JP2014166662A - 電動工具およびその管理システム - Google Patents

Abstract

【課題】施工対象の状態等に応じて適切な施工を行うことのできる電動工具およびその管理システムを提供する。
【解決手段】動力伝達機構２５を介して先端工具２７を駆動するアクチュエータＡと、アクチュエータの駆動制御を行う制御手段９と、動力伝達機構に先端工具を着脱自在に取り付ける工具着脱手段２６と、先端工具により施工する対象の状態を検出する検出手段２４と、検出手段による検出結果およびアクチュエータに関する情報を表示する表示手段Ｄと、検出手段による検出結果およびアクチュエータに関する情報を外部の管理システム５０との間で送受信する送受信手段１１と、アクチュエータ、制御手段、検出手段、表示手段および送受信手段を駆動する電源２９とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、電動工具およびその管理システムに係り、特に施工対象の状態等に応じて適切な施工を行うことのできる電動工具およびその管理システムに関する。

従来からモータ等のアクチュエータにより先端工具を駆動させて、ボルトやナットの締め付けや、釘の打ち込み等を行う各種電動工具が広く用いられている。

また、電動工具の固有情報等を管理する管理システムも提案されている（例えば、特許文献１）。

特開２００９−２７９６８３号公報

ところで、電動工具による施工時に、例えば施工対象としての壁面内にガス管や電気配線等が存在する場合には、ガス漏れや感電等の危険防止のために、その位置におけるボルトや釘の施工を中止したり、施工位置を変更する必要がある。また、壁面を構成するコンクリート等の劣化等が発生している場合にも、施工の中止や施工位置の変更が必要である。

しかし、従来においては、施工作業者が、視覚や聴覚等により、これらのガス管や電気配線等の位置や壁面の劣化等を把握していたので、見逃し等が発生し易いという問題があった。

また、設計図やＣＡＤ図において、壁等の施工対象について、ボルトやナット等の締付力などが指定されている場合が多い。しかしながら、従来の電動工具においては、施工作業者の経験等によってボルトやナット等の締め付けの調整が行われており、締め付けが足りなかったり、あるいは締め付け過ぎが発生し易いという問題もあった。

本発明の目的は、施工対象の状態等に応じて適切な施工を行うことのできる電動工具およびその管理システムを提供することにある。

上記目的を達成するための本発明の一態様によれば、動力伝達機構を介して先端工具を駆動するアクチュエータと、前記アクチュエータの駆動制御を行う制御手段と、前記動力伝達機構に前記先端工具を着脱自在に取り付ける工具着脱手段と、前記先端工具により施工する対象の状態を検出する検出手段と、前記検出手段による検出結果および前記アクチュエータに関する情報を表示する表示手段と、前記検出手段による検出結果および前記アクチュエータに関する情報を外部の管理システムとの間で送受信する送受信手段と、前記アクチュエータ、前記制御手段、前記検出手段、前記表示手段および前記送受信手段を駆動する電源とを備える電動工具が提供される。

また、本発明の他の態様によれば、電動工具によって施工する対象に関するＣＡＤ情報を蓄積するデータベースと、前記データベースのＣＡＤ情報の読み書きを制御する制御手段と、前記制御手段により前記データベースから読み出されたＣＡＤ情報を表示する表示モニタと、前記表示モニタに表示されたＣＡＤ情報に関する操作を行う入力手段と、前記電動工具が備える先端工具により施工する対象の状態を検出する検出手段の検出結果を受信する受信手段と、前記受信手段を介して受信された検出結果に基いて、施工状態の良否を判定する判定手段と、前記判定手段の判定結果および前記データベースのＣＡＤ情報に基いて、施工に関する修正情報を前記電動工具に対して送信する送信手段とを備える電動工具の管理システムが提供される。

本発明によれば、施工対象の状態等に応じて適切な施工を行うことのできる電動工具およびその管理システムを提供することができる。

実施の形態に係る電動工具および管理システムの機能構成を示す機能ブロック図。 実施の形態に係る電動工具および管理システムの制御系および電気系の構成例を示すブロック図。 実施の形態に係る電動工具の概略構成を示す側面図。 実施の形態に係る電動工具の概略構成を示す斜視図。 実施の形態に係る電動工具と管理システムとの接続例を示す説明図。 実施の形態に係る電動工具または管理システムにおいて表示されるＣＡＤ図の例であり、（ａ）平面ＣＡＤ図、（ｂ）三次元ＣＡＤ図。 施工データ等の表示例を示す平面図。 締め付けトルクと時間の関係を示すグラフ。 実施の形態に係る電動工具に適用されるヘッドマウントディスプレイの構成例を示す図であり、（ａ）片目タイプのヘッドマウントディスプレイの構成例を示す斜視図、（ｂ）両目タイプのヘッドマウントディスプレイの構成例を示す斜視図。 実施の形態に係る電動工具に適用されるヘッドマウントディスプレイを介した視野を示す説明図。 実施の形態に係る電動工具および管理システムで実行される施工処理の処理手順の例を示すフローチャート。 実施の形態に係る電動工具および管理システムで実行される施工処理の処理手順の他の例を示すフローチャート。 実施の形態に係る電動工具および管理システムで実行される施工処理の処理手順の他の例を示すフローチャート。 実施の形態に係る電動工具および管理システムで実行される施工処理の処理手順の他の例を示すフローチャート。 基本構造に係る有機ＥＬ発光装置の１ピクセル部分の模式的断面構造図。 基本構造に係る有機ＥＬ発光装置の１ピクセル部分の模式的鳥瞰図。 実施の形態に係る検査システムのシステム全体のブロック図。 実施の形態に係る検査システムで用いるＣＩＧＳの結晶構造図。 実施の形態に係る検査システムで用いるＣＩＧＳの量子効率と波長の関係を示すグラフ。 実施の形態に係る検査システムにおけるソーラーパネルから発生するＥＬ光を説明するためのグラフであって、（ａ）ＥＬ光の発光強度と波長の関係を示すグラフ、（ｂ）量子効率と波長の関係を示すグラフ。 実施の形態に係る検査システムの効果を説明するための図であって、（ａ）冷却ＣＣＤカメラとＩｎＧａＡｓカメラの２台のカメラを用いる場合、（ｂ）ＣＩＧＳカメラを用いる場合。 実施の形態に係る検査システムで用いるＣＩＧＳイメージセンサの模式的回路構成図。 実施の形態に係る検査システムで用いるＣＩＧＳイメージセンサの画素回路の模式的回路構成図。 実施の形態に係る検査システムで用いるＣＩＧＳイメージセンサの画素回路における電圧の時間変化を示す波形例であって、（ａ）選択信号、（ｂ）リセット信号、（ｃ）転送信号、（ｄ）ノードＡ、（ｅ）ノードＢ、（ｆ）ノードＣ。 比較例に係る光電変換回路の模式的回路構成図。 実施の形態に係る検査システムで用いるＣＩＧＳイメージセンサに適用可能なカラー用固体撮像装置の模式的全体平面パターン構成図。 実施の形態に係る検査システムで用いるＣＩＧＳイメージセンサに適用可能なカラー用固体撮像装置の模式的断面構造図。 実施の形態に係る検査システムで用いるＣＩＧＳイメージセンサに適用可能なカラー用固体撮像装置の変形例の模式的断面構造図。 （ａ）実施の形態に係る検査システムで用いるＣＩＧＳイメージセンサに適用可能なカラー用固体撮像装置に適用するカラーフィルタの配置例、（ｂ）実施の形態に係る検査システムで用いるＣＩＧＳイメージセンサに適用可能なカラー用固体撮像装置に適用する別のカラーフィルタの配置例。 実施の形態に係る検査システムで用いるＣＩＧＳイメージセンサに適用可能なカラー用固体撮像装置に適用するカラーフィルタの透過特性。 実施の形態に係る検査システムで用いるＣＩＧＳイメージセンサに適用可能なカラー用固体撮像装置に適用する化合物半導体薄膜の量子効率の波長特性。 実施の形態に係る検査システムで用いるＣＩＧＳイメージセンサに適用可能なカラー用固体撮像装置に適用する化合物半導体薄膜の光吸収特性。 （ａ）実施の形態に係る検査システムで用いるＣＩＧＳイメージセンサに適用可能なカラー用固体撮像装置の第１の製造方法の一工程を示す模式的断面構造図（その１）、（ｂ）実施の形態に係る検査システムで用いるＣＩＧＳイメージセンサに適用可能なカラー用固体撮像装置の第１の製造方法の一工程を示す模式的断面構造図（その２）。 実施の形態に係る検査システムで用いるＣＩＧＳイメージセンサに適用可能なカラー用固体撮像装置の第２の製造方法の一工程を示す模式的断面構造図（その１）。 実施の形態に係る検査システムで用いるＣＩＧＳイメージセンサに適用可能なカラー用固体撮像装置の第２の製造方法の一工程を示す模式的断面構造図（その２）。 実施の形態に係る検査システムで用いるＣＩＧＳイメージセンサに適用可能なカラー用固体撮像装置において、（ａ）アバランシェ増倍を利用する場合の１画素の回路構成図、（ｂ）アバランシェ増倍を利用しない場合の１画素の回路構成図。 実施の形態に係る検査システムで用いるＣＩＧＳイメージセンサに適用可能なカラー用固体撮像装置の模式的回路ブロック構成図。 テラヘルツ発振素子およびテラヘルツ検出素子を適用する検査装置の模式的ブロック構成図。 テラヘルツ発振素子およびテラヘルツ検出素子を適用する検査装置の模式的平面パターン構成図。 施工対象にテラヘルツ発振素子から出力されたテラヘルツ波（ｈν）Ｉiを入力し、反射板で反射されたテラヘルツ波（ｈν）Ｉrをテラヘルツ検出素子で検出する様子を説明する模式図。 施工対象ににテラヘルツ発振素子から出力されたテラヘルツ波（ｈν）Ｉiを入力し、反射板で反射されたテラヘルツ波（ｈν）Ｉrをテラヘルツ検出素子で検出する様子を説明する詳細な模式図。 実施の形態に係る検査装置に適用されるテラヘルツ発振素子およびテラヘルツ検出素子の模式的鳥瞰図。 （ａ）図４２のＩ−Ｉ線に沿う模式的断面構造図、（ｂ）図４２のＩＩ−ＩＩ線に沿う模式的断面構造図。 （ａ）実施の形態に係る検査装置に適用されるＲＴＤの模式的断面構造図、（ｂ）図４４（ａ）の変形例の模式的断面構造図。 （ａ）実施の形態に係る検査装置に適用されるテラヘルツ発振素子の模式的回路構成図、（ｂ）実施の形態に係るテラヘルツ発振素子の簡易等価回路構成図。 （ａ）実施の形態に係る検査装置に適用されるテラヘルツ発振素子のアンテナ系も含めた模式的等価回路構成図、（ｂ）図４６（ａ）のＲＴＤの等価回路構成図。 （ａ）実施の形態に係る検査装置に適用されるテラヘルツ検出素子の模式的回路構成図、（ｂ）実施の形態に係る検査装置に適用されるテラヘルツ検出素子の簡易等価回路構成図。 実施の形態に係る検査装置に適用されるテラヘルツ検出素子のアンテナ系も含めた模式的等価回路構成図。 実施の形態に係る検査装置に適用されるテラヘルツ発振素子動作において、発振強度と発振周波数ｆの関係の一例を示す図。 実施の形態に係る検査装置に適用される変形例２に係るテラヘルツ発振素子およびテラヘルツ検出素子の模式的鳥瞰図。 図５０に対応した第１の電極、第２の電極および半導体層のパターン構造の模式的平面図。 （ａ）図５０のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う模式的断面構造図、（ｂ）図５０のＩＶ−ＩＶ線に沿う模式的断面構造図。 変形例に係るテラヘルツ発振素子およびテラヘルツ検出素子において、絶縁体基板をサンプル表面に貼付け、半導体基板を除去した様子を示す模式的鳥瞰図。 図５３の裏面から見た様子を示す模式的鳥瞰図。 （ａ）実施の形態に係る検査装置に適用される変形例に係るテラヘルツ発振素子およびテラヘルツ検出素子の電極パターン構造の模式的平面図、（ｂ）実施の形態に係る検査装置に適用される変形例に係るテラヘルツ発振素子およびテラヘルツ検出素子の電極パターン構造の模式的平面図。 実施の形態に係る検査装置に適用される変形例に係るテラヘルツ発振素子およびテラヘルツ検出素子の模式的平面図。 実施の形態に係る検査装置に適用される変形例に係るテラヘルツ発振素子およびテラヘルツ検出素子の模式的平面図。 他の実施の形態に係る検査装置に適用されるテラヘルツ発振素子およびテラヘルツ検出素子の模式的鳥瞰図。 シリコン半球レンズ上に配置した実施の形態に係る検査装置に適用されるテラヘルツ発振素子の模式的鳥瞰図。

次に、図面を参照して、実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。

また、以下に示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の実施の形態は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の実施の形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。

［電動工具］
図１は、実施の形態に係る電動工具１および管理システム５０の機能構成を示す機能ブロック図である。また、図２は、実施の形態に係る電動工具１および管理システム５０の制御系および電気系の構成例を示すブロック図である。

図１および図２に示すように本実施の形態に係る電動工具１は、歯車列等の動力伝達機構２５を介して先端工具２７を駆動するアクチュエータＡと、アクチュエータＡの駆動制御を行う制御手段９と、動力伝達機構２５に先端工具２７を着脱自在に取り付けるチャック等の工具着脱手段２６と、先端工具２７により施工する対象の状態を検出する検出手段２４と、検出手段２４による検出結果およびアクチュエータＡに関する情報を表示する表示手段Ｄと、検出手段２４による検出結果およびアクチュエータＡに関する情報を外部の管理システム５０との間で送受信する送受信手段１１（１１Ａ、１１Ｂ）と、アクチュエータＡ、制御手段９、検出手段２４、表示手段Ｄおよび送受信手段１１Ａ、１１Ｂを駆動する電源２９とを備える。

アクチュエータＡは、電動工具１の用途等に応じてモータ２、油圧シリンダ、エアシリンダ、圧電素子等で構成することができる。

また、先端工具２７は、電動工具１の用途等に応じてボルトまたはナットを締めるレンチ工具、ネジを締めるドライバー工具、釘を打撃するハンマー工具などで構成される。

なお、レンチ工具およびドライバー工具を装着して構成される電動工具の場合には、回転動作を行うためにアクチュエータＡとしてはモータ２が選択される。また、ハンマー工具などを装着して構成される電動工具の場合には、アクチュエータＡとしてはモータ２以外に、油圧シリンダ、エアシリンダ、圧電素子等を用いることも可能である。

制御手段９は、ＣＰＵ等を備えるマイクロコンピュータで構成することができる。これにより、各種のソフトウェアを用いて電動工具全体の制御を行うことができる。

検出手段２４は、施工対象としての壁面等の表面状態または内部状態を検出可能なセンサで構成することができる。より具体例には、ＣＩＧＳ（Copper Indium Gallium DiSelenide）センサ８やテラヘルツセンサ２０で構成することができる。

ここで、ＣＩＧＳとは、銅とインジウム、ガリウム、セレンの化合物を材料とする薄膜状態の物質のことであり、ＣＩＧＳセンサ８は、壁面等の表面状態のみでなく所定深さの内部状態を検出することができる。詳細な構成例等については後述する。

また、テラヘルツセンサ２０とは、テラヘルツ波を用いたセンサである。テラヘルツ波とは、約０．１〜１０ＴＨｚの周波数帯の電磁波を示し、その波長は３ｍｍ〜３０μｍであり、電波と光の境界に位置する。テラヘルツセンサは、壁面等の表面状態のみでなく所定深さの内部状態を検出することができる。詳細な構成例等については後述する。

そして、例えば施工対象としての壁面内にガス管や電気配線等が存在する場合に、ＣＩＧＳセンサ８やテラヘルツセンサ２０によってこれらの構造物を検出することができる。これにより、施工の中止や施工位置の変更を行うことができる。

また、壁面を構成するコンクリート等の劣化等が発生している場合にも、ＣＩＧＳセンサ８やテラヘルツセンサ２０によってこれらの異常を検出することができ、施工の中止や施工位置の変更を行うことができる。

なお、ＣＩＧＳセンサ８等のイメージセンサには、画像を記憶する画像メモリ２２や画像加工等を行う画像処理手段２１が接続される。

表示手段Ｄは、電動工具１の筐体１Ａに設置される表示モニタ５で構成されるようにできる。また、表示モニタ５は、視認角度を調節するチルト機構を備えるようにできる。なお、表示モニタ５の具体例については後述する。

また、表示手段Ｄは、操作者が装着するヘッドマウントディスプレイ１００で構成されるようにできる。また、表示モニタＤとヘッドマウントディスプレイ１００とを併用するようにしても良い。なお、ヘッドマウントディスプレイ１００の具体例については後述する。

送受信手段１１は、無線送信機１１Ａおよび無線受信機１１Ｂで構成されるようにできる。これにより、有線通信の場合に比して、電動工具１の取り回しの自由度が高まり、利便性を向上させることができる。

また、アクチュエータＡとしてのモータ２は、トルクセンサ３をさらに備え、制御手段９を構成するマイクロコンピュータは、トルクセンサ３の検出結果および送受信手段１１を介して外部の管理システム５０から受信したトルク情報に基いて、モータ２のトルクを調整するように制御することができる。

これにより、従来の電動工具におけるボルトやナット等の締め付け不足や締め過ぎを未然に防止して、施工対象の状態等に応じて適切な施工を行うことができる。

また、電動工具１は、工具の施工位置を検出する位置センサ１５をさらに備えるようにできる。この位置センサ１５は、ＧＰＳセンサで構成されるようにできる。これにより、電動工具１の位置を精度良く検出することができ、この位置データを後述する管理システム５０に送信することにより、作業状況などの把握等を行うことができる。

電源２９は、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池等の二次電池で構成することができる。また、二次電池は、充電用電源として色素増感太陽電池（ＤＳＣ）等の太陽電池を備えるようにできる。これにより、充電用電源が確保し難いような工事現場において、太陽光による充電を行うことが可能となり、利便性を向上させることができる。

また、検出手段２４の検出結果に基いて、操作者に施工の中止等を報知するアラーム装置等で構成される報知装置２８を備えるようにできる。これにより、例えば、ＣＩＧＳセンサ８やテラヘルツセンサ２０等によって施工対象としての壁面内にガス管や電気配線等が検出された場合には、アラーム音や音声案内により、操作者に施工作業の中止等を報知して、安全対策を図ることができる。

また、表示手段Ｄに有機ＥＬ発光装置を用いることにより、高精細の画像を得ることができ、施工の作業効率が向上される。

［管理システム］
次に、図１および図２を参照して管理システム５０の概要について説明する。

管理システム５０は、電動工具１によって施工する対象に関するＣＡＤ情報を蓄積するデータベース５１と、データベース５１のＣＡＤ情報の読み書きを制御するＣＰＵおよび演算用メモリ等で構成される制御手段５５と、制御手段５５によりデータベース５１から読み出されたＣＡＤ情報を表示する表示モニタ５３と、表示モニタ５３に表示されたＣＡＤ情報に関する操作を行うキーボードやマウス等で構成される入力手段（入力装置）５４と、電動工具１が備える先端工具２７により施工する対象の状態を検出する検出手段２４の検出結果を受信する受信手段（受信機）５６と、受信手段５６を介して受信された検出結果に基いて、施工状態の良否を判定する判定手段６５と、判定手段６５の判定結果およびデータベース５１のＣＡＤ情報に基いて、施工に関する修正情報を電動工具１に対して送信する送信手段（送信機）５７とを備える。

ここで、施工に関する修正情報は、例えばボルト、ナットの締付力に関する情報に基づいた電動工具が備えるモータのトルクに関する制御情報であるようにできる。

これにより、判定手段６５の判定結果およびデータベース５１のＣＡＤ情報に基いて管理システム５０から電動工具１に送信される施工に関する修正情報により、電動工具１の制御手段９の制御によって、モータ２のトルクを変更するなどによってナットやボルト等の締付力を調整することができ、より適切な施工を行うことができる。

なお、判定手段６５は、制御手段５５を構成するＣＰＵが兼ねるようにできる。

データベース５１は、ハードディスク装置または不揮発性メモリで構成されるようにできる。これにより、複数の施工対象に関するＣＡＤデータを記憶して管理することができる。

受信手段５６および送信手段５７は、Ｗｉ−Ｆｉ（ワイファイ：Wireless Fidelity）やインターネット等を含む無線ネットワークを介して電動工具１と情報の送受信を行う。これにより、施工現場における情報および管理システムからの指示等の情報を電動工具１と管理システム５０との間で、リアルタイムで送受信することが可能となり、施工をより効率的かつ確実に行うことができる。

また、管理システム５０は、電動工具１が備える電源２９の管理を行う電源管理手段５９をさらに備えるようにできる。これにより、管理システム５０から電動工具１の電池の交換や充電の要否を指示することができ、施工をよりスムーズに行うことができる。

また、受信手段５６を介して受信した検出手段２４の検出結果に基いて施工の中止等を報知するアラーム装置等で構成される報知装置６０を備える。これにより、例えば、電動工具１が備えるＣＩＧＳセンサ８やテラヘルツセンサ２０等によって施工対象としての壁面内にガス管や電気配線等を検出した場合には、管理システム５０側でもアラーム音や音声案内によって管理者等に状況を報知し、電動工具１の操作者に施工作業の中止等を別途連絡するなどして、一層の安全対策を図ることができる。

また、データベース５１に格納されるＣＡＤ情報は、施工する対象におけるボルトやナット等の締付力などに関する情報を含むようにできる。

（電動工具の構成例）
図３および図４を参照して、本実施の形態に係る電動工具１の構成例について説明する。

図３に示すように、プラスチック等で構成される筐体１Ａ内に各装置等が収容されている。筐体１Ａの上方の筒状部には、モータ２と、モータ２の回転軸を介して接続されるトルクセンサ３および歯車列等を含む動力伝達機構２５が設けられている。

また、筐体１Ａの先端側には、動力伝達機構２５を介して接続される工具着脱手段としてのチャック２６が設けられている。

図３および図４に示す例では、チャック２６には軸２７Ａを介してボルトやナットと係合されるレンチ工具２７が接続されている。

また、筐体１Ａの上方の筒状部の上面には、ヒンジ等を含むチルト機構１６を介して表示パネル５が設けられている。

また、筐体１Ａの先端側には、ＣＩＧＳセンサ８やテラヘルツセンサ２０等から成る検出手段２４が設けられている。

筐体１Ａのハンドル部には、制御基板等で構成される制御手段９、ＧＰＳセンサで構成される位置センサ１５、送受信手段１１が収容されている。また、送受信手段１１に接続されるアンテナ１３が、筐体１Ａの上方の筒状部の上面に立設されている。

なお、ハンドル部には、モータ２や検出手段２４の駆動を行う引金型のスイッチ１０が設けられている。

また、ハンドル部の下方には、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池等から成る電源２９が収容されている。

このような構成により、電動工具１を操作する者は、ハンドル部を握った状態で、表示パネル５を見易い角度に調整する。そして、レンチ工具２７を施工対象としての壁面等に向け、ボルトやナットにレンチ工具２７を係合させる。

次いで、スイッチ１０を操作すると、まず、ＣＩＧＳセンサ８やテラヘルツセンサ２０等が検出を開始する。そして、壁面内にガス管や電気配線等が検出されない場合には、モータ２が駆動され、所定のトルクでレンチ工具２７が回転されボルトやナットの締め付けが行われる。

一方、ＣＩＧＳセンサ８やテラヘルツセンサ２０等により、壁面内にガス管や電気配線等が検出された場合には、検出データを管理システム５０に送信し、モータ２の回転は行わない。また、報知手段（アラーム装置等）２８により、アラーム音や音声案内により、操作者に施工作業の中止等を報知して、安全対策を図る。

なお、詳細な処理手順については後述する。

（電動工具と管理システムとの接続例）
図５に、実施の形態に係る電動工具１と管理システム５０との接続例を示す。

この接続例では、インターネット等のネットワークＮを介して管理システム５０に接続されるターミナル装置６００を介して、３台の電動工具１Ａ〜１Ｃがワイヤレスで接続されている。なお、接続される電動工具は、３台に限らず、任意の台数を接続することができる。

これにより、管理システム５０により、複数台の電動工具１Ａ〜１Ｃの施工状況を管理することができる。

（ＣＡＤ図）
図６は、実施の形態に係る電動工具１または管理システム５０において表示されるＣＡＤ図５３の例であり、図６（ａ）は平面ＣＡＤ図、図６（ｂ）三次元ＣＡＤ図である。

図６に示す例は、部屋５００のＣＡＤ図５３である。この表示例では、壁面５０１Ａの外側に沿ってガス配管５０２が配設されている。また、壁面５０１Ｂの外側に沿ってコンセント５０４に接続される電気配線５０３が配設されている。

このようなＣＡＤ図５３が、電動工具１の表示モニタ５あるいは後述するヘッドマウントディスプレイ１００または管理システム５０の表示モニタ５３に表示されることにより、ガス配管５０２や電気配線５０３等のおよその位置を施工者や管理者が把握することができる。

また、電動工具１によってボルトや釘が施工される毎に、その施工状況は電動工具１から管理システム５０に送信され、ＣＡＤ図にも反映されるようにできる。これにより、管理者は、施工状況を的確に把握することができる。

図７は、施工データ等の表示画面４００の例である。

この表示画面４００では、表示欄４０１に、施工対象Ａについて、ボルト名とその施工データが表示されている。

例えば、ボルトＡについては締付トルク（１０ｋｇｆ・ｃｍ）、ボルトＢについては締付トルク（２３ｋｇｆ・ｃｍ）と設定されている。なお、締め付けトルクと時間の関係は図８のように示される。なお、図８に締め付けトルクとして示されている値は、実質的には、歪みゲージに通電される電圧を検出したものが示される。このトルク波形は、締付トルクのピーク値Ｔが同じであっても、電動工具１としてのレンチの運転状態、ボルトの種類（例えば、剛性の大小等）等によってＡ１〜Ａ３のように変化するものである。

このように、各ボルト毎に設定された締付トルクについては、表示画面４００を電動工具１の表示モニタ５あるいは後述ヘッドマウントディスプレイ１００または管理システム５０の表示モニタ５３に表示させることにより、施工者や管理者が把握することができる。

また、本実施の形態においては、管理システム５０は、施工に関する修正情報として、ボルト、ナットの締付力に関する情報に基づいた電動工具が備えるモータのトルクに関する制御情報を電動工具１に送信するようになっている。

これにより、前述の判定手段６５の判定結果およびデータベース５１のＣＡＤ情報に基いて管理システム５０から電動工具１に送信される施工に関する修正情報により、電動工具１の制御手段９の制御によって、モータ２のトルクを変更してナットやボルト等の締付力を調整することができ、より適切な施工を行うことができる。

表示画面４００では、タブの選択により、確認したい施工対象Ｂ，Ｃ等に切り替えて表示させることができる。

また、左下方の表示枠４０２には、選択されたボルトの形状を表示するようになっている。これにより、施工に用いるボルトを確認して、施工ミスを低減することができる。

また、表示枠４０２の右下には、ボルトに関する情報の追加ボタン４０３、変更ボタン４０４、削除ボタン４０５、配置ボタン４０６が表示されており、各種情報を適宜編集することができるようになっている。

（ヘッドマウントディスプレイ）
図９は、実施の形態に係る電動工具１に適用されるヘッドマウントディスプレイ１００の構成例を示す図であり、図９（ａ）は片目タイプのヘッドマウントディスプレイ１００の構成例を示す斜視図、図９（ｂ）は両目タイプのヘッドマウントディスプレイ１００の構成例を示す斜視図、図１０は、ヘッドマウントディスプレイ１００を介した視野を示す説明図である。

図９（ａ）に示すヘッドマウントディスプレイ１００は、電動工具１の操作者の頭部Ｈに装着される。

ヘッドマウントディスプレイ１００は、耳掛け部１０２を備えるフレームにディスプレイ本体１０１が設けられている。ディスプレイ本体１０１の上方には、電動工具１と無線で接続する送受信機１０４が設けられている。

図９（ａ）に示す例では、操作者の右目側にディスプレイ本体１０１が位置するように構成されている。なお、操作者の利き目に合わせて、左目側にディスプレイ本体１０１が位置するように構成されたヘッドマウントディスプレイ１００を用いるようにしても良い。

このヘッドマウントディスプレイ１００を装着することにより、操作者には例えば鎖線６００で示すような状態の映像として認識される。

また、図９（ｂ）に示すように、ディスプレイ本体１０１は、両眼側に配置されるようにしてもよい。その場合、ディスプレイ本体１０１の表示部は透過性のディスプレイを備えており、操作者は、ディスプレイ本体１０１上で壁面５０１に施工されるボルト２０１を視認しつつ、施工データ等の表示画面を確認することができる。

また、ディスプレイ本体１０１の表示部が透過性でない場合は、ヘッドマウントディスプレイ１００が、ディスプレイ本体５０１上に壁面５０１を映し出すカメラを備えることによって、操作者が施工されるボルト２０１を視認しつつ、施工データ等の表示画面を確認するようにしても良い。

また、施工状況においては、例えば図１０に示すように、ヘッドマウントディスプレイ１００を装着しない左目で壁面５０１に施工されるボルト２０１を視認しつつ、ヘッドマウントディスプレイ１００を装着した右目で、図６に示すＣＡＤ図や図７に示す施工データ等の表示画面を確認できる。

これにより、操作者は、電動工具１を両手で保持した状態で、施工状態の確認やデータの確認を行うことができるので、施工時の利便性を向上させることができる。

なお、電動工具１とヘッドマウントディスプレイ１００は、無線に限らず、所定のケーブルを介して接続するようにしても良い。

（施工処理）
図１１〜１４のフローチャートを参照して、電動工具１および管理システム５０で実行される施工処理の処理手順の例について説明する。

図１１に示す施工処理は、ガス管等の配管を検出した場合には、その検出結果に基いて管理システムで施工を管理する場合を示す。

ステップＳ１では、施工データを例えば図７に示すような状態で入力してデータベース５１に記憶してステップＳ２に移行する。

ステップＳ２では、管理システム５０から電動工具１に対して施工指示が送信され、ステップＳ３では、電動工具１がトルク制御情報等の施工環境データを取得する。

ステップＳ４では、ＣＩＧＳセンサ８やテラヘルツセンサ２０等により、壁面内にガス管や電気配線等を検出したか否かが判定され、「Ｙｅｓ」の場合にはアラームを鳴らす（ステップＳ１２ａ）と共に、管理システム５０に対して検出結果を送信する（ステップＳ５）。

一方、「Ｎｏ」の場合にはステップＳ７に進んで施工を実施し、施工結果を管理システム５０に送信する（ステップＳ８）。

ステップＳ５で検出結果を取得した管理システム５０は、配管や配線のデータを記憶して、図６に示すＣＡＤ図等に反映する。

ステップＳ９では、施工結果等に基いて図７に示すような状態で入力してデータベース５１に記憶してステップＳ１０に移行する。

ステップＳ１０では、施工が設定された施工条件を満たすか否かが判定される。具体的には、例えば施工対象がボルトである場合には設定された締付力で施工されたか否かが判定される。

そして、「Ｎｏ」の場合には、電動工具１に対して再施工を指示する（ステップＳ１１）。なお、再施工指示には、モータ２のトルク制御情報などの修正情報を含む。

また、「Ｙｅｓ」の場合には施工データをデータベース５１に記憶（ステップＳ１７）して処理を終了する。

再施工指示を受信した電動工具１は、ステップＳ１２ｂでアラームを鳴らして操作者に再施工を促す。

次いで、電動工具１は位置センサ１５に基いて位置データを取得し（ステップＳ１３）、再施工指示に含まれるモータ２のトルク制御情報などの修正情報に基づく施工ナビゲーションを行い（ステップＳ１４）、再度施工を実行する（ステップＳ１５）。

そして、施工結果を管理システム５０に送信し（ステップＳ１６）、管理システム５０は施工データをデータベース５１に記憶して処理を終了する。

図１２に示す施工処理は、ガス管等の配管を検出した場合には、その検出結果に基いて配管等を避けて施工する場合を示す。

ステップＳ２１では、施工データを例えば図７に示すような状態で入力してデータベース５１に記憶してステップＳ２２に移行する。

ステップＳ２２では、管理システム５０から電動工具１に対して施工指示が送信され、ステップＳ２３では、電動工具１がトルク制御情報等の施工環境データを取得する。

ステップＳ２４では、ＣＩＧＳセンサ８やテラヘルツセンサ２０等により、壁面内にガス管や電気配線等を検出したか否かが判定され、「Ｙｅｓ」の場合にはアラームを鳴らす（ステップＳ３１ａ）して施工者に報知し、配管や配線を避けて施工し（ステップＳ２５）、施工結果を管理システム５０に送信する（ステップＳ２７）。

一方、ステップＳ２４で「Ｎｏ」の場合には、指示通りに施工を実行し（ステップＳ２６）、施工結果を管理システム５０に送信する（ステップＳ２７）。

ステップＳ２８では、施工結果等に基いて図７に示すような状態で入力してデータベース５１に記憶してステップＳ２９に移行する。

ステップＳ２９では、施工が設定された施工条件を満たすか否かが判定される。具体的には、例えば施工対象がボルトである場合には設定された締付力で施工されたか否かが判定される。

そして、「Ｎｏ」の場合には、電動工具１に対して再施工を指示する（ステップＳ３０）。なお、再施工指示には、モータ２のトルク制御情報などの修正情報を含む。

また、「Ｙｅｓ」の場合には施工データをデータベース５１に記憶（ステップＳ３６）して処理を終了する。

再施工指示を受信した電動工具１は、ステップＳ３１ｂでアラームを鳴らして操作者に再施工を促す。

次いで、電動工具１は位置センサ１５に基いて位置データを取得し（ステップＳ３２）、再施工指示に含まれるモータ２のトルク制御情報などの修正情報に基づく施工ナビゲーションを行い（ステップＳ３３）、再度施工を実行する（ステップＳ３４）。

そして、施工結果を管理システム５０に送信し（ステップＳ３５）、管理システム５０は施工データをデータベース５１に記憶して処理を終了する。

図１３に示す施工処理は、壁面の劣化等を検出した場合には、その検出結果に基いて管理システムで施工を管理する場合を示す。

ステップＳ４１では、施工データを例えば図７に示すような状態で入力してデータベース５１に記憶してステップＳ４２に移行する。

ステップＳ４２では、管理システム５０から電動工具１に対して施工指示が送信され、ステップＳ４３では、電動工具１がトルク制御情報等の施工環境データを取得する。

ステップＳ４４では、ＣＩＧＳセンサ８やテラヘルツセンサ２０等により、壁面の劣化を検出したか否かが判定され、「Ｙｅｓ」の場合にはアラームを鳴らす（ステップＳ５２ａ）と共に、管理システム５０に対して検出結果を送信する（ステップＳ４５）。

一方、「Ｎｏ」の場合にはステップＳ４７に進んで施工を実施し、施工結果を管理システム５０に送信する（ステップＳ４８）。

ステップＳ５で検出結果を取得した管理システム５０は、壁面の劣化データを記憶して、図６に示すＣＡＤ図等に反映する。

ステップＳ４９では、施工結果等に基いて図７に示すような状態で入力してデータベース５１に記憶してステップＳ５０に移行する。

ステップＳ５０では、施工が設定された施工条件を満たすか否かが判定される。具体的には、例えば施工対象がボルトである場合には設定された締付力で施工されたか否かが判定される。

そして、「Ｎｏ」の場合には、電動工具１に対して再施工を指示する（ステップＳ５１）。なお、再施工指示には、モータ２のトルク制御情報などの修正情報を含む。

また、「Ｙｅｓ」の場合には施工データをデータベース５１に記憶（ステップＳ５７）して処理を終了する。

再施工指示を受信した電動工具１は、ステップＳ５２ｂでアラームを鳴らして操作者に再施工を促す。

次いで、電動工具１は位置センサ１５に基いて位置データを取得し（ステップＳ５３）、再施工指示に含まれるモータ２のトルク制御情報などの修正情報に基づく施工ナビゲーションを行い（ステップＳ５４）、再度施工を実行する（ステップＳ５５）。

そして、施工結果を管理システム５０に送信し（ステップＳ５６）、管理システム５０は施工データをデータベース５１に記憶して処理を終了する。

図１４に示す施工処理は、壁面の劣化等を検出した場合には、その検出結果に基いて劣化部分を避けて施工する場合を示す。

ステップＳ６１では、施工データを例えば図７に示すような状態で入力してデータベース５１に記憶してステップＳ６２に移行する。

ステップＳ６２では、管理システム５０から電動工具１に対して施工指示が送信され、ステップＳ６３では、電動工具１がトルク制御情報等の施工環境データを取得する。

ステップＳ６４では、ＣＩＧＳセンサ８やテラヘルツセンサ２０等により、壁面内の劣化を検出したか否かが判定され、「Ｙｅｓ」の場合にはアラームを鳴らす（ステップＳ７１ａ）して施工者に報知し、劣化部分を避けて施工し（ステップＳ２５）、施工結果を管理システム５０に送信する（ステップＳ６７）。

一方、ステップＳ６４で「Ｎｏ」の場合には、指示通りに施工を実行し（ステップＳ６６）、施工結果を管理システム５０に送信する（ステップＳ６７）。

ステップＳ６８では、施工結果等に基いて図７に示すような状態で入力してデータベース５１に記憶してステップＳ６９に移行する。

ステップＳ６９では、施工が設定された施工条件を満たすか否かが判定される。具体的には、例えば施工対象がボルトである場合には設定された締付力で施工されたか否かが判定される。

そして、「Ｎｏ」の場合には、電動工具１に対して再施工を指示する（ステップＳ７０）。なお、再施工指示には、モータ２のトルク制御情報などの修正情報を含む。

また、「Ｙｅｓ」の場合には施工データをデータベース５１に記憶（ステップＳ７６）して処理を終了する。

再施工指示を受信した電動工具１は、ステップＳ７１ｂでアラームを鳴らして操作者に再施工を促す。

次いで、電動工具１は位置センサ１５に基いて位置データを取得し（ステップＳ７２）、再施工指示に含まれるモータ２のトルク制御情報などの修正情報に基づく施工ナビゲーションを行い（ステップＳ７３）、再度施工を実行する（ステップＳ７４）。

そして、施工結果を管理システム５０に送信し（ステップＳ７５）、管理システム５０は施工データをデータベース５１に記憶して処理を終了する。

（表示手段に適用可能な有機ＥＬ発光装置）
次に、本実施の形態に係る電動工具１が備える表示モニタ５およびヘッドマウントディスプレイ１００に適用可能な有機ＥＬ発光装置１０６について説明する。

[有機ＥＬ発光装置の基本構造]
次に、実施の形態に係る電動工具１および管理システム５０が備える表示モニタ５、５３およびヘッドマウントディスプレイ１００に適用可能な有機ＥＬ発光装置について説明する。

この有機ＥＬ発光装置を用いることにより、表示モニタ５、５３およびヘッドマウントディスプレイ１００において高精細の画像を得ることができ、施工の作業効率が向上される。

基本構造に係る有機ＥＬ発光装置の１ピクセル部分の模式的断面構造は、図１５に示すように、駆動回路３４Ｒ・３４Ｇ・３４Ｂと、各駆動回路３４Ｒ・３４Ｇ・３４Ｂ上にそれぞれ配置されたＶＩＡ電極７０と、各ＶＩＡ電極７０上に配置された下部電極３０と、下部電極３０上に共通領域として配置された有機ＥＬ層３６と、有機ＥＬ層３６上に配置された上部電極３８と、上部電極３８上に配置されたカラーフィルタ４０Ｒ・４０Ｇ・４０Ｂとを備える。

駆動回路３４Ｒ・３４Ｇ・３４Ｂは、それぞれ赤色（Red）、緑色（Green）、青色（Blue）用の駆動回路３４を示す。

同様に、カラーフィルタ４０Ｒ・４０Ｇ・４０Ｂは、それぞれ赤色（Red）、緑色（Green）、青色（Blue）用のカラーフィルタ４０を示す。

駆動回路３４Ｒ・３４Ｇ・３４Ｂと、各駆動回路３４Ｒ・３４Ｇ・３４Ｂ上にそれぞれ配置されたＶＩＡ電極７０は、さらに詳細には、図１６に示すように、半導体基板５８上に配置された相補型（Ｃ：Complementary）ＭＯＳＬＳＩ６００を構成する。ＣＭＯＳＦＥＴのゲート電極１５６，さらに電極配線層を形成するＭ１電極５２，Ｍ２電極５４などは、層間絶縁膜およびＶＩＡ電極を介して接続されるが、図１６では、詳細は省略している。

有機ＥＬ層３６は、図１６に示すように、下部電極３０と上部電極３８の間に挟まれ、下部電極３０上に配置される正孔輸送層１５０と、正孔輸送層１５０上に配置される発光層４８と、発光層４８上に配置される電子輸送層４６とを備える。

さらに、基本構成に係る有機ＥＬ発光装置は、図１６に示すように、電子輸送層４６上に配置された上部電極３８と、上部電極３８上に配置されたシール層４４と、シール層４４上に配置されたカラーフィルタ４０と、カラーフィルタ４０上に配置された透明保護膜４２とを備える。

図１５および図１６には、１つのピクセル６に対応しており、有機ＥＬ発光装置は、このようなピクセル６の構造が、例えば、マトリックス状に配置される。

図１５および図１６の例では、上部電極３８を共通電極として形成し、下部電極３０を分割された電極として構成しているが、反対に、上部電極３８を分割電極として形成し、下部電極３０を共通電極として構成してもよい。この場合には、各ＶＩＡ電極７０は、分割電極として形成される上部電極３８にそれぞれ接続される。さらに、図１の構成において、上部電極３８も分割された電極として形成してもよい。

また、図１６では、下部電極３０に接する層として正孔輸送層１５０が配置され、上部電極３８に接する層として電子輸送層４６が配置されている例が示されているが、これに限定されるものではなく、下部電極３０に接する層として電子輸送層４６が配置され、上部電極３８に接する層として正孔輸送層１５０が配置されていてもよい。但しこの場合には、ＣＭＯＳＬＳＩ６００からの配線が変更される。また、上述の上部電極３８を分割電極として形成し、下部電極３０を共通電極とする構成と組み合わせてもよい。

[ＣＩＧＳセンサ]
次に、実施の形態に係る電動工具１および管理システム５０が備える検出手段２４に適用可能なＣＩＧＳセンサについて説明する。

このＣＩＧＳセンサを用いることにより、施工対象の壁面等の表面状態や内部状態を精度良く検出することができ、壁面等の劣化や配管等を的確に把握することができる。

（検査システム）
実施の形態に係る検査システムは、図１７に示すように、ＣＩＧＳイメージセンサ８０１を用いて可視光と赤外光を同じ光軸で同時に撮影することにより検査対象物の可視光画像と赤外光画像を生成するＣＩＧＳカメラ８とを備え、電動工具１が備える画像メモリ２２、画像処理手段２１およびＣＰＵ９等を介して生成された可視光画像と赤外光画像に基づいて検査対象物を検査する。

また、電動工具１において、可視光画像と赤外光画像を重ね合わせて表示してもよい。

（検査システムの回路構成例）
実施の形態に係る検査システムの模式的回路構成は、図１７に示すように表される。ＣＩＧＳカメラ８には、ＣＩＧＳイメージセンサ８０１と、タイミングジェネレータ８０２と、ＩＳＰ（Image Signal Processor）８０３と、ＵＳＢインターフェイス８０４とが含まれる。ＣＩＧＳイメージセンサ８０１は、可視光から近赤外光まで広帯域を高感度に受光するセンサである（後述する）。タイミングジェネレータ８０２は、クロック信号を発生させてＣＩＧＳイメージセンサ８０１に出力する。ＩＳＰ８０３は、ＣＩＧＳイメージセンサ８０１から出力される画像を高速処理するプロセッサである。

（ＣＩＧＳ）
実施の形態に係る検査システムで用いるＣＩＧＳの結晶構造は、図１８に示すように表される。図２５に示すように、ＣＩＧＳは、Ｃｕ（銅）、Ｉｎ（インジウム）、Ｇａ（ガリウム）。Ｓｅ（セレン）からなるカルコパイライト構造を持つ。

実施の形態に係る検査システムで用いるＣＩＧＳの量子効率と波長の関係を示すグラフは、図１９に示すように表される。図１９に示すように、ＣＩＧＳは、高い量子効率を持ち、１０００〜１１００ｎｍ付近のＣＭＯＳ／ＣＣＤで検知できなかった近赤外光に高い感度を持つ。可視光領域でＳｉ−ＰＤの約２倍、近赤外光領域ではそれ以上の感度である。このようなＣＩＧＳの量子効率の波長特性については後に詳しく説明する。

（ＥＬ光）
実施の形態に係る検査システムにおける例えばソーラーパネルから発生するＥＬ光を説明するためのグラフは、図２０に示すように表される。図２０（ａ）は、ＥＬ光の発光強度（ａ．ｕ．）と波長（ｎｍ）の関係を示すグラフであり、図２０（ｂ）は、量子効率（％）と波長（ｎｍ）の関係を示すグラフである。図２０（ａ）に示すように、ＥＬ発光のピークは１１５０ｎｍ付近であり、これはバンド間遷移による発光である。ＣＩＧＳカメラ８は、図２０（ｂ）に示すように、ＣＣＤカメラで検知できない近赤外光に高い感度を持つとともに、ＩｎＧａＡｓカメラで検知できない可視光に高い感度を持つ。ＥＬ発光を撮影する場合は、暗室内でＥＬ発光させるようにしてもよいし、あるいは、ＣＩＧＳカメラ８のマイクロレンズにＥＬ光のみ透過させるフィルタを取り付けてもよい。

実施の形態に係る検査システムによれば、簡便かつ高精度にソーラーパネル等を検査することが可能である。すなわち、図２１（ａ）に示すように、冷却ＣＣＤカメラ６ａとＩｎＧａＡｓカメラ６ｂの２台のカメラを用いる場合は、冷却ＣＣＤカメラ６ａの光軸Ｘ１とＩｎＧａＡｓカメラ６ｂの光軸Ｘ２にズレが生じ、可視光画像と赤外光画像にズレが生じる。それに対して、図２１（ｂ）に示すように、ＣＩＧＳカメラ８を用いる場合は、可視光と近赤外光が同じ光軸で同時に撮影され、可視光画像と赤外光画像にズレが生じないため、可視光画像と赤外光画像を重ね合わせることができる。また、１回の撮影により表面検査とＥＬ発光検査を行うことができるため、電流を流す時間を短縮することが可能である。更に、冷却ＣＣＤカメラ６ａでは長時間露光が必須であるが、ＣＩＧＳカメラ８では長時間露光が不要であるため、高速撮影が可能となる。

（ＣＩＧＳイメージセンサの回路構成例）
実施の形態に係る検査システムで用いるＣＩＧＳイメージセンサ９０１の模式的回路構成は、図２２に示すように表される。図２２に示すように、ＣＩＧＳイメージセンサ９０１は、画素回路８２を１画素に適用したイメージセンサである。具体的には、画素８２ａがマトリックス状に配列された画素回路８２と、画素回路８２を垂直方向にスキャンする垂直選択回路８１と、基準電圧／電流を生成する基準電圧／電流生成回路８３と、ＳＰＩ（Serial Synchronous Interface）等の通信方式により外部から制御されるファンクションレジスタ８４と、クロック信号を発生させるタイミングジェネレータ８５と、１画素ずつ１２ビットのデータとして出力する出力バッファ８６と、ＡＤコンバータ８７ａがカラムに並んだ水平カラム回路８７と、画素回路８２を水平方向にスキャンする水平選択回路８８とを備える。垂直選択回路８１と水平選択回路８８のスイッチがオンになった交点の画素８２ａの電荷が出力バッファ８６へ転送される。このようなＣＩＧＳイメージセンサ９０１の具体例については後に詳しく説明する。

（画素回路）
実施の形態に係る検査システムで用いるＣＩＧＳイメージセンサ９０１の画素回路８２は、図２３に示すように、フォトダイオード９４と、フローティングディフュージョン９６とを備え、フォトダイオード９４の寄生容量９３からフローティングディフュージョン９６に転送された電荷量Ｑと容量Ｃで決まる電圧Ｖ（Ｖ＝Ｑ／Ｃ）を出力する。

また、フォトダイオード９４とフローティングディフュージョン９６の間で電荷を転送する転送トランジスタ９５ｂと、転送トランジスタ９５ｂのゲートに接続される転送信号線９１ｃとを備え、転送信号線９１ｃに入力される転送信号により転送トランジスタ９５ｂのゲートを制御してもよい。

また、フローティングディフュージョン９６の電荷を初期状態に維持するリセットトランジスタ９５ｃと、リセットトランジスタ９５ｃのゲートに接続されるリセット信号線９１ｂとを備え、リセット信号線９１ｂに入力されるリセット信号によりリセットトランジスタ９５ｃのゲートを制御してもよい。

また、ノードＢの電位を読み出すバッファトランジスタ９５ｄと、読み出し信号を垂直信号線９１ｄに出力する出力トランジスタ９５ｅと、出力トランジスタ９５ｅのゲートに接続される選択信号線９１ａとを備え、選択信号線９１ａに入力される選択信号により出力トランジスタ９５ｅのゲートを制御してもよい。

（画素回路の回路構成例）
実施の形態に係る検査システムで用いるＣＩＧＳイメージセンサ９０１の画素回路８２の模式的回路構成は、図２３に示すように表される。

フォトダイオード９４のカソードは、図２３に示すように、第１の全画素共通コモン電極９２ａに接続される。フォトダイオード９４のアノードはノードＡに接続される。

フォトダイオード９４の寄生容量９３の第１端子は第１の全画素共通コモン電極９２ａに接続される。寄生容量９３の第２端子はノードＡに接続される。

転送トランジスタ９５ａのゲートはノードＡに接続される。転送トランジスタ９５ａのソースはノードＡに接続される。転送トランジスタ９５ａのドレインは第３の全画素共通コモン電極９２ｃに接続される。

転送トランジスタ９５ｂのゲートは転送信号線９１ｃに接続される。転送トランジスタ９５ｂのソースはノードＢに接続される。転送トランジスタ９５ｂのドレインはノードＡに接続される。

リセットトランジスタ９５ｃのゲートはリセット信号線９１ｂに接続される。リセットトランジスタ９５ｃのソースは第２の全画素共通コモン電極９２ｂに接続される。リセットトランジスタ９５ｃのドレインはノードＢに接続される。

バッファトランジスタ９５ｄのゲートはノードＢに接続される。バッファトランジスタ９５ｄのソースは出力トランジスタ９５ｅのドレインに接続される。バッファトランジスタ９５ｄのドレインは第５の全画素共通コモン電極９２ｅに接続される。

出力トランジスタ９５ｅのゲートは選択信号線９１ａに接続される。出力トランジスタ９５ｅのソースはノードＣに接続される。出力トランジスタ９５ｅのドレインはバッファトランジスタ９５ｄのソースに接続される。

フローティングディフュージョン９６の第１端子はノードＢに接続される。フローティングディフュージョン９６の第２端子は第４の全画素共通コモン電極９２ｄに接続される。ノードＣは水平カラム回路８７に接続される。

転送トランジスタ９５ａ及び９５ｂは、ノードＡとノードＢの電位の大小関係により、互いに信号を転送する役割を担う。すなわち、ノードＡの電位がノードＢの電位よりも高い場合は、ノードＡからノードＢに電荷が転送される。逆に、ノードＢの電位がノードＡの電位よりも高い場合は、ノードＢからノードＡに電荷が転送される。このように、ノードＡ，Ｂ間で互いに電荷の授受が行われ、最終的にはノードＡ，Ｂの電位はほぼ等しい値に落ち着く。

リセットトランジスタ９５ｃは、フローティングディフュージョン９６の電荷を初期状態に維持し、ノードＢの電位を初期化（リセット）する。

バッファトランジスタ９５ｄは、ノードＢの電位を読み出す。出力トランジスタ９５ｅは、読み出し信号を垂直信号線９１ｄに出力する。

（画素回路の動作例）
まず、リセット信号がリセット信号線９１ｂに入力されると、リセットトランジスタ９５ｃがオンになり、フローティングディフュージョン９６に電荷が充電される（リセット動作）。その後、選択信号が選択信号線９１ａに入力されると、出力トランジスタ９５ｅがオンし、バッファトランジスタ９５ｄがアクティブになって電圧が出力される。

次いで、もう１度リセット信号が入力され、そのリセット動作が終わると、しばらく全てのトランジスタ９５ａ〜９５ｅがオフになる。そうすると、フォトダイオード９４から光電流が発生して寄生容量９３に電荷が蓄積される。

寄生容量９３に電荷が蓄積され終えたら、その電荷を転送する。すなわち、転送トランジスタ９５ａがオンになり、寄生容量９３に蓄積された電荷が全てフローティングディフュージョン９６に転送される。この転送が終わったら、転送トランジスタ９５ｂをオフする。そうすると、フォトダイオード９４の寄生容量９３からフローティングディフュージョン９６に転送された電荷量Ｑと容量Ｃで決まる電圧Ｖ（Ｖ＝Ｑ／Ｃ）が出力される。

ＣＩＧＳイメージセンサ９０１には、フォトダイオード９４がバイアス依存性と光量依存性を持つ特徴がある。すなわち、光を当てたり電圧を変えたりすると、フォトダイオード９４の容量が変わってしまう。そのため、この容量に蓄積した電荷をそのまま出力しようとすると、出力される電圧Ｖが不安定になる。上記の動作によれば、フォトダイオード９４の寄生容量９３からフローティングディフュージョン９６に転送された電荷量Ｑと容量Ｃで決まる電圧Ｖが出力されるため、安定した出力電力Ｖを得ることが可能となる。

（画素回路の波形例）
実施の形態に係る検査システムで用いるＣＩＧＳイメージセンサ９０１の画素回路８２における電圧の時間変化を示す波形例は、図２４に示すように表される。すなわち、図２４（ａ）は選択信号、図２４（ｂ）はリセット信号、図２４（ｃ）は転送信号を示す。

時間ｔ１で電荷を転送し、時間ｔ２で転送電荷を読み出し、時間ｔ３で画素をリセットし、時間ｔ４でリセット電荷を読み出す。

一方、図２４（ｄ）はノードＡ、図２４（ｅ）はノードＢ、図２４（ｆ）はノードＣの波形例を示す。

時間ｔ１でノードＡからノードＢに信号電荷を転送し、時間ｔ２でノードＣから転送電荷を出力し、時間ｔ４でノードＣからリセット電荷を出力する。

（比較例）
比較例に係る光電変換回路１９５０の模式的回路構成は、図１６に示すように表される。

図２５に示すように、第１制御ラインＬ１と第２制御ラインＬ２との間に光電変換素子（フォトダイオード）ＰＤとダイオード素子Ｄとを互いに逆方向にかつ直列に接続する。

ダイオード素子Ｄを順方向にバイアスすることで光電変換素子ＰＤのカソード・アノード間に所定の電圧を与える。これによって、複数の光電変換素子ＰＤには所定の電圧が与えられ、複数の光電変換素子のバイアス依存性を排除する。

この光電変換回路１９５０が画素回路８２と最も異なる点は、トランジスタＴｒ１の制御電極Ｇ１への信号の与え方である。すなわち、この光電変換回路１９５０では、トランジスタＴｒ１の制御電極Ｇ１に所定のバイアス（転送）電圧が供給される。それに対して、画素回路８２では、転送トランジスタ９５ｂのゲートをパルスでオン・オフさせている。

〔ＣＩＧＳイメージセンサの具体例〕
（平面パターン構成）
実施の形態に係る検査システムで用いるＣＩＧＳイメージセンサ９０１に適用可能なカラー用固体撮像装置の模式的全体平面パターン構成は、図２６に示すように、パッケージ基板１１１と、パッケージ基板１１１上の周辺部に配置された複数のボンディングパッド１１２と、ボンディングパッド１１２とボンディングパッド接続部１１４によって接続され、かつカラー用固体撮像装置の画素１１５上に配置された透明電極層２２６とカラー用固体撮像装置の周辺部において接続されるアルミニウム電極層１１３とを備える。すなわち、透明電極層２２６の端部領域をアルミニウム電極層１１３が被覆していて、かつアルミニウム電極層１１３は、ボンディングパッド接続部１１４によって１つのボンディングパッド１１２に接続されている。また、図２６の拡大された点線内に示されるように、画素１１５は、微細なマトリックス状に配置されている。また、図２６の例では各画素１１５には、透明電極層２２６上に、Ｒ（Red: 赤）用、Ｇ（Green: 緑）用、Ｂ（Blue: 青）用の可視光フィルタが、所定の規則性をもって配置されている。尚、図２６の例では、Ｒ用、Ｇ用、Ｂ用の可視光フィルタをベイヤ−（Bayer）パターンで配置する例が示されているが、可視光フィルタに隣接して、赤外光フィルタを配置しても良い。

（カラー用固体撮像装置）
実施の形態に係る検査システムで用いるＣＩＧＳイメージセンサ９０１に適用可能なカラー用固体撮像装置の概略の断面構造は、図２７に示すように、半導体基板２１０上に形成された回路部２３０と、回路部２３０上に配置された光電変換部２２８を備える。

実施の形態に係る検査システムで用いるＣＩＧＳイメージセンサ９０１に適用可能なカラー用固体撮像装置は、半導体基板２１０上に形成された回路部２３０と、回路部２３０上に配置された下部電極層２２５と、下部電極層２２５上に配置されたカルコパイライト構造の化合物半導体薄膜２２４と、化合物半導体薄膜２２４上に配置されたバッファ層２３６と、バッファ層２３６上に配置された透明電極層２２６と、透明電極層２２６上に配置されたフィルタ２４４とを備える。

また、下部電極層２２５、化合物半導体薄膜２２４、バッファ層２３６および透明電極層２２６は、回路部２３０上に順次積層されると共に、可視光フィルタ２４４Ｒ、２２４４Ｇ、２２４４Ｂの下方の化合物半導体薄膜２２４の膜厚を薄層化して、可視光のみを吸収するようにしている。

また、図２７に示すように、透明電極層２２６上に配置された赤外光フィルタ２４４Ｉを備え、可視光フィルタ２４４Ｒ、２２４４Ｇ、２２４４Ｂの下方の化合物半導体薄膜２２４の膜厚を、赤外光フィルタ２４４Ｉの下方の化合物半導体薄膜２２４の膜厚よりも薄層化して、赤外光フィルタ２４４Ｉの下方の化合物半導体薄膜２２４は近赤外光のみを吸収するようにしても良い。すなわち、実施の形態に係る検査システムで用いるＣＩＧＳイメージセンサ９０１に適用可能なカラー用固体撮像装置は、可視光のみならず、近赤外光領域にも感度を持たせる構成とすることもできる。

また、化合物半導体薄膜２２４上に配置されるバッファ層２３６は、半導体基板表面全面に一体的に形成されている。また、透明電極層２２６は、半導体基板表面全面に一体的に形成され、かつ電気的に共通にされている。

透明電極層２２６上には層間絶縁膜２４０が配置され、層間絶縁膜２４０の平坦化された表面上にフィルタ２４４が配置されている。さらに、フィルタ２４４上には、パッシベーション膜などで形成されたクリアフィルタ２４５が配置され、さらに、クリアフィルタ２４５上には、それぞれＲ、Ｇ、Ｂ、およびＩＲの画素に対応させてマイクロレンズ２４８を配置しても良い。

実施の形態に係る検査システムで用いるＣＩＧＳイメージセンサ９０１に適用可能なカラー用固体撮像装置においては、例えば、透明電極層２２６と下部電極層２２５間に逆バイアス電圧を印加して、カルコパイライト構造の化合物半導体薄膜２２４内で衝突電離により、光電変換により発生した電荷の増倍を起こさせても良い。

回路部２３０は、下部電極層２２５がゲートに接続されたトランジスタを備える。

図２７に示すカラー用固体撮像装置おいて、カルコパイライト構造の化合物半導体薄膜２２４は、Ｃｕ（Ｉｎ_X,Ｇａ_1-X）Ｓｅ₂(０≦X≦１)で形成される。

下部電極層２２５としては、例えば、モリブデン（Ｍｏ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、およびタングステン（Ｗ）などを使用することができる。

バッファ層２３６の形成材料としては、例えば、ＣｄＳ、ＺｎＳ、ＺｎＯ、ＺｎＭｇＯ、ＺｎＳｅ、Ｉｎ₂Ｓ₃などを使用することができる。

透明電極層２２６は、化合物半導体薄膜２２４上に配置されたノンドープのＺｎＯ膜からなる半絶縁層（ｉＺｎＯ層）２６１と、半絶縁層２６１上に配置されたｎ型のＺｎＯ膜からなる上部電極層（ｎＺｎＯ層）２６２とを備える。

また、化合物半導体薄膜２２４は、表面に高抵抗層（ｉ型ＣＩＧＳ層）を備えている。

回路部２３０は、例えば、ＣＭＯＳ電界効果トランジスタ（ＦＥＴ：Field Effect Transistor）を備えていても良い。

図２７において、回路部２３０には、ＣＭＯＳの一部を構成するｎチャネルＭＯＳトランジスタが示されており、半導体基板２１０と、半導体基板２１０内に形成されたソース・ドレイン拡散層１２と、ソース・ドレイン拡散層１２間の半導体基板２１０上に配置されるゲート絶縁膜２１４と、ゲート絶縁膜２１４上に配置されるゲート電極２１６と、ゲート電極２１６上に配置されるＶＩＡ電極２３２とを備える。

ゲート電極２１６、ＶＩＡ電極２３２は、いずれも層間絶縁膜２２０内に形成される。

図２７に示すカラー用固体撮像装置においては、ゲート電極２１６上に配置されるＶＩＡ電極２３２によって、ＣＭＯＳの一部を構成するｎチャネルＭＯＳトランジスタのゲート電極２１６と光電変換部２２８とを電気的に接続している。

ｎチャネルＭＯＳトランジスタのゲート電極２１６に光電変換部２２８を構成するフォトダイオードのアノードが接続されることから、フォトダイオードにおいて検出された光情報は、当該ｎチャネルＭＯＳトランジスタによって増幅される。

なお、回路部２３０は、例えば、ガラス基板上に形成された薄膜上に形成されたＣＭＯＳ構成の薄膜トランジスタによって形成することもできる。

（変形例）
実施の形態に係る検査システムで用いるＣＩＧＳイメージセンサ９０１に適用可能なカラー用固体撮像装置の変形例の模式的断面構造は、図２８に示すように表される。図２８は、化合物半導体薄膜２２４が薄層化されたＲ，Ｇ，Ｂ用の画素領域部分の拡大図であり、図示は省略されているが、図２８と同様に、隣接して相対的に厚い膜厚の化合物半導体薄膜２２４を有するＩＲ用の画素が配置されている。

図２８から明らかなように、隣接する画素間で、下部電極層２２５上に配置される化合物半導体薄膜２２４が互いに素子分離領域２３４を介して分離されている。素子分離領域２３４は、層間絶縁膜２２０によって形成しても良い。また、素子分離領域２３４に対応する透明電極層２２６上の場所には、素子分離領域２３４と同程度の幅を有し、例えば、アルミニウム（Ａｌ）などで形成された遮光層４２を配置している。

なお、化合物半導体薄膜２２４と下部電極層２２５の幅は同等であってもよく、或いは、より詳細には、図２８に示すように、化合物半導体薄膜２２４の幅が、下部電極層２２５の幅よりも大きくなるように設定してもよい。

その他の構成は、実施の形態に係る検査システムで用いるＣＩＧＳイメージセンサ９０１に適用可能なカラー用固体撮像装置の構成と同様であるため、重複説明は省略する。

（フィルタ）
実施の形態に係る検査システムで用いるＣＩＧＳイメージセンサ９０１に適用可能なカラー用固体撮像装置に適用するカラーフィルタの配列例は、図２９（ａ）に示すように、Ｒ用およびＢ用フィルタに対して、Ｇ用フィルタを２倍配列したベイヤーパターンである。また、図２９（ｂ）に示すように、Ｒ用、Ｇ用、およびＢ用フィルタに対して、さらにＩＲ用フィルタを配置しても良い。このようなフィルタの配列方法は、図３６（ａ）、図２９（ｂ）に示される正方格子配列に限定されるものではなく、例えば、ハニカム配列を採用しても良い。カラーフィルタには、例えば、顔料をベースとしたカラーレジスト、ナノインプリント技術を用いて形成した透過型レジスト、或いはゼラチン膜などが適当可能である。

実施の形態に係る検査システムで用いるＣＩＧＳイメージセンサ９０１に適用可能なカラー用固体撮像装置に適用するカラーフィルタの透過特性は、図３０に示すように表される。図３０から明らかなように、Ｒ用、Ｇ用、およびＢ用可視光フィルタは、いずれも所望のＲ、Ｇ、Ｂの波長範囲以外のΔλＩで示される近赤外の波長範囲にも一定の透過率を有する。このため、後述するように、実施の形態に係る検査システムで用いるＣＩＧＳイメージセンサ９０１に適用可能なカラー用固体撮像装置においては、化合物半導体薄膜２２４の厚さおよび／またはバンドギャップエネルギーＥｇを制御することによって、赤外光、近赤外光に対する感度を遮断している。

実施の形態に係る検査システムで用いるＣＩＧＳイメージセンサ９０１に適用可能なカラー用固体撮像装置に適用するＣＩＧＳ膜の量子効率の波長特性は、図３１に示すように表される。即ち、光吸収層として機能するカルコパイライト構造の化合物半導体薄膜（Ｃｕ（Ｉｎ_X,Ｇａ_1-X）Ｓｅ₂(０≦X≦１)）２４は、可視光から近赤外光まで幅広い波長領域において、高い量子効率の光電変換特性を示している。シリコン（Ｓｉ）の場合の光電変換特性に比べ、量子効率は倍以上である。特に、ＣｕＩｎＳｅ₂とＣｕＧａＳｅ₂の混晶で、可視光領域において、最高の量子効率の値が得られる。

実施の形態に係る検査システムで用いるＣＩＧＳイメージセンサ９０１に適用可能なカラー用固体撮像装置に適用するＣＩＧＳ膜の光吸収特性は、図３９に示すように表される。即ち、光吸収層として機能するカルコパイライト構造の化合物半導体薄膜（Ｃｕ（Ｉｎ_X,Ｇａ_1-X）Ｓｅ₂(０≦X≦１)）２４は、可視光から近赤外光まで幅広い波長領域において、強い吸収性能を有する。

例えば、可視光領域においてもシリコン（Ｓｉ）の吸収係数の約１００倍である。

（第１の製造方法）
実施の形態に係る検査システムで用いるＣＩＧＳイメージセンサ１９０１に適用可能なカラー用固体撮像装置の第１の製造方法は、図３３に示すように表される。第１の製造方法においては、化合物半導体薄膜２２４に段差構造を形成するために、予め、層間絶縁膜２２０に段差構造を形成している。

すなわち、図３３（ａ）に示すように、層間絶縁膜２４０を平坦化する。この平坦化工程には、例えば、化学的機械研磨（ＣＭＰ:Chemical Mechanical Polishing）技術を適用することができる。

次に、図３３（ｂ）に示すように、平坦化された層間絶縁膜２４０上にフィルタ２４４を形成する。Ｒ、Ｇ、Ｂの可視光検出用の画素領域に対応する層間絶縁膜２４０上には、可視光フィルタ２４４Ｒ、２４４Ｇ、２４４Ｂを配置し、赤外光検出用の画素領域に対応する層間絶縁膜２４０上には、赤外光フィルタ２４４Ｉを配置する。

次に、図２７に示すように、フィルタ２４４および層間絶縁膜２４０上に、例えばパッシベーション膜からなるクリアフィルタ２４５を形成後、可視光フィルタ２４４Ｒ、２４４Ｇ、２４４Ｂ、赤外光フィルタ２４４Ｉの上方のクリアフィルタ２４５上に、光情報の集光用のマイクロレンズ２４８をそれぞれ配置することによって、実施の形態に係る検査システムで用いるＣＩＧＳイメージセンサ１９０１に適用可能なカラー用固体撮像装置が完成する。

（第２の製造方法）
実施の形態に係る検査システムで用いるＣＩＧＳイメージセンサ１９０１に適用可能なカラー用固体撮像装置の第２の製造方法は、図３４、図３５に示すように表される。第２の製造方法においては、化合物半導体薄膜２２４に直接段差構造を形成している。

すなわち、図３４に示すように、平坦化された層間絶縁膜２４０上に、フィルタ２４４を形成する。Ｒ、Ｇ、Ｂの可視光検出用の画素領域に対応する層間絶縁膜２４０上には、可視光フィルタ２４４Ｒ、２４４Ｇ、２４４Ｂを配置し、赤外光検出用の画素領域に対応する層間絶縁膜２４０上には、赤外光フィルタ２４４Ｉを配置する。

次に、図３５に示すように、フィルタ２４４および層間絶縁膜２４０上に、例えばパッシベーション膜からなるクリアフィルタ２４５を形成後、可視光フィルタ２４４Ｒ、２４４Ｇ、２４４Ｂ、赤外光フィルタ２４４Ｉの上方のクリアフィルタ２４５上に、光情報の集光用のマイクロレンズ２４８をそれぞれ配置することによって、実施の形態に係る検査システムで用いるＣＩＧＳイメージセンサ１９０１に適用可能なカラー用固体撮像装置が完成する。

（化合物半導体薄膜の形成工程）
光吸収層として機能する化合物半導体薄膜は、物理的気相堆積（ＰＶＤ：Physical Vapor Deposition）法と呼ばれる真空蒸着法やスパッタ法、あるいは分子線エピタキシー（ＭＢＥ：Molecular Beam Epitaxy）法によって、回路部３０が形成された半導体基板９０１０やガラス基板上に、形成可能である。ここで、ＰＶＤ法とは、真空中で蒸発させた原材料を堆積させて、成膜する方法をいうものとする。

真空蒸着法を用いる場合、化合物の各成分（Ｃｕ,Ｉｎ,Ｇａ,Ｓｅ,Ｓ）を別々の蒸着源として、回路部３０が形成された基板上に蒸着させる。

スパッタ法では、カルコパイライト化合物をターゲットとして用いるか、或いは、その各成分を別々にターゲットとして用いる。

なお、化合物半導体薄膜を回路部３０が形成されたガラス基板上に形成する場合、基板を高温に加熱するため、カルコゲナイド元素の離脱による組成ずれが起こる場合がある。この場合は、成膜後にＳｅまたはＳの蒸気雰囲気中で４００〜６００℃の温度で１〜数時間程度の熱処理を行うことにより、ＳｅまたはＳを補充することもできる（セレン化処理または硫化処理）。

実施の形態に係る検査システムで用いるＣＩＧＳイメージセンサ１９０１に適用可能なカラー用固体撮像装置に適用する化合物半導体薄膜２２４の製造方法は、基板温度を第１の温度Ｔ１に保持し、ＩＩＩ族元素が過剰な状態において、（Ｃｕ／（Ｉｎ＋Ｇａ））の組成比を０に維持する第１ステップ（第１段階：１ａ期間）と、基板温度を第１の温度Ｔ１から第１の温度Ｔ１よりも高い第２の温度Ｔ２に保持し、（Ｃｕ／（Ｉｎ＋Ｇａ））の組成比を１．０以上のＣｕ元素が過剰な状態に移行させる第２ステップ（第２段階：２ａ期間）と、（Ｃｕ／（Ｉｎ＋Ｇａ））の組成比が１．０以上のＣｕ元素が過剰な状態から、１．０以下のＩＩＩ族元素が過剰な状態に移行させる第３ステップ（第３段階）とを有する。第３のステップ（第３段階）は、基板温度を第２の温度Ｔ２に保持する第１の期間（期間３ａ）と、基板温度を第２の温度Ｔ２から第１の温度Ｔ１よりも低い第３の温度Ｔ３に保持する第２の期間（３ｂ）を有することにより、カルコパイライト構造の化合物半導体薄膜を形成する。

また、第３の温度Ｔ３は、例えば、約３００℃以上４００℃程度以下である。

また、第２の温度は、例えば、約５５０℃程度以下である。

また、第３段階は、例えば第１のステップ（期間３ａ）の終了時の（Ｃｕ／（Ｉｎ＋Ｇａ））を例えば約０．５〜１．３の範囲とし、第２のステップ（期間３ｂ）の終了時の（Ｃｕ／（Ｉｎ＋Ｇａ））を１．０以下の値としてもよい。

実施の形態に係る検査システムで用いるＣＩＧＳイメージセンサ１９０１に適用可能なカラー用固体撮像装置に適用する化合物半導体薄膜２２４の製造方法においては、第３段階を２段に分けて、３ａ期間は温度Ｔ２の高温プロセス段階であるが、３ｂ期間は、温度Ｔ３の低温プロセス段階に移行させて、化合物半導体薄膜２２４の表面に、積極的にｉ型ＣＩＧＳ層２４２を形成する。基板温度は、３００℃〜４００℃であり、例えば、約３００℃とする。

上記においては、各構成元素の蒸着を同時に蒸着するのではなく、三段階に分けて行っており、膜内における各構成元素の分布を、ある程度制御できる。Ｉｎ元素、Ｇａ元素のビームフラックスは、化合物半導体薄膜２２４のバンドギャップの制御に用いる。一方、Ｃｕ／ＩＩＩ族（Ｉｎ＋Ｇａ）比は、化合物半導体薄膜２２４内のＣｕ濃度の制御に用いることができる。Ｃｕ／ＩＩＩ族（Ｉｎ＋Ｇａ）比の設定が比較的容易である。また、膜厚の制御も容易である。Ｓｅは常に一定量供給されている。

Ｃｕ／ＩＩＩ族（Ｉｎ＋Ｇａ）比の設定が比較的容易であることから、第３段階において、Ｃｕ／ＩＩＩ族（Ｉｎ＋Ｇａ）比を低下させて、化合物半導体薄膜２２４の表面に、ｉ型ＣＩＧＳ層２４２を、膜厚の制御性よく、容易に形成することができる。ｉ型ＣＩＧＳ層２４２は、膜内のキャリア濃度を調整するＣｕの濃度が低く、キャリアの数が少ないためにｉ層として機能する。

なお、上記では三段階法に引き続いて低温ステップ３ｂを行う例について説明したが、本発明はこれに限るものではない。例えば、三段階法を行った後に一旦プロセスを終了し、その後に期間３ｂで示したような温度へと温度変化させつつＣｕ分率を減らして、所望のＣＩＧＳ表面層を形成することもできる。また、三段階法を例として説明したが、本発明はこれに限るものではない。例えば、バイレイヤー法を利用して本発明を実施することもできる。バイレイヤー法とは、第１段階でＣｕ,Ｉｎ,Ｇａ,Ｓｅの４元素を用い、引き続く第２段階においてはＣｕを除いたＩｎ,Ｇａ,Ｓｅの３元素を用いて、例えば蒸発法やスパッタリング法などによりＣＩＧＳ膜を成膜する方法である。バイレイヤー法により成膜した後に、期間３ｂの上記温度へと温度変化させつつＣｕ分率を減らして、所望のＣＩＧＳ表面層を形成することもできる。また、その他の成膜方法（硫化法、セレン化／硫化法、同時蒸着法、インライン式同時蒸着法、高速固相セレン化法、ＲＲ（ロール・ツー・ロール）法、イオン化蒸着・ＲＲ法、同時蒸着・ＲＲ法、電着法、ハイブリッドプロセス、ハイブリッドスパッタ・ＲＲ法、ナノ粒子印刷法、ナノ粒子印刷・ＲＲ法、ＦＡＳＳＴ（登録商標）プロセス）を用いて作成したＣＩＧＳ薄膜に、さらに上述のような低温成膜ステップを行うことによって、本発明を実施することもできるのはもちろんである。

また、実施の形態に係る検査システムで用いるＣＩＧＳイメージセンサ１９０１に適用可能なカラー用固体撮像装置において、比較的低いターゲット電圧Ｖ_tを印加した状態において、光照射がある場合と、光照射がない場合の電流値の変化はわずかである。一方、相対的に高電圧を印加してアバランシェ増倍作用が起こり得る状態において、光照射がある場合と、光照射がない場合の電流値の変化はきわめて顕著である。光照射がない場合の暗電流は、略同程度であるため、実施の形態に係る検査システムで用いるＣＩＧＳイメージセンサ１９０１に適用可能なカラー用固体撮像装置においては、Ｓ／Ｎ比も改善される。

実施の形態に係る検査システムで用いるＣＩＧＳイメージセンサ１９０１に適用可能なカラー用固体撮像装置の１画素Ｃ_ijの回路構成は、アバランシェ増倍を利用する場合には、例えば、図３６（ａ）に示すように、フォトダイオードＰＤと３個のＭＯＳトランジスタで表される。一方、アバランシェ増倍を利用しない場合には、例えば、図３６（ｂ）に示すように表される。

実施の形態に係る検査システムで用いるＣＩＧＳイメージセンサ１９０１に適用可能なカラー用固体撮像装置は、図３７に示すように、行方向に配置された複数のワード線ＷＬ_i（ｉ＝１〜ｍ：ｍは整数）と、列方向に配置された複数のビット線ＢＬ_j（j＝１〜n：nは整数）と、下部電極層２２５と、下部電極層２２５上に配置されたカルコパイライト構造の化合物半導体薄膜２２４と、化合物半導体薄膜２２４上に配置された透明電極層２２６とを有するフォトダイオードＰＤと、透明電極層２２６上に配置された可視光フィルタ２４４Ｒ、２４４Ｇ、２４４Ｂと、複数のワード線ＷＬ_iと複数のビット線ＢＬ_jの交差部に配置された画素Ｃ_ijとを備える。なお、図３７の構成例では３×３のマトリックスで示されているが、上記の通り、ｍ×ｎのマトリックスに拡張可能である。フォトダイオードは、図２７の光電変換部２２８に対応する。

図３７中に示される各画素の回路構成は、図３６（ａ）に対応している。なお、図３６（ｂ）の回路構成を用いても良い。バッファ１９６０が、図３６（ａ）の破線で囲まれたソースフォロワであって、定電流源ＩｃとＭＯＳトランジスタＭ_SFで構成される。選択ＭＯＳトランジスタＭ_SEL のゲートは、ワード線ＷＬに接続されている。フォトダイオードＰＤのカソードにはターゲット電圧Ｖ_t（Ｖ）が印加されている。キャパシタＣ_PDは、フォトダイオードＰＤの空乏層容量であり、電荷蓄積を行うためのキャパシタである。

ソースフォロワ用のＭＯＳトランジスタＭ_SFのドレインは電源電圧Ｖ_DDPDに接続されている。フォトダイオードＰＤのアノードはリセット用のＭＯＳトランジスタＭ_RSTに接続されており、リセット端子ＲＳＴに入力する信号のタイミングで、フォトダイオードＰＤは、初期状態にリセットされる。

この実施の形態によれば、化合物半導体薄膜２２４の膜厚を制御することにより、近赤外領域の光への感度をほとんど有しないようにすることができるため、赤外カットフィルタが不要となり、可視領域にのみ高い感度を持つカラー用固体撮像装置を提供することができる。

実施の形態に係る検査システムで用いるＣＩＧＳイメージセンサ１９０１に適用可能なカラー用固体撮像装置においては、層間絶縁膜２２０に段差を形成することにより、可視光フィルタ２４４Ｒ、２４４Ｇ、２４４Ｂに適した可視光感度特性を有する化合物半導体薄膜２２４の膜厚に制御することが可能となる。

カラーの信号を得るとき、色信号はホワイトバランスを合わせて調整するが近赤外領域の光まで吸収層が感度を有すると、そのカラーの映像信号は人間の色覚特性とは違ってくるため正確な色再現性が得られない。そのための信号処理方法が必要となるが、実施の形態に係る検査システムで用いるＣＩＧＳイメージセンサ１９０１に適用可能なカラー用固体撮像装置およびその変形例によれば、近赤外の感度を有しないため、そのような信号処理が不要となる。

実施の形態に係る検査システムで用いるＣＩＧＳイメージセンサ１９０１に適用可能なカラー用固体撮像装置においては、化合物半導体薄膜２２４の膜厚を制御することによって、可視光フィルタ２４４Ｒ、２４４Ｇ、２４４Ｂを配置する画素部分は可視光のみを吸収する構成を実現することができる。

実施の形態に係る検査システムで用いるＣＩＧＳイメージセンサ１９０１に適用可能なカラー用固体撮像装置においては、化合物半導体薄膜２２４のバンドギャップエネルギーＥｇを制御することによって、可視光フィルタ２４４Ｒ、２４４Ｇ、２４４Ｂを配置する画素部分は可視光のみを吸収する構成を実現することができる。

実施の形態に係る検査システムで用いるＣＩＧＳイメージセンサ１９０１に適用可能なカラー用固体撮像装置においては、化合物半導体薄膜２２４の膜厚と同時にバンドギャップエネルギーＥｇを制御することによって、可視光フィルタ２４４Ｒ、２４４Ｇ、２４４Ｂを配置する画素部分は可視光のみを吸収し、近赤外光フィルタ２４４Ｉを配置する画素部分は近赤外光のみを吸収する構成を実現することができる。

実施の形態に係る検査システムで用いるＣＩＧＳイメージセンサ１９０１に適用可能なカラー用固体撮像装置およびその変形例によれば、視感度補正用の赤外線除去フィルタを不要とし、かつ色再現性を人間の視感度に合わせたカラー用固体撮像装置を提供することができる。

実施の形態に係る検査システムで用いるＣＩＧＳイメージセンサ１９０１に適用可能なカラー用固体撮像装置およびその変形例においては、光電変換部にカルコパイライト構造をもつ化合物半導体薄膜として、Ｃｕ（Ｉｎ_X,Ｇａ_1-X）Ｓｅ₂(０≦X≦１)を用いているが、これに限定されるものではない。

化合物半導体薄膜に適用するＣＩＧＳ薄膜としては、Ｃｕ（Ｉｎ_X,Ｇａ_1-X）(Ｓｅ_Y, Ｓ_1-Y) (０≦X≦１,０≦Y≦１)という組成のものも知られており、このような組成をもつＣＩＧＳ薄膜も利用可能である。

カルコパイライト構造の化合物半導体薄膜としては、この他、ＣｕＡｌＳ₂,ＣｕＡｌＳｅ₂,ＣｕＡｌＴｅ₂,ＣｕＧａＳ₂,ＣｕＧａＳｅ₂, ＣｕＧａＴｅ₂, ＣｕＩｎＳ₂, ＣｕＩｎＳｅ₂, ＣｕＩｎＴｅ₂, ＡｇＡｌＳ₂, ＡｇＡｌＳｅ₂, ＡｇＡｌＴｅ₂, ＡｇＧａＳ₂, ＡｇＧａＳｅ₂, ＡｇＧａＴｅ₂, ＡｇＩｎＳ₂, ＡｇＩｎＳｅ₂, ＡｇＩｎＴｅ₂など、他の化合物半導体薄膜も適用可能である。

また、上記では実施形態としてバッファ層を有する構成について説明したが、本発明はこれに限るものではない。化合物半導体薄膜(ＣＩＧＳ)層の上にバッファ層なしで透明電極層２２６を設ける構成であってもよい。

また、実施の形態に係る検査システムで用いるＣＩＧＳイメージセンサ１９０１に適用可能な固体撮像装置においては、化合物半導体薄膜２２４からなるフォトダイオードのアノードが回路部のＭＯＳトランジスタのゲート電極に接続される構成、すなわち、画素単位で増幅機能を有する例を主として説明したが、このような構成に限定されるものではなく、フォトダイオードのアノードが回路部のＭＯＳトランジスタのソース若しくはドレイン電極に接続される構成、すなわち、画素単位で増幅機能を有しない例を採用しても良い。

また、実施の形態に係る検査システムで用いるＣＩＧＳイメージセンサ１９０１に適用可能な固体撮像装置においては、化合物半導体薄膜２２４からなるフォトダイオードにアバランシェ増倍機能を有する例を主として説明したが、光電変換部２２８の構成は、アバランシェ増倍機能を有する場合に限定されない。アバランシェ増倍機能を持たない化合物半導体薄膜２２４のフォトダイオードを用いても良い。

以上説明したように、本発明によれば、簡便かつ高精度に検査対象物を検査することが可能な検査システム、検査方法、画素回路及びイメージセンサを提供することができる。

[テラヘルツセンサ]
次に、実施の形態に係る電動工具１および管理システム５０が備える検出手段２４に適用可能なテラヘルツセンサについて説明する。

このテラヘルツセンサを用いることにより、施工対象の壁面等の表面状態や内部状態を精度良く検出することができ、壁面等の劣化や配管等を的確に把握することができる。

図３８は、テラヘルツ発振素子９３８およびテラヘルツ検出素子９４４を適用する実施の形態に係る検査装置９３０を示す。

図３８は、検査装置９３０において、テラヘルツ発振素子９３８を搭載したテラヘルツ送信器９３８から出力されたテラヘルツ波Ｉoを、テラヘルツ検出素子９４４を搭載したテラヘルツ受信器９２０で検出する状態を示す。

実施の形態に係る検査装置９３０の模式的平面パターン構成は、図３９に示すように表される。

図３９においては、後述する図４２に示された実施の形態に係る検査装置９３０に適用されるテラヘルツ発振素子（ＲＴＤ）および同一構成のテラヘルツ検出素子（ＲＴＤ）を、テラヘルツ発振素子９３８およびテラヘルツ検出素子９４４に利用している。

このため、同一工程で製造したテラヘルツ発振素子９３８およびテラヘルツ検出素子９４４を利用することができる。

これにより、テラヘルツ送信器９１０およびテラヘルツ検出器９２０の構成が単純化され、高感度、低雑音でテラヘルツ電磁波の発振・検出が実現可能な検査装置９３０を提供することができる。

実施の形態に係る検査装置９３０は、テラヘルツ発振素子９３８を備えるテラヘルツ送信器９１０と、テラヘルツ検出素子９４４を備えるテラヘルツ受信器９２０とを備え、テラヘルツ発振素子９３８は、負性微分抵抗領域に第１動作点を有する振幅遷移変調によって、テラヘルツ波（ｈν）Ｉsを発生すると共に、テラヘルツ検出素子９４４は、負性抵抗特性ではない非線形性領域に第２動作点を有することによって、テラヘルツ発振素子９３８から発生されたテラヘルツ波Ｉsを検出することができる。

なお、テラヘルツ送信器９１０およびテラヘルツ検出器９２０の能動素子９９０には、ホーン開口部９８０が形成されている。

図４０および図４１は、電動工具１の施工対象の１種である壁面５０１にテラヘルツ発振素子から出力されたテラヘルツ波（ｈν）Ｉiを入力し、壁面５０１で反射されたテラヘルツ波（ｈν）Ｉrをテラヘルツ検出素子で検出する場合である。

これにより、テラヘルツ送信器９１０とテラヘルツ検出器９２０を対向させて配置する必要がなくなり、検査の利便性を向上させることができる。

実施の形態に係る検査装置に適用されるテラヘルツ発振素子およびテラヘルツ検出素子の模式的鳥瞰構造は、図４２に示すように表され、図４２のＩ−Ｉ線に沿う模式的断面構造は、図４３（ａ）に示すように表され、図４２のＩＩ−ＩＩ線に沿う模式的断面構造は、図４３（ｂ）に示すように表される。

実施の形態に係る検査装置に適用されるテラヘルツ発振素子およびテラヘルツ検出素子は、非対称の順方向および逆方向電流電圧特性を有する能動素子９９０を備え、負性微分抵抗を示す第１動作点で発振素子として動作し、負性抵抗領域ではない非線形特性を示す第２動作点で検出素子として動作する。

実施の形態に係る検査装置に適用されるテラヘルツ発振素子およびテラヘルツ検出素子の模式的鳥瞰構造は、図４２、図４３に示すように、半導体基板９０１と、半導体基板９０１上に配置された第２の電極９０２，９０２ａと、第２の電極９０２上に配置された絶縁層９０３と、第２の電極９０２に対して絶縁層９０３を介して配置され、かつ半導体基板９０１上に第２の電極９０２に対向して配置された第１の電極９０４（９０４ａ，９０４ｂ，９０４ｃ）と、絶縁層９０３を挟み第１の電極９０４ａと第２の電極９０２間に形成されたＭＩＭリフレクタ９５０と、ＭＩＭリフレクタ９５０に隣接して、半導体基板９０１上に対向する第１の電極９０４と第２の電極９０２間に配置された共振器９６０と、共振器９６０に隣接して、半導体基板９０１上に対向する第１の電極９０４と第２の電極９０２間に配置された導波路９７０と、導波路９７０に隣接して、半導体基板９０１上に対向する第１の電極９０４と第２の電極９０２間に配置されたホーン開口部９８０とを備え、能動素子９９０は、共振器９６０の略中央部に配置される。

図４２、図４３において、符号９１８は、ＳｉＯ_２等で形成される絶縁膜であり、例えば、約０．６μｍまたは約５μｍの厚さに形成される。

ホーン開口部９８０は、開口ホーンアンテナから構成される。ホーン開口部の開口角θは、例えば、１０度程度以下に設定することが、電磁波（ｈν）の放射方向に指向特性を持たせる上で望ましい。ホーン開口部９８０の長さＬ３は、例えば、約７００μｍ程度以下である。ホーン開口部９８０の先端部における開口幅は、例えば、約１６０μｍ程度である。

導波路９７０は、共振器９６０の開口部に配置されている。導波路９７０の長さＬ２は、例えば、約７００μｍ程度以下である。また、導波路９７０における第１の電極９０４と第２の電極９０２間の間隔は、例えば、約２４μｍ程度である。

なお、ホーン開口部９８０のホーン形状は、電磁波を空気中に取り出すために必要な構造である。ホーン形状によって、インピーダンス整合性良く電磁波を空気中に効率よく取り出すことができる。尚、ホーンの形状は、直線性形状に限らず、非直線性形状、曲線形状、２次曲線形状、放物線形状、階段状形状などであっても良い。

共振器９６０には、２箇所の凹部９０５、９０６が形成されており、この２つの凹部９０５、９０６に挟まれて、凸部９０７が形成されている。そして、第１の電極９０４の凸部９０７の略中央部には突起部９０８が形成され、この突起部９０８の下側に第２の電極９０２と挟まれるように、能動素子９９０が配置される。

共振器９６０の長さＬ１は、例えば、約３０μｍ程度以下である。突起部９０８の長さは、例えば、約６μｍ程度以下である。また、凹部９０５、９０６の幅（第１の電極９０４と第２の電極９０２との間隔）は、例えば、約４μｍ程度である。能動素子９９０の寸法は、例えば、約１．４μｍ ² 程度である。但し、能動素子９９０のサイズは、この値に限定されず、例えば、約５．３μｍ ² 程度以下であってもよい。能動素子９９０の詳細構造については後述する。共振器９６０の各部のサイズは、上記寸法に限定されるものではなく、発振する電磁波の周波数に応じて設計上適宜設定されるものである。

また、図１６に示すように、導波路９７０における第１の電極９０４と第２の電極９０２間の間隔に比べて、共振器９６０が形成されている部分の第１の電極９０４と第２の電極９０２間の間隔は、狭い。

ＭＩＭリフレクタ９５０は共振器９６０の開口部と反対側の閉口部に配置されている。

金属／絶縁体／金属からなるＭＩＭリフレクタ９５０の積層構造により、第１の電極９０４と第２の電極９０２は高周波的に短絡される。また、ＭＩＭリフレクタ９５０は、直流的には開放（オープン）でありながら、高周波を反射させることが可能となるという効果を有する。

第１の電極９０４（９０４ａ，９０４ｂ，９０４ｃ）および第２の電極９０２，９０２ａは、いずれも例えば、Ａｕ／Ｐｄ／Ｔｉのメタル積層構造からなり、Ｔｉ層は、後述する半絶縁性のＩｎＰ基板からなる半導体基板９０１との接触状態を良好にするためのバッファ層である。第１の電極９０４ａ，９０４ｂ，９０４ｃおよび第２の電極９０２，９０２ａの各部の厚さは、例えば、約数１００ｎｍ程度であり、全体として、平坦化された積層構造が得られている。なお、第１の電極９０４、第２の電極９０２は、いずれも真空蒸着法、或いはスパッタリング法などによって形成することができる。

さらに詳細には、第１の電極９０４ａおよび第１の電極９０４ｃは、例えば、Ａｕ／Ｐｄ／Ｔｉからなり、第１の電極９０４ｂは、例えば、Ａｕ／Ｔｉからなる。第２の電極９０２は、例えば、Ａｕ／Ｐｄ／Ｔｉからなり、第２の電極９０２ａは、例えば、Ａｕ／Ｔｉからな 尚、第１の電極９０４ｂの表面層を形成するＴｉ層は、ボンディングワイヤ（図示省略）によって取り出し電極を形成する際、接触抵抗を低減するために除去することが望ましい。同様に、第２の電極９０２ａの表面層を形成するＴｉ層は、ボンディングワイヤ（図示省略）によって取り出し電極を形成する際、接触抵抗を低減するために除去することが望ましい。

絶縁層９０３は、例えば、ＳｉＯ _２膜で形成することができる。その他、Ｓｉ_３Ｎ_４膜、ＳｉＯＮ膜、ＨｆＯ_２膜、Ａｌ_２Ｏ_３膜などを適用することもできる。

なお、絶縁層９０３の厚さは、ＭＩＭリフレクタ９５０の幾何学的な平面寸法と、回路特性上の要求されるキャパシタ値を考慮して決めることができ、例えば、数１０ｎｍ〜数１００ｎｍ程度である。絶縁層９０３は、化学的気相堆積（ＣＶＤ：Chemical Vapor Deposition）法、或いはスパッタリング法などによって形成することができる。

第２の電極９０２上に配置された絶縁層９０３と、第２の電極９０２に対して絶縁層９０３を介して配置され、かつ半導体基板９０１上に第２の電極９０２に対向して配置された第１の電極９０４（９０４ａ，９０４ｂ，９０４ｃ）と、絶縁層９０３を挟み第１の電極９０４ａと第２の電極９０２間に形成されたＭＩＭリフレクタ９５０と、ＭＩＭリフレクタ９５０に隣接して、半導体基板９０１上に対向する第１の電極９０４と第２の電極９０２間に配置された共振器９６０と、共振器９６０に隣接して、半導体基板９０１上に対向する第１の電極９０４と第２の電極９０２間に配置された導波路９７０と、導波路９７０に隣接して、半導体基板９０１上に対向する第１の電極９０４と第２の電極９０２間に配置されたホーン開口部９８０とを備え、能動素子９９０は、共振器９６０の略中央部に配置される。

―共鳴トンネルダイオード―
実施の形態に係る検査装置に適用される共鳴トンネルダイオード（ＲＴＤ）の模式的断面構造は、図４４（ａ）に示すように表され、その変形例の模式的断面構造は、図４４（ｂ）に示すように表される。

実施の形態に係る検査装置に適用される能動素子９９０としてＲＴＤの構成例は、図４４（ａ）に示すように、半絶縁性のＩｎＰ基板からなる半導体基板１上に配置され、ｎ型不純物を高濃度にドープされたｎ⁺ＩｎＧａＡｓ層９１ａと、ｎ⁺ＩｎＧａＡｓ層９９１ａ上に配置され,ｎ型不純物をドープされたｎＩｎＧａＡｓ層９９２ａと、ｎＩｎＧａＡｓ層９９２ａ上に配置されたアンドープのＩｎＧａＡｓ層９９３ｂと、ＩｎＧａＡｓ層９９３ｂ上に配置されたアンドープのＡｌＡｓ層９９４ａ／アンドープのＩｎＧａＡｓ層９９５／アンドープのＡｌＡｓ層９９４ｂから構成されたＲＴＤ部と、アンドープのＡｌＡｓ層９９４ｂ上に配置されたアンドープのＩｎＧａＡｓ層９９３ｂと、アンドープのＩｎＧａＡｓ層９９３ｂ上に配置され,ｎ型不純物をドープされたｎＩｎＧａＡｓ層９９２ｂと、ｎＩｎＧａＡｓ層９９２ｂ上に配置され,ｎ型不純物を高濃度にドープされたｎ⁺ＩｎＧａＡｓ層９９１ｂと、ｎ⁺ＩｎＧａＡｓ層９９１ｂ上に配置された第１の電極９０４ａと、ｎ⁺ＧａＩｎＡｓ層９９１ａ上に配置された第２の電極９０２とを備える。

変形例では、図４４（ｂ）に示すように、ｎ型不純物を高濃度にドープされたｎ⁺ＧａＩｎＡｓ層９９１ｂ上に更にｎ型不純物を高濃度にドープされたｎ⁺ＧａＩｎＡｓ層９９１ｃを配置し、第１の電極９０４ａとのコンタクトを良好にしている。

図４４（ａ）および図４４（ｂ）に示すように、ＲＴＤ部は、アンドープのＩｎＧａＡｓ層９９５をアンドープのＡｌＡｓ層９９４ａ、９９４ｂで挟んで形成されている。

このように積層されたＲＴＤ部は、スペーサとして用いられるアンドープのＩｎＧａＡｓ層９９３ａ、９９３ｂを介在させてｎＩｎＧａＡｓ層９９２ａ、９９２ｂ、及びｎ⁺ＩｎＧａＡｓ層９９１ａ、９９１ｂ、若しくは９９１ｃを介して、第２の電極９０２と第１の電極９０４にオーミックに接続される構造となっている。

尚、図４４（ａ）および図４４（ｂ）の構造において、さらに半絶縁性のＩｎＰ基板からなる半導体基板１上にアンドープのＩｎ_0.53Ｇａ_0.47Ａｓ層をｎ型不純物を高濃度にドープされたｎ⁺ＩｎＧａＡｓ層９９１ａとの間に介在させても良い。

ここで、各層の厚さは、例えば以下の通りである。

ｎ⁺ＩｎＧａＡｓ層９９１ａ、９９１ｂ・９９１ｃの厚さは、それぞれ例えば、約４００ｎｍ、１５ｎｍ、８ｎｍ程度である。ｎＧａＩｎＡｓ層９９２ａおよび９９２ｂの厚さは、略等しく、例えば、約２５ｎｍ程度である。アンドープＩｎＧａＡｓ層９９３ａ・９９３ｂの厚さは、例えば、約２ｎｍ・２０ｎｍ程度である。アンドープＡｌＡｓ層９９４ａ・９９４ｂの厚さは、等しく、例えば、約１．１ｎｍ程度である。アンドープＧａＩｎＡｓ層９９５の厚さは、例えば、約４．５ｎｍ程度である。

実施の形態に係る検査装置に適用される共鳴トンネルダイオード（ＲＴＤ）の模式的断面構造においては、アンドープのＡｌＡｓ層９９４ａ／アンドープのＩｎＧａＡｓ層９９５／アンドープのＡｌＡｓ層９９４ｂから構成されたＲＴＤ部を挟むアンドープＩｎＧａＡｓ層９９３ａの厚さを約２ｎｍ、アンドープＩｎＧａＡｓ層９９３ｂの厚さを約２０ｎｍと非対称に設定することによって、前出の図４１に示すように、順方向―逆方向のＩ−Ｖ特性を非対称にすることができる。

実施の形態に係る検査装置に適用される共鳴トンネルダイオード（ＲＴＤ）の模式的断面構造においては、エピタキシャル構造を非対称にすることで、順方向と逆方向のＩ−Ｖ特性が非対称となり、印加電圧を変えることによって、発振素子、検出素子を使い分けることが可能となる。

またダイオードによる検出には、Ｉ−Ｖ特性の非線形性が大きい方が感度が良いが、ＲＴＤは負性抵抗を示すので、非線形性が大きく、高感度な検出が可能である。

ここで、Ｉｎ_xＧａ_1-xＡｓからなる各層のＩｎ組成比ｘは、例えば以下の通りである。

ｎ⁺ＩｎＧａＡｓ層９９１ａ・９９１ｂにおいてはｘ＝０．５３、ｎ⁺ＩｎＧａＡｓ層９９１ｃにおいてはｘ＝０．７、ｎＧａＩｎＡｓ層９９２ａ・９９２ｂにおいてはｘ＝０．５３、アンドープＩｎＧａＡｓ層９９３ｂにおいてはｘ＝０．５３、アンドープＧａＩｎＡｓ層９５においてはｘ＝０．８である。

ここで、各層のドーピングレベルは、例えば以下の通りである。

ｎ⁺ＩｎＧａＡｓ層９９１ａ・９９１ｂのドーピングレベルは、約２．００Ｅ＋１９（ｃｍ^-3）、ｎ⁺ＩｎＧａＡｓ層９９１ｃのドーピングレベルは、約２．００Ｅ＋１９（ｃｍ^-3）、ｎＧａＩｎＡｓ層９９２ａ・９９２ｂのドーピングレベルは、約３．００Ｅ＋１８（ｃｍ^-3）であり、いずれもドーパントは、例えば、シリコン（Ｓｉ）を適用可能である。

なお、図４４（ａ）および図４４（ｂ）に示す積層構造の側壁部には、ＳｉＯ₂膜、Ｓｉ₃Ｎ₄膜、ＳｉＯＮ膜、ＨｆＯ₂膜、Ａｌ₂Ｏ₃膜など、若しくはこれらの多層膜からなる絶縁膜を堆積することもできる。絶縁層は、ＣＶＤ法、或いはスパッタリング法などによって形成することができる。

能動素子９９０を構成するＲＴＤの寸法は、例えば、約１．４μｍ²程度以下である。例えば、室温で観測した発振周波数は、約３００ＧＨｚ程度である。また、例えば、発振時における素子の電流密度Ｊｐは、約７ｍＡ／μｍ²程度である。

―回路構成―
実施の形態に係る検査装置に適用されるテラヘルツ発振素子の模式的回路構成は、図４５（ａ）に示すように、能動素子９９０を構成するＲＴＤと、ＭＩＭリフレクタ９５０を構成するキャパシタＣＭの並列回路によって表される。第１の電極９０４にはＲＴＤのカソードが接続され、第２の電極９０２には、ＲＴＤのアノードが接続され、第１の電極９０４にはマイナスの電圧、第２の電極９０２にはプラスの電圧が印加される。発振状態においては、ホーン開口部の開口方向であるＹ軸方向に電磁波（ｈν）が指向性良く伝播される。

図４５（ａ）に対応する簡易等価回路構成は、図４５（ｂ）に示すように、能動素子９９０を構成するＲＴＤは、キャパシタＣ０１とインダクタＬ０１の並列回路で表わすことができ、ＭＩＭリフレクタ９５０のキャパシタＣＭがさらに並列に接続されるため、テラヘルツ波（ｈν）の発振周波数ｆは、ｆ＝１／[２π（Ｌ０１（Ｃ０１＋ＣＭ）^1/2）で表される。

実施の形態に係る検査装置に適用されるテラヘルツ発振素子のアンテナ系も含めた模式的等価回路構成は、図５３（ａ）に示すように、ダイオード（ＲＴＤ）系を表す能動素子９９０・キャパシタＣＭの並列回路に対して、アンテナ（ＡＮＴ）系を表すアンテナインダクタＬ・アンテナキャパシタＣＡ・アンテナ放射抵抗Ｇ_ANTの並列回路が並列に接続される。

図４６（ａ）の能動素子９０を構成するＲＴＤの等価回路構成は、図４６（ｂ）に示すように、コンタクト抵抗Ｒc・コンタクトキャパシタＣcからなるコンタクト部分の並列回路と、外部ダイオードキャパシタＣＤ・内部ダイオードキャパシタＣｄ・ダイオード負性抵抗（−Ｇｄ）からなるダイオード部分の並列回路と、インダクタＬＭ・抵抗ＲＭからなるメサ部分の直列回路が直列接続された構成を備える。

ここで、実施の形態に係る検査装置に適用されるテラヘルツ発振素子のアンテナ系も含めた等価回路全体のアドミッタンスＹは、
Ｙ＝Ｙｄ＋Ｙｃ・Ｙａ・Ｙｍ／（Ｙｃ・Ｙａ＋Ｙａ・Ｙｍ＋Ｙｃ・Ｙｍ）
で表される。ここで、Ｙｄ＝−Ｇｄ＋ｊωＣｄ、Ｙｃ＝１／Ｒｃ＋ｊωＣｃ、Ｙｍ＝１／（Ｒｍ＋ｊωＬｍ）であり、Ｙａはアンテナ系のアドミッタンス、ωは発振角周波数を表す。各パラメータは、能動素子９０を構成するダイオード（ＲＴＤ）の物性値から求めることができる。また、発振条件Ｒｅ（Ｙ）≦０，Ｉｍ（Ｙ）＝０を解くことによって、発振周波数、発振出力が得られる。

実施の形態に係る検査装置に適用されるテラヘルツ検出素子の模式的回路構成は、図４７（ａ）に示すように、能動素子９９０を構成するＲＴＤと、ＭＩＭリフレクタ９５０を構成するキャパシタＣＭの並列回路によって表される。第１の電極９０４にはＲＴＤのアノードが接続され、第２の電極９０２には、ＲＴＤのカソードが接続され、第１の電極９０４にはマイナスの電圧、第２の電極９０２にはプラスの電圧が印加される。検出状態においては、ホーン開口部の開口方向であるＹ軸方向からの電磁波（ｈν）が指向性良く検出される。

図４７（ａ）に対応する簡易等価回路構成は、図４７（ｂ）に示すように、能動素子９９０を構成するＲＴＤは、キャパシタＣ０１とインダクタＬ０１の並列回路で表わすことができ、ＭＩＭリフレクタ９５０のキャパシタＣＭがさらに並列に接続される。

実施の形態に係る検査装置に適用されるテラヘルツ検出素子のアンテナ系も含めた模式的等価回路構成は、図４８に示すように、ダイオード（ＲＴＤ）系を表す能動素子９９０・キャパシタＣＭの並列回路に対して、アンテナ（ＡＮＴ）系を表すアンテナインダクタＬ・アンテナキャパシタＣＡ・アンテナ放射抵抗Ｇ_ANTの並列回路が並列に接続される。

図４８の能動素子９９０を構成するＲＴＤの等価回路構成は、図４６（ｂ）と同様に表される。

実施の形態に係る検査装置に適用されるテラヘルツ発振素子において、発振強度と発振周波数ｆの関係の一例は、図４９に示すように表される。室温で、約３００ＧＨｚの発振周波数ｆが得られている。この発振周波数ｆの値は、図４４に示される各層の構造、メサ領域の寸法、アンテナ構造などを調整することによって、変更可能である。

―変形例―
実施の形態に係る検査装置に適用されるテラヘルツ発振素子およびテラヘルツ検出素子の変形例１の模式的鳥瞰構造は、図５０に示すように表される。また、図５０に対応した第１の電極９０４、第２の電極９０２ａおよび半導体層９９１ａのパターン構造の模式的平面図は、図５１に示すように表される。また、図５０のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う模式的断面構造は、図５２（ａ）に示すように表され、図５１のＩＶ−ＩＶ線に沿う模式的断面構造は、図５２（ｂ）に示すように表される。

変形例に係るテラヘルツ発振素子およびテラヘルツ検出素子は、図５０〜図５２に示すように、絶縁体基板９１０と、絶縁体基板９１０上に配置された第１の電極９０４（９０４ａ，９０４ｂ，９０４ｃ）と、第１の電極９０４ａ上に配置された絶縁層９０３と、絶縁体基板９１０上に配置された層間絶縁膜９０９と、層間絶縁膜９０９上に配置され、かつ第１の電極９０４ａに対して絶縁層９０３を介して第１の電極９０４に対向して配置された第２の電極９０２，９０２ａと、第２の電極９０２上に配置された半導体層９９１ａと、絶縁層９０３を挟み第１の電極９０４ａと第２の電極９０２間に形成されたＭＩＭリフレクタ９５０と、ＭＩＭリフレクタ９５０に隣接して、絶縁体基板９１０上に対向する第１の電極９０４と第２の電極９０２間に配置された共振器９６０と、共振器９６０の略中央部に配置された能動素子９９０と、共振器９６０に隣接して、絶縁体基板９１０上に対向する第１の電極９０４と第２の電極９０２間に配置された導波路９７０と、導波路９７０に隣接して、絶縁体基板９１０上に対向する第１の電極９０４と第２の電極９０２間に配置されたホーン開口部９８０とを備える。

ホーン開口部９８０は、開口ホーンアンテナから構成される。ホーン開口部の開口角θは、例えば、１０度程度以下に設定することが、電磁波（ｈν）の放射および検出方向に指向特性を持たせる上で望ましい。ホーン開口部９８０の長さＬ３は、例えば、約７００μｍ程度以下である。ホーン開口部９８０の先端部における開口幅は、例えば、約１６０μｍ程度である。

導波路９７０は、共振器９６０の開口部に配置されている。導波路９７０の長さＬ２は、例えば、約７００μｍ程度以下である。また、導波路９７０における第１の電極９０４と第２の電極９０２間の間隔は、例えば、約２４μｍ程度である。

なお、ホーン開口部９８０のホーン形状は、電磁波を空気中に放射および空気中から検出するために必要な構造である。ホーン形状によって、インピーダンス整合性良く電磁波を効率よく空気中に放射および空気中から検出することができる。尚、ホーンの形状は、直線性形状に限らず、非直線性形状、曲線形状、２次曲線形状、放物線形状、階段状形状などであっても良い。

共振器９６０には、２箇所の凹部９０５、９０６が形成されており、この２つの凹部９０５、９０６に挟まれて、凸部９０７が形成されている。そして、半導体層９９１ａの凸部９０７の略中央部には突起部９０８が形成され、この突起部９０８の下側に第１の電極９０４ａと挟まれるように、能動素子９９０が配置される。

共振器９６０の長さＬ１は、例えば、約３０μｍ程度以下である。突起部９０８の長さは、例えば、約６μｍ程度以下である。また、凹部９０５、９０６の幅（第１の電極９０４と第２の電極９０２との間隔）は、例えば、約４μｍ程度である。能動素子９９０の寸法は、例えば、約１．４μｍ²程度である。但し、能動素子９９０のサイズは、この値に限定されず、例えば、約５．３μｍ²程度以下であってもよい。共振器９６０の各部のサイズは、上記寸法に限定されるものではなく、発振する電磁波の周波数に応じて設計上適宜設定されるものである。

また、図５０に示すように、導波路９７０における第１の電極９０４と第２の電極９０２間の間隔に比べて、共振器９６０が形成されている部分の第１の電極９０４と第２の電極９０２間の間隔は、狭い。

ＭＩＭリフレクタ９５０は共振器９６０の開口部と反対側の閉口部に配置されている。金属／絶縁体／金属からなるＭＩＭリフレクタ９５０の積層構造により、第１の電極９０４と第２の電極９０２は高周波的に短絡される。また、ＭＩＭリフレクタ９５０は、直流的には開放（オープン）でありながら、高周波を反射させることが可能となるという効果を有する。

第１の電極９０４（９０４ａ，９０４ｂ，９０４ｃ）および第２の電極９０２，９０２ａは、いずれも例えば、Ａｕ／Ｐｄ／Ｔｉのメタル積層構造からなり、Ｔｉ層は、絶縁体基板９１０との接触状態を良好にするためのバッファ層である。第１の電極９０４ａ，９０４ｂ，９０４ｃおよび第２の電極９０２，９０２ａの各部の厚さは、例えば、約数１００ｎｍ程度であり、全体として、図５２（ａ）および図５２（ｂ）に示すような平坦化された積層構造が得られている。なお、第１の電極９０４、第２の電極９０２は、いずれも真空蒸着法、或いはスパッタリング法などによって形成することができる。

さらに詳細には、第１の電極９０４ａおよび第１の電極９０４ｃは、例えば、Ａｕ／Ｐｄ／Ｔｉからなり、第１の電極９０４ｂは、例えば、Ａｕ／Ｔｉからなる。第２の電極９０２は、例えば、Ａｕ／Ｐｄ／Ｔｉからなり、第２の電極９０２ａは、例えば、Ａｕ／Ｔｉからなる。

尚、第１の電極９０４ｂの表面層を形成するＴｉ層は、ボンディングワイヤ９１２ｂによって取り出し電極を形成する際、接触抵抗を低減するために除去することが望ましい。同様に、第２の電極９０２ａの表面層を形成するＴｉ層は、ボンディングワイヤ９１２ａによって取り出し電極を形成する際、接触抵抗を低減するために除去することが望ましい。

絶縁層９０３は、例えば、ＳｉＯ2膜で形成することができる。その他、Ｓｉ3Ｎ4膜、ＳｉＯＮ膜、ＨｆＯ2膜、Ａｌ2Ｏ3膜などを適用することもできる。なお、絶縁層９０３の厚さは、ＭＩＭリフレクタ９５０の幾何学的な平面寸法と、回路特性上の要求されるキャパシタ値を考慮して決めることができ、例えば、数１０ｎｍ〜数１００ｎｍ程度である。絶縁層９０３は、ＣＶＤ法、或いはスパッタリング法などによって形成することができる。

同様に、層間絶縁膜９０９は、例えば、ＳｉＯ₂膜で形成することができる。その他、Ｓｉ₃Ｎ₄膜、ＳｉＯＮ膜、ＨｆＯ₂膜、Ａｌ₂Ｏ₃膜などを適用することもできる。層間絶縁膜９０９の厚さは、図５２（ａ）に示すように、第２の電極９０２ａと層間絶縁膜９０９の全体の厚さが、第１の電極９０４の厚さと略同程度となるように設定されている。層間絶縁膜９０９は、ＣＶＤ法、或いはスパッタリング法などによって形成することができる。

また、絶縁体基板９１０は、半導体層９９１ａよりも低誘電率材料の基板からなることが、電波を効率良く取り出す上で望ましい。低誘電率材料の絶縁体基板９１０としては、例えば、ポリイミド樹脂基板、テフロン（登録商標）基板などを適用することができる。絶縁体基板９１０の厚さは、例えば、２００μｍ程度である。

変形例に係るテラヘルツ発振素子およびテラヘルツ検出素子において、上方は空気であるため、比誘電率εε_air＝１である。絶縁体基板９１０として、ポリイミド樹脂基板を使用すると、ポリイミド樹脂の比誘電率εε_poly＝３．５であるため、発振素子として動作時、全体の発振出力に対する絶縁体基板９１０の下方への発振出力の割合は、ε_poly ^3/2／（ε_air ^3/2＋ε_poly ^3/2）＝０．８７で表される。すなわち、全体の発振出力の内、約８７％は、絶縁体基板９１０側に放射され、ホーン開口部９８０から横方向に放射される発振出力は、相対的に増大する。また、検出素子として動作時も、同様に、ホーン開口部９８０から横方向に効率よくテラヘルツ波を検出可能である。

さらに、絶縁体基板９１０として、テフロン（登録商標）樹脂基板を使用すると、テフロン（登録商標）の比誘電率εε_tef＝２．１であるため、発振素子として動作時、全体の発振出力に対する絶縁体基板９１０の下方への発振出力の割合は、ε_tef ^3/2／（ε_air ^3/2＋ε_tef ^3/2）＝０．７５で表される。すなわち、発振素子として動作時、全体の発振出力の内、約７５％は、絶縁体基板９１０側に放射され、ホーン開口部９８０から横方向に放射される発振出力は、相対的に増大する。また、検出素子として動作時も、同様に、ホーン開口部８０から横方向に効率よくテラヘルツ波を検出可能である。

ＭＩＭリフレクタ９５０は、図５２（ａ）に示すように、第１の電極９０４ａと第２の電極９０２間に絶縁層９０３を介在させた構造から形成されている。また、図５２（ｂ）から明らかなように、ＲＴＤからなる能動素子９９０は、絶縁体基板９１０上に第１の電極９０４ａを介して、配置されている。第１の電極９０４ａは、ＲＴＤのｎ⁺ＧａＩｎＡｓ層９９１ｂに接触して配置されている。第２の電極９０２は、ＲＴＤのｎ⁺ＧａＩｎＡｓ層９９１ａに接触して配置されている。さらに、第１の電極９０４（９０４ｂ，９０４ｃ）は、絶縁体基板９１０上に延在して配置されている。

このように、第１の電極９０４が、絶縁体基板９１０上に延在して配置されていることから、第１の電極９０４と第２の電極９０２は、互いに短絡されることがなく、ＲＴＤのｎ⁺ＧａＩｎＡｓ層９９１ａとｎ⁺ＧａＩｎＡｓ層９９１ｂ間に所定の直流バイアス電圧を印加することができる。

なお、第１の電極９０４には、ボンディングワイヤ９１２ｂが接続され、第２の電極９０２ａには、ボンディングワイヤ９１２ａが接続されて、第１の電極９０４と第２の電極９０２ａ間には、直流電源９１５が接続されている。また、第１の電極９０４と第２の電極９０２ａ間には、寄生発振を防止するための抵抗（図示省略）が接続されている。

変形例に係るテラヘルツ発振素子およびテラヘルツ検出素子の構造において、第１の電極９０４上に直接、また第２の電極９０２上に層間絶縁膜９０９を介して絶縁体基板９１０を貼付け、半導体基板９０１をエッチングで除去した後の上下反転した構造は、図５２（ａ）および図５２（ｂ）に示すように表される。図５２（ａ）および図５２（ｂ）に示すように、変形例に係るテラヘルツ発振素子およびテラヘルツ検出素子においては、第２の電極９０２上には半導体層９９１ａが配置されが、第２の電極９０２ａも露出するため、第２の電極９０２ａに対して、ワイヤボンディングなどの電極取り出し工程を容易に行うことができる。

変形例に係るテラヘルツ発振素子およびテラヘルツ検出素子の製造方法においては、図４３（ａ）および図４３（ｂ）に示すように、半導体基板９０１上に半導体層９９１ａを形成後、パターニングによって、半導体層９９１ａの幅を狭く形成し、半導体層９９１ａ上に形成される第２の電極９０２のパターン幅を狭く形成する。残りの部分には、第２の電極９０２に接続し、所定の幅を有し、相対的に厚い第２の電極９０２ａを形成する。結果として、図４３（ａ）および図４３（ｂ）に示すように、第２の電極９０２ａが、半導体基板９０１に接触する構造を得る。

次に、図５２（ａ）および図５２（ｂ）に示すように、第１の電極９０４上に直接、また第２の電極９０２上に層間絶縁膜９０９を介して絶縁体基板９１０を貼付け、半導体基板９０１をエッチングで除去した後の上下反転した構造を得る。

次に、図５０に示すように、第１の電極９０４にボンディングワイヤ９１２ｂを接続し、第２の電極９０２ａに、ボンディングワイヤ９１２ａを接続することで電極取り出しを実施する。

半導体基板９０１は、例えば、半絶縁性のＩｎＰ基板によって形成され、厚さは、例えば、約６００μｍ程度である。ＩｎＰ基板のエッチング液としては、例えば、塩酸系のエッチング液を適用することができる。

変形例に係るテラヘルツ発振素子およびテラヘルツ検出素子において、厚さｄを有する絶縁体基板９１０をサンプル表面に貼付け、半導体基板をエッチングにより除去する工程後の模式的鳥瞰構造は、図５２に示すように表され、図５３の裏面から見た模式的鳥瞰構造は、図５４に示すように表される。図５３から明らかなように、第１の電極９０４は、直接絶縁体基板９１０に貼り付けられている。また、第２の電極９０２，９０２ａは、図５３では図示を省略しているが、図５２（ａ）および図５２（ｂ）に示すように、層間絶縁膜９０９を介して絶縁体基板９１０に貼り付けられている。図５４の詳細構造は、図５０に対応している。

変形例に係るテラヘルツ発振素子およびテラヘルツ検出素子として、共鳴トンネルダイオード（ＲＴＤ）の模式的断面構造は、図４４（ａ）と同様に表される。また、その変形例の模式的断面構造は、図４４（ｂ）と同様に表される。

図４４（ａ）は、半導体基板９０１上に配置された構造例であるが、その後の工程によって、第１の電極９０４ａに絶縁体基板９１０を貼り付けた後、半導体基板９０１は、エッチングによって除去される。したがって、図４４（ａ）は、絶縁体基板９１０を貼り付け工程前における能動素子９９０近傍の模式的断面構造に相当している。

前述と同様に、能動素子９９０としてはＲＴＤが代表的なものであるが、これ以外のダイオードやトランジスタでも構成可能なものである。その他の能動素子としては、例えば、ＴＵＮＮＥＴＴダイオード、ＩＭＰＡＴＴダイオード、ＧａＡｓＦＥＴ、ＧａＮ系ＦＥＴ、ＨＥＭＴ、ＨＢＴなどを適用することもできる。

変形例に係るテラヘルツ発振素子およびテラヘルツ検出素子によれば、低誘電率の絶縁体基板を用いることで横方向の指向性を改善し、高効率かつ高出力に、基板に対して横方向に指向性高くテラヘルツ波を発振および検出することができ、しかも集積化が容易となる。

図５０〜図５４において、符号９１８は、ＳｉＯ_２等で形成される絶縁膜であり、例えば、約０．６μｍまたは約５μｍの厚さに形成される。

―他の変形例―
他の変形例に係るテラヘルツ発振素子およびテラヘルツ検出素子の電極パターン構造は、図５５（ａ）に示すように表され、他の変形例に係るテラヘルツ発振素子およびテラヘルツ検出素子の電極パターン構造は、図５５（ｂ）に示すように表される。

この変形例に係るテラヘルツ発振素子およびテラヘルツ検出素子の電極パターン構造は、ＭＩＭリフレクタ９５０を構成する第２の電極９０２にスタブ構造を備える例であり、また他の変形例に係るテラヘルツ発振素子およびテラヘルツ検出素子の電極パターン構造は、ＭＩＭリフレクタ９５０を構成する第１の電極９０４にスタブ構造を備える例である。図５２（ａ）から明らかなように、第２の電極９０２上には、半導体層９９１ａが配置されているため、図５５（ａ）および図５５（ｂ）では、半導体層９９１ａが表示されているが、半導体層９９１ａの下には、第２の電極９０２のパターンが同一のパターン形状で配置されている。

すなわち、図５５（ａ）に示すように、ＭＩＭリフレクタ９５０を構成する部分において、第２の電極９０２は、複数のスタブ９１３Ａを備える。

また、図５５（ｂ）に示すように、ＭＩＭリフレクタ９５０を構成する部分において、第１の電極９０４は、複数のスタブ９１３Ｂを備える。

複数のスタブ９１３Ａまたは９１３Ｂは、共振器９６０に面して等間隔に配置されていてもよく、或いは、その間隔が変化するように配置されていてもよい。

上記の変形例を組み合わせて、第２の電極９０２と第１の電極９０４の両方に複数のスタブを備えていてもよい。

電磁波の伝送線路の一部に電磁波の波長の４分の１の長さのスタブを設けて、その中に電磁波を引き込み、それを反射させて伝送線路に戻すことにより共振回路が形成されることが分かっている。これは、伝送線路に入射した電磁波のうち、スタブの長さの４倍の波長を持つ電磁波のみが、スタブの位置で等価的に短絡され、これによって当該電磁波が反射されるため、その電磁波の伝送線路からの漏れが少なくなるという現象である。この方法によれば、入力される電磁波の波長に対してスタブの長さが４分の１波長と決まっているために、電磁波の波長がスタブの長さの４倍になる電磁波に対しては強く共振して反射させることができるが、帯域幅の広い電磁波についてはその反射効果は少ない。

変形例のスタブ９１３Ａの長さは、帯域を持った入射電磁波の中心部分の電磁波の４分の１波長としないで、４分の１からずれた長さにする。例えば、反射させたい周波数幅があったときその周波数幅の中央値の周波数を持つ電磁波を一部反射させるための２波長〜３波長以上の長さのスタブ９１３Ａを多く設けることにより、反射させたい周波数幅の電磁波を幅広い範囲で反射させることが可能である。

当然のことながら、電磁波の反射率は４分の１波長のときと比べると小さくなるのであるが、それでもスタブがない場合と比較するとかなりの反射が起こる。そして、共振条件がゆるい分だけ、ある帯域を持った周波数（ある波長の幅を持った電磁波）に対して、満遍なく反射する効果がある。また、多段スタブの間隔は、反射させたい電磁波の周波数幅の中央値の周波数を持つ電磁波に対して、波長の半分程度の長さとすることにより各スタブからの反射の間に強め合う干渉（ブラッグ反射）が起こり、反射波が重ねあわされて、反射率がほぼ１００％の大きな値になる。スタブの長さ、数、間隔によって、反射する周波数幅、中心周波数は総合的に決定される。

所定の帯域幅を有する電磁波の中心波長をλ_０として、スタブの間隔をλ_０／２とすると、反射率が１００％に近い電磁波の波長範囲Δλを得ることができる。このとき、スタブの長さは、２〜３λ_０以上に設計するのがよい。また、スタブの幅がスタブの間隔の半分のとき、スタブ数５〜１０個程度の少ない数で１００％に近い大きな反射率となる。スタブ幅がそれ以外のときは大きな反射率を得るためにはスタブ数を増やす必要があり、また、周波数幅も狭くなる。しかしながら、これらの長さは限定されるものではなく反射する帯域幅との関係で設計的に規定されるものである。

なお、変形例では、スタブ９１３ＡおよびＭＩＭリフレクタにより、閉口部側に伝送する漏れ電磁波が反射され、開口側に戻される。そして、反射された電磁波が出力として放射されるために、能動素子９９０から発振される電磁波は高出力となる。

他の変形例においてもスタブ９１３Ｂの動作は、スタブ９１３Ａと同様であるため、重複する説明は省略する。

なお、第２の電極９０２と第１の電極９０４の両方に多段のスタブを設けることにより、片方だけの場合に比べ約半分のスタブ数で同等の大きな反射率を得ることができる。また、周波数幅や中心周波数を決める際の設計の自由度を上げることができるので、設計上極めて有効である。なお、第２の電極９０２と第１の電極９０４の双方に付けるスタブの長さ、数、間隔は必ずしも等しい必要はなく、設計上自由に変更することができる。

他の変形例に係るテラヘルツ発振素子およびテラヘルツ検出素子によれば、低誘電率の絶縁体基板を用いることで横方向の指向性を改善し、高効率かつ高出力に、基板に対して横方向に指向性高くテラヘルツ波を発振および検出することができ、しかも集積化が容易となる。

他の変形例に係るテラヘルツ発振素子およびテラヘルツ検出素子によれば、低誘電率の絶縁体基板を用いることで横方向の指向性を改善し、ＭＩＭレフレクタを構成する電極にスタブ構造を組み合わせることによって、基板に水平な方向にさらに効率良く、指向性高くテラヘルツ波を発振および検出することが可能となる。

実施の形態に係る検査装置に適用される他の変形例に係るテラヘルツ発振素子およびテラヘルツ検出素子の電極パターン構造の模式的平面構成は、図５６に示すように表される。

変形例に係る係るテラヘルツ発振素子およびテラヘルツ検出素子においても、第１の電極９０４（９０４ａ，９０４ｂ，９０４ｃ）、第２の電極９０２，９０２ａ、ＭＩＭリフレクタ９５０、共振器９６０、能動素子９９０の構成は、上述の変形例と同様であるため、以下において、重複説明は省略する。

変形例に係るテラヘルツ発振素子およびテラヘルツ検出素子は、図５６に示すように、絶縁体基板９１０と、絶縁体基板９１０上に配置された第１の電極９０４（９０４ａ，９０４ｂ，９０４ｃ）と、第１の電極９０４ａ（図５２）上に配置された絶縁層９０３（図５２）と、絶縁体基板９１０上に配置された層間絶縁膜９０９（図５２）と、層間絶縁膜９０９上に配置され、かつ第１の電極９０４ａに対して絶縁層９０３を介して第１の電極９０４に対向して配置された第２の電極９０２，９０２ａと、第２の電極９０２上に配置された半導体層９９１ａと、絶縁体基板９１０上に第１の電極９０４に隣接し、かつ第２の電極９０２ａとは反対側に第１の電極９０４に対向して配置された第１スロットライン電極９４１と、絶縁体基板９１０上に第２の電極９０２ａに隣接し、かつ第１の電極９０４とは反対側に第２の電極９０２ａに対向して配置された第２スロットライン電極９２１と、絶縁層９０３を挟み第１の電極９０４ａと第２の電極９０２間に形成されたＭＩＭリフレクタ９５０と、ＭＩＭリフレクタ９５０に隣接して、絶縁体基板９１０上に対向する第１の電極９０４と第２の電極９０２間に配置された共振器９６０と、共振器９６０の略中央部に配置された能動素子９９０と、共振器９６０に隣接して、絶縁体基板９１０上に対向する第１の電極９０４と第２の電極９０２間に配置された第１導波路９７０と、第１導波路９７０に隣接して、絶縁体基板９１０上に対向する第１の電極９０４と第２の電極９０２間に配置された第１ホーン開口部９８０と、絶縁体基板９１０上に対向する第１の電極９０４と第１スロットライン電極９４１間に配置された第２導波路９７１と、第２導波路９７１に隣接して、絶縁体基板９１０上に対向する第１の電極９０４と第１スロットライン電極９４１間に配置された第２ホーン開口部９８１と、絶縁体基板９１０上に対向する第２の電極９０２ａと第２スロットライン電極９２１間に配置された第３導波路９７２と、第３導波路９７２に隣接して、絶縁体基板９１０上に対向する第２の電極９０２ａと第２スロットライン電極９２１間に配置された第３ホーン開口部９８２とを備える。

上述の変形例と同様に、能動素子９９０としてはＲＴＤが代表的なものであるが、これ以外のダイオードやトランジスタでも構成可能なものである。その他の能動素子としては、例えば、ＴＵＮＮＥＴＴダイオード、ＩＭＰＡＴＴダイオード、ＧａＡｓＦＥＴ、ＧａＮ系ＦＥＴ、ＨＥＭＴ、ＨＢＴなどを適用することもできる。

ホーン開口部９８０〜９８２は、開口ホーンアンテナを構成する。

変形例に係るテラヘルツ発振素子およびテラヘルツ検出素子においては、図５６に示すように、出力端におけるスロットライン電極９２１および９４１の幅Ｗ４は、例えば、１６０μｍ程度である。また、図５６に示すように、出力端におけるホーン開口部９８０の幅Ｄ２０およびホーン開口部９８１および９８２の幅Ｄ１０、および、スロットライン電極９２１および９４１の幅Ｗ４は、適宜変更可能である。

導波路９７０は、共振器９６０の開口部に配置される。

ＭＩＭリフレクタ９５０は共振器９６０の開口部と反対側の閉口部に配置される。

ＭＩＭリフレクタ９５０を構成する部分において、第２の電極９０２は、図５５（ａ）に示された変形例と同様の複数のスタブを備えていても良い。同様に、ＭＩＭリフレクタ９５０を構成する部分において、第２の電極９０２は、図５５（ｂ）に示された変形例と同様の複数のスタブを備えていても良い。

また、上記において、複数のスタブは、共振器９６０に面して等間隔に配置されていても良く、また、間隔が変化するように配置されていても良い。

また、絶縁体基板９１０は、半導体層９９１ａよりも低誘電率材料の基板からなることが、横方向に電波を効率良く、指向性高く取り出す上で望ましい。低誘電率材料の絶縁体基板９１０としては、例えば、ポリイミド樹脂基板、テフロン（登録商標）基板などを適用することができる。

絶縁体基板９１０として、ポリイミド樹脂基板を使用すると、全体の発振出力の内、約８７％は、絶縁体基板９１０側に放射され、ホーン開口部９８０から横方向に放射される発振出力は、相対的に増大する点は、上述の変形例と同様である。

また、絶縁体基板９１０として、テフロン（登録商標）樹脂基板を使用すると、全体の発振出力の内、約７５％は、絶縁体基板９１０側に放射され、ホーン開口部９８０から横方向に放射される発振出力は、相対的に増大する。

変形例に係るテラヘルツ発振素子およびテラヘルツ検出素子においては、能動素子９９０に接続された第１の電極９０４および第２の電極９０２からなるテーパスロットアンテナの両サイドに、同じ形状をしたテーパ形状の１対のスロットライン電極９４１、９２１を配置することで、指向性がさらに向上する。

変形例に係るテラヘルツ発振素子およびテラヘルツ検出素子によれば、第１の電極９０４および第２の電極９０２からなるテーパスロットアンテナの両サイドに、テーパ形状の１対のスロットライン電極９４１、９２１を並列化配置することで、絶縁体基板９１０上にテーパスロットアンテナを集積化しても、絶縁体基板９１０の影響を抑制し、充分な指向性を得ることができる。

中央部の第１の電極９０４および第２の電極９０２からなるテーパスロットアンテナから広がった電界が、両サイドに設けた１対のスロットライン電極９４１、９２１に引き込まれて、スロットライン電極９４１、９２１の端面で反射され、中央部の第１の電極９０４および第２の電極９０２に戻ってくる。このとき、中央部の第１の電極９０４および第２の電極９０２およびスロットライン電極９４１、９２１内には、定在波が形成され、反射してきた電界によって、外部に電磁波が放射される。中央部の第１の電極９０４および第２の電極９０２および１対のスロットライン電極９４１、９２１からの放射電磁界が、干渉し合うことによって、指向性が向上する。

変形例に係るテラヘルツ発振素子およびテラヘルツ検出素子によれば、低誘電率の絶縁体基板を用いることで横方向の指向性を改善し、かつスロットライン電極を並列化配置して定在波を有効に発生させることによって、さらに高効率かつ高出力に、基板に対して横方向に指向性高くテラヘルツ波を発振および検出することができ、しかも集積化が容易である。

実施の形態に係る検査装置に適用される他の変形例に係るテラヘルツ発振素子およびテラヘルツ検出素子の電極パターン構造の模式的平面構成は、図５７に示すように表される。

変形例に係るテラヘルツ発振素子およびテラヘルツ検出素子においても、第１の電極９０４、第２の電極９０２、ＭＩＭリフレクタ９５０、共振器９６０、能動素子９９０、第１のスロットライン電極９４１、第２のスロットライン電極９２１の構成は、上述の実施の形態と同様であるため、以下において、重複説明は省略する。

変形例に係るテラヘルツ発振素子およびテラヘルツ検出素子は、図５７に示すように、図５６に示した変形例の電極パターン構成に対して、さらに、１対のスロットライン電極９２２，９４２を並列化配置している。すなわち、絶縁体基板９１０上に第１スロットライン電極９４１に隣接し、かつ第１の電極９０４とは反対側に第１スロットライン電極９４１に対向して配置された第３スロットライン電極９４２と、絶縁体基板９１０上に第２スロットライン電極９２１に隣接し、かつ第２の電極９０２ａとは反対側に第２スロットライン電極９２１に対向して配置された第４スロットライン電極９２２と、絶縁体基板９１０上に対向する第１スロットライン電極９４１と第３スロットライン電極９４２間に配置された第４導波路９７４と、第４導波路９７４に隣接して、絶縁体基板９１０上に対向する第１スロットライン電極９４１と第３スロットライン電極９４２間に配置された第４ホーン開口部９８４と、絶縁体基板９１０上に対向する第２スロットライン電極９２１と第４スロットライン電極９２２間に配置された第５導波路９７３と、第５導波路９７３に隣接して、絶縁体基板９１０上に対向する第２スロットライン電極９２１と第４スロットライン電極９２２間に配置された第５ホーン開口部９８３とを備える。

また、絶縁体基板９１０は、半導体層９９１ａよりも低誘電率材料の基板からなることが、横方向に電波を効率良く、指向性高く取り出す上で望ましい。低誘電率材料の絶縁体基板９１０としては、第１の実施の形態と同様に、例えば、ポリイミド樹脂基板、テフロン（登録商標）基板などを適用することができる。

図５７の構成において、スロットライン電極９２１,４１の外側に１対のスロットライン電極９２２，９４２をさらに並列化配置することによって、指向性がさらに向上する。

変形例に係るテラヘルツ発振素子およびテラヘルツ検出素子によれば、低誘電率の絶縁体基板を用いることで横方向の指向性を改善し、かつ２対のスロットライン電極を並列化配置して定在波を有効に発生させることによって、さらに高効率かつ高出力に、基板に対して横方向に指向性高くテラヘルツ波を発振および検出することができ、しかも集積化が容易である。

図５７において、符号９１８は、ＳｉＯ_２等で形成される絶縁膜であり、例えば、約０．６μｍまたは約５μｍの厚さに形成される。

図５７は、ＲＴＤ（Resonant Tunneling Diode：共鳴トンネルダイオード）とスロットアンテナを組み合わせて作製した発振素子の概略斜視図である。スロットアンテナ１０００の中央付近にＲＴＤからなる能動素子１０９０が配置され、スロットアンテナ１０００の両端には、金属と絶縁体が積層された層が形成されている。ここで、金属層は第２の電極１０４０を構成し、絶縁層１０３０を介在させて金属からなる第１の電極１０２０と高周波的に短絡されるようになっている。

第２の電極１０４０は、第１の電極１０２０と絶縁層１０３０を介して重なっている部分の中央部に２箇所の凹部１０５０、１０６０が形成されており、この２つの凹部１０５０、１０６０に挟まれた状態で凸部１０７０が形成されている。そして、第２の電極１０４０の凸部１０７０の略中央部には突起部１０８０が形成され、この突起部１０８０の下側に第１の電極１０２０と挟まれるようにして能動素子１０９０が配置されている。なお、第２の電極１０４０と第１の電極１０２０には直流電源１１５０が接続されるとともに、寄生発振を防止するために、ビスマス（Ｂｉ）などの材料で形成された寄生発振抑圧抵抗１１４０が接続されている。

半導体基板１０１０は半絶縁性（ＳＩ：Semi-Insulating）のＩｎＰが用いられる。ＲＴＤの両側に作られるスロットアンテナ１０００は、共振器と電磁波の放射アンテナとを兼ねている。この発振素子においては、半導体基板１０１０に対して上方向と下方向の２方向に電磁波が放射される構造になっている。このため、例えば、図５２に示すように、上下垂直方向に放射する電磁波（ｈν）を集光するためのシリコン半球レンズ１２００を新たに設ける必要がある。

図５８に示す他の実施の形態に係る検査装置に適用されるテラヘルツ発振素子は、絶縁層１０３０と同じ平面上に配置されるトランジスタやダイオードなどの能動素子１０９０をスロットアンテナ１０００の中央部に配置し、スロット線路の両端を直角に曲げ、この部分を金属／絶縁体／金属の層構造で覆うようにしている。このため、金属／絶縁体／金属の層構造で覆った部分は、ＲＦ反射部１５００ａ,１５００ｂを構成し、高周波的に短絡になり、スロットアンテナ１０００が構成される。このスロットアンテナ１０００は、直流的には開放状態になっているため、能動素子１０９０に直流を供給することができる。

この構造の発振素子によって、室温でテラヘルツ帯１．０２ＴＨｚ（１０１２Ｈｚ）の発振が実現されている。すなわち、試作された素子によれば、基本波の発振周波数を３４２ＧＨｚとし、出力が２３μＷであった。そして、基本波の第３高調波として１．０２ＴＨｚの電磁波が同時に出力され、この第３高調波の出力は０．５９μＷであったと報告されている。

図５８および図５９において、符号９１８は、ＳｉＯ_２等で形成される絶縁膜であり、例えば、約０．６μｍまたは約５μｍの厚さに形成される。

[その他の実施の形態]
上記のように、実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述および図面は例示的なものであり、この発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。

例えば、電動式のキャタピラや車輪等を備えた台車の本実施の形態に係る電動工具を搭載したロボット型の工具とし、位置センサやイメージセンサ等を用いて無人でボルトの締付や、釘の打ち付け等の施工を行うようにしても良い。また、このようなロボット型の工具を管理システムで管理し、管理システムからの指示により、施工状況の報告および施工の修正等を行うようにしても良い。

このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態などを含む。

本発明の電動工具およびその管理システムは、電動レンチ、電動ドライバー、電動ハンマー等の電動工具およびその管理システムなどに適用できる。

１…電動工具
Ｄ…表示手段
２…モータ
３…トルクセンサ
５…表示パネル（表示モニタ）
８…ＣＩＧＳセンサ（ＣＩＧＳカメラ）
９…制御手段（ＣＰＵ）
１０…スイッチ
１１…送受信手段
１１Ａ…無線送信機
１１Ｂ…無線受信機
１３…アンテナ
１５…位置センサ
１６…チルト機構
２０…テラヘルツセンサ
２１…画像処理手段
２２…画像メモリ
２４…検出手段
２５…動力伝達機構
２６…工具着脱手段（チャック）
２７…先端工具（レンチ工具等）
２８…報知装置
２９…電源
５０…管理システム
５１…データベース
５３…表示モニタ
５５…制御手段
５６…受信手段
５７…送信手段
５９…電源管理手段
６０…報知装置
６５…判定手段
１００…ヘッドマウントディスプレイ
１０１…ディスプレイ本体
１０４…送受信機
２０１…ボルト
４００…表示画面
４０１…表示欄
４０２…表示枠
４０３…追加ボタン
４０４…変更ボタン
４０５…削除ボタン
４０６…配置ボタン
５００…部屋
５０１、５０１Ａ、５０１Ｂ…壁面（施工対象）
５０２…ガス配管
５０３…電気配線
５０４…コンセント
６０１…ターミナル装置

Claims (25)

1. 動力伝達機構を介して先端工具を駆動するアクチュエータと、
   前記アクチュエータの駆動制御を行う制御手段と、
   前記動力伝達機構に前記先端工具を着脱自在に取り付ける工具着脱手段と、
   前記先端工具により施工する対象の状態を検出する検出手段と、
   前記検出手段による検出結果および前記アクチュエータに関する情報を表示する表示手段と、
   前記検出手段による検出結果および前記アクチュエータに関する情報を外部の管理システムとの間で送受信する送受信手段と、
   前記アクチュエータ、前記制御手段、前記検出手段、前記表示手段および前記送受信手段を駆動する電源と
   を備えることを特徴とする電動工具。
2. 前記アクチュエータは、モータ、油圧シリンダ、エアシリンダ、圧電素子のいずれかまたはこれらの組み合わせで構成されることを特徴とする請求項１に記載の電動工具。
3. 前記先端工具は、ボルトまたはナットを締めるレンチ工具、ネジを締めるドライバー工具、釘を打撃するハンマー工具のいずれかまたはこれらの組み合わせで構成されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電動工具。
4. 前記検出手段は、施工対象としての壁面の表面状態または内部状態を検出可能なセンサであることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の電動工具。
5. 前記センサは、イメージセンサで構成されることを特徴とする請求項４に記載の電動工具。
6. 前記イメージセンサは、ＣＩＧＳセンサであることを特徴とする請求項５に記載の電動工具。
7. 前記センサは、テラヘルツセンサで構成されることを特徴とする請求項４に記載の電動工具。
8. 前記表示手段は、筐体に設置される表示モニタで構成されることを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の電動工具。
9. 前記表示手段は、操作者が装着するヘッドマウントディスプレイで構成されることを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載の電動工具。
10. 前記送受信手段は、無線送信機および無線受信機で構成されることを特徴とする請求項１〜９の何れか１項に記載の電動工具。
11. 前記モータは、トルクセンサをさらに備え、
    前記制御手段は、前記トルクセンサの検出結果および前記送受信手段を介して外部の管理システムから受信したトルク情報に基いて、前記モータのトルクを調整するように制御することを特徴とする請求項２〜１０の何れか１項に記載の電動工具。
12. 工具の施工位置を検出する位置センサをさらに備えることを特徴とする請求項１〜１１の何れか１項に記載の電動工具。
13. 前記位置センサは、ＧＰＳセンサで構成されることを特徴とする請求項１２に記載の電動工具。
14. 前記電源は、二次電池で構成されることを特徴とする請求項１〜１３の何れか１項に記載の電動工具。
15. 前記二次電池は、充電用電源として色素増感太陽電池を備えることを特徴とする請求項１４に記載の電動工具。
16. 前記検出手段の検出結果に基いて、操作者に施工の中止を報知する報知装置をさらに備えることを特徴とする請求項１〜１５の何れか１項に記載の電動工具。
17. 前記表示手段は、有機ＥＬ発光装置を備えることを特徴とする請求項１〜１６の何れか１項に記載の電動工具。
18. 請求項１〜１７の何れか１項に記載の電動工具を管理する管理システムであって、
    前記電動工具によって施工する対象に関するＣＡＤ情報を蓄積するデータベースと、
    前記データベースのＣＡＤ情報の読み書きを制御する制御手段と、
    前記制御手段により前記データベースから読み出されたＣＡＤ情報を表示する表示モニタと、
    前記表示モニタに表示されたＣＡＤ情報に関する操作を行う入力手段と、
    前記電動工具が備える先端工具により施工する対象の状態を検出する検出手段の検出結果を受信する受信手段と、
    前記受信手段を介して受信された検出結果に基いて、施工状態の良否を判定する判定手段と、
    前記判定手段の判定結果および前記データベースのＣＡＤ情報に基いて、施工に関する修正情報を前記電動工具に対して送信する送信手段と
    を備えることを特徴とする電動工具の管理システム。
19. 前記データベースは、ハードディスク装置または不揮発性メモリで構成されることを特徴とする請求項１８に記載の電動工具の管理システム。
20. 前記制御手段は、ＣＰＵおよび演算用メモリで構成されることを特徴とする請求項１８または請求項１９に記載の電動工具の管理システム。
21. 前記受信手段および前記送信手段は、無線ネットワークを介して前記電動工具と情報の送受信を行うことを特徴とする請求項１８〜２０の何れか１項に記載の電動工具の管理システム。
22. 前記電動工具が備える電源の管理を行う電源管理手段をさらに備えることを特徴とする請求項１８〜２１の何れか１項に記載の電動工具の管理システム。
23. 前記受信手段を介して受信した前記検出手段の検出結果に基いて施工の中止を報知する報知装置をさらに備えることを特徴とする請求項１８〜２２の何れか１項に記載の電動工具の管理システム。
24. 前記ＣＡＤ情報は、前記施工する対象におけるボルト、ナットの締付力に関する情報を含むことを特徴とする請求項１８〜２３の何れか１項に記載の電動工具の管理システム。
25. 前記施工に関する修正情報は、前記ボルト、ナットの締付力に関する情報に基づいた前記電動工具が備えるモータのトルクに関する制御情報であることを特徴とする請求項２４に記載の電動工具の管理システム。

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