Tokyo Denki University Repository (TDU) / 学術リポジトリ

小林, 亘

レジリエントスマートシティ研究所　年度末報告書

植野, 彰規

東京電機大学総合研究所
プロジェクト研究所 年度報告書
報告年度 令和 6 年度（ 2024 年度） 
研究所名 医療・福祉機器開発・普及支援センター
研究代表者 
所属
 工学部、電気電子工学科、教授
氏名  植野 彰規
研究成果の概要
医療・福祉機器開発の観点から、成果を以下に分類して、まとめる。まず、『手術時に使用する医療機器・操
作装置』に関しては、センサ付き鉗子による硬さ計測手法について進展があった．また，臍帯切断デバイスに
おいては実用化に向け，企業との協議を進めるとともに機能の改善を行った。次に、『診断とモニタリング（監
視）に使用する機器』に関しては、心電図、離床行動、体水分量組成比、横隔膜筋電図、心弾動図、血圧、呼
吸運動、脈波、胃電図、腸電位、脳波、生体インピーダンスについて、検出性能の向上、IoT 化システムの効
果検証、臨床評価、理論導出と基礎評価、無線伝送、異常識別性能の改善、同時計測、長時間計測、信号生成
装置の製作、モデリングに関わる成果が、多分野に亘って得られた。更に、『福祉・支援に関わる開発』に関し
ては、支援対象者に応じた支援の実現に向け，引き続き新たな情報収集システムの開発を進めるとともに，収
集した情報の解釈手法について研究を行った。
2025 年度の研究計画 
2025 年度は，佐久間一郎特別専任教授の着任に伴い，手術支援領域のさらなる活性化，リハビリテーション
研究や細胞生物学関連研究等，対象とする研究領域を拡大し，医療・福祉機器の開発・普及支援の観点から，
研究を活性化させる．
本学の ME 関連研究者を中心に，すでに連携を進めている医学・看護学・臨床工学等，様々な領域の研究者
や企業，行政等との連携強化，新たな連携構築を進め，人的ネットワークの強化をはかる．また，ME 講座・
医療機器国際展開技術者育成講座を開催するとともに，ME 関連の教育コンテンツの整理する． 
現在内閣府ムーンショットの外部資金等を活用して研究を行っているが，2025 年度は引き続き科研費や財団
助成金等の外部資金獲得の活動を行っていく．
                         東京電機大学総合研究所 
                                   プロジェクト研究所 年度報告書 
 
研究業績 
 
＜セミナーほか＞ 
 サイバーセキュリティシンポジウム in TDU2025 共催 
 第 48 回 ME 講座 開催 
 第 8 回 医療機器国際展開技術者育成講座 開催 
 
＜学術誌論文＞ 
〇Kitaro Yoshimitsu, Yasuto Shiigi, Etsuko Kobayashi, Kenta Kuwana, Kaori Kusuda, Kaoru Hoshide, 
Yoshihiro Muragaki and Ken Masamune, “Exploring the potential of service robots in guiding patients 
and assisting mobility in medical facilities,” Advanced Robotics, vol. 38, no. 24, pp. 1758-1769, Dec 2024
（Online） 
〇小林 春輝，桑名 健太，“複数の Micro Electro Mechanical Systems 力センサを用いた超音波プローブの撮
像対象との接触力計測モジュールの開発，” 生体医工学，Vol. 63，No. 1，pp. 9-15，Mar. 2025． 
 
＜国際会議論文＞ 
〇Iori Kudo and Akinori Ueno, “Evaluation of p-wave detection capability of capacitive electrocardiogram 
measurement system with electrode sheet,” 2024 IEEE 20th International Conference on Body Sensor 
Networks (BSN), 4 pages, (Chicago, USA), 2024-10-15. 
〇Yuki Sato and Akinori Ueno, “Bed-exiting behavior detection in sheeting IoT system with printed 
electrode,” 2024 IEEE 20th International Conference on Body Sensor Networks (BSN), 4 pages, 
(Chicago, USA), 2024-10-15. 
○Shuhei Tadokoro, Haruki Kobayashi, Kenta Kuwana “Position estimation of the application point of the 
contact force between an ultrasound probe and an imaging target using a contact force measurement 
module with multiple MEMS force sensors,” The 10th International Conference on Biosensors, 
Bioelectronics, Biomedical Devices, and BioMEMS/NEMS & Applications (Bio4Apps2024), p. 30, 
Toyama, Japan, Dec. 2-4, 2024. 
○Raimu Uwano, Kenta Kuwana “Calculating method for viscoelastic parameters from the measured force 
and displacement during grasping operation by a sensorized forceps,” The 38th International Congress 
and Exhibition, Computer Assisted Radiology and Surgery (CARS2024), p. S142, Barcelona, Spain, 
Jun. 18-21, 2024. 
○Ren Hiruma, Kenta Kuwana “Preliminary study of measuring individual compression force applied to 
each tip of the forceps during grasping operation,” The 38th International Congress and Exhibition, 
Computer Assisted Radiology and Surgery (CARS2024) , pp. S77-S78, Barcelona, Spain, Jun. 18-21, 
2024. 
 
＜国内学会発表＞ 
〇川尻 紘平，雨宮 未季，高橋 健太郎，工藤 伊織，植野 彰規，笹野 哲郎，「容量結合電極を用いた心電図検
査における心房細動検出の有用性」，心電学関連春季大会 2024，（大分），Vol.2024，p.59，2024-4-20. 
                         東京電機大学総合研究所 
                                   プロジェクト研究所 年度報告書 
 
〇川尻 紘平, 雨宮 未季, 高橋 健太郎, 工藤 伊織, 植野 彰規, 笹野 哲郎，「心房細動患者における容量結合電
極を用いた心電図検査の臨床評価」，第 63 回日本生体医工学会大会プログラム・抄録集，（鹿児島），
#O1-4-1-4, 2024-5-23. 
〇篠崎 郁太，山口 富治，塚原 彰彦，田中 勇帆，植野 彰規，「敷布電極を用いた容量結合式インピーダンス
分光法による体水分量組成比推定の基礎研究」，電子情報通信学会技術研究報（ME とバイオサイバネティ
ックス研究会，医用・生体工学技術委員会），（北海道），Vol.124, No.93, (MBE2024-9, MBE-24-029), 
pp.10-13, 2024-6-28. 
〇宮崎 直哉，植野 彰規，「呼吸リハビリテーションに向けた横隔膜筋電図の容量結合計測ならびに無線伝送」，
電子情報通信学会技術研究報告（ME とバイオサイバネティックス研究会），（岡山），Vol.124, No.137, 
(MBE2024-13), pp.6-9, 2024-7-27. 
〇南雲 遼裕，中田 詠実，植野 彰規，「容量結合式の心弾動図計測における容量増幅回路を用いた感度の向上」，
電子情報通信学会技術研究報告（ME とバイオサイバネティックス研究会），（岡山），Vol.124, No.137, 
(MBE2024-14), pp.10-13, 2024-7-27. 
〇石井 佑磨，伊藤 佳卓，工藤 伊織，植野 彰規，安達 雅春，「布を介して測定された心電図の LSTM オート
エンコーダーの改善」，電子情報通信学会技術研究報告（非線形問題研究会），（岐阜），Vol.124，No.178, 
(NLP2024-44)，pp.18-20，2024-9-5. 
〇大根田 尚輝，前田 裕佳，植野 彰規，「緑色光電容積脈波による平均血圧推定の基礎検討 -LED 輝度と定電
流回路の評価-」，日本生体医工学会関東支部若手研究者発表会 2024，（茨城），#A-3-3，2024-11-30. 
〇ハン ロ，工藤 伊織，小山 樹人，高橋 翔，植野 彰規，「枕用布電極を用いた頸部からの心電信号と呼吸運
動の同時計測」，日本生体医工学会関東支部若手研究者発表会 2024，（茨城），#A-3-5，2024-11-30. 
〇三嶋 爽嗣，大根田 尚輝，前田 裕佳，植野 彰規，「運転シートに設置した電極・センサによる心電図と光電
容積脈波の着衣を介しての同時計測」，日本生体医工学会関東支部若手研究者発表会 2024，（茨城），#D-2-2，
2024-11-30. 
〇浅見 友哉，田村 拓人，鈴木 啓介，森下 幸治，植野 彰規，「胃電図・腸電位同時計測のための電極位置の
検討」，電子情報通信学会技術研究報告（ME とバイオサイバネティックス研究会），（大阪），Vol.124， 
No.296, (MBE2024-16), pp.1-6，2024-12-9. 
〇大根田 尚輝，前田 裕佳，植野 彰規，「耳朶からの緑色光電容積脈波の直流成分を用いた平均血圧推定 -長
時間測定時の相関解析に基づく検討-」，電子情報通信学会技術研究報告（ME とバイオサイバネティックス
研究会），（大阪），Vol.124, No.296, (MBE2024-25), pp.47-51, 2024-12-9. 
〇大島 宏生，植野 彰規，「枕型容量結合式脳波計の構築に向けた信号検出回路と脳波ジェネレータの製作 -モ
デル実験系と頭部用ドライ電極での評価-」，電子情報通信学会技術研究報告（ME とバイオサイバネティッ
クス研究会），（大阪），Vol.124, No.296, (MBE2024-27), pp.55-60, 2024-12-9. 
〇今関 健斗，山口 富治，植野 彰規，「短時間インピーダンス分光法を利用したスペクトラルインピーダンス
カーディオグラムの基礎検討」，第 34 回ライフサポート学会フロンティア講演会予稿集，（東京），#1B01, 
p.75，2025-3-10. 
〇大平 健太，山口 富治，植野 彰規，「容量結合式バイオインピーダンス分光におけるモデリング精度向上の
検討」，第 34 回ライフサポート学会フロンティア講演会予稿集，（東京），#1D07, p.116, 2025-3-10. 
〇高橋 翔，大島 宏生，植野 彰規，「ドライ接触式枕型脳波計の製作と評価」，第 34 回ライフサポート学会フ
ロンティア講演会予稿集，（東京），#2B11， p.137, 2025-3-11. 
                         東京電機大学総合研究所 
                                   プロジェクト研究所 年度報告書 
 
〇木村 優斗，工藤 伊織，植野 彰規，「回路素子結合モデルを用いた容量増幅式心電計の検出性能評価」，第
34 回ライフサポート学会フロンティア講演会予稿集，（東京），#2B12, p.138, 2025-3-11. 
〇田村 拓人，浅見 友哉，鈴木 啓介，森下 幸治，植野 彰規，「体表面腸電位用の計測・無線伝送・表示シス
テムの構築」，第 34 回ライフサポート学会フロンティア講演会予稿集，（東京），#2B13, p.139, 2025-3-11. 
〇三嶋 爽嗣，大根田 尚輝，前田 裕佳，植野 彰規，「運転シートに設置したセンサ・電極による光電容積脈波
と心電図の着衣を介した同時計測と解析」，第 34回ライフサポート学会フロンティア講演会予稿集，（東京），
#2D04, p.162, 2025-3-11. 
〇川里 雅風，植野 彰規，「着衣背部からの脈動と心電図を用いた平均血圧推定に向けた容量増幅回路の導入と
評価」，第 34 回ライフサポート学会フロンティア講演会予稿集，（東京），#2D05, p.163, 2025-3-11. 
〇石井 佑磨，伊藤 佳卓，工藤 伊織，植野 彰規，安達 雅春，「容量性結合電極を用いた心電図を分類する LSTM
オートエンコーダーの有効性について」，電子情報通信学会技術研究報告（システム数理と応用研究会，非
線形問題研究会），（沖縄），Vol.124，No.178, (MSS2024-83, NLP2024-124)，pp.18-20，2024-9-5. 
〇見砂 七海，石井 佑磨，工藤 伊織，伊藤 佳卓，植野 彰規，安達 雅春，「ニューラルネットワークを用いた
布を介して計測された心電図の正常異常判定」，電子情報通信学会総合大会 基礎・境界／NOLTA 講演論文
集，（東京），#N-1-15, p.176, 2025-3-27. 
〇小林春輝，田所柊平, 桑名 健太，“複数の Micro Electro Mechanical Systems 力センサを用いた超音波プロ
ーブと撮像対象の接触力の作用点位置推定，” ライフサポート第 34 回学会フロンティア講演会，p. 45，東
京，Mar. 10-11，2025． 
〇池田 誠萌，坂 秀晟，土井根 礼音，吉光 喜太郎，正宗 賢，CHOI Woohyeok，小林 英津子，村垣 善浩，
伊関 洋，武井 裕輔，土肥 健純, 桑名 健太，“骨格データを用いた体操中の高齢者の動作解析法，”情報・
知能・精密機器部門（IIP 部門）講演会 2025，p.58，山口, Mar. 3-4, 2025. 
〇沖田稜真，田所柊平，武井裕輔，吉田祐子，冨澤登志子，桑名健太，“インスリン注射を打ちやすい位置の推
定に向けた骨格情報に基づく手が腹部へ届く範囲の算出，”日本生体医工学会関東支部若手研究者発表会
2024，F-3-3，茨城，Nov. 30，2024. 
○上野来夢，桑名健太，“センサ付鉗子を用いた術中の自然な把持操作による粘弾性パラメータ算出法の粘弾性
計測特性の評価，”第 33 回日本コンピュータ外科学会，p. 153，東京，Nov. 8-10, 2024. 
○小林尚輝，武井裕輔，桑名健太，“Integral Videography 方式に基づく対象観察とレーザ照射を同軸で実現
する光学システムの基礎検討，”第 33 回日本コンピュータ外科学会，p. 144，東京，Nov. 8-10, 2024. 
○加藤広隆，吉田美香子，森武俊，桑名健太，"超音波画像における膀胱頸部輪郭抽出法の改善による膀胱頸部
角度自動計測プログラムの性能向上" ，第 12 回 看護理工学会学術集会，p.121，石川，Nov. 2-3，2024． 
○松堂翔一，金澤悠喜，桑名健太，"臍帯クランプ時の反力抑制による臍帯クリップホルダの操作力低減" ，第
12 回 看護理工学会学術集会，p.122，石川，Nov. 2-3，2024． 
○村野魁成，吉光喜太郎，正宗賢，小林英津子，村垣善浩，伊関洋，土肥健純，桑名健太，“支援対象者の属性
判別に向けた介護施設内の人の動きの特徴解析，”LIFE2024, GS-3-2, 東京, Sep. 12-14, 2024. 
〇小林春輝，桑名健太，“重力の影響を考慮した超音波プローブと撮像対象との接触力計測モジュールの開発”，
生体医工学シンポジウム 2024，p.61，東京，Sep. 12-14，2024． 
○新川太寅，金澤 悠喜，佐々木 良一，土井根 礼音，土肥 健純, 桑名 健太，“分娩の進行状況の円滑な共有
に向けた分娩状況評価に必要な指標の統合記録システムの開発，”日本機械学会 2024 年度年次大会，
J162p-22，愛媛，Sep. 8-11，2024. 
                         東京電機大学総合研究所 
                                   プロジェクト研究所 年度報告書 
 
○鈴木 優作，小林 英津子，正宗 賢，吉光 喜太郎，村垣 善浩，伊関 洋，土井根 礼音，土肥 健純, 桑名 健
太，“高齢者の転倒解析に向けた転倒直前の移動経過の統合記録システムの開発，”日本機械学会 2024 年度
年次大会，J162p-14，愛媛，Sep. 8-11，2024. 
○松村 実紗，崔 佑赫，箕浦 有希也，陳 家禾，原 一晃，中川 桂一，正宗 賢，桑名 健太，小林 英津子，“仰
臥位から側臥位への体位変換動作における人体モデルを用いた被介護者の軌跡推定，” 第 42 回日本ロボッ
ト学会学術講演会，3B4-05，大阪，Sep. 3-6，2024． 
◯桑名 健太，◯櫻井 理紗，鈴木 孝司，“臨床研究法への該当性をモデルケースで考える，”第 63 回日本生体
医工学会大会，p.122，鹿児島，May 23-25，2024. 
◯桑名 健太，“こどもがよりよく生きていくための生体医工学，”第 63 回日本生体医工学会大会，p.156，鹿児
島，May 23-25，2024. 
◯坂 秀晟，加藤 綾子，金澤 悠喜，桑名 健太，“入力データとしての胎児心拍数陣痛図の変換方式の違いによ
る胎児状態評価用 CNN の性能比較，”第 63 回日本生体医工学会大会，p.198，鹿児島，May 23-25，2024. 
◯羽津本 遼太、土肥 健純、桑名 健太，“Integral Videography 方式立体内視鏡の視野範囲拡大に向けたウェ
ッジプリズムを介した観察像の歪みの評価，”第 63 回日本生体医工学会大会，p.188，鹿児島，May 23-25，
2024. 
 
＜講演＞ 
[1] 〇桑名 健太，“医療分野におけるデータの利活用”，サイバーセキュリティシンポジウム in TDU 2025，
東京，Mar. 13，2025． 
[2] 〇桑名 健太，“「医看工連携による医療機器開発 ～シーズ提供者に必要な視点～」，”情報・知能・精密機
器部門（IIP 部門）講演会 2025，ワークショップ，山口, Mar. 3-4, 2025. 
〇桑名 健太，“医看工連携による医療機器開発”，第 80 回日本放射線技術学会総会学術大会，神奈川，Apr. 14，
2024． 
 


Japanese

医療・福祉機器開発・普及支援センター　年度末報告書

金子, 雅直

      Annual Report 
東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報 44 号 (2024 年度に終了した研究課題)   No.44 Tokyo Denki University                   
 
課題番号 Q24T-04 
課題名（和文） 静翼形状の三次元化が軸流圧縮機の空気力学的性能に及ぼす影響 
課題名（英文） Influence of 3-dimensional stacking of stator blade on flow in axial compressor 
研究代表者 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
理工学 理工学科 機械工学系 助教 
氏名 金子雅直 
共同研究者 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
 
氏名 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
 
氏名 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
 
氏名 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
 
氏名 
 
研究成果の概要（和文） 
本研究では，数値解析技術を用いて翼形状の三次元化が圧縮機直線翼列の内部流動現象に及ぼす影響を調査
した．翼形状の三次元化が施された周方向湾曲翼とコード線方向湾曲翼における翼列下流断面内のコーナーは
く離に起因する高損失領域は通常の直線翼のものと比較して縮小しており，両翼形状の三次元化がコーナーは
く離を抑制していることを確認した．さらに，周方向湾曲翼とコード線方向湾曲翼間の比較では，周方向湾曲
翼の方がよりコーナーはく離に起因する高損失領域が縮小しており，同はく離の抑制効果が高いことが分かっ
た．  
 
研究成果の概要（英文） 
   In this study, the influence of 3-dimensional stacking of blade on the corner separation in linear 
compressor cascade was investigated numerically. The computed results clarified following: Based on the 
loss distributions at the downstream of cascade, the bowed and the swept blades reduce the corner 
separation compared with the baseline straight blade. Furthermore, the suppression effect on the corner 
separation of the bowed blade is superior to that of the swept blade. 
 
      Annual Report 
東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報 44 号 (2024 年度に終了した研究課題)   No.44 Tokyo Denki University                   
 
1.研究開始当初の背景 
航空機に搭載されるターボファンエンジンでは，
エンジン重量の低減を目的にコアエンジンの小型が
要求されており，コアエンジンを構成する圧縮機の
小型化を図る方法として，段数の削減による軸長の
縮小がある．しかしながら，圧縮機の圧力比を維持
して段数を削減する場合，翼負荷が増加し，旋回失
速やサージングといった不安定現象が高流量側の作
動点において発生し，安定作動範囲が減少する．特
に圧縮機を構成する静翼列では，翼負圧面とハブ壁
の角部に大規模なはく離領域，いわゆるコーナーは
く離が発生し，旋回失速の初生に影響を及ぼすこと
が知られている．したがって，圧縮機の段数の削減
を実現するには，コーナーはく離の発生を抑制する
技術の適用が不可欠である． 
 
2.研究の目的 
軸流圧縮機を構成する翼列内で生じるコーナーは
く離を抑制する技術として翼形状の三次元化がある
が，その効果を最大化するには流れ場に及ぼす影響
の詳細を解明する必要がある．本研究では，計算領
域内全域で流動現象の詳細を予測することができる
数値解析技術を用いて翼形状の三次元化が翼列の内
部流動現象に及ぼす影響を解明する． 
 
3.研究の方法 
NACA65-009 翼を有する圧縮機直線翼列を供試
圧縮機として用いた．動翼列のコード長は 150 mm
であり，ソリディティとアスペクト比はそれぞれ
1.12 と 2.47 である．本研究では，通常の直線翼(以
下 Baseline と呼称)と，三次元翼形状である周方向
湾曲翼(以下 Bow と呼称)とコード線方向湾曲翼(以
下 Sweep と呼称)を有する翼列の内部流動を調査し
た． 
本研究では，汎用 CFD コード Ansys CFX を用い
て圧縮機直線翼列内部流れの数値解析を行った．数
値解析は，コーナーはく離が形成される流入流速 40 
m/s，入射角+4 deg.の条件で実施した．乱流解析手
法 と し て RANS (Reynolds-averaged 
Navier-Stokes)を採用し，乱流モデルには SST k-ω
を用いた．解析領域は，1 ピッチ分の翼間流路のエ
ンドウォールからミッドスパンであり，構造格子に
より計算格子を形成した． 
 
4.研究成果 
 Baseline では，翼面とエンドウォールの壁面上の
限界流線のパターンから，コーナーはく離が生じて
いることが確認でき，翼列下流の断面内では翼負圧
面とエンドウォールの角部付近に高損失領域が分布
していた．一般的に，コーナーはく離の規模は翼列
下流断面内の損失分布の規模と相関があることが知
られていることから，本研究では供試翼列間で同分
布を比較した． 
 壁面上のフローパターンから，Bow と Sweep に
おいてもコーナーはく離の発生が確認された．また，
Bow と Sweep における翼列下流断面内のコーナー
はく離に起因する高損失領域は Baseline のものと
比較して縮小しており，両翼形状の三次元化がコー
ナーはく離を抑制していることを確認した．さらに，
Bow と Sweep 間の比較では，Bow の方がよりコー
ナーはく離に起因する高損失領域が縮小しており，
同はく離の抑制効果が高いことが分かった．Bow に
おけるコーナーはく離の抑制は，翼負圧面上の境界
層流体が下流へ進むにつれてミッドスパンへ移動す
ることに起因している． 
 本研究では，1 種類の翼列流入条件において調査
を行い上記の結果を得た．しかしながら，コーナー
はく離の形成状態は翼列への流入状態から大きな影
響を受けることが知られていることから，研究を継
続し，複数の流入条件で調査を行うことでより普遍
的な結果を得る所存である． 
 
 


静翼形状の三次元化が軸流圧縮機の空気力学的性能に及ぼす影響

樋口, あや

      Annual Report 
東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報 44 号 (2024 年度に終了した研究課題)   No.44 Tokyo Denki University                   
 
課題番号 Q24K-02 
課題名（和文） 3m パラボラアンテナを活用した天体観測の開拓 
課題名（英文） Development of astronomical observation by using TDU 3m antenna 
研究代表者 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
理工学部 理学系 助教 
氏名 樋口 あや 
共同研究者 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
 
氏名 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
 
氏名 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
 
氏名 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
 
氏名 
 
研究成果の概要（和文） 
東京電機大学理工学部鳩山キャンパスには、人工衛星追尾専用（X-Band/S-Band）の口径 3 m のパラボラア
ンテナが本館屋上に設置されている。本研究では、構想の第一歩として、このパラボラアンテナを天文観測が
できるシステムに改良する。本研究の 1 年目（2023 年度）に、アンテナの天文観測利用が可能かどうかの調
査・測定装置の購入・試験観測を行い、2 年目である本年度は、観測手法についてマニュアル化し、第一歩と
して、オナーズプログラム「宇宙工学 B」の講義中に、測定実習を行い、測定の安定性を確認した。 
 
研究成果の概要（英文） 
 
At the Hatoyama Campus of Tokyo Denki University, a 3-meter diameter antenna, dedicated to satellite 
tracking (X-Band/S-Band), is installed on the rooftop of the main building. As the initial step of this 
research initiative, we aim to modify this antenna into a system capable of conducting astronomical 
observations. In the first year of the project (FY2023), we conducted a feasibility study on the antenna's 
applicability for astronomical purposes, procured necessary measurement equipment, and carried out 
preliminary observations. In the current fiscal year, which marks the second year of the project, we have 
developed a manual detailing observation procedures. As a foundational educational initiative, we 
implemented practical measurement exercises during the “Space Engineering B” Honors Program course, 
through which we confirmed the stability of the measurements. 
 
 
      Annual Report 
東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報 44 号 (2024 年度に終了した研究課題)   No.44 Tokyo Denki University                   
 
1.研究開始当初の背景 
近年の天文観測は、最新の技術を用いた精密観
測が主流になってきている。特に電波観測は、
ALMA 望遠鏡による高分解能観測が進み、電波
天文学の歴史が変わりつつある。T-タウリ型星、
おうし座 HL 星における原始惑星系円盤内のリ
ング状構造の発見、および、DSHARP プロジェ
クトによるその多様性の発見は、惑星系形成領
域の観測研究の大きな進展となった。申請者は
これまでに、惑星系形成過程の後期段階であ
る、中心星周りが塵の残骸で囲まれたデブリ
（残骸）円盤に対してガス成分の観測を行って
きた。デブリ円盤は惑星形成が完了した段階で
はガス成分はすでに散逸されたと考えられてい
たが、チリのアカタマ砂漠（標高 4800 m）にあ
る国立天文台の Atacama Submillimeter 
Telescope Experiment（ASTE）望遠鏡を用いて
炭素原子の電子基底状態の微細構造遷移（3P1-
3P0: 492 GHz）を観測したところ、約 100 時間
超の観測によって検出に初めて成功した。その
後、ALMA 望遠鏡による高分解能観測を行うこ
とで、デブリ円盤に付随する炭素原子の空間構
造を明らかにした。さらに、デブリ円盤に付随
するガス成分の組成を高分解能観測で明らかに
しようと様々な分子輝線の探査を行ってきた
が、干渉計観測により広がった成分を落として
しまう影響によるものなのか、未だに検出には
至っていない。申請者はこの結果を踏まえ、干
渉計観測の難しさを痛感するとともに、改めて
単一口径望遠鏡による観測の現代的重要さを認
識した。明らかになってきた原始惑星系円盤の
多様性を生む物理的要因の探求には、単一口径
望遠鏡による個々の天体を育んだ分子雲スケー
ルでの構造の理解が強く求められる。 
東京電機大学理工学部鳩山キャンパスには、口径 
3 m のパラボラアンテナ（以下、TDU アンテナ）
が本館屋上に設置されており、主に本学の衛星リ
モートセンシング研究室が人工衛星追尾専用と
して使用している。もしこの TDU アンテナが、
人工衛星の追尾だけでなく、天文観測にも使用す
ることができれば、キャンパス内にあることで、
常時観測を行うことができ、大規模なサーベイ観
測研究を推進するために非常に理想的な環境と
なる。これらのことから本研究を着想した。 
2.研究の目的 
本研究の目的は、近傍の星・惑星系形成領域の分
子探査サーベイのための単一口径望遠鏡を東京
電機大学鳩山キャンパスに実現し、将来的にミリ
波帯（7 mm, できれば 3 mm）観測を常時運用で
きる電波望遠鏡とすることである。分子組成の高
感度探査を分子雲スケールによって行い、その結
果を ALMA 望遠鏡にて観測される惑星系形成領
域の物理的・化学的多様性と対応させることは、
多様な惑星系を生み出す物理的要因の理解に資
する。当該目的のために、現在本学内に設置され
ているリモートセンシング用の TDU アンテナを
天文観測に使用可能なものに改良する。具体的に
は、現状の TDU アンテナの性能評価（アンテナ
能率・天体追尾機能の調査・強度較正・受信機の
雑音温度測定）と鳩山キャンパスにおける観測条
件を調査し、それに応じた観測装置の導入を検討
する。 
3.研究の方法 
本研究では、5 年間で TDU アンテナを天文観測
ができるシステムとして改良・整備する。既に試
験的に R-Sky 法による大気込みシステム雑音温
度の測定、大気の光学的厚みの測定までは行なっ
てきた。今後は、天体追尾システムの確認、点状
電波連続波源の観測によりアンテナの能率測定
を行うとともに、強度較正システムを確立する。
アンテナの仕様上の鏡面精度は 0.35 mm である
ため、ミリ波観測への応用は十分可能である。 
[初年度]  
• アンテナの構造が、本格的な電波天文観測に
対応できるかについて、アンテナのメンテナ
ンスを行っている東陽テクニカの担当者を
交えて検討し、必要であれば改良を行う。 
• 測定装置を整備し、測定方法に関するマニュ
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アルを作成する。 
[2 年目]  
• 観測を実現するシーケンスを検討する。 
• 観測を実行するコマンドを確認し、必要であ
ればプログラムの改良を行う。 
[3 年目]  
• 太陽や惑星からの電波を測定し、アンテナの
能率測定を行う。 
• 強度較正の精度を評価する。 
• 鳩山キャンパスの観測条件のサイト評価を
行う。 
[4 年目] 
• 分光計の搭載を検討しつつ、X-Band/S-
Band 帯にて試験的に運用を開始する。 
[5 年目] 
• 他の研究機関や大学との共同研究によって
ミリ波帯の受信機の搭載について検討する。 
4.研究成果 
2023 年度の経費でスペクトルアナライザーやケ
ーブル等の測定装置一式を購入し、2024 年度は大
気の光学的厚みの測定方法のマニュアルを整備
した。実際に、オナーズプログラム「宇宙工学 B」
の講義にてテスト観測を実施した。宇宙の観測自
体を初めて行う学系や専門が異なる学生を対象
として行った。学生の各々の専門知識を活かして
議論しながら測定を行った。測定結果として、図
1 のような連続波スペクトルが得られた。この結
果を用いて光学的厚みの計算を行った。 
 
図 1：測定結果のスペクトル 
  
 
図 2：測定の様子（宇宙工学 B） 
参考として参加者の感想を以下に掲載する。 
• 座学だけではいまいちイメージできなかっ
た、パラボラアンテナを用いた天体観測の方
法を実践を通じて学ぶことができてよかっ
たです。エレベーションを変えてもオシロス
コープ(?)の波形や数値がほぼ変わらなかっ
たため、やり方があっているか不安になりま
した。天体観測のやり方を学べましたが、そ
れと同時に 10 号館のアンテナは本来リモー
トセンシングのために運用されているため、
天文学的な用途には向いていないことがは
っきりとわかりました。 
• 本日の授業を通して、天体を観測することは
自分の思っているよりも大変だと実感しま
した。また、大気の放射や地面からの放射な
どの測定に邪魔になってくるものを考慮し
て計算式に入れるというところは、機械系に
も似た部分があると感じました。一方で誤差
が大きくてもあまり問題がないという部分
については、観測する人と物を設計・開発す
る人とで変わってくる部分であり、これはオ
ナーズプログラムを履修していなければわ
からなかったのでとても貴重な学びがあり
ました。 
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• 実際に計算をしてから実習をすると、計算し
た数値がどう使用されるのかわかって面白
かったです。また、使ったことのない機器に
触れることができて勉強になりました。 
• 今回、パラボラアンテナを用いた天体観測の
試みを観測させていただき、電波を用いた観
測方法に少し足を踏み入れることが出来た
のかなと感じている。以前までは、天体観測
といえば望遠鏡であり、完成された画像ばか
り見ていたため、アンテナを用いた観測方法
は想像がわかない部分があった。しかし、オ
ナーズプログラムでの講義で衛星の解説を
通して、日常の観測データが波から記録して
いると言う認識に代わり、今回アンテナを用
いた挑戦を行ったことでより一層、データ観
測において知識を広げることが出来たので
はないかと思います。 
• 天体の測定方法について学べる、大変興味深
い講義でした。地球観測においても、大気や
電離層の影響といった、取り除かなければな
らない誤差が存在するため、観測方向は異な
りますが、似たような課題を抱えていると感
じました。座学だけでなく、実際にアンテナ
を操作して天体の観測（今回は大気でした
が）を体験できたことで、参加した学生たち
も楽しんでいる様子が見受けられましたし、
私自身も非常に楽しい時間を過ごしました。
地球観測用のパラボラアンテナに加えて、天
体観測用の TDU アンテナが設置されれば、
宇宙 HP の講義がさらに充実するのではな
いかと感じました。 
• 今回の実験を通して、本当の実験ってこう言
う物なんだと再認識させられました。機械系
の実験だと、ある程度答えが決まっていて順
序通りに進めていけば求めたい値に近くな
り、それをレポートにまとめていたが、今回
のように答えがなく、初めて取り組む実験と
言うのは自分たちが考えてた数値やグラフ
にならず、一見は失敗のように感じるが、次
の実験における改善やデータとして重要な
物だと身をもって感じることができました。
実験自体は今回が最初で最後かもしれませ
んが、今後の実験でどのように変化させてい
くか個人的に興味が沸きました。今日の授業
では、天文学は誤差が大きくても良いことが
1 番印象に残りました。私は機械系なので誤
差は 0.01mm 以内とかが当たり前だったの
で、誤差が 40%でも大丈夫と言った際は驚
きました。それだけ宇宙は大きいと実感しま
した。答えがない計測をしたのは分かります
が、やはり自分的には答えがある方が専門的
な実感が沸くと思いました。しかし、答えの
ない計測が初めてですが想像以上に面白く、
研究者の人達もこのように答えのないもの
を辛抱強く粘り研究を進めているのだと思
いました。 
• 電大のアンテナを天文分野の測定に使うと
いうこと自体が面白かった。アンテナ受光器
の面を遮蔽物で塞いだら受信電力が変化す
ると思ったが、特に変化がなかったことに驚
いた。今回は 5 万円する物質を使って遮蔽
を行ったが、遮蔽物の材質(金属板など)を変
えたりしたら結果が変わるのかどうかが気
になった。また、1.2GHz で立っていたスペ
クトルの正体は何だったのかも気になった。 
• 本日の授業を通して、天体を観測することは
自分の思っていたよりも大変だと実感しま
した。 
• アンテナの追尾ソフトウェアの使用に勉強
になりました。データの意味が理解しまし
た。 
5.主な発表論文等 
（研究代表者、共同研究者には下線） 
〔雑誌論文〕（計 1 件） 
① The Japanese Vision for the Black Hole 
Explorer Mission: Akiyama K., Hada K., 
Niinuma K., Doi A., Galison P., Hagiwara 
Y., Higuchi A., et al., SPIE Astronomical 
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Telescopes + Instrumentation, 2024, 
Proceedings of the SPIE, Volume 13092, id. 
130922E 50 pp. 2024 
〔学会発表〕（計 5 件） 
（国際会議） 
① Science with a Potential Single Dish Mode, 
Black Hole Explorer Japan Workshop, 
June, 2024 
（国内会議） 
② ALMA Band10 受信機を用いた原始惑星系円
盤・残骸円盤おける炭素原子ガスの観測, 第
13回宇宙における生命ワークショップ, 2025
年 2 月 
③ 最新望遠鏡で探る星・惑星系形成, 武蔵野大
学 MCME セミナー, 2025 年 2 月 
④ 多波長観測で探る星形成領域 W3, W4, W5, 
宇宙電波懇談会シンポジウム 2025, 2025 年
1 月 
⑤ Development of astronomical observations 
by using the TDU 3m antenna, 宇宙電波懇
談会シンポジウム 2025, 2025 年 1 月 
〔図書〕（計 1 件） 
① 天文月報「天文観測実習における教育効果の
調査：東京電機大学の実例」, 2024 年 12 月 


3mパラボラアンテナを活用した天体観測の開拓

内田, 彩芽

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課題番号 Q24DS-05 
課題名（和文） 複合現実技術と物理モデルを用いた広範囲 3 次元音場の可視化 
課題名（英文） 
Visualization of large-scale 3D sound field using Mixed Reality and physical 
models 
研究代表者 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
総合研究所 特任助手 
氏名 内田 彩芽 
共同研究者 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
 
氏名 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
 
氏名 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
 
氏名 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
 
氏名 
 
研究成果の概要（和文） 
音場の可視化は音の伝搬を直感的な理解を助ける有効な手段であり、近年は複合現実技術（MR）を用いた３次
元音場の可視化も進められている。しかし、実音場の広範囲かつ高精度な可視化には、多数の測定点が必要と
なる。そこで本研究では、マイクロホンアレイの逐次移動測定を用いた、より簡易な測定で広範囲の音場可視
化する手法の検討を行った。具体的には、①室内インパルス応答に対して局所音場同士を接続して広範囲音場
をモデル化する手法、②騒音源に対して非同期信号の同期処理を組み込んだ音場再構成手法を提案した。実験
により、いずれの手法も従来法に対して精度向上や MRによる波面の可視化効果が確認された。 
 
研究成果の概要（英文） 
Visualization of sound fields facilitates intuitive understanding of sound propagation phenomena, and 
Mixed Reality (MR) technology has recently been employed for this purpose. However, wide-area, 
high-precision visualization requires many measurements with a microphone array. This study proposes 
two methods to reduce measurement costs by incorporating sequential measurements with a microphone 
array: (1) connecting the local estimated-sound fields from room impulse responses, and (2) reconstructing 
sound fields from asynchronous measured signals through synchronization processing. Experimental 
results demonstrated improved reconstruction accuracy and effective wavefront visualization using MR. 
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1. 研究開始当初の背景 
目に見えない音の伝搬や音源の放射特性を明らか
にするには、音場の可視化は有効な手段である。こ
れまで、音場の直感的な理解を助けるため、複合現
実（MR）技術を用いた音の伝搬情報を現実空間に可
視化するシステムを開発してきた。一方で、広範囲
の音場可視化には多数の測定点が必要となるという
課題がある。そこで、近年、点音源や平面波などの
物理モデルに基づく音場補間手法や、物理モデルに
スパース性を仮定した圧縮センシングなど、少数測
定から効率的に音場を再構成する手法が提案されて
いる。しかし、周波数に応じた適切なマイクロホン
配置が必要など、広範囲の音場を高精度に再構成す
るには、依然として大規模な測定系が必要とされる。 
2.研究の目的 
本研究では、少数の測定情報から、再構成・可視化
される音場の範囲の拡大を目的とし、2 つの広範囲
音場再構成手法を提案する。いずれの手法において
も、マイクロホンアレイを空間的に大きく移動し、
位置を変えて測定を何度か繰り返す測定方法を用い
る。これによって、同時に必要となるマイクロホン
数を増やすことなく測定範囲を拡張する。 
手法①では、スピーカから出力される室内インパル
ス応答を対象とし、マイクロホンアレイの測定位置
毎に局所音場をモデル化し、それらの音場を滑らか
に接続し，広範囲の音場を再構成する。 
手法②では、より一般的な騒音源を対象とし、未知
の音源に対する広範囲の音場の再構成を行う。騒音
源は移動せずに継続的に音を放射することを仮定す
るが、この時、マイクロホンアレイの移動測定は非
同期録音となる。そこで、各録音での振幅と位相の
ずれを補正する同期処理を最適化問題として定式化
し、音場再構成モデルに組み込むことで、時空間的
に整合性のある広範囲の音場再構成を実現する。 
3.研究方法 
手法①では、マイクロホンアレイで測定された各位
置の室内インパルス応答に対して、点音源の線形結
合で音場を表現する等価音源法を用い、特に初期反
射音については虚像法に基づいた等価音源の配置を
利用する。アレイの配置ごとに局所的に音場をモデ
ル化した後、等価音源の分解によって直接音と反射
音に分離した上で、それぞれを隣接する局所音場同
士で連結する。振幅および位相は空間的に滑らかで
あると仮定し、それぞれを多項式局面により近似し、
広範囲の音場を再構成する。 
手法②では、アレイの移動により非同期録音された
信号を前提とし，等価音源法に基づいて再構成を行
う。この時、等価音源の重みを求める最適化問題に
おいて、音源が移動せず、かつ指向性が変化しない
という制約条件を導入することで、非同期信号を整
合させ、時空間的に同期した音場を再構成する。 
4.研究成果 
円形アレイを用いた実験において、手法①では、
測定位置誤差が存在する条件下で、従来の同期測定
手法に比べて SNR 6 dB 程度推定精度の向上を達成
し、測定位置誤差の影響を軽減しつつ、広範囲の音
場が再構成可能なことが分かった。また、MRによる
可視化実験では、明確に広範囲の波面が可視化でき
ることが確認された。一方で、測定位置誤差がない
場合は、局所音場のモデル化精度に限界があり、従
来手法より精度が劣化する課題が明らかとなった。 
手法②では、2 kHz の定常音場において、非同期
信号で推定した領域において，従来手法と比較して
SNR約 1.3 dB ほど精度が向上した。しかし、他の周
波数では解が収束しない場合があり、最適化アルゴ
リズムの再検討が必要である。 
5.主な発表論文等 
〔学会発表〕（計 2件） 
① 内田彩芽，津國和泉，池田雄介，及川靖広，”
複数音場モデルの結合を用いた複合現実技術に
よる広範囲音場の可視化”，2024 年日本音響学
会秋季研究発表会 (2024.9) 
② 内田彩芽，津國和泉，池田雄介，及川靖広，”
非同期録音信号を用いた広範囲の定常音場推定
の基礎的検討”，2025 年日本音響学会春季研究
発表会 (2025.3) 
 


複合現実技術と物理モデルを用いた広範囲3次元音場の可視化

東京電機大学博士（工学）2024doctoral thesi

戸塚, 圭亮

学位論文審査の結果の要旨
報告番号 先端科学技術甲第195号 氏 名 戸塚 圭亮
論文題目 知覚と力学に基づく触覚テクスチャモデルの統合と環境適応化
論文審査委員会
委員（主査）五十嵐 洋 教授（電気電子システム工学専攻）  
委員（副査）和田 成夫 教授（電気電子システム工学専攻）  
委員（副査）斎藤 博人 教授（情報通信メディア工学専攻）  
委員（副査）深沢 剛司 教授（先端技術創成専攻） 
研究の背景
ヒューマン–マシンインタラクションの高度化に伴い，触覚技術への期待が高まっている．
中でも，物体の表面を手に持ったツールでなぞる際に生じる振動を仮想空間で再現する「触
覚テクスチャモデル」は，触れた物体の粗さや硬さといった特性をユーザに提示するうえ
で極めて有用である．しかし従来の手法は，1 つのテクスチャを再現するたびに新たなモ
デルを構築しなければならない「汎用性」の問題，測定に用いた接触子の伝達関数に依存
し，他のツールへの転用が困難な「応用性」の問題を抱えていた．本研究では，これら 2 つ
の課題を解決するために，知覚と力学に基づいた触覚テクスチャモデルの統合方法と，接
触子・振動子の影響を除去・付与する環境適応型の振動変換手法を提案した．
研究の目的 
本論文では 
(1) 複数のテクスチャモデルを統合することで，個別のモデルに依存せず，ユーザが直
感的にテクスチャを操作・合成できる汎用的な触覚テクスチャモデルの構築． 
(2) 接触子・振動子の特性を変換することで，異なるツールでも同等の触覚提示を可能
にする応用性の高いレンダリング手法の確立． 
を主たる目的とする．これにより，様々な表面特性を統一的にモデル化し，環境や使用ツ
ールに柔軟に対応できる触覚テクスチャ提示の実現を目指す． 
研究の内容 
本論文は，触覚テクスチャモデルの汎用性と応用性を両立させるための手法を提案・検証
した全 6 章から構成される．以下，各章の内容を概説し，関連する業績について述べる． 
第 1章では，先に挙げた従来研究の課題について詳述し，本研究の位置づけを説明する． 
第 2 章では，触覚テクスチャモデリングにおける基盤技術として，パラメトリックイコ
ライザ（PEQ） を用いたテクスチャ信号のモデリング手法を提案している．記録振動のス
ペクトルを複数のピークとノイズ成分に分解し，ピーク周波数・増幅度・帯域幅を最適化
することで，記録した周波数特性を再現可能なテクスチャモデルを構築した．この成果は 
[1] K. Tozuka and H. Igarashi，“Automatically Haptic Texture Modeling with Parametric 
Equalizer,”SAMCON 2022, Saitama Japan, 2022. 
[2] K. Tozuka, R.Watanabe and H. Igarashi，“Human-based Evaluation for Vibration 
Synthesis with Parametric Equalizer,”MIPE2022, Nagoya Japan, 2022. 
として査読付き国際会議論文にまとめられている． 
第 3 章では，力学的・知覚的ルールに基づくテクスチャモデルの簡略化を行っている．
力学的観点（粗さの層とスペクトル上のピークの関係）と知覚的観点（知覚閾値以下のピ
ークは消えても知覚されない）の双方を使った簡略化方法について検証した．この成果は 
[3] K. Tozuka and H. Igarashi，“A Simplified Texture Modeling Using a Physical and 
Perceptual Rule-Based Approach,”IEEE Access, vol. 12, pp. 59868-59879, 2024. 
として査読付き英語論文誌にまとめられている． 
第 4 章では，複数のテクスチャモデルを統合するために，2 層の回帰モデルを用いた手
法を提案している．これにより，ユーザは粗さ・硬さなどの物理パラメータを直感的に操
作するだけで複数テクスチャの特徴を合成・補間できる．この成果は 
[4] 戸塚 圭亮, 五十嵐 洋: ``振動特性と物理的特性を統合した触覚テクスチャ生成モデ
ル'', 第 29回日本バーチャルリアリティ学会, 1D2-03, 名城大学, 愛知県, 2024/9/12. 
として査読なし国内会議論文にまとめられている． 
第 5 章では，接触子や振動子の筐体が持つ伝達関数の影響を変換することで，どのような
ツールを用いてもリアルなテクスチャ提示が可能となる「環境適応型触覚振動変換法
（EAVT）」 を提案している．LRA（リニアアクチュエータ）と VCA（ボイスコイルアクチュ
エータ）を用いた実験により，接触子が付与するフィルタと振動子筐体が与えるフィルタ
を周波数特性から同定し，振動子筐体の影響をあらかじめ付与することで，実際の使用環
境で相互作用したときの加速度を提示できることを示した．この成果は 
[5] K. Tozuka and H. Igarashi: ``Toward Realism of Haptic Texture: 
Environment-Adaptive Vibrotactile Transformation,'' IECON 2024 –  50th Annual 
Conference of the IEEE Industrial Electronics Society, Chicago, USA, 2024. 
として査読あり国際会議論文にまとめられている． 
第 6章では，本論文の結論と制限事項，今後の展望についてまとめている． 
以上，本論文で提案された汎用性と応用性の両立を目指す触覚テクスチャモデルの構築
手法は，複数テクスチャの統合や異なるツールへの展開を可能とする点で触覚工学分野に
おいて極めて有用であると判断できる．本論文の成果は触覚提示デバイスやバーチャルリ
アリティ，ロボット工学など，工学的・工業的応用分野において広く貢献し得るものであ
り，よって本論文は博士（工学）の学位論文として十分な価値を有するものと認められる． 


知覚と力学に基づく触覚テクスチャモデルの統合と環境適応化

津國, 和泉

      Annual Report 
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総合研究所年報 44 号 (2024 年度に終了した研究課題)   No.44 Tokyo Denki University                   
 
課題番号 Q24D-03 
課題名（和文） 深層学習と物理モデルを用いた室内インパルス応答のモデル化 
課題名（英文） Modeling of room impulse responses using deep learning and physical model 
研究代表者 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
未来科学部 情報メディア学科 助教 
氏名 津國 和泉 
共同研究者 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
 
氏名 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
 
氏名 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
 
氏名 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
 
氏名 
 
研究成果の概要（和文） 
本研究は、室内音響設計や音場制御において重要な室内インパルス応答（RIR）を、少数のマイクロホンから
効率的に推定する手法を提案する。従来の深層学習を用いた手法では、RIR の補間に限られ外挿精度が不明で
あった。また、複数の損失関数を用いるため勾配対立により学習が停滞する問題があった。これに対し、本研
究では、物理モデルを組み込んだ PINNs に対して、損失関数の勾配を動的に調整する DPM を導入することで、
学習の停滞を防ぎ外挿精度の向上を達成した。シミュレーション実験により、従来手法と比較して評価点全体
において約 6−8 dB の精度改善、外挿においても約 3 dB の改善が確認された。 
 
研究成果の概要（英文） 
This study proposes a method for estimating room impulse responses (RIRs), which are crucial for room 
acoustics, using a small number of microphones. Conventional deep learning approaches primarily focus on 
interpolation. Additionally, these methods often suffer from gradient conflicts arising from the use of 
multiple loss functions. To address these issues, we incorporate the Dynamic Pulling Method (DPM) into 
Physics-Informed Neural Networks (PINNs), which dynamically adjusts the gradient of the loss functions. 
Simulation results demonstrate that the proposed method improves overall estimation accuracy by 6–8 dB 
and extrapolation accuracy by approximately 3 dB compared to conventional PINNs. 
 
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1.研究開始当初の背景 
空間内の音の伝搬特性を把握することは、室内の
音響設計や、任意の空間の音場を制御する音場制御
分野において非常に重要である。室内の音の伝搬特
性は、スピーカから測定信号を再生し、マイクロホ
ンで録音することによって、室内インパルス応答
（RIR: Room Impulse Response）という形で取得
可能である。しかし RIR は位置によって変化するた
め、空間全体における伝搬特性を知りたい場合、大
規模なマイクロホンアレイが必要となる。 
そこで近年、機械学習を用いた RIR のモデル化技
術が発展してきている。しかし、既存手法では RIR
の内挿のみに焦点をあてており、外挿精度は明らか
でないことや、勾配対立が原因となり学習が途中で
停滞してしまい推定精度が低下する課題がある。 
本研究では、簡易的なマイクロホンアレイを用い
て機械学習と物理モデルを組み合わせた深層学習モ
デルを提案する。特に物理モデルと機械学習を組み
合 わ せ た Physic-Informed Neural Networks 
(PINNs) を用い、勾配対立における課題を改善す
る。 
2.研究の目的 
 効率的に多点の RIR を取得するため、少数マイク
ロホンの測定データから RIR をモデル化する手法
がこれまで数多く研究されている。特に深層学習を
用いた先行研究では、波動現象を記述する波動方程
式を損失関数に導入することによって、測定データ
のみに依存せず、物理法則に則った出力結果を得ら
れるように学習をすすめる PINNs が急速に注目を
浴び、RIR のモデル化においても一定の成果を挙げ
てきている。 
しかし、先行研究では RIR の補間のみを行ってお
り外挿精度が明らかでない点や、2 種類の損失関数
を使用して学習を行うため、損失関数の勾配対立時
に学習の停滞が生じる、といった課題がある。そこ
で本研究では下記 2 点を研究目的として取り組む。 
① RIR の補間のみに限らず外挿精度の改善を行う 
② 損失関数の勾配対立問題を解決し、RIR の推定
精度の改善を行う 
また、本研究では実環境で実装可能なマイクロホン
アレイ形状を想定し、ランダムアレイではなく簡易
的な形状の平面アレイを用いる。 
3.研究の方法 
 本研究では、損失関数を動的に調整する Dynamic 
Pulling Method (DPM)を導入したモデルを提案し
た。DPM は、勾配が対立した際に勾配を動的に調
整することで学習の停滞を解消する。本研究では、
データ損失と波動方程式の損失が対立した際に、波
動方程式を重視して学習を進めることで勾配対立に
よる学習の停滞を解消する。また、波動方程式を重
要視することで物理法則に則った結果を出力し、外
挿精度を改善するモデルを提案した。 
4.研究成果 
144 本の平面アレイを用いて、外挿点を含む 400
点の RIR を推定するシミュレーション実験を行っ
た。測定データにはノイズを付加し、SNR10,20,30 
dB の信号を用いた。実験結果より、既存手法（DPM
なし PINNs）よりも約 6−8 dB高い推定精度が提案
手法（DPM あり PINNs）によって得られた。また、
外挿精度においても、既存手法の推定精度を約 3 dB
改善した。したがって、提案手法では簡易的なマイ
クロホンアレイを用いて、勾配対立によって低下し
ていた外挿を含む推定精度の改善を達成した。 
5.主な発表論文等 
（研究代表者、共同研究者には下線） 
〔学会発表〕（計 2件） 
① 倉田験，佐藤元，津國和泉，池田雄介，“残差接
続と物理法則を用いた深層学習による室内イン
パルス応答推定” ，日本音響学会 2024 年秋季
研究発表会，2024.9. 
② Ken Kurata, Gen Sato, Izumi Tsunokuni, 
Yusuke Ikeda, “Noise-Robust Estimation of 
Early-part Room Impulse Responses based on 
Physics-Informed Neural Network with 
Dynamic Pulling Method, ” APSIPA2024，
2024.12. 
 


深層学習と物理モデルを用いた室内インパルス応答のモデル化

藤田, 聡

耐震安全研究センター　年度末報告書

山田, あすか

村川, 真紀

荻原, 雅史

米ケ田, 里奈

橘, 亮輔

山口, 裕樹

藤嶋, 隼平

根元, フィヨドロワ貴代

佐藤, 栄治

湯山, 美杉

西村, ユミ

「付加的空間の開かれ」を含む，個性化・包摂化・コモンズ化による公共機能再編の検討

面谷, 信

矢口, 博之

奥田, 京香

      Annual Report 
東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報 44 号 (2024 年度に終了した研究課題)   No.44 Tokyo Denki University                   
 
課題番号 Q23T-01 
課題名（和文） 電子タイルによる超省エネ反射型壁面表示の実現 
課題名（英文） Realization of energy-saving reflective wall display using electronic tiles  
研究代表者 
理工学部 情報システムデザイン学系 特任教授（研究期間中） 
 
面谷 信 
共同研究者 
理工学部 情報システムデザイン学系 教授 
 
矢口博之 
理工学研究科 情報学専攻 修士  
 
奥田京香 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
 
氏名 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
 
氏名 
 
研究成果の概要（和文） 
反射型の表示技術である電気泳動表方式を用いて、超省エネルギーのタイル状の汎用表示ユニットを作成し、
任意枚数を壁面上等に展開することにより、壁面等に任意サイズかつ任意形状の表示画面を形成し、あらゆる
建築壁面を情報やデザイン表示の場とすることの効果を実証した。具体的には 400 枚の電子タイルを用いて
2 m 正方の表示パネルを試作し、これを消費電力 5 w で安定駆動可能なことを確認し、またタイルの材質と
構造の最適化により安定な温湿度特性を実現し、長期的な耐久安定性を確認した。 
研究成果の概要（英文） 
Using electrophoretic display technology, which is a reflective display technology, we created energy-
saving general-purpose tile-shaped display units and demonstrated the effectiveness of using any building 
wall as a place to display information and designs by deploying any number of them. Specifically, we 
fabricated a 2 m square display panel prototype using 400 electronic tiles, and confirmed that it could be 
stably driven with a power consumption of 5 W. Furthermore, by optimizing the tile material and 
structure, stable temperature and humidity characteristics were achieved, and long-term durability and 
stability were confirmed 
      Annual Report 
東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報 44 号 (2024 年度に終了した研究課題)   No.44 Tokyo Denki University                   
 
1.研究開始当初の背景 
デジタルサイネージの需要増に伴い、壁面等で
の大画面表示のニーズ急増が期待されるが、現状
の LED 方式や液晶方式は発光型のため消費電力
が大きく、壁面等への大画面表示の普及進行は、
省エネルギーと脱炭素をめざす方向性に逆行す
るとともに、災害時の情報提供源として期待でき
ない。また鮮やかな発光型表示の乱立は都市景観
の劣化につながる。これに対して反射型表示方式
の電子ペーパー技術は格段に省電力で、停電時に
もソーラーパネル等により災害時の情報提供が
可能で、かつ穏やかな表示特性を持つ反射型表示
は上質な都市景観の維持に貢献が期待できる。 
2.研究の目的 
反射型表示技術である電気泳動表方式を用い
て、タイル状の表示ユニットを作成し、任意枚数
を壁面上等に展開することにより、壁面等に任意
サイズ/形状の表示画面を形成し、あらゆる建築壁
面を情報やデザイン表示の場とすることの効果
と実用性を実証することを本研究の目的とする。 
3.研究の方法 
本研究では、電子タイルが超省エネルギーの壁
面表示媒体として広く活用されるものとなるた
めに必要な下記課題について検討を進め、電子タ
イルの実用性と広範な応用可能性を実証する。 
(1) 表示基本特性の確認と定量評価 
(2) 表示電力消費要素の確認とさらなる低電
力化の実現 
(3) ユニバーサルデザインの観点での理想的
表示コンテンツの試作と評価 
(4) 実環境下での表示安定性の確保と評価 
(5) カラー表示パネルの試作と表示特性およ
び視認性の確認・評価 
4.研究成果 
(1) 画素および目地領域の視認性について観察
距離との関係を定量的に明らかにした。 
(2) 2 m 正方の表示パネルを 5 w で駆動可能なこ
とを確認する一方、書換時以外の待機電力消
費が大きな部分を占めることを確認し、待機
電力の低減がさらなる低電力化のための加
地であることを定量的に明らかにした。 
(3) 電子タイル特有の画素大きさを前提とした
読みやすい表示デザインに関して、ユニバー
サルデザインの観点で望ましい表示コンテ
ンツを検討し、斜め線が少なく太字のフォン
トセット（東亜重工フォント等）の使用が有
効であることを明らかにした。 
(4) 温湿度環境による表示安定性の問題につい
て、材質と構造を最適化した電子タイルを試
作し、実環境下での表示安定性を確認した。 
(5) プロジェクション方式によるカラー情報重
畳により、簡易な装置構成で電子タイルのカ
ラー化が可能であることを実証した。 
5.主な発表論文等 
〔雑誌論文〕（計 2 件） 
① 森田愛生，面谷信, “ポッゲンドルフ錯視の特
性解明とタイル状ディスプレイ上の表示画
像への影響評価”, 日本画像学会誌 63 巻 3 号, 
pp. 238-245(2024). 
② M. Omodani, H. Yaguchi and H. Oba, 
“Electronic Tile as an Energy Saving 
Display Component”, Journal of the 
Imaging Society of Japan Vol. 63 No. 6, pp. 
644-650（2024) 
〔学会発表〕（計 3 件） 
① 小林大起, 矢口博之, 面谷信, “電子タイルと
プロジェクタを用いたハイブリットカラー
表示”, 画像関連学会連合会第 9 回秋季大会, 
2023/11/13 (名古屋). 
② M. Omodani, H. Yaguchi, H. Kobayashi, 
“Electronic Tile as an Energy Saving 
Reflective Display”. International Display 
Workshops 2023, 2023/12/7 (新潟). 
③ M. Omodani, H. Yaguchi, R. Shinohara, 
“Activation of All Kind of Surfaces by Using 
e-Paper”, International Display Workshops 
2024, 2024/12/4 (札幌). 
〔産業財産権〕（計 1 件） 
① 特願 2023-164088”複合表示装置”, 面谷信, 矢
口博之, 小林大起, 奥田京香, 田中貴大. 
6. 研究組織  
研究代表者: 東京電機大学 理工学部 情報シ
ステムデザイン学系 特任教授 面谷 信 
共同研究者: 東京電機大学 理工学部 情報シ
ステムデザイン学系 教授 矢口博之.  
研究に協力した大学院生: 東京電機大学 理
工学研究科 情報学専攻 修士 奥田京香. 


電子タイルによる超省エネ反射型壁面表示の実現

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