(57)【要約】【課題】ＨＦ共振周波数に影響を与えることなく、コンデンサーやコイルを追加して、ＬＦ共振周波数の可変範囲を広げることができ、しかも、ＨＦ周波数の１／４波長共振器の一部にバリコンを使用しなくても、ＬＦ周波数に対する同調が可能な核磁気共鳴装置の複同調回路を提供する。【解決手段】端部Ａ、Ｂを備えたサンプルコイルと、一端が第１の容量素子を介してサンプルコイルの端部Ａに接続された第１の導体と、第１の導体と並べて配置され、一端が第２の容量素子を介してサンプルコイルの端部Ｂに接続された第２の導体と、一端がサンプルコイルの端部Ａに接続された第３の導体と、一端がサンプルコイルの端部Ｂに接続された第４の導体と、サンプルコイルに第１の高周波を共振させるための同調および整合手段と、サンプルコイルに第２の高周波を共振させるための同調および整合手段とを備えた。【選択図】  図５
2004286695.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
端部Ａ、Ｂを備えたサンプルコイルと、
一端が第１の容量素子を介してサンプルコイルの端部Ａに接続された第１の導体と、
第１の導体と並べて配置され、一端が第２の容量素子を介してサンプルコイルの端部Ｂに接続された第２の導体と、
一端がサンプルコイルの端部Ａに接続された第３の導体と、
一端がサンプルコイルの端部Ｂに接続された第４の導体と、
サンプルコイルに第１の高周波を共振させるための同調および整合手段と、
サンプルコイルに第２の高周波を共振させるための同調および整合手段と
を備え、
サンプルコイル、第１の導体、第２の導体、第１の容量素子、第２の容量素子が、第１の高周波に対して、サンプルコイルの中点付近で振幅電圧がゼロとなるような平衡共振回路を構成するとともに、
サンプルコイル、第１の導体、第２の導体、第３の導体、第４の導体、第１の容量素子、第２の容量素子が、第２の高周波に対して、サンプルコイルの中点付近で振幅電圧がゼロとなるような平衡共振回路を構成していることを特徴とする核磁気共鳴装置の複同調回路。
【請求項２】
前記サンプルコイルに第１の高周波を共振させるための同調手段は、第１の導体と、第２の導体の両方に接触を保ちながら、前記第１および第２の導体の軸方向に摺動できる電極であることを特徴とする請求項１記載の核磁気共鳴装置の複同調回路。
【請求項３】
前記サンプルコイルに第１の高周波を共振させるための同調手段は、第１の導体と、第２の導体の間を接続する、可変容量素子であることを特徴とする請求項１項に記載の核磁気共鳴装置の複同調回路。
【請求項４】
前記第１の導体は、一端がサンプルコイルの端部Ａに接続され、他端が第３の容量素子を介して、または直接接地されていることを特徴とする請求項１、２、または３記載の核磁気共鳴装置の複同調回路。
【請求項５】
前記第２の導体は、一端がサンプルコイルの端部Ｂに接続され、他端が第４の容量素子を介して、または直接接地されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の核磁気共鳴装置の複同調回路。
【請求項６】
前記第３の導体は、一端がサンプルコイルの端部Ａに接続され、他端が第５の容量素子を介して接地されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の核磁気共鳴装置の複同調回路。
【請求項７】
前記第４の導体は、一端がサンプルコイルの端部Ｂに接続され、他端が第６の容量素子を介して接地されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の核磁気共鳴装置の複同調回路。
【請求項８】
前記第１の容量素子と、前記第２の容量素子は、容量の異なる別の容量素子と、交換可能であることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の核磁気共鳴装置の複同調回路。
【請求項９】
前記第１の導体は、前記第３の導体を囲繞する接地された筒状導体であることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の核磁気共鳴装置の複同調回路。
【請求項１０】
前記第１の容量素子は、前記第３の導体と、前記第３の導体を囲繞する前記筒状導体と、前記第３の導体と前記第３の導体を囲繞する前記筒状導体との間に充填された誘電体とで構成されていることを特徴とする請求項９記載の核磁気共鳴装置の複同調回路。
【請求項１１】
前記第２の導体は、前記第４の導体を囲繞する接地された筒状導体であることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の核磁気共鳴装置の複同調回路。
【請求項１２】
前記第２の容量素子は、前記第４の導体と、前記第４の導体を囲繞する前記筒状導体と、前記第４の導体と前記第４の導体を囲繞する前記筒状導体との間に充填された誘電体とで構成されていることを特徴とする請求項１１記載の核磁気共鳴装置の複同調回路。
【請求項１３】
前記第１の容量素子、および／または、前記第２の容量素子は、前記第３の導体、および、前記第４の導体と一体のものとして、容量の異なる別の容量素子と、交換可能であることを特徴とする請求項１０または１２記載の核磁気共鳴装置の複同調回路。
【請求項１４】
前記サンプルコイルに第２の高周波を共振させるための同調手段は、前記第３の導体と、前記第４の導体の両方に接触を保ちながら、前記第３および第４の導体の軸方向に摺動できる電極であることを特徴とする請求項１ないし１３のいずれか１項に記載の核磁気共鳴装置の複同調回路。
【請求項１５】
前記サンプルコイルに第２の高周波を共振させるための同調手段は、第３の導体と接地との間を接続する可変容量素子、および／または、第４の導体と接地との間を接続する可変容量素子であることを特徴とする請求項１ないし１３のいずれか１項に項に記載の核磁気共鳴装置の複同調回路。
【請求項１６】
前記サンプルコイルに第１の高周波を共振させるための整合回路は、カップリング・ループであることを特徴とする請求項１ないし１５のいずれか１項に記載の核磁気共鳴装置の複同調回路。
【請求項１７】
前記サンプルコイルに第２の高周波を共振させるための整合回路は、カップリング・ループであることを特徴とする請求項１ないし１６のいずれか１項に記載の核磁気共鳴装置の複同調回路。
【請求項１８】
第１の高周波は、第２の高周波よりも周波数が高いことを特徴とする請求項１ないし１７のいずれか１項に記載の核磁気共鳴装置の複同調回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、核磁気共鳴装置の複同調回路に関し、特に、平衡動作することにより、ＲＦ電圧に対する耐圧性を高めた核磁気共鳴装置の複同調回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
まず、核磁気共鳴装置における従来の複同調回路の例（特許文献１）について説明する。尚、以下の説明においては、便宜上、２種類の核磁気共鳴用高周波のうち、周波数が高い方をＨＦ（高周波数）、周波数が低い方をＬＦ（低周波数）と呼ぶ。
【０００３】
図１は、従来の核磁気共鳴装置の複同調回路の一例を示したものである。図中、３１と３２は、平行配置された導体である。この例では、導体３１、３２によって平行線路を構成する。そして、ＨＦ共振時、入力電力のサンプルコイル１への分配率の調整は、この導体３１、３２で構成される平行線路共振器の特性インピーダンスを調整することによって行なわれる。尚、この導体３１、３２は、伝送路として動作すれば良いので、必ずしも棒状導体に限定されるものではなく、ヘリカルコイルや、外部導体を接地した同軸線なども使用可能である。
【０００４】
導体３１、３２の上端には、ＬＦ同調用のバリコン３７、３８を介して、ソレノイドコイルやサドルコイルなどから成るサンプルコイル１が接続されている。導体３２の下端は直接接地され、導体３１の下端はコンデンサー３５を介して間接的に接地されている。尚、これは逆に、導体３１の下端が直接接地され、導体３２の下端がコンデンサーを介して間接的に接地されていても良いし、あるいは、導体３１の下端と導体３２の下端の両方が、２つのコンデンサーを介して間接的に接地されていても良い。いずれも回路的には等価である。
【０００５】
導体３２の中途の任意の位置には、ＨＦ整合用のコンデンサー３３とバリコン３４とで構成されたＨＦ整合回路が接続されている。また、導体３１の中途の任意の位置には、ＨＦ同調用のバリコン３９が接続されている。尚、バリコン３９は、導体３２側の中途の任意の位置に接続されていても良いし、あるいは、導体３１の中途の任意の位置と導体３２の中途の任意の位置との間を結ぶ形に接続しても良い。いずれも回路的には等価である。
【０００６】
また、この例では、導体３１と、ＬＦ同調用のバリコン３７とを含めた全体で、１つのＨＦの１／４波長共振器を形成している。また、同時に、導体３２と、ＬＦ同調用のバリコン３８とを含めた全体で、もう１つのＨＦの１／４波長共振器を形成している。また、導体３１とコンデンサー３５との接続点には、ＬＦ整合用のバリコン３６が接続されている。
【０００７】
図２は、従来の核磁気共鳴装置の複同調回路を、プローブに実装した場合の電子部品の配置構造を示したものである。図２（ａ）は、プローブの縦方向の断面図、（ｂ）は、プローブのカバーを取った様子を示す図、（ｃ）は、プローブの横方向の断面図である。尚、この従来例は、具体的には、外部磁場に対して所定の角度に傾斜させた試料管を高速回転させる、固体試料専用の核磁気共鳴測定プローブを想定している。
【０００８】
図中、１５はプローブのカバーである。カバー１５の内側には、中空で円筒形をした筒状電極７０が設けられており、更に、筒状電極７０の上部内側には、外部磁場に対して所定の角度だけ傾斜させた試料回転機構１１が設けられている。また、試料回転機構１１の内部にはサンプルコイル１、更にその内側には固体試料を封入した試料管１８が設けられている。また、試料回転機構１１には、試料管１８を高速回転させるために、エアー配管１６が接続されており、加圧された駆動用のエアー・ジェットが、試料管１８に対して適宜吹き付けられる構成になっている。また、筒状電極７０には、上部に、試料管１８を試料回転機構１１から出し入れするための、プローブの内側と外側を連通させた窓１０１が設けられている。
【０００９】
サンプルコイル１の両端には、ＬＦ同調用バリコン３７、３８が接続されており、シャフト４６、４５でその静電容量を可変させる構成になっている。そして、これらのＬＦ同調用バリコン３７、３８の外に、導体３１、３２を内部導体、筒状電極７０を外部導体として利用することにより、全体でＨＦに共振する１／４波長共振器を構成させている。また、筒状電極７０を共通の接地電極として利用することにより、筒状電極７０の内側に、ＨＦ整合用バリコン３４、ＬＦ整合用バリコン３６、ＨＦ同調用バリコン３９、ＨＦ整合用コンデンサー３３、コンデンサー３５、同軸ケーブル４３、４４をコンパクトに実装している。
【００１０】
この例の動作は、次の通りである。まず、導体３１の下端はコンデンサー３５を介して間接的に接地され、導体３２の下端は直接接地されているので、導体３１、３２で構成される平行線路上に発生する定在波は、ＨＦ核の共鳴周波数に対しては、下端で最小振幅０、上端で最大振幅となり、その振幅の符号は、導体３１と導体３２とで、それぞれ逆符号となる。
【００１１】
このとき、ＬＦ同調用バリコン３７、３８は容量が大きいので、ＨＦ核の共鳴周波数に対しては、充分にインピーダンスが低くなり、サンプルコイル１のインピーダンスに対して無視できるので、サンプルコイル１と導体３１および導体３２とは、直接短絡接続されている場合と等価になる。従って、ＬＦ同調用バリコン３７、３８に加わる端子間電圧はきわめて小さくなり、ＲＦ電圧によってＬＦ同調用バリコン３７、３８が破損する心配はない。
【００１２】
ＨＦ核の共鳴周波数に対しては、導体３１、サンプルコイル１、導体３２、およびコンデンサー３５で、インダクタンスと、容量とから成り、サンプルコイル１の中点付近で、ＨＦ振幅電圧がゼロとなるような、平衡共振回路が形成される。そして、回路外のＨＦ供給源と、導体３１、サンプルコイル１、導体３２、およびコンデンサー３５で構成される共振回路との間の同調はバリコン３９で、整合はバリコン３４で、それぞれ行なわせることができるようになっている。
【００１３】
サンプルコイル１で起きるＨＦ共振は、逆符号でＲＦ電圧の振幅が同じになる平衡共振なので、同じＲＦ電力で比較すると、不平衡回路（特許文献２）の場合と比べて、サンプルコイル１の両端に印加されるＲＦ電圧は半分の値になる。しかも、ＨＦ用同調整合回路の接続位置を、ＲＦ電圧の振幅が最大になる導体３１の上端および導体３２の上端（すなわち、サンプルコイル１の両端）ではなく、ＲＦ電圧の振幅が比較的小さい導体３１および導体３２の中途の任意の位置に設けたので、実際にコンデンサー３３、バリコン３４、バリコン３９に印加されるＲＦ電圧は、不平衡回路（特許文献２）の場合の半分の値よりも、更に小さく抑えることができる。
【００１４】
一方、ＬＦ核の共鳴周波数に対しては、導体３１はコンデンサー３５を介して間接的に接地されているので、サンプルコイル１とサンプルコイル１の両端に接続されたＬＦ同調用バリコン３７および３８とで、サンプルコイル１の中点付近で、ＬＦ振幅電圧がゼロとなるような、平衡共振回路を構成する。
【００１５】
コンデンサー３５の容量は、ＬＦ同調用バリコン３７および３８の容量に対して、充分に大きな値に設定されているので、ＬＦ核の共鳴周波数に対しては充分にインピーダンスが低くなり、サンプルコイル１やバリコン３７、３８のインピーダンスに対して無視できるので、バリコン３７とバリコン３８との間は、接地電位で直接短絡接続されている場合と等価になる。
【００１６】
したがって、コンデンサー３５の容量を大きくしても、ＬＦの共振周波数が低下するという問題は発生しない。また、ＬＦ核の共鳴周波数帯域では、導体３１、３２の長さに対する波長の影響はほとんどないので、導体３１、３２のインピーダンスは無視できる程度に小さい。
【００１７】
ここで、バリコン３７とバリコン３８を等しい容量に設定すれば、サンプルコイル１の両端のＲＦ電圧の振幅は、ＨＦ共振時と同様に、逆符号で同じ電圧の振幅になる。そのため、バリコン３７とバリコン３８に印加されるＲＦ電圧は、同じＲＦ電力で比較すると、不平衡回路（特許文献２）の場合のＲＦ電圧に比べて半分の値で済む。
【００１８】
本回路は、導体３１、バリコン３７、サンプルコイル１、バリコン３８、導体３２を直列接続し、さらにコンデンサー３５を並列接続する構成になっているが、導体３１、３２とコンデンサー３５のインピーダンスは無視できるので、バリコン３７、３８とサンプルコイル１とによるＬＣ共振回路と見なすことができ、バリコン３７、３８の容量を可変することで、導体３１、３２、およびコンデンサー３５のインピーダンスに起因する共振周波数の低下を招くことなく、高いＬＦ周波数に同調させることができる。
【００１９】
【特許文献１】
特開２００２−３７２５７５号公報
【特許文献２】
特開昭６０−２４７１４６号公報
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
このような構成において、従来の複同調回路の問題点は、ＬＦ共振周波数を大幅に変更するのが、むつかしいことであった。そのことを説明するために、図３に回路図、図４に実体図を示す。
【００２１】
例えば、ＬＦ共振周波数を下げようとする場合、ＬＦ同調用コンデンサー４１、４２を、ＬＦ同調用バリコン３７、３８に並列に接続することになる。ところが、ＬＦ同調用コンデンサー４１、４２には、耐圧性が要求されるので、ＬＦ同調用バリコン３７、３８と同様に、大型のものとなり、筒状電極７０の狭い内部空間に実装することが、困難となる。また、ＨＦ周波数共振時に、ＲＦ電圧が高くなる部分に、大型のＬＦ同調用コンデンサー４１、４２が追加されるので、浮遊容量が増加して、ＨＦ共振周波数が大きくずれてしまう。また、追加された大型の同調コンデンサー４１、４２と、ＬＦ同調用バリコン３８、３９により、ＨＦ周波数付近の共振回路を形成してしまう場合があり、さらに、ＨＦ共振周波数がずれてしまう。
【００２２】
一方、ＬＦ共振周波数を上げようとする場合、ＬＦ同調用コンデンサー４１、４２コンデンサー４１、４２の代わりに、ＬＦ同調用コイルを、ＬＦ同調用バリコン３７、３８に並列に接続することになる。ところが、このコイルにも、耐圧性が要求されるので、ＬＦ同調用バリコン３７、３８と同様に、大型のものとなり、筒状電極７０の狭い内部空間に実装することが、困難となる。また、ＨＦ周波数共振時に、ＲＦ電圧が高くなる部分に、大型のＬＦ同調用コイルが追加されるので、浮遊容量が増加して、ＨＦ共振周波数が大きくずれてしまう。また、追加された大型の同調コイルと、ＬＦ同調用バリコン３８、３９により、ＨＦ周波数付近の共振回路を形成してしまう場合があり、さらに、ＨＦ共振周波数がずれてしまう。
【００２３】
また、ＬＦ側のみならず、ＨＦ側にも、制約が課せられる。すなわち、バリコン３７、３８が、ＨＦ周波数の１／４波長共振器の一部となっているので、バリコンの長さより短い共振器を構成することができない。その結果、ＨＦ共振周波数の上限は、バリコンの長さで制限されることとなる。
【００２４】
本発明の目的は、上述した点に鑑み、ＨＦ共振周波数に影響を与えることなく、コンデンサーやコイルを追加して、ＬＦ共振周波数の可変範囲を広げることができ、しかも、ＨＦ周波数の１／４波長共振器の一部にバリコンを使用しなくても、ＬＦ周波数に対する同調が可能な核磁気共鳴装置の複同調回路を提供することにある。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するため、本発明にかかる核磁気共鳴装置の複同調回路は、
端部Ａ、Ｂを備えたサンプルコイルと、
一端が第１の容量素子を介してサンプルコイルの端部Ａに接続された第１の導体と、
第１の導体と並べて配置され、一端が第２の容量素子を介してサンプルコイルの端部Ｂに接続された第２の導体と、
一端がサンプルコイルの端部Ａに接続された第３の導体と、
一端がサンプルコイルの端部Ｂに接続された第４の導体と、
サンプルコイルに第１の高周波を共振させるための同調および整合手段と、
サンプルコイルに第２の高周波を共振させるための同調および整合手段と
を備え、
サンプルコイル、第１の導体、第２の導体、第１の容量素子、第２の容量素子が、第１の高周波に対して、サンプルコイルの中点付近で振幅電圧がゼロとなるような平衡共振回路を構成するとともに、
サンプルコイル、第１の導体、第２の導体、第３の導体、第４の導体、第１の容量素子、第２の容量素子が、第２の高周波に対して、サンプルコイルの中点付近で振幅電圧がゼロとなるような平衡共振回路を構成していることを特徴としている。
【００２６】
また、前記サンプルコイルに第１の高周波を共振させるための同調手段は、第１の導体と、第２の導体の両方に接触を保ちながら、前記第１および第２の導体の軸方向に摺動できる電極であることを特徴としている。
【００２７】
また、前記サンプルコイルに第１の高周波を共振させるための同調手段は、第１の導体と、第２の導体の間を接続する、可変容量素子であることを特徴としている。
【００２８】
また、前記第１の導体は、一端がサンプルコイルの端部Ａに接続され、他端が第３の容量素子を介して、または直接接地されていることを特徴としている。
【００２９】
また、前記第２の導体は、一端がサンプルコイルの端部Ｂに接続され、他端が第４の容量素子を介して、または直接接地されていることを特徴としている。
【００３０】
また、前記第３の導体は、一端がサンプルコイルの端部Ａに接続され、他端が第５の容量素子を介して接地されていることを特徴としている。
【００３１】
また、前記第４の導体は、一端がサンプルコイルの端部Ｂに接続され、他端が第６の容量素子を介して接地されていることを特徴としている。
【００３２】
また、前記第１の容量素子と、前記第２の容量素子は、容量の異なる別の容量素子と、交換可能であることを特徴としている。
【００３３】
また、前記第１の導体は、前記第３の導体を囲繞する接地された筒状導体であることを特徴としている。
【００３４】
また、前記第１の容量素子は、前記第３の導体と、前記第３の導体を囲繞する前記筒状導体と、前記第３の導体と前記第３の導体を囲繞する前記筒状導体との間に充填された誘電体とで構成されていることを特徴としている。
【００３５】
また、前記第２の導体は、前記第４の導体を囲繞する接地された筒状導体であることを特徴としている。
【００３６】
また、前記第２の容量素子は、前記第４の導体と、前記第４の導体を囲繞する前記筒状導体と、前記第４の導体と前記第４の導体を囲繞する前記筒状導体との間に充填された誘電体とで構成されていることを特徴としている。
【００３７】
また、前記第１の容量素子、および／または、前記第２の容量素子は、前記第３の導体、および、前記第４の導体と一体のものとして、容量の異なる別の容量素子と、交換可能であることを特徴としている。
【００３８】
また、前記サンプルコイルに第２の高周波を共振させるための同調手段は、前記第３の導体と、前記第４の導体の両方に接触を保ちながら、前記第３および第４の導体の軸方向に摺動できる電極であることを特徴としている。
【００３９】
また、前記サンプルコイルに第２の高周波を共振させるための同調手段は、第３の導体と接地との間を接続する可変容量素子、および／または、第４の導体と接地との間を接続する可変容量素子であることを特徴としている。
【００４０】
また、前記サンプルコイルに第１の高周波を共振させるための整合回路は、カップリング・ループであることを特徴としている。
【００４１】
また、前記サンプルコイルに第２の高周波を共振させるための整合回路は、カップリング・ループであることを特徴としている。
【００４２】
また、第１の高周波は、第２の高周波よりも周波数が高いことを特徴としている。
【００４３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。図５は、本発明にかかる核磁気共鳴装置の複同調回路の回路図の一実施例を示したものである。図中、５４、５５は、ほぼ同じ長さを持った棒状の導体である。導体５４、５５は、互いに平行配置され、両者で、平行線路を構成する。そして、ＨＦ共振時、入力電力のサンプルコイル１への分配率の調整は、この導体５４、５５で構成される平行線路共振器の特性インピーダンスを調整することによって行なわれる。
【００４４】
導体５４、５５の上端には、ＬＦ同調用のコンデンサー５２、５３を介して、ソレノイドコイルやサドルコイルなどから成るサンプルコイル１が接続されている。尚、図５では、導体５４、５５の下端は、直接接地されているが、コンデンサーを介して、間接的に接地されていても良い。
【００４５】
導体５５の中途の任意の位置には、ＨＦ整合用のコンデンサー６２とバリコン６３とで構成されたＨＦ整合回路が接続されている。ＨＦ整合用のコンデンサー６２とバリコン６３との接続点には、ＨＦ入力端子が接続されている。尚、このＨＦ整合回路は、導体５４側に設けられていても良い。
【００４６】
また、導体５４、５５の中途の任意の位置には、導体５４、５５の両方に接触を保ちながら、両導体の軸方向に摺動できる、ＨＦ同調用の電極５６が設けられている。この電極５６は、シャフト６４を用いて、導体５４、５５上を摺動させることにより、導体５４、５５上の任意の位置で、導体５４、５５間を短絡させることができる構成になっている。そして、導体５４、５５、コンデンサー５２、５３、電極５６で、ＨＦに対する、２つの１／４波長共振器となるように、設定されている。
【００４７】
また、サンプルコイル１とコンデンサー５２の接続点には、導体５７の一端が接続され、導体５７の他端は、ＬＦ同調用バリコン５９を介して、間接的に接地されている。また、サンプルコイル１とコンデンサー５３の接続点には、導体５８の一端が接続され、導体５８の他端は、ＬＦ同調用バリコン６０を介して、間接的に接地されている。また、導体５７とＬＦ同調用バリコン５９の接続点には、ＬＦ整合用バリコン６１を介して、ＬＦ入力端子が接続されている。尚、このＬＦ整合回路は、導体５８側に設けられていても良い。
【００４８】
図６は、この回路を、筒状電極７０を接地電極として、プローブに実装した場合の電子部品の配置構造を示したものである。図６（ａ）は、プローブの縦方向の断面図、（ｂ）は、プローブのカバーを取った様子を示す図、（ｃ）は、プローブの横方向の断面図である。尚、この例は、具体的には、外部磁場に対して所定の角度に傾斜させた試料管を高速回転させる、固体試料専用の核磁気共鳴測定プローブを想定している。
【００４９】
図中、１５はプローブのカバーである。カバー１５の内側には、中空で円筒形をした筒状電極７０が設けられており、更に、筒状電極７０の上部内側には、外部磁場に対して所定の角度だけ傾斜させた試料回転機構１１が設けられている。また、試料回転機構１１の内部にはサンプルコイル１、更にその内側には固体試料を封入した試料管１８が設けられている。また、試料回転機構１１には、試料管１８を高速回転させるために、エアー配管１６が接続されており、加圧された駆動用のエアー・ジェットが、試料管１８に対して適宜吹き付けられる構成になっている。また、筒状電極７０には、上部に、試料管１８を試料回転機構１１から出し入れするための、プローブの内側と外側を連通させた窓１０１が設けられている。
【００５０】
サンプルコイル１の両端には、ＬＦ同調用コンデンサー５２、５３が接続されており、導体５４、５５を内部導体、筒状電極７０を外部導体として利用することにより、全体でＨＦに共振する１／４波長共振器を構成させている。
【００５１】
導体５５の中途の任意の位置には、ＨＦ整合用のコンデンサー６２と、ＨＦ整合用のバリコン６３とで構成された、ＨＦ整合回路が接続されている。コンデンサー６２とバリコン６３の接続点には、ＨＦを注入するための同軸ケーブル４４が接続されている。
【００５２】
また、導体５４、５５の中途の任意の位置には、導体５４、５５の両方に接触を保ちながら、両導体の軸方向に摺動できる、ＨＦ同調用の電極５６が設けられている。この電極５６は、シャフト６４を用いて、導体５４、５５上を摺動させることにより、導体５４、５５上の任意の位置で、導体５４、５５間を短絡させることができる構成になっている。
【００５３】
また、サンプルコイル１とコンデンサー５２の接続点には、導体５７の一端が接続され、導体５７の他端は、ＬＦ同調用バリコン５９を介して、間接的に接地されている。また、サンプルコイル１とコンデンサー５３の接続点には、導体５８の一端が接続され、導体５８の他端は、ＬＦ同調用バリコン６０を介して、間接的に接地されている。また、導体５７とＬＦ同調用バリコン５９の接続点には、ＬＦ整合用バリコン６１を介して、ＬＦを注入するための同軸ケーブル４３が接続されている。
【００５４】
また、筒状電極７０を共通の接地電極として利用することにより、筒状電極７０の内側に、ＨＦ整合用バリコン６３、ＬＦ整合用バリコン６１、ＨＦ同調用電極５６、ＨＦ整合用コンデンサー６２、ＬＦ同調用コンデンサー５９、６０、同軸ケーブル４３、４４をコンパクトに実装している。
【００５５】
図７に、ＨＦ共振時の導体５４、５５におけるＲＦ電圧の振幅分布を示す。導体５４、５５は、途中の位置で、電極５６により、短絡されているので、それぞれ、短絡位置から上の部分が、１／４波長共振器となり、導体５４、５５で構成される平行線路上に発生する定在波は、ＨＦ共振周波数に対しては、電極５６の接触点で、最小振幅０、導体の上端で、最大振幅となり、その振幅の符号は、電圧振幅７２、７３で示すように、導体５４と、導体５５とで、それぞれ逆符号となる。また、このときのＲＦ電流の向きは、矢印７１、７４、７５で示す通りとなる。
【００５６】
ＨＦ共振周波数に対しては、導体５４、コンデンサー５２、サンプルコイル１、コンデンサー５３、導体５５、電極５６で、伝送路と、インダクタンスとから成り、サンプルコイル１の中点付近で、ＨＦ振幅電圧がゼロとなるような、平衡共振回路が形成される。そして、回路外のＨＦ供給源と、導体５４、サンプルコイル１、導体５５、電極５６で構成される共振回路との間の同調は、電極５６と導体５４、５５との接触位置の調節による、１／４波長共振器の波長の調節で、また、整合は、ＨＦ整合用バリコン６３で、それぞれ、行なわせることができるようになっている。
【００５７】
このとき、ＬＦ同調用コンデンサー５２、５３は、容量が大きいので、ＨＦ共振周波数に対しては、十分にインピーダンスが低くなり、サンプルコイル１のインピーダンスに対して無視できるので、サンプルコイル１と、導体５４、５５とは、直接短絡接続されている場合と等価になる。従って、ＬＦ同調用コンデンサー５２、５３に加わる端子間電圧は、きわめて小さくなり、ＲＦ電圧によってＬＦ同調用コンデンサー５２、５３が破損する心配はない。
【００５８】
しかも、従来のバリコンに代えて、固定コンデンサーを用いているので、ＨＦ共振中に、容量素子由来の分布インダクタンスが変化せず、ＨＦ共振周波数がずれることがない。
【００５９】
図８に、ＬＦ共振時の等価回路を示す。ＬＦ共振周波数では、周波数が低いので、導体５４、５５のインダクタンスは無視できる。従って、サンプルコイル１と、ＬＦ同調用コンデンサー５２、５３と、導体５７、５８と、ＬＦ同調用バリコン５９、６０とで、サンプルコイル１の中点付近で、ＬＦ振幅電圧がゼロとなるような、平衡共振回路が形成され、ＬＦ同調用バリコン５９、６０の調節により、ＬＦの同調周波数の微調整が行なわれる。尚、バリコン６１は、ＬＦ整合用である。
【００６０】
ここで、ＬＦ同調用コンデンサー５２、５３を、等しい容量に設定すれば、サンプルコイル１の両端における、ＬＦ周波数のＲＦ電圧の振幅は、ＨＦ共振時と同様に、逆符号で同じ電圧の振幅になり、不平衡回路（特許文献２）の場合の、ＲＦ振幅電圧の半分の値になる。
【００６１】
ＬＦ共振周波数を大きく変更したい場合は、ＬＦ同調用コンデンサー５２、５３を、他の容量のものと交換することにより、ＬＦの同調周波数を変更させることができる。その場合、ＨＦ共振周波数側の同調周波数の調節は、電極５６の位置の調節により、ＬＦ共振周波数とは関係なく、調節することができる。
【００６２】
ＬＦ共振周波数を大きく変更する場合に、従来のように、ＬＦ同調用コンデンサーと、ＬＦ同調用バリコンとを、並列に並べて設置する必要がないので、狭い筒状電極７０の内部空間であっても、支障は起きない。
【００６３】
図９は、本発明にかかる核磁気共鳴装置の複同調回路の回路図の別の実施例を示したものである。図中、９０、９１は、ほぼ同じ長さを持った筒状の導体である。この筒状導体９０、９１は、互いに平行配置され、両者で、平行線路を構成する。そして、ＨＦ共振時、入力電力のサンプルコイル１への分配率の調整は、この筒状導体９０、９１で構成される平行線路共振器の特性インピーダンスを調整することによって行なわれる。
【００６４】
筒状導体９０、９１の上端には、ＬＦ同調用のコンデンサー５２、５３を介して、ソレノイドコイルやサドルコイルなどから成るサンプルコイル１が接続されている。尚、図９では、筒状導体９０、９１の下端は、直接接地されているが、コンデンサーを介して、間接的に接地されていても良い。
【００６５】
筒状導体９１の中途の任意の位置には、ＨＦ整合用のコンデンサー６２とバリコン６３とで構成されたＨＦ整合回路が接続されている。ＨＦ整合用のコンデンサー６２とバリコン６３との接続点には、ＨＦ入力端子が接続されている。尚、このＨＦ整合回路は、筒状導体９０側に設けられていても良い。
【００６６】
また、筒状導体９０、９１の中途の任意の位置には、筒状導体９０、９１の両方に接触を保ちながら、両筒状導体の軸方向に摺動できる、ＨＦ同調用の電極５６が設けられている。この電極５６は、シャフト６４を用いて、筒状導体９０、９１上を摺動させることにより、筒状導体９０、９１上の任意の位置で、筒状導体９０、９１間を短絡させることができる構成になっている。そして、筒状導体９０、９１、コンデンサー５２、５３、電極５６で、ＨＦに対する、２つの１／４波長共振器となるように、設定されている。
【００６７】
また、サンプルコイル１とコンデンサー５２の接続点には、導体５７の一端が接続され、導体５７の他端は、ＬＦ同調用バリコン５９を介して、間接的に接地されている。導体５７の本体部分は、筒状導体９０によって囲繞されており、筒状導体９０の軸心に沿って、筒状導体９０の内側を貫通している。また、サンプルコイル１とコンデンサー５３の接続点には、導体５８の一端が接続され、導体５８の他端は、ＬＦ同調用バリコン６０を介して、間接的に接地されている。導体５８の本体部分は、筒状導体９１によって囲繞されており、筒状導体９１の軸心に沿って、筒状導体９１の内側を貫通している。
【００６８】
また、導体５７とＬＦ同調用バリコン５９の接続点には、ＬＦ整合用バリコン６１を介して、ＬＦ入力端子が接続されている。尚、このＬＦ整合回路は、導体５８側に設けられていても良い。
【００６９】
尚、この回路の動作は、図５の実施例と同じである。ＨＦに共振している場合の動作は、図７、ＬＦに対して共振しているときは、図８に、ほぼ準じる。
【００７０】
図１０は、この回路を、筒状電極７０を接地電極として、プローブに実装した場合の電子部品の配置構造を示したものである。図１０（ａ）は、プローブの縦方向の断面図、（ｂ）は、プローブのカバーを取った様子を示す図、（ｃ）は、プローブの横方向の断面図である。尚、この例は、具体的には、外部磁場に対して所定の角度に傾斜させた試料管を高速回転させる、固体試料専用の核磁気共鳴測定プローブを想定している。
【００７１】
図中、１５はプローブのカバーである。カバー１５の内側には、中空で円筒形をした筒状電極７０が設けられており、更に、筒状電極７０の上部内側には、外部磁場に対して所定の角度だけ傾斜させた試料回転機構１１が設けられている。また、試料回転機構１１の内部にはサンプルコイル１、更にその内側には固体試料を封入した試料管１８が設けられている。また、試料回転機構１１には、試料管１８を高速回転させるために、エアー配管１６が接続されており、加圧された駆動用のエアー・ジェットが、試料管１８に対して適宜吹き付けられる構成になっている。また、筒状電極７０には、上部に、試料管１８を試料回転機構１１から出し入れするための、プローブの内側と外側を連通させた窓１０１が設けられている。
【００７２】
サンプルコイル１の両端には、ＬＦ同調用コンデンサー５２、５３が接続されており、筒状導体９０、９１を内部導体、筒状電極７０を外部導体として利用することにより、全体でＨＦに共振する１／４波長共振器を構成させている。
【００７３】
筒状導体９１の中途の任意の位置には、ＨＦ整合用のコンデンサー６２と、ＨＦ整合用のバリコン６３とで構成された、ＨＦ整合回路が接続されている。コンデンサー６２とバリコン６３の接続点には、ＨＦを注入するための同軸ケーブル４４が接続されている。
【００７４】
また、筒状導体９０、９１の中途の任意の位置には、筒状導体９０、９１の両方の外壁に接触を保ちながら、両筒状導体の軸方向に摺動できる、ＨＦ同調用の電極５６が設けられている。この電極５６は、シャフト６４を用いて、筒状導体９０、９１の外壁上を摺動させることにより、筒状導体９０、９１上の任意の位置で、筒状導体９０、９１間を短絡させることができる構成になっている。
【００７５】
また、サンプルコイル１とコンデンサー５２の接続点には、導体５７の一端が接続され、他端は、ＬＦ同調用バリコン５９を介して、間接的に接地されている。導体５７の本体部分は、筒状導体９０によって囲繞されており、筒状導体９０の軸心に沿って、筒状導体９０の内側を貫通している。また、サンプルコイル１とコンデンサー５３の接続点には、導体５８の一端が接続され、他端は、ＬＦ同調用バリコン６０を介して、間接的に接地されている。導体５８の本体部分は、筒状導体９１によって囲繞されており、筒状導体９１の軸心に沿って、筒状導体９１の内側を貫通している。
【００７６】
また、導体５７とＬＦ同調用バリコン５９の接続点には、ＬＦ整合用バリコン６１を介して、ＬＦを注入するための同軸ケーブル４３が接続されている。
【００７７】
また、筒状電極７０を共通の接地電極として利用することにより、筒状電極７０の内側に、ＨＦ整合用バリコン６３、ＬＦ整合用バリコン６１、ＨＦ同調用電極５６、ＨＦ整合用コンデンサー６２、ＬＦ同調用コンデンサー５９、６０、同軸ケーブル４３、４４をコンパクトに実装している。
【００７８】
この回路の、ＨＦ共振時、および、ＬＦ共振時の動作は、図７、および、図８で示したものと、基本的に同じである。
【００７９】
図１１は、本発明にかかるＬＦ同調用コンデンサーの一実施例を示したものである。図１１（ａ）の、点線で四角に囲んだ２つの部分が、本発明の該当箇所に当たる。また、（ｂ）は、本発明にかかるＬＦ同調用コンデンサーの横断面図、（ｃ）は、本発明にかかるＬＦ同調用コンデンサーの縦断面図である。
【００８０】
本発明では、筒状導体９０、９１の上部円筒部９５と、導体５７、５８の上部９６との間に、誘電体９７を挟み、９５と９６を電極とするコンデンサーを形成させ、図１１（ａ）のＬＦ同調用コンデンサー５２、５３として使用する。誘電体９７には、ガラス、テフロン（登録商標）、クォーツ、アルミナ、マイカ、チタン酸系のセラミックなど、誘電率の大きな物質が使用できる。
【００８１】
こうして形成されるコンデンサーは、ＨＦ共振時に、ＲＦ電場とＲＦ磁場を乱して、損失の原因となるような、大型の高耐圧コンデンサーではないので、ＲＦ電力の損失が低減される。
【００８２】
図１２は、本発明にかかるＬＦ同調用コンデンサーの別の実施例を示したものである。図１２（ａ）の、点線で四角に囲んだ２つの部分が、本発明の該当箇所に当たる。また、（ｂ）は、本発明にかかるＬＦ同調用コンデンサーの縦断面図、（ｃ）は、本発明にかかるＬＦ同調用コンデンサーから、誘電体と導体を取り外したときの、筒状導体を示す縦断面図、（ｄ）は、筒状導体から取り外された、誘電体と導体を示す縦断面図である。
【００８３】
筒状導体９０、９１の上部円筒部９５の内壁部分と、誘電体９７の外周部分には、互いに螺合するようなネジが切ってある。導体９６は、誘電体９７に固着されているので、導体９６を持って回転させることにより、筒状導体９０、９１の上部円筒部９５から、誘電体９７を取り外すことができる。これにより、異なる誘電率を備えた別の誘電体と、交換することができるので、ＬＦ同調用コンデンサーの容量値を容易に別の値に変更することができ、その結果、ＬＦ共振周波数を任意に変更することができる。
【００８４】
尚、導体９６の複同調回路内への組み込みは、導体９６の上下端を、電極９９、１００に接触させることにより、行なうことができる。すなわち、導体９６の上端を、電極９９と接触させることにより、導体９６は、サンプルコイル１に接続され、導体９６の下端を、電極１００と接触させることにより、導体９６は、ＬＦ同調用バリコン５９、６０に接続される。
【００８５】
図１３は、本発明にかかる核磁気共鳴装置の複同調回路の回路図の一変形例を示したものである。この例は、回路の基本構成は、図９の例と同じ構成であるが、導体５７、５８の下端を、ＬＦ同調用バリコン５９、６０を介して、間接的に接地させていたのを改めて、導体５７、５８の下端を接地させず、導体５７、５８の中途の任意の位置に、導体５７、５８の両方に接触を保ちながら、両導体の軸方向に摺動できる、ＬＦ同調用の電極１１０を設けるようにしている。
【００８６】
この電極１１０は、シャフト１１１を用いて、導体５７、５８上を摺動させることにより、導体５７、５８上の任意の位置で、導体５７、５８間を短絡させることができる構成になっている。これにより、導体５７、５８のインダクタンスを微調節することができ、複同調回路を、任意のＬＦ共振周波数に同調させることができる。
【００８７】
図１４は、本発明にかかる核磁気共鳴装置の複同調回路の回路図の別の変形例を示したものである。この例は、回路の基本構成は、図１３の例と同じ構成であるが、ＨＦおよび／またはＬＦの整合を、同軸ケーブル１１２、１１４に設けたカップリング・ループ１１３、１１５を用いて行なうようにしている。
【００８８】
これは、カップリング・ループ１１３、１１５を、複同調回路に近づけることにより、複同調回路との間に、適度の結合を行なわせるものである。これにより、整合用のバリコンを用いなくても、複同調回路を、任意のＨＦ／ＬＦ共振周波数に整合させることができる。
【００８９】
図１５は、本発明にかかる核磁気共鳴装置の複同調回路の回路図の別の変形例を示したものである。この例は、回路の基本構成は、図９の例と同じ構成であるが、筒状導体９０、９１の両方に接触を保ちながら、両導体の軸方向に摺動できる、ＨＦ同調用の電極５６を設ける代わりに、筒状導体９０と、筒状導体９１の間を、バリコン１５０で接続すると共に、筒状導体９０、９１の下端を、ＬＦ同調用のコンデンサー１５１、１５２で接地するようにしている。
【００９０】
この場合、ＨＦ整合用のバリコン１５３など、インピーダンス調整用素子を接続すれば、ＨＦ整合を行わせることができる。
【００９１】
図１６は、本発明にかかる核磁気共鳴装置の複同調回路の回路図の別の変形例を示したものである。この例は、回路の基本構成は、図９の例と同じ構成であるが、ＨＦの整合を、同軸ケーブル１１２に設けたカップリング・ループ１１３を用いて行なうようにしている。
【００９２】
これは、カップリング・ループ１１３を、複同調回路に近づけることにより、複同調回路との間に、適度の結合を行なわせるものである。これにより、整合用のバリコンを用いなくても、複同調回路を、任意のＨＦ共振周波数に整合させることができる。
【００９３】
尚、この場合、筒状導体９０、９１の下端を接地する必要はない。また、同軸ケーブル１１２と、カップリング・ループ１１３の位置調節によって、ＨＦ同調を行なっても良い。
【００９４】
また、上記実施例では、２つの導体の両方に接触を保ちながら、両導体の軸方向に摺動できる、電極５６および／または１１０によって、ＨＦおよび／またはＬＦに同調させる例を示したが、電極５６、１１０の代わりに、バリコンを用いて、同調を行なわせるように構成しても良い。
【００９５】
また、筒状導体９０、９１の形状は、円筒に限定されるものではない。
【００９６】
【発明の効果】
以上述べたごとく、本発明の核磁気共鳴装置の複同調回路によれば、端部Ａ、Ｂを備えたサンプルコイルと、一端が第１の容量素子を介してサンプルコイルの端部Ａに接続された第１の導体と、第１の導体と並べて配置され、一端が第２の容量素子を介してサンプルコイルの端部Ｂに接続された第２の導体と、一端がサンプルコイルの端部Ａに接続された第３の導体と、一端がサンプルコイルの端部Ｂに接続された第４の導体と、サンプルコイルに第１の高周波を共振させるための同調および整合手段と、サンプルコイルに第２の高周波を共振させるための同調および整合手段とを備え、サンプルコイル、第１の導体、第２の導体、第１の容量素子、第２の容量素子が、第１の高周波に対して、サンプルコイルの中点付近で振幅電圧がゼロとなるような平衡共振回路を構成するとともに、サンプルコイル、第１の導体、第２の導体、第３の導体、第４の導体、第１の容量素子、第２の容量素子が、第２の高周波に対して、サンプルコイルの中点付近で振幅電圧がゼロとなるような平衡共振回路を構成したので、ＨＦ共振周波数に影響を与えることなく、コンデンサーやコイルを追加して、ＬＦ共振周波数の可変範囲を広げることができ、しかも、ＨＦ周波数の１／４波長共振器の一部にバリコンを使用しなくても、ＬＦ周波数に対する同調が可能な核磁気共鳴装置の複同調回路を提供することが可能になった。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の核磁気共鳴装置の複同調回路を示す図である。
【図２】従来の核磁気共鳴装置の複同調回路を示す図である。
【図３】従来の核磁気共鳴装置の複同調回路を示す図である。
【図４】従来の核磁気共鳴装置の複同調回路を示す図である。
【図５】本発明にかかる核磁気共鳴装置の複同調回路の一実施例を示す図である。
【図６】本発明にかかる核磁気共鳴装置の複同調回路の一実施例を示す図である。
【図７】本発明にかかる核磁気共鳴装置の複同調回路のＨＦ周波数での動作例を示す図である。
【図８】本発明にかかる核磁気共鳴装置の複同調回路のＬＦ周波数での動作例を示す図である。
【図９】本発明にかかる核磁気共鳴装置の複同調回路の別の実施例を示す図である。
【図１０】本発明にかかる核磁気共鳴装置の複同調回路の別の実施例を示す図である。
【図１１】本発明にかかる核磁気共鳴装置の複同調回路に用いられるＬＦ同調用コンデンサーの一実施例を示す図である。
【図１２】本発明にかかる核磁気共鳴装置の複同調回路に用いられるＬＦ同調用コンデンサーの別の実施例を示す図である。
【図１３】本発明にかかる核磁気共鳴装置の複同調回路の別の実施例を示す図である。
【図１４】本発明にかかる核磁気共鳴装置の複同調回路の別の実施例を示す図である。
【図１５】本発明にかかる核磁気共鳴装置の複同調回路の別の実施例を示す図である。
【図１６】本発明にかかる核磁気共鳴装置の複同調回路の別の実施例を示す図である。
【符号の説明】
１・・・サンプルコイル、１１・・・試料回転機構、１５・・・プローブカバー、１６・・・エアー配管、１８・・・試料管、３１・・・第１の導体、３２・・・第２の導体、３３・・・ＨＦ整合用コンデンサー、３４・・・ＨＦ整合用バリコン、３５・・・コンデンサー、３６・・・ＬＦ整合用バリコン、３７・・・ＬＦ同調用バリコン、３８・・・ＬＦ同調用バリコン、３９・・・ＨＦ同調用バリコン、４１・・・ＬＦ同調用コンデンサー、４２・・・ＬＦ同調用コンデンサー、４３・・・同軸ケーブル、４４・・・同軸ケーブル、４５・・・シャフト、４６・・・シャフト、５２・・・ＬＦ同調用コンデンサー、５３・・・ＬＦ同調用コンデンサー、５４・・・第１の導体、５５・・・第２の導体、５６・・・電極、５７・・・第３の導体、５８・・・第４の導体、５９・・・ＬＦ同調用バリコン、６０・・・ＬＦ同調用バリコン、６１・・・ＬＦ整合用バリコン、６２・・・ＨＦ整合用コンデンサー、６３・・・ＨＦ整合用バリコン、６４・・・シャフト、７０・・・筒状電極、７１・・・ＲＦ電流、７２・・・ＲＦ電圧振幅、７３・・・ＲＦ電圧振幅、７４・・・ＲＦ電流、７５・・・ＲＦ電流、９０・・・筒状導体、９１・・・筒状導体、９５・・・筒状導体、９６・・・導体、９７・・・誘電体、９８・・・ネジ部、９９・・・電極、１００・・・電極、１０１・・・窓、１１０・・・電極、１１１・・・シャフト、１１２・・・同軸ケーブル、１１３・・・カップリング・ループ、１１４・・・同軸ケーブル、１１５・・・カップリング・ループ、１５０・・・ＨＦ同調用バリコン、１５１・・・コンデンサー、１５２・・・コンデンサー、１５３・・・ＨＦ整合用バリコン。
【図１】
2004286695.tif 000003
【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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【手続補正書】
【提出日】平成15年4月23日(2003.4.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【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】端部Ａ、Ｂを備えたサンプルコイルと、
一端が第１の容量素子を介してサンプルコイルの端部Ａに接続された第１の導体と、
第１の導体と並べて配置され、一端が第２の容量素子を介してサンプルコイルの端部Ｂに接続された第２の導体と、
一端がサンプルコイルの端部Ａに接続された第３の導体と、
一端がサンプルコイルの端部Ｂに接続された第４の導体と、
サンプルコイルに第１の高周波を共振させるための同調および整合手段と、
サンプルコイルに第２の高周波を共振させるための同調および整合手段と
を備え、
サンプルコイル、第１の導体、第２の導体、第１の容量素子、第２の容量素子が、第１の高周波に対して、サンプルコイルの中点付近で振幅電圧がゼロとなるような平衡共振回路を構成するとともに、
サンプルコイル、第１の導体、第２の導体、第３の導体、第４の導体、第１の容量素子、第２の容量素子が、第２の高周波に対して、サンプルコイルの中点付近で振幅電圧がゼロとなるような平衡共振回路を構成していることを特徴とする核磁気共鳴装置の複同調回路。
【請求項２】前記サンプルコイルに第１の高周波を共振させるための同調手段は、第１の導体と、第２の導体の両方に接触を保ちながら、前記第１および第２の導体の軸方向に摺動できる電極であることを特徴とする請求項１記載の核磁気共鳴装置の複同調回路。
【請求項３】前記サンプルコイルに第１の高周波を共振させるための同調手段は、第１の導体と、第２の導体の間を接続する、可変容量素子であることを特徴とする請求項１項に記載の核磁気共鳴装置の複同調回路。
【請求項４】前記第１の導体は、一端がサンプルコイルの端部Ａに接続され、他端が第３の容量素子を介して、または直接接地されていることを特徴とする請求項１、２、または３記載の核磁気共鳴装置の複同調回路。
【請求項５】前記第２の導体は、一端がサンプルコイルの端部Ｂに接続され、他端が第４の容量素子を介して、または直接接地されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の核磁気共鳴装置の複同調回路。
【請求項６】前記第３の導体は、一端がサンプルコイルの端部Ａに接続され、他端が第５の容量素子を介して接地されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の核磁気共鳴装置の複同調回路。
【請求項７】前記第４の導体は、一端がサンプルコイルの端部Ｂに接続され、他端が第６の容量素子を介して接地されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の核磁気共鳴装置の複同調回路。
【請求項８】前記第１の容量素子と、前記第２の容量素子は、容量の異なる別の容量素子と、交換可能であることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の核磁気共鳴装置の複同調回路。
【請求項９】前記第１の導体は、前記第３の導体を囲繞する接地された筒状導体であることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の核磁気共鳴装置の複同調回路。
【請求項１０】前記第１の容量素子は、前記第３の導体と、前記第３の導体を囲繞する前記筒状導体と、前記第３の導体と前記第３の導体を囲繞する前記筒状導体との間に充填された誘電体とで構成されていることを特徴とする請求項９記載の核磁気共鳴装置の複同調回路。
【請求項１１】前記第２の導体は、前記第４の導体を囲繞する接地された筒状導体であることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の核磁気共鳴装置の複同調回路。
【請求項１２】前記第２の容量素子は、前記第４の導体と、前記第４の導体を囲繞する前記筒状導体と、前記第４の導体と前記第４の導体を囲繞する前記筒状導体との間に充填された誘電体とで構成されていることを特徴とする請求項１１記載の核磁気共鳴装置の複同調回路。
【請求項１３】前記第１の容量素子、および／または、前記第２の容量素子は、前記第３の導体、および、前記第４の導体と一体のものとして、容量の異なる別の容量素子と、交換可能であることを特徴とする請求項１０または１２記載の核磁気共鳴装置の複同調回路。
【請求項１４】前記サンプルコイルに第２の高周波を共振させるための同調手段は、前記第３の導体と、前記第４の導体の両方に接触を保ちながら、前記第３および第４の導体の軸方向に摺動できる電極であることを特徴とする請求項１ないし１３のいずれか１項に記載の核磁気共鳴装置の複同調回路。
【請求項１５】前記サンプルコイルに第２の高周波を共振させるための同調手段は、第３の導体と接地との間を接続する可変容量素子、および／または、第４の導体と接地との間を接続する可変容量素子であることを特徴とする請求項１ないし１３のいずれか１項に項に記載の核磁気共鳴装置の複同調回路。
【請求項１６】前記サンプルコイルに第１の高周波を共振させるための整合回路は、カップリング・ループであることを特徴とする請求項１ないし１５のいずれか１項に記載の核磁気共鳴装置の複同調回路。
【請求項１７】前記サンプルコイルに第２の高周波を共振させるための整合回路は、カップリング・ループであることを特徴とする請求項１ないし１６のいずれか１項に記載の核磁気共鳴装置の複同調回路。
【請求項１８】第１の高周波は、第２の高周波よりも周波数が高いことを特徴とする請求項１ないし１７のいずれか１項に記載の核磁気共鳴装置の複同調回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、核磁気共鳴装置の複同調回路に関し、特に、平衡動作することにより、ＲＦ電圧に対する耐圧性を高めた核磁気共鳴装置の複同調回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
まず、核磁気共鳴装置における従来の複同調回路の例（特許文献１）について説明する。尚、以下の説明においては、便宜上、２種類の核磁気共鳴用高周波のうち、周波数が高い方をＨＦ（高周波数）、周波数が低い方をＬＦ（低周波数）と呼ぶ。
【０００３】
図１は、従来の核磁気共鳴装置の複同調回路の一例を示したものである。図中、３１と３２は、平行配置された導体である。この例では、導体３１、３２によって平行線路を構成する。そして、ＨＦ共振時、入力電力のサンプルコイル１への分配率の調整は、この導体３１、３２で構成される平行線路共振器の特性インピーダンスを調整することによって行なわれる。尚、この導体３１、３２は、伝送路として動作すれば良いので、必ずしも棒状導体に限定されるものではなく、ヘリカルコイルや、外部導体を接地した同軸線なども使用可能である。
【０００４】
導体３１、３２の上端には、ＬＦ同調用のバリコン３７、３８を介して、ソレノイドコイルやサドルコイルなどから成るサンプルコイル１が接続されている。導体３２の下端は直接接地され、導体３１の下端はコンデンサー３５を介して間接的に接地されている。尚、これは逆に、導体３１の下端が直接接地され、導体３２の下端がコンデンサーを介して間接的に接地されていても良いし、あるいは、導体３１の下端と導体３２の下端の両方が、２つのコンデンサーを介して間接的に接地されていても良い。いずれも回路的には等価である。
【０００５】
導体３２の中途の任意の位置には、ＨＦ整合用のコンデンサー３３とバリコン３４とで構成されたＨＦ整合回路が接続されている。また、導体３１の中途の任意の位置には、ＨＦ同調用のバリコン３９が接続されている。尚、バリコン３９は、導体３２側の中途の任意の位置に接続されていても良いし、あるいは、導体３１の中途の任意の位置と導体３２の中途の任意の位置との間を結ぶ形に接続しても良い。いずれも回路的には等価である。
【０００６】
また、この例では、導体３１と、ＬＦ同調用のバリコン３７とを含めた全体で、１つのＨＦの１／４波長共振器を形成している。また、同時に、導体３２と、ＬＦ同調用のバリコン３８とを含めた全体で、もう１つのＨＦの１／４波長共振器を形成している。また、導体３１とコンデンサー３５との接続点には、ＬＦ整合用のバリコン３６が接続されている。
【０００７】
図２は、従来の核磁気共鳴装置の複同調回路を、プローブに実装した場合の電子部品の配置構造を示したものである。図２（ａ）は、プローブの縦方向の断面図、（ｂ）は、プローブのカバーを取った様子を示す図、（ｃ）は、プローブの横方向の断面図である。尚、この従来例は、具体的には、外部磁場に対して所定の角度に傾斜させた試料管を高速回転させる、固体試料専用の核磁気共鳴測定プローブを想定している。
【０００８】
図中、１５はプローブのカバーである。カバー１５の内側には、中空で円筒形をした筒状電極７０が設けられており、更に、筒状電極７０の上部内側には、外部磁場に対して所定の角度だけ傾斜させた試料回転機構１１が設けられている。また、試料回転機構１１の内部にはサンプルコイル１、更にその内側には固体試料を封入した試料管１８が設けられている。また、試料回転機構１１には、試料管１８を高速回転させるために、エアー配管１６が接続されており、加圧された駆動用のエアー・ジェットが、試料管１８に対して適宜吹き付けられる構成になっている。また、筒状電極７０には、上部に、試料管１８を試料回転機構１１から出し入れするための、プローブの内側と外側を連通させた窓１０１が設けられている。
【０００９】
サンプルコイル１の両端には、ＬＦ同調用バリコン３７、３８が接続されており、シャフト４６、４５でその静電容量を可変させる構成になっている。そして、これらのＬＦ同調用バリコン３７、３８の外に、導体３１、３２を内部導体、筒状電極７０を外部導体として利用することにより、全体でＨＦに共振する１／４波長共振器を構成させている。また、筒状電極７０を共通の接地電極として利用することにより、筒状電極７０の内側に、ＨＦ整合用バリコン３４、ＬＦ整合用バリコン３６、ＨＦ同調用バリコン３９、ＨＦ整合用コンデンサー３３、コンデンサー３５、同軸ケーブル４３、４４をコンパクトに実装している。
【００１０】
この例の動作は、次の通りである。まず、導体３１の下端はコンデンサー３５を介して間接的に接地され、導体３２の下端は直接接地されているので、導体３１、３２で構成される平行線路上に発生する定在波は、ＨＦ核の共鳴周波数に対しては、下端で最小振幅０、上端で最大振幅となり、その振幅の符号は、導体３１と導体３２とで、それぞれ逆符号となる。
【００１１】
このとき、ＬＦ同調用バリコン３７、３８は容量が大きいので、ＨＦ核の共鳴周波数に対しては、充分にインピーダンスが低くなり、サンプルコイル１のインピーダンスに対して無視できるので、サンプルコイル１と導体３１および導体３２とは、直接短絡接続されている場合と等価になる。従って、ＬＦ同調用バリコン３７、３８に加わる端子間電圧はきわめて小さくなり、ＲＦ電圧によってＬＦ同調用バリコン３７、３８が破損する心配はない。
【００１２】
ＨＦ核の共鳴周波数に対しては、導体３１、サンプルコイル１、導体３２、およびコンデンサー３５で、インダクタンスと、容量とから成り、サンプルコイル１の中点付近で、ＨＦ振幅電圧がゼロとなるような、平衡共振回路が形成される。そして、回路外のＨＦ供給源と、導体３１、サンプルコイル１、導体３２、およびコンデンサー３５で構成される共振回路との間の同調はバリコン３９で、整合はバリコン３４で、それぞれ行なわせることができるようになっている。
【００１３】
サンプルコイル１で起きるＨＦ共振は、逆符号でＲＦ電圧の振幅が同じになる平衡共振なので、同じＲＦ電力で比較すると、不平衡回路（特許文献２）の場合と比べて、サンプルコイル１の両端に印加されるＲＦ電圧は半分の値になる。しかも、ＨＦ用同調整合回路の接続位置を、ＲＦ電圧の振幅が最大になる導体３１の上端および導体３２の上端（すなわち、サンプルコイル１の両端）ではなく、ＲＦ電圧の振幅が比較的小さい導体３１および導体３２の中途の任意の位置に設けたので、実際にコンデンサー３３、バリコン３４、バリコン３９に印加されるＲＦ電圧は、不平衡回路（特許文献２）の場合の半分の値よりも、更に小さく抑えることができる。
【００１４】
一方、ＬＦ核の共鳴周波数に対しては、導体３１はコンデンサー３５を介して間接的に接地されているので、サンプルコイル１とサンプルコイル１の両端に接続されたＬＦ同調用バリコン３７および３８とで、サンプルコイル１の中点付近で、ＬＦ振幅電圧がゼロとなるような、平衡共振回路を構成する。
【００１５】
コンデンサー３５の容量は、ＬＦ同調用バリコン３７および３８の容量に対して、充分に大きな値に設定されているので、ＬＦ核の共鳴周波数に対しては充分にインピーダンスが低くなり、サンプルコイル１やバリコン３７、３８のインピーダンスに対して無視できるので、バリコン３７とバリコン３８との間は、接地電位で直接短絡接続されている場合と等価になる。
【００１６】
したがって、コンデンサー３５の容量を大きくしても、ＬＦの共振周波数が低下するという問題は発生しない。また、ＬＦ核の共鳴周波数帯域では、導体３１、３２の長さに対する波長の影響はほとんどないので、導体３１、３２のインピーダンスは無視できる程度に小さい。
【００１７】
ここで、バリコン３７とバリコン３８を等しい容量に設定すれば、サンプルコイル１の両端のＲＦ電圧の振幅は、ＨＦ共振時と同様に、逆符号で同じ電圧の振幅になる。そのため、バリコン３７とバリコン３８に印加されるＲＦ電圧は、同じＲＦ電力で比較すると、不平衡回路（特許文献２）の場合のＲＦ電圧に比べて半分の値で済む。
【００１８】
本回路は、導体３１、バリコン３７、サンプルコイル１、バリコン３８、導体３２を直列接続し、さらにコンデンサー３５を並列接続する構成になっているが、導体３１、３２とコンデンサー３５のインピーダンスは無視できるので、バリコン３７、３８とサンプルコイル１とによるＬＣ共振回路と見なすことができ、バリコン３７、３８の容量を可変することで、導体３１、３２、およびコンデンサー３５のインピーダンスに起因する共振周波数の低下を招くことなく、高いＬＦ周波数に同調させることができる。
【００１９】
【特許文献１】
特開２００２−３７２５７５号公報
【特許文献２】
特開昭６０−２４７１４６号公報
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
このような構成において、従来の複同調回路の問題点は、ＬＦ共振周波数を大幅に変更するのが、むつかしいことであった。そのことを説明するために、図３に回路図、図４に実体図を示す。
【００２１】
例えば、ＬＦ共振周波数を下げようとする場合、ＬＦ同調用コンデンサー４１、４２を、ＬＦ同調用バリコン３７、３８に並列に接続することになる。ところが、ＬＦ同調用コンデンサー４１、４２には、耐圧性が要求されるので、ＬＦ同調用バリコン３７、３８と同様に、大型のものとなり、筒状電極７０の狭い内部空間に実装することが、困難となる。また、ＨＦ周波数共振時に、ＲＦ電圧が高くなる部分に、大型のＬＦ同調用コンデンサー４１、４２が追加されるので、浮遊容量が増加して、ＨＦ共振周波数が大きくずれてしまう。また、追加された大型の同調コンデンサー４１、４２と、ＬＦ同調用バリコン３８、３９により、ＨＦ周波数付近の共振回路を形成してしまう場合があり、さらに、ＨＦ共振周波数がずれてしまう。
【００２２】
一方、ＬＦ共振周波数を上げようとする場合、ＬＦ同調用コンデンサー４１、４２コンデンサー４１、４２の代わりに、ＬＦ同調用コイルを、ＬＦ同調用バリコン３７、３８に並列に接続することになる。ところが、このコイルにも、耐圧性が要求されるので、ＬＦ同調用バリコン３７、３８と同様に、大型のものとなり、筒状電極７０の狭い内部空間に実装することが、困難となる。また、ＨＦ周波数共振時に、ＲＦ電圧が高くなる部分に、大型のＬＦ同調用コイルが追加されるので、浮遊容量が増加して、ＨＦ共振周波数が大きくずれてしまう。また、追加された大型の同調コイルと、ＬＦ同調用バリコン３８、３９により、ＨＦ周波数付近の共振回路を形成してしまう場合があり、さらに、ＨＦ共振周波数がずれてしまう。
【００２３】
また、ＬＦ側のみならず、ＨＦ側にも、制約が課せられる。すなわち、バリコン３７、３８が、ＨＦ周波数の１／４波長共振器の一部となっているので、バリコンの長さより短い共振器を構成することができない。その結果、ＨＦ共振周波数の上限は、バリコンの長さで制限されることとなる。
【００２４】
本発明の目的は、上述した点に鑑み、ＨＦ共振周波数に影響を与えることなく、コンデンサーやコイルを追加して、ＬＦ共振周波数の可変範囲を広げることができ、しかも、ＨＦ周波数の１／４波長共振器の一部にバリコンを使用しなくても、ＬＦ周波数に対する同調が可能な核磁気共鳴装置の複同調回路を提供することにある。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するため、本発明にかかる核磁気共鳴装置の複同調回路は、
端部Ａ、Ｂを備えたサンプルコイルと、
一端が第１の容量素子を介してサンプルコイルの端部Ａに接続された第１の導体と、
第１の導体と並べて配置され、一端が第２の容量素子を介してサンプルコイルの端部Ｂに接続された第２の導体と、
一端がサンプルコイルの端部Ａに接続された第３の導体と、
一端がサンプルコイルの端部Ｂに接続された第４の導体と、
サンプルコイルに第１の高周波を共振させるための同調および整合手段と、
サンプルコイルに第２の高周波を共振させるための同調および整合手段と
を備え、
サンプルコイル、第１の導体、第２の導体、第１の容量素子、第２の容量素子が、第１の高周波に対して、サンプルコイルの中点付近で振幅電圧がゼロとなるような平衡共振回路を構成するとともに、
サンプルコイル、第１の導体、第２の導体、第３の導体、第４の導体、第１の容量素子、第２の容量素子が、第２の高周波に対して、サンプルコイルの中点付近で振幅電圧がゼロとなるような平衡共振回路を構成していることを特徴としている。
【００２６】
また、前記サンプルコイルに第１の高周波を共振させるための同調手段は、第１の導体と、第２の導体の両方に接触を保ちながら、前記第１および第２の導体の軸方向に摺動できる電極であることを特徴としている。
【００２７】
また、前記サンプルコイルに第１の高周波を共振させるための同調手段は、第１の導体と、第２の導体の間を接続する、可変容量素子であることを特徴としている。
【００２８】
また、前記第１の導体は、一端がサンプルコイルの端部Ａに接続され、他端が第３の容量素子を介して、または直接接地されていることを特徴としている。
【００２９】
また、前記第２の導体は、一端がサンプルコイルの端部Ｂに接続され、他端が第４の容量素子を介して、または直接接地されていることを特徴としている。
【００３０】
また、前記第３の導体は、一端がサンプルコイルの端部Ａに接続され、他端が第５の容量素子を介して接地されていることを特徴としている。
【００３１】
また、前記第４の導体は、一端がサンプルコイルの端部Ｂに接続され、他端が第６の容量素子を介して接地されていることを特徴としている。
【００３２】
また、前記第１の容量素子と、前記第２の容量素子は、容量の異なる別の容量素子と、交換可能であることを特徴としている。
【００３３】
また、前記第１の導体は、前記第３の導体を囲繞する接地された筒状導体であることを特徴としている。
【００３４】
また、前記第１の容量素子は、前記第３の導体と、前記第３の導体を囲繞する前記筒状導体と、前記第３の導体と前記第３の導体を囲繞する前記筒状導体との間に充填された誘電体とで構成されていることを特徴としている。
【００３５】
また、前記第２の導体は、前記第４の導体を囲繞する接地された筒状導体であることを特徴としている。
【００３６】
また、前記第２の容量素子は、前記第４の導体と、前記第４の導体を囲繞する前記筒状導体と、前記第４の導体と前記第４の導体を囲繞する前記筒状導体との間に充填された誘電体とで構成されていることを特徴としている。
【００３７】
また、前記第１の容量素子、および／または、前記第２の容量素子は、前記第３の導体、および、前記第４の導体と一体のものとして、容量の異なる別の容量素子と、交換可能であることを特徴としている。
【００３８】
また、前記サンプルコイルに第２の高周波を共振させるための同調手段は、前記第３の導体と、前記第４の導体の両方に接触を保ちながら、前記第３および第４の導体の軸方向に摺動できる電極であることを特徴としている。
【００３９】
また、前記サンプルコイルに第２の高周波を共振させるための同調手段は、第３の導体と接地との間を接続する可変容量素子、および／または、第４の導体と接地との間を接続する可変容量素子であることを特徴としている。
【００４０】
また、前記サンプルコイルに第１の高周波を共振させるための整合回路は、カップリング・ループであることを特徴としている。
【００４１】
また、前記サンプルコイルに第２の高周波を共振させるための整合回路は、カップリング・ループであることを特徴としている。
【００４２】
また、第１の高周波は、第２の高周波よりも周波数が高いことを特徴としている。
【００４３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。図５は、本発明にかかる核磁気共鳴装置の複同調回路の回路図の一実施例を示したものである。図中、５４、５５は、ほぼ同じ長さを持った棒状の導体である。導体５４、５５は、互いに平行配置され、両者で、平行線路を構成する。そして、ＨＦ共振時、入力電力のサンプルコイル１への分配率の調整は、この導体５４、５５で構成される平行線路共振器の特性インピーダンスを調整することによって行なわれる。
【００４４】
導体５４、５５の上端には、ＬＦ同調用のコンデンサー５２、５３を介して、ソレノイドコイルやサドルコイルなどから成るサンプルコイル１が接続されている。尚、図５では、導体５４、５５の下端は、直接接地されているが、コンデンサーを介して、間接的に接地されていても良い。
【００４５】
導体５５の中途の任意の位置には、ＨＦ整合用のコンデンサー６２とバリコン６３とで構成されたＨＦ整合回路が接続されている。ＨＦ整合用のコンデンサー６２とバリコン６３との接続点には、ＨＦ入力端子が接続されている。尚、このＨＦ整合回路は、導体５４側に設けられていても良い。
【００４６】
また、導体５４、５５の中途の任意の位置には、導体５４、５５の両方に接触を保ちながら、両導体の軸方向に摺動できる、ＨＦ同調用の電極５６が設けられている。この電極５６は、シャフト６４を用いて、導体５４、５５上を摺動させることにより、導体５４、５５上の任意の位置で、導体５４、５５間を短絡させることができる構成になっている。そして、導体５４、５５、コンデンサー５２、５３、電極５６で、ＨＦに対する、２つの１／４波長共振器となるように、設定されている。
【００４７】
また、サンプルコイル１とコンデンサー５２の接続点には、導体５７の一端が接続され、導体５７の他端は、ＬＦ同調用バリコン５９を介して、間接的に接地されている。また、サンプルコイル１とコンデンサー５３の接続点には、導体５８の一端が接続され、導体５８の他端は、ＬＦ同調用バリコン６０を介して、間接的に接地されている。また、導体５７とＬＦ同調用バリコン５９の接続点には、ＬＦ整合用バリコン６１を介して、ＬＦ入力端子が接続されている。尚、このＬＦ整合回路は、導体５８側に設けられていても良い。
【００４８】
図６は、この回路を、筒状電極７０を接地電極として、プローブに実装した場合の電子部品の配置構造を示したものである。図６（ａ）は、プローブの縦方向の断面図、（ｂ）は、プローブのカバーを取った様子を示す図、（ｃ）は、プローブの横方向の断面図である。尚、この例は、具体的には、外部磁場に対して所定の角度に傾斜させた試料管を高速回転させる、固体試料専用の核磁気共鳴測定プローブを想定している。
【００４９】
図中、１５はプローブのカバーである。カバー１５の内側には、中空で円筒形をした筒状電極７０が設けられており、更に、筒状電極７０の上部内側には、外部磁場に対して所定の角度だけ傾斜させた試料回転機構１１が設けられている。また、試料回転機構１１の内部にはサンプルコイル１、更にその内側には固体試料を封入した試料管１８が設けられている。また、試料回転機構１１には、試料管１８を高速回転させるために、エアー配管１６が接続されており、加圧された駆動用のエアー・ジェットが、試料管１８に対して適宜吹き付けられる構成になっている。また、筒状電極７０には、上部に、試料管１８を試料回転機構１１から出し入れするための、プローブの内側と外側を連通させた窓１０１が設けられている。
【００５０】
サンプルコイル１の両端には、ＬＦ同調用コンデンサー５２、５３が接続されており、導体５４、５５を内部導体、筒状電極７０を外部導体として利用することにより、全体でＨＦに共振する１／４波長共振器を構成させている。
【００５１】
導体５５の中途の任意の位置には、ＨＦ整合用のコンデンサー６２と、ＨＦ整合用のバリコン６３とで構成された、ＨＦ整合回路が接続されている。コンデンサー６２とバリコン６３の接続点には、ＨＦを注入するための同軸ケーブル４４が接続されている。
【００５２】
また、導体５４、５５の中途の任意の位置には、導体５４、５５の両方に接触を保ちながら、両導体の軸方向に摺動できる、ＨＦ同調用の電極５６が設けられている。この電極５６は、シャフト６４を用いて、導体５４、５５上を摺動させることにより、導体５４、５５上の任意の位置で、導体５４、５５間を短絡させることができる構成になっている。
【００５３】
また、サンプルコイル１とコンデンサー５２の接続点には、導体５７の一端が接続され、導体５７の他端は、ＬＦ同調用バリコン５９を介して、間接的に接地されている。また、サンプルコイル１とコンデンサー５３の接続点には、導体５８の一端が接続され、導体５８の他端は、ＬＦ同調用バリコン６０を介して、間接的に接地されている。また、導体５７とＬＦ同調用バリコン５９の接続点には、ＬＦ整合用バリコン６１を介して、ＬＦを注入するための同軸ケーブル４３が接続されている。
【００５４】
また、筒状電極７０を共通の接地電極として利用することにより、筒状電極７０の内側に、ＨＦ整合用バリコン６３、ＬＦ整合用バリコン６１、ＨＦ同調用電極５６、ＨＦ整合用コンデンサー６２、ＬＦ同調用コンデンサー５９、６０、同軸ケーブル４３、４４をコンパクトに実装している。
【００５５】
図７に、ＨＦ共振時の導体５４、５５におけるＲＦ電圧の振幅分布を示す。導体５４、５５は、途中の位置で、電極５６により、短絡されているので、それぞれ、短絡位置から上の部分が、１／４波長共振器となり、導体５４、５５で構成される平行線路上に発生する定在波は、ＨＦ共振周波数に対しては、電極５６の接触点で、最小振幅０、導体の上端で、最大振幅となり、その振幅の符号は、電圧振幅７２、７３で示すように、導体５４と、導体５５とで、それぞれ逆符号となる。また、このときのＲＦ電流の向きは、矢印７１、７４、７５で示す通りとなる。
【００５６】
ＨＦ共振周波数に対しては、導体５４、コンデンサー５２、サンプルコイル１、コンデンサー５３、導体５５、電極５６で、伝送路と、インダクタンスとから成り、サンプルコイル１の中点付近で、ＨＦ振幅電圧がゼロとなるような、平衡共振回路が形成される。そして、回路外のＨＦ供給源と、導体５４、サンプルコイル１、導体５５、電極５６で構成される共振回路との間の同調は、電極５６と導体５４、５５との接触位置の調節による、１／４波長共振器の波長の調節で、また、整合は、ＨＦ整合用バリコン６３で、それぞれ、行なわせることができるようになっている。
【００５７】
このとき、ＬＦ同調用コンデンサー５２、５３は、容量が大きいので、ＨＦ共振周波数に対しては、十分にインピーダンスが低くなり、サンプルコイル１のインピーダンスに対して無視できるので、サンプルコイル１と、導体５４、５５とは、直接短絡接続されている場合と等価になる。従って、ＬＦ同調用コンデンサー５２、５３に加わる端子間電圧は、きわめて小さくなり、ＲＦ電圧によってＬＦ同調用コンデンサー５２、５３が破損する心配はない。
【００５８】
しかも、従来のバリコンに代えて、固定コンデンサーを用いているので、ＨＦ共振中に、容量素子由来の分布インダクタンスが変化せず、ＨＦ共振周波数がずれることがない。
【００５９】
図８に、ＬＦ共振時の等価回路を示す。ＬＦ共振周波数では、周波数が低いので、導体５４、５５のインダクタンスは無視できる。従って、サンプルコイル１と、ＬＦ同調用コンデンサー５２、５３と、導体５７、５８と、ＬＦ同調用バリコン５９、６０とで、サンプルコイル１の中点付近で、ＬＦ振幅電圧がゼロとなるような、平衡共振回路が形成され、ＬＦ同調用バリコン５９、６０の調節により、ＬＦの同調周波数の微調整が行なわれる。尚、バリコン６１は、ＬＦ整合用である。
【００６０】
ここで、ＬＦ同調用コンデンサー５２、５３を、等しい容量に設定すれば、サンプルコイル１の両端における、ＬＦ周波数のＲＦ電圧の振幅は、ＨＦ共振時と同様に、逆符号で同じ電圧の振幅になり、不平衡回路（特許文献２）の場合の、ＲＦ振幅電圧の半分の値になる。
【００６１】
ＬＦ共振周波数を大きく変更したい場合は、ＬＦ同調用コンデンサー５２、５３を、他の容量のものと交換することにより、ＬＦの同調周波数を変更させることができる。その場合、ＨＦ共振周波数側の同調周波数の調節は、電極５６の位置の調節により、ＬＦ共振周波数とは関係なく、調節することができる。
【００６２】
ＬＦ共振周波数を大きく変更する場合に、従来のように、ＬＦ同調用コンデンサーと、ＬＦ同調用バリコンとを、並列に並べて設置する必要がないので、狭い筒状電極７０の内部空間であっても、支障は起きない。
【００６３】
図９は、本発明にかかる核磁気共鳴装置の複同調回路の回路図の別の実施例を示したものである。図中、９０、９１は、ほぼ同じ長さを持った筒状の導体である。この筒状導体９０、９１は、互いに平行配置され、両者で、平行線路を構成する。そして、ＨＦ共振時、入力電力のサンプルコイル１への分配率の調整は、この筒状導体９０、９１で構成される平行線路共振器の特性インピーダンスを調整することによって行なわれる。
【００６４】
筒状導体９０、９１の上端には、ＬＦ同調用のコンデンサー５２、５３を介して、ソレノイドコイルやサドルコイルなどから成るサンプルコイル１が接続されている。尚、図９では、筒状導体９０、９１の下端は、直接接地されているが、コンデンサーを介して、間接的に接地されていても良い。
【００６５】
筒状導体９１の中途の任意の位置には、ＨＦ整合用のコンデンサー６２とバリコン６３とで構成されたＨＦ整合回路が接続されている。ＨＦ整合用のコンデンサー６２とバリコン６３との接続点には、ＨＦ入力端子が接続されている。尚、このＨＦ整合回路は、筒状導体９０側に設けられていても良い。
【００６６】
また、筒状導体９０、９１の中途の任意の位置には、筒状導体９０、９１の両方に接触を保ちながら、両筒状導体の軸方向に摺動できる、ＨＦ同調用の電極５６が設けられている。この電極５６は、シャフト６４を用いて、筒状導体９０、９１上を摺動させることにより、筒状導体９０、９１上の任意の位置で、筒状導体９０、９１間を短絡させることができる構成になっている。そして、筒状導体９０、９１、コンデンサー５２、５３、電極５６で、ＨＦに対する、２つの１／４波長共振器となるように、設定されている。
【００６７】
また、サンプルコイル１とコンデンサー５２の接続点には、導体５７の一端が接続され、導体５７の他端は、ＬＦ同調用バリコン５９を介して、間接的に接地されている。導体５７の本体部分は、筒状導体９０によって囲繞されており、筒状導体９０の軸心に沿って、筒状導体９０の内側を貫通している。また、サンプルコイル１とコンデンサー５３の接続点には、導体５８の一端が接続され、導体５８の他端は、ＬＦ同調用バリコン６０を介して、間接的に接地されている。導体５８の本体部分は、筒状導体９１によって囲繞されており、筒状導体９１の軸心に沿って、筒状導体９１の内側を貫通している。
【００６８】
また、導体５７とＬＦ同調用バリコン５９の接続点には、ＬＦ整合用バリコン６１を介して、ＬＦ入力端子が接続されている。尚、このＬＦ整合回路は、導体５８側に設けられていても良い。
【００６９】
尚、この回路の動作は、図５の実施例と同じである。ＨＦに共振している場合の動作は、図７、ＬＦに対して共振しているときは、図８に、ほぼ準じる。
【００７０】
図１０は、この回路を、筒状電極７０を接地電極として、プローブに実装した場合の電子部品の配置構造を示したものである。図１０（ａ）は、プローブの縦方向の断面図、（ｂ）は、プローブのカバーを取った様子を示す図、（ｃ）は、プローブの横方向の断面図である。尚、この例は、具体的には、外部磁場に対して所定の角度に傾斜させた試料管を高速回転させる、固体試料専用の核磁気共鳴測定プローブを想定している。
【００７１】
図中、１５はプローブのカバーである。カバー１５の内側には、中空で円筒形をした筒状電極７０が設けられており、更に、筒状電極７０の上部内側には、外部磁場に対して所定の角度だけ傾斜させた試料回転機構１１が設けられている。また、試料回転機構１１の内部にはサンプルコイル１、更にその内側には固体試料を封入した試料管１８が設けられている。また、試料回転機構１１には、試料管１８を高速回転させるために、エアー配管１６が接続されており、加圧された駆動用のエアー・ジェットが、試料管１８に対して適宜吹き付けられる構成になっている。また、筒状電極７０には、上部に、試料管１８を試料回転機構１１から出し入れするための、プローブの内側と外側を連通させた窓１０１が設けられている。
【００７２】
サンプルコイル１の両端には、ＬＦ同調用コンデンサー５２、５３が接続されており、筒状導体９０、９１を内部導体、筒状電極７０を外部導体として利用することにより、全体でＨＦに共振する１／４波長共振器を構成させている。
【００７３】
筒状導体９１の中途の任意の位置には、ＨＦ整合用のコンデンサー６２と、ＨＦ整合用のバリコン６３とで構成された、ＨＦ整合回路が接続されている。コンデンサー６２とバリコン６３の接続点には、ＨＦを注入するための同軸ケーブル４４が接続されている。
【００７４】
また、筒状導体９０、９１の中途の任意の位置には、筒状導体９０、９１の両方の外壁に接触を保ちながら、両筒状導体の軸方向に摺動できる、ＨＦ同調用の電極５６が設けられている。この電極５６は、シャフト６４を用いて、筒状導体９０、９１の外壁上を摺動させることにより、筒状導体９０、９１上の任意の位置で、筒状導体９０、９１間を短絡させることができる構成になっている。
【００７５】
また、サンプルコイル１とコンデンサー５２の接続点には、導体５７の一端が接続され、他端は、ＬＦ同調用バリコン５９を介して、間接的に接地されている。導体５７の本体部分は、筒状導体９０によって囲繞されており、筒状導体９０の軸心に沿って、筒状導体９０の内側を貫通している。また、サンプルコイル１とコンデンサー５３の接続点には、導体５８の一端が接続され、他端は、ＬＦ同調用バリコン６０を介して、間接的に接地されている。導体５８の本体部分は、筒状導体９１によって囲繞されており、筒状導体９１の軸心に沿って、筒状導体９１の内側を貫通している。
【００７６】
また、導体５７とＬＦ同調用バリコン５９の接続点には、ＬＦ整合用バリコン６１を介して、ＬＦを注入するための同軸ケーブル４３が接続されている。
【００７７】
また、筒状電極７０を共通の接地電極として利用することにより、筒状電極７０の内側に、ＨＦ整合用バリコン６３、ＬＦ整合用バリコン６１、ＨＦ同調用電極５６、ＨＦ整合用コンデンサー６２、ＬＦ同調用コンデンサー５９、６０、同軸ケーブル４３、４４をコンパクトに実装している。
【００７８】
この回路の、ＨＦ共振時、および、ＬＦ共振時の動作は、図７、および、図８で示したものと、基本的に同じである。
【００７９】
図１１は、本発明にかかるＬＦ同調用コンデンサーの一実施例を示したものである。図１１（ａ）の、点線で四角に囲んだ２つの部分が、本発明の該当箇所に当たる。また、（ｂ）は、本発明にかかるＬＦ同調用コンデンサーの横断面図、（ｃ）は、本発明にかかるＬＦ同調用コンデンサーの縦断面図である。
【００８０】
本発明では、筒状導体９０、９１の上部円筒部９５と、導体５７、５８の上部９６との間に、誘電体９７を挟み、９５と９６を電極とするコンデンサーを形成させ、図１１（ａ）のＬＦ同調用コンデンサー５２、５３として使用する。誘電体９７には、ガラス、テフロン（登録商標）、クォーツ、アルミナ、マイカ、チタン酸系のセラミックなど、誘電率の大きな物質が使用できる。
【００８１】
こうして形成されるコンデンサーは、ＨＦ共振時に、ＲＦ電場とＲＦ磁場を乱して、損失の原因となるような、大型の高耐圧コンデンサーではないので、ＲＦ電力の損失が低減される。
【００８２】
図１２は、本発明にかかるＬＦ同調用コンデンサーの別の実施例を示したものである。図１２（ａ）の、点線で四角に囲んだ２つの部分が、本発明の該当箇所に当たる。また、（ｂ）は、本発明にかかるＬＦ同調用コンデンサーの縦断面図、（ｃ）は、本発明にかかるＬＦ同調用コンデンサーから、誘電体と導体を取り外したときの、筒状導体を示す縦断面図、（ｄ）は、筒状導体から取り外された、誘電体と導体を示す縦断面図である。
【００８３】
筒状導体９０、９１の上部円筒部９５の内壁部分と、誘電体９７の外周部分には、互いに螺合するようなネジが切ってある。導体９６は、誘電体９７に固着されているので、導体９６を持って回転させることにより、筒状導体９０、９１の上部円筒部９５から、誘電体９７を取り外すことができる。これにより、異なる誘電率を備えた別の誘電体と、交換することができるので、ＬＦ同調用コンデンサーの容量値を容易に別の値に変更することができ、その結果、ＬＦ共振周波数を任意に変更することができる。
【００８４】
尚、導体９６の複同調回路内への組み込みは、導体９６の上下端を、電極９９、１００に接触させることにより、行なうことができる。すなわち、導体９６の上端を、電極９９と接触させることにより、導体９６は、サンプルコイル１に接続され、導体９６の下端を、電極１００と接触させることにより、導体９６は、ＬＦ同調用バリコン５９、６０に接続される。
【００８５】
図１３は、本発明にかかる核磁気共鳴装置の複同調回路の回路図の一変形例を示したものである。この例は、回路の基本構成は、図９の例と同じ構成であるが、導体５７、５８の下端を、ＬＦ同調用バリコン５９、６０を介して、間接的に接地させていたのを改めて、導体５７、５８の下端を接地させず、導体５７、５８の中途の任意の位置に、導体５７、５８の両方に接触を保ちながら、両導体の軸方向に摺動できる、ＬＦ同調用の電極１１０を設けるようにしている。
【００８６】
この電極１１０は、シャフト１１１を用いて、導体５７、５８上を摺動させることにより、導体５７、５８上の任意の位置で、導体５７、５８間を短絡させることができる構成になっている。これにより、導体５７、５８のインダクタンスを微調節することができ、複同調回路を、任意のＬＦ共振周波数に同調させることができる。
【００８７】
図１４は、本発明にかかる核磁気共鳴装置の複同調回路の回路図の別の変形例を示したものである。この例は、回路の基本構成は、図１３の例と同じ構成であるが、ＨＦおよび／またはＬＦの整合を、同軸ケーブル１１２、１１４に設けたカップリング・ループ１１３、１１５を用いて行なうようにしている。
【００８８】
これは、カップリング・ループ１１３、１１５を、複同調回路に近づけることにより、複同調回路との間に、適度の結合を行なわせるものである。これにより、整合用のバリコンを用いなくても、複同調回路を、任意のＨＦ／ＬＦ共振周波数に整合させることができる。
【００８９】
図１５は、本発明にかかる核磁気共鳴装置の複同調回路の回路図の別の変形例を示したものである。この例は、回路の基本構成は、図９の例と同じ構成であるが、筒状導体９０、９１の両方に接触を保ちながら、両導体の軸方向に摺動できる、ＨＦ同調用の電極５６を設ける代わりに、筒状導体９０と、筒状導体９１の間を、バリコン１５０で接続すると共に、筒状導体９０、９１の下端を、ＬＦ同調用のコンデンサー１５１、１５２で接地するようにしている。
【００９０】
この場合、ＨＦ整合用のバリコン１５３など、インピーダンス調整用素子を接続すれば、ＨＦ整合を行わせることができる。
【００９１】
図１６は、本発明にかかる核磁気共鳴装置の複同調回路の回路図の別の変形例を示したものである。この例は、回路の基本構成は、図９の例と同じ構成であるが、ＨＦの整合を、同軸ケーブル１１２に設けたカップリング・ループ１１３を用いて行なうようにしている。
【００９２】
これは、カップリング・ループ１１３を、複同調回路に近づけることにより、複同調回路との間に、適度の結合を行なわせるものである。これにより、整合用のバリコンを用いなくても、複同調回路を、任意のＨＦ共振周波数に整合させることができる。
【００９３】
尚、この場合、筒状導体９０、９１の下端を接地する必要はない。また、同軸ケーブル１１２と、カップリング・ループ１１３の位置調節によって、ＨＦ同調を行なっても良い。
【００９４】
また、上記実施例では、２つの導体の両方に接触を保ちながら、両導体の軸方向に摺動できる、電極５６および／または１１０によって、ＨＦおよび／またはＬＦに同調させる例を示したが、電極５６、１１０の代わりに、バリコンを用いて、同調を行なわせるように構成しても良い。
【００９５】
また、筒状導体９０、９１の形状は、円筒に限定されるものではない。
【００９６】
【発明の効果】
以上述べたごとく、本発明の核磁気共鳴装置の複同調回路によれば、端部Ａ、Ｂを備えたサンプルコイルと、一端が第１の容量素子を介してサンプルコイルの端部Ａに接続された第１の導体と、第１の導体と並べて配置され、一端が第２の容量素子を介してサンプルコイルの端部Ｂに接続された第２の導体と、一端がサンプルコイルの端部Ａに接続された第３の導体と、一端がサンプルコイルの端部Ｂに接続された第４の導体と、サンプルコイルに第１の高周波を共振させるための同調および整合手段と、サンプルコイルに第２の高周波を共振させるための同調および整合手段とを備え、サンプルコイル、第１の導体、第２の導体、第１の容量素子、第２の容量素子が、第１の高周波に対して、サンプルコイルの中点付近で振幅電圧がゼロとなるような平衡共振回路を構成するとともに、サンプルコイル、第１の導体、第２の導体、第３の導体、第４の導体、第１の容量素子、第２の容量素子が、第２の高周波に対して、サンプルコイルの中点付近で振幅電圧がゼロとなるような平衡共振回路を構成したので、ＨＦ共振周波数に影響を与えることなく、コンデンサーやコイルを追加して、ＬＦ共振周波数の可変範囲を広げることができ、しかも、ＨＦ周波数の１／４波長共振器の一部にバリコンを使用しなくても、ＬＦ周波数に対する同調が可能な核磁気共鳴装置の複同調回路を提供することが可能になった。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の核磁気共鳴装置の複同調回路を示す図である。
【図２】従来の核磁気共鳴装置の複同調回路を示す図である。
【図３】従来の核磁気共鳴装置の複同調回路を示す図である。
【図４】従来の核磁気共鳴装置の複同調回路を示す図である。
【図５】本発明にかかる核磁気共鳴装置の複同調回路の一実施例を示す図である。
【図６】本発明にかかる核磁気共鳴装置の複同調回路の一実施例を示す図である。
【図７】本発明にかかる核磁気共鳴装置の複同調回路のＨＦ周波数での動作例を示す図である。
【図８】本発明にかかる核磁気共鳴装置の複同調回路のＬＦ周波数での動作例を示す図である。
【図９】本発明にかかる核磁気共鳴装置の複同調回路の別の実施例を示す図である。
【図１０】本発明にかかる核磁気共鳴装置の複同調回路の別の実施例を示す図である。
【図１１】本発明にかかる核磁気共鳴装置の複同調回路に用いられるＬＦ同調用コンデンサーの一実施例を示す図である。
【図１２】本発明にかかる核磁気共鳴装置の複同調回路に用いられるＬＦ同調用コンデンサーの別の実施例を示す図である。
【図１３】本発明にかかる核磁気共鳴装置の複同調回路の別の実施例を示す図である。
【図１４】本発明にかかる核磁気共鳴装置の複同調回路の別の実施例を示す図である。
【図１５】本発明にかかる核磁気共鳴装置の複同調回路の別の実施例を示す図である。
【図１６】本発明にかかる核磁気共鳴装置の複同調回路の別の実施例を示す図である。
【符号の説明】
１・・・サンプルコイル、１１・・・試料回転機構、１５・・・プローブカバー、１６・・・エアー配管、１８・・・試料管、３１・・・第１の導体、３２・・・第２の導体、３３・・・ＨＦ整合用コンデンサー、３４・・・ＨＦ整合用バリコン、３５・・・コンデンサー、３６・・・ＬＦ整合用バリコン、３７・・・ＬＦ同調用バリコン、３８・・・ＬＦ同調用バリコン、３９・・・ＨＦ同調用バリコン、４１・・・ＬＦ同調用コンデンサー、４２・・・ＬＦ同調用コンデンサー、４３・・・同軸ケーブル、４４・・・同軸ケーブル、４５・・・シャフト、４６・・・シャフト、５２・・・ＬＦ同調用コンデンサー、５３・・・ＬＦ同調用コンデンサー、５４・・・第１の導体、５５・・・第２の導体、５６・・・電極、５７・・・第３の導体、５８・・・第４の導体、５９・・・ＬＦ同調用バリコン、６０・・・ＬＦ同調用バリコン、６１・・・ＬＦ整合用バリコン、６２・・・ＨＦ整合用コンデンサー、６３・・・ＨＦ整合用バリコン、６４・・・シャフト、７０・・・筒状電極、７１・・・ＲＦ電流、７２・・・ＲＦ電圧振幅、７３・・・ＲＦ電圧振幅、７４・・・ＲＦ電流、７５・・・ＲＦ電流、９０・・・筒状導体、９１・・・筒状導体、９５・・・筒状導体、９６・・・導体、９７・・・誘電体、９８・・・ネジ部、９９・・・電極、１００・・・電極、１０１・・・窓、１１０・・・電極、１１１・・・シャフト、１１２・・・同軸ケーブル、１１３・・・カップリング・ループ、１１４・・・同軸ケーブル、１１５・・・カップリング・ループ、１５０・・・ＨＦ同調用バリコン、１５１・・・コンデンサー、１５２・・・コンデンサー、１５３・・・ＨＦ整合用バリコン。