hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
形式手法による欠陥のある現実規模の組み込みシステム仕様からの修正情報抽出

ここで,極小強充足不能部分とは,仕様の強充足不能となる極小部分を示す.提案手続きでは,強充足不能であることを示す反例となる環境からの要求列を入力とし,その実行を表す有向グラフを解析し,その欠陥箇所である極小強充足不能部分を導出する.その手続きの正当性、即ち、健全性、完全性を証明し、手続きの計算量を特定した。さらに、本手法を実装した後、現実的な仕様に適用し、現実時間で欠陥箇所が特定できることを示した。形式手法平成25年度の研究目標は、(1)誤り原因情報抽出手法の効率化及び、(2)その正当性の証明であった。(1)(2)それぞれにおいて、一定の成果が出た。よって、おおむね順調に進展していると判断した。平成24年度の研究目標は、(1)準備済みの誤り原因情報抽出手法がどの程度の規模の仕様に対応できるかを特定することと、(2)現実規模の仕様に対応できるようにするために、最も重要な技術である無限語長オートマトンの縮約技術の開発であった。これに対して、研究実績の概要で述べたように、(1)と(2)のそれぞれにおいて、一定の成果が出たため、「概ね順調に進展している」と判断した。平成26年度については、24年度、25年度の成果をソフトウェアとして設計・実装する。また、誤り箇所の情報抽出手法の研究を行う。具体的には、第一に、誤り箇所の情報抽出手法の構成に取り組む。仕様に誤りがある場合、つまり仕様が強充足不能である場合、その仕様の振る舞いを表す無限長語オートマトンには、仕様が強充足不能である証拠となる、環境振る舞いを表すオートマトンの部分グラフが得られる。その部分グラフの存在を導いた仕様の部分を特定する方法を考案する。さらに、仕様のその部分が極小になるように、特定する方法を精錬する。極小範囲を特定する方法が得られなかった場合は、修正に有意義な、自明ではない範囲が得られるように注意しながら、特定手法を構成する。第二に、現実規模の仕様を適用可能にするための手続き効率化に取り組む。平成24,25年度に構成した無限長語オートマトンのサイズを小さくする手法を適用し、この手法が現実規模の仕様に適用可能となるように手続きを効率化する。第三に、抽出手続きの正当性の証明に取り組む。これまでに得られた手続きの正当性を証明する。ここで、証明する正当性は、(a)特定された仕様の範囲は強充足不能であることと、(b)その範囲が極小であることである。極小範囲を特定する方法が得られなかった場合は、(b)の代わりに、(b')その範囲の特定が工学上有意であることを示す。平成25年度については、誤りのある組込みシステム仕様からの誤り原因情報抽出手法の構成において、抽出情報の単純化による抽出手法の効率化に取り組む。現実規模の仕様を適用可能で、かつ、得られる環境制約が修正に有益であるためには、どのような単純化が必要かを考察する。次に、抽出手続きの正当性の証明を行う。ここで、証明する正当性とは、手続きの停止性、得られる制約の健全性(手続きが抽出した制約は正しい環境制約であるという性質)、得られる制約の最弱性(手続きが抽出した制約は、想定している式のクラスで最弱であるという性質)の3つである。これにより、構成する手続きに、理論的な裏付けを与える。
角膜におけるTRAFファミリータンパク質の発現とTRAFシグナル伝達機構

研究1.ヒト正常角膜および培養ヒト角膜上皮(HCE)、実質(HCS)細胞におけるTRAFファミリータンパク質(TRAFs)の発現を免疫組織化学的手法で検討した。1)ヒト正常角膜TRAF1,2,4の発現がすべての上皮、実質、内皮細胞に認められた。TRAF5,6発現がすべての上皮細胞に認められたが実質、内皮細胞ではドナーにより異なり、少数に発現するものと発現が全く認められないものとがあった。TRAF3はいずれの細胞にも発現は認められなかった。TRAFsの細胞内局在については、TRAFあるいは細胞種類により異なり、TRAF2発現は上皮および内皮細胞では核に限局し、実質細胞では核および細胞質にみられ、TRAF4は細胞腫にかかわらず核および細胞質に発現した。他のTRAFは細胞質に発現していた。TRAF3を除くTR.AFsの発現が両細胞すべてに認められた。細胞内局在については、TRAF4発現が両腫の細胞ともに核および細胞質に、TRAF5,6が細胞質に認められ、発現は細胞・ドナーにかかわらず一定していた。一方、TRAF1,2は同一培養細胞であっても、細胞質に発現するもの、細胞質と核とに発現するものが混在して認められた。本研究1で、ヒト角膜正常組織と培養細胞とではTRAFsの発現と細胞内局在に違いが認められたことから、TRAFsは角膜細胞において生理的機能や細胞増殖などの活性化に関わる情報を伝達している可能性が考えられた。研究2.角腺に発現するCD40を介するシグナルにおけるチロシンリン酸化の重要性についてHCE、HCS細胞を用いて調べた。(当初の研究計画を変更して行った。)CD40刺激でHCE、HCS細胞からGM-CSF,IL-8産生が趨こり、そのシグナル伝達に両細胞ともにチロシンリン酸化が関わることがわかった。サイトカイン誘導におけるCD40シグナルでTRAFシグナルカスケードとチロシンリン酸化とがどのように関わっているのかについて今後検討を行う予定である。正常ヒト角膜および培養ヒト角膜上皮(HCE)・実質(HCS)細胞におけるTRAF16の発現を免疫染色で検討した。1.結果(1)正常ヒト角膜におけるTRAF16の発現(1)角膜上皮:TRAF1(+)TRAF2(+)TRAF3(-)TRAF4(+)TRAF5(+)TRAF6(+).細胞内局在についてはすべて細胞質に発現がみられた。ただし、TRAF2は核にも発現がみられる細胞があり、加えて発現がsuperficial layerで強く細胞の分化レベルとの関連性が示唆された。(2)角膜実質:TRAF1(+)TRAF2(+)TRA3(-)TRAF4(+)TRAF5(+±)TRAF6(+±).細胞内局在については組織切片では判定できず、現在新たな方法で検討を行う考えである。(3)角膜内皮:TRAF1(+)TRAF2(+)TRA3F(-)TRAF4(+)TRAF5(+)TRAF6(+).ただし、細胞形態を保っている組織を入手するのは困難であり、発現および細胞内局在については今後得られる組織で検討を続ける考えである。

(2)培養ヒト角膜上皮(HCE)・実質(HCS)細胞におけるTRAF16の発現(2)HCS細胞:TRAFの発現・細胞内局在はHCE細胞とほぼ同様であった。2.まとめ・考察正常ヒト角膜ではTRAF16の発現は上皮・実質・内皮で同様であり、TRAF3を除く他はすべて発現がみられた。また、培養上皮細胞・実質細胞でも正常角膜と同様のTRAF発現がみられた。TRAF発現の細胞内局在はまだ今後の検討を必要とするが、今回の研究結果から、(1)正常角膜の恒常性におけるTRAFの役割、(2)TRAFと細胞増殖との関連性について、今後新たに検討する価値があると思われる。I.ヒト正常角膜のTRAFs発現を検討ドナー数を増やし(>10)検討を進め、以下の結果を得た。・TRAF1,2,4:上皮・実質・内皮に発現する;上皮では、TRAF2は核にTRAF4は核および細胞質に発現しかつTRAFsで最も発現が強い・TRAF3:いずれの細胞にも発現認められない・TRAF5:上皮に発現する;実質・内皮はドナーにより発現(-)/少数に発現と異なる・TRAF6:上皮では角膜部位で発現に差が認められ、特に輪部かつ基底細胞により強く発現する.実質・内皮はドナーにより発現(-)/少数に発現と異なるII.培養角膜(上皮、実質)細胞でのTRAF発現をさらに検討し、以下の結果を得た。・TRAF1:培養上皮、実質細胞ともに同様で、細胞質に発現するもの、細胞質/核に発現するものがみられる・TRAF2:両細胞ともに発現は核に限らず、細胞により細胞内発現部位はさまざまである・TRAF3:培養上皮、実質細胞ともに発現が認められない・TRAF4:培養上皮、実質細胞ともに核・細胞質に発現する・TRAF5,6:培養上皮、実質細胞ともに細胞質に発現するIII.正常角膜組織と培養(上皮、実質)細胞とのTRAFs発現の違いを検討し、以下のことが明らかとなった。・TRAF1発現は、培養上皮、実質細胞では細胞質のみならず核にも発現される・TRAF2発現は、培養上皮、実質細胞では核のみならず細胞質にも発現される・TRAF5,6の実質細胞での発現は培養細胞で増強する以上の結果の意義については現在検討を進めている。
循環型社会の実現に向けて情報技術(IT)が果たす役割に関する研究

本研究では循環型社会の実現に向けて情報技術(IT)が果たす役割について研究した。循環型社会の形成には,技術面での工学的工夫とともに経済の仕組みの工夫が必要である。本年度は昨年度構築したリサイクル・モデルを用いて消費者,生産者など社会を構成する主体がリサイクルに関した意思決定を行う際に製品情報が果たす役割について考察した。具体的にはリサイクル過程への電子タグ導入の効果に関して,使用済み財の排出者である消費者の排出行動に注目し分析した。モデルにより,消費者の効用最大化,生産者の利潤最大化の条件より,各種価格を求め,情報が付加された財と付加されていない財に関して,価格比較分析を行い,情報財の価格が低下すれば,情報を付加した財の価格が,そうでない財の価格より相対的に低下するという興味深い結論を得た。すなわち、情報財の普及は情報付加財の価格低下を通じて循環型社会形成に有効であることが示せた。社会システムが有効に機能するためには制度設計が重要である。価格,品質などの製品情報を指標とし社会の構成員は意思決定を行うのであるが,使用済み製品の回収・処理・処分といった定型的な判断は電子タグによる製品情報と通信ネットワークインフラに任せ,消費者・生産者は各自が情報を活用して製品のライスサイクル全般(製品の上流・下流)に配慮した意思決定が行えるように,情報が開示された社会の構築が循環型社会への一歩であろう。本研究では循環型杜会の実現に向けて情報技術(IT)が果たす役割について研究した。従来は、廃棄物再生や処理などの技術面での工学的工夫が多く提案されてきたが、循環型社会が形成されるためには経済の仕組みとしての工夫が必要である。本年度では循環型社会の実現に向けて情報技術が果たす役割について、環境経済学の観点から検討した。経済活動における情報の役割としては不確実性のもとでの意思決定支援、リスク軽減・時間・空間のギャップの縮小などが考えられるが、まず経済の情報化、ソフト化の動向について経済構造変化の現状を把握し、次に環境保全の観点から廃棄物排出量、処理量、リサイクル率の変化と情報技術の関連を分析し、情報技術のどのような機能が環境効率の向上に寄与するのかについて検討した。情報技術が生活の中に取り入れられ、双方向からの情報交換が可能になり、特に電子商取引における企業-個人間取引では購買行動を生産活動にフィードバックすることが可能になる。購買行動における情報の活用や、ライフスタイルの変化が廃棄物発生量に与える影響の検討として、一般廃棄物の排出関数の説明変数として、情報技術投資を採用した関数を用いて、東京都のマクロモデルによる政策シミュレーションを実行し、ITが廃棄物排出量削減に有効であることが示せた。また、ゼロエミッショシのアプローチでは、循環を成立させるためには、廃棄物を処理するのではなく、むしろ副産物を資源として活用する技術の体系をつくり、それの産業化を指向していく必要があるとされる。複数の経済主体が相互に補い合い廃棄物を資源化し、グループ外部に放出する廃棄物を最小にすることが目標とされる。相互に補いあうためには、再資源化のための物量、情報流を検討することが重要であり、企業間電子商取引はこの場面でも重要な役割を果たすであろう。循環型社会の形成には、技術面での工学的工夫とともに経済の仕組みの工夫が必要である。本年度は簡単なリサイクル・モデルを構築し我が国リサイクル法が採用したEPR手法が与える影響を検討した。リサイクル法とは,「循環型社会形成推進基本法」と個別法(改正廃棄物処理法,資源有効利用促進法,食品リサイクル法,建設リサイクル法,グリーン購入法,自動車リサイクル法)であるが,使用済み製品の排出者としての消費者の役割に注目し,上記リサイクル法のうち,容器包装,家電,パーソナルコンピュータ(以下「パソコン」),自動車の4種類の製品グループを考察対象とした。これら製品グループに関してリサイクル・モデルを用いて,生産者を環境影響低減設計へ向かわせる圧力としての政策手段として課税・補助金を想定し政策効果を検討した。また同モデルを用いて消費者,生産者など社会を構成する主体がリサイクルに関した意思決定を行う際に製品情報が果たす役割についても考察した。

具体的にはリサイクル過程への電子タグ導入の効果に関して,使用済み財の排出者である消費者の排出行動に注目し分析した。モデルにより,消費者の効用最大化,生産者の利潤最大化の条件より,各種価格を求め,情報が付加された財と付加されていない財に関して,価格比較分析を行い,情報財の価格が低下すれば,情報を付加した財の価格が,そうでない財の価格より相対的に低下するという興味深い結論を得た。すなわち、情報財の普及は情報付加財の価格低下を通じて循環型社会形成に有効であることが示せた。今回の分析に用いたリサイクル・モデルは,政策手段の評価に用いるには,まだまだ工夫の余地は大きいと考えるが,このモデルを手がかりとして,循環型社会形成に向けて、情報財の役割を活かした廃棄物行政について考えていきたい。本研究では循環型社会の実現に向けて情報技術(IT)が果たす役割について研究した。循環型社会の形成には,技術面での工学的工夫とともに経済の仕組みの工夫が必要である。本年度は昨年度構築したリサイクル・モデルを用いて消費者,生産者など社会を構成する主体がリサイクルに関した意思決定を行う際に製品情報が果たす役割について考察した。社会システムが有効に機能するためには制度設計が重要である。価格,品質などの製品情報を指標とし社会の構成員は意思決定を行うのであるが,使用済み製品の回収・処理・処分といった定型的な判断は電子タグによる製品情報と通信ネットワークインフラに任せ,消費者・生産者は各自が情報を活用して製品のライスサイクル全般(製品の上流・下流)に配慮した意思決定が行えるように,情報が開示された社会の構築が循環型社会への一歩であろう。
人が持つ技能の特徴化ならびにスポーツ指導への活用に関する研究

今年度は電気学会C門大会にて発表を行った。題目は「運動学的観点から見たバットスイングにおける指導の評価」である。これにより、(1)指導者の選手に対する指導を動作パラメーターの変量として評価できること。(2)指導の内容と動作の変化が起こる部位とそのタイミングについて対応関係が整理できること。(3)指導の内容に対して選手の受け止め方はそれぞれ違うが、動作パターンで選手をグループ化していくと、グループに応じた指導を行うことで動作改善との対応関係が見えてくること。という三点について研究成果を公開することができた。野球における打撃動作の指導方法について、熟練指導者の感覚的な部分に踏み込んで客観的データを提出できたことは、今後の指導方法の改善につながる可能性があり、有意義かつ重要な成果である。一方、日本野球科学研究会において「大学野球選手と高校野球選手のスイング軌道に関する一考察ー東都リーグ1部選手と県大会初戦敗退高校選手との比較ー」という題目にて発表をおこなった。競技レベルの差がバットスイングの軌道にどう反映されるかについて考察を行った。(1)スイングの指導時にバットヘッドと地面が構成する角度に明らかな差が検知されること。(2)その原因として、バットヘッドに加わる物理的な力をヘッドスピードにつなげる技術が未熟練者では明らかに劣ること。という二点について研究成果を公開した。高校野球選手の指導においてどこに着目するべきかという切り口を、指導専門の聴講者に提供することができた。また12月末に國學院大學硬式野球部の選手3名に来ていただき、新たな実験を行った。これらの成果について今年度研究発表としてまとめる予定である。2017年度、2018年度とも新しい実験を行うことができた。被験者の数を確保することが研究の客観性を担保するために大切なポイントとなっているが、今のところは順調に進んでいる。また、現在実験結果について考察を行い、発表する準備を進めている。また、両年度ともに学会発表などの研究成果発表をすることができた。論文作成については現在のところ順調とはいいがたいが、2019年度にある程度の結果を残すことができるように努力していきたい。2019年度も年度末に新たな実験を実施予定である。可能な限り被験者数を積み増して、客観性の担保に努めていきたい。また、論文作成は鋭意努力中である。査読のある論文誌への投稿を積極的に行う予定である。学会発表は電気学会C部門と海外での発表を予定している。平成29年度は、物品購入のために前倒しでの支給を申請して3DマッスルシミュレーターARMO上肢・下肢モデルのライセンス(3年間)を取得した。このシステムの導入とデータ解析のための担当者の増員により、データの解析量は従来の倍となった。前回助成を受けていた科研費課題に比べて研究をより速く進められるようになり、今後の学会発表や論文の投稿について目覚ましい成果を上げられる環境が整ったと感じている。6月には未熟練者モデルとして本校野球部員6名の協力を得て、野球打撃におけるバットスイングの解析実験をおこなった。上記シミュレーターを使って、論文化するためにデータの解析を進めた。特に右打者のスイングについて、シミュレーターによる解析の結果を被験者にフィードバックすることができ、単なる研究にとどまることなく、データの提示が「暗黙知の可視化、定量化」となり、未熟練者に対するコーチングに有効であることを実感している。また、12月下旬に國學院大学硬式野球部(東都大学野球連盟1部所属、プロ野球選手多数輩出)の協力を得て、前回の科研費課題研究に引き続き、3名の大学硬式野球選手を被験者とした熟練者モデルの実験を行った。こちらの方の解析も順調に進んでいる。さらに、電気学会(電子・情報・システム部門大会)と電気学会(電子・情報・システム部門制御研究会「スマートシステムと制御技術シンポジウム2018」)において計3件の学会発表を行った。身体活動の解析ソフトライセンスを取得し、データ解析量は従前の倍になった。熟練者モデルの実験も前回助成を受けていた科研費課題に引き続き、2年間かけて順調にサンプル数を増やしている。

高校野球選手の指導においてどこに着目するべきかという切り口を、指導専門の聴講者に提供することができた。また12月末に國學院大學硬式野球部の選手3名に来ていただき、新たな実験を行った。これらの成果について今年度研究発表としてまとめる予定である。2017年度、2018年度とも新しい実験を行うことができた。被験者の数を確保することが研究の客観性を担保するために大切なポイントとなっているが、今のところは順調に進んでいる。また、現在実験結果について考察を行い、発表する準備を進めている。また、両年度ともに学会発表などの研究成果発表をすることができた。論文作成については現在のところ順調とはいいがたいが、2019年度にある程度の結果を残すことができるように努力していきたい。平成30年度は解析結果をもとに論文をまとめて各学会に発表する。また、熟練者モデルのサンプル数をさらに増やすべく年末に第3回目となる実験をおこなう。2019年度も年度末に新たな実験を実施予定である。可能な限り被験者数を積み増して、客観性の担保に努めていきたい。また、論文作成は鋭意努力中である。査読のある論文誌への投稿を積極的に行う予定である。学会発表は電気学会C部門と海外での発表を予定している。解析ソフトの見積金額と実際の支払金額に違いが生じたため。国際学会への研究発表を次年度に繰り延べしたため。
膵癌の癌幹細胞特異的糖鎖による早期診断法と新規治療法の開発

Nestinは膵癌の癌幹細胞に高発現し、癌の幹細胞性や増殖、転移に関与している。ゲムシタビンに、nestinの抑制を併用することで、相乗的に殺細胞効果があることも明らかとなっている。膵癌の癌幹細胞マーカーの中でnestinは、膵癌の有望な早期診断および治療標的と考えられる。一方でnestinは細胞内タンパクであり、これを標的とした診断法・治療法の開発は容易ではなく、臨床応用に繋がる研究は進んでいない。本研究では、nestin陽性の膵癌幹細胞に特異的に発現する糖鎖を検出し、膵癌の早期診断マーカーを同定する。さらに、膵癌幹細胞に特異的な糖鎖を標的とした新たな分子標的治療法の開発を目指す。
トカマクプラズマの電子密度上限に関する機構

トカマクのスクレイプ・オフ・層(SOL)における電子温度T_<es>,電子密度n_<es>,ダイバータ-板附近の電子温度T_<eD>,電子密度_<eD>,セパラトリックスを横切る熱流束q_1等の関係を2点SOLモデルを用いて調べた.このモデルには,最近のSOL測定において電子温度とイオン温度が異なること,電子温度と電子密度の径方向勾配が異なることが観測されているが,この結果を取り入れており,セパラトリックスにおける境界条件も実験結果に合うようBorrassモデルを改良している。これの詳しい内容はK. Miyamoto, and N. Asakura : J. Plasma and FusionResearch(プラズマ・核融合学会誌)74 No 3 (1998)に掲載されている.このモデルを用いSOLにおける温度・密度,ダイバータ-板附近の温度,密度ダイバータ-板の熱負荷,デタッチド・プラズマになるSOLの電子密度の比例則を導いた.このモデルの結果と実験結果と良い一致を示すことが確められた。更にこのモデルによりITERのSOLのパラメーター,デタッチド・プラズマになる条件等の予測を行なった。トカマク・プラズマの電子密度上限n_<crit>^<12>関する実験的比例則としてGreen wald limitが広く用いられている.この比例則には加熱入力依存性を反映していないし,その理論的裏づけはないように思われる.また国際熱核融合実験炉ITERの標準パラメーターの密度はGreen wald limitの1.21.5Xである.したがつて密度上限に関する仮題は重要である.平成8年度に行なった研究実績は以下のとおりである.○トカマクのスクレイプ・オフ・層(SOL)における運動量,エネルギーの輸送方程式を,簡単化されたスラブ・モデルに適用したいくかの論文をレビューし,これらの問題点を解析した.○トカマク・SOLに関する実験データーを集積し,SOLスラム・モデルから得られる結果と実験データーを比較・検討し,その妥当性を評価した.トカマクのスクレイプ・オフ層(SOL)における電子温度Te_S,電子密度Ne_S,ダイバータ-附近の電子温度Te_D,電子密度Ne_D,セパラトリックスを横切る熱流束^C6_I等の関係を2点SOLモデルを用いて調べた。このモデルには,最近のSOL測定において電子温度とイオン温度が異なること,電子温度と電子密度の径方向勾配が異なることが測定されているが,この結果を取り入れており,またセパラトリックスにおける境界条件も実験結果に合うようBowussモデルを改良している。これの詳しい内容はK.Miyamoto and N.Asakura:J.Plasma and FusionResearch(プラズマ・核融合学会誌)74 No3(1998)に掲載されている。このモデルを用いSOLにおける温度,密度,ダイバータ-板附近の温度,密度,ダイバータ-板の熱負荷,デタッチド・プラズマになるSOLの電子密度の比例則を導いた。このモデルの結果と実験結果と良い一致を示すことが確められた。更にこのモデルによりITERのSOLのパラメーター,デタッチド・プラズマになる條件等の予測を行った。
高感度スペースガンマ線検出器によるブラックホールからの非熱的放射の解明

すざく衛星搭載の硬X線検出器(HXD)を用いてブラックホールを含めた様々な天体からの非熱的放射を解明するには、検出器の軌道上較正が重要となる。そこで、私はHXDの主検出器である計64個のシリコン検出器のエネルギー較正と応答関数の構築を行なった。エネルギー較正においては、HXDの検出器内部で発生する蛍光X線によるイベントを工夫して抽出し、その輝線構造をエネルギーの指標とすることで、打ち上げ以来の課題となっていた軌道上でのエネルギー較正を正確に行なうことができた。応答関数は、検出器によって得られた生のスペクトルを、天体からの放射スペクトルに戻すために必要不可欠なものである。私は、較正天体の観測データとモンテカルロシミュレータによるデータを比較しながら、シミュレータ内でのシリコン検出器の空乏層の厚さなどを最適化することで、観測データを高い精度で再現した。そして、シミュレータの出力をもとに応答関数を作製した。私が行なったエネルギー較正の結果や作製した応答関数は、世界の研究者に配布されデータ解析に用いられている。軌道上較正の後、ブラックホールをはじめとする天体の観測データの解析を行なった。上記の較正によって、さまざまな天体の非熱的放射のパラメータを正確に求めることができた。特に超新星残骸RX J1713.7-3946に関しては、超新星残骸のあらゆる位置から40keV付近にまで伸びる非熱的放射を検出し、その放射にカットオフがあることを明確に示すことに成功した。さらに、すざく衛星による結果と電波・TeVガンマ線のデータを組み合わせることで、この超新星残骸で起こっていると考えられる宇宙線加速の理解を進めることができた。次世代の高感度観測を目指したコンプトンカメラの開発については、気球搭載用検出器のセンサー部分をほぼ完成させ、天体観測実現の目処をつけた。次世代高感度ガンマ線検出器の試作検出器として、シリコンとテルル化カドミウムの撮像素子を組み合わせた半導体コンプトンカメラを製作した。このコンプトンカメラは0.3mm厚・0.4mmピッチで2.6cm角の大きさを持つの両面シリコンストリップ検出器6層と、0.5mm厚・2mmピッチ・1.6cm角大のテルル化カドミウムのピクセル検出器3枚から構成されており、各チャンネルからの信号は低雑音アナログLSI(VA323TA)を用いて読み出される。ガンマ線源を照射し、そのデータを解析したところ、80keVから700keVのガンマ線のイメージとスペクトルの再構成に成功した。得られた角度分解能は511keVのラインガンマ線に対して半値全巾で3.9°であり、エネルギー分解能は同じく511keVにおいて半値全巾で14keVである。これらの値は、世界的に見ても、コンプトンカメラとしては非常に優れた値である。次世代検出器開発と同時に、2005年に打ち上げが予定されているAstro-EII衛星に搭載される硬X線検出器の地上較正試験や環境試験等を行った。これらの試験は検出器を打ち上げるためには必要不可欠なものである。地上較正試験で取得したデータは検出器の応答を求めるために用いられる。検出器開発に加えて、現在軌道上にある欧米のX線天文衛星のデータ解析を行い、ブラックホール天体の研究を進めた。特に銀河NGC253中のX線源に注目し、そのスペクトル発展が銀河系内のブラックホール候補天体と同様の振る舞いを示すことを発見し、その結果を論文にまとめ、投稿した。硬X線領域の過去最高感度でのブラックホール観測を実現させるため、本年度7月に打ち上げられた「すざく」衛星(ASTRO-EII衛星)に搭載された硬X線検出器(HXD)の立ち上げ作業に参加した。私は、実際に鹿児島のデータ受信局に行き、そこで、衛星からのデータをモニターし、検出器を無事に立ち上げることに貢献した。さらに、私はHXDのシリコン検出器部分の責任者として、そのデータの詳細解析も行い、天体観測を行うのに必要不可欠な計64個のシリコン検出器に関する各種設定を1つ1つ決定した。「すざく」衛星による天体観測が本格的に開始されてからは、ブラックホール天体を含むさまざまな観測データの解析を行い、軌道上のデータを用いた較正作業、バックグラウンドのモデル化、およびそのモデルの検証作業に参加した。その結果として、超新星残骸RXJ1713.7-3946の40keVまでの放射を初めてとらえることなどに成功した。次世代高感度ガンマ線検出器の開発においては、多層半導体コンプトンカメラで重要となる、低消費電力・低雑音アナログLSIの開発に参加するとともに、その評価を主導した。その結果として、1チャンネルあたり0.4mWという低消費電力を達成するとともに、0.3mm厚、0.4mmピッチで、1.28cm角の大きさをもつシリコンストリップ検出器と接続して、半値全幅で、1.1keVというすぐれた分解能達成した。この成果は国内外の学会・研究会で発表するとともに、論文にまとめ、投稿した。

応答関数は、検出器によって得られた生のスペクトルを、天体からの放射スペクトルに戻すために必要不可欠なものである。私は、較正天体の観測データとモンテカルロシミュレータによるデータを比較しながら、シミュレータ内でのシリコン検出器の空乏層の厚さなどを最適化することで、観測データを高い精度で再現した。そして、シミュレータの出力をもとに応答関数を作製した。私が行なったエネルギー較正の結果や作製した応答関数は、世界の研究者に配布されデータ解析に用いられている。軌道上較正の後、ブラックホールをはじめとする天体の観測データの解析を行なった。上記の較正によって、さまざまな天体の非熱的放射のパラメータを正確に求めることができた。特に超新星残骸RX J1713.7-3946に関しては、超新星残骸のあらゆる位置から40keV付近にまで伸びる非熱的放射を検出し、その放射にカットオフがあることを明確に示すことに成功した。さらに、すざく衛星による結果と電波・TeVガンマ線のデータを組み合わせることで、この超新星残骸で起こっていると考えられる宇宙線加速の理解を進めることができた。次世代の高感度観測を目指したコンプトンカメラの開発については、気球搭載用検出器のセンサー部分をほぼ完成させ、天体観測実現の目処をつけた。
視覚野のコラム形成における求心性入力の役割

大脳皮質一次視覚野では類似した性質を持つニューロンが皮質表面から白質まで、表面に対して垂直に配列し、機能円柱(コラム)と呼ばれる構造を造っている。眼優位性コラムの研究により、コラム構造は生後発達に伴って次第に形成されてくることが明らかとなったが、このコラム形成の過程は正常な視覚入力を必要とし、眼瞼縫合や人工斜視等の操作により異常な視覚入力を与えると正常なコラムが形成されないこともわかっている。しかし、これらの操作では、その効果を定量的に評価することが困難なため、どの程度の神経活動の変化あるいは同期性の変化がコラムの可塑性に影響を与えるかはわからない。そこで本研究では、テトロドトキシンで網膜の活動を全て遮断した状態で両側の視神経に電気刺激を与え、既知のパラメーターの入力によるコラム構造の変化を検討した。このことにより、視神経の活動が眼優位性コラムの形成や可塑的変化に重要な役割を果たすかどうかをより直接的に調べることができる。生後4-5週の仔ネコを用い、片側の視神経束上に刺激電極を慢性的に留置した。また、両側の眼球にテトロドトキシンを注入し、網膜の電気活動を遮断する。この処置は、最終的に動物を灌流固定するまで二日おきに繰り返し、電気刺激以外の入力を完全に遮断した。覚醒時の動物に対して、シナプス長期増強を起こす刺激として知られているθバースト状の高頻度刺激を片側の視神経に約2-4日間慢性的に与えた。電気刺激の強さは、外側膝状体で記録される誘発電位が最大振幅となる強さとした。次に、視神経の電気活動が眼優位性の可塑性に与える影響を調べる第一段階として、視覚野ニューロンの眼球優位性を調べた。動物がテトロドキシンの効果から回復した後、視覚野ニューロンの光反応性を電気生理学的に調べたところ、光反応性が全体的に低下しているものの、慢性電気刺激を与えておいた方の眼により強く反応するニューロンが多い傾向が認められた。このことは高頻度刺激のような単純化された刺激によっても、視覚野の可塑的変化が誘発されうる可能性を示唆している。
電界勾配力を利用する電気流体力学(EHD)ポンプの研究

平成14年度の研究計画書に記載した研究課題に対応させて、これまでの研究成果の概要を以下に記す。1.リング対円盤電極から成るEHDポンプを数mmから数μmに微細化し、流れの構造を明らかにする。数μmサイズの流路中のEHDポンプでは円盤が流れを妨げ、流れ形成は、困難であることが分かった。そこで、EHDポンプ微細化の前に、厚さ10mm外直径100mmの円盤電極と、太さ5mm外直径20mmのリングから成るEHDポンプで流れを実験的に検討し、次の結果を得た。(1)銅製円盤電極を研磨すると流れ方向が印加電圧の極性で反転した。円盤表面が酸化状態では極性効果は現れず、流れは円盤からリングに向かうなど、円盤の表面状態がポンピング力に影響を及ぼす。(2)円盤電極中心に孔を開けて管内流れの抵抗低減を図り、直径5、10、20、30mmで作動液R123の平均速度を計測すると、孔の直径が大きくなるほど平均速度は遅くなる傾向を示し、流れ方向に極性効果が現れた。(3)円盤の孔が電極間電界分布の空間勾配を小さくし、高電界下のR123分子の解離電荷と非対称電界との相互作用力が電界勾配力よりも優勢になり、極性効果がでたと考えられる。この後、EHDポンプの微細化を図り、外直径3mm太さ1mmの二つのリングから成るEHDポンプで、作動液の解離電荷と電界の相互作用力を主力とする流れを確認できた。さらに、電極サイズを数百μmに縮めてポンプを試作したがこれに適合する比重、粒径の可視化粒子がまだ見つからず、流速測定、流れの構造解明には至っていない。2.数μmサイズEHDポンプの電極近傍流れを観測し、定常的速度分布と印加電圧との相関を明らかにする。表記課題では、1.と同じ事情で結果を得ていない。しかし、厚さ10mm外直径100mmの円盤と太さ5mm外直径20mmのリングからなるポンプで、円盤アース、リングに直流10kV印加後134msecで円盤からリングに押し込まれる流れ形成過程を高速度カメラで撮影した。201msecでは流れと一緒にリングを潜り抜けてきた白い可視化粒子群を船の碇状に確認できた。1秒経過で、リングから吹き出るラッパ管状の定常EHDポンプ流れを観測し、中心軸上の平均速度は12.6cm/sであった。しかし、電極間流れは極めて複雑で、レーザ流速計による速度分布の測定は困難であったので、理論的扱いの容易な無極性液体のシリコン油を作動液に想定し、リング対円盤電極近傍の電界勾配力の分布を数値計算で求めた。円盤に近い側のリング表面近傍に電界勾配力が集中し流速が速くなると推定した。また数mmサイズの二つのリングによるポンプでR123の解離による流れの振動現象を観測した。さらに、複数の針電極を使うポンプでは、再現率は低いが45kV印加で12kPaの高電気圧を得て長距離大量動輸送EHDヒートパイプに応用可能と分かった。

201msecでは流れと一緒にリングを潜り抜けてきた白い可視化粒子群を船の碇状に確認できた。1秒経過で、リングから吹き出るラッパ管状の定常EHDポンプ流れを観測し、中心軸上の平均速度は12.6cm/sであった。しかし、電極間流れは極めて複雑で、レーザ流速計による速度分布の測定は困難であったので、理論的扱いの容易な無極性液体のシリコン油を作動液に想定し、リング対円盤電極近傍の電界勾配力の分布を数値計算で求めた。円盤に近い側のリング表面近傍に電界勾配力が集中し流速が速くなると推定した。また数mmサイズの二つのリングによるポンプでR123の解離による流れの振動現象を観測した。さらに、複数の針電極を使うポンプでは、再現率は低いが45kV印加で12kPaの高電気圧を得て長距離大量動輸送EHDヒートパイプに応用可能と分かった。1.内直径3mm程度の細管内にリング対円盤電極を取り付け、作動流体R123の流れ発生過程と分極電荷の緩和時間の相関を明らかにすることに関して標記の課題に取り組む前に、細管内流れを比較的形成しやすいリング対角筒電極から成るEHDポンプを用いて予備実験を行い、以下の結果を得た。(1)作動流体として絶縁性液体R123を用いる場合、印加電圧の極性を変えると流れ方向が反転したので、主体的ポンピング力は電界の2乗の空間微分で決まる電界勾配力ではない。(2)電界勾配力の他に、高電界による液体分子の解離で発生した正負一対の電荷と非対称電界との相互作用力も発生し、この力が電界勾配力よりも優勢になる場合もある。これらの結果に鑑み、実験の容易さからポンプのサイズを大きくし、さらに流体抵抗の低減を図って中心部に孔を開けた厚さ10mm外直径100mmの円盤電極と、太さ5mm外直径20mmのリングから成るEHDポンプを用いて実験を行い、次の結果を得た。(3)液温20°C、電極間距離4mmに固定し、円盤電極の孔の直径を5、10、20、30mmと変えてR123の平均速度を計測した結果、予測に反して孔の直径が大きくなるほど作動流体平均速度は遅くなる傾向を示し、流れ方向に極性効果が現れた。(4)極性効果が現れたのは、円盤の孔による電界分布の変化率の減少と円盤電極の表面処理の結果と思われ、これらの要因と電界勾配力発現の関係を検討する必要がある。2.電極近傍の定常的速度分布を微小流体拡大観測装置によって明らかにし、印加電圧との相関を明らかにすることに関して電極近傍のEHD流れは極めて複雑なので、作動流体に無極性液体のシリコン油を想定し、リング対円盤電極近傍の電界勾配力を数値計算で求めてベクトル表示した。これより、定常的速度分布はリング電極の円盤側近傍で印加電圧が高くなるほど速くなると推測した。平成15年度の研究実施計画に対応させて1年間の研究実績の概要を述べる。(1)内直径100μmサイズのリング対円盤電極からなるEHDポンプで電界勾配力が発現するか否かについて内直径100μmの細管内EHDポンプ流れの撮影と流測測定に使う実験装置は、現在使用可能な可視化粒子がリング電極と細菅流路の内壁間、あるいは電極内に詰まるなどの検討結果から試作が困難と判明した。そこで前段階として、断面積1000μm×1000μmの細菅内に、これと同じ断面積で埋め込み式の長さ1cmの角筒電極と太さ200μmの銅線で試作した外直径600μmのリング電極を取付けて実験装置を製作した。ところが、この装置においても可視化粒子との整合が困難で、流れの撮影と流測測定ができなかった。微小化の前に断面積1000μm×1000μmの細菅を塩化ビニールで試作し、内に埋め込み式の角筒電極と太さ1000μmの銅線で試作した外直径3000μmのリング電極からなるEHDポンプで、電界勾配力以外に作動流体R123の解離に起因する駆動力が発現していることが分かった。
異常妊娠により入院した妊婦のパートナーに対するケア・プログラムの開発

1.本年度は、昨年度の研究結果に基づき妊娠に伴う異常のために入院治療が必要となった妊婦のパートナーに対するケア・プログラムを作成した。さらに、作成したケア・プログラムの評価をおこなうために既存の看護者対家族、家族構成員の援助関係における変化を問う尺度や家族の健康状態を問う尺度、心理状態を問う尺度などを活用し質問紙を作成した。これらを広島市内のA、B2施設の協力を得てケア・プログラム導入前(対照群)とケア・プログラム導入後(実験群)に実施した。また両群に対し参加観察法を併用し、入院中の妊婦とそのパートナーへのケアの実際と、そのケアに対する対象者の反応についての記述を行った。1)A病院では平成14年9月から15年3月まで調査を実施し、ケア・プログラム導入前後合わせて15名分の質問紙を回収(回収率78.9%)、17の面会場面を観察して調査を完了した。現在分析中である。2)B病院では平成15年1月から同年3月まで調査を実施し、ケア・プログラム導入前調査として12名分の質問紙の回収(回収率100%)までが完了し、12の面会場面を観察した。今後ケア・プログラムの導入および導入後調査を行う予定にしている。2.本年度は最終年となるためケア・プログラムの評価・修正まで実施することを計画としていたが、期間内に終了することができなかった。原因として、(1)入院患者が試算に比し大幅に少なかったこと。(2)設定した調査時間内にパートナーの面会が少なかったため、質問紙の配布と参加観察の実施が困難であり、大幅な日程調整が必要であったことがあげられる。また、(3)ケア・プログラムの導入に当たっては、病棟カンファレンスや日勤帯のショートカンファレンスなどを利用したが、スタッフ全体への浸透および行動変容には時間と複数回の打ち合わせが必要であったことがあげられる。今後これらに対する対応策を検討し、調査を続行する予定にしている。本年度は、広島市内2施設の協力を得て、妊娠期に入院した妊婦とそのパートナーへのケアを実践している21名の看護者に対する半構成的な面接調査を実施した。1.対象者の背景:面接の承諾の得られた対象者は、婦長1名、主任1名を含む21名で、25歳から53歳(平均32.9歳)、臨床経験は3年から28年(平均10.6年)で、うち産科の経験は0.5年から16年(平均7.4年)であった。職種は、助産師17名、看護師4名であった。対象者の所属する施設はいずれも私立病院で年間分娩数は400から500件であり、異常妊娠妊婦が常時1名から7名入院していた。主な異常妊娠による入院は、妊娠後期の切迫早産、軽度の妊娠中毒症、前置胎盤、悪阻などであり、どちらの施設も原則として32週以前の出産に関しては母体搬送が行われていた。看護体制は、A病院(産婦人科病棟)はチームナーシング、B病院(混合病棟)はプライマリーナーシングであった。2.「効果的であったと判断されたケア」:パートナーに対するケアとして提供されていたものには、父親としての意識を高めたり、可能な限り声をかけコミュニケーションを密にするといった「積極的な関わり」と、夫婦だけの空間を作ったり、要請があった時にのみ介入するといった「見守るような関わり」があった。しかし、多くの看護者は平均約2週間の入院期間中にパートナーには1,2回しか会うことができないこともあり、その効果を評価することはできていなかった。3.課題:現在、面接調査の結果の分析と平行して、ケア・プログラムの作成に着手している。本年度の調査より、効果的であることが予測されるケアの内容については明らかになったので、ケアの効果を評価する指標をどのようにケア・プログラムの中に設定するかということについて、今後検討する予定である。現在分析中である。

また、(3)ケア・プログラムの導入に当たっては、病棟カンファレンスや日勤帯のショートカンファレンスなどを利用したが、スタッフ全体への浸透および行動変容には時間と複数回の打ち合わせが必要であったことがあげられる。今後これらに対する対応策を検討し、調査を続行する予定にしている。
チロシンキナーゼによる眼、脳神経系、腎臓及び心臓の発生制御の分子機構の解析

Shp2結合部位欠失FRS2alpha変異マウスは、心奇形を始めとするDeGeorge症候群と一致する表現形を持ち、神経堤細胞の異常が原因であることがわかった。神経堤細胞は、神経管の周囲より発生する幹細胞を起源とする細胞で、様々な組織へ遊走し、様々な組織の構成成分となるユニークな細胞群である。このことは、神経堤細胞を用いた再生医療が可能になれば、いろいろな疾病の治療に役立つことを示す。2.初期発生における胎盤幹細胞及び内部細胞塊の未分化性維持機構についての解析FRS2alpha変異マウスを解析した結果、転写因子Cdx2が、胚盤胞内胎盤幹細胞内でBmp4の発現を直接転写レベルで誘導することにより、分泌誘導され、ES細胞を含む内部細胞塊の増殖を維持していることが明らかになった。3.神経幹細胞の未分化性維持の分子機構の解析FRS2alpha分子が、神経幹細胞の培養系で未分化性を維持することを見いだした。FRS2alpha分子を神経幹細胞に導入すると、増殖が促進されるとともに、未分化性がよりよく維持される。その分子機構を詳細に調べたところ、FGF刺激によって、FRS2alphaの下流で、Hes1遺伝子の転写が活性化することにより、Hes1分子が十分量作られることが重要であることが明らかになった。FGFは、ヒトES細胞やiPS細胞さらには癌幹細胞を始めとする様々な幹細胞の培養系の多くで使用されるが、何故FGFが培養に必要なのか、その普遍的な分子機構が明らかになった。この知見は、様々な幹細胞を再生医療に実用化して行く上で、大変有用である。平成18年度は以下の結果を得た。1.網膜、脳神経系、視神経、腎臓、心臓におけるFRS2α-Shp2 pathwayの解析Shp2結合部位欠失FRS2α変異マウスは、心奇形を始めとするDiGeorge症候群と一致する表現形を持っているが、平成18年度の解析により、それら奇形が生ずる原因が、神経堤細胞の異常であることが明らかになった。2.初期発生における胎盤幹細胞及び内部細胞塊の未分化性維持機構についての解析平成18年度に、FRS2α変異マウスを解析した結果、転写因子Cdx2が、胚盤胞内胎盤幹細胞内でBmp4の発現を直接転写レベルで誘導することにより、分泌誘導され、ES細胞を含む内部細胞塊の増殖を維持していることが明らかになった。3.神経幹細胞、網膜幹細胞を含む組織幹細胞を大量培養し、再生医療に用いるための基礎実験平成18年度に、FRS2α分子を神経幹細胞に導入すると、増殖が促進されるとともに、未分化性がよりよく維持され、質の高い神経幹細胞を長期間維持できることがわかった。本年度は、その分子機構を詳細に調べるとともに、実際に再生医療に用いるための基礎実験を進める。網膜の幹細胞についても、同様に実験を行う。Shp2結合部位欠失FRS2alpha変異マウスは、心奇形を始めとするDeGeorge症候群と一致する表現形を持ち、神経堤細胞の異常が原因であることがわかっていた。本年度さらにERKの活性化が落ちていることが明らかになり、DeGeorge症候群の病態として、FRS2alpha-Shp2-ERK pathwayの役割が明らかになった。また、Shp2結合部位欠失FRS2alpha変異マウスは、涙腺の発育が悪いことを見いだしたので、この解析を行っているころである。2.神経幹細胞の未分化性維持の分子機構の解析FRS2alpha分子が、神経幹細胞の培養系で未分化性を維持することを見いだしていたが。

本年度、マウス個体レベルでもFRS2alpha分子が、神経幹細胞の培養系で未分化性を維持することを見いだした。さらに、その分子機構を詳細に調べたところ、FGF刺激によって、FRS2alphaの下流で、Hes1遺伝子の転写が活性化することにより、Hes1分子が十分量作られることが重要であることが明らかになった。FGFは、ヒトES細胞やips細胞さらには癌幹細胞を始めとする様々な幹細胞の培養系の多くで使用されるが、何故FGFが培養に必要なのか、その普遍的な分子機構が明らかになった。この知見は、様々な幹細胞を再生医療に実用化して行く上で、大変有用である。
超高解像ビーム掃引機能を可能にする集積フォトニクス

非機械式ビーム掃引デバイスは,将来の自動運転等で用いるLiDARのコアデバイスである.本研究では,Bragg反射鏡導波路の巨大な波長構造分散を活用することで,解像点数500,光出力0.4Wの高出力・高解像ビーム掃除引機能を実現するとともに,電気的に波長を掃引できる波長可変面発光レーザとの集積化を行い,解像点数300,光出力0.4Wの高出力・高解像ビーム掃除引を実現するとともに,熱光学効果を用いたビーム掃引機能集積光源の実証,アレイ化とシリンドリカルレンズによる解像点数270×7の2次元ビーム掃引を実現した.光ビーム掃引素子は,レーザレーダ,ディスプレー,イメージセンサー,空間光スイッチなど様々な光情報処理機器の基幹要素である.現在,ポリンゴンミラー(多面体ミラー)などを機械的に高速回転することで高分解能ビーム掃引が実用デバイスとして広く使用されているものの,掃引速度が遅いことや小型化について限界がある.本研究では,周期構造の超高反射率ミラーから構成されるBragg反射鏡導波路アレイを形成し,その巨大な波長構造分散を活用することで,高解像2次元ビーム掃引機能を実現するとともに,マイクロマシンを集積した波長可変面発光レーザとの集積化を行い,従来技術では到達不可能な超高解像ビーム掃引機能を有する集積半導体レーザを実現することを目的としている.平成28年度は,Bragg反射鏡導波路に電流を注入して増幅素子として使用する増幅機能集積により,高分解能化と素子の挿入損失の低減を目指した.電流注入により,素子長500μmで,チップ利得25dB,飽和出力23dBm以上を実現した.解像点数300以上を達成するとともに,素子長を2mm以上に長尺化し,均一性を改善することで,解像点数1,000を越える見通しを得た.広帯域の波長可変面発光レーザとビームスキャナー集積化の設計をシミュレーションにより行うとともに,横方向結合のための微小酸化膜構造形成などプロセスと集積構造を提案した.さらに,波長可変MEMS面発光レーザを製作し,波長掃引幅,掃引速度などの掃引特性を明らかにし,機械的共振周波数で駆動することにより,120kHzの周波数で8Vの低駆動電圧振幅で30nmの波長掃幅を実現し,マイクロ秒オーダの高速ビーム掃引の可能性を示した.超高反射率の多層膜反射鏡(Bragg反射鏡)による低伝搬損失と巨大構造分散によるデバイスの小型化と高解像点数の両立が可能である.これまでに確立した高精度な薄膜形成技術による多層膜反射鏡技術により,出力ビームの広がり角低減による解像点数の限界へ挑戦し,高解像レーザレーダへの応用可能性を探った.特に,Bragg反射鏡導波路に電流を注入して増幅素子として使用する増幅機能集積により,高分解能化と素子の挿入損失の低減を目指した.電流注入により,素子長500μmで,チップ利得25dB,飽和出力23dBm以上を実現した.この時解像点数300以上を達成するとともに,素子長を2mm以上に長尺化し,均一性を改善することで,解像点数1,000を越える見通しを得た.また,MEMS技術との融合により,広帯域の波長可変面発光レーザが実現できる.集積化の設計をシミュレーションにより行うとともに,横方向結合のための微小酸化膜構造形成などプロセスと構造について提案を行った.さらに,波長可変MEMS面発光レーザを製作し,波長掃引幅,掃引速度などの掃引特性を明らかにし,機械的共振周波数で駆動することにより,120kHzの周波数で8Vの低駆動電圧振幅で30nmの波長掃幅を実現した.波長マイクロマシン構造によるマイクロ秒オーダの高速ビーム掃引の可能性を示した.光ビーム掃引素子は,レーザレーダ,ディスプレー,イメージセンサー,空間光スイッチなど様々な光情報処理機器の基幹要素である.現在,ポリンゴンミラー(多面体ミラー)などを機械的に高速回転することで高分解能ビーム掃引が実用デバイスとして広く使用されているものの,掃引速度が遅いことや小型化について限界がある.本研究では,周期構造の超高反射率ミラーから構成されるBragg反射鏡導波路アレイを形成し,その巨大な波長構造分散を活用することで,高解像2次元ビーム掃引機能を実現するとともに,マイクロマシンを集積した波長可変面発光レーザとの集積化を行い,従来技術では到達不可能な超高解像ビーム掃引機能を有する集積半導体レーザを実現することを目的としている.平成29年度は,増幅機能を有するBragg反射鏡導波路ビームスキャナーの長尺化による高解像度化と高出力化を進めた.素子長10mmでは,光出力としてCWで2.3W,パルス出力で6Wを実現し,単一モード面発光レーザの約1,000倍の高出力化に成功するとともに,波長掃引によるビームスキャナー動作により,解像点数590点を実現した.また,熱光学効果を用いた波長可変面発光レーザとビームスキャナーの集積素子を実現し,電気的に13°のビーム偏向を実現した.さらに,ビーム偏向角の拡大を目指し,マイクロマシン波長可変面発光レーザの製作を進め,マイクロマシンの駆動の際のリンギングを抑制することで波長切替の高速化の検討を行った.

電圧波形の設計のため,静電アクチュエータの梁構造をモデル化し,計算により2ステップ波形の電圧でリンギングを抑制し,スイッチング速度を梁構造の機械的共振周波数の逆数の2倍程度まで高速化できることを示すとともに,製作したMEMS VCSELにおいて,1.8マイクロ秒での高速波長掃引が可能であることを実証した.非機械式ビーム掃引デバイスは,将来の自動運転等で用いるLiDARのコアデバイスである.本研究では,Bragg反射鏡導波路の巨大な波長構造分散を活用することで,解像点数500,光出力0.4Wの高出力・高解像ビーム掃除引機能を実現するとともに,電気的に波長を掃引できる波長可変面発光レーザとの集積化を行い,解像点数300,光出力0.4Wの高出力・高解像ビーム掃除引を実現するとともに,熱光学効果を用いたビーム掃引機能集積光源の実証,アレイ化とシリンドリカルレンズによる解像点数270×7の2次元ビーム掃引を実現した.平成29年度は,以下の方針に従って研究を進める.1)2次元アレイ化による2次元ビーム掃引機能創出半導体プロセス技術を駆使して,Bragg反射鏡導波路ビーム掃引デバイスを高密度にアレイ化を行い,熱光学効果を用いた2次元ビーム掃引の実現を目指す.高解像度化の指針をシミュレーション,実験結果を通して収集する.マイクロヒータ集積により,熱光学効果による屈折率変化の傾斜勾配を形成することで,位相差の制御の簡略化,安定性向上を実現する.さらに,シリンドリカルレンズとの組み合わせにより,ビーム形状の微小スポット化と2次元ビーム掃引の両立を目指す.2)面発光レーザ・スキャナーの一体集積と面発光レーザの短パルス生成機能波長可変面発光レーザ・ブラッグ反射器導波路アレイ集積化と2次元ビーム掃引素子を製作し,その特性を評価する.Bragg反射鏡導波路ビームスキャナーに電流を注入することで増幅機能を持たせ,1素子あたり10mW以上の高出力化を行う.その高密度アレイ化を行い, 50本のアレイにより,2次元ビーム掃引集積レーザの実現を目指す.さらに,電流パルス駆動により,短パルスを直接生成し,パルス遅延時間により距離計測を行うレーザレーダ方式での距離の測定分解能向上を目指す.光エレクトロニクス