hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ケータイ端末を使った生物調査を成功させるには？トンボウォッチ！

携帯電話を使った生物調査のツールの中に、トンボの撮影ポイントを競い合うゲーム性を追加した「トンボウォッチ」を開発した。このトンボウォッチを使って全国7ヶ所の教育機関でイベントを実施した。システムの維持管理とサーバの保守に時間が掛かったため5ヶ月間だけの実運用であったが、21名から127件の投稿があり、トンボ目の61種が記録された。投稿件数は少なかったが、イベント当日だけの投稿だけではなく、その後の自主的な投稿も見られた。これまで我々が実施した市民参加型調査では、イベント終了後に投稿が続くケースはなかったので、ゲーム機能の導入がモチベーション向上に働いていたことを期待させる結果であった。平成27年度は、携帯電話(特にスマートフォン)をターゲットにしたトンボ観察競争ゲーム「トンボウォッチ」の構築を行った。(株)富士通FIPが開発している携帯フォトシステムを基本モジュールとして、1.過去の観察データを表示する機能、2.参加者同士が競い合う得点計算と表示、3.同定に不慣れな参加者のための簡易図鑑機能、の3つの機能の新規開発と統合を行った。この「トンボウォッチ」について所属機関が所有する試験用サーバで動作確認をテストした。基本モジュールを使ったメールの受信と添付されたトンボ写真の解析では、添付された写真の日付、埋め込まれた位置情報の抽出が行われることを確認した。また登録されたデータのカレンダー表示、電子国土地図上へのプロットとも、正確に行われることがわかった。ただし、写真が埋め込まれたページでは、写真の画像サイズが大きいために、G3やLTEといった電話回線での通信では表示に時間がかかることが課題となった。またトンボ観察記録の得点計算、ランキング表示とも問題なく実行できることが確認できた。このように「トンボウォッチ」自体のテストは問題が無かったが、所属機関が所有する試験サーバについては、セキュリティの強化対応が必要となったため、一時運用を停止し、現在新たにサーバ環境を構築しているところである。現在、平成28年度に向けてこれまで共同での自然観察イベントで実績のある各県博物館や大学、ビジターセンターなどと「トンボウォッチ」の実施について交渉中で、すでにいくつかの機関から内諾をいただいている。新しいサーバ環境が整い次第、さらに多くの研究・教育機関に働きかけを行う予定である。平成27年度中にスマートフォンゲーム「トンボウォッチ」の開発を終了し、テスト運用を行うことができた。参加登録、メール受付、ランキング計算、調査データのカレンダー/地図閲覧、簡易図鑑の全てで大きな問題なく動作することが確認できた。昨年度開発した市民参加型トンボ調査ゲームを使って、全国7ヶ所の小学校・大学・博物館・講演などでイベントを実施した。このゲームは、富士通FIPが開発・販売している携帯電話調査のツールの中に、過去の観察記録が見えるツールと、参加者同士が競い合う得点制度、トンボの特徴を検索できる簡易図鑑機能、の3つの新機能を加えて、参加者へのフィードバックを実現したものである。システムの維持管理とサーバの保守に時間が掛かったため6月からのスタートとなり、トンボの発生期間5ヶ月間だけの実運用であった。その間、合計で21名から127件の投稿があり、トンボ目の61種が記録された。実施期間が短かった影響もあり、投稿件数はやや少なかったが、イベント当日だけの投稿だけではなく、その後の自主的な投稿も見られ、ゲーム機能の導入がモチベーション向上に働いていたと推察された。一方、トンボに詳しい専門家からは「自分がためた貴重なデータを他人と共有したくない」といった意見や、トンボの初心者からは「トンボの同定までするのは敷居が高い」などといった意見が寄せられた。また「投稿して点数をためるだけではなく、どんなトンボを撮ったのか主催者や参加者同士のコミュニケーションが重要ではないか?」「パスワードを入力するのが面倒で続けられない」などといった意見も見られた。今後、登録手順を簡略化したりユーザビリティを向上するなど問題点の改善を行い、参加者と直接対話するネットワークの構築や貢献度に応じた仮想の賞与などを組み込んで更なるユーザの確保に努める予定である。セキュリティ管理を強化したサーバを新しく構築して「トンボウォッチ」の再構築を急ぐ。再運用開始後、早急に日本全国の博物館、教育機関と連携してトンボ携帯調査を進める。特に、運用開始からの参加者の投稿件数を追跡して、ゲーム機能により参加者のモチベーションを維持できるか検証を行う。各県参加者への簡単な参加説明書をウェブサイトに掲載した個体群生態学435,300円の繰越が発生したが、この主要な原因は、新しくサーバを構築する必要が生じたため運用開始に遅延が生じ、イベント開始に向けた協力機関への交渉や打ち合わせの出張などを行うことができなかったことである。また「トンボウォッチ」システムのテストで大きな修正点が無かったため、システムの再改修に費用がかからなかったことも理由のひとつとなっている。

繰越は、簡易図鑑機能を充実させるためのコンテンツ作成に農環研での契約職員の雇用を計画しており、これに当てる予定である。また、新しいサーバの準備が整い次第、関係機関への交渉のための出張旅費として予定通り使用する。雑誌の成果で登録した論文のURL
非ホロノミック拘束運動における感覚・運動特性の解析とリハビリ支援ロボットへの応用

平成19年度は既存の仮想拘束運動解析装置を利用して,人間の手先力知覚特性は上肢筋群の活動レベルに大きく左右されないことを新規に発見した.そしてまた,上肢運動訓練の一例として仮想テニス作業を実験装置に実装し,運動負荷に対する手先軌道の定量的解析とモデル化を行った.主要な結果は以下の通りである.1.人間の手先力知覚特性における方向性が上肢筋群の活動レベルによって変化するかを明らかにすることを目的として,健常者5名による新たな測定実験を行なった.被験者には指定した部位での筋活動レベルを調節させ,手先へ提示した右手横方向の標準刺激を記憶させた後,比較刺激として前方向への反力負荷の大きさを知覚させて口頭試問形式により回答させた.その結果,筋活動状態を変化させても手先力知覚特性の方向性が見られ,また,標準刺激に対する比較刺激の比率はほぼ保存されることを明らかにした.2.人間の感覚・運動特性を考慮した上肢運動訓練の一例として,仮想拘束運動解析装置(現有機)に仮想テニス作業を実装した.選択課題は,運動負荷に加えて動作タイミングに対する拘束条件を付加した運動を要することとなる.健常者8名による訓隷実験を通して仮想テニス中の上肢運動特性を解析し,非熟練者が拘東条件に対して適切な運動特性を獲得する過程を明らかにした.また,熟練者の運動特性を訓練規範としてシステムに組込む事を目的として,躍度最小モデルによる手先軌道のモデル化に成功した.平成18年度は,既存の仮想拘束運動解析システムを利用して,任意方向から被験者の手先に加えられる力負荷に対する心理学的実験を実施し,人間の手先力知覚特性には方向性があることを新規に発見した.そして,その知覚特性は運動特性と強い相互関係があることを示した.主要な結果は以下の通りである.1.人間の手先力知覚特性における方向性人間の手先力知覚特性が方向性を有しているかどうかを明らかにすることを目的として,健常者6名による測定実験を行なった.被験者には仮想拘束運動解析システムから手先に提示される任意方向からの反力負荷の大きさを知覚させ,口頭試問形式により回答させた.その結果,人間は同じ大きさの反力負荷に対しても方向によって感じ方が異なるという,手先力知覚特性に方向性が存在することを発見した.また,その方向性は概ね楕円で表現できることを示せた.そしてさらに,その知覚楕円の方向と大きさは,上肢姿勢により変化することを合わせて示した.2.知覚特性と運動特性の相互関係先に提案した生体関節トルク特性に基づく可操作性理論を用いて,上肢姿勢維持における手先発揮能力との関係を解析した.その結果,知覚楕円と操作力楕円の長軸はほぼ同じ向きとなることを示し,大きな力が発揮できる方向には軽く感じる結論を見い出した.そしてさらに,上肢運動における主な筋群から筋電位信号を計測し,反力の主観知覚値と筋活動レベルには比例関係があることを明らかにした.平成19年度は既存の仮想拘束運動解析装置を利用して,人間の手先力知覚特性は上肢筋群の活動レベルに大きく左右されないことを新規に発見した.そしてまた,上肢運動訓練の一例として仮想テニス作業を実験装置に実装し,運動負荷に対する手先軌道の定量的解析とモデル化を行った.主要な結果は以下の通りである.1.人間の手先力知覚特性における方向性が上肢筋群の活動レベルによって変化するかを明らかにすることを目的として,健常者5名による新たな測定実験を行なった.被験者には指定した部位での筋活動レベルを調節させ,手先へ提示した右手横方向の標準刺激を記憶させた後,比較刺激として前方向への反力負荷の大きさを知覚させて口頭試問形式により回答させた.その結果,筋活動状態を変化させても手先力知覚特性の方向性が見られ,また,標準刺激に対する比較刺激の比率はほぼ保存されることを明らかにした.2.人間の感覚・運動特性を考慮した上肢運動訓練の一例として,仮想拘束運動解析装置(現有機)に仮想テニス作業を実装した.選択課題は,運動負荷に加えて動作タイミングに対する拘束条件を付加した運動を要することとなる.健常者8名による訓隷実験を通して仮想テニス中の上肢運動特性を解析し,非熟練者が拘東条件に対して適切な運動特性を獲得する過程を明らかにした.また,熟練者の運動特性を訓練規範としてシステムに組込む事を目的として,躍度最小モデルによる手先軌道のモデル化に成功した.
有限な箱の中での量子色力学

量子色力学(QCD)は原子核を含むハドロン系を支配する強い相互作用の基礎理論であると考えられている。ゲージ場の理論であるQCDを有限な区間でのハルミトニアン形式で定式化し,非摂動領域の解析的および数値的な分析を行って,閉じ込めの機構,カイラル対称性の自発的破れ,U_A(1)アノマリー等低エネルギーでのハドロン物理の基本的問題に挑戦するのがこの研究の目的であった。その中には、QCDの格子ゲージ理論による定式化との関係の研究やQCDを背景とした模型の構築とそれによる現象の分析も含まれている。平成6年度からの3年間にわたる共同研究により,その目的の相当な部分は達成され,日本側,ドイツ側グループのそれぞれの成果として発表されているものも多いが,両者合同の成果は一部を除いて現在完成しつつある段階で,近い将来発表できる予定である。次にそれぞれの成果を簡潔に述べる。1.QCDの有限区間におけるハミルトニアン形式有限区間での定式化の特徴は、場の固有モードの波数ベクトルが離散化し,波数ベクトルOのモード(ゼロモード)の役割が明確になることである。日本側研究分担者太田はドイツ側研究分担者と協力して,まずお手本となる量子電気力学(QED)の場合にゼロモードの役割を明らかにした。そこで用いられたゲージ固定の方法を拡張してQCDのゲージ固定が行われ,最終的に軸性ゲージ(axial gauge)でのハミルトニアンが,ドイツ側のグループによって得られた。このハハルトニアンの摂動的扱いは研究協力者平田とドイツ側グループの大学院生により試みられた。2.ゼロモードと閉じ込め1+1次元のQCDでは,ゲージ場の自由度はゼロモードのみとなるが,それによりクォーク反クォーク間の距離に比例するポテンシャル(閉じ込め)が生じることは知られているが、研究代表者のグループとドイツ側グループは独立にゼロモードの役割を分析した。また、ドイツ側グループは,3+1次元のQCDの場合に,上述のハミルトニアンを用いて同様な考察を行い,軸性ゲージの縦方向のゼロモードが閉じ込めに重要な役割を果たしている可能性を示した。3.有限温度でのQCD経路積分による時空をユークリッド化した定式化では,空間3軸と時間1軸は全く同等であることに着目し,空間の1次元だけを有限区間とすることは有限温度の場合に対応することを利用して,有限温度のQCDを分析する試みが主としてドイツ側グループと研究協力者田中によって行われている。4.格子ゲージ理論におけるクェンチ近似QCDの格子ゲージ理論に基く数値シミュレーションでは,クォークを力学的には扱わないクェンチ近似がよい近似として成立していることが知られている。しかし,その理論的基礎は明らかにされていない。研究代表者とドイツ側研究分担者Lenzは,フェルミオンに対応するスピン系とゲージ場に対応する調和振動子が結合する簡単化した模型によって,クェンチ近似の意味とその成立条件を調べた。その結果,結合系の運動が基本自由度の運動に比べて遅いとする一種の断熱近似に相当することが示唆されたが,解析的,数値的分析をさらに進めて,近似の成立条件を明確にする計画である。5.U_A(1)アノマリーハミルトニアン形式でのQCDのU_A(1)アノマリーの記述およびその現象論的帰結の研究は,日本側研究分担者太田を中心に進められている。軸性ベクトル流の正則化が本質的であること,正則化にゲージ不変性を要請するだけでは不定性が残り,正しい結果が導けないことなどがわかったが,この不定性を解消する条件,での質量など現象との関係はまだ解明されていない。この研究はハドロン物理での基本的問題のひとつであり,今後も継続する計画である。6.現象論的模型による分析QCDについて得られた知見に基いて模型を構築し,現象の分析を進める研究は主として日本側のグループによって行われた。研究代表者のグループでは,中間子のスペクトルやカイラル相転移の記述に成功している南部・ジョナ-ラシニオ(NJL)模型に基く核子の研究を行った。3個のクォークによる相対論的ファデェフ方程式の束縛解として核子を記述し,その静的性質(電弱相互作用モーメント)を計算して,現実的な核子の模型として十分に通用することを示した。また,高エネルギーの準弾性散乱における始および終状態相互作用に対する核子の内部構造の反映を相対論的フォーク模型で調べている。日本側研究分担者太田は,QCDの色の数が大きい場合に対応するスカ-ム模型によるパイ中間子の光発生を大学院生と考察し,低エネルギー定理を導いた。研究協力者森松はQCD和則に基くハドロン間相互作用の分析を進めている。

平成6年度からの3年間にわたる共同研究により,その目的の相当な部分は達成され,日本側,ドイツ側グループのそれぞれの成果として発表されているものも多いが,両者合同の成果は一部を除いて現在完成しつつある段階で,近い将来発表できる予定である。次にそれぞれの成果を簡潔に述べる。1.QCDの有限区間におけるハミルトニアン形式有限区間での定式化の特徴は、場の固有モードの波数ベクトルが離散化し,波数ベクトルOのモード(ゼロモード)の役割が明確になることである。日本側研究分担者太田はドイツ側研究分担者と協力して,まずお手本となる量子電気力学(QED)の場合にゼロモードの役割を明らかにした。そこで用いられたゲージ固定の方法を拡張してQCDのゲージ固定が行われ,最終的に軸性ゲージ(axial gauge)でのハミルトニアンが,ドイツ側のグループによって得られた。このハハルトニアンの摂動的扱いは研究協力者平田とドイツ側グループの大学院生により試みられた。2.ゼロモードと閉じ込め1+1次元のQCDでは,ゲージ場の自由度はゼロモードのみとなるが,それによりクォーク反クォーク間の距離に比例するポテンシャル(閉じ込め)が生じることは知られているが、研究代表者のグループとドイツ側グループは独立にゼロモードの役割を分析した。また、ドイツ側グループは,3+1次元のQCDの場合に,上述のハミルトニアンを用いて同様な考察を行い,軸性ゲージの縦方向のゼロモードが閉じ込めに重要な役割を果たしている可能性を示した。3.有限温度でのQCD経路積分による時空をユークリッド化した定式化では,空間3軸と時間1軸は全く同等であることに着目し,空間の1次元だけを有限区間とすることは有限温度の場合に対応することを利用して,有限温度のQCDを分析する試みが主としてドイツ側グループと研究協力者田中によって行われている。4.格子ゲージ理論におけるクェンチ近似QCDの格子ゲージ理論に基く数値シミュレーションでは,クォークを力学的には扱わないクェンチ近似がよい近似として成立していることが知られている。しかし,その理論的基礎は明らかにされていない。研究代表者とドイツ側研究分担者Lenzは,フェルミオンに対応するスピン系とゲージ場に対応する調和振動子が結合する簡単化した模型によって,クェンチ近似の意味とその成立条件を調べた。その結果,結合系の運動が基本自由度の運動に比べて遅いとする一種の断熱近似に相当することが示唆されたが,解析的,数値的分析をさらに進めて,近似の成立条件を明確にする計画である。5.U_A(1)アノマリーハミルトニアン形式でのQCDのU_A(1)アノマリーの記述およびその現象論的帰結の研究は,日本側研究分担者太田を中心に進められている。軸性ベクトル流の正則化が本質的であること,正則化にゲージ不変性を要請するだけでは不定性が残り,正しい結果が導けないことなどがわかったが,この不定性を解消する条件,での質量など現象との関係はまだ解明されていない。この研究はハドロン物理での基本的問題のひとつであり,今後も継続する計画である。6.現象論的模型による分析QCDについて得られた知見に基いて模型を構築し,現象の分析を進める研究は主として日本側のグループによって行われた。研究代表者のグループでは,中間子のスペクトルやカイラル相転移の記述に成功している南部・ジョナ-ラシニオ(NJL)模型に基く核子の研究を行った。
シリコン-有機分子の結合による導電性接合界面の形成

有機単分子膜をシリコン基板上へ直接結合させるために,フッ化アンモニウムを用いて,水素終端化シリコン表面の作製を行った。フッ化アンモニウム処理後のシリコン基板表面のxpsスペクトルにはSiO2(自然酸化膜)に起因するピークが観測されなかった。このことは、フッ化アンモニウム処理後の基板表面ではSiO2が除去されていることを示す。また,走査型プローブ顕微鏡により,シリコン2原子層の高さに相当する約0.3nmのステップからなるSi(111)面の表面形状像を観察できた。これらの結果は,シリコン基板表面が水素終端化されたことを示唆する。この基板表面上に,液相法により,異なる分子鎖を有するアルキル系有機単分子膜を成膜した。エリプソメータおよび水滴接触角測定の結果から,有機単分子膜が形成されていることを確認した。このときの膜厚および接触角は,1.02.2nm,107°110°となり,理論値と良い一致を示した。この有機単分子膜の2次元的な分子配列を調べるために,微小角散乱X線測定をおこなった。分子鎖長の違いによる構造変化は認められなかった。また,その結晶構造は,アモルファスであった.これらのアルキル単分子膜を利用し,真空紫外光によるパターニングをおこない,分子鎖長の異なる有機単分子膜のマイクロパターンを作製した。その後,走査型プローブ顕微鏡により電流測定を行ったが,電流を計測することはできなかった。一方,フェニルアセチレンを原料とした単分子膜の形成をおこない,同様の計測を行った結果,アルキル系単分子膜よりも高い導電性を示した.これは,アセチレン中に存在するπ共役電子の影響によるものであると考えられる。また、これらの有機単分子膜上での生体分子の固定化を試みた。疎水性官能基を有する表面上で、生体分子の吸着量が増加した。さらに、分極の大きいフッ素系有機分子上で生体分子の固定化を行った結果、生体分子の吸着挙動が異なった。これは、有機単分子膜表面の電荷と生体分子の有する電荷に起因するためである。有機単分子膜をシリコン基板上へ直接結合させるために,フッ化アンモニウムを用いて,水素終端化シリコン表面の作製を行った.フッ化アンモニウム処理後のシリコン基板表面のXPSスペクトルにはSiO_2(自然酸化膜)に起因するピークが観測されなかったことから,フッ化アンモニウム処理後の基板表面ではSiO_2が除去されていることが明らかとなった.また,走査型プローブ顕微鏡により,約0.3nmの2原子層高さに相当するステップからなるSi(111)面の表面形状像が観察された.これらの結果は,シリコン基板表面が水素終端化されたことを示唆するものである.この基板表面上に異なる分子鎖を有するアルキル系有機単分子膜の成膜を,液相法により行った。エリプソメータおよび水滴接触角計による結果から,有機単分子膜が形成されていることが確認された。このときの膜厚および接触角は,1.02.2nm,107°110°となり,理論値と良い一致を示した.これらの2次元的な分子配列を調べるために,微小角散乱X線をおこなった.その結果、分子鎖長の違いによる構造変化は認められず,その結晶構造は,アモルファス状態であった.これらのアルキル単分子膜を利用し,真空紫外光によるパターニングをおこない,分子鎖長の異なる有機単分子膜のマイクロパターンを作製した.その後,走査型プローブ顕微鏡により導電性の測定を行ったが,その導電性を測定することはできなかった.一方,フェニルアセチレンを原料とした単分子膜の形成をおこない,同様の計測を行った結果,アルキル系単分子膜に比べて,高い導電性を示す事が明らかになった.これは,アセチレン中に存在するπ共役電子の影響によるものであると考えられる。この妥当性を検証するために,π共役電子がより多く存在すると考えられるビフェニルアセチレンおよびターフェニルアセチレンの合成をおこなった.NMR及び質量分析の結果から,これらの分子が合成されていることが確認された。また,その結晶構造は,アモルファスであった.

これらのアルキル単分子膜を利用し,真空紫外光によるパターニングをおこない,分子鎖長の異なる有機単分子膜のマイクロパターンを作製した。その後,走査型プローブ顕微鏡により電流測定を行ったが,電流を計測することはできなかった。一方,フェニルアセチレンを原料とした単分子膜の形成をおこない,同様の計測を行った結果,アルキル系単分子膜よりも高い導電性を示した.これは,アセチレン中に存在するπ共役電子の影響によるものであると考えられる。また、これらの有機単分子膜上での生体分子の固定化を試みた。疎水性官能基を有する表面上で、生体分子の吸着量が増加した。さらに、分極の大きいフッ素系有機分子上で生体分子の固定化を行った結果、生体分子の吸着挙動が異なった。これは、有機単分子膜表面の電荷と生体分子の有する電荷に起因するためである。
聴覚障害児における算数アルゴリズムの正当化:文脈の共有プロセスの検討

本研究の目的は,聴覚障害児における算数アルゴリズムの正当化の質の変容とその変容への教師の働きかけを,正当化の根拠となる文脈の共有プロセスを検討することで明らかにすることである.平成16年度は次の目標(5)の課題に取り組んだ。目標(5)正当化の根拠となる文脈の共有プロセスへの教師の働きかけの記述と分析聾学校の算数の授業では,ある課題類の解決をアルゴリズムとして記述できることの妥当性を子どもが自らの経験や知識に基づいて明らかにする(「アルゴリズムの正当化」と呼ぶ)機会を保障すべきである。このように考える立場から,子どもによるアルゴリズムの正当化を算数授業で特定し,聾学校の授業で正当化をよりよく図るための視点を明らかにした。授業を教師と子どもの相互行為過程として捉え,子どもによるアルゴリズムの正当化を考察する。具体的には,授業における教師と子どもの相互行為過程を便宜上3つの場面に分けて考えた;第一は,期待に反する行為が顕在化する場面である。第二は,行為者間で行為の調整をする場面である。第三は,共有されたアルゴリズムが出現する場面である。考察により,次の二つの視点を明らかにした;第一に,相互行為過程における記号が果たす役割の重要性,第二に,相互行為過程における行為の調整が果たす役割の重要性である。この成果はろう教育科学会の学会誌「ろう教育科学」に,4月中にも投稿する予定である.タイトルは「算数授業の相互行為過程にみるアルゴリズムの正当化」である。本研究の目的は,聴覚障害児における算数アルゴリズムの正当化の質の変容とその変容への教師の働きかけを,正当化の根拠となる文脈の共有プロセスを検討することで明らかにすることである.平成14年度は,次の研究課題(1)(3)の解決に取り組んだ.目標(1)正当化の根拠となる文脈とその共有プロセスの記述方法の開発目標(2)記述された正当化の根拠となる文脈とその共有プロセスの分析方法の開発目標(3)正当化の根拠となる文脈の記述と分析目標(1)については,文献研究及び聾学校及び普通学校における教室観察を行い,正当化の根拠となる文脈とその共有プロセスの記述方法を,いくつか今後見直さなければならない問題を内包してはいるが,原案を作成した.その成果の一部はろう教育科学会の学会誌「ろう教育科学」に受理され,掲載が決定している(「数学のコミュニケーションにおける構造的意味の正当化の類型」).先の原案に基づき,目標(2)について,文献研究を行い,記述された正当化の根拠となる文脈とその共有プロセスの分析方法を作成した.その成果の一部は日本数学教育学会の第35回数学教育論文発表会の課題別分科会「言語とコミュニケーション」で話題提供者として発表した(「聾学校の算数・数学の授業におけるコミュニケーションの重要性」).目標(3)については,授業用手話データベースの作成など資料の整理を行い,正当化の根拠となる文脈の記述と分析を開始した.本研究の目的は,聴覚障害児における算数アルゴリズムの正当化の質の変容とその変容への教師の働きかけを,正当化の根拠となる文脈の共有プロセスを検討することで明らかにすることである.平成15年度は,次の研究課題(3)と(4)の解決に取り組んだ.目標(3)}正当化の根拠となる文脈の記述と分析目標(4)}正当化の根拠となる文脈の共有プロセスの記述と分析目標(1)については,文献研究及び聾学校及び普通学校における教室観察を行い,正当化の根拠となる文脈の記述と分析を行った.記述と分析においては,福島大学教育学部附属小学校および宮城県立ろう学校にご協力いただいた。その成果の一部は科学教育学会の学会誌「科学教育研究」に,4月中にも投稿する予定である.タイトルは「知覚の選択性に見る算数・数学の学習過程」である。
高齢者の生活機能向上に資する簡易筋力トレーニングプログラムの開発

高齢者を対象に、3ヶ月間の家庭で簡便に行える筋力トレーニングの効果を検証し、その結果に基づいて運動プログラムを開発した。トレーニング動作として、椅子の座り立ち動作、踵の上げ下ろし動作、上体起こし動作など日常生活動作を用いた。被験者には各動作を毎日23セット(16回/セット)実施させた。3ヶ月間の筋力トレーニングは、筋肉量、筋力および日常生活遂行能力を増加させ、質問紙によるQuality of Life(QOL)指標を改善させた。また、トレーニングの効果は、トレーニング実施前の体重当たりの筋力レベルによって異なることが明らかとなった。以上の結果から、日常生活動作を用いた家庭で簡便に行える筋力トレーニングは、実施者の筋力レベルを調べた上で、効果が期待できる場合には毎日23セット(16回/セット)のトレーニング量でトレーニングを実施すれば、QOLの改善につながる。本研究の目的は、高齢者が自宅で自体重を利用して効果的な筋力トレーニングを実施するための「自宅で出来る簡易筋力トレーニングプログラムの開発」である。本年度は、自宅で出来る筋力トレーニングとして効果的な動作様式を開発する事を目的とした。トレーニング動作として考えられるものとして、歩行動作、椅子すわり立ち動作、階段昇降動作を対象とした。これらの動作時の筋活動水準は筋電図法を用いて分析した。具体的な測定方法および結果を以下に示した。(1)動作様式、椅子すわり立ち動作、自然歩行、階段上り下り動作、(2)筋電図測定;簡易筋電図法(MEGA)を用いて、下肢(大腿及び下腿)の8筋群より、表面筋電図法を用いて測定した。(3)随意最大筋力測定;膝関節伸展/屈曲動作および足関節底屈/背屈動作時の随意最大筋力を測定し、同時にそれぞれの主動筋からの筋放電量を定量した。(4)被験者;成人男性;20名、高齢男性;20名。結果;高齢者と若者とを比較した結果、随意最大筋力は高齢者が有意に低く、さらに、動作時の筋活動水準は高齢者が有意に高い傾向が見られた。一方、若者、高齢者にかかわらず、随意最大筋力と各動作様式での筋放電量との間には有意な負の相関関係が見られた。この事は、日ごろ体力が高く筋力の高いものは日常生活動作における筋活動水準が低いことを示すものであり、この事は、筋力トレーニング動作として日常生活動作を用いる場合には、随意最大筋力の個人差を十分に考慮することが必要であることを示唆するものであった。本年度に実施した研究の成果は以下の通りである.1.前期高齢者に,12週間の「ホーム貯筋トレプログラム」を実施した結果,筋力の増加が認められた.また,トレーニング実施前の筋力レベルが低い者ほど,トレーニングによる筋力の増加率は高かった.以上の結果から,「ホーム貯筋トレプログラム」によって効果が期待できる筋力閾値は,脚伸展筋力が体重の約70%である可能性が示唆された.2.若齢者および高齢者の男女を対象に,「ホーム貯筋トレプログラム」を構成している日常生活動作中の筋活動水準を,筋電図を用いて定量した結果,日常生活動作中の筋活動水準には性差および年齢差が認められた.また,体重当たりの筋力レベルが低い者ほど,日常生活動作中の筋活動水準が高いことが明らかとなった.以上の結果から,高齢者のように筋力レベルが低い者にとっては,日常生活動作であっても筋トレとしての効果が期待できる事が明らかになった。3.日常的に簡便に筋量および筋力を評価するために,新しい評価指標を考案した。その結果,椅子の座り立ちテストで測定されたタイムおよび体格を変数として作成した新しい評価指標(座り立ちパワー指標)は筋量および筋力との相関関係が高かった.つまり,本研究で作成した評価指標は,これまでの筋力の評価指標よりも有用であることが示された.以上のことから,「ホーム貯筋トレプログラム」による効果は,実施者の筋力レベルに左右される.そして,その筋力レベルを簡便に評価する指標を作成したことで,実施者の筋力レベルに適した運動プログラムを提供することができる.本研究の目的は、高齢者が健康で文化的な生活を保障するために十分な筋量と筋力を確保するための「自宅で出来る簡易筋力トレーニングプログラムの開発」をすることである。そのために、1)各体力水準別の筋力トレーニングプログラムを作成し、高齢者を対象とした「筋力別ホーム筋力トレーニングプログラム」を普及するためのパンフレットや解説書を作成する。2)講習会などを開催し、プログラムの宣伝を行う。

これまでの研究結果から、日常生活動作における身体各部位に見られる筋の活動水準は動作により異なることが明らかになり、特に大腿前面の筋群(大腿四頭筋)の活動が椅子からの立ち上がり動作、歩行、走行、階段昇降などの日常生活に必要な動作では最も重要であることが明らかになった。さらに、脚伸展トルクの低い人ほど椅子からの立ち上がり動作での筋活動量が高い傾向が見られた。特に、後期高齢者に多く見られる虚弱体力者の場合には、椅子からの立ち上がり動作において発揮する大腿四頭筋の活動量が体重あたり2Nm/Kg以下のトルクしか発揮できない人が多い傾向が見られた。日常生活動作で最も必要である大腿四頭筋群の機能向上を目的としたトレーニングプログラム「ホーム筋力トレーニングプログラム(ホーム貯筋)」を作成し、中高年齢者を対象として自宅で実施する介入実験を行った。その結果、腹部(腹直筋)や大腿前部(大腿四頭筋)の筋肥大及び脚伸展筋力の向上が見られた。さらに、腹部皮下脂肪厚の減少が観察された。このような筋肥大と脂肪減少の結果として、椅子すわり立ち動作の時間の短縮及び上体起こし動作回数の増加などが見られ、生活動作の著しい改善が観察された。さらに、これらの一連の研究結果から脚伸展トルクの水準が低い人ほどホーム貯筋プログラムの効果が著しい傾向が見られた。以上の結果から、脚パワー指数(椅子すわり立ちテストから推定)により生活機能能力の評価が可能であり、その評価結果を基にホーム貯筋プログラムを作成することが出来た。これらの結果をまとめ普及するために貯筋パンフレットを作成するとともに各地で貯筋講習会を開催するとともに普及解説書を作成した
砂州植物の成長解析に基づく植生砂州・裸地砂州の形成条件に関する研究

砂州上での植物繁茂域を予測するために重要となる,裸地砂州への植物の侵入過程に関して現地観測,数値解析により検討を行った.現地観測では,植生の実生の発芽域をGPSで記録するとともに,発芽域,非発芽域での土壌特性,砂州域の冠水特性について検討を行った.観測の結果,植生の発芽域・非発芽域で,表層土壌の粒度分布,有機物・栄養塩量に大きな違いが見られないこと,植生の発芽域は冬季最大出水時の冠水域と良好に一致することが明らかになった.このことから,冬季最大出水時に水散布で植生の種子が裸地域に輸送され,発芽域が決定されることが示された.その後の追跡調査により,発芽した植生が年最大流量の出水時に流出しない場合に,植生の定着が生じることが示された.上記の現地観測結果に基づいて,植生の侵入・定着に関する数値解析モデルを構築した.モデルでは,まず,平面2次元の浅水流方程式に基づいて冬季最大出水時の冠水域を予測し,その領域を植生の侵入域とした.その後,年最大出水時の洪水流解析を行い,植生の侵入域の中で河床材料の移動が生じなかった箇所を植生の定着域と推測することとした.このモデルを用いて,過去の航空写真より植生の侵入・定着が判読された期間に関する数値解析を実施した.解析の結果は,実際に生じた植生の侵入域を粗い精度ではあるが定性的に再現しており,本モデルにより植生の侵入・定着過程を推測することが可能であることが示された.また砂州植物の成長に関する水耕栽培実験および数値解析モデルの開発を行った.本研究で開発されたモデルにより,現地河川で観測された植物の成長を再現することが出来た.本年度は,砂州上での植物繁茂域を予測するために重要となる,裸地砂州への植物の侵入過程に関して現地観測,数値解析により検討を行った.現地観測では,植生の実生の発芽域をGPSで記録するとともに,発芽域,非発芽域での土壌特性,砂州域の冠水特性について検討を行った.観測の結果,植生の発芽域・非発芽域で,表層土壌の粒度分布,有機物・栄養塩量に大きな違いが見られないこと,植生の発芽域は冬季最大出水時の冠水域と良好に一致することが明らかになった.このことから,冬季最大出水時に水散布で植生の種子が裸地域に輸送され,発芽域が決定されることが示された.その後の追跡調査により,発芽した植生が年最大流量の出水時に流出しない場合に,植生の定着が生じることが示された.上記の現地観測結果に基づいて,植生の侵入・定着に関する数値解析モデルを構築した.モデルでは,まず,平面2次元の浅本流方程式に基づいて冬季最大出水時の冠水域を予測し,その領域を植生の侵入域とした.その後,年最大出水時の洪水流解析を行い,植生の侵入域の中で河床材料の移動が生じなかった箇所を植生の定着域と推測することとした.このモデルを用いて,過去の航空写真より植生の侵入・定着が判読された期間に関する数値解析を実施した.解析の結果は,実際に生じた植生の侵入域を粗い精度ではあるが定性的に再現しており,本モデルにより植生の侵入・定着過程を推測することが可能であることが示された.砂州上での植物繁茂域を予測するために重要となる,裸地砂州への植物の侵入過程に関して現地観測,数値解析により検討を行った.現地観測では,植生の実生の発芽域をGPSで記録するとともに,発芽域,非発芽域での土壌特性,砂州域の冠水特性について検討を行った.観測の結果,植生の発芽域・非発芽域で,表層土壌の粒度分布,有機物・栄養塩量に大きな違いが見られないこと,植生の発芽域は冬季最大出水時の冠水域と良好に一致することが明らかになった.このことから,冬季最大出水時に水散布で植生の種子が裸地域に輸送され,発芽域が決定されることが示された.その後の追跡調査により,発芽した植生が年最大流量の出水時に流出しない場合に,植生の定着が生じることが示された.上記の現地観測結果に基づいて,植生の侵入・定着に関する数値解析モデルを構築した.モデルでは,まず,平面2次元の浅水流方程式に基づいて冬季最大出水時の冠水域を予測し,その領域を植生の侵入域とした.その後,年最大出水時の洪水流解析を行い,植生の侵入域の中で河床材料の移動が生じなかった箇所を植生の定着域と推測することとした.このモデルを用いて,過去の航空写真より植生の侵入・定着が判読された期間に関する数値解析を実施した.解析の結果は,実際に生じた植生の侵入域を粗い精度ではあるが定性的に再現しており,本モデルにより植生の侵入・定着過程を推測することが可能であることが示された.また砂州植物の成長に関する水耕栽培実験および数値解析モデルの開発を行った.本研究で開発されたモデルにより,現地河川で観測された植物の成長を再現することが出来た.
2次元電子ガスへの直接ショットキーを接合を利用した量子構造の研究

本研究の目的は、半導体量子井戸中の2次元電子ガスへ直接ショットキー接合を形成し、その接合特性を理論的・実験的に解明するとともに、この接合をゲートとする電界制御によって、損傷のない新しい量子構造を実現することを目的としている。得られた主要な成果を以下にまとめる。1)In-Situ電気化学プロセスによりAlGaAs/GaAsヘテロ接合における2次元電子ガス(2DEG)端に、直接ショットキー接合を形成する技術を開発し、これにより、インプレーンゲート量子構造を考案した。計算およびEBIC法による空乏層の直接測定やSdH振動の測定により、これらのゲート構造のゲート制御機能解析および構造の最適化を試みた。2)インプレーンゲート形量子細線トランジスタを製作し、100Kまで、コンダクタンスの量子化が観測でき、新しいインプレーンゲート構造では、従来のスプリットゲート構造に比較して、電子の閉じこめポテンシャルが格段に大きいことが示された。3)さらに、トレンチホールを持つAlGaAs/GaAsヘテロ接合2DEGバ-にインプレーンゲートを形成し、ゲート制御形電子波干渉デバイス(アハラノフ-ボ-ムリング)を作製した。ゲート制御によって、明瞭な磁気抵抗振動が3.3Kで観測され、その周期より、この振動がアハラノフ-ボ-ム効果による振動であることが確認された。4)AlGaAs/GaAsヘテロ接合2DEG系にインプレーンゲートを適用した、単電子トランジスタを作製した。試作デバイスは、すべて、低温で明確なクーロン振動およびクーロンブロッケード特性を示した。特に、ゲート間隔200nmの単一ドットデバイスでは、クーロン振動を、30Kまで認めることができた。さらに、ゲート間隔を、50nm程度にすると、77K-300Kでの動作が期待できることが計算によって示された。5)AlGaAs/GaAsヘテロ接合2DEG系に新しいゲートを適用した2重単電子トランジスタを試作した。2重ドットデバイスでは、中央のフィンガーゲートの電圧を変えると、コンダクタンスピークに、分離や融合の複雑な挙動が認められ、その振る舞いは、簡単な容量結合に基づく理論では説明し難く、特にピンチオフ近傍では量子閉じ込め準位の相互作用効果を考慮したモデルが必要であることが示唆された。近年の超微細加工技術の進歩によって、量子細線や量子箱などの量子構造の形成が可能となり、新しい物理現象が見いだされ、これらをデバイスに応用し新しいエレクトロニクスを構築しようとする研究が盛んに行われている。本研究の目的は、半導体量子井戸中の2次元電子ガスへ直接ショットキー接合を形成し、その接合特性を理論的・実験的に解明するとともに、この接合をインプレーンゲートとする電界制御によって、損傷のない新しい量子構造を実現することを目的としている。得られた成果を以下にまとめる。(1)ショットキー/2DEGダイオードにおいて、接合端に明確なEBIC信号のピークが観測され、2DEG端に直接ショットキー障壁が形成されていることが明らかになった。(2)ショットキー障壁をゲート電極に利用した量子細線トランジスタは、明確なコンダクタンスの量子化を示し、この現象は100Kまで観測された。この温度は、使用した材料系では、これまでの最高温度である。(3)また、磁場中での細線トランジスタの特性より、ショットキーゲートによる閉じ込めポテンシャルは、45meVと評価され、スプリットゲート構造よりも強い電子閉じ込めが実現できることを明らかにした。

(4)最小線幅200nmのショットキーゲート電極を有する単電子トランジスタを作製した。明確なクーロン振動が、20Kまで規則された。この温度も、使用した材料系では最高温度であり、ゲート抑制によって、チャネル内に実効半径10nmの量子ドットを実現することができた。以上の研究成果は、MPC(7月)、SSDM95(8月)および秋季応物学会(8月)で公表され、JJAP6号、JVST4号、JJAP11号に掲載された。本研究の目的は、半導体量子井戸中の2次元電子ガスへ直接ショットキー接合を形成し、その接合特性を理論的・実験的に解明するとともに、この接合をゲートとする電界制御によって、損傷のない新しい量子構造を実現することを目的としている。得られた主要な成果を以下にまとめる。1)In-Situ電気化学プロセスによりAlGaAs/GaAsヘテロ接合における2次元電子ガス(2DEG)端に、直接ショットキー接合を形成する技術を開発し、これにより、インプレーンゲート量子構造を考案した。計算およびEBIC法による空乏層の直接測定やSdH振動の測定により、これらのゲート構造のゲート制御機能解析および構造の最適化を試みた。2)インプレーンゲート形量子細線トランジスタを製作し、100Kまで、コンダクタンスの量子化が観測でき、新しいインプレーンゲート構造では、従来のスプリットゲート構造に比較して、電子の閉じこめポテンシャルが格段に大きいことが示された。3)さらに、トレンチホールを持つAlGaAs/GaAsヘテロ接合2DEGバ-にインプレーンゲートを形成し、ゲート制御形電子波干渉デバイス(アハラノフ-ボ-ムリング)を作製した。ゲート制御によって、明瞭な磁気抵抗振動が3.3Kで観測され、その周期より、この振動がアハラノフ-ボ-ム効果による振動であることが確認された。4)AlGaAs/GaAsヘテロ接合2DEG系にインプレーンゲートを適用した、単電子トランジスタを作製した。試作デバイスは、すべて、低温で明確なクーロン振動およびクーロンブロッケード特性を示した。特に、ゲート間隔200nmの単一ドットデバイスては、クローン振動を、30kまで認めることができた。さら、ゲート間隔を、50nm程度にすると、77K-300Kでの動作が期待できることが計算によって示された。5)AlGaAs/GaAsヘテロ接合2DEG系に新しいゲートを適用した2重単電子トランジスタを試作した。2重ドットデバイスでは、中央フィンガーゲートの電圧を変えると、コンダクタンスピークに、分離や融合の複雑な挙動が認められ、その振る舞いは、簡単な容量結合に基づく理論では説明し難く、特にピンチオフ近傍では量子閉じ込め準位の相互作用効果を考慮したモデルが必要であることが示唆された。
原型癌遺伝子bcl-2の遺伝子発現による神経細胞死の回避とその生理的意義

これまでの研究から、Bcl-2蛋白は粗面小胞体や滑面小胞体、核膜、ミトコンドリアの外膜に局在することが報告されている。周知のごとく、アポトーシスは形態的な定義であり、核に初期変化があるとされてきた。特に、核クロマチンの凝縮、アポトーシス小体の形成時においてもミトコンドリアを初めとする細胞内小器官は形態的に正常である。しかし、近年の研究から、核DNAの断裂化が生じる時には、ミトコンドリアの機能も低下しているこが明らかにされている。さらに、Bcl-2はアポトーシスのみならず一部のネクローシス(呼吸鎖阻害により誘導された)をも回避することが分かった。これらの現象を理解するために、Bcl-2(およびBcl-X_L)の正確な局在をbcl-2/bcl-X_L遺伝子を導入したPC12細胞(PC-bcl/PC-bolx細胞)で免疫組織細胞化学的に検討した。免疫反応には、ヒト、マウスBcl-2/Bcl-x蛋白あるいはその合成ペプチドに対するポリクローナルあるいはモノクローナル抗体を用いた。共焦点レーザー顕微鏡でPC-bcl/bclx細胞を観察すると、Bcl-2/Bcl-x蛋白に対する細顆粒状の免疫陽性反応が細胞質や神経突起に見られた。凍結超薄切片-金コロイド法によって、Bcl-2/Bcl-x蛋白の局在をみると、Bcl-2/Bcl-x蛋白の抗原性を示す金コロイド粒子は主にミトコンドリアの内膜上に認められた。金粒子は小胞構造にも見られたが、核膜に沈着する金粒子は認められなかった。神経突起内に存在するミトコンドリアの内膜にも金粒子の局在が認められた。同蛋白陽性の金粒子は核にも見られたが、非特異的な局在との差は見られなかった。脊髄前角細胞、肝細胞においても同様の所見が得られた。現在のところ、Bcl-2およびその関連蛋白がミトコンドリア内膜のいかなる機構と関与するかは不明であるが、本研究結果は、アポトーシスを回避する機構にミトコンドリアが関与する可能性を示唆するものと思われる。
糸球体修復における内皮-メサンギウム細胞間情報伝達の解析

糸球体が傷害されたときには、内皮細胞とメサンギウム細胞が互いに情報を交換し合い修復していくと考えられる.この情報交換に異常があると修復がうまく進まず腎不全へと進行すると考えられる.細胞を電気化学的に結合するギャップ結合に注目し、修復時にどのように変化するかを検討した.ギャップ結合構成蛋白のコネキシンが傷害時に変化しておりコネキシンをターゲットにした腎炎治療戦略が考え得ることが明らかとなった.糸球体が傷害されたときには、内皮細胞とメサンギウム細胞が互いに情報を交換し合い修復していくと考えられる.この情報交換に異常があると修復がうまく進まず腎不全へと進行すると考えられる.細胞を電気化学的に結合するギャップ結合に注目し、修復時にどのように変化するかを検討した.ギャップ結合構成蛋白のコネキシンが傷害時に変化しておりコネキシンをターゲットにした腎炎治療戦略が考え得ることが明らかとなった.本研究は従来行ってきた、内皮細胞によるメサンギウム細胞の制御の詳細を分子レベルで解明することに加え、メサンギウム細胞による内皮細胞の制御について明らかにすることを目的とし、内皮細胞間、メサンギウム細胞間、メサンギウム細胞-内皮細胞間の細胞接着に関与する因子の動態、及びそれらを介した細胞間情報伝達の詳細を検討することである。本年度は以下の検討を行った。In vitro解析では培養ヒト糸球体内皮細胞をTNF-α, IFN-γ, LPSで刺激し、コネキシンの発現にどう影響するかを蛍光抗体法・ウェスタンブロッティング・リアルタイムPCR法で、またギャップ結合性細胞間情報伝達をDye transfer assayで検討した。コネキシンCx43がLPS, TNFα刺激でmRNA、蛋白ともに増加し、ギャップ結合性細胞間情報伝達も亢進した。IFN-γ刺激ではmRNA、蛋白ともに減少し、ギャップ結合性細胞間情報伝達も減少した。in vivo解析では抗メサンギウム細胞抗体で作成した実験腎炎モデルを用いて、腎炎発症後0,3,7,14,28日後のコネキシン蛋白・mRNA発現変化を検討した。Cx40,43は腎炎発症後3,7日で蛋白・mRNAともに減少し14日には回復していた。これらの結果から糸球体での炎症時にコネキシンが変化することが判明した。今後はこのコネキシンの変化に影響を与えることにより腎炎がどのように変化するかを検討する。本研究は糸球体傷害からの修復時に、特に内皮細胞、メサンギウム細胞の情報伝達がどのような役割を果たすかを明らかにすることである。ギャップ結合は細胞間を直接つなぐチャンネルで分子量1000ダルトン以下の物質を通し、細胞を電気的化学的に連結するものである。特にメサンギウム細胞は豊富なギャップ結合を通じ1つの合胞体のように振る舞うと考えられる。ギャップ結合はコネキシンと呼ばれるタンパクからなる。このコネキシンは20種類ほどが知られており、組織・細胞により発現するコネキシンの種類が変わってくる。このコネキシンが病態により変化しその結果細胞間の情報伝達に変化を起こすことが考えられる。本年度は、ラットを用いたメサンギウム増殖性実験腎炎モデルを用いて、糸球体内のコネキシン(Cx37,40,43)がどのように変化するかを検討した。糸球体ではCx37,43は主に上皮細胞にCx40は主にメサンギウム細胞に発現していることが分かった。糸球体外メサンギウム細胞にはCx40,43が強く発現していた。糸球体内皮細胞ではこれらのコネキシンの発現は確認できなかった。可逆性実験腎炎モデルではメサンギウム細胞融解が起こりメサンギウム細胞減少が見られる腎炎発症後3日及びメサンギウム細胞増殖が始まる7日目でメサンギウム細胞のコネキシンCx40,43が減少していた。細胞増殖のピークを過ぎリモデリングが始まると考えられる14日目にはCx40,43の回復が認められた。メサンギウム細胞の増殖の指標とされるα平滑筋アクチン(αSMA)とのコネキシンの二重染色によりCx40の発現とαSMAは逆相関を示していた。さらに不可逆性実験腎炎モデルでは14日目でのCx40の回復が認められなかった。これらから、コネキシン特にメサンギウム細胞のCx40が糸球体障害からの回復において細胞増殖に役割を果たすことが考えられた。
自励発振ミキサ機能を持つ能動アンテナアレーによる指向性制御

本研究では自励発振ミキサ機能を持つ能動アンテナアレーによる受信指向性の制御について検討した。能動アンテナはRF信号を受信するパッチアンテナと、RF信号をIF信号に変換する自励発振ミキサとして動作するループ帰還形発振器とで構成されている。このミキサは局部発振(LO)信号に関するポートを2つ持つ。1つは局部発振信号を出力するためのポートである。もう1つはミキサ内で発振した局部発振信号は出力されないが、局部発振を注入同期するための信号を入力するためのポートである。よって、ミキサのLO出力ポートを次のミキサの入力ポートに結合させれば、サーキュレータ等の非相反回路を用いることなく、自励発振ミキサを単方向的に結合できる。単方向結合系では個々の自励発振ミキサの局部固有発振周波数を1番目の自励発振ミキサの局部発振周波数から変化させるとその周波数差に応じた位相差が生じる。個々のアンテナで受信したRF信号には到来方向に対応した位相差があるので、個々のミキサからのIF信号を合成すると指向性を生じる。RF信号と位相差のある局部発振信号とを混合すると生じたIF信号にも局部発振信号の位相差が含まれることになる。局部発振信号の位相差を制御すると受信指向性を変えることができる。局部発振信号の位相差変化量はπであるが、IFがRFと局部発振周波数の2倍との差なので、IF信号の位相差変化量は倍の2πとなる。実際に2要素及び3要素アレーを用いて受信指向性を制御する実験を行った。局部発振信号に等間隔の位相差を与えることで、主ビームを形成し、その方向を走査した。その結果、IF出力信号に隣の能動アンテナとの間において2πに近い位相差変化を得た。加えて、自励発振ミキサの局部発振における帰還率を最適化することで、RF-IF変換効率が向上することを示した。本研究ではRF信号を受信し、中間周波数(IF)信号を出力する自励発振ミキサ機能を有する能動アンテナを実現し、その1次元アレーで受信指向性を制御することを目的とする。具体的には、単方向的特性を持つループ帰還形発振器をRF信号と局部発振(LO)波の第2高調波との差の周波数成分を出力させる自励発振高調波ミキサとして用い、これを能動アンテナ化する。この能動アンテナを単方向的に結合させて、アレーを構成する。アレーとして動作するためには各能動アンテナの局部発振周波数がすべて同じ必要がある。本研究では同期現象を用いて、これを実現する。局部発振出力の一部を結合させた隣の能動アンテナに注入する事により同期させ、局部発振周波数を揃える。この時、能動アンテナの局部固有発振周波数を制御することで、各能動アンテナの局部発振出力に位相差を生じさせる。この局部発振波と受信したRF信号を混合するとIF出力に対応した位相差が生じている。全ての能動アンテナからのIF出力を合成することにより、IF出力が最大となる受信方向を変化させることができる。特に局部発振波の第2高調波と混合するので、IF出力に生じる位相差は局部発振波の位相差の2倍である。同期現象を利用しているので、局部発振波の位相差の変化量はπであるが、IF出力に生じる位相差の変化量は2πとなる。

本研究ではRFを17.1GHzとし、局部発振周波数を8.5GHzとすることで100MHzのIF成分を出力させる能動アンテナを用いている。2要素アレー及び3要素アレーで受信したRF信号をIF信号に変換するとともに、受信指向性を変化させる実験を行い、個々の能動アンテナからのIF出力における位相差の変化量がほぼ2πとなる事を確かめた。本研究ではRF信号を受信し、中間周波数(IF)信号を出力する自励発振ミキサ機能を有する能動アンテナを実現し、その1次元アレーで受信指向性を制御することを目的とする。具体的には、単方向的特性を持つループ帰還形発振器をRF信号と局部発振(LO)波の第2高調波との差の周波数成分を出力させる自励発振高調波ミキサとして用い、これを能動アンテナ化する。この能動アンテナを単方向的に結合させて、アレーを構成する。能動アンテナの局部固有発振周波数を制御することで、各能動アンテナの局部発振出力に位相差を生じさせる。この局部発振波の第2高調波と受信したRF信号を混合するとIF出力には局部発振波に生じている位相差の2倍の位相差が生じることになる。個々の能動アンテナからのIF出力を合成することにより、IF出力が最大となる受信方向を変化させる。昨年度にRFを17.1GHz、局部発振周波数を8.5GHzとし、IFを100MHzとした能動アンテナの基本特性について検討し、この能動アンテナの2要素アレーで受信指向性を走査したが、本年度は要素数を3に増やして実験を行った。局部発振は自励発振状態では位相雑音が大きいので、低位相雑音の外部信号を注入し、局部発振を注入同期することで局部発振信号の位相雑音を低減化し、能動アンテナから出力されるIF信号の低位相雑音化を図った。3要素アレーを用いた実験の結果、能動アンテナから出力されるIF信号の位相差変化範囲として、局部発振を注入同期しない場合は321°、注入同期した場合は328°を得た。アンテナ間隔は0.8波長(RFにおける)としたので、受信指向性の走査範囲としてはどちらの場合も約60°程度となった。