JP6475523B2 - 制御回路及び検出器 - Google Patents

Description

本発明は、超伝導トンネル接合素子（以下「ＳＴＪ素子」という。）を用いてテラヘルツ波を検出する技術に関する。

人が着用している衣類や、封筒、容器、荷物等に収容された麻薬等の違法薬物や爆薬等の危険物を、テラヘルツ波を用いて検出する技術が従来から提案されている。特許文献１には、光源からテラヘルツ波を所定の検査対象物に向けて出射し、当該検査対象物を透過したテラヘルツ波を検出する技術が開示されている。

特開２００６−７１４１２号公報

テラヘルツ波を検出する検出器には、テラヘルツ波から生じさせたフォノンを、超伝導トンネル接合（ＳＴＪ：Superconducting Tunnel Junction）素子によって検出し、検出したテラヘルツ波に応じた信号を出力するように構成されるものがある。この検出器では、ＳＴＪ素子を流れる微弱な信号の電流値を読み取るため、テラヘルツ波の十分な検出精度を確保するためには、ＳＴＪ素子に印加するバイアス電圧が適切に設定されていなければならない。しかし、ＳＴＪ素子の最適なバイアス電圧は個体差等によって異なるため、バイアス電圧の設定に多大な時間を要することがあった。
そこで、本発明は、ＳＴＪ素子に印加するバイアス電圧の設定を容易にするための技術を提供することを目的とする。

本発明の制御回路は、超伝導トンネル接合素子により検査対象物からのテラヘルツ波を検出する検出器の受波部に対する、テラヘルツ波の照射時と非照射時との各々に関し、前記超伝導トンネル接合素子に対して複数の電圧値のバイアス電圧を各々印加したときに前記超伝導トンネル接合素子を流れる検出信号電流の電流値に基づき検出用のバイアス電圧を設定する、キャリブレーション処理を行う。
この発明によれば、テラヘルツ波の照射時と非照射時との各々に関し、複数の電圧値のバイアス電圧を各々印加したときに超伝導トンネル接合素子を流れる検出信号電流の電流値に基づき検出用のバイアス電圧を設定するキャリブレーション処理を行うため、ＳＴＪ素子に印加するバイアス電圧の設定を容易にすることができる。

本発明の制御回路において、前記検出器に対するテラヘルツ波の照射時と非照射時との各々に関し、前記超伝導トンネル接合素子に対して前記検出用のバイアス電圧を印加したときに前記超伝導トンネル接合素子を流れる検出信号電流の電流値に基づき、前記キャリブレーション処理の再実行の要否を判定してもよい。
この発明によれば、設定した検出用のバイアス電圧を超伝導トンネル接合素子に印加したときの検出信号電流の電流値に基づきキャリブレーション処理の再実行の要否を判定するため、キャリブレーション処理が必要なタイミングを的確に判定することができる。

本発明の制御回路において、前記検査対象物の検査が行われるタイミングに基づき、前記キャリブレーション処理を行ってもよい。
この発明によれば、検査が行われるときのテラヘルツ波の検出精度を高くしやすい。

本発明の制御回路において、所定の時間間隔で、前記キャリブレーション処理を行ってもよい。
この発明によれば、テラヘルツ波の検出精度の時間変動を小さくすることができる。

本発明の制御回路において、前記超伝導トンネル接合素子の温度、前記超伝導トンネル接合素子が受ける電気的なノイズ、電磁波によるノイズ、または振動に基づき、前記キャリブレーション処理を行ってもよい。
この発明によれば、テラヘルツ波の検出精度に影響を与えやすい外的要素を原因とした検出精度の変動を小さくすることができる。

本発明の制御回路において、前記検出用のバイアス電圧を設定できない場合、エラー信号を出力してもよい。
この発明によれば、一定程度のテラヘルツ波の検出精度を確保できないことを示す信号を出力することができる。

本発明の検出器は、上記構成の制御回路と、前記受波部に対してテラヘルツ波を照射する照射手段と、前記超伝導トンネル接合素子に対して前記複数の電圧値のバイアス電圧を印加する電圧印加手段と、前記超伝導トンネル接合素子を流れる検出信号電流の電流値を計測する計測手段とを備える。
この発明によれば、テラヘルツ波の照射時と非照射時との各々に関し、複数の電圧値のバイアス電圧を各々印加したときに超伝導トンネル接合素子を流れる検出信号電流の電流値に基づき検出用のバイアス電圧を設定するキャリブレーション処理を行うため、ＳＴＪ素子に印加するバイアス電圧の設定を容易にすることができる。

本発明の一実施形態に係るテラヘルツ波検出器の構成を示すブロック図。 同実施形態に係る基板吸収型ＳＴＪ素子の構成を示す図。 同実施形態に係る制御装置の電気的構成を示すブロック図。 同実施形態に係るキャリブレーション処理を示すフローチャート。 同実施形態に係るＳＴＪ素子の電圧−電流特性の一例を示すグラフ。 同実施形態に係る要否判定処理Ｉを示すフローチャート。 同実施形態に係るＳＴＪ素子の電圧−電流特性の一例を示すグラフ。 同実施形態に係る要否判定処理IIが採用される検査システムの一例を示す図。 同実施形態に係る要否判定処理IIを示すフローチャート。 同実施形態に係る要否判定処理IIIを示すフローチャート。 同実施形態に係る要否判定処理IVを行うテラヘルツ波検出器の構成を示すブロック図。 同実施形態に係る要否判定処理IVを示すフローチャート。

［実施形態］
図１は、本発明の一実施形態に係るテラヘルツ波検出器１の構成を示すブロック図である。テラヘルツ波検出器１は、検査の対象である検査対象物Ｔからのテラヘルツ波を検出して、物質Ｓの存在の有無や、物質Ｓの種類を判定する検出器である。テラヘルツ波は、例えば、０．７ＴＨｚから３０ＴＨｚまでの周波数帯に属する電磁波である。物質Ｓは、例えば、麻薬等の違法薬物や、爆薬等の危険物である。検査対象物Ｔは、例えば、空港や税関等の所定の場所を訪れた人や、その人が所持する物（荷物）、封筒や小包等の郵便物である。

図１に示すように、テラヘルツ波検出器１は、照射装置１０と、集光装置２０と、基板吸収型ＳＴＪ素子３０と、冷却装置４０と、制御装置５０と、物質判定装置６０とを備える。図１において実線の矢印は信号の流れを意味し、二点鎖線の矢印はテラヘルツ波が伝搬する方向を意味する。
照射装置１０は、例えばテラヘルツ波発生装置を備え、発生させたテラヘルツ波を、テラヘルツ波検出器１の検出領域に存在する検査対象物Ｔと、テラヘルツ波検出器１の受波部とに選択的に照射する装置である。図２に示すように、テラヘルツ波検出器１の受波部は、本実施形態では集光装置２０である。照射装置１０は、更にテラヘルツ波の照射方向を変更するための照射方向変更手段を備える。照射方向変更手段は、例えば、発生させたテラヘルツ波を所定の方向に反射するミラーやレンズを含む光学系、及び当該ミラーの向きを変更するモーター等の駆動装置を含む。照射装置１０は、キャリブレーション処理時には、図１，２に示すように集光装置２０に対してテラヘルツ波を照射し、検査対象物Ｔの検査時には、図１に示すように検査対象物Ｔに対してテラヘルツ波を照射する。

集光装置２０は、例えば高抵抗シリコンからなる超半球レンズを含み、入射したテラヘルツ波を、基板吸収型ＳＴＪ素子３０の位置に集光する装置である。集光装置２０は、ここでは、照射装置１０が照射したテラヘルツ波のうち、物質Ｓが反射したテラヘルツ波を集光する。集光装置２０は、テラヘルツ波を受波する受波部に相当する。

基板吸収型ＳＴＪ素子３０は、基板吸収型の超伝導トンネル接合素子である。図２は、基板吸収型ＳＴＪ素子３０の構成を示す図である。基板吸収型ＳＴＪ素子３０は、吸収体基板３１と、ＳＴＪ素子３２とを備える。吸収体基板３１は、テラヘルツ波を受けてフォノンを生じさせる基板である。吸収体基板３１は、例えば、テラヘルツ波を吸収しやすいＬｉＮｂＯ３（ニオブ酸リチウム）やＬｉＴａＯ３（タンタル酸リチウム）等からなる単結晶基板であり、集光装置２０が接着等により密着させてある。

ＳＴＪ素子３２は、吸収体基板３１が生じさせたフォノンを検出して、テラヘルツ波に応じた電気信号を出力する素子である。ＳＴＪ素子３２は、吸収体基板３１側から順に、下部電極３２ａ、トンネル障壁（トンネルバリア）３２ｂ、及び上部電極３２ｃを積層した構造である。下部電極３２ａは、吸収体基板３１の上面に設けられ、超伝導電極材料の単層、または超伝導エネルギーギャップの異なる二層の膜からなる電極である。トンネル障壁３２ｂは、例えばＡｌＯｘ（酸化アルミニウム）によって構成された絶縁膜からなる。上部電極３２ｃは、超伝導電極材料の単層、または超伝導エネルギーギャップの異なる二層の膜からなる電極である。

冷却装置４０は、例えば小型機械式冷凍機を備え、基板吸収型ＳＴＪ素子３０を冷却させる装置である。

制御装置５０は、テラヘルツ波検出器１を制御する装置である。制御装置５０が行う主な制御として、ＳＴＪ素子３２に印加するバイアス電圧を設定するキャリブレーション処理に関する制御がある。また、制御装置５０は、照射装置１０によるテラヘルツ波の照射の有無や照射方向を制御する。

物質判定装置６０は、ＳＴＪ素子３２により出力された信号に基づいて、テラヘルツ波を放射する物質Ｓの存在の有無や種類を判定する装置である。

図３は、制御装置５０の電気的構成を示すブロック図である。
図３に示すように、ＳＴＪ素子３２は、一端（例えば下部電極３２ａ）が接地点ＧＮＤと接続され、他端（上部電極３２ｃ）が電流計５２の一端と接続される。ＳＴＪ素子３２には、更に、バイアス電源５１が並列に接続される。バイアス電源５１は、ここでは、正極が接地点ＧＮＤと接続され、負極が電流計５２の一端と接続される。バイアス電源５１は、直流の可変電圧源で、ＳＴＪ素子３２を動作させるためのバイアス電圧を、ＳＴＪ素子３２に印加する。

電流計５２は、ＳＴＪ素子３２を流れる電流の電流値を計測する計測手段である。電流計５２は、計測した電流値を示すアナログ形式の信号を、Ａ／Ｄ変換器５３に出力する。Ａ／Ｄ変換器５３は、電流計５２からのアナログ形式の信号をデジタル形式に変換する。

データバッファ５４は、Ａ／Ｄ変換器５３からの信号に基づいて電流値のデータをバッファリングする。データ格納部５５は、データバッファ５４にバッファリングされたデータや、制御回路５７の制御に応じたデータが格納されるメモリである。比較部５６は、照射装置１０によるテラヘルツ波の照射時にＳＴＪ素子３２を流れる電流の電流値と、非照射時にＳＴＪ素子３２を流れる電流の電流値とを比較して、これらの差を示す検出信号電流の電流値の信号を、制御回路５７に出力する。

制御回路５７は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算処理装置やメモリを備え、複数の電圧値のバイアス電圧をＳＴＪ素子３２に各々印加したときの検出信号電流の電流値に基づき検出用のバイアス電圧を設定する、キャリブレーション処理を行う。検出用のバイアス電圧とは、検査対象物Ｔ（物質Ｓ）からのテラヘルツ波を検出するときに使用されるバイアス電圧のことをいう。制御回路５７は、バイアス電源５１に印加させるバイアス電圧を制御するためのデジタル形式の電圧制御信号を、Ｄ／Ａ変換器５８に出力する。Ｄ／Ａ変換器５８は、この電圧制御信号をデジタル形式からアナログ形式に変換し、変換後の電圧によってバイアス電源５１を制御することにより、ＳＴＪ素子３２にバイアス電圧を印加する電圧印加手段である。また、制御回路５７は、照射装置１０に対して、テラヘルツ波の照射または非照射、更にはテラヘルツ波の照射方向を制御するための照射制御信号を出力する。また、制御回路５７は、物質Ｓの検出時においては、電流計５２により計測された電流の電流値を示す検出信号を、物質判定装置６０に出力する。

図４は、制御回路５７が行うキャリブレーション処理を示すフローチャートである。図５は、ＳＴＪ素子３２の電圧−電流特性の一例を示すグラフである。図５のグラフにおいて、横軸がバイアス電圧の電圧値、縦軸が計測された電流値を表す。また、実線は照射時のグラフで、破線は非照射時のグラフである。初回のキャリブレーション処理は、例えば、テラヘルツ波検出器１の製品出荷前のタイミング、またはテラヘルツ波検出器１を使用する場所に設置されたタイミングで行われる。

まず、制御回路５７は、バイアス電圧の電圧値Ｖｍを指定する変数ｍを「１」に設定する（ステップＳ１）。バイアス電圧の電圧値Ｖｍは、ここでは、０ＶからＳＴＪ素子３２のギャップ電圧の電圧値Ｖｇまでの電圧範囲をｎ等分し（ｎ＝１００とする。）、低電圧側から数えてｍ番目の電圧である。電圧値Ｖ１は、ここではＶｇ／１００である。
なお、ｎは１００以外の値であってもよいし、電圧範囲は等分割以外で分割されてもよい。

次に、制御回路５７は、バイアス電源５１を制御して、電圧値Ｖｍのバイアス電圧をＳＴＪ素子３２に印加させる（ステップＳ２）。次に、制御回路５７は、照射装置１０を制御して、集光装置２０に対してテラヘルツ波を照射させる（ステップＳ３）。次に、制御回路５７は、電流計５２を用いて、ＳＴＪ素子３２を流れる電流の電流値を計測する（ステップＳ４）。ここで計測される電流値をＩｍ１とする。図５に示すように、電流値Ｉｍ１は、テラヘルツ波の照射時において電圧値Ｖｍのバイアス電圧が印加された場合にＳＴＪ素子３２を流れる電流の電流値である。

次に、制御回路５７は、照射装置１０を制御として、照射装置１０にテラヘルツ波を照射させないようにする（つまり非照射とする）制御を行う（ステップＳ５）。次に、制御回路５７は、電流計５２を用いて、ＳＴＪ素子３２を流れる電流の電流値を計測する（ステップＳ６）。ここで計測される電流値をＩｍ２とする。図５に示すように、電流値Ｉｍ２は、テラヘルツ波の非照射時において電圧値Ｖｍのバイアス電圧が印加された場合にＳＴＪ素子３２を流れる電流の電流値である。

次に、制御回路５７は、比較部５６を制御して、電流値Ｉｍ１と電流値Ｉｍ２との差であるＩｍ１−Ｉｍ２を、検出信号電流の電流値Ｉｍとして計算する（ステップＳ７）。制御回路５７は、電流値Ｉｍのデータを、自身のメモリまたはデータ格納部５５に格納する。

次に、制御回路５７は、ｎ＝１００かどうかを判定する（ステップＳ８）。即ち、制御回路５７は、電圧値０Ｖから電圧値Ｖｇまでの電圧範囲の全体で、電流値Ｉｍを計算したかどうかを判定する。制御回路５７は、ここではステップＳ８で「ＮＯ」と判定し、変数ｍを「１」だけインクリメントして（ステップＳ９）、ステップＳ２の処理に戻す。
制御回路５７は、変数ｍ＝２から１００までの各値とした場合も、ステップＳ２〜Ｓ８の処理を実行して、電流値Ｉｍを計算する。ＳＴＪ素子３２の電圧−電流特性が図５のグラフで表される場合、各バイアス電圧の電圧値に対応する電流値Ｉｍは、電流値Ｉｍ１のグラフと電流値Ｉｍ２のグラフとの差に相当する。

制御回路５７は、ステップＳ８で「ＹＥＳ」と判定すると、電流値Ｉｍが最大となった変数ｍを求める（ステップＳ１０）。次に、制御回路５７は、最大となった電流値Ｉｍが閾値以上であるかどうかを判定する（ステップＳ１１）。ステップＳ１０で「ＹＥＳ」と判定した場合、制御回路５７は、この電流値Ｉｍを「Ｉｂ０」とし、この電流値Ｉｍが得られたバイアス電圧の電圧値Ｖｍを「Ｖｂ０」として、データ格納部５５に格納する（ステップＳ１２）。この処理により、制御回路５７は、検出用のバイアス電圧を設定する。
物質判定装置６０は、この検出用のバイアス電圧がＳＴＪ素子３２に印加されたときにＳＴＪ素子３２を流れる電流を示す検出信号に基づいて、物質Ｓの有無や種類を判定する。

ステップＳ８で「ＮＯ」と判定した場合、制御回路５７は、エラー信号を出力する（ステップＳ１３）。エラー信号は、電流値Ｉｍが閾値よりも小さく、テラヘルツ波の検出精度が十分に確保されない場合に出力される信号である。このように制御回路５７は、テラヘルツ波検出器１において一定程度のテラヘルツ波の検出精度を確保するためのバイアス電圧を設定できない場合、エラー信号を出力する。エラー信号の形式は特に問わないが、例えば、画像の表示や音声によってエラーを通知するための信号である。
以上がキャリブレーション処理の説明である。このキャリブレーション処理により、手動でバイアス電圧の電圧値を変化させながら、バイアス電圧を最適化する必要がないので、バイアス電圧の設定が容易になる。

制御回路５７は、初回のキャリブレーション処理を行った後、キャリブレーション処理の再実行の要否を判定する処理である要否判定処理を行う。即ち、要否判定処理は、キャリブレーション処理の再実行の要否を判定する処理である。以下、要否判定処理として、要否判定処理（Ｉ）〜（IV）をそれぞれ説明する。

＜要否判定処理Ｉ＞
図６は、制御回路５７が行う要否判定処理Ｉを示すフローチャートである。図７は、ＳＴＪ素子３２の電圧−電流特性の一例を示すグラフである。要否判定処理Ｉは、初回のキャリブレーション処理の後の任意のタイミングで行われる。
まず、制御回路５７は、バイアス電圧の電圧値Ｖｂ０と、検出信号電流の電流値Ｉｂ０とを、データ格納部５５から読み出す（ステップＳ２１）。次に、制御回路５７は、バイアス電源５１を制御して、電圧値Ｖｂ０のバイアス電圧をＳＴＪ素子３２に印加させる（ステップＳ２２）。次に、制御回路５７は、照射装置１０を制御して、集光装置２０に対してテラヘルツ波を照射させる（ステップＳ２３）。次に、制御回路５７は、電流計５２を用いて、ＳＴＪ素子３２を流れる電流の電流値を計測する（ステップＳ２４）。ここで計測される電流値をＩｂ１とする。図７に示すように、電流値Ｉｂ１は、テラヘルツ波の照射時において電圧値Ｖｂ０のバイアス電圧が印加された場合に、ＳＴＪ素子３２を流れる電流の電流値である。

次に、制御回路５７は、照射装置１０を制御として、照射装置１０にテラヘルツ波を照射させないようにする（つまり非照射とする）制御を行う（ステップＳ２５）。次に、制御回路５７は、電流計５２を用いて、ＳＴＪ素子３２を流れる電流の電流値を計測する（ステップＳ２６）。ここで計測される電流値をＩｂ２とする。図７に示すように、電流値Ｉｂ２は、テラヘルツ波の非照射時において電圧値Ｖｂ０のバイアス電圧が印加された場合に、ＳＴＪ素子３２を流れる電流の電流値である。

次に、制御回路５７は、比較部５６を制御して、電流値Ｉｂ１と電流値Ｉｂ２との差であるＩｂ１−Ｉｂ２を、検出信号電流の電流値Ｉｂとして計算する（ステップＳ２７）。

次に、制御回路５７は、電流値Ｉｂに基づき、キャリブレーション処理の再実行が必要かどうかを判定する（ステップＳ２８）。制御回路５７は、キャリブレーション処理の再実行が不要と判定した場合は（ステップＳ２８；ＮＯ）、要否判定処理Ｉを終了する。制御回路５７は、キャリブレーション処理の再実行が必要と判定した場合は（ステップＳ２８；ＹＥＳ）、キャリブレーション処理を行う（ステップＳ２９）。このキャリブレーション処理は、図４で説明したキャリブレーション処理と同じでよい。

初回のキャリブレーション処理時から、ＳＴＪ素子３２の電圧−電流特性が変わっていない場合は、バイアス電圧は電圧値Ｖｂ０で最適化されているため、検出信号電流の電流値Ｉｂは十分大きな値となっているはずである。しかし、テラヘルツ波検出器１が使用される場所や周辺の環境等を原因として、ＳＴＪ素子３２の電圧−電流特性が変化する場合がある。これにより、検出信号電流がピークとなるバイアス電圧も変化する可能性がある。

そこで、制御回路５７は、ステップＳ２８では、電流値Ｉｂが閾値以上である場合は、キャリブレーション処理の再実行が不要と判定し、閾値未満である場合は、キャリブレーション処理の再実行が必要と判定する。再実行の要否の判定の条件は、これ以外の条件でもよい。例えば、制御回路５７は、電流値Ｉｂが、前回のキャリブレーション処理時の検出信号電流の電流値Ｉｂ０と比べて閾値未満の差異である場合は、キャリブレーション処理の再実行が不要と判定し、閾値以上である場合は、キャリブレーション処理の再実行が必要と判定してもよい。このように、制御回路５７は、電流値Ｉｂが、テラヘルツ波の検出精度が十分に確保されるかどうかを示す所定の条件に基づいて、キャリブレーション処理の再実行の要否を判定すればよい。

図７に示す例の場合、キャリブレーション処理の再実行により、バイアス電圧の電圧値Ｖｂ０は、低電位側に再設定されている。テラヘルツ波検出器１では、少なくとも次のキャリブレーション処理時までは、この再設定された電圧値Ｖｂ０のバイアス電圧が使用される。

＜要否判定処理II＞
要否判定処理IIは、検査対象物Ｔの検査が行われるタイミングかどうかに基づいてキャリブレーション処理の要否を判定する処理である。図８は、要否判定処理IIが採用される検査システムの一例を示す図である。図８に示すように、この検査システムは、郵便物である検査対象物Ｔを検査するシステムである。この検査システムでは、テラヘルツ波検出器１が検出対象とする検出領域Ｄに検査対象物Ｔを搬送する搬送ベルト８１と、搬送された検査対象物Ｔが内部を通過するゲート装置８２とを含む。テラヘルツ波検出器１は、ゲート装置８２の内部に配置される。更に、この検査システムでは、検出領域Ｄから見て検査対象物Ｔの搬送方向における上流側に、搬送ベルト８１上の検査対象物Ｔの存在の有無を検出する物体検出センサ８０が固定して設けられている。物体検出センサ８０は、例えば赤外線センサであるが、他方式のセンサであってもよい。物体検出センサ８０は、検査対象物Ｔの存在を検出すると、検出した旨を通知する信号を制御回路５７に出力する。制御回路５７は、この信号に基づいて、検査のタイミングを判定する。

図９は、制御回路５７が行う要否判定処理IIを示すフローチャートである。
まず、制御回路５７は、物体検出センサ８０により、検査対象物Ｔの存在が検出されたかどうかを判定する（ステップＳ３１）。ステップＳ３１で「ＮＯ」と判定した場合、制御回路５７は、キャリブレーション処理の再実行が不要と判定する。

ステップＳ３１で「ＹＥＳ」と判定した場合、制御回路５７は、キャリブレーション処理を行う（ステップＳ３２）。このキャリブレーション処理は、図４で説明した処理と同じでよい。検出領域Ｄと物体検出センサ８０との間の距離は、物体検出センサ８０により検査対象物Ｔの存在が検出されてから検出領域Ｄに到達するまでに、キャリブレーション処理が完了するように決められている。また、検査システムでは、エラー信号が出力された場合は搬送ベルト８１を停止させ、その後バイアス電圧が設定されると搬送ベルト８１を再び動作させてもよい。
要否判定処理IIによれば、制御回路５７は、例えば、検査対象物Ｔの１つ１つが検査される前にキャリブレーション処理を行うため、検査が行われるときのテラヘルツ波の検出精度を高くしやすい。

以上、郵便物である検査対象物Ｔを検査するシステムを例に挙げて説明したが、空港や税関における荷物を検査するシステムや、人を検査する検査システムにも、要否判定処理IIを採用することができる。また、検査のタイミングの判定は、物体検出センサ８０を用いる方法に限られず、例えば、手動の操作に応じて制御回路５７が検査のタイミングを判定してもよい。

＜要否判定処理III＞
要否判定処理IIIは、所定の時間間隔でキャリブレーション処理の要否を判定する処理である。図１０は、制御回路５７が行う要否判定処理IIIを示すフローチャートである。
制御回路５７は、タイマーを用いて、前回のキャリブレーション処理を実行した時点からの経過時間を計測する（ステップＳ４１）。次に、制御回路５７は、計測した経過時間が所定時間に達したかどうかを判定する（ステップＳ４２）。ステップＳ４２で「ＮＯ」と判定した場合、制御回路５７は、キャリブレーション処理の再実行が不要と判定し、タイマーによる時間の計測を継続する。

ステップＳ４２で「ＹＥＳ」と判定した場合、制御回路５７は、キャリブレーション処理を行う（ステップＳ４３）。このキャリブレーション処理は、図４で説明した処理と同じでよい。
キャリブレーション処理を実行する時間間隔は、例えば、テラヘルツ波検出器１の製品出荷前、またはユーザの設定により設定されればよい。テラヘルツ波検出器１におけるテラヘルツ波の検出精度に変動が現われ得る時間が、経験則や実験等により既知であれば、その時間に基づいて時間間隔が設定されてもよい。
要否判定処理IIIによれば、テラヘルツ波検出器１のテラヘルツ波の検出精度の時間変動を小さくすることができる。

＜要否判定処理IV＞
要否判定処理IVは、テラヘルツ波の検出精度に影響を与えやすい外的要素に基づき、キャリブレーション処理の要否を判定する処理である。図１１は、要否判定処理IVを行うテラヘルツ波検出器１の構成を示すブロック図である。このテラヘルツ波検出器１は、図１で説明した各装置に加え、計測装置９０を備える。計測装置９０は、テラヘルツ波の検出精度に影響を与えやすい外的要素を計測する装置である。計測装置９０は、具体的には、温度計測部９１と、電気的ノイズ計測部９２と、電磁波ノイズ計測部９３と、振動計測部９４とを備える。

温度計測部９１は、例えば温度センサを備え、ＳＴＪ素子３２の温度を計測する。電気的ノイズ計測部９２は、例えば電圧プローブによるノイズ電圧測定回路を備え、ＳＴＪ素子３２が受ける電気的なノイズの強度を計測する。電気的なノイズは、例えば、テラヘルツ波検出器１の電源を原因としたノイズである。このノイズは、電源線を介して到来する。電磁波ノイズ計測部９３は、例えばＥＭＩノイズセンサを備え、ＳＴＪ素子３２が受ける電磁波のノイズの強度を計測する。このノイズは、例えばテラヘルツ波検出器１の周辺に存在する電子機器から発生した空間を伝搬する電界・磁界のノイズである。振動計測部９４は、例えば振動センサを備え、ＳＴＪ素子３２が受ける振動の強度を計測する。
なお、計測装置９０に含まれる一部または全ての計測部は、テラヘルツ波検出器１の外部構成であってもよい。

図１２は、制御回路５７が行う要否判定処理IVを示すフローチャートである。
制御回路５７は、温度計測部９１、電気的ノイズ計測部９２、電磁波ノイズ計測部９３、及び振動計測部９４の各々を用いて、ＳＴＪ素子３２の温度、ＳＴＪ素子３２が受ける電気的なノイズの強度、電磁波によるノイズの強度、及び振動の強度をそれぞれ計測する（ステップＳ５１〜Ｓ５４）。温度計測部９１、電気的ノイズ計測部９２、電磁波ノイズ計測部９３、及び振動計測部９４の各々は、例えば所定間隔で、繰り返し計測を行う。電気的なノイズ、及び電磁波によるノイズについては、例えば、テラヘルツ波と同じ周波数帯のノイズが計測される。

次に、制御回路５７は、温度計測部９１、電気的ノイズ計測部９２、電磁波ノイズ計測部９３、及び振動計測部９４の各計測値に基づいて、キャリブレーション処理の再実行の要否を判定する（ステップＳ５５）。制御回路５７は、キャリブレーション処理の再実行が不要と判定した場合は（ステップＳ５５；ＮＯ）、ステップＳ５１〜Ｓ５４の処理に戻す。一方、制御回路５７は、キャリブレーション処理の再実行が必要と判定した場合は（ステップＳ５５；ＹＥＳ）、キャリブレーション処理を行う（ステップＳ５６）。このキャリブレーション処理は、図４で説明したキャリブレーション処理と同じでよい。

ステップＳ５５において、制御回路５７は、ＳＴＪ素子３２の温度、ＳＴＪ素子３２が受ける電気的なノイズ、電磁波によるノイズ、及び振動のうちの１つの計測値、または２つ以上の計測値が、キャリブレーション処理が必要であることを示す条件を満たした場合に、キャリブレーション処理の再実行が必要と判定する。この際に、制御回路５７は、計測値が所定値になったことを条件としてもよいし、所定期間内における変動の大きさが閾値以上になったことを条件としてもよい。
要否判定処理IVによれば、テラヘルツ波の検出精度に影響を与えやすい外的要素を原因とした検出精度の変動を小さくすることができる。

なお、要否判定処理IVにおいて、ＳＴＪ素子３２の温度、ＳＴＪ素子３２が受ける電気的なノイズ、電磁波によるノイズ、及び振動のうちの１つ以上の計測値に基づく判定が省略されてもよい
また、テラヘルツ波検出器１は、＜要否判定処理Ｉ＞〜＜要否判定処理IV＞のうちの２つ以上を組み合わせて、キャリブレーション処理の再実行の要否を判定してもよい。

［変形例］
本発明は、上述した実施形態と異なる形態で実施してもよい。また、以下に示す変形例は、各々を組み合わせてもよい。
制御回路５７は、初回のキャリブレーション処理と、再実行するキャリブレーション処理とを異ならせてもよい。再実行するキャリブレーション処理において、制御回路５７は、０Ｖから電圧値Ｖｇまでの電圧範囲のうち、電圧値Ｖｂ０に応じた一部の電圧範囲（例えば、電圧値Ｖｂ０を中心とした所定幅の電圧範囲）に基づいて、キャリブレーション処理を行ってもよい。また、制御回路５７は、再実行するキャリブレーション処理における電圧値ＶｍとＶｍ＋１との間隔を、初回のキャリブレーション処理における電圧値ＶｍとＶｍ＋１との間隔よりも広くしてもよい。更に、制御回路５７は、この広い間隔で検出信号電流の電流値を計算した後、この電流値が相対的に大きいバイアス電圧の電圧値に応じた一部の電圧範囲（例えば、この電圧値を中心とした所定幅の電圧範囲）に関し、これよりも狭い幅で検出信号電流の電流値を計算してもよい。

上述した実施形態のテラヘルツ波検出器１の構成または動作の一部が省略されてもよい。
テラヘルツ波検出器１は、例えば、エラー信号を出力する構成を備えなくてもよい。また、テラヘルツ波検出器１は、キャリブレーション処理の再実行の要否を判定するための要否判定処理を行わない構成であってもよい。また、テラヘルツ波検出器１は、集光装置２０を備えない構成であってもよい。この場合、吸収体基板３１がテラヘルツ波検出器１の受波部に相当する。また、テラヘルツ波検出器１は、ＳＴＪ素子３２が冷却可能な状態にある場合は、冷却装置４０を備えなくてもよい。

テラヘルツ波検出器１は、検査対象物Ｔが透過したテラヘルツ波、または物質Ｓが自然放射するテラヘルツ波を検出する検出器であってもよい。
テラヘルツ波検出器１は、物質Ｓからのテラヘルツ波を検出するための照射装置と、キャリブレーション用の照射装置とを個別に備えてもよい。この場合、各照射装置がテラヘルツ波の照射方向を変更するための照射方向変更手段を備えない構成とすることも可能である。

本発明の制御回路は、テラヘルツ波を検出する検出器に内蔵された制御回路に限られない。本発明の制御回路は、例えば、製品出荷前において複数のテラヘルツ波検出器のバイアス電圧を設定するバイアス電圧設定装置に内蔵されてもよい。
また、本発明の制御回路は、テラヘルツ波の照射時と非照射時とにおけるＳＴＪ素子３２を流れる電流の電流値の差に基づいてバイアス電圧を設定しない構成であってもよく、例えば、テラヘルツ波の照射時と非照射時とにおけるＳＴＪ素子３２を流れる電流の電流値の比に基づいてバイアス電圧を設定してもよい。

上述した各実施形態の制御回路５７が実現する各機能は、それぞれ、１または複数のハードウェア回路により実現されてもよいし、コンピュータに同機能を実現させるための１または複数のプログラムを実行することにより実現されてもよいし、これらの組み合わせにより実現されてもよい。制御回路５７の機能がプログラムを用いて実現される場合、このプログラムは、磁気記録媒体（磁気テープ、磁気ディスク（ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＦＤ（Flexible Disk））等）、光記録媒体（光ディスク等）、光磁気記録媒体、半導体メモリ等のコンピュータに読み取り可能な記録媒体に記憶した状態で提供されてもよいし、インターネット等の通信回線を介して配信されてもよい。

上述した実施形態及び変形例で説明された構成、形状、大きさ、配置関係、数量等については本発明が理解・実施できる程度に概略的に示したものにすぎない。したがって、本発明は、説明された実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示される技術的思想の範囲を逸脱しない限り様々な形態に変更することができる。

１…テラヘルツ波検出器、１０…照射装置、２０…集光装置、３０…基板吸収型ＳＴＪ素子、３１…吸収体基板、３２…ＳＴＪ素子、４０…冷却装置、５０…制御装置、５１…バイアス電源、５２…電流計、５３…Ａ／Ｄ変換器、５４…データバッファ、５５…データ格納部、５６…比較部、５７…制御回路、５８…Ｄ／Ａ変換器、６０…物質判定装置、８０…物体検出センサ、８１…搬送ベルト、８２…ゲート装置、９０…計測装置、９１…温度計測部、９２…電気的ノイズ計測部、９３…電磁波ノイズ計測部、９４…振動計測部

Claims (7)

1. 超伝導トンネル接合素子により検査対象物からのテラヘルツ波を検出する検出器の受波部に対する、テラヘルツ波の照射時と非照射時との各々に関し、前記超伝導トンネル接合素子に対して複数の電圧値のバイアス電圧を各々印加したときに前記超伝導トンネル接合素子を流れる検出信号電流の電流値に基づき検出用のバイアス電圧を設定する、キャリブレーション処理を行う制御回路。
2. 前記検出器に対するテラヘルツ波の照射時と非照射時との各々に関し、前記超伝導トンネル接合素子に対して前記検出用のバイアス電圧を印加したときに前記超伝導トンネル接合素子を流れる検出信号電流の電流値に基づき、前記キャリブレーション処理の再実行の要否を判定する
   請求項１に記載の制御回路。
3. 前記検査対象物の検査が行われるタイミングに基づき、前記キャリブレーション処理を行う
   請求項１または請求項２に記載の制御回路。
4. 所定の時間間隔で、前記キャリブレーション処理を行う
   請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の制御回路。
5. 前記超伝導トンネル接合素子の温度、前記超伝導トンネル接合素子が受ける電気的なノイズ、電磁波によるノイズ、または振動に基づき、前記キャリブレーション処理を行う
   請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の制御回路。
6. 前記検出用のバイアス電圧を設定できない場合、エラー信号を出力する
   請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の制御回路。
7. 請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の制御回路と、
   前記受波部に対してテラヘルツ波を照射する照射手段と、
   前記超伝導トンネル接合素子に対して前記複数の電圧値のバイアス電圧を印加する電圧印加手段と、
   前記超伝導トンネル接合素子を流れる検出信号電流の電流値を計測する計測手段と
   を備える検出器。

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