SiCパワーモジュールをより高効率に動作させるためには，高速スイッチングが必要であり，そのためにはパワーモジュールの寄生インダクタンスの低減が必須である。過去の研究では，パワーモジュールの電流経路を立体構造とすることで寄生インダクタンスを低減できることが示されている。しかし，パワーモジュールの放熱性に関しては，電流経路が平面の従来構造と電流経路が立体の構造とで比較された文献を著者の知る限りみたことがない。　本稿では，電流経路が平面および立体となるSiCパワーモジュールを試作し，導入したパワーサイクル試験装置を用いて過渡熱抵抗の測定およびパワーサイクル試験による評価を行い，両者の違いを述べた。

スイッチトリラクタンスジェネレータ（以下SRG）は，永久磁石を使用しないレアアース機器であり，安価・堅牢，広範囲に可変速運転が可能で，ロータのイナーシャが小さく多極化も容易という特徴もあり，小水力発電や航空機などの用途での活用が検討されている。筆者らは，これまでの小型SRGを対象として，各種発電特性の実機検証を実施してきた。本研究では，SRGを様々な用途で利用するために，各種励磁回路による発電特性の比較を行う。

IPMSMをベクトル制御する際，磁極位置センサを用いないセンサレスベクトル制御方式として，拡張誘起電圧を用いた方式が提案されている。筆者らは従来の拡張誘起電圧方式をベースに，オブザーバを用いずに位置・速度を推定する方式の提案を行っている。本稿では，推定された磁極位置と，実際の磁極位置の間に生じる磁極位置誤差を誤差の要因により大別して，それぞれを低減させる補償法の提案を行っている。電流制御器で生じる干渉項や，電圧指令値とインバータ出力電圧との間で生じる電圧誤差，パラメータ変動に対する補償を行うことで磁極位置誤差を低減させる方法について，その概要を示す。

筆者らは、誘導電動機の速度センサレスベクトル制御の簡易方式を提案している。この方式について、温度変化により誘導電動機の一次および二次抵抗の値が８０％から１５０％の範囲で変動した場合を想定する。まず、非線形モデルと線形モデルを導出し、回転速度のステップ応答をシミュレーションすることで線形化が妥当であることを確認した。抵抗値がそれぞれ変化した場合に、線形モデルで安定解析を行い、制御系に与える影響を明らかにしている。

埋込型永久磁石同期電動機（IPMSM）のエンコーダを省いたセンサレスベクトル制御方式が多く提案されている。この中で、外乱オブザーバを用いて拡張誘起電圧を推定する方式が良く知られている。提案方式では，拡張誘起電圧方式を基に，外乱オブザーバを用いず，電流制御器の出力電圧を用いて磁極位置を推定することで，従来の拡張誘起電圧方式に比べて制御構成を簡単化している。本稿では、電流制御と速度補償制御PI制御を基にした4つの制御方式について、制御特性の比較、検討を行っている。

モータドライブシステムにおいては，高速高精度に位置（角度)・速度（角速度）・加速度（角加速度）を制御する必要がある。そのため制御対象のモデリングやシステム状態量の計測が必要である。しかしながら実現場では内部パラメータの変動や非線形性の影響，センサを取り付けられない場合も想定される。そこで本研究では，2慣性共振系の制振制御に，システムの数式モデルに依存せず，内部パラメータの変動に柔軟に対応可能なファジィ制御を適用する手法を提案する。

本研究では，モジュラーマルチレベルコンバータ(MMC)に回生に対応した蓄電装置を付加した回路とその制御方式を提案する。MMCは各アームをモジュールにしたセルで構成できるため実装が容易，変圧器を用いないため機器の小型軽量化が可能，高圧大容量化が可能，高調波の低減などの特長を有する。提案方式は，三相DC-AC変換用のMMCのセルに蓄電用のEDLCを付加した回路方式で，交流電動機の可変速運転用VVVF制御に適用した。三相MMCによるVVVF制御では，MMCの各セルのコンデンサ電圧制御，循環電流制御，及び出力電圧制御に加え，誘導電動機の回生時のエネルギーを充電する各セルに接続したEDLCの制御で構成される。この制御についてシミュレーションによる動作検証を行い，提案制御方式の有効性を示す。

再生エネルギーの実用化に伴い，電力貯蔵デバイスである二次電池の需要が増大している。また携帯機器やIoT機器の普及も進み，今後様々な分野において電源として二次電池の利用が広まると考えられる。そのため，高密度，高エネルギーな新しい電池とともに，劣化を抑えた充電手法の開発が行われている。そこで本研究では，二次電池の過充電による劣化を抑制する充電手法を考案し，試作回路による充電実験を実施したので報告する。

近年, 自然変動電源の導入増加に伴って高電圧直流送電や直流給電への関心が高まっている。それらの直流送配電システムと分散型電源の連系システム全体を直流方式で構築することで、システム間の親和性が高まり、高効率化が期待できる。しかし、直流方式で送配電に適した高電圧まで昇圧することは容易ではなく課題も多い。直流方式で昇圧を行う場合、DC-DCコンバータをカスケードに接続するシンプルな回路構成で高い昇圧比を達成できるが、システム全体の部品点数の増加や導通損失の増加などが問題となる。そこで本研究では、上記の問題改善を目的として、太陽光発電設備を直流系統へ連系するシングルステージ方式連系システムを提案する。

我が国には離島が多数存在しており, 発電単価の高いディーゼル発電機による電力供給が行われてきた. これらの解決策として再生可能エネルギー発電設備(RES)が導入されるようになっているが, RESが大量導入された場合には, 余剰電力の問題が生ずる. また, 小規模離島における問題点として, 人口減少による過疎化進行があり, 結果的に産業衰退や地域の高齢化を招く. そこで本研究では, 水素製造方法として, 海水の電気分解にRESの余剰電力を利用する. 豊富に存在する海水を分解利用することで, 次亜塩素酸ナトリウムが同時に生成される. これを化学製品として売却することにより, 高効率で経済的な電力系統を達成し, 離島の産業促進効果も期待できる.

近年、太陽光発電は注目を集め導入が進んでいる。しかし、太陽光発電は天候の影響を受け、発電量が大きく変動するという問題がある。本研究では、全方位カメラによる全天画像とGISによる日射量解析を用いて、雲の影響を考慮した日射量を算出する。GISとは位置に関連付けられた様々な情報を作成、管理、可視化するための情報技術である。全方位カメラで得た全天画像から空の様子を把握し、空を色や明度に応じて分類し、それぞれの割合と日射量への影響度合いを求める。その後、GISによる日射量解析と組み合わせることで、雲の影響を考慮した日射量を推定し、それが有効であるかを検討する。

エネルギー環境の変化にともない水素が新エネルギーとして注目されている．水素の供給場所となる水素ステーションは1基あたり3億円程度と高額な費用がかかるため、地方への普及には時間がかかると懸念されている．本研究では，水素エネルギーの普及をめざし、船舶において、水素を製造・貯蓄・消費する自給自足型の自立発電移動体を開発している．この移動体を実現するために水素の製造・貯蓄・消費の一連の動作をシステム化する．太陽電池と燃料電池より循環型自立発電システムを構築し，性能の測定を行った．得られた結果から，循環型自立発電システムの性能および効率改善方法と日常生活における実用性を報告する．

北九州市沖において，電源開発は2011 年度から2016 年度にかけて国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO）からの受託研究として、「洋上風力発電システム実証研究（北九州市沖）」を実施した．洋上風車へのアクセスは，波の影響を受けることが陸上風車との大きな差異であり，陸上風車よりアクセス性が劣っている．このため，海象予報を使用しアクセス可能な日時を正確に予測することは，保守点検業務を効率的かつ安全に実施するために不可欠である．本論文では，確実なアクセス性の確保を目的として活用している海象予測システムの概要および予測精度，ならびにアクセス実態について紹介し，当該システムの評価を行う．

近年、環境問題への対策などから電気自動車(EV)の普及が進んでいる。EVは内燃機関自動車と比較し、航続可能距離が短く運転者は計画的に運転をする必要がある。本研究では地理情報システム(GIS)を利用してEVプローブ情報を処理、表現することにより、電気自動車の使用者を支援するシステムを構築することを目的としている。EVは走行速度により消費電力量が異なるといった特徴を持っている。そこで走行速度ごとに消費電力量の推定を行い、走行速度による影響を考慮したシステムの構築を行う。

近年,再生可能エネルギーの固定価格買取制度(FiT)が成立したことにより,家庭での太陽光発電システム(PV)の導入が急速に進められている.また,我が国では電力の小売全面自由化により,様々な事業者が電力市場に参入することが可能となった.しかし,FiTが将来廃止された場合,太陽光発電電力の買取価格の大幅な低下が予想される.そこで,本研究では,コンビニエンスストアと併設させ,家庭の太陽光発電電力を買い取り,その電力で電気自動車(EV)を充電し,余剰電力を太陽光発電電力を買い取った家庭に売電するEV充電ステーションを提案し,EV充電ステーションを実現させるための運用計画と設備の最適化を行う.

需要家サイドでの多様な最適運用が検討される中、多様性に伴う計算複雑さは増加する一方である。需要家の多様な運用は再生可能エネルギー由来の発電に伴うものであるが、これらの発電の不確実性と運用の多様性は配電会社が管理するには膨大な計算量を必要とする。また、需要家側のモデル化は確立されていない現状である。スマートグリッドまたはスマーとシティ実現には、系統保護の技術的課題に加え、需要家参加型の系統維持システムを確立する必要がある。そのため、本論文では、ゲーム理論に基づく需要家のモデル化を行い、最適運用計画の算出を達成する。

近年、FIT法の成立や環境問題等により、太陽光発電が大量導入されている。この結果、電力系統では系統電圧や需給バランスの変動を引き起こし、従来の前日に決定される24時間の発電機起動停止計画(UC)では電力系統を安全に運用するには不十分である。そこで、PV出力再予測に応じて、数時間先のUCを動的に立案（再予測と再計画）することにより、運用当日においてかなり大きな発電電力や需給電力の変動や予測誤差が生じた場合においても火力発電機の急激で大幅な運用変更を伴わない経済的に有利な計画手法を提案する。

固定価格買取制度(FIT) の開始以降、太陽光発電(PV) 等の再生可能エネルギー(以下、再エネ)は一般住宅へ普及しつつある。しかし、再エネ発電設備の急激な増加によって、電力系統の安定性の問題から、系統連系の制限が懸念される。そのため、一般需要家が新たに再エネ発電設備を導入するためには、系統から独立したスマートハウスが望ましい。しかし、独立に伴い、電力使用計画は変更され、不便さを強いる。その不便さを快適度指数として定式化することで、独立型スマートハウスの容量最適化および運用スケジュールの決定を行う。多様なニーズに対応するため、これらの運用は多目的最適化手法によって評価される。

これまでのエネルギー政策は、基本的にはエネルギー需要を所与のものとして、エネルギー供給をどのように行うべきかという視点からの施策が中心であった。しかし、東日本大震災では、エネルギー供給の制約や集中型エネルギーシステムの貧弱性が明らかとなった。また、再生可能エネルギーの導入拡大に伴い、電圧、周波数などの電気の品質の確保が課題として顕在化しつつある。こうした状況を背景として、エネルギーの供給状況に応じてスマートに消費パターンを変化させる取り組み「デマンドレスポンス(DR：Demand Response)」が注目されている。今回、節電に応じたインセンティブを受け取る、インセンティブ型デマンドレスポンスについて検討していく。

本稿では、日本卸電力取引所における2013年~2017年の5月の1か月間の午後の特定の時間帯のシステムプライスに対して回帰分析を行った。回帰分析では、システムプライスを被説明変数、現時点の買い入札量と24時間前のシステムプライス、土日祝を考慮したダミー変数を説明変数とし、得られた回帰式の各説明変数の回帰係数の比較を行った。その結果、買い入札量の回帰係数の値が2017年では他の年に比べてかなり小さくなるという結果が得られた。また、上記の時間帯の一部の時間帯をダミー変数を用いて回帰分析を行うと、そのダミー変数の係数の値は大きくなっており、一部での時間帯で価格差が大きくなっているという結果が得られた。

節電や発電計画を考えるために、電力がどのように消費されているのかを把握する事が重要である。しかし、使用電力量の計測機器の設置や使用には限度があるため、使用電力を詳細に知ることは困難である。本研究では熊本大学黒髪南キャンパスにおける使用電力量の周期性や傾向、相関の強い要因を調べ、それらから使用電力量の予測を行う。

MRI装置では，漏洩磁場を遮蔽する磁気シールドルームが必要となる．しかしながら磁気シールドルームは閉鎖感が強く、被験者へストレスを与える点やMRI更新時に支障をきたすなどの問題がある。それらを改善する方法の一つとして大きな開口部を有する磁気シールドルームの研究、開発が行なわれている。本研究では、従来の密閉型の磁気シールドルームより磁気遮蔽性能の高い大開口を有する磁気シールドルームを検討するためにモデル（角筒型、平板型、格子型）を提案し、磁気遮蔽性能について有限要素法を用いた三次元線形静磁界解析により求め検討を行った。

直流磁気特性は磁性材料の最も基本的な特性の一つであり正確に測定する必要がある一方で,励磁周波数が低いことからBコイルの誘導起電力が小さく測定における零点ドリフトなど精密測定における問題点がある.近年の材料の高透磁率化に対応できる積分方法の一つとしてV/fコンバータとディジタルカウンタを用いた手法があるが, 回路構成と動作が複雑なことが課題であった.回路の単純化と高性能化を目的として, 同期型V/fコンバータとPICマイコンを用いて磁束計を作製したので報告する.

　無方向性電磁鋼板は機器の作製や運転時に、多くの外部応力にさらされ、磁歪の逆効果により鉄心材料のカタログ値と使用時の特性が異なることが問題となっている。無方向性電磁鋼板の磁気特性に面圧縮力が影響を与えることが知られており、我々はその磁化過程について検討している。一方で、板厚によって磁化過程が変化することも知られており、1枚の電磁鋼板を化学研磨によって板厚を変化させて、最大磁界と磁気損失に及ぼす面圧効果を測定した。50A1300と50A290では異なる面圧依存性が観察された。両材料間の結晶粒径の相違に着目して比較・検討を行ったので報告する。

磁気ナノ粒子の表面に検査試薬等を結合させたものを磁気マーカーと呼び、その生体への影響が極めて小さい点と粒子の小ささから様々な医療応用が期待されている。この磁気マーカーを体内に投与し、励起磁界を印加することで発生する磁化信号を検出し、疾患部位の特定を行う磁気粒子イメージング(MPI)が医療診断技術として注目されている。本研究では、サンプル作製の際に磁化容易軸を操作した100μgの磁気ナノ粒子からの高調波を測定し、二次元磁気粒子イメージングを行った。直流傾斜磁界と磁化容易軸の角度がMPIの空間分解能と感度にどのような影響を与えるかを明らかにした。

本研究では、乳がん検査を想定して、深さ30-50 mmにおいて磁気ナノ粒子の分布を三次元的に画像化できるMPIシステムの試作と実験を行った。1.5 mTの交流励起磁界を印加し、0.2 T/mの弱い傾斜磁界とFFLを形成することで発生する磁気ナノ粒子の第三高調波信号磁界を、複数の検出コイルにより取得した。これにより、検出コイルの空間的な感度分布の差を利用した深さ位置情報の取得を試みた。実験では，異なる深さに配置した2個の磁気粒子サンプルを、FFL上で機械的に二次元走査し、相互誘導を除去した5個の検出コイルによって信号磁界分布を取得した。これをもとにNNLSにより逆問題を解くことで、三次元磁気粒子分布画像を再構成した。

機械的歯車は機械的劣化を防ぐための潤滑油が必要であり、機器を含めた全体のシステムが大容量になる。一方、磁気歯車は歯車同士の接触がなく潤滑油系統が不要になり、システム全体の小型化ができると言う点で注目されている。そこで我々は、外側回転子に永久磁石の同極同士を対向するように配置する高磁束密度PM配列を適用した磁束変調型磁気歯車を提案した。機械的歯車と同等のトルクを達成しつつ永久磁石の使用を最小限に収めることを目的に二次元有限要素法を用いた最適設計を行った。

我々は、界磁に使用する永久磁石（PM）をN、S極を対向させて配置した、ラジアルギャップ型高磁束密度配列PM同期モータ（PMSM）の研究を行ってきた。PMを高磁束密度配列にすることで、エアギャップ中に高磁束密度を発生する。これにより、高トルクや高効率が可能となる。本研究では、インホイールモータへの応用を考え、アキシャルギャップ型高磁束密度配列PM同期モータの三次元有限要素法解析を行った。デュアルロータ構造を採用することで、シングルロータと比較して同様のPM使用量で38％のトルク向上を確認した。また、トルク密度を同一にした場合、PM使用量を55%削減できることを確認した。

端部を切断することにより磁化サイクルの再現性を向上させたアモルファス薄帯をコア材料として使用した、長さ10 mmのセンサ出力特性を評価することにより、コア材料の磁区構造制御がフラックスゲート磁気センサの磁界感度に与える影響を調べた。

カプセル内視鏡に診断機能を実現するために磁石を搭載した磁気アクチュエータを考案した。本アクチュエータは磁石とボルト、ナットからなっており、外部から磁界を印加することで磁石が磁気トルクを受け回転しだし、同時にボルトも回転することでナットが直動する送りネジの原理を採用している。診断機能にはブラシを用いており、磁界を周期的に変化させることで擦過運動を実現し、細胞を採取する。また、このカプセル型医療機器には消化管内に停滞する機能も搭載しており、細胞を採取するのと同時に停滞することが可能になっている。

消化管用のカプセル型医療機器に新たに診断機能を付与するために、 外部磁界で駆動する生検機構を考案した。具体的には、カプセルを停滞させ 生検器具を採取部位に押しつけるアンカー機構を備えながら、ワイヤレス駆 動で粘膜全層の組織も採取可能な小型の生検機構の開発を目的とした。ワイ ヤレス駆動の手法としては、永久磁石を組み込んだ機構を外部コイルの発生 する磁界で駆動する方式を採用し、特に回転磁界の回転面の制御によるア ンカー機構と生検機構の個別駆動の有効性を検証した。本報告では、各動作 の原理と機構の構造、及び試作機による評価結果について報告する。

本研究では、胃腔用カプセル内視鏡へ誘導機能を持たせるための磁気駆動型推進機構についての開発を行っている。本機構は、カプセルの中央部に駆動源であるNdFeB磁石と弾性板を取り付けたもので、水を満たした胃腔内でカプセルを直立させ外部磁界によって駆動する。水面に垂直方向に交流磁界を印加すると、磁石が磁気トルクによって回転振動し、弾性板が推進機構の役割を果たす。その時水平面内に直流磁界を印加すると、カプセルの推進方向を制御でする。また、水面に垂直な方向に直流磁界をかけた場合はカプセルを傾かせることができる。さらに、水面に垂直方向の交流磁界に直流バイアス磁界を加えることで、上下方向の移動も可能になる。

近年、飲むだけで消化管内をワイヤレスで観察できるカプセル内視鏡が、国内外で広く臨床に使用されるようになった。しかし、その機能は観察のみにとどまり、診断・治療が可能な消化管内視鏡に比べ低侵襲ではあるが、機能面では大きく劣る。そこで本研究では、小腸用カプセル内視鏡に治療の機能を付与することを目的に、その場に停滞するための拡張アンカーを駆動し、さらに蛇腹タンクを押し出すことで薬剤の散布を試みた。駆動の方法として、カプセル内部に永久磁石を組み、外部コイルの発生する回転磁界内で駆動させることで、ワイヤレスで駆動する方式を採用した。本報告では、各動作の原理と素子構成及び評価結果について報告する。

ノート型PC等の小型電子機器用冷却システムとして、従来の空冷システムより冷却性能の高い液冷システムが注目されている。これまでの研究では、駆動装置であるポンプに円形流路を用いた磁気駆動マイクロポンプを採用していた。しかし、円形であるが故にスペースの損失による性能の限界があった。そこで本研究では、性能向上・低背化を目的とした矩形流路を採用した。本ポンプは永久磁石に作用するトルクにより、弾性板を揺動させ、送液を行うものである。今回、このポンプを実際に液冷システムへ応用することで、性能評価を行ったので報告する。

現在、飛翔マイクロロボットの開発が世界中で進められている。飛翔マイクロロボットは、その寸法や特性によってMAV (Micro Air Vehicle)やNAV (Nano Air Vehicle)などに分類される。最近では、昆虫サイズのPAV (Pico Air Vehicle) が提唱され、研究ターゲットとして注目されている。著者らはアクチュエータとして磁石をロボット本体に内蔵し、コイルから印加される交流磁界を利用することで、PAV用飛翔機構を検討してきた。小型化を達成するためには、磁石の小型化による磁気トルクの減少に伴う羽ばたき振幅の減少に対応する設計が求められる。本報告では、従来リン青銅線を利用した捻りバネにポリイミドを採用し、推力の評価を行ったので報告する。

筆者らは，DNA結合によって微粒子誘電泳動特性が変化することを利用し，誘電泳動インピーダンス計測法（DEPIM）によってPCRにより増幅されたDNAを迅速かつ簡便に検出する方法を考案した。本研究では，上記のDNA検出をワンチップ上で行う，微粒子誘電泳動を用いたDNA検出チップの開発を検討している。本手法を用いたDNA検出には，PCRによるDNA増幅，微粒子とDNAの結合，バッファー交換，検出に用いる電極を必要とする。微粒子とDNAの結合方法，バッファー交換方法，粒子の移動について検討を行い，DNA検出チップの開発を目指す。

筆者らの研究グループでは、迅速かつ簡便なDNA検出法として、表面をDNA修飾した微粒子の誘電泳動現象およびインピーダンス計測を組み合わせたDEPIM(Dielectrophoretic Impedance Measurement)法を提案してきた。本研究では、DEPIM法の前準備として必要なPCRによるDNA増幅からDEPIM法によるDNA検出までの一連の操作をワンチップ上で実現するために、チップ型DNA検出デバイスを想定したPCRにおけるDNAの増幅特性について調査を行っている。

筆者らは、ポリメラーゼ連鎖反応により増幅したDNAを微粒子に修飾することで生じる微粒子の誘電特性の変化を利用したDNA検出法を開発した。しかし、この手法では大きな誘電特性の変化を利用している事から修飾するDNA量が多くなってしまうという問題がある。そこで、低濃度DNAを検出するために、DNA修飾微粒子に働く負の誘電泳動力がDNA修飾量に応じて変化することに着目し、その変化を検出するためのマイクロ流体デバイスを考案した。このデバイスを用いることで負の誘電泳動力の変化を微粒子の運動軌跡の変化として観察することができる。本研究では数値解析により粒子の誘電特性と粒子軌跡の変化の関係についての定量化を行った。

筆者らは、ポリメラーゼ連鎖反応により増幅したDNAを微粒子に修飾することで生じる微粒子の誘電特性の変化を利用したDNA検出法を開発した。しかし、この手法では大きな誘電特性の変化を利用している事から修飾するDNA量が多くなってしまうという問題がある。そこで、低濃度DNAを検出するために、DNA修飾微粒子に働く負の誘電泳動力がDNA修飾量に応じて変化することに着目し、その変化を検出するためのマイクロ流体デバイスを考案した。このデバイスを用いることで負の誘電泳動力の変化を微粒子の運動軌跡の変化として観察することができる。本研究では、蛍光微粒子を用いてその蛍光強度を測定することから光学的に運動軌跡の変化の検出を行った。

嗅覚が認識する化学量である匂いを検知する人工のセンサはさまざまな用途に用いられている．しかしながら現存のセンサでは匂いの空間分布や痕跡形状を検知することは困難である．そこで本研究では匂いを可視化するために蛍光強度の変化するメージセンサを目指し，複数の蛍光色素を用いて複数の匂い物質に対して応答を示すポリマーフィルムをガラス基板上に作製した．このフィルムに気化させた匂い物質を曝露させた際，フィルムの蛍光強度が変化する．この蛍光強度変化をカメラで撮影することによって匂い物質を空間的に検知できる．

ガスセンシング技術の進歩により匂い物質の特定は高精度になされてきている。しかしガスセンサによって得られる情報はどの化学物質がどのくらい存在しているのか、という情報であり、どのような匂いが存在しているのかを直感的に理解することは困難である。これは匂いを直感的に理解するための匂いの視覚的表現法が確立されていないためである。そこで本研究では沸点、pHなどに代表される分子固有の化学的性質を示すパラメータを用い、代表的な匂い分子同士の近さを解析し、ネットワーク表現を行うことにより、匂い情報を直感的に視覚化する手法の確立を目指した。

ガスセンサによって提供される人工的な嗅覚は、ロボットが空気中のガスプルームを追跡することを可能にする。半導体ガスセンサのような従来の遅い応答のガスセンサは、ロボットのガス追跡アルゴリズムに制限を与えている。一方、Auナノ粒子の局在表面プラズモン共鳴を利用したLSPRガスセンサは、周囲媒質(ガス)の誘電特性の変化に対して迅速な応答を示す。我々は、ロボットに搭載するためのLSPRベースのガスセンサモジュールを開発した。モジュールはLED光源、フォトダイオード、LSPR基板、及び吸引ポンプから構成される。作製したガスセンシングモジュールをロボットに搭載して評価を行い、市販の半導体ガスセンサの出力信号と比較した。

爆弾に使用される爆薬の一つであるRDXを表面プラズモン共鳴センサにおける間接競合法で検出する。そのためにチップ上に修飾した自己組織化単分子膜を介して3種類のRDXの類似物質を固定化し、抗RDXモノクローナル抗体の結合量を比較した。今回用いたRDXの類似物質は5-(2-カルボキシエチル)-1,3,5-トリニトロヘキサヒドロピリミジン(RDXa2)、ニトロフェニルプロピオン酸、3,5-ジニトロフェニルプロピオン酸である。RDXa2は抗体との結合が強くセンサチップ表面の再生が困難であった。ニトロフェニルプロピオン酸は抗体の結合が見られなかった。3,5-ジニトロフェニルプロピオン酸は抗体の結合が得られ、再生も容易であり最も有用であることが示唆された。

手のひらサイズの携帯型心電計による心電信号の測定は、低S/N環境下での微弱な信号の検出が必要であり、小規模の回路で実現するためには既存の方法では難しい。これまで、我々は確率共鳴法を用いてノイズに埋もれた微弱な心電信号の検出方法を検討している。確率共鳴法は、微弱信号がある条件の雑音の元で確率的に共鳴することで、状態が遷移することで微弱信号を検出する方法であるが、通常の確率共鳴法は双安定ポテンシャル系であり、2状態の検出には適している。今回、心電波形のうち3状態であるR波とT波の検出を目標として、双安定ポテンシャル系に対して安定状態を１つ増やした三安定ポテンシャル系の解析を行い、共鳴条件等を検討した。

体内のアルコールをチェックする方法として呼気型アルコールチェッカーが用いられているが、センサに向かって息を吹きかけるといった手間がかかる煩わしい操作が必要であり、また連続的な使用が困難である。本研究は簡便で常時アルコールの有無を検出できる血中アルコール検出器の開発を目指した。血中のアルコールを検出する方法として赤外分光法を検討した。赤外分光法は分子の赤外吸収スペクトルを測定することで、特定の吸収スペクトルをもつ有機分子を検出する方法である。アルコールに吸収される波長の赤外線LEDと赤外線フォトダイオードを組み合わせ、さらに簡便で常時アルコールチェックができるように耳たぶに装着することを検討した。

Semiconductor microspheres have attracted interest for optical microcavity applications, such as lasers and sensors. We have succeeded in fabricating zinc oxide microsphere by laser ablation in the air and demonstrated UV whispering gallery mode lasing from an optically-pumped microsphere. However, fabricated microspheres cannot be controlled in size and generated position is random. In this research, time resolved observation of droplets formation was performed using a high-speed camera during laser ablation with an optical vortex beam for size control and on-demand synthesis of microspheres.

For the measurement of THz-wave phase shift, we devised THz-wave interferometer. In this system, the relative phase shift is deduced from the interfered power between two THz waves. Experimental results revealed that the phase of the THz-wave can be tuned by the semiconductor phase modulator.

We have studied arrayed photodetectors generating terahertz wave in which optical signals are fed to the photodetectors through bending optical waveguides. Bending structure causes optical loss which seriously eliminates the photodetector efficiency. In this study, we investigate the relationship between the bending structure and optical loss at an optical waveguide for higher-power terahertz wave generation.

光導波路型マッハ-ツェンダ干渉計回路は、熱光学効果を用いて光導波路アームの位相を変化させることで光信号の経路を切り替える光スイッチとして使用することができるが、位相をアナログ的に設定すれば光信号のパワーレベルを調整する可変光減衰器（VOA）としても使用することができる。VOAとして使用した場合の応答時間は、初期状態と最終状態の光減衰量の設定値によって異なり、光スイッチとして使用した場合の応答時間に比べて遅くなる場合がある。VOAの応答時間は、全ての光減衰量の設定値に対して、光スイッチの応答時間の2倍を超えないことを解析により示した。

酸化亜鉛(ZnO)は3.37 eVの大きなバンドギャップエネルギーを持つⅡ-Ⅵ族化合物半導体であり、高効率な紫外発光材料として注目されている。このZnOは酸化マグネシウム(MgO)との混晶を形成することで、バンドギャップが変化することが知られている。我々は大気中レーザアブレーション法を利用したZnOマイクロスフィアの作製に成功しており、紫外Whispering-Gallery-Mode(WGM)レーザ発振を実現してきた。本研究ではMgOを添加したZnO焼結体をレーザアブレーションすることでZnMgOマイクロスフィアの作製に成功し、紫外WGMレーザ発振波長の短波長化を達成した。