【手続補正書】
【提出日】平成15年8月22日(2003.8.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単純な演算要素の回路素子を用いて、下記の一般化ロトカーボルテラ方程式（１）式を演算する演算回路であって、
［数１］
2001202017.tif 000001
（ｘｉはシステムの構成する要素を代表する個体群ｉの個体数、μｉｊは前記要素間の相互作用定数、ｒｉは前記個体群ｉの成長率で前記各要素に固有の定数値。）
複数ｎ個の入力端子及び１個の出力端子を有するｎ個のモジュール群と、第１のモジュールの出力端子と前記ｎ個のモジュールのそれぞれの第１の入力端子を接続する第１の接続線と、第２のモジュールの出力端子と前記ｎ個のモジュールのそれぞれの第２の入力端子を接続する第２の接続線と、以下同様に順次接続し、最後に第ｎのモジュールの出力端子と前記ｎ個のモジュールのそれぞれの第ｎの入力端子を接続する第ｎの接続線とを備え、
前記各モジュールはそれぞれ、そのｎ個の入力端子とそれぞれ接続するｎ個の可変抵抗器群と、それらの出力を合算するための前記可変抵抗器の出力端子を接続する出力合算接続線と、増幅器で介したその合算値と当該モジュールの出力値とを乗算する乗算器と、その出力を積分する積分器とを備え、
前記相互作用定数μｉｊは前記各モジュール内の可変抵抗器の値に相当させ、前記モジュール群の任意の１個である第１のモジュールを常に１を出力するモジュールとし、第１の接続線を介した各モジュールの第１の入力端子から入力する可変抵抗器の値μｉｊに固定値ｒｉを担わせると、前記一般化ロトカーボルテラ方程式は下記の（７）式に変形できる関係を用いて、
［数７］
2001202017.tif 000002
前記演算回路は、前記ｎ個のモジュール群の各出力端子では、任意関数が発生するシステムを構成する要素を代表する個体群ｉの個体数ｘｉ（ｉ＝１，２，…，ｎ）が前記各モジュールの出力信号として出力すると共にそれらの出力を前記ｎ個の入力接続線を経由して前記モジュール群の入力端子群へ送り、各モジュールの入力端子群では相互作用定数μｉｊが設定された前記可変抵抗器を介して、
前記出力合算接続線で合算し、その合算値と当該モジュールの出力値とを前記乗算器で乗算し、その値を前記積分回路で積分し、それぞれの出力端子へ出力し、以上の過程を繰り返すことにより前記変形した一般化ロトカーボルテラ方程式の演算を実行することを特徴とする単純な演算要素による任意関数発生回路。
【請求項２】
前記可変抵抗器へのそれぞれの相互作用定数μｉｊの設定は、各モジュール内でプログラマブルに前記可変抵抗器群のそれぞれの値を変更する相互作用定数設定手段を備えて行うか、もしくは、各モジュール内のそれぞれの可変抵抗器群に可変抵抗器としてＦＥＴ半導体素子回路を備え、それを外部からの制御信号で抵抗値を変更して行うかのいずれかであることを特徴とする請求項１記載の単純な演算要素による任意関数発生回路。
【請求項３】
請求項１又は２記載の（７）式に変形した一般化ロトカーボルテラ方程式を解く演算回路であって、
それぞれ１個の信号入出力端子を有する複数ｎ個のモジュール群と、それらの入出力端子を接続する１本の信号バス結線とを備え、
前記各モジュールは、周波数シンセサイザの出力値と前記入出力端子における前記信号バス結線からの入力値とを乗算する第１の乗算器と、その出力値から交流成分を取り除くローパスフィルタと、その出力値を入力する第２の乗算器と、その出力を積分する積分器と、その積分器の出力値を、前記第２の乗算器に入力、前記ローパスフィルタの出力値と乗算させるための接続回路と、オシレータと、前記積分器の出力値と前記オシレータの出力値を乗算し、入出力端子に接続する第３の乗算器とを少なくとも備え、
各モジュールの前記積分器の出力値ｘｉ（ｉ＝１，２，…，ｎ）を任意波形の関数が発生するシステムを構成する要素の値として、その出力値ｘｉと角周波数ωｉの前記オシレータの生成する搬送波信号を第３乗算器で乗算し、その乗算値ｘｉｓｉｎωｉｔを各モジュールから前記１本の信号バス結線上に出力し、一方、その信号バス結線上から下記の式（８）に示す各モジュールの出力の周波数多重化された加算値ｅを入力し、
［数８］
2001202017.tif 000003
また、前記周波数シンセサイザから出力する設定値は、相互作用係数μｉｊを周波数多重化した下記の（９）式に示す電圧値Ｗｉとし、
［数９］
2001202017.tif 000004
前記加算値ｅとを前記第１乗算器に入力してその乗算値を前記ローパスフィルタを通して下記の式（１０）直流成分のみとし、
［数１０］
2001202017.tif 000005
前記第２の乗算器で、前記ｅＷｉの値と前記積分器の出力ｘｉを乗算し、次段の前記積分器で、その乗算値を積分してｘｉの信号を出力し、次段の第３の乗算器で、そのｘｉの信号と前記オシレータで生成する搬送波信号を乗算しｘｉｓｉｎωｉｔの信号を出力し、前記入出力端子を介して外部の信号バス結線へ出力し、以上の過程を繰り返すことにより一般化ロトカーボルテラ方程式の演算を実行することを特徴とする単純な演算要素による任意関数発生回路。
【請求項４】
前記周波数シンセサイザによる電圧値Ｗｉの設定手段は各モジュール内部にある前記オシレータからの信号を引き出して重み付け加算する増幅回路として外部に備えるか、もしくは、独立した回路としてそれぞれのモジュール内部に備えるかのいずれかであることを特徴とする請求項３記載の単純な演算要素による任意関数発生回路。
【請求項５】
請求項１又は２記載の（７）式に変形した一般化ロトカーボルテラ方程式を解く演算回路であって、
周波数シンセサイザの出力値Ｗを入力値の１つとして入力する第１の乗算器と、その出力値から第１の周波数成分をカットする第１のローパスフィルタと、その出力値ｅ４を入力値の１つとして入力する第２の乗算器と、その出力値から第１の周波数より低い第２の周波数成分をカットする第２のローパスフィルタと、その出力値ｅ５を入力値の１つとして入力する加算器と、その出力値ｅ１を遅延させると共にその出力値を前記加算器の第２の入力値とする遅延回路と、また、その出力値ｅ１の周波数を逓倍すると共にその出力値ｅ２を第２の乗算器の第２の入力値とする第１の周波数逓倍器と、さらに、前記出力値ｅ１の周波数を逓倍すると共にその出力値ｅ３を第１の乗算器の第２の入力値とする第２の周波数逓倍器とを１個のモジュールに備え、
前記（７）式の信号ｘｉ（ｉ＝１，２，…，ｎ）を振幅の大きさがｘｉの交流信号ｘｉｓｉｎ（ｉωｏ）、（ｉ＝１，２，…，ｎ，ωｏは基本角周波数）とし、前記演算回路の加算器の出力値ｅ１をｘｉの全信号を加算した下記の（１１）式に示す周波数多重化信号となるようにし、
［数１１］
2001202017.tif 000006
この周波数多重化信号ｅ１は基本周波数ωｏの周期より十分長い時間だけ前記遅延回路で遅延される閉ループ中に常時保存させ、一方、前記第１の周波数逓倍器は信号ｅ１の周波数をα倍（ｎ≪α）して信号ｅ２を出力させ、前記第２の周波数逓倍器は信号ｅ１の周波数をβ倍（α≪β）して信号ｅ３を出力させ、前記周波数シンセサイザは相互作用係数μｉｊ（ｉ＝１，２，…，ｎ；ｊ＝１，２，…，ｎ）をそれぞれ周波数多重化した信号Ｗを一度に生成させて出力させ、前記第１の乗算器は、信号ｅ３とＷの乗算を行わせ、第１のローパスフィルタでβωｏ近傍周波数以上の成分をカットし、信号ｅ４を出力させ、前記第２の乗算器は信号ｅ２とｅ４の乗算を行わせ、第２のローパスフィルタでαωｏ近傍周波数以上の成分をカットし、下記の（１８）式に示す信号ｅ５を出力させ、
［数１８］
2001202017.tif 000007
この生成された信号ｅ５は（７）式の右辺の周波数多重化微分値信号（ｄｅ１／ｄｔ）に相当し、この信号ｅ５は前記加算器において信号ｅ１と加算されて、その結果（７）式の積分が実行される演算回路となり、１個の前記モジュールにより任意のｎに対して（７）式の演算を行い一般化ロトカーボルテラ方程式を解く演算回路となることを特徴とする単純な演算要素による任意関数発生回路。
【請求項６】
請求項５記載の単純な演算要素による任意関数発生回路を用いる暗号化変調方法であって、
その演算回路の前記周波数シンセサイザの出力信号Ｗ及び前記周波数多重化信号ｅ１の初期値ｅ１｜ｔ＝０のそれぞれの値の違いにより、出力される信号ｅ１の時間変化パターンがそれぞれ異なることを利用して、初期値ｅ１｜ｔ＝０を暗号化変調したいコードとし、信号Ｗを暗号化変調のための鍵コードとし、信号ｅ１の時間変化パターン或は時刻Ｔにおける信号ｅ１｜ｔ＝Ｔを暗号化変調された信号とすることを特徴とする暗号化方法。
【請求項７】
請求項５記載の単純な演算要素による任意関数発生回路を用いる暗号化変調方法であって、
その演算回路の前記周波数シンセサイザの出力信号Ｗ及び前記周波数多重化信号ｅ１の初期値ｅ１｜ｔ＝０のそれぞれの値の違いにより、出力される信号ｅ１の時間変化パターンがそれぞれ異なることを利用して、信号Ｗを暗号化変調したいコードとし、信号ｅ１｜ｔ＝０を暗号化変調のための鍵コードとし、信号ｅ１の時間変化パターン或は時刻Ｔにおける信号ｅ１｜ｔ＝Ｔを暗号化変調された信号とすることを特徴とする暗号化方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
すなわち、本発明は前述した点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、単純な演算要素、つまり、比較的単純な回路素子を用いた演算回路により、一般化ロトカーボルテラ方程式が解ける任意波形発生回路或は任意関数発生回路を提供するものであり、また、その任意関数発生回路を用いた暗号化変調方法を提供するものである。


【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明の単純な演算要素による任意関数発生回路は、単純な演算要素の回路素子を用いて、下記の一般化ロトカーボルテラ方程式（１）式を演算する演算回路であって、
［数１］
2001202017.tif 000008
（ｘｉはシステムの構成する要素を代表する個体群ｉの個体数、μｉｊは前記要素間の相互作用定数、ｒｉは前記個体群ｉの成長率で前記各要素に固有の定数値。）
複数ｎ個の入力端子及び１個の出力端子を有するｎ個のモジュール群と、第１のモジュールの出力端子と前記ｎ個のモジュールのそれぞれの第１の入力端子を接続する第１の接続線と、第２のモジュールの出力端子と前記ｎ個のモジュールのそれぞれの第２の入力端子を接続する第２の接続線と、以下同様に順次接続し、最後に第ｎのモジュールの出力端子と前記ｎ個のモジュールのそれぞれの第ｎの入力端子を接続する第ｎの接続線とを備え、
前記各モジュールはそれぞれ、そのｎ個の入力端子とそれぞれ接続するｎ個の可変抵抗器群と、それらの出力を合算するための前記可変抵抗器の出力端子を接続する出力合算接続線と、増幅器で介したその合算値と当該モジュールの出力値とを乗算する乗算器と、その出力を積分する積分器とを備え、
前記相互作用定数μｉｊは前記各モジュール内の可変抵抗器の値に相当させ、前記モジュール群の任意の１個である第１のモジュールを常に１を出力するモジュールとし、第１の接続線を介した各モジュールの第１の入力端子から入力する可変抵抗器の値μｉｊに固定値ｒｉを担わせると、前記一般化ロトカーボルテラ方程式は下記の（７）式に変形できる関係を用いて、
［数７］
2001202017.tif 000009
前記演算回路は、前記ｎ個のモジュール群の各出力端子では、任意関数が発生するシステムを構成する要素を代表する個体群ｉの個体数ｘｉ（ｉ＝１，２，…，ｎ）が前記各モジュールの出力信号として出力すると共にそれらの出力を前記ｎ個の入力接続線を経由して前記モジュール群の入力端子群へ送り、各モジュールの入力端子群では相互作用定数μｉｊが設定された前記可変抵抗器を介して、
前記出力合算接続線で合算し、その合算値と当該モジュールの出力値とを前記乗算器で乗算し、その値を前記積分回路で積分し、それぞれの出力端子へ出力し、以上の過程を繰り返すことにより前記変形した一般化ロトカーボルテラ方程式の演算を実行することを特徴とする。


【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
また、請求項１又は２記載の（７）式に変形した一般化ロトカーボルテラ方程式を解く演算回路であって、
それぞれ１個の信号入出力端子を有する複数ｎ個のモジュール群と、それらの入出力端子を接続する１本の信号バス結線とを備え、
前記各モジュールは、周波数シンセサイザの出力値と前記入出力端子における前記信号バス結線からの入力値とを乗算する第１の乗算器と、その出力値から交流成分を取り除くローパスフィルタと、その出力値を入力する第２の乗算器と、その出力を積分する積分器と、その積分器の出力値を、前記第２の乗算器に入力し、前記ローパスフィルタの出力値と乗算させるための接続回路と、オシレータと、前記積分器の出力値と前記オシレータの出力値を乗算し、入出力端子に接続する第３の乗算器とを少なくとも備え、
各モジュールの前記積分器の出力値ｘｉ（ｉ＝１，２，…，ｎ）を任意波形の関数が発生するシステムを構成する要素の値として、その出力値ｘｉと角周波数ωｉの前記オシレータの生成する搬送波信号を第３乗算器で乗算し、その乗算値ｘｉｓｉｎωｉｔを各モジュールから前記１本の信号バス結線上に出力し、一方、その信号バス結線上から下記の式（８）に示す各モジュールの出力の周波数多重化された加算値ｅを入力し、
［数８］
2001202017.tif 000010
また、前記周波数シンセサイザから出力する設定値は、相互作用係数μｉｊを周波数多重化した下記の（９）式に示す電圧値Ｗｉとし、
［数９］
2001202017.tif 000011
前記加算値ｅとを前記第１乗算器に入力してその乗算値を前記ローパスフィルタを通して下記の式（１０）直流成分のみとし、
［数１０］
2001202017.tif 000012
前記第２の乗算器で、前記ｅＷｉの値と前記積分器の出力ｘｉを乗算し、次段の前記積分器で、その乗算値を積分してｘｉの信号を出力し、次段の第３の乗算器で、そのｘｉの信号と前記オシレータで生成する搬送波信号を乗算しｘｉｓｉｎωｉｔの信号を出力し、前記入出力端子を介して外部の信号バス結線へ出力し、以上の過程を繰り返すことにより一般化ロトカーボルテラ方程式の演算を実行することを特徴とする。


【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
また、請求項１又は２記載の（７）式に変形した一般化ロトカーボルテラ方程式を解く演算回路であって、
周波数シンセサイザの出力値Ｗを入力値の１つとして入力する第１の乗算器と、その出力値から第１の周波数成分をカットする第１のローパスフィルタと、その出力値ｅ４を入力値の１つとして入力する第２の乗算器と、その出力値から第１の周波数より低い第２の周波数成分をカットする第２のローパスフィルタと、その出力値ｅ５を入力値の１つとして入力する加算器と、その出力値ｅ１を遅延させると共にその出力値を前記加算器の第２の入力値とする遅延回路と、また、その出力値ｅ１の周波数を逓倍すると共にその出力値ｅ２を第２の乗算器の第２の入力値とする第１の周波数逓倍器と、さらに、前記出力値ｅ１の周波数を逓倍すると共にその出力値ｅ３を第１の乗算器の第２の入力値とする第２の周波数逓倍器とを１個のモジュールに備え、
前記（７）式の信号ｘｉ（ｉ＝１，２，…，ｎ）を振幅の大きさがｘｉの交流信号ｘｉｓｉｎ（ｉωｏ）、（ｉ＝１，２，…，ｎ，ωｏは基本角周波数）とし、前記演算回路の加算器の出力値ｅ１をｘｉの全信号を加算した下記の（１１）式に示す周波数多重化信号となるようにし、
［数１１］
2001202017.tif 000013
この周波数多重化信号ｅ１は基本周波数ωｏの周期より十分長い時間だけ前記遅延回路で遅延される閉ループ中に常時保存させ、一方、前記第１の周波数逓倍器は信号ｅ１の周波数をα倍（ｎ≪α）して信号ｅ２を出力させ、前記第２の周波数逓倍器は信号ｅ１の周波数をβ倍（α≪β）して信号ｅ３を出力させ、前記周波数シンセサイザは相互作用係数μｉｊ（ｉ＝１，２，…，ｎ；ｊ＝１，２，…，ｎ）をそれぞれ周波数多重化した信号Ｗを一度に生成させて出力させ、前記第１の乗算器は、信号ｅ３とＷの乗算を行わせ、第１のローパスフィルタでβωｏ近傍周波数以上の成分をカットし、信号ｅ４を出力させ、前記第２の乗算器は信号ｅ２とｅ４の乗算を行わせ、第２のローパスフィルタでαωｏ近傍周波数以上の成分をカットし、下記の（１８）式に示す信号ｅ５を出力させ、
［数１８］
2001202017.tif 000014
この生成された信号ｅ５は（７）式の右辺の周波数多重化微分値信号（ｄｅ１／ｄｔ）に相当し、この信号ｅ５は前記加算器において信号ｅ１と加算されて、その結果（７）式の積分が実行される演算回路となり、１個の前記モジュールにより任意のｎに対して（７）式の演算を行い一般化ロトカーボルテラ方程式を解く演算回路となることを特徴とする。


【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
【発明の実施の形態】
（タイプ１）（第１実施例）
本発明の第１実施例を図１、図２に示す。図２は一般化ロトカーボルテラ方程式の演算回路全体を示し、その中の回路モジュール部のブロック図を図１に示す。
ここで、Ｍｉは任意のモジュールを表し、演算回路はモジュールｎ個で構成される。各モジュールはそれぞれｎ個の入力端子Ｐｉｊと１個の出力端子Ｑｉを有する。
第１のモジュールＭ１の出力端子Ｑ１と各モジュールの第１の入力端子Ｐ１１，Ｐ２１，…，Ｐｎ１に接続する第１の接続線と、第２のモジュールＭ２の出力端子Ｑ２と各モジュールの第２の入力端子Ｐ１２，Ｐ２２，…，Ｐｎ２に接続する第２の接続線と、以下同様に順次接続し、最後に第ｎのモジュールの出力端子Ｑｎと各モジュールの第ｎ番目の入力端子Ｐ１ｎ，Ｐ２ｎ，…，Ｐｎｎに接続する第ｎの接続線を備えている。
一方、各モジュールはそれぞれｎ個の入力端子Ｐｉｊとそれぞれ接続するｎ個の可変抵抗器群Ｖｉｊとそれらの出力を合算する接続線と、増幅器Ａを介してその合算値とそのモジュール出力値とを乗算する乗算器Ｔとその出力を積分する積分器Ｓを備えている。
一般化ロトカ−ボルテラ方程式の演算は図１で示すブロックダイアグラムを有する回路モジュールＭｉを相互に図２のように結線することで実現できる。ここで、μｉｊは各モジュール内の可変抵抗器Ｖｉｊの値に相当し、ｒｉは固定値を出力する特殊なモジュールを一つ用意しておき、そのモジュールからの入力値とする。すなわち、（１）式を、
［数２］
2001202017.tif 000015
と書き換えておき、ここで第１のモジュールＭ１を常にｘ１＝１を出力する固定値出力のモジュールとすると、
［数３］
2001202017.tif 000016
ただし、
［数４］
ｘ１＝１                                                  （４）
である。