光情報処理 I (0) - 研究室のトップペイジ

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光情報処理 I (0)
原田 康浩
北見工業大学 情報システム工学科
E-mail: [email protected]
URL: http://oelab.cs.kitami-it.ac.jp/~harada/course/OIP1/
• ガイダンス
• 授業展開 (スケジュール)
• 光情報工学基礎
• 導入
• ウィンターサイエンスキャンプ 2007講義
• 研究室紹介
光情報処理 I (0)
Y. Harada
ガイダンス (1/5)
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本講義の目標と効果
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本講義の目標
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光を用いた情報処理を学ぶ上で基礎となる，光波の基本的性質
（干渉，回折）を学んで，身につける．
幾何光学で表現される現象を波動光学で表現できることを理解
する．
光波の伝搬によって 2次元画像情報が自然に数学変換（フレネ
ル変換，フーリエ変換）されることを理解する．
同じ変換をレンズを用いて実現できることを理解する．
本講義を履修することによる効果
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光情報処理 I (0)
波動光学の基礎が身につき，続いて後期に開講される「光情報
処理 II」での光を情報処理処理法の理解の助けとなる．（むし
ろ，I が分からないと II の理解は不可能）
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キーワード
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電磁波，横波，平面波，球面波，波面，位相速度
光強度，複素表示，複素振幅，波動方程式，マクスウェルの方程式
偏光（楕円偏光，直線偏光，円偏光），偏光素子（偏光子，位相板），
ジョーンズ行列
屈折率，光路，光路長（光学的距離），反射の法則，屈折の法則（スネル
の法則），フレネルの公式，ブリュースター角，全反射，分散
レンズの公式，F値，NA (Numerical Aperture; 開口数)
重ね合わせの原理，干渉，干渉計，干渉縞（干渉パターン），可視度（ビ
ジビリティ）
干渉条件，時間コヒーレンス，空間コヒーレンス
回折，ホイヘンスの原理，フレネル・キルヒホッフの回折式
フラウンホーファー回折，フレネル回折
レンズのフラウンホーファー回折作用（フーリエ変換作用），レンズの結
像作用
ホログラフィー
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場所，教科書・参考書について
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講義時間・場所
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教科書
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毎週月曜日 13:00∼14:30, E233講義室
吉村 武晃：光情報工学の基礎（コロナ社, 2000).
第1章から第 3章まで．教科書の順番に沿って講義を進めます．
「光情報処理 II」では第5章以降を使用する．
参考書
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Eugene Hecht 著，尾崎 義治・朝倉 利光 著：ヘクト 光学（丸善)
光学 I ー基礎と幾何光学ー (2002/10),
光学 II ー波動光学ー (2003/3),
光学 III ー現代光学ー (2003/7)
写真と分かり易い図が豊富に使われており，おおいなる理解の助けになる．随時
この書籍からそれらの図・写真などを引用して提示する．
光の分野に進みたい人は，無理してでも揃えたら良い．
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高校物理 I, II の教科書
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他の科目との関連
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事前に履修しておく必要のある科目
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物理学 II (1年・後期，選択 III) (望ましい)
電磁気学, 第4回目の講義で解説する
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この科目を履修しておくことが必要になる科目
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光情報処理 II (3年後期・選択)
情報システム工学実験 IV (3年後期・必修）の光情報処理のテー
マ
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成績評定と学期末定期試験について
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成績評定
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学期末定期試験 70% + 講義時間内演習／課題レポート 20% ＋
講義への出席状況 10% の総合評価
総得点が 60%以上 (60点以上) で合格，単位取得．
出席すること，講義時間内演習をちゃんと行なうことが大事！
学期末定期試験
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最終回の講義 （2006年 7月24日(月)）に実施予定．
教科書・ノートの持ち込み・参照は可とする予定．
再試験は行なわない．
学期末定期試験の受験資格は，「講義出席率 70%以上の者」に
限る．
ウェブペイジに出席状況を掲載するので気になる人はチェックを！
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講義の進め方
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教科書の内容・順番に沿って進める．
液晶プロジェクタによるスライドの投影と板書を併用し，投影内容
の解説を基本とする．
板書は最低限に留める．大事な点は指示するので各自ノートをとること
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講義で使用した／するスライドは，ウェブペイジからダウンロード
可能．
http://oelab.cs.kitami-it.ac.jp/~harada/course/OIP2/
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理解度を測るために各講義時間内で演習問題を解いて提出してもら
う．時間内に実施できない場合は宿題・レポート提出となる場合も
ある．これは出欠のチェックも兼ねている．
講義時間内演習，課題レポートの解答例は，次の講義時間に詳説す
る予定．上記のウェブペイジにも掲載する．復習に役立てられた
い．
講義連絡事項，出欠状況，講義で使用したスライドファイルを上記
ウェブペイジに掲載．定期更新日時は概ね毎週木曜日 12:00 の予
定．
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授業展開（予定） (1/2)
回数
1
期日
2007年
4月 9日
内容
ガイダンス
! 光情報工学概論
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7
教科書
1--3
光の基本的性質に関する研究の発展を簡単に解説し，光が現わす不思議な自然現象を例に光の波動
としての振る舞いを理解する．（高校物理の復習と応用）
2
4月16日
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3
4月23日
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光波の表示法 (1)
3--7
光波の表示法 (2)
8--12
光波の表示法 (3)
別途資料
を準備
もっとも基本的な波である「平面波」について，1次元の平面波の数学的な表現方法を解説して，波
としての特徴を現わす量（振幅，位相，周波数，波長，波数）の定義と波の振る舞いを理解する．
波の数学的表現を複素数を用いて行うことの意味を理解し，併せて光強度，複素振幅の定義を身に
つける．波動方程式を理解する．
4
5月 7日
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電磁気学での理論を紹介し，そこから時間的に変動する電場と磁場が波動方程式を構成し，横波と
して伝わることを示す．すなわち，マクスウェルの方程式を紹介して，光は電磁波の一種であるこ
とを数学的に示すとともに「偏光」をもつことを示す．
5
5月14日
!
偏光 (1)
12--16
偏光 (2)
17--20
屈折率と光波
20--30
偏光状態，楕円偏光，直線偏光，円偏光，偏光のベクトル表示
6
5月21日
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さまざまな偏光素子とその作用
7
5月28日
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屈折率，位相速度，光路長，反射の法則，スネルの法則，フレネルの公式，ブリュースター角，全
反射
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授業展開（予定）(2/2)
回数
期日
8
6月 4日
内容
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結像素子
レンズにおける反射・屈折とレンズの結像作用，レンズの明るさ (F値，NA: 開口数)
9
6月11日
! 光波の干渉 (1)
2光波干渉，マイケルソン干渉，干渉縞，可視度，定在波
10
6月18日
!
光波の干渉 (2)
干渉条件，多光波干渉，干渉素子
11
6月25日
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光波の伝搬 (1)
回折現象，ホイヘンスの原理，フレネル・キルヒホッフの回折式，フラウンホーファー回折，フレ
ネル回折
12
7月 2日
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13
7月 9日
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14
7月23日
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光波の伝搬 (2)
様々な開口による回折の計算 (1)：振幅開口
光波の伝搬 (3)
様々な開口による回折の計算 (2)：位相開口
光波の記録と再生：ホログラフィー
インライン・ホログラフィー法，オフアクシス・ホログラフィー法
15
7月30日
!
8
教科書
30--36
37--46
47--60
61--67
67--78
78--87
87--97
学期末定期試験
講義時間内に学期末定期試験を行う．
7月16日(月)：「海の日」でお休み
光情報処理 I (0)
Y. Harada
9
講義：光情報工学概論
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光に関する研究・理解の歴史
番外編：ウィンター・サイエンスキャンプ 2007
の講義
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寒冷地の光学現象
高校の「物理 IB」，「物理 II」 の復習
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光波 (IB)
電磁波 (II)
光の反射・屈折 (IB)
光の分散 (IB)
虹，夕焼，青空，白雲，偏光
光情報処理 I (0)
Y. Harada
番外編：ウィンターサイエンス
キャンプ 2006 の講義
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寒冷地の光学現象
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高校の「物理 IB」，「物理 II」 の復習
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光波 (IB)
電磁波 (II)
光の反射・屈折 (IB)
光の分散 (IB)
光情報処理 I (0)
演習問題答案用紙 兼 内容理解度
調査票への記載事項
Y. Harada
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1. 「光情報処理 I」の講義で期待すること．
2. 講義を進める上での要望
光情報処理 I (0)
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