JP2016025204A - Concrete structure inspection device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、コンクリート構造物検査装置に関する。 The present invention relates to a concrete structure inspection apparatus.
特許文献１は、コンクリートの劣化度合いを診断する方法を開示する。特許文献２は、コンクリート構造物の劣化の主たる原因の一つが塩害であることを開示する。 Patent Document 1 discloses a method for diagnosing the degree of deterioration of concrete. Patent Document 2 discloses that one of the main causes of deterioration of concrete structures is salt damage.
特許文献１は、コンクリート構造物の建築記録に残されたコンクリート成分組成から基準用の基本情報として吸光度を求めると共に、この基本情報を検査されるべき構造物のコンクリートの吸光度と比較することを開示する。吸光度の測定のために、チャージ・カップルド・デバイス（ＣＣＤ）を用いる。また、特許文献２は、コンクリート構造物の健全性の維持には、構造物表面の塩化物イオンの分布を把握することを開示する。この塩化物イオンの見積もりのために、チャージ・カップルド・デバイス（ＣＣＤ）を用いる。 Patent Document 1 discloses that the absorbance is obtained as basic information for reference from the concrete component composition left in the construction record of the concrete structure, and this basic information is compared with the absorbance of the concrete of the structure to be inspected. To do. A charge coupled device (CCD) is used for the measurement of absorbance. Moreover, patent document 2 discloses grasping | ascertaining distribution of the chloride ion on the surface of a structure for maintenance of the soundness of a concrete structure. A charge-coupled device (CCD) is used to estimate this chloride ion.
コンクリート構造物における塩化物イオンの見積もりには赤外スペクトルの測定が必要であるけれども、ＣＣＤは、コンクリートにおける塩化物イオンの見積もりに使用する赤外スペクトルの波長領域において高い感度を示さない。 Although estimation of chloride ions in concrete structures requires measurement of infrared spectra, CCDs do not exhibit high sensitivity in the wavelength region of the infrared spectrum used to estimate chloride ions in concrete.
ＣＣＤを用いて取得された赤外スペクトルは、ＣＣＤに起因する低い近赤外感度に基づくものである。これ故に、より高い感度の赤外スペクトルが求められている。 The infrared spectrum acquired using the CCD is based on the low near-infrared sensitivity due to the CCD. Therefore, a higher sensitivity infrared spectrum is required.
本発明の一側面は、このような事情を鑑みて為されたものであり、コンクリート体からの赤外光を高い感度で取得可能なコンクリート構造物検査装置を提供する。 One aspect of the present invention has been made in view of such circumstances, and provides a concrete structure inspection apparatus capable of acquiring infrared light from a concrete body with high sensitivity.
本発明の一側面に係るコンクリート構造物検査装置は、コンクリートからの光を受光して赤外スペクトルを生成するためのＩＩＩ−Ｖ族半導体受光素子を備え、前記ＩＩＩ−Ｖ族半導体受光素子は、基板と、前記基板上に設けられたメサ構造のフォトダイオードと、を有し、前記フォトダイオードは受光層を備え、前記受光層は、１．８μｍ以上３μｍ以下のバンドギャップ波長を有する。 A concrete structure inspection apparatus according to one aspect of the present invention includes a group III-V semiconductor light receiving element for receiving light from concrete to generate an infrared spectrum, and the group III-V semiconductor light receiving element includes: A photodiode having a mesa structure provided on the substrate, the photodiode including a light receiving layer, and the light receiving layer has a band gap wavelength of 1.8 μm to 3 μm.
本発明の上記の目的および他の目的、特徴、並びに利点は、添付図面を参照して進められる本発明の好適な実施の形態の以下の詳細な記述から、より容易に明らかになる。 The above and other objects, features, and advantages of the present invention will become more readily apparent from the following detailed description of preferred embodiments of the present invention, which proceeds with reference to the accompanying drawings.
以上説明したように、本発明の一側面によれば、コンクリート体からの赤外光を高い感度で取得可能なコンクリート構造物検査装置が提供される。 As described above, according to one aspect of the present invention, a concrete structure inspection apparatus capable of acquiring infrared light from a concrete body with high sensitivity is provided.
いくつかの具体例を説明する。 Some specific examples will be described.
一形態に係るコンクリート構造物検査装置は、コンクリートからの光を受光して赤外スペクトルを生成するためのＩＩＩ−Ｖ族半導体受光素子を備え、前記ＩＩＩ−Ｖ族半導体受光素子は、基板と、前記基板上に設けられたメサ構造のフォトダイオードと、を有し、前記フォトダイオードは受光層を備え、前記受光層は、１．８μｍ以上３μｍ以下のバンドギャップ波長を有する。 A concrete structure inspection apparatus according to one aspect includes a III-V group semiconductor light receiving element for receiving infrared light to generate an infrared spectrum, and the III-V group semiconductor light receiving element includes: a substrate; A photodiode having a mesa structure provided on the substrate, the photodiode including a light receiving layer, and the light receiving layer has a band gap wavelength of 1.8 μm to 3 μm.
このコンクリート構造物検査装置によれば、フォトダイオードが、１．８μｍ以上３μｍ以下のバンドギャップ波長を有する受光層を備えるので、受光層は、コンクリート構造物の検査のための赤外波長領域の光に感応する。 According to this concrete structure inspection apparatus, since the photodiode includes a light receiving layer having a band gap wavelength of not less than 1.8 μm and not more than 3 μm, the light receiving layer is an infrared wavelength region light for inspecting a concrete structure. Sensitive to.
一形態に係るコンクリート構造物検査装置では、前記受光層はタイプＩＩ遷移を可能にする量子井戸構造を有する。このコンクリート構造物検査装置によれば、タイプＩＩ遷移の量子井戸構造は良好な感度の赤外線の検知を可能にする。 In the concrete structure inspection apparatus according to one aspect, the light receiving layer has a quantum well structure that enables a type II transition. According to this concrete structure inspection apparatus, the type II transition quantum well structure enables detection of infrared rays with good sensitivity.
一形態に係るコンクリート構造物検査装置では、前記受光層は（ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓＳｂ）多重量子井戸構造または（ＧａＩｎＮＡｓ（Ｐ，Ｓｂ）／ＧａＡｓＳｂ）多重量子井戸構造を含む。このコンクリート構造物検査装置によれば、受光層は、良好な感度の赤外線検知を可能にする。 In the concrete structure inspection apparatus according to one aspect, the light receiving layer includes an (InGaAs / GaAsSb) multiple quantum well structure or a (GaInNAs (P, Sb) / GaAsSb) multiple quantum well structure. According to this concrete structure inspection apparatus, the light receiving layer enables infrared detection with good sensitivity.
一形態に係るコンクリート構造物検査装置では、前記メサ構造は、前記メサ構造の上面から前記受光層に向かう方向に低下する不純物濃度プロファイルを有し、前記不純物濃度プロファイルにおける濃度は、前記受光層において５×１０１６／ｃｍ３以下である。このコンクリート構造物検査装置によれば、低ノイズな為、微弱な赤外線検知が可能で、コンクリート構造物の微小な変化を検査することが可能である。 In the concrete structure inspection apparatus according to one aspect, the mesa structure has an impurity concentration profile that decreases in a direction from the upper surface of the mesa structure toward the light receiving layer, and the concentration in the impurity concentration profile is in the light receiving layer. It is 5 × 10 16 / cm 3 or less. According to this concrete structure inspection apparatus, since the noise is low, it is possible to detect weak infrared rays and to inspect minute changes in the concrete structure.
一形態に係るコンクリート構造物検査装置では、前記ＩＩＩ−Ｖ族半導体受光素子は、前記フォトダイオードの一次元または二次元のアレイを含む。このコンクリート構造物検査装置によれば、ＩＩＩ−Ｖ族半導体受光素子は、一次元または二次元の赤外線画像を提供できる。 In the concrete structure inspection apparatus according to one aspect, the group III-V semiconductor light receiving element includes a one-dimensional or two-dimensional array of the photodiodes. According to this concrete structure inspection apparatus, the group III-V semiconductor light receiving element can provide a one-dimensional or two-dimensional infrared image.
一形態に係るコンクリート構造物検査装置は、前記ＩＩＩ−Ｖ族半導体受光素子による撮像の位置を示すマーカー光を提供する光源装置を更に備える。このコンクリート構造物検査装置によれば、大域的な画像内における検査エリアの撮像にマーカー光を取り込むことによって、大域的な検査対象物の画像と局所的な検査エリアとの関連付けが容易になる。 The concrete structure inspection apparatus according to an aspect further includes a light source device that provides marker light indicating a position of imaging by the group III-V semiconductor light receiving element. According to this concrete structure inspection apparatus, it is easy to associate a global inspection object image with a local inspection area by incorporating marker light into the imaging of the inspection area in the global image.
本発明の知見は、例示として示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解できる。引き続いて、添付図面を参照しながら、コンクリート構造物検査装置、コンクリートの赤外スペクトル測定装置、コンクリート構造物評価装置に係る実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。 The knowledge of the present invention can be easily understood by considering the following detailed description with reference to the accompanying drawings shown as examples. Subsequently, embodiments of a concrete structure inspection apparatus, a concrete infrared spectrum measurement apparatus, and a concrete structure evaluation apparatus will be described with reference to the accompanying drawings. Where possible, the same parts are denoted by the same reference numerals.
図１は、本実施の形態に係るコンクリート構造物検査装置を模式的に示す図面である。図１を参照すると、コンクリート構造物検査装置１０１は、赤外撮像装置１０３を備える。赤外撮像装置１０３は、コンクリート体１００（コンクリート体構造物）からの反射光内の赤外成分に感応するＩＩＩ−Ｖ族半導体を備える半導体受光素子１０５ａ、及び半導体受光素子１０５ａからの読み出し信号を処理する半導体集積回路１０５ｂを備える。半導体受光素子１０５ａは、メサ構造のフォトダイオード１０を含む。各フォトダイオード１０は受光層３を備え、受光層３は、１．８μｍ以上３μｍ以下のバンドギャップ波長を有する。 FIG. 1 is a drawing schematically showing a concrete structure inspection apparatus according to the present embodiment. Referring to FIG. 1, the concrete structure inspection device 101 includes an infrared imaging device 103. The infrared imaging device 103 includes a semiconductor light receiving element 105a including a group III-V semiconductor that is sensitive to an infrared component in reflected light from the concrete body 100 (concrete structure), and a readout signal from the semiconductor light receiving element 105a. A semiconductor integrated circuit 105b to be processed is provided. The semiconductor light receiving element 105a includes a photodiode 10 having a mesa structure. Each photodiode 10 includes a light receiving layer 3, and the light receiving layer 3 has a band gap wavelength of 1.8 μm to 3 μm.
このコンクリート構造物検査装置１０１によれば、フォトダイオード１０が、１．８μｍ以上３μｍ以下のバンドギャップ波長を有する受光層３を備えるので、受光層３は、コンクリート体１００の検査に有用な赤外波長領域の光に感応する。受光層３はタイプＩＩ遷移を可能にする量子井戸構造を有することが好ましい、タイプＩＩ遷移の量子井戸構造は良好な感度の赤外線の検知を可能にする。例えば、受光層３の量子井戸構造は（ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓＳｂ）多重量子井戸構造または（ＧａＩｎＮＡｓ（Ｐ，Ｓｂ）／ＧａＡｓＳｂ）多重量子井戸構造であることができる。このような構造の受光層３は、良好な感度の赤外線の検知を可能にする。メサ構造のフォトダイオード１０は、素子分離エリアに入射した光に対して光電流を生成しないので、光電流は、裾引きを有しない。このため、一回の光検知に係る光電流が、速やかに減衰する。これは、高速の撮像に好適な特性である。 According to this concrete structure inspection apparatus 101, since the photodiode 10 includes the light receiving layer 3 having a band gap wavelength of 1.8 μm or more and 3 μm or less, the light receiving layer 3 is an infrared ray useful for inspecting the concrete body 100. Sensitive to light in the wavelength range. The light-receiving layer 3 preferably has a quantum well structure that allows a type II transition, and the quantum well structure of a type II transition enables detection of infrared rays with good sensitivity. For example, the quantum well structure of the light receiving layer 3 can be an (InGaAs / GaAsSb) multiple quantum well structure or a (GaInNAs (P, Sb) / GaAsSb) multiple quantum well structure. The light receiving layer 3 having such a structure enables detection of infrared rays with good sensitivity. Since the mesa photodiode 10 does not generate a photocurrent with respect to light incident on the element isolation area, the photocurrent has no tail. For this reason, the photocurrent related to one light detection is rapidly attenuated. This is a characteristic suitable for high-speed imaging.
コンクリート構造物検査装置１０１は、位置マーカーのための光源装置１０７を更に備えることができ、光源装置１０７は、赤外撮像装置１０３による撮像の位置を示すマーカー光ＬＭを提供する。光源装置１０７は、可視光の波長領域の光及び赤外波長領域の光を提供する。このコンクリート構造物検査装置１０１によれば、光源装置１０７が、可視光の波長領域の光ビーム及び赤外波長領域の光ビームを同じ位置に照射するので、可視光の波長領域のマーカー光は可視光による画像において位置基準を提供でき、赤外波長領域のマーカー光は、赤外線による画像において位置基準を提供できる。 The concrete structure inspection apparatus 101 can further include a light source device 107 for a position marker, and the light source device 107 provides a marker light LM indicating a position of imaging by the infrared imaging device 103. The light source device 107 provides light in the visible wavelength region and light in the infrared wavelength region. According to this concrete structure inspection apparatus 101, since the light source device 107 irradiates the light beam in the visible wavelength region and the light beam in the infrared wavelength region at the same position, the marker light in the visible wavelength region is visible. A position reference can be provided in a light image, and marker light in the infrared wavelength region can provide a position reference in an infrared image.
コンクリート構造物検査装置１０１は、検査対象のコンクリート体からの赤外スペクトルを得るための赤外領域の光成分を含む光Ｌ０を提供する照明装置１０９を更に備えることができる。スペクトル取得における光源の品質に係る影響を除くことができる。照明装置１０９の使用は、スペクトル取得の際における光源の制御を容易にする。 The concrete structure inspection apparatus 101 can further include an illuminating device 109 that provides light L0 including a light component in an infrared region for obtaining an infrared spectrum from a concrete body to be inspected. The influence on the quality of the light source in the spectrum acquisition can be eliminated. Use of the illumination device 109 facilitates control of the light source during spectrum acquisition.
図１を参照すると、コンクリート構造物検査装置１０１に含まれ赤外撮像装置内の半導体受光素子が概略的に示される。フォトダイオード１０は基板１上に設けられる。半導体集積回路（ｒｅａｄ−ｏｕｔ ＩＣ）１０５ｂは、この半導体受光素子１０５ａを搭載する実装基板の機能を有すると共に半導体受光素子１０５ａからの読み出し信号を処理する。半導体集積回路１０５ｂは、電極１３及び信号処理回路１４を含む。電極１３はフォトダイオード１０からの光電流を受けて、この電気信号を個々の信号処理回路１４に提供される。信号処理回路１４は、フォトダイオード１０からの光電流を処理する。 Referring to FIG. 1, a semiconductor light receiving element included in a concrete structure inspection apparatus 101 and included in an infrared imaging apparatus is schematically shown. The photodiode 10 is provided on the substrate 1. The semiconductor integrated circuit (read-out IC) 105b functions as a mounting board on which the semiconductor light receiving element 105a is mounted and processes a read signal from the semiconductor light receiving element 105a. The semiconductor integrated circuit 105 b includes an electrode 13 and a signal processing circuit 14. The electrode 13 receives the photocurrent from the photodiode 10 and provides this electrical signal to the individual signal processing circuits 14. The signal processing circuit 14 processes the photocurrent from the photodiode 10.
フォトダイオード１０のメサ構造は、ｎ型半導体層２、受光層３、及びｐ型半導体層４を備える。ｎ型半導体層２、受光層３、及びｐ型半導体層４は、基板１の主面１ａの法線方向に、この順に、配列されている。基板１の材料は、例えばＩｎＰ、ＧａＳｂ等であることができる。受光層３は、例えばアンチモンを構成元素として含むＩＩＩ−Ｖ化合物半導体を備えることがよい。
フォトダイオード１０の半導体積層構造の一例。
ｎ型半導体層２：ｎ型ＩｎＰ。
受光層３：ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓＳｂ。
ｐ型半導体層４：ｐ型ＩｎＰ。
このフォトダイオード１０は、いわゆるｐｉｎ構造を有する。また、ｎ型半導体層とｐ型半導体層を入れ換えたｎｉｐ構造でも良い。
The mesa structure of the photodiode 10 includes an n-type semiconductor layer 2, a light receiving layer 3, and a p-type semiconductor layer 4. The n-type semiconductor layer 2, the light receiving layer 3, and the p-type semiconductor layer 4 are arranged in this order in the normal direction of the main surface 1 a of the substrate 1. The material of the substrate 1 can be, for example, InP, GaSb, or the like. The light receiving layer 3 is preferably provided with, for example, a III-V compound semiconductor containing antimony as a constituent element.
An example of the semiconductor laminated structure of the photodiode 10. FIG.
n-type semiconductor layer 2: n-type InP.
Light receiving layer 3: InGaAs / GaAsSb.
p-type semiconductor layer 4: p-type InP.
The photodiode 10 has a so-called pin structure. Further, a nip structure in which an n-type semiconductor layer and a p-type semiconductor layer are interchanged may be used.
フォトダイオード１０の半導体メサの上面には、第１電極１１（例えばｐ電極あるいはｎ電極の一方）が設けられている。導電性半導体層、本実施例では、例えばｎ型半導体層２が基板１の主面１ａに沿って延在しており、この導電性半導体層には、第２電極１２（例えばｎ電極あるいはｐ電極の一方）が設けられている。半導体メサの配列が導電性半導体層上に設けられると共に、フォトダイオード１０のアレイが共通の基板１の主面１ａ上に配列される。第２電極１２が、共通の基板１上の半導体領域に設けられ、電気信号を半導体集積回路１０５ｂに送るために半導体集積回路１０５ｂに接続される。半導体集積回路１０５ｂは、個々のフォトダイオード１０からの光電流を受けて、この光電流から、スペクトル強度を示す電気信号を生成する処理を行う。第１電極１１及び第２電極１２は、それぞれ、はんだバンプ１２ｂ，１１ｂを介して、半導体集積回路１０５ｂの電極１３に電気的に接続される。入射光は、基板１の裏面１ｂに設けられた反射防止膜９の側から入射する。 A first electrode 11 (for example, one of a p electrode and an n electrode) is provided on the upper surface of the semiconductor mesa of the photodiode 10. In the present embodiment, for example, an n-type semiconductor layer 2 extends along the main surface 1a of the substrate 1, and the conductive semiconductor layer includes a second electrode 12 (for example, an n-electrode or p-electrode). One of the electrodes) is provided. An array of semiconductor mesas is provided on the conductive semiconductor layer, and an array of photodiodes 10 is arranged on the main surface 1 a of the common substrate 1. The second electrode 12 is provided in a semiconductor region on the common substrate 1 and is connected to the semiconductor integrated circuit 105b in order to send an electric signal to the semiconductor integrated circuit 105b. The semiconductor integrated circuit 105b receives the photocurrent from each photodiode 10, and performs processing for generating an electrical signal indicating the spectral intensity from the photocurrent. The first electrode 11 and the second electrode 12 are electrically connected to the electrode 13 of the semiconductor integrated circuit 105b via solder bumps 12b and 11b, respectively. Incident light enters from the side of the antireflection film 9 provided on the back surface 1 b of the substrate 1.
フォトダイオード１０の受光層３は、ｐｎ接合、ｎｐ接合、ｐｉｎ構造、及びｎｉｐ構造のいずれかの構造を有することができる。このとき、ｐｎ接合は、受光層３内に形成される。ｐｉｎ構造を有するフォトダイオード１０では、メサ構造は、メサ構造の上面から受光層３に向かう方向に低下する不純物濃度プロファイル（例えばｐ型ドーパントＺｎ）を有し、不純物濃度プロファイルは、受光層３の上面において５×１０１６／ｃｍ３以下の濃度を有することができる。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、例えば５×１０１５／ｃｍ３程度である。ｐｎ接合の位置は、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。例えば、本実施形態においては、ｐｎ接合は、受光層内において、ｐ型半導体層４と受光層３との界面近傍に形成されることができる。このコンクリート構造物検査装置１０１によれば、低ノイズな為、微弱な赤外線検知が可能で、コンクリート構造物の微小な変化を検査することが可能である。 The light receiving layer 3 of the photodiode 10 can have any one of a pn junction, an np junction, a pin structure, and a nip structure. At this time, the pn junction is formed in the light receiving layer 3. In the photodiode 10 having the pin structure, the mesa structure has an impurity concentration profile (for example, p-type dopant Zn) that decreases in the direction from the upper surface of the mesa structure toward the light receiving layer 3. The upper surface may have a concentration of 5 × 10 16 / cm 3 or less. The background in the light receiving layer 3 is an n-type impurity concentration (carrier concentration), for example, about 5 × 10 15 / cm 3 . The position of the pn junction is determined by the intersection of the background of the light receiving layer 3 (n-type carrier concentration) and the concentration profile of Zn of the p-type impurity. For example, in this embodiment, the pn junction can be formed in the vicinity of the interface between the p-type semiconductor layer 4 and the light receiving layer 3 in the light receiving layer. According to the concrete structure inspection apparatus 101, since the noise is low, it is possible to detect weak infrared rays and to inspect minute changes in the concrete structure.
半導体受光素子１０５ａは、フォトダイオード１０の一次元または二次元のアレイを含む。図２を参照すると、半導体受光素子１０５ａは、例えば二次元のＩＩＩ−Ｖ族半導体フォトダイオードアレイを含む。コンクリート構造物検査装置１０１によれば、半導体受光素子１０５ａ及び半導体集積回路１０５ｂを含む赤外撮像装置１０３は、一次元または二次元の赤外線像を提供できる。 The semiconductor light receiving element 105 a includes a one-dimensional or two-dimensional array of the photodiode 10. Referring to FIG. 2, the semiconductor light receiving element 105a includes, for example, a two-dimensional group III-V semiconductor photodiode array. According to the concrete structure inspection apparatus 101, the infrared imaging apparatus 103 including the semiconductor light receiving element 105a and the semiconductor integrated circuit 105b can provide a one-dimensional or two-dimensional infrared image.
図２に示されるように、赤外センサ１０５は、赤外光を検知可能な二次元配列のフォトダイオード１０のアレイを備える。また、コンクリート構造物検査装置１０１は、図３に示されるように、コンクリート構造物からの反射光を分光してフォトダイオードアレイに提供する分光器１１１を備えることができる。例えば、赤外センサ１０５は、波長検知方向（Ｘ軸方向）に２５６画素の行、及び位置検知方向（Ｙ軸方向）に３２０画素の列を有する。既に説明したように、赤外カメラは、例えばＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓＳｂ多重量子井戸からなる受光層を備えたセンサを備える。 As shown in FIG. 2, the infrared sensor 105 includes an array of two-dimensional arrays of photodiodes 10 capable of detecting infrared light. Further, as shown in FIG. 3, the concrete structure inspection apparatus 101 may include a spectroscope 111 that divides the reflected light from the concrete structure and provides it to the photodiode array. For example, the infrared sensor 105 has 256 pixel rows in the wavelength detection direction (X-axis direction) and 320 pixel columns in the position detection direction (Y-axis direction). As already described, the infrared camera includes a sensor including a light receiving layer made of, for example, an InGaAs / GaAsSb multiple quantum well.
赤外スペクトル取得の一例を説明する。例えばハロゲンランプの光を検査対象のコンクリート構造物に照射して、コンクリート構造物によって反射された光をコンクリート構造物検査装置１０１を用いて撮像する。撮像する赤外光の波長は、例えば２．２６〜２．３０μｍの帯域を含むように設定されることがよい。分光機能を備えた赤外カメラで反射した光を分光しながら撮像する。このような赤外カメラは、一回の撮像により、２．２６〜２．３０μｍの波長帯域内の２５６波長成分の各々においてＹ軸方向に３２０画素にわたる幅の強度分布を取得できる。カメラを対象物に向けて、縦方向の長さ３ｍ２０ｃｍの線上においてを例えば１ｃｍの空間分解能で３２０個の近赤外スペクトルを同時に測定する。次に、カメラで見る位置を横方向（例えば、図３の矢印ＭＶの方向）に１ｃｍ移動させて、カメラの移動後の位置において、同様に３２０個の近赤外スペクトルを同時に測定する。カメラの移動及び近赤外スペクトルの取得を繰り返して、四角形のエリアにおけるスペクトルのデータを得る。多数のスペクトルデータを解析することによって四角形エリアにおける塩化物イオン濃度分布のマップを作製できる。 An example of infrared spectrum acquisition will be described. For example, light from a halogen lamp is irradiated onto a concrete structure to be inspected, and light reflected by the concrete structure is imaged using the concrete structure inspection apparatus 101. The wavelength of the infrared light to be imaged is preferably set so as to include, for example, a band of 2.26 to 2.30 μm. The light reflected by an infrared camera equipped with a spectroscopic function is imaged while being spectrally separated. Such an infrared camera can acquire an intensity distribution with a width of 320 pixels in the Y-axis direction in each of 256 wavelength components in the wavelength band of 2.26 to 2.30 μm by one imaging. 320 near-infrared spectra are simultaneously measured with a spatial resolution of, for example, 1 cm on a line having a length of 3 m20 cm with the camera facing the object. Next, the position viewed by the camera is moved 1 cm in the horizontal direction (for example, in the direction of the arrow MV in FIG. 3), and 320 near-infrared spectra are similarly measured at the position after the camera is moved. The movement of the camera and the acquisition of the near-infrared spectrum are repeated to obtain spectral data in a rectangular area. By analyzing a large number of spectral data, a map of chloride ion concentration distribution in a square area can be created.
或いは、コンクリート構造物検査装置１０１を移動体上に搭載すると共に、検査対象となるコンクリート構造物に沿ってコンクリート構造物検査装置１０１の走査を移動体の移動によって行って、コンクリート構造物の連続的な検査画像を得ることができる。これは、高い感度及び高速の応答を示すＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体受光層を備える半導体受光素子１０５ａによって提供される。 Alternatively, the concrete structure inspection apparatus 101 is mounted on the moving body, and the concrete structure inspection apparatus 101 is scanned by moving the moving body along the concrete structure to be inspected, so that the concrete structure is continuously formed. An inspection image can be obtained. This is provided by the semiconductor light receiving element 105a including a III-V compound semiconductor light receiving layer exhibiting high sensitivity and high speed response.
図４は、コンクリート構造物の評価のためのコンクリート構造物検査装置１０１の信号処理を模式的に示す図面である。図４の（ａ）部を参照すると、コンクリート構造物（例えばコンクリート橋）を示す。このコンクリート構造物の破線のエリアＳＰＣＴをコンクリート構造物検査装置１０１を用いて撮像する。多くの場合、検査対象のコンクリート構造物は大型であるので、個々の検査対象エリアを示す局所的な画像に加えて、これらの検査対象エリアをコンクリート構造物における大域的な画像に対応付けるために、可視光の波長領域及び赤外波長領域における光マーカーＰＴを提供する光源装置１０７を用いることが良い。光源装置１０７は、赤外撮像装置１０３による撮像の位置を示す光マーカーＰＴ（ＩＲ）を提供することに加えて、可視光像における光マーカーＰＴ（ＶＢ）を提供できる。光源装置１０７が、可視光の波長領域の光マーカーＰＴ（ＶＢ）及び赤外波長領域の光マーカーＰＴ（ＩＲ）を同じ位置を照射する。 FIG. 4 is a drawing schematically showing signal processing of the concrete structure inspection apparatus 101 for evaluating a concrete structure. Referring to FIG. 4A, a concrete structure (for example, a concrete bridge) is shown. A broken-line area SPCT of the concrete structure is imaged using the concrete structure inspection apparatus 101. In many cases, the concrete structures to be inspected are large, so in addition to local images showing the individual areas to be inspected, in order to associate these areas to be inspected with global images in the concrete structure, It is preferable to use a light source device 107 that provides a light marker PT in the visible wavelength region and the infrared wavelength region. The light source device 107 can provide the optical marker PT (VB) in the visible light image in addition to providing the optical marker PT (IR) indicating the position of imaging by the infrared imaging device 103. The light source device 107 irradiates the optical marker PT (VB) in the visible wavelength region and the optical marker PT (IR) in the infrared wavelength region at the same position.
光マーカーＰＴは、例えば赤色レーザ素子及び１．５５μｍ帯レーザ素子を備え、ポインター用として重ねて照射する。赤色レーザ素子からの光マーカーＰＴ（ＶＢ）は可視光用のデジタルカメラに写り、１．５５μｍレーザ素子からの光マーカーＰＴ（ＩＲ）は、近赤外カメラに写る。波長１．５５μｍ帯の光は人の眼に安全（アイセイフ）な波長であって、また塩化物イオンの吸収波長２．２６μｍに影響を与えない。１．５５μｍレーザ素子には、例えば光通信用の半導体レーザを適用できる。 The optical marker PT includes, for example, a red laser element and a 1.55 μm band laser element, and irradiates with overlapping for a pointer. The optical marker PT (VB) from the red laser element is reflected in the digital camera for visible light, and the optical marker PT (IR) from the 1.55 μm laser element is reflected in the near-infrared camera. The light in the 1.55 μm wavelength band is a safe wavelength for the human eye and does not affect the absorption wavelength of 2.26 μm of chloride ions. For example, a semiconductor laser for optical communication can be applied to the 1.55 μm laser element.
デジタルカメラを用いて、図４の（ｂ）部に示される可視光による画像を時刻（例えば００：００：００）において得る。この画像には、コンクリート構造物における検査対象エリアを含む大域的なエリアが可視画像として写されており、光マーカーＰＴ（ＢＶ）の像が写されている。コンクリート構造物検査装置１０１を用いて、図４の（ｃ）部に示される赤外光による画像を時刻（例えば００：００：００）において得る。この画像には、塩分濃度を測定するコンクリート体の局所エリアが近赤外画像（スペクトル分析していない単なる近赤外画像）として写されており、光マーカーＰＴ（ＩＲ）の像が写されている。コンクリート構造物検査装置１０１を用いて、図４の（ｄ）部に示される赤外光による画像を時刻（例えば００：００：００）において得る。この画像には、塩分濃度を測定するコンクリート体の局所エリアが近赤外画像（近赤外画像をスペクトル分析して塩分濃度の分布を示す画像）として写されているが、光マーカーの像が写っていない。上記の３つの画像を合わせ込むことが、検査対象のコンクリート構造物の表面の塩分濃度の分布を得るために便利である。 Using a digital camera, an image by visible light shown in part (b) of FIG. 4 is obtained at a time (for example, 00:00:00). In this image, a global area including the inspection target area in the concrete structure is shown as a visible image, and an image of the light marker PT (BV) is shown. Using the concrete structure inspection apparatus 101, an image by infrared light shown in part (c) of FIG. 4 is obtained at time (for example, 00:00:00). In this image, the local area of the concrete body for measuring the salinity concentration is shown as a near-infrared image (a simple near-infrared image not subjected to spectral analysis), and an image of the optical marker PT (IR) is shown. Yes. Using the concrete structure inspection apparatus 101, an image by infrared light shown in part (d) of FIG. 4 is obtained at time (for example, 00:00:00). In this image, the local area of the concrete body where the salinity concentration is measured is shown as a near-infrared image (an image showing the distribution of salinity concentration by spectral analysis of the near-infrared image). It is not shown. Combining the above three images is convenient for obtaining the distribution of salinity concentration on the surface of the concrete structure to be inspected.
図５は、コンクリート構造物検査装置を用いて取得された赤外光の吸光度を波長に対して示す。コンクリート構造物検査装置１０１は、赤外光の波長（例えば９００ｎｍ〜２５００ｎｍまでの波長範囲）を検知できる。図５を参照すると、コンクリート構造物Ｓ１、Ｓ２に係る吸光度データが示されている。図６は、図５に示された破線ＢＯＸのエリア（２１０ｎｍ〜２４００ｎｍの波長範囲）を示す。矢印ＡＲＲＯＷが、コンクリート中の塩化物イオンの吸収波長（例えば２２６８ｎｍ）を示す。この実施例における見積もりによれば、コンクリート構造物Ｓ１は８．８７ｋｇ／ｍ３の塩化物濃度のエリアを有し、コンクリート構造物Ｓ２は０．５５ｋｇ／ｍ３の塩化物濃度のエリアを有する。 FIG. 5 shows the absorbance of infrared light obtained using a concrete structure inspection apparatus with respect to wavelength. The concrete structure inspection apparatus 101 can detect the wavelength of infrared light (for example, a wavelength range from 900 nm to 2500 nm). Referring to FIG. 5, the absorbance data relating to the concrete structures S1 and S2 is shown. FIG. 6 shows the area (wavelength range of 210 nm to 2400 nm) of the broken line BOX shown in FIG. An arrow ARROW indicates an absorption wavelength (for example, 2268 nm) of chloride ions in the concrete. According to an estimate in this example, the concrete structure S1 has an area with a chloride concentration of 8.87 kg / m 3 and the concrete structure S2 has an area with a chloride concentration of 0.55 kg / m 3 .
図７は、コンクリート構造物検査装置を用いて取得されたコンクリート構造物（コンクリート橋）の二次元赤外光画像における吸収波長（例えば２２６８ｎｍ）の強度から見積もられる塩化物イオンの濃度を示す図面である。図７の（ａ）部を参照すると、コンクリート構造物における二次元の塩化物イオン濃度が示されている。図７の（ａ）部において、白地は高濃度を示し、黒地が低濃度を示す。矢印ＤＥＰＴＨは、コンクリート表面から深部へ向かう方向を示す。図７の（ｂ）部を参照すると、コンクリート構造物における二次元濃度の分布において、Ａ１−Ａ２線に沿った塩化物イオン濃度が示されている。このコンクリート体では、表面近傍の一部分において塩化物イオンの濃い領域が生成されている。 FIG. 7 is a drawing showing the concentration of chloride ions estimated from the intensity of the absorption wavelength (for example, 2268 nm) in a two-dimensional infrared image of a concrete structure (concrete bridge) obtained using a concrete structure inspection apparatus. is there. Referring to FIG. 7A, the two-dimensional chloride ion concentration in the concrete structure is shown. In FIG. 7A, the white background indicates a high density, and the black background indicates a low density. Arrow DEPTH indicates the direction from the concrete surface toward the deep part. Referring to FIG. 7B, the chloride ion concentration along the line A1-A2 is shown in the two-dimensional concentration distribution in the concrete structure. In this concrete body, a region rich in chloride ions is generated in a part near the surface.
本実施の形態に係るコンクリート構造物検査装置によれば、コンクリート体からの赤外光を高い感度で取得可能なコンクリート構造物検査装置１０１が提供される。 According to the concrete structure inspection apparatus according to the present embodiment, a concrete structure inspection apparatus 101 that can acquire infrared light from a concrete body with high sensitivity is provided.
（実施例）
まず、厚さ３５０μｍのＳドープＩｎＰからなる半導体基板の（１００）面上に以下の積層を形成した。積層として、半導体基板の（１００）面上にＳｉドープＩｎＰバッファー層（厚さ０．５μｍ、濃度：１×１０１７ｃｍ−３）、ノンドープＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓＳｂ量子井戸受光層（各層の厚さ４〜６ｎｍ、繰り返し数２００〜３００ペア）、ノンドープＩｎＧａＡｓ層（厚さ１．０μｍ）、およびノンドープＩｎＰコンタクト層（０．８μｍ厚さ）をＯＭＶＰＥ法により順に成長した。これらの工程により、エピウエハが作製される。次に、リン化亜鉛を原料に用いた気相拡散によって、エピウエハ全面においてコンタクト層の表面から半導体積層に亜鉛を拡散させる。亜鉛濃度は、量子井戸構造の受光層上におけるノンドープＩｎＧａＡｓ層内において受光層側に向かって５×１０１６ｃｍ−３以下にまで低下するようにした。
(Example)
First, the following stack was formed on the (100) plane of a semiconductor substrate made of S-doped InP having a thickness of 350 μm. As a stack, a Si-doped InP buffer layer (thickness 0.5 μm, concentration: 1 × 10 17 cm −3 ), a non-doped InGaAs / GaAsSb quantum well light-receiving layer (with a thickness of 4 to 4) on the (100) surface of the semiconductor substrate 6 nm, the number of repetitions of 200 to 300 pairs), a non-doped InGaAs layer (thickness: 1.0 μm), and a non-doped InP contact layer (0.8 μm thickness) were sequentially grown by OMVPE method. An epi-wafer is produced by these steps. Next, zinc is diffused from the surface of the contact layer to the semiconductor stack over the entire epiwafer by vapor phase diffusion using zinc phosphide as a raw material. The zinc concentration was decreased to 5 × 10 16 cm −3 or less toward the light receiving layer in the non-doped InGaAs layer on the light receiving layer having the quantum well structure.
エピウエハ全面に、プラズマＣＶＤ法によって５００ｎｍの誘電体膜（例えばＳｉＮ膜）を成膜する。フォトリソグラフィー技術を用いてメサエッチング用マスクを形成した。次いで、ハロゲンガスを用いたドライエッチングによって高さ５μｍ程度の半導体メサを形成した。半導体メサ側面におけるドライエッチングダメージ層を除去するために、ウエットエッチングを適用した。エッチャントの例示はリン酸：過酸化水素水：水＝５０ｃｃ：１０ｃｃ：４００ｃｃである。ウエットエッチング時間は例えば３０秒である。メサエッチング用マスクを除去した後に、ウエハ全面にプラズマＣＶＤ法によって保護のための誘電体膜を成膜した。誘電体膜はＳｉＯ２から成り、その厚さは３００ｎｍである。続いて、フォトリソグラフィー技術及び蒸着を用いたリフトオフプロセスによって、ｐ電極およびｎ電極（例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ）を形成した。この後に、基板裏面を鏡面研磨した後に、反射防止膜およびｎ側電極を形成した。これらの工程により、半導体受光素子のための基板生産物が作製された。基板生産物をダイシングによって分割して、裏面入射型のメサ型フォトダイオードアレイを得た。 A 500 nm dielectric film (for example, SiN film) is formed on the entire surface of the epitaxial wafer by plasma CVD. A mask for mesa etching was formed using a photolithography technique. Next, a semiconductor mesa having a height of about 5 μm was formed by dry etching using a halogen gas. In order to remove the dry etching damage layer on the side surface of the semiconductor mesa, wet etching was applied. Examples of the etchant are phosphoric acid: hydrogen peroxide water: water = 50 cc: 10 cc: 400 cc. The wet etching time is 30 seconds, for example. After removing the mesa etching mask, a protective dielectric film was formed on the entire wafer surface by plasma CVD. The dielectric film is made of SiO 2 and has a thickness of 300 nm. Subsequently, a p-electrode and an n-electrode (for example, Ti / Pt / Au) were formed by a lift-off process using a photolithography technique and vapor deposition. Thereafter, the back surface of the substrate was mirror-polished, and then an antireflection film and an n-side electrode were formed. Through these steps, a substrate product for a semiconductor light-receiving element was produced. The substrate product was divided by dicing to obtain a back-illuminated mesa photodiode array.
好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。 While the principles of the invention have been illustrated and described in the preferred embodiments, it will be appreciated by those skilled in the art that the invention can be modified in arrangement and detail without departing from such principles. The present invention is not limited to the specific configuration disclosed in the present embodiment. We therefore claim all modifications and changes that come within the scope and spirit of the following claims.
以上説明したように、本実施の形態によれば、コンクリート体からの赤外光を高い感度で取得可能なコンクリート構造物検査装置が提供される。 As described above, according to the present embodiment, a concrete structure inspection apparatus capable of acquiring infrared light from a concrete body with high sensitivity is provided.
１０１…コンクリート構造物検査装置、１０３…赤外撮像装置、１０５ａ…半導体受光素子、１０５ｂ…半導体集積回路、１０７…光源装置、１０９…照明装置、２…ｎ型半導体層、３…受光層、４…ｐ型半導体層、１０…フォトダイオード、１１…第１電極、１２…第２電極、１２ｂ，１１ｂ…はんだバンプ、１３…電極、１４…信号処理回路。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 ... Concrete structure inspection apparatus, 103 ... Infrared imaging device, 105a ... Semiconductor light receiving element, 105b ... Semiconductor integrated circuit, 107 ... Light source device, 109 ... Illumination device, 2 ... N-type semiconductor layer, 3 ... Light receiving layer, 4 ... p-type semiconductor layer, 10 ... photodiode, 11 ... first electrode, 12 ... second electrode, 12b, 11b ... solder bump, 13 ... electrode, 14 ... signal processing circuit.
Claims (6)
コンクリートからの光を受光して赤外スペクトルを生成するためのＩＩＩ−Ｖ族半導体受光素子を備え、
前記ＩＩＩ−Ｖ族半導体受光素子は、基板と、前記基板上に設けられたメサ構造のフォトダイオードと、を有し、
前記フォトダイオードは受光層を備え、前記受光層は、１．８μｍ以上３μｍ以下のバンドギャップ波長を有する、コンクリート構造物検査装置。 A concrete structure inspection device,
A group III-V semiconductor light-receiving element for receiving light from concrete and generating an infrared spectrum;
The III-V semiconductor light-receiving element has a substrate and a mesa photodiode provided on the substrate,
The photodiode includes a light receiving layer, and the light receiving layer has a band gap wavelength of 1.8 μm to 3 μm.
Priority Applications (1)
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Applications Claiming Priority (1)
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