電子情報通信学会

通信ソサイエティマガジン
Communications Society Magazine
2008

秋号

6

No.

巻頭言
ネットワークシミュレーションをもっと身近に編集チームリーダ

笠原正治

情報通信ネットワークの研究開発では，ネットワークの状況を計算機上で忠実に模擬したシミュレーション実験がシステムの性能を評価する上で欠かせません．ネットワークレベルのシミュレーションでは，通信要求の発生過程を表現する確率モデルをベースとして，複数のレイヤ機能やプロトコル動作を反映させたノードモデル，通信速度やエラー・伝搬遅延を考慮したリンクモデル，ノードとリンクより構成されるネットワークトポロジーに至るまで，ミクロレベルからマクロレベルにわたって適切なシミュレーションモデルを構築する必要があります．
近年では複数のレイヤ機能を忠実に再現する高機能シミュレーションソフトやネットワークシ
ミュレータが充実してきており，シミュレーション実験が以前よりも容易に行えるようになってきました．高機能なシミュレーションツールはプロトコルの忠実な動作を提供するだけでなく，操作性の高いグラフィカルユーザインタフェースやバラエティに富んだ結果の表示方法，更にはパケットがネットワーク内を流れていくさまを時々刻々と表示できるアニメーションなど，多種多様な機能が用意されています．
ネットワークレベルのシミュレーションはモデルの立て方から始まって実験データの処理に至るまで，様々な過程を経て最終結果が得られるものですが，これらについて体系の整った書籍や情報源が乏しいため，初めて実験にかかわる人にとってネットワークシミュレー
ションは少々敷居が高いものと感じられるかもしれません．時にはシミュレーションツールの高機能さに目を奪われ，実験本来の目的を見失ってしまいがちではないでしょうか．
そこで今月から 4 回にわたり，通信ソサイエティマガジン初の連載ものとなる「新人研究者のためのネットワークシミュレーション講座」を企画致しました．4 回の構成は（1）モンテカル
ロシミュレーション，（2）OPNET，（3）ns-2 ，（4）Qualnet，の紹介と解説になっております．
いずれの解説も第一線で御活躍されている研究者の方々に執筆をお願いしております．ネッ
トワークシミュレーションは計算機上でネットワークモデルを構築し，通信要求をランダムに発生させ，更にその通信に必要なネットワーク資源やリンクの状態なども確率的に変動させて，遅延や棄却率などの性能評価量を統計的に求める実験です．初回ではこのネットワー
クシミュレーションの基礎となるモンテカルロシミュレーションについて紹介します．残りの 3
回ではネットワークシミュレータとして有名な OPNET，ns-2 ，Qualnet を取り上げ，各ツールの基本的な使い方から執筆者の貴重な経験談やノウハウを紹介して頂く予定です．本企画
が研究者になりたての皆様，またネットワーク研究者を目指している学生の方々の研究活動の一助になれば幸いです．
最後に，大変お忙しいところ，原稿の執筆を御快諾下さった執筆者の皆様，本企画の実
現に御高配を賜りました通信ソサイエティマガジン編集委員会関係各位，並びに学会事務局の皆様に心より感謝の意を表します．

電子情報通信学会

2008

通信ソサイエティマガジン

秋号

Communications Society Magazine

NO.6

Contents

巻頭言

ネットワークシミュレーションをもっと身近に

私の研究者歴笠 原正治

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電波と通信の研究雑記帳

・・・・・・・・・・・・・

池上文夫

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

1

4

連載企画新人研究者のためのネットワークシミュレーション─第1回
解説論文

モンテカルロシミュレーション基礎

─推定精度評価の問題点とその克服─

11・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

中川健治

連載企画ある編集委員の留学記
報告

その1：申請から出国，現地での生活準備まで

58

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

関屋大雄

解説論文

場所の未来：人と場所の新たなかかわりをつくる情報技術と場所メディア21

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小川克彦

実世界に情報を宿す拡張現実型情報提示手法の研究
苗村

32

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

健

携帯機器用の小形二次電池の高性能化

解説─
ニッケル水素電池とリチウムイオン電池─

42

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

藤谷
展示会報告

伸

Consumer Electronics Show（CES 2008）
端末を中心とした概況報告

53・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

HMI 技術・製品に関する報告
ICCE 会議報告

54

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

55

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

御案内

57

電子情報通信学会 2008 年ソサイエティ大会の開催地から明治大学生田キャンパス

巻末言会員サービスの将来は？

通信ソサイエティ副会長

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

梅比良正弘

63

・・・・・・・・・

編集後記 64
本誌に掲載された論文等の著作権は（社）電子情報通信学会に帰属します．

電波と通信の研究雑記帳
京都大学名誉教授
拓殖大学名誉教授

池上文夫
Fumio Ikegami

思い出の人々に

戦後間もない窮乏時代，出来立ての組織でマイクロ波伝
搬に傾倒する若い研究集団があった．私の研究人生の初期に御指導頂いた上司の方々はすべて既に逝かれ，苦楽をともにした同僚の少なからぬ方々も不帰の人である．
思 い 出 の 外 国 の 研 究 者．Dr.-Ing. Rudolf W. Lorenz.

Darmstadt のドイツ郵政省研究所電波研究グル−プ長の著名研究者．研究所訪問以来，互いの自宅も訪問．世界各地の国際会議で旧交を温めたが，数年前に逝去，最も親しい外国の友を失う．文頭の写真の人形は彼から贈られたドイツの木彫郷土人形，私の研究生涯に彼の思い出を飾る．
亡き人々の御冥福を祈り，歴史を語るこの小文を捧げる．

まえがき

この原稿の執筆で，J.C.Maxwell の理論（1864）に始まる電波の長い歴史の中に改めて私を省みる機会を得た．
表１は初期の電波の歴史（一部私のも含めて）を示す．

H.R.Hertz の実験（1888）を電波元年とする暦を Hertz 暦

4

表 1 電波（と私）の歴史（大学卒業まで）（Hz）：Hertz 暦年 《》：私の人生初期の関連事項
1888（Hertz 元年） H.R.Hertz 電磁波の存在を実験により証明．
1896（Hz9） 逓信省 無線電信の研究を開始．
1901（Hz14） G. Marconi 無線電信で大西洋横断の初通信に成功．
1905（Hz18） 日本海海戦．信濃丸から 敵艦見ゆ の無線電信．
1916（Hz29） 鳥羽─答志島・神島間 世界初の公衆無線電話実用．
1920（Hz33） KADA 局（米）世界初の中波ラジオ放送局の開局．
1923（Hz36） 高柳健次郎 無線遠視法 （テレビの原理）を提唱．
1925（Hz38） 東京放送局（現 NHK）愛宕山で中波ラジオ放送開始．
1926（Hz39） 日本放送協会（NHK）の設立．八木・宇田アン
テナの発明．
高柳健次郎「イ」の字テレビ実験成功．
《私の誕生》
1927（Hz40） 高柳健次郎テレビ実験を開始．
岡部金次郎 マグネトロンで波長 10 cm 超短波発振．
1929（Hz42） BBC 放送局（英）テレビ実験放送を開始．
CCIR（国際無線通信諮問委員会）第 1 回ヘーグ
総会．
1933（Hz46） 酒田−飛島 世界初の超短波公衆電話回線の実用．
1935（Hz48）頃《小学 4 年頃『子供の科学』誌で鉱物標本の方鉛鉱，
スパイダーコイル，バリコンで鉱石ラジオを製作》
1937（Hz50） 日支事変の勃発．
1939（Hz52）頃《中学 3 年頃『無線と実験』で真空管式高周波増幅付きスーパヘテロダイン全波受信機を製作》
太平洋戦争勃発《短波放送の受信は禁止．受信機は1941.12.8.
押入れへ隠匿》
1945（Hz58） 《押入れの受信機で VOA（VoiceOfAmerica）放送を受信し沖縄の陥落を知る．やがて敗戦》
1947（Hz60） 《大学を卒業．電波とプロの付き合いが始まる》

通信ソサイエティマガジン NO. 6 秋号 2008

電波と通信の研究雑記帳と呼ぶ．我が国の電波技術は欧米に数年遅れで，時にはが，驚いたことに筑波山・加波山の背後では山のない所

先んじた先人たちの労苦と誇りに最大の敬意を払う．今より電界が 20 dB も高く，しかも早いフェージングがほ（2007）は Hz120 年．電波の歴史は古いと考えていたが，とんどなく安定である．

私は日本の電波の揺籃期に生まれ，電波の歴史の 68％を原因究明に半年余り悩んだ末，ナイフエッジ回折損が電波とともに生きてきたことになる．大学卒業後の人生は球面大地上の回折損よりも小さいためで，フェージング

60 年の還暦，これは電波の歴史の 1 ／ 2 に相当する．

が小さいのは主要波が強いためと理解できた．分かって本小文は，昔の研究のメモ帳から拾い集めた思い出の出
来事と，その中から得た自戒の教訓，研究についての様々な想いや電波の将来など思いつくままに述べる．
この小文で，若い研究・技術者の皆さんが電波･通信の真実のごく一部でも見つけて頂ければ誠に幸甚である．

しまえば至極当然だが，電波の面白さに強く魅せられた．
米国 NBS の CRPL., Boulder, Colo. が同様の現象を測定し，これを “Obstacle Gain” と名づけたのは 10 年ほど後と記憶する．
巧みな命名に倣い，我々も 山岳回折利得 と呼んでいる．

後に，米軍占領下の沖縄を日本に返還が決定，それに伴い札幌─鹿児島のマイクロ波回線を沖縄まで延長するこ「私の研究者歴」を概観するとになったが，その実現の方法で議論があった．
琉球列島の島伝い中継と，見通し外対流圏散乱伝搬を利用する

研究は超短波の伝搬から次第にシステムへと広がり，無線通信システム全体への関心に至った経緯を示す（表 2）．
表2

研究の旅路

案があったが，前者は無人島を含み建設・保守の困難さ，後者は激しい散乱性フェージングに対する広帯域テレビ伝送品質の確保などの難問がある．

昔の筑波山実験を思い出し，途中の島の山の回折利得
主研究項目

効果を利用する方法を提案した．大浦（九州）と奄美大島と超短波伝搬 電界強度と地形
1947（S22） 逓信省
山岳回折利得
〜電気通信省
電界強度と気象1949（S24） 電気通信研究所の中間にある中ノ島の山を回折体とする伝搬実験（1957）

期間

所属機関

研究対象

マイクロ波 フェージング諸特性
1949（S24） 電気通信省
電気通信研究所 伝搬と設計 フェージング推定法〜
法
1952（S27）
伝搬設計法
マイクロ波 フェージングの Ray 解析
1952（S27） 電電公社
電気通信研究所 伝搬構造と フェージング発生構造〜
多中継フェージング
設計法
1963（S38）
マイクロ波 20 GHz 柱上方式
1963（S38） 電電公社
電気通信研究所 中継方式
〜
海洋中継所
衛星通信
1975（S50）
衛星通信方式
移動通信
移動セル方式1975（S50） 京都大学〜
工学部
1989（H1） 電子工学科

ディジタル 都市内伝搬構造
移動通信
都市内伝搬予測システム
誤り発生構造耐多重波変復調
移動メッセージ通信

1989（H1） 拓殖大学
工学部〜
1997（H9） 電子工学科

ディジタル 丘陵散乱反射
円偏波ダイバーシチ
移動通信
誤りの微細構造システム

研究人生は，逓信省・電気通信省・電電公社通研を通じて 28 年，
京大で 14 年，拓大で 8 年．合計で 50 年（半世紀）となる．

で回折利得を確認，大浦─名瀬（341 km），奄美大島─沖縄（徳之島で回折）（214 km）の回線が設計された．
九州─奄美大島─沖縄を結ぶ世界初の山岳回折の長距離回線が完成（1961）して，800 MHz と 2 GHz の周波数帯を用い，小さい送信電力で本土と沖縄を結ぶ電話・テレビ中継回線が実現した．

自戒

人間の知識の浅はかさ

あの実験は関東平野で見通し外まで電界強度距離特性など，地形の影響の測定が目的だった．筑波山の裏では測定不能と思っていたのだが，貴重な教訓を得た．
ナイフエッジ回折や球面大地上伝搬理論は，1930 年代終わりのころには電波を学ぶ者には周知だった．球面大地の上に山がある場合を考えさえすれば，だれでも実験しなくても山岳回折利得の現象に気づけたはずである．天才か凡人かは，そのことに気づくかどうかの違いにあるのかもしれない．

我々凡人はあの実験がなければ，または山の裏を廻らなければ，いつまでも気づかない．人間の知識とはこの思い出深い出来事

程度のものなのだ．凡人には何かあるとは思えなくても，
もし何かやれる機会があるなら，やってみる価値がある．
やれない場合には考えるだけの思考実験でもよい．今の■ 超短波の山岳回折利得
地形の超短波（60 MHz）への影響を測定するため，大井

知識では気づかない何かに会えるかもしれない．それも一つの挑戦．やらなければいつまでも何もない．

（埼玉県）
・犬吠（千葉県）実験所からの電波を，関東平野
で移動測定した実験の際，奇妙な現象に遭遇した（1948）．
山の背後では遮へい損のため当然電界が低いと予想した

私の研究者歴■ マイクロ波フェージングと伝搬設計法
戦災で荒廃した日本の通信網復興のため，マイクロ波

5中継方式の研究という戦後最初の国家的プロジェクトをいたので十分自信があった．一方，他の地域では予期し通研が担当することとなった．当時の電波課がその伝搬ない大きなダクト型フェージングの可能性も否定できず，研究を開始したのは，昭和 24（1949）年であった．

伝搬研究者は普遍的な回線設計法の追求に悩んでいた．

米国のベル研究所が TD-X 方式（後の TD-2 方式）の実験回線を伝搬の予測では永久に 100 点はあり得ないともいえる．しか完成したとの情報があり，マイクロ波フェージングの一般的性質

し，マイクロ波全国網の完成には全国での適切な予測が必須であについては各種の論文で知っていた．また，犬吠─大井実験所間（見る．研究者のこの悩みが，フェージング軽減法の研究を促進した．

通し外）での 2 年間の実験でフェージングと気象の関係も経験しフェージングの軽減法があれば，予測が 100 点でなくても設計がていたが…

できる．日本海沿い北陸ルートの富山湾では，ダクト発生と密接

日本の複雑な地形・気象の条件は，米国の広大・単純な条件とは大きく異なるので，日本でのフェージングのデータが不可欠である．関東平野での基礎伝搬実験で基本特性を把握した後，東京─名古屋─大阪回線のルートと中継所候補地を中心に昭和 25 〜 27 年の 3 年間にわたり，総計 36 伝搬路で各 1 か月間の連続受信実験を実施した．
電波の実験では道なき道を山上まで機材を担ぎ上げ， 気 象
観測では繋留気球（カイツーン）に搭載した温度・湿度計で地上 200 〜 300 m までの大気屈折率分布を測定した．食物も満足 で な い 時 代， 全 員 が 交 代 で 24 時 間 連 続 測 定． 昭 和 27 年 に
東 名 阪 回 線 の 設 計 完 了 を 目 指 し，1 年 の 半 分 は 実 験， 半 分 は
データ整理に明け暮れる 3 年．若かりし日の思い出に残る大実験であった．

に関係する蜃気楼の多発地帯を通過するので，この区間を対象にダクト型フェージング軽減の研究が進められた．

富山湾岸区間で蜃気楼多発時期に伝搬実験を実施し，蜃
気楼との関係も確認した．更に空間ダイバーシチ受信方式を開発してその現場実験も行い（1959），この区間がこの方式を実用した最初の区間となった．これは研究者の悩みが新方式開発を強く後押ししたという話である．
以後，この方式は，一般の設計法では不十分と思われた全国のいくつもの区間で通信品質劣化の防止に大いに活躍した．

■ ダクト型フェージング伝搬構造の解明
東名阪回線が開通し一段落後，ダクト型フェージングの．
物理構造解明のための本格的な伝搬実験を行った（1954）

膨大なデータから見通し内マイクロ波フェージングのダクトの詳細構造と時間変化の測定に NHK 川口送信所の鉄塔発生原因を分析，フェージングを発生構造により k 型と（高さ 312 m）を借用，12 箇所の高さで気温・湿度を測定し，更に，ダクト型に分類した．
k 型は電波屈折度を表す k の変化により発生し，直接波と大地反射波との干渉性フェージングと地球の回折による減衰性フェー
ジングがある．いずれも理論的に解明され，伝搬路の適切な選択で発生を防止できる．

ダクト型フェージングは原理的に不可避で，伝搬路・気象の条件に依存する．発生構造不明のため，多数の実験結果の統計で次の形の Fading Range 実験式を求めた．
FR（dB）＝ 0.0119D 1.29・P 0.456・M 0.447
FR：1 〜 99％のフェージング幅，D：距離（km），P：平均伝搬路
高に関係する係数，M：大気中の平均水蒸気圧（mb）（フェージン
グの季節変化を代表する）．

これらの研究結果を総合して，東名阪回線のルートと

地上高 49 m と 223 m に 4 GHz 送信機を設置して筑波山中腹で受信，高さの異なる二つの伝搬路の同時測定によりフェージングに与える影響の違いを観察した．

地上 300 m までの大気屈折率 M 曲線とフェージングを比較，両者の対応性からダクト発生が多重波干渉／減衰の2 種類のダクト型フェージングを生起させる物理構造を
Ray Tracing 法で解明した．
この研究は，その後 2,700 ch 超多重中継方式に関する
多重波遅延時間差による遅延ひずみの研究につながる．
5.65 〜 6.42 GHz の 770 MHz 幅 の 周 波 数 掃 引 装 置 を 用 い て小田原─鹿野山（78.7 km）でフェージングの多重波通路差（遅延時間）を測定（1961），この測定結果と Ray Tracing 解析から電話

2,700 ch の超多重中継方式の実現性を結論づけ，世界最初の実用化へと導いた．

中継所位置を決定，東名阪マイクロ波回線が開通した伝搬の解明は進んだが 1963 年（S38）から光・衛星・移．更に全国マイクロ波網の建設に向けて，机上で（1954）

動の将来通信の研究に転進．人間が動きながら通信でき伝搬路を選定できる伝搬路設計法も作成した．
自戒

100 点でなくても役に立たせる

る移動通信「究極の通信」の方向へと興味は向かう．
自戒

未練には固執しない

当時の設計法は，日本の電波気象を十分把握して作らマイクロ波フェージングの研究は，初期の実験と NHKれたものではない．しかし，k 型フェージングを防止する

川口の実験でフェージング発生構造の解明までできたが，伝搬設計法の理論は普遍性をもち，また東名阪回線につ残るのは，全国で，更には全世界どこでも使える，物理

いてはダクト型フェージングの豊富な実験データを得て的根拠に裏づけられた，普遍的なダクト型フェージング

6

通信ソサイエティマガジン NO. 6 秋号 2008

電波と通信の研究雑記帳

論的に予測するモデルと手法の妥当性を確認した．

の予測法の研究である．
問題は，発生機構と物理的予測を結び付けることにある．たま

この式は EU の COST231 Final Report に J.Walfisch の方法とたまこの問題に直面したころ，管理職としてシステムの研究へと組み合わせて COST Walfisch ー Ikegami Model と呼ばれている．

転進，私の夢であったこの研究は継続できなくなった．

この研究への未練は強かったが，全体の状況を考えてあ自戒

測定は自分の目と手できらめた．最大の理由はマイクロ波全国網への道が見え，

マイクロ波の理論的予測は挫折したが，大学での研究

普遍的予測法はそれに間に合わないこと．更に，日本はは性懲りもなく同じ方法論の道を進む．大学では本来のマイクロ波の次の新方式を求めていたことである．

研究手法を存分に試すことが許されるからである．

次の無線通信には衛星通信と移動通信があるが，前者は KDD

最初の実験は測定装置も原始的で，アンテナのポールを学生がが国際通信で活躍中．電電公社は国内衛星通信を目指し研究中で持って歩き，道路に直角方向のフェージングも測定した．移動とあるが，宇宙開発には政府の各種規制があり，自由度が少ない．

そのころ，私は移動通信の目指す「究極の通信」こそが希望の星と考えていた．20 年近くに及ぶ 100 点の予測への未練か？

それとも新移動通信の希望への道か？

依然，未練は残るが，結論は自ずと明らかである．
今思えば，マイクロ波フェージングの物理的予測は所詮至難の果たせぬ夢．早めの退却は結果的には賢明であった．そこでもう一つの教訓：相手は何者かを見極めよ．
■ 移動通信の伝搬とシステム
通研でのセル方式移動通信の研究が進み，実用化への段階を見届けて，京都大学に異動した（1975）．大学での研究目標を将来のディジタル移動通信とし，再度，伝搬問題から出発して本格的な研究を開始した．
大学構内での最初の実験で，昔の筑波山裏の実験と同様の強いショックを受けた．道路幅方向の移動でフェージングは明りょう

ともに記録計のペンが規則的な周期で変動し，繰り返し測定しても高い再現性を示した．このフェージングは建物の上からの回折
波と，道路の反対側の建物壁からの反射波の 2 波の幾何光学波による定在波であることを強く暗示する．

通常，移動通信のフェージングは測定車により道路に沿って測定し，道路に直角方向の移動測定の例は寡聞にして聞かない．あのとき，直角方向に移動測定したのは意識的か偶然か記憶にないが，車がなかったのが幸いしたことは間違いない．更に，測定を他人に依頼したならば，このヒントに気づくのには更に時間を要したであろう．
この種の測定は研究者自身の目と手で実施し，実時間で現象を体験しなければ現象の裏側までは見えない．
その結果，マイクロ波のフェージングでは果たせなかった夢，
すなわち， 伝搬の物理構造に基づく伝搬特性の理論的予測 の実現への重要な活路を見出すことができた．移動通信のフェージン
グを支配する要因は，マイクロ波のダクト型フェージングでの気象に比べれば比較的単純といえる．

な周期性と高度の再現性を示した．これは移動通信のフェージン
グを多数の多重波のランダムな合成による統計的現象とする一般的モデルの通説を否定する．

■ ディジタル移動通信の耐多重波変復調方式
多重波フェージングのディジタル信号伝送への影響を

移動通信フェージングもレイリー分布するが，マイクロ測定するため，ディジタル送受信機や遅延時間測定器を波のフェージングのような統計的現象ではなく，限定数の試作，市内実験で誤り率を測定した．更に誤り発生構造を多重波による決定論的現象ではないかと考えた．この仮

精細な室内実験で分析，ビット誤りの原因が fade out 近説を実証するために，各種の方法での実験を試み続けた．

傍の位相の不連続変化によるビット同期ずれと判明した．

測定装置類も整備し多重波遅延時間測定も可能になり，都市内移動通信の多重波伝搬構造が明らかになり，仮設の妥当性が確認された．フェージング周期が幾何光学に従い，電波到来方向と道路との角度に依存する現象の発見も，この仮説の妥当性を裏づけた．

研究を重ねて，都市内多重波伝搬の幾何光学モデルに到達した．主要な幾何光学多重波を想定し，建物の高さ・配置・道路幅などの都市構造パラメータを用いて，平均電界強度を決定論的に求める理論計算式を導いた．
この計算式は，測定車による京都市内での実験結果から求めた

10 m 平均電界強度と比較し，満足できる一致を確認した．

こうして，計算機による Ray Tracing で主要多重波を求め，都市構造パラメータを用いて平均電界強度を決定

私の研究者歴通常，fade out による誤り発生は，信号の消滅や遅延多重波によるアイパターンの崩れが原因と考えられていた．これは必ずしも誤りではないが，最も基本的な原因は fade out 近傍で信号位相が π（radian）近く不連続的に変化して信号のビット同期が外れ，同期が復旧するまでバースト誤りが発生することが分かった．

誤り発生原因が分かれば防止法があるはずと探索した
結果，耐多重波変復調方式（DSK その他）を発案し，室内実験でその効果を確認，更に測定車による野外実験でもその効果や実際の誤り発生の形態を確認した．
DSK（Double Shift Keying）は半ビット以下の遅延によるビット誤りを単純な構成で完全に防止する．京都市内の移動実験では

BPSK と DSK の誤り率を同時測定した．BPSK は高い誤り率が続くのに DSK は全く無誤り，測定車の学生たちが大きな歓声を上7

げたのを懐かしく思い出す．

この方式の効果は条件付で実用的価値も限定的だが、通常用いられる誤り対策（誤りを検出し情報を再送する）とは原理的に全く異なり，遅延波による誤り発生そのものを防止する方式を見出したことに意義を感じる．
自戒

最も単純な基本原理から出発する

耐多重波変復調方式の誕生は，遅延 2 波モデルによる符号誤りの原因を調べるために行った，五つの変調方式のアイパターンシミュレーションにまでさかのぼる．
五つの中の四つ（QPSK などの直交変調方式）は，遅延 2 波の位相差が 180°に近づくにつれてアイパターンが崩れ，逆位相の付近では信号が復調できないことを示した．ところが・・・

BPSK のみ位相差に無関係に常にアイがきれいに開いている．そこで室内実験で BPSK の誤り率を測定すると，
他の 4 方式と同様に誤りを起こした．この矛盾は何か ?
研究を重ね微小時間（2.5 ms）
ごとの誤り率とフェージング
との対応など微細構造の分析で，アイが急速に移動し同期が外れ誤りが発生する機構を明らかにした．

可能性を試みるが，研究結果から一つの候補に絞り，それを実用的なモノに実現するのが「実用化」である．したがって研究に失敗はつきものであるが，実用化に失敗は許されない．と同時に，実用後に想定されるあらゆる問
題についても事前に徹底的な検討と討論が要求される．
これも筆者の余計な心配かもしれないが，最近 de facto 標準が横行している．時代の流れだろうが，専門家が大衆に責任を転嫁するシステムに疑問をもつ．「実用化」の思想は消えたのか !?

■ 伝搬研究の特質
電波伝搬と通常の研究との違いは，伝搬特性が複雑な
地形や気象現象など自然現象の影響を大きく受けるので，自然現象との関係の物理的解明が不可欠なことにある．
地形（人工的建造物も含む）も気象も，予測はもちろん，それ自体の正確な記述さえ難しく電波との関係の解明を困難にする．伝
搬予測の研究とは，このような自然現象との話し合いである．

実用的解決には実験結果の統計による実験式／曲線が最初に用いられるが，普遍性に欠けるのが致命的欠陥で，伝搬研究者はこの二つの狭間で常に悩むことになる．
私はマイクロ波フェージングで物理的予測を夢見たが，直交成分をもつ他の方式も BPSK と同様に同期のずれが生じて見事に失敗に終わった．しかし，移動通信では物理的予

いるが，この現象が BPSK のみで発見されたのは，他の方式では測法の可能性を見出した．この将来には希望がもてる．

アイパターンの複雑な崩れにまどわされ見過ごしたと思われる．

伝送効率が低いため実通信には使われない BPSK であ

現状は室内の等電界曲線を計算機で引けるに至ったが，屋外の任意の環境で主要多重波を手軽に決定できる方法がほしい．

るが，現象の正しい分析は，原理的に最も単純化された条件から出発するのが正道であるとの教訓である．

研究に想う■ 伝搬改善手法の変遷
・
無線通信のシステムは図 1 のように送／受信機（T ／ R）
アンテナ（A）・伝搬（P）で構成される．伝搬の研究は上述の特質から T ／ R・A に比べて進歩が遅れたが，その後の■ 研究の基本思想
私の研究人生の始まるころ，伝搬研究はややもすれば電波物理学の世界へ没入しがちであったが，私の進んだ道は 役に立つ伝搬研究 にあった．その道しるべは，所属した電気通信研究所（通称：通研）にあった．
通研はベル研究所を手本に昭和 23（1948）年設立，その基本思
想は「実用化研究所」であった．「実用化」はベル研の R&D の「D」の進展により劣悪な伝搬を改善するシステムが出現した．
初期にはまず TRA の送受信装置が作られ，P はルートや中継所地点を選択する伝搬設計法という受動的な手法であったが，研究の進展によりアンテナで伝搬特性を改善する手法を生んだ．

これは図 1 でアンテナと伝搬を含む（At + P + Ar）を一つのシステム（無線伝送路）と考え，A を含む伝送路の特性を改善するという思想の始まりで，最初の例は海上反射の訳語で，初代所長 吉田五郎氏の造語である．今では普通に使われる言葉と思想だが，当時の日本では画期的な概念だった．

通信を通じて社会に役立つ新技術を創る．基礎研究もそれに役立つ基礎を創る．この思想がその後の私の研究
生活の進む道を教えてくれたと考えている．
■「研究」
と
「実用化」
最近「研究」と「実用化」の区別が曖昧になっていると感じるが，本来は全く別の概念である．「研究」はあらゆる

8

送信装置

受信装置

情報− T − At − P − Ar − R −情報
無線伝送路
無線通信システム総合
T/R：送／受信機，At/Ar：送／受信アンテナ，P：伝搬路
図1

無線通信システムの構成

通信ソサイエティマガジン NO. 6 秋号 2008

電波と通信の研究雑記帳

k 型フェージングを除去する合成アンテナであった．
パラボラ 3 個の合成で k（大気中屈折）が変化しても常に反射波を除去する指向性を作る．k 型フェージングの理論から生まれ，
釧路局で実用（1959），海面反射のある海上ルートの選定を可能にして，回線設計の自由度を拡張した．

この思想をダクト型フェージング対策に適用，高さの異なる二つのアンテナでフェージングを軽減する空間ダ
イバーシチ受信方式が置局とルート選定の自由度を著しく拡大し，国内の多くの区間で利用された．
その後ディジタル化により TR が大革新を遂げ，TR に

S：Stimulation で m：Mobility と H：Humanity の関数である
f (D )：単峰性関数

D：Dynamic power source（人と金）Zenning は 禅 の動名詞．普通の言葉では Concentration
T・P：スカラ積で Active power．第 1 積分は「Effort」を表す．
T × P：ベクトル積で Reactive power．T と P は in-phase ではなく成果は多くないが，第 2 積分は View「視野」「見解」を創る．
管理や別の仕事を拝命しても，視野を広げ将来有用な糧となる．
第 1 積分と第 2 積分の積は Insight「見通し」「洞察」を創る．研究には刺激 S が必要で研究者は自ら動くこと，人と意見を交流できる人間性が必要．f (D ) は原動力となる人と金の単峰性関数．研究
者は人・金の不足を訴えるが多すぎると効率が下がる．人・金よりも頭を使うべし．A は時間的に変わり，努力次第で増減する．

伝搬改善の可能性が生まれた．新しい概念の無線通信を生むには，図 1 の無線通信システム総合の考察（これを P・A・TR 三位一体の研究と呼ぶ）の必要を提唱した．
前述の九州─沖縄間の山岳回折回線は，伝搬研究が新システム■ 技術の栄枯盛衰 V (t )私の研究人生の前半はマイクロ波，後半は移動通信．その間いくつかの技術の栄枯盛衰を見聞し体験した．

を開発した三位一体とも見えるが，ディジタル時代の三位一体はマイクロ波の最初から完了まで約 20 年．その前に次世代の移P・A・TR の各専門の枠を超える真の一体化を必要とする．前述

動通信や光ファイバの研究も登場．今，国内マイクロ波は既に消の DSK 方式は P と TR が一体化に一歩近づいた形ともいえよう．

え，光ファイバが大活躍．そして無線通信は移動通信の時代へ．

■ 無線通信は物理現象（等価回路の落とし穴）
電気回路を扱うとき等価回路は便利な優れた道具で，
我々電気屋は何でも等価回路で考えたがる癖があるが，無線通信を等価回路で考えると誤りを起こしやすい．

V (t ) は，研究者の創造が技術の歴史的流れとの同期に関係することを表す．平々凡々なこの研究者の人生がたまたま二つの新技術の 栄盛 に遭遇する同期に恵まれた．望んで得られるとは限らないが，技術の流れへの関心がその確率を高める可能性はあるのかもしれない．

図 1 は無線通信の構成を示し，ブロック図や等価回路ではない．

TR・A・P をブロックとして結ぶと，独立な各装置を接続した回路と考えやすいが，A も R も P と独立ではない．例えば大気屈折

電波・通信のこれからで電波到来方向が変わると指向性に従い A の利得が変化する．伝
搬空間では多重波発生・干渉・減衰・遅延など様々な現象で A の利得・指向性が変化し，受信した R も複雑な様々の反応を示す．

P は純粋な物理現象であるが，P に対する A・R の反応
もまた物理的現象である．その論理を解明しなければ，受信出力での現象は正しく記述できない．三位一体の研究には，まずこの物理的論理の解明が不可欠である．
現実のシステムでは，P・A・TR の等価回路ではなく，三者間の物理的論理を考慮しつつ最適システムを探索す
るのが，望まれる三位一体の極意であろう．
■ 研究の方程式（改訂版）
通研を去る前に，研究部長はその研究を総括する技術講演をさせられたが，その中で 創造 を記述する 研究の方
程式を提示した．あれから 30 余年，あの方程式の頭に関数 V (t ) を付加することにした．これは Vicissitudes 栄
枯盛衰で，当然時間 t の関数である．
C = V (t )・A (t ) # Z・(T・P ) dt # (T × P ) dt ・S (m, H)・f (D )C：Creation V (t )：Vicissitudes A (t )：Personal Ability
Z：Zenning T：Thinking P：Practice

私の研究者歴

無線通信の特長：①建設・保守が簡単・安価 ②移動性．
欠点：①周波数の制約 ②伝搬の不安定．今後は，特長を生かし欠点を克服する技術と政策が必要とされる．
■ 電波周波数資源の限界
電波周波数の有限性は最大問題で，電波の初期からCCIR の場で国際的な規制と調整が議論されてきた．
電波は通信以外にも使われると同時に，通信に適した周波数は伝搬特性により，例えば VHF 〜 SHF の電波の窓に限られる．

周波数の有限性は石油資源と異なり，石油は新鉱脈で増えるが，周波数は増えない．石油の使用場所は自由だが，電波は干渉妨害があり，電波の到達範囲では同一周波数の使用が制限される．

電波利用の大鉄則は，①電波の特性を有効に活用する，②電波の周波数を有効に利用する，の 2 点である．
移動通信は電波以外に方法がないので他に優先する．周波数の有効利用は経済性に勝ることさえある．ただし無線通信は安価なので，発展途上や過疎の地域では固定回線にも利用される．

■ 通信と放送の融合
日本では通信・放送の融合の進展が遅い．両者の技術

9

的本質は同一だが，法律・運用が融合を妨げるといわれる．

できない移動通信「究極の通信」にあると考える．

個人も動画像を通信・放送する時代に，二元論は非効率

ただ残念なのは，多数の技術者が心血を注ぎ仕事や生活の効率なシステムを要求するので「融合」は必然の帰結である．

化を目標に創り上げた携帯機が 1 円や 0 円で売られ，子供たちのテレビの超広帯域伝送には光ファイバが最適，固定受信に電波の使用は大鉄則に反する．テレビの移動受信には電波は合理的でワンセグ電波をセル方式基地局や衛星から放送すれば，「融合」の一元的システムで周波数を有効に利用できる．高いアンテナ塔の放送サービスエリアでは同じ周波数を他目的に使えないが．セル
方式は有限の周波数を繰り返して無限の広さをカバーできる．

法律・運用問題も含めて早期の解決が強く望まれる．

玩具と化して，考えず本も読まない親指族を生んだことである．
周波数を余計な目的に使うのは貴重な資源の浪費で，その対策の新方式開発に使う人・金・エネルギーも浪費．IT による IT のための IT の浪費は An Inconvenient Truth にも通じると憂える．

技術は人間社会の文明は変えたが，文化を高めることはできたのか．技術とは人間の何なのだろうか？

通信の技術が人間に強烈な影響を与える時代となり，遅まきながらも技術の人間社会への重大な責任を痛感する．

■ 新サービスと新技術

せめてもの社会的貢献として，通信技術でアジア・中近東の人々

新サービスの無線 IC タグや，JR 東日本の Suica・人体の Basic Human Needs を支援する NGO，BHN テレコム支援協

通信など新型通信が出現，無線通信の伝送距離は 0 〜∞

議会に発起人・理事の一員として協力してきた．BHN は通信技術に及び，無線通信の概念を大きく変革しつつある．
IPv4 から IPv6 へ（アドレス数 109 → 1038）の進歩ですべての物
体に ID が付与され，広い目的への応用が考えられている．

通常形式の通信では，OFDM が生まれて伝搬の改善が可能となったが，更に次の新方式が検討されている．

MIMO（Multi-Input Multi-Output）の発想は 30 年ほど前にさかのぼるが，最近特に注目されている．複数のアンテナ系と一組の T/R で複数の独立な伝送チャネルを提供できるのが大きな特長である．
最近の Frequency Agile Radio（Cognitive Radio）はテ
レビの空きチャネルなど，既成の割当周波数帯の空き時
間のすき間をチェックして別の通信に使うことを狙う．
いずれも TR・A・P の三位一体で周波数有効利用と伝搬特性改善を目的とする．非常に高度な制御技術が必要だが，万一の場合の干渉妨害などトラブルのリスクに十分な配慮が必要だろう．

前述のように，三位一体の新方式には，三者の関係を結ぶ新論理が必要であり，更にそれを一つのシステムに総合する創造的な思想の裏付けが求められる．

で医療・災害復旧・人材育成など特徴的な活動を続けている．技術の人間社会への責任について，決して目を背けてはならない．

研究の生涯に劇的なラストシーンはない．若い方々に後事をすべて託し，未来に期待してこの小文を終える．
私の人生は，ともに研究を愛したグループの多くの方々のお蔭で，またその周囲の更に多くの方々の御指導御支援を賜った．あまりにも多数で個々のお名前を挙げられなかったことを深くお詫び申し上げる．
文

献［1］ 池上文夫， 電気通信研究所における電波の研究─方式を創る基本技術の展開， 研実報，vol.24，no.7，pp.1271 ─
1315, 1975．
［2］ 池上文夫， 私の研究遍歴（その 1）（その 2）（その 3）， 信号処理技術ライブラリー「私の研究遍歴」第 2 巻，信号処理学会発行，pp.19 ─ 62, コロナ社，2003.
※研究人生の全貌を更に詳細に述べた文献のみ挙げた．

池上 文夫（名誉員）▶ 1947 京大・工・電気卒，逓信省電波局入省．機構改革で通研兼務（1948 〜），電気通信省通研を経て電電公社通研（1952 〜）．
電波伝搬・無線通信の研究．工博（1956）．1971 より伝送研究部
長，複合伝送研究部長．1975 電電公社退職，京大・工・電子・

おわりに教授．1989 定年退官，拓殖大・工・電子・教授．1994 工学部長・研究科長．1997 定年退職，現在に至る．国連の Fellowship
により 6 か月間米国留学（1959）（前半：CRPL, NBS, Boulder,

電波・通信の歴史の中に一つ問題が見える．マイクロ波の栄枯盛衰のように，無線通信は結局最終的システムになれず，中途半端な暫定システムのようにも見える．

Colo., 後半：米国・カナダの大学・研究所歴訪）．CCIR： 第 11回総会（Oslo,1966），Study Group 5 中間会議（Boulder,1968），

Study Group 5 委員会（Geneva, 1969），第 12 回総会（NewDelhi,1970） に 出 席，Study Group5 Working Group 議 長（1966 〜
1970）．本会：編集幹事，会計幹事，関西支部長，副会長，研究

無線通信の歴史には他の中途半端なシステム例がある．例えば

組織委員長，会長．1978ISAP（仙台）副委員長，1985ISAP（京山岳回折システムは，カラーテレビ伝送用に島伝い中継で置き換都）委員長．秋山・志田記念賞・業績賞（2 回）・功績賞．IEEE：

えられ，大陸間衛星通信も海底光ファイバの補助となった．

Fellow（1985 〜），Life Fellow（1992 〜）． 日 本 学 術 会 議 電 波

これは本来安価で建設容易な無線通信が固定通信技術の完成（光ファイバ）以前を補完したと考えるのが正しい．
無線通信本来の真の意義は，他のいかなる手段でも実現

10

科学研連委員．文部省：学術審議会専門委員，宇宙科学研究所運営協議員．郵政省：通信総合研究所客員研究員，顧問．近畿電気通信監理局長表彰（1993），「電波の日」郵政大臣表彰（1994）．BHN
テレコム支援協議会理事（1992 〜）．勲三等瑞宝章（2000）．

通信ソサイエティマガジン NO. 6 秋号 2008

連載企画

新人研究者のためのネットワークシミュレーション─第1回
解説論文

解説論文

モンテカルロシミュレーション基礎
─推定精度評価の問題点とその克服─

Basics of Monte Carlo Simulation ─ Some Problems of Evaluation for
Estimator Accuracy and Their Solution ─

中川健治

†

Kenji Nakagawa†

Summary

化，電波伝搬のモデル化，等を行う．通常，そんな複雑なシステムについては数学的厳密解は（存在するかも知れないが）得られないので，計算機によるシミュレー

本論文では，乱数を用いた確率的シミュレーション法

ションで調べるであろう．シミュレーション中に発生すであるモンテカルロ（Monte Carlo，MC）シミュレー

る乱数の値を変数の実現値としてシステムが動いていション法について述べる．MC 法による確率推定の基礎

く．シミュレーションの有用性のポイントは無限を有限的な事柄について述べ，得られる推定値の精度評価とそで近似することである．無限にある可能性の中から有限の問題点について議論する．また，一様乱数によるいろ
いろな乱数の作り方と，その作り方による乱数の限界について注意する．次に，ネットワーク特性評価の基本である待ち行列に関する MC シミュレーションのいくつかの方法を示し，乱数の観点からそれらを考察し得られる推定値の問題点を指摘する．最後に，これまでに指摘した
問 題を解 決する一つの方 法として， インポータンス
サンプリング（Importance Sampling，IS）シミュレーション法を紹介する．IS 法では，上に述べた乱数の限界が克服されることを示す．

Key words
モンテカルロシミュレーション，乱数，待ち行列，
インポータンスサンプリングシミュレーション

個の実現値が与えられ，その結果として計算されるス
ループットの値をシミュレーション値として手にする．
本論文では，確率的シミュレーションによって得られる特性値に対する基本的な精度評価について解説する．
そして，その際に現れるいくつかの問題点を指摘する．
待ち行列に関するシミュレーションを例として取り上げて，特性値の精度評価について議論する．更に，通常のモンテカルロシミュレーション法の問題点を克服する方法として，インポータンスサンプリングシミュレーション法とその応用について解説する．

2．モンテカルロシミュレーションの基礎
2.1

大数の法則と中心極限定理

モンテカルロ（Monte Carlo，MC）シミュレーション
法は乱数を利用する確率的シミュレーション法である．

1．ま え が き
シミュレーションは多くの工学的な分野で利用される
魅力的な方法である．例えば，移動無線通信システムにをもつ人の移動パターンのモデル化，呼の発生と通信継
続時間のモデル化，パケット処理アルゴリズムのモデル†長岡技術科学大学，長岡市
Nagaoka University of Technology, Nagaoka-shi, 940-2188 Japanと記す．ちなみに，モンテカルロはカジノで有名な地中
海沿岸の小国モナコの都市である．
MC 法の基礎は，確率論における二つの重要な定理である「大数の法則」と「中心極限定理」である．大数は「たいすう」と読む．大数の法則は，なぜか定理という名称ではない．どちらも漢字で書くと難しく感じられるが，直感的には理解しやすい．定理の概要は次のとおりである．
まず，「大数の法則」は「標本平均は真の平均値に近い」
であり，また，「中心極限定理」
は「標本平均の分布は正規

解説論文：モンテカルロシミュレーション基礎─推定精度評価の問題点とその克服─

11

連載企画

おけるスループットを計算したいとする．そのために，
まず，システム全体の確率モデルを構築する．移動端末

以下では，モンテカルロシミュレーション法を MC 法

極限定理が必要である．
t は N 個の確率変数 1 ( X ), g, 1 ( X ) の標本平
P

1

MC

S

A

1

A

N

均であるから，大数の法則によって P に近いはずであt がる．P は分からないが P に近いことは分かる． PMC

推 定 値 と し て ど れ く ら い P に 近 い か を 評 価 し た い．
t の標準化を Z とおくと，式（3）より
P
MC

Z=

1

t -P
P
MC
P (1 - P)
N（4）である．中心極限定理より Z は標準正規分布 N ( 0, 1 )に近い．この事実より Z の 95％信頼区間の近似値として -1.96 1 Z 1 1.96 を得る．具体的に 1.96 という値が得られることが中心極限定理のおかげである．式（4）はt で置き換え
分母に未知の値 P を含むので，これを P
MC

図1

正 方 形 の 中 の 不 規 則 な 図 形 に 対 す る MC シ ミ ュ
レーションて，結局 P の 95％信頼区間としてt (1 - P
t )
P
MC
MC
1 P
N

t - 1.96
PMC
分布に近い」である．この事実から正規分布の重要性が

t + 1.96
1PMC

認識できる．
図 1 のシミュレーションの例を考えてみよう．
1 辺の長さ 1 の正方形 S の中に不規則な図形 A が入っている．図形 A の面積を P とおく．P を MC 法で推定しよう．正方形 S 上の一様乱数 X を N 個発生させ，そのうち n 個が図形 A の中に入ったとすると，P に対t はする推定値 P
MC

n
t
P
MC =
N

（1）

とすることができる．正方形 S 上の N 個の一様乱数をX1 , g, X N とし，それらの実現値を x1 , g, x N とする
t はと，式（1）の PMCN

1t! 1 A ( xi)
P
MC =
N i=1

（2）

と表すこともできる．ここで，1 A ( xi) は，A の指示関数，
すなわち， xi が A に含まれるとき 1 となり，含まれな
いとき 0 となる関数である．1 A ( Xi) は成功確率 P のベ
ル ヌ ー イ 試 行 で あ り， X1 , g, X N は 独 立 だ か ら! iN=1 1 A ( Xi) は 二 項 分 布 B ( N, P ) に 従 う． こ れ を! iN=1 1 A ( Xi) + B ( N, P ) と記す．

t の期待値 E [ Pt ] と分散 V [ Pt ] は次のように
P
MC
MC
MC
なる
［11］
．
t ] = P, V [ Pt ] = P (1 - P)
E [P
MC
MC

N

（3）

t ]と分散 V [ Pt ] が計算で式（3）を見ると期待値 E [ PMCMC
きるので，期待値と分散についてよく分かったような気になるが，P はこれから求めようとする未知の値である．
t から P に関する情報を得るには大数の法則と中心
P
MC

12

t (1 - P
t )
P
MC
MC

N

（5）

を得る．式（5）で推定精度を上げるためには N を大きくする必要がある．特に P が 0 に近いとき，すなわち事象 A が希少事象のときには，十分に N を大きくしなけ
ればならない．少し工夫して，小さな N でも同程度の精度を達成するのが，5.で述べるインポータンスサンプ
リング（IS）シミュレーション法である．
信頼区間についての吟味
t が正規分布に近いことを根拠
式（5）の評価では P

2.2

MC

としているが，これに関しては議論が必要である．
t が正規分布に近くなることの証明をチェックし
P
MC

よう．式
（4）を変形してN

Z=

1! 1 A ( xvi) - P , v = P ( 1 - P ) 
N i=1

（6）

と す る．X を 正 方 形 S 上 の 一 様 乱 数 と し，Y=

( 1 A ( X ) - P ) v とおくと，Y は 1 A ( X ) の標準化なのでE [ Y ] = 0, V [ Y ] = 1 である．また，三次モーメント
は E [ Y 3] = ( 1 - 2P ) v となる．したがって，Y のモー
メント母関数 MY ( t ) / E [ exp ( tY )] はMY ( t ) = 1 +t2
1 - 2P 3+
t + g
2
6v（7）との展開をもつ．すると式（6）より

M Z ( t ) = ( MY d
= e1 +

t
n2

N
N

N

t2
1 - 2P
t3
+ go
+
 
2N
6 P (1 - P) N N（8）

通信ソサイエティマガジン NO. 6 秋号 2008

Z が標準正規分布に収束することが証明される［11］．しかし，式（8）をよく見ると， P Z 0 のときには t 3 の項の解説論文となり， N " 3 のとき M Z ( t ) " exp (t 2 2) となるのでCauchy 分布： F ( x ) = 1 2 + (1 r) tan-1 x等の場合は F-1 ( U ) が陽に求められる．
3.2.2 ポアソン乱数の作り方

係数が大きくなり正規分布への収束が遅くなる．した

平均 m のポアソン乱数 Y を作るには次のようにする．

がって式（5）の評価におけるいくつかの前提条件が不確

X 0 = 0 とする． X1 , g, Xn , g を，それぞれ平均 m-1の指数乱数で互いに独立とする．

かなものになるので注意が必要である．

X 0 + X1 + g + Xn E 1

3．乱数の生成について

1 X 0 + X1 + g + Xn + Xn+1 

図 1 のシミュレーションの例では，正方形 S 上の一様乱数を考えた．確率的シミュレーションでは様々な確率分布に従う乱数を利用する．しかし，基本は区間［0, 1）
上の一様乱数である．この乱数を U とおく．
3.1

コンピュータで区間［0, 1）上の一様乱数 U を生成す
る方法は，等確率の整数乱数 I = 1, 2, g, 32768 (= 2 15 ,例えば）を用いて

I-1
32768 （9）とする．U はもちろん離散値である．コンピュータで発生させる限り離散値であることはやむを得ない．また，
U の周期の問題もある．有限個のパラメータによる漸化式を使って U を作る場合，有限の周期になることもやむを得ない．離散値であることや周期が有限であることの問題点を後に指摘する．
3.2

正規乱数 X を作るのに逆関数法ではうまくいかない．
なぜならば，正規分布の場合，逆関数 F-1 ( U ) が陽に求められないからである．正規乱数生成の最もよく知らコンピュータによる一様乱数の生成U=となる n F 0 に対して Y = n とすればよい．
3.2.3 正規乱数の作り方

れた方法は次の Box-Mullar 法であろう．U1 , U2 を区
間［0, 1）上の互いに独立な一様乱数として，とする方法である．X は標準正規分布に従う．証明は，
直 交 座 標 か ら 極 座 標 へ の 積 分 の 変 数 変 換 に よ る．

Y = vX + m とすれば Y は平均が m，分散が v の正規2分布に従う．
3.3

乱数値の限界に関する吟味

いくつかの乱数の作り方について述べたが，ここで再び U をコンピュータで生成される一様乱数として，それぞれの乱数の問題点について考える．

様々な乱数の作り方

ここでは，しばらくコンピュータによる生成は忘れて，
U を区間［0, 1）上の理想的な一様乱数としよう．U をもとにして任意の連続な確率分布に従う乱数 X を（少なくとも原理的には）作ることができる．

3.3.1

指数乱数（11）の場合，一様乱数 U を式（9）の方法で作

1log ( 1 - U )m
1
1
E - logm32768
= 10.4 m

0EX=-

逆関数法

連続な確率分布関数 F ( x ) をもつ乱数 X を作りたい．
すなわち，P ( X E x ) = F ( x ) としたい．関数 u = F ( x )が狭義単調増加のとき逆関数 x = F-1 ( u ) が存在する．
そこで，区間［0, 1）
上の一様乱数 U を用いて

X = F-1 ( U )（10）とすればよい．この方法を，逆関数法という［12］．
例えば，平均， m-1 の指数乱数 X を作りたい場合，F ( x ) = 1 - exp (- mx ), x F 0 なので，
1log ( 1 - U )m

（11）とすればよい．
逆関数法では F-1 ( U ) が陽に求められる必要がある．
例えば
Weibull 分布： F ( x ) = 1 - exp ( x i) p（13）となることに注意する．大きい m に対して，この方法で発生させることができる指数乱数の限界は小さい．
3.3.2

ポアソン乱数の場合

ポアソン乱数 Y を 3.2.2 の方法で作るとする．指数乱数 Xn を式（9），（11）の方法で作ると，例えば m = 10.4 のときには，式（13）より P ( Y = 0 ) = 0 となってしまう
こ と に 注 意 す る． 真 の 値 は P ( Y = 0 ) = e-m = 3.0 #10-5 である．
3.3.3 正規乱数の場合
正規乱数 X を式（9），（12）の方法で作ると，1 - U F

1 32768 より
X 1 4.56 （14）となることに注意する．意外に小さい限界である．

解説論文：モンテカルロシミュレーション基礎─推定精度評価の問題点とその克服─

13

連載企画

X=-

指数乱数の場合

ると，乱数という語は確率変数と同義語として使われる．
3.2.1

（12）

X = -2 log ( 1 - U1) cos 2r ( 1 - U2)

第 4 行で到着間隔の指数乱数とサービス時間の指数乱4．待ち行列シミュレーション数を同時に発生させている．第 5 行の X E Y は，新た待ち行列の確率的シミュレーションについて考える．

な客の到着が既にシステム内にいる客のサービス終了よ

特に，最も基本的な待ち行列である M/M/1 を取り上げ，りも早く起きたことを表すので，キュー長 Q を一つ増

そのシステム内客数のシミュレーションについて考察すやす．そして，乱数 Y は捨てられる．第 6 行は X 2 Yる．

となる場合なので，到着よりもサービス終了が早いこと

M/M/1 待ち行列とは，客の到着がポアソン過程に従を表す．そこで，キュー長 Q を一つ減少させ，ここでい，1 人の客に対するサービス時間が指数分布に従い，Q の和 Sum を計算し，サービス終了の回数を Count でサービス施設が 1 個で，待ち席数が無限大のシステムで数える．乱数 X は捨てられる．なお，第 3 行においてある［4］．このシステムにおける定常状態のシステム内

常に Q F 1 となるが，これは，第 6 行で Q = Q - 1 が客数の平均に注目する．システム内客数のことを場合に実行されてQ = 0 となった場合，サービスは行われず，

よってはキュー長と呼ぶこともある．

新たな到着が起きてQ = 1 となり，システムの動きが継単位時間当りの客の平均到着数を m とし，平均サービ

続していくことを表している．

ス率を n とする．システムの安定条件として m 1 n が仮

このシミュレーションでは客の退去直後のシステム内定される． t / m n をトラヒック密度という． m 1 n よ

客数の平均を計算している．途中で X や Y を捨てて，り 0 1 t 1 1 となる．

また改めて X や Y を発生させているが，ここに指数分

客の到着はポアソン過程に従うので，到着間隔は平均

布の無記憶性が使われている．

m の指数分布に従う．指数分布は無記憶性をもつ連続分布として特徴づけられる．無記憶性とは，例えば，あ

4.1.1

-1

る客の到着時刻以降 3 秒経過しても次の客が到着しない

乱数の消費について

このシミュレーション法（I）で統計量の計算が行われているのは第 6 行における X 2 Y の場合だけである．1

とき，更に 5 秒経過しても客が到着しない条件付き確率回の統計量を得るのに多くの乱数が消費されている．そは，それまでに 3 秒経過しているということに無関係でれらのうちいくつかは捨てられたものである．

ある，つまり過去の記憶がないということである．した4.2

がって，3 秒後の 5 秒でも，100 秒後の 5 秒でも同じ，ということである．X を指数乱数とすると，無記憶性は

次に，時間軸を十分微小な区間に区切って，離散時間のシミュレーションを行う方法を考える．

次式のように表せる．

P ( X 2 t + s X 2 s) = P ( X 2 t ), 6s 2 0, 6t 2 0 
さて，以下において，M/M/1 の定常状態における平均キュー長を推定する 3 種類の MC シミュレーション
法を示す．
4.1

サービス終了直後のキュー長をカウントする方法

まず，上記で述べた指数分布の無記憶性を利用したシ
ミュレーション法を示す．客のサービスが終了した時点に注目して，そのときのキュー長の標本平均を計算する．
M/M/1 平均キュー長のシミュレーション法（I）
1 Q=0: Count=0: Sum=0
2 for K=1 to N
3 Q=max(Q,1)
4 X=-log(1-U1)/l: Y=-log(1-U2)/m
5 if X≤Y then Q=Q+1
6 else Q=Q-1: Sum=Sum+Q: Count=Count+1
7 next K
8 print Sum/Count
上記のプログラムコードにおいて，l は到着率，m は
サービス率を表し，U1，U2 は区間［0, 1）上の一様乱数を表す．したがって，X は到着間隔を表す指数乱数，Y は

時間軸を微小な区間に分割する方法

M/M/1 では客の到着がポアソン過程に従うことから，ある微小時間 Dt の間に到着する客数 L の確率分布
はP (L = n) =( mDt ) n -mDte
, n = 0, 1, g
n!

（15）

となる． Dt が微小なので，n = 2, 3, g のとき上記の確率 は ほ ぼ 無 視 で き る 程 度 と 考 え ら れ る． そ こ で，

e-mDt を Dt に関してテイラー展開して，Dt 内に 1 人の客が到着する確率 = mDt （16）としてよい．また，サービス時間についても，微小時間

Dt 内にサービスが終了する確率はほぼ nDt となる．し
たがって，時刻 t におけるキュー長を Q ( t ) とすると，
微小時間ごとのキュー長の変化は次のようになる．

Q ( t + Dt )
Z max ( Q ( t ) - 1, 0 ), 確率 nDt]
確率 1 - ( m + n ) Dt
= [Q ( t ),]
確率 mDt
Q
(
t
)
+
1
,
\

となる．そこで，次のプログラムコードを得る．U は区
間［0, 1）上の一様乱数を表す．

サービス時間を表す指数乱数である．

14

通信ソサイエティマガジン NO. 6 秋号 2008

解説論文

M/M/1 平均キュー長のシミュレーション法（ II）

4 Sum=Sum+Q

1 Q=0: Sum=0: Delta=0.001

5 next K

2 for K=1 to N

6 print Sum/N

3 X=U

4.3.1

4 if X≤m*Delta then Q=max (Q-1，0)

このシミュレーション法（III）では，第 4 行において乱数の消費について

5 if X>1-l*Delta then Q=Q+1

一つの統計量が計算されている．その計算のために生成

6 Sum=Sum+Q

される乱数は 1 個なので効率が良い．
4.4

7 next K
4.2.1

シミュレーションで得られる最大キュー長

ここで，一様乱数 U の周期とシミュレーションで得

8 print Sum/N
乱数の消費についてられる最大キュー長との関係を調べる．シミュレーション

このシミュレーション法（II）は複雑な確率構造の待ち法（III）では，1 個の乱数で 1 個のキュー長が得られるか行列にも適用できる，ある意味で万能な方法であるが，ら，乱数の周期を T とすると，一つの周期の中で T 個

シミュレーション中に極めて多くの乱数が無駄に消費さのキュー長が得られる．次の周期に入っても同じことのれる．推定値の精度を上げるために Dt を小さくすると，

繰返しだから，シミュレーションとして意味があるのはほとんどの時刻で状態変化が起きない．一様乱数は各微
小時間ごとに 1 個ずつ発生するため無駄が多いので注意

一つの周期内の T 個のキュー長だけである．
r の定常分布 r = ( r 0 , r1 , g )（17）の遷移確率行列 Rが必要である．

は，よく知られているように，

4.3

遷移率行列の一様化による方法

前節で述べたことから，キュー長 Q が 1 増加する率
は m ，1 減少する率は n となるので，M/M/1 のキュー長
Q の変化を連続時間マルコフ連鎖として考えると，その遷移率行列 R は次のように与えられる．

t = m n = rm rn

（19）となる．そこで，シミュレーション法（III）で得られた T

Tn としよう．つまり， rn に対する推定値はTn T となる．

この R に対して一様化［4］という方法で離散時間マルr を次のように作る．
コフ連鎖の遷移確率行列 R

1
R
m+n 

（18）

個のキュー長 Q のうち， Q = n となったものの個数を

J-m
m
0
0 gN
K
O
K n -m - n
m
0 gO
R =K
O
n
-m - n m gO
K 0
K
O
h
h
h jP 
Lhr = I+
R

rn = ( 1 - t ) t n , n = 0, 1, g

（17）

Tn
Z rn = ( 1 - t ) t n Tより，Tn Z ( 1 - t ) t n T となるが，Tn は整数なので，Tn F 1 である．したがって，シミュレーション法（III）

Jrn rm 0 0 gN
KO
K rn 0 rm 0 gO
=KOr
K 0 rn 0 m gO
KO
Lh h h h jP

100
90
80

こ こ で，I は 単 位 行 列 を 表 し， rm = m ( m + n ), rn =

70

n=0

であることが分かるので，平均キュー長を求めるのに遷r によるシミュレーションを行ってもよい．
移確率行列 R

最大キュー長n ( m + n )を表す．
R の定常分布を r = ( r 0 , r1 , g ) とする．すなわち，
3r =rrR = 0, !
rn = 1 である［4］．式（17）より rR

60
50
40
30
20

［0, 1）
上の一様乱数を表す．

100

1 Q=0: Sum=0: Lb=l/(l+m)

0

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9

1t

2 for K=1 to N
3 if U≤Lb then Q=Q+1 else Q=max（Q-1，0）

連載企画

次にこの方法によるプログラムコードを示す．U は区間
M/M/1 平均キュー長のシミュレーション法
（III）

（20）

図2

乱数の周期が T = 232 のときの最大キュー長

解説論文：モンテカルロシミュレーション基礎─推定精度評価の問題点とその克服─

15

で得られるキュー長の最大値 n は ( 1 - t ) t n T = 1 を満
たす．キュー長の最大値 n を Q max とおくと，Q max はお
よそQ max = -log "( 1 - t ) T ,

log t

（21）

となる．例えば，トラヒック密度 t = 0.5 ，乱数の周期
T = 232 とすると，式（21）より Q max = 31となり，最大で 31 のキュー長までしか発生しない．乱数の周期によるシミュレーションの限界である．図 2 に T = 232 のときの t とQ max との関係をグラフで示す．
また， t = 0.5 のとき， x / log2 T と Q max の関係は次式のようになる．
（22）

Q max = x - 15．インポータンスサンプリング（IS）シミュレーション
これまで，乱数によるシミュレーションの限界について議論してきた．以下では，ある意味でこれらの限界を超えるシミュレーション法について述べる．
非常に小さい図形に対する MC シミュレーション

5.1

具体的に，次のようなシミュレーションを考える．図1 に似た問題で，図 3 のように図形 A がとても小さいとする．この場合，発生した一様乱数があまり図形 A の中に入らない．これは乱数が無駄に消費されているといえる．そこで，その無駄を少なくするために，図 4 のよ
うに乱数の発生範囲を小さくしてシミュレーションを行

レーション法という［1］，［2］，［10］．図 4 では無駄な乱数の発生が少なく，図 3 よりも乱数が効率的に使われている．
図 3 において，1 辺の長さ 1 の正方形 S 上の一様乱数
を N 個発生させて図形 A の中に n 個の乱数が入ったと
t は，すると，図形 A の面積 P に対する MC 推定値 P
MC

式（1），
（2）
のとおり
N

n
1
t
! 1 A ( xi)
P
=
MC =
N
N i=1
t
と な る． P
MC +

（23）

1
B ( N, P ) で あ る（ こ こ で，N

1
B ( N, P ) は二項分布に従う確率変数に 1 N を乗じ
N
t の期待値 E [ Pt ]，分散 V [ Pt ]たものを表す）． P
MC
MC
MC
は式
（3）で与えられる．
一方，図 4 において，1 辺の長さ 0.1 の正方形 Sl上の一様乱数を N 個発生させて図形 A の中に nl 個の乱数が入ったとする． nl は n の 100 倍程度であろう．そこで，

nl N # 1 100 を P に対するインポータンスサンプリング（IS）
推定値と呼び，t = nl # 1
P
IS
N
100 

（24）

ui を Sl内の一様乱数の実現値とすると，式（24）と表す． xは，また，N

1t IS = 1 ! 1 A ( x
ui) #
P
N i=1
100 
t +
とも書ける． P
IS

（25）

1
B ( N, 100P )となるので，100Nう．この方法をインポータンスサンプリング（IS）シミュ

1

1

S
0.1

S´
1

1

図3

16

非常に小さい図形に対する MC シミュレーション

図4

0.1

非常に小さい図形に対する IS シミュレーション

通信ソサイエティマガジン NO. 6 秋号 2008

P ( 1 - 100P )

100N

（26）

となる．式（3）と 式（26）より，P が小さいときに，t とPt の分散を比較すると，
P
MC

解説論文

t @ = P, V 6 P
t @=
E6P
IS
IS

p0 = N (0, 1)

pm = N (m, 1)

IS

t @Z
V6P
MC
t @Z
V6P
IS

P
N

（27）

P
100N 

（28）と な る の で，IS 推 定 値 の 分 散 は MC 推 定 値 の 分 散 の

図51/100 となる．あるいは，分散が同程度ならば発生させる 乱 数 の 個 数 が 1/100 に な る． つ ま り， シ ミ ュ レ ーションが 100 倍に高速化される，といえる．この高速化の比は正方形 S と Slの面積比である．
この方法では，図形 A が小さい正方形 Slに含まれているという知識を利用して乱数の無駄な消費を少なくし

m

0

c

事象 " X 2 c , に対する確率の増加

例 え ば 10 個 程 度 の 乱 数 を 発 生 さ せ る と す る と，P ( X 2 c ) Z 10-8 (Z 10 # ( 4.3 # 10 9) -1) 以下の確率の事象は MC 法では評価できない．
（iii）については，3.で述べたように，一様乱数 U1, U2ている．もっと乱数の消費を少なくするには，図形 A

を式（9）の作り方で作ると，式（14）より X 1 4.56 となを含むぎりぎりの正方形を考えればよい．正方形ではな

る． P ( X 2 4.56 ) = 2.6 # 10-6 なので，これ以下の確

く，もっと A にぴったりした多角形でもよい．究極的率の事象は MC 法では評価できない．

には囲む図形を図形 A そのものにすればよい．このとき，IS 推定値は

t +
P
IS

1
B ( N, P-1 P )

P-1 N

（29）

t ] = 0 となる．つまりシミュレーションとなるので，V [ PIS
時間が 0 である．これは，これから推定しようとしている P を使ってシミュレーションしているので当然のことといえる．IS 法では，囲む図形についての知識とシミュレーションの高速化がトレードオフの関係になっている．
5.2

正規分布の裾確率に対する IS

平均が m，分散が v の正規分布を N ( m, v )と表す．
X + N ( 0, 1 ) とし，X の確率密度関数を p 0 ( x ) とする．
2

2

事象 " X 2 c , は c が大きい値だと非常に小さい確率になる．確率 P " X 2 c , に対する MC 推定値は
N1t
! 1 " X2c, ( xi)
P
MC =
N i=1

（30）

である．ここで，1 " X2c , は事象 " X 2 c , の指示関数を表す．MC 推定値（30）には次のような問題点がある．

上記
（i），
（ii），
（iii）の問題点を克服するために IS 法を適用する．事象 " X 2 c , が発生しやすくなるように別の
u でシミュレーションを行い，あとで適切に補正
乱数 X
して P ( X 2 c ) に対する推定値を得る．

X + N ( 0, 1 )と仮定している．そこで，事象 " X 2 c ,が発生しやすくなるように平均を少し右にずらして
u + N ( m, 1 )という別の乱数を使う（図 5）．X, X
u の確X
率密度関数を，それぞれ p0, pm とする．pm をシミュレー
t
ション分布と呼ぶ． P ( X 2 c ) に対する IS 推定値 PIS

は次のように与えられる．
N
u)
p (x
t IS = 1 ! 1 " X2c , ( xui + N ( m, 1 )（31）ui) 0 i , x
P
ui)

N i=1
pm ( x

この正規分布の裾確率に対する IS シミュレーションのt @ = E6P
t @ = P ( X 2 c )は，任意のシミュ
場合， E 6 P
MC

IS

レーション分布 pm に対して成り立つ．一方，m をうまt ] 2 V [Pt ]となるようにできて，これく選ぶと V [ PMC
IS
によってシミュレーションが高速化される．

実際に，c = 3, m = 3 としたときの IS 推定値（31）について調べる． P ( X 2 3 ) の理論値は 0.0013499 である． 図 6 に お い て，MC 法 で N = 105，IS 法 で N =（ i i） 乱数の周期による問題

105, 103 の場合の，それぞれ 30 個の標本値をプロット（iii） 乱数の作り方による問題している．N = 105 のとき，MC 法と比較して IS 法の（ i ）については，もし仮に乱数が理想的な「真の乱数」

標本値は分散がとても小さくなっていることが分かる．

だったとしても，c が大きいと事象 " X 2 c , がなかなか

また，分散を同程度にするために IS 法において N を調発生せず無駄に乱数を消費し，シミュレーションに時間

整すると N = 103 となる．つまり，推定精度を同程度が掛かる．

にすればシミュレーションが 100 倍高速化されるのであ（ i i ）については，例えば乱数の周期が 232= 4.3 #

10 であるとする．事象 " X 2 c , にある程度多くの乱数，
9る．
次に，一様乱数の作り方による正規乱数の限界（14）の解説論文：モンテカルロシミュレーション基礎─推定精度評価の問題点とその克服─

17

連載企画

（ i ） 事象 " X 2 c , の希少性による問題

1000.00140.00130.0012

MC
N=105

図6

IS
N=105

P (X > c)

10 ─ 10

theoretical

P (X > 3) に対する推定値

0.001510 ─ 20
MC 推定値
IS 推定値
理論値

IS
N=103

10 ─ 30

MC 推定値と IS 推定値の分散比較

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10 11

c

図7

正規分布の裾確率 P（X > c）に対する推定値の比較克服について考える．図 7 では，横軸を c とし，縦軸にP ( X 2 c ) の MC 推定値，IS 推定値，理論値を示していN ( c, 1 )を使っている．MC 法では式（14）の限界のため10 ─ 2c F 5 のとき推定値が得られていない．それに対して ISに一致する推定値が得られている．

図 8 では，c = 4 として，事象 " X 2 4 , を発生しやすくするための平均値のシフト量 m に対する IS 推定値の標本平均（左縦軸）と標本分散（右縦軸）を示している．
m を変化させても標本平均は一定であり，IS 推定値が不偏推定量であることが分かる．一方，標本分散については，m = 0 のときが MC 推定値であるが，m = 4 程

10 ─ 1110 ─ 410 ─ 510

10 ─ 12─6

10 ─ 1310 ─ 710 ─ 810 ─ 1410 ─ 910 ─ 10
0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10 ─ 1510m

度にすると標本分散が最小になることが分かる．解析的な分散の評価によって，分散の最小値を与える m の値

10 ─ 1010 ─ 3
IS 推定値の標本平均法ではその限界を超える大きな c に対してもほぼ理論値

標本平均（左縦軸）
標本分散（右縦軸）

IS 推定値の標本分散

る．IS 法 で は シ ミ ュ レ ー シ ョ ン 分 布 と し て pc =図8

平均値シフト量 m に対する IS 推定値の平均と分散

2は，ほぼ m = 1 + c Z c のときと分かる［10］．

なお，図 8 において，m > 9 の範囲で標本平均が真の平均値と異なりばらついているが，これは，この範囲では標本分散が非常に大きく精度の高い推定値が得られていないためと考えられる．
裾確率に対する IS 推定値の分散評価に関する微分幾
何的な考察が文献［8］で与えられている．

ションに IS 法を適用する．
5.3.1

サイクル単位での IS 法の適用

待ち行列への客の平均到着率を m とし，サービス率をn とする． m が小さく n が大きいと，あまりキュー長が4.4 でキュー長の限界について議論した．例えば，
バッ

伸びず，事象 "Q 2 n , は発生しない．そこで，到着率をm に代えてより大きな到着率 um 2 m で客を発生させ，まファあふれ確率をシミュレーションで得たいとする．した，サービス率 n より小さいサービス率 un で客を処理しかし，もしバッファサイズがキュー長の限界よりも大きて，キュー長を長くする（図 9 参照）．

5.3

待ち行列に対する IS

ければ得られるバッファあふれ確率の推定値は 0 となってしまう．そこで，このような困難を克服するためにIS 法の適用を考える．
本節では，待ち席数無限の待ち行列におけるキュー長
Q に関して，キュー長の裾確率 P ( Q 2 n ) のシミュレー

18

待ち行列における IS では，事象 "Q 2 n , が発生するかどうかを図 10 に示すようなサイクル 単位で考える．
サイクルとは，キュー長が正である一つの時間区間のことである．
もとの m , n による k 番目のサイクルを [ t k , T k] とし，

通信ソサイエティマガジン NO. 6 秋号 2008

キュー長 Qキュー長 Q

解説論文

um, un

n

n

tk

図 10

Tk

t

IS 法の単位となるキュー長のサイクル

m, n

10 ─ 6t

図9un = 0.6
un = 0.5
un = 0.4

サイクル [ t k , T k] におけるキュー長のパス（軌跡）を~ k = "Qt , t EtET とする．また， um , un による k 番目のkku k] と し， サ イ ク ル [ut k , T
u k] に お け る
サ イ ク ル を [ut k , T
u t , tu EtETu とする．このとき，
u k = "Qキュー長のパスを ~k

IS 推定値の分散

到着率とサービス率の変更によるキュー長の増加

10 ─ 7kt MC 及び IS 推定値
確率 P ( Q 2 n ) に対する MC 推定値 P
t IS は次のように与えられる［3］．
P
t
P
MC =

Tk

K

1
! ! 1 "Q 2n, KL k=1 t=t

（32）

t

k

10 ─ 80.5 0.6 0.7 0.8 0.9

Kl1! ( Tk - tk)
L=
Kl k=1t IS =P

K1

1.1 1.2 1.3 1.4 1.5

um

uk
T

u k ; tk , t )p0 ( ~
1uu ! !u 1 "Q 2n , up ( ~uKLk ; tk , t ) 
k=1 t=t
t

（33）

k

図 11

um, unに対する IS 推定値の分散であることが示される．すると，到着率 m * がサービス

uk
T

Kl
u k ; tk , t )u = 1 ! ! p0 ( ~Lu k ; tk , t )Kl k=1 t=tu up ( ~率 n * よりも大きくなりキュー長が発散する．そこで，
IS 法の途中でキュー長を強制的に 0 にしてサイクルをku k ; tk , t ) は ~u k の時間区間 [ t k , t ] の部分のここで， p 0 ( ~打ち切る，いわゆるダイナミック IS という方法が必要

パスの確率を到着率 m ，サービス率 n をもつもとの待ち

である
［3］．
さて，実際に， m = 0.5, n = 1.0 の M/M/1 待ち行列

行列システムにおいて求めたものを表す．同様に到着率
um ，サービス率 un をもつシミュレーションに使う待ち行について，キュー長の裾確率 P ( Q 2 10 )に対する IS 推

u k ; t k , t )を得る。
列システムに関して up ( ~t の分散 V [ Pt ]待ち行列に対する IS 法でも推定値 P

定値（33）の分散を評価する．式（34）によると，m * = 1.0,
n * = 0.5 と な る は ず で あ る． 図 11 に 0.5 E um E 1.6,をなるべく小さくすることが望ましい．しかし，事象" X 2 c , を多く発生させるために到着率 umを無限に大き0.4 E un E 0.6 の範囲における，IS 推定値（33）の分散を示す．このグラフより um = 1.0, un = 0.5 のときに分散がISIS

くし， un を 0 に近くすればいいというわけではない．分
t ]を最小にする um， un ，言い換えるとシミュレー
散V [ P
IS

ションを最も高速化する um = m * , un = n * が存在する．
M/M/1 待ち行列に対する IS

次に，式（21）及び図 2 に示した MC 法で得られる
キュー長の限界の克服について考える．図 12 は M/M/1のキュー長 Q に対する裾確率 P ( Q 2 n ) の値を示す．

到着率 m，サービス率 n の M/M/1 待ち行列の場合，到着率 m = 0.5 ，サービス率 n = 1.0 である．「MC 推定

大偏差理論［1］によると，IS 推定値の分散を最小にする

値」は MC 法による P ( Q 2 n )の推定値，「IS 推定値」はum = m * = 1.0, un = n * = 0.5 を 使 っ た IS 法 に よ る

到着率とサービス率はm * = n, n * = m（34）

P ( Q 2 n ) の推定値，「理論値」は理論値 P ( Q 2 n ) =t n = 0.5 n を 示 す．MC 推 定 値 に つ い て は， 図 2 の解説論文：モンテカルロシミュレーション基礎─推定精度評価の問題点とその克服─

19

連載企画

5.3.2

最小になることが確認できる．

ることによる推定値の限界について注意を要する．

100

IS 法は，通常は推定値の分散低減やシミュレーション

10 ─ 210MC 推定値
IS 推定値
理論値

─4の高速化の枠組みで議論されることが多いが，本解説で述べたように擬似乱数の限界を克服するためにも使われる方法である．

P (Q > n)

10 ─ 6文

10 ─ 810 ─ 1010─ 12

10 ─ 1410 ─ 1610 ─ 18

0

10

20

30

40

50

60

n

図 12

M/M/1 キュー長の裾確率に対する推定値の比較

t = 0.5 に対するQ max の値である 30 までしか得られていない．一方，IS 推定値では，この限界を超えて非常に大きなキュー長に対しても理論値とほぼ一致する推定値が得られている．IS 法によって乱数の周期を原因とするキュー長の限界（21）が克服されたのである．
より複雑な待ち行列に対する IS 法が文献
［3］
，
［6］，
［9］
で調べられている．
［3］では，M/M/1/K，M/D/1/K 等の待ち行列モデル，及び ATM 交換機の blocking 確率
を IS 法で評価している．
［6］
では MMPP/D/1，［9］
では
GI/GI/m 待ち行列の評価を行っている．
また，文献［10］第 8 章で移動無線通信システムに対して IS 法を適用して特性評価を行っている．

6．む

献［1］ J . A . B u c k l e w, L a r g e D e v i a t i o n Te c h n i q u e s i n

すび

Decision,Simulation, and Estimation, Wiley, New York,
1990.
［2］ J.A. Bucklew, Introduction to Rare Event Simulation,
Springer, New York, 2004.
［3］ M. Devetsikiotis and J.K. Townsend, “ Statisticaloptimization of dynamic importance sampling
parameters for efficient simulation of communication
networks,” IEEE/ACM Trans. Netw., vol.1, no.3, pp.293 ─
305, June 1993.
［4］ 牧本直樹，待ち行列アルゴリズム─行列解析アプローチ，
朝倉書店，2001.
［5］ K. Nakagawa, “ On the twisted Markov chain ofimpor tance sampling simulation, ” IEICE Trans.
Fundamentals, vol.E79-A, no.9, pp.1423 ─ 1428, Sept.
1996.
［6］ K. Nakagawa, “The importance sampling simulation of
MMPP/D/1 queueing,” IEICE Trans. Fundamentals, vol.
E80-A, no.11, pp.2238 ─ 2244, Nov. 1997.
［7］ K. Nakagawa, “ On the optimal Markov chain of IS
simulation,” 情報通信ネットワークの新しい性能評価に関する総合的研究，シンポジウム報文集 , pp.352 ─ 360，Jan.
1998.
［8］ K. Nakagawa, “ On the optimal Markov chain of IS
simulation,” IEEE Trans. Inf. Theory, vol.47, no.1, pp.442 ─
446, Jan. 2001.
［9］ J.S. Sadowsky, “Large deviations theory and efficientsimulation of excessive backlogs in a GI/GI/m queue,”
IEEE Trans. Autom. Control, vol.36, no.12, pp.1383 ─
1394, 1991.
［10］ R. Srinivasan, Importance Sampling, Applications in
Communications and Detection, Springer, 2002.
［11］ 東京大学教養学部統計学教室（編），統計学入門，東京大学
出版会，1991.
［12］ 東京大学教養学部統計学教室（編），自然科学の統計学，東京大学出版会，1992.
（平成 20 年 2 月 29 日受付，4 月 28 日再受付）

本解説では，モンテカルロ（MC）シミュレーション法
による推定と得られた推定値の精度評価について論じた．大数の法則と中心極限定理に基づく信頼区間及びその問題点について考えた．また，一様乱数のコンピュータによる生成と，一様乱数から作られる各種の乱数及びその限界について述べた．その応用として，待ち行列のキュー長シミュレーションにおける乱数の使われ方について議論し，シミュレーションの効率を比較評価した．
そして，限界を克服する一つの方法としてインポータン

中川 健治（正員）▶ 昭 55 東 工 大・ 理・ 数 学 卒． 昭 60 同 大
大学院博士課程満期退学．昭 60 NTT 研究所入社．平 4 長岡技科大工学部助教授．平19 同准教授．待ち行列理論，ネットワー
ク特性評価，大偏差理論等の研究に従事．
理博．IEEE，情報理論とその応用学会，日本 OR 学会，日本数学会，日本工業教育協会各会員．

スサンプリング（IS）
シミュレーション法を紹介した．
MC 法は，ある意味で万能な方法であり，ほとんどす
べての工学分野で使用されているが，得られる推定値の精度評価を注意深くする必要がある．特に，パラメータがとり得る値の区間の端点に近いとき推定精度が発散することや乱数がコンピュータで生成される擬似乱数であ20

通信ソサイエティマガジン NO. 6 秋号 2008

解説論文

解説論文

場所の未来：人と場所の新たなかかわ場
りとをつくる情報技術と場所メディア
Future of Place: Information Technologies and Place Media Grow New
Relationship between Human and Place

小川克彦

†

Katsuhiko Ogawa†

Summary

位 置 情 報 を ベ ー ス と し た サ ー ビ ス（LBS：Location
Based Services）と呼ばれている．この LBS は位置情報取得型サービスと，位置情報取得型に機能を付加した移

電子タグやケータイで位置や ID を取得できることが容易になり，場所をめぐるユビキタスサービスが盛んに研究されている．場所のサービスには技術からと人からの二つのアプローチがある．本論文では人の視点に立って情報技術を活用する場所メディアについて解説する．まず，人と場所のかかわりに関する地理学や建築学の知見をもとに，場所メディアを眺望，車窓，周遊の三つのタイプに分類する．更に，この三つのタイプについて，場所にかかわる人の感覚を情報技術を使って拡張した場所メディアの事例を紹介し，最後に場所の未来を考える．

Key words
場所，メディア，情報技術，人間，感覚動支援型サービス，そして環境情報取得型サービスの三つに分類できる［1］．
位置情報取得型サービスとは，自分や他者の位置を取得する，LBS の最も基本的なサービスである．自分の現在位置や自分が移動してきた軌跡を地図上にプロットしてくれる機能は単独でもサービスになるが，多くは移動支援型や環境情報取得型の基本機能となる．他者の位置を取得する機能は，家族が安心のために子供や高齢者にケータイをもたせてその位置を把握したり，物流セン
ターがトラックの位置をモニタするのに使われる．
移動支援型サービスは，位置情報取得型をもとに自分や他者の移動を支援するサービスである．最も普及しているのが車や歩行者のナビゲーションで，自分のいる位
置から目的地までの道順を地図で教えてくれる．貨物ト

1．ま え が き
渋谷午後 6 時．待合せまでちょっと時間があるのでケータイを広げる．
「映画」というキーワードを入れると，
その近くで上映している好みの映画を紹介してくれる．
ちょうど今の時間から見られる映画だ．ついでに，帰りに友だちとおしゃべりできそうなレストランも出てきた．昨日，ウィンドウショッピングしたアクセサリーの宣伝まで入っている．ちょっとお節介だけれど便利なサービスだ．
GPS のついたケータイが普及するにつれ，こんな生活が日常の風景になる日も近い．このようなサービスは†慶應義塾大学環境情報学部，藤沢市
Faculty of Environment and Information Studies, Keio University,
Fujisawa-shi, 252-8520 Japan

ラックやタクシーの配車にも使われている．
環境情報取得型サービスは，ある場所付近のタウン情報，気象情報，交通情報などを提供するサービスである．
高精度な位置情報を送らなくとも，近くの駅名やランドマークを入力するだけでサービスを受けられるため，
ケータイではこのタイプのサービスが普及している．
GPS によるケータイやナビによる位置情報取得は広範囲で使えるが，部屋や建物の内や建物の密集したとこ
ろでは使いにくい．そのため，屋内外に無線端末，電子タグ，センサなどを配置してネットワークで結び，ケー
タイも含めてシームレスな環境で位置情報や電子タグのID 情報を取得するユビキタスサービスが試行されている［2］〜［5］．
このような場所をベースとした情報サービスは，もともと私たちの家庭や職場付近にある商店や人々が提供し解説論文：場所の未来：人と場所の新たなかかわりをつくる情報技術と場所メディア

21

ネット空間
ネット

移動支援

位置情報

環境情報

場所メディア
人の感覚
や経験

人と場所
の物語

場所の
価値

リアル
リアル
リアル空間

図1

リアルとネットをつなぐ場所メディアてきた．ところが，1990 年代半ばから使い始めたイン所メディアの特性を考える．次に，場所メディアを眺望，

ターネットやケータイによって，これらの機能をだん

車窓，周遊の三つに分類し，それぞれの場所メディアにだんとネット空間に頼るようになり，リアルな地域とのついて情報技術を活用した事例を紹介しながら，最後につながりが薄れてきてしまった．しかし，ケータイやナ

場所の未来について考える．

ビ，GPS や電子タグといった技術の進歩がきっかけとなって，再びリアルな商店や人々とのつながりをネット

2．場所メディアで支援できるようになってきた（図 1）．ユビキタスサー
ビスや LBS といった場所の情報サービスが注目されるのはこのためだ．

2.1

場 所とは

正岡子規の有名な俳句に「柿くへば鐘が鳴るなり法隆

リアルとネットをつなぐ場所の情報サービスは，場所寺」がある．この句を読むたびに，法隆寺門前で食べたをベースとした新しいメディア─これを場所メディア

梅そばの味と，一緒に食べた友人の顔を思い出す．そのと呼ぶことにする─である．場所メディアのつなぎはとき，司馬遼太郎の「坂の上の雲」に子規が登場したくだ

位置情報や電子タグといった技術の視点だけではない．

りを友人と話したからだ．ケータイカメラで何でも記録

その場所に集まる人の視点もある．というのも，場所のしてしまう現代ではあるが，この句を読むたびにその時，価値や意味は，そこに集まる人々が長い時間をかけてその場所の情景が目に浮かぶ．

培ってきたものだからである．
これまで提案されてきた LBS やユビキタスサービス

人は子供のころから視覚はもちろんのこと，聴覚や触覚や臭覚などの様々な感覚を使って空間を把握していは技術の視点からのアプローチが多かった．本論文では，る．身の回りの道具や部屋といった暮らしの空間から，

もう一つの人の視点から場所メディアをとらえていきた

生活を営む街の空間まで，人は感覚のみならず感情や思い．

考も併せて，自分の経験則をもとに空間を把握してきた本誌読者の多くは技術者であり，技術の視点からの解［6］．法隆寺の鐘から梅そばを思い浮かべるのも，私自説を期待しているかもしれない．しかし，あえて人の視身の経験のなせることである．同じ場所でも人の数だけ

点からのアプローチを知ってもらいたいのは，場所はも経験があると思うが，多くの人がある場所で同じようなともと人の生活の基盤であり，人と場所のかかわりの視経験をし，人々が互いにその経験を認め合うようになる

点が技術に加味されることで，より受容性の高い場所メと，広い意味での場所の価値が生まれてくる．

ディアのネットワークやサービスが実現されると考えるからである．

一方，リンチは環境のイメージにはアイデンティティ（identity），構造（structure），意味（meaning）の三つの本論文では，このような人の感覚や経験，場所の価値成分があると分析している［7］．アイデンティティはそ

や意味，そして人と場所のかかわりの物語に着目した場の対象の存在を認識することだ．法隆寺の例では，鐘と所メディアの様々な事例を紹介する．まず，人と場所のいう存在を認識して他の音と区別することである．更に，かかわりに関する地理学や建築学からの知見をもとに場

鐘と自分と柿との関係が構造だ．子規の考えた場所の意

22

通信ソサイエティマガジン NO. 6 秋号 2008

ベニスには車という現代文明の象徴が存在せず，温かレッシュした聖徳太子を想像し，子規が我が身の病状の回復を願った句だったかもしれない．子規の個人的な場

みのある建物や街路に彩られた別世界の美しさがある．

所への思いには様々な解釈があると思うが，この俳句にしかし，このような街の美しさは場所の趣とは別物だ

多くの人が感じ入り，子規の名声とともに法隆寺という［8］．図 3 は秋葉原の街である．けばけばしい看板だら

場所に共通の価値が生まれるようになった．

けの街とそこに集まるマニアとメイドたち．ベニスの基

このように考えてくると，場所には位置や形態だけで準からすれば醜いと感じるかもしれない．しかし，このはなく，深い意味が隠されていることに気が付くであろ写真から看板をすべて消し去ってしまうと，それは単にう．場所にかかわる人の感覚や経験，特に経験には人と人がうごめくだけのオフィス街になってしまう．そうな人のコミュニケーションが大きな比重を占めると思われれば少なくとも私の心から秋葉原への愛着はなくなってるが，その感覚や経験を通して場所の価値が生まれるのしまう．秋葉原という街はこの看板だらけの場所と人ごだ．人がその対象や空間の存在を認識し，自分と空間とみがその趣を作っている．香港や台北のアジアの雰囲気の関係を構築し，その空間に自分の経験を写像するプロも同じだ．そこでは我先に大きくて派手な看板を出そう

セスをへて自分の場所が生まれる．場所とは場所にかかとする人々のエネルギーを感じる．秋葉原は電気のエネ

わる人の経験を育むリアルな空間といえる．

ルギーだけでなく，そこで商売を営む人々のエネルギー

図 2 はベニスの 4 枚の写真である．ベニスとすぐに分を感じる街なのだ．

かるのがその場所の象徴でもあるゴンドラだ．狭い運河

ベニスや秋葉原などの場所を観察するときによく使わに響く船頭たちの歌声．サンマルコ広場を描いた数々のれるのが風景という言葉だ．この風景という 2 文字の名画．輝くアドリア海を見ていると，トーマス・マンの真ん中に「情」を入れると，風情と情景の二つの言葉が誕

小説「ベニスに死す」のモデルとなった作曲家マーラーの生する［9］．風景というと，風光明媚な美しさばかりを交響曲第 5 番が聞こえてくる．広場，運河，ゴンドラ，

強調しがちであるが，風景とは美しさも醜さも含めて人

アドリア海などのベニスという場所にかかわる私の経験の心情が反映されている空間なのだ．

だ．ベニスを訪れた人はもちろんのこと，本や映画でし

風景は視覚だけではない．聴覚の風景もある
［10］
．朝，

かベニスを知らない人でも，このような場所の価値を共目覚めると，まな板で野菜を刻むトントントンという音有することが可能だ．というのも，ベニスという場所のが台所から聞こえてくる．母が味噌汁を作っている音だ．

独特の趣が多くの人の感情や思考を刺激し，味わったこ

朝早く起きて息子のために一生懸命働く母の姿がまぶたとのない経験でも容易に想像できるようになって，人々に浮かんでくる．私の母は昨年他界したが，その姿は遺図2

ベニスの風景解説論文：場所の未来：人と場所の新たなかかわりをつくる情報技術と場所メディア

23

解説論文

が互いにその経験を認め合うからである．

味はいろいろあったであろう．その昔，道後温泉でリフ

図3

秋葉原の風景影写真よりもトントントンという音からの方が鮮明によ里でも軽井沢でも，高原イメージの乳製品の土産物は包みがえってくる．

装紙が異なるだけで中身は同じことが多い．

場所にかかわる人の経験は，視聴覚の風景をはじめ臭別世界指向の極致がディズニー化である．戦争も迫害

覚，味覚，触覚などの感覚，その感覚に伴う感情や思考もない理想的な場所がディズニーランドだ．夢の世界にが記憶されたものだ．物理的な形態や空間は同じでも，ごみは落ちていないし，意地悪な人もいない．知らない

人それぞれの空間に対する感覚は異なる．多くの人の感

間にごみがなくなっているし，困ったら親切な係の人が覚や経験が一つの空間に折り重なって，場所の価値が築

笑顔で対応してくれる．このような偽物の平和な感覚にかれていくのである．

浸るために，ディズニーランドと同じような外見や雰囲

2.2

没場所性

気をもつ施設を作ってしまうのだ．

文明の利器のおかげで音楽をどこでも楽しめるようにディズニー化の特別な場合が歴史の保存と再建と理想なった．それ自体はうれしいことだが，この場所でしか化，つまり博物館化である．寅さんの映画で，寅さんが聞けない音楽という感覚が日常生活から薄れてきてし佐賀県の吉野ヶ里遺跡の住居を見学するシーンがある．

まった．もちろん，視覚も同様だ．どの繁華街に行って「弥生時代から 2000 年も経っているのに新築同然だ」とも同じ店構えのコンビニやファーストフードショップが彼が感嘆し，周りの人たちの失笑をかった．しかし，こ目につき，郊外の道を走ればどこでも同じファミレスやの演技が博物館化の本質ではないだろうか．大衆は寅

量販店が並んでいる．田舎に行くと，田んぼの真ん中にさんのようにピュアな目をもっていない．正しい歴史の

大きなスーパーや大駐車場のあるパチスロが目立つ．

姿を探求するというより，そこを訪れた人たちが弥生時

このような現象を没場所性（Placelessness）と呼んでいる．没場所性とは，どの場所も外見ばかりか雰囲気まで同じようになってしまい，場所のアイデンティティが，代にロマンをはせ楽しいおしゃべりができればいいではないか，という本音が見てとれる．
未来の博物館ともいえる万国博覧会はどうだろう．そどれも同じようなあたりさわりのない経験しか与えなくれぞれの国の歴史や文化を紹介し工芸品を展示するといなってしまうほどまでに弱められてしまうことである

うのがお決まりの流れであるが，主流はいつも技術を［11］．

ベースにした未来生活の創造である．船，鉄道，自動車，

没場所性の最も大きな要因は大衆の価値観がもたらし

飛行機，電話，コンピュータなど，その時々の最新技術た文化である．典型的な没場所性は大衆化した観光地のが展示される．その技術はやがて標準化され，同じよう別世界指向である．観光ホテルや観光バス，土産物店やな製品が世界中で使われるようになる．製品の没場所性

ショッピングセンターはもとより，博物館や美術館に至である．

るまで，どの観光地でも代わり映えしない．那須でも清24

製品だけでなく施設も標準化される．大規模なニュー通信ソサイエティマガジン NO. 6 秋号 2008

対する人の感覚を増幅させるというが，ここで人というの習慣や振舞いとは別の次元で開発が進められる．近年のはどの人を指しているのだろう．銀座にいる人すべて

では，どこの国に行っても香港を思わせる海岸沿いの高なのか，歩いている人なのか，立ち止まっている人なの

層マンションが目立つようになった．人々はこのようなか，あるいは特定のだれかなのか，まずは対象とする人開発に反対しているわけではない．むしろ，大衆がそのの因子を考えることが必要だ．

ような場所の標準化を望んでいることが多い．標準化さ更に，人の振舞いは時間の範囲で決まってくる．時間

れた場所は分かりやすいし安心できるからだ．知らない

周期を秒単位に設定すれば，人が歩いたり止まったりす

土地に行ってセブンイレブンの看板を見つけると何となる動作を把握することはできるが，お店で買物をしたりく安心してしまう．
ここまで話を進めてくると，情報技術が没場所性を促進していることに気が付くと思う．私のような NTT 研

友達とおしゃべりしたりする行動は把握しにくくなる．
人の振舞いを計るには時間の因子が必要だ．
どの範囲の場所で，どのくらいの時間周期で，どの人究所にいたエンジニアの目標は，いつでもどこでも携帯に対して感覚を増幅してあげるのかが，場所メディアの電話やインターネットを自由に使えることだった．その因子といえる．場所と時間と人間．この三つの因子はお目標が思いのほか早く達成されてしまい，今や世界のどおむね予想されたことではあるが，もしほかの因子といこにいても自分のケータイでメールを読むことができる

うことであれば，それは人の感覚や記憶に対応したメようになった．そして，メールが届いても，相手がいつディアになる．視覚に対して文字や写真や映像，聴覚にどこから送っているのか，自分がいつどこで受けるのか，

対して声や音楽，記憶に対しては物語というように，感

そんな意識はいつの間にか消えてしまった．つまり，人覚や記憶ごとに効果的なメディアの使い方を考えることの意識の中で，リアルな場所や時間とのかかわりが希薄も重要だ．ただ，本論文では単純に場所と時間と人間を化してしまったのだ．

主体に考え，メディアの適合性についてはそのつど述べ

更に，リアルな人とのかかわりも希薄化している．人ることにする．

に用事があるときには電話ですますことが多いが，それ

さて，ケータイなどでサービスされている現状の場所

は時間の節約が主たる要因であった．しかし，メールな

メディアはどうだろう．例えば，銀座という場所であれ

ら電話で言いにくいことでも話せることに気づき，匿名

ば，三越の売場案内，近くの銀行の ATM やトイレの場

であれば更に気楽に連絡できることを発見してしまっ

所などの情報が得られる．売場や ATM やトイレの情報

た．顔や声というのは内容は別にしてそれだけで会話相は，確かに便利ではあるが，常に変わるものでもないし，手への威圧になるが，活字のメールにはそんな威圧はな

だれにとっても同じ情報だ．

い．こうして，ますますリアルな人とのかかわりが消えてしまったのである［12］．
2.3

場所メディアの特性

もし，銀座にいる私の感覚を増幅してくれるのであれ
ば，私の好きな歌手の中で「今，山野楽器で最も売れているのはこの CD だ」，「空いている清潔なトイレはどの

情報技術によってリアルな世界と人とのかかわりが希デパートの何階だ」といった情報がほしくなる．銀座四

薄化してきた．しかし，その一方で同じ情報技術を使っ

丁目の交差点に立ち，周りの人々の振舞いを把握し，いて，場所にかかわる人の感覚を増幅し，人の記憶を拡張

つもは気が付かなかった新しい銀座の価値を発見できる

し，人の経験を他人と共有させることもできる．この機ような情報がほしいのだ．

能を活用すれば，人々の場所への愛着を回復させ，場所

技術の視点は「いつでも」「どこでも」「だれでも」だったづくりの能力を鍛えることも可能になるだろう［13］．

が，人の視点は「今だけ」「ここだけ」「私だけ」が重要にな

リアルな場所と人のかかわりを支援する情報技術の新しい使い方が場所メディアといえる．かかわりの経験を豊かにすることによって，そこに生活する人々に場所の新しい価値を発見してもらうのだ．場所に対する感覚の場所増幅であり，記憶の補強ともいえる．
さて，この場所メディアを特徴づける因子を考えてみよう．

時間

最初は場所の範囲である．範囲を狭めていくと，次第に人々の振舞いが見えてくるものだ．例えば，グーグル
アースで地球全体から東京をズームアップし，更に東京の中で銀座を大きく表示して見てもらいたい．すると，

人間

万

百

千

ｋｍ

十

百

百

十

年

月

日

いつでも
大衆

解説論文：場所の未来：人と場所の新たなかかわりをつくる情報技術と場所メディア

時

分

秒
今だけ

彼ら

仲間

友人

家族

あなた

私

私だけ

だれでも

銀座にいる人々が見えてくる（気がする）．さて，場所に

ｍ

ここだけ

どこでも
千

十

図4

場所メディアの特性

25

解説論文

タウンやビジネスセンターでは，そこに暮らし働く人々

る．もちろん，すべて「だけ」ということではなく，「でも」にして東西に走る総武線と，南北に走る京浜東北線や山と「だけ」を組み合わせて場所メディアの情報が作られ手線をエッジとして大きく四つのディストリクトに分かる．このように考えると，場所，時間，人間の三つの因れる．それぞれのディストリクトは更に東西に流れる神子特性は「でも」と「だけ」を両極とする横軸から構成され

田川のエッジ，南北に通るパスである中央通りや昭和通る（図 4）．
「でも」が多くなれば技術の視点の場所メディりによっていくつかのディストリクトに分かれる．量販

アになり，「だけ」が多くなれば人の視点の場所メディア

店のあるディストリクト，近代的なビルのあるディストになると考えられる．

リクト，大小の電器店が雑然と軒を並べ旧来の秋葉原色「だけ」の割合が高いサービスになればなるほど，人のを醸し出すディストリクトがある．特に，秋葉原色のディ

感覚が増幅されリアルな場所と人とのかかわりが豊かに

ストリクトは，電気部品，パソコン，アニメやフィギュなると想定される．次章では人の視点からの場所メディア，DVD などの販売される商品によって，明確にではアについて，情報技術を活用した実験や試行事例を紹介

ないがいくつかの小さなディストリクトに分かれる．そする．

れぞれのディストリクトの特色は時とともに変わってき
たが，秋葉原を訪れた人々がそれぞれの特色あるディス
トリクトに
「入る」
という感覚は変わらない．

3．場所メディアの事例

パス，エッジ，ディストリクト，ノード，ランドマー
3.1

三つの場所メディア

クは場所を記述するための人が意識する場所の要素であある都市に住んでいる人々にその都市のイメージをる．これらの要素と，人と場所のかかわりを考え併せる

語ってもらう．その話に登場する都市の物理的な形態をと，場所メディアは眺望，車窓，周遊の三つのタイプに集約すると図 5 に示す五つの要素になる［7］
．すなわち

分かれる
（図 6）．

，エッジ（縁），ディストリクト（地域），ノーパス（道路）
ド（接合点），そしてランドマーク（目印）の五つである．
パスとは街路，散歩道，自動車道，鉄道といった道路である．人の生活にはなくてはならない要素だ．エッジ
は海岸，運河，鉄道線路など，連続する空間を遮断する
線状の縁である．大きなパスとともに地域と地域を隔てる境界や継ぎ目になる．ディストリクトは二次元的な広がりをもつひとまとまりの空間であり，その中に「入る」

パス
（道路）

ディストリクト
（地域）
ノード
（接合点）

エッジ
（縁）

という人々の感覚によって形成される．ノードは人がその中に入ったり，そこから出発したり，そこに向かった

ランドマーク（目印）

りする主要な地点である．ランドマークは建物，看板，
商店，山といった都市の中で目印となる物理的な物である．
例えば，秋葉原街を観察すると，JR 秋葉原駅を中心

図5

都市のイメージ：五つの要素• 眺望タイプ– ある地点から眺める風景• 車窓タイプ– ある地点から他の地点に移動– 時間と方向によって変化する風景• 周遊タイプ– いろいろな地点を動き回る– 場所を巡る人々の物語

図6

26

場所メディアのサービス：三つの分類

通信ソサイエティマガジン NO. 6 秋号 2008

を眺めるという人と場所のかかわりである．初めて訪れ場所にかかわる人の振舞いを知れば知るほど，場所への愛着は増すものだ．

た場所ではよく高いところに登って場所全体を見渡すこ眺望，車窓，周遊タイプは，五つの場所の要素から考とがある．東京タワーやエッフェル塔やエンパイアス

えた，人と場所のかかわりのタイプである．図 4 の場所

テートビルに登り，都市全体の眺望を楽しむ．と同時に，メディアの特性で考えると，眺望タイプは場所を主体にガイドブックや地図から得た知識をリアルな風景に重ねしたかかわり，車窓タイプは時間を主体にしたかかわり，ている．風景を形容して「絵のように美しい」と感動や驚周遊タイプは人間を主体にしたかかわりともいえる．場きの感情を込めて表現する．これはリアルな風景を絵画

所の違い，移動手段の違い，行動をともにする人の違い的な解釈で眺めることにほかならない［14］．名所旧跡をなどで，場所，時間，人間の「でも」と「だけ」の組合せは訪れて「なるほど，これが○○○なのか」と感心すること異なってくる．

があるが，それも無意識のうちに歴史や地理で学んだこ

以下の節では，眺望，車窓，周遊の三つのタイプに該とを追認しているのだ．意識して場所を眺めるというこ

当する場所メディアの事例を紹介しながら，人の感覚をとは，自分がこれまで経験した場所，地図，写真，歴史，

拡張する情報技術のあり方を考える．
眺望タイプ

地理，ガイドブックで得た知識などと重ね合わせている

3.2

ことが多いものだ．

（ 1 ） みらいチューブ［15］

車窓タイプは，パスやエッジを移動しながら場所を眺人には三つの場所があると唱えたのはオルデンバーグ

めるという人と場所のかかわりである．人と車窓のかかである［16］．第 1 の場所は家庭，第 2 の場所が職場，そわりは 19 世紀の鉄道が利用されるようになってから出の中間に位置するのが第 3 の場所だ．都会にはたくさん現した．鉄道の車窓からの眺めは，時間と方向で変化すの人がいながら人とのふれあいは少ない．人はそこに孤る動画の風景になる．眺望タイプが画枠の中の絵画の風独を感じてしまう．そんな中で家庭や職場の人間関係か景であれば，車窓に繰り広げられる風景はスクリーン上

ら少し距離をおき，ぶらりと立ち寄ることができる温かの映画にたとえられる．

みのある場所が第 3 の場所である．もともと常連の集ま周遊タイプは，いくつかのディストリクトをめぐりなる日本の居酒屋やフランスのカフェは第 3 の場所といえがら場所を眺めるという人と場所のかかわりである．銀る．そこに集まる人たちとのふれあいは何よりの癒しをブラという言葉は大正時代から使われていたそうだが，与えてくれる．

特に決まった買物や仕事の目的もなく，銀座の街並みを

第 3 の場所をコンセプトとして地下駅に実現した場所

楽しみながら散歩することだ．銀座も高級ブランド店ば

メディアが「みらいチューブ」である［17］．これは横浜みかりが目立ち始め，昔の銀座らしさが薄れてきたためか，

なとみらい地区にある横浜高速鉄道みなとみらい駅で，この言葉はあまり使われなくなってしまった．観光でも2004 年 2 月から始まった試みだ．電車のホームは地下 5

散歩でもデートでも，その場所をぶらぶらすることで，階にあるが，改札口のある地下 4 階に長さ 65 m，幅 20

思いもかけない人々の文化や歴史に触れることもある．

m，高さ 8.7 m の巨大が空間がある．そこに椅子やテー( a ) Lagrange Game( b ) Symphonia
図7

みらいチューブ

解説論文：場所の未来：人と場所の新たなかかわりをつくる情報技術と場所メディア

27

解説論文

眺望タイプは，ノードあるいはランドマークから場所

ブルを置くとともに，壁に照射した 500 インチの大画面

ゆったりとたたずんでいる人，顔ははっきり分からなくに様々な映像コンテンツを映し出す．壁の前を歩く人をても背格好からだれかと分かる人など，その場所の 1 時

カメラでセンスし，その動きに応じて壁に表示した映像

間を積分することで，いつもと違う人と場所のかかわりを変化させる仕組みが入っている．みらいチューブといが浮かび上がる．カメラバーによって拡張された非日常

う場所メディアを通して，巨大な地下空間とそこに集ま的な感覚が場所の新たな価値の発見につながるのだ．

る人々とのふれあいを作り出すことがねらいだ．

（ 3 ） カフェの未来［19］

図 7（a）は「Lagrange Game」と呼ばれるコンテンツでみらいチューブもカメラバーもある地点から肉眼で見ある．ディスプレイ壁に正三角形が表示される．三角形

渡せる範囲を対象としたものだった．カフェのテーブルの三つの頂点が壁下の床面上の特定の三つの場所に対応

から街全体を眺望する場所メディアがカフェの未来であしており，三つの場所にそれぞれ人が立ち止まると壁のる（図 8）．眺望といってもカフェから眺めるのは景色で三角形が反応し，三角形の中からおもちゃや野菜が飛びはない．近くを歩いている人々が書き込むお店やイベン出してくる．写真にあるように親子 3 人で楽しんだり，

トに関するタウン情報がその眺望になる．

2 人で来たときは歩いている人に声をかけて仲間になってもらう．ちょっとした場所のふれあいの演出だ．

タウン情報には書き込んだ人の行動履歴が付随している．行動履歴とは情報を書き込んだ場所と時間のログだ．

このふれあいの演出に音楽を加えたのが「Symphonia」

行動履歴をマイニングして何種類かの行動パターンを抽と呼ばれる慶應義塾大学 SFC の学生たちが作ったコン

出する．カフェのテーブルでは，自分と他人の行動パテンツだ（図 7（b））
．アカペラの音楽が五つのパートにターンを照らし合わせながら，行動パターンごとにタウン

分かれて用意されており，ディスプレイ壁の前に立つと情報を眺めることができる．時間と場所と人間の「でも」その場所に対応したパートが再生される．5 人並んで立と「だけ」を調整しながら情報をフィルタリングすること

つと，五つのパートの演奏がすべて聞こえる仕組みだ．

で，街全体の生き生きした人々の振舞いを感じ取れる．

地下という閉鎖された無味乾燥な空間ではあるが，そ場所にかかわるメディアでは人のプライバシーが心配こを訪れる人たちとのちょっとしたふれあいを通して場になる．カフェの未来では人の行動パターンを類型化し，所の思い出を深めることができる．

特定のだれかということを判別できなくすることで人の（ 2 ） カメラバー［18］プライバシーを保護している．

街に設置した監視カメラを通して，街と人のつながり

カフェの未来は，その街にいる自分や他人の振舞いをを見つけるカメラバーと呼ばれる場所メディアがある．

リアルタイムに把握し，場所にかかわる自分を他人と比監視カメラで記憶するのは映像であるが，カメラバーで較しながら眺めることで，自分と場所のかかわりを再発

は 1 分間に 1 枚の静止画を取得し，静止画の透明度を見できる場所メディアなのだ．

1/60 に下げて，1 時間分の静止画を重ねて表示するのだ．
ずっと静止していればそのものがはっきりと見えるが，動いている人や物はぼけて見える．

3.3

車窓タイプ

図 9 は 2001 年 11 月に東急東横線で行われた電車と人の新しいかかわりの試みだ［20］．ケータイと連携した電場所メディアの特性を考えると，「1 時間」という幅で車のディジタル広告実験である．ディジタル広告のディ情報を積分することになる．あわただしく動き回る人，

スプレイとパソコンは写真のように車両間をつなぐ扉の図8

28

カフェの未来：街の人々の振舞い

図9

電車の風景：東急東横線のケータイ連携広告

通信ソサイエティマガジン NO. 6 秋号 2008

を表現する手段である．現代の表現手段はケータイのカのパソコンに広告を送信する．

メラだ．「今，こんな場所で，こんなものを見たよ」とい

電車内の広告は狭い空間で多くの人が立ち止まって広うメッセージを込めて仲間に写真を送る．

告を見てくれるため，駅や街頭の広告費よりも高い．例

場所にかかわる自分の思いをケータイのカメラで撮影

えば，東急東横線の中吊り広告は 2 日若しくは 3 日間でする．近くにいる人々もそれぞれの思いを写真に載せて100 万円もの価格になる．ディジタル広告では一つのデータベースに送信する．このデータベースをそこにいディスプレイに複数クライアントの広告を表示できるたる人々と共有し，地図上に展開された人々の写真を眺め

め，クライアントごとの広告費を安くすることが期待でることのできる場所メディアが時空間ポエマーだ．人々

きる．また，朝夕，昼間，深夜の時間帯，そして電車のが時間と空間に潜む価値を発見し表現し共有する行為を行き先によって広告の内容を変え，広告の認知度を高め支援し，その可能性を拡張しようということがねらいだ

られるというメリットがある．

［13］．

ただ，乗客は製品やイベントの映像広告を流しただけ

2003 年から六本木，仙台，多摩センター，恵比寿なでは見てくれない．沿線ラーメンベスト 3 のような役立どで展示が行われているが，そこでは写真を眺める衆人

つ情報としての価値を併せ持つことが必要だ．その広告のインタフェースを公共空間でデザインしている．地図を見てケータイでアクセスしたユーザには，時間帯や行をグリッド状に区切り，各グリッドと写真の撮影場所をき先などでフィルタリングしたきめ細かい情報を送信す

マッチングさせる．床面に広がった場所に様々な写真がることも可能である．

浮かび上がる．人それぞれのその時その場所の思いはば

この実験では講談社の東京 1 週間をもとに沿線全体にらばらであるが，すべてが同じ空間に写像されることに関するディジタル広告を制作した．沿線全体ではなく，

よって，時空間をつらぬく詩が見えてくる．そんな気持

車窓からの眺めに関連する情報作りも考えられる．駅前

ちを込めて時空間ポエマーと呼んでいるのだ．

商店街の本日の特売品，地元の小学生が昨日描いた絵画，（ 2 ） 秋葉原物語［22］

明日開催されるマラソン参加者からのメッセージなど，

時空間ポエマーにおける人と場所のかかわりは，その地域に暮らす人々の生の声が聞こえれば通勤電車も楽し場所の近くにいる人々が協同しながら創り上げたもの

くなる．いつもなら通過してしまう駅でも身近に感じるだ．もう少し個人のレベルから場所とのかかわりをつづ

情報がきっかけとなり，途中下車して人と場所の新たなることのできる場所メディアが，2007 年 11 月に実験がかかわりを見つけに出かけるかもしれない．

行われた秋葉原物語である（図 10）．

3.4

周遊タイプ

これは秋葉原の街中で，自分たちの好きな場所に貼り（ 1 ） 時空間ポエマー［21］

付けた標識（ID）とケータイを使って，その場所で見た正岡子規がもしケータイを持参していたら，その場所り聞いたり感じたりしたことをネットのデータベースにで作った新鮮な俳句を仲間に伝えるための場所メディア

書き込み，いくつかの場所を巡りながら自分たちの物語を実現していただろう．俳句は場所と自分とのかかわりを作っていくシステムである．データベースに書き込ん

図 10

秋葉原物語：コンパスマークとケータイによる実験

解説論文：場所の未来：人と場所の新たなかかわりをつくる情報技術と場所メディア

29

解説論文

上に設置し，駅のホームから無線 LAN を使って電車内だ物語をオープンにすることにより，他の人でもリアルいるわけではないが，まずは場所のとらえ方や解釈を学な場所を巡りながら追体験ができる．自分や他人と場所

ぶために地理学や建築学の知見を紹介し，場所や空間にとのかかわりを物語を通して知ってもらうことで，場所対する人の感覚や経験に焦点を当てて要点を述べた．本の新しい価値を発見してもらうことがねらいだ．

江らの論文［13］はレルフの知見［11］をもとにしている

標識はコンパスマークと呼ばれるもので，丸いシール

が，場所に対する人の感覚を情報技術を活用して支援すに四つの数字が 90 度ごとに印刷されている．このマーるという論理がとても明解であり，本論文の解説はこの

クを地面に貼り付けて時計回りに数字を読む．読んだ四論理を参考にしている．

つの数字列がその場所の ID になる．更に，最初に読んだ数字によって方向を判別することもできる［23］．

本江らは場所に関するコミットメントスパイラルモデ
ルを紹介している（図 11）．場所ははじめから場所では

今回の実験では，少し大きめな緑色の台紙（図 10 を参ない．そこを訪れる人が長い時間かけて場所との象徴的照）を用意し，あらかじめ秋葉原街の歩道や広場の数十なかかわりを見出すことにより，その場所の価値が定着箇所に貼り付けた．実験参加者は ID の異なるマークをしてくる．人と場所のかかわり，コミットメントはスパ持参し，好きな場所を選んで台紙の上にマークを貼り付

イラル的に繰り返されることによって，場所にまた新しける．次に進む方向を向きながら 12 時方向の数字からい価値が生まれてくるというモデルだ．このスパイラル

順々に読んだ ID に，その場所で創作した文章やその場が滞ると没場所性が生じてしまう．常にスパイラルを回で撮影した写真を添えてデータベースに送る．いくつかし続けるために，場所にかかわる人の感覚や経験をみがの場所を巡りながら物語の創作を繰り返すことにより，

いておくことが大切なのだが，そこに情報技術を組み場所の物語がだんだんと出来上がる．物語を見るときは，込んだ場所メディアを投入して人が場所を感じる手助け

場所ごとの ID をキーにしてケータイでデータベースにをするのである．

アクセスする．

場所に対する人の感覚は人が先天的にもっている機能

秋葉原物語はリアルな場所を舞台にしたケータイ小説

ではなく，何らかの青写真をもとに獲得するものだと思ともいえる．鉄道沿線を舞台にしたサスペンス小説が登う．場所の青写真とは，場所に接するときに参照する情場してきたが，身近な場所を舞台にした物語の創作は場報である．場所を見るための特別な定規や設計図といっ所メディアの新しい方向といえるだろう．

てもよい．だれでも最初は他人の描いた何らかの設計図

眺望タイプや車窓タイプは点や線の経験であるが，こを通して場所を見る．それが積み重なってだんだんと自の周遊タイプの場所メディアは面としての場所の経験を分のとらえ方を体得していくのだ．図 11 のモデルで考拡張している．高層マンションが整然と立ち並び，駅前

えれば，実世界を発見するプロセスで使用されるのが青

は大きなパチスロと駐車場がある．そんな無味乾燥な郊

写真である．

外の風景が増えていると思う．そこは寝るため休むため様々なメディアが場所の青写真になってきた．絵画やだけの場所になってしまったのだろうか．フィクション

小説や俳句も青写真になるが，現代の典型的な青写真はでもノンフィクションでもいい．場所の物語を創作する

写真やテレビや映画だ．私の趣味は鉄道写真であるが，場所メディアを活用することで，少しでもそこに住む他の人が撮影した素晴らしい写真と同じ写真を撮りたい

人々と場所のかかわりを豊かにできないものだろうかと思う．

4．むすび─場所の未来に向けて─

複数的

主体の軸

単数的

個人

場所メディアのデザインには二つのアプローチがある．位置情報や電子タグを基本にした技術からのアプ
ローチと，場所にかかわる人々の感覚や経験を基本にした人間からのアプローチである．場所の未来に登場する

暗黙的

発見

表現
記号

実世界

場所メディアは，この二つのアプローチが融合したもの

定着だろう．そのインフラはいつでも，どこでも，だれでもが使える技術を基盤としたユビキタスネットワークであ

形式的

環境の軸

共有

コミュニティ

り，インフラを活用したアプリケーションは場所と人の視点からデザインされたシステムである．
本論文では人の視点からアプローチする場所メディアについて解説した．人と場所のかかわりは体系化されて

30

図 11

コミットメントスパイラルモデル

通信ソサイエティマガジン NO. 6 秋号 2008

だんだんと自分で新しい場所を発見するようになり，他の人のための青写真を作れるようになると，それは楽しいものだ．
旅行記の Web サイトを見ると，旅行で訪れた場所にまつわる自分たちの体験を写真とともにアップしている．そこには旅のガイドブックやテレビの旅番組にない，普通の人の場所物語がつまっている．その場所を訪れた
人ならば，場所を思い浮かべながら物語を楽しめるし，
これから行く人にはまさに場所の青写真になる．
さて，この青写真を作る電子の道具はカメラやビデオ
やケータイであり，まさしく人の感覚を拡張する道具になっている．しかし，それは自分の眼や耳の拡張にすぎない．場所メディアも青写真を作る道具ではあるが，他の人と共有し協調することによって，自分だけでは不可能な感覚を手に入れることができる．インターネットはまさに共有の道具であるが，それはリアルな時間や場所を共有することではない．
そう考えると，場所メディアの本質とは，時空間を共有する人々が協調して新しい感覚を手に入れること，となる．この人々はばらばらな個人でもないし，意識統一の図られた集団でもない．情報技術で緩やかに結ばれている個人の複合体といえる．
場所の未来では，個人の複合体でしか得られない感覚
で場所との新しいかかわりが生まれてくる可能性がある．個人の複合体によって作られる青写真はまだ未知の世界であるが，前述のカフェの未来や時空間ポエマーで視覚化されたインタフェースがヒントになるだろう．
場所メディアの「でも」と「だけ」で構成する定規は単に物理的な時間や場所の尺度にすぎない．第 1 の場所と第［9］ 内田芳明，風景とは何か─構想力としての都市，朝日新聞社，

1992.

［10］ 山岸美穂，山岸 健，音の風景とは何か サウンドスケー
プの社会誌，日本放送出版協会，1999.
［11］ エドワード レルフ（著），高野岳彦，石山美也子，阿部隆（訳），場所の現象学─没場所性を越えて，筑摩書房，

1991.

［12］ 小川克彦，デジタルな生活，NTT 出版，2006．
［13］ 本江正茂，中西泰人， 没場所性の物質的豊かさと場所の最良の質とをつなぎあわせる情報技術の使い方はあるだろう
か？， Mobile Society Review 未 来 心 理，vol.6, pp.44 ─

53, June 2006.

［14］ アラン コルバン（著），小倉孝誠（訳），風景と人間，藤原書店，2002.
［15］ 篠原章夫，富田準二，木原民雄，中嶌信弥，小川克彦， 公
共空間における巨大インタラクティブメディアシステム─
み ら い チ ュ ー ブ， HI 学 会 論 文 誌，vol.9, no.3, pp.305 ─

312, 2007.

［16］ R. Oldenburg, The Great Good Place: Cafes, Coffee

Shops, Bookstores, Bars, Hair Salons, and Other
Hangouts at the Heart of a Community, Marlowe & Co,
1999.
［17］ http://www.mm21railway.co.jp/miraitube.html［18］ 橋本 悟，中西泰人，SpaceTracer: ネットワークカメラ画
像の合成による空間型コミュニケーションシステムの提案， 情 処 学 会 シ ン ポ ジ ウ ム イ ン タ ラ ク シ ョ ン 2006,
pp.181 ─ 182, 2006.
［19］ 川田正明，土橋美佐，小川克彦， 行動履歴を用いた UGCの検索システム， 情処学会シンポジウム インタラクション
2008, 2008.
［20］ 篠原章夫，中嶌信弥， 携帯電話を利用した電子交通広告実験「渋・ドコフェア」について， 情処学研報，vol.2002,
no.94, pp.39 ─ 46, 2002.
［21］ 本江正茂，中西泰人，松川昌平，井上由子，須藤春香，玉谷里佳，上田紀之， 時空間ポエマー─携帯電話からの位置情報付き写真投稿による地域情報共有システムの構築およびその空間的展示， 日本建築学会 第 26 回情報システム利用技術シンポジウム，2003.
［22］ http://sfcclip.net/series2007120701［23］ 宮奥健人，吉田悠一，遠山緑生，藤野里美，野田啓一，加藤祐樹，石澤太祥，渡邊敏央，竹内真理子，CompassMark：
床面標識を用いた携帯向け実空間コンテンツナビゲーション，
情処学会シンポジウム インタラクション 2007, 2007.
（平成 20 年 2 月 19 日受付）

2 の場所の中間に第 3 の場所があり，個人と集団の間に
個人の複合体があるように，人々の行動様式から定規を構成することも必要だろう．特に，人々が協調すること

小川 克彦（正員）によって獲得する感覚を詳細に分析し，次世代の情報技▶昭 53 慶應義塾大学大学院工学研究科修士課程了．同年 NTT 入社．NTT サイバーソリューション研究所長を経て，平 19 より慶應義塾大学環境情報学部教授．工博．
画 像 通 信 シ ス テ ム， ヒ ュ ー マ ン イ ン タ
フェース，マルチメディアサービスの研究開発を行い，現在は場所とケータイのメ
ディアデザインや情報検索サービスの研究術に反映させることが重要と考えている．
文

献［1］ 小檜山賢二，ケータイ進化論，NTT 出版，2005．
［2］ 坂村 健，ユビキタス・コンピュータ革命─次世代の世界標準，角川書店，2002．
［3］ 徳田英幸， ユビキタスサービスとネットワーク社会の到来に 向 け て， 情 報 処 理，vol.45, no.9, pp.900 ─ 906, Sept.

と教育に従事．

2004.
［4］ 森川博之， ワイヤレスが開くユビキタスネットワーク， 信
学誌，vol.87, no.5, pp.356 ─ 361, May 2004.
［5］ 越塚 登，坂村 健， ユビキタス ID 技術とその応用， 信
学誌，vol.87, no.5, pp.374 ─ 378, May 2004.
［6］ イーフー トゥアン（著），山本 浩（訳），空間の経験─身体から都市へ，筑摩書房，1988.
［7］ ケヴィン リンチ（著），丹下健三，富田玲子（訳），都市のイメージ，岩波書店，1968.
［8］ 五十嵐太郎，美しい都市・醜い都市─現代景観論，中央公論新社，2006.

解説論文：場所の未来：人と場所の新たなかかわりをつくる情報技術と場所メディア

31

解説論文

と思い，その撮影場所によく出かけたものだ．それが解説論文

実世界に情報を宿す拡張現実型
宿研
情報提示手法の研究
Augmenting the Real World for Ubiquitous Information Environment

苗村 健

†

Takeshi Naemura†

Summary

あったといえよう．
ここで，Ubiquitous Computing のもう一つの側面に着目する．Mark Wiser は，“invisible” という言葉を強情報技術の進展に伴い，我々は膨大な情報に囲まれながら生活をするようになってきた．このため，必要な情報にだけ効率的にアクセスできる手段をいかにして構築していくかが重要な技術課題になっている．本論文では，実世界中の様々なところに，人に見えない形・聞こえない形で情報を「宿す」ことによって，生活環境に密接した情報環境を実現する情報提示手法について述べる．これは，Ubiquitous Computing における invisible な情報環境の実現を目指した試みである．従来の「位置計測に基づくコンピューティング」に比べ，この「物体に情報を宿す」アプローチは，
シンプルな構成によって原理的に高速で多人数でも容易に利用できるという特徴を有する．具体的には，超音波を使って空間的な定位が可能な形で音声情報を伝達する u-soulと，プロジェクタ映像の中に情報を埋め込む PVLC プロ
ジェクタについて紹介する．

Key words

調していた．あからさまに目立つ存在であっては，真に日常生活に溶け込んだことにはならないのである．それでいて，あらゆる場面にコンピュータが遍在している姿
は，古来の日本で「万物に神が宿る」と信じられてきたという話を連想させる．前田らによる「妖精・妖怪の復権」という考え方［2］も，これに通じる．
そこで本論文では，「万物に情報を宿す」という情報提示のあり方を探る筆者らの試み［3］を紹介する．この前提として，ネットワークなどを通じて，情報そのものは至るところに届いているという状況を想定する．これは既に実現されつつある前提条件であり，むしろ，情報があふれるままに人々を圧倒していることの方が問題であろう．この情報の洪水を止めることはできないまでも，
普段はこっそりと実世界の中に宿っていて，必要なときにだけそっと手を差し伸べるような枠組みが，今後ますます必要になってくる．この意味において「情報を宿す」

ユビキタス情報環境，実世界指向インタフェース，拡張現実感とは，単に情報が到達している状態を指すものではない．
むしろ，人々が情報を受け取る最後のアクセス手段に特徴を有する，さりげない情報提示手法と位置づけていく

1．ま え が きMark Weiser が提唱した Ubiquitous Computing の概念［1］は，コンピュータが我々の生活空間に遍在し，区別がつかないほどひっそりと日常生活に織り込まれていく未来像を我々に示してきた．通信分野において，いつでもどこでもネットワークにアクセスできる環境の整備に重点が置かれてきたのも，この文脈に整合した展開で†東京大学大学院情報理工学系研究科，東京都
Graduate School of Information Science and Technolog y, The
University of Tokyo, Tokyo, 113-8656 Japan

32

ことができる．
このためには，例えば，個々の物体に宿された情報がその物体から発せられていることを，人々がごく自然に体感・理解できる仕組みが重要であると考えられる．これ は， 実 世 界 を 情 報 的 に 拡 張 す る 拡 張 現 実 感（Augmented Reality）や実世界指向インタフェースの研究分野における課題でもある．しかしこれまで，物体やユーザの位置計測に重きを置き，その計測結果に応じて情報を加工したり，サーバから別のチャネルで情報を伝送したりする研究がしばしば見受けられてきた．これは「位置計測に基づくコンピューティング」であって，物体

通信ソサイエティマガジン NO. 6 秋号 2008

解説論文

位置に応じた処理

位置計測

位置計測

情報提示

空間的に
整合した
情報提示

ユーザ

ユーザ
物体

図1

物体

位置計測に基づくコンピューティングと物体に情報を宿すアプローチ

そのものに情報を宿すという立場とは異なるものである

音を赤外光に載せて伝送することで，受光端末をもった（図 1）．筆者らは，個々の物体に宿された情報を直接受

ユーザが選択的に聞きたい音声情報にアクセスすること信するだけで，明示的な位置計測を行わずとも，空間的を可能にしている．受光端末を小型化し，耳元のイヤホンな整合性を保った情報提示が可能になる仕組みの実現をに設置する CoBIT［5］では，人の振舞いと音声情報の目指している．

選択動作が自然に連動するようになっている．イヤホン「位置計測に基づくコンピューティング」と「情報を宿型のシステムとしては，そのほかに，高音質化を実現しすアプローチ」では，例えば，以下のような違いが期待た Voiceubique［6］がある．また，Visual Resonator［7］される．前者では，位置計測の精度・計算コスト・遅延

では，赤外光の指向性を積極的に利用することによる円などが問題になるが，伝送する情報の量は別のチャネル

滑なコミュニケーションの支援を提案している．しかし，を使用することで自由に設計できる．特に，不特定多数

これらのシステムには共通の問題点がある．すなわち，

で同時に使用するためには，人数に応じた規模のシステ

音が耳の中（若しくは頭の中）から聞こえてくるように知ムをあらかじめ設計しておくことが必要になる．一方，覚され，実世界のどこに情報が宿っているのかを直感的

後者では，物体に宿された情報を同時に多人数で受信すに理解することが難しいという点である．これはちょうることを可能にすることで，人数に対する自由度は高く

ど，イヤホンで音楽などを聞いているのと同様の状況でなるが，情報量は通信の方式によって制限されることにある．

なる．また，後者の方式で位置情報を宿すことによって，一方，我々は日常生活において，どの方向から，どれ前者の枠組みを取り入れていくことも可能であると考えくらい離れたところからその音が聞こえてくるのかを，られる．

およそ把握することによって，様々な活動をしている．

以下では，「情報を宿す」ための具体的な例として，聴「こちらへどうぞ」と聞こえれば，声のする方向に歩き出

覚と視覚のそれぞれにおいて，聞きたい人にだけ聞かせ，す．頭の中に音が定位する方法では，方向を伝えるため

見たい人にだけ見せる仕組みを紹介する．

には，「こちら」では意図が伝わらず，より詳細な説明を

2．実音場を拡張する情報提示手法

頭の中で聞こえることになるが，ユーザの向いている方要することになる．なお，Visual Resonator では，音は向から発せられる情報に選択的にアクセスすることがで
2.1

実世界に音声情報を宿すことの意義きるため，音が聞こえてくる方向を知ることは可能に博物館などにおいて，説明文を掲示するだけでなく，なっている．ただし，本来，聴覚が視覚よりも優れてい音声によるガイドが重宝されているように，聴覚は効率

る点は，前方に限らず様々な方向に対して注意を払うこ的な情報伝達手段である．しかし，あふれる情報をすべとができる点にある．正面を向いていなくとも，適切なて音声で流していたのでは，それを必要としない人に

方向から音が聞こえてくるためには，音が頭の中ではな

とっては，騒々しいだけである．

く，三次元空間中に定位して聞こえる仕組みが必要とな

そこで，聞きたい人にだけスポット的に音を伝える技

る．同様の問題意識から，Surround CoBIT [8] では，術の研究が進められている．トーキングサイン［4］では，左右の耳に音量差を与えることで，音の聞こえてくる方

解説論文：実世界に情報を宿す拡張現実型情報提示手法の研究

33

向を判断できる仕組みを提供している．しかし，三次音波領域に変調し，IFFT で時間波形に戻してから超音

元空間中に音が定位するためには，両耳に音波が届く

波スピーカで出力する．そして，超音波マイクで集音

時間差も重要な要因として挙げられ，自然な定位感をされた波形を，FFT で周波数領域に変換して可聴域に与えるには至っていない．

復調し，IFFT で時間波形に戻してからヘッドホンで提頭の中でなく，三次元空間中に音を定位させる方法

示する．

としては，バーチャルリアリティの分野で HRTF（Head

図 3 に，システム構成図を示す．ヘッドホンに超音Related Transfer Function）を用いた手法が開発されて波マイクを装着し，両耳の位置で超音波を集音して，いる．これは，人と音源の位置関係を計測し，それにヘッドホンから復調された可聴音を聞かせる．超音波

応じて音波の各周波数成分がどのように空気中を伝搬の空気中での伝搬を経て，左右の耳に適切な時間差とするのかを計算し尽くして，両耳に提示する手法であ音圧差が現れる．この時間差と音圧差を保ったまま可る．膨大な計算量を要するため，遅延の問題が指摘さ

聴音に変調することで，人はどの方向から音が聞こえれてきたが，近年，実時間による演算が可能になりつてきたのかを知覚することができる．

つある．しかし，HRTF には個人差があり［9］，個人ご

超音波スピーカの位置に宿っている情報は，超音波とに HRTF を事前に計測しておくことが望まれるな

マイクを装着したユーザだけがアクセス可能であり，ど，不特定多数で容易に利用するにはまだ課題が残さコンピュータによる位置計測などを行わなくても，ユーれている．これは典型的な「位置計測に基づくコン

ザの耳に届く段階でその位置をユーザ自身が知覚する

ピューティング」として位置づけられる．

ことができる．超音波という形態で実空間を情報で満

2.2

提案手法の概要

たしておくアプローチであるため，不特定多数のユー

以上の状況を踏まえ，筆者らは，下記の三つの条件を満たす新たな手法を提案した［10］．

ザが同時に利用することが可能になっている．
なお実装には，野生動物や海中でのコミュニケー

・ヘッドホンをした人にだけション用途に開発されてきた超音波デバイスを活用す

・

人数によらずにることができる．また，関連する技術として，強力超・三次元空間中に定位した音を聞かせる

音波の非線形ひずみによる自己復調を利用した超指向

これを実現する手段として，超音波に着目した．先性スピーカ［12］を挙げることができる．これは，特定行研究が光を媒体としていたのに対して，超音波を媒の領域に限って，すべてのユーザに音を聞かせるため体として利用し，超音波が空気中を伝搬する際に生じの指向性の強いスピーカであり，様々に実用化が進んる時間差や音量差によって定位感を与える方法である．

でいる．u-soul では，自己復調が起こらない超音波強u-soul（Ultrasonic/Ubiquitous-SOUnd Localization

度を用いることにより，超音波マイクで集音した場合

interface）と名づけられた本システムの詳細は，文献にのみ可聴音を再生し，音像定位に利用している．

［11］を参照されたい．ここではその概要をまとめる．

2.3

聴 取 実 験基本原理は，図 2 のとおりである．まず，可聴音（20超音波は赤外光などに比べれば，可聴音に近い伝搬

kHz 以下の音波）を，FFT で周波数領域に変換して超特性を有している．しかし，超指向性スピーカやサイン

超音波スピーカ出力前に超音波領域に変調
時間領域

超音波マイク集音後に可聴域に復調

周波数領域

時間領域

FFT

FFT
0 kHz 20 kHz

0 kHz 20 kHz

0 kHz 20 kHz

0 kHz 20 kHz

IFFT

IFFT
0 kHz 20 kHz

図2

34

周波数領域

0 kHz 20 kHz

音情報の変復調

通信ソサイエティマガジン NO. 6 秋号 2008

受信側
ヘッドホン

超音波スピーカ

超音波マイク

アンプ

オーディオ
インタフェース

解説論文

送信側

プリアンプ

コンディショ
ニングアンプ

PC

図3

オーディオ
インタフェースPC

システム構成ポスト［13］など，超音波を用いたシステムでは，その指向性を積極的に利用するものが多い．可聴音に比べて指向性の強い超音波を用いることで，音像の定位感が失われる可能性がある．詳細は文献［11］にまとめるが，ここでは聴取実験の概略を紹介する．
まず，両耳に届く音圧について調べた．波長の短い超音波では，Acoustic Shadow が生じやすくなる．すなわ
ち，可聴音であれば頭部を回り込んで両耳に到達する音
も，超音波では直進してしまい，反対側の耳まで到達する量が減ってきてしまう．定量的な評価により，可聴音を直接聞く場合に比べ，超音波を用いる方法では左右の音圧差が大きくなる傾向が確認された．一方で，両耳時間差に関しては原理的に大きな差は生じないと考えられ
図4

る．u-soul は，両耳時間差を保ちつつ，両耳音圧差が強楽器型オブジェクトから奏でる音楽

調された形で音像を提示するシステムであるとみなすことができる．
次に，空間的な音像定位感について，定性的に評価し聴音のホワイトノイズを超音波で伝送した場合には，100％の正答率が得られた．単一周波数のサイン波（単音）た．具体的には，超音波スピーカをユーザが保持して移の場合には 65％まで低下するが，音声など帯域の広い

動させながら，その聞こえ方に関するアンケート調査を

情報を提示する場合には，実用に堪え得るものと判断さ12 名の被験者を対象に行った．

れる．
アプリケーション・音がスピーカと一緒に動いているように感じたか

2.4

・音の移動は自然に感じられたか

u-soul のアプリケーションとして，いくつかの実装を・音はどこから鳴っているように聞こえたか（頭の外：
5，頭の中：1）

進めてきた
［14］．
図 4 に，楽器の形をしたオブジェクトに超音波スピーという質問に対して，5 段階評価において平均でそれぞカを装着した例を示す．このようなオブジェクトを複数れ，4.75，3.50，3.42 という結果になった．いずれも中用意して，楽曲のそれぞれのパートを超音波で奏でる．

間スコアの 3.0 を上回っており，特に音源位置の追従性システムを装着したユーザは，それぞれの楽器から音がの高さが確認されたが，頭の外から自然に聞こえてくる

聞こえてくるという感覚をもちながら，時にはその位置

ようには必ずしも感じられていないことが分かった．こを動かしつつ，合奏を聞くことができる．これは，楽器

れは，上記の両耳音量差の影響と考えられる．本実験にオブジェクトに楽曲の演奏情報を宿した例として位置づより，少なくとも，どこから聞こえてくるかを直感的にけられる．

理解することは可能になっているといえよう．

また，事前に録音した楽曲を演奏するだけでなく，ユー

最後に，2 台の超音波スピーカを用いて，どちらからザが自ら演奏するシステムも考えられる．例えば，サイ音が聞こえてくるかの判別実験を行った．その結果，可レントドラムへの応用である．一般に，サイレントドラ

解説論文：実世界に情報を宿す拡張現実型情報提示手法の研究

35

ムでは，圧電センサなどを内蔵したパッドをユーザがた

成することができた．図 6 にその様子を示す．

たくと，ドラム音がヘッドホンで提示される．周囲に迷最後に，複数ユーザによる会話システムを構築した．

惑をかけることなく，自分だけが自分の演奏を聞くこと

これは，周囲が騒々しく，会話が聞き取りにくい状況にができるシステムである．このサイレントドラムにおいおいて，それぞれの音声を超音波に変換して，超音波マて，パッドの位置に超音波スピーカを仕込むことで，自イクを装着した相手に自らの音声を送る仕組みである．

分がたたいたパッドの位置からドラム音が自分だけに聞ヘッドホンに可聴音（周囲の騒々しさ）を遮る仕組みを設こえてくるシステムを実装した．

けることで，ユーザは超音波から復調された可聴音のみ

以上，音楽を題材にしたアプリケーションを二つ紹介に耳を傾けることが可能になる．ユーザごとに超音波帯した．続いて音声に関するアプリケーションに移る前に，域を割り振ることで，ユーザは会話の相手を選択するこ

u-soul のもう一つの重要な機能である多重化について述とができる．

べる．これは，超音波をいくつかの帯域に分けることで，

2.5

今後の課題

一つの超音波スピーカから同時に複数チャネルでの伝送

超音波スピーカを装着した物体に音情報を宿す仕組みを行う機能である．この方式によって，ユーザは聞きたについて概説した．望まないユーザには何も聞こえず，いチャネル（超音波帯域）の音を選択的に聞くことが可能

必要とするユーザには物体から音が聞こえてくるように知覚される．いくつかのアプリケーションの実装を通じになる．
例えば，展示物の解説などの場面において，二つの人て，その有効性を確認した．今後は，超音波の指向性の形が会話をするような，すなわち，片方が質問をして，問題を低減する手法や，音質を改善する方法について検もう一方が答えるような演出を考える．ヘッドホンをし討する．

ていない人には，人形たちの会話は聞こえない．ヘッド

なお，原理的に，超音波スピーカ以外に，超音波を発ホンをしてチャネル 1 を選ぶと日本語で，チャネル 2 でする機器が近くにある場合には，そのノイズまで可聴音

は英語で人形たちが会話をしているように聞こえる．人に変換されて聞こえることになる．これまでの実験にお形に超音波スピーカを仕込むことによって，実際に人形

いては，ほとんど問題になることはなかったが，設置すが会話をしているような感覚を与えることができる．まる場所に応じて，使用する超音波帯域を調整するなどのさに，人形に音声情報を宿す試みである．図 5 にその様対策が必要になる場合があると考えられる．

子を示す．
その他の例では，館内案内システムに利用すると，チャ3．プロジェクタ映像を拡張する情報提示手法

ネル 1 を選んでいる人には，会議室にたどり着くまで，
プロジェクタ映像に情報を宿すことの意義

各所で「こちらにどうぞ」と聞こえる方向に歩けばよく，

3.1

チャネル 2 を選んでいる人には，食堂への道のりが聞こ音像に限らず，様々な情報を実世界の物体に付与する

えてくるようなシステムを構築することができる．道を（宿す）仕組みとして，電子的なタグや何らかのマーカを知っている人は，ヘッドホンをしなければ何も聞こえな
い．これは，廊下に道案内情報を宿す試みとして位置づけられる． 5 人の被験者を対象に，指定の部屋までたどり着くことができるかを実験した結果，全員が目的を達

図5

36

人形たちの会話

図6

道案内システム

通信ソサイエティマガジン NO. 6 秋号 2008

電 子 的 な タ グ と し て は，RFID（Radio Frequency

しており，プロジェクタで映像を投影した領域に多数の送信機を宿らせる仕組みと位置づけることができる．こIdentification）がある．JR 東日本の Suica などは，カーの手法のメリットは，プロジェクタで投影された可視のドに RFID タグを内蔵することで情報を付与し，人々が映像と空間的に整合した情報発信を行うことができる点

RFID リーダにそれをかざすことで情報の読出しを行うにある．

例である．逆に，RFID タグを環境中に遍在させておい

このような，人に見える光の中に，見えない形で情報て，その中で RFID リーダをもったユーザが歩き回るこを宿す技術としては，可視光通信［29］の先行研究がある．

とで，ユーザの位置を認識する方法も検討されている

照明や信号機を高速点滅させることで，時間軸方向に情［15］．これは環境中に情報が宿る例として位置づけられ報を宿す技術である．しかし，LED で照らされたエリる．また，空間中に配置された多数の RFID タグに向け

アに一様に情報が提供されるため，空間中の位置に応じてプロジェクタ光でパターンを投影することで，RFIDて細かく情報を分けて提示することはあまり検討されてタグの位置情報を取得する研究もある［16］．このような

いない．多数の LED を平面上に配置することによって，電子的なタグを用いる方法は，実用化が進み，大変有望

空間分割された情報を提示する試みもあるが，まだ解像なアプローチである．ただし，事前にタグを埋め込む必度の高い映像を人に見せるというレベルには達していな要があるという制約がある．

い［30］．筆者らの試みは，プロジェクタ映像の画素ごと

一方，バーコードや QR コードなどは，印刷するだけに可視光通信を行う手法であり，PVLC プロジェクタ

で安価に大量に作ることができるため，我々の生活に広（Pixel-level Visual Light Communication Projector）とく浸透している．雑誌やポスターの中に印刷されたコー

名づけた．
提案手法の概要ド（マーカ）という形で宿っている情報には，携帯電話な3.2

どを用いてアクセスすることができる．このようなマー

具体的には，DMD（Digital Micro-mirror Device）を

カに関する研究としては，安定して認識可能な方形の二用いた映像プロジェクタを改造して実装した．DMD は，次元マトリックスコード［17］が提案されている．また，微細な鏡を高度に集積したチップであり，米国 Texas

一般の文字や画像もマーカとして利用する ARToolKit

Instrument 社 が DLP（Digital Light Processing） プ ロ［18］は，拡張現実感研究の基盤技術として広く利用されジェクタの基盤技術として開発したものである．1 画素ている．しかし，機械にとって意味のあるマーカでも，につき一つの微小鏡が対応しており，鏡の角度によって，人の目には目障りであるという問題がある．そこで，半光源からの光をスクリーン方向に導くか，吸収材方向に透明の再帰性反射材［19］や，赤外光のみを遮断する素材

導くかを制御する．鏡を高速制御することによって，プ［20］若しくは赤外光のみを反射する素材［21］などを用いロジェクタ映像の諧調的な表現を実現している．この高ることで，不可視な透明マーカを実現する方法が提案さ速性を利用して，同期した高速メガネにだけ別の映像をれている．

見せる Snared Illumination［31］，パターン光やマーカ

一方，印刷したマーカが静的なのに対して，動的に変を同期した高速カメラに読み取らせる方法［32］，［33］な化する情報提示を実現する試みとして，プロジェクタ映どが提案されている．また，形状計測［34］，立体ディス像にマーカを表示する Display-Based Computing［22］

プレイ［35］，カメラ［36］など様々な分野への応用［37］もの研究が進められている．更に，不可視かつ動的なマー検討されている．筆者らは，これに可視光通信の枠組み

カ提示の研究としては，赤外光プロジェクタと赤外線受を導入し，映像と空間的に整合した「情報を宿す」技術と光デバイスを用いる方法が提案されている［23］〜［25］．

して応用していく．なお，DMD に代わるデバイスの開一般に，市販されているビデオカメラは赤外光領域まで発が各社で進められており，高速性を有するディスプレ感度があるため，赤外光で投影された情報へのアクセス

イ技術一般で実装可能な，デバイスに依存しない議論をは比較的容易に行うことができる．また，投影された赤展開していくことも可能であると考えている．

外光を，電子的な手段ではなく，赤外可視変換素材を用いて直接可視光に変換する試みもある［26］．

図 7 に シ ス テ ム 構 成 図 を 示 す．DMD の 制 御 に は，DMD Discovery（Texas Instrument 社 製 ） 及 び ALP

以上のような背景を踏まえ，筆者らは，不可視かつ動（ViALUX 社製）を用い，USB を通してコンピュータか的な情報を，プロジェクタ映像の中に宿す手法を提案しら制御する［38］．プロジェクションされた映像の上に何てきた［27］，［28］．これは，マーカという形式に限定せらかの受光端末をかざしたり，映像を高速カメラで撮影ずに，より一般的な通信をプロジェクタ映像の画素単位したりすることで，映像の中に宿っている情報にアクセで行う試みである．別の言い方をすれば，例えば XGAスすることができる．映像投影は，正面投影の場合には解像度のプロジェクタを用いる場合，1024 × 768 個の端末が映像を遮ることになるが，背面投影にしておけば画素がそれぞれ独立した通信チャネルになることを意味

この問題は生じない．

解説論文：実世界に情報を宿す拡張現実型情報提示手法の研究

37

解説論文

用いる方法が利用されている．

DMD Discovery+ALP
USB2.0

スクリーン

PC

プロジェクタ
変調光
受光端末

図7

システム構成図

一定時間内の ON 時間と OFF 時間の割合
ON 時間：OFF 時間 =92：164
on
off

図8

図9

天気予報

図 10

EmiTable

ピクセル輝度
92/256time

情報を宿す方法

各画素に時間軸方向に情報を載せる方式を図 8 に示
す．各画素は表示する映像に応じた輝度値を有しており，
これは一定時間内において鏡が ON（スクリーン方向）の状態と OFF（吸収材方向）の状態の時間的な比率によって制御される．人に見える映像は，この時間的な比率だけで決まる．時間積分した結果だけが映像の輝度とている天気情報（ピクトグラム）が表示される．この例にして人には知覚されるのである．すなわち，この比率をとどまらず，原理的に，映像の内容と直接リンクした情保ったまま，点滅する順番を入れ換えても，人には知覚報を提示することができる．受光端末は，ホトセンサにされない．一般の DLP プロジェクタでは，この順番が届く光の点滅から情報を読み取るだけのシンプルな構成

一律に規定されている．そこで，この順番を意図的に制であり，三次元的な位置計測などの高度な計算は行って御することによって，点滅の順番を機械にだけ見える情

いない．このため，動作は極めて高速である．また，プ報として利用することができる．

ロジェクタ自身が映像と同時に付加情報を投影している

アプリケーション

ため，設置の際に複数の機器の校正をして位置を合わせ

3.3

提案手法は，映像と機械の新たな関係を生み出し，実てといった手間が一切かからない点に特徴がある．通常

世界における様々な情報提示を可能にする．宿っているのプロジェクタと同様に，設置して投影を開始すれば，情報を読み出す手段としては，以下の二つの方法が考え既にそこに別の情報が宿っているのである．

られる．

PVLC プロジェクタを水平スクリーンの下に設置し，・プロジェクタ映像の上に受光端末をかざす

背面投影によるテーブル型ディスプレイを構築した例を・プロジェクタ映像を離れた位置から高速カメラで撮

図 10 に示す．テーブル面の各位置から個別の情報を放影する

出（emit）しているという意味から，EmiTable と名づけ

図 9 に，受光端末をかざす例を示す．日本地図の映像

た［39］．EmiTable では，水平なテーブル面に複数の受の上に端末をかざすと，そこに点滅パターンとして宿っ光端末を配置することができる．PVLC プロジェクタ

38

通信ソサイエティマガジン NO. 6 秋号 2008

などの機能を実装することが考えられ，ヒューマンイン

受光端末の位置や数に応じた処理は必要としない．また，

タフェースやメディアアート作品など，様々な応用分野

受光端末は独立に動作しており，複数の受光端末を同時を開拓していくものと期待される．

にテーブル上に配置しても，遅れなどが生じることはな
い．

図 12 には，受光端末を映像の上にかざすのではなく，離れた位置から高速カメラで読み取る例を示す．人の目図 11 に，クロスワードパズルの例を示す．グレーのには単なる地図にしか見えていないが，高速カメラを装方形領域に当てはまるアルファベットを考え，そこに受着したハンディな小型 PC 越しにその地図を見ると，付

光端末をかざすと，正解のアルファベットがピクトグラ

加情報がスーパインポーズされて表示される．カメラをムとして表示される．答はそこに宿っていたのである．

移動させたりズームしたりしても，スーパインポーズさ

このほかの例としては，端末を映像上で滑らかに動かれる情報がずれることはない．重要なのは，PVLC プロ

すと，位置に応じたアニメーションが見えるアプリケー

ジェクタと高速カメラの間の位置合せや三次元位置計測

ションなどを実装している．また，ピクトグラムのようなどを行っていない点にある．高速カメラによって撮影な視覚的な情報に限らず，一般的な情報を扱うことがでされる映像の中から，付加情報を受信し，その位置に受きる枠組みであるため信した情報を表示するという単純な仕組みになっている

・映像とリンクした音を奏でるからである．これを可能にしているのは，PVLC プロ

・等高線画像で凹凸形状ディスプレイを制御する

ジェクタが，無数の送信機を空間的に投影・配置するよ・磁場などを制御して卓上物体の挙動を操作する

うな形で実世界を情報的に拡張しているためである．将来，携帯電話のカメラが高速撮影にも対応すれば，このような情報提示も有効な選択肢になってくるだろう．
また，別のアプリケーションとして，部屋を歩き回る
ロボットに高速カメラを搭載し，その行動を制御するような応用が考えられる．ロボットを制御する方法はほかにも考えられるが，その多くが，位置計測に基づくコン
ピューティングの枠組みにとらわれている．例えば「映像中のこの部分を指さして」といった指示を出すには，その映像自身に誘導信号を宿らせる本手法が有効と考え
られる．
3.4

今後の課題

画素単位で可視光通信を行う新たな映像プロジェクタについて概説した．PVLC プロジェクタを用いることに
図 11より，実空間を不可視で動的な情報で満たすことができクロスワードパズル

人には普通の映像

可視光通信プロジェクタ

高速度カメラ

図 12

PC

ビューワで見ると追加の情報が見える

高速カメラによる付加情報のスーパインポーズ表示

解説論文：実世界に情報を宿す拡張現実型情報提示手法の研究

39

解説論文

は，原理的に，全画面に対して常に情報を宿しており，

る．実空間に宿された情報にアクセスするためには，受光素子や高速カメラなどを用いる．複雑な計算は要さずに，空間的に整合した情報の提示が可能になっている．
この方式では，画素の輝度値に応じて伝送できる情報の量が規定されることになる．今後，送りたい情報の量と映像品質のトレードオフを見極めていく必要がある．
更に，高速点滅が人に知覚されない条件についても検討の余地がある．また，数画素をブロックとして扱うこと
で，情報をパラレルに伝送する方式や，周辺画素でエラー訂正を行うことでノイズに強い伝送方式を確立することも今後の課題として挙げられる．

4．む

す

び

Ubiquitous Computing が掲げた invisible な情報環境の構築を目指し，実空間に情報を宿す試みを紹介した．
従来の「位置計測に基づくコンピューティング」に対して，シンプルな構成であるがゆえに高速性を確保しやす
く，ユーザ数や端末数が増加しても影響を受けないという特徴を有する．もちろん，どうしても正確な位置計測を行わなければならないアプリケーションも存在するだ
ろう．必ずしもその必要のない，若しくはそれ以上に高速性や多数への対応が望まれるアプリケーションでは，本論文で述べた「情報を宿す」アプローチを選択肢の一つに加える意義はあるものと考えられる．
最後に，u-soul は吉野祥之君，PVLC プロジェクタは
北村匡彦君と木村翔君が精力的に取り組んできた研究課
題であり，本論文の執筆には欠かせない貢献があった．
ここに感謝の意を表する．
文

献［1］ M. Weiser, “The computer for the twenty-first century,”
Scientific American, vol.265, no.3, pp.94 ─ 104, 1991.
［2］ 前田英作，南 泰浩，堂坂浩二， 妖精・妖怪の復権─新しい「環境知能」像の提案， 情報処理，vol.47, no.6, pp.624 ─

640, 2006.

［3］ 苗村 健， 実世界に情報を宿す拡張現実型情報提示手法の検討，信学技報，MVE2006-63, 2006.
［4］ 畠山卓朗，伊藤啓二，白鳥哲夫，城口光也，久良知國雄，
春日正男，音声歩行案内システム，情処学研報，99-HI-82，
vol.99, no.9, pp.35 ─ 40, 1999.
［5］ 西村拓一，中村嘉志，伊藤日出男，山本吉伸，中島秀之，インタラクティブ情報支援のための無電源小型情報端末， イ
ンタラクション 2003，pp.163 ─ 170, 2003.
［6］ R. Kawano, Y. Matsuya, T. Ishihara, J. Inoue, and Y.
Kado, “Voiceubique：Ultra-small high-quality infraredaudio receiver,” International Conference on Consumer
Electronics 2005, vol.8, no.12, pp.285 ─ 286, 2005.
［7］ 新居英明，橋本悠希，稲見昌彦，渡邊淳司， 頭部方向指向性を持つ見通し距離会話システム， 日本バーチャルリアリ
ティ学会論文誌，vol.12, no.3, pp.401 ─ 404, 2007.
［8］ 西村拓一，中村嘉志，常盤拓司，伊藤日出男，中島秀之，
小山慎哉，矢入（江口）郁子，猪木誠二， 音源定位 CoBITの提案と視覚 CoBIT の実装， 情処学研報，2004-UBI-3(13), vol.2004, no.4, pp.85 ─ 92, 2004.
［9］ M. Morimoto and Y. Ando, “On the simulation of sound40

localization,” J. Acoust. Soc. Jpn.(E), vol.1, no.3, pp.167
─ 174, 1980.
［10］ 吉野祥之，橋田朋子，苗村 健， 超音波を用いた実音場の拡 張 に 関 す る 基 礎 検 討， FIT2006 第 5 回 情 報 科 学 技 術
フォーラム 情報科学技術レターズ，vol.5, LK-008, pp.287
─ 288, 2006.
［11］ 吉野祥之，苗村 健， u-soul: 超音波を用いた空間的な音像
提示システム， 日本バーチャルリアリティ学会論文誌 ,vol.13, no.2, pp.239 ─ 246, 2008.
［12］ J. L. S. Bellin and R. T. Beyer, “Experimental investigationof an end-fire array,” J. Acoust. Soc. Am., vol.34, no.8,
pp.1051 ─ 1054, 1962.
［13］ 合志和洋，可児久昇，宅野慎二，田所嘉昭， 視覚障害者のた め の 超 音 波 に よ る サ イ ン ポ ス ト の 検 討， 信 学 技 報，ET97-72, 1997.
［14］ 吉野祥之，苗村 健， u-soul applications: 超音波を用いた
空 間 的 な 音 像 提 示 シ ス テ ム の 応 用， 信 学 技 報，MVE
2007-85, 2008．
［15］ 黒川高弘，高橋甲介，中西英之， 床面 RFID センサ「インテリマット」の開発， 情処学研報，2007-HCI-124, pp.49 ─
56, 2007.
［16］ R. Raskar, P. Beardsley, F. van Baar, Y. Wang, P. Dietz, J.
Lee, D. Leigh, and T. Willwacher, “ RFIG lamps:
Interacting with a self-describing world via photosensing
wireless tags and projectors,” ACM Trans. Graphics,
vol.23, no.3, pp.406 ─ 415, 2004.
［17］ 暦本純一， 2 次元マトリックスコードを利用した拡張現実感の構成手法， WISS1996, pp.199 ─ 208, 1996.
［18］ H. Kato, M. Billingfurst, I. Poupyrev, K. Imamoto, and K.
Tachibana, “Virtual object manipulation on a table-top
A R e n v i ro n m e n t , ” I n t e r n a t i o n a l S y m p o s i u m o nAugmented Realiy (ISAR2000), pp.111 ─ 119, 2000.
［19］ 中里祐介，榊原誠之，横矢直和，不可視マーカを用いたウェ
アラブル AR システムの実環境における実証実験， 画像の認識・理解シンポジウム（MURU2005）講演論文集，pp.
1420 ─ 1427, 2005.
［20］ Y. Kakehi, T. Hosomi, M. Iida, T. Naemura, and M.
Matsushita, “Transparent tabletop interface for multiple
users on lumisight table,” First IEEE Int. Workshop on
Horizontal Interactive Human-Computer Systems（TableTop2006），pp.141 ─ 148, 2006.
［21］ http://www.grid-mark.co.jp/gridonput.html［22］ 稲 見 昌 彦， 杉 本 麻 樹， 新 居 英 明， Display-Based
Computing の研究第一報：画像提示装置を主体とした実世界指向情報システム， VR 大会，pp.441 ─ 442, 2005.
［23］ T. Nishimura, H. Ito, Y. Nakamura, and H. Nakashima, “A
compact battery-less information terminal for interactive
information support,” Ubicomp2003 Workshop: MultiDevice Interfaces for Ubiquitous Peripheral Interaction,
2003.
［24］ 白井良成，松下光範，大黒 毅， 秘映プロジェクタ : 不可視 情 報 に よ る 実 環 境 の 拡 張， WISS2003, pp.115 ─ 122,
2003.
［25］ J. C. Lee, S. Hudson, P. Dietz, “ Hybrid infrared andvisible light projection for location tracking,” Symposium
on User Interface Software and Technology (UIST),2007.
［26］ 木村 翔，筧 康明，苗村 健， 赤外可視変換素材を用いた選択的情報提示に関する基礎検討， FIT2006 第 5 回情報 科 学 技 術 フ ォ ー ラ ム 情 報 科 学 技 術 レ タ ー ズ，vol.5,
LK-009, pp.289 ─ 291, 2006.
［27］ 北村匡彦，苗村 健， DMD を用いた空間分割型可視光通信の基礎検討， FIT2006 第 5 回情報科学技術フォーラム
情 報 科 学 技 術 レ タ ー ズ，vol.5, LK-010, pp.293 ─ 295,
2006.
［28］ 北村匡彦，苗村 健， DMD を用いた空間分割可視光通信 :メタメディア情報を埋め込んだ映像投影， VR 論，vol.12,
no.3, pp.381 ─ 388, 2007.
［29］ Y. Tanaka, S. Haruyama, and M. Nakagawa, “Wirelessoptical transmission with the whitecolored LED for the

通信ソサイエティマガジン NO. 6 秋号 2008

解説論文

wireless home links, ” PIMRC 2000, pp.1325 ─ 1329,
2000.
［30］ 新居英明，稲見昌彦，再帰性光通信技術の研究， VR 大会，
pp. 539 ─ 542, 2003.
［31］ I. E. McDowall, M. T. Bolas, P. Hoberman, and S. S.
Fisher, “ Snared illumination, ” ACM SIGGRAPH2004
Emerging Technologies, 2004.
［32］ D . C o t t i n g , M . N a e f , M . G ro s s , a n d H . F u c h s ,“ Embedding imperceptible patterns into projected
images for simultaneous acquisition and display,
International Symposium on Mixed and Augmented
Reality (ISMAR2004), pp.100 ─ 109, 2004.
［33］ A. Grundhofer, M. Seeger, F. Hantsch, and O. Bimber,“Dynamic adaptation of projected imperceptible codes,”International Symposium on Mixed and Augmented
Reality (ISMAR07), pp.181 ─ 190, 2007.
［34］ Q. Chen and T. Wada, “A light modulation/demodulation
method for real-time 3D imaging,” IEEE 3DIM 2005, pp.
15 ─ 21, 2005.
［35］ A. Jones, I. McDowall, H. Yamada, M. Bolas, and P.
Debevec,“An interactive 360° light field display,” ACM
SIGGRAPH2007 Emerging Technologies, 2007.
［36］ S. K. Nayar and V. Branzoi, “Programmable imaging:Towards a flexible camera,” Int. J. Comput. Vis., vol.70,
pp.7 ─ 22, 2006.
［37］ D. Dudley, W. Duncan, and J. Slaughter, “ Emerging
digital micromirror device (DMD) applications,” SPIE
Proc., vol.4985, 2003.
［38］ http://www.marubun.co.jp/product/semicon/display/
qgc18e0000001sjv.html［39］ S. Kimura, M. Kitamura, and T. Naemura, “EmiTable: At a b l e t o p s u r f a c e p e r v a d e d w i t h i m p e rc e p t i b l e
metadata,” 2nd Annual IEEE International Workshop on
Horizontal Interactive Human-Computer Systems(Tabletop 2007), pp.189 ─ 192, 2007.
（平成 20 年 3 月 3 日受付）

苗村

健（正員）

▶ 1992 東 大・ 工・ 電 子 卒．1997 同 大 大
学院博士課程了．博士（工学）．2000 米国
スタンフォード大学客員助教授（日本学術振興会海外特別研究員）．2002 東京大学大学院情報学環助教授．現在，同大学院情報理工学系研究科准教授．本会ヒューマンコ
ミュニケーショングループ庶務監事（2005〜 2006），マルチメディア・仮想環境基礎研究委員会副委員長（2008）．日本バーチャルリアリティ学会理事・
アート＆エンタテインメント研究委員会委員長．物理現象（光学現象）と情報処理の組合せによる実世界に根ざしたメディア技術の研究に従事．文部科学大臣表彰若手科学者賞（2008），情報科学技術フォーラム FIT2006 船井ベストペーパー賞（2006），NHK デジタ
ルスタジアムゴールデンミューズ（年間最優秀作品賞）（2004），日
本バーチャルリアリティ学会論文賞（2006，2007）など各賞受賞．

解説論文：実世界に情報を宿す拡張現実型情報提示手法の研究

41

解説
携帯機器用の小形二次電池の高性能化
─ニッケル水素電池とリチウムイオン電池─
藤谷

伸 三洋電機株式会社 モバイルエナジーカンパニー エナジー研究所

その後，ニッケル水素電池が 1990 年に，リチウムイオン

1．ま え が き

電池が 1991 年に実用化された．蓄電できるエネルギー密度

電 池 の 国 内 生 産 金 額 は， 図 1 に 示 す よ う に，2000 年 にが大きいことから，ニッケルカドミウム電池からの代替が急

8,495 億円に達し，ニッケルカドミウム電池，ニッケル水素速に進み，現在に至るまでこの二つの二次電池が携帯機器用

電池及びリチウムイオン電池の合計金額は 4,800 億円を超えの小形二次市場を席巻している．高性能化，高機能化，軽薄た．特に，リチウムイオン電池は，1991 年に実用化されて短小化の進む携帯電話やノートパソコンなどの情報通信関連

以 来，1996 年 に は 早 く も 1,000 億 円， 翌 年 の 1997 年 に はのモバイル機器用の電源としてはリチウムイオン電池が圧倒

2,000 億円を超える国内生産金額に達した．2000 年代に入っ的な優位に立つ一方，ニッケル水素電池も 1.2 V というニッてからは IT 不況などの影響もあり，生産金額が落ち込む時

ケルカドミウム電池や一次電池であるアルカリマンガン乾電期もあったが，2003 年は 3,000 億円を超えている［1］．

池との電圧の互換性などから市販で根強い需要がある．また，ニッケルカドミウム電池の国内生産は 1964 年に始まり，
当初は懐中電灯や非常用照明用の電源として用いられた．そニッケルカドミウム電池もその高い耐久性から，電動工具ではなお主流の座を維持している．

の後，1970 年代から 80 年代にかけて電動シェーバー，電動

本報では，小形二次市場の主流を占めるニッケル水素電池

工具やクリーナ，ビデオカメラなどのコードレス機器の普及とリチウムイオン電池を中心に，その性能，技術面での特徴

とともに，その利用が徐々に拡大した．これが携帯機器用のを示すとともに，筆者らの行ってきた電池材料の開発事例の小形二次電池産業の始まりであり，1990 年ごろには 1,500 億

紹介を通じてこれらの二次電池の開発動向と高性能化への展

円規模にまで市場成長しピークを迎えた．

望を明らかにする一助としたい．

3500
リチウムイオン電池

生産金額（億円）

3000
2500
2000

鉛蓄電池

1500

ニッケル水素電池

1000
500
0

密閉型
鉛蓄電池

ニッケルカドミウム電池
1965

1970

1975

1980

1985

1990

1995

2000

2005

年
図1

42

小形電池の生産金額の推移

通信ソサイエティマガジン NO. 6 秋号 2008

解説に行われているが，その出力密度は現在 20 〜 50 W/L 程度

2．小形二次電池の特徴

であり，アルカリマンガン乾電池と同レベルである．これをニッケルカドミウム電池，ニッケル水素電池及びリチウム

二次電池のレベルに高めることが DMFC の実用化の最大のイオン電池の性能面での最大の特徴は，その出力が大きいこ課題である．

と，言い換えれば大きな放電電流で消費電力の大きい携帯機

ニッケルカドミウム電池，ニッケル水素電池及びリチウム器を駆動できることである．

イオン電池がこのような大きな出力密度をもつ理由は，その図 2 に小形電池の基本性能として，エネルギー密度（電池

電池構成にある．図 3 に円筒形リチウムイオン電池の内部構

1 リットル当りどれだけの電力を蓄えられるか）と出力密度造を示す．

（電池 1 リットル当りどれだけの電力を出せるか）をニッケル電池反応を担う正極，負極の粉体活物質材料が集電体に塗カドミウム電池，ニッケル水素電池，リチウムイオン電池及布されてシート状になっており，正極シート，負極シートがび一次電池であるアルカリマンガン乾電池と比較して示す．

多孔質でシート状のセパレータを挟んで重ねられ，円筒状になお，この図は現在，実用化されている電池のカタログ値［2］

巻かれている．この巻取り体を金属の筒状ケースに入れて電をもとに作成した．

解液を満たし，開放弁を備えた封止体で密閉している．このエネルギー密度の範囲はリチウムイオン電池が最も大きい

基本構造はニッケルカドミウム電池，ニッケル水素電池や携領域に位置するが，出力密度はニッケルカドミウム電池も帯電話に使われている角形のリチウムイオン電池も同じであニッケル水素電池もリチウムイオン電池と同レベルの 400 〜

る．ただし，リチウムイオン電池は，異常な温度上昇時の安1000 W/L の範囲に入る．これは，この範囲に現在主流と全性を確保する手段の一つとして温度上昇で抵抗値の上がるな っ て い る 携 帯 電 話 や ノ ー ト PC，VCR（Video Cassette

PTC（Positive Temperature Coefficient）
素子を備えている．

Recorder），DSC（Digital Still Camera）， 電 動 工 具 な ど の一方，アルカリマンガン乾電池は，正極活物質である二酸化

小型携帯機器の消費電力の範囲があることを意味している．
消費電力の大きな機器を動かすがゆえに電池切れが早く，したがって繰り返し使える必要がある，つまり二次電池化する必要がある，という考え方ができる．また，一度の充電でできるだけ長く機器を動かせるようにする，すなわち蓄電でき

PTC 素子

開放弁

セパレータ

ガスケット

るエネルギーの密度を大きくすることが，ニッケルカドミウ
ム電池，ニッケル水素電池及びリチウムイオン電池に課せられた最大の技術課題であるといえる．
一次電池であるアルカリマンガン乾電池はリチウムイオン
電池と同じレベルのエネルギー密度をもつが，出力密度が低くこれら消費電力の大きい機器を駆動できないため，その用

ケース

途は消費電力の小さい電卓や時計，リモコンなどに限られて性のある DMFC（Direct Methanol Fuel Cell）の開発が盛ん

1200

ニッケルカドミウム電池

出力密度
（W/L）

1000

負極

正極

いる．エネルギー密度ではリチウムイオン電池を超える可能
図3

円筒形リチウムイオン電池の内部構造

HEV
ニッケル水素電池
携帯電話
ノートＰＣ
VCR, DSC
電動工具
など

800
600

リチウムイオン電池

400
200
0

アルカリマンガン乾電池

小形DMFC
0

100

200
300
エネルギー密度（Wh/L）
図2

400

電卓，時計，
リモコンなど
500

小形電池の基本性能

解説：携帯機器用の小形二次電池の高性能化─ニッケル水素電池とリチウムイオン電池─

43

マンガンを筒状に形成し，その中に負極活物質である亜鉛をこれがうまく機能するように負極の容量を正極の容量よりもセパレータを介して挿入し，これらを電解液（水酸化カリウ

適度に大きく設計することにより，過充電に対する安全性をム）とともに電池缶に封入して密閉したインサイドアウトと確保できる．このような過充電反応に対する保護機能はニッ呼ばれる単純な構造である．

ケルカドミウム電池でも働く．

このような構造の差により，ニッケルカドミウム電池，

ここで，電極材料に関して，正極材料である水酸化ニッケ

ニッケル水素電池及びリチウムイオン電池は，アルカリマン

ルに替わる実用的な高容量材料は見出されておらず，これをガン乾電池に比べてその電極反応面積を大きくできるため大見出すことがニッケル水素電池の高容量化の最大の課題ともきな出力密度をもつ．最近，従来のアルカリマンガン乾電池

いえる．一方，負極材料である水素吸蔵合金は実用化当初よの出力を大きく改良した新型電池［3］が実用化され DSC のり LaNi 5 を ベ ー ス に 種 々 の 元 素 を 置 換 し て 多 元 化 し た用途などに用いられているが，なお一次電池であり充電はで

Mm（Ni-Co-Mn）
5 系合金（Mm：La, Ce, Nd, Pr などの希土

きない．また，HEV（Hybrid Electric Vehicle）用の二次電類の混合物）が用いられてきた．この合金系は AB5 型（A は

池は，従来の小形二次電池に比べてはるかに大きな出力密度

La などの希土類元素を主体とする元素，B は Ni などの遷移が要求されるが，電極を薄くして電極反応面積をより大きく金属元素を主体とする元素）と呼ばれ，組成を多元化した場することが単純ではあるが効果的な方法の一つといえる．

合でも CaCu5 型の結晶構造をもつ．

一方，二次電池は電極面積が大きいために自己放電，すな1990 年代後半からは，これとは異なる超格子構造をもつ

わち充電状態で放置した場合，電池内での自然放電反応で充合金［5］も高容量合金負極材料として本格的に検討されてき電した電気が消耗する度合がアルカリマンガン乾電池に比べた．以下，この超格子水素吸蔵合金によるニッケル水素電池て大きく，その抑制も二次電池の重要な技術課題といえる．

の高性能化についてその開発事例を述べる．

3．ニッケル水素電池の高性能化技術
3.1

技術的特徴

ニッケル水素電池の正極材料には，ニッケルカドミウム電3.2超格子水素吸蔵合金負極による高容量化

高容量負極材料として見出された超格子水素吸蔵合金の代表例として La0.7Mg0.3Ni3.3 があるが，従来の AB5 型（A はLa などの希土類元素を主体とする元素，B は Ni などの遷移池と同様に，水酸化ニッケル Ni（OH）2 が使用されているが，金属元素を主体とする元素）の水素吸蔵合金と比べて，B 成

負極には金属水素化物 M x H という水素を金属格子内に可逆分である Ni が A 成分である La + Mg に対して 3.3 と，そ的に吸蔵・放出できる材料（水素が放出された状態 M を水素の化学量論比に大な違いがある．図 4 に示すように従来の吸蔵合金と呼ぶ）が用いられている．金属水素化物について

AB5 型合金は，AB5 で表されるセル X が単純に積層した構は多くの成書［4］があるのでそちらを参考にされたい．その造であるのに対し，超格子合金は AB5 で表されるサブセル

反応式は次のとおりで，右側への反応が充電反応，左側へのX と A に Mg を含む A2B4 で表されるサブセル Y が一定の反応が放電反応である．

規則性をもって積層する「超格子構造」であることが報告され

正極：Ni（OH）2 + OH- ⇔ NiOOH + H2O + e負極：xM + H2O + e- ⇔ MxH + OH電池：Ni（OH）2 + xM ⇔ NiOOH + MxHており，La0.7Mg0.3Ni3.3 合金の場合，XYXXY の積層でユニットセルを構成している．
このような構造をとることにより，本来ならば水素を吸蔵しない A2B4 構造の中にも水素が吸蔵できるようになる可能

電池電圧は約 1.2 V であり機器側の設計によりアルカリマン
ガン乾電池と互換性をもたせやすい．
電解液には導電性を付与するため 10 mol/dm3 程度の濃厚

希土類元素

な水酸化カリウム水溶液が用いられている．すなわち水が溶媒であり，このことが過充電をした場合に，後述するリチウ
ムイオン電池に対して決定的に有利な機能をもたらす．正極の容量を超えて充電した場合，正極上で次のような酸素発生反応が生じる．

負極：4MxH + O2 → 4xM + 2H2O
すなわち，過充電反応に対して「可逆的に」水が分解生成する反応が生じ充電の電気的エネルギーは熱として消費される．

44

Y

X

X

X

X

X

Y

X

ニッケル

ユニット

負極では通常の充電反応とともに，発生した酸素がセパレー
タを透過して負極に移動し再び水となる次の反応が起こる．

X

ユニット

正極：4OH -→ 2H2O + O2 + 4e-

マグネシウムX

AB5 型合金

超格子合金

1 種類のユニット（Ｘ）が単純に積み重なった構造

２種類のユニット（Ｘ, Ｙ）が一定のパターンで積み重なった構造

図4

超格子水素吸蔵合金の構造

通信ソサイエティマガジン NO. 6 秋号 2008

2600

110%

2400

100%

2200

放電容量残存率

電池容量
（mAh）

解説

2000
1800
1600

図5

ニッケル水素電池の高容量化（単三形，三洋電機）の水素吸蔵合金では比容量が 330 mAh/g であるのに対して，超格子水素吸蔵合金では，La0.7Mg0.3Ni3.3 合金の場合
375 mAh/g を 示 す． ま た，Ni の 一 部 を Co で 置 換 し た
La0.7Mg0.3Ni2.8Co0.5 合金では 410 mAh/g と，従来の AB5 型
水素吸蔵合金に比べて容量が約 25％大きくなるため，更に電池を高容量化できる可能性がある［6］．このように，超格子という合金の構造概念は，ニッケル水素電池の高容量化，高エネルギー密度化に新たな展開を開く可能性がある．
この超格子水素吸蔵合金は，2004 年に三洋電機から発売された市販のニッケル水素電池（単三形 2500 mAh，単四形
900 mAh）に世界で初めて採用された［7］．実用化当初より積み重ねられてきた電池・電極構成の改良効果も加えて，その電池容量は図 5 に示すように単三形で実用化当初の 2 倍のレベルに達している．

超格子水素吸蔵合金負極による自己放電の抑制

2. で述べたように，二次電池の技術課題の一つに自己放電の抑制がある．ニッケル水素電池の場合，自己放電の主な要因は次の三つと考えられている［8］．
①負極成分の溶出と正極での還元AB5 型の水素吸蔵合金は，サイクル寿命などで実用的な電池特性を確保するために Co や Mn などを必須成分として含む．これらがアルカリ電解液に溶けて正極やセパレータに還元析出することにより導電パスが形成される［9］．
②

正極の自己分解反応

電池電圧が 1.23 V 以上では，水の分解反応として，正極内で下記の式に示す酸素発生を伴う自己分解反応が起こる．
1
1（OH）
正極：NiOOH + - H2O→ Ni
2 + -O24
2③

AB5 型合金（Mm-Ni-Co-Mn）

70%

50%
1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004
年

性がある．実際，メカニズムは明らかではないが，AB5 型

3.3

80%

60%

1400
1200

超格子合金（La-Mg-Ni）

90%

窒素化合物などのシャトル効果による自己放電反応

電池内に不純物として存在するアンモニアなどの窒素化合物が正極─負極間を移動し，電子の授受により正負極が放電
する．

0

60

120

180

240

300

360

保存日数
（日）
図6

超格子水素吸蔵合金によるニッケル水素電池の保存性能の改良効果

ここでは，自己放電に特に影響の大きい①への対策について，超格子水素吸蔵合金を用いた場合の効果を紹介する．②，③については①の詳細も併せて文献［8］を参照されたい．
超格子水素吸蔵合金は自己放電の原因となる Co，Mn を含まない組成でも十分なサイクル寿命特性が得られるため，電池の自己放電の抑制が期待できる．図 6 に，AB5 型合金と超格子合金を用いた満充電状態の試験電池を 25℃で放置した場合の放電容量の残存率の推移を示す．Co, Mn を含む
AB5 型合金を使用した電池は，120 日以内の放置期間で 80％以下まで低下するのに対し，Co, Mn を含まない超格子合金を用いた電池では，満充電後の放置に伴う容量残存率は約
1 年後も 80％以上で推移し，自己放電が大きく抑制される．
図 7 に，300 回の充放電サイクルを行った試験電池を解体し， 取 り 出 し た セ パ レ ー タ の 断 面 を EPMA（Electron
Probe Micro Analyzer） で 観 察 し， 更 に ICP（Inductively
Coupled Plasma）でコバルトの析出量を定量した結果を示
す．AB5 型合金を用いた電池は，セパレータ中に負極から析出したコバルトが 51 mg/cm2 析出しているの対して，超格子合金を用いた電池は，AB5 合金を用いた電池に比べて，セパレータへの析出物中のコバルトが 1/10 の 5 mg/cm2 と大幅に減少している．なお超格子合金を用いた場合でも（b）に示すようにコバルトの析出が認められるが，これは正極活物質表面に導電性を付与するためにコートされているコバル
ト化合物による．
以上のように，コバルトやマンガンを含まない超格子合金を用いることにより，セパレータへの析出物が導電性パスを形成して生じる自己放電を抑制し，保存特性を向上できる．
この技術を利用して，一次電池に比べて二次電池として劣っていた保存特性に加えてサイクル寿命特性を大幅に向上させたニッケル水素電池が三洋電機（株）から「eneloop」の商品名で市販［10］されており，アルカリマンガン乾電池の用途を置き換えるものとしても注目されている．

（OH）
正極：NH4OH + 6NiOOH + OH-→ 6Ni
2 + NO2

負極：NO2- + MHx→ NH4OH + MHx-6 + OH-

解説：携帯機器用の小形二次電池の高性能化─ニッケル水素電池とリチウムイオン電池─

45

負極側

負極側

正極側

正極側

100 mm

100 mm（ a ） AB5 型合金（Mm-Ni-Co-Mn）
図7（ b ） 超格子合金（La-Mg-Ni）

300 サイクル後のセパレータの断面

外部回路

充電時：充電器
放電時：負荷
放電
e-

Li+

C
Li+

電解液

Li+
Li+

電解液

充電

O
Li

Li+

C

+

Li

+

O
Co
O

放電

黒鉛負極

LiCoO 2 正極
図8リチウムイオン電池の反応

4．リチウムイオン電池の高性能化技術
4.1

O
Co

充電

C

技術的特徴

る際にその一部が SEI（Solid State Electrolyte）と呼ばれる表面皮膜を形成するのに消費されるためである．しかし，2サイクル目以降では，充放電サイクルは実質的に 100％であリチウムイオン電池は，実用化より現在に至るまで，正極：ることが実用上要求される．リチウムイオン電池に含まれるコバルト酸リチウム LiCoO2/ 負極：黒鉛 C が電池系としてリチウムは，電解液に少量存在するリチウムイオンを除けば主流である．図 8 にその反応の模式図を示す．
正極が放電した状態はコバルト酸リチウム LiCoO2 であ正極に含まれるリチウムのみである．これが何らかの原因で不活化すると，その分だけ電池の容量は減少する．例えば，り，このとき負極からはリチウム Li が抜けて黒鉛 C の状態

充放電 1 サイクル当り，1％のリチウムが不活化すると電池になっている．通常はこの化学的に安定な状態で電池が組みのサイクル寿命はたかだか 100 サイクル程度となる．実用レ立てられる．ここから充電を行うと次の反応式で示すように

ベルを 500 サイクルとしてこのときの容量維持率として 80

正極中のリチウムが負極の黒鉛に移動して正極の電位は上が％を実現するためには，計算上では 99.999％以上の充放電効

り，負極の電位は下がる．放電時にはこの逆の反応が起こる．
正極：LiCoO2 → Li1-x CoO2 + x Li++ x e負極：C + x Li++ x e- → CLi x
電池：LiCoO2 + C → Li1-xCoO2 + CLix率が必要である．2 サイクル目以降の充放電によって電池内のリチウムが不活化する原因には大きく分けて以下の二つである．
①

集電体からの正極あるいは負極活物質の脱落②

不可逆的な副反応によるリチウムの消費

充電量に対する放電量の比を充放電効率という．電池を組充放電サイクル寿命の確保は，二次電池の開発の重要課題み立てた後の初回の充放電では，黒鉛負極を用いた場合，こであり，これら二つの原因に対して，総合的な対策がとられの値は通常 90 〜 95％程度となる．すなわち初回の充放電でる．

は 5 〜 10％の不可逆容量が生じ，電池から取り出せる放電

ところで，充電電圧を上げるほど LiCoO 2 から引き抜かれ容量が減少する．これは，充電時に黒鉛がリチウムと反応するリチウム量 x が大きくなり，より大きな電気化学容量が利

46

通信ソサイエティマガジン NO. 6 秋号 2008

解説用できる．しかし x が大きくなると Li1-xCoO2 の構造が不キャパシタ その他
4%4%安定となる．これにより電解液との副反応などでサイクル寿
命特性などの重要な電池特性が劣化し，更にリチウムを引き抜くと最終的には Li1-xCoO2 は分解してしまう．このことは図 8 に示した LiCoO2 の構造から次のように定性的に説明

リチウム系二次電池
48%

燃料電池
40%

できる．すなわち，LiCoO2 は対向する酸素原子面の間にリニッケル水素電池
4%

チウム原子が挿入される層間化合物の構造をとっており，リチウムが充電反応で引き抜かれていくと，対向する酸素面の（ a ） 電池系別構造が不安定化していく．現在，携帯電話やノート PC などのモバイル機器に用いられているリチウムイオン電池の充電
電圧の上限はほとんどが 4.2 V であり，このときの正極の電位は 4.3 V vs. Li/Li +，正極から引き抜かれる Li 量 x は 0.4で，これは比容量で 160 mA/g に相当する．

その他（大型化，評価ほか）
14%
固体，ポリマ
電解質
9%

正極
44%

また，負極の黒鉛は充電時に正極から引き抜かれたリチウ
ムと層間化合物 C6Li を形成する．言い換えれば，負極の黒鉛がリチウムと反応できる量は x=1/6（比容量で 362 mAh/g

電解液
13%

に相当）までであり，このとき，負極の電位は 0 V vs. Li/

負極
20%

Li+ となる．これを超えるとリチウムは黒鉛の層間に入るこ（ b ） 電池構成材別とができず，黒鉛負極上に金属リチウムが析出してデンドラ
イト（樹枝状）結晶成長による内部短絡や電解液の還元などを

図9

2004 年電池討論会での発表内容引き起こし，電池の信頼性や性能を劣化させる．
リチウムイオン電池系の電解液には，有機系の溶媒にリチ

これまでに実用化されたリチウムイオン電池の高エネル

ウム塩を溶解させたものが用いられる．溶媒には以下の要件

ギー密度化は主として電極や電池構成の改良でなされてきてが課される．

いる．一方，実用化当初から，新しい正負極材料や電解液と①電池の作動温度範囲で液体状態を保つ

これらを用いた高エネルギー密度のリチウムイオン電池の提②

リチウム塩を溶解するのに十分に高い誘電率をもつ案や開発が盛んに行われている．詳細は成書［11］，［12］に譲③

リチウムイオンが移動するのに十分に低い粘度をもつるとして，ここではリチウムイオン電池の研究開発の盛況を④

正極・負極の充電電位で酸化，還元されない示すデータを紹介しておきたい．2004 年に行われた電池討

これらを勘案して，現在リチウムイオン電池には，高誘電率論会［13］での発表について（a）電池系別及びリチウム系電池

溶媒と低粘度溶媒の混合溶媒にリチウム塩を溶解したものがの（b）電池構成材別にまとめたものを図 9 に示す．約 300 件

電解液として用いられている．高誘電率溶媒の例としてエチの発表のうち，リチウム系二次電池が 48％と最も多く，そレンカーボネート EC やプロピレンカーボネート PC などのの中では，正極，負極，電解液と二次電池の基本構成要素で五員環の環状カーボネートを，低粘度溶媒の例としてジエチある材料に関するものが 86％を占め，特に正極材料に関す

ルカーボネート DEC やジメチルカーボネート DMC などのるものが多い．これは，先に述べたニッケル水素電池とは対

鎖状カーボネートを，リチウム塩の例として六フッ化リン酸

照的にリチウム系二次電池には正極材料となり得る物質のバ

リチウム LiPF6 や四フッ化ホウ酸リチウム LiBF4 が挙げら

リエーションが多いためで，ここから高エネルギー密度化なれる．

ど，高性能化につながる新しい技術が出てくる期待感は高く，これらの化学種で構成される電解液や正負極材料は，過充電時には分解や反応を不可逆的に生じるため，先に述べた

このような傾向は今後も続くものと思われる．
用途に応じて出力特性や信頼性を重視した新しいリチウム

ニッケル水素電池のように電池の設計だけでは過充電に対す

イオン電池系の開発も行われており，実用化されているもの

る保護はできない．最悪の場合は発煙や発火に至るため現在もある．例えば，充電時に LiCoO 2 よりも化学的に安定なスのリチウムイオン電池ではこのような過充電状態が生じない

ピネルマンガン酸リチウム LiMn2O4［14］やオリビン酸鉄リ

よう外部に保護回路が用いられている．

チウム LiFePO4［15］を正極に用いた高出力・高信頼性のリ

以上のようなリチウムイオン電池の原理的な特徴は，電池

チウムイオン電池が挙げられる．これらは主に HEV や電動の構成材料や設計に多くの制約や要件を課す．それでもなお工具など消費電力が大きく過酷な使用条件で使われる用途に

小形二次電池の主流である理由は図 2 に示したそのエネル向けて開発されている．

ギー密度の高さであろう．1991 年の実用化以来，そのエネ

以下，小型携帯機器の用途として重要な高エネルギー密度

ルギー密度を高めるべく開発が続けられており，現在では角化を目指した新しい負極材料と正極材料，及び高信頼化を目

形，円筒形ともに開発当初の 2 倍以上に至っている．

指した新しい電極構成によるリチウムイオン電池の高性能化

解説：携帯機器用の小形二次電池の高性能化─ニッケル水素電池とリチウムイオン電池─

47

技術の開発事例を紹介し，この中で今後の開発に共通する技

逆的な充放電容量が得られた．一例としてシリコン負極の結術課題を提起する．

果を粉体の黒鉛負極及びシリコン負極の結果と比較して図シリコン負極による高エネルギー密度化

10 に示す．スパッタ法で形成したシリコン薄膜電極の初回

現在リチウムイオン電池の負極に用いられている黒鉛に限の放電容量は 3990 mAh/g，充放電効率は 94％で，この放電

4.2

らずスズやシリコンなどの 14 族の元素は，リチウムを電気

容量はシリコンとリチウムが二元合金の状態図に記載されて化学的に吸蔵放出できることがよく知られておりリチウム合

いる Li 4.4Si を形成したときの理論比容量である 4198 mAh/g

金負極と呼ばれている．金属リチウムを除けば質量当りの比に近い．

容量はリチウム─シリコン系合金が最も大きく，その他の元

これら 14 族元素の薄膜電極のサイクル寿命特性を図 11 に素も炭素に比べると大きい．また，携帯機器用の電池として示す．いずれの元素においても，ほぼ理論値に近い電極容量

重要な小形化，すなわち体積当りのエネルギー密度の増大にが得られ，初回の充放電効率も 93 〜 95％，2 回目以降はほ必要な体積比容量は，いずれも炭素の 3 倍を超える 2000

ぼ 100％であり，黒鉛負極と同等の初期サイクル寿命特性を

mAh/cm3 以上になる．特にシリコンとゲルマニウムは，リ示した．
一方，表面の平滑な圧延銅はくを用いた場合は，2 回目以チウム金属をしのぐ高い理論体積比容量をもつ．
炭素以外の 14 族元素はこのように高い理論比容量をもつにもかかわらず，単体元素の形ではリチウム二次電池の負極降で 100％の充放電効率が得られず，サイクル数の増加につれて容量は減少した．

活物質材料として実用化には至っていない．これは，充電時このようにスパッタ法などの薄膜形成プロセスを用いて作に 3 〜 4 倍にもなる体積膨張とその応力によって活物質が微成したシリコンなどの 14 族元素の電極特性が集電体の表面

粉化して電極集電体から脱落し，これにより集電性の低下がの粗度に大きく影響される理由は，簡単にいうと，粗度が大生じ［16］，実用的な充放電サイクル寿命特性が得られていな

きい場合は，堆積したシリコンが凸部分を底面の中心としていためである．従来行われてきた多くの試みの中には，ある柱状に形成され，充放電に伴う活物質の膨張収縮ができる空程度，サイクル寿命特性の確保に成功したものもあるが，初間を確保できるためである．これまでも同様に薄膜プロセス

回の不可逆容量の増加や反応に寄与しない部分の増加，あるによる電極［20］，［21］が検討されてきたが，サイクル寿命特いは充放電量の意図的な制限により，その電極は理論値と比性が改良されていない原因は，このような作用効果が働かな

較して小さい放電容量しか得られておらず，理論的に期待さいためである．

れる黒鉛負極に対するリチウム合金負極の優位性を確保するには至っていない．

図 12 にこのような高容量シリコン薄膜負極による電池の高容量化の効果をシリコン薄膜負極と黒鉛負極を用いた試作

そこで筆者らは，電極活物質の充電時の大きな膨張収縮と電体との高い密着性が期待できる，めっき法やスパッタ法な
どの薄膜形成プロセスを採用し，シリコンやゲルマニウム，
スズなどの負極としての電気化学的特性を検討した．なお，薄膜形成 条件や電極特性の測定条件の詳細は，文献［17］〜［19］を参照されたい．
その結果，集電体に数 mm 程度までの周期で凹凸のある粗放電容量（mAh/g）

これにより生じる応力に耐える電極構造を実現するため，集な表面をもつ電解銅はくを用いた場合に理論比容量に近い可

4500
4000
3500
3000
2500
2000
1500
1000
500
0

黒鉛（92％）

1

薄膜 Si（94％）

粉体 Si（23％）

放電

0.5
充電
0

500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500
容量（mAh/g）

48

0

2

薄膜 Ge

4
6
サイクル数（回）

8

10

4.5

シリコン電極（スパッタ薄膜 , 粉体）の初回の充放電特性（括弧内は充放電効率）

電池電圧（V）

電極電位（V vs. Li/Li +）

1.5

図 10

黒鉛

薄膜 Sn

図 11 14 族元素の薄膜電極のサイクル寿命特性

2

0

薄膜 Si

4
3.5
薄膜 Si 負極

3
2.5

黒鉛負極
0

100

200

300

400

500

放電容量（mAh/g）
図 12 シリコン薄膜負極を用いた試験電池の初回の放電曲線

通信ソサイエティマガジン NO. 6 秋号 2008

解説

電池の初回の放電曲線の比較で示す．ここで，試作電池の正dm3 の LiPF6 を溶解したものを用いてアルミニウムラミ
ネートフィルムで封止した電池構成であり電極巻取り体の体積は，いずれの負極も同じ 2.8 mm × 36 mm × 53 mm とした．シリコン薄膜負極を用いた試作電池は従来の黒鉛負極を用いたものに比べて約 1.4 倍の容量が得られた．
現在もなお，電池としての全体の特性のバランスの確保が5.0
電極電位（V vs. Li/Li +）極は LiCoO2 を，電解液に EC と DEC の混合溶媒に 1 mol/

4.5

4.4 V 4.5 V 4.6 V

4.0
3.5
4.3 V

3.0
2.5
0

開発課題としてあるが，この結果の発表が契機となってリチ

50

100

150

200

250

容量（mAh/g）

ウム合金負極の研究開発が活発化し，多くの新しい合金負極系やカーボン材料との複合負極系が提案されており，複合負図 13 コバルト酸リチウムの充電電位と放電カーブ

極系では一部，実用化されているものもある［22］．また，図12 から分かるようにシリコン負極は黒鉛負極に比べて放電100％なる．これはシリコンに限らず，他のリチウム合金負極も同80％様であり，リチウム合金系負極を用いた新しいリチウムイ
オン電池の実用化に際しては，機器側の電源システムでこれを考慮する必要がある．

4.3

充電電圧の上昇による高エネルギー密度化

放電容量維持率

電位が約 0.2 V 高いため，電池の放電電圧がその分だけ低く

（c）

60％
（b）

40％

リチウム系二次電池を高エネルギー密度化するためには，

20％

正極材料について，その単位体積あるいは単位質量当りの電0％

気化学的な容量（mAh/g, mAh/cm3）やこれに電圧を掛けた（a）

0酸リチウム LiCoO2 に比べて 200 mAh/g と大きいニッケル酸リチウム LiNiO2 系正極［23］が早くからから検討されており，最近になってこれに Al を置換して LiNiO2 系正極の課

200

300

400

500

サイクル数（回）エネルギー（電力）量（mWh/g, mWh/cm3）の大きなものを探索することが重要である．この観点から，比容量がコバルト100

図 14 4.4 V 充電終止電圧の試験セルのサイクル寿命特性．（a）
LiCoO2, 1M LiPF6 /（EC：DEC = 3：7）．（b）LiCoO2
with Zr （Co：Zr=99.5：0.5），1M LiPF6/（EC：DEC= 3：7）．（c）LiCoO2 with Zr（Co：Zr= 99.5：0.5），
1M LiPF6/（EC：DEC = 1：9）

題であった充電状態での熱的な安定性を高めた Li（Ni,Al）O2 系正極がノート PC 用の円筒形リチウムイオン電池で実液を用いることで，実用レベルの充放電サイクル寿命が得ら

用化された
［24］．

れることを見出した［25］．図 14 にアルミニウムラミネート

一方，コバルト酸リチウムを用いたリチウムイオン電池でも，その充電終止電圧を上げることによって高容量化，高エ封止試作電池（厚み 3.6 mm，幅 35 mm，高さ 62 mm）の 4.4
V 充電終止電圧でのサイクル寿命試験結果を示す．

ネルギー密度化することができる．これは，コバルト酸リチ

DEC は 4.0 V vs. Li/Li+ 以上の高電位で EC よりも安定

ウム正極の充電終止電位を上げることによって，より多くのであることが報告されている［27］．これが DEC の比率を

Li が引き抜かれる，すなわち Li 1-xCoO2 において x が大き

0.9 まで増大すると寿命特性が大きく改良される要因の一つくなるためである（図 8 を参照）．一例として図 13 にコバルと推定される．

ト酸リチウム正極の充電電位を 4.3 V vs. Li/Li+ より 0.1 V

コバルト酸リチウムに類似の多くの層間化合物が新しい正

刻みに 4.6 V vs. Li/Li+ まで上げていった場合の放電カーブ

極材料として研究されている［28］が，その多くは比容量を大

を示す
［25］．

きくするために充電終止電位の上昇を必要としている．ここ4.3 V vs. Li/Li+ の充電電位の放電カーブが現在の充電電
圧 4.2 V のリチウムイオン電池に相当する．充電電位が 4.6で例示したコバルト酸リチウムの高電位充電技術は，これらの新しい正極材料の開発に適用できる．

リン酸鉄リチウム正極の機能性

V vs. Li/Li+ では，4.3 V vs. Li/Li+ とに比べて約 40％も放4.4

電容量が増大するがコバルト酸リチウムの結晶構造が不可逆

現在のリチウムイオン電池の正極材料の主流はコバルト酸［26］．
的に変化することが知られている［25］，リチウムであるが，将来の二次電池市場の成長，特に HEV

そこで筆者らは，正極活物質への異種元素添加や電解液のをはじめとする電動車両用途市場の伸張を考えると，国際的適正化により，充電電圧の上昇による高容量化の可能性を検な戦略物資であり価格変動の大きいコバルトをできるだけ使討した．その結果，正極活物質として，Zr を Co に対するモ

わない正極材料の探索，という観点も重要である．資源エネ

ル比で 0.5 〜 1％加えた Li（Co, Zr）
O2 を用い，EC と DEC

ルギー庁の統計によれば，2003 年の全世界のコバルト生産の混合比を 1：9 とした溶媒に 1M の LiPF6 を溶解した電解量は約 37,700 トンであり，そのうち，10,000 トンを日本が

解説：携帯機器用の小形二次電池の高性能化─ニッケル水素電池とリチウムイオン電池─

49

消費している．更にそのうち 6,300 トンを電池産業が消費し過充電状態における材料の構造安定性は，図 16 に示す充ている．すなわち，全世界のコバルト生産量の約 17％を日

電カーブにも現れる．コバルト酸リチウム LiCoO 2 では，リチウムイオン電池で採用されている充電終止電位 4.3 V vs

本の電池産業が消費していることになる．
このような観点から，希少金属を含まないスピネルマン

Li/Li+（電池では 4.2 V）でも引き抜かれている Li 量 x はガン酸リチウム LiMn2O4［14］やリン酸鉄リチウム LiFePO4

0.4 程度であり，充電電位が更に上昇して過充電領域に入っ［15］は魅力的であるが，エネルギー密度や容量の点ではコバても更に Li が引き抜かれると，先に述べたように構造が不ルト酸リチウムに劣る．一例として，図 15 にリン酸鉄リチ

可逆的に変化して不安定化し，電解液との反応性が高くなる．

ウム正極を用いた 18650 サイズ（直径 18 mm，高さ 65 mm）

一方，スピネルマンガン酸リチウム LiMn2O4 やリン酸鉄リの円筒形の試作電池の充放電カーブを示す［29］．

チウム LiFePO4 では 4.3 V vs Li/Li+ の充電電位でほぼす

現在ノート PC に用いられている 18650 円筒形リチウムイ
オン電池の容量は 2000 mAh 以上のため，リン酸鉄リチウム
正極を用いたリチウムイオン電池は小型の携帯機器用の電源

べての Li が引き抜かれた状態（x=1）となり，充電カーブが充電容量に対して立ち上がっている．
筆者らが充電電圧に対するこれらの正極材料の物性変化を詳しく調べた結果，図 17 に示すようにリン酸鉄リチウム

としては魅力があるとはいえない．
しかし，リン酸鉄リチウムやスピネルマンガン酸正極は，

LiFePO4 では，充電電圧の上昇とともに比抵抗の上昇が認

充電でリチウムを完全に引き抜いても構造が安定であることめられた［30］．ここでは，負極に黒鉛を用いた試験電池を所が知られており，過充電状態でも安全性が高いという特徴が定の電圧まで充電した後に取り出した正極の比抵抗を測定しある．実際，図 15 のリン酸鉄正極を用いた 18650 円筒形試ている．

験電池に保護回路をつけない過充電試験や内部短絡を模擬す

このようなリン酸鉄リチウムの性質を利用すると，4.1 でるくぎ刺試験を行ったところ，破裂や発火は観察されなかっ述べた，ニッケル水素電池に対するリチウムイオン電池の欠点である過充電状態での素電池としての不安全性を回避できた．

る可能性がある．そこで，図 18 に示すような 1 mm 程度の薄いリン酸鉄リチウムをコバルト酸リチウム正極に形成した

4000

二層正極を用いてアルミニウムラミネートで封止した設計容に対する耐性を調べた．二層正極の構造として，（a）アルミニ3600

ウムはくの集電体上にリン酸鉄リチウム正極層を形成し，そ

3200

0.25A
2A

3A
2800

0

200

400

600

800

40

1A
1000

1200

充放電容量（mAh）
図 15

リン酸鉄リチウム正極を用いた 18650 円筒形試験電池の充放電カーブ比抵抗（10-2 mΩ・mm）

電池電圧
（mV）

量 750 mAh（4.2 V 充電終止）の試験電池を作成し，過充電

3530

LiFePO4

25
20
15
10
5
0

Not charged

充電電位（V vs. Li/Li+）

LiMn2O4

4.6

4.2

4.5

図 17

充電終止電位コバルト酸，スピネルマンガン酸及びリン酸鉄リチウム
電極の充電電位と比抵抗

4.2
LiCoO2

3.8

LiFePO4

3.4
3.0

0

30

60

90

120

150

180

充電容量（mAh/g）

50

3.8

充電電圧（V）

5.0

図 16

LiMn2O4

LiCoO2コバルト酸，スピネルマンガン酸及びリン酸鉄リチウム
電極の充電カーブ

LiCoO2

LiCoO2

LiCoO2

LiCoO2（a）（b）

LiFePO4
アルミニウムはく
LiFePO4

図 18 コバルト酸リチウム / リン酸鉄リチウム 2 層正極．（a）
Al 集電体 / リン酸鉄リチウム / コバルト酸リチウム．
（b）Al 集電体 / コバルト酸リチウム / リン酸鉄リチウム

通信ソサイエティマガジン NO. 6 秋号 2008

解説

限界過充電レート
（It）

4

5．む

び

本報ではニッケル水素電池，リチウムイオン電池の技術的3特徴を示し，これらの新しい負極材料及び正極材料について，
その開発事例と課題を述べたが，これらの材料の特徴を製品

2としての電池に生かすためには，次の二つの課題への取組みが重要と考えられる．

10

す

その一つは，素電池の開発に関して，電解質やセパレータなどの電池構成部材との適合性である．特に電解質との適合
単純混合

（a）

（b）

正極の積層構造
図 19

正極の積層構造と限界過充電レート

性は電極材料ごとに大きく異なると考えられ，電極材料─電解質を一体のものとした開発の進め方が実用化，高性能化を実現する上で重要である．もう一つは，素電池の高性能化技術を実用化するための信頼性の高い電池を大量生産する技術
やその周辺回路，機器側の設計も含めた取組みである．特に，の上にコバルト酸リチウム正極層を形成，（b）アルミニウム

新しい正極や負極材料を用いた電池は，その充放電電圧が変はくの集電体上にコバルト酸リチウム正極層を形成し，そのわるため，電池を使用する機器側の電源システムを含めた取上にリン酸鉄リチウム正極層を形成したもの，更に比較とし組みが不可欠であり，開発の段階から機器側と二次電池側のて単純にコバルト酸リチウム正極とリン酸鉄リチウム正極の密接な協力が今後，ますます重要性を増すものと考えられる．

粉体を混合したもの，を用いた．

携帯機器，特に携帯電話に代表される先進的な小型の IT

これらの試験電池を 4 It（1 It は設計容量を 1 時間で充電

機器全体を構成する技術から見れば，その駆動源である小形する電流でこの場合は 750 mA）までの範囲で過充電レート

二次電池は部品の一つにすぎないが，二次電池の技術的な特を変えてその耐性を調べたところ，図 19 に示す結果を得た．

徴に基づいて今後の展望を考察し，更に関係者が連携してそ単純混合と，アルミニウムはくの集電体上にコバルト酸リチの開発を加速する上で本報がその一助となることを願う．

ウム正極層を形成し，その上にリン酸鉄リチウム正極層を形成した（b）の場合は，1 It を超えると試験電池のアルミニウ
ムラミネート封止が破れて発煙したが，アルミニウムはくの集電体上にリン酸鉄リチウム正極層を形成し，その上にコバ
ルト酸リチウム正極層を形成した（a）の場合は，4 It までア
ルミニウムラミネート封止の破れや発煙が認められなかった．
これは，アルミニウムはくの集電体上にリン酸鉄リチウム
正極層を形成し，その上にコバルト酸リチウム正極層を形成した（a）の場合は，図 17 で示したように，4.2 V 以上の過充電領域でリン酸鉄リチウム正極層の抵抗が増大し，その上に形成されたコバルト酸リチウムとアルミニウムはくの集電体の間を絶縁してコバルト酸リチウムが過充電されるのを防ぐためと考えられる．なお，リン酸鉄リチウム正極層に替えてスピネルマンガン酸リチウムについても同様の試験を行ったが，このような効果は得られなかった．このことから，図17 に示したリン酸鉄リチウム正極がもつ充電電圧の上昇による比抵抗の増大という機能が過充電に対する保護を担っていると考えられる．
二次電池の充放電機能を担う電気化学反応は電池構成要素
である集電体／電解液／電極の界面で起こっており，これらの構成要素間にリン酸鉄リチウム正極のような機能性の薄層を挿入することでリチウムイオン電池に限らずどの電池系においても，新たな電池機能や性能を実現できる可能性がある．
この際，挿入する層の機能だけではなく，その層をできるだ
け薄く形成する技術も電池のエネルギー密度や容量を損なわないために重要といえる．

文

献［1］ 電 池 工 業 会 http://www.baj.or.jp/statistics/01.html，他より抜粋．
［2］ http://www.sanyo.co.jp/energy/product/index.html［3］ http://national.jp/product/battery/battery/［4］ 田村英雄（監修），水素吸蔵合金，エヌ・ティー・エス，
1998．
［5］ T. Kohno, H. Yoshida, F. Kawashima, T. Inaba, I.
Sakai, M. Yamamoto, and M. Kanda, “Hydrogenstorage properties of new ternary system alloys:
La2MgNi9, La5Mg2Ni23, La3MgNi14,” J. Alloys Comp.,
vol.311, L5, 2000.
［6］ 米津育郎， ニッケル水素電池の高性能化， 電気化学，
vol.72, p.647, 2004.
［7］ h t t p : / / w w w . s a n y o . c o . j p / k o h o / h y p e r t e x t 4 /0407news-j/0706-1.html［8］ 安岡茂和， 自己放電を大幅に抑制した市販用ニッケル
水 素 電 池 “eneloop” の 開 発， 信 学 技 報，CPM2006158, 2007.
［9］ K. Shinyama, Y. Magari, H. Akita, K. Kumagae, H.
Nakamura, S. Matsuta, T. Nohma, M. Takee, and K.
Isiwa, “Investigation into the deterioration in storage
characteristics of nickel-metal hydride batteries
during cycling,” J. Power Sources, vol.143, p.265,
2005.
［10］ http://www.sanyo.co.jp/eneloop/index.html［11］ 小久見全善八（監修），新規二次電池の最新技術，シー
エムシー，1997.
［12］ 吉野 彰（監修），二次電池材料この 10 年と今後，シー
エムシー，2003.

解説：携帯機器用の小形二次電池の高性能化─ニッケル水素電池とリチウムイオン電池─

51

［13］ 第 45 回電池討論会予稿集，京都，2004．
［14］ T. Ozuku, A. Uchida, and N. Yamamoto, “Zero-strain
insertion material of Li[Li1/3Ti5/3]O4 for rechargeable
lithium cells,” J. Electrochem. Soc., vol.142, p.1431,
1995.
［15］ A . K . P a d h i , K . S . N a n j u n d a s w a m y , a n d J . B .
Goodenough, “Phospho-olivines as positive-electrodematerials for rechargeable lithium batteries,” J.
Electrochem. Soc., vol.144, p.1188, 1997.
［16］ M. Winter and J.O. Besenhard, “Electrochemicallithiation of tin and tin-based intermetallics andcomposites,” Electrochimica Acta, vol.45, p.31, 1999.
［17］ N. Tamura, R. Ohshita, M. Fujimoto, S. Fujitani, M.
Kamino, and I. Yonezu, “Study on the anode behaviorof Sn and Sn─ Cu alloy thin-film electrodes,” J. Power
Sources, vol.107, pp.48 ─ 55, 2002.
［18］ N. Tamura, R. Ohshita, M. Fujimoto, M. Kamino, andS. Fujitani, “Advanced structures in electrodepositedtin base negative electrodes for lithium secondary
batteries,” J. Electrochem. Soc., vol.150, pp.A679 ─
A683, 2003.
［19］ H. Tarui, H. Yagi, K. Sayama, M. Fujimoto, and S.
Fujitani, “Battery performance of a-Si alloy thin film
anode with self organized micro structure,” Proc. 43rd
Battery Symposium in Japan, Fukuoka, 1I12, pp.24 ─
25, 2002.
［20］ S. Bourderau, T. Brousse, and D.M. Schleich,“Amorphous silicon as a possible anode material for
Li-ion batteries,” J. Power Sources, vol.81 ─ 82, pp.233
─ 236, 1999.
［21］ S.-J. Lee, J.-K. Lee, S.-H. Chung, H.-Y. Lee, S.-M.
Lee, and H.-K. Baik, “Stress effect on cycle propertiesof the silicon thin-film anode,” J. Power Sources,
vol.97 ─ 98, pp.191─193, 2001.
［22］ http://www.sony.co.jp/SonyInfo/News/Press/
200502/05-006/index.html［23］ M . G . S . R . T h o m a s , W . I . F . D a v i d , a n d J . B .
Goodenough, “Synthesis and structural characterization of the normal spinel Li[Ni2]O4,” Mat. Res. Bull.,
vol.20, p.1137─ 1146, 1985.
［24］ http://panasonic.co.jp/corp/news/official.data/data.
dir/jn050303-1/jn050303-1.html

52［25］ 高橋康文，戸出晋吾，藤本洋行，中根育郎，藤谷 伸，
LiCoO2 系正極を用いたリチウムイオン電池の充電電
圧上昇による高容量化， 第 44 回電池討論会予稿集，
1C04, p.282, 堺，2003.
［26］T. Ohzuku and A. Ueda, “Solid-state redox reactionsof LiCoO2 (R3m) for 4 volt secondary lithium cells,” J.
Electrochem. Soc., vol.141, pp.2972 ─ 2977, 1994.
［27］ 佐々木幸夫， リチウム電池用電解液の評価， 電池技術，vol.10, pp. 45─ 57, 1998.
［28］ S.H. Kang, C.S. Johnson, J.T. Vaughey, K. Amine,and M.M. Thackeray, “The effects of acid treatment
on the electrochemical properties of 0.5 Li2MnO3 0.5
LiNi0.44Co0.25Mn0.31O2 electrodes in lithium cells,” J.
Electrochem. Soc., vol.153, p.A1186, 2006.
［29］ 堂上和範，井上尊夫，藤本正久，ユ デニス ヤウワイ，
藤谷 伸， 二次電池用正極材料としての LiFePO4 の可能性， 第 45 回電池討論会予稿集，2B05, p.196, 京
都，2004.
［30］ N. Imachi, Y. Takano, H. Fujimoto, Y. Kida, and S.
Fujitani, “Layered cathode for improving safety of Liion batteries,” J. Electrochem. Soc., vol.154, p.A412,
2007.
（平成 20 年 5 月 1 日受付，5 月 22 日再受付）

藤谷伸▶ 1983 京都大学大学院工学研究科（金属系）修士課程了．同年三洋電機（株）入社．
以来，ニッケル水素電池，リチウムイオン
電池の電極材料の開発に従事．工博．現在
同社モバイルエナジーカンパニーエナジー
研究所第１開発部部長．

通信ソサイエティマガジン NO. 6 秋号 2008

報告

展示会
通信ソサイエティマガジンでは会員の方々に関係する展示会について，展示会の一般的な概要報告ではなく，展示会に見る研究・技術開発のト
レンド，諸外国・諸機関の動向，今後の展望などを，執筆者の個人的な見解を含めて提供します．会員の方々にとって，新しい分野・異分野へのチャレンジあるいは学際領域との交流などの参考にして頂ければ幸いです．
（編集委員会）Consumer Electronics Show（CES 2008）

端末を中心とした概況報告

ら GM 社のゼネリック・ワゴナー氏の基調講演が行われた
ことからも，家電以外への広がりをうかがい知ることができる．
今回の CES では，高精細ハイビジョンディスプレイや，
UWB（Ultra Wide Band）をはじめとする家庭内のワイヤレ

日本電信電話株式会社

森西優次

ス化，Blu-ray 陣営と HD DVD 陣営の次世代 DVD の競い合いにメディアの注目が集まった．こういった話題とともに，筆者が注目した小型端末について報告する．

CES の概要

高精細ハイビジョンディスプレイ

CES（Consumer Electronics Show）とは，CEA（全米家ディスプレイの進化には目を見張るものがある．大きさで

電協会：Consumer Electronics Association）が毎年 1 月に米いえば，松下の 150 型プラズマテレビ，シャープの 108 型液

国ラスベガスで開催する家電・情報・通信・エレクトロニク

晶テレビが注目され，薄さでいえば，パイオニアの 9 mm のスに関する世界最大の総合展示会である．今年も Las Vegas

プラズマディスプレイパネルを使った 50 型プラズマテレビ，

Convention Center を中心とした計 4 会場（約 16 万平方メー

日立の約 19 mm/32 型液晶テレビが注目されていた．

トル）で行われ，約 3000 社が出展し，約 14 万人が参加する

その一方で，情報機器を制御するユニバーサルリモコンに至った．これまで CES では家電製品を中心に展示されても 注 目 さ れ て い た．Philips 社，Logitech 社，Universal

き た が，2003 年 の 開 催 を 最 後 に COMDEX（Computer

Remote Control 社がテレビ視聴，パソコンでの映像視聴を

Dealer’s Exhibition）が開催されなくなり，CES への注目が目的とした高機能なユニバーサルリモコンを出展していた．

いっそう増すようになり，今では家電業界以外からの出展もメモリや LCD を駆使した高機能なポータブルデバイスであ数多く見られるようになってきた．今回初めて自動車業界かり，利用シーンに応じて様々にカスタマイズが可能である．
ThinkOptics 社 の WavIt は，RF 信 号 に Zigbee を 利 用 す る
ことで，リモコンの位置（制御機器からの距離や方向）及びリ
モコンの傾き（ひねりの角度など）が取得可能で，3 軸センタを使ったリモコンよりも細かな制御が可能となっており，今後のアプリケーションが期待される．日立は，トラックボー
ルと一つのボタンのみで IPTV を制御するデモ展示を行っていた．機器を制御するという一方向の指示ではなく，操作者にトラックボールを通じてフィードバックが掛かるところが興味深い．

持ち運ぶ情報デバイス
ウェアラブルデバイスとして顕著だった展示の一つが
図1

展示会報告

Las Vegas Convention Center（South Hall）

Bluetooth 対応ヘッドセットだった．単なる携帯電話のヘッ

53

ドセットとしてだけでなく，メディアプレーヤのためのステ
レオヘッドセットやスピーカなども展示されていた．callpod

端末を展示していた．
以上，CES で出展されたもののうち，メディアであまり社 の Phoenix PXUA-0001 は 数 あ る Bluetooth 対 応 ヘ ッ ド

取り上げられないものを中心に視察した結果を報告した．今セットを独立した音声会議に利用していた．5 台までのヘッ

年の CES では，Easy-to-use をキーワードに掲げているこ

ドセットが接続可能だが，携帯電話や Skype と接続することが多く，いかに簡単にセットアップが可能か，いかに使いとで参加人数の制限を事実上取り払うことも可能である．レ

やすいかをアピールしたプロダクトが多かったように思われストランの接客係と厨房との連絡や，野外レクリエーション

る．今後も，だれもが簡単に利用することができるプロダク

での利用が想定されている．

トに注目が集まりそうである．

携帯電話では，デザインを重視する SAMSUNG 社と機能を重視する Motorola 社の展示が顕著だった．SAMSUNG
社は有名デザイナーとのコラボレーションを紹介したり，
オーディオプレーヤに携帯電話機能を付加したような端末をHMI 技術・製品に関する報告

紹介していた．Motorola 社は携帯電話を中心として，動画編集機能まで備えた MOTO Z10 や，オーディオプレーヤの（株）KDDI 研究所

ような使い勝手の MOTO ROKR に注目が集まっていた．ま新藤晃浩

た，携帯電話に GPS 機能が搭載され始めたことで，GPS 対
応 PDA で 有 名 な Mio Technology 社 や Garmin International 社などが携帯電話市場に参入することを発表していた．

筆者は，新たなユーザ体験の創出を期待できる HMI 技術・製品を中心に視察した．本報告では，この中でも特に，ヘッ卓上の情報提示端末

ドマウント型ディスプレイ，超小型プロジェクタ，画像認識

DPF（Digital Photo Frame）は日本でも最近見かけるようを用いた入力インタフェース，Microsoft Surface の四つにになってきたが，CES では多くのプロダクトが展示されてついて報告する．

いた．メモリカードに写真データを入れて利用するのが最もヘッドマウント型ディスプレイ

単純な利用方法であり，日本で発売されているものは大部分

ヘッドマウント型ディスプレイは，3 m 程度先に 60 インがこれにあたる．CES ではメモリカード以外に Bluetooth

チ程度の画面があるように表示させることができるものであを利用した携帯電話からの写真転送などの機能向上とともる．これを用いることで，例えばモバイル端末でワンセグなに，メディアプレーヤと一体化したモデルが数多く見られた．

どの動画を見る際に，大画面で見ることができるといった効

新しいものでは iPhone をそのまま接続し，中のコンテンツ

果が期待される．ヘッドマウント型ディスプレイの出展者数を再生できるものがあった．CEIVA 社の DPF はネットワー

は筆者が視察しただけでも 8 社ほどあり，注目されていた．

クに対応し，遠隔地からネットワーク上のサーバにアップ

性能的にも，多くのものが VGA 以上の解像度を実現しておロードした写真を DPF から定期的に取得し表示することがり，鮮明な画像が表示されていた．三次元表示ができるもの，可能な DPF を展示していた．

SVGA の解像度 を実現しているものなど各社の出展品はDPF が写真，映像，音声といったメディアを表示するの様々な特徴をもっていたが，本報告では，特に VUZIX 社のに対し，天気の情報などを提示する卓上表示端末もいくつか

VR920-X について紹介したい．VR920-X はヘッドトラッ

展示されていた．ネットワークから天気の情報を取得して提キング機能を備えているのが特長である．ヘッドトラッキン

示するものや，P3 社の Professional Weather Station E9300

グ機能は，センサを用いて顔の向きを検出し，顔の向きと連は，屋外に設置した計測器からの情報を提示してくれる表示

動して三次元の仮想空間上の視点を操作することができる．
通常のものは視線の方向を変更しても画面は固定で，顔の正面に位置したままとなるのに対して，ヘッドトラッキング機
能を使えば，あたかも自分が仮想空間上に本当に存在するかのように画面が表示されるため，PC ゲームやセカンドライ
フなどを利用する際の臨場感を向上させる効果をもつ．

超小型プロジェクタ
モバイル端末の画面サイズの制限の解決に利用可能な別のデバイスとして，超小型プロジェクタについても紹介したい．
超小型プロジェクタは，プレゼン資料などを周りの人と共有するようなシナリオに使うことができる．出展者数は筆者の視察範囲内では 3 社程度と，まだ少ない様子であったが，2
月 11 日に Texas Instruments 社が関連のプロセッサ開発を
図2

54

基調講演会場

発表するなど注目度は徐々に高まってきていると感じる．今通信ソサイエティマガジン NO. 6 秋号 2008

展示会報告回視察した出展品は，アイセーフの観点から輝度が制限されその適切な提供方法についても今後更に検討していく必要がており，オフィスのような明るい場所では多少使用が制限さあると考える．

れるが，既存のプロジェクタを使うような少し薄暗い場所での使用が期待できるものであった．また，現在は，超小型といっても各社モバイル端末とは別筐体として提供される大きさとなっていることが課題となっているが，今後モバイル端末に内蔵され，いつでもどこでも使用可能になることを期待

ICCE 会議報告

したい．

日本電信電話株式会社

画像認識を利用した入力インタフェース

山口徹也

入力インタフェース技術としては，3dv Technology 社のZ-CAM を紹介したい．Z-CAM は，通常のカメラによる画会議概況

像認識に加え，赤外線カメラにより奥行を検知することで，ICCE（International Conference on Consumer Electro-

高精度なユーザの動作認識を実現している．人間の手の動作

nics）は，IEEE Consumer Electronics Society が主催する国を認識して PC の操作をしたり，奥行を含めた腕の振りを認際会議であり，例年，CES と日程及び場所を合わせ，併設開識してボクシングゲームを操作したりするようなデモンスト

催されている．映像音声メディア技術，ホームエンターテイン

レーションが行われており，認識精度やレスポンスが非常にメント，モバイルコンピューティング，ネットワーク，無線技術，

良いことが見てとれた．特にボクシングゲームのような入力

セキュリティ・権利保護など，コンシューマエレクトロニクスに関操作が直感的な動作と近いサービスについては，ユーザビリ連する分野の専門家によって，新しい技術やシステムに関する，

ティ向上の効果は高く，今後 様々なサービスへの応用が期

より詳 細な技 術 報 告がなされている． 本 年も，“The Mobile

待される．

Consumer” をテーマとして，2008 年 1 月 9 日から 13 日までの 5

Microsoft Surface

日間，ラスベガスコンベンションセンターで開催され，2 日間の最後に，入出力インタフェースを高度に連携させた技術とチュートリアル講演及び 3 日間のセッション講演にて，各分野のし て， ビ ル・ ゲ イ ツ 氏 が 基 調 講 演 で も 紹 介 し て い た

活発な研究発表や議論が展開された．キーノートについても，

Microsoft Surface を紹介したい．Microsoft Surface はテー

Lenovo 社 Frances K. O’Sullivan 氏のコンシューマエレクトロ

ブル型の PC であり，マルチタッチパネル機能を備えた 30

ニクス製品のグローバル化動向に関するスピーチや，映画 Star

インチディスプレイを備えているのが特徴である．このマル

Wars の特殊効果に携わった Grant Imahara 氏のスピーチな

チタッチパネルは同時に 50 点程度の接触を認識できるそう

ど，製品や産業を強く意識した興味深い内容のものが用意されで，2 点接触による縮小拡大に加えて，複数ユーザが同じテーていた．

ブルを使って一緒に作業するようなデモンストレーションも本会議における発表論文数は，275 件（口頭発表：179 件，

見ることができた．更に，カメラやクレジットカードをディ

ポスター発表：96 件）であり，アメリカ，カナダ，ドイツ，スペイン，

スプレイ上に置くと，それらを認識する機能も備えている．

オランダ，ポルトガル，ポーランド，イタリア，フランス，イギリス，

これによって，例えばカメラを置くとカメラ内のコンテンツ

韓国，日本，中国など各国から発表があったが，中でも韓国かを自動的に通信で取り込み表示することができる．また，こらの発表の多さが目立っていた．日本からは，家電メーカなどをれらの物体が認識されると物体の周りに円が描かれ，この円中心に，40 件程度の論文が発表された．なお，本会議で発表の中にコンテンツをドロップすると逆にカメラなどに送信すされた内容のうちの一部については，内容の拡充が図られてることもでき，クレジットカードの場合は，円の中に購入した

IEEE Transaction on Consumer Electronics 誌上に掲載されいコンテンツやレストランの注文メニューをドロップするこている．本会議の Proceedings などで興味のある内容を見つけとで簡単に支払いを行うこともできる．上記以外にも様々なられた方は，こちらも参照頂きたい．

デモンストレーションを見ることができ，そのすべてが実際セッションは，大きく，①映像関連（Video Transcoding &のシナリオを想定して非常によく作り込まれていると感じ

Qo S , Enco d i n g Tech nique s , Vide o P roce s si ng a nd

た．当面は，レストランやカジノといった法人向けに展開さArchitectures, Video Distribution System Aspects & Tools,

れるという話であったが，将来的にコストが安くなり，一般Video Streaming & Transmission, Video Enhancement,

家庭にも普及することを期待したい．

Advanced Video Decoders, Error Concealment Techniques

以上，CES で出展されていた内容のごく一部ではあるが，など）， ②ストレージ / レコーダ / カメラ関 連（Audio/Video

HMI 技術・製品動向について報告した．今年の CES は全体

Recording, Optical Storage：Present and Future, BD & HD

としてテレビなどの従来の家電でも特にユーザビリティを指DV D, H o me M e d i a S e r ve r, 3D C a me r a & O bj e c t

向した製品の展示が多く見受けられたが，HMI 技術はユー

Recognition など），③ネットワーク関連（Protocols, Reception

ザビリティに大きな影響を与えるものである．このため，真a nd I nter ference , Er ror C or re c t ion, Br id g i n g a ndにユーザビリティ向上を実現するためには技術だけでなく，Interworking, Wireless Services, Automotive A/V &

展示会報告

55

Networking, Applications など ）， ④ そ の 他（Audio Signal

送と通信の連携が，今一歩進みにくい状況にあるが，今後，こProcessing, Special Healthcare, Digital Rights Manage-のようなモバイル放送の高度化の流れの中で，有効な放送通信

ment, Human Computer Interaction, User Privacy and連携サービスの拡大が進むことに期待したい．

Authentication, Gaming & Processing Architectures など ）に分類できる内容で構成されていた．
以下では，筆者の主な研究領域である，放送通信連携，映像配信技術に関連した研究発表について報告する．

IPTV
IPTV に関しては，CATV/IPTV ハイブリッド受信機に関する 提 案（Keumyong Oh ら の，“Middleware Architecture ofHybrid Digital Cable Receiver for Cable Broadcast and

映像符号化・トランスコード

IPTV Service based on OCAP”），H.264 scalable video

Jun Xin らの “A Study of MPEG-2 to H.264/AVC Trans-

coding を用いて，ザッピング直後の映像提示開始時間を短縮す

coding with Half-Horizontal Resolution” や Xingang Liu らる提案（Yonghee Lee らの “Reducing IPTV Channel Switch-の “Statistical Analysis and Derivation of Intra MB Modeing Time using H.264 Scalable Video Coding”），IPTV のDecision Rules for MPEG-2 to H.264/AVC Transcoding” な

FEC パ フ ォ ー マ ン ス 比 較（S.W. Kim ら の “Performance

ど，MPEG-2 から H.264/AVC へのトランスコードについて，

Analysis of Forward Error Correcting Codes in IPTV”）な

変換処理量の低減を実現する研究内容が発表されていた．ト

ど，受信機アーキテクチャ，送出技術，伝送技術といった幅広ランスコード技術は，HDD 録画機器内での利用に加えて，映い内容で様々な興味深い提案があり，今最も盛んに研究開発が像配信時にネットワーク負荷を低減するための技術としても，更行われている分野の一つであることが感じ取れた．IPTV 関連に注目を集める分野であろう．今後は，リアルタイム性，映像技術については，ITU での標準化も進んでおり，今後，標準化

品質，所要ビットレートなどの観点から総合的に有効性が評価と差異化のバランスを意識した研究開発が求められるであろう．

され，更なる高度化が進むことを期待する．

放送技術
Igor Curcio ら の，“Content Rebroadcasting from DVB-H
to Home Network” や，Won-Sik Cheong らの “Bidirectional

以上，ICCE08 の概況と，主に放送通信連携，映像配信技
術に関する研 究 発 表について報 告した． 次 回 ICCE09 は，2009 年 1 月 10 日から 14 日まで，開催される予定である．
（平成 20 年 3 月 12 日受付）

I nteractive C ontent s Player for Ter re st ria l Dig ita lMultimedia Broadcasting（T-DMB）” など，モバイル放送サー
ビスの高度化に関するものが複数報告されていた．いずれも，
モバイル放送と通信を連携させてコンテンツやサービスの更なる価値を創造するものである．特に，後者は，モバイルマルチメディ
ア放送で双方向サービスを実現する受信機アーキテクチャについて提案するとともに，ユーザインタラクションにより，放送で提供される映像に，通信経路で取得した映像を挿入して提示するサービスについて述べられており，ユーザ適応型の CM 挿入などに有用であると感じた．日本では，サービスレイヤにおける放56

通信ソサイエティマガジン NO. 6 秋号 2008

電子情報通信学会 2008 年ソサイエティ大会の開催地から明治大学生田キャンパス

1．明治大学理工学部

基礎理工学専攻からなる．更に 2008

2．2008 年ソサイエティ大会案内

明治大学は，駿河台（御茶ノ水），

年 4 月には文理融合型の新専攻とし2008 年 9 月 16 日 か ら 19 日 ま で和 泉， 生 田 の 3 キ ャ ン パ ス を も ち，て理工学研究科に新領域創造専攻をの 4 日間，明治大学生田キャンパス

生田キャンパスでは理工学部と農学設置する．安全学系，数理ビジネス系，において，ソサイエティ大会が開催

部の学生が勉学に励んでいる．キャン

及びディジタルコンテンツ系の三つされます．学会としての通常の講演パスは多摩丘陵の高台に位置し，広の系を有し，新しい学問や産業及びに加え，特別企画として「電子情報分

大な敷地の中にハイテクリサーチセ

それを担う人材の育成を目指してい野において活躍するためのエッセン

ンターをはじめとする最新の研究・る．

ス」「標準化とビジネス戦略」等が予定

実験施設が存在する．新宿から生田

また 2008 年には，社会及び自然にされています．また明治大学からのまでは小田急線で 30 分弱と，都心かかかわる現象の数理的解析を課題と特別企画として先端数理科学インス

らのアクセスも比較的良い．

する国際的研究拠点として，先端数

ティテュート所長である三村昌泰教

明 治 大 学 は， 既 に 創 立 120 年 を

理科学インスティテュートを設置し授による講演「自己組織化の神秘（仮超えた総合私立大学として知られた．社会とのかかわりを重視した数題）」を企画しております．

ているが，その中にあって理工学部

理科学の普及・発展を図るとともに，は 1949 年に工学部として創設され，

数理科学的技術を身に付け，複雑化

1989 年に工学部から理工学部に改組する社会において活躍できる人材のされ，現在に至っている．理工学部

育成にも積極的に取り組んでいく．

多くの皆様の御参加をお待ちしております．
（明治大学 嶋田総太郎）

では 6 年一貫教育を教育目標として謳い，学部 1 年から大学院修士 2 年までが（更にそれに加えて博士課程の大学院生が）同じキャンパスで勉強・研究に励んでいる．学部は，電気電子生命学科，機械工学科，機械情報工学科，建築学科，応用化学科，情報科学科，数学科，物理学科の工学系 5 学科，理学系 3 学科で構成され，多様性をもった教育研究を目指している．特に電気電子生命学科は 2007
年度に，電気電子工学科と電子通信工学科を再編して，新設されたばかりであり，従来の電気・電子・情報・通信・エネルギーの分野に加え，ナノバイオテクノロジー，バイオイン
フォマティクス，ロボット工学，脳情報処理など生命科学と電子技術の融合領域研究を発展的に取り込んでいる．
大学院としては理工学研究科を有しており，電気工学専攻，機械工学
専 攻， 建 築 学 専 攻， 応 用 化 学 専 攻，

電子情報通信学会 2008 年ソサイエティ大会の開催地から▲明治大学理工学部

明治大学生田キャンパス

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連載企画

ある編集委員の留学記

その1：申請から出国，現地での生活準備まで
関屋大雄

1．ま え が き千葉大学を取得した直後などは，置かれる環境によって研究テーマが変わることが多々あると思います．しかし，「留学すること」

通信ソサイエティマガジンを御愛読頂きありがとうございを第一優先で考えると，研究実績のある分野（学生時代のテーます．私は，本マガジンの編集委員でありながら，本年 2 月マ）で申請しないと採択されないのでは，という心配も生じ末よりアメリカ・オハイオ州で 2 年間の留学生活を始めまします．したがって，この時点での研究分野と留学先の決定はた．その間，編集作業をお休みすることになり，代わりの仕非常に難しく，決断が必要でした．更に，留学希望先にアポ事（?）として，留学記の執筆をすることとなりました．今回イントをとって「もしかしたら」の状態で内諾をもらっておく

は留学の申請から，現地での生活準備までの話をさせて頂き必要があり，この行程もなかなか面倒です．実際に申請書をます．

書こうと思っても，この時点で挫折してしまう方も多いので

2．留 学 制 度はと想像します．しかし，私の経験では，ここが最大の難関で，乗り越えてしまえばそれほどの面倒はありませんでした．

海外の大学に入学し，学位を取得するという意味での「留申請書を完成度の高いものにするためにも，公募が出てから学」のほかにも , いわゆる「海外留学」するための手段がいく

対応するのではなく，早くからこつこつと申請のための準備

つかあります．COE の一環として海外留学を奨励するシス

を進めておくことがポイントかもしれません．

テムが準備されている大学があります．このような大学では在学中に短期留学を経験できることと思います．海外留学をさて，私の場合はいろいろな選択肢の中から留学先を決めようと思い，以下のような手段で打診してみました．

支援する財団もあります．また，国が海外留学を支援する制

A．国際会議で知り合った先生に打診する．

度もあります．企業で海外留学を奨励しているところもある

B．
（面識のない）論文・本の著者に打診する．

と思います．これらの制度の多くは「若手」に対象が限定されC．その分野のパイオニア（アメリカの企業の人）に紹介している場合が多いようですが，調べるといろいろなところにチャンスがあることが分かります．
私は今回「日本学術振興会海外特別研究員」［1］に採択されてもらう．
そのほかに上司，指導教員に紹介してもらうという方法もあるかと思います．私は合計 10 名近くに打診してみました．

留学させてもらえることになりました．本制度の対象は「（申概して A での打診は良好な，B は定型文にはまったような

請年度）34 歳未満」「博士の学位を取得，または取得見込の回答が主でした．B に対する回答では，ほとんどの場合「机もの」です．派遣期間は 2 年と長いので，腰を据えて研究すとコンピュータを準備するので，月 $1,000 支払ってくださることができます．当初は医学系，理学系だけが対象でした

い」という条件が付記されていました．

が，途中からに工学系も派遣対象になったようです．年齢制
限ぎりぎりで初めて応募し，いわゆる一発勝負だったのですが，幸運にも採択され現在に至っています．

3．申請書の作成
海外留学への道は，その多くは申請書を作成するところから始まります．ここで海外留学を成功させるための大切な要素が入ってきます．それは「研究テーマと留学先」を申請書を作成する時点で決定しなければならないという点です．申請
書を書くのは，実際に留学に出る約 1 年前になります．博士

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通信ソサイエティマガジン NO. 6 秋号 2008

国際会議の場でよく話しかけて頂いた先生とその分野のパ

えて，旅行代理店のビザ代行手続きを使うことにしました．

イオニアに紹介して頂いたリストの中で最初にあった名前が大学関係者であれば生協などに特別料金が設定されたものが一致したこともあり，アメリカ・オハイオ州にある Wright

あると思います．SEVIS の支払いのタイミングも指示してState University を 留 学 先 と し て 決 め ま し た． ち な み に，くれました．なお，SEVIS はすべてネット上で処理できます．

“Wright” はライト兄弟の「ライト」からきており，この街で仮の領収証が画面に出てきますので，それを印刷すれば手続生まれたそうです．大学のシンボルも飛行機です．

き完了です．
面接は出国予定日の 3 か月前から入れることができるそう

4．出国の準備です．代理店を使うと書類内容が信頼されているため，面接

無事採択内定通知を頂いたのが 10 月．出国予定は翌々年当日の手続きが迅速に進みます．さて，大使館では指紋をとっの 2 月としていましたので，出国まで 1 年半くらいの余裕がた後すぐに面接が始まりました．面接内容は日本語で「どこありました．出国までまだまだ時間があるなー，とぼーっとに行くのですか ?」「どのくらい行きますか ?」と聞かれて終していたのですが，年度が明けた 4 月に，どれどれ下調べで了．
「あなたにビザが発給されました」という用紙をもらって，も，とネットを検索すると「アメリカの大学の手続きは相当大使館を後にしました．これでめでたくビザの取得が終わり

のんびりしており，日本の感覚で進めると痛い目にあう」
「早

ました．

めに準備をするにこしたことはない」など，怖いコメントが数多く目につきます．それでは，と重い腰を上げて手続きを始めることにしました．

保険の加入
保険の加入は必須条件です．私は日本の保険会社を使いましたが，日本で入らず，留学先の保険に入るという手もあり

ビザの申請ます．ところで，自動車保険はアメリカで入ることになりま

私の場合，J1 ビザ（交流訪問者）での渡航となります．こすが，日本での運転履歴が考慮されないため，通常保険料がのビザをとるための手順は高額になります．保険会社によっては，日本の運転履歴をア

1．留学先の大学から DS-2019 という書類を受け取る．

メリカの自動車保険に反映させてくれるサービスがあります

2．SEVIS と呼ばれる「交流訪問者が参加する各非移民プ

ので，選択する材料の一つになると思います．

ログラムのための 1 回限りの費用」を支払う．
3．ビザの申請をする．

住まいの決定住む場所は都会であればいろいろな選択の余地があり，現となります．結果からすると，DS-2019 の取得が一番大変で地に着いてからしばらくはホテルに滞在し自分の目で確認しした．トラブル防止のため，1. メールと同時に FAX も送信，て探す，という手段があるのでしょうが，私の行くところは

2. できれば電話で確認，をした方がいいと思います．私の場

地方なので選択の余地はほとんどありません．アパートは，合，メールだけで対応しようとしたため，私のメールが迷惑

留学先の先生にいくつか候補を挙げてもらい，先方に直接電

メール扱いにされていたことに互いに全く気づかず，書類の話して決めました．

取得に 4 か月要しました．
この DS-2019 を取得すれば，あとは日本のみでの作業となり，SEVIS の支払い，アメリカ大使館でビザ取得の審査

到着後すぐに支払いがあったのですが，現金，クレジット
カードは受け付けてもらえず，出国前にトラベラーズチェッ
クで支払う了解をもらっておきました．

を受けることになります．私は書類作成の手間と確実性を考ある編集委員の留学記

その 1

59

国際免許

ハイオ州はまだ大変厳しい寒さで，3 月中旬には記録的な大国際免許は 1 年有効なので，留学期間が短ければこれで事雪が降りました．

足ります．一方，アメリカで免許をとる場合も，国際免許があると実技試験が免除されるケースが多く，車の取得がス
ムーズに進みます．

荷物の運搬
最後に荷物の送付を．送ったものは衣類が 3 箱分，そのほかには炊飯器，研究資料ぐらいです．

このような環境ですから暖房がないと凍えてしまいます．
暖房は部屋ごとにコントロールするのではなく，付けたらす
べての部屋が暖かくなる仕組みです．エネルギーの効率的な利用など全く考えていないように感じます．

Social Security Number
日本人はやっぱりお米です．炊飯器は重宝しています．

ア メ リ カ で 生 活 を す る に は， こ の “Social Security

その他

Number” を取得しないことには何も始まりません．申請に歯医者に行ってチェックをしておくといいと思います．アはパスポート , DS-2019, そして大学でもらう書類が必要でメリカでは医療保険に歯科は含まれず，高額な治療費がかかす．それらを Social Security Office に提出し，あとはひたるそうです．私の場合，1 本虫歯が見つかり，無事治療してすら待つことになります．ひと昔前までは，電話で番号を教から出国できました．

えてもらえたそうですが，現在はセキュリティの問題でそれ5．いよいよ留学生活開始

ができません．最終的にはカードとして送られてくるのですが，その取得までには通常 3 週間かかるのが相場だそうです．

出国日，日本からシカゴまでのフライトがキャンセルにな

しかし，これがないと話が進まないものがたくさんあります

るというトラブルもありましたが，無事現地に到着し，いよので，一刻も早くこの番号を取得したいというのが本音です．

いよ留学生活の開始です．

裏技としては，「番号は準備でき現在カードの作成中です」と
い う 手 紙 が 届 き ま す の で， そ れ を 持 っ て Social Security
Office に直接聞きに行きます．すると番号をその場で教えてくれます．これで 1 週間ほど期間を短縮して番号を知ることができます．事務所に行く分余計な時間はかかりますが，どうしても早くほしいという方はぜひお試しください．

銀行口座
アメリカでの公共料金は小切手で決済することがほとんどです．そのためには，アメリカで銀行口座を作る必要があり
まずは生活基盤を整えなければなりません．電気，水道，ます．私の場合，大学に入っている銀行で口座を作ったため，

電話，インターネット，ケーブルテレビなど生活基盤の準備

大学の身分証明書で代用でき，Social Security Number はが必要です．こう考えると，身の回りの生活基盤に「電子情報」

事 後 報 告 で い い と い わ れ ま し た． 口 座 に は “Saving” とはとても重要な位置を占めていることを改めて感じます．

“Checking” があり，前者はキャッシュカードの引き落とし

電気・水道のための，後者は小切手の引き落としのための口座になりま

アパートの契約をする際，管理人さんに電力会社に連絡をす．

とってもらい，契約をしてもらいました．当然，この時点でこれを作った直後，日本から送金してもらいました．ちょは Social Security Number はありません．その場合，通常

うど円高で 100 円を切ったときであり，「神風が吹いた！」とより高額なデポジットを要求されることになります．水道は大喜びでした（注：本原稿は 5 月上旬に書いています）．

アメリカではアパートの管理費に含まれることが多く，私の情報インフラ場合もそうでした．また，アパートはすべて電気（オール電Social Security Number を取得できると，種々の情報イン化というとイメージとも違うのですが）なので，ガス会社とフラの契約を進めることができます．私は固定電話，携帯電の契約は必要ありませんでした．

話を電話会社と，ケーブルテレビとインターネットをケーブ

私がオハイオに到着したのは 2 月末でした．この時期，オ60

ルテレビ会社と契約しました．固定電話，ケーブルテレビ，

通信ソサイエティマガジン NO. 6 秋号 2008

インターネットはセットで電話会社，またはケーブルテレビてきますので，自動車の登録を行い自分でプレートを取り付

会社 1 社と契約することも可能で，両者は激しい競争を展開けることになります．

しています．なお，インターネットのスピードは都会でないこともあるのでしょうか，日本とは比較できないくらい遅く，料金も高額です．日本では当たり前のように「ひかり」を自宅で使っていましたが，それがいかに恵まれた環境であるかをこちらに来て初めて実感しました．
携帯電話はアメリカのクレジットカードの履歴（Credit
History）がないので，通常のプランで契約するために高額なデポジット（$500）を請求されました．このデポジットは 1 年後に返ってくる仕組みなので，滞在が 1 年の場合，通常のプランではなく，プリペイド式のプランを選択する場合が多い
ようです．

日本とのやり取り
日本とのやり取りはほとんど SkypeTM［2］で済ませています．パソコン間は無料であること，ビデオ電話ができることは魅力的です．こちらの回線が細いため，ビデオ通話では，

自動車保険とぎれがちになることがありますが，ビデオが停止しても音こちらの自動車保険は，原則として，日本の運転履歴は考

声はしっかり届き，QoS 制御がしっかり効いていることを慮されませんので自動車保険料は高めになります．運転履歴

実感しました．アメリカでは Skype で電話をかけることもを考慮してもらえるサービスのついた保険に日本であらかじ

できますので，日本への国際電話も Skype を使っています．

め入っておくといいかもしれません．職業，既婚／未婚，通自動車免許

勤に使うのか，などによって料金が変わるようです．私の場

免 許 の 取 得 に も Social Security Number が 必 要 で す．

合「州立大学の研究員」という立場が良かったのでしょうか，Social Security カードと国際免許証をもっていき，筆記試験

公務員向けの保険会社を通じて比較的安く自動車保険に入るだけで免許が発行されました．筆記試験ですが，交通局のサことができました．

イトを見ると，練習問題がのっていました．州によって交通

その他

規則が違いますので，簡単な予習をしておいた方がいいと思到着したときとても寒かったこともあり，寝具の購入を急います．標識の意味などは日本と変わりありませんが，農耕ぎました．一人暮らしの身としては，ベッドと机，椅子があ用自動車の規則，飲酒運転でつかまったときの罰についてなれば家具は十分でしょうか．また，アパートにはリビングルー

ど，勘に頼らないといけない問題もありました．なお，オハム，ベッドルームともライトがついていませんので，それもイオ州の場合，試験は機械に向かって答える選択式で，日本購入する必要があります．

語で試験を受けることが可能です．

自動車
アメリカ，特に地方で生活していく上で，自動車は欠かすことのできない買い物です．おそらく留学中最も高価な買い物が自動車になりますので，購入を決断するのにも勇気がいります．自動車の購入は予算との相談になりますが，ピンからキリまであらゆる自動車が検討対象となります．壊れてもいいような安い車を買って普段の生活に利用し，遠出の際はレンタカーを利用するという手段もあるようです．
こちらの先生と相談したところ，日本車は中古で売るときに値段の落ちが小さいこと，かつ，値段の落ち方は割合では生活必需品はショッピングモールに行って購入することになく，絶対額が同じであることから，日本車の新車を強く勧なりますが，車がないと行けませんし，持ち運びも大変です．

められました．結局写真の車を購入しました．購入の際にはそのため，買い物に協力してもらえる人を探すのが必須です．

教授にも付いてきてもらい，値段交渉をお願いし，10 万円

先生，及び同じ研究室の学生がいろいろと助けてくれました．

弱の値引きに成功しました．交渉の事前知識として，相場をインターネットを通じた購入も便利なのですが，電話番号把握する必要があります．“Kerry Blue Book”［3］が有名で，の登録が必要なので Social Security Number の取得待ちに事前に相場を調べておくことは必須だそうです．最初は仮のなってしまうという問題があります．また，会社によってインナンバープレートで運転します．その後，権利書が郵送されターナショナルカード（日本のクレジットカード）を受け付けある編集委員の留学記

その 1

61

ないというところもありますので，条件を熟読することが必要です．テレビを買おうとネットで申し込み，受付のメールのシェルタを介してすべて地下道でつながっています．
ところで，私はまだ大学内で日本人を見かけていません．

も返ってきたのにその後しばらく待っても商品が届きません

先日留学生のためのパーティがあり参加してみたのですが，でした．そこで，電話で確認したところ日本のカードだから

日本人を見つけることはできませんでした．日本人つながり駄目だった，ということがありました．このような場合，向で友人を増やしていくのは望み薄です．現在，なるべく多く

こうからこちらに指摘することはまずありません．詳細を熟の友達ができるように，積極的にいろいろな人に話しかけて読しなかった方が悪い，ということです．
アメリカは日本と比較して，まだまだ電話社会だな，と感います．偶然にも柔道などを経験し，日本文化に興味のある学生が近くにいて，食事，映画，ボーリングなどに頻繁に誘じます．インターネットで申し込んでも多くの場合最後は電ってくれます．このような環境の中で，友達の輪を広げてい話で確認しますし，電子メールで質問しても返答はほとんど

くことは精神的にもとて も大切だと感じています．

なく，結局電話をしなければなりません．

6．大学の環境

7．むすび

今回は，留学の申請からこちらでの生活準備までを書かせWright State University は 17,000 人近くキャンパスにいて頂きました．海外留学に対していえることは，どの制度をるそうですが，どこにそんな人が隠れているのか，と思うほ

使うにしても自ら申請する自主的な姿勢を伴わなければ，門

ど空間的にゆったりしています．また，時間もゆったりと流戸は開かれないという点です．留学を実現するにあたり一番れている感覚があります．大学内だけでなく，街全体がその大事なことは「何が何でも留学したい」という気持ちをもつこ

ような雰囲気をもっています．先日運転していると，列をなとだと思います．まだ留学は始まったばかりでありますが，

してガチョウが道を渡っているところに遭遇しました．この自身の留学が皆さんにとって魅力的に見えるよう，頑張り，ようなときも，みんなにこにこしながら，ガチョウが渡り終

楽しみたいと思います．

えるのを待っています．
街全体せかせかした雰囲気がなく，おおらかに過ごしている感じがします．地元の人いわく，「ニューヨークなどの大都会とは感覚が違う」とのこと．このような雰囲気の中，私ものんびりと過ごし，じっくり研究を進めていければと考えています．
キャンパスは広すぎて，すべてを歩いて回ることはできません．主要な建物は近くに集中しているので，普段の生活に困ることはないのですが，場合によっては車で学内を移動することもあります．
写真は大学の多目的アリーナで，学位授与式などのセレモ
ニー，カレッジスポーツなどの大学行事のほかに，一般のライブなどが行われます．キャンパスのはずれにあるため，ここに行くには車が必須です． 大統領選の際，オバマ候補がこ
こで演説をしました．一方，この大学の近くにアメリカでも文

献［1］ http://www.jsps.go.jp/j-ab/index.html など．
［2］ Skype Limited, http://www.skype.com［3］ Kerry Blue Book Co., Inc., http://www.kbb.com

関屋 大雄（正員）▶ 1996 慶 大・ 理 工・ 電 気 卒．2001 同 大大学院博士課程了．同年千葉大大学院自然科 学 研 究 科・ 助 手， 現 在， 同 融 合 科 学
研 究 科・ 助 教．2008 よ り Wright State
University に訪問研究員として留学中．主として，通信用電源，電力増幅器，通信の信号処理，及び電子回路の非線形問題に関する研究に従事．博士（工学）．IEEE，情報処理学会，情報理論とその応用学会，信号処理学会各会員．

有数の空軍施設があります．そのため，この一帯は万が一のとき標的にされやすいそうです．大学にはそれに備えて爆弾用の地下シェルタがあります．そのほかにも竜巻避難用のシェルタも準備されており，大学内の主要な建物は，これら

62

通信ソサイエティマガジン NO. 6 秋号 2008

巻末言 …………………………………
会員サービスの将来は？

会員は年会費の対価として，各種の出版物を購読し，種々のサービスを受ける権利を有することは，改めていうまでもありません．しかし，ここで，少し考えて頂きたいのは，出版や各

通信ソサイエティ副会長

梅比良正弘

種会員サービスを提供する側も，会費を支払っている会員であり，同じ会員のボランティアで成り立っているということです．
論文誌は編集委員会の方々の尽力なくしては成り立たないし，
今，この巻末言を読んで頂いているマガジンも，編集から記事の執筆まで，すべて会員のボランティアである多くの執筆者と編集委員会の方々に支えられています．ボランティアに支えられている以上，皆で良いサービス，良い通ソを作っていく，と

これまで，あまり学会運営の活動に熱心とはいえなかった筆者が，通信ソサイエティ副会長を仰せつかって 1 年が経過しました．一会員として，外から見る通信ソサイエティ（以下通ソ）の活動も，内から見ると違う景色が見えてきます．
多くの方が指摘されているように，少子高齢化，地球温暖化，
理科離れなど，社会及び学会を取り巻く環境は大きく変化してきており，電子情報通信学会，通ソの役割や社会とのかかわり方も変化せざるを得ません．特に理科離れ，工学部離れは深刻で，改めて調べてみると，1992 年度と 2006 年度を比較して，工学部志望者数は 68 万人から 37 万人と 14 年でほぼ半減しており，全志願者中の工学部志望者の割合は 13.4％から 10.6％に，理系志望者全体に占める割合でも 50％から 32％に減少しているとのデータがあります．同期間の少子化による 18 歳人
口の減少率は 35％なので，それ以上のペースで工学部離れが進んでいることになります．マクロで見ると「少子高齢化，理系離れ，工学部離れ」のトリプルパンチが，通ソの会員減少を招いているわけです．
この会員減少は，単に会員が減るだけにとどまらず，様々な変革を学会に迫ることになります．今までは，研究成果を発表する場が必要な会員が主であり，論文投稿や研究会などを通して「学会に積極的にかかわる人」が中心であったように思います．そうでない人は退会していたのでしょうが，会員が増えている右肩上りの状況では気に留められていなかったといえるでしょう．しかし，上記のマクロな要因による会員減少を防ごう「学会の必要性に乏しい人」にも会員でいるメリットとすると，を感じてもらえる通ソであることが求められます．このため，
学会もその役割を見直し，提供する会員サービスの充実が望まれることになると思うわけです．
先般，会員の通ソへのニーズを把握し，会員減少の原因を分析することをねらいとして「会員アンケート」が実施され，驚くほど多くの，様々な要望・意見が寄せられました．これは，信いう会員のコンセンサスと仕組みが重要なのだと思います．
さて，今回の「会員アンケート」結果を見て，会員からのフィードバックの重要性を改めて感じました．アンケートの意見・要望を一つひとつ見ていくとぼんやりではあるが大きな方向が見えてきます．その中でも筆者が特に強く感じたのは，IEEE

Explorer のように，論文誌，国際会議，技術報告，全国大会／
ソサイエティ大会などの情報をいつでもどこでも調べられるよ
うにしてほしい，というものです．よく考えると，信学会の財産・
強みは，何といっても会員からの投稿に基づく学会誌や論文誌，マガジン，技術報告，全国大会／ソサイエティ大会などのコンテンツそのものです．しかし，各コンテンツは電子化されているものの，残念ながら，論文誌を除き，電子化されたコンテンツを統合して検索エンジンで必要なものが調べられる，というところまでには至っていません．Google や Yahoo! などの検索エンジンがあって，初めて WWW の膨大な情報を生かすことができるのと同様，多くのコンテンツが 1 箇所に蓄積され，検索で必要なものを取り出せるようになれば，大きな付加価値＝サービスを生むと思われます．そうしてみると，近い将来，通ソひいては信学会のすべてのコンテンツを，ホームページで検索・閲覧できる日が来るのは必然であろうし，1 日も早くそうすべきであると思われます．このような環境が整えられれば，情報通信にかかわる者は，このサービスを目当てに会員になるのではないか，とも夢想するのです．
少し前までは，文献調査というと図書館にこもったものですが，現在はインターネットで文献調査するのが常識になってきています．これを思うと，通ソもうかうかしておれませんが，ボランティアで動いている学会の弱みで，気はあせれどもなかな
か前に進まず，というところです．通ソの内と外の壁を低くして，
ネットワークのネットワークであるインターネットと同じように全員参加型での活動ができれば，小さな力を束ねて大きな力にできるのではないか，とも考えたりする今日このごろです．

学会としては初めての試みですが，今までの研究成果を発表し議論する場としての学会の役割に加えて，会員サービスの役割が重要になってきていることを示していると感じました．

63

11巻末言.indd 63

09.7.21 1:45:04 PM

編集後記から始まったネットワークシミュ

シミュレーション実験の原理と評い．
．

レーション連載をしっかり勉強し

価結果の理論的意味について，実▶携帯端末の高機能化，環境問題
，環境問題
環境問題

（K.Y.）

つつ，シミュレーション研究が人

験時に少しでも意識して頂ければへの意識の高まりなどにより，通，通通間の生活する実世界にいかに貢献

幸いです．

（S.K.）
S.K.））

信分野でもエネルギーの取扱いができるのか考えてみたくなりまし▶マガジン第 4 号（3 月発行）の小

今後ますます重要視されると予想

た．
．

（M.I.）

特集「フレッシュマンへのエール」

されます．今回，エネルギー分野．今回，エネルギー分野
今回，エネルギー分野，エネルギー分野
エネルギー分野▶数年前にある研究会に参加したは，，おかげさまで大変好評でした．
．

の中でも注目度の高い電池にス

折，大御所の先生が「私が若いここ

某会員企業からは「新入社員教育

ポットを当て，分かりやすく解説，分かりやすく解説
分かりやすく解説

ろは，シミュレーション結果のグは，シミュレーション結果のグに使いたいので数十部もらえない

して頂きました．マガジンの読者頂きました．マガジンの読者ました．マガジンの読者．マガジンの読者
マガジンの読者

▶
「場所」
と
「実世界」
，通ソではあラフに信頼区間を表示していなか」との要望がきました．が，マ
．が，マ
が，マ
，マ
マ

の多くの方にはなじみの薄い分野

まりお目にかからない単語が，今かったら，えらい先生に叱られた

ガジンは一般販売を予定していな

かと思いますが，本解説を通じて，本解説を通じて本解説を通じて知識を広げて頂ければ幸いです．
頂ければ幸いです．
ければ幸いです．
．

号の解説論文のキーワードでしものだ」ということをおっしゃっ

いため部数に予備がなく，お断り
，お断り
お断り

た．ネットワーク研究者は，研究ているのを聞いて，シミュレー

せざるを得ませんでした．今後，
．今後，
今後，
，

分野間の敷居を低くすることもマ

分野の性格上，つい自分たち人間ションに対する意識が随分変わっ販売の可否あるいはその形態など

ガジンの重要な役割かな，と感じ
，と感じ
と感じ

の住む世界を忘れてしまうこともてきたのかなという感じを抱きまも議論していきたいと思います．
いきたいと思います．
きたいと思います．
．

ました．
．

多いのではないでしょうか．今号

した．今回の解説論文を通じて，編集委員会に御意見をお寄せ下さ御意見をお寄せ下さ意見をお寄せ下さ
下さ
さ

次号予告

（H.S.）
H.S.）

2008 年冬号（第 7 号）
2008 年 12 月 1 日発行
私の研究者歴 ─ 野口 正一
国際会議報告 ─ NOMS 2008
小特集 ─ RFID 新人研究者のための（第 1 回）

本誌の名称は「通信ソサイエティマガジン」「IEICE Communications Society Magazine 」
です．
本誌掲載論文を文献引用する際は，邦文略称「信学通誌」，英文略称「IEICE Commun. Mag. 」
を用いて下さい．

電子情報通信学会

通信ソサイエティマガジン

編集委員会

通信ソサイエティマガジンへのお問い合わせ
□御意見，
御要望，
入手など：b-plus@ieice.org□ホームページ：http://www.ieice.org/cs/jpn/pub/magazine/□複写される方へ：本会は下記協会に複写に関する権利委託をしていますので，本

編集委員長
山尾 泰

Communications Society Magazine 編集副委員長

2008年秋号（第6号） 2008年8月25日 印刷 2008年9月1日 発行
発行者／木暮賢司
発行所／㈳電子情報通信学会 通信ソサイエティ
105-0011 東京都港区芝公園3-5-8 機械振興会館
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上林真司

山岡克式

山崎克之

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稲葉敬之
大橋正良
笠原正治
関屋大雄
田島公博
広川二郎

安部田貞行
井原雅行
小瀬木滋
神尾享秀
平 明徳
戸出英樹
馬杉正男

井上真杉
岩田 淳
落合秀樹
清水 聡
高橋応明
中村 元

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い．
但し，
（社）
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せん（社外頒布用の複写は許諾が必要です）．
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