(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光画像パターンを並列的に電気信号に変換する光情報変換素子であって、
セルと、
前記セルの壁部または内部に形成された、光照射により酸化反応および／または還元反応の誘起が可能な光機能性膜と、
前記光機能性膜に接触するようにして、セル内部に充填された物質伝達媒体であって、光照射により前記光機能性膜に誘起された酸化反応および／または還元反応により反応生成物質の生成が可能な反応性物質を少なくとも１種以上含んでなる物質伝達媒体と、
前記物質伝達媒体中にあって、前記反応生成物質の拡散層内に配置され、前記光機能性膜への光画像入力に伴い生成する前記反応生成物質の拡散に応じて発生する濃度パターンの経時変化を感知し検出し、この検出した濃度パターンの経時変化情報から前記光情報変換素子に照射された前記光画像パターンの認識を行うための、少なくとも１個の、前記光機能性膜の直径以下の大きさの検出面積を有する酸化還元電極またはイオンセンサーからなる検出手段、とを具備してなることを特徴とする、光情報変換素子。
【請求項２】
前記光機能性膜が、半導体薄膜または表面を色素修飾した半導体薄膜である、請求項１に記載の光情報変換素子。
【請求項３】
前記光機能性膜が、光酸化還元性色素または光酸化還元性触媒微粒子を含有する、脂質膜または高分子膜である、請求項１に記載の光情報変換素子。
【請求項４】
前記光機能性膜が、電位制御を可能とした電極構造を有している、請求項１に記載の光情報変換素子。
【請求項５】
前記物質伝達媒体が光増感性色素を含んでなる、請求項１に記載の光情報変換素子。
【請求項６】
光情報変換素子に照射された光画像パターンを並列的に電気信号に変換する方法であって、
光照射により、光機能性物質に酸化反応および／または還元反応を誘起させ、
前記誘起された光反応性物質または前記誘起された光反応性物質によって二次的に生成した反応生成物質を物質伝達媒体中に拡散させ、
前記物質伝達媒体中に配設した少なくとも１個の、前記光機能性膜の直径以下の大きさの検出面積を有する酸化還元電極またはイオンセンサーからなる検出手段によって、光機能性物質への光画像入力に伴い生成する、前記誘起された光反応性物質または前記反応生成物質の拡散に応じて生成する濃度パターンの経時変化を検出することによって光情報を電気信号に並列的に変換することにより、前記検出手段により検出した濃度パターンの経時変化情報から前記光情報変換素子に照射された前記光画像パターンの認識を行うことを特徴とする、光情報変換方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光情報の変換素子および光情報の変換方法に関し、さらに詳しくは、画像情報を並列的に電気信号に変換することが可能な、光情報変換素子および光情報の変換方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気及び電子機器において、文字、記号、図形等を含めた画像の認識変換は人間と機械とのいわゆるマンマシンインターフェースにおける中心的な役割を果たしている。周知のように、電子的な認識変換技術は、近年急激な技術的進歩を遂げ、情報処理機器、通信機器、計測機器等の分野に革新をもたらすとともに、我々の日常生活に密着した領域にも広く進出するようになった。これらの認識技術は、これまでそのほとんどがシリコンなどの半導体を主として用いた素子あるいはそれらの組み合わせからなるものである。しかしながら、半導体を使用したこれまでのエレクトロニクス技術による情報処理方法は、一般に逐次的な演算手法を用いているため、論理演算のような直列処理にはきわめて向いているが、画像やパターン処理のように多くの情報を同時に並列的に処理することに対してには一般に適してはいない。
【０００３】
例えば、従来の半導体素子を用いた外部光画像パターンの処理方法として、電荷結合素子（ＣＣＤ）イメージセンサーが知られているが、これは、非常に微細化された受光素子および変換素子の二次元的な集積化により、入力画像をモザイク状に分割し、各素子の受けた情報をそれぞれ独立に電気的に逐次計測して画像を組み立てるいわゆる直列処理方式であり、画像の認識には膨大な情報の処理と変換を行わなければならなかった。
【０００４】
ところで、近年、生物ないし生体現象の解明に伴ない、生物が有する優れた画像認識機能を電気、電子機器に応用する材料および素子の開発への期待が高まってきている。これは生体現象を模倣して、情報処理、認識、記憶などの面でこれまでの半導体技術とは異なる原理に基礎をおく材料、素子によって、人間によりフィットした新しいエレクトロニクス技術を担おうという考え方に基づいている。
【０００５】
この生体に特有な多くの現象のなかで、最も基本的な情報変換・処理の形態は、細胞内もしくは細胞間における物質の反応、拡散等による動的なしかも並列的な処理に基づくものである。例えば、外から入る情報の７〜８割を処理していると考えられ、生体における情報処理の中で最も重要な役割を担っている視覚系における情報変換においては、その網膜において、まず二次元的に配列された視細胞層において光信号を化学反応を用いて物質に変換した後、機能化されたいくつかの神経細胞層を経る中で信号が並列的に処理・統合され、最終的に電気パルスとして神経を経由して脳に送られることが解明されてきている。この並列処理の結果、現在の電子技術ではその処理に膨大な時間がかかる画像の認識を生体内で極めて迅速に行うことが可能である。
【０００６】
ところで、従来、このような生体における情報処理を模倣した方法としては、以下のようなものが知られている。例えば、光化学反応物質を含む膜を介して溶液に浸漬した１対の電極を電気的発振回路の一部に組み込み、膜への光入力に伴う膜の容量や電気伝導度などの電気物性変化を検出することにより発振パターンが変化することを利用した光センサーの提案がなされている（Ｈ．Ｎａｋａｎｉｓｈｉ  ａｎｄ  Ｈ．Ｙａｍａｇｕｃｈｉ  Ｂｉｏｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ．Ｂｉｏｅｎｅｒｇ．，  ３２巻，２７ページ（１９９３年））。
【０００７】
しかしながら、上記の方法を含めて従来提案されている素子は、いずれも単一の素子によって外部からの画像情報を並列的に変換・処理し得るものではなかった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述した従来技術に鑑みてなされたものであり、外部からの光画像パターン情報を並列的に処理し得る光情報変換素子を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、光画像パターン情報を電気信号に変換するにあたり、物質伝達媒体中における反応、拡散等の動的制御を積極的に利用することにより、単一の素子による光情報の並列的な処理が可能となることを知見し、本発明を完成させるに至ったものである。
【００１０】
すなわち本発明による光情報変換素子は、
光画像パターンを並列的に電気信号に変換する光情報変換素子であって、
セルと、
前記セルの壁部または内部に形成された、光照射により酸化反応および／または還元反応の誘起が可能な光機能性膜と、
前記光機能性膜に接触するようにして、セル内部に充填された物質伝達媒体であって、光照射により前記光機能性膜に誘起された酸化反応および／または還元反応により反応生成物質の生成が可能な反応性物質を少なくとも１種以上含んでなる物質伝達媒体と、
前記物質伝達媒体中にあって、前記反応生成物質の拡散層内に配置され、前記光機能性膜への光画像入力に伴い生成する前記反応生成物質の拡散に応じて発生する濃度パターンの経時変化を感知し検出するための検出手段、とを具備してなることを特徴とするものである。
【００１１】
本発明の光情報変換素子の好ましい態様にあっては、前記光機能性膜が半導体薄膜もしくは表面を色素修飾した半導体薄膜、または、光酸化還元性色素もしくは光酸化還元性触媒微粒子を含有する脂質膜または高分子膜であり、電位制御を可能とした電極構造を有している。
【００１２】
本発明の光情報変換素子の別の好ましい態様にあっては、前記物質伝達媒体が光増感性色素を含んでなり、前記検出手段を前記光機能性膜の直径以下の大きさの検出面積を有する微小酸化還元電極またはイオンセンサーとする。
【００１３】
さらに、本発明の光情報変換方法は、光情報変換素子に照射された光画像パターンを並列的に電気信号に変換する方法であって、光照射により、光機能性物質に酸化反応および／または還元反応を誘起させ、前記誘起された光反応性物質または前記誘起された光反応性物質によって二次的に生成した反応生成物質を物質伝達媒体中に拡散させ、前記物質伝達媒体中に配設した少なくとも１個の検出手段によって、光機能性物質への光画像入力に伴い生成する前記誘起された光反応性物質または前記反応生成物質の拡散に応じて発生する濃度パターンの経時変化を検出することによって光情報を電気情報に並列的に変換することを特徴とする、光情報変換方法である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体例を示しながら説明するが、本発明がこれらに限定されるものではない。
光情報変換素子の構造
図１は、本発明の光情報変換素子の一例を示す断面図である。光機能性膜１には半導体薄膜からなる光機能性膜を用いている。光機能性膜１は半導体に照射された光入力が物質伝達媒体３界面部分まで達するならば、薄板のまま用いてもよいし、ガラス、石英などの光透過性基板上に形成されたものであってもよい。また、図１では、光機能性膜１はセル壁面２の一面をなす形態を示したが、セルと分離して、独立した状態で物質伝達媒体３中に設けてもよい。セル内には、酸化還元剤および必要に応じて支持電解質を含有する、物質伝達媒体３が充填されている。また、光機能性膜１の電位を制御するための電位制御装置４と光機能性膜の対極５が設けられてある。光機能性膜１上への光照射に伴って生じた酸化還元物質の濃度検出を行うための感知用電極６は光機能性膜１表面で反応した反応性物質の拡散層内に設置される。感知用電極６と光画像の入射光路および物質拡散を阻害しないように配置された感知用電極６の対極８により検出された物質濃度の信号は、光情報変換素子に接続した検出制御装置７により処理され、画像の認識ならびに記録が行われ得る。
【００１５】
図２は、物質の酸化還元による反応検知を行う場合の酸化還元感知用電極６の先端部分の拡大断面図である。図２に示されているように、感知用電極部分６ａは、検知を行う先端部分のみを残して絶縁体６ｂでシールドされた構造をとっている。検出物質がイオンの場合であって、イオンセンサーを検出手段として使用する場合には、この検出手段先端に検出するイオンを選択的に透過するイオン選択性膜を設けることができる。
【００１６】
図３に示した例は、複数の感知用電極６を光機能性膜６から等しい距離で等しい間隔で配置して用いた以外は図１の光情報変換素子と同様なものである。
動作原理
本発明の情報変換素子の動作原理を光機能性物質として半導体電極からなる膜を用いた場合に基き図１を用いて説明する。
【００１７】
半導体光機能性膜１へ光画像パターンのパルスを入射させると、光機能性膜１の光が照射された部分において電荷の分離が起こる。用いた光機能性膜がｎ型半導体の場合には、生じた正孔が表面で溶液中の酸化還元種の酸化を行うと共に、生じた電子は対極側に流れ、物質伝達媒体３中の酸化還元種の還元を行う。用いた半導体がｐ型の場合には、逆に半導体光機能性膜１表面上で還元が、光機能性膜対極５上で酸化が起こる。なお、この場合、電子−正孔対の分離を促進するため、光情報変換素子の外部に設けた電位制御装置４により、あらかじめ半導体光機能性膜に適当なバイアス電圧をかけておいてもよい。
【００１８】
光機能性膜１が半導体／色素複合系の場合には、物質伝達媒体３中ないし光機能性膜表面１上の色素が励起され、この励起状態のエネルギー準位が半導体よりも高い場合に光機能性膜１中への電子の移動が起こり、その後電子が光機能性膜１内の伝導帯を経由して光機能性膜対極５へ移動し、物質伝達媒体中の酸化還元種（反応性物質）を還元する。一方、光電子移動の結果酸化された光機能性膜１の表面上の色素は、物質伝達媒体３中の酸化還元種を酸化して元の状態に戻る。この際生じた酸化種をその酸化種の拡散層内に設置した感知用電極６で計測することが可能である。
【００１９】
このようにして、光機能性膜１の表面の光パターンパルス照射部分において、上記の一連の反応により、光機能性膜１の光照射部分の表面近傍に酸化還元反応物が発生する。このように光パルス照射により生成した反応物は光機能性膜１表面近傍から物質伝達媒体３へ拡散する。この拡散が３次元的に発生し、光機能性膜１の光入射面近傍においては、光画像のパルス入力後の時間に依存した空間的な濃度パターンが発生する。この変化は、時間と共におよび光機能性膜１からの距離が増大するにつれて均一化され、一定値に近づくが、この一定値になる以前の光機能性膜１近傍、いわゆる拡散層内（本発明において拡散層とは、拡散による物質移動のために媒体中で濃度勾配が生じている層のことであり、通常機能性膜の表面から５００μｍ程度の領域を意味する）においては、光図形の情報を空間的かつ時間的に取り込んだ反応物の濃度パターンを形成する。この濃度検出を行う感知用電極６は、光パターン入力が行われる光画像よりも小さく、かつ、この拡散層内に配置することでこの感知用電極６によって当該反応物の濃度パターンの変化を検出することが可能となる。
【００２０】
この濃度パターンの変化を本発明の光情報変換素子の外部に設けた検出処理装置７によって解析することにより、画像を認識したり、記録することができる。
【００２１】
本明細書において並列的な処理とは、従来の処理（直列処理）が画像を一体の画像としてとらえず、光画像パターンが、微小部分に分割され逐次的な電気信号に変換されて処理されていたのに対し、画像全体を、一体のパターンとして電気信号に変換し処理することをいう。また、本発明において、「酸化還元反応」とは、最も広義に解するものとし、電子の授受を伴うすべての化学反応を含むものとする。
光機能性膜
本発明において用いる光機能性膜は、典型的には光機能性物質自体からなるもの、または光に対して不活性で反応しない物質からなる膜の中に光機能性物質を含ませたものであることができる。本発明に用いる光機能性物質としては、光吸収により物質伝達媒体内の反応性物質酸化あるいは還元もしくはこれらの双方の反応の誘起が可能なものならば特に限定されるものではない。
【００２２】
本発明の光機能性膜としては、例えば、光半導体薄膜を用いることができる。この場合の具体的な物質としては、例えばＳｉ、Ｇｅなどの他、ＧａＰ、ＩｎＰ、Ｚｎ３  Ｐ２  、ＡｌＡｓ、ＧａＡｓ、ＣｄＳ、ＺｎＳ、Ｃｕ２  Ｓ、ＣｄＳｅ、ＺｎＳｅ、ＣｄＴｅ、ＺｎＴｅ、ＳｎＯ２  、Ｉｎ２  Ｏ３  、ＴｉＯ２  、ＺｎＯなどの金属リン化物、金属砒化物、金属硫化物、金属セレン化物、金属テルル化物、金属酸化物、およびこれらを３元または４元に組み合わせたＧａＡｌＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＧａＡｌＡｓＰ、ＣｕＩｎＳ２  、ＣｕＩｎＳｅ２  、ＳｒＴｉＯ３  、ＩｎＳｎＯ３  などが挙げられる。さらにこれらの物質に種々の不純物ドープを行ってもよい。このうち好ましいものは、酸化還元反応に対して安定な酸化物類であるが、特にその中でも透明な半導体であるＩｎ２  Ｏ３  、ＳｎＯ２  である。
【００２３】
また、これらの半導体薄膜を用いる形態としては、膜表面上で光照射に伴い酸化還元ができる形態ならば特に限定されるものではない。例えば、半導体薄膜を光機能性膜構造としこれを作用極として、対極および参照極を用いた電気化学セル方式や、電極として用いず、半導体薄膜そのものを光酸化還元触媒として用いる方法などがある。前者の光機能性膜構造の場合、素子構造は複雑になるが、半導体光機能性膜内の電極電位を制御できるので、物質伝達媒体中の酸化還元反応の制御が可能であるなどのメリットがある。また反応に伴い半導体表面が腐食される場合は、表面の安定化のためのコーティングを施すか、物質伝達媒体中に腐食防止剤を添加してもよい。
【００２４】
また、反応の促進もしくは可視域の光の応答を増すため、半導体表面に光増感性の色素の薄膜をコートするか、または、光増感性の色素を物質伝達媒体中に添加してもよい。この際用いる色素としては、半導体薄膜と組み合わせて光による酸化および／または還元を促進可能な物質ならば特に限定されない。例えば、ローダミン類、シアニン類、ポルフィリン類、フタロシアニン類、ローズベンガル、メチレンブルー、チオニン、などの色素を挙げることができる。また生体物質から抽出したクロロフィル等を用いてもよい。
【００２５】
上記の例では、光受容感度増大のために色素分子を半導体の表面に修飾した場合を示したが、この色素分子を物質伝達媒体中に溶解してもよい。この場合は表面に吸着した色素が光受容に関与し、光機能性膜の表面修飾を行った場合と同様の作用を生じる。
【００２６】
光機能性膜としては、前記の半導体薄膜に限らず、光酸化還元性色素もしくは光酸化還元性触媒微粒子を含有する脂質膜もしくは高分子膜などの有機物質からなる膜を用いてもよい。この場合、これらの膜を形成する物質は、膜を形成でき、光の照射に対して安定であり、かつ、光機能性物質を安定して含有し保持することが可能な物質であれば特に限定されない。このような脂質膜としては、例えば光機能性物質を含有する二分子膜、含浸膜、ラングミュア・ブロジェット（ＬＢ）膜などが挙げられる。これら二分子膜、含浸膜、ラングミュア・ブロジェット膜を形成する物質としては、例えば、ホスファチジルコリン類、ホスファチジルエタノールアミン類、ホスファチジルセリン類などのリン脂質類、モノオレイン、トリオレインなどのグリセリン脂質、あるいはこれらの脂質とコレステロールとの混合脂質系、長鎖脂肪酸類など、種々の物質を用いることができる。高分子膜を形成する物質としては、ポリ塩化ビニル類、ポリビニルアルコール類、ポリオレフィン類、ポリカーボネート類、フッ素樹脂類、セルロース類等の非導電性高分子の他にポリピロール類、ポリアニリン類、ポリチオフェン類等導電性高分子等の種々の物質が利用可能である。
【００２７】
光機能性膜として、光酸化還元性色素あるいは、光酸化還元性触媒粒子を含有する脂質膜あるいは高分子膜を用いた場合は、光吸収が行われたサイトで電荷の分離が起こり、生じた電子および正孔がそれぞれ溶液中の酸化還元性分子の還元および酸化を行う。この際、膜の両面でそれぞれ酸化反応と還元反応を分離するなど、反応効率の向上のため、酸化サイトと還元サイトの分離を行うことが望ましい。
【００２８】
また、これらに含有する光機能性物質としては、光励起により酸化還元性を誘起可能なトリスルテニウムビピリジル錯体のような金属錯体分子の他、上記で述べた種々の半導体の微粒子粉末でもよい。これらの光機能性物質の膜媒体への固定化の方法としては、脂質もしくは高分子中に含浸させてもよいし、イオン結合あるいは共有結合等により化学結合で膜媒体に固定化してもよい。
【００２９】
また、光機能性膜に画像パターンを入射するため、素子の光入射部分は、光透過性素材で作製する。
反応性物質
物質伝達媒体中に加える反応性物質としては、光機能性物質膜の励起により酸化もしくは還元される物質ならば特に限定されるものではない。例えば、キノン化合物、ビオロゲン化合物のような有機物、ヨウ素／ヨウ化物イオン等のハロゲン化物、鉄イオン、種々のフェロセン化合物、鉄エチレンジアミン四酢酸、フェロシアン化イオン／フェリシアン化イオン等の種々の金属イオンもしくは金属錯体イオン、さらに過酸化水素、亜硫酸イオンなど種々の酸化還元性特性を有する無機物を挙げることができる。このうち例えば、キノン化合物、フェロシアン化イオン／フェリシアン化イオン等は酸化物、還元物共比較的安定な物質のため好ましい反応性物質である。
物質伝達媒体
本発明に用いることができる物質伝達媒体としては、各種水溶液媒体の他、アセトニトリル、ジオキサンなどの有機溶液媒体、ポリアクリルアミドなどの高分子ゲル媒体、ポリエチレンオキシドやポリプレンオキシドのようなイオン伝導性高分子、ジルコニア、β−アルミナなどの酸化物イオン導電体、フッ化カルシウム、ヨウ化銀などのハロゲン化物イオン導電体等の種々の媒体を挙げることができる。このうち光機能性膜による素子の制御性、応答速度等の点を考慮すると溶液ないしゲル系の物質伝達媒体の利用が好ましい。
検出手段
本発明における検出手段は、光機能性膜に照射された光画像パターンにより生じる物質の二次元的な濃度パターンの変化を検出するが、この検出手段としては、その物質を検知可能なものならば特に限定されるものではない。例えば、酸化還元電極、イオンセンサー、ＦＥＴセンサー等があげられる。このうち、目的とする物質の酸化還元に伴う電流を検出する酸化還元電極である場合、このような感知用の電極を構成する物質としては、化学的な安定性および表面における反応活性の点から、通常、白金、金、カーボン等が用いられるが、用いられる媒体中の検出物質によっては、非金属、有機導電体等を用いても差し支えない。また検出する物質が特定のイオンの場合には、そのイオンのイオン選択性感知用電極を用いることもできる。これは、特定のイオンに応答するイオン選択性膜の測定対象イオンの濃度差に伴う膜電位変動を検出するものであり、用いる膜の種類により、水素イオン、ヨウ素イオン、臭化物イオンなどのハロゲンイオン等種々のイオンを検出することができる。これらの感知用電極の作製には、通常、微細化した飽和カロメル電極あるいは銀・塩化銀電極のような参照電極の表面にイオン選択性膜を直接もしくは内部基準液を介して固定化するか、あるいは、微細加工された電解効果トランジスター（ＦＥＴ）のゲート絶縁膜上にイオン選択性膜を配置したイオン選択性ＦＥＴ電極を用いることができる。
【００３０】
本発明において、検出手段は、光機能性膜表面で反応した反応性物質の拡散層の範囲内に配置される。検出手段の大きさは、光照射により生じた反応物質の二次元的な濃度パターンの変化を検出するために、少なくとも光機能性膜の直径または、最長の対角線の長さより小さく、光画像パターンより小さいものが適している。分解能の向上のためにはこの検出手段の大きさは光機能性膜の直径の１％以下より好ましくは０．１％以下が望ましい。前記感知用電極の数は単数でも複数でもよい。但し、感知用電極を一個だけ用いた場合は点対称の図形の認識はできないので、任意の二次元の入射光画像の検出のためには３本以上の配置を行うことが望ましい。また、光機能性膜が半導体光機能性膜の形で用いられるときに設けられる対極または／および参照電極は、光機能性膜からの反応物質の拡散の妨げにならない位置に配置することが望ましい。
画像検出
これら検出手段により検出された電気信号は、別に設置した検出処理装置で信号処理を行い、認識を行う。この場合、装置内にあらかじめ図形の学習記憶回路を設置しておくことにより、図形と検出信号の対応による高度な画像検出を行うことも可能である。
【００３１】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。
実施例１
図１に示す光情報変換素子において、光機能性膜として、石英基板上に作製したｎ型ＣｄＳ薄膜光機能性膜（膜厚１００μｍ）を用い、酸化還元剤（反応性物質）としてフェリシアン化カリウムおよびフェロシアン化カリウムの各々を１０ｍＭ加え、支持電解質として０．１Ｍの過塩素酸ナトリウムを加えた水溶液系の物質伝達媒体を使用した。検出手段として、白金ディスク感知用電極（感知用電極径１０μｍ）を用い、これを光機能性膜から５０μｍの位置に固定した。この条件下で、照射する全面積の積分強度が一定で、形が異なる波長５００ｎｍのいくつかの画像パターンを感知用電極が中心になるような位置で光機能性膜にそれぞれ０．２秒づつ５秒間隔で断続的に照射した。
【００３２】
図４にその結果を示す。図４（ａ）は正三角形の画像パターンを照射し、感知用電極をそのパターンの中心に配置した場合、図４（ｂ）はＸ型の画像パターンを照射し、感知用電極をそのパターンの中心に配置した場合、図４（ｃ）はドーナッツ形の画像パターンを照射し、感知用電極をそのパターンの中心に配置した場合である。それぞれのグラフに示すように、入射する画像の形に応じて異なるフェリシアンイオン濃度の時間パターンが得られた。比較のため、感知用電極を透明な光機能性膜から１０ｍｍの位置に移動して同様の測定を行ったが、入射された図形による応答の違いは何等観測されなかった。
実施例２
図１に示す光情報変換素子において、あらかじめ色素ローダミンＢをシランカップリング剤を用いて表面に化学結合させた二酸化スズ光機能性膜（膜厚６０ｎｍ、ガラス基板）を用い、反応性物質としてハイドロキノン（濃度０．８ｍＭ）、支持電解質として硫酸ナトリウム（濃度０．２Ｍ）を含む水溶液からなる物質伝達媒体を用いた。光機能性膜に銀／塩化銀の参照電極で対して３５０ｍＶのバイアス電圧を印加し、波長５６０ｎｍの光を用いて実施例１と同じ光画像パターンの照射を行ったところ、図形の形に応じたキノンの還元電流の時間パターンが得られた。
実施例３
図１に示す光情報変換素子において、二酸化スズ光機能性膜（膜厚６０ｎｍ、ガラス基板）を用い、色素としてローダミンＢ（濃度４μＭ）、反応性物質としてハイドロキノン（濃度０．８ｍＭ）、支持電解質として硫酸ナトリウム（濃度０．２Ｍ）を含む水溶液からなる物質伝達媒体を用いた。光機能性膜に銀／塩化銀参照電極で対して５００ｍＶのバイアス電圧を印加し、実施例１と同じ光画像パターンの照射を行ったところ、図形の形に応じたキノンの還元電流の時間パターンが得られた。
実施例４
図５は、光機能性膜１として、半導体薄膜触媒、あるいは、光酸化還元性色素もしくは光酸化還元性触媒微粒子を含有する脂質膜もしくは高分子膜を用いた場合の実施例である。この場合、セル２は光機能性膜１で２室を完全に区分された構造になっており、光照射に伴い光機能性膜１の両側で各々酸化還元物質の酸化反応と還元反応が行える構造になっている。また、本実施例の場合、反応を促進させるため、光機能性膜１の両側に電界を印加してもよい。
【００３３】
図５に示す光情報変換素子において、片面をスパッタリング法で白金薄膜（膜厚１０μｍ）形成したチタン酸ストロンチウム結晶薄板（厚さ２００μｍ）を光機能性膜１として用いた。また、物質伝達媒体３内にはフェロシアン化カリウム１０ｍＭ、物質伝達媒体３′内にフェリシアン化カリウム１０ｍＭをそれぞれ含み、支持電解質として過塩素酸ナトリウム（濃度０．２Ｍ）を含有する水溶液をそれぞれ加えた。感知用電極を実施例１と同様に配置した状態で、３９０ｎｍの実施例１と同じ光画像パターンの照射を行ったところ、図形の形に応じたフェリシアンイオンの還元電流の時間パターンが得られた。
実施例５
図５に示す光情報変換素子において、トリス（２，２′−ビピリジル）ルテニウム二塩化物を５モル％含有するモノオレインの含浸膜を孔径１μｍのポリカーボネート多孔質基板（基板厚１０μｍ）に作製し、これを光機能性膜として用いた。また、物質伝達媒体３内に塩化第二鉄１０ｍＭ、３′内に塩化第一鉄１０ｍＭをそれぞれ含み、支持電解質として硫酸ナトリウム（濃度０．２Ｍ）を含有する水溶液をそれぞれ加えた。感知用電極を実施例１と同様に配置した状態で、５５０ｎｍの実施例１と同じ光画像パターンの照射を行ったところ、図形の形に応じた鉄イオンの還元電流の時間パターンが得られた。
実施例６
図５に示す光情報変換素子において、光機能性膜１として、カドミウムイオンと硫化水素との反応により膜中に析出、含有させた硫化カドミウムクラスター（粒径８０〜１００ｎｍ）を含むモノオレイン二分子膜を用いた。また、物質伝達媒体３内にフェロシアン化カリウム１０ｍＭ、物質伝達媒体３′内にフェリシアン化カリウム１０ｍＭをそれぞれ含み、支持電解質として硫酸ナトリウム（濃度０．２Ｍ）を含有する水溶液をそれぞれ加えた。感知用電極を実施例１と同様に配置した状態で、５００ｎｍの実施例１と同じ光画像パターンの照射を行ったところ、図形の形に応じたフェリシアンイオンの還元電流の時間パターンが得られた。
実施例７
図５に示す光情報変換素子において、光機能性膜として、酸化インジウム（粒径１０μｍ）を分散したポリエステルフィルム（膜厚１０μｍ）用いた。物質伝達媒体３内にローダミンＢを４μｍ、ハイドロキノン０．８ｍＭ、物質伝達媒体３′内にベンゾキノン０．８ｍＭをそれぞれ含み、支持電解質として塩化カリウム（濃度０．１Ｍ）を含有する水溶液をそれぞれ加えた。感知用電極を実施例１と同様に配置した状態で、５６０ｎｍの実施例１と同じ光画像パターンの照射を行ったところ、図形の形に応じたキノンの還元電流の時間パターンが得られた。
実施例８
図５に示す光情報変換素子において、光機能性膜として、銅フタロシアニンを０．２モル％を含有したジパルミトイルフォスファチジルセリンを用いた。また、物質伝達媒体３内に塩化第二鉄５０ｍＭ、物質伝達媒体３′内にアスコルビン酸２ｍＭをそれぞれ含み、支持電解質として酢酸塩緩衝液０．０５Ｍを含有する水溶液をそれぞれ加えた。感知用電極を実施例１と同様に配置した状態で、５６０ｎｍの実施例１と同じ光画像パターンの照射を行ったところ、図形の形に応じた鉄イオンの還元電流の時間パターンが得られた。
実施例９
図１に示す光情報変換素子において、光機能性膜として、ｐ型のＧａＰ光機能性膜（膜厚５０ｎｍ、ガラス基板）を用いた。また、反応性物質として臭化第二銅、物質伝達媒体として固体電解質であるヨウ化銀を用いた。実施例１と同じ光画像パターンの照射を行ったところ、図形の形に応じた第一銅イオンの酸化電流の時間パターンが得られた。
【００３４】
【発明の効果】
以上詳述したように、画像などの光情報の認識に対して、従来はいわば画像を点の集合として分解し、認識ビット数に応じた数の電極等を用いた処理を行っていたのに対し、本発明の光情報変換素子を用いることにより、単一のセルを用い一個ないし数個程度の極めてわずかの数の検出手段により、図形としての特徴をそのまま取り込んだ並列的な認識を高感度に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光情報変換素子に、電位制御装置と検出処理装置とを配設した一例を示す概略構成図である。
【図２】本発明に係る光情報変換素子に用いることのできる、感知用電極の先端部の拡大断面図である。
【図３】感知用電極を複数用いた本発明に係る光情報変換素子に、電位制御装置と検出処理装置とを配設した例を示す概略構成図である。
【図４】本発明に係る光情報変換素子に光画像パターンを照射した時に生ずる、反応物質の濃度検出値の経時変化を示す特性図である。
【図５】光機能性膜によって２室に区切られたセルを有する本発明に係る光情報変換素子に、検出処理装置を配設した例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１  光機能性膜
２  セル壁部
２ａ  光透過性セル壁部
３、３’  物質伝達媒体
４  電位制御装置
５  光機能性膜対極
６  感知用電極
６ａ  感知用電極本体
６ｂ  感知用電極絶縁体
７  検出処理装置
８  感知用電極対極
９  光情報
１０  光情報変換素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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