科目名 画像デバイス(Image Devices)
担当教員 青木 秀憲
単位数 2
授業区分 学部_選択(専門教育) 講義
年次配当 2
開講年度学期 2018年度 前期
授業概要・学習成果との関連 【授業の目的】画像デバイスの動作原理と特性を講義する。
【授業概要】我々の身の回りには携帯電話、スマートフォン、ディジタルカメラ、テレビなど画像を取り込み、また、映し出す電子機器が多くある。画像デバイスとは像(被写体)からの光を電気信号に変換する部分(画像入力デバイス)と電気信号を再び、画像に戻す部分(画像出力デバイス)に大別される。本講義では、現在、最も使用されている画像入力デバイスであるCCD、CMOSイメージデバイスの構造、動作原理、特性を理解することを重点に置いている。そのため、同デバイスの理解に必要な物性論(電子、原子、固体)や半導体の基礎から詳細に説明し、その応用としての画像イメージセンサ(CCD、CMOS)の動作原理と特性について講義を深める。また、画像出力デバイスである液晶、LED、ELについても、その概要を講義する。
学習成果との関連:
下のリンクから、この科目についての「ディプロマポリシーにもとづく学習成果との関連」を見て、どのような力が身に付けられるかを確認してください。
到達目標 画像デバイス(特に、画像イメージセンサの構造、動作原理、特性、特徴)の知識を習得し、これを用いたカメラなどの性能と特徴を理解し、活用できる。
授業計画 1.ガイダンスおよび物性論の基礎(電子の性質)
2.物性論の基礎(原子の構造、電子の軌道、光の発生と吸収)
3.固体の構造と結合(単結晶、結晶構造、共有結合)
4.固体の性質(金属、半導体、絶縁体)、エネルギー帯の形成
5.共有結合と電気伝導、正孔の役割
6.p型およびn型半導体の作り方とエネルギー準位
7.真性半導体、p型およびn型半導体のフェルミ準位
8.中間のまとめ(含む 試験)
9.pn接合ダイオードと光起電力効果(太陽電池)
10.CCDイメージセンサの基本構造と動作原理
11.CCDイメージセンサの全体構造と特性
12.CMOSイメージセンサの基本構造と動作原理
13.CMOSイメージセンサの全体構造と特性
14.画像デバイスの将来展望
15.後半のまとめ(含む 試験)
履修上の注意 第1回目の授業は非常に大切である。講義全体の解説、履修上の注意点、約束事について詳細に説明するので、本講義を履修予定の学生諸君は必ず出席すること。私語は厳禁。第1回から第8回までの物性論の基礎、固体および半導体の授業では、下記の教科書を中心に進める。第9回目以降の授業では教科書に説明されていない箇所もあるので、適宜、資料を配布する。また、下記の推奨図書も精読することを希望する。
準備学習(予習,復習について) 事前に教科書の該当個所を予習すること。授業後、なるべく早い時間に3回以上復習することが効率の良い理解につながる。講義ノートを整理し、配布資料との関連を把握し、まとめること。
*各回の準備学習の具体的な内容は、「ルーブリックへのリンク」からルーブリックを参照してください。準備学習は1項目あたり15~30分の学習内容になっているので、目安にしてください。
成績評価方法,試験方法及び課題(試験やレポート等)に対するフィードバックについて 1回~7回の講義の内容の理解度を確認するために中間試験(原則90分間)として8回目に行う。期末試験(原則90分間)は9回~14回の授業内容から出題する。成績は、中間試験50点、期末試験50点とし、合計を100点として評価する。なお、出席が2/3に満たない場合は、成績評価は行わない。また、遅刻は欠席扱いにするので注意してもらいたい。
課題に対するフィードバック
課題に対するフィードバックは授業中に適宜行う。
教科書等 教科書:下村武 著「電子物性の基礎とその応用」コロナ社
2850円
推奨図書:
①中澤達夫、藤原勝幸 共著「電子工学基礎」コロナ社2200円
②米本和也 著「CCD/CMOSイメージ・センサの基礎と応用」
CQ 出版社 2730円
③テレビジョン学会編「固体撮像デバイス」昭晃堂 4400円
配布資料あり
(※学内限定となります。)