2010

冬
No.15

小特集

電波がムーンウォーク？

メタマテリアルとは？EBGとは？

小特集の発行にあたって

電波がムーンウォーク！？

〜メタマテリアルとは？ EBG とは？〜編集チームリーダ

菊間信良

2009 年度から通信ソサイエティマガジン（以下，B-plus）の編集委員会に加わっていますが，何をしてよいのか分からないうちに 1 年が過ぎてしまいました．和文論文誌の編集の経験は十分あるつもりなのですが，それを B-plus 編集でどのように生かせばよいのか，また B-plus とどのようにかかわっていけばよいのか悩み，そして試行錯誤の連続でした．同じ編集・出版でもこれほど違うもの
なのかと実感しているところです．そのような中で，ここは素直になるしかない，考えるより実行，という具合に，この 15 号で編集チームリーダを担当することになりました．なお，本号から編集委
員 5 〜 6 名で小特集等を担当する編集チームを編成し，チームそれぞれが担当号の小特集等を企画・編集する責任を負うことで，編集委員全員で B-plus を一層盛り上げる体制を整えました．
本号では，小特集として電波工学等の分野で今話題のメタマテリアル (Metamaterial) を取り上げました．メタマテリアルは本会の会誌（2010 年 6 月号）でも小特集が組まれ，注目を浴びているところですが，B-plus では，編集モットーである，平易で分かりやすい書き方を心掛け，特に学生諸君を読者のターゲットとしました．
「メタ」と聞くとメタボを連想する方もいらっしゃるかもしれま
せんね．それくらいメタマテリアルとは何？

という方々が多いのではないかと思います．本小特集のタイトルは「電波がムーンウォーク！
？」で，その名のとおり，「！？」なタイトルとしました．ムーンウォークといえば，言わずと知れたマイケル・ジャクソンの有名パフォーマンスですが，前に進みそうな歩き方で，後ろに進む，見事なものです（私も少し練習をしました）．マイケル・ジャクソン
ではなく，電波がこのムーンウォークをするとなると，やはり，はてな状態になると思います．本小特集では，このような不思議な誘いから始まり，メタマテリアルとは何か，それと関係の深い EBG（Electromagnetic Band Gap）とは何か，
これらで世の中はどう変わるのかを解説しております．また，その不思議の種明かしを披露する内容となるよう努めました．これは，ちょうど魔法のような手品を見て驚き，その後でその手品の種を知る楽しみが味わえるシナリオに似ているかと思います．
最後に，大変お忙しいところ，原稿を執筆して下さった執筆者の皆様方，そして私にマガジン編集を通してマガジンそのものと直接触れ合う機会を与えて下さった B-plus 編集委員会及び学会事務局の方々に感謝の意を表します．

【小特集編集チーム】

菊間信 良，朝香 卓也， 床木 裕樹， 高橋 応明 ，辻通信ソサイエティマガジン［2009 SUMMER］

宏之

Cover Illustration by
Michio Takahashi

Contents
http://www.ieice.org/cs/jpn/pub/magazine/
b-plus@ieice.org

1 小特集の発行にあたって

電波がムーンウォーク！？ 〜メタマテリアルとは？ EBGとは？〜編集チームリーダ

菊間信良

4 私の研究者歴

交換技術の進歩とともに半世紀

池田博昌

34 子どもに教えたい通信のしくみ

自動改札機のしくみ森田秀則／香取大成
36 連載企画

計測技術講座〔第 4 回〕

画像情報の計測技術

西一樹

49 新シリーズ

解説 技術と制度のおはなし

地上デジタル放送日本方式の規格と国際展開

古川易史
54 解説

アドバイス機能付き HEMS の開発

山本昌樹
58 開発物語

PC-8001の開発

加藤明

66 街 plus 探訪

京都探訪記

大橋正良

小特集

電波がムーンウォーク！
？ 〜メタマテリアルとは？ EBG とは？〜解説

12 メタマテリアルとは？ これで世の中はどう変わるのか？

真田篤志

解説論文

18 電波を遮断するEBG構造

道下尚文

25 メタマテリアルアンテナの種明かし

榊原久二男

国際会議報告APSITT の経緯とAPSITT 2010 開催報告

8th Asia-Pacific Symposium on Information and Telecommunication Technologies（APSITT 2010）,
Damai Beach Resort, Sarawak, Malaysia
APSITT の精神と経緯……41

トラヒック分析・制御関連の動向……46

APSITT 2010 概況報告……42

ネットワークアプリケーションの動向……47

IP-VPN，ホームネットワーク及びシステム開発関連の動向……44

この本をお勧めします―若手の技術者と研究者へ―
100 年の難問はなぜ解けたのか ― 天才数学者の光と影―

春日真人 著……76

通信ソサイエティからのお知らせ
第 5 回 通信ソサイエティ論文賞 〜受賞論文と総評〜

通信ソサイエティ編集会議……74

日本を破滅から救うための経済学

野口悠紀雄 著 ……77

超マシン誕生トレイシー・キダー 著／糸川洋 訳……77

国家を騙した科学者 ―「ES 細胞」論文捏造事件の真相―
成柱 著／裵 淵弘 訳……78

李Diﬀerential Games

Rufus Isaacs 著 ……78

72 連載企画

若者よ！ 世界にでよう！

ストックホルム滞在記〔第 2 回〕〜スウェーデンと日本の高等教育システムの違い〜

山本高至
79 巻末言お熱いのがお好き

通信ソサイエティ和文論文誌編集委員長 山里敬也

編集後記……80
B-plus に掲載された論文などの著作権は（社）電子情報通信学会に帰属します．

交換技術の進歩とともに半世紀東京情報大学名誉教授

池田博昌
Hiromasa Ikeda

はじめに

時分割交換基盤技術の研究（1960 年代）

この度，通信ソサイエティマガジン編集委員会から本

私は，1959 年に日本電信電話公社（以下，電電公社）

稿の執筆の依頼を受けた．このシリーズでは，既に同じに入社し，研修期間を終えて電気通信研究所（以下，通研）

ような時期に大学で進められていた電子交換に関する研に配属され，全電子交換技術の研究に携わることになっ究については，東京大学・秋山 稔教授［1］及び大阪大

た．通研における主要な時分割交換の研究実用化項目と，学・寺田浩詔教授の論文［2］がある．また，日本電信

その中で私が参画した時期を図 1 に示す．

電話公社（現，NTT）電気通信研究所で進められてきたディ

1960 年の我が国の電話交換網は，全国の加入電話がジタル交換方式に関する研究については葉原耕平氏の論

ようやく 300 万を超えたが，主力の交換機はステップバ

文［3］，局用ディジタル交換についての私の回想［4］がイステップ方式であり，近郊都市間はダイヤル接続で通あり，研究の背景，体系的な記述という観点からは，十話できるが，長距離となると交換台を介して接続する方分に論述されてきている．そのような意味では，本会では，ここ数年の間に交換技術の歴史，進展が重点的に扱われてきているものといえよう．合わせて，私の技術体験も論文［5］にまとめている．
私の現役時代は，ちょうど電話網の近代化，機能高度化が積極的，かつ精力的に進められた時期であり，交換技術が我が国の高度成長を支える情報通信ネットワーク

1960

65

4

75

80

85

1990 年

τ 1，
τS
［PAM］
DEX-T1

DTS, D60, D70［PCM，電話］

［PCM］
SMAX

DDX-1, DDX-2［衛星交換］［データ交換］ INS モデルシステム
INS システムの進展の中核を支えてきたということができる．
そこで，本稿では研究実用化を進めてきた時期の背景

空間分割形を述べて，研究実用化を私がどのような姿勢で取り組ん：従事した期間

できたかを述べることとしたい．

70

DEX-21

図1

SMM

B-ISDN, IN

研究実用化の経歴

通信ソサイエティマガジン No.15［冬号］2010

My Frontier Life式であった．電電公社の大きな課題は，「積滞解消（申れによれば，空間分割方式（機械接点通話路），時分割

し込めばすぐに加入できる）」と「全国自動即時化」で方式（PAM 及び PCM 方式）について，交換機製造会あり，全国自動ダイヤル接続を目指して，クロスバ交換

社 4 社（日本電気，日立製作所，沖電気工業，富士通）

方式の導入が進められていた．そして，1965 年には，東との共同研究により，1966 年度末までの検討結果に京から全国道府県所在地間がダイヤルでつながるようによって，その後の実用化に向けた進め方を決定するこ

なった．このころの交換用の部品はすべて電磁機械式のととなった．

もので，電子部品は一部に真空管が使用されている状況であった．

1937 年に PCM の原理が発明されたが，伝送方式に採用されるようになったのは，トランジスタの発明により実現可能となり，米国ベル研究所（以下，ベル研）かPAM 交換方式ら 1962 年に PCM-24 方式が発表された．交換分野では，

この時期，交換機の通話路を電子化するアプローチ

1959 年にベル研の H. E. Vaughan 氏により ESSEX と呼ばとして，通研では喜安善市次長の肝入りで 1959 年に発れる PCM 交換の実験機が発表され，これが刺激となっ足した交換研究室で，花輪幸四郎調査役のもと，空間分て世界各国での研究が活性化した．

割形，電子管を使った時分割形等の研究が進められてい我が国では，1960 年に東京大学で並列 PCM 交換のた．後者の例として，東京大学・尾佐竹徇・秋山 稔両提案があったが，電電公社では 1963 年になって，花輪先生が考案された AO-1 交換機があり，PAM 交換にお幸四郎調査役のもとで，PCM 交換機の研究に取り組み，

ける基本的な検討事項の提案につながった．通研では，

1966 年には「DEX-T1」と呼ぶ試作機を完成し，基本技

1959 年に半導体部品を用いた PAM 交換方式の研究を開術の確認が行われた［6］．当時の部品技術による試作

始し，通話品質を決めるパラメータに関する実験を行う機であり，PCM 交換基本技術の確認のため，集線段はための装置（τ 1）を試作した［6］．このうち私は通話路

小形リードスイッチを用いた空間分割形通話路，時分系の構成技術を担当することになった．この装置は，音

割通話路は 24 チャネル直列（1.544 Mbit/s 動作），空

声を 10 kHz サンプリング，100 チャネル多重，クロック

間 SW［S］- 時間 SW［T］- 空間 SW［S］の 3 段構成であっ1 MHz で動作する 4 線式 PAM 時分割形式で，ゲルマニ

た．そして，空間 SW にはダイオードゲート，時間 SW

ウムトランジスタを使用して構成した．まず，磁わい遅には 1 bit 当り 1 個のコンデンサメモリ（8 bit × 6 チャ

延線記憶装置，PAM 通話路基本回路を個別部品で，自分

ネル：48 個を 1 枚のパッケージに搭載）が使用された．

で組み立てて特性を測定し，その結果を踏まえてシステ

更に時分割通話路保持のためのメモリ（SWM）にはコア

ムとして組み上げた．

メモリを周期的に動作させる方式が採用された．中央制

この研究を通じて，PAM 形式では大局用には多くの困御装置にははん用コンピュータ（NEAX2200 モデル 200）

難が伴うことが明らかとなった．その最大の要因は隣接が，PCM 符号化復号装置及び局間伝送路には PCM-24 伝

チャネル上へのパルス漏えい（漏話）など PAM では避け

送方式（1964 年に現場試験が実施されていた）がそれて通れない問題であった．併せて当時の部品では経済性ぞれ採用された．DEX-T1 の構成概要を図 2 に示す．

を達成することも困難であった．このような評価に基づ

ここで使用された時間スイッチ方式は，1957 年に東き，PAM による時分割交換の研究は 1963 年に中止する

京大学・猪瀬 博教授がベル研滞在中に発明され，PCMことになった．なお，英国郵電省では 1960 年 11 月の学

交換通話路の基本アーキテクチャとなった重要な方式で会発表でハイゲートウッド局での現場試験の計画を発表

ある．基本技術の把握のために，並列交換通話路方式，

したが，商用にまでは至らなかった．日本では複数の製集積回路による通話路構成などの研究試作も並行して進造会社から PAM による小規模の PBX が商用に供された．

められた．
時分割交換通話路の制御については，125 μ s の周期でPCM 交換方式

サイクリックに動作する通話路系とランダムアクセスで電子交換の基礎的な研究は早くから進められてきた動作する中央処理系とのインタフェースが一つの課題でが，1964 年に電子交換の実用化方針が決定された．そある．この動作モードの差を吸収し，ソフトウェア処理

私の研究者歴5

ほかの交換局
局間用
同期装置

（D）

（C）

（B）

TSY

TSY

TSY

（A）
中央通話路

TSY

S

遠隔集線装置
T
R
K

P
C
M

CSY

局内集線

集線段

SWM

P
C
M

T
R
K

周辺制御装置
中央制御装置

CONT

図2

S

REP

REP

CONT

T

DEX-T1 の構成概要と整合性の良い機能分担を検討した結果，発呼・終話検静止衛星を効率的に使用するためには，多数地点間

出，ダイヤルパルスあるいはダイヤルディジットの検出，の通信を一つの衛星で行わせる多元接続技術が必須であセンダ機能としてのディジット送出，通話路の接続・切り，なかでもトラヒックの要求に応じて任意の接続を可断処理などを専用的に処理する周辺制御系を，中央処理能とする DAMA 方式が有望である．これを PCM 伝送技系に対する前置プロセッサとして配置する機能分散形マ術と組み合わせると，時分割多重多元接続方式（Time

ルチプロセッサ制御方式を採用した．私はこの周辺制御

Division Multiple Access：TDMA） と な る． こ の PCM-

系を担当し，時分割交換の制御技術についての知見を高TDMA 方式では，図 3 に示すように，各地球局が割り当めることができた［7］．

てられた時間（サブフレーム長）だけ搬送波バーストを

しかし，この時点では部品技術が十分に進んでいな

125 μ s 周期で送信し，これを衛星の受信アンテナで次々かったので，半導体価格が 1/2 から 1/3 になれば中継交に受信して 1 フレームを構成し，各地球局はこれを受信換機が，1/6 から 1/10 になれば加入者線交換機がそれすることで回線が構成できる．

ぞれ実用化可能であるとの判断で，研究は中断された．

この時期には，PCM-FDMA の実績はあったが，ディジ
タル衛星通信方式の実験が行われた実績がなく，実衛星

多元接続衛星交換方式を使用した TDMA 方式の実績もない状況であり，すべて

DEX-T1 の総合的な方式評価を行っている時期に，当が自分たちで新たに開発する必要があった．この TDMA

時としては全く新しい分野の研究，すなわちデマンド

方式では，多数の地球局から衛星回線を効率良く使用すア サ イ ン マ ル チ プ ル ア ク セ ス（Demand Assignment
Multiple Access：DAMA）衛星通信方式の研究に交換分
野からの協力が要請され，この研究を担当することになった．
1967 年に米国航空宇宙局（NASA）が実験用科学技術
衛星（ATS-1）を打ち上げ，世界各国に実験テーマを公（サブフレーム）
A 局用

B 局用

C 局用

1 フレーム
125μs

募した．これに対して，我が国からは郵政省がディジタル技術を主体にしたマルチプルアクセス（多元接続）通信方式の実験を提案し，電電公社が協力して実施する運びとなった．
6

C局
A 局（搬送波バースト）

図3

B局

3 局 TDMA の動作図

通信ソサイエティマガジン No.15［冬号］2010

My Frontier Lifeるために，チャネル制御，信号方式の観点から，時分割て，検討が進められた．このグループに 1969 年の 1 年

交換技術が必要となり，久民 実，小野 優，杉村士朗

間だけ所属し，電源方式，機械室空調方式，実装方式な各氏とともに 4 名の交換技術者が参画することになった．

どの交換システムにとっては共通技術に類する範囲を担

実験衛星 ATS-1 を使用して日本の郵政省電波研究所

当し，方式サイドと関連分野の専門家とのインタフェー

鹿島支所，米国西部カリフォルニア州モハービ及び東部

スに当たった．この業務を通じて，SE 体制の果たす役割

ノースカロライナ州ロスマンにある NASA の衛星追尾を肌で感じることができ，その後のシステム開発活動に基地局の 3 地球局間で TDMA 通信実験を進めることに活用できた．

なり，3 局分のシステムを試作した［8］．私は 1968 年

引き続いて，交換装置研究室において吉田庄司室長の5 月から 100 日間ロスマン局に滞在し，3 局実験を実施

もとで DEX-21 の通話路系装置の実用化，通話路装置研した．なお，この方式は SMAX 衛星通信方式（SMAX：究室長として多接点封止形スイッチ（SMM）を使用した

Satellite Multiple Access Communication System） と 呼

通話路系装置［9］の実用化を推進した．なお，後者のばれた．更に，このシステムで開発した放送形式の多元研究成果について，本会から業績賞（1980 年）を授与

接続共通線信号方式は当時 CCITT（現在の ITU-T）で進めされた．

られていた標準化にも貢献することができた．
このダイナミックなプロジェクトを通じて，無線分野の研究者をはじめ多方面にわたる技術分野の方々の多面的な考え方を吸収することができ，その後の研究活動に資する貴重な経験を得る絶好の機会であった．

電話網ディジタル化に向けて（1980 年代）
ベル研では，1972 年に大局用ディジタル中継交換機
No. 4ESS の実用化を発表し，1976 年にサービスを開始

DEX-T1 及び SMAX で得られた研究成果を主体としたした．世界初の蓄積プログラム制御のディジタル中継交

論文をまとめて，学位を申請したところ，喜田村善一 ・換機が導入されたことにより，世界的にディジタル交換

尾崎 弘両教授の御指導により，大阪大学から工学博士

機の実用化への意識が高まることとなった．

の学位を授与された．

この時期に電電公社でもディジタルネットワークの展開に向けた SE を進めており，1977 年に電話網ディジタ

空間分割形電子交換方式（1970 年代）
1964 年に決められた電子変換の実用化方針に基づき，

ル化導入戦略として，ISDN への展開を最初から視野に入れた形で，（1）市外中継網のディジタル化

空間分割方式は DEX-1 に始まるプロジェクトがスタート（2）加入者線交換機までのディジタル化

し，DEX-2 による現場試験サービスが 1969 年 12 月に始（3）宅内機器までのディジタル化まった．

の 3 段階にステップを分けてディジタル化を進められこの時期は，全国の電話加入が 1,400 万を超えており，
1965 年に始まった電子交換用の IC の研究成果も現実のるように研究開発を進めるのが望ましいとの結論が出された．

デバイスとして結実してきており，プッシュホンサービ

そして，研究開発を早急に進めるために交換機製造会

スも始まり，新しい方向への兆しが明らかになってきて社 4 社（日本電気，日立製作所，沖電気工業，富士通）

いた時期である．大阪万博でのサービス提供に向けて，との共同研究が進められた．この中で，1 機種で広い適

携帯電話，テレビ電話の試験も進捗していた．

用領域を持たせるためのビルディングブロックアーキテ

そして，DEX-2 の実績を基に商用サービスの提供に向

クチャ，機能拡張性のためのマルチプロセッサ制御方式，

けた総合的な方式検討が進められ，DEX-21 方式に向け経済化のための LSI 開発並びに加入者回路の電子化の推た SE グループが結成された．このグループは，山内正進に重点が置かれた．

彌交換研究部長の直轄スタッフとして，高原 靖・岸上

第 1 ステップとして，中継系のディジタル化のため

利秋・城水元次郎の三調査役で構成され，方式・ハードに，高速 LSI・ECL メモリを用いた多重度 4,000 の大ウェア・ソフトウェア・部品材料と幅広い範囲にわたっ

規模スイッチによる最大 2 万アーラン規模の時分割交

私の研究者歴7

換通話路，ディジタル信号処理技術による信号装置，

信・着信交換，市外中継交換，市内中継交換に対応で

1 時間に最大 64 万呼を処理できるマルチプロセッサ

きるシステムとして実用化した．商用機としては D70

処理方式，CCITT・No.7 準拠の共通線信号方式，弱結方式として 1983 年から導入が進められた．

合従属同期方式による網同期方式，などを特徴とする加入者回路（主要な機能の頭文字をとって BORSCHT「DTS-11」［10］を試作し，1979 年から 2 年間東京・唐ヶと呼ばれる略号が便利に使われた）は半導体技術の進崎電話局で現場試験を実施した．この成果を踏まえて

歩に伴い小型化，経済化が進み，当初 4 チップで構成

1981 年から D60 形自動交換機及び同期系端局装置類されたものが，2 チップに統合化されるまでになり，によるディジタル統合網の商用化が始まった．特に，本格導入に力を発揮した．

共 通 線 信 号 方 式 で は，HDLC（High-level Data Link
Control procedure）などの当時の最新のデータ伝送
技 術 を 取 り 入 れ，ISDN（Integrated Services Digital
Network）用まで拡張できる方式を提案し，CCITT での標準化に大きな貢献をした．

ISDN への道（1980 年代）
INS モデルシステム
続いて第 3 ステップとしての，宅内機器までのディジ

第 2 ステップとしての，加入者線交換機までのディジタル化においては，全く新しい考え方のネットワークへ

タル化においては，加入者回路並びに集線系をいかにのアプローチとなり，世界各国と真摯な意見交換を行い経済的に構成するかが大きな課題であった．大きな選ながら ISDN システムへの道を歩んだ．1979 年には大き択肢として取り上げたのが，CODEC を加入者対応にな動きが二つあった．一つは，電電公社・北原安定副総設置する時分割（TD：Time Division）集線方式とするか，裁が，ジュネーブで開催されたテレコムフォーラムで，空間分割スイッチによる集線後に CODEC を設置する

高度情報通信システム（INS）の構想を提示し，大きな反空間分割（SD：Space Division）集線方式とするかであっ響を呼んだことである．他の一つは，欧州から提案された（図 4）．交換，伝送，集積回路の専門家の連係プレー

たユーザから見て ISDN はどのようなものかを示す，ユーによる努力の結果，4 品種の専用 LSI で構成される全ザと網のインタフェースに着目するカスタマアクセス

電子化加入者回路を核とする TD 集線形式を世界に先（Customer Access to ISDN）の考え方である．これを契機

駆けて実用化できる見通しが得られた［11］．この実として，世界各国での ISDN への取組みが積極的となり，用化では，青木利晴氏の素晴らしいリーダシップによ1980 年第 7 回 CCITT 総会で，ISDN を総合的に検討する

るところが大きい．そして，方式的には機能ブロック

SG-ⅩⅧ が発足し，標準化への取組みが本格化した．

化を徹底して小局から大局までの広い適用領域を持電電公社では，高度情報通信システム（INS）への展

つ 1 系列設計のもと，最大 4,800 アーランの時分割通開に向けて，広範囲にわたる新しい技術の総合確認と，話路を中心においた，加入者線交換だけでなく市外発

実際のサービスを経験するために，地域のユーザと一体になって新サービスを試行的に経験できるシステムを構

…

集線段

分配段

トランク

ディジタル
中継線

PCM
変復調装置

（a）従来の交換機（空間分割形）

ディジタル
中継線

分配段

（b）ディジタル交換機（時分割集線形）

…

集線段

トランク

分配段

（c）空間分割集線形のディジタル交換機

図48

ディジタル加入者線交換機の構成

テム」と呼ばれ，宅内機器から宅内機器に至るネットワー
クすべてをディジタル化した通信システムと，超高速ディジタル信号及び広帯域映像信号の通信を行う広帯域

加入者回路
集線段

築することとなった．このシステムは，「INS モデルシス

通信システムから構成される通信網構成技術を基に，宅内機器系，交換・通信処理系，伝送系，情報処理系の各専門分野の技術を結集したシステムとして構成された．

ディジタル
中継線

このサービスを提供するモデル地域として，三鷹地区と霞ヶ関地区が選ばれ，三鷹地区に交換機本体が設置され，霞ヶ関地区には遠隔制御される集線段が設置された．これらの地区で，一般加入電話約 1 万加入を対象とし，そ通信ソサイエティマガジン No.15［冬号］2010

My Frontier Lifeの中でディジタル電話機約 400 台，非電話系宅内機器約③ B チャネル収容宅内機器から呼ごとに回線・パ

1,100 台でのサービス提供となった［12］．このシステム

ケット交換モードの選択を可能にするため，パケッの総合化，システムの試験進捗状況の把握と連絡調整，

ト多重・分解・組立機能（パケットハンドラ）を付

局所管理などを推進する部隊の長として，1 年間（1983

与する．

年）ではあったが円滑な展開に努めた．

1986 年 5 月には，標準化の動きも明らかになってきこのシステムの設計に着手した時点（1981 年）では，たので，この高度化したインタフェースを「I インタフェー

CCITT の議論はそれほど進展しておらず，国際的な標準ス」と称して，ISDN システムに適用することとし，本化動向は不明確な状況であった．したがって，このシス格的な導入に向けての検討を推進した［14］．この期間

テムでは暫定的な仕様で設計を進めるとともに，標準化の成果に対して，1990 年に第 42 回毎日工業技術賞（事にも積極的な提案を進めてきた．

業代表：桑原守二 NTT 常務取締役，研究代表：池田博昌）

INS モデルシステムによる試行運用は 1984 年 9 月かが授与された．

ら約 2 年半にわたって進められ，技術的にも，運用面でこのような経緯を経て，NTT では INS（ISDN）サービ

も貴重な経験を積むことができた．この際に提供された

スを，国際標準に準拠した形で，1988 年 6 月 19 日に開サービスの大部分は，現在のインターネットで提供され，始したが，実際に CCITT で「I インタフェース」の勧告

更には 2008 年からサービスが提供されている NGN（Next

がまとまったのは，1988 年 11 月であった．

Generation Network）においても，一般に便利に使われるようになっている．

この実用化を推進していた時期には，私は基幹交換研究部長としてプロジェクトの推進責任者の立場であった．また，1986 年から本会交換研究専門委員会専門委

ISDN システム
INS モデルシステムでは，加入者線のディジタル化，員長（創立者の尾佐竹徇先生から数えて十代目に当たる）
を務めた．

電話・非電話複合宅内機器化に対応しており，とりあえ
ず個別チャネル形信号方式をベースとした簡易なアクセ

B-ISDNス形態（Y インタフェースと呼称）を実現した．しかし，

ISDN サービスの提供と並行して，次世代のノードシス

より高度なディジタル網アクセス形態を実現する必要がテムとして，ATM（Asynchronous Transfer Mode）技術をあり，並行して研究を進めていた［13］．そして，CCITT

核とする新しいノードシステムの研究に着手した．当時への働きかけも功を奏して，1981 年から ISDN へのアプ

は，交換システム研究所長を務めていた．

ローチが具体化してきた．特に，No. 7 共通線信号方式

ちょうど 1990 年は電話サービス創業 100 周年に当た及び ISDN 信号方式の標準化では，加納貞彦，北見憲一

り，山口開生社長の指導のもと，21 世紀を展望して「新両氏の貢献が大きい．1982 年 9 月には，ISDN へ向けた

高度情報通信サービス：VI ＆ P 構想」が提唱された．そ

交換機の高度化計画を以下のように策定した．

れによれば，1990 年代後半に入り，21 世紀の情報通信①

加 入 者 に 提 供 す る チ ャ ネ ル と し て は， 二 つ のネットワークではマルチメディア通信が急速に進展し，

64 kbit/s 情報チャネル（B）と一つの 16 kbit/s 信号

高速ネットワークを安価に使えるようにする必要性が高用チャネル（D）とする．

まることが予測された．そして，当時の開発目標として，② 信号用の D チャネルを信号とパケットデータで共

10 Mbit/s の回線サービスを月額 1 万円程度のコストで用することを可能とし，また複数の異機種宅内機器提供できるシステムを 2005 年までに実現することが提を一つの加入者線にマルチ収容する形態や，1 次群示された．

レベルの nB ＋ D の拡張アクセス形態（1 次群レベル

このシステムは，電話からマルチメディアまでの多種の加入者線で複数の B チャネルを 1 ユーザに提供し，多様なサービスに対応できるように，STM（Synchronous

その信号チャネルとして D チャネルを使用する形

Transfer Mode：それまでの回線交換のモード）並びに式）を提供する共通チャネル形信号処理機能を付与

ATM に対応し，新サービスの展開に柔軟に対処できるする．

高度インテリジェントネットワーク機能を備えたものと私の研究者歴9

なっており，ソフトウェア構造，オペレーション機能に実現されることになった．また，急速な IP 網へのニーも新機軸をふんだんに取り入れた斬新なシステムアーキ

ズは新しいネットワークの展開という形となり，企業用

テクチャが採用された．

ネットワークは IP 網を中心に据える形に展開してきた．

このシステムは，新ノード（NS 8000 シリーズ）と呼そして，電話接続も「IP 電話」が大きく採り上げられる

ばれ，1996 年から学術情報ネットワークのバックボーン

までに変貌するようになり，2008 年には，NGN の商用

ネットワークとして，また PHS 用の回線交換のサービス

サービスが開始されている．

に使用されたのを皮切りに全国に順次導入された．

私の経験してきた半世紀は，我が国の高度成長，ネッ

しかし，2002 年 4 月になって NTT は，固定電話市場

トワークの高度化の大きく進展した時期であり，まさにの縮小や移動電話市場の成熟化などを踏まえ，アクセス「天の時，地の利，人の和」の恩恵を十分に活用できた網の光化への投資を大幅に増加する一方で，固定電話網

ものと感謝している．

及び固定電話系オペレーションシステムへの投資を原則

これまで，多くの上司，先輩，同僚，友人，協力者停止するというこれまでにない大英断がとられることにの御指導，御協力，御援助を頂き，そのおかげで本稿なった．

に述べる研究・実用化を進めることができた．すべての方にお礼を申し述べることはできなかった点をお許

あとがき

し頂きたい．

本稿は，私が進めてきた交換機の研究と実用化に関する期間を主体に記述してきた．その後，NTT 取締役・LSI［用語解説］

研究所長，大阪大学教授，東京情報大学教授を歴任した・PAM 交換方式：電子スイッチを多くの加入者

が，紙数の都合もあり，本稿からは割愛した．

で共用するために時分割多重する方式が有効で最後に「研究（R）」と「実用化（D）」に対する仕事のある．音声を例えば 100 μ s 周期，0.5 μ s 幅の標

進め方，考え方に触れることとしたい．研究段階ではピー

本化パルスで標本化すると，時間的には離散的ク技術の探索，失敗を恐れないことが重要であり，先端になっているが，振幅方向は音声の振幅に応じ的テーマによるシーズオリエンテッドのボトムアップア

たパルス信号が得られる．これを PAM（Pulse

プローチが主体となり，研究者のセンスが重要となる．

Amplitude Modulation）信号と呼び，デューティ

これに対して，実用化段階では，システムの戦略的位置

50 ％とすると 100 加入の音声を多重化すること付けが重要となり，機能，性能，経済性，信頼性等につができる．この PAM 信号をスイッチして接続相

いて目標値を設定し，それを要求される時期に的確に仕手を選択交換する方式を PAM 交換方式と呼ぶ．

上げることが必要となり，技術的ボトムがシステムの死・PBX（Private Branch Exchange）：構内交換方式．

命を制する．そして，チームプレーが優先される．
情報通信ネットワークの進展は目覚ましく，1995 年

企業の構内に設置され，内線相互を接続する交換機．

はインターネット元年と呼ばれ，1999 年には ADSL に・PCM-24 方式：市内中継線のディジタル化に最よるブロードバンド革命が始まった．同じく 1999 年に初に使用された 24 チャネル多重，1.544 Mbit/s

携帯電話での i モードサービスが始まり，情報通信の流の PCM 伝送方式．

れはインターネットを中心とするベストエフォート形の・SMM スイッチ（Sealed Multi-contact Matrix，多サービスへと展開し，常時接続での価格体系は情報通信

接点封止形スイッチ）：D10 形空間分割電子交換を利用するコストに一大変革をもたらすことになった．

方式に使用されたスイッチの一形式で，8 入線×

この流れに刺激されて，アクセス系では光ファイバの

1 出線を接続できるスイッチ群を一つのケースの導入がより低価格な水準で進められることとなり，本文中に封入したもの．

で述べた「10 Mbit/s の回線サービスを月額 1 万円程度

・No.4 ESS：ベル研で開発されたディジタル中継のコストで」という目標は利用者にとってはそのとおり

線交換機の名称．ベル研の電子交換機は，No.1

10

通信ソサイエティマガジン No.15［冬号］2010

My Frontier LifeESS から始まった．
・INS（Information Network System）：1979 年 にジュネーブで開催されたテレコムフォーラムにおいて，電電公社・北原安定副総裁が提示した，新たな情報通信ネットワークの概念．ディジタ
ル通信網とコンピュータを有機的に結合して通信処理，情報処理，情報検索など各種の便利で高度なサービスを提供できる高度情報通信シス
テムへの展望及びユーザにとって分かりやすい
合理的な料金体系までを含めた概念を総合化したもの．
・BORSCHT：Battery supply, Overvoltage protection,
Ringing, Supervision, Codec, Hybrid, Testing の略
で，加入者回路に必要となる特徴的な機能の頭文字を並べたもの．
・Customer Access to ISDN：加入者までのディジ
タル化の効用を増すために，電話のほかにデータ，テレックス，テレメトリ，PBX その他のアクセスポートを，宅内にサービス別に複数種類設けるもの．宅内ではインタフェースで各種のサービスを分けて提供するが，網の中ではサービスを区別することなく交換・伝送を行うサー

pp. 219-241，March-April 1965.
［7］ 高橋兼雄，池田博昌，“DEX-T1 号交換機の周辺制御装置，”通研実報，vol. 16，no. 10，pp. 2087-2110，
Oct. 1967.
［8］ M. Takada，S. Nakamura，S. Kondo，Y. Inoue，M.
Ono, and H. Ikeda,“New PCM-TDMA satellite
communication system and variable destination channel
control technique,”Proc. INTELSAT / IEE Int. Conf. on
Digit. Satellite Commun.，pp. 39-50，Nov. 1969.
［9］ 神宮司順，池田博昌，倉橋和夫，“D10 形交換機用
新通話路系装置の実用化，”通研実報，
vol. 27，no. 5，
pp. 821-830，May 1978［10］ 池田博昌，伊吹十之，倉橋和夫，“ディジタル中継
線交換機の方式構成，”通研実報，vol. 31，no. 5，pp.
889-898，May 1982.
［11］ 濃沼健夫，真野文雄，上野隆男，青山友紀，“ディジタル加入者線交換機の集線方式と加入者回路，”
通研実報，vol. 31, no. 11, pp. 1995-2002, Nov. 1982.
［12］ 葉原耕平，池田博昌，“INS モデルシステムの構想，”
通研実報，vol. 32，no. 9，part 2，pp. 1999-2013，Sept.
1983.
［13］ K. Gotoh and H. Ikeda,“System architecture of digital
switching system D70（D）for INS: An overview,”Proc.
ISS ’
84，31A1，Florence，May 1984.
［14］ 池田博昌，塚田啓一，木村英俊，江川哲明，“INS
伝達システム，”通研実報，vol. 36，no. 8，pp. 967975，Aug. 1987.

ビス総合化の考え方．

文 献［1］ 秋山 稔，“黎明期における電子交換方式の研究，”
信学通誌，no. 1，夏号，pp. 4-10，June 2007.
［2］ 寺田浩詔，“師友に導かれて半世紀，”信学通誌，
no. 4，春号，pp. 4-11，March 2008.
［3］ 葉原耕平，“ディジタル交換技術の研究開発―人と技術の系譜―，”信学誌，vol. 90，no. 6，pp. 457469，June 2007.
［4］ 池田博昌，“局用ディジタル交換の開発を顧みて―研究から半世紀，
導入から四半世紀―，”信学誌，vol. 89，no. 1，pp. 76-79，Jan. 2006.
［5］ 池田博昌，“ディジタル交換方式の実用化，”NTT
R & D, vol. 40，no. 5, pp. 571-624，May 1991.
［6］ K. Hanawa，K. Nishiguchi，K. Yamagishi，K. Tomaru,
and H. Ikeda,“Experimental study on PAM switchingsystem,”Rev. Electr. Commun. Lab.，vol. 13，nos. 3-4，

私の研究者歴池 田 博 昌（名誉員）
1959 阪大・工・通信卒．同年日本電信電話公社（現 NTT）
入社，
電気通信研究所に配属．1976 工博（阪大）．1987 NTT 交換
システム研究所長，1990 NTT 取締役・LSI 研究所長，1994
阪大大学院工学研究科教授，2000 東京情報大総合情報学部
教授，2001 東京情報大副学長・総合情報学部長・東京農業大理事，2007 定年退職．東京情報大名誉教授．本会では，副会長，監事，編集幹事，評議員，通信グループ運営委員長，交換，光スイッチングシステム各研究専門委員長などを務めた．本会功績賞（2006），業績賞（1980）を受賞．IEEE では，Fellow（1992），関西支部副支部長，Japan Council 副会長，IEEE 3rd Millennium Medal（2000）．日本電信電話公社総裁表彰・梶井賞（1979），毎日工業技術賞（1990），電気通信協会賞（2005）などを受賞．技術士（電気電子部門），
APEC エンジニア，EMF 国際エンジニア．

11

小特集｜電波がムーンウォーク！？
～メタマテリアルとは？ EBG とは？～解説

メタマテリアルとは？
これで世の中はどう変わるのか？
真田篤志 Atsushi Sanada 山口大学大学院理工学研究科
1． ま え が き

2． メタマテリアル

自然の材料の物性は原子や分子の種類により決まる．

以下の説明の便宜のため，メタマテリアルを含む一般

例えば，銀や金などの多くの金属は原子の最外殻電子が電的な材料を分類しておこう．今，誘電率が ε で透磁率が気伝導の担い手となる良導体であるし，マイクロ波帯で用m の，均質でかつ無損失の材料を考える．図 1 のようないられる強誘電体材料は，赤外領域にある分極分子の共鳴

横軸に誘電率 ε ，縦軸に透磁率μの平面を考えた場合，がマイクロ波帯領域において高誘電率性となって現れた

この材料は ε とμの符号により第 1 象限から第 4 象限まものである．また，ニッケルや鉄のような磁性材料は，ミでのいずれかに属するものに分類することができる．

クロの量子力学なスピンが直接マクロな磁性として現れ

このうち ε と m とが同時に負となる材料は左手系材たものであるし，超伝導体は結晶中に許される束縛され料と呼ばれている．これに対して ε と m とが同時に正でた電子状態がゼロの電気抵抗となって現れたものである．

ある材料は右手系材料と呼ばれる．また，ε 及び m のい

一方，原子や分子よりも大きい，我々が容易に操作でずれか一方だけが負である材料はそれぞれ ε ネガティブ

きるスケールの材料片を原子や分子に見立てて配列して材料及びμネガティブ材料と呼ばれている．ε ネガティ構成した構造体も，これを構成する単位素子よりも長い

ブ材料とμネガティブ材料を総称してシングルネガティ

波長の電磁波に対しては均質な材料として振る舞う．こブ材料と呼ばれることもある．

のように構成された人工的な材料は「メタマテリアル」と通信で用いられる多くの誘電体や磁性材料は ε と m呼ばれている．メタマテリアルのマクロな物性は，自然とは共に正であり右手系材料の範疇に属する．一方，εの材料のように，単位素子の種類，形状及び配列によっと μ とが共に負である左手系材料は自然の材料としてはて劇的に変化する．しかもこれらをうまく制御すること見つかっていないが，近年メタマテリアルの概念を用いで，例えば負の屈折率を持つ材料や透明マントのようなて人工的に構成可能であることが示されている．左手系

自然の材料が持たない新奇な性質を持つ材料を実現する

材料は右手系材料が示さない特異な性質を多く持つためことが可能である．このためメタマテリアルは通信をは注目されている．

じめとする電磁波や光波応用の分野で従来にはない機能

また，メタマテリアルの概念で構成されるのは左手系や性能を持つ画期的なデバイスを実現するためのキーデ

材料だけではない．右手系メタマテリアルやシングルネバイスとなる可能性があるとして期待されている．

ガティブメタマテリアルも，自然の材料が持たない，あメタマテリアルの種類は多くその応用範囲は非常にるいは自然の材料では実現が極めて困難な物性を示すこ

広いためすべてを網羅的に例示できるものではないが，本稿では特に特徴的なものについて特異な現象をその応用例とともに概説しよう．なお，メタマテリアルの理µε ネガティブ材料
ε ＜0, µ ＞0

右手系౫મ
ε ＞0, µ ＞0

左手系౫મ
ε ＜0, µ ＜0µ ネガティブ材料
ε ＞0, µ ＜0

論や設計法については既に多くの文献等に記されており［1］，本稿の性質上詳説しないためこれらを参照して頂
きたい．
12

図1

ε

誘電率 ε と透磁率 μ による材料の分類

通信ソサイエティマガジン No.15［冬号］2010

Reports and Comments

解説とが知られている．例えば「透明マント」を実現するには左手系メタマテリアルの性質を利用する必要はなく，

θ1

θ1

右手系メタマテリアルの性質のみで十分である．

n1＞0

以下では，左手系メタマテリアルを中心にメタマテリ

n 2 ＞0n2＜0アルの特異な性質とこれまで提案されている代表的な応θ 2＜0

用例を見てみよう．

θ 2 ＞0

（a）
（
）負の屈折
負の屈折

3． 左手系メタマテリアル

n 1 ＞0

（b）
（
）正の屈折
正の屈折

図3

波の屈折

左手系材料は，誘電率 ε と透磁率 μ とが同時に負となの関係はスネル（Snell）の法則

る材料である［2］．左手系材料中では，電磁波の電界ベ

n1 sin θ 1 ＝ n2 sin θ 2（2）

クトル E， 磁界ベクトル H 及び波数ベクトル k は図 2を満足するのである．物理的には，屈折率が負となるのように左手系となる．これは，マクスウェルの方程式のは左手系材料中の後進波の伝搬が原因である［2］．

において ε と μ を同時に負とすることで簡単に示すこと特筆すべきことは，この負の屈折率の性質を用いができる．これがこの材料が左手系メタマテリアルと呼ると，通常の材料では実現できない，回折限界を超えばれるゆえんである［2］．

る高分解能のレンズが実現可能であるということであ

左手系材料中においてもポインティングベクトルはs ＝ E × H で表されるため，k と s とは逆符号となる（図る．回折限界を超えるこのレンズは，スーパレンズと呼ばれている．この動作を簡単に説明しよう．

2 参照）．このことは，左手系材料中では位相の伝搬方向

図 4 のように左手系材料でできた，境界が平行なスとエネルギーの伝搬方向が逆方向となることを表していラブ（板）（図の LH の部分）が右手系材料（図の RHる．このような波は後進波と呼ばれている．

の部分）で囲まれているとすると，この左手系材料の

左手系メタマテリアルの代表的な特異な性質として，

スラブはレンズとして働く．このレンズは負屈折率ス（a）負の屈折率，（b）エバネセント波の増大，（c）分散性

ラブレンズとも呼ばれる．今，簡単のため左手系材料が知られている．

の比誘電率 ε r 及び比透磁率 μ r をそれぞれ ε r ＝−1 及

これらについて個々に説明しておこう．

び μ r ＝−1 とし，その両側の右手系材料のそれらをそれぞれ ε r ＝＋1 及び μ r ＝＋1 とする．このとき式（1）EEによれば，左手系材料と右手系材料の屈折率はそれぞれ−1 及び＋1 となる．

skH

ε ＜0, µ ＜0
左手系材料

H

今，図 4 のように左手系材料近傍に点波源を置き，この波源からの波の伝搬を考える．波源から境界に入

ε ＞0, µ ＞0
右手系材料

射角 θ 1 で入射する波の屈折角 θ 2 は，式（2）において

図 2 電界ベクトル E，磁界ベクトル H，波数ベクトル k の関係

二つの材料の屈折率の絶対値が等しく符号が逆である
ことを考慮すれば

3.1 負の屈折率
一般に，材料の屈折率 n は
n= ε・ µ

（1）

波 源
焦 点

で与えられる．このため，ε ＜ 0 及び μ ＜ 0 の左手系

再焦点

材料の屈折率は負となる［2］．今，図 3 のように屈折率が正の値 n1 を持つ右手系材料から屈折率が負の値
n2 を持つ左手系材料に入射した波は負の角度 θ 2（＜ 0）に屈折することになる．この場合でも屈折率と屈折角
解説：メタマテリアルとは？ これで世の中はどう変わるのか？

図4

負屈折率スラブレンズ（スーパレンズ）

13

小特集｜電波がムーンウォークksθ 1 ＝−θ 2（3）となる．つまり，入射角と屈折角の絶対値は等しい．
その結果として左手系材料の中で波が焦点を結ぶことになる．このときの焦点の位置は，境界から波源まで

RH
ε r＝1
µr＝1
波源

LH
ε r＝−1
µr＝−1
焦 点

RH
ε r＝1
µr＝1
再焦点

RH
ε r＝1
µr＝1
波源

焦点を通り過ぎた波は他方の境界においても負の角度

RH
ε r＝1
µr＝1

焦 点
再焦点

と同じ距離だけ境界から離れた位置となる（実際に作図をして確かめてみるとよい）．また，同図のようにLH
ε r＝−1µr＝−1（a）伝搬波（b）エバネセント波に屈折し，右手系材料中で再び焦点を結ぶ．このよう

図 5 負屈折率スラブレンズ中の伝搬波とエバネセント波の分布に負屈折率スラブレンズは二つの焦点を持つ．

内及び右手系材料内を伝搬し像を結ぶ．ところが，波

このとき境界で反射波は生じない．これは左手系材

い．波長以下の微細な波源分布を担うのは近傍界成分

料のインピーダンス η が

η＝

µ
ε

源の電磁界分布を構成するのは伝搬波成分だけではな（4）であり，これは通常エバネセント波となる非伝搬波成分である．このため，伝搬波成分のみを集めエバネセン

で表されるため，ε r ＝−1 及び μ r ＝−1 の材料と ε r ＝ト波成分を集めることができない通常のレンズでは波＋1 及び μ r ＝＋1 との材料の境界では波は整合するた長以下の解像ができないのである．

めである［2］．

一方，負屈折率スラブレンズでは，波長以下の波源

今，波源が移動するとどうなるか．例えば波源が境の分布を司るエバネセント波成分は，図 5（b）のよう界に対して平行に移動したとすると，上述の動作原理に境界に到達した後左手系材料中で指数関数的に増大を考えれば両焦点とも同じ方向に移動することが容易

し，材料に損失がないと仮定すると，境界から同じ距に分かる．また波源が境界に近づいたとすると，左手離にある焦点の位置で元の大きさにまで回復する．ま

系材料内の焦点は境界に近づくが，逆に右手系材料内

た，次の境界においてはいったん波源の位置よりも大の 2 番目の焦点は境界から遠ざかることになる．よっきくなるが，やはり同じ距離だけ離れた再焦点の位置て，負屈折率レンズによる像は負屈折率材料内では倒においては同じ大きさになる．したがって，焦点及び立像であり，2 番目の像は正立像となる．

再焦点のいずれの位置においても近傍界成分を含めて上記のことから負屈折率スラブがレンズとして動作

波源の電磁界分布をそのまま再生することができるのすることは分かるが，これだけではこのレンズの分解である．つまり，このレンズの解像度は使用する電磁能が回折限界を超えるスーパレンズとなることは説明

波の波長によらないことになる．

できない．これは左手系材料中でエバネセント波が伝搬に伴って増大することに起因している．

この現象を応用すれば，物理限界を超える高解像の電波イメージングが可能となる．また，波長以下の領域に電力を絞った無線電力伝送への応用が考えられ

3.2 エバネセント波の増大

る．電波のみならず光波領域において半導体のリソグ

負の屈折率は，位相定数 β （伝搬定数の虚部）の符

ラフィの高分解能化等の画期的な応用が期待されてい号が負となることによるものである．一方，左手系材

る．スーパレンズの回折限界を超える高解像動作はマ料では減衰定数 α （伝搬定数の実部）の符号も逆転す

イクロ波帯において既に実証されている［4］．

る．これは，通常は伝搬に伴い指数関数的に減衰する
エバネセント波が，左手系材料中では伝搬に伴って振3.3 分 散 性

幅が指数関数的に増大する［3］ことを意味する．なお，

左手系材料は分散性を持たなければならない［2］．

エバネセント波は電力を伝搬させるものではなく，エつまり誘電率 ε と透磁率 μ の値は周波数特性により変ネルギー保存則を脅かすものではない．

化しなければならない．この周波数特性は右手系材料

負屈折率スラブレンズ近傍に置かれた点波源からののそれと比べてかなり異なるものである．この特異性

伝搬波は，前述のとおり図 5（a）のように左手系材料を用いて種々のデバイス応用が提案されている．その14

通信ソサイエティマガジン No.15［冬号］2010

Reports and Comments

解説

例を幾つか示そう．

よる共振モードの次数は，図 8 のように n ＝ 0, −1, −2,

言うまでもなく右手系材料中では電磁波の波長は周…，と 0 及び負の整数となる［9］．これらの共振周波数

波数とともに短くなるが，左手系材料中では図 6 のよは左手系材料の分散特性で決まり，右手系材料の共振

うに波長は周波数とともに長くなる．更に周波数を増器のように整数倍とはならない．この性質を利用する

加するとやがてある周波数で無限大となる．この周波ことで，左手系材料の分散性を制御した任意の複数の周数は固体物理からの類推により Γ 点周波数と呼ばれて波数で動作するデュアルバンド共振器や，デュアルバン

いる．波の位相速度 vp は周波数 f と波長 λ の積で表さ

ドアンテナへの応用が構成可能である［10］．

れるが，上記の現象を考慮すると左手系材料中では位

左手系材料で構成された共振器のうち，特に次数が相速度がある周波数以上で光速を超え，Γ 点周波数に0 である共振器は零次共振器と呼ばれている［9］．こおいて無限大となることが分かる．この領域は速波領の共振モードは，Γ 点周波数において無限大の波長で域と呼ばれる．速波領域では位相定数 β の符号と大き共振する極めて特異な共振モードである．例えば，零さに応じた角度に漏えい放射が起こり，電磁波は空間次共振器内の波長は無限大であるため共振器内の電磁に放射される（図 7）．この現象を用いた広角度ビー

界は場所によらず同振幅かつ同位相である．また，共ム走査漏れ波アンテナへの応用が提案されている［5］，振周波数が共振器のサイズに依存しない．すなわち，［6］．この漏れ波アンテナは，従来の右手系材料を用

この共振は共振器のサイズを大きくしても小さくしていたものに比べてわずかな周波数変化で位相定数がそも同じ周波数で共振する．

の符号を含めて大きく変化させることが可能であるた

電磁界分布が一様な零次共振器を用いれば理論的にめ，広角度ビーム走査動作が実現可能である．また，

は開口面効率が 100％となるアンテナを構成すること

伝搬モードが直接漏えいすることから，励振効率が良ができる［11］．アンテナ応用以外にも，電磁界分布いという利点もある．更に従来の周期構造線路によるが一様でかつ共振周波数がサイズに依存しない性質を

漏れ波アンテナでは不可能であった正面方向への漏え利用した多分岐電力分配器が提案されている［10］．

い放射も実現可能である．これは左手系材料では前述

上記のもの以外にも，左手系材料の性質をうまくの Γ 点周波数においても群速度が非零となる材料設計

組み合わせて応用したものが提案されている．強結合が可能であるためである［7］，［8］．

バックワードカップラ［12］は，左手系材料でできた
2 本の線路により強結合かつ広帯域特性を得るもので子が通常とは大きく異なる共振器が構成できる．
例えば，ある．図 9 のように 2 本の線路を近接させると，偶奇通常の右手系材料で構成された長さ L の共振器の共振モードの位相定数やインピーダンスに応じて線路は結モードの次数は n ＝ β L/π ＝ 1, 2, …，と正の整数をとる合する．左手系線路で構成したカップラの偶奇モードのに対して，左手系材料で構成された共振器の後進波にの位相定数やインピーダンスは共に虚数となるため，

逆

方

向

漏

れ

放

n＝0

射
領域
速波vp＜0）
（

n＝−
1

れ
波

n＝−
2
漏

n＝−
3

左手系材料

領域 ）
速波vp＜c0

右手系材料（

左手系材料中では周波数が高くなると波長は長くなる．

図6

左手系材料の分散性

図7速波領域での左手系材料からの後方放射 図 8（上）と右手系材料からの前方放射（下）解説：メタマテリアルとは？ これで世の中はどう変わるのか？

n＝0 の零次共振モードは無限大波長で共振する．

左手系共振器の共振モード

15

小特集｜電波がムーンウォーク

また，左手系材料で共振器を構成すると，共振の様通常の右手系材料では得られない非常に強い結合が逆方向に得られることになる［12］．

4． 右手系メタマテリアル（人工誘電体・人工磁性体・異方性材料）

このほかにも，左手系線路による移相器は，後進波

右手系メタマテリアルについても特徴と応用例を示しの性質を利用したもので，右手系材料でできた通常のておこう．左手系メタマテリアルに比べて右手系メタマ

線路を伝搬する波の位相は伝搬に伴って遅れるのに対テリアルの歴史はずいぶん古く，1940 年代には既にこのし，左手系材料中では後進波が伝搬するため位相は進概念はあったようである［16］．金属球や金属ワイヤを用

むため，負の移相量を持つ移相器が実現できる．これ

いて実効的に巨大な誘電率を実現する人工構造は，人工を利用してラットレースの小形化と同時に広帯域化が誘電体とも呼ばれている．

実現されている［10］．

既にこのころ人工誘電体によるレンズも実現されていまた，左手系線路の分散性を利用して整数倍ではなる［16］．人工誘電体レンズは容易に高誘電率を実現でき，

い任意の 2 周波で動作するデュアルバンドスタブやブ

その分布を制御できるため平面構成で薄形化が可能であランチラインカップラ等も実現されている［10］
［
，13］
．

る．しかし，従来の誘電体レンズに比べると導体損が加更 に， 非 伝 搬 域 を 利 用 し た 電 磁 バ ン ド ギ ャ ッ プ

わり，また人工誘電体自体が周波数分散を持ってしまう（EBG：Electromagnetic Band Gap） 構 造［14］ も 応用

ため動作が狭帯域である点は課題である．

が開発されている．多くの左手系材料は波長が無限大

人工誘電体の高誘電率特性は各種デバイスの小形化にとなるΓ 点周波数よりも高域側に右手系の伝搬帯域有効である．この性質を用いた共振器の小形化及びフィも併せ持つが，この右手系帯域と左手系帯域との間にルタへ応用されている［17］．なお，人工誘電体は異方性，

は伝搬モードを持たないバンドギャップが存在する．

すなわち方向によって異なる誘電率の値を持つ性質を容バンドギャップの帯域は極めて周波数選択性の高い非易に制御することが可能なため，ある共振モードに限っ

伝搬領域となることから，回路やアンテナの不要表面て低周波化することで小形化と同時にスプリアス特性の電磁波の抑制による低損失高効率化や，相互干渉の抑改善も可能である［17］．

制，雑音対策などへの応用が検討されている．

またメタマテリアルの概念により，磁性材料を用いず

またこの EBG 構造は磁気壁として働く．磁気壁は電とも磁性を得る人工磁性体も開発されている．詳細は省気壁（金属壁）と双対をなす境界であり，図 10 のよう略するが，split-ring resonator（SRR）と呼ばれる一部が絶に磁界が接線成分を持たない電磁境界である．電気壁が縁された金属リングを用いると，非磁性金属でも実効的平行な電界成分に対して逆相の影像電界を作るのに対に比誘電率を 1 よりも大きくすることができる［18］．人

し，人工磁気壁は同相の影像電界を作る．この性質を

工磁性体の持つ負の透磁率領域は左手系メタマテリアル

利用して，影像電界を抑制して放射効率を改善する薄形の構成にも利用されている［19］．最近では多くの自然材

アンテナや金属対応 RFID タグが提案されている［15］．

料が磁性を示さなくなるミリ波帯から光波領域において

Z0，even，Z0，odd ∈ 実数

β even，β odd∈ 実数

H

結合

RH

E

RH
入力

磁気壁

LH

E

電気壁（良導体）（a）元の空間E

LH
入力

Z0，even，Z0，odd ∈ 純虚数
結合

図9

16

β even，β odd ∈ 純虚数

右手系線路によるカップラ（上）と左手 図 10
系線路によるカップラ（下）．左手系カッ
プラでは逆方向に強い結合が得られる

同相影像

磁気壁

逆相影像

電気壁（良導体）

 工磁器壁（上）と人工磁器壁の作る電人
気影像（下）．いずれも電気壁と比較している（b）変換後の空間

図 11

座標変換による透明マントの構成

通信ソサイエティマガジン No.15［冬号］2010

Reports and Comments

解説

磁性材料を実現する方法として注目されている．
これ以外にも異方性を制御した透明マントが提案されている［20］，［21］．相対性理論によれば，重力場に［7］ A.Sanada,C.Caloz, and T.Itoh, Characteristics of the composite
right/left-handed transmission lines, IEEE Microw. WirelessComponent Lett., vol. 14, no. 2, pp. 68-70, Feb. 2004.
［8］ A. Sanada, C. Caloz, and T. Itoh,

Planar distributed structures

よる空間のひずみにより光の軌道は曲がるが，これと同with negative refractive index, IEEE Trans. Microw. Theory &様な空間のひずみを誘電率及び透磁率の空間分布により［9］ A. Sanada, C. Caloz, and T. Itoh, Novel zeroth-order resonance

人工的に持たせることで光の軌道を変化させることがで

in composite right/left-handed transmission line resonators, 2003

きる．例えば，図 11（a）の円形の二次元空間を同図（b）［10］ C. Caloz and T.Itoh, Electromagnetic Metamaterials: Transmissionのドーナツ状の空間に変換すれば，外部からの電磁波はドーナツの穴の中にある物体によっては反射や散乱されることなく素通りすることになる．光波領域でこれを実現すれば透明マントとなる．
一般にこの変換を実現するには，材料の誘電率と透磁率が異方性を持ち，かつこれらが空間的に分布する不均質性を持つことが必要である．これらはいずれもメタマ
テリアルでは比較的容易に実現可能である［15］．この動作は既にマイクロ波帯の電波領域で実験的に確認されている［16］．今後の電磁波応用への展開が期待されている．

Tech., vol. 52, no. 4, pp. 1252-1263, April 2004.

Asia-Paciﬁc Microw. Conf. Proc., pp. 1588-1591, LA, USA, 2003.
Line Theory and Microwave Applications, Wiley-Interscience, 2005.
［11］ A. Sanada, M. Kimura, I. Awai, H. Kubo, C. Caloz, and T. Itoh,
A planar zeroth-order resonator antenna using a left-handed
transmission line, 34th Europ. Microw. Conf. Proc., pp. 13411344, Amsterdam, Netherlands, 2004.
［12］ C. Caloz, A. Sanada, and T. Itoh, A novel composite right/lefthanded coupled-line directional coupler with arbitrary couplinglevel and broad bandwidth,IEEE Trans. Microw. Theory &Tech., vol. 52, no. 3, pp. 980-992, March 2004.
［13］ H. Okabe, C. Caloz, and T. Itoh, A compact enhanced-bandwidth
hybrid ring using an artificial lumped-element left-handed
transmission-line section, IEEE Trans. Microw. Theory & Tech.,vol. 52, no. 3，p.798, 2004.
［14］ D. Sievenpiper, L. Zhang, R. F. J. Broas, N. G. Alexópolous, and E.
Yablonovitch, High-impedance surface electro-magnetic surfaces
with a forbidden frequency band, IEEE Trans. on Microw. Theory

5． む

す

び

& Tech., vol. 47, no.11, pp.2059-2074, Nov. 1999.
［15］ T. Konishi, T. Miura, Y. Numata, S. Sato, A. Sanada, and H. Kubo,

メタマテリアルの考え方とその応用について例を挙げて概説した．ここでは説明できなかったシングルネガ
ティブ材料も，擬似表面プラズモン共振器など応用が開An impedance matching technique of a UHF-band RFID tag on ahigh-impedance surface with parasite elements, IEEE 2009 Radio
Wireless Symp. Proc., MO3A-3, pp. 67-70, San Diego, USA, 2009.
［16］ W. E. Kock, Metallic delay lenses, Bell Syst. Tech. J., vol. 27,
pp. 58-82, 1948.

発されている．メタマテリアルは構造により本来の材料［17］ I. Awai, Artificial dielectric resonators for miniaturized filters,が持たない物性や機能を得ようとするものであり，概念［18］ J. B. Pendry, A. J. Holden, D. J. Robins, and W. J. Stewart, Magnetism

としては広い．本稿が，新たな材料科学やデバイス応用

from conductors and enhanced nonlinear phenomena, IEEE Trans.

の進展の一助となれば幸甚である．

IEEE Microw. Mag., vol.9, no. 5, pp. 55-64, Oct. 2008.

Microw. Theory & Tech., vol. 47, no. 11, pp. 2075-2084, 1999.
［19］ D. R. Smith, W. J. Padilla, D. C. Vier, S. C. Nemat-Nasser, and
S. Schultz,

文 献
信技術を見据えたメタマテリアルの現状， 信学誌，vol. 93,
no. 6, pp. 435-467, 2010.
［2］ V. G. Veselago,

The electrodynamics of substances withsimultaneously negative values of ε and μ , Soviet Phys. Usp., vol.
10, no.4, pp. 509-514, Jan./Feb. 1968.
Negative refraction makes a perfect lens, Phys.

Rev. Lett., vol. 85, no.18, pp. 3966-3969, Oct. 2000.
［4］ A. Grbic and G. V. Eleftheriades,

Overcoming the diffraction

limit with a planar left-handed transmission- line lens, Phys. Rev.
Lett., vol. 92, no. 11, pp. 117403-1-117403-4, March 2004.
［5］ A. Grbic and G. V. Eleftheriades,

Experimental verification of

backward-wave radiation from a negative refractive index material,
J. Appl. Phys., vol. 92, no. 10, pp. 5930-5935, Nov. 2002.
［6］ L. Liu, C. Caloz, and T. Itoh,

Dominant mode leaky-wave

antenna with backfire-to-endfire scanning capability, Electron.
Lett., vol. 38, no. 23, pp. 1414-1416, Nov. 2002.

解説：メタマテリアルとは？ これで世の中はどう変わるのか？

4184-4187, May 2000.
［20］ J. B. Pendry, D. Schurig, and D. R. Smith, Controlling electromagnetic ﬁelds, Sci., vol. 312, no. 5781, pp. 1780-1782, 2006.
［21］ D. Schurig, J. J. Mock, B. J. Justice, S. A. Cummer, J. B. Pendry, A.
F. Starr, and D. R. Smith, Metamaterial electromagnetic cloak at
microwave frequencies, Sci., vol. 314, no. 5801, pp. 977-980, 2006.

真 田 篤 志 （正員：シニア会員）
平元 岡山大・工・電子卒．平 6 同大学
大学院博士課程了．平 16 山口大・工助教授．現在，同大学大学院理工学研究科准教授．平 6, 14 米国 UCLA 客員研究員．平 16 ～ 18（株）
ATR 客員研究員．
平 17 NHK 技研特別研究員．
博士
（工学）
．
メタマテリアル，高温超伝導材料，磁性材料とマイクロ波デバイス応用の研究に従事．IEEE，EuMA 各会員．

17

小特集｜電波がムーンウォーク［1］ 多くの文献があるが，例えば概説として， 小特集 新世代通［3］ J. B. Pendry,

Composite medium with simultaneously negative

permeability and permittivity, Phys. Rev. Lett., vol. 84, no. 18, pp.

小特集｜電波がムーンウォーク！？

解説論文〜メタマテリアルとは？ EBG とは？〜電波を遮断する EBG 構造
Electromagnetic Band Gap Structure for Suppressing Radio Wave†

道下尚文 Naobumi Michishita†

近年，左手系媒質あるいは負屈折率媒質と呼ばれるメタマテリアルに関する研究が非常に盛んである．メタマテリアルでは誘電率と透磁率が同時に負となる周波数領域で電磁波は伝搬できる．誘電率あるいは透磁率のどちらか一方のみが負となる場合，電波は伝搬することができない．このように，メタマテリアル技術を用いると電磁波の伝搬の設計範囲が広がることから，アンテ
ナやマイクロ波回路の分野で様々な応用例が報告されている．本論文では，電波を遮断する周波数帯域を持つ EBG（Electromagnetic Band Gap，電磁バンドギャップ）構造について解説する．
EBG，メタマテリアル，相互結合，マイクロストリップアンテナの増大［8］等に用いられてきた．また，図 1（a）に示す

1. ま え が き

円形穴を開けた地板を有するマイクロストリップ線路の阻止帯域性能が実証されている［9］．この PBG の概念

EBG（Electromagnetic Band Gap，電磁バンドギャップ）は光に限らずすべての波長の電磁波に対し適用できるた構造は，電波を遮断する周波数帯域（バンドギャップ）をめ，本論文では前述した EBG 構造という用語を用いる．

持つ周期構造である．分散関係を表す「バンド構造」と電波を遮断する表面構造の一番簡単な例は図 1（b）には異なるので注意が必要である．また，バンドギャップ

示す 1/4 波長コルゲーション（溝）構造である．溝の深は電波の伝搬が可能なパスバンドに挟まれることにな

さは 1/4 波長であり，終端短絡の伝送線路となっている

る．半導体の分野では，バンドギャップとは結晶のバンため，表面では電界に対して開放となる．溝に対して垂ド構造における電子が存在できない領域，つまり，価電直な偏波に対しては高インピーダンス境界条件となり，

子帯と伝導帯の間を指す．

電波は伝搬することができない．この境界条件を達成す

電波を遮断する，すなわち電磁波の伝搬を制御するこるために必要な 1/4 波長の深さよりも非常に低姿勢な構とができる周期構造はフォトニック結晶あるいはフォト造として図 1（c）に示すマッシュルーム構造が提案されニックバンドギャップ（PBG：Photonic Band Gap）構造

た［10］．この構造は表面波に対し EBG を持つ構造であとして知られている［1］，［2］．PBG 構造の概念は 1987

る．詳細は 2. で述べる．

年にヤブロノビッチにより提唱された［3］．そして，ダ

近年，左手系媒質あるいは負屈折率媒質と呼ばれるメ

イヤモンド格子のように誘電体球を周期配列した構造がタマテリアル［11］に関する研究が注目されている．メ

PBG を有することが発表された［4］．この構造は誘電体

タマテリアルは，細線導体［12］とスプリットリング共

ブロックに三つの円筒穴を開ける方法で作製され，初め振器［13］を組み合わせることで実現できる．また，誘て電波遮断特性が実証された［5］．マイクロ波の分野に電率と透磁率が同時に負となる周波数帯域で伝搬可能で

おいて PBG 構造は，フォトニック結晶基板上のボウタあることが実証されている［14］．一方，負の透磁率に対イアンテナの放射特性［6］やテーパスロットアンテナの応するスプリットリング共振器のみ，あるいは負の誘電

放射指向性の改善［7］，電力増幅器の出力電力及び効率率に対応する細線導体のみの構造では電磁波は伝搬する† 防衛大学校，横須賀市
    National Defence Academy, Yokosuka-shi 239-8686, Japan.

18

ことができない．前述したマッシュルーム構造の分散関係は右手 / 左手系複合伝送線路として求めることができ
通信ソサイエティマガジン No.15［冬号］2010

Topics of Emerging Technologies

マイクロストリップ線路

λ /4
円形ホール
（a）PBG 構造（b）コルゲーション構造

図1（c）マッシュルーム構造

電波を遮断する周期構造

る［15］．マッシュルーム構造は従来のプリント基板加工

パッチ技術を用いて容易に製作できることから，アンテナの低CL

姿勢化［16］，［17］，アンテナ間の相互結合抑制［18］～［20］，アンテナの利得増強［21］，［22］，帯域阻止フィル

LR

CL
CR

LL

ギャップ

タ［23］等に応用されている．

金属ビア

本論文では，平面形 EBG 構造であるマッシュルーム
構造に注目し，その基本特性とアンテナへの応用につい

図2

マッシュルーム構造と等価回路

列インダクタンス LR と並列キャパシタンス CR で表すて解説する．

ことができる．次に，図 2 のようにマイクロストリップ
線路にギャップを設けると直列キャパシタンス CL が追2. マッシュルーム構造の電波遮断メカニズム加される．また，マイクロストリップ線路と地板を接続する金属ビアを設けることで並列インダクタンス LL が追加される．このように構成されたマッシュルーム構造

する．波源から十分に離れた空間では電波は平面波とみからなる線路は右手 / 左手系複合伝送線路と呼ばれ，そなせる．この空間でマクスウェルの方程式を解くと，電の分散関係を求めることができる．比誘電率 10.2，厚さ

界 E は次のように求められる．

2 mm の誘電体基板を用い，構造パラメータをパッチサ－（α ＋jβ ）z＋（α ＋jβ ）z

イズ 4 mm，ギャ ップ幅 0.5 mm，ビア半径 0.25 mm と－α zで減少することを表し，したときの分散特性を図 3 に示す．横軸は減衰定数及び減衰定数と呼ばれる．β は波の時間的な変化を表し，位位相定数であり，縦軸は周波数である．分散特性を低周相定数と呼ばれる．右辺の第 1 項は z 軸方向に進む波で波数側から見ると，3.5 ～ 5.3 GHz までは位相速度と群あり，第 2 項は－z 軸方向に進む波を表している．

速度の符号が反転するため，左手系領域と呼ばれ，この帯

E ＝ E1 e＋E2 e

ここで，α は E の振幅が e

次に，電波の速度について考える．波の速度には位相f（GHz）

速度と群速度がある．位相速度は波面が移動する速度の11ことであり，vp ＝ω /β で表される．ここで，ω は角周波10数であり，ω ＝2π f である．群速度は媒質中を伝わる波9の速度であり，vg ＝∂ω /∂β で表される．分散がない場合，8

つまり周波数依存性がない場合には位相速度は群速度と7一致する．一方，本論文で扱うマッシュルーム構造は分散6性媒質である．そこで，図 1（c）のマッシュルーム構造の分散特性を示し，電波遮断メカニズムを説明する．
ここでは簡単のために一次元伝送線路として考える．

右手系領域

α

EBG

5

左手系領域

4

マッシュルーム構造の単位セルを拡大したものを図 2 に−800 −600 −400 −200
0
200
400
α（Np/m），β（rad/m）示す．通常のマイクロストリップ線路の等価回路は，直図3

解説論文：電波を遮断する EBG 構造

600

800

分散特性

19

小特集｜電波がムーンウォーク

電波遮断メカニズムを説明する前に，電磁気学を復習

域では β が負となるため後進波が伝搬する．次に，6.7 ～で示す電界分布や電流分布は赤色が強く，青色が弱いこ

11 GHz までは位相速度と群速度が同符号となる右手系領とを表している，図 5（a）に示す 2 セルの場合，5 GHz

域であり，前進波が伝搬することになる．減衰定数が存在

及び 6 GHz において表面波が伝搬し，セル数の不足にする 5.3 ～ 6.7 GHz の帯域が EBG であり，電波が遮断さより EBG 領域で電波を遮断できないことが分かる．次－α zで減衰する）．

に，図 5（b）に示す 4 セルの場合，5 GHz では EBG 構

図 4 に示すのは EBG 構造で囲まれた微小ダイポール

造内を後進波が伝搬した後に，地板端部に向けて表面波であり，マイクロストリップアンテナの電界成分を模が伝搬するのに対し，6 GHz では EBG 構造通過後の電擬している．誘電体基板の比誘電率は 2.2，厚さ 2 mm，界レベルは 10 dB 抑制されている．図 5（c）に示す 6 セ

EBG 構造のパッチサイズは 6 mm，ギャ ップ幅 1 mm，

ルでは，5 GHz では 4 セルと同様であるが，6 GHz では

ビア半径 0.25 mm とする．図 4 の構造でセル数を 2 セル

EBG 構造で波は十分減衰し，EBG 構造通過後の表面波から 6 セルまで変化したときの左手系領域である 5 GHz

はほとんど観測されない．このように，EBG の帯域でもと EBG 領域である 6 GHz の電界分布を図 5 に示す．図セル数をある程度以上にする必要があり，3. では 4 セル

中の矢印は位相の進む向きを表している．なお，本論文配置した際のアンテナ応用例を紹介する．

れる（厳密には，この周波数領域の波は e

微小ダイポール

EBG 構造（6 セル）

3. 平面 EBG 構造のアンテナ応用
3.1 マイクロストリップアレーの相互結合抑制［18］高誘電体基板上のマイクロストリップアンテナは，小EBG 構造形化やモノリシックマイクロ波集積回路（MMIC）との統

微小ダイポール合に有用である．しかし，狭帯域であるため，基板を厚くすることで帯域を確保できる．この際，表面波が強く

図4

EBG 構造で囲まれた微小ダイポール

励振されアンテナ間結合を生ずるため，アンテナ効率の

表面波

表面波

5 GHz
（左手系帯域）（a）2 セル

6 GHz（EBG）

5 GHz（左手系帯域）
表面波

E 面（V/m）

1.0000e + 002
8.6596e + 001
7.4989e + 001
6.4938e + 001
5.6234e + 001
4.8697e + 001
4.2170e + 001
3.6517e + 001
3.1623e + 001
2.7384e + 001
2.3714e + 001
2.0535e + 001
1.7783e + 001
1.5399e + 001
1.3335e + 001
1.1548e + 001
1.0000e + 001

5 GHz（左手系帯域）（c）6 セル

図520（b）4 セル

6 GHz（EBG）

6 GHz
（EBG）

電界分布

通信ソサイエティマガジン No.15［冬号］2010

Topics of Emerging Technologies

減少やアンテナパターンを乱し，アンテナアレーの相互

（V/m）
E面

結合を増加させる．E 面（ yz 面）及び H 面（zx 面）方向

5.0000e + 003に配置されたマイクロストリップアンテナ間の相互結合

1.7972e + 003

2.9977e + 003

1.0775e + 003

は基板が厚くなると増加する．また，E 面結合の場合は6.4600e + 002

表面波

高誘電率であるほど結合が強くなるのに対し，H 面結合

3.8730e + 002
2.3220e + 002

では高誘電率の場合結合は弱い．これは E 面方向に沿っ

1.3921e + 002

た表面波が大きいことによる．そこで，厚い高誘電率基

8.3462e + 001

板上の E 面方向に配置されたマイクロストリップアンテ

3.0000e + 001

5.0039e + 001

ナ間の強い相互結合を抑制するために，マッシュルーム
EBG 構造を挿入することを考える．マッシュルーム構造
が所望の周波数帯域で EBG を持つためには，パッチ幅，（a）EBG 構造なし

ギャップ幅，基板厚，誘電率，ビア半径が設計パラメー
タとなる．また，EBG 構造のセル数は前述のとおり電界振幅の減衰量に影響する．所望の周波数帯域においてEBG なしよりも半分以下の電界振幅となる最小の EBG
構造の数は 4 列となる．図 6 は相互結合が強い比誘電率

表面波10.2，基板厚 2 mm の誘電体基板上に 7 mm × 4 mm の
マイクロストリップアンテナを E 面方向に 0.75 波長間隔で配置したモデルであり，近傍電界分布を図 7 に示す．
共振周波数は 5.8 GHz であり， 図の左のマイクロスト
リップアンテナが給電されている．EBG 構造を配置しない場合，表面波が強く伝搬し，右のマイクロストリップ
アンテナに強く結合していることが分かる．このときの（b）EBG 構造あり

相互結合は－16.15 dB である．一方，EBG 構造を配置す

図7

ると表面波は EBG 構造の右端まで伝搬する間に減衰し，電界分布

右のマイクロストリップアンテナにはほとんど結合しないことが分かる．相互結合は－25.03 dB まで減少する．

3.2 マイクロストリップアンテナの高利得化［21］
図 8 に 52 mm × 52 mm の 有 限 地 板 端 部 に EBG 構

いた場合，結合は 1.5 dB 抑制される．また，それぞれの造を 4 列配置したパッチアンテナを示す．パッチアン

マイクロストリップアンテナの地板端部に壁を設けた場

テナの共振周波数が EBG 領域に入るように設計する合，結合は 2 dB 抑制される．このように，EBG 構造はことで表面波を抑制する．基板の比誘電率は 10.2，厚ほかの手法と比べ，結合抑制の能力が高いことが確認でさは 2.54 mm である．EBG 構造のパッチは 2.5 mm ×

きる．

2.5 mm， ギャ ップ幅は 0.5 mm である． 共振周波数はEBG 構造

X

Z

パッチアンテナ

Z

X

Y
電流

EBG 構造Y
パッチアンテナ

電流

52 mm

52 mm

図6

マイクロストリップアンテナアレー

解説論文：電波を遮断する EBG 構造

図8

地板端部に配置された EBG 構造

21

小特集｜電波がムーンウォーク

ほかの結合抑制法としては，アンテナ間の基板を取り除

5.8 GHz である．図 9 に z x 面（E 面）の近傍電界分布をり，EBG 構造があると高利得となり，後方放射が抑制示す．EBG 構造がない場合，表面波が強く流れ，地板されることが分かる．

端部で回折し，地板後方に放射していることが分かる．
一方，EBG 構造を配置すると，回折波は抑制され，パッチ上部への放射のみとなる．図 10 に示すのは電流分布

4. 携帯端末用逆 F アンテナアレーの相互結合抑制

であり，4 列の EBG 構造のうち，パッチアンテナに近い部分に強く電流が流れている．この部分が二次波源とEBG 以外の周波数領域でマッシュルーム構造を結合抑なる．図 11 に示すのは zx 面（E 面）の放射指向性であ制に使用する方法も考えられる．無限地板の x 軸上に半波長の間隔（75 mm）で置かれたモノポールアンテナの間

E 面（V/m）に，マッシュルーム構造を 2 素子配置した構成を図 12（a）

1.0000e + 004
7.4989e + 003
5.6234e + 003
4.2170e + 003
3.1623e + 003
2.3714e + 003
1.7783e + 003
1.3335e + 003
1.0000e + 003
7.4989e + 002
5.6234e + 002
4.2170e + 002
3.1623e + 002
2.3714e + 002
1.7783e + 002
1.3335e + 002
1.0000e + 002に示す．アンテナの共振周波数は 2 GHz である．本節のマッシュルーム構造の分散特性は 2. とは異なる．また本後方への放射

構成は単位セル数が 2 セルであるため，無限周期構造の（a）EBG なし

分散特性で求まる位相定数とは異なる．更に，図 5 から分かるように EBG 領域内の周波数でも 2 セルでは電波を抑制することができない．そこで，図 12（b）に示した
z ＝ 0 mm 及び 4 mm の二つの伝搬経路での位相差に注目（b）EBG あり

図9する．アンテナ 1 を励振，アンテナ 2 を特性インピーダン

電界分布（zx 面）

ス 50 で終端する．x 軸（ y ＝ 0）の地板上（z ＝ 0）を通過する電界位相とマッシュルーム構造のパッチ上部（z ＝ 4）

E 面（V/m）

1.0000e + 002
7.4989e + 001
5.6234e + 001
4.2170e + 001
3.1623e + 001
2.3714e + 001
1.7783e + 001
1.3335e + 001
1.0000e + 001
7.4989e + 000
5.6234e + 000
4.2170e + 000
3.1623e + 000
2.3714e + 000
1.7783e + 000
1.3335e + 000
1.0000e + 000

を通過する電界位相との位相差を，マッシュルーム構造
は高さを 4 mm で固定し，パッチ部の一辺の長さ w と間
隔 g をパラメータとして解析した結果，w ＝ 30 mm，g ＝2 mm のときに 2 GHz において位相差が 180°となることが分かった．このとき，マッシュルーム内部を伝搬する
波は後進波となり，アンテナ 2 側に向かい位相は進む．
また，マッシュルーム上部を伝搬する波は前進波となり，アンテナ 2 側に向かい位相は遅れる．これら二つの伝搬経路を通った波の位相差が 180°になるのが 2 GHz であ
図 100（dBi）
10
5
0
−5
−10
−15
−20
−25
−30
−25
−20
−15
−10
−5
0
5
10

270

る．このときの電界分布を図 12（c）に示す．2 GHz では

電流分布アンテナ 2 には結合していないことが分かる．アンテナ
EBG ありEBG なし

180

図 11

22

放射指向性（zx 面）

1，2 の相互結合は－30 dB 以下となる．一方，1.9 GHzにおいては位相差が 180°ではないため，アンテナ 2 に強く結合していることが分かる．
次に， 携帯端末に内蔵可能な逆 F アンテナの間に90

EBG 構造を配置した構造を考える［24］． 解析モデルを図 13（a）に示す．有限地板（150 mm × 90 mm）の上側両端に逆 F アンテナを半波長の間隔で配置している．アンテナの共振周波数は 2 GHz，線状素子の直径は1 mm，アンテナの高さは 6 mm である．アンテナ素子間には 4 素子のマッシュルーム構造を配置している．配列
通信ソサイエティマガジン No.15［冬号］2010

Topics of Emerging Technologiesz
アンテナ 10.5λアンテナ 1yアンテナ 2アンテナ 2

x

0.5 λ

0

15

無限地板

有限地板

（a）モノポールアンテナアレー
アンテナ 190 mm

アンテナ 2zmm（a）きょう体上逆 F アンテナアレー

z ＝ 4 mmz ＝ 0 mm
ポート 1

g
w

w

x
ポート 2

0.5 λ
（b）伝搬経路

S パラメータ（dB）

0

S11

−10

EBG ありEBG なし

−20
−30

S21
−40

（V/m）
E面
1.0000e + 004
7.4989e + 003
5.6234e + 003
4.2170e + 003
3.1623e + 003
2.3714e + 003
1.7783e + 003
1.3335e + 003
1.0000e + 003
7.4989e + 002
5.6234e + 002
4.2170e + 002
3.1623e + 002
2.3714e + 002
1.7783e + 002
1.3335e + 002
1.0000e + 002

−50
1.5

2.0
周波数
（GHz）

2.5

（b）S パラメータ特性
（V/m）
E面
2 GHz

1.9 GHz1.0000e + 004
7.4989e + 003
5.6234e + 003
4.2170e + 003
3.1623e + 003
2.3714e + 003
1.7783e + 003
1.3335e + 003
1.0000e + 003
7.4989e + 002
5.6234e + 002
4.2170e + 002
3.1623e + 002
2.3714e + 002
1.7783e + 002
1.3335e + 002
1.0000e + 002

1.96 GH z（c）電界分布図 12

モノポールアンテナアレー

周期を 32 mm，正方形パッチの辺の長さを 26 mm，間隔
を 6 mm としたときの S パラメータ特性を図 13（b）に示
アンテナ 1 に供給されず反射される量であり，この値が2.06 GH z

十分低いと入力された電力はアンテナから良好に放射されることになる．また S21 はアンテナ 1 に電力を入力し（c）電界分布図 13

携帯端末用逆 F アンテナアレー

たときにアンテナ 2 に出力される量であり，相互結合量に相当する．マッシュルーム構造を配置すると，
1.96 GHzにおいて相互結合量は－34 dB となり，配置しない場合

5. む す びと比べ，約 13 dB 低減する．図 13（c）に電界分布を示す．
結合が抑制される 1.96 GHz においてはアンテナ 2 及びEBG 構造の電波遮断メカニズムについて，平面形で右側のマッシュルーム構造の電界が弱くなっている．一製作が容易な構造として知られているマッシュルーム構

方，2.06 GHz においては 2 素子のマッシュルーム構造

造を例に挙げ，その分散特性と，左手系領域及び EBGが半波長で共振するため，アンテナ 2 に強く結合してい領域における電波伝搬の様子を示した．また，マイクロることが分かる．

ストリップアンテナアレー間に EBG 構造を配置し，表

解説論文：電波を遮断する EBG 構造

23

小特集｜電波がムーンウォーク

す．ここで，S11 はアンテナ 1 に電力を入力したときに

面波を遮断することで相互結合を抑制できることを示した．EBG 構造のアンテナ応用例を解説したが，ほかにも
人工磁気導体，電波吸収体への応用や，非金属メタマテ
リアルの実現など広範囲にわたり研究されている．自由な発想で電磁波の伝搬を制御し，新たな材料やアンテナの開発に役立てて頂きたい．
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24

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（平成 22 年 6 月 8 日受付，7 月 29 日再受付）

道 下 尚 文（正員）
平 11 横浜国大卒．平 16 同大学大学
院博士課程（後期）了．現在，防衛大・電気電子助教．平 18 ～ 19 UCLA 客員
研究員．移動体通信用アンテナ，電磁界解析，メタマテリアルに関する研究に従事．博士（工学）．平 17 本会学術奨励賞受賞．IEEE 会員．

通信ソサイエティマガジン No.15［冬号］2010

Topics of Emerging Technologies

小特集｜電波がムーンウォーク！？

解説論文〜メタマテリアルとは？ EBG とは？〜メタマテリアルアンテナの種明かし
Finding Metamaterial Trick†

榊原久二男 Kunio Sakakibara†

メタマテリアルの技術を用いることで，伝送線路内を伝わる電磁波の伝搬特性を制御できるため，一般に伝送線路でできているアンテナにこの技術を用いると，様々な効果が期待できる．これを実現するために，メタマテリアルの名前を冠した研究成果が多く発表されてきている．その一方で，既存の技術との違いが分かりにくい研究発表も少なくない．本論文では，メタマテリアル技術
をアンテナに適用したときの様々な効果を示し，その原理と問題点について解説する．更に，既存の技術との相違点と共通する点について議論し，メタマテリアルのトリックを種明かししてみたい．
メタマテリアル，アンテナ，伝送線路，波長制御

本論文では，メタマテリアル技術のアンテナ応用とし

1. ま え が きて，同じ波長制御技術によって得られる効果であるアン
テナの小形化，進行波アレーアンテナの指向性制御の二2000 年ごろから，メタマテリアルの研究者が急速に増つに焦点を当て，その原理を説明する．メタマテリアル

加し始めて 10 年が経過し，その技術レベルも高まりつ

は，自然界に存在し得ない物質と等価な性質を示すと前つある．その結果，爆発的な普及とはいかないまでも，述したが，実際には自然界にない物質を精製することは一部で製品化が始まっている．メタマテリアルに期待さ不可能である．そのため，実効的にその特性を実現した

れている効果を，製品化される実用レベルで実現するにのと等価となるようにトリックが仕掛けられている．各は，まだ課題は山積しているが，設計・解析技術は確立

応用例に用いられているメタマテリアル技術のトリックしつつあり，多くの著書が出版されている［1］～［8］．

について解説したい．

メタマテリアルは，母材となる伝送線路内部に，周期し得なかった特性を有する物質のことである［9］
～
［14］
．

2. メタマテリアルの波長制御光分野［15］，機械分野［16］などでメタマテリアル技術の開発が進められているが，電磁波分野でもその活動は

まず，自由空間や同軸線路，平面線路など，電磁波が活発である．メタマテリアル技術を電磁波分野に応用

伝搬する一般的な伝送線路を考える．これらを等価回路

すると，電磁波の波長を制御することができる．一般にに置き換えると，図 1（a）に示すように，シリーズ接続アンテナの大きさは波長に大きく依存することから，メのインダクタンスとシャント接続のキャパシタンスをペタマテリアル技術は，これまで普遍的な課題であ った

アとする 2 端子対回路を 1 周期として，これを縦続接続

アンテナの小形化を一気に解決する技術であるとまでいすることで表される．この場合には，通常の伝送線路がわれている．それだけに，メタマテリアル技術への期待

そうであるように，電磁波の伝搬方向へ移動するほど，は大きい．

位相は遅れるという事実がある．ということは，すなわ† 名古屋工業大学，名古屋市
     Nagoya Institute of Technology, Nagoya-shi 466-8550, Japan.

解説論文：メタマテリアルアンテナの種明かし

ち，このインダクタンスとキャパシタンスを，図 1（b）に示すように入れ換えると，電磁波の伝搬方向へ移動す25

小特集｜電波がムーンウォーク

構造を構成することにより，これまでに自然界では存在

左手系媒質内を伝わる電磁波の振舞い
ムーンウォーク
左手系媒質内を伝わる電磁波 ≒（マイケル・ジャクソン）（a）右手系伝送線路（低域フィルタ）電力

位相（b）左手系伝送線路（高域フィルタ）

実際に進む方向 ＝ 群速度（エネルギーが伝わる方向）（c）右手／左手系複合伝送線路（帯域フィルタ）

図1

伝送線路の等価回路

電界
ベクトル

磁界
ベクトル

電力が
伝わる方向

図3

電界
ベクトル

磁界
ベクトル

見かけの動き ＝ 位相速度（見かけの速度）

電力が
伝わる方向

位相遅れが
位相遅れが
伝わる方向

位相遅れが
位
相遅れが
伝わる方向

（a）右手系伝送線路（b）左手系伝送線路

図 2 右手系伝送線路と左手系伝送線路の電界・磁界，伝搬方向

足の動きと進む方向が逆になるマイケル・ジャクソンのムーンウォーク

なるマイケル・ジャクソンのムーンウォークが分かりや
すい．
位相が変化する方向（ 右手系伝送線路と左手系伝送線路）や，位相が変化する割合（実効波長）を制御できると，共振条件を制御できたり（素子アンテナの小形化［17］～［23］），複数の電磁波が強め合う方向を制御できたり（アレーアンテナの指向性制御［24］～［33］，グレーティング
ローブ抑圧［34］）して，アンテナ利用への効果が大きい．
果たしてそのような伝送線路を実現することができるるほど，位相が進むことになり，常識的な伝送線路とはのであろうか．このコンセプトを基にして，これまでに，逆の位相変化が生じることになる．この様子を図 2 に示

世の中で開発されている左手系伝送線路では，一般的なす．一般的な伝送線路を伝搬する平面波は，電界と磁界

右手系伝送線路内部に左手系素子（シリーズ接続のキャと「電力が伝わる方向」の三つが互いに垂直で，この順にパシタンスと，シャント接続のインダクタンス）を組み右手系をなすことが知られている．このとき，電力が伝込むことにより構成されている．このため，等価回路でわる方向へ移動するほど位相は遅れるため，電界と磁界表すと，図 1（c）で表されるように，右手系素子と左手と「位相遅れが伝わる方向」の三つも互いに垂直で，右系素子の両方が混在する右手 / 左手系複合伝送線路で表手系をなす．そのため，この伝送線路のことを，右手系される．この右手系と左手系の効果の綱引きにより，伝伝送線路と呼ぶ．一方，図 （1 b）に示す伝送線路では，電送線路の伝送特性が決まる．

力が伝わる方向へ移動するほど位相が進むため，図 2（b）

図 1 に示す回路構成はフィルタの回路構成と似ておに示すように，位相遅れが伝わる方向が，電力が伝わるり，（a）は低域，（b）は高域，（c）は帯域フィルタの等方向と逆となる．このとき，電界と磁界と位相遅れが伝価回路として知られている．メタマテリアルの機能とわる方向の三つが，互いに垂直でかつ左手系をなす．そして，位相制御のほかに，電磁バンドギャップ（EBG：のため，この伝送線路のことを，左手系伝送線路と呼ぶ．

Electromagnetic Band Gap）と呼ばれる伝搬の可否（振幅）左手系伝送線路は，波形（位相遅れ）が伝わる方向（見かの制御も可能である．この基本的な考え方は，フィルタ

けの伝搬方向）と電力が伝わる方向（本当の伝搬方向）が理論によって既に知られている．メタマテリアルの出現

逆方向である．例えて言えば，図 3 に示すように，足のにより，その概念があらゆる電磁波の伝搬について拡張

動き（見かけの歩行方向）と本当に進む方向が逆方向とされた．そして一次元の電磁波の伝搬だけでなく，二次

26

通信ソサイエティマガジン No.15［冬号］2010

Topics of Emerging Technologies

元の伝搬の制御に使われたり，上記のように伝搬波長（位アンテナを実現したいという話を，ときどき耳にする．

相）の制御に使われたりするようになった．

アンテナが給電線路と整合するためには，アンテナの入力インピーダンスの実部（放射抵抗）が給電線路の特性
インピーダンス（例えば 50 Ω）に等しく，虚部がゼロと

3. アンテナ応用

なるように設計しなければならない．ところが，アンテ
ナを小形化した場合，アンテナの放射抵抗が小さくなり，

アンテナは伝送線路でできている．そのため，この伝送線路の伝搬特性を制御できれば，アンテナに新しい付虚部が大きくなるため，給電線路と整合できなくなるという問題がある．

加価値を加えることができる．例えば，図 4 に示すよう

そこで，まず実部の放射抵抗については，これを決な，ダイポールアンテナやモノポールアンテナ，ループ

めるパラメータとして実効長がある［35］．ダイポール

アンテナ，スロットアンテナ，プリント基板に構成されアンテナの場合，放射抵抗は実効長の 2 乗に比例し，こるマイクロストリップパッチアンテナなどがある．これのアンテナの実効長はアンテナ上の電流分布の積分値

らの素子アンテナは，半波長など，波長に依存する長さに比例する．物理長が短いアンテナでは電流分布が一定で共振し，ある特定の周波数で動作するように設計されに近いため，実効長は物理長と概ね等しくなり，これがる．すなわち，波長を制御できれば，アンテナの小形化

実効長の上限となる．しかし，メタマテリアルの技術をが可能となる．

用いると，電流分布を変化させることができるため，そまた，漏れ波アンテナは給電用伝送線路の伝搬波長との結果，放射抵抗が大きくなる．また，虚部についても

自由空間波長の比で，進行波アレーアンテナは給電用伝小さくできる．例えば，波長無限大の伝送線路を設計す

送線路の伝搬波長と素子間隔の比で，電波の放射方向がることにより，任意の長さで共振するアンテナを実現で決まる．そのため，メタマテリアルの技術により伝送線きる．また，擬似誘電体を用いると，伝搬波長が短縮さ路の伝搬波長を制御できれば，アンテナの「指向性」をれ，アンテナを小形化することができる．このほかにもも制御することが可能である．3. では，位相（波長）制メタマテリアルによるアンテナの小形化応用技術が提案

御に焦点を絞り，アンテナに応用したときの効果についされているが，本論文ではメタマテリアルの位相（波長）て解説する．

制御に焦点を当てているので，以下では，これら二つのアンテナ小形化技術について紹介する．
（1）波長無限大の伝送線路

λ042. で示したように，メタマテリアル伝送線路は，右λ02

手系伝送線路内部に左手系素子を組み込んで構成されモノポールアンテナ

ダイポールアンテナル

パッチアンテナ

る．1 周期分の等価回路を図 5 に示す．LR と CR が元の右手系伝送線路の等価回路で，LL と CL が組み込まれた左手系素子の等価回路を表す． 右手系伝送線路では位相遅れが生じ，左手系素子では位相進みが生じる．これ

λ0

ループアンテナ

λ0
2
スロットアンテナ

らの綱引きにより，伝送線路全体として，右手系として
CL

図4

LR

様々なアンテナの長さ
CR

3.1 アンテナの小形化応用

LL

アンテナの小形化は普遍的な課題である．メタマテリ
アルの技術によって，この長年の課題が解決されることが期待されている．究極的には，超高感度な極微チップ
解説論文：メタマテリアルアンテナの種明かし

図5

右手 / 左手系複合伝送線路の 1 周期分

27

小特集｜電波がムーンウォーク

λ02

動作するのか，左手系として動作するのかが決まる．右LR1

手系伝送線路に左手系素子を組み込み，左手系素子の効LR2

果を大きくすると，右手系の位相変化が次第に小さくな
り，すなわち波長が長くなる．そして，右手系の作用と

CR22

CR1

左手系の作用がちょうど等しくなり，両者がキャンセル
されたとき，位相変化が全くしない伝送線路となり，実効的に波長が無限大となる．このとき，シリーズ接続分とシャント接続分がそれぞれ直列共振，並列共振となり，

図6

擬似誘電体伝送線路の 1 周期分の等価回路

以下の条件を満たす．

示す．LR1 と CR1 は，元の伝送線路の右手系成分である．

CR LR
=
CL LL

左手系伝送線路では，これに左手系成分である LL と CLを追加することで，図 5 の等価回路が得られた．一方，

このときには，各周期ごとの共振がすべて同相で起こ

擬似誘電体線路では，元の伝送線路の右手系成分（LR1，

ることにより，線路上での位相がすべて同じになること

CR1）に，更に右手系成分（LR2，CR2）を追加することによ

で，波長が無限大になったのと同じ効果が得られる．一り，位相遅れが促進され，その結果実効波長が短くなる．

般的にアンテナの共振長は，1/2 波長など，波長に依存

一般的には，給電点に LC 整合回路を接続して整合すする．しかし，無限波長の伝送線路を用いることにより，る方法がよく用いられる．これに対し，メタマテリアル

どんな長さで切っても（もちろん極端に短くても）共振

では，アンテナの途中の 1 周期ごとに，整合回路を分布特性が得られ，金太郎飴のようにアンテナを設計できるして接続する．では，給電点で LC 整合させるのと，アンことから，アンテナの小形化に用いられる．

テナの途中にインダクタンスやキャパシタンスを設けてこの技術を利用し， 最小単位である 1 周期分を小形整合させるのとで，何が違うであろうか．メタマテリア

アンテナとして設計した成果が，学会で発表されたり，ルの手法のように，アンテナの途中に LC 回路を組み込

メタマテリアルアンテナとして製品化されたりしていむ価値があるのであろうか．両者の間には，アンテナ上る．これらの発表によると，アンテナ内部に，シャントの電流分布に違いが生じる．アンテナの感度に直結する

接続のインダクタンスやシリーズ接続のキャパシタンス

アンテナの実効長は，アンテナ上の電流分布の積分値でを組み込んだアンテナのことをメタマテリアルアンテナ決まるため，電流が大きいほど，アンテナ長が長いほどと称している．これは，従来から用いられている，小形

大きくなる．そこで，モノポールアンテナに生じる電流

アンテナの給電点に，コイルとコンデンサからなる LC

分布について考える．

整合回路を組み込んだアンテナとよく似ている．
（2）擬似誘電体伝送線路

アンテナと給電ケーブルとの接続部での反射損を低減するためには，アンテナの入力インピーダンスが給

誘電体を用いるとその誘電率に依存して波長短縮が生電ケーブルの特性インピーダンスと一致し，整合されなじるため，樹脂材料などを用いることによりアンテナをければならない．モノポールアンテナは，地板について小形化する技術が広く用いられている．しかし，誘電体のイメージを考えるとダイポールアンテナと等価で，終損や製造上の問題などを避けるために，誘電体を使いた端が開放された平行二線伝送線路からなると考えられくない場合や，既に誘電体を使っていて更にその効果をる．終端開放であるモノポールアンテナの長さを短くす大きくしたい場合などに，主に金属の構造で波長短縮をると，インピーダンスの実部が小さくなるのと同時に，実現する擬似誘電体構造が提案されている．

キャパシタンスが発生する（Z ＝ R － jX）．これを相殺す

2. で示した等価回路の考え方で説明すると，右手 / 左るためには，整合回路として一般に，インダクタンス（コ手系複合伝送線路では，右手系伝送線路に左手系素子をイル）を接続する．一方，アンテナの入力インピーダン

組み込んだが，これとは逆に波長短縮効果をより拡大す

スは，入力端子における電圧と電流の比であり，アンテ

るためには，右手系伝送線路に更に右手系素子を組み込

ナ長を短くすると，給電点における電流値が非常に小さ

む．擬似誘電体伝送線路の 1 周期分の等価回路を図 6 にくなってしまう．給電ケーブルと整合されるには，給電

28

通信ソサイエティマガジン No.15［冬号］2010

Topics of Emerging Technologies

点における電流値がある値にまで大きくなる必要があ

レーアンテナのグレーティングローブ抑圧に役立つこと

る．コイルは，物理的な大きさを保ったまま，電流が流が明らかにされている．グレーティングローブとは，アれる経路を長くすることにより，アンテナの実効的な長レー 素子間隔が長くなるほど，天頂に近い側に現れる，

さを延ばす効果がある．1/4 波長よりも十分に短いアン

広角方向の不要放射である．例えば，1 自由空間波長間テナの給電点にインダクタンス（L：コイル）を接続して隔で，放射素子が同相励振されて配列されたとき，正給電した場合の電流分布を図 7 に示す．コイルを接続す

面方向だけでなく，素子の配列方向にも，1 波長分の伝る前（図 7（a））は，給電点において小さい電流値である搬を介して，全素子からの放射が同相で強め合う．これのに対し，コイルを接続することによって（図 7（b）），

がグレーティングローブの一例である．このように，グ給電点における電流値が大きくなる．しかし，アンテナ

レーティングローブは，素子間隔が 1 自由空間波長以上そのものに流れる電流値は小さいままなので，コイルののときに現れ，その間隔が広いほど，天頂に近い側に発効果によって整合はとれるが，アンテナの性能を表す実生する．

効長は短いままであり，アンテナの利得の上昇には限界がある．

導波管で進行波アレーアンテナを給電し，ブロードサ
イドビームを実現するためには各素子を同相で励振する必要がある．このとき，各素子間隔は 1 管内波長間隔となる．導波管の管内波長は一般に，自由空間波長よりも長いため，1 管内波長間隔で放射スロットを配列すると，素子間隔が自由空間波長よりも長くなり，前述のグレー
ティングローブが発生してしまうという問題がある．そ

（a）

図7

（b）

（c）

アンテナ上の電流分布．（a）整合回路なし，（b）給電
点で LC 整合，（c）アンテナ上に分布させて整合

容量性絞り（キャパシタンス：CR2）

出力

導波管（LR1, CR1）
狭壁面

次に，モノポールアンテナの途中にコイルを分布させて設けた場合の電流分布を図 7（c）に示す．給電点で一入力

度に電流を増加させる方法に対して，アンテナの途中に

広壁面

複数個のコイルを互いに間隔を開けて接続し，少しずつ電流値が増加する．このため，電流分布の積分値は，給

図8

小特集｜電波がムーンウォーク

電流値を増加させた場合には，コイルの接続箇所ごとに

短絡スタブ（長さによりインダクタンス：LR2）

右手系素子を組み込んだ導波管の 1 周期構造

電点で整合した場合と比べて大きくなり，その結果，実効長が長くなる．単に整合がとれるという観点で言えば，両者の間で大きな違いはないが，整合回路を分布させて接続した方が，利得が高くなるという効果がある点で，メタマテリアルを用いた方が優れている．しかし，アンテナの途中に回路を接続することにより，損失が増加したり，屋外利用には適さなかったりするという，実効長の効果とトレードオフになる性質が考えられるため，注意して使用する必要がある．
本技術がアンテナの小形化に役に立つことを紹介したが，そのほかの擬似誘電体の使い方として，進行波ア
解説論文：メタマテリアルアンテナの種明かし

図9

擬似誘電体導波管伝送線路の断面構造

29

グレーティングローブ0

相対振幅（dB）

−10

主導波
波管
主導波管

誘導性絞り

スロット

整合 E バンド

−20

入力ポート
（ポート 1）−30

E 面分岐スタブ導波管
−40
−90

−60

−30

0

30

60

90

角度 θ（°）z

出力ポートθ （ポート 2）x

図 11

右手 / 左手系複合導波管伝送線路による漏れ波
スロットアレーアンテナ

図 12

右手 / 左手系複合導波管伝送線路の内部構造：擬似誘電体を用いた測定結果：擬似誘電体を用いた電磁界解析結果：擬似誘電体を用いない電磁界解析結果

図 10

y

擬似誘電体導波管伝送線路で構成した進行波
アレーアンテナの指向性の測定結果

こで，例えば図 8 に示すような右手系素子（容量性絞りと広壁面に短絡スタブ）を導波管内に組み込むことにより，波長が短縮され，擬似誘電体線路として作用する．
試作したアンテナの写真を図 9 に示す．導波管の底面に短絡スタブと容量性絞りが交互に構成されている．このアンテナの指向性を測定した実験結果を図 10 に示す．
周期構造を組み込んでいないアンテナの場合には，各放射素子が同相励振となるための素子間隔が自由空間波長よりも長いため，約±50°方向にグレーティングローブが発生している．一方，周期構造を組んだアンテナの方
は素子間隔が短縮され，主放射方向が変化することなく，

ドサイドから伝搬方向と逆側に傾いた後方放射指向性

グレーティングローブが現れていない．

（後進波）も実現可能である．したがって，左手系伝送線路を用いることにより，指向性の設計自由度が広がった

3.2 右手 / 左手系複合伝送線路による漏れ波アンテナの指向性制御といえる．
ここでも，導波管で左手系伝送線路を開発した例につ右手 / 左手系複合伝送線路を用いることで，波長を制いて紹介する．図 11 に右手 / 左手系複合導波管伝送線

御できることは 2. で述べた．そして，3.1 では，アンテ路によって構成した漏れ波アレーアンテナを示す．図 5

ナの小形化が実現可能であることを述べた．これは，伝の左手系素子のうち，シリーズ接続のキャパシタンス CL

送線路の位相が変化する割合，すなわち，位相定数を制

は，広壁に接続されている終端短絡スタブで構成されて御できることを示している．位相定数もやはり，右手系

おり，シャント接続のインダクタンス LL は，狭壁から内の影響と左手系の影響の大小関係で，位相定数の正負が側に延びる絞り構造で実現している．図 12 に写真を示

決まる．一般の伝送線路は右手系伝送線路であるので，す．右手系の特性が現れるか左手系の特性が現れるかは，これを用いて漏れ波アンテナを構成した場合には，ブ

右手系と左手系の大小関係のバランスで決まる．周期長

ロードサイド方向から伝搬方向側へ傾いた前方放射指向は，
1 周期当りの右手系成分の位相回転量に相当するため，性（前進波）しか実現できない．しかし，左手系伝送線

左手系の効果を大きくするためには，左手系成分の位相路の場合には，負の位相定数を実現できるので，ブロー変化を大きくするか，あるいは右手系成分の位相変化を

30

通信ソサイエティマガジン No.15［冬号］2010

0

0

−10

−10
相対振幅（dB）

相対振幅（dB）

Topics of Emerging Technologies−20

22 mm 23 mm 24 mm 25 mm

−20

−30

−30

−40
−90

−60

−30

：左手系放射 10 GHz

図 13

0
角度 θ（°）

30

60

−40
−90

90

右手系伝送による前方放射と左手系伝送による後方放射指向性の測定結果−30

る指向性と，左手系動作のときの周波数 10 GHz における指向性を示す．正の角度に主放射方向が向いているのビーム方向（deg）

図 13 に，右手系動作のときの周波数 12 GHz におけ

30

60

90

0

小さくする必要がある．ここでは，右手系成分の位相変化が小さくなり，周期が極力短くなるように設定した．

0
角度 θ（°）

可変スタブ長右手 / 左手系複合伝送線路を用いた
漏れ波導波管スロットアレーアンテナの指向性

図 14：右手系放射 12 GHz

−60

測定
−30

電磁界解析
−60

が右手系伝送線路による前方放射で，負の角度に主放射方向が向いているのが左手系伝送線路による後方放射である．これにより左手系伝送線路の動作が確認された．

−90

22

次に，右手 / 左手系複合伝送線路を用いて移相器を構成し，ビームスキャンアンテナを実現した場合について，その特性を示す．一般に漏れ波アンテナでは，周波数を

図 15

23

24
スタブ長 l（mm）

25

26

可変スタブ長右手 / 左手系複合伝送線路を用いた漏れ
波導波管スロットアレーアンテナの指向性走査特性

変とし，伝搬波長を変化させることで，指向性の走査をの最大放射方向を変化させる．ところが，近年のビーム試みた．図 14 に指向性の変化する様子を示し，図 15 にスキャンアンテナでは，自動車レーダを例にとってみる指向性ビーム走査特性を示す．スタブ長が 22 mm のときと，ドップラー 周波数変化によ って相対速度を求めたに指向性は－60°，25 mm のときに指向性は－10°となっり，FM（Frequency Modulation） 変調を加える FMCWており，スタブ長を変化させることにより指向性の方向（Frequency Modulated Continuous Wave）方式によって相を制御できることが示された．これはすなわち，右手 /対速度や距離を検出したりして，周波数情報を信号処理

左手系複合導波管伝送線路を用いて移相器を実現したこに用いている．使用周波数帯域幅内では特性が変化しなとになる．

いことが重要となってきている．そこで，電気信号や機

これまでに右手 / 左手系複合導波管伝送線路につい

械的な動きによって伝搬波長を制御することができればて議論してきた．その中で，左手系動作のときには，位好都合である．開発した右手 / 左手系複合導波管伝送線

相が逆回転するのと等価な現象が現れた．しかし，物理

路には，短絡スタブと誘導性絞りが組み込まれており，現象として，位相が逆回転するということが，果たしてこれらによって，伝搬波長を制御している．ということあるのであろうか． 右手 / 左手系複合導波管伝送線路

は，何らかの方法でこれらの構造を変化させることがでで，この現象を分析してみる．図 16 に，左手系導波管

きれば，伝搬波長を変化することができ，指向性を走査で想像される実際の動作を示す．仮に，1 周期当り，位することができるはずである．ここでは，スタブ長を可相が＋30 °進む左手系導波管を設計したとする．このと解説論文：メタマテリアルアンテナの種明かし

31

小特集｜電波がムーンウォーク

変化させることで伝送線路内の伝搬波長を変え，指向性高周波において，損失の問題が大きくなる．10 GHz 以

実効的な位相変化
30°

上の高い周波数へ応用する場合には，損失の問題を解決しなければならない．その一方で，アンテナの小形化の入力効果が大きいのは，波長が長い低周波での応用である．
そのため，メタマテリアルのアンテナ応用においては，
数 GHz 以下の低い周波数で使う方が，現段階では現実−330°
実際の位相変化

図 16

短絡スタブ

左手系導波管で想定される実際の動作

き，短絡スタブの往復を経由して 1 周期分を伝搬した電的だと思われる．それでも，今回は触れなかったが，動作周波数帯域幅が狭いという問題や，構造が複雑になるため，製造コストが上昇する問題などが残っている．これらの問題を解決することで実用化が進むであろう．

磁波に－330°の位相遅れが生じたら，あたかも＋30°の位相進みが生じたのと等価である．スタブ長を調整することにより，位相変化量を調整することができる．ほかにも様々な伝送線路で左手系伝送線路が提案されているが，これらには，何らかの構造で，シャント接続のインダクタンスと，シリーズ接続のキャパシタンスが接続されている．追加された構造には電流が流れることになるため，その電流がう回することによって大きい位相遅れ

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が生じる．これによって図 16 に示すような位相進みが［4］ G. V. Eleftheriades and K. G. Balmain, Negative-Refraction

生じているのと等価な状況を作り出していると考えられ

Metamaterials, Fundamental Principles and Applications,る．全く等価なら問題はないが，電流がそれだけの電気
長だけう回するということは，それだけ伝送損が増加することになる．低い周波数ならこの損失増加は小さいと考えられるが，高い周波数帯ではこの損失は無視できないであろう．この損失も考慮に入れて，利用を検討すべきである．

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4. む す び

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メタマテリアルを電磁波の分野に用いることで，位相が変化する方向（右手系 / 左手系）とその割合（波長）を制御できることが知られており，アンテナへの利用が考えられている．しかし，これらの幾つかは，別な解釈によって，既存の技術で説明することもできる．本論文では，これら，メタマテリアル技術による位相変化のコン
セプトを説明するとともに，これらの事実を既存の技術で説明し，種明かしを試みた．
メタマテリアル伝送線路の実用化への課題は，損失の問題が大きい．伝送線路内にインダクタンスやキャパシ
タンスに相当する構造を組み込むことになるため，特に
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解説論文：メタマテリアルアンテナの種明かし

榊原久二男（正員）1991 名工大・工・電気情報卒．1996
東工大大学院博士課程了．同年（株）
豊田中央研究所入社．2002 名工大講師，2004 同大学助教授，2007 准教授，
現在に至る．2000 ～ 01 独ウルム大客員研究員．工博．ミリ波アンテナ，
移動体通信用アンテナの研究に従事．
IEEE シニア会員．

33

小特集｜電波がムーンウォーク

vol. 55, no. 5, pp.1246-1253, May 2007.
［23］ 佐原秀輔，真田篤志，久保 洋，“左手系零次共振器の［34］ T. Matsui, K. Sakakibara, Y. Ikeno, K. Kawaguchi, N.

自動改札機の
しくみ

（株）
東芝

森田秀則，
香取大成
Hidenori Morita, Hironari Katori

まえがき
自動改札機が我が国に導入されてから約 40 年が経ちました．大都市近郊の駅へ自動改札機はかなり普及していると思われます．また，従来からの磁気券に代わって，非接触型の IC カードの利用が広がっています．
ここでは，自動改札機のしくみについて簡単に紹介します．

自動改札機とは
図1

普通券，定期券及び SF カード（Stored Fare Card，プリ

自動改札機の例

ペイドカード）を旅客が自動改札機に投入したり，IC カー

まず投入口から券を入れると「分離部」にあるセンサ

ドを自動改札機のアンテナ部にかざすと，券に記録されてで枚数，種類を判断します．複数の券を重ねて入れると，いる情報（期間，区間など）を読み取ります．この情報と重なっている券を前後にずらして分離し，下にある券か判定部の記憶内容との比較を行い，通過する旅客を光学的ら先に処理します．「分離部」を通過した券は，隣の「整に検知し，券と旅客との関連によって総合的に ｢適｣，｢不位部」へ送られます．ここは，横向きや斜めに入れられ

適｣ を判断し，ドアの開閉や案内の表示を自動的に行うもた券を真っすぐにする働きをしています．そしてこの「整のです（図 1）．

位部」で真っすぐになった券は，「磁気処理部」，「保留部」
へと送られます．「磁気処理部」で券の磁気情報を読み取

中身はどうなっているか？

りますが，券を裏返しに入れても表向きに出てくるよう

普通券，定期券及び SF カードは，裏面に磁気情報が記

裏返しのまま出てくると，自分の券かどうか分からないに，ひっくり返す作業もこの「磁気処理部」で行います．
録されています．自動改札機は投入された券の磁気情報を読み取って，券の有効／無効を判断します．

ですよね．
券が複数の場合，1 枚 1 枚の磁気情報を読み取ってから，

自動改札機のカバーを外すと図 2 のような機構になって組み合わせて判定処理する必要があります．そこで，先にいます．たくさんのローラとベルトで旅客が投入した券を読み取られた券は「保留部」で待機します．残りの券の処放出部まで搬送します．次にしくみを説明します．

理が完了した時点で，「パンチ部」，「印刷部」へと運ばれ

券

まとめ
放出部

券
印刷部

パンチ部

磁気処理部

整位部

分離部

ローラ

ベルト

保留部

図2
34

自動改札機搬送部レイアウト（横から見た図）通信ソサイエティマガジン No.15［冬号］2010

ます．
「パンチ部」は普通券や SF カードに穴を開けるとこ

減衰し通信性能に影響を与えることです．

ろで，「印刷部」は日付や駅名を印刷するところです．そそれぞれに長所と短所がありますが，乗車券への利用

して最後に取りやすいように重ねられて「放出部」から券にはバッテリーレスが実現できる，通信距離が長くとれが出てきます．

る，通信が比較的速くできることなどから，短波が最もこれだけたくさんの処理を 1 秒程度で行っています．

適しています．
通信距離については，「改札を通る」という利用者の明

非接触型 IC カードとの通信

確な意思表示を確認するためにも，非接触型 IC カードを自動改札機に近づけて利用する必要がありますが，安定し次に非接触型 IC カードについてです．非接触型 IC カー
ドは IC チップとアンテナを内蔵していて，旅客が自動改
札機にかざすだけで電波を用いた通信のやり取りをしてその情報を基に磁気券と同様に制御を行います．

た操作性及び通信品質を確保するためには通信距離 10 cm程度で動作させる必要があります．
自動改札機のアンテナは機体の上部に設置されます（図 3）が，周辺の材質はステンレスでありアンテナの電磁界形成

非接触型 IC カードに利用される電波帯は，中波，短波，
マイクロ派の 3 種類があり，それぞれに特徴があります．

に影響が出るため，安定した通信エリアを確保するにはアンテナの構造などを工夫する必要があります．

表 1 は，電波の種類別に特徴をまとめたものです．
表 1 非接触型 IC カードで利用する電波の種類と特徴
電波の種類
周波数

中

波

短

波

マイクロ波

数百 kHz 〜 3 MHz 3 〜 30 MHz

2.45 GHz数m

通信距離〜数十 cm

通信速度〜数十 kbit/s 100 〜 200 kbit/s

数百 kbit/s

10 cm 程度

カード電源

電池レス可能

電池レス難

鉄板の影響

電波吸収

電波反射

人の影響

通信性能に影響なし

影響あり

パスケースの影響

通信性能に影響なし

影響あり

ちりとほこりの影響
通信領域
雑

音

カード寸法

通信性能に影響なし
非常に多い

図 3 自動改札機のアンテナ部

指向性あり

広範囲
多い

クレジットカードサイズ

少ない

自動改札機において，磁気券の場合は 1 分当り 60 人程度

カード厚みありの処理を可能としています．それと同等の処理性能とする
ために，非接触型 IC カードとアンテナ間の処理は 0.2 秒程

中波と短波は，伝送媒体として電磁誘導方式を使用し度で行っています．

ます．そのため，通信距離は数十 cm 程度で指向性も弱い

また，複数枚の非接触型 IC カードを同時にかざしたとですが，電磁誘導を利用して電力供給を行うことでバッテ

きも，1 枚ごとに識別して処理枚数超過として NG としてリーの内蔵を必要としないカードを実現できます．このといます．

きは，自動改札機のアンテナから発信される電磁波を非接触型 IC カード内のアンテナで受信して電力を作り出しま

む

す

び

す．中波は高速通信が難しいですが，短波は 100 kbit/s 以
上の通信速度を容易に実現でき，移動している物体との通従来の改札の省力化を目的とした自動改札機に代わり，信も可能です．欠点は，金属により電波が遮断され通信領

これからの自動改札機には新たなサービスを提供するため域に影響を与えることと，付近にある電子機器から放射さの様々な機能が要望されています．非接触型 IC カードシれる電磁波の影響を受けやすいことです．

ステムは，利用者に，より一層の利便性を提供するためのマイクロ波は，波長が短く小さな電力で電波を飛ばせる

大きな要素となります．

ため数 m 程度の距離をおいた通信が可能です．また，指向性も強く付近の電子機器から放射される電磁波の影響を受けにくいという特徴があります．欠点は，金属により電波が乱反射して通信を妨げたり誤認識の原因になる可能性

文 献［1］東芝レビュー，vol. 52, no. 11, 1997.

があることと，人体およびカードケースなどにより電波が子どもに教えたい通信のしくみ35

連載企画：計測技術講座〔第 4 回〕

解説

画像情報の計測技術
西一樹 Kazuki Nishi 電気通信大学大学院情報理工学研究科

1. ま え が き

元信号を対象としてきたが，今回は二次元の画像情報（動画像では時間軸を含めて三次元）に対する計測技術につ

被写体

結像系

画像メモリ

本計測技術講座では，これまで電気・電磁波等の一次量子化
Ａ ーＤ変換

標本化

画像処理

PC

撮像素子

いて取り上げる．一次元信号では時間・周波数領域でそカメラシステム

れぞれオシロスコープ・スペクトラムアナライザといっ

図1

画像情報の取得

た専用の測定器が存在するのに対して，画像ではカメラ
（4）
パターン
（3）
形状検出 照合
動き検出（1）

等で取得した二次元データをコンピュータ上でディジタル処理することが一般的である．
「画像情報の計測技術」は大きく分けると，測定対象か

（5）
画質評価
前フレーム

らの画像若しくは二次元データの「取得手段」についての話題と，その画像データから目的情報を抽出し解析すデータベース（2）
奥行き検出るための「処理法」についての話題がある［1］，［2］．前者は，カメラ撮影が最も一般的であるが，超音波映像・

視差画像

電波観測・X 線撮影など可視光以外の波動情報に対する
図2

画像化技術や，CT・MRI・ 合成開口法とい った一次元

画像計測のいろいろ信号からの画像合成技術など広く深い技術体系を持つ．

たんディジタルデータとしてコンピュータに取り込まれ本稿では，後者の話題を中心に各種計測技術の概要と周た後の処理は，基本的にはすべてプログラムにより実行

波数領域の処理について触れた後，筆者がこれまでに取される．

り組んできた画像計測の具体例を紹介したい．

計測や評価を目的とした主な画像処理には以下が挙げられる．図 2 にそれらの関係を示す．
（1）物体形状の抽出・計測

2. 画像情報を用いた計測技術

カメラ撮影により測定対象の画像情報を非接触で取得し，画像中から目的とするパターンや像を抽出し，形

まず，一般的なカメラを用いた画像情報の取得プロセ

状・ サイズ・ 個数などの情報を得る．これらは物体認

スを図 1 に示す．同図において，被写体はレンズを介し識・品質管理・組成分析・異常監視などに用いられる．

て撮像素子上に結像され，格子状に空間サンプリングし（2）奥行き・三次元形状の復元

画素ごとに光電変換された後，A-D 変換により量子化

ステレオ視・光切断法・モアレ・光干渉法などによっされディジタルデータとしてメモリに記録される．画像て物体の奥行き情報を二次元の画像データとして取得

処理専用のハードウェアを利用する場合もあるが，いっし，コンピュータ内部の仮想空間上に被測定物体の形状

36

通信ソサイエティマガジン No.15［冬号］2010

Reports and Comments

解説を三次元データとして復元する．

逆にフーリエスペクトルの計算によって，各空間周波数（3）動き・速度場の計測の正弦波模様が画像にどの程度含まれているかを知るこ

動画像において時間的に連続した複数フレームを用いとができる．コンピュータ上での実際の計算は，
FFT
（Fast

て，オプティカルフロー・対応点マッチングなどによっ

Fourier Transform，高速フーリエ変換）［2］を用いて行わて対象の動きや速度分布を検出する．これにより物体追れる．

跡・流体計測・振動ひずみ計測などが可能になる．

フーリエ変換が有用であるもう一つの理由は，変換核として用いる正弦波関数が，多くの撮像プロセスに対し（4）パターン照合・探索
データベースに記録されている参照パターンとの類似て振幅変化を除いて不変な性質を持つことにある．すな

度の高いものを画像中から探索する．文字・顔認識・生わち，線形シフト不変なシステムの固有関数が正弦波関体認証などに不可欠な技術である．

数である．これにより，画像領域での畳込み演算が空間（5）カメラ性能・画質劣化の評価

周波数領域において積で表すことができ，計算の高速化

カメラシステムにおける感度・解像度・SN 比・色再とともに見通しの良い解析が可能になる．また画像なら現性・収差などの特性や，画像伝送・圧縮伸張におけるではの特長であるが，コンピュータ上での計算だけでな

画質劣化を評価する．主に標準パターンの撮影画像と理く，レンズのフーリエ変換作用を用いた光学演算によっ

想画像との比較を通して測定・評価が行われる．

ても二次元フーリエ変換が実行可能である．
2. の各種画像処理においても部分的にフーリエ解析が利用されるが，空間周波数領域に特化した計測技術とし

3. 空間周波数領域での計測技術ては更に以下が挙げられる．
（1）粗さの測定

スペクトラムアナライザによる周波数分析は，増幅・画像のフーリエスペクトルから像の粗さを調べる．こフィルタ特性・占有周波数帯域・スプリアス特性などのれによりテクスチャの分類や粒子の平均径の測定などが測定に不可欠な分析手段である．画像においても周波数可能である．

領域での処理が威力を発揮する場面が多い．

（2）MTF（Modulation Transfer Function）の測定画像に対しての周波数は特に「空間周波数」と呼ばれ，画像のフーリエスペクトルから光学系の解像度の指標

二次元フーリエ変換により空間周波数領域での分布すなである MTF［7］が計算される．また画像にぼけや振れ

わち「画像のフーリエスペクトル」が計算される．二次があると高周波成分が低下するので，それを利用してそ

元フーリエ変換は，図 3 に示すように，任意の画像がの度合いが測定できる．

様々な方向・周波数を持つ正弦波模様（特定方向に正弦（3）パターン照合・探索

波状の濃淡を持つしま模様）に分解できることを表す．

2. で取り上げた類似度（相関係数）の計算は，空間周波数領域では乗算となるため高速化が可能である．更に光学演算で行えば飛躍的な高速化が望める．実際，この方式による画像のデータベース検索装置が開発されてい各周波数・方向の正弦波
模様に対応

フーリエ
変換

る［3］
．

4. カメラの手振れ・振動計測

画像

フーリエスペクトル

できた，カメラ撮影における手振れや振動に対する測定及び評価手法を紹介する．

図3

画像のフーリエ変換

解説：画像情報の計測技術

37

連載企画

画像計測の具体例として，筆者がこれまでに取り組ん4.1 静止画テストチャートを用いた方法
カメラ評価の多くは，標準テストチャートを撮影し理

動画テストチャート

想画像からのひずみや劣化を測ることにより行われる．
特に手振れの計測においては，図 4 に示すように点光源像に記録できる．この軌跡の広がり具合から手振れを定量化する手法が提案されている［4］．
また図 5 のように輝線パターンを使うことにより，水平垂直それぞれの方向に対する振れ幅を測ることができる．特に空間周波数領域では，微小な振れでも高域で大フレーム 1

フレーム 2

フレーム N

同一パターンをずらしながら繰り返し表示

撮影

手振れ（振動）
がない場合
整列した
格子模様

手振れ（振動）
がある場合
乱れのある
格子模様

各格子点でのずれを計算

きく減衰するため，直接画像領域で測るのに比べて高感

を
ずれ量を
に
時系列に
と
並べると

度に測定が可能である．現在，多くのカメラメーカで行われている方法と考えられる．

0.04

手振れ
軌跡

0.035
0.03
ピッチ（度）を用いることで，手振れの軌跡が光の軌跡として直接画

0.025
0.02
0.015
0.01
0.005
0
−0.005

手振れ

図6
撮影画像１

点光源

図4

が 1 枚の画像に重なって記録され，画像全体としても等間隔にきれいに配置された格子模様になる．しかしながらもし手振れがあると，それぞれのパターンがわずかに振幅すると，シャッタ開口時間の間に切り換わったパターン

手振れなし
手振れあり

各軸に対する 0
フーリエ変換 00.20.3
規格化周波数0.4

0.5

移動及び回転しながら記録されるため，画像全体としては乱れのある格子模様となる．この乱れ具合が手振れの大きさを表す．手振れの運動が各瞬間のパターンの位置

横方向のスペクトル分布

1

幅

0.1

手振れなし
手振れあり

ずれとして記録されるため，各パターンについて元の位
置からのずれ量を求め時系列に接続すれば，手振れがど

0.5

振

縦方向の振れ幅

図5

横方向の
振れ幅

手振れ軌跡検出の仕組みているとする．もし手振れが全くない状態でこれを撮影

0.5

手振れあり

0.05

ト）が横及び縦方向に一定間隔で移動するように作られ縦方向のスペクトル分布

1

0.02
0.04
ヨ−（度）

例えば，図 6 のように格子模様（この例では 3×3 ドッ

撮影画像２

点光源に対する手振れ映像

手振れなし

0

のような軌跡を描いたかを求めることができる．これが
0

0

0.1

0.2
0.3
規格化周波数0.4

0.5

輝線パターンに対する手振れ画像とフーリエスペクトル

本手法の原理である．動画テストチャート表示のための専用ディスプレイとして，LED を格子状に配置したものを開発している．
手振れはランダムな現象なので，一つの手振れ軌跡を

4.2 動画テストチャートを用いた方法

求めてもあまり意味がない．多数枚撮影してそれらの手

これに対し筆者が提案している方法は，手振れの軌跡

振れ軌跡の平均的な傾向を見る必要がある．そこで，各に沿った座標値データが検出可能である［5］
，
［6］
．前述

手振れ軌跡の始点を原点として同一のグラフに重ねてプした方法が静止画のテストチャートを用いているのに対ロットすることにより分布図を作成しその広がり具合をして，高速に切り換わるパターン（動画テストチャート）

調べる．手振れ補正をオンにした場合には，分布が原点を撮影することに最大のポイントがある．

に集中するので，その収縮度合いを定量化することによ38

通信ソサイエティマガジン No.15［冬号］2010

Reports and Comments

解説

0.14
4

0.05

0

−0.05
−0.1
−0.1

× 手振れ補正なし○ 手振れ補正あり

20.12

手振れ量（度）

縦方向の振れ角（度）

0.1

1
0.1
8
0.08
6
0.06
4
0.04

最大約 2.9 段

2
0.02
−0.05

0

0.05

0.1 −0.1 −0.05

0

0.05

横方向の振れ角（度）

横方向の振れ角（度）

手振れ補正オフ

手振れ補正オン

0.1

0
1/10

1/40

1/80

1/160

1/320

シャッタ速度（s）（b）手振れ量の比較（a）手振れ軌跡の累積分布

図7

1/20

手持ち撮影による手振れ評価の一例

り補正効果が評価できる．主成分分析により分布をだ円に相当する．このグラフでは約 2.9 段分の効果が現れてで近似し，その長軸と短軸の長さの和をもって分布の大いる．各カメラメーカも独自の方法・基準により求め公きさすなわち手振れの平均的な量とする．

表している指標であるが，本システムでは主観が一切入図 7 は，手持ち撮影時の評価結果の一例である．上述

ることなくほぼ自動的に求められる．

の手順により，補正なし・ ありのそれぞれに対して約

更に，画像上においてサブピクセルの分解能で振れが100 回分の手振れ軌跡を検出し累積分布を求めている．

検出可能なため，三脚使用時の微小な振動についても測焦点距離 85 mm，シャ ッタ速度 1/10 秒，撮影距離 2 m

定できる［6］．図 8 は，ある一眼レフカメラにおける，における結果である．各軌跡は約 60 点の区分からなる

ピッチ方向の振動波形の一例（同図（a））と，50 枚ほどため，その半分の 30 点までの軌跡はシャッタ速度 1/20の撮影画像に対する振動軌跡の累積分布（同図（b））で秒相当の振れを表し，更にその半分の 15 点は 1/40 秒相ある．重さ 3 kg 弱のカーボン製三脚を使用し，焦点距離

当の振れというように，各シャッタ速度に対応する手振200 mm，シャッタ速度 1/5 s，撮影距離 3.3 m，手振れ補れ量も同時に計算できる．図 7（b）は，これにより求め

正オフ，シャッタリモコンにより撮影したときの結果でた各シャッタ速度換算での手振れ量である．特に，手振ある．最大振幅で約 3 画素程度の振動が発生しているこ

れ補正オン・オフで同じ手振れ量を取るシャッタ速度のとが確認できる．ミラーをアップした状態で撮影するとn

開きが 2 倍となる n が，補正効果を表すシャ ッタ段数

振動が大幅に減少することから，振動の原因はミラーの3

4
3
ピッチ（画素）振れ振幅（画素）

2
1
0
−1

1
0
−1
−2

−2

−3
0

0.04

0.08
時

0.12
間
（s）

0.16

0.2

−4
−4

（a）ピッチ方向振動波形の一例

図8

解説：画像情報の計測技術−202
ヨー（画素）

連載企画

−3

2

4

（b）振動軌跡の集積分布

カメラ振動の検出例

39

跳ね上がりによるカメラ内部の振動（ミラーショ ック）

像に限らず多くのシステムの解析にフーリエ変換によるものであることが分かる．

が用いられる大きな理由の一つがここにある．

更に，軽量タイプの三脚の方が大きく振動することや，・MTF（Modulation Transfer Function）：振幅伝達関設置方向によって振動の様子が異なることなど，これま

数または変調伝達関数の略称であり，各周期の正で直接には測ることができなかった様々な振動現象をと弦波模様が撮影後においてどの程度コントラスト

らえることが可能になった．

が低下するかを表した指標である．例えばレンズの性能としては，MTF を調べることによ ってど
こまで細かい模様を解像できるかが分かる．また5. む す び

ぼけや振れがあると，細かい周期の模様ほどコントラストが低下するので，発生前後における MTF

本稿では，画像情報を用いた各種計測技術の概要を述
べ，具体例として筆者が取り組んでいる手振れやカメラの違いを調べることによってぼけや振れの度合いが分かる．

振動の計測について紹介した．オシロスコープやスペク
トラムアナライザでいえばプローブの性能が大きく影響するように，画像計測でも画像データの取得プロセスで

文 献の工夫が不可欠である．先の具体例において手振れや振［1］ 土屋 裕，画像計測，テレビジョン学会 編，昭晃堂，

動の詳細な分析が可能になったのも，動画テストチャートの導入が鍵となっている．
CT・MRI・ 合成開口技術などに見るように，信号・画像取得技術と画像処理技術の効果的連携による計測技
術の高度化は古くから存在する考え方ではあるが，最近再び「コンピュテーショナルイメージング」あるいは「ハイブリッドイメージング」と呼ばれ注目されている．この考え方は，画像計測にとどまらず，新旧含めあらゆる計測システムに共通した本質的な視点といえよう．

1984.
［2］ 河田聡，南茂夫，科学計測のための画像データ

処理，CQ 出版社，1994.
［3］ E. Watanabe and K. Kodate,“Implementation of a highspeed face recognition system that uses an optical parallelcorrelator,”Appl. Opt., vol. 44, no. 5, pp.666-676, 2005.
［4］ F. Xiao, A. Silverstein, and J. Farrell,“Camera-motionand effective spatial resolution,”Proc. Int. Congress of
Imaging Science, pp.33-36, Rochester, USA, May 2006.
［5］ 西

一樹，
“手ブレ補正向け測定技術を開発：効果を定量的に評価，”日経エレクトロニクス，10 月 22日号，pp.131-139, 2007.
［6］ K. Nishi and R.Ogino,“Evaluation system for camera
shake and image stabilizers,”Proc. IEEE Int. Conf.

［用語解説］
・線形シフト不変なシステムの固有関数：画像のぼけや振れの多くは，画像上の位置には無関係に均一に発生する．この性質を「シフト不変性」という．

Multimedia & Expo (ICME), pp.926-931, Copenhagen,Denmark, July 2010.
［7］ ディジタル画像処理編集委員会監修，ディジタル画
像処理，CG-ARTS 協会，2009.

また画像全体のぼけや振れは，各位置でのぼけや振れを個別に求めた後，それらを合算した結果に一致する．この性質を「線形性」という．この両者が同時に成り立つシステムでは，正弦波模様に対西してぼけや振れが生じても，コントラストが変わ1986 電通大大学院電気通信学研究科電波通信学専攻修士課程了．同年，日本
電信電話株式会社入社．伝送システム
研究所勤務．1988 電通大助手，2002
同大学情報通信工学科助教授となり，現在に至る．波動信号処理の基礎及び画像・音声・音響・各種計測システムへの応用研究に従事．博士（工学）．

るだけで同じ周期を持つ正弦波模様になることが証明できる．このように，振幅の変化はあっても関数自体は入出力で不変なものを「固有関数」と呼
ぶ．すなわち，線形シフト不変なシステムの固有関数は正弦波関数であるということができる．画40

一 樹（正員）通信ソサイエティマガジン No.15［冬号］2010

国際会議報告International Conference Reports

B-plus では会員の方々に関係する国際会議について，会議の一般的な概要報告ではなく，会議に見る研究・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）APSITT の経緯と APSITT 2010 開催報告
8th Asia-Pacific Symposium on Information and Telecommunication Technologies（APSITT 2010）, Damai Beach Resort, Sarawak, Malaysia

APSITT の精神と経緯（株）トヨタ IT 開発センター

井上友二，早稲田大学 田中良明

大きく異な っていた．会議では 200 万円の余剰金が生じ，それをハノイ工科大学の奨学金として寄付した．これは，半年分の学費生活費に相当する奨学金延べ 120 名分になり，APSITT の別の面での成果となった．

「 新しい橋を架けよう！」．どこに？ 本会といまだ公第 3 回は，1999 年 8 月にモンゴルのウランバートル

式に共同で国際会議をや ったことがない国と．なぜ？

でモンゴル技術大学（現モンゴル科学技術大学）の協力

これを機会に研究者や企業の交流が始まるように．これがにより開催された．日本からモンゴルへの定期便の飛行

APSITT の精神である．本会通信ソサイエティ（以下，通機は便数が非常に少なく，会議参加者を運ぶには容量がソ）が主催する APSITT は，アジア太平洋地域における情

小さ過ぎたため，飛行機をチャーターした．チャーター

報通信技術の活性化と相互交流を目的としてスタートし便は 1 週間に 1 回しか飛ばないため，8 日間の滞在とた．その一番の特徴は，精神から分かるように開催場所でなった．この会議の際に，KDD はモンゴル・日本企業

ある．これまで国際会議への参加が少なかった国や地域合弁の携帯電話会社 MobiCom と会合し，日本経由でのを選び，そこの政府組織や大学と協力して会議を開催して国際電話接続の商用化を支援することになった．また，いる．現地で国際会議を開催することにより，その国や地

井上（当時 NTT）は，モンゴルとの技術交流への貢献に

域の研究者を国際会議に引き出し，その後も継続的に国際

対し，モンゴル技術大学から名誉教授の称号が与えられ会議の場で活躍してもらうことをねらっている．

た．会議の余剰金は，第 2 回と同様に，モンゴル技術大第 1 回は，1993 年 11 月にタイのバンコクで開催され学の奨学金として寄付した．

た．バンコクは既に国際会議がいろいろと開催されていところで，モンゴルでは馬乳酒が有名である．このおる場所であったが，情報通信関係の会議は少なく，最初

酒はアルコール度数が低く乳酸飲料のような味で飲みやの開催場所として最適であった．

すいため，皆たくさん飲んだのであるが，80％の日本人

第 2 回は，1997 年 3 月にベトナムのハノイでハノイがお腹を壊した．馬乳酒の菌は日本人にはないため，少工科大学の協力により開催された．当時のハノイは，空量ずつ飲んで慣らしていけばよいが，いきなり大量に飲港から市内まで土ぼこりが上がる道を車が走り，現在のむと大変なことになるらしい．当時モンゴル旅行は一般

ハノイからは想像もできない状況であった．貨幣価値も的でなく，このようなことも知られていなかった．

1993 年 バンコク

国際会議報告1997 年 ハノイ

1999 年 ウランバートル

2001 年 カトマンズ

41

2003 年 ヌメア

2005 年 ヤンゴン

2008 年 モルディブ

2010 年 サラワク

第 4 回は，2001 年 11 月にネパールのカトマンズでトた．幹事団は，先方と交渉して，警備を強化してもらう

リブバン大学の協力により開催する予定であった．しかことにし，予定どおり開催することになった．開会式でし，2001 年 6 月 1 日に国王暗殺事件が起こり，治安が悪は，政権ナンバ 3 の将軍がスピーチし，また大臣 7 名が化したため，開催が危ぶまれた．治安は徐々に回復し，8出席した．この模様はテレビのニュースで 10 分間放映

月には予定どおり開催できる見込みにな った．その後 9され，新聞の 1 面にも載った．

月 11 日に米国で同時多発テロが起こり，10 月 7 日にはミャンマーからの会議参加者の多くは女性であった．

米国等によるアフガニスタン攻撃が始まった．そのため，

なぜかというと，ミャンマーの大学院学生は，ほぼ全員

ネパールへの出張は危険な状態となり，予定どおりの開催が女子である．男子は兵役があるし，大学を卒業したらは極めて困難になった．

一擭千金の仕事が山ほどあるので，大学院に入って研究

結局，カトマンズと熱海をインターネットで結んで開催し，ネパール以外の参加者は熱海に集まることになっすることはまずない．このようなことは，現地を訪れて初めて分かることであった．

た．モンゴルのときと同様にネパールへもチャーター便

第 7 回は，2008 年 4 月にモルディブのバンドス島での手配を済ませてあ ったため，旅行代理店には迷惑を現地政府の協力により開催された．モルディブは多数の掛けてしま った．会議当日はカトマンズに日本から決島から成り，首都がある島以外は，一つの島が一つのホ

死の幹事団として会田雅樹氏（当時 NTT，現在首都大学

テル，あるいは一つの漁村というように構成されてい東京）ら 3 名が入り，インターネット接続の準備を行っる．一つのホテルを一つの国の客だけが占めることを避た．インターネットの状況は，現在と比べれば格段に悪けるために，各ホテルに滞在できる 1 か国の客数には制

く，スタッフの徹夜の準備と臨時の VSAT（Very Small

限がある．そのため，会議参加者は三つの島に分散してAperture Terminal）回線を経由させることにより何とか帯宿泊した．毎朝ボートに乗ってさんご礁の島からさんご

域を確保した．会議プログラムは 3 パラレルセッション

礁の島へ移動し，会場に通うのは爽快であった．

で，三つの映像中継を同時に行ったが，十分な品質を得

モルディブは小さな国なので，大臣や電電公社総裁もることができた．離れていても活発なディスカッション

気さくな人であった．モルディブにはまだ大学がなく，ができ，奇跡的に会議は成功した．結果的に，インター大学の設立を目指しているそうであるが，観光学科が主

ネットを活用したアジアでは最初の国際会議になった．

体なので，工学に関しては日本への留学に期待している

第 5 回は，2003 年 11 月にフランス領ニュ ーカレドとのことであった．

ニアのヌメアでニューカレドニア大学の協力により開催された．当時はまだ世界的にテロの危険性が高かったた
め，問題なく開催できる場所で，かつこれまで開催したことがない太平洋地域ということでヌメアが選ばれた．
「天国に一番近い島」での会議は極楽であった．

APSITT 2010 概況報告
NTT 情報流通プラットフォーム研究所

秋葉淳哉

第 6 回は，2005 年 11 月にミャンマーのヤンゴンで

第 8 回となる今回は，IEEE Communications Society のヤンゴンコンピュータ大学の協力により開催された．こ協賛を受け，また現地の大学である Universiti Malaysiaのとき，また治安で問題が生じた．開催 1 週間前に，会Sarawak（UNIMAS）から会議運営の支援を受けて 2010

議参加者が宿泊する予定のホテルの前で爆弾が爆発し

年 6 月 15 日～ 18 日に，マレーシア サラワク州クチン

42

通信ソサイエティマガジン No.15［冬号］2010

International Conference Reportsの北にある，南シナ海の美しい砂浜に面したダマイ・の方々と良い協力関係を築いて会議運営をすることがで

ビーチ・リゾートホテルを会場として開催した．

きた．また，テクニカルセッションにおける活発な議論

会議初日の午前に開催されたオープニングセッションやホスピタリティにあふれるバンケットやテクニカルビの前半では，現地マレーシアの習慣にのっとって，日本

ジットにて，会議に参加した研究者も十分に現地の方とと現地の双方が開会のあいさつを行った後に，マレーシの交流ができたと考えられる．APSITT はこれからも単アの観光副大臣である YB Datuk Haji Talib Zulpilip 氏

なる研究成果の発表の場にとどまらず，開催国と日本ののオープニングスピーチとどらの音によるオープニン

両国及び各参加国の研究者の交流の場となり，今後のア

グセレモニーが行われた．オープニングセッション後半

ジア・太平洋地域の持続的な発展に貢献できることを期

では，キーノートスピーチとして，マレーシアマルチメ

待する．

ディア通信委員会のディレクタである Aisharuddin bin
Nuruddin 氏がマレーシアにおける通信放送行政の歴史■ 会議基本情報と最新の取組みについて紹介し，（社）情報通信技術委

・参加人数：約 120 名

員会の井上友二氏（現在（株）
トヨタ IT 開発センター）が・参 加 国：日本，マレーシア，インド，フランス

インドネシア カリマンタン島で調査した熱帯雨林の泥・論 文 数：80

炭地帯の火災が排出する CO2 量の巨大さと，その解決

・テクニカルセッション（発表数）に向けた取組みを紹介した．最後にゲストスピーチとしApplications（3）て，本会前会長である慶應義塾大学の青山友紀氏から，

Ubiquitous（6）ICT におけるパラダイムシフトとして，クラウドコン

Contents Delivery（8）ピューティングの状況と将来ネットワーク研究状況が紹P2P（3）

介された．

Home Network & Green ICT（4）

会議初日の夜，会場ホテルのプールサイドでバンケッ

Security（4）トが開催され，UNIMAS の学生スタッフも含めて 150

Network Systems（9）名以上の参加者が一堂に会した．マレーシア，日本両国

IP-VPN/IPsec（6）からのあいさつと記念品の交換に続き，UNIMAS の民

Trafﬁc & QoS（13）俗舞踊グループ BAYU の踊りを楽しむことができた．

Wireless（6）テクニカルセッションはオープニングセッションに引Adhoc（6）

き続き，初日の午後から 3 日間にわたって 3 会場で並行

Optical Networking（6）して行われた．Green-ICT，Home Network，Ubiquitous，Routing & Trafﬁc Engineering（6）Contents Delivery，Traffic，QoS（Quality of Service），
Routing，VPN（Virtual Private Network），Wireless，

以下の報告の文献は，すべて APSITT 2010 のプログラムである．

Adhoc，Security など情報通信技術の広い範囲から数多くの発表がなされ，活発な質疑応答が繰り広げられた．
会期最終日である 6 月 18 日のテクニカルビジットでは， クチン市東方郊外に位置する UNIMAS を訪れた．
広大な敷地の中，ロボット，電気自動車，電波暗室など
様々な研究成果・研究施設を見学した．また，マレーシ
ア最大の面積を誇るサラワク州のルーラルエリアのディ
ジタルデバイドを解消するためのプロジェクト CoERI（Centre of Excellence for Rural Informatics）等現地の取組みについて紹介された．
今回の APSITT 2010 では，UNIMAS を中心した現地
国際会議報告43

IP-VPN，ホームネットワーク
及びシステム開発関連の動向
NTT 情報流通プラットフォーム研究所

村山純一

IP-VPN 関連では，クラウドコンピューティング環境を意識して，クラウドシステム間を動的かつ安全に接続
する VPN 技術への関心が高まっていた．幾つかの発表
内容を簡単に紹介する．
K. Ishimura ら の“Dynamic IP-VPN architecture withsecure IPsec tunnels”［1］では，多数のクラウドシステ

たケーススタディにより，マッシュアップされたログ情

ム間をゲートウェイと IPsec トンネルを用いてハブ＆ス

報の電力削減計算への有効性が報告された．T. Okamura

ポーク状に静的接続し，トラヒックが増加したシステム

ら の“ Finding optimal energy-saving operations in home

間を，カットスルー形の IPsec トンネルを用いて動的に

network system based on effects between appliances and接続する技術が提案された．A. Kuboniwa らの“IPsec

environment”［7］では，多種のアプライアンスを運用す

GW redundancy method with high reliability”［2］ で は，る際に，空調制御等を最適化するホームネットワークシ

IPsec を終端するゲートウェイを冗長化し，ゲートウェイ

ステムが紹介された．節電の最適化計算に Goal-oriented

間で生存確認と経路制御を協調的に実施することで，故requirement language の適用が有効であることが報告さ

障ゲートウェイのう回を高速に実現する技術が提案されれた．C. C. Teoh らの“A neural network approach towards

た．H. Hata らの“Dynamic IP-VPN architecture for cloud

reinforcing smart home security”［8］では，ニューラルネッ

computing”［3］では，IP-VPN を構成するノードに仮想

トワーク技術を適用した学習形ホームセキュリティシス化技術を適用することで，ノードの生成・ 削除を運用

テムが提案された．シミュレーション評価により，ホー

管理面から容易にし，多数のクラウドシステム間に IP-

ムネットワーク内での定型動作を学習することで，誤動VPN を動的割当てする際のアジリティ強化の問題を効率作が減少し，異常動作の検出精度が高まることが報告さ的に解決する技術が提案された．T. Koyama らの“Newれた．

architecture for VPN on-demand interconnection system”

システム開発関連では，ネットワーク技術を応用した［4］では，多数のクラウドシステム間を IP-VPN で閉域

多種多様なシステムが紹介された．幾つかの発表内容を接続する際に，クラウド間のポリシーに基づいて NAT

簡単に紹介する．

機能を自動的に制御することで，IP アドレス整合の問題を運用管理面で効率的に解決する技術が提案された．

Y. Nishiuchi らの“Enhanced TERAKOYA learning systemproviding multi-point remote interactive lessons”［9］では，

ホームネットワーク関連では，エコロジーを意識した

複数の生徒による E ラーニングを一人の先生がリアルタ

電力制御への関心が高まっていた．幾つかの発表内容をイムに集中管理する学習支援システムが紹介された．実

簡単に紹介する．

フィールドでのテストも併せて行われ，生徒数が 20 名

T. Tanaka ら の“Applying device discovery methods for程度の場合には，提案システムが十分な性能を発揮する

home network management”［5］ では， アプライアンス

ことが報告された．K. H. Tran らの“Development of the

ノードを自動検知するホームネットワークシステムの紹

experimental platform for evaluating HMI in cooperative介が行われた．方式設計上，アクティブ検知とパッシブ

collision warning system”［10］では，車々間通信システ

検知を組み合わせることの重要性が報告された．H. Igaki

ムの評価用にヒュ ーマンインタフェ ースを備えたドラらの“Mashing up multiple logs in home network system for

イビングシミュレータの紹介が行われた．実装も併せて

promoting energy-saving behavior”［6］では，多数のアプ行われ，提案システムが，シミュレーションのリアルタ

ライアンスのログ情報をマッシュアップ監視するホーイム性に関して十分な性能を発揮することが報告されムネットワークシステムの紹介が行われた．実機を用いた．W. A. W. Z. Abidin らの“Design and development of

44

通信ソサイエティマガジン No.15［冬号］2010

International Conference Reports

cost-effective automatic location identiﬁcation for campus

する伝送路において，iSCSI では 300 Mbit/s 程度だった

monitoring”［11］では，GPS トラッカと GSM 通信シス

スループットが，900 Mbit/s 近くまで改善されることがテムを活用した大学キャンパス規模の物品位置管理シス報告された．

テムの紹介が行われた．実フィールドでの実装検証も併せて行われ，不用意な物品移動や盗難などに起因するセ文 献

キュリティ問題の解決に効果を発揮することが報告され［1］ K. Ishimura, T. Tamura, S. Mizuno, H. Sato, and T.

た．W. A. W. Z. Abidin らの“Performance evaluation for
network set-up and nodes discovery protocol in underwater
grid topology networks”［12］では，海洋調査などを目的とし，GPS を持たずに水中に分散するセンサノードなど
を水中音波を用いて自動的にネットワーク化するシステ
ムの紹介が行われた．シミュレーション評価によって，最適なネットワーク化アルゴリズムがノード数によって異なることが報告された．S. Kashima らの“ IP multicast
trafﬁc monitoring system with IPFIX/PSAMP”［13］では，マルチキャストネットワークで配信される IPTV フローの品質を観測するシステムが紹介された．実機評価検証も併せて行われ，フロー情報の監視性能を考慮して決められた周期ごとに，フローを構成する全パケットを集中監視することで，IPTV フローの品質を経済的に観測できることが報告された．T. Kinoshita らの“Optimizationof operational conditions for air-conditioning systems withaisle capping method”［14］では，アイルキャッピング
技術を適用した空調システムが紹介された．実機評価によって，アイルキャッピングの空調効率改善への有効性

Motono,“Dynamic IP-VPN architecture with secure IPsec
tunnels,”A-3-1.
［2］ A. Kuboniwa, T. Tamura, Y. Furuta, Y. Wada, H. Sato,and T. Motono,“IPsec GW redundancy method with highreliability,”A-3-2.
［3］ H. Hata, Y. Kmizuru, A. Honda, T. Hashimoto, K. Shimizu,
and H. Yao,“Dynamic IP-VPN architecture for cloudcomputing,”A-4-1.
［4］ T. Koyama, S. Karasawa, Y. Kikuchi, K. Kishis, andS. Iwamura,“New architecture for VPN on-demandinterconnection system,”A-4-2.
［5］ T. Tanaka and S. Moriwaki,“Applying device discovery
methods for home network management,”B-1-1.
［6］ H. Igaki, H. Seto, M. Fukuda, and M. Nakamura,“Mashingup multiple logs in home network system for promoting
energy-saving behavior,”B-1-2.
［7］ T. Okamura, M. Nakamura, and H. Igaki,“Finding optimalenergy-saving operations in home network system basedon effects between appliances and environment,”B-1-4.
［8］ C. C. Teoh and C. E. Tan,“A neural network approach
towards reinforcing smart home security,”A-4-3.
［9］ Y. Nishiuchi, N. Matsuuchi, T. Yamaguchi, H. Shiba, K.
Fujiwara, T. Mendori, and K. Shimamura,“Enhanced
TERAKOYA learning system providing multi-point remoteinteractive lessons,”B-8-1.

が報告された．H. Ohsaki らの“Performance evaluation［10］ K. H. Tran, T. Ideguchi, X. Tian, and T. Okuda,“Developmentof iSCSI-APT（iSCSI with automatic parallelism tuning）

of the experimental platform for evaluating HMI in

on SINET3 with layer-1 bandwidth on demand service”［15］では，iSCSI のコネクションを並列化することで，TCP の long-fat-pipe 問題を解決する広帯域転送システ
ムの紹介が行われた．SINET3 を利用した実機評価結果によれば，約 1 Gbit/s の帯域で 40 ms 弱の遅延特性を有

cooperative collision warning system,”B-8-2.
［11］ W. A. W. Z. Abidin, A. Othman, K. A. H. Ping, N. Zamhari,
and T. Masri,“Design and development of cost-effective
automatic location identiﬁcation for campus monitoring,”
B-9-1.
［12］ W. A. W. Z. Abidin, A. Othman, N. Zamhari, H. Zen, andK. A. H. Ping,“Performance evaluation for network set-up
and nodes discovery protocol in underwater grid topology
networks,”B-9-2.
［13］ S. Kashima and A. Kobayashi,“IP multicast trafficmonitoring system with IPFIX/PSAMP,”A-3-3.
［14］ T. Kinoshita, M. Youro, T. Kimura, K. Muroya, H. Tanaka,and J. Urata,“Optimization of operational conditions for
air-conditioning systems with aisle capping method,”
B-1-3.
［15］ H. Ohsaki, J. Kittananun, F. Inoue, Y. Nomoto, and M.
Imase,“Performance evaluation of iSCSI-APT (iSCSI
with automatic parallelism tuning) on SINET3 with layer-1
bandwidth on demand service,”B-8-3.

国際会議報告45

トラヒック分析・制御関連の動向
NTT サービスインテグレーション基盤研究所

上山憲昭

四つの Trafﬁc & QoS のセッションと，二つの Routing& Trafﬁc Engineering のセッションの，合計六つのセッ

電力削減のための制御法が多数検討されているが，NW
全体の消費電力を最小化するアプローチと，最適化は図
らず自律分散的により良い状態の実現を目指すアプロー
チに分類されるが，本発表は後者の範ちゅうに属する．
ツリー 形とラダー 形の NW を対象とした計算機シミュ
レーションによる数値評価がなされていた．

ションにおいて，トラヒック分析や制御に関連する発K. Limthong らの“A wavelet-based anomaly detection for

表が幾つか見られたが，ここではその中の五つの発表

outbound network trafﬁc”［3］ では， ポートスキャン，について取り上げる．

DoS 攻撃，ウイルス等の検出を行うために，サンプルト

DDoS 攻撃（Distributed Denial of Service Attack）を行

ラヒックに対する統計手法を用いた異常検知法を提案しう際，攻撃者は攻撃元を特定されないよう，送信 IP アていた．一定時間ごとに収集したトラヒック量の時系列

ドレスを改変したパケットをターゲットに対して送信すデータに対して，離散ウェーブレット変換（DWT）を実行ることが多く，そのようなパケットをルータで識別する

し，得られた統計量が，正常トラヒックから得られる統計ことが課題となっている．そこで，パケットが到着した

量の 95％信頼区間を超えている場合に，異常トラヒック

ポートが発アドレスから推定される経路と異なる場合に，の発生を検出する．また実測データを用いた評価がなされアドレスが改変されたパケットとして検出することがていた．

検討されているが，AS レベルの経路は自ノードから下T. Okuyama ら の“Determining threshold values for

流の経路のみしか分からないため，上りと下りで経路がmonitoring percentile of packet transfer delay”［4］ では，同一であると仮定する必要がある．しかし実際には上り

NW 内のパケットの転送遅延のパーセント値に対して，と下りで経路が異なる場合が数多く発生することが知ら

通信品質を監視する上でのしきい値の決定法を提案してれている．そこで M. Saito らの“Validating packet origin

いた．ISP は，リアルタイムアプリケーションの品質をusing external route information”［1］では，限定された測監視する必要があるが，特に転送遅延揺らぎはリアルタ

定地点間に対する測定により得た AS レベルのパス情報

イムアプリケーションの品質に影響を与えることから，で公開されているものを利用することを提案し，そのよ

NW が適切な品質状態を維持しているか，常に監視する

うな公開情報を用いることで，上流のパス経路をどの程ことが重要である．提案手法は，パーセント値が通常想度，判断可能かを評価した結果を報告していた．AS レ

定される範囲のすそ野部分に入ることを検知するようなベルの接続構造に対して，どのような場合に改変パケッ

しきい値を統計学的に算出していた．そしてシミュレー

トが検出可能かを詳細に分析していた．攻撃者も同様にション評価により，提案手法は期待する検知率に沿った公開情報を利用することで，改変パケットが検出されなしきい値を定められること，算出したしきい値を用いた

いように発アドレスを偽ることが可能であるが，ISP が場合の検知率が期待する検知率に近いことを示していた．

複数の AS を運用している場合には，その間の経路を秘また J. Heo らの“A statistical analysis method for detecting

匿情報として利用することで，組み合わせて経路の推定に用いることが考えられる．
また A. Yamada らの“A path-based trafﬁc control method
for green networks”［2］では，同一の発着ノード間に複数のパスが存在する場合に，発ノードが各パスを使用する確率を決定付けるフェロモンを各パスに対して定義する．そしてフェロモンを経由ルータの使用率に応じて増減することで，ネットワーク（NW）全体の負荷が低い場合にはできるだけ少数のパスを利用し，NW 全体の消費電力の低減を図ることを提案していた．近年，NW 消費
46

通信ソサイエティマガジン No.15［冬号］2010

International Conference Reports

mass call spam in SIP-based VoIP service”［5］では，VoIP
サービス上で攻撃者が大量のユーザにスパムを送り付ける Mass Call Spam（MCS）を，統計的手法を用いて検出する方法を提案していた．提案方式は，Message volume［4］ T. Okuyama and K. Ori,“Determining threshold values formonitoring percentile of packet transfer delay,”C-3-1.
［5］ J. Heo, T. Kusumoto, E. Chen, and M. Itoh,“A statisticalanalysis method for detecting mass call spam in SIP-based
VoIP service, ”C-6-1.

analysis，Entropy of source UID analysis，Poisson process
analysis，Nominee list table（NLT），INVITE interval
analysis という五つの独立したモジュ ールで構成されており，これらを順に実行し，すべてにおいて疑わしいとネットワークアプリケーションの動向
上田清志

判断された場合に，分析対象トラヒックが MCS を含ん

NTT ネットワークサービスシステム研究所でいると判定する． 最初に実行される Message volume

Application の セ ッ シ ョ ン ， 三 つ の Applications &analysis では，分析対象トラヒック中に含まれる INVITE

Contents Delivery のセッションと，二つの Ubiquitous のメッセージの数がしきい値を超えている場合に検出すセッション，合計六つのセッションにおいて，ネット

る． 次に Entropy of source UID analysis は， 発 ID ごとワークを活用したアプリケーションに関連する発表が幾に INVITE メッセージ数のエントロピーを算出し，しきつか見られた．ここではその中の八つの発表について取い値未満の場合に検出する．次に Poisson process analysis

り上げる．

は， 分析対象トラヒックのある期間内の INVITE メッAPSITT は，情報通信分野の技術交流によるアジア太

セージ数がポアソン分布から推定される値を超えている

平洋地域の発展を目的としており，通信ネットワークを場合に検出する．次に NLT は，Call center などの，大量活用した具体的なアプリケーションとサービスが発表さの通話を行い通常のユーザとは明らかに VoIP の使用形れている．

態が異なるユーザの ID を White list として管理し，このK. Fujimura らの“ Effect of web-based healthcare system

リストに該当 UID が含まれている場合には検出対象から

on behavior modiﬁcation”［1］では，生活習慣病予防に向除く．最後に INVITE interval analysis は，該当 UID からけた生活習慣改善の一手段として，同じ問題を持つ仲間との INVITE メッセージの発生間隔がしきい値を下回ってともに学ぶピアラーニングにネットワークを活用した取いる場合に検出する．実際のトラヒック上に意図的に多組みが報告された．ピアラーニングをインターネット上

量の INVITE メッセージを加えたトラヒックを対象に提で実施する場合の効果が報告された．他者の取組み情報を案方式を適用したときの評価がなされていた．

提供するヘルスケアシステムを開発し，フィールドにて

ここで取り上げた五つの発表のうち三つは悪意のある

6 か月のトライアルを実施した結果，歩数登録の継続率がユーザが生成する異常トラヒックの検出に関係するもの70％であり，保健師のサポートを伴う対面でのピアラーで，トラヒック分析・制御の分野では，セキュリティにニングトライアルの継続率（68％）とほぼ同じ継続率を達

関連するものが比較的多く見られた．また最近のエコへ成したことが報告された．これにより，保険指導サービスの関心の高まりに伴い NW の分野でも消費電力低減にがルーラルエリアにも十分行き届き，ネットワークを活用

関係する研究が多く見られるが，本会議においても省電したサービスの有用性が再確認された．また，K. Kaneko

力制御に関係する研究発表が見られた．

らの“ A live image transmission system for dome theaters”［2］では，3D ドームの投影システムを考案し，アジアの文 献［1］ M. Saito and K. Ishibashi,“Validating packet origin using
external route information,”B-5-2.
［2］ A. Yamada, S. Imai, and M. Kakemizu,“A path-based
trafﬁc control method for green networks,”B-5-4.
［3］ K. Limthong, P. Watanapongse, and K. Fukuda,“Awavelet-based anomaly detection for outbound network
trafﬁc,”C-4-3.

国際会議報告3 か所から，皆既日食の映像を 0.5 feet/s で日本のドームに送信可能なことを確認している．
このようなネットワークを介したアプリケーション
サービスの方向性の一つとして，大量のセンサからの情報をネットワーク技術により収集管理し“いつでも，どこでも”状況を把握できるユビキタス環境を整えることが検討されてきている．今回も，V. Tran-Quang らの47

“ A transmission range adjustment algorithm to avoid energy
holes in wireless sensor networks”［3］では，ベースステー
ションへマルチホップルーチングさせ，データを収集す
る無線センサネットワークにおける，ベースステーションに近いセンサノードの中継転送による電力の過消費を抑制するルーチング方法が提案された．また，T. Yamazaki
らの“ Efﬁcient indexing with offset bitmaps for huge sets ofslightly disordered sensor data”［4］では，センサデータを
データベースに蓄積・利用する際，センサデータの流入
速度の高速性と，ネットワークの伝送遅延によるデータの
順序逆転の両方に対応したタイムスタンプに対する索引付け方法である Sparse indexing with offset bitmaps が提案

これら， ネットワークそのものの技術だけでなく，された．これは，高い書込み性能，範囲検索性能を持ち，ネットワークを活用したサービス基盤技術確立が重要な

超大量のセンサからのデータを実サービスで活用できる課題であると感じられた．近年盛んであった P2P（Peer-

可能性を広げた．

to-Peer），アドホックネットワークに関する研究発表も多これら，ネットワークを介して集められた情報を適切な相手に配信し，かつユーザのプライバシーを守る要

く，より多様なサービスを実現するための検討はこれからも重要と考えられる．

素技術が必要である．適切な相手への情報配信技術として，R. Sakurada らの“Extracting user posting behavior
using HTTP ﬂow”
［5］ では， 個人に適した情報を配信するために，システム側でユーザ個々のし好を把握する技術として， ブログ等への書込み行為に着目し，HTTP Post のヘッダを利用した決定木によるし好抽出手法を提案している．また，S. Tsugawa らの“ Inferring
success of online development communities: Application

文 献［1］ K. Fujimura, M. Shiraishi, Y. Maeda, and M. Itoh,“Effectof web-based healthcare system on behavior modiﬁcation,”
A-7-2.
［2］ K. Kaneko,“A live image transmission system for dome
theaters,”A-8-1.
［3］ V. Tran-Quang and T. Miyoshi,“A transmission range
adjustment algorithm to avoid energy holes in wirelesssensor networks,”A-5-4.

of graph entropy for quantifying leaders’involvement”［6］［4］ T. Yamazaki, T Inoue, H. Sato, J. Takagi, M. Minami, and N.

では， ソーシャルネットワークをグラフとして扱い，

Takahashi,“Efﬁcient indexing with offset bitmaps for huge

そのエントロピーで SNS リーダ等の発見を行っており，S. Kondoh ら の“ Recognition method of behavioral

sets of slightly disordered sensor data,”A-5-2.
［5］ R. Sakurada, T. Moriya, and J. Akahani,“Extracting user
posting behavior using HTTP ﬂow, ”A-9-1.

patterns by sequential learning for life logs”［7］では，ス［6］ S. Tsugawa, H. Ohsaki, and M. Imase,“Inferring success

トリームに代表されるネットワーク上の大量かつ高速に

of online development communities: application of graph

到達するトラヒックから行動情報を識別する手法を提案している．一方で，ユーザのプライバシー保護の観点から，O. Mizuno らの“ Design of user-oriented contents
communicator on personal communication platform（PCPF）”［8］では，ユーザ同士のコミュニケーション
サービスをユーザが利用する際に，従来のサービスプロ

entropy for quantifying leaders’involvement,”A-2-1.
［7］ S. Kondoh, T. Moriya, and J. Akahani,“Recognition
method of behavioral patterns by sequential learning forlife logs,”A-2-2.
［8］ O. Mizuno, Y. Tomita, K. Fukami, M. Shimomura, K.
Takahashi, and Y. Tada,“Design of user-oriented contents
communicator on personal communication platform（PCPF）,”A-9-3.

バイダがユーザの個人情報を管理するアーキテクチャではなく，サービスプロバイダから独立したユーザに基づくサービスプラットホームを提案し，実証実験によりその有用性を確認した．
48

通信ソサイエティマガジン No.15［冬号］2010

解説

技術と制度のおはなし Topics of Technologies and Politics

地上デジタル放送日本方式の規格と国際展開A u thor

古川易史 Yasushi Furukawa 総務省情報流通行政局放送技術課

1

我が国におけるデジタルテレビの開発・実用化と制度化

我が国においてデジタルテレビの研究開発は 1980 年
代より進められてきた．特に地上デジタルテレビの実用

直交周波数分割多重）方式を採用することにより，効率的にゴースト障害を除去．また，それにより，
SFN（Single Frequency Network，単一周波数中継）が実現でき，周波数の有効利用が可能．

化のための技術的課題として，周波数有効利用のために（4）国内におけるほかのデジタル放送メディアとの整できるだけ少ない周波数で利用できること，HDTV（High合性の確保，共用受信機の製造の容易化，今後の通Deﬁnition Television，高精細度テレビ）放送サービスや信やコンピュータとの融合によるマルチメディア放多チャネル SDTV（Standard Deﬁnition Television，標準送にも対応可能とするよう，放送メディアの物理特画質テレビ）放送の一方で移動環境での受信が可能なこ性に依存する伝送方式等を除き，可能な限り技術基とを実現するシステムとして日本の地上デジタル放送方

準を共通化．

式の研究開発が進められた．
1996 年 12 月より郵政大臣の諮問機関である電気通信

日本の地上デジタル放送の技術規格の概要は表 1 のとおりである．

技術審議会において，日本の地上デジタル放送の国内技

地上デジタルテレビ放送日本方式特にワンセグ放送の術基準の策定のための検討が開始され，1999 年 11 月に

技術的な仕組みについては，〈B-plus〉創刊号の羽鳥好律

答申され規格が確定した．

教授の解説論文「ワンセグ放送の技術と動向」（pp.39-49）

こうして策定された日本の地上デジタル放送の特徴を参照頂きたい．なお，日本国内のデジタル放送開始には，以下のとおりである．
（1）5.7 MHz の帯域幅を 13 セグメントに分割し，各セ

表1

日本の地上デジタル放送の技術規格
技術基準

グメント単位で異なる変調方式を独自に指定可能．
これらを組み合わせることにより，柔軟なサービス提供が可能（HDTV 放送や，多チャネル SDTV 放送など）．
（2）固定受信向けの番組と併せて，小画面，低フレー
ムレートの携帯 ･ 移動受信向けの番組を随時組み合わせた放送や携帯端末での部分受信が可能．
（3）マルチパスフェージング（遅延波）による妨害に強い OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，
解説：地上デジタル放送日本方式の規格と国際展開

情報源
符号化方式

映

像

MPEG-2 Video（映像フォーマット：480i, 480p, 720p, 1,080i）

音声MPEG-2 Audio AAC（Advanced Audio Coding）（DQPSK, QPSK, 16QAM, 64QAM）
変調方式 OFDM
伝送路
外符号：リードソロモン（204, 188）
符号化方式 誤り訂正 内符号：畳込み符号方式（符号化率：1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8）
多重化方式

MPEG-2 Systems

スクランブル方式

MULTI 2周波数帯幅

5.7 MHz

伝送容量（標準）

最大約 23.2 Mbit/s（約 18 Mbit/s）

49

解

説

【現在の周波数利用状況】

90 〜 108 MHz 帯 170 〜 222 MHz 帯（1 〜 3 cH）（4 〜 12 cH）
アナログ
テレビ放送

アナログ
テレビ放送

18 MHz 幅

52 MHz 幅（13 〜 62 cH）
420 〜 770 MHz 帯
アナログテレビ放送
デジタルテレビ放送【ディジタル化後（周波数割当計画ベース）】

移動通信またはテレビジョン
テレビジョン以外の放送
以外の放送
90
108 170222

移 動 通 信 またはテ レビジ ョン
以 外の放 送（53, 54 cH）

自営通信（安全・安心の確保）

18 MHz 幅

32.5 MHz 幅

207.5 222
放送
放送
（移動体向けのマル(

チメディア放送等）

14.5 MHz幅

715

725

ガードバンド202.5

放送（移動体向けのマルチ
メディア放送等）

ガードバンド108 170722

770

710〜770 MHz

170〜222 MHz
ガードバンド

90

710

移動通信
（55 〜 62cH）

UHF 帯【2012 年 7 月 25 日から使用可能】

VHF 帯【2011 年 7 月 25 日から使用可能】
90〜108 MHz

48 MHz 幅

12 MHz 幅

デジタルテレビ放送（13 〜 52cH）

ITS

730

770
電気通信
（携帯電話等）

10 MHz 幅

40 MHz 幅

注：ガードバンドは，
いずれも 5 MHz 幅

図1

アナログテレビ終了後の周波数利用予定

向けて，1998 年 10 月の地上デジタル放送懇談会の報告

デジタルテレビ放送の国際標準化は国際電気通信連合に基づきディジタル化計画が発表され，2001 年には電波無線通信部門（ITU-R：International Telecommunication

法改正により 10 年後に完全ディジタル化することが定

Union Radiocommunications Sector）で行われ，ATSC とめられた．

DVB-T は 1997 年 に，ISDB-T は 2000 年 に 国際標準 と2003 年 12 月に東京，大阪，名古屋においてデジタルな った．ISDB-T は，1. で述べた他方式と比べ技術的に放送が開始され，2006 年 12 月には全都道府県でデジ優れた方式である．例えば，日本方式は移動時においてタル放送が開始された．この間，2006 年 4 月にはモバも良好な受信が可能となるように，他方式が採用していイル端末向け放送であるワンセグ放送を開始している．

ない最新技術である「時間インタリーブ」を採用すること2010 年 3 月現在，世帯カバー率は 97.5％，世帯普及率

により，他方式に比べて格段に雑音に強いという大きなは 83.6％に至っている．

利点がある．また，異なる変調方式の放送を一つの放送

また，アナログ放送をディジタル化することにより，

波の中でフレキシブルに組み合わせることが可能という周波数の有効利用が可能となる．ディジタル化により空のも ISDB-T の大きな特長である．具体的には，1 チャ

いた周波数帯で新たな移動通信サービス等に使用することができる．日本では，具体的にアナログテレビ用で利用されている周波数幅 370 MHz が 240 MHz 幅に効率化

放送開始

2.1 三つのデジタル放送方式

Terrestrial，日本方式），DVB-T（Digital Video BroadcastingTerrestrial，欧州方式），ATSC（Advanced Television Systems

6/7/8 MHz 幅

6/7/8 MHz 幅＊ただし 6 MHz のみ
実用化

シングルキャリヤ
（アナログ TV 方式の改良版）

世界には，国際標準化されているデジタルテレビ方式
として，ISDB-T（Integrated Services Digital Broadcasting-

6/7/8 MHz 幅＊7/8 MHz が主流

固定向け

周波数

伝送方式

日本方式
ISDB-T
2003 年
周波数

2 世界のデジタル放送方式

欧州方式
DVB-T
1998 年
周波数

することが可能となる（図 1 参照）
．

米国方式
ATSC
1998 年

携帯向け（ワンセグ）＊ただし 6 MHz のみ
実用化

マルチキャリヤ マルチキャリヤ（13 セグメント構造）
周波数
周波数インタリーブインタリーブ＋時間インタリーブ

携帯端末 別のテレビチャネル 別のテレビチャネル 同一のテレビチャネル
向放送
で可能（ワンセグ）
が必要
が必要
緊急警報
放送

サービス未実施

サービス未実施

サービス実施中Committee，米国方式）の 3 方式が存在する（図 2）
．

図2

50

通信ソサイエティマガジン No.15［冬号］2010

デジタル放送方式の比較

Reports and Comments

ネルを 13 個のセグメントに分割し，中央の 1 セグメン

急警報放送」に対応しているのも他方式にはない ISDB-T

トを携帯端末向け放送（ワンセグ放送）に，残りの 12 セ方式の利点である．

グメントを大形 LCD（Liquid Crystal Display）パネル搭載

世界各国の地上デジタル放送の普及状況の概略（2010

テレビのような固定端末向け HDTV 放送に割り当てるこ

年 7 月現在）を示したのが図 4 である．ISDB-T は日本とにより，移動，固定両端末に対し同時にデジタル放送のほか，南米のほとんどの国において採用されている．

を送信することができる．それだけではなく，固定端末

一方，DVB-T は欧州で開発された方式であるため，欧向け放送の 12 セグメントを用い，複数の SDTV 放送を 1

州各国を中心に採用が進んでいる．更に，米国で開発さチャネルの中で送信することもでき，受信者のニーズにれた ATSC は，北米を中心に採用されていることが分か合わせて様々なサービスを提供することができる（図 3）．

る．なお，中国は独自方式でデジタル放送を開始していまた，災害時の緊急対応に必要な情報を放送する「緊るが，これは国際標準化されていない．
2.2 中南米及びアジアで ISDB-T 採用

例 1：ハイビジョン放送＋ワンセグ
１チャネル

我が国では，デジタル放送方式が未定であり，かつ近年の成長が目覚ましく大きな経済力を持つ南米を中心に，
周波数

高画質放送
（ハイビジョン）官民一体となり強力に働きかけを行ってきた．また，ア

ワンセグ

ジアにおいてはフィリピンを中心に働きかけてきた．その結果，他方式との国際展開競争を制し，2006 年 6 月の例２：複数の標準画質放送＋ワンセグ
１チャネル

ブラジルを皮切りに，2009 年 4 月にペルー，8 月にアルゼンチン，9 月にチリ，10 月にベネズエラ，2010 年には 3 月にエクアドル，5 月にコスタリカ，6 月にパラグ

周波数
周

アイとフィリピン，7 月にボリビアが日本方式採用を決……

定し，日本を含め採用国は 11 か国となった．詳細につい複数（２〜８）の標準画質放送

図3ては，4.「ISDB-T 採用国の状況」において説明する．

ISDB-T のサービスイメージ

中国（DTMB）（2007 年 8 月開始）

日本
（ISDB-T）（2003 年 12 月方式決定）
韓国（ATSC）（2001 年 10 月開始）
台湾
（DVB-T）（2004 年 3 月開始）

タイ
フィリピン
（ISDB-T）（2010 年 6 月方式決定）

南アフリカ

南部アフリカ 15 か国（SADC）

欧州方式（DVB-T）（Digital Video
Broadcasting-Terrestrial）

米国方式（ATSC）（Advanced Television
Systems Committee）

中国方式（DTMB）（Digital Terrestrial
Multimedia Broadcast）

図4

解説：地上デジタル放送日本方式の規格と国際展開

コロンビア
ボリビア
（ISDB-T）（2010 年 7 月方式決定）

コスタリカ（ISDB-T）（2010 年 5 月方式決定）
エクアドル（ISDB-T）（2010 年 3 月方式決定）
ペルー（ISDB-T）（2009 年 4 月方式決定）（2010 年 3 月放送開始）

日本方式（ISDB-T）（Integrated Services Digital
Broadcasting-Terrestrial）

ベネズエラ（ISDB-T）（2009 年 10 月方式決定）

チリ（ISDB-T）（2009 年 9 月方式決定）

ブラジル（ISDB-T）（2006 年 6 月方式決定）（2007 年 12 月放送開始）
パラグアイ（ISDB-T）（2010 年 6 月方式決定）
ウルグアイ
アルゼンチン（ISDB-T）（2009 年 8 月方式決定）（2010 年 4 月放送開始）＊2010 年 7 月現在
総務省作成

デジタル放送方式の普及状況

51

解

説

3 ISDB-T 普及体制的事項を協議することを目的に，日本・ブラジル両政府による日伯共同作業部会が発足し，技術移転，電気電子産

3.1 ISDB-T 採用に向けた活動

業支援，人材開発，特許，ファイナンスについて協議が行

我が国では，関係省庁（総務省，外務省，経済産業省）

われている．2009 年 9 月には，第 6 回会合が開催された．

と放送事業者，メーカ等が連携し，ISDB-T 海外普及活

日本からの協力が功を奏し，方式決定後わずか 1 年半動を行っている．
政府からは，総理大臣や総務大臣等より，直接対象国の大統領，担当大臣への働きかけを行っている．

で放送が開始された．2010 年 1 月現在，ブラジルの主要な 33 都市で放送が提供されており，更に放送地域が拡大しつつある．

また，民間の取組みとしては，社団法人電波産業会（ARIB）内に設置された，各放送事業者，メーカで構成

4.2 その他中南米諸国

されるデジタル放送普及活動作業班（DiBEG）が，海外

日本からの積極的な働きかけの結果，ペルーは 2009

で ISDB-T のデモンストレーション， 試験放送， セミ

年 4 月に，アルゼンチンは 2009 年 8 月に，チリは 9 月

ナー 等の活動を積極的に行っている．これらの活動は，に，ベネズエラは 10 月に，エクアドルは 2010 年 3 月

方式選定を行う各国関係者の ISDB-T に対する理解を深に，コスタリカは 5 月に，パラグアイは 6 月に，ボリビめることとなり，海外における ISDB-T の相次ぐ採用に

アは 7 月に ISDB-T の採用を決定した．

大きく貢献した．更に同作業班は，ISDB-T 採用国の技術支援等も行っている．
以上のように，官民が車輪の両輪となり，密に連携しながら ISDB-T 海外展開を行っている．

なお，これら採用国のうち，ペルー，アルゼンチン，
チリ，ベネズエラに対しては，既に日本より地上デジタ
ルテレビ放送の専門家が訪問し，デジタル放送の普及計
画作成等の技術支援を行っている．
また，現地の技術者を招へいし，日本において専門技

3.2 ISDB-T 採用後の支援活動

術の研修も実施されている．

我が国は，ISDB-T 採用国に対し，地上デジタルテレ

上記のような日本の適切な支援により，ペルーにおい

ビ放送を円滑に開始できるよう各種支援を行っている．

ては方式決定からわずか 1 年後，アルゼンチンにおいて具体的な例としては，日本の放送技術者を地デジ専門

は，わずか 8 か月後に放送が開始された．また，2010 年

家として採用国へ派遣し，採用国におけるデジタル放送

1 月，チリにおいてデジタル放送受信機規格が策定されの普及計画，テレビのチャネル計画策定への支援等が挙る等，その他の国においても ISDB-T 放送開始に向けてげられる．同専門家は，現地における技術セミナーの講作業が進行中である．

師にもなり，技術移転・人材育成を進めている．
また，現地の放送事業者への金融支援も開始しつつあ

4.3 フィリピン

るが，我が国メーカ機器の輸出ひいては海外進出を促進す

南米以外の地域への働きかけも実施しており，アジ

るものであり，我が国のプレゼンス向上に貢献している．

アではフィリピンに対して ISDB-T 普及活動を積極的に行ってきた．

4 ISDB-T 採用国の状況
4.1 ブラジル
ブラジルは，2006 年 6 月に，他方式に比べて日本方官民一体となった働きかけが功を奏し，2010 年 6 月，
フィリピン政府の国家電気通信委員会は ISDB-T を採用する旨の規則を発表し，日本以外のアジアで初めて正式に日本方式採用を決定した．

式が技術的に優位であることや，独自のデータ放送を規定することが可能なことなど自由度が高いことを考慮して，我が国以外で初めて ISDB-T 方式を採用した．

4.4 ISDB-T インターナショナルフォーラム
地上デジタル放送方式として ISDB-T 方式を採用した

ISDB-T 採用を受け，ISDB-T の速やかな導入と普及，国々が一堂に会し，ISDB-T 方式の更なる普及と発展を目

ブラジルの電気電子産業の発展に係る協力に関する具体的とし，2009 年 9 月 21 日，ペルーにおいて ISDB-T イン

52

通信ソサイエティマガジン No.15［冬号］2010

Reports and Comments

国企業のより一層の進出が期待されている．
現在我が国は，経済成長著しく世界で注目を浴びている地域であるアフリカ，特に南部アフリカ 15 か国により構成され，人口 2 億 5,000 万人を擁する SADC（南部アフリカ開発共同体）への働きかけを強化している．南
米での ISDB-T の度重なる採用を受け，これらの国々は
ISDB-T に関心を示しており，我が国は，現地におけるセミナー開催等を通じて ISDB-T のアピールを行ってい
図5

第 1 回 ISDB-T インターナショナルフォーラムの風景

る．また，フィリピンが ISDB-T を採用したことにより，ターナショナルフォ ーラム第 1 回会合が開催された近隣のタイが ISDB-T に関心を持ち始めている．我が国（図 5）．日本からは，原口総務大臣（当時）をはじめとしは，アジア地域ではタイを中心に働きかけを行っている．

て，放送事業者，メーカの幹部が参加した．ペルー政府からは，ガルシア大統領，コルネホ運輸通信大臣が，ブラジ
ルからはコスタ通信大臣（当時）が，チリからはコルタサ

6 ま と めル通信大臣が，アルゼンチンからはサラス通信庁長官が我が国が官民一体で中南米・フィリピン諸国を中心に参加した．方式検討中の近隣国からも要人が参加した．

働きかけを行ってきた結果，南米において ISDB-T が広同フォーラムにおいて，放送事業者，放送関連機器メーく普及するに至った．この成果は，我が国において海外

カからのプレゼンテーションが行われ，ISDB-T 方式へののマーケットの拡大，国際的な日本の位置付けの向上等，期待や今後の普及方策等について意見交換が行われると国際競争力強化に大きく貢献したといえよう．市場の拡ともに，日本，ペルー，ブラジル，チリ，アルゼンチンの大により，グローバルに ISDB-T 関連機器の更なる低廉大臣らが，ISDB-T の円滑な導入及び，そのための協力活化・普及が期待される．

動の発展のために協働することを宣言した「リマ宣言」に

以上のように，中南米・ フィリピンにおける相次ぐ

署名した．本フォーラムは，南米においても大きく報道

ISDB-T 採用は我が国にとって大きなメリットをもたらされ，ISDB-T 採用国間の関係強化に世界が注目した．

したが，世界最高の性能を誇る地上デジタルテレビ放第 2 回 ISDB-T インターナショナルフォーラムの会合は送方式の採用を決定した各国が， 高品質で雑音に強い

5 月 3 日から 5 日にかけて，アルゼンチンにて開催された．

HDTV 放送や SDTV マルチ放送，いつでもどこでも無日本からは，内藤総務副大臣（当時）をはじめ多数の官民料でテレビを見ることができるワンセグ放送等のメリッ代表団を派遣し，南米における地上デジタル放送の普及とトを享受できるよう，早期のデジタル放送開始及び普及展開について有益な意見交換，企業出展が行われた．また，促進が重要である．

同会合において，各国の ISDB-T 規格を調和し，更なる普ISDB-T の更なる海外普及は，我が国の国際競争力の及・発展に努めるための専門家会合も実施されている．

強化を後押しし，採用国と日本の友好関係を構築するものである．これからもより一層の ISDB-T 普及活動を続

5 今後の普及活動
現在 11 か国で ISDB-T が採用され，人口規模は 5 億
4,000 万人を擁しており，その経済規模も急速に増大している．総務省が行った調査によると，今後の南米 5 か国（ブラジル，ペルー，アルゼンチン，チリ，ベネズエラ）の市場規模は，2020 年に 2.5 〜 4 兆円，2011 〜 2020年の累計で 16 〜 26 兆円に達すると推察されており，この巨大市場へ ISDB-T 機器開発に豊富な経験を持つ我が
解説：地上デジタル放送日本方式の規格と国際展開

けていく．
古川易史
平 11-04 郵政省（現 総務省）入省以
来，電気通信行政に従事．在イン
ド日本国大使館一等書記官を経て，
平 20 から現職．現在，地上デジタ
ル放送日本方式の海外普及活動を通じ，官民連携，日本の国際競争力強化，国際協力に取り込む．

53

解説

アドバイス機能付き HEMS の開発
山本

昌樹 Masaki Yamamoto 日本電信電話株式会社環境エネルギー研究所

Part

全体

まえがき

近年，地球温暖化の懸念から世界的に環境に関する意識が高まっている．我が国においても鳩山前首相が昨年9 月に国連の気候変動首脳級会合において，温室効果ガ
Part
ス排出量を
2020 年までに 1990 年比で 25 ％ 削減する中家庭のエネルギーの消費動向
期目標を発表するなど，国を挙げての取組みが進められ
2

1
3

運輸業

家庭

140
130
120
110
100
90
1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008（年）

この取組みの中で産業界に比べ対応が遅れているとされる家庭の省エネルギー（以下，省エネ）推進を目的とし
Part

サービス業

150

80

ている．

製造業

160

1990 年を 100 とした比1

図1

各分野のエネルギー消費動向（出典：資源エネルギー庁，総合エネルギー統計）て，NTT
環境エネルギー研究所ではアドバイス機能付き
まえがき
Part
HEMS（Home Energy Management System）の開発を行っ

HEMS が持つ特徴ている．本稿では家庭におけるエネルギー消費の現状に触れながら，開発したシステムの概要について解説する．

製造業

サービス業（民生）

運輸業

家庭（民生）

30%

32%

Part

2

Part

家庭のエネルギーの消費動向アドバイス機能付き HEMS の概要
4
家庭を含めた各分野のエネルギー消費動向（電力だけでなくガス・石油等も含む）については，資源エネルギー2%
36%

庁から総合エネルギー統計として発表されている．同統Part
計資料から算出した1990 年から 2008 年までの製造業，HEMS が持つ特徴
サービス業，運輸業，家庭のエネルギーの推移について
Part
3

5

図2

2008 年の電力需要の構成（出典：資源エネルギー庁，総合エネルギー統計）

図 1 に示す．また2008 年における電力の分野別需要構
将来，求められるシミュレータとは？

の原油価格高騰によりほかの産業が大幅にエネルギー需成について図 2 に示す．

要を減少させたにもかかわらずほとんど減少していない．

図 1 において 1990 年を 100 として比較した場合製造

また図 2 の電力エネルギー需要構成を見ると，2008 年

業はほぼ横ばい，運輸業は 1996 年まで増加傾向であったの国内電力需要約 9,600 億 kW・h のうち，サービス業がが，その後は同じく横ばいに転じている．理由としては製

36％，製造業が 32％，家庭が 30％と家庭需要が国内需造業においては二度の石油ショックを経験し省エネが徹む す び
6
底していること，運輸業においては自動車の燃費改善や要の約 3 分の 1 を占めており，今後もオール電化の普及

省エネ鉄道車両の投入などが挙げられる．しかし，サービ込まれている［1］．このため温暖化対策の推進には家庭

ス業と家庭は上昇傾向が顕著であり，特に家庭は 2008 年の省エネ推進が不可欠であると考えられる．

Part

4

Part

アドバイス機能付き HEMS の概要

や少子高齢化による世帯数の増加により更に需要増が見

Part

54

5

将来，求められるシミュレータとは？

通信ソサイエティマガジン No.15［冬号］2010

Reports and Comments

解説

Part

3

表1

HEMS が持つ特徴

実験による省エネ効果

全世帯の年間 直接的手段の 間接的手段の参加
比率（％）
世帯数 省エネ量（kW・h） 比率（％）

3.1 HEMS による省エネ効果
このように産業界に比べ対策が遅れている家庭の省エ
ネ推進のため，HEMS を用いた取組みが注目されている．

関東地区

11

224

16.5

83.5

阪神地区

219

541

1.4

98.6

Part
HEMS は家電等の省エネ制御を行ったり，ユーザに情アドバイス機能付き HEMS の概要報を提供して省エネを促すことを特徴としている．すな
4るなどの直接的省エネ手段と，現在の消費電力をディス

わち，HEMS を用いた省エネの実施手段は以下の二つに

プレイ等に表示（見える化）する間接的手段を設置し，そ大別される（図 3）．

の効果を測定している．図 4 に実験住宅でのシステム構① 人感センサを用いて不在時の照明を自動消灯するなど，家電を最適制御することによる省エネ（直接Part的な省エネ実施手段）

5

将来，求められるシミュレータとは？

② 現在のエネルギー使用状況などの情報を提供する
ことで，ユーザに省エネ行動を促す実施手段（間接成例，表 1 に実験による省エネ効果について示す．
この実験結果から機器制御など直接的な省エネ手段と比較して，見える化によりユーザに直接省エネを訴求す
る間接的な省エネ手段の方が効果が極めて高いことが明らかになっている［2］．

的な省エネ実施手段）
2001 年から 2005 年にかけて NEDO（新エネルギー・
Part

産業技術総合開発機構）が HEMS を用いた実証実験を関3.2 「見える化」の先にあるもの
このように見える化による省エネ行動の喚起について

む す び 5 か所で実施した．実験では
6
東地区，阪神地区など全国

は高い効果が得られることが明らかになっており，家庭センサ機能を付与した家電製品を電力線通信（PLC）モデの電力使用量見える化のための機器も市販されている．

ムで接続し，人の在・不在などを検知して運転停止させ

ただし，現状の電力使用量を見える化してもどのような省エネ行動をとるべきかはユーザの判断に任されているため，有効で具体的な省エネ行動に結び付きにくいとい

HEMS が持つ二つの手段

う問題点がある．例えば深夜の待機電力が大きいという家電の自動制御による省エネ

情報提供し，節約を促すことによる省エネ

直接的

間接的

別グラフにして提示しても，昼間帯に比べ深夜の電力消費量は相対的に少なく見えるため，それだけではユーザは待機電力の問題に気付きにくい．

HEMS が持つ二つの省エネ手段

図3

問題を持つユーザに対して，1 日の電力消費を単に時間

このような課題に対応するためには，見える化に加えてユーザの電力消費状況を分析し，具体的な省エネ行動

・現在の消費電力・省エネアドバイス

・料金やCO2量・お天気情報 など
分電盤

電力
会社

に結び付くような適切なアドバイスを提供することが必

PLC
専用表示器
モデム

要になるが，従来の機器ではユーザへの省エネアドバイ
スは冷暖房の設定温度や冷蔵庫の詰込み過ぎ注意など一般的なものをランダムに表示するだけのものが多かった．

NWへ
モデム＋
電源断機能
能

モデム＋
サ
人感センサ

NTT 環境エネルギー研究所では，家庭の電力消費量のR

見える化と測定データ分析により，その世帯に適した省
ム
モデム

モ
ム
モデム

エネアドバイスの提供を組み合わせたアドバイス機能付
き HEMS の開発を行い，社員世帯を中心に実証実験を実施している．4. において開発中の新システムの概要につ

待機時は
電源オフ

図4

不在時は
運転停止

開閉回数
カウント

遠隔
湯張り

いて述べる．

実験住宅でのシステム構成例

解説：アドバイス機能付き HEMS の開発

55

Part

4

電流計測器
（コンセント）

アドバイス機能付き HEMS の概要

4.1 計測システムの構成
従来の HEMS の測定では住宅用分電盤内の主幹ブレー
カにて世帯全体の電流値のみを計測する場合が多い．こ

受信機
（親機）

Part
の場合設置作業は容易で安価ではあるが，家全体の消費

将来，求められるシミュレータとは？
電力動向しか分からないため具体的な分析やアドバイ
5
ス提供が行いにくい．一方で家電ごとに多数の計測装置

電流計測器
（分電盤）

を設置すると，分析やアドバイスにはよいがシステム価
格が高価になり導入しづらくなる．このため新システム
では，分電盤の主幹ブレーカにおいて家全体の消費電流

図6

Part

を測定するとともに，コンセント単位で測定可能な測定

6

む

す

び

器を冷蔵庫に設置し，その消費電流を測定することとした．測定は，配線を流れる電流により発生する磁界の変化を検知することで電流値を測定できるクランプ式 CT（Current Transformer）を用いている．

測定機器外観写真

4.2 測定及びデータの分析方法
本システムにおける測定及びデータ分析の流れについて図 7 に示す．
測定に先立ちユーザへ適切な省エネアドバイスを提供

計測したデータは無線により 1 分ごとに受信機（親機）

するため，ユーザには平均的な起床就寝時間，冷暖房のへ送信され，更にインターネットを介して外部のエネル

使用期間，所有する家電機器などの属性情報を入力してギー管理サーバに送信される．

もらう．システムはこれに基づき睡眠時間帯の把握や提エネルギー管理サーバではデータの収集と分析が行わ供すべき機器ごとの省エネアドバイスの選定を行う．

れるとともに，ユーザに適した省エネアドバイスの選定と計測機器を設置し属性情報入力が終わると，現状把握

グラフ加工などを行う．ユーザはあらかじめ付与されたのためその世帯の事前測定を 1 週間行う． この 1 週間

ユーザ ID 番号とパスワードにより認証を受けてサーバにのデータに基づきユーザの電力消費特性を分析してユー

ログインし，自宅の電力消費グラフや自分に合った省エネ

ザを，①ピーク電力過大型，②ベース電力過大型，③全アドバイスなどを見ることができる．システム構成につ

体的に過大型， ④過大となる特徴のない通常型の 4 パ

いて図 5 に，また測定機器の外観について図 6 に示す．

ターンに分類し，そのパターンに基づいた省エネ対策を新規開発した分析
アルゴリズムを搭載

認証
認
エネルギー
管理サーバ

電流計測器
電
（家全体）
（
インター
ネット

計測データを送信
送信
信・電力値（W）
・タイムスタンプ

グラフデータ
省エネアドバイス
コミュニティ内順位

モデム
ONU等

無線NW

ルータ

パソコンまたはテレビ

図5

56

電流計測器
（家電個々）

受信機（親機）
受
電力値を算出電

効果的な省エネ行動の実践

アドバイス機能付き HEMS のシステム構成

通信ソサイエティマガジン No.15［冬号］2010

Reports and Comments

解説

ユーザ

サーバ内アルゴリズム
ユーザ情報

利用者情報のデータ
ベース作成

計測データ

予備測定の実施

あなたに
ぴったりの
省エネ対策

電力消費タイプを判定
最適な省エネ対策提案
実施する省エネ
対策を決定
1 週間 ×4 回
繰返しによりしっかり定着利用者情報の入力（家族人数，
起床就寝時間，家電製品の所有状況等）
提案の中からできそうなものを四つ選び，今月のテーマ決定計測データ

実施状況確認（1週間ごと）繰返しの取組みで4週間後省エネ達成！

省エネ効果判定
新たな対策へ

図7

測定及び評価の流れ（サーバとユーザ間）

図8

ユーザ画面の一例

ミュニティ内での省エネ順位発表やそれに伴うポイント付与も行い，コミュニティ内で影響し合うことで省エネ四つ選定してユーザに提案する．例えば睡眠時間帯の消を進める工夫も行っている．図 8 にユーザ画面の一例を

費電力が 1 日の消費電力の中で相対的に大きい場合は，示す．

ベース電力過大型と判定して寝る前に使わない機器のプラグを抜くなどの省エネアドバイスを提案し，ベース電力削減を促す．

4.3 評価と今後の予定
現在本システムは 2011 年の 2 月までの予定でグルー

ユーザは提案された省エネ対策のうちから四つを選

プ会社社員宅に設置し，測定精度や基本特性の確認と使択するが，取り組めそうにないものが提案された場合はい勝手の検証を進めている．今後これらの評価を踏まえキャンセルして別な対策を要求できる．このようにユー

分析アルゴリズムとユーザインタフェ ースの向上を図

ザは自分が取り組めそうな省エネ対策を選択することにり，家庭の省エネに貢献できるサービスとして開発を推より，一方的な対策の押付けではなく自分が納得した対進していく予定である．

策で省エネを進めることができ，結果として継続的に省エネに取り組む効果が期待できるメリットがある．ユー
ザは 1 週間ごとに自分が選んだ省エネ対策の取組み状況を画面で報告し，これを 4 回（4 週間）繰り返すことで省
エネ行動の定着を目指す．
4 週間経過時には 4 週間前の家全体の消費電力量との比較を行い効果の判定を行うが，残念ながら省エネ対策を実施しても必ずしも効果が出ない場合もある．そのような場合でも省エネ対策を取ったことそのものを賞賛す●○ 文 献［1］省エネルギーセンター， 省エネルギー技術戦略， 省エ
ネルギー技術戦略検討会報告書，June 2002.
［2］NEDO，住環境計画研究所， HEMS 実証実験における
省エネルギー効果の評価解析， NEDO 住宅における省エネ推進事業成果発表会資料，Oct. 2006.
［3］山本昌樹，色川泰史，野崎洋介，杣谷聡文，遠藤久仁，
木津川直樹， ICT を用いた家庭向け省エネサービス， 信
学技報，EE2008-34, July 2008.

るメッセージを表示し，ユーザがやる気を失わず翌月も継続して省エネに取り組んでもらえるよう配慮している．
家庭における省エネの取組みにおいては，学校で身近な環境問題について学習を始める小学校中高学年の子どもが中心とな って進めている事例も多く見受けられる．
このため，ユーザ画面についてはキャラクタを配置して，これらの年代の子どもが親しめるような画面構成としている．また，現在の消費電力や消費量グラフのほか，コ
解説：アドバイス機能付き HEMS の開発

山本昌樹
1987 富山大・工卒．同年 4 月日本電信電話株式会社入社．ディジタル加
入者線交換機（D70）や光加入者方式（CT/RT）の開発，りん酸形燃料電
池熱回収システムの研究などを経て，現在，スマートグリッド技術の研究開発に従事．

57

PC-8001 の開発
NEC カシオモバイルコミュニケーションズ株式会社

加藤

明 Akira Kato

TK-80 と日本のマイコン文化勃興

まえ がき1971 年に，当時の電卓戦争の秘密兵器としてマイク1976 年 2 月に NEC 半導体部門の中にマイクロコン

ロコンピュータ（マイコン）が誕生してから 40 年が過

ピュ ータ販売部が発足した．この部隊のミッションは，

ぎようとしている．現在までにマイコンは家電をはじめ

電子デバイスとしてのマイコンを販売することであり，様々な機器の制御頭脳として不可欠なものとな ってい

そのための技術サポートと開発環境の整備が主な仕事でるばかりか，PC（Personal Computer）やサーバの中あった．筆者もマイクロコンピュータ販売部の一員とし枢デバイスとして発展を遂げてきた．日本電気株式会社て，8 ビットマイコンの評価ボードの開発と，お客様へ（NEC）でも 1974 年には，μ COM8 シリーズ（8 bit）をの技術サポートを行っていたが，お客様を訪問して幾らはじめとするマイコンを発売している．しかし当時は技

紙の上で技術説明をしても，マイコンの全容を理解して術者を含むすべての人がマイコンに対して全くの素人で頂くのはとても困難なことであった．ちょうどこのころ，あり，どのように使いこなせばよいのか，またどのよう

当時の日本電信電話公社横須賀通信研究所（以下，横須賀に売ればよいのかが全くわからないという厄介な代物

通研，現 NTT 横須賀研究開発センタ）のある研究室より，であ った． この難局を打開するために NEC は教材用

新人向けのマイコン教材は作れないかとの引き合いがあ

キット TK-80 を開発し，まず開発現場の技術者にマイり，受注することとなった．ここで開発したマイコンキッ

コンを触って知ってもらうことから始めた．ところが，

トが，TK-80 の原型となった．なお，横須賀通研向けのTK-80 は技術者用の教材としての用途ばかりではなく，マイコンキットは，ワイヤラッピングによる組立て式で一般のアマチュア層が TK-80 を個人用のコンピュータ

あった．

しろもの

と誤解して飛びついたのである．当初数百台程度売れれ

横須賀通研向けのマイコンキットは良くできたもの

ば教材としての役割を果たせると読んでいたが，実際にであった．新人一人に一台という条件から，高価なコンはそれを 2 けた上回る数量が一般コンシューマ層に売れた．TK-80 を個人用のコンピュ ータと誤解して飛びついた層がやがてパーソナルコンピュータ（パソコン）を生む原動力となったことは言うまでもない．
筆者は，TK-80，PC-8001/8801 とその後のパソコン
シリーズの開発に携わってきたが，本稿では当時を思い起こし，TK-80 からパソコンが誕生した背景と経緯，日
本初の本格的パソコン PC-8001 の開発の経緯についてまとめてみたい．
図1

58

TK-80 の原型となった横須賀通研向けマイコンキット

通信ソサイエティマガジン No.15［冬号］2010ピュータ専用の周辺装置は使わないとした．例えば，当時コンピュータの入出力装置として一般的であった高価なテレタイプ（ASR-33）の代わりに，電卓風の 16 進キー
ボードと 7 セグメントの LED（8 けた）を採用し，マイコンが扱う 16 進数を表現するものとした．更には，紙の上でしか説明できなかったマイコンの種々の機能（ポート入出力，DMA，割込み，Wait など）を最小限のシステ
ム上にすべて搭載し，実際に動作させて説明できること

図2にこだわった．また，CPU の中の動作を視覚化するためのモニタプログラム（デバッガ）も搭載した．横須賀通研
向けマイコンキットの開発を進める中で，「このようなマ

表1
項

TK-80

TK-80 の仕様

目仕様

イコンキットを一般の企業の技術者向けに提供すること

CPUµ PD8080AD

ができれば，難題となっているマイコンを企業の開発現

ROMµ PD454D×3（768 Byte）µ PD454D 1 個（256 Byte）増設可能

RAMµ PD5101C×4（512 Byte）
最大 8 個（1 KByte）実装可能
バッテリーバックアップ可場に理解してもらうことが可能となるのではないか」という発想が浮かぶことは容易に想像できるであろう．こうパラレル I/Oµ PD8255C×1
8 bit パラレルポート ×3 組
（ただし，一部をキーボードのスキャニングに使用）

シリアル I/Oµ PD8255C のポートのうち 2 bit を使用
110 bit/s のシリアルポート

して TK-80 は，横須賀通研向け教材キットをベースに更に一般のお客様にも扱いやすくするための改良を加えて開発された．
TK-80 は，マイクロコンピュータ販売部の期待を込めて，1976 年 8 月 3 日に発売された．価格は 88,500 円，
開発現場の技術者に使ってもらうためにはコストは度外視して，企業の課長クラスが決裁可能な金額とした．
TK-80 の販売は，通常の電子デバイスと同じルート

入力装置

16 進キーボード，9 個のファンクションキー

表示装置

7 セグメント LED 8 個

電+5 V，+12 V を外部より供給

源

プリント版サイズ
価格

310 mm×180 mm
88，
500 円

に乗せられた．中でも電子デバイスの販売特約店である
日本電子販売が電気技術者のメッカでもある秋葉原のラジオ会館 7 階に開設したサービスルーム BIT-INN 東京

サードパーティの出現はその後のマイコン，パソコンの普及に大きな役割を果

TK-80 のキットには，電源が含まれておらず，TK-80

たすことになる．しかし元々の BIT-INN 開設の目的は，を購入し組み立てたお客様は自分で電源を調達する必要

企業の技術者が TK-80 を触ってわからないことなどをがあ った．TK-80 の元来の目的は，企業の技術者を対気軽に相談可能な窓口とすることであった．ところが，

象とした教材キットであったため，当然企業の技術実験

当初の予想に反して，BIT-INN を訪れるお客様は企業の室には TK-80 の電源となる定電圧電源は設備として存

技術者は少数で，その多くは一般の学生や会社員などで在するはずとの前提で商品化したのである．しかし，実あった．彼らは TK-80 を個人用のコンピュータとして際のお客様の多くは一般の学生や会社員であったため，とらえ，趣味として使えるのではないか，会社の業務に真っ先に電源をどうするかという問題に出くわしたので使えるのではないか，と大いなる誤解をして飛びついてある．この問題に対してはサードパーティの出現が解決きたのである．当時，企業の技術者対応のために，筆者

策となった．BIT-INN を訪れるお客様の中には，「TK-80を含めた NEC の技術者が休みを返上して交替で詰めて用の電源を開発したので，是非 BIT-INN で扱ってほしいたが，そこで直接 TK-80 のお客様と語り合うことで，い」といった NEC 以外のメーカからの提案（売込み）がこのキットが明らかに一人歩きを始め，日本におけるマあったのである．我々は，このような話に積極的に乗り，イコン文化がものすごい勢いで立ち上がっていくのを感

BIT-INN では，TK-80 用の電源をはじめとする周辺機じたのである．

器も販売するようになった．これがいわゆるサードパー

開発物語：PC-8001 の開発

59

日返上で BIT-INN にてお客様対応を行っている中で，お客様からは，もっと使い勝手の良い個人用のコンピュー
タシステムが欲しいという声が大きくなっていくのを肌で感じたのである．ちょうどこのころ，サードパーティの 1 社からテレビをディスプレイとして使い，高級言語である BASIC が使える拡張ボードの提案があ った．
我々はそれに乗り， この拡張ボードを OEM（OriginalEquipment Manufacturer，他社製部品）調達して，TK80BS として NEC ブランドで発売した．またそれに引
図3

BIT-INN の店内風景

き続き TK-80，TK-80BS，電源，カセットテープレコー

ティの出現と連携の始まりであ った．このようなサーダを一体とした COMPO BS/80 も商品化した．しかし，ドパーティにより，TK-80 用の様々な周辺機器が開発

COMPO BS/80 は予想に反して大量販売にまでは結び付され，BIT-INN などで販売されるようになった．また，

かなか った．その原因は，搭載されていた BASIC が機筆者をはじめ開発チームは，TK-80 の技術内容を積極能的に貧弱であったことと，そもそも動作スピードが非的に外部に公表し，サードパーティが容易に種々の周辺

常に遅かったことにあった．

機器を開発できる環境を提供した．この背景には，元々PC-8001 の開発

TK-80 が学習用を目的としたキットであったため，すべての技術情報をオープンにするとの発想で開発されてき筆者をはじめ開発チームの中では COMPO BS/80 の失たことが功を奏していた．例えば，マニュアルには，回敗にひるむことなくまたその反省を踏まえて，これまで

路図や搭載されているモニタのソースコードが解説ととのマイコンホビーからの期待や，マイコンを業務用に使いもに記載されていたのである．TK-80 と共に育ったサー

たいとの OA の走りともいえる要望に本格的にこたえる

ドパーティが，その後のパソコンの時代においても重要ことができる個人用のコンピュータを開発しようというな役割を果たすことになることは言うまでもない．

機運がますます高まった．折しも，北米では，PET-2001

パソコンへの期待と COMPO BS/80（コモドール），TRS-80（Radio Shack），Apple II といったパソコンの第 1 世代に当たるマシンが発表され，世界

このように，TK-80 は NEC のマイクロコンピュ ー

的なパソコンブームが始まろうとしていた．我々開発チー

タ販売部の意図とは別の方向に一人歩きを始め，当初総ムは，北米発のパソコンを参考に独自のコンピュータのロット数百台と見込んでいた販売数量もそれを 2 けた上開発に着手した．ここでこだわったこととしては回るものとなった．また，サードパーティからは拡張用①

日本語の仮名が使えることのメモリや外部機器制御用のインタフェースボードなど②

カラー表示ができること

様々な周辺機器が商品化された．TK-80 を組み立てた多③

高機能かつ高速の高級言語 BASIC を ROM としくのお客様は，一人一人異な った発想で TK-80 をコンて搭載すること（電源を入れると直ちに BASIC がピュータとして使い始めた．あるお客様は，工場の生産

起動すること）ラインの制御用に，ある学生さんは趣味の鉄道模型の自④周辺装置（フロッピーディスク装置，プリンタ，

動運転制御用に，またある大学の先生は御自身の研究で

カラー CRT ディスプレイ）を同時に開発し，信頼ある化学反応の分析シミュレーション計算に等，様々な性の高いシステムとして提供すること用途に使われていった．しかし，TK-80 をこのような個⑤

機能拡張ができること

人用のコンピュータとして使いこなすためにははなはだとした．PC-8001 の開発プロジェクトは，わずか 10 名

貧弱なシステムであり，種々のサードパーティ製の周辺にも満たないチームで開始された．

機器を増設したとしても，使える範囲は限定したものと■ PC-8001 の特徴

ならざるを得ない状況であった．一方では，筆者らが休60

図 4 に PC-8001 シ ス テ ム ， 表 2 に PC-8001 の 仕
通信ソサイエティマガジン No.15［冬号］2010

拡張可能なシステムとした．入力は JIS 準拠のフルキーボードを備え，英数字，記号に加え片仮名入力ができるものとした．表示はモノクロ・カラーディスプレイに，最大 80 文字× 25 行の表示が行え，もちろん日本語片
仮名の表示が行える仕様とした．
■ カラー表示への取組み

項

図4

PC-8001 システム

表2

PC-8001 の仕様

目

仕

様

CPU

µ PD780C-1（Z-80 互換） 4 MHzROMµ PD2364C×3（24 kByte）µ PD2364C 1 個（8 kByte）増設可能

RAMµ PD416C-3×8（16 kByte）
最大 16 個（32 kByte）
実装可能

CRT
インタフェース

1）
CRT コントローラµ PD3301D（カラー CRT コントローラ）
表示文字数
2）
80×25，80×20，72×25，72×20
40×25，40×20，36×25，36×20
文字構成
3）
8×8 ドット
セミグラフィックス表示
4）
160×100 ドット
カラー表示機能5）
シアン，黄，白）8 色（黒，赤，青，緑，マゼンタ，
アトリビュート機能
6）
ノーマル，
リバース，
ブリンク，
シークレット，アンダライン，
アッパライン

カセット
インタフェース

FSK 方式 600 bit/s

プリンタ
インタフェース

セントロニクス社プリンタ準拠
パラレルインタフェース

シリアル
インタフェース

RS-232C 準拠（TTL レベル，
きょう体内 IC ソケット）

キーボード

JIS 準拠フルキーボード

拡張バス

拡張インタフェース用バスを背面カードエッジに

ソフトウェア電源

プリント版サイズ（Microsoft 24K BASIC）
N-BASICAC 100 V

20 W

440 mm×265 mm×80 ｍｍ

当時の CRT 表示技術としては，大型コンピュータのTSS サービス用ディスプレイ端末に採用されていた海外ベンダ製のキャラクタ表示コントローラ（LSI）を用いることが一般的であった．しかしこれらのコントローラ
はモノクロ表示機能しかなく，カラー表示ができなかった．ちょうどそのころ，社内の LSI 部門で，カラー表示が可能な CRT コントローラ（μ PD3301D）の開発が行われているとの話を聞き付け，このデバイスを真っ先に採用することにした．
このデバイスは，当時の最先端デバイスであり，シス
テムのメモリマップの一部を表示用のメモリ領域として定義し，DMA 転送により表示を行うものであり，メイン
メモリとは別にディスプレイ用のメモリを搭載する必要のあるこれまでのコントローラに対して，システムのコ
ストを安く抑えることができた．
PC-8001 の表示機能は， この新規開発の表示コント
ローラ（μ PD3301D）の持つ機能をすべて使い尽くし，80
文字× 25 行のカラー（8 色）表示を実現するだけではな
く，更に周辺に論理回路を追加することにより，拡大文
字モードやセミグラフィックスモードを実現している．
特に，セミグラフィックスモードは，1 文字の文字コー
ドを指定する 8 ビットデータを使って，1 文字分の表示

質

量

4 kg

領域を 2 × 4 画素領域としてドット表示するもので，画

価

格

168，
000 円

面全体としては 160 × 100 ドットのカラーグラフィ ッ
クス表示（カラー指定は 2 × 4 の文字領域単位）ができ様を示す．CPU には μ PD780C（Z-80 コンパチブル）

た．現在のフルビットマップ方式のグラフィックス表示

4 MHz を採用した．メイン RAM は 16 kByte を標準搭に比べると非常に使いにくいものであったが，パソコン載し，更に 16 kByte 分のソケットをプリント基板上にに初めてグラフィックス表示機能を搭載したことは極め用意し， 後から 16 kByte の RAM を増設可能とした．

て有益なことであった．すなわち，このセミグラフィッ

周辺インタフェース機能としては，モノクロ CRT イン

クス機能によって，その後様々なパソコンゲームが登場

タフェ ース，カラー CRT インタフェ ース，プリンタ

し，パソコンホビーの世界が大きく開けたからである．

インタフェース，シリアルインタフェース，外部記憶用■ Microsoft-BASIC の採用としてのカセットテープレコーダインタフェース等を搭

TK-80 では，16 進キーボードから直接機械語を入力載した．更に，機能拡張のために背面にはバスコネクタ

することでプログラミングを行っていたが，いかんせんを搭載し，メモリをはじめとする種々の周辺機器を将来

機械語のプログラミングは一般のお客様にはなじまない

開発物語：PC-8001 の開発

61

ものであった．その後商品化した TK-80BS，COMPO

ぎっしり並べ配線はすべて筆者らが自らワイヤラッピン

BS/80 では， 初心者用高級言語である BASIC を搭載

グにて行っていた（現在のようにプリント基板を簡単に作し，コンピュータのプログラミングを経験したことのあ成できる時代ではなかった）．このプロトタイプをジュラるお客様は比較的容易にプログラミングができるよう

ルミンのトランクに収め，成田空港から Seattle に飛び，になった．しかし BASIC 言語はインタプリタ方式言語

Microsoft に持ち込んで開発環境を構築し，Microsoft の（その都度機械語に翻訳しながら実行するタイプの言語）

エンジニアとともにデバッグを行った．ここで苦労したであるため，8 ビット CPU では処理能力の制約でよほのは，ワイヤラッピングで組み立てられた PC-8001 の

ど効率の良い BASIC を開発しないとアプリケーション

プロトタイプが非常に不安定だったことである．ジュラの実行速度が課題とな っていた．TK-80BS，COMPO

ルミンのトランクで保護して空輸したとはいえ，飛行機

BS/80 に搭載されている BASIC もパフォ ーマンスにを降りてトランクを開けてみると，あちこち部品が外れ

おいてお客様の満足を得られるものではなかった．PC-ていたり，ラッピング配線されている IC ソケットのリー

8001 開発時においても，この BASIC を更に高速化し，ドが曲がってショートしていたりすることがしばしばでまた高機能化することが計画され，社内での BASIC 開

あった．Microsoft での BASIC 開発期間中は開発納期確発が加速された．

保のためプロトタイプ機の安定動作を確保する必要があ

そのころ北米では，第 1 世代のパソコン PET-2001，

り，それがハードウェア設計担当の筆者の役割でもあっ

TRS-80，Apple II が発売となり注目を集めていたが，たが，筆者が現地でプロトタイプ機の調整設置をして帰これらのパソコンにも BASIC が搭載されていた．しか国するや，動作不具合となっているとの一報が入っておし，その BASIC は各社が独自に開発したものではなく，り，時差ぼけになる間もなく翌日再び Seattle に飛ぶとMicrosoft が開発したものが採用されていた．

いうようなこともあった．

Microsoft は当時，創業者のビル・ゲイツ氏，ポール・アレン氏を含めて 12 人だけの全く無名な会社であ った．
NEC に Microsoft を紹介してくれたのは， 西■ フロッピーディスクの開発
TK-80 も COMPO BS/80 も入力したプログラムや

和彦氏

データは電源を切ると消えてしまうため，簡易モデムを（アスキー 創業者の一人で後に Microsoft の副社長）で経由してオーディオカセットテープレコーダに録音してあ った．PC-8001 の開発責任者であったマイクロコン

外部記憶として使用していた．しかし，いかんせんディジ

ピュータ販売部長・渡邊和也氏（当時筆者の上司）は一人

タルデータを記録するものとしては不安定極まるもので，

Microsoft を訪ね，ビル・ゲイツ氏，ポール・アレン氏

苦労して入力したプログラムをカセットテープに記録しと話をする中で，「デファクトスタンダードが重要だ」とて安心するも，後日いざ読み込もうとするとエラーが発生いうことを確信したという．その時点で PC-8001 に搭載

してロードできないということが日常的に生じていた．

する BASIC は Microsoft-BASIC にするとの腹は決ま っ

このため，PC-8001 の開発当初から，オーディオカセッ

たとのことを，筆者は後から知ったのである．Microsoft

トテープへの記録に加えて，当時最先端デバイスとして開出張から戻った渡邊和也部長を交えて， 社内で開発が発されつつあった 5 インチのフロッピーディスクシステ

進 ん で い た 内製 BASIC と Microsoft-BASIC の コ ン ペ

ムを外部記憶装置として採用する方針とした．

ティションが行われた．性能評価では，社内で開発したフロッピーディスクシステムの開発には，①ドライブ

BASIC の方がパフォーマンス的に優れていた．しかしなの開発，②ディスクメディアの開発，③ BASIC の拡張

がら，ここでの結論は，マーケットオリエンテッドを最重（DISC-BASIC 開発）が必要となる．

視し，既に北米でデファクトスタンダードとなりつつあ①のドライブの開発は，当時フロッピーディスクドラ

る Microsoft-BASIC を採用するということになった．

イブベンダであった，TEAC とのパートナーシップを構

当時 Microsoft のオフィスは Seattle 郊外の Bellevue

築して行った．②のディスクメディアの開発は，複数のという町にある銀行のビルの 1 フロアにあった．ここで，ディスクメディアベンダとのパートナーシップにて行っ

PC-8001 用の BASIC 開発がスタートした．PC-8001 のた．③の DISC-BASIC の開発は Microsoft にて行われた．

プロトタイプは，A3 サイズ程度の基板に IC ソケットをフロッピーディスクシステムの開発における最大の課

62

通信ソサイエティマガジン No.15［冬号］2010

図5

フロッピーディスクユニット PC-8031

題は，ディスクメディアの開発であった．5 インチフロッ
ピーディスクメディアは，磁性体が塗布されたプラスチッ

図6

拡張ユニット PC-8011

ユニットとして製品化した．
・最大 32 kByte の RAM（本体内増設も含めて最大

クの薄い円盤が樹脂ジャケットに収容され，ジャケットに

64 kByte まで実装可能となる）

はドライブヘッドがアクセスするための穴が開いていた．

・シリアルインタフェース（RS-232C）

このため，ディスク表面が露出しており，容易にほこり・パラレルインタフェ ース（8 bit/4 bit 入力×各 1，などが侵入する可能性があった．また，データを読取り /8 bit/4 bit 出力×各 1，カードエッジにて出力）書込みする際にヘッドとメディアがすれ合うときに発生・フロッピーディスクインタフェース

する微細なじんあいが読取り / 書込み時のエラーの原因

・IEEE-488 インタフェースとなった．これらの課題に対して，最も苦労したところ

・割込み機能，リアルタイムクロック機能

は，ジャケット内の不織布シートからなるライナの改善

・I/O 拡張バス（カードエッジにて出力）であった．このジャケット内のライナが回転しているディ

特に，IEEE-488 インタフェースに関しては，主に計

スクメディア上のじんあいを吸着・クリーニングするこ

測器とコンピュータとを接続するためのインタフェースとにより，読取り / 書込み時のエラーを軽減させる働き

で，PC-8001 を工業用に使用する際にとても役に立っを持つのである．図 5 は PC-8031 フロッピーディスクユ

た．I/O ユニット PC-8012 は様々な拡張ボードを実装

ニットである．価格は，310,000 円と高価であった．

するためのユニットで，以下の機能を提供した．

■ その他の周辺機器の開発
表示機器であるモノクロ CRT ディスプレイ，カラー

・お客様開放スロット 7 スロット・フロッピーディスクインタフェース

CRT ディスプレイは社内のテレビ事業部で開発を行っ・割込み機能，リアルタイムクロック機能

た．一方，OA 業務用としてパソコンを利用するために

PC-8011，PC-8012 共に，PC-8001 の発売後に商品化

はプリンタが不可欠であ ったが，社内で調達できるプされた．また，PC-8012 の商品化により，その後様々なリンタは，大型コンピュ ータ用の周辺機器としてのラインタフェースボードが開発され，流通することになる．

インアップしかなく，とても高価で PC-8001 の周辺機器としてはそぐわないものであった．このため，プリンタ

PC-8001 の発表・発売

だけは当時の東京電気株式会社から OEM にて調達した．

かくして開発された PC-8001 は，1979 年 5 月 9 日

東京電気は，電子式キャッシュレジスタのメーカでもあに「性能・経済性に優れたパーソナルコンピュータの開り，マイクロコンピュータ販売部の顧客でもあった．

発について」としてプレス発表された．開発発表の 2 週

更には，TK-80 を工場の生産設備のコントローラと間後に平和島の東京流通センターで開催された第 4 回して使用するなどパソコンを工業用コントローラとして

マイクロコンピュータショウ ’
79 の NEC の展示コーナ

利用するとい ったニーズがあることを把握していたたには，PC-8001 の試作機が 5 台展示された．NEC のめ，そのようなニーズにこたえるための拡張ユニットを

展示コーナは，初日の開場直後から黒山の人だかりとな

製品化することも当初から計画していた．拡張ユニット

り，筆者をはじめとする開発チームのメンバは，説明員

PC-8011 は，PC-8001 に以下の機能拡張を行うためのとして次々と浴びせかけられる質問に答え続けることに開発物語：PC-8001 の開発

63

表3

事にしてもらい，だれでも PC-8001 の周辺機器の開発

PC-8001 ラインアップ
価格（円）が行える環境を提供した．特に，PC-8012 の発売以降

PC-8001

パーソナルコンピュータ本体

168,000

PC-8041

12 インチグリーン CRT

49,800は，PC-8012 の拡張スロットに搭載可能な種々のイン

PC-8043

12 インチカラー CRT

219,000

PC-8031

5 インチフロッピーディスクユニット

310,000

PC-8023

ドットマトリックスプリンタ

165,000

PC-8011

拡張ユニット148,000

オープン化の結果として，NEC の開発チームだけでは

PC-8012I/O ユニット

84,000

到底開発できないような様々な周辺機器，拡張ボード類

名

称

製

品

タフェースボードがサードパーティから製品化された．
このインタフェースボードは，後の PC-8801 シリーズ
でも一部を除き継続して使用されることになる．

が PC-8000 シリーズ製品として市場に流通していった．
なった．デモ展示では，当時のパソコンとしては画期的である 8 色のカラー 表示とセミグラフィ ックス機能に

独立系ソフトウェアハウスの出現

よる三次元図形のデモンストレーションなどが来場者にソフトウェアの領域においても，サードパーティが大いにアピールした．この時点で，ハードウェアの開発

作成したソフトウェアの流通という活発な動きが始は概ね完成の域に達していたが，Microsoft-BASIC は

ま った．筆者らは，アプリケーションソフトウェアに

まだ ROM 化されておらず，完成間近のプログラムを書おいても，当時の大型コンピュ ータ事業の常識に反しき込んだ PROM を搭載したサブボードを本体の下に接てオープン化の戦略をと った．まず，最初に出現した

続した状態での展示であった．この発表後から，発売開

ソフトウェアはなんと言ってもゲームプログラムであ

始前にもかかわらず BIT-INN をはじめとする販売店に

る．TK-80 や COMPO BS/80 のころはモノクロのピンは PC-8001 の予約が殺到した．PC-8001 は，完成したポンゲームなどが中心であ ったが，PC-8001 では，カMicrosoft-BASIC をマスク ROM 化し，当初の予定よりラー表示とセミグラフィックス機能を使い尽くした素晴

1 か月遅れの 1979 年 9 月 28 日に発売となった．価格

らしいゲームソフトが流通を始めたのである．これらのは 168,000 円で，発売後も半年近くの間は生産が間にゲームプログラムは，BASIC 言語ではなく，アセンブ

合わずなかなか手に入らない状況が続いた．

ラ言語で開発されていた．初期のころのヒット作品は当オープン化とサードパーティとの連携

時アーケードゲームで爆発的に流行していた「インベーダーゲーム」であったように記憶している．これが，独

PC-8001 は仕事にも使える個人用のコンピュ ータを

立系ソフトウェアハウスの出現であ った．現在の有名提供するとの目的で開発したものであったため，TK-80

ゲームソフトメーカはこのころ創業した会社が多い．やや COMPO BS/80 と比べると飛躍的にその応用範囲ががて，流通しているソフトウェアは，ゲームソフトばか広がった．すなわち，種々のアプリケーションに対応すりではなく，テキストエディタや科学技術計算用ソフト

るための，様々な機能拡張のニーズがますます高まってウェアや会計処理ソフトウェアなど実用的なものも徐々きたのである．ここで筆者ら開発チームでは PC-8001に増え始めてきた．PC-8001 のアプリケーションソフにおいても，TK-80 で築いたサードパーティとの関係

トウェアにおいては，日本語入出力機能が片仮名に限らを重視する戦略をと った．NEC が商品化する製品領域れていたため，日本語ワードプロセッサなどの出現は，は CRT ディスプレイ等の基本的な周辺機器や基本機能

この後の世代ということになる．

の拡張を行うための製品（PC-8011，PC-8012 とメモ
リボードなど）のみと考え，それ以外の周辺機器の多く

販売・サービス体制の構築

をサードパーティの事業として開放したのである．このPC-8001 の販売は，NEC のコンピュータ部門の販売ために，PC-8001 に関する技術情報は惜しみなくオー

ルートではなく，TK-80 と同様に BIT-INN をはじめとプンなものとした．例えば元は，PC-8001 の生産工場

する電子デバイスの販売ルートを使って構築した．このの技術者向けに作成した「PC-8001 テクニカルマニュア

ころには BIT-INN は，東京，横浜，名古屋，大阪に展ル」も回路図付きでマイコン雑誌社に提供して内容を記開されていたが，PC-8001 を販売するためには，更に64

通信ソサイエティマガジン No.15［冬号］2010

販売窓口を増やす必要があった．ここで新たに展開された販売店が，「NEC マイコンショップ」であった．第 1号店は広島に開店し，そこを手始めに徐々にショップ数を増やしてい った．当初は BIT-INN 同様に電子デバイ
スの販売特約店にお願いして店舗数を増やしていたが，その後は電子デバイス販売特約店以外の販売店からもNEC マイコンショ ップの看板を使わせてほしいとの依頼が殺到した．このようにして NEC マイコンショップの全国展開が実現した．NEC マイコンショ ップが全国で 100 店舗を超えたころには，定期的に「全国マイコン
ショップ会議」も開催されるようになった．また，BIT-

図7

パーソナルコンピュータ発祥の地のプレート

INN の店長会議も定期的に開催されるようになり，筆を採用したこと．④技術情報をオープンにして，サード者を含む開発現場の技術者も BIT-INN 店長会議やマイパーティと一緒に発展する戦略をとったこと．⑤市場のコンショップ会議に交代で参加し，技術対応を行うととニーズに的確にこたえることができたこと（タイミング

もに，市場の動向や販売員の生の声を聞いたりしてお客も良かった）と分析できる．特に，⑤の市場ニーズの把様からの苦情，要望を肌で感じる機会となった．

握に関しては，筆者をはじめ開発に従事した技術者自ら

PC-8001 から次なるパソコンへ
PC-8001 の発売により，急激に盛り上がりつつあるが BIT-INN においてお客様の悩みや要望，期待といった生の声を聞き続けてきたことが，PC-8001 の企画時に大いに役に立ったことであったと思う．

北米のパソコン文化を追いかける形で日本においても本

先日，筆者は本稿を書き終えるに当たって，久しぶり

格的なパソコンの時代が幕を開けたが，北米と大きく異に BIT-INN 東京のあった秋葉原のラジオ会館を訪れてなる事情が日本にはあった．それはすなわち日本語（平みた．今では，ラジオ会館にはマイコンショップはなく

仮名，漢字）の問題であった．特に OA 用のアプリケー

なってしまったが，かつて BIT-INN 東京のあった 7 階

ションにおいては，片仮名ではなく漢字で日本語が扱えの壁面には，「パーソナルコンピュータ発祥の地」のプるパソコンへのニーズが増加してきたことである．PC-

レートが掲げられており，当時を思い出して感慨深い思

8001 の開発プロジェクトが完了した後， 筆者ら開発

いでラジオ会館を後にした．

チームは，次なるパソコンシステムの構想を練り始めていた．それは，日本語が自由に扱えるもの，フルビッ
トマップグラフィ ックスによりも っとも っと魅力的なゲームができるもの，等々であった．この夢への探求が，PC-8801，PC-9801 の開発へと続き，パソコンの NECを築き上げることとなった．

む

す

び

PC-8001 は次の世代のパソコンにその主役の座を明け渡すまでの 3 年間に一度も価格改定することなくおよ
そ 25 万台を出荷し，日本における初の本格的パソコンとして歴史の一頁を飾ることとな った．PC-8001 の成功を振り返ってみると，その要因は，①機能，性能，品質が優れていたこと．② 168,000 円という価格が妥当だったこと．③プログラム言語として Microsoft-BASIC
開発物語：PC-8001 の開発

文 献［1］ 富田倫生，パソコン創世記，旺文社，東京，1985.
［2］ 多根清史，阿部広樹，箭本進一，大地洋子，みんながコレで燃えた！ NEC8 ビットパソコン PC-8001・PC6001，アスキー，東京，2005.
［3］ 太田行生，パソコン誕生，日本電気文化センター，東京，1983.

加藤明

昭 50 埼玉大・理工・電気卒．同年
日本電気株式会社入社，TK-80 の開発，PC-8001/PC-8801 の 開 発，PC9821（MULTI，CanBe，Cereb）開発に従事．平 12-04 から中央研究所にて携帯電話のワンセグ受信技術開発，
平 22-05 から NEC カシオモバイルコ
ミュニケーションズ株式会社にて携
帯電話の技術開発に従事し，現在に至る．

65

京都探訪記ATR メディア情報科学研究所

大橋正良 Masayoshi Ohashi

探訪

街

念しエジソンにちなんだ碑が建てられ，彼のレリーフが01 はじめに碑に埋め込まれている（図 1）．碑の裏には若々しい竹が

私はもともと会社に入るまでずっと京都の下町で生まれ育った．その後東京圏にいたが，2 年前から折あって昔植え込まれている（図 2）．詳細については，例えば［1］を参照されたい．

住んでいた町に戻り，再び京都で仕事を続けている．20

碑の裏面を見ると，当時，碑の建立に寄与した学会名

数年の間に京都は変わるものは変わったが，何も変わっが刻まれているのが面白い．照明学会が筆頭に入っていていないものの方が多く感じる．観光都市としてある種るのは当然として，7 番目には電信電話学会も名を連ねの憧れを持って見られる京都と，通信関係やゲーム等でている．当時の本会である［2］．

ほかにないユニークな業績を出している京都の側面の二竹がエジソンに供給されたのは大変よろしかったこと面がある，と思いつつ，外から見られる通信・電気の関であるが，なぜ八幡の竹であったか，という点は，文献に係者の方を対象として，京都に残っている電気通信関連

よると時の首相の伊藤博文，山県有朋外務大臣が京都を薦の面白そうなスポットや事例を御紹介しよう．そのため，

め，更に時の京都府知事が竹なら嵯峨野か八幡とアドバイ

主として観光面の情報は専門の書籍・雑誌に委ねたい．

スした結果だったそうである．かくして八幡は電球長寿

02

命化への貢献を竹によって成し遂げたのであった．

はるか明治に思いをはせて電球も竹からタングステンに代わり，そして今 LED 化―エジソンの電球から，市電インフラができるまで―によ って電球そのものも置換されていく趨勢にあるが，石清水八幡宮ここでもう一つ消えゆく ICT（情報通信技術）のトピック

はじめに御紹介するのは，京都と大阪の境に位置するを蛇足ながら紹介する．

八幡，石清水八幡宮である．京都からは京阪電車に乗っ消えゆく ICT ― テレビカー ―て約 25 分程度で到着する．ここから男山ケーブルで 3 分

石清水に行くのに使う京阪電車の特急には，地元の人ほど上ると八幡宮である．この八幡宮自体は大変由緒あなら知っているある先進 ICT 機器が搭載されている．テる八幡宮なのだが，ここで紹介したいのは，エジソン碑レビが搭載されたテレビカーである．特急車両の 5 両目である．御存じのとおり，発明王エジソンが電球の発明の一方のエンドの上部にテレビがはめ込まれている．小の際フィラメントとして採用されたのが，この八幡の竹学生のころから強烈な印象があり，別に私は鉄道ファンであった．明治 12 年（1879 年）のことである．これを記ではなかったが，乗った際に一生懸命見ていた記憶があ

図1

66

石清水八幡宮横のエジソンの碑

図2

八幡の竹林

図3

京阪特急テレビカーの様子

通信ソサイエティマガジン No.15［冬号］2010

京都探訪記る．テレビ放送は生駒山から電波を出しているので，放送波が男山で遮られる八幡付近で画像がひどく乱れたことを覚えている．人気番組の際には満員になったそうだ．
テレビカーは今でも存続しており，BS から地デジまで対応し，画面も 31 インチまで拡大している．しかし昨年
京阪電鉄はついに平成 23 年度（2011 年度）限りでテレビ
カーを全廃することに決定した［3］．ユーザが携帯でワンセグを視聴する流れから，役割を終えたと判断したそうだ．せめて写真でも撮らねばと，しばしば丹波橋から特急

図4

現在の蹴上付近の疏水の様子に乗車して，テレビカーが搭載されていないか見ていた

インフラストラクチャの礎を築いたのだった．当時の事が，新しい車両が多く，なかなか出くわさなかった．新車

業別収入の推移を見るに，初年度のみ運河事業収入が全両には，当たり前だがテレビの代わりにディジタルサイ

体の 8 割を占めたが，その後電気事業収入が急速に伸び，ネージが搭載されている．ようやく先日テレビカーの車両

概ね 8 割を維持したそうである［4］．

に乗車することができた（図 3）．あまり乗客の関心も引い

水自体も京都に与えた恩恵は極めて大きく，飲料水，農ていなかった．確かにみんなうつむいて携帯を見ている．

業用水として，京都市街に供給していた．加えて南禅寺周琵琶湖疏水辺に立地している幾つもの瀟洒な庭園にもこの水が供給

次に御紹介しなければならないのは，明治時代に京都され，今でも日本庭園を彩っている．もう一つのエピソーに最大のイノベーションをもたらしたと言ってよい琵琶ドとして，当時御所用の防火用水としても特別の計画が湖疏水であろう．琵琶湖疏水は，明治 18 年（1885 年）に行われ，蹴上の裏山に貯水池を作ってポンプで水をくみ上起工され，5 年の歳月をかけて建設された，琵琶湖からげ，そこから 4 km 先の御所までパイプが接続された．目

京都三条蹴上まで達する運河である．南禅寺には美しい

的は御所内紫宸殿の屋根に放水できるだけの水圧を確保

造形を持つアーチが架かっていることで有名である．今することにあった．疏水記念館には紫宸殿の屋根に放水でも絶えず琵琶湖から蹴上まで京都に水を供給し続け，している実証の写真が掲載されていた．防火の備えもこれ

京都の水供給に多大な貢献をしている．京都訪問されたでできていたのだった（例えば［5］参照）．

折には，蹴上に来て頂きたい．そこにはインクラインと電気供給が市電をもたらす呼ばれる，運河の高低差がある区間で船を運搬するのに電気供給を足掛かりに，明治 28 年（1895 年）には，日用いたレール跡を見ることができる．脇にある水路口か

本初のチンチン電車が京都（ 七条−伏見京橋間）で営業

らは，今も滾々と水が供給され，動物園の脇からぐるりを開始した．ちょうど平安遷都 1,100 年記念の事業でもと京都市街を回って水が流れている（図 4）．ここに今はあった．それ以降ほぼ 10 年の間に北野，出町，蹴上，二京都琵琶湖疏水記念館が設置されていて，当時の様子を条，京都駅，中書島を拠点とする市電網が構築された．

知ることができる．

こうして見ると，明治 18 年（1885 年）の運河起工から文献を見ると，当初計画では疏水の目的として，1）水

20 年の間に，市街に水と電気が供給されて電灯がとも車動力の確保，2）水運，3）田畑灌漑，4）精米，5）火災

り，電車が市内をカバーしたのだから，まさにイノベー

予防，6）用水，7）衛生が挙げられていたが，後に水力ションが起こったといえるのだろう．

発電による電力供給が加えられ，大きな目的とな った．

京都人は長く，これを日本に先駆けた先進の気質として

明治 15 年（1882 年）ごろより，火力発電は東京などで誇りを持っていた．私も小学校でそう教わった．昭和 30

開始されていたが，水力発電はそれに遅れて導入される年代までは京都の主要な幹線道路には市電が通り，通常のことになる．蹴上では明治 24 年（1891 年）に竣工され，外出といえば必ず市電を利用していた．一方モータリゼー

送電が開始された．文献では足尾銅山などで自家用に水ションの発達で，市電は車の通行にとって邪魔者となり，力発電が一部導入されていたようであったが，商用電源

昭和 40 年代後半（1965 年以降）から次々と廃止されてい供給は恐らく京都が一番早く，京都の以降の電気供給のき，昭和 53 年（1978 年）で全廃された［6］．地下鉄の敷街 plus 探訪：京都探訪記

67

探訪

街

内には，日本最古の電車としてこのいわゆるチンチン電
車が静体展示されている（図 5）．

03 京都電信発祥の地を訪問
次はせっかくなので，京都では通信がどこから開始されたか探ってみることにした．Wikipedia などを見ると，電信発祥の地として，明治 5 年（1872 年）に西京郵便役
図5

平安神宮に展示されているチンチン電車

所が設けられたとあり，三条東洞院にある NTT 京都支
店裏に明治 5 年西京電信局，明治 30 年（1897 年）京都

設はなかなか進まず，街の公共交通の姿は普通の地方都市

電話交換局この地に建つと記された京都電信電話発祥のと同じとなった．

碑が設置されている［8］（図 6）．普通ならこのままここ

現在の京都は御存じのとおり，地下鉄とバスが主要な公が京都通信のスタートと報告するつもりだった．

共交通手段である一方，街の主要な通りは，車・タクシー

ところが，資料館にて文献を調べていくと，東洞院の電であふれている．その車も今や電気自動車の流れにあると信局は後ほど設置されたものであり，実は明治 5 年（1872

いうのは，エネルギー活用手段として路面電車は有効な

年）4 月 22 日に西京電信局が河原町三条上る東側に設置手段だったのだ．京都市は平成 17 年（2005 年）に新しいされ，大阪・神戸との間に電信サービスが初めて開始され公共交通システム調査報告書［7］を発表し，その中でバた，との京都府からの布令書を見つけた［9］
，
［10］
（図 7）
．

スと地下鉄の輸送能力の差を埋めるための新公共交通シ

当時は厳原藩（対馬藩）邸であった場所を利用したようでステムの必要性を述べ，候補の一つとして，白梅町から出ある．文献［9］で土山が平成 16 年（2004 年）に資料検索

町柳−銀閣寺間を LRT（Light-Rail Transit）によって結ぶ検により判明と報告している．この場所は三条ロイヤルホ

討結果を報告した．社会交通実験も実施された．再び今出テルの南側で，今は教会がある．行ってみると大変ひっ

川通に電車を走らせるということだ．観光目的が強そうだ

そりしたところで，碑など何の跡も残されていなかったが，どのみち車を優遇しても今の京都の中心部の道路イン（図 8）．いずれにせよ，当時は三条通りが最も栄えていた

フラではこれ以上トラヒックを流せないので，こういう発

ところであったからこの通りの近い場所に通信インフラが想も良いのではないか，と思う．

設置されたというのは理のある話である．

市電の跡はもう見ることはできないが，道路の作りに昔の跡が残っている．最も初期の市電は狭軌単線だった
ので，離合スペースとして木屋町二条や寺町今出川に一部

04 京に宿る通信の神様 ―嵐山，電電宮―

道路幅拡充跡が見られたり，寺町二条角が市電軌道に沿っ

嵐山の渡月橋から少し南に行ったところに法輪寺といた道路の作りになっていることが分かる．平安神宮神苑

うお寺がある．京都人には数えで 13 歳になると詣でる

図668

京都電信電話発祥の碑

図7

明治５年電信開始の布令書（［10］より転載）

図8

西京電信局が設置されたとされる場所（河原町三条上る）付近の現在の風景

通信ソサイエティマガジン No.15［冬号］2010

京都探訪記

図9

電電宮

図 10

電電宮の祭殿

図 11

電電宮のお札という十三参りで親しまれている寺である．参拝後石段る（図 12）．これがまた何かよく分からない，脇にはエを降り切るまで後ろを振り向いてはならぬ，振り向くとジソンとヘルツのレリーフが並んでいる．いわれは脇知恵が落ちるといわれており，私も確か中学に入学するに掲げられていた説明文をそのまま引用したい．曰く，

ころ参拝し，参拝後振り向かず真っすぐ降りた記憶があ…（電気電波の）発展の基を築かれたエジソンならびにる．そこに電電宮という，通信にちなんだ神様が祭られヘルツの胸額を壁面に飾りその功を顕彰すると共に，広ている（図 9，図 10）．とても小さなお宮で，普段はだれく電気電波の発展隆昌に貢献せられた先覚功労者の霊をもお参りしないような静寂なところである．参拝場所脇

慰めるものである ．この塔は法輪寺の門を入ってすぐ右に出展ブースのように貴名受があったのには笑った．

にあり，一応目に留まるが，知っていないと通り過ごす．

いわれを読むと，このお寺の鎮守社五社の一つが電電明

こんな場所に電気通信を祭った神社があるというのは正神といい，古来電電陰陽融合光源の徳を祖とした鎮守とし直驚きである．ただ京都の通信関係者と話をすると，結てあがめられてきたという．幕末の火災で焼失したもの

構知っている人も多く，それにも驚かされる．

の，昭和 44 年（1969 年）に通信関連業界の協力により社

法輪寺自体は，大変趣があり，また嵐山や京都も一望で殿が再興されたそうである．神社横にある護持会会員のリ

きるバルコニーのような場所もあるので，嵐山方面に足

ストには，関西を中心とした通信・ 電機関連の会社が数を向けられた際には，是非一度訪問されることをお勧め

多く名を連ねている．毎年 5 月には電電宮大祭が執り行わする．写真は法輪寺を降りた嵐山の風景である（図 13）．

れ，電気関連企業の発展と安全を祈願する．弊社の社長室にもお札が飾ってある（図 11）．実は大祭に行って取材しようと思っていたら本年は大変な大雨に見舞われ，嵐山渡

05 通信エンジニアの郷愁―寺町電器街の衰退―

月橋で横殴りの雨にずぶぬれになる観光客の姿を昼のテレ

さて私は寺社の集合街である寺町に住んでいるが，ずっ

ビで見てあっさりパスし，別の天気の良い日に訪問した．

と下（しも）に下がり（南に行くことを指す）四条まで行

電電宮の脇には，電電塔と呼ばれるモニュメントがあくと，いわゆる寺町電器街がある．昔は京都で電化製品や

図 12

電電塔の風景街 plus 探訪：京都探訪記

図 13

嵐山渡月橋の風景

図 14

寺町電器街

69

街

探訪

電気パーツはすべてここでそろうといわれ，関係者はみん
なここに足を運んだ．当時はヒエン堂，谷山無線，ニノミ
ヤ無線などが有名だった．調べてみると閉店されていた
り，パーツはもう手掛けていなかったりしていた．近年の大型量販店進出の影響かとは思うが，昔のあの雰囲気がなくなり，秋葉原と同じくオタク系の店が増えてきているのは時代とはいえ，少し寂しい．一方で京都駅前への大型電気店舗進出の勢いが目覚ましく，百貨店やショッピン
グモールなどの商圏を含め，にぎわいの中心が三条，四条から京都駅前に移っていこうとしている．

図 15

鱧の落とし

図 16

鴨川床の様子電器街入口である寺町四条のフジイダイマル角には，
当時銀座に次いでマクドナルド関西第一号店が進出していた．今では当たり前すぎるハンバーガーがもちろん珍しく，多くの人が列を作って食べていた．当時の寺町界
わいのにぎわいの一つだった．それも時代を経て四条向いに移ったが，行ってみると本年 6 月一杯で閉店となっていた．これも時代なのだろう．図 14 は四条側から見た電器街の写真．

06 京都人として皆さんへのお勧めモノ
最後に皆さんに幾つか京都訪問の際のお勧めを短く書いておかねば，と思う．

発酵してくすんだ色をして，酸っぱい．Web では消えゆ
くお漬物との紹介文もあった．
寺 社
これはどこに行って頂いても素晴らしいと思う．観光

食べ物

ガイドに任せたいとは思うが，毎月 25 日に定例で行わもし夏に食されるとしたら皆さん御存じの鱧（ハモ）だれる天神さん（北野天満宮）でのアンティークの出店なろう．白い花のような鱧の落としを梅あえで頂く（図 15）．

どは見ていて楽しい．

錦市場にはずらりと並ぶ．錦はグルメ番組では絶えず登場

床するが，是非訪問されたい．それよりも鯖寿司である．春

5 月から 9 月にかけては，木屋町・先斗町界わいに川の祭りには今でも地域で鯖寿司が出される．高価だが美味

床が出される．鴨川沿いのオープンな空間で京料理を食である．1 本 3 〜 4,000 円するがお勧めする．専門に出べながら飲むのは，東京では味わえない趣向だ（図 16）．

す店も存在する．京都駅の新幹線コンコースでも有名店

実は夏場は夕方といってもかなり暑く，全然気温的にはが販売している．

快適ではないことが多いが，雰囲気を楽しんで頂きたい．

お漬物
すぐき，千枚漬などの乳酸発酵系がお勧めである．こ＊

最近は一見さん でも大丈夫な店が多い．
ラーメン

れらは既に有名であるが，ここではほとんど知られてい京都は言わずと知れたラーメンの激戦地である．特にない同じ発酵系の逸品として，松ヶ崎の菜の花漬（単に一乗寺がすごい．自分の足でいろいろと回ってみるがそ

花漬とも呼ぶ）を紹介したい．実は京都でさえほとんど

れぞれ個性がある．こってりとした風味が割合知られて出回っていない．春先に松ヶ崎の幾つかの農家からやっいるが，一方で背脂醤油味も伝統的に多く，私はそちらと分けてもらえる程度であるが，先の二つ以上に美味しの方が最近は好みである．

い．市内や駅でいろいろと菜の花漬が売られているが，残念ながらこれらは全部緑色の塩漬けである．こちらは70＊ 一見さん：いわゆる紹介なしに店に訪れる客のこと．昔はお茶屋をはじめとして一見さんお断りの店も多かった．

通信ソサイエティマガジン No.15［冬号］2010

京都探訪記図 17

伏見月桂冠酒造周辺の風景

図 18

若狭小浜の風景

法輪寺
電電宮
電電塔

できる．直営店や利き酒ができる店もあって楽しい．昔は京都の酒なんて甘くて…酒は灘に限るなどといわれる

丸太町 NTT

京都駅
桂川

こともあったが，呑んでみるとなかなか旨い．龍馬ゆか
淀川

温 泉
い．鞍馬山山麓や大原に若干の温泉がある．印象は良くないのだが，隣の滋賀県にある雄琴温泉が近郊では割合
まともな湯である．最近有力ラーメンチェーンがスーパ
銭湯をオープンし，にぎわっている．
自転車
路面電車の項でも書いたが，京都は車での移動は不向きである．むしろ自転車での移動が適している．レンタ
サイクルをお勧めする．主なスポットにはレンタル店が存在する．私は京都に来てロードレーサーを購入し，この各所も自転車で取材した．週末は高尾，花脊など北山をめぐる．たまに鯖街道を起点の小浜まで走り，現地で鯖を食するのを楽しみにしている（図 18）．

07 む す び
雑駁ながら，京都で通信や電気に関係する場所を幾つか訪問し，探訪記とさせてもらった．今回訪問し，また調べたことで，意外に自分でも知らなかったことが多く，新鮮な発見だったことが多かった．読者諸兄の参考になれば幸いである．最後に，ここで取り上げた場所の略図を示させて頂く．
街 plus 探訪：京都探訪記

鴨川

寺町
電器街

京阪電車
テ レビカー

りの寺田屋もすぐそばにあり，街全体がクラシカルであ

残念ながら京都とその周辺には誇れる温泉は存在しな

大文字山
蹴上疏水

JR 山陰線
五条

JR
東海道線

比叡山

電信電話
発祥の地

東大路

嵐山

桜・月桂冠など幾つかの酒蔵あるいは蔵跡を見ることがる（図 17）
．

堀川通

愛宕山

伏見訪問をお勧めする．桃山御陵前駅から歩くと，黄烏丸通

酒石清水八幡宮エ ジ ソン碑

図 19

京都略地図

文 献
［1］ はちまんさんとエジソン，http://www.iwashimizu.or.jp/
trivia/edison/edison.htm［2］ http://www.ieice.org/ess/essint/ieice/index-j.html#01［3］ http://www.keihan.co.jp/news/data_h21/2009-03-24-4.pdf［4］ 織田直史，琵琶湖疏水―明治の大プロジェクト―，近江文化叢書，サンブライト出版，1987．
［5］ NPO 災害から文化財を守る会，http://www.bunkaisan.
or.jp/PDF/21.pdf［6］ 京都市交通局，さよなら京都市電，1978．
［7］ http://www.city.kyoto.jp/tokei/trafficpolicy/lrt/houkoku.
html［8］ 電信電話発祥の地，http://hamadayori.com/hass-col/comm/kyoto-denden.htm［9］ 土山年雄，電信の歴史と京都電報局の歴史を年表に見る，京都総合資料館蔵，2004．
［10］ 京都府編纂，京都府百年の資料 七．建設交通通信編，
1972．

大 橋 正 良（正員：シニア会員）
昭 58 京大大学院了．同年国際電信
電話（株）（現 KDDI）入社．KDDI
研究所開発センター部門長を経て，
平 20 から ATR メディア情報科学研究所所長．この間，移動体衛星
通信，IMT-2000，ユビキタスネッ
トワークの研究開発に従事．工博．

71

連載
企画

第2回

ストックホルム

滞在記

京都大学

山本高至

～スウェーデンと日本の高等教育システムの違い～
1. ま え が きKoji Yamamoto

した．給与は魅力的ですが，逆にこの給与を払わないと日本でいう労働基準法違反になるそうで，研究室によっては給与が払「 なぜ教員のあなたが，修士課程の学生の指導にそこまで時えなくて大学院生をクビにせざるを得ないこともあると聞きま間をかけているのですか？ 修士課程の学生に対する細かい指導した．このあたりも日本でいう大学院生とは随分違う印象です．

は，博士課程の学生がすればよいのではないですか？」

給与を得ている大学院生は，その給与に対する義務として滞在し始めてすぐのころに王立工科大学の博士課程の学生に20% の時間を大学での教育活動に充てる必要があります．これ

こう尋ねられたのは，私が京都大学の修士課程の学生の論文をは前述の 4 年間には入っていません．残り 80% の研究活動がかなり細かく添削していたときのことでした．皆様ならこのよ

4 年間ですから，大学院を修了するためには一般的に 5 年を要

うな質問を受けたとしたら，どう答えますか？

するようです．一方，何らかの形で奨学金を受けていて大学か

今回はスウェーデンの高等教育事情を交えつつ，長期滞在してこそ実感することとなったスウェーデンと日本の大学の違いについて執筆したいと思います．また，スウェーデンの通信事らの給与がない大学院生は，前述の教育活動の義務もなく，4年で修了する人もいました．
教育費は基本的に大学院も含めて無料です．ただ，留学して情についても簡単に記します．

きて学位を取ってすぐにほかの国に行ってしまう人もいるのも2. スウェーデンの高等教育システム

事実で，2011 年より非 EU からの学生は有料になるそうです．

スウェーデンの高等教育システムでは，制度上は大学 5 年間，

なお，教育費は無料ですが，大学院生の研究室における居室費用，研究機材の費用，出張費用はだれかが出さなければなりま

大学院 4 年間です．ただ，中身は日本の大学・大学院とは随分せん．日本では，教育費は有料ですが，光熱費を学生が払うと異なるものです．まず，大学 5 年間についていうと，日本のよいう考え方はないと思います．日本では各研究室のスペースはうな教養課程はなく，初めの 3 年間を終えると学士号が取得で決まっていて，固定費用です．一方，王立工科大学ではスペー

きます．続く 2 年間の中の一部が（少なくとも王立工科大学でスを使用するために研究室が大学にお金を払います．多くの大は）研究活動で，修士論文を書き，認められると修士号が取得で学院生がいる場合は，多くのスペースを取るために費用を払っきます．注意が必要なのは，修士課程といっても，少なくともています．私の場合は，渡航費用・生活費は電気通信普及財団

言葉の上では大学院ではないことです．

から出ていましたが，居室費用や出張費用については Wireless

大学院では，半分終わったところで Licentiate 論文を書き，認められると Licentiate という学位が取得できます．そして最＠ KTH という研究センターのプロジェクトに別途申請し，それが認められたため，そこからもらっていました．

後に博士論文を書き，認められると博士号が取得できます．大ちなみに講義についても，講義室代を開講する側が大学に払学院生は，何らかのプロジェクトを資金に大学から給与を得てわないといけません．したがって，受講希望者が少ないとペイいる学生と，例えば国家間の取決めのような何らかのプログラしないため開かれません．講義をする人も，教員だと幾ら，大学

ムで生活費を奨学金のような形で得ている学生に分かれます．

院生だと幾ら，と決まっていて，それは払わないといけませんか

そのどちらかは，入学の時点で決まっているようです．

ら，決められたバジェットの中でだれが講義をするべきかを決め

プロジェクトとしては FP7 のようなヨーロッパ内のもの，国家プロジェクト，企業からの委託プロジェクトまで様々なものがないといけません．そのような議論も研究室のミーティングで行
われていました．

ありました．給与をもらっている学生は，単に試験に通って入学しているというよりは，個々のプロジェクトに採用されるような形で雇われているととらえた方がよいと思います．
王立工科大学の大学院生の月給はあらかじめ決まっており，＊から2009 年の一例だと 23,400 SEK（スウェーデンクローナ）

始まり，研究の進ちょくに応じて 28,500 SEK まで上がっていく仕組みです．エリクソンで働いてから大学院に入ってきたある学生は，収入は若干下がったけれど問題ない，と言っていま＊ 1SEK ＝約 12 円．なお，2008 年秋に約 18 円から約 11 円まで暴落した．

72

大学の自室．廊下との間はガラスなので，中はのぞける．椅子が二つあるのはディスカッション用．

通信ソサイエティマガジン No.15［冬号］2010

Report

12 月初めのルチア祭．サンタルチアを歌っています．

冬至の午後 3 時半．真っ暗で，飾り付けをしたくなる気持ちがよく分かりました．

冒頭の質問を受けたときの回答は，以上のようなことを知っ

2 月になると川が凍って近道ができます．

ソンに就職した人は，標準化に携わる人が多いようです．

ているかどうかで随分変わってくるのではないでしょうか．修

大学院生の給与が一律で決まっているのに対し，ポスドク研

士課程の学生は，スウェーデンでは大学院生ではなく大学生な

究員をはじめとした研究員やプロジェクトマネージャは教授に雇のです．そして，大学生の教育についてはそれに義務を持ってわれていて，その給与は働きに応じて教授が決めるようでした．

いる大学院生が存在しており，必ずしも教員が教育する必要は大学院生のほとんど，特に大学院の後半の学生には，パソありません．むしろ，教員は大学院生がちゃんと教育している

コン，ディスプレイ，ホワイトボードなどのある個室が与えらかどうかを監督する必要があります．大学院生は大学生が行う

れていました．個室といっても壁は薄く，隣の部屋の話し声は修士論文の点数を付ける権限を持っており，これをすれば何点聞こえるようなものです．私を含めた客員研究員，ポスドク研上げるよ，これをしないと点を上げられないよというアメとム

究員も個室を与えられていました．ディスカッションの際にはチを使い分けながら研究をさせ，修士論文を書かせていました．

自分の部屋に呼ぶか，相手の部屋に行ってそのホワイトボード

文字どおりの対応関係，すなわち日本の学士≒スウェーデンを使いながら議論するような形でした．

の学士，日本の修士≒スウェ ーデンの修士，日本の博士≒ス

修士課程の学生は先ほど述べたように大学院生ではないた

ウェーデンの博士，というとらえ方が普通だと思います．確か

め研究室には所属しておらず，修士論文のための研究に際してに講義の内容としてはこのとらえ方でそれほど問題はないと思研究室によくやってきていましたが，部屋の割当はなく，パソいます．一方，研究にどれだけ時間をかけたかだけで判断すれコンのあるスペースにいました．

ば，日本の学士≒スウェーデンの修士，日本の修士≒スウェー

4. スウェーデンの通信事情

デンの Licentiate，日本の博士≒スウェーデンの博士，ととらえることもできると思います．もちろんこのとらえ方は一面にすぎませんが．
また，スウェーデンの博士課程で給与を得ている大学院生は，

日本の通信事情はどのような状況か，という質問に端的に答えるのが難しいのと同様，スウェーデンの通信事情を簡単に説明するのも難しいのですが，一応書いておきます．

日本でいうと，最近はあまり多くはないと思いますが，修士号を

私自身は前回（No.14，pp.74-75）記したとおり，USB タイプ

取った後すぐに助教になり，教育活動を行いつつ博士号取得を目の下り最大 7.2 Mbit/s の HSDPA 無線データ通信端末を使って指す人に近いように感じました．このように一見同じ言葉だけれいました．2008 年時点で，12 か月契約だと契約金が 250 SEK，

ども違うことが存在するというのは，ある程度の期間滞在してみ月額 199 SEK でした．大家さんも有線のデータ通信を解約してないと体感できないことだと感じました．

同じものを使っていたため，それ以外は経験がありません．日本

3. 研究室における学生の構成との音声通話にはスカイプを使いました．携帯電話はプリペイドのものを一応買いましたが，ほとんど使いませんでした．単身赴

私の滞在した研究室には 10 名以上の大学院生が所属してい任だったため，逆に日本から持って行った携帯電話をローミング

ました．その中でスウェーデン人は 1 人のみで，出身国はイタ

し，妻とメールしていました．絵文字を使うために高いローミン

リア，イラン，カザフスタン，中国，トルコ，ニカラグア，パグ代は目をつぶっていました．

キスタン，ルーマニアと多岐にわたっていました．主に他大学

スウェーデンにいる知り合いに現状を聞いた話によると，スで博士号を取った後に任期付きで雇われるポスドク研究員や，トックホルム中心部に近いメインキャンパス近くの学生寮では私のような客員研究員も積極的に受け入れていました．ただ，

10 Mbit/s の DSL で月額 300 SEK．私のいたシスタキャンパ

複数人からなる研究プロジェクトは，例えば宗教や文明といっス近くでは 100 Mbit/s の光ファイバで月額 400 SEK だそう

た文化的な背景の近いメンバで構成されていることが多か っです．

たり，文化的な背景が大きく異なる人からなる比較的大きなグ

5. む

ループをまとめる立場にいるのは大学院生と比べて経験豊富な

すび

ポスドク研究員だ ったりと，ち ゃんと適材適所にしているよ「村上春樹の『ノルウェイの森』の中で，主人公が作っていた

うに感じました．ちなみに，ポスドク研究員や博士号をもうす

料理って何でしたっけ？ 日本っぽいものだったと思うんだけ

ぐ取れる大学院生の歳を聞いてみると，私と同じ 30 歳前後のど」と，ある事務員に聞かれました．皆様ならどう答えますか…．

人が多かったです．博士号取得後の進路は，エリクソンへの就

彼女には後日『村上レシピ』という本を贈ってお茶を濁しておき

職と，自分の国での就職というのが大きな流れでした．エリク

ました．

若者よ！世界にでよう！〜ストックホルム滞在記〜〔第 2 回〕スウェーデンと日本の高等教育システムの違い

73

Reports and Comments

通信ソサイエティからのお知らせ

第 5 回 通信ソサイエティ論文賞～受賞論文と総評 ～通信ソサイエティ編集会議

1. 通信ソサイエティ論文賞について表Best Letter Award のようにカテゴリー別に表彰するなど，本部の論文賞とは異なる観点から優れた論文を年間 11 編まで選定している．選定時期も，表彰時期の関係で通ソ論文賞は本部の論文賞と異なっていた．次年度からは，通ソ論文賞の選定時期
を本部の論文賞と同じ時期（10 月〜翌年 9 月）にするため，今回は特別に 2009 年 4 月から 2009 年 9 月までの半年間に発行された和英論文誌及び和文マガジンに掲載された論文を対象としている．すなわち，新選定プロセスへの移行期ということで，

英文論文誌

和文論文誌

通信ソサイエティ（ 以下，通ソ）では，通ソ論文賞を 2006
年度 に 創設 し，Best Paper Award，Best Tutorial Paper Award，

選考過程における専門分野の傾向
候補論文
候補論文
推薦論文 絞込み 受賞論文 推薦論文 絞込み 受賞論文

専門分野
招待・解説論文（専門分野は特定しない）

6

3

1

ネットワーク

6

3

1

ネットワーク管理・
オペレーション
無線通信技術
アンテナ・伝搬

3

計測・探査

1

電磁環境・EMC

1

1

1

1

1

7

4

1

4

3

1

9

3

2

1

放送システム
基礎理論

1

総

18

計

1

8

2

14

通常の 11 編の半分である 5 〜 6 編を選定することとした．本

込まれた論文については，いずれも新規性，有効性の評価が高稿では，今年度の受賞論文と総評を，和文論文誌，英文論文誌，

く差が見られなかった．しかしながら，受賞論文は論文の読み

和文マガジンの順に述べる．

やすさを表す了解性について抜きん出ており，その評価の差が，受賞に結び付く結果となっている．
優秀論文賞に選ばれた論文は，これまでインターネットによ2. 和文論文誌

るアンケート調査は回答者の匿名性を担保できない方法か，逆2.1 選考手続き及び受賞論文に厳密な電子投票の方式を適用するしかなかったが，本論文で和文論文誌編集委員会では， 選考は，1） 候補論文推薦，はランダム化による匿名化方法に，匿名度という指標を定義し，

2）予備投票，3）審査査読，4）候補論文絞込み（審議），5）候

最良な回答関数を導出する方法を数学的に明らかにしており，補論文選定（投票），6）受賞論文決定（編集委員会）の 6 段階を新規性が高い．更に，これを用いることによって，アンケート経て，通ソ論文賞を選定している．
結果として，本年度は以下の 2 編を受賞論文として選定した．

性も高く評価した．

・優秀論文賞「確率的変換に基づくインターネット調査手法の解析」
田上敦士，佐々木力，長谷川輝之，阿野茂浩，冨浦洋一
Vol. J92-B, No.4 pp.729-740
・チュートリアル論文賞「高分解能到来方向推定のためのアレーキャリブレーション手法」
山田寛喜の際の具体的なパラメータを決定することができ，今後のニーズと，具体的に実施可能な方式を提案しているという点で有効Vol. J92-B, No.9, pp.1308-1321

また，チュートリアル論文賞に選ばれた論文は，アレーアン
テナのキャリブレーション手法について，過去の提案手法や課題・ 問題点等を体系的に論じられており，解説論文として評価できる．更にその課題を解決する手法として筆者らが考案した仮想アレーに基づくキャリブレーション手法の有効性を，シ
W_Bp_KK1_S
ミュレーション及び実験により明らかにしており，有効性の観点からも高く評価した．

2.2 本年度の受賞論文の傾向や特徴

各受賞論文は，内容が整理されており論旨の展開が分かりや表に選考過程における専門分野の傾向を示す．ここで，招すく，論文の要である新規性，有効性，信頼性も明解に記述さ待・解説論文については分野を特定せずに示してある．この表れている．良い論文を読むことは，技術的理解を深めるだけでから分かるように，推薦論文としては，招待論文が多いのはもはなく，良い論文を書くことへもつながる．自ら読まれるだけ

ちろんのことだが，一般では，ネットワークが多い結果となっではなく，是非周りの方々へも御推薦頂きたい．

ている．しかし，その中身を見るとアドホックネットワーク，
センサネットワークなど無線系も含まれており，アンテナ・伝搬などの無線要素技術と合わせて，社会が求めているユビキタ
ス社会の実現への技術といえよう．候補論文として 8 編に絞り

74

なお，和文論文誌では 2000 年以降の各受賞論文を下記 URLから閲覧できる．御活用頂きたい．
http://www.ieice.org/cs/jpn/JB/best.htm

通信ソサイエティマガジン No.15［冬号］2010

Reports and Comments

3. 英文論文誌
3.1 選考手続き及び受賞論文

受賞論文 2）は，ガードトレース導体を用いて不要電磁波放射を低減させる手法を提案し，ガードトレース導体に誘導する電圧分布特性を考慮してガードトレース導体とグラウンド面間に英文論文誌編集委員会では，1）候補論文推薦，2）予備審査，設置するビア位置を吟味することで，より効果的に不要電磁波

3）審査査読，4）候補論文順位決定（投票），5）候補論文選定

放射を抑制できることを解析的並びに実験的に示しており，特（選定委員会），6）受賞論文決定（編集委員会）の 6 段階を経てに有効性の高さが評価された．

通ソ論文賞を選定している．
結果として，本年度は以下の 3 編を受賞論文として選定した受賞論文 3）は，１セル繰返し TDMA システムの上りシングルキャリヤ伝送において，周波数領域でのヌリングフィルタ（掲載順）．

と MMSE ターボ等化器を組み合わせた干渉抑圧アルゴリズム

・Best Paper Award：3 編を提案し，その有効性をシミュレーションにより示したもので，

1）Yohei HASEGAWA and Masahiro JIBIKI, Ethernet Topology
Detection from a Single Host without Assistance of Network
Nodes or Other Hosts, Vol.E92-B, No.4, pp.1128-1136, April
2009.

これまでの筆者らの取組みを中心に関連する技術がよく整理されており，特に了解性の観点から高い評価を得た．
今回の受賞論文を是非御一読頂き，皆様の研究成果を積極的に投稿して頂きたい．

2）Tohlu MATSUSHIMA, Tetsushi WATANABE, Yoshitaka
TOYOTA, Ryuji KOGA and Osami WADA, Increase ofCommon-Mode Radiation Due to Guard Trace Voltage andDetermination of Effective Via- Location, Vol.E92-B, No.6,
pp.1929-1936, June 2009.
3）Chantima SRITIAPETCH and Seiichi SAMPEI, Frequency
Domain Nulling Filter and Turbo Equalizer in Suppressionof Interference for One-Cell Reused Single-Carrier TDMA
Systems, Vol.E92-B, No.6, pp.2085-2094, June 2009.
・Best Letter Award：0 編
・Best Tutorial Paper Award：0 編

4. 和文マガジン
4

4.1 和文マガジン通ソ論文賞の概要及び選定基準
和文マガジン編集委員会は，和文マガジンに掲載された論文（論評・サーベイ論文，解説論文）を対象に選定を行った．
和文マガジンは，その主な読者層として，現場の技術者や学生などを主なターゲットとしていることから，次の 3 点を重視した選定を行っている．
（ア）有効性（読者に有益な情報を与えたか）（イ）読みやすさ（大学卒業程度の知識で理解が容易か）（ウ）分かりやすさ（専門でない通ソ会員の理解が容易か）

3.2 選定過程における専門分野からの分析
今回の選考対象とな った論文の専門分野の傾向を表に示す．
なお，論文，レター，チュートリアルを区別せずこれらの合計数を記載している．

4.2

選定手続き及び受賞論文

和文マガジン編集委員会では，1）対象期間に掲載された全論文に対する第一次審査査読，2）候補論文選定，3）全候補論文

この表から分かるように，最近の論文投稿の傾向同様に無線に対する第二次審査査読，4）候補論文順位決定，5）受賞候補

通信技術が多くを占めている．また，論文賞対象期間内に企画

論文決定（ふさわしい論文がない場合は，選定しない場合があされた特集号の関係で，電磁環境・EMC 分野の論文が多いのもる）の 5 段階を経て，通ソ論文賞候補論文の選定作業を行った．

今回の特徴である．ネットワークと分類されているものは，セン

今回の対象論文は 5 編で，第一次審査の結果，上位 3 編を第サネットワークに関するものであり，放送システムも含め全体

二次審査することとなった．第二次審査の後，編集委員会で議を通して無線に関連する論文の評価が高い傾向にあると言える．

論した結果，2009 年度（移行期）の和文マガジン通ソ論文賞は審査査読結果に基づく編集委員の投票では，独創性の高い論

該当なしとした．

文や，実用性に直結した有効性の高い論文が多くの票を得た．一方で，候補論文はどれも一定の独創性や有効性は備えており，最

4.3

総

評

後に評価を分けたのが，論文の構成や読みやすさ・分かりやす

マガジンで最も重視されるのは，マガジン読者が理解しやすさであった．日本人が英語で論文を書く場合は，日本語で書くといことである．今回の対象論文には，テーマが興味深く，技術き以上に，論理的かつ明瞭に記述するよう注意すべきであろう．

的に優れた論文が存在したものの，過去の受賞論文に比べて記

受賞論文 1）は，はん用スイッチから構成される Ethernet ネッ

述が難しいところが見受けられた．そのため，残念ながらどれトワークにおいて，送信 MAC アドレスを偽装したパケットのも選外となった．

送信と，ICMP echo request パケット送信を組み合わせることに

和文マガジン通ソ論文賞を受賞する論文は，マガジン論文とより，単一ホストからのアクティブ試験パケット送信のみでトしての模範的な論文と位置付けられる．マガジン論文を執筆さポロジーを推定する技術を提案し，テストベッドを用いて検証れる方は，過去の受賞論文を御参照頂き，分かりやすく，かつしたものであり，特にその独創性の高さが評価された．

読者が楽しく読めるような論文を執筆して頂きたいと願う．

第 5 回 通信ソサイエティ論文賞 〜受賞論文と総評〜

75

本を

この

お勧めします―若手の技術者と研究者へ―

Review

01

100 年の難問はなぜ解けたのか― 天才数学者の光と影 ―春日真人 著
日本放送出版協会
2008 年 6 月発行
232 ページ，1,365 円
ISBN：978-4-14-081282-2

されていき，上質の推理小説ごとき展開を見せる．トポロジー（位相幾何学）などの前提知識が一切なくてもすらすらと読むことができ，いったん読み始めるとなかなか途中で止めることができない．そして最後には，ペレリマン博士でなければポアンカレ予想は解明できなかったと確信するであろう．
また，「論文提出の二日前になって，ポアンカレ予想の証明に間違いがあることに気付き，提出を取り下げた」，「祖国に帰って自分に合う女性を探すためにも，
早くポアンカレ予想を解かなければ」など，著名な数

数学上の未解決問題の一つ「ポアンカレ予想」．宇宙学者たちに関するエピソードも興味深い．更に，「なぜの形を示すことにつながる難問が，2002 年，ロシアの難問に挑み続けるのか？」という問いに対する彼らの数学者グリゴリ・ペレリマン博士によって解明された．

答えは，分野の違いはあっても（筆者の場合は才能も），当然，数学界最高の栄誉であるフィールズ賞がペレリ

同じ研究者として共感することも多いのではないだろ

マン博士に与えられることになったのだが，博士は受うか．

賞を辞退して消息不明に…．

研究で大きな壁にぶつかり悩んでいるときや，研究

ペレリマン博士がなぜ受賞を辞退したのか？ そもそに対するモチベーションが下がったとき，更には，なもポアンカレ予想とはどういう難問なのか？ そして，

ぜ研究しなければならないのか？ と自問自答するよう博士がどういうアプローチでこの世紀の難問を解明すなときには，まずは本書を手に取って読んでみて頂きることができたのか？ 本書では，著名な数学者たちにたい，お勧めの一冊である．

（T.T.）

対するインタビューを通してこれらの答えが明らかに

For young engineers and researchers

76

通信ソサイエティマガジン No.15［冬号］2010

Review

02

日本を破滅から救うための経済学

達し，多くの国民や政治家が本当の意味での危機感を再活性化に向けて，いまなすべきこと

況について改めて警鐘を鳴らすとともに，新たな政策

野口悠紀雄 著

提言や日本を活性化するための産業構造転換の必要性

ダイヤモンド社 ，2010 年 7 月発行
316 ページ，1,680 円
ISBN：978-4-478-01407-3

抱いていないように思われる．
著者の野口氏は，破滅の道に突き進む日本の財政状を主張する．日本において財政再建はもはや待ったな
しの状況にあり，このまま放置すると，いずれ激しい
インフレの発生（＝通貨価値の急落）によって，国民生活にしわ寄せがくることを著者は危惧する．また，著者は，「デフレが経済不況の根源的な原因ではなく，日本の国家財政は危機的な状況にあり，平成 22 年

振興諸国との競争による賃金・製品価格の低下に伴う

度末時点において，900 兆円近い長期債務が積み上が製造業の利益低下＝供給サイドの課題」が問題の本質る見込みである．一部の政治家や識者より「日本には，であると説く．更に，あまりに現実離れした経済見通

600 〜 700 兆円近い資産（不動産，金融資産）がある」

しに基づく今後の年金制度についても，その実態と早などの理由で国家財政破綻の可能性を否定する楽観論

期の改革着手の必要性が解説されている．この危機的も提示されている．しかしながら，実際に売却可能な状況の打開に向けて，日本の産業構造を高度知識型へ

固有資産額や今後の高齢化社会の進展を考えると，非転換する必要性を提起し，読む者に，日本経済や財政

常に甘い見通しと言わざるを得ない．いずれにしても，状況の実態認識を改めて問う内容となっている．
（M.M.）

日本の借金総額は，既に現実味のわかないレベルに到

Review

03

超マシン誕生トレイシー・キダー 著
糸川 洋 訳
日経 BP 社 ，2010 年 7 月発行
384 ページ，1,890 円
ISBN：978-4-8222-8432-9

コン市場で大活躍したデータジェネラル社に編成された「超マシン」開発チームを描いたノンフィクション
が本書である．
本書に書かれている開発チームの面々は，一癖も二癖もある職人気質の人々と，強烈な個性のリーダー．
洋の東西を問わず，似たような人々がいるものである．
やる気になった技術者は猛烈な集中力で開発に専念する．時に笑い，時に暴走し，時に燃え尽きる．アーキ
テクチャ，OS，ボード内のマイクロコード，回路設計，実装設計など，各チームのちぐはぐな作業進ちょく，筆者が本書を読んだのは 1982 年，就職を考えてい意見の食い違い，小さな事件，デバッグの苦しみ，すたころであった．当時は別の翻訳（ダイヤモンド社刊）

べてがなんとも熱くリアルだ．時にはゴールの判断すである．掲載の写真，タイトル等は新訳・新装版のもら困難な状況に陥っている．

のである．
初版が発刊されたのは，メインフレームコンピュー

本誌 B-plus の読者なら，昔の開発作業の実情に接し現在の仕事の方法の由来を知ることになるかもしれな

タの簡易版として小型化されたミニコンの成熟期．ユー

い．また，プロジェクトの進ちょく現場にはいろいろ

ザの要望とマイコン市場の急膨張の圧力に押され，ミなリスクが見える．そもそも，開発対象や方向など戦ニコンがスーパーミニコンやワークステーションに移略は適切であったのか．様々な立場から，何度でも読行した時代である．そんな当時，DEC 社とともにミニ

める本である．

この本をお勧めします―若手の技術者と研究者へ―（S.O.）

77

Review

04

国家を騙した科学者―「ES 細胞」論文捏造事件の真相

李成柱 著／裵

淵弘 訳

牧野出版，2006 年 10 月発行
341 ページ，2,415 円
ISBN：978-4-89500-095-6を作成できることが示されており，これにより難病患者に対する再生医療への応用が期待された．それ以来，
黄博士は韓国メディアに連日登場し，「第一号最高科学者」をはじめとする様々な栄誉・多額の研究予算を獲得して，悲願である「ノーベル医学・生理学賞」に最も近い人物として国民的な英雄となった．しかしながら，マスコミによって作られた黄博士の神話は，同じくマスコミによって作られたある「ドキュメンタリー
番組」の取材をきっかけに，音を立てて崩れ落ちていくことになる．

ここ数年，テレビや雑誌で iPS 細胞（人工多能性幹

この論文捏造事件が世界を揺るがす大事件にまで発細胞）の話題を目にすることが多く，その研究成果に展した理由として，本書では「マスコミ」「，科学者倫理」，

対する期待の高さがうかがわれる．一方で，iPS 細胞に「国家と政策」を挙げ，それぞれが担った役割，及び，関する報道を耳にすると，ある一つの事件を思い出す

その問題点を詳細に述べている．特に，東亜日報の元方もいるのではないだろうか．それが，本書で述べら記者である著者が，各マスコミの対応を克明に記してれている「ES 細胞（胚性幹細胞）論文捏造事件」である．

おり，その恐ろしいまでの影響力に驚くことだろう．

この事件は，2005 年 5 月にソウル大学の黄禹錫博

この論文捏造事件の真相・顛末を知り，研究に携わ士が，科学誌「サイエンス」で驚くべき論文を発表しる者として本事件を反面教師とするためにも，ぜひ一たことから始まる．この論文では，年齢や性別に関係度は読んでおきたい一冊である．

（T.T.）

なく，あらゆる患者に合わせて「患者適応型 ES 細胞」

Review

05

Diﬀerential Games
Rufus Isaacs
Courier Dover Publications ，1999
408 pp.，$14.10
ISBN：978-0-4864-0682-4

本書の著者は，1914 年，第一次大戦の年に生まれた．本書の前書きには，海軍分析センター主任科学研究員が寄稿している．著者自身の前書きを見ると，米国のランド研究所のほか，当時のソビエト連邦でも同様の研究が出版されていたようである．
「秘めた空戦」など日本の戦闘機パイロットの手記にも，航空機や兵器の性能を配慮してうまく接近方法を選べば高性能な相手機にも銃弾を 3 発程度当てられると概算する場面があった．
筆者にとって，微分方程式は電気回路や電磁界を解

本当に，世の中にはいろいろなことを考える人がいくためのものであった．しかし，本書では，効率的にて，いろいろな本が書かれているものである．筆者が目的を達成しつつ生き残るための手段であり，こんな本書を手に取った第一印象である．本の表紙を見ると，使い方があったのかと驚かされる．

普通の微分幾何学の本に見えるかもしれないが，開けてびっくり．

本書との出会いは，目的の書籍売り場への途中で「微分」と「ゲーム」という不思議な表題の取り合わせの目次を見ると，戦闘ゲーム，移動体を相手にするゲー

背表紙が目にとまったことであった．いつもとは違う

ム，追撃ゲーム，戦略，空中戦，砲撃，計画，ミサイ

分野の本を手に取るという小さな一歩が，驚くような

ルの最適経路など，本書を手に取るまではおよそ微分思考と出会う機会を与えてくれた．

（S.O.）

方程式との関係を考えたこともなかった項目が並ぶ．

78

通信ソサイエティマガジン No.15［冬号］2010

お熱いのがお好き
通信ソサイエティ和文論文誌編集委員長

通信ソサイエティマガジン読者の皆様の中には論文誌に投稿される方も多いかと思います．和文論文誌
編集委員会では熱い議論の末に論文の採否が決まります．一つの論文審議（採否の判定）に 30 分以上費やすことも珍しくありません．
ここでは和文論文誌編集委員会での熱い議論の一端を紹介したいと思います．

山里敬也

後のお酒の席へも持ち込まれます．こうなると，ほぼエンドレスですね．
編集委員会の後半は，論文賞の選定など，論文審議以外の案件を議論します．
ところで，皆様は，論文投稿時に参照する専門分野
分類表が改定されたことにお気づきでしょうか．この議論も熱かったので紹介したいと思います．

和文論文誌 B は 1968 年から一度の休刊もなく発行

きっかけは昨年 9 月の通ソ編集会議で示された企業

しています．恐らく第 1 号から続いていると思いま

向け学会価値向上策に関するアンケート結果でした．

すが，現在も 8 月と 2 月のメール審議を除くと，毎早速和文論文誌編集委員会へ持ち帰り，議論しました．

月フェースツーフェースで論文の採否を審議していまもっとも 9 月は簡単な紹介だけで，本格的に議論を始す．委員会は総勢 28 名の編集委員と編集委員長，編めたのは 10 月からです．アンケート結果にある種々

集副委員長で構成されています．どなたも通信分野のの改善意見にこたえるべく，様々な案を出し合い，そ一流の研究者ばかりです．

れらを議論しました．その中で最終的に残ったのが専各編集委員は 3 〜 5 編の論文を担当し，担当論文の門分野分類表の改定です．

状況を編集委員会に報告します．具体的には査読委員

そこからは早かったです．まず，11 月委員会で過の割当状況及び査読の進ちょく状況の報告，また査読

去 5 年分の専門分野別の投稿状況及び掲載論文のキーが終了したものについては査読報告の中身を吟味し判ワードの動向について調査しました．この結果をベー

定案を報告します．ここで，二人の査読委員の査読結スに，改定ポリシーを決め，それぞれの専門分野の改果が異なる場合は，その論文の採否について編集委員

定案を作成する編集委員を決定しました．そして 12

全員で議論します．例えば，査読者の一人が採録，も月委員会では，専門分野ごとの詳細な議論の後，改定

う一人が不採録と判定した場合です．担当編集委員は案を決定しました．1 月には英文論文誌編集委員会及論文概要を説明した後に，二人の査読結果，そして担

び各研究会へ照会をかけ，その後，再改定案に対して

当編集委員としての判定案を述べ，審議に入ります．

のやり取りを数回経て，今年 6 月の通ソ編集会議で最この論文審議に委員会の半分以上の時間を費やしま

終決定しています．この改定では英文論文誌編集委員

すが，これが熱いのです．

会，特に幹事団の皆様，通ソ編集会議の皆様，各研究

例えば次のような論文審議がありました．この論文

会幹事団の皆様，そして事務局の方々には大変お世話

では，昔からある技術について新しい解法を見いだしになりました．この場をお借りして感謝申し上げます．

た，と著者は主張しています．その査読結果が割れまそれにしても編集委員の熱意には感心します．改定

した．一人は高い評価を与え，もう一人は厳しい評価

するぞ，と決めてからたった 2 か月で第一次案ができです．あらかじめお断りしておきますが，議論になりたのであります．

そうな論文については，通常，エース級の査読委員に査読をお願いしています．

以上のように和文論文誌編集委員会の議論は熱いのですが，なぜだと思いますか．

当然のことながら議論は白熱します．まず，専門分

それは，投稿論文に書かれている研究内容のレベル

野の近い編集委員から見解が示されます．それを聞いが高く，審議する側が真正面から受け止めてしっかりた専門分野の異なる編集委員からも（きっと専門を超と判断しないといけないからです．査読者のコメント

えた直感が働くのでしょう）活発な発言が出てきます．

が素晴らしく，ずばり的を射ているからです．これら

ベテラン編集委員はタイミング良く的確なコメントをに啓発され，触発されるので，思わず発言せずにはい述べます．しばらくすると全員のコンセンサスができられなくなるのです．

てきます．そして最後は「石を拾うことを恐れて宝石を見落とすことを避ける」との編集ポリシーに照らして，採否の判定を行います．
通信ソサイエティマガジン［2009SUMMER］
議論が白熱すればするほど，この議論は編集委員会

どうか，この熱き方々の胸の内をくみ取って頂き，
どんどん論文投稿して下さい．
お熱いのをお待ちしております．
79

from EDITORS
忙しくて〈B-plus〉を読む時間がないという方も，仕事の合間にパラパラと目を通して頂ければ，きっと一服の精力剤のように元気がもらえる記事に出会えるのではな
いかと思っています．記事を書くのも人，記事を編集するのも人，そして記事を読むのも人で，人と人との出会いの場を提供する，そんな人間くさい，わくわくするような楽しいマガジンになればと願っています． （N.K.）
人は昔から新しい材料を求めていた．それは錬金術．
メタマテリアルは，構造を工夫することにより新しい特性を求めたもの．グラフェンはノーベル物理学賞をもたらす．レアメタルを使わないモータなど，科学技術の進
歩には，夢の材料が欠かせない．出でよ，新元素，新材料．
（M.T.）
本年より，大学という新たな職場で教育・研究職に従事するようになり，学生の学習意欲の低下問題，学力格差への対処問題，等々があることを改めて実感しています．課題は山積していますが，将来の日本のためにも，次世代を担う学生の意欲を少しでも引き出していけるように工夫していく必要があると感じています．
（M.M.）「技術と制度のおはなし」という連載が始まりました．
研究の成果である「技術」が実際に通信や放送に使われるためには，標準化，制度化というプロセスが欠かせません．研究を進める際にはこれらを意識しておくことも必要だと思います．この連載が標準，制度を考えるきっかけの一つになればと期待しています．
（H.O.）
歳をとるたびに１年が短くなっていきます．師走になると忘年会でお酒に呑まれながら「この１年何ができたのかな？」と自問自答するのが恒例になってきました．その歩みは遅くとも，科学技術同様年々進歩しなければい
けないな，と反省する季節です．
（H.S.）
今年度から編集委員を仰せつかり，初仕事として「開発物語」を担当致しました．学生時代に PC-8001 を
10 回ローンで購入し，BASICとZ-80 マシン語で深夜までプログラミングしていたことを懐かしく思い出しました．その PC-8001 を開発された方々の御苦労（特に，
米国 Microsoftとの BASIC 開発で苦労されたお話など）を，感慨深く知ることができました．
（J.A.）
ブラジルで開催された国際会議に参加しました．南米といえば，日本の方式の地上デジタルテレビ放送が話題になっています．そこで，日本のケータイでワンセグが見られるかという期待を持ちましたが，やはりだめでした．チャネルの違いだけではなく，映像や音声の符号化方式も異なっているようです．
（H.T.）
2010 年ももう終わりです．日々の仕事に追われていると，1 年はあっという間で，自分自身を振り返る余裕もないかもしれません．でも，学会の中では，50 年先くらいの未来技術を語り，子供たちなど将来を支える世代に夢を見せてあげたいです．
（H.S.）

2010 年 11 月 25 日 印刷 2010 年 12 月 1 日 発行

Editorial Board
編 集 委 員 長 山崎克之
編集副委員長 菊間信良   山岡克式
編 集 委 員 赤埴淳一   朝香卓也   岩井誠人
小瀬木滋   小野文枝
河東晴子   佐波孝彦
関屋大雄   高橋応明
戸出英樹   西本 浩
ベンジャブール・アナス
南 憲一   三宅 滋

  翁長 久  清水 聡  橘 拓至  長谷川輝之  馬杉正男

大槻知明
神尾享秀
庄木裕樹
辻 宏之
濱辺孝二郎
松田崇弘

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2011 年春号（第 16 号） 2011 年 3 月 1 日 発行
小特集

電気電子情報通信分野でのワーク・ライフ・バランス実現に向けて私の技術者歴石川

子どもに教えたい
通信のしくみレーダのしくみ

開発物語

日本語ワープロが製品化されるまで

宏

本誌の愛称は「B-plus」，正式名称は「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．

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星々からのメッセージ【高 橋 応 明】（正員：シニア会員）

写真左は，アメリカ，ハワイ島の標高 4,205m マウナ・ケア山山頂にある日本の国立天文台ハワイ観測所すばる望遠鏡である．これは，8.2m もある世界最大の一枚鏡望遠鏡である．右の双子は，アメリカのW. M. ケック天文台である．この周りは，ほかにもミリ波干渉計などの様々な天文施設がある．
ここに来るには専用の道路を四輪駆動車に乗って来るのだが，2,775m のオニヅカ・ビジターセンター（スペースシャトルの事故で亡くなったオニヅカ氏の名を冠している）までは勾配も肉体的にも余裕がある．
しかし，その後は急勾配になり一気に駆け上がるため，高山病にかかる人も出，「昴」を歌う余裕はない．

通信ソサイエティマガジン編集委員会では「通信のある風景」をテーマに写真（電子ファイル（jpeg）あるいはプリント），
タイトル，
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