hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
陽電子消滅誘起特性X線分光法の開発

陽電子を試料に入射すると、多くは外殻電子と対消滅するが、わずかな確率で内殻電子とも対消滅して空孔を生成し、オージェ電子や特性X線を生成する。このオージェ電子はすでに検出されており試料最表面の元素分析に利用されているが、特性X線は検出されたことがない。本研究課題では、試料に低速陽電子ビームを入射し、この特性X線を検出する実験を行った。低速陽電子ビームを用いたのは、陽電子衝撃による特性X線を発生させないようにするためである。はじめに、ビーム強度を向上させるために、高効率陽電子減速材の開発を行った。減速材としてタングステンメッシュを用い、電解研磨によってメッシュのワイヤーを細くしたものを重ね合わせることによって、7.5×10^<-4>という高い効率を実現した。これは、希ガス固体を除く透過型減速材中最高の値である。希ガス固体と比べて安定でしかも安価であるという長所を持っている。陽電子消滅誘起特性X線を発生させるためには、オージェ電子の場合に比べて、より内殻の電子を消滅させなければならないが、そのような電子と陽電子の波動関数の重なりは小さいので対消滅の確率は極めて低い。このため、陽電子消滅誘起特性X線検出のためには、測定に伴うバックグラウンドを極力低減する必要がある。陽電子を入射したとき(1)消滅γ線がX線検出器の結晶中でコンプトン散乱を起すことによる信号、および(2)γ線励起のX線が発生し、バックグラウンドとなる。(1)を低減するために通常より薄い結晶を用いたSi(Li)X検出器を開発した。さらにシンチレーション検出器を用いて同時計測を行い、γ線がX線検出器に入射しない条件のもとで測定を行った。また(2)を低減するために、Alに蒸着したTiおよびカーボン表面に電着したClを試料として用いた。しかしながら、本研究課題の研究期間内には、明確な形で陽電子消滅誘起特性X線は検出することはできなかった。まずはじめに、手持ちの低速陽電子ビーム発生装置の整備を行った。陽電子減速材としてタングステンメッシュを用いることにより、6.4×10^<-4>という高い変換効率を実現した。この値は、減速材としてしばしば用いられるタングステン単結晶の値を凌ぐものである。最も高い変換効率が得られる希ガス固体には及ばないが、安定性や取り扱いの容易さの点では、タングステンメッシュの方が優れている。こうして得られた陽電子ビームを試料に入射し、Si-PIN方式のX線検出器を用いて、試料表面から放出されるX線の測定を行った。試料には、チタン、金、Cl^-イオンを電着したカーボンなどを用いた。Cl^-イオンを電着したカーボンを試料として用いた場合に、Clにおける陽電子消滅誘起特性X線と思われる信号が検出された。ただし、その計数率は極めて低い。また、連続的なバックグラウンドノイズに埋もれているために、S/Nが極めて悪い。このノイズは、陽電子の対消滅によって生じたγ線が検出器結晶内でコンプトン散乱を起すことによって発生したものと考えられる。そこで、S/Nを向上させるために、γ線検出器を用いた同時計数法について検討を行っている。陽電子消滅誘起X線の計数率を向上させるためには、X線検出器の有効面積を大きくする必要がある。しかも、上記のバックグラウンドノイズを増やさないようにするためには、検出器の結晶を薄くする必要がある。このような条件を満たすSi(Li)

X線検出器を購入した。また、試料にチタンや金を用いた測定の結果から、対消滅によるγ線か内殻電子を励起してX線を発生させるため、陽電子消滅誘起特性X線が検出しにくくなることがわかった。これを避けるためには、試料として薄膜を用いる必要がある。このような試料について、現在検討中である。平成12年度に購入したSi(Li)X線検出器を用いて、陽電子消滅誘起特性X線の検出実験を行った。陽電子が内殻電子と対消滅する確率は低いので、陽電子消滅誘起特性X線の発生率は極めて低い。したがってこれを検出するためには、バックグラウンドを極力抑えた測定を行う必要がある。特に、陽電子が試料中で対消滅して発生するγ線は、X線検出器の有感部分の結晶中でコンプトン散乱を起こし、バックグラウンドを生成する。12年度に購入したSi(Li)検出器は、このバックグラウンドを低減するために有感部分の結晶をできる限り薄くし、0.25mmと通常の検出器の1/10にした。それでもまだ陽電子消滅誘起特性X線の検出には障害となる。そこで13年度は、これを低減するための検討を行った。その結果、NaI(Tl)シンチレーション検出器を用いて同時計数測定を行い、γ線がX線検出器に入射しない条件下でX線の測定を行うことにより、S/Nは2倍改善した。この状態で低速陽電子ビームを試料に入射し、発生する陽電子消滅誘起特性X線を検出する実験を行った。低速陽電子ビームを用いるのは、陽電子衝撃による特性X線を発生させないようにするためである。γ線による蛍光X線もバックグラウンドとなるので、試料には薄膜を用いる必要がある。そこでAlに蒸着したTi、およびカーボンに電着したClを用いた。しかしながら、γ線のコンプトン散乱によるバックグラウンドの低減がまだ不十分であるため、陽電子消滅誘起特性X線を検出したと言えるところまでは至っていない。今後さらにS/Nを改善させて、X線の検出を実現したいと考えている。
1944〜54年にかけての英米両国の戦後国際体系での相互の役割認識の変化

本研究においては対象となる期間を通じて、常に英米両国の基本的外交政策上のアジェンダに非常に高いブライオリティをもってのぼりつづけ、かつ、そのissueをめぐる両国間の意見が相違したとき、あるいは一致をみたときのいずれの場合においても、それが、両国政府の根本的戦後世界秩序構想の反映された結果であったというような一つの大きなissueに焦点をあてるものとした。それはすなわち、戦後のヨーロッパ大陸における復興および秩序形成がいかなる形でなされるべきかという問題であった。なぜなら、(a)この問題こそはまさに、それに積極的に関与することによって、アメリカをして戦後西側世界の盟主たる地位におくことになったissueであり、(b)またこの問題をめぐってしめされたイギリス側の対応こそが、自国に最も近接し、その利害が非常に大きくからんだ地域においてさえ、もはやアメリカの関与によらない排他的リーダーシップの発揮ができなかったという事実を示すことによって、その覇権国としての資格の喪失を明瞭にあらわしたものだからである。本研究が到達した結論は、英米両国の戦後ヨーロッパ秩序形成の在り方とその中で自らが果たすべき役割についての自己認識という点では、アメリカよりもまずイギリスに早期から明確な、自らをリーダーとした西欧諸国の組織化、そしてそれを基盤とした世界の中での第3勢力という対戦後西欧政策があったが、それが実際の国力の不足から挫折したのに対して、アメリカには当初は明確な対戦後西欧政策はなく、冷戦の進展の中で否応なく西欧を将来的には経済的にも軍事的にも自立可能な統合的枠組みの中にまとめあげるための各種援助政策、軍事的同盟の枠組みの提供を行わざるを得なくなっていき、それが、当初の独自のリーダーシップの下での西欧諸国の組織化という政策に挫折したイギリスにとっても、有用な政策とみなされ、両国の国際秩序の在り方およびその中での、自ら果たすべき役割については、こと西欧地域に関する限り、本研究が対象とした期間に全くことなるところから出発しながら、次第に一致したものとなっていったという事実である。
わが子の性別違和に対し悩みを抱える母親への支援に関する研究

平成30年4月までに、すでにわが子からカミングアウトされた母親の、わが子に性典型的行動が見られた時の思いや体験を明らかにすることを目的にGID当事者の母親への半構造的面接による質的記述的研究を実施した。研究対象者は、すでにカミングアウトを済ませたGIDの子どもを持つ母親であり、その内訳はFtMの母親3名、MtFの母親1名の計4名である。研究の対象となる母親のリクルートの難しさからインタビューは4名に留まった。GIDの子どもの年齢は20歳から30歳代であり、その母親の年齢は50歳から60歳代であった。子どもの幼少期の様子を自然のこととして受け止めていた母親、子どもからカミングアウトされるまで子どもの性別違和感を全く気付かなかった母親もおり、母親が子どもの性別違和感を知るきっかけも様々であった。子どもからのカミングアウト後は学校や就職のこと、また治療や性別適合手術後の身体の変化などについて心配しながらも子どもを応援していた。現在性別違和感のある子どもに対しては、悩みがあるなら言っていいことを強く望んでいた。性別違和感のある子どもを持つ母親に対しては「親は大人になりわが子をひとりの人として尊重し受け入れる」そして「子どもを認めることが必要である」と語っていた。親もGIDについての知識が必要であること、悩みを抱える母親に対しての支援として「母親が一人で抱え込まないように同じ境遇同士の集まりの場」や「支援グループによるサポート」が必要であると語っていた。第一研究から、わが子の性別違和感に関し気になる母親がいることが明らかとなっている。今回の研究対象者であるGIDの子どもを持つ母親たちは、母親自身にできることを模索しており、現在子どもの性別違和感に悩みを抱える母親への支援には、GIDの子どもを持つ母親を交えた母親同士のピアサポートグループが双方の母親にとって効果的ではないかと考える。本研究の目的は、わが子の性別違和に対し悩みを抱える母親への支援について明らかにすることである。2015年度は、中学校入学前の子どもを持つ母親のわが子の性別違和に対する悩みの有無、また性別違和についての知識を明らかにすることを目的に自記式質問紙調査を実施した。自記式質問紙を作成するにあたり、国内外の文献・書籍から性別違和に関する現状や支援について検討した。また関係学会や性同一性障害当事者の会や支援者の会に参加し情報収集を行った。質問項目は1母親の基本属性2GID(性同一性障害)についての理解3子どもとの性別違和感についての話し合いの有無4子どもの言動から子どもの性別違和感についての悩みの有無とその内容気になる言動がみられた時期5GIDについて知りたいこと6わが子に性別違和感が認められた時の相談相手とその内容7子どもにカミングアウトされた時に認めることができるかなどである。倫理審査委員会の承認を得たのち、国内の幼稚園・保育園・認定子ども園・小学校へ研究への協力を依頼した。現在小学校1校、幼稚園等4施設から協力を得て、母親への質問紙調査を実施したが、目標とする回答数を得ていないため、現在も継続して小学校・幼稚園等に研究への協力を依頼している。データ収集後は、統計ソフトSPSSを使用し集計・分析する。統計的手法についてはχ2検定、t検定またはマンホイットニーのU検定を用いる。3群間の比較には、クラスカル・ウィリスの検定を用いる。自由記載は内容分析を行い、コード化、サブカテゴリー化、カテゴリーを見出す作業を行う予定である。本研究の対象者は、就学前(年長児)および中学校入学前の子どもを持つ母親である。そのため研究への協力を幼稚園・保育園・認定子ども園・小学校に依頼ており、そこに通う子どもを通し、母親に自記式質問紙を配布している。幼稚園・保育園・認定子ども園・小学校からの研究協力を得ることに非常に困難をきたしている。また幼稚園や小学校が長期の休暇に入ると、調査が中断してしまうことから研究はやや遅れている。本研究の目的の1つは、中学校入学前の子どもを持つ母親のわが子の性別違和に対する悩みの有無、またGID(性同一性障害)についての知識を明らかにすることである。2015年度に倫理審査委員会の承認を得たのち、2016年度も引き続き保育園、幼稚園、認定子ども園、小学校に研究への協力を依頼した。データ収集方法は研究協力に同意が得られた施設に通う子どもの母親に対する無記名による自記式質問紙調査である。保育園、幼稚園、認定子ども園では、年長児(56歳児)の子どもを持つ母親を対象とした。質問内容は1母親の基本属性2GIDについての理解、3子どもの言動から性別違和についての悩みの有無とその内容、気になることがある母親には4子どもとの性別違和感についての話し合い有無、5気になる言動がみられた時期、6わが子に性別違和感が認められた時の相談相手とその内容、7子どもにカミングアウトされた時に認めることができるか、などである。回収状況としては、5から6歳児の子どもを持つ母親からは116部回収(47.7%)し、小学生の子どもを持つ母親からは326部回収(41.7%)した。年長児から小学生の子どもを持つ母親のなかで、わが子の性別違和感に対し気になる母親が何人かおり現在データの分析を行なっている。調査を進めながら関係する学会や研修会に参加し、当事者、家族の思いや支援の必要性について改めて確認した。また、当事者団体に支援者と関わり、当事者の方たちの思いなど情報収集をしている。

2010年文部科学省から都道府県の教育委員会へ「性同一性障害の児童生徒に対する教育相談の徹底と、児童生徒の心情に配慮した対応をすること」が通知された。さらに2015年4月には「性同一性障害に係る児童生徒に対するきめ細やかな対応の実施等について」が通知され、近年学校教育でのGIDの児童生徒への配慮が意識づけられてきたように思われる。しかし本研究の内容や母親を対象とした質問紙調査ということで、学校から研究に対し協力を得ることが非常に難しい状況が続いていた。また、学校が長期の休暇に入ると調査が中断することもあり、当初の計画よりもやや遅れている状況である。しかし、集めたデータのなかには少数ではあるが実際に悩みを抱えている母親、子供がいる現状が明らかになっている。GIDの子どもを持つ母親に対し半構造的面接を実施する計画であったが、実施までには至らず、現在準備が終了した段階である。「中学校入学前の子どもを持つ母親のわが子の性別違和に対する悩みの有無、また性別違和についての知識を明らかにする」ことを目的とした計画1に関しては、平成28年度までに無記名による自記式質問紙調査を実施し、5から6歳児の子どもを持つ母親からは116部(47.7%)、小学生の子どもを持つ母親からは326部(41.1%)回収することができた。回収したデータの中には、実際に子どもの性別違和感が気になる母親、悩みを抱える母親がおり、気になる内容としては、言葉づかい、服装、遊び方、友達関係、髪型などであり、なかには明らかに性別違和感を訴えている子どもいた。現在データの分析中である。「すでにわが子からカミングアウトされた母親の、わが子に性典型的行動が見られた時の思いや体験を明らかにする」ことを目的とした計画2に関しては、平成29年度にGID(性同一性障害)の子どもを持つ母親4名にインタビューをすることができた。内訳としてはFtM(female to male)の子どもをもつ母親3名、MtF(male to female)の子どもを持つ母親1名である。子どもの年齢は20歳から30歳代であり、母親の年齢は50歳から60歳代である。質問項目は1子どもの性別違和感に気づいた時期、子どもの様子、その時の思い2子どもへの対応3母親としてどのように理解しようとしたか4当時の相談相手、必要とした支援5カミングアウトされた時期、状況、その時の思い6性別違和感のある子どもを持つ母親へ、どのような支援が必要だと思うかなどであり、現在逐語録を作成しデータを分析している。さらに2015年4月には「性同一性障害に係る児童生徒に対するきめ細やかな対応の実施等について」が通知された。近年学校教育でのGIDの児童生徒への配慮が意識付けられたように思われる。しかし、本研究の計画1は、就学前および中学校入学前の子どもを持つ母親への質問紙調査であるため教育機関に研究の協力を依頼したが、研究協力の同意を頂くことに非常に困難を生じ、データ収集が当初の予定通りには進まなかった。
感度解析に基づく多重壁雲形成機構の解明

台風は我が国に甚大な被害をもたらしうる現象である.本研究では,著しい強度変化を引き起こしたTyphoon Bolavenの多重壁雲形成機構を明らかにすることを目的として高解像度非静力学大気モデルとその随伴モデルを用いた感度解析を実施した.その結果,外側壁雲形成領域の最大風速は,外部領域下層の湿度に鋭敏であることが明らかとなり,追加の数値実験によりその影響を確かめることができた.本研究の成果は,米国気象学会のハリケーン・カンファレンスなどで発表した.猛烈な台風の場合、台風の眼を取り囲む深い対流の外側に新たな壁雲ができることがある。本研究では、アジョイントモデルを用いた感度解析により、新たに形成される壁雲の形成機構を明らかにすることを目的としている。平成26年度は、アジョイントモデルを組み込んでいるデータ同化システムNHM-4DVARのコードを改変し感度解析が可能となるシステムを構築すること、そして、高解像度モデルを用いた数値積分と新たな壁雲形成に関する感度解析を目標としていた。まず、本研究の土台となるNHM-4DVARシステムの構築を進めた。その結果、高解像度シミュレーションにおけるアジョイントモデルの活用に関し、良好な結果を得たので、その成果を気象学会の発行する国際誌SOLAで発表した。また、多重壁雲の存在について一般向けの書籍において紹介した。その後、NHM-4DVARのプログラムコードを改変して、感度解析を行うためのシステムを構築し、台風の壁雲付近の最大風速に関する感度解析が実行できることを確認した。次に、多重壁雲の形成を抽出することに取り組んだが、高解像度モデルでは台風の中心付近における局所的な気圧低下が表現されるため、台風の中心を海面気圧が最低となる地点として定義すると、新たな壁雲の形成が正確に捉えられないという問題が発生することがわかった。そこで、高精度に台風の中心を求めることができるBraun(2002)のスキームを導入し、2012年台風第15号に伴う新たな壁雲の形成の抽出を行った。平成26年度の目標としていた多重壁雲形成に関わる感度解析の実施には至らなかったが、感度解析システムは完成し多重壁雲を再現することにも成功しているため、平成27年度の早い段階で新たな壁雲の形成機構に関する感度解析を実施し、その物理的メカニズムを探ることが可能だと考えられる。台風の構造や強度は中心付近の内部コアと呼ばれる領域で起こる現象に大きく依存するとされ,いまだに理解が不十分である.中でも,台風の眼を取り囲む眼の壁雲と呼ばれる降雨帯の外側に,新たに外側壁雲と呼ばれる壁雲ができ,最大風速には10-20m/sの劇的な変化が起こる場合があることが知られている.しかし,現在までのところ,このような多重壁雲の形成機構は良くわかっていない.そこで本研究では,高解像度非静力学モデルの随伴方程式を用いた感度解析を実施し,外側壁雲がどのような領域のどの物理量に鋭敏であるかを調べた.初年度は高解像度シミュレーションに基づく2012年台風第15号の現実的な台風における多重壁雲の形成の再現に成功した.また,随伴モデルを改良し,感度解析が行えるシステム作りを開始した.最終年度となる2年目にはシステムが完成し,外側壁雲の形成に大きな影響を与える物理量の感度解析に成功した.感度場を物理的に解釈すると,外側壁雲形成領域の場には,大きく分けて2つの要因が影響を及ぼしていることが明らかとなった.ひとつは従来から考えられていたような,内側壁雲から外側壁雲への渦ロスビー波の伝播に伴うエネルギー輸送,もうひとつは外側壁雲近傍あるいはそれより更に外側の領域における成層不安定に伴って生じる活発な対流活動あった.今回の実験では,前者の寄与は相対的に大きくないことがわかったため,外側壁雲形成領域やその外側における湿度を変化させる追加実験を実施したところ,外側が乾いている場合には外側壁雲が発生しなくなり,この領域の対流活動に鋭敏であることが確認された.本研究の成果は,和文の報告書にまとめたほか,台風研究会及びHurricane Conference等の研究会やシンポジウムにおいて発表を行った.台風は我が国に甚大な被害をもたらしうる現象である.本研究では,著しい強度変化を引き起こしたTyphoon Bolavenの多重壁雲形成機構を明らかにすることを目的として高解像度非静力学大気モデルとその随伴モデルを用いた感度解析を実施した.その結果,外側壁雲形成領域の最大風速は,外部領域下層の湿度に鋭敏であることが明らかとなり,追加の数値実験によりその影響を確かめることができた.本研究の成果は,米国気象学会のハリケーン・カンファレンスなどで発表した.研究代表者の異動により、年度初頭に計算機システム及び研究体制を新たに構築する必要があった。また、多重壁雲の形成に関し、従来のように、海面気圧の最低位置を台風の中心として同定する方法では正確な計算結果が得られないことが分かったため、その点を新たに補正するアルゴリズムを導入する必要があった。気象学平成27年度の早い段階で多重壁雲形成機構に関する感度解析を実施し、その物理的メカニズムを台風力学の観点から探る予定である。感度解析の計算は当初想定していたよりも短時間で終了することが分かったため、平成27年度は研究の進捗が期待できる。多重壁雲を検出するためには、台風の中心位置の正確な同定をする必要があることが分かったため、計画通り新しい壁雲の形成に関する感度解析を実施するに至らなかった。計算結果を収めるためのハードディスク購入を計画していたが、進捗の遅れによって不要だったため、繰越金が生じた。

平成27年度の早い段階で新しく形成された壁雲に関する感度解析を実施し、当初の計画通り、力学的メカニズムの解明と観測データとの比較を行う。迅速に解析を進めるため、データ解析用のCPUを換装し高速化を図るほか、成果発表のための旅費や国際誌への投稿料に経費を充てる。
量子ホワイトノイズと無限次元調和解析

(1)正規積ホワイトノイズ方程式ホワイトノイズ解析のアイデアを導入することで、従来の伊藤型量子確率微分方程式を「正規積ホワイトノイズ方程式」として著しく一般化し、解の諸性質をホワイトノイズ超関数によって記述した。また、ホワイトノイズ空間上のコーシー問題の解が、1-径数変換群の応用で求められ、無限次元調和解析に新しい視点が加わった。(2)高次ホワイトノイズとくりこまれた伊藤公式量子ホワイトノイズの高次巾を含む正規席ホワイトノイズ方程式に付随する伊藤公式は「くりこみ」をともない、その構造がホワイトノイズ作用素論によって明らかにされた。極めて特異な係数を持つ(量子)確率微分方程式の解構造の解析に応用された。(3)量子論の確率極限固体物理におけるアンダーソン模型や双極子近似なし量子電気力学モデルなどの標準的なハミルトン模型から、確率極限の手法によって、量子ノイズとそれを含む両氏確率微分方程式が導入された。強い非線形相互作用に直に扱うこと可能となり、現れる新現象を統一的に記述するために相互作用フォック加群の理論を構築した。(4)散逸量子系の数理ミクロ系からマクロ系への移行を物理学的解釈により重視して議論するために、正準演算形式によって散逸量子系を扱う非平衡熱場力学(NETFD)を発展させた。散逸過程を記述する種々の方程式の相互関係が一貫した体系の下で明らかにされた。(5)中心極限定理代数的確率論の枠組みによって「シングルトン独立性」を導入し、付随する中心極限定理と極限の確率過程を導き、量子ノイズの数学的起源を包括的に議論した。離散グラフ上の酔歩と関連させることで、生成・消滅作用素の類似物が主要な役割を演ずることが明らかにされた。(6)その他量子マルコフ鎖、複素ホワイトノイズとコヒーレント状態表現、S-変換や作用素シンボルに対する逆公式、量子実在・局在性、統計不変量、などに一定の成果が上がった。1.量子確率過程の構造論ホワイトノイズ超関数論から発展した作用素の一般展開定理によって、量子確率過程を構成する最も基本的なノイズは量子ホワイトノイズであることが明らかになった。これによって、適合過程の特微付けや量子マルチンゲ-ルの表現が得られ、ホワイトノイズによる確率積分によって従来の伊藤理論を拡張する方向を見出した。2.量子確率微分方程式ホワイトノイズ解析は、確率微分方程式を無限変数常微分方程式に変換することで、特異性の高い方程式を議論する枠組みを提供する。この観点は、量子論の確率極限理論の成果とも相まって、「量子確率微分方程式=正規順ホワイトノイズ方程式」を指導原理として理論を展開する妥当性を示す。特に、これまでの確率解析では極めて特異な対象であった高次ホワイトノイズを含む方程式に対して、解の一意存在が証明された。次の課題は、解の解析的な性質である。3.量子確率解析の非線形拡張高次ホワイトノイズが自然に理論に取り込まれたため、生成・消滅過程(1次ホワイトノイズ)とゲージ過程(特別な2次ホワイトノイズ)に関する演算規則を与えてきた従来の量子伊藤公式は拡張された。実際、この拡張は「くりこみ」をともなったものとなり、新しい展開を見せている。この方向で、ノイズヲ含む非線形方程式の解析を進め、量子系の散逸や非平衡系との関連を見直すことが目下の課題である。4.無限次元調和解析への応用超関数を用いた作用素論の直接の応用として、無限次元ラプラシアンと無限次元空間上の変換群との関連を研究している。特に、無限次元回転群に実現される一径数変換群の特徴付けについて研究を進めている。これによって、微分同相群のユニタリー表現とベクトル場のなすリー環の表現の指数写像との関係を確立することができる。

ホワイトノイズ超関数上の作用素解析の手法によって、量子ホワイトノイズが導入され、それを基礎とした確率解析が急速に展開された。ホワイトノイズは各時点における独立増分を確率素子として導入するため、従来の伊藤型確率解析では取り扱えなかったホワイトノイズの高次巾や非線形拡張が自然に定義される。量子伊藤公式は、「くり込まれた」伊藤公式に拡張され、デルタ関数による形式的導出に加えて、積分核作用素の理論による解析的導出も得られた。さらに、ホワイトノイズの高次巾を係数に含む正規順ホワイトノイズ方程式の解の存在・一意性・解析性に関して一通りの結果が得られた。これによって、量子論の確率極限において議論される確率微分方程式とホワイトノイズ方程式の関連が明らかになった。これは、散逸量子系の数理的基礎に貢献するものであり、物理における非線形問題との関連が期待される。一方、これらの議論においては、相互作用フォック空間が重要な概念として浮かび上がってきている。その興味深い役割は、離散グラフ上の調和解析や直交多項式との関連という全く異なる文脈でも発見された。統計的独立性の代数的アプローチにおいて、相関関数のガウス性という概念があるが、ある意味で、すべての確率測度がガウス性をもつことが相互作用フォック空間を用いた議論で示された。今年度は、定期セミナーに内外の研究者多数を招聘し、随時、共同研究を実施した。これに加えて、本学で「量子解析とガウス過程」と題した集会を開催し、筑波大学・京都大学においては、本研究組織の分担者を責任者とする研究集会が開催された。これによって、より一層の研究交流が生まれた。(1)正規積ホワイトノイズ方程式ホワイトノイズ解析のアイデアを導入することで、従来の伊藤型量子確率微分方程式を「正規積ホワイトノイズ方程式」として著しく一般化し、解の諸性質をホワイトノイズ超関数によって記述した。また、ホワイトノイズ空間上のコーシー問題の解が、1-径数変換群の応用で求められ、無限次元調和解析に新しい視点が加わった。(2)高次ホワイトノイズとくりこまれた伊藤公式量子ホワイトノイズの高次巾を含む正規積ホワイトノイズ方程式に付随する伊藤公式「くりこみ」をともない、その構造がホワイトノイズ作用素論によって明らかにされた。極めて特異な係数を持つ(量子)確率微分方程式の解構造の解析に応用された。(3)量子論の確率極限固体物理におけるアンダーソン模型や双極子近似なし量子電気力学モデルなどの標準的なハミルトン模型から、確率極限の手法によって、量子ノイズとそれを含む量子確率微分方程式が導出された。強い非線形相互作用を直に扱うこと可能となり、現れる新現象を統一的に記述するために相互作用フォック加群の理論を構築した。(4)散逸量子系の数理ミクロ系からマクロ系への移行を物理学的解釈をより重視して議論するために、正準演算形式によって散逸量子系を扱う非平衡熱場力学(NETFD)を発展させた。散逸過程を記述する種々の方程式の相互関係が一貫した体系の下で明らかにされた。
環拡張ポルフィリンの高次集積化及び機能化

3年目は、環拡張ポルフィリンそのものの骨格の巨大化に取り組んだ。10個のピロールユニットからなる巨大環拡張ポルフィリンの1つであるデカフィリンに対してパラジウム錯化を行うことで46πヒュッケル芳香族性を示すデカフィリンパラジウム錯体を合成し、さらにこれを酸化することで44πヒュッケル反芳香族性、および44πメビウス芳香族性を示す分子の合成に成功してした。また、これらの化合物の分子ねじれと共役系および芳香族性の関係を明らかにした。また、デカフィリンに対して亜鉛錯化を行うことで、[46]デカフィリン-亜鉛二核錯体を合成した。この錯体に対して銅イオンを作用させることで、亜鉛-銅-亜鉛三核錯体の合成に成功した。この亜鉛-銅-亜鉛三核錯体は、銅イオンが一価二配位構造を有しており、デカフィリン部分がπラジカルとしての性質を有していることを見出した。この性質をX線結晶構造解析およびSQUIDから求め、そのπ共役系と銅イオンとのスピン同士の相互作用の詳細について考察した。さらに巨大な環拡張ポルフィリンであるテトラデカフィリンの物性解明に取り組んだ。このテトラデカフィリンは、巨大な[62]共役系を有している。さらにテトラデカフィリンにテトラブチルアンモニウムフルオリドを作用させることで、前例のない巨大な62π芳香族性を発現させることに成功している。さらに、このテトラデカフィリンに対して亜鉛イオンを作用させことにより、亜鉛単核錯体および二核錯体を合成した。これらは亜鉛単核錯体でNNNNN2価5配位亜鉛および62π芳香族性となる興味深い性質を見出した。26年度が最終年度であるため、記入しない。これまで未開拓分野であったヘキサフィリンの多量化を志向した周辺修飾反応として、[26]ヘキサフィリンパラジウム錯体に対する求核付加反応による官能基導入を試みた。過去のボスフィンの付加反応を応用したハロゲンイオンによる求核付加反応を発見し、これによって1つのベータ位が選択的にブロモ化されたメビウス構造を有する[28]ヘキサフィリンパラジウム錯体の合成に成功した。さらにその置換基に対して、パラジウム触媒を用いたStilleカッップリングを行うことで、エチニル基を介しての種々の置換基の導入に成功し、共役の伸長を確認した。また、[26]ヘキサフィリンパラジウム単核錯体に対するさらなるパラジウム錯化を行い、[26]ヘキサフィリンパラジウム二核錯体の合成に成功した。このパラジウム二核錯体は、平面長方形構造を有しており集積化に適しているのみでなく、2つの反転ピロール上のNHを伴った、新しい26π共役系を有している。これらの反転ピロール上のNHは容易に脱プロトン化が可能であり、この脱プロトン化体に対してヨウ化メチルを作用させることで、通常とは異なったインナーβ位選択的なメチル化を行うことに成功した。また、ヘキサフィリンのメゾアリール基にアルキル鎖を導入したヘキサフィリンを多種合成し、その物性の評価を試みた。現段階ではこれらの置換基での液晶相の発現させることには成功していないが、さらなる異なった置換基の導入、及び集積化の新手法の開拓を行っている。今年度は、前年度から続き、集積化の原料となるヘキサフィリンパラジウム錯体の反応性について深く追究し、これらをChem, Eur. J誌にまとめた。また環拡張ポルフィリンそのものの高次化にも取り組み、10個のピロールユニットから成るデカフィリンの化学についての研究を行った。10個のピロールユニットからなるその巨大な共役系の柔軟な構造による興味深い性質が期待されている。しかしながら、その合成の困難さからその金属錯体の化学の発展は十分ではなかった。そこでその原料合成を改良し、グラムスケールで[44]デカフィリンを得ることに成功した。この[44]デカフィリンに対してO価のパラジウム源であるPd2 (dba)3によるパラジウム錯化を行うことで、[46]デカフィリンパラジウム(II)単核錯体を得た。この錯体は分子全体でねじれを持たない0°ねじれ系であり、明確なヒュッケル芳香族性が観測される芳香族アヌレンの中では最大級のものである。この[46]デカフィリンパラジウム錯体を酸化することにより、[44]デカフィリンパラジウム錯体を得た。この[44]デカフィリンパラジウム錯体は、反応直後は速度論的生成物である360°ねじれを有したヒュッケル型非芳香族化合物が優先的に得られるhS、溶液中で遅い平衡により180°ねじれを有した熟力学的生成物であるメビウス芳香族錯体に変化することを見出した。このメビウス型錯体は、メビウス分子の中で最大の44π共役系を有する。このことから、最大のヒュッケル芳香族系に匹敵する大員環のアヌレンにおいても十分にメビウス芳香族性を発現可能であることが実証された。

また、これらの化合物の分子ねじれと共役系および芳香族性の関係を明らかにした。また、デカフィリンに対して亜鉛錯化を行うことで、[46]デカフィリン-亜鉛二核錯体を合成した。この錯体に対して銅イオンを作用させることで、亜鉛-銅-亜鉛三核錯体の合成に成功した。この亜鉛-銅-亜鉛三核錯体は、銅イオンが一価二配位構造を有しており、デカフィリン部分がπラジカルとしての性質を有していることを見出した。この性質をX線結晶構造解析およびSQUIDから求め、そのπ共役系と銅イオンとのスピン同士の相互作用の詳細について考察した。さらに巨大な環拡張ポルフィリンであるテトラデカフィリンの物性解明に取り組んだ。このテトラデカフィリンは、巨大な[62]共役系を有している。さらにテトラデカフィリンにテトラブチルアンモニウムフルオリドを作用させることで、前例のない巨大な62π芳香族性を発現させることに成功している。さらに、このテトラデカフィリンに対して亜鉛イオンを作用させことにより、亜鉛単核錯体および二核錯体を合成した。これらは亜鉛単核錯体でNNNNN2価5配位亜鉛および62π芳香族性となる興味深い性質を見出した。26年度が最終年度であるため、記入しない。多量化を志向した環拡張ポルフィリンの位置選択的なハロゲン化に初めて成功し、これによって、さらなる多量化が可能となった。またそれだけでなく、環拡張ポルフィリンのパラジウム2核錯体の合成にも成功し、この2核錯体は集積化を目指すのに適した長方形型構造を有しているのみならず、特殊な共役系、および脱プロトン化による反応性を有していることを見出した。予想外の反応・性質が見つかっており、これらは当初の想定を越える結果である。環拡張ポルフィリンそのものの高次化に成功しており、デカフィリンの化学を大きく高める事に成功した。このデカフィリンにおいては、その巨大な環状共役系を活かしたこれまでに報告例のない骨格の世界最大のメビウス芳香族性が発現されており、これらは当初の想定を越える結果である。ハロゲン化を行ったヘキサフィリンに体する多量化、およびパラジウム二核錯体を利用したさらなる反応性の追究を試みる。また、アルキル鎖の導入による液晶性の発現は、さらなる置換基の工夫を行い、集積化を可能にすることを試みたい。また、その過程で興味深い反応や現象を見つけることができれば、方針を柔軟に変更して、それらについても研究を進めて行く予定である。高次環拡張ポルフィリンであるデカフィリンの化学をさらに推進する。さらなる多様な金属による錯化やより巨大な環拡張ポルフィリンの化学にも取り組み、これまでの環拡張ポルフィリン化学の常識を覆す金属錯体の合成を試みる。また、その過程でさらに興味深い反応や現象を見つけることができれば、方針を柔軟に変更してそれらについても研究を進めていきたいと考えている。
科学的思考力を育てることをめざす,説明活動を中核にした理科学習指導の工夫と改善

1研究の目的本研究の目的は,自然の事象や現象を子どもたちがどのように考え,捉えているのかをイメージ図やモデル図からみとり,その根拠を効果的な表現方法を通して説明できるように指導することで科学的思考力の育成をはかることである。本実践の第3学年「ものの重さ」においては,以下の2点について明らかにするために行った。・粒子モデルを使用は質量保存の概念獲得を助けるか。・ホワイトボードを用いた説明活動は,考えの根拠を明らかにすることにつながるか。2研究の方法(1)実施時期2011年1月3月初旬(2)調査対象広島大学附属東雲小学校3年生2クラス(3)調査方法重さの概念をさぐるためのプレテストを行う。誤概念の所在を明らかにし,その根拠を問うことで,概念修正の手だてをさぐる。粒子モデルを使用したクラスとイメージ図や説明活動のみのクラスで変容の違いを見る。(4)指導概要電子天秤では変化がわからない微量な重さの紙片を示し重さがあるかどうかを問う。集めることで重さを量ることができることを示し,質量がなくならないことを知らせる。形を変えても質量の変わらないことを粒子モデルで説明できることを知らせる。(対象クラス)ものの種類によって体積は同じでも重さが違うことを多様なものを使って調べる場を設ける。3研究の成果学習前は体積と重さの量的概念に混同がみられたが,学習直後は両クラスとも9割5分以上の正答率。形の変形では質量が変化しないことも,学習直後には両クラスでの理解に違いはない。説明活動を行うことで,気体と液体の質量,浮力と質量への興味・関心が増す。対象クラスとの差は,学習後,数ヶ月を経て再度調査したいと考える。
老化心筋の特異的虚血応答分子メカニズムからみた新しい心筋保護法の開発-特に心筋細胞膜過分極型心筋保護液の虚血再灌流障害防止効果-

(1)過分極型心筋保護液の開発過分極型心筋保護液としてアデノシン添加心筋保護液の心保護効果を成熟日本白兎による心灌流モデルにて検討した。アデノシン付加心筋保護液による心機能回復率(左室圧回復率)はコントロールに比し14±3%と良好であった。次に月齢36ヶ月以上の高齢兎(ヒト60才相当)を用い同様に心機能回復率を検討したところ、コントロールでは左室圧回復率60±5%と有意に低下したがアデノシン付加心筋保護液では22±3%と心機能回復率は有意に改善し、過分極型心筋保護液の心保護効果は高齢心で増強した。小動物実験用の人工心肺装置を装着し体外循環下に、in vivoにて上記の心筋保護液を注入した後45分間の大動脈遮断を行い、再灌流2時間後の心機能回復率を検討したところコントロールに比べアデノシン付加心筋保護液では心機能回復率は有意(25±5%)に良好であった。TUNEL法による高齢心筋細胞アポトーシス発現率はコントロール(32±7%)に対しアデノシン付加心筋保護液では有意に低下(23±5%)した。(2)カルシュニューリン阻害剤による心筋アポトーシス抑制効果の検討カルシュニューリン阻害剤(FK-506前投与)による心機能回復率(左室圧回復率)はコントロールに比し20±4%,と良好であった。またTUNEL陽性細胞出現率はコントロールに比べ45%減少しアポトーシス抑制効果が得られた。次に高齢兎を用い同様に心機能回復率を検討したところ、FK-506前投与では17±3%と心機能回復率は有意に改善し、TUNEL陽性細胞出現率はコントロール(32±7%)に対しFK-506投与にて有意に改善し、FK-506の心筋細胞アポトーシス抑制効果が示唆された。以上より高齢心筋の虚血再灌流障害にはアポトーシスが関与しており過分極型心筋保護液とカルシュニューリン阻害剤の相乗効果が有用であると考えられる。(1)過分極型心筋保護液の開発過分極型心筋保護液としてアデノシン及びATP依存性カリウム・チャンネル・オープナーのpinacidilを用いた心筋保護液の心保護効果をまず成熟日本白兎によるランゲンドルフ心灌流モデルにて検討した。コントロールとして脱分極型心筋保護液(20mM高カリウム心筋保護液)を用いた。アデノシン付加心筋保護液(1 mM adenosin+20mM KCl)による心機能回復率(左室圧回復率)はコントロールに比し14±3%,pinacidil添加心筋保護液(50mM)では12±2%良好であった。次に月齢36ヶ月以上の高齢兎(ヒト60才相当)を用い同様に心機能回復率を検討したところ、コントロールでは左室圧回復率60±5%と有意に低下したがアデノシン付加心筋保護液では22±3%,pinacidil添加心筋保護液で18±2%と心機能回復率は有意に改善し、過分極型心筋保護液の心保護効果は高齢心で増強した。つづいて、小動物実験用の人工心肺装置を装着し体外循環下に、in vivoにて上記の心筋保護液を注入した後45分間の大動脈遮断を行い、再灌流2時間後の心機能回復率を検討したところコントロールに比べアデノシン付加心筋保護液では心機能回復率は有意(25±5%)に良好であった。(3)アポトーシス抑制効果の検討

TUNEL法による高齢心筋細胞アポトーシス発現率はコントロール(32±7%)に対しアデノシン付加心筋保護液では有意に低下(23±5%)したことより、過分極型心筋保護液の老化心筋に対するアポトーシス保護効果が判明した。カルシュニューリン阻害剤による心筋アポトーシス抑制効果の検討平成11年度の研究では過分極型心筋保護液での心筋保護効果は得られたが、TUNEL法による高齢心筋細胞アポトーシス発現率はアデノシン付加心筋保護液にても23±5%で、改善はみられたものの以前高値であったことより、アポトーシスを抑制するカルシュニューリン阻害剤の心筋保護効果を検討した。カルシュニューリン阻害剤(FK-506)前投与の心筋保護効果をまず成熟日本白兎によるランゲンドルフ心灌流モデルにて検討した。コントロールとして単純虚血(30分の全虚血)を用いた。FK-506前投与(1mg/kg iv)による心機能回復率(左室圧回復率)はコントロールに比し20±4%,と良好であった。またTUNEL陽性細胞出現率はコントロールに比べ45%減少しアポトーシス抑制効果が得られた。次に月齢36ヶ月以上の高齢兎(ヒト60才相当)を用い同様に心機能回復率を検討したところ、コントロールでは左室圧回復率60±5%と有意に低下したがFK-506前投与では17±3%と心機能回復率は有意に改善し、高齢心においてもアポ卜ーシスの関与が確認された。またTUNEL陽性細胞出現率はコントロール(32±7%)に対しFK-506投与にて有意に改善し、FK-506の心筋細胞アポトーシス抑制効果が示唆された。以上の成果をふまえ、現在FK506前投与と脱分極型心筋保護液並びに過分極型心筋保護液の心筋保護相乗効果について検討中であり、予備研究においてTUNEL陽性細胞発現率の減少がみられた。
セルラーゼ糖質結合モジュールとリグニン間相互作用の高分解能ＮＭＲによる解明

リグノセルロース資源の酵素糖化ではセルラーゼがリグニンに吸着するため、糖化効率が著しく阻害される。特にセルラーゼ糖質結合モジュール(CBM)が吸着に大きく影響するため、リグニン-CBM間相互作用メカニズムの解明が酵素糖化を効率化する鍵となる。本研究ではリグニン-CBM間の相互作用を明らかにすることを目的としてNMRによる相互作用解析を行っている。これまで、セルラーゼ生産菌として主要な糸状菌Trichoderma reesei由来Cel7AのCBM1を15N-ラベル体として発現、精製し、セロヘキサオースおよびスギ、ユーカリリグニンを用いた滴定実験を、二次元NMRを用いて行った。その結果、セロヘキサオースおよびリグニンは、TrCBM1が有する3つの疎水性アミノ酸由来の平滑面と顕著に相互作用することを見出した。また、セロヘキサオースは平滑面とクレフトにおいて特異的にTrCBM1と相互作用するが、リグニンは平滑面とクレフトを含めた複数の部位でTrCBM1と相互作用していることが明らかとなった、以上の研究内容をまとめ論文発表した(Scientific Reports, 2019)。また、リグニン側の相互作用部位を明らかにする目的で13C-ラベルしたβ-O-4結合型リグニンオリゴマーモデルの有機合成を行った。リグニンオリゴマーモデルを二次元NMRで観測後にTrCBM1を加え、NMRシグナルの変化から相互作用部位を評価した。その結果、リグニンオリゴマーモデルの芳香環炭素のみが顕著にTrCBM1と相互作用していることが明らかとなった。また、明確な相互作用は重合度が4-5以上のリグニンオリゴマーモデルに限って観察され、TrCBM1との相互作用にリグニンの分子量が関与することを見出した。研究計画調書において、平成30年度では(課題1)TrCBM1のリグニンとの相互作用部位を詳細に明らかにすること、(課題2)二次元NMRによりリグニン側の相互作用部位を明らかにすることの2つの課題を記載している。課題1について、相互作用部位のアミノ酸変異体の調製は行っていないものの、セロヘキサオースとリグニンの相互作用を比較し、その特徴を明かにするとともに、論文発表を行った。また、課題2については13C-ラベル化β-O-4結合型リグニンオリゴマーモデルを有機合成し、TrCBM1との相互作用を二次元NMRで詳細に解析することができている。以上より、課題1、2をおおむね満足し、TrCBM1側とリグニン側の双方から詳細な相互作用部位の解析に成功しているため、おおむね順調に進展していると判断した研究計画調書に従い、(課題3)TrCBM1と多種のリグニンサンプルとの網羅的解析を行い、多様なリグニン誘導体に普遍的に適用できる相互作用メカニズムの提唱を目指す。リグニンオリゴマーモデルを用いた解析では5-5結合やβ-β結合など、β-O-4結合以外の結合がTrCBM1との相互作用に与える影響を評価できていないため、多種の単位間結合を有するリグニンモデルを合成し、TrCBM1との相互作用解析を二次元NMRにより行う。また、多種のリグニン誘導体を用いたTrCBM1との網羅的な相互作用解析も予定している。また、課題2については13C-ラベル化β-O-

4結合型リグニンオリゴマーモデルを有機合成し、TrCBM1との相互作用を二次元NMRで詳細に解析することができている。以上より、課題1、2をおおむね満足し、TrCBM1側とリグニン側の双方から詳細な相互作用部位の解析に成功しているため、おおむね順調に進展していると判断した研究計画調書に従い、(課題3)TrCBM1と多種のリグニンサンプルとの網羅的解析を行い、多様なリグニン誘導体に普遍的に適用できる相互作用メカニズムの提唱を目指す。リグニンオリゴマーモデルを用いた解析では5-5結合やβ-β結合など、β-O-4結合以外の結合がTrCBM1との相互作用に与える影響を評価できていないため、多種の単位間結合を有するリグニンモデルを合成し、TrCBM1との相互作用解析を二次元NMRにより行う。また、多種のリグニン誘導体を用いたTrCBM1との網羅的な相互作用解析も予定している。
欠損マウスの加齢黄斑変性病態における網膜色素上皮細胞の上皮間葉移行

加齢黄斑変性病態における網膜色素上皮細胞(RPE)の上皮間葉移行(EMT)様変化に着目し,その変化に関わる転写因子を解析した。酸化ストレス亢進モデルであるSOD1ノックアウトを用いたところ,加齢にともなう網膜変性およびRPEの接着障害と形態変化を認めた。しかし、EMT転写因子の局在は明らかではなかった.一方、ヒト加齢黄斑変性での解析を試みたところ,RPEにおける転写因子Snailの発現亢進が加齢黄斑変性病態に関わる事を発見した。SOD1ノックアウトマウスの網膜色素上皮における、接着障害と細胞の遊走を確認するために、免疫組織化学を用いて、網膜色素上皮の主な接着分子であるN-Cadherinの局在を網膜色素上皮伸展標本で確認したところ、N-Cadherinの細胞内局在変化が認められた。また、野生型と比較して、網膜色素上皮の遊走も有意に増加しており、酸化ストレスによる網膜色素上皮の接着分子の動態が変化と遊走が明らかとなった。次にそれら遊走網膜色素上皮における間葉系マーカーの局在を確認するために、年齢を合わせた野生型マウスとSOD1ノックアウトマウスにおけるsmooth-muscle actin(SMA)-α及びVimentinの局在を確認したところ、SOD1ノックアウトマウスの一部の網膜色素上皮では免疫組織化学においてはVimentinの局在をみとめなかった。また、SMA-αについては一部陽性細胞を認めた。また、代表的なEMT関連転写因子である、Snail, Slug, Twist, SIP1の正常網膜における局在を調べたところ、網膜色素上皮における局在を認めなかった。一方、SOD1ノックアウトマウスの網膜色素上皮においてもこれら転写因子の局在は認めなかった。これらの事よりSOD1ノックアウトマウスでは、酸化ストレスの増加に伴って網膜色素上皮の接着機能に影響が及んでいることが明らかになったが、組織内の遊走に伴う転写因子及び運動に関連する分子については現在も検討中である。また、一連の検討において、SOD1ノックアウトマウスが、加齢に伴う進行性の網膜変性を生じる事を明らかにした(AJP 2008)。近年の報告より,加齢黄斑変性の原因として酸化ストレスが深く関わっていることが考えられている。我々は酸化ストレス亢進モデルであるSOD1ノックアウトマウスに着目し、同マウスの加齢における網膜病変に着目した。その結果、加齢とともに網膜全層の菲薄化が見られ,電気生理検査にても、振幅の低下を認め、酸化ストレスの亢進によって網膜変性が起こるモデルであることを既に報告している(Hashizume,Hirasawa etal American Journal of Pathology 2008)。同マウスでは,老化の過程で網膜色素上皮細胞(RPE)の接着障害が生じ、周辺に沈着物の蓄積が起こり、RPEの網膜内への浸潤が見られた。このことから、RPEは酸化ストレスにより上皮間葉移行(EMT)を起こし、そのことが加齢黄斑変性の発症機序の一端に関与している可能性を考え,そのメカニズムの解明が加齢黄斑変性の病態形成/治療につながるものとして解析を行った。その結果、遊離したRPEでは、接着分子の発現低下を認めていたものの、間葉系マーカーの発現については僅かであった。また、EMTを制御する転写因子については、Snail familyなどの局在につき解析を試みたものの、SOD1ノックアウトの遊離RPEについては、局在は明らかではなかった。一方、同時に計画・検討していた、ヒト加齢黄斑変性における、RPEのEMTの関与については、ヒト脈絡膜新生血管摘出標本にて組織内のRPEにEMT関連転写因子であるSnailの核内染色像を認め、AMD病態に関わっていることが分かった。組織の線維化形成に関与している可能性が示唆され、現在培養細胞での結果を加えて投稿準備中である。
半透明物体のインバースレンダリング

前年度の成果をさらに発展させ,実際に半透明物体の3次元形状推定に取り組んだ.我々の身の回りには,白濁したプラスチックなど,物体表面に入射した光が内部で強く散乱する半透明な物体が多く存在する.このような物体の形状計測は難しく,今まで,散乱光はノイズのように邪魔なものとして扱われてきたが,本研究では,逆に散乱光を手がかりとした新しい形状計測法を開発した.半透明な物体に光を当てると,物体内部で光が散乱する.まず,昨年度に開発した散乱成分の分離法を用いて,単一散乱成分と多重散乱成分に分離した.ここで,単一散乱は,入射光が物体中で一度だけ粒子と衝突することによって生じる現象であり,光源からカメラに至るまでの光路や,光路長に応じた減衰の解析が比較的容易である.そこで,単一散乱成分に,光の減衰モデルを当てはめることで形状を推定する方法を明らかにした.さらに,媒体の散乱特性と推定形状には曖昧性が生じるが,入射位置をずらして複数回計測することで,曖昧性が解決できることを明らかにした.実際に,白濁した半透明なプラスチックを対象として,3次元形状を推定する実験を行い,単一散乱が物体形状を推定するための手がかりとして有用であることを確認した.また,近赤外光を用いることで,人体内部における散乱光も解析できることを実験的に確かめた。以上のように,半透明物体を撮影した画像から形状や散乱パラメータを推定するという,インバースレンダリングの基本的な原理を確認した.初年度である平成21年度は,まず半透明物体中で表面下散乱がどのように伝播し,どのような光線空間を作り出すかを正確に計測するために,プロジェクタとカメラを用いた計測装置を試作し,さらに散乱を反射回数ごとに分解する解析法を開発した.1.表面下散乱成分の分離法の確立対象シーンを,材質が一様な薄い平面状の物体に限定することで,プロジェクタを用いて表面下散乱成分を反射成分ごとに分離するための計測法を開発した史プロジェクタから白と黒が交互に現れる高周波ストライプパターンを,その順に位相をずらしながら投影し,散乱媒体中でのその投影光の明るさを解析することで,単一散乱と多重散乱を安定に分離する手法を明らかにした.2.表面下散乱のパラメータ推定ライトトランスポート方程式に基づいて表面下散乱のパラメータを推定するために,散乱回数ごとの光線空間をあらかじめ算出しておき,その線形結合によって多重散乱を表現する新しい解析手法を考案した.これにより,表面下散乱をモデル化するための吸収係数と散乱係数を,高速に効率よく推定する方法を明らかにした.3.表面下散乱の可視化散乱媒体中で表面下散乱が作り出す光線空間は複雑なものとなるが,上記で述べたプロジェクタを用いた計測装置と,表面下散乱を反射回数ごと分離する解析法によって,入射光がどのように散乱を繰り返し,どのように空間中で伝播していくかを可視化する手法を明らかにした.前年度の成果をさらに発展させ,実際に半透明物体の3次元形状推定に取り組んだ.我々の身の回りには,白濁したプラスチックなど,物体表面に入射した光が内部で強く散乱する半透明な物体が多く存在する.このような物体の形状計測は難しく,今まで,散乱光はノイズのように邪魔なものとして扱われてきたが,本研究では,逆に散乱光を手がかりとした新しい形状計測法を開発した.半透明な物体に光を当てると,物体内部で光が散乱する.まず,昨年度に開発した散乱成分の分離法を用いて,単一散乱成分と多重散乱成分に分離した.ここで,単一散乱は,入射光が物体中で一度だけ粒子と衝突することによって生じる現象であり,光源からカメラに至るまでの光路や,光路長に応じた減衰の解析が比較的容易である.そこで,単一散乱成分に,光の減衰モデルを当てはめることで形状を推定する方法を明らかにした.さらに,媒体の散乱特性と推定形状には曖昧性が生じるが,入射位置をずらして複数回計測することで,曖昧性が解決できることを明らかにした.実際に,白濁した半透明なプラスチックを対象として,3次元形状を推定する実験を行い,単一散乱が物体形状を推定するための手がかりとして有用であることを確認した.また,近赤外光を用いることで,人体内部における散乱光も解析できることを実験的に確かめた。以上のように,半透明物体を撮影した画像から形状や散乱パラメータを推定するという,インバースレンダリングの基本的な原理を確認した.