(57)【要約】【課題】核磁気共鳴装置９０において光ファイバ４０を介して所定の光を試料に照射するための集光導入装置５５を提供する。【解決手段】集光導入装置５５は、所定の光を発光する光源と、反射光学系として構成され光源により発せられた光を集光する集光体とを備える。また、集光導入装置５５の光ファイバ４０は、集光体で集光した光を先端部で受け、その光を試料に照射することが可能となるように伝達する。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
核磁気共鳴装置において、光ファイバを介して所定の光を試料に照射するための集光導入装置であって、
所定の光を発光する光源と、
反射光学系として構成され、前記光源により発せられた光を集光する集光体と
を備え、
前記光ファイバは、前記集光体で集光した光を先端部で受け、該光を他端から前記試料に照射する位置まで配設された
集光導入装置。
【請求項２】
請求項１記載の集光導入装置であって、
前記集光体で集光した光を反射する反射ミラーを備え、
前記光ファイバは、前記反射ミラーで反射した光を先端部で受ける位置に設けられた
集光導入装置。
【請求項３】
請求項１記載の集光導入装置であって、
前記集光体で集光した光を回折する回折格子を備え、
前記光ファイバは、前記回折格子による回折を利用して選択した波長の光を先端部で受ける位置に設けられた
集光導入装置。
【請求項４】
請求項１記載の集光導入装置であって、
前記集光体で集光した光を分光する分光プリズムを備え、
前記光ファイバは、前記分光プリズムにより分光された光の一部を先端部で受ける位置に設けられた
集光導入装置。
【請求項５】
請求項４記載の集光導入装置であって、
光ファイバの前記先端部と前記分光プリズムとの間に、一部分だけ光を透過するスリットを備えた集光導入装置。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか記載の集光導入装置であって、光ファイバの前記先端部は光ファイバの直径より広径に形成された集光導入装置。
【請求項７】
請求項２ないし６のいずれか記載の集光導入装置であって、
光ファイバの前記先端部に球状の透過ガラスを備え、
前記反射ミラーが反射した光または前記回折格子が回折して選択した波長の光または前記分光プリズムが分光した光の少なくとも一部を、内壁で反射して光ファイバの前記先端部に入射する該光の入射範囲のみに開口部を有する凹面鏡
を備えた集光導入装置。
【請求項８】
請求項２ないし６のいずれか記載の集光導入装置であって、
光ファイバの前記先端部に球状の半透過ガラスを備え、
前記反射ミラーが反射した光または前記回折格子が回折して選択した波長の光または前記分光プリズムが分光した光の少なくとも一部を内壁で反射して光ファイバの前記先端部に入射する凹面鏡と
を備えた集光導入装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、核磁気共鳴装置において、光ファイバを介して所定の光を試料に照射するための集光導入装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、核磁気共鳴装置では、均一な磁場のもとに測定を実施する必要があるため、磁性体を有する照明器具を使用することはできなかった。また、外電磁波の誘導によるノイズを避けるために、照明器具を測定部近傍に設置することはできなかった。一方で、核磁気共鳴装置において実験用あるいは検査用の筒内に光を照射するという要望はあったので、それらの問題を解決するために、一端がランプ光源に開口し、他端が人体を収容する筒内に開口された、非磁性体でかつ電磁気的不導体の光ファイバケーブルを照明手段として有する核磁気共鳴法画像形成装置が考案された（実開平１−２２６５３）。これは、暗い筒内に収容された患者の不安をなくすために、検査用の筒内を明るくする目的でなされたものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、実験の目的によっては、特定の波長の可視光線や紫外線，赤外線を実験対象に照射する要望があるにもかかわらず、上記した方法では、集光性や強度の問題から実験対象や検査対象にレーザー光以外の目的光を照射することができない。しかも、レーザー光を照射するレーザー源は一般的に高価である。
【０００４】
本発明は、上記した問題点を解決するためになされたものであり、核磁気共鳴装置において光ファイバを介して所定の光を試料に照射するための集光導入装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
上記課題の少なくとも一部を解決する本発明の核磁気共鳴装置は、
核磁気共鳴装置において、光ファイバを介して所定の光を試料に照射するための集光導入装置であって、
所定の光を発光する光源と、
反射光学系として構成され、前記光源により発せられた光を集光する集光体と
を備え、
前記光ファイバは、前記集光体で集光した光を先端部で受け、該光を他端から前記試料に照射する位置まで配設された
ことを特徴とする。
【０００６】
かかる装置によれば、実験対象にレーザー光以外の光を照射することが可能である。更に、回折格子や分光プリズムを用いれば、特定の波長の光を選択して照射することが可能となる。また、光ファイバ先端部への集光の手法として、光ファイバの先端部を光ファイバの直径より広径にしたり、光ファイバの先端部に透過ガラスきや半透過ガラスを備えたりするということを考えることができる。また、凹面鏡を設けて、光を凹面鏡の内壁で反射させ、光ファイバの先端部に入射するという手法も考えられる。半透過ガラスは、ガラスに比べて屈折率の大きい物質をガラス面に蒸着することにより作ることが可能である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
＜第一実施例＞
（１）構成
以下、本発明の実施の形態について、図を参照しつつ説明する。図１は、集光導入装置５５を含む核磁気共鳴装置９０の全体構成図である。核磁気共鳴装置９０は、大きく分けて集光導入装置５５と測定器６０とで構成される。本実施例では、光源としてライト２０を、集光体としてカセグレンレンズ２５を用いるので、集光導入装置５５は、ライト２０，カセグレンレンズ２５，反射ミラー３０，光ファイバ４０，収納箱３５により構成される。図２は集光導入装置５５の拡大図である。
【０００８】
ライト２０は市販されているもので、可視光線を照射するもの、赤外線を照射するもの、紫外線を照射するもののどれを用いても良いが、ここでは可視光線を照射するものを用いるものとする。また、ライト２０の出力は数１００ｍＷ〜数Ｗである。収納箱３５の壁面には穴を開け、カセグレンレンズ２５により集光された光が収納箱３５内に入るようカセグレンレンズ２５を設置する。収納箱３５内には反射ミラー３０と光ファイバ４０の先端部を収納する。収納箱３５の床面には穴を開け、光ファイバ４０をその穴に通す。光ファイバ４０の先端部は切り落としである。反射ミラー３０は、カセグレンレンズ２５により集光した光を反射して光ファイバ４０の先端部に入射するように配置する。
【０００９】
一方、測定器６０はＮＭＲ超伝導磁石４５と測定室と試料室５０により構成されている。測定室上部には光ファイバ４０を通すための穴が開けられており、収納箱３５から出ている光ファイバ４０を、その穴に通して測定室内部に入れる。測定室はＮＭＲ超伝導磁石４５により周りを取り囲まれており、磁場がかけられている。測定室内部には試料室５０が設けられている。試料室５０は５〜１０ｍｍ径の試験管形状をしており、測定室の下方から吹き出すエアーにより測定室内部の空中に浮き、所定の角速度で回転している。試料室５０内部には試料が入っている。試料には、プラスチックや塗料や皮膜、触媒などが考えられるが、今回の試料はプラスチックであるものとする。
【００１０】
（２）処理
次に、ＮＭＲ分析による実験において、集光導入装置５５を用いて試料に光照射する方法について図２を用いて説明する。まず、ライト２０をカセグレンレンズ２５に向けて発光する。カセグレンレンズ２５は、主鏡２５ａ，幅鏡２５ｂにより、自身に発せられた光（散乱光）を集光する。カセグレンレンズ２５により集光された光は、反射ミラー３０で反射して光路変更し、光ファイバ４０の先端に入射する。光ファイバ４０は試料室５０上部までのびているので、先端から入射した光を試料室５０上部まで伝送する。試料は、その伝送された光により照射される。
【００１１】
以上説明した実施例によれば、ＮＭＲ分析による実験において、身近な市販の可視光線を発するライト２０を用いて、試料に可視光線を効率よく照射することが可能である。また、光を集光している光学系が反射光学系なので、レンズなどを通ることにより慮外の吸収が生じることもない。
【００１２】
＜第二実施例＞
（１）構成
図３は、第二実施例における集光導入装置５５を示す説明図である。第二実施例では、第一実施例における反射ミラー３０の代わりに回折格子７５が設けられている。回折格子７５は反射型のものであり、周知のように、入射した光をその波長に応じた方向に回折する。回折格子７５はモータ１０５により可動であり、光ファイバ４０の先端に目的の波長の光が入射されるよう動かすことが可能である。また、光ファイバ４０の先端部より下部の収納箱３５の床面に凹面鏡９５を備える。更に、光ファイバ４０の先端部には半透過ガラス球６５が付着している。半透過ガラス球６５は、ガラス球を光ファイバ４０の先端に取り付けた後、その外表面にプラチナや銀やアルミニウムなどの金属で蒸着したものである。
【００１３】
本実施例では、回折格子７５が可動なので、波長走査することも可能である。また、半透過ガラス球６５を光ファイバ４０の先端に付着するには、レーザ透過方式溶接方法を用いる。つまり、あらかじめ光の吸収がおきるよう半透過ガラス球６５の表面と光ファイバ４０の先端表面に数マイクロメートルのレーザ吸収剤をつけて２つをはり合わせ、接合面に焦点を合わせてＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）レーザを照射する。レーザ光はガラス内を透過し、接合面で光が熱のエネルギに変わって周囲を溶かすので、両者は接合される。
【００１４】
（２）処理
次に、集光導入装置５５を用いて試料に光照射する方法について図３を用いて説明する。ライト２０は可視光を発光しており、その光には複数の波長の光が含まれている。カセグレンレンズ２５により集光された光は、回折格子７５で反射し、波長選別され、選択波長のみ凹面鏡９５方向へ光路変更する。図４は回折格子７５の傾斜角度と波長の関係を表わしたグラフである。この関係に従って、光は波長選別される。波長選別された回折光は、回折格子の位置をモータ１０５により調節したとしても、光ファイバ４０の先端部からずれることがある。そのため、凹面鏡９５で受け、光ファイバ４０の先端部の半透過ガラス球６５に送光する。半透過ガラス球６５に入射した光は、蒸着面によりその内側で反射し、光ファイバ４０の先端からその内部に入射する。光ファイバ４０は試料室５０上部までのびているので、先端から入射した光を試料室５０上部まで伝送する。試料は、その伝送された光により照射される。なお、回折光が光ファイバ４０の先端部に一致した場合は、光は半透過ガラス６５に入射し、そのまま光ファイバ４０に入射する。
【００１５】
図５と図６は、第二実施例の集光導入装置５５を用いて光照射ＮＭＲ測定を行なった実験結果である。図５は光の波長がλ１の際の実験結果であり、図５（ａ）は光照射開始から５分経過後の、（ｂ）は１０分経過後の、（ｃ）は２０分経過後のＮＭＲ測定結果である。図５におけるＳ１は、波長λ１の光を１０分照射した時点で中間体１が発生していることを示している。一方、図６は波長がλ２の際の実験結果であり、図６（ａ）は光照射開始から５分経過後の、（ｂ）は１０分経過後の、（ｃ）は２０分経過後のＮＭＲ測定結果である。図６におけるＳ１とＳ２は、波長λ２の光を１０分照射した時点で、中間体１と中間体２が発生していることを示している。
【００１６】
以上説明した第二実施例によれば、第一実施例と同様な作用効果を奏する上、更に、目的光源のうちの欲しい波長を選別したり、波長走査したりすることが可能となる。これにより、単に光照射ＮＭＲ測定ができるだけではなく、構造変化を与える光の波長を特定することができる。よって、プラスチック等の劣化の原因を調べるといったことができる。また、凹面鏡を備え、光ファイバ４０の先端に半透過ガラス球６５を設けたことにより、回折格子７５の位置調節の精度は低くても十分な強度の光を光ファイバ４０に入射することができる。
【００１７】
＜第三実施例＞
（１）構成
第三実施例の構成を図７を用いて説明する。第三実施例では、第二実施例における凹面鏡９５の代わりに、球形の全方位凹面鏡１００を用いる。また、光ファイバ４０の先端部に付着しているガラス球は全透過ガラス球７０である。
【００１８】
（２）処理
次に、集光導入装置５５を用いて試料に光照射する方法について図７を用いて説明する。カセグレンレンズ２５により集光された光は、回折格子７５により波長選別され、選択波長のみ全方位凹面鏡１００方向へ光路変更する。波長選別された回折光は格子角度により、光ファイバ４０の先端部からずれる。全方位凹面鏡１００上部の穴から全方位凹面鏡１００内部に入射した光は、全方位凹面鏡１００の内部面で反射して、光ファイバ４０の先端部の全透過ガラス球７０に到達する。光ファイバ４０は試料室５０上部までのびているので、先端から入射した光を試料室５０上部まで伝送する。試料は、その伝送された光により照射される。なお、回折光が光ファイバ４０の先端部に一致した場合は、光は全透過ガラス７０に入射し、そのまま光ファイバ４０に入射する。
【００１９】
以上説明した第三実施例によれば、第二実施例と同様な作用効果を奏する上、更に、回折光を最大限集光でき、かつ反射散乱損失もなくなり、光を高強度にすることが可能である。
【００２０】
＜第四実施例＞
（１）構成
第四実施例の構成を図８を用いて説明する。第四実施例では、第三実施例における回折格子７５の代わりに、分光プリズム８５を用いる。また、全方位凹面鏡１００の上部に、モータ１１０により可動となっているスリット８０を設ける。分光プリズム８５は、入射した光をその波長によって異なる方向に分光する機能をもつ。
【００２１】
（２）処理
次に、集光導入装置５５を用いて試料に光照射する方法について図８を用いて説明する。カセグレンレンズ２５により集光された光は、分光プリズム８５により分光され、全方位凹面鏡１００方向へ光路変更する。分光された光はスリット８０により選択された波長の光のみ、全方位凹面鏡１００内部へ入射する。入射した光は、全方位凹面鏡１００の内部面で何度か反射して、上方から光ファイバ４０の先端部の全透過ガラス球７０に到達する。光ファイバ４０は試料室５０上部までのびているので、先端から入射した光を試料室５０上部まで伝送する。試料は、その伝送された光により照射される。
【００２２】
以上説明した第四実施例によれば、第三実施例と同様の作用効果を異なる構成で得ることが可能である。
【００２３】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこうした実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、更に様々な形態で実施しうることは勿論である。例えば、カセグレンレンズ２５により集光した光を直接光ファイバ４０の先端部に入射する構成にすることも可能である。
【００２４】
また、第二実施例や第三実施例においては回折格子７５を可動にしているが、光ファイバ４０の先端や凹面鏡９５や全方位凹面鏡１００を可動にする構成とすることも可能である。更に、第四実施例においても、スリット８０を可動としているが、分光プリズム８５や全方位凹面鏡１００や光ファイバ４０を可動にする構成としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】第一実施例における核磁気共鳴装置９０を示す説明図である。
【図２】第一実施例における集光導入装置５５を示す説明図である。
【図３】第二実施例における集光導入装置５５を示す説明図である。
【図４】回折格子７５の傾斜角度と波長の関係を表わすグラフである。
【図５】波長λ１の光照射下でのＮＭＲ測定結果を表わすグラフである。
【図６】波長λ２の光照射下でのＮＭＲ測定結果を表わすグラフである。
【図７】第三実施例における集光導入装置５５を示す説明図である。
【図８】第四実施例における集光導入装置５５を示す説明図である。
【符号の説明】
２０…ライト
２５…カセグレンレンズ
３０…反射ミラー
３５…収納箱
４０…光ファイバ
４５…ＮＭＲ超伝導磁石
５０…試料室
５５…集光導入装置
６０…測定器
６５…半透過ガラス球
７０…全透過ガラス球
７５…回折格子
８０…スリット
８５…分光プリズム
９０…核磁気共鳴装置
９５…凹面鏡
１００…全方位凹面鏡
１０５…モータ
１１０…モータ
【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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