(57)【要約】【課題】  冷却機構なしで暗電流を減らし、受光感度を波長１．８μｍ以上に拡大したＩｎＰ系フォトダイオードを用いて、食品の品質を高感度で検査することができる食品品質検査装置等を提供する。【解決手段】  受光層３がＩＩＩ−Ｖ族半導体の多重量子井戸構造を有し、ｐｎ接合１５は、不純物元素を受光層内に選択拡散して形成したものであり、受光層における不純物濃度が、５×１０１６／ｃｍ３以下であり、食品品質検査装置は、波長３μｍ以下の水の吸収帯に含まれる、少なくとも１つの波長の光を受光して、検査をすることを特徴とする。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
近赤外光を受光する受光素子または受光素子のアレイを備え、食品の品質を検査するための装置であって、
前記受光素子がＩｎＰ基板上に形成された多重量子井戸構造の受光層を有し、
前記受光層のバンドギャップ波長が１．８μｍ以上３μｍ以下であり、
前記受光層の前記ＩｎＰ基板と反対側に拡散濃度分布調整層を備え、
前記拡散濃度分布調整層のバンドギャップがＩｎＰよりも小さく、
前記受光素子では、前記拡散濃度分布調整層を通して前記受光層へと届く、不純物元素の選択拡散によってｐｎ接合が形成され、
前記受光層における前記不純物元素の濃度が５×１０１６／ｃｍ３以下であり、
前記食品からの透過光または反射光について、波長３μｍ以下の少なくとも１つの波長の光を前記受光素子により受光して、前記検査をすることを特徴とする、食品品質検査装置。
【請求項２】
前記拡散濃度分布調整層内において、前記不純物元素の濃度が、前記受光層と反対側における１×１０１8／ｃｍ３〜９．９×１０１8／ｃｍ３から前記受光層側における５×１０１６／ｃｍ３以下に低下することを特徴とする、請求項１に記載の食品品質検査装置。
【請求項３】
前記受光層がタイプＩＩの量子井戸構造であることを特徴とする、請求項１または２に記載の食品品質検査装置。
【請求項４】
前記受光層が（ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓＳｂ）の多重量子井戸構造、または（ＧａＩｎＮＡｓ（Ｐ，Ｓｂ）／ＧａＡｓＳｂ）の多重量子井戸構造であることを特徴とする、請求項３に記載の食品品質検査装置。
【請求項５】
前記ＩｎＰ基板は、（１００）から［１１１］方向または［１１−１］方向に、５°〜２０°傾斜したオフアングル基板であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１つに記載の食品品質検査装置。
【請求項６】
前記不純物元素が亜鉛（Ｚｎ）であり、前記拡散濃度分布調整層がＩｎＧａＡｓから形成されていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１つに記載の食品品質検査装置。
【請求項７】
前記拡散濃度分布調整層の上にＩｎＰ窓層を備えることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１つに記載の食品品質検査装置。
【請求項８】
前記ＩｎＰ基板、前記受光層の量子井戸構造を構成する各層、拡散濃度分布調整層、および前記ＩｎＰ窓層の任意の相互間において、格子整合度（｜Δａ／ａ｜：ただし、ａは格子定数、Δａは相互間の格子定数差）が０．００２以下であることを特徴とする、請求項７に記載の食品品質検査装置。
【請求項９】
検査対象の食品の前または後に位置して光を分光する分光部と、前記分光された波長に応じて位置する複数の前記受光素子または受光素子アレイと、前記受光素子または受光素子アレイで受光した結果に基づき演算をして、食品の品質の評価値を算出する制御部とを備えることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１つに記載の食品品質検査装置。
【請求項１０】
検査対象の食品に、スーパーコンティニウム光源（ＳＣ光源）または発光ダイオード（ＬＥＤ）による光を照射し、検査対象の食品からの透過光または反射光を受光することを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１つに記載の食品品質検査装置。
【請求項１１】
前記受光素子の二次元アレイを含む撮像装置を備え、該撮像装置により前記検査対象の食品に含まれる物質の分布像を形成することを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか１つに記載の食品品質検査装置。
【請求項１２】
前記ＩｎＰ基板の側を入射側とする構造において、当該ＩｎＰ基板が除去されていることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか１つに記載の食品品質検査装置。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか１つに記載の食品品質検査装置を備え、前記食品を構成する成分を検出することを特徴とする、食品成分検査装置。
【請求項１４】
前記食品を構成する成分の当該食品の特定範囲における濃度分布等を検出することによって、該食品の産地、原産地、ブランド等を特定することを特徴とする、請求項１３に記載の食品成分検査装置。
【請求項１５】
請求項１〜１２のいずれか１つに記載の食品品質検査装置を備え、前記食品の異物成分を検出することを特徴とする、異物成分検査装置。
【請求項１６】
請求項１〜１２のいずれか１つに記載の食品品質検査装置を備え、前記食品の食味を検査することを特徴とする、食味検査装置。
【請求項１７】
請求項１〜１２のいずれか１つに記載の食品品質検査装置を備え、前記食品の加工状態、鮮度状態などの変化する品質の現状を検査することを特徴とする、変移状態検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、食品品質検査装置、食品成分検査装置、異物成分検査装置、食味検査装置および変移状態検査装置に関し、より具体的には、冷却なしで近赤外域の長波長域にまで高い感度をもつ受光素子を用いた、食品品質検査装置、それを用いた、食品成分検査装置、異物成分検査装置、食味検査装置および変移状態検査装置、に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
植物、動物などの生体成分、医薬品、環境関連物質等は、近赤外域に吸収帯を持つので、近赤外分光法は、非侵襲の分析法として注目され、研究および実用化が急速に進んでいる。とくに近年、食の安全の問題が注目されているが、上記のように植物、動物に属する大豆、米、澱粉、脂質等の吸収スペクトルが近赤外域にあるため、近赤外分光法を食品の品質検査に用いる研究が盛んに行われている（非特許文献１）。近赤外分光による分析では、出力信号に、必要な情報と、受光素子に起因する大きなノイズが含まれている。このため、センサ（受光素子）の性能向上に全面的に頼らずに、出力信号について必要な情報を抽出するために、分光学的方法またはケモメトリックスなどが重要な手法として用いられている。
【０００３】
上記センサ（受光素子）は、近赤外域では、電子管タイプと固体素子のフォトダイオード（ＰＤ）とに、大別される。このなかで、ＰＤは、小型で、一次元アレイおよび二次元アレイなどの高集積化が容易なので、多くの研究開発が行われている（非特許文献２）。本発明は、ＰＤを用いた食品の品質の関する検出装置を対象にする。現在、次のようなＰＤ、またはＰＤアレイが用いられている。
（１）赤外域にまで受光感度を持ち、近赤外域にも受光感度をもつＰＤ、またはそのアレイ。このようなフォトダイオードには、たとえばゲルマニウム（Ｇｅ）系ＰＤ、硫化鉛（ＰｂＳ）系ＰＤ、ＨｇＣｄＴｅ系ＰＤ、またはその一次元アレイ、二次元アレイがある。
（２）近赤外域の波長１．７μｍ以下に受光感度を持つＩｎＰ系ＰＤ、そのＩｎＰ系ＰＤの範疇に入るＩｎＧａＡｓ系ＰＤ、またはそのアレイ。ここで、ＩｎＰ系ＰＤとは、ＩｎＰ基板に形成されるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の受光層を含むＰＤをいい、ＩｎＧａＡｓ系ＰＤも含まれる。
【０００４】
上記のフォトダイオードのうち、（１）は、ノイズを抑制するため冷却する場合が多く、たとえば液体窒素温度（７７Ｋ）やペルチエ素子で冷却して稼動させるものが多い。このため、装置が大がかりになり装置コストが大きくなる。室温でも用いることはできるが、波長域２．５μｍ以下の範囲で暗電流が大きく、検出能力が劣るという問題を有している。（２）一方、ＩｎＰ系ＰＤの短所は、（Ｉ）ＩｎＰに格子整合するＩｎＧａＡｓは暗電流が低いが、受光感度が近赤外域の１．７μｍ以下の波長域に限定されること、および（ＩＩ）受光可能な波長域を２．６μｍまで拡大したｅｘｔｅｎｄｅｄ−ＩｎＧａＡｓでは暗電流が大きく冷却する必要があること、である。したがって、ＩｎＰ系ＰＤでは、食品の検査で重要となる２．０μｍ以上の光を、用いることができないか、または用いる場合には冷却する必要がある。
【０００５】
これまでの食品の品質検査において、どのような受光素子を用いているかを以下に示す。
（Ｃ１）常温で硫化鉛（ＰｂＳ）を用いて、食品の品質検査に用いる方法が開示されている（特許文献１〜４）。
（Ｃ２）ＩｎＧａＡｓＰＩＮフォトダイオードを用いた測定装置を用いたものもある（特許文献５）。
（Ｃ３）赤外線検出器にどのような素子を用いているか、明確な記述がないものも多い（特許文献６〜１３）。
上記引用文献にあげた食品品質検査方法において、受光素子自体の感度を問題にしたものはなく、すべて、食品に対して、どのような手法を用いて検査をするのがよいかという提案がなされている。
【０００６】
ＩｎＧａＡｓＰＩＮフォトダイオードについては、上述のように、受光感度を近赤外の長波長側まで拡大する課題がある。これを改善するために、下記の方策が提案されている。
（Ｋ１）ＩｎＧａＡｓ受光層のＩｎ組成を高め、ＩｎＰ基板との格子不整合は、その間に挿入してＩｎ組成を段階的に変えたステップバッファ層によって吸収する（特許文献１４）。
（Ｋ２）ＩｎＧａＡｓ受光層にＮを含有させてＧａＩｎＮＡｓ受光層とする（特許文献１５）。ＩｎＰ基板との格子整合は、Ｎを多量に含有させることで満足させる。
（Ｋ３）ＧａＡｓＳｂとＩｎＧａＡｓとのタイプＩＩ型多重量子井戸構造によって、受光域の長波長化をはかる（非特許文献３）。ＩｎＰ基板との格子整合は、満たされている。
（Ｋ４）二次元アレイ化は、受光素子（画素）間に、素子分離溝をウエットエッチングを形成することで実現する（特許文献１６）。
上記の改善の提案はあるものの、受光感度を波長１．７μｍ以上に拡大した上で、ノイズや暗電流を抑制するという点で、上記の（Ｋ１）〜（Ｋ４）のいずれも、まだ満足できる段階にいたっていない。
【非特許文献１】河野澄夫「食品の非破壊計測ハンドブック」SCIENCE FORUM 社、p.34-40
【非特許文献２】中山雅夫「赤外線検出素子の技術動向」センサー技術、１９８９年３月号(Vol.9, No.3),p.61-64
【非特許文献３】R.Sidhu,"A Long-Wavelength Photodiode  on  InP Using  Lattice-Matched  GaInAs-GaAsSb Type-II  Quantum  Wells, IEEE  Photonics  Technology  Letters,  Vol.17, No.12(2005),  pp.2715-2717
【特許文献１】特開２００５−２３３８２４号公報
【特許文献２】特表２００３−５１０６０１号公報
【特許文献３】特開平８−２９３３６号公報
【特許文献４】特開平８−２９３３５号公報
【特許文献５】特開２００７−９３５０６号公報
【特許文献６】特開平９−９７６７号公報
【特許文献７】特開平５−２３２０１７号公報
【特許文献８】特開２００１−４６１６号公報
【特許文献９】特開２００７−２１２３３５号公報
【特許文献１０】特開２００７−２２５２９３号公報
【特許文献１１】特開平９−１１９８９４号公報
【特許文献１２】特開平９−２５０９８３号公報
【特許文献１３】特開平９−２８８０５６号公報
【特許文献１４】特開２００２−３７３９９９号公報
【特許文献１５】特開平９−２１９５６３号公報
【特許文献１６】特開２００１−１４４２７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
液体窒素またはペルチエ素子による冷却が不要で、近赤外域の長波長側に受光感度を有する受光素子および受光素子アレイは、上記（Ｋ１）〜（Ｋ４）に示すように、いくつかの候補はある。しかし、結晶性の低さ、高い暗電流、製造の困難性等に阻まれ、実用上克服すべき困難な課題が多く、開発途上にある。このため、冷却機構を設けないフォトダイオードを用いた測定では、ノイズが多くなる。しかしながら、受光素子自体の性能を向上させて、その性能向上の内容に応じて、検査対象物にとって適切な食品品質検査装置を得ることは、意義の高いことである。すなわち、冷却機構なしで暗電流を抑制したフォトダイオードを用いて、高い感度で近赤外分光が行えるようになれば、食品について簡単に有用な情報を得ることができることになり、食品に関連した多くの分野の発展を促すことができる。
【０００８】
本発明は、冷却機構なしで暗電流を減らし、受光感度を波長１．８μｍ以上に拡大したＩｎＰ系フォトダイオードを用いて、食品の品質を高感度で検査することができる食品品質検査装置、それを用いた食品成分検査装置、異物成分検査装置、食味検査装置および変移状態検査装置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】
【０００９】
本発明の食品品質検査装置は、近赤外光を受光する受光素子または受光素子のアレイを備えて、食品の品質を検査する。この装置は、受光素子がＩｎＰ基板上に形成された多重量子井戸構造の受光層を有し、その受光層のバンドギャップ波長が１．８μｍ以上３μｍ以下であり、受光層のＩｎＰ基板と反対側に拡散濃度分布調整層を備え（すなわち拡散濃度分布調整層は、ＩｎＰ基板との間に受光層をはさむように位置する）、その拡散濃度分布調整層のバンドギャップがＩｎＰよりも小さい。受光素子では、拡散濃度分布調整層を通して受光層へと届く、不純物元素の選択拡散によってｐｎ接合が形成され、受光層における不純物元素の濃度が５×１０１6／ｃｍ３以下である。そして、食品からの透過光または反射光について、波長３μｍ以下の少なくとも１つの波長の光を受光素子により受光して、検査をすることを特徴とする。
【００１０】
上記の構成によって、近赤外域に対応したバンドギャップエネルギを有する多重量子井戸構造を、不純物濃度を５×１０１6ｃｍ−３以下に低くすることにより多重量子井戸構造を破壊されず、すなわち結晶性を損なわずに、形成することができる。そして、受光素子のｐｎ接合形成のための不純物が選択拡散され、すなわち周縁部から内側に平面的に周囲限定されて、個々の受光素子に分離されるように導入される。このため、各受光素子を高精度で形成しやすく、素子分離溝を設ける必要がないので、暗電流の低い受光素子を形成することができる。このため、波長３μｍ以下において、冷却なしで高い感度の受光をすることができる。食品を構成する成分（分子）の吸収帯は、波長１．２μｍ〜３μｍに多く存在するので、感度よく食品の検査を行うことができる。
【００１１】
拡散濃度分布調整層のバンドギャップをＩｎＰより小さくすることによって、拡散濃度分布調整層の受光層側の厚み範囲の不純物濃度を低くしても、電気抵抗を低く抑えることができ、このため応答速度の低下防止に資することができる。さらに詳しく説明すると、拡散濃度分布調整層のバンドギャップをＩｎＰ基板のバンドギャップより小さくした理由は、次のとおりである。
（１）ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体により近赤外域用の受光層を形成したとき、その受光層のバンドギャップエネルギより大きいバンドギャップエネルギを窓層に用いる場合があり、その場合、格子整合性等も考慮して、半導体基板と同じ材料が用いられることが多い。拡散濃度分布調整層のバンドギャップエネルギは、窓層のバンドギャップエネルギより小さく、受光層のバンドギャップエネルギより大きいことを前提としている。受光層のバンドギャップエネルギより小さい場合には、エピタキシャル層表面を入射面とする構造を採用したとき、拡散濃度分布調整層が対象とする光を吸収し、受光層の受光感度を低下させるからである。
（２）窓層に通常用いられる大きなバンドギャップエネルギの材料よりも小さいバンドギャップエネルギの材料を用いることにより、不純物濃度を低くしても電気抵抗増大の程度、または電気伝導度の低下の程度を小さくすることができる。この結果、上記のように電圧印加状態において応答速度の低下を抑制できる。
【００１２】
ここで、検査とは、あらかじめ所定成分の検量線（所定成分の濃度と、その波長での光の強度または吸収度との関係）を作成しておいて、所定成分の濃度または含有率を求めることであってもよいし、そのような検量線を用いない手法であってもよい。なお、上記のｐｎ接合は、次のように、広く解釈されるべきである。受光層内において、不純物元素が選択拡散で導入される側と反対の面側の領域の不純物濃度が、真性半導体とみなせるほど低い不純物領域（ｉ領域と呼ばれる）であり、上記拡散導入された不純物領域と当該ｉ領域との間に形成される接合をも含むものである。すなわち上記のｐｎ接合は、ｐｉ接合またはｎｉ接合などであってもよく、さらに、これらｐｉ接合またはｎｉ接合におけるｐ濃度またはｎ濃度が非常に低い場合も含むものである。
【００１３】
上記の拡散濃度分布調整層内において、不純物元素の濃度が、受光層と反対側における１×１０１8／ｃｍ３〜９．９×１０１8／ｃｍ３から受光層側における５×１０１6／ｃｍ３以下に低下する分布をとることができる。これによって、表面トップ側に位置する電極の界面抵抗を抑えながら、またはオーミック接触を可能にしながら、かつ多重量子井戸構造の良好な結晶性を確保することができる。拡散濃度分布調整層内の部分における低い不純物濃度に起因する電気抵抗の増大または電気伝導度の低下の問題は、上記のように、拡散濃度分布調整層のバンドギャップエネルギをＩｎＰ相当のそれよりも小さくすることにより軽減することができる。
【００１４】
上記の受光層をタイプＩＩの量子井戸構造とすることができる。これによって、電磁波の吸収の際に、電子の高い価電子帯の層から低い導電帯の層への遷移が可能となり、より長波長域の光に対する受光感度を獲得することが容易になる。
【００１５】
上記の受光層を、（ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓＳｂ）の多重量子井戸構造、または（ＧａＩｎＮＡｓ（Ｐ，Ｓｂ）／ＧａＡｓＳｂ）の多重量子井戸構造とすることができる。これによって、これまで蓄積した材料および技術を用いて、容易に、結晶性に優れ、暗電流の低い受光素子を得ることができる。
【００１６】
上記のＩｎＰ基板を、（１００）から［１１１］方向または［１１−１］方向に、５°〜２０°傾斜したオフアングル基板とすることができる。これによって、欠陥密度が小さく結晶性に優れた、多重量子井戸構造の受光層を含む積層体を得ることができる。この結果、暗電流が抑制され、暗点が少ない受光層を得ることができる。
【００１７】
上記の不純物元素を亜鉛（Ｚｎ）とし、拡散濃度分布調整層をＩｎＧａＡｓから形成することができる。これにより、電気抵抗の不純物濃度依存性が小さく、不純物濃度が低くても電気抵抗はそれほど高くならない材料で、拡散濃度分布調整層を形成することができる。電気抵抗の増大抑制は、応答速度の劣化を防止する。また、不純物の亜鉛は、これまでの選択拡散の実績が豊富であり、高い精度で拡散領域を形成することができる。このため、拡散濃度分布調整層内で、拡散導入側の上側で高い濃度の不純物を、受光層側の下側で低い濃度としながら、その下側での電気抵抗を高めないようにできる。このため量子井戸構造を有する受光層内に、高い不純物濃度の領域を形成しないようにできる。この結果、応答性を低下させずに、結晶性の良好な量子井戸構造の受光素子を得ることができる。なお、ＩｎＧａＡｓのバンドギャップエネルギは０．７５ｅＶである。
【００１８】
拡散濃度分布調整層の上にＩｎＰ窓層を備えることができる。ＩｎＰによる窓層の形成は、内部の半導体積層構造の結晶性を損なわないことから、エピタキシャル層を入射面側とする構造を採用した場合、受光層より入射側での近赤外光の吸収などを防止しながら、暗電流の抑制にも有効に作用する。また、ＩｎＰの結晶表面にパッシベーション膜を形成する技術は、他の結晶表面に形成する場合、たとえばＩｎＧａＡｓの表面にパッシベーション膜を形成する技術よりも蓄積があり、技術的に確立されており、表面での電流リークを容易に抑制することができる。
【００１９】
上記のＩｎＰ基板、受光層の量子井戸構造を構成する各層、拡散濃度分布調整層、およびＩｎＰ窓層、の任意の相互間において、格子整合度（｜Δａ／ａ｜：ただし、ａは格子定数、Δａは相互間の格子定数差）を０．００２以下とすることができる。この構成により、普通に入手ができるＩｎＰ基板を用いて、結晶性に優れた受光層を得ることができる。このため、波長１．８μｍ以上の近赤外光の受光素子または受光素子アレイにおいて、暗電流を画期的に抑制することができる。
【００２０】
ここで、受光素子アレイは、受光素子が、複数、半導体積層構造を共通にし、かつ不純物元素が受光素子ごとに受光層内に選択拡散されて形成されており、一次元または二次元配列されている。この構成によれば、受光素子が個々の不純物拡散領域で形成されるため、素子分離溝を設ける必要がない。このため、高精度で形成しやすく、暗電流を低くできる受光素子アレイを形成することができる。
【００２１】
検査対象の食品の前または後に位置して光を分光する分光部と、分光された波長に応じて位置する複数の受光素子または受光素子アレイと、受光素子または受光素子アレイで受光した結果に基づき演算をして、食品の品質の評価値を算出する制御部とを備えることができる。これによって、多波長同時受光などを、迅速に、かつ精度よく行うことができる。分光部は、回折格子などで形成するのが好ましい。また、制御部には、当然、記憶部、外部からの入力部などが含まれており、対象波長の検量線などがあらかじめ入力され、記憶されていてもよい。
【００２２】
検査対象の食品に、スーパーコンティニウム光源（ＳＣ光源）または発光ダイオード（ＬＥＤ）による光を照射し、検査対象の食品からの透過光または反射光を受光することができる。通常ハロゲンランプが光源として用いられるが、ハロゲンランプは発熱するため、照射することで食品の鮮度が落ちる場合がある。これに対して、ＳＣ光源やＬＥＤは発熱しないことから食品の品質に関する測定用光源に適している。本発明の食品検査装置は、上記のＳＣ光源、ＬＥＤの場合、および通常のハロゲンランプの場合を含めて、上記の受光素子または受光素子アレイで受光した結果に基づき演算をして、食品の品質の評価値を算出する制御部とを備えるのが普通である。
【００２３】
上記受光素子の二次元アレイを含む撮像装置を備え、該撮像装置により検査対象の食品に含まれる物質の分布像を形成することができる。これによって、感覚的に理解しやすい検査対象物中の所定成分の分布像を得ることができる。
【００２４】
上記のＩｎＰ基板の側を入射側とする構造において、当該ＩｎＰ基板を除去することができる。このように、基板側入射実装した場合、ＩｎＰ基板を剥離することで、１０００ｎｍ以下の光でも受光層で受光し検出することができるようになる。
【００２５】
本発明の食品成分検査装置は、上記のいずれか１つの食品品質検査装置を備え、食品を構成する成分を検出することを特徴とする。これによって、たとえば果物の糖度、牛肉やウナギの脂肪分、穀類の水分や蛋白質などを検出することができる。また、ある地域特産の食材の特定（他地域の同種食材との相違点の特定）などに用いることもできる。なお、ここでいう特定は、厳密な意味での食材の特定だけでなく、単に特徴が検出できる程度のものも含んでもよい。
【００２６】
上記の食品を構成する成分のその食品の特定範囲における濃度分布等を検出することによって、その食品の産地、原産地、ブランド等を特定することができる。これによって、粗悪品を非破壊的に特定して、たとえば商標権の保護に資することができる。また、出荷に際し、特定成分が所定の濃度分布に入らないものは廃棄するなどして、特定の産地の名産品の品質維持、もしくは登録商標の保護対象の名産品の品質維持に用いることができる。
【００２７】
本発明の異物成分検査装置は、上記のいずれか１つの食品品質検査装置を備え、食品の異物の成分を検出することを特徴とする。これによって、食品に含まれる有害物質などを簡単かつ迅速に検出することができ、食の安全に資することができる。
【００２８】
本発明の食味検査装置は、上記のいずれか１つの食品品質検査装置を備え、食品の食味を検査することを特徴とする。これによって、食味など複雑で評価が難しい品質を検査することができる。このためには、長波長側の近赤外域で、多くの波長での吸光度を測定する必要がある。
【００２９】
本発明の変移状態検査装置は、上記のいずれか１つの食品品質検査装置を備え、食品の加工状態、鮮度などの変化する品質の現状を検査することを特徴とする。これによって、食品の安全性を確保することができる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、冷却機構なしで暗電流を減らし、受光感度を波長１．８μｍ以上に拡大したＩｎＰ系フォトダイオードを用いて、食品品質を高感度で検査することができる食品品質検査装置、それを用いた、食品成分検査装置、異物成分検査装置、食味検査装置および変移状態検査装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
（実施の形態１−半導体受光素子アレイの構造−）
図１は、本発明の実施の形態における受光素子１０を示す断面図である。図１によれば、受光素子１０は、ＩｎＰ基板１の上に次の構成のＩＩＩ−Ｖ族半導体積層構造（エピタキシャルウエハ）を有する。
（ＩｎＰ基板１／ＩｎＰバッファ層２／ＩｎＧａＡｓまたはＧａＩｎＮＡｓとＧａＡｓＳｂとの多重量子井戸構造の受光層３／ＩｎＧａＡｓ拡散濃度分布調整層４／ＩｎＰ窓層５）
ＩｎＰ窓層５から多重量子井戸構造の受光層３にまで届くように位置するｐ型領域６は、ＳｉＮ膜の選択拡散マスクパターン３６の開口部から、ｐ型不純物のＺｎが選択拡散されることで形成される。受光素子１０の周縁部の内側に、平面的に周囲限定されて拡散導入されるということは、上記ＳｉＮ膜の選択拡散マスクパターン３６を用いて拡散することによって達せられる。
【００３２】
ｐ型領域６にはＡｕＺｎによるｐ側電極１１が、またＩｎＰ基板１の裏面にはＡｕＧｅＮｉのｎ側電極１２が、それぞれオーミック接触するように設けられている。この場合、ＩｎＰ基板１にはｎ型不純物がドープされ、所定レベルの導電性を確保されている。ＩｎＰ基板１の裏面には、またＳｉＯＮの反射防止膜３５を設け、ＩｎＰ基板の裏面側から光を入射するようにして使用することもできるようになっている。
【００３３】
多重量子井戸構造の受光層３には、上記のｐ型領域６の境界フロントに対応する位置にｐｎ接合が形成され、上記のｐ側電極１１およびｎ側電極１２間に逆バイアス電圧を印加することにより、ｎ型不純物濃度が低い側（ｎ型不純物バックグラウンド）により広く空乏層を生じる。多重量子井戸構造の受光層３におけるバックグラウンドは、ｎ型不純物濃度（キャリア濃度）で５×１０１５／ｃｍ３程度またはそれ以下である。そして、ｐｎ接合の位置１５は、多重量子井戸の受光層３のバックグラウンド（ｎ型キャリア濃度）と、ｐ型不純物のＺｎの濃度プロファイルとの交点で決まる。すなわち図２に示す位置となる。
【００３４】
拡散濃度分布調整層４内では、ＩｎＰ窓層５の表面５ａから選択拡散されたｐ型不純物の濃度が、ＩｎＰ窓層側における高濃度領域から受光層側にかけて急峻に低下している。このため、受光層３内では、Ｚｎ濃度は５×１０１６／ｃｍ３以下の不純物濃度を容易に実現することができる。図２では、受光層３内のＺｎ濃度は、より低い１×１０１６／ｃｍ３程度以下が実現されている。
【００３５】
本発明が対象とする受光素子１０は、近赤外域からその長波長側に受光感度を有することを追求するので、窓層には、受光層３のバンドギャップエネルギより大きいバンドギャップエネルギの材料を用いるのが好ましい。このため、窓層には、通常、受光層よりもバンドギャップエネルギが大きく、格子整合の良い材料であるＩｎＰが用いられる。ＩｎＰとほぼ同じバンドギャップエネルギを有するＩｎＡｌＡｓを用いてもよい。
【００３６】
（本実施の形態の受光素子アレイのポイント）
本実施の形態における特徴は、次の要素で構成される点にある。
１.多重量子井戸構造は、選択拡散で不純物を高濃度に導入した場合、その構造が破壊されるため、選択拡散による不純物導入を低く抑える必要がある。通常、上記の拡散導入するｐ型不純物の濃度を５×１０１６／ｃｍ３以下とする必要がある。
【００３７】
２.上記の低いｐ型不純物の濃度を、実生産上、再現性よく安定して得るために、ＩｎＧａＡｓによる拡散濃度分布調整層４を、受光層３の上に設ける。この拡散濃度分布調整層４において、受光層側の厚み範囲が、上記のような低い不純物濃度になると、その低い不純物濃度の範囲の電気伝導性は低下し、または電気抵抗は増大する。拡散濃度分布調整層４における低不純物濃度範囲の電気伝導性が低下すると、応答性が低下して、たとえば良好な動画を得ることができない。しかしながら、ＩｎＰ相当のバンドギャップエネルギより小さいバンドギャップエネルギの材料、具体的には１．３４ｅＶ未満のバンドギャップエネルギを持つＩＩＩ−Ｖ族半導体材料によって拡散濃度分布調整層を形成した場合には、不純物濃度が低くても、電気伝導性は非常に大幅には低下しない。上記拡散濃度分布調整層の要件を満たすＩＩＩ−Ｖ族半導体材料として、たとえばＩｎＧａＡｓなどを挙げることができる。
【００３８】
拡散濃度分布調整層にバンドギャップエネルギの狭い材料を用いると、不純物濃度が低くても電気抵抗の増加を抑制することができる。逆バイアス電圧印加等に対する応答速度は、容量および電気抵抗によるＣＲ時定数で決まると考えられるので、電気抵抗Ｒの増大を、上記のように抑制することにより応答速度を短くすることができる。
【００３９】
３.本実施の形態では、多重量子井戸構造をタイプＩＩとする。タイプＩの量子井戸構造では、バンドギャップエネルギの小さい半導体層を、バンドギャップエネルギの大きい半導体層で挟みながら、近赤外域に受光感度を持たせる受光素子の場合、小さいバンドギャップエネルギの半導体層のバンドギャップにより受光感度の波長上限（カットオフ波長）が定まる。すなわち、光による電子または正孔の遷移は、小さいバンドギャップエネルギの半導体層内で行われる（直接遷移）。この場合、カットオフ波長をより長波長域まで拡大する材料は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体内で、非常に限定される。これに対して、タイプＩＩの量子井戸構造では、フェルミエネルギを共通にして異なる２種の半導体層が交互に積層されたとき、第１の半導体の伝導帯と、第２の半導体の価電子帯とのエネルギ差が、受光感度の波長上限（カットオフ波長）を決める。すなわち、光による電子または正孔の遷移は、第２の半導体の価電子帯と、第１の半導体の伝導帯との間で行われる（間接遷移）。このため、第２の半導体の価電子帯のエネルギを、第１の半導体の価電子帯より高くし、かつ第１の半導体の伝導帯のエネルギを、第２の半導体の伝導帯のエネルギより低くすることにより、１つの半導体内の直接遷移による場合よりも、受光感度の長波長化を実現しやすい。
【００４０】
４.上述のように、選択拡散マスクパターンを用いて選択拡散により、受光素子の周縁部より内側に、平面的に周囲限定してｐ型不純物を拡散導入するので、上記のｐｎ接合は受光素子の端面に露出しない。この結果、光電流のリークは抑制される。
【００４１】
図３は、上記の受光素子１０を、共通のＩｎＰ基板を含むエピタキシャルウエハに複数個配列した受光素子アレイ５０を示す断面図である。受光素子１０が複数個、素子分離溝なしに配列されている点に特徴を持つ。上述の４.で述べたように、各受光素子の内側にｐ型領域６が限定され、隣接する受光素子とは、確実に区分けされている。受光層３が多重量子井戸構造で形成されており、受光層３の上に拡散濃度分布調整層４が配置されて、受光層３内のｐ型不純物濃度が５×１０１６／ｃｍ３以下とされている点などは、図１の受光素子１０と同じである。
【００４２】
次に、図１に示す受光素子１０の製造方法について説明する。ｎ型ＩｎＰ基板１上に、２μｍ厚みのＩｎＰバッファ層２またはＩｎＧａＡｓバッファ層２を成膜する。次いで、（ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓＳｂ）または（ＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓＳｂ）の多重量子井戸構造の受光層３を形成する。単位量子井戸構造を形成するＩｎＧａＡｓ層（またはＧａＩｎＮＡｓ層）の厚みは５ｎｍであり、ペア数（単位量子井戸の繰り返し数）は３００である。次いで、受光層３の上に、Ｚｎ拡散導入の際の拡散濃度分布調整層４として、厚み１μｍのＩｎＧａＡｓ層をエピタキシャル成長し、次いで、最後に厚み１μｍのＩｎＰ窓層５をエピタキシャル成長する。上記の受光層３および拡散濃度分布調整層４は、ともにＭＢＥ(Molecular  Beam  Epitaxy)法によってエピタキシャル成長するのがよい。また、ＩｎＰ窓層５は、ＭＢＥ法でエピタキシャル成長してもよいし、拡散濃度調整層４を成長させた後、ＭＢＥ装置から取り出して、ＭＯＶＰＥ(Metal  Organic  Vapor  Phase  Epitaxy)法によってエピタキシャル成長してもよい。
【００４３】
ＩｎＰバッファ層２またはＩｎＧａＡｓバッファ層２は、ノンドープでもよいし、Ｓｉなどｎ型ドーパントを１×１０１７／ｃｍ３程度ドーピングしてもよい。ＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓＳｂの多重量子井戸構造の受光層３、ＩｎＧａＡｓの拡散濃度分布調整層４、およびＩｎＰ窓層５は、ノンドープが望ましいが、Ｓｉなどｎ型ドーパントを極微量（たとえば２×１０１５／ｃｍ３程度）ドーピングしてもよい。また、ＩｎＰ基板１とバッファ層２との間に、ｎ型ドーパントを１Ｅ１８ｃｍ−３程度ドープしたｎ側電極を形成するための高濃度のｎ側電極形成層を挿入してもよい。また、ＩｎＰ基板１は、Ｆｅドープの半絶縁性ＩｎＰ基板であってもよい。この場合は、その半絶縁性ＩｎＰ基板１とバッファ層２との間に、ｎ型ドーパントを１×１０１８／ｃｍ３程度ドープしたｎ側電極形成層を挿入する。
【００４４】
上述のＩｎＰ基板１を含む積層構造（エピタキシャルウエハ）を用いて、光デバイスを製造する。ＩｎＰ窓層５の表面５ａに形成したＳｉＮマスクパターン３６を用いて、その開口部からＺｎを選択拡散してＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓＳｂ（またはＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓＳｂ）多重量子井戸構造の受光層３内に届くようにｐ型領域６を形成する。ｐ型領域６のフロント先端部がｐｎ接合１５を形成する。このとき、Ｚｎ濃度が１×１０１８／ｃｍ３程度以上の高濃度領域は、ＩｎＧａＡｓ拡散濃度分布調整層４内に限定される。すなわち、上記高濃度不純物分布は、ＩｎＰ窓層５の表面５ａから深さ方向に、ＩｎＧａＡｓ拡散濃度分布調整層４内にまで連続し、さらに拡散濃度分布調整層４内のより深い位置で５×１０１６／ｃｍ３以下に低下する。そして、ｐｎ接合１５の近傍におけるＺｎ濃度分布は、傾斜型接合を示すような分布になっている。
【００４５】
受光素子１０の一次元または二次元配列、すなわち図３に示す受光素子アレイは、素子分離用のメサエッチングをすることなくＺｎの選択拡散（受光素子の周縁部の内側になるように平面的に周囲限定した拡散）によって、隣り合う受光素子どうし分離する。すなわち、Ｚｎ選択拡散領域６が１つの受光素子１０の主要部となり、１つの画素を形成するが、Ｚｎが拡散していない領域が、各画素を分離する。このため、メサエッチングに付随する結晶の損傷などを受けることがなく、暗電流を抑制することができる。
【００４６】
不純物の選択拡散によってｐｎ接合を形成する場合、拡散が深さ方向だけでなく横方向（深さ直交方向）にも進行するので、素子間隔を一定以上、狭くすることができない懸念が、上記特許文献２に表明されている。しかしながら、実際にＺｎの選択拡散を行ってみると、最表面にＩｎＰ窓層５があり、その下にＩｎＧａＡｓ拡散濃度分布調整層４が配置された構造では、横方向の拡散は、深さ方向と同程度またはそれ以下に収まることが確認された。すなわち、Ｚｎの選択拡散において、Ｚｎはマスクパターンの開口径よりも横方向に広がるが、その程度は小さく、図１、図３などに模式的に示すように、マスクパターン開口部よりも少し広がるだけである。
【００４７】
図４は、本発明とは異なる参考例１における受光素子１１０を示す断面図である。参考例１の受光素子１１０では、次の積層構造を有する。
（ＩｎＰ基板１０１／ＩｎＰまたはＩｎＧａＡｓバッファ層１０２／（ＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓＳｂ）多重量子井戸構造の受光層１０３／ＩｎＰ窓層１０５）
本発明の実施の形態における積層構造と比較して、拡散濃度分布調整層がないことが相違点である。すなわち、ＩｎＰ窓層１０５の直下に、多重量子井戸構造の受光層１０３が配置されている。
【００４８】
拡散濃度分布調整層がないと、図５に示すように、たとえばＺｎ濃度分布は多重量子井戸構造の受光層１０３まで高い濃度となる。すなわち、多重量子井戸構造内において、５×１０１６／ｃｍ３を超えて１×１０１８／ｃｍ３の高い不純物濃度領域が形成される。多重量子井戸構造に高濃度不純物が導入されると、その構造が破壊され、暗電流が大きく増大する。逆に、このような高濃度不純物領域が、多重量子井戸構造内に形成されないようにするために、拡散濃度分布調整層を設けて選択拡散を行うのである。
【００４９】
しかしながら、Ｚｎの選択拡散において、次のような考え方が成立する余地がある。
（１）拡散導入時間を短時間に限定して、高濃度領域が多重量子井戸構造１０３内にかからないようにする。
（２）ＩｎＰ窓層１０５の厚みを厚くして、拡散濃度分布調整層の役割をＩｎＰ窓層１０５に分担させる。
図６は、上記の（１）および（２）の場合を検討するための参考例２における受光素子１１０を示す断面図である。参考例２の受光素子１１０では、参考例１の受光素子とほぼ同じ積層構造を有するが、ＩｎＰ窓層１０５の厚みは、参考例１よりも厚くしており、上記（２）の場合に対応するが、（１）の場合も検討することは可能である。図６の積層構造において、多重量子井戸構造１０３内にＺｎの高濃度領域を形成しないように選択拡散を行った結果、得られたのが図７に示すＺｎ濃度分布である。図７に示すＺｎ濃度分布の場合、ＩｎＰ窓層１０５内において、Ｚｎ濃度は、高濃度から低濃度へと急峻に低下し、受光層側のＩｎＰ窓層１０５内において、１×１０１６／ｃｍ３程度の低濃度不純物領域が形成される。
【００５０】
ＩｎＰ窓層１０５内において、１×１０１６／ｃｍ３程度の低濃度不純物領域が形成されると、その領域では、繰り返し説明してきたように電気抵抗が高くなり、応答速度が低下する。このため、窓層を形成するほどバンドギャップエネルギが大きい材料に、具体的にはその典型材料であるＩｎＰ窓層１０５に、拡散濃度分布調整層の役割を果たさせることはできない。このことは、上記（１）および（２）の場合について同じである。よって、拡散濃度調整層には、バンドギャップエネルギがＩｎＰ相当以下、具体的には１．３４ｅＶ未満を満たす材料を用いるのがよい。すなわち、低濃度不純物領域でも、電気伝導度の低下が比較的小さく、電気抵抗の増加が比較的小さいＩｎＧａＡｓのような材料を用いる必要がある。
【００５１】
（実施の形態２−食品成分または異物成分検出装置における撮像装置（成分の分布像形成装置）の構造−）
図８は本発明の実施の形態２における、食品成分または異物成分検出装置に含まれる撮像装置（受光素子アレイ）の概要を示す図である。レンズなどの光学部品は省略してある。図９は、上記の撮像装置の受光素子アレイを説明するための図である。図１０は、図９の受光素子アレイ５０のうちの１つの受光素子を示す図である。図８において、この撮像装置７０は、共通のＩｎＰ基板５１の上に形成された受光素子１０がエピタキシャル層側を、実装基板の機能を有するマルチプレクサ７１に向けて、いわゆるエピダウン実装されている。各受光素子１０のエピタキシャル層のｐ型領域６と電気的に接続されるｐ側電極１１と、共通のｎ型ＩｎＰ基板５１（１）に設けられるｎ側電極１２とは、マルチプレクサ７１に接続され、電気信号をマルチプレクサに送り、マルチプレクサ７１では各受光素子における電気信号を受けて、対象物の全体像を形成する処理を行う。ｎ側電極１２およびｐ側電極１１は、それぞれはんだバンプ１２ｂ，１１ｂを介在させてマルチプレクサ７１と電気的に接続される。入射光は、ＩｎＰ基板５１の裏面に形成したＡＲ(Anti-Reflection)膜３５を通して導入され、ｐ型領域６と受光層３との界面であるｐｎ接合１５で受光される。ｐ型領域６は、保護膜を兼ねるＳｉＮのＺｎ拡散マスク３６の開口部から導入される。Ｚｎ拡散マスクパターン３６は、その上に形成された保護膜のＳｉＯＮ膜パターン４３とともにそのまま残される。受光素子アレイおよび各受光素子の構造については、図９および図１０を用いて、次に詳しく説明する。
【００５２】
図９において、受光素子アレイ５０の受光素子１０は、共通のＩｎＰ基板５１（１）に設けられている。各受光素子でＳＷＩＲ帯の光を受光することにより生じた電流信号は、上述のように実装基板を兼ねたマルチプレクサ７１に送られ、画像形成の処理がなされる。各受光素子のサイズやピッチ、アレイの大きさを変えながら、画素数を変化させる。図９に示す受光素子アレイ５０は９万画素のものである。図１０に示す受光素子１０は、ＩｎＰ基板１の上に形成された複数のエピタキシャル膜を有し、また、ｐ型領域６を形成する際に用いた、ｐ型不純物導入用の拡散マスク３６を残している。ｐ型領域６にはｐ部電極１１が接続され、はんだバンプなどによりマルチプレクサ７１など実装基板の配線などへと接続される。
【００５３】
図１１は、図８に示したエピダウンの受光素子と異なり、エピアップ実装の受光素子を説明する断面図である。本発明においては、撮像装置内の受光素子はエピダウン実装でもエピアップ実装でも、どちらでもよい。この受光素子１０は、ｎ型ＩｎＰ基板１上に、下から順に、ｎ型ＩｎＰバッファ層２／受光層３／拡散濃度分布調整層４／ＩｎＰ窓層５／拡散マスク３６／反射防止膜（ＡＲ膜:Anti-Reflection）３５が位置している。ｐ型領域６は、ＩｎＰ窓層５から拡散濃度分布調整層４を経て受光層３内のｐｎ接合１５まで形成されている。また、ｎ側電極１２がｎ型ＩｎＰ基板の裏面に位置し、ｐ側電極１１は、ｐ型領域６のＩｎＰ窓層５の表面に位置し、配線電極２７に電気的に接続されている。本実施の形態においては、受光層３は、波長１．０μｍ〜３．０μｍの範囲の光を受光する。具体的には、受光層３は、上述のタイプＩＩの多重量子井戸構造によって形成される。
【００５４】
図１１に示す受光素子は、上記したようにエピアップ実装され、エピタキシャル層すなわちＩｎＰ窓層５の側から光を入射される。本実施の形態における受光素子は、上述のように、エピアップ実装でもエピダウン実装でもよく、図１２に示すように、エピダウン実装され、ＩｎＰ基板１の裏面側から光を入射されるタイプでもよい。図１２のエピダウン実装の受光素子１０の場合、ＩｎＰ基板１の裏面にＡＲ膜３５が施される。拡散濃度調整層４、ＩｎＰ窓層５、ｐ側電極１１および保護膜を兼ねるＳｉＮの拡散マスク３６は、エピアップ実装の場合と同様に設けられる。図１２に示すエピダウン実装の場合、ＩｎＰ基板などＩｎＰはＳＷＩＲ帯光に透明なので、ＳＷＩＲ帯光は吸収されることなく、受光層３のｐｎ接合１５に到達する。図１２の構造においても、受光層は、上述のタイプＩＩの多重量子井戸構造によって形成される。以後の本発明例においても、とくに断らない限り、同様である。
【００５５】
ｐ側電極１１と、ｎ側電極１２とは、図１１に示すようにＩｎＰ基板１を間に挟んで対向する位置に配置してもよいし、図１２に示すようにＩｎＰ基板１の同じ側の位置に配置してもよい。図１２に示す構造の場合、図９に示す受光素子アレイ５０の各受光素子１０と集積回路とはフリップチップ実装により電気的に接続される。図１１および図１２の構造の受光素子において、ｐｎ接合１５に到達した光は吸収され、電流信号を生じ、上述のように、集積回路を通して各々一画素の像に変換される。
【００５６】
ＩｎＰ基板１は、（１００）から［１１１］方向または［１１−１］方向に５度〜２０度傾斜したオフアングル基板とするのがよい。より望ましくは、（１００）から［１１１］方向または［１１−１］方向に１０度〜１５度傾斜させる。このような大きなオフ角基板を用いることにより、欠陥密度が小さく結晶性に優れたｎ型ＩｎＰバッファ層２、タイプＩＩの量子井戸構造の受光層３、ＩｎＧａＡｓ拡散濃度分布調整層４およびＩｎＰ窓層５を得ることができる。この結果、暗電流が抑制され、暗点が少ない受光層を得ることができる。このため、微弱なＳＷＩＲ帯の宇宙光を受光して撮像する装置の性能を大きく向上させる受光層を得ることができる。すなわち上記オフアングル基板を用いて形成された受光素子の有する作用は、宇宙光を受光して撮像する撮像装置の品質向上にとくに有用である。
【００５７】
上記のような大きなオフ角は、ＩｎＰ基板について提唱されたことはなく、本発明者らによってはじめて確認されたものであり、ＩｎＰ基板上に良好な結晶性のエピタキシャル膜を成長させる場合の重要な要素である。たとえば、非常に長波長域の発光及び受光が可能であるとする、上記の量子井戸構造の受光層３中に、Ｎを含む化合物半導体、たとえばＧａＩｎＮＡｓが含まれる場合、上記のような大きなオフ角のＩｎＰ基板を用いない限り、実際には、実用に耐える、良好なエピアキシャル層として形成されることは不可能である。すなわち、上記のような大きなオフ角のＩｎＰ基板を用いない限り、Ｎを含む化合物半導体、たとえばＧａＩｎＮＡｓは暗電流を抑制し、暗点を減らした受光層になることはない。この結果、微弱なＳＷＩＲ帯の宇宙光を用いて鮮明な画像を得ることができない。上記例としてあげたＧａＩｎＮＡｓだけでなく、ＧａＩｎＮＡｓＰおよびＧａＩｎＮＡｓＳｂにおいてもＩｎＰ基板のオフ角は、上記のような大きい角度範囲が、良好な結晶性を得るのに必要であるという点で同じである。
【００５８】
図１１および図１２に示す受光素子１０では、受光層３を覆うように位置するＩｎＧａＡｓ拡散濃度調整層４およびＩｎＰ窓層５を備える。受光層３の格子定数がＩｎＰ基板１の格子定数と同じであるため、受光層３の上に、暗電流を小さくすることで定評があるＩｎＧａＡｓ拡散濃度調整層４およびＩｎＰ窓層５を形成することができる。このため、暗電流を抑制し、素子信頼性を向上させることができる。  
【００５９】
（実施の形態３：食品成分検査装置（１）−成育中、出荷中等の果物、野菜等の成分検査装置−）
図１３は、本発明の実施の形態３における食品品質検査装置１００を示す図である。この食品品質検査装置１００は、食品を構成する成分、とくに糖度の含有率を検査する。場所を選ばず、樹上のりんご、さくらんぼ、ブドウ等の果実や、生育中の野菜に対して非破壊的に、１０００ｎｍ〜３０００ｎｍの広い波長域で精度よく糖度等の検査が遂行できるように、受光素子１０または受光素子アレイ５０には、実施の形態１および２で説明したものを用いる。そして、電池５５を備え、この食品成分検査装置１００の携行を可能にする。筐体本体４５ａの先端部に、りんご等の検査対象物をはさむ際にサイズ調整ができるように、投光部筐体４５ｂおよび受光部筐体４５ｃが、ともに筐体本体４５ａと係合しながら移動可能に取り付けられている。移動可能な筐体は、投光部筐体４５ｂおよび受光部筐体４５ｃのいずれか一方だけでもよい。
【００６０】
発光ダイオード等の光源７３から出射した近赤外光を含む光は、投光用光ファイバ８１を経て、投受光部８３から果実等の検査対象物Ｓに照射される。果実Ｓを透過した光は、集光レンズ８７により集光され、受光用光ファイバ８２を経由して、分光部９１の入射スリットに導入される。図１４は、分光部９１および受光素子アレイ５０を示す図である。分光部９１には主要部材として回折格子９１ａが位置微調整用ステージに配置されていて、リファレンス方向に対する光軸方向の角度α，βを微調整することができる。この回折格子９１ａが、検査対象物Ｓを透過した光を波長に応じて異なる回折角で回折する。この回折されることで分光された光を、上述の受光素子アレイ５０、すなわち光電変換部で受光して電気信号に変換する。受光素子アレイ５０は、複数個の受光素子１０を配置してもよい。図１５は、受光素子アレイ５０からの電気信号を演算処理して吸光度を算出し、糖度を求めるプロセスを示す図である。受光素子アレイ５０からの電気信号を、制御部８５に入力して、マイコン等のデータ処理部８５ｂにおいてデータ処理し、その結果を表示部８５ｃに表示する。
【００６１】
本実施の形態における食品成分検査装置１００では、携帯用であり樹上の果実や土壌に生育中の野菜の成分などを測定できるが、とくに携帯用であるにもかかわらず検査対象物Ｓを透過した光に基づく点に特徴をもつ。このため、摂食する主要部分について近赤外分光を行うことができる。また、上記の食品成分検査装置１０では、上記のように受光素子１０または受光素子アレイ５０に、上記実施の形態１または２に示す受光素子等を用いる。したがって、暗電流を非常に低くでき、高いＳ／Ｎ比の電気信号を得ることができる。このため、ケモメトリックス等を用いても、または用いなくても、精度のよい検出をすることができる。
【００６２】
たとえば食品成分として糖度の検出方法の一例をりんごについて示す。図１５に示すデータ処理部８５ｂの吸光度演算部では、糖に由来する波長λ１の吸光度と、糖とは無関係の波長λ２の吸光度とを求める。吸光度の演算に先立って、これらの波長の検量線を求めておくことが必要である。糖度演算部では、二次微分演算部によって演算された二次微分値を用いて、次式によってその青果物の糖度を演算することができる。
糖度Ｃ＝ＫO＋Ｋ1（ｄ２Ａ１（λ１）／ｄλ２）＋Ｋ2（ｄ２Ａ２（λ２）／ｄλ２）
ここで、Ａ１（λ１）は波長λ１における吸光度であり、Ａ２（λ２）波長λ２における吸光度であり、また、ＫO，Ｋ１，Ｋ２は、十分大きい母集団で測定された吸光度と実測した糖度とを用いて最小自乗法などで求めた定数（係数）である。糖に由来する波長と、糖とは無関係の波長とについて吸光度を求めることで、検査対象のりんご等の種類が異なっても、同一の検量線を用いて糖度を検出することが可能になる。波長λ１，λ２については、さらに精度を高めるために、第３の波長λ３、第４の波長λ４．．．を、順次、導入して、糖度を算出することもできる。
【００６３】
（実施の形態４：食品成分検査装置（２）−成分の濃度分布の検出−）
図１６および図１７は、本発明の実施の形態４における食品成分検査装置１００を説明するための図である。本実施の形態においては、食品に含まれる成分の、当該食品での濃度分布像を得る。濃度分布は、特定波長の近赤外光の吸光度から換算した指数、または上記吸光度を変数とする関数値であってもよい。たとえば、野菜のネギ、大根、人参など、および、果物のりんご、梨などは、産地ごとに独自の特徴をもつ。この独自の特徴は、見た目では識別することが難しい。近赤外分光は、上記野菜や果物に含まれる成分の、その野菜内における濃度分布によって識別できる可能性がある。とくにネギ等は、所定方向に長い形状を持ち、長手方向および巾方向に沿って、所定の成分、たとえば糖の濃度分布を検出することで、産地またはブランドを特定できる可能性が高い。このようにその食品が有する形状内の成分濃度分布像を得るために、図１７に示すようにＸ−Ｙ方向に可動なＸ−Ｙテーブル４６およびそのＸ−Ｙテーブルに固定された試料台４７を用いる。Ｘ−Ｙテーブル４６および試料台４７は、検査対象物Ｓを透過した近赤外光の障害にならないように、いずれもスペースまたは窓が設けられたものとする。光学系は固定され、図１６に示すように、検査対象物Ｓの一カ所に対して近赤外光を照射して、透過光を受光する。巾方向はＸ方向であり、長手方向はＹ方向である。
【００６４】
図１６において、発光ダイオード等の光源７３から出射した光は、投光用光ファイバ８１によって導光され、検査対象物Ｓの非中心部に照射される。検査対象物Ｓを透過した光は、集光レンズ８７を経て、分光部９１で分光され、受光素子アレイ５０が配置された受光部で、波長ごとに光電変換される。この電気信号に基づいて、制御部８５でデータ処理等を行い、所定の成分の濃度分布像を得ることができる。上記の検出装置によれば、Ｘ方向に沿ってＸ−Ｙテーブルを移動させることで巾方向の分布を、またＹ方向に移動させることで長手方向の分布を得ることができる。したがって、りんご、梨、茄子、胡瓜などだけでなく、ネギ、大根、人参のような長い野菜でも、面的に成分分析を行うことができる。このため、上記のブランドや産地の特定、およびその産地業者における品質管理を、より高い精度で行うことができる。とくに、上記のように受光素子１０または受光素子アレイ５０に、上記実施の形態１または２に示す受光素子等を用いるため、暗電流を非常に低くでき、高いＳ／Ｎ比の電気信号を得ることができる。このため、ケモメトリックス等を用いなくても、またはケモメトリックス等を用いてより多くの情報を得て、精度のよい検出をすることができる。ブランド品の特定を可能にすることで、たとえば後進国等における商標権の不正目的の取得などを意味のないものにすることができる。その実現のために、高Ｓ／Ｎ比の信号を得られる上記の受光素子１０または受光素子アレイ５０を用いることは、非常に適切である。
【００６５】
取れたての野菜は甘い、とよくいわれるが、これを基にして鮮度状態を検査することができる。たとえば糖度に対応する波長の吸光度、およびその他の波長における吸光度に重み付けした関数を、実測データをもとに設定して、この関数値を鮮度対応旨み指数とする。このような関数値の算出は、制御部８５に所定定数の入力をしておけば、制御部８５で自動的に遂行することができる。ある産地の長い野菜の一方端から他方端にいたる、その鮮度対応旨み指数は、図１８に示すようになる。曲線Ｆ１は、野菜収穫の当日の指数であり、曲線Ｆ２は、収穫２日目、曲線Ｆ３は、収穫から三日たった指数である。このようにして、鮮度状態を検査することができる。とくに、鮮度の変化は、野菜の表面に生じやすいと思われるが、そのことを調査・確認するために、上述のように、巾（Ｘ）方向に、すなわち照射位置を野菜の芯から端に移動させながら、上記の鮮度対応旨み指数を求めることが可能である。上記の方法では、鮮度対応旨み指数を、糖度を主体に設定したが、旨みとは離れて、表面の水分など主体にして、鮮度指数の関数を設定することもできる。この場合特に光源７３は、スーパーコンティニウム光源（ＳＣ光源）または発光ダイオード（ＬＥＤ）とするのがよい。光源の発熱が極めて小さいからである。ハロゲンランプ等の場合発熱が大きく、被検査物の鮮度を悪化させる場合がある。
【００６６】
（実施の形態５：食品成分検査装置（３）−牛肉枝肉の脂肪分検出−）
図１９および図２０は、本発明の実施の形態５における食品成分検査装置を説明するための図である。本実施の形態における食品検査装置１００は、牛肉のミンチなどの特別の試料を準備することなく、枝肉Ｓの切開面Ｓａにプローブ先端８３を押し当てるだけで、オンラインで脂肪分を検出することができる。これを実現するために、光電変換部に、暗電流を低く抑え、Ｓ／Ｎ比の高い信号を得ることができる、実施の形態１および２で説明した受光素子アレイ５０を用いている。
【００６７】
牛肉の市場、流通の段階において牛肉の品質格付けが行われている。この品質格付け評価については、近赤外分光によって脂肪含量等を短時間で正確に行うことができれば、熟練者による評価作業を補助ないし省くことができる。波長１０００〜２５００ｎｍの近赤外光を牛肉等に照射すると、そこに含まれる脂肪に固有の吸収スペクトルが得られる。脂肪に特有なＣＨ基は、１０５３ｎｍ，１１４３ｎｍ，１１９５ｎｍ，１５３３ｎｍに強い吸収を示す。これを利用して、ミンチ加工した試料について、上記波長での吸光度を測定することで脂肪含有率を検出することができることが知られている。しかし、枝肉の切開面については、上記波長での吸光度を十分高い感度で得ることはできていない。
【００６８】
本実施の形態においては、図２０に示すように、実施の形態１および２で説明した受光素子アレイ５０を、光電変換部に用いる。このため、図１９に示すように、たとえばフックに吊り下げられた牛枝肉Ｓの切開面Ｓａにプローブ８３を押し当てるだけで、上記の波長における吸光度を高い精度で迅速に測定することができる。図１９において、キャスタ付きラック４８には、光学システム９１，５０，７３と、制御部８５とが搭載されている。光学システム９１，５０，７３には、投光用光ファイバ８１と受光用光ファイバ８２とが連結されている。図２０に示すように、発光ダイオード等の光源７３を出射された光は、投光用光ファイバ８１を経て、その端部に位置するプローブ８３から枝肉切開面Ｓａに照射される。枝肉切開面Ｓａから戻ってくる光を受光用光ファイバ８２に通して、分光部の主要部の回折格子９１に投射する。この回折格子９１で回折する光を受光素子アレイ５０で受光する。受光素子アレイ５０は、複数個の受光素子１０で置き換えることができる。受光素子で光電変換された電圧信号が、演算部インターフェイス８５ａを経て制御部８５に入力される。
【００６９】
上記の受光素子アレイ５０では、暗電流が十分低く、高いＳ／Ｎ比の信号を出力することができる。このため、枝肉の切開面にプローブ８３を押し当てる方法によって、上記の波長において十分高い感度で吸光度を測定することができ、これに基づき当該牛肉の脂肪分を検出することができる。また、複数の波長λ１、λ２、λ３などにおける吸光度の二次微分値を求め、たとえば、実際にミンチ加工して実測した実測値と対応づけた重回帰式によって脂肪分を求めてもよい。
【００７０】
（実施の形態６：食品成分検査装置（４）−異常肉の検出−）
本発明の実施の形態６では、異常肉の検出に近赤外分光を用いるが、その食品品質検査装置には、実施の形態５で説明した装置１００をそのまま用いる。ただ、制御部８５に、本実施の形態に特有のソフトウエアを搭載する。異常肉の一種に、ＰＳＥ肉があり、その発生原因は十分解明されていない。ＰＳＥ肉は、硬直後に色が淡く（pale)、肉質が柔らかく(soft)、滲出性が高く水っぽい(exudative)性状を示す筋肉のことをいい、ふけ肉、むれ肉、やけ肉などと呼ばれることもある。正常肉が弱酸性を示すのに対してＰＳＥ肉は強い酸性を示し、結着性に乏しく、保水性も低い。加熱したものは食味が劣り、食感がバサつくので加工用にも不適である。このようなＰＳＥ肉の生成には、遺伝的および環境的な多くの要因があげられている。品種の差、同一品種内の系統の差、屠殺前のストレスの影響などがあげられている。ＰＳＥ肉の発生割合は増加傾向にあり、抑制方法は確立されていない。
【００７１】
たとえば上記特許文献８では、波長８００〜２５００ｎｍのなかの１１０９ｎｍの吸光度が１．１付近ではＰＳＥ肉であり、１．５付近では正常肉であるとして、その判別が可能であるとしている。本実施の形態では、上述の受光素子アレイ５０を用いるので、１０００ｎｍから３０００ｎｍまでの近赤外光を受光して、高いＳ／Ｎ比の信号に変換することができる。このため、１０００ｎｍ〜３０００ｎｍの光について、吸光度を高い精度で測定することができ、さらに制御部においてその二次微分値等を得ることも容易である。たとえば、２つ以上の波長において、高精度で、吸光度およびその二次微分値を得ることができる。この結果、より高い確度でＰＳＥ肉の検査を遂行することが可能である。
【００７２】
（実施の形態７：異物成分検査装置−脂肪中のＰＣＢ等の検出−）
図２１は、本発明の実施の形態７における脂肪中のＰＣＢ等の検査装置を示す図である。この異物成分検査装置１００では、脂肪を熱、有機溶媒または酵素等で液状にして脂肪中のハロゲン化有機化合物、とくにＰＣＢ（ポリ塩素化ビフェニル  polychlorinated  biphenyl）を検出する。この異物成分検査装置１００にも、上述の受光素子アレイ５０が配置されている。脂肪中のＰＣＢは、微量であり、得られる信号が微弱であるので、高いＳ／Ｎ比の信号を得ることができる上記の受光素子アレイ５０の採用は非常に重要である。また、ＰＣＢを含む液状の脂肪Ｓに対して近赤外光を照射して、反射光を受光するので、容器５０１の底部に反射めっき層５０１ａを形成しておくのがよい。また、熱的に脂肪を液状にする場合には、試料Ｓの容器５０１には、精密な温度制御が可能なヒータ５０１ｂを設けるのがよい。ＰＣＢを含む液状の脂肪Ｓに照射された光は、脂肪Ｓを透過して底部の反射めっき層５０１ａで反射され、再び脂肪Ｓを透過し、集光レンズ８７を経て、受光用光ファイバ８２に導入される。そのあとの光の進行過程は、これまで説明した過程と同じである。また、熱的に脂肪を液状にするためにヒータ５０１ｂを稼動させた場合は、熱の輻射による近赤外光放射の影響を除くために、一次微分値、二次微分値を用いるのがよい。また、検査対象の脂肪を装入しないブランク状態での測定データを採取しておくのがよい。脂肪Ｓを装入した実測データから、そのブランク状態の測定データを控除して、検査対象物Ｓからの正味の近赤外光スペクトルを得ることが望ましい。
【００７３】
上記の異物成分検査装置１００を用いて、波長１０００ｎｍ〜３０００ｎｍの範囲の吸収スペクトルを高精度で得ることができる。予め、ＰＣＢ濃度が分かった脂肪について、特定の波長での吸光度、その一次微分値、または二次微分値との間で相関をとっておき、相関関数を設定しておく。そして、検査対象の脂肪について、その特定波長について吸光度、一次微分値、二次微分値を求めて、相関関数にしたがって、ＰＣＢ濃度を検出することができる。本実施の形態の異物成分検査装置１００では、上記の受光素子アレイ５０を用いるため、高いＳ／Ｎ比の信号が、全波長にわたって得られるので、高精度のＰＣＢ等の検査が可能である。
【００７４】
（実施の形態８：変移状態検査装置−食品の加熱履歴検査−）
本発明の実施の形態８の変移状態検査装置は、図１３、図１６に示す光透過型の検査装置でもよいし、図２０に示す光反射型の検査装置でもよい。本実施の形態では、たとえば卵加工食品の加熱履歴を検査する。その他、乳製品、コーヒー、ココアなどの熱管理に用いてもよい。熱履歴は、そのほかの当該食品の製造履歴と組み合わせて、殺菌処理の評価とすることができるので、殺菌状態と解釈することもできる。
【００７５】
本実施の形態における加熱履歴検査の場合、加熱履歴が既知の検量線（検量スペクトル）を周到に準備することが重要である。既知の加熱履歴を指標化して、たとえば１つの熱履歴指標を得る。この熱履歴指標と、当該既知試料についてのスペクトル中の特定の波長における吸光度、その一次微分値、二次微分値との間に相関関係、すなわち相関関数を見いだすことが、重要な準備作業となる。このとき採用する特定の波長としては、卵を構成する成分に由来する吸収スペクトル帯の波長を含むのがよい。さらに、卵成分に無関係の波長を含んでもよい。検査対象の卵について、上記採用した波長での吸光度、一次微分値、二次微分値を測定し、上記の準備作業で設定された相関関数にしたがって、熱履歴指標を算出することができる。この熱履歴指標を加熱の履歴の評価値として、その卵製品の熱履歴を検査することができる。
【００７６】
上記のような、熱履歴の場合、食品によっては吸収スペクトルの変化が微弱であることが十分予測される。このような場合、暗電流が大きい受光素子を用いたのでは、信頼性が高い高精度の検査を行うことは難しい。本発明の実施の形態におけるように、上述の受光素子アレイ５０または受光素子１０を用いることによって、多くの食品の変移状態を検査を遂行することが可能となる。本実施の形態と同類のものに、変移状態の一項目である鮮度状態を検査する装置があるが、実施の形態４（図１８参照）の食品成分検査装置において説明した。食品成分検査装置などと、変移状態検査装置との区分けは、厳密ではなく、両方の検査装置が分担する食品検査の分野は多く存在する。
【００７７】
（実施の形態９：食味検査装置−米の食味検査−）
図２２は、本発明の実施の形態９における食味検査装置を示す図である。この食味検査装置１００は、基本的に図１３、図１６に示す装置と同じであるが、制御部８５における内容が異なる。制御部８５の内容は、どのような考え方に基づいて、近赤外分光データから食味を検査するか、というソフトウエアの部分である。図２２において、検査対象の米Ｓは、米粒のままでもよいが、破砕して粉体であってもよい。光源７３から出射された近赤外光は、米Ｓを透過した後、回折格子９１で回折されて分光され、受光素子アレイ５０で受光され、吸収スペクトルの電気信号となる。本実施の形態においても、受光素子アレイ５０または受光素子１０には、上述のものを用いる。このため、波長３０００ｎｍまで高いＳ／Ｎ比の信号を得ることができる。
【００７８】
一般に、食味のようなヒトの五感に依存する品質は、単一の成分ではなく複数の成分が寄与することで成り立っている。このため、近赤外域での当該食品の吸収スペクトルの採取を行う。そして、別途、当該食品について、パネラーによる試食官能試験を行い、食品の官能評価値を求めておく。その官能評価値と、食品の吸収スペクトルの特定波長の吸光度、その一次微分値、または二次微分値と、の間に相関関数を設定しておく。この相関関数に基づいて、検査対象の近赤外光の吸収スペクトルから官能評価値を求め、食味を検査する。吸収スペクトルのどの波長を相関関数にとり入れるかは、次の要素に依存する。
（１）食品の種類
（２）食味検査装置の受光可能範囲、とくにＳ／Ｎ比が高い範囲
上記の（１）および（２）は、食品に依存して、吸収スペクトルのどの波長を採用するか決まるが、それだけでなく、食味検査装置１００の受光波長域にも依存することを示す。食味検査について、つぎのアプローチが可能である。
【００７９】
（Ａ１）図２３は、異なる３つの銘柄Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３の米の１２００ｎｍ〜２５００ｎｍの範囲の吸収スペクトルを示す。波長１９００ｎｍ以上には、アミロースをはじめ蛋白質、水分など米を構成する各成分の吸光度が大きく、各成分の吸光度を特定することができる。食味についての官能試験の評価と、各成分の濃度との相関をとると、米の食味（官能試験の評価）は、米中の蛋白質、アミロース、水分が主要なファクタであることが判明した。上記の蛋白質、アミロース、水分の含有率は、波長２１００ｎｍ，２１３０ｎｍ，２２７０ｎｍ，２３７０ｎｍの吸光度から求められる。したがって、これらの波長における吸光度から、蛋白質、アミロース、水分を求めること、上記の相関関数に基づいて食味値を求めることができる。すなわち、食味指数＝ｆ１（ｘ１）・ｆ２（ｘ２）・ｆ３（ｘ３）で表すことができる。ここに、ｘ１はアミロース濃度、ｘ２は蛋白質濃度、ｘ３は水分濃度であり、ｆ１，ｆ２，ｆ３は、関数を表す。このアプローチは、米の食味と、米の各成分とを結びつけた上で、近赤外分光データから食味を検査する。
【００８０】
（Ａ２）このアプローチでは、各成分とは関係なく、比較的、短い波長域の吸収スペクトルの特定波長の吸光度を、相関関数の変数に採用する。図２４（ａ）は、ある銘柄の米の吸収スペクトルを示し、図２４（ｂ）はその二次微分値を示す。波長域は、１０００ｎｍ以下である。
受光素子アレイは、図１２の形態で、ＩｎＰ基板を剥離したものを使用するのがよい。ＩｎＰ基板は１０００ｎｍ以下の光を吸収するため、ＩｎＰ基板を剥離することで、１０００ｎｍ以下の光でも受光層で受光し検出することができるようになる。本発明の食品品質検査装置は、通常はＩｎＰ基板を含んだ状態で用いられるが、上記実施の形態にように、とくにＩｎＰ基板を除去することもできる。ＩｎＰ基板を前提に受光層を含む積層体（ＩｎＰ基板を除く）は形成されるが、本発明の装置固有の構造上の特徴は積層体にあるので、上記のように、ＩｎＰ基板はなくてもよい。ＩｎＰ基板なくして、本発明における上記積層体は形成することはできないので、上記の実施の形態の食品品質検査装置を特定するに当たり、問題はまったく生じない。
米中の成分とは関連づけを行うことなく、上記波長域の、たとえばλ１，λ２などの吸光度の二次微分値と、食味官能試験の評価値との相関関数を設定する。この方法の場合、波長１０００ｎｍ以下では、アミロース、蛋白質、水分などの成分に由来する吸光度は鋭敏ではないが、二次微分値をとることで、補っていると推測される。また、上記推測の当否は別にして、成分とは関係なく近赤外光の吸収スペクトルのみに着目して、食味の官能試験評価値との相関をとるアプローチは、たとえば、食味が、うどんのように、粉の成分と同時にうどんの打ち方にも影響を受ける場合に、有効であると考えられる。
【００８１】
米の食味検査は、上記（Ａ１）および（Ａ２）に従って、近赤外分光スペクトルから、十分な精度で可能になった。採用する波長域は、その装置の光電変換装置などに応じて、適宜、選ぶことができる。米については、今後の課題は、できるだけ広い範囲の波長を利用して、統計手法を駆使して多くの情報を得ることにより、ブランド米の特定を可能にすることである。ブランド米の特定を可能にすることで、たとえば商標権の不正目的の取得などを意味のないものにすることができる。その実現のために、高Ｓ／Ｎ比の信号を得られる上記の受光素子１０または受光素子アレイ５０を用いることは、非常に適切である。
【実施例】
【００８２】
−半導体受光素子アレイの構造についての実施例−
本発明の受光素子アレイの素子間隔または画素ピッチをどの程度まで小さくできるか、図２５に示す受光素子アレイを用いた実施例によって検証した。受光素子間隔または画素ピッチは、図２５に示すように、ＳｉＮ選択拡散マスクパターン３６の非開口部の幅である。Ｚｎの選択拡散の後に、ｐ側電極１１はＡｕＺｎにより、またｎ側電極１２はＡｕＧｅＮｉにより、それぞれ形成した。図３の場合、ＩｎＰ基板１にＦｅドープの半絶縁性基板を用いているので、高濃度不純物のバッファ層２にｎ側電極１２を設けているが、図１に示すようにｎ型ＩｎＰ基板を用いる場合には、基板裏面にｎ側電極を設けてもよいし、または基板表面側に基板と隣接するｎ型半導体層（たとえばバッファ層２）にｎ側電極を設けてもよい。本実施例では、図３の受光素子アレイのｐ側電極１１とｎ側電極１２との間に５Ｖの逆バイアス電圧を印加して、暗電流を測定した。ＩｎＰ窓層５の厚みは０．６μｍと１．６μｍの２種類について、また素子間隔は３μｍ〜２０μｍの範囲にわたって７種類の素子間隔について、それぞれ受光素子アレイを製造して、暗電流を測定した。拡散濃度分布調整層４の厚みは１μｍとした。
【００８３】
結果を図２６に示す。図２６によれば、ＩｎＰ窓層５の厚みが０．６μｍと薄い場合、素子間隔または画素ピッチを５μｍまで小さくしても、暗電流は１×１０−１０Ａ（アンペア)とすることができる。ＩｎＰ窓層５の厚みが１．６μｍの場合には、上述したように、横方向へのＺｎの拡散が広がり、素子間隔７μｍを超えないと、１×１０−１０Ａとすることができない。しかし、本実施例によって、ＩｎＰ窓層５の厚みを０．６μｍと薄くし、かつ拡散濃度分布調整層を配置することによって、素子間隔５μｍとすることができることを確認した。
【００８４】
拡散濃度分布調整層４の作用については、Ｚｎの深さ方向濃度分布をＳＩＭＳ(Secondary  Ion  Mass  Spectroscopy)分析によって検証した。図２７に、Ｚｎの深さ方向濃度分布を示す。図２７によれば、ＩｎＧａＡｓ拡散濃度分布調整層４と受光層３との界面において、Ｚｎのパイルアップのピーク値は５×１０16ｃｍ-3以下に抑制されている。このため、受光層３のｎ型キャリア濃度のバックグラウンドと、Ｚｎ濃度との交差位置（図中○印）に形成されるｐｎ接合において、Ｚｎ濃度は確実に低くすることができ、結晶性等の劣化を防止することができる。そして、この拡散濃度分布調整層４の配置によって、受光層の多重量子井戸構造にその本来の作用を奏させることが可能になる。
【００８５】
上記において、本発明の実施の形態および実施例について説明を行ったが、上記に開示された本発明の実施の形態および実施例は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれら発明の実施の形態に限定されない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
本発明は、ＩｎＰ系ＰＤの画期的な性能向上によって、既存の食品品質検査装置に対して、高精度な検査を行うことができ、食品の信頼性に資することができる。また、たとえばブランド食材の特定を行うことが可能になる等の変革をもたらす可能性を有する。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明の実施の形態１における受光素子を示す断面図である。
【図２】図１の受光素子におけるＺｎ濃度分布を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態１における受光素子アレイを示す断面図である。
【図４】本発明と異なる参考例１の受光素子の断面図である。
【図５】図４の受光素子におけるＺｎ濃度分布を示す図である。
【図６】本発明と異なる参考例２の受光素子の断面図である。
【図７】図６の受光素子におけるＺｎ濃度分布を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態２における撮像装置の概要を示す図である。
【図９】図８の撮像装置の受光素子アレイを示す図である。
【図１０】図９の受光素子アレイにおける一つの受光素子を示す図である。
【図１１】エピアップ実装の受光素子の断面図である。
【図１２】エピダウン（フリップチップ）実装の受光素子の断面図である。
【図１３】本発明の実施の形態３における食品成分検査装置（１）を示す図である。
【図１４】図１３の食品成分検査装置の分光部と受光部とを示す図である。
【図１５】分光部および制御部を示す図である。
【図１６】本発明の実施の形態４における食品成分検査装置（２）を示す図である。
【図１７】図１６の食品成分検査装置における検査対象物の配置構造を示す図である。
【図１８】食品中の特定成分の分布が、時間と共に変化することを示す図である。
【図１９】本発明の実施の形態５の食品成分検査装置（３）を用いて、牛枝肉を検査する状態を示す図である。
【図２０】図１９に示す食品成分検査装置を示す図である。
【図２１】本発明の実施の形態７の異物検査装置を示す図である。
【図２２】本発明の実施の形態９の食味検査装置を示す図である。
【図２３】米の３つの銘柄の米の近赤外域の吸収スペクトルを示す図である。
【図２４】（ａ）は米の短波長側の近赤外吸収スペクトルを示す図であり、（ｂ）は、その二次微分値を示す図である。
【図２５】実施例に用いた受光素子アレイの部分断面図である。
【図２６】実施例において測定した暗電流と素子間隔との関係を示す図である。
【図２７】実施例におけるＺｎの深さ方向濃度分布を示す図である。
【符号の説明】
【００８８】
１  ＩｎＰ基板、２  バッファ層、３  多重量子井戸構造の受光層、４  拡散濃度分布調整層、５  ＩｎＰ窓層、５ａ  窓層の表面、６  ｐ型領域、１０  受光素子、１１  ｐ側電極、１２  ｎ側電極、１２ｂ  はんだバンプ、１５  ｐｎ接合、３５  反射防止膜、３６  選択拡散マスクパターン、２７  配線電極、４３  ＳｉＯＮ膜、４５ａ  筐体本体、４５ｂ  投光部筐体、４５ｃ  受光部筐体、４８  キャスタ付きラック、５０  受光素子アレイ、５１  ＩｎＰ基板、６５  表示装置、７０  撮像装置、７１  マルチプレクサ（実装基板）、７３  光源、８１  投光用光ファイバ、８２  受光用光ファイバ、８３  プローブ、８５  制御部、８５ａ  入力インターフェイス、８５ｂ  マイコン（演算部、ＣＰＵ）、８５ｃ  表示部（出力装置）、８５ｄ  入力部、８５ｐ  プリンタ、８７  集光レンズ、９１  分光器、１００  食品品質検査装置（食品成分検査装置など）、５０１  試料容器、５０１ａ  反射層、５０１ｂ  ヒータ、Ｓ  検査対象物、Ｓａ  検査対象物の切開面。
【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】
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【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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