(57)【要約】  本発明は、試料（１０３）の磁化を生成および検出する装置に関する。この装置は少なくとも、試料位置において予め規定された方向および強度の静磁場（１０２）を供給する手段（１０１）と、試料位置に付加的な磁場を供給する送信装置（１０４）と、試料（１０３）の磁化を検出する受信装置（１０４）とを有する。この場合、本発明によれば、少なくとも２つのＬＣ発振器から成る装置（１０４）が、受信装置（１０４）としても送信装置（１０４）としても、および同時に送信装置および受信装置（１０４）としても、使用可能であり、これらのＬＣ発振器の発振周波数は、これらのＬＣ発振器の誘導素子の値に依存しており、かつこれらのＬＣ発振器は、１つの結線を介して周波数同期されている。装置（１０４）の制御手段が接続されており、装置および制御手段（１０４）は、試料（１０３）の磁化を平衡状態から偏位可能な磁場を生成する、という要求を満たすものであり、試料位置は装置（１０４）の近距離場にある。装置（１０４）の出力電圧（１０５）を処理するために、この装置には、復調手段（１０６）、アナログ／ディジタル変換器、およびディジタルデータ処理手段（１０７）が、予め規定された順序で後置接続されている。ディジタルデータ処理手段（１０７）には、試料磁化およびそれに基づき求められるべき個々のスペクトル成分のスピン密度を特定する手段と、磁化を出力する手段とが設けられている。
2018535422.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料（１０３）の磁化を生成および検出する装置であって、
前記装置は、少なくとも、試料位置において予め規定された方向および強度の静磁場（１０２）を供給する手段（１０１）と、前記試料位置に付加的な磁場を供給する送信装置（１０４）と、前記試料（１０３）の磁化を検出する受信装置（１０４）と、を有しており、
少なくとも２つのＬＣ発振器（２０２）から成る装置（１０４）が、受信装置としても送信装置としても、および同時に送信装置および受信装置としても、使用可能であり、前記ＬＣ発振器（２０２）の発振周波数は、前記ＬＣ発振器（２０２）の誘導素子の値に依存しており、前記ＬＣ発振器（２０２）は、１つの結線を介して周波数同期されており、
前記装置（１０４）の制御手段が接続されており、
前記装置（１０４）および前記制御手段は、前記試料（１０３）の磁化を平衡状態から偏位可能な磁場を生成する、という要求を満たすものであり、
前記試料位置は、前記装置（１０４）の近距離場にあり、
前記装置（１０４）の出力電圧を処理する装置に、復調手段（１０６）、アナログ／ディジタル変換器およびディジタルデータ処理手段（１０７）が、予め規定された順序で後置接続されており、
前記ディジタルデータ処理手段（１０７）には、前記試料（１０３）の磁化と、前記磁化から求められるべき個々のスペクトル成分のスピン密度とを特定する手段と、磁化を出力する手段と、が設けられている、
装置。
【請求項２】
複数のＬＣ発振器から成る前記装置（１０４）の結線は、結合ネットワーク（３０８）として実装されている、
請求項１記載の装置。
【請求項３】
複数のＬＣ発振器（２０２）から成る前記装置（１０４）の結線は、ネットワークとして実装されており、
各ＬＣ発振器（２０２）は、付加的な入力端（５０５）を有しており、少なくとも１つの別のＬＣ発振器の出力電圧が、前記付加的な入力端に供給されており、前記ＬＣ発振器（２０２）は、少なくともそれぞれ２つの側で互いに結線されている、
請求項１記載の装置。
【請求項４】
前記ＬＣ発振器は、ＬＣ−ＶＣＯとして実装されている、
請求項１から３までのいずれか１項記載の装置。
【請求項５】
前記装置（１０４）および前記制御手段は、前記試料（１０３）の磁化を平衡状態から偏位可能な過渡磁場を生成する、という要求を満たすものであり、
前記試料の磁化のスペクトル成分を特定する手段は、コイルの過渡インダクタンスおよび過渡抵抗の物理的モデルをベースにしている、
請求項１から４までのいずれか１項記載の装置。
【請求項６】
変調手段は、周波数復調器であり、コイルの過渡インダクタンスおよび過渡抵抗の物理的モデルをベースに前記試料（１０３）の磁化のスペクトル成分を特定する前記手段は、
【数１】
2018535422.tif 000029
による項を含む、ただしＣ＝前記コイルの容量、Ｌ０＝前記コイルの試料に依存しないインダクタンス、ΔＬｓａｍｐｌｅ＝前記コイルの試料に依存するインダクタンス変化である、
請求項５記載の装置。
【請求項７】
変調手段は、振幅復調器であり、コイルの過渡インダクタンスおよび過渡抵抗の物理的モデルをベースに前記試料（１０３）の磁化のスペクトル成分を特定する前記手段は、
【数２】
2018535422.tif 000030
による項を含み、ただしＲｅｆｆ＝コイルの実効抵抗、Ｒ０＝コイルのオーム抵抗、Ｒｓａｍｐｌｅ，ｔｏｔ＝試料により誘導されたコイルの抵抗である、
請求項５記載の装置。
【請求項８】
前記変調手段は、周波数復調器と振幅復調器とを含み、コイルの過渡インダクタンスおよび過渡抵抗の物理的モデルをベースに前記試料（１０３）の磁化のスペクトル成分を特定する前記手段は、
【数３】
2018535422.tif 000031
による項を含む、
請求項６または７記載の装置。
【請求項９】
複数のＬＣ発振器から成る前記装置（１４１０２）は、位相制御ループ（１４０２）内に組み込まれている、
請求項１から８までのいずれか１項記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料の磁気共鳴を生成および検出する装置に関する。本発明はたとえば、電子スピン共鳴分光法および核スピン共鳴分光法において適用され、これらは特に実験物理学、化学、医療技術、または地学において使用される。
【背景技術】
【０００２】
電子スピン共鳴分光法（ＥＳＲ electron spin resonance spectroscopy、 ＥＰＲ electron paramagnetic resonanceとも呼ばれる）および核スピン共鳴分光法（ＮＭＲ nuclear magnetic resonance spectroscopy）の場合、一般にＢ０と呼ばれる静的に均質な、静的に非均質な、または動的な（パルス化されて非均質な）磁場と、一般にＢ１と呼ばれる付加的な高周波交番電磁場（ＥＳＲではたいてい１〜２６３ＧＨｚのマイクロ波領域）に、試料が晒される。
【０００３】
適切な周波数の交番磁場（Ｂ１）の入力結合および偏向によって、試料の原子核配置および／または電子配置の離散的なスピン状態のエネルギー準位間で遷移が誘導され、他方、この遷移によって交番磁場中に吸収事象が引き起こされ、それらの事象が検出される。検出された吸収事象から、試料の様々な物質分析情報が求められる。この場合、直線偏向された磁場Ｂ１は通常、Ｂ０に対し垂直に配向されている。
【０００４】
したがって、ＥＳＲ実験またはＮＭＲ実験を通して特質決定を行える試料は、磁化可能なすべての試料であり、すなわち常磁性の試料（不対電子、ＥＳＲ）または奇数の核子に基づく「正味の核スピン」を伴う原子核を有する試料（ＮＭＲ）である。また、試料は、液体でも固体でも気体でもよい。以下では、「試料」という用語は常に、上述のように磁化可能な試料という意味で用いられる。
【０００５】
スピン状態（共鳴エネルギー）のエネルギー差およびそれらに相応するスペクトル線すなわちスペクトル成分を一義的に特質決定するために、選択的に磁気回転比γを、またはランデ因子とも称するいわゆるｇ因子を、ΔＥ＝ｈ・ω＝γ・Ｂ０・ｈ＝ｇ・μＢ・Ｂ０（ｈ＝プランク定数、μＢ＝ボーア磁子、ω＝磁場の歳差運動の角周波数）に従い、用いることができる。この場合、ｇ因子は、必ずしも等方性ではなく、場合によってはテンソルとして扱う必要がある。その際、スペクトル成分は、ｇ因子に依存するだけでなく、たとえば隣り合う核スピンおよび電子スピンとの結合にも依存する。さらにこの場合、たとえば試料内部の微視的な磁気相互作用によって、スピン状態のエネルギー差がさらに変化する可能性もあり、その場合にはこれを、いわゆる完全なハミルトン相互作用演算子によって記述することができる。以下では、このような複合的な関係を、観察すべきスピン状態の共鳴事象ケースを用いて単純に書き換え、個々の相互作用についてはこれ以上は説明しない。共鳴事象ケースでは、周波数はいわゆるラーモア周波数に相応する。
【０００６】
Ｂ１磁場による励起の共鳴事象ケースでは、いわゆるラビ振動が発生する。この振動は、外部の周期的な力（たとえば振動磁場）と相互作用する量子力学的な二準位系または多準位系における振動である。励起周波数が遷移の共鳴周波数付近にあると、ラビ周波数とも呼ばれる周波数で状態の占有要素が発振する。
【０００７】
ＥＳＲ実験もＮＭＲ実験も通常は共鳴周波数で、もしくはできるかぎりその近くで実施され、別途記載がないかぎり、以下でもこのことを前提とする。
【０００８】
いわゆる「連続波」（英語：continuous wave）ＥＳＲ実験またはＮＭＲ実験の場合、交番磁場（Ｂ１）の連続的な入射と、場合によっては磁場（Ｂ０）の強度の同時の変化とによって、スピンアンサンブルの種々のエネルギー準位間の許可されたまたは弱く禁止された遷移に相応するエネルギーが求められる（共鳴事象ケース）。
【０００９】
いわゆるパルスＥＳＲ実験またはパルスＮＭＲ実験の場合、強い電磁気パルス（Ｂ１）（過渡磁場）によって、試料の巨視的磁化の配向の歳差運動が、試料における有効な磁場の方向を中心に励起され、それらの運動の緩和プロセスおよび歳差周波数が、静磁場において、または（経時可変性または局所可変性の）動磁場Ｂ０においても、検出される。緩和プロセスは、過渡（経時可変性）磁化とも称され、もしくはいわゆる過渡信号が検出される。過渡磁化の持続時間は、スピン−格子緩和時間（Ｔ１）とスピン−スピン緩和時間（Ｔ２）とによって、区切られている。ＥＳＲ実験の場合、これらの時間はサブナノ秒から秒までの領域にあるが、一般的な測定窓は１ｎｓ〜１ｍｓである。
【００１０】
励起中の緩和プロセスを回避することによって、実験のモデリングが著しく簡単になるが、そのためには、過渡磁場（Ｂ１（ｔ，ω））が生じる期間を、緩和時間よりも短くしなければならない。ＥＳＲの場合、試料の緩和時間はサブナノ秒領域にある可能性があるので、特定の試料のためにはサブナノ秒領域（＜１ｎｓ）の期間を有する過渡磁場が必要とされる。この場合、過渡磁化の期間は、スピン−格子緩和時間（Ｔ１）とスピン−スピン緩和時間（Ｔ２）との関係を介して、試料に依存する。
【００１１】
パルスＥＳＲ実験またはパルスＮＭＲ実験の場合、磁場Ｂ０を、たとえば磁気共鳴に基づく画像生成方法で用いられるように、局所線形性の可変の磁場（勾配磁場）とすることができる。
【００１２】
以下では、物理的な基礎についてさらに詳しく言及する。古典的な機械工学によれば、磁気双極子モーメント
【数１】
2018535422.tif 000003
は、磁場
【数２】
2018535422.tif 000004
において、
【数３】
2018535422.tif 000005
に従い回転モーメント
【数４】
2018535422.tif 000006
を受ける。したがって基本的に、各々の巨視的磁化
【数５】
2018535422.tif 000007
には、印加される外部磁場の形態で作用を与えることができる。その理由は、この磁化は、複数の微視的磁気モーメントの組み合わせられた作用の結果として生じるからである。ＥＳＲ実験またはＮＭＲ実験は、このことで知られている例であり、それらの実験によれば外部磁場が印加され、電子もしくは原子核のスピンおよびそれらの相互作用と結合された試料磁化
【数６】
2018535422.tif 000008
が求められる。量子力学的考察によれば、粒子のスピンは磁気双極子モーメント
【数７】
2018535422.tif 000009
に結合されているだけでなく、軌道角運動量
【数８】
2018535422.tif 000010
にも結合されており、これは
【数９】
2018535422.tif 000011
に従い、試料の物質に固有の磁気回転比γと関係づけられている。最も簡単に考察できるスピン1/2粒子のケースにおいて、各スピン間の相互作用がないと仮定すれば、印加された磁場
【数１０】
2018535422.tif 000012
内においてそれらのスピンに基づく巨視的磁化を、簡単化されたブロッホ方程式すなわち緩和項のないブロッホ関数により、
【数１１】
2018535422.tif 000013
に従い記述することができる。
【００１３】
（０．１）の結果、磁場Ｂ０と所定の角度を成すスピンに基づく磁化Ｍｓは、いわゆるラーモア周波数ωＬ＝−γ・Ｂ０に相応する角速度で、Ｂ０磁場の軸を中心に歳差運動を行う。磁化Ｍｓの偏位を、励起された経時可変性の磁場Ｂ１によって生じさせることができ、この磁場Ｂ１はたとえば、Ｂ０に対し垂直に配向され周波数ωＬを有しており、この偏位の結果、ＭｓはＢ１磁場の軸を中心に回転するようになる。
【数１２】
2018535422.tif 000014
が
【数１３】
2018535422.tif 000015
に対し平行には配向されていないこのケースは、不平衡状態に相応するので、緩和メカニズムによって、各々の横磁化Ｍｓ┴がゼロまで減衰し、縦磁化Ｍｓ||がＢ０の方向で再生成されるようになり、このことは平衡状態Ｍｓ０に相応する。緩和時間を（０．１）によるブロッホ方程式に代入して、
【数１４】
2018535422.tif 000016
により、この状況を考慮することができる。
【００１４】
M. Prisner等による論文１（Pulsed EPR Spectroscopy: Biological Applications, Annual Review of Physical Chemistry 52, 2001, P. 279-313）には、生物学的試料におけるパルスＥＳＲ実験に関する概要が示されており、さらにR. BennおよびH. Guentherによる論文２（Modern Pulse Methods in High-Resolution NMR Spectroscopy, Angewandte Chemie International Edition, Vol. 22, 1983, P. 350 - 380）には、パルスＮＭＲ実験に関して示されている。
【００１５】
独国特許発明第４２２３９０９号明細書（DE 42 23 909 C2）には、医療技術において使用するための磁気共鳴測定装置が開示されており、この場合、磁場Ｂ０を生成するためにソレノイドコイルが用いられる。送信装置または受信装置として使用される装置は、スプリットリング共振器によって構成されている。さらに、共振器信号を検出する結合装置が設けられており、これは結合ループによって実現されている。さらに別の回路ユニットを補うことで、この装置が完全なものとされている。
【００１６】
独国特許出願公開第４４１２０６４号明細書（DE 44 12 064 A1）には、電子スピン共鳴パルススペクトロメータと呼ばれる装置が開示されている。この装置は、サンプリング信号（測定信号）Ｂ１を生成する第１のマイクロ波発振器と、これよりも低いマイクロ波周波数の補助信号を生成する第２のマイクロ波発振器とを有している。これに加えて、電子スピン共鳴パルス実験に適したパルス長の混合信号を生成するための第１のミキサおよびパルス整形チャネルと、検出用の共振器とが設けられている。
【００１７】
米国特許出願公開第２０１４／０２１０４７３号明細書（US 2014/0210473 A1）には、電子スピン共鳴スペクトロメータが開示されており、これは送信装置および受信装置としてプローブチップを装備している。この場合、送信装置のための励起磁場（Ｂ１）は送信装置の外部で生成され、適切な手段を用いてプローブチップへ導かれる。このスペクトロメータをパルス化モードで駆動することもでき、この場合、パルスおよび信号の捕捉は、所定の持続時間のものであるが、これによっても試料の過渡磁化の時間分解された捕捉は不可能である。
【００１８】
T. YalcinおよびG. Boeroによる論文３（Single-chip detector for electron spin resonance spectroscopy, Review of Scientific Instruments 79, 2008, P. 094105-1 - 6）には、ＬＣ発振器を連続波ＥＳＲ実験のために適用できるようにした方法が開示されている。この方法は、ＬＣ発振器のコイルを流れる電流によって、連続的な（連続波）マイクロ波磁場（Ｂ１）を生成し、この磁場に試料が晒される、ということに基づいている。この磁場（Ｂ１）によって試料磁化に作用が及ぼされ、このことをやはりＬＣ発振器において、周波数の変化として検出することができる。線形の試料の内部のＢ磁場と磁場強度Ｈ１とは、Ｂ１磁場の（試料に依存する）周波数が十分に低いときには、互いに比例している。これは、試料の実数値の相対的な透磁率μｒと磁化率χｍとに相応し、それらの関係はμｒ＝１＋χｍである。Ｂ１磁場の周波数がこれよりも高いときには、Ｂ１磁場と磁場強度Ｈ１との間で時差が生じる可能性がある。この時差は、正弦波状の経時的推移の特別なケースでは、
【数１５】
2018535422.tif 000017
に従い、試料の複素透磁率および複素磁化率として表現することができる。
【００１９】
複素透磁率および複素磁化率についてはたとえば、N. BloembergenおよびR.V. Poundによる論文４（Radiation Damping in Magnetic Resonance Experiments, Physical Reviews, Vol 95 (1), 1954, P. 8-12）に詳しく記載されている。これによれば、静磁場Ｂ０とマイクロ波磁場Ｂ１と試料磁化Ｍｓとの関係が、試料の複素磁化を考慮しながら導入されており、この複素磁化によって、Ｈ１＝Ｂ１／μ０（μ０＝磁場定数）によるマイクロ波磁場強度Ｈ１が、連続波励起のもとでのスピンアンサンブルＭχの定常磁場と結合され、ここで
【数１６】
2018535422.tif 000018
であり、ただしωｏｓｃ０は、自由発振周波数である磁場強度Ｈ１の周波数であり、ｔは時間である。発振器の自由発振周波数は、ラーモア周波数の励起条件のもとで、この周波数に相応しなければならず、もしくはこの周波数の近くになければならない。自由発振周波数と対比して、磁化された試料の作用を受けた発振周波数の変化は、十分に小さいスピンアンサンブルであれば（つまり非線形作用は無視してよい）項
【数１７】
2018535422.tif 000019
に相応し、ただしηは曲線因子である。この項は、１次のテイラー級数近似の結果として得られるものであり、その際、これよりも高次のものは、精度を僅かに失う程度で無視することができる。
【００２０】
ＥＳＲ実験またはＮＭＲ実験に対する挑戦は、集積回路技術を用いていわゆる「シングルチップ」（ワンチッププロセッサ）としての実装を実現したことであり、これによれば実験の適用が、従来の実装に比べユーザフレンドリーになっており、微小化されて低コストでありかつエネルギー効率がよいものとなっている。
【００２１】
ＥＰＲ装置もしくはＮＭＲ装置において検出器を微小化することによって、検出器により捕捉される体積中で、磁化を確実に検出できるようにするために必要とされるスピン数に関して、検出器の検出レベルが改善され、つまりスピン感度が改善される。その際、スピン感度は、コイル／検出器の直径に比例してスケーリングされる。（等しいＢ０磁場および等しい温度のときに）３オーダだけ等方性でスケーリングすることよって、２オーダの増加がもたらされる。この場合、スピン感度は、数１０〜１００マイクロリットルの有効体積を有する体積共振器の場合には、約１０１１スピン／Ｇ・√Ｈｚのオーダで運動し、約１ナノリットルの有効体積を有する微小コイルの場合には、１０８スピン／Ｇ・√Ｈｚのオーダで運動し、このことは、微小コイルが体積コイルよりも数オーダ改善されることを意味する。これに対し、微小化しすぎると、同時に欠点ももたらされ、低密度のスピンを、もしくは試料中の比較的大きい体積についての磁化を、または試料全体としての磁化を、確実に特定するためには、測定結果が有効ではなくなり、つまり密度感度が失われる。その際、１００μｍの直径を有するコイルの密度感度（〜１００ｐｌの高感度の体積）は、約１ｍｍｏｌ／ｌ〜数１００ｍｍｏｌ／ｌのところにある。
【００２２】
微小化の利点を活用すると同時に体積における検出の損失の欠点を相殺するアプローチが、J. Anders等による論文５（A single-chip array of NMR receivers, Journal of Magnetic Resonance 201, 2009, P. 239- 249）に開示されている。ここで紹介されている装置は、８つの別個のチャネルから成る装置を含んでおり、これらのチャネルはそれぞれ、捕捉コイルと同調コンデンサと低ノイズ増幅器と５０Ωの分離増幅器とによって構成されている。各捕捉コイルは５００μｍの直径を有しており、その結果、１ｍｍ×２ｍｍの活性（検出器）面となっている。この装置の欠点は、試料中のスピンの励起が非一体的に（コイルごとに）行われる、ということである。しかもコイルごとに、１つの完全な受信装置（これは少なくとも、低ノイズ増幅器とミキサとさらに別の増幅器とアナログ／ディジタル変換器とから成る）が必要とされ、このことによって装置が複雑になる。
【００２３】
ここで微小化として一般的に理解されたいのは、たとえばＣＭＯＳ（Complementary metal-oxide-semiconductor相補型金属酸化膜半導体）などのような集積回路技術で実装されている、もしくはそのオーダが小さくなっている、ということである。
【００２４】
ＥＳＲ測定およびＮＭＲ測定のために従来技術から公知の多くの装置のさらに別の欠点は、それらの装置のエネルギー消費が大きいことである。このことは、以下のことから結果として生じる。すなわち集積回路技術で実現された微小化された僅かな装置の例外はあるが、それらのシステムは５０Ω環境のために設計されており、このことから付加的な交番磁場（Ｂ１）を生成するために、比較的大きな電力が結果として生じる、ということによる。また、これまでに提案されてきたシステムを、いっそう低コストかつ省スペースで実装できるようにする目的で、それらのシステムをさらに簡単にするよう務めるべきである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２５】
本発明の課題は、従来技術と対比して高いスピン感度を有すると同時に従来技術と対比して高い密度感度とし、これに加え簡単にかつエネルギー節約型で構成された、試料の磁気共鳴を生成および検出する装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
この課題は、請求項１記載の装置によって解決される。従属請求項には有利な実施形態が記載されている。
【００２７】
本発明による装置において予め規定された方向の磁場を生成する手段は、たとえば超電導磁石または任意の実装形態の電磁石または永久磁石によって実現されている。生成される磁場は静的であり、磁化に適した試料の磁化のために用いられる磁場Ｂ０に相応する。励起を行うＢ１磁場の周波数が共鳴条件に従い選択されるかぎり、この磁場を任意の強度のものとすることができる。
【００２８】
試料として、固体、気体および液体の試料が考慮の対象となる。液体の試料をたとえば、プレーナ型の実装形態において（たとえばＣＭＯＳ技術で）ガラス毛管内に入れることができる。Ｂ１の周波数がいわゆるＸ線帯域（約１０ＧＨｚ）までの比較的低い周波数であれば、ＬＣ発振器のコイルを、液体試料を含む毛管を内部に収容可能なボリュームコイルとして実現してもよいし、あるいはそうではなく、試料を検出器内に搬送する（マイクロ）流体システムと組み合わせてもよい。択一的にこの装置を、測定すべき液体、気体または固体中に沈めるかもしくは収容することもでき、またはたとえば噴霧によるなど他の手法でそれらと結合することもできる。位相の遷移および励起状態からの変化（遷移）を、このようにして捕捉することができる。
【００２９】
試料位置は、試料が配置される装置内にある場所であり、この場所には磁場（Ｂ０）も印加されるし、必要に応じて過渡磁場（Ｂ１）も印加される。この場所に、試料を固定および保管する手段を設けることができる。
【００３０】
少なくとも２つのＬＣ発振器から成る装置は、それぞれ単独の機能として受信装置または送信装置を成すか、または同時に送信装置および受信装置も成している（つまり両方の機能を果たす１つの装置）。
【００３１】
装置が受信装置だけを成すケースであれば、送信装置は、たとえばコイル、導体ストリップ、共振器またはアンテナなどのような、従来技術から公知の手段によって形成される。
【００３２】
装置が送信装置だけを成すケースであれば、受信装置は、たとえば共振器、アンテナ、コイルまたは導体ストリップなどのような、従来技術から公知の手段によって形成される。
【００３３】
装置が同時に送信装置も受信装置も成すケースであれば、（磁場Ｂ０に加えて）試料磁化を操作するための送信装置として、および試料磁化を検出するための受信装置として、さらに別の手段は不要である。
【００３４】
特に有利であるのは、送信装置および受信装置の双方が１つの共通の装置によって実現されている実施形態である。その理由は、このような実施形態によって特に、簡単でコストがかからず、かつ所要スペースをとらない構造が実現されるからである。
【００３５】
この場合、装置の各ＬＣ発振器は装置の使用に応じて、上述の３つのケースすべてにおいて、３つの機能すなわち受信装置、送信装置、または送信装置と受信装置の組み合わせのうち、それぞれ１つの機能を担う。
【００３６】
ＬＣ発振器は、それらの発振周波数がＬＣ発振器の誘導素子の値に依存するように、設計されている。この要求を満たすＬＣ発振器はたとえば、ハートレー発振器、コルピッツ発振器、またはアームストロング発振器、またはＬＣタンク発振器である。この場合、これらのＬＣ発振器を、固定動作周波数のＬＣ発振器として実装してもよいし、周波数帯域全体について調整可能な（電気的または機械的な）インダクタンスおよび／またはキャパシタンスを用いて設計してもよい。
【００３７】
その際、ＬＣ発振器の配置は本発明によれば、試料もしくは試料位置がＬＣ発振器の近距離場に存在するように、選定されている。
【００３８】
近距離場とは、ここでは本発明による装置に関しては、ＬＣ発振器の以下のような場として理解されたい。すなわちこの場においては、Ｂ１磁場の回転が、また、ｄｉｖ Ｂ＝０であるがゆえにＢ１磁場全体も、
【数１８】
2018535422.tif 000020
（μ０＝磁場定数）によって、誘導素子における電流密度Ｊを介して決定的に定められている。これに対し、遠距離場では波の伝播が生じており、Ｂ１磁場およびＥ１電場が、
【数１９】
2018535422.tif 000021
ただしε０＝電場定数、ｔ＝時間、によって交互に生成される。したがって近距離場について、Ｂ１磁場はＥ１電場とは十分に独立して生成可能である、ということが成り立つ。なぜならば、近距離場の領域内ではまだ波が存在しないからである。このような状況により、Ｅ１電場を最適化可能であり、もしくはこれを小さく抑えることができる。小さいＥ１電場によって、試料における電気的な損失ならびに試料の加熱による損失が最小化され、このことは本発明による装置の利点である。
【００３９】
ＬＣ発振器の空間的装置構成は、２つのＬＣ発振器よりも多い個数であれば、個々のＬＣ発振器の平面状の結合システムとして、好ましくは行列で実装されている（英語から借用して「アレイ」とも称する）。ＬＣ発振器相互間の任意の配置も実装可能である。この場合、単一の列またはチェーンという特別なケースも含まれる。ここで「平面状」という特徴表現には、平坦な実装と共に、周縁部のあるおよび周縁部のない任意の湾曲した平面（たとえば円筒表面、円錐表面、球など）も含まれる。
【００４０】
個々のＬＣ発振器について、少なくとも２０μｍのサイズまで実現可能な微小化の度合いに応じて、高いスピン感度が達成される。周波数同期された複数のＬＣ発振器の配置によって、ＬＣ発振器の個数に応じて高い密度感度を実現することができる。なぜならば、これによって受信装置の活性面が拡大されるからである。装置内の複数のＬＣ発振器の周波数同期（周波数ロック）によって、以下のことが保証される。すなわち、試料磁化の互いに関連し合う均質な操作が生じ、かつ（この操作によって引き起こされる）試料磁化の変化を特定するために、装置の発振周波数を共通に読み出すことで、互いに関連し合う検出が、装置のすべてのＬＣ発振器つまりは活性面の和として行われるようになるのである。
【００４１】
この場合、個々のＬＣ発振器の微小化の達成可能な程度は、製造技術とコイルの実装の選択とに左右される。ＬＣ発振器において公知のコイルのほかにも可能なコイルの実装は、たとえば超電導材料から成るコイルであり、またはナノメータ領域のオーダを達成可能なストリップ導体の形態のコイルである（たとえばナノワイヤーなども）。理論的には、原子レベルもしくは分子レベルのコイルの実装も想定可能である。
【００４２】
本明細書では周波数同期（周波数ロック、英語：frequency locking）とは、複数のＬＣ発振器が回路技術的手段によって強制的に等しい自由発振周波数を有する、ということである。
【００４３】
ＬＣ発振器の周波数同期は、１つの実施形態によれば、結合ネットワークとして結線することによって実現されている。「結合ネットワークによる結線」とは、１つの発振器の発振信号が、受動回路素子を介して、または能動回路素子を介しても、アレイの１つまたは複数の別の発振器へ供給される、ということを意味する。これにより得られる効果は、すべての発振器の出力信号が同じ周波数で振動する、ということである。この場合、発振信号の位相は、結合ネットワークに依存する。これによってもたらされる利点とは、このようにすれば複数の発振器の周波数が同期合わせされ、かつ結合ネットワークの適切な選択により、複数の発振器の発振信号間において、場合によっては望まれる固定された位相差を調整可能である、ということである。これにより結合ネットワークの形態次第では、位相ノイズが単独の発振器の位相ノイズよりも小さくなる。受動型の結合ネットワークであれば、能動型のネットワークよりも電力消費が少なくなる。
【００４４】
ＬＣ発振器の周波数同期は、別の実施形態によれば、以下のようなネットワーク結線によって実現されている。すなわちこの場合、各ＬＣ発振器は、付加的な入力端を有しており、少なくとも１つの別のＬＣ発振器の出力電圧が、この付加的な入力端に供給され、その際にＬＣ発振器は、少なくともそれぞれ２つの側で互いに結線されている。これにより得られる効果はやはり、すべての発振器の出力信号が同じ周波数で振動する、ということである。この場合も位相は、結合ネットワークに依存する。この場合もこれによってもたらされる利点は、このようにすれば複数の発振器の周波数が同期合わせされ、かつネットワーク結線の適切な選択により、複数の発振器の発振信号間において、やはり場合によっては望まれる固定された位相差を調整可能である、ということである。基本的にこれは単方向ネットワークであることから、受動型の結合ネットワークの場合よりも構造が簡単である。
【００４５】
ＬＣ発振器の実装は、次の実施形態によれば、ＬＣ−ＶＣＯ（Voltage Controlled Oscillator 電圧制御型発振器）によって実現されている。ＬＣ−ＶＣＯを使用することによって、発振器の周波数および振幅を、つまりはＢ１磁場の周波数および振幅を、独立して調整することができ、このことは実験条件の最適化のために有利である。周波数および振幅の独立した調整は、残存する結合の情報によって行われ、これは相応のバックグラウンド信号を一度測定することによって求められ、その後、相応に減算され、もしくは測定中に相応に相殺されることによって求められる。
【００４６】
個々のＬＣ−ＶＣＯの回路装置は、好ましくは以下のように実装されている。この場合、ＬＣ振動回路を形成するために、差動キャパシタンスダイオード（バラクタ）と差動インダクタンスとが用いられる。交差接続された２つのトランジスタは、２つのノード間の負の抵抗および非線形性によって、差動出力（すなわち出力電圧）における安定した発振を保証する。差動キャパシタンスダイオードによって、調整特性が保証される。たとえばＬＣ−ＶＣＯの電圧供給の操作によって、発振振幅の経時依存性の変量が具現化される。ＬＣ−ＶＣＯのこのような簡単な実装は、僅かな電力消費および僅かな所要スペースを保証するものであり、しかも（極低温に至るまでの）低い温度であっても動作する。
【００４７】
複数のＬＣ発振器から成る装置の発振周波数における変化は、複数のＬＣ発振器から成る装置に後置接続された復調手段によって捕捉される。復調は、周波数復調器によって行われる。アナログ信号からディジタル信号への変換は、選択される変換器もしくは復調器に応じて、変換もしくは復調の前または後に相応の手段を用いて行われる。
【００４８】
発振振幅における変化は、複数のＬＣ発振器から成る装置に後置接続された手段によって捕捉される。装置内の個々のＬＣ発振器の振幅は、結合によって同期合わせされていない。よって、それぞれ個々のＬＣ発振器各々において、そのＬＣ発振器の感応体積中の試料磁化に相応する信号を取り出すことができる。これによって、局所分解を可能にする付加的な信号が得られる。この場合、ＬＣ発振器の振幅はこのＬＣ発振器内部の結合の影響下にあり、これに合わせて信号を補正する必要がある、という点に留意されたい。振幅変調された信号を、簡単な手段を用いて個々のＬＣ発振器において取り出すことができる。このためにはＬＣ発振器ごとに、（連続波実験であれば通常はｋＨｚ領域の）信号のために１つの増幅器があればよく、この信号は固有の復調により、ＬＣ発振器の給電のために電流源を用いた場合にはそのままベースバンドで使用可能であり、ＬＣ発振器のノードにおいて取り出される。この場合にはこの信号を、ラーモア周波数によってダウンコンバージョン混合する必要がない。これによって、回路の複雑性のほか電力消費も最適化される。
【００４９】
アナログ信号からディジタル信号への変換は、選択される変換器もしくは復調器に応じて、変換もしくは復調の前または後に行われる。
【００５０】
ディジタルデータ処理手段に用意されている試料のスペクトル成分を特定する手段によって、連続波モードにおいて項（０．３）に相応するスペクトル成分の特定が実現される。
【００５１】
この場合、連続波モードにおける装置の使用は、送信装置、受信装置、または送信装置および受信装置として可能である。ただし、もっぱら受信装置として使用するためには、複数のＬＣ発振器が動作中、場合によっては操作が加わり試料に作用を及ぼすＢ１磁場も常に生成している（上述の記載参照）、という点に考慮されたい。
【００５２】
制御手段を実装するために、連続波モードにおいて２つの可能性が提供される。最初の可能性によれば、複数のＬＣ発振器から成る装置の制御手段として、制御電圧としてＬＣ発振器に供給される第１の波形を生成し、場合によっては包絡線を調整するための第２の波形を生成する手段が用いられる。これらの手段はたとえば、パーソナルコンピュータによって制御されるディジタル／アナログ変換器、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array プログラマブルロジックゲートアレイ）、マイクロコントローラ、「任意波形」ジェネレータ、または簡単なランプまたはパルスであれば関数発生器である。これらの波形は、供給されたＢ０磁場に対応する共鳴周波数を通る周波数掃引を実施するために用いられ、その際に必要に応じてロックイン増幅器による位相感応型の検出を実施する目的で、ｋＨｚ領域の正弦波形の信号を掃引に重畳可能である。第２の可能性として、T. YalcinおよびG. Boeroによる論文３に記載された慣用の磁場変調手段が用いられ、これによれば、ＬＣ発振器の制御電圧用入力端に直流電圧が印加される。
【００５３】
この装置を、試料の過渡磁化を生成および検出するために使用することもできる。過渡磁化の生成および検出について以下では、複数のＬＣ発振器から成る装置を同時に送信装置としても受信装置としても使用することに関連させて説明する。それぞれ送信装置としてのみ、または受信装置としてのみ使用する、という他の２つのケースについては、個々の機能に関連する部分だけを考慮されたい。この場合には、送信装置もしくは受信装置は、相応に公知の手段によって実現される。
【００５４】
ＬＣ発振器における過渡磁場Ｂ１（ｔ，ω）（すなわち時間的に区切られた可変の周波数ωを有する磁場）が、電圧制御型キャパシタンス（バラクタ）への適切な電圧供給によって生成される。ここで過渡磁場は、区切られた期間のＬＣ発振器における周波数の変化により生成される磁場である。その際、変化の形状は制限されておらず、たとえばステップ状に、鋸歯状に、またはピークとして、発生させることができる。
【００５５】
この場合、過渡磁場Ｂ１（ｔ，ω）を、パルス中の緩和作用を無視できるほどに過渡磁化よりも著しく短い期間に、短縮することができる。ＥＳＲの場合、試料の過渡磁化はサブナノ秒領域にある可能性があるので、特定の試料のためにはサブナノ秒領域（＜１ｎｓ）の期間を有する過渡磁場も必要とされる。この場合、過渡磁化の期間は、スピン−格子緩和時間（Ｔ１）とスピン−スピン緩和時間（Ｔ２）との関係を介して、試料に依存する。
【００５６】
しかも本発明による解決手段によれば、有利には、過渡磁場の存在中に試料の過渡磁化を検出することができる。なぜならば、従来技術から公知の共振器ベースのＥＳＲ検出器の場合とは異なり、検出電子装置を強い電磁励起パルスから保護する必要がないからである。このことは、ＬＣ発振器を送信装置および受信装置として使用すれば、試料における磁化を励起するＢ１磁場が、発振器自体においてコイル内の電流により生成される、ということに基づくものである。この場合、電流がＢ１磁場へ著しく良好に変換されることから（ビオ・サバールの法則、近距離場）、１ｍＴよりも大きいＢ１磁場のために、動作中に発生する電流（これはコイルのサイズに応じて１０ｍＡ〜２００ｍＡにある）であれば十分に間に合い、これによって他方では、必要とされる短いパルス（１０ｍＴはほぼ１ｎｓのパルス長に相応）が可能となる。この場合、発振器は、通常の磁場強度を生成するための動作中、損傷されず、または非可逆的に変化しない。また、測定の時間分解能および感度が改善される。このことは主として、測定を早めに（まだ励起中／パルスの間に）、つまりは大きな緩和作用が発生する前に開始することができる、ということによって生じる。
【００５７】
過渡磁場の期間、個数および形状は、試料の要求および試料におけるスピンアンサンブルの望ましい操作に従って選定される。
【００５８】
最も簡単なケースであれば、試料における磁化がθ＝９０°だけ傾斜させられるように（θ＝γ・Ｂ１・τｐｕｌｓ、τｐｕｌｓ＝共鳴Ｂ１磁場の印加期間、γ＝磁気回転比）、パルス長を試料に依存させて選定することができる。なぜならば、そのようにすれば特定のケースでは横磁化が最大になるからであり、これも本発明によるＬＣ共振器によって検出される。ただし一般的には、それぞれ決められた実験に有利であるならば、他のいずれの回転角であっても調整もしくは使用することができる。
【００５９】
たとえば、サブナノ秒領域のτｐｕｌｓを有する９０°パルス長（θ＝９０°）を生成するために、本発明による装置によってＢ１磁場の強度を十分な大きさにすることができるので、これによって励起中に検出が可能であることと合わせて、短いＴ２緩和時間を有する試料について、いわゆるラビ振動もじかに測定することができる。この場合、発振器給電電圧もしくは発振器零入力電流の適切な選定によって、ならびに周波数を決定するキャパシタンスに対する比としてコイルインダクタンスを適切に選定することによって、Ｂ１磁場の強度が調整される。
【００６０】
スピンアンサンブルの励起のために用いられる電圧制御型ＬＣ発振器の電圧制御型のインダクタンスまたはキャパシタンスに供給される電圧は、経時依存性の波形の形態で生じる。経時依存性の波形は、区切られた期間の電圧強度変化を含む、という点で特徴づけられている。電圧における変化により、周波数の変化を伴って電圧制御型ＬＣ発振器において過渡磁場Ｂ１（ｔ，ω）が引き起こされる。この場合、電圧の上昇もしくは低下により、バラクタの実装に応じて周波数低下または周波数上昇を生じさせることができる。ＬＣ発振器を共鳴周波数よりも低い発振周波数で動作させることにより得られる利点は、ＬＣ発振器を全体的に比較的低い発振周波数のために設計できることである。ＬＣ発振器を共鳴周波数よりも高い発振周波数で動作させることにより得られる利点は、信号の復調が簡単になることである。その際、変化の形状はやはり制限されておらず、たとえばステップ状に、鋸歯状に、またはピークとして、発生させることができる。周波数の選択は、試料の共鳴周波数において必要とされる電力密度に合わせられる。経時依存性の波形の期間、個数および形状は、試料によって予め規定される過渡磁場に対する要求に応じて選定される（上述の記載参照）。
【００６１】
ＬＣ発振器がスイッチオンされるとただちに、ＬＣ発振器のコイルを通って電流が流れるので、ただちにＢ１磁場も生成される。ただし、Ｂ１磁場の振幅は、望ましい値に到達するまでに所定の時間を要する。したがって有利であるのは、試料において励起を引き起こさないように共鳴周波数から十分に離れて隔たった第１の周波数から、第２の周波数（共鳴周波数）へ、ＬＣ発振器を切り替えることであり、その理由は、このようにすれば過渡振動プロセスが、無視できるほどに極端に短い振幅変化に低減されるからである。過渡振動プロセスを回避するか、もしくは著しく低減する目的で、その際に一般的にはＬＣ発振器を、試料磁化の励起を生じさせるべきではない時間については、第１の周波数で一定に駆動するのが望ましい。
【００６２】
連続波モードの場合のように、ここでは経時依存性の第１の波形が、制御電圧としてＬＣ発振器へ供給される。
【００６３】
ＬＣ発振器の過渡磁化の包絡線を調整する要求を満たす、ここではやはり経時依存性の第２の波形が、場合によってはさらに別の回路素子を用いることで、ＬＣ発振器の給電電圧に供給される。任意に選定可能な包絡線によって、過渡磁場の励起の均質な帯域幅の拡大が優先的に可能となり、これによって多数のスペクトル線を均質に励起することができる。
【００６４】
このようにして個々のＬＣ発振器から生成される過渡磁場Ｂ１（ｔ，ω）は、周波数および包絡線（エンベロープ）に関してそれぞれ少なくとも、Ｂ０磁場における試料の磁化をその平衡状態から偏位させる、という要求を満たすものである。このことはたとえば、ラビ振動、スピンエコーを検出する実験に対して、または簡単なＦＩＤ（free induction decay）測定において、当てはまり、それらに対して個々のパルスは要求を満たすものである。
【００６５】
複数のＬＣ発振器から成る装置の制御手段として、ＬＣ発振器から成る装置に供給される第１および第２の経時依存性の波形を生成する手段が用いられる。これらの手段はたとえば、パーソナルコンピュータによって制御されるディジタル／アナログ変換器、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array プログラマブルロジックゲートアレイ）、マイクロコントローラ、「任意波形」ジェネレータ、または簡単なランプ関数発生器およびパルス関数発生器である。
【００６６】
試料に作用する過渡磁場Ｂ１（ｔ，ω）と同時に、および／またはこの磁場に時間的に続いて、試料磁化の経時依存性の変化（過渡状態）が検出される。試料磁化の変化によって、複数のＬＣ発振器の誘導素子における変化が引き起こされ、これはそれらのＬＣ発振器の発振周波数および／または発振振幅の変化として、それらのＬＣ発振器の出力電圧において検出することができる。この目的で、ＬＣ発振器の出力電圧が取り出され、場合によっては内部の電圧ノードにおいて直接、それらの発振器の振幅復調信号が取り出される。
【００６７】
発振周波数および／または発振振幅における変化は、複数のＬＣ発振器から成る装置に後置接続された復調手段によって捕捉される。その際に復調は、それぞれ実施形態に相応するように、周波数復調器または振幅復調器によって行われる。周波数復調器と振幅復調器との組み合わせは、さらに別の実施形態に相応する。アナログ信号からディジタル信号への変換は、選択される変換器もしくは復調器に応じて、変換もしくは復調の前または後に行われる。
【００６８】
変換および／または復調されたディジタル信号は、ディジタルデータ処理手段へ導かれる。それらの信号はそこにおいて、たとえばランデ因子（ｇ因子／ｇテンソル）または試料とＢ０との共鳴周波数の比によって表現される共鳴エネルギーを求める目的で、試料の本来のスペクトル成分（試料の本来のスペクトル線）を求めるための、コイルの過渡インダクタンスおよび過渡抵抗のモデルに入力される。
【００６９】
コイルの過渡インダクタンスおよび過渡抵抗のモデルは、独国特許発明第１０２０１５１２０６４４．７号明細書（DE 10 2015 120 644.7）に詳述されている。このモデルによれば、ＬＣ発振器は、そのコイルの励磁可能領域に経時可変性の磁化を伴う試料を有しており、このＬＣ発振器の周波数が、項
【数２０】
2018535422.tif 000022
に従って設定され、ただしＣ＝コイルの容量、Ｌ０＝試料に依存するコイルのインダクタンス、ΔＬｓａｍｐｌｅ＝試料に依存するコイルのインダクタンスの変化である。
【００７０】
コイルの過渡インダクタンスおよび過渡抵抗のこのモデルの場合、コイルのインダクタンスＬ（ｔ）が、試料に依存しないコイルのインダクタンスの表現式Ｌ０と、過渡磁場において検出可能な試料のインダクタンスに関する試料に依存する表現式ΔＬｓａｍｐｌｅとの組み合わせにより、Ｌ（ｔ）＝Ｌ０（ｔ）＋ΔＬｓａｍｐｌｅ（ｔ）に従い置き換えられるが、このモデルによれば、Ｌ０、ΔＬｓａｍｐｌｅおよびＲｓａｍｐｌｅに関する以下の表現式（試料磁化に起因するコイルにおける経時可変性の損失）が設定される：
【数２１】
2018535422.tif 000023
ただしＶ＝体積、Ｖｓ＝試料体積、
【数２２】
2018535422.tif 000024
＝ユニタリ磁場、ｉ（ｔ）＝コイルの電圧降下ｖ（ｔ）に付随する電流の流れ、
【数２３】
2018535422.tif 000025
＝巨視的磁化、試料磁化、である。量Ｌ０を、コイルの幾何学的形状から直接求めることができる。
【００７１】
方程式（１．５）から以下のことが結論される、すなわち、経時可変性の磁化の存在により、試料のインダクタンスの変化が引き起こされ、これは試料全体に関する既述の磁化の積分に比例し、これは
【数２４】
2018535422.tif 000026
に従い、誘導コイルを流れる電流に合わせて正規化されている。
【００７２】
試料に関連づけられたインダクタンスΔＬｓａｍｐｌｅは、（コイルを流れる電流に合わせて正規化された）試料磁化の積分に比例しているので、試料の経時可変性の磁化を、ＬＣ発振器の発振周波数（ωｏｓｃ，χ）の瞬時の値の捕捉によって求めることができる。これに加えて、試料に関連づけられた成分のインダクタンスの変化ΔＬｓａｍｐｌｅにより引き起こされる、ωｏｓｃ０±ωｉにおける試料に属するインダクタンスのスペクトル成分によって、変調周波数ωｏｓｃ０±ωｉによる発振器の周波数の変調が生じ、したがってωｏｓｃ０±（ωｏｓｃ０±ωｉ）において発振器の電圧におけるスペクトル成分が生成される。これらのスペクトル成分は、慣用の周波数復調（ＦＭ、周波数変調）によって求めることができ、それに基づき試料のインダクタンスΔＬｓａｍｐｌｅを求めることができ、したがって試料磁化もしくはそれに属するスペクトル成分および共鳴特性も求めることができる。よって、試料磁化の強度および動特性を高い時間分解能で捕捉することができる。
【００７３】
発振器の発振振幅は、コイルの抵抗に強く依存する。一般化すると、電流源によりバイアス電圧が加えられたＬＣ発振器の発振振幅Ａｏｓｃについて、以下の項を前提とすることができる。
【数２５】
2018535422.tif 000027
ただしＲｅｆｆ＝コイルの実効抵抗、Ｒ０＝コイルのオーム抵抗、Ｒｓａｍｐｌｅ，ｔｏｔ＝試料により誘導されたコイルの抵抗である。
【００７４】
交差接続されたトランジスタペアを給電するための電流源を備えたＬＣタンクＶＣＯのケースであれば、方程式（１．８）を、
【数２６】
2018535422.tif 000028
として具体的に表すことができる。ただしｎ＝閾値以下の領域における放出因子であり、ＩＢＩＡＳ＝発振器のＤＣ零入力電流（バイアス電流）である。
【００７５】
関数（１．８）および（１．９）は、たいていの実験条件のもとではコイル抵抗Ｒ０は試料により誘導されたコイル抵抗の変化Ｒｓａｍｐｌｅ，ｔｏｔよりも著しく大きい、ということに基づき設定される。試料により誘導されたインダクタンスの変化ΔＬｓａｍｐｌｅとは異なり、試料により誘導された抵抗の変化Ｒｓａｍｐｌｅ，ｔｏｔによって、コイルの発振周波数の振幅の変調が引き起こされ、これはωｏｓｃ０±（ωｏｓｃ０±ωｉ）において発振器出力電圧におけるスペクトル成分を生じさせ、やはりこのスペクトル成分を慣用の振幅復調（ＡＭ、振幅復調）によって求めることができ、したがって磁化もしくは対応するスペクトル成分および共鳴特性も求めることができる。
【００７６】
コイルの過渡インダクタンスおよび過渡抵抗のモデルにおいて設定された関数および関係式は、パラメータの相応の選択によって連続波モードについても当てはまる。
【００７７】
したがって、慣用のＦＭ復調もしくはＡＭ復調に従って、ωｏｓｃ０±ωｉの周波数における磁化のスペクトル成分を検出することができ、発振周波数ωｏｓｃ０は既知であるので、これによって一義的かつ定量的に、周波数ωｉにおけるスペクトル成分に対応づけることができる。
【００７８】
ＦＭ復調およびＡＭ復調は、実施にあたり様々に複合的なものとなる可能性があるので、その際に検出器ハードウェアにおける相違が生じることになる。たとえばＬＣタンク発振器の場合であれば、固有のＡＭ復調とのノードが設けられており、このノードにおいてＡＭ復調を取り出すことができる。ＣＭＯＳ−ＬＣ発振器における振幅検出の基礎については、P. Kingetによる論文６（Amplitude detection inside CMOS LC oscillators, 2006 IEEE International Symposium on Circuits and Systems, Vol.1-11, Proceedings 2006, P. 5147-5150）に記載されている。ＦＭ復調のためには、たとえば位相制御ループ（アナログまたはディジタル）あるいはいわゆるティーガ−エネルギー演算子が使用される。
【００７９】
両方のスペクトル（出力電圧の周波数および振幅）の捕捉によって、固有の「ベースラインキャリブレーション」"Baseline Calibration"を行うことができる、という利点がもたらされ、つまり両方のスペクトル中に現れているスペクトル成分を、本当のものとして捉えることができ、これに対し他のすべてのものは、いわゆる測定アーチファクトである。
【００８０】
ディジタルデータ処理手段に、たとえばコンピュータプログラムの形態で用意されている、試料のスペクトル成分を特定する手段は、試料の過渡磁化のケースであれば、項（１．１）および／または（１．８）に対応する項を含んでいる。この場合、やはり実施形態に対応するように、コイルの過渡インダクタンスおよび過渡抵抗のモデルの項（１．２）〜（１．６）が考慮されている。連続波モードの実験のケースであれば、試料のスペクトル成分を特定する手段は、項（０．３）に対応する項を含んでいる。
【００８１】
連続波モードの場合、および試料の過渡磁化のケースであれば、特定されたスペクトル成分は、決められたスピンアンサンブルのスペクトル成分のスピン密度（これも経時的に振動する）を特定するために用いられ、さらにそれらの共鳴エネルギー、これはたとえばランデ係数（ｇ係数／ｇテンソル）または試料とＢ０との共鳴周波数の比によって表現される、を特定するために用いられ、それらのスペクトル成分は、やはりディジタルデータ処理手段に用意されている、そのために適した手段によって出力される。その後、出力された情報を、たとえばプロセスガイドまたは品質管理に適用するために、および画像生成を行う磁気共鳴断層撮影法のために、用いることができる。
【００８２】
たとえば過渡実験においてアーチファクトを抑圧するためなど、いくつかの用途のために、ＥＳＲ実験およびＮＭＲ実験において、励起を行うＢ１磁場の位相を所期のように設定する必要があり、そのようにすることで所期のようにコヒーレントな伝達経路（英語：coherence transfer pathway）を設定することができる。その際にこのことは、複数のＬＣ発振器から成る本発明による装置を受信装置としての機能で使用した場合には、複数のＬＣ発振器のうちの少なくとも１つを電圧制御型発振器として実装することによって、実現することができ、このようにすれば、たとえば位相制御ループを用いて外部基準周波数との同期合わせを実現することができ、その結果、１つの実施形態に対応するように、装置内のすべてのＬＣ発振器がその基準周波数に追従するようになる。この場合、共鳴状態中もしくは共鳴状態外の装置の発振周波数に相応する２つの異なる基準周波数の間で、たとえばアナログマルチプレクサを用いるなどして、切替を行うことによって、パルス化された実験を実現することができる。（共鳴状態で）周波数が等しくかつ位相が異なるそれぞれ異なる基準信号間で切替を付加的に行うことによって、いわゆる位相サイクリング（Phase-Cycling）を具現化することができる。種々の位相を、有利にはたとえば、より高い基準周波数から分周器によって生成することができる。位相サイクリングすなわちそれぞれ異なる位相のパルスを用いて相前後して励起を行うことによって、特定の遷移に対応する信号を所期のように抑圧もしくは読み出すことができる。
【００８３】
複数のＬＣ発振器から成る本発明による装置を、集積回路技術によって実装可能であり、つまり完全に能動素子によって実装可能である。個別部品の個数が削減され、場合によってはさらに別の外部部品は不要である。これによって、低コストで電力が僅かであり、場合によっては携行可能な機器を実現することができる。有利には本発明による装置は、個々の回路素子の対称的な実装が可能であり、かつ高い再現性があり、このことはたとえばＭＥＭＳ技術によって可能である。これによって、（特に振幅検出において）障害信号を低減することができる。
【００８４】
しかも、周波数同期された複数のＬＣ発振器から成る本発明による装置によって、ノイズが改善される。周波数に関して同期された複数のＬＣ発振器から成る装置は、単独の発振器の特性を示し、この発振器のノイズは、注入を行う発振器（マスタ）によって決定される。
【００８５】
本発明による装置によって初めて、連続波モードであっても試料の過渡磁化のケースでも、改善されたスピン感度とやはり改善された密度感度とを伴って、試料磁化の生成および検出を実現することができる。振幅変調された信号を装置内の個々のＬＣ発振器において取り出すことによって、必要に応じて付加的に、局所分解された信号を取得することもできる。しかもこの装置を従来技術よりも簡単に実装可能であり、かつ大きなコストをかけずに種々の試料環境に適合可能である。簡単にされた実装は、部品が削減された結果として得られるものであり、その理由は、装置内のＬＣ発振器ごとに周波数変調のための信号処理手段を設ける必要がないからであり、しかも送信装置と受信装置とを（つまり両方の機能を備えた１つの装置として）１つの装置内で実装できるからである。必要とされる信号処理手段の削減は、装置内の複数のＬＣ発振器が同期合わせされており、したがって装置の出力電圧の周波数だけを特定すればよい、ということからもたらされる。しかもスピンの励起は一体化された形態で行われ、つまり装置内の各ＬＣ発振器が送信装置として機能する。
【００８６】
本発明による装置を、標準に準拠してＥＳＲ実験およびＮＭＲ実験が実施されるあらゆる分野において使用することができ、特に医療技術の画像生成方法（磁気共鳴断層撮影法、ＭＲＴ）においても使用することができる。
【００８７】
次に、図面を参照しながら実施例に基づき本発明について詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】磁気共鳴を生成および検出する装置を概略的に示す図である。
【図２】平面状の結合システムとして複数のＬＣ発振器から成る装置を概略的に示す図である。
【図３】結合ネットワークとして結線された複数のＬＣ発振器から成る装置を概略的に示す図である。
【図４】過渡磁化を生成および検出するＬＣ−ＶＣＯの構造を示す図である。
【図５】ネットワークとして結線された複数のＬＣ発振器から成る装置を概略的に示す図である。
【図６】図５による装置における過渡磁化を生成および検出するＬＣ−ＶＣＯの構造を示す図である。
【図７】磁気共鳴を生成および検出する装置を概略的に示す図であって、この装置が送信装置としても受信装置としても用いられ、磁場Ｂ０を調整可能であることを示す図である。
【図８】磁気共鳴を生成および検出する装置を概略的に示す図であって、この装置が送信装置としても受信装置としても用いられ、磁場Ｂ０を調整可能であることを示す図である。
【図９】複数のＬＣ発振器から成る装置の共通の発振周波数のシミュレーションを制御電圧の関数として示す図である。
【図１０】ＬＣ発振器ごとにそれぞれ異なるｇ因子とそれぞれ異なる試料密度とを有するそれぞれ１つの試料を用いた、図７に示したような連続波実験において、磁場強度を調整したときの４つのＬＣ発振器から成る装置の共通の発振周波数の特性のシミュレーションを示す図である。
【図１１】ＬＣ発振器ごとにそれぞれ異なるＩ因子とそれぞれ異なる試料密度とを有するそれぞれ１つの試料を用いた、図８に示したような連続波実験において、ＬＣ発振器の自由発振周波数を調整したときの４つのＬＣ発振器から成る装置の共通の発振周波数の特性のシミュレーションを示す図である。
【図１２】結合ネットワークとして結線された行および列の複数のＬＣ発振器から成る平面状の装置を概略的に示す図である。
【図１３】ネットワークとして結線され補助入力端を備えた行および列の複数のＬＣ発振器から成る平面状の装置を概略的に示す図である。
【図１４】２つの基準発振器を備えた位相制御ループに組み込まれたＬＣ発振器の配置を概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００８９】
図１には、試料磁化を生成および検出する本発明による装置の概略図が示されている。たとえば超電導磁石、任意の実装形態の電磁石、永久磁石、または試料に内在する内部磁石（たとえば双極子場）とすることができる磁石１０１は、試料１０３が配置されている試料位置において静磁場Ｂ０ １０２を供給する。磁場Ｂ０ １０２は試料１０３において、試料１０３の磁化率に応じて磁化を誘導する。複数のＬＣ発振器から成る装置１０４は、付加的な磁場Ｂ１を生成する。複数のＬＣ発振器から成る装置１０４は、この装置１０４内のそれら複数の発振器の周波数を決定する制御電圧Ｖ（ｔｕｎ，ωｏｓｃ）として用いられる経時依存性の波形と、装置１０４内の複数のＬＣ発振器の発振振幅Ｖ（ｔｕｎ，Ａｏｓｃ）を操作するために用いられる第２の経時依存性の波形と、によって制御される（図示せず）。これらの経時依存性の波形を、パーソナルコンピュータ／ディジタルデータ処理装置（図示せず）によって供給することができ、ディジタル／アナログ変換器（図示せず）によって変換することができる。複数のＬＣ発振器から成る装置１０４の出力電圧Ｖ（ｏｓｃ，ｏｕｔ） １０５は、ＦＭ復調器１０６へ供給され、アナログ／ディジタル変換器（図示せず）によって変換され、その後、データ処理装置１０７へ転送されて、求められた値がそこから出力される。複数のＬＣ発振器から成る装置の出力電圧１０５の周波数に含まれている、試料１０３に関する情報（たとえば共鳴エネルギー）は、たとえば画像生成またはプロセスガイドなどにおける後続処理のために出力される。
【００９０】
装置１０４の複数のＬＣ発振器内部において電流が貫流するコイルによって生成される磁場が、試料１０３の磁化の操作のために用いられる。他方、その結果として生じる試料磁化の変化によって、コイルのインダクタンスの変化が引き起こされる。次いで、個々のコイルにおけるこれらの変化によって、周波数同期された複数のＬＣ発振器から成る装置１０４の周波数において変化が引き起こされる。このことから、周波数同期された複数のＬＣ発振器から成る装置１０４は、活性面が広げられた送信装置を成している。しかもこの装置は同時に、試料において引き起こされた磁化の変化のための受信装置も成しており、この変化は、結合されて周波数同期された複数のＬＣ発振器の１つの共通の発振周波数である装置１０４の発振周波数を介して、特定することができる。
【００９１】
図２には、送信装置または受信装置として、およびそれら両方の組み合わせとして使用するための、周波数同期された複数のＬＣ発振器２０２から成る装置２１０４の一般化された図が示されている。複数のＬＣ発振器の幾何学的配置は、行（ｌ）と列（ｋ）（ｌ，ｋ）で配置された個々のＬＣ発振器２０２から成る平面状の結合システムとして行われ、このことを英語から借用して「アレイ」とも称する。結合されて周波数同期された個々の（ｌ×ｋ）個のＬＣ発振器２０２の共通の発振周波数ωｏｓｃ，Ａｒｒａｙは、装置２１０４の出力電圧２０３において特定される。たとえばＦＭ復調器およびＡＭ復調器と、アナログ／ディジタル変換器と、データ処理装置と、を含むことができる読み取り電子装置２０４において、この周波数が復調されて処理される。複数のＬＣ発振器から成る装置２１０４の共通の発振周波数を、単一の制御電圧または複数の制御電圧のセットＶｔｕｎｅ ２０６によって、外部から制御することができる。
【００９２】
図３には、装置３１０４内の個々のＬＣ発振器２０２を周波数同期するための、実現可能な結線の１つの実施例が示されている。ここでは個々の発振器（１，２，．．．，ｎ）２０２各々の出力３０５が、他の発振器２０２の出力３０４に供給される。これは結合ネットワーク３０２を介して行われ、これによって、個々の発振器２０２の出力がネットワーク領域（ｓ１，ｓ２，．．．，ｓｎ）３０４により個々のまたは複数の他の発振器２０２に供給される、ということが保証される。簡単にするため図３には、個々の発振器２０２の出力が他の個々の発振器２０２に供給されるケースだけしか示されていない。結合ネットワーク３０２によれば、ネットワーク３０２内のすべての発振器２０２が１つの周波数ω（ｏｓｃ，ａｒｒａｙ）で発振する状態を生じさせる、いわゆる「インジェクションロッキング」"Injection locking"（１つの周波数の供給／注入によるロック／同期）による周波数同期が保証される。
【００９３】
図４には、磁化を生成および検出する本発明による装置においてＬＣ発振器として使用するためのＬＣ−ＶＣＯの構造が示されており、これも１つの実施形態に対応している。ＬＣ振動回路を形成するために、差動キャパシタンスダイオード（バラクタ）４０２と差動インダクタンス４０４とが用いられる。交差接続された２つのトランジスタ４０１は、２つのノード４０５／４０６間の負の抵抗および非線形性によって、差動出力（すなわち出力電圧）における安定した発振を保証する。制御電圧４０３を用いることで、差動キャパシタンスダイオード４０２によりチューニング特性が保証される。たとえばＬＣ−ＶＣＯの電圧供給の操作によって、発振振幅の経時依存性の変化が具現化される。発振振幅は、給電電圧の変調によって実現される。ＬＣ−ＶＣＯのこのような簡単な実装は、僅かな電力消費および僅かな所要スペースを保証し、しかも（極低温に至るまでの）低い温度であっても動作する。
【００９４】
図５には、装置５１０４内の個々のＬＣ発振器（１，２，．．．，ｎ）２０２を周波数同期するための、実現可能な結線のさらに別の実施例が示されている。ここでは装置５１０４の各発振器２０２が付加的な入力端５０５を有しており、この入力端に１つまたは複数の他の発振器の出力信号５０４が供給される。供給のための接続５０２は個々の発振器間で交互に行われ、これによって装置５１０４の１つの共通の発振周波数ω（ｏｓｃ，ａｒｒａｙ）を生じさせる。
【００９５】
図６には、図５による装置において使用可能なＬＣ発振器が示されている。この発振器はＬＣタンク発振器に相応するものであり、これは交差接続されたトランジスタペア４０１により定められた負の抵抗を有する。この場合、ＬＣタンクは、誘導素子４０４と容量素子４０２とによって形成されており、容量素子４０２は、入力端４０３に供給される制御電圧Ｖｔｕｎｅによって電圧制御される。周波数同期のために使用可能な付加的な入力端６０６／６０７が、トランジスタのゲートに供給される。この発振器の出力電圧はノード４０５／４０６から取り出され、装置の他の発振器において上述の入力を供給するために、この出力電圧が使用される。
【００９６】
図７には、磁場変調を伴う実験のために本発明による装置を使用するための１つの実施例が示されている。この場合、複数のＬＣ発振器から成る装置７１０４は同時に、試料（図示せず）の磁化を操作する送信装置としても、試料磁化の変化を検出する受信装置としても使用される。この場合、試料磁化の変化の検出は、出力電圧の周波数ω（ｏｓｃ，ａｒｒａｙ） ７０５の変化によって行われる。この実験は、Ｂ０静磁場７０２が調整されている間に実施される。この調整は、可変の界磁子７０１を使用することによって行われ、この界磁子７０１の磁場は、変調コイル７０１ｂにより生成される付加的な変調磁場Ｂｍ ７０２ｂによって変調される。これによって、ＦＭ復調器７０６により復調された出力信号を、ロックイン増幅器７０９を用いて位相感応型で検出できるようになる。ロックイン増幅器の出力信号は、後続処理のため慣用のアナログ／ディジタル変換器７１０によってディジタル化される。この後続処理はデータ処理装置７０７において行われ、この装置には、コイルの過渡インダクタンスおよび過渡抵抗のモデルをベースに試料のスペクトル成分を特定する手段が、コンピュータプログラム（図示せず）として用意されており、さらに求められた値を出力する手段（同じく図示せず）が用意されている。電力増幅器７１１は、十分な大きさの変調磁場Ｂｍ（試料に依存するが、たいていは数１μＴ〜数１００μＴ）を生成するために必要とされる電流（たいていは数１０ｍＡ〜数１００ｍＡ）を供給する。制御ユニット７１２は、Ｂ０磁場の周波数掃引を実施するために、データ処理装置７０７から制御信号によって制御される。
【００９７】
図８には、過渡磁場を伴う実験のために本発明による装置を使用するためのさらに別の実施例が示されている。周波数同期された複数のＬＣ発振器から成る装置８１０４は、ここでは過渡磁場を生成するために使用される。この過渡磁場は、１つまたは複数の経時依存性の波形を使用しながら生成される。この波形は、装置８１０４内の複数のＬＣ発振器のための制御電圧８１２として用いられ、ディジタルデータ処理装置８０７から供給され、ディジタル／アナログ変換器８１１によって変換される。１つまたは複数の制御電圧８１２は、ＬＣ発振器における１つの、複数の、またはすべての制御電圧入力端へ供給される。これにより装置８１０４の複数のＬＣ発振器内で生成された過渡磁場が、試料（図示せず）の磁化を操作するために用いられる。試料磁化の変化は、装置８１０４の出力電圧８０５の発振周波数ω（ｏｓｃ，ａｒｒａｙ）の変化を介して検出される。この目的で、装置の出力電圧８０５がＦＭ復調器８０６において復調され、次いでアナログ／ディジタル変換器８１０においてディジタル化され、その後、データ処理装置８０７へ供給される。データ処理装置８０７には、コイルの過渡インダクタンスおよび過渡抵抗のモデルをベースに試料のスペクトル成分を特定する手段が、コンピュータプログラム（図示せず）として用意されており、さらに求められた値を出力する手段（同じく図示せず）が用意されている。
【００９８】
図９には、図５および図６に示した周波数同期された複数のＬＣ発振器から成る装置の出力電圧の発振周波数ω（ｏｓｃ，ａｒｒａｙ）と制御電圧との依存性に関するシミュレーションが示されている。この図からはっきりわかるように、装置の出力電圧の発振周波数は、装置内の個々のＬＣ発振器の制御電圧の変化に追従している。
【００９９】
図１０には、図５および図６に示した周波数同期された４つのＬＣ発振器から成る装置の出力電圧の発振周波数の変化Δω（ｏｓｃ，ａｒｒａｙ）に関するシミュレーションが示されている。この変化は、連続波モードのＥＳＲ実験中、複数のＬＣ発振器から成る装置の活性面の領域に配置された、それぞれ異なるｇ因子を有する４つの試料によって、引き起こされる。この場合、実験の構造は、図７に示した構造に相応する。この図からわかるように、４つの異なる試料の磁化における個々の変化を、静磁場Ｂ０の変化中、複数のＬＣ発振器から成る装置の出力電圧の発振周波数において、特定することができる。ここで磁場Ｂ０およびＢ１は、試料の共鳴条件を満たしている必要がある。
【０１００】
図１１にも、図５および図６に示した周波数同期された４つのＬＣ発振器から成る装置の出力電圧の発振周波数の変化Δω（ｏｓｃ，ａｒｒａｙ）に関するシミュレーションが示されている。この変化は、過渡磁場を伴うＥＳＲ実験中、複数のＬＣ発振器から成る装置の活性面の領域に配置された、それぞれ異なるｇ因子を有する４つの試料によって、引き起こされる。この場合、実験の構造は、図８に示した構造に相応する。図１１からわかるように、適切な経時依存性の波形に基づき複数のＬＣ発振器内に過渡磁場を生じさせる制御電圧の変化中に、４つの異なる試料の磁化における個々の変化を、装置全体の発振周波数において特定することができる。ここで磁場Ｂ０およびＢ１は、試料の共鳴条件を満たしている必要がある。
【０１０１】
図１２には、平面状の装置１２１０４内の個々のＬＣ発振器２０２を周波数同期するための、実現可能な結線の１つの実施例が示されている。ここでは個々の発振器２０２各々の出力３０５が、他の発振器２０２の出力に供給される。これは結合ネットワークを介して行われ、これによって、個々の発振器２０２の出力がネットワーク領域３０９により個々のまたは複数の他の発振器２０２に供給される、ということが保証される。ここで３０７は、装置１２１０４のｌ×ｋ個の発振器出力をｌ×ｋ型結合ネットワーク３０８と接続する接続マトリックスである。結合ネットワーク３０８によれば、結合ネットワーク３０８内のすべての発振器２０２が１つの周波数ω（ｏｓｃ，ａｒｒａｙ）で発振する状態を生じさせる、いわゆる「インジェクションロッキング」"Injection locking"（１つの周波数の供給／注入によるロック／同期）による周波数同期が保証される。
【０１０２】
図１３には、平面状の装置１３１０４内の個々のＬＣ発振器２０２を周波数同期するための、実現可能な結線のさらに別の実施例が示されている。ここでは装置１３１０４の各発振器２０２が付加的な入力端５０５を有しており、この入力端に１つまたは複数の他の発振器の出力信号５０４が供給される。供給のための接続は個々の発振器間で交互に行われ、これによって装置１３１０４の１つの共通の発振周波数ω（ｏｓｃ，ａｒｒａｙ）を生じさせる。接続マトリックス３０７は、装置１３１０４のｌ×ｋ個の発振器出力を、ｌ×ｋ個のネットワーク領域３０９を有するｌ×ｋ型結合ネットワーク３０８と接続する。供給のための接続マトリックス接続３０７を介した接続は、個々の発振器間で交互に行われ、これによって装置１３１０４の１つの共通の発振周波数ω（ｏｓｃ，ａｒｒａｙ）を生じさせる。
【０１０３】
図１４には、位相制御ループ１４０２に組み込まれた複数のＬＣ発振器から成る本発明による装置１４１０４が示されている。位相制御ループを実現するためには、複数のＬＣ発振器のうちの少なくとも１つを、電圧制御型発振器として実装する必要がある。位相制御ループ１４０２によって保証されるのは、ＥＳＲ実験またはＮＭＲ実験において一連の励起パルス（過渡磁場）を生じさせるときに、共鳴周波数付近または共鳴周波数に等しい励起周波数と、そこから離れた周波数と、の間で、複数のＬＣ発振器から成る装置１４１０４が切り替えられている間に、相前後するパルスの位相情報が失われない、ということである。また、基準周波数ωｒｅｆ １４０４を２つの異なるソース（発振器ωｒｅｓ １４０５、ωｏｆｆ １４０６）から選択できるようにすることで、位相コヒーレンスが保証され、この基準周波数ωｒｅｆは、周波数ωｒｅｓ／Ｎもしくはωｏｆｆ／Ｎのところで連続的に発生する。ただしＮ＝位相制御ループ１４０２の分周係数、ωｒｅｓは共鳴周波数付近または共鳴周波数と等しい周波数、ωｏｆｆは共鳴周波数から離れた周波数である。適切なマルチプレクサ１４０７を用いて、これら両方の周波数の間の選択が行われる。位相制御ループ１４０２の基準周波数１４０４が、ωｏｆｆ／Ｎとωｒｅｓ／Ｎとの間で切り替えられると、位相制御ループ１４０２内の複数の発振器から成る装置１４１０４の周波数が、位相制御ループ１４０２内の負のフィードバックにより、ωｏｆｆとωｒｅｓとの間で相応に切り替えられる。ソースとして用いられる発振器１４０５／１４０６は、同じ周波数のところで連続的に動作するので、つまりこれらの発振器は周波数を変化させないので、それらの周波数が装置に供給される２つの期間の間ではそれらの位相も変化せず、このことはωｒｅｓの期間について特に重要である。位相制御ループ１４０２はこのループの負のフィードバック構造によって、装置１４１０４の位相を基準発振器の位相に合わせて補償調整するので、（短期間の過渡振動プロセスを無視すれば）、一連の励起パルスがそれらの位相に関してコヒーレントである、ということが保証される。しかも、一連の励起パルスとそれぞれ異なるパルスシーケンスにおけるコヒーレントな切替（phase cycling）を保証する目的で、図１４に示した回路を、図１４による各ソースに対し９０°の位相差を伴って進む基準周波数のための２つの付加的なソースによって、拡張することができる。これによって、回転座標系（rotating frame of reference）のｘ’方向およびｙ’方向における励起が可能となる。しかも回路を、相応の位相差を有する基準周波数のためにさらに別のソースを追加することで、さらに別の方向の励起が可能となるように拡張することができる。周波数復調された信号を直接取り出し可能な出力１４０３が、付加的に設けられている。
【図１】
2018535422.tif 000032
【図２】
2018535422.tif 000033
【図３】
2018535422.tif 000034
【図４】
2018535422.tif 000035
【図５】
2018535422.tif 000036
【図６】
2018535422.tif 000037
【図７】
2018535422.tif 000038
【図８】
2018535422.tif 000039
【図９】
2018535422.tif 000040
【図１０】
2018535422.tif 000041
【図１１】
2018535422.tif 000042
【図１２】
2018535422.tif 000043
【図１３】
2018535422.tif 000044
【図１４】
2018535422.tif 000045
【手続補正書】
【提出日】平成30年7月26日(2018.7.26)
【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】
試料（１０３）の磁化を生成および検出する装置であって、
前記装置は、少なくとも、試料位置において予め規定された方向および強度の静磁場（１０２）を供給する手段（１０１）と、前記試料位置に付加的な磁場を供給する送信装置（１０４）と、前記試料（１０３）の磁化を検出する受信装置（１０４）と、を有しており、
少なくとも２つのＬＣ発振器（２０２）から成る装置（１０４）の発振周波数は、前記ＬＣ発振器（２０２）の誘導素子の値に依存しており、前記ＬＣ発振器（２０２）は、１つの結線を介して周波数同期されており、かつ制御電圧により強制されて等しい発振周波数を有しており、前記装置は、単独で受信装置（１０４）としても、単独で送信装置（１０４）としても、および同時に送信装置（１０４）および受信装置（１０４）としても、使用可能であり、
前記装置（１０４）の制御手段が接続されており、
前記装置（１０４）および前記制御手段は、前記試料（１０３）の磁化を平衡状態から偏位可能な磁場を生成する、という要求を満たすものであり、
前記試料位置は、前記装置（１０４）の近距離場にあり、
前記装置（１０４）の出力電圧を処理する装置（１０４）に、復調手段（１０６）およびアナログ／ディジタル変換器（７１０，８１０，８１１）ならびにディジタルデータ処理手段（１０７）が後置接続されており、
前記ディジタルデータ処理手段（１０７）には、前記試料（１０３）の磁化のスペクトル成分と、前記スペクトル成分から求められるべき個々のスペクトル成分のスピン密度とを特定する手段と、磁化を出力する手段と、が設けられており、さらに、
前記装置（１０４）の複数のＬＣ発振器のうち１つのＬＣ発振器が、電圧制御型発振器として実装されており、前記装置（１０４）内のすべてのＬＣ発振器が１つの基準周波数を追従するように、位相制御ループ（１４０２）が接続されている、
装置。
【請求項２】
複数のＬＣ発振器から成る前記装置（１０４）の結線は、結合ネットワーク（３０８）として実装されている、
請求項１記載の装置。
【請求項３】
複数のＬＣ発振器（２０２）から成る前記装置（１０４）の結線は、ネットワークとして実装されており、
各ＬＣ発振器（２０２）は、付加的な入力端（５０５）を有しており、少なくとも１つの別のＬＣ発振器の出力電圧が、前記付加的な入力端に供給されており、
前記ＬＣ発振器（２０２）は、少なくともそれぞれ２つの側で互いに結線されている、
請求項１記載の装置。
【請求項４】
前記ＬＣ発振器は、ＬＣ−ＶＣＯとして実装されている、
請求項１から３までのいずれか１項記載の装置。
【請求項５】
前記装置（１０４）および前記制御手段は、前記試料（１０３）の磁化を平衡状態から偏位可能な過渡磁場を生成する、という要求を満たすものであり、
前記装置（１０４）の出力電圧の少なくとも１つの周波数または振幅に基づき前記試料（１０３）の磁化のスペクトル成分を特定する前記手段は、コイルの過渡インダクタンスおよび過渡抵抗の物理的モデルをベースにしている、
請求項１から４までのいずれか１項記載の装置。
【請求項６】
変調手段は、周波数復調器であり、コイルの過渡インダクタンスおよび過渡抵抗の物理的モデルをベースに前記試料（１０３）の磁化のスペクトル成分を特定する前記手段は、
【数１】
2018535422.tif 000046
による項を含む、ただしωｏｓｃ＝ＬＣ発振器の周波数、Ｃ＝前記コイルの容量、Ｌ０＝前記コイルの試料に依存しないインダクタンス、ΔＬｓａｍｐｌｅ＝前記コイルの試料に依存するインダクタンス変化である、
請求項５記載の装置。
【請求項７】
変調手段は、振幅復調器であり、コイルの過渡インダクタンスおよび過渡抵抗の物理的モデルをベースに前記試料（１０３）の磁化のスペクトル成分を特定する前記手段は、
【数２】
2018535422.tif 000047
による項を含み、ただしＡｏｓｃ＝ＬＣ発振器の発振振幅、Ｒｅｆｆ＝コイルの実効抵抗、Ｒ０＝コイルのオーム抵抗、Ｒｓａｍｐｌｅ，ｔｏｔ＝試料により誘導されたコイルの抵抗である、
請求項５記載の装置。
【請求項８】
前記変調手段は、周波数復調器と振幅復調器とを含み、コイルの過渡インダクタンスおよび過渡抵抗の物理的モデルをベースに前記試料（１０３）の磁化のスペクトル成分を特定する前記手段は、
【数３】
2018535422.tif 000048
による項を含む、
請求項６または７記載の装置。
【国際調査報告】
2018535422.tif 000049
2018535422.tif 000050
2018535422.tif 000051
2018535422.tif 000052