特許 6193553 テラヘルツ波検出センサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6193553

(24)【登録日】2017年8月18日

(45)【発行日】2017年9月6日

(54)【発明の名称】テラヘルツ波検出センサ

(51)【国際特許分類】

   G01J 1/02 20060101AFI20170828BHJP

   H01L 39/22 20060101ALI20170828BHJP

【ＦＩ】

   G01J1/02 RZAA

   H01L39/22 D

【請求項の数】10

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2012-242792(P2012-242792)

(22)【出願日】2012年11月2日

(65)【公開番号】特開2014-92440(P2014-92440A)

(43)【公開日】2014年5月19日

【審査請求日】2015年8月3日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004651

【氏名又は名称】日本信号株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100129425

【弁理士】

【氏名又は名称】小川 護晃

(74)【代理人】

【識別番号】100087505

【弁理士】

【氏名又は名称】西山 春之

(74)【代理人】

【識別番号】100099623

【弁理士】

【氏名又は名称】奥山 尚一

(74)【代理人】

【識別番号】100078330

【弁理士】

【氏名又は名称】笹島 富二雄

(72)【発明者】

【氏名】氏家 健

(72)【発明者】

【氏名】三宮 肇

(72)【発明者】

【氏名】松岡 義大

(72)【発明者】

【氏名】小川 千隼

【審査官】 蔵田 真彦

(56)【参考文献】

【文献】 特表２００７−５１０１３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１０４７７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−２３３０５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−２８６５４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０２−２０２０７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−２４８９４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−０５９７７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平２−６６４１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００７／００２９４８３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 田井野徹他，THz波検出用基板吸収型超伝導トンネル接合素子，電子情報通信学会技術研究報告. ED, 電子デバイス，２００６年１２月 １日，106(403)，53-57

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｊ １／００−１／６０

Ｈ０１Ｌ ３９／２２

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

磁場が消磁された空間内に、多層の熱シールド構造を有する冷却装置により冷却状態にある超伝導トンネル接合素子を備え、
前記冷却装置の最外層のシールド壁に設けられる集光レンズを有する集光装置により集光したテラヘルツ波から生じさせたフォノンを前記超伝導トンネル接合素子によって検出して、前記テラヘルツ波に応じた電気信号を出力する、テラヘルツ波検出センサ。

【請求項2】

前記テラヘルツ波を受けてフォノンを生じる吸収体基板を備え、
前記超伝導トンネル接合素子は、前記基板に生じたフォノンを検出する、請求項１に記載のテラヘルツ波検出センサ。

【請求項3】

前記超伝導トンネル接合素子は、略４．２Ｋ以下の温度である、請求項１又は２に記載のテラヘルツ波検出センサ。

【請求項4】

前記冷却装置は、前記超伝導トンネル接合素子を略４．２Ｋ以下の温度に冷却する筒状ポットを備え、
前記筒状ポットの外周には、該筒状ポット内の磁場を消磁するコイルが巻かれている、請求項２に記載のテラヘルツ波検出センサ。

【請求項5】

前記集光装置は、
前記集光レンズと、
前記基板に密着させて設けられ、前記集光レンズを通過したテラヘルツ波を前記基板上の所定の受光点に集める超半球レンズと、
前記集光レンズと前記超半球レンズとの間に設けられ、前記テラヘルツ波の周波数を含む光の透過帯域を有する光学フィルタと、
を含んで構成される、請求項２又は４に記載のテラヘルツ波検出センサ。

【請求項6】

前記光の透過帯域は、略０．７ＴＨｚ〜略３０ＴＨｚの範囲内にある、請求項５に記載のテラヘルツ波検出センサ。

【請求項7】

前記電気信号をもとに前記テラヘルツ波を放射する物質を判別する物質判別装置を備える、請求項１〜６のいずれか１つに記載のテラヘルツ波検出センサ。

【請求項8】

伝播経路が互いに異なるテラヘルツ波のそれぞれに応じた電気信号を生成可能に設けられた複数の前記超伝導トンネル接合素子を備える、請求項７に記載のテラヘルツ波検出センサ。

【請求項9】

前記複数の超伝導トンネル接合素子がアレイ状に配列された、請求項８に記載のテラヘルツ波検出センサ。

【請求項10】

請求項８又は９に記載のテラヘルツ波検出センサであって、当該センサの検査領域を切り換える領域切換装置を備える、テラヘルツ波検出センサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

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テラヘルツ波検出センサに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、この種のテラヘルツ波検出センサとしては、例えば、特許文献１に記載されているものが知られている。このセンサは、テラヘルツ波をシリコンボロメータ等の周知の素子により検出するものであり、例えば、テラヘルツ波を光源から所定の検査対象物に向けて出射し、検査対象物を透過したテラヘルツ波を検出するものである。このセンサは、検査対象物を判別するいわゆるアクティブ型の物質判別装置のセンサとして用いられている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００６−７１４１２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、検査対象物からは、その構成物質の種類に応じた特有の周波数スペクトルを示す微量のテラヘルツ波が自然放射されている。この自然放射されるテラヘルツ波を検出することができれば、センサの性能上有利である。

【0005】

しかしながら、特許文献１に記載のテラヘルツ波検出センサにおいては、単にシリコンボロメータ等の周知の素子によりテラヘルツ波を検出する構成であるため、例えば、検査対象物から自然放射されるような微量なテラヘルツ波の検出は、ノイズ等の影響により困難であると考えられる。

【0006】

また、特許文献１に記載されているように、テラヘルツ波の検出結果に基づいて物質を判別する物質判別装置のセンサとしてシリコンボロメータ等の素子を用いる場合、テラヘルツ波を発生する光源が必要である上、テラヘルツ波の受光用の光学系に加えて、投光用の光学系が必要とされている。

【0007】

本発明は、上記課題に着目してなされたものであり、物質から自然放射されるような微量なテラヘルツ波を検出可能なテラヘルツ波検出センサを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明に係るテラヘルツ波検出センサは、磁場が消磁された空間内に、多層の熱シールド構造を有する冷却装置により冷却状態にある超伝導トンネル接合素子を備え、前記冷却装置の最外層のシールド壁に設けられる集光レンズを有する集光装置により集光したテラヘルツ波から生じさせたフォノンを前記超伝導トンネル接合素子によって検出して、前記テラヘルツ波に応じた電気信号を出力するように構成されている。

【発明の効果】

【0009】

上記テラヘルツ波検出センサによれば、磁場が消磁された空間内に、多層の熱シールド構造を有する冷却装置により冷却状態にある超伝導トンネル接合素子を備え、前記冷却装置の最外層のシールド壁に設けられる集光レンズを有する集光装置により集光したテラヘルツ波から生じさせたフォノンを前記超伝導トンネル接合素子によって検出しテラヘルツ波に応じた電気信号を出力する構成であるため、テラヘルツ波の検出感度を向上させることができる。これにより、物質から自然放射されるような微量なテラヘルツ波を検出することができる。

【0010】

また、検査対象物から自然放射される微量なテラヘルツ波を検出することができるため、テラヘルツ波の検出結果に基づいて物質を判別する場合、テラヘルツ波を発生する光源を別途容易する必要がない上、テラヘルツ波の投光用の光学系が不要であるため、構成が簡易になる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の実施形態によるテラヘルツ波検出センサの構成を示すブロック図である。

【図2】上記テラヘルツ波検出センサで用いる集光装置、基板吸収型ＳＴＪ素子及び冷却装置の概略図を示す図である。

【図3】上記テラヘルツ波検出センサで用いる基板吸収型ＳＴＪ素子の構成を示す図である。

【図4】上記実施形態の変形例を説明するための部分拡大図である。

【図5】上記実施形態の別の変形例を説明するための部分拡大図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の実施形態によるテラヘルツ波検出センサの構成を示すブロック図である。
本実施形態によるテラヘルツ波検出センサ１は、テラヘルツ波を検出してその検出領域に存在する物質Ｓ（例えば、麻薬等の違法薬物や爆薬等の危険物など）を判別可能に構成されており、一例として、集光装置１０と、テラヘルツ波を受けてフォノンを生じる吸収体基板２１を備えた基板吸収型の超伝導トンネル接合（Superconducting Tunnel Junction：ＳＴＪ）素子としての基板吸収型ＳＴＪ素子２０と、冷却装置３０と、基板吸収型ＳＴＪ素子２０の検出信号を増幅するプリアンプ４０と、プリアンプ４０の出力をＡ／Ｄ変換してデジタルデータとして出力するＡ／Ｄ変換器５０と、Ａ／Ｄ変換器５０の出力に基づき物質Ｓを判別する物質判別装置６０と、を備える。

【0013】

図２は、集光装置１０、基板吸収型ＳＴＪ素子２０及び冷却装置３０の概略断面図を示す図である。なお、図２においては、図の簡略化のため、冷却装置３０の後述する各シールド壁（３６ａ〜３６ｄ）を線で示したが、言うまでもなく、各シールド壁は厚みを有している。

【0014】

前記集光装置１０は、検出対象であるテラヘルツ波を基板吸収型ＳＴＪ素子２０の吸収体基板２１（図３参照）上に集めるものであり、例えば、図２に示すように、集光レンズ２と、光学フィルタ３と、超半球レンズ４とを備えて構成されている。

【0015】

前記集光レンズ２は、テラヘルツ波を吸収体基板２１の、例えば、後述する光集光面２１ａ（図３参照）に向けて集光するものであり、一般的な凸レンズである。この集光レンズ２は、例えば、超半球レンズ４における所定の角度内に光を入射するように設計され、後述するローパスフィルタ３ａに接着等により固定されている。

【0016】

前記光学フィルタ３は、集光レンズ２と超半球レンズ４との間に設けられ、テラヘルツ波の周波数を含む光の透過帯域を有し、集光レンズ２を透過した光のうち上記透過帯域の周は通の光を通過させるものである。具体的には、光学フィルタ３は、例えば、ローパスフィルタ３ａと、中間フィルタ３ｂ及び３ｃと、バンドパスフィルタ３ｄとを備え、上記光の透過帯域は、略０．７ＴＨｚ〜略３０ＴＨｚの範囲内にある。

【0017】

前記ローパスフィルタ３ａは、例えば、約１００ＴＨｚ以下の周波数の光を通過させるフィルタである。このローパスフィルタ３ａは、例えば、図２に示すように、後述する３００Ｋシールド３６ａの周壁に開けられた貫通孔を塞ぐように、集光レンズ２と一体的に３００Ｋシールド３６ａの外壁に取り付けられている。

【0018】

前記中間フィルタ３ｂ、３ｃは、それぞれ、例えば、約５０ＴＨｚ以下の周波数の光を通過させるフィルタであり、図２に示すように、後述する５０Ｋシールド３６ｂ、４Ｋシールド３６ｃの周壁に開けられた貫通孔を塞ぐようにそれぞれ取り付けられている。

【0019】

前記バンドパスフィルタ３ｄは、例えば、約０．７ＴＨｚ〜約３０ＴＨｚの周波数範囲の光を通過させるフィルタであり、例えば、図２に示すように、後述する１Ｋシールド３６ｄの周壁に開けられた貫通孔を塞ぐように、超半球レンズ３と一体的に１Ｋシールド３６ｄの外壁に取り付けられている。

【0020】

前記超半球レンズ４は、吸収体基板２１に密着させて設けられ、集光レンズ２及び各光学フィルタ（３ａ〜３ｄ）を通過したテラヘルツ波を、吸収体基板２１上の光集光面２１ａ側の所定の受光点に集めるものであり、例えば、図２に示すように、バンドパスフィルタ３ｄに接着等により固定され、１Ｋシールド３６ｄの周壁に開けられた貫通孔を塞ぐように、バンドパスフィルタ３ｄと一体的に１Ｋシールド３６ｄの外壁に取り付けられている。

【0021】

図３は、前記基板吸収型ＳＴＪ素子２０の構成を示しており、図３（ａ）は平面図、図２（ｂ）は図３（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
図３に示すように、基板吸収型ＳＴＪ素子２０は、例えば、吸収体基板２１と、該吸収体基板２１の光集光面２１ａと反対側の面２１ｂ（以下において、上面２１ｂと言う）上に設けられるＳＴＪ素子２２と、を有して構成されている。

【0022】

前記吸収体基板２１は、テラヘルツ波を受けてフォノンを生じるものであり、検出対象であるテラヘルツ波を吸収しやすいＬｉＮｂＯ_３（ニオブ酸リチウム）やＬｉＴａＯ_３（タンタル酸リチウム）などからなる単結晶基板である。なお、以下において、吸収体基板２１を単に基板２１と呼ぶ。

【0023】

前記ＳＴＪ素子２２は、テラヘルツ波から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ものであり、例えば、基板２１の上面２１ｂに、超伝導電極材料の単層、もしく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下部電極２２ａ、絶縁膜からなるトンネル障壁（トンネルバリア）２２ｂ、及び、超伝導電極材料の単層、もしく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上部電極２２ｃが順に積層された構造を有する素子である。ＳＴＪ素子２２は、具体的には、基板２１内に生じ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、テラヘルツ波の検出信号として出力する。前記超伝導電極材料として、例えば、Ａｌ（アルミニウム）／ニオブ（Ｎｂ）の二層膜、トンネル障壁となる絶縁膜として、例えば、ＡｌＯｘ（酸化アルミニウム）などが用いられる。

【0024】

そして、基板２１の上面２１ｂには、配線用層２３を積層し、この配線用層２３の上に、ＳＴＪ素子２２を設けてある。配線用層２３の材料としては、例えば、基板２１と同じ材料を用いることができる。一例として、配線用層２３は、ＬｉＮｂＯ_３（ニオブ酸リチウム）やサファイアなどで形成される結晶薄膜（結晶基板）であり、基板２１の上面２１ｂに対して例えば接着剤で接合される。

【0025】

また、配線用層２３の上には、グランド層（配線）２４が形成されており、このグランド層２４は下部電極２２ａに接続している。

【0026】

ＳＴＪ素子２２及びグランド層２４は、ＳｉＯ２（二酸化ケイ素）などからなる層間絶縁膜２５によって覆われており、これにより、ＳＴＪ素子２２の下部電極２２ａと上部電極２２ｃとの間の電気的絶縁がとられている。

【0027】

更に、ＳＴＪ素子２２上には、層間絶縁膜２５に形成されたコンタクトホール２５ａを介して上部電極２２ｃに接続する配線２６が形成されており、この配線２６は、信号検出用のＰＡＤ２６ａに接続される。このＰＡＤ２６ａは、プリアンプ４０と配線接続されている。

【0028】

前記冷却装置３０は、基板吸収型ＳＴＪ素子２０を約０．３Ｋまで冷却可能なものである。冷却装置３０は、具体的には、図２に示すように、小型機械式冷凍機３１と、４Ｋポット３２と、１Ｋポット３３と、３Ｈｅポット３４と、ガスハンドリングユニット３５と、を備えた一般的な極低温冷凍機である。冷却装置３０は、図２に示すように、例えば、３００Ｋシールド３６ａ、５０Ｋシールド３６ｂ、４Ｋシールド３６ｃ及び１Ｋシールド３６ｄの４層構造で形成されており、各シールド内の温度を長時間低温に保持可能に形成される。各シールド３６ａ〜３６ｄは、例えば、銅等により筒状に形成される。

【0029】

前記小型機械式冷凍機３１は、例えば、約４．２Ｋ程度の低温を発生し得る一般的な蓄冷式冷凍機であり、第１冷却ステージ３１ａ、第２冷却ステージ３１ｂ及び冷却ヘッド３１ｃを備えて構成される。前記第１冷却ステージ３１ａは、約５０Ｋ程度の高温側の冷却ステージであり、前記第２冷却ステージ３１ｂは、第１冷却ステージ３１ａの下面に接続され、約４．２Ｋ程度に到達する低温側の冷却ステージである。冷却ヘッド３１ｃは、第２冷却ステージ３１ｂの下面に接続される。なお、図示省略したが、小型機械式冷凍機３１には、冷却用のコンプレッサーが接続される。

【0030】

前記４Ｋポット３２は、筒状に形成され、約４．２Ｋ程度まで冷却された冷却ヘッド３１ｃに接続されている。４Ｋポット３２の外周には、図示省略するがコイルが巻かれている。このコイルによって４Ｋポット３２内の磁場が消磁し、ＳＴＪ素子２２におけるテラヘルツ波の検出感度を向上させている。前記１Ｋポット３３は、４Ｋポット３２の底部に低熱伝導性の連通部（図示省略）を介して接続されている、つまり、４Ｋポット３２と内部連通状態で連結接続されている。前記３Ｈｅポット３４は、１Ｋポット３３の底部に、図示省略する接続部を介して接続されている。各ポット３２〜３４は、例えば、無酸素銅等の高熱伝導性材料によって形成する。そして、３Ｈｅポット３４の底部には、例えば、無酸素銅等の高熱伝導性材料で板状に形成された熱伝導ジグ３４ａが接続されている。この熱伝導ジク３４に、基板吸収型ＳＴＪ素子２０が取り付けられている。

【0031】

前記ガスハンドリングユニット３５は、各ポット３２〜３４へ、液体４Ｈｅ、４Ｈｅガス及び３Ｈｅガスを適宜供給したり、各ポット３２〜３４から各ガスを強制排気したりするものである。図示省略したが、ガスハンドリングユニット３５と各ポット３２〜３４間等には、ガスの供給排気用の配管が接続されている。ガスハンドリングユニット３５によるガスの供給排気制御により３Ｈｅポット３４が最終的に約０．３Ｋまで冷却される。

【0032】

前記物質判別装置６０は、ＳＴＪ素子２２から出力される電気信号（検出信号）をもとにテラヘルツ波を放射する物質Ｓを判別するものであり、例えば、プリアンプ４０により増幅された基板吸収型ＳＴＪ素子２０の検出信号を、Ａ／Ｄ変換器５０を介してデジタル変換して得たデータに基づき、物質Ｓの種類等を判別する。

【0033】

ここで、本実施形態によるテラヘルツ波検出センサ１の動作を図１及び図２に基づいて説明する。なお、以下の説明では、テラヘルツ波検出センサ１を封筒に向けて設置する場合を一例にして説明する。

【0034】

まず、冷却装置３０により、基板吸収型ＳＴＪ素子２０を約０．３Ｋまで冷却し、オペレータ等により、集光レンズ２が封筒の方向へ向くようにテラヘルツ波検出センサ１を設置し、検出準備を完了させる。

【0035】

ここで、封筒に同封された物質Ｓから自然放射されるテラヘルツ波は、封筒を透過して、外部へ放射されている。集光レンズ２及び超半球レンズ４は、この自然放射されているテラヘルツ波を基板２１の光集光面２１ａにおける所定の受光点に集光させる。この際、集光レンズ２と超半球レンズ４間に設けられた光学フィルタ３は、集光レンズ２によって集光された光のうち約０．７ＴＨｚ〜約３０ＴＨｚの周波数範囲の光を透過させる。

【0036】

テラヘルツ波が光集光面２１ａの所定の受光点に集光されると、基板２１はテラヘルツ波（すなわち、フォトンのエネルギー）を吸収し、このテラヘルツ波の吸収によって基板２１内にはフォノンが発生する。基板２１内で発生したフォノン群は基板２１内を伝播し、その一部が配線用層２３を介してＳＴＪ素子２２の下部電極２２ａに到達する。

【0037】

フォノンが下部電極２２ａに到達すると、下部電極２２ａ内のクーパー対が破壊されて準粒子が生成される。基板吸収型ＳＴＪ素子２０は、下部電極２２ａ内で生成された準粒子がトンネルバリア２２ｂをトンネルする際に流れるトンネル電流を、上部電極２２ｃ、配線２６及びＰＡＤ２６ａを介して検出信号として出力する。

【0038】

ＰＡＤ２６ａから出力された検出信号（トンネル電流値）は、プリアンプ４０で増幅される。そして、増幅された検出信号は、Ａ／Ｄ変換器５０でデジタルデータに変換されて物質判別装置６０に出力される。物質判別装置６０は、入力されたデジタルデータに基づき、封筒内の物質Ｓの種類を判別する。物質判別装置６０は、例えば、物質Ｓが麻薬等の違法薬物や爆薬等の危険物である場合、違法薬物や爆薬の種類を別に設けるディスプレイ等に表示させるとともに、アラーム音を発生させる。なお、アラーム音は発生させず、種類と警報をディスプレイ等に表示することもできる。

【0039】

かかる本実施形態のテラヘルツ波検出センサ１によれば、テラヘルツ波から生じさせたフォノンを冷却状態にあるＳＴＪ素子２２によって検出しテラヘルツ波に応じた電気信号を出力する構成であるため、テラヘルツ波の検出効率を向上させることができる。これにより、物質から自然放射されるような微量なテラヘルツ波を検出することができる。

【0040】

また、本実施形態のテラヘルツ波検出センサ１は、物質から自然放射される微量なテラヘルツ波を検出することができるとともに、その検出信号に基づいて物質を判別する、いわゆる、パッシブ式の物質判別センサであるため、従来のアクティブ式の物質判別センサにおいて必要であった、テラヘルツ波を発生する光源及びテラヘルツ波の投光用の集光装置が不要となり、構成が簡易になる。

【0041】

また、本実施形態のように、基板２１をテラヘルツ波のエネルギー吸収体とした基板吸収型ＳＴＪ２０素子を用いることで、テラヘルツ波の検出効率をより向上させることができる。

【0042】

ここで、約０．７ＴＨｚ〜約３０ＴＨｚの周波数範囲のテラヘルツ波は、衣や紙等を充分に通過する。したがって、本実施形態で一例を挙げた様に、封筒に同封された物質Ｓを未開封の状態で、その種類を判別することができる。また、物質Ｓは、封筒内に限らず、衣服やダンボールの中等に存在する場合でもよく、テラヘルツ波が透過可能なものであればどのようなもので覆われていてもよい。また、言うまでもないが、物質Ｓが単体で置かれている場合は、より精度よくテラヘルツ波を検知することができる。

【0043】

なお、本実施形態においては、冷却装置３０の小型機械式冷凍機３１は、第１冷却ステージ３１ａ、第２冷却ステージ３１ｂ、冷却ヘッド３１ｃ及びコンプレッサーを備えて構成された場合で説明したが、これに限らず、コンプレッサーが不要なクライオスタッド式のものでもよい。

【0044】

また、本実施形態において、冷却装置３０は、基板吸収型ＳＴＪ素子２０を約０．３Ｋまで冷却する場合で説明したが、これに限らず、約４．２Ｋまで冷却可能であればよい。基板吸収型ＳＴＪ素子２０の冷却温度が低いほど、テラヘルツ波の検出感度がより向上するが、基板吸収型ＳＴＪ素子２０を少なくとも略４．２Ｋまで冷却できれば、物質Ｓから自然放射されるテラヘルツ波を充分に検出することができるからである。この場合、冷却装置３０は、約４．２Ｋまで冷却可能な小型機械式冷凍機３１だけでよい。

【0045】

また、本実施形態においては、テラヘルツ波検出センサ１は、冷却装置３０を備えた場合で説明したが、これに限らず、ＳＴＪ素子２２が冷却状態にあれば冷却装置３０は備えなくてもよい。つまり、ＳＴＪ素子２２が充分（例えば、略４．２Ｋ）に冷やされてさえいればよく、センサ作動時に必ずしも冷却用の設備（冷凍装置）が付随していなくてもよい。

【0046】

図４は、上記実施形態の変形例を説明するための部分拡大図である。
図４に示すように、この変形例においては、センサの検査領域Ｄ（図４の点線内）を切り換える領域切換装置としての一次元ガルバノミラー７０を備えて構成されている。この一次元ガルバノミラー７０は、例えば、半導体製造技術を用いて形成された一般的なガルバノミラーであり、集光レンズ２の外側に設置されている。これにより、集光レンズ２へ入射するテラヘルツ波の検査領域Ｄの場所を一次元的に移動させて、直線状にセンシングすることができる。この場合、走査中の各検査領域Ｄでそれぞれ検出信号を出力し、各検出信号に基づき物質Ｓの種類を判別するようにしてもよい。また、一次元ガルバノミラーに限らず、二次元ガルバノミラーを用いてもよく、この場合、検査領域Ｄの場所を二次元的に移動させて、面状にセンシングすることができる。この場合、走査中の各検出信号に基づき、物質Ｓの形状をディスプレイ等に表示すると共に、物質Ｓの種類を判別するようにしてもよい。なお、ガルバノミラーは、集光レンズ２の外側に限らず、例えば、３００Ｋシールド３６ａの内側に配置して構成することもできる。また、領域切換装置は、上記のように、ガルバノミラー等の光学的な手段ではなく、例えば、３００Ｋシールド３６ａで囲まれるセンサ本体全体を意図する方向へ回転等させる機械的な手段であってもよい。

【0047】

また、テラヘルツ波は、ミリ波より波長が短いので、一般的なミリ波による画像表示センサと比較して高い位置精度のセンシングを行うことが可能である。したがって、衣服や梱包物等の中に存在する比較的小さな物質Ｓであってもその形状及び位置を高精度に検知することができる。

【0048】

図５は、上記実施形態の別の変形例を説明するための部分拡大図である。
図５に示すように、この別の変形例においては、伝播経路が互いに異なるテラヘルツ波のそれぞれに応じた電気信号を生成可能に設けられた複数の超伝導トンネル接合素子２２を備えて構成されている。具体的には、集光装置１０と基板吸収型ＳＴＪ素子２０とからなる受光部８０を、例えば、一列のアレイ状に複数配列して構成されている。これにより、各受光部８０からの検出結果に基づいて、一度に線状のセンシングができる。また、一列状に限らず、二次元マトリクス状に配置してもよい、この場合、一度に物質Ｓの形状を検知することができる。また、前述の図４に示すセンサの検査領域Ｄを切り換える領域切換装置を備える構成において、本変形例の構成を適用してもよい。

【0049】

なお、以上では、テラヘルツ波の検出信号に基づき、物質Ｓを判別する物質判別センサとしてのテラヘルツ波検出センサ１について説明したが、本発明はこれに限定するものではなく、物質判別することなく、単に、テラヘルツ波を検出するセンサであってもよい。この場合、この物質判別機能を有さないテラヘルツ波検出センサ１を、従来のアクティブ型の物質判別センサのセンサ部として用いてもよい。

【符号の説明】

【0050】

１・・・・・テラヘルツ波検出センサ
２・・・・・集光レンズ
３・・・・・光学フィルタ
４・・・・・超半球レンズ
１０・・・・・集光装置
２１・・・・・基板（吸収体基板）
２２・・・・・ＳＴＪ素子（超伝導トンネル接合素子）
３０・・・・・冷却装置
６０・・・・・物質判別装置
７０・・・・・一次元ガルバノミラー（領域切換装置）
Ｓ・・・・・・物質
Ｄ，Ｄ’・・・検査領域

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】