hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ウィンドファーム発電量最大化のための風車後流の実験式構築に関する研究

地球環境を取り巻く様々な問題への対策として化石燃料から再生可能エネルギーへのエネルギー源の転換が進められており,世界中で風力発電施設の建設が行われている.風力発電施設は,設置面積の効率化やインフラ費用の低減などのメリットからウィンドファームという形態で導入が進められている.風車を通過した風(後流)は風車のエネルギー抽出によって減速されるとともに乱される.ウィンドファームでは可能な限り密に風車を建てるため,下流側にある風車は上流にある風車の後流の影響を受ける.現在推奨されている風車間距離は,風洞実験や欧米の平坦地形での後流観測によって得られた結果に基づいたものであり,わが国のように乱流強度の大きい複雑地形に対しては事情が異なる.経験的には複雑地形では風車の後流が影響を及ぼす距離は短くなるという報告があり,国内では乱れを考慮した風洞実験などにより風車間干渉について研究されている.しかし,風洞実験では自然風の持つ特性を十分に再現することは困難であるため,フィールドでの後流計測が必要となる.本研究では様々な地理的条件に適用できる風車後流モデルを構築し,ウィンドファームの最適配置や最適運転制御に資することを目的とする.本年度は,前年度に構築した風計測システムにより,風車の上流風速および後流風速を計測し,次年度に構築する後流モデル実験式の基礎データを取得した.得られたデータとしては,風車の上流風速,後流風速および推力を同時サンプリングによって取得した.本年度は,定格出力30kWの水平軸風車の上流風および後流風速の測定を行った.これらの測定には,前年度に構築した,応答性の高い超音波流速計を設置したマストにより行った.後流風速は主流・水平・鉛直の3成分を取得した.後流測定マストは移動式であり,鉛直分布測定用と水平分布測定用の2種類を使用した.本年度は,後流測定マストを複数の位置に移動して後流の空間分布を時系列で測定した.測定した後流風速は風車上流に設置した基準風速計でとらえた上流風速により無次元化を行い整理した.さらに後流の欠損を相関があると考えられるロータ推力を,ナセル下部に設置したロードセルにより測定した.上流風速,後流風速,推力は同期してサンプリングを行った.なお,上流で観測された風が,風車ロータに達するには時間を要する.つまり,上流風計測と推力計測の相関を考えるときには時間的な差が発生する.これを過去に実施した上流風とロータ面風速との相関解析により時間遅れを補正した.本年度得られた結果から,風車の後流内の主流方向速度は風車のエネルギー抽出によって流入風と比べて減速し,後流内の乱流強度は大きくなることが明らかになった.また,風車の後流内の主流方向速度は推力係数の増加にしたがいロータ面近傍で減速し,下流に行くにしたがい推力係数が速度に及ぼす影響は小さくなることがわかった.さらに,風車の後流と自由流れの境界では大きなせん断流れを持つため乱れが大きくなることを明らかにした.次年度は,後流の能動制御に必要な後流の偏向角と局所的な後流拡大率について,主流平均風速,主流乱流強度,斜め流入角,主流方向距離,ロータ推力を用いて実験式を構築する.次年度に構築する風車後流モデルは,ガウス関数によって後流風速分布を再現する計画である.ただし,一般のガウス関数は対称であるため,非対称性を考慮したものを検討する.なお,本年度に得られた測定データを整理した結果,ロータ推力を変数に含めなくても後流速度分布の推定が可能であることが明らかになった.引き続き検討を重ねるが,少ないパラメータにより実験式を構築するほうが実用的には価値があるため,ロータ推力を変数に含めることの意義については次年度に判断する.また,後流は空間的に揺らぎながら流れていくため,後流と主流の境界を,非定常な変動速度場から判断することは難しく,ブレード先端から煙(エアロゾル)を吹き出させ後流と主流の境界を可視化することを計画しているが,フィールド風車による可視化結果から明確な境界が判断できない場合には,既存の風洞実験による可視化結果を考察に使用する予定である.風力発電所の事業規模を拡大してスケールメリットを生み出すとともに,風車へのアクセス道路や送電線を集約し,風車1台当たりのコストを低減するウィンドファーム(風車を1つのサイトに複数台設置する集合型風力発電所)が主流となっている.ウィンドファームでは,上流側風車の後流が下流側風車に流入することにより,速度欠損による発電量の低下や速度勾配による翼の疲労が問題となる.これらの問題を解決するため,風車の後流が影響する範囲について,風洞実験,理論解析,実機による観測が行われてきた.しかし,これらの研究はいずれも,風が風車の正面から流入する場合の後流の速度分布を推定するものであって,風車ロータ面に流入する風の向きを意図的に変えることにより,積極的に後流の速度分布を制御した試みはない.とくに,山岳部などの複雑地形上のウィンドファームでは,風速場の不均一性が著しいために後流内に入る風車が多い.また,洋上風力発電では,風が低乱流のため後流の回復に長い距離が必要となり,後流の影響が広範囲に及ぶ.本研究では,これらを解決するため,ロータ面を意図的に斜め流入状態にして積極的に後流を非対称にし,下流側風車の発電量を向上させることが特色である.

本研究によって様々な地理的条件に適用可能な風車の後流制御が実現し,新設のウィンドファームの最適配置に貢献できるとともに,既設のウィンドファームにおいても複数の風車の流入角を集中制御することにより,後流を能動制御し,ウィンドファーム全体の発電量を向上させることができる.当該年度においては,後流内速度を流入角,上流風の速度・乱流強度,ロータ推力を変数として整理し,後流の速度分布と進行方向を表す実験式を構築するために,風車の上流風と後流を精度良く測定するための風計測システムおよびロータ推力を測定するための計測システムの整備を行った.次年度以降に,風車上流風速と後流内風速およびロータ推力を測定し,測定した後流内速度分布を,上流風の乱流強度,斜め流入角,風車に発生するロータ推力を変数として分類し,非対称性を考慮した後流の実験式を構築し,それを用いたウィンドファームの発電量の改善を行うため,当該年度は,フィールド風車の上流風と後流の測定に必要な計測システムと風車に発生するロータ推力を測定するシステムを構築した.使用するフィールド風車は直径10m,ハブ高さ13mであるため,高さ18mの移動式ポールに超音波流速計を取り付け,ロータ上端から下端まで測定できるようにするとともに,回転軸高さの水平方向に支柱を張り出し,水平方向の後流速度分布を測定できるようにした.これらにより,空間的な後流速度分布が測定可能となった.また,上流風測定用の超音波流速計を用いて,上流風速と後流内速度の時系列を同期して測定できるようにシステムを構築した.一方,乱流強度の大きな自然風の中で,後流速度分布とロータ推力の関係を求めるために,フィールド風車に推力が測定できるロードセルを取り付け動ひずみアンプを介してデータを取得できるようにした.さらに,風車に対して風が斜めから流入すると,ロータ推力の反力,および後流内の主流方向速度と半径方向速度の比率の変化により,後流が偏向するため,運動量の法則から,風車後流の速度欠損と風車の推力に関係を整理した.地球環境を取り巻く様々な問題への対策として化石燃料から再生可能エネルギーへのエネルギー源の転換が進められており,世界中で風力発電施設の建設が行われている.風力発電施設は,設置面積の効率化やインフラ費用の低減などのメリットからウィンドファームという形態で導入が進められている.風車を通過した風(後流)は風車のエネルギー抽出によって減速されるとともに乱される.ウィンドファームでは可能な限り密に風車を建てるため,下流側にある風車は上流にある風車の後流の影響を受ける.現在推奨されている風車間距離は,風洞実験や欧米の平坦地形での後流観測によって得られた結果に基づいたものであり,わが国のように乱流強度の大きい複雑地形に対しては事情が異なる.経験的には複雑地形では風車の後流が影響を及ぼす距離は短くなるという報告があり,国内では乱れを考慮した風洞実験などにより風車間干渉について研究されている.しかし,風洞実験では自然風の持つ特性を十分に再現することは困難であるため,フィールドでの後流計測が必要となる.本研究では様々な地理的条件に適用できる風車後流モデルを構築し,ウィンドファームの最適配置や最適運転制御に資することを目的とする.本年度は,前年度に構築した風計測システムにより,風車の上流風速および後流風速を計測し,次年度に構築する後流モデル実験式の基礎データを取得した.得られたデータとしては,風車の上流風速,後流風速および推力を同時サンプリングによって取得した.本年度は,定格出力30kWの水平軸風車の上流風および後流風速の測定を行った.これらの測定には,前年度に構築した,応答性の高い超音波流速計を設置したマストにより行った.後流風速は主流・水平・鉛直の3成分を取得した.
口腔扁平上皮癌幹細胞の分離と同細胞のCXCR4を標的とした転移抑制療法の開発

当研究室にて保有している口腔扁平上皮癌細胞株を用いて、CD44を指標に癌幹細胞を分離し、CXCR4の発現と転移能の相関性を検討し、CXCR4を標的とした転移抑制療法を開発することを研究目的とした。前年までの解析結果から、CD44陽性(+)細胞の割合が高い細胞株ではヌードマウス背部皮下での造腫瘍能が高く、造腫瘍能が低い細胞株では造腫瘍能が低いことが判明した。その結果をもとに、本研究ではまずCD44を指標にMagnetic cell sorting(MACS)systemにて分離し、得られたCD44(+)群およびCD44陰性(-)細胞群からRNAを抽出しCD44およびCD24、CXCR4を、さらには幹細胞マーカーでもあるBmil、Oct4、PCGF1やABCG2のmRNA発現をReal time PCRにて解析した。その結果、解析した全ての癌細胞株から分離されたCD44(+)群は、CD44(-)群と比較して有意にCXCR4 mRNAを高発現していることが確認できた。また、高い造腫瘍能と転移能を有する細胞株においては、造腫瘍能が低く転移能を持たない細胞株より幹細胞マーカーmRNAの発現が上昇していることが判明した。これらことから、CD44を指標に口腔癌幹細胞を分離できる可能性が示唆された。そこで分離されたCD44(+)群、CD44(-)群をヌードマウス(8週齢)の咬筋内および背部皮下に各々1×10^3個、5×10^3個、1×10^4個移植し、腫瘍形成能を解析したところ、CD44(-)移植群と比較してCD44(+)移植群で腫瘍形成能が高いと判明した。唾液腺癌細胞株についても同様に解析をおこない、同様な結果を得ている。今回の解析によって口腔癌の転移機構を明らかにでき、さらにはCD44を指標に分離した癌細胞群に高発現しているCXCR4を標的とした転移抑制療法の開発につながると考えられた。
開発途上国の中等理数科教育への科学技術リテラシー概念

本研究は、開発途上国の中等理数科教育のカリキュラム研究に、日本の科学技術リテラシー研究の成果を応用する試みで、南アフリカの研究者との科学技術の素養に関する共同研究を通して、経済社会的、歴史的、文化的条件が異なる日本と南アフリカの小中学校で児童・生徒に「地球の未来」について教えるための共通学習モジュールを作成した。具体的研究成果として、持続可能な開発のための教育の学習モジュール集、共同研究成果報告書に加えて、研究プロセス説明用のビデオ報告をまとめた。初年度の導入研究では、内外の研究分担者・協力者との協議を通して、研究内容および詳細計画の展開についての合意形成を行った。特に本研究の中核を成す「科学技術リテラシー」と「万人のための科学教育」の両概念について共通理解の徹底を図ることを主たる作業目的とした。そのために、まず国内でこれまでに進められてきた科学技術の智プロジェクトの研究成果の整理を行うとともに、南アフリカ側協力者グループの参加を得て、同国の理数科教育カリキュラムとの関連性、整合性の見当をつける作業を行った。具体的な研究活動としては、日本と南アフリカの研究参加者の相互訪問による理数科教育現場の訪問と研究協議の開催が主であった。2011年1月には、日本側研究分担者のひとりが南アフリカの理数科・技術教育学会に参加して、日本の科学技術の智プロジェクトの内容と意義を説明し、本研究プロジェクトの現地側における理解の深化を図った。初年度の研究作業の具体的成果として、教育を通して万人のための科学技術の浸透を推進する時に、科学教育を国レベルの経済社会開発の加速化のための必要と考える文脈と、地球レベルの持続可能な開発の推進に向けた万民の共通理解形成の手段と考える文脈とを区別する必要のあることが判明した。前者については、貧困削減のための農工業の発展・近代部門の雇用拡大に学校教育がいかに役立っているかについて、日本の自動車メーカーの事例の検討を行った。後者については、日本と南アフリカの小中学校教員が持続可能な開発のための教育の学習モジュールを作成するモデル作業の観察を通して、研究課題の整理を行った。そのような活動を通して、2年度目の開発研究の道筋を確認することができた。2年度目の開発研究では、南アフリカの教育現場の教員や科学コミュニティを始め各界の指導的人材の意見の聞き取りを軸として、現地の経済社会的実態と教育事情を反映する科学技術の素養の確定に努めた。現地調査による聞き取り作業は年度前半と後半の2回に分けて、それぞれ現地の教育関係者との意見交換、現地有識者・企業関係者からの聞き取りを行った。また、初年度に続き、日本と南アフリカの研究参加者の相互訪問による理数科教育現場の訪問と研究協議を実施した。2011年12月には、南アフリカ側研究協力者を招いて、国際基督教大学において研究の中間的成果の報告会を開催し、事業の最終年度の研究活動に関する協議を行った。年度末には、研究代表者が現地調査で、現地に進出している日本の製造業企業と周辺地域の中等学校を訪問し、科学リテラシー概念の企業による受けとめと学校側の思い入れのギャップについて聞き取りを行った。初年度の研究成果として、万人のための科学教育の浸透を図る時に、科学教育を国レベルの経済社会開発の加速化のための必要と考える文脈と、地球レベルの持続可能な開発の推進に向けた万民の共通理解形成の手段と考える文脈とを区別する必要のあることを示したが、今年度はそれぞれの掘り下げを行った。前者については、国内経済開発政策の枠組の中で製造業部門の雇用拡大に学校教育がいかに役立っているかについて、日本の自動車メーカーの事例の継続的検討を行った。後者については、日本と南アフリカの小中学校教員が持続可能な開発のための教育の学習モジュールを作成するモデル作業の観察を通して、研究課題の深化を図った。両国の研究協力者の頻繁なネット・ベースの研究協議で、作業の効率化が実現するとともに、将来的により長期的な共同研究(例えば、両国の小学校教育全期間(6年)にわたる持続可能性教育のインパクト評価研究)を行うアイデアも浮上した。本研究は、開発途上国の中等理数科教育のカリキュラム研究に、日本の科学技術リテラシー研究の成果を応用する試みであった。具体的な狙いは、途上国の研究者との科学技術の素養に関する共同研究を通して、現地の理数科教育カリキュラム改革のための実践的ツールを提供することにあった。3年間の実践的研究を通して、日本の理科教育を軸とする科学技術リテラシーの概念を活用して途上国(南アフリカ共和国)の理数科教育カリキュラムに資するモデルを構築する活動を行った。この研究プロセスを通して、日本の科学技術を基礎から作り直す「科学技術の智プロジェクト」の試みが、その目論見通り、日本だけでなく世界の開発にとって新たな普遍的視点を提示するものとなっているかについても検証を試みた。本研究は、平成22年度に導入研究、23年度に開発研究、24年度に総括研究と段階的に進めた。研究の実施に当たっては、研究代表者の所属する大学(国際基督教大学)と学術協力協定を結んでいる南アフリカの大学(ケープタウン大学)の双方にまたがる共同研究チームを形成し、さらにそれぞれの国で地元の小中学校を研究協力校として選び、両国の理科教員が研究の成果を教室で実現する試みを実行できるよう図った。

経済社会的、歴史的、文化的に条件がきわめて異なる両国の児童に共通の教育価値、効果を付与できるよう、研究テーマは「地球の未来についてどう教えるか」とし、両国の小中学校の教室で使える持続可能な開発のための教育の共通の学習モジュールの作成を行った。具体的成果として、国際ティーム・ティーチングの学習モジュール、特定テーマについて「過去・現在・未来」を比較しつつ教える学習モジュールを作成した。研究成果としては、持続可能な開発の教育のための学習モジュール集、共同研究成果報告書に加えて、研究プロセスを描写するビデオ報告を作成した。研究活動はおおむね計画通りに進んでいることが中間成果報告会議で確認されたが、研究成果の原稿化が若干遅れている。現在までのところ、研究成果の活用は、研究協議内容の深化、学会報告、学内教育現場での活用等にかぎられており、研究論文の出版の形で進んでいない。24年度が最終年度であるため、記入しない。来年度は3年研究計画の最終年度に当たるので、報告会議の開催、学会報告と並行して、最終研究成果の論文化、学会誌等での発表を具体的に計画して実行することにする。
レプリカ法によるウクライナ新石器～金石併用時代の栽培穀物の検出と出現期の解明

最終年に当たり、国立ウクライナ科学アカデミー考古学研究所(キエフ)及びBorys Grinchenko Kyiv Universityで4月15日より22日まで第4次、8月26日より9月1日まで第5次のレプリカ法調査を実施した。前年度に引き続きウクライナ新石器時代から青銅器時代までの土器資料を対象に調査を行い、レプリカを採取、日本に持ち帰り検鏡・種子同定・分析を行った。この結果も含めて本科研3年間の成果としては、1.新石器時代資料からは栽培穀物は全く同定されず、すでに定説となっている6000年紀を遡るウクライナの農耕開始には再検討が必要な事。2.金石併用時代のTrypillia文化期には西アジア起源のオオムギやコムギの栽培が継続しているが、キビが報告されているにもかかわらず、今回の調査では同定されず、こちらも再検討が必要である事。3.これまで確実なキビの出現期とされてきたUsatovo文化を含めて、金石併用時代末から青銅器時代中期の遺跡でもキビは検出されず、青銅器時代後期に突如キビが出現する、等の見通しを得ることが出来た。研究初年度に当たる28年度には、9月21日から28日までウクライナでレプリカ法調査を実施した。現地キエフではまず、海外共同研究者であるウクライナ国立考古学研究所のDr.Alex Yanevich氏や同研究所研究員、キエフ国立大学のDr.Mykhailo Videiko氏らに本プロジェクトの計画、目標、研究手法であるレプリカ法について説明する簡単なセミナーを実施した。この訪問以前に、調査対象遺跡や対象資料の選別、閲覧・作業許可の申請などは、すでにDr.Alex Yanevich氏と研究代表者とのメールによる打ち合わせで準備してあった。その後彼らと連携して実際に、ウクライナの新石器時代から金石併用時代の6遺跡出土資料を対象に、土器圧痕を観察、種子由来と予測された圧痕からレプリカを採取した。それらレプリカは日本に持ち帰り走査型電子顕微鏡で検鏡し、研究分担者那須浩郎博士とともに種子同定を行った。調査を実施した新石器時代の4遺跡資料から栽培穀物は検出されていない。すでにウクライナの考古植物学者によってオオムギと報告されている複数の圧痕資料からもレプリカを採取し観察を実施したが、これらも栽培穀物とは同定できなかった。圧痕の肉眼観察による種子同定データについてはやはり再検証が必要と思われる。一方でTrypillia文化後半期(3600-3850BCE)のMaidanetske遺跡出土の建築材からは、混和材として混ぜ込まれたと思われるオオムギを複数同定した。軸など種実以外の植物の様々な部位も観察されるため、脱穀後の不要部位が利用されたものと思われる。一方で6月4日から9日にはパリで開催された第17回国際古植物学者会議に参加し、レプリカ法の日本での研究状況について発表し、またウクライナを含む東ヨーロッパの研究者たちとも情報交換することが出来た。研究初年度としてプロジェクトの道筋をつけ、実際の調査に着手できたため、現状では研究は順調に進展していると考える。特に海外での調査のため、現地での協力体制整備が成果の鍵を握るが、幸い「ウクライナにおける農耕の伝播と多様性」という本研究テーマに多くのウクライナ側研究者の理解と協力を得ることができ、調査は順調に進展している。また本研究には、日本で開発されたレプリカ法という新たな研究手法を現地研究者に紹介し、共同研究を行い、本科研終了後も継続できる共同研究体制を構築するという目標もあるが、すでに2名の研究者がレプリカ法を習得し、日本側研究者不在時にも独自で調査を進めている。29年度はキエフで4月9日16日と、9月3日10日の2回のレプリカ法調査を実施し、採取したレプリカを持ち帰り検鏡、撮影、研究分担者の那須浩郎を中心に種子同定作業を行った。事前には、海外共同研究者のウクライナ国立アカデミー考古学研究所のDr.Yanevich、Dr.Gaskevychや、Borys Grinchenko Kyiv UniversityのDr.Videikoが対象資料の選定、圧痕検出作業を継続して実施し調査に備えてくれており、現地調査を円滑、効率的に行うことが出来た。調査結果としては、昨年度も含めてすでに新石器時代25遺跡で8000点以上の土器を対象にレプリカ法調査を実施してきたが栽培穀物はまったく同定されず、先行研究で6000BCを遡るとされてきたウクライナの農耕開始については、再検討が必要と思われる。また東アジアで栽培化された雑穀のヨーロッパへの拡散時期やルートを明確にするうえで、ウクライナの雑穀の出現期は重要であるが、今回の調査で後期青銅器時代の資料からキビを多量に同定しており、残りの研究期間中に出現期がどれほど遡るのかを確認したい。今回の研究プロジェクトにより、レプリカ法という日本で開発され普及している種子検出手法が、欧米の植物考古学にも有効で、これまで不足していた確実性の高いデータの蓄積に貢献できることが確認でき、今後の研究の広がりが期待される。プロジェクト2年目となり、ウクライナ側の共同研究者にも本研究の目的や手法がよく理解され、現地調査も短い期間ながら充実した調査が実施できている。なかでも最も時間を要する土器圧痕の検出作業に現地研究者らが熟練してくれており、おかげで大量の資料の調査が可能となった。したがって研究はおおむね順調に進展していると思われる。

ウクライナにおける東アジア起源の雑穀の出現期は、ユーラシアの東西農耕拡散のキーポイントであり、本研究のテーマでもあるが、今回後期青銅器時代資料から多くのキビを同定できたことは大きな成果と考える。この結果はヨーロッパ各地のキビ出現期ともおおむね整合的である。ウクライナの先行研究でキビ出現期とされる金石併用時代末のUsatovo文化期の資料からは現状ではキビは検出できておらず、最終年度はウクライナのキビがどれほど遡るか、前期中期青銅器時代資料の調査を実施してキビ出現期を絞り込みたい。また今回レプリカ法調査を実施した後期青銅器時代のNovokyivka siteの調査結果では、西アジア起源のムギ類は2点に留まり、同定栽培穀物中キビの占める割合が90%以上と、栽培穀物の割合に大きな変化が看取された。このような後期青銅器時代遺跡でのキビへの集中は、南チロル地方やハンガリーなど他のヨーロッパの遺跡でも報告されており、このような傾向が当該期の穀物栽培の特徴であるのか、特異な例であるのかを検討するうえで、他の遺跡でのデータの蓄積が必要である。最終年に当たり、国立ウクライナ科学アカデミー考古学研究所(キエフ)及びBorys Grinchenko Kyiv Universityで4月15日より22日まで第4次、8月26日より9月1日まで第5次のレプリカ法調査を実施した。前年度に引き続きウクライナ新石器時代から青銅器時代までの土器資料を対象に調査を行い、レプリカを採取、日本に持ち帰り検鏡・種子同定・分析を行った。この結果も含めて本科研3年間の成果としては、1.新石器時代資料からは栽培穀物は全く同定されず、すでに定説となっている6000年紀を遡るウクライナの農耕開始には再検討が必要な事。2.金石併用時代のTrypillia文化期には西アジア起源のオオムギやコムギの栽培が継続しているが、キビが報告されているにもかかわらず、今回の調査では同定されず、こちらも再検討が必要である事。3.これまで確実なキビの出現期とされてきたUsatovo文化を含めて、金石併用時代末から青銅器時代中期の遺跡でもキビは検出されず、青銅器時代後期に突如キビが出現する、等の見通しを得ることが出来た。すでに29年度の調査として4月9日から15日まで第2次調査を実施した。本年度は秋に3次調査を予定している。新石器時代のウクライナでの栽培穀物の有無を確認することが第一の課題となる。そのためには出現期を明らかにするための時間幅を持った資料や、地域性を検討するため各地域の資料など、観察対象資料の選択が重要となる。今後もウクライナ側研究者と検討を重ね、資料を絞り込んで調査を継続していきたい。土器に種子圧痕が形成されるのは非常に限られたチャンスであるため、どれほど多量の対象資料を観察できるかも重要であり、可能な限り効率的に多くの資料の観察を試みたい。この結果を踏まえて、なるべく早く国際査読誌への投稿(Vegetation History and Archaeobotanyを予定)を準備したい。また2019年7月にはイタリアで開催される第18回国際植物考古学者会議での研究発表を予定している。最終年の具体的な研究プランとしては、キビの出現期の絞り込み、地域的拡がりの確認、栽培穀物中に占める割合の変化などを、データを蓄積して分析していくことであるが、レプリカ法データのみからの検討には限界もあるため、炭化大型植物遺体や同位体分析などのデータとも擦り合わせながら多角的に検討を行いたい。
編物の3次元CT画像から抽出された糸位置情報による編組織解析

本研究は、3次元CT(Computed Tomography)画像より抽出された糸位置情報を利用した編組織自動解析による組織図作成を目的とし、「よこ編」および「たて編」を対象に「基本編目解析」方法の提案を行った。さらに提案手法の正当性の確認のため、実際のよこ編物およびたて編物に対して編組織自動解析による組織図作成実験を行い、正しく組織図を作成できることを確認した。組織図作成とはすべての編目を解析し、対応する編成記号を意匠紙に記す作業で、現在は主に手作業で行われている。本研究では、3次元CT画像より抽出された糸位置情報を利用した編組織自動解析による組織図作成を目的とし、本年度は「よこ編」を対象に「基本編目解析」、「三原組織解析」を行った。組織図作成とは、すべての編目を解析し、対応する編成記号を意匠紙に記す作業である。基本編目解析では、はじめに糸同士の交差点の幾何的な位置に着目し、編目位置を検出した。つぎにその編目と交わる糸を調べることにより、よこ編の基本編目である「ニット」、「タック」、「ミス」を判別した。基本編目には、それぞれ「表目」、「裏目」が存在するが、ニットの表目、裏目の組み合わせにより、「平編」、「ゴム編」、「パール編」と呼ばれるよこ編三原組織が作られる。すなわち、三原組織解析は、ニットの表目、裏目を判別することにより達成される。本研究では、編目位置の検出と同様に糸同士の交差点の幾何的な位置により、これらの判別を行った。基本編目解析および三原組織解析により、ほとんどのよこ編の組織図作成に対応できる。本研究により、編物設計において設計どおり編まれているか、欠陥箇所がないか、さらに、開発した編組織が他者に真似をされていないかなど、これまで手作業で行われてきた、さまざまな検査の自動化が期待でき、その意義は大きい。本研究では、3次元CT画像より抽出された糸位置情報を利用した編組織自動解析による組織図作成を目的とし、本年度は「たて編」を対象に「基本編目解析」方法の提案および提案手法の有効性の確認のため、実際のたて編物に対し編組織自動解析による組織図作成実験を行った。たて編物は基本的に「open lap」および「closed lap」の2種類の基本編目のみから編まれるため、試料のすべての編目を検出し、どちらの編目かを判別することができれば、ほとんどのたて編物の組織図作成に対応できるといえる。本研究において「基本編目解析」とは3次元CT画像より抽出された糸位置情報を利用して編目を検出し、この2種類の編目を判別することを指す。基本編目解析方法として、はじめに糸同士の交差点の幾何的な位置に着目し、編目位置を検出する。本研究は、3次元画像より抽出された糸位置情報を利用することにより、糸同士の交差点の位置および交差点における糸の上下関係を正確に計算できることに特徴がある。つぎにその編目を形成する糸自身が交差するか否かによって、open lap、closed lapを判別する。
有機触媒芳香族脱プロトン化による分子変換システム開発

医薬品の基本構造あるいは部分構造として重要な芳香族化合物あるいは芳香族複素環化合物のC-H修飾反応の開発は多様性に富む医薬候補分子を供給する上で重要な研究課題である。遷移金属などの重金属類を用いた手法の開発はこれまで精力的に行われてきたが、医薬品への重金属の混入は厳しく規制されており、メタルフリーの方法論として有機分子触媒システムを用いる芳香環の選択的なC-H修飾反応の開発を行った。特に系内で発生するアミド塩基を触媒とする芳香環への直接的な側鎖導入法を開発した。有機触媒プロセスを用いる芳香環脱プロトン化の体系化をはかるために、触媒的な展開の可能性が示されている二つの反応についてその基礎的な検討を行った。一つはホスファゼンP4塩基を用いて芳香環の触媒的な脱プロトン化であり、当量反応においては芳香複素環化合物の部位選択的な脱プロトン化修飾を行っており、従来の有機金属化学とは異なる部位選択性を見出している。有機ケイ素化合物をプロトン化されたホスファゼン塩基の再活性化剤として用いることにより触媒化に成功し、その適用範囲を明らかにした。またホスファゼン塩基を触媒として用いる重水素化溶媒による重水素化についても最適化をはかり、様々な芳香環および芳香複素環の環プロトンの部位選択的な重水素化を行った。また二つ目の方法としてはオニウムアミドという新しい反応活性種を用いる脱プロトン化反応を検討した。これはフッ化オニウムとアミノシラン誘導体からアミドアニオンを発生させるものである。ボスファゼニウムP5フルオリドを用いることにより比較的高温においてもオニウムアミド塩基を発生させることが可能であることが示されており、そのアミド塩基により様々な芳香複素環の脱プロトン化について検討を行った。またオニウムアミドはその構造がこれまでほとんど研究されていないので、NMRスペクトルを用いる構造解析を行うとともに、脱プロトン化-修飾による新しい触媒反応開発を炭素-炭素結合生成を中心に検討した。有機分子触媒を用いる芳香環および芳香複素環の脱プロトン化ー修飾反応を新しい反応剤である系内発生オニウムアミドを用いて行った。オニウムとしてはテトラアルキルアンモニウムのほかにホスファゼニウムP5を用いて検討したところP5に高い反応活性と熱安定性が認められ、比較的高温条件においても分解せずに反応活性を保持することが明らかになった。脱プロトン化は芳香複素環のpKaが33程度までの種々の部位において適用可能であり、またさまざまなカルボニル化合物存在下に反応を行い、1,2付加反応が進行することを明らかとした。また、P5Fを用いることにより、芳香族ケイ素化合物から炭素アニオンを容易に発生することができ、二酸化炭素と反応させることで芳香族カルボン酸が得られることも判明した。この際、芳香環上のケイ素基の隣接にクロロ基がある場合には、ベンザインも発生し二酸化炭素が導入されたカルボン酸とベンザインが反応することによりキサントン誘導体が得られることもわかった。キラルなオニウムを用いる不斉反応についても検討を行ったが、現時点では不斉誘導は確認できず、芳香族炭素アニオンの反応性が高いためオニウムと対となる反応活性種の不斉認識がやや難しいことも考えられ、さらに別の不斉誘導法を検討している。また、脱プロトン化反応において種々の有機ケイ素化合物を添加し、触媒回転の効率化を検討した際に、有機ケイ素化合物によっては芳香環のケイ素化反応が進行することが明らかとなり、この反応の適用範囲の拡大に向けてさらに検討を進めている。芳香環の有機触媒的な修飾法として、ケイ素化有機塩基とフッ化物から系内で発生させた塩基を利用する触媒システムの開発を行った。まず、トリメチルシリルアミン類とフッ化オニウムとの組み合わせによりオニウムアミドを系内発生させ、これを触媒的に使い芳香環の脱プロトン化とカルボニル化合物などの親電子剤との反応を行った。比較的酸性度の高いベンゾチアゾールからベンゾチオフェンやベンゾフランまで修飾反応を行うことができ、ハロゲン基やシアノ基、アルコキシカルボニル基などの官能基との共存も可能であることが明らかになった。またカチオン部分をオニウムからセシウムカチオン、ルビニウムカチオンに変えると微妙に反応性が変化することも判り、新たな選択性の発言が期待される。さらに親電子剤としてケイ素化剤を用いて芳香環の脱プロトン化ーケイ素化反応を試みたところRuppert試薬(TMSCH3)を用いた時に円滑にケイ素化反応が進行することが明らかとなった。活性化剤としてはフッ化オニウムよりもフッ化セシウムあるいはフッ化ルビ時有無を用いた場合に良好な結果が得られた。またこのケイ素化反応は高い官能基共存性を示し、ハロゲン基、シアノ基、アルコキシカルボニル基の隣接位の選択的なケイ素化を実現した。ベンゾチオフェン、ベンゾフラン、チオフェンなどの芳香複素環のみならずベンゼン環上においても進行しうることが明らかになった。有機触媒システムを用いた芳香族化合物のC-H修飾反応の検討として、まず系内発生HMDSアミド塩基を用いる触媒反応の開発を行った。HMDSアミド塩基の発生法としてはTMS3Nと種々のフッ化物との反応により系内で発生させた。基質としてはベンゾチアゾール、ベンゾキサゾール、ベンゾチオフェン、ベンゾフラン、インドールなどを系統的に検討し、親電子剤としてケトン、アルデヒドるいとの反応を行った。

これまではフッ化物としてTMAFを用いていたが、CsFやRbFなども高い反応活性を示すことが見出された。溶媒としてはDMFなどの極性溶媒が優れていることが示されたが、クラウンエーテルを使用することにより、DMEやTHFでも反応が進行することが明らかとなった。またDMFを溶媒として親電子剤を加えずに反応を行うと芳香族複素環化合物のホルミル化反応が進行することが見出された。この反応の適用範囲について幅広く検討を行った。また別のC-H修飾反応としてRuppert試薬(TMSCF3)とフッ化物塩触媒を用いた芳香族化合物のC-Hケイ素化反応についても検討した。これまでにベンズチオフェン、ベンゾフラン、チオフェンなどの芳香族複素環化合物のケイ素化反応が円滑に進行することは示されていたが、ベンゼン誘導体のケイ素化については適用範囲が不明であった。1,3-ジフルオロベンゼン誘導体を用いると2位のケイ素化反応が円滑に進行することが見出され、また高い官能基共存性を示した。さらにアルキン類の末端C-Hケイ素化反応においては、DMPUを溶媒とすることにより、フッ化物を添加しなくてもケイ素化反応が進行するという興味深い知見も得られた。医薬品の基本構造あるいは部分構造として重要な芳香族化合物あるいは芳香族複素環化合物のC-H修飾反応の開発は多様性に富む医薬候補分子を供給する上で重要な研究課題である。遷移金属などの重金属類を用いた手法の開発はこれまで精力的に行われてきたが、医薬品への重金属の混入は厳しく規制されており、メタルフリーの方法論として有機分子触媒システムを用いる芳香環の選択的なC-H修飾反応の開発を行った。特に系内で発生するアミド塩基を触媒とする芳香環への直接的な側鎖導入法を開発した。新しい脱プロトン化のための試薬としてオニウムアミド塩基の調製を試み、その有機触媒としての能力を検証した。これまで金属アミドが脱プロトン化のための強塩基として用いられてきたが、カチオンをアンモニウムやホスホニウムなどのオニウムに置き換えることにより新たな選択性あるいは反応性を見出すことを目標とした。まずはジアルキルアミノトリメチルシラン類とフッ化物イオンとの反応を用いるオニウムジアルキルアミドの発生法について適用範囲を検討し、ベンゾチアゾールの2位における触媒的な脱プロトン化修飾を達成した。ジアルキルアミドアニオンの生成については各核種NMRスペクトルでモニターを試みたが、観測するには至っていない。この反応はベンゾチアゾール以外にもベンゾオキサゾール、ベンツイミドゾール、ベンゾチオフェン、ベンゾフランにも適用可能であることを明らかとした。芳香環上の環プロトンのpKaの値からこのオニウムアミドを用いる脱プロトン化の適用は、その他の芳香族化合物についても可能と考えられる。またキノリンNオキシドにおいては脱プロトン化したのち2量化した化合物が得られており、芳香複素環ビアリール誘導体合成への展開の可能性も示されている。またこの脱プロトン化システムは、含窒素ヘテロ芳香環上のメチル基の修飾反応にも利用できることが明らかとなった。さらに、酢酸誘導体とカルボニル化合物の縮合反応にもこの触媒システムが利用できることを示した。反応開発については当初の計画に従い順調に新しい触媒システムを開発しつつある。
複合アニオンによる高輝度シンチレータの創製とその解明

たとえば、ヨウ化物と臭化物といったように複合アニオン材料の中には、複合体のほうが発光量などが多くなるという例が報告されている。本研究では、放射線が照射されると発光するシンチレータと呼ばれる材料について、複合アニオンを合成したときに、同様の現象が起きるのかを調査して、その結果をもとにより良い材料の設計指針を見出してゆく。
温度感受性p16癌抑制遺伝子導入白血病細胞のDNAチップによるRNA解析

温度感受性p16INK4A癌抑制遺伝子導入白血病システムを用いて、p16INK4A癌抑制遺伝子を機能させたときの12,000遺伝子のRNA発現経時変化をDNA chipを用いてスクリーニングした。その結果、Rb1,p107,p130,p300,DP-1,CDK4,CDK6,cyclin D1,cyclin Eの発現増加が認められた。一方、p16発現によりCD19,CD83,T cell leukemia/lymphoma 1Aの発現増加をみた。p16の発現変化により、プロテオゾーム発現に大きな変化を来たし、その意義付けに関して今後の課題と考えられた。しかし、このp16INK4Aの発現抑制と癌細胞分化との関係については、1つの実験系内での話であるので別の系でも確認する必要があると考えた。これらの結果をふまえて、TSLPというTH2刺激サイトカインとCD40リガンドの白血球に及ぼす影響を検討した。その結果、indoleamine2,3-dioxygenase (IDO)が重要な分子であることがわかり報告した。Pediatric Research (in press)。本年度は温度感受性p16INK4A癌抑制遺伝子導入白血病システムを用いて、p16INK4A癌抑制遺伝子を機能させたときの12,000遺伝子のRNA発現経時変化をDNA chipを用いてスクリーニングした。また、ウエスタンブロッティングにてRb1,p107,p130,p300のリン酸化を認めている。このことは、p16INK4Aによる抑制が解除され、単に蛋白-蛋白結合によるG1growtharrestが解除されるだけではなく、発現増加をももたらしていることを示すと考えられる。形態的(ライト染色)には、白血病細胞の分化傾向が示され、細胞表面マーカー(CD20の陽性化)、免疫グロブリンのクラススイッチ(heavy chain & light chain)においても分化傾向が確認された。
農業経営の高度情報化対応と経営情報システムの開発・評価に関する基礎理論的研究

現在、農業経営(様々な地域主体等も含めて)における高度情報化対応は、重要な課題の1つであり、等に、コンピュータ利用による情報化対応が極めて重要な意義を有してきている。にも関わらず、適切な指針を欠いたまま手探り的な対応が採られることが極めて多いといえる。その理由として、現在、コンピュータのハード・ソフト両面及びそれらのシステムとも開発・整備の途上にあり、それらのレベルの急激な上昇を伴いながら、年々めまぐるしく変化してきていることが指摘できる。そもそも、このような状況の中で、個別の農業経営や様々な地域主体が急激な情報化環境の変化に独自に対応していくことは、いじょうに難しいといえる。そのため、機器・ソフトの選択・購入及びシステム設計のための投資・資金問題も含めた指針の提供、それらの適切な利用を可能とするための指針の提供、更には様々なソフトやシステムの開発・提供等も含めて、公的機関や農協等の団体、私企業による支援体制の整備と支援活動は不可欠となってきている。そこで、本研究報告書においては、わが国農業における情報化対応の現状と動向、今後のあるべき発展方向を踏まえて、高度情報化対応を目指す農業経営(様々な地域主体等も含めて)に対して、このような情報化支援を行っていく上で必要な基礎理論を社会経済的観点、私経済的観点から明らかにすることを目的とし、以下の章別構成で課題への接近を図った。1.高度情報化の流れと方向-ハード・ソフトの開発・整備を中心にして-、2.農村における高度情報化の投資・資金問題-市町村による農村情報サービスに対する投資・資金問題を中心として、3.長野県畜産会によるコンピュータを利用した簡易診断事業への取り組み方針と推進体制、4.環境調和型農業経営確立への情報システムの役割-政策手段のマネージメントにいきる情報シフテム-現在、農業経営(様々な地域主体等も含めて)における高度情報化対応は、重要な課題の1つであり、等に、コンピュータ利用による情報化対応が極めて重要な意義を有してきている。1.高度情報化の流れと方向-ハード・ソフトの開発・整備を中心にして-、2.農村における高度情報化の投資・資金問題-市町村による農村情報サービスに対する投資・資金問題を中心として、3.長野県畜産会によるコンピュータを利用した簡易診断事業への取り組み方針と推進体制、4.環境調和型農業経営確立への情報システムの役割-政策手段のマネージメントにいきる情報シフテム-現在、農業経営における高度情報化対応は重要な課題の1つである。にも関わらず、適切な指針を欠いたまま手探り的な状況のもとで行なわれることが多い。その理由として、現在、コンピュータのハード・ソフト面とも開発・整備の途上にあり、年々めまぐるしく変化してきていることがある。そもそも、このような状況の中で、個々の農業経営が急速な情報化環境の変化に独自に対応することはほとんど困難である。そのために、機器・ソフトの選択・購入のための指針の提供、それらの適切な利用を可能にするための教育、更にはソフトの開発・提供等も含めて、公的機関や農協等の団体、私企業による支援体制の整備と支援活動は不可欠である。本研究は、高度情報化対応を目指す農業経営に対して、このような情報化支援を行なっていく上で必要な基礎理論を社会経済的観点、私経済的観点から構築することが目的である。そして、本年度に行った研究実績は以下の通りである。(1)研究費交付直後の8月8日に、参加メンバー4人による研究会を実施。本研究の目的と研究方法に関して共通の認識に到達。(2)第2回研究会を9月6日に実施。既存研究のレビューに関する研究成果の報告と討論を実施。(3)農業情報化の専門家として著名な米国テキサスA&M大学マッグラン教授の来日の機会を捉えて、合同の研究会を9月22日に実施。(4)調査及び理論的研究を引続き実施中。以上の研究活動によって得られた特筆すべき知見の1つは、わが国の場合、情報化に関する事例紹介的、叙述的研究は多いが当研究が目指している基礎理論的研究が極めて不足していること、2つは、大学・関係機関・団体・企業等が各々独自に情報化活動を展開しているが、それらが明確な理論的根拠をもたず活動していること、3つは、ソフト、情報システム、費用便益何れについても科学的、客観的評価のための理論と方法が全く欠如していることである。平成6年度は本研究

2ヶ年計画の2年度、最終年度に当たる。本年度に行った研究活動は以下の通りである。(1)8月1617日に、参加メンバー全員による研究会を実施。本研究分担者による分担課題の中間報告と今後の研究課題について討論を行った。(2)第2回研究会を2月18日19日に実施。分担課題間の相互調整と本研究全体の成果について討論を行った。(3)この間、補足調査を実施。具体的には、初年度に引続き課題に即して(1)農業経営情報化システムの開発及び普及に関する基礎理論の構築の構築を小田が、(2)農業経営情報システムの評価及び情報化関連主体間の役割分担のあり方に関する基礎理論の構築を稲本が、(3)農業経営情報化の費用・便益分析に関する基礎理論の構築を宇山が、(4)農業経営情報化における情報・システムの公開と保護に関する基礎理論の構築を加賀爪が、それぞれ分担し、各課題に対して残された研究の継続と補足調査を行った。その際、前年度未調査の情報化先進地域、機関・団体、農業経営の実態調査及び専門家との討論をおこなった。そして、各分担者のこれらの成果を総合的に検討しながら高度情報化対応を目指す農業経営に対する情報化支援の基礎理論の構築を試み、課題へ接近した。
重粒子線と温熱との併用療法の基礎的研究

我々は、難治癌に対する治療向上のため、重粒子線による修復不能のDNA損傷と温熱処理による活性タンパク質の失活というターゲットの異なる損傷を引き起こし、より効率良く癌細胞に致死をもたらすことを狙い、基礎研究をすすめている。本年度はp53の性状のみが異なるヒト舌癌細胞をヌードマウスに移植して、炭素線と温熱併用またはX線と温熱併用による抗腫瘍効果についてp53の性状との関連性を検討した。ヒト舌癌移植系において、p53の性状に関わらず、X線2Gy、炭素線1Gyおよび温熱42°Cで20分間処理では抗腫瘍効果を認めなかった。一方、正常型p53腫瘍のみX線と同様に炭素線の場合でも温熱との併用による顕著な腫瘍増殖の抑制が認められた。変異型p53移植腫瘍では放射線と温熱併用による明らかな腫瘍増殖の抑制は認められなかった。正常型p53腫瘍の相対腫瘍重量が5倍に到達するまでの日数は、X線と温熱併用により8.2日遅延した。また、炭素線と温熱併用では5.8日遅延した。正常型p53腫瘍および変異型p53腫瘍内のアポトーシス関連タンパク質のCaspase-3およびPARP断片の頻度と、アポトーシスの出現頻度を調べた。p53の性状に関わらず、X線2Gy、炭素線1Gyおよび温熱42°Cで20分間処理ではCaspase-3とPARP断片化およびアポトーシスの顕著な出現を認めなかった。一方、正常型p53腫瘍のみX線と同様に炭素線の場合でも温熱との併用によって顕著なCaspase-3とPARP断片化およびアポトーシスの出現が認められた。以上の結果からX線と同様に、炭素線と温熱併用治療においてp53遺伝子が正常型の時に、Caspase-3が活性化され、アポトーシスが起こりやすいことが明らかとなった。したがって、p53遺伝子型を検索することが炭素線と温熱併用治療の先行指標として有用であることが示唆された。我々は難治癌に対する治療の向上のため、高LET線源に特徴的な修復不能なDNA損傷を引き起こす重粒子線に注目し、より効率良く癌細胞に致死をもたらすことを期待して、温熱処理との併用による基礎研究が重要と考えた。今回、我々はp53遺伝子を導入した神経膠芽腫細胞における重粒子線のLETに対する殺細胞効果を明らかにし、さらに温熱との併用におけるp53依存性およびLET依存性について検討した。その結果、低LET放射線による殺細胞効果にp53遺伝子型が寄与していることが示唆された。このことは、あらかじめ患者の癌細胞について正常型p53の機能を持ち備えているかどうかを調べることが、低LET放射線による癌治療方針の決定に重要であることが示唆された。また、炭素線がX線に比べて高い殺細胞効果を確認した。重粒子線療法はp53遺伝子型によらず治療効果が期待できることが示唆された。特に、悪性腫瘍の半数とも言われる変異型p53の癌細胞をもつ患者にも、重粒子による高LET放射線照射は、有効性が期待できる。さらに、正常型p53の癌細胞のみ、X線と同様に、現在治療で用いられているLET70 KeV/μmの炭素線の場合でも温熱との併用による相乗的な殺細胞効果を確認した。この結果から、難治癌に対する集学的療法の一つとして炭素線と温熱併用の適用が期待される。今後さらに、移植腫瘍での研究をすすめるとともに、放射線と温熱の相乗作用に及ぼすp53の役割についてのメカニズムを解明していきたい。
モード多重伝送に向けた導波路型高次モード合分波器の研究

本研究は高次モード光を簡単に合分波できる、導波路型合分波器を実現するため、傾斜接続多モード干渉(a-MMI)導波路を用いたモード合分波器を提案し、その基本動作原理について検証した。その結果より、本質的にモードの自己結像位置差がモードを分離するのに十分でないことを解明し、a-MMI導波路型合分波器の現実的な素子の実現は困難であることが判った。一方、新たに10モード以上一括分波可能なローランド円型合分波器の基本原理について検討し、モード合分波器として応用可能であることを確認した。ビーム伝搬法(Beam Propagation Method: BPM)シミュレーションによるMMI導波路のモード分波の動作原理を検証し、モード分波を実現するため、0次と1次モードの「結像」位置差を詳しく解析した上に、0次モードと1次モードの高クロストークが実現できる構造を検討した。その結果から、同じ入射位置に対して、0次モードと1次モードの自己「結像」位置差が、「結像」周期毎に拡大してあることを確認し、この「位置」差によって、分波可能であることを確認した。MMI導波路での0次モードと1次モードの自己「結像」位置差によるモード分波は可能であることは確認されたが、BPMシミュレーションのパラメータ設定及びシミュレーション手法に問題があることが分かった。本研究は、高次モード光を簡単な導波路構造で合分波できる、集積可能な導波路型合分波器の実現を目的としている。今年度は、ビーム伝搬法(Beam Propagation Method: BPM)シミュレーションによる傾斜接続MMI導波路のモード分波の動作原理を検証し、モード分波器の設計を行った。MMI導波路による0次と1次モードの「結像」位置差があることで、傾斜接続によるモードの分波が可能であることを確認した上で、モード間の自己「結像」位置差、傾斜接続の角度、アクセス導波路幅などのパラメータが、モード間クロストークに与える影響をシミュレーションにより詳しく解析した。その解析結果に基づいて、0次モードと1次モードが分波できる傾斜接続MMI導波路分波器の構造を提案し、設計を行った。傾斜接続MMI導波路を用いて、0次モードと1次モードの分波が可能であることを確認したが、設計したデバイスのモード間のクロストークは10dB程度と、モード合分岐素子として実用化するには一層の改善が必要である。そのためには、モード間の自己結像位置差を拡大する必要があるが、自己結像位置差の拡大により、導波路サイズの拡大及び製造トレランスの悪化が懸念される。本研究は高次モード光を、簡単に合分波できる、集積可能な導波路型合分波器の実現を目的としている。今年度は研究目的を達成するため、傾斜接続MMI導波路型合分波器のモード間クロストークの改善、10モード以上一括分波可能なローランド円型合分波器の原理実証、導波路曲線部分のモード間クロストークの抑制について検討した。(1)傾斜接続MMI導波路型分波器の傾斜接続の角度、アクセス導波路幅などのパラメータが、モード間クロストークに与える影響をシミュレーションにより解析結果に基づいて設計を行ったが、モードの自己結像位置差がモード分離に十分ではないことと、高次モードの合分波素子の製造トレランスが極めて厳しく、現実的な素子実現は困難であることが判った。(2)強結合マルチコア導波路において高次モードの波面が異なることと、ローランド円において異なる波面の集光位置が異なる特性を利用して、新たに10モード以上一括分波可能なローランド円型合分波器を提案し、その原理実証を行った。その結果、モード間クロストーク特性はまだ不十分だが、基本原理として使える目処は付いた。また、モード間クロストークは、入力側の強結合導波路の本数、入・出力導波路間の間隔、ローランド円の入力側の半径等のバラメータの調整によって改善できることを確認した。(3)合分波器の設計において、導波路の曲線部分では高次モードの励起現象によってモード間クロストークが懸念される。そのため、スリット構造を用いる強結合導波路のモード間クロストークの抑制効果について検討し、導波路中心にスリット構造を入れることで、モード間クロストーク抑制可能でいうことを確認した。当該年度は、これまでの研究結果に基づいてBPMシミュレーションによりMMI導波路内部の光フィルドを詳しく解析しながら、モード間クロストークが低い本質的な原因を解明する。その上に、モード間クロストークの改善できる分波器構造を検討して、その結果に基づいて0次モードと1次モードが分波器の設計試作を行う。試作したデバイスには、0次モードと1次モード光を入射させ、モード間クロストーク及び偏波・波長依存性等の分波特性を評価していく。

次年度は、引き続きモード間クロストークに影響を与える各パラメータを更に詳しく解析し、高クロストークが実現可能な傾斜接続MMI導波路分波器の試作を検討する。又、新たな可能性としてローランド円を用いたモード合分波器の検討を並行して行う予定である。光エレクトロニクス当初予定された光源及びフォトマスクの発注が遅れたため、次年度使用額が生じた。当初予定された、試作に必要な消耗品及び特性評価に必要な実験器具の発注が遅れたため、次年度使用額が生じた。分波器の設計を進んで、マスク発注及び特性評価に必要な実験器具を購入する予定である。合分波に試作工程を進んで、試作に必要な消耗品及び特性評価に必要な実験器具を購入する予定である。