハイブリッド型光 第 74 年会 講演要旨集, A-114 (2009). ネットワークアーキテクチャ," 2008 年電子情報通 [86] 谷和樹, 杉山正和, 中野義昭, 霜垣幸浩: “Pulse 信学会ソサイエティ大会, BS-9-4 (2008). injection MOVPE による InGaN の結晶性向上”, 化 [76] Yoshiaki Nakano: “Digital photonics”, Abstract, UC 学工学会第 74 年会 講演要旨集, A-113 (2009). Santa Barbara-University of Tokyo GCOE Joint [87] 中野義昭, 種村拓夫: “フォトニックネットワーク Workshop on Secure-Life Electronics, Santa Barbara, を支える半導体集積光デバイス技術 California, U.S.A. (2008). (Semiconductor integrated optical device [77] 飯塚紀夫, 清水俊匡, 吉田春彦, 真名垣暢人, ソダ technologies for photonic network)”, 第 56 回 ーバンル ハッサネット, 杉山正和, 中野義昭: 応用物理学関係連合講演会講演予稿集, No. 0, p. “SiN を上部クラッドとする GaN/AlN 光導波路のサ 23, 30p-H-6 (2009). ブバンド間吸収”, 電子情報通信学会技術研究報告 [88] 竹中充, 武田浩司, 星井拓也, 種村拓夫, 杉山正和, (レーザ・量子エレクトロニクス研究会, OCS, OPE 中野義昭, 高木信: “フォトニックネットワークを 共催), LQE2008-81, pp. 113-116 (2008). 支える半導体集積光デバイス技術 (Semiconductor [78] Yoshiaki Nakano: “Digital photonics -new paradigm of integrated optical device technologies for semiconductor integrated photonic devices”, Shanghai photonic network)”, 第 56 回応用物理学関係連合 Jiao Tong University-University of Tokyo GCOE Joint 講演会講演予稿集, No. 0, p. 23, 30p-H-6 (2009). Symposium on Electronics, Information Technology, [89] 竹中充, 武田浩司, 星井拓也, 種村拓夫, 杉山正和, and Electrical Engineering, Shanghai, China, B-3 中野義昭, 高木信: “III-V nMOSFETs 実現に向けた (2008). 埋め込み再成長 n+InP S/D 形成 (Source/drain [79] 高木衛, 李慧, 渡部克弥, 今泉英明, 種村拓夫, 中野 formation by n+InP regrowth for III-V 義昭, 森川博之, "共有波長資源配分比率可変型 nMOSFETs)”, 第 56 回応用物理学関係連合講演会講 400Gb/s ハイブリッド光交換ノードの実証実験," 電 演予稿集, No. 2, p. 875, 30p-T-15 (2009). 子情報通信学会技術研究報告, フォトニックネット [90] 杉山正和, 霜垣幸浩, 岡田至祟, 中野義昭: “III-V ワーク研究会, PN2008-40 (2008), 化合物半導体高効率太陽電池のエピタキシャル成 [80] Yoshiaki Nakano: “Post-silicon solar cells for ultra-high 長技術 (Epitaxial growth technology of III-V efficiencies”, Abstracts, 1st International Symposium on semiconductor high-efficiency solar cells)”, Innovative Solar Cells, Tokyo, pp. 6-8 (2009). 第 56 回応用物理学関係連合講演会講演予稿集, No. 0, p. 126, 31p-TG-3 (2009). [81] Ryusuke Onitsuka, Momoko Deura, Masakazu Sugiyama, Yukihiro Shimogaki, and Yoshiaki Nakano: [91] 安河内諭, 塩田倫也, 杉山正和, 霜垣幸浩, 中野義 “Predicting reactor-scale profiles of growth rate and 昭: “マルチスケールの成長速度分布を用いた GaN composition of InGaAsP layers by metal-organic vapor MOVPE 反応メカニズムの考察 (Discussion on the phase epitaxy”, Abstracts, 1st International Symposium reaction mechanism of GaN MOVPE using”, 第 56 on Innovative Solar Cells, Tokyo, p. 129 (2009). 回応用物理学関係連合講演会講演予稿集, No. 1, p. 397, 31a-ZJ-18 (2009). [82] Yunpeng Wang, Masakazu Sugiyama, Momoko Deura, Ryusuke Onitsuka, and Yoshiaki Nakano: “In situ [92] 谷和樹, 杉山正和, 中野義昭, 霜垣幸浩: “Pulse growth monitoring of strain-balanced quantum well Injection MOVPE に よ る InGaN の結晶性向上 solar cells by metal-organic vapor phase epitaxy”, (Improvement of InGaN crystal quality by pulse Abstracts, 1st International Symposium on Innovative injection MOVPE)”, 第 56 回応用物理学関係連合 Solar Cells, Tokyo, p. 130, Tokyo (2009). 講演会講演予稿集, No. 1, p. 402, 31p-ZJ-1 (2009). [83] 肥後昭男, 石塚彰, 中野義昭: “1x2 シリコンフォ トニック MEMS スイッチの作製方法の検討”, 平成 [93] 塩田倫也, 富田祐貴, 杉山正和, 霜垣幸浩, 中野義 21 年電気学会全国大会講演論文集, 3-135, p. 200 昭: “InGaN の MOVPE 選択成長における水素添加の (2009). 効果 (Effects of hydrogen addition in selective area metal-organic vapor phase epitaxy of [84] 石塚彰, 肥後昭男, 中野義昭: “Si フォトニック MEMS grating の作製方法についての検討”, 平成 InGaN)”, 第 56 回応用物理学関係連合講演会講演 21 年電気学会全国大会講演論文集, 3-134, p. 199 予稿集, No. 1, p. 403, 31p-ZJ-3 (2009). (2009). [95] 富田祐貴, 塩田倫也, 霜垣幸浩, 中野義昭, 杉山正 和 選択 における 量子井戸発光波 [85] 出浦桃子, 星井拓也, 竹中充, 高木信一, 中野義昭, : “ MOVPE InGaN

134 長シフトに対する井戸厚の効果 (Well thickness 中野義昭, 杉山正和: “多段階成長を用いた微小領 effect in luminescence wavelength from InGaN 域選択 MOVPE における Si 上 InGaAs の面内均一化 quantum wells in selective-area MOVPE)”, 第 56 回応 (Uniform lateral growth in micro-channel selective-area 用物理学関係連合講演会講演予稿集, No. 1, p. 403, MOVPE of InGaAs on Si using multi-step growth)”, 31p-ZJ-4 (2009). 第 56 回応用物理学関係連合講演会講演予稿集, No. [96] 梁正承, ハッサネットソダーバンルー, 杉山正和, 1, p. 369, 2a-J-7 (2009). 中野義昭, 霜垣幸浩: “パルスインジェクション方 [104] 寺田雄紀, 出浦桃子, 霜垣幸浩, 杉山正和, 中野義 式で作製した AlN/GaN 多重量子井戸のサブバンド 昭: “MOVPE における In situ H2S 処理および Al 終 間吸収特性 (Intersubband absorption property of 端処理による GaAs の表面酸化抑制 (Suppression AIN/GaN multi quantum wells growth by pulse of surface oxidation of GaAs by in situ H2S treatment injection method)”, 第56回応用物理学関係連合講演 and Al passivation in MOVPE)”, 第 56 回応用物理学 会講演予稿集, No. 1, p. 415, 1a-ZJ-18 (2009). 関係連合講演会講演予稿集, No. 1, p. 372, 2p-J-7 [97] 竹中充, 杉山正和, 中野義昭, 高木信: “MOVPE に (2009). よる砒素気相ドーピングの Ge 面方位依存性 (Ge [105] 藤村拓也, 種村拓夫, 中野義昭: “InGaAsP/InP ビー surface orientation dependence of gas phase As doping ム曲折型 1xN 光スイッチに関する研究 by using MOVPE system)”, 第 56 回応用物理学関係 (Beam-deflecting planar 1xN optical switch on 連合講演会講演予稿集, No. 2, p. 886, 1a-T-1 (2009). InGaAsP/InP)”, 第 56 回応用物理学関係連合講演会 [98] 森井清仁, 中根了昌, 杉山正和, 中野義昭, 竹中充, 講演予稿集, No. 3, p. 1238, 2a-A-6 (2009). 高木信: “MOVPE 装置を用いた As 気相ドーピング [106] 雨宮智宏, 武田浩司, 肥後昭男, 種村拓夫, 中野義 による Ge p-n 接合の電気特性 (Electrical 昭: “非対称 Rib 型導波路構造を有する InGaAsP/InP characteristics of Ge p-n junctions formed by gas phase 偏波コンバータ (InGaAsP/InP polarization converter As doping in MOVPE system)”, 第 56 回応用物理学 consisting of asymmetrie rib waveguide)”, 第56 回応 関係連合講演会講演予稿集, No. 2, p. 887, 1a-T-2 用物理学関係連合講演会講演予稿集, No. 3, p. 1240, (2009). 2p-A-2 (2009). [99] 横山正史, 安田哲二, 山田永, 福原昇, 秦雅彦, 杉 [107] I. M. Soganci, T. Tanemura, and Y. Nakano, "Integrated 山正和, 中野義昭, 竹中充, 高木信: “基板貼り合わ Broadband 1x8 Optical Phased-Array Switch with Low せによる Si 基板上メタル S/D III-V-OI MOSFET の Polarization Sensitivity and Nanoseconds 動作実証 (First demonstration of metal S/D III-V-OI Reconfiguration Time," IEICE Technical Report, MOSFETs on Si using direct wafer bonding)”, 第 56 回 (PN2008-53), Jan, 2009. 応用物理学関係連合講演会講演予稿集, No. 2, p. その他 909, 1p-V-17 (2009). [108] 中野義昭: “英文論文誌に投稿しよう!”, 電子情報通 信学会エレクトロニクスソサイエティニュースレ [100] 武田浩司, 竹中充, 種村拓夫, 中野義昭: “MZI 双安 ター, no. 487, p. 3 (2008). 定レーザによる静的全光フリップ・フロップ動作の [109] 中野義昭: “太陽光発電，効率 4 倍めざす． 実証 (Experimental demonstration of static all-optical 国際研究 2 拠点，経産省選定”, 日本経済新聞(朝 flip-flop”, 第 56 回応用物理学関係連合講演会講演 刊), 5 面, 2008 年 7 月 2 日. 予稿集, No. 3, p. 1234, 1p-B-12 (2009). [110] 中野義昭: “インターオプト’08 特集「先端 フォトニクス株式会社」”, 光産業技術振興協会 [101] Salah Ibrahim, Masakazu Sugiyama, and Yoshiaki オプトニューズ電子版, vol. 2, no. 4, p. 23, 2008 Nakano: “Experimental all-optical switching by 年8月. cross-phase modulation in active multimode [111] Yoshiaki Nakano and S. J. Ben Yoo: “Message from the interferometer (能動多モード干渉計における相互位 Conference Co-Chairs”, Conference Proceedings CD, 相変調を用いた実験的全光スイッチング)”, 第 56 International Conference on Photonics in Switching (PS 2008), Sapporo, Japan, August 4-7, 2008. 回応用物理学関係連合講演会講演予稿集, No. 3, p. [112] 中野義昭: “太陽電池研究に 140 億円，先端 1235, 1p-B-16 (2009). 研 発電効率上げ発電所用に”, 東京大学新聞 2 面, [102] 近藤佳幸, 出浦桃子, 竹中充, 高木信一, 中野義昭, 2008 年 8 月 5 日. 杉山正和: “微小領域選択 MOVPE における Si 上 [113] 中野義昭: “電気信号から光信号へ，世界を InAs 核発生の成長条件依存性 (Effect growth リードする次世代技術で新市場を拓く，東大発のベ ンチャー企業が発進，先端フォトニクス株式会社”, condition on InAs nucleation in micro-channel MiT (Management Intelligence Technology), 9 月 selective-area MOVPE on Si)”, 第 56 回応用物理学関 号 18-21 ページ, 2008 年 8 月 10 日. 係連合講演会講演予稿集, No. 1, p. 369, 2a-J-6 [114] 中野義昭: “APEX 投稿にチャレンジしよう (2009). (Let’s try submitting papers to APEX)”, 第 69 回応用物理学会学術講演会, 4p-Y-7, 中部大学, [103] 出浦桃子, 近藤佳幸, 星井拓也, 竹中充, 高木信一,

135 2008 年 9 月 2-5 日. [115] Aaron Kaplan and Yoshiaki Nakano: “Research report -over-ride behavior of MMI all-optical flip-flops and applications to format conversion”, Report, JSPS Summer Program 2008, pp. 89-91, November 2008. [116] 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. 12, no. 1, p. 1, 2009年1月1日. エレク トロニクス実装学会誌, vol. 12, no. 1, p. 1, 2009 年1月1日. [117] 中野義昭: “コラム − 皆様と守り育てるキャ ンパス”, 先端研ニュース, no. 69, p. 4, 2009 年1月. [118] 中野義昭, 杉山正和, 種村拓夫: “東京大学 における太陽光発電の研究”, CEE Newsletter, no.3, pp. 2-7, January 2009.

136 高木・竹中研究室 MOS 界面を用いた MOSFET の作製にはじめて成功した。 Takagi & Takenaka Laboratory Al メタルゲートをマスクとしたセルフアラインプロセ （http://www.mosfet.k.u-tokyo.ac.jp/） スによりフロントゲート動作を達成し、Si のユニバーサ ル移動度に対して 2 倍以上の移動度が得られることを実 研究現況 証することに成功した。また、高性能 Ge MISFET を実現 Current Research Projects するためのもうひとつの課題は、高品位の Ge チャネル 層形成、特に極薄の Ge-On-Insulator (GOI) 構造の形成と 1. Ge Metal-Insulator-Semiconductor (MIS) 界 新しい高移動度チャネル構造の実現である。今回、正孔 面形成技術に関する研究 移動度として極めて高い値が期待できる(110)面をもつ 高木信一、竹中充、笹田崇、岩崎敬志 GOI 層を、酸化濃縮法による実現することに初めて成功 Ge Metal-Insulator-Semiconductor (MIS) するとともに、バックゲートによる MOSFET の動作を実 interface properties 証した。これは、(110)面 Ge MOSFET の初めてのデバイ S. TAKAGI, M. TAKENAKA, ス動作実証である。移動度向上率は、Si のユニバーサル T. SASADA, T. IWASAKI 移動度と比較して、約 1.4 倍程度であり、今後更に、結 高性能 Ge MISFET を実現するための最大の課題は、良 晶性や界面特性の改善を図る必要がある。 好な MIS 界面特性の実現である。Ge 上の MIS 界面形成 We have successfully fabricated Ge pMOSFET by using 方法として、Ge 基板を直接熱酸化することにより形成し GeO2/Ge MOS interface with Dit of around 1012 cm2eV-1. 10 -2 た GeO2/Ge 界面の電気的特性を調べたところ、10 cm The front gate MOSFET exhibited around 2 mobility of the 台後半の良好な界面特性が得られることが明らかとなっ Si universal mobility. Another critical issue on realizing high た。また、界面準位が(100)、(110)、(111)の面方位に対し performance Ge MISFETs is the establishment of the てほとんど同じであることを見出した。また、Ge MOS formation technologies of high quality Ge channels, 界面準位のエネルギー分布を幅広く定量的に調べる方法 particularly, ultrathin Ge-On-Insulator (GOI) channels として、温度可変の低温コンダクタンス法を提案し、Ge accompanied by the new channerl structures. We have の価電子帯から伝導帯に渡って、バンド端近くまで、界 succeeded in fabricating (110) surface ultrathin GOI structures, 面準位が測定できることを示した。また GeO2 表面をプ which are expected to provde high hole mobility, by using the ラズマ窒化することで、界面は保ったまま水溶性など改 Ge condensation technique. We have also successfully 質可能であることを示した。 realized the MOSFET operation of the channels under the One of the most critical issues on realizing high back gate operation. This is the first demonstration of (110) performance Ge MISFETs is the formation of MIS interfaces surface Ge MOSFETs. The hole mobility enhancement factor with high quality interface properties. We have fabricated is around 1.4, which can be improved by optimizing the GeO2/Ge MOS interfaces by using thermal oxidation. It is crystal quality of the GOI layers and the MOS interface found from these capacitors that the minimum values of the properties. interface state density are less than 1011 cm-2 order and that the interface state densities of the GeO2/Ge MOS capacitors 3. ひずみ Si MOSFET の電気特性に関する研究 on (100), (110), (111) Ge substrates are almost same. Also, we 高木信一、竹中充、趙毅 have proposed a temperature-dependent conductance method Electrical Properties of Strained-Si MOSFETs in order to examine the energy distribution of interface state S. TAKAGI, M. TAKENAKA, Y. ZHAO densities. It is found that this method allows us to evaluate the 二軸引っ張りひずみをもつ n チャネルおよび p チャネ interface state density over a wide range of the surface ルひずみ Si MOSFET の表面ラスネス散乱移動度に与え potential from the valence band edge to the conduction band るひずみの効果を、広いひずみ量にわたって実験的に調 edge. In addition, we found that the plasma nitridation of べた。結果として、電子移動度は、ひずみ量と共に増加

GeO2 can improve the water solubility of GeO2 with the same していく一方、正孔移動度はわずかに減少することが初 MOS interface quality. めて見出された。また、詳細な透過電子顕微鏡観察から、 二軸引っ張りひずみを有する Si を酸化した MOS 界面の 2. Ge Metal-Insulator-Semiconductor (MIS) FET 界面ラフネスは、ひずみ量の増大とともに減少していく に関する研究 ことが観察された。 高木信一、竹中 充、Sanjeewa Dissanayake、 更に、引っ張りひずみがクーロン散乱移動度に与える 中北要佑、森井清仁 影響を調べ、pMOSFET での界面準位による正孔のクー Ge Metal-Insulator-Semiconductor (MIS) FETs ロン散乱移動度は、ひずみの印加によって増大すること S. TAKAGI, M. TAKENAKA, S. DISSANAYAKE, が示された。これは、正孔と MOS 界面の平均的距離が、 Y. NAKAKITA, K. MORI ひずみの印加によって増大することで説明できる。一方、 低界面準位が得られることが分かった Ge 直接熱酸化 基板不純物によるクーロン散乱移動度は、ひずみの印加

137 によって低下する。これは、界面電界の増大によるバン after bi-axial tensile strain, which can provide the mobility ド間散乱の増大によって説明できる。以上の正孔のクー enhancement of twice as high as in conventional Si ロン散乱の挙動は、電子のそれのひずみ依存性がちょう n-MOSFETs, are still lacking. Thus, III-V semiconductor ど逆になっており、これらの特性は、電子と正孔のサブ MISFETs, expected to have higher electron mobility, has バンド構造の違いを考えることで、系統的に説明できる recently stirred a strong interest. We have started to examine ことが明らかとなった。 the feasibility of III-V semiconductor MISFETs on Si We have experimentally investigated the surface roughness platform from the both aspects of theoretical predictions, the scattering limited mobility (μsr) of bi-axially strained Si formation of III-V films on Si and SiO2 and MIS interface MOSFETs for both electrons and holes in a wide range of formation technologies on III-V. We have fabricated the strain. It is found that tensile biaxial strain induces the III-V-OI on Si by direct wafer bonding of an SiO2/InGaAs/InP enhancement of electron μsr and the slight degradation of hole wafer and an SiO2/Si wafer. We found the effective electron

μsr, for the first time. It is also found from the precise TEM mobility was 1.3 times higher than Si. analyses that surface roughness becomes soother with an increase in bi-axial tensile strain. 5. 光配線 LSI 実現に向けた Ge ナノ光電子集積回 It is also found that tensile biaxial strain enhances the 路に関する研究 Coulomb scattering mobility of holes induced by interface 高木信一、竹中充 states (μit) thanks to the enhancement of the averaged distance Ge based nano electro-optic integrated circuit between the holes and scattering centers at the Si/SiO2 forintrachip optical interconnection interface, while degrades that induced by substrate impurity S. TAKAGI, M. TAKENAKA

(μsub) due to the enhancement of interband scattering. These シリコンフォトニクスは既存の CMOS プロセスとの整 impacts of tensile strain on μit and μsub of holes are opposite to 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 the trend of electron ones. These behaviors can be universally おり、Ge PD を Si LSI に集積化した光通信用レシーバー explained from the viewpoint of the electron and hole などが報告されている。一方で、スケーリング則の物理 subband structures. 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 4. Si 基板上の III-V 族化合物半導体 Metal- 後においては Ge PD などの光デバイスと Ge MOSFET を Insulator-Semiconductor (MIS) FET に関する Si 基板上に集積化することが必要となる。我々は酸化濃 研究 縮法により Ge-on-Insulator (GOI)基板を作製し、Ge PD と 高木信一、竹中充、横山正史、 GOI MOSFET を Si 基板上にモノリシック集積すること 星井拓也、灰本隆志、中川翔太 に世界で初めて成功した。作製した Ge PD が光通信波長 III-V compound semiconductor 1.55 μm 帯域において動作可能であることを実証した。 Metal-Insulator-Semiconductor (MIS) FET on Si Silicon-based electro-optic integrated circuits have recently substrates been intensely investigated because of its standard CMOS S. TAKAGI, M. TAKENAKA, M. YOKOYAMA, compatibility. The monolithic integration of optical devices T. HOSHII, T. HAIMOTO, S. NAKAGAWA with large scale integrated (LSI) electrical devices will open ディープサブ 100nm 世代では、電流駆動力の増大のた up many applications of optical interconnections including めは、キャリア輸送特性を向上させ続けることが不可欠 intra-chip communications. An optical receiver with a Ge であるが、n-MOSFET は、二軸の引っ張りひずみによる photodetector (PD) was demonstrated using 130nm CMOS 移動度向上以上の手段に欠けている。このため、近年、 process. On the other hand, the Si LSIs are faced with the 電子移動度の高い III-V 族半導体 MISFET が興味をもた physical limitation of the miniaturization of transistors, and れている。我々は、このデバイス実現のために、理論解 the introduction of high mobility materials such as Ge will be

析、Si 及び SiO2 上への高品質 III-V 薄膜層形成、高品質 expected in the post-scaling era. Therefore, the monolithic の III-V MIS 構造の形成の観点で検討を進めている。今 integration of Ge MOSFETs and Ge PD on a Si substrate will 年度、我々が提案する低ダメージ基板貼り合わせ法によ be a promising candidate for future high-performance り作製した III-V-OI on Si 基板を用いて、メタルソースド electro-optic integrated circuits. Recently, we have レイン III-V-OI MOSFET の動作実証に世で初めて成功し successfully integrated the Ge PD and the Ge MOSFET on a た。トランジスタ動作時の実効移動度は Si の 1.3 倍程度 Ge-on-Insulator (GOI) substrate formed by the oxidation の値が得られることを見出した。 condensation technique. The Ge PD exhibited the responsivity Enhancement of carrier transport properties in MOS covering the C-band with low dark current. 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

138 論文・著書一覧（2008 年度） [11] K. Takeda, Y. Kanema, M. Takenaka, T. Tanemura, and Publications List Y. Nakano, “Polarization-insensitive all-optical flip-flop using tensile-strained multiple quantum wells,” IEEE 研究論文 Photonics Technology Letters, Vol. 20, No. 22, pp. [1] M. Deura, T. Hoshii, T. Yamamoto, Y. Ikuhara, M. 1851-1853, 2008. Takenaka, S. Takagi, Y. Nakano, and M. Sugiyama, [12] H. Matsubara, T. Sasada, M. Takenaka, S. Takagi,

“Dislocation-free InGaAs on Si(111) using “Evidence of low interface trap density in GeO2/Ge micro-channel selective-area metalorganic vapor phase metal-oxide-semiconductor structures fabricated by epitaxy,” Appl. Phys. Express., Vol. 2, 011101, 2009. thermal oxidation,” Appl. Phys. Lett., Vol. 93, 032104, [2] M. Deura, T. Hoshii, M. Takenaka, S. Takagi, Y. 2008. Nakano, and M. Sugiyama, “Effect of Ga content on [13] T. Hoshii, M. Deura, M. Sugiyama, R. Nakane, S. crystal shape in micro-channel selective-area MOVPE of Sugahara, M. Takenaka, Y. Nakano, and S. Takagi, InGaAs on Si,” J. Crystal Growths., Vol. 310, pp. “Epitaxial lateral overgrowth of InGaAs on SiO2 from 4768-4771, 2008. (111) Si micro channel areas,” Phys. Stat. Sol., Vol. C-5, [3] S. Dissanayake, Y. Shuto, S. Sugahara, M. Takenaka No. 9, pp. 2733-2735, 2008. and S. Takagi, "(110) Ultra-thin GOI Layers Fabricated [14] T. Tanemura, M. Takenaka, A. Al Amin, K. Takeda, T. by Ge Condensation Method", Thin Solid Films, Vol. Shioda, M. Sugiyama, and Y. Nakano, “InP/InGaAsP 517, No. 1, pp. 178-180, 2008. integrated 1x5 optical switch using arrayed phase [4] T. Irisawa, T. Numata, E. Toyoda, N. Hirashita, T. shifters,” IEEE Photonics Technology Letters, Vol. 20, Tezuka, N. Sugiyama and S. Takagi, “Physical No. 12, pp. 1063-1065, 2008. Understanding of Strain-Induced Modulation of Gate [15] A. Al Amin, M. Takenaka, T. Tanemura, K. Shimizu, R. Oxide Reliability in MOSFETs”, IEEE Trans. Electron Inohara, K. Nishimura, M. Usami, Y. Takita, Y. Kai, H. Devices, Vol. 55, No. 11, pp. 3159-3166, 2008 Onaka, H. Uetsuka and Y. Nakano, "Demonstration of [5] T. Irisawa, T. Numata, N. Hirashita, Y. Moriyama, S. Deflection Routing with Layer 2 Evaluation at 40Gb/s Nakaharai, T. Tezuka, N. Sugiyama, and S. Takagi, “Ge in a 3-Node Optical Burst Switching Testbed," IEEE Wire MOSFETs Fabricated by Three-Dimensional Ge Photonics Technology Letters, Vol. 20, No. 3, pp. Condensation Technique”, Thin Solid Films, vol. 517, 178-180, 2008. Issue 1, pp. 167-169, 2008 [16] N. Sugiyama, T. Numata, N. Hirashita, T. Irisawa and S. [6] Y. Moriyama, N. Hirashita, N. Sugiyama and S. Takagi, Takagi, “Variation of Threshold Voltage in Strained Si “Characterization of anisotropic relaxation rate of SGOI Metal–Oxide–Semiconductor Field-Effect Transistors (110) substrates”, Thin Solid Films, vol. 517, Issue 1, pp. Induced by Non-uniform Strain Distribution in 285-288 2008 Strained-Si Channels on Silicon–Germanium-on- [7] N. Hirashita, S. Nakaharai, Y. Moriyama, K. Usuda, T. Insulator Substrates”, Jpn. J. Appl. Phys. 47, No. 6, pp. Tezuka, N. Sugiyama and S. Takagi, “Planar Defect 4403-4407, 2008 Formation Mechanism in Ge-rich SiGe-on-Insulator [17] T. Tezuka, N. Hirashita, Y. Moriyama, N. Sugiyama, K. Substrates during Ge Condensation Process”, Thin Solid Usuda, E. Toyoda, K. Murayama and S. Takagi, Films, vol. 517, Issue 1, pp. 407-411 2008 “{110}-facets formation by hydrogen thermal etching [8] N. Hirashita, Y. Moriyama, S. Nakaharai, T. Irisawa, N. on sidewalls of Si and strained-Si fin structures”, Appl. Sugiyama and S. Takagi, “Deformation induced holes Phys. Lett. 92, 191903, 2008 in Ge-rich SiGe-on-insulator and Ge-on-insulator 国際会議論文 substrates fabricated by Ge condensation process”, Applied Physics Express, No. 1, 101401, 2008 [18] S. Takagi, M. Sugiyama and M. Takenaka, “Advanced [9] H. Tsuchiya and S. Takagi, “Influence of Elastic and Nano CMOS Platform using Ge/III-V Channels Inelastic Scatterings on Drive Current of Quasi-Ballistic (invited)”, First International Symposium on Atomically MOSFETs”, IEEE Trans. Electron Devices, Vol. 55, No. Controlled Fabrication Technology - Surface and Thin 9, September, pp. 2397-2402, 2008 Film Processing -, pp. 28-29, Osaka, Japan, February 2009, [10] O. Weber and S. Takagi, “Experimental Examination and Physical Understanding of the Coulomb Scattering [19] K. Ikeda, Y. Yamashita, M. Harada, N. Taoka, T. Mobility in Strained-Si N-MOSFETs”, IEEE Trans. Yamamoto, S. Nakaharai, N. Hirashita, Y. Moriyama, T. Electron Devices, Vol. 55, No. 9, pp. 2386-2396, 2008 Tezuka, N. Sugiyama and S. Takagi, “High Performance Sub-60nm Gate Length Ge-On-Insulator

139 channel MOSFETs with NiGe Metal Source/Drain [28] K. H. Park, K. Hirakawa and S. Takagi, “Anomalous (invited)”, Symposium Z, “Material Science and Temperature Dependence of Electron Mobility in Si Process Technologies for Advanced Nano-Electronic MOSFETs with p+poly-Si Gates”, IEEE Devices”, IUMRS-ICA (IUMRS International Nanotechnology Materials and Devices Conference Conference in Asia), Nagoya, Japan, December 2008 (IEEE-NMDC) 2008, p. 207 Kyoto University, Kyoto, [20] Y. Nakakita, R. Nakane, T. Sasada, H. Matsubara, M. Japan, October, 2008, Takenaka and S. Takagi, "Interface-controlled [29] T. Irisawa, T. Numata, T. Tezuka, K. Usuda, N. Self-Align Source/Drain Ge pMOSFETs Using Hirashitra, Y. Moriyama, N. Sugiyama, and S. Takagi,

Thermally-Oxidized GeO2 Interfacial Layers," “Uniaxially Strained SGOI and SSOI Channels for International Electron Devices Meeting (IEDM’08), High Performance Multi-Gate CMOS” (invited), 2008 35-6, San Francisco, December 2008. SiGe and Ge; Processing, and Devices Symposium, [21] Y. Zhao, M. Takenaka and S. Takagi, "Comprehensive 214th Electrochemical Society, p. 367-379, Honolulu, understanding of surface roughness and Coulomb Hawaii, USA, October, 2008 scattering mobility in biaxially-strained Si MOSFETs," [30] N. Taoka, W. Mizubayashi, Y. Morita, S. Migita, H. Ota International Electron Devices Meeting (IEDM’08), and S. Takagi, “Characterization of inversion-layer 23-3, San Francisco, December 2008. mobility limited by phonon and surface roughness [22] T. Sasada, Y. Nakakita, M. Takenaka and S. Takagi, scattering of Ge pMISFETs with Si passivation layers”, "Surface orientation dependence of interface properties 5th International Symposium on Advanced Gate Stack

of GeO2/Ge MOS structures fabricated by thermal Technology (ISAGST), Austin, Texas, September, 2008 oxidation," IEEE Semiconductor Interface Specialists [31] K. Usuda, S. Nakaharai, T. Irisawa, Y. Moriyama, N. conference (SISC’08), 6-4, San Diego, December 2008. Hirashita, T. Tezuka, Y. Yamashita, N. Taoka, O. Kiso, T. [23] N. Taoka, T. Yamamoto, M. Harada, Y. Yamashita, N. Yamamoto, N. Sugiyama and S. Takagi, “Electrical Sugiyama and S. Takagi, “Importance of Minority Characterization and strain analysis with NBD method Carrier Response on Accurate Characterization of Ge of Gate All Around (GAA) Strained-Silicon-On- MIS Interface Traps”, IEEE Semiconductor Interface Nothing (SSON) MOSFETs”, 4th International Specialists conference (SISC’08), 4-2, San Diego, WorkShop on New Group IV Semiconductor December 2008. Nanoelectronics, Sendai, Japan, September, 2008, [24] T. Haimoto, T. Hoshii, M. Takenaka and S. Takagi, [32] S. Nakagawa, M. Yokoyama, O. Ichikawa, M. Hata, M. "Improvement of MIS interfacial properties by direct Tanaka, M. Takenaka, S. Takagi, " Fabrication of III-V nitridation of InP surfaces," IEEE Semiconductor MOS structure by using selective oxidation of InAlAs," Interface Specialists conference (SISC’08), P16, San International Conference on Solid State Devices and Diego, December 2008. Materials (SSDM’08), G-9-4, Tsukuba, September [25] T. Yasuda, N. Miyata, H. Ishii, T. Itatani, O. Ichikawa, 2008. N. Fukuhara, M. Hata, A. Ohtake, T. Haimoto, T. [33] K. Morii, S. Dissanayake, S. Tanabe, R. Nakane, M. Hoshii, M. Takenaka, and S. Takagi, "Impact of cation Takenaka, S. Sugahara and S. Takagi, "Evaluation of composition and surface orientation on electrical Electron and Hole Mobility at Identical MOS Interfaces

properties of ALD-Al2O3/III-V interfaces," IEEE by using Metal Source/Drain GOI MOSFETs," Semiconductor Interface Specialists conference International Conference on Solid State Devices and (SISC’08), P7, San Diego, December 2008. Materials (SSDM’08), B-1-4, Tsukuba, September [26] M. Takenaka, S. Tanabe, S. Dissanayake, S. Sugahara, 2008. and S. Takagi, "Ge Photodetector integrated with [34] T. Sasada, H. Matsubara, M. Takenaka and S. Takagi, " Ge-on-Insulator MOSFET by using Oxidation Improvement of Interface Properties of GeO2/Ge MOS Condensation Technique," Annual Meeting of the IEEE Structures Fabricated by Thermal Oxidation," Lasers and Electro-Optics Society (LEOS’08), MN2, International Conference on Solid State Devices and Newport Beach, November 2008. Materials (SSDM’08), A-1-3, Tsukuba, September [27] K. Takeda, M. Takenaka, T. Tanemura, and Y. Nakano, 2008. "Wavelength tunability of all-optical flip-flop using [35] K. Ikeda, Y. Yamashita, M. Harada, T. Yamamoto, S. distributed bragg reflectors," Annual Meeting of the Nakaharai, N. Hirashita, Y. Moriyama, T. Tezuka, N. IEEE Lasers and Electro-Optics Society (LEOS’08), Taoka, I. Watanabe, N. Hirose, N. Sugiyama and S. TuF5, Newport Beach, November 2008. Takagi, “High Mobility sub-60nm Gate Length Germanium-On-Insulator Channel pMOSFETs with

140 Metal Source/Drain and TaN MIPS Gate”, International Channel Device Performance of SOI FinFETs”, Si Conference on Solid State Devices and Materials Nano electronics workshop 2008, S0930, Hawaii, June, (SSDM’08), pp. 32-33, Tsukuba, September 2008. 2008, [36] S. Takagi, “Understanding and Engineering of Carrier [46] K. Usuda, S. Nakaharai, T. Irisawa, Y. Moriyama, N. Transport in Advanced MOS Channels (plenary)”, 2008 Hirashita, T. Tezuka, Y. Yamashita, N. Taoka, O. Kiso, T. International Conference on Simulation of Yamamoto, N. Sugiyama and S. Takagi, “Gate All Semiconductor Processes and Devices (SISPAD), Around (GAA) Strained-Silicon-On-Nothing (SSON) Hakone, Japan, pp. 9-12, September, 2008, MOSFETs and Evaluation of their Strain by [37] S. Takagi, “High mobility channel MOSFET”, Nano-Beam Diffraction (NBD)”, Si Nano electronics ESSDERC Tutorials “T1: CMOS at the bleeding edge”, workshop 2008, P1-4, Hawaii, June 2008. 38th European Solid-State Device Research Conference [47] M. Deura, T. Hoshii, M. Sugiyama, R. Nakane, M. (ESSDERC), Edinburgh, United Kingdom, September Takenaka, S. Sugahara, S. Takagi, and Y. Nakano, 2008 "Effect of Ga content on crystal shape in micro-channel [38] S. Takagi, “Devices for high performance CMOS selective-area MOVPE of InGaAs on Si," International (invited)”, Workshop on Germanium and III-V MOS Conference of MOVPE (ICMOVPE’08), We-B2.6, Metz, Technology, 38th European Solid-State Device June 2008. Research Conference (ESSDERC), Edinburgh, United [48] N. Sugiyama, T.Numata, N.Hirashita, T.Irisawa and S. Kingdom, September 2008. Takagi, “Transistor size dependence of variation of [39] K. Takeda, Y. Kanema, M. Takenaka, T. Tanemura, and threshold voltage in strained Si MOSFETs”, ISTDM, Y. Nakano, “Dynamic Operation of Polarization Hsinchu, Taiwan., May 2008. Insensitive All-Optical Flip-Flop Based on [49] N. Hirashita, Y. Moriyama, T. Irisawa, S. Nakaharai, N. Multimode-Interference Bistable Laser Diode,” Sugiyama and S. Takagi, “On the physical mechanism European Conference on Optical Communication of hole generation in Ge-rich SiGe-on-insulator and (ECOC’08), We2.C.2, Brussels, September 2008. Ge-on-insulator substrates fabricated by Ge [40] M. Takenaka, “Challenge for Large Scale Integration of condensation process”, ISTDM, Hsinchu, Taiwan, May MMI-BLD Optical Flip-Flop,” Photonics in Switching 2008 (PS’08), WS2-2, Sapporo, August 2008 (Invited paper). [50] K. Takeda, Y. Kanema, M. Takenaka, T. Tanemura, and [41] T. Tezuka, T. Irisawa, E. Toyoda, N. Sugiyama and S. Y. Nakano, "Polarization insensitive operation of Takagi, “Uniaxially strained Si/SiGe wire-channel multimode interference bistable laser all-optical transistors“, NSC-JST Nano Device Workshop, Taipei, flip-flop," Indium Phosphide and Related Materials Taiwan, July 2008. (IPRM’08), WeP45, Versailles, May 2008. [42] (256) T. Mizuno, T. Tezuka, N. Sugiyama and S. Takagi, [51] T. Tezuka, T. Irisawa, E. Toyoda, N. Sugiyama and S. “Experimental Study for Ballistic MOSFETs using Takagi, “Uniaxially strained Si/SiGe wire-channel Source-Heterojunction Band Offset Structures”, transistors” (invited), Symposium on Advanced Gate NSC-JST Nano Device Workshop, Taipei, Taiwan, July Stack, Source/Drain and Channel Engineering for 2008. Si-Based CMOS: New Materials, Processes and [43] T. Mizuno, Y. Moriyama, T. Tezuka, N. Sugiyama, and Equipment, 213th Electrochemical Society, Phoenix, S. Takagi, “Experimental Study of Single Arizona, May 2008. Source-Heterojunction MOS Transistors (SHOTs) [52] N. Taoka, K. Ikeda, T. Yamamoto, Y. Yamashita, M. under Quasi-Ballistic Transport”, VLSI symp. 2008, pp. Harada, N. Sugiyama and S. Takagi, “Performance of 22-23, Hawaii, June 2008. Germanium Metal-Insulator-Semiconductor Field [44] H. Takeda, T. Yamamoto, T. Ikezawa, M. Kawada, S. Effect Transistors with Nickel Germanide Takagi and M. Hane, “Impact of Source-to-Channel Source/Drain” (invited), Symposium on Advanced Gate Carrier Injection Properties on Device Performance of Stack, Source/Drain and Channel Engineering for Sub-100nm Metal Source/Drain Ge-pMOSFETs”, VLSI Si-Based CMOS: New Materials, Processes and symp. 2008, pp. 58-59, Hawaii, June 2008 Equipment, 213th Electrochemical Society, Phoenix, Arizona, May 2008. [45] T. Irisawa, K. Okano, T. Horiuchi, H. Itokawa, I. Mizushima, K. Usuda, T. Tezuka, N. Sugiyama and S. [53] S. Takagi, “Advanced Nano CMOS Platform using Takagi, “High Electron Mobility Enhancement on (110) Carrier-Transport-Enhanced Channels (invited)”, 2008 Surface due to Uniaxial Strain and Its Impact on Short International Symposium on VLSI Technology, Systems, and Applications (VLSI-TSA), pp. 91-92, Hsinchu,

141 Taiwan, April 2008 月. [54] S. Takagi, “High Performance Nano CMOS Platform [63] 高木信一，竹中 充、「バリスティック MOSFET の utilizing carrier transport enhancement (invited)”, 4th 駆動電流に与えるキャリアの有効質量の効果」、第 International Nanotechnology Conference on 56 回応用物理学関係連合講演会、1p-V-5、筑波大学、 Communication and Cooperation (INC4), Tokyo, April 2009 年 4 月. 2008 [64] 中北要佑，中根了昌，笹田 崇，竹中 充，高木信一、

「熱酸化 GeO2/Ge MOS 界面を用いた Ge pMOSFET 著書 の移動度決定機構」、第 56 回応用物理学関係連合講 [55] S. Takagi, T. Tezuka, T. Irisawa, S. Nakaharai, T. 演会、1p-V-14、筑波大学、2009 年 4 月. Numata, K. Usuda, N. Sugiyama, M. Shichijo, R. [65] 灰本隆志，中川翔太，星井拓也，竹中 充，高木信一、 Nakane and S. Sugahara, “Devices Structures and 「InP 表面の直接窒化による MISFET の作製とその Carrier Transport Properties of Advanced CMOS using 電気的評価」、第 56 回応用物理学関係連合講演会、 High Mobility Channels”, “Electronic Device 1p-V-15、筑波大学、2009 年 4 月. Architectures for the Nano-CMOS Era - From Ultimate [66] 近藤佳幸，出浦桃子，竹中 充，高木信一，中野義昭， CMOS Scaling to Beyond CMOS Devices”, edited by 杉山正和、「微小領域選択 MOVPE における Si 上 Simon Deleonibus, July 2008, Pan Stanford Publishing InAs 核発生の成長条件依存性」、第 56 回応用物理学 (ISBN 978-981-4241-28-1) 関係連合講演会、2a-J-6、筑波大学、2009 年 4 月. [67] 出浦桃子，近藤佳幸，星井拓也，竹中 充，高木信一， シンポジウム・研究会・大会等発表 中野義昭，杉山正和、「多段階成長を用いた微小領 [56] 竹中 充，杉山正和，中野義昭，高木信一、 域選択MOVPE におけるSi 上InGaAsの面内均一化」、 「MOVPE による砒素気相ドーピングの Ge 面方位 第 56 回応用物理学関係連合講演会、2a-J-7、筑波大 依存性」、第 56 回応用物理学関係連合講演会、1a-T-1、 学、2009 年 4 月. 筑波大学、2009 年 4 月. [68] 田岡紀之, 水林亘, 森田行則, 右田真司, 太田裕之, [57] 竹中 充，武田浩司，星井拓也，杉山正和，中野義昭， 高木信一, 「少数キャリアを考慮したコンダクタン 高木信一、「III-V nMOSFET 実現に向けた埋め込み ス法による Ge MIS 界面欠陥構造の評価」、第 56 回 再成長 n+InP S/D 形成」、第 56 回応用物理学関係連 応用物理学関係連合講演会、31p-S-9、筑波大学、2009 合講演会、30p-T-15、筑波大学、2009 年 3 月. 年 3 月. [58] 竹中 充，横山正史，星井拓也，出浦桃子，灰本隆志， [69] 岩崎敬志, 笹田崇，竹中充，高木信一, 「Ge 基板上 金 相賢，杉山正和，高木信一、「超薄膜 III-V-OI の熱酸化 GeO2 のプラズマ窒化による改質」、第 56 MOSFET 実現に向けたチャネルおよび接合形成技 回応用物理学関係連合講演会、31p-S-2、筑波大学、 術」、第 56 回応用物理学関係連合講演会、1p-X-8、 2009 年 3 月. 筑波大学、2009 年 4 月. [70] 石井裕之, 板谷太郎, 安田哲二, 宮田典幸, 山田永, [59] 武田浩司，竹中 充，種村拓夫，中野義昭、「MZI 双 福原昇, 秦雅彦, 竹中充, 高木信一, 安定レーザーによる静的全光フリップ・フロップ動 「InGaAs/InP(001)上への n-MISFET の試作」、第 56 作の実証」、第 56 回応用物理学関係連合講演会、 回応用物理学関係連合講演会、1p-V-16、筑波大学、 1p-B-12、筑波大学、2009 年 4 月. 2009 年 4 月. [60] 横山正史，安田哲二，山田 永，福原 昇，秦 雅彦， [71] 安田哲二，宮田典幸，石井裕之，板谷太郎，山田永， 杉山正和，中野義昭，竹中 充，高木信一、「基板貼 福原昇，秦雅彦，大竹晃浩，竹中充，高木信一, 「Ⅲ り合わせによる Si 基板上メタル S/D III-V-OI -Ⅴチャネルの MIS 特性におけるバルク物性と界面 MOSFET の動作実証」、第 56 回応用物理学関係連合 構造の影響」、第 56 回応用物理学関係連合講演会、 講演会、1p-V-17、筑波大学、2009 年 3 月. 31a-S-10、筑波大学、2009 年 3 月. [61] 星井拓也，横山正史，山田 永，秦 雅彦，安田哲二， [72] 出浦 桃子，星井 拓也，竹中 充，高木 信一，中野

竹中 充，高木信一、「ECR スパッタ SiO2 膜を用い 義昭，杉山 正和、「Si 上 InGaAs の微小領域選択 た InGaAs MOS キャパシタの界面特性向上」、第 56 MOVPE における横方向成長促進と均一性向上」、 回応用物理学関係連合講演会、31a-S-6、筑波大学、 化学工学会第 74 年会、横浜国立大学、2009 年 3 月 2009 年 3 月. 17 日～19 日, 静岡大学 浜松キャンパス [62] 森井清仁，中根了昌，杉山正和，中野義昭，竹中 充， [73] 高木信一, 「化合物半導体 MOSFET の研究開発動向 高木信一、「MOVPE 装置を用いた As 気相ドーピン と将来展望」, 電気学会電子デバイス研究会（「超 グによる Ge p-n 接合の電気特性」、第 56 回応用物 高速デバイス・回路技術」）、EDD-09-40, 熱海, 2009 理学関係連合講演会、1a-T-2、筑波大学、2009 年 4 年 3 月 9-10 日

142 [74] 高木信一, 杉山正和、竹中充, 「CMOS プラットフ [84] 武田浩司，竹中 充，種村拓夫，中野義昭、 ォーム上の異種材料チャネル MOS トランジスタ技 「DBR-MMI-BLD 全光フリップ・フロップの波長可 術」, IEEE CPMT 日本チャプタ 3D 研究会, 東京大 変特性」、第 69 回応用物理学会学術講演会、4a-ZN-6、 学, 2009 年 3 月 2 日 中部大学、2008 年 9 月. [75] S. Takagi, M. T.akenaka and M. Sugiyama, 「III-V 族半 [85] 手塚勉、豊田英二、入沢寿史、臼田宏治、平下紀夫、 導体チャネル MOS トランジスタ技術 (MOS 守山佳彦、杉山直治、高木信一, 「高温水素エッチ Transistor Technologies using III-V Semiconductor ング及び酸化濃縮法によるひずみ SiGe-Fin 構造の Channels) 」 , SEMI Technology Symposium (STS) 作製とひずみ評価」、第 69 回応用物理学会学術講演 Session 8 Advanced Device – 32nm/22nm node device 会、3p-CE-15、中部大学、2008 年 9 月. and process technology– ,December 5 2008, Tokyo [86] 臼田宏治, 中払周, 入沢寿史, 守山佳彦, 平下紀夫, [76] 高木信一, 「最先端 CMOS デバイスにおけるひずみ 手塚勉, 杉山直治,山下良美,田岡紀之, 木曽修, 山 Si 技術」,半導体計測・評価技術ネットワーク第 3 本豊二, 高木信一, 「SSON 構造より形成した GAA 回ワークショップ, つくば国際会議場, 2008 年 11 月 ゲートひずみ Si-MOSFET の試作とひずみの NBD 19 日 評価」、第 69 回応用物理学会学術講演会、4p-E-15、 [77] 臼田宏治，中払 周，入沢寿史，守山佳彦，平下紀 中部大学、2008 年 9 月. 夫，手塚 勉，杉山直治，山下良美，田岡紀之，木 [87] 田岡紀之, 原田真臣, 山下良美, 山本豊二, 杉山直 曽 修，山本豊二, 高木信一, 「SSON 基板を用いた 治, 高木信一, 「コンダクタンス法における Ge MIS GAA 型ひずみ Si-MOSFET の試作とひずみの NBD 界面準位と多数および少数キャリアの応答モデル」、 評価」, EFM-08-27, 電気学会・電子材料研究会「Ⅳ 第 69 回応用物理学会学術講演会、4p-CB-12、中部 族系ヘテロ超微細デバイス材料技術の最新動向」, , 大学、2008 年 9 月. 東北大学電気通信研究所, 2008 年 9 月 27 日 [88] 田岡紀之, 原田真臣, 山下良美, 山本豊二, 杉山直 [78] 田岡紀之, 山本豊二, 原田真臣, 山下良美, 杉山直 治, 高木信一, 「コンダクタンス法における Ge MIS 治, 高木信一, 「Ge-MIS 界面特性評価における少数 界面準位と多数および少数キャリアの応答解析」、 キャリア応答の重要性」, ゲートスタック研究会 第 69 回応用物理学会学術講演会、4p-CB-13、中部 ― 材料・プロセス・評価の物理 ―（第 14 回研究 大学、2008 年 9 月. 会）, 2009 年, 東レ総合研修センター [89] 水野智久，守山佳彦，手塚勉，杉山直治, 高木信一, [79] 竹中充、田辺聡、S. Dissanayake、菅原聡、高木信一、 「ソースへテロ MOSFET のソース構造最適化の検 「酸化濃縮法を用いた Ge PD と Ge-on-Insulator 討」、第 69 回応用物理学会学術講演会、4p-E-5、中 MOSFET の集積化の検討」、第 69 回応用物理学会学 部大学、2008 年 9 月. 術講演会、5p-ZN-1、中部大学、2008 年 9 月. [90] 土屋英昭, 王威, 高木 信一, 「秋季バリスティック [80] S. Dissanayake, Y. Shuto, S. Sugahara, M. Takenaka, 効率向上のためのソース端ポテンシャルエンジニ and S. Takagi 、「 Electrical Characteristics of アリング」、第 69 回応用物理学会学術講演会、4p-E-6、 (110)-oriented Ultra-thin GOI p-MOSFETs Fabricated 中部大学、2008 年 9 月. by Ge Condensation Method」、第 69 回応用物理学会 [91] 朴敬花、平川一彦、高木信一, 「p+ポリシリコンゲ 学術講演会、2a-E-6、中部大学、2008 年 9 月. ートを有する Si MOSFET 中の電子移動度の温度依 [81] 灰本隆志，星井拓也，竹中 充，高木信一、「InP 存性」、第 69 回応用物理学会学術講演会、4p-E-12、 表面の直接窒化による MIS 界面特性の改善」、第 69 中部大学、2008 年 9 月. 回応用物理学会学術講演会、4p-CB-15、中部大学、 [92] 武田浩司、竹中充、種村拓夫、中野義昭、「分布ブ 2008 年 9 月. ラッグ反射鏡を用いた全光フリップ・フロップの波 [82] 安田哲二，宮田典幸，石井裕之，板谷太郎，市川 磨， 長可変特性」、電子情報通信学会 PN 研究会、小樽、 福原 昇，秦 雅彦，大竹晃浩，灰本隆志，星井拓 2008 年 8 月. 也，竹中 充，高木信一、「InGaAs 上への Al2O3 の [93] 高木信一, 「新チャネル材料を使った高電流駆動力 ALD 成長による良好な MIS 界面特性の実現」、第 CMOS デバイス技術」, 第 72 回半導体集積回路技 69 回応用物理学会学術講演会、4p-CB-16、中部大 術シンポジウム, 電気化学会電子材料委員会, pp. 学、2008 年 9 月. 81-84, 東京農工大学, 2008 年 7 月 10 日・11 日 [83] 出浦桃子，星井拓也，山本剛久，幾原雄一，竹中 充， [94] 出浦桃子、星井拓也、竹中充、高木信一、中野義昭、 高木信一，中野義昭，杉山正和、「微小領域選択 杉山正和、「微小領域選択 MOVPE における Si 上 MOVPE における Si 上 InGaAs の Ga 組成と結晶構 InGaAs の成長機構に対する Ga 組成の影響」、第 造」、第 69 回応用物理学会学術講演会、4a-CF-2、 27 回電子材料シンポジウム、B-5、伊豆、2008 年 7 中部大学、2008 年 9 月. 月.

143 [95] 竹田裕，山本豊二，池澤健夫，河田道人，高木信一， 羽根正巳, 「サブ 100nm メタル・ソース/ドレイン Ge-pMOSFET におけるソースからチャネルへのキ ャリア注入特性の影響」, 応用物理学会シリコンテ クノロジ分科会第 102 回研究集会, 大阪国際会議場, 2008 年 6 月 20 日 [96] 高木信一, “先端 CMOS のためのデバイス性能向上 技術」, SEMI Forum Japan 2008, テクニカルセミナ ー「フロントエンドプロセスセミナー－32nm ノー ドデバイスに向けた、最先端フロントエンドプロセ ス－」, p. 1-26, 大阪国際会議場, 2008 年 6 月 19-20 日 [97] 高木信一, 「［チュートリアル講演］高性能 CMOS のための高移動度チャネル技術の現状と展望」, 電 子情報通信学会シリコン材料・デバイス（SDM）研 究会, ゲート絶縁膜、容量膜、機能膜およびメモリ 技術, SDM2008-42~57, 信学技報 vol. 108, No. 80, p. 1-6 (応用物理学会、シリコンテクノロジ分科会、第 101 回研究集会「ゲートスタック構造の新展開：高 移動度チャネル技術を中心に）」, p. 2-7）, 東京大学 駒場リサーチキャンパス, 2008.年 6 月 9 日. [98] 高木信一、「チャネルエンジニアリングによる高性 能 CMOS デバイス技術」, VDEC デザイナーズ・フ ォーラム 2008, 武田ホール, 2008 年 6 月 6 日.

144 田中研究室 to magnetic-field sensors and magnetic random access Masaaki Tanaka Laboratory memory (MRAM). Furthermore, we proposed and analyzed (http://www.cryst.t.u-tokyo.ac.jp) a new class of silicon-MOS based spin transistors (Spin MOSFET) and their application to ultrahigh density (http://www.cryst.t.u-tokyo.ac.jp/index.en.html) nonvolatile memory and reconfigurable logic devices. We are investigating device processes for realizing Si-based spin 研究現況 devices including spin MOSFETs, spin injection and transport in Si-MOS channels, and spin detection. Current Research Projects

2. III-V 族ベースの強磁性半導体および その超 1. 強磁性金属/半導体ヘテロ構造とスピントラ 薄膜・量子ヘテロ構造 ンジスタの研究 田中雅明・大矢忍・アーサンナズムル・ 田中雅明・中根了昌・國谷瞬・佐藤彰一・菅原聡 横山正史・宗田伊理也 Ferromagnetic Metal / Semiconductor III-V Based Ferromagnetic Semiconductors Heterostructures and Spin Transistors (GaMn)As, (InGaMn)As, Mn-delta-doped GaAs, M. TANAKA, R. NAKANE, S. KOKUTANI, S. and their Ultrathin Quantum Heterostructures SATO, and S. SUGAHARA M. TANAKA, S. OHYA, A.M. NAZMUL, M. Si や GaAs 半導体基板上に高品質単結晶の強磁性薄膜 YOKOYAMA, I. MUNETA を成長させることができれば、半導体エレクトロニクス 比較的低温（200 ｰ 300℃）で強い非平衡成長条件下で と磁性材料の機能（不揮発性メモリや光学的非相反性な MBE 成長を行うことにより、GaAs 中に固溶限界を越え ど）を融合させた新しい物質科学や応用技術、またはス た Mn 原子をドーピングさせ、新しい希薄磁性半導体 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 (Ga1-xMnx)As を作製した。GaMnAs は Mn 組成 x が 8％未 性がある。我々はこの分野で 90 年代初めから先駆的研究 満で均一な混晶となり、p 型の伝導を示した。低温にお を進めているが、本研究では、六方晶の結晶構造を持つ いて磁化および磁気輸送測定により、強磁性秩序を持つ 強磁性金属 MnAs 薄膜を、分子線エピタキシー(MBE)法 ことを見いだした。III-V 化合物半導体と強磁性体の性質 を用いて半導体(Si, GaAs)基板上にエピタキシャル成長 を併せ持つ新しい物質であり、スピンとキャリアの相互 させることに成功した。また、MnAs/III-V 作用を調べる上で極めて興味深い対象である。また、強 (GaAs,AlAs)/MnAs から成る３層の強磁性／半導体多層 磁性(GaMnAs)/非磁性(AlAs)半導体超格子の作製に成功 ヘテロ構造の形成に成功し、良好な品質を保ったエピタ しその大きな磁気光学効果や量子準位の形成を確認した。 キシャルヘテロ構造を得た。磁気センサや固体磁気ラン さらに最近では、新しい４元混晶磁性半導体(InGaMn)As ダムアクセスメモリ の基本原理となるスピンバ (MRAM) を作製し、低温（強磁性転移温度 TC は約 130K）強磁性 ルブ効果による磁気抵抗効果、および最近では大きなト が発現すること、格子定数やバンドギャップが変えられ ンネル磁気抵抗効果の観測に成功した。さらに、スピン ること、光通信用デバイスと整合性の良い InP 基板上に 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 格子整合できることなどを明らかにした。さらに Mn-デ ントランジスタ（Spin MOSFET）を提案し、そのデバイ ルタドーピングと選択ドーピング構造により、III-V 族化 ス物理の解析、高密度不揮発性メモリおよび再構成可能 合物半導体では最高の強磁性転移温度 TC=172 K- 250 K な論理回路の設計を行った。シリコンベースのスピンデ を観測した。さらに、最近では Mn-delta-doped GaAs / バイスの実現に向けてデバイスプロセスと Spin p-AlGaAs からなるヘテロ構造の巨大プレーナホール効 MOSFET 作製、Si-MOS チャネルへのスピン注入と伝導、 果を見出し、その磁気異方性を明らかにした。 スピン検出の研究も行っている。 We have successfully grown a new III-V based magnetic It is expected that the feasibility of growing semiconductor (GaMn)As by low-temperature molecular monocrystalline high-quality ferromagnetic thin films on beam epitaxy (LT-MBE), in which strong non-equilibrium semiconductors leads to a new class of materials which growth conditions allow a large amount of Mn atoms to be combines the properties both of semiconductors and of incorporated into the host lattice of GaAs. Ternary alloys of ferromagnets, giving rise to new applications. We have (Ga1-xMnx)As were obtained when the Mn content x was less successfully grown ferromagnetic MnAs films with hexagonal than 0.08, and all of them showed p-type conduction. By NiAs-type crystal structure on Si and GaAs substrates by magnetization and magneto-transport studies on the GaMnAs, MBE. Furthermore, we have successfully grown ferromagnetic order was found at low temperature and the

MnAs/III-V(GaAs,AlAs)/MnAs trilayer structures having Curie temperature TC was 10 - 100 K. This is a new class of good crystalline quality on Si(111) and GaAs (111) substrates, materials having properties both of III-V semiconductors and and have observed the spin-valve effect and tunneling of ferromagnetic materials, providing new opportunities to magnetoresistance (TMR), which can lead to the application study the interaction between carriers and local spins.

145 Furthermore, we have grown magnetic(GaMnAs) / oscillations of the TMR ratio (with varying the AlAs thickness) in GaMnAs/AlAs/InGaAs/AlAs/GaMnAs nonmagnetic(AlAs) semiconductor superlattices (SLs), and double-barrier ferromagnetic tunnel junctions, for the first the SLs are shown to have quantum well states. More time in magnetic semiconductor systems. This is caused by recently, we have successfully grown a new quaternary alloy the appearance of resonant tunneling and TMR effects at the magnetic semiconductor (InGaMn)As, and have found that it same time. Realization of such large spin-dependent tunneling in semiconductor heterostructures, that is spin is ferromagnetic with T ～ 130K. In (InGaMn)As, the C injection from one semiconductor layer to another lattice constant and the bandgap can be changed, and it can be semiconductor layer via tunneling, is an very significant step grown on lattice-matched InP substrates, thus having good towards future spintronics, in which one tries to use the spin compatibility with optical communication devices. More degree of freedom in semiconductor devices. recently, we have realized high TC of 172 － 250 K in Mn-delta-doped GaAs / p-AlGaAs heterostructures, which are 4. グラニュラー強磁性金属(MnAs)／半導体 the highest values ever reported in III-V based materials. (III-V)ハイブリッド構造の形成と磁気光学 Recently, we find out the giant planar Hall effect in 物性、磁気抵抗効果、スピン起電力、および Mn-delta-doped GaAs / p-AlGaAs heterostructures and デバイス応用 clarified the magnetic anisotropy. Such new magnetic 田中雅明・ファムナムハイ・横山正史・大矢忍 quantum heterostructures are very attractive in view of Semiconductor-Based Magneto-Photonic Crystals: fundamental research as well as potential applications to Ferromagnet(MnAs)/III-V Semiconductor Hybrid "spintronics". Multilayer Structures: Fabrication, Magneto-optical , Magnet-resistive Properties, and 3. 強磁性半導体ヘテロ構造を用いたトンネル接 Device Applications 合デバイスと大きなトンネル磁気抵抗効果 M. TANAKA, P-N. HI, M. YOKOYAMA, 田中雅明・大矢忍・ファムナムハイ and S. OHYA Magnetic Tunnel Junctions using Ferromagnetic 低温 MBE 成長した混晶半導体(GaMn)As を 500-800℃ Semiconductor Heterostructures and Large で熱処理すると、強磁性金属 MnAs のクラスター（微粒 Tunneling Magneto-Resistance 子）が析出し、グラニュラー強磁性金属(MnAs)が半導体 M. TANAKA, S. OHYA, and P-N. HI (GaAs)中に埋め込まれた GaAs:MnAs 複合構造が形成さ 低温 MBE 成長により GaMnAs/AlAs/GaMnAs から成る れる。MnAs クラスタの大きさは、数 nm でありアニール 強磁性半導体トンネル接合を作製し、半導体ヘテロ構造 温度によって変えられ、全体としては超常磁性を示す。 では初めてトンネル磁気抵抗効果を観測していた(1998 このような強磁性体/半導体複合構造の形成技術を確立 年)が、最近、構造と磁場の印加方向を最適化することで し、その磁気光学効果を明らかにしつつある。特に最近 70%を越える大きなトンネル磁気抵抗効果(TMR)を明瞭 では、GaAs/AlAs 半導体多層膜から成る分布ブラッグ反 に観測した。Ga Mn As (x=4.0%, 50nm) / AlAs (1.3-2.8nm) 1-x x 射鏡（Distributed Bragg Reflector, DBR）と組み合わせ、 / Ga Mn As (x=3.3%, 50nm)から成る単一障壁強磁性半 1-x x DBR/GaAs:MnAs /DBR 構造をエピタキシャル成長によ 導体トンネル接合に、磁場を面内で[100]方向に印加して って形成し、光を磁性層に局在させることによって、室 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 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 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。 現へ向けて研究を進めている。また、GaAs:MnAs 複合構 また、GaMnAs/AlAs/InGaAs/AlAs/GaMnAs 二重障壁強磁 造において、室温で 600%にも達する大きな正の磁気抵 性トンネル接合において、磁性半導体系では初めて負の 抗効果を見出し、さらなる評価と解明を進めている。さ TMR と AlAs 膜厚に対する TMR 比の振動現象を観察し らに最近では、GaAs:MnAs 微粒子構造を含む強磁性トン た。これは共鳴トンネル効果が と同時に起こった TMR ネル接合を作製し、明瞭なスピン依存トンネル現象を観 ためと考えられる。このようなスピンに依存するトンネ 測した。さらに MnAs 微粒子が閃亜鉛鉱型結晶構造であ 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、半導体ヘテロ接合を用いてこれが明瞭に観測された る場合には、静磁場による起電力の発生と 100,000%にも ことの意義は大きいと考えている。 およぶ巨大な磁気抵抗効果を発見した。静磁場による起 We have observed very large tunneling magnetoresistance 電力の発生は、1831 年に確立したファラデーの電磁誘導 (TMR) in epitaxially grown GaMnAs/AlAs/GaMnAs の法則を、このような強磁性ナノ構造においてはより一 ferromagnetic semiconductor tunnel junctions. Large TMR 般化する必要があることを示すものである［Nature 458, ratios more than 70% were obtained in junctions with a very thin (<1.6 nm) AlAs tunnel barrier when the magnetic field 489 (2009)に掲載］。 was applied along the [100] axis in the film plane. The TMR We have fabricated ferromagnet(MnAs)/III-V was found to rapidly decrease with increasing the barrier semiconductor(GaAs) granular structures, hereafter thickness, which is explained by calculations assuming that o GaAs:MnAs, by annealing (GaMn)As at 500 - 800 C. the parallel wave vector k// of carriers is conserved in tunneling. Recently, we observed negative TMR and During the annealing process, MnAs ferromagnetic clusters

146 with diameters of a few nm were formed in a matrix of GaAs amorphous semiconductor GeMn and self-organized GeMn (or GaMnAs), exhibiting a superparamagnetic behavior. We nanocolumns. Also, we have successfully grown a new have established the fabrication process and have measured ferromagnetic semiconductor GeFe and clarified its magneto-optic properties. Furthermore, we have fabricated microscopic structure and magneto-optical properties.

GaAs:MnAs sandwiched by GaAs/AlAs distributed Bragg Recently, we have successfully fabricated ferromagnetic Fe3Si Reflectors (DBRs), and have showed significant enhancement on silicon-on-insulator (SOI) substrates, and developed spin of magneto-optical effect by using multiple interference and MOS devices 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)].

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・菅原聡・中根了昌・周藤悠介・ 矢田慎介・遠藤裕幸・國谷瞬 Group-IV-based Spintronics Materials and Device Processes M. TANAKA, S. SUGAHARA, R. NAKANE, K. SUGIURA, Y. SHUTO, S. YADA, H. ENDO, and S. KOKUTANI 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

147 論文・著書一覧（2008 年度） force and huge magnetoresistance in magnetic tunnel Publications List junctions"、Nature 458, pp.489-492 (2009).

研究論文 総説論文、解説論文、編著 [1] A.M. Nazmul, H.T. Lin, S.N. Tran, S. Ohya, and M. [11] M. Tanaka, M. Yokoyama, P-N. Hai, and S. Ohya Tanaka, "Planar Hall effect and uniaxial in-plane "Properties and functionalities of MnAs/III-V hybrid and magnetic anisotropy in a Mn delta-doped composite structures", in Spintronics, Semiconductors GaAs/p-AlGaAs heterostructure", Phys. Rev. B77, and Semimetals, Vol. 82, edited by T. Dietl, D. D. pp.155203/1-8 (2008). Awschalom, M. Kaminska, and H. Ohno (Academic [2] A.M. Nazmul, H.T. Lin, S.N. Tran, S. Ohya, and M. Press, New York, November 2008). 500 pages, Tanaka, "Planar Hall effect and uniaxial in-plane ISBN-13: 978-0-08-044956-2, ISBN-10: magnetic anisotropy in a Mn delta-doped 0-08-044956-5. GaAs/p-AlGaAs heterostructure", Virtual Journal of [12] 田中雅明 「半導体におけるスピン生成 －半導体 Nanoscale Science & Technology, Volume 17, Issue 15, スピントロニクスの最近の進展－」応用物理 78 巻 April 14, 2008. 第 3 号, pp.205-216 (2009): Masaaki Tanaka "Creating http://scitation.aip.org/dbt/dbt.jsp?KEY=VIRT01&Volu spins in semiconductors - Recent progress of me=CURVOL&Issue=CURISS semiconductor spintronics", Oyo Buturi Vol.78, No.3, [3] Y. Takeda, M. Kobayashi, T. Okane, T. Ohkochi, J. pp.205-216 (2009). Okamoto, Y. Saitoh, K. Kobayashi, H. Yamagami, A. [13] 田中雅明 "スピンを生かした新しいエレクトロニ Fujimori, A. Tanaka, J. Okabayashi, M. Oshima, S. クスの開拓"、かわさきサイエンス＆テクノロジー Ohya, P.N. Hai, M. Tanaka, "Nature of magnetic フォーラム 2008 講演録 pp.31-36, pp.169-178、か coupling between Mn ions in as-grown Ga1-xMnxAs ながわサイエンスパーク、2008 年 11 月 12 日-13 日、 studied by x-ray magnetic circular dichroism", Phys. 2009 年 3 月発行. Rev. Lett. 100, 247202 (2008). [14] 田中雅明「スピントロニクス関連半導体材料」物質 [4] Pham Nam Hai, Yusuke Sakata, Masafumi Yokoyama, 材料分野俯瞰ワークショップ報告書、科学技術振興 Shinobu Ohya, and Masaaki Tanaka, "Spin valve effect 機構研究開発戦略センター 2008 年 12 月発行. by ballistic transport in ferromagnetic metal(MnAs) / semiconductor (GaAs) hybrid heterostructures", Phys. 国際会議論文 Rev. B 77, 214435/1-6 (2008). [15] Y. Shuto, M. Tanaka, and S. Sugahara, "Epitaxial growth [5] M. Yokoyama, S. Ohya, and M. Tanaka, "Magnetic and characterization of Germanium-based ferromagnetic Anisotropy of Ferromagnetic Semiconductor semiconductor thin films for silicon spintronics", 4th [(InyGa1-y)1-xMnx]As Thin Films", physica status solidi International Nanotechnology Conference on (c) 5, pp.2901-2903 (2008). Communication and Cooperation, Tokyo, April 14-17, [6] A. M. Nazmul, H. T. Lin, S. Ohya, and M. Tanaka, 2008. "Planar Hall Effect and Magnetic Anisotropy in a Mn [16] Kh. Khazen, M. Cubukcu, H.J.von Bardeleben, J.L. delta-doped GaAs/p-AlGaAs Heterostructure", IEEJ Cantin, S. Ohya, K. Ohno, and M. Tanaka, "FMR Transactions on Electrical and Electronic Engineering, 3, Studies of Ga1-xMnxAs Thin Layers with x>0.1", IEEE pp.394-398 (2008). International Magnetics Conference (INTERMAG 2008), [7] Y. Shuto, M. Tanaka, and S. Sugahara, "Epitaxial growth Madrid, Spain, May 4-8, 2008. of ferromagnetic semiconductor Ge1-xFex thin films on [17] M. Tanaka (invited), "Materials and Devices for Si(001) substrates", Jpn. J. Appl. Phys. 47, pp.7108-7112 Semiconductor Spintronics", 4th Asian Conference of (2008). Crystal Growth and Crystal Technology (CGCT-4), [8] S. Yada, M. Tanaka,and S. Sugahara, "Magneto-optical Sendai, May 21-23, 2008. and magneto-transport properties of amorphous [18] M. Tanaka (invited), "Recent Progress in Materials and ferromagnetic semiconductor Ge1-xMnx thin films", Appl. Devices for Semiconductor Spintronics", 9TH Phys. Lett. 93,193108/1-3 (2008). International Workshop on Expert Evaluation & Control [9] M. Yokoyama, S. Ohya, and M. Tanaka, "Strong of Compound Semiconductor Materials & Technologies In-plane Uniaxial Magnetic Anisotropy of (EXMATEC 2008), Lodz, Poland, 1st-4th June 2008. [(InyGa1-y)1-xMnx]As Characterized by Planar Hall Effect", Jpn. J. Appl. Phys. 48, 023001/1-4 (2009). [19] R. Nakane, T. Harada, K. Sugiura, S. Sugahara, and M. [10] Pham Nam Hai, Shinobu Ohya, Masaaki Tanaka, Tanaka, "Magnetoresistance in MOSFETs with Stewart E. Barnes, Sadamichi Maekawa, "Electromotive ferromagnetic MnAs source and drain contacts: Spin

148 injection and transport in Si MOS channels", 66th "High-temperature ferromagnetism in highly Mn doped Device Research Conference, University of California at [(InyGa1-y)1-xMnx]As (x=0.20-0.40) with Santa Barbara, June 23-25, 2008. inhomogeneous Mn distribution", 53rd Magnetism and [20] S. Ohya and M. Tanaka, "Spintronics: Ferromagnetic Magnetic Materials Conference, Austin, November Semiconductor Heterostructures", LMU/MUT-UT 10-14, 2008. Global COE International Workshop, Munchen, [30] M. Tanaka, P-N. Hai, and S. Ohya (invited), "Huge Germany, July 10-11, 2008. magnetoresistance and electromotive force in [21] Pham Nam Hai, ByungHo Yu, S. Ohya,and M. Tanaka, Zinc-Blende MnAs nanoparticles / III-V semiconductor "Huge Magnetoresistance (~100,000%) in hybrid structures", 13th Advanced Heterostructures and Semiconductor based Magnetic Tunneling Junctions Nanostructures Workshop(AHNW 2008) - Workshop on with Zinc-blende MnAs Nanoparticles", LMU/MUT-UT Innovative Nanoscale Devices and Systems - Hapuna Global COE International Workshop, Munchen, Beach Prince Hotel, Hawaii December 7-12, 2008. Germany, July 10-11, 2008. [31] S. Ohya, P-N. Hai, and M. Tanaka (invited), "III-V- [22] S. Yada, S. Sugahara and M. Tanaka, "Magnetic and Semiconductor-Based Ferromagnetic Heterostructures", structural properties of Mn doped Ge thin films", Asian Magnetics Conference 2008, Busan, Korea, LMU/MUT-UT Global COE International Workshop, December 10-13, 2008. Munchen, Germany, July 10-11, 2008. [32] S. Ohya and M. Tanaka, "Ferromagnetic semiconductors [23] M. Tanaka (Keynote presentation, invited), "Spin and heterostructures", JSPS-Argonne National Lab Joint dependent transport in III-V magnetic heterostructures", Workshop on Nanotechnology, Argonne National Spintronics 2008, Spin Sensing and Devices, SPIE Laboratory, USA, March 6-7, 2009. Optics & Photonics Symposium, San Diego, August [33] Ahsan M. Nazmul, Sanjukta Ghosh, and Masaaki 10-14, 2008. Tanaka, "Strong Magnetic Circular Dichroism in Mn [24] Pham Nam Hai, ByungHo Yu, S. Ohya,and M. Tanaka, Delta-doped GaAs", American Physical Society March "Huge Magnetoresistance Effect in Semiconductor Meeting 2009, paper No.T22.00007, Pittsburg, March based Nanostructures with Zinc-blende MnAs 16-20,2009. Nanoparticles", International Conference on Solid State Devices and Materials (SSDM 2008), Tsukuba, Sept シンポジウム・研究会・国内学会等発表 24-26, 2008. [34] 中根了昌、原田智之、田中雅明、菅原聡、"強磁性 [25] Shinsuke Yada, Satoshi Sugahara, and Masaaki Tanaka, 金族 MnAs をソース/ドレインに用いたスピン Formation and Characterization of Self-Organized MOSFET の作製とデバイス特性"、NEDO ナノテク Ferromagnetic Nanostructures in Epitaxially Grown プロジェクト第三回研究会、東京大学本郷キャンパ Mn-Doped Ge Thin Films, International Conference on ス、2008 年 5 月 15 日． Solid State Devices and Materials (SSDM 2008), [35] 菅原聡，高村陽太，中根了昌，田中雅明、"強磁性 Tsukuba, Sept 24-26, 2008. 体 /MgO/ ｐｎ接合複合構造ソース/ ドレイン [26] Yusuke Shuto, Masaaki Tanaka, and Satoshi Sugahara, MOSFET の開発"、NEDO ナノテクプロジェクト第 "Germanium-based ferromagnetic semiconductor 三回研究会、東京大学本郷キャンパス、2008 年 5 Ge1-xFex for silicon spintronics", Pacific Rim Meeting 月 15 日． on Electrochemical and Solid-State Science, Honolulu, [36] 田中雅明、"スピントロニクス～電子のスピン自由 October 12-17, 2008. 度を用いたエレクトロニクス材料とデバイス"、環 [27] M. Tanaka, "Materials and devices for semiconductor 境・エネルギー材料研究展 先端研究展示、東京ビ spintronics", Shanghai Jiao Tong University - University ッグサイト、2008 年 5 月 30 日. of Tokyo Joint Symposium on Electronics, Information [37] 田中雅明、"磁性半導体ヘテロ構造におけるスピン Technology, and Electrical Engineering, Shanghai, 依存伝導"、日本学術振興会 薄膜第 131 委員会研 October 30-31, 2008. 究会「スピンエレクトロニクス・スピンダイナミク [28] P. N. Hai, B.H. Yu, S. Ohya, M. Tanaka, S.E. Barnes, スの最前線」、釧路、2008 年 6 月 26 日-27 日. and S. Maekawa, "Spin-dependent transport in [38] 田中雅明、"スピントロニクスから見たナノ領域の Zinc-Blende MnAs nanoparticles / GaAs semiconductor 光と電子"、ナノフォトニクス総合的展開シンポジ hybrid structures", 53rd Magnetism and Magnetic ウム、東京大学本郷キャンパス武田ホール、2008 Materials Conference, Austin, November 10-14, 2008. 年 7 月 2 日． [29] M. Yokoyama, S. Ohya, and M. Tanaka, [39] 田中雅明、ファムナムハイ、大矢忍、中根了昌、A.M.

149 ナズムル、矢田慎介、原田智之、遠藤裕幸、"スピ 岡林潤, 尾嶋正治, 大矢忍, ファムナムハイ, 田中 ン偏極電流制御デバイスとその材料物性の研究"、 雅明、"Ga1-xMnxAs の内殻吸収磁気円二色性による 特定領域研究「スピン流」成果報告会、京都大学 芝 磁気的相互作用の研究"、日本物理学会 2008 年秋季 蘭会館、2008 年 7 月 22 日ｰ 24 日． 大会、岩手大学、2008 年 9 月 20 日-23 日、21aYK-2. ; [40] 中根了昌、原田智之、杉浦邦晃、菅原聡、田中雅明、 Y. Takeda, M. Kobayashi, T. Okane, T. Ohkochi, J. "強磁性 MnAs を用いたスピン MOSFET のスピン依 Okamoto, Y. Saitoh, K. KobayashiD,H. Yamagami, A. 存伝導特性"、特定領域研究「スピン流」成果報告 Fujimori, A. Tanaka, J. Okabayashi, M. Oshima, S. 会、京都大学 芝蘭会館、2008 年 7 月 22 日ｰ 24 日． Ohya, P. N. Hai, M. Tanaka, "Nature of magnetic [41] 田中雅明、"スピントロニクス関連半導体材料"、物 coupling between Mn ions in as-grown Ga1-xMnxAs 質材料分野俯瞰ワークショップ、科学技術振興機構 studied by x-ray magnetic circular dichroism", 2008 Fall 研究開発戦略センター、2008 年 7 月 25-26 日． Meeting of the Japan Physical Society, Iwate University, September 20-23, 2008, paper No. 21aYK-2. [42] 田中雅明、"半導体スピンエレクトロニクスの現状 中根了昌、原田智之、杉浦邦晃、菅原聡、田中雅明、 と展望"、平成 20 年度 飯綱・サイエンス・サマー [47] シリコン 反転層へのスピン注入とスピン 道場 - 進化・発展するナノエレクトロニクス。そ " MOS への応用 、 ナノテクプロジェクト の本命は？ -、長野県飯綱高原、2008 年 8 月 16 日 MOSFET " NEDO 第 回研究会、東京大学本郷キャンパス、 年 -18 日． 4 2008 10 月 14 日． [43] 中根了昌、原田智之、杉浦邦晃、菅原聡、田中雅明、 菅原聡、橋詰研志、高村陽太、中根了昌、田中雅明、 "シリコン MOS 反転層へのスピン注入とスピン [48] 強磁性体 ｐｎ複合構造ソース ドレイン MOSFET への応用"、2008 年（平成 20 年）秋季第 " /MgO/ / の評価 、 ナノテクプロジェクト第 69 回応用物理学会学術講演会, 「半導体へのスピン MOSFET " NEDO 注入とデバイス応用への展望」シンポジウム、 4 回研究会、東京大学本郷キャンパス、2008 年 10 月 日． 3p-CA-3, 中部大学、2008 年 9 月 2 日 - 5 日; R. 14 Nakane, T. Harada, K. Sugiura, S. Sugahara, and M. [49] 田中雅明、"スピンを生かした新しいエレクトロニ Tanaka, "Spin injection into a silicon MOS inversion クスの開拓"、かわさき サイエンス＆テクノロジー layer and its application to spin MOSFETs", 69th Fall フォーラム 2008、かながわサイエンスパーク、2008 Meeting of the Japan Society of Applied Physics, 年 11 月 12 日-13 日． Symposium on Spin Injection into Semiconductors and [50] 田中雅明、"半導体スピントロニクス ～材料とデバ Prospects for Device Applications, 3p-CA-3, Chubu イス研究の現状と展望～"、物性科学領域横断研究 University, September 2-5, 2008. 会「スピンが拓く物性科学の最前線」、東京大学本 [44] ファム ナム ハイ、大矢忍、田中雅明、"MnAs 強磁 郷キャンパス武田ホール、2008 年 11 月 29 日-12 月 性微粒子を用いた単電子スピントラジスタにおけ 1 日． る TMR 振動とスピン蓄積"、2008 年（平成 20 年） [51] ファム ナム ハイ、大矢忍、田中雅明、"閃亜鉛鉱 秋季第 69 回応用物理学会学術講演会, 5p-R-5, 中部 型 MnAs ナノスケール微粒子を含むトンネル接合に 大学、2008 年 9 月 2 日-5 日；Pham Nam Hai, Shinobu おける巨大な磁気抵抗と起電力効果"、物性科学領 Ohya, and Masaaki Tanaka, "TMR oscillation and spin 域横断研究会「スピンが拓く物性科学の最前線」、 accumulation in ingle-electron spin transistor with a 東京大学本郷キャンパス武田ホール、2008 年 11 月 ferromagnetic MnAs nanoparticle", 69th Fall Meeting of 29 日-12 月 1 日． the Japan Society of Applied Physics, 5p-R-5, Chubu [52] 矢田慎介、菅原聡、田中雅明、"IV 族磁性半導体 GeMn University, September 2-5, 2008. の作製とその物性"、物性科学領域横断研究会「ス [45] 横山 正史、大矢忍、田中 雅明、"高濃度 Mn 組成 ピンが拓く物性科学の最前線」、東京大学本郷キャ (x = 0.40)を有する[(InyGa1-y)1-xMnx]As の成長、磁 ンパス武田ホール、2008 年 11 月 29 日-12 月 1 日． 気輸送特性、電界効果"、2008 年（平成 20 年）秋季 [53] 遠藤裕幸、周藤悠介、菅原聡、田中雅明、"IV 族強 第 69 回応用物理学会学術講演会, 4p-Q-4, 中部大学、 磁性半導体 Ge1-xFex の物性"、物性科学領域横断研 2008 年 9 月 2 日-5 日；Masafumi Yokoyama,Shinobu 究会「スピンが拓く物性科学の最前線」、東京大学 Ohya,and Masaaki Tanaka, "Growth, magneto-transport, 本郷キャンパス武田ホール、2008 年 11 月 29 日-12 and gate-electric-field effect of [(InyGa1-y)1-xMnx]As 月 1 日． with high Mn content", 69th Fall Meeting of the Japan [54] 田中雅明、"半導体スピントロニクス材料"、金属学 Society of Applied Physics, 4p-Q-4, Chubu University, 会第３分科会シンポジウム「スピントロニクス・ナ September 2-5, 2008. ノ磁性材料の進展と将来展望」、東北大学金属材料 [46] 竹田幸治, 小林正起, 岡根哲夫, 大河内拓雄, 岡本 研究所、2009 年 1 月 6 日. 淳, 斎藤祐児, 小林啓介, 山上浩志, 藤森淳, 田中新,

150 [55] 田中雅明、中根了昌、大矢忍、A.M. ﾅｽﾞﾑﾙ、ﾌｧﾑﾅﾑ [64] 横山正史、大矢忍、田中雅明、"スピノーダル分解 ﾊｲ、矢田慎介、遠藤裕幸、"スピン偏極電流制御デ を導入した[(InyGa1-y)1-xMnx]As の強磁性転移温 バイスと材料物性の研究"、特定領域研究「スピン 度の向上"、第 56 回応用物理学関係連合講演会 流の創出と制御」平成 20 年度研究成果報告会、東 30a-Q-7、筑波大学、2009 年 3 月 30 日-4 月 2 日； 北大学金属材料研究所、2009 年 1 月 7 日－8 日. Masafumi Yokoyama, Shinobu Ohya,and Masaaki [56] ファムナムハイ、大矢忍、田中雅明、"閃亜鉛鉱型 Tanaka, "Enhancement of the Curie temperature of MnAs ナノスケール微粒子を含むトンネル接合：巨 [(InyGa1-y)1-xMnx]As using spinodal decomposition", 大な磁気抵抗と静磁場による起電力効果"、特定領 56th Spring Meeting of the Japan Society of Applied 域研究「スピン流の創出と制御」平成 20 年度研究 Physics,30a-Q-7, Tsukuba University, March 30-April 2, 成果報告会、東北大学金属材料研究所、2009 年 1 2009. 月 7 日－8 日. [65] ファムナムハイ、王哲、田中雅明、"強磁性半導体 [57] 矢田慎介、田中雅明、"Mn ドープ Ge 薄膜における における相分離ダイアグラムの測定"、第 56 回応用 強磁性ナノカラム構造の形成及びその評価"、特定 物理学関係連合講演会 30a-Q-8、筑波大学、2009 年 領域研究「スピン流の創出と制御」平成 20 年度研 3 月 30 日-4 月 2 日；Pham Nam Hai,Zhe Wang,and 究成果報告会、東北大学金属材料研究所、2009 年 1 Masaaki Tanaka, "Phase Decomposition Diagram of 月 7 日－8 日. Ferromagnetic Semiconductor", 56th Spring Meeting of [58] 田中雅明、"高機能半導体スピンデバイスのための the Japan Society of Applied Physics, 30a-Q-8,Tsukuba 基盤技術の開発"、文部科学省「次世代ＩＴ基盤構 University, March 30-April 2, 2009. 築のための研究開発」「高機能・超低消費電力スピ 特許、受賞、報道、記事、その他 ンデバイス・ストレージ基盤技術の開発」、平成 20 年度研究成果報告会 乃木坂・健保会館、2009 年 1 [66] 保立和夫、田中雅明、グローバル COE プログラム 月 15 日. 「セキュアライフ・エレクトロニクス」、東洋大学 電気系同窓会コラム [59] 田中雅明、"本グローバル COE プログラムにおける 研究成果と人材育成"、東京大学グローバル COE「セ http://todaidenki.jp/articles/faculty/080526TanakaMasaa キュアライフ・エレクトロニクス」シンポジウム、 ki.html 2009 年 1 月 20 日-21 日、東京大学本郷キャンパス武 [67] ファムナムハイ、大矢忍、田中雅明、Stewart E. Barnes、 田ホール. 前川禎通、“磁気-電気のエネルギー変換装置、起電 力発生装置、および磁気センサー装置”、 特許 [60] Ahsan M. Nazmul, Shinobu Ohya, and Masaaki Tanaka, PCT 仮出願（出願番号 ） 年 月 日． "Planar Hall Effect and Magnetic Anisotropy in a Mn 61/158128 2009 3 7 delta-doped GaAs/p-AlGaAs Heterostructure", 東京大 [68] 読売新聞 2009 年 3 月 9 日夕刊 近くに磁石置くだ 学グローバル COE「セキュアライフ・エレクトロニ けで発電 「スピン起電力」実現 東大チーム クス」シンポジウム、2009 年 1 月 20 日-21 日、東京 [69] Yomiuri Online 近くに磁石置くだけで発電「スピ 大学本郷キャンパス武田ホール． ン起電力」…東大チーム、 [61] Shinsuke Yada,Satoshi Sugahara,Masaaki Tanaka, http://www.yomiuri.co.jp/science/news/20090309-OYT "Magneto-optical and magneto-transport properties of 1T00706.htm amorphous ferromagnetic semiconductor Ge1-xMnx [70] 日刊工業新聞 2009 年 3 月 9 日 「スピン起電力」 thin films", 東京大学グローバル COE「セキュアライ 実証 東北大、東大 トンネル実験で フ・エレクトロニクス」シンポジウム、2009 年 1 [71] 化学工業日報 2009 年 3 月 9 日 「スピン起電力」 月 20 日-21 日、東京大学本郷キャンパス武田ホール. 効果を初観測 東大など [62] 斉藤好昭、猪俣浩一郎、菅原聡、田中雅明、"高ス [72] 東京大学 学術情報 2009 年 3 月 12 日、電気・磁 ピン偏極率材料を用いたスピン MOSFET の研究開 気変換の新原理「スピン起電力」の実現に成功－ナ 発"、Nanotech 2009 国際ナノテクノロジー総合展・ ノデバイスにおける新しい電磁気学と「超」巨大磁 技術会議、東京ビッグサイト、2009 年 2 月 18 日-20 気抵抗効果の発見－ 日． http://www.u-tokyo.ac.jp/public/pdf/210309.pdf [63] ファムナムハイ、大矢忍、田中雅明、"Spin-Dependent [73] 東北大学プレスリリース 2009 年 3 月 9 日、電気・ Transport in Semiconductor Heterostructures with MnAs 磁気変換の新原理「スピン起電力」の実現に成功－ Nanoparticles（MnAs 強磁性微粒子を含む半導体ヘテ ナノデバイスによる新しい電磁気学と「超」巨大磁 ロ構造におけるスピン依存輸送現象）"、固体エレ 気抵抗効果－、 クトロニクス・オプトエレクトロニクス研究会、東 http://www.tohoku.ac.jp/japanese/press_release/pdf2009 京大学本郷キャンパス工学部２号館講堂、2009 年 3 /20090309.pdf 月 9 日.

151 [74] 日経プレスリリース 2009 年 3 月 9 日、電気・磁気 変換の新原理「スピン起電力」の実現に成功－ナノ デバイスによる新しい電磁気学と「超」巨大磁気抵 抗効果－ http://release.nikkei.co.jp/attach_file/0214444_01.pdf [75] 2009.3.17 ナノテクジャパンからのお知らせ、「電 気・磁気変換の新原理“スピン起電力”の実現に成 功」―ナノデバイスにおける新しい電磁気学と「超」 巨大磁気抵抗効果の発見― http://nanonet.mext.go.jp/modules/news/article.php?a_id =537 [76] 日本経済新聞 2009 年 3 月 23 日、静磁場で電気流 れる新材料 東大・東北大など [77] Nature vol.458 (7237), (Mar 2009) Highlights: 物性: スピン起電力 電子が回路を流れるとき、力が電荷 に作用して電子のエネルギーを増大させる。これが 起電力で、ファラデーの電磁誘導の法則によると、 静磁場では起電力は発生しない。しかし、電子のス ピンに作用する別の力が存在するため、静磁場中で あっても、スピンのみに起因する起電力が生じる可 能性が出てきた。P N Hai たちは今回、ナノスケー ルの磁性粒子を含む磁気トンネル接合を用いて、そ のような効果を実現した。これらの構造体で起こっ た磁気エネルギーから電気エネルギーへの変換に よって、100,000％という実用的な大きさの磁気抵抗 応答が生じており、これが「スピン電池」の基礎と なる可能性もある。 Letters to Nature p.489 http://www.natureasia.com/japan/nature/updates/index.p hp?id=71499&issue=7237 [78] 東京大学総長賞、総長特別賞、ファムナムハイ（電 子工学専攻田中研究室） 2009 年 3 月 23 日、小柴 ホールにて総長賞授賞式． [79] 東京大学工学系研究科長賞・最優秀賞 ファムナム ハイ（電子工学専攻田中研究室） 2009 年 3 月 23 日、博士論文「Spin dependent transport phenomena in III-V semiconductor heterostructures with ferromagnetic MnAs nano-scale particles（ナノスケール強磁性 MnAs 微粒子を含む III-V 半導体へテロ構造におけるスピ ン依存伝導現象の研究）」 [80] 東京大学電気系学科優秀卒業論文賞 王哲（田中研 究室） 2009 年 3 月 24 日、卒業論文「閃亜鉛鉱型 MnAs 微粒子を含む半導体へテロ構造における起電 力現象の観測」．

152 田畑研究室 子状態、さらに結晶成長素過程に関する研究を通じて、 TABATA Laboratory 種々のナノ構造制御による新機能を探求する意義は高い。 (http://www.bioxide.t.u-tokyo.ac.jp/index.htm そこで本研究では、ZnO の非極性に注目し、結晶表面解 l) 析からナノ構造体の自己形成、及びそこから発現する機 能を検討した。成長させた表面は、ナノスケールの均一 研究現況 な細線構造が自己形成された。そのナノ細線構造を活か Current Research Projects した量子サイズ空間の構築は、１次元的な電子輸送及び 1. 機能融合型マルチフェロイックデバイス 偏光性の観測に至った。 田畑 仁・関 宗俊 Self-organization of nnaostructure based on oxides and Fusion ferrotronics with new multiferroic materials A solid surface is formed as various fields of adsorption H. TABATA, M. SEKI phenomena of molecules and atoms included a crystal growth 電気双極子秩序（強誘電性：ferro-electric)とスピン of films and nanostructures. Physical, chemical and structural 秩序(強磁性：ferro-magnetic)を併せ持つマルチフェロ properties on a solid surface are strongly dependent on an イック物質は、メモリデバイスの記録密度を飛躍的に向 orientation and a polarity of a crystal. In future, 上させるだけでなく、スピン-電気双極子相互作用による nanostructures and nano-electronics incorporated a 新物性発現の可能性を有しており、基礎・応用の両面か fundamental process of a crystal growth is indispensable for ら注目され、活発に研究が行われています。しかしなが investigating a high functionality. In this work, we focused on ら、このような特性を示す化合物の数は限られており、 nonpolarity in ZnO and examined a self-organization of またその殆どが低温でしか磁気秩序を発現しないという nanostructures and its functionalities. The grown surfaces 問題がありました。我々は、室温より遥かに高い磁性転 were composed of a homogeneous wire structure at 移温度を有するガーネット型フェライト薄膜に着目し、 nano-scale. A construction of quantum size space under the 基板-薄膜間の格子不整合による歪効果を積極的に利用 underlying wire structures appeared one-dimensional electron して、室温でマルチフェロイック特性を示す物質の作製 transport and polarized character of excitonic emissions. From に初めて成功しました。この物質系を利用して、低消費 the above research, we are aiming at self-organization of 電力で高速動作が可能な量子演算素子の開発を行ってい nanostructures based on oxide materials and its functionality ます。 for various fields. Magnetoelectric (ME) multiferroic materials, which simultaneously exhibit magnetic and dipolar electrical 3. バイオセンシングの為のテラヘルツ技術開発 ordering, have garnered significant scientific and 田畑 仁、宇野 毅 technological interest because of their potential for use in Terahertz spectroscopic technology for bio sensing novel multifunctional devices. Recently, multiferroic H. TABATA, T. UNO properties have been reported in several kinds of oxide テラヘルツ時間領域分光装置を用い、生体関連分子の materials. These materials exhibit ferroelectric properties with 分光・イメージングを行っています。テラヘルツとは、 a Currie temperature more than 500 K, while the magnetic 0.3 から 10THz の周波数を持つ光です。1THz は波長で表 transition temperature is considerably lower than room すと約 300μm であり、他の物理量でその周波数を換算 temperature. We have succeeded for the first time in すると、1THz(周波数)=33.3cm-1(波数）=4.2meV(エネル fabricating the lutetium garnet ferrite thin films with ギー)=48K(絶対温度)となります。電波と光波の間、すな remarkable multiferroic properties observed at room わちミリ波と赤外線の間に位置し、電波と光波の両方の temperature. The misfit between the lattice parameters of the 性質を兼ね備えた特殊な光/電磁波です。マクロ波帯や準 film and substrate is utilized to break the inversion symmetry ミリ波帯電磁波に比べ一桁以上の高周波数であるため、 of the cubic garnet structure and induce ferroelectricity in 高空間分解能を有し、また赤外線や可視光に比べると波 the films. 長が長いため、伝播において塵、煙、炎などによる散乱

が少ないことが特徴となります。また衣服、包装紙、プ 2. 酸化物ナノ構造体の自己形成と新機能創成 ラスチック、木材そして生物試料など様々な物質を透過 田畑 仁・松井 裕章 する事が可能であり、郵便物の非破壊検査から医学分野 Self-organization of nnaostructure based on oxides へと、応用は多岐に亘ります。現在我々はその特徴を活 and generation of their functionality かし、災害環境下での生命体データ取得、食品中の薬物 H. TABATA, H. MATSUI 検出、さらに生体構成分子の水素結合検出など、安心・ 固体表面上は、分子・原子の吸着現象や薄膜やナノ構 安全に向けたテラヘルツ分光技術を開発中。 造体の結晶成長まで含めた結晶成長の場である。表面の We have constructed a terahertz time-domain spectroscopy 物理的、化学的及び結晶学的な性質は、結晶の方位・極 (THz-TDS) system based on a conventional pump-and-probe 性に強く依存する。ナノスケールでの構造体及びその電

153 setup and performed reserach of analytical terahertz 論文・著書一覧（2008 年度） spectroscopy and imaging by THz-TDS. THz waves Publications List (1THz=1012Hz) are in the region of the electromagnetic spectrum between 0.3 terahertz and 3 terahertz, corresponding 研究論文 to the submillimeter wavelength range between 1millmeter [1] M. Kobayashi, Y. Ooki, M. Takizawa, G. S. Song, A. (high-frequency edge of the microwave band) and Fujimori, Y. Takeda, K. Terai, T. Okane, S.-I. Fujimori, Y. 100micrometer (long-wavelength edge of the far-infrared Saitoh, H. Yamagami, M. Seki, T. Kawai, and H. light). THz-TDS has been demonstrated to be a powerful Tabata ：“Photoemission and x-ray absorption studies of analytical tool to study low frequency vibrational modes and valence states in (Ni, Zn, Fe, Ti)3O4 thin films weak molecular interactions such as hydrogen bonds. And the exhibiting photoinduced magnetization，”Appl. Phys. terahertz radiation can pass through a wide variety of Lett. 92, 082502, (2008). materials, such as clothing, paper, plastic, wood, ceramic, and [2] T.Saito, M. Seki, H. Tabata ：“ Self-organized ZnO fragile biological samples with nondestruction, but cannot nano-rod with photo oxidative cell membrane penetrate metal or water. Therefor the spectroscopy in THz perforation enables large scale non-disruptive cell radiation enable us to provide effective and novel information manipulation，”Analytical & Bioanalytical Chemistry, in chemistry and biochemistry. Then we attmpt to detect the 216,2226 (2008). vital existence under some specific circumstances, natural [3] T. Kanki, Y. Hotta, N. Asakawa, M. Seki, H.Tabat and disaste et al., chemical agents such as agricultural chemical, T.Kaw ：“Room-temperature-photoinduced magnetism pesticide residue, and narcotic drug, and molecular and spin-electronic functions of spinel ferrite with a interactions with the use of the unique and characteristic spin-cluster structure,” Appl. Phys. Lett. 92, 1852505 properties of THz radiation. And our goal of this research will (2008). establish the terahertz spectroscopic technologies for bio tech. [4] Z.Y. Xiao, H. Matsui, N. Hasuike, H. Harima and H.

4. “ゆらぎ”バイオトロニクス Tabata : “Systematic examination of excitonic-related 田畑 仁・松井裕章、関 宗俊 transitions in Zn1-xCoxO: An evidence for II-VI Yuragi Biotronics wide-gap semiconductors,” J. Appl. Phys. 103, 043504 H. TABATA, H. MATSUI, M. SEKI (2008). 生命に特有の“ゆらぎ”物性を模倣することで、バイオ [5] Y. Hotta, T. Kanki, N. Asakawa, H. Tabata, and T. に学んだ新しいエレクトロニクス分野（バイオトロニク Kawai: “ Cooperative Dynamics of an Artificial ス）の創成を目指す。制御可能な物性ゆらぎ系として、 Stochastic Resonant System,” Applied Physics Express スピン相や双極子相の拮抗から誘導されるフラストレー 1，088002 (2008). ション系人工格子を創製する。相共存と“ゆらぎ”が引き [6] N. Asakawa, Y. Hotta, T. Kanki, T. Kawai, H. Tabata: 起こす新規物性を活用する事で、柔軟でしなやかなバイ “ A noise-driven attractor switching device ” オ固有の情報処理機能との類縁性に着想したデバイス学 Phys.Rev.E., 79,021902 2(2008). 理を構築するとともに、新しい情報処理に資する機能材 料、デバイスを創製する。 国際会議論文 We have proposed to create new-type electronics [7] H. Tabata, H. Matsui and Z.Xiao, “Fabrication of (Biotronics) which is learned from bio fluctuation. As one Epitaxial ZnCoO Films Towards a Spin-Photonics,” of examples of controllable physical fluctuation system, we Materials Research Society, B8.3 (2008) will fabricate superlattices of spin and dipole frustrated [8] T. Kanki, Y. Hotta, N. Asakawa, M. Seki, E. Ikenaga, H. materials. Based on new physical properties coming form Tabata, H. Tanaka, K.Kobayashi, and T. Kawai: co-existence of competed phases and “Yuragi” (frustration “Magnetic and electric properties of photo-induced system), it will be develped that flexible and adaptable magnet (Al,Ru,Fe)3O4 spinel ferrite thin films,” information system and devices originated from bio-inspired IEEE Nanotechnology Materials and Devices system. And academic discipline of new type devices will be Conference 2008-NMDC2008, P.234, (2008) constructed. [9] M. Kobayashi, ∗ T. Ohkochi, G. S. Song, T. Kataoka, Y. Sakamoto, A. Fujimori, 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,”

154 International Conference on the Physics of 人材育成オフイス主催「ナノ高度学際教育研究訓練 Semiconductors, ICPS 2008, Rio de プログラム」, 田畑 仁：（非常勤講師）,大阪大学 Janeiro,Brazil ,(2008). 中之島センター，May.27,（ 2008）. [10] M. Kobayashi, T. Ohkochi, G. S. Song, T. Kataoka, Y. [19] 田畑 仁：“マルティフェロイク材料の基礎と応用,” Sakamoto, A. Fujimori, Y. Takeda, T. Okane, Y. Saitoh, 第25回 強誘電体応用会議（FMA-25）特別チュート H. Yamagami, H. Yamahara, H. Saeki, T. Kawai, H. リアル講演,京都,May.28-30, （2008）. Tabata: “Electronic band dispersion of the oxide [20] 山原 弘靖, 小出 卓史, 森原 遼, 関 宗俊, 田畑 semiconductor ZnO revealed by soft x-ray 仁：“ガーネット型フェライト薄膜のマルチフェロ angle-resolved photoemission spectroscopy,” 特性, ”第25回 強誘電体応用会議（FMA-25）京 The 29th International Conference on the Physics of 都,May.28-30, （2008）. Semiconductors, ICPS2008 Rio de Janeiro, Brazil, [21] 田畑 仁：“ボトムアップナノテクノロジーによる新 (2008). 規機能性材料開発とエレクトクニスへの展開,”文 科省関連研究会 関東学院大学 金沢八景キャンパ [11] H. Tabata, K. Tsuruta, T. Koide, H. Yamahara, M. Seki: , ス （ ） “Spin and dipole ordering in strained garnet ferrite R Fe , Jun.05, 2008 . O thin films above room temperature,” International [22] H. Tabata, K. Tsuruta, T. Koide, H. Yamahara and M. ：“ Symposium on Integrated Ferroelectrics ISIF2008, Seki, Spin and dipole ordering in strained garnet ，” 6E-522-C, (2008). ferrite R3Fe5O12 International Symposium on Integrated Ferroelectrics (ISIF 2008), Singapore, [12] H Fukumura, N Tonari, N Hasuike, H Harima, K Kisoda, Jun.9-12,( 2008).＜Invited> T Koide, M Seki, and H Tabata: “Raman scattering [23] 田畑 仁：“ナノフォトニクス・・・材料、生命、情 study of multiferroic Ho Fe O thin film,” International 報の接点,” ナノフォトニクス総合的展開シンポジ Conference on Quantum Simulators and Design 2008 ウム 2008，東 大 武田ホール，東京，Jul.2,（ 2008）. (QSD2008), （2008）. ＜依頼講演＞ [13] T. Kanki, T. Kawahara, N. Asakawa , Y. H o t t a , Y. Te ra i , Y. [24] 田畑 仁：“バイオスピントロニクスの研究動向，” Fujiwara, H. Tabata, and T. Kawai: “Epitaxial Growth of 応用物理学会 スピントロニクス研究会主催 Spinel Ferrite Oxide (Al,Ru,Fe) 3O4 on a GaAs(001) 研究会，東京大学（本郷キャンパス），東京，Jul.3, Substrate Using aMgO Buffer Layer,” Mater. Res. Soc. （2008）. Symp. Proc. Vol. 1034 Materials Research Society [25] 田畑 仁：“薄膜・表面評価技術,” 第25回 薄膜ス 1034-K03-41 (2008). クール、日本学術振興会 薄膜第１３１委員会, 仙 台, Jul.9-11, 2008 著書 [26] H. Matsui,T. Uno, M. Seki and H. Tabata：“Nano-Bio & [14] 田畑 仁（分担執筆）：“バイオナノプロセス－溶液 Oxide(BIOxide) Electronics for a Secure Life, ” 中でナノ構造を作るウエット・ナノテクノロジーの Bilateral Workshop on Nanoscale Systems, 薦め、” Introduction to Wet-Nanotechnology: in Garching(Germany) Jul.10-11，（2008）. aqua Organizaion of Nano-Structures 株式会社シ [27] 田畑 仁：“スピン・双極子強結合糸の物質設計と応 ーエムシー出版, 第 27 章 （2008）. 用,” 早稲田大学大学院 特別講演,東京,Aug.4, （2008）. 総説・解説論文 [28] H. Tabata： “High sensitive biosensors based on ZnO [15] 田畑 仁：“ペロブスカイト型構造人工・自然超格子 based nanowires and ion sensitive field effect transistors におけるスピン制御とゆらぎ特性，” (IS-FETs),” SPIE Optics + Photonics Bio-Sensing セラミックス，43，8，622-626，（2008）. Conference, San Diego, USA, Aug.10-14,（2008）. ＜Invited＞ シンポジウム・研究会・大会等発表 [29] 山田 祐樹、宇野 毅、関 宗俊、田畑 仁：“テラヘ [16] 田畑 仁：“ “バイオに学び”、“バイオを学ぶ“ナノ ルツ時間領域分光法による農薬、生体関連物質の測 エレクトロニクス Nano electronics learned from an 定， ” 2008 年（平成 20 年）秋季第 69 回応用物 organism and learn for an organism,” CNBI 定例セ 理学会学術講演会，中部大学、愛知，Sep.， （2008）. ミナー, 東京, May. 21,（2008）. [30] 田畑 仁：“生体ゆらぎに学ぶマルチフェロイック [17] 田畑 仁：“テラヘルツ光によるバイオセンシング,” デバイス，” 2008 年秋季 第６９回応用物理学会学 物性研究所「極限コヒーレント光科学勉強会」千 術講演会，中部大学，愛知，Sep.3,（2008）. 葉,May.22,（2008）. [31] 関 宗俊、小出 卓史、山原 弘靖、三上 正晃、田畑 [18] 田畑 仁：“酸化物ナノエレクトロニクス，”大阪大 仁：“Bi 置換ガーネット型フェライト薄膜における 学ナノサイエンス・ナノテクノロジー研究推進機構 室温巨大電気磁気効果 ，” 2008 年秋季 第６９回

155 応用物理学会学術講演会，中部大学，愛知，Sep.2, [43] H. Matsui and H. Tabata：“ Advance in a- and m- ZnO （2008）. Surface nanowires and mobility anisotropy in quantum [32] H.Tabata：“Nano Bio Technology: present status and systems ，” IEEE-Nanotechnology Materials and future plan in Japan，” CNSI-CNBI Symposium on Devices Conference 2008 (NMDC2008), Kyoto, NanoBioTechnology，at Iron Gate Memorial Hall， Oct.20-22, （2008）. Hongo Campus, The University of Tokyo，September 8 [44] 田畑 仁：“SEM/SPMによる表面・界面評価技術,” - 9, （2008）＜依頼講演＞ （独）日本学術振興会 薄膜第131委員会基礎講座 [33] H. Tabata：“Overview of the Center for NanoBio 「薄膜評価技術」,キャンパス・イノベーションセ Integration ，” UCLA/CNSI － Kyoto/WPI － ンター東京, Oct.24,（2008） Tokyo/CNBI joint meeting，Tokyo ，September 10, [45] 田畑 仁：“食の安全・安心におけるテラヘルツ技術 （2008）. の展望，”日本食品工学会 新技術研究会, 東京海 [34] M. Noguchi, H. Tabata：“Study of Bioensing with 洋大学,東京, Nov. 19,（2008）. Terahertz techniques and Electronic Devices using Zinc [46] H. Matsui, M. Seki, and H. Tabata ： “ Oxides Oxide, ” UK-Japan Bionanotechnology Workshop, heterostructures based on ZnCoO towards multiferroic Kobe, Japan, Sep.17-18, （2008）.＜Invited＞ gate FETs，“TheIUMRS International Conference in [35] H. Tabata ：“ Magnetic Field Control of Dielectric Asia 2008 （ IUMRS-ICA2008 ） ,Nagoya, Dec.9-13, Properties in Strained Garnet Ferrite Thin （2008）. Films(Poster),” The 15th International Workshop on [47] 小林正起、宋敬錫、片岡隆史、坂本勇太、藤森敦、 Oxide Electronics, Colorado, USA, Sep.15-17, （2008）. 大河内拓雄、竹田幸治、岡根哲夫、斎藤祐児、山上 [36] H. Tabata ：“ Magnetic and dielectric properties of 浩志、山原弘靖、佐伯洋昌、川合知二、田 畑 仁：“ 酸 strained Sm3Fe5O12 garnet ferrite(Poster),” The 15th 化物半導体 ZnO の軟 X 線角度分解光電子分光（ポ International Workshop on Oxide Electronics, Colorado, スター発表）,” PF 研究会「高分子解能角度分解光 USA, Sep.15-17, （2008）. 電子分光研究と将来展望」,高エネルギー加速器研 [37] H. Matsui, H. Tabata：“High anisotropic transport on 究機構、筑波,Dec.17-18,（2008） surface nanowires-modulated quantum structures for [48] H.Tabata：“Fusion technology of bio and oxide nonpolar ZnO，” The 5th International Workshop on electronics，” The 8th Taiwan-Japan Microelectronics Zno and Related Materials, Chicago, USA,Sep.22, Symposium 2008 –Bioelectronics and Green （2008）. Electronics-, Hsinchu, Taiwan, Dec.21-24,（2008）. [38] H. Tabata：“Peptide-Nucleic Acid Immobilized Reaction ＜Invited＞ on the Zinc-polar and Oxygen-polar Surfaces of Zinc [49] H. Tabata：“Spin and dipole frustration for mimicking Oxide,“2008 International Conference on Solid State brain system，” 3rd International Meeting on Frontiers Devices and Materials(SSDM 2008),Tsukuba, Japan, of Physics (IMFP2009)Kuala Lumpur, Malaysia, Sep.23-26, （2008）. Jan.12-16，（2009 ）.＜Invited＞ [39] 田畑 仁：“遷移金属添加酸化物半導体の作製と機 [50] 田畑 仁：“新規エレクトロニクス材料の開発とその 能,” 社団法人日本金属学会 2008年秋期大会, 熊本 巨大物性の発現機構解明に関する基礎的研究，”第 大学黒髪キャンパス, Sep.23-25,（2008）.<基調講演> 119 回電子セラミック・プロセス研究会,「薄膜材 [40] 田畑 仁：“遷移金属酸化物半導体の極性・量子構造 料・プロセス技術の最近の動向と応用展開」,東京, 制御と機能発現，”東大物性津系専攻特別セミナー， Mar.13,（2009）. 東大 柏キャンパス，東京，Sep.27, (2008）.<依頼講 [51] 大曽根 崇雅、松井 裕章、小埜 洋輔、関 宗俊、田 演> 畑 仁：“PLD 法によって製膜した ZnO:Eu の発光特 [41] H. Tabata：“Polarity and Quantum Structural Control in 製，” 2009 年春季 第 56 回応用物理学関係連合講 ZnO based DMS Films and Their Optical-Spin 演会，筑波大学，Mar.30, （2009）. Properties，”Indo-Japan Joint Research Project Meeting [52] 関 宗俊、三上 正晃、田畑 仁：“三角格子スピン電 on Novel Magnetic Oxide Nano-Materials, Tokyo, 荷競合系 ReFe2O4 エピタキシャル薄膜の磁気・誘 Sep.30-Oct.1,（2008） (東大理学部) 電特性, ” 2009 年春季 第 56 回応用物理学関係連 [42] T. Kanki, Y. Hotta, N. Asakawa, M. Seki, E. Ikenaga, H. 合講演会，筑波大学，Mar.30, （2009）. Tabata, H. Tanaka, K.Kobayashi, and T. Kawai： [53] 山田祐樹, 宇野毅,関宗俊,田畑仁：“ナノ・マイクロ “Magnetic and electric properties of photo-induced 構造によるプラズモン増強を用いた農薬、アミノ酸 magnet (Al,Ru,Fe) O spinel ferrite thin films,” のテラヘルツ分光，” 2009 年春季 第 56 回応用物 3 4 IEEE-Nanotechnology Materials and Devices 理学関係連合講演会，筑波大学，Mar.31, （2009）. Conference 2008 (NMDC2008), Kyoto, Oct.20-22, （2008）.

156 染谷研究室 inkjet machine and its application for organic Someya Laboratory field-effect transistors (http://www.ntech.t.u-tokyo.ac.jp/) T. SOMEYA and Y. NOGUCHI サブフェムトリットルの液滴を吐出する印刷装置を用 研究現況 いて線幅 5 µmの銀電極を形成した。この電極を有機トラ Current Research Projects ンジスタの電極に用いることでチャネル長 2.1 µmの微細 なトランジスタを形成し、相互コンダクタンス 56 µS/mm 1. 伸縮自在なエレクトロニクス 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。 染谷隆夫・関谷毅 We have successfully patterned silver lines whose widths Stretchable electronics are 5µm by using subfemtoliter inkjet machine. We have used T. SOMEYA and T. SEKITANI these lines for electrodes of organic transistors with 2.1 有機トランジスタと伸縮性導体を用いることにより、 µm-long channel. we have obtained transconductance of 56 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 µS/mm. It’s the highest value in printed organic transistors 成功した。伸縮自在な配線材料として、カーボンナノチ have been reported in the world. 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 4. 自己組織化単分子膜を用いた 2V 駆動有機トラ 腕の関節のような曲面や可動部など、どこにでも貼り付 ンジスタの信頼性及び安定性 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 染谷隆夫・福田憲二郎・関谷毅 待されている。 Electrical stabilities of 2V-driven flexible organic We have successfully developed stretchable, large-area transistors with self-assembled monolayers integrated circuits using organic transistors and elastic T. SOMEYA , K. FUKUDA, and T. SEKITANI conductors. Elastic conductors were formed using carbon ホスホン酸系の自己組織化単分子(SAM)膜をゲート絶 nanotubes. Stretchable artificial skins and stretchable organic 縁膜として用いた有機トランジスタの安定性について調 EL displays have been demonstrated. This technology will be べた。このトランジスタは 2V で駆動し、また移動度は an essential feature of future generations of robots, enabling to 0.71 cm2/Vs、オンオフ比が 105 以上という高い値を示し spread over arbitrary surfaces including movable parts. た。また、100 度までの温度に対して、移動度の変化は 無視できるほどに小さい特性を示した。さらに、DC バイ 2. プラスティック MEMS スイッチ アス効果(DC 電圧印加による閾値電圧のシフト)を、アニ 染谷隆夫・横田知之・中野慎太郎 ール処理によって劇的に抑えることに成功した。割く井 Printed plastic micromechanical switches 蛙直後の状態では 1 時間電圧を印加することによるチャ T. SOMEYA, Y. YOKOTA and S. NAKANO ネル領域の電流値の減少は 14%であったが、70度13時間 インクジェット印刷技術を用いてプラスチック微小機 のアニール処理を行うことで 10 時間の電圧印加でも 5% 械式スイッチの作製を行った。今回作成したスイッチは、 と非常に小さな変化に抑えることができた。 プラスチックフィルム上の金属電極同士が静電引力によ We have systematically investigated electrical stabilities of り接触することで、有機トランジスタに比べて 抵抗 ON organic field-effect transistors (FETs) using self-assembled を小さくすることができた。そのため、電力伝送をする monolayers (SAMs) gate dielectric layers. The FETs can be のに適しており、有機トランジスタと組み合わせること operated at 2 V or less, and exhibited mobility of 0.7 cm2/Vs により様々な大面積、フレキシブル、低コストなエレク 5 and the on/off ratio of 10 . Changes in mobility were トロニクスに応用することが可能であると考えられる。 negligibly small at the temperature up to 100 ºC. Furthermore, We fabricated plastic micromechanical system switches by after annealing procedure, threshold voltage shifts originated inkjet printing. In these switches, metal electrodes prepared on from DC bias stress were suppressed. The decrease in channel plastic films come into contact with each other by electrostatic was about 14% after the application continuous DC voltage attraction and exhibit a lower on-resistance than organic biases of VDS=VGS= –2 V for 1 h under the atmosphere transistors. For this reason, they are suitable for power conditions. When these devices are annealed at 70 ºC for 12 h transmission and these MEMS switches can be applied in a nitrogen environment, such current decrease was together with organic transistors for large-area, flexible, suppressed dramatically. The current decrease of annealed low-cost electronics. device was suppressed to 5% or negligible small even after the application continuous DC voltage biases for 10 h. 3. サブフェムトインクジェット印刷による電極 の微細化と有機トランジスタへの応用 5. 自己組織化単分子膜を用いたプラスチック基 染谷隆夫・野口儀晃 板上フレキシブル有機トランジスタの機械的安定 Printing of fine silver electrodes by subfemtoliter 性

157 高谷慎也、関谷毅、染谷隆夫 論文・著書一覧（2008 年度） Mechanical stabilities of flexible organic transistors Publications List with self-assembled monolayers S. TAKATANI, T. SEKITANI, T. SOMEYA 研究論文 ホスホン酸系の自己組織化単分子(SAM)膜をゲート絶 [1] Tsuyoshi Sekitani, Yoshiaki Noguchi, Kenji Hata, 縁膜として用いた有機トランジスタをプラスチック基板 Takanori Fukushima, Takuzo Aida, Takao Someya, “A 上に作製し、機械的安定性について調べた。シリコン基 Rubberlike Stretchable Active Matrix Using Elastic 板上に作製された SAM 絶縁膜トランジスタと同様に、こ Conductors”, Science DOI: 10.1126/science.1160309 2 のトランジスタは 3V で駆動し、また移動度は 0.3cm /Vs (Published Online August 7, 2008), 321, 1468-1472 5 以上、オンオフ比が 10 以上という高い値を示した。機 (2008) . 械的安定性を調べるために、曲げ試験を行った結果、曲 [2] Tomoyuki Yokota, Shintaro Nakano, Tsuyoshi Sekitani, げ半径が 4 mm以下でもトランジスタの性能は劣化してお and Takao Someya, “Plastic complementary らず、このトランジスタが高い機械的フレキシビリティ microelectromechanical switches”, Applied Physics を有していることが明らかになった。 Letters 93, 023305 (2008). We have systematically investigated mechanical stabilities [3] Yoshiaki Noguchi, Tsuyoshi Sekitani, Tomoyuki Yokota, of organic field-effect transistors (FETs) using self-assembled and Takao Someya, "Direct inkjet printing of silver monolayers (SAMs) gate dielectric layers on plastic substrates. electrodes on organic semiconductors for thin-film As the FETs with SAM insulators on Si substrate, these FETs transistors with top contact geometry", Applied Physics can be operated at 3 V or less, and exhibited mobility of 0.3 Letters 043303 (2008). cm2/Vs and the on/off ratio of 105. In order to demonstrate the [4] Shintaro Nakano, Tsuyoshi Sekitani, Tomoyuki Yokota, feasibility of mechanical flexibility, bending experiments and Takao Someya, "Low operation voltage of were performed. We found that transistor was not damaged inkjet-printed plastic sheet-type micromechanical and critical bending radius was down to 4 mm, indicating switches", Appl. Phys. Lett. 92, 053302 (2008). excellent mechanical flexibility. [5] Tsuyoshi Sekitani, Yoshiaki Noguchi, Ute Zschieschang, Hagen Klauk, and Takao Someya, "Organic transistors manufactured using inkjet technology with subfemtoliter accuracy”, Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, Volume 105, Issue 13, pp. 4976-4980 (Online March 24, 2008; April 1, 2008).

国際会議論文 [6] Yusaku Kato, Tsuyoshi Sekitani, Yoshiaki Noguchi, Makoto Takamiya, Takayasu Sakurai, and Takao Someya, “A large-area, flexible, ultrasonic imaging system with a printed organic transistor active matrix”, #4.7, 2008 IEEE International Electron Devices Meeting (IEDM), San Francisco, December 15 - 17, 2008. [7] (INVITED) Tsuyoshi Sekitani, Yoshiaki Noguchi, Hagen Klauk, Ute Zschieschang, and Takao Someya, "Organic field-effect transistors fabricated by picoliter and sub-femtoliter inkjets", TFTT IX Symposium in 2008 Electrochemical Society Meeting, Hawaii, Oct. 12-17, 2008. [8] (INVITED) T. Sekitani and T. Someya, "Stretchable, Printable Organic Transistor Integrated Circuits for Large-Area Sensors and Displays", #TuG3, The 21st Annual Meeting of the IEEE Lasers & Electro-Optics Society, Marriott Newport Beach Hotel & Spa, Newport

158 Beach, CA, 9 -13 November 2008. [18] (INVITED) Takao Someya, "Flexible organic [9] (INVITED) Takao Someya, Tsuyoshi Sekitani, Yoshiaki electronics and displays: challenges and perspectives", Noguchi, Tomoyuki Yokota, Shinya Takatani, Hagen 1st international CAFDC workshop on flexible displays, Klauk, and Ute Zschieschang, "Stability and Mechanical KAIST, Daejeon, Korea, August 21, 2008. Properties of Organic Thin-film Transistors [19] (INVITED) Takao Someya, "Printing and bonding for Manufactured by Sub-femtoliter Inkjets", *G3.4, MRS large-area skin-like sensors", IEEE Polytronic 2008, Fall Meeting 2008, Hynes Convention Center, Boston, Edelweiss Lodge and Resort, Garmisch-Partenkirschen, MA, December 1, 2008. Germany, August 17-20, 2008. [10] Takao Someya, "Stretchable electronics using printed [20] (INVITED) Takao Someya, "Ambient power organic transistors", QPEC international workshop, transmission using printed wallpaper-like electronics", University of Tokyo, November 20, 2008. Plastic Electronics Asia, Seoul Hilton, Seoul, Korea, [11] (INVITED) Takao Someya, Tsuyoshi Sekitani, Makoto 14-15 June 2008. Takamiya, and Takayasu Sakurai, "Recent Progress of [21] (INVITED) Takao Someya, "Stretchable electronics: Wireless Transmission Systems Using Printed Plastic challenges and future prospects", Columbia Univeristy MEMS Switches and Organic Transistors", Eighth NSEC retreat, Short Hills Hilton, NJ, May 23, 2008. International Workshop on Micro and Nanotechnology [22] Tomoyuki Yokota, Yoshiaki Noguchi, Tsuyoshi Sekitani, for Power Generation and Energy Conversion Ute Zschieschang, Hagen Klaukand, Takao Someya, Applications (PowerMEMS+microEMS 2008), Sendai, "Inverter circuits using p-type organic thin-film Japan, November 11, 2008. transistors by subfemtliter inkjet", TuB III-5, IEEE [12] (INVITED) Takao Someya, Tsuyoshi Sekitani, Yoshiaki Nanotechnology Materials and Devices Conference Noguchi, Hagen Klauk, and Ute Zschieschang, "Organic 2008 (NMDC 2008), Kyoto University, October 20-22 thin-film Transistors and Circuits Manufactured by (2008). Sub-femtoliter Inkjets", #No.: P1431, [23] Kenjiro Fukuda, Tsuyoshi Sekitani, and Takao Someya, IMID/IDMC/ASIA DISPLAY 2008, KINTEX, Seoul, "Channel length dependence of DC bias stress effect in Korea, October 16, 2008. organic field-effect transistors at high temperatures", Tu [13] (INVITED) Takao Someya, "Organic Transistors with P22, IEEE Nanotechnology Materials and Devices Subfemtoliter Inkjets", Printed Electronics Asia 2008, Conference 2008 (NMDC 2008), Kyoto University, Four Seasons Hotel, Tokyo, October 8-9, 2008. October 20-22 (2008). [14] (INVITED) Tsuyoshi Sekitani, Yoshiaki Noguchi, [24] Koichiro Zaitsu, Kiyoshiro Ishibe, Tsuyoshi Sekitani, Hagen Klauk, Ute Zschieschang, and Takao Someya, and Takao Someya, "Annealing effects on organic "Digital fabrications of organic transistors with one memories with ferroelectric copolymer", Mo P28, IEEE micrometer resolution", Organic Semiconductor Nanotechnology Materials and Devices Conference Conference (OSC-08), Congress Centre at the Frankfurt 2008 (NMDC 2008), Kyoto University, October 20-22 Messe, Germany, September 29-October 1, 2008. (2008). [15] (INVITED) Takao Someya, "Recent Advances in [25] Shinya Takatani, Yoshiaki Noguchi, Tsuyoshi Sekitani, Electrets and Organic Electronics", International Ute Zschieschang, Hagen Klauk, and Takao Someya, Workshop on recent advances in electrets and organic "Ultralow-voltage pentacene thin-film transistors with electronics, Morito Memorial Hall, Tokyo University of mobility of 0.6 cm2/Vs", Mo P26 , IEEE Science, Tokyo, September 18, 2008. Nanotechnology Materials and Devices Conference [16] (INVITED) Takao Someya, "Printed Organic 2008 (NMDC 2008), Kyoto University, October 20-22 Nonvolatile Memory for Skin-like Large-area (2008). Interfaces", 13th International Symposium on Electrets, [26] Kenjiro Fukuda, Tsuyoshi Sekitani, Takao Someya, Miraikan, Tokyo, September 15-17, 2008. "Suppression of the performance dispersion of organic [17] (INVITED) Tsuyoshi Sekitani, Yoshiaki Noguchi, field-effect transistors employing annealing process", Hagen Klauk, Ute Zschieschang, and Takao Someya, 2008 International Conference on Solid State Devices "Organic field-effect transistors fabricated by picoliter and Materials (SSDM). and sub-femtoliter inkjets", International Symposium on [27] Yoshiaki Noguchi, Tsuyoshi Sekitani, Tomoyuki Yokota, Organic Transistors and Functional Interfaces, #Sat23-1, and Takao Someya, "Inkjet printing of Ag nanoparticles Montana Resort Iwanuma, Sendai, Japan, August 19-23, on organic semiconductors for the application to flexible 2008. organic transistors", JSPS-UNT Winter School on

159 Nanophotonics, Th-7, pp. 27-28, Venue- Gateway Center, フォーラム「ブレークスルーの瞬間」、大阪大学吹 University of North Texas, TX, U.S.A Febraury 14, 15 田キャンパス内Ｕ2 棟 312 講義室、2008.11.28． 2008 [39] （依頼講演） 染谷隆夫、「究極の有機半導体とそ [28] (INVITED) Takao Someya, "Skin-like large-area の応用」、畿化学協会エレクトロニクス部会、日本 electronics using digital fabrication technology", 化学会館、2008 年 11 月 21 日． Pan-Pacific Imaging Conference '08 (PPIC '08), [40] （依頼講演） 染谷隆夫、「超高精細インクジェッ Arcadia-Ichigaya Convention Hall, Tokyo, Japan, June ト技術による有機トランジスタ製造とセンサ応用」、 25-27, 2008. 色材協会 IT 講座、日本大学 駿河台キャンパス 1 [29] (INVITED) Takao Someya, "Skin-like flexible sensors 号館、2008 年 11 月 20 日． using organic transistors integrated circuits", Plastic [41] （依頼講演） 染谷隆夫、「多結晶ペンタセン薄膜 Electronics Asia, Seoul, Korea, June 24-26, 2008. とトランジスタチャネルにおける伝導特性」 、応 [30] (Plenary Lecture at Korea’s largest Electronics 用物理学会有機分子・バイオエレクトロニクス分科 Conference) Takao Someya, "Flexible electronics and 会講習会 「有機デバイスの基礎と応用 "ソフト future information displays", Korea Electronics Show エレクトロニクス実現を目指して"」、東京大学 武 Spring 2008, Daegu Exco, Korea, May 14, 2008. 田先端知ビル 武田ホール、平成 20 年 11 月 11 日 [31] (INVITED) Takao Someya, "Organic transistors （火曜日）． integrated circuits", IEEE EDS/MTT-S/SSCS Youngnam [42] （依頼講演） 染谷隆夫、「超高精細インクジェッ Chapter Inauguration Colloquium, Daegu Exco, Korea, ト技術によるプラスチックエレクトロニクス」、オ May 14, 2008. ルガノテクノ 2008 テクニカルセミナー、東京ビッ [32] (INVITED) Tsuyoshi Sekitani and Takao Someya, クサイト 会議棟、2008 年 10 月 28 日． "Skin-like sensors and actuators interacting with people", [43] （依頼講演） 染谷隆夫、「ワイヤレス電力伝送シ Session 8: FLEXIBLE SENSORS AND ACTUATORS, ート」、Electronic Journal 第 246 回 Technical Seminar International Symposium on Flexible Electronics (ISFE) 「非接触/ワイヤレス電力伝送技術」、総評会館、東 Tarragona, Spain, April 6-9, 2008. 京、10 月 23 日． [44] （依頼講演） 染谷隆夫、”大規模プリンタブルエ 著書 レクトロニクス”、第４回日本画像学会フロンティ [33] Takao Someya, Bholanath Pal, Jia Huang, and Howard E. アセミナー「デジタルファブリケーション 実用化 Katz, “Oganic Semiconductor Devices with Enhanced に向かうイメージング技術の製造への応用」、東京 Field and Environmental Responses for Novel 工業大学 デジタル多目的ホール、2008 年 8 月 25 Applications”, MRS Bulletin - Materials Research 日． Society, Vol: 33, Issue: 7, pp.690-697 (2008). [45] （依頼講演） 染谷隆夫、「フレキシブル有機 TFT [34] 関谷毅,染谷隆夫, "有機トランジスタの折り曲げ効 アクティブマトリックスの印刷製造 と電子人工皮 果", 応用物理学会有機・バイオエレクトロニクス分 膚への応用」 、平成 20 年度印刷・情報記録・表示 科会誌「Molecular Electronics and Bioelectronics 研究会 08-1 研究会、株式会社東陽テクニカ本社、平 (M&BE)誌」 特集： Ｍ＆ＢＥ若手研究の最前線, P. 成 20 年 7 月 25 日． 251(7), (2006). [46] （依頼講演） 染谷隆夫、「アトリットルインクジ [35] 関谷毅、野口儀晃、染谷隆夫, "印刷技術で作る有 ェットのナノ有機トランジスタ応用」、高分子同友 機トランジスタと大面積エレクトロニク", 未来材 会、（社）高分子学会会議室、2008 年 7 月 18 日． 料, Vol. 7 pp.24-31 (2007). [47] （依頼講演） 染谷隆夫、「究極の有機半導体」、有 機エレ材研(JOEM) Workshop’08 、熱海、2008 年 7 総説・解説論文 月 3-5 日． [36] Takao Someya, "Electronic eyeballs", News and Views, [48] （依頼講演） 染谷隆夫、「シート型無線システム Nature 454, 703-704 (7 August 2008). の開発－有機トランジスターと印刷技術の応用」、 外国系半導体商社協会（ＤＡＦＳ）技術セミナー、 シンポジウム・研究会・大会等発表 ㈱アドバンテス ト群馬 R&Ｄセンター、2008 年 6 [37] （依頼講演） 染谷隆夫、第 5 回工学体験ラボ（T lab） 月 6 日． 「工学とデザインのコラボレーション」、東京大学 [49] （依頼講演） 染谷隆夫、「ヒト、モノ、環境とイ 工学部 11 号館 1 階 、2008 年 10 月 18 日． ンタラクションする大面積シート型デバイス」、日 [38] （依頼講演） 染谷隆夫、「有機トランジスタの魅 本学術振興会 産業計測第 36 委員会、弘済会館、 力とベル研究所の留学体験」、科学立国・日本実現 2008 年 6 月 2 日．

160 [50] （依頼講演） 染谷隆夫、”フレキシブルエレクト ロニクスの展望”、電気学会「有機薄膜及び複合膜 のナノ界面物性とデバイス・センサ応用調査専門委 員会」、東京大学工学部 6 号館、2008 年 6 月 2 日． [51] （依頼講演） 染谷隆夫、”ワイヤレス電力伝送シ ートの紹介”、第 16 回磁気応用技術シンポジウム”F6 非接触エネルギー伝送技術の動向 ～磁気を利用し た電力伝送・非接触充電～”、社団法人 日本能率 協会、幕張メッセ国際会議場、2008 年 4 月 18 日． [52] 財津 光一郎, 石部 清志郎, 関谷 毅, 染谷 隆夫、” 強誘電体ポリマーを絶縁膜としたメモリトランジ スタのアニール温度依存性”、2008 年秋季第 69 回応 用物理学会学術講演会, 2a-CG-1, p1179, 中部大学, 愛知 (2008). [53] 福田憲二郎、関谷毅、染谷隆夫、”有機トランジス タにおける DC バイアスストレス効果のチャネル長 依存性”、2008 年秋季第 69 回応用物理学会学術講演 会, 3a-X-3, p1189, 中部大学, 愛知 (2008). [54] 関谷毅、Ute Zschieschang, Hagen Klauk,高宮真、桜井 貴康、染谷隆夫、"有機トランジスタの印刷製造・ 信頼性とフレキシブルデバイスへの応用"、"高分子 学会、ポリマーフロンティア 21 プラスチックエレ クトロニクス最前線 ～フレキシブルデバイスへ の展望、2008 年 09 月 05 日 10:20～17:00 開催場所 東京工業大学 西９号館２階 ディジタル多目的 ホール,アブストラクト集 pp5-10 ". [55] 横田知之, 中野慎太郎, 関谷毅, 染谷隆夫, "印刷技 術を用いたプラスチック微小機械式スイッチと大 面積エレクトロニクスへの応用", 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， (1), p1, 電気倶楽部第３会議室, 東京 (2008.5). [56] 野口儀晃，横田知之， 関谷毅， 染谷 隆夫, "有機 半導体上への銀ナノ粒子のインクジェット印刷と 有機トランジスタへの応用", 電子通信学会 有機 エレクトロニクス研究会(OME)， 7， p37， 機械 振興会館， 東京(2008.6) [57] Yusaku Kato, Tsuyoshi Sekitani, and Takao Someya, "Megahertz Operation of Gate-grounded Organic Field-effect Transistors with On/off Ratio of 103", 27th Electronic Materials Symposium, J-5, Shuzenji, Japan (2008). [58] 加藤祐作、関谷毅, 染谷隆夫、 "ゲート接地有機電 界効果トランジスタの 1MHz 動作"、電子情報通信 学会 有機エレクトロニクス研究会（OME）、 #1, p7、 機械振興会館、東京 (2008)．

161 杉山研究室 InGaP/GaAs/Ge tandem solar cells, because it allows Sugiyama Laboratory narrowing of the bandgap of a middle cell while keeping (http://www.ee.t.u-tokyo.ac.jp/~sugiyama) lattice matching to a Ge substrate. Strain balance, in which the compressive strain of InGaAs well is compensated by the 研究現況 tensile strain of a barrier layer such as GaAsP, is a key Current Research Projects technology that allows larger number of QW stacks which is

necessary to achieve enough absorption of light at longer 1. III-V 化合物半導体量子構造を用いた高効率 wavelengths. Metal-organic vapor phase epitaxy (MOVPE) 太陽電池の in situ 観察を活用した有機金属 can grow quantum structures of III-V semiconductors in a 気相成長 large scale and is suitable for the growth of III-V 杉山正和・中野義昭・王云鵬・ high-efficiency solar cells. Development of growth 鬼塚隆祐・ ウェン Y. conditions for a larger number of QW stacks by MOVPE, Monolythic Integration of Multiple Bandgaps Using however, has necessitated elaborated repetition of trial runs Selective-Area Metal-Organic Vapor-Phase Epitaxy because relaxation of lattice, which has to be avoided to keep (SA-MOVPE) toward Realization of Multi-Color crystal quality, is normally observable only after each growth Integrated Light-Emitting Diodes (LED) run. In situ observation of MOVPE process, which usually M. SUGIYAMA, Y. NAKANO, Y. WANG, employs optical surface reflectivity and its anisotropy versus R. ONIZUKA, and Y. WEN polarized lights, has allowed us to optimize the growth 近年、 化合物半導体を用いた高効率太陽電池に対 III-V conditions with much reduced number of trial runs. する注目が高まっている。なかでも、 ３接 InGaP/GaAs/Ge We have successfully grown up to 100 stacks of 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、 InGaAs/GaAsP QWs, exhibiting a potential of this layer このために セル中に 量子井戸および歪み補 GaAs InGaAs structure for a middle cell with improved current matching. 償用の障壁層を挿入し、 基板への格子整合を保ちつつ Ge Even for the 100 QWs, we have achieved complete lattice 実効的にバンドギャップを狭窄する試みがなされている。 matching to GaAs in the lateral direction. The reflectance 化合物半導体の有機金属気相成長（ ）は、 III-V MOVPE anisotropy (RA) signal of the growth surface seems to reflect このような量子構造を含む結晶層を大面積にわたり均一 the time evolution of the strain of the growth surface and the 性良く成長できる可能性を持っており、高効率太陽電池 oscillation of the RA without drift will be a criterion of の製造に適した結晶成長プロセスである。しかし、歪み complete strain balance. The long-term behavior of both the 補償に失敗した場合に起こる格子緩和は通常成長後にし surface reflectivity and the RA seems to be a good indication か検知できないため、量子井戸構造を太陽電池に必要な of lattice relaxation; if anomalous behavior is observed, it is 十分な層数成長するためには、多数回の成長による成長 highly probable that the lattice has relaxed at that timing. 条件の最適化が必要である。我々は、成長最表面の光学 Therefore, the use of such in situ optical observation is quite 反射率の 観察を導入することにより、成長中に起 in situ promising for the development of MOVPE processes for QW こる格子緩和を即座に検知し、成長条件の最適化に必要 solar cells. な実験回数を大幅に低減することを試みている。 すでに、InGaAs/GaAsP 歪み量子井戸について、歪み補 2. 選択有機金属気相成長(SAMOVPE)によるマル 償を行う構造をうまく設計することで 100 層の積層が可 チバンドギャップモノリシック集積デバイ 能になっている。このような歪み補償に成功した成長で ス：集積多色発光 LED の実現に向けて は、積層中に表面反射率の低下はまったくみられなかっ 杉山正和・中野義昭・霜垣幸浩・ た。一方、歪み補償に失敗した構造を成長した場合、格 塩田倫也・富田 祐貴 子緩和が起こったと思われる時点で表面反射率が徐々に Monolythic Integration of Multiple Bandgaps Using 低下しはじめることを明瞭に確認できた。このような長 Selective-Area Metal-Organic Vapor-Phase Epitaxy 期的な表面反射率の挙動は、格子緩和を防ぎ良好な表面 (SA-MOVPE) toward Realization of Multi-Color モフォロジーを維持しつつ成長するために有効な指標で Integrated Light-Emitting Diodes (LED) ある。一方、成長中の表面原子の再構成に由来する反射 M. SUGIYAMA, Y. NAKANO, Y. SHIMOGAKI, 率異方性信号は、成長再表面に蓄積している歪みを反映 T. SHIODA and Y. TOMITA している可能性があり、これを歪み補償量子井戸の成長 有機金属気相成長（MOVPE）プロセスは大気圧付近で 条件最適化に活用する可能性を検討している。 行われるため、基板上に形成した SiO2 等の成長阻害マス Recently, there is growing focus on high-efficiency solar クの効果がマスク近傍 10～100μm 程度の範囲に局在化 cells using III-V compound semiconductors. A quantum する。このため、マスクのサイズや形状を適切に設計し well (QW) solar cell including InGaAs wells is a promising た選択 MOVPE により、一度の成長で結晶成長速度の局 candidate for the purpose of current matching in 所的変調が可能になる。さらに、成長の律速種である III

162 族元素が複数存在する混晶の場合には、元素の種類によ group-III elements that are rate-limiting species, it is possible ってマスクがもたらす成長速度増大効果が異なるため、 to modulate group-III content of the alloy by SA-MOVPE 選択 MOVPE による III 族組成の変調も可能になる。これ because the growth-rate enhancement due to a mask is らの現象を利用すると、光デバイスの機能の主要部であ dependent on the kind of group-III element. Therefore, if 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、 multiple quantum wells (MQWs) were grown by SA-MOVPE, 井戸層の厚さと組成がマスクのサイズ・形状に応じて面 effective bandgap of the MQWs can be controlled locally 内変調されるため、有効バンドギャップの局所制御が可 because both the thickness and the group-III content of the 能となる。すなわち、マルチバンドギャップ集積が可能 wells were modulated depending on the size and the shape of となる。 masks, allowing us in-plane monolithic integration of multiple これまでに、選択成長のノウハウが蓄積されている bandgaps InGaAsP 混晶について、多重量子井戸からの発光波長を Using InGaAsP system that is relatively an easy material 選択成長マスクにより制御し、1.5 μm 帯多波長集積 DFB in terms of selective-area growth, we have developed 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。 monolithically-integrated multiple bandgap devices such as 一方、マスクの周囲に形成される μm スケールの成長速 multi-channel DFB lasers for 1.5 μm range. At the same 度・組成分布に関しては、気相拡散の知見と表面拡散・ time, we have also enabled the prediction of the bandgap-shift 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 due to a given mask pattern in selective area growth, on the ュレーションを行ってきた。これを発展させて、選択 basis of the understanding of gas-phase and surface diffusion MOVPE において多重量子井戸構造のバンドギャップを and surface reactions. This predictive model has been 定量的に予測することが可能になっている。 validated by the fabrication of InGaAsP MQWs using wide これらの選択 MOVPE に関する知見を、近年照明用途 variety of mask patterns and the measurement of the

に多大な注目を集めている InxGa1-xN 混晶に適用し、モノ distribution of luminescence wavelength. リシック集積多色発光 LED の作製を目指す。このために We are extending this scheme to nitride semiconductors

は、(1) InxGa1-xN の選択成長を可能にする成長条件、(2) for the purpose of monolithic integration of multi-color LEDs

InxGa1-xN の構成要素である InN、GaN それぞれに対する covering whole visible wavelength range by selective-area

製膜種の気相拡散長の測定、(3) InxGa1-xN 選択成長のシ MOVPE. For this purpose, we will pursue the following

ミュレーション構築、(4) InxGa1-xN/GaN MQWs の選択成 items: (1) investigation of a growth condition that allows

長による発光波長シフトの実証、という段階を踏んで研 SA-MOVPE of InxGa1-xN, (2) measurement of a basic 究をすすめている。 parameter, vapor-phase diffusion length, for both InN and

これまでに、GaN および InN の選択成長に成功し、気 GaN that composes InxGa1-xN, (3) simulation of InxGa1-xN 相拡散長を抽出することができた。しかし、選択 MOVPE based on such kinetic parameters, and (4) observation of

が可能となる成長条件は GaN と InN とでは大幅に異なっ wavelength shift from InxGa1-xN/GaN MQWs by ており、InGaAsP の場合のように In と Ga の取り込み様 SA-MOVPE. 式の違いを相互比較することは困難であった。そこで、 So far, we have been successful in obtaining growth モデリングは未完成であるが、マスクパターンを形成し conditions for the SA-MOVPE of both InN and GaN and in

た GaN 下地上に InxGa1-xN/GaN MQWs を成長したところ、 extracting vapor-phase diffusion length for both the materials. 期待通り 400～500 nm の範囲でマスク幅やマスク端から The suitable growth conditions for the SA-MOVPE of InN 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。 and GaN differs significantly and it is difficult to directly この結果から、MQW の成長条件においては In の表面取 compare the vapor-phase diffusion length between InN and り込みは Ga の取り込みに従属して起こり、発光波長シ GaN, although it has been possible for GaAs and InP that フトは井戸厚の変化に起因することが明らかになった。 compose InGaAsP. Therefore, we have skipped the

今後、井戸層への In 取り込み量増大や極薄井戸の形成 modeling and simulation of the SA-MOVPE of InxGa1-xN and

を選択成長が可能な条件で達成することにより、波長シ tried the growth of InxGa1-xN/GaN MQWs on the patterned フトの幅を増大し、青色～赤色までをモノリシック集積 substrate. As a result, we have been successful in obtaining した LED の実現を目指したい。 the shift of emission waveength in the range 400-500 nm, Metal-organic vapor-phase epitaxy (MOVPE) process is depending on the mask width and the distance from the mask executed normally at sub-atmospheric pressure, which edge. The result indicated that the surface incorporation of localizes the effect of anti-growth masks, such as SiO2, to the In occurs proportionally to the incorporaiton of Ga and that region within 10-100 μm from the mask edges. For this the cause of the wavelength shift was the modulation of the reason, by selective area MOVPE (SA-MOVPE) with well width by the existence of masks. appropriate design of both the size and the shape of masks, it We are now aiming at monolythic integration of blue to red is possible to modulate growth rate locally by a single growth. LEDs by increasing the amount of indium incorporation to the Moreover, for ternary or quaternary alloys with more than two well layers and forming atomically-thin wells.

163 layers on the selected part of the silicon wafer, and adopted 3. シリコン LSI への III-V チャネル層導入を目 the selective-area growth of III-V layer on a 1-μm-wide spot

指した III-V on Si 選択成長技術の開発 defined on a silicon substrate by an SiO2 mask. This 杉山正和・高木信一・竹中充・ selective-area growth, when combined with the lateral growth 出浦桃子・星井拓也・寺田雄紀 of a III-V layer on the mask, will provide a thin Selective-Growth of III-V Layer on Si dislocation-free III-V layer on the mask, which is desirable for for the Introduction of III-V Channels on Si LSIs a MISFET on insulator. The narrow growth area is essential M. SUGIYAMA, S. TAKAGI, M. TAKENAKA for obtaining a single domain crystal. We call this method M. DEURA, T. HOSHII and Y. TERADA "micro-channel selective-area growth." シリコン LSI のさらなる高性能化を進めるためのブー We have recently obtained a single grain InGaAs layer (7 スター技術として、高移動度の III-V 電子チャネルを用い μm in the lateral direction and 0.2 μm in the thickness) た n-MISFET をシリコンプラットフォーム上に作製する without threading dislocations. In order to apply this ことが提唱されている。シリコン上の III-V 半導体成長に technique to device fabrication, uniformity of the shape of はこれまでに多くの研究例があるものの、III-V 半導体と InGaAs islands is mandatory as well as reduction of 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 dislocations. To solve these problems at the same time, we きず、実用には至っていない。そこで、Si 基板上の所望 have devised multi-step growth, in which the growth starts の位置にのみ III-V 層を導入したいというデバイス上の from nucleation of InAs and the supply of Ga precursors were

要求を利用し、SiO2 マスクで定義された 1 μm 程度の微 modulated with time in order to control the island shape 小成長領域から選択的に III-V 層を成長し、横方向成長に because surface incorporation of Ga plays an essential role in

より SiO2 マスク上に転位のない単一ドメイン III-V 結晶 the control of island shape. This method allowed us to 層を得る「微小領域選択成長法」を試みている。 obtain laterally-grown InGaAs islands with high uniformity これまでに、シリコン(111)基板上に幅 7 μm、厚さ 200 and it led to complete reduction of twin dislocations, which nm の表面の平滑な単一ドメイン InGaAs 結晶を貫通転位 has been inevitably observed for the growth on (111) plane, in なく得ることに成功している。また、本技術をデバイス the vicinity of the island surface by introducing high 作製に応用するためには、結晶品位とともに基板内のア concentration of Ga precursor at the last stage of the growth. イランド形状均一化が大きな課題である。これら両課題 For the application of high-mobility FETs using a III-V を解決するため、InAs の核発生からスタートし、Ga 原 semiconductor channel, stabilization of the surface after the 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 growth is quite important because oxidation of the surface を確立した。これにより、横方向成長した InGaAs アイ between the growth of a III-V channel layer and the ランドを安定して得ることが可能となった。同時に、成 deposition of a gate dielectric material leads to interfacial 長の最終段階で高 Ga 組成の結晶層を成長することによ states that degrades the operation of the FETs. Surface り、(111)面の成長で課題となっていた双晶をアイランド passivation in a MOVPE reactor subsequent to the growth 表面近傍で消滅させることに成功した。 without air exposure is desirable for the purpose of このようにして作製した InGaAs 結晶上に MIS トラン suppressing surface oxidation. We have devised two surface ジスタを形成するためには、結晶層表面に As 酸化物を passivation methods using common source materials in

形成せずにゲート絶縁膜形成プロセスにつなげる必要が MOVPE: the sulfur passivation using H2S and the Al

ある。このための有効な手段として、MOVPE リアクタ passivation using (CH3)3Al. Both methods require complete 内で実行可能な表面パッシベーション法を開発している。 reduction of As in the surface adsorption layer, for which in 結晶層成長後に、in situ 観察を活用して表面過剰 As を十 situ surface monitoring contributed to the optimization of a 分脱離させ、S や Al の原料を流すことで表面に酸化耐性 gas-supply sequence. Such surface passivation has been ある層を形成する。これにより、結晶成長後の暴露や絶 proved to be effective to suppress oxidation of As upon air 縁膜形成プロセスにおいて、界面準位形成の元凶となる exposure. As 酸化物の形成を抑制できることを実証した。 For further development in the performance of silicon LSIs, 4. マイクロ真空ポンプの設計と実証 it is proposed that silicon platform should be integrated with 久保田 雅則・杉山 正和・肥後 昭男・ n-MISFETs with III-V compound semiconductor channel 三田 吉郎・馬 少駿 layers that have high electron mobility. There have been Design and Implementation of Micro Vacuum Pump substantial efforts to realize the growth of III-V layers on a M. KUBOTA, M. SUGIYAMA, A. HIGO, silicon substrate, but they could not eliminate threading Y. MITA and S. Ma dislocations due to the lattice mismatch between a III-V 安全・安心な社会を実現するために、手のひらサイズ compound semiconductor and silicon. We take advantage of の微量環境物質センサが求められている。このためには、 the requirement of device structure that we should grow III-V マイクロ質量分析計など高真空で動作する MEMS が必

164 要となる。そこで、高アスペクト比の微細加工技術を活 論文・著書一覧（2008 年度） 用して MEMS に実装可能な真空ポンプを設計し、その動 Publications List 作を実証している。 In order to realize safe and secured life, a handy sensor to 研究論文 detect a trace amount of environmental substances is required. [1] T. Nakano, T. Shioda, E. Abe, M. Sugiyama, N. For this purpose, we need MEMS that operate under high Enomoto, Y. Nakano and Y. Shimogaki: "Abrupt vacuum such as a micro mass spectrometer. We are InGaPGaAs heterointerface grown by optimized developing a micro vacuum pump that can be integrated with gas-switching sequence in metal organic vapor phase MEMS using micro fabrication technology such as epitaxy," Appl. Phys. Lett. 92, 11, 112106 (2008). high-aspect-ratio etching. [2] T. Nakano, M. Sugiyama, Y. Nakano, and Y. Shimogaki: “Kinetics of subsurface formation during metal-organic vapor phase epitaxy growth of InP and InGaP”, Jpn. J. Appl. Phys. 47, pp. 1473-1478, (2008). [3] Salah Ibrahim, Xueliang Song, Masakazu Sugiyama, and Yoshiaki Nakano: “Static optical cross phase modulation in active multimode interference couplers”, Optical and Quantum Electronics, vol. 40, no. 5-6, pp. 419-424 (2008). [4] Takuo Tanemura, Mitsuru Takenaka, Abdullah Al Amin, Koji Takeda, Tomonari Shioda, Masakazu Sugiyama, and Yoshiaki Nakano: “InP/InGaAsP integrated 1x5 optical switch using arrayed phase shifters”, IEEE Photonics Technology Letters, vol. 20, no. 12, pp. 1063-1065 (2008). [5] Tomonari Shioda, Masakazu Sugiyama, Yukihiro Shimogaki, and Yoshiaki Nakano: “Kinetic analysis of InN selective area metal-organic vapor phase epitaxy”, Applied Physics Express, vol. 1, no. 7, pp. 071102-1-3 (2008). [6] Yunpeng Wang, Haizheng Song, Masakazu Sugiyama, Yoshiaki Nakano, and Yukihiro Shimogaki: “Surface reaction kinetics of InP and InAs metalorganic vapor phase epitaxy analyzed by selective area growth technique”, Japanese Journal of Applied Physics, vol. 47, no. 10, pp. 7788-7792 (2008). [7] Yunpeng Wang, Haizheng Song, Masakazu Sugiyama, Yoshiaki Nakano, and Yukihiro Shimogaki: “Nonlinear kinetic analysis of InP and InAs metal organic vapor phase epitaxy by selective area growth technique”, Japanese Journal of Applied Physics, vol. 47, no. 11, pp. 8269-8274 (2008). [8] Haizheng Song, Yunpeng Wang, Masakazu Sugiyama, Yoshiaki Nakano, and Yukihiro Shimogaki: “Non-linear surface reaction kinetics in GaAs selective area MOVPE”, Journal of Crystal Growth, vol. 310, no. 23, pp. 4731-4735 (2008). [9] Yuki Terada, Momoko Deura, Yukihiro Shimogaki, Masakazu Sugiyama, and Yoshiaki Nakano: “In situ passivation of GaAs surface with aluminum oxide with

165 MOVPE”, Journal of Crystal Growth, vol. 310, no. 23, [18] S. Takagi, M. Sugiyama and M. Takenaka, “Advanced pp. 4808-4812 (2008). Nano CMOS Platform using Ge/III-V Channels [10] Momoko Deura, Yukihiro Shimogaki, Yoshiaki Nakano, (invited)”, First International Symposium on Atomically and Masakazu Sugiyama: “Kinetic analysis of surface Controlled Fabrication Technology - Surface and Thin adsorption layer for InGaAsP-related binary materials Film Processing -, 17 February 2009, Osaka, Japan, pp. using in situ RAS”, Journal of Crystal Growth, vol. 310, 28-29 no. 23, pp. 4736-4740 (2008). [19] H. –L. Lu, Y. Terada, M. Deura, Y. Shimogaki, Y. [11] Momoko Deura, Takuya Hoshii, Mitsuru Takenaka, Nakano, and M. Sugiyama, "In situ passivation of InP Shinichi Takagi, Yoshiaki Nakano, and Masakazu surface using H2S by MOVPE", International Sugiyama: “Effect of Ga content on crystal shape in Semiconductor Technology Conference, 20 March, micro-channel selective-area MOVPE of InGaAs on Si”, 2009,Shanghai, China. Journal of Crystal Growth, vol. 310, no. 23, pp. [20] Tomonari Shioda, Masakazu Sugiyama, Yukihiro 4768-4771 (2008). Shimogaki, and Yoshiaki Nakano: “Kinetic analysis on [12] Momoko Deura, Takuya Hoshii, Takahisa Yamamoto, InN and GaN selective area metal-organic vapor phase Yuichi Ikuhara, Mitsuru Takenaka, Shinichi Takagi, epitaxy”, Abstracts, the 14th International Conference on Yoshiaki Nakano, and Masakazu Sugiyama: Metal Organic Vapor Phase Epitaxy (IC-MOVPE XIV), “Dislocation-free InGaAs on Si(111) using Metz, France, Tu-A2.2, pp. pp. 47-48 (2008). micro-channel selective-area metalorganic vapor phase [21] Momoko Deura, Masakazu Sugiyama, Yukihiro epitaxy”, Applied Physics Express, vol. 2, no. 1, pp. Shimogaki, and Yoshiaki Nakano: “Kinetic analysis of 011101-1-3 (2008). surface adsorption layer for InGaAsP-related binary and [13] Jung-Seung Yang, Hassanet Sodabanlu, Ichitaro Waki, ternary systems using in situ RAS”, Abstracts, the 14th Masakazu Sugiyama, Yoshiaki Nakano, and Yukihiro International Conference on Metal Organic Vapor Phase Shimogaki: “Process design of pulse injection method Epitaxy (IC-MOVPE XIV), Metz, France, We-B1.4, pp. for low temperature metal organic vapor phase epitaxial 233-234, (2008). growth of AlN at 800˚C”, Journal of Crystal Growth, vol. [22] Yuki Terada, Momoko Deura, Masakazu Sugiyama, 311, Issue 2, pp. 383-388 (2009). Yukihiro Shimogaki, and Yoshiaki Nakano: “In situ [14] Takayuki Nakano, Tomonari Shioda, Masakazu passivation of GaAs surface with aluminum oxide”, Sugiyama, Yoshiaki Nakano, and Yukihiro Shimogaki: Abstracts, the 14th International Conference on Metal “Competitive kinetics model to explain surface Organic Vapor Phase Epitaxy (IC-MOVPE XIV), Metz, segregation of indium during InGaP growth by using France, We-B1.6, pp. 237-238 (2008). metal organic vapor phase epitaxy”, Japanese Journal of [23] Momoko Deura, Takuya Hoshii, Masakazu Sugiyama, Applied Physics, vol. 48, no. 1, pp. 011101-1-5 (2009). Ryosho Nakane, Mitsuru Takenaka, Satoshi Sugahara, [15] Haizheng Song, Yunpeng Wang, Masakazu Sugiyama, Shinichi Takagi, and Yoshiaki Nakano: “Effect of Ga Yoshiaki Nakano, and Yukihiro Shimogaki: “Zn and S content on crystal shape in micro-channel selective-area doping in GaAs selective area growth by metal-organic MOVPE of InGaAs on Si”, Abstracts, the 14th vapor phase epitaxy”, Japanese Journal of Applied International Conference on Metal Organic Vapor Phase Physics, vol. 48, no. 3, pp. 031101-1-4, (2009). Epitaxy (IC-MOVPE XIV), Metz, France, We-B2.6, pp. [16] Yunpeng Wang, Haizheng Song, Masakazu Sugiyama, 263-264 (2008). Yoshiaki Nakano, and Yukihiro Shimogaki: “Kinetic [24] Haizheng Song, Yunpeng Wang, Masakazu Sugiyama, analysis of InAsP by metalorganic vapor phase epitaxy Yoshiaki Nakano, and Yukihiro Shimogaki: “Non-linear selective area growth technique”, Japanese Journal of surface reaction kinetics in GaAs selective area Applied Physics, vol. 48, no. 4, pp. 041102-1-5 (2009). MOVPE”, Abstracts, the 14th International Conference on Metal Organic Vapor Phase Epitaxy (IC-MOVPE 国際会議論文 XIV), Metz, France, We-P61, pp. 385-386 (2008). [17] T. Momose, T. Ohkubo, T. Umejima, T. Saito, M. [25] Yuki Tomita, Tomonari Shioda, Masakazu Sugiyama, Sugiyama, Y. Shimogaki, " Supercritical fluid deposition Yukihiro Shimogaki, and Yoshiaki Nakano: “Role of (SCFD) technique as a novel tool for MEMS vapor-phase diffusion in selective-area MOVPE of fabrication," 2009 IEEE 22nd International Conference InGaN MQWs”, Technical Digest, the Second on Micro Electro Mechanical Systems. MEMS 2009, p International Symposium on Growth of III-Nitrides 685-8, 2009. (ISGN-2), Shuzenji, Shizuoka, Mo-18, p. 58, (2008). [26] Tomonari Shioda, Masakazu Sugiyama, Yukihiro

166 Shimogaki, and Yoshiaki Nakano: “Selective area [34] Ling-Han Li, Akio Higo, Masanori Kubota, Masakazu metal-organic vapor phase epitaxy of InN, GaN, and Sugiyama, and Yoshiaki Nakano : “A novel InGaN covering whole composition range”, Technical etching-oxidation fabrication method for 3D nano Digest, the Second International Symposium on Growth structures on silicon and its application to SOI of III-Nitrides (ISGN-2), Shuzenji, Shizuoka, Mo-13, p. symmetric waveguide and 3D taper spot size converter”, 53 (2008). Technical Digest, Topical Meeting on Optical MEMS [27] Norio Iizuka, Toshimasa Shimizu, Chaiyasit and Nanophotonics, Freibourg, Germany, M3.4, pp. Kumtornkittikul, Masakazu Sugiyama, and Yoshiaki 27-28 (2008). Nakano: “Absorption saturation of AlN-based [35] Norio Iizuka, Haruhiko Yoshida, Nobuto Managaki, waveguide utilizing intersubband transition in GaN/AlN Toshimasa Shimizu, Sodabanlu Hassanet, Masakazu quantum wells”, Technical Digest CD, Optoelectronics Sugiyama, and Yoshiaki Nakano: “Saturation of and Communications Conference/Australian Conference intersubband absorption in GaN/AlN-based waveguide on Optical Fiber Technology (OECC/ACOFT 2008), integrated with spot-size converter”, Conference Sydney, Australia, TuH-6 (2008). Proceedings, IEEE Lasers and Electro-Optics Society [28] Tomonari Shioda, Masakazu Sugiyama, Yukihiro Annual Meeting (LEOS 2008), Newport Beach, Shimogaki, and Yoshiaki Nakano: “Kinetic analysis on California, U.S.A., WV6, pp. 597-598 (2008). vapor phase diffusion effect in binary AlN, GaN, and [36] H. –L. Lu, Y. Terada, M. Deura, Y. Shimogaki, Y. InN selective area metal-organic vapor phase epitaxy”, Nakano, and M. Sugiyama, "In situ passivation of InP

Extended Abstracts of the 27th Electronic Materials surface using H2S by MOVPE", International Symposium (EMS-27), Shuzenji, Shizuoka, Japan, A-1, Semiconductor Technology Conference, 20 March, pp. 5-6 (2008). 2009,Shanghai, China. [29] Momoko Deura, Takuya Hoshii, Mitsuru Takenaka, Shinichi Takagi, Yoshiaki Nakano, and Masakazu シンポジウム・研究会・大会等発表 Sugiyama: “Effect of Ga on growth mechanism in [37] （招待講演）杉山 正和，出浦 桃子，星井 拓也， micro-channel selective-area MOVPE of InGaAs on Si”, 竹中 充，高木 信一，中野 義昭：" Si(111)基板上 Extended Abstracts of the 27th Electronic Materials InGaAs チャネル層の微小領域選択成長"，日本学術 Symposium (EMS-27), Shuzenji, Shizuoka, Japan,. B-5, 振興会第 145 委員会第 114 回研究会明治大学駿河台 pp. 33-34 (2008). キャンパス [30] Ryusuke Onitsuka, Masakazu Sugiyama, Yukihiro [38] （招待講演）杉山 正和，出浦 桃子，星井 拓也， Shimogaki, and Yoshiaki Nakano: “Reactor scale 竹中 充，高木 信一，中野 義昭，”Si 基板上 InGaAs simulation of MOVPE in InGaAsP system”, Extended の微小領域選択成長”，日本学術振興会第 147 委員 Abstracts of the 27th Electronic Materials Symposium 会第 102 回研究会，2008 年 9 月 26 日，弘済会館． (EMS-27), Shuzenji, Shizuoka, Japan, B-8, pp. 41-42 [39] （招待講演）S. Takagi, M. T.akenaka and M. (2008). Sugiyama, “III-V 族半導体チャネル MOS トランジ [31] Yuki Terada, Momoko Deura, Yukihiro Shimogaki, スタ技術 (MOS Transistor Technologies using Yoshiaki Nakano, and Masakazu Sugiyama: “In-situ III-V Semiconductor Channels)”, SEMI passivation of GaAs surface with aluminum oxide in Technology Symposium (STS) Session 8 Advanced MOVPE”, Extended Abstracts of the 27th Electronic Device – 32nm/22nm node device and process Materials Symposium (EMS-27), Shuzenji, Shizuoka, technology– ,December 5 (2008), Tokyo Japan, B-10, pp. 45-46 (2008). [40] 高木信一, 杉山正和、竹中充, “CMOSプラットフォ [32] Yuki Tomita, Tomonari Shioda, Yoshiaki Nakano, and ーム上の異種材料チャネル MOS トランジスタ技術”, Masakazu Sugiyama: “Role of vapor-phase diffusion in IEEE CPMT 日本チャプタ 3D 研究会, 2009年3月2 selective-area MOVPE of InGaN MQWs”, Abstracts of 日, 東京大学工学部 14 号館 International Nano-Optoelectronics Workshop (iNOW [41] 梁正承, ハッサネットソダーバンルー, 杉山正和, '08), Tokyo, Lake Saiko, Shonan Village, Japan, pp. 中野義昭, 霜垣幸浩: “低温 MOVPE 方式による急峻 163-164 (2008). な AIN/GaN 多重量子井戸の作製 (Fablication of [33] Salah Ibrahim, Koji Takeda, Xueliang Song, Masakazu abrupt AIN/GaN multi quantum wells by low Sugiyama, and Yoshiaki Nakano: “Cross-port cross gain tempreture MOVPE)”,第 69 回応用物理学会学術講 modulation in active MMI”, Conference Proceedings 演会講演予稿集, No. 1, p. 299, 2a-CA-11 (2008). CD, International Conference on Photonics in Switching [42] 寺田雄紀, 出浦桃子, 霜垣幸浩, 杉山正和, 中野義 (PS 2008), Sapporo, Japan, D-05-1 (2008).

167 昭: “アルミニウム原料を用いた Ga As(001)面の 野 義昭："選択成長 InGaN 量子井戸における気相拡 MOVPE 内 in situ パ ッ シベーション (In situ 散の効果"，化学工学会 第 40 回秋季大会, T306， passivation of GaAs(001) surface using an 2008年9月 aluminum source in MOVPE)”,第 69 回応用物理学 [52] 塩田 倫也，杉山 正和，霜垣 幸浩，中野 義昭：" 会学術講演会講演予稿集, No. 1, p. 288, 3a-CF-20 MOVPE 選択成長における InN 成長速度分布の解析"， (2008). 化学工学会 第 40 回秋季大会, T307，2008年9月 [43] Hassanet Sodabanlu, Jungseung Yang, Masakazu [53] 百瀬 健，杉山 正和，霜垣 幸浩："マクロキャビテ Sugiyama, Yukihiro Shimogaki, and Yoshiaki ィ法を用いた Cu-SCFD の解析と量産対応装置の概念 Nakano: “Absorption measurement of the 設計"，化学工学会 第 40 回秋季大会, T315，2008 waveguide with GaN/AIN MQWs grown by MOVPE (MOVPE 年9月 で作製した GaN/AlN MQW 導波路の吸収測定)”, 第 [54] 寺田 雄紀，出浦 桃子，霜垣 幸浩，中野 義昭，杉 69 回応用物理学会学術講演会講演予稿集, No. 3, p. 山 正和：" MOVPE における酸化アルミニウムによる 1049, 4a-ZN-11 (2008). GaAs(001)面の in situ パッシベーション"，化学工 [44] 出浦桃子, 星井拓也, 竹中充, 高木信一, 中野義昭, 学会 第 40 回秋季大会, T313，2008年9月 杉山正和: “微小領域選択 MOVPE における Si 上 [55] 内田 博久，山本 大，出浦 桃子，杉山 正和："超 InGaAs の横方向成長過程 (Development of lateral 臨界二酸化炭素を用いた溶体急速膨張法による有 growth in micro-channel selective-area MOVPE of 機薄膜創製"，化学工学会 第 40 回秋季大会,H218， InGaAs on Si)”, 第 69 回応用物理学会学術講演会 2008年9月 講演予稿集, No. 1, p. 288, 4a-CF-1 (2008). [56] 久保田 雅則，三田 吉郎，杉山 正和："異方性・等 [45] 出浦桃子, 星井拓也, 山本剛久, 幾原雄一, 竹中充, 方性を組み合わせたシリコン深掘りエッチングの 高木信一, 中野義昭, 杉山正和: “微小領域選択 形状へのアスペクト比の効果"，化学工学会 第 40 MOVPE における Si 上 InGaAs の Ga 組成と結晶構造 回秋季大会,T218，2008 年 9 月 (Ga content and crystal structure in [57] 飯塚紀夫, 清水俊匡, 吉田春彦, 真名垣暢人, ソダ micro-channel selective-area MOVPE of InGaAs on ーバンル ハッサネット, 杉山正和, 中野義昭: Si)”, 第 69 回応用物理学会学術講演会講演予稿集, “SiN を上部クラッドとする GaN/AlN 光導波路のサ No. 1, p. 288, 4a-CF-2 (2008). ブバンド間吸収”, 電子情報通信学会技術研究報告 [46] 塩田倫也, 杉山正和, 霜垣幸浩, 中野義昭: “MOVPE (レーザ・量子エレクトロニクス研究会, OCS, OPE 選択成長 InGaN の気相拡散モデルによる解析 共催), LQE2008-81, pp. 113-116 (2008). (Vapor phase diffusion model analysis on InGaN [58] Ryusuke Onitsuka, Momoko Deura, Masakazu grown by selective area metal-organic vapor Sugiyama, Yukihiro Shimogaki, and Yoshiaki Nakano: phase epitaxy)”, 第 69 回応用物理学会学術講演 “Predicting reactor-scale profiles of growth rate and 会講演予稿集, No. 1, p. 330, 4p-CG-17 (2008). composition of InGaAsP layers by metal-organic vapor [47] 富田祐貴, 塩田倫也, 杉山正和, 霜垣幸浩, 中野義 phase epitaxy”, Abstracts, 1st International Symposium 昭: “選択 MOVPE における InGaN 量子井戸発光波長 on Innovative Solar Cells, Tokyo, p. 129 (2009). シフトの起源 (Origin of shift in luminescence [59] Yunpeng Wang, Masakazu Sugiyama, Momoko Deura, wavelength from InGaN quantum wells in Ryusuke Onitsuka, and Yoshiaki Nakano: “In situ selective-area MOVPE)”, 第 69 回応用物理学会学 growth monitoring of strain-balanced quantum well 術講演会講演予稿集, No. 1, p. 330, 4p-CG-18 solar cells by metal-organic vapor phase epitaxy”, (2008). Abstracts, 1st International Symposium on Innovative [48] 北村 心，八井 崇，杉山正和，成瀬 誠，大津元 Solar Cells, Tokyo, p. 130, Tokyo (2009). 一: “近接場光による金ナノ微粒子析出”, 第 69 [60] 出浦桃子, 星井拓也, 竹中充, 高木信一, 中野義昭, 回応用物理学会学術講演会, 4a-ZH-5 (2008). 杉山正和: “Si 上 InGaAs の微小領域選択 MOVPE に [49] 鬼塚 隆祐，杉山 正和，霜垣 幸浩，中野 義昭：" おける横方向成長促進と均一性向上”, 化学工学会 InGaAsP 系 MOVPE における反応炉形状依存性"，化学 第 74 年会 講演要旨集, A-114 (2009). 工学会 第 40 回秋季大会, T301，2008 年 9 月 [61] 谷和樹, 杉山正和, 中野義昭, 霜垣幸浩: “Pulse [50] 出浦 桃子，霜垣 幸浩，中野 義昭，杉山 正和：" injection MOVPE による InGaN の結晶性向上”, 化 InGaAsP 系 MOVPE における表面吸着層速度過程の in 学工学会第 74 年会 講演要旨集, A-113 (2009). situ 観察とモデル化"，化学工学会 第 40 回秋季大 [62] 百瀬 健，杉山 正和，霜垣 幸浩: “超臨界流体を 会, T302，2008年9月 用いた微細孔への Cu 選択埋め込みプロセスの構 [51] 富田 祐貴，塩田 倫也，杉山 正和，霜垣 幸浩，中 築”, 化学工学会第 74 年会 講演要旨集, K-307

168 (2009). 予稿集, No. 1, p. 403, 31p-ZJ-3 (2009). [63] 山田 英雄,百瀬 健,和戸 弘幸，竹内 幸裕，川原 伸 [72] 富田祐貴, 塩田倫也, 霜垣幸浩, 中野義昭, 杉山正 章，杉山 正和，霜垣 幸浩: “超臨界流体を用いた 和: “選択 MOVPE における InGaN 量子井戸発光波長

SiO2 製膜の開発”, 化学工学会第 74 年会 講演要旨 シフトに対する井戸厚の効果 (Well thickness 集, K-317 (2009). effect in luminescence wavelength from InGaN [64] 竹中充, 武田浩司, 星井拓也, 種村拓夫, 杉山正和, quantum wells in selective-area MOVPE)”, 第 56 中野義昭, 高木信: “フォトニックネットワークを 回応用物理学関係連合講演会講演予稿集, No. 1, p. 支える半導体集積光デバイス技術 (Semiconductor 403, 31p-ZJ-4 (2009). integrated optical device technologies for [73] 梁正承, ハッサネットソダーバンルー, 杉山正和, photonic network)”, 第 56 回応用物理学関係連合 中野義昭, 霜垣幸浩: “パルスインジェクション方 講演会講演予稿集, No. 0, p. 23, 30p-H-6 (2009). 式で作製した AlN/GaN 多重量子井戸のサブバンド間 [65] 竹中充, 武田浩司, 星井拓也, 種村拓夫, 杉山正和, 吸収特性 (Intersubband absorption property of 中野義昭, 高木信: “III-V nMOSFETs 実現に向けた AIN/GaN multi quantum wells growth by pulse 埋め込み再成長 n+InP S/D 形成 (Source/drain injection method)”, 第 56 回応用物理学関係連合 formation by n+InP regrowth for III-V 講演会講演予稿集, No. 1, p. 415, 1a-ZJ-18 nMOSFETs)”, 第 56 回応用物理学関係連合講演会講 (2009). 演予稿集, No. 2, p. 875, 30p-T-15 (2009). [74] 竹中充, 杉山正和, 中野義昭, 高木信: “MOVPE に [66] 竹中充，横山正史，星井拓也，出浦桃子，灰本隆志， よる砒素気相ドーピングの Ge 面方位依存性 (Ge 金相賢，杉山正和，高木信一、「超薄膜 III-V-OI surface orientation dependence of gas phase As MOSFET 実現に向けたチャネルおよび接合形成技 doping by using MOVPE system)”, 第 56 回応用物 術」、第 56 回応用物理学関係連合講演会、1p-X-8、 理学関係連合講演会講演予稿集, No. 2, p. 886, 筑波大学、2009 年 4 月. 1a-T-1 (2009). [67] 杉山 正和、霜垣 幸浩、中野 義昭："化合物半導体 [75] 森井清仁, 中根了昌, 杉山正和, 中野義昭, 竹中充, 高効率太陽電池にむけた InGaAsP 系 MOVPE の基礎", 高木信: “MOVPE 装置を用いた As 気相ドーピングに 学術振興会第 161 委員会研究会（東京）（2008 年 12 よる Ge p-n 接合の電気特性 (Electrical 月19日） characteristics of Ge p-n junctions formed by gas phase As doping in MOVPE system)”, 第 56 回応 [68] （招待講演）杉山正和, 霜垣幸浩, 岡田至祟, 中野 義昭: “III-V 化合物半導体高効率太陽電池のエピ 用物理学関係連合講演会講演予稿集, No. 2, p. 887, タキシャル成長技術 (Epitaxial growth 1a-T-2 (2009). technology of III-V semiconductor [76] 横山正史, 安田哲二, 山田永, 福原昇, 秦雅彦, 杉 high-efficiency solar cells)”, 第 56 回応用物 山正和, 中野義昭, 竹中充, 高木信: “基板貼り合 理学関係連合講演会講演予稿集, No. 0, p. 126, わせによる Si 基板上メタル S/D III-V-OI MOSFET 31p-TG-3 (2009). の動作実証 (First demonstration of metal S/D III-V-OI MOSFETs on Si using direct wafer [69] 安河内諭, 塩田倫也, 杉山正和, 霜垣幸浩, 中野義 昭: “マルチスケールの成長速度分布を用いた GaN bonding)”, 第 56 回応用物理学関係連合講演会講 MOVPE 反応メカニズムの考察 (Discussion on the 演予稿集, No. 2, p. 909, 1p-V-17 (2009). reaction mechanism of GaN MOVPE using”, 第 56 [77] Salah Ibrahim, Masakazu Sugiyama, and Yoshiaki 回応用物理学関係連合講演会講演予稿集, No. 1, p. Nakano: “Experimental all-optical switching by 397, 31a-ZJ-18 (2009). cross-phase modulation in active multimode interferometer (能動多モード干渉計における相互 [70] 谷和樹, 杉山正和, 中野義昭, 霜垣幸浩: “Pulse Injection MOVPE に よ る InGaN の結晶性向上 位相変調を用いた実験的全光スイッチング)”, 第 (Improvement of InGaN crystal quality by pulse 56 回応用物理学関係連合講演会講演予稿集, No. 3, injection MOVPE)”, 第 56 回応用物理学関係連合 p. 1235, 1p-B-16 (2009). 講演会講演予稿集, No. 1, p. 402, 31p-ZJ-1 [78] 百瀬 健，杉山正和，霜垣幸浩: “超臨界流体 (2009). 製膜プロセスを用いた微細孔への Cu 選択埋め 込み”, 第 56 回応用物理学関係連合講演会, [71] 塩田倫也, 富田祐貴, 杉山正和, 霜垣幸浩, 中野義 昭: “InGaN の MOVPE 選択成長における水素添加の 1a-ZF-5 (2009). 効果 (Effects of hydrogen addition in selective [79] 久保田智広，額賀 理，植木真治，杉山正和， area metal-organic vapor phase epitaxy of 寒川誠二: “中性粒子ビームの解析（1）”, 第 InGaN)”, 第 56 回応用物理学関係連合講演会講演 56 回応用物理学関係連合講演会, 1p-ZW-13 (2009).

169 [80] 高野隆好，藤川紗千恵，平山秀樹，杉山正和: “InAlGaN 四元混晶半導体を用いた深紫外発 光量子ドットの作製”, 第 56 回応用物理学関係 連合講演会, 1a-ZJ-20 (2009). [81] 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 (2009). [82] 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 (2009). [83] 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 (2009). [84] 内田博久，山本 大，出浦桃子，杉山正和："超臨界 二酸化炭素を用いた溶体急速膨張法による有機半 導体材料の薄膜創製"，表面技術協会第 119 回講演 大会, 18A-25（2009 年 3 月，山梨大学） [85] 内田博久，山本 大，出浦桃子，杉山正和："超臨界 二酸化炭素を用いた溶体急速膨張法によるアント ラセン薄膜の創製メカニズムの解明"，表面技術協 会第 119 回講演大会, 18A-26（2009 年 3 月，山梨大 学） [86] 内田博久，山本 大，出浦桃子，杉山正和："超臨界

CO2 を用いた 3 次元 MEMS 構造への金属・酸化膜， 有機膜の高均一コーティング"，表面技術協会第 119 回講演大会, 18A-27（2009 年 3 月，山梨大学）

170 加藤研究室 3. カーボンナノチューブにおける電子スピンダ Kato Laboratory イナミクスの光検出 (http://ykkato.t.u-tokyo.ac.jp) 原島 慧・加藤 雄一郎 Optical detection of electron spin dynamics in 研究現況 carbon nanotubes Current Research Projects S. HARASHIMA, 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 1. カーボンナノチューブの電界発光 る電子スピン制御に有望な系であるが、単一のカーボン 森坪 繁・安河内 諭・加藤 雄一郎 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 Carbon nanotube electroluminescence が多い。そこで、高感度な光学的スピン検出システムを S. MORITSUBO, S. YASUKOCHI, Y. K. KATO 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 カーボンナノチューブの電界発光は、そのナノスケー る知見を得て、ナノチューブを用いた電子スピン制御デ ルの一次元的構造に由来する特徴がオプトエレクトロニ 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 クスに利用できる可能性がある。単一の単層カーボンナ 未来の電子スピン情報技術への第一歩とする。 ノチューブからなる電界効果トランジスターを作製し、 Carbon nanotubes have potential use in electron spin 顕微分光を行っている。電界発光の機構および原理に対 manipulation at nano-scale, but electron spin dynamics within する理解を深めることにより、カーボンナノチューブの single carbon nanotubes remain elusive. We plan to オプトエレクトロニクス材料としての評価に役立て、ま investigate electron spin relaxation times and coherence た従来の直接半導体のようにキャリヤー注入により発光 length by constructing an optical spin detection system with する素子の構造を見出すことを目指して研究を進めてい high sensitivity. Understanding of such spin properties will be る。 a first step towards electron spin information device. Electroluminescence from individual carbon nanotubes has potential applications in optoelectronics because of the 4. ナノチューブ・Ⅲ‐Ⅴ族半導体ヘテロ構造に characteristics originating from their one-dimensional よる電流誘起スピン structure. We fabricate field effect transistors with channels 堀内 義文・加藤 雄一郎 consisting of an individual single-walled carbon nanotube, Optical detection of electron spin dynamics in and perform micro-electroluminescence spectroscopy. Our carbon nanotubes aim is to understand the light emission mechanisms, thereby Y. HORIUCHI, Y. K. KATO assessing the potential for carbon nanotubes as optoelectronic カーボンナノチューブは炭素という軽い元素からなる material. 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 2. カーボンナノチューブによる電荷汲み上げ発 されている。この報告が正しいとすると、カーボンナノ 光 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 村井 智昭・加藤 雄一郎 道相互作用により偏極し、スピン偏極電流となっている Light emission by charge pumping 可能性がある。このようなスピン偏極電流は、ナノスケ in carbon nanotubes 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 T. MURAI, Y. K. KATO 能性があるほか、一次元系におけるスピン流という展開 カーボンナノチューブ発光素子の研究は、カーボンナ をもたらす期待がある。そこで、単一の単層カーボンナ ノチューブが直接半導体であることから、pn 接合発光ダ 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 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 ことを目指す。 ている素子構造を用いて行われている。これに対し、カ Carbon nanotubes have been thought to have weak 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 spin-orbit coupling because they are made up of light atoms. ことを利用した新しい発光機構である「電荷汲み上げ発 Recently, there are reports that the spin-orbit coupling is 光」の原理を実証するため、素子構造の試作と作動方法 actually strong. If this is the case, there is a possibility that の検討を行い、発光検出を目指す。 electrical currents flowing through carbon nanotubes are spin Carbon nanotubes offer a good degree of control over the polarized. We plan to investigate whether or not such Fermi level, as a result of their characteristics as intrinsic current-induced spin polarization exist within carbon semiconductors. Taking advantage of such properties, we are nanotubes. aiming at a proof-of-concept device that allows for light emission using charge pumping.

171 論文・著書一覧（2008 年度） Publication List

国際会議論文 [1] S. Moritsubo, T. Murai, T. Shimada, Y. Murakami, S. Maruyama, Y. K. Kato, “Confocal imaging and excitation spectra of photoluminescence from carbon nanotubes suspended over trenches of various widths”, March Meeting of the American Physical Society, Pittsburgh, Pennsylvania (March 2009).

シンポジウム・研究会・大会等発表 [2] 加藤雄一郎, 「ナノチューブにおける電子と光の相 互作用」ナノフォトニクス総合的展開シンポジウム (2008). [3] Y. K. Kato, “Electrical manipulation of electron spins in nonmagnetic semiconductors”, 理化学研究所 第 1 回 次世代ナノシンポジウム (2008). [4] Y. K. Kato, "Electrically driven thermal light emission from individual single-walled carbon nanotubes." 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 シンポジウム (2009).

172 小田・小野(亮)研究室 や窒素酸化物(NOx)を分解除去する技術の開発を行って Oda and Ono Laboratory いる。フロンやトリクレン等を 99%以上分解することが (http://streamer.t.u-tokyo.ac.jp) 可能であり、その分解効率向上を触媒により促進するこ 研究現況 とを検討している。ガソリンエンジン排ガス処理で有効 Current Research Projects 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 1. 大気圧非熱平衡プラズマのラジカル反応計測 ともに検討中である。放電によって生成したオゾンやそ 小野 亮・小田 哲治・寺本 慶之・堤 康彦 の他の物質を触媒で分解し O ラジカルを発生させ、そこ Measurement of Radical Reactions in Atmospheric 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。 Pressure Nonthermal Plasma 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 R. ONO, T. ODA, Y. TERAMOTO, 大幅に上げることが可能であることを実証した。プラズ and Y. TSUTSUMI 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 大気圧非熱平衡プラズマの反応機構を解明するため、 中である。 ラジカル密度の空間分布や時間変化を、レーザ分光法に Atmospheric pressure non-thermal plasma processing is より測定している。レーザ誘起蛍光法（LIF）による OH studied to decompose dilute VOCs or NOx in air or

ラジカル、NO 分子、準安定準位 N2(A)分子、振動励起 combustion flue gas efficiently. 50~1,000ppm CFC or

O2 分子、O ラジカル密度の計測、二次元吸収法によるオ trichloroethylene (TCE) in air were decomposed more than ゾン密度計測を行い、コロナ放電やバリア放電プラズマ 99% by the plasma. In order to improve both energy でのラジカルの挙動を調べている。LIF による N ラジカ efficiency and decomposing ratio, a novel plasma process ル計測の準備も進めている。この研究により、ストリー combined with catalyst is under investigation. Also, DeNOx 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 process by using 3 way catalyst which removes NOx, COx,

つある。本研究は、非熱平衡プラズマによる大気汚染物 and HC simultaneously, was examined. Zeorite or TiO2

質除去など、様々なプラズマ応用技術に貢献するもので with/without V2O5 were also tested as catalyst with the ある。ラジカル反応速度は温度に強く依存するため、本 non-thermal plasma pressing including absorption effects. The 研究では LIF により、分子の回転温度や振動温度も測定 relation of the ozone generation and VOC decomposition is している。 also experimentally studied. Reaction simulation is newly To investigate the reaction processes in atmospheric developed including non-thermal plasma development and pressure nonthermal plasma, density of radicals was measured that chemical reactions. As a new catalyst, manganese oxide using laser spectroscopic techniques. OH radicals, NO is investigated combined with the plasma. molecules, N2(A) metastables, vibrationally excited O2 molecules, and O atoms were measured by laser-induced 3. 大気圧ストリーマ放電の観測とシミュレーシ fluorescence (LIF) and ozone density was measured by ョン two-dimensional laser absorption in corona and dielectric 小野 亮・小田 哲治 barrier discharges. We also prepare measurement of N atoms Observation and Simulation of Atmospheric using LIF. Time evolution and spatial distribution of these Pressure Streamer Discharge radicals have been observed in order to clarify the production R. ONO and T. ODA and chemical reaction processes in the non-thermal plasma. 非熱平衡プラズマによるラジカルの生成や反応機構を This research contributes to various plasma applications such 調べるため、極短ゲート ICCD カメラや高速度ストリー as removal of environmental pollutants using nonthermal クカメラによる大気圧ストリーマ放電の進展の観測や、 plasma. The rate of chemical reactions in the plasma strongly 放電のシミュレーションを行っている。これらの実験結 depends on temperature. The kinetic and vibrational 果と LIF によるラジカルの測定結果を比較し、放電によ temperatures of molecules were also measured using the laser るラジカルの生成機構を調べている。その結果、オゾン、 spectroscopy. 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 2. 非熱平衡プラズマによる大気中各種有害気体 マ・ヘッド）で生成されることが明らかになった。これ の浄化 らの結果をもとに、放電波形を適切に制御することで、 小田 哲治・藤澤 秀俊・本多 慶 不要なラジカルの発生を抑えながら、必要なラジカルの Cleaning of Polluted Gas by Using みを生成するような放電リアクタの開発を進めている。 Nonthermal Plasma Propagation of atmospheric pressure streamer discharge T. ODA, H. FUJISAWA, and K. HONDA was observed using a short-gated ICCD camera and a 非熱平衡プラズマの強力な酸化力により大気中に微量 high-speed streak camera, and it was numerically simulated. (100~1,000ppm)存在するフロン等の揮発性有機物(VOCs) By comparing these results with radical measurement by laser

173 spectroscopy, it was shown that ozone, OH radicals, NO に、水素ステーションなどでの）における静電気安全性 molecules, and vibrationally excited O2 molecules were の評価を行っている。水素は最小着火エネルギーが mainly produced in the secondary streamer, while N2(A) 0.019mJ で、一般的な可燃性ガスの 1/10 程度である。こ metastables were mainly produced in the primary streamer のため非常に静電気に敏感で、その安全対策は必須であ (streamer head). With these results, an efficient discharge る。本研究では静電気放電を模擬した容量性スパーク放 reactor producing desirable radicals with suppressing 電を用いて、様々な水素濃度、湿度、回路定数について production of undesirable radicals is being developed by 最小着火エネルギーを求め、水素静電気着火危険性の定 controlling the discharge waveform appropriately. 量的な評価を行っている。また、従来の最小着火エネル ギー計測法に改善の余地がないかどうかを、例えば電極 4. 高分子絶縁体中の空間電荷測定と熱刺激電流 による火炎核の冷却効果を考慮しながら検討している。 小田 哲治・小野 亮 Electrostatic hazard for hydrogen is investigated especially Measurements of Space Charge Distribution in related with hydrogen station for fuel cell vehicles. The Polymers and Thermally Stimulated Currents minimum ignition energy (MIE) of hydrogen-air mixture is T. ODA and R. ONO 0.019 mJ, which is 1/10 smaller than that of other usual 各種の圧力波法を用いて高分子絶縁体中の電荷や空間 flammable gas such as methane and propane. As hydrogen is 的分布の測定を行っている。高分子絶縁体は、その優れ quite sensitive to the electrostatic discharge (ESD), the 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 assessment of electrostatic hazard is essential for practical use く用いられているが、帯電しやすく材料中の空間電荷に of hydrogen. The MIE of hydrogen was measured using a よる絶縁特性の劣化が問題となっている。高分子絶縁材 spark discharge, which simulated ESD, for various hydrogen 料中の空間電荷測定には圧電素子誘起圧力波法 (PIPWP concentrations, humidity, and electrical circuit constant. In 法)、レーザ誘起圧力波法(LIPP法)等がある。本研究では、 addition, we tried improving the conventional measurement LIPP法に基づく空間電荷分布測定装置を開発中である。 process of MIE, for example, by considering the cooling その再現性を向上するために、前面電極に厚さ1mmのアル effect of spark kernel by the discharge electrodes. 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 6. 水素放電着火時のラジカルおよびガス温度計 ことで雑音の軽減、衝撃波の大きさを一定に保つことに 測 成功、空間電荷分布を再現性よく観測できるようになっ 小野 亮・小田 哲治・前川 明裕・熊本 亜由美 た。空間分解能は１０μｍ程度である。この装置中で試 Measurement of Radical Density and Gas 料温度を上げることが可能となり、電荷消散と温度との Temperature in Incipient Spark-Ignited 関係を空間分布としてとらえることに成功し、熱刺激電 Hydrogen-Air Flame 流特性との相関を研究中である。 R. ONO, T. ODA, A. MAEKAWA and The space charge distributions in polymers were measured A. KUMAMOTO by using a pressure wave propagation method. Polymers have 水素の静電気着火機構を解明するため、水素放電着火後 been widely used as insulators because of their excellent の反応過程をレーザ計測している。可燃性ガス中で放電 insulating characteristics but they also cause various が発生すると初期火炎が生成され、これが放電後 10μs－ electrostatic problems. The normal LIPP method uses a thin 1ms に臨界火炎まで成長すれば着火する。したがってこ metal film irradiated by the laser but the degradation of the の時間領域で初期火炎の温度、サイズ、ラジカル密度を film was often observed. To remove that problem, a thick 測定すれば、着火と不着火を分ける要素が明らかになる。 aluminum plate was fixed on the polymer surface and the 本研究では OH ラジカル密度と火炎核温度の LIF 計測と、 shock wave was generated on the plate surface and 主要分子（O2, H2, H2O, N2）のラマン分光計測を行ってい transmitted to the polymer surface. That new method realizes る。これまで、水素等可燃性ガスの着火過程を定量的に the measurement of reliable and reproducible space charge 測定した例はなく、本研究は放電着火機構の解明に大き distribution observation. By using that new technology, space く寄与する。 charge behavior with the temperature was analyzed. That For examining the hydrogen spark-ignition mechanism, the space charge distribution change was compared with TSDC reaction process in the spark-ignited incipient flame was analysis. measured by laser spectroscopy. When a spark occurs in a flammable gas, an incipient flame is produced. If it grows to a 5. 水素操作時の静電気問題 sufficient flame during 10 μs to 1 ms after the spark, an 小野 亮・小田 哲治 ignition occurs. Therefore, the measurements of the gas Electrostatic Problems in the Hydrogen Handling temperature, size, and density of radicals in the incipient R. ONO and T. ODA flame are indispensable for investigating the ignition process 燃料電池の燃料として利用される水素の、操作時（特 of hydrogen-air mixture. We measured the gas temperature

174 and OH radical density in the incipient flame using LIF and Dye-sensitized solar cell generates electricity by different the densities of major molecules (O2, H2, H2O, N2) using mechanism from silicon solar cell. It can be made at low cost Raman spectroscopy in spark-ignited hydrogen-air flame. The from easily available materials. We develop a technique to growing process of the incipient-flame was quantitatively enhance the conversion efficiency and the lifetime of measured. 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・小野 雄人 Observation of Ultra-Fast Electrostatic Discharge and Its Safety Measures T. ODA and Y. ONO 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、1μm 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 (< 1μm). 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・小野 亮・小田 哲治 Development of Dye-Sensitized Solar Cell Y. TERAMOTO, T. SHIONO, 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 少なく、新型太陽電池として期待されている。色素増感 太陽電池の、効率および寿命を向上させる技術の開発に 取り組んでいる。

175 論文・著書一覧（2008 年度） 22P-4, Edmonton, Canada (2008). Publications List [12] R. Ono and T. Oda, “Measurement of OH density and gas temperature in incipient spark-ignited hydrogen-air 研究論文 flame,” Proc. 6th Int. Symp. Nonthermal Plasma Technol., Taipei, CD (2008). [1] R. Ono and T. Oda, “Measurement of vibrationally [13] T. Oda, H. Kuramochi, K. Ono and R. Ono, excited O2(v = 6) in the afterglow of pulsed positive corona discharge,” Plasma Sources Sci. Technol., v.18, “Non-thermal plasma process for volatile organic 035006 (2009). compounds - new catalyst effect,” 6th Int. Symp. Non-Thermal Plasma Technol. Pollution Control & [2] R. Ono, C. Tobaru, Y. Teramoto and T. Oda, Sustainable Energy Develop., Taipei CD (2008). “Laser-induced fluorescence of N2(A) metastable in N2 pulsed positive corona discharge,” Plasma Sources Sci. [14] T. Oda, H. Kuramochi, and R. Ono, “High pressure Technol., v.18, 025006 (2009). non-thermal plasma process for TCE decomposition combined with the catalyst -discharge effect-,” Proc. 6th [3] T. Oda, H. Kuramochi and R. Ono, “Trichloroethylene Conf. French Electrostat. Soc., pp.335-340 (H-O4), Paris decomposition by the nonthermal plasma combined with & Gif-sur-Yvette (2008). manganese-dioxide supported alumina,” Int. J. Plasma Environ. Sci. Technol., v.2, pp.50-55 (2008). [15] T. Oda, “Non-thermal plasma process –VOC decomposition and its optical analysis,” Proc. 3rd Int. [4] 今村 友彦、茂木 俊夫、堀口 貞茲、小野 亮：“ダ ストを含む水素ガス噴出時の噴出系統での帯電特 School Adv. Plasma Technol., Verenna, pp.11-12 (2008). 性の考察,” 安全工学, v.47, pp.77-83 (2008). [16] T. Oda, H. Kuramochi and R. Ono, “Non-thermal plasma processing for dilute VOCs decomposition 国際会議論文 combined with the catalyst,” Proc.11th Int. Conf. ESP, Hangzou, pp.638-643 (2008). [5] Y. Teramoto, R. Ono and T. Oda, “Measurement of [17] T. Oda and R. Ono, “Optical diagnosis of high pressure metastable N2(A) in atmospheric pressure pulsed corona discharge using LIF,” Int. Workshop Electrostat. in non-thermal plasma,” 2008 Taiwan Japan Bilateral Ishigaki, file number 16 (2008). Technol. Workshop Appl. Plasma Bio-medical, Taoyuan, pp.65-70 (2008). [6] A. Maekawa, R. Ono and T. Oda, “Raman spectroscopy of main molecular densities in hydrogen-air mixture [18] T. Oda and R. Ono, “Optical Diagnostics for Discharge ignited by the spark discharge,” Int. Workshop Induced Plasma Analysis,” Proc. Int. Symp. EHD, Electrostat. in Ishigaki, file number 17 (2008). Kuching, Sarawak, CD-Invited1, (2009). [7] C. C. Chang, R. Ono and T. Oda, “Optical emission spectra of atmospheric pressure non-equilibrium plasma シンポジウム・研究会・大会等発表 jet,” Int. Workshop Electrostat. in Ishigaki, file number [19] 前川 明裕, 熊本 亜由美, 小野 亮, 小田 哲治,“水 23 (2008). 素－空気混合気の放電着火過程における主要分子 [8] Y. Ono and T. Oda, “Low voltage discharge at a micro 密度のラマン散乱計測,”2009 年静電気学会春期講 gap in air,” Int. Workshop Electrostat. in Okinawa, file 演会論文集, pp.1-4 (2009). number 6 (2008). [20] 寺本 慶之, 小野 亮, 小田 哲治,“レーザ誘起蛍光 [9] R. Ono, C. Tobaru, Y. Teramoto and T. Oda, 法による大気圧パルスコロナ放電の準安定準位 N (A)の絶対密度計測,”2009 年静電気学会春期講 “Observation of N2(A) metastable in pulsed positive 2 corona discharge using laser-induced fluorescence,” 演会論文集, pp.13-16 (2009). Conf. Rec. 2008 IEEE/IAS Annual Meeting, file number [21] 堤 康彦, 寺本 慶之, 小野 亮, 小田 哲治,“レー 12P-7, Edmonton, Canada (2008). ザ誘起蛍光法による正負コロナおよびバリア放電 [10] T. Oda, H. Kuramochi and R. Ono, “Non-thermal 下での N2(A)の計測,”2009 年静電気学会春期講演 plasma process for dilute trichloroehtylene 会論文集, pp.17-20 (2009). decomposition combined with catalyst position effect of [22] 藤澤 秀俊, 小野 亮, 小田 哲治,“非熱平衡プラズ plasma reactor and catalyst,” Conf. Rec. 2008 IEEE/IAS マによるトリクロロエチレン分解に対する触媒の Annual Meeting, file number 12P-1, Edmonton, Canada, 影 響 ,”2009 年静電気学会春期講演会論文集, (2008). pp.55-56 (2009). [11] T. Oda, H. Miyasaka and R. Ono, “Basic research on [23] 小野雄人, 小田哲治,“接触静電気放電”2009 年静 low voltage electrostatic discharge phenomena,” Conf. 電気学会春期講演会論文集, pp.45-48, (2009). Rec. 2008 IEEE/IAS Annual Meeting, file number [24] T. Oda and R. Ono, “Optical diagnosis of atmospheric

176 pressure non-thermal plasma,” Plasma Sci. Symp. 2009, Nagoya, pp.404-405 (2009). [25] 小田哲治,“大気圧非熱平衡プラズマの可能性”平 成 21 年電気学会全国大会講演論文集, pp. 1-S4-1 (2009). [26] 小野亮, 小田哲治, “大気圧非熱平衡プラズマ中のラ ジカルを測る” 平成 21 年電気学会全国大会講演論 文集, pp.1-S4-2 (2009). [27] 寺本 慶之, 小野 亮, 小田 哲治, “レーザ誘起蛍光 法による大気圧パルスコロナ放電の準安定準位

N2(A) 計測,” 2008 年静電気学会講演論文集, pp.191-194 (2008). [28] 前川 明裕, 小野 亮, 小田 哲治, “水素－空気混合 気の放電着火過程における主要分子密度のラマン 散乱計測,” 2008 年静電気学会講演論文集, pp.167-170 (2008). [29] 小野雄人，小田哲治, “空気中の低電圧微小ギャップ 間放電” 2008 年静電気学会講演論文集, pp.23-26 (2008). [30] 小野 亮, 寺本 慶之, 小田 哲治, “レーザ誘起蛍光 法によるパルスコロナ放電の準安定 N2(A)計測,” 電気学会放電研究会資料, pp.33-37 (2008). [31] 小田 哲治, 倉持 晃, 小野 亮, “大気圧非熱平衡プ ラズマによる VOC 分解 触媒併用効果,” 電気学会 放電研究会資料, pp.27-32 (2008). [32] 小田哲治, “大気圧非熱平衡プラズマによる環境改 善技術の開発―基礎過程から応用まで” プラズマ 材料科学第 153 委員会第 87 回研究会資料, pp.1-8 (2008).

177 日髙・熊田研究室 的に測定するセンサである。 Hidaka and Kumada Laboratory 本年度においては、本センサの経年劣化による影響と (http://www.hvg.t.u-tokyo.ac.jp) その要因について考察を行った。導線の損傷や電極のず れによって、BGO 結晶に電界が印加されないということ 研究現況 が起こりえるので、定期的な保守点検が重要であること Current Research Projects がわかった。 For measuring a surge superimposed on a power- 1. 気体カー効果による電界測定 transmission line which is in operation, non-contact 松本洋和・松岡成居・熊田亜紀子・日髙邦彦 measuring device is desirable. The authors have developed a Electric Field Measurement in Gas Using Kerr non-contact voltage sensor based on Pockels sensing Effect technique. The sensor consists of a pair of auxiliary electrodes, H. MATSUMOTO, S. MATSUOKA, a Pockels crystal (BGO), a SLD, a detector, and fibers. The A. KUMADA, and K. HIDAKA voltage capacitively induced between auxiliary electrodes is 気体のカー効果を用いた電界の非接触計測手法は被 measured using a Pockels sensor. 測定対象に擾乱を与えずに電界測定を行える理想的な By the damage of the cable or the misalignment of the 電界測定手法であり、放電現象の解明や、電力機器の絶 electrodes, the electric field in the Pockels crystal is lower 縁設計において、きわめて有力な手法である。気体カー than that of normal condition. So, the maintenance check is 効果は液体のカー効果と比較して 1/10000 程度であり、 necessary. 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。 3. レーザ波面計測による放電中の電子密度測定 過去の研究において、コロナ放電発生時にカー定数が 松本洋和・松岡成居・熊田亜紀子・日髙邦彦 イオン電荷量の増加に伴い指数的に増加することが確 Electron Density Measurement in Electric Discharge 認された。本年度はこの原因の解明を行った。電界、イ by Wave-front Sensor オン電荷量を変化させて実験を行い、コロナ放電発生時 H. MATSUMOTO, S. MATSUOKA, A. KUMADA に確認された大きなカー効果は、イオン風によって空気 and K. HIDAKA の密度が揺らいだためと判明した。 雷放電の研究および耐雷技術の開発、ガス絶縁機器の The sensing technique based on the Kerr electro-optic 開発や放電プラズマ応用機器の開発などには、過渡的な effect of gas is applied to the electric field distribution 放電現象の機構解明が求められており、放電に関する基 measurement. As the Kerr constant in atmospheric air is 礎物理量の 1 つである電子密度計測は特に重要である。 1.3×10-18m/V2, which is less than 1/10000 of those in liquids, 放電中の電子密度計測手法であるシャックハルトマン法 the phase retardation caused by the Kerr effect of gas is は測定感度が小さく、電子密度が小さい放電の計測は困 measured by the high sensitive system based on the optical 難であった。そこで、マイクロレンズアレイを 2 枚用い phase modulation technique. ることで、マイクロレンズアレイの焦点距離を疑似的に In previous work, Kerr constant increase exponentially 延長し、測定感度の高感度化を図っている。 with increase of ion density. In this year, the change of the 本年度は、マイクロレンズアレイと ICCD 検出器の距 birefringence was measured with changing the electric field 離を延長することで測定感度の向上を試みた。マイクロ and the corona charge amount. It has been turned out that レンズアレイと ICCD 検出器の距離に関しては、1m 程度 increase in Kerr constant is caused by the ion wind of までは延長することが可能であった。しかし、距離を延 corona discharge. 長するとレーザの拡がりの問題から隣接する輝点が重な るために輝点移動の検出ができないため、従来と比べて 2. ポッケルス非接触電圧測定器 測定感度の向上は困難であった。また、輝点の重心位置 武田敏信・松本洋和・松岡成居 を求めることで輝点移動の検出の分解能の向上を行った。 ・熊田亜紀子・日髙邦彦 It has been desperately needed to clarify the discharge Pockels Voltage Sensor process for lightning protection, efficient plasma reactors, and T.TAKEDA, H. MATSUMOTO, S. MATSUOKA, designing power apparatuses such as gas insulated A. KUMADA, and K. HIDAKA switchgears. The study on discharge mechanism is possible ポッケルス効果を用いた測定法の電磁無誘導性、電気 through the measurement of fundamental physical quantities 絶縁性、広帯域性という特長を利用して、電 such as electron density, ion density, and electric field. A laser 力線のサージ電圧を非接触に測定するセンサの開発を wavefront sensor of the Shack-Hartmann type is used for 行っている。 measuring electron density of discharge in air. However, the これは、電気的に浮遊した一対の補助電極に静電容量 system is not sensitive enough to measure electron density in により誘起される電位差を、ポッケルス効果により光学 discharge.

178 Here, we made a computing algorithm for determining which is estimated from the result of the electrical emission appropriate gravity centers of MLA’s bright spots and measurement is comparable in amount to experimental result. constructed the system with two MLAs in confocal arrangement and a longer optical path between MLAs and 5. 直流電界下における絶縁物の帯電現象 ICCD cameras. The optical path of about one meter and the 道念大樹・松岡成居・熊田亜紀子・日髙邦彦 two MLAs giving a practically long focal length were Charge Accumulation on an Insulator under DC expected to provide improvement of the sensitivity of the Electric Field system. However, the sensitivity was a tenth of expected value T. DOUNEN, S. MATSUOKA, for the overlaps of the spots coming from a wide light beam A. KUMADA and K. HIDAKA along the long optical path. 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 4. マイクロ波照射による PCB 分解反応促進機構 る。するとスペーサ近傍の電界分布は、容量分布に基づ 岡崎洋平・松岡成居・熊田亜紀子・日髙邦彦 いて決定される場から、抵抗分布に基づいて決定される Decomposition Reaction Accelerating Process of 場へと移行する。抵抗場への移行に伴いスペーサとガス PCBs by Microwave Irradiation の界面には帯電が生じる。このようなスペーサに逆極性 Y. OKAZAKI, S. MATSUOKA, A. KUMADA, 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 and K. HIDAKA る。 ビフェニルを塩素化した芳香族化合物はポリ塩化ビフ 表面電位計を用いた分解能 5.4mm、測定点数 6846 点に ェニル(PCB)と呼ばれる。PCB はその熱的安定性や化学 及ぶ帯電電荷密度分布測定装置によって、直流電界下の 的安定性、優れた絶縁特性から、変圧器やコンデンサな 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 ど多くの用途に用いられてきた。しかし、PCB の強い毒 の測定を行った。スペーサの表面状態が悪化すると帯電 性がわかってからは、国内における生産や輸入は研究目 量が大きくなることが確認されたため、主な帯電発生要 的以外には禁止され、その廃棄や取り扱いについても厳 因は表面に沿う導電であると考えられる。またスペーサ しい規制が設けられることとなった。PCB の処理は難し の表面抵抗率の測定を行い、表面抵抗率が一様でない場 く、その多くは保管されてきたが、近年 PCB の新たな処 合、抵抗率が変化する境界に沿って帯電が発生すること 理法が開発された。その方法は、マイクロ波(2.45GHz) を確認した。 を用いて PCB を脱塩素化し、無害化するといったもので When a dc voltage is applied to an insulating spacer for a ある。これは従来法と異なり、有害な副生成物をほとん long time, the electric field distribution around it changes ど生成しないといった特徴がある。この現象はマイクロ from the initial capacitive distribution to a resistive 波の熱的な効果によるもののほかに、非熱的な効果によ distribution, which is determined by the resistivity of the るものといわれるが、分解機構の詳細は未解明である。 material. Consequently, charges are accumulated on the spacer そこで、マイクロ波照射により触媒と溶液が逆極性に surface. 帯電するため分解反応が促進されるという仮説を立て、 A surface charge measuring system had developed with an Pd/C 触媒の電子放出測定と溶液の帯電量の計測を行い、 electrostatic probe using the digital signal processing その検証を行った。その結果、触媒の電子放出量から推 technique. The number of measured points is 6846, and the 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 spatial resolution reaches 5.4 mm. Both the voltage かった。 application process and the measuring process are carried out Polychlorinated biphenyls (PCBs) had been used in many in a container (glove box) filled with atmospheric SF6.Surface applications such as transformers and capacitors. In recent conductivity of the insulator is measured because surface years, a new effective processing for PCBs has been leakage current is assumed to be the main factor of charge developed. With this processing, PCBs can be made harmless accumulation, and it was confirmed that nonuniform surface by de-chlorination of them using microwave (MW, 2.45GHz). resistivity is responsible for charge accumulation. Unlike conventional treatment, this new processing hardly produces harmful by-product material. It is natural to 6. 正極性沿面ストリーマの進展特性 consider that the MW irradiation process has high-efficient 米澤寛・松岡成居・熊田亜紀子・日髙邦彦 heating performance and also may have some non-thermal Propagation of Positive Surface Streamer effect. H. YONEZAWA, S. MATSUOKA, A. KUMADA, In this year, we made such a hypothesis that the absorptive and K. HIDAKA power of the catalyst is improved by charge accumulation. To 誘電体表面に発生する沿面放電は、電力機器や電子素 evaluate this hypothesis, the amount of the electrical emission 子の絶縁設計において抑制が重要になるので、その進展 from the Pd/C catalyst and the charge density of the solution 機構の解明が強く望まれている。本研究では、表面電位 were measured. It was observed that the charge accumulation

179 計を用いて沿面放電後の試料を測定し、あらかじめ電界 propagation. It has so far been hard to generate such a voltage, 計算により求めておいた関係式により逆算を行い、沿面 when its peak value is required to be several hundred kilovolts. 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。 Our laboratory has introduced a new high voltage generator 正極性沿面ストリーマは樹枝状に直線的に進展し、一 making a square-pulse voltage with a rise time of 13 ns, a 本一本の区別は明瞭にできる。ある一点で放電が始まる dumping factor less than 2.5% after 10 µs duration and a peak と、放電により発生した光子が近傍に新たなストリーマ value of 200 kV, and started measuring voltage-time を発生させ、電極の周りから同時に複数のストリーマが characteristics of various gases.

進展する。印加電圧が高くなるにつれてストリーマが大 The sparkover voltage of gap in CF3I is lower than that in

きくなっていくことがわかった。 SF6 under non-uniform electric field. On the contrary, the

A surface discharge on an insulating material has a great sparkover voltage in CF3I is higher than that in SF6 under influence on the insulating performance of electrical apparatus uniform electric field. and electronic devices. Electrostatic probes have been utilized We measured the V − t characteristics of CF3I /N2 and CF3I for measuring the residual charge distribution. In this research, /CO2 gas mixtures in gaseous space and on dielectric surface a layered dielectric plate is introduced and the residual charge under steep front square pulse voltage application. The distribution is successfully measured. synergism works when CF3I is mixed with N2 or CO2 both in The surface discharge is initiated by the propagation of a gaseous space and on dielectric surface. surface streamer, followed by a surface leader formation and As a result, the sparkover voltage in CF3I/N2 gas mixture subsequent breakdown phenomenon. It is observed that a which contains N2 gas of 80% under non-uniform electric streamer is longer in high voltage than in low voltage. field is higher than that in pure CF3I, and the flashover voltage

in CF3I/CO2 gas mixture which contains CO2 gas of 60 - 80%

7. ナノ秒領域における絶縁ガス中の放電進展現 on dielectric surface is higher than that in pure CF3I. 武田敏信・宇尾寛・松岡成居 ・熊田亜紀子・日髙邦彦 8. 沿面放電測定用マイクロセンサ Nano-Second Range Electrical Discharge 山口祐樹・松岡成居・熊田亜紀子・日髙邦彦 Phenomena in Insulation Gases Micro Sensor form Measuring Surface Discharge T. TAKEDA, H. UO, S. MATSUOKA, and A. Phenomena KUMADA, Y. YAMAGUCHI, S. MATSUOKA, A. KUMADA, 電圧立ち上がり時間 20ns、10µs 経過後の減衰率 2.5% and K. HIDAKA 以下、最大波高値 200kV という理想的な方形波高電圧を サブミクロンオーダの分解能をもつ沿面放電測定用セ 発生可能な装置を導入し、1µs 以下の短時間領域で放電 ンサの開発をおこなっている。昨年までに、1μm 幅の 3 現象を詳細に測定している。 つの検出電極構造および 1 対の沿面放電電極構造を SOI

現在絶縁ガスとして広く用いられている SF6 ガスが地 ウェハ上に構成したプロトタイプセンサを自作し、その 球温暖化ガスとして使用の削減が求められている。そこ 出力特性を測定したが、固有静電容量が大きいため出力 で我々は絶縁性能が高く、地球温暖化への影響が小さい が小さく、配線の引き回しにより放電印加時のノイズが

CF3I ガスを SF6 代替ガスとしての可能性を検証してきた。 重畳する欠点があった。

その結果、準平等電界下では CF3IはSF6 より絶縁性能 これらの欠点に対処すべく、5×30μm の 5 つの検出電

が高いが、極端な不平等電界下では CF3IはSF6 より絶縁 極、および 1 対の沿面放電電極をガラス基板上に配した 性能が低いということがわかっている。 センサを作成した。センサ出力は、FET プローブを介し

また、CF3I は飽和蒸気圧が低く、高気圧では液化が起 てオシロスコープで読み取る形式である。測定系の応答

こってしまう。それを防ぐために CF3I を他のガスと混合 特性を測定したところ、上記の欠点は解消されたが、FET 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 プローブの入力抵抗により放電電荷(電圧)センサではな

いる。混合した場合の絶縁性能を知るために CF3I/N2、 く放電電流センサとしてふるまうことが判明した。また、

CF3I/CO2 混合ガスの気中放電特性、沿面放電特性の測定 このような読み出し形式においては、センサ数が数個に

を行った。気中、沿面共にCF3Iは強いシナジズムを示し、 限られる欠点ももつ。 ガス混合は絶縁性、液化防止の両面で有効であることが これら読み出し形式の欠点を改良したセンサとして、 あきらかになった。 CMOS 読み出し回路集積型センサを開発している。これ

SF6 gas, which is a major electrical insulating medium in は、CMOS チップ内の金属層構造を利用して、チップ内 high voltage equipments, has been designated as a greenhouse 部及び表面にセンサ構造、放電電極構造を作りこんだ構 effect gas. Thus, it has been required to be reduced or replaced 造をとる。現在その応答特性の測定の準備を進めている by other gases. ところである。 Steep-front square-pulse voltages with a long duration are Three types of micro sensors for measuring propagating useful for clarifying the mechanism of electrical discharge surface discharge were proposed based on MEMS technology.

180 At first, a prototype sensor was assembled last year, but it has the destruction and partial discharge structure of PPLP in the been turned out that the output signal is low because of its big condition of liquid N2. intrinsic capacitance and much noise is superimposed on long In this research, on the purpose of understanding interconnection wires. Therefore, an improved sensor was insulation characteristics of PPLP, we compare partial also assembled: A pair of Al-discharge electrodes, 5 discharge characteristics in the condition of air, N2 gas and

Al-sensing electrodes surrounded by a grounded electrode, liquid N2. In this year, we investigated the characteristics of and readout pads for each sensing electrode were fabricated inception voltage and the amount of electric charge of partial on a 500 μm-thick glass wafer. The output signals are detected discharge under AC and DC voltage using PPLP sheets and by FET probes connected to an oscilloscope. As the intrinsic HTS cable models. By comparing the experimental results in capacitance was low and the interconnection wires were fully air and N2 gas with obtained results in liquid N2 , we have shielded, the signal to noise ratio was improved. This proposed the method which is estimating partial discharge in improved sensor also has several defects: Due to the low input the condition of liquid N2 comparing with other conditions. resistance of the FET probe, the sensor works as a current Moreover we have evaluated the probability of using air or N2 sensor, and the number of sensing electrodes is limited to 10 Gas instead of using liquid N2 in pre-shipment inspection to at most. To solve these problems, a CMOS integrated reduce inspection cost. MEMS sensor is being developed. 10. バリア放電のシミュレーション 9. 超電導ケーブルの部分放電測定 田中大樹・松岡成居・熊田亜紀子・日髙邦彦 鈴木雄斗・ファテメ=レザイファル・松岡成居 Numerical Simulation of Barrier Discharge ・熊田亜紀子・日髙邦彦 D. TANAKA, S. MATSUOKA, A. KUMADA, Partial Discharge Measurement in HTS Cable and K. HIDAKA Y. SUZUKI, F.REZAEIFAR, S. MATSUOKA, 気体放電の基本的現象であるストリーマのシミュレー A. KUMADA, and K. HIDAKA ションを流体方程式を解くことによって行っている。物 都心部へ給電する電力ケーブルは送電容量の向上が望 理的手法であるシミュレーションは、実験的に得られた まれている。高温超電導ケーブル（High Temperature 結果を検証するためにも非常に有効であり、また、任意 Superconducting Cable = HTS ケーブル）は、高温超電 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。 導線材を導体に使用することにより、送電ロスを大幅に このようにシミュレーションが非常に有効であっても、 減らすことができ、軽量かつコンパクトで大容量の送電 一般的に、シミュレーションの計算過程に計算の不安定 が可能となる。HTS ケーブルの電気絶縁システムは、絶 さを引き起こしたり、膨大な時間を要することがある。 縁紙 PPLP(Poly-Propylene Laminated Paper)と液体窒素 本研究では、近年、バリア放電による放電プラズマが、 の複合絶縁となる。既存の OF ケーブルとは放電機構が異 排ガス処理等に利用されていることを背景に、誘電体を なり、従って液体窒素含浸時の PPLP の絶縁破壊および部 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 分放電の体系的解明が望まれている。 ュレーションを行った。効率的なプラズマ反応器の設計 本研究では、PPLP の絶縁特性の体系的把握を目的とし、 や特性の解明には、電子やイオンの密度分布、温度分布 大気圧空気中、気体窒素中および液体窒素含浸時の部分 の把握が重要であり、これら測定が難しい諸量を数値計 放電特性の比較を行う。本年度は、上記の 3 つの条件に 算シミュレーションにより求めることに成功した。さら おけるシート及びケーブルモデルを用いた交流、直流部 に、バリア上の電位分布をポッケルスセンサを用いて測 分放電開始電圧特性、電荷量を測定した。得られた結果 定し、計算結果との比較を行った。両者の電荷密度分布 から Q-V 特性を取得し、液体窒素環境下における部分放 は定性的に一致したものとなった。 電を、他の環境下におけるそれから推測する手法を提案 In recent years, barrier discharge plasma has been utilized した。また経済対策として、出荷時試験時に液体窒素を to the removal of pollutants such as VOCs, SOx, and NOx. 使わない代替試験についても検討が行われた。 The performance of removal is greatly influenced by the Nowadays, electrical cables that provide power to urban structure of the plasma reactor. For the improvement of regions are nearly in the full of their capacity, and it is wanted performance in various applications, it is necessary to to expand transmission capacity. High Temperature understand gas discharge dynamics experimentally and Superconducting (HTS) Cables, whose conductor is made of analytically. A numerical simulation of positive streamer HTS material, can lessen transmission loss exceedingly and propagation is carried out in non-uniform electric field with a enable more lightweight, compact and high-capacity dielectric barrier. The simulation method is based on the transmission system. first-order continuity equations of charged particles. The HTS cable electrical insulation system consists of transport coefficients at a given field strength are derived insulation paper PPLP and liquid N . The discharge structure 2 from the Boltzmann equation, and the electric field is obtained is different from that of OF cable, so that it is need to solve

181 by solving the Poisson's equation. The streamer propagation, and K. HIDAKA electron and ion distributions, electric field strength, and 誘電体表面の放電現象は電気機器の絶縁性能に重要な electron temperature are studied in detail as the time passes 影響を与えている。印加電圧の上昇に従って、沿面放電 after the application of electric field. In addition, the はストリーマから、リーダへと転換する。リーダは長い transient change of potential on dielectric barrier is measured 距離でも、進展しやすいため、特にその進展現象の機構 by Pockels sensor, and compared with the simulated result. 解明が望まれている。 The simulated charge profile on dielectric barrier coincides リーダ進展の機構解明を目的とし、振動容量型表面電 qualitatively with the measured profile. 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 築した。沿面リーダは通常、高い電圧で発生、進展する ため、残留電荷による電位が振動容量型表面電位計の測 11. 乾燥空気下におけるバリア効果 定レンジを超えてしまい測定が困難であった。この問題 老田友紀・松岡成居・熊田亜紀子・日髙邦彦 を解決すべく、沿面リーダを進展させる絶縁物として、 Barrier Effect on Electrical Discharge in Dry Air 階層構造のパイプ状絶縁物を使用することとした。抵抗 Y. OIDA, S. MATSUOKA, A. KUMADA, 率の小さい材料を試料内部に配置し、残留電荷測定時の and K. HIDAKA 試料の固有容量を大きくすることにより、測定時の表面 ガス絶縁開閉機器に用いられている SF6 は優れた絶縁 電位を下げることをねらいとしている。 性能と消弧能力を持っているが、地球温暖化を加速させ パイプ試料表面に一対の放電電極を 100mm ~ 300mm るという問題が指摘されているため、本研究では SF6 の の間隔をあけて配置し、±18 kV から±30 kV のインパル 代替ガスとして、人体及び環境に無害な乾燥空気に注目 ス電圧を印加し沿面放電を発生進展させ、その残留表面 した。乾燥空気の絶縁耐力は低いため、電力機器におい 電位分布を測定した。表面電位分布測定結果より、電荷 ては固体絶縁バリアを組み合わせることになるが、複合 密度分布及び、放電進展直後の電位・電界分布を算出し 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 た。電位分布と電荷分布より、リーダおよびストリーマ 実情である。本研究は、乾燥空気スイッチギアの理論的 の特徴が得られた。ストリーマからリーダへの転換の条 な絶縁設計手法の確立も視野に入れて、乾燥空気中のバ 件を見出すべく、現在実験データベースの構築を行って 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。 いる。 本年度においては、半球―バリア―平板電極モデルを Surface discharge on dielectric materials is an important 用いて、絶縁耐力のバリア形状及び気体圧力依存性をイ factor which affects insulating performance of electrical ンパルス電圧印加時の 50 パーセント破壊電圧により評 apparatus. With the increasing of the applied voltage, surface 価し、また高速度カメラを用いた放電観測による放電過 discharge transforms from streamer to leader. 程モデルの構築を行った。これにより、絶縁破壊を防ぐ To study the mechanism of the development of leader ためにはまず前駆放電を防ぐ必要があることがわかった。 discharge, with an electrostatic voltmeter, the charge SF6 gas is a major electrical insulating medium in Gas measuring system was developed. Since leader usually occurs Insulated Switchgear(GIS). But it has been designated as a under high voltage, the potential caused by the accumulated greenhouse effect gas, so dry air draws attention instead of it. charge often exceeds the measuring range of electrostatic Dielectric strength of dry air is not so strong as SF6 gas, and voltmeter, which is +/-20kV. To reduce the potential of the the composite insulation with a solid barrier will be utilized in accumulated charge, two-layer structure pipe is designed. The electric apparatus. But in designing a power apparatus with outer layer is a 100μm thick PET film, the inner layer is a such a composite insulation, it is designed almost empirically rubber one with a low resistivity. In this way, the potential is from the experimental values. In this research, we investigate reduced. the barrier effect on electrical discharges in dry air with a view to establish the theoretical method for insulation design. The distance between the two electrodes changes from ± In this year, 50% breakdown voltage was measured with 100mm to 300mm, and the applied voltage changes from ± up-down method by changing the shape of solid barriers and 18 kV to 30 kV. After discharge, the potential is measured, the pressure of gas, and built up model of electrical discharges then the charge distribution is calculated from the measured sequence by observing electrical discharges on barrier with a potential distribution. high speed camera. It was found that it was important to From the distributions of potential and charge, the prevent corona discharge prior to breakdown from occurring. characteristics of the leader and streamer are got. Then, the criteria that surface discharge transforms from streamer to leader can be studied. At present, the database of charge and 12. 沿面リーダ進展現象の計測 potential distributions is under construction. 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,

182 13. ポッケルス効果による沿面放電進展時の電 論文・著書一覧（2008 年度） 位・電界・電荷分布測定 Publications List 田中大樹・松岡成居・熊田亜紀子・日髙邦彦 Potential, Charge, and Electric Field Distributions 研究論文 Measurement of Propagating Surface Discharge [1] 武田敏信、宇尾寛志、松岡成居、熊田亜紀子、日髙 by Using Pockels Effect 邦彦：急峻方形波印加時の CF3I の放電特性, 放電研 D. TANAKA, S. MATSUOKA, A. KUMADA, 究, Vol.51, No.4, pp. 20-21 (2008) and K. HIDAKA [2] Kunihiko Hidaka: Current Trends of International 沿面放電現象は電力機器の設計上は防ぐべき対象とし Standardization Activities on Ultra-High-Voltage て、また沿面放電によるプラズマは排ガス処理の手法と Technologies, IEEE Trans. On Electrical and Electronic してその進展機構の解明が望まれている。本研究では、 Engineering, Vol. 4, No. 1, pp. 58-61 (2009) 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 [3] Akiko Kumada, Kunihiko Hidaka, K. Amano, and K. 分布及び電荷密度分布について、ポッケルス効果を利用 Itoh: Dielectric loss of PCBs leading to microwave した光学的手法による測定を行った。 heating, IEEE Trans. On Electrical and Electronic 正確な光軸合わせ及び数値処理手法の改善により、先 Engineering, Vol. 4, No. 1, pp. 297-299 (2009) 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 [4] Akiko Kumada and Kunihiko Hidaka: Surface とに成功した。測定結果より、ストリーマヘッドにおい Temperature of Pd/C Catalyst under Microwave ては水平方向電界成分が大気圧空気の臨界電離強度 Irradiation in Dechlorination Process of PCBs, IEEE 2.4kV/mm に近い値であること、ストリーマチャネルでは Trans. On Electrical and Electronic Engineering, Vol. 4, ほぼ 0.5kV/mm 一定であることがわかった。逆計算手法か No. 1, pp. 133-135 (2009) 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 [5] Daiki Tanaka、Shigeyasu Matsuoka、Akiko Kumada and 200pC/mm2 一定であった。 Kunihiko Hidaka: Two-dimensional potential and Clarifying the propagation mechanism of surface discharge charge distributions of positive surface streamer, J. Phys. is required in insulating electric apparatuses and processing D: Appl. Phys., Vol.42, No. 075204 (2009) gases containing pollutants. In this research, we measured the [6] Akiko Kumada, Shigemitsu Okabe and Kunihiko potential and electric field distribution on a dielectric material Hidaka: Residual Charge Distribution of Positive with the sensing technique using the Pockels effect. Surface Streamer, J. Phys. D: Appl. Phys., Vol.42, No. By the Pockels sensing system, the instantaneous 095209 (2009) two-dimensional potential profile of a propagating surface streamer was successfully measured. The propagating 国際会議論文 direction component of the electric field near the tip of the [7] Toshinobu Takeda, Shigeyasu Matsuoka, Akiko propagating streamer reaches 3kV/mm. When the streamer Kumada and Kunihiko Hidaka : Insulating Performance stops, the potential distribution along a streamer forms an of CF3I and its by-Products by Spark-over Discharge, almost linear profile with the distance from the electrode, and Proceedings of the International Conference on its gradient is about 0.5kV/mm. Electrical Engineering 2008, Okinawa, Paper No. O-142 (2008) [8] Hirokazu Matsumoto, Shigeyasu Matsuoka, Akiko Kumada and Kunihiko Hidaka: Piezoelectric Vibration of Pockets Crystal, Proceedings of the 17th International Conference on Gas Discharges and their Applications, Okinawa, Paper No. P-180 (2008) [9] Junbo Deng, Shigeyasu Matsuoka, Akiko Kumada and Kunihiko Hidaka: Propagation of Surface Leader on PMMA, Proceedings of Regional Inter-university Graduate Conference on Electrical Engineering, Xi'an, China, Paper No. B-74 (2008) [10] Kunihiko Hidaka: On the Better Understanding of Electrical Discharge Phenomena Through Advanced Measurement Technologies, Proceedings of the 17th International Conference on Gas Discharges and their Applications, Cardiff, pp.57-69 ( 2008)

183 [11] Akiko Kumada and Kunihiko Hidaka: Potential and 著書 Charge Distributions of Positive Surface Streamer, [20] 日髙邦彦: 高電圧工学, 数理工学舎, pp.1-277 Proceedings of the 17th International Conference on Gas (2009) Discharges and their Applications, Cardiff, pp.261-264 (2008) 総説・解説論文 [12] Yuto Suzuki, Shigeyasu Matsuoka, Akiko Kumada and [21] 日髙 邦彦: 次世代の電気工学人材を育成し、豊か Kunihiko Hidaka: Partial discharge in high temperature な社会の構築を実現する先端技術を開発, 東京大学 seperconducting cables impregnated with air, nitrogen テクノロジー＆サイエンス, Vol. 2, p. 20 (2008) gas and liquid nitrogen, The Sixth International [22] 日髙 邦彦: 保守・更新技術の進化をめざす, 東芝 Workshop on High Voltage Engineering, Hiroshima, レビュー, Vol. 63, p. 1 (2008) ED-08-110/SP-08-25/HV-08-39, pp. 13-17 (2008) [23] 大熊栄一、熊田亜紀子: 十聞百見 ERP 研究推進フ [13] Hiroki Yamaguchi, Hiroshi Yonezawa, Shigeyasu ォーラム, 電気学会誌, Vol. 128, No. 9, pp. Matsuoka, Akiko Kumada and Kunihiko Hidaka: 594-622 (2008) Surface discharge phenomena in micro gap under impulse/DC voltage application, The Sixth International [24] 日髙 邦彦: これからのＥＭＣ ITU-T SG5 国内委 Workshop on High Voltage Engineering 2008, 員会(総務省情報通信審議会 情報通信技術分科会 Hiroshima, ED-08-129/SP-08-44/HV-08-58, pp. ITU-T 部会 電磁防護・屋外設備委員会), 電磁環境 115-118 (2008) 工学情報ＥＭＣ, No. 249, ｐ.42 (2009) [14] Daiki Tanaka, Shigeyasu Matsuoka, Akiko Kumada and Kunihiko Hidaka: Two-dimensional potential and charge シンポジウム・研究会・大会等発表 distributions on insulator with propagating positive [25] Deng Junbo: Measurement of Surface Leader on PMMA surface streamer, Proceedings of 14th Asian Conference Pipe, 平成 20 年放電学会若手セミナー, ポスター on Electrical Discharge, Bandung, Indonesia, pp. セッション（2008） 106-109 (2008) [26] 松本洋和: 高感度レーザ波面測定法による大気中放 [15] Toshinobu Takeda, Shigeyasu Matsuoka, Akiko Kumada 電の電子密度計測, 平成 20 年放電学会若手セミナ and Kunihiko Hidaka: Breakdown Characteristics of ー, ポスターセッション（2008） CF3I and its by-products by spark-over discharge, [27] 田中大樹： 正極性沿面ストリーマの二次元電位・ Proceedings of the 9th Seoul National University- 電荷分布高時間分解計測, 平成 20 年放電学会若手 University of Tokyo Joint Seminar on Electrical セミナー, ポスターセッション (2008) Engineering, pp. 31-36, Tokyo (2008) [28] 武田敏信 ： 急峻方形波印加時の CF3I の放電特性, 平成 20 年放電学会若手セミナー, ポスターセッシ [16] Hirokazu Matsumoto, Shigeyasu Matsuoka, Akiko ョン （2008） Kumada and Kunihiko Hidaka: Piezoelectric Vibration [29] 岡崎洋平、松岡成居、熊田亜紀子、日髙邦彦、天野 of Pockets Crystal, Proceedings of the 9th Seoul 耕治、伊藤鉱一： PCB 分解反応における Pd/C 触媒 National University-University of Tokyo Joint Seminar の電子放出測定, 2008 年放電学会年次大会講演論 on Electrical Engineering, Tokyo, pp.41-44 ( 2009) 文集, A-2-5, pp.18-19 (2008) [17] Junbo Deng, Shigeyasu Matsuoka, Akiko Kumada and [30] 米澤寛、熊田亜紀子、日髙邦彦：負極性沿面リーダ Kunihiko Hidaka: Measurement of Surface Leader on 残留電荷密度分布測定, 2008 年放電学会年次大会 PMMA Pipe, Proceedings of the 9th Seoul National 講演論文集, P-2-6, pp. 93-94 (2008) University-University of Tokyo Joint Seminar on [31] 老田友紀、松岡成居、熊田亜紀子、日髙邦彦、吉田 Electrical Engineering, Tokyo, p. 54-58 (2009) 忠広、竹内敏惠：乾燥空気中の放電バリア進展現象, [18] Kunihiko Hidaka, Akiko Kumada, Hirokazu Matsumoto, 2008 年放電学会年次大会講演論文集, P-3-4, Daisuke Tanaka and Sigeyasu Matsuoka: Advanced pp.100 (2008) Measurement Technologies for Better Understanding of [32] 熊田亜紀子: 沿面放電の電位・電界・電化密度分布, Electrical Discharge Phenomena, Proceedings of 安全工学シンポジウム 2008 予稿集, pp. 295-296 Global COE Symposium on Secure-Life Electronics, (2008) Tokyo, pp. 257-262 (2009) [33] 道念大樹、松岡成居、熊田亜紀子、日髙邦彦、保科 [19] Akiko Kumada and Kunihiko Hidaka: Dielectric 好一：直流電界下の GIS 帯電現象における表面抵抗 Heating of PCBs by Microwave Irradiation Leading to 値分布の影響, 2008 年放電学会年次大会講演論文 Dechlorination, Proceedings of Global COE Symposium 集, P-3-8, ｐ.107 (2009) on Secure-Life Electronics, Tokyo, pp.263-269 ( 2009) [34] 宇尾寛志、武田俊信、松岡成居、熊田亜紀子、日髙 邦彦：CF3I-CO2 混合ガスの V‐ｔ特製, 2008 年放電

184 学会年次大会講演論文集, P-3-9, pp. 108-109 温超電導ケーブルモデルの部分放電 Q-V 特性、平成 (2009) 21 年電気学会全国大会講演論文集、Vol. 7, No. 207、 [35] 新開裕行、六戸敏昭、日髙邦彦：GIS の最近の技術 ｐ. 325 (2009) 傾向－その 1－(SF6 代替技術)、平成 21 年電気学会 [48] 日髙邦彦 ： 放電学会のプラズマ研究と学会連携へ 全国大会講演論文集、6-S6-5、pp. S6(17)-(20) の期待, 日本物理学会第64 回年次大会, Vol.64, p. (2009) 87 (2009) [36] 六戸敏昭、新開裕行、日髙邦彦：GIS の最近の技術 [49] 熊田亜紀子: 男女共同参画に関する取組について－ 傾向－その 2－(インテリジェント化/新規適用技 東大の事例, 平成 21 年電気学会全国大会講演論文 術）、平成 21 年電気学会全国大会講演論文集、6-S6-6、 集, 1-H1-11, pp.26-29 (2009) pp.S6(21)-（24）(2009) [37] 田中大樹、松岡成居、熊田亜紀子、日髙邦彦：正極 その他 性沿面ストリーマの進展時電位・電荷密度分布測定、 [50] 日髙邦彦: エアトン先生からの激励, 電気評論, 第 平成 21 年電気学会全国大会講演論文集、Vol. 1, No. 93 巻臨時増刊号, p. 61 (2008) 47、pp. 58-59 (2009) [51] 日髙邦彦: 受配電システム技術の更なる進歩, 三菱 [38] 米澤寛、松岡成居、熊田亜紀子、日髙邦彦：沿面リ 電機技報, Vol. 82, p. 1 (2008) ーダ残留電荷密度分布の高分解測定、平成 21 年電 気学会全国大会講演論文集、Vol. 1, No. 48、pp. 60-61 (2009) [39] Deng Junbo、Lizi, 松岡成居、熊田亜紀子、日髙邦彦： パイプ誘電体表面における沿面リーダー残留電荷 分布の測定、平成 21 年電気学会全国大会講演論文 集、Vol. 1, No. 50、ｐ. 63 (2009) [40] 山口祐樹、松岡成居、熊田亜紀子、吉田三郎、日髙 邦彦：沿面放電測定用マイクロセンサの開発(Ⅲ)、 平成 21 年電気学会全国大会講演論文集、Vol. 1, No. 53、ｐ. 66 (2009) [41] 松本洋和、安井遼、松岡 成居、熊田 亜紀子、日髙 邦彦：イオン存在下における空気の Kerr 効果、平 成 21 年電気学会全国大会講演論文集、Vol. 1, No. 70、ｐ. 87 (2009) [42] 老田友紀、松岡成居、熊田亜紀子、日髙邦彦：乾燥 空気中におけるバリア放電進展現象, 平成 21 年電 気学会全国大会講演論文集, Vol. 1, No. 82、pp. 100-101 (2009) [43] 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, 平成 21 年電気学会全国大会講演論文集, Vol. 2, No. 72、pp. 83-84 (2009) [44] 宇尾寛志、武田俊信、松岡成居、熊田亜紀子、日髙 邦彦： CF3I-CO2 混合ガスの V‐ｔ特製, 平成 21 年 電気学会全国大会講演論文集, Vol. 6, No. 237, ｐ pp. 386-387 (2009) [45] 武田敏信、宇尾寛志、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、 平成 21 年電気学会全国大会講演論文集、Vol. 6, No. 238、p. 388 (2009) [46] 道念大樹、松岡成居、熊田亜紀子、日髙邦彦、保科 好一、武井雅文：湿度管理環境下における絶縁スペ ーサの直流帯電機構、平成 21 年電気学会全国大会 講演論文集、Vol. 6, No. 244、ｐ. 394 (2009) [47] Fatemeh Rezaeifar、鈴木雄斗、松岡成居、熊田亜 紀子、日髙邦彦、西村崇、滝川裕史、増田季人：高

185 小野(靖)研究室 1m monochromator. The reconstruction of the solenoidal Ono Laboratory component of the velocity vectors uses the spherical (http://www.tanuki.t.u-tokyo.ac.jp) harmonics expansion method [1]. Realistic simulations of the experimental setup determine the required location and minimum number of line-of-sights (projections) for an 研究状況 acceptable reconstruction. The diagnostic will help determine Current Research Projects the ion self-helicity of a compact toroid in the context of two-fluid MHD relaxation theory [2]. 1. Solution for a 3-D Vector Tomography Problem [1] AL Balandin, Y Ono, J. Comp. Phys., 202 (2005) 52-64 using Vector Spherical Harmonics. [2] L Steinhauer, A Ishida, Phys. Rev. Lett., 79, 18 (1997) A. Blandin , Y. Ono The plasma spectroscopic measurements can contain 3. 球状トカマク実験装置 UTST の開発 information concerning the scalar and vector (velocity) 今澤良太・神尾修治・日原竜馬・阿部圭太 fields of the plasma parameters distribution. We shall ・作村守夫・曹慶紅・山田琢磨・井道暁・小野靖 consider the 3-D vector tomography reconstruction Development of a spherical TOKAMAK device, method by the using of Doppler spectroscopy UTST. measurements. The reconstruction problem is reduced R. Imazawa, S. Kamio, R. Hihara, K. Abe, M. to the inversion of the following equation Sakumura, K. Sou, T. Yamada, M. Inomoto, Y. Ono 本研究室の TS-3/4 装置において、超高ベータ球状トカ マクの立ち上げ法として実証されたプラズマ合体法を、 from a set of projection data , x , Vector n より実用炉に近い条件(プラズマを制御するコイルが全 is a unit one oriented along the line of observation and て真空容器外にあるという条件)で実証するために vector field is assumed to be defined on the unit DNM(Double Null Merging)法が提案され、DNM 法を実証 ball , It is proposed a novel するために UTST 装置が作られた。DNM 法では CS(Center method based on the series expansion using of Vector Solenoid)コイルを用いないので、プラズマを点けるには Spherical Harmonics (VSH) for the solution of this 強い予備電離が必要である。UTSTではワッシャーガンを problem. It is shown that inversion problem in this case 用いて、種プラズマを供給した状態で DNM 法を行う。ワ is reduced to the Volterra integral equation of the first ッシャーガンに用いた電源を改良し、ガンでのアーク電 kind. There is strong interest in measuring the 3-D 流を 5 倍以上大きくしたところ、ガンからの種プラズマ plasma flow vectors in the whole volume of plasma が真空容器の広い領域に供給できるようになった。これ experiments and the proposed method presents a によって世界で始めて外部 PF コイルによる DNM 法に成功 solution for the solenoidal components. Numerical した。今後はワッシャーガンの増設し、初期プラズマの computations on several different models have shown パラメータを改善し高ベータ球状トカマクの生成を試み that the topology of the vector field is recovered with る。 acceptable accuracy and method may in principle be Our devices, TS-3/4, showed that the plasma merging applied to experimental spectroscopic data from plasma method can start up ultra high beta spherical tokamak(ST). experiments such as compact toroid devices. Although present merging devices (TS-3/4, START, MAST) have PF coils inside the vacuum vessel, it is not feasible on 2. Measuring the 3D Plasma Velocity in the TS-4 commercial reactors. DNM(Double Null Merging) scheme Compact Toroid could make initial plasmas and merge 2 plasmas by using S. You, Y. Ono outer PF coils. A new device, UTST, were constructed in Experiments at the University of Tokyo shoot two order to verify DNM scheme. DNM scheme could make compact toroids at each other to form a single compact toroid initial plasmas without a CS(Center Solenoid) coil, but an with strong plasma flows. The plasma flows have been operation without a CS coil needs a strong preionization. observed with conventional ion Doppler spectroscopy, and up UTST provided a seed plasma by using a washer gun. We to now, have been constrained to the toroidal component of improved the power source of washer gun and increased arc the velocity. The project implements an additional Doppler currents by factor of 5. Due to improved gun, we succeeded in spectroscopy diagnostic, set up to determine the 3D plasma making and merging plasmas by using DNM scheme. We fluid velocity profile by vector tomographic reconstruction. plan to equip another washer gun in order to increase plasma The line-integrated measurements are collected from 70 current of initial plasmas and make high beta plasmas. locations around the plasma into a 35 channel fiber-bundle array and recorded on a CCD array after passing through the

186 4. ワッシャーガンを用いた短パルス中性粒子ビ T. Sumikawa, K. Yamashita, S. Ito, Y. Ono ーム入射装置の開発 入射レーザー光のミラーによる複数回反射、飛行時間 今中平造・小野靖 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 Development of pulsed neutral beam injection た。私たちの新手法ではプラズマの電子温度・密度をト system using washer gun for the plasma source ーラスプラズマの r（径方向）と z（中心軸方向）の２次 H. Imanaka, Y. Ono 元分布の計測が可能となる。その新手法とは、（１）YAG 中性粒子ビーム入射加熱(Neutral Beam Injection : NBI) 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 は核融合プラズマの加熱法として世界的に大きな期待が カバーさせ、（２）レーザー光の飛行時間差を利用するこ 寄せられている。反面、高価かつメンテナンスにも手間 とにより、散乱光の検出素子の数を削減するものである。 がかかり、中規模以下の装置にはほとんど導入されてい レーザー光の複数回反射、飛行時間差を利用してトムソ ない。そこで、低コストかつ保守が容易な NBI 装置の開 ン散乱光の一次元３点計測に成功し、私たちのトムソン 発を目指している。この NBI 装置は 1)プラズマ源にワッ 散乱計測の２次元化の基本原理が LIDAR トムソン散乱 シャーガンを用いることによりほぼ無保守を実現、2)低 計測法の拡張として有効であることを実証した。またラ 電圧(低磁場領域に入射可能な 15kV)で大電流(20A)、3) マン散乱光強度の大気圧力依存性による、トムソン散乱 対象のプラズマに同期した短パルス運転により冷却設備 電子密度も計測に成功した。 を空冷へ転換、という特徴をもつ。その第一段階として Two-Dimensional Thomson Scattering Measurement (2-D プラズマ源の評価とイオンビームの引き出しまで行われ TS) was designed using multiple reflections and the ている。プラズマ源で生成されるプラズマ密度は～ time-flight of laser light. This new approach enable us to 1019[m-3]の値を示し、容器内では 1017～1018[m-3]の範囲で measure the r(radial)-z(axial) profiles of electron temperature 分布しており、生成するプラズマが NBI 装置のイオン源 and density: In this approach, (1) multiple reflections of YAG として適切であることを確認した。ビーム引き出し実験 laser light are used to cover the whole r-z plane of the ST を行い、最大で 3.7[A]の電流を引き出すことに成功した。 plasma, and (2) the time delay of the scattered light along the また、実験結果の分析から、目標スペック(15kV,20A)が laser beam is arbitrarily arranged by adjusting the multiply いくつかの装置条件の改善により実現できることを確認 reflected laser light path in order to reduce the necessary した。 number of detectors. Thomson scattering lights from three Neutral Beam Injection (NBI) is expected to be favorable as points were successfully observed suggesting that the basic a heating method of the nuclear fusion plasma worldwide. principle of the 2-D Thomson scattering system functions However, because of a high price and troublesome effectively as a new extension of LIDAR (LIght Detection maintenance require trouble, and NBI devices are only And Ranging) Thomson scattering system. Pressure installed into large devices. Therefore we aim at the dependency of Raman scattering light intensity was also development of the NBI device with a low cost and easy observed to prepare for the electron density measurement. maintenance. Its advantages are 1) low voltage (15kV for low-field side of ST) and high current (20A), 2) 6. 磁気リコネクションの非定常効果の実験的検 maintenance-free, 3) low-cost. The conventional filament 証 plasma source was replaced by the washer gun to realize 林由記・伊井亨・小野靖 air-cooled and maintenance free NBI system. For the first step, Experimental study of non-steady effect in magnetic the plasma source was evaluated and ion beam was drawn. reconnection The plasma generated in the source was at the density of Y. Hayashi, T.Ii, Y. Ono ~1019[m-3], and was distributed in the chamber at a range of 磁気リコネクションの高速化機構として局所的， 1017 - 1018[m-3]. Consequently, it was confirmed that 大域的な非定常効果が注目されている.トーラスプ generated plasma was appropriate as the ion source for an ラズマ合体実験では二つの磁気ループを一つの磁 NBI device. Beam drawing experiments were also performed. 気ループに合体させるプッシュ型実験と，一つのル We extracted the maximum beam current of 3.7A successfully. ープを二つのループに分けるプル型の実験に分け We confirmed from examination of experiment results that られる.つよい縦磁場がある場合プッシュ型では電 aim specifications (15kV, 20A) are enabled by the 流シート，プル型ではプラズモイドの放出が見られ improvement of some device conditions. た.プラズモイド放出時には加速度が最大のときに リコネクション速度も最大になった.プラズモイド 5. ２次元トムソン散乱計測システムの開発 放出の放出前にはプラズマの蓄積もみられた.プラ 伊藤慎悟・小野靖 ズマが蓄積し放出される一連の現象は間欠的なリ Construction of the 2-dimensional measurement コネクション機構を示唆する.縦磁場が弱く外部駆 system of electron temperature and density using the 動の強いばあいは非軸対称な 3 次元的リコネクシ Thomson scattering ョンにより粒子は移出が促進され，リコネクション

187 速度の高速化が起こることが分かった.太陽フレア 論文・著書一覧（2008 年度） を模擬した 3 つの磁気ループによるリコネクショ Publications List ン実験ではパルス的な磁気リコネクションが観測 された.これは大域的な磁場構造の変化による高速 研究論文 化と考えられる. [1] Y. Ono, R. Imazawa, H. Imanaka, Y. Hayashi, S. Ito, M. Both of global and local transient effect are attended Nakagawa, T. Yamada, M. Inomoto, A. Ejiri, Y. Takase, for fast magnetic reconnection mechanism. Our torus T. Asai, T. Takahashi, H. Sakakita, S. Kiyama, Y. Hirano, merging experiments are divided into two type:push H. Koguchi, C. Z. Cheng, “Ion and Electron Heating type experiment , which convert two private flux to one Characteristics of Magnetic Reconnection in TS-3 and common flux and pull type experiment , which convert UTST Merging Startup Experiments”, Fusion Energy one common flux to two private flux. Under strong 2008, EX/P9-4, (2008). guide field , we observed ejection of current sheet in [2] 伊藤慎悟，住川 隆，河森栄一郎，小野 靖「レー push experiment and plasmoid in pull experiment. ザ光の往復反射及び飛行時間差を用いたトムソン Reconnection rate became maximum when plasmoid 散乱多点計測 装置の開発」, 電気学会論文誌Ａ, 第 acceleration was maximized. We also observed plasma 128-A 巻, 第 7 号(2008), pp.499-500. pile-up before the ejection. This events implies [3] 小野靖，今中平造，浅井朋彦，山口昇，澤畠正則， intermittent reconnection mechanism with pile-up and 梶谷 博，高橋 努，高瀬雄一 「ワッシャーガン ejection. In weak guide field case reconnection became を用いたパルスイオンビーム源の開発」電気学会論 non axisymmetric. This three dimensional reconnection 文誌Ａ, 第 128-A 巻, 第 9 号(2008), pp.600-601. enhanced discharge of particle and reconnection rate. When we used three magnetic loop, reconnection [4] M. Inomoto, K Yambe, K Kitano, S. Okada, became more impulsive because of global change of “Azimuthally non-uniform equilibrium of field-reversed magnetic configuration. configuration sustained by rotating magnetic field with spatial high-harmonic components”, Nucl. Fusion 49, 055010 (2009). [5] K. Yambe, M. Inomoto, S. Okada, Y. Kobayashi, T. Asai, ”Effects of internal structure on equilibrium of field-reversed configuration plasma sustained by rotating magnetic field” Phys. Plasmas 15, 092508 (2008). [6] M. Inomoto, K. Yambe, K. Kitano, S. Okada, T. Asai, “High-beta steady-state FRC plasmas sustained by rotating magnetic field with spatial high-harmonic components”, J. Fusion. Energy 28, pp.162-164 (2009). [7] M. Inomoto, K. Yambe, K. Kitano, S. Okada, “Formation and Sustainment of Field-reversed Configuration by Rotating Magnetic Field with Spatial High-harmonic Components”, Fusion Energy 2008, IC/P4-2, (2008). [8] T. Yamada, S.-I. Itoh, T. Maruta, N. Kasuya, Y. Nagashima, S. Shinohara, K. Terasaka, M. Yagi, S. Inagaki, Y. Kawai, A. Fujisawa, K. Itoh, “Anatomy of plasma turbulence”, Nature Physics Vol. 4, pp. 721-725 (2008). [9] T. Yamada, S.-I. Itoh, T. Maruta, N. Kasuya, S. Shinohara, Y. Nagashima, M. Yagi, K. Terasaka, S. Inagaki, Y. Kawai, M. Fukao, A. Fujisawa, K. Itoh, “Experimental Study of Drift Wave Turbulence on Linear Plasmas”, Plasma and Fusion Research Vol. 3, 044 (2008). [10] T. Yamada, S.-I. Itoh, K. Terasaka, N. Kasuya, Y.

188 Nagashima, S. Shinohara, T. Maruta, M. Yagi, S. Inagaki, [20] Y. Hayashi, T. Yamada, M. Inomoto, Y. Ono: “Current Y. Kawai, A. Fujisawa, K. Itoh, “Spatiotemporal sheet dynamics in transient magnetic reconnection Behavior of Drift Waves in LMD-U”, Plasma and experiment”, Bulletin of American Physical Society, 53, Fusion Research Vol. 3, S1021 (2008). 8, GP6.00011, (Dallas, TX, USA), Nov. 2008. [21] S. You, A. Balandin, Y. Ono: “Measuring 3D Plasma 解説論文 Velocity in the TS-4 Compact Toroid”, Bulletin of [11] 高橋、井、浅井：「小特集 極限的高ベータプラズ American Physical Society, 53, 8, NP6.00024, (Dalla, マ閉じ込め：ＦＲＣ研究の新展開 2.1 <β>～１がな TX, USA), Nov. 2008. ぜ可能か？」、プラズマ核融合学会誌、第 84 巻，第 [22] S. Ito, H. Nonaka, T. Sumikawa, M. Inomoto, Y. Ono, K. 8 号，2008 年 8 月，pp.500-502. Narihara: “Recent Progress in Two-Dimensional [12] 井、北野：「小特集 極限的高ベータプラズマ閉じ Thomson Scattering Measurement System by Multiple 込め：ＦＲＣ研究の新展開 3.2 回転磁場による定 Reflections and the Time-of-Flight of Laser Light”, 常維持」、プラズマ核融合学会誌、第 84 巻，第 8 号， Bulletin of American Physical Society, 53, 8, GP6.00128, 2008 年 8 月，pp.514-517. (Dallas, TX, USA), Nov. 2008. [13] 小野：「小特集 極限的高ベータプラズマ閉じ込 [23] A. Azuma, H. Kajiya, Y. Nemoto, T. Asai, H. Imanaka, Y. め：ＦＲＣ研究の新展開 3.3 合体による FRC 生成 Ono: “Control of beam characteristics on a washer gun と CS コイルによる磁束増倍」、プラズマ核融合学会 based pulse neutral beam injector”, Bulletin of American 誌、第 84 巻，第 8 号，2008 年 8 月，pp.518-521 Physical Society, 53, 8, GP6.00119, (Dallas, TX, USA), [14] 井、浅井、高橋、冨田：「小特集 極限的高ベータ Nov. 2008. プラズマ閉じ込め：ＦＲＣ研究の新展開 5 おわり [24] Y. Ono, “Three dimensional magnetic reconnection in に」、プラズマ核融合学会誌、第 84 巻，第 8 号，2008 torus plasma merging experiments” (Invited), US-Japan 年 8 月，pp.534-536. Workshop on Physics of Plasma Merging and Magnetic Reconnection, (Princeton, NJ, USA), Mar. 2-4, 2009. 国際会議論文 [25] M. Inomoto, Y. Hayashi, Y. Ono, “Magnetic [15] T. Yamada, S.-I. Itoh, S. Inagaki, Y. Nagashima, S. reconnection accompanied by current sheet/plasmoid Shinohara, T. Maruta, K. Terasaka, K. Kamataki, N. ejection in TS-3/4 experiments”, US-Japan Workshop on Kasuya, M. Yagi, Y. Kawai, A. Fujisawa, K. Itoh, Physics of Plasma Merging and Magnetic Reconnection, “Measurement of Nonlinear Mode Couplings in the (Princeton, NJ, USA), Mar. 2-4, 2009. Large Mirror Device-Upgrade”, International Congress [26] M. Inomoto, K. Yambe, S. Okada, T. Asai, on Plasma Physics 2008, FB.P1-009, (Fukuoka, “High-beta steady-state FPC plasmas sustained Fukuoka, Japan), Sep. 2008. by rotating magnetic field with spatial [16] T. Yamada, R. Imazawa, M. Nakagawa, S. Kamio, R. high-harmonic components”, Innovative Hihara, M. Inomoto, Y. Ono, A. Ejiri, Y. Takase, “Initial Confinement Concepts Workshop and US-Japan Results from the UTST Spherical Tokamak Experiment”, Workshop on Improvement in the Confinement Joint Meeting of the 4th IAEA Technical Meeting on of Compact Torus Plasmas, IP.023, (Reno, Spherical Tori and the 14th International Workshop on Nevada, USA), June 24-27, 2008. Spherical Torus, (Frascati, Rome, Italy), Oct. 2008. [17] Y. Ono, Toru Ii , Y. Hay a mshi, T. Yamada. M. Inomoto, シンポジウム・研究会・大会等発表 “Recent Progress of TS-4 Magnetic Reconnection [27] 小野靖「シンポジウム講演 III、磁気リコネクション Experiment“ (Invited), The First International Workshop 研究における核融合と宇宙科学の連携 磁気リコ on "Frontiers In Space and Fusion Energy Sciences”, ネクション室内実験の広がりと分野間連携」、第 7 (Tainan, Taiwan), Nov. 2008. 回核融合エネルギー連合講演会、p. 20 青森、2008 [18] Y. Ono: “Recent Progress in TS-4 and UTST ST 年 6 月（招待講演）. Merging”, Bulletin of American Physical Society, 53, 8, [28] 林由記, 小野靖: 「磁気リコネクションにおける電 NP6.00141, (Dallas, TX, USA), Nov. 2008. 流シート構造の実験的解析」，第７回核融合エネル [19] H. Imanaka, H. Kajiya, Y. Nemoto, A. Azuma, T. Asai, T. ギー連合講演会, 21I21, 青森, 2008 年 6 月. Yamada, M. Inomoto, Y. Ono: “Development of neutral [29] 伊藤慎悟、住川隆、河森栄一郎、小野靖、「レーザ beam injection system by use of washer gun plasma ーの飛行時間差と往復反射を用いた二次元トムソ source”, Bulletin of American Physical Society, 53, 8, ン散乱計測システムの開発」、第 7 回核融合エネル GP6.00118, (Dallas, TX, USA), Nov. 2008. ギー連合講演会、19D23,青森、2008 年 6 月.

189 [30] 神尾修治，今澤良太， 中川誠，日原竜磨，山田琢 年 3 月 磨，井通暁,小野靖：「UTST 装置におけるドップラ [43] 林由記，伊井亨，小野靖「太陽フレアを模擬した磁 ー分光によるイオン温度計測」プラズマ・核融合学 気リコネクション実験」、日本物理学会第 64 回年次 会第 25 回年会予稿集, 3aA18P, 宇都宮, 2008 年 11 月. 大会, 29pSP-9, 池袋, , 2009 年 3 月 [31] 日原竜磨，榊田創，木山学，平野洋一，今澤良太， [44] 小野靖，林由記，伊井亨，井通暁「TS-4 プラズマ合 中川誠，神尾修治，山田琢磨，井通暁, 小野靖：「球 体実験におけるインパルス状磁気リコネクション 状トカマク装置 UTST への中性粒子ビーム入射」 の検証」、日本物理学会第 64 回年次大会, 29pSP-13, プラズマ・核融合学会第 25 回年会予稿集, 3３aB30P, 池袋, , 2009 年 3 月 宇都宮 年 月 , 2008 11 . [45] 伊井亨，林由記，小野靖「トーラスプラズマ合体を [32] 中川誠， 今澤良太， 神尾修治，日原竜磨，山田琢 用いた 3 次元磁気リコネクションの実験的検証」、 磨，井通暁, 小野靖：「UTST 実験における球状ト 日本物理学会第 64 回年次大会, 29pSP-11, 池袋, カマク立ち上げ」プラズマ・核融合学会第 25 回年 2009 年 3 月. 会予稿集 宇都宮 年 月 , 3aA19P, , 2008 11 . [46] 伊藤慎悟,野中寛之,住川 隆,井 通暁,小野 靖,成原一 [33] 林由記，小野靖：「電流シートの非定常性による高 途「レーザーの飛行時間差と往復反射を用いた二次 速磁気リコネクションの実験的検証」プラズマ・核 元トムソン散乱計測システムの開発状況」、電気学 融合学会第 25 回年会予稿集, ４aB29P, 宇都宮, 2008 会全国大会、E205-A1 ,1-183,札幌、2009 年 3 月 年 11 月. [34] 伊藤慎悟，野中寛之，住川隆，井通暁, 小野靖, 成 原一途：「レーザの飛行時間差と往復反射を用いた 二次元トムソン計測システムの開発状況」プラズ マ・核融合学会第 25 回年会予稿集, ４aC20P, 宇都 宮, 2008 年 11 月. [35] 今中平造，林由記，小野靖：「プラズマ合体を用い た球状トカマクの電流駆動実験」プラズマ・核融合 学会第 25 回年会予稿集, ５aB15P, 宇都宮, 2008 年 11 月. [36] 小野靖「共同研究に関する実験計画」実験室ーひの で共同研究会、総合研究大学院大学、葉山、2008 年 11 月. [37] 井通暁、小野靖「磁場閉じ込めプラズマにおけるア ルヴェン波実験」実験室ーひので共同研究会、総合 研究大学院大学、葉山、2008 年 11 月. [38] 林由記、小野靖「プラズモイド生成と高速リコネク ション」実験室ーひので共同研究会、総合研究大学 院大学、葉山、2008 年 11 月. [39] 山田琢磨「Spherical Tokamak Start-Up on UTST」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)シンポジウム, 東京大学, 文京区, 2009 年 1 月. [40] 山田琢磨「UTST におけるプラズマの合体立ち上げ 実験」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, 2009 年 3 月. [41] 井通暁，小野靖，岡田成文「高ベータプラズマにお けるアルヴェン波励起実験」、日本物理学会第 64 回 年次大会, 29pSP-3, 池袋, , 2009 年 3 月. [42] 伊藤慎悟，野中寛之，住川隆，井通暁，小野靖，成 原一途「レーザの飛行時間差及び往復反射を用いた 二次元トムソン散乱計測システムの開発状況」、日 本物理学会第 64 回年次大会, 29pSP-5, 池袋, , 2009

190 山地研究室 エネルギーの役割を明らかにするとともに、食料生産及 Yamaji Laboratory び原材料生産との競合を数量的に考慮し、持続的利用可 (http://park.itc.u-tokyo.ac.jp/yamaji/) 能量を求める。本研究で開発するモデルにより、エネル ギーシステムとしてのバイオマスの有効利用方法を整合 研究現況 的に算出できる。 Current Research Projects Giving consideration to the geographical characteristics, the study will identify the role of bio-energy and its optimal use 1. 系統連系されたプラグインハイブリッド車の in realizing a sustainable energy system. Taking domestic 充電制御による風力発電連系可能量の評価 biomass resources into account, its affect on the long term 中上聡・高木雅昭・山本博巳・山地憲治 policies and a role it could play will be analyzed. The model Evaluation of Allowable Capacity of Wind Power in developed in the study will identify how biomass can Power Systems with Charge Control for Plug-in contribute to the energy system, and its best use will be Hybrid Electrics determined. S. NAKAUE, M. TAKAGI, H. YAMAMOTO, and K. YAMAJI 3. 自由化された電力市場における環境政策の評 近年、温室効果ガスの排出を防止するため、風力発電 価 導入量が急激に増加してきている。しかしながら、出力 鯉江康弘・山本博巳・山地憲治 が変動する風力発電が大量に連系されると、系統の周波 Evaluation of Environmental Policies for 数変動が増大する可能性がある。特に周波数調整容量が Deregulated Electricity Market 不足する夜間においては、周波数変動の問題は顕著とな Y. KOIE, H.Y AMAMOTO,And K. YAMAJI

る。一方、運輸部門においてもＣＯ２排出量を低減する 電気事業において、地球温暖化対策は現在、解決すべ 車として、プラグインハイブリッド車(PHEV)が注目を集 き最も重要な環境課題である。本研究では、自由化され めている。PHEVとはハイブリッド車よりも大きな蓄電池 た電力市場における環境政策（例えば炭素税、排出権の を搭載し、かつ外部からの充電もできる車である。今後、 取引）の影響を評価する。マルチエージェントを用いる PHEV が普及した場合、そのエネルギーは主に夜間に充電 ことで、電気事業者の意思決定過程をシミュレートし、 される。本研究では、風力発電の出力変動に合わせて、 環境コストが導入された自由化電力市場の挙動の推定お PHEV の充電電力を変化させることで、需給バランスを維 よび環境政策が電力会社に与える影響を分析する。 持することを考え、PHEVが普及した場合の風力発電連系 How to reduce Greenhouse gas emissions has become one 可能量を評価する。 of the most important issues that power companies have to In recent years, the total number of wind power generations solve. In this research we carry out the assessment of impacts connected to power grid has increased drastically. However, of environmental policies (e.g. carbon tax and emission output changes of wind power affect the system frequency. trading) on the deregulated electricity market. The multi-agent This is particularly-problematical during night time, when the model based on reinforcement learning was employed to capacity of Load Frequency Control tends to go short. On the simulate the strategy making process of suppliers. To assess other hand, Plug-in Hybrid Electric Vehicles (PHEVs) are also the impact of the environmental policies, we introduce the focused on as environment-friendly vehicles. PHEV is a kind environmental cost to the model and by computer simulation of hybrid electric vehicles, which can be charged from power we can see how power companies react to environmental grid. The electric energy of PHEVs is mainly charged during policies. night time. This thesis proposes that charging power of PHEVs will change with frequency change for 4. 需要家の負荷パターンに基づいた最適変圧器 supply-demand balance, and evaluate the allowable capacity 選定アルゴリズムの提案 of wind power generations. 高木雅昭・山本博巳・山地憲治 Proposition of Algorithm for Optimum Transformer 2. バイオエネルギーの利用可能性・最適利用に関 Selection based on the Load Curve Pattern of する研究 Customers 永井雄宇・山本博巳・山地憲治 M. TAKAGI, H. AMAMOTO, and K. YAMAJI Simulation Study on Sustainable Use of Bio-energy 送配電網に設置されている変圧器は待機電力として、 Y. NAGAI, H. YAMAMOTO,and K. YAMAJI 定常的に電力損失を発生している。変圧器で発生する損 地域特性を考慮し、土地利用規約の下で持続可能なバ 失には負荷損と無負荷損があり、変圧器の鉄心部分にア イオエネルギー供給量のモデル解析を行い、バイオマス モルファス合金を使用したアモルファス変圧器では、無 の最適利用を評価する。国産資源のバイオマスの利用普 負荷損が従来の変圧器（けい素鋼板変圧器）と比べ、７ 及により、長期的なエネルギー環境政策におけるバイオ ０％程度削減される。ただし、省エネルギーに対して期

191 待ができる反面，従来の変圧器と比べ高コスト、負荷損 論文・著書一覧（2008 年度） が増加しやすいといったデメリットもある。本研究では、 Publications List 変圧器のパラメータである負荷損、無負荷損、容量に基 づいた最適な変圧器の選定アルゴリズムを提案し、アモ 研究論文 ルファス変圧器を適用した場合の省エネルギー効果、環 [1] 福田桂, 井上貴至, 山本博巳, 藤井康正, 山地憲 境負荷低減効果、経済性を評価する。 治：「エクセルギーに基づくコージェネレーション Energy loss occurs continuously whenever a transformer is システムの総合効率評価」,日本エネルギー学会誌 connected to power grid. Energy loss in transformer is vol87 No.4, pp.285-290 (2008) composed of no load loss and load loss. No load loss in [2] 高木雅昭, 山本博巳, 山地憲治：「柱上変圧器負荷 amorphous transformer (i.e. amorphous metal-based パターン作成モデルを用いたアモルファス変圧器 transformer) is reduced by about 70% compared with の評価」, 電気学会論文誌Ｂ電力・エネルギー部門, traditional transformers (e.g. silicon steel-based transformer). vol.128No.6, pp885-892(2008) However, amorphous transformers have disadvantages of high [3] Takayuki Takeshita, Kenji Yamaji：“Important roles of cost and high load loss parameter compared with traditional Fischer －Tropsch synfuels in the global energy future,” transformers. This study proposes an algorithm to select an Energy Policy vol.36, Issue8, pp.2773-2784 (2008) optimum transformer based on their parameters and capacities, [4] 井上陽仁, 縄田大輔, 山地憲治, 山本博巳, 内山洋 and evaluates energy savings, reduction of environmental 司, 松村幸彦：「バイオマス利活用支援システムの burdens and cost efficiency when amorphous transformers are 構 築 」 , エ ネ ル ギ ー ・ 資 源 vol.29 No.5, adopted. pp.37-41(2008) [5] 永富悠, 山本博巳, 山地憲治, 岩崎博, 山田興一： 5. 草本系バイオマスを主体としたエタノール製 「マレーシアにおけるパーム残渣のエネルギー利 造に関する分析 用と技術競合に関するシステム分析」,電子ジャー 鯉江康弘・山本博巳・山地憲治 ナル エネルギー・資源学会論文誌 2008年9月号 Systems analysis of ethanol production focusing on vol.29 No.5 通巻 171 号 herbaceous biomass [6] 高木雅昭，山本博巳，山地憲治：系統連系されたプ Y. KOIE, H. YAMAMOTO, and K. YAMAJI ラグハイブリット車の充電制御による風力発電連 近年、多くの種類の新エネルギーの利用が検討されて 系可能量の評価，電気学会論文誌Ｂ電力・エネルギ いるが、その中でも豊富な資源量、環境負荷の低さから ー部門誌 vol.128 No.12，pp.1513-1521（2008） バイオエネルギーが特に注目を浴びている。本研究では、 [7] 高木雅昭，山本博巳，山地憲治：需要家の負荷パタ バイオマス資源の中から、バイオエタノール化事業の見 ーンに基づいた最適容量選定手法によるアモルフ 地からより有望なものを選別し、資源の輸送費、また建 ァス変圧器の評価，電気学会論文誌Ｂ電力・エネル 設するプラントの規模の経済などを考慮したモデルを作 ギー部門誌 vol.129 No.1，pp.205-214（2009） 成する。そして、それを用いてエタノール製造プラント の最適な立地、設備数、設備規模などを分析する。 国際会議論文 While many kinds of new energy are being examined, [8] Hiromi Yamamoto, KenjiYamaji: “An Evaluation of bio-energy draws a special attention because of its abundant Bioenergy Supplypotential and Utilization Technologies supply of natural resources and low environment load. In this Using a Global and Energy Model,” World Bioenergy, study, one of the promising biomass resources, herbaceous 2008, Jönköping,27-29MAY（2008） biomass, is being evaluated for production of bio-ethanol. A [9] Kenji Yamaji, Atsuki Hashimoto, and Hiromi Yamamoto, model is built considering the transportation costs, and the “Environmentally Benign Energy Systems: A Case size of ethanol plant is determined using economy of scale. Study of Plug-in Hybrid Electric Vehicle,” Proceedings The final output of the model is the optimal number and of International Symposium on Secure-Life Electronics, locations of ethanol plants for a given condition. Tokyo, pp. 267-272, March 6-7(2008) [10] Masaaki Takagi, Hiromi Yamamoto, and Kenji Yamaji, “An Analysis of Amorphous Transformer using Load Curve Pattern Model for Pole Transformer,” Proceedings of International Symposium on Secure-Life Electronics, Tokyo, pp. 273-278, March 6-7(2008) [11] Kenji Yamaji, Atsuki Hashimoto, Hiromi Yamamoto, Ryoji Hiwatari, and Kunihiko Okano, ”An Analysis of Market Potential and CO2 Mitigation Effects of Plug-in Hybrid Electric Vehicle in Japan, 31st IAEE

192 International Conference, Istanbul, Turkey, ネルギー・資源学会，5/26（2008） pp.116-118,.June 18-20(2008) [23] 山地憲治（分担執筆）：「バイオマス読本 2008～2009」， [12] Kenji Yamaji and T. Saijo“WG3 Report on Mitigation,” 第 4 章座談会-バイオマス事業展開の留意点と展望-， Joint International Professional Meeting for Global （株）エネルギージャーナル社」pp.131-155,11/28 Warming Issues, SCJ,Sapporo, 23 June(2008) (2008) [13] Kenji Yamaji, Panel discussion, International Meeting on Mid-Long Term Strategy for Climate Change, Tokyo, 総説・解説論文 June30-July 1(2008) [24] 山地憲治：基調講演 地球温暖化への長期的対応－ [14] Hiromi Yamamoto, and Kenji Yamaji: “Evaluation of ポスト京都の国際枠組み－Long-Term Response ASEAN Biomass Potential Using an ASEAN Biomass Strategy for Global Warming –International Framework Model,” The 2ndIAEE Asian Conference, Perth, for Post-Kyoto Regime－,ＥＩＣA 第 13 巻 第 2・3 Nov.5-7(2008) 合併号, pp.1-3 (2008） [15] Yu Nagai, Hiromi Yamamoto and Kenji Yamaji, [25] 山地憲治：特集：地球温暖化対策の長期目標，海外 “Evaluation of the Potential for Distributed Generation 情報 10 月号, 拓殖大学海外事情研究所発行, and Effective Use of Sewage and Wastes in Kanto pp.2-14, 10/5（2008） Region of Japan,” The 2nd IAEE Asian Conference, Perth, Nov.5-7(2008) シンポジウム・研究会・大会等発表 [16] Kan Sichao, Kenji Yamaji, Hiromi Yamamoto:”How [26] 山地憲治：講演「再生可能エネルギーの普及推進に Environmental Policies Affect Liberalized Electricity ついて」，第２回環境委員会 東京商工会議所,東京 Market : A Case Study of Japan,” 28th USAEE/IAEE 會館 4/22（2008） North American Conference, New Orleans,Dec3-5 [27] 山地憲治：地球温暖化対策技術の基本構成, 科学 (2008) Vol . 78 No.5.MAY, pp.512-519（2008） [17] Masaaki Takagi, Hiromi Yamamoto, Kenji Yamaji: [28] 山地憲治：開会の辞，モデレータ：環境問題，原子 Analysis of Expanded Allowable Capacity of Wind 力総合シンポジウム 2008，日本学術会議講堂，東京， Power in Power Grid By Charge Control For Plug-In 5/14・15（2008） Hybrid Vehicles,28th USAEE/IAEE North American [29] 矢田尚，山本博巳，山地憲治：エクセルギーを用い Conference, New Orleans, Dec3-5 (2008) たエネルギーの視点からの物資フロー分析，第 27 [18] Masaaki Takagi, Hiromi Yamamoto, Kenji Yamaji: 回エネルギー・資源学会研究発表会，pp.17-20，大 ”Evaluation of Expanded Allowable Capacity of Wind 阪，6/5-6（2008） Power in Power Grid by Charging Power Control For [30] 闞思超，山本博巳，山地憲治：自由化された電力市 Plug-In Hybrid Electric Vehicles,” Global COE 場における環境政策の評価，第 27 回エネルギー・ Workshop The 9th Seoul National University-University 資源学会研究発表会，pp.133-136，大阪，6/5-6 of Tokyo Joint Seminar on Electrical Engineering, （2008） 1/6(2009) [31] 鯉江康弘，山本博巳，山地憲治，松村幸彦，内山洋 [19] Kenji Yamaji :Plenary Session Key Note Speech2 司，縄田大輔，井上陽仁，高濱繁盛：北海道におけ “Scenario Analysis for Long-term Climate Change る草本系バイオマスを主体としたエタノール製造 Policy,” Global COE Workshop The 9th Seoul National に関する分析，第 27 回エネルギー・資源学会研究 University-University of Tokyo Joint Seminar on 発表会，pp.247-250，大阪，6/5-6（2008） Electrical Engineering, 1/6(2009) [32] 永井雄宇，山本博巳，山地憲治，伊藤俊之，塚田龍 [20] Kenji Yamaji, Masaki Takagi, Hiromi Yamamoto: 也，細野英之：関東地方の下水汚泥・廃棄物の最適 Synergies in Energy System: A Case Study of Plug-in 利用と MCFC 発電の評価，第 27 回エネルギー・資源 Hybrid Electric Vehicle and Wind Power Combination, 学会研究発表会，pp.331-334，大阪，6/5-6（2008） Proceedings of Global COE Symposium on Secure-Life [33] 山地憲治：講演「地球温暖化対策における CCT の役 Electronics, 1/20-21(2009) 割」，第1回CEEシンポジウム－地球温暖化問題の [21] Kenji Yamaji, Yu Nagai, Hiromi Yamamoto : Evaluation of 解決を目指すクリーン・コール・テクノロジー－， Distributed Generation Using an Energy System Model 東京大学生産技術研究所コンベンションホール， Considering Electricity and Gas Grids in Kanto Region, 6/9（2008） Proceedings of Global COE Symposium on Secure-Life [34] 山地憲治：パネルディスカッション「地球温暖化： Electronics,1/20-21(2009) 今何をなすげきか」,日本学術会議・北海道大学公 開講演会,北海道大学学術交流会館,6/25（2008） 著書 [35] 山地憲治：基調講演「次世代エネルギーシステムの [22] 山地憲治（編・著者）：「水素エネルギー社会」, エ 展望―水素エネルギーを中心に―」,日本水素エネ

193 ルギー産業会議第９回会議,東京,7/25（2008） 自由研究ゼミナール 環境を話す,駒場,10/6 [36] 山地憲治：講演「地球温暖化緩和策としての再生可 （2008） 能エネルギーの役割」,土木学会地球温暖化対策特 [50] 山地憲治：ガイダンス「地球環境問題とエネルギー 別委員会シンポジウム, 東京, 7/2（2008） ～バイオマスの役割～」,環境三四郎 企画講義「環 [37] 山地憲治：パネルディスカッション「土木はいかに 境の世紀 14」,駒場,10/6（2008） 地球温暖化問題に取り組むのか？」, 土木学会地球 [51] 山地憲治：パネルディスカッション（座長）「地球 温暖化対策特別委員会シンポジウム, 東京，7/2 温暖化防止エネルギー対策と技術戦略―21 世紀日 （2008） 本の脱石油エネルギー時代への対応―」,環境シス [38] 山地憲治：講演「グリーンエネルギー利用拡大方策」 テム計測制御学会,10/23-24, 横 浜 開 港記念館 第 4 回環境・エネルギー問題調査研究会，(社)科学 （2008） 技術と経済の会，東京，7/4 (2008) [52] 山地憲治：基調講演 地球温暖化への長期的対応－ [39] Kenji Yamaji ：Participant of Roundtale Discussion， ポ ス ト 京 都 の 国 際 枠 組 み － Long-Term Response International Roundtable：The role of the electricity Strategy for Global Warming – International utilities sector in addressing climate change and Framework for Post-Kyoto Regime－,環境システム achieving a low-carbon society，World Business Council 計測制御学会,10/23-24,横浜開港記念館（2008） for Sustainable Development(WBCSD)，Tokyo，7/9 [53] 山地憲治：講演 低炭素社会に向けたエネルギー分 (2008) 野の技術革新,（社）日本機械学会 動力エネルギ [40] 山地憲治：講演「長期的な温暖化対策とエネルギー ーシステム部門 第１８回セミナー＆サロン “地 の将来」第 89 回トップフォーラム，東京，7/9 (2008) 球環境改善に貢献するエネルギーシステム―持続 [41] 山地憲治：講演「グリーン電力認証とＲＰＳについ 可能な社会に向けた技術の開発と効率化―”,三菱 て」第 25 回太陽光発電システムシンポジウム，東 重工業株式会社横浜ビル,10/24（2008） 京ビッグサイト会議棟国際会議場，東京，8/1（2008） [54] 山地憲治：ラウンドテーブル座長,日本動力協会シ [42] 山地憲治：講演「都市におけるバイオマスエネルギ ンポジウム「将来の自動車技術とその燃料」,経団 ー利用とその効用」平成 20 年度地域熱供給シンポ 連会館,10/28（2008） ジウム，東京ビッグサイト会議棟レセプションホー [55] 山地憲治：基調講演 洞爺湖サミットを終えての地 ルＢ，東京，8/1（2008） 球温暖化防止対策の動向,コージェネレーションシ [43] 山地憲治：パネルディスカッション（パネリスト）， ンポジウム 2008（第２４回）プログラム,東京,11/5 平成 20 年度地域熱供給シンポジウム，東京ビッグ （2008） サイト会議棟レセプションホールＢ，東京，8/1 [56] 山地憲治：講演 低炭素社会構築における再生可能 （2008） エネルギーの役割，総合政策研究会エコノミストク [44] 大和久崇，山本博巳，山地憲治，(東京ガス)徳本勉， ラブ，東京, 11/5（2008） 塚田龍也，細野英之：不確実な需要成長下における [57] 山地憲治：講演 プラグイン・ハイブリット車普及 コージェネレーションシステムのオプション価値 による電力システムへの影響､第２回「新エネルギ 分析，第 17 回日本エネルギー学会大会，東京，8/4 ーと電気事業の課題」研究会,名古屋,11/6（2008） －5（2008） [58] 山地憲治：講演 気候安定化に向けた長期技術シナ [45] 藤井康正，山本博巳，山地憲治，(三菱総合研究所) リオ,エネルギー・資源学会 平成２０年度九州地 井上貴至，福田桂：複数世帯を対象とした給湯シス 区講演会,電気ビル本館,11/10（2008） テムの運用評価，第 17 回日本エネルギー学会大会， [59] 山地憲治：講演 地球環境とエネルギー，高知県庁 東京，8/4－5（2008） トップセミナー，高知，11/17（2008） [46] 山本博巳：バイオマスエネルギー分野における学融 [60] 山地憲治：講演 長期的な地球温暖化対策，四国中 合，第 17 回日本エネルギー学会大会，東京，8/4－ 央市環境マネジメントシステム環境管理研修，四国 5（2008） 中央市，11/18（2008） [47] 闞思超，山本博巳，山地憲治：マルチエージェント [61] 山地憲治：パネリスト エネルギー高価格時代の産 を用いた自由化された電力市場における環境政策 業・技術・社会―電気文明の新展開，第５回電気新 の評価、第 17 回日本エネルギー学会大会，東京， 聞フォーラム,ホテルグランドパレス，東京，11/20 8/4－5（2008） （2008） [48] 山地憲治：パネルディスカッション（パネリスト）， [62] 山地憲治：期待される新エネルギー 地球温暖化対 「今、私たちに何ができるのか」STOP!! 地球温暖 策における役割，教養講演集 74 人間と文化， 化 in エコメッセ 2008，幕張メッセ国際会議場，千 pp131-160，三愛新書（2008） 葉，9/7(2008) [63] 山地憲治：講演 「低炭素社会の姿と道筋を考える」 [49] 山地憲治：ゼミナール 「太陽光パネルの普及とグ ～技術・エネルギー・社会イノベーションの動向と リーン電力認書に関するディスカッション」, 全学 課題～，東京経協「環境経営セミナー２００８」，

194 日本工業倶楽部本館，東京，12/12(2008) ー・物質統合解析」東京大学ｴﾈﾙｷﾞｰ工学連携研究セ [64] Kenji Yamaji ： CO2 Reduction Potential in Road ンター（CEE）ワークショップ「エネルギーｰ・環境・ Transport Focusing on the Role of Plug-in Hybrid 資源問題の同時解決に向けた技術戦略-『環』の実 Electric Vehicles(PHEV),The 8th Taiwan-Japan 現可能性について」東京大学生産技術研究所，3/6 Microelectronics Symposium-Bioelectronics and Green （2009） Electronics-,12/23(2008) [77] 橋本篤樹，山本博巳，山地憲治，日渡良爾，岡野邦 [65] Kenji Yamaji ： Panelist“Renewable Energy,”The 8th 彦：プラグハイブリット車と電気自動車の普及と Taiwan-Japan Microelectronics Symposium Bio- CO2 削減効果の検討，平成２１年電気学会全国大会， electronics and Green Electronics-,12/23(2008) 北海道大学高等教育機能開発総合センター， [66] 山地憲治：パネルディスカッション モデレーター， 3/17-19（2009） 第 1 回合同シンポジウム（第 3 回 CEE シンポジウム）， [78] 永井雄宇，山本博巳，山地憲治：分散型電源の考慮 東京大学生産技術研究所コンベンションホール， した熱帯地域での電源計画と評価，平成２１年電気 1/16(2009) 学会全国大会，北海道大学高等教育機能開発総合セ [67] 高木雅昭，山本博巳，山地憲治：系統連係されたプ ンター，3/17-19（2009） ラグハイブリッド車の充電電力制御による系統貢 [79] 中上聡，橋本篤樹，高木雅昭，山本博巳，山地憲治： 献度の評価，第２５回エネルギーシステム・経済・ 走行パターンを考慮したプラグインハイブリッド 環境コンファレンス，虎ノ門パストラル，1/29-30 車の電力需要の検討，平成２１年電気学会全国大会， （2009） 北海道大学高等教育機能開発総合センター， [68] 永井雄宇，山本博巳，山地憲治：分散型エネルギー 3/17-19（2009） を考慮した熱帯地域でのエネルギー計画と評価，第 [80] 青山俊輔，高木雅昭，山本博巳，山地憲治：損失電 ２５回エネルギーシステム・経済・環境コンファレ 力コストを考慮した変圧器最適設計手法の検討， ンス，虎ノ門パストラル，1/29-30（2009） 平成２１年電気学会全国大会，北海道大学高等教育 [69] 藤野純一，山本博巳，山地憲治，森裕子，長田紘一： 機能開発総合センター，3/17-19（2009） 低炭素社会に向けたバイオエネルギーの役割分析 [81] カン思超，山本博巳，山地憲治：CO2 フリー電気取 －世界エネルギーモデルを用いて－，第２５回エネ 引，平成２１年電気学会全国大会，北海道大学高等 ルギーシステム・経済・環境コンファレンス，虎ノ 教育機能開発総合センター，3/17-19（2009） 門パストラル，1/29-30（2009） [82] 高木雅昭，山本博巳，山地憲治：系統連系されたプ [70] カン思超, 山本博巳，山地憲治：電力市場におけ ラグインハイブリッド車の充電制御による連系線 る環境政策の評価：CO2 フリー電気の取引，第２５ 潮流変動抑制の検討，平成２１年電気学会全国大会， 回エネルギーシステム・経済・環境コンファレンス， 北海道大学高等教育機能開発総合センター， 虎ノ門パストラル，1/29-30（2009） 3/17-19（2009） [71] 桑原和夫，山本博巳，山地憲治：全電化・次世代省 エネルギー基準適用住宅での省エネルギー・CO2 排 その他 出量実績事例，第２５回エネルギーシステム・経 [83] 山地憲治：インタビュー「ガスが創る環境新時代」, 済・環境コンファレンス，虎ノ門パストラル， ガスエネルギー新聞, 4/2（2008） 1/29-30（2009） [84] 山地憲治：東京大学公開講座「世界エネルギー需給 [72] 山地憲治：講演「エネルギー供給の現状と課題」電 とバランス」，第１０８回東京大学公開講座「バラ 気新聞セミナー，電気ビル(東京)，1/30(2009) ンス―私たちの世界はバランスが取れているだろ [73] 山地憲治：講演「エネルギー持続性のための低炭素 うか―」，東京大学安田講堂，4/12（2008） 電力供給システム」，エネルギー持続性フォーラム [85] 山地憲治：エネルギー技術の進歩とは何か, 第３回公開シンポジウム エネルギー持続性への ENERGY for FUTURE，2008 No.2（2008） 挑戦～低炭素社会に向けた産業界の役割～，丸ビル [86] 山地憲治：第２８回エネルギーフォーラム賞選評, ホール，2/26（2009） エネルギーフォーラム No.641 MAY, p.110 (2008) [74] 山地憲治：基調講演「バイオ燃料をめぐる国内外の [87] 山地憲治：誕生日が同じ人，電気新聞，5/15（2008） 概況」シンポジウム バイオ燃料と土地利用～持続 [88] 山地憲治：インタビュー「山地憲治・東京大学教授 可能性の視点から～，早稲田大学大久保キャンパス， に聞く 非現実的な目標数値は逆効果 積み上げ 3/5（2009） 方式で現実的な目標を」日経エコロジー，6/30 (2008) [75] 山地憲治：パネリスト「持続可能な社会におけるバ [89] 山地憲治：報道の誤り，電気新聞，7/7 (2008) イオ燃料の位置づけ」シンポジウム バイオ燃料と [90] 山地憲治：サマータイム考,電気新聞,8/29（2008） 土地利用～持続可能性の視点から～，早稲田大学大 [91] 山地憲治：巻頭言「洞爺湖サミット後の地球温暖化 久保キャンパス，3/5（2009） 対策」コージェネレーション Vol.23 No2, [76] 山地憲治：講演「エクセルギー概念によるエネルギ Autumn/Winter, pp.7-13 (2008)

195 [92] 山地憲治：３種の電池, 電気新聞, 10/23（2008） [93] 山地憲治：編集後記，高圧ガス 12，vol.45, p76, 12/1(2008) [94] 山地憲治：照明の暖房効果，電気新聞，12/15（2008） [95] 山地憲治：第５回電気新聞フォーラム特集記事，電 気新聞，12/22（2008） [96] 山地憲治：基調講演 「洞爺湖サミットを終えての 地球温暖化防止対策の動向」 CGO NEWS １，Vol . 25 No. 1, p.5, Jan. (2009) [97] 山地憲治：書評「技術立国日本のエネルギー戦力」 日本エネルギー学会誌，pp.85, 1 月号(2009) [98] 山地憲治：東京下町散歩，電気新聞，2/17（2009） [99] 山地憲治：パネルディスカッション 座長「地球温 暖化防止エネルギー対策と技術戦略」－21 世紀日本 の脱石油エネルギー時代への対応－，環境システム 計測制御（EICA）学会誌，pp.7-8, 第 13 巻第 4 号､ 3 月（2009） [100] 山地憲治：分担執筆「地球環境読本」外務省日中研 究交流支援事業，東京財団制作・発行，pp.22-23, pp.28-29, 2 月(2009)

196 堀 研究室（2008 年度） dynamics control of a 4-wheel-drive car, and road surface Hori Laboratory estimation using easily known motor torque. The test vehicle "UOT March-II" with four independent in-wheel motors and (http://mizugaki.iis.u-tokyo.ac.jp/ja/index.html) the new vehicle "Cadwell-EV" were used for experiments.

Recently, "C-COMS" and "C-COMS II", driven only by 研究現況 super-capacitors, were completed. The actual research Current Research Projects subjects included body slip angle estimation, optimal speed pattern generation, and a hybrid braking system. We plan to 堀研究室のテーマは，電気自動車の制御，アドバンス investigate energy supply and storage technologies for ト・モーション・コントロール, 福祉制御工学の３つで moving vehicles. An automatic MT system using す。機械制御が開ループ制御を基本とするのに対し，電 super-capacitors will also be included in the scope of our 気制御の本質はフィードバック制御にあります。単純な research. 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します。この原理をもとに， 2. モーション・コントロール 電気自動車や人間親和型モーション制御の分野に，革新 堀 洋一・呉 世訓・内田利之・ をもたらそうともくろんでいます。 胡 家勝・ロトフィ モステファイ・石原太一・ The research themes of Hori Lab. are divided into 3 groups: エリック ウ・金 禯智 Electric Vehicle Control, Welfare Control Engineering, and Servo System Design and Advanced Motion Control Advanced Motion Control. The essence of electrical control is Y.HORI, S.OH, T.UCHIDA, in feedback control, while that of mechanical control is in J.HU, M.LOTFI, T.ISHIHARA, E.WU and Y.KIM open loop control. The power of electrical control which 電気・機械複合系の制御をモーション・コントロール repeats simple algorithm in a short control period can と名づけ，研究室の技術的なベースとして息の長い研究 drastically change mechanical characteristics. Based on this を行っている。現在は，(1) 外乱構造に着目した新しい principle, we are planning to make evolution in the fields of ロバストサーボ制御，(2) 多重サンプリング制御を用い Electric Vehicle and Human Friendly Motion Control. たビジュアルサーボ系，(3) 非整数次数制御系の応用，(4) 加速度変化率の微分を考慮した目標値生成法，(5) GA や 1. 電気自動車の制御 PSO を用いたパラメータチューニング法， (6) 詳細な摩 堀 洋一・内田利之・耿 聡・藤井 毅・ 擦モデルを用いた高精度サーボ制御，を行っている。応 殷 徳軍・河島清貴・居村岳広・皆木 亮・ 用として，多軸ロボット，バックラッシ軸ねじれ系実験 佐竹正光・岡部浩之・ 装置，ハードディスクドライブに適用している。 ジュゼッペ グイディ・プラティクト A variety of "motion control" of mixed electrical and Advanced Motion Control of Electric Vehicle mechanical systems are being researched: multi sampling-rate Y.HORI, T.UCHIDA, C.GENG, T.FUJII, T.YIN, control based visual servo, trajectory generation considering K.KAWASHIMA, T.IMURA, R.MINAKI, the derivative of jerk, a parameter tuning method using GA M.SATAKE, H.OKABE and G.GUIDI, PRATIKTO and PSO, SSTW, and the design and implementation of a 電気モータの高速トルク発生を生かし，電気自動車で fractional order control system. These can be applied to 初めて可能になる新しい制御の実現をめざしている。タ multi-link robot manipulators, torsional vibration イヤの増粘着制御によって，低抵抗タイヤの使用が可能 experimental setups, and hard disk drive systems. Recently, a になる。４輪独立駆動車は高性能な車体姿勢制御が実現 high performance servo system design using a precise friction できる。モータトルクは容易に知れるから路面状態の推 model is also researched. 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 3. 福祉制御工学 実験を進めてきた。車体すべり角βの推定，DYC と AFS 堀 洋一・呉 世訓・内田利之・吉田憲吾・ の非干渉制御などに力を入れている。最近キャパシタだ バレリオ サルブッチ・小林邦生 けで走る「C-COMS I & II」および，電池駆動の「COMS Welfare Control Engineering III」を製作し，電気自動車の制御に関する諸種の実験と， Y.HORI, S.OH, T.UCHIDA, K.YOSHIDA, 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 V.SALVUCCI, K.KOBAYASHI 電気二重層キャパシタの可能性を探っている。 福祉分野を想定した独特の制御手法の開発を目論むも By utilizing the quick torque generation of electric motors, ので，人間親和型モーションコントロールにもとづく福 we aim to develop novel control techniques for EVs. We are 祉制御工学，という学術領域を作りたいと考えている。 researching the effective adhesion control of tires based on the 現在行っている研究は，(1) 介護ロボットのためのパワ quick torque reduction property, high performance vehicle ーアシスト技術，(2) 新しい制御原理にもとづく動力義

197 足の製作，(3) 筋電センサを用いたパワーアシスト車椅 [7] Giuseppe Guidi, Tore M. Undeland, Yoichi Hori, 子の制御, (4) 生物の２関節筋機構や非線形筋弾性特性 Optimized Power Electronics Interface for Auxiliary を用いた新しい原理のロボットアームの製作，(5)人にや Power Buffer Based on Supercapacitors, VPPC2008 さしいドアの研究，などである。 (2008) We are aiming to establish a "Welfare Control Engineering" [8] Sehoon Oh and Yoichi Hori, Fractional Order field based on "Human Friendly Motion Control". Our present Impedance Control by Particle Swarm Optimization, research themes are power-assist technology for human-care ICCAS 2008, OS: Biomechatronics systems and its robots, an artificial leg based on a novel control principle, application (2008) control of power-assisted wheelchairs to prevent overturning, [9] Cong Geng, Lotfi Mostefai and Yoichi Hori, Body Slip a new robot arm using a bi-articular muscle mechanism, a Angle Observer for Electric Vehicle Stability Control new control method for power-assisted wheelchairs based on Based on Empirical Tire Model with Fuzzy Logic surface myoelectric sensors, and development of a human Approach, IEEE IECON 2008 (2008) friendly door. [10] Dejun Yin and Yoichi Hori, A New Approach to Traction

論文, 著書一覧（2008 年度） Control of EV Based on Maximum Effective Torque Estimation., IEEE IECON 2008 (2008) Publications List [11] Sehoon Oh and Yoichi Hori, Disturbance State

Distinction Algorithm and its Application to Estimation 研究論文 of Time Delay with Inertia Error, IEEE IECON 2008 [1] Sehoon Oh, Naoki Hata and Yoichi Hori, Integrated (2008) Motion Control of a Wheelchair in the Longitudinal, [12] Taichi Ishihara, Sehoon Oh and Yoichi Hori, Trajectory Lateral and Pitch Directions, IEEE Trans. on Industrial Generation for Just-in-Time Seek Control with Electronics, Vol.55, No.4, pp.1855-1862 (2008) Minimized Energy Consumption, IEEE IECON 2008 [2] Yoichi Hori, Motion Control of Electric Vehicle and (2008) Prospects of Supercapacitors, IEE Japan Transactions on [13] Sehoon Oh and Yoichi Hori, Error Propagation Electrical and Electronic Engineering "Special issue on Suppression in Self-servo Track Writer by Time-domain Motion Control in Japan", Vol.4, No.2, pp.231-239 Control Design, IEEE ICARCV 2008 (The Tenth (2009) International Conference on Control, Automation, Robotics and Vision) (2008) 国際会議論文 [14] Yoichi Hori, Sehoon Oh, Takeshi Fujii, Dejun Yin, Kiyotaka Kawashima, Takehiro Imura, Kengo Yoshida, [3] Yoichi Hori, Motion Control of Electric Vehicle Using Valerio Salvucci, Masamitsu Satake, Kunio Kobayashi, Capacitor-driven Small EV's (invited talk), Taiwan Taichi Ishihara, Hiroyuki Okabe, ECO- and Automotive International Forum & Exhibition (TAIFE Human-friendly Motion Control for Support of Secure 2008) (2008)... by Taiwan Automotive Research Life, The University of Tokyo Global COE "Secure-Life Consortium (TARC): ARTC (Automotive Research & Electronics" Symposium (2009) Testing Center), CSIST (Chung-Shan Institute of

Science and Technology), MSL/ITRI (Mechanical & Systems Research Laboratories/ Industrial Technology シンポジウム, 研究会, 大会等発表 Research Institute) and MIRDC (Metal Industries [15] Dejun Yin and Yoichi Hori, Anti-Slip Control of Electric Research & Development Centre) Vehicle Based on Maximum Effective Torque [4] Cong Geng, Lotfi Mostefai and Yoichi Hori, EV Estimation, 平成 20 年電気学会産業応用部門大会 Stability Improvement Using a Hybrid-like Body Slip (2008) Angle observer, 9th International Conference on Motion [16] 河島清貴, 内田利之, 富塚誠義, 堀 洋一, インホイ and Vibration Control (MOVIC 2008) (2008) ールモータ搭載電気自動車における二自由度制御 [5] Cong Geng, Lotfi Mostefai and Yoichi Hori, A 系によるロールスタビリティ制御, 平成 20 年電気 Hybrid-like Observer of Body Slip Angle for Electric 学会産業応用部門大会 (2008) Vehicle Stability Control: Fuzzy Logic and Kalman [17] 皆木 亮，星野 洋，堀 洋一, アクティブ前輪操舵に Filter Approach, VPPC2008 (2008) おける反力制御の研究, 平成 20 年電気学会産業応 [6] Dejun Yin and Yoichi Hori, A Novel Traction Control of 用部門大会 (2008) EV Based on Maximum Effective Torque Estimation, [18] 吉田憲吾, 畠直輝, 呉世訓, 堀 洋一, 拡張した可操 VPPC2008 (2008) 作性指標による二関節筋を持つロボットアームの

198 評価, 平成 20 年電気学会産業応用部門大会 (2008) 車研究会 VT-09-023 (2009) [19] 居村岳広, 堀 洋一, 近傍界用磁界アンテナの共振 [34] 呉 世訓，堀 洋一, 位置フィードバック制御による を利用した高効率電力伝送の解析と実験 — 基本特 インピーダンス, 衝突力制御の実験的考察, 電気学 性と位置ずれ特性— , 平成 20 年電気学会産業応用 会産業計測制御研究会 IIC-09-117 (2009) 部門大会 (2008) [35] 殷 徳軍，胡 家勝，堀 洋一, Robustness Analysis of [20] 佐竹正光, 河島清貴, 内田利之, 堀 洋一, IPMSM の Traction Control Based on Maximum Transmission dq 軸電流をともに利用したトルク垂下特性による Torque Estimation in Electric Vehicles, 電気学会産業 電気自動車のスリップ抑制制御, 平成 20 年電気学 計測制御研究会 IIC-09-027 (2009) 会産業応用部門大会 (2008) [36] 胡 家勝，殷 徳軍，堀 洋一, Design and Analysis of a [21] 小林邦生，呉 世訓，堀 洋一, 電車ドア閉時の衝撃 PI Observer System Using Partial Pole Placement 力を緩和する制御法の研究, 平成 20 年電気学会産 Approach, 電気学会産業計測制御研究会 IIC-09-034 業応用部門大会 (2008) (2009) [22] 藤井 毅, 内田 利之, 堀 洋一, 大容量キャパシタを [37] 皆木 亮，星野 洋，堀 洋一, アクティブ前輪操舵に 用いたモータアシストＡＭＴの駆動力と充放電の おける操舵干渉低減化手法の実験的検証, 電気学会 統合制御, 平成 20 年電気学会産業応用部門大会 産業計測制御研究会 IIC-09-026 (2009) (2008) [38] 小林邦生，呉 世訓，稲玉繁樹，堀 洋一, 環境剛性 [23] 堀 洋一, いつかはキャパシタ, 平成 20 年電気学会 の推定と２自由度制御にもとづく電車ドアの知的 産業応用部門大会（OS: 電気二重層キャパシタの将 制御, 電気学会産業計測制御研究会 IIC-09-116 来性） (2008) (2009) [24] 居村岳広，内田利之，堀 洋一, 非接触電力伝送用メ [39] 小柳拓也，吉田憲吾，呉 世訓，堀 洋一, 二関節筋 アンダラインアンテナの提案, 電子情報通信学会 を用いた２リンクマニピュレータの先端剛性の新 2008 年ソサイエティ大会, B-9-1 (2008) しい制御法の提案, 電気学会産業計測制御研究会 [25] Jia-Sheng Hu, Mi-Ching Tsai, and Yoichi Hori, Robust IIC-09-120 (2009) Control for Coaxial Two-wheeled Electric Vehicle, 第７ [40] 肥田知仁，呉 世訓，内田利之，堀 洋一, 遊星歯車 回 ITS シンポジウム (2008) を用いた２関節同時駆動機構を有するロボットア [26] 河島清貴，堀 洋一, 電気自動車におけるロールスタ ームの実現, 電気学会産業計測制御研究会 ビリティ制御に基づいた自動走行支援システム, 第 IIC-09-121 (2009) ７回 ITS シンポジウム (2008) [27] 居村岳広，内田利之，堀 洋一, 共振による磁界結合 その他 を利用した非接触電力伝送 −3 次元的位置ずれに柔 [41] 堀 洋一, 高い制御性が安全を実現する電気自動車 軟な近傍界用アンテナ−, 第７回 ITS シンポジウム の魅力, 日経 BP ムック「東京大学テクノロジー＆ (2008) サイエンス」, Vol.2, pp.64-65 (2008) [28] 藤井 毅，堀 洋一, モータアシストＡＭＴ自動車の [42] 堀 洋一, ジャバルプールに行きましょう！, 生研 駆動力制御, 第７回 ITS シンポジウム (2008) ニュース PLAZA, No.111 (2008) [29] 殷 徳軍，堀 洋一, Novel Anti-Slip Control for EV [43] 堀 洋一, 上海のキャパシタバス見学記, キャパシ Based on Maximum Transmissible Torque Estimation, タフォーラム会報, Vol.3, pp.5-6 (2008) 第７回 シンポジウム ITS (2008) [44] 堀 洋一, ちょこちょこ充電する電車のようなクル [30] 呉 世訓，堀 洋一, 安全な生活を支援するエコ＆ヒ マへ（ATI スペシャルインタビュー 第 3 回）, AT ューマンフレンドリーモーションコントロール, International マガジン (2008) シンポジウム「セキュアライフ エレクトロ GCOE , [45] 堀 洋一, 巻頭言「Ｄ部門がやらずして...」, 電気学 ニクス」 (2009) 会産業応用部門ニュースレター (2008) 居村岳広 堀 洋一 非接触電力伝送における電磁 [31] , , [46] 堀 洋一, 電気自動車高い関心, 読売新聞（高知版） 誘導と電磁界結合の統一的解釈 電気学会自動車研 , (2008.8.29) 究会 VT-09-007 (2009) [47] 堀 洋一, 効率良い次世代蓄電装置キャパシタで産 佐竹正光 堀 洋一 駆動電気自動車の 両 [32] , , IPMSM dq 業振興を, 高知新聞 (2008.8.29) 軸の電流制御を利用したスリップ抑制制御のため [48] 堀 洋一, 電気自動車もうすぐ実用（高知市で最新 のトルク垂下特性の改善, 電気学会自動車研究会 10 台紹介）, 高知新聞 (2008.9.3) VT-09-022 (2009) [49] 堀 洋一, クルマの未来, 日刊工業新聞朝刊（８面） [33] 河島清貴, 堀 洋一, 電圧変動を考慮した EDLC-イ (2008.10.17) ンバータ直結型電気自動車の制御法, 電気学会自動

199 [50] 堀 洋一, クルマの未来形, テレビ東京ワールドビ ジネスサテライト (2008) [51] 堀 洋一, 超小型ＥＶでライフスタイルを変えよ う！日本大学工学部大学院特別講義 (2008.5.21) [52] Yoichi Hori, Electric Vehicle Control and Future Prospect of Supercapacitor, Lecture at Hyundai Motor Corp. Research Center (2008.7.8) [53] 堀 洋一, キャパシタＥＶでライフスタイルを変え よう！丸の内地球環境倶楽部 第６回東大リレーセ ミナー (2008.9.16) [54] 堀 洋一, カーエレクトロニクスで進化する自動車 〜その未来像を探る, CEATEC JAPAN SPECIAL EXHIBITS「オートモーティブスクエア」(2008.10.2) [55] 堀 洋一, クルマから宇宙まで〜地球環境とセキュ アライフのために〜, 電気学会創立 120 周年記念シ ンポジウム「安全, 安心, グローバル社会に向けた 電気技術戦略」(2008.10.17) [56] 堀 洋一, ライフスタイルを変える小形 EV, 東京大 学 AGS セミナー (2008.10.23) [57] 堀 洋一, 電気自動車の最新技術動向, 日立総合教 育センターハイブリッド自動車設計技術研修会 (2008.11.28) [58] 堀 洋一, キャパシタ駆動小形 EVで描くクルマの未 来, パナソニック社 (2008.12.2) [59] 堀 洋一, ＥＶで描く未来のクルマ像, 日産インス パイヤフォーラム (2009.1.16) [60] 堀 洋一, キャパシタ電気自動車 C-COMS のめざす もの, 精密工学会第 335 回講習会「自動車の環境対 応, ものづくり技術」講習会テキスト (2009.2.24) [61] 堀 洋一, 小型キャパシタ EVでライフスタイルを変 えよう！自動車技術会関東支部講演会 「サステイ ナブルな交通システム」講習会テキスト (2009.3.11)

200 横山研究室 近年、風力発電や太陽光発電などの再生可能エネルギ Yokoyama Laboratory ー発電の導入が進められている。再生可能エネルギー発 (http://www.syl.t.u-tokyo.ac.jp) 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。系統事故などによる再生可能エネルギ 研究現況 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 Current Research Projects れており、また太陽光発電による配電系統の電圧上昇や 逆潮流も問題視されている。 1. 日本型スマートグリッド「ユビキタス・パワ 本研究室ではこれらの課題に対して、電力系統内に連 ーネットワーク」の構築 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 横山 明彦・益田 泰輔・清水 浩一郎・宮原 啓太 への影響、風力発電とフライホイール・海水淡水化装置 Development of Japanese Smart Grid “Ubiquitous を組み合わせた離島におけるマイクログリッドの構築、 Power Grid” A.YOKOYAMA, T.MASUTA, 再生可能エネルギー電源大量導入時の揚水発電を含む系 K.SHIMIZU and K.MIYAHARA 統運用計画並びに供給信頼度への影響などに関しての研 地球温暖化などの環境問題やエネルギーセキュリティ 究を行っている。 の観点から、供給サイドでは多数の再生可能エネルギー Recently, the installation of generations based on renewable 電源や蓄電池、需要サイドではヒートポンプ給湯器や電 energy sources, such as solar or wind energy has been 気自動車といったエネルギー貯蔵装置付きの需要家機器 promoted. Strongly depending on climate or wind conditions, の導入が今後ますます進むものと予測されている。 the power output from wind or photovoltaic (PV) generations 本研究で提案する「ユビキタスパワーネットワーク」 becomes extremely difficult to be controlled. It is of serious は、こうした需給構造の変化に対応した、新たな電力シ concern that a sudden and simultaneous disconnection of a lot ステムを構築するという構想である。大容量の再生可能 of renewable energy based generations due to a fault in the エネルギー電源を導入した系統においてインテリジェン network may cause a wide-area blackout. Distribution voltage トな双方向情報通信技術を応用し、ヒートポンプ給湯器 rise and reverse power flow caused by PV generation are also や電気自動車などの可制御性を有する新しい機器を再生 regarded as questionable. As the solutions to these problems, 可能エネルギー電源、従来の電力系統機器と協調して制 the impact of grid disconnection of a lot of PV generations on 御することでネットワーク全体の経済性、運用性、信頼 power system stability, the construction of a microgrid in an 性、電力品質等の最適化を図る研究を行っている。 island which is composed of wind power generations, a The electric power system is expected to change in the flywheel and seawater desalination plant, and operation following way: On the supply side, a large amount of planning of a power system in presence of a large amount of renewable energy sources are supposed to be installed. On the renewable energy based generation and its effect on the power demand side, new energy conservation devices such as heat supply reliability have been studied in our laboratory. pump based water heaters (HPWHs), battery energy storage systems, and plug-in electric vehicles (PEVs) are expected to 3. 電力系統における FACTS 機器やエネルギー貯 gain significant attention. 蔵装置等の協調制御による停電範囲の極小化 "Ubiquitous Power Grid" is a concept of the new power 横山 明彦・河辺 賢一 system dealing with such future changes on both the supply Minimization of Impact of Power Supply and demand sides. In the power system with a large Interruption by Coordinated Control of Multiple penetration of renewable energy sources, controllable loads FACTS and Energy Storage Devices in Power such as HPWHs and PEVs are controlled cooperatively, with Systems two-way of information communication technology in order A.YOKOYAMA and K.KAWABE to optimize the economics, efficiency, reliability, and quality 我が国の電力系統における信頼度基準は、単一設備事 of electricity supply. 故の場合に停電が発生しないこと、また、多重設備事故 の場合には大幅な停電が発生しないこととしている。し 2. 再生可能エネルギー発電の大量連系系統の運 かし近年、世界的に多重設備事故による広域停電が発生 用・制御 しており、多重事故発生時の停電範囲極小化が重要とな 横山 明彦・グェン ホアン ヴィエット・ っている。そこで本研究では，発電機・負荷・調相設備 相原 良太・吉原 徹 といった既存の機器に加え，常時の設備利用率の向上・ Operation andControl of Power System with a 潮流ネックの解消等に向けて将来の導入が予想される Large Amount of Generations based on Renewable FACTS(flexible AC transmission systems)機器や，自然エネ Energy Sources 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 A.YOKOYAMA, N.VIET, R.AIHARA and エネルギー貯蔵装置を協調制御することにより、停電を T.YOSHIHARA 免れることのできない事故が発生した場合でも，事故波

201 及を防止し，停電範囲を極小化できる新たな緊急時制御 have been investigated for optimal power flow and 技術の開発を目指している。 enhancement of transient, voltage, and steady-state stability. In Japan, a reliability standard is determined so that any power supply interruptions caused by a single contingency 5. 新手法による競争環境下における電力系統解 and a large-scale power supply interruption caused by 析に関する研究 multiple contingencies do not occur as well as in the other 横山 明彦・タンパティパーン クリサナ・ foreign countries. However, there happened several wide-area パンスワン ナッタウット blackouts by severe faults of late years. Therefore, it is Novel Approaches for Power System Analysis in a important to minimize the impact of the power supply Competitive Environment interruption on customers even when a severe fault happens. A. YOKOYAMA, K. TANGPATIPHAN and Our study aims at development of a new control method that P. NATTAWUT can make the best use of the available equipment in modern 競争環境下にある電力系統において、安定的な運用を power system for minimization of blackout area in emergency. 維持するために新たな解析手法が必要となっている。例 At present, in addition to the current existing equipment such えば、静的な運用制約だけではなく動的な運用制約も考 as generators, we consider the use of FACTS devices and 慮したメタヒューリスティック手法を用いた進化的プロ energy storage devices more of which are expected to be グラム（EP）が最適潮流計算（OPF）に対して提案され connected to the grid as the use of more natural energy will be ている。 promoted for mitigation of CO2 in the deregulated power また、送電線空き容量を示すための送電可能能力 TTC sector. の計算手法が必要とされている。不確実性の影響や過渡 安定度などを考慮するためには、確率的に TTC を計算し 4. FACTS 機器を用いた電力系統制御 なければならない。更に、大量に導入された風力発電や 横山 明彦・若林 悠太 太陽光発電などの再生可能エネルギーの TTC への影響 Power System Control by Using FACTS (Flexible も考慮する必要がある。 AC Transmission Systems) Devices 本研究では、ニューラルネットワークや決定木を用い A.YOKOYAMA and Y.WAKABAYASHI て過渡安定度の計算時間を大幅に短縮する最適潮流計算 近年，電力自由化に伴う不確実性の増加や分散型電源 手法や TTC 計算手法を提案する。 の導入による潮流変動に伴い，送電線の過負荷や電力系 Recently, novel approaches for power system analysis are 統の安定性の低下が問題となっている。こうした問題に required to fully respond to new emerging tasks. For example, 対処するため，パワーエレクトロニクス技術を応用した optimal power flow (OPF) with consideration of not only FACTS（Flexible AC Transmission Systems）機器を電力系 static but also dynamic security constraints related to transient 統に導入し，系統制御に活用する研究が進められている。 and voltage stabilities should be developed. Superior to other FACTS 機器は，系統への電圧の大きさや位相の制御を行 conventional optimization methods, evolutionary うことにより，既存の電力系統設備を最大限に活用して programming (EP), a promising heuristic optimization tool 高速かつ柔軟な制御を行うことが可能である。現在，本 was proposed to solve such complicated problems. Another 研究室では FACTS 機器の中でも，複数の自励式変換器を challenging task is the total transfer capability (TTC) 用いた制御自由度の高い IPFC（Interline Power Flow calculation. The TTC calculation by means of the Monte Controller）や UPFC（Unified Power Flow Controller）とい Carlo simulation was proposed. Furthermore, the impact of a った機器を主に扱っている。FACTS 機器による最適潮流 high penetration of renewable energy sources, e.g. wind and 制御や電圧安定性，定態安定性，過渡安定性の向上，さ solar energies, on the TTC has also been investigated. らに FACTS 機器の系統内への最適な設置場所の検討を Currently, our researches focus on the improvement of the 行っている。 proposed methods in terms of computational speed. This can In recent years, the advent of deregulation in power sector be accomplished with the use of artificial neural network and and the installation of a large amount of distributed decision tree classification. Compared to the conventional generations may bring about several serious problems e.g. time domain simulation, these techniques can evaluate the overload of the transmission lines and instability of the power system dynamic behavior within the shorter time. system. To alleviate the problems aforementioned, the application of power electronics based devices called FACTS (Flexible AC Transmission Systems) device is one of the promising solutions thanks to their high-speed and flexible controllability. This research has been focusing on IPFC (Interline Power Flow Controller) and UPFC (Unified Power Flow Controller). The optimal location and control strategy

202 論文・著書一覧（2008 年度） India. Publications List [11] K.Tangpatiphan, A.Yokoyama: “ Evolutionary Programming Incorporating Neural Network for 研究論文 Transient Stability Constrained Optimal Power Flow,” [1] 有田 征史、横山 明彦 他: “FFC-TBC 系統連系で International Conference on Power System Technology, の蓄電池による連系線潮流変動抑制に関する基礎 POWERCON, No.0412, 12-15 Oct.,2008, New Delhi, 検討,” 電気学会論文誌 B, Vol.128, No.7,pp.953-960 India. (2008). [12] H.Irie, A.Yokoyama:“Modeling for Frequency Control [2] 関田 航、横山 明彦: “系統信頼度マージンを考慮し Analysis of Power System with a Large Penetration of た地域間連系線ＡＴＣ評価手法,” 電気学会論文誌 Wind Power Generation by a Lot of Controllable Heat B, Vol.129, No.1,pp.41-48 (2009). Pump Systems and Battery Systems,” International [3] 西崎 康、入江 寛、横山 明彦 他: “風力発電連系系 Conference on Power System Technology, POWERCON, 統の周波数制御のための風車ピッチ角制御とその No.0455, 12-15 Oct.,2008, New Delhi, India. 蓄電池容量削減効果,” 電気学会論文誌 B, Vol.129, No.1,pp.51-56 (2009). 総説・解説論文 [4] K.Tangpatiphan, A.Yokoyama: “Improved Evolutionary [13] 横山 明彦: “電力系統における新エネルギー拡大の Programming with Various Crossover Techniques for ための課題と展望「2-3-2 系統側での新技術と将来 Optimal Power Flow Problem,” IEEJ Trans. PE, 展望」,” 電気協同研究 第 64 巻 第 3 号 (2009). Vol.129, No.1, pp.67-74, Jan.,(2009). シンポジウム・研究会・大会等発表 国際会議論文 [14] 西崎 康、入江 寛、横山 明彦 他: “風力発電連系 [5] K.Tangpatiphan, A.Yokoyama:“Improved Evolutionary 系統の周波数制御のための風車ピッチ角制御とそ Programming for Transient Stability Constrained の蓄電池容量削減効果,”電気学会電力・エネルギー Optimal Power Flow,” International Conference on 部門大会論文集, No.39,pp.28-13-28-19 (2008). Electrical Engineering 2008, No.O-016, 6-10 July, 2008, [15] 関田 航、横山 明彦: “系統信頼度マージンを考慮 Okinawa, Japan. した地域間連系線 ATC 評価手法,”電気学会電力・ [6] .Nishizaki, H.Irie, A.Yokoyama et al.:“Coordinated エネルギー部門大会論文集, No.9 , pp.5-1-5-8 (2008). Control of Blade Pitch Angle of Wind Turbine [16] K.Tangpatiphan, A.Yokoyama: “Improved Evolutionary Generators and Battery for Frequency Regulation and Programming With Various Crossover Techniques for the Battery Capacity Reduction,” International Optimal Power Flow Problem,”電気学会電力・エネル Conference on Electrical Engineering 2008, No.O-052, ギー部門大会論文集, No.15 , pp.11-3-11-9 (2008). 6-10 July, 2008, Okinawa, Japan. [17] J.Zhang, A.Yokoyama, T.Ide: “ Development and [7] K.Kawabe, A.Yokoyama:“Minimizing Control of PNS Analysis of a Detailed IPFC Dynamic Model,”電気学会 by Multiple FACTS Devices in Power Systems,” 電力・エネルギー部門大会論文集, No.203 , International Conference on Electrical Engineering 2008, pp.19-1-19-2 (2008). No.O-106, 6-10 July, 2008, Okinawa, Japan. [18] 若林 悠太、横山 明彦 他: “UPFC の制御系パラメ [8] J.Zhang, A.Yokoyama et al.:“Use of IPFC Detailed ータ切換による過渡安定度向上に関する研究,”電気 Dynamic Model for Analysis of Small-Signal Stability 学会電力・エネルギー部門大会論文集, No.204 , Enhancement,” International Conference on Electrical pp.19-3-19-4 (2008). Engineering 2008, No.O-169, 6-10 July, 2008, Okinawa, [19] 河辺 賢一、横山 明彦: “複数 UPFC による停電量 Japan. 極小化制御の改善手法,”電気学会電力・エネルギー [9] T.Tangpatiphan, A.Yokoyama: “ Transient Stability 部門大会論文集, No.205 , pp.19-5-19-6 (2008). Constrained Optimal Power Flow Using Evolutionary [20] 入江 寛、横山 明彦 他: “風力発電大容量連系時に Programming,” 16th-PSCC, CD-Proc., Session 15 , おける蓄電池とヒートポンプの協調運用による系 Paper 9, July, 2008, Glasgow ,England. 統周波数制御,”電気学会電力・エネルギー部門大会 [10] K.Sekita, A.Yokoyama, et al.: “Probabilistic Evaluation 論文集, No.250 , pp.28-5-28-6 (2008). Method of Available Transfer Capability Considering [21] P.Nattawut, A.Yokoyama, et al.: “ATC Calculation with Reliability Margins in Transmission Network,” Probabilistic Transient Stability Assessment,” 電気学 International Conference on Power System Technology, 会 電力技術・電力系統技術合同研究会 , RE-08-61 , POWERCON, No.0197, 12-15 Oct.,2008, New Delhi, PES-08-70 (2008).

203 [22] K.Tangpatiphan, A.Yokoyama: “ Multi-Objective 国大会講演論文集[6] 電力システム, 6-147, Optimal Power Flow with Static Voltage Stability pp.263-264 (2009). Consideration Using Evolutionary Programming,” 電気 [34] 河辺 賢一、横山 明彦:“多機系統に設置した複数 学会 電力技術・電力系統技術合同研究会 , UPFC によるダンピング向上制御,” 平成 21 年電気 RE-08-90 , PES-08-99 (2008). 学会全国大会講演論文集[6] 電力システム, 6-291, [23] 若林 悠太、横山 明彦: “UPFC による電力系統の pp.473-474 (2009). 過渡安定度向上に関する研究,”電気学会 電力技 [35] 若林 悠太、横山 明彦:“UPFC の制御による電圧安 術・電力系統技術合同研究会 , RE-08-93 , 定性向上の検討,” 平成 21 年電気学会全国大会講 PES-08-102 (2008). 演論文集[6] 電力システム, 6-294, pp.478-479 (2009). [24] J.Zhang, A.Yokoyama, et al.: “ Verification of the Classical IPFC Model in Dynamic State,”電気学会 電 その他 力技術・電力系統技術合同研究会 , RE-08-95 , [36] 横山 明彦: “エーゲ海を前に見る夢,” 電気協会報, PES-08-104 (2008). pp.4-5 (2008). [25] 河辺 賢一、横山 明彦:“複数 UPFC の協調制御によ る停電範囲の極小化,”電気学会 電力技術・電力系 統技術合同研究会 , RE-08-97 , PES-08-106 (2008). [26] 入江 寛、横山 明彦 他:“風力発電大容量導入時に おける周波数安定化への需要家ヒートポンプ給湯 器の利用に関する検討,”電気学会 電力技術・電力 系統技術合同研究会 , RE-08-121 , PES-08-130 (2009). [27] 入江 寛、横山 明彦 他:“大量の風力発電導入のた めの蓄電池・需要家ヒートポンプ機器を用いた周波 数変動対策, ”電気学会電力系統技術研究会 PES-09-01, pp1-6 (2008). [28] L.V.Tien, A.Yokoyama, et al.:“Impacts of Voltage Sags and Protection Coordination on Sensitive Equipment in Distribution System,” 平成 21 年電気学会全国大会 講演論文集[6] 電力システム, 6-016, pp.29-30 (2009). [29] 梁田 将志、河辺 賢一、横山 明彦:“IPFC による送 電損失最小化に関する検討,” 平成 21 年電気学会 全国大会講演論文集[6] 電力システム, 6-037, pp.68-69 (2009). [30] 入江 寛、横山 明彦 他: “応答性を考慮した蓄電池、 HP 給湯器の協調制御による風力発電大容量導入時 の系統周波数安定化,” 平成 21 年電気学会全国大 会講演論文集[6] 電力システム, 6-064, pp116-117 (2009) [31] K.Tangpatiphan, A.Yokoyama:“Optimal Power Flow Considering Voltage and Transient Stabilities by Evolutionary Programming,” 平成 21 年電気学会全 国大会講演論文集[6] 電力システム, 6-075, pp.137-138 (2009). [32] N.Paensuwan, A.Yokoyama, et al.:“Dynamic TTC Calculation in Power System with Wind Power Generations,” 平成 21 年電気学会全国大会講演論 文集[6] 電力システム, 6-086, pp.156-157 (2009). [33] 吉原 徹、横山 明彦 他:“複数発電機モデルによる 需要変動を考慮したマイクログリッドの周波数制 御への貢献に関する検討,” 平成 21 年電気学会全

204 大崎研究室 design, the analysis of electromagnetic phenomena, Ohsaki Laboratory system studies, and feasibility studies are carried out. (http://www.ohsaki.t.u-tokyo.ac.jp) Resistive fault current limiters using YBCO superconducting film has been investigated. Numerical

analysis models and tools based on the current vector 研究現況 potential method with thin-plate approximation have Current Research Projects been developed to study current limiting performance. In addition, we have studied 10 MW class wind turbine 1. 高い磁場均一性を持ったイットリウム系超電 generators, high power density superconducting motors 導マグネットの設計 using bulk superconductors and YBCO superconducting coils for DC field generation, YBCO superconducting 宮副照久・関野正樹・大崎博之 magnets for maglev transportation systems, flywheel Design of YBCO Superconducting Magnets with energy storage systems with low rotational losses, Highly Homogeneous Magnetic Fields superconducting magnetic energy storage (SMES) A. MIYAZOE, M. SEKINO and H. OHSAKI using high magnetic field coils, etc. イットリウム（ ）系超電導線材を用い，時間的 Y および空間的な磁場均一性が高い超電導マグネッ 3. 電気的特性を可視化する新しい MRI 測定技術 トの作製に向けた研究を行っている。高い磁場均一 関野正樹・大崎博之 性は，NMR (Nuclear Magnetic Resonance) 分光計や MRI (Magnetic Resonance Imaging) 装置のマグネッ New Imaging Techniques for Electrical Properties of トにおいて欠かせない。Y 系線材はテープ状であり， Biological Bodies using MRI 線材を貫く磁束は誘導電流を発生させ，時間的，空 M. SEKINO and H. OHSAKI 間的磁場均一性を損なう。現在，誘導電流による， MRI (magnetic resonance imaging)を応用して，従来 磁場均一性への影響を実験的に明らかにし，Y 系線 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 材に適したマグネットの巻線構造の設計を行って 間分布を計測する新しい手法を開発している。この手法 いる。 では，生体の数値モデルに初期誘電率と導電率を与えて We study how to design YBCO superconducting magnets 内部の電磁場分布を解析する．これが実験結果と合致す with highly stable and homogeneous magnetic fields, which るように誘電率と導電率を更新しながら繰り返し計算を are required for NMR and MRI devices. YBCO 行う．現在，提案手法の測定精度を数値解析で評価する superconducting wires have the shape of tapes. Magnetic field とともに，専用の RF コイルを開発している。 perpendicular to the surface of the wires induces screening We develop a new MRI technique for imaging dielectric currents in the wires. The currents and magnetic field decay properties of biological tissues which could not be measured with time and result in generating inhomogeneous fields. We using conventional techniques. In this method, try to evaluate the screening currents from measurement data electromagnetic field distribution in a biological body is and develop a design method suitable for YBCO wires. calculated with initial guesses of permittivity and conductivity. The calculation is repeated with updated permittivity and 2. 超電導応用機器・システム conductivity values so that the calculated fields agree with 野中壮平・寺尾悠・関野正樹・大崎博之 experimental results. We are now numerically evaluating the accuracy of the proposed method and developing an RF coil Superconducting Electrical Machines and Systems for this study. S. NONAKA, Y. TERAO, M. SEKINO and H. OHSAKI 4. バルク超電導体の電磁現象とマグネット応用 超電導体の電力・輸送・産業応用分野での実用的応用 安田斉史・関野正樹・大崎博之 を目指し，機器の視点から電磁現象の解析やシステム検 討，フィージビリティ研究などを進めている。Y 系超電 Electromagnetic Phenomena in Bulk 導薄膜を利用した抵抗型限流器に関しては，限流素子の Superconductors and their Magnet Applications 数値解析モデルを構築し，薄板近似の電流ベクトルポテ H. YASUDA, M. SEKINO and H. OHSAKI ンシャル法を適用した解析ツールを開発し，その限流特 優れた磁束ピン止め特性により高臨界電流密度を有す 性の解析を行っている。また，10MW 級の大型風力発電機， る RE（希土類）系バルク超電導体の応用を目指して，そ バルク超電導体と Y 系超電導コイルを界磁として併用し の中での電磁現象を中心に研究を進めている。まずバル た高出力密度の超電導モータ，超電導磁気浮上鉄道用の ク超電導体のマグネット応用のためのパルス着磁に着目 Y 系超電導マグネット，低損失フライホイールエネルギ し，有限要素法を用いた電磁界・熱伝導場連成解析ツー ー貯蔵，高磁界超電導エネルギー貯蔵システムなどの設 ルを開発して，着磁効率の向上と着磁過程での磁束運動 計研究，特性解析なども行っている。 などの詳細な電磁現象の解明を進めてきた。実験と解析 Practical application of superconductors in industrial との比較により，例えば，超電導特性の不均一な分布の fields including power engineering and transportation 影響などの検討も行っている。一方，磁界中冷却を利用 has been studied. From the viewpoint of machine して，ある空間にできるだけ一様な分布の強磁界を発生

205 するために，バルク超電導体を利用したマグネットの構 論文・著書一覧（2008 年度） 成法などについての検討も進めている。 Publications List For practical application of (RE)BCO bulk superconductors, which have high critical current densities based on strong flux 研究論文 pinning characteristics, electromagnetic phenomena inside the [1] H. Ohsaki, S. Matsumura, S. Kawamoto and R. superconductors have been studied. Focusing on pulsed-field magnetization for their magnet applications, a FEM analysis Shiraishi: “Numerical Simulation of Pulsed Field tool for coupled problems of electromagnetic and thermal Magnetization of Cryocooler-cooled Bulk fields has been developed for studying improvement of Superconductor,” Advances in Cryogenic Engineering, magnetization performance and electromagnetic phenomena American Institute of Physics, Vol.53, pp.999-1006 including flux motion during the magnetization process. From (2008). comparison between experimental and analysis results, the [2] H. Ohsaki, Y. Ichiki and M. Sekino: “Verification of influence of inhomogeneous superconducting properties, for metal layer design for large-capacity superconducting example, has been investigated. In addition, to produce a fault current limiting elements using YBCO thin film,” strong and sufficiently uniform magnetic field in a space Journal of Physics: Conference Series 97, IOP using the field cooling method, we study how to design a Publishing, 012305 (2008). magnet system using bulk superconductor and how to magnetize it. [3] M. Sekino, D. Kim, and H. Ohsaki: “Finite-difference time-domain simulations of radio frequency 5. マイクロ波励起大気圧プラズマ発生デバイス electromagnetic fields and signal inhomogeneities in キム ドンミン・大崎博之 ultrahigh-field magnetic resonance imaging systems,” Microwave-exited Atmospheric Pressure Plasma Journal of Applied Physics, Vol.103, No.7, pp.07A318 Devices (2008). D. KIM and H. OHSAKI [4] M. Sekino, S. Tatara, and H. Ohsaki: “Imaging of マイクロ波伝搬線路のマイクロストリップラインを用 electric permittivity and conductivity using magnetic い，大気圧でも安定的に非平衡プラズマが発生できる吹 resonance imaging,” IEEE Transactions on Magnetics, き出し型大気圧プラズマ発生デバイスを開発し，表面処 Vol.44, No.11, pp.4460-4463 (2008). 理や製膜へ応用するために研究を進めている。プラズマ [5] Y. Ueda and H. Ohsaki: “A planar actuator with a small を連続体として仮定したプラズマ保存則を，電磁波伝搬 mover traveling over large yaw and translational 解析方法である FDTD (Finite-Difference Time- Domain displacements,” IEEE Transactions on Magnetics, Method) 法に導入し，3 次元の数値解析も行い，各応用 Vol.44, No.5, pp.609-616 (2008). に適したプラズマ特性が得られるように，マイクロ波線 [6] Y. Ueda and H. Ohsaki: “Six-degree-of-freedom motion 路の設計や最適化を行っている。 analysis of a planar actuator with a magnetically A microwave-exited atmospheric pressure plasma device, levitated mover by six-phase current controls,” IEEE which can generate a non-thermal plasma very stably even at Transactions on Magnetics, Vol.44, No.11, Part 2, atmospheric pressure, has been developed. It is expected that pp.4301-4304 (2008). this device can be applied to surface treatment or film [7] J. Kim, M. Katsurai, D. Kim, and H. Ohsaki: deposition. Moreover, we design and optimize the “Microwave-excited atmospheric-pressure plasma jets microstrip-line circuit to make the plasma parameters proper using a microstrip line,” Applied Physics Letters Vol.93, to each application, using a three-dimensional numerical pp.191505 (2008). analysis that has been developed by combining plasma fluid [8] S. Yamaguchi-Sekino, H. Tatsuoka, M. Sekino, H. model and FDTD (Finite-Difference Time-Domain) method. Ohsaki, Y. Abe, and S. Ueno: “Discriminative detection of extracellular and intracellular sodiums in nerve fibers by magnetic resonance spectroscopy,” IEEE Transactions on Magnetics, Vol.44, No.11, pp.4500-4502 (2008). [9] T. Imae, H. Shinohara, M. Sekino, S. Ueno, H. Ohsaki, K. Mima, and K. Ootomo: “Estimation of cell membrane permeability of the rat brain using diffusion magnetic resonance imaging,” Journal of Applied Physics, Vol.103, No.7, pp.07A311 (2008). [10] T. Imae, H. Shinohara, M. Sekino, H. Ohsaki, S. Ueno,

206 K. Mima, and K. Ootomo: “Minimization of [21] H. Ohsaki, Y. Komi, M. Sekino, M. Kubota and Y. computational errors in diffusion simulation of nuclear Yamauchi: “Rotational Loss Analysis of Thrust Bearing magnetization,” IEEE Transactions on Magnetics, using a Superconducting Coil for Flywheel Energy Vol.44, No.11, pp.4496-4499 (2008). Storage,” International Symposium on Power [11] T. Imae, H. Shinohara, M. Sekino, S. Ueno, H. Ohsaki, Electronics, Electrical Drives, Automation and Motion K. Mima, and K. Ohtomo: “Estimation of cell (SPEEDAM 2008), pp.1341-1345 (2008). membrane permeability and intracellular diffusion [22] H. Ohsaki and M. Sekino: “Design of High-Temperature coefficient of the human gray matter,” Magnetic Superconducting Coils for a Magnetic Energy Storage Resonance in Medical Sciences, Vol.8, No.1, pp.1-7, System,” Asia-Pacific Symposium on Applied (2009). Electromagnetics and Mechanics (APSAEM2008), [12] 上田靖人, 大崎博之: “3 組の 2 相電流制御による磁 Bangkok, no.0073 (2008). 気支持平面アクチュエータの位置決め,” 日本 AEM [23] M. Sekino, S. Yamaguchi-Sekino, H. Ohsaki, and S. 学会誌, Vol.17, No.1, pp.41-46 (2009). Ueno: “Recent advances in electric current MRI,” URSI [13] 上田靖人, 大崎博之: “2 組の 3 相交流電流を適用し General Assembly, Chicago, no.K04b (2008) . てヨー方向に広い範囲で駆動が可能な小形の 3 自由 [24] H. Ohsaki, M. Sekino, and S. Nonaka: “Characteristics 度平面アクチュエータ,” 電気学会論文誌 D（産業応 of resistive-type fault current limiting elements using 用部門部門誌）, Vol.129, No.3, pp.332-341 (2009). YBCO superconducting thin film with meander-shaped [14] 多田羅智史, 関野正樹, 栗林秀人, 大崎博之: “MRI metal layer,” Applied Superconductivity Conference, を用いた誘電率と導電率のイメージング,” 日本 Chicago, no.1LPG11 (2008). AEM 学会誌, Vol.16, No.2, pp.88-94 (2008). [25] H. Ohsaki, M. Sekino, and T. Suzuki: “Study on [15] 今江禄一, 篠原広行, 関野正樹, 上野照剛, 大崎博 inductor-type synchronous motors using 之, 美馬和男, 大友邦: “拡散 MRI を用いたラットの superconducting coils and bulks,” Applied 細胞膜透過率評価,” Journal of the Magnetics Society Superconductivity Conference, Chicago, no.2LPV02 of Japan, Vol.32, No.4, pp.491-494 (2008). (2008). [26] H. Ohsaki, M. Sekino, and Y. Komi: “Influence of 国際会議論文 inhomogeneous electromagnetic properties on [16] M. Sekino, S. Tatara, and H. Ohsaki: “Imaging of magnetization of bulk superconductor,” Applied electric permittivity and conductivity using MRI,” IEEE Superconductivity Conference, Chicago, no.4MPG07 International Magnetics Conference, Madrid, no.DG-02 (2008). (2008). [27] J. Hamar, I. Nagy, P. Stumpf, H. Ohsaki, and E. Masada: [17] Y. Ueda and H. Ohsaki: “Six-degree-of-freedom motion “New Dual Channel Quasi Resonant DC-DC Converter analysis of a planar actuator with a magnetically Topologies for Distributed Energy Utilization,” 13th levitated mover by six-phase current controls,” IEEE Power Electronics and Motion Control Conference International Magnetics Conference, Madrid, no.GH-09 (EPE-PEMC 2008), Poznan, pp.1755-1762 (2008). (2008). [28] M. Sekino, S. Yamaguchi-Sekino, H. Ohsaki, and S. [18] T. Imae, H. Shinohara, M. Sekino, H. Ohsaki, S. Ueno, Ueno: “Detection of neuronal electrical activities using K. Mima, and K. Ootomo: “Minimization of MRI,” International Conference on Biomagnetism, computational errors in diffusion simulation of nuclear Sapporo, no.4-3 (2008). magnetization,” IEEE International Magnetics [29] Sohei Nonaka, Masaki Sekino, Hiroyuki Ohsaki: Conference, Madrid, no.GO-13 (2008). “Design study of superconducting thin-film fault current [19] S. Yamaguchi-Sekino, H. Tatsuoka, M. Sekino, H. limiting elements with a meander-shaped metal layer,” Ohsaki, Y. Abe, and S. Ueno: “Discriminative detection International Symposium on Superconductivity of extracellular and intracellular sodiums in nerve fibers (ISS2008), Tsukuba, no.SAP-14 (2008). by magnetic resonance spectroscopy,” IEEE [30] Y. Komi, M. Sekino and H. Ohsaki: “Three dimensional International Magnetics Conference, Madrid, GO-14 numerical analysis of magnetic and thermal fields during (2008). pulsed field magnetization of bulk superconductors with [20] M. Sekino, S. Yamaguchi-Sekino, S. Ueno, and H. inhomogeneous superconducting properties,” Ohsaki: “RF and imaging technology for high field International Symposium on Superconductivity MRI,” NeuroSpin/CEA-University of Tokyo Workshop, (ISS2008), Tsukuba, no.BLP-19 (2008). Saclay (2008). [31] H. Ohsaki: “Impact of High-Temperature

207 Superconductors on the Superconducting Maglev,” The 協会 超伝導科学技術研究会第 34 回シンポジウム 20th International Conference on Magnetically Levitated (2008). Systems and Linear Drives (MAGLEV 2008), San [41] 鈴木達矢, 関野正樹, 大崎博之: “(RE)BaCuO バルク Diego, no.92 (2008). 超電導体を適用した同期モータ回転子の基礎検討,” [32] Y. Ueda and H. Ohsaki: “A planar actuator with a 第 78 回 2008 年度春季低温工学・超電導学会, magnetically levitated mover capable of planar motions no.2P-p24, pp.176 (2008). by only six-current control,” The 9th Seoul National [42] 野中壮平, 関野正樹, 大崎博之: “ミアンダ形金保護 University-University of Tokyo Joint Seminar on 膜を持つ超電導薄膜限流素子の限流試験,” 第 78 回 Electrical Engineering, Tokyo, pp.1-4 (2009). 2008 年度春季低温工学・超電導学会, no.2P-p23, [33] D. Kim and H. Ohsaki: “Synthesis of Carbon Films with pp.175 (2008). Applying Negative DC Bias Voltages in Surface Wave [43] 上田靖人, 大崎博之: “3 組の2 相電流制御による磁 excited Plasma CVD Apparatus,” The 9th Seoul 気支持平面アクチュエータの位置決め,” 第 20 回 National University- University of Tokyo Joint Seminar 「電磁力関連のダイナミクス」シンポジウム, on Electrical Engineering, Tokyo, pp.37-40 (2009). 21B2-2, pp.165-170, 別府 (2008). [34] A. Miyazoe, H. Abe, K. Kurashima, T. Aoyagi, T. [44] 上田靖人, 大崎博之: “光メモリ用の多自由度ドライ Kimura, T. Ando, N. Hirota, H. Ohsaki and H. Wada: “A ブ装置の開発動向,” 電気学会 交通・電気鉄道／リ new approach to MgB2 superconducting magnet ニアドライブ合同研究会, TER-08-19/LD-08-19, construction”, Symposium of Global COE at University pp.35-40 , 鹿児島 (2008). of Tokyo on Secure-Life Electronics, Tokyo, pp.12-16 [45] 上田靖人, 大崎博之: “6 つの電機子導体を持つ磁気 (2009). 支持平面アクチュエータの平面運動制御,” 平成 20 [35] Y. Ueda and H. Ohsaki: “Design and control of a 年 電気学会 産業応用部門大会 III, pp.135-136, 高 high-performance multi-degree-of-freedom planar 知 (2008). actuator,” Symposium of Global COE at University of [46] 宮田昌悟, 関野正樹, 大崎博之, 牛田多加志: “細 Tokyo on Secure-Life Electronics, Tokyo, pp.146-148 胞・細胞外基質が軟骨における制限拡散現象に与え (2009). る影響: q-space MRI 測定による基礎的検討,” 第 36 [36] H. Kuribayashi, T. Minowa, Y. Maitani, M. Sekino, H. 回日本磁気共鳴医学会大会 (2008). Ohsaki, M. Ueda, and Y. Katayama: “Accuracy of T1 [47] 大崎博之: “輸送分野における省エネルギーと超伝 and equilibrium magnetization maps using a spoiled 導材料への期待 (Energy conservation strategy in the gradient-recalled echo sequence with variable flip angles transportation sector and expectations for at 4.7 T, 7 T, and 9.4 T: A gadolinium-doped gel superconducting materials),” NIMS WEEK 2008, phantom study,” ISMRM 17th Scientific Meeting and Workshop on Superconducting Materials for Energy Exhibition, Honolulu, pp.4442 (2009). Conservation 「環境・エネルギーにおける科学技術 [37] T. Imae, H. Shinohara, M. Sekino, H. Ohsaki, S. Ueno, 政策と電力会社の取り組み」 (2008). K. Mima, and K. Ohtomo: “Estimation of cell [48] 鈴木達矢, 関野正樹, 大崎博之: “高温超電導コイル membrane permeability and intracellular diffusion とバルク磁気シールド材を併用した界磁を有する coefficient of the gray matter in the normal human 同期モータの特性解析,” 第 79 回 2008 年度秋季低温 brain,” ISMRM 17th Scientific Meeting and Exhibition, 工学・超電導学会, no.1P-p22, pp.94 (2008). Honolulu, pp.3583 (2009). [49] 野中壮平, 関野正樹, 大崎博之: “ミアンダ形金保護 [38] M. Sekino, N. Boulant, M. Luong, A. Amadon, H. 膜を持つ超電導薄膜限流素子の設計,” 第 79 回 2008 Ohsaki, and D. Le Bihan: “Effects of relaxation during 年度秋季低温工学・超電導学会, no.1P-p21, pp.93 RF pulses on the homogeneity of signal intensity in (2008). parallel transmission,” ISMRM 17th Scientific Meeting [50] 金載浩, 桂井誠, 金東珉, 大崎博之, “マイクロスト and Exhibition, Honolulu, pp.2586 (2009). リップを用いたマイクロ波吹き出し形プラズマの

準大気圧における放電特性 電気学会プラズマ研 総説・解説論文 ,” 究会, PST-08-92, pp.87-90 (2008). [39] 上野照剛, 関野正樹, 大崎博之: “最新 MRI 技術,” 映 [51] 中谷駿介, 関野正樹, 大崎博之, 宮田昌悟: “磁場を 像情報メディア学会誌, Vol.62, No.4, pp.494-499 用いたコラーゲンゲルの微細構造制御と再生軟骨 (2008). への応用 第 回日本再生医療学会総会 ,” 8 (2009). シンポジウム・研究会・大会等発表 [52] 大崎博之, 大島正明, “TC77 におけるイミュニティ 規格の最新動向,” 電気学会電磁環境研究会, [40] 大崎博之: “輸送の未来と超伝導,” (社)未踏科学技術

208 EMC-09-7, pp.1-6 (200), [53] 鈴木達矢, 関野正樹, 大崎博之: “バルク超電導磁気 シールド材を適用した同期モータのビーンモデル に基づく特性解析,” 平成 21 年電気学会全国大会, no.5-141 (2009).

その他 [54] 多自由度モータのシステム化技術調査専門委員会 編: “多自由度モータのシステム化技術,” 電気学会 技術報告, No.1140, 分担執筆 (大崎博之, 上田靖人), pp.59-63 (2008). [55] H. Ohsaki: “On High-temperature Superconducting (HTS) Power Cable Technology and Measurement Methods,” 第 6 回(ISS2008)パネルデイスカッション －超電導電力機器の標準化に関するパネル討論会 －, つくば (2008). [56] 大崎博之: “国際超電導シンポジウム(ISS2008)会議 報告 10/2～29 －つくば国際会議場－ 大型システ ム応用,” 超電導コミュニケーションズ (SUPERCOM), Vol.17, No.6 (2008). [57] 大崎博之, 関野正樹, 小見慶樹: “高温バルク超電導 体のパルス着磁過程における電磁界－熱伝導場連 成現象の三次元解析,” COMSOL カンファレンス 2008 東京, 2008 年 12 月 5 日 (2008). [58] 大崎博之: “これからの EMC,” 電磁環境工学 EMC, 電磁環境工学 EMC, 2009 年 1 月号, No.2497, ミマツ コ－ポレーション, p.27 (2009).

209 古関研究室 小さい経路を確率的に選択するという仮定に変更し、乗 Koseki Laboratory 客流の推定を行ったところ、間接的に乗客の混雑を考え (http://www.koseki.t.u-tokyo.ac.jp) なかったことによる影響が緩和された。 The evaluation of train rescheduling in the proposed train 研究現況 rescheduling system is based on passengers’ view. For Current Research Projects recognizing how many passengers get on each train, we must estimate passengers’ flow. In proceeding research, we assume 1. 列車運行乱れを解消する計画作成時間を考慮 that passengers act according to minimization of their した方向別複々線における運転整理 discomfort of traveling time and transfer. 古関隆章・熊澤 一将 We consider multi-paths that have relative-small discomfort, Train rescheduling considering time for planning and assume that passengers select their routes from the strategies for recovery from irregular multi-paths stochastically. The method of multi-paths can operation on direction quadruple tracks mitigate effects of non-consideration of congestion indirectly. T. KOSEKI, K. KUMAZAWA 現在、鉄道の運行において列車運行の高速・高密度化 3. トランスバース磁束型電動機の最適設計のた に対応して迅速かつ的確な運転整理のために計算機によ めの基礎検討 る支援が強く望まれている。 古関 隆章・ジェネヴィエヴ パターソン 先行研究までのモデルでは障害発生時刻において瞬時 Fundamental Modeling for Optimal Design of に運転整理案を作成・実施するという仮定をおいていた Transverse Flux Motors が、本研究ではより現実に即した評価指標を導出するた T. KOSEKI, G. PATTERSON めに、運行障害情報の伝達・把握や運転整理案作成時間 近年、高トルク・低回転速度・大出力密度化のためダ を考慮した乗客流推定法を提案する。これによって、よ イレクトドライブ電動機が船舶推進や風力発電機におい り現実的な運転整理案の作成が可能となった。 て適用されている。これらの要求により、高電源周波数・ In recently, train rescheduling during disrupted service is a 短極ピッチ・高励磁であるトランスバース磁束型永久磁 substantially significant task for urban railway operators. Thus, 石電動機の適用が増大している。 operators have requested assistance in the form of a 本研究ではこのトランスバース磁束型電動機について computer-aided train-rescheduling program. 実験機を用い特性を検討した。 The authors have created a computer-aided train re- Direct drive motors and generators have recently become scheduling system that calculates a value for the amount of popular in applications such as ship propulsion and wind inconvenience experienced by the passenger. The proposed turbines. This drive configuration has gained popularity due to method also introduces the idea that the time required to the possibilities for high torque, low speeds, and high power create, broadcast, and implement a new plan of operation is density. Because these applications require motors with high itself a delay which must be accounted for in order to render a input frequency, short pole pitch, and strong excitation, motor realistic passenger flow analysis during disordered operation. designers are increasingly making transverse flux type Ultimately, the passenger flow analysis discussed in this paper permanent magnet motors (TFM). is a tool for evaluating the causality of train system events In this research, the experimental TFM machine is designed after the initial event that caused the disruption of service. The and studied for fundamental characteristic. author asserts that their modification results in a more realistic evaluation of the passenger flow. 4. 一定むだ時間を考慮したトリプルレートオブ ザーバの研究 2. 複数経路を考慮した運転整理支援システムの 古関 隆章・櫻井 大輔 ための乗客流推定法 A Triple-Rate Observer That Considers Dead Time 古関 隆章・田中 峻一 T. KOSEKI, D. SAKURAI The method of passengers flow analysis under モータのフィードバック制御では、パルスエンコーダ consideration of multi-paths for を用いて位置情報と速度情報を取得することが多い。そ train-rescheduling system の代替手段として、汎用ビデオカメラと安価な A/D、D/A T. KOSEKI, S. TANAKA のインターフェースで取得した位置情報を使えれば利点 先行研究では、運転整理案の評価に関して、｢乗客の視 が多い。しかし、離散時間情報をコンピュータに取り込 点から見た｣評価を行っている。これまでは、乗客は所要 む際に、カメラのフレームレートに起因するサンプル周 時間と乗換で被る不効用が最小となる区間を一意的に選 期とは独立の周期で情報が再度離散化される場合がある。 択すると仮定して、乗客流の推定を行っていた。 本研究では、その場合でも安定に状態推定ができるトリ 本研究では、乗客が所要時間と乗換の不効用が比較的 プルレートオブザーバという設計法を提案した。

210 The initial motivation for this research was to control a 並列駆動における各電動機・車軸系について再粘着制御 linear synchronous motor with feedback positioning signals 時に 4 電動機のそれぞれの駆動電流を測定し、それに基 provided by a multi-purpose camera instead of a linear pulse づいた状態推定により並列駆動の得失を検討した。 encoder. Replacing the pulse encoder with a multi-purpose It is important to use adhesive force effectively by re- camera would make many advantages. adhesion control in railway drive. However, the multi-purpose camera’s sampling rate is In this research, the author has studied advantage and dis- limited to 30Hz, too low for feedback control. Furthermore, advantage of parallel driven asynchronous motors by state the large amount of image processing calculations required to estimation of each motor-axis system with measured each obtain position signals causes dead time. This image motor currents. processing calculations usually have a sampling rate which is other than multi-purpose camera. This makes the feedback 7. センサ駆動周波数を用いた大電流測定用フラ control unstable. This research proposed a triple-rate observer ックスゲートセンサ which considers dead time to overcome the above mentioned 古関 隆章・小幡 寛 problems. Dynamic calculation of nonlinear magnetic circuit for computer aided design of a fluxgate 5. 地上回生機能を活用した直流電気車高速回生 direct current sensor ブレーキ有効活用法の提案と定量的評価 T. KOSEKI, H. Obata 古関 隆章・野田 昂志 本研究では、直流電流専用フラックスゲートセンサの Proposal and Quantitative Validation of the 測定対象電流に交流成分のノイズが混在した場合に、セ Effectiveness of Using the Full Force of ンサ出力に含まれる交流ノイズを低減する方法を提案し Regenerative Brakes at High Speed た。さらに、ノイズの低減効果について数値計算と実験 -Case Study Examining the Usefulness of で評価した。 Regenerative Substations- In the present study, when the noise of the exchange T. KOSEKI, T. NODA element exists together in the current of the measurement 近年の電気鉄道車両は電力回生ブレーキと機械ブレー object of the flux gate sensor only for direct current, it キが併用されている。これは現状の普通鉄道の電力回生 proposes the method of decreasing the exchange noise ブレーキは全ての速度域で常用最大ブレーキ力を供給で included in the sensor output. きないことによる。 The author proposed the method of decreasing turbulence 本研究では，常用ブレーキとして機械ブレーキを用い by the AC noise, and evaluated the effect of the decrease of ず，回生ブレーキのみを利用する純電気ブレーキシステ the noise by the simulation and the experiment. ムを提案し，地上回生機能を備えた変電所を持つ直流電 気鉄道の高速車両を対象に，その導入効果を示した。 8. 生体の二関節筋の特徴を取り入れたヒューマ A recent electric train uses electrical regenerative brakes ノイドロボットの運動制御 with conventional mechanical brakes. The regenerative brakes 古関 隆章・福正 博之 of commuter train could not provide all braking force at Motion control of a humanoid robot with high-speed domain. bi-articular muscle mechanism of life and its In this research, the author proposes using pure electric characteristics brakes as the ordinary brakes, which means that only the T. KOSEKI, H. FUKUSHO regenerative brakes without any mechanical brakes will be ヒューマノイドロボットの運動制御簡単化のために、 used at high speed. And the author evaluates the advantage of 近接する二つの関節にまたがり同時に駆動させる二関節 the proposed braking concept under the assumption of 筋に着目する研究がある。先行研究によれば、二関節筋 regenerative substations in a modern DC-feeding system. の存在により筋肉の出力量が簡単な比例配分制御をおこ なっていることが理論解析および筋電位測定によって明 6. 誘導機並列駆動電気車における再粘着制御に らかになっている。 関する研究 本研究では、筋電位測定による結果を具体的に計算式 古関 隆章・槻木澤 佑公 によって証明し、確かに筋肉の役割をするアクチュエー A study of electric train re-adhesion control of with タへ簡単な比例配分制御入力を行うことで手先の力の方 parallel driven asynchronous motors 向を任意に決められることを計算により明らかにした。 T. KOSEKI, Y. TSUKINOKIZAWA Research for motion control of a humanoid robot with 鉄道車両の駆動おいては時々刻々変動する粘着力を再 consideration of bi-articular mechanism which isconnected 粘着制御により有効活用することが重要である。 between two joints and rotates those joints at the same time is 本研究では現在の電気鉄道車両で一般的である誘導機 advancing now. It has been already obvious from the previous

211 research that direction of the force from the tip point of an 論文・著書一覧（2008 年度） arm and a leg is defined from each actuator control. And it is Publications List actualized by simple proportional distributed control. In this research, the author has calculated the direction of 研究論文 the force from the tip of arm and it has also cleared the [1] 野崎雄一郎, 古関隆章 “車両駆動用リニア誘導モー direction can be decided by above control theory on the static タ制御方式の高性能化を目指したプラントモデル condition. 同定法,” 電気学会産業応用部門誌, Vol.129-D, No. 2, pp.158-165 (2009).

国際会議論文 [2] H. Obata, T. Koseki, Y. Takada, C. C. K. Brian, Eric. F, T. Tachibana, Y. Hatakeyama: “Dynamic calculation of nonlinear magnetic circuit for computer aided design of a fluxgate direct current sensor,” The International Conference on Electrical Engineering 2008, Okinawa (2008). [3] T. Noda, T. Koseki: “Full Regenerative Braking in a Train at High Speed and Enhancement of Voltage, Powered by DC-electrification with Regenerative Substation,” The International Conference on Electrical Engineering 2008, Okinawa (2008). [4] T. Koseki, G. Patterson, T. Suzuki: “Visual State Feedback Digital Control of a Linear Synchronous Motor using Generic Video-Camera Signal,” Proceedings of the 11th International Conference on Electrical Machines and Systems (ICEMS2008.), Wuhan, pp.1095-1100 (2008). [5] K. Kumazawa, K. Hara, T. Koseki: “A Novel Train Rescheduling Algorithm for Correcting Disrupted Train Operation in a Dense Urban Environment,” 11th Intl. Conf. on Computer System Design and Operation in the Railway and Other Transit Systems (COMPRAIL2008), Toledo, pp. 565-574, (2008).

総説・解説論文 [6] 古関隆章: “「電気車両駆動：鉄道と道路走行用車両 のための電気機械―変換器で電力供給する短一次 形リニア誘導モータ」に関する国際規格文書審議状 況”, 鉄道車両と技術 139, Vol.13, No.12, pp.31-39, (2007).

シンポジウム・研究会・大会等発表 [7] 古関隆章: “SC77C におけるイミュニティ規格の最 新動向,” 電気学会電磁環境研究会, EMC-09-8, pp.7-10 (2009). [8] 古関隆章, 片岡秋久, 吉永 純, 工藤 希, 森本大観: “鉄道用変電所における機器運転実績と余寿命の判 定に関する調査専門委員会活動中間報告,” 電気学 会交通・電気鉄道研究会, TER-08-28, pp.1-4 (2008). [9] 槻木澤佑公, 古関隆章, 根来秀人, 村端章浩: “電気

212 車の再粘着制御時における接線力特性軌跡と再粘 着可能性 ― 一軸モデルに基づく数値計算 ―,” 電 気学会交通・電気鉄道研究 TER-08-37, pp.45-50 (2008). [10] 古関隆章: “軌道系公共交通における安心と安全の 考え方---技術と関係者の果たす役割---,” 独立行政 法人交通安全環境研究所成果報告会予稿集（招待講 演）,pp.77-81 (2008). [11] 古関隆章, 片岡秋久, 吉永 純, 工藤 希, 森本大観: “鉄道用変電所における機器運転実績と余寿命の判 定に関する調査専門委員会活動と余寿命判定手法 について,” 平成 21 年電気学会全国大会シンポジウ ム S18-1, vol. 5, 5-S18(1)-(3) ( 2009). [12] 古関隆章, 吉永 純, 工藤 希, 森本大観: “鉄道事業 者における電鉄用変電設備余寿命管理に関する動 向調査結果,”平成 21 年電気学会全国大会シンポジ ウム S18-5, vol. 5, 5-S18(18)-(21) (2009). [13] 長谷伸一, 森本大観, 古関隆章, 吉永 純: “他産業等 における判定手法及び海外の動向に関する調査結 果,” 平成 21 年電気学会全国大会シンポジウム S18-6 , vol. 5, 5-S18(22)-(25) (2009). [14] 福正博之, 古関隆章: “生体の二関節筋機構を取り入 れたヒューマノイドロボットの静力学基礎計算,” 平成 21 年電気学会全国大会, vol. 5 pp.116-117 (2009). [15] 野田昂志, 古関隆章: “直流回生変電所下における高 圧化と高速回生ブレーキ有効活用時の列車間電力 融通の評価,” 平成 21 年電気学会全国大会, vol. 5 pp.151-152 (2009). [16] 熊澤一将, 田中峻一, 古関隆章: “方向別複々線区間 における運転線路変更の効果,”平 成 21 年電気学会 全国大会, vol. 5 pp.143-144 (2009). [17] 田中峻一, 熊澤一将, 古関隆章: “複数経路を考慮し た運転整理計算機支援のための乗客流推定法”平成 21 年電気学会全国大会, vol. 5 pp.142-143 (2009). [18] 櫻井大輔, 古関隆章: “3 つのサンプル周期を含むデ ィジタル状態推定を用いたモータ制御,” 平成 21 年電気学会全国大会, vol. 4 pp.432-433 (2009).

その他 [19] H. Fukusho, T. Koseki: “Coordinated control for a robot arm with bi-articular muscle mechanism” SNU-UT Joint Seminar, pp.132-135 (2009).

213 馬場研究室 have also been developed. The SoC regulation control method Baba Laboratory without affection to the power quality has been proposed, and (http://www.asc.t.u-tokyo.ac.jp) it has been shown that the proposed method is useful from the results of the experiments. 研究現況 Current Research Projects 2. 超電導故障電流限流器に関する研究 馬場旬平・エインズリー マーク・西岡英祥 1. マイクログリッドの自立運転時における電力 Studies on Superconducting Fault Current Limiter 品質向上手法に関する研究 J. BABA, M. AINSLIE and H. NISHIOKA 馬場旬平・菊池卓郎 定常時に低インピーダンスで故障時に高インピーダン Studies on Power Quality Enhancement Control 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 Method for Micro Grid Power System in case of 待されている．これまで，金属系の動作電流調整可能な Islanding Operation 限流器を開発し，優れた動作を実験的・理論的に示して J. BABA and T. KIKUCHI きた．この唯一の欠点は，保護区間外のサージにより誤 マイクログリッドは複数の分散型電源と負荷を有する 動作する点にある．この欠点のない限流器を構築すべく， 小規模電力系統である．マイクログリッドにおける最も 2 種類の限流器(変圧器型、抵抗型)を開発中である．特に 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 YBCO 薄膜の適用について着目して研究を進めており， 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． 特性が異なる薄膜の直並列接続手法，及び，薄膜の I-V 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 特性の工学的モデルの構築を進め，限流器設計への適用 ことにより負荷変動を補償する手法，及び，分散型電源 を目指している． 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 Superconducting fault current limiters (SFCLs) which are を提案している．現実的なシステムを構築するには時間 of low impedance in steady states and of high impedance at 遅れを考慮した制御手法の確立が必須である．そこで電 fault conditions are expected to be used in power systems. 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 SFCLs by use of metal superconductors have been developed. み合わせ，統合制御に時間遅れが存在する場合において Experimental and theoretical results show that they have very も高品質電力供給が可能となるような制御系を提案し， good characteristics. They, however, have only one weak 実証試験の結果，自立運転時においても高い電力品質の point, that is, they operate incorrectly due to surge current 電力供給が可能であることが証明され，これらの手法の generated at non-protection zone. 2 kinds of SFCLs 有効性が確認された．またマイクログリッドの運用に必 (transformer type and resistive type) without such a weak 須と考えられるエネルギー貯蔵装置の SoC(State of point have been being developed. Application of YBCO thin 制御手法についても検討を進めている．より少な Charge) film for those SFCLs has been studied. Designing method for 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 parallel - series connection of uninformed YBCO thin films 制御手法を提案し，実証試験を行った結果良好な結果が and the I-V characteristics model of YBCO thin film have 得られた． been developed to apply the SFCL design. Micro grid is a small electric power system that consists of several distributed generation systems (DGs) and loads. The 3. エネルギー貯蔵装置の電力系統応用に関する most challenging issue of micro grid is to establish the method 研究 to supply high quality electricity in case of islanding operation. 馬場旬平・広橋滋人 Two DG operation methods have been proposed by our Studies on Application of Energy Storage Systems to laboratory; the integrated DG control method to compensate Power Systems load power fluctuation and the demand estimation method J. BABA and S. HIROHASHI when loads and DGs are penetrated to a grid. The proposed 近年、様々なエネルギー貯蔵装置の開発が進められ電 method should be improved to be able to respond the time 力系統への適用の期待が高まっている．当研究室ではエ delay. Then, it is proposed to introduce a local control method ネルギー貯蔵装置の有効利用法について検討を行ってい for a DG whose power response is the fastest of all to realize a る．一つは電力系統の状態把握に関する研究である．電 high quality power supply even when there are the control and 力系統は複雑化巨大化し，その安定運転はますます重要 communication time delay of the integrated control. It has な課題となってきている．現状ではオフラインの固有値 been shown that high quality power supply can be realized by 計算等でその安定運転を保証している．しかし，系統の use of these proposed methods from the results of real micro 運転状態を記述する方程式のパラメータが正確には得ら grid tests. And the controller designing method has been れないのが現状であり，計算結果からの大きなマージン developed. The SoC (State of Charge) control methods for を持って運転しているのが現状である．そこで，オンラ energy storage system that will be essential for micro grids インで運転状態が把握できれば，より経済的に安定運転

214 が可能であると考える．そのために，超電導エネルギー 論文・著書一覧（2008 年度） 貯蔵装置を利用した方法を提案してきた．固有値，固有 Publications List ベクトル，伝達関数などの測定に成功しつつある．また エネルギー貯蔵装置を利用した系統の安定度向上効果に 研究論文 ついての定量的比較評価の検討を進めている．過渡安定 [1] T. Kondo, J. Baba, A, Yokoyama, Voltage Contorol of 度については，一機無限大母線系統における発電機の加 Distribution Network with Large Penetration of 速エネルギー抑制効果を他手法との比較により定量的に Photovoltage, Generation Using FACTS Devices, 評価した．また定態安定度については周波数安定化制御 Electrical Engineering in JAPAN, Vol.165, No. 3 (2008). 手法の違い・電力変動周波数の違いによるエネルギー貯 蔵装置の必要容量を定量的に評価した． 国際会議論文 Various types of energy storage systems have been developed, [2] T. Kikuchi, J. Baba, K. Nishikawa, Y. Ito, Satisfaction of and these systems are expected to be introduced to power Power Quality Demand by Controlling Energy Storage grids. Effective use of the energy storage systems has been for Islanding Operation of a Microgrid including studied in the laboratory. One of the energy storage system Rotating Machines, The International Conference on applications is the online diagnosis of operating conditions of Electrical Engineering 2008 (ICEE2008), Okinawa, power systems. Stable operations of power systems, which are O-225 (2008). becoming larger and more complicated, are becoming more [3] H. Nishioka, J. Baba, K. Suzuki, M D. Ainslie, A Basic important. The off-line calculations, such that eigenvalues Study of a Transformer Type Superconducting Fault analysis, guarantee the stable operations. However, due to the Current Limiter using a YBCO Thin Film as a Resistive inaccuracy of numerical values for the calculations, systems Element, The International Conference on Electrical must be operated with large margin. The purposes of the Engineering 2008 (ICEE2008), Okinawa, O-227 (2008). studies are on-line measurements of eigen values, eigen [4] M D. Ainslie, J. Baba, V. Salvucci, T. Nitta, T. Fukunaga, vectors, transfer functions and so on by use of M. Shibuya, S. Torii, T. Matsumura and T. Kumagaya, superconducting magnetic energy storage which has good Superconducting Fault Current Limiter Design using properties of quick response, high efficiency, large impedance Series- and Parallel-connected YBCO Thin Films, The and so on. The quantitative capacity assessment of energy International Conference on Electrical Engineering 2008 storage systems and other systems to improve transient and (ICEE2008), Okinawa, O-228 (2008). steady-state stability of power system has also been studied. Assessment of transient stability enhancement has been [5] K. Nishikawa, J. Baba; E. Shimoda, T. Kikuchi, Yu Itoh, carried out by use of one-machine and infinite bus system and T. Nitta; S. Numata and E. Masada, Design Methods and angular acceleration of generator. Assessment of steady-state Integrated Control for Microgrid, IEEE Power & Energy stability enhancement has been carried out by comparison Society 2008 General Meeting (IEEE PES GM), between required energy storage capacities in case of various Pittsburgh, PESGM2008-001643 (2008) frequency stabilizing methods and power fluctuation [6] T. Yonezu, T. Nitta and J. Baba, On-Line Identification frequency. of Real Parts of Eigenvalues of Power System by Use of Superconducting Magnetic Energy Storage, IEEE Power & Energy Society 2008 General Meeting (IEEE PES GM), Pittsburgh, PESGM2008-000256 (2008) [7] H. Ishikawa, Y. Morita, Y. Shirai, T. Nitta, J. Baba and T. Yonezu, On-line Evaluation of a Electric Power System by Use of SMES -Experimental Study on Power System Simulator with Rotating Generator Models-, 2008 Applied Superconductivity Conference (ASC’08), Chicago, USA, 3LPE10 (2008) [8] M D. Ainslie, 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, 2008 Applied Superconductivity Conference (ASC’08), Chicago, USA, 4LPF05 (2008) [9] T. Nitta, T. Matsumura, J. Baba, S. Torii, T. Kumagai, T.

215 Fukunaga and M. Shibuya, Conceptual Design of 6.6 kV 圧分担の近似シミュレーション, 平成 21 年電気学 Class Superconducting Fault Current Limiter with 会全国大会講演論文集, 6-171, p. 303, 第 6 分冊 YBCO Thin Film Elements, 2008 Applied (2009) Superconductivity Conference (ASC’08), Chicago, USA, [19] 松村年郎, 川原徹, 飯岡大輔, 横水康伸, 馬場旬平, 4LY06 (2008) 仁田旦三, MOD 法で作成した YBCO 超電導薄膜の 過電流通電時における抵抗－累積ジュール熱特性, 総説・解説論文 熊谷俊弥, 渋谷正豊, 平成 21 年電気学会全国大会講 [10] 下田英介,沼田茂生, 馬場旬平, フィールドレポート 演論文集, 6-172, p. 304, 第 6 分冊 (2009) -分散型エネルギーシステムによる自立電力供給 清 [20] 川﨑章司, 林泰弘, 松木純也, 山口益弘, 吉川尚志, 水建設技術研究所マイクログリッド-, クリーンエ 花井悠二, 馬場旬平, LRT と STATCOM による協調 ネルギー, Vol. 17, No. 12, pp. 47-52 (2008) 電圧制御の ANSWER を用いた検証実験, 平成 21 年 電気学会全国大会講演論文集, 6-261, pp. 421-422, シンポジウム・研究会・大会等発表 第 6 分冊 (2009) [11] 仁田旦三, 馬場旬平, 高木隆志, 広橋滋人, 過渡安 [21] 広橋滋人, 馬場旬平, 一機無限大母線系統三相地絡 定度向上のための安定的・効果的な有効電力注入方 事故時の安定化手法による加速エネルギー抑制効 法の基礎検討, 平成 20 年電気学会 電力・エネルギ 果の比較, 平成 21 年電気学会全国大会講演論文集, ー部門大会論文集, 広島, 157, pp.11.13-11.14, 6-300, pp. 490-491, 第 6 分冊 (2009) 2008.9.24-26 (2008) [22] 今中政輝, 菊池卓郎, 河内駿介, 馬場旬平, エネル [12] 山根俊博, 沼田茂生, 下田英介, 馬場旬平, 菊池卓 ギー貯蔵装置による周波数変動抑制制御手法の基 郎, 仁田旦三, 正田英介, 複数種類分散型電源によ 礎比較, 平成 21 年電気学会全国大会講演論文集, るマイクログリッド自立運転時の電力品質の測定 6-301, pp. 492-493, 第 6 分冊 (2009) と評価 平成 年電気学会 電力・エネルギー部門 , 20 [23] 河内駿介, 菊池卓郎, 馬場旬平, 沼田茂生, 下田英 大会論文集 , 256, 30.pp.11-30.12 (2008) 介, 山根俊博, 正田英介, 仁田旦三, カスケード制 [13] 下田英介, 沼田茂生, 山根俊博, 馬場旬平, 仁田旦 御を用いたマイクログリッドにおける EDLC の充 三, 正田英介, マイクログリッドにおける変動補償 電量管理手法 -提案とシミュレーションによる検討 用蓄電池の容量設計－蓄電池容量最小化のための -, 平成 21 年電気学会全国大会講演論文集, 6-302, pp. シミュレーション検討－, 平成 20 年電気学会 電 494-495, 第 6 分冊 (2009) 力・エネルギー部門大会論文集 , 263, pp.31.25-31.26 [24] 菊池卓郎, 河内駿介, 馬場旬平, 沼田茂生, 下田英 (2008) 介, 山根俊博, 正田英介, 仁田旦三, カスケード制 [14] 酒井重和, 林泰弘, 川﨑章司, 松木純也, 馬場旬平, 御を用いたマイクログリッドにおける EDLC の充 横山明彦, 北條昌秀, 若尾真治, 森健二郎, 不破由 電量管理手法 -実験結果と解析-, 平成 21 年電気学 晃, ANSWER を用いた分散型電源と配電ネットワー 会全国大会講演論文集, 6-303, pp. 496-497, 第 6 分冊 クの協調運用実験, 平成 20 年電気学会 電力・エネ (2009) ルギー大会 , P22, pp.43-44 (2008) [25] 下田英介, 沼田茂生, 山根俊博, 馬場旬平, 正田英 [15] 川﨑章司, 林泰弘, 松木純也, 吉川尚志, 花井悠二, 介, マイクログリッド自立運転時の電力品質変動に 馬場旬平, LRT との制御分担を考慮した SVC による 伴う不要瞬低検出動作の実験的評価, 平成 21 年電 瞬時電圧制御方法, 平成 20 年電気学会 電力・エネ 気学会全国大会講演論文集, 6-314, pp. 514-515, 第 6 ルギー大会, 広島, P22, pp. 47-48 (2008) 分冊 (2009) [16] 西岡英祥, 馬場旬平, 仁田旦三, 松村年郎, 熊谷俊 [26] 山根俊博, 下田英介, 沼田茂生, 馬場旬平, 正田英 弥, 渋谷正豊, 常電導転移時の YBCO 薄膜抵抗発生 介, 建物向け非常用電源としてのマイクログリッド 多分割近似モデルの検討, 平成 21 年電気学会全国 の電力品質評価-非常用発電機の電力計測とそのモ 大会講演論文集, 6-169, pp. 300-301, 第 6 分冊 (2009) デル化-, 平成 21 年電気学会全国大会講演論文集, [17] 川原徹, 飯岡大輔, 横水康伸, 松村年郎, 馬場旬平, 6-317, pp. 519-520, 第 6 分冊 (2009) 仁田旦三, 熊谷俊弥, 渋谷正豊, YBCO 超電導限流 素子の並列接続時における過電流通電特性の近似 シミュレーション, 平成 21 年電気学会全国大会講 演論文集, 6-170, p. 302, 第 6 分冊 (2009) [18] 松村年郎, 川原徹, 飯岡大輔, 横水康伸, 馬場旬平, 仁田旦三, 熊谷俊弥, 渋谷正豊, 直列接続された YBCO 超電導限流素子における過電流通電時の電

216 谷口研究室 論文・著書一覧（2008 年度） Taniguchi Laboratory Publications List (http://www.apet.t.u-tokyo.ac.jp/ kenkyu_taniguchi.html) シンポジウム・研究会・大会等発表 研究現況 [1] 谷口治人・北内義弘、山下光司・中島達人: “発電機 Current Research Projects の AVR 運転時の P-δ曲線” 電気学会全国大会,6-053, 札幌 (2008).

1. 電力系統と分散電源の協調運転に関する研究 [2] 中島達人・リヤナゲキッシリ M・横山明彦・谷口治 谷口 治人・横山 明彦・馬場 旬平 人: “A Load Balancing Strategy for Ubiquitous Power Study on coordination between power system Network,” 電気学会全国大会,6-039,札幌 (2008). operation and dispersed generation, H. Taniguchi, A. Yokoyama and J. Baba 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..

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