(57)【要約】  ＲＦ信号を発生させ、検出するためのＲＦ変換器を備える、磁気共鳴技法（ＤＮＰ−ＮＭＲ、光ＤＮＰ−ＮＭＲ、ＥＮＤＯＲ−ＥＰＲ、ＭＲＩ、ＤＮＰ−ＭＲＩ）と一緒に使用するのに適した過分極および多重照射プローブヘッドであって、前記ＲＦ変換器は、グリッドが所与のマイクロ波ビーム（３）に対して少なくとも部分的に透過になるように相互に間隔をあけて配置された導電性グリッド素子（１）から作られた、少なくとも１つの完全にまたは部分的に結合されたグリッド偏光子と一緒に、制御されたＲＦ電流経路、およびＲＦ変換器の内側の実質的に一様なＲＦ磁場を可能にする導電性要素（２）を有し、ＲＦ変換器を形成するグリッド偏光子（１）および導電性素子（２）は、前記マイクロ波ビームの同位相波面に適合するように形作られ、特定の方向に向けられ、前記グリッド偏光子および前記導電性素子は、同じく前記マイクロ波（３）により照射されやすいサンプル（８）を取り囲み；プローブヘッドはまた、ＴＨｚ、ＦＩＲ、ＩＲ、可視、およびＵＶの電気放射でのサンプルの同時照射に適している。【選択図】図１Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＲＦ信号を発生させ、検出するためのＲＦ変換器を有する、マイクロ波ビームにより照射されやすい、磁気共鳴技法用の過分極および多重照射プローブヘッドであって、前記ＲＦ変換器は：
・導電性素子（２）；
・少なくとも１つのグリッドが所定のマイクロ波ビーム（３）に対して少なくとも部分的に透過であるように、相互に間隔をあけて配置された導電性グリッド素子（１）から作られた前記グリッドにより具体化されるグリッド偏光子（１）であって、前記グリッドは前記導電性素子（２）に完全にまたは部分的に接続されるグリッド偏光子（１）
を備え、前記ＲＦ変換器の前記グリッド偏光子（１）および前記導電性素子（２）は、前記マイクロ波ビームの同位相波面に適合するように形作られ、特定の方向に向けられ、前記グリッド偏光子（１）および前記導電性素子（２）は、前記所定のマイクロ波ビーム（３）により照射されるサンプル（８）を取り囲みやすく、
前記導電性素子（２）および前記グリッド偏光子（１）は、前記導電性素子（２）および前記グリッド偏光子（１）を通る制御されたＲＦ電流経路、および前記ＲＦ変換器の内側の実質的に一様なＲＦ磁場を一緒に可能にするプローブヘッド。
【請求項２】
前記導電性素子（２）は、前記マイクロ波ビーム（３）に対して反射面の役割を果たす、任意の厚さの平面状導電性プレートであり、前記反射面は前記グリッド偏光子（１）と向き合う、請求項１に記載のプローブヘッド。
【請求項３】
前記グリッド素子（１）は、好ましくはλｍｗより小さな横断面サイズを有する、ワイヤ、ストリップ、ロッド、または棒状素子を備え、ここで、λｍｗは真空中の前記ＭＷ波長である、請求項１に記載のプローブヘッド。
【請求項４】
前記少なくとも１つのグリッド偏光子は、好ましくはλｍｗ／２より短い相互の相対距離で、平面上に所定の方向に従って配置された、平行で、相互に間隔をあけて配置されたグリッド素子（１）により構成され、ここで、λｍｗは真空中の前記ＭＷ波長である、請求項１〜３のうちいずれか一項に記載のプローブヘッド。
【請求項５】
前記グリッド偏光子は、前記反射面（２）に平行に配置される、請求項４に記載のプローブヘッド。
【請求項６】
前記マイクロ波場の電場偏光が、実質的に前記グリッド（１）の平面内にあり、好ましくは、前記ＲＦ変換器の前記導電性グリッド素子に直交した方向に向けられるように、単一周波または多周波のマイクロ波ビーム（３）に対して配置される、請求項１〜５のうちいずれか一項に記載のプローブヘッド。
【請求項７】
前記マイクロ波ビーム（３）は、前記ＲＦ変換器に近接した準平面状の同位相波面を有し、前記反射面（２）上でのＭＷ反射が、前記ＲＦ変換器の内側および周囲の前記ＭＷビームに対して、詳細には、所定の距離で前記グリッド偏光子（１）の近傍に置かれた前記表面（２）に実質的にゼロに近接した前記マイクロ波に関連する電場（Ｅｍｗ）である、制御された定在波パターンを発生させる、請求項１〜６のうちいずれか一項に記載のプローブヘッド。
【請求項８】
前記反射面（２）および前記グリッド偏光子（１）の間に囲まれた空間、すなわち、前記ＲＦ変換器の内部の空間が、サンプル（８）を受け入れやすい、請求項２〜５のうちいずれか一項に記載のプローブヘッド。
【請求項９】
前記ＲＦ変換器の内部の前記空間は、おそらくはサンプルホルダを含む誘電体領域（７）を有し、前記誘電体領域は、おそらくは高い熱伝導率の材料から作られる、請求項７に記載のプローブヘッド。
【請求項１０】
各グリッド素子（１）が、中に置かれたサンプル（８）を取り囲みやすい２つの平行な側面を有する、実質的にＵ字型に分布したコイルＲＦ変換器を得るために、前記導電性素子（２）に電気的に接続される、請求項２〜５のうちいずれか一項に記載のプローブヘッド。
【請求項１１】
前記ＲＦ変換器を備える前記グリッド偏光子（１）および前記導電性素子（２）は、単一の導電性積層ブロックから得られる、請求項１０に記載のプローブヘッド。
【請求項１２】
前記グリッド偏光子（１）および前記導電性素子（２）は、金属コーティング手順によって一部得られる、請求項１０または１１に記載のプローブヘッド。
【請求項１３】
１つまたは複数のマイクロ流体チャネルが、流体が前記ＲＦ変換器内部に封じ込められ、かつおそらくは流れることを可能にするように配置される、請求項１〜１２のうちいずれか一項に記載のプローブヘッド。
【請求項１４】
前記誘電体領域（７）は前記グリッド素子（１）を取り囲み、前記入射するＭＷ放射の前記反射を最小にするために、反射防止コーティングまたは一連の誘電体エリアを備える、請求項９に記載のプローブヘッド。
【請求項１５】
前記ＲＦ変換器の各グリッド素子（１）の電気抵抗が、前記グリッド素子内を流れるＲＦ電流を制御するために、前記グリッド素子の長さ、横断面サイズ、形状、または材料を変えることにより個々に規定される、請求項１〜１４のうちいずれか一項に記載のプローブヘッド。
【請求項１６】
前記ＲＦ変換器の各グリッド素子（１）内を流れる前記ＲＦ電流は、前記グリッド素子を前記導電性素子（２）と接続する素子（１０）の前記電気抵抗を変えることにより、または前記グリッド素子（１）および前記導電性素子（２）の両方を前記ＲＦ回路（６）に接続する素子の前記電気抵抗を変えることにより制御される、請求項１〜１５のうちいずれか一項に記載のプローブヘッド。
【請求項１７】
前記ＲＦ変換器の前記導電性素子（２）は、内部ＲＦ電流およびＲＦ磁場振幅を増大させるために、前記ＲＦ変換器の内面を、すなわち前記サンプルに近接する表面を流れる前記ＲＦ電流に対してより低い電気抵抗を示すように形作られる、請求項１〜１６のうちいずれか一項に記載のプローブヘッド。
【請求項１８】
磁石の内側に前記ＲＦ変換器を挿入するのに最も適した構成を得るために、前記グリッド偏光子素子（１）を前記導電性素子（２）と、ならびに前記グリッド偏光子（１）および前記導電性素子（２）の両方を前記ＲＦ回路（６）に接続する前記導電性素子（１０）の形状は任意である、請求項１〜１７のうちいずれか一項に記載のプローブヘッド。
【請求項１９】
前記導電性素子（１０）の前記形状は、前記導電性素子（１０）が、おそらくは誘電体領域（９）を前記導電性素子（１０）間に含むコンデンサのプレートの役割を果たすようなものである、請求項１８に記載のプローブヘッド。
【請求項２０】
選択された一連のグリッド素子が、単一のＲＦ回路（６）に、または独立したＲＦ回路に接続される、請求項１〜１９のうちいずれか一項に記載のプローブヘッド。
【請求項２１】
前記ＲＦ変換器の前記導電性素子（２）の前記反射面は、前記ＭＷ放射に対して偏光に高感度な素子の役割を果たすように、波形の表面である、請求項４に記載のプローブヘッド。
【請求項２２】
前記グリッド偏光子は一連のストリップ素子（１ｂ）から作られ、各ストリップ素子（１ｂ）は、こんどは接地平面の役割を果たす前記導電性素子（２ｂ）と向き合い、前記ストリップ素子（１ｂ）および前記接地平面（２ｂ）は、こんどはマイクロストリップのようなＲＦ変換器の役割を果たし、好ましくは、長さλｒｆ／４またはλｒｆ／２を有するＲＦ共振システムとして動作し、ここでλｒｆは、前記ＲＦ信号の波長である、請求項１〜２１のいずれか一項に記載のプローブヘッド。
【請求項２３】
前記グリッド偏光子（１ｂ）の１つまたは複数の端部の領域（１０）で屈曲を導入して、前記ＲＦ変換器の側面のサイズが低減される、請求項２２に記載のプローブヘッド。
【請求項２４】
前記ＲＦ変換器は、実質的に平行なグリッド素子を備える２つの向き合うグリッド偏光子により構成され、任意の形状、サイズ、長さ、および相対距離を有することができる前記グリッド素子に直行する偏光を有する前記ＭＷ放射に対してほぼ完全に透過な構造物になる、請求項１に記載のプローブヘッド。
【請求項２５】
前記グリッド偏光子および前記向き合う導電性素子を形成する、または前記２つの向き合うグリッド偏光子を形成する、任意の形状および局所的相互距離を有する素子が、前記ＲＦ電流のためのほとんど閉じた経路を備えるＲＦ変換器を形成するために、おそらくは非平面状の構成で電気的に接続され、前記変換器はＲＦ回路（６）に接続される、請求項１〜８、請求項１５〜２４のうちいずれか一項に記載に記載のプローブヘッド。
【請求項２６】
サンプル領域（８）が、前記ＲＦ変換器の内部空間の中に、すなわち前記グリッド偏光子間の領域の中に配置される、請求項２４に記載のプローブヘッド。
【請求項２７】
前記ＲＦ変換器を構成する前記２つの向き合うグリッド偏光子は、単一の平坦なソレノイドにより達成され、広い平坦な側面を構成する可変横断面のワイヤまたはストリップが、実質的に互いに平行に配置される、請求項２４に記載のプローブヘッド。
【請求項２８】
前記ＲＦ変換器の前記平坦な側面の一方（２ｃ）が、前記平坦な側面が、前記ＭＷビーム（３）に対して効率よい反射面として動作するように、λｍｗより短い相互距離を有する、隣接する導電ストリップにより構成される、請求項２７に記載のプローブヘッド。
【請求項２９】
前記ＲＦ変換器を構成する前記２つの向き合うグリッドは、おそらくは可変の距離で、実質的に平行な導電性ミラー（２）に近接して置かれる、請求項２４〜２７のうちいずれか一項に記載のプローブヘッド。
【請求項３０】
前記ＲＦ変換器は、ＭＷ共振器の一部である、またはおそらくはファブリ・ペロー（Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ、ＦＰ）タイプのＭＷ共振器の内側に挿入される、請求項１〜２９のうちいずれか一項に記載のプローブヘッド。
【請求項３１】
前記ＲＦ変換器を構成する前記グリッド偏光子（１）および前記導電性素子（２）は、同じくＭＷ共振器の役割を果たすように形作られる、請求項１〜２９のうちいずれか一項に記載のプローブヘッド。
【請求項３２】
前記ＲＦ変換器を構成する前記２つの向き合うグリッド偏光子は、両方とも同じくＭＷ共振器の役割を果たすように形作られて提供される、請求項２４〜２８、請求項３０〜３１のうちいずれか一項に記載のプローブヘッド。
【請求項３３】
ＲＦ変換器およびＭＷ共振器の両方の役割を果たす前記プローブヘッドは実質的に平面状であって、前記ＭＷ放射の側面の封じ込めが、誘電体領域（７）だけによって得られる、請求項３０〜３２のうちいずれか一項に記載のプローブヘッド。
【請求項３４】
前記グリッド偏光子（１）および前記導電性素子（２）の間に他のグリッド偏光子（１ｄ）を備え、前記追加のグリッド偏光子は、前記他の素子（１）および（２）に電気的に接続される、または前記ＲＦ電場および磁場を通して前記他の素子（１）および（２）に結合され、したがって、分散コイルに似たＲＦ変換器またはストリップラインのようなＲＦ変換器をそれぞれ形成する、請求項１〜２６のうちいずれか一項に記載のプローブヘッド。
【請求項３５】
前記ＲＦ変換器の前記内部領域の中に前記ＲＦ磁場を押しやるために、導電遮蔽が提供される、請求項３４に記載のプローブヘッド。
【請求項３６】
前記導電性素子（２）と向き合う２つの別個の直交して交差するグリッド偏光子を備え、各グリッド偏光子および前記導電性素子（２）はＲＦ変換器を備え、前記その結果得られる２つのＲＦ変換器は、ＲＦ回路（６）により発生させられた所与の位相差を有するＲＦ信号により給電される、請求項１〜２３のうちいずれか一項に記載のプローブヘッド。
【請求項３７】
各グリッド素子が、前記向き合う導電性素子（２）に電気的に接続される、またはＲＦ結合される、請求項１〜３６のうちいずれか一項に記載のプローブヘッド。
【請求項３８】
前記ＲＦ変換器を形成する前記２つの部分、すなわち、前記グリッド素子（１ｂ）および前記導電性素子（２ｂ）は、静的および準静的な電場を印加される、コンデンサのプレートの役割を果たす、請求項２２または２３に記載のプローブヘッド。
【請求項３９】
おそらくは誘電体領域（７）を含む、前記プローブヘッドの１つまたは複数の側面（１３）が、コンデンサとして作動するように設計される、請求項２２に記載のプローブヘッド。
【請求項４０】
各ストリップが、前記ＭＷ放射に対して必要な透過度、および前記ＭＷ磁場および前記ＲＦ磁場の必要な均一性を両方とも得るために、一連の狭く平行なワイヤに分割される、請求項２２に記載のプローブヘッド。
【請求項４１】
各ストリップ（１ｂ）が、いくつかの連続した断片にセグメント化され、前記断片の各々が、前記向き合う導電性素子（２ｂ）と一緒に、マイクロストリップのようなＲＦ変換器の役割を果たし、前記ＲＦ変換器は、異なるＲＦ回路に接続され、前記導電性素子（２ｂ）は、前記異なるＲＦ回路用の共通接地平面である、請求項２２に記載のプローブヘッド。
【請求項４２】
前記ＲＦ変換器の前記中央グリッド偏光子および前記２つの外部素子の間の前記電気接続（１０）は、長さまたは電気抵抗に関して非対称である、請求項３４に記載のプローブヘッド。
【請求項４３】
プローブヘッドであって、前記導電性素子（２）または前記導電性グリッド素子（１）は、前記サンプル（８）を能動的に加熱または冷却するために提供されるプローブヘッド。
【請求項４４】
請求項１〜４３のうちいずれかに規定されるプローブヘッドの使用法であって、少なくとも１つのＭＷ発生源から入射するマイクロ波（ＭＷまたはμＷ）およびより高い周波数の波によりサンプルの電磁照射がさらに可能になる無線周波（ＲＦ）信号変換器の役割を果たし、前記発生源は、サンプルエリアを規定するように、前記グリッド偏光子（１）と共に実質的に中心に位置決めされたプロファイル（４）を有する、好ましくは前記グリッド偏光子（１）に垂直な方向に従って向けられた少なくとも１つのマイクロ波ビーム（３）を作り出すプローブヘッドの使用法。
【請求項４５】
前記サンプル（８）を能動的に加熱するためにレーザビームが使用される、請求項４４に記載のプローブヘッドの使用法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、過分極用の、一般にはサンプルの多重電磁照射用のプローブヘッドに関し、プローブヘッドは、無線周波（ＲＦ）信号変換器の役割を果たし、すなわち核磁気共鳴（Ｎｕｃｌｅａｒ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ、ＮＭＲ）分光法、核磁気共鳴映像法（Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  Ｉｍａｇｉｎｇ、ＭＲＩ）技法、および電子スピン共鳴（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｓｐｉｎ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ、ＥＳＲ）としても知られる電子常磁性共鳴（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｐａｒａｍａｇｎｅｔｉｃ、Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ、ＥＰＲ）における電子核二重共鳴（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ−Ｎｕｃｌｅａｒ  Ｄｏｕｂｌｅ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ、ＥＮＤＯＲ）によるサンプルの解析に適したＲＦ電磁場を発生させるためだけでなく、サンプルにより発生させられたＲＦ場信号をＮＭＲおよびＭＲＩ技法に適した方法で検出するための両方を意図した変換器の役割を果たし、プローブヘッドはまた、マイクロ波（ＭＷまたはμＷ）およびより高い周波数の波による、サンプルの制御された効率的同時照射を可能にする。
【０００２】
過分極という用語で、物質の熱平衡を越えた、材料の一種の核スピン分極が意図される。過分極の公知の技法が、ＮＭＲおよびＭＲＩのような磁気共鳴技法の分野で使用される、動的核分極（Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｎｕｃｌｅａｒ  Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ、ＤＮＰ）、化学誘起動的核分極（Ｃｈｅｍｉｃａｌｌｙ  Ｉｎｄｕｃｅｄ  Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｎｕｃｌｅａｒ  Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ、ＣＩＤＮＰ）、光ＣＩＤＮＰである。過分極技法は、数桁だけＮＭＲおよびＭＲＩ計測の感度を高めることができ、ＮＭＲおよびＭＲＩに前例のない用途を開放する。磁気共鳴における多重照射技法の他の例が、ＥＰＲにおけるＥＮＤＯＲ技法である。上述の技法すべてにおいて、サンプルは通常、三重項状態のような安定した化学誘起常磁性種または光発生常磁性種を含む。
【背景技術】
【０００３】
２０世紀中頃以来発展したＮＭＲ、ＭＲＩ、およびＥＰＲの技法は、健康解析におけるこれらの技法の診断能力、およびたんぱく質のような複雑な生体分子の配座詳細を明らかにする能力のおかげで、非常に大きな影響を及ぼしてきた。
【０００４】
ＮＭＲ、ＭＲＩ、およびＥＰＲの一般的動向が、感度およびスペクトル分解能の改善である。ますます高い磁場で作動する磁気共鳴分光計に加えて、ＮＭＲおよびＭＲＩでは、いくつかの新しいプローブヘッドが同じくＤＮＰのような過分極技法に関連して開発された。同じように、ＥＰＲの分野では、ＥＮＤＯＲのような多重照射技法用の効率的プローブヘッドの開発に絶え間ない努力がささげられてきた。この点に関連して、異なるＲＦ変換器が提案された。
【０００５】
詳細には、たとえば（Ｗｅｂｂ、Ｐｒｏｇｒｅｓｓ  ｉｎ  Ｎｕｃｌｅａｒ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ（核磁気共鳴分光法の進歩）、ｖｏｌ．３１、１〜４２ページ（１９９７年））で説明されたように、サンプルがソレノイドの内部に適合された、ソレノイドコイルまたはマイクロロコイルの形状を有するこのようなＲＦ変換器が開発された。しかしながら、これまで提案されたように、ソレノイドは、サンプルの関連する誘電加熱を発生させる可能性がある、サンプル領域内のＭＷ場に誘起される歪みのために、高出力でのサンプルの制御されたＭＷ照射に適さない。さらに、ソレノイドは、サイズを増大させることによってだけ研究することができ、したがって、ＲＦ感度を犠牲にする、大きな平面状サンプルに適さない。
【０００６】
次いで、サンプルがデバイス上に置かれる平面状の螺旋ＲＦコイルが提案された。螺旋ＲＦコイルは、たとえば（Ｋｅｎｔｇｅｎｓ  ｅｔ  ａｌ．、Ｔｈｅ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｐｈｙｓｉｃｓ、ｖｏｌ．１２８、０５２２０２（２００８年））で説明されるように、ＲＦ場の均一性が比較的悪い。さらに、螺旋ＲＦコイルは、同じく、この場合、ＭＷ場分布の大きな歪みが金属ストライプエッジの周囲に予想されるので、高出力でのサンプルの制御されたＭＷ照射に適さない。
【０００７】
さらに、ストリップラインの形のＲＦ変換器が開示された。ストリップラインの中心導体を遮蔽する二重接地平面、およびサンプルを有用に置くことができる、隣接する領域の存在により、ストリップラインの形のＲＦ変換器が大出力でのサンプルの単純で効率的なＭＷ照射に適さなくなる。
【０００８】
さらに、マイクロストリップの形のＲＦ変換器が開示された。最も高感度なバージョンでは、ＲＦ変換器により発生させられたＲＦ磁場が非常に不均一であり、用途を非常に微小なサンプルに制限する。
【０００９】
米国特許出願公開第２０１１／００５０２２５号明細書（Ｐｒｉｓｎｅｒ  ｅｔ  ａｌ．）がＤＮＰ−ＮＭＲおよびＥＮＤＯＲの技法用プローブヘッドを開示しており、ＲＦ変換器は、単一ストリップの形のＲＦ共振器であり、同時に、このようなストリップは対応するＭＷ共振器の一部を形成する。このプローブヘッドは薄いサンプルに適しているが、制限された感度に変換される比較的限られたＲＦ占有率を示す。厚いサンプルに対しては、このプローブヘッドは、不十分なＲＦ場均一性を欠点として持つ。
【００１０】
他の米国特許出願公開第２０１２／００６８７０６号明細書（Ｐｒｉｓｎｅｒ  ｅｔ  ａｌ．）がＤＮＰ−ＮＭＲおよびＥＮＤＯＲの技法用プローブヘッドを開示しており、ＲＦ変換器は、ＲＦ換算係数を増大させるために、好ましくは直列に接続された複数の導体ストリップにより構成され、同時に、このようなストリップは、対応するＭＷ共振器の一部を形成する。このプローブヘッドは、この場合も薄いサンプルに適しているが、前の事例と類似して、制限された感度に変換される比較的限られたＲＦ占有率を示す。厚いサンプルに対しては、このプローブヘッドは、不十分なＲＦ場均一性を欠点として持つ。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１１／００５０２２５号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２０１２／００６８７０６号明細書
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】Ｗｅｂｂ、Ｐｒｏｇｒｅｓｓ  ｉｎ  Ｎｕｃｌｅａｒ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ、ｖｏｌ．３１、１〜４２ページ（１９９７年）
【非特許文献２】Ｋｅｎｔｇｅｎｓ  ｅｔ  ａｌ．、Ｔｈｅ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｐｈｙｓｉｃｓ、ｖｏｌ．１２８、０５２２０２（２００８年）
【非特許文献３】Ｎａｎｎｉ  ｅｔ  ａｌ．、Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  ｖｏｌ．２１０、１６〜２３ページ（２０１１年）
【非特許文献４】Ｗｉｎｄ  ｅｔ  ａｌ．、Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  ｖｏｌ．５２、４２４〜４３４ページ（１９８３年）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
最後に、上記で列挙したプローブヘッドおよび関連するデバイスのいずれも、計測の感度；サンプルの誘電加熱；複雑なマイクロ流体構造および大型平面状サンプルとの適合性；ＲＦ照射の均一性；ＭＷ照射および磁化率広幅化の効率および制御などの、磁気共鳴での過分極および多重照射技法の効率にしばしば同時に影響を及ぼす数多くの問題を解決することができない。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
添付の請求項１で請求するような、提案されるプローブヘッドは、適用の成功がサンプル上の静的電磁場および準静的電磁場の振幅および分布が制御されることに関係がある事例に対して、ＲＦ電磁放射を効率的に発生させ、検出し、同じく非常に高いＭＷ出力で、静的または準静的な磁場および電場の存在下で、ＭＷ電磁放射での小型および大型のサンプルの制御された一様な効率的同時照射に適合するデバイスを提供する問題を解決することを目的とする。
【００１５】
さらに、提案されるプローブヘッドは、より短い波長で、たとえば電磁スペクトルのテラヘルツ（ＴＨｚ）、遠赤外（ＦＩＲ）、赤外（ＩＲ）、可視、および紫外（ＵＶ）の部分、およびその他でサンプルをさらに電磁照射するのに適していてもよい。
【００１６】
特許請求されるプローブヘッドの背景となる概念の新規性は、外部で発生させられた所与のマイクロ波ビームに対して部分的にグリッドが透過であるように、導電性素子、たとえば導電性プレートを、相互に間隔をあけて配置されたグリッド素子から作られる導電性グリッド偏光子と組み合わせることにより、ＲＦ信号を発生させ、検出するためのＲＦ変換器を得ることであり、ＲＦ変換器の２つの基本的構成要素、すなわち導電性素子およびグリッド偏光子は、サンプルを取り囲む制御されたＲＦ電流経路を可能にするように設計される。
【００１７】
発明された構造は、２つの主要な機能につながる。第１の機能は、本明細書ではＭＷ（数ＧＨｚまで）またはより高い周波数の波と規定される、外部の発生源により発生させられた高周波電磁波に対して、適切な境界条件を課すことである。詳細には、境界条件は、制御された電磁場分布でサンプルの効率的電磁照射を可能にするように設計され、マイクロ波ビームの同位相波面に従った導電性素子およびグリッド偏光子の整形が得られる。第２の機能は、本明細書ではＲＦ（最大数ＧＨｚ）またはより低い周波数信号として規定される低周波電磁場の、サンプルの領域内での効率的で制御された発生だけでなく、サンプルにより発生させられた低周波電磁場の効率的検出も可能にすることである。
【００１８】
特許請求される本発明の特性は、従来技術により公知の磁気共鳴過分極または多重照射プローブヘッドにより立証された問題の一部を解決する、または軽減するようなものである。特許請求される本発明の特徴および利点は、例証であり限定的ではない目的のために示される、特許請求される本発明のいくつかの実施形態についての以下の説明から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１Ａ】本発明によるプローブヘッドの第１の実施形態の基本構造の正面図である。
【図１Ｂ】図１Ａのプローブヘッドの側面図である。
【図１Ｃ】図１Ａのプローブヘッドの上面図である。
【図１Ｄ】（破線長方形領域内の導電性部分などの）導電性部分を一般的な電気接点と置換することができる、図１Ａのプローブヘッドの第１の実施形態の基本構造の側面図である。
【図２Ａ】図１Ａのプローブヘッドでの、平面状サンプルの可能な適合を示す正面図である。
【図２Ｂ】図１Ａのプローブヘッドの一代替バージョンによるプローブヘッドでの、マイクロ流体チャネル中のサンプルの可能な適合を示す正面図である。
【図３Ａ】グリッド素子の長さが可変である、本発明の第２の実施形態によるプローブヘッドの上面図である。
【図３Ｂ】図３Ａのプローブヘッドの側面図である。
【図４Ａ】ＲＦ回路側で電気接点の形状を変更することによりグリッド素子の全長を変更し、この形状はおそらくは任意であり、適用要件に従って調節される、本発明の第３の実施形態によるプローブヘッドの上面図である。
【図４Ｂ】破線長方形領域の内側の導電性部分を一般的な電気接点と置換することができる、図４Ａのプローブヘッドの側面図である。
【図５Ａ】破線長方形領域の内側の導電性部分を一般的な電気接点と置換することができる、ほとんど閉じた電流経路を備える、本発明の第４の実施形態によるプローブヘッドの側面図である。
【図５Ｂ】図５Ａのプローブヘッドの正面図である。
【図５Ｃ】液体サンプルの場合に特に有用である、サンプルの可能な挿入を示す、図５Ａのプローブヘッドの側面図である。
【図５Ｄ】磁石の内側に図５Ｃのプローブヘッドを備える計測設定の、可能な全体構成の側面図である。
【図５Ｅ】ほとんど閉じた経路にＲＦ電流が従い、デバイスのＲＦ効率を最大にし、破線長方形領域の内側の導電性部分を一般的な電気接点と置換することができる、図５Ａのプローブヘッドの一修正形態の側面図である。
【図５Ｆ】図５Ｅのプローブヘッドの上面図である。
【図６】破線長方形領域の内側の導電性部分を一般的な電気接点と置換することができる、本発明の第５の実施形態によるプローブヘッドの側面図である。
【図７Ａ】選択的ＲＦ励起および検出を可能にする、本発明の第６の実施形態によるプローブヘッドの上面図である。
【図７Ｂ】おそらくは、同時にまたは非同時に、異なるＲＦ周波数で動作する一連のＲＦ励起および検出回路が提供される、図７Ａのプローブヘッドの一変形形態の上面図である。
【図８】プローブヘッドのミラー部分がおそらくは波形である、本発明の第７の実施形態によるプローブヘッドの上面図（左）および側面図（右）である。
【図９Ａ】マイクロストリップ設計に基づく、本発明によるプローブヘッドの第８の実施形態の正面図である。
【図９Ｂ】図９Ａのプローブヘッドの側面図である。
【図９Ｃ】図９Ａのプローブヘッドの上面図である。
【図１０Ａ】破線長方形領域の内側の導電性部分を一般的な電気接点と置換することができる、図９Ａのプローブヘッドの第１の変形形態の側面図である。
【図１０Ｂ】破線長方形領域の内側の導電性部分を一般的な電気接点と置換することができる、図９Ａのプローブヘッドの第２の変形形態の側面図である。
【図１１Ａ】マイクロ波放射に対してほぼ完全に透過である、本発明の第９の実施形態によるプローブヘッドの正面図である。
【図１１Ｂ】破線長方形領域の内側の導電性部分を一般的な電気接点と置換することができる、図１１Ａのプローブヘッドの側面図である。
【図１１Ｃ】図１１Ａのプローブヘッドの上面図である。
【図１２】分離した物理的ミラーを提供されない、本発明の第１０の実施形態によるプローブヘッドの正面図である。
【図１３】分離した物理的ミラーを提供された、図１１Ａのプローブヘッドの一変形形態の正面図である。
【図１４】ファブリ・ペロー（Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ）共振器内部に一体化された、前記第１の実施形態によるプローブヘッドの正面図である。
【図１５】ファブリ・ペロー共振器内部に挿入された、前記第９の実施形態によるプローブヘッドの正面図である。
【図１６Ａ】プローブヘッド自体がマイクロ波共振器の役割を果たす、本発明の第１２の実施形態によるプローブヘッドの正面図である。
【図１６Ｂ】破線長方形領域の内側の導電性部分を一般的な電気接点と置換することができる、図１６Ａのプローブヘッドの側面図である。
【図１６Ｃ】プローブヘッドがＦＰ共振器の一部であり、おそらくは自分が副共振する素子の役割を果たす、図１４のプローブヘッドの一修正形態の正面図である。
【図１７Ａ】２つのグリッド自体がマイクロ波共振器の役割を果たし、破線長方形領域の内側の導電性部分を一般的な電気接点と置換することができる、本発明の第１３の実施形態によるプローブヘッドの側面図である。
【図１７Ｂ】図１７Ａのプローブヘッドの正面図である。
【図１８】構造が平面状であり、プローブヘッドが同じくマイクロ波共振器の役割を果たし、マイクロ波放射の側面の閉じ込めが誘電体領域で得られる、本発明の第１４の実施形態によるプローブヘッドの正面図である。
【図１９Ａ】プローブヘッドの無線周波磁気エネルギー、およびプローブヘッドの内側に適合されたサンプルの間の相互作用を最大にすることができる、本発明の第１５の実施形態によるプローブヘッドの側面図である。破線長方形領域の内側の導電性部分を一般的な電気接点と置換することができる。
【図１９Ｂ】図１９Ａのプローブヘッドの正面図である。
【図２０】中央グリッドの延長部分が上方のグリッドの延長部分に匹敵する、図１９Ａのプローブヘッドの一変形形態の正面図である。
【図２１Ａ】ＲＦ磁場フラックスが、導電遮蔽によって、下方のミラー、中央グリッド、および上方のグリッドの間の領域内に蓄積するよう押しやられる、図１９Ａのプローブヘッドの他の変形形態の側面図である。破線長方形領域の内側の導電性部分を一般的な電気接点と置換することができる。
【図２１Ｂ】図２１Ａのプローブヘッドの正面図である。
【図２２】プローブヘッドの上方の部分が、単一のグリッドではなく、２つの直交するグリッドにより構成される、図９Ａのプローブヘッドの一変形形態の上面図である。
【図２３】有限要素シミュレーションによる、プローブヘッドに垂直に伝播し、かつグリッドの素子に直交する偏光を有するマイクロ波平面波により照射される、石英から作られた誘電体プレートを含む、図１Ａのプローブヘッド内のＥｍｗ場分布のノルムをカラーで示す図である。
【図２４】一方がグリッド素子を含み、一方がグリッド素子を含まない、２つの軸方向に沿った同じＥｍｗ場分布を示す２つの図である。
【図２５】図２４の第１の軸方向に沿ったＢｍｗ場分布を示す図である。
【図２６】図２４の第２の軸方向に沿ったＢｍｗ場分布を示す図である。
【図２７】有限要素シミュレーションによる、グリッド偏光子の側面の延長部分が有限であり、かつ誘電体プレートがない場合に、プローブヘッドに垂直に伝播し、かつグリッドの素子に直交する偏光を有するマイクロ波平面波により照射される、図１Ａのプローブヘッド内のＢｍｗ場分布のノルムをカラーで示す図である。
【図２８】波の振幅に対するグリッドの制限された効果を強調する、図２７の場合の２つのグリッド素子間の領域内の、プローブに垂直な方向でのＢｍｗの空間的挙動を示す図である。
【図２９】グリッド素子の下方の領域内のＢｍｗ場の比較的高い空間的一様性を強調する、図２７の場合の平面状ミラーの表面に沿ったＢｍｗの空間的挙動を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
上述の磁気共鳴技法の枠組みの中で、外部静磁場Ｂ０内に置かれたサンプルが、核ゼーマン（Ｚｅｅｍａｎ）遷移（ＮＭＲ遷移、最大数ＧＨｚの周波数でのＲＦ励起に対応する）に特有な周波数の電磁波で、または電子ゼーマン遷移（ＥＰＲ遷移、最大数ＴＨｚの周波数でのＭＷ励起に対応する）に特有な周波数で照射される。これらの２種類の励起は、動的核分極のような技法で組み合わせられ、前記ＭＷ励起は、常磁性種の電子スピン遷移を飽和させる目的で、またはより一般的には、関連する電子スピンの母集団およびコヒーレンスを修正するために利用される。電子状態の変動が、核スピンに影響を及ぼし、核スピンの状態が、ＮＭＲ技法（ＤＮＰ−ＮＭＲ、ＤＮＰ−ＭＲＩなど）により明らかになる。この二重励起技法を適切に適用することで、何桁ものＮＭＲ信号の増強を生じさせることができる。
【００２１】
いわゆる溶解ＤＮＰでは、サンプルは非常に低い温度に凍結させられ、ＭＷ照射によって分極させられ；次いで、ＮＭＲ特性解析および使用での対象温度まで急速に加熱される。
【００２２】
従来のＤＮＰ法は、高い静磁場、しばしば低温、および安定した常磁性中心を必要とし、安定した常磁性中心は、分極した陽子の緩和時間を短縮する。これらの制約条件は、永続的な常磁性中心を、化学的に誘起された常磁性種または短寿命の光励起三重項状態と置換することにより大部分は緩和されることができる。短寿命の光励起三重項状態の場合、三重項状態にある電子はボルツマン（Ｂｏｌｔｚｍａｎｎ）分布に従わず、最初の励起状態から三重項状態の３つのレベルへの遷移確率のためにほぼ９０％まで自然に分極させられる。このことが、低い磁場および室温で（光）ＤＮＰを行う可能性を切り開き、さらには、サンプル中に固定された常磁性中心の必要性を取り除き、分極した陽子の緩和時間を延長する。
【００２３】
他の方法では、電子核二重共鳴（ＥＮＤＯＲ）技法では、ＲＦ励起が核スピン遷移を飽和させるため、または一般に核スピン状態の母集団およびコヒーレンスを修正するために使用され、システム内に安定に存在する、化学的に誘起した、または光で発生した、常磁性種の電子スピン状態に対するこれらの変更の効果を検出する（ＥＮＤＯＲ−ＥＰＲ）。
【００２４】
以下で開示されるプローブヘッドの主要な目的の１つが、ＤＮＰ−ＮＭＲ、ＤＮＰ−ＭＲＩの分野、およびＥＮＤＯＲ−ＥＰＲの分野でこれまで提案されたデバイスにより立証されたいくつかの制限を、詳細には、制御された場のプロフィールおよび偏光でＲＦ電磁放射の非常に効率的な発生および検出を可能にする構造の欠如を克服し、同時に、ＭＷ電磁周波数で、さらには、非常に高いＭＷ出力で、弱く摂動を起こし十分に制御された静的または準静的な磁場および電場の存在下で、小型で分散したサンプルの制御された一様な効率的同時照射に適合し、ＴＨｚ、ＦＩＲ、ＩＲ、可視、およびＵＶの波のようなより高い周波数の電磁波でサンプルを効率的に照射することを可能にすることである。
【００２５】
提案されるプローブヘッドは、サンプル上のＲＦ場のよりよい制御のために計測感度を増大させ、プローブヘッドの小型化を可能にし、サンプルのアレイのその場での特性解析をより容易にし、円偏光場でＲＦおよびＭＷの励起および検出を可能にし、ＲＦ回路内および同様にＭＷ回路内へ共振素子を一体化させる技術的解決策をさらに提供する。
【００２６】
特許請求されるプローブヘッドの背景となる基本的概念は、外部で発生させられた所与のマイクロ波ビームに対してグリッドが部分的に透過であるように、２つの基本的構成要素を組み合わせる、すなわち、導電性素子、たとえば導電性プレートを、相互に間隔をあけて配置されたグリッド素子から作られた導電性グリッド偏光子と組み合わせることにより、ＲＦ信号を発生させ、検出するためのＲＦ変換器を得ることである。ＲＦ変換器の２つの基本的構成要素は、すなわち導電性素子およびグリッド偏光子は、サンプル上のＲＦ磁場を最大にし、均一にするために、制御され、好ましくは平行な、前記サンプルを取り囲むＲＦ電流経路を得るように設計される。さらに、これらの構成要素は、好ましくは、ＭＷビームの同位相波面に実質的に適合し、重なるように整形される。この手法では、おそらくはＲＦ変換器の２つの基本的構成要素により反射されたＭＷビームの一部が、ＭＷビームに対して一義的に規定された経路を実質的に有し、これにより、プローブヘッドの内側および周囲のＭＷ放射の制御された定在波パターンがもたらさせる。さらに、ＭＷビームの同位相波面に類似して整形された構成要素を使用することにより、ＭＷビームプロファイルの歪みを最小にすることが可能になり、これらの歪みは通常、放射の空間的拡散によるＭＷエネルギーの損失を発生させる。
【００２７】
図１Ａ〜図１Ｃに関連して、本発明による第１のプローブヘッドが、２つの主要な素子、すなわち、導電性グリッド素子（１）から作られた１つのグリッドにより具体化されるグリッド偏光子、およびプレートの形の導電性素子（２）により構成され、本実施形態では、２つの主要な素子間を導電性構成要素（ｃ）で、導電性素子（５）を通してＲＦ回路（６）に電気的に接続されるＲＦ変換器を備え、この接続については以下で詳述する。
【００２８】
したがって、本明細書では、導電性グリッド偏光子は一般にグリッドである、すなわち、一般にグリッド素子として示される導電性のワイヤ、ストリップ、ロッド、または棒状素子のフレームワークまたはメッシュであることが意図される。この実施形態では、グリッド偏光子は、平面上に所定の方向に従って配置された、平行で相互に間隔をあけて配置されたグリッド素子、すなわち、ワイヤまたはストリップ（１）により構成される。
【００２９】
グリッド偏光子（１）から一定距離に、導電性素子（２）が、前記グリッドに実質的に平行に、または前記グリッドといずれにしろ向き合って配置され、導電性素子（２）の機能は、第一に、この場合、グリッド偏光子内を流れるＲＦ電流に対して実質的に平行に、かつ反対方向に流れるＲＦ電流を伴うほとんど閉じたＲＦ回路経路を得ることだけでなく、ＭＷビーム（３）用の反射面（ミラー）を提供することであり、前記ミラーは前記グリッド偏光子と向き合う。
【００３０】
導電性素子（２）およびグリッド偏光子（１）の間に囲まれた空間は、上記で説明したように、ＮＭＲ分光法などにより走査されるサンプルを受け入れやすい。導電性素子（２）およびグリッド偏光子（１）の間の距離は、極端に小型化されたデバイスの場合の数分の１ミクロン（μｍ）から数ミリメートルまでの間の範囲内に入る。導電性素子（２）は、サンプルのための台を提供する。
【００３１】
ＲＦ変換器の主要な素子、すなわちグリッド偏光子（１）および導電性素子（２）の両方が、図面に表されていないＭＷ発生源から入射する単一周波または多周波のＭＷビーム（３）により照射され、前記発生源はプローブヘッドの一部ではない。ビーム（３）は、ミラー面（２）およびグリッド平面（１）に実質的垂直な方向に従って向けられ、サンプルエリアを規定するように、グリッド偏光子に対して実質的に中心に位置決めされたプロファイル（４）を有する。この実施形態では、ＭＷビーム（３）の同位相波面は、優先的には、プローブヘッドに近接した平面状である。
【００３２】
以下では、ＢｍｗおよびＥｍｗは、それぞれ前記マイクロ波ビームに関連する磁場および電場を示す。
【００３３】
上記で説明した構成によれば、グリッド偏光子（１）は、前記マイクロ波の１つの偏光に対して少なくとも部分的に透過である。
【００３４】
さらに、この実施形態ではプローブに直交する、外部静磁場Ｂ０の方向が一般に任意とすることができることが留意される。この実施形態では、プローブに向けて直交する方向を向く、単一周波または多周波のマイクロ波ビームの伝播方向だけでなく、その形状および偏光も一般に任意とすることができる。本実施形態では、マイクロ波ビームの磁場Ｂｍｗはプローブに平行である。マイクロ波ビーム衝突エリアの幅は、グリッドエリアよりさらに広くてもよい。
【００３５】
グリッド偏光子、すなわち各グリッド素子（１）は、中に置かれたサンプルを取り囲む２つの平行な側面を有する、実質的にＵ字型に分布したコイルの形のＲＦ変換器を得るために、導電性素子（ｃ）によって導電性素子（２）に電気的に接続され、これらの側面は、グリッド偏光子（１）および導電性プレート（２）により得られる。反対方向のＲＦ電流を伝達する、実質的に平行な側面を有し、これらの側面がサンプルをさらに取り囲むＲＦ変換器の構成が、いくつかの利点を示す。実質的に平行な側面内の反対方向のＲＦ電流により、ＲＦ変換器の内側の、すなわち、サンプルが適合されることが好ましいこれらの側面間の空間内で、強力で均一なＲＦ磁場を得ることが可能になる。ＲＦ変換器によってサンプルを取り囲むことにより、サンプルに対して高いＲＦ磁場占有率を得ることが可能になる。上述の特徴すべてが、高い磁気共鳴感度および効率に変換される。
【００３６】
単一周波または多周波のＲＦ信号を発生させやすい、または単一周波または多周波のＲＦ信号を検出しやすい一般的な無線周波回路（６）を実装するために、導電性素子（２）およびグリッド素子（１）の両方が、電気接続（５）を介し、発生器および検出器のようないくつかのＲＦ素子に電気的にさらに接続される。
【００３７】
ＭＷビームプロファイル（４）の形状は、任意とすることができ；ワイヤまたはストリップ（１）は、可変の形状、サイズ、長さ、曲率半径、および横断面（円形、長方形、正方形、三角形など）を有することができ、横断面は、好ましくはλｍｗより短く、ここで、λｍｗは真空中のＭＷ波長であることが留意される。
【００３８】
隣接するグリッド素子（１）間の相互距離は（地点ごとに）局所的に変わることができ、導電性素子（２）および導電性グリッド素子（１）の両方が、任意の適切な導電材料から、または絶縁材料および導電性材料を組み合わせて作られることができ、絶縁材料および導電性材料の組合せは、たとえば、おそらくはステレオリソグラフィと組み合わせた無電解めっき（ｅｌｅｃｔｒｏｌｅｓｓ  ｐｌａｔｉｎｇ、ＥＬＰ）技法によってＲＦ電流の伝播を可能にする。たとえば磁化率補償（ｓｕｓｃｅｐｔｉｂｉｌｉｔｙ−ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ）デバイスの場合、前記素子（１）および（２）の構成で、他の超伝導性材料または非導電性材料を同様に使用することができる。
【００３９】
本発明によるプローブヘッドのこの実施形態では、上方のグリッド（１）、下方のミラー（２）、および電気接続（ｃ）は、単一の導電性積層ブロックから得られる。他の一実施形態では、ＲＦ変換器の素子の一部またはすべてが、たとえば堆積およびコーティングの技法によって、絶縁材料および導電性材料を組み合わせて構築される。
【００４０】
図１Ｄを参照すると、この実施形態の一変形形態が示され、「ａ」で示す長方形領域の内側の導電性部分が、一般的な電気接続と置換されている。
【００４１】
構造物の上述の組合せ、すなわち、導電性素子（２）、グリッド偏光子（１）、および電気接続（ｃ）は、適切に設計されたとき、ＲＦ変換器の内部領域内の強力で均一なＲＦ磁場により特徴づけられる高性能ＲＦ変換器を実現できるようにする。ＭＷの観点から、グリッド偏光子（１）は、正しい偏光を有するＭＷ放射に対して実質的に透過な素子として動作し、正しい偏光は、適切に設計されたとき、この偏光を有するＭＷビームに対して非常に局在化したＭＷ電磁場摂動だけをさらに発生させる。導電性素子（２）は、マイクロ波に対して定在波パターンを発生させるＭＷ放射用平面状ミラーとして動作し、定在波パターンでは、マイクロ波ビームが適切に偏光され、実質的に平面状の同位相波面により、すなわちプローブヘッド素子（１）および（２）の形状に対応する形状を有し、かつプローブヘッド素子（１）および（２）にほとんど重ねられた同位相波面により特徴づけられるという前提で、電場Ｅｍｗの節点が磁場Ｂｍｗの最大値に重ねられ、その逆も成り立つ。平面状ミラー（２）はＢｍｗ場の最大値およびＥｍｗ場の節面に対応する。これらの条件では、ＲＦ変換器の内側のサンプル領域は、制御され、予測可能な方法で（導電性素子（２）上の定在波パターン、ＭＷ電場および磁場の分離、ゼロのＭＷ電場）、効率的方法で（グリッド偏光子（１）のＭＷに対してほとんど完全に透過である）、同時にサンプルの効率的ＲＦ励起および検出のために、マイクロ波により照射されることができ、一方では、サンプルサイズに対して大きな横断面を有する適切なＭＷビームを利用して、サンプルのＭＷ照射の特許請求される一様性を得ることができる。
【００４２】
図１に示す提案される実施形態は、従来技術により公知の実施形態と異なる。詳細には、図１に示す提案される実施形態は、米国特許出願公開第２０１１／００５０２２５号明細書（Ｐｒｉｓｎｅｒ  ｅｔ  ａｌ．）で開示されるプローブヘッドと異なり、この特許では、ＲＦ変換器は、一方の端部でＲＦ回路に接続され、他方の端部で接地電位に接続された、単一の平面状素子（おそらくは平面状マルチストリップ素子を形成するようにスロットをつけられたＲＦストリップライン共振器またはマイクロストリップ共振器）により得られる。米国特許出願公開第２０１１／００５０２２５号明細書で開示されるＲＦ変換器では、ＲＦ電流は、平面状ストリップ素子内でよく制御されるが、接地電位に到達したとき、直接にも（米国特許出願公開第２０１１／００５０２２５号明細書の図８および請求項３７）、ハウジングを通しても（米国特許出願公開第２０１１／００５０２２５号明細書の図１〜図４および請求項４６）、本質的に制御されない。対照的に、本明細書で提案されるプローブヘッドは、サンプルを取り囲む少なくとも２つの素子、すなわちグリッド偏光子（１）および導電性素子（２）により常に構成され、この組合せにより、サンプル周囲の、よく制御され、ほとんど閉じたＲＦ電流経路を可能にする。これらの違いの効果として、本明細書で提案される革新的プローブヘッドが、米国特許出願公開第２０１１／００５０２２５号明細書で開示されるプローブヘッドに対してより高いＲＦ磁場を可能にするのは、ＲＦ電流は、ＲＦ電流の磁場が重なり、補強し、導電性素子（ｃ）の効果を無視するような相対的方向で、サンプルに近接して２回、１回はグリッド偏光子（１）内を、１回は導電性素子（２）内を流れるためである。詳細には、ほぼ２倍のより高いＲＦ磁場が、ＲＦ変換器内の類似する全ＲＦ電流に対して予想される。さらに、本発明のＲＦ変換器の２つの基本的素子（１）および（２）内のＲＦ電流の組合せにより、米国特許出願公開第２０１１／００５０２２５号明細書で開示されるプローブヘッドと比較したとき、前記素子（１）および（２）の間の空間内のより均一なＲＦ磁場分布が可能になる。本明細書で提案されるプローブヘッドの本発明の設計の結果として、ＲＦ変換器は、サンプルが適合される、導電性ミラー（２）およびグリッド偏光子（１）の間に含まれる空間内にこのような場がよく閉じ込められるという意味で、ＲＦ場に対して「閉じられた」素子として動作し、一方、米国特許出願公開第２０１１／００５０２２５号明細書のプローブヘッドでは、ＲＦ場は、ストリップの周囲すべてに、ハウジングまで分布させられ（米国特許出願公開第２０１１／００５０２２５号明細書の図２）、米国特許出願公開第２０１１／００５０２２５号明細書のプローブヘッドのＲＦ磁場占有率が低くなる。同時に、マイクロ波に対してほぼ透過になるように設計することができるグリッド偏光子（１）を使用することは、グリッド偏光子が必然的にマイクロ波に対して強力に反射する素子でなければならない米国特許出願公開第２０１１／００５０２２５号明細書の場合と反対に、サンプルが適合される、グリッド偏光子の内部空間のＭＷ放射に対して、提案されるプローブヘッドを「��放」させる。
【００４３】
同じように、本明細書で提案されるプローブヘッドは、米国特許出願公開第２０１２／００６８７０６号明細書で開示されるプローブヘッドに対して革新的であり、米国特許出願公開第２０１２／００６８７０６号明細書では、ＲＦ変換器は、この場合も、好ましくは複数の導電ストリップの間に直列に接続され、一方の端部でＲＦ回路に、他方の端部で接地電位に、直接（米国特許出願公開第２０１２／００６８７０６号明細書の図１〜図３ならびに請求項３６〜３７）またはハウジングを通して（米国特許出願公開第２０１２／００６８７０６号明細書の請求項５０）接続された複数の導電ストリップを備える単一のＲＦ素子により構成され、一方、本明細書で提案されるプローブヘッドは、サンプルを取り囲む少なくとも２つの導電性素子、すなわちグリッド偏光子（１）および導電性素子（２）により常に構成され、この組合せは、サンプル周囲の、よく制御されほとんど閉じたＲＦ電流経路を可能にする。したがって、提案されるプローブヘッドで２つの素子（１）および（２）を使用することに関連する同じ違いが、ＲＦ磁場の占有率および均一性に関して上記で示した利益について当てはまる。
【００４４】
以下の実施形態すべてに大部分共通の、本実施形態のＲＦおよびＭＷ能力は、有限要素数値シミュレーションで確認された。詳細には、図２３、図２４、図２５、および図２６が、真空中の波長λｍｗ＝１．５ｍｍ（ＭＷ周波数２００ＧＨｚに対応する）を有する直線偏光ＭＷ平面波がプローブヘッドに垂直に伝播する場合の関連するＭＷ場分布を示す。この計算では、ワイヤ（１）の直径が１００μｍであり、連続するワイヤ間の分離が５００μｍ（０．５ｍｍ）であり、ミラー（２）からワイヤ（１）までの距離が５００μｍであり、入射するＭＷビームの偏光がワイヤ（１）に直交する。さらに、石英から作られたと仮定される、厚さ３００μｍの誘電体プレートが、ワイヤ（１）およびミラー（２）の間に、ワイヤと接触して挿入され、サンプルを格納するために使用されてもよい。研究された事例では、サンプルは厚さ１００μｍであり、平面状導電性ミラー（２）と接触して置かれる。すべての寸法およびＭＷ波長を同じ係数だけ倍率変更して、類似の結果が得られる。
【００４５】
図２４により実証された、外側の場に対するプローブの内側のＥｍｗ場の振幅の低下は、上述の誘電体プレートの存在、および、グリッド偏光子（１）でのＭＷビームの弱い部分的反射による。一方、プローブの内側のＢｍｗの振幅に対する効果は、図２５および図２６に示すように、それほど顕著ではない。ワイヤの存在が、電場Ｅｍｗおよび磁場Ｂｍｗの局在化した摂動を発生させる。詳細には、ミラーから１００μｍ離れたサンプルの上面に対応する側面の水平線に沿ったＥｍｗおよびＢｍｗの変動は、ＥｍｗおよびＢｍｗの振幅の１％以下のオーダである。
【００４６】
誘電体プレートの挿入により、石英プレートの場合を示す図２５および図２６と図２４を比較して推測することができるように、サンプル上のＢｍｗ／Ｅｍｗに関して適切なゲインが可能にすることができる。
【００４７】
図２７の図には、グリッド偏光子の側面の延長部分が有限である場合に、プローブヘッドに垂直に伝播し、かつグリッド素子に直交する直線偏光を有する平面波に対するＢｍｗ分布の数値モデル化を示す。異なる素子のサイズは、図２３の場合と同じである。しかしながら、この場合、誘電体プレートは存在しない。
【００４８】
図２８に、グリッド素子の領域内における、プローブに垂直な方向でのＢｍｗの空間的挙動を示し、波の振幅に対するグリッドの制限された効果が明らかになる。
【００４９】
さらに、図２９に、変動がグリッド素子の下方の領域内の数パーセントに制限される、場の比較的高い区間的一様性を立証する、平面状ミラーの表面に沿ったＢｍｗの空間的挙動を示す。
【００５０】
図２Ａを参照すると、図１Ａ〜図１Ｃのプローブヘッドが、ＭＷビーム（３）により部分的に照射され、かつグリッド偏光子（１）およびミラーの表面（２）の間に囲まれた誘電体領域（７）内のサンプル（８）と共に示されている。誘電体領域（７）の役割は多方面にわたる：誘電体領域（７）は、サンプルホルダの役割を果たして、表面の機械的剛性を改善し、グリッド素子を保持し、サンプル領域内の比Ｂｍｗ／Ｅｍｗを増大させ、プローブヘッドの外側の空間からサンプル領域へのＭＷビームの伝播における反射波を最小にし、プローブヘッドの熱拡散能力を改善することができる。
【００５１】
サンプル（８）は、平面状の形状で、すなわち、好ましくは、平面状のプローブに直交して伝播する直線偏光平面ＭＷビームに関連する電場Ｅｍｗが消滅する、プローブヘッドの導電性素子（２）上に、実質的にスライス構成で分布させられる。これらの理想的条件では、正確にミラーの表面で、前記電場は事実上ゼロの強度を有することが留意される。
【００５２】
しかしながら、さらに適合することを予期される場合がある。おそらくは、サンプルは、平面状でなくても、またミラー（２）と接触して置かれなくてもよい。サンプルは、一般に任意の厚さを有することができる。サンプルはまた、ミラー（２）およびグリッド偏光子（１）の間の領域の外側に分布させられてもよい。誘電体領域（７）は、存在してもよい、または存在しなくてもよい。
【００５３】
図２Ｂを参照すると、すでに説明したプローブヘッドに類似するが、長方形の横断面を有するストリップの形状を備えるグリッド素子（１）を有するプローブヘッドを示す。誘電体領域（７）では、１つまたは複数のマイクロ流体チャネル（８）が、流体がプローブヘッド内部に封じ込められ、かつおそらくは流れることが可能になるように配置され、このような構成は、たとえば化学誘起ＤＮＰの場合に有用である。
【００５４】
一般的に言えば、サンプルは、プローブヘッドを構成する素子間に、またはこれらの素子の近傍に、単独で、または同じくグリッド素子（１）のホルダの役割を果たすことができるサンプルホルダ内に配置されることができる。誘電体サンプルホルダが、サンプル上のＭＷ磁場ＢｍｗおよびＭＷ電場Ｅｍｗの間の比を改善することができる。
【００５５】
誘電体領域およびサンプル室は、任意の形状、サイズ、および位置を有することができることが意図される。誘電体領域（７）は、存在するとき、導電性グリッド素子（１）を取り囲んでもよく、また、反射防止コーティング、またはたとえばピラミッド形状の一連の誘電体エリアを備えてもよく、ＲＦ変換器の外部の空間からＲＦ変換器の内部の空間の間を進む際のＭＷビーム（３）インピーダンス整合を改善する。
【００５６】
以下では、ＢｒｆおよびＥｒｆはそれぞれＲＦ波に関連する磁場および電場を示す。
【００５７】
サンプルが、導電性素子（２）およびグリッド偏光子（１）により形成される分布コイルＲＦ変換器により密に取り囲まれたとき、サンプル上に強力で均一なＲＦ磁場Ｂｒｆおよび非常に弱いＲＦ電場Ｅｒｆを発生させるようにコイルを動作させることができる。コイルはまた、サンプル（８）に関連して得ることができる高いＲＦ磁場占有率のおかげで、サンプルにより発生させられたＲＦ場用の効率的検出器として動作させられることができる。
【００５８】
プローブヘッドの構造は、グリッド偏光子（１）側で、ＲＦ変換器に入射する、適切に偏光したＭＷ放射（３）に対してほぼ完全に透過である。このＭＷ放射がプローブヘッドのミラー側（２）で反射することにより、制御されたＭＷ定在波がサンプル（８）上に発生し、磁気共鳴技法の効率的実装の必要に応じて、強力で一様なＭＷ磁場および弱いＭＷ電場の領域内にサンプル（８）を置くことができる。
【００５９】
ＲＦ変換器のグリッド偏光子（１）部分を形成するグリッド素子を構成する数、相対的位置、形状、および材料は、サンプル（８）上のＲＦ磁場の所望の一様性または分布を得るように選択されることができる。
【００６０】
グリッド偏光子（１）および導電性素子（２）の設計に汎用性がある結果として、このプローブヘッドは、励起および検出の両方の目的で、高感度で効率的なＲＦ変換器を構築するという問題を解決し、これにより、小型および大型のサンプルをＭＷ周波数で、さらには、ＤＮＰ−ＮＭＲおよびＤＮＰ−ＭＲＩでしばしば必要とされるような非常に高いＭＷ出力で、制御された一様な効率的同時電磁照射が可能になる。さらに、プローブヘッドの開放構造が、たとえば、常磁性種が光発生させられる場合に必要な、マイクロ波より高い周波数でサンプルをさらに電磁照射するのに適している。
【００６１】
たとえば高い熱伝導率の材料（サファイア、ケイ素、石英など）により作られた誘電体構造物（７）およびおそらくは大きい導電性プレート（２）とサンプル（８）との密な接触が、ＭＷ電場およびＲＦ電場に起因するサンプルの誘電加熱の問題、およびサンプルの温度安定化の問題を解決することができる。さらに、この密な接触は、サンプルの温度の高速な制御および変動を可能にすることができる。
【００６２】
この文脈では「側面」とはＲＦ変換器の平面に沿うことを意味する、サンプルのおそらくは大きな側面の延長部分が、本発明のプローブヘッドを複雑なマイクロ流体構造に適合させ、ＤＮＰ効果の存在下で「ラボ・オン・チップ」概念の実用的な実装を可能にする。さらに、提案されるプローブヘッドは本質的に広帯域であり、たとえば、フォトリソグラフィ技法のような電子産業の能力だけでなく、おそらくはステレオリソグラフィなどと組み合わせられる無電解めっき（ＥＬＰ）技法を用いた金属コーティングのようなより最近の技法を利用するＤＮＰ−ＮＭＲ、ＤＮＰ−ＭＲＩ、およびＥＮＤＯＲ−ＥＰＲの現在の必要性を十分超えるＭＷ周波数（約１０００ＭＨｚのＲＦ放射、約７００ＧＨｚのＭＷ放射）に対して容易に構築される。これらの技法を使用することにより、本発明のプローブヘッドの極端な小型化が可能になる。
【００６３】
ＮＭＲ分光法における他の共通の問題が、プローブヘッドにより導入されるＮＭＲ信号の磁化率広幅化に大部分が関連する、計測のスペクトル分解能である。提案されるプローブヘッドでは、電磁境界条件のために静磁場変動がかなり制限される平面状導電性ミラー（２）と接触する薄い層またはスライス内に分布したサンプルを利用して、磁化率広幅化を軽減することができる。
【００６４】
さらに、本発明によるプローブヘッドの、説明された平面状の幾何形状が、本発明によるプローブヘッドの可能な大きな側面のサイズと共に、非常に薄い層に対しても、依然として何百ナノリットルものオーダ以上のサンプルの量で作業を可能にし、このことは、多くのＤＮＰ−ＮＭＲ用途に十分に思われる。磁化率補償金属構成要素、または銅およびＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）の場合のような同等の磁化率を有する金属材料および誘電材料の組合せを利用して、これらの薄い層に予想される弱い残留磁化率広幅化を低減することができる。他の可能性が、プローブヘッドの部分すべてに半導体ケイ素またはプラスチック材料のような単一の材料を使用すること、および可変ドーピングまたは金属コーティングにより必要な導電性チャネルを得ることである。
【００６５】
本プローブヘッドにより特徴づけることができるサンプルは、自然な状態にある生物系に特有な高誘電損失のサンプルのきわめて重要なファミリを含む固体、液体、または気体のサンプルであってもよい。さらに、本発明は、通常、調査するには複雑な幾何形状、たとえば薄膜および表面に特に適している。
【００６６】
図１Ａ〜図２Ｂに示す主要な構成に加えて、グリッド素子（１）に平行に偏光したＭＷ電場を伴うプローブヘッドを使用することが可能である。この場合、サンプルのＭＷ照射の効率はより低いが、プローブヘッドに対する静磁場Ｂ０の他の向きを有益に利用することができる。Ｅｍｗがグリッド素子に平行である場合、ＲＦ変換器の内部空間の中へのＭＷ放射の侵入だけでなく、ＭＷ放射の一様性も、他の方法では任意の、隣接するグリッド素子間の距離ｄを、λｍｗ／２より大きく設定して改善することができ、ここで、λｍｗは真空中のＭＷ波長である。この条件は、ＭＷで誘電率εを有する誘電材料で導電性グリッド素子を取り囲んで緩和されることができ、このときｄ＞λｍｗ／√εを満たす。
【００６７】
上述の場合、グリッド偏光子（１）は、偏光子として適切に動作せず；実際には、グリッド偏光子（１）の偏光識別は強く減衰させられる。しかしながら、プローブヘッドは、最初に提案された構成の利点のいくつかを依存として示す。いずれの場合にも、制限された偏光識別が、プローブヘッドの円偏光ＭＷ照射の場合に特に有利になることができる。
【００６８】
提案されるプローブヘッドは、標準的用途のため、またはＤＮＰ用途のために考えられる大部分の高度なＮＭＲプローブヘッドで遭遇するいくつかの問題を解決することができる、融通性のある特有の素子を導入する。これらの問題の１つが、従来技術に記載される平坦な微小コイルの場合およびソレノイドの場合などの、最適ではないＲＦ電流分布にまたはエッジ効果に起因する可能性がある、サンプル領域内のＲＦ磁場の制限された均一性によりもたらされる。
【００６９】
図３Ａ〜図３Ｂ、および図４Ａ〜図４Ｂを参照すると、異なるグリッド素子（１）内の無線周波電流の相対的振幅が、前記素子の各々の長さを変更することにより規定され、したがって、関連する電流経路の電気抵抗を変える他の実施形態が示されている。この手法では、均一な、または特定の用途に従って調整された、ＲＦ磁場の特定の空間分布を得るために、ＲＦ変換器内のＲＦ電流の空間分布を調節することができる。
【００７０】
図３Ａおよび図３Ｂに示す実施形態では、各グリッド素子（１）の長さが、導電性素子（２）に電気的に接続された側で変えられ、この場合、図３Ａに示すように、より長いグリッド素子（１）が、グリッド偏光子およびグリッド素子の中心にあり、グリッド素子（１）が中心からますます遠く離れるにつれ、より短くなる。
【００７１】
図４Ａおよび図４Ｂの実施形態では、ＲＦ変換器内のＲＦ電流の空間分布に対する制御が、グリッド素子（１）を相互接続する素子（ｅ）の形状を変更することにより得られ、この例示の事例では、一方の側がより広く、他方の側がより狭く、これは、さまざまなグリッド素子（１）内を流れるＲＦ電流に対してほぼ等しい電気抵抗に対応する。この取組みはまた、導電性素子（２）に、たとえば、ＲＦ回路（６）に接触する導電性素子（２）の側を適切な方法で整形することに適用することができる。前記形状を、必要とされるＲＦ電流分布に従って設計することができる。
【００７２】
グリッド素子（１）の長さに加えて、グリッド素子（１）間の局所的相互距離、グリッド素子（１）の形状、グリッド素子（１）のサイズ、グリッド素子（１）の材料だけでなく、導電性素子（２）の形状（図４Ａ）も変更して、ＲＦ変換器内のＲＦ電流の空間分布に対して同じ制御効果を達成してもよいことが理解される。
【００７３】
図５Ａ〜図５Ｄでは、プローブヘッド内の無線周波電流が、グリッド偏光子（１）および導電性素子（２）の間の空間内のＲＦ磁場を増大させるためだけでなく、外部ＲＦ回路へのＲＦ変換器の接続も簡素化するために、ほとんど閉じた経路に従う他の一実施形態が示されている。さらに、グリッド素子（１）の端部に置かれた側面の導電性プレート（ｆ）を、ＲＦコンデンサとして使用することができ、前記コンデンサの他方のプレートが、導電性素子（２）の側により表され、得られるコンデンサが、網掛けした領域（９）に概ね対応し、前記領域は、おそらくは誘電材料で満たされる。したがって、プローブヘッドは、分布コイルのインダクタンス、コンデンサ（９）の容量、およびＲＦ変換器のさまざまな素子の抵抗を含むＲＦ共振回路の役割を果たす。ＲＦ共振回路の構造により、所与のＲＦ出力に対して、前記回路内のＲＦ電流を増大させることが可能になり、それに応じて、ＲＦ変換器により発生させられるＲＦ磁場が増大し、これにより、磁気共鳴用途でより高い感度に変換される。グリッド偏光子端部では、一方の側でグリッド素子（１）および導電性素子（２）、ならびに他方の側でグリッド素子（１）およびＲＦ回路（６）を接続する導電性部分（１０）を（図５Ａ）、一般的な電気接点と置換することができる。
【００７４】
図５Ａを参照すると、図１Ｂに関連して説明した実質的にＵ字型の幾何形状が、実質的にＣ字型の幾何形状と置換されている。
【００７５】
図５Ａに示すＲＦ変換器の実施形態の中を流れるＲＦ電流のほとんど閉じた経路は、所与の全ＲＦ電流に対して前記変換器の内側のＲＦ磁場の振幅を増大させ、その結果、磁気共鳴信号の励起および検出の両方で、デバイスの感度を改善する。さらに、この設計により、同じく図５Ｄに示すような現代のＮＭＲで利用されるソレノイド超伝導磁石（１２）で使用するのに適した、プローブヘッドのよりコンパクトな実装形態を可能にする。図５の構成では、ＲＦ変換器は、図５Ｂに示すように、入射する可能なＭＷ放射（３）に対向するＲＦ変換器の側を利用して、磁石（１２）の軸に沿ってＲＦ回路（６）に接続される。ＭＷビームは、おそらくは、プローブヘッドの上方に置かれた適切なＭＷ導波管（１１）により誘導されることができる。
【００７６】
グリッド素子（１）の形状、グリッド素子（１）の最終領域（ｆ）の表面、最終領域（ｆ）を満たす可能な誘電材料、およびコンデンサ（９）のプレート間の距離を適切に変えることにより、コンデンサ（９）の容量を調節することができる。
【００７７】
図５Ｃを参照すると、チャネル（８）の中を流れる流体の分光法用の可能な構成が示され、チャネル（８）は、導電性素子（２）の厚さを貫通する入口ポートおよび出口ポートを有する。
【００７８】
この構成では、導電性素子（２）の裏側の前記ポートを通してプローブヘッドからサンプルを注入し、取り除くことができる（図５Ｃ）。ポートの横断面が長方形であり、かつポートの長い側が、ＲＦ変換器内を流れるＲＦ電流に整列させられた場合、ＲＦ変換器の内側のＲＦ磁場に対して非常に制限された効果が予想され、ＲＦ変換器の均一性が非常に高いままでいることができる。さらに、ポートが穿孔された導電性材料の遮蔽効果のために、前記ポート内にＲＦ磁場の弱い侵入が予想される。この方法では、サンプルは、基本的にＲＦ変換器の内部だけのＲＦ磁場により励起され、その結果、長い章動パルス、したがって精巧な２次元（２Ｄ）パルスシーケンスが可能になる。
【００７９】
図５Ｅおよび図５Ｆに関連して、プローブヘッドのＲＦ効率を最大にする目的で、前述の実施形態の一修正形態により、異なる設計により、ＲＦ変換器内のＲＦ電流に対してこの場合もほとんど閉じた経路が可能になる。
【００８０】
磁気共鳴信号の励起および検出の両方でプローブヘッドのより高いＲＦ効率につながる他の変形形態が図６に示されている。ＲＦ電流の侵入度よりはるかに長いサイズを有する、規則的形状の大きなバルク導体では、前記電流は表面の近傍内を流れ、表面上に規則的に分布する傾向がある。しかしながら、提案される本発明では、磁気共鳴信号の励起および検出に最も有用なＲＦ磁場Ｂｒｆは、ＲＦ変換器の内側で、すなわち好ましいサンプル領域内で発生させられたＲＦ磁場Ｂｒｆである。したがって、所与の全ＲＦ電流に対して、ＲＦ変換器の内側のＲＦ磁場（図６に図示せず）を増大させ、外側の場を低減することが有用である。ＲＦ変換器の外部のＲＦ電流経路の電気抵抗を増大させるために導電性素子（２）を整形して、この効果を得ることができ、このようにして、対応するＲＦ電流を低減する。それに対応して、図６に概略的に示すように、ＲＦ変換器の内部を流れるＲＦ電流が増大させられる。
【００８１】
これまで説明したプローブヘッドの構造は、基本的に平面状である。しかしながら、他の用途では、たとえば、プローブヘッドの周囲のＭＷ放射（３）の同位相波面が平面状ではないとき、他の形状がより有用である。この場合、プローブヘッドの構成要素の、すなわち導電性素子（２）、グリッド偏光子（１）、サンプルホルダ（７）などの一部またはすべての形状および向きを、凸状、凹状、鞍状などとすることができるＭＷ放射（３）の同位相波面の幾何形状に実質的に適合し、重なるように変えることができる。
【００８２】
同じように、幾何形状が好ましくは円筒形である、ＮＭＲ分光法で利用されるいわゆるマジック角回転（Ｍａｇｉｃ  Ａｎｇｌｅ  Ｓｐｉｎｎｉｎｇ、ＭＡＳ）技法の場合のような特有の非平面形状をサンプルおよび／またはサンプルホルダが有しなければならない場合には、それに従って、導電性素子（２）がＭＷ放射（３）の反射を補償するならば、かつグリッド偏光子（１）がＭＷ放射に対して部分的に透過であり、かつ前記素子（１）および（２）の組合せが効率的ＲＦ変換器の構築を可能にするという前提で、プローブヘッドの素子を設計することができる。
【００８３】
図７Ａおよび図７Ｂを参照すると、高度な可撓性を備えるプローブヘッドの特定の構造が、制御された同時ＭＷ励起の存在下で従来技術のプローブヘッドでは可能ではない、またはまったく可能ではない、新規な計測方式の設計を可能にする。まず、磁気共鳴信号のＲＦ励起および検出の観点から、グリッド偏光子を形成するすべてのグリッド素子（１）が必要であるわけではないことに注目することができる。図７Ａに示すように、ＲＦ磁場占有率を最大にするために、サンプル全体にわたるグリッド素子だけを使用する、またはサンプル領域内で必要とされるＲＦ場の一様性に必要な最小数のグリッド素子を使用することが一般に好都合である。残りのグリッド素子は、ＲＦ回路から切断されることができ、サンプル上で必要とされるＭＷ場の一様性と共に、ＭＷ放射（３）に対して要求される分極挙動を得るためにだけ必要である。制限された数のグリッド素子（１）をＲＦ回路（６）に接続することにより、サンプルの異なる領域内の磁気共鳴信号の選択的ＲＦ励起および検出を可能にすることができる。
【００８４】
図７Ｂに示すように、グリッド素子（１）を、異なるＲＦチャネルに接続されたいくつかのファミリに分割することができる。これらのチャネルは、ＲＦの観点から、おそらくは同時に活動化することができるグリッド素子の異なるファミリに対して適切なシーケンスのＲＦ励起パルスを使用することにより、多重ＲＦ励起、すなわち空間および時間で変えることができる構成での励起および検出だけでなく、さまざまなＲＦ回路が適切なシーケンスのＲＦ回路活動化で磁気共鳴信号を受け入れている検出も実装するために、独立に使用されることができる。同じように、グリッド素子ファミリの別個の励起および検出を実装することができ、これは、たとえば、反応が空間（たとえば、ＮＭＲ、ＤＮＰ−ＮＭＲ、ＤＮＰ−ＭＲＩ、およびＥＮＤＯＲ−ＥＰＲ走査による）および時間で続くことができるマイクロ流体の場合に有望であるように思える。
【００８５】
これらの異なるＲＦ励起／検出チャネルをおそらくは異なるＲＦ周波数で使用することは、プローブ内のさまざまなＮＭＲチャネルを実装するために使用されることができ、異なる核に対する同時実験を可能にする。たとえば、この特徴により、ＩＮＥＰＴまたはスピンロッキングなどの、核間の分極移送シーケンスが可能になるだけでなく、最適なスペクトル分解能のための、ＮＭＲロックチャネルの可能な実装形態が実現される。
【００８６】
おそらくは多周波励起と組み合わせた、サンプルのＮＭＲ、ＤＮＰ−ＮＭＲ、ＤＮＰ−ＭＲＩ、またはＥＮＤＯＲ−ＥＰＲの空間的選択走査の概念が、図７Ｂに示され、図７Ｂでは、グリッド素子（１）のグループが、異なるＲＦ回路（６）に接続される。
【００８７】
密なグリッド素子（１）を別個にＲＦ励起することにより、異なるグリッド素子内で適切な符号および振幅のＲＦ電流を使用して、Ｂｒｆの補償または局所的相殺を可能にすることができ、これにより、より高い空間分解能でサンプルの局在化した磁気共鳴走査に有用な、空間的により局在化したＲＦ励起、したがって、応答をもたらすことができる。
【００８８】
最後に、図８に関連して、プローブヘッドで利用される導電性素子（２）は、必ずしも一様ではない。いくつかの用途では、プロファイルを正方形、三角形、長方形、正弦波などとすることができるＭＷビーム（３）に曝される導電性素子表面に対して、適切な波形形状を使用することが好都合である。したがって、前記表面はさらに、分極に高感度な素子の役割を果たす。この手法では、特定の条件で、詳細には、グリッド偏光子（１）を通過して入射するＭＷビームが、この場合、ビームがグリッド偏光子（１）および波形の表面（２）の間に部分的に捕獲されるので、波形の表面上の反射で自身の偏光の回転を受けるときに、ＲＦ変換器の内側のＭＷ場の振幅増大を得ることができることを実証することが可能である。素子（１）および（２）の間の多重反射が、ＲＦ変換器内部の空間内のＭＷ場の強度増大につながる。同じように、導電性素子（２）内の微小ホールまたは微小スロットの穿孔により、サンプル上の局所的ＲＦ磁場をかなり増大させることができる。図８の右側は、ミラー表面（２）が、深さｑおよびピッチ２ｐを有する長方形の波形を有する事例を示す。
【００８９】
図９Ａ〜図９Ｃを参照すると、ＲＦ変換器のマイクロストリップ設計に基づく、プローブヘッドの他の一実施形態が示され、この実施形態では、ＲＦ変換器の２つの主要な素子、すなわちグリッド偏光子（１ｂ）および導電性素子（２ｂ）が、これまで説明した分布コイルを備えるＲＦ変換器の場合のように、導電性素子（ｃ）によって電気的に接続される代わりに、マイクロストリップおよびストリップラインでは典型的であるように、今度はＲＦ電場および磁場によって結合される。図９Ａ〜図９Ｃに示すマイクロストリップ設計に基づくＲＦ変換器は、すでに説明した利点の多くを示し；さらに、他の機能を可能にする。
【００９０】
詳細には、一連の平行なグリッド素子（１ｂ）によりＭＷグリッド偏光子を形成することができる。導電性素子（２ｂ）に対して平行に延び、こんどはマイクロストリップ用接地平面の役割を果たす各グリッド素子（１ｂ）が、ＲＦ伝播システムを表す。これまでの実施形態のように、導電性素子（２ｂ）は、入射するＭＷビーム（３）に対してミラーの役割を果たす。
【００９１】
基本的に、これまでの考察、方式、および変形形態はすべて、マイクロストリップに基づく設計の場合に当てはまる。
【００９２】
この場合も、ＭＷビーム（３）の形状は任意とすることができ；グリッド素子（１ｂ）は、横方向にも縦方向にも可変の形状、サイズ、長さ、横断面、局所的相互距離、および材料／特性を有することができる。同じ概念が、接地平面（２ｂ）に、ならびに各グリッド素子（１ｂ）および接地平面（２ｂ）の間の局所的距離に当てはまる。図３Ａ〜図４Ｂに示す概念と同じように、グリッド素子のサイズを漸進的に増大させることにより、ＲＦ磁場Ｂｒｆの非均一性を補償するのに役立つことができる。
【００９３】
従来技術により公知のマイクロストリップおよびストリップラインの設計に基づくＲＦ変換器に対して、図９Ａ〜図９Ｃに示す実施形態が革新的であるのは、これらの実施形態が、ＭＷ照射に対して実質的に透過な側を有するためであり、これにより、ＲＦ変換器の内側に置かれたサンプルの制御された一様な効率的同時ＭＷ照射が可能になり、同時に、これらの実施形態の基本的に二重構成要素（グリッド偏光子（１ｂ）および導電性素子（２ｂ））構造のおかげで、サンプルの強力で均一なＲＦ照射を保証し、これまでの実施形態に対してこれらの特徴を実証するために利用された同じ議論が、図９Ａ〜図９Ｃの、マイクロストリップに基づく設計のＲＦ変換器に対しても同じく有効である。
【００９４】
マイクロストリップに基づく設計のＲＦ変換器は、任意のサイズを有することができる。しかしながら、調査されるサンプルが、最大Ｂｒｆおよび最小Ｅｒｆの地点の周囲に置かれるという前提で、ＲＦ変換器がＲＦ共振素子の役割を果たし、したがって、優勢なＲＦ電流が流れる方向に沿ってλｒｆ／４、λｒｆ／２、または倍数の長さを有するとき、より高いＲＦ感度が予想される。これらの構成は、弱いＥｒｆ場の領域内に前記サンプルが置かれた場合に、サンプルのＲＦ誘電加熱を低減する利益をさらに有する。
【００９５】
マイクロストリップに基づく設計では、サンプルはまた、静的または準静的な電場の作用を受けることができ、この場合、この文脈では、「準静的」とは、最大でＭＨｚのオーダの周波数までを意味する。このような静的および準静的な電場がＮＭＲまたはＥＰＲのスペクトルに及ぼす影響の研究に加えて、マイクロストリップに基づく設計は、たとえば、サンプルの低周波（最大でＭＨｚ）誘電特性解析を可能にする。
【００９６】
マイクロストリップに基づく設計のＲＦ変換器の具体的な利点が、サンプルの局所的特性解析をもたらすプローブヘッドの能力を改善する可能性である。この能力は、各グリッド素子（１ｂ）をいくつかの連続した断片にセグメント化することにより得られることができ、これらの断片の各々が、異なるＲＦ回路（６）に接続される。
【００９７】
この配置は、依然として、制御されたＭＷ励起の存在下で、同時に、または空間および時間のシーケンスに従って、サンプルの２Ｄ  ＮＭＲ走査の可能性を可能にする。この走査をＭＲＩにおける場の勾配技法に組み合わせることができる。さらに、グリッド素子（１ｂ）のセグメント化はまた、依然として、可能なＭＷおよびより高い周波数でのサンプルの照射下で、および高いスペクトル分解能で、サンプルのアレイを研究するために、すなわち、高速並列スクリーニングのために有用である。
【００９８】
共鳴マイクロストリップまたはストリップラインのＲＦ変換器に基づくプローブヘッドの考えられる欠点が、今日利用可能な最も高い静的かつパルス化された磁場での磁気共鳴研究でも同じく、必然的にλｒｆ／４またはλｒｆ／２、すなわち数センチメートルのオーダでなければならないプローブヘッドの長さである。
【００９９】
図１０Ａおよび図１０Ｂと関連して、グリッド偏光子（１ｂ）の１つまたは複数の端部の領域（１０）で屈曲を導入して、プローブヘッドの側面のサイズが低減される、マイクロストリップに基づく設計のＲＦ変換器の２つの変形形態についてこれらの図面によって説明する。
【０１００】
これらの２つの変形形態は、図１０Ａおよび図１０Ｂに示すように、マイクロストリップに基づくプローブヘッドのために、湾曲した（「Ｌ字型」）または折りたたまれた（「Ｕ字型」）幾何形状を有する。詳細には、図１０Ａは、ＲＦ変換器がλｒｆ／４のＲＦ共振器として動作するように設計されたときに有用な一変形形態の側面図を示す。この場合、ＲＦ電流およびＲＦ磁場は、ＲＦ励起領域内で最大レベルにある、すなわち、ＲＦ回路（６）ほぼ接触する。図１０Ａに示すように、プローブヘッドのこの部分だけをＭＷ照射（３）に曝すことができる。さらに、サンプル（８）を適合させるプローブヘッドの部分のサイズを、ＮＭＲの場合、典型的には５ｍｍ〜１０ｍｍまでの間である、静磁場の最大均一性の領域の延長部分に従って選択することができる。
【０１０１】
高感度ＮＭＲには有用ではない、弱いＲＦ電流により特徴づけられるマイクロストリップに基づく設計のプローブヘッドの部分は、図１０Ａおよび図１０Ｂに示すように、プローブヘッドの湾曲した部分（１０）および（１３）の中に置くことができる。前記部分（１３）は、ＲＦコンデンサとして作動するように設計されることができ、ＲＦコンデンサの容量は、おそらくは領域（１３）内のストリップ（１ｂ）および接地平面（２ｂ）の間に挿入された絶縁材料（７）の誘電率、これらの材料の厚さだけでなく、領域（１３）内のストリップ（１ｂ）の、および導電性素子（２ｂ）の、表面の形状および延長部分を適切に選択して調節することができる。この方法では、ＲＦコンデンサは、ＲＦ回路（６）に近接した励起側で、またはＲＦ変換器の共振周波数、および外部ＲＦ回路（６）へのＲＦ変換器の結合を制御するために使用することができる反対側の端子側で、プローブヘッドの中に一体化される。さらに、ストリップ（１ｂ）の各々は、ＭＷ放射（３）に対する透過度を改善し、ＲＦ磁場の必要な均一性を保つために、ＭＷビーム（３）を受けるプローブヘッドの領域内で一連の薄く平行なワイヤに分割されることができる。
【０１０２】
図１０Ｂは、ＲＦ変換器がλｒｆ／２のＲＦ共振器として動作するように設計されたときに有用な、マイクロストリップに基づく設計のプローブヘッドの第２の変形形態の側面図を示す。この場合、ＲＦ電流およびＲＦ磁場は、プローブヘッドの中心で最大レベルになる。これまでの考察によれば、プローブヘッドを、こんどはグリッド偏光子（１ｂ）の両端（１０）で折りたたむことができる。２つの側面の領域（１３）を、この場合も、実験の必要に従って、おそらくは異なる容量を有するコンデンサの役割を果たすように設計することができる。
【０１０３】
図６に示す導電性素子（２）のためにすでに提案された設計はまた、マイクロストリップに基づく設計のプローブヘッドの導電性素子（２ｂ）に利用されることができる。同じように、すでに提案した他の変形形態すべてを、マイクロストリップに基づく設計のプローブヘッドに適用することができる。
【０１０４】
いくつかの用途では、原理上、ＭＷ放射に対して完全に透過なプローブヘッドを提供することが好都合である。図１１Ａ〜図１１Ｃの例示的事例に示すように、これまでの実施形態すべての導電性素子（２）または（２ｂ）を、他のグリッド偏光子（１）または（１ｂ）と取り替えて、この特性を得ることができる。
【０１０５】
したがって、他のこのプローブヘッドは、互いに整列された、または相互に移動させられたグリッド素子から作られた２つの向き合う平面状グリッド偏光子（１）を備え、前記プローブヘッドは、特定のプロファイル（４）、偏光、および伝播方向に従ってＭＷビーム（３）により照射される。グリッド（１）は、おそらくは、電気接続（５）を介してＲＦ回路（６）に接続される分布コイルＲＦ変換器を形成するように、任意の導電性素子（１０）によって、実質的にＵ字型構成（図１１Ｂ）で連結される。サンプル（８）は、ＲＦ変換器の内部空間の中に、すなわち２つのグリッド偏光子（１）の間に、おそらくは誘電体領域（７）の内側に置かれることができる。ＭＷビーム（３）の同位相波面が、二重グリッドＲＦ変換器に近接して、実質的に平面状であり、かつ平面状グリッド偏光子（１）に整列させられ、かつ前記ＭＷビーム（３）の偏光がグリッド素子（１）に直交するとき、それによって、二重グリッドＲＦ変換器は、すでに説明したように、グリッド偏光子（１）だけにより局所的に摂動されたＭＷ放射に対してほぼ完全に透過になることができる。図１１Ａ〜図１１ＣのＲＦ変換器の実施形態は、これまでの実施形態すべてと同様に、サンプル（８）の制御された一様な効率的同時ＭＷ照射を可能にする。
【０１０６】
この点に関連して、「Ｌ字型」バージョン、可変グリッド素子長の幾何形状などを含む、これまでの実施形態で提案したすべての変形形態を図１１Ａ〜図１１Ｃに示す新しい設計に適用してもよいことが留意される。
【０１０７】
さらに、一種の平坦な「ソレノイド」を形成する単一の連続するワイヤ／ストリップによりＲＦ変換器の二重グリッドバージョンを達成してもよく、前記ソレノイドの２つの広い平坦な側を備えるワイヤ／ストリップは、グリッド偏光子素子の役割を果たすように、互いに平行に配置される、整列させられる、または相互に移動させられる。ＭＷビーム（３）の同位相波面が、平坦なソレノイドＲＦ変換器に近接した実質的に平面状であり、かつグリッド偏光子の役割を果たす、ＲＦ変換器の平坦な側面に整列させられ、かつ前記ＭＷビーム（３）の偏光が前記グリッド偏光子のグリッド素子に直交するとき、プローブヘッドは、局所的にだけ摂動されたＭＷ放射に対してほぼ完全に透過になることができる。この場合も、平坦なソレノイドＲＦ変換器は、サンプルの制御された一様な効率的同時ＭＷ照射を可能にする。
【０１０８】
これまで考察した二重グリッドＲＦ変換器は、基本的に平面状である。しかしながら、他の用途では、たとえば、プローブヘッドの周囲のＭＷビーム（３）の同位相波面が平面状ではないとき、他の形状がより有用である。この場合、実質的にＭＷ放射（３）の同位相波面の幾何形状に適合し、重なるように、２つのグリッド偏光子の形状および向きを変えることができる。同じように、サンプルおよび／またはサンプルホルダが、幾何形状が好ましくは円筒形であるＭＡＳ技法の場合のように特定の非平面形状を有しなければならない場合、それに従って、二重グリッドＲＦ変換器を構成するグリッド偏光子を設計することができる。
【０１０９】
二重グリッドＲＦ変換器に基づく、本明細書で提案されるプローブヘッドが従来技術により公知のプローブヘッドと異なるのは、本明細書で提案されるプローブヘッドは、ＲＦ変換器の内側に置かれたサンプルの制御された一様な効率的同時ＭＷ照射を可能にするためであり、この場合、プローブヘッドがＭＷ放射に対して透過であるおかげで、同時に、プローブヘッドが基本的に二重構成要素の構造であるおかげで、サンプルの強力で均一なＲＦ照射を保証する。本発明のプローブヘッドの設計における重要な様態が、プローブヘッドに近接するＭＷビーム（３）の同位相波面の形状、およびＭＷビームにより照射されるプローブヘッドの部分の形状の間の対応関係である。ＲＦ変換器の幾何形状が実質的に平面状であるとき、ＭＷビームは、ＲＦ変換器に近接した、実質的に平面状の、同じ向きの同位相波面を備えて発生させられなければならず、その逆も成り立ち；同じことが、非平面幾何形状についても当てはまらなければならない。たとえば直線偏光を有する、発散するＭＷビームの場合、本明細書で提案される二重グリッドＲＦ変換器を形成する２つのグリッド偏光子は、ＭＷビームの方向を向く凸状の幾何形状、およびＭＷビーム偏光に直行する方向を向くグリッド素子を有するべきである。
【０１１０】
ＭＷビーム（３）の同位相波面の形状、およびＭＷビーム（３）により照射されるプローブヘッドの部分の形状の間の対応関係が欠けていることにより、一般に、ＲＦ変換器の内側の制御されないＭＷ場分布が発生させられ、その結果、磁気共鳴計測の結果をほとんど予測不可能にし、かつ大きく変える。このことは、たとえばＮａｎｎｉ  ｅｔ  ａｌ．（Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  ｖｏｌ．２１０、１６〜２３ページ（２０１１年））およびＷｉｎｄ  ｅｔ  ａｌ．（Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  ｖｏｌ．５２、４２４〜４３４ページ（１９８３年））による論文に示され、これらの論文では、ソレノイドの形のＲＦ変換器がマイクロ波により照射された。
【０１１１】
図１１Ａ〜図１１Ｃの二重グリッドＲＦ変換器も、前記平坦な「ソレノイド」ＲＦ変換器も、図１２に示すように、ＭＷビーム（３）の制御された反射を可能にする構成に、連続的に変形させることができる。この場合、ＲＦ変換器の下側にあるグリッド素子の部分（２ｃ）が、すなわち、ＭＷビームの伝播方向に従ってＭＷビームにより途中で捕らえられるＲＦ変換器の第２の側が、ほぼ連続する導電平面を形成するまで、平面状のストリップ形状に押しつぶされる。２つの連続するストリップ間の距離がλｍｗよりはるかに短い、すなわち、λｍｗ／４より短いとき、ＲＦ変換器の第１の側（上側）（１）を横断するＭＷ放射のほとんど完全な反射が、前記ほぼ連続する導電平面（２ｃ）上で発生する。連続するストリップ間の数ミクロン（μｍ）の距離が、微小コイルに関連する文献で示したように、連続するストリップ間の過大なＲＦ結合を回避するのに十分である。さらに、ストリップ間のギャップを、低損失誘電絶縁体で満たすことができる。ＭＷの観点から、図１２に示す実施形態は、図１Ａ〜図１Ｃに示す実施形態に類似する方法で動作する。
【０１１２】
図１３に示す他の実施形態では、上記で説明したように、適切に偏光したＭＷビーム（３）に対して実質的に透過になるように設計された、二重グリッドＲＦ変換器、またはおそらくはその平坦な「ソレノイド」バージョンが、ＲＦ変換器の下側（２ｃ）の下方に置かれた導電性ミラー（ｇ）と組み合わせられる。導電性ミラー（ｇ）の形状は、ＭＷビーム（３）の同位相波面に適合する。前記導電性ミラーは、制御された定在波パターンをＲＦ変換器内に発生させる。したがって、必要がある場合、Ｅｍｗが弱くＢｍｗが強い領域内に、おそらくは誘電体領域（７）の内側にサンプル（８）を置くことができる。導電性ミラー（９）は、ＭＷ共振器のような他のデバイスの一部とすることができる。この場合も、図１３の実施形態は、ＲＦ変換器の内側に置かれたサンプルの制御された一様な効率的同時ＭＷ照射を可能にし、同時に、説明したように、ＲＦ変換器の二重構成要素の構造のおかげで、サンプルの強力で均一なＲＦ照射を保証する。
【０１１３】
ＤＮＰ−ＮＭＲおよびＤＮＰ−ＭＲＩで最大可能な信号増強を達成するには、サンプルの非常に強力なＭＷ照射が必要となる場合がある。これは、極端に高いＭＷ出力を利用する、またはサンプルをＭＷ共振器の内側に挿入して達成することができる。従来技術で提案されたＮＭＲプローブヘッドの他の問題が、これらのプローブヘッドは、高性能ＭＷ共振器の内側で使用するのに適合しない、または適合するとき、比較的限られたＲＦ感度および汎用性を示すことである。一方、すでに説明した、本発明によるプローブヘッドは、そのＲＦ感度もＭＷ共振器の性能も損なうことなくＭＷ共振器の中に挿入されることができるので、これらの問題を克服することができる。図１Ａおよび類似の図面の平面状グリッド偏光子−導電性ミラーＲＦ変換器の場合、説明したように、このようなＭＷモードの偏光が直線形であり、かつグリッド素子（１）に対して正しい方向に向けられるという前提で、プローブヘッドは、実質的にＲＦ変換器の共振モードへの影響なしに、ＭＷ共振器の平面状の導電壁をＭＷ共振器の内側に挿入されたＲＦ変換器のグリッド偏光子側と置換することができる。この場合、実際には、グリッド偏光子は、ＭＷ放射に対して実質的に透過である。前記平面状グリッド偏光子−導電性ミラーＲＦ変換器が、電磁場の観点から、平面状の完全導体（ｐｅｒｆｅｃｔ  ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ、ＰＥＣ）壁に対応するＭＷ共振器の平面内に置かれたとき、類似の結果が得られる。このような平面状のＰＥＣ壁は、長方形の横断面のＭＷ共振器内でしばしば得られる。他の可能性が、提案されるプローブヘッドをファブリ・ペロー（ＦＰ）ＭＷ共振器の中に挿入することである。
【０１１４】
図１４および図１５は、本明細書で提案されるタイプのＲＦ変換器に基づくプローブヘッドがＦＰ共振器の中に挿入された２つの例示的事例を示す。詳細には、図１４は、ＦＰ共振器の、この場合半共焦点の平面状ミラーを置換する、図１Ａおよび類似の図面で示すＲＦ変換器に類似する、グリッド偏光子（１）および導電性ミラー（２）を備えるＲＦ変換器を示す。図１５は、ＦＰ共振器の、この場合共焦点ＦＰ共振器の内側に挿入された、図１１Ａおよび類似の図面で示すＲＦ変換器に類似する、二重グリッド偏光子を備えるＲＦ変換器を示す。図１５に示す構成は、ＭＷ共振器の共振モードを破壊しないように、ほぼ完全なＭＷ透過プローブヘッドを有することの重要性を強調する。
【０１１５】
図１４を参照すると、図１Ａに示すプローブヘッドに類似するプローブヘッドが、半共焦点ＦＰ共振器の平坦なミラーを置換し、グリッド素子（１）に直交する偏光を有するモードの、このＦＰ共振器のＭＷ共振周波数は、プローブの導電性ミラー（２）およびＦＰ共振器の湾曲したミラーの間の距離により主に規定される。
【０１１６】
図１５を参照すると、図１１Ａに示すプローブヘッドに類似するプローブヘッドが、共焦点ＦＰ共振器の内側に置かれ、グリッド素子（１）に直交する偏光を有するモードの、このＦＰ共振器のＭＷ共振周波数は、ＦＰ共振器の外部の湾曲したミラー間の距離により主に規定される。この実施形態では、ＦＰ共振モードの定在波の性質を利用して、消滅するＭＷ電場および最大のＭＷ磁場の表面の周囲にサンプルを置くことができる。
【０１１７】
本発明のプローブヘッドを、ＭＷ放射の同位相波面が平面状ではないＭＷ共振器の領域の中に置くことができる。この場合、マイクロ波を受けるプローブヘッドの部分の形状は、説明したように、ＭＷ同位相波面の形状に実質的に適合しなければならない。このことは、基本的に、説明したすべてのプローブヘッドに当てはまる。例証する事例のように、図１４の構成では、ＲＦ変換器のグリッド偏光子（１）および導電性ミラー（２）の間の距離が、λｍｗと比較して無視できないと考えることができる。この場合、前記グリッド偏光子の表面上のＭＷ放射の同位相波面に従って湾曲したグリッド偏光子が、平面状グリッド偏光子に対して、ＭＷ共振にとってより好都合である。この概念を図１６Ｃに示す。
【０１１８】
本明細書で提案されるような高効率ＮＭＲプローブヘッドと、高効率ＭＷ共振器の組合せが、ＥＮＤＯＲ−ＥＰＲ用途に特に適しているのは、このような組合せが、ＥＮＤＯＲ−ＥＰＲ技法のために従来技術でこれまで提案されたプローブヘッドの低い効率および不十分な汎用性の問題を解決することができるからである。同じように、この組合せはまた、提案されるプローブヘッドにより可能になるサンプル領域への大きなアクセス可能性を考慮すると、いわゆる溶解ＤＮＰに有用である。さらに提案される本発明のサイズ拡張性により、極端に高いＲＦおよびＭＷ周波数領域に入ることが可能になる。
【０１１９】
提案されるプローブヘッドは、それ自体ＭＷ共振器の役割を果たすことができる。詳細には、グリッド偏光子は、導電性グリッド素子の幾何形状および分布を変更して制御することができる、入射するＭＷビームの部分反射を常に誘起する。提案されるプローブヘッドでは、グリッド偏光子は、ＲＦ変換器の下側（２ｃ）がＭＷビーム（３）に対して高反射率ミラーの役割を果たす図１２に示す実施形態を除いて、ＭＷ反射を実質的に無視できるレベルに保つように設計されることが好ましい。高ＭＷ反射率ミラーの役割を果たすように設計されたグリッド偏光子を、ＭＷ共振器の素子として利用することができる。これに関連して、高ＭＷ反射率を有するこのようなグリッドをグリッドミラーと称することができ、この用語は、このようなグリッドの最も関係のあるＭＷ機能をさらに説明する。グリッドミラーのＭＷ反射率は、ＭＷ放射の偏光に依存することに留意することは価値がある。さらに、湾曲した形状を有するグリッドミラーを使用することにより、ＭＷビームの焦点を再び合わせるのに役立つことができ、ＭＷ共振器の性能を大きく改善することが可能である。図１６Ａ〜図１８は、提案されるプローブヘッドが、同じくＭＷ共振器の役割を果たす、またはＭＷ共振器の一部の役割を果たす他の実施形態を示す。
【０１２０】
図１６Ａおよび図１６Ｂを参照すると、提案されるＲＦ変換器が、同じく、ドームプロファイルに従って配置された、湾曲したグリッド素子によりグリッドミラー（１）が形成される半共焦点ＭＷ共振器の役割を果たす。提案されるすべての実施形態に共通であるように、ＲＦ変換器の第２の構成要素は導電性素子（２）により得られ、同じくＭＷ共振器のための平面状ミラーの役割を果たす。グリッドミラー（１）および導電性素子（２）は、領域（１０）内で任意の方法で電気的に接続される。グリッドミラー（１）は、偏光に高感度な反射率を有するＭＷ素子として作動する。したがって、グリッドミラー（１）は、異なる偏光を有する共振モードを識別するＭＷモーダルフィルタの役割を果たす。形状、サイズ、およびグリッドミラーの素子間の局所的相互距離だけでなく、前記ＭＷビーム偏光に対する向きを変更して、入射するＭＷビーム（３）と、提案されるプローブヘッドに基づくＭＷ共振器の結合を調節することができる。この方法では、コンパクトな準単一モードＭＷ共振器を構築することが可能であり、おそらくは誘電体領域を備えるデバイスの内側に置かれたサンプル（８）の制御された一様な効率的ＭＷ照射を可能にし、前記ＭＷ共振器は、同時に、よく制御され、ほとんど閉じたＲＦ電流経路を備えるＲＦ変換器の役割を果たし、これにより、サンプル（８）の磁気共鳴信号の効率的励起および検出が保証される。
【０１２１】
図１６Ａおよび図１６Ｂに表す実施形態は、図１６Ｃに示すような、より大きなＭＷ共振器の一部とすることができる。この場合、ＲＦ変換器はそれ自体、グリッド素子（１）の反射率、ならびに前記グリッド素子（１）および導電性ミラー（２）の間の距離に応じて、共振ＭＷ素子だけでなく非共振ＭＷ素子とすることができる。
【０１２２】
これまでの実施形態では、静磁場の方向は、任意とすることができる。
【０１２３】
図１７Ａおよび図１７Ｂを参照すると、提案されるＲＦ変換器が、同じく、共焦点ＭＷ共振器の役割を果たしてもよい。この点に関連して、ＲＦ変換器は、類似するまたは異なるそれぞれのドームプロファイルに従って配置された湾曲したグリッド素子により両方とも形成された、２つの向き合うグリッドミラー（１）を有することができる。２つのグリッドミラー（１）の素子は、本明細書で提案される、ほとんど閉じた、よく制御されるＲＦ電流経路を備える典型的なＲＦ変換器を形成するために、領域（１０）内で任意の方法で電気的に接続される。グリッドミラーは両方とも、偏光に高感度な反射率を示す。上記のように、静磁場の向きは任意とすることができ、サンプルを共振器内の他の場所に置くことができる。
【０１２４】
図１９を参照すると、本発明によるプローブヘッドの他の実施形態が、ＭＷ共振器の役割を果たすように配置され、プローブヘッドの構造は実質的に平面状であり、グリッドミラー（１）および導電性ミラー（２）の間に蓄積されるＭＷ放射の側面の閉じ込めは、誘電体領域（７）によって主に得られる。グリッドミラー（１）および向き合う導電性ミラー（２）を、ＲＦ変換器の役割を果たすように、たとえば図１６Ｂの実施形態のように電気的に接続する、またはたとえば図９Ａ〜図９Ｃの実施形態のようにＲＦ結合することができる。プローブヘッドの正面図を、サンプル（８）の起こり得る分布と共に図１８に示す。
【０１２５】
予期されるように、図１３に示す実施形態では、導電性ミラー（ｇ）は、たとえば図１４〜図１８の実施形態で示す設計に従って、ＭＷ共振器の一部とすることができる。
【０１２６】
次に、本発明によるプローブヘッドのこれまでの構成に対するサンプル容積に関して計算したＢｒｆ占有率に注目する。サンプルが、好ましくはＲＦ変換器の内側に分布されるこれまで示した事例では、ＲＦコイルの理論から公知のように、プローブヘッドのＲＦ磁気エネルギーのせいぜい約半分だけが、サンプルと結合することができる。Ｂｒｆ占有率、したがって、磁気共鳴用途の計測感度を増大させるためには、ＲＦ変換器の外側のＲＦ磁気エネルギーを利用する、または設計を変更する必要がある。
【０１２７】
図１９Ａおよび図１９Ｂを参照すると、他のグリッド偏光子（１ｄ）がＲＦ変換器に追加され、提案されるプローブヘッドの共通素子、すなわちグリッド偏光子（１）、および上記で説明したように、それ自体他のグリッド偏光子とすることができる導電性素子（２）と向き合う、プローブヘッドの他の一実施形態が示されている。この実施形態の動機となった基本的概念は、グリッド偏光子（１）および導電性素子（２）により得られるＲＦ変換器の部分の外側の、すなわち素子（１）および（２）の間の空間の外側のＲＦ磁場の焦点を、グリッド偏光子（１）および追加のグリッド偏光子（１ｄ）の間の空間の中で大部分合わせることができることである。このような構成は、プローブヘッドの側面図を表す図１９Ａに示すように、たとえば、素子（１）、（２）、および（１ｄ）をこれらの間で、およびＲＦ回路（６）に電気的に接続して得ることができる。詳細には、プローブヘッド内の全ＲＦ電流が、中央素子（１）を通ってＲＦ変換器に入り、側面の構成要素（１ｄ）および（２）を通ってＲＦ変換器を離れることができる。この手法では、ＲＦ磁力線が、図１９Ｂに示すように、中央素子（１）の周囲に押しやられる。有益には、素子（１）および（２）の間、ならびに素子（１）および（１ｄ）の間にサンプル（８）を挿入することができる。関連するＢｒｆ占有率は、ＲＦ変換器素子のエッジ周囲の磁気エネルギーのごく一部分を無視して、理想的には、１（サンプルに結合するＲＦ磁気エネルギーの１００％）に向けて増大させることができる。この構成は、中央導体が接地平面の間に挿入される典型的なストリップライン構成を思い出させる。図１９Ａ〜図２０に示すストリップラインのような設計における本発明の主要な寄与は、ＲＦ変換器のいくつかの構成要素が、適切な偏光を有するＭＷビーム（３）に対して実質的に透過になることができ、したがって、デバイスの内側に置かれたサンプル（８）の制御された一様な効率的ＭＷ照射を可能にすることであり、前記ＲＦ変換器は、同時に、サンプル（８）を取り囲む、よく制御されほとんど閉じたＲＦ電流経路を可能にし、サンプル上の強力で均一なＢｒｆ場につながり、これにより、上記で説明したように磁気共鳴信号の効率的な励起および検出に変換される。
【０１２８】
この点に関連して、グリッド偏光子（１）および（１ｄ）のグリッド素子を、互いに平行にし、重ねる、または相互に移動させることができる。中央グリッド偏光子（１）および外部ＲＦ素子の間、すなわち第２のグリッド偏光子（１ｄ）および導電性素子（２）の間の電気接続（１０）を、図１９Ａに示すように対称にすることができる。この電気接続を、たとえば、大きい導体により、実質的に絶縁材の金属コーティングにより、または電気ワイヤにより、任意に構築することができる。この電気接続はまた、中央グリッド偏光子（１）および外部グリッド偏光子（１ｄ）の間の電気接続の長さおよび電気抵抗が、中央グリッド偏光子（１）および導電性素子（２）の間の電気接続の長さおよび電気抵抗と異なる、非対称とすることもできる。非対称のオプションは、外部ＲＦ素子（１ｄ）および（２）内のＲＦ電流の分布、位相、および振幅の制御を可能にし、これにより、さらに、場Ｂｒｆの空間分布および時間的挙動の細かい制御が可能になる。他の実施形態では、中央グリッド偏光子（１）を外部ＲＦ素子（１ｄ）および（２）の一方または両方に電気的にまったく接続しないことができ；代わりに図９Ａ〜図９Ｃに示すマイクロストリップに基づく設計に類似して、ＲＦ電場および磁場によって外部ＲＦ素子（１ｄ）および（２）の一方または両方に結合することができる。一般に、２つのグリッド偏光子（１）および（１ｄ）の各グリッド素子を、任意の方法で、任意の他のグリッド素子に、または導電性素子（２）に電気的に接続する、またはＲＦ結合することができる。これまでの実施形態に類似して、導電性素子（２）は、ＭＷビーム（３）に対してミラーの役割を果たすことができる。
【０１２９】
他の一実施形態では、図１１の取組みに類似して、図１９Ａ〜図２０の下方の導電性素子（２）を、他の２つのグリッド偏光子に対して重なった、または相互に移動した他のグリッド偏光子と置換して、ＭＷ放射に対してほぼ完全に透過なストリップラインのようなプローブヘッドを得ることができる。これらの事例すべてにおいて、非平面状の幾何形状は、これらの幾何形状がＭＷビーム（３）を受けるプローブヘッドの一部に近接した前記ＭＷビームの同位相波面に適合するという前提で、同様に実装されることができる。
【０１３０】
これらの事例すべてにおいて、中央グリッド偏光子（１）は、図１９Ｂおよび図２１に示すように、外部素子（１ｄ）および（２）の距離と異なる距離にわたり延長される。同じように、ストリップラインのようなＲＦ変換器を形成する各グリッド偏光子内のグリッド素子の数および分布が、他のグリッド偏光子と異なることができる。さらに、ＲＦ変換器の他の素子に接続することができる各グリッド偏光子のグリッド素子の数は、図７Ａ、図７Ｂ、および図１１Ｃに示す事例のように、任意とすることができる。前記グリッド素子の横断面、形状、サイズ、局所的相互距離、および材料／特性だけでなく、プローブヘッドに対するＢ０場の方向も任意とすることができる。これまでの実施形態で説明したすべての技術的解決策を、たとえばさまざまな図５、図１０、図１６の非平面状の幾何形状を、図１９および図２０のストリップラインのような設計のプローブヘッドに適用することができる。
【０１３１】
Ｂｒｆ場の空間封じ込めを最大にして、プローブのエッジで直線状の場を制限するために、図１９Ａ〜図２０の実施形態で、および図２１Ａおよび図２１Ｂに示すような関連する説明で示す構造の中に、適切な導電性素子（ｓ）を挿入することができる。他のこの実施形態では、Ｂｒｆフラックスが、ＲＦ磁場に対して遮蔽の役割を果たす導電性素子（ｓ）のために、中央グリッド偏光子および外部ＲＦ変換器素子の間の領域内に蓄積するように押しやられる。これらの遮蔽の形状は、その具体的用途に従って任意とすることができる。磁化率補償材料を利用して、計測値のスペクトル分解能に及ぼすこれらの遮蔽の形状の影響を制限することができる。
【０１３２】
提案されるプローブヘッドの他の一実施形態では、図１Ａ〜図１Ｄに示すＲＦ変換器設計を、図９Ａ〜図９Ｃに示すマイクロストリップ設計と組み合わせることができる。詳細には、グリッド偏光子（１）を形成するグリッド素子のいくつかを、分布コイルの役割を果たすように、導電性素子（２）に電気的に接続することができ、一方、グリッド偏光子（１）の他の素子を、マイクロストリップの役割を果たすように、導電性素子（２）にＲＦ結合することができる。これらの素子はすべて、単一のＲＦ回路（６）によって、または異なるＲＦ回路（６）によって給電されることができる。
【０１３３】
上記で説明したプローブヘッドはすべて、グリッド素子（１）の方向に直交する直線偏光を有するＭＷビームで優先的に動作するが、すでに説明したように、詳細には前記グリッド素子間の距離ｄが条件ｄ＞λｍｗ／２を満たすとき、他の偏光が可能である。
【０１３４】
プローブヘッドにほぼ垂直に伝播するＭＷビームの偏光に対するプローブヘッドの等方性応答を得るためのシステムが、導電性素子（２ｂ）に電気的に接続される、またはＲＦ結合される２つの別個の交差したグリッド偏光子（１ｂ）を備える他の構成を提供するためのものであり、この導電性素子（２ｂ）は、おそらくは図１１Ａの実施形態に従って、他の１対のグリッド偏光子により置換される。等方性ＭＷ応答により、詳細には、円偏光波でのサンプルのＭＷ照射が可能になる。２つの交差した偏光子のグリッド素子を、互いに交錯させることができる。交差したグリッド素子の完全に周期的な構造を、前記２つのグリッド偏光子を横断する部分波の間で強め合うＭＷ干渉を得るように設計することができる。
【０１３５】
図２２を参照すると、等方性ＭＷ応答の要件に加えて、同じく、円偏光ＲＦ放射を発生させ、検出するという要件を満たすために、他のこの実施形態が提供された。円偏光電磁波を使用することにより、直線偏光放射だけを可能にするプローブヘッドを使用するのと比較して、より高い励起効率および検出感度が可能になる。しかしながら、図２２の交差したグリッド偏光子の構成を通るＭＷ放射の侵入は、単一のグリッド偏光子で、または平行なグリッド偏光子で達成可能な侵入より少ない。
【０１３６】
図２２のＲＦ変換器を備えるＲＦ素子は、図２２に概略的に示すように、異なるＲＦ回路（６）によって、±９０°の位相差を有するＲＦ信号により優先的に給電されることが理解される。
【０１３７】
これまでの実施形態により示すすべての技術的解決策を、図２２の等方性応答プローブヘッドに適用することがさらに留意される。詳細には、グリッド偏光子の素子のセグメント化により、磁気共鳴映像法（Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  Ｉｍａｇｉｎｇ  、ＭＲＩ）における場の勾配技法と組み合わせることができる、サンプルの正確な２Ｄ分光法走査を可能にすることができる。
【０１３８】
一般に、異なる実施形態の説明で導入した融通性の要素すべて（可変の長さ、形状、サイズ、相互距離、位置、方向、材料、周波数、位相など）が、提案される本発明の概念に従って設計することができるすべてのプローブヘッドに一般に適用される。
【０１３９】
図１６Ａ、図１６Ｂ、図１７Ａ、図１７Ｂ、図１８で説明した共振プローブヘッドを除いて、説明したプローブヘッドすべての他の共通の特性が、周波数への依存性が弱く、したがって、広帯域な、これらのプローブヘッドのＭＷ応答であり、これにより、説明した構造が、極端に短い（したがって、スペクトル的に広がった）パルスのＭＷ放射を必要とする実験に適合するようになる。
【０１４０】
説明したプローブヘッドを構築するには、通常、精密機械作業（コンピュータ数値制御旋盤およびカッタ、放電加工）で、および電子産業（フォトリソグラフィ、化学エッチング、ワイヤボンディング、ドーピング制御）で利用されるような一般的材料および十分に確立した技法を必要とするが、無電解めっき（ＥＬＰ）技法のような、より高度な技法を、おそらくはステレオリソグラフィと組み合わせて、有用に利用することができる。
【０１４１】
最後に、磁気共鳴技法すべての枠組みでは、上記で説明したプローブヘッドのいずれかを使って、核ゼーマン遷移（ＮＭＲ遷移／ＲＦ励起）に特有な周波数で、および同時にまたはその場で、電子ゼーマン遷移（ＥＰＲ遷移／ＭＷ励起）に特有な周波数で、サンプルを照射することができる。前記プローブヘッドにより、よく制御され強力で均一なＢｒｆ場分布でのサンプルの効率的ＲＦ照射だけでなく、高いＲＦ占有率も達成することができる。さらに、前記プローブヘッドにより、同じく、高いＭＷ出力だけでなく、ＥｍｗおよびＢｍｗの間の高い空間分離で、サンプルの強力で制御された一様な同時ＭＷ照射が可能になる。提案されるプローブヘッドが示す他の利益が、高い放熱能力、正確な温度制御および変動の可能性、サンプル全体にわたる高い静磁場一様性、極端に高い場／周波数（少なくとも３６Ｔ／１０００ＧＨｚ）への拡張性である。
【０１４２】
したがって、上記のプローブヘッドの主要な利点を、以下のように要約することができる：ＲＦ感度およびＲＦ場制御に関する効率、ならびにこれまで提案された最も高度なＮＭＲ技法で使用する融通性；複雑なマイクロ流体構造物および大規模な平面状のサンプルとの適合性；複雑な設定構成への十分な適応性；同じく非常に高いＭＷ出力で、サンプルの制御された一様な効率的同時ＭＷ照射を伴う、励起および検出の両方でＲＦ効率を組み合わせる能力；同じく動的核分極拡張の存在下で、スピンロッキングのＩＮＥＰＴなどの、核間の分極移動シーケンスに道を開く、異なる核での同時計測のために異なる周波数でさまざまなＮＭＲチャネルを同時に実装する可能性；安定しているだけでなく、化学誘起または光発生常磁性種でシステムのＤＮＰ−ＮＭＲ、ＤＮＰ−ＭＲＩ、およびＥＮＤＯＲ−ＥＰＲを行う可能性；平面状のサンプル、スライス、または表面上でＤＮＰ拡張ＭＲＩ映像法を行う可能性；溶解ＤＮＰを行う可能性；およびＴＨｚ、ＦＩＲ、ＩＲ、可視、ＵＶ、およびこれらを超えるようなより高い周波数でのサンプルの追加の電磁照射を受け入れる構造。
【０１４３】
最後に、上記で説明したプローブヘッドはまた、磁気共鳴と異なる用途の分野で使用されてもよい。これらの分野の中でも、以下について言及することができる：同じく薄膜サンプルの場合の透磁率の特性解析；おそらくはＲＦ励起または完全なＮＭＲ／ＭＲＩおよびＤＮＰ−ＮＭＲ／ＭＲＩと組み合わせた光学顕微鏡法計測；非線形媒体中での異なるＭＷ、ＴＨｚ、ＦＩＲ、ＩＲ、可視、またはＵＶ電磁波の重ね合わせにより発生させられたＲＦビート信号の周波数計測；詳細にはボーズ・アインシュタイン凝縮物（Ｂｏｓｅ−Ｅｉｎｓｔｅｉｎ  Ｃｏｎｄｅｎｓａｔｅ）および磁気光学トラップに関連する、周波数標準、衛星クロック、量子情報処理、原子干渉計、および他の用途のために、たとえばＲＦおよび可視の放射によってチップ上に捕獲された、または凝縮した原子、イオン、またはプラズマの励起、検出、および解析。
【０１４４】
上記で説明した過分極および多重照射プローブヘッドに対して、当業者が、具体的な要件および付随的な事柄を満たすために、添付の特許請求の範囲により規定されるように、本発明の保護の範囲にすべて入る修正をさらに行ってもよい。
【図１Ａ】
2014518384.tif 000003
【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図５Ｆ】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１６Ｃ】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１８】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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【図２０】
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【図２１Ａ】
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【図２１Ｂ】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４Ａ】
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【図２４Ｂ】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【手続補正書】
【提出日】平成26年2月25日(2014.2.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中にサンプルを適合させて、所与の同位相波面および真空中の波長λｍｗを有する所定のマイクロ波（ＭＷ）ビームにより前記サンプルを照射させやすい、無線周波（ＲＦ）信号を発生させ、検出するためのＲＦ変換器を含む磁気共鳴過分極および多重照射プローブヘッドであって、前記ＲＦ変換器は：
・導電性素子；
・少なくとも１つのグリッドが前記ＭＷビームに対して少なくとも部分的に透過であるように、互いに間隔をあけて配置された導電性グリッド素子から作られた前記グリッドにより具体化されるグリッド偏光子であって、前記グリッドは前記導電性素子に少なくとも部分的に電気的に接続される、またはＲＦ結合されるグリッド偏光子
を備え、前記ＲＦ変換器の前記グリッド偏光子および前記導電性素子は、前記ＭＷビームの同位相波面に適合するように形作られ、特定の方向に向けられ、前記グリッド偏光子および前記導電性素子は、前記サンプルを受け入れるように、前記グリッド偏光子および前記導電性素子の間に囲まれた空間を規定するように置かれるプローブヘッド。
【請求項２】
前記導電性素子は、前記ＭＷビームに対して反射面を有する、任意の厚さの平面状導電性プレートであり、前記反射面は前記グリッド偏光子と向き合う、請求項１に記載のプローブヘッド。
【請求項３】
前記グリッド素子は、好ましくはλｍｗより小さな横断面サイズを有する、ワイヤ、ストリップ、ロッド、または棒状素子を備え、ここで、λｍｗは真空中の前記ＭＷ波長である、請求項１に記載のプローブヘッド。
【請求項４】
前記導電性素子は、前記ＭＷビームに対する反射面を有する、任意の厚さの平面状導電性プレートであり、前記反射面は前記グリッド偏光子と向き合い、前記少なくとも１つのグリッド偏光子は、好ましくはλｍｗ／２より短い相互の相対距離で、平面上に所定の方向に従って配置された、平行で、相互に間隔をあけて配置されたワイヤまたはストリップにより構成され、ここで、λｍｗは真空中の前記ＭＷ波長である、請求項３に記載のプローブヘッド。
【請求項５】
前記グリッド偏光子は、前記導電性素子に平行に配置される、請求項４に記載のプローブヘッド。
【請求項６】
各グリッド素子および前記導電性素子が、中に置かれたサンプルを取り囲みやすい２つの平行な側面を有する、実質的にＵ字型に分布したコイルＲＦ変換器を得るために、電気的に接続される、請求項５に記載のプローブヘッド。
【請求項７】
１つまたは複数のマイクロ流体チャネルが、流体が前記導電性素子および前記グリッド偏光子の間に封じ込められ、かつおそらくは流れることを可能にするように配置される、請求項１に記載のプローブヘッド。
【請求項８】
前記ＲＦ変換器内部に封じ込められた前記空間は、前記グリッド素子をおそらくは取り囲み、前記入射するＭＷ放射の反射を最小にするために、反射防止コーティングまたは一連の誘電体エリアを備える誘電体領域を含む、請求項１に記載のプローブヘッド。
【請求項９】
選択された一連の導電性グリッド素子が、単一のＲＦ回路に、または独立したＲＦ回路に電気的に接続される、またはＲＦ結合される、請求項１に記載のプローブヘッド。
【請求項１０】
前記ＲＦ変換器の前記導電性素子の前記反射面は、前記ＭＷ放射に対して偏光に高感度な素子の役割を果たすように、波形の表面である、請求項２に記載のプローブヘッド。
【請求項１１】
前記グリッド偏光子は一連のストリップ素子から作られ、各ストリップ素子は、前記導電性素子と向き合い、前記グリッド偏光子および前記導電性素子は、ＲＦ電場および磁場によって結合され、前記ストリップ素子および前記導電性素子は、マイクロストリップのようなＲＦ変換器の役割を果たす、請求項１に記載のプローブヘッド。
【請求項１２】
前記ＲＦ変換器は、実質的に平行なグリッド素子を備える、互いに電気的に接続された、またはＲＦ結合された２つの向き合う平面状グリッド偏光子により構成され、前記実質的に平行なグリッド素子のうち一方が電気的に接続する素子として動作する、請求項１に記載のプローブヘッド。
【請求項１３】
前記ＲＦ変換器を構成する前記２つの向き合うグリッド偏光子は、単一のソレノイドを達成するために、互いに電気的に接続され、前記２つのグリッド偏光子を構成する前記グリッド素子は、実質的に互いに平行に配置される、請求項１２に記載のプローブヘッド。
【請求項１４】
前記ＲＦ変換器の前記グリッド偏光子の一方が、前記ＭＷビームに対して効率よい反射面として動作するように、λｍｗより短い相互距離を有する、隣接する導電性ストリップにより構成される、請求項１２に記載のプローブヘッド。
【請求項１５】
前記ＲＦ変換器を構成する前記２つの向き合うグリッドの一方が、前記ＭＷビームに対する反射面に実質的に平行に置かれる、請求項１２に記載のプローブヘッド。
【請求項１６】
ＭＷ共振器を備える、請求項１に記載のプローブヘッド。
【請求項１７】
前記グリッド偏光子および前記導電性素子の間に他のグリッド偏光子を備え、前記追加のグリッド偏光子は、前記グリッド偏光子に、および前記導電性素子に電気的に接続される、またはＲＦ結合される、請求項１に記載のプローブヘッド。
【請求項１８】
各ストリップが、いくつかの連続した断片にセグメント化され、前記断片の各々が、前記向き合う導電性素子と一緒に、マイクロストリップのようなＲＦ変換器の役割を果たし、前記ＲＦ変換器は、前記プローブヘッドの異なるＲＦ回路に接続される、請求項１１に記載のプローブヘッド。
【請求項１９】
前記グリッド素子の形状が、コンデンサのプレートの役割を果たすようなものであり、前記コンデンサのもう一方のプレートが、前記グリッド素子および前記導電性素子の間に誘電体領域をおそらくは含む前記導電性素子の側に相当する、請求項１に記載のプローブヘッド。
【請求項２０】
請求項１に記載のプローブヘッドの使用法であって、前記プローブヘッドの中に置かれたサンプルが、ＭＷおよび／またはより高い周波数の電磁波により照射され、前記プローブヘッドはＲＦ信号変換器の役割を果たすプローブヘッドの使用法。
【請求項２１】
前記より高い周波数の電磁波は、電磁スペクトルの紫外領域に属する、請求項２０に記載のプローブヘッドの使用法。
【国際調査報告】
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