(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検試料に高周波を照射するためのＮＭＲプローブ用サンプルコイルと、
その一端が該ＮＭＲプローブ用サンプルコイルの一方のノードに接続されるＬＣ並列回路からなる分離回路と、
その一端が該分離回路の他端に接続され、他端がグランドに接地された第１の容量デバイスと、
その一端が前記ＮＭＲプローブ用サンプルコイルの一方のノードに接続され、他端が接地された第２の容量デバイスと、
その一端が前記ＮＭＲプローブ用サンプルコイルの他方のノードに接続され、他端が接地された第３の容量デバイスと、
その一端が同じく前記ＮＭＲプローブ用サンプルコイルの他方のノードに接続され、他端が外部入出力端子と接続されるマッチング用の第４の容量デバイスと、
を有し、該外部入出力端子から周波数の異なる２種類の高周波を同時に注入し、共振させるように構成されるＮＭＲプローブであって、
前記分離回路は、インダクタンス可変のインダクタとこれに並列に接続されたキャパシタンス可変の容量デバイスとで構成され、これらインダクタと容量デバイスと協調しながら前記２種類の高周波に関する所望の周波数割当てのそれぞれの周波数の回路効率を最適に保つようにその共振周波数が制御されることを特徴とするＮＭＲプローブ。
【請求項２】
前記分離回路のインダクタのインダクタンスと容量デバイスのキャパシタンスを外部からのリモート信号により可変できるように構成されたことを特徴とする請求項１記載のＮＭＲプローブ。
【請求項３】
前記分離回路のインダクタは手動で所望ステップに応じた値になるように調整するか、外部リモート制御信号を受けてその指示に従って予め準備されたメニュー通りに動作し、同様に前記分離回路の容量デバイスも所望ステップに応じた値に手動又はリモート制御で設定されることを特徴とする請求項１又は２記載のＮＭＲプローブ。
【請求項４】
前記分離回路のインダクタのインダクタンスＬｘの範囲は、前記サンプルコイルのインダクタンスをＬｓとして、以下の範囲であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載のＮＭＲプローブ。
（１／３）Ｌｓ＜Ｌｘ＜ｎｅａｒｌｙ Ｌｓ
【請求項５】
前記分離回路用の容量デバイスＣｄｃｐｌは、所望のＸ周波数に対する選ばれたインダクタンスＬｘについてその並列時のＬＣ共振周波数ｆｄｃｐｌが以下の範囲であることを特徴とする請求項３記載のＮＭＲプローブ。
ｎｅａｒｌｙ１ＭＨｚ＜｜ｆ（Ｘ）−ｆ（ｄｃｐｌ）｜＜５〜８ＭＨｚ
ただし、ｆ（Ｘ）＞ｆ（１３Ｃ）の場合
ｎｅａｒｌｙ１ＭＨｚ＜｜ｆ（１３Ｃ）−ｆ（ｄｃｐｌ）｜＜ｎｅａｒｌｙ３ＭＨｚ
ただし、ｆ（Ｘ）＜ｆ（１３Ｃ）の場合
【請求項６】
前記分離回路のインダクタのインダクタンスの調整は、予め形成されたインダクタを摺動機構を有するシャント端子が前記インダクタの任意の位置に圧接することにより行なうことを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載のＮＭＲプローブ。 
【請求項７】
前記分離回路の同時共振周波数及びそのカバー範囲は、当該ＮＭＲプローブの一つの入出力端子からその回路に作用し、両者の周波数はほぼ無反射で回路に結合していることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載のＮＭＲプローブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＮＭＲプローブに関し、更に詳しくは共振回路の一端から２種類の高周波を同時に注入し、共振させるようにした二重共振プローブに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＮＭＲ装置は、静磁場中に置かれた被測定試料に高周波信号を照射し、その後、被測定試料から出る微小な高周波信号（ＮＭＲ信号）を検出し、その中に含まれている分子構造情報を抽出することによって分子構造を解析する装置である。
【０００３】
図９はＮＭＲ装置の概略構成図である。高周波発振器１から発振された高周波信号は、位相制御器２及び振幅制御器３によって位相と振幅を制御され、電力増幅器４に送られる。電力増幅器４で、ＮＭＲ信号を励起するために必要な電力にまで増幅された高周波信号は、デュプレクサ５を介してＮＭＲプローブ６に送られて、ＮＭＲプローブ６内に置かれた図示しない検出コイルから被測定試料に照射される。
【０００４】
高周波照射後、被測定試料から出る微小なＮＭＲ信号は、ＮＭＲプローブ６内に置かれた図示しない検出コイルにより検出され、再びデュプレクサ５を介した後、今度は前置増幅器７に送られ、信号処理可能な信号強度まで増幅される。受信器８は、前記増幅器７で増幅された高周波のＮＭＲ信号をデジタル信号に変換可能なオーディオ周波数に周波数変換され、同時に振幅の制御を行なう。
【０００５】
受信器８でオーディオ周波数に周波数変換されたＮＭＲ信号は、アナログ・デジタル・データ変換器９によってデジタル信号に変換され、制御コンピュータ１０に送られる。制御コンピュータ１０は、位相制御器２及び振幅制御器３を制御すると共に、時間領域で取り込んだＮＭＲ信号をフーリエ変換処理して周波数領域に変換し、フーリエ変換後のＮＭＲ信号の位相を補正した後、ＮＭＲスペクトルとして表示する。
【０００６】
図１０はＮＭＲプローブの従来構成例を示す図である。以下に、記号の付し方について説明する。システムインピーダンスに整合させるデバイスをＶＣｍａｔｃｈ_ｈｏｔ、これのハイインピーダンス側のノードにおいてそのデバイスを介してグランドに接地するデバイスをＶＣｔｕｎｅ_ｈｏｔ１、サンプルコイルを経て反対側においてそのデバイスをグランドに接地するデバイスをＶＣｔｕｎｅ_ｈｏｔ２、分離回路を経てそのデバイスを介してグランドに接地するデバイスをＶＣｔｕｎｅ_ｈｏｔ３と定義することにする。
【０００７】
図１０，図１１はＮＭＲプローブの従来構成例を示す回路図である。ここでは、一般的なｆ１（ＬＦ核：例１３Ｃ）、ｆ２（ＬＦ核：例Ｘ）を想定している。図１０はコンセプトを実現する手段として２つのサンプルコイルを準備し、それぞれに１３Ｃの回路構成とＸの回路構成を形成する極めて一般的な回路である。
【０００８】
図１０において、Ｌ１はサンプルコイル（インダクタ）１、Ｃ１は該サンプルコイルＬ１の一端とグランド間に接続されたコンデンサ、Ｃ２はサンプルコイルＬ１の他端とグランド間に接続されたコンデンサ、Ｃ３はコイルＬ１とコンデンサＣ２の接続点にその一端が接続され、他端は入出力端子Ｊ１に接続されたコンデンサである。コンデンサＣ１とＣ２は同調用コンデンサ、Ｃ３はマッチング用のコンデンサである。入出力端子Ｊ１からはｆ１＝ｆ（１３Ｃ）なる高周波が印加され、サンプルコイルＬ１から試料（図示せず）に照射される。ｆ１が照射された後、試料から発生されたＮＭＲ信号は、サンプルコイルＬ１で検出され、入出力端子Ｊ１に出力される。
【０００９】
Ｌ２はサンプルコイル２、Ｃ４は該サンプルコイルＬ２の一端とグランド間に接続されたコンデンサ、Ｃ５はサンプルコイルＬ２の他端とグランド間に接続されたコンデンサ、Ｃ６はコイルＬ２とコンデンサＣ５の接続点にその一端が接続され、他端は入出力端子Ｊ２に接続されたコンデンサである。コンデンサＣ４とＣ５は同調用コンデンサ、Ｃ６はマッチング用のコンデンサである。入出力端子Ｊ２からはｆ２＝ｆ（Ｘ）なる高周波が印加され、サンプルコイルＬ２から試料（図示せず）に照射される。ｆ２が照射された後、試料から発生されたＮＭＲ信号は、サンプルコイルＬ２で検出され、入出力端子Ｊ２に出力される。
【００１０】
図１０に示す回路は、サンプルコイルがＬ１とＬ２の２個共存することで成立する回路である。サンプルコイルＬ１とＬ２は物理的距離として互いに離間して並立されるので、内側に配置されるコイルでＮＭＲ共鳴を観測する核に対し、外側に配置されるコイルで観測する核種の感度は大きく低下する。同時に静磁場の均一空間領域が異なる可能性があるので、分解能の一致性に問題がある。
【００１１】
図１１は図１０に示す回路を１個の回路で実現したものである。図１１において、Ｃ７はコンデンサ、Ｌ３はコイルであり、これらコンデンサＣ７とコイルＬ３と分離回路を構成する。このような分離回路を有することで、共振周波数ｆ１とｆ２を有する二重化ＮＭＲプローブを実現することができる。
【００１２】
Ｃ８はコイルＬ３とコンデンサＣ７とで構成される分離回路の一端とその一端が接続され、他端がグランドに接地されたコンデンサ、Ｃ９はその一端がコイルＬ３の他端に、他端がグランドに接地されたコンデンサである。Ｌ４はサンプルコイル、Ｃ１０はその一端が該サンプルコイルＬ４の他端と、他端がグランドに接地されたコンデンサ、Ｃ１１はその一端がコイルＬ４の他端と、他端が入出力端子Ｊ３と接続されたコンデンサである。Ｃ１２はその一端がコンデンサＣ８の一端と、他端が入出力端子Ｊ４と接続されたコンデンサである。コンデンサＣ８とＣ９とＣ１０は同調用コンデンサであり、コンデンサＣ１１とＣ１２はマッチング用コンデンサである。
【００１３】
入出力端子Ｊ３からはｆ１（１３Ｃ）の高周波が入力されてサンプルコイルＬ４を駆動し、入出力端子Ｊ４からはｆ２（Ｘ）の高周波が入力されてサンプルコイルＬ４を駆動する。ここで１３Ｃは核種13Ｃの共鳴周波数であり、Ｘはそれ以外の核種からなる共鳴周波数である。
【００１４】
この回路では、分解能的な懸念と距離的な懸念は払拭されるが、分離回路による損失が大きく、最適な構成を保証する裏付けによるデバイス割当てが行われなくては、前提となる要件の項目は、最大効率７０数％の維持は困難である。更に、周波数レンジを広い範囲にわたって保証する技術開示がないので、Ｘの周波数が大きく変動すると、回路効率は大きく低下する。
【００１５】
従来のこの種の装置としては、ＨＦ（１９Ｆ核〜１Ｈ核の共鳴周波数に相当する周波数の高周波）とＬＦ（３１Ｐの共鳴周波数よりも低い周波数の高周波）に二重共振可能な内側コイルと、ＨＦとＬＦに二重共振可能な外側コイルとを備えたＮＭＲプローブが知られている（例えば特許文献１参照）。
【００１６】
また、試料の近傍に配置され、試料に周波数の異なる２種の高周波を照射するための回路或いは試料から発生する周波数の異なる２種の高周波信号を検出するための回路に接続される第１のコイルと、該第１のコイルと相互結合するように該第１のコイルと同軸上に配置された第２のコイルと、該第２のコイルに並列接続された第２の可変コンデンサとを備えた高周波回路が知られている（例えば特許文献２参照）。
【００１７】
また、試料管を三層に取り囲み、内側から外側に向けて配置される３つのコイル、すなわち、ＨＦとＬＦに多重共振可能な内側コイルと、ＨＦとＬＦに多重共振可能で、前記内側コイルとは発生する高周波磁場の方向が直交する外側コイルと、ロック周波数に少なくとも共振可能で、前記外側コイルとは発生する高周波磁場の方向が直交し、前記内側コイルとは発生する高周波磁場の方向が一致する最外側コイルとを備えたＮＭＲプローブが知られている（例えば特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】特開２００８−６４７０２号公報（段落００２８〜００３４、図５）
【特許文献２】特公昭５９−４５０９７号公報（第２頁左欄第２４行〜第３頁左欄第５行、第１図）
【特許文献３】特開２００８−２９８４２１号公報（段落００３８〜００４６、図６）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
次に、従来型のように入出力端子が２つある場合の問題点について説明する。従来型の場合、それぞれにデュープレクサ（ｄｕｐｌｅｘｅｒ：外部回路に用意する）回路を準備する必要があり、コストや装置設計上の複雑さ等を考慮すると、高価な装置となってしまう。図１２はＮＭＲプローブの要部の構成例を示す回路図である。第１のパワーアンプ１６の出力は、第１のデュープレクサ１７を介してプローブ１５の一つの入出力端子Ｊ１に入力される。一方、第２のパワーアンプ１８の出力は、第２のデュープレクサ１９を介してプローブ１５の他方の入出力端子Ｊ２に入力される。
【００２０】
このようにして第１及び第２のパワーアンプ１６，１８から入力される高周波はプローブ１５のサンプルコイルを駆動し図示しない試料に高周波を照射する。内部のサンプルコイル（図示せず）を駆動する。そして、プローブ１５の内部のサンプルコイルで検出されたＮＭＲ信号は、それぞれの入出力端子Ｊ１，Ｊ２からＮＭＲ検出信号として取り出され、デュープレクサ１７，１９を介してそれぞれのプリアンプ（前置増幅器）２０，２１に入り、所定の振幅レベルまで増幅される。この場合において、パワーアンプ１６からは高周波であるｆ１（１３Ｃ）が入出力端子Ｊ１に入力され、パワーアンプ１８からは高周波であるｆ２（Ｘ）が入出力端子Ｊ２に入力される。
【００２１】
入出力端子Ｊ１とＪ２から取り出されたＮＭＲ信号は図示しないレシーバを経て復調・位相切替等を行ない、最終的にＡ／Ｄコンバータを通してデータ処理側に送られ、フーリエ変換処理されたＮＭＲスペクトルとして表示される。
【００２２】
これをパワーコンバイナ（混合器）を使用して一つの端子に導入でき、同様のＣ−Ｘ（Ｘ：１５Ｎ〜３１Ｐまでの広い範囲の周波数レンジをカバーできる）測定ができたら都合がよい。図１３はＮＭＲプローブの要部の他の構成例を示す回路図である。図１２と同一のものは同一の符号を付して示す。この構成例は、デュープレクサの機能を持つパワーコンバイナ２５を設け、二つのパワーアンプ１６，１８からそれぞれの周波数（ｆ１（１３Ｃ）とｆ２（Ｘ））のパワーを出力し、パワーコンバイナ２５を介して入出力端子Ｊ３を経てプローブ１５内のサンプルコイル（図示しない）を駆動するものである。これらパワーアンプ１６，１８で高周波をプローブ１５に照射し、サンプルコイルからのＮＭＲ検出信号をパワーコンバイナ２５でプリアンプ２６側に接続する。プリアンプ２６は、ＮＭＲ検出信号を増幅して後段の回路に送る。
【００２３】
図１４はＮＭＲプローブの要部の他の構成例を示す回路図である。図１３と同一のものは、同一の符号を付して示す。この構成例は、図示しない２つの発振器からの一つのワイドアンプ３０を使用して該ワイドアンプ３０からはｆ１（１３Ｃ）とｆ２（Ｘ）の高周波を出力してプローブ１５内の図示しないサンプルコイルを駆動して試料に高周波を照射するようにしたものである。この場合において、ワイドアンプ３０からの高周波信号はデュープレクサ３１を介して入出力端子Ｊ３を経てプローブ１５内の試料を照射し、試料から検出されたＮＭＲ信号は、デュープレクサ３１でプリアンプ３２側に入力するようになる。この際のプリアンプ３２以降の回路動作は、図１２について前述した通りである。
【００２４】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、容易にＣ−Ｘ測定が可能な装置を提供し、またＸ核としてカバーできる周波数範囲を飛躍的に延ばせ且つ無反射で２信号を検出器に導入することができるＮＭＲプローブ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】
【００２５】
［前提となる要件］
本発明の構成を説明する前に、本発明の前提となる要件について説明する。
Ａ．この発明は、主として、最重要な核種である１３Ｃ核をアンカー（固定）として、Ｃ−Ｘなる、異なる２核の同時共鳴を目指している。このため、想定しているそれ相応のサンプルコイルのインダクタンスは、６０ｎＨ前後から数百ｎＨの範囲にある。拡張した適用範囲としては、１Ｈ核をアンカーとしたＨ−Ｘｈｉｇｈも可能で、その場合のサンプルコイルのインダクタンス範囲は、１３Ｃ核と１Ｈ核の相対周波数範囲が４倍であることから、相当するインダクタンス範囲は、１３Ｃの場合の４の二乗分の１、つまり１６分の１にあればよいことになる。
【００２６】
こうして、数ｎＨから２０ｎＨ程度の範囲にあれば、同様の動作をさせることが可能である。本発明の説明では、メインに挙げている１３Ｃ核をアンカーにする２モードデュアル共振回路方式で行なう。Ｃ−Ｘ同時共振回路の性能評価をする上で、その回路のＲＦ共振効率を算出することは理にかなっているので、使用するサンプルコイルの両端で発生する共振時電圧（但し、評価を一元化して行なえるように該共振回路には正規化した１００ワットの１３Ｃ核及びＸ核のＲＦ電力が投入される場合で考える）を考慮する。当該サンプルコイルでシングルチューニング回路を形成した時にそのコイルで発生する正規化した電力下での共振電圧は概ね図１６に示すようなものとなる。図１５はその時の共振回路の一例を示す図である。
【００２７】
図１５は共振回路の構成例を示す図である。図において、Ｌ１０はサンプルコイル、Ｃ１０はその一端が該サンプルコイルＬ１０の一端と接続され、他端がグランドに接地されたチューニング用コンデンサ、Ｃ１１はその一端が前記サンプルコイルＬ１０と接続され、他端がグランドに接地されたチューニング用コンデンサ、Ｃ１２はその一端がコンデンサＣ１１と接続され、他端が入出力端子Ｊ５と接続されたマッチング用コンデンサである。入出力端子Ｊ５からはｆ（Ｘ）なる高周波がサンプルコイルＬ１０に印加され、該サンプルコイルＬ１０は図示しない試料を照射する。その後試料で発生したＮＭＲ信号を同じくサンプルコイルＬ１０で検出して入出力端子Ｊ５に送る。
【００２８】
図１６は標準的な共振回路の回路Ｑと共振電圧の周波数特性を示す図である。回路は図１５に示す回路を用いた。図１６において、横軸は共振周波数［ＭＨｚ］、縦軸は一方がサンプルコイルの両端の共振電圧、他方が共振回路のＱである。■で示した特性が１００Ｗにおるサンプルコイル両端の電圧、◆で示した特性が共振回路のＱである。図より明らかなように、サンプルコイルの両端の電圧と、共振回路のＱは共振周波数に対してほぼ同様な変化を示していることが見てとれる。
【００２９】
但し、図１６に示す共振回路を形成するサンプルコイルのインダクタンスは、最大で２５０ｎＨ程度としている。また、想定周波数は、４００ＭＨｚのＮＭＲ装置で使用する場合のＮＭＲ周波数としている。図１６に示す特性の場合、シングルチューニング時の回路のＱとコイル両端の共振電圧が示されているので、発明の２モードデュアル共振回路の効率評価では、このグラフの相当周波数における共振電圧が１００％効率時であるとしてそれとの比から求めることができる。但し、正規化した入力ＲＦ電力は、１００ワットとしている。
Ｂ．２モードデュアル共振回路動作で両者の周波数がほぼ無反射で回路に結合するために要求される分離回路のＬｄｃｐｌコイルの特性は図１７に示すようなものとなる。図１７はＣ−Ｘペアで良好な整合を維持し２モード共振回路を可能とするＬｄｃｐｌと周波数帯の相関を示したものである。サンプルコイルのインダクタンスＬｓは２５０ｎＨのケースを示す。横軸は２モード時のＸの周波数［ＭＨｚ］、縦軸は分離回路用インダクタＬｄｃｐｌのインダクタンス［ｎＨ］である。この特性図は、共鳴周波数をある値にとったときに、ＬＣ共振回路のインダクタンスとしてどれ位の値のものを用いればよいかを示している。
【００３０】
本来の動作では、アンカーが１３Ｃ（ここではほぼ１００ＭＨｚに相当）なので、コンビとなるＸ核の周波数は、１００ＭＨｚに近接する周波数ではクロストークが発生し、互いに摂動変化を与える。このため、１００ＭＨｚ近傍では信号不感帯として窓を開けているのが普通である。この図の意図は、求める特性の傾向がアンカーを境に変化する様子を示すために記載したものである。
Ｃ．同様に、２モードデュアル共振回路動作で両者の周波数がほぼ無反射で回路に結合するために要求される構成回路の主容量デバイスの特性は図１８に示すような特性を満足させる必要がある。図１８はＣ−Ｘモードでの主要容量デバイスの相関を示す図である。横軸は２モード時のＸの周波数［ＭＨｚ］、縦軸は容量デバイスの値［ｐＦ］である。これら特性を示す各回路の構成要素は図１９に示すものとなる。即ち、２モード時におけるＸの周波数に対応する容量デバイスの容量が幾つになるかを示している。即ち図１９に示す回路のコンデンサ及びバリコンの周波数に示す容量特性が図１８に示すようになるということである。
Ｄ．このような条件を満足する回路形成で得られる本発明回路での効率評価結果は図２０に示すようなものとなる。図２０は１端子２モード（Ｃ−Ｘ）共振回路の周波数特性を示す図である。回路効率と回路のＱが縦軸、横軸が周波数［ＭＨｚ］である。アンカーの１３Ｃの効率とゲストのＸ効率は周波数特性では相補的、すなわちトレードオフの関係になる。
【００３１】
また、発明モデルにより概ね６０％強から７０％（両者混合の電力共存の場合、最高でも電力フィフティ・フィフティで、電圧換算すると共に７０数％が最大値となる）程度の効率が１５Ｎ〜３１Ｐ核まで得られているといえる。Ｑ値でモニタすると、１００ＭＨｚ近辺で傾向線（ドットで示す曲線）から逸脱する傾向が見られることで、この近傍では両者が干渉し合っていることが分かる。数ＭＨｚ近傍ぐらいまで実用に耐えそうであるが、厳密に観察すると傾向が問題なく使うためには、±１０ＭＨｚ程度であると考えられる。
Ｅ．回路動作を保証するシステムインピーダンスが正常にとれている場合は、回路のＱは、シングルチューニング時のそれと２モードデュアル同時並立時のそれは、大きな乖離を生まない。これにより両者周波数が同時に整合がとれているか判定できる。以下にその成果を示す。図２１は、１端子２モード（Ｃ−Ｘ）共振回路の周波数特性を示す図である。横軸は共振周波数［ＭＨｚ］、縦軸はそれぞれの場合の回路のＱと回路Ｑの比を示す。回路Ｑの比をみると、１割以内に収まっているので、かなりの整合性が見てとれる。
【００３２】
次に、課題を解決するための手段について記載する。
【００３３】
（１）請求項１記載の発明は、  被検試料に高周波を照射するためのＮＭＲプローブ用サンプルコイルと、その一端が該ＮＭＲプローブ用サンプルコイルの一方のノードに接続されるＬＣ並列回路からなる分離回路と、その一端が該分離回路の他端に接続され、他端がグランドに接地された第１の容量デバイスと、その一端が前記ＮＭＲプローブ用サンプルコイルの一方のノードに接続され、他端が接地された第２の容量デバイスと、その一端が前記ＮＭＲプローブ用サンプルコイルの他方のノードに接続され、他端が接地された第３の容量デバイスと、その一端が同じく前記ＮＭＲプローブ用サンプルコイルの他方のノードに接続され、他端が外部入出力端子と接続されるマッチング用の第４の容量デバイスと、を有し、該外部入出力端子から周波数の異なる２種類の高周波を同時に注入し、共振させるように構成されるＮＭＲプローブであって、前記分離回路は、インダクタンス可変のインダクタとこれに並列に接続されたキャパシタンス可変の容量デバイスとで構成され、これらインダクタと容量デバイスと協調しながら前記２種類の高周波に関する所望の周波数割当てのそれぞれの周波数の回路効率を最適に保つようにその共振周波数が制御されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３９】
本発明は以下の効果を奏する。
【００４０】
（１）請求項１記載の発明によれば、容易にＣ−Ｘ測定が可能な装置を提供し、またＸ核としてカバーできる周波数範囲を飛躍的に延ばせ且つ無反射で２信号を検出器に導入することができるＮＭＲプローブを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】実施例１の構成例を示す回路図である。
【図２】実施例１の他の構成例を示す回路図である。
【図３】実施例２の構成例を示す回路図である。
【図４】実施例２の他の構成例を示す回路図である。
【図５】インダクタンス可変の概念図である。
【図６】シャント端子のインダクタへの接触動作を示す図である。
【図７】サポートの形状の一例を示す図である。
【図８】コイルと端子とサポートの配置を示す図である。
【図９】ＮＭＲ装置の概略構成図である。
【図１０】ＮＭＲプローブの従来構成例を示す回路図である。
【図１１】ＮＭＲプローブの他の従来構成例を示す回路図である。
【図１２】ＮＭＲプローブの要部の構成例を示す回路図である。
【図１３】ＮＭＲプローブの要部の他の構成例を示す回路図である。
【図１４】ＮＭＲプローブの要部の他の構成例を示す回路図である。
【図１５】共振回路の構成例を示す図である。
【図１６】標準的な共振回路の回路のＱと共振電圧の周波数特性を示す図である。
【図１７】Ｃ−Ｘペアで良好な整合を維持し、２モード共振回路を可変するＬｄｃｐｌ（Ｘ）と周波数帯の相関を示す図である。
【図１８】Ｃ−Ｘモードでの主要容量デバイスの相関を示す図である。
【図１９】共振回路の構成例を示す図である。
【図２０】１端子２モード（Ｃ−Ｘ）共振回路の周波数特性を示す図である。
【図２１】シングルモードＱｘと２モードＣ−ＸのＱｘの相関を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４９】
以下、本発明の実施例について図面を参照して、詳細に説明する。
［実施例１］
図１は実施例１の構成例を示す回路図である。図１において、Ｃ１０はチューニング用コンデンサ、Ｌ１０はコンデンサＣ１０の一端と接続されたインダクタンス可変のインダクタ、Ｃ１１は該インダクタＬ１０と並列接続された容量可変のコンデンサである。インダクタＬ１０とコンデンサＣ１１とで分離回路を構成する。この分離回路は、インダクタＬ１０とコンデンサＣ１１とで構成され、インダクタンスを逐次変え、並列配置のコンデンサＣ１１と協調しながら所望の周波数割当て（Ｃ−Ｘ：１３Ｃ核とそれ以外の核種のＮＭＲ周波数）のそれぞれの周波数の回路効率を最適に保つようにその共振周波数を制御するようになっている。このために、インダクタＬ１０のインダクタンスとコンデンサＣ１１の容量は可変できるようにし、共振周波数を可変できるようになっている。
【００５０】
前記チューニング用コンデンサＣ１０の他端はグランドに接地されている。Ｃ１２はインダクタＬ１０の他端とグランド間に接続されたチューニング用コンデンサ、Ｌ１１は該コンデンサＣ１２の一端と接続されたサンプルコイル（インダクタ）、Ｃ１３はサンプルコイルＬ１１の他端とグランド間に接続されたチューニング用コンデンサ、Ｃ１４はコイルＬ１１とコンデンサＣ１３の接続点にその一端が接続され、他端は入出力端子Ｊ１０に接続されたコンデンサである。コンデンサＣ１０，Ｃ１２及びＣ１３はチューニング（同調）用コンデンサ、Ｃ１４はマッチング用のコンデンサであり、そのキャパシタンスは可変できるようになっている。
【００５１】
入出力端子Ｊ１０からはｆ１＝ｆ（１３Ｃ）なる高周波と、ｆ２＝ｆ（Ｘ）なる高周波が同時に印加され、サンプルコイルＬ１１から試料（図示せず）に照射される。ｆ１が照射された後、試料から発生されたＮＭＲ信号は、サンプルコイルＬ１１で検出され、入出力端子Ｊ１０に出力される。
【００５２】
このように構成された回路において、入出力端子Ｊ１０からは１３Ｃの高周波とＸの高周波が同時に印加される。これら高周波は、サンプルコイルＬ１１を駆動し、図示しない試料に高周波が照射される。照射した後、サンプルコイルＬ１１からは、試料からの高周波の周波数に対応したｆ１とｆ２の共鳴点を持つＮＭＲ信号が検出され、コンデンサＣ１４からは検出されたＮＭＲ信号が入出力端子Ｊ１０を介して外部に出力される。この時、前記分離回路は検出信号であるＮＭＲ信号がグランドに漏れないように高インピーダンスを保持する。
【００５３】
この分離回路のインダクタのインダクタンスＬｘの範囲は、前記サンプルコイルのインダクタンスをＬｓとして、以下の範囲であることを特徴とする。
【００５４】
（１／３）Ｌｓ＜Ｌｘ＜ｎｅａｒｌｙ Ｌｓ
この実施例の発明によれば、前記分離回路のインダクタンスを所定の範囲になるように設定することにより、共振回路を最適に設定することができる。
【００５５】
また、前記分離回路用の容量デバイスＣｄｃｐｌは、所望のＸ周波数に対する選ばれたインダクタンスＬｘについてその並列時のＬＣ共振周波数ｆｄｃｐｌが以下の範囲にあることを特徴とする。
【００５６】
ｎｅａｒｌｙ１ＭＨｚ＜｜ｆ（Ｘ）−ｆ（ｄｃｐｌ）｜＜５〜８ＭＨｚ
ただし、ｆ（Ｘ）＞ｆ（１３Ｃ）の場合
ｎｅａｒｌｙ１ＭＨｚ＜｜ｆ（１３Ｃ）−ｆ（ｄｃｐｌ）｜＜ｎｅａｒｌｙ３ＭＨｚ
ただし、ｆ（Ｘ）＜ｆ（１３Ｃ）の場合
この分離回路のＬＣ共振周波数が所定の範囲になるようにすることで、共振回路を最適に設定することができる。
【００５７】
前記分離回路の同時共振周波数及びそのカバー範囲は、当該ＮＭＲプローブの一つの入出力端子からその回路に作用し、両者の周波数はほぼ無反射で回路に結合していることを特徴とする。
【００５８】
この分離回路のインダクタンスとキャパシタンスを最適に調整することにより、共振回路を無反射の回路とすることができる。
【００５９】
以上、説明したように、本発明によれば、容易にＣ−Ｘ測定が可能な装置を提供し、またＸ核としてカバーできる周波数範囲を飛躍的に延ばせ且つ無反射で２信号を検出器に導入することができるＮＭＲプローブを提供することができる。
【００６０】
図２は実施例１の他の構成例を示す図である。図１と同一のものは、同一の符号を付して示す。この実施例は、分離回路のインダクタＬ１０のインダクタンスとコンデンサＣ１１のキャパシタンスをリモート信号により可変できるようにしたものである。このリモート信号は外部端子Ｊ１１からリモート信号として入力される。
［実施例２］
図３は実施例２の構成例を示す回路図である。図１と同一のものは、同一の符号を付して示す。この実施例は、入出力端子を更に一つ設けてＪ１２とし、Ｊ１２からｆ２（ｆ２＝ｆ（Ｘ））の高周波を入力するようにしたものである。元の入出力端子Ｊ１０からはｆ１（＝ｆ（１３Ｃ））の高周波を入力するようにしている。Ｃ１５はマッチング用コンデンサとして分離回路の一端と入出力端子Ｊ１２間に接続されている。この場合、ＮＭＲ信号は、それぞれの端子Ｊ１０，Ｊ１２から取り出される。即ち、ｆ１は端子Ｊ１０から、ｆ２は端子Ｊ１２から取り出される。
【００６１】
このような構成にしても、その回路動作は図１に示す実施例１と同じ動作をする。即ち、入出力端子Ｊ１０からはｆ１の高周波を、入出力端子Ｊ１２からはｆ２の高周波を同時に印加する。この結果、サンプルコイルＬ１１からは２つの周波数を持つ高周波が試料（図示せず）に照射される。試料で発生されたＮＭＲ信号は入出力端子Ｊ１０又はＪ１２から取り出される。この時、入出力端子Ｊ１０からはｆ１ＮＭＲ信号が取り出され、入出力端子Ｊ１２からはｆ２ＮＭＲ信号がとりだされる。分離回路は、ｆ１のＮＭＲ信号が入出力端子Ｊ１２側に漏れるのを阻止する。
【００６２】
図４は実施例２の他の構成例を示す図である。図２，図３と同一のものは、同一の符号を付して示す。この実施例は、分離回路のインダクタＬ１０のインダクタンスとコンデンサＣ１１のキャパシタンスをリモート信号により可変できるようにしたものである。このリモート信号は外部端子Ｊ１３からリモート信号として入力される。
【００６３】
次に、インダクタのインダクタンスの可変機構について説明する。図５はインダクタンス可変の概念図である。図において、４０はコイルが複数巻回されたインダクタ、４１はシャント端子で、インダクタ４０の表面を接触しながら摺動する。シャント端子４１の一端には端子Ｊ２０が取り付けられており、インダクタ４０の一端にも端子Ｊ２１が取り付けられている。そして、端子Ｊ２０と端子２１から取り出されるインダクタのインダクタンスが可変することになる。
【００６４】
即ち、シャント端子４１を図の矢印Ａ方向に移動させると、インダクタ４０のシャント端子４１が接触する領域までのインダクタンス成分はインダクタンスとして機能しないことになる。従って、端子Ｊ２０からＪ２１までの範囲で機能するインダクタンスは、Ｌｘ０、Ｌｘ１、Ｌｘ２、Ｌｘ３と順次減少していく。このような動作によりインダクタのインダクタンスを可変することができる。
【００６５】
図６はシャント端子のインダクタへの接触動作を示す図である。図５と同一のものは、同一の符号を付して示す。図は対象部材を上から見た場合の図を示している。図において、４０はインダクタ、４１はシャント端子、４２は該シャント端子４１を保持するサポート、４３は該サポート４２の一端と接続されるボールネジである。最初はシャント端子部を図に矢印Ｂで示す方向に移動させる。
【００６６】
次に、（ｂ）の位置にきたら、今度はボールネジ４３を回転させてサポート４２を図の矢印Ｃ方向に移動させる。その結果、シャント端子４１はインダクタ４０に対して所定の位置に達することになる。所定の位置に達したら、今度は（ｃ）に示す矢印Ｄ方向にシャント端子４１を移動させる。この結果、シャント端子４１はインダクタ４０に接触することになる。この状態が図５のＬｘ０の状態である。ここで、ボールネジ４３を回転させて矢印Ｃ方向に移動させると、図に示すインダクタのインダクタンスは漸次減少していくことになる。
【００６７】
この実施例によれば、シャント端子４１がインダクタ４０の所定の位置に達するまではシャント端子４１とインダクタ４０は接触せず、シャント端子４１がインダクタ４０に接触してから、図５に示すようにそのインダクタ４０上を摺動していくことになり、無用なシャント端子の摩耗を防ぐことができる。シャント端子４１が摩耗しないので、インダクタ４０と接触部分は確実に接触し、接触抵抗が増加するということもない。
【００６８】
図７はサポートの形状の一例を示す図である。図６と同一のものは、同一の符号を付して示す。図において、４０はインダクタ、４１はシャント端子、４２はサポートである。移動時にはシャント端子４１とインダクタ４０は離れているが、設定時には接着し所定のインダクタンスを持つインダクタとして形成されることになる。ここで、シャント端子は両側共に導体によるものになるか片側だけ導体で他方は絶縁体であるかを決める必要がある。
【００６９】
コイルを含めたこの回路の性能に関わるので、実験的に決められる。一般的には両側共に導体の方が作りやすいし回路動作上も接触抵抗が軽減できる（２点で接触しているため）ので安定動作が見込まれる。インダクタンスの関係などコントロールしたい周波数範囲の関係で微妙なインダクタンス割り当てが必要な場合は導体と絶縁体の混合した端子が使用される。一点鎖線で示すケースの場合は、当該サポートの形状が半円かまぼこ型ではなく、ほぼ円筒型形状のもので移動前は開いた状態にあり、所望の接触位置で閉じた状態になる。
【００７０】
図８はコイルと端子とサポートの配置を示す図である。コイル（インダクタ）４０はサポート４２の内部に設けられており、シャント端子４１はサポート４２に取り付けられている。そして、図７に示すように、移動時には端子１と端子２はコイル４０から離れており、設定時に端子１と端子２はコイル４０に接着する。
【００７１】
上述の実施例では、固定側核種として１３Ｃを用いた場合を例にとったが、本発明はこれに限るものではなく、ＰやＦ等を用い、他方の核種としてＸを用いるようにすることが可能である。
【００７２】
本発明によれば、以下に示すような効果が得られる。
１）本発明により容易にＣ−Ｘ測定が可能な装置及び測定方法を提供することができる。
２）本発明によれば、Ｘ核としてカバーできる周波数範囲が飛躍的に延び、且つ無反射で２信号を検出器に導入できるので、感度及び照射効率が向上する。
３）本発明で最適設計値を開示しているので、類似回路構成にこの設計値を利用することで、Ｑが極めて良好な回路を提供することができる。
４）一つのサンプルコイルに２モードを導入できるので、分解能を一義的に決定することができる。
【符号の説明】
【００７３】
Ｃ１０  コンデンサ
Ｃ１２  コンデンサ
Ｃ１３  コンデンサ
Ｃ１１  可変コンデンサ
Ｃ１４  可変コンデンサ
Ｌ１０  可変インダクタ
Ｌ１１  サンプルコイル
Ｊ１０  入出力端子
【図１】
0005594475.tif 000002
【図２】
0005594475.tif 000003
【図３】
0005594475.tif 000004
【図４】
0005594475.tif 000005
【図５】
0005594475.tif 000006
【図６】
0005594475.tif 000007
【図７】
0005594475.tif 000008
【図８】
0005594475.tif 000009
【図９】
0005594475.tif 000010
【図１０】
0005594475.tif 000011
【図１１】
0005594475.tif 000012
【図１２】
0005594475.tif 000013
【図１３】
0005594475.tif 000014
【図１４】
0005594475.tif 000015
【図１５】
0005594475.tif 000016
【図１６】
0005594475.tif 000017
【図１７】
0005594475.tif 000018
【図１８】
0005594475.tif 000019
【図１９】
0005594475.tif 000020
【図２０】
0005594475.tif 000021
【図２１】
0005594475.tif 000022