(57)【要約】【課題】ＥＳＲ装置の検出部の試料に寄与する電磁界部の体積を小さくして、感度を上げるとともに、検出部の分解能を上げて１次元画像、２次元画像及び３次元画像ができるようにする。【解決手段】共振器を伝送線路で構成して、電磁波が空間的に広がらないようにし、しかも、電流の一番大きいところを検出部にして、感度を上げる。また、検出部をさらに細い導体にして、電流密度を一層上げて感度を上げる。しかも細い導体部が小さいので分解能が上がり、１次元、２次元及び３次元画像をできるようにする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
伝送線路を用いた共振器からなる電子スピン共鳴（ＥＳＲ）用検出器。
【請求項２】
請求項１において、共振器の１端は伝送線路を切断した状態である検出器。
【請求項３】
請求項１において、共振器をなす伝送線路の長さ方向の電流が最大に流れる部分の伝送線路を細くした検出器。
【請求項４】
請求項３において、伝送線路を細くした部分が伝送線路の端部である検出器。
【請求項５】
請求項１〜４において、ＥＳＲ信号がマイクロ波、ミリ波を入力する伝送線路に戻る、反射方式の検出器。
【請求項６】
請求項１〜４において、伝送線路がマイクロストリップラインである検出器。
【請求項７】
請求項１〜４において、伝送線路がストリップラインである検出器。
【請求項８】
請求項１〜４において、伝送線路が同軸ケーブルである検出器。
【請求項９】
請求項２〜９において、試料又は検出器を少なくとも１次元動かすことにより線画像、２次元動かすことにより２次元画像、３次元動かすことにより３次元画像を描く、画像化ＥＳＲ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本発明はＥＳＲ用検出器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】ＥＳＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｓｐｉｎ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ，電子スピン共鳴）は、電子スピン共鳴現象を利用して、分子構造の解析、磁性発生メカニズムの解析、フリーラジカルの計量による健康食品の開発などに使用する観測技術である。なお、原理は、静磁場中に電磁場を導入し、電磁場の中の磁場が静磁場に直交するように電磁場の方向をそろえる。この互いに直交する磁場の中に試料を置き、原子の外殻電子のスピンを共鳴させるものである。また、ＥＳＲに使用する検出器を大別すると、非共振器タイプと共振器タイプがある。非共振器タイプはマイクロ波、ミリ波の周波数を変化させることができるので、静磁場強度を一定にしてもあらゆる条件下でのＥＳＲ信号を検出できるので便利である。しかし、検出感度が悪い。一方、共振器タイプは、入力するマイクロ波やミリ波の周波数は、共振器の共振周波数以外では使用できない。しかし、検出感度を高くすることができる。このため、ＥＳＲの主流は共振器タイプである。
次に、共振器タイプについて説明する。
共振器を大別すると、金属製の矩形や円筒の箱の中に電磁波を導入して共振させ、この電磁波中の磁界を使用する方法と、コイルとコンデンサーからなる共振器で、コイルを通り抜ける磁界を用いる方法がある。
この２つの方法ともに、磁界が大きな体積中にあり、磁界密度を高くすることが難しい。
【発明の開示】
【発明が解決しようとしている課題】
【０００３】本発明は、磁界の体積を小さくして感度及び分解能向上をはかることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】本発明は、伝送線路を用いた共振器で、電磁界が限られた空間に存在することにより、高感度化できる検出器に関するものである。またさらに、これに加えて、試料を置く場所の導体を細くして電流密度を高めることにより、この電流によって生ずる磁界強度を高めることができ、このことによりさらに高感度化できるとともに、細いところのみでＥＳＲを検出するので、大きな試料の中の位置を特定できる。この位置が特定できることにより、ＥＳＲの画像化もできる。
【発明の効果】
【０００５】本発明の方法を用いると、以下に示す効果がある。
・  今までの感度の２倍以上の高感度化が実現する。
・  検出部分が２ｍｍ以下なので、試料または検出器を１次元、２次元又は３次元に動かすことによって、ＥＳＲの線画像、２次元画像又は３次元画像を描くことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】図１に本発明を実施するためのブロック図を示す。
発振器１から１０ＧＨｚを出力すると、サーキュレータ２に入り、検出器３に行く。この検出器３はマイクロストリップライン構造で、グランド１２の上に誘電体を挟んで信号線を配置した伝送線路の構造になっている。５が共振器で、上側の伝送線路とはギャップ１３でコンデンサ結合をしている。また、グランドとは誘電体の厚さ及びギャップ１４を通して、共振器５とコンデンサ結合している。なお、共振器は１／２波長や１波長の電気長になっていて、両端は電圧が最大で電流は最小になっている。なお、電流最大の点は１／２波長共振器の場合は共振器の中央。１波長共振器の場合は、電流最大の点は上から１／４長さ、又は上から３／４のところすなわち下から１／４長さのところが電流最大の点である。図１の場合は、１波長共振器なので、下から１／４長のところが電流最大点であり、この電流によって磁界も最大に流れる。
一方、１／４長のところの信号導体をカッターナイフ等で切って細くする。こうするとこの部分の電流が細い部分に集中するので、この周りに発生する磁界は大きく、試料を８の部分に貼り付けると感度が大きく向上する。なお、ここでは共振器が紙面に平行になっているが実際は紙面に直交している。こうすると試料を貼り付けたところの磁界の方向がコイル１０で発生する静磁界と直交し、ＥＳＲの原理通りになる。また、反射波調整器６は、試料８がＥＳＲ信号を出していないとき、サーキュレータ２に戻る反射波が最小になるように位相と振幅を調整するものである。
【実施例】
【０００７】図２にマイクロストリップライン共振器の例を示す。
共振器とは、同軸ケーブル１５で接続している。なお、共振器の電気長は１波長（１λ）にした。１０ＧＨｚでマイクロストリップラインの場合の実効比誘電率が２の場合、λは２１ｍｍである。また、ギャップ１４はプリント基板の誘電体厚さをそのまま用いる。すると共振周波数を調整するときは、端部を切断すればよい。一方、共振器の電流Ｉは両端と中央は零である。そして両端から１／４λのところの電流が大きい。すなわち電流によって生じる磁界も大きい。ラジカル剤ＤＰＰＨ１ｍｇをａ点及びｂ点に置いたところＥＳＲ信号は大きく出た。なお、信号ラインのライン幅の中央よりも端部の方が信号は大きく出た。一方、検出器がストリップラインの場合も同軸ケーブルの場合も基本は同じである。なお、試料を入れるために、ストリップライン及び同軸ケーブルのグランド及び誘電体に、例えば２ｍｍφの穴を開け、そこから試料を挿入する。なお、全ての伝送線路に言えるが、静磁界に変調をかける場合は、変調磁界が通るように、グランドの導体厚さを薄くする。
【実施例】
【０００８】図３に共振器をなす伝送線路の長さ方向の電流が最大に流れる部分の伝送線路を細くした検出器について示した。図には信号線のみ示したが左からλ／４のところの中央を幅０．２ｍｍ、長さ０．４ｍｍの細い導体にした。なお、信号線の幅は４ｍｍ、グランド幅は１０ｍｍである。図４にラジカル剤ＤＰＰＨ  １ｍｇを使用して感度の比較を示した。周波数９．３５ＧＨｚ、横軸が静磁界を３２４ｍＴから３４０ｍＴまで増加させたときの信号である。
上の信号がＱ値８０００の矩形共振器で従来一般に使用されているものである。
下の信号は、図３のマイクロストリップライン共振器を用いた場合である。細い導体を用いた場合、従来の矩形共振器と比較して、信号レベルが９倍に増加した。これは、磁界が大きな共振器全体に拡がることなく、細い導体のまわりに集中しているからである。
【実施例】
【０００９】図５に伝送線路を細くした部分が伝送線路の端部である検出器の例を示した。上部の共振器５と下部の共振器５で１つの共振器になっていて、この場合は共振器長の合計は１／２λにした。一方細い部分は電流の一番多く流れる部分で、ここは銅線で接続した。なお、細い部分の太さと長さが違うと共振周波数が違ってくるので、特に共振器長さは適宜調整する。なお、検出部が端部にある検出器は、試料に接触させ易い。また、１次元、２次元及び３次元画像をつくるときも大変便利である。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本ＥＳＲの構成図
【図２】マイクロストリップライン共振器
【図３】信号線を細くする部分の説明図
【図４】従来型矩形共振器と比較した場合の本共振器の感度
【図５】信号線を細くする部分を検出器の端部に配置した図
【符号の説明】
【００１１】１：発振器
２：サーキュレータ
３：検出器
４：コネクタ
５：共振器
６：反射波調整器
７：細い部分
８：試料
９：静磁界用発振器及び増幅器
１０：静磁界発生コイル
１１：信号増幅器
１２：グランド
１３：ギャップ
１４：ギャップ
１５：同軸ケーブル
【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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