脳を探る 光・電子技術

Transcription

1 2017/4/6 1 実験レポートの書き方 Takasumi Tanabe

2 話の流れ 1. 実験科目とは 2. 実験レポートを書く目的は? 3. 実験レポートの概要 4. 実験レポートの書き方 ( 基礎編 ) 5. 実験レポートの書き方 ( 発展編 ) 6. まとめ 2017/4/6 2

3 実験科目の意義 実験 実物で理解 理論と実験の違い レポート 報告書を書く訓練 考える訓練 2017/4/6 3

4 レポートの評価 レポートを見れば, 君たちがどの程度の 時間をかけて取り組んだかがわかります 誤字脱字が多い 読み直していない書類 グラフの書き方がいい加減 前日の夜に提出期限に追われながら作成した書類 レポートの定理 見た目の丁寧さ かけた時間 内容の良さ 2017/4/6 4

5 レポートの形式, 書式とはどういったものか 簡潔で読みやすい ( 内容が乏しい結果 数値だけ書けばよい ) 字を詰め込まない スペース レイアウト 参考 実験書 理工学書 学会論文 小説 随筆 日記 手紙とは違う 2017/4/6 5

6 光デバイス光ファイバ通信 光ディスク (CD,MO,DVD) バーコードリーダー スキャナ レーザプリンタには半導体レーザ フォトダイオードをはじめとする光デバイスが使われている 本実験により発光ダイオード 半導体レーザ PIN フォトダイオード アバランシェフォトダイオードの動作原理を理解し それぞれの特性を決定する半導体の光物性 カイロ ( 周辺回路 等価回路 ) について考察する Gas,GaP,InP などの半導体で p-n 接合によるダイオードをつくり 順方向電流を流すと Si や Ge のダイオードと同じようにその内部では電子とホールが p-n 接合を超えて流れる ( 注入という ) n 型半導体には不純物として加えたドナー原子が放出した電子が伝導帯に存在し ( 多数キャリアという ) p 型半導体には不純物として加えたアクセプタ原子によるホールが価電子帯に多数キャリアとして存在する 注入が起こると p-n 接合を超えた電子 ホール ( 少数キャリア ) は反対の多数キャリアと再結合を起こす 伝導帯の電子はエネルギーの低い価電子帯へ遷移して価電子帯のホールと再結合する このときエネルギー差は熱や光として放出され 発光ダイオードの場合は光になる 発光が起こるかどうか また光の波長は半導体の電子のエネルギー構造や加えられる不純物によって決まり 種々の波長の発光ダイオード ( 赤外 可視 ) が使用されている 発光ダイオードの光は蛍光灯 ネオンサインなどと同じ自然放出光であるが 発光ダイオードと光共振器を組み合わせるとレーザをつくることができる 発光ダイオードで注入された伝導帯の電子数を N 2 価電子帯の電子数を N 1 とすると 注入の量が少ない場合は N 1 >N 2 であるが 大電流を流すと N 2 >N 1 である反転分布 ( 負温度状態ともいう ) になる 反転分布あ起こると再結合により発生した光がさらに再結合による発光を引き起こす誘導放出が起き 光の増幅 ( 利得 gain) が起こるようになる このとき発生した 読みにくい

7 光デバイス 1. 目的光ファイバ通信, 光ディスク (CD, MO, DVD), バーコードリーダー, スキャナ, レーザプリンタには半導体レーザ, フォトダイオードをはじめとする光デバイスが使われている. 本実験により発光ダイオード, 半導体レーザ,PIN フォトダイオード, アバランシェフォトダイオードの動作原理を理解し, それぞれの特性を決定する半導体の光物性, 回路 ( 周辺回路, 等価回路 ) について考察する. 2. 理論 2.1. 発光ダイオード (Light Emitting Diode: LED) GaAs, GaP, InP などの半導体で p-n 接合によるダイオードをつくり, 順方向電流を流すと図 1 に示すように,Si や Ge のダイオードと同じようにその内部では電子とホールが p-n 接合を超えて流れる ( 注入という ).N 型半導体には不純物として加えたドナー原子が放出した電子が伝導帯に存在し ( 多数キャリアという ),p 型半導体には不純物として加えたアクセプタ原子によるホールが価電子帯に多数キャリアとして存在する. 注入が起こると p-n 接合を超えた電子, ホール ( 少数キャリア ) は反対の多数キャリアと再結合を起こす. 伝導帯の電子はエネルギーの低い価電子帯へ遷移して価電子帯のホールと再結合する. このときエネルギー差は熱や光として放出され, 発光ダイオードの場合は光になる. 発光が起こるかどうか, また光の波長は半導体の電子のエネルギー構造や加えられる不純物によって決まり, 種々の波長の発光ダイオード ( 赤外, 可視 ) が使用されている. 図 1:p-n 接合と発光ダイオードの原理 2.2. 半導体レーザ (Laser Diode: LD) 発光ダイオードの光は蛍光灯, ネオンサインなどと同じ自然放出光であるが, 発光ダイオードと光共振器を組み合わせるとレーザをつくることができる. 発光ダイオードで注入された伝導帯の電子数を N 2, 価電子帯の電子数を N 1 とすると, 注入の量が少ない場合は N 1 > N 2 であるが, 大電流を流すと N 2 > N 1 である反転分布 ( 負温度状態ともいう ) になる. 反転分布あ起こると再結合により発生した光がさらに再結合による発光を引き起こす誘導 放

8 文章のフォーマット ( 形式 ) とは 作文 ) 1. 起 2. 承 3. 転 4. 結 実験レポート ) 1. 題目 2. 目的 3. 原理 4. 実験方法 5. 実験結果 6. 考察 7. まとめ 研究論文 ) 1. 題目 2. 背景 3. 目的 4. 実験 & 考察 5. まとめ 6. 参考文献 会社の企画書 ) 1. はじめに 2. 背景 3. 目的 4. 調査 分析 5. 計画 6. 効果の見積 7. まとめ どういった種類の文章においても, 標準的な型が存在する 2017/4/6 8

9 文章の形とは どのような書類にも 標準のフォーマットが存在する! 標準フォーマットからはずれる書類 ( レポート ) は 1. 読み難い 2. 読んでいて不安になる 2017/4/6 9

10 文章の形とは どのような書類にも 標準のフォーマットが存在する! 注 ) 型をわざと崩して驚きを与え, それを効果的に利用して印象的な書類を作成する人がいる. しかしそれは, 標準フォーマットとは何か? を熟知した人のみができる高度な技であり, その前に君たちは 標準的なレポートの書き方 の訓練を十分に積む必要があります. 2017/4/6 10

11 実験レポートの書き方 ( 基礎編 ) これだけはしっかりと押さえてください! 2017/4/6 11

12 レポートの書き方 ( 基礎編 ): 書き始める前に 手書きかワープロか? 手書き字の上手下手より, 印象乱暴な字, ていねいさ ワープロ 最低限の機能を使いこなせることが前提 行間設定 ページ設定を使いこなせるか? 章立ての方法を知っているか? フォントの設定等使いこなせているか. グラフ機能を使いこなせるか( 難易度高 ) 2017/4/6 12

13 レポートの書き方 ( 基礎編 ): 全体の構成 表紙 ( 丁寧に書く / 第 1 印象は大切 ) 1. はじめに ( なくてもよい ) 2. 目的 3. 原理 4. 実験手順 方法 5. 実験結果 6. 考察 7. 結論 まとめ 8. 感想 ( なくてもよい ) 9. 参考文献 レポートは一つの完結した書類です. レポートの内容だけで 何の目的のために 何を行って 何がわかったか がわからなくてはいけません. この章立てがレポートの標準の型です 2017/4/6 13

14 レポートの書き方 ( 基礎編 ): レイアウト 章 節に区切る 1. 目的 2. 原理 変圧器 変換負荷法 : 図, 表を使う タイトル ( 目立つ ) を付ける 長文よりも上手な絵, ブロック図数表よりもグラフ 読者の立場に立って考える 2017/4/6 14

15 レポートの書き方 ( 基礎編 ): 目的と結論の章 目的 実験の目的を簡潔に書く 結論 ( まとめ ) 実験や考察でわかったことを簡潔に書く 目的 結論 対応が取れていること 2017/4/6 15

16 レポートの書き方 ( 基礎編 ): 原理 実験方法の章 原理 実験方法 実験を理解するために必要な最低限の情報考察を理解するために必要な理論等 ( 原理は考察ではないので事実を書く. ~ と考えられる.~ と思う. は NG) 何を行ったかを簡潔に記述する 原理 手順の章は実験書の丸写しとならないように注意する 2017/4/6 16

17 レポートの書き方 ( 基礎編 ): 結果の章 結果 実験結果は文章で記載する 例 ) ~の実験の結果を図 3に示す. 例 ) ~の結果を表 1に示す. 本文において何も説明をすることなしに, レポートにグラフのみ挟んでいる人がいますが, それでは書類としては不完全です. 図表は本文を理解するために使用するものですので, 本文中に図表の説明が必ず必要です. 全ての図表 ( グラフ等 ) には図表番号があり, 本文中で図表番号を使って説明する ( グラフの書き方は後述します ) 2017/4/6 17

18 レポートの書き方 ( 基礎編 ): 考察の章 考察 考察は評価のもっとも重要なポイントです 考察をしているか考察内容を理解しているか / わかるところまで書く過去レポの写しになっていないか ( 間違いまで同じ ) 指示された課題をこなしているか指示された考察がある場合, 各項目を章立てして可読性をよくする 例 ) 4. 考察 4.1. 信号が減衰する理由についての考察 ( 課題 1) 信号が時間の経過とともに減衰する理由は, ~ に関する考察 ( 課題 2) ~ が ~ となる理由は,~ だからである. その理由は ~ /4/6 18

19 レポートの書き方 ( 基礎編 ): 考察の章 考察の中身 オリジナリティ他の人と同じではつまらない実験中に気付いたことを述べ, 考察する理論と実験の比較実験は理論のようには単純でない. 理論は理想化されている失敗してもためになる原因 ( たとえば誤差, 複雑な条件, 外乱, 近似計算の誤差, ノイズ ) とその影響を考え, 理論と比べる 考察は探偵が自分の推理を人に納得させる作業と同じ つまり 根拠の薄い空想では裁判官 (= レポートを読む人 ) を, 納得させることはできません ( 例 : ~ の実験の誤差はノイズの影響と考えられる だけでは納得できない ) 考察とは実験結果 ( 数値 ) に対して何が起きているのかの解釈 ( 説明 ) を与える作業です 2017/4/6 19

20 レポートの書き方 ( 基礎編 ): 参考文献 文献からの引用 引用箇所は明示する明示しないで引用した場合 盗用 剽窃 とみなされる会社に入ってからこれを行えば職を失う可能性すらある重大犯罪 参考文献 ヒントになることが多い実験の内容を理解するためにも必須出展がわかるように書く 2017/4/6 20

21 レポートの書き方 ( 基礎編 ): 数字 単位 有効数字 100 ms = 0.1 s か? 100 ms は ms かもしれないが 120 ms ではない 0.1 s は 0.12 s かもしれない g と表すのは正しいか? 間違いではないが 2.3 μg や g と表すべき 例題 ) m を m と記述するのは正しいか? 2017/4/6 21

22 レポートの書き方 ( 基礎編 ): 数字 単位 単位電流か電気容量か?:1 μa それとも 1 μf? 大きさは間違っていないか :1 ma と 1 μa は 3 桁違う SI 単位でなく古い単位が使われる場合もある角度に度 (degree) と radian 電気の単位は複雑 T(Wb/m 2 )( テスラ ),G( ガウス ) S(A/V)( シーメンス ) 無単位の場合 相対値, 屈折率, 回路の Q 値など 数字が出てきたら単位を忘れていないか必ずチェック! 2017/4/6 22

23 レポートの書き方 ( 基礎編 ): 図表 図表番号 それぞれ通し番号を付けて本文中で引用する 図 1, 図 2, Fig. 1, Fig. 2, 表 1, 表 2, Tab. 1, Tab. 2, 写真, グラフは図である写真 1 グラフ 2 6 ページの右下の図 では不便 2017/4/6 23

24 レポートの書き方 ( 基礎編 ): グラフの書き方 悪い例 グラフ 2 歪率と出力電圧の関係 歪 0.1 率 1 系列 1 系 10 列系列 2 3 T H D 出力電圧 Vo Vrms 新日本無線データブックよりこの図には問題点が何個ありますか? 2017/4/6 24

25 レポートの書き方 ( 基礎編 ): グラフの書き方 悪い例 グラフ 図 軸 目盛の位置が悪い グラフ 2 歪率と出力電圧の関係 歪 0.1 率 1 系列 1 系 10 列系列 2 3 T H D 黄色は薄くて見にくい タイトルは下へ 系列? 手書きでない場合, グラフ内の補助罫線は不要 0 が多い 数字が小さい 出力電圧 Vo Vrms 問題点のオンパレード 新日本無線データブックより 単位 横軸の目盛 2017/4/6 25

26 レポートの書き方 ( 基礎編 ): グラフの書き方 見本 (Excel にて作成 ) 電圧利得 A v (db) 位相遅れ ϕ 電圧利得 A v 位相遅れ ϕ (deg.) 周波数 f (Hz) 図 20: 電圧利得 位相遅れの周波数特性 2017/4/6 26

27 レポートの書き方 ( 基礎編 ): グラフの書き方 見本 (Excel にて作成 ) 枠を付ける 軸のタイトル及び単位 数字は大きく 電圧利得 A v (db) 指数表示 位相遅れ ϕ 測定点はプロットにて プロットの説明 周波数 f (Hz) 電圧利得 A v 図 20: 電圧利得 位相遅れの周波数特性 0 位相遅れ ϕ (deg.) タイトルはグラフの下 2017/4/6 27

28 レポートの書き方 ( 基礎編 ): グラフの書き方 Excel エクセルは元々科学技術用にできていない しかしキッチリと使いこなせば十分な表現力が得られる Excel を使うならフォーマットをしっかりと調整する その他のグラフソフト Gnuplot QtiPlot 2017/4/6 28

29 実験レポートの書き方 ( 発展編 ) さらに素晴らしいレポートを書くために 2017/4/6 29

30 レポートの書き方 ( 発展編 ): フォント フォントの選択は? 本文 : 和文 : 明朝体英文 :Times New Roman (Century フォントは欧米人はあまり使用しない ) タイトル / 図表 : 和文 : ゴシック英文 :Arial 又は Calibri 2017/4/6 30

31 レポートの書き方 ( 発展編 ): 句読点 句読点は,. それとも? どちらでもよい. 科学技術の世界における横書きの日本語の文章は全角コンマ, 及び全角ピリオド. で書かれることが推奨されることが多い. 2017/4/6 31

32 レポートの書き方 ( 発展編 ): 半角スペース 半角コンマ, ピリオド. の後には半角スペース 例 ) CD, DVD, and Blu-ray 例 ) Fig. 10 ( 但し全角,. の前後は と同様にスペース不要 ) 数字と単位の略語の間にはスペース 例 ) 10 km, 10 ms, 10 V 等 注意 ) 数字と単位の記号の間にはスペース不要例 ) 10%,10,$10 等 = の前後は半角スペース (Fig. でのピリオドは略という意味であり略さなければ Figure 10) ( 理由 : 10ms を略さずに書けば tenmilliseconds である ) 例 ) E = mc 2 ( 理由 : = は英語で書けば is equal to であり,Eis equal tomc 2 とはならない ) 2017/4/6 32

33 レポートの書き方 ( 発展編 ): その他の注意点 グラフの軸の単位は丸カッコを使用する 例 ) 周波数 f (Hz) ( 周波数 [Hz] のように鍵かっこを使うのは日本だけ. グローバルには丸カッコ.) 変数は斜体 ( イタリック ) 単位は立体 ( ローマン ) 例 ) 速度 v にてステージを移動させた 例 ) 10 km, 10 ms, 10 V 2017/4/6 33

34 まとめ 前頁までで解説した非常に細かい個所の体裁まで丁寧に検討されたレポートにおいて, 内容が非常に悪かったことは私が添削してきた中では例がありません レポートの定理 見た目の丁寧さ かけた時間 内容の良さ レポートを見れば, 君たちがどの程度の 時間をかけて取り組んだかがわかります 2017/4/6 34