JP2002328156A - 局部磁場発生素子及びコンデンサ素子を備えるｎｍｒ平面コイル - Google Patents
局部磁場発生素子及びコンデンサ素子を備えるｎｍｒ平面コイルInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】特に効果的なコイル構造を利用する磁気共鳴高
周波共鳴器を提供する 【解決手段】核磁気共鳴プローブの改良された超電導コ
イルは、電気的に接続される磁場発生素子よりアクティ
ブ試料容積から離れた部分に配置されるコンデンサ素子
を使用する。試料容積は実質的に長方形の形状であり、
磁場発生素子はこの形状の長軸に対して実質的に平行に
走り、一方でコンデンサ素子は長軸に対して直交して走
る。磁場発生素子とコンデンサ素子は長方形の形状の中
心からの距離に応じて長さが変化する。ループによって
形成されるコンデンサの総数は実施態様によってことな
り、代表的には必要な共鳴周波数に依存する。コイルは
サブコイルを使用して、その各々に複数の磁場発生素子
とこれに一体化してコンデンサ素子とを含むことがで
き、コンデンサ素子は長方形の形状の両辺に配置される
ようにするのが望ましい。
周波共鳴器を提供する 【解決手段】核磁気共鳴プローブの改良された超電導コ
イルは、電気的に接続される磁場発生素子よりアクティ
ブ試料容積から離れた部分に配置されるコンデンサ素子
を使用する。試料容積は実質的に長方形の形状であり、
磁場発生素子はこの形状の長軸に対して実質的に平行に
走り、一方でコンデンサ素子は長軸に対して直交して走
る。磁場発生素子とコンデンサ素子は長方形の形状の中
心からの距離に応じて長さが変化する。ループによって
形成されるコンデンサの総数は実施態様によってことな
り、代表的には必要な共鳴周波数に依存する。コイルは
サブコイルを使用して、その各々に複数の磁場発生素子
とこれに一体化してコンデンサ素子とを含むことがで
き、コンデンサ素子は長方形の形状の両辺に配置される
ようにするのが望ましい。
Description
【０００１】
【発明が属する技術分野】本発明は核磁気共鳴（ＮＭ
Ｒ）スペクトル分析装置（ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）
及び顕微鏡（ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）用のＲＦ用探子
（以下、ＲＦプローブ）に関し、さらに詳しくは、ＮＭ
Ｒ信号の送受信用共鳴コイルに関する。
Ｒ）スペクトル分析装置（ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）
及び顕微鏡（ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）用のＲＦ用探子
（以下、ＲＦプローブ）に関し、さらに詳しくは、ＮＭ
Ｒ信号の送受信用共鳴コイルに関する。
【０００２】
【従来の技術】ＮＭＲスペクトル分析装置用プローブに
おいては、試料は静止磁場内に置かれ、そのときの磁場
が試料内部の原子核を磁場の方向に整列させる。送信コ
イル及び受信コイルは組み合わされて単一のコイルまた
は一組のコイルを形成するように構成されており、試料
の近くに配置したプローブ内に置かれる。送信コイルは
静止磁場の方向に対して直交するＲＦ磁場を印加して原
子核の整列を揺動させる。次にこの送信信号を遮断する
と、サンプルからの共鳴ＲＦ信号が受信コイルで検出さ
れる。スペクトル分析装置の感度は多くの要因により左
右され、この要因には静止磁場の強度、ＲＦコイルと試
料の間のカップリングの強さ、ＲＦコイルの抵抗が含ま
れる。
おいては、試料は静止磁場内に置かれ、そのときの磁場
が試料内部の原子核を磁場の方向に整列させる。送信コ
イル及び受信コイルは組み合わされて単一のコイルまた
は一組のコイルを形成するように構成されており、試料
の近くに配置したプローブ内に置かれる。送信コイルは
静止磁場の方向に対して直交するＲＦ磁場を印加して原
子核の整列を揺動させる。次にこの送信信号を遮断する
と、サンプルからの共鳴ＲＦ信号が受信コイルで検出さ
れる。スペクトル分析装置の感度は多くの要因により左
右され、この要因には静止磁場の強度、ＲＦコイルと試
料の間のカップリングの強さ、ＲＦコイルの抵抗が含ま
れる。
【０００３】現在、多くの市販ＮＭＲスペクトル分析装
置では普通の金属例えば銅や、普通の金属の組み合わせ
で作ったＲＦコイルが使われている。感度を最大限にす
るようにコイル設計について多くの研究が行なわれてい
る。例えば、感度の高いカップリングを実現するため、
ソレノイド、サドル型コイル、バードケ−ジ型コイルな
どの構造を含むコイルが作られ、これらは全て高い充填
率（ｆｉｌｌｉｎｇｆａｃｔｏｒ）を有している。ただ
し、各々の場合で、これらのコイル材料の抵抗が感度を
制限していた。ＲＦコイルを冷却してその抵抗を減少さ
せることが提案されている。しかし冷却した場合でも従
来の通常の金属のコイルの感度はその抵抗によって制限
される。
置では普通の金属例えば銅や、普通の金属の組み合わせ
で作ったＲＦコイルが使われている。感度を最大限にす
るようにコイル設計について多くの研究が行なわれてい
る。例えば、感度の高いカップリングを実現するため、
ソレノイド、サドル型コイル、バードケ−ジ型コイルな
どの構造を含むコイルが作られ、これらは全て高い充填
率（ｆｉｌｌｉｎｇｆａｃｔｏｒ）を有している。ただ
し、各々の場合で、これらのコイル材料の抵抗が感度を
制限していた。ＲＦコイルを冷却してその抵抗を減少さ
せることが提案されている。しかし冷却した場合でも従
来の通常の金属のコイルの感度はその抵抗によって制限
される。
【０００４】ＮＭＲスペクトル分析装置のＲＦコイルで
従来の通常金属の代わりに超伝導体を使用することが以
前から提案されている。例えば、Ｍａｒｅｋの米国特許
第５，２４７、２５６号では薄膜超電導コイルを使用す
るＮＭＲスペクトル分析装置用にいくつかのＲＦ受信コ
イル構造が記載されている。
従来の通常金属の代わりに超伝導体を使用することが以
前から提案されている。例えば、Ｍａｒｅｋの米国特許
第５，２４７、２５６号では薄膜超電導コイルを使用す
るＮＭＲスペクトル分析装置用にいくつかのＲＦ受信コ
イル構造が記載されている。
【０００５】高温超伝導体（ＨＴＳ：ｈｉｇｈ ｔｅｍ
ｐｅｒａｔｕｒｅ ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）コ
イルを使って得られる利点は顕著である。ＨＴＳコイル
は非常に抵抗が小さく現在利用可能な冷却システムで実
現可能な温度で（２０度Ｋ超）強磁界で動作する。コイ
ルのＱ（ｑｕａｌｉｔｙ ｆａｃｔｏｒ）はコイル効率
の有効な尺度である。Ｑ＝ωＬ／Ｒであり、ここでω／
２πは共振周波数、Ｌはインダクタンス、Ｒはコイルの
抵抗である。良く設計されている室温ＮＭＲコイルに適
合したときのＱはおよそ２５０である。ＨＴＳコイルは
極めて抵抗が低いことから、このコイルに適合したＱは
１０，０００またはそれ以上が可能である。しかし、こ
の利点は優れたＮＭＲプローブに必要な他の要因例えば
適当な充填率や高いＲＦ及びＤＣ磁場均一性などが適合
する場合にのみ実現することができる。
ｐｅｒａｔｕｒｅ ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）コ
イルを使って得られる利点は顕著である。ＨＴＳコイル
は非常に抵抗が小さく現在利用可能な冷却システムで実
現可能な温度で（２０度Ｋ超）強磁界で動作する。コイ
ルのＱ（ｑｕａｌｉｔｙ ｆａｃｔｏｒ）はコイル効率
の有効な尺度である。Ｑ＝ωＬ／Ｒであり、ここでω／
２πは共振周波数、Ｌはインダクタンス、Ｒはコイルの
抵抗である。良く設計されている室温ＮＭＲコイルに適
合したときのＱはおよそ２５０である。ＨＴＳコイルは
極めて抵抗が低いことから、このコイルに適合したＱは
１０，０００またはそれ以上が可能である。しかし、こ
の利点は優れたＮＭＲプローブに必要な他の要因例えば
適当な充填率や高いＲＦ及びＤＣ磁場均一性などが適合
する場合にのみ実現することができる。
【０００６】Ｍａｒｅｋ特許に加えて、磁気共鳴用の薄
膜超伝導体ＲＦコイルは他にも報告されている。例えば
Ｗｉｔｈｅｒｓ， ｅｔ ａｌ．の米国特許第５，２７
６，３９８号では磁気共鳴イメージング用薄膜ＨＴＳプ
ローブを記載している。巻き数が１巻より多い螺旋状の
誘電子（以下、インダクタ）とインダクタから延出する
コンデンサ素子を有する薄膜コイルを開示している。Ｗ
ｉｔｈｅｒｓは分散型薄膜コンデンサ式プローブ・コイ
ルを提供していることになる。
膜超伝導体ＲＦコイルは他にも報告されている。例えば
Ｗｉｔｈｅｒｓ， ｅｔ ａｌ．の米国特許第５，２７
６，３９８号では磁気共鳴イメージング用薄膜ＨＴＳプ
ローブを記載している。巻き数が１巻より多い螺旋状の
誘電子（以下、インダクタ）とインダクタから延出する
コンデンサ素子を有する薄膜コイルを開示している。Ｗ
ｉｔｈｅｒｓは分散型薄膜コンデンサ式プローブ・コイ
ルを提供していることになる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このコイルに
よる磁場の擾乱が問題となることがあり、コイルの電流
コンデンサが幾らか制限される。
よる磁場の擾乱が問題となることがあり、コイルの電流
コンデンサが幾らか制限される。
【０００８】Ｂｌａｃｋへの米国特許第５，２５８，７
１０号でもＮＭＲ顕微鏡用ＨＴＳ薄膜受信コイルが記載
されている。このＢｌａｃｋ特許は幾つかの実施例を開
示しており、これにはスプリットリング型、ソレノイド
型、サドル型コイル、バードケ−ジ型コイル、ヘルムホ
ルツ対として記載されるコイルなどが含まれる。Ｂｌａ
ｃｋ特許の実施例は基本的に従来のＮＭＲコイル設計で
あり高温超伝導体材料のユニークな特性に対応するもの
ではない。超伝導体はこれらのコイルでの使用に非常に
魅力的である。超伝導体はラジオ波の周波帯（ｒａｄｉ
ｏ ｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓ）では抵抗が非常に低く、
そのためほとんど雑音を発生しない。それでも、高いＳ
／Ｎ比（ＳＮＲ：ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−ｎｏｉｓｅ ｒ
ａｔｉｏ）を得るには、できる限りコイルを試料に近づ
ける必要がある。残念なことに、これはコイル材料が少
しでも磁化されると試料全体に対するＤＣ極性磁場（Ｂ
０）の均一性が影響を受け、スペクトル線の形状の歪み
とＳ／Ｎ比の劣化を生じることを意味する。超伝導体の
反磁性特性が強いため、線形歪みはひどくなることがあ
る。
１０号でもＮＭＲ顕微鏡用ＨＴＳ薄膜受信コイルが記載
されている。このＢｌａｃｋ特許は幾つかの実施例を開
示しており、これにはスプリットリング型、ソレノイド
型、サドル型コイル、バードケ−ジ型コイル、ヘルムホ
ルツ対として記載されるコイルなどが含まれる。Ｂｌａ
ｃｋ特許の実施例は基本的に従来のＮＭＲコイル設計で
あり高温超伝導体材料のユニークな特性に対応するもの
ではない。超伝導体はこれらのコイルでの使用に非常に
魅力的である。超伝導体はラジオ波の周波帯（ｒａｄｉ
ｏ ｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓ）では抵抗が非常に低く、
そのためほとんど雑音を発生しない。それでも、高いＳ
／Ｎ比（ＳＮＲ：ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−ｎｏｉｓｅ ｒ
ａｔｉｏ）を得るには、できる限りコイルを試料に近づ
ける必要がある。残念なことに、これはコイル材料が少
しでも磁化されると試料全体に対するＤＣ極性磁場（Ｂ
０）の均一性が影響を受け、スペクトル線の形状の歪み
とＳ／Ｎ比の劣化を生じることを意味する。超伝導体の
反磁性特性が強いため、線形歪みはひどくなることがあ
る。
【０００９】薄膜ＨＴＳコイルは通常の金属コイルの場
合には存在しない設計上の問題と処理上の問題をもたら
す。第１に、高温超伝導体はペロブスカイト・セラミッ
クであり最適な性能を発揮するには良く方向の揃った結
晶構造が不可欠である。このような方向性は平面形成を
有しない基板上で実現するのが極めて困難である。一般
に、このようなコイルは平面基板上にエピタキシャル成
長させるのが望ましい。これにより高い充填率の実現が
さらに問題となる。また蒸着によりコイルを単一層の超
電導フィルムの形にして、クロスオーバのないものにす
ることも望ましい。第２に、コイルは均一な磁場を発生
させると同時に比較的大電流を扱える必要がありまたマ
グネットのＢ０フィールドの歪みを回避できなければな
らない。ＨＴＳフィルムが平面基板上に結晶成長（以
下、エピタキシャル成長）されたとしても、結晶の欠陥
の発生は不可避である。これにより大電流に曝されるコ
イルの繊細な構造が焼けてしまうことがある。第３に、
ＨＴＳと通常金属の間に接触抵抗の接点を形成するのが
困難であり、一般に接触点での潜在的損失になることが
従来技術で公知となっている。通常の金属がコイルに使
用されている限りでは、金属素子における抵抗による損
失はＨＴＳ使用で得られる利点を損なうことになる。つ
まり、理想的なプローブではＨＴＳと直列に通常の金属
導体を接続することは回避すべきである。
合には存在しない設計上の問題と処理上の問題をもたら
す。第１に、高温超伝導体はペロブスカイト・セラミッ
クであり最適な性能を発揮するには良く方向の揃った結
晶構造が不可欠である。このような方向性は平面形成を
有しない基板上で実現するのが極めて困難である。一般
に、このようなコイルは平面基板上にエピタキシャル成
長させるのが望ましい。これにより高い充填率の実現が
さらに問題となる。また蒸着によりコイルを単一層の超
電導フィルムの形にして、クロスオーバのないものにす
ることも望ましい。第２に、コイルは均一な磁場を発生
させると同時に比較的大電流を扱える必要がありまたマ
グネットのＢ０フィールドの歪みを回避できなければな
らない。ＨＴＳフィルムが平面基板上に結晶成長（以
下、エピタキシャル成長）されたとしても、結晶の欠陥
の発生は不可避である。これにより大電流に曝されるコ
イルの繊細な構造が焼けてしまうことがある。第３に、
ＨＴＳと通常金属の間に接触抵抗の接点を形成するのが
困難であり、一般に接触点での潜在的損失になることが
従来技術で公知となっている。通常の金属がコイルに使
用されている限りでは、金属素子における抵抗による損
失はＨＴＳ使用で得られる利点を損なうことになる。つ
まり、理想的なプローブではＨＴＳと直列に通常の金属
導体を接続することは回避すべきである。
【００１０】Ｂｒｅｙ， ｅｔ ａｌ．への米国特許第
５，５６５，７７８号ではＮＭＲスペクトル分析装置用
プローブの多数の異なる構成が開示されている。これら
の構成の各々は平面基板上に形成された導体を有するコ
イルを使用している。この導体はコイルに櫛歯をからま
せた形のコンデンサを少なくとも１つ含むように構成さ
れる。つまり、互いの間に一定の間隔を有するように交
互に配置（ｉｎｔｅｒｌｅａｖｅｄ）された導体が基板
上に配置されている。各導体が中心のサンプルを置く位
置（以下、サンプル位置）を取り囲み、少なくとも他の
１つの導体の近傍の位置にある。どの導体もサンプル位
置を完全には包囲しないが、導体が交互に配置されて隣
り同士の導体がサンプル位置に対して半径方向に別の場
所で導体経路に各々切れ目をもっている。これによりサ
ンプル位置を包囲するコイルを形成するコンデンサ構造
が得られる。
５，５６５，７７８号ではＮＭＲスペクトル分析装置用
プローブの多数の異なる構成が開示されている。これら
の構成の各々は平面基板上に形成された導体を有するコ
イルを使用している。この導体はコイルに櫛歯をからま
せた形のコンデンサを少なくとも１つ含むように構成さ
れる。つまり、互いの間に一定の間隔を有するように交
互に配置（ｉｎｔｅｒｌｅａｖｅｄ）された導体が基板
上に配置されている。各導体が中心のサンプルを置く位
置（以下、サンプル位置）を取り囲み、少なくとも他の
１つの導体の近傍の位置にある。どの導体もサンプル位
置を完全には包囲しないが、導体が交互に配置されて隣
り同士の導体がサンプル位置に対して半径方向に別の場
所で導体経路に各々切れ目をもっている。これによりサ
ンプル位置を包囲するコイルを形成するコンデンサ構造
が得られる。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、特に効
率的なコイル構造を利用する磁気共鳴高周波共鳴器が提
供される。共鳴器は有効試料空間でラジオ波の周波数の
磁場を発生し、導電性材料が形成された平面基板を含
む。好適実施態様において、導電性材料は超電導性であ
り高温超伝導体が望ましい。これが誘電性基板上に形成
されて電流の流れる複数の入れ子型の電流ループを形成
し、その各々が磁場発生素子及び櫛歯状コンデンサ素子
を有する。これらの素子は有効試料空間に隣り合って基
本的に形状が長方形の内側領域を包囲する実質的に閉じ
た形状の通り道（以下、経路）を形成するように構成さ
れる。つまり、形状としては、長軸に対して直交する短
軸に沿った場合よりも長軸に沿った場合の方が長い形状
である。本発明において、コンデンサ素子の大半または
全部が長方形の形状の中心から磁場発生素子よりも遠い
電流ループに配置される。
率的なコイル構造を利用する磁気共鳴高周波共鳴器が提
供される。共鳴器は有効試料空間でラジオ波の周波数の
磁場を発生し、導電性材料が形成された平面基板を含
む。好適実施態様において、導電性材料は超電導性であ
り高温超伝導体が望ましい。これが誘電性基板上に形成
されて電流の流れる複数の入れ子型の電流ループを形成
し、その各々が磁場発生素子及び櫛歯状コンデンサ素子
を有する。これらの素子は有効試料空間に隣り合って基
本的に形状が長方形の内側領域を包囲する実質的に閉じ
た形状の通り道（以下、経路）を形成するように構成さ
れる。つまり、形状としては、長軸に対して直交する短
軸に沿った場合よりも長軸に沿った場合の方が長い形状
である。本発明において、コンデンサ素子の大半または
全部が長方形の形状の中心から磁場発生素子よりも遠い
電流ループに配置される。
【００１２】好適実施態様においては、磁場発生素子は
長方形の形状の長軸に対して実質的に平行に延びて配置
される。逆に、コンデンサ素子は長軸とは直角に延びて
配置される。コンデンサ素子は非導電性ギャップで分離
された導電性フィンガを含む。１つの実施態様において
は、磁場発生素子は長方形の形状の中心からの距離によ
り長さが変化する。同様に、コンデンサ素子は長方形の
形状の中心からの距離によって異なる長さを有する。代
表的には、これは個々の磁場発生素子とこれに対応する
コンデンサ素子との間の電気的接続に由来するもので、
結果として外側にある素子の方が内側にある素子より長
くなる。したがってこのような構造では磁場発生素子に
よって占有される全体としての空間が基本的に台形の形
状となることがある。
長方形の形状の長軸に対して実質的に平行に延びて配置
される。逆に、コンデンサ素子は長軸とは直角に延びて
配置される。コンデンサ素子は非導電性ギャップで分離
された導電性フィンガを含む。１つの実施態様において
は、磁場発生素子は長方形の形状の中心からの距離によ
り長さが変化する。同様に、コンデンサ素子は長方形の
形状の中心からの距離によって異なる長さを有する。代
表的には、これは個々の磁場発生素子とこれに対応する
コンデンサ素子との間の電気的接続に由来するもので、
結果として外側にある素子の方が内側にある素子より長
くなる。したがってこのような構造では磁場発生素子に
よって占有される全体としての空間が基本的に台形の形
状となることがある。
【００１３】磁場発生素子とコンデンサ素子との間の接
続は変化することがある。１つの実施態様においては、
各磁場発生素子は複数のコンデンサ素子へ接続され、ま
た別の実施態様においては各コンデンサ素子は複数の磁
場発生素子に接続される。ループによって形成されるコ
ンデンサの総数も実施態様によって変化し、典型的には
必要な共鳴周波数に依存する。コンデンサは相互にまた
磁場発生素子と直列に構成され、合計で例えば２個また
は４個である。しかし１つの実施態様ではコンデンサ素
子によって形成されるコンデンサを１つだけ使用する。
１コンデンサ式のコイルで特に有用な本発明の１つの変
形タイプは、サブコイルを利用し、その各々が複数の磁
場発生素子及び一体構造のコンデンサ素子を含む。望ま
しくは、このような実施態様におけるコンデンサ素子は
コイルの短軸の両側に配置する。これによりコイルに良
好な対称性を提供する。コンデンサ素子の配置はサブコ
イル毎に変わり、第１のサブコイルのコンデンサ素子が
これにすぐ隣りの他のサブコイルのコンデンサ素子とは
長方形の形状の対向する両側に配置されるようにする。
最後に、絶縁された導電セグメントを共鳴器内部に使用
することで他の方法では占有されない空間を占有するよ
うにするのが望ましい。これらの絶縁セグメントは電流
を流すループへは電気的に接続されないが、コイルから
ＲＦ磁場を排除するのを助けるように機能する。
続は変化することがある。１つの実施態様においては、
各磁場発生素子は複数のコンデンサ素子へ接続され、ま
た別の実施態様においては各コンデンサ素子は複数の磁
場発生素子に接続される。ループによって形成されるコ
ンデンサの総数も実施態様によって変化し、典型的には
必要な共鳴周波数に依存する。コンデンサは相互にまた
磁場発生素子と直列に構成され、合計で例えば２個また
は４個である。しかし１つの実施態様ではコンデンサ素
子によって形成されるコンデンサを１つだけ使用する。
１コンデンサ式のコイルで特に有用な本発明の１つの変
形タイプは、サブコイルを利用し、その各々が複数の磁
場発生素子及び一体構造のコンデンサ素子を含む。望ま
しくは、このような実施態様におけるコンデンサ素子は
コイルの短軸の両側に配置する。これによりコイルに良
好な対称性を提供する。コンデンサ素子の配置はサブコ
イル毎に変わり、第１のサブコイルのコンデンサ素子が
これにすぐ隣りの他のサブコイルのコンデンサ素子とは
長方形の形状の対向する両側に配置されるようにする。
最後に、絶縁された導電セグメントを共鳴器内部に使用
することで他の方法では占有されない空間を占有するよ
うにするのが望ましい。これらの絶縁セグメントは電流
を流すループへは電気的に接続されないが、コイルから
ＲＦ磁場を排除するのを助けるように機能する。
【００１４】
【発明の実施の形態】ＮＭＲプローブ・コイル用に考え
られる本発明の使用方法が図１に図示してある。図面は
断面図として図示してあり、４組のコイルの対１２、１
４、１６、１８が試料を置く空間１０を包囲するところ
が図示してある。図示した構成は「トリプル共鳴」プロ
ーブと称し、例えば１Ｈの直接観察（コイルの対１
２）、１３Ｃと１５Ｎのデカップリング（コイルの対１
４とコイルの対１６）、２Ｈフィールドロック（コイル
の対１８）などに使用される。また従来技術で周知のよ
うなＲＦシールド２０も図示してある。
られる本発明の使用方法が図１に図示してある。図面は
断面図として図示してあり、４組のコイルの対１２、１
４、１６、１８が試料を置く空間１０を包囲するところ
が図示してある。図示した構成は「トリプル共鳴」プロ
ーブと称し、例えば１Ｈの直接観察（コイルの対１
２）、１３Ｃと１５Ｎのデカップリング（コイルの対１
４とコイルの対１６）、２Ｈフィールドロック（コイル
の対１８）などに使用される。また従来技術で周知のよ
うなＲＦシールド２０も図示してある。
【００１５】図面において、静止磁場の方向（即ち「ｚ
方向」）は紙面に対して直角の方向である。したがっ
て、各々のコイルはｚ方向に直交して有限だが無視でき
る厚みを有し主としてｚ軸と平行な面に存在する。任意
の対の２つのコイルが存在する平面は互いに平行で、こ
の間に試料を置く空間１０がある。以下は本発明による
このようなコイルの幾つかの実施態様である。図２に図
示してあるのは第１のコイル実施態様の模式図である。
この図面は部分的に模式図となっており、ここでは導体
が誇張した大きさに図示してある。つまり、コイル導体
の構成を明確に図示する目的で、図面では実際よりも太
く図示してあり、これに対応して１つのコイルあたりの
導体本数が少なくなっている。図２のコイルにおいて、
２個の櫛歯状コンデンサが使用され、一方が有効試料空
間の上部またもう一方が下部に置かれる。コンデンサは
直列接続で、水平導体２４から構成され、これは本明細
書では「フィンガ」とも呼ぶ。コンデンサは垂直素子２
２へ接続されて電気が流れるようになっている。コイル
の全ての導体は高温超電導材料であり、適当な基板例え
ばサファイアなどの上に登載される。結晶基板はエピタ
キシャル成長させたものであり、当該技術分野で周知の
ように、ＨＴＳフィルムを結晶基板上にエピタキシャル
成長させるのであるが、このときの基板はＨＴＳ材料に
対して適当な格子間隔を有するように選択する。垂直導
体はまっすぐで一定幅である。垂直導体は超電導フィル
ムの磁化を抑制するのに充分なだけのギャップで互いに
分離する。垂直素子２２の各々はコイルの上部及び／ま
たは底部で水平導体２４に接続される。コイルの各側面
にある垂直素子もオプションの導通点２３で互いに電気
的に接続される。
方向」）は紙面に対して直角の方向である。したがっ
て、各々のコイルはｚ方向に直交して有限だが無視でき
る厚みを有し主としてｚ軸と平行な面に存在する。任意
の対の２つのコイルが存在する平面は互いに平行で、こ
の間に試料を置く空間１０がある。以下は本発明による
このようなコイルの幾つかの実施態様である。図２に図
示してあるのは第１のコイル実施態様の模式図である。
この図面は部分的に模式図となっており、ここでは導体
が誇張した大きさに図示してある。つまり、コイル導体
の構成を明確に図示する目的で、図面では実際よりも太
く図示してあり、これに対応して１つのコイルあたりの
導体本数が少なくなっている。図２のコイルにおいて、
２個の櫛歯状コンデンサが使用され、一方が有効試料空
間の上部またもう一方が下部に置かれる。コンデンサは
直列接続で、水平導体２４から構成され、これは本明細
書では「フィンガ」とも呼ぶ。コンデンサは垂直素子２
２へ接続されて電気が流れるようになっている。コイル
の全ての導体は高温超電導材料であり、適当な基板例え
ばサファイアなどの上に登載される。結晶基板はエピタ
キシャル成長させたものであり、当該技術分野で周知の
ように、ＨＴＳフィルムを結晶基板上にエピタキシャル
成長させるのであるが、このときの基板はＨＴＳ材料に
対して適当な格子間隔を有するように選択する。垂直導
体はまっすぐで一定幅である。垂直導体は超電導フィル
ムの磁化を抑制するのに充分なだけのギャップで互いに
分離する。垂直素子２２の各々はコイルの上部及び／ま
たは底部で水平導体２４に接続される。コイルの各側面
にある垂直素子もオプションの導通点２３で互いに電気
的に接続される。
【００１６】本発明のこの実施態様において、他の実施
態様の各々と同様に、コンデンサはコイルの「上部」と
「底部」に配置される。試料容器は形状が長方形になる
傾向にある。即ち、１つの方向ではこれに直交する方向
より長くなる。したがって、コイルも又代表的には長方
形であり、相対的に見たときの長軸及び短軸として記述
できる。長軸はコイルの長い方の辺に沿って試料領域の
中心を通り、一方短軸はコイルの短い方の辺に沿って試
料領域の中心を通る。つまり、この状況では、コイルの
「上部」と「底部」はコイル長軸と交差するコイル部分
を指す。コイル側面に沿った導体は試料空間に近いの
で、これらの発生する磁場は、同じ導体がコイルの上部
と底部に配置された場合、即ち、試料空間から遠い位置
に配置された場合に発生する磁場より、試料に対して強
い影響を有する。つまり、本発明において、コンデンサ
はコイルの上部と底部に分離して配置され、コイルの側
に沿った垂直素子はＲＦ磁場発生時の主要要素として使
用される。この構成ではコンデンサが提供する利点を保
持すると同時に、垂直素子の磁場発生コンデンサを何ら
か制限してしまうコイルの側から離している。
態様の各々と同様に、コンデンサはコイルの「上部」と
「底部」に配置される。試料容器は形状が長方形になる
傾向にある。即ち、１つの方向ではこれに直交する方向
より長くなる。したがって、コイルも又代表的には長方
形であり、相対的に見たときの長軸及び短軸として記述
できる。長軸はコイルの長い方の辺に沿って試料領域の
中心を通り、一方短軸はコイルの短い方の辺に沿って試
料領域の中心を通る。つまり、この状況では、コイルの
「上部」と「底部」はコイル長軸と交差するコイル部分
を指す。コイル側面に沿った導体は試料空間に近いの
で、これらの発生する磁場は、同じ導体がコイルの上部
と底部に配置された場合、即ち、試料空間から遠い位置
に配置された場合に発生する磁場より、試料に対して強
い影響を有する。つまり、本発明において、コンデンサ
はコイルの上部と底部に分離して配置され、コイルの側
に沿った垂直素子はＲＦ磁場発生時の主要要素として使
用される。この構成ではコンデンサが提供する利点を保
持すると同時に、垂直素子の磁場発生コンデンサを何ら
か制限してしまうコイルの側から離している。
【００１７】図２に図示したように、水平導体２４はコ
イルの上部と底部で互いに交互に配置されてコイルのコ
ンデンサを形成する。垂直導体と水平導体との間の接続
は特定の用途によって変化する。例えば、あるコイル、
特に共鳴周波数帯が高いコイルでは、各々の垂直素子２
２はコンデンサの一方のフィンガを形成する小さなフィ
ンガ（以下、フィンガレット（ｆｉｎｇｅｒｌｅｔ
ｓ））の半分だけに接続される。
イルの上部と底部で互いに交互に配置されてコイルのコ
ンデンサを形成する。垂直導体と水平導体との間の接続
は特定の用途によって変化する。例えば、あるコイル、
特に共鳴周波数帯が高いコイルでは、各々の垂直素子２
２はコンデンサの一方のフィンガを形成する小さなフィ
ンガ（以下、フィンガレット（ｆｉｎｇｅｒｌｅｔ
ｓ））の半分だけに接続される。
【００１８】図２の実施態様において、垂直導体２２の
各々は２本の水平導体２４に接続されている。これは図
１の中の領域２６の拡大図である図２Ａにもっと明確に
図示してある。図示したように、任意の垂直導体２２か
ら延出するフィンガの各対はコイルの他方の側からのフ
ィンガの一方を取り囲み、コイルの２つの側からのコン
デンサを形成する導体の交互配置を作成する。図２と図
２Ａの実施態様において、フィンガの長さはコイルの中
心から離れる程増加する。図示したように、コイルの垂
直導体はコイルの中心から当然のことながら異なる距離
にあり、このようにすることで各々が各々に対応するコ
イル長軸から遠い方のフィンガと接触する。水平素子と
接触するのに必要なだけ遠くまで垂直導体を延ばすこと
でさらに余裕が提供されるので、ここにフィンガを延長
できる。つまり、図示したように、コイルのコンデンサ
は全体として台形の形状を有する。この形状はコイルの
２つの側の間のコンデンサ的組み合わせを最大限にする
一方でコイル全体に亘って良好な対称性を維持するのに
役立つ。
各々は２本の水平導体２４に接続されている。これは図
１の中の領域２６の拡大図である図２Ａにもっと明確に
図示してある。図示したように、任意の垂直導体２２か
ら延出するフィンガの各対はコイルの他方の側からのフ
ィンガの一方を取り囲み、コイルの２つの側からのコン
デンサを形成する導体の交互配置を作成する。図２と図
２Ａの実施態様において、フィンガの長さはコイルの中
心から離れる程増加する。図示したように、コイルの垂
直導体はコイルの中心から当然のことながら異なる距離
にあり、このようにすることで各々が各々に対応するコ
イル長軸から遠い方のフィンガと接触する。水平素子と
接触するのに必要なだけ遠くまで垂直導体を延ばすこと
でさらに余裕が提供されるので、ここにフィンガを延長
できる。つまり、図示したように、コイルのコンデンサ
は全体として台形の形状を有する。この形状はコイルの
２つの側の間のコンデンサ的組み合わせを最大限にする
一方でコイル全体に亘って良好な対称性を維持するのに
役立つ。
【００１９】図２及び図２Ａに図示してあるように、各
々のコンデンサ導体は垂直導体列とコイルの一方の側で
接続され、コイルの対向する側で導体列に接続されてい
る少なくとも１本の導体の近傍に配置される。導体の有
限だが無視できる厚みを除いては、コイルは図面の紙面
の平面内に配置される。図面に図示してあるように、垂
直導体列の導体はまっすぐで一様の幅である。前述した
ように、垂直素子２２は僅かな量（「ギャップレット
（ｇａｐｌｅｔ）」）だけ互いに分離されて超電導材料
から発生する磁化作用を抑圧するようにしてある。しか
し、垂直素子の幅を最大限にすることで、コイルを通過
する電流量も最大になり、考え得る最強の磁場が提供さ
れる。垂直素子２２とは対照的に、フィンガ２４はもっ
と細くできさらに間隔を離すことができる。フィンガ間
の分離を最大にして隣り合うフィンガ間に発生する電場
を減少させるようにする一方、互いにもっと近くに配置
されたときと同様の電圧降下が得られるようにする。さ
らに、隣り合うフィンガ間のギャップはコイル全体に亘
って一定に保つことができるのでピーク電場は隣り合っ
た異なるコンデンサのフィンガの全ての間でほとんど同
一である。このようにすると、コイルのブレークダウン
電圧が最大になる。図示したように、フィンガの端部も
湾曲させて静電気放電の危険性を最小限にする。望まし
くは、フィンガ端部の曲率が半円に近くなるようにす
る。別の実施態様においては、コンデンサの外側に寄っ
た部分でフィンガの間のギャップをもっと広くすること
で、大きな誘導電圧に曝される外側電流ループのブレー
クダウン電圧を増加させることができる。
々のコンデンサ導体は垂直導体列とコイルの一方の側で
接続され、コイルの対向する側で導体列に接続されてい
る少なくとも１本の導体の近傍に配置される。導体の有
限だが無視できる厚みを除いては、コイルは図面の紙面
の平面内に配置される。図面に図示してあるように、垂
直導体列の導体はまっすぐで一様の幅である。前述した
ように、垂直素子２２は僅かな量（「ギャップレット
（ｇａｐｌｅｔ）」）だけ互いに分離されて超電導材料
から発生する磁化作用を抑圧するようにしてある。しか
し、垂直素子の幅を最大限にすることで、コイルを通過
する電流量も最大になり、考え得る最強の磁場が提供さ
れる。垂直素子２２とは対照的に、フィンガ２４はもっ
と細くできさらに間隔を離すことができる。フィンガ間
の分離を最大にして隣り合うフィンガ間に発生する電場
を減少させるようにする一方、互いにもっと近くに配置
されたときと同様の電圧降下が得られるようにする。さ
らに、隣り合うフィンガ間のギャップはコイル全体に亘
って一定に保つことができるのでピーク電場は隣り合っ
た異なるコンデンサのフィンガの全ての間でほとんど同
一である。このようにすると、コイルのブレークダウン
電圧が最大になる。図示したように、フィンガの端部も
湾曲させて静電気放電の危険性を最小限にする。望まし
くは、フィンガ端部の曲率が半円に近くなるようにす
る。別の実施態様においては、コンデンサの外側に寄っ
た部分でフィンガの間のギャップをもっと広くすること
で、大きな誘導電圧に曝される外側電流ループのブレー
クダウン電圧を増加させることができる。
【００２０】コンデンサのコンポーネントと垂直導体の
寸法を注意深く維持することで、コイル全体にわたって
一様性が実現される。各々の垂直素子２２を通って流れ
る電流はその長さに沿って一様だが、これはこの領域に
ある何らかのコンデンサの一部ではないためで、コンデ
ンサ的な電流の移動は発生しない（無視できる程度の潜
在効果を除く）。垂直素子の各々（最も内側の素子と最
も外側の素子を除く）もまたほぼ同一の電流密度を運ぶ
が、これは各々が同じ値のコンデンサに接続されている
ことと、ほぼおなじ誘導電圧を有するためである。しか
し、列の外側の素子に向かうに従って各々の誘導電圧に
は僅かづつ増加が見られる。この効果はコンデンサのエ
ッジとこれに隣り合うフィンガの間に大きなギャップを
提供することにより排除できる。例えば、図２Ａの実施
態様において、一番上のフィンガ（図示していない）
は、各々、他のフィンガ間の分離幅より大きな次の隣り
のフィンガとの距離だけ離れたところに配置することが
できる。これにより外側のフィンガと内側のフィンガで
のコンデンサを減少し、結果として全ての垂直素子２２
でほぼ等しい電流が得られる。これにより、さらに、コ
ンデンサのエッジでのギャップを含め、コンデンサのフ
ィンガの間のギャップの全てにおいてピーク電場を一定
にできるので、コイルのブレークダウン電圧を確実に最
大にするのに役立つ。別の実施態様において、垂直導体
２２の幅を段階的に増大させて、もっとも外側の導体が
もっとも広くなるようにする。この実施態様では、コイ
ルの各側で一番内側の導体から一番外側の導体へ向かう
に従って垂直導体の幅が漸増する。つまり、図２Ａの構
成において、この別の実施態様では導体２２ａが一番細
く導体２２ｂが一番太くなるようにする。これもまた導
体列を構成する全ての素子にわたってさらに一様な電流
を保証されるが、ブレークダウン電圧の増加はない。
寸法を注意深く維持することで、コイル全体にわたって
一様性が実現される。各々の垂直素子２２を通って流れ
る電流はその長さに沿って一様だが、これはこの領域に
ある何らかのコンデンサの一部ではないためで、コンデ
ンサ的な電流の移動は発生しない（無視できる程度の潜
在効果を除く）。垂直素子の各々（最も内側の素子と最
も外側の素子を除く）もまたほぼ同一の電流密度を運ぶ
が、これは各々が同じ値のコンデンサに接続されている
ことと、ほぼおなじ誘導電圧を有するためである。しか
し、列の外側の素子に向かうに従って各々の誘導電圧に
は僅かづつ増加が見られる。この効果はコンデンサのエ
ッジとこれに隣り合うフィンガの間に大きなギャップを
提供することにより排除できる。例えば、図２Ａの実施
態様において、一番上のフィンガ（図示していない）
は、各々、他のフィンガ間の分離幅より大きな次の隣り
のフィンガとの距離だけ離れたところに配置することが
できる。これにより外側のフィンガと内側のフィンガで
のコンデンサを減少し、結果として全ての垂直素子２２
でほぼ等しい電流が得られる。これにより、さらに、コ
ンデンサのエッジでのギャップを含め、コンデンサのフ
ィンガの間のギャップの全てにおいてピーク電場を一定
にできるので、コイルのブレークダウン電圧を確実に最
大にするのに役立つ。別の実施態様において、垂直導体
２２の幅を段階的に増大させて、もっとも外側の導体が
もっとも広くなるようにする。この実施態様では、コイ
ルの各側で一番内側の導体から一番外側の導体へ向かう
に従って垂直導体の幅が漸増する。つまり、図２Ａの構
成において、この別の実施態様では導体２２ａが一番細
く導体２２ｂが一番太くなるようにする。これもまた導
体列を構成する全ての素子にわたってさらに一様な電流
を保証されるが、ブレークダウン電圧の増加はない。
【００２１】図２に図示した本発明の実施態様におい
て、コイルは２個の櫛歯状コンデンサを直列に有し、一
方が試料空間の上側、他方が試料空間の下側である。プ
ローブにおいてはこのような２個のコイルを一対として
用い、一方を試料空間のどちらかの側にする。このよう
な構造のコイル対は、１１．７テスラのマグネットによ
る１３Ｃの周波数である１２５．７６ＭＨｚで動作させ
るのに特に有効であることが分かった。このコイル対の
第１次機能は外径２．５ミリメートルの代表的なチュー
ブ状の試料において炭素原子を励起する、即ち、「デカ
ップリング」することである。このコイル対の第２次機
能はこれらの原子の共鳴ＲＦ信号を検出することであ
る。
て、コイルは２個の櫛歯状コンデンサを直列に有し、一
方が試料空間の上側、他方が試料空間の下側である。プ
ローブにおいてはこのような２個のコイルを一対として
用い、一方を試料空間のどちらかの側にする。このよう
な構造のコイル対は、１１．７テスラのマグネットによ
る１３Ｃの周波数である１２５．７６ＭＨｚで動作させ
るのに特に有効であることが分かった。このコイル対の
第１次機能は外径２．５ミリメートルの代表的なチュー
ブ状の試料において炭素原子を励起する、即ち、「デカ
ップリング」することである。このコイル対の第２次機
能はこれらの原子の共鳴ＲＦ信号を検出することであ
る。
【００２２】以下は図２及び図２Ａに図示したようなコ
イルで考えられるパラメータのサンプルである。ここで
のコイルの例は外側の幅が１０，２５０ミクロンで内側
の幅が５，４８０ミクロン、また外側の長さ３６，００
０ミクロンで内側の長さが１３，０００ミクロンであ
る。このコイルの例は各側に２１ミクロン幅の垂直素子
９０本を有し、この各垂直素子が２本の１１ミクロン幅
のコンデンサのフィンガに接続され、隣り合うコンデン
サのフィンガ間のギャップは２１ミクロンである。
イルで考えられるパラメータのサンプルである。ここで
のコイルの例は外側の幅が１０，２５０ミクロンで内側
の幅が５，４８０ミクロン、また外側の長さ３６，００
０ミクロンで内側の長さが１３，０００ミクロンであ
る。このコイルの例は各側に２１ミクロン幅の垂直素子
９０本を有し、この各垂直素子が２本の１１ミクロン幅
のコンデンサのフィンガに接続され、隣り合うコンデン
サのフィンガ間のギャップは２１ミクロンである。
【００２３】本発明の第２の実施態様が図３及び図３Ａ
に図示してある。これは図２及び図２Ａと同様に図示の
目的である。図３及び図３Ａでは実際のコイルに存在す
るものよりも少ない本数の導体を示してある。この実施
態様のコイルは４個のコンデンサを直列に有し、２個が
有効試料空間の上側にあり２個が下側にある。この構造
のコイルは例えば３ミリメートルのチューブで１４．１
テスラのマグネットにより１Ｈ原子を６００．１３ＭＨ
ｚで励起し検出するのに有用である。１Ｈ検出用のコイ
ル（「プロトン」コイルと呼ばれることもある）はプロ
ーブの中で一番内側のコイルであり、これはたいていプ
ロトン検出が最も重要であると考えられていることによ
る。プロトン検出に必要な共鳴周波数は他のほとんど全
てのアイソトープの周波数より著しく高いので、コイル
に対して設計上の特定の制約が存在する。必要な共鳴周
波数が高いことから、コンデンサのそう容量は小さくす
ることがある。これによりコンデンサの数を多くするこ
とが可能になり、図３に図示したように、コイル例は４
個のコイルを直列に有する。
に図示してある。これは図２及び図２Ａと同様に図示の
目的である。図３及び図３Ａでは実際のコイルに存在す
るものよりも少ない本数の導体を示してある。この実施
態様のコイルは４個のコンデンサを直列に有し、２個が
有効試料空間の上側にあり２個が下側にある。この構造
のコイルは例えば３ミリメートルのチューブで１４．１
テスラのマグネットにより１Ｈ原子を６００．１３ＭＨ
ｚで励起し検出するのに有用である。１Ｈ検出用のコイ
ル（「プロトン」コイルと呼ばれることもある）はプロ
ーブの中で一番内側のコイルであり、これはたいていプ
ロトン検出が最も重要であると考えられていることによ
る。プロトン検出に必要な共鳴周波数は他のほとんど全
てのアイソトープの周波数より著しく高いので、コイル
に対して設計上の特定の制約が存在する。必要な共鳴周
波数が高いことから、コンデンサのそう容量は小さくす
ることがある。これによりコンデンサの数を多くするこ
とが可能になり、図３に図示したように、コイル例は４
個のコイルを直列に有する。
【００２４】コイルの電圧はコンデンサの間に分配され
る。図３の実施態様では、４個のコンデンサを（もっと
少数のコンデンサの場合とは異なり）使用することで全
体の電圧を高くするオプションを提供するが、これは負
荷を分担するコンデンサが多くなるためである。全体の
電圧が高くなると、これに対応して大きな総電流が発生
し、全体として大きな磁場強度を発生できるようにな
る。コイルの全電圧を増加させる代わりに、またはそれ
に加えて、フィンガ間のギャップを狭くすることでさら
に多くのコンデンサの間で電圧を分配することを利用す
ることがある。コンデンサが多くなる程、各コンデンサ
での電圧低下が小さくなるのでブレークダウンの確率が
減少する。コンデンサ素子間のギャップを減少すること
によるこの事実を利用すると、コイル内に電場を良好に
閉込めることが実現される。
る。図３の実施態様では、４個のコンデンサを（もっと
少数のコンデンサの場合とは異なり）使用することで全
体の電圧を高くするオプションを提供するが、これは負
荷を分担するコンデンサが多くなるためである。全体の
電圧が高くなると、これに対応して大きな総電流が発生
し、全体として大きな磁場強度を発生できるようにな
る。コイルの全電圧を増加させる代わりに、またはそれ
に加えて、フィンガ間のギャップを狭くすることでさら
に多くのコンデンサの間で電圧を分配することを利用す
ることがある。コンデンサが多くなる程、各コンデンサ
での電圧低下が小さくなるのでブレークダウンの確率が
減少する。コンデンサ素子間のギャップを減少すること
によるこの事実を利用すると、コイル内に電場を良好に
閉込めることが実現される。
【００２５】図３の実施態様において、コンデンサはコ
イルの上側と下側に配置される。コンデンサのフィンガ
はコイルの垂直素子３０から延出するフィンガ３２を含
む。またフィンガ３２の間に延出する中心フィンガ３４
も含まれる。中心フィンガ３４は導体３６によって互い
に電気的に接続されている。これは中心フィンガ３４の
各々で等しい電圧を保証するのに役立つ。図示したよう
に、コイルの上部と底部におけるコンデンサ構造はコイ
ルの中心を通る水平軸に対して対称的である。
イルの上側と下側に配置される。コンデンサのフィンガ
はコイルの垂直素子３０から延出するフィンガ３２を含
む。またフィンガ３２の間に延出する中心フィンガ３４
も含まれる。中心フィンガ３４は導体３６によって互い
に電気的に接続されている。これは中心フィンガ３４の
各々で等しい電圧を保証するのに役立つ。図示したよう
に、コイルの上部と底部におけるコンデンサ構造はコイ
ルの中心を通る水平軸に対して対称的である。
【００２６】また図３に図示してあるように、垂直素子
はコイルの上部と底部で内側に向かってテーパー状にし
てある。つまり、コイルの中心近くに配置されている垂
直素子３０はコイル中心に近いフィンガ３２に接続して
おり、そのため外側の垂直素子より全長が短い。これに
より外側から遠い導体は隣り合う内側の導体の回りで内
向きの輪郭を作ることができるので、一組の垂直素子が
終止するところでは残りの垂直素子が全部一緒に内側に
向かって移動する。これによりコイルの上部と底部で内
側に向かってステップ状のテーパーを付けることができ
る。これは図３Ａでさらに明らかに図示してあり、図３
Ａは図３で示したコイルの領域３８の拡大図である。当
然、図面では実際のコイルに存在する場合よりも導体の
本数が少なく図示してあるので、各テーパー部分ではそ
れに応じてステップ数が少なくなっている。しかし、テ
ーパーを付けることの特徴は当業者には明らかであろ
う。図示したように、各ステップで、導体が内向きに移
動することは、垂直導体のグループの新しく一番内側に
なった導体がそれまで一番内側にあった垂直素子により
それまで占有されていた水平位置に来るようにするのに
充分である。つまり、導体グループの内側のエッジは同
じ水平位置に留まり、一方で外側エッジは段階的に内側
に来る。
はコイルの上部と底部で内側に向かってテーパー状にし
てある。つまり、コイルの中心近くに配置されている垂
直素子３０はコイル中心に近いフィンガ３２に接続して
おり、そのため外側の垂直素子より全長が短い。これに
より外側から遠い導体は隣り合う内側の導体の回りで内
向きの輪郭を作ることができるので、一組の垂直素子が
終止するところでは残りの垂直素子が全部一緒に内側に
向かって移動する。これによりコイルの上部と底部で内
側に向かってステップ状のテーパーを付けることができ
る。これは図３Ａでさらに明らかに図示してあり、図３
Ａは図３で示したコイルの領域３８の拡大図である。当
然、図面では実際のコイルに存在する場合よりも導体の
本数が少なく図示してあるので、各テーパー部分ではそ
れに応じてステップ数が少なくなっている。しかし、テ
ーパーを付けることの特徴は当業者には明らかであろ
う。図示したように、各ステップで、導体が内向きに移
動することは、垂直導体のグループの新しく一番内側に
なった導体がそれまで一番内側にあった垂直素子により
それまで占有されていた水平位置に来るようにするのに
充分である。つまり、導体グループの内側のエッジは同
じ水平位置に留まり、一方で外側エッジは段階的に内側
に来る。
【００２７】また図３Ａに図示してあるように、導体の
各々は隣り合う２本の水平方向のフィンガレットと接続
し、このフィンガレットは４つから成るグループを形成
するようになっている。本実施態様においては、４つか
ら構成されるグループの各々がコンデンサの一方のフィ
ンガ３２を構成し、２つの垂直素子はフィンガ３２の各
々に電気的に接続する。中心フィンガ３４も同様に各々
４つの導体から構成される。実際には、各垂直素子は整
数個のフィンガに、またはこの場合のようにフィンガの
半分にでも、接続できる。しかし各フィンガは、フィン
ガレット各々を十分狭めてマグネットのかすかな変動を
も損なわないのに充分なだけの本数のフィンガレットに
分割される。当該技術で公知のように、かすかな変動を
検知する良好な特性を保証する適当な幅は望ましくは２
０ミクロンと等しいかまたはそれ以下であるが、もっと
大きな幅（例えば３０ミクロン）でも充分なことが多い
とわかっている。
各々は隣り合う２本の水平方向のフィンガレットと接続
し、このフィンガレットは４つから成るグループを形成
するようになっている。本実施態様においては、４つか
ら構成されるグループの各々がコンデンサの一方のフィ
ンガ３２を構成し、２つの垂直素子はフィンガ３２の各
々に電気的に接続する。中心フィンガ３４も同様に各々
４つの導体から構成される。実際には、各垂直素子は整
数個のフィンガに、またはこの場合のようにフィンガの
半分にでも、接続できる。しかし各フィンガは、フィン
ガレット各々を十分狭めてマグネットのかすかな変動を
も損なわないのに充分なだけの本数のフィンガレットに
分割される。当該技術で公知のように、かすかな変動を
検知する良好な特性を保証する適当な幅は望ましくは２
０ミクロンと等しいかまたはそれ以下であるが、もっと
大きな幅（例えば３０ミクロン）でも充分なことが多い
とわかっている。
【００２８】本実施態様において、垂直素子とフィンガ
の間の接続も、１本の垂直素子が接続されるフィンガの
全体から成る幅が少なくとも垂直素子自体の幅と同じ幅
になるように構成されている。これはコンデンサのフィ
ンガがプローブを通過する電流を制限しないこと、即ち
コンデンサのフィンガが「電流のボトルネック」になら
ないことを保証する。さらに、本発明の他の実施態様と
同様に、コンデンサのフィンガの端部を丸めてピーク時
の電場強度を最小限に抑さえながら静電気放電を防止す
るようにしてある。望ましくは、各フィンガの端部がほ
ぼ半円形の形状を有するような方法でフィンガレットの
端部を形成する。
の間の接続も、１本の垂直素子が接続されるフィンガの
全体から成る幅が少なくとも垂直素子自体の幅と同じ幅
になるように構成されている。これはコンデンサのフィ
ンガがプローブを通過する電流を制限しないこと、即ち
コンデンサのフィンガが「電流のボトルネック」になら
ないことを保証する。さらに、本発明の他の実施態様と
同様に、コンデンサのフィンガの端部を丸めてピーク時
の電場強度を最小限に抑さえながら静電気放電を防止す
るようにしてある。望ましくは、各フィンガの端部がほ
ぼ半円形の形状を有するような方法でフィンガレットの
端部を形成する。
【００２９】以下は図３及び図３Ａに図示してあるよう
なコイルで考えられるパラメータである。コイル例は３
ミリメートルのサンプルによる６００ＭＨｚプローブ用
のプロトンコイルとすることができる。コイル例は外側
のコイル幅が６，７５０ミクロンで内側コイル幅が２，
８３０ミクロンである。外側長さは３４，０００ミクロ
ンで内側長さが１３，０００ミクロンである。コイルは
両方の側で１１ミクロン幅の垂直素子１４０本を有し、
各垂直素子が１１ミクロン幅のコンデンサのフィンガの
１つに連結される。この実施態様では、隣り合うコンデ
ンサのフィンガの間のギャップは２６ミクロンである。
これらの寸法では、コンデンサのフィンガを（図面に図
示してあるような）フィンガレットに分割する必要はな
く、前述のように各垂直素子がコンデンサのフィンガ全
体に接続される。
なコイルで考えられるパラメータである。コイル例は３
ミリメートルのサンプルによる６００ＭＨｚプローブ用
のプロトンコイルとすることができる。コイル例は外側
のコイル幅が６，７５０ミクロンで内側コイル幅が２，
８３０ミクロンである。外側長さは３４，０００ミクロ
ンで内側長さが１３，０００ミクロンである。コイルは
両方の側で１１ミクロン幅の垂直素子１４０本を有し、
各垂直素子が１１ミクロン幅のコンデンサのフィンガの
１つに連結される。この実施態様では、隣り合うコンデ
ンサのフィンガの間のギャップは２６ミクロンである。
これらの寸法では、コンデンサのフィンガを（図面に図
示してあるような）フィンガレットに分割する必要はな
く、前述のように各垂直素子がコンデンサのフィンガ全
体に接続される。
【００３０】別のコイル実施態様が図４に図示してあ
り、入れ子にしたコイルを利用して対称的な配置の単一
コンデンサを提供する。この特定の実施態様において
は、コイルは内径０．８ミリメートルのキャピラリーチ
ューブにより１２５．７６ＭＨｚで１３Ｃ原子核の励起
と検出を意図している。つまり、必要とされる周波数は
図１のコイルの場合と同じだが、本実施態様では試料の
大きさは大幅に小さい。したがって許容される基板の幅
が小さくなり、２個のコンデンサ・コイルで形成された
ものでも必要とされる低周波信号を提供するのには充分
とは言えない。この理由のため、図４のコイルはコンデ
ンサを１つだけ使用している。しかしコンデンサは４つ
の部分に分割され、こうして得られたサブコイルが同心
円状に入れ子になっている。この入れ子構造はコイルに
適度の対称性を提供し、結果としてＲＦ磁場がより一層
均一になり静止磁場に対する擾乱が最小限になる。さら
に、試料領域での望ましくない妨害電場（以下、フリン
ジ電場）が減少する。
り、入れ子にしたコイルを利用して対称的な配置の単一
コンデンサを提供する。この特定の実施態様において
は、コイルは内径０．８ミリメートルのキャピラリーチ
ューブにより１２５．７６ＭＨｚで１３Ｃ原子核の励起
と検出を意図している。つまり、必要とされる周波数は
図１のコイルの場合と同じだが、本実施態様では試料の
大きさは大幅に小さい。したがって許容される基板の幅
が小さくなり、２個のコンデンサ・コイルで形成された
ものでも必要とされる低周波信号を提供するのには充分
とは言えない。この理由のため、図４のコイルはコンデ
ンサを１つだけ使用している。しかしコンデンサは４つ
の部分に分割され、こうして得られたサブコイルが同心
円状に入れ子になっている。この入れ子構造はコイルに
適度の対称性を提供し、結果としてＲＦ磁場がより一層
均一になり静止磁場に対する擾乱が最小限になる。さら
に、試料領域での望ましくない妨害電場（以下、フリン
ジ電場）が減少する。
【００３１】図４のサブコイルは各々１つが図面の方向
に対して上部または底部のどちらかにコンデンサ部分を
有するように構成される。コンデンサ部分の相対的な位
置はサブコイル毎に変わり、一番内側のサブコイル４０
が底部側にコンデンサ部分を有し、一方これを取り囲む
サブコイル４２は上部側に沿ってコンデンサ部分を有す
るようになっている。同様に、一番外側のサブコイル４
６も上部側に沿ってコンデンサ部分を有し、一方これが
包囲するサブコイル４４は底部側にコンデンサ部分を有
する。各サブコイルの構造は寸法が異なること以外同一
である。コイル入れ子構造の対称性はコイル内部に発生
した磁場も対称性になるようにする。図示したように、
サブコイルのコンデンサ部分は全て水平方向に同じ幅
で、各々が同じ個数のコンデンサのフィンガを有する。
に対して上部または底部のどちらかにコンデンサ部分を
有するように構成される。コンデンサ部分の相対的な位
置はサブコイル毎に変わり、一番内側のサブコイル４０
が底部側にコンデンサ部分を有し、一方これを取り囲む
サブコイル４２は上部側に沿ってコンデンサ部分を有す
るようになっている。同様に、一番外側のサブコイル４
６も上部側に沿ってコンデンサ部分を有し、一方これが
包囲するサブコイル４４は底部側にコンデンサ部分を有
する。各サブコイルの構造は寸法が異なること以外同一
である。コイル入れ子構造の対称性はコイル内部に発生
した磁場も対称性になるようにする。図示したように、
サブコイルのコンデンサ部分は全て水平方向に同じ幅
で、各々が同じ個数のコンデンサのフィンガを有する。
【００３２】図４の実施態様においては、各垂直導体は
コンデンサ部分の２個のフィンガに接続している。これ
によりサブコイルの垂直素子を比較的広くできる一方、
コンデンサのフィンガの間に必要なギャップが得られ
る。これは図４Ａでさらに明らかに図示してあり、図４
Ａは図４で識別される領域４８の拡大図である。各コイ
ルのコンデンサ部分はコンデンサ・フィンガ５０のオー
バーラップにより画成される。つまり、フィンガが各々
の垂直素子と接触するために水平方向に外側へ向かって
延出する必要があることにもかかわらず、オーバーラッ
プ領域はコイル全体を通して同じ幅である。図４Ａに図
示したように、導体部分５２はコンデンサのオーバーラ
ップ部分の範囲の外側でフィンガの間に配置されてい
る。これらの部分はコイルの他の何らかの部分とは電気
的には接触せず、またそのため「島」と呼ばれる。コイ
ルの導電性の島５２はフィンガ間の何もない領域でのＲ
Ｆ磁場による排除を提供する。図示したように、島はこ
れが接続されているフィンガのオーバーラップ領域から
の特定の垂直素子の距離によって長さが変化する。
コンデンサ部分の２個のフィンガに接続している。これ
によりサブコイルの垂直素子を比較的広くできる一方、
コンデンサのフィンガの間に必要なギャップが得られ
る。これは図４Ａでさらに明らかに図示してあり、図４
Ａは図４で識別される領域４８の拡大図である。各コイ
ルのコンデンサ部分はコンデンサ・フィンガ５０のオー
バーラップにより画成される。つまり、フィンガが各々
の垂直素子と接触するために水平方向に外側へ向かって
延出する必要があることにもかかわらず、オーバーラッ
プ領域はコイル全体を通して同じ幅である。図４Ａに図
示したように、導体部分５２はコンデンサのオーバーラ
ップ部分の範囲の外側でフィンガの間に配置されてい
る。これらの部分はコイルの他の何らかの部分とは電気
的には接触せず、またそのため「島」と呼ばれる。コイ
ルの導電性の島５２はフィンガ間の何もない領域でのＲ
Ｆ磁場による排除を提供する。図示したように、島はこ
れが接続されているフィンガのオーバーラップ領域から
の特定の垂直素子の距離によって長さが変化する。
【００３３】以下は図４及び図４Ａに図示してあるよう
なコイルで考えられるパラメータである。コイル例は１
ミリメートルのキャピラリー状試料を用いる６００ＭＨ
ｚプローブ用のカーボン・コイルである。コイルは外幅
は６，７５０ミクロン、内幅は３，９９０ミクロンであ
る。外側長さは２５，０００ミクロンで内側長さは１
０，０００ミクロンである。コイルは１２．５ミクロン
幅の垂直素子を両側に９２本、各サブコイルの両側にそ
れぞれお２３本の垂直素子を有している。各垂直素子は
１２．５ミクロン幅の２個のコンデンサ・フィンガに接
続される。本例では、隣り合うコンデンサ・フィンガ間
のギャップは２４．５ミクロンである。
なコイルで考えられるパラメータである。コイル例は１
ミリメートルのキャピラリー状試料を用いる６００ＭＨ
ｚプローブ用のカーボン・コイルである。コイルは外幅
は６，７５０ミクロン、内幅は３，９９０ミクロンであ
る。外側長さは２５，０００ミクロンで内側長さは１
０，０００ミクロンである。コイルは１２．５ミクロン
幅の垂直素子を両側に９２本、各サブコイルの両側にそ
れぞれお２３本の垂直素子を有している。各垂直素子は
１２．５ミクロン幅の２個のコンデンサ・フィンガに接
続される。本例では、隣り合うコンデンサ・フィンガ間
のギャップは２４．５ミクロンである。
【００３４】図５には別のコイルの実施態様が図示して
ある。明確にするため、領域６０に配置されているこの
コイルの垂直導体は、その密度のため図面には明示的に
図示していない。しかし領域６０にはコンデンサ６２の
フィンガに接続する平行な垂直素子を含むことが当業者
には理解されよう。図５のコイルは２コンデンサ型コイ
ルであり、例えば１４．１テスラのマグネットの中で３
ミリメートル試料の１Ｈ励起及び検出用に適切であろ
う。コンデンサの各々について、必要なコンデンサを実
現するには３０本のフィンガ対しか必要とされない。ま
た異なるコイルが必ずしも相互に大きさに従ってサイズ
を合わせられているわけでは必ずしもないから、むしろ
できる限りこれらを表現するように図示されていること
に注意すべきである。したがって、例えば、図面では図
５の２コンデンサ型コイルは図３の４コンデンサ型コイ
ルより多くの垂直導体を備えているように見えるとして
も、典型的にはその反対が正しい。
ある。明確にするため、領域６０に配置されているこの
コイルの垂直導体は、その密度のため図面には明示的に
図示していない。しかし領域６０にはコンデンサ６２の
フィンガに接続する平行な垂直素子を含むことが当業者
には理解されよう。図５のコイルは２コンデンサ型コイ
ルであり、例えば１４．１テスラのマグネットの中で３
ミリメートル試料の１Ｈ励起及び検出用に適切であろ
う。コンデンサの各々について、必要なコンデンサを実
現するには３０本のフィンガ対しか必要とされない。ま
た異なるコイルが必ずしも相互に大きさに従ってサイズ
を合わせられているわけでは必ずしもないから、むしろ
できる限りこれらを表現するように図示されていること
に注意すべきである。したがって、例えば、図面では図
５の２コンデンサ型コイルは図３の４コンデンサ型コイ
ルより多くの垂直導体を備えているように見えるとして
も、典型的にはその反対が正しい。
【００３５】図５Ａに図示してあるのは図５の中の領域
６４の拡大図である。各フィンガは２２ミクロン幅の２
本のフィンガレット６６に分割され、その各々が２２ミ
クロン幅の１本の垂直素子に接続する。コイルの上部と
底部に向かって徐々に内側の垂直素子の終止によって残
された垂直方向の空間が導電性の島６８で埋められる。
島の長さはコイルの上部と底部に向かうに従って徐々に
長くなり、導電材料の内側の垂直エッジが各コンデンサ
６２の範囲の大半にわたって一定になるようにしてあ
る。しかし、コイルの上部と底部に近いところでは、垂
直素子はフィンガレット６６に向かって内向きのテーパ
ーが付いている。図５に図示してあるテーパー付部分７
０は図３のテーパー付部分と同様にテーパーが付けられ
ており、一番内側の各導体が各々のフィンガレットで終
止したところで垂直素子の全体が内側にステップ移動す
る。各々のコンデンサについて、このようにテーパーを
付けることでコイル中心に近いコンデンサの部分よりも
導電材料の内側垂直エッジをフィンガレットに近づける
ことになる。このようにしてコイルを製造するときのウ
エハのエッジから垂直素子を離すことができる。フィル
ムの品質はエッジ付近で低下する傾向にあり、そのため
コイルのレイアウトを提供する際にウエハのエッジから
１．５ミリメートルの最小距離を維持するのが望まし
い。図３及び図５のコイルにテーパーを付けることによ
り１枚のウエハからより多くのコイルを製造できるよう
になる。
６４の拡大図である。各フィンガは２２ミクロン幅の２
本のフィンガレット６６に分割され、その各々が２２ミ
クロン幅の１本の垂直素子に接続する。コイルの上部と
底部に向かって徐々に内側の垂直素子の終止によって残
された垂直方向の空間が導電性の島６８で埋められる。
島の長さはコイルの上部と底部に向かうに従って徐々に
長くなり、導電材料の内側の垂直エッジが各コンデンサ
６２の範囲の大半にわたって一定になるようにしてあ
る。しかし、コイルの上部と底部に近いところでは、垂
直素子はフィンガレット６６に向かって内向きのテーパ
ーが付いている。図５に図示してあるテーパー付部分７
０は図３のテーパー付部分と同様にテーパーが付けられ
ており、一番内側の各導体が各々のフィンガレットで終
止したところで垂直素子の全体が内側にステップ移動す
る。各々のコンデンサについて、このようにテーパーを
付けることでコイル中心に近いコンデンサの部分よりも
導電材料の内側垂直エッジをフィンガレットに近づける
ことになる。このようにしてコイルを製造するときのウ
エハのエッジから垂直素子を離すことができる。フィル
ムの品質はエッジ付近で低下する傾向にあり、そのため
コイルのレイアウトを提供する際にウエハのエッジから
１．５ミリメートルの最小距離を維持するのが望まし
い。図３及び図５のコイルにテーパーを付けることによ
り１枚のウエハからより多くのコイルを製造できるよう
になる。
【００３６】以下は図５及び図５Ａに図示したようなコ
イルで考えられるパラメータである。コイル例は３ミリ
メートルのキャピラリー状試料を用いる６００ＭＨｚプ
ローブ用のプロトン・コイルであり得る。コイルは外幅
が６，７５０ミクロン、内幅が３，７５０ミクロンであ
る。外側長さが２５，０００ミクロンで内側長さが１
３，０００ミクロンである。コイルは２２ミクロン幅垂
直素子を両側に６０本有し、各垂直素子はコイルの上部
で２２ミクロン幅のフィンガレットに、またコイルの底
部で別の２２ミクロン幅のフィンガレットに接続され
る。これらのフィンガレットはさらに１本のコンデンサ
・フィンガの半分を形成する。本例では、隣り合うコン
デンサ・フィンガ間のギャップは５３ミクロンである。
イルで考えられるパラメータである。コイル例は３ミリ
メートルのキャピラリー状試料を用いる６００ＭＨｚプ
ローブ用のプロトン・コイルであり得る。コイルは外幅
が６，７５０ミクロン、内幅が３，７５０ミクロンであ
る。外側長さが２５，０００ミクロンで内側長さが１
３，０００ミクロンである。コイルは２２ミクロン幅垂
直素子を両側に６０本有し、各垂直素子はコイルの上部
で２２ミクロン幅のフィンガレットに、またコイルの底
部で別の２２ミクロン幅のフィンガレットに接続され
る。これらのフィンガレットはさらに１本のコンデンサ
・フィンガの半分を形成する。本例では、隣り合うコン
デンサ・フィンガ間のギャップは５３ミクロンである。
【００３７】本発明の実施態様の各々において、コイル
の両側で上部から底部に走行する垂直素子は真直ぐで一
様な幅である。これらは超電導フィルムの磁化を抑圧す
るのに充分なギャップ（「ギャップレット」）だけで分
離される。２個またはそれ以上のコンデンサを備える各
コイルについて、コイルの両側での全垂直素子は、その
中点で、共通ノードにより接続される。同様に、共通ノ
ードは図４及び図４Ａの入れ子構造のコンデンサ型コイ
ルの場合におけるサブコイルの導体を各々連結するため
に使用される。これらのノードの各々はコイルの上部及
び／または底部でコンデンサの素子に接続される。大半
のコイル、特に共鳴周波数が低いコイルでは、各垂直素
子はコンデンサの交互のフィンガの１本またはそれ以上
に接続されることになる。しかし、ある種のコイル、特
に共鳴周波数が高いコイル例えば図３及び図３Ａに図示
したようなコイルで、各垂直素子はコンデンサの１本の
フィンガを形成するフィンガレットの半分だけに接続さ
れる。
の両側で上部から底部に走行する垂直素子は真直ぐで一
様な幅である。これらは超電導フィルムの磁化を抑圧す
るのに充分なギャップ（「ギャップレット」）だけで分
離される。２個またはそれ以上のコンデンサを備える各
コイルについて、コイルの両側での全垂直素子は、その
中点で、共通ノードにより接続される。同様に、共通ノ
ードは図４及び図４Ａの入れ子構造のコンデンサ型コイ
ルの場合におけるサブコイルの導体を各々連結するため
に使用される。これらのノードの各々はコイルの上部及
び／または底部でコンデンサの素子に接続される。大半
のコイル、特に共鳴周波数が低いコイルでは、各垂直素
子はコンデンサの交互のフィンガの１本またはそれ以上
に接続されることになる。しかし、ある種のコイル、特
に共鳴周波数が高いコイル例えば図３及び図３Ａに図示
したようなコイルで、各垂直素子はコンデンサの１本の
フィンガを形成するフィンガレットの半分だけに接続さ
れる。
【００３８】本発明の好適実施態様を参照して本発明を
図示し説明したが、添付の請求項により規定される本発
明の精神及び範囲から逸脱することなく形態及び詳細部
分に様々な変化を成し得ることが当業者には理解されよ
う。例えば、本発明は低温超伝導体に等しく適用可能で
あり、ある種の変更により室温または低温で通常の金属
導体にも適用される。低温超伝導体コイルは２０度Ｋ以
上の温度で動作するときの利点を提供しないが、極めて
高いＱを実現することができる。通常の金属コイルは超
電導コイルの高いＱを実現しないが、本発明の幾つかの
態様の適用から恩恵を受けることができ、また少なくと
も最小限の機能がある。また試料の大きさと形状によっ
て充填率についてコイル設計を最適化できることと、あ
らゆる所望の共鳴周波数に対応できるように設計できる
ことは理解されよう。さらに、本発明がＮＭＲスペクト
ル分析装置及び顕微鏡で、また磁気共鳴イメージングで
有用であることは理解されよう。
図示し説明したが、添付の請求項により規定される本発
明の精神及び範囲から逸脱することなく形態及び詳細部
分に様々な変化を成し得ることが当業者には理解されよ
う。例えば、本発明は低温超伝導体に等しく適用可能で
あり、ある種の変更により室温または低温で通常の金属
導体にも適用される。低温超伝導体コイルは２０度Ｋ以
上の温度で動作するときの利点を提供しないが、極めて
高いＱを実現することができる。通常の金属コイルは超
電導コイルの高いＱを実現しないが、本発明の幾つかの
態様の適用から恩恵を受けることができ、また少なくと
も最小限の機能がある。また試料の大きさと形状によっ
て充填率についてコイル設計を最適化できることと、あ
らゆる所望の共鳴周波数に対応できるように設計できる
ことは理解されよう。さらに、本発明がＮＭＲスペクト
ル分析装置及び顕微鏡で、また磁気共鳴イメージングで
有用であることは理解されよう。
【００３９】
【発明の効果】本発明によれば、特に効率的なコイル構
造を利用する磁気共鳴高周波共鳴器が提供される。共鳴
器は有効試料空間でラジオ波の周波数の磁場を発生し、
導電性材料が形成された平面基板を含む。好適実施態様
において、導電性材料は超電導性であり高温超伝導体が
望ましい。これが誘電性基板上に形成されて電流の流れ
る複数の入れ子型の電流ループを形成し、その各々が磁
場発生素子及び櫛歯状コンデンサ素子を有する。これら
の素子は有効試料空間に隣り合って基本的に形状が長方
形の内側領域を包囲する実質的に閉じた形状の通り道
（以下、経路）を形成するように構成される。つまり、
形状としては、長軸に対して直交する短軸に沿った場合
よりも長軸に沿った場合の方が長い形状である。本発明
において、コンデンサ素子の大半または全部が長方形の
形状の中心から磁場発生素子よりも遠い電流ループに配
置される。
造を利用する磁気共鳴高周波共鳴器が提供される。共鳴
器は有効試料空間でラジオ波の周波数の磁場を発生し、
導電性材料が形成された平面基板を含む。好適実施態様
において、導電性材料は超電導性であり高温超伝導体が
望ましい。これが誘電性基板上に形成されて電流の流れ
る複数の入れ子型の電流ループを形成し、その各々が磁
場発生素子及び櫛歯状コンデンサ素子を有する。これら
の素子は有効試料空間に隣り合って基本的に形状が長方
形の内側領域を包囲する実質的に閉じた形状の通り道
（以下、経路）を形成するように構成される。つまり、
形状としては、長軸に対して直交する短軸に沿った場合
よりも長軸に沿った場合の方が長い形状である。本発明
において、コンデンサ素子の大半または全部が長方形の
形状の中心から磁場発生素子よりも遠い電流ループに配
置される。
【００４０】好適実施態様においては、磁場発生素子は
長方形の形状の長軸に対して実質的に平行に延びて配置
される。逆に、コンデンサ素子は長軸とは直角に延びて
配置される。コンデンサ素子は非導電性ギャップで分離
された導電性フィンガを含む。１つの実施態様において
は、磁場発生素子は長方形の形状の中心からの距離によ
り長さが変化する。同様に、コンデンサ素子は長方形の
形状の中心からの距離によって異なる長さを有する。代
表的には、これは個々の磁場発生素子とこれに対応する
コンデンサ素子との間の電気的接続に由来するもので、
結果として外側にある素子の方が内側にある素子より長
くなる。したがってこのような構造では磁場発生素子に
よって占有される全体としての空間が基本的に台形の形
状となることがある。
長方形の形状の長軸に対して実質的に平行に延びて配置
される。逆に、コンデンサ素子は長軸とは直角に延びて
配置される。コンデンサ素子は非導電性ギャップで分離
された導電性フィンガを含む。１つの実施態様において
は、磁場発生素子は長方形の形状の中心からの距離によ
り長さが変化する。同様に、コンデンサ素子は長方形の
形状の中心からの距離によって異なる長さを有する。代
表的には、これは個々の磁場発生素子とこれに対応する
コンデンサ素子との間の電気的接続に由来するもので、
結果として外側にある素子の方が内側にある素子より長
くなる。したがってこのような構造では磁場発生素子に
よって占有される全体としての空間が基本的に台形の形
状となることがある。
【００４１】磁場発生素子とコンデンサ素子との間の接
続は変化することがある。１つの実施態様においては、
各磁場発生素子は複数のコンデンサ素子へ接続され、ま
た別の実施態様においては各コンデンサ素子は複数の磁
場発生素子に接続される。ループによって形成されるコ
ンデンサの総数も実施態様によって変化し、典型的には
必要な共鳴周波数に依存する。コンデンサは相互にまた
磁場発生素子と直列に構成され、合計で例えば２個また
は４個である。しかし１つの実施態様ではコンデンサ素
子によって形成されるコンデンサを１つだけ使用する。
１コンデンサ式のコイルで特に有用な本発明の１つの変
形タイプは、サブコイルを利用し、その各々が複数の磁
場発生素子及び一体構造のコンデンサ素子を含む。望ま
しくは、このような実施態様におけるコンデンサ素子は
コイルの短軸の両側に配置する。これによりコイルに良
好な対称性を提供する。コンデンサ素子の配置はサブコ
イル毎に変わり、第１のサブコイルのコンデンサ素子が
これにすぐ隣りの他のサブコイルのコンデンサ素子とは
長方形の形状の対向する両側に配置されるようにする。
最後に、絶縁された導電セグメントを共鳴器内部に使用
することで他の方法では占有されない空間を占有するよ
うにするのが望ましい。これらの絶縁セグメントは電流
を流すループへは電気的に接続されないが、コイルから
ＲＦ磁場を排除するのを助けるように機能する。
続は変化することがある。１つの実施態様においては、
各磁場発生素子は複数のコンデンサ素子へ接続され、ま
た別の実施態様においては各コンデンサ素子は複数の磁
場発生素子に接続される。ループによって形成されるコ
ンデンサの総数も実施態様によって変化し、典型的には
必要な共鳴周波数に依存する。コンデンサは相互にまた
磁場発生素子と直列に構成され、合計で例えば２個また
は４個である。しかし１つの実施態様ではコンデンサ素
子によって形成されるコンデンサを１つだけ使用する。
１コンデンサ式のコイルで特に有用な本発明の１つの変
形タイプは、サブコイルを利用し、その各々が複数の磁
場発生素子及び一体構造のコンデンサ素子を含む。望ま
しくは、このような実施態様におけるコンデンサ素子は
コイルの短軸の両側に配置する。これによりコイルに良
好な対称性を提供する。コンデンサ素子の配置はサブコ
イル毎に変わり、第１のサブコイルのコンデンサ素子が
これにすぐ隣りの他のサブコイルのコンデンサ素子とは
長方形の形状の対向する両側に配置されるようにする。
最後に、絶縁された導電セグメントを共鳴器内部に使用
することで他の方法では占有されない空間を占有するよ
うにするのが望ましい。これらの絶縁セグメントは電流
を流すループへは電気的に接続されないが、コイルから
ＲＦ磁場を排除するのを助けるように機能する。
【図１】図１は、ＮＭＲスペクトル分析装置のトリプル
共鳴超電導プローブの略断面図である。
共鳴超電導プローブの略断面図である。
【図２】図２は、本発明による超電導ＮＭＲプローブ用
超電導コイルの導体分布の正面の模式図である。図２Ａ
は、図２のコイルの断面の拡大図である。
超電導コイルの導体分布の正面の模式図である。図２Ａ
は、図２のコイルの断面の拡大図である。
【図３】図３は、本発明によるＮＭＲプローブ用の高周
波コイルの導体分布の正面の模式図である。図３Ａは、
図３のコイルの断面の拡大図である。
波コイルの導体分布の正面の模式図である。図３Ａは、
図３のコイルの断面の拡大図である。
【図４】図４は、ＮＭＲプローブ用単一コンデンサ超電
導コイルの導体分布の正面の模式図で、コイルは多数の
入れ子型のサブコイルを備える。図４Ａは、図４のコイ
ルの断面の拡大図である。
導コイルの導体分布の正面の模式図で、コイルは多数の
入れ子型のサブコイルを備える。図４Ａは、図４のコイ
ルの断面の拡大図である。
【図５】図５は、ＮＭＲプローブ用の超電導コイルの導
体分布の正面の模式図で、コイルは比較的長い形状を有
する。図５Ａは、図５のコイルの断面の拡大図である。
体分布の正面の模式図で、コイルは比較的長い形状を有
する。図５Ａは、図５のコイルの断面の拡大図である。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１４年４月５日（２００２．４．５）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図面の簡単な説明
【補正方法】変更
【補正内容】
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、ＮＭＲスペクトル分析装置のトリプル
共鳴超電導プローブの略断面図である。
共鳴超電導プローブの略断面図である。
【図２】図２は、本発明による超電導ＮＭＲプローブ用
超電導コイルの導体分布の正面の模式図である。
超電導コイルの導体分布の正面の模式図である。
【図２A】図２Ａは、図２のコイルの断面の拡大図であ
る。
る。
【図３】図３は、本発明によるＮＭＲプローブ用の高周
波コイルの導体分布の正面の模式図である。
波コイルの導体分布の正面の模式図である。
【図３A】図３Ａは、図３のコイルの断面の拡大図であ
る。
る。
【図４】図４は、ＮＭＲプローブ用単一コンデンサ超電
導コイルの導体分布の正面の模式図で、コイルは多数の
入れ子型のサブコイルを備える。
導コイルの導体分布の正面の模式図で、コイルは多数の
入れ子型のサブコイルを備える。
【図４A】図４Ａは、図４のコイルの断面の拡大図であ
る。
る。
【図５】図５は、ＮＭＲプローブ用の超電導コイルの導
体分布の正面の模式図で、コイルは比較的長い形状を有
する。
体分布の正面の模式図で、コイルは比較的長い形状を有
する。
【図５A】図５Ａは、図５のコイルの断面の拡大図であ
る。
る。
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１】
【図２】
【図２Ａ】
【図５】
【図３】
【図３Ａ】
【図４】
【図４Ａ】
【図５Ａ】
Claims (32)
- 【請求項１】 有効試料空間に高周波磁場を発生する磁
気共鳴高周波共鳴器であって、前記磁気共鳴高周波共鳴
器は、 誘電体基板と、 前記誘電体基盤上に形成された導電材料であって、入れ
子構造の複数の電流ループを形成し、その各々が磁場発
生素子及び櫛歯状コンデンサ素子とを有することを特徴
とする導電材料とを含み、前記電流ループは、実質的に
長方形の形状を有し前記有効試料空間の近傍にあって内
側領域を包囲する実質的に閉じた形状の経路を形成し、
前記櫛歯状コンデンサ素子の全部が実質的に前記磁場発
生素子より前記長方形の形状の中心から離れて配置され
ることを特徴とする磁気共鳴高周波共鳴器。 - 【請求項２】 前記導電材料が超伝導体であることを特
徴とする請求項１に記載の磁気共鳴高周波共鳴器。 - 【請求項３】 前記超伝導体が高温超伝導体であること
を特徴とする請求項２に記載の磁気共鳴高周波共鳴器。 - 【請求項４】 前記磁場発生素子は前記長方形の形状の
長軸に対して実質的に平行に延びる導電体を含むことを
特徴とする請求項１に記載の磁気共鳴高周波共鳴器。 - 【請求項５】 前記櫛歯状コンデンサ素子は前記長方形
の形状の前記長軸に対して実質的に直交して延びる導電
体を含むことを特徴とする請求項４に記載の磁気共鳴高
周波共鳴器。 - 【請求項６】 前記櫛歯状コンデンサ素子は前記長軸と
直交する方向に延在する非導電性ギャップにより分離さ
れた導電性フィンガを含むことを特徴とする請求項５に
記載の磁気共鳴高周波共鳴器。 - 【請求項７】 前記磁場発生素子各々の長さは前記長方
形の形状の中心からの距離に従って変化することを特徴
とする請求項４に記載の磁気共鳴高周波共鳴器。 - 【請求項８】 前記櫛歯状コンデンサ素子各々の長さは
前記長方形の形状の中心からの距離に従って変化するこ
とを特徴とする請求項７に記載の磁気共鳴高周波共鳴
器。 - 【請求項９】 前記磁場発生素子は実質的に台形の形状
を有する空間を全体で占めることを特徴とする請求項７
に記載の磁気共鳴高周波共鳴器。 - 【請求項１０】 前記磁場発生素子の各々は複数の前記
櫛歯状コンデンサ素子に電気的に接続されることを特徴
とする請求項１に記載の磁気共鳴高周波共鳴器。 - 【請求項１１】 前記櫛歯状コンデンサ素子の各々は複
数の前記磁場発生素子に電気的に接続されることを特徴
とする請求項１に記載の磁気共鳴高周波共鳴器。 - 【請求項１２】 前記櫛歯状コンデンサ素子は全体とし
て前記磁場発生素子と直列に接続される複数のコンデン
サを形成することを特徴とする請求項１に記載の磁気共
鳴高周波共鳴器。 - 【請求項１３】 前記櫛歯状コンデンサ素子は全体とし
て前記磁場発生素子と直列に接続される２個のコンデン
サを形成することを特徴とする請求項１に記載の磁気共
鳴高周波共鳴器。 - 【請求項１４】 前記櫛歯状コンデンサ素子は全体とし
て前記磁場発生素子と直列に接続される４個のコンデン
サを形成することを特徴とする請求項１に記載の磁気共
鳴高周波共鳴器。 - 【請求項１５】 前記櫛歯状コンデンサ素子は全体とし
て前記磁場発生素子と直列に接続される１個のコンデン
サを形成することを特徴とする請求項１に記載の磁気共
鳴高周波共鳴器。 - 【請求項１６】 前記磁気共鳴高周波共鳴器は複数の導
電性サブコイルを含み、その各々が複数の前記磁場発生
素子と前記櫛歯状コンデンサ素子とを含み、かつ、前記
櫛歯状コンデンサ素子は前記長方形の形状の長軸に対し
て前記長方形の形状の両側に配置されることを特徴とす
る請求項１５に記載の磁気共鳴高周波共鳴器。 - 【請求項１７】 第１のサブコイルの前記櫛歯状コンデ
ンサ素子は前記第１のサブコイルに直ぐ隣り合ったいず
れのサブコイルの前記コンデンサ素子からの前記長方形
の形状の対向する側に配置されることを特徴とする請求
項１６に記載の磁気共鳴高周波共鳴器。 - 【請求項１８】 前記磁気共鳴高周波共鳴器が占める前
記空間の一部分の内に配置されて絶縁された導電性セグ
メントをさらに含み、前記導電性セグメントは前記電流
ループへ電気的に接続されないことを特徴とする請求項
１に記載の磁気共鳴高周波共鳴器。 - 【請求項１９】 前記絶縁された導電性セグメントは前
記長方形の形状の中心からの前記導電性セグメントの距
離に応じて長さが変化することを特徴とする請求項１８
に記載の磁気共鳴高周波共鳴器。 - 【請求項２０】 前記櫛歯状コンデンサ素子は前記磁場
発生素子に電気的に接続されるコンデンサ・フィンガ
と、前記長方形の形状の長軸の対向する側に配置された
２組の前記コンデンサ・フィンガの間にコンデンサの組
を提供する導電性中心フィンガとを含むことを特徴とす
る請求項１に記載の磁気共鳴高周波共鳴器。 - 【請求項２１】 有効試料空間に高周波磁場を発生する
ＮＭＲスペクトル分析装置用の共鳴磁場コイルであっ
て、前記コイルは、 平面誘電性基板と、 前記誘電性基板上に形成された高温超伝導体材料であっ
て、入れ子構造の複数の電流ループを形成し、その各々
が磁場発生素子と櫛歯状コンデンサ素子とを有する高温
超伝導体材料とを含み、前記電流ループは、実質的に長
方形の形状を有し前記有効試料空間の近傍にあって内側
領域を包囲する実質的に閉じた形状の経路を形成し、前
記磁場発生素子は前記長方形の形状の長軸に対して実質
的に平行に延びる導電体を含み、前記櫛歯状コンデンサ
素子は前記長方形の形状の前記長軸に対して実質的に直
交して延びる導電体を含み前記櫛歯状コンデンサ素子の
実質的に全部が前記磁場発生素子より前記長方形の形状
の中心から離れて配置されることを特徴とする共鳴磁場
コイル。 - 【請求項２２】 有効試料空間に高周波磁場を発生する
磁気共鳴高周波共鳴器を製造する方法であって、前記方
法は、 平面誘電性基板を提供するステップと、 前記誘電性基板上に導電材料を形成することにより入れ
子構造の複数の電流ループを形成するステップであっ
て、その各々は磁場発生素子と櫛歯状コンデンサ素子と
を有し、前記電流ループは、実質的に長方形の形状を有
し前記有効試料空間の近傍にあって内側領域を包囲する
実質的に閉じた形状の経路を形成することを特徴とする
ステップとを含み、前記櫛歯状コンデンサ素子の実質的
に全部が前記磁場発生素子より前記長方形の形状の中心
から離れて配置されることを特徴とする製造方法。 - 【請求項２３】 前記導電材料が超伝導体であることを
特徴とする請求項２２に記載の方法。 - 【請求項２４】 前記超伝導体が高温超伝導体であるこ
とを特徴とする請求項２３に記載の方法。 - 【請求項２５】 前記磁場発生素子は前記長方形の形状
の長軸に対して実質的に平行に延びる導電体を含むこと
を特徴とする請求項２２に記載の方法。 - 【請求項２６】 前記櫛歯状コンデンサ素子は前記長方
形の形状の前記長軸に対して実質的に直交して延びる導
電体を含むことを特徴とする請求項２５に記載の方法。 - 【請求項２７】 前記磁場発生素子各々の長さは前記長
方形の形状の中心からの距離に従って変化することを特
徴とする請求項２５に記載の方法。 - 【請求項２８】 前記磁場発生素子の各々が複数の前記
櫛歯状コンデンサ素子に電気的に接続されることを特徴
とする請求項２２に記載の方法。 - 【請求項２９】 前記櫛歯状コンデンサ素子の各々が複
数の前記磁場発生素子に電気的に接続されることを特徴
とする請求項２２に記載の方法。 - 【請求項３０】 前記櫛歯状コンデンサ素子は全体とし
て前記磁場発生素子と直列に接続される複数のコンデン
サを形成することを特徴とする請求項２２に記載の方
法。 - 【請求項３１】 前記櫛歯状コンデンサ素子は全体とし
て前記磁場発生素子と直列に接続される１個のコンデン
サを形成することを特徴とする請求項２２に記載の方
法。 - 【請求項３２】 前記磁気共鳴高周波共鳴器は複数の導
電性サブコイルを含み、その各々が複数の前記磁場発生
素子と前記櫛歯状コンデンサ素子とを含み、かつ、前記
櫛歯状コンデンサ素子は前記長方形の形状の長軸に対し
て前記長方形の形状の両側に配置されることを特徴とす
る請求項３１に記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/803,199 US6556013B2 (en) | 2001-03-09 | 2001-03-09 | Planar NMR coils with localized field-generating and capacitive elements |
| US09/803199 | 2001-03-09 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002328156A true JP2002328156A (ja) | 2002-11-15 |
Family
ID=25185869
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002065888A Pending JP2002328156A (ja) | 2001-03-09 | 2002-03-11 | 局部磁場発生素子及びコンデンサ素子を備えるｎｍｒ平面コイル |
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| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US6556013B2 (ja) |
| EP (1) | EP1239297A3 (ja) |
| JP (1) | JP2002328156A (ja) |
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