(57)【要約】【課題】ＮＭＲプローブにおけるＮＭＲ信号検出回路をノイズに影響されずに簡便にチューニングする。【解決手段】ＮＭＲプローブは、送受信コイルを含む同調整合回路（検出回路）を有する。具体的には、同調整合回路は、同調用可変コンデンサを備えた同調回路及び整合用可変コンデンサを備えた整合回路を含む。チューニングコントローラは、設定値セットを切り替えながら、２つの可変コンデンサに対して設定値セットを試行的に設定した上で反射波レベルを観測する工程を繰り返し実行する。チューニングコントローラは、複数の設定値セットと複数の反射波レベルに基づいて、チューニング状態関数に含まれる複数の未知係数について係数値を特定した上で、チューニング状態関数の極小値から最適な設定値セット[Cts,Cms]を求める。【選択図】図４
2014041099.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＮＭＲ検出用コイルによって試料からのＮＭＲ信号を検出する回路であって、同調回路及び整合回路を備えた検出回路と、
前記同調回路に対する設定値と前記整合回路に対する設定値とからなる設定値セットを切り替えながら、複数の設定値セットを前記同調回路及び前記整合回路に対して試行的に順次設定する仮設定手段と、
前記各設定値セットの設定時に前記検出回路のチューニング状態を示す状態値を取得し、これにより前記複数の設定値セットに対応する複数の状態値を取得する観測手段と、
前記複数の設定値セット及び前記複数の状態値に基づいて、前記検出回路のチューニング状態を表すチューニング状態関数に含まれる複数の未知係数についてそれぞれ係数値を推定し、これにより特定されるチューニング状態関数から最適な設定値セットを求める演算手段と、
前記同調回路及び前記整合回路に対して前記最適な設定値セットを設定する本設定手段と、
を含むことを特徴とするＮＭＲプローブチューニング装置。
【請求項２】
請求項１記載の装置において、
前記同調回路は同調用可変コンデンサを有し、前記整合回路は整合用可変コンデンサを有し、
前記設定値セットは前記同調用可変コンデンサの設定値と前記整合用可変コンデンサの設定値とからなり、
前記検出回路のチューニング状態を示す状態値は前記検出回路から送信側へ戻る反射波のレベルであり、
前記演算手段は、前記特定されたチューニング状態関数における極値から、前記最適な設定値セットとして、最適な同調用可変コンデンサ設定値及び最適な整合用可変コンデンサ設定値を演算する、
ことを特徴とするＮＭＲプローブチューニング装置。
【請求項３】
請求項２記載の装置において、
前記チューニング状態関数は、前記同調用可変コンデンサの設定値と前記整合用可変コンデンサの設定値との組合せごとの反射レベルを表す二次元関数であり、
前記チューニング状態関数を示す三次元グラフを作成してユーザーに提供するグラフ作成手段が設けられた、
ことを特徴とするＮＭＲプローブチューニング装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の装置において、
前記仮設定手段は、観測対象核種及び使用するＮＭＲプローブに応じて、前記試行的に設定される複数の設定値セットの構成を変更する、ことを特徴とするＮＭＲプローブチューニング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＮＭＲプローブチューニング装置に関し、特に、ＮＭＲプローブ内におけるＮＭＲ信号検出回路を自動的に調整する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
核磁気共鳴装置（ＮＭＲ装置）においては、静磁場を生じさせる超伝導磁石内に試料と共にＮＭＲプローブ（ＮＭＲ信号検出用プローブ）が配置される。ＮＭＲプローブは、試料に対して変動磁場を与え且つ試料のＮＭＲ信号を検出するための送受信コイルを備える。観測対象となる核種によって共鳴周波数が異なるので、試料測定の際には、観測対象となった核種に適合する特定周波数を有する高周波信号が送受信コイルに与えられる。プローブ内の検出回路は、上記の送受信コイルの他、典型的には、同調用の可変コンデンサ（第１のバリコン）、整合用の可変コンデンサ（第２のバリコン）、等を含む。つまり、検出回路は同調回路及び整合回路を備えている（特許文献１の図１）。なお、一般に、同調回路及び整合回路は独立しておらず、一方の動作条件を変化させると他方の動作条件が変化してしまう関係にある。
【０００３】
試料測定に先立って、検出回路に対するチューニング（動作条件の調整）が実施される。すなわち、同調(狭義のチューニング）と整合（マッチング）とが実施される。同調及び整合を行うために、送信部から検出回路までの信号経路上に方向性結合器が設けられ、そこにおいて検出回路から送信側へ戻る反射波が観測される。同調崩れ度合い及び不整合度合いに応じて反射波のレベルが変化するため、反射波のレベルを参照しながら、同調用の可変コンデンサ及び整合用の可変コンデンサの各設定値（容量）を可変することにより、検出回路の共振周波数が観測対象となった核種に対応する共鳴周波数に適合され、検出回路のインピーダンスがそこから送信側を見たところでのインピーダンスに整合される。
【０００４】
現状、マニュアルでプローブのチューニングを実施する場合、反射波のレベルを参照しながらそれができる限り小さくなるように、同調用の可変コンデンサの設定値と整合用の可変コンデンサの設定値を手作業で交互に個別調整する作業が実施されている。これにより、同調及び整合の両者がともに最良となる設定値の組み合わせが見出されている。また従来において、オートチューニング機能を備えたＮＭＲ装置では、観測対象となる核種ごとに、同調用標準値及び整合用標準値が事前に登録されており、そのような２つの標準値それぞれの近傍において２つの設定値を可変させながら、反射波レベルが最も小さくなる設定値の組み合わせが自動的に探索されている。
【０００５】
特許文献１には、ＮＭＲプローブ調整装置が開示されている。その装置では、整合用設定値を標準値近傍で段階的に切り替えながら、同調用設定値を可変して同調をとることにより、複数の整合用設定値について同調状態での複数の反射波レベルが取り込まれている。かかる複数の反射波レベルから最適な整合用設定値が見出されている。その後、最適な整合用設定値を設定した状態で、最終的に同調をとることにより、最適なチューニング状態が形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平６−９４８１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ＮＭＲプローブのチューニングにおいて、マニュアルチューニング方式では作業者の負担が大きく、時間がかかるという問題がある。一方、オートチューニング方式、特に、同調用設定値と整合用設定値の組み合わせの全部について反射波レベルを取得した上で、その中から同調用の最適設定値と整合用の最適設定値の組み合わせを見出す方式では、作業者の負担を軽減できるとしても、やはり時間がかかるという問題がある。
【０００８】
一方、最適な同調用設定値及び整合用設定値の組合せ（最適な設定値セット）付近では反射波レベルがかなり小さくなるので、最適な設定値セットの特定に当たり、ノイズの影響を受け易いという問題がある。つまり、反射波のレベルがノイズ付近まで低下すると、どの位置が最良点であるのかを特定するのが難しいという問題である。
【０００９】
本発明の目的は、上記であげた課題の少なくとも１つを解決することにある。より詳しくは、ＮＭＲプローブのチューニングにおいてチューニング時間を短縮することにあり、あるいは、ＮＭＲプローブのチューニングにおいてノイズの影響を受け難くすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、ＮＭＲ検出用コイルによって試料からのＮＭＲ信号を検出する回路であって、同調回路及び整合回路を備えた検出回路と、前記同調回路に対する設定値と前記整合回路に対する設定値とからなる設定値セットを切り替えながら、複数の設定値セットを前記同調回路及び前記整合回路に対して試行的に順次設定する仮設定手段と、前記各設定値セットの設定時に前記検出回路のチューニング状態を示す状態値を取得し、これにより前記複数の設定値セットに対応する複数の状態値を取得する観測手段と、前記複数の設定値セット及び前記複数の状態値に基づいて、前記検出回路のチューニング状態を表すチューニング状態関数に含まれる複数の未知係数についてそれぞれ係数値を推定し、これにより特定されるチューニング状態関数から最適な設定値セットを求める演算手段と、前記同調回路及び前記整合回路に対して前記最適な設定値セットを設定する本設定手段と、を含むことを特徴とする。
【００１１】
上記構成によれば、試料測定（本測定）の前又は途中に実行されるチューニングモードにおいて、仮設定手段が、設定値セットを切り替えながら複数の設定値セットを同調回路及び整合回路に順次設定する。望ましくは、同調回路は同調用可変コンデンサを有し、前記整合回路は整合用可変コンデンサを有する。その場合、設定値セットは、同調用可変コンデンサの設定値と、整合用可変コンデンサの設定値とからなる。設定値は、可変コンデンサの容量を変化させる機械的な操作量（例えば指示値、ダイヤル値）又は電気的な操作量（例えば電圧値）に相当するものである。可変コンデンサの素子以外がチューニング対象となってもよい。また２つ以上の可変素子がチューニング対象になってもよい。
【００１２】
複数の設定値セットを順次設定した結果として、複数の状態値が観測手段にて観測される。望ましくは、状態値は検出回路から送信側へ戻る反射波のレベルである。但し検出回路のチューニング状態を指標する他の情報を観測するようにしてもよい。演算手段は、複数の設定値セット及び複数の状態値に基づき、チューニング状態関数（モデル関数）中の複数の未知係数についてそれぞれの係数値を推定する。チューニング状態関数は、望ましくは、設定値セットを構成する個々の設定値と、それらを設定した場合に生じる反射波のレベルと、の関係を示す関数である。チューニング状態関数に対して個々の工程での設定内容と観測結果とを与えることにより、複数の未知係数について係数値を求めることが可能である。少なくとも未知係数の個数に相当する回数分だけ上記工程を実施する必要がある。チューニング精度つまり係数値推定精度を高めるためには許容されるチューニング時間との兼ね合いからより多くの設定値セットを利用することが望まれる。
【００１３】
演算手段は、複数の係数値が与えられたチューニング状態関数から最適な設定値セットを演算する。望ましくは、チューニング状態関数における極値（通常、反射波レベル最小値が生じる地点）から、最適な設定値セットとして、最適な同調用可変コンデンサ設定値及び最適な整合用可変コンデンサ設定値を演算する。本設定手段は、最適な設定値セットを検出回路に対して設定する。その後、試料に対するＮＭＲ測定が実行される。但し、本測定に先立って、必要に応じて、ユーザーによる確認、及び、マニュアル修正が行われてもよい。後に詳述するチューニングコントローラが上記の仮設定手段、演算手段及び本設定手段に相当する。
【００１４】
以上の構成によれば、チューニング状態関数を求めるに当たり、設定値の組合せの全部を設定する必要はなく、合理的な個数分だけ設定すればよいので、チューニング時間を短縮できる。また、最適な設定値セットを直接的に探索するのではなく、チューニング状態関数を推定した上で、当該関数から（望ましくは連続関数の極値から）最適な設定値セットが特定されるので、比較的にノイズの影響を受けにくいという利点が得られる。極値付近において反射波レベルが非常に小さくなり、ノイズと反射波とが弁別困難となる場合、当該反射波レベル（及びそれを生じさせた設定値セット）を無効にし、ノイズを上回る反射波レベル（及びそれを生じさせた設定値セット）だけを利用して係数値を推定してもよい。
【００１５】
望ましくは、前記チューニング状態関数は、前記同調用可変コンデンサの設定値と前記整合用可変コンデンサの設定値との組合せごとの反射レベルを表す二次元関数であり、前記チューニング状態関数を示す三次元グラフを作成してユーザーに提供するグラフ作成手段が設けられる。この構成によれば、検出回路の特性を三次元グラフとして視覚的に確認することができるから、最適な設定値セットの内容の正しさを三次元グラフ上で確認することができる。何らかの原因により検出回路の動作が不良となった場合、その事態を三次元グラフの形態や大きさで確認できるという利点も得られる。三次元グラフに対して極値あるいは最適な設定値セットを特定する情報を加えるのが望ましい。
【００１６】
望ましくは、前記仮設定手段は、観測対象核種及び使用するＮＭＲプローブに応じて、前記試行的に設定される複数の設定値セットの構成を変更する。使用するＮＭＲプローブによって検出回路の特性が異なり、また周波数によっても検出回路の振る舞いが変化するので、観測対象核種及び使用するＮＭＲプローブに応じた複数の設定値セットを利用するのが望ましい。その場合、事前に複数の設定値セットを登録しておいてもよいし、標準セットを登録しておいてそれを基準として一定の刻みをもって個々の設定値を生成するようにしてもよい。
【００１７】
望ましくは、前記複数の設定値セットとして、ノイズ域を超える反射波レベルが得られるものが利用される。この構成によれば、一定以上の反射波レベルを想定し得る複数の設定値を利用して、つまり事前の対策により、ノイズの影響を解消又は軽減できる。ノイズ付近においては同じ設定値セットで複数回の観測を行って複数の反射波レベルの平均値を利用することも考えられる。望ましくは、前記演算手段は、前記観測手段によって取得された複数の反射波レベルの内でノイズ域を超える複数の反射波レベルに基づいて前記チューニング状態関数に含まれる複数の未知係数について係数値を特定する。この構成によれば、ノイズ域に入ってしまったような反射波レベルの利用を除外して、事後的にノイズの影響を解消又は軽減できる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、ＮＭＲプローブのチューニングにおいて、チューニング時間を短縮でき、あるいは、ノイズの影響を受け難くできるからチューニング精度を高められる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係るＮＭＲプローブチューニング装置の好適な実施形態を示すブロック図である。
【図２】送受信コイルを含む検出回路の一例を示す回路図である。
【図３】設定値セットと反射波レベルとの関係を示す三次元グラフを示す図である。
【図４】チューニング用テーブルの一例を示す図である。
【図５】オートチューニングモードでの動作例を示すフローチャートである。
【図６】図５に示したＳ１８の変形例を示す図である。
【図７】ノイズ領域外に定められた複数の設定値セットを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２１】
図１には、本発明に係るＮＭＲプローブチューニング装置が組み込まれたＮＭＲ測定システムがブロック図として示されている。
【００２２】
信号生成部１０は、高周波発生器、位相制御器、振幅制御器などを有し、高周波信号を生成するユニットである。後述する制御部３０の制御により、高周波信号の周波数として観測対象核種の固有周波数が設定される。図１には、信号生成部１０の最終段に設けられたパワーアンプ１２が明示されている。そこから出力された高周波信号（送信信号）は、方向性結合器１４を介して、またデュプレクサ１６を介して、ＮＭＲプローブ１８内の同調整合回路（検出回路）２０に送られる。ＮＭＲプローブ１８は、試料と共に静磁場発生装置内に挿入配置されるものである。
【００２３】
同調整合回路２０は送受信コイル２２を備えており、その送受信コイル２２は、送信時において変動磁場を発生させ、受信時において試料のＮＭＲ信号を検出する。送受信コイル２２に代えて、別体化された送信用コイル及び受信用コイルを設けるようにしてもよい。後に図２において具体例を示すように、同調整合回路２０は、同調用可変コンデンサ及び整合用可変コンデンサを有しており、それらの容量を変化させることにより、検出回路の動作特性が最適化され、つまり同調及び整合が図られる。なお、方向性結合器１４は以下に説明するように反射波を検出する回路であり、デュプレクサ１６は送受切替器である。それらがＮＭＲプローブ１８内に配置されてもよい。
【００２４】
送受信コイル２２で検出されたＮＭＲ信号（受信信号）は、デュプレクサ１６を介して受信信号処理部２６へ送られる。受信信号処理部２６は、直交検波回路やＡ／Ｄ変換器等を含む公知の回路構成を有し、そこで処理された受信信号が制御部３０のスペクトル処理部３２に送られる。スペクトル処理部３２は分光計に相当し、受信信号に対してＦＦＴ処理を実行して分光スペクトルを生成し、またそれに対して必要な解析等を実行する。表示器３８には、スペクトル処理部３２の処理結果が表示される。
【００２５】
方向性結合器１４は、基本的にオートチューニングモードにおいて機能するものであり、同調整合回路２０で反射して送信側へ戻る反射波４０を観測（抽出）する回路である。反射波４０のレベルは、同調整合回路２０の同調状態及び整合状態を指標するものである。よって、そのような状態を指標する他の電気的情報、磁気的情報を観測するようにしてもよい。反射波レベル検出器２４は、方向性結合器１４で観測された反射波に対して検波等の処理を施した上でそのレベルを判定し、そのレベルを表す信号（例えば電圧信号）を制御部３０内のチューニングコントローラ３４へ出力する。
【００２６】
チューニングコントローラ３４は、後に図５を用いて詳述するオートチューニングの実行を制御するものであり、それはチューニング用テーブル５８を備えている。チューニング用テーブル５８は、測定対象核種と使用するＮＭＲプローブとの組合せに対応した複数の設定値セットを生成するために参照されるものである。符号４４は、同調用可変コンデンサの容量を可変設定するための設定値を指示する信号ラインを示している。符号４６は、同調用可変コンデンサが現在有する容量をモニタするための信号ラインを示している。符号４８は、整合用可変コンデンサの容量を可変設定するための設定値を指示する信号ラインを示している。符号５０は、整合用可変コンデンサが現在有する容量をモニタするための信号ラインを示している。設定値セットを構成する各設定値は、可変コンデンサの容量設定値であり、具体的には、機械的な操作量（指示値、ダイヤル値）又は電気的な操作量（例えば電圧値）である。各モニタ値は、例えば、可変コンデンサ自体あるいはそれを操作する機械的部品に設けられたセンサ（例えば電圧センサ、回転角度検出用エンコーダ）の出力信号である。なお、可変コンデンサに対して直接的に又はロッド部材を介して間接的に駆動部を接続し、駆動部の駆動量を制御することにより、可変コンデンサの容量を可変するようにしてもよい。そのような駆動部やその動作量をモニタするためのセンサは図１において破線で示されているチューニング機構４２を構成するものである。但し、そのようなチューニング機構４２は必要に応じて設けられる。
【００２７】
入力器３６は、測定対象核種の指定、使用するＮＭＲプローブの識別子の登録、オートチューニング実行指令の入力、等を行うためのものである。表示部３８には、ＮＭＲ計測結果が表示され、またオートチューニング実行後においてその結果や三次元グラフが表示される。制御部３０がコンピュータで構成されてもよい。チューニングコントローラ３４とスペクトル処理部３２とを別々の情報処理装置として構成することも可能である。
【００２８】
図２は、図１に示した同調整合回路（検出回路）２０の一例を示す回路図である。この構成は特許文献１の図１にも示されている。送受信コイル２２（第１コイルＬ１）は、可変コンデンサＣ１と共に並列共振回路としての同調回路５４を構成する。コイルＬ２と可変コンデンサＣ２は直列共振回路としての整合回路５６を構成する。２つの回路５４，５６はコンデンサＣ３を介して結合されている。信号線５２は、送信時において高周波信号を伝送し、また、受信時において受信信号が出力されるラインである。符号４４、４８は可変コンデンサＣ１，Ｃ２の容量を制御する信号ラインを示している。もちろん、それらの容量が機械的に変更されてもよい。図２に示す回路構成は一例であり、これ以外の回路構成を採用することも可能である。いずれの回路構成においても基本的に同調用素子及び整合用素子が設けられ、それらが制御対象となる。
【００２９】
図１に戻って、上記のチューニングコントローラ３４について更に説明すると、チューニングコントローラ３４は、複数の設定値セットを試行的に順次設定して複数の反射波レベルを順次観測する機能と、複数の設定値セット及び複数の反射波レベルに基づいて以下に示すチューニング状態関数に含まれる複数の未知パラメータについてそれぞれ係数値を推定することにより具体的な関数としてチューニング状態関数を特定する機能と、特定されたチューニング状態関数における極値（最小値）から最適な設定値セットを求める機能と、を有する。最適な設定値セットは、同調用可変コンデンサの容量設定値と、整合用可変コンデンサの容量設定値と、からなるものであり、試料の本測定に先立って、それらが実際に各可変コンデンサに対して設定される。チューニング状態関数の一例を以下に説明する。
【００３０】
反射波レベルをＶrefとし、同調用可変コンデンサの容量設定値をＣtとし、整合用可変コンデンサの容量設定値をＣmとした場合、それらの関係を示すチューニング状態関数の一般形は以下のように表される。
Ｖref＝ｆ（Ｃt，Ｃm）                         …（１）
【００３１】
上記の関数において最小値近傍は二次関数とみなせることが確認されており、ここで、同調回路と整合回路とが独立しているとみなしてもよい場合にはチューニング状態関数（モデル関数）は具体的には以下のように表される。以下のａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅは係数値が未だ具体的に特定されていない未知パラメータである。
Ｖref＝ａＣt2 ＋ｂＣt ＋ｃＣm2 ＋ dＣm＋ｅ     …（２）
【００３２】
以上を前提として、設定値セット[Ｃt,Ｃm]の設定と反射波レベルＶrefの観測からなる工程が順次実行され、各工程での設定値セット[Ｃt,Ｃm] 及び反射波レベルＶrefが上記チューニング状態関数に順次代入される。その代入結果である複数の関数を利用して、連立演算あるいは最小二乗法に基づく係数値推定演算、等を実行することにより、パラメータａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅの内容をなす具体的な係数値ａ1，ｂ1，ｃ1，ｄ1，ｅ1を特定することができ、つまり、以下のような係数値代入済みチューニング状態関数を求めることが可能である。
Ｖref＝ａ1Ｃt2 ＋ｂ1Ｃt ＋ｃ1Ｃm2 ＋ d1Ｃm＋ｅ1  …（３）
【００３３】
図３には、上記（３）式をグラフ化することにより生成される三次元グラフ６８が示されている。各交点７０は、設定値セット[Ｃt,Ｃm] に対応する反射波レベルＶrefを示している。すなわち、三次元グラフ６８において、第１横軸は同調用の設定値Ｃtを示しており、第２横軸は整合用の設定値Ｃmを示している。縦軸は反射波レベルＶrefを示している。但し、実際には、三次元グラフ６８を構成する曲面上に反射波レベルＶrefが完全にのらないこともある。そのような場合には最小二乗法その他の近似法を利用してチューニング状態関数を特定すればよい。
【００３４】
本実施形態では、上記の（３）式において最小値（谷底点に相当する極小値）を特定することにより、その最小値を生じさせる設定値セットが特定される。その場合、例えば変曲点を求める微分演算等を行えばよい。そのように特定される設定値セットは最適な設定値セット[Ｃts,Ｃms]と言いうるものである。それが試料の測定に先立って同調整合回路中の２つの可変コンデンサに対して設定される。
【００３５】
設定値セット[Ｃt,Ｃm] を順次設定する過程で、反射波レベルＶrefが最小となる時点での設定値セットをもって最適な設定値セット[Ｃts,Ｃms]と定める従来法において、決定精度を高めるためには、同調用設定値Ｃtの刻みを小さくし、また、整合用設定値Ｃmの刻みを小さくする必要がある。その場合にはどうしても時間がかかってしまうし、反射波レベルＶrefがノイズ域に入ると、最小値を見出すことが困難となる。これに対して上記の手法によれば、いったん二次関数を特定した上で、その二次関数の極小値をもって最適な設定値セットを特定できるから、試行的に設定する設定値セットの個数を増大させなくても最適な設定値セットの決定精度を高めることができ、またノイズの影響を比較的受けにくいという利点を得られる。
【００３６】
ちなみに、同調回路と整合回路とが独立していない点を考慮したい場合には以下のような関数を利用してもよい。上記同様にａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆは係数値が未だ具体的に特定されていない未知パラメータである。
Ｖref＝ａＣt2 ＋ｂＣt ＋ｃＣm2 ＋ dＣm＋ｅＣtＣm＋ｆ   …（４）
【００３７】
上記の説明では二次関数を想定したが、四次関数その他の関数を基礎としてチューニング状態関数を定めてもよい。ちなみに、オフセットに相当する最後のパラメータについては係数値推定で無視することも可能である。極小値の特定に当たってそのパラメータは関係しないからである。但し、三次元グラフを作成する上では最小値レベルがどの程度であるのを明示する上で、最後のパラメータまでを特定するのが望ましい。複数の係数値を特定する際に、リアルタイム性を有する逐次最小二乗法を利用してもよい。
【００３８】
同調用設定値Ｃtを発生させる範囲は、測定対象核種及び使用するプローブ種別に応じて定まる同調用標準設定値を中心とした一定範囲として定めることができる。同様に、整合用設定値Ｃmを発生させる範囲は、測定対象核種及び使用するプローブ種別に応じて定まる整合用標準設定値を中心とした一定範囲として定めることができる。同調用設定値の刻みΔＣt及び整合用設定値の刻みΔＣtをユーザーによって指定できるように構成するのが望ましい。生成条件が与えられた時点で、複数の設定値セット[Ｃt,Ｃm]を生成するのではなく、事前に複数の設定値セット[Ｃt,Ｃm]を登録しておくようにしてもよい。その場合、測定対象核種及び使用するプローブ種別の組合せごとに、複数の設定値セット[Ｃt,Ｃm]を登録しておくのが望ましい。これについては後に図４を用いて具体例を説明する。そのような構成によれば、複数の設定値を非規則的に生成することも容易である。なお、後述するように、反射波レベルが小さくなってノイズ域に達した場合、その反射波レベルを上記の係数値推定演算で利用しない方がよいこともある。そのことを考慮して、係数値推定精度を維持できる限りにおいて、反射波レベルが一定値α1よりも小さくなった場合には当該反射波レベルを参照の対象から除外する事後的処理を適用してもよい。あるいは、反射波レベルが一定値よりも小さくならないような範囲内において設定値セットを生成しあるいは利用する事前処理を適用してもよい。これに関しては後に図６及び図７を用いて説明する。
【００３９】
図４には図１に示したチューニング用テーブル５８の構成例が示されている。符号６０は測定対象核種を示している。それに応じて送信周波数が決定される。符号６２は使用するＮＭＲプローブの識別子（又は種別）を示している。測定対象核種と使用するプローブの識別子の組合せごとに、設定値セットのリスト６４が構成されている。それは試行的に順次設定される複数の設定値セットからなるものである。それらの全部が利用されてもよいし、標準値セット６６に近い一部が利用されてもよい。標準値セット６６は、同調用標準設定値（同調標準値）６６Ａと、整合用標準設定値（整合設定値）６６Ｂと、からなる。測定対象核種と使用するプローブの識別子の組合せごとに、標準値セット６６が登録されている。設定値セットのリスト６４から設定値セットを順次選択する読み出し方式を採用してもよいし、標準値セット６６を中心としてユーザー指定された範囲内においてユーザー指定された刻みに従って複数の設定値セットを順次生成する計算方式を採用してもよい。
【００４０】
図５には上記のチューニングコントローラによる制御例がフローチャートとして示されている。これはオートチューニングモードで実行されるものである。当該モードは試料の測定に先立って又は測定の間に実行される。通常、試料とＮＭＲプローブが静磁場中にセットされた状態において当該モードが実行される。
【００４１】
Ｓ１０では、初期設定が行われ、ここではカウンタｎに１が代入される。Ｓ１２では、チューニング条件がユーザーにより指定される。例えば、測定対象核種が指定され、使用するＮＭＲプローブの識別子が入力される。上述した標準値セットを利用して複数の設定値セットを発生させる場合には発生範囲及び刻みの指定がなされる。Ｓ１４では、チューニング用の送信が開示される。通常の試料測定時には大きなパワーをもったパルス波が生成されるが、オートチューニングモードでは、小さなパワーをもった連続波が生成される。もちろん、設定値セットの設定単位で間欠的に送信が行われてもよい。Ｓ１６では、上記のチューニング用テーブルの参照により、ｎ番目の設定値セットが取り出され、それが実際に同調整合回路中の２つの可変コンデンサに対して設定される。その設定後において、Ｓ２０で反射波レベルが検出される。検出された反射波レベルは、それを生じさせた設定値セットに対応付けられつつ記録される。Ｓ２０において、最後の設定値セットの設定が完了したと判断されるまで、Ｓ２１でｎをインクリメントさせながら、Ｓ１６及びＳ１８においてｎ番目の設定値セットの設定とｎ番目の反射波レベルの検出とが繰り返し実行される。
【００４２】
次に、Ｓ２２では送信が停止される。Ｓ２４では、記録されたＮ個の設定値セットとＮ個の反射波レベルがチューニング状態関数に順次代入され（但しＮはｎの最大値）、これにより得られたＮ個の未知パラメータ含有関数を基礎として、未知パラメータ推定演算が実行される。これにより、複数の未知パラメータに与える複数の係数値が推定されることになり、つまりそれらが代入されたチューニング状態関数（係数値代入済みチューニング状態関数）が特定される。Ｓ２６では係数値代入済みチューニング状態関数において反射波レベルが極小値となる設定値セットを特定することにより、当該設定値セットとして最適な設定値セットが確定する。Ｓ２８では、最適な設定値セットが同調整合回路に対して実際に設定され、これによりオートチューニングモードが完了する。
【００４３】
上記Ｓ２６において、係数値代入済みチューニング状態関数を表す三次元グラフを生成し、最適な設定値セットと共に三次元グラフをユーザーに対して表示するのが望ましい。そのような構成によればオートチューニングモードの実行結果を検証することが可能である。また、三次元グラフは検出回路の現状特性を示すものであるから、そのような三次元グラフの形態やレベルを参照することにより検出回路が適正な状態にあることを確認することが可能である。例えば、検出回路系が冷却されるいわゆるクライオプローブにおいて送受信コイルその他の素子が適正な温度にならずあるいは温度変化が生じて検出回路の特性が劣化したような場合、それを三次元グラフを通じて視覚的に認識することが可能である。三次元グラフ上において最適な設定値セットが極小値に対応していないなどの問題が確認された場合、Ｓ３０で示すように例外的にマニュアルでのチューニングを行わせるようにしてもよい。
【００４４】
図５のＳ１８において、図６に示す処理を適用してもよい。すなわち、Ｓ１８の実行に当たって、まずＳ３２で反射波レベルが閾値α1以上であるか否かが判定され、yesの場合にはＳ３４で通常通り、その反射波レベルを有効なものとして記録し、noの場合にはＳ３６でその反射波レベルを破棄して無効化するようにしてもよい。この構成によれば、反射波レベルがノイズ域に入ってしまって反射波レベルを正確に特定できないような場合にそれが係数値推定演算で参照されることを回避できる。このような処理に代えて、反射波レベルが一定値よりも小さくなった場合、同じ条件で複数回の試行的設定を行って、それにより得られた複数の反射波レベルを平均化することにより平均値を求め、それを記録するようにしてもよい。
【００４５】
図７には複数の設定値セットからなる集合７６の一例が示されている。横軸は同調用設定値Ｃtを示しており、縦軸は整合用設定値Ｃmを示している。中心７４は、標準値セットを示している。また各黒丸７６ａは試行的に設定される設定値セットを示している。集合７６は、図７に示す例において、標準値セット７４近傍のノイズ域７８の外側に設定されている（図７においてノイズ域７８は誇張して表わされている）。つまり、反射波レベルがノイズ域に入ると予想される範囲での設定値セットの設定が事前に回避されている。このような集合７６を利用してチューニング状態関数に含まれる複数の未知パラメータについてそれぞれの係数値が推定される。それらが代入されたチューニング状態関数に基づいて極小値を特定することにより、それに対応する最適な設定値セット８０が特定される。集合７６はランダム的な配列を有しているが、規則的な配列を有するものであってもよい。集合７６は図４に示したチューニング用テーブル５８における設定値セットのリスト６４を構成するものである。但し、標準値セットを基準として、その近傍であるノイズ域７８を避けて、自動的に複数の設定値セットを生成させることも可能である。
【００４６】
以上のように求められた最適な設定値セットはチューニング用テーブルに登録される。同じ条件で測定を行う場合、登録された最適な設定値セットがそのまま設定されて試料の測定が行われてもよい。あるいは、最適な設定値セットを標準値セットとして登録しておき、次のオートチューニングモードの実行時に、標準値セットとして登録された最適な設定値セットを基準として複数の設定値セットが自動的に生成されるように構成することも可能である。上記テーブル上に各オートチューニングにおいて演算された最適な設定値セットを時系列順で登録しておけば、プローブ内の検出回路の経時的変化を評価することができる。
【００４７】
上記の実施形態によれば、合理的な個数の設定値セットの設定により最適な設定値セットを特定できるからオートチューニング時間を短縮できる。また、チューニング状態関数を特定した上で、そのチューニング状態関数から、つまり全体的傾向から、最適な設定値セットが特定されるからノイズにあまり影響されないという利点が得られる。反射波レベルが小さくなり、ノイズ域に入るような場合にはその反射波レベルが参照対象から除外されるようにしてもよい。その場合、反射波レベル自体を評価してもよいし、ある程度の反射波レベルが得られる範囲内において設定値セットが生成されるようにしてもよい。
【００４８】
上記実施形態において、各オートチューニングにおいて求められた係数値代入済みチューニング状態関数あるいは係数値の組をテーブル上に登録しておくことも可能である。あるいは、三次元グラフを登録しておくことも可能である。設定値と容量とが線形関係にない場合には変換テーブルを利用してもよい。あるいは、コンデンサ容量を直接的に又は間接的にモニタリングしながら指示値を決定するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００４９】
１０  信号生成部、１４  方向性結合器、１８  ＮＭＲプローブ、２０  同調整合回路（検出回路）、２２  送受信コイル、２４  反射波レベル検出器、３４  チューニングコントローラ。
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図３】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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