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先端エレクトロニクスDAQセミナー2018/ 総研大講義「計測と制御」

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お知らせ

定員に達したので参加者募集を締め切りました。多くの申し込みありがとうございました。（2018年7月3日　9:00）

旅費支援希望者の方へ結果をお伝えするメールを送りました。参加申し込み時に旅費希望したにもかかわらず結果通知メールを受け取っていない方は事務局まで連絡ください。（2018年6月29日　11:37）

現在の参加申し込み者数は48名（残12名）です。（2018年6月29日 9:00）

予算上限に達したので旅費支援募集終了しました。数多くの応募ありがとうございました。本日午後、応募者に通知・手続き案内メールを送ります（2018年6月29日 9:00）

旅費支援希望者多数のため6/28日までの希望者で一度締め切り、支援者を決定します。追加募集の可能性もありますが早めの申し込みをお願いします。（2018年6月27日 15:21）

参加申し込み受付開始しました！（2018年6月26日 09:00）

目的・趣旨

理学実験系修士課程学生を主な対象に実験・観測システムに用いられるエレクトロニクス技術の基礎を習得するためのセミナーです。主な対象を修士課程学生としていますが、どなたでも参加する事ができます。

高品質の実験・観測データを得るためには計測装置に関する知識が必要不可欠ですが、研究の専門化が進むことで専門外の計測装置技術について学ぶ機会が減っています。現在の実験・観測で用いられる装置には高度なエレクトロニクス技術が採用され、その技術は年々高度になっています。そこで、計測装置に用いられているエレクトニクス技術の基礎を習得する技術セミナーを企画しました。それぞれの専門分野の講師の講義により検出器（センサー）信号処理からASIC技術, FPGA技術, 計算機でのデータ処理までの基礎を5日間で学ぶことができる内容です。

エレクトロニクス技術に興味を持つ若手の方やこれから実験・観測を始める多くの方々の参加をお願いいたします。

昨年（2017年）のWebページはこちら

ASICとは

Application Specific Integrated Circuit(ASIC)は特定用途集積回路の名前のとおりユーザーの仕様に応じて製作される集積回路で、放射線検出器の読みだしシステムで多用されています。以前は開発コストが高かったのですが、現在ではシャトルサービスと呼ばれる方法により安価に試作ができるようになってきています。現在では通常の電子回路基板を製作するくらいの金額で試作できるものもあります。
 

FPGAとは

Field Programmable Gate Arrays (FPGA)はユーザーがプログラム可能な論理（デジタル）集積回路です。近年、放射線検出器の読みだしシステムで多用されています。一つのFPGAに搭載できる回路規模は非常に大きくなっておりユーザーが希望する信号処理の多くは1チップに搭載できるようになりました。例えば、CPUを組み込みLinux OSシステムを動作させる事ができる程の回路規模を1チップに実装する事ができます。 
 

概要

講義内容はエレクトロニクス技術について学んだことがない物理系修士課程学生を対象に行います。半導体物性など物理系学生が学部で学ぶ内容を既知としていますが、他の事は仮定していませんので他の専攻の方も問題なく受講可能です。

実験・観測対象が変わると計測システムも変わりますが、その骨格をなす基礎技術や概念は同じです。加速器科学・天文・生物など広い分野の方々にも違和感なく学んでいただける内容です。

本セミナーは総合研究大学院大学の公開講義「計測と制御」として開催します。

  • 対象者：制限はありませんが、物理系学部生・大学院修士課程学生を想定した講義内容に設定しています。
  • 募集人数：60人（先着順）
  • 日程：2017年7月30日（月）～8月3日（金） （開始および終了時刻は時間割を参照してください）
  • 場所：高エネルギー加速器研究機構　つくばキャンパス　4号館1F セミナーホール 
  • 言語：日本語
  • 申込期間：6月26日（火）から7月22日（日）：定員に達した時点で募集終了します
  • 参加費：無料 
  • 主催：Open-It、総合研究大学院大学
  • 後援：KEK加速器科学総合支援事業、KEKエレクトロニクスシステムグループ
  • 実行委員：池野正弘、潮田みよ子、内田智久、庄子正剛、千代浩司、濱田英太郎（KEKエレクトロニクスシステムグループ）、KEK大学院教育係
  • お問合わせは事務局（osc-mgrs[アットマーク]ml.post.kek.jp）まで。件名に「DAQセミナー」を含めてください。 

日程

  • 7月 30日（月）9:15-18:05 ： 開会挨拶、計測システム概要、ソフトウエア技術、アナログ回路導入 （受け付け開始8:45）
    • 18:20- 懇親会（希望者のみ）
  • 7月 31日（火）9:15-16:50 ： アナログ回路基礎
  • 8月 1日（水）9:15-16:50 ： アナログデジタル変換、ノイズとASIC開発
  • 8月 2日（木）9:15-15:00 ： 集積回路化、デジタル回路基礎
    • 15:25- 施設見学：SuperKEKB + Belle II（希望者のみ）
  • 8月 3日（金）9:15-12:30：デジタル回路基礎
    • 13:25- 施設見学：PF + Linac（希望者のみ）

時間割はこちら（PDFファイル） 

 

申し込み 

注意事項を読み手続きを進めてください。

  • 注意事項
    • 参加資格：制限ありません。学生はもちろん社会人も参加できます。
      • 講義内容は物理系学部生・大学院修士課程学生向けに構成されています。
    • 総研大生の方への注意
      • 履修申請に加えてこのページから申し込みが必要です。
    • 参加費：無料
    • 総研大単位取得希望者
      • 本セミナーは総合研究大学院大学の公開講義「計測と制御」として開催しますので他大学での単位として認定される場合があります。
      • 単位取得希望の方は事前に所属大学事務（学務課等）に総研大の公開講義の単位が認定されるか確認し、その後、所属大学を通じて特別聴講学生として履修申請を行ってください。
      • 履修申請する場合でも本ページからの参加申し込みが必要です。
      • 単位取得のためには全講義の受講と後日レポート提出を行い評価を受ける必要があります。
    • 旅費支給
      • 予算上限に達したので、旅費支援募集終了しました。（2018年6月29日 9:00）
      • 申込フォームの旅費支給希望欄「希望する」を選択して申し込みしてください。
        • 共同利用支援システムからの旅費申請は指示されるまで行わないでください。
      • 一定期間毎に以下を考慮して支給者を決め結果を通知します（最初の結果は6/29通知予定）
      • 学部生に対しても旅費支給できます。
      • 予算に限りがあるため、先着順かつ、学部生、大学院修士課程学生、その他の順に優先して支給し、予算上限に達した時点で募集終了します。
      • 旅費はKEK旅費規定に従って支給されます。
        • 規定についての詳細はKEKユーザーズオフィス（http://www2.kek.jp/usersoffice/）に問い合わせてください。
    • KEKつくばキャンパス宿舎：
      • KEKつくばキャンパスの宿舎を利用する方は以下を読み各自申し込みをしてください。
      • 首都圏から参加する方も利用できます。
      • 宿舎についての情報は（http://www2.kek.jp/uskek/visiting/dormitory.html）をご覧ください
      • KEK宿舎の手続き手順
        • 総研大生と一般（総研大生でない方）で手続き方法が異なります。
        • 総研大生
          •  最初に受講申請する事。受講申請する前は宿舎予約できません
          • 下のページの手順に従い手続きを進めてください。
          • 手続説明のページはここから
        • 一般（総研大旅費利用承認者以外）
          • 最初に受講申請する事。受講申請する前は宿舎予約できません。
          • 下のページの手順に従い手続きを進めてください。
          • 手続説明のページはここから
          • 旅費申請は結果通知メールが届いた後に申請してください。
    • 開催期間中の無線LAN利用
      • ゲスト用無線LANはKEK宿舎などKEK各施設内で利用できます。接続方法などは後日連絡します。
      • 端末との相性により接続できない事もあるので注意してください。確実にネットワークに接続したい方は別途各自で用意してください。
      • 接続方法の資料はこちら（ID入力必要）
    • 施設見学
      • 8/2（木）と8/3（金）に施設見学を予定しています。
        • 8/2（木）15:25 - 17:30、Super KEKB加速器およびB-factory実験施設
        • 8/3（金）13:25 - 15:30、LinacおよびPF施設
      • 参加を希望する方は申込時に参加希望日毎に「施設見学に参加する」を選択してください
      • 当日申し込みによる参加はできません（放射線管理区域に入るために事前手続きが必要なため）。
      • 参加者は開始時間までにセミナー会場（4号館セミナーホール）に集合してください。
    • 懇親会
      • 初日7/30（月）18:20から懇親会を会場と同じ建物内の4号館3階輪講室1(345)で開催予定です。
      • 参加費は学生1,000円、学生以外3,000円を予定しています。
      • 参加を希望する方は申込時に「懇親会に参加する」を選択してください。

 

 募集定員に達したので参加申し込みは終了しました。（2018年7月4日 9:00）

 

講義内容 

各講義時間の詳細については「日程」の時間割を参照してください。
資料等を閲覧するためには後日受講者に配布するIDが必要です。講義資料は変更される可能性が高いので講義後に最終版をダウンロードしてください。
【注意】KEKつくばキャンパス停電のため8/3（金）15:00から8/6（月）10:00頃までWebページ閲覧や資料ダウンロードができませんので注意してください。
 

【開会挨拶】

  • 7月30日（月）9:15 - 9:20 高エネルギー加速器研究機構 理事　岡田安弘

 

【データ収集システム概要】

  • 講義日：7月30日（月）
  • 講師：長坂康史（広島工業大学）、内田智久（Open-It / KEKエレクトロニクスシステムグループ）
  • 概要：導入として物理実験計測で用いられる計測システムを概説する。
  • 内容：
    • データ収集システム概要（長坂）
      • 実例をまじえたデータ収集システムの概観
      • データ収集システムの役割
      • データ収集システムの設計
      • 現実世界におけるシステム開発に起因する制約
      • 記録すべきもの
      • 記録媒体、記録方法の選定
    • ハードウエア概要（内田）
    • ソフトウエア概要（長坂）
      • データ収集システムの実装
  • 講義資料
  • レポート課題（単位取得希望者用）

 

【ソフトウエア技術】

 

【アナログ回路準備・基礎】 

  • 講義日：7月30日（月）および31日（火）
  • 講師：房安貴弘（佐賀大学）
  • 概要：検出器やセンサーが出力するアナログ信号を処理する電子回路について概説する。
  • 内容：
    • 回路基礎知識準備（初歩的項目の復習） 
    • トランジスタの基礎
    • MOSFETによる増幅回路
    • オペアンプとコンパレータ
    • 放射線検出器用回路
  • 参考書
    • 谷口研二、LSI設計のためのCMOSアナログ回路入門、CQ出版
  • 講義資料（最終版に更新しました。8/2 9:50）
  • レポート課題（単位取得希望者用）

 

【アナログ・デジタル変換技術】 

  • 講義日：8月1日（水）および2日（木）
  • 講師： 宮原正也（KEK） 
  • 概要： 現代の計測システムはコンピュータでデータ解析する為、検出器が出力するアナログ信号をデジタル信号へ変換する必要がある。本講義でアナログ信号をデジタル信号へ変換する回路技術を概説する。
  • 内容：
    •  ADCの基本機能
      • 量子化（ビット数、サンプリングレート、参照電圧等）
      • サンプリング定理
    • ADCの性能表現
    • ADCの主要な変換方法
      • 変換アーキテクチャの概要とトレンド
    • 性能とアプリケーションの関係
    • ADCの設計例
    • 最近の研究紹介
  • 参考書
  • 講義資料
  • レポート課題（単位取得希望者用）

 

【ノイズとASIC開発】 

  • 講義日：8月1日（水）
  • 講師： 池田博一（JAXA ISAS / 総研大）
  • 概要： より良い測定データを取得するためには可能な限りノイズを削減し検出器やセンサーが出力する信号がノイズに汚染されれないようにしなければいけない。検出器信号を処理する回路が出力するノイズが生成される原因やノイズの伝搬、実際のASICで回路がどのように実装されているのかを概説する。
  • 内容：
    • センサーの等価回路
    • 雑音の解析的取り扱い
    • 解析的な手法からSPICEによる評価手法へ
    • 雑音の測定・時間計測と雑音
    • フロントエンド回路の設計事例
    • 低雑音化に向けた設計技術
  • 参考書
    • B.Razavi、アナログCMOS集積回路の設計（基礎編・応用編）、丸善
  • 講義資料
  • レポート課題（単位取得希望者用）
    • ノイズとASIC開発（講義資料に掲載）

 

【デジタル技術基礎】 

  • 講義日：8月2日（木）および3日（金）
  • 講師： 内田智久（Open-It / KEKエレクトロニクスシステムグループ）
  • 概要： 微細化技術の発展により電子回路の集積化が進んだ結果、計測システム内でデジタル回路が使われる範囲は拡大している。デジタル回路とデータ伝送の基礎を概説する。
  • 内容：
    • デジタル技術概要
    • 計測システムとデジタル技術
    • 実装技術
    • デジタル回路入門
    • デジタル・データ通信
    • FPGA入門
  • 参考書（事前に読む必要はありませんが、予習するのであれば読みやすいと感じる書籍を選んで読んでください）
    • 内田智久、Open-It FPGAトレーニングコース事前準備資料（ID不要でダウンロードできます）
    • パターソン＆ヘネシー、コンピュータの構成と設計、日経BP社
    • ハリス、ディジタル回路設計とコンピュータアーキテクチャ、翔泳社
    • 渡波 郁、CPUの創りかた、毎日コミュニケーションズ
  • 講義資料
  • レポート課題（単位取得希望者用）

 

【閉会挨拶】

  • 8月3日（金）12:25 - 12:30 総合研究大学院大学 高エネルギー加速器科学研究科 研究科長（KEK物質構造科学研究所・教授）神山 崇

 

単位取得希望者の方へ

出欠確認について

受講姿勢評価のために毎日出欠を確認します。会場で出席簿に氏名を記載するよう通知しますので氏名を記載してください。

レポート提出について

3つの課題を選択してレポートを提出してください。 （課題内容は各講義終了後にWebに掲載します、閲覧には別途連絡するIDが必要です）。

各講義毎に課題があります。選択した課題のみ提出してください。課題が複数の小問で構成されている場合は全ての小問を提出して一つの課題です。課題毎にファイルを分けてください。

レポートは電子ファイルとして提出してください。手書きのレポートをスキャンしたファイルも可

以下の提出先へメールで送ってください。

  • 宛先：　osc-mgrs[アットマーク]ml.post.kek.jp
  • 件名：　計測と制御レポート
  • 提出期限：　8月19日（日）

不明な点などがある場合も上記宛先まで問い合わせてください。

補足： 受講姿勢と課題点の比率を2:3として評価します。 

アンケート

参加者の皆さん下のアンケートにご協力ください。

アンケートはこちらから（IDが必要です） 

アンケート結果：回答数53/参加者56名

参加者の皆様、アンケートにご協力いただきありがとうございました。

以下回答内容のまとめ
Q1. 講義全体の満足度（4択：不満足 0人、普通 11人、満足 23人、大変満足 19人）
Q2. 説明は分かり易かったですか？（4択：とても分かり難い 0人、分かり難い 14人、分かり易い 32人、とても分かり易い 7人）
Q3. 後輩に勧めたいと思いますか？（4択：まったく思わない 0人、思わない 3人、思う 33人、とても思う 17人）
Q4. 参加した経緯を教えてください（自由欄）

  • 先生・上司に勧められた/紹介された　23名
  • 知人先輩からの紹介　4名
  • メーリングリストの案内を見て　12名
  • Webで知った　1名
  • 総研大の講義（単位取得）5名
  • 回路、DAQシステムの勉強をするため　3名
  • 未回答 5名
Q6. 要望または興味を持ったこと:（自由欄）
【要望】
  • 実際に回路図を書いたりシミュレーションしたりする実習の時間があったらもっと分かり易かったと思います。
  • 人により基本的な知識のレベルが異なるように感じられたので、例えば初日に準備編（基礎知識編<=房安先生の最初の講義等）の様な講義があると良いかもしれない。
  • たとえば、LEMO等ケーブルのインピーダンスマッチングの重要性、機器全体にたいするノイズの種類（モード）とその対策など、マクロなレベルでの講義があると良い様に思う（個人的には、まだ検出器とNIMやVMEをケーブルで接続し、アナログ信号を引き回すようなシステムを用いており、そういった事に対する知識が得られるとありがたい。（当然ミクロな電子回路にも通じる話かと思われる））。
  • 講座としては、非常に有益なものであり、これからも是非継続して頂きたい。
  • FPGAの具体的な導入方法や事例の紹介もあったらよかった。
  • もう少し実際に問題を解くなど、手を動かす時間を設けてもいいのかなと思いました。
  • 初心者の身からすると、いくつかの講義で専門用語の説明が不十分で分かり難かったです。
  • 特に、名詞は一言説明が欲しい時が少しだけありました。
  • システム構築、低雑音光検出についてより詳しく解説があると嬉しかった。
  • KEKという施設の説明のようなものが欲しいと思った。
  • メモをとりながら受けていたので途中聞き流して頭に入ってこない内容が多数生じました。可能であれば講義を動画録画して、過去の参加者なら誰でもいつでも再度フィードバックを受けられる状態にしていただけると助かりますし、理解が深まります。講義も後半になると聞き取れなくなるくらい疲弊してしまうこともあったので・・毎年KEKに足を運ぶ時間は取れなさそうですので・・どうかご検討いただけますと幸いです
  • 事前に予習しないとわからないことも多かったので、予習資料を充実させてほしいです。
  • 測定装置のエレクトロニクスを網羅的に学べると聞いたが、実際は基礎的な要素の解説が多く (AND, OR論理回路など) 、しかもそれらの基礎的な部分の説明に多くの時間を費やしている印象を受けた。特にデジタル回路の説明は、論理回路の演習に時間を使いすぎ、最後のFPGAについての説明が尻切れとんぼになってしまったので不満だった。時間配分を見直して、標準的な電子回路の教科書に載っていないような内容のレクチャーにあてて欲しかった。アナログ回路の講義でも、素子の現象論的な説明にとどまり、物理的な解説が少なく不満だった。
  • もっと初学者むけに説明して欲しかった。
  • 全く知識がなくても参加できるという謳い文句の割には、基礎知識がないとわかりにくい講義も多かったと思いました。（それならそれで予習してくるように言ってくれた方が助かります）
  • 生物系もと書いてある割には生物むけでは無いと思います。
  • 現代の主流ではないかもしれないが、モジュール等の話を例を交えて聞けるとよかったかなと思います。
  • ノイズの話はスライドにもっと説明を書きこんで、見返して理解できるようにしていただきたい。
  • もう少しFPGAのことを聞きたかった
  • 何か手を動かすことがあるとよいかなと思いました。
  • ずっとスライド授業で少し疲れました内容が多くて難しいかもしれませんが、もう少し演習や作業があったらありがたかったです
【興味を持ったこと】
  • FPGA設計
  • TCP/IPについて、FPGAのHDLについて
  • FPGAに興味を持った
  • 集積回路の設計
  • 実物を見る機会や演習などがもう少しあれば、、と感じた。
  • FPGAの仕組みについて知ることができ、今後使ってみたいと思いました。
  • ASICについて
  • ソフトウェア工学や、信号の転送技術などをより深く理解したいという気持ちが強くなった
  • FPGAのトレーニングコースに参加してみたいと思いました。
  • 技術の動向は興味深かったです。
  • アナログ回路、FPGA
  • ノイズは重要なことなので、興味を持った。
  • オーバービュー、最新技術動向、アナログ回路、FPGA。
  • FPGAの仕様、マニュアルについても知りたい。
  • DAQ-MWに興味を持ちました。データ収集系についてもっと知識を深めたいと思います。
  • AD変換のための技術・知識
  • データ通信について勉強する機会がなかったので、勉強になった。
  • 「ASIC開発」での、不具合対策事例では開発の実際を見ることができ、大変興味深かった。
  • MOS-FETの原理からスタートして、OPアンプや論理回路,FPGAの内部の仕組みについての原理の説明が興味深かった.
  • ソフトウェアの開発手法や、ノイズとASIC開発の話はなかなか触れる機会がなかったため、講義で聞けて満足だった。
【その他、感想など】
  • 「ノイズとASIC開発」では、前提知識がかなり求められるように感じた。
  • 加速器実験に携わる人間は受講が必須の講座かと思われる。
  • 全体的に非常にわかりやすかったです。MOSの動作原理やデジタル回路の中身などは、本講義で初めて理解できました。非常に難解な講義もあるので初学者向けの具体例などから導入があると有り難いと思います。
  • 電気初心者にもわかるように講義してもらえて良かった。FPGAの設計などは是非やってみたいと思ったので、実際に手を動かすトレーニングコースにも参加したい。
  • 自分もADCの回路をこれから開発しようと思っています。今回の授業を聞いて自分の研究に大変役立っています。特にアナログについての紹介です。それを理解してデジタル回路への変換などにもっと理解しました。
  • 実験においては,OPアンプやFPGAの内部構造を知らずにブラックボックス的に使っていたのが,内部機構について理解できたのがよかった.
  • 加速器関係だけでなく広い範囲でのアナウンスがあれば参加希望者は多いと感じた。
  • 普段あまり勉強する機会のない回路系の話が聞けて良かったです。
  • 専門的な前提知識をほとんど必要としないため、とても理解しやすい内容でした。これからDAQに関わっていく人、DAQに触れたことのある人、ともにお勧めできる内容であると思います。また、異分野の学生とも触れ合うことができ刺激になりました。
  • 大変勉強になり楽しかったです。DAQ全般のことを幅広く知ることができてよかったです。
  • 後輩に勧めておきます。
  • 総研大の講義としては非常にオススメの内容でした。
  • セミナーを通して検出器の開発において回路設計が重要な要素のひとつであることがわかりました。授業の中には自分には内容を理解できない分野もありましたがそれぞれの先生がわかりやすいように内容をかみくだいて説明してくださりました。
  • 学部生なので、理解できるか心配でしたが、丁寧に説明していただいたため、とても充実したセミナーになりました。また、自分で調べていても分からないことも多かったのですが、今回のセミナーを通して理解することができました。
  • 加速器等の施設見学もあり、1度見てみたかった施設でしたので、参加して本当に良かったです。ありがとうございました。"
  • 装置の開発に対して（デジタル関係）とても役に立っています。これからも（社会人になっても）このような講義があればもう一回参加したいです。
  • 基礎から話して頂けたので、初心者でも理解が容易かった。
  • 加速器施設でも多く使われているため、それらの理解のために勉強したいと思いました。学ぶだけでなく、今後どんなことを自分が知りたいのかを知る機会となりました。1週間ありがとうございました。
  • 学部時代から物理学科に所属しておりこういった知識は独学で手に入れることが多かったので、セミナーがあるのは心強いです。ありがとうございました。
  • 一週間おつかれさまでした！
  • よくわかっていないところも多いですが興味を持てたので今後自分で勉強したいです
  • 旅費支給の対象人数がもっと多いといい。距離がぎりぎり近くて、宿泊費を大学から支給してもらえなかったので、片道2.5時間かけて通うことになった。
  • 先端の計測技術についてまとまった情報が得られる機会は得がたく、大変有益と感じた。
  • 質問を丁寧に回答頂けて大変勉強になりました。今後も続けていただけると学生にとても良い、と考えます。
  • 弊学の学生では理解困難、な気もしますが。故に「後輩に勧めたいと思いますか？」が「思う」です。
  • 量子ビーム系以外へのリーチが乏しいように思えます。
  • アナログ回路もデジタル回路もほぼゼロに近い状況だったので、勉強になることばかりでした。
  • 特になし。
  • 基礎的なことから応用面まで網羅していてよかった 

 

参加者数（実際受講した人数）：56名（締め切り後、11名キャンセル）

参加者学年・職
学部生 6名、修士課程学生 36名（M1:26名, M2:10名）、博士課程学生 6名（D1:2名, D2:3名 ,D3:1名）、博士研究員 1名、技術職員（大学研究機関）3名、教員（大学研究機関）3名、企業 1名

 

参加者所属機関

 筑波大学 9名、東京大学 6名、京都大学 4名、総合研究大学院大学 4名、KEK 4名、東北大学 3名、大阪大学 3名、鹿児島大学 3名、埼玉大学 2名、立教大学 2名、東海大学 2名、信州大学 2名、九州大学 2名、仙台高等専門学校 1名、茨城大学 1名、新潟大学 1名、北里大学 1名、東京工業大学 1名、神戸大学 1名、横浜国立大学 1名、神奈川大学 1名、名古屋大学 1名、企業 1名 

懇親会参加率　68%（38名）

施設見学参加率　79%（44名）

 

その他

 
集合写真はこちら（IDが必要です）