(57)【要約】【課題】検出回路のチューニング時において、信頼性のある反射波情報を提供できるようにする。【解決手段】マルチプレクサ３８により、送受信回路の接続先が選択される。開放端回路４０が選択された場合、そこからの反射波のレベルが第１基準レベルとして取得される。終端整合回路４２が選択された場合、そこからの反射波のレベルが第２基準レベルとして取得される。検出回路２６が選択された場合、規格化部５０において、第１基準レベル及び第２基準レベルに基づいて、反射波のレベルが規格化される。すなわち、規格化レベルが演算される。【選択図】図１
2019027830.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チューニング用の送信波を生成し且つ反射波を受信する送受信回路と、
前記送受信回路に対して、ＮＭＲ検出回路及び基準回路を含む回路群の中から選択された回路を接続する選択回路と、
前記基準回路が選択された状態で受信された基準反射波のレベルを基準レベルとして取得する取得手段と、
前記基準レベルに基づいて、前記ＮＭＲ検出回路が選択された状態で受信された実反射波のレベルを規格化することにより、規格化レベルを演算する演算手段と、
を含むことを特徴とするＮＭＲ測定装置。
【請求項２】
請求項１記載の装置において、
前記回路群の中には、前記基準回路として、全反射又は準全反射を生じさせる第１基準回路が含まれ、
前記取得手段は、前記第１基準回路が選択された状態で受信された基準反射波のレベルを第１基準レベルとして取得する、
ことを特徴とするＮＭＲ測定装置。
【請求項３】
請求項１記載の装置において、
前記回路群の中には、前記基準回路として、無反射又は準無反射を生じさせる第２基準回路が含まれ、
前記取得手段は、前記第２基準回路が選択された状態で受信された基準反射波のレベルを第２基準レベルとして取得する、
ことを特徴とするＮＭＲ測定装置。
【請求項４】
請求項１記載の装置において、
前記回路群の中には、前記基準回路として、全反射又は準全反射を生じさせる第１基準回路と、無反射又は準無反射を生じさせる第２基準回路と、が含まれ、
前記取得手段は、前記第１基準回路が選択された状態で受信された基準反射波のレベルを第１基準レベルとして取得し、前記第２基準回路が選択された状態で受信された基準反射波のレベルを第２基準レベルとして取得とし、
前記演算手段は、（実反射波のレベル−第２基準レベル）／（第１基準レベル−第２基準レベル）で表される比率に基づいて、前記規格化レベルを演算する、
ことを特徴とするＮＭＲ測定装置。
【請求項５】
請求項２記載の装置において、
前記第１基準回路は開放端回路である、
ことを特徴とするＮＭＲ測定装置。
【請求項６】
請求項３記載の装置において、
前記第２基準回路はインピーダンス整合作用を有する終端回路である、
ことを特徴とするＮＭＲ測定装置。
【請求項７】
請求項１記載の装置において、
前記送受信回路は周波数掃引を行いながら送信波を生成し、
前記選択回路は前記周波数掃引の周期に合わせて前記回路群の中から回路を順次選択し、
前記演算手段は、
前記周波数掃引に伴って生じる基準レベルの変化を示す基準レベル周波数特性を生成する手段と、
前記周波数掃引に伴って生じる実反射波のレベルの変化を示す実測レベル周波数特性を生成する手段と、
前記基準レベル周波数特性に基づいて前記実測レベル周波数特性を規格化することにより、周波数ごとの規格化レベルを表す規格化レベル周波数特性を生成する手段と、
を含むことを特徴とするＮＭＲ測定装置。
【請求項８】
請求項１記載の装置において、
前記基準反射波のレベルを表す信号を複素形式の基準レベル信号に変換し、前記実反射波のレベルを表す信号を複素形式の実測レベル信号に変換する複素変換回路を含み、
前記取得手段は、前記複素形式の基準レベル信号に基づいて、前記基準レベルとして、実数部基準レベル及び虚数部基準レベルを取得し、
前記演算手段は、前記実数部基準レベル及び前記虚数部基準レベルに基づいて、前記複素形式の実測レベル信号を規格化する、
ことを特徴とするＮＭＲ測定装置。
【請求項９】
チューニング用の送信波を生成し且つ反射波を受信する送受信回路に対して、ＮＭＲ検出回路及び基準回路を含む回路群の中から選択された回路を接続する工程と、
前記基準回路が選択された状態で受信された基準反射波のレベルを基準レベルとして取得する工程と、
前記基準レベルに基づいて、前記ＮＭＲ検出回路が選択された状態で受信された実反射波のレベルを規格化することにより、規格化レベルを演算する工程と、
を含むことを特徴とする反射波モニタリング方法。
【請求項１０】
請求項９記載の方法において、
更に、前記規格化レベルの安定性に基づいて前記基準レベルの再取得の要否を判断する工程を含む、
ことを特徴とする反射波モニタリング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＮＭＲ測定装置に関し、特に、検出回路から戻って来る反射波のモニタリングに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＮＭＲ（核磁気共鳴）は、静磁場中におかれた原子核がその原子核固有の周波数をもった電磁波と相互作用する現象である。その現象を観測して原子レベルで試料を解析するための装置がＮＭＲ測定装置である。ＮＭＲ測定装置は、有機化合物（例えば薬品、農薬）、高分子材料（例えばビニール、ポリエチレン）、生体物質（例えば、核酸、タンパク質）等の分析において活用されている。ＮＭＲ測定装置を利用すれば、例えば、分子構造を解明することが可能である。
【０００３】
ＮＭＲ測定に先立って、ＮＭＲ測定プローブ（検出器）内の検出回路が手動で又は自動的に調整される。すなわち、チューニングが実施される。ここで、チューニングは広義の概念であり、すなわち、チューニングの概念には、特定周波数に対して検出回路の共振周波数を合わせる同調（狭義のチューニング）と、伝送路の出力インピーダンスに対して検出回路の入力インピーダンスを合わせる整合（マッチング）と、が含まれる。一般に、検出回路には、同調用可変コンデンサ及び整合用可変コンデンサが設けられ、それらを操作、調整することによって最良のチューニング状態が形成される。その上でＮＭＲ測定が実施される。
【０００４】
チューニングに際しては、検出回路から戻って来る反射波を検出してその反射波のレベルを演算する反射波モニタリングユニットが利用される。それは、一般に、ＮＭＲ測定装置の一部を構成する。反射波モニタリングユニットは、反射波のレベルを数値として又はグラフとして表示する機能を備えており、また、自動的にチューニングを行うオートチューナー（特許文献１を参照）に対して反射波レベルを示す信号を出力する機能を備えている。グラフ表示に際しては、送信信号の周波数が掃引され、個々の周波数ごとに反射波のレベルが観測される。それらをプロットすることによりグラフ（周波数特性）が生成される。
【０００５】
なお、特許文献２には、ＮＭＲ測定プローブのチューニングの際に、ＮＭＲ測定プローブに代えて５０Ωの終端回路を用いることが開示されている。しかし、特許文献２にはＮＭＲ測定プローブから戻って来る反射波のレベルを補正又は校正する技術については開示されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−２１８５７０号公報
【特許文献２】米国特許４５９３２４６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
反射波のモニタリングに際しては、検出回路へ到達する送信波のレベルが一定の周波数範囲にわたって均一であることが望まれるが、デバイスや伝送経路の周波数特性の影響を受けて、特定の周波数において送信波のレベルが高くなりあるいは低くなることもある。これを原因として、検出される反射波のレベルが変化してしまう。反射波のレベルを参照しながらチューニングを行う場合において、上記のようにチューニングとは無関係に反射波のレベルが変化してしまうと、正確なチューニングを行えなくなる。また、チューニング過程における温度変化等の要因によってデバイスや伝送経路の特性が変化する場合にも上記同様の問題が生じ得る。
【０００８】
本発明の目的は、検出回路のチューニング時において、チューニング状態を正しく反映した反射波情報を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
実施形態に係るＮＭＲ測定装置は、チューニング用の送信波を生成し且つ反射波を受信する送受信回路と、前記送受信回路に対して、ＮＭＲ検出回路及び基準回路を含む回路群の中から選択された回路を接続する選択回路と、前記基準回路が選択された状態で受信された基準反射波のレベルを基準レベルとして取得する取得手段と、前記基準レベルに基づいて、前記ＮＭＲ検出回路が選択された状態で受信された実反射波のレベルを規格化することにより、規格化レベルを演算する演算手段と、を含む。
【００１０】
上記構成によれば、基準回路から戻って来る基準反射波のレベルが基準レベルとして取得され、その基準レベルに基づいて、ＮＭＲ検出回路から戻って来る実反射波のレベル（実測レベル）が規格化され、これによって規格化レベルが演算される。その規格化レベルが提供（表示、出力等）される。このように、手動又は自動のチューニングにおいて、反射波レベルとして規格化レベルを提供できるので、送信波レベルの変化による影響を除外又は軽減することが可能となる。すなわち、上記構成によれば、従来構成に比べて、チューニング状態を正しく反映した反射波情報を提供できる。
【００１１】
なお、送信波レベルと反射波レベルの比を演算し、それを提供することも可能であるが、それらを同時に且つ分離してモニタリングするためには特別な回路が必要となり、装置構成が複雑化し易い。これに対し、上記構成は、基準レベルと実測レベルとを時分割で取得するものである。上記構成によれば、比較的に簡易な構成で、あるいは、送信波レベルのモニタリングを行うことなく、信頼性のある反射波情報を得ることが可能となる。
【００１２】
規格化は、例えば、１つの基準レベル（例えば最大レベル）に基づいて行われ、望ましくは、複数の基準レベル（例えば最大レベル及び最小レベル）に基づいて行われる。通常、基準レベルの個数に対応する個数の基準回路が設けられる。もっとも、１つの基準回路の動作条件を変えて複数の基準レベルを取得することも可能である（その場合、複数の基準回路が論理的に存在することになる）。基準回路はＮＭＲ検出回路に代替されるダミー回路である。反射波モニタリングのためのシーケンスを設定しておき、そのシーケンスに従って選択回路の動作等が自動的に制御されるように構成するのが望ましい。
【００１３】
実施形態において、前記回路群の中には、前記基準回路として、全反射又は準全反射を生じさせる第１基準回路が含まれ、前記取得手段は、前記第１基準回路が選択された状態で受信された基準反射波のレベルを第１基準レベルとして取得する。例えば、前記第１基準回路は開放端回路である。準全反射は、全反射とみなせるような全反射に準ずる強反射を意味する。
【００１４】
実施形態において、前記回路群の中には、前記基準回路として、無反射又は準無反射を生じさせる第２基準回路が含まれ、前記取得手段は、前記第２基準回路が選択された状態で受信された基準反射波のレベルを第２基準レベルとして取得する。例えば、前記第２基準回路はインピーダンス整合作用を有する終端回路である。準無反射は、無反射とみなせるような無反射に準ずる弱反射を意味する。終端回路として単なる抵抗を設けてもよいが、抵抗、コンデンサ、コイル等からなる電子回路を設けてもよい。
【００１５】
実施形態において、前記回路群の中には、前記基準回路として、全反射又は準全反射を生じさせる第１基準回路と、無反射又は準無反射を生じさせる第２基準回路と、が含まれ、前記取得手段は、前記第１基準回路が選択された状態で受信された基準反射波のレベルを第１基準レベルとして取得し、前記第２基準回路が選択された状態で受信された基準反射波のレベルを第２基準レベルとして取得とし、前記演算手段は、（実反射波のレベル−第２基準レベル）／（第１基準レベル−第２基準レベル）で表される比率に基づいて、前記規格化レベルを演算する。その比率に対してスケールファクタ（例えば表示レンジの最大値）が乗算されてもよい。実際の表示に際しては、演算された規格化レベルを対数変換し、それにより算出された値を対数軸上に表示してもよい。
【００１６】
実施形態において、前記送受信回路は周波数掃引を行いながら送信波を生成し、前記選択回路は前記周波数掃引の周期に合わせて前記回路群の中から回路を順次選択し、前記演算手段は、前記周波数掃引に伴って生じる基準レベルの変化を示す基準レベル周波数特性を生成する手段と、前記周波数掃引に伴って生じる実反射波のレベルの変化を示す実測レベル周波数特性を生成する手段と、前記基準レベル周波数特性に基づいて前記実測レベル周波数特性を規格化することにより、周波数ごとの規格化レベルを表す規格化レベル周波数特性を生成する手段と、を含む。選択回路における選択動作にある程度の時間を要する場合、周波数切替ごとに選択回路を動作させると、規格化レベル周波数特性を得るまでにかなりの時間を要することになる。上記構成によれば、選択回路の動作回数を少なくして規格化レベル周波数特性を得るまでの時間を短縮化できる。
【００１７】
実施形態において、前記基準反射波のレベルを表す信号を複素形式の基準レベル信号に変換し、前記実反射波のレベルを表す信号を複素形式の実測レベル信号に変換する複素変換回路を含み、前記取得手段は、前記複素形式の基準レベル信号に基づいて、前記基準レベルとして、実数部基準レベル及び虚数部基準レベルを取得し、前記演算手段は、前記実数部基準レベル及び前記虚数部基準レベルに基づいて、前記複素形式の実測レベル信号を規格化する。
【００１８】
実施形態に係る反射波モニタリング方法は、チューニング用の送信波を生成し且つ反射波を受信する送受信回路に対して、ＮＭＲ検出回路及び基準回路を含む回路群の中から選択された回路を接続する工程と、前記基準回路が選択された状態で受信された基準反射波のレベルを基準レベルとして取得する工程と、前記基準レベルに基づいて、前記ＮＭＲ検出回路が選択された状態で受信された実反射波のレベルを規格化することにより、規格化レベルを演算する工程と、を含む。この方法は、ハードウエアの機能として又はソフトウエアの機能として実現され得る。後者の場合、その機能を実現するプログラムがネットワークを介して又は可搬型記憶媒体を介して反射波のモニタリングを行う装置へインストールされる。
【００１９】
実施形態において、上記反射波モニタリング方法は、更に、前記規格化レベルの安定性に基づいて前記基準レベルの再取得の要否を判断する工程を含む。規格化レベルの安定性は、時間的な安定性であり、例えば、前回演算された規格化レベルと今回演算された規格化レベルの差の大小として認識され得る。そこで、例えば、その差が大きければ実際にチューニング操作を行っている可能性が高く、その差が小さければ実際にチューニング操作を行っている可能性は低いと判断し、実際にチューニング操作が行われていない期間において基準レベルの再取得が行われ、一方、実際にチューニング操作が行われている期間においては実反射波の検出が優先されるようにしてもよい。これにより、チューニング操作時における反射波レベル取得スループットが改善できる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、検出回路のチューニング時において、チューニング状態を正しく反映した反射波情報を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】実施形態に係るＮＭＲ測定装置を示すブロック図である。
【図２】実測レベルを規格化する方法を示す図である。
【図３】反射波レベル周波数特性を示す図である。
【図４】実施形態に係る規格化による効果を示す図である。
【図５】図１に示した受信回路及びローカルプロセッサの構成例を示す図である。
【図６】第１動作例を示す図である。
【図７】第２動作例を示す図である。
【図８】第３動作例を示す図である。
【図９】第１変形例を示す図である。
【図１０】第２変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２３】
図１には、実施形態に係るＮＭＲ測定装置の全体構成がブロック図として示されている。このＮＭＲ測定装置は、試料の解析等を行う場合において用いられる装置である。ＮＭＲ測定装置は、分光計本体１０、ＮＭＲ測定プローブ２４及び反射波モニタリングユニット３０を有する。反射波モニタリングユニット３０は、ＮＭＲ測定プローブ２４内の検出回路２６をチューニングする際に機能する。以下、具体的に説明する。
【００２４】
主制御部１２は、設定又は選択されたパルスシーケンスに従って、送信部１４及び受信部１６の動作を制御する。主制御部１２は、プログラム動作するプロセッサを有し、本実施形態において、送信シーケンサ及び受信シーケンサとして機能する。主制御部１２は反射波モニタリングユニット３０を制御する機能も有している。送信部１４は、送信パルス列つまり送信信号を生成する電子回路である。送信部１４は送信信号を増幅するパワーアンプを有する。増幅後の送信信号が、送受切替スイッチ１８及びセレクタ２０を経由して、ＮＭＲ測定プローブ２４へ送出される。
【００２５】
ＮＭＲ測定プローブ２４は、挿入部と基部とにより構成される。挿入部は、静磁場発生装置のボア内に挿入される。基部は、ボアの外側に配置される部分である。ＮＭＲ測定プローブ２４は、測定対象核に対して共鳴周波数を有する電磁波を照射し測定対象核からのＦＩＤ信号を検出する検出回路２６を備えている。検出回路２６は、検出コイル、同調用可変コンデンサ、整合用可変コンデンサ等の複数の電子部品を有する。なお、ＮＭＲ測定に先立って又は定期的に行われるチューニングにおいて、同調用可変コンデンサ及び整合用コンデンサがマニュアルで又は自動的に調整される。それが図１において符号６８，７０で示されている。
【００２６】
検出されたＦＩＤ信号は、ＲＦ受信信号として、セレクタ２０及び送受切替スイッチ１８を経由して、受信部１６へ送られる。受信部１６は、ＲＦ受信信号を処理する電子回路であり、それには、増幅回路、周波数変換回路、直交検波回路、サンプリング回路（ＡＤＣ）等が含まれる。受信部１６から出力される受信データが主制御部１２において周波数解析され、これによりスペクトルが生成される。上記のセレクタ２０は、ルーティング（経路選択）機能を有する。セレクタ２０は、ＮＭＲ測定時とチューニング時とで経路を切り換えるものである。
【００２７】
一般に、送信部１４は、複数の送信信号を並列的に生成する機能を有する。これに対応して、複数の送受切替スイッチ１８，６２及び複数のセレクタ２０，６４が並列的に設けられてもよい。同様に、ＮＭＲ測定プローブ２４内に複数の検出回路２６，６６が並列的に設けられてもよい。
【００２８】
次に、反射波モニタリングユニット３０について説明する。反射波モニタリングユニット３０は、マニュアルチューニング時又はオートチューニング時において機能するものである。
【００２９】
ローカルプロセッサ３２は例えばプログラム動作するマイクロコンピュータにより構成され、所定のシーケンスに従って、反射波モニタリングユニット３０内の個々の構成要素を制御する。ローカルプロセッサ３２は、基準レベル取得手段及び規格化手段として機能し、図１においては、それらの機能が基準レベル取得部４８及び規格化部５０として表現されている。基準レベル取得部４８及び規格化部５０がそれぞれ専用のプロセッサ、デバイス等によって構成されてもよい。また、ローカルプロセッサ３２が有する他の機能（例えば制御機能、グラフ生成機能、通信機能）が専用のプロセッサ、デバイス等によって構成されてもよい。
【００３０】
ローカルプロセッサ３２にはメモリ５２及びタッチパネル５４が接続されている。メモリ５２上には後述する複数の基準レベルが格納され、それらが規格化演算において参照される。タッチパネル５４は、表示機能と入力機能とを備えたユーザーインターフェイスであり、それはＬＣＤ等の表示デバイスとタッチセンサデバイスとにより構成される。タッチパネル５４には、反射波レベルが数値又はグラフとして表示される。本実施形態においては、後に詳述するように、チューニング用の反射波情報として、規格化（キャリブレーション）された反射波レベルを表示し得る。
【００３１】
送信回路３４は、チューニング用の送信信号（送信波）を生成する電子回路である。送信回路３４は、指定された周波数を有する送信信号を生成する機能の他、所定の周波数範囲にわたって周波数を繰り返し掃引しながら送信信号を生成する機能を有する。生成された送信信号は、センサー３６を介して、マルチプレクサ３８に送られる。送信信号は、マルチプレクサ３８によって選択された接続先回路に送出され、当該接続先回路からの反射波を表す信号（反射波信号）が、マルチプレクサ３８及びセンサー３６を経由して、受信回路４６へ送られる。センサー３６は例えば方向性結合器により構成される。
【００３２】
受信回路４６は、増幅機能、検波機能（周波数変換、複素変換機能）、サンプリング機能等を有する。受信回路４６からローカルプロセッサ３２へ反射波レベル（規格化前の実測レベル）を示す反射波データが送られる。
【００３３】
上記のマルチプレクサ３８は、図示の構成例では、択一的に選択される８個のチャンネル（ポート）CH1〜CH8を有している。また、マルチプレクサ３８は、センサー３６が接続されるポートを有している。図示の例では、チャンネルCH1に対して、セレクタ２０を介して、チューニング対象となる検出回路２６が接続されている。チャンネルCH7に対して、開放端回路４０が接続されている。開放端回路４０は、文字通り、開放端を構成する回路であってもよい。開放端回路４０として、全反射又は準全反射（全反射に準ずる強反射）を生じさせるインピーダンス不整合構成が採用される。チャンネルCH8に対して終端整合回路４２が接続されている。終端整合回路４２は、伝送系の特性インピーダンス５０Ωに対応した５０Ω抵抗により構成される。それに代えて、他の抵抗値を有する抵抗を利用してもよい。あるいは、可変抵抗を利用してもよい。また、抵抗、コンデンサ、コイル等の複数の素子からなるインピーダンス整合回路として終端整合回路４２を構成してもよい。いずれにしても、終端整合回路４２として、無反射又はそれに準ずる状態を生じさせる回路が設けられる。チャンネルCH2〜CH6に対しては、それぞれ、必要に応じて、検出回路（チューニング対象）を接続し得る。例えば、チャンネルCH2に対して検出回路６６が接続されてもよい。また、空きチャンネルに別の測定器が接続されてもよい。
【００３４】
開放端回路４０及び終端整合回路４２は、いずれも、基準レベルを得るための反射源をなす基準回路又はダミー回路である。マルチプレクサ３８は、１又は複数の検出回路と１又は複数の基準回路を含む回路群の中から、送信回路３４及び受信回路４６（以下、両者併せて「送受信回路」という。）の接続先を選択する選択回路である。なお、開放端回路４０及び終端整合回路４２のいずれか一方だけを設けるようにしてもよい。あるいは、中間的な反射波レベルを生じさせる基準回路を追加的に設けてもよい。いずれにしても、以下に詳述する規格化を適正に行えるように１又は複数の基準回路が設けられる。
【００３５】
マルチプレクサ３８の動作はローカルプロセッサ３２により制御される。このため、ローカルプロセッサ３２からマルチプレクサ３８へ制御信号３９が与えられている。本実施形態では、マルチプレクサ３８は、チューニング時において、送受信回路の接続先として、開放端回路４０、終端整合回路４２及び検出回路２６を所定順序で順番に選択する。必要に応じて、そのような一連の選択を繰り返す。なお、図１に示す構成によれば、複数の検出回路２６，６６のチューニングを順次行う場合において、開放端回路４０及び終端整合回路４２を共用できる、換言すれば、複数の基準レベルを共用できる、という利点を得られる。時間経過に伴って伝送経路や電子回路の特性が変化し、あるいは、温度変化に伴ってそれらの特性が変化する可能性がある場合、複数の基準レベルを随時に又は定期的に更新するのが望ましい。
【００３６】
マルチプレクサ３８がチャンネルCH7を選択した場合、送信信号がマルチプレクサ３８を経由して開放端回路４０へ送られる。そこで全反射又は準全反射が生じ、つまり、最大又はそれに近いレベルを有する反射波（第１基準反射波）が生じる。第１基準反射波を表す信号は、マルチプレクサ３８及びセンサー３６を経由して、受信回路４６へ送られる。その信号に基づいてローカルプロセッサ３２において規格化用の第１基準レベルが取得される。
【００３７】
マルチプレクサ３８がチャンネルCH8を選択した場合、送信信号がマルチプレクサ３８を経由して終端整合回路４２へ送られる。そこで無反射又は準無反射が生じ、つまり、最小又はそれに近いレベルを有する反射波（第２基準反射波）が生じる。第２基準反射波を表す信号は、マルチプレクサ３８及びセンサー３６を経由して、受信回路４６へ送られる。その信号に基づいてローカルプロセッサ３２において規格化用の第２基準レベルが取得される。
【００３８】
マルチプレクサ３８がチャンネルCH1を選択した場合、送信信号がマルチプレクサ３８及びセレクタ２０を経由して検出回路２６へ送られる。検出回路２６において、そのチューニング状態に応じた強度をもった反射波（実反射波）が生じる。その実反射波を示す信号が、セレクタ２０、マルチプレクサ３８及びセンサー３６を経由して、受信回路４６へ送られる。ローカルプロセッサ３２においては、第１基準レベル及び第２基準レベルに基づいて、実反射波レベルを規格化し、規格化レベルを演算する。その規格化レベルが表示され、あるいは、その規格化レベルを示すデータ５８がオートチューニング装置５６へ送られる。
【００３９】
なお、セレクタ２０の動作はローカルプロセッサ３２により制御されており、このためローカルプロセッサ３２からセレクタ２０へ制御信号４３が送られている。セレクタ２０の動作が主制御部１２によって制御されてもよい。
【００４０】
ローカルプロセッサ３２内の基準レベル取得部４８は、上記の第１基準レベル及び第２基準レベルを取得するモジュールである。第１基準レベル及び第２基準レベルを示すデータがメモリ５２上に格納される。ローカルプロセッサ３２内の規格化部５０は、第１基準レベル及び第２基準レベルに基づいて、実反射波レベルに対して規格化用の所定の演算式を適用し、その演算結果として規格化レベルを求めるモジュールである。ちなみに、ローカルプロセッサ３２は、指定された周波数について規格化レベルを求める機能と、指定された周波数範囲にわたって規格化レベルの分布（周波数特性）を求める機能と、を有している。前者の機能が実行された場合、規格化レベルが数値として又はバーグラフとして表示される。後者の機能が実行された場合、規格化レベルの分布が曲線グラフとして表示される。それらの表示内容はチューニング過程において動的に変化する。
【００４１】
図２には、図１に示した規格化部の作用すなわち規格化の方法が示されている。（Ａ）には、規格化前の状態が示されており、（Ｂ）には、規格化後の状態が示されている。（Ａ）及び（Ｂ）に示されている縦軸は反射波レベルを表している。
【００４２】
（Ａ）に示す縦軸上において、第１基準レベルが最大レベルＬ１として表されており、第２基準レベルが最小レベルＬ２として表されている。基本的には、最大レベルＬ１と最小レベルＬ２との間に、実測レベル（実反射波のレベル）Ｌｘが生じる。
【００４３】
（Ｂ）に示す縦軸上において、表示最大値Ｌmaxに対して最大レベルＬ１が対応付けられる（符号２００参照）。表示最小値Ｌminに対して最小レベルＬ２が対応付けられる（符号２０２参照）。すなわち、実反射波レベルの変化範囲が表示レンジの全体範囲に合うようにスケーリングされる。本実施形態では、以下の(1)式に基づいて、実測レベルＬｘが規格化レベルＬｘ’に変換される（符号２０４参照）。
【００４４】
Ｌｘ’＝Ｌmax＊（Ｌｘ−Ｌ２）／（Ｌ１−Ｌ２）  …(1)
【００４５】
なお、(1)式においてＬmaxはスケーリングファクタである。(1)式は表示最小値Ｌminが０であることを前提とした。それが０ではない場合、上記(1)式中のＬmaxを（Ｌmax−Ｌmin）に置換してもよい。上記(1)式中の比率（Ｌｘ−Ｌ２）／（Ｌ１−Ｌ２）は規格化又は相対化に相当する。
【００４６】
このような計算を行うことにより、実測レベルＬｘが最大レベルＬ１等によって規格化されるので、つまり、絶対値を相対値に変換できるので、例えば、送信波レベルが下がったことに起因して生じる見かけ上の反射波レベルの低下を防止又は軽減することが可能となる。また、有限な表示レンジを最大限活用することが可能となる。規格化のための計算式として上記(1)式以外を用いてもよい。規格化レベルＬｘ’は、必要に応じて、対数変換された上で（符号２０６参照）、表示又は出力される（符号２０８参照）。なお、チューニング状態によって、例外的に、最大レベルＬ１と最小レベルＬ２との間の範囲を超えたレベルに（最小レベルＬ２より低いところに、あるいは、最大レベルＬ１より高いところに）実測レベルＬｘが生じる可能性がある。例えば、ＬｘがＬ２より低い場合には（１）式の計算結果が負の値になる不都合が生じる。そのような不都合に対処する方法として、最小レベルＬ２を利用しないで最大レベルＬ１だけを利用する方法、一定のマージンを設ける方法、及び、後に説明する複素変換を利用する方法があげられる。
【００４７】
ここで、図３に基づいてチューニングの一般的な流れを説明する。周波数ごとの反射波レベルがグラフ１００として示されている。このようなグラフ１００を参照しながら、同調及び整合を繰り返すことにより、チューニング状態が徐々に良好となり、その過程においてディップポイント１０４がディップポイント１０８へ変化する。ディップポイント１０８は、ディップポイント１０４に比べて、低いレベルにあり、しかも、目的周波数１０９に合致した位置にある。手動及び自動にかかわらず、チューニングにおいてディップポイントは重要な指標をなす。
【００４８】
図４には、従来技術で生じる問題が示されている。グラフ１１０は、周波数ごとの反射波レベル（実測レベル）を示すものである。グラフ１１０において、その低域側に破線表現された落ち込み１１０Ａが生じている。これは、電子回路や伝送系の周波数特性その他を要因として生じたものであり、具体的には、送信波のレベルが下がったことによる見かけ上の減衰である。温度変化に伴ってそのような見かけ上の落ち込み１１０Ａが生じることもある。このような落ち込み１１０Ａが生じると、それを正規のディップとして誤認してしまうおそれがある。そのような誤認まで生じないとしても、そのような変化を含むグラフ１１０に基づいてチューニングを行うと、正しいチューニングを行えないおそれが生じる。これに対し、上記実際形態においては、規格化レベルが表示されるため、そのような見かけ上の落ち込みを消失又は減少させることが可能である。例えば、規格化により、落ち込み１１０Ａを平坦部１１０Ｂに補正できる。よって、信頼性の高いグラフを提供できる。反射波のレベルを数値として提供する場合も同様である。
【００４９】
図５には、図１に示した受信回路４６及びローカルプロセッサ３２の具体的な構成例が示されている。ローカルプロセッサ３２が有する各機能はプログラムにより実現されているが、図５においては各機能がブロックとして示されている。
【００５０】
反射波（第１基準反射波、第２基準反射波又は実反射波）を表す信号がアンプ７２において増幅される。増幅後の信号が直交検波器７４に入力される。直交検波器７４は、周波数変換器及び複素変換器として機能する。具体的には、直交検波器７４は、実数部及び虚数部に対応した２つのミキサ７６，７８及び２つのＬＰＦ８０，８２を有する。直交検波器７４の作用により、ＲＦ周波数を有する信号がＤＣ付近の信号に変換され、同時に、複素信号に変換される。その複素信号がＡＤＣ８４，８６によりデジタル複素信号に変換される。
【００５１】
基準レベル取得部４８は、第１基準反射波を表すデジタル複素信号に基づいて、第１基準レベル（具体的には第１実数部基準レベル及び第１虚数部基準レベル）を取得する。また、第２基準反射波を表すデジタル複素信号に基づいて、第２基準レベル（具体的には第２実数部基準レベル及び第２虚数部基準レベル）を取得する。
【００５２】
規格化部５０は、第１基準レベル及び第２基準レベルに基づいて、実反射波を表すデジタル複素信号から規格化レベルを演算する。具体的には、規格化部５０は、実数部と虚数部に対応した２つの規格化器９２，９４により構成される。規格化器９２は、第１実数部基準レベル及び第２実数部基準レベルに基づいて、実反射波を表すデジタル複素信号の実数部から、規格化された実数部を演算する。規格化器９４は、第１虚数部基準レベル及び第２虚数部基準レベルに基づいて、実反射波を表すデジタル複素信号の虚数部から、規格化された虚数部を演算する。規格化に際しては、実数部と虚数部とで個別的に上記(1)式が適用される。
【００５３】
演算器９６は、複素形式で表現された規格化レベルから非複素形式で表現された規格化レベルを演算するものである。具体的には、以下の(2)式により規格化レベルＬｘ’を演算する。
【００５４】
Ｌｘ’＝（（規格化された実数部）２＋（規格化された虚数部）２）１／２  …(2)
【００５５】
なお、上記(1)式に示した計算をそのまま行う場合、最小レベルＬ２よりも実測レベルＬｘが小さくなると、規格化レベルがマイナスになってしまうが、複素変換を前提として上記(2)式を適用すると、規格化レベルがマイナスになることはない。
【００５６】
次に、図１に示した構成の動作例（制御内容）について説明する。図６には第１動作例が示されている。Ｓ１０では、送信周波数が設定される。Ｓ１２では、マルチプレクサにより、送受信回路の接続先として、開放端回路が選択される。その選択状態において、Ｓ１４において、送受信が行われ、つまり送信波の出力と反射波の検出が行われ、その反射波の解析により、第１基準レベルつまり最大レベルＬ１が取得される。Ｓ１６では、マルチプレクサにより、送受信回路の接続先として、終端整合回路が選択される。Ｓ１８では、その選択状態において、送受信が行われ、つまり送信波の出力と反射波の検出が行われ、その反射波の解析により、第２基準レベルつまり最小レベルＬ２が取得される。Ｓ２０では、マルチプレクサにより、送受信回路の接続先として、検出回路が選択される。Ｓ２２では、その選択状態において、送受信が行われ、つまり送信波の出力と反射波の検出が行われ、その反射波の解析により、実測レベルが検出される。また、Ｓ２２では、上記(1)式に基づいて実測レベルが規格化レベルに変換される。Ｓ２４は規格化レベルが数値又はバーグラフ等として表示される。Ｓ２６では、上記処理を続けるか否かが判断される。
【００５７】
上記第１動作例では、最初に第１基準レベルが取得され、続いて第２基準レベルが取得されているが、それらの取得順序を逆にしてもよい。また、実測レベルを先に取得した上で、第１基準レベル及び第２基準レベルを後から取得してもよい。
【００５８】
図７には第２動作例が示されている。Ｓ３０では、マルチプレクサにより開放端回路が選択される。Ｓ３２では、その選択状態において、指定された周波数範囲にわたって周波数の掃引を行いながら、周波数ごとに最大レベル（第１基準レベル）が取得される。それらは最大レベル周波数特性を構成する。１回目の周波数掃引が完了すると、Ｓ３４以降の工程が実行される。つまり周波数掃引に同期してあるいは連動して各工程が実行される。Ｓ３４では、マルチプレクサにより終端整合回路が選択される。Ｓ３６では、その選択状態において、指定された周波数範囲にわたって周波数の掃引を行いながら、周波数ごとに最小レベル（第２基準レベル）が取得される。それらは最小レベル周波数特性を構成する。２回目の周波数掃引が完了すると、Ｓ３８以降の工程が実行される。Ｓ３８では、マルチプレクサにより検出回路が選択される。Ｓ４０では、その選択状態において、指定された周波数範囲にわたって周波数の掃引を行いながら、周波数ごとに実測レベルが取得される。それらは実測レベル周波数特性を構成する。３回目の周波数掃引が完了すると、Ｓ４２において、最大レベル周波数特性及び最小レベル周波数特性に基づいて、実測レベル周波数特性から規格化レベル周波数特性が演算される。Ｓ４４では上記処理を繰り返すか否かが判断される。
【００５９】
第２動作例は、３つの周波数特性を取得した上で、その後に、周波数ごとに規格化演算を実行するものである。これによればマルチプレクサの動作回数が最少化できるので、演算時間を大幅に短縮化できる。ちなみに、１回の周波数掃引に要する時間は、例えば、数十ｍｓ〜数百ｍｓ程度である。周波数掃引に際しては、一定の刻みをもって送信周波数が段階的に可変される。
【００６０】
図８には第３動作例が示されている。第３動作例では、チューニング動作を行っていない状態を推定し、その状態において２つの基準レベルを取得するようにしている。つまり、チューニングを実際に行っている最中においては実測レベル演算レートの低下が回避されるようにしている。
【００６１】
Ｓ５０では、送信周波数が設定される。Ｓ５２では、マルチプレクサにより開放端回路が選択される。Ｓ５４では、最大レベル（第１基準レベル）が取得される。Ｓ５６では、終端整合回路が選択される。Ｓ５７では、最小レベル（第２基準レベル）が取得される。Ｓ５８において、マルチプレクサにより検出回路が選択される。Ｓ５９では、実測レベルが検出され、また、最大レベル及び最小レベル基づいて、実測レベルを規格化することにより、規格化レベルが演算される。Ｓ６０では、演算された規格化レベルが表示される。Ｓ６１では、カウンタＭが初期化される。
【００６２】
Ｓ６２では、実測レベルの検出と規格化レベルの演算が再び行われ、Ｓ６４では、演算された規格化レベルが再び表示される。Ｓ６６では、前回演算された規格化レベルと今回演算された規格化レベルの差が演算され、その差が閾値ΔＸと比較される。差が閾値ΔＸ以内であれば、処理がＳ６８に移行し、そうでない場合には、処理がＳ６１へ移行する。つまり、差が大きく安定していない場合、カウンタＭがリセットされた上で、Ｓ６２以後の工程が実行される。Ｓ６８では、安定化継続時間を示すカウンタＭが１つアップされ、続いて、Ｓ７０において、カウンタＭが閾値Ｎと比較される。カウンタＭが閾値Ｎに到達した場合、処理がＳ５０へ移行して、２つの基準値が再度取得される。カウンタＭが閾値Ｎ未満であれば、Ｓ６２が実行される。割り込みにより終了命令が出されるまで、上記の処理が継続的に繰り返される。閾値Ｎとして例えば１００が定められる。
【００６３】
実際にチューニング操作を行っている場合、上記の差が生じる場合が多く、差が閾値ΔＸを超えれば、カウンタＭがリセットされるので、２つの基準レベルの取得は見送られる。つまり、実測レベルの検出が優先される。差が閾値ΔＸ以内であってもその状態が短時間継続しただけであれば、カウンタＭが閾値Ｎに到達せず、やはり２つの基準レベルの取り込みが見送られる。つまり、実測レベルの検出が優先される。カウンタＭが閾値Ｎに到達した場合には、実際にチューニング操作を行っていない可能性が高いので、その場合には２つの基準レベルの再取得が実行される。なお、各動作例の実行に際しては、ローカルプロセッサ３２が制御部（制御手段）として機能する。
【００６４】
図９及び図１０に基づいて変形例について説明する。図９には第１変形例が示されている。第１変形例においては、図１に示したセレクタ２０とマルチプレクサ３８とが一体化されている。すなわち、複合化されたマルチプレクサ１５２が設けられている。
【００６５】
詳しく説明すると、反射波モニタリングユニット１５０は、信号処理モジュール１５６、マルチプレクサ１５２、開放端回路１６２及び終端整合回路１６４を有する。マルチプレクサ１５２は、送受信器側に、選択的に使用される２つのチャンネル（ポート）CH00，CH01を有している。チャンネルCH00は、分光計本体１５４（具体的には送信部及び受信部）に接続されている。チャンネルCH01は、信号処理モジュール１５６に接続されている。信号処理モジュール１５６は、送受信回路の他、取得部及び規格化部を有するローカルプロセッサ等を含むものである。信号処理モジュール１５６からマルチプレクサ１５２へ制御信号１５７が送出されている。
【００６６】
マルチプレクサ１５２は、回路群側に、択一的に使用される８つのチャンネル（ポート）CH1〜CH8を有している。図１に示した構成例と同様に、チャンネルCH1にはＮＭＲ測定プローブ１５８内の検出回路１６０が接続されている。チャンネルCH7には開放端回路１６２が接続されている。チャンネルCH8には終端整合回路１６４が接続されている。チャンネルCH2〜CH6は、必要に応じて、使用される。このようにマルチプレクサは２×８のルーティング機能を有する。
【００６７】
第１変形例によると、図１に示した構成例に比べて、部品点数を削減できる。また、物理的及び電気的に見て、マルチプレクサ１５２から開放端回路１６２及び終端整合回路１６４までの構成が、マルチプレクサ１５２から検出回路１６０までの構成に近くなるので、より正確な基準レベルを取得することが可能である。
【００６８】
図１０には第２変形例が示されている。反射波モニタリングユニット１６８は、マルチプレクサ１７０を有する。その反射側の構成は図９に示したものと同様である。分光計本体１７４は、送信部１７６、受信部１７８及び演算部１８０を有し、それらは通常のＮＭＲ測定時において機能し、また、チューニング時においても機能する。すなわち、チューニング時において、送信部１７６がチューニング用の送信信号を生成する。受信部１７８は反射波（第１基準反射波、第２基準反射波又は実反射波）を表す信号を処理し、これにより得られた受信データを演算部１８０へ渡している。演算部１８０は、基準レベル取得部及び規格化部として機能する。具体的には、演算部１８０は、第１基準レベル及び第２基準レベルを取得し、それらに基づいて、実測レベルを規格化レベルに変換する。分光計本体１７４はマルチプレクサ１７０の動作を制御する。第２変形例によれば、分光計本体１７４の構成が複雑になるものの、システム全体として見て構成を簡易化できる。
【００６９】
上記構成によれば、チューニング時に利用されるデバイスや伝送経路の周波数特性による影響を受け難くなる。特に、送信波の伝送過程でそのレベルがダウンし、これによって見かけ上実測レベルがダウンしたような場合においても、反射波情報として規格化レベルを表示できるので、正しいチューニングを行える。また、チューニング過程において温度変化等に起因してチューニング状態とは無関係に実測レベルが変化しても、反射波情報として規格化レベルを表示できるので、正しいチューニングを行える。このように、実施形態によれば、極めて実用性の高い反射波モニタリング技術を提供できる。
【符号の説明】
【００７０】
１０  分光計本体、２０  セレクタ、２４  ＮＭＲ測定プローブ、２６  検出回路、３０  反射波モニタリングユニット、３２  ローカルプロセッサ、３４  送信回路、３８  マルチプレクサ、４０  開放端回路、４２  終端整合回路、４６  受信回路、４８  基準レベル取得部、５０  規格化部。
【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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