JP2005127766A

JP2005127766A - ループギャップ共振器

Info

Publication number: JP2005127766A
Application number: JP2003361626A
Authority: JP
Inventors: Yukio Mizuta; 水田幸男; Mitsuhiro Ono; 小野光弘
Original assignee: Jeol Ltd
Current assignee: Jeol Ltd
Priority date: 2003-10-22
Filing date: 2003-10-22
Publication date: 2005-05-19
Anticipated expiration: 2023-10-22
Also published as: JP4027877B2

Abstract

【課題】簡単な構成でループギャップ共振器内部の変調磁場の均一化をはかる。
【解決手段】低誘電率の円筒支持体と、該円筒支持体の外周面に円筒の軸方向に沿って形成されるギャップ部と、導電体により形成され、前記ギャップ部を挟んで円筒支持体の外周面に固着される円筒弧状のループ部と、導電体により形成され、前記ギャップ部の内側に前記円筒支持体を介して設けられるマイクロ波電界をシールドするためのブリッジ部とを備えたループギャップ共振器において、前記ループ部とブリッジ部の両方に、円筒の中心軸方向と交差する方向のスリットを設けた。
【選択図】図３

Description

本発明は、生体物質等の試料構造を画像化する電子スピン共鳴法に用いるループギャップ共振器に関する。

最近、物質の構造を非破壊的に知るために、電子スピン共鳴法が使用され、これにループギャップ共振器が適用されている。図１は、従来のループギャップ共振器を示したものである。図中１は、ループギャップ共振器、図中２は、空洞ｘを有するテフロン（登録商標）などでできた低誘電率の円筒支持体である。円筒支持体２の外周面には、所定の角度、例えば１８０°間隔で円筒の軸方向に沿ってギャップ部３が形成され、該ギャップ部３を挟んで、ループ部と呼ばれる円筒弧状の共振器本体４ａ、４ｂが固着されている。

ループギャップ共振器では、ループ部４ａ、４ｂがコイル（Ｌ）、ギャップ部３がコンデンサ（Ｃ）に対応し、これらの電気的パラメータにより、共振器の共振周波数が規定される。ループ部を中断するギャップ部は、本来、１つあればループギャップ共振器として機能するが、図１の例では、手前と奥に対称的に２つのギャップ部を設けることで、マイクロ波を投入した場合の磁束密度の空間的な均一性を向上させている（特許文献１）。

そして、ギャップ部３の内側には、円筒支持体２（誘電体）を介して、ブリッジ部と呼ばれる円筒弧状のマイクロ波電界シールド５ａ、５ｂが設けられ、ギャップ部３に発生するマイクロ電界が空洞ｘ内に洩れ込まないように、かつ、空洞ｘ内に発生するマイクロ磁界がギャップ部３から共振器の外部に洩れ出ないように構成されている（特許文献２、３）。これにより、共振マイクロ波の電界成分と磁界成分が分けられ、磁界成分のみが試料に作用するように構成される。ループ部４ａ、４ｂ、およびブリッジ部５ａ、５ｂは、非磁性の導電体、例えば銅板で形成されている。

このようなループギャップ共振器１を用いて、例えば、生体の物質の構造を非破壊的に知るためには、ループギャップ共振器１の円筒支持体２の空洞ｘ内に生体試料を挿入した後、ループギャップ共振器１に外部から一定周波数のマイクロ波を照射して、生体試料が挿入された共振器内でマイクロ波の共振を生ぜしめると共に、共振器の近傍に配設された図示しない磁場変調コイル及び直流磁場発生装置により、交流磁場と直流磁場を重畳して発生させて、共振器内の試料にこれを印加し、直流磁場を掃引して得られるスペクトルから電子スピン共鳴信号を得て、これを信号処理し、生体試料の構造の画像化、すなわちイメージング測定を行なっている。

試料に印加される変調磁場は、変調周波数が高いほど、電子スピン共鳴信号の検出感度が高くなり、また、強度分布が均一なほど、画像のコントラストの歪みが均一になるので、試料に対しては、変調周波数がより高く、強度分布がより均一な変調磁場が印加できるように、装置を設計することが求められる。

特開昭５８−１２７１５４号公報。

特開昭６２−１２３３４２号公報。

特開昭６２−１２３３４３号公報。

特開平５−２４９２１５号公報。

ところで、上記のようなループギャップ共振器１では、図２に示すように、図示しない磁場変調コイルによって生じる変調磁場は、その周波数が高くなれば高くなる程、ループ部４ａ、４ｂの導電壁に渦電流ｉを発生させやすくなる。発生した渦電流ｉは、加えた変調磁場の磁束Ｂを緩和させるように働くので、変調磁場は導電壁を透過することができず、ループギャップ共振器１の上下の開口部などから入る磁束によってしか、生体試料に作用する変調磁場が形成されず、その結果、ループギャップ共振器１の内部においては、共振器の中心に近づくほど、変調磁場強度が弱くなり、変調磁場の強さを一様にすることができないという問題があった。

また、磁場の変調周波数が高くなると、ループギャップ共振器１の外壁から内部へと透過できる磁束密度が減少する「表皮効果」と呼ばれる現象が起き、高い変調周波数の磁界は共振器内部に到達できないという問題があった。

本発明の目的は、上述した点に鑑み、簡単な構成でループギャップ共振器内部の変調磁場の均一化をはかることができるループギャップ共振器を提供することにある。

この目的を達成するため、本発明のループギャップ共振器は、
低誘電率の円筒支持体と、
該円筒支持体の外周面に円筒の軸方向に沿って形成されるギャップ部と、
導電体により形成され、前記ギャップ部を挟んで円筒支持体の外周面に固着される円筒弧状のループ部と、
導電体により形成され、前記ギャップ部の内側に前記円筒支持体を介して設けられるマイクロ波電界をシールドするためのブリッジ部と
を備えたループギャップ共振器において、
前記ループ部とブリッジ部の両方に、円筒の中心軸方向と交差する方向のスリットを設けたことを特徴としている。

また、前記円筒の軸方向と交差する方向とは、ループ部を流れるマイクロ波電流の伝流経路を遮断しない方向であることを特徴としている。

また、前記スリットは、複数本設けられていることを特徴としている。

また、前記スリットは、ループ部とブリッジ部の双方に刻まれた位置が、共振器の円筒軸と直交する平面上に並ぶように配置されていることを特徴としている。

低誘電率の円筒支持体と、該円筒支持体の外周面に円筒の軸方向に沿って形成されるギャップ部と、導電体により形成され、前記ギャップ部を挟んで円筒支持体の外周面に固着される円筒弧状のループ部と、導電体により形成され、前記ギャップ部の内側に前記円筒支持体を介して設けられるマイクロ波電界をシールドするためのブリッジ部とを備えたループギャップ共振器において、前記ループ部とブリッジ部の両方に、円筒の中心軸方向と交差する方向のスリットを設けたので、簡単な構成でループギャップ共振器内部の変調磁場の均一化をはかることができるようになった。

図３は、本発明にかかるループギャップ共振器の一実施例を示したものである。図中１は、ループギャップ共振器、２は、空洞ｘを有するテフロン（登録商標）などでできた低誘電率の円筒支持体である。円筒支持体２の外周面には、所定の角度、例えば１８０°間隔で円筒の軸方向に沿ってギャップ部３が形成され、該ギャップ部３を挟んで、ループ部と呼ばれる円筒弧状の共振器本体４ａ、４ｂが固着されている。尚、上記角度は、必ずしも１８０゜に限定されるものではない。

ループギャップ共振器では、ループ部４ａ、４ｂがコイル（Ｌ）、ギャップ部３がコンデンサ（Ｃ）に対応し、これらの電気的パラメータにより、共振器の共振周波数が規定される。ループ部を中断するギャップ部は、本来、１つあればループギャップ共振器として機能するが、図３の例では、手前と奥に対称的に２つのギャップ部を設けることで、マイクロ波を投入した場合の磁束密度の空間的な均一性を向上させている。尚、上記ギャップ部の数は、必ずしも２つに限定されるものではない。

そして、ギャップ部３の内側には、円筒支持体２を介して、ブリッジ部と呼ばれる円筒弧状のマイクロ波電界シールド５ａ、５ｂが設けられ、ギャップ部３に発生するマイクロ電界が空洞ｘ内に洩れ込まないように、かつ、空洞ｘ内に発生するマイクロ磁界がギャップ部３から共振器の外部に洩れ出ないように構成されている。これにより、共振マイクロ波の電界成分と磁界成分が分けられ、磁界成分のみが試料に作用するように構成されている。ループ部４ａ、４ｂ、およびブリッジ部５ａ、５ｂは、非磁性の導電体、例えば銅板で形成されている。

ループ部４ａ、４ｂとブリッジ部５ａ、５ｂの双方には、円筒の軸方向と交差する方向、より好ましくは、円筒の軸方向と直交する方向のスリット６が、複数本（図３の例では４本）設けられている。これらのスリット６は、ループ部４ａ、４ｂに刻まれた位置と、ブリッジ部５ａ、５ｂに刻まれた位置とが、共振器の円筒軸と直交する平面上に並ぶように配置されている。

ループギャップ共振器の外部より、変調磁場（交流磁場）を印加した場合、通常、渦電流が発生して、加えた磁場を打ち消す方向に作用するが、図３のように、スリット６を設けることにより、渦電流の伝流経路が遮断され、渦電流の発生が抑えられて、変調磁場（交流磁場）の損失が生じない。

また、スリット６が設けられているおかげで、変調磁場は、ループギャップ共振器の外壁を構成するループ部４ａ、４ｂの表面で、表皮効果により妨害を受けることなく、スリット６の開放空間を通して、直接、ループギャップ共振器内部の試料に到達することができる。

一方、ループギャップ共振器内部で定在波を形成して共振しているマイクロ波エネルギーのうち、電界成分は、ループギャップ共振器のループ部４ａ、４ｂにおいて、ループギャップ共振器の円筒軸に直交する方向に、環状の交流電流を形成しているが、図３のように、円筒の軸方向に直交する平面方向にスリットを刻めば、スリット６がマイクロ波電流の伝流経路を遮断しないため、マイクロ波の損失を生じないという優れた効果を得ることができる。

したがって、ループギャップ共振器のループ部とブリッジ部に、ループギャップ共振器の円筒軸に直交する水平方向のスリット６を刻めば、共振器内部に蓄えられたマイクロ波エネルギーの損失を招かず、共振器が高いＱ値を保った状態で、電子スピン共鳴信号の測定を行なうことが可能である。

また、スリット６の開放空間から、変調磁界が直接試料に印加されるため、均一な変調磁場がループギャップ共振器内に進入し、感度の良い測定が可能になる。

図３のような方法によって構築された新しいループギャップ共振器にマイクロ波を導入するには、図４に示すように、カップリング・コイル７をループギャップ共振器１に接近させて、ループギャップ共振器１にマイクロ波磁界を誘起させ、磁気的にカップリング・コイル７とループギャップ共振器１の間を結合させれば良い。

電子スピン共鳴装置用のループギャップ共振器に利用できる。

従来のループギャップ共振器を示す図である。従来のループギャップ共振器の問題点を示す図である。本発明にかかるループギャップ共振器の一実施例を示す図である。ループギャップ共振器にマイクロ波を導入する方法を示す図である。

符号の説明

１：ループギャップ共振器、２：円筒支持体、３：ギャップ部、４ａ：ループ部、４ｂ：ループ部、５ａ：ブリッジ部、５ｂ：ブリッジ部、６：スリット、７：カップリング・コイル

Claims

低誘電率の円筒支持体と、
該円筒支持体の外周面に円筒の軸方向に沿って形成されるギャップ部と、
導電体により形成され、前記ギャップ部を挟んで円筒支持体の外周面に固着される円筒弧状のループ部と、
導電体により形成され、前記ギャップ部の内側に前記円筒支持体を介して設けられるマイクロ波電界をシールドするためのブリッジ部と
を備えたループギャップ共振器において、
前記ループ部とブリッジ部の両方に、円筒の軸方向と交差する方向のスリットを設けたことを特徴とするループギャップ共振器。
前記円筒の軸方向と交差する方向とは、ループ部を流れるマイクロ波電流の伝流経路を遮断しない方向であることを特徴とする請求項１記載のループギャップ共振器。
前記スリットは、複数本設けられていることを特徴とする請求項１または２記載のループギャップ共振器。
前記スリットは、ループ部とブリッジ部の双方に刻まれた位置が、共振器の円筒軸と直交する平面上に並ぶように配置されていることを特徴とする請求項１、２、または３記載のループギャップ共振器。