JP2000065910A - Apparatus and method for magnetic resonance measuring and resonator - Google Patents

Apparatus and method for magnetic resonance measuring and resonator

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JP2000065910A
JP2000065910A JP10232479A JP23247998A JP2000065910A JP 2000065910 A JP2000065910 A JP 2000065910A JP 10232479 A JP10232479 A JP 10232479A JP 23247998 A JP23247998 A JP 23247998A JP 2000065910 A JP2000065910 A JP 2000065910A
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光弘 小野
Hiroshi Hirata
拓 平田
Yuhei Shimoyama
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To realize high-sensitivity magnetic resonance measurement which suppresses noise caused by vibration. SOLUTION: A frequency modulated wave outputted from an oscillator 1 is branched into a main modulated wave and a reference modulated wave by a distributor 12. The main modulated wave is supplied to a circulator (or hybrid) 8, and led to a resonator 2. A reflected wave from the resonator 2 enshrouding (or put in the vicinity of) a sample 15, passes through the circulator (or hybrid) 8, and is supplied to a mixer 4. The mixer 4 performs detection on the basis of the reflected wave and a reference wave supplied from a phase shifter 6. The modulated frequency component of the detected output is extracted by a lock-in amplifier 11. A DC magnetic field is swept by a DC magnetic field coil 5, and a measurement processing part 14 measures electron spin resonance.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、磁気共鳴測定装置
及び測定方法及び共振器に係り、特に、周波数変調を用
いて高感度に電子スピン共鳴(Electron Spin Resonanc
e :ESR)又は核磁気共鳴(Nuclear Magnetic Reson
ance:NMR)を測定する磁気共鳴測定装置及び測定方
法、及び、主に磁気共鳴測定に用いることのできる共振
器に関する。磁気共鳴には、ESRとNMRを含む。E
SRは、電子のスピンが示すもので、主にマイクロ波等
の高い周波数(例えば10GHz等)で、弱い磁束密度
(例えば0.3T程度等)でおこる。これに対し、NM
Rは、原子核のスピンが示すもので、主に低い周波数
(例えば30MHz等)で、強い磁束密度(例えば数T
程度等)でおこる。以下の説明では、一例として、ES
Rを中心に説明するが、これらESRとNMRは物理現
象としては同様のものであるので、本発明は、これら両
者に適用することができる。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a magnetic resonance measuring apparatus, a measuring method, and a resonator, and more particularly, to a high sensitivity electron spin resonance using frequency modulation.
e: ESR or Nuclear Magnetic Reson
The present invention relates to a magnetic resonance measurement apparatus and a measurement method for measuring ance (NMR), and a resonator that can be mainly used for magnetic resonance measurement. Magnetic resonance includes ESR and NMR. E
SR is indicated by the spin of an electron, and mainly occurs at a high frequency such as a microwave (eg, 10 GHz) and a weak magnetic flux density (eg, about 0.3 T). In contrast, NM
R is indicated by the spin of the nucleus, and is mainly a low frequency (for example, 30 MHz or the like) and a strong magnetic flux density (for example, several T
Degree). In the following description, for example, ES
The following description will focus on R, but since ESR and NMR are similar in physical phenomena, the present invention can be applied to both.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、ESR法は、電子が有する磁気
モーメントの運動を利用して、フリーラジカルのような
不対電子をもつ原子や分子について測定する方法であ
る。通常、電子は、原子又は分子軌道に対をなして含ま
れるが、遷移金属イオンやラジカルでは、それらの軌道
に例えば1個の電子のみが存在する場合がある。このよ
うな電子を不対電子という。ESRの応用分野は、化
学、物理学、生物学、及び医学等のように広範囲にわた
る。最近、生体に自然発生するフリーラジカル(不対電
子をもつ分子)が、癌や老化等に関係しているのではな
いかと言われ、医学や生物学などの分野で話題になって
いる。フリーラジカルは、化学反応性が高いため、ES
Rはこれを非破壊的に測定する現在唯一の有効な方法で
ある。
2. Description of the Related Art In general, the ESR method is a method for measuring atoms or molecules having unpaired electrons such as free radicals by using the motion of a magnetic moment of electrons. Usually, electrons are included in pairs in an atomic or molecular orbital, but in transition metal ions or radicals, for example, only one electron may exist in those orbitals. Such electrons are called unpaired electrons. The application fields of ESR are wide-ranging, such as chemistry, physics, biology, and medicine. Recently, it has been said that free radicals (molecules having unpaired electrons) naturally occurring in living organisms are related to cancer, aging, and the like, and have been attracting attention in fields such as medicine and biology. Free radicals have high chemical reactivity, so ES
R is currently the only valid way to measure this non-destructively.

【0003】ESR装置には、主に、パルスESR法と
連続波ESR法(Continuous Wave−ESR法、CW−
ESR法)がある。従来のCW−ESR法は、マイクロ
波の周波数を一定にし、磁界掃引を行うことにより、E
SR信号を測定する。さらに、高感度化のために磁界変
調をかけて測定するようにしている。
The ESR apparatus mainly includes a pulse ESR method and a continuous wave ESR method (Continuous Wave-ESR method, CW-
ESR method). In the conventional CW-ESR method, the microwave frequency is kept constant and a magnetic field sweep is performed to obtain the EW.
Measure the SR signal. Further, in order to increase the sensitivity, the measurement is performed by applying a magnetic field modulation.

【0004】図10に、従来のCW−ESR装置の構成
図を示す。CW−ESR装置は、発振器101、共振器
102、変調磁界用コイル103、ミキサ104、直流
磁界用コイル105、移相器106、パワーアンプ10
7、サーキュレータ108、シグナルアンプ109、変
調用発振器110、ロックインアンプ111、分配器1
12、結合度可能1ターンコイル113、計測処理部1
14を備える。
FIG. 10 shows a configuration diagram of a conventional CW-ESR apparatus. The CW-ESR apparatus includes an oscillator 101, a resonator 102, a modulation magnetic field coil 103, a mixer 104, a DC magnetic field coil 105, a phase shifter 106, and a power amplifier 10.
7, circulator 108, signal amplifier 109, modulation oscillator 110, lock-in amplifier 111, distributor 1
12, coupling degree possible one-turn coil 113, measurement processing unit 1
14 is provided.

【0005】発振器101は、マイクロ波等の測定用搬
送波を発生するものである。発振周波数としては、例え
ば、700MHz等のLバンドなどが用いられる。共振
器102は、サーフェイスコイル型では試料に接触又は
近接させ(近傍に配置し)、ループ・ギャップ型では内
部に試料を配置する。共振器102の詳細構成は、後述
する。変調磁界用コイル103は、変調磁界を印加する
ことで、高感度の測定を実現するためのものである。ミ
キサ104は、ダブルバランスドミキサ(DBM)等が
用いられる。直流磁界用コイル105は、試料の測定部
位に直流磁界を印加して磁界掃引を行う。サーキュレー
タ108は、方向性結合器やハイブリッド等により構成
されてもよい。1ターンコイル113は、例えば同軸ケ
ーブル及び1ターンコイル等を有する。
[0005] The oscillator 101 generates a carrier wave for measurement such as a microwave. As the oscillation frequency, for example, an L band such as 700 MHz is used. The resonator 102 is brought into contact with or close to the sample in the surface coil type (disposed near), and the sample is disposed inside in the loop gap type. The detailed configuration of the resonator 102 will be described later. The modulation magnetic field coil 103 is for realizing high-sensitivity measurement by applying a modulation magnetic field. As the mixer 104, a double balanced mixer (DBM) or the like is used. The DC magnetic field coil 105 performs a magnetic field sweep by applying a DC magnetic field to the measurement site of the sample. The circulator 108 may be constituted by a directional coupler, a hybrid, or the like. The one-turn coil 113 has, for example, a coaxial cable and a one-turn coil.

【0006】図11に、従来のLバンドCW−ESR装
置に用いられる共振器と変調磁界用コイルについての構
成図を示す。周波数一定のマイクロ波が、同軸ケーブル
及び1ターンコイルを有する1ターンコイル113を介
して、共振器102内の試料115に与えられる。試料
115の挿入された共振器102から反射された反射波
は、1ターンコイル113の1ターンコイルを介してサ
ーキュレータ108に戻される。測定の際、直流磁界用
コイル105が、試料に印加する磁界を直流掃引すると
ともに、変調磁界用コイル103が磁界の時間的変化を
発生する。
FIG. 11 shows a configuration diagram of a resonator and a modulation magnetic field coil used in a conventional L-band CW-ESR device. A microwave having a constant frequency is applied to a sample 115 in the resonator 102 via a one-turn coil 113 having a coaxial cable and a one-turn coil. The reflected wave reflected from the resonator 102 in which the sample 115 is inserted is returned to the circulator 108 via the one-turn coil 113. During the measurement, the DC magnetic field coil 105 sweeps the magnetic field applied to the sample, and the modulation magnetic field coil 103 generates a temporal change in the magnetic field.

【0007】次に、CW−ESR装置の動作概略を説明
する。変調用発振器110から発信された変調信号は、
変調磁界用コイル103に供給されるとともに、ロック
インアンプ111に供給され、位相、振幅及び直流成分
が調整される。なお、変調信号は、通常弱いため、変調
磁界用コイルにはパワーアンプを介して供給される(図
中略)。発振器101から出力されたマイクロ波は、分
配器112により、主線路マイクロ波及び参照マイクロ
波に分岐される。主線路マイクロ波は、パワーアンプ1
07により目的とする電力に調整され、サーキュレータ
108に供給される。サーキュレータ108により分岐
された主線路マイクロ波は、1ターンコイル113を経
て共振器102に導かれ、共振器102内の試料115
に供給される。このとき、1ターンコイル113と共振
器102との距離を調整することで、反射を最小とする
ように調整する。試料115が内包される共振器102
から反射された反射波は、再び1ターンコイル113を
経て、サーキュレータ108に戻される。反射波は、シ
グナルアンプ109で増幅された後、ミキサ104に供
給される。
Next, an outline of the operation of the CW-ESR apparatus will be described. The modulation signal transmitted from the modulation oscillator 110 is
While being supplied to the modulation magnetic field coil 103, it is also supplied to the lock-in amplifier 111, and the phase, amplitude and DC component are adjusted. Since the modulation signal is usually weak, it is supplied to the modulation magnetic field coil via a power amplifier (omitted in the figure). The microwave output from the oscillator 101 is split by the distributor 112 into a main line microwave and a reference microwave. Main line microwave power amplifier 1
In step 07, the power is adjusted to the target power and supplied to the circulator 108. The main line microwave branched by the circulator 108 is guided to the resonator 102 via the one-turn coil 113, and the sample 115 in the resonator 102
Supplied to At this time, the distance between the one-turn coil 113 and the resonator 102 is adjusted so as to minimize the reflection. Resonator 102 in which sample 115 is included
The reflected wave reflected from is returned to the circulator 108 via the one-turn coil 113 again. The reflected wave is supplied to the mixer 104 after being amplified by the signal amplifier 109.

【0008】一方、分配器112で分配された参照マイ
クロ波は、移相器106により、共振器102からの反
射波と位相が合うように調整され、ミキサ104に供給
される。ミキサ104は、サーキュレータ108から出
力された反射波と、移相器106から供給された参照マ
イクロ波とに基づいて混合及び検波を行う。ミキサ10
4から出力された検波出力は、ロックインアンプ111
により、位相・振幅等が調整される。ロックインアンプ
111の出力であるESR信号は、計測処理部114に
導かれる。計測処理部114では、直流磁界用コイル1
05により、直流磁界を掃引することで、求められたE
SR信号に基づいて電子スピン共鳴が測定される。
On the other hand, the reference microwave distributed by the distributor 112 is adjusted by the phase shifter 106 so that the phase of the reference microwave matches the phase of the reflected wave from the resonator 102, and is supplied to the mixer 104. The mixer 104 performs mixing and detection based on the reflected wave output from the circulator 108 and the reference microwave supplied from the phase shifter 106. Mixer 10
4 is output to the lock-in amplifier 111.
With this, the phase and amplitude are adjusted. The ESR signal output from the lock-in amplifier 111 is guided to the measurement processing unit 114. In the measurement processing unit 114, the DC magnetic field coil 1
05, the DC magnetic field is swept to find the E
Electron spin resonance is measured based on the SR signal.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、CW−
ESR装置において、変調磁界用コイルを流れる電流
は、直流磁界用コイルにより発生された直流磁界により
力を受け、変調磁界用コイルが機械的な振動を引き起こ
す。また、変調磁界中の共振器には、渦電流が複雑に流
れる。さらに、同様に、渦電流は直流磁界から力を受け
るので、共振器は振動を引き起こす。これらの機械的振
動が電気的ノイズの原因となり、ESR装置の感度の向
上を妨げている。
However, the CW-
In the ESR device, the current flowing through the modulation magnetic field coil receives a force due to the DC magnetic field generated by the DC magnetic field coil, and the modulation magnetic field coil causes mechanical vibration. An eddy current flows in a complicated manner in the resonator in the modulation magnetic field. In addition, the resonators also oscillate, as eddy currents are also subject to forces from DC magnetic fields. These mechanical vibrations cause electrical noise and hinder improvement in sensitivity of the ESR device.

【0010】また、従来の技術では、感度が不足してい
たため、生体内に自然に発生するような希薄なフリーラ
ジカルを測定することは困難であった。本発明は、以上
の点に鑑み、振動によるノイズを抑えた高感度な磁気共
鳴測定装置及び測定方法、及び、主に磁気共鳴測定に用
いることのできる共振器を提供することを目的とする。
[0010] Further, in the prior art, the sensitivity was insufficient, so that it was difficult to measure a dilute free radical that naturally occurs in a living body. In view of the above, an object of the present invention is to provide a highly sensitive magnetic resonance measuring apparatus and a measuring method which suppress noise due to vibration, and a resonator which can be mainly used for magnetic resonance measurement.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明の第1の解決手段
によると、変調信号により周波数変調された変調波を発
振する発振器と、内部又は近傍に試料を有し、前記発振
器からの変調波に追従して共振周波数を変化させるよう
に、変調信号により共振周波数を可変とする共振器を備
え、前記共振器内の試料に前記発振器からの変調波を与
え、試料に印加される磁界又は変調波周波数を掃引する
ことにより、前記発振器からの変調波と前記共振器から
の反射波とに基づいて検波出力を求めるようにした磁気
共鳴測定装置を提供する。
According to a first aspect of the present invention, there is provided an oscillator for oscillating a modulated wave frequency-modulated by a modulation signal, and a sample provided inside or in the vicinity of the oscillator. A resonator that varies the resonance frequency by a modulation signal so as to change the resonance frequency so as to change the resonance frequency by applying a modulation wave from the oscillator to a sample in the resonator, and applying a modulated magnetic field or modulation applied to the sample. Provided is a magnetic resonance measurement apparatus that obtains a detection output based on a modulated wave from the oscillator and a reflected wave from the resonator by sweeping a wave frequency.

【0012】本発明の第2の解決手段によると、試料が
内包されるためのループ部とギャップ部とを有するルー
プ・ギャップ共振素子と、前記ループ・ギャップ共振素
子のギャップ部近傍に設けられたスペーサと、前記スペ
ーサを挟んで前記ループ・ギャップ共振素子の反対側で
ギャップの両側近傍にそれぞれ設けられた複数の電極
と、複数の前記電極間に接続された可変容量ダイオード
と、一方又は各々の前記電極に設けられたチョークコイ
ルを備え、前記チョークコイルを介して前記電極に電圧
を印加することにより、共振周波数を可変とする共振器
を提供する。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a loop gap resonance element having a loop portion and a gap portion for containing a sample, and a loop gap resonance element provided near the gap portion of the loop gap resonance element. A spacer, a plurality of electrodes provided on both sides of the gap on the opposite side of the loop gap resonance element with the spacer interposed therebetween, and a variable capacitance diode connected between the plurality of electrodes; A resonator having a choke coil provided on the electrode and applying a voltage to the electrode via the choke coil to vary a resonance frequency is provided.

【0013】また、本発明の第3の解決手段によると、
上述のような共振器を用いた磁気共鳴測定装置を提供す
る。さらに、本発明の第4の解決手段によると、共振器
の内部又は近傍に試料を配置し、変調信号に追従して共
振器の共振周波数を可変とし、変調信号により周波数変
調された変調波を発振し、試料に変調波を与え、試料に
印加される磁界又は変調波周波数を掃引し、変調波と共
振器からの反射波とに基づいて電子スピン共鳴又は核磁
気共鳴を測定するようにした磁気共鳴測定方法を提供す
る。
According to a third solution of the present invention,
A magnetic resonance measuring apparatus using the above-described resonator is provided. Further, according to the fourth solution of the present invention, a sample is arranged inside or near the resonator, the resonance frequency of the resonator is made variable following the modulation signal, and the modulated wave frequency-modulated by the modulation signal is changed. Oscillate, apply a modulation wave to the sample, sweep the magnetic field or modulation wave frequency applied to the sample, and measure electron spin resonance or nuclear magnetic resonance based on the modulation wave and the reflected wave from the resonator. A method for measuring magnetic resonance is provided.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】図1に、本発明に係るESR装置
の構成図を示す。ここでは、一例として、周波数変調E
SR装置(Frequency Modulation−ESR装置、FM−
ESR装置)が示されている。FM−ESR装置は、発
振器1、共振器2、変調信号コントローラ3、ミキサ
4、直流磁界用コイル5、移相器6、パワーアンプ7、
サーキュレータ8、シグナルアンプ9、変調用発振器1
0、ロックインアンプ11、分配器12、結合度可能1
ターンコイル13、計測処理部14を備える。
FIG. 1 shows a configuration diagram of an ESR device according to the present invention. Here, as an example, the frequency modulation E
SR device (Frequency Modulation-ESR device, FM-
ESR device) is shown. The FM-ESR device includes an oscillator 1, a resonator 2, a modulation signal controller 3, a mixer 4, a DC magnetic field coil 5, a phase shifter 6, a power amplifier 7,
Circulator 8, signal amplifier 9, modulation oscillator 1
0, lock-in amplifier 11, distributor 12, coupling possibility 1
A turn coil 13 and a measurement processing unit 14 are provided.

【0015】発振器1は、マイクロ波等の測定用搬送波
を発生するものである。発振周波数は、(例えば10M
Hz以上の)ラジオ波から準光学及び光学領域の周波数
とする。具体例としては、例えば、従来からESRに用
いられている200MHz、300MHz、700MH
z、1−2GHz、10GHz、その他ミリ波帯、サブ
ミリ波帯の周波数等を用いることができる。また、発振
器1は、供給された変調信号により周波数変調された変
調波を発振する。ここでは一例としてマイクロ波を発振
器1の発振源として説明する。共振器2は、サーフェイ
スコイル型では試料に接触又は近接させ(近傍に配置
し)、ループ・ギャップ型では内部に試料を配置する。
共振器2は、変調信号により共振周波数が可変とされ
る。共振器2の詳細構成は、後述する。なお、ここで
は、主にループ・ギャップ型共振器について説明する
が、サーフェイスコイル型共振器を用いて、本発明の磁
気共鳴装置を適用することもできる。
The oscillator 1 generates a carrier wave for measurement such as a microwave. The oscillation frequency is (for example, 10M
From rf to quasi-optic and optical regions. Specific examples include, for example, 200 MHz, 300 MHz, and 700 MHz conventionally used for ESR.
z, 1-2 GHz, 10 GHz, and other frequencies in the millimeter wave band and the submillimeter wave band can be used. The oscillator 1 oscillates a modulated wave frequency-modulated by the supplied modulation signal. Here, as an example, a description will be given using a microwave as an oscillation source of the oscillator 1. The resonator 2 is brought into contact with or close to the sample in the surface coil type (disposed near), and the sample is disposed inside in the loop gap type.
The resonance frequency of the resonator 2 is made variable by a modulation signal. The detailed configuration of the resonator 2 will be described later. Here, the loop gap type resonator is mainly described, but the magnetic resonance apparatus of the present invention can be applied using a surface coil type resonator.

【0016】変調信号コントローラ3は、発振器への変
調信号に追従して共振器の共振周波数を変化するよう
に、発振器1及び共振器2に変調信号を供給する。ま
た、変調信号コントローラ3は、ロックインアンプ11
にも変調信号を供給し、位相、振幅及び直流成分を調整
する。本発明では、発振器1から発振された周波数変調
波と共振器2の共振周波数とを一致させて整合をとるこ
とで、不要な反射を抑えることができる。ミキサ4は、
例えば、ダイオードによる回路、又は、検波効率の優れ
たダブルバランスドミキサ(DBM)が用いられる。直
流磁界用コイル5は、共振器2に直流磁界を印加して磁
界掃引を行う。サーキュレータ8は、方向性結合器やハ
イブリッド等により構成されてもよい。ロックインアン
プ11は、例えば100kHz等の変調周波数の成分を
通過させる帯域フィルタを備えることができる。このよ
うな帯域フィルタは、ロックインアンプ11の前段に別
個に設けても良い。1ターンコイル13は、同軸ケーブ
ル及び1ターンコイル等を備える。なお、サーキュレー
タ8は、主変調波供給部と反射波検出部としての機能を
有する。
The modulation signal controller 3 supplies a modulation signal to the oscillator 1 and the resonator 2 so as to change the resonance frequency of the resonator following the modulation signal to the oscillator. The modulation signal controller 3 includes a lock-in amplifier 11
To supply the modulation signal to adjust the phase, amplitude and DC component. According to the present invention, unnecessary reflection can be suppressed by matching the frequency modulation wave oscillated from the oscillator 1 with the resonance frequency of the resonator 2 so as to match. Mixer 4
For example, a circuit using a diode or a double balanced mixer (DBM) having excellent detection efficiency is used. The DC magnetic field coil 5 performs a magnetic field sweep by applying a DC magnetic field to the resonator 2. The circulator 8 may be configured by a directional coupler, a hybrid, or the like. The lock-in amplifier 11 can include a bandpass filter that allows a component having a modulation frequency such as 100 kHz to pass. Such a band-pass filter may be provided separately in a stage preceding the lock-in amplifier 11. The one-turn coil 13 includes a coaxial cable, a one-turn coil, and the like. The circulator 8 has a function as a main modulation wave supply unit and a reflected wave detection unit.

【0017】次に、FM−ESR装置の動作概略を説明
する。変調用発振器10から発信された変調信号は、変
調信号コントローラ3に供給される。変調信号コントロ
ーラ3は、発振器1及び共振器2に変調信号を供給す
る。発振器1から出力された周波数変調波は、分配器1
2により、主変調波及び参照変調波に分岐される。主変
調波は、パワーアンプ7により目的とする電力に調整さ
れ、サーキュレータ8に供給される。サーキュレータ8
により分岐された主変調波は、1ターンコイル13を経
て共振器2に導かれ、共振器2内の試料15に供給され
る。このとき、1ターンコイル13と共振器2との距離
を調整することで、反射を最小とするように調整するこ
とができる。試料15が内包された又は近傍に置かれた
共振器2から反射された反射波は、再び1ターンコイル
13を経て、サーキュレータ8に戻される。サーキュレ
ータ8から出力された反射波は、シグナルアンプ9で増
幅された後、ミキサ4に供給される。
Next, an outline of the operation of the FM-ESR apparatus will be described. The modulation signal transmitted from the modulation oscillator 10 is supplied to the modulation signal controller 3. The modulation signal controller 3 supplies a modulation signal to the oscillator 1 and the resonator 2. The frequency-modulated wave output from the oscillator 1
By 2, the signal is split into a main modulation wave and a reference modulation wave. The main modulation wave is adjusted to a target power by the power amplifier 7 and supplied to the circulator 8. Circulator 8
Is guided to the resonator 2 via the one-turn coil 13 and supplied to the sample 15 in the resonator 2. At this time, by adjusting the distance between the one-turn coil 13 and the resonator 2, the reflection can be adjusted to be minimized. The reflected wave reflected from the resonator 2 in which the sample 15 is included or placed in the vicinity is returned to the circulator 8 via the one-turn coil 13 again. The reflected wave output from the circulator 8 is supplied to the mixer 4 after being amplified by the signal amplifier 9.

【0018】一方、分配器12で分配された参照変調波
は、移相器6により、共振器2からの反射波と位相が合
うように調整され、ミキサ4に供給される。ミキサ4
は、サーキュレータ8から出力された反射波と、移相器
6から供給された参照変調波とに基づいて混合及び検波
を行う。ミキサ4から出力された検波出力は、ロックイ
ンアンプ11により、変調周波数成分が抽出され、増幅
される。ロックインアンプ11の出力であるESR信号
は、計測処理部14に導かれる。計測処理部14では、
直流磁界コイル5により、直流磁界を掃引することで求
められた検波出力に基づいて電子スピン共鳴吸収の微分
曲線が測定される。
On the other hand, the reference modulated wave distributed by the distributor 12 is adjusted by the phase shifter 6 so that the phase of the reference modulated wave matches the phase of the reflected wave from the resonator 2, and is supplied to the mixer 4. Mixer 4
Performs mixing and detection based on the reflected wave output from the circulator 8 and the reference modulation wave supplied from the phase shifter 6. From the detection output output from the mixer 4, a modulation frequency component is extracted and amplified by the lock-in amplifier 11. The ESR signal output from the lock-in amplifier 11 is guided to the measurement processing unit 14. In the measurement processing unit 14,
The DC magnetic field coil 5 measures the differential curve of the electron spin resonance absorption based on the detection output obtained by sweeping the DC magnetic field.

【0019】図2に、本発明に係る共振器の構成図及び
等価回路図を示す。図2(A)に示されるように、共振
周波数可変共振器は、ループ・ギャップ共振素子21、
スペーサ22、電極23、可変容量ダイオード24、チ
ョークコイル25、内部スペーサ26、内部電極27を
備える。
FIG. 2 shows a configuration diagram and an equivalent circuit diagram of a resonator according to the present invention. As shown in FIG. 2A, the variable resonance frequency resonator includes a loop gap resonance element 21;
It includes a spacer 22, an electrode 23, a variable capacitance diode 24, a choke coil 25, an internal spacer 26, and an internal electrode 27.

【0020】共振器には、ループ・ギャップ共振素子2
1のギャップ上に、テフロン等によるスペーサ22を介
して電極23が設けられる。このループ・ギャップ共振
素子21は、例えば銅に金メッキを施した素材を用いる
ことができる。また、サイズとしては、例えば、高さ2
8mm、内径28mm、外径30mm及びギャップ幅1
mmのものを用いることができる。ループ・ギャップ共
振素子のギャップの両側にこのようなスペーサ22及び
電極23が設けられる。可変容量ダイオード24は、こ
れら複数の電極23間に接続される。また、チョークコ
イル25が、各々の電極23に接続される。一方のチョ
ークコイル25は、適宜省略することもできる。
The resonator includes a loop gap resonance element 2
An electrode 23 is provided on one gap via a spacer 22 made of Teflon or the like. The loop gap resonance element 21 can be made of, for example, a material in which copper is plated with gold. The size is, for example, height 2
8mm, inner diameter 28mm, outer diameter 30mm and gap width 1
mm. Such spacers 22 and electrodes 23 are provided on both sides of the gap of the loop gap resonance element. The variable capacitance diode 24 is connected between the plurality of electrodes 23. Further, a choke coil 25 is connected to each electrode 23. One choke coil 25 can be omitted as appropriate.

【0021】なお、ループ・ギャップ共振素子21の内
部に、内部スペーサ26及び内部電極27を備えること
もできる(なお、これらは、適宜省略しても良い。)。
内部スペーサ26は、テフロンなどの適宜の誘電体で構
成される。内部スペーサ26及び内部電極27の大きさ
は、例えば、横幅はループ内周の1/3程度(約10m
m)、縦の長さはループ・ギャップ共振素子21と同程
度(約28mm)とすることができる。一般に、ループ
・ギャップ共振素子21のギャップ部からは、ループ・
ギャップ共振素子21内部へマイクロ波電界の漏れが生
じる。この電界が漏れると、試料の誘電損失によって共
振器に蓄えられるエネルギーの一部が消費されるため、
共振器のQ値が低下する。内部スペーサ26及び内部電
極27により、内部への漏れを防止し、共振器のQが低
下しないようにすることができる。
Note that an internal spacer 26 and an internal electrode 27 may be provided inside the loop gap resonance element 21 (these may be omitted as appropriate).
The internal spacer 26 is formed of an appropriate dielectric such as Teflon. The size of the internal spacer 26 and the internal electrode 27 is, for example, about 1/3 the width of the loop inner circumference (about 10 m).
m), the vertical length can be about the same as the loop gap resonance element 21 (about 28 mm). In general, the loop gap gap element
The microwave electric field leaks into the gap resonance element 21. When this electric field leaks, part of the energy stored in the resonator is consumed due to the dielectric loss of the sample,
The Q value of the resonator decreases. The internal spacer 26 and the internal electrode 27 can prevent leakage to the inside and prevent the Q of the resonator from being reduced.

【0022】また、図2(B)に、本発明に係る共振器
の等価回路を示す。FM−ESR法では、周波数変調さ
れたマイクロ波を共振器に供給するので、供給された変
調波と整合をとるためには、共振器の共振周波数も変化
させる必要がある。そこで、本発明では、上述のよう
に、ループ・ギャップ共振素子21に可変容量ダイオー
ド24等を取り付けることにより、共振周波数を可変に
できるようにした。すなわち、チョークコイル25を介
して電極23に変調電圧等の電圧を印加し、可変容量ダ
イオード24の逆バイアスを変化させることでその容量
を変化させるようにする。なお、可変容量ダイオード2
4は、なるべくQが高いものを用いて、共振器のQの低
下を防ぐとよい。
FIG. 2B shows an equivalent circuit of the resonator according to the present invention. In the FM-ESR method, a frequency-modulated microwave is supplied to the resonator, so that it is necessary to change the resonance frequency of the resonator in order to match the supplied modulated wave. Thus, in the present invention, the resonance frequency can be made variable by attaching the variable capacitance diode 24 and the like to the loop gap resonance element 21 as described above. That is, a voltage such as a modulation voltage is applied to the electrode 23 via the choke coil 25, and the reverse bias of the variable capacitance diode 24 is changed to change the capacitance. The variable capacitance diode 2
For 4, it is preferable to use a material having a high Q as much as possible to prevent a decrease in the Q of the resonator.

【0023】図3に、本発明に係る共振器の第2及び第
3の実施の形態に関する構成図を示す。図3(A)に示
される共振器は、図2(A)のスペーサ22を改良した
ものである。すなわち、ここでは、スペーサ33は、両
方の電極32に共通にひとつのもので構成されている。
また、図3(B)に示される共振器は、スペーサ35上
に他の電極34をさらに備えたものである。これによ
り、可変容量ダイオードの結合を減らして、共振器のQ
を上げることができる。また、図3(C)は、図3
(B)の電極34を変更したものであり、形状をテーパ
状にした他の電極36を有するものである。電極36
を、キャップ付近の幅が変化するような方向(図示の矢
印方向)に対して移動させることにより、共振周波数を
微調整することもできる。なお、内部スペーサ26及び
内部電極27は、適宜付加又は省略することができる。
FIG. 3 is a block diagram showing the second and third embodiments of the resonator according to the present invention. The resonator shown in FIG. 3A is a modification of the spacer 22 shown in FIG. That is, in this case, the spacer 33 is constituted by one common to both the electrodes 32.
Further, the resonator shown in FIG. 3B further includes another electrode 34 on the spacer 35. Thereby, the coupling of the variable capacitance diode is reduced, and the Q of the resonator is reduced.
Can be raised. Further, FIG.
(B) is a modification of the electrode 34, and has another electrode 36 having a tapered shape. Electrode 36
Is moved in a direction in which the width in the vicinity of the cap changes (the direction of the arrow shown in the figure), so that the resonance frequency can be finely adjusted. Note that the internal spacer 26 and the internal electrode 27 can be added or omitted as appropriate.

【0024】つぎに、ミキサ4による検波動作を説明す
る。図4に、ミキサの回路図の一例を示す。この実施の
形態では、一例として検波効率が良いミキサ4にDBM
を用いている。入力(a)は、試料からの反射波であ
り、入力(b)は、参照変調波である。また、出力
(c)には、入力(a)及び(b)の積に比例した値が
検波出力として出力される。
Next, the detection operation by the mixer 4 will be described. FIG. 4 shows an example of a circuit diagram of the mixer. In this embodiment, as an example, the mixer 4 having good detection efficiency is provided with a DBM.
Is used. The input (a) is a reflected wave from the sample, and the input (b) is a reference modulated wave. Further, a value proportional to the product of the inputs (a) and (b) is output as a detection output to the output (c).

【0025】つぎに、説明を単純にするために、反射波
の振幅変調には正弦波の振幅変調がかかると仮定して説
明する。図5に、ミキサの検波動作を説明する波形概略
図を示す。発振器から共振器へ向かうマイクロ波(主変
調波)は周波数変調波であり、次式のように表され、ま
た、図5(A)のような波形となる。
Next, for the sake of simplicity, the explanation will be made on the assumption that amplitude modulation of a sine wave is applied to amplitude modulation of a reflected wave. FIG. 5 is a schematic waveform diagram illustrating the detection operation of the mixer. The microwave (main modulation wave) traveling from the oscillator to the resonator is a frequency modulation wave, which is represented by the following equation, and has a waveform as shown in FIG.

【0026】[0026]

【数1】 また、電子スピン共鳴現象の起きている試料を内包する
又は近傍に置く共振器で反射したマイクロ波(反射波)
は、次式のように表され、また、図5(B)のような波
形となる。
(Equation 1) In addition, microwaves (reflected waves) reflected by a resonator containing or near a sample in which electron spin resonance occurs.
Is represented by the following equation, and has a waveform as shown in FIG.

【0027】[0027]

【数2】 つぎに、DBMの検波後の波形、即ち出力(c)は、入
力(a)及び(b)の積に比例する信号となり、次式の
ように表され、また、図5(C)のような波形となる。
(Equation 2) Next, the waveform after detection of the DBM, that is, the output (c) becomes a signal proportional to the product of the inputs (a) and (b), and is expressed by the following equation, and as shown in FIG. Waveform.

【0028】[0028]

【数3】 以上のようにして、DBM検波後のスペクトラムが求め
られる。
(Equation 3) As described above, the spectrum after DBM detection is obtained.

【0029】図6に、DBM出力のスペクトラム図の一
例を示す。この図は、発振器1の搬送波700MHz、
変調周波数100kHz、周波数偏移1MHzとした結
果である。また、振幅変調の変調度を、図6(A)では
0.2、図6(B)では0.3としたものである。ES
Rによるマイクロ波エネルギーの吸収(以下、吸収とい
う。)が生じると、反射波の周波数変調波に振幅変調が
かかる。その際、図示されるように、その変調度が大き
くなると変調周波数100kHzの周波数成分が変調度
に比例して大きくなることがわかる。
FIG. 6 shows an example of a spectrum diagram of the DBM output. This figure shows a carrier 700 MHz of the oscillator 1,
The result is a modulation frequency of 100 kHz and a frequency shift of 1 MHz. The modulation degree of the amplitude modulation is 0.2 in FIG. 6A and 0.3 in FIG. 6B. ES
When microwave energy is absorbed by R (hereinafter referred to as absorption), amplitude modulation is applied to the frequency-modulated wave of the reflected wave. At this time, as shown in the figure, it can be seen that when the degree of modulation increases, the frequency component at the modulation frequency of 100 kHz increases in proportion to the degree of modulation.

【0030】このような検波出力に基づいてロックイン
アンプが備える狭帯域周波数選択特性により、100k
Hz以外のスペクトラムを除去して、この100kHz
成分のみを抽出することにより、この振幅に比例した直
流出力が得られる。
Based on the narrow band frequency selection characteristic of the lock-in amplifier based on the detection output, 100 k
The spectrum other than Hz is removed, and this 100 kHz
By extracting only the component, a DC output proportional to this amplitude is obtained.

【0031】ここで、DBM検波した場合に得られるス
ペクトラムについて説明する。図7に、周波数変調によ
り測定されるESR信号の説明図を示す。周波数変調さ
れたマイクロ波が共振器内の試料に与えられ、電子スピ
ン共鳴現象を起こしている状態を想定する。図7(A)
に示されるように、試料に与えられる主変調波には周波
数変調がかかっているので、試料の電子スピン共鳴によ
る吸収量は変調され、直流磁界を掃引すると吸収量の変
化の度合いは、共鳴吸収曲線に沿って変化する。すなわ
ち、試料を内包する(又は近傍に置く)共振器の入力イ
ンピーダンスに変調がかかることになり、FM−ESR
法の電子スピン共鳴状態では、共振器から周波数変調波
に振幅変調がかかった反射波が生じることになる。よっ
て、図7(B)のような吸収型ESR信号は、周波数変
調により図7(C)のような一次微分型のESR信号に
変換される。すなわち、一次微分型のESR信号によ
り、ゼロクロスの位置を測定することで、高感度に電子
スピン共鳴磁界Hが求められる。
Here, a spectrum obtained when DBM detection is performed will be described. FIG. 7 is an explanatory diagram of an ESR signal measured by frequency modulation. It is assumed that a frequency-modulated microwave is applied to a sample in a resonator, causing an electron spin resonance phenomenon. FIG. 7 (A)
As shown in the figure, the frequency of the main modulation wave applied to the sample is frequency-modulated, so that the amount of absorption by the electron spin resonance of the sample is modulated. It varies along a curve. That is, the input impedance of the resonator containing (or placed near) the sample is modulated, and the FM-ESR
In the electron spin resonance state of the method, a reflected wave in which the frequency modulation wave is amplitude-modulated from the resonator is generated. Therefore, an absorption-type ESR signal as shown in FIG. 7B is converted into a first-order differential ESR signal as shown in FIG. 7C by frequency modulation. That is, the electron spin resonance magnetic field H can be obtained with high sensitivity by measuring the position of the zero crossing using the first derivative type ESR signal.

【0032】また、上述のようなESR信号を測定する
際に磁界掃引の代わりに、周波数掃引を用いても同様の
ESR信号吸収曲線を得ることができる。すなわち、 hf=gβH (ここで、h:プランク定数、f:周波数、g:定数、
β:定数、H:直流磁界)の関係から、磁界Hと周波数
fが比例しているからである。周波数掃引によると、掃
引時間を短縮することができ、多量の信号を測定するこ
とができる。そのためS/N比を改善し、一層高感度と
することができる。本発明は、磁界掃引の代わりに周波
数掃引を用いた磁気共鳴測定装置に、同様に適用するこ
とができる。
Further, when measuring an ESR signal as described above, a similar ESR signal absorption curve can be obtained by using a frequency sweep instead of a magnetic field sweep. That is, hf = gβH (where h: Planck's constant, f: frequency, g: constant,
This is because the magnetic field H is proportional to the frequency f from the relationship of β: constant, H: DC magnetic field. According to the frequency sweep, the sweep time can be shortened, and a large amount of signals can be measured. Therefore, the S / N ratio can be improved, and the sensitivity can be further increased. The present invention can be similarly applied to a magnetic resonance measurement apparatus using frequency sweep instead of magnetic field sweep.

【0033】次に、図8に、ESR信号の測定値を表す
説明図を示す。この図では、一例として、試料をDPP
H(diphenylpicrylhydrazyl)粉末20mgとした場合
の、ESR信号の直流磁界に対する変化が示される。
Next, FIG. 8 is an explanatory diagram showing measured values of the ESR signal. In this figure, as an example, the sample is DPP
The change in the ESR signal with respect to the DC magnetic field when H (diphenylpicrylhydrazyl) powder is 20 mg is shown.

【0034】また、図9に、従来の磁界変調CW−ES
R法と本発明のFM−ESR法との比較説明図を示す。
図9(A)は従来の磁界変調CW−ESR法、図9
(B)は本発明に係るFM−ESR法によるESR信号
をそれぞれ示す。これらは、中心周波数700MHz及
び変調周波数100kHzと同一とし、共振器も条件を
同じくするために、可変容量ダイオードを取り付けた同
一のものを用いた。CW−ESRの変調磁界は、FM−
ESRの周波数編移1MHzに相当する0.0714mTpp
(ミリテスラ・ピーク・ツウ・ピーク)とした。このと
き、S/Nは、CW−ESRによる測定では約10.5
であったのに対し、FM−ESRでは約12.4であ
り、本発明の方がやや高感度であるという結果が得られ
た。
FIG. 9 shows a conventional magnetic field modulation CW-ES.
FIG. 3 shows a comparative explanatory diagram of the R method and the FM-ESR method of the present invention.
FIG. 9A shows a conventional magnetic field modulation CW-ESR method.
(B) shows an ESR signal by the FM-ESR method according to the present invention, respectively. These were the same as the center frequency of 700 MHz and the modulation frequency of 100 kHz, and the same resonator with a variable capacitance diode was used to make the conditions the same. The modulation magnetic field of CW-ESR is FM-
0.0714mTpp equivalent to 1MHz ESR frequency transfer
(Millitesla peak-to-peak). At this time, the S / N was about 10.5 in the measurement by CW-ESR.
On the other hand, it was about 12.4 in FM-ESR, and the result that the sensitivity of the present invention was slightly higher was obtained.

【0035】ESR装置の感度をさらに上げるためには
以下のことが考えられる。例えば、大きなESR信号を
得るためには、発振器の周波数偏移をESR信号の波形
が歪まない程度に大きくすると良い。このとき、共振器
での不要な反射を抑え、周波数変調波に対して共振器の
整合をしっかりとると良い。
The following can be considered to further increase the sensitivity of the ESR device. For example, in order to obtain a large ESR signal, it is preferable to increase the frequency shift of the oscillator so that the waveform of the ESR signal is not distorted. At this time, it is preferable that unnecessary reflection at the resonator is suppressed, and the matching of the resonator with respect to the frequency modulation wave is firm.

【0036】[0036]

【発明の効果】本発明によると、以上のように、振動に
よるノイズを抑えた高感度な磁気共鳴測定装置及び測定
方法及び主に磁気共鳴測定に用いることのできる共振器
を提供することができる。
As described above, according to the present invention, it is possible to provide a highly sensitive magnetic resonance measuring apparatus and a measuring method which suppress noise due to vibration, and a resonator which can be used mainly for magnetic resonance measurement. .

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係るESR装置の構成図。FIG. 1 is a configuration diagram of an ESR device according to the present invention.

【図2】本発明に係る共振器の第1の実施の形態に関す
る構成図及び等価回路図。
FIG. 2 is a configuration diagram and an equivalent circuit diagram according to a first embodiment of the resonator according to the present invention.

【図3】本発明に係る共振器の第2及び第3の実施の形
態に関する構成図。
FIG. 3 is a configuration diagram according to second and third embodiments of the resonator according to the present invention.

【図4】ミキサの回路図。FIG. 4 is a circuit diagram of a mixer.

【図5】ミキサの検波動作を説明する波形概略図。FIG. 5 is a schematic waveform diagram illustrating a detection operation of the mixer.

【図6】DBM出力のスペクトラム図FIG. 6 is a spectrum diagram of a DBM output.

【図7】周波数変調により測定されるESR信号の説明
図。
FIG. 7 is an explanatory diagram of an ESR signal measured by frequency modulation.

【図8】ESR信号の測定値を表す説明図。FIG. 8 is an explanatory diagram showing a measured value of an ESR signal.

【図9】従来の磁界変調CW−ESR法と本発明のFM
−ESR法との比較説明図。
FIG. 9 shows a conventional magnetic field modulation CW-ESR method and the FM of the present invention.
-Comparison explanatory drawing with ESR method.

【図10】従来のCW−ESR装置の構成図。FIG. 10 is a configuration diagram of a conventional CW-ESR apparatus.

【図11】従来のLバンドCW−ESR装置に用いられ
る共振器と変調磁界用コイルについての構成図。
FIG. 11 is a configuration diagram showing a resonator and a modulation magnetic field coil used in a conventional L-band CW-ESR device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 発振器 2 共振器 3 変調信号コントローラ 4 ミキサ 5 直流磁界用コイル 6 移相器 7 パワーアンプ 8 サーキュレータ 9 シグナルアンプ 10 変調用発振器 11 ロックインアンプ 12 分配器 13 結合度可能1ターンコイル 14 計測処理部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Oscillator 2 Resonator 3 Modulation signal controller 4 Mixer 5 DC magnetic field coil 6 Phase shifter 7 Power amplifier 8 Circulator 9 Signal amplifier 10 Modulation oscillator 11 Lock-in amplifier 12 Distributor 13 Coupling degree possible one-turn coil 14 Measurement processing unit

Claims (13)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】変調信号により周波数変調された変調波を
発振する発振器と、 内部又は近傍に試料を有し、前記発振器からの変調波に
追従して共振周波数を変化させるように、変調信号によ
り共振周波数を可変とする共振器を備え、 前記共振器内の試料に前記発振器からの変調波を与え、
試料に印加される磁界又は変調波周波数を掃引すること
により、前記発振器からの変調波と前記共振器からの反
射波とに基づいて検波出力を求めるようにした磁気共鳴
測定装置。
An oscillator for oscillating a modulated wave frequency-modulated by a modulation signal, and a sample in or near the oscillator, wherein a modulation signal is applied so as to change a resonance frequency following a modulation wave from the oscillator. Comprising a resonator that varies the resonance frequency, applying a modulated wave from the oscillator to a sample in the resonator,
A magnetic resonance measuring apparatus wherein a detection output is obtained based on a modulated wave from the oscillator and a reflected wave from the resonator by sweeping a magnetic field or a modulated wave frequency applied to a sample.
【請求項2】変調信号により周波数変調された変調波を
発振する発振器と、 内部又は近傍に試料を有し、変調信号により共振周波数
を可変とする共振器と、 前記発振器からの変調波に追従して前記共振器の共振周
波数を変化させるように、前記発振器及び前記共振器に
変調信号を供給する変調信号コントローラと、 前記試料に直流磁界を印加する直流磁界用コイルと、 前記発振器から出力された変調波を主変調波及び参照変
調波に分岐する分配器と、 前記分配器により分岐された主変調波を前記共振器に供
給する主変調波供給部と、 前記共振器から反射された反射波を検出する反射波検出
部と、 前記反射波検出部により検出された反射波と前記参照変
調波とに基づいて検波を行うミキサを備え、 前記共振器内の試料に前記発振器からの変調波を与え、
試料に印加される磁界又は変調波周波数を掃引すること
により、前記発振器からの変調波と前記共振器からの反
射波とに基づいて検波出力を求めるようにした磁気共鳴
測定装置。
2. An oscillator for oscillating a modulated wave frequency-modulated by a modulation signal, a resonator having a sample in or near the interior thereof, the resonance frequency being variable by the modulation signal, and following a modulation wave from the oscillator. A modulation signal controller that supplies a modulation signal to the oscillator and the resonator so as to change the resonance frequency of the resonator; a DC magnetic field coil that applies a DC magnetic field to the sample; and an output from the oscillator. A splitter that splits the modulated wave into a main modulation wave and a reference modulation wave, a main modulation wave supply unit that supplies the main modulation wave split by the splitter to the resonator, and a reflection reflected from the resonator. A reflected wave detection unit that detects a wave; and a mixer that performs detection based on the reflected wave detected by the reflected wave detection unit and the reference modulation wave. Given the harmonics,
A magnetic resonance measuring apparatus wherein a detection output is obtained based on a modulated wave from the oscillator and a reflected wave from the resonator by sweeping a magnetic field or a modulated wave frequency applied to a sample.
【請求項3】変調信号が入力され、検波出力に基づいて
変調周波数成分を抽出することにより、電子スピン共鳴
信号又は核磁気共鳴信号を出力するロックインアンプを
さらに備えた請求項1又は2に記載の磁気共鳴測定装
置。
3. The lock-in amplifier according to claim 1, further comprising a lock-in amplifier that receives the modulation signal and extracts a modulation frequency component based on a detection output to output an electron spin resonance signal or a nuclear magnetic resonance signal. The magnetic resonance measurement apparatus according to claim 1.
【請求項4】試料に与えられる直流磁界を掃引すること
により、前記ロックインアンプから出力された電子スピ
ン共鳴信号に基づいて、電子スピン共鳴又は核磁気共鳴
を測定する計測処理部をさらに備えた請求項1乃至3の
いずれかに記載の磁気共鳴測定装置。
4. A measurement processing unit for measuring electron spin resonance or nuclear magnetic resonance based on an electron spin resonance signal output from the lock-in amplifier by sweeping a DC magnetic field applied to a sample. The magnetic resonance measurement apparatus according to claim 1.
【請求項5】前記共振器に入力される変調信号を増幅す
るアンプをさらに備えた請求項1乃至4のいずれかに記
載の磁気共鳴測定装置。
5. The magnetic resonance measuring apparatus according to claim 1, further comprising an amplifier for amplifying a modulation signal input to said resonator.
【請求項6】前記発振器からの変調波は、ラジオ波から
準光学及び光学領域までの周波数のいずれかの周波数を
用いたことを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記
載の磁気共鳴測定装置。
6. The magnetic resonance apparatus according to claim 1, wherein the modulated wave from the oscillator uses any one of frequencies from a radio wave to a quasi-optic and an optical region. measuring device.
【請求項7】試料が内包されるためのループ部とギャッ
プ部とを有するループ・ギャップ共振素子と、 前記ループ・ギャップ共振素子のギャップ部近傍に設け
られたスペーサと、 前記スペーサを挟んで前記ループ・ギャップ共振素子の
反対側でギャップの両側近傍にそれぞれ設けられた複数
の電極と、 複数の前記電極間に接続された可変容量ダイオードと、 一方又は各々の前記電極に設けられたチョークコイルを
備え、 前記チョークコイルを介して前記電極に電圧を印加する
ことにより、共振周波数を可変とする共振器。
7. A loop gap resonance element having a loop portion and a gap portion for containing a sample, a spacer provided near a gap portion of the loop gap resonance element, and A plurality of electrodes provided on the opposite side of the loop-gap resonance element on both sides of the gap, a variable capacitance diode connected between the plurality of electrodes, and a choke coil provided on one or each of the electrodes. A resonator that varies a resonance frequency by applying a voltage to the electrode via the choke coil.
【請求項8】前記スペーサは、複数の前記電極に対して
共通にひとつ設けられているか又は前記電極毎にそれぞ
れ設けられていることを特徴とする請求項7に記載の共
振器。
8. The resonator according to claim 7, wherein one of said spacers is provided in common for a plurality of said electrodes, or provided for each of said electrodes.
【請求項9】前記スペーサを挟んで前記ループ・ギャッ
プ共振素子の反対側でギャップの近傍に設けられた他の
電極をさらに備えたことを特徴とする請求項8に記載の
共振器。
9. The resonator according to claim 8, further comprising another electrode provided near the gap on the opposite side of the loop gap resonance element with the spacer interposed therebetween.
【請求項10】前記請求項7乃至9のいずれかに記載の
共振器を用いた、請求項1乃至8のいずれかに記載の磁
気共鳴測定装置。
10. A magnetic resonance measurement apparatus according to claim 1, wherein the resonator according to any one of claims 7 to 9 is used.
【請求項11】共振器の内部又は近傍に試料を配置し、 変調信号に追従して共振器の共振周波数を可変とし、 変調信号により周波数変調された変調波を発振し、 試料に変調波を与え、 試料に印加される磁界又は変調波周波数を掃引し、 変調波と共振器からの反射波とに基づいて電子スピン共
鳴又は核磁気共鳴を測定するようにした磁気共鳴測定方
法。
11. A sample is arranged inside or near a resonator, a resonance frequency of the resonator is made variable by following a modulation signal, a modulation wave frequency-modulated by the modulation signal is oscillated, and the modulation wave is applied to the sample. A magnetic resonance measuring method for sweeping a magnetic field or a modulated wave frequency applied to a sample, and measuring electron spin resonance or nuclear magnetic resonance based on the modulated wave and a reflected wave from the resonator.
【請求項12】変調信号により周波数変調された変調波
を発振し、 変調波を主変調波及び参照変調波に分岐し、 発振された変調波又は主変調波に追従して共振周波数を
可変とした共振器の内部又は近傍に試料を配置し、 試料に印加する磁界又は変調波周波数を掃引し、 分岐された主変調波を試料に導き、 共振器から反射された反射波と参照波とに基づいて検波
出力を求め、 検波出力に基づいて電子スピン共鳴又は核磁気共鳴を測
定するようにした磁気共鳴測定方法。
12. A modulated wave frequency-modulated by a modulated signal is oscillated, the modulated wave is branched into a main modulated wave and a reference modulated wave, and the resonance frequency is made variable by following the oscillated modulated wave or the main modulated wave. The sample is placed inside or near the resonator, and the magnetic field or modulated wave frequency applied to the sample is swept, the branched main modulated wave is guided to the sample, and the reflected wave reflected from the resonator and the reference wave A magnetic resonance measurement method comprising: obtaining a detection output based on the detection output; and measuring electron spin resonance or nuclear magnetic resonance based on the detection output.
【請求項13】変調信号が入力され、検波出力に基づい
て変調周波数成分を抽出することにより、電子スピン共
鳴信号又は核磁気共鳴を出力するようにした請求項12
に記載の磁気共鳴測定方法。
13. An electronic spin resonance signal or nuclear magnetic resonance is output by receiving a modulation signal and extracting a modulation frequency component based on a detection output.
4. The magnetic resonance measurement method according to 1.
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