特開2022-170867変化信号部を強調するマルチチャネル電子素子、それを用いた回路およびその使用方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022170867
(43)【公開日】2022-11-11
(54)【発明の名称】変化信号部を強調するマルチチャネル電子素子、それを用いた回路およびその使用方法
(51)【国際特許分類】
H01L 21/8239 20060101AFI20221104BHJP
H04N 1/405 20060101ALI20221104BHJP
【ＦＩ】
H01L27/105 448
H04N1/405 510Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】26
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021077135
(22)【出願日】2021-04-30
(71)【出願人】
【識別番号】301023238
【氏名又は名称】国立研究開発法人物質・材料研究機構
(72)【発明者】
【氏名】鶴岡 徹
(72)【発明者】
【氏名】万 相
(72)【発明者】
【氏名】寺部 一弥
【テーマコード（参考）】
5C077
5F083
【Ｆターム（参考）】
5C077LL20
5C077MP01
5C077MP07
5C077NN02
5C077PP68
5C077RR02
5C077TT06
5F083FZ10
5F083GA05
5F083JA35
5F083JA36
5F083JA37
5F083JA38
5F083JA39
5F083JA60
5F083PR21
5F083PR22
(57)【要約】 （修正有）
【課題】エッジ検出およびその強調に好適な低コストで消費電力も少ない簡便な構造の電子素子およびそれを用いた回路を提供する。
【解決手段】マルチチャネル電子素子１０１は、電解質層１２、チャネル層１３および電極１４を有する。チャネル層は、電解質層に含まれるイオンを吸入して放出可能な特性を有し、電解質層に接して空間的に間隔を置いて複数配置されている。個々のチャネル層には、複数の電極が電気的に接続されている。
【選択図】図１
【解決手段】マルチチャネル電子素子１０１は、電解質層１２、チャネル層１３および電極１４を有する。チャネル層は、電解質層に含まれるイオンを吸入して放出可能な特性を有し、電解質層に接して空間的に間隔を置いて複数配置されている。個々のチャネル層には、複数の電極が電気的に接続されている。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
電解質層、チャネル層および電極を有し、
前記チャネル層は、前記電解質層に含まれるイオンを吸入、放出可能な特性を有し、
前記チャネル層は、前記電解質層に接して空間的に間隔を置いて複数配置されており、
個々の前記チャネル層には、複数の前記電極が電気的に接続されている、
マルチチャネル電子素子。
前記チャネル層は、前記電解質層に含まれるイオンを吸入、放出可能な特性を有し、
前記チャネル層は、前記電解質層に接して空間的に間隔を置いて複数配置されており、
個々の前記チャネル層には、複数の前記電極が電気的に接続されている、
マルチチャネル電子素子。
【請求項2】
前記複数配置されているチャネル層のコンダクタンスが、隣接して配置されているチャネル層のコンダクタンスと比較される、請求項１記載の電子素子。
【請求項3】
前記電解質層が、無機リチウム電解質のＬｉαＰＯβＮγ（ここで、αは１以上３以下、βは２以上４以下、γは０．２以上１以下）、ＬｉαＸβ（ＰＯ４）３（ここで、ＸはＡｌ、Ｔｉ、Ｇｅ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｓｉからなる群より選ばれる１以上、αは０．５以上５以下、βは０．２以上２以下）、ＬｉαＸβＯγ（ここで、ＸはＡｌ、Ｌａ、Ｚｒからなる群の１以上、αは０．２以上８以下、βは０．３以上５以下、γは３以上１２以下）、Ｌｉ１４Ｚｎ（ＧｅＯ４）４、Ｌｉ４ＳｉＯ４―Ｌｉ３ＢＯ３、ＬｉαＰ３Ｓβ（ここで、αは７以上１０以下、βは１０以上１５以下）、ＬｉαＰβＳγＸδ（ここで、ＸはＦ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉ、Ｇｅ、Ｓｉ、Ｓｎからなる群より選ばれる１以上、αは２以上７以下、βは１以上５以下、γは３以上１１以下、δは０以上１以下）、Ｌｉ２Ｓ－Ｘ（ここで、ＸはＰ２Ｓ６、ＧｅＳ２からなる群より選ばれる１以上）、Ｌｉ２Ｓ－ＳｉＳ２－Ｘ（ここで、ＸはＬｉ３ＰＯ４、Ｌｉ４ＳｉＯ４、ＬｉＩ、からなる群より選ばれる１以上）、Ｌｉ３Ｎ、Ｌｉ３Ｐ、ＬｉＸ（ここでＸはＢｒ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉからなる群より選ばれる１以上）、Ｌｉ－β―アルミナ、ＬｉＮ（ＣＦ３ＳＯ２）２／（ＣＨ２ＣＨ２Ｏ）８からなる群より選ばれる１以上の電解質を含む、請求項１または２記載の電子素子。
【請求項4】
前記電解質層が、無機ナトリウム電解質のＮａαＰＯβＮγ（ここで、αは１以上３以下、βは２以上４以下、γは０．２以上１以下）、ＮａαＸβ（ＰＯ４）３（ここで、ＸはＡｌ、Ｔｉ、Ｇｅ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｓｉからなる群より選ばれる１以上、αは０．５以上５以下、βは０．２以上２以下）、ＮａαＸβＯγ（ここで、ＸはＡｌ、Ｌａ、Ｚｒからなる群の１以上、αは０．２以上８以下、βは０．３以上５以下、γは３以上１２以下）、Ｎａ４Ｚｒ２（ＳｉＯ４）３、ＮａＰＳｅ４、Ｎａ２Ｓ―ＳｉＳ２、Ｎａ２Ｏ―ＳｉＯ２、Ｎａ２Ｏ―Ａｌ２Ｏ３からなる群より選ばれる１以上の電解質を含む、請求項１または２記載の電子素子。
【請求項5】
前記電解質層が、無機銀電解質のＡｇＩ、ＲｂＡｇ４Ｉ５、ＡｇＩ―Ａｇ２Ｃｒ２Ｏ７、ＡｇＩ―Ａｇ４Ｐ２Ｏ７、ＡｇＩ―Ａｇ２ＭｏＯ４、ＡｇＩ―Ａｇ２ＷＯ４、ＡｇＩ―ＡｇＳｉＯ４、ＡｇＩ―Ａｇ２Ｏ―Ｂ２Ｏ３からなる群より選ばれる１以上の電解質を含む、請求項１または２記載の電子素子。
【請求項6】
前記電解質層が、無機銅電解質のＣｕＸ（ここで、ＸはＩ、Ｂｒ，Ｃｌからなる群より選ばれる１以上）、Ｒｂ３Ｃｕ７Ｃｌ１０、Ｒｂ４Ｃｕ１６Ｉ７Ｃｌ１３からなる群より選ばれる１以上の電解質を含む、請求項１または２記載の電子素子。
【請求項7】
前記電解質層が、ポリエチレングリコール、ポリエチレンオキシド、ポリビニルビロリドン、ポリアクリルニトリル、ポリフッ化ビニリデン、ポリメチルメタクリレートのいずれかの高分子に銀電解質塩ないし銅電解質塩を混ぜた高分子電解質からなる群より選ばれる１以上の電解質を含む、請求項１または２記載の電子素子。
【請求項8】
前記電解質層が、ナフィオン（登録商標）またはキトサンの高分子電解質を含む、請求項１または２記載の電子素子。
【請求項9】
前記電解質層が、固体電解質層である、請求項１から８の何れか１項に記載の電子素子。
【請求項10】
前記チャネル層が、ＬｉｘＣｏＯ２、ＬｉｘＷＯ３、ＬｉｘＴｉＯ２、ＬｉｘＶ２Ｏ５、ＬｉｘＶ６Ｏ１３、ＬｉｘＣｒＯ２、ＬｉｘＹＳ２（ここで、ＹはＴｉ、Ｔａ、Ｚｒ，Ｎｉ、Ｐからなる群より選ばれる１以上）、β―ＬｉＡｌ、ＬｉｘＹ（ここで、ＹはＳｉ，Ｂｉ，Ｓｂからなる群より選ばれる１以上）からなる群より選ばれる１以上の材料を含む、請求項１、２、３の何れか１項に記載の電子素子。
【請求項11】
前記チャネル層が、ＮａｘＣｏＯ２、ＮａｘＷＯ３、ＮａｘＴｉＯ２、ＮａｘＶ２Ｏ５、ＮａｘＶ６Ｏ１３、ＮａｘＣｒＯ２、ＮａｘＹＳ２（ここで、ＹはＴｉ、Ｔａ、Ｚｒ，Ｎｉ、Ｐからなる群より選ばれる１以上）、β―ＮａＡｌ、ＮａｘＹ（ここで、ＹはＳｉ，Ｂｉ，Ｓｂからなる群より選ばれる１以上）からなる群より選ばれる１以上の材料を含む、請求項１、２、４の何れか１項に記載の電子素子。
【請求項12】
前記チャネル層が、Ａｇ２Ｓ、ＡｇｘＴｉＳ２、ＡｇｘＮｂＳ２からなる群より選ばれる１以上の材料を含む、請求項１、２、５、７の何れか１項に記載の電子素子。
【請求項13】
前記チャネル層が、Ｃｕ２Ｓ、ＣｕｘＴｉＳ２、ＣｕｘＮｂＳ２からなる群より選ばれる１以上の材料を含む、請求項１、２、６、７の何れか１項に記載の電子素子。
【請求項14】
前記チャネル層が、ＬａＮｉ５、Ｔｉ２Ｎｉ、ＬａＮｉ５Ｈｘ、Ｔｉ２ＮｉＨｘ、ＨｘＲｅＯ３、ＨｘＷＯ３、ＨｘＭｏＯ３からなる群より選ばれる１以上の材料を含む、請求項１または２に記載の電子素子。
【請求項15】
前記電極は、アルミニウム、タングステン、銀、銅、金、白金、パラジウム、ルテニウム、クロム、鉄、亜鉛、チタン、ニッケル、スズ、ドープドポリシリコン、シリサイド、黒鉛、グラフェン、カーボンナノチューブからなる群より選ばれる１以上を含む、請求項１から１４の何れか１項に記載の電子素子。
【請求項16】
前記イオンは、リチウムイオンである、請求項１、２、３、１０の何れか１項に記載の電子素子。
【請求項17】
前記イオンは、ナトリウムイオンである、請求項１、２、４、１１の何れか１項に記載の電子素子。
【請求項18】
前記イオンは、銀イオンである、請求項１、２、５、７、１２の何れか１項に記載の電子素子。
【請求項19】
前記イオンは、銅イオンである、請求項１、２、６、７、１３の何れか１項に記載の電子素子。
【請求項20】
前記イオンは、プロトンである、請求項１、２、１４の何れか１項に記載の電子素子。
【請求項21】
前記チャネル層は、前記電解質層に接してアレー状に配置されている、請求項１から２０の何れか１項に記載の電子素子。
【請求項22】
前記チャネル層は、前記電解質層に接してマトリックス状に配置されている、請求項１から２０の何れか１項に記載の電子素子。
【請求項23】
構成１から２２の何れか１項に記載の電子素子からなるマルチチャネル回路部と、前記複数配置されたチャネル層の各々のチャネルに電圧を印加する電圧印加回路部と、前記複数配置されたチャネル層の各々のチャネルのコンダクタンスを測定する測定回路部を有する、回路。
【請求項24】
前記測定回路部は、前記測定回路部にて取得された前記チャネル（チャネルＡ）のコンダクタンスと、前記チャネルＡに隣接して配置されたチャネルのコンダクタンスとを比較する比較回路を有する、請求項２３記載の回路。
【請求項25】
構成１から２２の何れか１項に記載の電子素子を用い、
前記電子素子の前記複数配置されたチャネル層の各々のチャネルに電圧を印加することと、
前記複数配置されたチャネル層の各々のチャネルのコンダクタンスを測定することと、
前記測定で得られたコンダクタンスの空間的分布を用いて前記複数配置されたチャネル層に印加された電圧信号の空間的変化部を強調する、測定方法。
前記電子素子の前記複数配置されたチャネル層の各々のチャネルに電圧を印加することと、
前記複数配置されたチャネル層の各々のチャネルのコンダクタンスを測定することと、
前記測定で得られたコンダクタンスの空間的分布を用いて前記複数配置されたチャネル層に印加された電圧信号の空間的変化部を強調する、測定方法。
【請求項26】
前記コンダクタンスの空間的分布は、隣接して配置された前記チャネルのコンダクタンスとの分布である、請求項２５記載の測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、変化信号部を強調するマルチチャネル電子素子、それを用いた回路およびその使用方法に関する。
【背景技術】
【0002】
空間分布をもつ電気信号群に対して信号変化の大きな部分であるエッジを検出する技術、いわゆるエッジ検出技術は、画像処理や応力解析をはじめ様々な分野で盛んに使用されている。
【0003】
画像処理におけるエッジ検出は、画像の特徴検出や特徴抽出の一種であるが、画像の明るさが鋭敏に不連続に変化している箇所を特定するアルゴリズムである。このエッジ検出には、１次微分で勾配を計算することでエッジの強さを計算し、その勾配が局所的に極大になる箇所を探す方法や、２次微分のゼロ交差を探す方法などがあり、一般的には前段階として平滑化などの複雑なフィルタ処理が必要となる。そこでは様々な手法が提案されており、例えば、特許文献１－４に開示がある。
これらの手法は、例えば、製造現場における製品の検査・検品にカメラで撮影した画像の処理システムを導入し、省力化、省人化によるコストダウン、品質向上のために用いられる。
これらの手法は、例えば、製造現場における製品の検査・検品にカメラで撮影した画像の処理システムを導入し、省力化、省人化によるコストダウン、品質向上のために用いられる。
【0004】
一方、人を含めた生体の多くは、目から入った画像情報を脳で素早く検出し認識する。その際、情報処理は並列に階層的に行われており、情報処理の仕組みは半導体の集積回路とは全く異なったものになっている。生体の視覚機能における並列処理は、網膜の水平細胞を介して横方向に拡散することで行われる。この拡散ネットワークを電子回路化する試みがなされており、トランジスターを用いたディジタル回路や抵抗回路網を用いたアナログ回路など種々の電子回路で模倣する技術が提案されている。これらは、例えば、非特許文献１に開示がある。
【0005】
なお、検出されたエッジは、適用に応じて、強調されたり、輪郭抽出されたり、なだらかになるようにスムージングされたりと所望の処理が施される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特表２０１３－５００１１６号公報
【特許文献2】特開平０８－０１４８２０号公報
【特許文献3】特開平０７－１６０８９６号公報
【特許文献4】特開平０７－１３１６７８号公報
【非特許文献】
【0007】
【非特許文献1】Ｃ．Ｍｅａｄ，Ａｎａｌｏｇ ＶＬＳＩ ａｎｄ Ｎｅｕｒａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ（Ａｄｄｉｓｉｏｎ－Ｗｅｓｒｅｙ，Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ，１９８９）．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
従来のエッジ検出には上記のようにソフトウェアで行う方法と電子回路で行う方法があるが、複雑な画像等、複雑な空間分布をもつ被検出物のエッジ検出は依然として難しい。このため、多くのアルゴリズムや電子回路が提案されている。しかし、検出方法を高度化すればするほど複雑なアルゴリズムと回路構成が必要になり、高コストで消費電力が大きくなってしまうという問題が生じている。
【0009】
本発明は、上記従来の問題を解決し、エッジ検出およびその強調に好適な低コストで消費電力も少ない簡便な構造の電子素子およびそれを用いた回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0010】
課題を解決するための本発明の構成を下記に示す。
（構成１）
電解質層、チャネル層および電極を有し、
前記チャネル層は、前記電解質層に含まれるイオンを吸入、放出可能な特性を有し、
前記チャネル層は、前記電解質層に接して空間的に間隔を置いて複数配置されており、
個々の前記チャネル層には、複数の前記電極が電気的に接続されている、
マルチチャネル電子素子。
（構成２）
前記複数配置されているチャネル層のコンダクタンスが、隣接して配置されているチャネル層のコンダクタンスと比較される、構成１記載の電子素子。
（構成３）
前記電解質層が、無機リチウム電解質のＬｉαＰＯβＮγ（ここで、αは１以上３以下、βは２以上４以下、γは０．２以上１以下）、ＬｉαＸβ（ＰＯ４）３（ここで、ＸはＡｌ、Ｔｉ、Ｇｅ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｓｉからなる群より選ばれる１以上、αは０．５以上５以下、βは０．２以上２以下）、ＬｉαＸβＯγ（ここで、ＸはＡｌ、Ｌａ、Ｚｒからなる群の１以上、αは０．２以上８以下、βは０．３以上５以下、γは３以上１２以下）、Ｌｉ１４Ｚｎ（ＧｅＯ４）４、Ｌｉ４ＳｉＯ４―Ｌｉ３ＢＯ３、ＬｉαＰ３Ｓβ（ここで、αは７以上１０以下、βは１０以上１５以下）、ＬｉαＰβＳγＸδ（ここで、ＸはＦ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉ、Ｇｅ、Ｓｉ、Ｓｎからなる群より選ばれる１以上、αは２以上７以下、βは１以上５以下、γは３以上１１以下、δは０以上１以下）、Ｌｉ２Ｓ－Ｘ（ここで、ＸはＰ２Ｓ６、ＧｅＳ２からなる群より選ばれる１以上）、Ｌｉ２Ｓ－ＳｉＳ２－Ｘ（ここで、ＸはＬｉ３ＰＯ４、Ｌｉ４ＳｉＯ４、ＬｉＩ、からなる群より選ばれる１以上）、Ｌｉ３Ｎ、Ｌｉ３Ｐ、ＬｉＸ（ここでＸはＢｒ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉからなる群より選ばれる１以上）、Ｌｉ－β―アルミナ、ＬｉＮ（ＣＦ３ＳＯ２）２／（ＣＨ２ＣＨ２Ｏ）８からなる群より選ばれる１以上の電解質を含む、構成１または２記載の電子素子。
（構成４）
前記電解質層が、無機ナトリウム電解質のＮａαＰＯβＮγ（ここで、αは１以上３以下、βは２以上４以下、γは０．２以上１以下）、ＮａαＸβ（ＰＯ４）３（ここで、ＸはＡｌ、Ｔｉ、Ｇｅ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｓｉからなる群より選ばれる１以上、αは０．５以上５以下、βは０．２以上２以下）、ＮａαＸβＯγ（ここで、ＸはＡｌ、Ｌａ、Ｚｒからなる群の１以上、αは０．２以上８以下、βは０．３以上５以下、γは３以上１２以下）、Ｎａ４Ｚｒ２（ＳｉＯ４）３、ＮａＰＳｅ４、Ｎａ２Ｓ―ＳｉＳ２、Ｎａ２Ｏ―ＳｉＯ２、Ｎａ２Ｏ―Ａｌ２Ｏ３からなる群より選ばれる１以上の電解質を含む、構成１または２記載の電子素子。
（構成５）
前記電解質層が、無機銀電解質のＡｇＩ、ＲｂＡｇ４Ｉ５、ＡｇＩ―Ａｇ２Ｃｒ２Ｏ７、ＡｇＩ―Ａｇ４Ｐ２Ｏ７、ＡｇＩ―Ａｇ２ＭｏＯ４、ＡｇＩ―Ａｇ２ＷＯ４、ＡｇＩ―ＡｇＳｉＯ４、ＡｇＩ―Ａｇ２Ｏ―Ｂ２Ｏ３からなる群より選ばれる１以上の電解質を含む、構成１または２記載の電子素子。
（構成６）
前記電解質層が、無機銅電解質のＣｕＸ（ここで、ＸはＩ、Ｂｒ，Ｃｌからなる群より選ばれる１以上）、Ｒｂ３Ｃｕ７Ｃｌ１０、Ｒｂ４Ｃｕ１６Ｉ７Ｃｌ１３からなる群より選ばれる１以上の電解質を含む、構成１または２記載の電子素子。
（構成７）
前記電解質層が、ポリエチレングリコール、ポリエチレンオキシド、ポリビニルビロリドン、ポリアクリルニトリル、ポリフッ化ビニリデン、ポリメチルメタクリレートのいずれかの高分子に銀電解質塩ないし銅電解質塩を混ぜた高分子電解質からなる群より選ばれる１以上の電解質を含む、構成１または２記載の電子素子。
（構成８）
前記電解質層が、ナフィオン（登録商標）またはキトサンの高分子電解質を含む、構成１または２記載の電子素子。
（構成９）
前記電解質層が、固体電解質層である、構成１から８の何れか１項に記載の電子素子。
（構成１０）
前記チャネル層が、ＬｉｘＣｏＯ２、ＬｉｘＷＯ３、ＬｉｘＴｉＯ２、ＬｉｘＶ２Ｏ５、ＬｉｘＶ６Ｏ１３、ＬｉｘＣｒＯ２、ＬｉｘＹＳ２（ここで、ＹはＴｉ、Ｔａ、Ｚｒ，Ｎｉ、Ｐからなる群より選ばれる１以上）、β―ＬｉＡｌ、ＬｉｘＹ（ここで、ＹはＳｉ，Ｂｉ，Ｓｂからなる群より選ばれる１以上）からなる群より選ばれる１以上の材料を含む、構成１、２、３の何れか１項に記載の電子素子。
（構成１１）
前記チャネル層が、ＮａｘＣｏＯ２、ＮａｘＷＯ３、ＮａｘＴｉＯ２、ＮａｘＶ２Ｏ５、ＮａｘＶ６Ｏ１３、ＮａｘＣｒＯ２、ＮａｘＹＳ２（ここで、ＹはＴｉ、Ｔａ、Ｚｒ，Ｎｉ、Ｐからなる群より選ばれる１以上）、β―ＮａＡｌ、ＮａｘＹ（ここで、ＹはＳｉ，Ｂｉ，Ｓｂからなる群より選ばれる１以上）からなる群より選ばれる１以上の材料を含む、構成１、２、４の何れか１項に記載の電子素子。
（構成１２）
前記チャネル層が、Ａｇ２Ｓ、ＡｇｘＴｉＳ２、ＡｇｘＮｂＳ２からなる群より選ばれる１以上の材料を含む、構成１、２、５、７の何れか１項に記載の電子素子。
（構成１３）
前記チャネル層が、Ｃｕ２Ｓ、ＣｕｘＴｉＳ２、ＣｕｘＮｂＳ２からなる群より選ばれる１以上の材料を含む、構成１、２、６、７の何れか１項に記載の電子素子。
（構成１４）
前記チャネル層が、ＬａＮｉ５、Ｔｉ２Ｎｉ、ＬａＮｉ５Ｈｘ、Ｔｉ２ＮｉＨｘ、ＨｘＲｅＯ３、ＨｘＷＯ３、ＨｘＭｏＯ３からなる群より選ばれる１以上の材料を含む、構成１または２に記載の電子素子。
（構成１５）
前記電極は、アルミニウム、タングステン、銀、銅、金、白金、パラジウム、ルテニウム、クロム、鉄、亜鉛、チタン、ニッケル、スズ、ドープドポリシリコン、シリサイド、黒鉛、グラフェン、カーボンナノチューブからなる群より選ばれる１以上を含む、構成１から１４の何れか１項に記載の電子素子。
（構成１６）
前記イオンは、リチウムイオンである、構成１、２、３、１０の何れか１項に記載の電子素子。
（構成１７）
前記イオンは、ナトリウムイオンである、構成１、２、４、１１の何れか１項に記載の電子素子。
（構成１８）
前記イオンは、銀イオンである、構成１、２、５、７、１２の何れか１項に記載の電子素子。
（構成１９）
前記イオンは、銅イオンである、構成１、２、６、７、１３の何れか１項に記載の電子素子。
（構成２０）
前記イオンは、プロトンである、構成１、２、１４の何れか１項に記載の電子素子。
（構成２１）
前記チャネル層は、前記電解質層に接してアレー状に配置されている、構成１から２０の何れか１項に記載の電子素子。
（構成２２）
前記チャネル層は、前記電解質層に接してマトリックス状に配置されている、構成１から２０の何れか１項に記載の電子素子。
（構成２３）
構成１から２２の何れか１項に記載の電子素子からなるマルチチャネル回路部と、前記複数配置されたチャネル層の各々のチャネルに電圧を印加する電圧印加回路部と、前記複数配置されたチャネル層の各々のチャネルのコンダクタンスを測定する測定回路部を有する、回路。
（構成２４）
前記測定回路部は、前記測定回路部にて取得された前記チャネル（チャネルＡ）のコンダクタンスと、前記チャネルＡに隣接して配置されたチャネルのコンダクタンスとを比較する比較回路を有する、構成２３記載の回路。
（構成２５）
構成１から２２の何れか１項に記載の電子素子を用い、
前記電子素子の前記複数配置されたチャネル層の各々のチャネルに電圧を印加することと、
前記複数配置されたチャネル層の各々のチャネルのコンダクタンスを測定することと、
前記測定で得られたコンダクタンスの空間的分布を用いて前記複数配置されたチャネル層に印加された電圧信号の空間的変化部を強調する、測定方法。
（構成２６）
前記コンダクタンスの空間的分布は、隣接して配置された前記チャネルのコンダクタンスとの分布である、構成２５記載の測定方法。
（構成１）
電解質層、チャネル層および電極を有し、
前記チャネル層は、前記電解質層に含まれるイオンを吸入、放出可能な特性を有し、
前記チャネル層は、前記電解質層に接して空間的に間隔を置いて複数配置されており、
個々の前記チャネル層には、複数の前記電極が電気的に接続されている、
マルチチャネル電子素子。
（構成２）
前記複数配置されているチャネル層のコンダクタンスが、隣接して配置されているチャネル層のコンダクタンスと比較される、構成１記載の電子素子。
（構成３）
前記電解質層が、無機リチウム電解質のＬｉαＰＯβＮγ（ここで、αは１以上３以下、βは２以上４以下、γは０．２以上１以下）、ＬｉαＸβ（ＰＯ４）３（ここで、ＸはＡｌ、Ｔｉ、Ｇｅ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｓｉからなる群より選ばれる１以上、αは０．５以上５以下、βは０．２以上２以下）、ＬｉαＸβＯγ（ここで、ＸはＡｌ、Ｌａ、Ｚｒからなる群の１以上、αは０．２以上８以下、βは０．３以上５以下、γは３以上１２以下）、Ｌｉ１４Ｚｎ（ＧｅＯ４）４、Ｌｉ４ＳｉＯ４―Ｌｉ３ＢＯ３、ＬｉαＰ３Ｓβ（ここで、αは７以上１０以下、βは１０以上１５以下）、ＬｉαＰβＳγＸδ（ここで、ＸはＦ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉ、Ｇｅ、Ｓｉ、Ｓｎからなる群より選ばれる１以上、αは２以上７以下、βは１以上５以下、γは３以上１１以下、δは０以上１以下）、Ｌｉ２Ｓ－Ｘ（ここで、ＸはＰ２Ｓ６、ＧｅＳ２からなる群より選ばれる１以上）、Ｌｉ２Ｓ－ＳｉＳ２－Ｘ（ここで、ＸはＬｉ３ＰＯ４、Ｌｉ４ＳｉＯ４、ＬｉＩ、からなる群より選ばれる１以上）、Ｌｉ３Ｎ、Ｌｉ３Ｐ、ＬｉＸ（ここでＸはＢｒ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉからなる群より選ばれる１以上）、Ｌｉ－β―アルミナ、ＬｉＮ（ＣＦ３ＳＯ２）２／（ＣＨ２ＣＨ２Ｏ）８からなる群より選ばれる１以上の電解質を含む、構成１または２記載の電子素子。
（構成４）
前記電解質層が、無機ナトリウム電解質のＮａαＰＯβＮγ（ここで、αは１以上３以下、βは２以上４以下、γは０．２以上１以下）、ＮａαＸβ（ＰＯ４）３（ここで、ＸはＡｌ、Ｔｉ、Ｇｅ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｓｉからなる群より選ばれる１以上、αは０．５以上５以下、βは０．２以上２以下）、ＮａαＸβＯγ（ここで、ＸはＡｌ、Ｌａ、Ｚｒからなる群の１以上、αは０．２以上８以下、βは０．３以上５以下、γは３以上１２以下）、Ｎａ４Ｚｒ２（ＳｉＯ４）３、ＮａＰＳｅ４、Ｎａ２Ｓ―ＳｉＳ２、Ｎａ２Ｏ―ＳｉＯ２、Ｎａ２Ｏ―Ａｌ２Ｏ３からなる群より選ばれる１以上の電解質を含む、構成１または２記載の電子素子。
（構成５）
前記電解質層が、無機銀電解質のＡｇＩ、ＲｂＡｇ４Ｉ５、ＡｇＩ―Ａｇ２Ｃｒ２Ｏ７、ＡｇＩ―Ａｇ４Ｐ２Ｏ７、ＡｇＩ―Ａｇ２ＭｏＯ４、ＡｇＩ―Ａｇ２ＷＯ４、ＡｇＩ―ＡｇＳｉＯ４、ＡｇＩ―Ａｇ２Ｏ―Ｂ２Ｏ３からなる群より選ばれる１以上の電解質を含む、構成１または２記載の電子素子。
（構成６）
前記電解質層が、無機銅電解質のＣｕＸ（ここで、ＸはＩ、Ｂｒ，Ｃｌからなる群より選ばれる１以上）、Ｒｂ３Ｃｕ７Ｃｌ１０、Ｒｂ４Ｃｕ１６Ｉ７Ｃｌ１３からなる群より選ばれる１以上の電解質を含む、構成１または２記載の電子素子。
（構成７）
前記電解質層が、ポリエチレングリコール、ポリエチレンオキシド、ポリビニルビロリドン、ポリアクリルニトリル、ポリフッ化ビニリデン、ポリメチルメタクリレートのいずれかの高分子に銀電解質塩ないし銅電解質塩を混ぜた高分子電解質からなる群より選ばれる１以上の電解質を含む、構成１または２記載の電子素子。
（構成８）
前記電解質層が、ナフィオン（登録商標）またはキトサンの高分子電解質を含む、構成１または２記載の電子素子。
（構成９）
前記電解質層が、固体電解質層である、構成１から８の何れか１項に記載の電子素子。
（構成１０）
前記チャネル層が、ＬｉｘＣｏＯ２、ＬｉｘＷＯ３、ＬｉｘＴｉＯ２、ＬｉｘＶ２Ｏ５、ＬｉｘＶ６Ｏ１３、ＬｉｘＣｒＯ２、ＬｉｘＹＳ２（ここで、ＹはＴｉ、Ｔａ、Ｚｒ，Ｎｉ、Ｐからなる群より選ばれる１以上）、β―ＬｉＡｌ、ＬｉｘＹ（ここで、ＹはＳｉ，Ｂｉ，Ｓｂからなる群より選ばれる１以上）からなる群より選ばれる１以上の材料を含む、構成１、２、３の何れか１項に記載の電子素子。
（構成１１）
前記チャネル層が、ＮａｘＣｏＯ２、ＮａｘＷＯ３、ＮａｘＴｉＯ２、ＮａｘＶ２Ｏ５、ＮａｘＶ６Ｏ１３、ＮａｘＣｒＯ２、ＮａｘＹＳ２（ここで、ＹはＴｉ、Ｔａ、Ｚｒ，Ｎｉ、Ｐからなる群より選ばれる１以上）、β―ＮａＡｌ、ＮａｘＹ（ここで、ＹはＳｉ，Ｂｉ，Ｓｂからなる群より選ばれる１以上）からなる群より選ばれる１以上の材料を含む、構成１、２、４の何れか１項に記載の電子素子。
（構成１２）
前記チャネル層が、Ａｇ２Ｓ、ＡｇｘＴｉＳ２、ＡｇｘＮｂＳ２からなる群より選ばれる１以上の材料を含む、構成１、２、５、７の何れか１項に記載の電子素子。
（構成１３）
前記チャネル層が、Ｃｕ２Ｓ、ＣｕｘＴｉＳ２、ＣｕｘＮｂＳ２からなる群より選ばれる１以上の材料を含む、構成１、２、６、７の何れか１項に記載の電子素子。
（構成１４）
前記チャネル層が、ＬａＮｉ５、Ｔｉ２Ｎｉ、ＬａＮｉ５Ｈｘ、Ｔｉ２ＮｉＨｘ、ＨｘＲｅＯ３、ＨｘＷＯ３、ＨｘＭｏＯ３からなる群より選ばれる１以上の材料を含む、構成１または２に記載の電子素子。
（構成１５）
前記電極は、アルミニウム、タングステン、銀、銅、金、白金、パラジウム、ルテニウム、クロム、鉄、亜鉛、チタン、ニッケル、スズ、ドープドポリシリコン、シリサイド、黒鉛、グラフェン、カーボンナノチューブからなる群より選ばれる１以上を含む、構成１から１４の何れか１項に記載の電子素子。
（構成１６）
前記イオンは、リチウムイオンである、構成１、２、３、１０の何れか１項に記載の電子素子。
（構成１７）
前記イオンは、ナトリウムイオンである、構成１、２、４、１１の何れか１項に記載の電子素子。
（構成１８）
前記イオンは、銀イオンである、構成１、２、５、７、１２の何れか１項に記載の電子素子。
（構成１９）
前記イオンは、銅イオンである、構成１、２、６、７、１３の何れか１項に記載の電子素子。
（構成２０）
前記イオンは、プロトンである、構成１、２、１４の何れか１項に記載の電子素子。
（構成２１）
前記チャネル層は、前記電解質層に接してアレー状に配置されている、構成１から２０の何れか１項に記載の電子素子。
（構成２２）
前記チャネル層は、前記電解質層に接してマトリックス状に配置されている、構成１から２０の何れか１項に記載の電子素子。
（構成２３）
構成１から２２の何れか１項に記載の電子素子からなるマルチチャネル回路部と、前記複数配置されたチャネル層の各々のチャネルに電圧を印加する電圧印加回路部と、前記複数配置されたチャネル層の各々のチャネルのコンダクタンスを測定する測定回路部を有する、回路。
（構成２４）
前記測定回路部は、前記測定回路部にて取得された前記チャネル（チャネルＡ）のコンダクタンスと、前記チャネルＡに隣接して配置されたチャネルのコンダクタンスとを比較する比較回路を有する、構成２３記載の回路。
（構成２５）
構成１から２２の何れか１項に記載の電子素子を用い、
前記電子素子の前記複数配置されたチャネル層の各々のチャネルに電圧を印加することと、
前記複数配置されたチャネル層の各々のチャネルのコンダクタンスを測定することと、
前記測定で得られたコンダクタンスの空間的分布を用いて前記複数配置されたチャネル層に印加された電圧信号の空間的変化部を強調する、測定方法。
（構成２６）
前記コンダクタンスの空間的分布は、隣接して配置された前記チャネルのコンダクタンスとの分布である、構成２５記載の測定方法。
【発明の効果】
【0011】
本発明によれば、エッジ検出およびその強調に好適な、低コストで消費電力も少ない簡便な構造の電子素子およびそれを用いた回路を提供することが可能になる。
本発明は、従来の電子回路やソフトウェアを用いた画像処理に比べて、より生体に近い並列処理により効率的で低消費電力な画像処理技術を実現する。さらに、視神経に相当する光検出機能と神経節細胞に相当する信号抽出機能を組み合わせて人工網膜チップの作製もできる。
以上のことから、本発明により、イオン移動駆動型の視覚センサーと画像処理システムが実現される。
本発明は、従来の電子回路やソフトウェアを用いた画像処理に比べて、より生体に近い並列処理により効率的で低消費電力な画像処理技術を実現する。さらに、視神経に相当する光検出機能と神経節細胞に相当する信号抽出機能を組み合わせて人工網膜チップの作製もできる。
以上のことから、本発明により、イオン移動駆動型の視覚センサーと画像処理システムが実現される。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】本発明の電子素子の要部構造を示す説明図で、（ａ）は平面視図、（ｂ）はＡ－Ａ‘断面をＢより見た断面図、そして（ｃ）はＣより見た断面図である。
【図2】本発明の電子素子の要部構造を示す説明図で、（ａ）は平面視図、（ｂ）はＡ－Ａ‘断面をＢより見た断面図、そして（ｃ）はＣより見た断面図である。
【図3】本発明のマルチチャネル電子素子回路（エッジ検出回路）の構成を示す構成図である。
【図4】２個のチャネル電子素子によるニューロン側方抑制の動作原理を説明する説明図である。
【図5】８個のチャネル電子素子によるコントラストのエッジ強調原理を説明する説明図である。
【図6】２次元チャネルアレイの模式図である。
【図7】網膜の受容野の機能を説明する説明図である。
【図8】網膜の受容野の機能を模倣するマルチチャネル電子素子の構造図である。
【図9】網膜の受容野の機能を模倣するマルチチャネル電子素子の基本動作図である。
【図10】チャネルが１個のチャネル電子素子の模式図である。
【図11】チャネルが１個のチャネル電子素子の興奮、抑制特性を示す特性図である。
【図12】チャネルが８個のチャネル電子素子の模式図である。
【図13】チャネルが８個のチャネル電子素子の興奮、抑制特性を示す特性図である。
【図14】コントラストのエッジを強調するマルチチャネル電子素子の電気特性を説明する特性図である。
【図15】実験に用いたマルチチャネル電子素子の模式図である。
【図16】コントラストのエッジを強調するマルチチャネル電子素子の電気特性の実例を示す特性図である。
【図17】マルチチャネル電子素子の電気特性の実例を示す特性図である。
【図18】マルチチャネル電子素子の電気特性の実例を示す特性図である。
【図19】２次元画像に対してエッジ検出を行った結果を示す図である。
【図20】マルチチャネル電子素子の構造を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下本発明を実施するための形態について図面を参照しながら説明する。なお、同じ番号が付記されたものは、特に断りがない場合、同じ種類のものを意味する。
【0014】
本発明の電子素子は、従来のソフトウェアや半導体回路を用いるのではなく、電解質中のイオン移動を用いてニューロンや細胞の側方抑制を模倣する素子であって、その電子素子は空間分布からエッジを検出、強調する機能を有する。
【0015】
＜構造＞
最初に、実施の形態のマルチチャネル電子素子の構造について述べる。
図１に、簡単化のために１次元素子とした本発明のマルチチャネル電子素子１０１の基本構成を示す。
マルチチャネル電子素子１０１は、基板１１、電解質層（電解質）１２、チャネル層（チャネル）１３および電極１４を基本構成要素とする。
イオンが行き来できるように電解質層１２に接してチャネル１３が形成され、チャネル１３に跨がるように対向して電極１４が設けられる。
チャネル１３はマルチチャネルとすべく、複数配置されるが、パッキング密度を高めて電子素子を小型化し、隣接チャネル間の動作を安定でバラツキの少ないものにするため、その配置は、１次元動作の場合はアレー状、２次元動作の場合はマトリックス状に配置されることが好ましい。なお、その場合のチャネル間のピッチや間隙は必ずしも等しくする必要はない。異なる距離を置いてチャネルが配置されると隣接チャネルからの相互作用の強さを変えることができる。このため、画像認識機能等で、意図的にチャネル間の距離を変えて距離依存特性を活用することも好ましい。
最初に、実施の形態のマルチチャネル電子素子の構造について述べる。
図１に、簡単化のために１次元素子とした本発明のマルチチャネル電子素子１０１の基本構成を示す。
マルチチャネル電子素子１０１は、基板１１、電解質層（電解質）１２、チャネル層（チャネル）１３および電極１４を基本構成要素とする。
イオンが行き来できるように電解質層１２に接してチャネル１３が形成され、チャネル１３に跨がるように対向して電極１４が設けられる。
チャネル１３はマルチチャネルとすべく、複数配置されるが、パッキング密度を高めて電子素子を小型化し、隣接チャネル間の動作を安定でバラツキの少ないものにするため、その配置は、１次元動作の場合はアレー状、２次元動作の場合はマトリックス状に配置されることが好ましい。なお、その場合のチャネル間のピッチや間隙は必ずしも等しくする必要はない。異なる距離を置いてチャネルが配置されると隣接チャネルからの相互作用の強さを変えることができる。このため、画像認識機能等で、意図的にチャネル間の距離を変えて距離依存特性を活用することも好ましい。
【0016】
基板１１は、所定の剛性を有する絶縁性の基板であれば特に制限はなく、例えばガラス基板、合成石英基板、ＳｉＯ２やＳｉＮなどの絶縁性膜が被着形成されたＳｉ基板、アクリルやポリカ―ボネートなどの有機材料基板などを好んで用いることができる。
【0017】
電解質層１２は、固体電解質、ゲル状電解質、液体電解質の何れからなってもよい。固体電解質は、適度な剛性をもたせることができるので基板１１を省いたり、基板１１を極薄のプラスチックやＳｉＯｘ膜としてコストを下げることが可能になるという特徴がある。ゲル状電解質や液体電解質の場合は、後述のようにチャネル１３が２次元配置されたマルチチャネル電子素子を製造しやすいという特徴がある。
【0018】
具体的な電解質層１２としては、無機リチウム電解質のＬｉαＰＯβＮγ（ここで、αは１以上３以下、βは２以上４以下、γは０．２以上１以下）、ＬｉαＸβ（ＰＯ４）３（ここで、ＸはＡｌ、Ｔｉ、Ｇｅ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｓｉからなる群より選ばれる１以上、αは０．５以上５以下、βは０．２以上２以下）、ＬｉαＸβＯγ（ここで、ＸはＡｌ、Ｌａ、Ｚｒからなる群の１以上、αは０．２以上８以下、βは０．３以上５以下、γは３以上１２以下）、Ｌｉ１４Ｚｎ（ＧｅＯ４）４、Ｌｉ４ＳｉＯ４―Ｌｉ３ＢＯ３、ＬｉαＰ３Ｓβ（ここで、αは７以上１０以下、βは１０以上１５以下）、ＬｉαＰβＳγＸδ（ここで、ＸはＦ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉ、Ｇｅ、Ｓｉ、Ｓｎからなる群より選ばれる１以上、αは２以上７以下、βは１以上５以下、γは３以上１１以下、δは０以上１以下）、Ｌｉ２Ｓ－Ｘ（ここで、ＸはＰ２Ｓ６、ＧｅＳ２からなる群より選ばれる１以上）、Ｌｉ２Ｓ－ＳｉＳ２－Ｘ（ここで、ＸはＬｉ３ＰＯ４、Ｌｉ４ＳｉＯ４、ＬｉＩ、からなる群より選ばれる１以上）、Ｌｉ３Ｎ、Ｌｉ３Ｐ、ＬｉＸ（ここでＸはＢｒ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉからなる群より選ばれる１以上）、Ｌｉ－β―アルミナ、ＬｉＮ（ＣＦ３ＳＯ２）２／（ＣＨ２ＣＨ２Ｏ）８からなる群より選ばれる１以上を挙げることができる。ここで、ＬｉαＰＯβＮγ（以下ＬｉＰＯＮとも呼ぶ）は、リチウムイオン電池等に広く用いられていて、多量生産によるコストメリットを出しやすい材料である。
【0019】
また、電解質層１２として、無機ナトリウム電解質のＮａαＰＯβＮγ（ここで、αは１以上３以下、βは２以上４以下、γは０．２以上１以下）、ＮａαＸβ（ＰＯ４）３（ここで、ＸはＡｌ、Ｔｉ、Ｇｅ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｓｉからなる群より選ばれる１以上、αは０．５以上５以下、βは０．２以上２以下）、ＮａαＸβＯγ（ここで、ＸはＡｌ、Ｌａ、Ｚｒからなる群の１以上、αは０．２以上８以下、βは０．３以上５以下、γは３以上１２以下）、Ｎａ４Ｚｒ２（ＳｉＯ４）３、ＮａＰＳｅ４、Ｎａ２Ｓ―ＳｉＳ２、Ｎａ２Ｏ―ＳｉＯ２、Ｎａ２Ｏ―Ａｌ２Ｏ３からなる群より選ばれる１以上を挙げることもできる。
【0020】
さらに、電解質層１２として、無機銀電解質のＡｇＩ、ＲｂＡｇ４Ｉ５、ＡｇＩ―Ａｇ２Ｃｒ２Ｏ７、ＡｇＩ―Ａｇ４Ｐ２Ｏ７、ＡｇＩ―Ａｇ２ＭｏＯ４、ＡｇＩ―Ａｇ２ＷＯ４、ＡｇＩ―ＡｇＳｉＯ４、ＡｇＩ―Ａｇ２Ｏ―Ｂ２Ｏ３からなる群より選ばれる１以上の電解質を含む材料や、無機銅電解質のＣｕＸ（ここで、ＸはＩ、Ｂｒ，Ｃｌからなる群より選ばれる１以上）、Ｒｂ３Ｃｕ７Ｃｌ１０、Ｒｂ４Ｃｕ１６Ｉ７Ｃｌ１３からなる群より選ばれる１以上の電解質を含む材料を挙げることもできる。
【0021】
また、電解質層１２は無機電解質に限らず、ポリエチレングリコール、ポリエチレンオキシド、ポリビニルビロリドン、ポリアクリルニトリル、ポリフッ化ビニリデン、ポリメチルメタクリレートのいずれかの高分子に銀電解質塩ないし銅電解質塩を混ぜた高分子電解質からなる群より選ばれる１以上の電解質を含む材料、あるいはナフィオン（登録商標）またはキトサンの高分子電解質を含む材料とすることもできる。
ここで、無機電解質の場合は薄膜形成が容易なため半導体製造プロセスに適応させ易いという特徴があり、高分子電解質の場合は機械的柔軟性によりフレキシブルデバイスに応用できるという特徴がある。
ここで、無機電解質の場合は薄膜形成が容易なため半導体製造プロセスに適応させ易いという特徴があり、高分子電解質の場合は機械的柔軟性によりフレキシブルデバイスに応用できるという特徴がある。
【0022】
チャネル１３は、電圧の印加によってイオンを電解質層１２に充・放出可能な層である。
イオンとしては、リチウムイオン、ナトリウムイオン、銀イオン、銅イオンおよびプロトンを挙げることができる。この中で、リチウムイオンは、リチウムイオン２次電池の開発とともにリチウム系の電解質層および電極の技術改善が急激に進んで、高品質で低コストなものになってきているため、特に好んで用いることができる。
イオンとしては、リチウムイオン、ナトリウムイオン、銀イオン、銅イオンおよびプロトンを挙げることができる。この中で、リチウムイオンは、リチウムイオン２次電池の開発とともにリチウム系の電解質層および電極の技術改善が急激に進んで、高品質で低コストなものになってきているため、特に好んで用いることができる。
【0023】
具体的なチャネル材料としては、イオンがリチウムイオンの場合、ＬｉｘＣｏＯ２、ＬｉｘＷＯ３、ＬｉｘＴｉＯ２、ＬｉｘＶ２Ｏ５、ＬｉｘＶ６Ｏ１３、ＬｉｘＣｒＯ２、ＬｉｘＹＳ２（ここで、ＹはＴｉ、Ｔａ、Ｚｒ，Ｎｉ、Ｐからなる群より選ばれる１以上）、β―ＬｉＡｌ、ＬｉｘＹ（ここで、ＹはＳｉ，Ｂｉ，Ｓｂからなる群より選ばれる１以上）からなる群より選ばれる１以上を挙げることができる。
また、イオンがナトリウムイオンの場合は、具体的なチャネル材料として、ＮａｘＣｏＯ２、ＮａｘＷＯ３、ＮａｘＴｉＯ２、ＮａｘＶ２Ｏ５、ＮａｘＶ６Ｏ１３、ＮａｘＣｒＯ２、ＮａｘＹＳ２（ここで、ＹはＴｉ、Ｔａ、Ｚｒ，Ｎｉ、Ｐからなる群より選ばれる１以上）、β―ＮａＡｌ、ＮａｘＹ（ここで、ＹはＳｉ，Ｂｉ，Ｓｂからなる群より選ばれる１以上）からなる群より選ばれる１以上を挙げることがきる。
さらに、イオンが銀イオンの場合は、具体的なチャネル材料として、Ａｇ２Ｓ、ＡｇｘＴｉＳ２、ＡｇｘＮｂＳ２からなる群より選ばれる１以上、イオンが銅イオンの場合は、Ｃｕ２Ｓ、ＣｕｘＴｉＳ２、ＣｕｘＮｂＳ２からなる群より選ばれる１以上、イオンがプロトンの場合は、ＬａＮｉ５、Ｔｉ２Ｎｉ、ＬａＮｉ５Ｈｘ、Ｔｉ２ＮｉＨｘ、ＨｘＲｅＯ３、ＨｘＷＯ３、ＨｘＭｏＯ３からなる群より選ばれる１以上の材料を挙げることができる。
また、イオンがナトリウムイオンの場合は、具体的なチャネル材料として、ＮａｘＣｏＯ２、ＮａｘＷＯ３、ＮａｘＴｉＯ２、ＮａｘＶ２Ｏ５、ＮａｘＶ６Ｏ１３、ＮａｘＣｒＯ２、ＮａｘＹＳ２（ここで、ＹはＴｉ、Ｔａ、Ｚｒ，Ｎｉ、Ｐからなる群より選ばれる１以上）、β―ＮａＡｌ、ＮａｘＹ（ここで、ＹはＳｉ，Ｂｉ，Ｓｂからなる群より選ばれる１以上）からなる群より選ばれる１以上を挙げることがきる。
さらに、イオンが銀イオンの場合は、具体的なチャネル材料として、Ａｇ２Ｓ、ＡｇｘＴｉＳ２、ＡｇｘＮｂＳ２からなる群より選ばれる１以上、イオンが銅イオンの場合は、Ｃｕ２Ｓ、ＣｕｘＴｉＳ２、ＣｕｘＮｂＳ２からなる群より選ばれる１以上、イオンがプロトンの場合は、ＬａＮｉ５、Ｔｉ２Ｎｉ、ＬａＮｉ５Ｈｘ、Ｔｉ２ＮｉＨｘ、ＨｘＲｅＯ３、ＨｘＷＯ３、ＨｘＭｏＯ３からなる群より選ばれる１以上の材料を挙げることができる。
【0024】
電極１４は、特に限定はないが、電気抵抗が低く、生産性やコスト面で優れる金属、合金、金属化合物および導電性材料を好んで用いることができる。
具体的には、電極１４として、アルミニウム、タングステン、銀、銅、金、白金、パラジウム、ルテニウム、クロム、鉄、亜鉛、チタン、ニッケル、スズ、ドープドポリシリコン、シリサイド、黒鉛、グラフェン、カーボンナノチューブからなる群より選ばれる１以上を挙げることができる。この中で、電気抵抗、生産性、コストの面から、アルミニウムを好んで用いることができる。なお、電極１４は、オーミックコンタクトが好ましい。また、チャネル１３や電解質層１２との密着性を向上させるために、下面にＴｉ、ＴｉＮ、Ｃｒ、上面に電気抵抗の少ないＡｌ、Ｗ、Ｃｕ、Ａｇ、ＡｕあるいはＰｄを配置した複合膜とすることも好ましい。
具体的には、電極１４として、アルミニウム、タングステン、銀、銅、金、白金、パラジウム、ルテニウム、クロム、鉄、亜鉛、チタン、ニッケル、スズ、ドープドポリシリコン、シリサイド、黒鉛、グラフェン、カーボンナノチューブからなる群より選ばれる１以上を挙げることができる。この中で、電気抵抗、生産性、コストの面から、アルミニウムを好んで用いることができる。なお、電極１４は、オーミックコンタクトが好ましい。また、チャネル１３や電解質層１２との密着性を向上させるために、下面にＴｉ、ＴｉＮ、Ｃｒ、上面に電気抵抗の少ないＡｌ、Ｗ、Ｃｕ、Ａｇ、ＡｕあるいはＰｄを配置した複合膜とすることも好ましい。
【0025】
電解質層１２の厚さは１０ｎｍ以上１μｍ以下、電極１４の厚さは２０ｎｍ以上１００ｎｍ以下、チャネル１３の厚さは１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下が好ましい。チャネル幅は１００ｎｍ以上１００μｍ以下、チャネルの長さは１００ｎｍ以上３００μｍ以下、チャネル間の距離は５０ｎｍ以上５００μｍ以下が素子作製の容易さおよび素子動作の安定性の観点から好ましい。
【0026】
ここで、電解質層１２とチャネル１３の大気との反応による経時劣化を避けるために、全体を金属酸化物でパッシベーションすることが好ましい。
その場合の例を図２に示す。この図では、簡単化のため、１次元素子とした場合を示している。
マルチチャネル電子素子１０２は、断面から見ると図１のマルチチャネル電子素子１０１と逆構造になっており、最初に対向した電極１４を設けて、次にチャネル１３を形成する。最後に全てのチャネル１３を覆うように電解質層１２が被着されている。適正な膜厚の範囲は上記と基本的に同じである。最後には、パッシベーションが施されるのが望ましい。
その場合の例を図２に示す。この図では、簡単化のため、１次元素子とした場合を示している。
マルチチャネル電子素子１０２は、断面から見ると図１のマルチチャネル電子素子１０１と逆構造になっており、最初に対向した電極１４を設けて、次にチャネル１３を形成する。最後に全てのチャネル１３を覆うように電解質層１２が被着されている。適正な膜厚の範囲は上記と基本的に同じである。最後には、パッシベーションが施されるのが望ましい。
【0027】
【0028】
本実施の形態のマルチチャネル電子素子回路は、図３に示すように、上記マルチチャネル回路部５１と、複数配置された各々のチャネル１３に電圧を制御して印加する電圧印加・制御回路部５２と、各々のチャネルのコンダクタンスを測定し、解析を行うコンダクタンス測定回路部５３からなる。ここで、コンダクタンス測定回路部５３では、コンダクタンス（その逆数である抵抗でもよい）に代えて、インピーダンスを測定、解析してもよい。
また、本実施の形態のマルチチャネル電子素子回路は、コンダクタンス測定回路部５３にて求められたチャネル（例えばそれをチャネルＡとする）のコンダクタンスと、チャネルＡに隣接して配置されたチャネルのコンダクタンスとを比較する比較回路がコンダクタンス測定回路部５３に組み込まれていることが好ましい。動作原理のところで述べるように、隣接チャネルのコンダクタンスと比較することによりエッジの検出、エッジの強調が効率的に行える。
また、本実施の形態のマルチチャネル電子素子回路は、コンダクタンス測定回路部５３にて求められたチャネル（例えばそれをチャネルＡとする）のコンダクタンスと、チャネルＡに隣接して配置されたチャネルのコンダクタンスとを比較する比較回路がコンダクタンス測定回路部５３に組み込まれていることが好ましい。動作原理のところで述べるように、隣接チャネルのコンダクタンスと比較することによりエッジの検出、エッジの強調が効率的に行える。
【0029】
＜製造方法＞
次に、マルチチャネル電子素子１０１の製造方法について述べる。
最初に、基板１１を準備して、基板１１の第１主表面の上に電解質層１２をスパッタリング法、蒸着法などのＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、ゾルゲル法、原子層堆積（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などによって形成する。ＬｉＰＯＮの場合、イオン伝導度を上げるためにリン酸リチウム母体に質量比で１０％以上２０％以下のの窒素をドープすることが好ましい。
次に、電解質層１２上にチャネル１３をパターン形成する。ここで、チャネルの成膜方法としては、スパッタリング法、蒸着法などのＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、原子層堆積（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などを挙げることができる。パターニング方法としては、リソグラフィとエッチングを併用する方法やリフトオフ法、金属マスクを用いる方法を挙げることができる。
しかる後、チャネル１３の一部に電気的に接触するように電極１４を形成する。
電極１４は、通常、チャネル１３の両端部に接触するように配置されるが、チャネル１３の複数個所に接触するように配置してもよい。電極１４の成膜方法としては、スパッタリング法、蒸着法などのＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を挙げることができる。パターニング方法としては、リソグラフィとエッチングを併用する方法やリフトオフ法、金属マスクを用いる方法を挙げることができる。
以上の工程により、マルチチャネル電子素子１０１を製造することができる。
最後に、電解質層１２を覆うようにキャップ層を形成するのが好ましい。これは、電解質層１２やチャネル１３が大気と反応して変質するのを避けるためである。キャップ層としてＳｉＯ２、ＷＯ３、Ｔａ２Ｏ５などの酸化物が好適であり、スパッタリング法、蒸着法などのＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、原子層堆積（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などで形成できる。厚さは２０ｎｍ以上あればよい。
次に、マルチチャネル電子素子１０１の製造方法について述べる。
最初に、基板１１を準備して、基板１１の第１主表面の上に電解質層１２をスパッタリング法、蒸着法などのＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、ゾルゲル法、原子層堆積（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などによって形成する。ＬｉＰＯＮの場合、イオン伝導度を上げるためにリン酸リチウム母体に質量比で１０％以上２０％以下のの窒素をドープすることが好ましい。
次に、電解質層１２上にチャネル１３をパターン形成する。ここで、チャネルの成膜方法としては、スパッタリング法、蒸着法などのＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、原子層堆積（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などを挙げることができる。パターニング方法としては、リソグラフィとエッチングを併用する方法やリフトオフ法、金属マスクを用いる方法を挙げることができる。
しかる後、チャネル１３の一部に電気的に接触するように電極１４を形成する。
電極１４は、通常、チャネル１３の両端部に接触するように配置されるが、チャネル１３の複数個所に接触するように配置してもよい。電極１４の成膜方法としては、スパッタリング法、蒸着法などのＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を挙げることができる。パターニング方法としては、リソグラフィとエッチングを併用する方法やリフトオフ法、金属マスクを用いる方法を挙げることができる。
以上の工程により、マルチチャネル電子素子１０１を製造することができる。
最後に、電解質層１２を覆うようにキャップ層を形成するのが好ましい。これは、電解質層１２やチャネル１３が大気と反応して変質するのを避けるためである。キャップ層としてＳｉＯ２、ＷＯ３、Ｔａ２Ｏ５などの酸化物が好適であり、スパッタリング法、蒸着法などのＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、原子層堆積（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などで形成できる。厚さは２０ｎｍ以上あればよい。
【0030】
＜動作原理＞
次に、実施の形態のマルチチャネル電子素子の構動作原理について述べる。
この素子の基本動作を説明するために、図４（ａ）にチャネルを２個（１３ａおよび１３ｂ）有する素子構造を例に示す。ここでは、電解質１２としてリチウム酸窒化物（窒素ドープしたリン酸リチウム、ＬｉＰＯＮ）、チャネル１３ａおよび１３ｂとしてコバルト酸リチウム（ＬｉｘＣｏＯ２）を用いた例を示すが、これに限るものではなく、上記材料としてもよい。ここで、同図中の１１はＳｉＯ２が表面に被着されたＳｉ基板、２１はリチウムイオン、１５は電圧印加手段、１６は電流計を表す。なお、ＬｉＰＯＮは固体電解質である。
次に、実施の形態のマルチチャネル電子素子の構動作原理について述べる。
この素子の基本動作を説明するために、図４（ａ）にチャネルを２個（１３ａおよび１３ｂ）有する素子構造を例に示す。ここでは、電解質１２としてリチウム酸窒化物（窒素ドープしたリン酸リチウム、ＬｉＰＯＮ）、チャネル１３ａおよび１３ｂとしてコバルト酸リチウム（ＬｉｘＣｏＯ２）を用いた例を示すが、これに限るものではなく、上記材料としてもよい。ここで、同図中の１１はＳｉＯ２が表面に被着されたＳｉ基板、２１はリチウムイオン、１５は電圧印加手段、１６は電流計を表す。なお、ＬｉＰＯＮは固体電解質である。
【0031】
チャネル２（１３ｂ）には電圧を印加せず、チャネル１（１３ａ）に＋１Ｖの電圧パルス（パルス幅は１ｓ、パルス周期は２ｓ）を連続的に印加することを考える。このとき、Ｌｉイオンは＋１の価数をもったイオンのため、チャネル１内にあるＬｉイオンはＬｉＰＯＮ（電解質１２）へと移動する。チャネルとして用いているＬｉｘＣｏＯ２はＬｉの濃度が下がると抵抗が下がるため、チャネル１のコンダクタンスがパルス印加とともに上がることになる（図４（ｂ））。これは、強い信号が流れたニューロンが興奮状態となることに相当する。
一方、チャネル２は電圧を印加しないので、電解質１２からチャネル２へとＬｉイオンが移動する。
その結果、チャネル２（１３ｂ）内のＬｉ濃度は上がり、コンダクタンスは減少する（図４（ｃ））。これは興奮したニューロンの隣のニューロンが抑制されることに相当する。
一方、チャネル２は電圧を印加しないので、電解質１２からチャネル２へとＬｉイオンが移動する。
その結果、チャネル２（１３ｂ）内のＬｉ濃度は上がり、コンダクタンスは減少する（図４（ｃ））。これは興奮したニューロンの隣のニューロンが抑制されることに相当する。
【0032】
上記の動作原理を利用したエッジ検出機能の説明を図５の８個のチャネルを有する素子構造に拡張して説明する。
チャネル１から４までに＋１Ｖのパルス電圧を印加し、チャネル５から８までは電圧を印加しない場合を考える。
入力の電圧差が大きいチャネル間でより多くのＬｉイオンが移動するため、チャネル４と５に大きなコンダクタンスの変化が現れる。その境界から離れるにしたがって、チャネル内のLi濃度の変化は小さくなるので、コンダクタンスの変化も徐々に小さくなる。その結果、チャネル４と５の間に大きなコントラストエッジが観測される。
この原理を利用して、図６に示すような２次元のアレイ素子（マルチチャネル電子素子）１０３により、画像のエッジ検出が可能となる。
チャネル１から４までに＋１Ｖのパルス電圧を印加し、チャネル５から８までは電圧を印加しない場合を考える。
入力の電圧差が大きいチャネル間でより多くのＬｉイオンが移動するため、チャネル４と５に大きなコンダクタンスの変化が現れる。その境界から離れるにしたがって、チャネル内のLi濃度の変化は小さくなるので、コンダクタンスの変化も徐々に小さくなる。その結果、チャネル４と５の間に大きなコントラストエッジが観測される。
この原理を利用して、図６に示すような２次元のアレイ素子（マルチチャネル電子素子）１０３により、画像のエッジ検出が可能となる。
【0033】
チャネル１３へのパルス電圧印加により、チャネル１３から電解質１２へのリチウムイオン２１の移動が起こり、チャネルコンダクタンスが増大する。これは網膜の受容野の興奮応答に相当する。
一方、電圧印加したチャネルに隣接するチャネルでは、電解質１２からチャネル１３へのリチウムイオン２１の移動によりチャネルコンダクタンスは減少する。これは網膜の受容野の抑制応答に相当する。
アレイやマトリックス中の隣接し合うチャネル間の相互作用は、網膜の光受容細胞から双極細胞への興奮・抑制応答を再現する。さらに、マルチチャネル電子素子回路に任意の電圧パターンを印加すると、電圧値の異なる境界でエッジが強調される電流特性が得られる。これはコントラストのエッジ部分が強調されて見える人間の視覚機能を模倣している。
このニューロン抑制回路の特性を用いて、画像情報を２次元アレイデバイスに入力した場合、出力画像ではエッジが強調されるエッジ検出が可能になる。これは、電解質材料そのものの特性を利用しており、従来のソフトウェアや電子回路を用いたエッジ検出方法とは全く異なる手法になっている。
一方、電圧印加したチャネルに隣接するチャネルでは、電解質１２からチャネル１３へのリチウムイオン２１の移動によりチャネルコンダクタンスは減少する。これは網膜の受容野の抑制応答に相当する。
アレイやマトリックス中の隣接し合うチャネル間の相互作用は、網膜の光受容細胞から双極細胞への興奮・抑制応答を再現する。さらに、マルチチャネル電子素子回路に任意の電圧パターンを印加すると、電圧値の異なる境界でエッジが強調される電流特性が得られる。これはコントラストのエッジ部分が強調されて見える人間の視覚機能を模倣している。
このニューロン抑制回路の特性を用いて、画像情報を２次元アレイデバイスに入力した場合、出力画像ではエッジが強調されるエッジ検出が可能になる。これは、電解質材料そのものの特性を利用しており、従来のソフトウェアや電子回路を用いたエッジ検出方法とは全く異なる手法になっている。
【0034】
本発明は、固体電解質中のイオン移動という材料そのものの性質を利用してニューロンの側方抑制の振る舞いを模倣する素子を実現しようとするものであり、特許文献１－４や非特許文献１に記載される従来の電子回路やソフトウェアのアルゴリズムを用いる技術とは全く異なる動作原理を有する。
単純な素子構造と外部プログラミングなしで動作するため、消費電力も低くできる特徴がある。
ニューロン側方抑制は、刺激されたニューロンが近くのニューロンの活動を抑制する横方向のプロセスであり、一部の感覚入力の作用を弱め、他の感覚入力の作用を強化する特徴をもつ。視覚だけでなく、音、触覚、嗅覚などの感覚知覚を鋭くする生体の機能を模倣する素子を実現できる。
単純な素子構造と外部プログラミングなしで動作するため、消費電力も低くできる特徴がある。
ニューロン側方抑制は、刺激されたニューロンが近くのニューロンの活動を抑制する横方向のプロセスであり、一部の感覚入力の作用を弱め、他の感覚入力の作用を強化する特徴をもつ。視覚だけでなく、音、触覚、嗅覚などの感覚知覚を鋭くする生体の機能を模倣する素子を実現できる。
【0035】
なお、マルチチャネル電子素子１０５は、図２０に示されるように、筐体６１の中に、チャネル１３と電極１４が配置され、筐体６１の中に液体やゲル状あるいは固体状の電解質１２が封入されていてもよい。この筐体型は、図６に示すチャネル１３をマトリックス状に２次元配置する場合、チャネル１３や電極１４を配置した後、電解質１２を封入して製造することができるので、製造がしやすいという特徴がある。
【実施例0036】
（実施例１）
実施例１では、網膜の受容野を模倣するマルチチャネル電子素子の動作実証の結果を示す。
図７に水平細胞を介して直接的および間接的に双極細胞に接続された光受容細胞から成るＯＮ中心ＯＦＦ周辺型の受容野の模式図を示す。
この光受容細胞から双極細胞に対応するシステムとして、図８に示すように、電極３４間に設置したＬｉｘＣｏＯ２チャネル３３がＬｉＰＯＮ固体電解質中３２のＬｉイオン３１の移動を介して他のチャネルと相互作用する、Ｌｉイオンに基づくマルチチャネル電子素子１０４を作製した。
図９は、チャネル１～７を有するデバイスのチャネル１から順に３０個のパルス電圧（１Ｖ，１ｓ）を順に印加していったときのチャネル４のコンダクタンスを測定した結果である。
黒のデータがパルス電圧印加前のコンダクタンスで、グレーのデータが各チャネルにパルス電圧を印加した後のチャネル４のコンダクタンスである。
チャネル４にパルス電圧を印加したときが最もコンダクタンスが高く、その両側はコンダクタンスが低くなる。ここで、コンダクタンスが高い中心が興奮領域（ａｒｅａ ｏｆ ｓｅｎｓａｔｉｏｎ）、その両側の低コンダクタンスが抑制領域（ａｒｅａ ｏｆ ｉｎｈｉｂｉｔｉｏｎ）に対応し、受容野の応答の振る舞いを模している。
実施例１では、網膜の受容野を模倣するマルチチャネル電子素子の動作実証の結果を示す。
図７に水平細胞を介して直接的および間接的に双極細胞に接続された光受容細胞から成るＯＮ中心ＯＦＦ周辺型の受容野の模式図を示す。
この光受容細胞から双極細胞に対応するシステムとして、図８に示すように、電極３４間に設置したＬｉｘＣｏＯ２チャネル３３がＬｉＰＯＮ固体電解質中３２のＬｉイオン３１の移動を介して他のチャネルと相互作用する、Ｌｉイオンに基づくマルチチャネル電子素子１０４を作製した。
図９は、チャネル１～７を有するデバイスのチャネル１から順に３０個のパルス電圧（１Ｖ，１ｓ）を順に印加していったときのチャネル４のコンダクタンスを測定した結果である。
黒のデータがパルス電圧印加前のコンダクタンスで、グレーのデータが各チャネルにパルス電圧を印加した後のチャネル４のコンダクタンスである。
チャネル４にパルス電圧を印加したときが最もコンダクタンスが高く、その両側はコンダクタンスが低くなる。ここで、コンダクタンスが高い中心が興奮領域（ａｒｅａ ｏｆ ｓｅｎｓａｔｉｏｎ）、その両側の低コンダクタンスが抑制領域（ａｒｅａ ｏｆ ｉｎｈｉｂｉｔｉｏｎ）に対応し、受容野の応答の振る舞いを模している。
【0037】
（実施例２）
実施例２では、マルチチャネル電子素子における受容野の側方抑制の動作原理を理解するために、１個および２個のデバイスの興奮と抑制応答を調べた。その結果を図１０から図１３に示す。
図１０はチャネル１個のデバイスの模式図であり、図１１このチャネルの片方の電極に異なる電圧（０．２，０．５，１Ｖ）のパルス（パルス幅１ｓ、パルス周期２ｓ）を印加したときのコンダクタンスの変化をパルス数の関数としてプロットした結果を示す。ここで、図１０中の３１はイオン（Ｌｉ＋）、３２は固体電解質（ＬｉＰＯＮ）、３３はチャネル（ＬｉｘＣｏＯ２）そして３４は白金からなる電極である。
図１１（ａ）に示すように、パルス数とともにコンダクタンスは単調に高くなり、電圧値が大きいほどコンダクタンスの増大も大きくなった。これは受容野の外部入力に対する興奮の強さを模倣している。この動作は、ＬｉｘＣｏＯ２チャネル３３からＬｉイオン３１がＬｉＰＯＮ電解質３２に移動することにより、チャネル抵抗が下がることに起因する。
図１１（ｂ）は、１０個のパルス電圧を印加した後のコンダクタンスの時間変化をプロットしたものである。入力がなくなると、受容野の興奮状態が数十秒をかけて少しずつ収まることが模倣されている。
実施例２では、マルチチャネル電子素子における受容野の側方抑制の動作原理を理解するために、１個および２個のデバイスの興奮と抑制応答を調べた。その結果を図１０から図１３に示す。
図１０はチャネル１個のデバイスの模式図であり、図１１このチャネルの片方の電極に異なる電圧（０．２，０．５，１Ｖ）のパルス（パルス幅１ｓ、パルス周期２ｓ）を印加したときのコンダクタンスの変化をパルス数の関数としてプロットした結果を示す。ここで、図１０中の３１はイオン（Ｌｉ＋）、３２は固体電解質（ＬｉＰＯＮ）、３３はチャネル（ＬｉｘＣｏＯ２）そして３４は白金からなる電極である。
図１１（ａ）に示すように、パルス数とともにコンダクタンスは単調に高くなり、電圧値が大きいほどコンダクタンスの増大も大きくなった。これは受容野の外部入力に対する興奮の強さを模倣している。この動作は、ＬｉｘＣｏＯ２チャネル３３からＬｉイオン３１がＬｉＰＯＮ電解質３２に移動することにより、チャネル抵抗が下がることに起因する。
図１１（ｂ）は、１０個のパルス電圧を印加した後のコンダクタンスの時間変化をプロットしたものである。入力がなくなると、受容野の興奮状態が数十秒をかけて少しずつ収まることが模倣されている。
【0038】
図１２は１００μｍ間隔で隣り合うチャネル２個のデバイスの模式図であり、図１３は、一方のチャネルに異なる電圧（０．２，０．５，１Ｖ）のパルス（１ｓ幅、パルス周期２ｓ）を印加したときの、もう一方のチャネルのコンダクタンスをパルス数の関数としてプロットしたものである。
図１３（ａ）に示されているように、パルス数とともにコンダクタンスは単調に低くなり、電圧値が大きいほどコンダクタンスの減少も大きくなる。これは受容野の側方抑制を模倣している。この動作は、もう一方の電極３４にパルス電圧が印加されたことにより、ＬｉＰＯＮ電解質３２からＬｉｘＣｏＯ２チャネル３３にＬｉイオン３１が移動し、チャネル抵抗が上がることに起因する。
図１３（ｂ）は１０個のパルス電圧を一方のチャネルに印加したときのもう一方のチャネルのコンダクタンスの時間応答を示した。入力がなくなると、Ｌｉイオン３１が再び固体電解質３２に戻るためチャネル抵抗が下がり、抑制状態が緩和されることが模倣されている。
図１３（ｃ）は２個のチャネル距離を変えたときのコンダクタンス変化を測定した結果である。チャネルとチャネルの距離が離れるとコンダクタンスの減少は小さくなる。これは、チャネル間の距離が長くなるとイオン移動の効果が小さくなり、隣のチャネルの抵抗を変化させづらくなるためである。これも受容野の光受容細胞間の相互作用の効果が模倣されている。
図１３（ａ）に示されているように、パルス数とともにコンダクタンスは単調に低くなり、電圧値が大きいほどコンダクタンスの減少も大きくなる。これは受容野の側方抑制を模倣している。この動作は、もう一方の電極３４にパルス電圧が印加されたことにより、ＬｉＰＯＮ電解質３２からＬｉｘＣｏＯ２チャネル３３にＬｉイオン３１が移動し、チャネル抵抗が上がることに起因する。
図１３（ｂ）は１０個のパルス電圧を一方のチャネルに印加したときのもう一方のチャネルのコンダクタンスの時間応答を示した。入力がなくなると、Ｌｉイオン３１が再び固体電解質３２に戻るためチャネル抵抗が下がり、抑制状態が緩和されることが模倣されている。
図１３（ｃ）は２個のチャネル距離を変えたときのコンダクタンス変化を測定した結果である。チャネルとチャネルの距離が離れるとコンダクタンスの減少は小さくなる。これは、チャネル間の距離が長くなるとイオン移動の効果が小さくなり、隣のチャネルの抵抗を変化させづらくなるためである。これも受容野の光受容細胞間の相互作用の効果が模倣されている。
【0039】
（実施例３）
実施例３では、本願の発明者が提案したマルチチャネル電子素子を用いてコントラストのエッジ強調を実装した結果を、図１４から図１８を用いて示す。
図１４は明るい領域と暗い領域のエッジでコントラストが強調される網膜のマッハバンド効果に関する模式図である。ここで、Ａ～Ｄは、ＯＮ中心（＋）ＯＦＦ周辺（－）の空間応答領域を表している。
図１５はそれを模倣するために作製した８チャネル電子素子の模式図である。この８個のチャネルの入力に図１６の中ほどに示すようにチャネル１～４に０．５Ｖ、チャネル５～８に１Ｖのパルス電圧（１ｓ幅）を５０回印加したときの各チャネル電流の変化を図１６の下段に示す。ここで、図１６の上段は１から８の各ノード（チャネル、電極）に印加するパルスを示している。
１回目のパルスでは入力と同じパターンの電流が得られるが、５０回目では電圧値の境界であるチャネル４と５の間に明瞭なコントラストが現れる。すなわち、本発明のデバイスは、マッハバンド効果を正確に再現できることが示されている（図１４（ａ）の最下段と図１６下段の形状は同じになる）。
実施例３では、本願の発明者が提案したマルチチャネル電子素子を用いてコントラストのエッジ強調を実装した結果を、図１４から図１８を用いて示す。
図１４は明るい領域と暗い領域のエッジでコントラストが強調される網膜のマッハバンド効果に関する模式図である。ここで、Ａ～Ｄは、ＯＮ中心（＋）ＯＦＦ周辺（－）の空間応答領域を表している。
図１５はそれを模倣するために作製した８チャネル電子素子の模式図である。この８個のチャネルの入力に図１６の中ほどに示すようにチャネル１～４に０．５Ｖ、チャネル５～８に１Ｖのパルス電圧（１ｓ幅）を５０回印加したときの各チャネル電流の変化を図１６の下段に示す。ここで、図１６の上段は１から８の各ノード（チャネル、電極）に印加するパルスを示している。
１回目のパルスでは入力と同じパターンの電流が得られるが、５０回目では電圧値の境界であるチャネル４と５の間に明瞭なコントラストが現れる。すなわち、本発明のデバイスは、マッハバンド効果を正確に再現できることが示されている（図１４（ａ）の最下段と図１６下段の形状は同じになる）。
【0040】
このデバイスに対して、チャネル３～６に１Ｖ、チャネル１，２，７および８に０Ｖのパルス電圧を５０回印加し、１０ｓ後に同じパターンのパルス電圧を入力したときの各チャネル電流を図１７に、１０ｓ後にそれとは反対のパターンのパルス電圧を入力したときの各チャネル電流を図１８に示す。
図１７の同じパターンの入力ではエッジ強調が残っており、図１８の反対のパターン入力ではエッジが鈍っていることがわかる。この結果は、本発明のデバイスがリアルタイムにエッジ強調するだけなく、そのエッジ情報を内部に記憶していることを意味している。すなわち、同じ画像を何度も見ると、エッジを見分けやすくなる人間の視覚能力が模倣されている。
図１７の同じパターンの入力ではエッジ強調が残っており、図１８の反対のパターン入力ではエッジが鈍っていることがわかる。この結果は、本発明のデバイスがリアルタイムにエッジ強調するだけなく、そのエッジ情報を内部に記憶していることを意味している。すなわち、同じ画像を何度も見ると、エッジを見分けやすくなる人間の視覚能力が模倣されている。
【0041】
（実施例４）
実施例４では、本発明のデバイス特性を用いて、画像のエッジ検出能力をシミュレーションにより検討した。その結果を図１９に示す。
図１９（ａ）は計算方法の概略を示す。入力画像を５１２×５１２のピクセルに分割し、各ピクセルの色強度をグレースケール化（０～２５５）し、０～１Ｖの電圧値に変換する。５１２×５１２に配列した２次元のマルチチャネル電子素子に入力画像に応じた電圧値のパルスを３０回印加する。その際、各チャネルの特性として図１１（ｂ）と図１３（ｂ）の興奮と抑制の応答特性を取り入れた。
図１９（ｂ）は入力として用いた画像である。色強度に応じたパルス電圧を３０回印加して得られた出力画像が図１９（ｃ）である。この出力画像を２値化してエッジ情報を取り出した結果が図１９（ｄ）である。元々の画像では判別が難しいエッジの検出ができていることがわかる。
本結果は、画像のエッジ検出を固体中のイオン移動を利用して行うもので、従来のソフトウェアで行う方法とは全く異なる動作原理で画像情報のエッジを抽出できることが示された。
実施例４では、本発明のデバイス特性を用いて、画像のエッジ検出能力をシミュレーションにより検討した。その結果を図１９に示す。
図１９（ａ）は計算方法の概略を示す。入力画像を５１２×５１２のピクセルに分割し、各ピクセルの色強度をグレースケール化（０～２５５）し、０～１Ｖの電圧値に変換する。５１２×５１２に配列した２次元のマルチチャネル電子素子に入力画像に応じた電圧値のパルスを３０回印加する。その際、各チャネルの特性として図１１（ｂ）と図１３（ｂ）の興奮と抑制の応答特性を取り入れた。
図１９（ｂ）は入力として用いた画像である。色強度に応じたパルス電圧を３０回印加して得られた出力画像が図１９（ｃ）である。この出力画像を２値化してエッジ情報を取り出した結果が図１９（ｄ）である。元々の画像では判別が難しいエッジの検出ができていることがわかる。
本結果は、画像のエッジ検出を固体中のイオン移動を利用して行うもので、従来のソフトウェアで行う方法とは全く異なる動作原理で画像情報のエッジを抽出できることが示された。
【産業上の利用可能性】
【0042】
本発明により、空間分布上のエッジ検出およびその強調に好適な、低コストで消費電力も少ない簡便な構造の電子素子およびそれを用いた回路を提供することが可能になる。
エッジ検出およびその強調は、画像処理や応力分布解析など民生、産業用を問わず多くの分野で使用される基幹技術であるため、本発明は、産業の発展に大いに寄与するものと考える。
エッジ検出およびその強調は、画像処理や応力分布解析など民生、産業用を問わず多くの分野で使用される基幹技術であるため、本発明は、産業の発展に大いに寄与するものと考える。
【符号の説明】
【0043】
１１：基板
１２：電解質層（電解質）
１３：チャネル層（チャネル）
１３ａ：チャネル
１３ｂ：チャネル
１４：電極
１５：電圧印加手段
１６：電流計
２１：イオン
３１：Ｌｉ＋（イオン）
３２：ＬｉＰＯＮ（固体電解質）
３３：ＬｉｘＣｏＯ２（チャネル）
３４：白金（電極）
５１：マルチチャネル回路部
５２：電圧印加・制御回路部
５３：コンダクタンス測定回路部
６１：筐体
１０１：マルチチャネル電子素子
１０２：マルチチャネル電子素子
１０３：２次元のアレイ素子（マルチチャネル電子素子）
１０４：マルチチャネル電子素子
１０５：マルチチャネル電子素子
２０１：マルチチャネル電子素子回路
１２：電解質層（電解質）
１３：チャネル層（チャネル）
１３ａ：チャネル
１３ｂ：チャネル
１４：電極
１５：電圧印加手段
１６：電流計
２１：イオン
３１：Ｌｉ＋（イオン）
３２：ＬｉＰＯＮ（固体電解質）
３３：ＬｉｘＣｏＯ２（チャネル）
３４：白金（電極）
５１：マルチチャネル回路部
５２：電圧印加・制御回路部
５３：コンダクタンス測定回路部
６１：筐体
１０１：マルチチャネル電子素子
１０２：マルチチャネル電子素子
１０３：２次元のアレイ素子（マルチチャネル電子素子）
１０４：マルチチャネル電子素子
１０５：マルチチャネル電子素子
２０１：マルチチャネル電子素子回路
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
