(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-11-10
(45)【発行日】2023-11-20
(54)【発明の名称】検査装置
(51)【国際特許分類】
G01N 21/85 20060101AFI20231113BHJP
G01N 21/3563 20140101ALI20231113BHJP
【ＦＩ】
G01N21/85 A
G01N21/3563
【請求項の数】
2
(21)【出願番号】P 2020550951
(86)(22)【出願日】2019-10-01
(86)【国際出願番号】 IB2019058319
(87)【国際公開番号】W WO2020075000
(87)【国際公開日】2020-04-16
【審査請求日】2022-09-29
(31)【優先権主張番号】P 2018191849
(32)【優先日】2018-10-10
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】000153878
【氏名又は名称】株式会社半導体エネルギー研究所
(72)【発明者】
【氏名】野村 真澄
(72)【発明者】
【氏名】米田 誠一
【審査官】井上 徹
(56)【参考文献】
【文献】特開２００６－３１３４（ＪＰ，Ａ）
【文献】中国実用新案第２０７０９７８２５（ＣＮ，Ｕ）
【文献】特開２００６－１７０６６９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００４－２０４７０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００４－１３２７７３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１３－７３９６５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００７－８１２０３（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｎ ２１／００－Ｇ０１Ｎ ２１／０１
Ｇ０１Ｎ ２１／１７－Ｇ０１Ｎ ２１／６１
Ｇ０１Ｎ ２１／８４－Ｇ０１Ｎ ２１／９５８
Ｂ０７Ｃ １／００－Ｂ０７Ｃ ９９／００
Ｇ０１Ｂ １１／００－Ｇ０１Ｂ １１／３０
Ｈ１０Ｋ ３０／００－Ｈ１０Ｋ ３９／３８
Ｈ１０Ｋ ５０／００－Ｈ１０Ｋ ６５／００
ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
可撓性を有する基板上に、複数の第１の画素アレイと、複数の第２の画素アレイと、を有する検査装置であって、前記複数の第１の画素アレイのそれぞれは、平面視において帯状の形状を有し、且つ第１の方向に長手方向を有し、
前記複数の第２の画素アレイのそれぞれは、平面視において帯状の形状を有し、且つ前記第１の方向に長手方向を有し、
平面視において、前記複数の第１の画素アレイと、前記複数の第２の画素アレイとは、前記複数の第１の画素アレイの一と前記複数の第１の画素アレイの別の一との間に、前記複数の第２の画素アレイの一が位置するように配置され、
前記複数の第１の画素アレイの各々は、光電変換素子を有し、
前記複数の第２の画素アレイの各々は、赤外光を放射する機能を有する第１の発光素子と、可視光を放射する機能を有する第２の発光素子と、を有し、
前記第１の発光素子から放射される前記赤外光と、前記第２の発光素子から放射される前記可視光と、は、青果物に照射され、
前記光電変換素子には、前記青果物に照射される前記赤外光の反射光と、前記青果物に照射される前記可視光の反射光と、が入射され、
前記光電変換素子により、第１の画像乃至第３の画像が撮像され、
前記第１の画像は、前記赤外光の前記反射光を含む光に基づく画像であり、
前記第２の画像及び前記第３の画像のそれぞれは、前記可視光の前記反射光を含む光に基づく画像であり、
前記可撓性を有する基板は、前記青果物の周囲を囲むように湾曲され、
前記基板の湾曲方向は、前記第１の方向と同じ方向である検査装置。
【請求項2】
請求項１において、前記第１の発光素子および前記第２の発光素子のそれぞれは、有機ＥＬ素子である検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の一態様は、検査装置に関する。本発明の一態様は、検査装置の動作方法に関する。
【0002】
なお、本発明の一態様は、上記の技術分野に限定されない。本明細書等で開示する本発明の一態様の技術分野としては、半導体装置、撮像装置、表示装置、発光装置、蓄電装置、記憶装置、電子機器、照明装置、入力装置、入出力装置、それらの動作方法、又はそれらの製造方法、を一例として挙げることができる。半導体装置は、半導体特性を利用することで機能しうる装置全般を指す。
【背景技術】
【0003】
農作業者にとって、得られる収穫物の熟度などの判定は、収穫物の価値を知るうえで重要である。特許文献１には収穫物の熟度判定の一例が示されている。また、収穫物の判定に撮像装置を用いる場合がある。
【0004】
撮像装置は写真や動画を撮影する用途だけでなく、顔認証や指紋認証などの生体認証や、タッチセンサまたはモーションセンサなどの入力デバイスなどに応用されるなど、用途が多様化している。また撮像装置の高性能化や多機能化も進んでいる。例えば特許文献２では、酸化物半導体を有するオフ電流が極めて低いトランジスタを画素回路の一部に用い、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）回路が作製可能なシリコンを有するトランジスタを周辺回路に用いる構成の撮像装置が開示されている。
【0005】
また、特許文献３では、シリコンを有するトランジスタと、酸化物半導体を有するトランジスタと、結晶性シリコン層を有するフォトダイオードを積層する構成の撮像装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【文献】特開２０１８－４６４６号公報
【文献】特開２０１１－１１９７１１号公報
【文献】特開２０１３－２４３３５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
本発明の一態様は、複数の機能を有する検査装置を実現することを課題の一とする。または、本発明の一態様は、検査装置の性能を向上することを課題の一とする。または、本発明の一態様は、検査装置の構成を簡略化することを課題の一とする。または、本発明の一態様は、撮像装置の構成を簡略化することを課題の一とする。
【0008】
なお、これらの課題の記載は、他の課題の存在を妨げるものではない。なお、本発明の一態様は、これらの課題の全てを解決する必要はないものとする。なお、これら以外の課題は、明細書、図面、請求項などの記載から抽出することが可能である。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明の一態様は、可撓性を有する基板上に設けられた第１の光源、第２の光源および撮像部を有し、第１の光源は、赤外光を放射する機能を有し、第２の光源は、可視光を放射する機能を有し、第１の光源から放射される赤外光と、第２の光源から放射される可視光と、は、青果物に照射され、撮像部には、青果物に照射される赤外光の反射光と、青果物に照射される可視光の反射光と、が入射され、撮像部により、第１の画像乃至第３の画像が撮像され、第１の画像は、赤外光の反射光を含む光に基づく画像であり、第２の画像および第３の画像は、可視光の反射光を含む光に基づく画像であり、第１の画像に基づき、青果物の糖度、酸度、生理障害のうち一以上を検知する機能を有し、第２の画像に基づき、青果物の表面の色あるいは傷のうち一以上を検知する機能を有し、第１の画像および第２の画像に基づき、青果物の等級を判定する機能を有し、第３の画像に基づき、青果物の大きさを検知して階級を判定する機能を有する検査装置である。
【0010】
または、本発明の一態様は、可撓性を有する基板上に設けられた画素アレイを有し、画素アレイは複数の画素を有し、複数の画素のそれぞれは、第１の発光素子、第２の発光素子および光電変換素子を有し、第１の発光素子は、赤外光を放射する機能を有し、第２の発光素子は、可視光を放射する機能を有し、第１の発光素子から放射される赤外光と、第２の発光素子から放射される可視光と、は、青果物に照射され、光電変換素子には、青果物に照射される赤外光の反射光と、青果物に照射される可視光の反射光と、が入射され、光電変換素子により第１の画像乃至第３の画像が撮像され、第１の画像は、赤外光の反射光を含む光に基づく画像であり、第２の画像および第３の画像は、可視光の反射光を含む光に基づく画像であり、第１の画像に基づき、青果物の糖度、酸度、生理障害のうち一以上を検知する機能を有し、第２の画像に基づき、青果物の表面の色あるいは傷のうち一以上を検知する機能を有し、第１の画像および第２の画像に基づき、青果物の等級を判定する機能を有し、第３の画像に基づき、青果物の大きさを検知して階級を判定する機能を有する検査装置である。
【0011】
また上記構成において、第１の発光素子および第２の発光素子は、有機ＥＬ素子であることが好ましい。
【0012】
また上記構成において、基板は、円筒の側面に沿う形状を有することが好ましい。
【0013】
また上記構成において、円筒の直径が可変であることが好ましい。
【0014】
または、本発明の一態様は、可撓性を有する基板上に設けられた画素アレイを有し、画素アレイは複数の画素を有し、複数の画素のそれぞれは、第１の発光素子、第２の発光素子および光電変換素子を有し、第１の発光素子から赤外光が青果物に照射される第１のステップと、第１のステップにおいて青果物に照射された赤外光が青果物の表面およびその近傍で反射され、光電変換素子において第１の画像が撮像される第２のステップと、第２のステップにおいて撮像された第１の画像に基づき、青果物の糖度、酸度、および生理障害のうち一以上が検知される第３のステップと、第２の発光素子から可視光が青果物に照射される第４のステップと、第４のステップにおいて青果物に照射された可視光が青果物の表面およびその近傍で反射され、光電変換素子において第２の画像および第３の画像が撮像される第５のステップと、第２の画像に基づき、表面の色あるいは傷のうち一以上が検知される第６のステップと、第３のステップの検知結果と第６のステップの検知結果が統合され、青果物の等級が判定される第７のステップと、第３の画像に基づき、青果物の大きさを検知して階級分けが行われる第８のステップと、を有する検査装置の動作方法である。
【0015】
また上記構成において、第１の発光素子および第２の発光素子は、有機ＥＬ素子であることが好ましい。
【0016】
また上記構成において、基板は、円筒の側面に沿う形状を有することが好ましい。
【0017】
また上記構成において、円筒の直径が可変であることが好ましい。
【発明の効果】
【0018】
本発明の一態様により、複数の機能を有する検査装置を実現することができる。また、本発明の一態様により、検査装置の性能を向上することができる。また、本発明の一態により、検査装置の構成を簡略化することができる。また、本発明の一態様により、撮像装置の構成を簡略化することができる。
【0019】
なお、これらの効果の記載は、他の効果の存在を妨げるものではない。なお、本発明の一態様は、必ずしも、これらの効果の全てを有する必要はない。なお、これら以外の効果は、明細書、図面、請求項などの記載から抽出することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【0020】
図１Ａ、図１Ｂは、検査装置の構成の一例を説明する図である。
図２Ａ、図２Ｂは、検査装置の構成の一例を説明する図である。
図３Ａ、図３Ｂは、画素アレイの一例を説明する図である。
図４Ａ、図４Ｂは、画素アレイの一例を説明する図である。
図５Ａは、検査装置の動作の一例を説明する図である。図５Ｂは、検査装置の構成の一例を説明する図である。
図６は、検査装置の構成の一例を説明する図である。
図７Ａは、検査装置の一部を示す断面図である。図７Ｂは、検査装置の一部を示す断面図である。図７Ｃは、検査装置の一部の展開した様子を示す上面図である。
図８Ａは、検査装置の一部を示す断面図である。図８Ｂは、検査装置の一部を示す断面図である。図８Ｃは、検査装置の一部の展開した様子を示す上面図である。
図９は、検査装置の構成の一例を説明する図である。
図１０は、画素の一例を説明する図である。
図１１Ａ、図１１Ｂ、図１１Ｃは、検査装置の動作の一例を説明するタイミングチャートである。
図１２は、検査装置の動作の一例を説明するフロー図である。
図１３Ａ、図１３Ｂは、画素の一例を示す断面図である。
図１４Ａ、図１４Ｂ、図１４Ｃ、図１４Ｄは、トランジスタの一例を示す断面図である。
図１５は、市場イメージを説明する図である。
図２Ａ、図２Ｂは、検査装置の構成の一例を説明する図である。
図３Ａ、図３Ｂは、画素アレイの一例を説明する図である。
図４Ａ、図４Ｂは、画素アレイの一例を説明する図である。
図５Ａは、検査装置の動作の一例を説明する図である。図５Ｂは、検査装置の構成の一例を説明する図である。
図６は、検査装置の構成の一例を説明する図である。
図７Ａは、検査装置の一部を示す断面図である。図７Ｂは、検査装置の一部を示す断面図である。図７Ｃは、検査装置の一部の展開した様子を示す上面図である。
図８Ａは、検査装置の一部を示す断面図である。図８Ｂは、検査装置の一部を示す断面図である。図８Ｃは、検査装置の一部の展開した様子を示す上面図である。
図９は、検査装置の構成の一例を説明する図である。
図１０は、画素の一例を説明する図である。
図１１Ａ、図１１Ｂ、図１１Ｃは、検査装置の動作の一例を説明するタイミングチャートである。
図１２は、検査装置の動作の一例を説明するフロー図である。
図１３Ａ、図１３Ｂは、画素の一例を示す断面図である。
図１４Ａ、図１４Ｂ、図１４Ｃ、図１４Ｄは、トランジスタの一例を示す断面図である。
図１５は、市場イメージを説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【0021】
以下、実施の形態について図面を参照しながら説明する。ただし、実施の形態は多くの異なる態様で実施することが可能であり、趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は、以下の実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
【0022】
なお、以下に説明する発明の構成において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、その繰り返しの説明は省略する。また、同様の機能を指す場合には、ハッチパターンを同じくし、特に符号を付さない場合がある。
【0023】
なお、本明細書で説明する各図において、各構成の大きさ、層の厚さ、または領域は、明瞭化のために誇張されている場合がある。よって、必ずしもそのスケールに限定されない。
【0024】
なお、本明細書等における「第１」、「第２」等の序数詞は、構成要素の混同を避けるために付すものであり、数的に限定するものではない。
【0025】
（実施の形態１）
実施の形態では、本発明の一態様である検査装置について、図面を参照して説明する。
実施の形態では、本発明の一態様である検査装置について、図面を参照して説明する。
【0026】
本発明の一態様の検査装置は、青果物の検査を行う機能を有する。
【0027】
図１Ａには、本発明の一態様の検査装置８０を示す。検査装置８０は、撮像する機能を有する。また、検査装置８０は発光する機能を有する。検査装置８０は、可視光と、赤外光とを発光する機能を有することが好ましい。本発明の一態様で用いる可視光は例えば、波長が３８０ｎｍ以上７００ｎｍ未満の光であることが好ましい。また、本発明の一態様で用いる赤外光は例えば、７００ｎｍ以上２５００ｎｍ以下の波長であることが好ましい。
【0028】
検査装置８０は、基板７９および画素アレイ８１を有する。画素アレイ８１は基板７９上に設けられる。画素アレイ８１は複数の画素を有する。画素アレイ８１が有するそれぞれの画素は、光電変換素子および発光素子の少なくともいずれかを有する。
【0029】
基板７９は可撓性を有することが好ましい。基板７９が可撓性を有することにより、基板７９と画素アレイ８１を含む一体物を、所望の形状とするのが容易である。例えば、図１Ａに示すように、円筒型の形状とすることができる。
【0030】
基板７９と画素アレイ８１を含む一体物が円筒型の形状を有することにより例えば、図１Ｂに示すように画素アレイ８１の表面から青果物９０の表面までの距離のばらつきを小さくすることができる。よって、青果物９０の表面において、画素アレイ８１の表面から照射される光８９の照射強度のばらつきを小さくすることができる。照射強度のばらつきを小さくすることにより、傷などの検知がし易くなり、検査の精度が向上する。また、青果物９０の周囲を発光面が囲むように配置されるため、青果物９０の向きを揃えずにベルトコンベア上に搭載することができ、作業者の負担を低減することができるため、作業の効率化が可能である。また、上下左右の４方向に加えて、斜め方向など、任意の角度からの光を照射することができる。よって、例えば後述する角柱などの形状に比べて、影ができづらい場合があり、そのような場合には検査の精度が向上する。
【0031】
基板７９と画素アレイ８１を含む一体物は、青果物９０の種類に合わせて、上下に移動する機能を有することが好ましい。例えば、メロン、すいか、等の大きな青果物を検査する場合に比べて、より小さい青果物、例えばみかん、りんご等、を検査する場合には、円筒を下方に移動し、光源を近づけることができる。光源を近づけることにより、青果物９０に照射される光の強度を高めることができる場合がある。強度を高めることにより、検査の精度が向上する場合がある。このように検査装置８０は、複数の種類の青果物を検査できる。
【0032】
また、基板７９と画素アレイ８１を含む一体物が円筒の形状を有する場合には、円筒の断面積の直径を可変にする構成としてもよい。可撓性を有する基板７９を用いることにより、円筒の断面積の直径を可変にすることが容易である。このような構成とすることにより、より小さい青果物に合わせて光源を近づけることができる。
【0033】
図１には基板７９と画素アレイ８１を含む一体物が円筒型の形状を有する例を示すが、基板７９と画素アレイ８１を含む一体物は例えば、楕円柱、半円柱、角柱、等の様々な形状を有することができる。
【0034】
図１Ａに示すように、ベルトコンベア８６上に複数の青果物９０が載せられ、検査装置８０の内部に導入される。
【0035】
検査装置８０において、画素アレイ８１から放射される光が青果物９０に照射される。青果物に放射された光は、青果物９０の表面、およびその近傍において反射され、その一部は画素アレイ８１に入射する。画素アレイ８１に入射された光は、画素アレイ８１により撮像される。
【0036】
画素アレイ８１により撮像されるデータを用いて、検査装置８０は青果物９０の検査を行う。検査の種類としては、青果物９０のサイズ、形状、色、傷、生理障害、糖度、酸度、熟度、等の評価が挙げられる。生理障害の評価として例えば、青果物９０の内部の鬆の検知等が挙げられる。
【0037】
青果物９０のサイズ、形状、色および傷の評価には例えば、可視光を青果物９０に照射し、撮像を行い、得られた像を解析すればよい。
【0038】
青果物９０の糖度、酸度および生理障害の評価には例えば、赤外光を青果物９０に照射し、撮像を行えばよい。ここで例えば、撮像の際に、青果物９０からの反射光の分光を行ってもよい。
【0039】
青果物９０の糖度に依存して赤外光の反射光の強度が変化する。一方、赤外光の反射光は、青果物９０の糖度以外にも依存してその強度が変化する。例えば、青果物９０と画素アレイ８１との距離、青果物９０の表面の平坦性、および青果物９０の表面の向き、等によりその強度が変化する。赤外光を測定する場合、可視光を基準として強度を決定することができる。
【0040】
本発明の一態様の検査装置は、可視光と赤外光を発光する機能を有する。本発明の一態様の検査装置は、可視光を用いる検査と赤外光を用いる検査を同じ装置内で行うことができるため、可視光を用いる検査装置と赤外光を用いる検査装置を個別に準備する場合に比べ、検査に要するコストを削減できる場合がある。
【0041】
検査装置８０は、制御回路を有する。検査装置が有する制御回路は、画素アレイ８１の撮像および光の照射を制御する機能を有する。また、検査装置が有する制御回路は、撮像されたデータに基づき、青果物９０の検査結果を導出する機能を有する。
【0042】
青果物９０の検査において、画像解析等の解析を行う場合がある。画像解析等の解析は、検査装置８０が有する制御回路を用いて行ってもよいし、検査装置８０に端末等を接続し、該端末等により解析を行ってもよい。図１Ａに示す例では、検査装置８０に携帯端末９６を接続し、画像の解析を行う。携帯端末９６に搭載される集積回路は、機械学習を用いて画像の解析を行う機能を有することが好ましい。携帯端末９６は表示部を有する。検査装置８０の使用者は、携帯端末９６の表示部に表示される画像を用いて、検査に必要な項目の入力等を行うことができる。携帯端末９６と検査装置８０と、は有線接続でも無線接続でもよい。
【0043】
検査装置８０による検査結果に基づき、青果物９０はグループ分けされる。青果物９０が属するグループに基づき、例えば、図１に示すように、区切られたエリアに搬送される。図１Ａに示す例では、第１のグループに属する青果物９０はエリア９８に、第２のグループに属する青果物９０はエリア９９に、それぞれ搬送される。
【0044】
ベルトコンベア８６は、可視光を透過する材料で構成することができる。これにより、ベルトコンベア８６を透過して、青果物９０の下部に可視光を照射することができる。青果物９０の下部に可視光を照射することにより例えば、下部にある傷等を検知することができる。
【0045】
また、ベルトコンベア８６は、赤外光を透過する材料で構成してもよい。また、ベルトコンベア８６は網目状としてもよい。ベルトコンベア８６を網目状とすることにより、網目の隙間を通り可視光、および赤外光が青果物９０の下部に照射される。
【0046】
次に図２を用いて、検査装置８０が有する画素アレイについて説明する。図２Ａに示す検査装置８０は、画素アレイ８１を有する。図２Ｂに示す検査装置８０は、画素アレイ８３および画素アレイ８４を有し、画素アレイ８３および画素アレイ８４はそれぞれ帯状の形状を有する。図２Ｂに示す検査装置８０において、帯状の画素アレイ８３と帯状の画素アレイ８４が交互に配置されている。
【0047】
図３Ａに、画素アレイ８１、および画素アレイ８１が有する画素１０の一例を示す。図３Ａに示す画素アレイ８１は、マトリックス状に配置された複数の画素１０を有する。それぞれの画素１０は、光電変換素子１１、発光素子１２および発光素子１３を有する。発光素子１２は例えば可視光として白色光を放射する機能を有する。発光素子１３は例えば赤外光を放射する機能を有する。
【0048】
また画素アレイ８１が有する画素１０として、図３Ｂに示す画素１０を用いてもよい。図３Ｂに示す画素１０は、光電変換素子１１、発光素子１２および発光素子１３を有する。図３Ｂに示す発光素子１２は例えば可視光として赤色光、緑色光および青色光をそれぞれ放射する機能を有する。発光素子１３は例えば赤外光を放射する機能を有する。
【0049】
図４Ａは帯状の画素アレイ８３と帯状の画素アレイ８４が交互に配置されている様子を示す。画素アレイ８３はマトリックス状に配置された複数の画素１０ａを有する。画素１０ａは、光電変換素子１１を有する。画素アレイ８４はマトリックス状に配置された複数の画素１０ｂを有する。画素１０ｂは、発光素子１２および発光素子１３を有し、発光素子１２は可視光として白色光を放射する機能を有し、発光素子１３は赤外光を放射する機能を有する。
【0050】
画素アレイ８４が有する画素１０ｂとして、図４Ｂに示す画素１０ｂを用いてもよい。図４Ｂに示す画素１０ｂは、発光素子１２および発光素子１３を有し、発光素子１２は可視光として赤色光、緑色光および青色光をそれぞれ放射する機能を有し、発光素子１３は赤外光を放射する機能を有する。
【0051】
図２Ｂに示す検査装置８０のように帯状の画素アレイ８３と帯状の画素アレイ８４を交互に配置することにより、撮像を行う領域、ここでは画素アレイ８３と、発光する領域、ここでは画素アレイ８４、とを分けることができる。撮像領域と発光する領域を分けることにより例えば、それぞれの領域に異なるレンズ等を用いることができる。
【0052】
また、画素アレイ８４に換えて、ＬＥＤ、ハロゲンランプ、等の光源を用いてもよい。
【0053】
また、図５Ａに示すように、検査装置８０は青果物９０の大きさに合わせて、円筒の側面に沿う形状である基板７９の半径を変化させることができる。例えば、図１Ｂに示すように青果物９０が林檎である場合に比べて、図５Ｂに示すように青果物９０が苺である場合には、半径を小さくする。半径を小さくすることにより、青果物９０と画素アレイ８１の距離が小さくなり、青果物９０に照射される光の強度を高めることができる。また、青果物９０の表面およびその近傍からの反射光を検知しやすくすることができる。このように、検査装置８０は、可撓性を有する基板７９を用いることにより、サイズ、色、形状、等が大きく異なる複数の種類の青果物についても、単一の装置を用いて検査を行うことができる。図１Ａおよび図５Ｂには林檎と苺の例を示すが、青果物として例えば柑橘類、メロン、西瓜、マンゴー、バナナ、マンゴスチン等の果物、および芋類、トマト、なす、等の野菜、等の様々な青果物の検査を行うことができる。
【0054】
また、図６に示すように、検査装置８０が有する基板７９および画素アレイ８１は角柱の側面に沿う形状とすることができる。
【0055】
図７Ａには、図２Ａの検査装置８０において、一点鎖線Ａ－Ｂにおける断面を示す。図７Ａに示すように、基板７９の断面は円に沿う形状を有し、該円の内側の面の上に画素アレイ８１が設けられる。なお、図７Ａ等において、見やすくするため、画素アレイ等の厚さを誇張して表現する場合がある。図７Ａに示す基板７９の断面は輪の形状を有しており、一続きに繋がる例を示すが、図７Ｂに示すように、例えば断面の一部に切り込み７８などを有してもよい。図７Ｃには、円筒状の形状を有する基板７９および基板７９上の画素アレイ８１を平面に展開し、上面からみた図を示す。
【0056】
図８Ａおよび図８Ｂには、図２Ｂの検査装置８０において、二点鎖線Ｃ－Ｄにおける断面および一点鎖線Ｅ－Ｆにおける断面を示す。図８Ｃには、円筒状の形状を有する基板７９と、基板７９上の画素アレイ８３および画素アレイ８４を平面に展開し、上面からみた図を示す。
【0057】
図７Ａおよび図８Ａ等において、基板７９の断面は円形に沿う形状を有するが、円形の他に、楕円形など、様々な曲線に沿う形状を有することができる。また、多角形に沿う形状を有する場合には例えば、五以上の角（あるいは頂点ともいう）を有する多角形であることが好ましい。多角形の角が多いほど、角の角度が広くなり、発光素子からの光を遮りづらくなるため、影を生じづらくすることができる。また、角が丸みを帯びることが好ましい。角が丸みを帯びることにより、影を生じづらくすることができる。
【0058】
次に、上述の画素アレイを用いた検査装置について、以下に説明する。
【0059】
本発明の一態様の検査装置は、発光素子を有する。発光素子が発し、被写体から反射された光を画素が有する光電変換素子で受光する。発光素子には例えば、ＥＬ素子を用いることができる。ＥＬ素子を用いることにより、薄型の光源付撮像装置を構成することができる。
【0060】
また、発光素子として赤外光を発する素子を用いることで有機物、特に青果物の検査などの用途に用いることができる。また、グローバルシャッタ方式での撮像が可能な画素を用いることで、被写体を静止させなくても歪みのない画像を得ることができる。また、グローバルシャッタ方式での撮像が可能な画素を用いることで、高速で撮像を行うことができる。
【0061】
光電変換素子に入射する光はカラーフィルターにより分離されてもよい。光電変換素子には、分光された光が入射されてもよい。本発明の一態様の撮像装置は例えば、分光のための回折格子などを有してもよい。回折格子により波長ごとに分けられた光はそれぞれ、対応する領域の光電変換素子に入射する。波長に対応するそれぞれの領域に、異なる画素を割り当てることができる。例えば、回折格子により分けられた光のうち、第１の波長およびその近傍の光は第１の画素に入射し、第２の波長およびその近傍の光は第２の画素に入射し、第３の波長およびその近傍の光は第３の画素に入射する。波長に対応する領域の光電変換素子に入射される光の強度を算出することにより、反射光の波長を算出することができる。
【0062】
本発明の一態様の検査装置は、可撓性を有する基板上に画素アレイを有し、該画素アレイが有する光源を有機ＥＬ素子等で構成することができるため、軽量な装置を実現できる。
【0063】
図９は、本発明の一態様の検査装置を説明するブロック図である。当該検査装置は、マトリクス状に配列された画素１０を有する画素アレイ８１と、画素アレイ８１の行を選択する機能を有する回路２２（ロードライバ）と、画素１０からデータを読み出す機能を有する回路２３と、電源電位を供給する回路２８を有する。画素１０は、光電変換素子１１、発光素子１２および発光素子１３を有する。検査装置８０が制御回路３１のうち、一部のみを有する構成とすることもできる。また図９に示すように、回路２２、回路２３および回路２８に制御回路３１が電気的に接続されることが好ましい。また、制御回路３１の一部の機能を、前述の携帯端末９６が担うこともできる。
【0064】
制御回路３１がニューラルネットワークの演算を行う機能を有してもよい。検査装置８０が行う等級の判定や階級の判定に、ＡＩ（Ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ）デバイスを用いることができる。ＡＩデバイスを用いて例えば、精度の高い画像処理を行うことができる。ＡＩデバイスは例えば、ニューラルネットワークを用いた演算を行う。また、ＡＩデバイスは、検査装置の検査結果等を用いた学習を行うことにより、ある時間が経過した後の糖度などの各種パラメータの変化を予測することができる。例えば、検査時には糖度が好ましい範囲より低い場合においても、店頭に並ぶ時、あるいは消費者が青果物を食する時に糖度が好ましい範囲まで向上することを見込んで出荷を行うことができる。生産地から販売店まで到達するまでに日数を有する場合などにも有効である。また、ＡＩデバイスを用いて賞味期限を算出できる可能性がある。
【0065】
回路２３は、画素アレイ８１の列を選択する機能を有する回路２４（カラムドライバ）と、画素１０の出力データに対して相関二重サンプリング処理を行うための回路２５（ＣＤＳ回路）と、回路２５から出力されたアナログデータをデジタルデータに変換する機能を有する回路２６（Ａ／Ｄ変換回路等）などを有することができる。
【0066】
画素アレイ８１が有する画素１０には、回路２８からの信号を与える機能を有する配線（例えば後述する配線１２１、配線１２２）と、回路２３へ信号を与える機能を有する配線（例えば後述する配線１２４）と、が電気的に接続される
【0067】
図９には、画素アレイとして画素アレイ８１を用いる例を示すが、画素アレイとして画素アレイ８３および画素アレイ８４を用いてもよい。この場合には例えば、画素アレイ８３には回路２８からの信号を与える機能を有する配線が電気的に接続され、画素アレイ８４には回路２３へ信号を与える機能を有する配線が電気的に接続される。
【0068】
＜画素の回路構成例＞
図１０は、画素１０の構成例を説明する回路図である。画素１０は、光電変換素子１１が設けられた撮像回路１００と、発光素子１２または発光素子１３が設けられた表示回路１３０と、を有する。撮像回路は撮像装置と呼ばれる場合がある。表示回路は表示装置と呼ばれる場合がある。
図１０は、画素１０の構成例を説明する回路図である。画素１０は、光電変換素子１１が設けられた撮像回路１００と、発光素子１２または発光素子１３が設けられた表示回路１３０と、を有する。撮像回路は撮像装置と呼ばれる場合がある。表示回路は表示装置と呼ばれる場合がある。
【0069】
＜＜撮像回路の構成例＞＞
撮像回路１００は、光電変換素子１１の他、トランジスタ１０１と、トランジスタ１０２と、トランジスタ１０３と、トランジスタ１０４と、容量素子１０５と、を有する。なお、容量素子１０５を設けない構成としてもよい。
撮像回路１００は、光電変換素子１１の他、トランジスタ１０１と、トランジスタ１０２と、トランジスタ１０３と、トランジスタ１０４と、容量素子１０５と、を有する。なお、容量素子１０５を設けない構成としてもよい。
【0070】
光電変換素子１１の一方の電極は、トランジスタ１０１のソース又はドレインの一方と電気的に接続されている。トランジスタ１０１のソース又はドレインの他方は、トランジスタ１０２のソース又はドレインの一方と電気的に接続されている。トランジスタ１０２のソース又はドレインの一方は、トランジスタ１０３のゲートと電気的に接続されている。トランジスタ１０３のゲートは、容量素子１０５の一方の電極と電気的に接続されている。トランジスタ１０３のソース又はドレインの一方は、トランジスタ１０４のソース又はドレインの一方と電気的に接続されている。
【0071】
ここで、トランジスタ１０１のソース又はドレインの他方、トランジスタ１０２のソース又はドレインの一方、トランジスタ１０３のゲート、及び容量素子１０５の一方の電極が電気的に接続されているノードをノードＦＤとする。ノードＦＤは電荷蓄積部として機能させることができる。
【0072】
トランジスタ１０１のゲートは、配線１１１と電気的に接続されている。トランジスタ１０２のゲートは、配線１１２と電気的に接続されている。トランジスタ１０４のゲートは、配線１１４と電気的に接続されている。光電変換素子１１の他方の電極は、配線１２１と電気的に接続されている。トランジスタ１０２のソース又はドレインの他方は、配線１２２と電気的に接続されている。トランジスタ１０４のソース又はドレインの他方は、配線１２４と電気的に接続されている。容量素子１０５の他方の電極は、配線１２５と電気的に接続されている。
【0073】
配線１１１、配線１１２、及び配線１１４は走査線としての機能を有し、配線１１１、配線１１２、配線１１４を介して各トランジスタのゲートに供給される信号により、各トランジスタの導通を制御することができる。配線１２４はデータ線としての機能を有し、光電変換素子１１により取得された撮像データは配線１２４を介して撮像回路１００の外部に出力される。
【0074】
配線１２１、配線１２２、及び配線１２５は電源線としての機能を有する。図１０に示す撮像回路１００は、光電変換素子１１のカソードがトランジスタ１０１のソース又はドレインの一方と電気的に接続され、光電変換素子１１のアノードが配線１２１と電気的に接続される構成である。よって、配線１２１を低電位、配線１２２を高電位とすることにより、ノードＦＤを高電位にリセットして動作させる構成とすることができるので、光電変換素子１１を逆バイアスで動作させることができる。なお、配線１２５は、低電位とすることができる。
【0075】
本明細書等において、高電位とは、低電位よりも高い電位を示す。例えば、高電位は正電位とすることができ、低電位は接地電位又は負電位とすることができる。
【0076】
トランジスタ１０１は、転送トランジスタとしての機能を有する。トランジスタ１０１を導通状態とすることにより、ノードＦＤの電位を、光電変換素子１１の露光量に応じた電位とすることができる。これにより、撮像回路１００が撮像データを取得することができる。
【0077】
トランジスタ１０２は、リセットトランジスタとしての機能を有する。トランジスタ１０２を導通状態とすることにより、ノードＦＤの電位を配線１２２の電位にリセットすることができる。
【0078】
トランジスタ１０３は、増幅トランジスタとしての機能を有し、ノードＦＤの電位に応じた出力を行うことができる。
【0079】
トランジスタ１０４は、選択トランジスタとしての機能を有する。トランジスタ１０４を導通状態とすることにより、撮像データを配線１２４に出力することができる。具体的には、配線１２４の電流を、撮像データに対応する値とすることができる。
【0080】
＜＜表示回路の構成例＞＞
表示回路１３０は、発光素子１２または発光素子１３の他、トランジスタ１３１と、トランジスタ１３２と、トランジスタ１３３と、容量素子１３４と、を有する。
表示回路１３０は、発光素子１２または発光素子１３の他、トランジスタ１３１と、トランジスタ１３２と、トランジスタ１３３と、容量素子１３４と、を有する。
【0081】
トランジスタ１３１のソース又はドレインの一方は、トランジスタ１３２のゲートと電気的に接続されている。トランジスタ１３２のゲートは、容量素子１３４の一方の電極と電気的に接続されている。トランジスタ１３２のソース又はドレインの一方は、トランジスタ１３３のソース又はドレインの一方と電気的に接続されている。トランジスタ１３３のソース又はドレインの一方は、容量素子１３４の他方の電極と電気的に接続されている。容量素子１３４の他方の電極は、発光素子１２または発光素子１３の一方の電極と電気的に接続されている。
【0082】
トランジスタ１３１のソース又はドレインの他方は、配線１４１と電気的に接続されている。トランジスタ１３２のソース又はドレインの他方は、配線１４２と電気的に接続されている。トランジスタ１３３のソース又はドレインの他方は、配線１４３と電気的に接続されている。トランジスタ１３１のゲート、及びトランジスタ１３３のゲートは、配線１４４と電気的に接続されている。発光素子１２または発光素子１３の他方の電極は、配線１４５と電気的に接続されている。
【0083】
配線１４１はデータ線としての機能を有し、発光素子１２または発光素子１３の発光輝度に関する情報を有するデータが、配線１４１を介して表示回路１３０に供給される。配線１４３はモニタ線としての機能を有し、配線１４３を流れる電流を検出すること等により、発光素子１２または発光素子１３の電気特性等を検出することができる。配線１４４は走査線としての機能を有し、配線１４４を介してトランジスタ１３１及びトランジスタ１３３のゲートに供給される信号により、トランジスタ１３１及びトランジスタ１３３の導通を制御することができる。
【0084】
配線１４２及び配線１４５は電源線としての機能を有する。図１０に示す表示回路１３０は、発光素子１２または発光素子１３のアノードがトランジスタ１３２のソース又はドレインの一方と電気的に接続され、発光素子１２または発光素子１３のカソードが配線１４５と電気的に接続される構成である。よって、配線１４２を高電位、配線１４５を低電位とすることにより、発光素子１２または発光素子１３を順バイアスで動作させることができるので、発光素子１２または発光素子１３に、表示回路１３０に供給されたデータに対応する大きさの電流を流すことができる。これにより、発光素子１２または発光素子１３を、表示回路１３０に供給されたデータに対応する輝度で発光させることができる。
【0085】
図１０に示す構成の表示回路１３０において、トランジスタ１３１を導通状態とすることにより、トランジスタ１３２のゲートの電位を、配線１４１から供給されるデータに対応する電位とすることができる。これにより、表示回路１３０にデータを書き込むことができる。
【0086】
トランジスタ１３２は、駆動トランジスタとしての機能を有し、当該トランジスタに供給される電位に応じて発光素子１２または発光素子１３に流れる電流を制御することができる。
【0087】
また、トランジスタ１３３を導通状態とすることにより、配線１４３に電流を流すことができる。これにより、発光素子１２または発光素子１３の電気特性等を取得することができる。
【0088】
図１０では、撮像回路１００と、表示回路１３０と、が電気的に接続されない構成としている。これにより、撮像回路１００と、表示回路１３０と、を独立して制御することができる。なお、撮像回路１００と、表示回路１３０と、が電気的に接続される構成とする場合、撮像回路１００の動作と、表示回路１３０の動作と、を互いに依存させて制御することができる。
【0089】
光電変換素子１１としては、フォトダイオードを用いることができる。本発明の一態様では、赤外線を用いた撮像を行う。したがって、光電変換素子１１には、赤外領域の光を光電変換できるフォトダイオードを用いる。例えば、単結晶シリコンを光電変換部に用いたｐｎ接合型フォトダイオード、多結晶シリコンまたは微結晶シリコンを光電変換層に用いたｐｉｎ型フォトダイオードなどを用いることができる。または、化合物半導体など、赤外領域の光を光電変換できる材料を用いてもよい。
【0090】
トランジスタ１０１は、ノードＦＤの電位を制御する機能を有する。トランジスタ１０２は、ノードＦＤの電位をリセットする機能を有する。トランジスタ１０３はソースフォロア回路として機能し、ノードＦＤの電位を画像データとして配線１２４に出力することができる。トランジスタ１０４は画像データを出力する画素を選択する機能を有する。
【0091】
トランジスタ１０１およびトランジスタ１０２にはチャネル形成領域に金属酸化物を用いたトランジスタ（以下、ＯＳトランジスタ）を用いることが好ましい。ＯＳトランジスタは、オフ電流が極めて低い特性を有する。トランジスタ１０１およびトランジスタ１０２にＯＳトランジスタを用いることによって、ノードＦＤで電荷を保持できる期間を極めて長くすることができる。そのため、回路構成や動作方法を複雑にすることなく、全画素で同時に電荷の蓄積動作を行うグローバルシャッタ方式を適用することができる。
【0092】
図１１Ａはローリングシャッタ方式の動作方法を模式化した図であり、図１１Ｂはグローバルシャッタ方式を模式化した図である。Ｅｎはｎ列目（ｎは自然数）の露光（蓄積動作）、Ｒｎはｎ列目の読み出し動作を表している。図１１Ａ、図１１Ｂでは、１行目からＭ行目（Ｍは自然数）までの動作を示している。図１１Ａおよび図１１Ｂにおいて、１行目をＬｉｎｅ［１］、２行目をＬｉｎｅ［２］、３行目をＬｉｎｅ［３］、と以下、順に名付け、Ｍ行目をＬｉｎｅ［Ｍ］と名付ける。
【0093】
ローリングシャッタ方式は、露光とデータの読み出しを順次行う動作方法であり、ある行の読み出し期間と他の行の露光期間を重ねる方式である。露光後すぐに読み出し動作を行うため、データの保持期間が比較的短い回路構成であっても撮像を行うことができる。しかしながら、撮像の同時性がないデータで１フレームの画像が構成されるため、動体の撮像においては画像に歪が生じてしまう。
【0094】
一方で、グローバルシャッタ方式は、全画素で同時に露光を行って各画素にデータを保持し、行毎にデータを読み出す動作方法である。したがって、動体の撮像であっても歪のない画像を得ることができる。
【0095】
画素にチャネル形成領域にＳｉを用いたトランジスタ（以下、Ｓｉトランジスタ）などの比較的オフ電流の高いトランジスタを用いた場合は、電荷蓄積部からデータ電位が流出しやすいためローリングシャッタ方式が用いられる。Ｓｉトランジスタを用いてグローバルシャッタ方式を実現するには、別途メモリ回路などを設ける必要があり、さらに複雑な動作を高速で行わなければならない。一方で、画素にＯＳトランジスタを用いた場合は、電荷蓄積部からのデータ電位の流出がほとんどないため、容易にグローバルシャッタ方式を実現することができる。
【0096】
なお、トランジスタ１０３およびトランジスタ１０４にもＯＳトランジスタを適用してもよい。また、ＯＳトランジスタおよびＳｉトランジスタを任意に組み合わせて適用してもよい。また、全てのトランジスタをＯＳトランジスタまたはＳｉトランジスタとしてもよい。Ｓｉトランジスタとしては、アモルファスシリコンを有するトランジスタ、結晶性のシリコン（代表的には、低温ポリシリコン、単結晶シリコンなど）を有するトランジスタなどが挙げられる。
【0097】
発光素子１２および発光素子１３にはＥＬ素子を用いることができる。当該ＥＬ素子としては赤外光、あるいは可視光を発する素子を用いることができる。赤外光を発する素子は、特に波長７００ｎｍ以上２５００ｎｍ以下にピークを有する近赤外光を発するＥＬ素子であることが好ましい。例えば、波長７６０ｎｍおよびその近傍の光は静脈中のヘモグロビンに吸収されやすいため、手のひらや指などからの反射光などを受光して画像化することで静脈の位置を検出することができる。当該作用は生体認証として利用することができる。また、適切な波長の近赤外光を利用して食品内の異物検査や工業製品の不良解析などの非破壊検査に利用することもできる。また、グローバルシャッタ方式と組み合わせることで、被写体に動きがあっても精度の高いセンシングが可能となる。
【0098】
また、発光素子１２および発光素子１３としてＥＬ素子を用いることで、薄型の光源付撮像装置を実現することができ、様々な機器へ搭載が容易となり、携帯性も向上させることができる。
【0099】
次に、図１０に示す画素１０の動作の一例を図１１Ｃのタイミングチャートを用いて説明する。なお、本明細書におけるタイミングチャートの説明においては、高電位を“Ｈ”、低電位を“Ｌ”で表す。配線１２１には常時“Ｌ”が供給され、配線１２３には常時“Ｈ”が供給されている状態とする。
【0100】
なお、少なくとも蓄積動作の期間に適切に発光させるための電源電位が発光素子１２または発光素子１３に供給される状態とする。
【0101】
期間Ｔ１において、配線１１２の電位を“Ｈ”、配線１１１の電位を“Ｈ”、配線１１４の電位を“Ｌ”とすると、トランジスタ１０１およびトランジスタ１０２が導通し、ノードＦＤには配線１２２の電位“Ｈ”が供給される（リセット動作）。
【0102】
期間Ｔ２において、配線１１２の電位を“Ｌ”、配線１１１の電位を“Ｈ”、配線１１４の電位を“Ｌ”とすると、トランジスタ１０２が非導通となってリセット電位の供給が遮断される。また、光電変換素子１１の動作に応じてノードＦＤの電位が低下する（蓄積動作）。
【0103】
期間Ｔ３において、配線１１２の電位を“Ｌ”、配線１１１の電位を“Ｌ”、配線１１４の電位を“Ｌ”とすると、トランジスタ１０１が非導通となり、ノードＦＤの電位は確定し、保持される（保持動作）。このとき、ノードＦＤに接続されるトランジスタ１０１およびトランジスタ１０２にオフ電流の低いＯＳトランジスタを用いることによって、ノードＦＤからの不必要な電荷の流出を抑えることができ、データの保持時間の延ばすことができる。
【0104】
期間Ｔ４において、配線１１２の電位を“Ｌ”、配線１１１の電位を“Ｌ”、配線１１４の電位を“Ｈ”とすると、トランジスタ１０４が導通し、トランジスタ１０３のソースフォロア動作によりノードＦＤの電位が配線１２４に読み出される（読み出し動作）。
【0105】
以上が図１０に示す画素１０の動作の一例である。
【0106】
＜検査装置の動作例＞
図１２は、検査装置８０の動作例を説明するフローチャートである。
図１２は、検査装置８０の動作例を説明するフローチャートである。
【0107】
ステップＳ０００において、処理を開始する。
【0108】
次にステップＳ００１において、画素アレイ８１が有する発光素子が発光する。発光された光は青果物９０に照射される。ここで例えば、画素アレイ８１から赤外光が発光され、その後、可視光が発光される。あるいは、赤外光と可視光と同時に発光される場合もある。
【0109】
青果物９０に照射された光は反射し、画素アレイ８１が有する光電変換素子へ入射される。ステップＳ００２において、反射光のうち赤外光が検出される。ステップＳ００３において、反射光のうち可視光が検出される。
【0110】
次にステップＳ００４において、検出された赤外光を用いて赤外の画像を構成する。
【0111】
次にステップＳ００５において、構成された赤外の画像に基づき、青果物９０の糖度および酸度が判定される。
【0112】
次にステップＳ００６において、検出された可視光を用いてカラーの画像を構成する。あるいはグレーの画像を構成してもよい。
【0113】
また、ステップＳ００６において得られたカラーの画像に基づき、ステップＳ００７あるいはステップＳ００８において階級の判定を行うことができる。あるいは、ステップＳ００６の後に別途、階級の判定を行うための画像を構成してもよい。
【0114】
次にステップＳ００７において、構成されたカラーの画像に基づき、青果物９０の色味および傷が判定される。なお、ステップＳ００７は、ステップＳ００５と同時に行われてもよい。また例えばステップＳ００５の前にステップＳ００６が行われてもよい。
【0115】
次にステップＳ００８において、ステップＳ００５で得られた判定結果とステップＳ００７で得られた判定結果が統合され、等級判定が行われる。
【0116】
ステップＳ９９９において、処理が終了される。
【0117】
本実施の形態は、他の実施の形態の記載と適宜組み合わせることができる。
【0118】
（実施の形態２）
本実施の形態では、本発明の一態様の検査装置に適用可能な画素アレイが有する画素等について説明する。
本実施の形態では、本発明の一態様の検査装置に適用可能な画素アレイが有する画素等について説明する。
【0119】
＜画素の構成例＞
図１３Ａには、画素１０の断面図の一例を示す。画素１０は、基板７９と基板５０との間に、トランジスタ１０１、トランジスタ１３２、光電変換素子１１、発光素子１２または発光素子１３を有する。ここで、トランジスタ１０１及びトランジスタ１３２には、例えばチャネル形成領域に金属酸化物を用いたトランジスタ（以下、ＯＳトランジスタ）を用いることができる。
図１３Ａには、画素１０の断面図の一例を示す。画素１０は、基板７９と基板５０との間に、トランジスタ１０１、トランジスタ１３２、光電変換素子１１、発光素子１２または発光素子１３を有する。ここで、トランジスタ１０１及びトランジスタ１３２には、例えばチャネル形成領域に金属酸化物を用いたトランジスタ（以下、ＯＳトランジスタ）を用いることができる。
【0120】
導電層２１はトランジスタ１０１のソースおよびドレインのいずれか一方に電気的に接続される。
【0121】
基板７９として、可撓性を有する基板を用いることが好ましい。可撓性を有する基板として用いることができる材料には例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）に代表されるプラスチックがある。または、一例としては、アクリル等の合成樹脂などがある。または、一例としては、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリフッ化ビニル、又はポリ塩化ビニルなどがある。または、一例としては、ポリアミド、ポリイミド、アラミド、エポキシ、又は無機蒸着フィルムなどがある。また、金属、ステンレス・スチル、ステンレス・スチル・ホイルを有する板、タングステン、タングステン・ホイルを有する板、紙類又は半導体（例えば単結晶又はシリコン）などを用いてもよい。
【0122】
光電変換素子１１は、例えばｐｎ接合型フォトダイオード、又はｐｉｎ接合型フォトダイオードとすることができる。図１３Ａに示す光電変換素子１１は、導電層２１上に形成された半導体層９９９を有し、半導体層９９９上に導電層１１３を有する。導電層１１３は透光性を有することが好ましい。
【0123】
あるいは光電変換素子１１としてセレンを有する変換素子を用いてもよい。
【0124】
導電層１１３上には絶縁層２１４が設けられ、絶縁層２１４上には発光素子１２または発光素子１３が設けられる。
【0125】
発光素子１２または発光素子１３は、導電層１９１、発光層９９８および導電層１１５を有する。導電層１９１はトランジスタ１３２のソースおよびドレインのいずれか一方に電気的に接続される。発光層９９８としてＥＬ層を用いることができる。すなわち、発光素子１２および発光素子１３をＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ－Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）素子とすることができる。導電層１１５は透光性を有することが好ましい。
【0126】
導電層１１５上に絶縁層１３５が設けられ、絶縁層１３５上に基板５０が設けられる。また、基板５０と絶縁層１３５の間にブラックマトリクスＢＭを有してもよい。
【0127】
発光素子１２および発光素子１３から光８９が射出される。光８９は青果物９０に照射され、青果物９０において反射された光８８が光電変換素子１１に入射される。
【0128】
また図１３Ｂに示すように、光電変換素子１１と、発光素子１２および発光素子１３と、を同じ層に形成してもよい。この場合には、導電層１１３および導電層１１５は、同じ工程にて作製することができる。
【0129】
＜トランジスタの構成例＞
図１４Ａに、トランジスタ１０１等に適用することができるＯＳトランジスタの詳細な構成例を示す。図１４Ａに示すＯＳトランジスタは、金属酸化物層及び導電層の積層上に絶縁層を設け、当該金属酸化物層に達する溝を当該絶縁層及び導電層に設けることでソース電極２０５及びドレイン電極２０６を形成する、セルフアライン型の構成である。
図１４Ａに、トランジスタ１０１等に適用することができるＯＳトランジスタの詳細な構成例を示す。図１４Ａに示すＯＳトランジスタは、金属酸化物層及び導電層の積層上に絶縁層を設け、当該金属酸化物層に達する溝を当該絶縁層及び導電層に設けることでソース電極２０５及びドレイン電極２０６を形成する、セルフアライン型の構成である。
【0130】
ＯＳトランジスタは、金属酸化物層２０７に形成されるチャネル形成領域２１０、ソース領域２０３、及びドレイン領域２０４の他、ゲート電極２０１、ゲート絶縁層２０２、及びバックゲート電極２３５を有する構成とすることができる。ここで、上記溝には少なくともゲート絶縁層２０２及びゲート電極２０１が設けられる。当該溝には、さらに金属酸化物層２０８が設けられていてもよい。また、絶縁層８５は、バックゲート電極２３５のゲート絶縁層としての機能を有する。
【0131】
ＯＳトランジスタは、図１４Ｂに示すように、ゲート電極２０１をマスクとして金属酸化物層にソース領域２０３及びドレイン領域２０４を形成するセルフアライン型の構成としてもよい。
【0132】
又は、ＯＳトランジスタは、図１４Ｃに示すように、ソース電極２０５又はドレイン電極２０６とゲート電極２０１とが重なる領域を有するノンセルフアライン型のトップゲート型トランジスタであってもよい。
【0133】
バックゲート電極２３５は、図１４Ｄに示すトランジスタのチャネル幅方向の断面図のように、対向して設けられるトランジスタのフロントゲートであるゲート電極２０１と電気的に接続してもよい。なお、図１４Ｄは図１４Ａのトランジスタを例として示しているが、その他の構造のトランジスタも同様である。また、バックゲート電極２３５にフロントゲートとは異なる固定電位を供給することができる構成であってもよい。
【0134】
金属酸化物層２０７として例えば、Ｉｎ－Ｍ－Ｚｎ酸化物（元素Ｍは、アルミニウム、ガリウム、イットリウム、銅、バナジウム、ベリリウム、ホウ素、チタン、鉄、ニッケル、ゲルマニウム、ジルコニウム、モリブデン、ランタン、セリウム、ネオジム、ハフニウム、タンタル、タングステン、又はマグネシウムなどから選ばれた一種、又は複数種）等の金属酸化物を用いるとよい。また、酸化物２０７として、Ｉｎ－Ｇａ酸化物、Ｉｎ－Ｚｎ酸化物を用いてもよい。
【0135】
また、金属酸化物層２０７として例えば、キャリア濃度の低い金属酸化物を用いることが好ましい。金属酸化物のキャリア濃度を低くする場合においては、金属酸化物中の不純物濃度を低くし、欠陥準位密度を低くすればよい。本明細書等において、不純物濃度が低く、欠陥準位密度の低いことを高純度真性または実質的に高純度真性という。なお、金属酸化物中の不純物としては、例えば、水素、窒素、アルカリ金属、アルカリ土類金属、鉄、ニッケル、シリコン等がある。
【0136】
特に、金属酸化物に含まれる水素は、金属原子と結合する酸素と反応して水になるため、金属酸化物中に酸素欠損を形成する場合がある。金属酸化物中のチャネル形成領域に酸素欠損が含まれていると、トランジスタはノーマリーオン特性となる場合がある。さらに、酸素欠損に水素が入った欠陥はドナーとして機能し、キャリアである電子が生成されることがある。また、水素の一部が金属原子と結合する酸素と結合して、キャリアである電子を生成する場合がある。従って、水素が多く含まれている金属酸化物を用いたトランジスタは、ノーマリーオン特性となりやすい。
【0137】
酸素欠損に水素が入った欠陥は、金属酸化物のドナーとして機能しうる。しかしながら、当該欠陥を定量的に評価することは困難である。そこで、金属酸化物においては、ドナー濃度ではなく、キャリア濃度で評価される場合がある。よって、本明細書等では、金属酸化物のパラメータとして、ドナー濃度ではなく、電界が印加されない状態を想定したキャリア濃度を用いる場合がある。つまり、本明細書等に記載の「キャリア濃度」は、「ドナー濃度」と言い換えることができる場合がある。
【0138】
よって、金属酸化物層２０７中の水素はできる限り低減されていることが好ましい。具体的には、金属酸化物において、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ：Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｉｏｎ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）により得られる水素濃度を、１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、好ましくは１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、より好ましくは５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、さらに好ましくは１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満とする。水素などの不純物が十分に低減された金属酸化物をトランジスタのチャネル形成領域に用いることで、安定した電気特性を付与することができる。
【0139】
また、チャネル形成領域の金属酸化物のキャリア濃度は、１×１０１８ｃｍ－３以下であることが好ましく、１×１０１７ｃｍ－３未満であることがより好ましく、１×１０１６ｃｍ－３未満であることがさらに好ましく、１×１０１３ｃｍ－３未満であることがさらに好ましく、１×１０１２ｃｍ－３未満であることがさらに好ましい。なお、チャネル形成領域の金属酸化物のキャリア濃度の下限値については、特に限定は無いが、例えば、１×１０－９ｃｍ－３とすることができる。
【0140】
また、ソース電極２０５およびドレイン電極２０６と、金属酸化物層２０７とが接することで、金属酸化物層２０７中の酸素が電極へ拡散し、電極が酸化する場合がある。電極が酸化することで、電極の導電率が低下する蓋然性が高い。なお、金属酸化物層２０７中の酸素が電極へ拡散することを、電極が金属酸化物層２０７中の酸素を吸収する、と言い換えることができる。
【0141】
また、金属酸化物層２０７中の酸素がソース電極２０５およびドレイン電極２０６へ拡散することで、金属酸化物層と電極との間に異層が形成される場合がある。当該異層は、ソース電極２０５およびドレイン電極２０６よりも酸素を多く含むため、当該異層は絶縁性を有すると推定される。このとき、ソース電極２０５またはドレイン電極２０６と、当該異層と、金属酸化物層２０７との３層構造は、金属－絶縁体－半導体からなる３層構造とみなすことができ、ＭＩＳ（Ｍｅｔａｌ－Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ－Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）構造と呼ぶ、またはＭＩＳ構造を主としたダイオード接合構造と呼ぶ場合がある。
【0142】
また、チャネル形成領域にとして機能する金属酸化物は、バンドギャップが２ｅＶ以上、好ましくは２．５ｅＶ以上のものを用いることが好ましい。このように、バンドギャップの大きい金属酸化物を用いることで、トランジスタのオフ電流を低減することができる。
【0143】
本実施の形態は、他の実施の形態の記載と適宜組み合わせることができる。
【0144】
（実施の形態３）
本実施の形態では、本発明の一態様の半導体装置を用いることができる市場イメージについて説明する。
本実施の形態では、本発明の一態様の半導体装置を用いることができる市場イメージについて説明する。
【0145】
＜市場イメージ＞
まず、本発明の一態様の半導体装置を用いることができる市場イメージを図１５に示す。図１５において、領域７０１は、チャネル形成領域に酸化物半導体を有するトランジスタを適用したディスプレイ（Ｄｉｓｐｌａｙ）に応用可能な製品領域（ＯＳ Ｄｉｓｐｌａｙ）を表し、領域７０２は、チャネル形成領域に酸化物半導体を有するトランジスタを適用したＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）をアナログ（ａｎａｌｏｇ）に応用可能な製品領域（ＯＳ ＬＳＩ ａｎａｌｏｇ）を表し、領域７０３は、チャネル形成領域に酸化物半導体を有するトランジスタを適用したＬＳＩをデジタル（ｄｉｇｉｔａｌ）に応用可能な製品領域（ＯＳ ＬＳＩ ｄｉｇｉｔａｌ）を表す。本発明の一態様の半導体装置は、図１５に示す領域７０１、領域７０２、及び領域７０３の３つの領域、別言すると３つの大きな市場に好適に用いることができる。
まず、本発明の一態様の半導体装置を用いることができる市場イメージを図１５に示す。図１５において、領域７０１は、チャネル形成領域に酸化物半導体を有するトランジスタを適用したディスプレイ（Ｄｉｓｐｌａｙ）に応用可能な製品領域（ＯＳ Ｄｉｓｐｌａｙ）を表し、領域７０２は、チャネル形成領域に酸化物半導体を有するトランジスタを適用したＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）をアナログ（ａｎａｌｏｇ）に応用可能な製品領域（ＯＳ ＬＳＩ ａｎａｌｏｇ）を表し、領域７０３は、チャネル形成領域に酸化物半導体を有するトランジスタを適用したＬＳＩをデジタル（ｄｉｇｉｔａｌ）に応用可能な製品領域（ＯＳ ＬＳＩ ｄｉｇｉｔａｌ）を表す。本発明の一態様の半導体装置は、図１５に示す領域７０１、領域７０２、及び領域７０３の３つの領域、別言すると３つの大きな市場に好適に用いることができる。
【0146】
また、図１５において、領域７０４は、領域７０１と、領域７０２とが重なった領域を表し、領域７０５は、領域７０２と、領域７０３とが重なった領域を表し、領域７０６は、領域７０１と、領域７０３とが重なった領域を表し、領域７０７は、領域７０１と、領域７０２と、領域７０３とが、それぞれ重なった領域を表す。
【0147】
ＯＳ Ｄｉｓｐｌａｙでは、例えば、Ｂｏｔｔｏｍ Ｇａｔｅ型のＯＳ ＦＥＴ（ＢＧ ＯＳＦＥＴ）、Ｔｏｐ Ｇａｔｅ型のＯＳ ＦＥＴ（ＴＧ ＯＳ ＦＥＴ）などのＦＥＴ構造を好適に用いることができる。なお、Ｂｏｔｔｏｍ Ｇａｔｅ型のＯＳ ＦＥＴには、チャネルエッチ型のＦＥＴ、及びチャネル保護型のＦＥＴも含まれる。また、Ｔｏｐ Ｇａｔｅ型のＯＳ ＦＥＴには、ＴＧＳＡ（Ｔｏｐ Ｇａｔｅ Ｓｅｌｆ－Ａｌｉｇｎｅｄ）型のＦＥＴも含まれる。
【0148】
また、ＯＳ ＬＳＩ ａｎａｌｏｇ及びＯＳ ＬＳＩ ｄｉｇｉｔａｌでは、例えば、Ｇａｔｅ Ｌａｓｔ型のＯＳ ＦＥＴ（ＧＬ ＯＳ ＦＥＴ）を好適に用いることができる。
【0149】
なお、上述のトランジスタは、それぞれ、ゲート電極が１つのＳｉｎｇｌｅ Ｇａｔｅ構造のトランジスタ、ゲート電極が２つのＤｕａｌ Ｇａｔｅ構造のトランジスタ、またはゲート電極が３つ以上のトランジスタを含む。また、Ｄｕａｌ Ｇａｔｅ構造のトランジスタの中でも特に、Ｓ－ｃｈａｎｎｅｌ（ｓｕｒｒｏｕｎｄｅｄ ｃｈａｎｎｅｌ）構造のトランジスタを用いると好適である。
【0150】
なお、本明細書等において、Ｓ－ｃｈａｎｎｅｌ構造のトランジスタとは、一対のゲート電極の電界によって、チャネル形成領域を電気的に取り囲むトランジスタの構造を表す。
【0151】
また、ＯＳ Ｄｉｓｐｌａｙ（領域７０１）に含まれる製品としては、ＬＣＤ（ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｄｉｓｐｌａｙ）、ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ－Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）、及びＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）を表示デバイスに有する製品が挙げられる。または、上記表示デバイスと、Ｑ－Ｄｏｔ（Ｑｕａｎｔｕｍ Ｄｏｔ）とを組み合わせることも好適である。
【0152】
なお、本実施の形態において、ＥＬとは、有機ＥＬ、及び無機ＥＬを含む。また、本実施の形態において、ＬＥＤとは、マイクロＬＥＤ、ミニＬＥＤ、及びマクロＬＥＤを含む。なお、本明細書等において、チップの面積が１００００μｍ２以下の発光ダイオードをマイクロＬＥＤ、チップの面積が１００００μｍ２より大きく１ｍｍ２以下の発光ダイオードをミニＬＥＤ、チップの面積が１ｍｍ２より大きい発光ダイオードをマクロＬＥＤと記す場合がある。
【0153】
また、ＯＳ ＬＳＩ ａｎａｌｏｇ（領域７０２）に含まれる製品としては、様々な周波数の音域（例えば、周波数が２０Ｈｚ～２０ｋＨｚの可聴音、または２０ｋＨｚ以上の超音波など）に対応する音源定位デバイス、あるいはバッテリ制御用デバイス（バッテリ制御用ＩＣ、バッテリ保護用ＩＣ、またはバッテリマネジメントシステム）などが挙げられる。
【0154】
また、ＯＳ ＬＳＩ ｄｉｇｉｔａｌ（領域７０３）に含まれる製品としては、メモリーデバイス、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）デバイス、ＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）デバイス、ＦＰＧＡ（ｆｉｅｌｄ－ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｇａｔｅ ａｒｒａｙ）デバイス、パワーデバイス、ＯＳ ＬＳＩと、Ｓｉ ＬＳＩとを積層または混在させたハイブリッドデバイス、発光デバイスなどが挙げられる。
【0155】
また、領域７０４に含まれる製品としては、表示領域に赤外線センサ、または近赤外線センサを有する表示デバイス、あるいはＯＳ ＦＥＴを有するセンサ付き信号処理デバイス、または埋め込み型バイオセンサデバイスなどが挙げられる。また、領域７０５に含まれる製品としては、Ａ／Ｄ（Ａｎａｌｏｇ ｔｏ Ｄｉｇｉｔａｌ）変換回路などを有する処理回路、あるいは、当該処理回路を有するＡＩデバイスなどが挙げられる。また、領域７０６に含まれる製品としては、Ｐｉｘｅｌ ＡＩ技術が適用された表示デバイスなどが挙げられる。なお、本明細書等において、Ｐｉｘｅｌ ＡＩ技術とは、ディスプレイの画素に搭載されたＯＳ ＦＥＴなどにより構成されるメモリを活用する技術をいう。
【0156】
また、領域７０７に含まれる製品としては、上記領域７０１乃至領域７０６に含まれる、あらゆる製品を組み合わせた複合的な製品が挙げられる。
【0157】
以上のように、本発明の一態様の半導体装置は、図１５に示すように、あらゆる製品領域に適用することが可能である。すなわち、本発明の一態様の半導体装置は、多くの市場に適用することが可能である。
【0158】
本実施の形態は、他の実施の形態の記載と適宜組み合わせることができる。
【符号の説明】
【0159】
１０：画素、１０ａ：画素、１０ｂ：画素、１１：光電変換素子、１２：発光素子、１３：発光素子、２１：導電層、２２：回路、２３：回路、２４：回路、２５：回路、２６：回路、２８：回路、３１：制御回路、５０：基板、７９：基板、８０：検査装置、８１：画素アレイ、８３：画素アレイ、８４：画素アレイ、８５：絶縁層、８６：ベルトコンベア、８８：光、８９：光、９０：青果物、９６：携帯端末、９８：エリア、９９：エリア、１００：撮像回路、１０１：トランジスタ、１０２：トランジスタ、１０３：トランジスタ、１０４：トランジスタ、１０５：容量素子、１１１：配線、１１２：配線、１１３：導電層、１１４：配線、１１５：導電層、１２１：配線、１２２：配線、１２３：配線、１２４：配線、１２５：配線、１３０：表示回路、１３１：トランジスタ、１３２：トランジスタ、１３３：トランジスタ、１３４：容量素子、１３５：絶縁層、１４１：配線、１４２：配線、１４３：配線、１４４：配線、１４５：配線、１９１：導電層、２０１：ゲート電極、２０２：ゲート絶縁層、２０３：ソース領域、２０４：ドレイン領域、２０５：ソース電極、２０６：ドレイン電極、２０７：金属酸化物層、２０８：金属酸化物層、２１０：チャネル形成領域、２１４：絶縁層、２３５：バックゲート電極、７０１：領域、７０２：領域、７０３：領域、７０４：領域、７０５：領域、７０６：領域、７０７：領域、９９８：発光層、９９９：半導体層
【図1A】
【図1B】
【図2A】
【図2B】
【図3A】
【図3B】
【図4A】
【図4B】
【図5A】
【図5B】
【図6】
【図7A】
【図7B】
【図7C】
【図8A】
【図8B】
【図8C】
【図9】
【図10】
【図11A】
【図11B】
【図11C】
【図12】
【図13A】
【図13B】
【図14A】
【図14B】
【図14C】
【図14D】
【図15】