高柳健次郎賞・高柳健次郎業績賞

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目的・詳細

高柳健次郎賞 2024年受賞者

高柳健次郎賞 歴代受賞者（別ページ）

「光ファイバに於ける群速度の制御に関する先導的研究」

主な業績内容

川上彰二郎博士は、光ファイバ通信の草創期からその研究に従事し、多モードおよび単一モード光ファイバ それぞれについて、伝送容量など諸特性を極限まで高める導波構造を解明・発明した。 同博士は1965年東北大学電気通信研究所に採用され、喜安善市、西澤潤一の研究グループで、当時はまだ 夢の技術であった長距離光ファイバ通信の研究に取り組み始めた。光ファイバの試作は外部の協力を得ながら 理論研究を牽引した。

コア・クラッド２層型分布（ステップ・インデクス）は当時知られていたが、これを最適な屈折率分布（グレーデッド・インデクス）にすることで、光ファイバ内を伝搬する多数のモードの群速度が屈折率分布の制御によりモード 次数によらず等化されうることを明らかにし[1]、伝送容量を２桁以上向上させることが可能であることを見いだした。

1970年にMaurerらから低損失光ファイバの実証が発表され世界的な研究開発が始まった。 光ファイバ通信の実用化研究の最初の目標になったのは上述のGI（グレーデッド・インデクス）ファイバによる通信であった。その方式の実証および実用化が世界中で盛んになった。

そのころ川上彰二郎博士は次に来たるべきは単一モード光ファイバであると考え、階段状分布のコア・クラッド間に低屈折率層を設けるＷ型光ファイバを創案し、分散特性・耐曲がり性に優れた構造を発見した。 ガラス材料の屈折率の波長分散をファイバ構造による分散で補償するという考えである[2]。 「二つのタイプの光ファイバの問題点解消はともに日本からの”initial development” による」と国際的に 権威ある叢書に明記され[3]、上の二つの成果は世界的に高く評価されている。 GI型多モードファイバは、日本国内を例にとると1970年代後半から1980年代半ばまで主流の伝送媒体で あった。 Ｗ型単一モードファイバは1980年代以降にATT社が実用化を推進し米国、ヨーロッパで多用されて いる。

川上彰二郎博士は、（株）フォトニックラティス設立、論文発表（電磁波理論）、特許出願（フォトニック結晶応用 素子）など、「生涯一技術者」として技術開発の現場からの寄与を現在も続けている。

[1]S. Kawakami and J. Nishizawa, "An optical waveguide with the optimum distribution of therefractive index with reference to waveform distribution," IEEE Trans. Microwave Theory andTech., vol. MTT-16, pp. 814-818, Oct. 1968.

[2]S. Kawakami and S. Nishida, "Characteristics of a doubly clad optical fiber with a low-index inner cladding," IEEE J. Quantum Electron., vol. QE-10, pp. 879-887, Dec. 1974.

[3]P. J. B. Clarricoates, “Optical Fibre Waveguides – A Review” in Progress in Optics, vol. 54, 1976, p. 381.

高柳健次郎業績賞 2024年受賞者

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「ワイヤレス通信の先進的信号処理および変調技術の研究」

主な業績内容

杉浦博士は、利用しやすい周波数資源が限られる中でさらなる高度化が重要な次世代ワイヤレス 通信を対象として、基盤技術である符号化/変復調技術などの先進的信号処理の開発に従事して きた。 代表的な研究事例として、空間変調、インデックス変調、Faster-than-Nyquist (FTN) 信号伝送、メタサーフェス反射デバイス、物理層セキュリティなどがある。 空間変調については、複数のアンテナ素子を有する送信局において一素子のみを起動する方式の 開発に取り組み、送信局の装置規模・消費電力を減少させることができる移動端末や簡易基地局 などにおいて現実的な大規模複数アンテナ伝送技術を開発した。特に、一系統の高周波回路で 広帯域信号を送受信するために実用上重要な信号処理手法を提案した。

また、FTN 信号伝送は、送信シンボル間隔をナイキスト基準未満に設定して非直交化を許容する ことで、周波数帯域を増やすことなく送信レート向上を目指した技術である。 杉浦博士は周波数 軸上の変動を考慮した現実的な周波数選択性ワイヤレス伝搬路において、理論的の性能上限を目的 関数として非直交信号伝送の送受信機構成を設計した。

以上の研究成果について、100 篇を超える学術論文がIEEE ジャーナルに掲載されており、 その半数以上を第一著者または責任著者として実質的に貢献している。日本学術振興会賞や文部 科学大臣表彰若手科学者賞など多くの賞を受賞するなど、同分野において評価されている。

さらに後進育成に熱心であり、指導した大学院生の多くは在学中の成果がIEEE ジャーナル誌に 主著論文として掲載されている。学協会に関する貢献としては、IEEE の主要ジャーナル誌（IEEE Transactions on Communications, IEEE Wireless Communications Letters）や Scientific Reports誌でエディタを務めてきており、模範的編集委員の表彰を受けている。

以上より、同博士は通信工学を発展させ、国際的に高評価を受けており、当分野をリードする研究 者として今後の活躍が期待できる。

「動的３次元モデル生成技術の高度化と映像制作への応用」

主な業績内容

実在する動く被写体の形状や色情報を取得して、CGの3次元モデルと同様の形式で記録できれば、コンピューター 内の仮想空間に被写体の3次元モデルを配置することで、任意の撮影位置から自由なカメラワークで被写体の映像を 生成できる。3次元モデルの取得には、光のパターンを被写体に照射して取得する能動的な手法や、複数のカメラで 撮影した映像のみを用いて取得する受動的な手法など様々なアプローチが行われていた。しかし、取得した3次元モ デルの形状精度や、表面に貼り付けるテクスチャーの解像度が十分でなく、放送番組の制作に用いるには品質が十分 でなかった。2007年、久富博士はこの課題に対して、当時まだ一般的ではなかったハイビジョンカメラ24台を被写 体の周囲に配置し、動く被写体の時系列の3次元モデル（動的3次元モデル）を、様々な方向から同時に撮影した高精 細映像から生成することで、モデルの品質向上を図った。同博士は、動的3次元モデルが一度取得すれば容易に複製 できる特徴を生かし、デジタルエキストラとして放送番組の群衆シーンを制作することに応用した。その際、複製によ るデータ量の増大を考慮して、レンダリング負荷が高い点群の数を必要最低限に削減する一方で、テクスチャーの解 像度は変えずに品質を維持した。また地面と接地している足元のレンダリング手法を工夫することで、シーンになじむ 映像を生成した。 制作したシーンは、2009年に放送されたNHKドラマ「坂の上の雲」で使用され、3次元モデルを 用いた新たな制作手法を実証した。

同博士は取得する被写体の形状の精度向上にも取り組んだ。形状取得の方法としては、撮影エリアに等間隔に配置 した点群を、各カメラにおける被写体のシルエットで切り出して3次元モデルを取得する視体積交差法や、点群の各点 を複数のカメラに投影したとき、色の類似度が高い点を抽出して3次元モデルを取得するステレオマッチング法など が提案されていた。しかし視体積交差法は凹形状が再現されない、ステレオマッチング法は色の類似度を各点で独立 に算出すると、凹凸状のノイズが発生するなどの課題があった。そこで撮影エリアに点を等間隔に配置し、視体積交差 法で求めたモデルの内側にある点において、色の類似度が高い点ほど細い線分で結んでグラフを構築した。そのグラ フを最適に2分割するエネルギー最小化問題として捉え、切断する線分の太さの合計が最小になる分割を算出するグ ラフカットというエネルギー最小化アルゴリズムを適用することで、凹凸状のノイズを抑制した凹部を含む3次元モデ ルを生成する手法を提案した。さらに、各点を各カメラ映像に投影したとき、シルエットの輪郭付近に多く投影される 点は被写体表面である確率が高いと仮定し、それらの点を結ぶ線分は細くした。また視体積交差法で抽出したモデル を縮退させて取得した被写体の芯の内側は表面である確率が低いと仮定し、線分を太くすることにより、薄い被写体 や細い被写体も取得できるようになった。この手法を用いて、薄い袖や細い杖などの小物を伴う能の舞いなど、物と して後世に残すことができない無形文化財を3次元モデルとして記録することが可能となった。

3次元モデルの取得技術は、最近目覚ましい発展を遂げているAR（拡張現実）やVR（バーチャルリアリティー）、立 体ディスプレーなどにおいても、実在する物体を仮想空間に再現するための入力手段となる重要な技術である。同氏 は動的3次元モデルを用いて、実写コンテンツを裸眼立体ディスプレーに表示する実証実験や、ライトフィールド技術 をHMDに応用する試みにも携わっており、映像技術のイノベーションに大きく貢献した。