(57)【要約】【課題】磁束分解能を低下させることなく、多チャネル化が容易で、かつ、高い応答特性を有する測定装置を提供する。【解決手段】測定装置１は、入力される測定対象磁束Φｓに応じた周波数でパルス電圧を出力する超伝導量子干渉素子で構成される磁束検出部１０と、一定の周波数でパルス電圧を出力する基準磁束出力部１２と、磁束検出部１０が出力するパルス電圧に基づいて一の方向に発生させた検出用磁束Φｄと、基準磁束出力部１２が出力するパルス電圧に基づいて検出用磁束Φｄを打ち消す方向に発生させた基準磁束Φｒと、の差分磁束（Φｄ−Φｒ）を発生させる磁束タンク部１１と、を備えている。磁束タンク部１１は、磁気結合により、その内部に発生させている差分磁束（Φｄ−Φｒ）の少なくとも一部を、磁束検出部１０に対し、測定対象磁束Φｓを打ち消す方向に入力する。【選択図】図１
2014173846.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力される測定対象磁束に応じた周波数でパルス電圧を出力する超伝導量子干渉素子で構成される磁束検出部と、
一定の周波数でパルス電圧を出力する基準磁束出力部と、
前記磁束検出部が出力するパルス電圧に基づいて一の方向に発生させた検出用磁束と、前記基準磁束出力部が出力するパルス電圧に基づいて前記検出用磁束を打ち消す方向に発生させた基準磁束と、の差分磁束を発生させる磁束タンク部と、
を備え、
前記磁束タンク部は、磁気結合により、その内部に発生させている前記差分磁束の少なくとも一部を、前記磁束検出部に対し、前記測定対象磁束を打ち消す方向に入力する
ことを特徴とする測定装置。
【請求項２】
前記基準磁束出力部は、
前記磁束検出部において、前記測定対象磁束と前記パルス電圧の周波数とが比例して増減する関係を有する場合に出力される周波数と等しい周波数で前記パルス電圧を出力する
ことを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
【請求項３】
少なくとも、前記磁束検出部、前記基準磁束出力部及び前記磁束タンク部が同一基板上に形成されている
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の測定装置。
【請求項４】
前記基準磁束出力部は、
前記磁束検出部を構成する超伝導量子干渉素子と同一の超伝導量子干渉素子で構成される
ことを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載の測定装置。
【請求項５】
磁気結合により前記基準磁束出力部が出力する基準磁束の周波数を調整する校正用コイルを更に備える
ことを特徴とする請求項１から請求項４の何れか一項に記載の測定装置。
【請求項６】
前記入力したパルス電圧のパルス数を、所定のカウント数として出力するパルスカウンタ部を更に備え、
前記パルスカウンタ部は、
前記磁束検出部が出力するパルス電圧のパルス数に応じて前記カウント数を増加させるとともに、前記基準磁束出力部が出力するパルス電圧のパルス数に応じて前記カウント数を減少させる
ことを特徴とする請求項１から請求項５の何れか一項に記載の測定装置。
【請求項７】
超伝導量子干渉素子で構成される磁束検出部が、入力される測定対象磁束に応じた周波数でパルス電圧を出力し、
基準磁束出力部が、一定の周波数でパルス電圧を出力し、
パルスカウンタ部が、前記パルス電圧を入力し、そのパルス数に基づいた所定の値を出力し、
磁束タンク部が、前記磁束検出部が出力するパルス電圧に基づいて一の方向に発生させた検出用磁束と、前記基準磁束出力部が出力するパルス電圧に基づいて前記検出用磁束を打ち消す方向に発生させた基準磁束と、の差分磁束を発生させ、
前記磁束タンク部は、さらに、磁気結合により、その内部に発生させている前記差分磁束の少なくとも一部を、前記磁束検出部に対し、前記測定対象磁束を打ち消す方向に入力する
ことを特徴とする測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超伝導量子干渉素子を用いて微小磁場を測定する測定装置及び測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、微小磁場計測は、非破壊検査、地質調査、宇宙物理など、幅広い用途に用いられている。特に、ＭＲＩ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  Ｉｍａｇｉｎｇ）に代表される生体磁気計測の分野では高機能な多チャネル磁気センシングシステムに対する需要が増している。
【０００３】
生体磁気計測を実現するＭＲＩには、超伝導量子干渉素子（Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  ＱＵａｎｔｕｍ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ  Ｄｅｖｉｃｅ：ＳＱＵＩＤ）を利用した磁気センサが用いられている。ＳＱＵＩＤ磁気センサは、超伝導状態を得るため極低温環境下に置く必要があるものの、非常に高感度な磁気センサとして知られている。
【０００４】
図８は、従来技術による超伝導量子干渉素子の機能を説明する図である。
従来技術により微小磁場計測を行う測定装置８は、図８（ａ）に示すように、超伝導量子干渉素子（ＳＱＵＩＤ）である磁束検出部８０を備えている。磁束検出部８０は、超伝導リング８００とジョセフソン接合により形成される二つの接合部８０１で構成される。超伝導リング８００は、リング状に形成された金属配線であって、所定の温度以下で超伝導状態に遷移する材料で構成されるものである。接合部８０１は、非常に薄い常伝導膜または絶縁膜が上下の超伝導体で挟まれるように構成されている。ここで、磁束検出部８０に電流源から所定のＤＣ電流を流した状態において、測定対象磁束Φｓが超伝導リング８００内を鎖交すると、出力電圧Ｖｏｕｔにおいて当該磁束Φｓが磁束量子Φ０（＝２．０７×１０−１５Ｗｂ）のｎ倍（ｎは整数）となるごとに周期的に変化することが知られている（図８（ｂ））。この出力電圧Ｖｏｕｔを測定することで、測定装置８は磁束量子Φ０よりも小さい分解能で測定対象磁束Φｓを測定することができる。
【０００５】
ここで、図８（ｂ）の点Ａにおいて測定対象磁束Φｓが変化した場合と、点Ｂにおいて測定対象磁束Φｓが変化した場合を考える。点Ａにおいて測定対象磁束Φｓが変化した場合、当該磁束Φｓの変化に応じて変化する出力電圧Ｖｏｕｔの変化量が大きいため、測定装置８は測定対象磁束Φｓを精度よく検出することができる。一方、点Ｂにおいて測定対象磁束Φｓが変化した場合、当該磁束Φｓの変化に応じて変化する出力電圧Ｖｏｕｔの変化量は小さいため、測定装置８は測定対象磁束Φｓを精度よく検出することはできない。すなわち、このままでは測定装置８は測定対象磁束Φｓに対する出力電圧Ｖｏｕｔの線形性が得られない。
【０００６】
図９は、従来技術による測定装置の構成例を示す図である。また図１０は、従来技術による磁束ロック回路の機能を説明するグラフである。
上述した線形性の問題を解決するため、ＳＱＵＩＤを用いた従来技術による測定装置８は、図９に示す磁束ロック回路８１を備えている。磁束ロック回路８１は、ＦＬＬ（Ｆｌｕｘ  Ｌｏｃｋｅｄ  Ｌｏｏｐ）回路とも呼ばれている。図９に示すように、磁束ロック回路８１は、主に電圧計８１０と電流源８１１で構成される。また図９に示すように、磁束検出部８０及び帰還コイル８２は低温環境領域８３に配置されている。
【０００７】
磁束ロック回路８１の機能について具体的に説明する。まず初期状態（測定対象磁束Φｓ＝０）において点Ａ（図１０）の状態に調整されていたとする。次に、測定対象磁束Φｓが磁束検出部８０を鎖交したとする（図１０（１））。すると磁束検出部８０は、鎖交する磁束Φｓに応じて増加した出力電圧Ｖｏｕｔを出力する。磁束ロック回路８１の電圧計８１０は当該増加したＶｏｕｔを入力する（図１０（２））。すると、磁束ロック回路８１の電流源８１１は直ちに、入力したＶｏｕｔの増加分に対応する直流電流Ｉを帰還コイル８２に出力する。この帰還コイル８２は、入力される電流Ｉに基づいて磁束検出部８０を鎖交する測定対象磁束Φｓを打ち消す帰還磁束Φｆを生じさせる。磁束ロック回路８１の電流源８１１は、帰還磁束Φｆが測定対象磁束Φｓを完全に打ち消すように電流Ｉを帰還コイル８２に出力する。そうすると、測定装置８は再び点Ａの状態に戻る（図１０（３））。測定装置８は、図１０（１）〜（３）の過程において、測定対象磁束Φｓに応じて発生した出力電圧Ｖｏｕｔの変化量を図示しない積分回路等を介して出力する。すなわち測定装置８は、測定対象磁束Φｓに対する出力電圧Ｖｏｕｔの線形性を常に確保しながら、測定対象磁束Φｓの変化分を積算して出力することで、当該測定対象磁束Φｓを測定することを可能としている。
【０００８】
ところで、図８〜図１０で説明した測定手法とは異なる測定手法として、デジタルＳＱＵＩＤ磁気センサが提案されている（非特許文献１）。デジタルＳＱＵＩＤ磁気センサを用いた微小磁気測定装置では、上述した磁束ロック回路を用いずに、超伝導リングとともに低温環境下に置かれた超伝導デジタル回路で測定対象磁束Φｓの検出を行う。このようにすることで、非特特許文献１に記載の測定装置は磁気センサの高応答特性（高スルーレート）、多チャネル化を可能としている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Ｕ．Ｆａｔｈ他４名，“Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ  Ｄｉｇｉｔａｌ  ＳＱＵＩＤ  ｗｉｔｈ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｆｅｅｄｂａｃｋ  Ｃｉｒｃｕｉｔ”，ＩＥＥＥ  ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮ  ＯＮ  ＡＰＰＬＩＥＤ  ＳＵＰＥＲＣＯＮＤＵＣＴＩＶＩＴＹ，ＶＯＬ．７，ＮＯ．２，ＪＵＮＥ  １９９７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述した通り、従来技術による測定装置８は磁束ロック回路８１を使用する。この磁束ロック回路８１を用いた磁気センサは、１０−２０Ｗｂ（１０−５Φ０）オーダーの非常に小さな磁束を検出することができる一方、磁束ロック回路８１の帰還動作（図１０（３））に起因して、磁気センサの応答特性（スルーレート）が非常に低いことが分かっている。これは磁束ロック回路８１において、電圧計８１０の検出電圧に基づく電流源８１１のＤＣ電流Ｉへのフィードバック制御にある程度の時間を要するためである。すなわち、測定装置８は測定対象磁束Φｓの俊敏な変化を捉えることができないという問題があった。また測定装置８は、測定対象磁束Φｓの測定可能範囲が、磁束ロック回路８１を構成する電流源８１１の出力限界に制限されることから、ダイナミックレンジが狭いという問題も有していた。
【００１１】
また図９に示すように、測定装置８は、磁束検出部８０及び帰還コイル８２が低温環境領域に配置されている一方、磁束ロック回路８１は、室温環境に配置される構成となっている。このような構成のため、測定装置８は、１チャネル当たり少なくとも三本の配線が室温領域と低温領域の境界を跨ぐ必要が生じる。そうすると、同時複数の磁束計測の実現のため複数の磁気センサを備えた多チャネル測定装置を構築する場合において、低温環境領域と室温環境領域とを巡る配線が著しく増加することとなる。つまり、測定装置８の態様では磁気センサの多チャネル化が困難であった。
【００１２】
一方、上述したように、非特許文献１に記載の超伝導デジタル回路を備えた微小磁気測定装置によれば、測定装置８の低応答特性及び多チャネル化困難性を解決することができる。しかしながら、当該超伝導デジタル回路は、超伝導体中における磁束の最小単位である磁束量子Φ０を情報担体とするデジタル回路（ＳＦＱ（Ｓｉｎｇｌｅ  Ｆｌｕｘ  Ｑｕａｎｔｕｍ）回路と呼ばれる。）である。すなわちこの超伝導デジタル回路は、超伝導リング内に磁束量子Φ０が存在する場合を“１”、存在しない場合を“０”等として、当該磁束量子Φ０が回路内を伝搬しながら情報処理が成されることを特徴としている。
【００１３】
この超伝導デジタル回路を備えた測定装置は上記のような態様であることから、磁束Φの測定に際し、磁束量子Φ０（２．０７×１０−１５Ｗｂ）未満の測定分解能を実現することが原理的に不可能である。すなわち、非特許文献１に記載の測定装置は、磁束量子Φ０の有無でビット表現をする回路を用いているために、磁気センサとして最も重要な磁束分解能がΦ０に制限されてしまうという問題があった。
【００１４】
そこでこの発明は、上述の問題を解決することのできる測定装置及び測定方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、上述の課題を解決すべくなされたもので、入力される測定対象磁束に応じた周波数でパルス電圧を出力する超伝導量子干渉素子で構成される磁束検出部と、一定の周波数でパルス電圧を出力する基準磁束出力部と、前記磁束検出部が出力するパルス電圧に基づいて一の方向に発生させた検出用磁束と、前記基準磁束出力部が出力するパルス電圧に基づいて前記検出用磁束を打ち消す方向に発生させた基準磁束と、の差分磁束を発生させる磁束タンク部と、を備え、前記磁束タンク部は、磁気結合により、その内部に発生させている前記差分磁束の少なくとも一部を、前記磁束検出部に対し、前記測定対象磁束を打ち消す方向に入力することを特徴とする測定装置である。
【００１６】
また本発明は、上述の測定装置において、前記基準磁束出力部が、前記磁束検出部において、前記測定対象磁束と前記パルス電圧の周波数とが比例して増減する関係を有する場合に出力される周波数と等しい周波数で前記パルス電圧を出力することを特徴とする。
【００１７】
また本発明は、上述の測定装置において、少なくとも、前記磁束検出部、前記基準磁束出力部、前記磁束タンク部及び前記パルスカウンタ部が同一基板上に形成されていることを特徴とする。
【００１８】
また本発明は、上述の測定装置において、前記基準磁束出力部が、前記磁束検出部を構成する超伝導量子干渉素子と同一の超伝導量子干渉素子で構成されることを特徴とする。
【００１９】
また本発明は、上述の測定装置において、磁気結合により前記基準磁束出力部が出力する基準磁束の周波数を調整する校正用コイルを更に備えることを特徴とする。
【００２０】
また本発明は、上述の測定装置において、前記入力したパルス電圧のパルス数を、所定のカウント数として出力するパルスカウンタ部を更に備え、前記パルスカウンタ部は、前記磁束検出部が出力するパルス電圧のパルス数に応じて前記カウント数を増加させるとともに、前記基準磁束出力部が出力するパルス電圧のパルス数に応じて前記カウント数を減少させることを特徴とする。
【００２１】
また本発明は、超伝導量子干渉素子で構成される磁束検出部が、入力される測定対象磁束に応じた周波数でパルス電圧を出力し、基準磁束出力部が、一定の周波数でパルス電圧を出力し、パルスカウンタ部が、前記パルス電圧を入力し、そのパルス数に基づいた所定の値を出力し、磁束タンク部が、前記磁束検出部が出力するパルス電圧に基づいて一の方向に発生させた検出用磁束と、前記基準磁束出力部が出力するパルス電圧に基づいて前記検出用磁束を打ち消す方向に発生させた基準磁束と、の差分磁束を発生させ、前記磁束タンク部は、さらに、磁気結合により、その内部に発生させている前記差分磁束の少なくとも一部を、前記磁束検出部に対し、前記測定対象磁束を打ち消す方向に入力することを特徴とする測定方法である。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、磁束の測定分解能を低下させずに、同時複数の磁束検出を実現するための多チャネル化が容易で、かつ、磁束の俊敏な変化を捉える高い応答特性を有する測定装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施形態による測定装置の機能構成を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態による磁束検出部の機能を説明する図である。
【図３】本発明の一実施形態による磁束タンク部の機能を説明する図である。
【図４】本発明の一実施形態による測定装置の動作を説明するグラフである。
【図５】本発明の一実施形態による基準磁束出力部の構成を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態による測定装置の構造を説明する第一の図である。
【図７】本発明の一実施形態による測定装置の構造を説明する第二の図である。
【図８】従来技術による超伝導量子干渉素子の機能を説明する図である。
【図９】従来技術による測定装置の構成例を示す図である。
【図１０】従来技術による磁束ロック回路の機能を説明するグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の一実施形態による測定装置を、図面を参照して説明する。
図１は本発明の一実施形態による測定装置の機能構成を示す図である。この図において、符号１は測定装置である。図１に示すように、測定装置１は、磁束検出部１０と、磁束タンク部１１と、基準磁束出力部１２と、パルスカウンタ部１３を備えている。
【００２５】
磁束検出部１０は、いわゆる超伝導量子干渉素子（ＳＱＵＩＤ）であり、超伝導リング１００及び接合部１０１で構成される。超伝導リング１００は、リング状に形成された金属配線であって、所定の温度以下で超伝導状態に遷移する材料で構成されるものである。超伝導リング１００には、例えばＮｂ（ニオブ）等が用いられ、この場合約９Ｋで超伝導状態になる。接合部１０１は、非常に薄い常伝導膜または絶縁膜が上下の超伝導体で挟まれるように構成された接合界面であって、ジョセフソン接合（Ｊｏｓｅｐｈｓｏｎ  Ｊｕｎｃｔｉｏｎ：ＪＪ）と呼ばれるものである。
【００２６】
本実施形態による磁束検出部１０は、超伝導リング１００内を鎖交する測定対象磁束Φｓに応じた周波数（検出周波数ｆｄ）でパルス電圧を出力する機能部である。磁束検出部１０の当該機能の詳細については後述する。なお以下の説明においては、磁束検出部１０が検出周波数ｆｄで出力するパルス電圧を「検出用パルス電圧」とし、当該検出用パルス電圧に基づいて超伝導リング内に生じる磁束量子Φ０の束を「検出用磁束Φｄ」とする。
【００２７】
基準磁束出力部１２は、一定の周波数（基準周波数ｆｒ）でパルス電圧を出力する機能部である。本実施形態による基準磁束出力部１２は、磁束検出部１０を鎖交する測定対象磁束Φｓがゼロであった場合において当該磁束検出部１０から出力される検出周波数ｆｄと同一の周波数が出力されるように調整される。すなわち、測定対象磁束Φｓ＝０のとき、ｆｄ＝ｆｒとなる。基準磁束出力部１２の具体的な機能及び構成については後述する。なお以下の説明において、基準磁束出力部１２が基準周波数ｆｒで出力するパルス電圧に基づいて超伝導リング内に発生する磁束量子Φ０の束を「基準磁束Φｒ」とする。
【００２８】
磁束タンク部１１は、磁束検出部１０が出力するパルス電圧と、基準磁束出力部１２が出力するパルス電圧と、を入力する機能部である。図１に示すように、磁束タンク部１１は、磁束検出部１０及び基準磁束出力部１２と配線で接続され、検出用パルス電圧及び基準パルス電圧を入力する。
【００２９】
ここで、磁束タンク部１１を構成する配線も超伝導体であり、ジョセフソン接合（図１配線上×印で示す）及びグラウンドを介して超伝導リングを形成している。したがって、磁束タンク部１１は、磁束検出部１０から検出用パルス電圧を入力すると、その超伝導リング内部に検出用磁束Φｄを一の方向に発生させる。同様に磁束タンク部１１は、基準磁束出力部１２から基準パルス電圧を入力すると、その超伝導リング内に基準磁束Φｒを発生させる。このとき磁束タンク部１１は、基準磁束Φｒを検出用磁束Φｄの方向と逆の方向（検出用磁束Φｄを打ち消す方向）に生じさせる。その結果、磁束タンク部１１は、検出用磁束Φｄと基準磁束Φｒの差分の磁束（差分磁束（Φｄ−Φｒ））のみを発生させることとなる。
【００３０】
また図１に示すように、磁束タンク部１１は、磁気結合部１１０を有している。磁気結合部１１０は、磁束検出部１０と磁気結合し、その内部に発生させる差分磁束（Φｄ−Φｒ））に応じて磁束検出部１０に入力される測定対象磁束Φｓを打ち消すように作用する。磁束タンク部１１の当該機能の詳細については後述する。
【００３１】
パルスカウンタ部１３は、所定のパルス電圧を入力し、そのパルス数に基づいた所定の値を出力する機能部である。本実施形態によるパルスカウンタ部１３は、逐次入力するパルス電圧のパルス数をカウントする演算処理を行うデジタル回路で構成されている。本実施形態によるパルスカウンタ部１３は、主に超伝導体で形成され、磁束量子Φ０を情報担体とするデジタル回路（以下、ＳＦＱ回路という）で構成されている。本実施形態によるパルスカウンタ部１３は特に上記検出用パルス電圧を入力し、当該検出用パルス電圧に基づいて測定対象磁束Φｓを特定する機能を有する「測定部」の一態様である。パルスカウンタ部１３の機能の詳細は後述する。
【００３２】
図２は、本発明の一実施形態による磁束検出部の機能を説明する図である。
図２（ａ）は、磁束検出部１０が出力するパルス電圧の平均値を示している。ここで、磁束検出部１０に電流源から所定のＤＣ電流を流した状態において、測定対象磁束Φｓが超伝導リング１００内を鎖交すると、出力電圧Ｖｏｕｔが当該磁束Φｓに応じて磁束量子Φ０（＝２．０７×１０−１５Ｗｂ）の変化分ごとに周期的に変化することが知られている（図２（ａ））。この出力電圧Ｖｏｕｔを測定することで、測定装置８は磁束量子Φ０よりも小さい分解能で測定対象磁束Φｓを測定することができる。
【００３３】
しかし、磁束検出部１０が出力するＶｏｕｔは、実際には、極めて高い周波数（数十ＧＨｚオーダー）で出力されるパルス電圧が平均化されたものである。このパルス電圧の各１パルスは、超伝導リング１００内を鎖交する磁束Φにおいて磁束量子Φ０の変化量によって生じる誘導電圧である。ここで、超伝導体で形成された超伝導リング内を鎖交する磁束Φは、磁束量子Φ０単位でしか変化できない束縛条件が課せられることが知られている。一方、ジョセフソン接合部（接合部１０１）は、電流が流れていない場合は超伝導体と等価の性質を有しているが、当該接合部１０１を通過する電流が所定の臨界電流Ｉｃを超えた場合に超伝導状態から常伝導状態へと変化し、超伝導リング１００における超伝導状態の領域を切断する効果を与える。したがって、接合部１０１を通過する電流が臨界電流Ｉｃを超えた場合、超伝導リング１００を鎖交する磁束Φが常伝導状態となった接合部１０１から（磁束量子Φ０の単位で）超伝導リング１００外へ移動し、その磁束Φの（磁束量子Φ０分の）変化の結果、磁束検出部１０（接合部１０１）にパルス電圧が励起される。
【００３４】
パルス電圧が励起されると、瞬間的に接合部１０１を流れる電流が臨界電流Ｉｃを下回り、接合部１０１は超伝導状態へと復帰するが、電流は常時印加され続けているため再び臨界電流Ｉｃを超え、パルス電圧が励起される。この事象が繰り返されることにより、磁束検出部１０は所定の周波数でパルス電圧を出力することとなる。なお超伝導リング１００を鎖交する磁束Φが大きくなるほど、超伝導リング１００を巡る電流は増加するため、臨界電流Ｉｃを超えるまでの時間も短縮する。そのため、パルス電圧の周波数ｆは、超伝導リング１００を鎖交する磁束Φが大きくなるほど増加する。
【００３５】
図２（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ図２（ａ）の点Ａ（平均電圧Ｖｏｕｔ１）、点Ｂ（平均電圧Ｖｏｕｔ２）において実際に生じているパルス電圧の様子を示している。すなわち、点Ａ（図２（ａ））における平均電圧Ｖｏｕｔ１は、実際には図２（ｂ）のように周波数ｆ１で出力されるパルス電圧が平均化されて観測されたものである。同様に、点Ｂにおける平均電圧Ｖｏｕｔ２（＞Ｖｏｕｔ１）は、実際には図２（ｃ）のように周波数ｆ１よりも高い周波数ｆ２で出力されるパルス電圧が平均化されて観測されたものである。
【００３６】
なお、上述したように１パルス分の電圧波形は、磁束量子Φ０分の変化に相当する。したがって、平均電圧Ｖｏｕｔと周波数ｆとの間には、式（１）が成り立つ。
【００３７】
【数１】
2014173846.tif 000003
【００３８】
式（１）のような等式が成り立つことから、図２（ａ）のグラフにおけるＶｏｕｔの平均値（縦軸）は、周波数ｆと置き換えて考えてもよい。
【００３９】
図３は、本発明の一実施形態による磁束タンク部の機能を説明する図である。
上述したように、磁束タンク部１１はジョセフソン接合（接合部１１２）を有する超伝導リング１１１（図３）で形成されている。ここで磁束タンク部１１は、磁束検出部１０から検出用パルス電圧を入力する。このパルス電圧は、上述したように１パルス分が磁束量子Φ０の変化量に相当している。磁束タンク部１１はこの１パルス分のパルス電圧が自身に励起されることによって、磁束タンク部１１の超伝導リング１１１を巡る循環電流が生成され、当該超伝導リング１１１を鎖交する磁束Φ０が発生する。ここで超伝導体においては、電圧Ｖと磁束Φの変換がエネルギー損失を伴うことなく行われる。したがって、上述した現象は、図３に示すように、磁束検出部１０の超伝導リング１００を鎖交する磁束Φの一部（磁束量子Φ０）が、パルス電圧を介して、磁束タンク部１１内に移動する現象として捉えることができる。このようにして、磁束タンク部１１は、検出周波数ｆｄで連続して入力される検出用パルス電圧の１パルスごとに磁束量子Φ０ずつ、自身の超伝導リング１１１を鎖交する検出用磁束Φｄを増加させる（図３）。ここで、検出用磁束Φｄの向きは図３紙面手前方向であるとする。
【００４０】
同様に、磁束タンク部１１は、基準磁束出力部１２から基準パルス電圧を基準周波数ｆｒで連続して入力して、その超伝導リング１１１内を鎖交する基準磁束Φｒを発生させる（図３）。このとき磁束タンク部１１は、基準磁束Φｒを検出用磁束Φｄの方向と逆の方向（検出用磁束Φｄを打ち消す方向（図３紙面奥手方向））に生じさせる。具体的には、磁束タンク部１１は、基準磁束出力部１２からの基準パルス電圧により磁束タンク部１１に生じる循環電流が、磁束検出部１０からの検出用パルス電圧により生じる循環電流と逆方向に巡るような回路構成となっている。その結果、磁束タンク部１１は、検出用磁束Φｄと基準磁束Φｒの差分磁束（Φｄ−Φｒ）のみを発生させることとなる。なお、超伝導リング１１１内に差分磁束（Φｄ−Φｒ）を発生させる上記循環電流は、臨界電流Ｉｃを超えない範囲に制限される。
【００４１】
ここで上述したように、基準磁束出力部１２が出力する基準パルス電圧の周波数（基準周波数ｆｒ）は、磁束検出部１０において鎖交する測定対象磁束Φｓがゼロの場合における検出周波数ｆｄと同一の周波数に設定されている。したがって、測定対象磁束Φｓがゼロの場合、ｆｄ＝ｆｒであるから、磁束タンク部１１内部に発生し得る検出用磁束Φｄ及び基準磁束Φｒは等しくなり、両者は完全に打ち消し合う。したがってこの場合、磁束タンク部１１内に磁束は発生しない。一方、測定対象磁束Φｓが有限の値を持つ場合、当該測定対象磁束Φｓ分だけ検出周波数ｆｄは変化する。ここで測定対象磁束Φｓの方向が図３紙面奥手方向であって、当該測定対象磁束Φｓに基づいて周波数ｆｄが増加したとする。そうすると、ｆｄ＞ｆｒとなるから磁束タンク部１１内に発生する検出用磁束Φｄと基準磁束Φｒの均衡が崩れ、Φｄ＞Φｒとなる。そして磁束タンク部１１には、測定対象磁束Φｓの磁束量に応じた差分磁束（Φｄ−Φｒ）が発生することとなる。
【００４２】
さらに、本実施形態による磁束タンク部１１は、磁束検出部１０と磁気結合するように配置されており（図３）、磁気結合により、その内部に発生させている差分磁束（Φｄ−Φｒ）の少なくとも一部を、磁束検出部１０に対し、測定対象磁束Φｓを打ち消す方向に入力することを特徴としている。具体的に説明すると、磁束タンク部１１は、その一部を構成する磁気結合部１１０において、差分磁束（Φｄ−Φｒ）の少なくとも一部が磁束検出部１０の超伝導リング１００を鎖交し、帰還磁束Φｆを生じさせるように近接して配置されている。また磁束タンク部１１は、当該帰還磁束Φｆが測定対象磁束Φｓを打ち消す方向（図３紙面手前方向）に生じるように配置される。なお帰還磁束Φｆは、差分磁束（Φｄ−Φｒ）の大きさに比例して増減する。
【００４３】
磁束検出部１０の超伝導リング１００を帰還磁束Φｆが鎖交する結果、測定対象磁束Φｓの磁束検出部１０への影響が低減され、結果として、測定対象磁束Φｓの影響で増加していた検出周波数ｆｄは減少する。なおｆｄ＞ｆｒの条件を満たす限り差分磁束（Φｄ-Φｒ）は増加し続け、帰還磁束Φｆを増加させることになる。したがって、帰還磁束Φｆは、ｆｄ＝ｆｒとなる段階、すなわち測定対象磁束Φｓを完全に打ち消す段階（Φｆ＝Φｓ）まで増加する。帰還磁束Φｆが測定対象磁束Φｓを完全に打ち消すまで増加すると、ｆｄ＝ｆｒとなり磁束タンク部１１が発生させている差分磁束（Φｄ−Φｒ）はこれ以上増加しなくなるので、測定装置１はこの時点で平衡状態となる。このように、磁束タンク部１１は磁束検出部１０において生じた変動成分（検出周波数ｆｄの増減）を入力し、その変動を抑制する方向に作用する負帰還回路として機能する。
【００４４】
磁束検出部１０の超伝導リング１００を鎖交する測定対象磁束Φｓの変化に応じて検出周波数ｆｄが一時的に変動したとしても、磁束タンク部１１の機能により当該検出周波数ｆｄは基準周波数ｆｒに等しくなるまで帰還作用が働く。
【００４５】
ここで、図２（ａ）の点Ａにおいて測定対象磁束Φｓが変化した場合と、点Ｂにおいて測定対象磁束Φｓが変化した場合を考える。点Ａにおいて測定対象磁束Φｓが変化した場合、当該磁束Φｓの変化に応じて変化する出力平均電圧Ｖｏｕｔ、すなわち検出周波数ｆｄ（式（１）を参照）の変化量が大きいため、測定装置１は測定対象磁束Φｓを精度よく検出することができる。一方、点Ｂにおいて測定対象磁束Φｓが変化した場合、当該磁束Φｓの変化に応じて変化する検出周波数ｆｄの変化量は小さいため、測定装置１は測定対象磁束Φｓを精度よく検出することはできない。すなわち、測定装置１は測定対象磁束Φｓに対する検出周波数ｆｄの線形性を確保する必要がある。
【００４６】
ここで、基準磁束出力部１２が出力する基準パルス電圧の基準周波数ｆｒに着目する。基準磁束出力部１２は、磁束検出部１０において、測定対象磁束Φｓと検出用周波数ｆｄとが比例して増減する関係（線形性）を有する場合に出力される周波数と等しい周波数で基準パルス電圧を出力する。すなわち基準周波数ｆｒは、磁束検出部１０が図２（ａ）点Ａにおいて出力する検出周波数ｆｄと等しい周波数に設定する。このようにすることで、磁束検出部１０が出力する平均電圧Ｖｏｕｔには、図２（ａ）点Ａで平衡状態となるような帰還作用が働くこととなる。したがって、磁束検出部１０を鎖交する測定対象磁束Φｓが変化して、これに応じて磁束検出部１０が出力する検出周波数ｆｄが一時的に変動したとしても、磁束タンク部１１が直ちに測定対象磁束Φｓを打ち消す帰還磁束Φｆを生じさせ、点Ａの状態に帰還させる。
【００４７】
一方、本実施形態によるパルスカウンタ部１３（図１、図３）は、少なくとも検出用パルス電圧を入力し、そのパルス数をカウントするデジタル回路で構成される。具体的には、パルスカウンタ部１３は、検出用パルス電圧の１パルスを入力する度に、そのパルスを検出してカウント数を１増加させる演算処理を行う。すなわち、測定対象磁束Φｓの増減に応じて変動する検出周波数ｆｄは、パルスカウンタ部１３によってそのパルス数がカウントされる。測定装置１は、このパルスカウンタ部１３が演算するカウント数と測定対象磁束Φｓとを適切に紐づけることによって、測定対象磁束Φｓを測定することが可能となる。
【００４８】
例えば、本実施形態によるパルスカウンタ部１３は、磁束検出部１０から出力される検出用パルス電圧と、基準磁束出力部１２から出力される基準パルス電圧と、を入力とするアップダウンカウンタ回路であってもよい。当該アップダウンカウンタ回路（パルスカウンタ部１３）は、検出用パルス電圧のパルス数に応じてカウント数を増加させるとともに、基準パルス電圧のパルス数に応じてカウント数を減少させる回路構成とする。このようにすることで、パルスカウンタ部１３は、検出用パルス電圧のパルス数と基準パルス電圧のパルス数の差分、すなわち測定対象磁束Φｓの変化によって増減したパルス数のみを出力するように機能するので、その出力されたカウント数を測定対象磁束Φｓに直接的に紐づけることができる。
【００４９】
なお、上述したようにパルスカウンタ部１３は、ＳＦＱ回路で形成されるため、高速なデータ処理を実現することができる。上述した検出用パルス電圧及び基準パルス電圧はそれぞれ数十ＧＨｚに及ぶ高周波信号であり、１パルス当たり数ｐｓｅｃオーダーのパルス信号である。しかし、超伝導体で形成されたＳＦＱ回路はこのような高周波信号に対しても安定動作が可能である。
【００５０】
なお、上記の説明においてＳＦＱ回路に基づくアップダウンカウンタ回路の詳細な説明については“Ｔ．Ｏｎｏｍｉ他２名，「Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｈｉｇｈ‐Ｓｐｅｅｄ  Ｓｉｎｇｌｅ  Ｆｌｕｘ‐Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｕｐ／Ｄｏｗｎ  Ｃｏｕｎｔｅｒ  ｆｏｒ  ｔｈｅ  Ｎｅｕｒａｌ  Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ  Ｕｓｉｎｇ  Ｓｔｏｃｈａｓｔｉｃ  Ｌｏｇｉｃ」，ＩＥＥＥ  ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳ  ＯＮ  ＡＰＰＬＩＥＤ  ＳＵＰＥＲＣＯＮＤＵＣＴＩＶＩＴＹ，ＶＯＬ．１９，ＮＯ．３，ＪＵＮＥ  ２００９”を参考にすることができる。
【００５１】
なお本実施形態による測定装置１は、上述した通り、磁束検出部１０から入力する検出用パルス電圧から測定対象磁束Φｓを特定する測定部の一態様として、パルスカウンタ部１３を用いたが、他の実施形態による測定装置１においては、この態様に限定されることはない。例えば、他の実施形態による測定装置１は、上記測定部として、検出用パルス電圧の平均電圧Ｖｏｕｔと測定対象磁束Φｓとを紐づけることで当該測定対象磁束Φｓを特定する態様であってもよい。
【００５２】
図４は、本発明の一実施形態による測定装置の動作を説明するグラフである。
図４に示すグラフは、測定装置１において測定対象磁束Φｓが増加した場合における、各パルス電圧の周波数が変動する様子を示した回路シミュレーション結果である。磁束検出部１０に所定の測定対象磁束Φｓが入力された場合、磁束検出部１０及び基準磁束出力部１２が出力する各パルス電圧は図４に示すような特性を示す。例えば、測定対象磁束Φｓがゼロである期間Ｔ１においては、磁束検出部１０から出力される検出用パルス電圧は、基準磁束出力部１２から出力される基準パルス電圧と等しい周波数で出力されている（ｆｄ＝ｆｒ）。このとき、パルスカウンタ部１３は、アップダウンカウンタ回路として検出用パルス電圧及び基準パルス電圧を等しい周波数で入力しているため、パルスカウント数は増減することなく一定値（例えば“０”）を維持している。なお、期間Ｔ１においては、測定対象磁束Φｓと検出用周波数ｆｄとが線形性を有して変化する点（図２（ａ）点Ａ）となるように、基準周波数ｆｒが設定されているものとする。
【００５３】
次に、図４に示す期間Ｔ２の最初の時点で、磁束検出部１０に測定対象磁束Φｓ（＝０．５Φ０）が入力されたとする。すると次の瞬間、増加した測定対象磁束Φｓに応じて検出用パルス電圧の検出周波数ｆｄが線形に増加する。しかし、上述した磁束タンク部１１の負帰還作用により、磁束検出部１０の超伝導リング１００内において、入力された測定対象磁束Φｓを打ち消す方向に帰還磁束Φｆが生じ、徐々に検出周波数ｆｄは減少する。そして期間Ｔ３において再びｆｄ＝ｆｒ（図２（ａ）点Ａ）で安定する（図４）。
【００５４】
一方、パルスカウンタ部１３は、期間Ｔ２〜Ｔ３にかけても検出用パルス電圧及び基準パルス電圧を入力し続けている。ここで、期間Ｔ２においては、基準パルス電圧のパルス数よりも検出用パルス電圧のパルス数の方が多く入力されているので、パルスカウンタ部１３は期間Ｔ２において増加したパルス分だけカウント数が上昇する。測定装置１は、このパルスカウント数と測定対象磁束Φｓとを紐づけて記憶しておくことによって、当該パルスカウント数に基づく測定対象磁束Φｓの測定を可能とする。また期間Ｔ３の後、さらに測定対象磁束Φｓが変化した場合であっても、この時点においては、磁束検出部１０は線形性を有する点（図２（ａ）点Ａ）で安定しているため、当該測定対象磁束Φｓの変化を精度よく読み取ることができる。
【００５５】
図５は、本発明の一実施形態による基準磁束出力部の構成を示す図である。
図５に示すように、本実施形態による基準磁束出力部１２は、接合部１２１を有する超伝導リング１２０で構成される態様であってもよい。ここで、超伝導リング１２０及び接合部１２１は、磁束検出部１０を構成する超伝導リング１００及び接合部１０１と同等の構成を有するものとする。そして超伝導リング１２０には、超伝導リング１００に印加されるＤＣ電流と同等のＤＣ電流が印加される。
【００５６】
また基準磁束出力部１２は、校正用コイル１２２を備えている。校正用コイル１２２は、超伝導リング１２０と磁気結合するように配置されており、図示しない別の電流源から任意のＤＣ電流が入力される。当該校正用コイル１２２へのＤＣ電流を適当に選択することで、校正用コイル１２２と超伝導リング１２０との磁気結合により、基準磁束出力部１２が出力する基準パルス電圧を所望の基準周波数ｆｒに設定することができる。ここで測定装置１のオペレータは、磁束測定の前段階において基準周波数ｆｒを磁束検出部１０において線形性が確保される周波数に設定しておく。
【００５７】
図６、図７は、本発明の一実施形態による測定装置１の構造を説明する第一の図、第二のである。
次に、本実施形態による測定装置１の具体的な構造について、図６及び図７を参照しながら説明する。本実施形態においては、測定装置１を構成する各機能部は全て一の基板上に形成することを特徴としている。具体的に説明すると、磁束検出部１０、基準磁束出力部１２、磁束タンク部１１及びパルスカウンタ部１３は、同一基板上に、所定の温度以下で超伝導状態となる材料で形成された層（以下、例として「ニオブ配線層」とする）と、絶縁層と、を多層成膜することで形成される。各ニオブ配線層及び絶縁層は、例えばそれぞれ３００ｎｍ〜４００ｎｍ程度の膜厚で積層される。
【００５８】
図６は、上記基板を上から平面視した際の構造を示している。この図においては、基板上側を紙面手前側、基板下側を紙面奥手側に表している。図６（ａ）は主に、磁束検出部１０の超伝導リング１００と、磁束タンク部１１の超伝導リング１１１の構造を示している。
【００５９】
基板上にはニオブ配線層が、絶縁層を介しながら三層形成されている。各ニオブ配線層は、下層（紙面奥手側）から順に、グラウンドプレーン層（Ｇ１）、ＢＡＳ層（ＢＡＳ１〜ＢＡＳ５）、ＣＯＵ層（ＣＯＵ１〜ＣＯＵ３）である。図６に示すようにグラウンドプレーン層（Ｇ１）は、基板全面を覆うように形成されていてもよい。また、ＢＡＳ層及びＣＯＵ層の各配線パターンは、配線幅３μｍ〜５μｍ程度で引き回されている。
【００６０】
また、各ニオブ配線層は、諸所においてコンタクトが設けられて、当該コンタクトを介して各層ごとに電気的に接続されている。ここで、図６に示す各コンタクトについて説明する。グラウンドコンタクト（ＧＣ１〜ＧＣ４）は、ＢＡＳ層とグラウンドプレーン層を電気的に短絡するコンタクトである。ＢＡＳ‐ＣＯＵ間コンタクト（ＢＣＣ１〜ＢＣＣ２）は、ＢＡＳ層とＣＯＵ層を電気的に短絡するコンタクトである。そしてジョセフソン接合部（ＪＪ１〜ＪＪ４）は、ＢＡＳ層とＣＯＵ層を所定の抵抗膜で接続したコンタクトである。上述した各コンタクトは、いずれも１．５μｍ２〜３μｍ２程度で形成される。なお、以下の説明においては、各ニオブ配線層及び各コンタクトを符号のみで表記する。
【００６１】
図６に示すように、磁束検出部１０は、主にニオブ配線層ＢＡＳ１〜ＢＡＳ３、ＣＯＵ１、ＣＯＵ２、Ｇ１及び各コンタクトＪＪ１、ＪＪ２、ＢＣＣ１、ＢＣＣ２、ＧＣ１、ＧＣ２により形成される。また電流源からのＤＣ電流はＢＡＳ３を介して印加される。このようにして形成された磁束検出部１０の断面構造を図７（ａ）に示す。ただし図７（ａ）に示す磁束検出部１０の断面図は、図示の便宜上、図６の正確な断面図としては示していないことに留意する。
【００６２】
図７（ａ）に示すように、磁束検出部１０の超伝導リング１００は、超伝導体であるニオブ配線層ＢＡＳ３‐ＢＣＣ１‐ＣＯＵ１からジョセフソン接合部ＪＪ１を経由して、ニオブ配線層ＢＡＳ１‐ＧＣ１‐Ｇ１を介してグラウンド接続される。さらに超伝導リング１００は、ニオブ配線層Ｇ１‐ＧＣ２‐ＢＡＳ２からジョセフソン接合部ＪＪ２を経由して、ニオブ配線層ＣＯＵ２‐ＢＣＣ２‐ＢＡＳ３に接続することで超伝導リングが形成される。このように形成された超伝導リング１００内に測定対象磁束Φｓが鎖交すると、なお、ＪＪ１及びＪＪ２は接合部１０１（図１）に相当する。また説明の便宜上、図示を省略するが、上述したように、各ニオブ配線層の間には絶縁層が設けられている。
【００６３】
また図６に示すように、磁束タンク部１１は、主にニオブ配線層ＢＡＳ４、ＢＡＳ５、ＣＯＵ３及び各コンタクトＪＪ３、ＪＪ４、ＧＣ３、ＧＣ４により形成される。このようにして形成された磁束タンク部１１の断面構造を図７（ｂ）に示す。ただし図７（ｂ）に示す磁束タンク部１１の断面図は、図示の便宜上、図６の正確な断面図としては示していないことに留意する。
【００６４】
図７（ｂ）に示すように、磁束タンク部１１の超伝導リング１１１は、超伝導体であるニオブ配線層ＣＯＵ３からジョセフソン接合部ＪＪ３を経由して、ニオブ配線層ＢＡＳ４‐ＧＣ３‐Ｇ１を介してグラウンド接続される。さらに超伝導リング１１１は、ニオブ配線層Ｇ１‐ＧＣ４‐ＢＡＳ５からジョセフソン接合部ＪＪ４を経由して、ニオブ配線層ＣＯＵ３に接続することで超伝導リングが形成される。なお、ＪＪ３及びＪＪ４は接合部１１２（図３）に相当する。
【００６５】
図６に示すように、磁束タンク部１１は、磁束検出部１０が出力する検出用パルス電圧を図６の右側から入力することで、図７（ｂ）のように形成された超伝導リング１１１内に検出用磁束Φｄを生じさせる。一方、磁束タンク部１１は、基準磁束出力部１２（図６、図７には図示せず）からの基準パルス電圧を図６の左側から入力することで、超伝導リング１１１内に基準磁束Φｒを生じさせる。ただし、検出用磁束Φｄと基準磁束Φｒ各々の向きは、互いに逆向き（それぞれが打ち消し合う方向）である。その結果、磁束タンク部１１の超伝導リング１１１内には、差分磁束（Φｄ−Φｒ）が発生することとなる。
【００６６】
また図６に示すとおり、磁束検出部１０の超伝導リング１００を構成するＢＡＳ３と、磁束タンク部１１の超伝導リング１１１を構成するＣＯＵ３は、平面視において重なるように配置されている。磁束タンク部１１の磁気結合部１１０は、このＢＡＳ３とＣＯＵ３が重なる領域であり、磁束検出部１０と磁束タンク部１１は主にこの部分で磁気結合する。すなわち、図７（ｂ）に示す超伝導リング１１１内を鎖交する差分磁束（Φｄ−Φｒ）の内の少なくとも一部が、同時に図７（ａ）の超伝導リング１００を帰還磁束Φｆとして鎖交する。ここで帰還磁束Φｆは、測定対象磁束Φｓと逆向き（測定対象磁束Φｓを打ち消す方向）に生じる。
【００６７】
なお図６には図示していないが、磁束検出部１０の超伝導リング１００から出力される検出用パルス電圧は、所定のＳＦＱ回路（例えば、超伝導リング１００等と同等に形成された超伝導リングの鎖列）を介して伝搬し、磁束タンク部１１及びパルスカウンタ部１３に入力される。また、本実施形態による基準磁束出力部１２を構成する超伝導リング１２０（図５）は、磁束検出部１０の超伝導リング１００と同一の構造をもって形成されるものであってよい。
【００６８】
以上のようにして、本実施形態による測定装置１を構成する各機能部、磁束検出部１０、磁束タンク部１１、基準磁束出力部１２及びパルスカウンタ部１３は、全て同一基板上に形成され、同じ低温領域に配置されることとなる。このようにすることで、測定装置１は煩雑な引き回し配線を廃することができる。また、引き回し配線を排し、同一基板上に形成することで回路動作の高速化にも貢献する。
【００６９】
本実施形態による測定装置１は、従来技術における磁束ロック回路（ＦＬＬ回路）の機能を、基準磁束出力部１２及び磁束タンク部１１で実現することを特徴としている。ここで本実施形態による基準磁束出力部１２及び磁束タンク部１１は、いずれも磁束検出部１０と同じく超伝導体で形成されるものであるから、その帰還作用も高速に行われることとなる。つまり測定装置１は、従来の磁束ロック回路を排するとともに、同等の機能を超伝導体で形成された各種回路で実現することにより、測定対象磁束Φｓの変化に対して高い応答特性を得ることができる。
【００７０】
また従来の磁気測定装置に用いられていた磁束ロック回路は、室温領域への引き回しを要していたが、本実施形態による磁束タンク部１１及び基準磁束出力部１２によれば、いずれも磁束検出部１０と同じ低温領域に配置されるため、煩雑な引き回し配線を最小限に抑制することができる。したがって測定装置１は、多チャネル化を容易に実現することが可能となる。
【００７１】
また従来の磁気測定装置に用いられていた磁束ロック回路は、出力電流Ｉを所定の帰還コイルに入力することで帰還作用を実現していたが、この場合、従来の磁気測定装置が測定可能な磁束量の範囲（ダイナミックレンジ）は、磁束ロック回路において出力できる出力電流Ｉの限界によって律速される。しかし、本実施形態による測定装置１によれば、測定対象磁束Φｓが大きくなるに伴い、帰還磁束Φｆもこれに追随して大きくなるので、原理的に測定限界が存在しない。よって測定装置１は、従来の磁気測定装置よりもダイナミックレンジを大きくすることができる。
【００７２】
また従来技術によるＳＦＱ回路を用いた微小磁気測定装置は、磁束量子Φ０の有無でビット表現をする回路を用いているために、磁気センサとして最も重要な磁束分解能がΦ０に制限されてしまっていた。しかし本実施形態による測定装置１は、磁束量子Φ０単位で周期的に変動するパルス電圧の周波数（出力電圧Ｖｏｕｔに対応）を読み取ることで当該測定対象磁束Φｓを測定するものであるから、従来の磁束ロック回路を用いた磁気測定装置と同等の、高い測定分解能を実現することができる。
【００７３】
また本実施形態による測定装置１は、上述した通り、磁束検出部１０、基準磁束出力部１２、磁束タンク部１１及びパルスカウンタ部１３が同一基板上に形成することができる。このようにすることで、測定装置１は、さらに動作速度及び応答特性が改善されるとともに、引き回し配線を排して多チャネル化を容易にすることができる。
【００７４】
以上、本発明の測定装置によれば、測定分解能を低下させずに、多チャネル化が容易で、かつ、高い応答特性を有する測定装置を提供することができる。
【００７５】
なお、本実施形態による測定装置１は上述した態様によって実現されるものであるが、本発明の他の実施形態による測定装置は、この態様に限定されない。例えば、他の実施形態による測定装置において、磁束検出部１０、磁束タンク部１１及び基準磁束出力部１２の構造は、図６、図７に示した態様に限定されることなく、各機能部の目的が達成される範囲において変更可能である。
【符号の説明】
【００７６】
１・・・測定装置
１０・・・磁束検出部
１００、１１１、１２０・・・超伝導リング
１０１、１１２、１２１・・・接合部
１１・・・磁束タンク部
１１０・・・磁気結合部
１２・・・基準磁束出力部
１２２・・・校正用コイル
１３・・・パルスカウンタ部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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