(57)【要約】      （修正有）【課題】１台のループギャップ共振器できわめて広い周波数帯での連続的なＥＳＲ測定を可能にする。【解決手段】複数のループ間を長さが可変できるギャップ延長電極で連結し、ギャップ延長電極の長さを可変することによって共振周波数を可変するようにした。実際の構成としては、ギャップ延長電極は２分割され、互いに電気的接触を保ちながら摺動してループ間距離を変えられるようにする。ギャップ延長電極長の5mmの変化で、約2倍の共鳴周波数変化を示す。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のループ間を長さが可変できるギャップ延長電極で連結し、ギャップ延長電極の長さを可変することによって共振周波数を可変するようにしたことを特徴とするループギャップ共振器。
【請求項２】
前記ギャップ延長電極は２分割され、互いに電気的接触を保ちながら摺動してループ間距離を変えられるように構成されていることを特徴とする請求項１記載のループギャップ共振器。
【請求項３】
前記複数のループは、共振軸が互いに平行であることを特徴とする請求項１または２記載のループギャップ共振器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子スピン共鳴（ＥＳＲ）装置に用いられるループギャップ共振器における共振周波数調整機構の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
ループギャップ共振器は、空胴共振器と並んで最も良く利用されるＥＳＲ用検出器の１つである。ループギャップ共振器は、生体を扱う低周波ＥＳＲや水溶液などの誘電損失の大きな試料を測定する場合に最も良く使われている。ループギャップ共振器の特徴は、他のＥＳＲ用共振器（例えば空胴共振器）と較べて、発生する高周波磁界の密度が非常に高いことである。一方、共振器の特徴を表わすＱ値は低いことも特徴である。
【０００３】
ループギャップ共振器の基本動作を図１にまとめた。非特許文献１、２によると、ループギャップ共振器の共振周波数は、ループとギャップの構成によって決まり、図中に示した式Ａ、Ｂにより概算できる。（ａ）はループが１個、ギャップが２個の場合のモデル、（ｂ）はループが2個、ギャップが1個の場合のモデルである。（ｂ）の式Ｂを見ると、複数のループを持つループギャップ共振器では、その共振周波数がＷ−0.5とｔ0.5に比例していることが分かる。
【０００４】
図２は、特公平３−７９６７０号公報に記載されているループギャップ共振器および共振周波数調整機構を示している。このループギャップ共振器は、図２に示すように、ループ状の電極１をループの軸心にほぼ平行なギャップ２により切断した構造を持ち、外部の図示しないアンテナ回路との結合を介して供給されるマイクロ波電流が電極１の表面を流れる。このとき、ループ電極１がインダクタンスＬ、ギャップ２がキャパシタンスＣとなってＬＣ共振器が構成される。
【０００５】
このループギャップ共振器の共振周波数は、ループ長（ループの径）とギャップの大きさ、すなわちループ電極１の形状によって決定されるが、ループ電極１の形状を変えずに共振周波数を変える方法として、図３に示されているように、誘電体などでできた静電容量調整板３をギャップ２に挿入することが行なわれている。これは、誘電体をギャップに挿入することによりキャパシタンスＣを変え、共振周波数を変化させるもので、誘電体を矢印方向に移動させてギャップ内の誘電体挿入量を変化させることにより、共振周波数を連続的に変化させることが可能である。
【０００６】
このような構成において、ループギャップ共振器の電磁界分布は図２に示すような形になっている。このような電磁界分布のもとで、周波数調整のため、誘電体板を図３に示されるようにギャップ２の途中まで挿入すると、電界が誘電体の部分に集中し、ギャップ２の誘電体板の無い部分で電界が弱まるため、共振器内の電磁界分布の上下対称性がくずれると共に、電磁界分布自体も静電容量調整板３の移動と共に変化する結果となる。
【０００７】
このような現象は、ＥＳＲイメージング装置など、ループギャップ共振器内部のマイクロ波磁界の空間強度分布を基準にして測定を行なう装置では、きわめて不都合な現象であった。このような不都合を解決する目的で新たに提案されたのが、特開平９−１８４８１４号公報に開示されているループギャップ共振器、およびその共振周波数調整機構である。
【０００８】
図４（ａ）は、共振器内部の電磁界分布の対称性を改良したループギャップ共振器、図４（ｂ）は、その等価回路を示している。ループギャップ共振器は、所定幅、所定長さの薄板電極の中央部を円筒状に曲げてループ部１を形成させると共に、薄板電極の両端部が、ギャップの部分で対向したギャップ延長電極４として、ループの外側へ向けて平行に突き出るように折り曲げ加工されている。
【０００９】
このような対向した２つのギャップ延長電極４の間に形成されたギャップ２内に誘電体などでできた静電容量調整板３が挿入されることによって、ループギャップ共振器の共振周波数調整機構が形成される。静電容量調整板３は、銅などの導電体でできた支持体５の先端部に、図示しないねじなどの固定部材によって固定されており、図示しない駆動機構でこの支持板５を前進または後退させることにより、ギャップ２内への静電容量調整板３の挿入量が調整され、キャパシタンスＣが制御される。静電容量調整板３とギャップ部２をこのような構造にすることにより、共振周波数調整に伴うループギャップ共振器内部に生じる電磁界分布の対称性の歪みを大幅に改善することが可能になった。
【００１０】
【非特許文献１】Journal of Magnetic Resonance, vol. 47, 515 (1982)
【非特許文献２】Journal of Magnetic Resonance, vol. 58, 243 (1984)
【特許文献１】特公平３−７９６７０号公報
【特許文献２】特開平９−１８４８１４号公報
【特許文献３】特開２００２−２１４３１５号公報
【特許文献４】特開２００２−３５０５２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ところで、現在までに、さまざまなループギャップ共振器が開発され、利用されているが、いずれも単一周波数で用いることを目的としている。通常、ある程度の周波数微調整機構は備えているが、それはある決まった周波数帯域内での調整範囲しか持たないので、ひとつの共振器で異なる周波数帯域にまたがって、ＥＳＲスペクトルを取得することはできない。詳しく言えば、例えば５ＧＨｚ、１０ＧＨｚ、２０ＧＨｚといった周波数帯域毎のＥＳＲスペクトルを、検出器を交換せずに取得することができないということである。
【００１２】
例えば、代表的なＥＳＲ装置に用いられる周波数帯には、Ｌバンド（〜１ＧＨｚ）、Ｓバンド（〜２ＧＨｚ）、Ｘバンド（〜９ＧＨｚ）、Ｋバンド（〜１７ＧＨｚ）、Ｑバンド（〜３４ＧＨｚ）といった周波数帯がある。物質の運動性に関わる研究を行なう場合、周波数帯によってスペクトルの見え方が異なるため、通常は、検出器を専用の周波数帯のものに交換して測定している。
【００１３】
仮に測定周波数を連続的に変えたいと思っても、通常の検出器はある一定の周波数帯域でしか共振できないので、飛び飛びの周波数帯でのスペクトルしか得られないという問題があった。
【００１４】
本発明の目的は、上述した点に鑑み、１台のループギャップ共振器できわめて広い周波数帯での連続的なＥＳＲ測定を可能にする技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
この目的を達成するため、本発明にかかるループギャップ共振器は、
複数のループ間を長さが可変できるギャップ延長電極で連結し、ギャップ延長電極の長さを可変することによって共振周波数を可変するようにしたことを特徴としている。
【００１６】
また、前記ギャップ延長電極は２分割され、互いに電気的接触を保ちながら摺動してループ間距離を変えられるように構成されていることを特徴としている。
【００１７】
また、前記複数のループは、共振軸が互いに平行であることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１８】
本発明のループギャップ共振器によれば、
複数のループ間を長さが可変できるギャップ延長電極で連結し、ギャップ延長電極の長さを可変することによって共振周波数を可変するようにしたので、
１台のループギャップ共振器できわめて広い周波数帯での連続的なＥＳＲ測定を可能にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
【００２０】
図５は、本発明にかかるループギャップ共振器の一実施例である。本発明は、図に示すように、半径ｒ0の円筒状大ループ６と、半径ｒ1の円筒状小ループ７が、幅ｔ、長さＷのギャップ延長電極８によって２つのループの共振軸を平行にした状態で連結されており、ギャップ延長電極８の長さＷは可変できるようになっている。そして、実際の構造としては、ギャップ延長電極８は２分割され、互いに電気的接触を保ちながら摺動してループ間距離を変えられるように構成されている
このループギャップ共振器は、図６のように動作する。まず、試料９を大ループ６か小ループ７かどちらか一方にセットした状態で、カップリング・ループ１０などを介して所定の周波数を持ったマイクロ波を導入し、ループギャップ共振器に電磁界共振を起こさせる。次に、目的の周波数で共振が起きるように、ギャップ延長電極８の長さＷを調整する。共振が起きたら、試料９に印加している図示しない静磁場を掃引して、ＥＳＲスペクトルを測定する。
【００２１】
数値計算により求めたＷと共振周波数の関係を図７に示す。これを見ると、ΔＷ＝５ｍｍの変化で、２１ＧＨｚから１１ＧＨｚへと、共振周波数は約２倍の変化を示すことが分かる。これにより、共振器を交換しなくても、１台のループギャップ共振器のみで複数の周波数帯をまたいでＥＳＲの観測を行なうことが可能になった。
【００２２】
尚、本発明には変形が可能である。すなわち、ループギャップ共振器に設けられるギャップの数は、常に１個とは限らない。複数のギャップを持ったループギャップ共振器の場合、そのいくつかに対して、ギャップ延長電極の長さを可変できる機構を伴った小ループを設け、ループギャップ共振器全体を３個以上の大小のループで構成し、それらのギャップ延長電極の長さを可変することによって共振周波数を可変するようにしても良い。その場合、小ループの共振軸は中央の大ループの共振軸と平行になるように設定しておく。そうすれば、ループギャップ共振器の一層大きな共振周波数変化を実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
ＥＳＲ装置に広く利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】従来のループギャップ共振器の一例を示す図である。
【図２】従来のループギャップ共振器の一例を示す図である。
【図３】従来のループギャップ共振器の一例を示す図である。
【図４】従来のループギャップ共振器の一例を示す図である。
【図５】本発明にかかるループギャップ共振器の一実施例を示す図である。
【図６】本発明にかかるループギャップ共振器の動作例を示す図である。
【図７】本発明にかかるループギャップ共振器の数値計算例を示す図である。
【符号の説明】
【００２５】
１：ループ部、２：ギャップ部、３：静電容量調整板、４：ギャップ延長電極、５：指示体、６：大ループ、７：小ループ、８：ギャップ延長電極、９：試料、１０：カップリング・ループ
【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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