JP2883402B2 - 光機能素子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、光機能素子に関する。本発明の光機能素子
は画像認識やニューラルネット等に利用できる。

［従来の技術］ マール（Marr）によって提案された▽²Gオペレーター
による画像のエッジ抽出と、ザイベルト（Seibert）等
により提案された重心等の特徴抽出とを行う光機能素子
として、受光部からの信号をガウス関数等に従って拡散
伝達し、伝達された信号に微分処理を行うものが意図さ
れている。

［発明が解決しようとする課題］ 上記の如き光機能素子を実現する場合には、ガウス関
数等に従って信号を拡散伝達させることをどのようにし
て行うかが問題となる。

例えば、受光部・信号処理部に於ける素子数を共にｎ
個とすると、これら素子間を結合させるための結線数は
nR²となり、結合の重みの小さいものを省略しても多大
な結線数を必要とする。

さらにガウス関数の半値幅が時間的に変化するような
信号の拡散伝達を実現しようとすると、個々の結線の抵
抗値を制御して各素子間の結合の重みを変化させる必要
があり、きわめて複雑な制御が必要となる。

光を用いた結線の場合にも同様の問題がある。

本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであっ
て、複雑な結線や制御を必要としない新規な光機能素子
の提供を目的とする。

［課題を解決するための手段］ 以下、本発明を説明する。

本発明の光機能素子は「光受容層と、信号伝達層と、
信号処理層と」を有する。

「光受容層」は、光受容素子層と水素イオン供給層と
を積層してなる。

光受容素子層は「バクテリオ・ロドプシンを配向させ
てなる光受容素子」を多数、１次元又は２次元に配列し
てなる。水素イオン供給層は光受容素子層の一方の面に
接して設けられる。

「信号伝達層」は、上記水素イオン供給層の接する面
とは反対側の面において光受容素子層に接して設けられ
た水素イオン拡散層である。

「信号処理層」は、信号伝達層に接して設けられ、信
号伝達層である水素イオン拡散層における水素イオンの
拡散により伝達された信号を、微分演算用に検出する機
能を持つ。

バクテリオ・ロドプシンは高度好塩菌などで見られる
光機能タンパク質の一つであり、光を吸収すると水素イ
オンを特定の方向へ搬送する機能をもつ。従って、バク
テリオ・ロドプシンを配向して水素イオンの搬送方向を
所定の１方向に揃えることができる。

光受容素子に於けるバクテリオ・ロドプシンは光受容
素子層に水素イオン供給層を介して光が照射されたと
き、光照射部において水素イオン供給層の水素イオンを
信号伝達層側へ搬送するように配向されている。

［作用］ 光が水素イオン供給層を介して光受容素子層に入射さ
せると光に照射された部分では光受容素子が水素イオン
供給層の水素イオンを水素イオン拡散層へ搬送する。搬
送された水素イオンは水素イオン拡散層中で拡散する
が、拡散により生じる濃度分布はガウス関数様のものと
なり、その半値幅も時間とともに広がるので、複雑な結
線を行うことなく信号の拡散伝達を実現できる。

［実施例］ 以下、具体的な実施例に即して説明する。

第１図は、本発明の１実施例を略示している。

図に示すように光機能素子は光受容層と信号伝達層と
信号処理層とを積層してなっている。

光受容層は光受容素子層２の片方の面に水素イオン供
給層１を設けてなっている。

信号伝達層は水素イオン拡散層３であり、水素イオン
供給層とともに光受容素子層２を挟持するように設けら
れている。

信号処理層４は、光受容素子層２と共に水素イオン拡
散層３を挟持するように設けられている。

光受容素子層２は、水素イオンの搬送方向が第１図の
上側から下側へ向かうようにバクテリオ・ロドプシンを
配向した光受容素子を多数、図の左右方向へ１列に配列
したものである。

信号処理層４は、水素イオンの濃度を検出できるイオ
ン濃度検出素子、例えばpH電極を光受容素子と対応させ
て図の左右方向に１列に配列させてなり、各イオン濃度
検出素子の出力に基づいて微分演算用に検出する機能を
有している。

なお、水素イオン供給層や水素イオン拡散層、pH電極
等は既に良く知られている。

さて、この光機能素子による重心抽出とエッジ抽出を
説明する。

第２図でＸは第１図の左右方向における光受容素子層
の位置座標を表している。

今、座標X₁，X₂の位置に第２図（Ａ）のような光強度
の光を水素イオン供給層１を介して入射させる。この場
合、重心抽出とは（X₁＋X₂）/2の座標位置の決定であ
り、エッジ抽出とは座標X₁，X₂の決定である。

上記の如く光を照射すると位置X₁，X₂にある光受容素
子が水素イオン供給層１の水素イオンを水素イオン拡散
層３側へ搬送する。

搬送された水素イオンは位置X₁，X₂を源として水素イ
オン拡散層３中に拡散する。拡散による水素イオンのＸ
方向の濃度はX₁，X₂を原点とするガウス関数状であり、
時間の経過とともに広がりつつ信号処理層４へ向かって
伝達される。

第２図（Ｂ）は伝達途上の濃度分布で、X₁，X₂の各位
置から拡散による濃度が重なりあっている。そして時間
が経過すると信号処理層４の検出するＸ方向の濃度分布
は第２図（Ｃ）のようになる。この第２図（Ｃ）の濃度
分布を信号処理層４で検出し、検出結果を位置Ｘに就い
て微分し（隣接する各pH電極出力の差として演算でき
る）、そのゼロクロス点の座標を求めれば重心をもとめ
ることができる。

また上記検出結果をＸに就いて２階微分すると、その
結果のゼロクロス点はX₁，X₂と一致するのでエッジ抽出
を行うことができる。

上述の実施例では光受容素子およびイオン濃度検出素
子の配列が１次元的な場合を説明したが、これらを２次
元的に配列することができることは言うまでもない。

［発明の効果］ 以上、本発明によれば新規な光機能素子を提供でき
る。

この光機能素子では、バクテリオ・ロドプシンを用い
ているので光信号を水素イオンの移動として信号変換す
ることができる。

また信号の伝達に水素イオンの拡散を利用するので、
光受容層と信号処理層の結合強度を時間の経過に従って
半値幅の増大するガウス関数状に変化させることができ
る。従って重心抽出とエッジ抽出とを複雑な結線なしで
確実に実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例を略示する図、第２図は実施
例による重心抽出を説明する図である。 １…水素イオン供給層、２…光受容素子層、３…水素イ
オン拡散層、４…信号処理層

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】バクテリオ・ロドプシンを配向させてなる
   多数の光受容素子を１次元または２次元に配列した光受
   容素子層と、この光受容素子層の一方の面に接する水素
   イオン供給層とからなる光受容層と、 上記水素イオン供給層の接する面とは反対側の面に於い
   て光受容素子層に接して設けられた水素イオン拡散層に
   よる信号伝達層と、 この信号伝達層に接して設けられ、信号伝達層における
   水素イオンの拡散により伝達された信号を微分演算用に
   検出する信号処理層とを有し、 上記光受容素子に於けるバクテリオ・ロドプシンは、光
   受容素子層に水素イオン供給層を介して光が照射された
   とき、光照射部において水素イオン供給層の水素イオン
   を信号伝達層側へ搬送するように配向されていることを
   特徴とする、光機能素子。