hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
日常行動生態からの情報検出モジュールを用いた障害児発達診断システムの開発

通常の知能診断用諸検査がとっている抽象度の高い課題設定は,障害児の機能の実態にそぐわないため,日常的行動が示す情報を通じて能力系の診断を図るのが本研究の目的である.昭和61年度に,有効な行動生態アイテムの収集とその系統化,行動生態情報から能力情報への変換規則の検討,シミュレーションによる日常環境構成法を用いた行動的知能の検出,等の準備段階を終え,昭和62年度は以下の課題を推進した.1.日常行動生態系・認知機能系情報データベースを内蔵する診断システムの構成. ;既成の発達診断用検査(ウズギリス・ハント発達尺度,コロンビア知的能力検査ほか),教育領域の行動観察項目,医学領域の臨床診断用病理行動アイテムから抜粋した1200項目について,背景にある認知情報処理機能,知能因子(Guilford知能構造モデルに準拠),年齢基準,病理機制に関する情報を整理し,これを総合した発達情報データベースを作成した.さらに,同データベースを用い,障害児の日常および臨床場面の行動観察レコードを読み込み能力情報に変換,出力させる診断システムを完備した.本診断システムは精神遅滞児のほか自閉症児にも拡張が可能であり,応用実施成績の累積(65例),その効用の調査(内22例,長期追跡指導の経過との照合)を加え,システムの実用性を確認した.2.簡易型診断プロファイルの作成. ;以上の応用課題として,一定の質問項目で構成される簡易型診断プロファイルを作成した.上記の診断システムが,計算機の記憶・処理能力の支援のもとに診断が対話形式で進められるのに対し,予め用意した質問群への応答を通じて診断を行うことを意図したものである.プロファイルは,教師の日常観察で対応できる内容で構成され,教育場面での前段診断として利用できる.通常の知能診断用諸検査がとっている抽象度の高い課題設定は,障害児の機能の実態にそぐわないため,日常的行動が示す情報を通じて能力系の診断を図るのが本研究の目的である.昭和61年度に,有効な行動生態アイテムの収集とその系統化,行動生態情報から能力情報への変換規則の検討,シミュレーションによる日常環境構成法を用いた行動的知能の検出,等の準備段階を終え,昭和62年度は以下の課題を推進した.1.日常行動生態系・認知機能系情報データベースを内蔵する診断システムの構成. ;既成の発達診断用検査(ウズギリス・ハント発達尺度,コロンビア知的能力検査ほか),教育領域の行動観察項目,医学領域の臨床診断用病理行動アイテムから抜粋した1200項目について,背景にある認知情報処理機能,知能因子(Guilford知能構造モデルに準拠),年齢基準,病理機制に関する情報を整理し,これを総合した発達情報データベースを作成した.さらに,同データベースを用い,障害児の日常および臨床場面の行動観察レコードを読み込み能力情報に変換,出力させる診断システムを完備した.本診断システムは精神遅滞児のほか自閉症児にも拡張が可能であり,応用実施成績の累積(65例),その効用の調査(内22例,長期追跡指導の経過との照合)を加え,システムの実用性を確認した.2.簡易型診断プロファイルの作成. ;以上の応用課題として,一定の質問項目で構成される簡易型診断プロファイルを作成した.上記の診断システムが,計算機の記憶・処理能力の支援のもとに診断が対話形式で進められるのに対し,予め用意した質問群への応答を通じて診断を行うことを意図したものである.プロファイルは,教師の日常観察で対応できる内容で構成され,教育場面での前段診断として利用できる.知的機能の診断は、通常、検査設計上の理由から、統制し難い自然場面を避けて人工的に設定した課題での応答を評価しているために、検査が障害児になじまず、日常は発揮できる機能が検査成績に反映されない結果を招いている。本研究は、この解決を図り、日常の行動生態から機能系の情報を検出する発達診断システムの構築を求めた。(1)日常行動生態に標示される知力診断情報の構造分析ボールを標的に向かって投げる場面を選び、的中成績から、狙準のための動作制御のプロセスを検出診断する手法を追求した。標的を狙う場合の知識利用、判断、調整等の知的な推進過程について、上下、左右の2次元制御、的中の失敗を以後の制御に生かす閉ループ制御、等の検証を行い、この結果、日常行動を知力診断に援用する可能性を開いた。(2)行動的知能の検出および診断論理の検討日常生活で実際的な対処をする知的機能(行動的知能)の診断には、行動の時間経過を追う必要があり、現行の検査方式では対応し難い。この検出法開発のために、作業遂行の過程に注目し、ビデオ画像から診断情報を求める検査方式を検討した。養護学校で行う作業の工程が含む動作、これを駆動する知的機能を分解抽出して、この情報を用い、作業記録を入力し機能系の診断情報を出力させるシステムを試作した。(3)発達診断データベースを内蔵した機能診断推論システムの開発一般の発達診断検査は、行動の実態は把握できても、内部機能の構造までは直視できない、解決のために、本研究では、推論によって行動実態から内部を検出するシステムの実現を図った。推論用知識ベースとして、行動と内部機能の関係を収録した発達診断データベースを作成し、続いて推論システムの開発、応用に進んだ。機能系の推論結果の妥当性は75.4%に達し、本推論システムが有効なことを示した。既存の知能診断用諸検査がとっている抽象度の高い人工的な課題設定は、障害児の機能の実態にそぐわないため、日常的行動が示す情報から能力系の診断を図るのが本研究の狙いである。

この研究課題として昭和61年度は、まず、この診断目的に有用な行動生態アイテムを収集・系統化する系統分析に着手し、続いて、これらの行動生態を産出する深層の能力系の検出を目的とした、行動生態系・能力系の変換規則の解明へと進めた(研究課題1)。さらに平行して、AV機器のもつシミュレーション機能を駆使した日常環境設定の方法を検討し、この場面構成によって行動的知能を測定する理論およびシステムを準備した(研究課題2)。1.日常行動生態に標示される知能診断情報の構造分析当面の対象を精神発達遅滞児に限定して、(1)「遊び行動の発達系統と診断情報の抽出、(2)社会的行動にみられるルール理解とそのストラテジー、(3)対人距離(スペーシング)に表現される発達情報の検討、(4)動作模倣を通してみた座標系変換の機序、など多領域の行動を追跡し、相関分析により日常行動・能力系相互の発達の構造的連関を探った。この成果として、知能診断用日常行動生態データベースの編成が完了した。2.行動的知能の検出および診断論理の検討行動的知能を実動の過程で制御診断する方法を求めるため、(1)調整を課した運動制御系機能の診断、(2)視・運動経験の操作を用いた移動経験の体制化(3)図形模写過程の追跡による短期記憶過程の診断、などの研究を推進した。これらの研究では、行動的知能の理論構成から出発し、具体的で応答機能をもつ環境を実験的に構成し環境適応の過程を追跡した。以上の成績から、日常環境設定の方式を用いた行動的知能検出法の構成が明らかになった。
環境低負荷かつ低エネルギー化型のバイオエタノール生産プロセスの開発

本研究では、リグノセルロース系バイオマスを原料としたバイオエタノール等の液体燃料を代表とする微生物発酵法を用いた有用化学物質の生産プロセスにおいて、コストとエネルギーを要する「前処理」「酵素糖化」および「(蒸留による)生産物の精製」の各ステップの環境低負荷かつ低エネルギー化を目指した技術の開発を目指している。具体的には、「前処理」と「酵素糖化」を融合した「1.糖化能を有する前処理(直接糖化)」と「2.リグノセルロース系バイオマス由来の未精製バイオエタノールの抽出蒸留による無水化」の効率化を主課題とする。今年度は、1.および2.の結果を得た。1.セルロースモデル試料としてコットン製のタオルを原料として、硫酸水溶液に試料を含浸し、その後低温にてマイクロ波処理する方法により、原料当たり最大で30%が糖化されてグルコースが生産されることを見出した。マイクロ波処理の条件は、硫酸水溶液に含浸しない場合よりも緩和された条件でタオルが糖化されることがわかった。2.バイオエタノールのモデルは、タケをアルカリ水熱処理したものを原料として酵母により発酵したものを用いた。これを用いた抽出蒸留を行い、三段階プロセスにより実施した。最初の段階では、エタノールを約2 vol%から53 vol%に濃縮した。第二段階ではエタノールを約95.5 vol%まで濃縮し、さらに第三段階では共沸点(96 vol%)をなくすために、第三成分としてグリセリン溶剤を加えた。この際、99 vol%以上を濃縮することができた。タオルを原料とした新規な「直接糖化」条件を見出すことができたため。また、タケ由来のバイオエタノールを用いた蒸留実験にも着手し始めることができ、添加溶剤の効果も検証できたため。直接糖化する対象試料をタオルからリグニンを含むリグノセルロース試料に置き換えて、これまで得られたマイクロ波処理による糖化条件を適応する。また、試料から直接糖化されてくるグルコース量のさらなる増大を目指した条件検討を引き続き探索する。さらに、バイオエタノールの抽出蒸留の際の添加溶媒としてグリセリンと塩を使用し、エタノール濃度を向上させる予定である。抽出蒸留装置で気液接触を推進するために改良を行い、循環型抽出蒸留装置を開発する。本研究では、リグノセルロース系バイオマスを原料としたバイオエタノール等の液体燃料を代表とする微生物発酵法を用いた有用化学物質の生産プロセスにおいて、コストとエネルギーを要する「前処理(脱リグニン)」「酵素(によるセルロースの)糖化」「(蒸留による)生産物の精製」の各ステップの環境低負荷かつ低エネルギー化を目指した基盤技術を重点的に開発することを目的とする。具体的には、とりわけ高コストである酵素使用量削減のため、「前処理」と「酵素糖化」を融合した「糖化能を有する前処理」の開発と「リグノセルロース系バイオマスを原料とした未精製の(前処理により様々な副産物が発生する)バイオエタノールの抽出蒸留による無水化」の効率化の基礎研究を主課題とする。今年度は「糖化能を有する前処理」の開発に取り組み、セルロースモデル試料としてコットン製のタオルを原料として、希硫酸を触媒として用いた低温マイクロ波水熱処理を用いた方法を検討した。その結果、乾燥原料あたり最大で30%ほどのグルコースが反応上清に直接糖化されてくる条件を見出した。また、直接糖化されたグルコースを栄養源として酵母を用いたエタノール発酵生産も可能であることがわかった。低温マイクロ波水熱処理を用いたコットン製タオルの直接糖化処理により最大で30%のグルコースが生産できることがわかり、さらに生産されたグルコースを栄養源として用いてアルコール発酵も可能であることがわかったため。直接糖化する対象試料をコットン製のタオルからリグニンを含む植物バイオマス試料に置き換えて実験を進める。

また、直接糖化されるグルコース量のさらなる増大を目指した条件検討を行う。さらに、「リグノセルロース系バイオマスを原料とした未精製の(前処理により様々な副産物が発生する)バイオエタノールの抽出蒸留による無水化」実験のためのエタノール試料溶液を作製し、無水化実験の準備を開始する。直接糖化する対象試料をタオルからリグニンを含むリグノセルロース試料に置き換えて、これまで得られたマイクロ波処理による糖化条件を適応する。また、試料から直接糖化されてくるグルコース量のさらなる増大を目指した条件検討を引き続き探索する。さらに、バイオエタノールの抽出蒸留の際の添加溶媒としてグリセリンと塩を使用し、エタノール濃度を向上させる予定である。抽出蒸留装置で気液接触を推進するために改良を行い、循環型抽出蒸留装置を開発する。他予算で賄えることができたものや、消耗品の節約によるため。次年度では、本年度の実験(直接糖化によるグルコースの生産)を複数回行って、次段階の実験試料(エタノール発酵液)を大量に調整する必要があるため、予算を使用する予定である。計画していた当初の予定よりも消耗器具類や試薬類の節約が可能であったことと、他予算で賄うことができたものがあった。予算を最終年度のバイオエタノール精製のためのバイオエタノール大量生産および直接糖化のさらなる向上および研究のまとめに向けた開発費・研究発表旅費等に充てることとした。
明治初期の北海道を中心とする人間とシカの関係史

1)1876年開拓使制定の「北海道鹿猟規則」下におけるシカ狩猟・流通・製品加工・消費などの実態を調査した。その結果、(1)比較的詳しい把握ができた胆振地方については、同規則による免許取得者のなかでアイヌ民族が占める割合が圧倒的に高い、(2)開拓使が十勝・釧路などにおいて、官製の広業商会にアイヌ民族からのシカ角・皮等の独占的買い上げを認めたのは、「好商」対策であると同時に、対外交易振興のための物産の独占という側面があった、(3)胆振地方については、苫小牧・白老などの地元在住商人に加えて函館在住商人がシカ皮・角の買い上げ・輸送に関与していた、(4)開拓使は勇払郡の美々に設けた鑵詰製造所製造のシカ肉鑵詰を、東京・横浜方面など国内の他、ウラジオストク・上海など海外にまで売り込もうと模索を進めていた、などの事実を確認した。2)新聞資料の調査により、開拓使が産業振興を目的としてシカ数頭を放した奥尻島のその後を追い、1900年頃にはシカの増加による農業被害が深刻となり、住民が他地域からの狩猟者の流入を排除しつつ駆除の許可を求める請願活動を道庁に対して行っていることを明らかにした。3)岩手県・秋田県・栃木県・神奈川県について、明治期の鳥獣に対する政策に関する史料の所在状況を調査した。そのうち史料の保存状況が良好だった岩手県についてより詳細な調査を実施し、遠野方面で猟獲されたシカが盛岡に輸送されて肉が販売されていること、開拓使の美々錐詰製造所製の鹿肉鑵詰が盛岡で販売されていることなどを確認した。同県についてはまた、シカと密接な生態学的関係があるオオカミについて、その被害状況や駆除報奨金制度について調査し、北海道と比較する素材を得た。秋田・岩手両県については、1883年に農商務省が実施した有益有功有害鳥獣調査の報告原稿を複写によって収集した。(1)北海道立文書館所蔵の開拓使および三県の公文書から、狩猟、肉・皮の加工、缶詰など製品の移出に関する史料の所在状況を調査し、そのデータベース化を進めるとともに、写真撮影による収集を行い、そのうち1876年制定の「北海道鹿猟規則」の運用実態に関する史料について翻刻作業を進めた。開拓使による鹿猟規制が実施される以前において、十勝地方および日高の一部において、鹿の生息数の減少につながる銃の使用の抑制などアイヌ民族による自立的な狩猟規制があり、和人狩猟者の流入を伴った鹿猟の加熱がそうした自立性を浸食したのではないかという見通しを得た。「北海道鹿猟規則」による鹿猟免許者の構成については、統計的な史料がほとんど得られなかったが、欠ける部分が少なくないものの、個々の免許取得申請手続きに関する史料を収集しつつあり、その分析によっておおよその傾向を把握できる見通しである。(2)鹿製品の北海道からの流出状況を把握するための予備調査として、近世の日中交易や明治期の貿易に関する既往の研究書を調査した。蝦夷地・北海道での鹿猟を活発化させる要因として近世日本での鹿皮の需要があること、幕末の開港以後、箱館港から角・皮が多く輸出されていることが分かってきた。また、明治初期の北海道の鹿猟の活発化は、官設の缶詰工場と関連づけて理解されることが多かったが、断片的ながら、初期には中国で薬用に用いられる角を目的とした狩猟が先行していたことを示す史料があり、これらの点は、今後の検討課題である。(3)北海道の事例と比較・検討するため、福島県と宮城県の県庁文書を調査し、明治期の狩猟・野生生物対策に関する史料を収集した。(1)北海道立文書館所蔵の開拓使・三県の公文書と統計類をもとに、当該期のシカ猟・銃猟免許取得者に関する数値を整理し、その人数と民族別の構成(和人かアイヌ民族か)を概観した。開拓使期における札幌本庁管内(のちの札幌県)については、シカ猟免許取得者のうちかなり多くの割合をアイヌ民族が占める一方、函館支庁管内については和人のシカ猟免許取得者の割合が多い傾向があった。開拓使・三県期における各郡・村ごとの物産表から狩猟関係の数値を整理した。なかでも比較的史料の残存状況がよかった十勝地方については、記載がある全物産を対象に整理して年次・地域ごとの傾向を考察した。この地域のおける地域外への移出物としてはシカ皮・角とアツシとが大きな比重を占めていたことを確認し、さらに地域外への流通の媒介者に関する史料を収集した。(2)北海道との比較事例を得るため、群馬県立文書館・埼玉県立文書館・長野県立歴史館において、明治初期を中心とする県庁文書を調査し、野生生物に対する諸施策に関する史料を収集した。シカを狩猟の対象とし、皮などの利用をしている点には共通性が見られるが、シカの利用が勧業政策のなかで重視され、資源管理を意図した法規が設けられた点は、北海道に特有のものとの早通しを現段階では得ている。(3)シカ猟規制およびそれと並行して進められたサケ漁規制の代替策として、開拓使が千歳地方で勧農政策の具体化を計画し、それが実現せずに終わった過程を明らかにし、その意味を考察した(『北海道開拓記念館研究紀要』第32号に掲載)。その結果、(1)比較的詳しい把握ができた胆振地方については、同規則による免許取得者のなかでアイヌ民族が占める割合が圧倒的に高い、

(2)開拓使が十勝・釧路などにおいて、官製の広業商会にアイヌ民族からのシカ角・皮等の独占的買い上げを認めたのは、「好商」対策であると同時に、対外交易振興のための物産の独占という側面があった、(3)胆振地方については、苫小牧・白老などの地元在住商人に加えて函館在住商人がシカ皮・角の買い上げ・輸送に関与していた、(4)開拓使は勇払郡の美々に設けた鑵詰製造所製造のシカ肉鑵詰を、東京・横浜方面など国内の他、ウラジオストク・上海など海外にまで売り込もうと模索を進めていた、などの事実を確認した。2)新聞資料の調査により、開拓使が産業振興を目的としてシカ数頭を放した奥尻島のその後を追い、1900年頃にはシカの増加による農業被害が深刻となり、住民が他地域からの狩猟者の流入を排除しつつ駆除の許可を求める請願活動を道庁に対して行っていることを明らかにした。3)岩手県・秋田県・栃木県・神奈川県について、明治期の鳥獣に対する政策に関する史料の所在状況を調査した。そのうち史料の保存状況が良好だった岩手県についてより詳細な調査を実施し、遠野方面で猟獲されたシカが盛岡に輸送されて肉が販売されていること、開拓使の美々錐詰製造所製の鹿肉鑵詰が盛岡で販売されていることなどを確認した。同県についてはまた、シカと密接な生態学的関係があるオオカミについて、その被害状況や駆除報奨金制度について調査し、北海道と比較する素材を得た。秋田・岩手両県については、1883年に農商務省が実施した有益有功有害鳥獣調査の報告原稿を複写によって収集した。
ソウル大学校所蔵19世紀草双紙の研究－合巻を中心にー

近世日本の文学と出版文化を明らかにするため不可欠な草双紙研究を行なう。特に合巻については韓国のソウル大学校に所蔵される合巻約800点は、印刷や保存状態の点で、世界最高水準のコレクションである。ソウル大学本は合巻が誕生し造本上の試行錯誤を繰り返した文化(1804ー17)初期の作品には日本国内には存在しない形態の作品が多く、合巻の体系的な研究には不可欠の存在である。これらを研究することにより、従来とは異なる新しい視点の研究が可能となる。その成果を国文学研究資料館のホームページにおいて公開することにより、草双紙の世界的な研究を引き起こす契機とする。
ネパール人ポーターの頭部重量負荷による体姿勢（頸・腰椎変位）の解析

ネパールでは物資の移動形態の一方法に,前頭部に紐をかけ,背中に荷物を背負って移動する方法があるが,この形態は頭部から背部にかけてかなりの重量負荷が加わることになり,その作業形態が本当に適切なものであるか否かには議論の余地が残されている.しかしながら,これまでそのような作業形態を伴うネパール人ポーターの職業病に関する報告は聞かれない.これは事故などで突発的に頚・腰椎に負荷が加わった場合とは異なった変位が生じているものと推察されことから,本研究では長期にわたる頭部への重量負荷が体姿勢にどのような影響を及ぼすのかについて解析を行うものとしてきた.2年計画の初年にあたる本年度では,まず先行研究の文献・資料の入手を行った.さらに,ポーターに関するこれまでの諸データの整理までを行った.その結果,現時点までに明かにされたことは,ポーターと日常生活との関わりから,1)1人が背負って歩く荷物の重量は,約60kg-200kgであった.2)喫煙者や飲酒者が多い.3)頚部の痛みを訴えるものはいなかったが,ほとんどが腰痛と膝の関節痛を訴えた,という点である.今後は,すでに入手している頚・腰椎のレントゲン解析を行い,さらには,対照群として日本人のカルテから,突発的に頚・腰椎に衝撃が加わり,その結果異常が認められたレントゲンを選出・解析し,前者のデータと比較することを行うものとする.ネパールでは物資の移動形態の一方法に,前頭部に紐をかけ,背中に荷物を背負って移動する方法があるが,この形態は頭部から背部にかけてかなりの重量負荷が加わることになり,その作業形態が本当に適切なものであるか否かには議論の余地が残されている.しかしながら,これまでそのような作業形態を伴うネパール人ポーターの職業病に関する報告は聞かれない.これは事故などで突発的に頚・腰椎に負荷が加わった場合とは異なった変位が生じているものと推察されことから,本研究では長期にわたる頭部への重量負荷が体姿勢にどのような影響を及ぼすのかについて解析を行うものとしてきた.2年計画の初年にあたる本年度では,まず先行研究の文献・資料の入手を行った.さらに,ポーターに関するこれまでの諸データの整理までを行った.その結果,現時点までに明かにされたことは,ポーターと日常生活との関わりから,1)1人が背負って歩く荷物の重量は,約60kg-200kgであった.2)喫煙者や飲酒者が多い.3)頚部の痛みを訴えるものはいなかったが,ほとんどが腰痛と膝の関節痛を訴えた,という点である.今後は,すでに入手している頚・腰椎のレントゲン解析を行い,さらには,対照群として日本人のカルテから,突発的に頚・腰椎に衝撃が加わり,その結果異常が認められたレントゲンを選出・解析し,前者のデータと比較することを行うものとする.
高度な相互関連をもつ多重配列デ-タの新しい解析システムの開発

複雑な相互関連性をもったデ-タから情報を取り出す統計手法としては多変量解析手法があるが、それは多数の個体にたいし複数の特性(変数)を同時に測定した2重配列形式のデ-タを解析の対象とするものが主流である。最近は、種々の分野で、2重配列をさらに多数個集積した一層高度の相互関連性をもったデ-タの解析が必要になっている。そこで、本研究は、経営科学、品質管理、医学、社会心理学、分子生物学、工学、教育などの広い分野の研究者が結集して互いの情報を交換し、従来の多変量解析手法では扱えない多重配列構造をもつデ-タを収集してそれぞれに適した解析方法を検討し、新しい解析法を確立すると共に、解析に不可欠なソフトウェアを開発することを目的とする。以上の目的に沿って、3年間に4回の公開研究集会と10回の研究打合せ会を開催し、延べ200人の参加者を得て研究を推進することができた。その成果は各年度の報告書に記載してあるが、次のような成果が特筆される。(1)種々の分野での多重配列デ-タの所在やその解析目的も明らかした。(2)種々の解析方法の比較研究が行われ、多重配列デ-タとソフトウェアの蓄積を進めることができた。(3)多変量デ-タあるいは一対比較デ-タが多層に重ねられた多重配列デ-タについての層別分析によるデ-タの吟味と層間に共通のパラメ-タをもつモデルの探索についての方法が明確になった。(4)階層的主成分分析の提案があり、その意義が明らかにされた。(5)数量化III類の多元デ-タへの拡張と種々の応用が行われた。(6)多重配列デ-タのランクなど数学的概念が検討された。(7)多重配列デ-タの特異値分解のための反復計算の収束性が吟味された。複雑な相互関連性をもったデ-タから情報を取り出す統計手法としては多変量検析手法があるが、それは多数の個体にたいし複数の特性(変数)を同時に測定した2重配列形式のデ-タを解析の対象とするものが主流である。そこで、本研究は、経営科学、品質管理、社会心理学、教育などの広い分野の研究者が結集して互いの情報を交換し、従来の多変量解析手法では扱えない多重配列構造をもつデ-タを収集してそれぞれに適した解析方法を検討し、新しい解析法を確立すると共に、解析に不可欠なソフトウェアを開発することを目的とする。以上の目的に沿って、本年度は次のような集会を行って研究を進めた。7月28日東京地区メンバ-による研究計画立案と研究打合せ、9月29日東京地区メンバ-による情報交換、11月27日、28日、全メンバ-および希望者による研究発表会と討論1月15日代表と幹事による打合せ、2月5日代表と幹事による打合せ。上記11月に開催した研究集会での予稿に手を入れ、多重配列デ-タの特異値分解のプログラムを収録して、100頁にわたる本年度の研究報告書を作成した。本年度の活動により、種々の分野での多重配列デ-タの所在やその解析目的などが明らかになり、新しい解析方法の情報交換が行われた。ソフトウェアについての調査は十分ではないが、吉澤によるプログラムのパソコン用への書き替えなどが進展した。

次年度および第3年度の継続が認められる見込みであるので、新しい解析方法の研究、種々の解析方法の比較研究、多重配列デ-タとソフトウェアの蓄積などを進める予定である。複雑な相互関連性をもったデ-タから情報を取り出す統計手法としては多変量解析手法があるが、それは多数の個体にたいし複数の特性(変数)を同時に測定した2重配列形式のデ-タを解析の対象とするものが主流である。最近は、種々の分野で、2重配列をさらに多数個集積した一層高度の相互関連性をもったデ-タの解析が必要になっている。そこで、本研究は、経営科学、品質管理、医学、社会心理学、分子生物学、工学、教育などの広い分野の研究者が結集して互いの情報を交換し、従来の多変量解析手法では扱えない多重配列構造をもつデ-タを収集してそれぞれに適した解析方法を検討し、新しい解析法を確立すると共に、解析に不可欠なソフトウェアを開発することを目的とする。以上の目的に沿って、本年度は次のような集会を行って研究を進めた。4月19日東京地区メンバ-による研究計画立案と研究情報の交換。6月21日東京地区メンバ-による情報交換と研究集会企画。9月28日29日岡山にて研究集会。11月27日28日東京にて研究集会。上記9月と11月に開催した研究集会での予稿に手を入れて、155ペ-ジにわたる研究報告書を作成印刷した。本年度の活動により、種々の分野での多重配列デ-タの所在やその解析目的などが前年度に続いて明らかになり、外的基準のある3ーway質的デ-タの数量化など新しい解析方法の研究が進展した。第3年度の継続が認められる見込みであるので、新しい解析方法の研究、種々の解析方法の比較研究、多重配列デ-タとソフトウェアの蓄積などを進める予定である。6月4日東京地区メンバ-による研究計画立案と研究情報の交換(筑波大学経営システム科学大学院,東京)8月2日東京地区メンバ-による研究集会(入試センタ-)11月28日・29日研究集会(統計数理研究所)上記11月に開催した研究集会での予稿に手を入れて今年度の研究報告書を作成印刷するとともに、3年間の成果報告の冊子を印刷した。その成果は18件の論文として報告書に記載してあるが、本年度の活動により、種々の分野での多重配列デ-タの所在やその解析目的などが前年度に続いて明らかになり、種々の解析方法の比較研究、多重配列デ-タとソフトウェアの蓄積を進めることができた。とくに、多変量デ-タあるいは一対比較デ-タが多層に重ねられた多重配列デ-タについての層別分析によるデ-タの吟味と層間に共通のパラメ-タをもつモデルの探索についての方法が明確になった。
Al-Pd-Mnの準結晶-準結晶相変態に伴う格子定数異常

格子定数を精密に決定するためにボンド法と呼ばれる方法で格子定数aを決定する。主として反射対はCahnの指数の(4/8,8/12,0/0)(0/0,4/8,0/0)をもちいた。格子定数α_<6d>の結果は以下の様になります。測定した温度は約180Kから370Kの範囲だったが,直線的な格子定数の変化しかみられず,格子定数の温度依存性の直線はT°Cで,α_<6d>=0.000206T+12.62Åとなり,0°Cでの線膨張率は,16.3×10^<-6>で,その成分の加重平均した値よりも多少小さいという結果が得られました。室温におけるAlの線膨張率は,23.1×10^<-6>,Cuの線膨張率は16.5×10^<-6>,Feの線膨張率は11.8×10^<-6>です。この結論は準結晶の成分の加重平均に極めて近いが,少し小さな値を持っている。その値から考えると、当然の結果であるかもしれないが,ある意味で異常である。準結晶はAlとかCuのような最密構造でなく,準結晶構造を持つためにはアモルファスに近いかボンド結合的な構造であるため,当然準結晶は通常の金属や合金の熱膨張率と違った値を持つと考えられるからである。熱膨張率が構造敏感であることは,水晶と溶融石英の線膨張率の十数倍の違いがあること,また真鍮は銅と亜鉛の線膨張率の平均というより銅の値に近いことから明らかである。しかし今回の結果の線膨張率に関しては、金属合金結合の構造に近いものだと思われる。今後の展開としては、さらに高温での依存性を測定する必要がある。というのは高温になるにつれて格子欠陥が温度変化する。格子欠陥数の温度依存性は,その成因モデルに依存するため,線膨張率の温度依存性を測定することで,モデルを決定したい。
蛍光発色団を有するホスフィンオキシド類の合成と超高感度分析への応用に関する研究

トリフェニルホスフィン(TPP)のフェニル基のひとつを蛍光性置換基に置き換えた化合物は無蛍光性であるのに対し、それらの酸化物であるオキシドは強い蛍光性を有していることに着目し、本研究では、より強い蛍光発色基と不斉をもつ新しいホスフィンオキシドの合成と、その特性を生かした新しい蛍光ラベル化試薬の開発を目的とした。今回は、基礎的検討とし、各種ホスフィンオキシドの合成、及びそれらの蛍光スペクトル特性について検討した。オキシドの調製は、モノ、ジクロロフェニルホスフィン(或いはホスフィンオキシド)と芳香族蛍光発色基のグリニヤ-ル試薬とのカップリング反応により得られたホスフィンを酸化する事により高収率で得ることが出来た。この方法により、3種の置換基の異なる誘導体の調製も可能であった。調製したナフチル、及びピレニル誘導体では、アルコ-ル系溶媒中で高い蛍光強度を与え、アンスリル誘導体ではアセトニトリル、クロロホルム等の溶媒で高い蛍光強度を与えた。また、芳香環上の置換基、及び発色基の種類による蛍光特性への影響も明かとした。また、ラベル化試薬の結合部位となる置換基への変換が可能であると期待できるメチル基を芳香環上に導入した化合物の調製法を確立することができ、カルボン酸の分析試薬として期待できるブロモメチル基への変換にも成功し、カルボン酸との反応性と置換基の関係について検討中である。また、メチル基のカルボン酸変換のための酸化条件について検討中であり、今後カルボン酸は更に酸クロリド、酸アジドへ変換しアルコ-ル、アミンのラベル化試薬としての応用の可能性を検討する予定である。
経営工学における知識情報処理に関する研究

近年,曖昧性や矛盾を含んだ知識の推論や学習等の,より人間的で複雑な判断をめざした新しい知識情報処理の基礎研究も様々な分野で盛んに行われている.しかしながら従来の論理学を中心としたエキスパートシステムに比べて基礎理論が不完全であり評価基準も不明確であるため得られる結果が理論的に明快に保証されずシステム化が進んでいないのが現状である.本研究ではこれら新しい知識情報処理のために今までの個別的な研究ではなく,人間や組織における判断で取り扱われる情報に着目した統一的な基礎理論の構築をめざしている.そして,その基礎理論上で個々の新しい知識情報処理の分野でネックとなっている基本問題について情報理論,統計理論的尺度から最適なアルゴリズムをいくつか提案し,さらにこのアルゴリズムを応用した知識情報システムの評価を行うことを目的とした.各研究者は主に以下の分担で研究を行った.研究代表者は主として情報の基本的性質に立脚し,情報理論及び符号理論を基本として情報の高信頼化,圧縮の基礎的研究を行うと共に分担研究者それぞれの情報にたいする視点をとりまとめ総合的に知識情報処理問題の考察を行った.研究分担者(石渡)は主として人間や組織における判断に必要となる情報やその判断の機構について基本的視点から考察すると共に,現在の意思決定システムの問題点及び将来像から打開しなければならない本質的問題を抽出し情報的視点から整理を行なった.研究分担者(松嶋)は主として従来型の知識情報処理の基礎理論である論理学だけでは取り扱えない新しい知識情報処理の問題点を整理し,情報理論,統計確率理論,決定理論など情報の基礎理論からの意味づけとモデル化を行った.さらに研究代表者と研究分担者がそれぞれ個別に研究を進めてきた情報に対する視点をまとめ,相互に意見交換することにより,現在及び将来の知識情報処理の基本問題を情報的視点より整理し,新しい基礎理論体系の枠組みの設定を行なった.また,この新しい基礎理論体系の枠組みをさらに洗練化させ,情報の視点から整理された新しい知識情報処理の為に重要ないくつかの基本的問題に対してこの基礎理論のモデルを適用する事により,いくつかの情報的視点から評価基準を設定し,そのもとで最適なアルゴリズムを提示した.また,経営工学やその周辺領域で今後必要となる将来型の知識情報システムにおける上記アルゴリズムの応用についての考察も行った。平成3年度は,研究代表者と研究分担者がそれぞれ個別に研究を進めてきた情報にたいする視点をまとめ,相互に意見交換することにより,現在及び将来の知識情報処理の基本問題を情報的視点より整理し,新しい基礎理論体系の枠組みの設定を行なった.それぞれの研究者は主に以下の分担で研究を行った.1.研究代表者は主として情報の基本的性質に立脚し,情報理論及び符号理論を基本として情報の高信頼化,圧縮の基礎的研究を行うと共に分担研究者それぞれの情報にたいする視点をとりまとめ総合的に知識情報処理問題の考察を行った.2.研究分担者(石渡)は主として人間や組織における判断に必要となる情報やその判断の機構について基本的視点から考察すると共に,現在の意思決定システムの問題点及び将来像から打開しなければならない本質的問題を抽出し情報的視点から整理を行なった.3.研究分担者(松嶋)は主として従来型の知識情報処理の基礎理論である論理学だけでは取り扱えない新しい知識情報処理の問題点を整理し,情報理論,統計確率理論,決定理論など情報の基礎理論からの意味づけとモデル化を行った.平成4年度はそれぞれの研究者は主に以下の分担で研究を行った.

研究代表者は主として情報の基本的性質に立脚し,情報理論及び符号理論を基本として情報の高信頼化,圧縮の基礎的研究を行うと共に分担研究者それぞれの情報にたいする視点をとりまとめ総合的に知識情報処理問題を考察に行った.研究分担者(石渡)は主として人間や組織における判断に必要となる情報やその判断の機構について基本的視点から考察すると共に,現在の意思決定システムの問題点及び将来像から打開しなければならない本質的問題を抽出し情報的視点から整理を行なった.研究分担者(松嶋)は主として従来型の知識情報処理の基礎理論である論理学だけでは取り扱えない新しい知識情報処理の問題点を整理し,情報理論,統計確率理論,決定理論など情報の基礎理論からの意味づけとモデル化を行った.研究代表者と研究分担者がそれぞれ個別に研究を進めてきた情報にたいする視点をまとめ,相互に意見交換することにより,現在及び将来の知識情報処理の基本問題を情報的視点より整理し,新しい基礎理論体系の枠組みの設定を行なった.また,この新しい基礎理論体系の枠組みをさらに洗練化させ,情報の視点から整理された新しい知識情報処理の為に重要ないくつかの基本的問題にたいして基礎理論のモデルを適用する事により,いくつかの情報的視点から評価基準を設定し,そのもとで最適なアルゴリズムを提示した.また,経営工学やその周辺領域で今後必要となる将来型の知識情報システムにおける上記アルゴリズムの応用についての考察も行った.近年,曖昧性や矛盾を含んだ知識の推論や学習等の,より人間的で複雑な判断をめざした新しい知識情報処理の基礎研究も様々な分野で盛んに行われている。しかしながら従来の論理学を中心としたエキスパートシステムに比べて基礎理論が不完全であり評価基準も不明確であるため得られ結果が理論的に明快に保証されずシステム化が進んでいないのが現状である.本研究ではこれら新しい知識情報処理のために今までの個別的な研究ではなく,人間や組織における判断で取り扱われる情報に着目した統一的な基礎理論の構築をめざしている.そして,その基礎理論上で個々の新しい知識情報処理の分野でネックとなっている基本問題について情報理論,統計理論的尺度から最適なアルゴリズムをいくつか提案し,さらにこのアルゴリズムを応用した知識情報システムの評価を行うことを目的とした.今年度は,3,4年度の基礎的研究も進めるとともに,4年度に提示したアルゴリズムの性質を様々な観点から考察,評価した.提案アルゴリズムをそれぞれ以下の2つの視点から方法を評価を行った.1.アルゴリズムを提案する基礎になった仮定や最適性の基準よりアルゴリズム自体の理論的限界や信頼性についての評価を行った.特に推論の計算量や知識,事実の量などの評価尺度について基本的視点より再検討を行った.2.類似の問題にたいして従来提案されていた手法との比較を設定したモデルや仮定した条件の違いに注目して行った.
脳虚血性疾患における非侵襲的血流評価法: IVIM-MRIの確立に向けて

MRIのIVIMイメージングは、拡散強調画像を用い、人体組織の血流成分と、血流以外の組織成分に含まれる水分子の運動を分離して捉え、各々の性質を調べようとするものです。本研究は、それにより得られる情報の信頼性と虚血性疾患での有用性を明らかにしようとしました。モデル計算と健常ボランティアを対象とした研究から、血流成分を捉えることが可能でありましたが、得られる信号は微弱で、信頼できる情報を得にくい脳の部位(前部など)もあることが判明しました。臨床研究では、虚血により拡張した血管を捉えることが可能と考えられました。特に、この方法を利用して血液の酸素飽和度を推定できる可能性があることが分かりました。MRIのIVIM (intravoxel incoherent motion)イメージング法は、拡散強調画像を利用して、組織内を流れる血液の情報を抽出する方法です(拡散強調画像は、動いている水分子の信号を捉えることができます)。本研究では、その方法によって抽出された情報が、どのような意義を有するものか、理論的、実験的に明らかにし、虚血性疾患などに応用しようとするものです。脳虚血性疾患において、脳血液量(CBV)は、病態を反映する重要な指標ですが、現在臨床では、その評価は造影剤を注射する侵襲的な検査により行われています。これまで(平成27年度)の研究で、このCBVを、IVIMイメージングを用いて、非侵襲的に、臨床に使える程度の精度で求められる可能性が明らかとなりました。その際のポイントは、1脳脊髄液からの信号(脳脊髄液も拍動しているため、運動する血液からの信号と区別ができません)を除去すること、2加算により十分な信号強度を得る事、であると考えられました。この2つの条件を同時に備え、かつ臨床的に実施可能な数分程度の時間内に撮像できるシーケンスを用いて、IVIMイメージングを行い、組織を流れる血液の量を求め、これまで行われている造影剤を用いた方法と比較したところ、ある程度信頼性のある脳血液量が得られることが確認できました。この結果は昨年の第23回国際磁気共鳴医学会年次総会[1]と第43回日本磁気共鳴医学会大会[2]で発表しました。[2]脳脊髄液の部分容積効果を除去したIVIMイメージング法による脳血液量の推定とDSCMRIで得られたCBVとの比較.第43回日本磁気共鳴医学会大会講演抄録集(2015), P3-0263Dプリンターを用いた、実験用ファントムの作成が、予想より困難で、機械のトラブルもあって遅れている。健常ボランティアの撮像などは、順調に行われたが、膨大なデータを扱うため、データ解析に時間がかかっている。臨床的な研究は開始されている。MRIを用いたIVIM (intravoxel incoherent motion)イメージング法は、拡散強調画像を利用して、組織内を流れる血液に関連した情報を抽出する方法です(拡散強調画像は、動いている水分子の信号を捉えることができます)。平成28年度の研究では、コンピュータシミュレーションを用いた研究により、毛細血管を流れる血流の速度と、拡散係数の関係が明らかとなりました。動物実験などによりこれまで測定されている血流の速さを適用すると、毛細血管内の血流による見かけの拡散係数は、これまで考えられていた値よりも小さいことが明らかとなりました。これは水の拡散係数に近いため、このことからも脳脊髄液からの信号を除去することが重要であることが理解できました。さらに、撮像方法についても、信号雑音比が小さいときはb値と呼ばれる量を少なめにして加算を増やし、信号雑音比が大きいときは、加算をせずb値を多くして撮像すると良いことも分かりました。重要な発見として、そのようにして得られる血流成分の情報から、血液酸素飽和度を得られることが分かりました。この値は、臨床的意義が大きいものと期待されます。脳の研究だけでなく、十分な血流信号を得るために、脳よりも血液量の大きい腎臓を用いて臨床研究を行うことにしました。その結果の一部を昨年の第24回国際磁気共鳴医学会年次総会[1]で発表しました。また第44回日本磁気共鳴医学会大会(2016, P2-076)では関連するコンピュータシミュレーションの結果を発表しました。ファントム実験が、(3Dプリンターの不具合が原因で)まだ終了していません。酸素飽和度を効率よく測定するため、新しいシークエンスを考案し、作成に取りかかっていますが、まだ作成できず、このシーケンスを用いての秋田脳研における臨床研究が遅れています。MRIのIVIMイメージングは、拡散強調画像を利用して人体組織の血流成分と、それ以外の組織成分に含まれる水分子の運動を分離して捉えて、それぞれの性質を調べようとするものである。本研究は、それにより得られる情報の信頼性と虚血性疾患での有用性を明らかにすることを目的とした。研究期間全体を通じて、モデル計算と健常ボランティアを対象とした研究からは、「血流成分を捉えることが可能であること」ことが分かったが、得られる信号は微弱で、信頼できる情報を得にくい脳の部位(前部など)もあることが判明した。撮像法と解析法のさらなる研究が必要と考えられた。臨床研究では、ゴールドスタンダートと考えられる検査との比較により、虚血により拡張した血管を捉えることが可能と考えられた。

また、多血性の腫瘍の血液成分は明瞭に捉えることが可能であった。新たな発見として、この方法を利用して血液の酸素飽和度を推定できる可能性があることが分かり、今後の重要な研究テーマとなる。平成29年度の研究では、組織の血管モデルとして多数の円柱が様々な方向を向いている構造を考え、拡散強調画像の信号が血流速度によりどのように変化するかを明らかにした[1]。また、腎臓の血液の酸素飽和度の変化を評価できることを確認した[2]。血液の横緩和時間を正確に測定するための撮像法を作り上げることが期間内にできず、残念なことに、15O-PETとの比較はできなかった[3]。今後、さらに継続して研究する予定である。[1]日本磁気共鳴医学会大会.脳組織血管モデルを用いたIVIMイメージングにおけるfast(pseudo)-diffusion coefficient (D*)の推定。[2]国際磁気共鳴医学会. ISMRMProc 2017:3303.[3]電子情報通信学会MBE研究会.横緩和時間修飾パルスを用いた拡散強調画像撮像法の検討。MRIのIVIMイメージングは、拡散強調画像を用い、人体組織の血流成分と、血流以外の組織成分に含まれる水分子の運動を分離して捉え、各々の性質を調べようとするものです。本研究は、それにより得られる情報の信頼性と虚血性疾患での有用性を明らかにしようとしました。モデル計算と健常ボランティアを対象とした研究から、血流成分を捉えることが可能でありましたが、得られる信号は微弱で、信頼できる情報を得にくい脳の部位(前部など)もあることが判明しました。臨床研究では、虚血により拡張した血管を捉えることが可能と考えられました。特に、この方法を利用して血液の酸素飽和度を推定できる可能性があることが分かりました。実験用ファントム装置は今後3ヶ月ほどで完成すると見込まれ、その後実験(撮像・データ解析)を行う。健常ボランティアのデータは、今後さらに5ヶ月ほどかけて解析し、結果を公表する。臨床的な研究は、東北大学病院で既に開始されており、このまま推進する。脳以外に、腎臓でも検討する。秋田県立脳血管研究センターにおいては、今年度前半までには、撮像シーケンス作成など必要な準備を整え、年度後半には一側脳血管狭窄例の撮像を行う予定である。3Dプリンターは、この4月から使用可能となり、モデルを作成中で、今年はファントム実験を終了できる見込です。新しいシークエンスにについては、今後ひと月ほどを見て、作成が出来なければ、新しいものにたよらず現在使用可能なシークエンスを用いて、秋田脳研での臨床研究を行う予定です。放射線診断学既存のワークステーションを並列して複数使用することが可能となり、新規購入費を節約できた。◯ファントム実験の一部がまだ行われていないためです。◯人件費、謝金を使用せずに研究を遂行できたためです。学会や共同研究で必要となる旅費などが不足することが考えられるので、これに使用する計画である。◯ファントム実験の物品費として使用する計画です。◯秋田脳研との共同研究や学会参加のための旅費が不足すると思われ、これに充当する計画です。
グラフォアセンブリーによる三次元積層型光電子集積システム・オン・チップ

三次元積層型光電子集積システム・オン・チップの実現を目指して、その鍵となるグラフォアセンブリー技術、シリコンフォト二クス技術の検討を行った。チップ表面の表面状態を制御することによって液体を制御してチップの位置合わせ精度を向上させるグラフォアセンブリー技術を開発し、寸法の異なる500個以上のチップを8インチ・シリコンウェハ上に一括位置合わせ、接合することに成功した。また、シリコンフォト二クス技術については、垂直方向光インターコネクション(TSPV)技術を確立するとともに、高い結合効率を有する微細グレーティングカップラを開発し、三次元積層型光集積システム・オン・チップの実現可能性を明らかにした。本研究では、電気回路と光回路を搭載した三次元積層型光電子集積システム・オン・チップの実現を目指している。本年度は、このような三次元積層型光電子集積システム・オン・チップ実現の鍵となるグラフォアセンブリー、シリコン貫通光インターコネクション、シリコンフォトニクス・デバイスなどの要素技術について研究した。グラフォアセンブリー技術に関しては、表面に多数の金属マイクロバンプ電極(寸法:5μm×5μmチェーン段数:1000段)を形成したチップと基板をグラフォアセンブリー技術により張り合わせて、チップ-基板間で良好な電気的導通が取れることを確認した。また、グラフォアセンブリー技術の信頼性を支配するエリアアレイ型配置マイクロバンプを用いた三次元積層構造の機械的信頼性支配因子を解明するためひずみセンサチップを試作し、薄型積層チップの局所ひずみ・残留応力の支配因子を定量的に解明するとともに、めっき銅・すず積層型マイクロバンプ接続信頼性に及ぼす接合界面に生じる金属間化合物の影響を試作接合構造で明らかにした.シリコン貫通光インターコネクションに関しては、シリコン基板を用いた寸法45μm×45μmの矩形のシリコン導波路コアの周りに幅2.7μm、深さ30μmの溝を形成し、溝内をエポキシ樹脂で充填することにより光導波路クラッド層を形成した。このようなシリコン貫通光導波路を用いて光信号の伝送に成功した。チップ内光インターコネクションおよびシリコンフォトニクス・デバイスに関しては、シリコン光導波路、シリコン窒化膜光導波路を作製するための膜形成条件、導波路微細加工条件およびGeフォトダイオード形成のための選択成長条件について検討し、最適条件の探索を行った。以上の要素技術の検討と並行して、三次元積層型システム・オン・チップを作製するための三次元積層化技術の検討を行い、基本プロセス仕様を決定した。本年度は、前年度に引き続き、三次元積層型光電子集積システム・オン・チップ実現の鍵となるグラフォアセンブリー技術、シリコン貫通配線、シリコン貫通光インターコネクション、シリコンフォトニクス・デバイスなどの要素技術について研究した。グラフォアセンブリー技術に関しては、グラフォアセンブリーによる接合後の金属マイクロバンプ電極間の抵抗を下げることと再現性の向上を目指して、接合時に荷重を印加しながら熱処理する手法について検討し、マイクロバンプ電極間抵抗の低減と再現性の向上に成功した。また、三次元実装構造内の局所熱応力・変形を支配する構造・材料因子を定量的に明らかにし,低応力高信頼実装構造設計指針を確立した。更に,三次元積層構造内の微細バンプ接続信頼性検査システムを提案・試作し有効性を実証した。シリコン貫通光インターコネクションに関しては、前年度作製した光TSV(TSPV=Through Si Photonic Via)の寸法を縮小することを検討し、前年度の断面寸法45μm×45μmを10μm×10μmまで縮小することに成功した。また、クラッド層の効果を評価するために、クラッド層厚を1μm10μmと変化させて光信号の伝搬特性を評価し、良好に導波されることを確認した。更に、シミュレーションにより、TSPVの直径をどこまで小さくできるかについて検討し、直径0.5μmの微細TSPVでも良好に光が導波されることを明らかにした。電気TSVと光TSV(TSPV)を同時に形成する技術を開発し、それぞれのTSVの信号伝搬特性の評価も行った。シリコンフォトニクス・デバイスに関しては、シミュレーションにより、光グレーティングカップラと光変調器の最適設計を行った。光グレーティングカップラはTSPVを伝搬してきた垂直方向の光信号をチップ表面に形成した水平方向のSi光導波路へと結合するために用いるが、本年度は、グレーティングカップラのグレーティングの寸法やその上に設置するミラーとの距離などを最適化することによって、80%以上の結合効率が得られることを確認した。また、光変調器に関しては、Siをベースとしたp+-i-n+型構造を採用し、0.2以上の屈折率変化を実現するための光変調器長、自由キャリア密度を明確化した。高性能で、低電力、高機能の光電子集積システム・オン・チップの実現を目指して、前年度に引き続きグラフォアセンブリー技術、シリコン貫通配線、シリコン貫通光インターコネクション、シリコンフォトニクス・デバイスなどの要素技術について研究するとともに、それらの技術を評価するためのテストチップの設計、試作に取り組んだ。

グラフォアセンブリー技術に関しては、チップ表面に上下のチップを噛み合わせるための凹凸パターンを形成する方法と、表面に親水性と疎水性のパターンを形成し、パターンの形状や種類とアセンブリー精度の関係について評価した。特に、親水性と疎水性のパターンを形成する方法では、親水性領域と疎水性領域の水の接触角の差を大きくとることによって、グラフォアセンブリーの精度が大幅に改善されることが明らかになり、実際に、5μm×5μmの微細な金属バンプからなるディジーチェーン(2500段)を搭載したチップをグラフォアセンブリー技術により接合し、200mΩ/段以下の低いバンプ接合抵抗を得ることに成功した。シリコン貫通光インターコネクションに関しては、断面寸法7.5μm×7.5μm、ピッチ15μmの微細光TSV(TSPV)を試作し、光信号が良好に導波されることを確認した。TSPVを伝搬してきた垂直方向の光信号をチップ表面に形成した水平方向のSi光導波路へと結合するための光グレーティングカップラに関しては、ミラー構造を有する新しいグレーティングカップラを提案し、FDTD法を用いた光シミュレーションにより詳細な検討を行った結果、80%以上という極めて高い結合効率が得られることが明らかになった。解析結果から、グレーティング上部に形成したミラーはグレーティングと光信号の結合を強めるだけでなく、グレーティング・パラメータの許容変動幅を大きくとれるため、ミラーなしの光グレーティングに比べて作製が容易であることもわかった。以上の要素技術の検討と合わせて基本回路を搭載したテストチップを設計試作し、これらを三次元積層する技術の検討を行った。高性能で、低電力、高機能の光電子集積システム・オン・チップの実現を目指して、前年度に引き続きグラフォアセンブリー技術、シリコン貫通配線、シリコン貫通光インターコネクション、シリコンフォト二クス・デバイスなどの要素技術について研究するとともに、それらの技術を評価するためのテストチップ、テストモジュールの設計、試作に取り組んだ。グラフォアセンブリー技術に関しては、グラフォアセンブリーのための表面凹凸パターン、液滴量の最適化を行って、位置合わせ精度が0.10.5μmにおさまるまでに改善された。チップ貫通光インターコネクションに関しては、試作したミラー構造を有するグレーティングカップラの評価を行い、光TSV (TSPV:Through-Si Photonic Via)を伝搬してきた垂直方向の光信号を、チップ表面に形成した水平方向のSi光導波路へと83%の結合効率で結合させることができることを確認した。また、Geホトダイオードを用いた光検出器に関しては、Geホトダイオード搭載チップのGe基板を30μmまで薄くする際のチップ割れと薄化後のGe表面の平坦性を改善するために、Geチップ張り合わせ技術とチップ薄化技術の改善を行い、Si光導波路上に薄化Geホトダイオードを良好に形成できるようになった。