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注）このサイトは，個人の費用で維持しておりますので，公的なものではありません．

現在，主に透過型電子顕微鏡(TEM)用の超高速度カメラの研究を行っております．

http://www.tomakomai-ct.ac.jp/wp01/wp-content/uploads/seeds/ITO.pdf

諸事情により，伊藤研究室は閉鎖となりました．以下は記録として残しておきます．

伊藤研究室の卒業研究テーマと設備（記録）

News

伊藤研究室は，閉鎖致しました．

平成31年度卒研テーマ候補名

計算系テーマ

  • レーザーによるポンデロモーティブ力の相対論的数値計算
    • 大強度レーザーによる非線形力としてポンデロモーティブ力があるが，その効果はきちんと相対論的に議論しないといけない．そこで，先行研究も参照しつつ，数値計算での評価を行なう．（おそらく解析的には解けないと思う）
  • 電子軌道計算コードのGPU最適化
    • 高速カメラの数値解析を行っているが，その並列計算時に時間がかかるのが，電子の軌道計算部分であるので，高速化のためにGPUにその部分を担わせれないか検討する．
  • 楕円形アインチェルレンズの収束特性に関する研究
    • 2次元サンプリングストリークカメラの基礎的な概念設計を平成30年度は完全に行ってくれたので，その応用として，楕円形の静電レンズの導入を検討したい．楕円形静電レンズの電子の収束特性がよく分かっていないので，静電レンズ設計用のソフトで，特性を調べる．
  • 並列FDTD法を用いたMTFの理論計算（平成30年度からの継続）
    • 画像の空間伝達関数であるMTFの理論計算を継続する（3-4年の長期計画）．平成30年度の成果としては，テストチャートの実験値と理論値は非常に良い一致を示し，理論計算の土台を作ってくれた．そこで，次の段階として，ナイフエッジ法の実験値と理論値の比較を行なう．
  • MPIポアソンソルバーのOpenFDTDへの実装と最適化
    • 電磁界解析手法のFDTDは静電界が扱えないので，静電界を扱うために，ポアソン方程式の部分を追加する．MPIは計算機の標準的な並列化手法である．

実験系テーマ

  • 3次元立体電界モニタの開発（平成30年度からの継続）
    • 電子レンジ内部の電界分布を可視化するモニタが良いところまでいったので，改良し，性能を更に高める．（レクテナアンテナを使っている）できれば，可視化されたLEDの輝度をカメラで取得したい．それには，OpenCVを使う予定．
  • AgICを用いたマイクロ波領域でのメタマテリアルの生成に関する研究
    • プリンテッドエレクトロニクスの一種であるAgICを用いて，積層型のメタマテリアルの生成を目指す．
  • 損失性のマイクロストリップ線路の伝搬モードへの影響評価（平成30年度からの継続）
    • AgICで作った伝送線路の特性が平成30年度でかなりわかった．卒研でこのテーマを研究してくれた学生に感謝である．（マイクロストリップ線路というのは，伝送線路で，非常によく使われるものである．）あとは非常に細かいとこであるが，銀の抵抗膜損失とフィルムの誘電体損失の分離評価が厳しかったので，更に継続して評価する．また，卒業までにTDRとVNAの操作マニュアルを整備してくれるらしい(^^)
  • AgICと低価格VNAを用いた高周波回路の学習教材の作成
    • VNAは，高周波測定の定番の測定器であり，散乱マトリックス（Sパラメータ）が測定できる．これを用いて学習教材としての教育プログラムを作ることを目指す．（平成29年度のテーマの継続）
  • 環境電磁界発電を視野に入れたレクテナ素子の効率化に関する研究
    • レクテナという整流アンテナの形状を最適化したい．最適化できれば，3次元電界モニタに反映できるし，環境にある電磁波で発電する場合に効率が改善できる．（試作にはAgICを用いる)
  • 測定系のダイナミックレンジがMTFに与える影響の評価
    • 平成30年度の卒研で判明したことに，測定された値のダイナミックレンジが，画像の評価指標である空間伝達関数(MTF)に与える影響が大きいことがわかった．その影響を評価して，理論計算と比較したい．

卒業研究トピック

  • 近接型超高速度カメラの漏れ電界の減衰手法の開発 (H28)
  • ponderomotive-deflection を利用したTEM用の超高速度カメラに関する基礎研究 (H29)
  • 2次元サンプリングストリークカメラに関する研究 (H28,H30)
  • MTFの導出法に関する研究 (H24,H26,H28,H30)
  • AgICに関する特性の評価 (H28,H30)
  • 導電性塗料の特性の評価 (H28)
  • アバランシェ動作を用いた高電圧短パルスの発生手法の研究（未着手）
  • OpenFDTDのカスタマイズ (H28,H29,H30)
  • OpenSourceのParticle In Cellコードのカスタマイズ（未着手）
  • 弾性波FDTDの並列化（未着手）
  • AgICによるレクテナ素子の作製 (H29,H30)
  • レクテナ素子の効率的なアレイ化 （未着手）
  • TDR波形の逆解析（未着手）
  • インピーダンス整合の安価な教材開発 (H29)
  • STLデータの効率的な作成手法 (H29)
  • プロジェクションマッピングによる電磁気現象の可視化 (H29)
  • モンテカルロ法によるMCPの動特性解析（未着手）
  • シャッタリングパルス伝搬時のMCPの応答解析（未着手）
  • SPH法によるシュレディンガー方程式の数値計算（未着手）

情報工学のテーマ（希望があれば対応可、現在研究を停止中）

  • 時間割最適化問題に適したGAにおける遺伝子と交配規則の性能評価 (~H26)
  • Walsh関数を用いたLEDマーカの位置検出の高度化 (~H26)
  • AIを用いた英文法チェッカ用のLaTeXフィルタの開発 (~H26)

関心

  • 連続体解析→粒子法
  • スパースモデリング
  • メタマテリアル
  • GeantV
  • CUDA

主な設備

  • 2014年製計算機 (10台, 1-node Xeon 1.8GHz 16core 32Gbyte memory) Linux
    • MPI,OpenMP専用機です．
      • MPICH3.2環境に移行しました．
      • H29に全てのdisk を 4Tbyte に換装しました．
  • GPU用計算機 (4core, 24Gbyte, with tesla C2075) Linux
    • 現在，CUDA8.0 が動いています．試したい学生は歓迎します．
      • 残念ながら，C2075はCUDA8.0までです．　CUDA10.0まで対応しているようです．
  • Paraview用計算機 (16core, 128Gbyte, with Nvidia GPU, 2Tbyte RAID+ 4TByte） Linux
  • 2009年製計算機 (16core, 80Gbyte) Windows server 2012（disk error のため，停止中）→ linuxにして稼働中
    • SIMION専用計算マシンです．もう古くてそろそろ引退かも．
    • OpenFDTD用の並列計算機がもっと必要になってきたので，MPI用にメンテナンス中です．（何故か，MPIが動かない　汗））
    • 原因が判明し，XeonはSIMD命令が使えないが通常は無視されていた．しかし，Xeon X5560は，完全に外さないと，エラーになることがわかりました．
    • openMPとMPICH3.2 が使えます．
  • TDR測定用サンプリングオシロスコープ ( 20Ghz)
    • 北海道大学の研究室からの借用設備です．（年数も経っているので移管設備になりました．）
  • ベクトルネットワークアナライザー (6.8GHz)
    • 残念ながら，40万程度の簡易型のハンディタイプです． S11,S21,S12,S22の同時測定はできません．
    • 少しマトモなSMA校正キットを購入しました．
  • XYZ製3Dprinter(修理中，エクスクローダが動作しない)
  • HITCOP製3Dprinter (稼働中，ABS,PLA対応)
  • 光造形方式の3Dprinter (稼働中ですが，誰も使ってません)
  • MTF測定用の一眼レフ， テストチャート，精密定規，マクロレンズ
  • AgIC推奨A4モノクロインクジェットプリンター
  • Rock-in AMP （整備中)
  • 分光器 , ハロゲンランプ，He-Ne レーザー，FG，電源　(学生実験用)
  • モードロックレーザー（整備中）
  • 研究用電子レンジ（100Wの低出力モードを持っています)
  • 学生用デスクトップPC （第4世代core i7 16Gbyte memory）5台
  • ノートPC（第2世代core i5）4台　（プレ卒研用にする予定．ただ，古いスペックなので，win10だとかなりモッサリした動作です．）

有償ソフト

  • IDL8.0のフローティングライセンスを持っています．認証サーバーは常時稼働中です．
    • IDLは，非常に高性能の可視化ソフトです．
  • 静電レンズ設計専用ソフトウェア　SIMION8.1 for Windows (Windows Server 2012 上でいつでも使えます）　（現在，server が停止中のため，win7で暫定的に動かしています)
  • win7のサポート終了のため，研究室内の学生用全マシンをwin10にupします．（第4世代のcore i7 なので，全マシンをSSD化する予定)
  • 論文執筆
    • Word 2010, 2013, 2016 (できるだけ新しい環境を勧めます．研究室のWindowsには2016が入っています．Word 2019がリリースされたようですが，導入は未定)
      • 使えない研究室の卒業研究用テンプレートを卒研性が更新してくれました．ver.2になりました(^^)
        • テンプレートがあってもなかなか体裁が整わないので，副査の先生に毎年直されます．時間的にも直すのが厳しいので，本音ではTeXで書いてほしい．Wordは決して使うのが優しいソフトではありません．きちんとした体裁の論文にするには，知識と根気が必要です．そういう点では，初心者にとってのTeXとWordの作業量は大差ないと思います．
    • 無償ソフトですが，TeXで執筆する場合は，uplatex を推奨します．platex はそろそろ役目を終えるころかなと．

研究室推奨の無料ソフトウェア

  • 可視化
    • paraview with GPU plugin
    • gnuplot
  • お絵かき，3Dモデリング, 画像処理
    • Inkscape
      • latex の数式が埋め込めます．とても便利．
    • gimp
    • blender
      • アニメーションだけでなく，STL データで3Dプリントできます．
  • OpenFDTDのカスタマイズ状況
    • 磁気壁の導入(対称面)
    • 時間領域でのデータ出力
    • 任意の入力波形に対応
    • TDR波形の出力
    • ポインティングベクトルでの励振（3次元自由空間モデルで用いると不安定，伝送線路励振なら大丈夫）
  • OpenFDTDの今後のカスタマイズ予定
    • MPI+openMP でのpoisson solver の導入
    • GPU化したparticle tracking code の導入
    • ファイル出力方法の改善

平成31年度卒研テーマ候補名

計算系テーマ

  • レーザーによるポンデロモーティブ力の相対論的数値計算
  • 電子軌道計算コードのGPU最適化
  • 楕円形アインチェルレンズの収束特性に関する研究
  • 並列FDTD法を用いたMTFの理論計算（平成30年度からの継続）
  • MPIポアソンソルバーのOpenFDTDへの実装と最適化

実験系テーマ

  • 3次元立体電界モニタの開発（平成30年度からの継続）
  • AgICを用いたマイクロ波領域でのメタマテリアルの生成に関する研究
  • 損失性のマイクロストリップ線路の伝搬モードへの影響評価
  • AgICと低価格VNAを用いた高周波回路の学習教材の作成
  • 環境電磁界発電を視野に入れたレクテナ素子の効率化に関する研究
  • 測定系のダイナミックレンジがMTFに与える影響の評価

平成30年度卒研テーマ候補名

計算系テーマ

  • レーザーによるポンデロモーティブ力の数値計算
  • 複数のMPIプログラムによるメモリ内データ共有の最適化
  • サンプリングストリークカメラの画像分割法の研究（実行中）
  • 並列FDTD法を用いたMTFの理論計算（実行中）
  • 遺伝的アルゴリズムを用いたカメラの電極形状の最適化

実験系テーマ

  • 3次元立体電界モニタの開発（実行中）
  • AgICを用いたメタマテリアルの生成に関する研究
  • tanδが与えるマイクロストリップ線路伝搬モードへの影響評価（実行中）
  • 環境電磁界発電を視野に入れたレクテナ素子の効率化に関する研究