(57)【要約】【課題】  共振周波数特性を広帯域化することが可能であるとともに、その感度が向上される空洞共振器、及びそれを用いた電子スピン共鳴測定装置を提供する。【解決手段】  内部に共振空洞１１を有する円筒形状の本体部１０と、本体部１０において円筒形状の円周方向に並ぶように、それぞれ本体部１０の中心軸Ａｘ方向を長手方向として設けられた複数のスロット１６を有するスロットアレイ１５と、スロットアレイ１５を構成するスロット１６から外部へと放射される電磁波に対して、本体部１０の外側に設けられたカバー部２０とによって空洞共振器１Ａを構成する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に共振空洞を有する円筒形状の本体部と、
前記本体部において前記円筒形状の円周方向に並ぶように、それぞれ前記本体部の中心軸方向を長手方向として設けられた複数のスロットを有するスロットアレイと、
前記スロットアレイを構成する前記スロットから外部へと放射される電磁波に対して、前記本体部の外側に設けられたカバー部と
を備えることを特徴とする空洞共振器。
【請求項２】
前記カバー部は、前記複数のスロットのうちの少なくとも一のスロットに対して設けられ、前記スロットの前記円周方向における両側にそれぞれ前記スロットから外側に延びるように配置された一対の板状部を有することを特徴とする請求項１記載の空洞共振器。
【請求項３】
前記カバー部は、前記複数のスロットのそれぞれに対して設けられていることを特徴とする請求項２記載の空洞共振器。
【請求項４】
前記カバー部は、前記スロットの前記長手方向における両側にそれぞれ配置され、前記一対の板状部とともに前記スロットから外側に延びる導波管を構成する一対の第２の板状部を有することを特徴とする請求項２または３記載の空洞共振器。
【請求項５】
前記カバー部は、前記スロットとは反対側となる終端部において前記一対の板状部の間を短絡するように設けられた短絡部を有することを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項記載の空洞共振器。
【請求項６】
前記短絡部は、前記一対の板状部に対して、前記スロットへの接続部と前記終端部との間で可動に構成されていることを特徴とする請求項５記載の空洞共振器。
【請求項７】
前記カバー部は、前記本体部の外側に設けられた円筒形状の遮蔽部材を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項記載の空洞共振器。
【請求項８】
前記スロットアレイは、前記円周方向に等間隔に並ぶように設けられた２個以上で所定個数のスロットから構成されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項記載の空洞共振器。
【請求項９】
前記スロットアレイは、前記複数のスロットとして、所定の開口面積の第１のスロットと、前記第１のスロットとは異なる開口面積の第２のスロットとを少なくとも有することを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項記載の空洞共振器。
【請求項１０】
共振空洞内に測定対象となる試料が配置される請求項１〜９のいずれか一項記載の空洞共振器と、
前記空洞共振器に対してパルス状のマイクロ波を供給するマイクロ波供給手段と、
前記空洞共振器からの電子スピン共鳴信号を検出することで前記試料での電子スピン共鳴を測定する信号検出手段と
を備えることを特徴とする電子スピン共鳴測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子スピン共鳴などの測定に用いられる空洞共振器、及びそれを用いた電子スピン共鳴測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子スピン共鳴（ＥＳＲ：Electron Spin Resonance）を測定するＥＳＲ測定装置は、電子が有する磁気モーメントを利用して、フリーラジカルのような不対電子を持つ原子や分子について測定することが可能な装置である。フリーラジカルは化学反応性が高いが、ＥＳＲ測定装置によれば、これを非破壊で測定することが可能である。このようなＥＳＲ測定の応用分野は、化学、物理学、生物学、及び医学など広範囲にわたっている（例えば特許文献１、２、非特許文献１参照）。
【０００３】
上記したＥＳＲ測定装置としては、従来、共鳴測定に用いられる共振器に対して連続的にマイクロ波を供給する連続波（ＣＷ：Continuous Wave）ＥＳＲ測定装置と、パルス状のマイクロ波を供給して共鳴測定を行うパルスＥＳＲ測定装置とが知られている。これらのうち、パルスＥＳＲ測定装置は、物質の構造解析、あるいはリアルタイムの生化学反応解析などの様々な測定において欠くことができない測定装置となっている。
【０００４】
特に、生体高分子の１ｎｍ（ナノメートル）以上の不対電子間距離を測定可能な測定方法は、唯一、電子スピン共鳴法のみである。例えば、現在、疾病の解明、あるいは治療薬の開発のための蛋白質の不対電子間距離の測定には、パルスＥＳＲ法による二量子遷移ＥＳＲ測定が用いられている。さらに多くの対をなす不対電子間距離が測定可能になれば、複雑な高分子物質の構造を明らかにすることができ、医学、生理学、薬学、その他の分野において多大な効果をもたらすことが期待される。
【特許文献１】特開２０００−６５９１０号公報
【特許文献２】特開２００５−２７４１６７号公報
【非特許文献１】M. Ono et al., "Development of Pulsed L-band ESRSpectrometer", Proc. 1994 IEEE Instrumentation and Measurement TechnologyConference (IMTC '94), pp.157-160 (1994)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
パルスＥＳＲ測定装置では、その測定を高感度化するために、共振器の使用が不可欠である。この共振器が備えるべき性能としては、（１）広帯域共振周波数特性、（２）均一度の高い磁束密度分布、（３）高い充填率、及び（４）例えば試料の冷却能力などのその他の性能が挙げられる。ここで、（１）の広帯域共振周波数特性については、共振あるいは通過帯域幅が２００ＭＨｚ以上であることが好ましく、または、共振尖鋭度Ｑが、例えば約１０ＧＨｚのＸバンドでは無負荷Ｑ値が１００以下、負荷Ｑ値が５０以下であることが好ましい。また、（３）の充填率は、ＥＳＲに使用されるマイクロ波の磁界エネルギーを共振器に蓄えられるエネルギーで割った値である。
【０００６】
これらのパルスＥＳＲ測定装置の性能のうち、最も重要なのは広帯域共振周波数特性である。ＥＳＲ測定時に試料が挿入されるマイクロ波空洞（Cavity）共振器は、一般には無負荷Ｑ値が数千〜数万とＱ値が極めて高い。そのため、パルスＥＳＲ測定においては、種々の共振器の中で比較的Ｑ値が低い方形ＴＥ１０２空洞共振器が主に用いられている。また、必要な広帯域のＱ値を得るため、共振器と測定装置本体との間の電気的接続に密結合（Over Coupling）が用いられている。
【０００７】
しかしながら、このような方法では、装置本体と共振器との間でのマイクロ波の多重反射による不感時間（Dead Time）が長くなるため、感度の低下を引き起こしてしまうという問題がある。また、最近では空洞共振器の代わりに誘電体共振器も使用されている。しかしながら、誘電体共振器においても同様に装置本体との間の電気的接続に密結合が用いられており、したがって、高感度化は困難である。
【０００８】
本発明は、以上の問題点を解決するためになされたものであり、共振周波数特性を広帯域化することが可能であるとともに、その感度が向上される空洞共振器、及びそれを用いた電子スピン共鳴測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
このような目的を達成するために、本発明による空洞共振器は、（１）内部に共振空洞を有する円筒形状の本体部と、（２）本体部において円筒形状の円周方向に並ぶように、それぞれ本体部の中心軸方向を長手方向として設けられた複数のスロットを有するスロットアレイと、（３）スロットアレイを構成するスロットから外部へと放射される電磁波に対して、本体部の外側に設けられたカバー部とを備えることを特徴とする。
【００１０】
上記した空洞共振器では、共振空洞を有する本体部において、その円周方向に並ぶ複数のスロットからなるスロットアレイを設けている。このような構成のスロットアレイ共振器（ＳＡＲ：Slot Array Resonator）によれば、スロット同士の磁気的な結合により、広帯域の共振周波数特性を得ることができる。また、本体部に設けられる複数のスロットの個数、形状、配置等の設定により、その共振器として得られる共振周波数特性を一定の範囲で設定、制御することが可能となる。
【００１１】
さらに、上記構成では、スロットアレイを構成するスロットに対し、スロットアレイを含む本体部からみて外側に、スロットから外部へと放射される電磁波に対する蓋として機能するカバー部を設置している。このような構成とすることにより、本体部のスロットアレイによって空洞共振器の共振周波数特性を広帯域化すると同時に、スロットに対して設けられたカバー部によって磁界エネルギーを共振空洞に蓄えて、その測定感度を向上することが可能となる。
【００１２】
ここで、カバー部の構成については、複数のスロットのうちの少なくとも一のスロットに対して設けられ、スロットの円周方向における両側にそれぞれスロットから外側に延びるように配置された一対の板状部を有する構成を用いることが好ましい。
【００１３】
本構成では、スロットアレイを構成するスロットに対し、スロットの円周方向における両側からそれぞれ本体部の外側に向かう一対の板状部を設け、この一対の板状部を少なくとも含む構造によって、上記したカバー部を構成している。このような構成によれば、一対の板状部を含むカバー部によって磁界エネルギーを共振空洞に好適に蓄えて、その測定感度を向上することが可能となる。
【００１４】
また、上記のように、一対の板状部を含むカバー部がスロットに対して設けられる構成では、カバー部は、複数のスロットのそれぞれに対して設けられていることが好ましい。このように、スロットアレイを構成する全てのスロットに対してそれぞれカバー部を設けることにより、磁界エネルギーを共振器に充分に蓄えることができる。また、スロットアレイを構成する一部のスロットに対してカバー部を設ける構成としても良い。
【００１５】
カバー部の具体的な構成については、カバー部は、スロットの長手方向における両側にそれぞれ配置され、一対の板状部とともにスロットから外側に延びる導波管を構成する一対の第２の板状部を有する構成を用いることができる。
【００１６】
また、カバー部は、スロットとは反対側となる終端部において一対の板状部の間を短絡するように設けられた短絡部を有する構成を用いることができる。また、カバー部は、上記したように一対の板状部と一対の第２の板状部とを有する場合に、スロットとは反対側となる終端部において一対の板状部及び一対の第２の板状部から構成される導波管をふさぐように設けられた短絡部を有する構成を用いることができる。また、これらの構成において、カバー部に設けられた短絡部は、一対の板状部に対して、スロットへの接続部と終端部との間で可動に構成されていることとしても良い。
【００１７】
また、カバー部の構成については、本体部の外側に設けられた円筒形状の遮蔽部材を有する構成を用いても良い。このような構成によっても、円筒形状のカバー部によって磁界エネルギーを共振空洞に好適に蓄えて、その測定感度を向上することが可能である。
【００１８】
本体部に設けられるスロットアレイは、円周方向に等間隔に並ぶように設けられた２個以上で所定個数のスロットから構成されていることが好ましい。このように、本体部のスロットアレイを充分な個数のスロットから構成することにより、共振器の共振周波数特性を充分に広帯域化することができる。また、複数のスロットを円周方向に等間隔に設けることにより、その構造の対称性から、共振空洞内での磁束密度分布の均一度を高くすることができる。
【００１９】
また、スロットアレイとしては、複数のスロットとして、所定の開口面積の第１のスロットと、第１のスロットとは異なる開口面積の第２のスロットとを少なくとも有する構成を用いても良い。このような構成によれば、空洞共振器の共振周波数特性を、さらに広帯域化することができる。また、このような構成では、開口面積が異なる３種類以上のスロットを有する構成としても良い。また、個々のスロットの形状については、本体部の中心軸方向を長手方向とする矩形形状とすることが好ましい。また、矩形形状以外にも、様々な形状を用いることが可能である。
【００２０】
本発明による電子スピン共鳴測定装置（ＥＳＲ測定装置）は、（１）共振空洞内に測定対象となる試料が配置される上記構成の空洞共振器と、（２）空洞共振器に対してパルス状のマイクロ波を供給するマイクロ波供給手段と、（３）空洞共振器からの電子スピン共鳴信号（ＥＳＲ信号）を検出することで試料での電子スピン共鳴を測定する信号検出手段とを備えることを特徴とする。
【００２１】
上記したＥＳＲ測定装置においては、上記構成の空洞共振器を用いることにより、本体部のスロットアレイによって空洞共振器の共振周波数特性を広帯域化すると同時に、スロットに対して設けられたカバー部によって磁界エネルギーを共振器に蓄えて、その測定感度を向上することができる。これにより、測定対象となる試料でのＥＳＲを好適に測定することが可能となる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明による空洞共振器、及び電子スピン共鳴測定装置によれば、共振空洞を有する本体部において、その円周方向に並ぶ複数のスロットからなるスロットアレイを設けるとともに、スロットアレイを構成するスロットから外部へと放射される電磁波に対して、本体部の外側にカバー部を設けることにより、共振器の共振周波数特性を広帯域化すると同時に、磁界エネルギーを共振器に蓄えて、その測定感度を向上することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、図面とともに本発明による空洞共振器、及びそれを用いた電子スピン共鳴測定装置の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。
【００２４】
図１は、本発明による空洞共振器の一実施形態の構成を示す斜視図である。また、図２は、図１に示した空洞共振器の平面断面図である。ここで、図１においては、空洞共振器１Ａの構成のうち、後述する本体部１０の左上部分を一部破断して、その後方部分の構成を示すとともに、本体部１０のスロットアレイ１５の８個のスロット１６に対して設けられる８個のカバー部２０について、右側の４個のカバー部を図示し、左側の４個のカバー部については説明の便宜のため図示を省略している。
【００２５】
また、図２は、図１に示した空洞共振器１Ａの中心位置を通り、本体部１０の円筒形状の中心軸に垂直な平面での断面図を示している。また、以下の説明においては、必要に応じて、円筒形状を有する本体部の中心軸方向を上下方向とし、円周方向を左右方向として説明する（図１参照）が、これらの上下、左右という表現は絶対的なものではなく、説明のための便宜的なものである。
【００２６】
本実施形態による共振器１Ａは、パルスＥＳＲ測定装置などのＥＳＲ測定装置に用いられる空洞共振器であり、本体部１０と、複数のカバー部２０とを備えて構成されている。これらの本体部１０、及びカバー部２０は、例えば金、銀、銅などの良導体材料によって形成されている。
【００２７】
本体部１０は、その内部に共振空洞１１を有し、所定の軸Ａｘを中心軸とした中空の円筒形状に構成されている。本空洞共振器１ＡをＥＳＲ測定装置に適用した場合、ＥＳＲの測定対象となる試料Ｓは、図３に示すように、共振空洞１１内の中心部にあって磁束密度分布が充分に均一となる位置に挿入される。なお、図３においては、簡単のために本体部１０の円筒形状のみを図示している。
【００２８】
本体部１０を構成する円筒状の周壁には、図１及び図２に示すように、複数のスロット１６を有するスロットアレイ１５が設けられている。本実施形態においては、具体的には８個のスロット１６によってスロットアレイ１５が構成されている。スロットアレイ１５のスロット１６は、それぞれ本体部１０の中心軸Ａｘの方向を長手方向とした細長い矩形形状に形成されており、また、その形状は互いに同一の形状となっている。これらの８個のスロット１６は、本体部１０において円筒形状の円周方向に等間隔に並ぶように配置されている。このとき、図２に示すように、中心軸Ａｘからみたスロット１６の配置の角度間隔は４５°となっている。
【００２９】
本体部１０に設けられたスロットアレイ１５に対し、スロットアレイ１５を構成している８個のスロット１６のそれぞれに対して、カバー部２０が設けられている。図４は、図１に示した空洞共振器１Ａにおいて用いられるカバー部２０の構成を示す斜視図である。カバー部２０は、本体部１０内の共振空洞１１からスロット１６を通って外部へと放射される電磁波に対して設けられるものであり、図４に示すようにスロット１６への接続部が開放部分となっている。そして、この開放部分がスロット１６に接続されることにより、カバー部２０は、スロット１６から本体部１０の外側に延びる（本体部１０の周壁外面からその外側に延びる）ように配置される。このような構成により、カバー部２０は、スロット１６から外部への電磁波の放射を抑制するカバー構造として機能する。
【００３０】
本実施形態におけるカバー部２０は、スロット１６の円周方向における両側（左右の両側）にそれぞれ設けられた一対の板状部２１、２２と、一対の板状部を短絡させる短絡部２５とによって構成されている。板状部２１、２２は、それぞれスロット１６の矩形開口での左右の対応する辺から外側に延びる平板形状に形成されており、図２に示すように、本体部１０の中心軸Ａｘ及びスロット１６の中心位置を通る平面Ｃを挟んで互いに平行に配置されている。また、短絡部２５は、スロット１６とは反対側となる終端部において、板状部２１、２２の間を短絡するように設けられた板状の短絡部である。また、このカバー部２０においては、スロット１６の長手方向における両側（上下の両側）は開放部分となっている。以上により、本実施形態のカバー部２０は、終端短絡平行平板回路の構造となっている。
【００３１】
また、このカバー部２０において、図４に示すように円周方向（左右方向）の幅をｗ、長手方向（上下方向）の高さをｈ、スロット１６から外側に延びる本体部１０からの突出長さをｌとすると、幅ｗは、例えばスロット１６の開口幅と略一致するように設定することが好ましい。具体的には、カバー部２０の平行平板の内側の幅ｗ１が、スロット１６の開口幅と等しくなるように設定することが好ましい。
【００３２】
また、カバー部２０の高さｈは、スロット１６から外部への電磁波の放射を効果的に抑制するため、スロット１６の開口長さよりも長く設定することが好ましい。図１に示す構成例においては、このカバー部２０の高さｈは、円筒形状の本体部１０の高さと一致するように設定されている。一般的には、この高さｈは、円筒形状の本体部１０の高さに比べて短くても長くても良いが、上記したようにスロット１６の開口長さよりも長く設定することが好ましい。また、共振尖鋭度のＱ値を小さくしたい場合には、逆に、カバー部２０の高さｈをスロット１６の開口長さと同程度、またはそれよりも短く設定する構成とすることが好ましい。なお、図４においては、図示の容易のため、図１とは縮尺比率を変えてカバー部２０の構成を示している。
【００３３】
本実施形態による空洞共振器の効果について説明する。
【００３４】
図１〜図４に示した空洞共振器１Ａでは、共振空洞１１を有する円筒形状の本体部１０において、その円周方向に並ぶ複数のスロット１６からなるスロットアレイ１５を設けたスロットアレイ共振器（ＳＡＲ：Slot Array Resonator）の構成を用いている。このような構成によれば、複数のスロット１６の間での磁気的な結合により、共振器１Ａの全体として広帯域の共振周波数特性を得ることができる。すなわち、共振素子１個からなる共振器は単一共振周波数特性を持つが、複数個の共振素子を電気的あるいは磁気的に結合させた構成の複合共振器では、広帯域の共振周波数特性を持たせることが可能である。上記構成の共振器１Ａにおいては、本体部１０の円筒状の導体面にその中心軸と平行に設けられた複数のスロット１６により、このような広帯域の特性が実現される。
【００３５】
さらに、上記構成では、スロットアレイ１５を構成するスロット１６に対し、スロット１６の円周方向における両側からそれぞれ本体部１０の外側に向かう一対の板状部２１、２２を設けている。そして、この一対の板状部２１、２２を少なくとも含んでスロット１６に対して設けられた構造によって、スロット１６から外部へと放射される電磁波に対する蓋として機能するカバー部２０を構成している。
【００３６】
ここで、上記のように本体部１０に複数のスロット１６が設けられたスロットアレイ共振器の構成では、スロット１６を介して本体部１０から外部へと電磁波が放射されてしまうため、本体部１０内の共振空洞１１に電磁エネルギーを蓄えることが難しい。これに対して、スロットアレイ１５に対してカバー部２０を設ける構成とすることにより、本体部１０のスロットアレイ１５によって空洞共振器１Ａの共振周波数特性を広帯域化すると同時に、スロット１６に対して設けられたカバー部２０によって磁界エネルギーを共振空洞１１に蓄えることができる。また、このような構成とすることにより、本共振器１ＡをＥＳＲ測定装置に適用した場合に、その測定感度を向上することが可能となる。
【００３７】
また、上記構成の空洞共振器１Ａでは、分布定数回路である本体部１０のスロット１６及びカバー部２０によって構成されているため、その周波数特性に関して繰返し特性を有している。すなわち、この共振器１Ａでは、基本共振周波数だけではなく、その約２倍の周波数でも同様に共振する。したがって、ＥＳＲ測定において上記の空洞共振器１Ａを適用することにより、例えば、多量子遷移ＥＳＲ信号の周波数バンド特性を、例えばＸバンドとＫｕバンドとにおいて共振器を取り換えることなく測定することが可能である。
【００３８】
ここで、数値解析によって得られた共振周波数特性の一例を図５に示す。図５のグラフでは、設計された基本共振周波数に対応する９．３７７ＧＨｚの共振ピークに加え、その約２倍の周波数１９．１０６ＧＨｚの共振ピークが得られている。この約２倍の共振周波数の共振ピークでは、基本設計周波数での磁界強度とあまり変わらない強度値が得られており、また、その磁界の方向も円筒軸方向に一致している。
【００３９】
空洞共振器１Ａで得られる磁束密度分布（電磁界分布）の均一度については、例えば従来の方形空洞共振器などと同等の均一度を得ることが可能である。また、本体部１０でのスロットアレイ１５と、それに対して外側に設置されるカバー部２０とを組み合わせて用いる上記構造では、空洞共振器の設計の自由度が大きくなり、その周波数特性等の制御性が高い。なお、共振器の共振周波数、及び電磁界分布については、数値解析または実験によって確認可能である。また、図４に示した終端短絡平行平板回路の構造は、後述する導波管構造に比べて、数値解析等を行う際の電気的な取扱いが簡単だという利点がある。
【００４０】
また、ＥＳＲ測定装置において上記の共振器１Ａを用いることにより、共振器１Ａと測定装置本体との間の電気的接続に密結合（Over Coupling）を用いずに、臨界結合（Critical Coupling）を用いることが可能となる。すなわち、従来からパルスＥＳＲ測定に用いられている共振器は、単一共振素子からなっているために電磁波の通過帯域幅が極めて狭い。例えば、約１０ＧＨｚのＸバンドでは、通常用いられている方形ＴＥ１０２空洞共振器（ＪＥＯＬ社製品）の負荷Ｑ値は約５０００であるので、通過帯域幅はわずかに約２ＭＨｚであり、この通過帯域幅を共振器と測定装置本体との間での密結合によって２００ＭＨｚ程度まで広げることが行われる。
【００４１】
しかしながら、このように密結合を用いた場合、ＥＳＲ測定装置本体のマイクロ波回路と、共振器との間でのインピーダンス不整合が大きくなる。その結果、マイクロ波の多重反射波が発生し、測定の不感時間が長くなり、測定の高感度化が妨げられることとなる。これに対して、上記構成の空洞共振器１Ａによれば、スロットアレイ１５を含む構造により、それ自体で共振周波数特性の広帯域化を実現することができる。したがって、共振器１Ａと測定装置本体との間での電気的接続については、インピーダンスの整合性がとれた臨界結合を用いることができる。この場合、共振器１Ａと装置本体との間では不感時間が長引く原因となる多重反射波の発生が極めて少なくなるので、ＥＳＲ測定の感度を高感度化することが可能となる。
【００４２】
上記したようにスロットアレイ１５を設けた空洞共振器１Ａでは、その本体部１０に設けられる複数のスロット１６の個数、形状、配置等の構成を適宜に設定することにより、共振器１Ａの全体として得られる共振周波数特性を一定の範囲で設定、制御することが可能である。また、スロットアレイ１５については、円周方向に並ぶように設けられた２個以上で所定個数のスロットによってスロットアレイを構成することが好ましい。さらに、スロットアレイを含む本体部の製造等を考慮すると、例えば、２個以上８個以下のスロット（上記実施形態では８個のスロット１６）によってスロットアレイを構成することが好ましい。
【００４３】
このように、本体部１０のスロットアレイ１５を２個以上で充分な個数のスロット１６から構成することにより、共振器１Ａの全体としての共振周波数特性を充分に広帯域化することができる。また、本体部１０において２個以上のスロット１６を設けてスロットアレイ１５を構成することにより、本体部１０の円筒中に、その中心軸に平行な磁界が発生するため、ＥＳＲ測定を好適に実行することができる。このようなスロット１６の個数については、具体的には、共振器１Ａにおいて必要とされる周波数特性、共振空洞１１内での磁束密度分布の均一性、及びスロットアレイ１５を含む本体部１０の製造の容易さなどを考慮した上で、最適な個数に設定することが好ましい。
【００４４】
また、これらの複数のスロット１６については、本体部１０において円周方向に等間隔に並ぶように設けることが好ましい。これにより、その構造の対称性から、共振空洞１１内での磁束密度分布の均一度を向上することができる。ただし、このようなスロット１６の配置構成については、共振器１Ａにおいて必要とされる周波数特性などによって等間隔ではない配置としても良い。
【００４５】
また、スロットアレイ１５の構成については、複数のスロット１６として、所定の開口面積の第１のスロットと、第１のスロットとは異なる開口面積の第２のスロットとを少なくとも有する構成を用いても良い。このような構成によれば、例えば、空洞共振器の共振周波数特性をさらに広帯域化するなど、その周波数特性を様々に制御することが可能となる。そのような構成を有する本体部の変形例を図６に示す。
【００４６】
図６に示す本体部１０Ａは、スロットアレイ１５を構成する８個のスロットとして、所定の開口面積を有する第１のスロット１６Ａと、第１のスロット１６Ａよりも大きい開口面積を有する（図６においては第１のスロット１６Ａよりも幅、長さともにやや大きい）第２のスロット１６Ｂとをそれぞれ４個ずつ、交互に配置した構成となっている。このような構成では、開口面積が異なるスロット１６Ａ、１６Ｂの組合せ、及びそれらの間での磁気的な結合により、共振器の共振周波数特性をさらに広帯域化することができる。さらに、スロットの開口面積の組合せ、及びそれらの配置の設定等により、その共振器で得られる共振周波数特性を一定の範囲で制御することが可能となる。また、このような構成では、開口面積が異なる３種類以上のスロットを有する構成としても良い。
【００４７】
また、スロットアレイ１５を構成する個々のスロット１６の形状については、上記実施形態では図７（ａ）に示すように、本体部１０の中心軸方向を長手方向とした矩形形状としているが、このような矩形形状以外にも、様々な形状を用いることが可能である。図７（ｂ）には、そのような形状の例として、長手方向の両端部に円形状の部分を設けたダンベル形状のスロット１６Ｃを示している。
【００４８】
また、スロットアレイ１５を構成するスロット１６に対して設けられるカバー部２０については、図１及び図２に示した構成のように、複数のスロット１６のそれぞれに対して設けられていることが好ましい。このように、スロットアレイ１５を構成する全てのスロット１６に対してカバー部２０を設けることにより、磁界エネルギーを共振器１Ａにおいて効率良く蓄えることができる。
【００４９】
また、このようなカバー部２０については、スロットアレイ１５を構成する一部のスロットに対してカバー部を設ける構成としても良い。このような構成としては、例えば、図１に示す構成において、８個のスロット１６のうちで１個おきで４個のスロット１６に対してカバー部２０を設け、それ以外の４個のスロット１６については開放状態とする構成が例として挙げられる。一般には、カバー部２０は、スロットアレイ１５を構成する複数のスロット１６のうちの少なくとも一のスロットに対して設けられていれば良い。
【００５０】
また、空洞共振器１Ａを構成する円筒形状の本体部１０内、あるいはカバー部材２０内に円筒形状、棒状、板状などの誘電体を装荷し、この誘電体を用いて共振周波数の微調整を行う構成としても良い。このような周波数調整用の誘電体を用いることにより、共振器１Ａでの共振周波数特性を最適な特性に調整することが可能となる。
【００５１】
本体部１０及びカバー部２０の具体的な形状、寸法等の設定については、本体部１０に設けられるスロット１６の開口長さは、ＥＳＲ測定に用いるマイクロ波の波長に基づいて設定することが好ましい。この開口長さは、例えば１／２波長程度の長さに設定される。また、カバー部２０の突出長さｌ（図４参照）についても、同様にマイクロ波の波長に基づいて設定することが好ましい。この突出長さは、例えば１／４波長程度の長さに設定される。
【００５２】
共振器１Ａの構成の一例としては、例えばスロット数が８個のＸバンドスロットアレイ共振器を想定した場合に、本体部１０の中心軸方向の長さが１００．０ｍｍ、その円筒形状の径が１２．０ｍｍ、スロットアレイ１５を構成するスロット１６の長手方向の長さが５５．０ｍｍ、その円周方向の幅が２．０ｍｍに設定された構成がある。また、本体部１０の円筒状の周壁の厚さについては、電磁波の進入深さ、及び本体部の機械的強度等を考慮して設定することが好ましく、例えばその厚さは数ｍｍ程度である。
【００５３】
空洞共振器１Ａの材料、及びその作製方法については、共振器の大きさ及び形状等に応じて様々な材料及び作製方法を用いて良い。例えば、空洞共振器の作製方法については、その大きさ等により、導体板を用いて作製する方法、あるいは、導体ブロックから不必要な部分をくりぬいて作製する方法等を用いることができる。
【００５４】
また、共振器を構成する本体部、カバー部の材料については、上記実施形態では良導体材料を例示しているが、その他にも様々な材料を用いて良い。例えば、誘電体材料で所定形状の部材を作製し、その必要な表面部分に導体をメッキし、あるいは導体微粒子を含む塗料を吹き付ける（例えば銀ペイント）ことで本体部等の共振器の構成部材を作製しても良い。
【００５５】
また、パルスＥＳＲ測定では、Ｑ値を下げるために、誘電体部材の表面に銀ペイントを薄く塗る構成も考えられる。このような構成では、電磁波がある程度外側に漏れることによる損失を利用してＱ値を下げることができる。また、このような効果は、良導体材料ではなく半導体材料によって共振器を作製することによっても得られる。
【００５６】
上記実施形態による空洞共振器１ＡをＥＳＲ測定に適用する場合、共振器１Ａへのマイクロ波の導入方法については、例えば図８及び図９に示す構成を用いることができる。図８に示す構成では、空洞共振器１Ａに対してマイクロ波を導入するためのマイクロ波導入部３０を用い、このマイクロ波導入部３０を、複数のカバー部２０のうちから選択された１個のカバー部２０内に挿入することで、共振器１Ａへのマイクロ波の導入を実現する。
【００５７】
本構成例では、マイクロ波導入部３０は、具体的には図９に示すように、内導体３２、及び外導体３３を有する５０Ω同軸ケーブル３１と、同軸ケーブル３１の先端に設けられた結合コイル３４とを有して構成されている。ここで、図８及び図９に示すように、本体部１０の中心軸Ａｘの方向をｚ軸、ｚ軸に直交する２軸をｘ軸、ｙ軸とすると、このマイクロ波導入部３０は、マイクロ波導入用の同軸ケーブル３１の軸をｚ軸と一致させた状態でカバー部２０内に挿入される。なお、同軸ケーブル３１としては、例えばセミリジッドケーブルを用いることができる。
【００５８】
また、この同軸ケーブル３１の先端に設けられた結合コイル３４は、ケーブル３１での内導体３２と外導体３３とを結ぶ導線により、そのコイル面がｘｙ平面上となる１巻きのコイル形状に形成されている。また、この結合コイル３４の形状としては、例えば円形、方形、正方形など、様々な形状を用いてよい。具体的なコイル３４の好適な形状については、例えば数値解析により容易に決定することができる。
【００５９】
上記実施形態において用いられている終端短絡平行平板回路構造のカバー部２０の場合には、図８に示すように、その短絡部２５の近傍の所定位置にマイクロ波導入部３０が挿入される。また、このような構成において、図８に示すように結合コイル３４のカバー部２０内での挿入位置をｚ軸方向に移動、調整することにより、共振器１Ａと、ＥＳＲ測定装置などの装置本体との間でのインピーダンスマッチングを取ることができる。このインピーダンスマッチングについては、結合コイル３４をｚ軸方向に移動することにより、疎結合、臨界結合、及び密結合へのスムーズな調整が可能であることが確認されている。
【００６０】
また、同軸ケーブル３１は、カバー部２０に対して短絡部２５に近い位置に設置することが好ましい。特に、同軸ケーブル３１は、カバー部２０の内側、例えばカバー部２０を構成する短絡部２５の内側に接触して、外導体３３が電気的に導通状態になっていることが好ましい。外導体３３がカバー部２０に接続されていない構成とすると、外導体３３にマイクロ波電流が流れる場合があり、電波が外部に放射されるのでボディエフェクトの原因となる可能性がある。
【００６１】
共振器１Ａへのマイクロ波の導入方法については、上記した図８及び図９に示した構成以外にも、様々な構成を用いて良い。図１０は、共振器１Ａへのマイクロ波の導入方法の他の例について示す図である。図１０に示す構成では、カバー部２０の短絡部２５の略中心位置に円形状の小孔である導入孔（アイリス）３５を設けるとともに、この導入孔３５に対してマイクロ波の導入、及びＥＳＲ信号の出力に用いられる方形の導波管３６を接続する構成を用いている。
【００６２】
このような構成では、高電力の伝送が可能であるという利点がある。例えば、同軸ケーブルの耐電力が１ｋＷ程度であるのに対して、導入孔３５及び導波管３６を用いる構成では、１ｋＷを超えるマイクロ波パルスの伝送が可能である。なお、このような構成において、導入孔３５の形状、寸法、及び導波管３６の構成等については、図１０に示した構成に限られるものではなく、様々に変形して良い。例えば、導波管３６として方形ではなく円形の導波管を用いても良い。
【００６３】
本体部１０のスロットアレイ１５を構成するスロット１６に対して設けられるカバー部２０の具体的な構成については、図４に示した終端短絡平行平板回路の構成以外にも、様々な構成を用いることが可能である。
【００６４】
そのようなカバー部の構成例を図１１〜図１４に示す。図１１は、空洞共振器に用いられるカバー部の構成の他の例を示す斜視図である。本構成例におけるカバー部２０Ａは、図４に示したカバー部２０と同様に、その開放部分がスロット１６に接続されることにより、スロット１６から本体部１０の外側に延びるカバー構造として機能する。具体的にはカバー部２０Ａは、スロット１６の円周方向における両側（左右の両側）にそれぞれ設けられた一対の板状部２１、２２と、スロット１６の長手方向における両側（上下の両側）にそれぞれ設けられた一対の第２の板状部２３、２４と、一対の板状部を終端部において短絡させる板状の短絡部２５とによって構成されている。
【００６５】
このような構成において、上下の第２の板状部２３、２４は、左右の板状部２１、２２とともにスロット１６から本体部１０の外側に延びる導波管を構成している。また、短絡部２５は、図１１に示すように、板状部２１、２２、及び第２の板状部２３、２４から構成される導波管をふさぐように設けられている。以上により、本実施形態のカバー部２０Ａは、終端短絡方形導波管の構造となっている。また、このような構成のカバー部２０Ａ内にマイクロ波導入部３０を挿入する場合、図１１に示すように、スロット１６の長手方向の一方側の板状部２３において、その短絡部２５の近傍の所定位置に挿入孔２３ａを設け、この挿入孔２３ａを通してマイクロ波導入部３０を挿入することが好ましい。
【００６６】
また、本構成においても、図８に示した構成と同様に、挿入孔２３ａを短絡部２５に近い位置に設け、マイクロ波導入部３０の同軸ケーブルをカバー部２０に対して短絡部２５に近い位置に設置することが好ましい。特に、同軸ケーブルは、短絡部２５の内側に接触して、外導体が電気的に導通状態になっていることが好ましい。
【００６７】
図１２は、空洞共振器に用いられるカバー部の構成の他の例を示す斜視図である。本構成例におけるカバー部２０Ｂは、図４に示したカバー部２０と同様に、その開放部分がスロット１６に接続されることにより、スロット１６から本体部１０の外側に延びるカバー構造として機能する。具体的にはカバー部２０Ｂは、スロット１６の左右の両側にそれぞれ設けられた一対の板状部２１、２２によって構成されている。
【００６８】
また、このカバー部２０Ｂにおいては、スロット１６の上下の両側、及びスロット１６とは反対側となる終端部は、それぞれ開放部分となっている。以上により、本実施形態のカバー部２０Ｂは、終端開放平行平板回路の構造となっている。また、このような構成のカバー部２０Ｂ内にマイクロ波導入部３０を挿入する場合、図１２に示すように、その板状部２１、２２の突出長さ方向の中心部の所定位置にマイクロ波導入部３０を挿入することが好ましい。また、本構成においては、マイクロ波導入部３０の同軸ケーブルは、同軸ケーブルの外導体がカバー部２０の片側の平板に接触していることが好ましい。
【００６９】
図１３は、空洞共振器に用いられるカバー部の構成の他の例を示す斜視図である。本構成例におけるカバー部２０Ｃは、図４に示したカバー部２０と同様に、その開放部分がスロット１６に接続されることにより、スロット１６から本体部１０の外側に延びるカバー構造として機能する。具体的にはカバー部２０Ｃは、スロット１６の左右の両側にそれぞれ設けられた一対の板状部２１、２２と、スロット１６の上下の両側にそれぞれ設けられた一対の第２の板状部２３、２４とによって構成されている。
【００７０】
このような構成において、上下の第２の板状部２３、２４は、左右の板状部２１、２２とともにスロット１６から本体部１０の外側に延びる導波管を構成している。また、このカバー部２０Ｃにおいては、スロット１６とは反対側となる終端部は開放部分となっている。以上により、本実施形態のカバー部２０Ｃは、終端開放方形導波管の構造となっている。また、このような構成のカバー部２０Ｃ内にマイクロ波導入部３０を挿入する場合、図１３に示すように、スロット１６の長手方向の一方側の板状部２３において、その板状部２１、２２の突出長さ方向の中心部の近傍の所定位置に挿入孔２３ｂを設け、この挿入孔２３ｂを通してマイクロ波導入部３０を挿入することが好ましい。また、本構成においては、マイクロ波導入部３０の同軸ケーブルは、同軸ケーブルの外導体がカバー部２０の片側の平板に接触していることが好ましい。あるいは、挿入孔２３ｂにおいて、同軸ケーブルの外導体が板状部２３に接触している構成としても良い。
【００７１】
図１４は、空洞共振器に用いられるカバー部の構成の他の例を示す斜視図である。本構成例におけるカバー部２０Ｄの構成は、図４に示したカバー部２０の構成とほぼ同様であるが、カバー部２０においてその終端部に固定に設けられた短絡部２５に代えて、可動式で板状の短絡部２６が設けられている点で相違する。すなわち、本構成例のカバー部２０Ｄでは、図１４に示すように、板状部２１、２２の間を短絡させる短絡部として、板状部２１、２２の突出長さ方向において、スロットへの接続部と終端部との間で移動可能に構成された可動短絡部２６が設けられている。
【００７２】
このように短絡部２６を構成する板状部材（短絡板）を移動可能とする構成によれば、平行平板回路の長さ（深さ）を容易に変えることができる。これにより、平行平板回路構造のカバー部２０Ｄを含む空洞共振器での共振周波数特性を容易に変えることが可能となる。なお、このように可動短絡部２６を用いる構成は、平行平板回路構造のカバー部のみでなく、方形導波管構造のカバー部に対しても同様に適用可能である。また、本体部に対して複数のカバー部を設ける構成では、そのうちの一部のカバー部（少なくとも１つのカバー部）に対して可動短絡部２６を設けても良く、あるいは、全てのカバー部に対して可動短絡部２６を設けても良い。
【００７３】
次に、上記構成の空洞共振器を用いた本発明による電子スピン共鳴（ＥＳＲ）測定装置について説明する。図１５は、空洞共振器を用いたＥＳＲ測定装置の一実施形態の構成を模式的に示すブロック図である。本実施形態によるＥＳＲ測定装置５は、マイクロ波発振器５０と、上記構成を有する空洞共振器１Ｂと、ＥＳＲ信号検出装置６０とを備え、測定対象の試料に対してパルス状のマイクロ波を供給してＥＳＲ測定を行うパルスＥＳＲ測定装置として構成されている。
【００７４】
図１５に示す構成例において、マイクロ波発振器５０と、ＥＳＲ信号検出装置６０との間には、マイクロ波発振器５０側から順に、分配器５１と、第１スイッチ部５２と、ＴＷＴ（Traveling Wave Tube）増幅器５３と、サーキュレータ５４、５５と、第２スイッチ部６１と、ＲＦ増幅器６２と、ミキサ６３と、ローパスフィルタ６４と、ＩＦ増幅器６５とが設けられている。
【００７５】
発振器５０は、マイクロ波等の測定用搬送波を生成するものであり、その発振周波数としては、例えばＸバンド、Ｌバンドなどでの所定の周波数が用いられる。共振器１Ｂは、上記したスロットアレイ共振器の構成を有する空洞共振器であり、その共振空洞内に試料が配置される。また、この共振器１Ｂに対して、直流磁界用コイルなどを必要に応じて含む磁界印加部７０が所定位置に設置される。
【００７６】
発振器５０から出力されたマイクロ波は、分配器５１により、主線路マイクロ波、及び参照マイクロ波に分岐される。主線路マイクロ波は、第１スイッチ部５２でのスイッチ動作によってパルス状のマイクロ波とされ、さらにＴＷＴ増幅器５３によって目的とする電力に調整された後、サーキュレータ５４を介してサーキュレータ５５に供給される。サーキュレータ５５により分岐された主線路マイクロ波は、共振器１Ｂへと導入される。測定対象の試料が共振空洞内に配置された空洞共振器１Ｂで発生した電子スピン共鳴信号（ＥＳＲ信号）は、再びサーキュレータ５５へと戻り、第２スイッチ部６１を通過し、さらにＲＦ増幅器６２で増幅された後、ミキサ６３に供給される。
【００７７】
一方、分配器５１で分配された参照マイクロ波は、移相器５６によって共振器１ＢからのＥＳＲ信号と位相が合うように調整された後、ミキサ６３へと供給される。ミキサ６３は、サーキュレータ５５から出力されたＥＳＲ信号と、移相器５６から供給された参照マイクロ波との混合を行う。ミキサ６３からの出力波は、ローパスフィルタ６４及びＩＦ増幅器６５によって整形、増幅された後、ＥＳＲ信号検出装置６０によって検出される。これにより、試料に対するＥＳＲ測定が行われる。
【００７８】
図１５に示した構成のパルスＥＳＲ測定装置において、マイクロ波発振器５０及び第１スイッチ部５２により、空洞共振器１Ｂに対してパルス状のマイクロ波を供給するマイクロ波供給手段が構成されている。また、ＥＳＲ信号検出装置６０により、空洞共振器１ＢからのＥＳＲ信号を検出することで試料での電子スピン共鳴を測定するための信号検出手段が構成されている。また、第１スイッチ部５２、及び第２スイッチ部６１におけるスイッチ動作は、スイッチドライバ７３、７４を介して、パルスコントローラ７２によって制御されている。
【００７９】
なお、本発明による空洞共振器及びＥＳＲ測定装置は、二量子遷移ＥＳＲ測定においても好適に適用可能であるが、二量子遷移ＥＳＲ測定を行う場合のパルスＥＳＲ測定装置の構成についても、その基本的な構成は図１５に示した構成と同様である。また、二量子遷移ＥＳＲ測定のための測定装置の具体的な構成、あるいはその測定条件等については、例えば文献「Advanced EPR: Applications in Biology and Biochemistry (Ed. A. J.Hoff), Elsevier Amsterdam, Ch.5 pp.177-242 (1989)」を参照することができる。
【００８０】
上記構成を有する本発明によるスロットアレイ型の空洞共振器と、従来の方形空洞共振器との性能を比較するため、電子スピンエコー（ＥＳＥ：Electron Spin Echo）の測定を行った。ここでは、本発明による空洞共振器としては、図１に示した構成で共振周波数９．２ＧＨｚとして作製された、スロット数８個、円筒空洞の内径１２ｍｍのＸバンドのスロットアレイ共振器を用いた。また、従来の空洞共振器としては、ＪＥＯＬ社製品の方形ＴＥ１０２空洞共振器を用いた。また、共振器へと供給されるパルス電力はＴＷＴ増幅器の出力として約１ｋＷとした。
【００８１】
また、ここでは、図１６の断面図に模式的に示すように、銅（Ｃｕ）製の共振器８０内に、内部が真空の石英二重管８１を挿入し、その内側に試料Ｓを配置してＥＳＥ信号の取得実験を行った。また、このとき、本発明によるスロットアレイ共振器と、従来の方形空洞共振器とで、負荷Ｑ値がほぼ同じ値になるように調整した。また、測定対象の試料Ｓとしては、γ線照射石英砂を用いた。
【００８２】
図１７は、実験によって得られたＥＳＥ信号振幅を示すグラフである。ここで、横軸は負荷Ｑ値を示し、縦軸は得られたＥＳＥ信号の振幅（ｍＶ）を示している。このグラフからわかるように、同じ負荷Ｑ値でみると、本発明によるスロットアレイ共振器では、従来の方形共振器と比べて約１．２倍の信号振幅が得られている。例えば、多量子遷移ＥＳＲを測定する場合、その信号は微弱であり、したがって、この１．２倍の測定感度向上は、このような信号を測定できるか否かという点で重要である。また、上記構成のスロットアレイ共振器では、共振器の具体的な構造を最適化していくことにより、さらなる測定感度の向上が可能である。
【００８３】
図１８は、ＥＳＥ信号の時間波形を示すグラフである。ここで、横軸は時間（ｎｓ）を示し、縦軸は各時間におけるＥＳＥ信号の振幅（ｍＶ）を示している。また、グラフＧ１は、本発明によるスロットアレイ共振器を用いて得られた二量子遷移のＥＳＥ時間波形を示し、グラフＧ２は、文献「P. P. Borbat and J. H. Freed, in Biological Magnetic ResonanceVol.19 (Eds.: L. J. Berliner, S. S. Eaton, G. R. Eaton), Kluwer NY, Ch.9 pp.383-459 (2000)」に記載された二量子遷移のＥＳＥ時間波形を示している。このグラフからわかるように、上記構成のスロットアレイ空洞共振器を用いることにより、二量子遷移のＥＳＥ時間波形が良好に取得されている。
【００８４】
なお、図１８のグラフＧ１では、グラフＧ２に比べると波形が乱れており、釣鐘状の波形信号が得られている。このような波形については、共振器の性能とは関係なく、使用したパルスＥＳＲ測定装置の特性に起因するものであることを確認している。
【００８５】
本発明による空洞共振器、及びＥＳＲ測定装置は、上記実施形態及び構成例に限られるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、カバー部２０を構成する板状部２１、２２、第２の板状部２３、２４、板状の短絡部２５等については、上記構成例ではいずれも平板状の構成としているが、これらの具体的な形状については平面形状に限られるものではなく、曲面形状を有する板状部等によってカバー部を構成しても良い。
【００８６】
また、カバー部を導波管の構造とする場合、図１１に示した構成では、円周方向の両側の板状部２１、２２と、長手方向の両側の第２の板状部２３、２４とによって断面が方形の導波管を構成しているが、このような構成に限られるものではない。例えば、円周方向の両側の板状部２１、２２を曲面形状とし、それらをなめらかに接続することで断面が楕円形、あるいは円形等の形状となる一体の導波管構造としても良い。
【００８７】
さらに、上記した各実施形態では、本体部１０のスロット１６から外部へと放射される電磁波に対する蓋として機能するカバー部２０について、スロット１６の円周方向における両側にそれぞれスロット１６から外側に延びるように配置された一対の板状部２１、２２を有する構成を用いている。一般には、このようなカバー部は、スロットアレイを構成するスロットから外部へと放射される電磁波に対して、本体部の外側に設けられていれば良く、具体的には上記構成以外にも様々な構成を用いて良い。
【００８８】
図１９は、本発明による空洞共振器の他の実施形態の構成を示す斜視図である。本実施形態による共振器１Ｃは、本体部１０と、カバー部４０とを備えて構成されている。これらの本体部１０、及びカバー部４０は、例えば金、銀、銅などの良導体材料、あるいはそれ以外の好適な材料によって形成されている。これらのうち、本体部１０の構成については、図１に示した実施形態と同様である。また、カバー部４０は、スロットアレイ１５を構成するスロット１６から外部へと放射される電磁波に対して、本体部１０の外側に一定の間隔ｄをおいて設けられた円筒形状の遮蔽部材４１によって構成されている。このような構造では、本体部１０でのスロット１６の形状、寸法、及び本体部１０と遮蔽部材４１との距離ｄなどのパラメータによって、共振周波数が設定される。
【００８９】
図２０は、空洞共振器のさらに他の実施形態の構成を示す斜視図である。本実施形態による共振器１Ｄは、本体部１０と、カバー部４５とを備えて構成されている。これらのうち、本体部１０の構成については、図１に示した実施形態と同様である。また、カバー部４５は、本体部１０の外側に一定の間隔をおいて設けられた円筒形状の遮蔽部材４６と、長手方向の両側においてそれぞれ本体部１０と遮蔽部材４６との間を接続するように設けられた接続部材４７、４８とによって構成されている。これらの図１９、図２０に示す構成例のように、カバー部については具体的には様々な構成を用いることが可能である。
【００９０】
また、本体部１０のスロット１６に対して設けられるカバー部２０の形状については、図１に示した実施形態では、中心軸Ａｘ及びスロット１６の中心位置を通る平面に沿って延びる構成としている。このようなカバー部２０の形状については、例えば図２１の変形例（ａ）〜（ｄ）に示すようにカバー部を直線状に折り曲げ、または曲線状に曲げた断面形状など、様々な形状を用いて良い。このような形状は、例えば、磁石の磁極間隙の限られたスペースに共振器を配置するなどの場合に有効である。
【産業上の利用可能性】
【００９１】
本発明は、共振周波数特性を広帯域化することが可能であるとともに、その感度が向上される空洞共振器、及びそれを用いた電子スピン共鳴測定装置として利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】空洞共振器の一実施形態の構成を示す斜視図である。
【図２】図１に示した空洞共振器の平面断面図である。
【図３】空洞共振器の共振空洞内での試料の配置について示す模式図である。
【図４】図１に示した空洞共振器におけるカバー部の構成を示す斜視図である。
【図５】空洞共振器の共振周波数特性の一例を示すグラフである。
【図６】空洞共振器における本体部の構成の変形例を示す斜視図である。
【図７】本体部におけるスロットの構成例を示す図である。
【図８】共振器へのマイクロ波の導入方法について示す図である。
【図９】マイクロ波導入部の構成の一例を示す斜視図である。
【図１０】共振器へのマイクロ波の導入方法の他の例について示す図である。
【図１１】空洞共振器におけるカバー部の構成の他の例を示す斜視図である。
【図１２】空洞共振器におけるカバー部の構成の他の例を示す斜視図である。
【図１３】空洞共振器におけるカバー部の構成の他の例を示す斜視図である。
【図１４】空洞共振器におけるカバー部の構成の他の例を示す斜視図である。
【図１５】ＥＳＲ測定装置の一実施形態の構成を示すブロック図である。
【図１６】空洞共振器を用いたＥＳＥ信号の取得実験について示す図である。
【図１７】ＥＳＥ信号振幅を示すグラフである。
【図１８】ＥＳＥ信号の時間波形を示すグラフである。
【図１９】空洞共振器の他の実施形態の構成を示す斜視図である。
【図２０】空洞共振器の他の実施形態の構成を示す斜視図である。
【図２１】図１に示した空洞共振器の変形例を示す図である。
【符号の説明】
【００９３】
１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ…空洞共振器、１０、１０Ａ…本体部、１１…共振空洞、１５…スロットアレイ、１６、１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃ…スロット、２０、２０Ａ〜２０Ｄ…カバー部、２１、２２…板状部、２３、２４…第２の板状部、２５…短絡部、２６…可動短絡部、３０…マイクロ波導入部、３１…同軸ケーブル、３２…内導体、３３…外導体、３４…結合コイル、３５…導入孔、３６…導波管、４０、４５…カバー部、４１、４６…遮蔽部材、４７、４８…接続部材、
５…電子スピン共鳴測定装置、５０…マイクロ波発振器、５１…分配器、５２…第１スイッチ部、５３…ＴＷＴ増幅器、５４、５５…サーキュレータ、５６…移相器、６０…ＥＳＲ信号検出装置、６１…第２スイッチ部、６２…ＲＦ増幅器、６３…ミキサ、６４…ローパスフィルタ、６５…ＩＦ増幅器、７０…磁界印加部、７２…パルスコントローラ、７３、７４…スイッチドライバ。
【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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【図１１】
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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１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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