JP6475523B2 - 制御回路及び検出器 - Google Patents
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Description
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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、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。
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。
Claims (7)
- 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。
- 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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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