シラバス情報
|
教員名 ： 加藤 康男
|
科目授業名称（和文） Name of the subject/class (in Japanese)
計測制御論１
科目授業名称（英文） Name of the subject/class (in English)
Control and Measurement Method 1
授業コード Class code
991545A
科目番号 Course number
15PHZZZ302
教員名
加藤 康男
Instructor
Yasuo KATO
開講年度学期
2026年度前期
Year
2026年度
Semester
①First semester
曜日時限
水曜5限
Class hours
Wednesday 5th hours
開講学科・専攻 Department
理学部第一部 応用物理学科
Department of Applied Physics, Faculty of Science Division Ⅰ 単位数 Course credit
2.00単位
授業の方法 Teaching method
講義
Lecture 外国語のみの科目（使用言語） Course in only foreign languages (languages)
-
授業の主な実施形態 Main class format
① [対面]対面授業/ [On-site] On-site class
概要 Description
■講義の前提思想：本講義は専門選択科目となりますので、以下の点に留意した授業内容と致します 1. 学生の多様な背景を考慮する※学科の全ての学生が履修するわけではありませんので、極端に高度な内容ではなく基本的で幅広い理解を目指す内容とします。 2. 基礎力の定着を重視する教育方針 ※「理解の定着を優先する」という観点から、基礎の徹底や丁寧な解説を目指します。 ※これにより、十分に基礎を理解できていない学生にとっては、「少し易しく感じる」ことでむしろ学習意欲が上がり、学問に対する自己効力感を得ることができると考えます。 3. 教育の公平性と包摂性（インクルージョン） ※全ての学生が同じ水準の学力や予備知識を持って入学するわけではないため、教育格差を埋めるために配慮された難度設定を目指します。 ※専門選択科目は卒業要件に関わりますので、「一定の水準を達成するために合理的な配慮を行う」ことは教育機関としての責任と考えます。 4. 選択肢としての自由度を保つため ※専門選択という形式は、学生が自らの興味や将来の進路に応じて科目を選択できる柔軟性が特徴と言えます。 ※選択科目に難度のバリエーションがあることで、学生自身が適切な学びを選びやすくなるという利点があります。 5. 段階的な学びへの導入として機能する ※まずは、少し易しい内容を提供することで、より高度な学問へステップアップする準備が整います。 ※いきなり難しい内容を提供するよりも、長期的に見て学習の持続性や成長につながることが期待できます。 ■講義概要：背景と講義の方向性 AI（人工知能）技術の進展やIoT（Internet of Things）の普及により、私たちの生活空間や産業分野では多種多様なセンサを用いたデータ取得と活用が進んでいます。 近年では「Trillion Sensors（トリリオンセンサ）」という概念も提唱されており、将来的には膨大な数のセンサが社会基盤を支える可能性が示唆されています。このような背景の もと、重要となるのは、センサから得られるデータの信頼性と計測の基礎原理です。 すなわち、・物理量をどのように電気信号へ変換するのか？ ・計測誤差やノイズをどのように理解・評価するのか？ ・取得データをどのように適切に処理するのか？ といった電子計測技術の基礎が不可欠となります。 本講義では、こうした社会的背景を踏まえつつも、流行的な技術動向に偏ることなく、電子計測および制御技術の基礎理論を丁寧に理解することを重視します。 各種センシング技術を支える基盤技術としての電子計測の重要性を体系的に学ぶことを目的とします。 上記を踏まえ、本講義においては主に電子計測に重点を置きつつ、 ・物理量の電気的変換原理 ・計測誤差、分解能、感度やS/N の考え方 ・インピーダンスや信号処理の基礎概念 といった電子計測の基礎的な考え方と理論的背景を体系的に解説します。 さらに、本講義では「異分野融合」による価値創造の観点から、 ・生体信号計測 ・バイオセンシング ・化学、材料系センサ ・リチウムイオン電池の制御 など、生物・バイオ系を含む異分野融合を意識したセンサ技術や制御技術についても触れます。現代の計測、制御技術は単一分野で完結するものではなく、物理・電気電子・材料・ 化学・生命科学の境界領域で発展しています。 本講義では、それらを俯瞰的に捉えながら、電子計測と制御技術という共通基盤技術の重要性を理解することを目標とします。 ■備考：下記内容に留意した講義を目指します 本講義の担当教員は、現在も実社会において研究開発に従事する企業研究者であり、過去には株式会社資生堂にて研究所の新卒採用面接官を務めた経験を有しています。 ・物理量・単位・桁感覚などの基礎事項を曖昧にしない。 ・暗記に依存しない思考力を養う。 ・「なぜそうなるのか」を説明できる力を身につける。 ２．実社会との接続 ・企業における研究開発の実例を交えながらの解説。 ・技術がどのように価値へ転換されるのかを理解する。 ・社会実装を意識した思考プロセスを学ぶ。 ３．論理的思考と説明能力論理的思考と説明能力 ・結論だけでなく、そこに至る論理過程を重視する。・他者に分かる形で説明する力を養う。 ・曖昧な表現を避け、定量的に議論する姿勢を身につける。 ４．主体性と当事者意識 ・「教えてもらう」姿勢ではなく「自ら考える」姿勢を養う。 ・発言・質問・議論を歓迎！！ ・将来設計と学習内容を結び付けて考える「メタ認知習慣」の形成 ５．プロフェッショナルとしての基礎素養 ・時間管理・準備・責任感の醸成 ・課題への誠実な取り組み ・他者への敬意と建設的な議論態度の醸成 目的 Objectives
近年、半導体技術は社会基盤を支える重要な基幹技術として、その存在感を一層高めています。
日本国内においても、最先端半導体プロセスの研究開発や製造拠点の整備が進められており、半導体産業の再興に向けた取り組みが注目されています。 先端プロセス技術の進展は、ロジック半導体のみならず、各種センサ用半導体の高性能化・高集積化を加速させています。また、IoT やデータ駆動型社会の進展に伴い、多数のセンサ を活用する社会構造が現実味を帯びる中、計測・制御技術は社会基盤を支える中核技術としてますます重要性を増しています。 このような背景を踏まえ、本講義では、 ・各種センサ技術の基礎を成す電子計測の理論的枠組み ・半導体プロセスとセンシングデバイスの関係性 ・信号変換、ノイズ、分解能、感度といった本質的概念 ・センサを支える周辺技術（材料、実装、信号処理等） などに焦点を当て、単なる知識の習得にとどまらず、技術的思考様式の獲得を目的とします。 本講義の到達目標は、将来、センサおよび電子計測領域において活躍できる技術者・研究者としての基礎的素養を涵養することにあります。 すなわち、 ・原理から理解する力 ・定量的に議論する力 ・技術の社会的意義を考察する力 を身につけることを重視します。 また、講義中には双方向的な議論や対話を取り入れ、専門知識のみならず、論理的説明能力および社会的素養の醸成にも資する教育を目指します。 到達目標 Outcomes
１．知識・理解に関する到達目標
電子計測分野において実務上重要となる領域について、基礎的な知識および原理的理解を修得していること。 具体的には、 ・物理量の電気的変換原理を説明できる ・計測誤差、分解能、感度、S/N などの概念を理解し、定量的に扱える ・計測系の構成要素とその役割を体系的に理解している ことを目標とします。 ２．思考力・態度に関する到達目標 将来、技術者・研究者として社会の第一線に立った際に不可欠となる素養、すなわち柔軟性のある思考力を身につけていること。 本講義では、あらかじめ用意された「模範解答」を再現する能力ではなく、 ・未定義の課題に対して仮説を立てる力 ・多角的に状況を俯瞰し、前提を疑う姿勢 ・与えられた条件下で最適解を構築する思考力を 重視します。 ３．総合的到達目標 本講義を通じて、基礎理論を土台としながら、自ら課題を発見し、論理的に考察し、創造的に構想できる力を涵養することを最終的な目標とする。 卒業認定・学位授与の方針との関係（学部科目のみ）
リンク先の [評価項目と科目の対応一覧]から確認できます（学部対象）。
履修登録の際に参照ください。 You can check this from “Correspondence table between grading items and subjects” by following the link(for departments). https://www.tus.ac.jp/fd/ict_tusrubric/ 履修上の注意 Course notes prerequisites
本講義は、基礎学問を背景としつつも、単に教科書の内容を順に追う講義ではありません。
原理の理解を出発点としながら、五感を働かせ、現象を自らの頭で捉え、新たな価値を構想する姿勢を重視します。 したがって、 ・受動的に知識を受け取る姿勢ではなく ・疑問を持ち、自ら考え、発言する姿勢 が求められます。 本講義は、学生諸君の知的好奇心を触発することを目的とし、実践的かつ全員参加型の形式で進めます。 講義中の発言や議論を積極的に取り入れますので、自ら考え、言葉にする姿勢を期待します。 また、教員の専門的背景に基づき、講義内容はエレクトロニクス分野の色彩が比較的強くなることをご理解ください。 その上で、本講義は単なる知識の習得にとどまらず、「新しい価値を創造すること」に関心を持つ学生にとって有意義な学びの場となることを目指しています。 主体的に挑戦する意欲を持つ学生諸君の履修を歓迎します。 アクティブ・ラーニング科目 Teaching type（Active Learning）
課題に対する作文 Essay／ディベート・ディスカッション Debate/Discussion
【課題に対する作文_Essay】評価補完レポートの提出を受け付けます。
【ディベート・ディスカッション_Debate/Discussion】講義中の発言に対して「発言ポイント」を付与します。 ※詳細については「成績評価方法」欄を参照ください。 準備学習・復習 Preparation and review
【準備学習】講義に先立って資料を配布する場合は、事前に目を通しておいてください。
【復 習】疑問点を整理したうえで、質問によって解決を図ってください。 ※なお、準備学習や復習のポイントは毎回の講義の中で伝える予定です。 成績評価方法 Performance grading policy
本講義においては下記の項目①〜③の加算により、定量的に厳正かつ公平な評価をおこないます。
なお、①、②、③ のウェイトは ①＝30%、②＝60%、③＝10% を基本としますが、状況によって全体最適を図ることとします。 ①挙手または指名による講義中の発言に対して付与する「発言ポイント」の累積。（発言する意欲が評価対象で、正解を求めている訳ではありません） ②到達度評価（最終試験）の得点（試験はノート及び印刷資料の持ち込みを可とします） ③評価補完レポートの得点（最終試験後に評価補完レポートを受付けますが、提出は任意とします） ※評価補完レポートについては、LETUS に掲載するトピックファイルにて事前にガイドします。 ※落第者を出したくないので評価には工夫を凝らしますが、学生諸君の努力が不可欠です。 学修成果の評価 Evaluation of academic achievement
・S：到達目標を十分に達成し、極めて優秀な成果を収めている
・A：到達目標を十分に達成している ・B：到達目標を達成している ・C：到達目標を最低限達成している ・D：到達目標を達成していない ・-：学修成果の評価を判断する要件を欠格している ・S：Achieved outcomes, excellent result ・A：Achieved outcomes, good result ・B：Achieved outcomes ・C：Minimally achieved outcomes ・D：Did not achieve outcomes ・-：Failed to meet even the minimal requirements for evaluation 教科書 Textbooks/Readings
教科書の使用有無（有=Y , 無=N） Textbook used(Y for yes, N for no)
N
書誌情報 Bibliographic information
教員が独自に作成した講義資料を使用します。
MyKiTSのURL（教科書販売サイト） URL for MyKiTS(textbook sales site)
教科書および一部の参考書は、MyKiTS (教科書販売サイト) から検索・購入可能です。
https://gomykits.kinokuniya.co.jp/tokyorika/ It is possible to search for and purchase textbooks and certain reference materials at MyKiTS (online textbook store). https://gomykits.kinokuniya.co.jp/tokyorika/ 参考書・その他資料 Reference and other materials
・特に指定はありませんので、計測や制御に関わる著書または Youtube 動画などで知識を深めてください。
・その他資料については適宜 LETUS に掲示を出します。 授業計画 Class plan
第1回：ガイダンス
【講義内容】 ・講義の目的および到達目標 ・評価方法および学修姿勢 ・工学における計測と制御の位置づけ 【準備学習】 ・特になし 【復 習】 ・特になし ---------------------------------------- <!--[if !supportLineBreakNewLine]-->第2回：イノベーションと技術開発 【講義内容】 ・イノベーションの定義 ・イノベーションの実例とあるべき姿 ・イノベーションの必要条件 【準備学習】 ・特になし 【復 習】 ・資料の再確認 ---------------------------------------- 第3回：単位系と次元 【講義内容】 ・SI単位系の構成 ・基本単位と組立単位 ・数量評価と桁感覚 【準備学習】 ・高校物理における電気分野の復習 【復 習】 ・単位換算および次元整合性の確認 ---------------------------------------- <!--[if !supportLineBreakNewLine]-->第4回：誤差と精度・電源と基準電位（GND） 【講義内容】 ・系統誤差と偶然誤差 ・精度と分解能の違い ・有効数字の扱い 【準備学習】 ・オームの法則の復習 【復 習】 ・内部抵抗を考慮した電圧計算の整理 ---------------------------------------- 第5回：アナログとデジタルの概念 【講義内容】 ・連続信号と離散信号 ・サンプリングの概念と量子化誤差 ・A/D変換の基礎 【準備学習】 ・三角関数の基礎確認 【復 習】 ・サンプリング条件の整理 ---------------------------------------- 第6回：ノイズとS/N比 【講義内容】 ・熱雑音および外来ノイズ ・S/N比の定義 ・シールドと接地の基本（ノイズ低減の考え方） 【準備学習】 ・対数の基礎：dB（デシベル）表記 【復 習】 ・S/N比計算の確認 ---------------------------------------- 第7回：アベレージングの概念・dB（デシベル）解説その2 【講義内容】 ・アベレージング（加算平均）の概念とExcelによるデモ ・dBの完全理解（前回に引き続き） 【準備学習】 ・特になし 【復 習】 ・資料の再確認 ---------------------------------------- 第8回：dB（デシベル）の完全理解 Part2（腹落ち感が不足していたようなので完全理解版を追加） 【講義内容】 ・dBの歴史的背景（感性・感覚→通信損失） ・ヒステリシス解説 【準備学習】 ・特になし 【復 習】 ・資料の再確認 ---------------------------------------- 第9回：フィルタリングの基礎 【講義内容】 ・RC回路の周波数特性 ・ローパスフィルタ（LPF） ・ハイパスフィルタ（HPF） ・バンドパスフィルタ（BPF） 【準備学習】 ・微分積分の基礎確認 【復 習】 ・RC回路の整理 ---------------------------------------- 第10回：オペ・アンプ（演算増幅器）※緊急講義：基礎理解が不足と判断 【講義内容】 ・オペアンプの概要 ・作動増幅回路 ・MOS-FET 【準備学習】 ・センサの種類を調査 【復 習】 ・計測ブロック図の理解 ---------------------------------------- 第11回：オペ・アンプ その２（前回に引き続き） 【講義内容】 ・前回復習 ・ボルテージフォロワ回路 ・クローズドループ制御 ・負帰還の原理 ・Sallen-Key 型LPFの解説 【準備学習】 ・一次関数、比例関係の復習 【復 習】 ・基本的なフィードバックの理解 ---------------------------------------- 第12回：リチウムイオン電池の制御 【講義内容】 ・リチウムイオン電池の基本構造 ・電圧・電流・温度の計測 ・SOC（State of Charge）の概念と推定の考え方 ・充放電制御の基本原理 ・バッテリーマネジメントシステム（BMS）の役割 【準備学習】 ・電池の基本原理を調査 【復 習】 ・BMS構成要素の整理 ---------------------------------------- 第13回：PID制御の基礎 【講義内容】 ・比例制御（P） ・積分制御（I） ・微分制御（D） ・パラメータ調整の基本 【準備学習】 ・微分積分の基礎復習 【復 習】 ・PID制御の動作整理 ---------------------------------------- 第14回：総括および異分野融合ディスカッション 【講義内容】 ・計測と制御の統合的理解／人工知能とセンシング技術の関係 ・講義内スピーチ「人工知能は意識を持つのか？ 〜人工知能とセンシング技術の限界〜」 ・前期講義の振り返りと到達度評価について 【準備学習】 ・特になし 【復 習】 ・BMS構成要素の整理 ・前期講義の振り返り ---------------------------------------- 第15回：到達度評価 【内 容】前期の授業に関して到達度評価（試験）をおこなう 【準備学習】これまでの講義内容で理解できなかった点について整理しておく ---------------------------------------- 担当教員の実務経験とそれを活かした教育内容 Work experience of the instructor
※下記実務経験に基づいて講義を進めます
・NEC（伝送通信事業グループ）：北米向け電話交換機用LSI（大規模集積回路）の開発、アナログ電子回路設計、LSIレイアウト設計、半導体プロセス開発 ・NTT（厚木通信研究所：係長職）：電気光学サンプリング（テラヘルツ級超高速電気信号計測）、通信用光半導体（レーザー、高速フォトダイオード）開発、人体通信技術の研究 ・㈱カイザーテクノロジー（スタートアップベンチャー／代表取締役）：人体通信技術の研究開発・技術移転、産学連携、会社経営（知財・ファイナンスを含む） ・資生堂（基盤研究センター／本社 経営戦略部：主幹研究員）：感性・感覚センシング、脳科学、非ノイマンコンピューティング、美容AIの研究、新卒採用面接官 ・長瀬産業（未来共創室 室長付／グループ会社：CAPTEX）：異分野融合研究、非ノイマンコンピューティング、リチウムイオン電池制御技術、化学材料の応用研究 ※共同研究歴 【事業会社】アルプス・アルパイン㈱、㈱NTT DoCoMo 総合研究所、関西電力㈱、㈱きんでん、カルソニックカンセイ㈱、三洋化成㈱、第一工業製薬㈱ 【大 学】大阪大学、東京医科歯科大学、静岡大学、東海大学、青山学院大学、東京理科大学、慶應義塾大学 ※技術顧問歴 JXグループ・タツタ電線㈱、㈱コーネット、スタック電子㈱、アド・ソアー㈱ ※学協会活動歴 電子情報通信学会 論文査読委員、エレクトロニクス実装学会 ミッションフェロー 代表幹事（初代）、IEEE CPMT JAPAN 常任委員、慶應義塾大学SFC研究所 上席所員、産業技術 総合研究所（つくば）派遣研究員、東京工業大学 企業アドバイザー 教育用ソフトウェア Educational software
-
-
備考 Remarks
・講義内容に関する質問は、講義終了後に対応します。
・電子メールによる問い合わせも随時受け付けます。 ・学修、進路、研究活動に関する相談についても、主体的に取り組む学生を歓迎します。 授業でのBYOD PCの利用有無 Whether or not students may use BYOD PCs in class
N
授業での仮想PCの利用有無 Whether or not students may use a virtual PC in class
N
|
