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ポリアレーンを基盤とした二次元配列遷移金属クラスターの研究

本研究では多環式芳香族化合物に二次元展開するπ共役製面を利用して、各種金属フラグメントの配列方法の確立を目的とした.広域に展開するπ共役製面のモデルとして18π系四環式芳香族化合物であるトリフェニレンを用いて、高い置換活性が期待されるとともに多くの触媒反応の活性種であると考えられている(1,5-シクロオクタジエン)ルテニウム(0)フラグメントを導入したところ、導入方法および導入条件により、単核、二核および三核クラスター[Ru(1,5-CODI]_n,(triphenylene)(n=1-3)がはじめて生成した。これらの事実は、18π系芳香族化合物であるトリフェニレンが、6π、12πおよび18πと段階的に電子供与を行う事が可能であり,多環式芳香族化合物のすべてのπ電子が金属フラグメントとの結合に使用可能であることを実証している。また、本研究ではプロトン存在下においてきわめて容易に(シクロオクタジエン)(シクロオクタトリエン)ルテニウム(0)と多環式芳香族化合物との反応が進行し、カチオン性多環式芳香族化合物が生成し、ヒドリドとの反応により0価錯体へ誘導することも可能である事が明らかとなった。これまで合成が困難であった多環式芳香族化合物を持つ錯体が自在に合成できることが明らかとなったことから、アセン系およびアフェン系多環式芳香族化合物を配位子とする錯体を各種合成し、異なる多環式芳香族化合物を添加することにより配位子交換反応を行い、熱力学的な相対的安定性を評価した。その結果、アセン系化合物よりアフェン系化合物が安定であり、非配位芳香環の芳香族安定化が錯体の安定性に寄与していると結論した.本研究では多環式芳香族化合物に二次元展開するπ共役製面を利用して、各種金属フラグメントの配列方法の確立を目的とした.広域に展開するπ共役製面のモデルとして18π系四環式芳香族化合物であるトリフェニレンを用いて、高い置換活性が期待されるとともに多くの触媒反応の活性種であると考えられている(1,5-シクロオクタジエン)ルテニウム(0)フラグメントを導入したところ、導入方法および導入条件により、単核、二核および三核クラスター[Ru(1,5-CODI]_n,(triphenylene)(n=1-3)がはじめて生成した。その結果、アセン系化合物よりアフェン系化合物が安定であり、非配位芳香環の芳香族安定化が錯体の安定性に寄与していると結論した.本年度の研究では、電子材料などへの応用が期待される遷移金属フラグメントの2次元配列を期待して、ポリアレーン上に遷移金属フラグメントを配列するための方法論の開発を行った。ポリアレーンのモデルとしてトリフェニレンを用いたとき、ルテニウム(0)フラグメントをトリフェニレン上に、1つ[Ru(1,5-COD)(η^6-triphenylene)]、2つ[[Ru(1,5-COD)]_2(μ-η^6:η^6-triphenylene)]および3つ[[Ru(1,5-COD)]_3(μ-η^6:η^6:η^6-triphenylene)]選択的に導入することに成功し、トリフェニレンが6π、12πおよび18π電子供与体として働き、最大ですべてのπ電子にルテニウムフラグメントを導入可能である事が明らかとなった。これらの錯体は、X線結晶構造解析、元素分析、NMRなどにより同定した。これらの錯体において、ルテニウムフラグメントは可逆的に移動させることができることも明らかとなった。また、トリフェニレンを基盤としたルテニウム-クロム異種金属クラスターの合成も可能であり,[[Ru(1,5-COD)][Cr(CO)_3](μ-η^6:η^6-triphenylene)]も新規に合成する事ができた。この錯体においても、ルテニウムフラグメントが可逆的にアレーン間を移動することが明らかとなった。これらの研究成果により、アメリカ化学会Organometallics誌に論文が掲載されるとともに、日本化学会第86春季年会においてB講演1件、一般講演1件の学会発表を行った。本研究の推進のためには、多環式芳香族化合物に遷移金属フラグメントを結合させる必要があるが、そもそも多環式芳香族化合物を配位子に持つ遷移金属錯体の合成は限られており,これらを容易に合成するための方法が来開拓であった。

そこで平成18年度の研究では、まず、これらの合成方法の開拓を行った。1980年代にフランスのTkachenkoらが(シクロオクタジエン)(シクロオクタトリエン)ルテニウム(0)とブレンステッド酸の反応を研究しており、ベンゼンを溶媒にした際にはベンゼン錯体が高収率で生成することが報告されていた。我々はこの報告に着目し,ヘキサフルオロリン酸の存在下において(シクロオクタジエン)(シクロオクタトリエン)ルテニウム(0)と多環式芳香族化合物との反応を行った.その結果、室温において極めて容易に、従来合成が困難であった各種カチオン性多環式芳香族化合物[Ru(η^6-polycyclic arene)(1-5-η^5-cyclooctadienyl)]PF_6が合成できることが明らかとなった。また、さらにこれらの錯体とヒドリドとの反応により0価錯体へ誘導することも可能である事が明らかとなった。これまで合成が困難であった多環式芳香族化合物を持つ錯体が自在に合成できることが明らかとなったことから、アセン系およびアフェン系多環式芳香族化合物を配位子とする錯体を各種合成し、異なる多環式芳香族化合物を添加することにより配位子交換反応を行い、熱力学的な相対的安定性を評価した。その結果、アセン系化合物よりアフェン系化合物が安定であり、非配位芳香環の芳香族安定化が錯体の安定性に寄与していると結論した.この結果は、アセン系化合物が金属フラグメントへの6π配位によって非配位芳香環の芳香族性が失われるのに対し、アフェン系化合物は、金属フラグメントへの6π配位の後にもなお、非配位芳香環に芳香族性を有することに由来し,アフェン系化合物のトリフェニレンの場合には、6π、12πおよび18π配位と逐次的な反応により、最終的にはすべて芳香環で金属フラグメントに配位可能なこととよい整合性を示した.
グラフィクスとカンドル理論の観点からの４次元トポロジーの研究

種数2のレフシェツ・ファイバー束と呼ばれる4次元多様体の構造を表す手法として、グラフィクスを用いる方法(チャート表示)を導入し、それを用いて種数2のレフシェツ・ファイバー束の安定化定理を得た。この定理は、D. AurouxやB. SiebertとG.Tianによる安定化定理を拡張する形になっている。カンドルに「よい対合写像」という付加構造を与え、対称カンドルの概念とそのホモロジー理論を導入した。それを使えば、向き付け不可能な曲面でも定義が可能な不変量が構成でき、3重点数の評価などに応用できる。種数2のレフシェツ・ファイバー束の安定化に関する定理を整理し、平成22年3月に広島大学で開催された研究集会「Branched Coverings, Degenerations, and Related Topics 2010」で、その内容を口頭発表した。5つの基本的な種数2のレフシェツ・ファイバー束の族から適当な個数を選んでファイバー和をとれば、任意の種数2のレフシェツ・ファイバー束が、それら基本的な5つのレフシェツ・ファイバー束のファイバー和になるという安定化定理とその際に必要なファイバー和の個数に関する評価式を与えている。グラフィクス(チャート表示法)を用いて種数2のレフシェツ・ファイバー束を記述し、その変形を用いて証明される。論文としてまとめるには、さらにブラッシュアップが必要であり、それは次年度へ継続する。平成21年11月12日11月14日に河内明夫(連携研究者)、金信泰造(連携研究者)の協力のもとで国内外の研究者を集めた研究集会「Intelligence of Low Dimensional Topology」を大阪市立大学で開催し、研究集会の報告集を作成した。また、平成22年1月18日1月20日に広島大学で、研究集会「4次元トポロジー」を開催した。ここで、対称カンドルの表示(生成元と関係式によって対称カンドルを表す。)と曲面結び目の基本対称カンドルについて口頭発表を行った。平成22年3月5日3月7日に名城大学で、研究集会「Spring Workshop 2010 on Low-Dimensional Topology and its Ramifications」を開催した。講演と討論で、ラスムッセン不変量と4次元空間内の曲面である結び目コボルディズムの関係や対称カンドルを用いたハンドル体絡み目不変量に関して、グラフィクスとカンドル理論の観点からの4次元トポロジーの研究の情報が整理できた。前年度からの継続である種数2のレフシェツ・ファイバー束のモノドロミーをグラフィクス(チャート)を用いて記述する方法とその応用として得られた安定化に関する定理を完成させて論文にまとめた。これについて平成22年9月にメキシコで開催された国際会議で特別招待講演を行った。チャート表示によって、これまで複雑であったモノドロミーの計算を図形の変形という簡単な操作で行うことができるようになった。このアイデアは高い種数にも適用することができ、汎用性がある。安定化に関する定理は、特別な場合として、B.SiebertとG.Tianの定理およびD.Aurouxの定理を含んでおり、種数2ではもっとも一般的なものとなっている。カンドルの一般化であるバイカンドルについて、カンドルからある操作(「ツイスト」と「標準ツイスト」という)を行うことでバイカンドルを得る方法を考案した。これは、カンドルとある条件を満たす2つの自己同型写像が与えられると、そこからバイカンドルを構成する方法である。2つの自己同型が恒等写像である場合は、Bourgoinが提唱した「ねじれ結び目群」という概念にバイカンドルとしての解釈を与えることになる。ねじれ仮想3葉結び目が仮想結び目ではないことをバイカンドルによる彩色数の議論のみで証明することができる。平成22年11月に広島大学で研究集会「4次元トポロジー」を開催し、レフシェツ・ファイバー束など4次元トポロジーの意見交換を行った。特に、R.I.Baykur氏と種数1のブロークン・レフシェツ・ファイバー束のモノドロミーに関する共同研究行い、ある条件のもとでモノドロミーの分類を行った。平成23年1月に広島大学で国際会議「The Seventh East Asian School of Knots and Related Topics」を開催した。前年度より引き続いて種数2のレフシェツ・ファイバー束を、グラフィクス(チャート表示法)を用いて研究する手法について考察を行った。関連研究者との意見交換によって、高い種数のレフシェツ・ファイバー束の研究に対してもチャート表示法が有効となりうることが分かってきた。特に、D.Auroux等により研究されているレフシェツ・ファイバー束の安定化に関する定理に、より明快な別証明や定理の一般化が期待されるが、これについては次年度以降に検討する必要がある。また、前年度より、種数1のブロークン・レフシェツ・ファイバー束のモノドロミーに関する研究行い、ある条件のもとでモノドロミーの分類を行っていたが、完全な形での分類には至っていない。

カンドルの一般化であるバイカンドルについては、曲面結び目のダイアグラムから基本バイカンドルが矛盾無く定義されることを確認した。広島大学の大学院生により、chダイアグラムと呼ばれる結び目ダイアグラムに近い表示法から曲面結び目の基本バイカンドルを得る方法へ繋がった。これは今後、曲面結び目の(バイ)カンドル彩色やコサイクル不変量の研究に役立つと期待される。また、カンドルの2重化を用いて、仮想結び目のバイカンドルによる彩色、ツイスト仮想結び目のバイカンドルによる彩色が可能となる条件を与えることに成功した。これはプレプリントとしてまとめ、平成23年10月に米国イリノイ大学のセミナーで発表及び意見交換を行った。平成23年5月に京都大学数理解析研究所で低次元トポロジーに関する研究集会「Intelligence of Low Dimensional Topology」を組織委員として開催し、平成23年11月に広島大学で研究集会「4次元トポロジー」を組織委員・世話人として開催して、4次元トポロジーの意見交換を行った。レフシェツ・ファイバー束の研究にグラフィクス(チャート表示法)を用いる手法の開発を継続し、超楕円的レフシェツ・ファイバー束の場合に、ファイバーが一般種数の場合でも比較的扱いやすく、安定化の議論などにも十分利用できるチャート表示法を与えることができた。平成24年度に原型ができていたものを、25年度は遠藤久顕氏との共同研究により国際会議で口頭発表(遠藤久顕氏により発表)し、その報告集として査読付きの学術雑誌(Topology and Its Applications)に掲載が受理された。基本となる5種類の超楕円的レフシェツ・ファイバー束を定め、その内の0型レフシェツ・ファイバー束を何個かファイバー和をとることで、任意の超楕円的レフシェツ・ファイバー束が基本超楕円的レフシェツ・ファイバー束のファイバー和として実現できること(安定化定理)が明確に示すことができた。これは研究代表者がこれまでに開発した種数1および種数2のレフシェツ・ファイバー束の安定化定理を自然に拡張するものである。前年度から引き続いて、正則な特異2次元ブレイドのチャート表示について平成24年1月に国内の研究集会で口頭発表したが、そのまとめを行った。正則な特異2次元ブレイドを正則表示というチャート表示の一般化を用いて表し、その際の基本変形を与えた。平成25年11月に米国ルイジアナ大学ラファイエット校で開催された国際研究集会で口頭発表した。3次元ブレイドに関してグラフィクス(チャート表示法)を導入して、平成25年11月に米国カリフォルニア大学リバーサイド校で開催されたアメリカ数学会の研究集会で口頭発表した。平成25年5月に京都大学数理解析研究所で研究集会「Intelligence of Low-Dimensional Topology」を組織委員として開催し、平成25年11月に広島大学で研究集会「4次元トポロジー」を組織委員・世話人として開催して、4次元トポロジーの意見交換を行った。高い種数のレフシェツ・ファイバー束の研究にグラフィクス(チャート表示法)を用いる研究を行った。
多角的アプローチに基づくニーマンピック病C型の脂質代謝異常機構の解明

本年度は、(1)ニーマンピック病C型(NPC)に特徴的な脂質の解析に関する検討、(2)細胞内異常代謝の局在に関する検討、(3)脂質代謝の変動解析を進めた。(1)ニーマンピック病C型に特徴的な脂質の解析に関する検討:既報で報告されていた未知脂質について、官能基特異的誘導体化を用いた構造式の絞り込みや、最新式のタンデム質量分析に基づく構造解析によって、構造式の絞り込みを行った。その結果、1つの構造式を推測するに至った。化合物の有機合成と血液を用いた同定作業も行った結果、新規脂質であると同定するに至った。(2)細胞内異常代謝の局在に関する検討:細胞内小器官の蛍光染色試薬を各種検討し、正しく細胞内小器官をトレースできることを確認した。次いで、PDMSやガラスなどの各種素材を元にした、分画用マイクロチャネルデバイスの作製に着手した。細胞の通過が可能であることを確認した。(3)脂質代謝の変動解析:抱合型コレステロール代謝物について、測定法を構築し、それを基に診断性能評価を行い、尿を用いたNPC診断が可能であることを見出した。また、メタボロミクス解析手法を用いて、NPC患者血液中の網羅的な脂質類解析を行い、健常人と異なるプロファイルであることを見出した。前述の研究実績の概要に示した通り、計画した研究内容3項目のいずれにおいても、順調にデータが得られておりため。当初の計画通り進める予定である。(1)ニーマンピック病C型(NPC)に特徴的な脂質の解析に関する検討については、予定した内容がほぼ完了しており、この進捗で十分当初の計画を遂行したと言える。(2)細胞内異常代謝の局在に関する検討に関しては、生化学的な手法についてもより多くの検討を加え、詳細な解析を続ける予定である。(3)脂質異常代謝の解析についても、継続的に網羅的な脂質解析を続けることで、より多くのデータを取得予定である。
マイクロ・ナノマシニングによる光通信用可変フォトニックデバイスの研究

フォトニック結晶の格子構造をMEMSにより可変にすることで,光波の伝搬を制御できる光スイッチを試作し,動作特性を測定した.自立したフォトニック結晶スラブ構造を空間的に分割して製作し,静電アクチュエータにより導波路の結合を変更する方式を試作した.設計においてはFDTD法による数値解析を行った.可動スラブと固定スラブの間隙の最適値等を求めた.SOIウエハを用いて2次元フォトニック結晶導波路を製作した.電子線描画により400nm周期で300nm穴径の結晶パターンを転写した.高速原子線および高密度プラズマにより結晶の空孔を高いアスペクト比でエッチングした.これらのデバイスの製作に欠かせない犠牲層のドライエッチングを実現するため,フッ化水素水の蒸気によるエッチング装置を最適化した.アクチュエータとして平行平板とくし型の2種類の静電方式を製作した.設計と加工装置と条件の改良により,フォトニック結晶とMEMSアクチュエータの製作を可能にした.試作したデバイスの動作を赤外線カメラで観察し,精度よく製作されていることを確認した.スイッチ動作に伴い,散乱光が変化しており,動作が確認された.透過光量の電圧依存性を測定した.180Vで最も透過光量が下がり遮断状態に対応する.さらに電圧を上げてアクチュエータの駆動距離を増加させると逆に空隙を通して透過光が増加する特性が得られた.このような特性は理論計算からも説明できた.横方向に移動するくし型アクチュエータを組み込んだフォトニック結晶スラブスイッチを試作し,光透過を確認した.このように,フォトニック結晶スラブ導波路にMEMSアクチュエータを組み込んだ可変デバイスの試作に成功したフォトニック結晶の格子構造をMEMSにより可変にすることで,光波の伝搬を制御できる光スイッチを試作し,動作特性を測定した.自立したフォトニック結晶スラブ構造を空間的に分割して製作し,静電アクチュエータにより導波路の結合を変更する方式を試作した.設計においてはFDTD法による数値解析を行った.可動スラブと固定スラブの間隙の最適値等を求めた.SOIウエハを用いて2次元フォトニック結晶導波路を製作した.電子線描画により400nm周期で300nm穴径の結晶パターンを転写した.高速原子線および高密度プラズマにより結晶の空孔を高いアスペクト比でエッチングした.これらのデバイスの製作に欠かせない犠牲層のドライエッチングを実現するため,フッ化水素水の蒸気によるエッチング装置を最適化した.アクチュエータとして平行平板とくし型の2種類の静電方式を製作した.設計と加工装置と条件の改良により,フォトニック結晶とMEMSアクチュエータの製作を可能にした.試作したデバイスの動作を赤外線カメラで観察し,精度よく製作されていることを確認した.スイッチ動作に伴い,散乱光が変化しており,動作が確認された.透過光量の電圧依存性を測定した.180Vで最も透過光量が下がり遮断状態に対応する.さらに電圧を上げてアクチュエータの駆動距離を増加させると逆に空隙を通して透過光が増加する特性が得られた.このような特性は理論計算からも説明できた.横方向に移動するくし型アクチュエータを組み込んだフォトニック結晶スラブスイッチを試作し,光透過を確認した.このように,フォトニック結晶スラブ導波路にMEMSアクチュエータを組み込んだ可変デバイスの試作に成功した研究の目的は,マイクロアクチュエータによる可変機能を組み込んだ光通信用デバイス(光スイッチ,減衰器,ブラッググレーティングフィルタ,フォトニック結晶フィルタ,)の研究を行うことである.フォトニック結晶では禁制帯のすべての波長を伝播させないので、この領域で強い反射を生じる。欠陥を導入することで導波路を実現できるが、導波路中に格子を再生することで、光波の伝播を制御できると考えられる。MEMSによる格子の再生方法を提案し、プロセスを設計した。設計においては、FTDT法による数値解析を行い、36周期の格子を再生することで高い光阻止機能が実現できることを明らかにした。これを利用してマイクロ光スイッチが実現できる。本年度は上記の理論解析に加えて電子線描画装置と低圧化学気相体積装置を用いて、二次元フォトニック結晶導波路を製作した。製作においては気相からSiO2薄膜を堆積し、犠牲層とした。さらにポリシリコンの薄膜を堆積して導波層を製作した。電子線描画によりサブ波長周期の結晶パターンを転写した。高速原子線および高密度プラズマにより結晶の空孔を高いアスペクト比で実現した。さらに穴埋め型の格子欠陥導波路再生のための静電マイクロアクチュエータを試作した,数10nmの極めて薄い犠牲層のエッチングを実現しアクチュエータの駆動を確認した.研究の目的は,マイクロアクチュエータによる可変機能を組み込んだ光通信用デバイス(光スイッチ,減衰器,ブラッググレーティングフィルタ,フォトニック結晶フィルタ,)の研究を行うことである.フォトニック結晶では禁制帯のすべての波長を伝播させないので、この領域で強い反射を生じる。MEMSアクチュエータとフォトニック結晶を組み合わせた構造として,カンチレバーにより欠陥を導入する方法と静電アクチュエータによりスラブ導波路を上下させる方法を設計,製作した.これらのデバイスの製作に欠かせない犠牲層のドライエッチングを実現するため,フッ化水素の蒸気によるエッチング装置を製作し,エッチング特性を調べた.どちらの構造においても,試作を繰り返し,MEMSアクチュエータによる動作を確認できた.

今後光学特性の測定を目指す.同じくサブ波長格子の共鳴効果を利用したフィルタの研究にも着手した.理論解析により,クラッドを持たない自立シリコン格子であっても共鳴による導波モードフィルタ効果が生じることを明らかにした.この構造を利用した波長可変フィルタを実現するため,設計を行った.またMEMSアクチュエータにより周期を可変にする仕組みを導入するため電子線描画と通常のフォトリソグラフィを組み合わせる設計を行い試作した.共鳴効果による反射を確認した.また,光減衰器も試作しでいるが,ミラーの傾きを変えるために新しいくし型アクチュエータを設計し試作した.また,外部共振器を用いた集積光学系による波長可変レーザを実現するため,ウエハの折り曲げとマイクロミラーを組み合わせた構造を設計試作した.研究の目的は,マイクロアクチュエータによる可変機能を組み込んだ光通信用デバイスの研究を行うことである.具体的にはサブミクロンで深い加工のできるマイクロマシニング技術を用いて波長より小さいあるいは同程度の周期構造し.マイクロアクチュエータを組み込み,周期を可変にすることで波長選択性のある新しい光素子を開発する.これまでの結果に基づき,SOIウエハから構造を作成した.具体的には,マイクロアクチュエータを組み込んだフォトニック結晶スイッチを製作した.スラブ型二次元フォトニック結晶で3連の自立構造を製作した.特にSOIウエハのエッチングに気相HFを用い,自立層を実現した.また導波モード共鳴格子にくし型静電マイクロアクチュエータを組み込んだ選択波長可変の光フィルタを製作した.Si格子層厚さが200nmで,格子周期は600nmから715nmまで変化させることができた.スペクトル測定から,共鳴効果を確認し,その波長がマイクロアクチュエータにより変化できることを示した.さらに,サブ波長構造による可変マイクロレーザを提案し,これを実現するために,マクロ色素レーザを製作した。導波モード共鳴効果により,単一モードの強いレーザ発振を得ることができた.さらに、活性媒質としてGaN材料に注目し,GaN波長可変フォトニック構造をシリコン基板の上に実現するため,分子線エピタキシー技術を導入しシリコン基板上へのGaN結晶成長を実現した.本研究の目的は,マイクロアクチュエータによる可変機能を組み込んだ光通信用デバイスの研究を行うことである.具体的には,光スイッチ,減衰器,フォトニック結晶フィルタなどである.MEMSアクチュエータとフォトニック結晶の組み合わせによる超小型の光スイッチの研究を以前より続けている.今年度は平行平板の静電マイクロアクチュエータとスラブ型2次元フォトニック結晶導波路を組み合わせた光スイッチを試作し,動作を確認した.フォトニック結晶は205nmの厚さのシリコン層をもつSOIウエハを用いて製作した.格子定数は400nmである.光導波の特性を有限差分時間領域解法による電磁界解析により行い,光学系の設計を行った.中央スラブ部分を下方に移動させることで,フォトニック結晶欠陥導波路の間の光伝播を制御する方式である.
介護職による在宅の医療的ケアの安全性向上に向けた包括的分析と事故防止モデルの構築

介護職が「医療的ケア」として行う、たんの吸引と経管栄養は、他の介護職のケアより事故の危険性が高いが、事故の実態調査や分析は十分に行われていない。申請者はこれまでの現場調査から、在宅の医療的ケアに特有の課題があり、それに合わせた対策が必要であることを確認している。介護職不足を背景にした質の低い介護が社会問題化するなか、介護の安全性向上は社会の要請でもある。本研究は、在宅の医療的ケアの事故の実態把握と包括的な事故分析をもとに、在宅の介護現場に適した事故防止策の構築をめざす。そして、安全な介護体制の整備や安全文化の醸成につなげる。
周期的なシュレディンガー作用素のスペクトル解析

平成22年度は,周期的一般点相互作用に従う1次元シュレディンガー作用素の退化したスペクトラルギャップの同定問題についての研究を行いました。得られた結果は,2編の論文に取り纏め,研究成果の発表を行いました。当該研究の主な目的は,ポテンシャルが周期的な点相互作用を用いて表される1次元シュレディンガー作用素のスペクトルを解析することです。ポテンシャルの周期性により,そのスペクトルはバンド構造と呼ばれる構造を持ちます。これは,内点を共有しない可算無限個の有界閉集合の和集合として表現されることを意味しています。個々の有界閉集合はバンドと呼ばれ,連続する2つのバンドの隔たりはスペクトラルギャップと呼ばれます。基本周期内の点相互作用の個数や配列の間隔,点相互作用を定義する行列によって,スペクトラルギャップは空集合に退化する事があります。この時,スペクトラルギャップの退化点の値で対応するシュレディンガー方程式の解は周期的になります。このことから,退化したスペクトラルギャップの同定問題の解析は,シュレディンガー方程式の解の性質に密接に関連する問題となります。本年度は,数学誌「Funkcialaj Ekvacioj」において1編の論文を発表し,基本周期内の点相互作用の個数が2個の場合に当該問題を解決しました。その後,基本周期内のδ型点相互作用の個数が3個および4個の場合の結果を2編の論文として投稿しました。同定問題と密接に関連するモノドロミー行列に対して,3個の場合と4個の場合では異なる解析方法を用いました。特に,新たにモノドロミー行列の因数分解を用いて問題に取り組みました。この方法により,さらに回転行列で与えられる点相互作用が4個ある場合の結果も得られ,現在論文投稿の準備を行っています。この研究では,ちょうど2個の退化したスペクトラルギャップが存在する新しい例を結果として得る事ができました。
財務報告におけるグラフに関する実証研究

日本企業の財務報告で用いられるグラフについて、その利用実態を分析し、グラフ化する財務項目、グラフ化の方法、歪曲表示の有無、およびグラフの利用と業績との関係性を明らかにした。また、グラフの読み手に与える視覚効果についても分析した。分析の結果、グラフ化する財務項目は売上高、営業利益、EPSをはじめとする主要指標であり、海外の先行研究の結果と同様の傾向がみられた。一方、グラフの歪曲性については、海外の先行研究の結果とは異なり、日本企業のグラフは歪曲性が低く、比較的正確に作成されていた。ただし、読み手への視覚効果は一貫した傾向は確認できなかった。平成25年度は、前年度の調査と分析を踏まえて、グラフの読み手に与える視覚効果に関する分析を行った。主な内容は、グラフの歪曲性が証券市場の価格形成や当該企業の資本コストにどのような影響を与えるかを実証的に検討したことである。分析は、主要な先行研究であるMuino and Trombetta (2009, Accounting and Business Research, Vol.39, No.2, pp.83-102)を参考にしたが、現時点での結論として、日本企業が作成するグラフの歪曲性が当該企業の資本コストへ与える影響は確認できなかった。その理由として考えられることは次の2点である。第1に、本分析が対象にしたのは「日経アニュアルレポート・アウォード」とよばれる表彰制度に応募されたアニュアルレポートに含まれるグラフであり、財務報告実務の他の媒体に含まれるグラフは未だ十分に分析できていない。財務報告実務では、決算説明会資料や事業報告書といった他の媒体にもグラフが多様に活用されている。これらを幅広く観察して分析対象に含めれば、結果が変わりうる。第2に、本研究ではアニュアルレポートのグラフが、どのような経緯で作成されるかについて、当事者へのインタビュー等を通じて理解を深めた。インタビューは、財務報告資料の作成を手掛ける支援企業にも行った。グラフが作成されるプロセスを定性的に分析することで、グラフの性質や、グラフを利用する際の企業の動機に関する理解をより深めようと試みたが、グラフの作成過程において政策的意図が介入しているという証拠は確認できなかった。すなわち、日本企業のグラフは総じて中立的に作成されており、グラフの読み手に与える視覚効果は比較的軽微である可能性が考えられる。本研究には第1の理由に関する可能性が残されており、分析対象を拡張した研究を継続する。本年度は、海外において進展している財務報告のグラフに関する研究について、海外の先行研究を踏まえて日本企業の実態について基礎的な調査を行った。具体的には、第1に財務報告におけるグラフの利用実態を記述し、第2に財務報告利用者に誤解を与え得るグラフがどの程度存在するかについて分析を行った。第1については、日本企業が作成するアニュアルレポートにおけるグラフを対象に、「グラフの種類」(棒グラフ、線グラフ等)、「グラフで表現される項目」(売上高、当期純利益、1株当たり当期純利益、1株当たり配当金等)、「時系列グラフで表現される期間の長さ」等について実態調査を行った。調査の対象にしたのは、日本企業が作成するアニュアルレポートにおける「財務ハイライト」の部分に含まれるグラフである。財務ハイライトに着目した理由は、第1に財務ハイライトは通常、アニュアルレポートの最初の数ページ目に記載されていることから企業にとって重要性が高いグラフであると考えられること、第2にそれがトップページに記載されているため、多くの読者が目にしていると考えられることによる。第2については、欧米企業にみられる歪曲操作の証拠は得られず、日本企業は海外に比べて忠実にグラフを作成していることを確認した。ただし、データ領域の縦横比を操作している可能性、およびデータ領域の縦横比が読み手の知覚に影響を与えている可能性があり、この検証は次年度の課題とする。また、財務報告利用者に誤解を与え得るグラフについて、財務報告の読み手がそれをどのように認識しているかについて分析したところ、財務報告の読み手はグラフの元となる数値を読んでいる可能性が示された。以上は、2012年9月に行われた日本会計研究学会・第71回大会の自由論題報告において「財務報告におけるグラフの利用と歪曲に関する実態分析」と題して報告した。日本企業が財務報告を行う際にグラフがどのように利用されているかについて、アニュアル・レポートに掲載されたグラフを対象にその実態を分析し、これを日本会計研究学会の年次大会において報告したことによる。ただし、当該報告については論文として未公表であり、当初の計画を上回るものではない。平成25年度は、平成24年度の調査と分析を踏まえて、グラフの読み手に与える視覚効果に関する分析を行う予定である。主な内容は、グラフの歪曲性が証券市場の価格形成や当該企業の資本コストにどのような影響を与えているかを実証的に解明することである。

分析は、主要な先行研究であるMuino and Trombetta (2009)にしたがって行うが、本研究の独自性を高めるために、以下の点を新たに考慮する予定である。第1に、アニュアルレポートに含まれるグラフのみならず、他の媒体に含まれるグラフをも分析対象に含めることである。先行研究ではアニュアルレポートにおけるグラフのみを分析している。しかし、財務報告実務では、決算説明会資料や事業報告書といった他の媒体の他、ホームページ上の財務ハイライトにもグラフが活用されている。第2に、本研究ではアニュアルレポートのグラフが、どのような経緯で作成されるかについても、当事者へのインタビュー等を通じて理解を深める。そのグラフの作成については財務報告資料の作成を手掛ける支援企業も関わっている。グラフが作成されるプロセスを定性的に分析することで、グラフの性質や、グラフを利用する際の企業の動機に関する理解をより深め、読み手に対する視覚効果の分析に解釈にフィードバックさせる(本研究では、グラフの読み手の視覚効果は、作り手が置かれた状況やグラフを作成する動機が影響しているのではないかと考えている)上記の他に、グラフの読み手へ与える視覚効果に関する実験的研究の実施も視野に入れる。当該研究がとくに進展しているヨーロッパにおける研究動向を調査するため、ヨーロッパ会計学会への参加を予定している。年次大会ではグラフの利用を含めた日本企業の財務報告実務について、グラフ研究者と情報共有および意見交換を行う予定である。これにあたり、当該学会への参加にかかる経費に研究費を充当する予定である。また、当該学会において日本企業を対象としたグラフの利用実態について海外に研究成果を発信するために、英文校正費に充当する予定である。日本企業の財務報告実務を調査するために、経理担当者へのヒアリングを予定している。このための交通費に研究費を充当する予定がある。また、企業ホームページからグラフを出力するために、プリンタのトナーおよび印刷用紙を購入する予定であり、これらに研究費を充当する予定である。
核医学画像によるコリン作動系神経伝達物質・受容体マッピングの基礎研究

わが国は高齢化を抑えて、今後老年性痴呆増加が大きな社会問題となることは避けられない。その一因をなすアルツハイマー病は原因が不明であり、現在脳核医学はその早期診断や経過観察に脳血流や脳代謝で貢献しているが、その結果をみているに過ぎない。一方、アルツハイマー病の記憶障害が脳内コリン系の機能低下に深く関与することが示唆されており、この病態を画像化できれば病気の早期発見、治療法の改善に大きく貢献するものと期待されている。本研究の開始までに、アルツハイマー病モデルラットのムスカリン性アセチルコリン受容体タンパクのサブタイプであるm1,m2,m3のメッセンジャーRNAの局在をこれに相補的塩基配列を有するDNAを用いて検出するIn Situハイブリダイゼーション法により測定し、メッセンジャーRNAに変化がないことを確認しており、本研究ではさらに残りサブタイプであるm4,m5のメッセンジャーRNAを測定したが、m4,m5のメッセンジャーRNAにも変化はなかった。アルツハイマー病モデルの受容体RNAに関して低下するという報告と変化がないという報告があり、まだ結論は出ていない。本研究は現在の形態学の極致ともいえる遺伝子発現に関与するメッセンジャーRNAの分布を動物モデルにおいて定量的オートラジオグラフィーによりとらえ、動的情報伝達機構の画像化を試みるもので、またこの研究の成果は現在臨床に用いられているPETやSPECTを用いての伝達機構の画像化の基礎となるものである。今後は血管性痴呆との比較のため、脳梗塞モデルラットでの同メッセンジャーRNA測定も必要であり、血管性痴呆との比較によりアルツハイマー病の病因にせまることが期待される。
生物種間を通じて共通して発現する生殖細胞特異的遺伝子群に着目した進化学研究

平成13年度は、これまで研究代表者が単離してきたGsg3(Actin capping-protein)やhaspin遺伝子など1個1個の遺伝子のゲノム構造の解析の積み重ねを受け、これまでに解析されてきた半数体精子細胞特異的に発現するレトロポゾン化したと考えられるイントロンレス遺伝子の統合的な解析を開始している。すなわち、1.このようなレトロポゾン化した遺伝子が進化上いつ頃から現れたのか明らかとするために、これまでに単離してきた同様のレトロポゾン化したと考えられる遺伝子のオルソログや他の候補遺伝子に関して生物種を遡っての探索。特に棘皮動物のウニについてはアメリカのゲノムプロジェクトとコンタクトを取り、ゲノムを分与していただき、主として受精の際に働く遺伝子群のゲノム構造について解析を開始した。3.マウス・ヒトにおいて共通するレトロポゾン化遺伝子のゲノム構造の比較とオルソログのチンパンジーゲノムにおける探索とゲノム構造比較を理化学研究所と共同で開始した。
固体中におけるクラスターイオンの非弾性エネルギー損失

本研究は、まず、クラスターイオンが固体標的を通過したときの固体電子の励起によるエネルギー損失率(阻止能)を「波束モデル」に基づいて研究した。そこでは媒質の動的誘電応答関数が主要な役割をした。この解析では、(1)各イオンの電子分布を個別に統計的に取り入れる、(2)イオンは固体に入射した瞬間に平衡電荷をもつ、(3)クーロン爆発によるイオン間距離の増加を分子動力学シミュレーションで評価する、(4)クラスターの構造や配向による違いを評価する、などの点に留意して計算コードの開発を行った。存在するデータとの比較のために、炭素クラスター(Cn)のエネルギー損失ΔE(Cn)から、1イオンあたりのエネルギー損失量ΔE(Cn)/nとイオン1個のときの量ΔE(C)とから量R≡ΔE(Cn)/(nΔE(C))とR'≡ΔE(Cn)/n-ΔE(C)を定義した。1原子あたり約26MeVのエネルギーをもつ線状構造Cn(n=18)が厚さ250Åの炭素薄膜を通過したとき、R'はnの増加とともに飽和しながらも1520keVの値となりBaudinらのクラスター効果をよく再現した。C60のエネルギー損失についてもR>1となる「クラスター効果」がみられた。また、この効果にはイオン速度のしきい値が存在することがわかった。つぎに、クラスターイオンを入射したときに固体から発生する二次電子収量γを「three step model」に基づいて評価した。このγにもクラスターのエネルギー損失と同様の「クラスター効果」R≡γ(Cn)/(nγ(C))>1がみられた。この場合、上記条件の(1)と(2)は考慮したが、(3)のクーロン爆発の効果や(4)のクラスターの配向が考慮されていないので、これらは今後に持ち越すこととした。なお、以上の成果は日本物理学会で発表しており、論文を作成中である。同種粒子からなるクラスターイオン粒子数、クラスター構成粒子間の空間的相関関数、クラスター原子のイオン価数(電荷)の各量とクラスターイオン全体の非弾性エネルギー損失の関係を、炭素クラスターを主眼にして調べた。Cn(n=18)の炭素クラスターは線状構造をとるとし、またC60はサッカーボール状の構造をとるとして、これらが炭素薄膜を通過したと仮定する。このとき、通過粒子は薄膜中での衝突により速度に依存した電荷をもつと考えられが、この研究ではクラスターの構成各原子は島らにより経験的に得られた平衡平均電荷をもつと仮定した。このとき各原子(イオン)間にはクーロン斥力が作用することになるため、イオン間距離が時間の経過とともに増加する。また、ここでは分子動力学によるシミュレーションから薄膜中での滞在時間の関数として各イオン間距離を評価した。以上のようなモデルでつぎの結論を得た。(1)厚さ250Åの炭素薄膜通過後の線状Cn(n=1-6)クラスターのエネルギー損失ΔE(Cn)のイオン1個あたりの値ΔE(Cn)/nと、同速度での単一イオンのΔE(C)との差D=ΔE(Cn)/n-ΔE(C)を計算した。nの増加とともにDの値が緩やかに増加し、n=6でD=12keV(E=2.275Mev/atomのとき)からD=21keV(E=5.65MeV/atomのとき)を得た。

これはBaudinらの実験値の約2倍であるが定性的にはデータの傾向を反映している。(2)厚さ100Åの炭素薄膜通過後のC60クラスターのエネルギー損失ΔE(C60)では、速度がv=3vB(vBはボ-ア速度)までは、D=ΔE(C60)/(60ΔE(C))=1程度であるが、それ以上の速度ではDは1以上で単調増加してクラスター効果が現われることがわかった。クラスターイオンが固体薄膜を通過したときにカイネティック放出による二次電子の収量νを「three step process」に基づいて理論解析し計算コードを開発した。すなわち、(1)クラスターイオンによる固体電子の励起、(2)励起された電子の表面までの伝搬、(3)表面からの脱出、の3つプロセスに分けて考えた。固体電子は、フェルミエネルギーと仕事関数をもつ自由電子ガスとし、(2)のプロセスでは、弾性伝搬と非弾性伝搬があり、それぞれの評価式に現れる励起電子のエネルギー損失や非弾性散乱確率を見積もるのに動的誘電関数が使われた。クラスターイオン入射の特徴は(1)のプロセスに含まれる。自由電子はクラスターイオンとの衝突により、結果としてフェルミ球がシフトして励起電子がつくられるが、その励起確率にクラスター効果が現れる。ここでは、イオンは固体に入射した瞬間にイオン速度で決まる平衡電荷をもつ、各イオンの束縛電子の空間分布を統計的に取り入れてイオンサイズを考慮する、の2点を重視した。作成した計算プログラムでは、クラスター構造は3次元的に取り入れることができる。線状構造をとる炭素クラスター(Cn)イオンが炭素薄膜に入射したときに数値計算した結果、二次電子収量ν(Cn)(n=18)に「クラスター効果」すなわち、R≡ν(Cn)/(n・ν(C))>1が現れることがわかった。νの値はクラスターイオンの非弾性エネルギー損失率と比較した。クーロン爆発の効果やクラスターの配向の効果などは今後に持ち越した。以上の内容は論文作成中である。
切削による迅速試作を志向した機械加工インタフェイスの開発

本研究は、作業者が工作機械やCAMソフトウェア等のツールの複雑な操作を意識することなく、目的の機械加工を容易に実現できるように、作業者、工作機械、ソフトウェアの間を取り持つインタフェイス機能を開発することを目的としている。従来のCAMソフトウェアでは対応することが困難であった複雑なミーリングや旋削を対象にして、入力用のインタフェイスとして力覚呈示装置を採用することにより、作業者の直感的な入力に基づいて適切なNCプログラムを短時間で生成することが可能となった。得られた成果については、国内の学会や国際会議で積極的に公表した。本研究は、作業者が機械の複雑な特性などを意識することなく、工作機械を容易に操作できるように、作業者と工作機械の間を取り持つインタフェイス機能を開発することを目的としている。初年度となる平成26年度は、主に5軸制御加工用のインタフェイスに注力し、入力経路を補正する機能や干渉回避機能などを開発した。提案する加工システムは、作業者が操作する各種デバイスの動きを、工作機械の動きに反映させるものである。操作時の手ぶれなどの影響によってデバイスの動きがばらつくと、工作機械の動きも不連続となり、加工結果に悪影響を及ぼす恐れがある。そこで、入力経路のばらつきを補正し、最適な動作に修正する機能について検討した。まず、入力経路を線要素に分割して、各区間が直線であるか曲線であるかを判定し、直線または3次スプライン曲線による近似を行う。この過程において、デバイスを動かす方向や操作する時の速さを基準として用いることにより、従来よりも精度の高い修正が可能となった。入力したデバイスの軌跡をNCプログラムとして出力し、NCプログラムによって工作機械がどのように動くか再現することができるシミュレーション・ソフトウェアを利用して、工作機械がどのような動作をするか確認したところ、修正によって加工精度が向上することが確認され、開発した機能の有効性を確認することができた。また、工作物の目標形状と工具の干渉、および加工によって変化する除去形状とシャンクおよびホルダーなどの工具の切削不可能な部分との干渉を同時に防止するために、物理演算エンジンを用いた干渉防止機能を実装した。実装した機能を用いて工具経路を生成し、加工シミュレーションを行った結果、複雑な形状に対しても工具干渉や過切削のない経路が生成できることを確認し、作業者が干渉回避を意識することなく、干渉のない工具経路を生成できるようになった。本研究は、作業者が工作機械やCAMソフトウェア等のツールの複雑な操作を意識することなく、目的の機械加工を容易に実行できるように、作業者、工作機械、ソフトウェアの間を取り持つインタフェイス機能を開発することを目的としている。2年目となる平成27年度は、前年度までに開発した基盤技術をふまえ、5軸制御加工用CAMソフトウェアのための入力用インタフェイスや、高度な制御を必要としない旋盤による加工などを対象にしたインタフェイスの開発に注力し、より実用的な機械加工に対する力覚援用の可能性について検討した。当初から研究の対象としていた5軸制御加工については、前年度までに開発したCAMソフトウェアの入力インタフェイス機能の拡充に努めた結果、インペラなどの複雑な加工対象物に対しても、直感的かつ最小限の入力で適切な加工データを生成することが可能となった。従来のCAMソフトウェアを利用した場合と比較して、大幅に作業時間を短縮することが出来るため、作業設計の省力化に大きく寄与できると考えている。また、出力する切削力の精度向上にも取り組んでおり、切削力を算出するアルゴリズムの構築を終え、現在は力覚呈示装置に出力する力を計算する方法について検討している段階である。一方、前年度から開始した旋盤加工用のインタフェイスについても、前年度までに開発された外形加工、内径加工、溝掘り、穴あけ等の基本的な加工を対象とした機能を拡張した結果、底部にオーバーハング部を持つ溝形状など、現行のCAMソフトウェアや、CNC旋盤に付属している対話式プログラミングシステムでは対応できないような複雑な旋削にも対応できるようになった。自作した工具による加工にも対応できるように、入力情報のフォーマット等の利用技術の開発についても検討している。前年度の経路補正や干渉回避等の基盤となる機能の開発を経て、本年度は具体的な応用に注力することが出来たため、完成度の高い成果をあげることに繋がり、学会等での発表内容も充実したものとなったが、いくつかの課題も明確になった。5軸制御加工用CAMソフトウェアの入力用インタフェイスを対象とした研究については、実用に耐える加工データの生成が可能になるなど、システムとしての大枠は完成しているといえる。しかしながら、昨年度からも課題となっている処理速度および分解能に関する問題に対しては、その解決策などについて十分に検討することができなかった。これらの問題により、加工対象形状の大きさや加工精度などが制限されているのが現状であり、早急に対応するべき問題であると考えている。また、旋削加工用インタフェイスについても、最終的に出力された加工データに大きな問題はなく、実機による加工実験によって有用性を示すことも出来ている。自作した特殊工具による複雑な形状の加工も可能になるなど、付加価値の高い旋削加工の可能性を示すことも出来た。しかしながら、使用する工具の形状や切れ刃部などの情報をシステムに入力するための作業に、かなりの時間を要している。準備時間の増加は、試作の省力化というシステム開発当初の目的に反するものであると認識しており、解決策について早急に検討する必要があると考えている。

本研究は、作業者が工作機械やCAMソフトウェア等のツールの複雑な操作を意識することなく、目的の機械加工を容易に実行できるように、作業者、工作機械、ソフトウェアの間を取り持つインタフェイス機能を開発することを目的としている。最終年度となる平成28年度は、前年度までに開発した5軸制御加工用CAMソフトウェアのための入力用インタフェイスや、高度な制御を必要としない旋盤による加工などを対象にしたインタフェイスの完成度の向上に努めると同時に、その成果を積極的に国内の学会や国際会議で公表した。5軸制御加工を対象としたインタフェイス機能については、前年度までに開発したCAMソフトウェアの入力インタフェイスに過切削を防止する機能を追加した結果、市販のCAMソフトウェアでは現在でも作成することが難しいオーバーハング部分の荒加工を対象とした工具経路も、直感的かつ最小限の入力で適切な加工データを生成することが可能となった。荒加工から仕上げまでの一貫した工程に対する機能を開発したことによって、作業設計の省力化に大きく寄与できると考えている。また、出力する切削力の精度向上にも取り組んだ結果、力覚呈示装置を利用して加工時に工具にかかる切削力を体験できるシステムも提案することができた。一方、初年度から開始した旋盤加工用のインタフェイスについても、オーバーハング部を持つ内径加工など現行のCAMソフトウェアやCNC旋盤に付属している対話式プログラミングシステムでは対応できないような複雑な旋削に対応する機能に対して、工具のパラメータ等の情報を入力するインタフェイスなどの利用技術を重視した改良について検討し、複数の特殊工具を併用した加工が可能になるなど、対応できる加工を大幅に拡充することができた。本研究は、作業者が工作機械やCAMソフトウェア等のツールの複雑な操作を意識することなく、目的の機械加工を容易に実現できるように、作業者、工作機械、ソフトウェアの間を取り持つインタフェイス機能を開発することを目的としている。従来のCAMソフトウェアでは対応することが困難であった複雑なミーリングや旋削を対象にして、入力用のインタフェイスとして力覚呈示装置を採用することにより、作業者の直感的な入力に基づいて適切なNCプログラムを短時間で生成することが可能となった。得られた成果については、国内の学会や国際会議で積極的に公表した。本年度に開発した経路補正機能と干渉回避機能は、システムの基盤となる技術であり、第一に実装しなければならない機能と考えていたものである。2名の大学院生の修論テーマとして各機能を担当させてプログラムの開発を進めた結果、これまでの手法と比較して、大きく性能向上させるための手法を考案し、プログラムとしてシステムに実装できたことは、計画に基づいた着実な成果として評価できると考えている。しかしながら、トレードオフの関係にある処理速度と分解能の問題に関しては、どちらも不十分であると判断せざるを得ない。当初の予定に基づいて、おおまかな方向性は確定することができたが、プログラムとしては試作レベルの段階であり、今後も細部にわたる改良を継続する余地があると考えている。
多重画像の統合に基づく多機能高精度カメラシステムの開発

本研究では,絞り,フォーカス,シャッタースピード,視点や視線といったカメラパラメータを規則的に変化させながら撮った多数枚の画像(多重画像)を統合することにより,通常のカメラでは得られなかったタイプの情報を持った画像を高精度に生成するカメラシステムの開発を目的としている.本研究で得られた成果は以下のとおりである.1.絞り,フォーカス,ズ-ムの値を計算機から正確に制御できる電動レンズを設計・試作し,多重絞り画像,多重フォーカス画像,多重ズ-ム画像の撮影ができるカメラシステムを開発した.2.上記のカメラシステムを用いることにより,多重絞り画像からの高精度カラー情報の抽出,多重フォーカス画像からの3次元距離情報の抽出が実現できることを実証した.3.商用の3CCDカラービデオカメラを改造し,フォーカスの異なる3枚の白黒画像を同時に撮影できる多重フォーカスカメラを設計,試作した.4.多重フォーカスカメラで撮影された3枚の多重フォーカス画像から高精度に明度エッジを抽出し,各エッジ点における3次元距離を計算するアルゴリズムを考案し,実験によってその有効性を実証した.5.多重フォーカスカメラのレンズ前面に構造化瞳を設け,得られた多重フォーカス画像から3次元距離画像と,ぼけのない完全合焦画像を求めるアルゴリズムを考案し,実験によってその有効性を実証した.6.視点(投影中心)を固定したまま,視線方向を変化させることができる首振りカメラ(Appearance Sphere(APS)カメラ)を設計,試作した.7.APSカメラを用いて,全方位全天空の視野を持つパノラマ画像を合成するアルゴリズムおよび,パノラマ画像からある視線方向の画像を高速に生成するアルゴリズムを考案し,視線の移動に伴ってスムーズに変化する動画像の生成が実現できることを示した.本研究で開発した多重フォーカスカメラおよびAPSカメラは,十分実用性を持っていることが確認されており,今後機会があれば実用化に向けて企業との共同研究を進める予定である。本年度は、多機能高精度カメラシステムの開発に向けての基礎的研究を行い、以下に示す成果を得た。1.多重フォーカス画像入力用カメラシステムの試作:市販の電動ズ-ムレンズを改良して、レンズの絞り、フォーカス、ズ-ムの値を計算機から高精度に制御できるカメラシステムを試作し、その基本的性能を評価したところ、十分精度の高いカメラパラメータの設定・制御が行えることを確認した。2.多重フォーカス画像の統合アルゴリズムの開発:多重画像統合の具体的アルゴリズムとして、多重フォーカス画像から、エッジおよび各エッジ点での3次元距離を高精度に求めるアルゴリズムを開発した。3.多重フォーカス画像の統合アルゴリズムの性能評価:試作した多重フォーカス画像入力用カメラシステムを用いて種々の現実世界のシーンを撮影し、多重フォーカス画像の統合アルゴリズムの性能評価を行った結果、従来の方法に比べエッジ抽出および3次元距離計測の精度が大幅に向上されることを確認した。4.多重偏光カラー画像の撮影装置の開発:白黒カメラの前面に偏光フィルタとRGBフィルタを設定して、偏光方向を規則的に変えながらRGBカラー画像を撮影する装置を試作した。3CCDカラーカメラを用いなかったのは、カメラ内部の分光プリズムによって偏光情報が歪んでしまうことによる。5,多重偏光カラー画像の統合アルゴリズムの開発:4の装置で撮影した多重偏光カラー画像から、物体表面における鏡面反射光の抽出および、光源のスペクトル特性を推定するアルゴリズムを開発し、実験によってその有効性を確認した。本年度は、多重フォーカス画像を用いた実時間3次元距離計測システムの開発を中心に研究を行い、以下に示す成果を得た。1.少数枚の多重フォーカス画像から高精度に3次元距離計測を行うアルゴリズムの考案:従来用いた距離計測アルゴリズムでは、フォーカスの異なった画像を20枚前後撮る必要があった。