(57)【要約】【課題】簡便かつ廉価な構成で光の強度分布を測定する機能を持ち、計測波長帯の選択性を持った光検出器を提供する。【解決手段】増感色素が塗布された透明半導体電極部１１と対向電極部１２と、両者に挟まれたバッファ層１３とからなる透過型光検出器で、対向電極部または透明半導体電極部が複数の電極セルに分割されて構成される。この光検出器によれば、増感色素で吸収される波長帯の光の一部を用いて、光電変換を行い、波長選択性を持った光検出器をコンパクトな構成で実現することができる。【選択図】図１
2008172258.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の波長を含む第１の波長帯の光に対して光電変換を行う第１の透過型光検出器と、
前記第１の透過型光検出器と積層され前記第１の透過型光検出器を透過した光を検出する第２の光検出器と、
を備えたことを特徴とする積層型の光検出器。
【請求項２】
前記第１の透過型光検出器は、第１の透明電極と、前記第１の透明電極の上に積層された透明半導体と、前記透明半導体の上に積層された増感色素膜と、前記増感色素膜と前記第２の透明電極との間に挟持されたキャリア輸送体と、を有することを特徴とする請求項１記載の光検出器。
【請求項３】
前記第１の透過型光検出器は、第１の透明電極と、前記第１の透明電極の上に積層された透明半導体と、前記透明半導体の上に積層された増感色素膜と、前記増感色素膜と前記第２の透明電極との間に挟持された誘電体層と、を有することを特徴とする請求項１記載の光検出器。
【請求項４】
前記第１の透過型光検出器は、第１の透明電極と、前記第１の透明電極の上に積層された有機ｐ型半導体層と、前記有機ｐ型半導体層の上に積層された有機ｎ型半導体層と、前記有機ｎ型半導体層の上に積層された第２の透明電極と、を有することを特徴とする請求項１記載の光検出器。
【請求項５】
前記第２の光検出器は、透明電極を有し、
前記第１の光検出器の前記第１または第２の透明電極と、前記第２の光検出器の前記透明電極との少なくともいずれかは、複数の電極セルに分割されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の光検出器。
【請求項６】
前記第２の光検出器は、透明基板の一方の主面上に積層された第３の透明電極を有し、
前記透明基板の他方の主面上には、前記第１の透過型光検出器の前記第２の透明電極が積層されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の光検出器。
【請求項７】
前記第２の透明電極と前記第３の透明電極とは、前記透明基板の両面の電極パターンが一致するように同一の複数の電極セルに分割されていることを特徴とする請求項６記載の光検出器。
【請求項８】
前記複数の電極セルは、光の入射光軸に対して点対称に略等面積となるように分割されて設けられたことを特徴とする請求項５または７に記載の光検出器。
【請求項９】
前記第２の光検出器は、前記第３の透明電極と対向して設けられた第４の透明電極を有し、
前記第１の透明電極と前記第４の透明電極のそれぞれは、動作時に一定電位となるように構成されたことを特徴とする請求項６〜８のいずれか１つに記載の光検出器。
【請求項１０】
前記透明基板の両面に設けられた前記第２の透明電極と前記第３の透明電極のそれぞれを介して得られる電気信号を、前記分割された電極セル毎に処理する信号処理回路が一体的に設けられたことを特徴とする請求項７または８に記載の光検出器。
【請求項１１】
前記第１の透過型光検出器で光電変換される前記第１の波長帯より、前記第２の光検出器で光電変換される第２の波長帯の方が長波長成分を含むように構成されたことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１つに記載の光検出器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光検出器および光検出システムに関し、より詳細には、透過型の光検出器を改良し入射光の２次元的な強度分布あるいは波長分布に関する情報を検出可能とした光検出器に関する。
【背景技術】
【０００２】
光学技術の多様なシステム応用がなされている現在、光を検出する手段である受光素子はあらゆる光応用機器のアプリケーションでキーデバイスとして活用されている。これら受光素子は、半導体で形成され、ｐｎ接合の働きによって起電力を生じるデバイスである。受光素子の光電変換のメカニズムについて簡単に説明する。
【０００３】
光電変換のメカニズムは、表面近傍、空間電荷領域、結晶内部という３箇所で振る舞いが異なるが、最終的にはｎ領域に電子がｐ領域に正孔がたまることで電位差が生じるメカニズムである。まず、表面近傍で吸収された光は高濃度の電子と正孔を励起し、濃度の低い内部に向けて拡散させる。この際、ｐｎ接合の空間電荷領域に達すると、電子は電位勾配にしたがって落下しｎ領域に達し、正孔は電位勾配に遮られて空間電荷領域の入り口にとどまる。
【０００４】
次に、表面より少し内部のｐｎ接合空間電荷領域で吸収された光は、そこで電子と正孔を作り、それぞれ電位勾配にしたがって移動し、ｎ領域、ｐ領域へとたまることになる。最後に結晶内部には光の長波長成分のみが到達し、内部のｎ領域によって生じた正孔は、拡散によって空間電荷領域に達して電場によってｐ領域に集まることになる。このようにして、ｐｎ接合に光が照射したときに両側に起電力が発生するのである。
【０００５】
従来の受光素子ではｐｎ接合を行う面が光を透過しないため、図３５に例示したように光路の末端に配置されるのが一般的であった。すなわち、図３５に例示した構成においては、光路１中に設けられたビームスプリッタ２で分岐された光が受光素子３に導かれるような構成とされている。このため、受光素子３を持つ検出光学系は複雑な構成をとることが多かった。またビームスプリッタ２を介することで、光軸がシフトしたりビーム波面にノイズが生じたりして悪影響を与えることが避けられなかった。このため、特に長い距離を伝播させる必要のある計測系などでは、このような検出光学系を採用することが困難であるという問題があった。
【０００６】
一方、近年の光応用システムの進歩に伴い、複数の波長の光を同一の光軸上に伝搬させる要請が強くなっている。従来から、レーザなど単一波長成分を持った光の検出には、ハーフミラーや偏光状態を考慮した偏光ビームスプリッタを用いて分光する構成がよく用いられる。しかし、最近の短波長レーザの開発により、複数波長のレーザを光軸を同一にとって用いる例が多くなってきた。その一例である光ディスク装置では、ＣＤ（compact disc）とＤＶＤ（digital versatile disc）の読み取りを同一の装置で行うために、780nm、635nmという波長の異なる二つのレーザを使用している。現状技術では、この二つの波長の検出系がそれぞれ別に構成されている例が多く、検出光学系の構成は、光技術の進歩とともにますます複雑になってきたとも考えられる。
【０００７】
入射光が広い周波数帯域の光である一例が、イメージセンサである。自然光が入射されるビデオカメラ用のCCD（chage coupled device）などが代表的な例である。ビデオカメラ用のイメージセンサでは、入射された光をRGBの3種の波長帯に分離して、それぞれ検出するためにCCDを３つ備えた図３６のような光学系を設けている。すなわち、同図に例示した構成の場合は、光路１中に置かれたプリズム５によって赤色成分が分離されてＣＣＤ４Ａで検出され、プリズム６で分離された緑色成分がＣＣＤ４Ｂで検出され、プリズム７で分離された青色成分がＣＣＤ４Ｃで検出される。この検出光学系の採用により、三原色分離して検出された光強度信号が情報信号として取りだされるのである。高性能イメージセンサの実現のためには、このように広い波長帯の入射光を3原色分離してそれぞれに検出系を設ける必要があり、図３６のような複雑な構成の検出光学系が不可欠であった。
【０００８】
以上例示したような検出光学系を簡便に構成するために、光を一部透過する光検出器も提案されている。光を透過する機能を有する従来の光検出器としては、主に太陽電池の用途に用いられる、ガラス基板上にアモルファスシリコン光センサを設けた裏面透明電極光センサや、シリコンに微細孔をあけることによって光透過を可能とするシースルー光センサがある。
【０００９】
しかし、裏面透明電極光センサは色がシリコンのバンドギャップに制限されるため、赤色以外の例えば青色や緑色は吸収できず、波長帯が限定される構成となってしまう。また、シースルー光センサは光透過性を微細孔で可能にするため、透過率と変換効率を共に高くとることや、吸収波長の調整はできなかった。
【００１０】
また、図３７に示すように、シリコン基板の薄膜化のプロセスを用いて、薄膜フォトダイオードが製造され、透過型光検出器が実現されている。すなわち、同図に表した例においては、酸化シリコンマスクＭを利用してＴＭＡＨエッチングによりシリコン基板Ｓの一部を薄膜化し（図３７（ａ））、ｐｎ接合を形成し（図３７（ｂ））、さらに電極Ｅを形成して薄膜フォトダイオードを形成する（図３７（ｃ））。
【００１１】
しかしこのような検出器は、製造コストがかかったり、光の透過率が低いなどの問題点があると同時に、シリコンという材料に依存して吸収検出される波長スペクトルが固定されるため、光検出器としての用途が非常に限定されてしまうという問題点があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上述したように、従来の受光素子を有する光検出器では、光を透過できないため光路の末端に配置しなくてはならなかった。同時に、末端に配置された光検出器に光を導くために光路中にビームスプリッタなどを設けて分光することが不可欠で、光学系の構成が複雑になる、光軸が微妙にずれる、ビーム波面にノイズが生じるという問題点があった。
【００１３】
近年の光学技術の進歩に伴い、複数波長のレーザが使用されたり、周波数帯を分割して検出する用途が発生したりするために、使用する波長の数だけ検出光学系が設けられることになると、検出光学系はますます複雑な構成となる傾向にある。
【００１４】
また、従来は、光を透過する検出器は限られた用途では存在するものの、細かな調整が困難であったり、製造コストが高かったりと、廉価で高性能の光検出器としては適さない構成のものであった。
【００１５】
本発明は、かかる課題の認識にもとづいてなされたものであり、その目的は、廉価で簡便な構成によって、製造性に優れ、波長帯を選択可能な光検出を行う光検出器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を達成するために、第１の透明電極と、第２の透明電極と、前記第１及び第２の透明電極に挟まれて前記第１の透明電極と第２の電極に共通な光電変換部と、を備え、前記第１の透明電極と前記第２の透明電極との少なくともいずれかは、複数の電極セルに分割されてなることを特徴とする。
【００１７】
または、本発明の光検出器は、第１の透明電極と、前記第１の透明電極の上に積層された透明半導体と、前記透明半導体の上に積層され所定の波長を含む波長帯の光を吸収する増感色素膜と、第２の透明電極と、前記増感色素膜と前記第２の透明電極との間に挟持されたキャリア輸送体と、を備え、前記第１の透明電極と前記第２の透明電極との少なくともいずれかが、複数の電極セルに分割されてなることを特徴とする。
【００１８】
または、本発明の光検出器は、第１の透明電極と、前記第１の透明電極の上に積層された透明半導体と、前記透明半導体の上に積層され所定の波長を含む波長帯の光を吸収する増感色素膜と、第２の透明電極と、前記増感色素膜と前記第２の透明電極との間に挟持された誘電体層と、を備え、前記第１の透明電極と前記第２の透明電極との少なくともいずれかが、複数の電極セルに分割されてなることを特徴とする。
【００１９】
または、本発明の光検出器は、第１の透明電極と、前記第１の透明電極の上に積層された有機ｐ型半導体層と、前記有機ｐ型半導体層の上に積層された有機ｎ型半導体層と、前記有機ｎ型半導体層の上に積層された第２の透明電極と、を備え、前記第１の透明電極と前記第２の透明電極との少なくともいずれかが、複数の電極セルに分割されてなることを特徴とする。
【００２０】
一方、本発明の光検出システムは、前述したいずれかの光検出器と、光の入力に応じて前記第１の透明電極と前記第２の透明電極との間に発生する電気信号を前記複数の電極セルのそれぞれについて検知する検知部と、を備え、対象物の上に前記検出器を配置し、前記光検出器を透過して前記対象物により反射された光により前記複数の電極セルのそれぞれについて発生する前記電気信号を前記検知部により検知することにより前記対象物の画像情報を入力することを特徴とする。
【００２１】
または、本発明の光検出システムは、前述したいずれかの光検出器と、入射光に応じて前記第１の透明電極と前記第２の透明電極との間に発生する電気信号を前記複数の電極セルのそれぞれについて検知する検知部と、前記検知部により検知される前記電気信号に基づいて、前記入射光と前記光検出器との相対的な位置関係を所定の関係に修正する駆動手段と、を備えたことを特徴とする。
【００２２】
または、本発明の積層型の光検出器は、所定の波長を含む第１の波長帯の光に対して光電変換を行う第１の透過型光検出器と、前記第１の透過型光検出器と積層され前記第１の透過型光検出器を透過した光を検出する第２の光検出器と、を備えたことを特徴とする。
【００２３】
ここで、前記第１の透過型光検出器は、第１の透明電極と、前記第１の透明電極の上に積層された透明半導体と、前記透明半導体の上に積層された増感色素膜と、前記増感色素膜と前記第２の透明電極との間に挟持されたキャリア輸送体と、を有することを特徴とする。
【００２４】
または、前記第１の透過型光検出器は、第１の透明電極と、前記第１の透明電極の上に積層された透明半導体と、前記透明半導体の上に積層された増感色素膜と、前記増感色素膜と前記第２の透明電極との間に挟持された誘電体層と、を有することを特徴とする。
【００２５】
または、前記第１の透過型光検出器は、第１の透明電極と、前記第１の透明電極の上に積層された有機ｐ型半導体層と、前記有機ｐ型半導体層の上に積層された有機ｎ型半導体層と、前記有機ｎ型半導体層の上に積層された第２の透明電極と、を有することを特徴とする。
【００２６】
また、積層型の光検出器においては、前記第２の光検出器は、透明電極を有し、前記第１の光検出器の前記第１または第２の透明電極と、前記第２の光検出器の前記透明電極との少なくともいずれかは、複数の電極セルに分割されていることを特徴とする。
【００２７】
また、積層型の光検出器においては、前記第２の光検出器は、透明基板の一方の主面上に積層された第３の透明電極を有し、前記透明基板の他方の主面上には、前記第１の透過型光検出器の前記第２の透明電極が積層されていることを特徴とする。
【００２８】
また、前記第２の透明電極と前記第３の透明電極とは、前記透明基板の両面の電極パターンが一致するように同一の複数の電極セルに分割されていることを特徴とする。
【００２９】
また、前記複数の電極セルは、光の入射光軸に対して点対称に略等面積となるように分割されて設けられたことを特徴とする。
【００３０】
また、前記第２の光検出器は、前記第３の透明電極と対向して設けられた第４の透明電極を有し、前記第１の透明電極と前記第４の透明電極のそれぞれは、動作時に一定電位となるように構成されたことを特徴とする。
【００３１】
また、前記透明基板の両面に設けられた前記第２の透明電極と前記第３の透明電極のそれぞれを介して得られる電気信号を、前記分割された電極セル毎に処理する信号処理回路が一体的に設けられたことを特徴とする。
【００３２】
また、前記第１の透過型光検出器で光電変換される前記第１の波長帯より、前記第２の光検出器で光電変換される第２の波長帯の方が長波長成分を含むように構成されたことを特徴とする。
【００３３】
また、前記第２の光検出器と積層され前記第１の透過型光検出器と前記第２の光検出器を透過した光を検出する第３の光検出器をさらに備え、前記第２の光検出器は前記第１の波長帯とは異なる第２の波長帯の光に対して光電変換を行い、
前記第３の光検出器は、前記第１及び第２の波長帯のいずれとも異なる第３の波長帯の光に対して光電変換を行うことを特徴とする。
【００３４】
本発明は、上記した構成により、光を透過しながら、所定波長成分を選択して検出する光検出器を実現するものである。この光検出器によって、検出光学系は非常に簡便に構成できることになる。
【００３５】
また、この光検出器は廉価で簡便な製造プロセスで製造できるため、低コストで高性能な光学検出系を構成できる。さらにこの光検出器は波長選択性を持たせられるため、複数の波長のレーザ光が同一光軸上に配置される光学系においても、所定の波長成分のみを検出することができる。
【００３６】
同時に、このような透過型光検出器では、両面から光を入射することも可能であって、多様な位置ずれ検出に適用可能な検出光学系を構成することが可能となる。
【００３７】
一方、波長を選択して検出する光検出ユニットを積層することで、検出感度を上げることができる。また、積層した光検出ユニットの選択波長を異なる波長とすることで、複数波長を同時に検出可能な光検出器を構成することが可能となる。この光検出器の構造において、分割された電極を有していることがひとつの特長であるが、この電極は、同一の透明基板の両面に形成されるため、分割電極同士の位置合わせが容易となっている。積層される光検出器をこのような構成とすることで、製造プロセスを簡便化し、廉価な光検出器を実現することが可能となる。
【発明の効果】
【００３８】
以上説明したように本発明によれば、廉価で簡便な構成によって、受光面の両面から光を透過すると同時に光検出を行う透過型光検出器を構成できて、光の光路中に光検出器を配置してコンパクトな検出光学系が実現できる。
【００３９】
また、本発明によれば、分割領域の中間領域に対しても光電変換を行うことができ、効率の良い光検出器の構成とされている。また、分割すべき部分も第２の透明電極部のみで良く、パターニングなどによる成型が容易な光検出器を提供することができる。
【００４０】
さらに、その透明電極パターンを適宜分割することにより、位置検出や軸合わせなどを容易且つ確実に実施することができる。
【００４１】
また、このような透過型光検出器を積層することにより、画像入力、カラー撮像、波長分析などを容易且つ確実に実施することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
以下、実施例を参照しつつ本発明の実施の形態について詳細に説明する。
（第１の実施例：４分割電極付透過型光検出器）
図１（ａ）は、本発明の実施の形態にかかる光検出器の基本構成を例示する概略断面図である。すなわち、光検出器１００１は、透明基板１００２に形成された第１の電極部１００４と、透明基板１００３に形成され、２つに分割された第１及び第２の電極セル１００６、１００７からなる第２の電極部と、これら両方の電極部に挟まれた光電変換部１００５からなる構成を有する。
【００４３】
透明基板１００２に入射した光は、透明基板１００２と透明電極部１００４を透過して、光電変換部１００５において電子と正孔の移動を促す。その結果、分割された第２の電極部の第１の電極セル１００６近傍での電子と正孔の移動による起電力は、電気部１００４と第１の電極セル１００６との間で発生し、もう一方の分割電極セル１００７の近傍での起電力は電極部１００４と第２の電極セル１００７との間で発生することになる。
【００４４】
このように、第２の電極部を２つあるいはそれ以上の電極セルに分割することで、分割線１００８によって分割された領域に入射した光の強度に依存した起電力をそれぞれ別に取り出すことが可能となる。
【００４５】
従来の分割型光検出器では、本発明の光検出器の光電変換部１００５や第１の電極部１００４にあたる部分も分割されて構成されていたため、分割された領域の中間領域に入射した光を検出することが困難であった。図１（ａ）に例示したように２分割の光検出器では、その中間領域の面積は微小であるが、多数の領域に分割された光検出器では、中間領域で発生するはずの起電力の成分は大きく、結果的に光電変換の効率が低下する要因となっていた。
【００４６】
これに対して、本発明によれば、分割領域の中間領域に対しても光電変換を行うことができ、効率の良い光検出器の構成とされている。また、分割すべき部分も第２の透明電極部のみで良く、パターニングなどによる成型が容易な光検出器を提供することができる。
【００４７】
以上のように構成された本実施例の積層透過型光検出器の動作について、以下に説明する。
図１（ｂ）は、本発明の光検出器の動作モデルを表す概念図である。透過型光検出器１００に入射した光は、透明基板１４を介して色素増感透明半導体電極部６０に到達する。ここで、増感色素１７の吸収波長領域の光は吸収され、増感色素１７を励起する。この励起によって増感色素のＨＯＭＯレベルに正孔が生成し、ＬＵＭＯレベルには電子が生じて、この電子は酸化チタン（ＴｉＯ２）などからなる透明半導体１６の伝導帯へ移動する。
【００４８】
なお、上述した光検出器が動作するために必要なエネルギーレベルとしては、各増感色素のＬＵＭＯレベルは、透明半導体の伝導帯レベルより０．５ｅＶ以下の差で高いことが望ましい。
【００４９】
キャリア輸送体である酸化還元電解質で構成されたバッファ層６５では、増感色素６４のＨＯＭＯレベルに生じた正孔はバッファ層６５に移動し、正孔はバッファ層中を対向電極部１２まで移動して対向電極に移る。一方、透明半導体に移った電子は、透明電極１５に移動する。この透明電極の電子は電線６７に、対向電極１２の正孔は電線６８に移動し、電線６７と電線６８の間に流れる電流を検知することにより、本発明の透過型光検出器が動作することになる。
【００５０】
図２は、本発明の第１実施例における透過型光検出器の概観図であり、同図（ａ）はその斜視外観図、同図（ｂ）はその断面構成図である。
【００５１】
この光検出器１００は、所定の波長帯の光を選択吸収して光電変換を行う透過型光検出器である。この透過型光検出器は、色素増感透明半導体電極部１１および対向電極部１２と、両電極部に挟まれたバッファ層１３とから構成されている。さらに色素増感透明半導体電極部１１は、透明基板１４上に形成された透明電極１５および透明半導体１６と、この半導体層に吸着された増感色素膜１７によって構成されている。
【００５２】
対向電極部１２は、透明基板５０に形成された透明電極部によって構成される。この透明電極は、図示するように２つのセル１８、１９、２０、２１に分割され電気的に相互に絶縁されて設けられ、各電極セルにおいて発生した電流信号を個別に取り出すことができるように電線２２、２３、２４、２５が配線されている。
【００５３】
なお、図２においては、対抗電極部が同等な面積の形状で４つのセルに分割された例を表したが、これ以外にも、例えばライン状に複数のセルに分割される構成となっていても構わないし、マトリックス状に多数のセルに分割されていても構わない。また、各透明電極および電極部は、入射光軸の中心に対して点対称に分割されるように構成される。
【００５４】
また、入射光量のパワーモニタなどの用途に用いられる場合、電極部は分割されていなくても構わない。
【００５５】
図２に表した電極セル１８、１９、２０、２１についても、その動作原理は同様である。この動作原理に基づき、各セルに照射した光量に比例して、各セルに対応する電線に電流が流れることになる。また、信号品質のよい信号を得るためには、透明電極１５の電位レベルを接地（グランド）とした方がよい。この場合、複数の対向電極セルに＋の電位が生じて、電流電圧変換によって各セルに対応した電圧が検出されることになる。すなわち、透明電極の電線２６は接地されている。
【００５６】
次に、上記のように構成した透過型光検出器１００の応用例について説明する。
図３は、本発明の透過型光検出器の応用例を表す概念図である。
同図のように光路１中に本実施例の透過型光検出器１００を配置することで、簡便な検出光学系を構成することが可能となる。同図の構成の検出光学系により、分割された電極セル１８、１９、２０、２１の出力をそれぞれ比較し、参照光に対する光検出器のずれ量、ないしは光検出器に対する光軸のずれ量を算出することが可能である。
また、本透過型光検出器を透過した光を別の用途に利用することも可能である。
【００５７】
図４は、光検出器１００の透過光も位置ずれ検出に利用した例を表す概念図である。同図のように、本発明の透過型光検出器１００を複数用いることで、参照光７１を基準として複数の移動構造体１０２、１０４どうしの位置ずれを検出する検出光学系を構成することも可能である。
【００５８】
なお、このとき、構造体１０２及び１０４の距離は１ｍ以上離れていても構わない。また、図４の光軸上に複数の波長帯の光が入射されている場合、それぞれの透過型光検出器１０１、透過型光検出器１０２は、異なる組成の増感色素を用いて製造されたものであっても構わない。この場合、第一の波長帯の光に対する位置ずれを第一の光検出器が検知、また第二の波長帯の光に対する第二の構造物の位置ずれを第二の光検出器によって検知する構成となる。
【００５９】
図３及び図４に例示した実施例の場合、４分割された電極セル１８、１９、２０、２１の出力信号を、各対応するセルへの入射光量として検出して、比較演算、具体的には和・差演算を行うことによって、入射光軸の光検出器中心からのずれを２次元的に検知することが可能となる。このように各電極セルで得られた信号を用いて信号処理を行う場合、微弱な電流をＳ／Ｎよく検出して処理するために、信号処理回路は光検出器のごく近傍に設けられるのが好適である。
【００６０】
図５は、４分割された電極セルを持つ透過型光検出器の一例を表す概念図である。同図において、透過型光検出器１０５で検出された各電極セル８１、８２、８３、８４の信号は、電線８５、８６、８７、８８を通じて信号処理回路８９に入力される。この信号処理回路８９では、各信号の和算・減算を行う。たとえば、電線８５と電線８６から入力された信号を足し算し、電線８７と電線８８から入力された信号を足し算した結果から引き算することによって、入射光軸のＸ方向のずれ量を検出することができる。同様に、Ｙ方向のずれ量も和差演算によって検出できて、Ｘ・Ｙ２軸方向の光軸ずれを検知できる。またこのずれ量は、参照光に対する光検出器のずれ量と同意である。
【００６１】
ここで、図１（ｂ）に表した透過型光検出器に関しては、バッファ層６５として酸化還元電解質からなるキャリア輸送体を用いた例を説明した。この場合、光が入射している時には電極間に電流が流れ、光が入射していない時には電流が流れない。
【００６２】
これに対して、バッファ層６５を誘電体を用いて構成することも可能である。この場合、光検出器の動作原理は多少異なり、検出される信号も入射光に対して異なる特性を持つ。
【００６３】
図６は、この電流信号の違いを表すグラフ図である。
バッファ層がキャリア輸送体により構成される場合には、同図（ａ）に表したような光の入射信号に対して、同図（ｂ）に表したような電流信号が流れる。
【００６４】
これに対して、バッファ層が誘電体である場合には、前述した電荷の移動によって透過型光センサユニット内に電場が生じて、電線に変位電流が流れる。この変位電流の作用によって、透明電極には正電荷、対向電極には負電荷が生じる。このとき電線間に流れる変位電流を検知することにより、本発明の透過型光検出器が動作することになる。
【００６５】
すなわち、変位電流は、光の入射量の時間微分値として流れるため、図６（ａ）に表したような入射光に対しては、図６（ｃ）に表したように、入射光が入った瞬間に電極間に正のパルスが生じ、光が照射している間は電流は流れず、入射光が消えた瞬間に再度電極間に負のパルス電流が流れることになる。
【００６６】
本光検出器の応答速度について説明すると以下の如くである。すなわち、各透過型光検出ユニット内の増感色素１７の光吸収と透明半導体１６への電子移動は、フェムト秒で起こり、透明半導体１６へ移った電子はナノ秒で増感色素１７へ戻る。バッファ層６５にキャリア輸送体を用いた場合は、増感色素１７から透明半導体１６への電子移動後ピコ秒で増感色素１７からキャリア輸送体６５への正孔移動が起こり、増感色素１７のＨＯＭＯレベルが埋まるため、ナノ秒で起こる透明半導体１６から増感色素１７への電子逆戻りはこの速度に比べて遅いため起こりにくい。
【００６７】
透過型光検出ユニットの応答速度は、増感色素１７から移った正孔がキャリア輸送体６５中を拡散する速度によって決定される。たとえばキャリア輸送体６５として、イオン拡散を利用する電解質を用いた場合には、通常イオン拡散速度は遅いため、ユニットのメガＨｚオーダの信号応答は困難である。
【００６８】
バッファ層６５にキャリア輸送体ではなく、誘電体を用いる場合、光吸収によって生じた増感色素１７のＨＯＭＯレベルの正孔が移動しないため、透明半導体１６からの電子移動がナノ秒で起こる。したがって、ユニットの応答速度はキャリア輸送体を用いた場合よりも速く、数１０メガＨｚオーダの信号応答を行うことが可能となる。
【００６９】
次に、本発明の透過型光検出器における各部材について説明する。
本発明で用いられる、透明電極１１は、透明基板１４表面に透明導電層１５の設けられた構成のことを指している。
【００７０】
透明基板１４は、透明な板状の材料であれば何でもよく、たとえばガラスやポリマーフィルムなどが挙げられる。
【００７１】
透明電極１５は、透明でかつ電極表面が導電性を持つ材料ならば何でもよく、たとえば、フッ素やインジウム、アルミニウムなどをドープした酸化スズ、酸化亜鉛などが好ましい。また、光透過をあまりさえぎらない程度の微量ならば白金、金、銀、銅、アルミなどの不透明な電極層が含まれていても構わない。透明電極は透明基板上で複数のパターンに分割される構成となっていても構わない。この場合、各パターンからセル外部にそれぞれ信号が取り出せるように、配線が取り付けられている。
【００７２】
補助電極としては、白金、金、銀、銅、アルミニウム等の不透明な金属やグラファイトなど導電性の高い材料が好ましい。
【００７３】
透明半導体１６として用いられる材料は、可視光領域の光吸収が少ない半導体で、金属酸化物半導体では、遷移金属の酸化物、たとえばチタン、ジルコニウム、ハフニウム、ストロンチウム、亜鉛、インジウム、イットリウム、ランタン、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、モリブデン、タングステンの酸化物、およびこれらの複合酸化物、または酸化混合物が好ましい。具体的には、例えば、ＳｒＴｉＯ３、ＣａＴｉＯ３、ＢａＴｉＯ３、ＭｇＴｉＯ３、ＳｒＮｂ２Ｏ６のようなペロブスカイト、あるいはこれらの複合酸化物または酸化物混合物、ＧａＮなどが好ましい。
【００７４】
増感色素膜１７の透明半導体１６表面への吸着は、１分子層から数分子層程度の厚み以上は起こらない。外観上の素子の色の濃さを調整するために、図１（ｂ）に表したように透明半導体１６の表面に微細な凹凸を設け、実効的な表面積を調節することができる。凹凸構造を形成するために微粒子構造を用いることができる。例えば粒径１０ｎｍのＴｉＯ２微粒子の焼結体を用いて微細構造を作製する場合には、微粒子層の厚みを調節することにより実効的な表面積を調節できる。凹凸構造は全体の比表面積が１００から１０００の間の値であることが望ましい。
【００７５】
また、ここでいう透明電極や透明半導体とは、可視光波長領域の光を透過する性質を持っており、３００ｎｍ〜８００ｎｍの光を少なくとも３０％、好ましくは５０％、より好ましくは７０％以上透過する。
【００７６】
増感色素膜１７は、入射光を吸収して励起状態になり、その後に電子を透明半導体に渡し、後に固体キャリア輸送材料から電子を受け取る。したがって増感色素膜のＬＵＭＯ準位は透明半導体の伝導帯準位と同じかそれより上にある必要がある。増感色素膜１７は、透明半導体表面に強く吸着するためにカルボキシル基、ヒドロキシアルキル基、ヒドロキシル基、スルホン基、カルボキシアルキル基などの官能基を分子中に持つことが望ましい。
【００７７】
増感色素膜１７としては、ルテニウム−トリス、ルテニウム−ビス、オスミウム−トリス、オスミウム−ビス型の遷移金属錯体、多核錯体、またはルテニウム−シス−ジアクア−ビピリジル錯体、またはフタロシアニン色素、ポルフィリン色素、ペリレン色素、アントラキノン色素、アゾ色素、キノフタロン色素、ナフトキノン色素、シアニン色素、メロシアニン色素、に上記の官能基を持った構造であることが望ましい。また所望の色を得るためには、これらの色素の混合物を用いても良い。
【００７８】
バッファ層６５を構成する誘電体材料としては、結晶性もしくはアモルファス性の有機分子を用いることができる。結晶性を持つものとして、各種金属フタロシアニン、ペリレンテトラカルボン酸、ペリレンやコロネン等多環芳香族、テトラチアフルバレン、テトラシアノキノジメタン等電荷移動錯体、アモルファス材料としては例えばＡｌｑ３、ジアミン、各種オキサジアゾール、ポリピロール、ポリアニリン、ポリＮ−ビニルカルバゾール、ポリフェニレンビニレンなどの導電性高分子があげられる。
【００７９】
上記のような部材構成で、本実施例の光検出器を構成した場合、透明基板の厚みは０．１ｍｍ程度にまで薄く構成することが可能で、その他の要素はほとんど無視できる厚みのため、全体として０．５ｍｍ程度の厚みで構成することが可能である。
【００８０】
次に、本発明の透過型光検出器の作成法の要点について説明する。
図７は、本発明の透過型光検出器の作成方法の要部を表す概念図である。
まず、透明半導体１６としてのＴｉＯ２膜の製造法は、以下の通りである。エタノール中にＴｉＣｌ４を約２ｍｏｌ／ｌ溶解し、メタノールを加えることで、約５０ｍｇ／ｍｌチタンを含有するチタンアルコキシドを得る。これを加水分解した後、補助電極として白金を蒸着した第１の透明電極上に塗布し（図７（ａ））、約４００℃で約３０分間焼成して透明半導体としてＴｉＯ２膜を得る（図７（ｂ））。この時、ＴｉＯ２膜は、表面が平面だった場合に対する凹凸を設けた場合の比表面積が約６００、膜厚は約５μｍが好ましい。
【００８１】
上記のように形成した透明半導体１６に増感色素膜１７を吸着させる（図７（ｃ））。この過程では、得られたＴｉＯ２膜を増感色素のエタノール溶液中に浸漬する。約３時間浸漬した後、ＴｉＯ２膜を取り出し、エタノールで洗浄した。本実施例の場合、色素増感透明半導体電極部が上記の方法で製造されることになる。
【００８２】
対向電極部１２は、透明基板に透明電極をパターニングして成形される（図７（ｄ）、（ｅ））。
【００８３】
以上のように作成された各パーツは、バッファ層の枠となるスペーサを介して接着積層され（図７（ｆ））、スペーサの空隙からキャリア輸送体ないしは誘電体を注入されて組み立てが完了する（図７（ｇ））。
【００８４】
なお、図２に表した具体例の場合は、対向電極部１２が分割され、増感色素膜の吸着された透明半導体が形成された透明電極部１１は分割されない構成であったが、この透明電極部１１が分割されていて、もう一方の対向電極部１２は分割されない構成であっても構わない。
【００８５】
図８は、このように対向電極が分割されない構成を例示する断面図である。
また、図５に表した具体例の場合は、略等面積に電極セルが分割されているが、均等でない面積に分割されて構成されても構わない。
【００８６】
図９は、電極セルが均等でない面積に分割されている構成を例示する概念図である。すなわち、同図の構成においては、電極セルＣ１〜Ｃ６は、均等でない面積に分割されている。
【００８７】
（第２の実施例：分割電極付き積層光検出器：動きベクトル検知器：１次元スキャナ）
次に、本発明の第２の実施例について説明する。
図１０は、本発明の第２実施例における透過型光検出器２００の概観図であり、同図（ａ）はその平面図、同図（ｂ）はその要部断面図である。
同図の光検出器は、第１実施例として説明した透過型光検出器の対向電極面１２を等面積の複数セルＣ１、Ｃ２、・・・に分割した構成を有する。
【００８８】
図１１は、本実施例の透過型光検出器をビデオカメラなどで用いられる検出光学系に配置した一例である。本実施例のように用いられる場合、この電極セルのマトリックスは６００×４８０のように大規模なものとなる。
【００８９】
ビデオカメラ用のイメージセンサでは、入射された光をＲＧＢの三種の波長帯に分離して、それぞれ検出するために、ＣＣＤを３つ備えた図１１のような光学系を設けている。図では、光路中２０５に置かれたプリズム２０６によって赤色成分が分離されてＣＣＤ２０９で検出され、プリズム２０７で分離された緑色成分がＣＣＤ２１０で検出され、プリズム２０８で分離された青色成分がＣＣＤ２１１で検出される。この検出光学系の採用により、三色分離して検出された光強度信号が情報信号として取り出せる。
【００９０】
さて、本実施例の透過型光検出器２０１、２０２、２０３を図１１のように配置することで、各ＣＣＤセンサに入力される映像信号のうち一部を用いて、映像の「動きベクトル」の検出が可能になる。この動きベクトルは、ビデオカメラが撮像者の振動の影響を受けるために発生する映像信号の「ブレ」、いわゆる「手ぶれ」を補償するためのもので、映像信号が所定の周波数でＣＣＤセンサ上で移動する信号を、移動方向と移動距離として把握するためのものである。この動きベクトルを検出し、手ぶれ成分であると判断された場合は、この動きベクトルにしたがって映像信号を補正して、手ぶれの影響を除去した映像信号として信号記録が行われる。
【００９１】
実際には、図１１のように検出光学系を構成し、図１０に示した実施例の各電極セルＣｎにて検出された映像信号の微分、すなわち時間変化量を求めることによって、動きベクトルの検出が可能となる。なお、本実施例の透過型光検出器２００において、バッファ層６５をキャリア輸送体を用いて構成した場合には、別途微分回路が必要であるが、誘電体で構成した場合は、図６に示したように入力された光信号の微分信号を信号出力として取り出すことができる。つまり、バッファ層６５に誘電体を用いる場合は、微分回路を要する用途に利用することによって、信号の微分値を即座に得ることが可能となる。
【００９２】
また、図１１の構成では３箇所に透過型光検出器を配置したが、図１２のように１箇所に透過型光検出器２０４を配置する構成としても構わない。このとき、透過型光検出器２０４の増感色素を映像信号のＲＧＢ成分と干渉しない波長成分を吸収するように設定しておけば、本来の映像信号の信号品質を劣化させることなく、動きベクトル検出を行うことが可能となる。
【００９３】
なお、図１０に例示したように、大規模なマトリックス構造の電極セルが採用される場合、各セルでの信号検出には、順次信号読み出し方式が取られることが多い。具体的な手法を簡単に解説すると、あらかじめ各電極セルに対応してコンデンサが設けられており、特定の電圧で充電されている。この電圧は、セル毎に定期的に順次充電され、なんらかの形で放電があった場合、充電に要した電圧が信号として取り出せるものである。光検出器の電極セルにパルス電流が流れた際に、対応するコンデンサが電流値に応じて放電するように回路構成されていれば、定期的に追加充電されたときに、パルス電流の値を充電量として検出することが可能となる。
【００９４】
（第３の実施例：画面直置き型入力装置）
次に、本発明の第３の実施例について説明する。
図１３は、本発明の第３の実施例を説明するための概念図である。すなわち、本実施例は、第２実施例の透過型光検出器２００を原稿画面３０１上に配置して、原稿画面の映像情報を取り込む構成としたものである。本実施例においては、外部光が原稿面３０１に反射して戻ってきた光を透過型光検出器２００で検出することにより、原稿面の画像情報を受け取ることが可能となる。
【００９５】
ここで、原稿面３０１は電子的に投影されたディスプレイ上の映像信号であっても構わないし、紙面に描かれた画像情報であっても構わない。
【００９６】
また、本発明の透過型光検出器２００により検出可能な波長の光、たとえば所定波長のレーザ光の出力が可能なペン状の入力端末３０２によって、光検出器上に任意に描画し情報を入力することが可能である。この時、元々原稿面３０１上に存在していた画像情報は透過型光検出器２００の裏面から検知されており、入力端末３０２によって入力された情報は、前記画像情報と電子的に位置合わせされて入力されることが可能である。
【００９７】
（第４の実施例：センサ付きアクチュエータ）
次に、本発明の第４の実施例について説明する。
図１４及び図１５は、本発明の第４実施例の透過型光検出器の構成を表す概念図である。この透過型光検出器４００は、図２に表した透過型検出器１００の透明電極部１１の透明基板１４を厚めに形成し、ミラー面４４１を設けた構成を有する。このような構成の透過型光検出器４００では、入射光４４２がミラー面４４１で反射して反射光４４３となり、対向電極部１２の４分割された電極セルに２度照射することになる。同図に例示したように、入射光４４２がミラー面４４１に対して斜め入射する場合、各電極セルで検知される信号を演算回路４４６によって比較演算することで、傾き角の検知を行うことが可能である。
【００９８】
また、この検出された信号電流をそのまま用いて、あるいはアンプ回路を通過させて、図１５に表したように、透過型光検出器を駆動する駆動手段４４８に入力することで、検知された傾き角の補正を行うように透過型光検出器４００、すなわちミラー面４４１を回転調節することができる。
【００９９】
つまり、透過型光検出器４００により検出した信号に基づいて角度補正する機能を有するシステムが実現される。駆動手段４４８としては、電磁駆動、圧電駆動、静電駆動などどのような駆動方式のものであっても構わない。ただし、検出された電流値をそのまま用いる場合には、光検出器で検出される電流値は非常に微小であるので、静電駆動方式などが適していると考えられる。
【０１００】
なお本実施例では、回転駆動によって補正を行うものとしたが、平行移動、その他の動作によって演算回路の出力が所定値になるようにサーボがかけられるように構成されても構わない。
【０１０１】
また、本実施例では、駆動する対象は透過型光検出器自身としたが、たとえば透過型光検出器に入射される光の光源のパワーなど、図示されない別のものであっても構わない。
【０１０２】
（第５の実施例：位置合わせ／両面からの入射光）
次に、本発明の第５の実施例について説明する。
図１６は、本実施例の透過型光検出器を表し、同図（ａ）はその平面図、同図（ｂ）はその要部断面図である。
【０１０３】
本実施例は、微少な穴５０２のあいた部材５０１に入射光５０３を照射し、入射光軸中心を精密に穴５０２の中心とあわせる場合などに好適な構成である。その位置合わせの手順は、まず穴のあいた部材５０１の裏面から参照光５０４を与え、穴を通過した光を４分割された電極セルＣ１〜Ｃ４で検出しながら部材５０１に対して透過型光検出器５００を位置合わせし、接着などで固定する。
【０１０４】
しかる後に、入射光５０３を透過型光検出器５００に対して照射し、４分割された電極セルＣ１〜Ｃ４で検出しながら、光軸の位置合わせを行う。このように、本発明の透過型光検出器が両面への照射光に対して検出可能であるため、図示したような構成の調整手順が可能となる。
【０１０５】
以上、本発明の第１乃至第５実施例として、電極を複数に分割した透過型光検出器に関して説明した。
【０１０６】
次に、本発明の第６乃至第１２実施例として、複数のセルを積層した透過型光検出器について説明する。
【０１０７】
（第６の実施例：分割電極付２層光検出器）
まず、本発明の第６の実施例について説明する。
図１７は、本発明の第７実施例における積層透過型光検出器の概観図であり、同図（ａ）はその斜視外観図、同図（ｂ）はその断面構成図である。
【０１０８】
この光検出器６００は、第１の波長帯の光を選択吸収して光電変換を行う第１の透過型光検出ユニット１０と、第２の波長帯の光を選択吸収して光電変換を行う第２の透過型光検出ユニット３０が絶縁体である透明基板５０を介して積層された構造となっている。
【０１０９】
第１の透過型光検出ユニット１０は、第１の色素増感透明半導体電極部１１および第１の対向電極部１２と、両電極部に挟まれた第１のバッファ層１３とから構成されている。さらに第１の色素増感透明半導体電極部１１は、透明基板２３上に形成された透明電極１５および透明半導体１６と、この半導体層に吸着された増感色素膜１７によって構成されている。
【０１１０】
同様に、第２の透過型光検出ユニット３０は、第２の色素増感透明半導体電極部３１および第２の対向電極部３２と、両電極部に挟まれた第２のバッファ層３３とから構成され、第２の対向電極部３２は透明基板５０を介して第１の透明電極部１２の裏面に形成されている。第２の色素増感透明半導体電極部も第１の色素増感透明半導体電極部と同様に、透明基板に形成された透明電極３５および透明半導体３６と、この半導体層に吸着された増感色素膜３７によって構成されている。
【０１１１】
第１の対向電極部１２は、透明基板５０に形成された透明電極部によって構成される。この透明電極は、図示するように２つのセル１８、１９に分割され電気的に相互に絶縁されて設けられ、各電極セルにおいて発生した電流信号を個別に取り出すことができるように電線２０、２１が配線されている。
【０１１２】
一方、透明基板５０の裏面に設けられた第２の対向電極部は、第１の透明電極の分割セル形状と等しい形状のセル３８，３９に分割され、透明基板５０を介してセル１８とセル３８およびセル１９とセル３９が相互に位置合せされて設けられている。第２の透明電極においても、各電極セルで発生した電流信号を個別に取り出すことができるように、電線４０、４１が配線されている。
【０１１３】
また、第１の透明電極の電線２２と第２の透明電極の電線４２はお互いに接続されて接地されている。
【０１１４】
なお、図１７に表した具体例においては、対向電極部はそれぞれ２つのセルに分割されているが、これ以外にも、例えばライン上に複数のセルに分割される構成となっていても構わないし、マトリックス状に複数のセルに分割されていても構わない。また、各透明電極および電極部は、入射光軸の中心に対して線対称または点対称に分割されるように構成される。
【０１１５】
また、第１、第２の対向電極部は、少なくともどちらか一方が分割されていればよく、図１８に例示したように、第１の対向電極部のみ電極セル１８、および電極セル１９に分割された構成となり、第２の対向電極部の透明電極４５は分割されない構成となっていても構わない。
【０１１６】
以上のように構成された本実施例の積層透過型光検出器を構成するそれぞれの透過型光検出ユニット１０及び３０の基本的な動作については、図１（ｂ）に関して前述した通りであるので詳細な説明は省略する。
【０１１７】
図１７に例示した積層透過型光検出器の場合、第１の透過型光検出ユニット１０で吸収されなかった光は、透明基板５０を透過し、第２の透過型光検出ユニット３０に入射する。ここでも同様に、対向電極部３２に設けられた透明電極の分割セルのパターンによって、各セルに照射する光量に応じた電流が検出できる。
【０１１８】
上記のように構成した積層透過型光検出器６００では、第１の増感色素と第２の増感色素を同一の組成の構成としても構わないし、異なる増感色素を用いても構わない。
【０１１９】
同一の組成の増感色素を用いた場合、図１９に例示したような構成の検出光学系により、分割された電極セルの出力をそれぞれ考慮して、入射光１の軸ずれを検出する検出光学系を構成することができる。この場合、増感色素で検出する波長の光を第１の透過型光検出ユニット１０および第２の光検出ユニット３０で検出することになるので、検出感度を上げることが可能となる。
【０１２０】
一方、第１の増感色素と第２の増感色素を異なる組成とした場合、第１の透過型光検出器で検出する第１の波長帯と、第２の透過型光検出器で検出する第２の波長帯を異なる波長帯とすることができる。以下、異なる波長帯を検出する透過型光検出器としての実施例について説明する。
【０１２１】
図２０は、異なる２種類の波長を検出する構成を表す概念図である。同図に表した構成においては、本発明の積層透過型光検出器６００は、たとえば帯域幅の広い波長帯を持つ光の光路中、ないしは複数波長の光が混在する光路中に設けられ、第１の透過型光検出ユニットによって第１の波長帯の光を用いて光電変換を行い、各セルに対応した電流を検知すると同時に、第２の波長帯の光を用いて光電変換して、同様に各セルに対応した電流を検知することができる。
【０１２２】
例えば、二つの波長のレーザ１Ａ、１Ｂが本発明の積層透過型光検出器６００に入射される場合、第一の透過型光検出ユニット１０の２分割された電極セルの各出力電流値の差をとって第１の波長帯に属する一方のレーザ光１Ａの光軸位置を把握した上で、第２の透過型光検出ユニット３０の同じく２分割された電極セルの各出力電流値の差をとって第２の波長帯に属するもう一方のレーザ光１Ｂの光軸位置を算出し、両者の光軸の１次元的なずれ量を検出することが可能となる。
【０１２３】
このとき、積層透過型光検出器６００は、光路１Ａ、１Ｂ中に設けることが可能であり、検出器６００を透過した光を別の用途に利用することが可能であり、非常に簡便で廉価に位置ずれ量の検出を行うことが可能である。また、この検出器の電極セルを４分割構成とすれば、２次元的なずれ量を検出することも可能である。
【０１２４】
図２１は、検出器の電極セルを４分割とした構成を例示する平面図及び断面図である。
このように各電極セルで得られた信号を用いて信号処理を行う場合、微弱な電流をＳ／Ｎよく検出して処理するために、信号処理回路は光検出器のごく近傍に設けられるのが望ましい。
【０１２５】
図２２は、４分割された電極セルを持つ２層積層透過型光検出器の実施例を表す概念図である。すなわち、第１の透過型光検出器１０で検出された、各電極セル８１、８２、８３、８４の信号は、電線８５、８６、８７、８８を通じて信号処理回路８９に入力される。また第２の透過型光検出器３０の各信号も図示しない信号経路を介して同様に信号処理回路８９入力され、それぞれ和・差などの演算処理が施されることになる。
【０１２６】
また、本実施例で説明した積層透過型光検出器では、バッファ層６５としてキャリア輸送体を用いた。この場合、光が入射している場合には電極間に電流が流れ、光が入射していない場合には電流が流れない。第１実施例に関して前述したように、本実施例においても、このバッファ層６５を誘電体を用いて構成することも可能である。誘電体を用いた場合には、図６に関して前述したように、ユニットの応答速度がキャリア輸送体を用いた場合よりも速く、数１０メガＨｚオーダの信号応答を行うことが可能となる。
【０１２７】
本実施例における積層透過型光検出器の各部材、すなわち、透明基板２３、４３、５０、透明電極１５、１８、１９、３５、３８、３９、補助電極、透明半導体１６、３６、増感色素膜１７、３７、誘電体材料、などの材料や製造方法は、第１実施例に関して前述したものと同様とすることができる。従って、その詳細な説明は省略する。
【０１２８】
図２３は、本実施例の積層透過型光検出器６００の作成法の要部を表す工程図である。
まず、２枚の透明基板２３、４３を用意し、それぞれの表面に透明半導体としてのＴｉＯ２膜を塗布し（図２３（ａ）、（ｂ））、焼結（図２３（ｃ）、（ｄ））し、増感色素の吸着（図２３（ｅ）、（ｆ））を行う。これらの工程の詳細は、図７（ａ）〜（ｃ）に関して前述した通りである。
【０１２９】
これらの工程と並行して、中間の透明基板５０を用意（図２３（ｇ）し、その両面に透明電極をパターニングする（図２３（ｈ））。
【０１３０】
このようにして作成された各パーツは、バッファ層の枠となるスペーサを介して図２３（ｉ）に表したように接着積層され、スペーサの空隙からキャリア輸送体ないしは誘電体を注入されて組み立てが完了する（図２３（ｊ））。
【０１３１】
本実施例によれば、中間の透明基板５０の両面に分割した透明電極パターンを形成する。従って、検出ユニット１０と３０を別々に形成して、両者の分割パターンを事後的に軸合わせするという煩雑な工程が不要となる。
【０１３２】
（第７の実施例：分割電極付き３層積層光検出器：１次元イメージセンサ：スキャナ）  次に、本発明の第７の実施例について説明する。
図２４は、本発明の第７実施例における積層透過型光検出器７００の概観図であり、同図（ａ）はその平面構成図、同図（ｂ）はその要部断面図である。
本実施例の光検出器は、第６実施例の２層積層透過型光検出器６００に、さらにもう一層の第３の透過型光検出ユニットを積層した構成を有する。
【０１３３】
すなわち、光の入射面に最も近い位置には、第１の波長帯の光に反応して光電変換を行う第１の透過型光検出ユニット１１０が設けられ、続いて透明基板１５０を介して、第２の波長帯の光に対して光電変換を行う第２の透過型光検出ユニット１３０が設けられている。これら、第１、第２の透過型光検出ユニットの構成は第６実施例と同様であるので省略する。
【０１３４】
本実施例の構成では、第２の透過型光検出ユニット１３０の色素増感透明半導体電極部１３１が設けられた透明基板１４３の裏面に、第３の色素増感透明半導体電極部が形成されるように第３の透過型光検出ユニット１７０が構成されている。すなわち、第２の色素増感透明半導体電極部１３１の透明基板１４３の裏面に形成された透明電極１７５および透明半導体１７６と、この半導体層に吸着された増感色素膜１７７によって、第３の色素増感透明半導体電極部が構成されている。その対向する面には、第３の対向電極部１７２が構成され、両電極部に挟まれた第３のバッファ層１７３とから第３の透過型光検出ユニット１７０が構成される。
【０１３５】
本実施例の構成では、対向電極部の透明電極はそれぞれ、例えば４８０個程度の数のセルに分割され、各透過型光検出ユニットの対応するセルが、相互の位置合わせも実現されて積層されている。第１の透過型光検出ユニット１１０の分割された電極セルと、第２の透過型光検出ユニット１３０の分割された電極セルは、第６実施例の場合と同様に同一基板１５０の上に形成されるので、位置合わせは電極形成時に容易に行うことができる。
【０１３６】
これに対して、第３の透過型光検出ユニット１７０の分割された電極セルは、組み立て時に位置合わせされる。例えば、前もって透明基板１５０および透明基板１９０に同一の位置合わせマークを形成しておき、組み立て時にこのマークを基準にして調整するなどの手法がとられる。
【０１３７】
本実施例の３層積層透過型光検出器７００において、積層された３つの光検出ユニットによって検出される光の波長帯は、長い波長の光は大きな運動量を持っており光検出器の奥のほうまで到達するパワーを持っているため、第１の波長帯がもっとも短い波長を含み、第２、第３の順番で長い波長の光を含むように構成されるのが好適である。すなわち、入射面に最も近い光検出器で短い波長帯の光を検出するように構成すると良い。
このようにして実現された積層透過型光検出器７００は、カラー画像のＲＧＢ分離を簡便に行って、イメージを電子化する用途に応用することができる。
【０１３８】
図２５は、カラー画像の読み取りを行う実施形態を表す概念図である。
この３層積層透過型光検出器では、第１の透過型光検出ユニット１１０における増感色素は青色を吸収するように、第２の透過型光検出ユニット１３０は緑色を吸収、第３の透過型光検出ユニット１７０では赤色を主に吸収するように設定される。またこの設定は、短い波長成分が第１、長い波長成分が第３となるように分離されていれば、イエロー（Ｙ）、マジェンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）などの３色分離であっても構わない。
【０１３９】
図２５に表した読み取りシステムの動作について、以下に説明する。検出光学系は、ランプ２０３、レンズ２０４、積層透過型光検出器７００によって構成され、移動体２０２に搭載される。ランプから射出された光は原稿面２０１に照射され、ライン状の戻り光のみがレンズによって積層透過型光検出器に集光される。また、この移動体が原稿面に平行に移動することで、原稿面の情報が順次光検出器によって収集されることになる。このとき積層透過型光検出器には、原稿面で反射した光が原稿面にある色情報を含んで入射されることになる。
【０１４０】
この入射光は、まず積層透過型光検出器の第１の透過型光検出ユニット１１０に入力され、第１の増感色素によって吸収された光によって光電変換が行われた箇所では、対応する分割電極に電位が発生して電流が流れることになる。
【０１４１】
バッファ層６５として、電解質を用いている場合は第１の波長帯の光が吸収されている間電流が流れ続けることになり、この電流を電流電圧変換すれば、電圧情報として取り出せる事になる。
【０１４２】
一方、バッファ層６５として誘電体を用いている場合には、第１の増感色素に対応する第１の波長帯の光が入射した瞬間に正のパルス電流が流れ、入射しなくなったときに、負のパルス電流が流れることになる。この場合は、シフトレジスタ回路またはフリップフロップ回路等によって、正のパルス電流または負のパルス電流の発生を検知する手法などによって、入射光に含まれる特定波長の光の強度情報を抽出することができる。イメージセンサ等で用いられている具体的な手法を簡単に解説すると、あらかじめ各電極セルに対応してコンデンサが設けられており、特定の電圧で充電されている。この電圧は定期的に順次充電され、なんらかの形で放電があった場合、充電に要した電圧が信号として取り出せるものである。光検出器の電極セルにパルス電流が流れた際に、対応するコンデンサが電流値に応じて放電するように回路構成されていれば、定期的に充電されたときに、パルス電流の値を放電量として検出することが可能である。
【０１４３】
以上のように、第１の透過型光検出ユニットで検出された光の強度信号は、第１の増感色素に対応する波長帯の光の強度信号として認識され、取り出される。
【０１４４】
第１の透過型光検出ユニット１１０で吸収されなかった光は、順次、第２の透過型光検出ユニット１３０、第３の透過型光検出ユニット１７０を通過し、それぞれ第２の増感色素、第３の増感色素の対応する波長帯の光強度信号に変換されることになる。この際、変換効率を上げるように、第３の透過型光検出ユニット１７０の下面に図示しないミラーを設けて、ミラーで反射された光がもう一度検出される構成としても良い。
【０１４５】
上記のように、ランプ２０３によって照射されたラインが本実施例の３層積層透過型光検出器によって、色情報と強度情報に変換される。この移動体が原稿に対して平行移動しながら、これに同期して各セルの情報を読みだしすることで、原稿全体の情報を読み出すことが可能である。
【０１４６】
（第８の実施例：２次元イメージセンサ）
次に、本発明の第８の実施例について説明する。
図２６は、本発明の第８実施例における積層透過型光検出器の概観図であり、同図（ａ）はその平面構成図、同図（ｂ）はその要部断面図である。
本実施例の積層透過型光検出器８００は、第７実施例の３層積層透過型光検出器７００の、対向電極部の透明電極が入射光軸の中心に対して２次元点対称に分割されたセル構造を有するものである。本実施例は、イメージセンサとして用いられる場合、分割セルのマトリックスは６００×４８０のように大規模なものとなる。
【０１４７】
ここで、本実施例の３層積層透過型光検出器は、電極の分割形態以外は、第７実施例と同様であるので詳細な説明は省略する。
【０１４８】
図２６に例示したように形成された３層積層透過型光検出器８００は、カラー画像のＲＧＢ分離を簡便に行って、イメージを電子化する用途に応用することができる。
【０１４９】
図２７は、その概観図であり、図２８は、その光学系の一例を示す。
すなわち、図２８に表したように、集光レンズ２９１、２９２の集光位置に本実施例の３層積層透過型光検出器８００を配置する。つまり、本実施例の３層積層透過型光検出器は、図３６に例示した従来のビデオカメラの３ＣＣＤ検出器の代用的役割を簡便な構成で果たしている。被写体として撮像された映像情報を有する光は、集光レンズ２９１、２９２で光検出器８００の位置に集光され、第１の透過型光検出ユニット２１０で青色、第２の透過型光検出ユニット２３０で緑色、第３の透過型光検出ユニット２７０で赤色の、各波長帯に対応した光強度信号として検出される。この光強度信号は、分割された電極セルによって、平面分布が電圧値として取り出せて、それぞれ信号処理回路に入力されることにより、各波長に対応した光強度分布信号として処理される。
【０１５０】
上記の構成では、ビデオカメラなどで一般的な構成となっているが、同様の作用を行うものであれば、その他の光応用デバイスに適用されても構わない。
【０１５１】
また、各透過型光検出ユニットごとに製造する方が安価な場合、図２９に例示したように３層の積層構造とすることも可能である。すなわち、図２９の構成においては、光検出器９００は、３つの透過型光検出ユニット１１０、１３０及び１７０を予め製造し、しかる後に貼り合わせた構造を有する。
【０１５２】
（第９の実施例：画面直置き型入力装置）
次に、本発明の第９の実施例について説明する。
図３０は、本実施例の構成を表す概念図である。すなわち、本実施例は、本発明の３層積層透過型光検出器８００を原稿画面３０１上に配置して、原稿画面の映像情報を取り込む構成としたものである。但し、本実施例において用いる検出器８００は、その全体のサイズも画素のサイズあるいは数も、第８実施例において用いるものとは異なる。つまり、本実施例の場合には、検出器８００は、取り込みの対象となる原稿などのサイズに応じたサイズで構成されている。
【０１５３】
この構成および動作は、第３実施例と概略同様である。すなわち、図３０のように構成することで、外部光が原稿面３０１に反射して戻ってきた光を用いて原稿面の情報を受け取り、光検出器３００で検出することが可能となる。このとき原稿の情報がカラー情報であれば、光検出器を３層積層透過型光検出器として、ＲＧＢ情報をそれぞれ別個に信号として取り出すことが可能となる。
【０１５４】
また、原稿面は電子的に投影されたディスプレイ上の映像信号であっても構わないし、紙面に描かれた画像情報であっても構わない。
【０１５５】
また、本発明の積層透過型光検出器に、特殊な波長の光、たとえばレーザ光などの出力が可能なペン状の入力端末３０２によって、任意に描画し情報を入力することが可能である。このとき、透過型光検出器は単一層であっても構わないが、たとえば３層積層透過型光検出器を用いれば、射出するレーザ光の波長によって、ペン入力された色を個別に識別することが可能である。
【０１５６】
（第１０の実施例：波長測定器）
次に、本発明の第１０の実施例について説明する。
図３１は、本実施例の構成を表す概念図である。すなわち、本実施例においても、積層透過型光検出器３０４を用いている。この積層透過型光検出器３０４は、透過型光検出ユニットが複数積層された構造であればよく、図３１においては、３つのユニット３１０、３３０、３７０が積層された構造を例示した。ここで、各透過型光検出ユニットの電極は分割されていなくても構わない。各透過型光検出ユニットの基本的な構成と動作については、前述したものと同様であるのでその説明は省略する。
【０１５７】
本実施例において入射光３０３は、この積層透過型光検出器３０４によって三種類の波長成分に分解される。このとき第１の透過型光検出ユニット３１０、第２の透過型光検出ユニット３３０、第３の透過型光検出ユニット３７０の各ユニットで検出された信号出力を比較することにより、各ユニットに対応する増感色素で吸収された波長帯成分の比率を検知することが可能となる。これによって、入射光３０３のスペクトルを解析することが可能となる。
【０１５８】
（第１１の実施例：光ディスク装置用フォトディテクタ）
次に、本発明の第１１の実施例について説明する。
図３２は、本実施例の構成を表す概念図である。すなわち、本実施例は、光ディスク読み取り装置など、複数波長の光を用いた光応用デバイスにおいて、用いられる。図の構成では、透過型光検出器４００が光を透過しない一般的な光検出器４０１の上に構成され、結果的に積層された光検出器４１０として構成されている。
【０１５９】
このように構成することで、従来の光検出器４０１のみでは検出できなかった波長帯の光、特に短波長の光を透過型光検出器４００において検出することが可能となる。このとき電極の分割セルは光検出器のパターンと同じく分割されていても良いし、異なるパターンで分割されていても構わない。本実施例では電極セル４０２、４０３、４０４、４０５、４０６、４０７は、同図のように光検出器４０１と同様なパターンに分割され、例えば、特に４００ｎｍ近傍の波長帯で光電変換を行うように調整されている。
【０１６０】
この積層された光検出器４１０は、図３３に例示したような光ディスク装置の検出系において、複数波長のレーザに対して簡便な検出光学系の構成で信号検出を行うように構成される。すなわち、複数波長レーザ４１１から射出したレーザ光は、コリメートレンズ４１２、プリズム４１３、偏光板４１４を通過して対物レンズ４１５によって光ディスク４１６の情報記録面上に集光する。そのとき、一部のレーザ光はプリズム４１３によって分光され、レンズ４１７でパワーモニタ４１８上に集光されて、レーザのパワー制御が行われる。一方、情報記録面で反射した光はプリズム４１３まで戻り、レンズ４１９に入射されてホログラム素子４２０などによって光検出器４１０に入射することになる。この光検出器４１０では、光ディスク上に集光されたスポットの位置制御のための信号が検出されることになる。
【０１６１】
（第１２の実施例：色収差記録検出器）
次に、本発明の第１２の実施例について説明する。
図３４は、本実施例の構成を表す概念図である。すなわち、同図に表したように、プリズム４３０の下面に第７実施例の積層透過型光検出器７００を配置する。このようにする構成することで、入射される光１の色収差を波長スペクトルに応じて検出でき、入射光の情報を抽出できる。
【０１６２】
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。
【０１６３】
例えば、上述した具体例において表した光検出器の構造、材質あるいは、その応用例における光学系や周辺回路、駆動系などの構成や配置あるいは動作については、当業者が公知範囲から適宜選択したものを同様に適用して同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１６４】
【図１】同図（ａ）は本発明の光検出器の基本構成を例示する概略断面図であり、同図（ｂ）は本発明の光検出器の動作モデルを表す概念図である。
【図２】本発明の第１実施例における透過型光検出器の概観図であり、同図（ａ）はその斜視外観図、同図（ｂ）はその断面構成図である。
【図３】本発明の透過型光検出器の応用例を表す概念図である。
【図４】光検出器１００の透過光も位置ずれ検出に利用した例を表す概念図である。
【図５】４分割された電極セルを持つ透過型光検出器の一例を表す概念図である。
【図６】キャリア輸送体と誘電体の電流信号の違いを表すグラフ図である。
【図７】本発明の透過型光検出器の作成方法の要部を表す概念図である。
【図８】対向電極が分割されない構成を例示する断面図である。
【図９】電極セルが均等でない面積に分割されている構成を例示する概念図である。
【図１０】本発明の第２実施例における透過型光検出器２００の概観図であり、同図（ａ）はその平面図、同図（ｂ）はその要部断面図である。
【図１１】第２実施例の透過型光検出器をビデオカメラなどで用いられる検出光学系に配置した一例である。
【図１２】１箇所に透過型光検出器２０４を配置する構成を表す概念図である。
【図１３】本発明の第３の実施例を説明するための概念図である。
【図１４】本発明の第４実施例の透過型光検出器の構成を表す概念図である。
【図１５】本発明の第４実施例の透過型光検出器の構成を表す概念図である。
【図１６】本発明の第５実施例の透過型光検出器を表し、同図（ａ）はその平面図、同図（ｂ）はその要部断面図である。
【図１７】本発明の第６実施例における積層透過型光検出器の概観図であり、同図（ａ）はその斜視外観図、同図（ｂ）はその断面構成図である。
【図１８】第２の対向電極部の透明電極が分割されない構成を表す概念図である。
【図１９】検出光学系を表す概念図である。
【図２０】異なる２種類の波長を検出する構成を表す概念図である。
【図２１】検出器の電極セルを４分割とした構成を例示する平面図及び断面図である。
【図２２】４分割された電極セルを持つ２層積層透過型光検出器の実施例を表す概念図である。
【図２３】本発明の第６実施例の積層透過型光検出器６００の作成法の要部を表す工程図である。
【図２４】本発明の第７実施例における積層透過型光検出器７００の概観図であり、同図（ａ）はその平面構成図、同図（ｂ）はその要部断面図である。
【図２５】カラー画像の読み取りを行う実施形態を表す概念図である。
【図２６】本発明の第８実施例における積層透過型光検出器の概観図であり、同図（ａ）はその平面構成図、同図（ｂ）はその要部断面図である。
【図２７】カラー画像のＲＧＢ分離を行ってイメージを電子化する構成の概念図である。
【図２８】光学系の一例を表す概念図である。
【図２９】３つの透過型光検出ユニットを貼り合わせた光検出器を表す概念図である。
【図３０】本発明の第９実施例の構成を表す概念図である。
【図３１】本発明の第１０実施例の構成を表す概念図である。
【図３２】本発明の第１１実施例の構成を表す概念図である。
【図３３】光ディスク装置の検出系を表す概念図である。
【図３４】本発明の第１２実施例の構成を表す概念図である。
【図３５】光路の末端に検出器が配置される構成を表す概念図である。
【図３６】CCDを３つ備えた光学系を表す概念図である。
【図３７】シリコン基板の薄膜化のプロセスを用いた薄膜フォトダイオードの製造工程断面図である。
【符号の説明】
【０１６５】
１  光路
１Ａ  第一の波長のレーザ
１Ｂ  第二の波長のレーザ
２  ビームスプリッタ
３  受光素子
４Ａ、４Ｂ、４Ｃ  ＣＣＤセンサ
５〜７  プリズム
１０  第１の透過型光検出ユニット
１１  色素増感透明半導体電極部
１２  対向電極部
１３  バッファ層
１５  透明電極
１６  透明半導体
１７  増感色素膜
１８〜２１  分割電極セル
２２〜２５  電線
２６  透明電極の電線
３０  第２の透過型光検出ユニット
３１  第２の色素増感透明半導体電極部
３２  第２の対向電極部
３３  第２のバッファ層
３５  第２の透明電極
３６  第２の透明半導体
３７  第２の増感色素膜
３８  分割電極セル
３９  分割電極セル
４０、４１  電線
４２  第２の透明電極の電線
４３  透明基板
４５  透明電極
５０、６１、６２  透明基板
６３  透明半導体
６４  増感色素
６５  バッファ層
６６  対向電極
６７、６８  電線
７１  参照光
８１，８２，８３，８４  透過型光検出器の分割された電極セル
８５，８６，８７，８８  透過型光検出器の分割された電極セルの電線
８９  信号処理回路
９１，９２  第２の透過型光検出器の分割された電極セル
１００、１０１、１０３、１０５、１０６、２００〜２０４  透過型光検出器
１０２、１０４  移動構造体
１１０  第１の透過型光検出ユニット
１１１  第１の色素増感透明半導体電極部
１１２  第１の対向電極部
１１３  第１のバッファ層
１３０  第２の透過型光検出ユニット
１３１  第２の色素増感透明半導体電極部
１３２  第２の対向電極部
１３３  第２のバッファ層
１４３、１５０  透明基板
１７０  第３の透過型光検出ユニット
１７１  第３の色素増感透明半導体電極部
１７２  第３の対向電極部
１７３  第３のバッファ層
１７５  第３の透明電極
１７６  第３の透明半導体
１７７  第３の増感色素膜
１９０  透明基板
２００  積層透過型光検出器
２０１  原稿面
２０２  移動体
２０３  ランプ
２０４  レンズ
２０５、２０９  光路
２０６〜２０８  ＣＣＤセンサ
２１０〜２１２  プリズム
２３０  第２の透過型光検出ユニット
２３１  第２の色素増感透明半導体電極部
２３２  第２の対向電極部
２３３  第２のバッファ層
２４３、２５０  透明基板
２７０  第３の透過型光検出ユニット
２７１  第３の色素増感透明半導体電極部
２７２  第３の対向電極部
２７３  第３のバッファ層
２７５  第３の透明電極
２７６  第３の透明半導体
２７７  第３の増感色素膜
２９１、２９２  レンズ
３００、４００、５００  透過型光検出器
３０１  原稿面
３０２  入力端末
３０４  積層透過型光検出器
３０３  入射光
３０４  積層透過型光検出器
３１０  第１の透過型光検出ユニット
３３０  第２の透過型光検出ユニット
３７０  第３の透過型光検出ユニット
４００  透過型光検出ユニット
４０１  光検出器
４０２，４０３、４０４、４０５、４０６、４０７  分割された電極セル
４１０  積層透過型光検出器
４１１  レーザ
４１２  コリメートレンズ
４１３  プリズム
４１４  波長版
４１５  対物レンズ
４１６  光ディスク
４１７  レンズ
４１８  パワーモニタ
４１９  レンズ
４２０  ホログラム素子
４３０  プリズム
４４１  ミラー面
４４２  入射光
４４３  反射光
５０１  穴のあいた部材
５０２  微小穴
５０３  入射光
５０４  参照光
【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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【図６】
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【図７】
2008172258.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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