hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
無血清、無フィーダーによる未分化培養ヒト角膜輪部上皮培養法の確立

アメリカアイバンクから供給される研究用ヒト角膜から輪部組織を採取し、基礎培地にB-27添加剤を使用することを基本とし、さまざまな増殖因子を用いた培養を行った。検討した多くの増殖因子の中で十分な増殖能を示した増殖因子は、HGF (hepatocyte growth factor), EGF (epidermal growth factor), KGF (keratinocyte growth factor)であった。HGFは良好な増殖能を示したものの、細胞シートしての形態に問題があったため除外した。EGF, KGFに関しては未分化マーカーの発現検討を行い、結果としてKGFを使用することでフィーダー細胞を用いる培養法と同等の細胞シートを作製できるとの結論に至った。現在ヒト幹細胞取り扱い指針に則った臨床研究を実施し、経過観察中である。眼科学未分化細胞のスクリーニングが終了し、前臨床試験を残すのみとなったので、概ね順調に進行していると評価できる。現在本培養法で結膜上皮や口腔粘膜など他の上皮系細胞でも同様の結果が得られるかについて検討中であり、若干遅れている。以前我々の開発した無血清、無フィーダー培養法は、既知成分のみからなるもので、全ての施設で全く同一の培養ヒト角膜上皮細胞シートの作製を可能とするものであったが、細胞の未分化性維持という点ではまだ完全なものではなかった。そこで本研究により、培養法の改良で未分化性の維持を可能とする無血清、無フィーダー培養法を完全に確立することが本研究の目的であった。結果として増殖能を高く維持することに加え、未分化性を維持する増殖因子を特定できたことは本来の目的に大きく近づいたことを意味すると考えられる。新たに決定した無血清・無フィーダー培養法で作製した培養ヒト角膜上皮細胞シートを用いた家兎モデルへの移植実験を実施する。具体的には、家兎幹細胞疲弊症モデルを作製し、培養ヒト角膜上皮細胞シートを移植し、2週間ないし4週間経過観察を行う。評価項目はフルオレセインによる角膜上皮層のin vivoにおける状態最終経過観察時に眼球を摘出し、anti-human nuclei antibodyによる上皮細胞の染色および各種角膜上皮、輪部上皮の分化、未分化マーカー染色による移植後細胞シートの状態の検討などを行う現在本培養法で結膜上皮や口腔粘膜など他の上皮系細胞でも同様の結果が得られるかについて検討し、他の細胞での最適な培養法を決定する予定である。鍵となる増殖因子は特定したが、他の因子とのカクテルで最適な条件が見いだせる可能性があるため、引き続き角膜上皮の分化マーカーとしてサイトケラチン3,12未分化マーカーとして、p63, p75NTR, Notch1,N-Cad,サイトケラチン14,15、ABCG2などの角膜輪部上皮発現蛋白の解析を行い、各種未分化マーカーの発現レベルの検討を行う。さらにウサギ眼に対する移植実験を行い有効性の検討とする。家兎を用いた前臨床試験を実施するための消耗品代に研究費を使用する。具体的には、白色家兎、手術に用いる縫合糸、培養に必要なウシmedium、添加剤、増殖因子、anti-human nuclei antibodyをはじめとする各種抗体などの消耗品代である。角膜上皮細胞以外での培養法の研究が未だ完了していないため。
南極周回気球実験ＪＡＣＥＥの全面自動読取による反重陽子探索

本研究では、過去の南極周回気球実験JACEEの原子核乾板に記録された宇宙線飛跡の中で、100MeV以下の低エネルギー領域での宇宙反重陽子探索を行うことを目的としている。これまでに、名古屋大学で保管されていたJACEE13の原子核乾板の一部を、同じく名古屋大学で開発した、原子核乾板に記録された荷電粒子飛跡を超高速に自動で読み出すことができる、HTS ( Hyper Track Selector )を使用し、試験的な読み出しを行った。JACEEの原子核乾板のHTSでの読み出しは初めての試みであり、高い検出効率で飛跡を読み出すため、読み出しパラメータの最適化を行う必要があった。この読み出しパラメータを決定した上で、HTSによる飛跡の検出効率の評価を行った結果、天頂角30°以下で入射してきた粒子に対する検出効率は90%程度であったが、天頂角30°以上では70%以下に低下していた。反重陽子の探索では、反重陽子の消滅点から4π方向に発生する複数の荷電粒子を効率良く捉える事が必須であり、特に大角度での検出効率を更に向上させる必要がある。JACEE13の原子核乾板は、主に現像処理により、乳剤層の厚みが気球搭載時の1/2程度になっている。大角度飛跡の検出効率を向上させるためには、グリセリン水溶液を使った膨潤処理によって、乳剤層の厚みを気球搭載時と同程度に戻す必要がある。この膨潤処理をJACEEの様な古い原子核乾板に適用する際には、個々の原子核乾板毎に乳剤層の膨らみが異なり得るなど、慎重に進める必要があるが、次年度から順次、膨潤作業を行いつつ、本格的な読み出し作業を始める予定である。これまでに、JACEE13の原子核乾板4枚を使い、HTSでの読み出しパラメータの最適化と、一部領域を読み出しての、飛跡の認識効率の評価を行うことができている。その結果、本研究計画を進めるためには、JACEE13の原子核乾板の乳剤層を膨潤処理により、気球搭載時の乳剤厚に戻す必要がある事がはっきりし、今年度は、主にその準備を進めていた。来年度は、膨潤作業を行いつつHTSでの全面読み出しを行う。JACEE13の原子核乾板の膨潤処理を行いつつ、並行して、HTSでの飛跡情報の全面読み出し作業を完了させる。その際、天頂角70°までの飛跡を読み出す事を目標とする。その後、読み出した飛跡情報を使っての反重陽子の対消滅点候補の探索を開始する。本研究では、過去に南極周回気球実験に使われたJACEEの原子核乾板を用いることで、100MeV以下の低エネルギー領域での宇宙反重陽子探索を行うことを目的としている。そのため、本年度は名古屋大学に保管されていたJACEE13の乾板を、同じく名古屋大学で開発された原子核乾板に記録された粒子の飛跡を自動で読み出すことができる、高速自動読取装置(Hyper Track Selector(HTS))を使用し、記録されている飛跡の自動読出しを行った。JACEEの乾板をHTSで読み出すことは初めての試みである。そのため、効率よく飛跡を読み出すための、読出しパラメータの決定を行う必要がある。この読出しパラメータの決定によって、HTSによる飛跡の読出し効率は8割程度が得られている。ただし、この読出し効率は、乾板の乳剤の厚みに依存し、薄ければ薄いほど悪くなっていく。また、乳剤が薄い乾板は、HTSで読み取ることのできる飛跡の角度が小さくなる。現在名古屋大学に保管されているJACEEの原子核乾板は、厚みが観測当時の半分ほどになっている。この厚みを、グリセリン溶液を使った膨潤処理によって観測当時と同程度の厚みに戻すことで、自動読取による読み落としを少なく、また、乾板の垂直方向に対して大きな角度を持って入射してきた粒子の飛跡も読み出すことができると考えている。現在の乾板の厚みでは、天頂角で45度までの飛跡を読み出すことができている。しかし、対消滅によって生成される二次粒子は4π方向にランダムに放出されるため、以降の自動読取では、乾板の厚みを観測当時に戻してから飛跡の自動読取を行い、更に広い角度領域で飛跡を読み出す予定である。本年度では名古屋大学保管されていたJACEE13の原子核乾板を全て読み出す計画であったが、実際に読み出すことができた乾板は4枚のみである。これは、全ての乾板を一度に読み出すのではなく、この4枚でまず読出しのパラメータ決定を行ったためである。JACEEの乾板は、普段から見慣れていたその他の実験の原子核乾板よりもはるかに多くの飛跡が蓄積されており、また過去の乾板ということもあり、乳剤の厚みむらがあるなど、自動読取には不利な点もあったため、できる限りよい効率で読み出すためのパラメータチューニングに時間がかかったため。

JACEEの原子核乾板のHTSでの読み出しは初めての試みであり、高い検出効率で飛跡を読み出すため、読み出しパラメータの最適化を行う必要があった。この読み出しパラメータを決定した上で、HTSによる飛跡の検出効率の評価を行った結果、天頂角30°以下で入射してきた粒子に対する検出効率は90%程度であったが、天頂角30°以上では70%以下に低下していた。反重陽子の探索では、反重陽子の消滅点から4π方向に発生する複数の荷電粒子を効率良く捉える事が必須であり、特に大角度での検出効率を更に向上させる必要がある。JACEE13の原子核乾板は、主に現像処理により、乳剤層の厚みが気球搭載時の1/2程度になっている。大角度飛跡の検出効率を向上させるためには、グリセリン水溶液を使った膨潤処理によって、乳剤層の厚みを気球搭載時と同程度に戻す必要がある。この膨潤処理をJACEEの様な古い原子核乾板に適用する際には、個々の原子核乾板毎に乳剤層の膨らみが異なり得るなど、慎重に進める必要があるが、次年度から順次、膨潤作業を行いつつ、本格的な読み出し作業を始める予定である。これまでに、JACEE13の原子核乾板4枚を使い、HTSでの読み出しパラメータの最適化と、一部領域を読み出しての、飛跡の認識効率の評価を行うことができている。その結果、本研究計画を進めるためには、JACEE13の原子核乾板の乳剤層を膨潤処理により、気球搭載時の乳剤厚に戻す必要がある事がはっきりし、今年度は、主にその準備を進めていた。来年度は、膨潤作業を行いつつHTSでの全面読み出しを行う。名古屋大学に保管されている乾板は総じて厚みが非常に薄いため、膨潤処理を行い観測当時の厚みになるように調整する。その上で、再度自動読取装置による読出しを行う。読出しの際には、天頂角で約70度までの飛跡を読み出すことを目標とする。その読出しと同時並行で、乾板内の対消滅点の探索も行っていく。この対消滅が反陽子によるものか、反重陽子によるものかの区別は、飛跡の電離損失から質量同定を行う必要があるが、そのためには対消滅に伴う飛跡の運動量を精度よく決定する必要がある。この手法の開発には、JACEEの乾板ではなく、同じく気球実験に使用された乾板でJACEEよりも性能の良いGRAINE (Gamma-Ray Astro-Imager with Nuclear Emulsion Project)計画で使用された乾板を用いる。運動量測定手法は、まず性能の良い乾板で開発・検証を行い、それをJACEEの乾板に適用していく。JACEE13の原子核乾板の膨潤処理を行いつつ、並行して、HTSでの飛跡情報の全面読み出し作業を完了させる。その際、天頂角70°までの飛跡を読み出す事を目標とする。その後、読み出した飛跡情報を使っての反重陽子の対消滅点候補の探索を開始する。
日本海溝沿い沿岸部での古津波履歴の統合的解明

本年度は,青森県八戸市,岩手県山田町等,宮城県沿岸部,および茨城県から福島県にかけての各地で現地調査を実施した.八戸市,山田町においては本調査を実施した.地中レーダーは,地下構造を把握するうえで有用であり,掘削に先立ち地中レーダー探査を実施した.これにより,津波堆積物の保存可能性が高いと考えられる地点を選定し,最長3mほどの掘削を複数箇所で行った.そして,複数層のイベント性砂層を確認することができた.特に八戸市においては,十和田a火山灰と十和田中掫火山灰を確認することができ,掘削試料の年代を高精度で決めることができることがわかった.これらの砂層の起源を検討するため,粒度分析や珪藻分析等を行うとともに,堆積年代を推定するため,放射性炭素年代測定を実施した.その結果,山田町の掘削試料は比較的堆積年代が若く,歴史津波に対比される津波堆積物が存在する可能性があることがわかった.宮城県沿岸部に関しては,日本海溝中部付近の古津波履歴を再構築するべく複数箇所で調査を行い,年代測定を実施した.そして,従来は年代値のばらつきが大きく統一的な古津波履歴が解明されていなかったものの,試料を厳選することにより,広範囲で年代対比できる可能性があることが明らかになった.茨城県から福島県にかけては予備調査を実施した.これらの地域は,これまで古津波調査があまり行われておらず,まず地形判読の後地中レーダーも活用しながら予備調査を行うことにより,複数箇所においてイベント性砂層の可能性のある堆積層を確認した.これらの成果の一部は,学術誌および学会発表を通じて公表した.昨年度から引き続き複数箇所で予備調査を実施し,本調査候補地点を選定することができた.また,本調査も数地点ですでに実施済みであり,古津波履歴と規模の推定に有用な試料を入手済みである.現在,各種分析を行っている段階であり,概ね当初予定通りに進行していると判断される.各種分析が終わり津波堆積物認定を高精度で行うことができた段階で,高精度かつ広域での年代対比,および津波堆積物分布を制約条件として,津波数値計算に基づく津波規模推定を行う予定である.これにより,日本海溝沿いの広域での古津波履歴と規模の推定を行う.本年度は,日本海溝沿いの沿岸部を対象として,以下の調査研究に取り組んだ.まず,日本海溝北部,日本海溝南部を対象として,津波数値計算を実施した.これは,津波で堆積物が形成されうる地域を事前探索するためである.その結果,青森県の八戸市周辺あるいは千葉県銚子市周辺において,歴史時代あるいは先史時代の津波の影響が強かった可能性が考えられることがわかった.また,既往研究に基づき,高潮・高波では土砂堆積が起きないと考えられる地域について検討した.こうした数値計算による事前検討結果に基づき,青森県,岩手県,宮城県及び茨城県の太平洋岸の複数地点を調査候補地として選定し,現地調査による実地確認を行った.現地の状況等に基づきさらに調査対象を絞り込んだ.現地調査では,まず地中レーダを用いて地下構造の確認を行った.特に,土壌層が厚く堆積している場所を選定することに加え,地下構造から地史の復元を行い,津波堆積物が保存されている可能性が高いかどうかの検討を行った.地中レーダの解析結果に基づき,掘削地点を選定し,掘削を複数地点において行った.最大3m程度の長さの試料を採取し,津波と考えられる砂層の有無に特に注目しながら記載等を行った.採取した試料の一部は,蛍光X線,CT撮影等の非破壊分析を行った上で,粒度分析や年代測定のための試料採取を行った.採取した一部の試料について,予察的に堆積年代を把握するため,放射性炭素年代測定を行った.こうした現地調査に基づく研究に加え,ベイズ理論に基づく年代推定精度向上のための統計学的検討,および高潮・高波に伴う土砂移動に関する数値計算技術の高度化に関する研究に取り組んだ.事前に数値計算を行うことにより,どの地点で調査を行えば,どの波源からの津波を検出できるのかを確認した.現地調査では,複数地点で調査候補地を確認するとともに,導入した地中レーダの有効性を確認した.また,年代測定,数値計算技術とも向上を図ることができており,全体として順調に進展していると判断される.本年度は,青森県八戸市,岩手県山田町等,宮城県沿岸部,および茨城県から福島県にかけての各地で現地調査を実施した.八戸市,山田町においては本調査を実施した.地中レーダーは,地下構造を把握するうえで有用であり,掘削に先立ち地中レーダー探査を実施した.これにより,津波堆積物の保存可能性が高いと考えられる地点を選定し,最長3mほどの掘削を複数箇所で行った.そして,複数層のイベント性砂層を確認することができた.特に八戸市においては,十和田a火山灰と十和田中掫火山灰を確認することができ,掘削試料の年代を高精度で決めることができることがわかった.これらの砂層の起源を検討するため,粒度分析や珪藻分析等を行うとともに,堆積年代を推定するため,放射性炭素年代測定を実施した.その結果,山田町の掘削試料は比較的堆積年代が若く,歴史津波に対比される津波堆積物が存在する可能性があることがわかった.宮城県沿岸部に関しては,日本海溝中部付近の古津波履歴を再構築するべく複数箇所で調査を行い,年代測定を実施した.そして,従来は年代値のばらつきが大きく統一的な古津波履歴が解明されていなかったものの,試料を厳選することにより,広範囲で年代対比できる可能性があることが明らかになった.

茨城県から福島県にかけては予備調査を実施した.これらの地域は,これまで古津波調査があまり行われておらず,まず地形判読の後地中レーダーも活用しながら予備調査を行うことにより,複数箇所においてイベント性砂層の可能性のある堆積層を確認した.これらの成果の一部は,学術誌および学会発表を通じて公表した.昨年度から引き続き複数箇所で予備調査を実施し,本調査候補地点を選定することができた.また,本調査も数地点ですでに実施済みであり,古津波履歴と規模の推定に有用な試料を入手済みである.現在,各種分析を行っている段階であり,概ね当初予定通りに進行していると判断される.本年度予備調査により選定した地点について詳細な現地調査,試料採取を行い,年代測定および数値計算による波源制約を行う.また,調査候補地をまだ増やす必要があり,次年度も継続して予備調査を実施する予定である.各種分析が終わり津波堆積物認定を高精度で行うことができた段階で,高精度かつ広域での年代対比,および津波堆積物分布を制約条件として,津波数値計算に基づく津波規模推定を行う予定である.これにより,日本海溝沿いの広域での古津波履歴と規模の推定を行う.
電子線ビームによるハイパー原子核分光研究の展開

高分解能散乱ラムダハイパー核分光システム(HKS-HES)を製作し米国ジェファーソン国立研究所(JLab)に設置して500 keV(FWHM)以下の最高質量分解能を実現し、電子ビームによる高質分光研究に初めて成功した。その結果、拡張された核力で束縛されたラムダハイパー核の構造に関する研究および原子核中に存在するストレンジ・クォークの物理の新時代を創出するとともに、ラムダ粒子・核子相互作用における荷電対称性の破れのテストにも大きな成果が得られた。ハイパー原子核はストレンジ・クォークを含む多体系であり,強い相互作用によって束縛されたハドロン多体系の研究にとってユニークな役割を果たす。本研究は、ストレンジ・クォークをもつ重粒子としては最も安定なΛハイペロンを束縛するΛハイパー核を、(e,e'K+)反応によって最高質量分解能で測定し,(1)原子核深部に深く束縛されたΛハイペロンの性質,(2)Λハイパー核の構造,(3)Λ核子間相互作用を明らかにすることを主要な目的としている。16年度は(1)高分解能K中間子スペクトロメータ(HKS)および既設散乱電子スペクトロメータ(ENGE)の米国ジェファーソン研究所のHALL C実験室への設置を開始した。平成17年度に実験を行う。さらに(2)次世代高分解能散乱電子スペクトロメータの基本設計を行い、一部の電磁石製作を開始した。一方,上記(e,e'K+)反応によるハイパー核研究と不可分な研究として,1GeV領域における電磁相互作用によるストレンジネス生成素過程の実験を実施することが本研究の第2の目標である。本年度は、(1)重水素ターゲットによる中性K中間子生成過程実験を東北大学原子核理学研究施設に設置した中性K中間子スペクトロメータ(NKS)によって実施し、はじめて閾値領域における中性K中間子の観測に成功し、先に実施した12Cをターゲットとする準自由中性K中間子生成過程実験と共にそのデータ解析を進めた。同時にNKSの性能を大幅に向上させたNKS2の概念設計を進めNKS2用大型磁石の原子核理学研究施設への搬入を開始した。さらに、NKS2において用いられる軌跡検出器の建設も開始している。17年度は(1)高分解能K中間子スペクトロメータ(HKS)および既設散乱電子スペクトロメータ(ENGE)の米国ジェファーソン研究所のHALL C実験室へ設置し、これまでにない検出効率で(e,e'K+)反応によるハイパー核分光実験を実施した。データ解析が進行中であるが、12LB,28LAlラムダハイパー核の質量スペクトルを得ると同時に、6,7Liから89Yに到る広い質量領域の原子核をターゲットする予備的データ収集をおこない、今後の実験計画に対して貴重な情報を得た。また、次世代実験のため散乱電子スペクトロメータの設計を行い、電磁石等の製作を開始している。17年度は、(1)重水素ターゲットによる中性K中間子生成過程実験を東北大学原子核理学研究施設に設置した中性K中間子スペクトロメータ(NKS)によって実施したデータを解析し、論文としてまとめつつある。はじめての閾値領域における中性K中間子生成に関するデータである。(2)同時にNKSの性能を大幅に向上させたNKS2の建設を進め大型双極電磁石、高精度大型軌跡検出器、飛行時間測定蛍光検出器を設置し、総合性能試験実験を開始した。本研究は、ストレンジ・クォークをもつ重粒子としては最も安定なΛハイペロンを束縛するΛハイパー核を、(e, e'K^+)反応によって最高質量分解能で測定し,1.原子核深部に深く束縛されたΛハイペロンの性質2.Λハイパー核の構造3.Λ核子間相互作用を明らかにすることを主要な目的としている。18年度は東北大学がジェファーソン研究所に設置した高分解能K中間子スペクトロメータ(HKS)を用いて2005年に収集したデータの解析、およびその結果を踏まえた次世代実験のデザインを行った。特に、次世代高分解能散乱電子

スペクトロメータ(HES)の磁石は18年度(一部磁石は鉄材料の入手遅延により19年度に繰越)に製作を完了した。また、HKS検出器アップグレードのための水チェレンコフ検出器のR&D, HES検出器用プラスチックシンチレータホドスコープの設計、製作を進めた。一方,上記(e, e'K+)反応によるハイパー核研究と不可分な研究として,1GeV領域における電磁相互作用によるストレンジネス生成素過程の実験を実施することが本研究の第2の目標である。東北大学原子核理学研究施設に設置した第二世代中性K中間子検出器(NKS2)と重水素ターゲットを用いた実験を実施し、閾値領域における中性K中間子の観測を行った。NKS2検出器は従来の検出器より前方のアクセプタンスが広いため、より広い運動学領域においての観測が可能となった。ハイパー原子核はストレンジ・クォークを含む多体系であり,強い相互作用によって束縛されたハドロン多体系の研究にとってユニークな役割を果たす。本研究は、ストレンジ・クォークをもつ重粒子としては最も安定なΛハイペロンを束縛するΛハイパー核を、(e,e'K+)反応により最高質量分解能で測定し,1.原子核深部に深く束縛されたAハイペロンの性質,2.Λハイパー核の構造,3.Λ核子間相互作用を明らかにすることを主要な目的としている。19年度は東北大学が中心となり建設した高分解能K中間子スペクトロメータ(HKS)を用いた第二世代電子線ハイパー原子核分光実験の解析を進め、その結果を踏まえて、次世代高分解能散乱電子スペクトロメータHESの製作、検出器製作を進めた。完成したHES磁石系は一部を除いて19年度に無事ジェファーソン研究所に輸出が完了した。一方,上記(e,e'K+)反応によるハイパー核研究と不可分な第二の研究の柱として,電磁相互作用によるストレンジネス生成素過程の実験を実施した。従来の実験装置でデーター収集を進め解析する一方、今年度はラムダ粒子の精密測定のため、標的近傍における高分解能荷電粒子飛跡検出器実機VCを設計,製作を行った。研究の第一の柱である米国ジェファーソン国立研究所における電子線を用いたハイパー核分光実験においては、平成20年度に完成し米国に輸送した高分解能散乱電子スペクトロメータ(HES)と既設の高分解能K中間子スペクトロメータ(HKS)を組み合わせた新スペクトロメータシステムをHall C実験室に設置し、最高品質のハイパー核データの収集に成功した。進行中のジェファーソン研究所加速器大幅増強計画に伴い、大規模実験装置の設置を必要とする本実験のビームタイム割り当てが平成21年度となったため、ビームエネルギーに依存する部品の製作、最終調整を平成21年度に繰り越して実施した。平成21年1月に開始した同研究所におけるHES-HKSの組み立てに引き続き実験準備を平成21年夏までにすべて終了した。8月から11月にかけて^<12>C,^9Be,^7Li,^<10>B,^<52>Cr標的とするハイパー核分光データおよび水、CH2標的を用いた素過程および較正データ収集を成功裏に行った。この実験により、電子線を用いたハイパー核反応分光実験研究を中重ハイパー核(A=50)領域へと展開することに成功した。
シリコンのプラズマCVD薄膜生成におけるエピタキシャル成長の分子動力学法解析

本研究では,シリコンのプラズマCVD薄膜生成における初期クラスター形成過程を分子動力学法により解析し,基板上でクラスターがエピタキシャル成長および粒成長する条件を見出した.また多数のクラスター堆積過程の計算を行い,小さなクラスターの連続堆積により,エピタキシャル成長が可能であることを示した.さらに,水素原子がエピタキシャル成長に与える影響を検討した.水素がないSiクラスターと比べ,SiHクラスターは,より低温の基板でも変形/自己組織化することを見出した.本研究では,シリコンのプラズマCVD薄膜生成における初期クラスター形成過程を分子動力学(MD)法により解析し,エピタキシャル成長最適条件を導くこと研究目的とし,メソプラズマにおいて,X線小角散乱その場計測により得られた数nmのナノクラスターの存在と低温高速高品質エピタキシャル成長との相関関係を基に,これまで申請者が独自に開発してきたナノクラスターと基板の相互作用を一意に取り扱えるMDモデルを拡張し,クラスター構成原子が衝突・拡散・エピタキシャル成長する全過程を解析した.平成24年度は,三体ポテンシャルであるTersoffポテンシャルを用い,SiクラスターがSi(100)基板に対してエピタキシャル成長する過程を解析した.この知見を雑誌「Chemcal Physics Letters」に投稿し,掲載された.さらに,Hの影響を調べるべく,Si-HクラスターとSiクラスターによりエピタキシャル成長過程を比較した.この結果をまとめ,論文投稿する予定である.本研究では,シリコンのプラズマCVD薄膜生成における初期クラスター形成過程を分子動力学法により解析し,基板上でクラスターがエピタキシャル成長および粒成長する条件を見出した.また多数のクラスター堆積過程の計算を行い,小さなクラスターの連続堆積により,エピタキシャル成長が可能であることを示した.さらに,水素原子がエピタキシャル成長に与える影響を検討した.水素がないSiクラスターと比べ,SiHクラスターは,より低温の基板でも変形/自己組織化することを見出した.本研究では,シリコンのプラズマCVD薄膜生成における初期クラスター形成過程を分子動力学(MD)法により解析し,エピタキシャル成長最適条件を導くこと研究目的とする.具体的には,メソプラズマにおいて,X線小角散乱その場計測により得られた数nmのナノクラスターの存在と低温高速高品質エピタキシャル成長との相関関係を基に,これまで申請者が独自に開発してきたナノクラスターと基板の相互作用を一意に取り扱えるMDモデルを拡張し,クラスター構成原子が衝突・拡散・エピタキシャル成長する全過程を解析する.平成23年度は,Lennard-Jonesポテンシャルを用い,まず気相Siが凝集する過程の計算を行い,冷却速度・気相Si密度と得られるSiクラスターサイズの相関性について考察した.さらに得られた典型的なSiクラスター構造を初期構造とし,Siナノクラスターの基板への衝突過程の計算を行い,温度・サイズ依存性について検討した.高温・小さいクラスターほどエピタキシャル成長しやすいことを直接確認できた.本研究結果をまとめ,現在,雑誌「Journal of Applied Physics」に投稿中である.また本結果を国際会議IUMRS-ICA 2011で発表し,Outstanding Poster Awardを受賞した.また次年度に向けて計算に使用するポテンシャルの精度を上げるべく,三体ポテンシャルであるTersoffポテンシャルを用いた予備計算を行い,Lennard-Joneポテンシャルで得られた結果と同一の傾向が得られることが分かった.当初の計画通り,初年度のうちに三体ポテンシャルであるTersoffポテンシャルを用いた計算が出来るようになった.さらに,上記と平行して,Lennard-Jonesポテンシャルを用い,(1)気相SiからSiクラスターへの凝集過程,(2)Siクラスターの基板への衝突過程のMDシミュレーションを行い,定性的ではあるがエピタキシャル成長が容易な条件を同定できたため,おおむね順調に進展していると考えている.昨年度後半に,ポテンシャルの精度を上げるべく三体ポテンシャルであるTersoffポテンシャルを用いた予備計算を行い,Lennard-Joneポテンシャルで得られた結果と同一の傾向が得られることを確認してきた.Lennard-Jonesポテンシャルでは融点等の物性値が合わないため規格化温度等を用いてきたが,今年度はTersoffポテンシャルを用い,より定量的な解析を行う.またSi単体クラスターのみならず,実際のプラズマプロセスで無視できない水素の影響を考慮すべく,Si-Siボンドに加え,Si-H,H-Hの相互作用も考慮した解析を行う.水素を含むMD計算は時間刻みを従来の1/10以下に設定する必要があるため,計算負荷が大きくなる.そこで,高クロック数CPUを搭載した計算機を購入予定である.さらに出てくるデータ量が膨大になり,可視化やポスト処理にも計算負荷が大きくなるため,データ処理用計算機も導入予定である.また得られた結果を積極的に国内外学会で発表するため,初年度に比べ旅費の割合が多くなる予定である.
小胞体関連分解における糖タンパク質の新しい分解経路の解明

真核細胞において、小胞体で発生した異常タンパク質は細胞質に出されユビキチン-プロテアソーム系で分解される。この分解機構を小胞体関連分解(ER-associated degradation; ERAD)という。ERADをより理解するために、酵母において、ERADで機能すると考えられる未知のエンドペプチダーゼを同定し、その機能を調べることを目的にしている。可溶性の異常タンパク質を切断する候補としてSte24を同定した。本研究は、真核細胞の基本的なタンパク質分解機構である小胞体関連分解(ER-associated degradation; ERAD)をより理解するために、酵母において、ERADで機能すると考えられる未知のエンドペプチダーゼを同定し、その機能を調べることを目的にしている。平成24年度に行ったエンドペプチダーゼの同定に関する成果を以下に示す。ERADで分解されるタンパク質を可溶性型と膜貫通型に分けて研究を行っている。その理由はそれぞれの切断を行うエンドペプチダーゼが異なる可能性があるからである。まず、可溶性型タンパク質の切断について述べる。可溶性型モデルタンパク質としてCPY*(液胞内局在カルボキシペプチダーゼYの変異体)を切断する酵素の候補としてSte24というタンパク質を発見した。Ste24遺伝子破壊株ではCPY*が切断された中間体が減少したので、切断酵素と示唆された。さらに、ERAD関連遺伝子とSte24遺伝子の二重破壊株を作製したところ、それぞれの単独破壊株よりも薬剤に弱くなった。この結果はSte24がERADに関わることを示唆している。続いて膜貫通型タンパク質を切断するエンドペプチダーゼについて述べる。前年度の研究により、膜貫通型モデルタンパク質RTL(RTA-transmembrane-Leu2)の切断を行う候補としてロンボイド型プロテアーゼを見出した。しかし、酵母に存在するロンボイド型プロテアーゼ5個全てを破壊した株においてもRTLの中間体が存在することから、RTLを切断する酵素の同定には至らなかった。平成23年度に行ったエンドペプチダーゼの同定に関する成果を以下に示す。可溶性型モデルタンパク質としてCPY*(液胞内局在カルボキシペプチダーゼYの変異体)とRTA(植物毒素タンパク質リシンA鎖変異体)を用いている。より切断が確認しやすいRTAを解析に用いた。酵母のゲノムデータベースを検索したところ非必須のエンドペプチダーゼ遺伝子が43個存在した。この43個の遺伝子破壊株でRTAの切断を確認したところ、少なくとも1個がRTAの分解に関わっていることが分かった。現在、この遺伝子の解析を行っている。膜貫通型モデルタンパク質RTL(RTA-transmembrane-Leu2)を発現させて切断を確認したところ、全43遺伝子破壊株で切断が起こっていた。この方法では同定できないことが分かったので、エンドペプチダーゼの特性から遺伝子同定を試みるべく、RTLの切断部位を調べたところ、膜貫通領域内で切断されることが分かった。タンパク質を膜貫通領域内で切断する酵素としてロンボイド型プロテアーゼが知られている。そこで、酵母のロンボイド型プロテアーゼを調べたところ、5個の遺伝子が存在することが分かった。現在、この5遺伝子の解析を行っている。初年度はエンドペプチダーゼ遺伝子の同定を目標にしていた。酵母のERADにおいて、可溶性型のタンパク質を切断するエンドペプチダーゼ遺伝子の候補が1個、膜貫通型のタンパク質を切断するエンドペプチダーゼの候補が5個見つかった。可溶性型モデルタンパク質を切断するエンドペプチダーゼ候補遺伝子の解析を行う。この1遺伝子が実際に切断を行っているのか、小胞体関連分解(ERAD)に重要なのかを調べる。膜貫通型モデルタンパク質を切断するエンドペプチダーゼ遺伝子の候補5個について解析を行う。全5遺伝子の多重破壊株を作製して5個の内いくつが切断に関わるのかを調べる。消耗品(ガラス器具、各種チューブ類)、生化学試薬(一般の化学試薬、抗体などの生化学試薬、酵母培養試薬)に1,800,000円。国内旅費(研究成果の発表のための学会参加費用)に100,000円。
ビラジカル遷移状態計算法の深化と実在分子における反応機構の解明

本研究課題では『近似スピン射影(AP)法に基づいた遷移状態計算法を深化させ、実在分子におけるビラジカル反応機構の予測・解明を定量的に可能とすること』を目的とした。本研究課題に関しては、研究分担者と密に連携しながら進め、研究期間内に以下の点で成果を収めることに成功した。まず、巨大系の最適化を目指し、QM/MM法とAP法とを組み合わせることを進めた。様々な検証の結果、MM法部分に半経験的手法を用いることで計算精度を上げることとし、そのための新規なパラメータセットを提案することに成功した。加えて、具体的対象系として、銅2核錯体に着目し基底状態の構造と磁気的相互作用の関係性に関して成果を得た。遷移状態のエネルギーや構造を正しく求めることは、その反応機構を考える上で最も基礎的で重要な事項である。量子化学計算はの反応経路や副生成物などの予想が計算上では可能となる。一方、触媒反応では、homogeneousな結合解離(ラジカル解離)など局在スピンが現れる遷移状態(ビラジカル遷移状態)が見られる事がある。ビラジカル解離は、様々な化学反応・生体反応で見られ、古くから研究が進められている分野の一つである。ビラジカルは極めて反応性が高く効率よく反応が進むが、故にその制御は難しい。従って、量子化学計算により、正しくビラジカル遷移状態と反応メカニズムを求めることが出来れば、理学的観点のみならず分子設計や反応設計、ひいては反応制御という観点からも大変重要な情報となりうる。しかしながら、現在世界的に使用されているbroken-symmetry法では、スピン混入誤差という致命的エラーを有し、正しい評価ができない場合がある。当グループでは世界で唯一、この誤差を除きながら、分子構造や遷移状態を求める方法を確立しており、その展開と深化が期待されている。上記理由より本申請では、『AP法に基づいた遷移状態法を深化させ、実在分子におけるビラジカル反応機構の予測・解明を定量的に可能とする』ことを目的としている。そのためには、(A)正しく遷移状態を計算すること(精度・信頼性)。(B)大きなサイズの分子を計算すること(計算コスト)。(C)様々な反応パスを探ること(探索能力)の三点を克服することに主眼を置く。本年度は、具体的な適応する具体的な物質群を探索し、また連携研究者を新たに設け、綿密な打ち合わせ等、研究の基礎的な土台作りを行った。さらに銅2核錯体の分子構造と磁性の関係に着目し、AP法により電子状態と最適化構造を求め有効性を議論した(学会発表済み、論文投稿予定)。上述の通り、本年度は、具体的な適応する具体的な物質群を探索し、また連携研究者を新たに設け、綿密な打ち合わせ等、研究の基礎的な土台作りを行った。さらに銅2核錯体の分子構造と磁性の関係に着目し、AP法により電子状態と最適化構造を求め有効性を議論した。具体的には、(1)ピラゾール架橋銅2核錯体分子構造をスピン射影法により最適化して、実際に反応性や物性にどのような影響があるのかを明らかにした点、さらに(2)フラボノイド誘導体quercetinに酸素原子を二原子添加する金属酵素銅含有ジオキシゲナーゼ模倣錯体において、反応経路を明らかにしている。いずれも、スピンを考慮した計算を行わなければならず、且つその分子構造が、反応性や物性に大きく影響する系である。7月からのスタートにもかかわらず、学会発表も終え、論文投稿の準備に入っている。3年間の研究のしっかりとした土台を完成させることができ、順調なスタートを切ることができた。以上の点から、研究は概ね順調に進んでいると言える。本年度は、(a)ピラゾール架橋銅(II)2核錯体へと本手法を適用し、磁性が架橋配位子により異なる原因を明らかにすることに成功した。また(b)連携研究者との共同研究により、より巨大系への適用のために、半経験的な手法との融合を目指した。

いずれに内容に関しても、学会発表、論文発表を行った。上述の通り、本年度は、(a)ピラゾール架橋銅(II)2核錯体へと本手法を適用し、磁性が架橋配位子により異なる原因を明らかにすることに成功した。また(b)連携研究者との共同研究により、より巨大系への適用のために、半経験的な手法との融合する目的でパラメータパラメータ設定を行うことに成功した。(a)ではピラゾール架橋銅(II)2核錯体において、以前から示唆されていた、軌道相補性による強磁性/反強磁性的相互作用の変化を、初めてスピン射影構造最適化法により示すことに成功した。これにより、「磁性の構造制御」という分子メモリに向けた分子設計指針を示すことができた。他方、(b)では、PM6法という比較的精度の高い半経験的な手法が知られているが、これを深化させ、AP法をベースにビラジカル系に最適化したパラメータセットを作成することに成功した。通常、遷移状態構造の最適化は大きな計算機コストがかかるが、これにより、大幅に削減することが期待される。以上のように、種々のビラジカル系の遷移状態を求める土台と、一部その実在系への展開に成功している。これらの成果は論文や学会発表で発表しており、概ね順調に研究が推移していると考えられる。遷移状態のエネルギーや構造を正しく求めることは、その反応機構を考える上で基礎的かつ重要な事項である。量子化学計算により正しくビラジカル遷移状態と反応メカニズムを求めることができれば、理学的観点のみならず分子設計や反応設計、ひいては反応制御という観点からも大変重要な情報となりうる。非制限計算(Broken-symmetry:BS)法は、非常に簡便に静的電子相関を取り入れることができ、また、計算機コストも平均場近似レベルで済むことから、実在分子系でのビラジカル遷移状態を含む反応機構を考える上では非常に有効である。しかしながら、このBS法には、スピン混入誤差と呼ばれる致命的な欠点があり、エネルギーや構造など様々な所に影響を及ぼす。申請者はエネルギーの1次並びに2次微分からこの誤差を除く方法を世界で初めて開発した(近似スピン射影(AP)法)。本研究課題では『近似スピン射影(AP)法に基づいた遷移状態計算法を深化させ、実在分子におけるビラジカル反応機構の予測・解明を定量的に可能とすること』を目的とした。本研究課題に関しては、研究分担者の齋藤徹(広島市立大学大学院情報科学研究科・助教)と密に連携しながら進め、研究期間内に以下の点で成果を収めることに成功した。まず、巨大系の最適化を目指し、QM/MM法とAP法とを組み合わせることを進めた。様々な検証の結果、MM法部分に半経験的手法を用いることで計算精度を上げることとし、そのための新規なパラメータセットを提案することに成功した。加えて、具体的対象系として、銅2核錯体に着目している。銅2核錯体は、生体反応活性中心でも見られる構造であり、また、スピン混入誤差が顕著に現れる系でもある。まずはその第一段階として、基底状態の構造と磁気的相互作用の関係性に関して研究を進め、その有効性が確認された。この成果に関しても、すでに論文を数報出版した。
非相溶高分子/高分子界面における界面張力波解析とドメインの合一過程の追跡

異種高分子同士が接触し、緩和および拡散を経て界面層を形成していく過程は、高分子複合材料の接着と密接に関連した重要な研究課題である。本研究では、時分割中性子反射率測定と高分子拡散モデルを組み合わせ、界面の変化をリアルタイムに追跡できる解析手法を確立した。紫外光照射により開裂する官能基を結合点に導入したブロック共重合体を調製し、非相溶系モデル高分子界面の熱処理による構造変化を小角X線散乱測定により追跡した。以上より、相溶および非相溶高分子/高分子界面における構造変化の過程を実験的に明らかにした。本研究では、光照射により解裂可能な結合部位を有するジブロック共重合体を調製し、ミクロ相分離状態にあるジブロック共重合体に光を照射することで結合点を解裂させ、昇温に伴う界面の揺らぎ(界面張力波)の増大、さらには、ミクロ相分離状態からドメインの合一を経てマクロ相分離に至る過程を明らかにすることを目的とする。今年度は試料の調製について検討を行った。sec-ブチルリチウムおよびオキセタンをそれぞれ開始剤及びエンドキャップ剤として用いたリビングアニオン重合によりOH末端を有する数種類の単分散ポリスチレン(S-OH)を合成した。得られた試料の分子量は4k10k程度で、^1HNMR測定により評価した末端OH基の導入率はいずれも95%以上であった。次に、OH基をトシル化した後、3-ヒドロキシメチル-4-ニトロフェノールを付加させることで、PS末端に光照射により解裂可能なオルトニトロベンジル(ONB)基を導入した。これにプロパルギルブロミドを反応させることで、末端にONB基とアルキンを持つポリスチレン(S-ONB-Alkyne)を合成した。これとは別に、S-OHをトシル化した後、アジ化ナトリウムを反応させることで、アジド基を末端に持つポリスチレン(S-N_3)を合成した。S-ONB-AlkyneとS-N_3をクリック反応により結合させ、ポリスチレンの二量体を得た。現在は、ジブロックコポリマーのもう一成分として、アジド末端を有するポリ(2-ビニルピリジン)(P-N_3)およびアジド化末端を有するポリ(メタクリル酸メチル)(MMA-N_3)の合成に取り組んでいる。本研究では、光照射により解裂可能な結合点を有するジブロック共重合体を調製し、ミクロ相分離状態にあるジブロック共重合体に光を照射することで結合点を解裂させ、昇温に伴う界面の揺らぎ(界面張力波)の増大、さらには、ミクロ相分離状態からドメインの合一を経てマクロ相分離に至る過程を明らかにすることを目的とする。今年度は試料として、光照射により解裂可能なオルトニトロベンジル(ONB)基を結合点に有するポリスチレン(S)とポリメタクリル酸メチル(M)からなるジブロック共重合体(S-ONB-M)を合成し、そのバルク膜の相分離構造および紫外光照射と熱処理に伴う構造変化について検討した。分子量が7.0×10^4gmol<-1>、Sの体積分率が0.45のS-ONB-Mを調製し、室温におけるそのバルク膜の構造を小角X線散乱(SAXS)測定および透過電子顕微鏡(TEM)観察により評価したところ、ラメラ構造を形成することが確かめられた。次に、これに紫外光を照射し、続いて両成分のガラス転移温度以上の160°Cで熱処理を施してクエンチした試料を作製し、TEM観察を行った。熱処理時間の増加とともに、ラメラ構造のドメイン間隔が増大し、やがてミクロ相分離構造が崩壊する様子が観測された。また、紫外光を照射した試料を160°Cで熱処理をしながら時分割SAXS測定を行った。測定開始時には、ラメラ構造由来の一次および二次の整数次ピークが観測されたが、時間の経過につれ、低散乱ベクトル側へのピークのシフトとブロード化が起こり、1.7×10^3秒後には完全に消失した。これらTEM観察と時分割SAXSの結果はよく対応した。ただし、紫外光の到達しにくいバルク膜内部では、ONBの切断が十分に起こっていないことも確認された。今後は、膜厚の小さい試料を作製し、全てのONBが切断された状況で、同様の検討を行う必要がある。

前年度までの研究では、光照射により解裂可能なオルトニトロベンジル(ONB)基を結合点に有するポリスチレン(S)とポリメタクリル酸メチル(M)のジブロック共重合体(S-ONB-M)を用いて、紫外光照射と熱処理に伴うバルクの構造変化について研究を行ってきたが、S-ONB-Mの偏析力が弱いため界面が比較的厚いことおよび紫外光照射により100%開裂しない試料が含まれていることが問題であった。今年度は、構成成分と合成方法を見直した。試料として、偏析力の大きな組み合わせのSとポリエチレンオキシド(EO)を選択してS-ONB-EOを合成し、溶液中の解裂挙動とバルク膜の相分離構造について検討した。分子量が34 kg/mol、Sの体積分率が0.50の単分散S-ONB-EOを調製した。S-ONB-EOのベンゼン溶液中に350 nmの紫外光を照射することで、SとEOが100%解裂することを確認した。室温におけるS-ONB-EOのバルク膜の構造を小角X線散乱(SAXS)測定により評価し、ラメラ構造を形成することが確かめられた。現在、S-ONB-EO薄膜の構造評価と紫外光照射による構造変化について検討を行っている。光照射により切断される結合点を持つジブロック共重合体(S-ONB-M)を合成できたこと、光照射と熱処理に伴うミクロ相分離構造の崩壊過程が観測されたことについては、ほぼ予定通りに進展したと考えている。しかし、膜中のONBを完全に切断できていないこと、この現象の物理モデルに基づく定量的な解析に至っていないことが、やや遅れていると判断した理由である。24年度が最終年度であるため、記入しない。膜厚が数百マイクロメートルのバルク膜の内部まで紫外光を到達させ、ONB基を切断することが困難なことが確認されたので、来年度の実験では、薄膜試料を中心に研究を推進する。また、予備実験の結果から、S-ONB-M薄膜はミクロドメインが基板に対して完全に平行に配向した相分離構造を得ることは難しいこともわかった。そこで、シリコン基板表面と強い相互作用を有するポリ(4-ビニルピリジン)(4P)をM成分の代わりとして使用し、平行方向に配向したドメインを得る。また、界面張力波を中性子反射率測定により評価するため、重水素化ポリスチレン(dS)を一成分とするdS-ONB-4Pを調製し、構造解析を行っていく。
無限自由度の可積分系と関連する幾何学

無限自由度の可積分系と関連する幾何学として、3・4次元多様体の不変量および代数多様体と数論的多様体の研究の2つを重点として取り上げ研究を行ってきた。城崎ワークショップでは次代の研究者育成を目指し、ジョーンズに部分因子と絡み目不変量の解説をお願いしレクチャノートも作成した。また各分担者により、鏡多様体、数論的幾何、代数的組合せ論と低次元トポロジー、幾何的群論、共形場の理論と幾何学等の研究集会を行った。結び目や絡み目の不変量ならびに3次元多様体の不変量を可解格子模型、共形場理論、量子群、スピンモデュール等を用いて組合せ的に定義しその性質を調べる研究が研究集会でも多く議論された。森田はリーマン面の写像類群の特性類によってキャソン不変量を表示したが、河野は3次元多様体のヘゴード分解と共形場理論に現われる写像類群の射影表現を用いてウィテン不変量を表示した。両者の関係をつけることは可能でキャソン不変量をウィテン不変量で書き表わすことが期待されている。深谷は一般の3次元多様体に対してフロアホモロジーを定義したが、さらに境界付きの多様体に適用するため余次元2の位相場の理論というべきものを構築しており注目を浴びている。4次元多様体の不変量に関しては古田と松本の研究があり、松本は不変量で区別できない場合についても考察を行っている。江口は位相的弦理論のスペクトルの代数的構造を研究し2次元デラックホールとリョービル理論の関係を明らかにした。上野・桂・清水は共形場理論を数論幾何学的に扱うことを目指しているが、その手始めに自由フェルミ場の表現から生じるアーベル的共形場理論の分配関数がテータ関係等を用いて代数的に表示できることを示した。加藤による代数多様体の岩沢理論の拡張も共形場理論の数論的性質に関連している。
可視光通信における通信方式の研究

本研究において、イメージセンサとフォトダイオードの両方を用いてLED交通信号機からのデータを受信するシステム、受信専用集積回路の設計と送信LEDを判断するフォトダイオードアレーの試作、変調方式や符号方式の検討可視光通信変調によるちらつきの影響、短距離高速可視光通信、有機EL可視光通信、可視光通信測量システムの研究成果を得た。本年度は研究計画に従って以下の研究を行い,成果を得た.1.可視光域伝播特性の測定とモデル化実験と数値解析により可視光域の空間伝播特性の測定・モデル化を行った.数100Mbps以上の場合には,壁での反射によるマルチパスの影響が大きくなり,符号間干渉が発生することを示した.2.LEDの線形応答および非線形応答の測定とモデル化専用LSIと評価基板を製作して様々な可視光LEDの応答特性を測定した.高速オシロスコープを用いた波形振幅の減衰とアイパターン測定を通して現在市販されているLEDの性能を明らかにした.3.可視光受光機の応答測定とモデル化受光機として浜松ホトニクス社制のアバランシェフォトダイオードとフォトICの評価を行った.受光機に用いられているセンサと内部回路の構成によって光伝送速度が変化する事を実測してそれをモデル化して説明を行った.4.送受信機の指向性の測定とモデル化本年度は特に送信機側の測定を行った.LEDを用いたスポットライト・ライン型照明器具・スクウェア照明器具を作成し,指向性の測定を行った.使用するLED・レンズの有無・配置するパターンを変化させることにより,放射角を5°から70°まで調節できることが明らかになった.来年度以降はこれらの照明を用いて通信特性についての評価,さらに受信機側の測定・モデル化を行っていく予定である.5.近接可視光通信の検討携帯電話などのLEDランプを利用した近接可視光通信について,波長多重による高速化を提案しシミュレーションにより評価した.多重する波長数を増やすほど速度は向上するはずであるが,同時に干渉も増加するため多重できるLED数には限界があることが明らかになった.さらに別の応用例として水中通信への適用を提案し,実験・解析を行った.水中では電波を用いることができないため,可視光通信は非常に有効な通信手段であることを示した.6.照明通信の検討2次元送受信機を用いた並列高速通信を提案し,照明条件・通信条件の検討を行った.この方式は照明器具と通信機器の両方の機能を満たすことを確認した.さらに,1Gbps以上での通信を目指して研究・実装を行っている.2006年度は以下の研究を行い、成果を得た。◎変調方式や符号方式の検討可視光通信において、人間の目で見てもちらつかない変調方式が必要であるが、その代表的なものとしてサブキャリア4PPM変調と反転サブキャリア4PPM変調を検討した。その結果、サブキャリア4PPM変調は通信性能を最適化する場合に適した変調方式であり、反転サブキャリア4PPM変調はLEDへ流すピーク電流を低く抑えた状態で、照明器具としてなるべく輝度を上げたいという場合に適した変調方式であることがわかった。◎複数の波長の光を用いた並列通信方式の検討複数の波長による並列通信の検討を行った。シミュレーションの結果、可視光波長領域において、1種類の波長の光を使う場合の約7倍のデータ通信速度を得られることが判った。◎フォトセンサーアレーの受信性能の検討受信機としてフォトセンサーアレーを用いたときの受信性能を検討して、最大6.5Gbpsの高速通信が行えることをシミュレーションで示すことが出来た。またサブキャリアをフォトセンサーアレーで受信する方式も検討した。◎LEDによる送信と受信LEDは通常光を放射するので光送信機として使えるが、外からLEDに光を当てると受信機として利用することができる。我々はOMRONの協力を得て、LED単体による送受信機を試作し、実際に送信だけでなく受信もおこなえることを実証した。◎受信専用集積回路の設計と送信LEDを判断するアルゴリズムの開発8行8列のアレイ状フォトダイオードと選択回路、トランスインピーダンスアンプを集積化した受信専用集積回路を設計した。また、送信LEDの位置を判断するアルゴリズムを考案してC言語を用いて動作確認を行った。◎ピーキング回路を用いた送信集積回路の設計送信LEDの応答速度を向上させるために、ピーキング回路を組み込んだ送信集積回路を設計して各種LEDと組み合わせて評価を行った。その結果、ほとんどのLEDにおいて応答速度が2倍程度向上する事を確認した。2007年度は以下の研究を行い、成果を得た。◎イメージセンサとフォトダイオードの両方を用いてLED交通信号機からのデータを受信するシステムイメージセンサとフォトダイオードの両方を用いてLED交通信号機からのデータを受信するシステムを提案し、そのプロトタイプを試作して検証した。◎受信専用集積回路の設計と送信LEDを判断するフォトダイオードアレーの試作8行8列のアレイ状フォトダイオードと選択回路、トランスインピーダンスアンプを集積化した受信専用集積回路を設計した。また、サブキャリアを受信できるフォトセンサーアレー回路を設計し、検証を行った。◎変調方式や符号方式の検討

可視光通信において、人間の目で見てもちらつかない変調方式が必要であるが、その代表的なものとしてサブキャリア4PPM変調と反転サブキャリア4PPM変調を2006年度に検討したが、さらに8B10Bコーディングをもちいてちらつきを減らすことを検討し、実験の結果それを実証することができた。平成20年度は、以下のテーマについて研究を行った。(1)可視光通信変調によるちらつきの影響光強度変調が低速である場合、人間の目にはちらつきを感じることがあるため、ちらつきを防ぐのにどの程度の変調速度が必要となるか検討した.また,より低い変調速度でもちらつきを感じないための変調方式,変調度,色などを実験的見地から検討した.(2)短距離高速可視光通信受信機を送信機にかざすことによって非接触で大容量のファイルを可視光通信技術を用いて瞬時に伝送する方式を検討した。受信可能な領域を増加させるため、受信機が傾いた場合でも信号を受信できるようにするため、アイセーフティーのため凸レンズと直方体のアクリルロッドと拡散板を用いた拡散光学系を提案した。(3)有機EL可視光通信本研究では,今後様々な市場へと登場する事が予測される有機ELを用いて,近年高速な無線通信の手段として注目を浴びている可視光無線通信を行う事が可能であるか,実験によってその可能性の検討を行った.(4)可視光通信測量システム本研究では,可視光通信とイメージセンサを用いることで複数個所を短時間に同時に測量可能かつ簡易なシステムで実装可能で実用的な精度を持つ測量システムを提案し、トータルステーションやGPS,写真測量等といった既存の測量技術よりも有利な点があることを示した。また、実際にそのシステムを実装し,イメージセンサのフレームレート変動といった実装上の問題点を解決するとともに実験的評価を行うことによりその有用性を示した。