JP4037716B2 - 核磁気共鳴装置の多重同調回路およびプローブ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、核磁気共鳴装置の多重同調回路に関し、特に、ＲＦ電圧に対する耐圧性を高めた核磁気共鳴装置の多重同調回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１は、共鳴周波数がＬＦ１およびＬＦ２であるような、２種類の低周波共鳴核に対し、同時にＲＦの照射またはＮＭＲ信号の検出を行なえるように構成した従来の多重同調回路を示すものである。ここで、ＬＦ１は、ＬＦ２よりも周波数が高いＲＦで、例えば、ＬＦ１は１３Ｃ核の共鳴周波数、ＬＦ２は１７Ｏの共鳴周波数に相当している。
【０００３】
図中１は、ソレノイドコイルやサドルコイルなどから成るサンプルコイルである。サンプルコイル１の両端には、インダクタンス２、３が直接接続されている。これらのインダクタンス２、３は、一端がサンプルコイル１に接続され、他端がコンデンサー６および／または９を介し間接的に、またはコンデンサー６、９を介することなく直接的に接地して使用される。図では、２つのインダクタンスを共に間接的に接地させた例を示している。
【０００４】
サンプルコイル１の両端は、ＬＦ１の２つの同調コンデンサー４、７を介して接地されている。また、ＬＦ１の同調バリコン１０も、サンプルコイル１の一端に、同調コンデンサー７と並列に接続されている。このとき、ＬＦ１の同調コンデンサー４の容量と、ＬＦ１の同調コンデンサー７とＬＦ１の同調バリコン１０の和容量とは、ほぼ同程度になるように設定される。
【０００５】
また、ＬＦ２の同調バリコン１２と整合バリコン１３は、インダクタンス２、または３のうち、どちらか一方の接地側端部に接続される。例えば、図１の例では、ＬＦ２の同調バリコン１２と整合バリコン１３は、インダクタンス３の接地側端部に接続され、ＬＦ２の同調コンデンサー６の容量と、ＬＦ２の同調コンデンサー９と同調バリコン１２の和容量とが、ほぼ同程度になるように設定されている。
【０００６】
このとき、サンプルコイル１、インダクタンス２、３、同調コンデンサー６、９、４、７は、サンプルコイル１の中点付近で振幅電圧がゼロとなるような平衡共振回路を構成している。
【０００７】
尚、インダクタンス２、３は、電線をコイル状に巻いたヘリカルコイルのような集中インダクタンスであっても、導体棒のような分布インダクタンスであっても、インダクタンス成分の素子であれば何でも良い。
【０００８】
次に、この多重同調回路の動作について説明する。図２は、周波数ＬＦ１のＲＦに対して共振しているときの多重同調回路の等価回路を示している。ＬＦ２に対する同調コンデンサー６および９は容量が大きく、ＬＦ１の周波数では十分に小さなインピーダンスなので、２つのインダクタンス２、３は、図のように直列に接続されていると見なされる。また、同調コンデンサー９の容量が大きいことにより、ＬＦ２側の同調バリコン１２と整合バリコン１３の寄与は小さい。
【０００９】
その結果、ＬＣ共振回路は、直列接続された２つのインダクタンス２、３に、サンプルコイル１が並列接続された合成インダクタンスと、ＬＦ１に対する同調コンデンサー４および７とで構成され、ＬＦ１側の同調バリコン１０と整合バリコン１１とでＬＦ１に対するＬＣ共振回路の同調および整合が行なわれる。ＬＦ１に対する同調と整合が取れて、共振電流が最大になったある時点でのＲＦ電流の向きの一例を、矢印２１、２２で示す。
【００１０】
次に、図３に、周波数ＬＦ２のＲＦに対して共振しているときの多重同調回路の等価回路を示す。ＬＦ１に対する同調コンデンサー４および７は容量が小さく、ＬＦ２の周波数では十分に大きなインピーダンスなので、２つの同調コンデンサー４および７の寄与は小さい。また、ＬＦ１側の同調バリコン１０と整合バリコン１１も、容量が小さいので寄与が小さい。
【００１１】
その結果、ＬＣ共振回路は、インダクタンス２、サンプルコイル１、インダクタンス３の順番に直列接続された合成インダクタンスと、ＬＦ２に対する同調コンデンサー６および９とで構成され、ＬＦ２側の同調バリコン１２と整合バリコン１３とでＬＦ２に対する同調・整合が行なわれる。
【００１２】
ＬＦ２に対する同調・整合が取れて、共振電流が最大になったある時点でのＲＦ電流の向きの一例を、矢印３１で示す。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ＬＦ２に対して共振しているときの多重同調回路の等価回路を示した図３では、インダクタンス２、サンプルコイル１、インダクタンス３が直列接続された合成インダクタンスとなるので、ＲＦ電流３１が流れた場合、インダクタンス２に発生するＲＦ電圧、サンプルコイル１に発生するＲＦ電圧、インダクタンス３に発生するＲＦ電圧が加算され、３２の位置と３３の位置に、接地に対して極めて高いＲＦ電圧が発生する。そのため、３２、３３と接地との間で放電事故が起こりやすいという問題があった。いったん放電事故が発生すると、コンデンサーなどの電子部品が焼損してしまい、高額な修理費用が必要となる。
【００１４】
本発明の目的は、上述した点に鑑み、多重同調回路の耐圧を向上させて、高電力のＲＦ注入を行なっても放電事故が起こりにくい核磁気共鳴装置の多重同調回路を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するため、本発明にかかる核磁気共鳴装置の多重同調回路は、
端部Ａ、Ｂを備え、端部Ａが第１の容量素子を介して接地され、また、端部Ｂが第２の容量素子を介して接地されたサンプルコイルと、
一端が第３の容量素子を介してサンプルコイルの端部Ａに接続され、他端が接地された第１のインダクタンスと、
一端が第４の容量素子を介してサンプルコイルの端部Ｂに接続され、他端が接地された第２のインダクタンスと、
前記サンプルコイルに第１の高周波を供給する整合回路および同調回路と、
前記サンプルコイルに第２の高周波を供給する整合回路および同調回路と
を備えた核磁気共鳴装置の多重同調回路であって、
接地、第１のインダクタンス、第３の容量素子、サンプルコイル、第４の容量素子、第２のインダクタンス、接地の順番で直列接続され、さらに第１の容量素子と第２の容量素子を介して前記サンプルコイルの両端を接地された回路全体で、前記第１の高周波と前記第２の高周波に対して、前記サンプルコイルの中点での振幅電圧がゼロとなるような平衡共振回路を構成し、前記第１のインダクタンスと前記サンプルコイルの間は前記第３の容量素子で、前記第２のインダクタンスと前記サンプルコイルの間は前記第４の容量素子で、それぞれ前記第２の高周波のＲＦ電圧を分圧していることを特徴としている。
【００１６】
また、前記第１のインダクタンスの接地端は、第５の容量素子を介して接地されていることを特徴としている。
【００１７】
また、前記第２のインダクタンスの接地端は、第６の容量素子を介して接地されていることを特徴としている。
【００１８】
また、前記第１の高周波のための整合回路および同調回路は、前記サンプルコイルの一端に直接接続されていることを特徴としている。
【００１９】
また、前記第２の高周波のための整合回路および同調回路は、前記第１のインダクタンスと前記第５の容量素子との間、または前記第２のインダクタンスと前記第６の容量素子との間に接続されていることを特徴としている。
【００２０】
また、前記第３の容量素子と第４の容量素子のうち、少なくとも一方が前記第２の高周波のための同調用可変容量素子であることを特徴としている。
【００２１】
また、前記第２の高周波のための同調用可変容量素子は、一端が前記サンプルコイルと第２の容量素子との接続点に接続され、他端が前記第２のインダクタンスに接続されると共に、前記第２の高周波のための同調用可変容量素子と前記第２のインダクタンスとの接続点は、前記第１の高周波を共振させるための第８の容量素子を介して接地されていることを特徴としている。
【００２２】
また、サンプルコイルの端部Ａに接続された前記第３の容量素子を少なくとも２つに分割して直列に接続し、該直列接続された容量素子同士の接続点に、第１の容量素子の一端および第１の高周波のための整合回路および同調回路の一端を接続すると共に、該第１の容量素子の他端および該第１の高周波のための整合回路および同調回路の他端を共に接地すると共に、
サンプルコイルの端部Ｂに接続された前記第４の容量素子を少なくとも２つに分割して直列に接続し、該直列接続された容量素子同士の接続点に、第１の高周波を共振させるための第２の容量素子の一端を接続すると共に、該第２の容量素子の他端を接地したことを特徴としている。
【００２３】
また、少なくとも前記第１のインダクタンスまたは第２のインダクタンスと並列に、可変または固定容量素子を接続したことを特徴としている。
【００２４】
また、端部Ａ、Ｂを備えたサンプルコイルと、
一端が第１の容量素子および第２の容量素子を介してサンプルコイルの端部Ａに接続され、他端が接地された第１のインダクタンスと、
一端が第３の容量素子および第４の容量素子を介してサンプルコイルの端部Ｂに接続され、他端が接地された第２のインダクタンスと、
前記第１の容量素子と前記第２の容量素子との接続点と、前記第３の容量素子と前記第４の容量素子との接続点との間を直接的に、または接地を介して間接的に結ぶ第５の容量素子または容量素子群と、
前記サンプルコイルに第１の高周波を供給する整合回路と、
前記サンプルコイルに第２の高周波を供給する整合回路と
を備えた核磁気共鳴装置の多重同調回路であって、
接地、第１のインダクタンス、第３の容量素子、サンプルコイル、第４の容量素子、第２のインダクタンス、接地の順番で直列接続され、さらに第１の容量素子と第２の容量素子を介して前記サンプルコイルの両端を接地された回路全体で、前記第１の高周波と前記第２の高周波に対して、前記サンプルコイルの中点での振幅電圧がゼロとなるような平衡共振回路を構成し、前記第１のインダクタンスと前記サンプルコイルの間は前記第３の容量素子で、前記第２のインダクタンスと前記サンプルコイルの間は前記第４の容量素子で、それぞれ前記第２の高周波のＲＦ電圧を分圧していることを特徴としている。
【００２５】
また、前記第１のインダクタンスの接地端は、第６の容量素子を介して接地されていることを特徴としている。
【００２６】
また、前記第２のインダクタンスの接地端は、第７の容量素子を介して接地されていることを特徴としている。
【００２７】
また、前記第１の容量素子ないし第４の容量素子のうち、少なくとも１つが、前記第２の高周波のための同調用可変容量素子であることを特徴としている。
【００２８】
また、前記第５の容量素子または容量素子群の中の少なくとも１つの容量素子が、前記第１の高周波のための同調用可変容量素子であることを特徴としている。
【００２９】
また、少なくとも前記第１のインダクタンスまたは第２のインダクタンスと並列に、可変または固定容量素子を接続したことを特徴としている。
【００３０】
また、第１の高周波は、第２の高周波よりも周波数が高いことを特徴としている。
【００３１】
また、端部Ａ、Ｂを備えたサンプルコイルと、
一端が第１の容量素子、第１のインダクタンス、および、第２の容量素子を介してサンプルコイルの端部Ａに接続され、他端が接地された第２のインダクタンスと、
一端が第３の容量素子、第３のインダクタンス、および、第４の容量素子を介してサンプルコイルの端部Ｂに接続され、他端が接地された第４のインダクタンスと、
前記第１のインダクタンスと前記第２の容量素子との接続点と、前記第３のインダクタンスと前記第４の容量素子との接続点との間を直接的に、または接地を介して間接的に結ぶ第５の容量素子または容量素子群と、
前記サンプルコイルに第１の高周波を供給する整合回路と、
前記サンプルコイルに第２の高周波を供給する整合回路と、
前記サンプルコイルに第３の高周波を供給する整合回路と
を備えた核磁気共鳴装置の多重同調回路であって、
接地、第２のインダクタンス、第２の容量素子、第１のインダクタンス、第１の容量素子、サンプルコイル、第３の容量素子、第３のインダクタンス、第４の容量素子、第４のインダクタンス、接地の順番で直列接続された回路全体で、前記第１の高周波、前記第２の高周波、前記第３の高周波に対して、前記サンプルコイルの中点での振幅電圧がゼロとなるような平衡共振回路を構成し、前記第１のインダクタンスと前記サンプルコイルの間および前記第３のインダクタンスと前記サンプルコイルの間は、前記第１の容量素子および前記第３の容量素子で前記第１の高周波のＲＦ電圧を分圧し、前記第２のインダクタンスと前記第１のインダクタンスの間および前記第４のインダクタンスと前記第３のインダクタンスの間は、前記第２の容量素子および前記第４の容量素子で前記第２の高周波のＲＦ電圧を分圧していることを特徴としている。
【００３２】
また、前記第２のインダクタンスの接地端は、第６の容量素子を介して接地されていることを特徴としている。
【００３３】
また、前記第４のインダクタンスの接地端は、第７の容量素子を介して接地されていることを特徴としている。
【００３４】
また、前記第１の容量素子ないし第４の容量素子のうち、少なくとも１つが、前記第２の高周波のための同調用可変容量素子であることを特徴としている。
【００３５】
また、前記第５の容量素子または容量素子群の中の少なくとも１つの容量素子が、前記第１の高周波のための同調用可変容量素子であることを特徴としている。
【００３６】
また、前記第３の高周波のための同調容量素子は、少なくとも前記第１のインダクタンスの所定の位置、または第３のインダクタンスの所定の位置に設けられていることを特徴としている。
【００３７】
また、少なくとも前記第２のインダクタンスまたは第４のインダクタンスと並列に、可変または固定容量素子を接続したことを特徴としている。
【００３８】
また、前記第１の高周波の入力端子と整合容量素子との間に、前記第２の高周波をリジェクトするバンド・リジェクト・フィルターを挿入したことを特徴としている。
【００３９】
また、前記第２の高周波の入力端子と整合容量素子との間に、前記第１の高周波をリジェクトするバンド・リジェクト・フィルターを挿入したことを特徴としている。
【００４０】
また、第３の高周波は、第１の高周波よりも周波数が高く、第１の高周波は、第２の高周波よりも周波数が高いことを特徴としている。
【００４１】
また、請求項１記載の多重同調回路を用いた核磁気共鳴装置のプローブにおいて、該多重同調回路の外側を包囲する筒状電極を設け、該筒状電極を該多重同調回路の接地電極として用いるようにしたことを特徴としている。
【００４２】
また、請求項１０記載の多重同調回路を用いた核磁気共鳴装置のプローブにおいて、該多重同調回路の外側を包囲する筒状電極を設け、該筒状電極を該多重同調回路の接地電極として用いるようにしたことを特徴としている。
【００４３】
また、請求項１７記載の多重同調回路を用いた核磁気共鳴装置のプローブにおいて、該多重同調回路の外側を包囲する筒状電極を設け、該筒状電極を該多重同調回路の接地電極として用いるようにしたことを特徴としている。
【００４４】
また、前記筒状電極は、所定の位置にプローブの内側と外側を連通させる窓を有することを特徴としている。
【００４７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。図４は、本発明にかかる核磁気共鳴装置の多重同調回路の一実施例を示したもので、共鳴周波数がＬＦ１およびＬＦ２であるような、２種類の低周波共鳴核に対し、同時にＲＦの照射またはＮＭＲ信号の検出を行なえるように構成した多重同調回路である。ここで、ＬＦ１は、ＬＦ２よりも周波数が高いＲＦで、例えば、ＬＦ１は１３Ｃ核の共鳴周波数、ＬＦ２は１７Ｏの共鳴周波数に相当している。
【００４８】
図中１は、ソレノイドコイルやサドルコイルなどから成るサンプルコイルである。サンプルコイル１の両端には、インダクタンス２、３が、ＬＦ２の２つの同調コンデンサー６、９を介して間接的に接続されている。また、これらのインダクタンス２、３の他端は、コンデンサー６、９よりも大容量のコンデンサー１４および／または１５を介し間接的に、またはコンデンサー１４、１５を介することなく直接的に接地して使用される。図では、２つのインダクタンスを共に間接的に接地させた例を示している。
【００４９】
サンプルコイル１の両端は、ＬＦ１核の２つの同調コンデンサー４、７を介して接地されている。また、ＬＦ１核の同調バリコン１０も、サンプルコイル１の一端に、同調コンデンサー７と並列に接続されている。このとき、ＬＦ１核の同調コンデンサー４の容量と、ＬＦ１核の同調コンデンサー７と同調バリコン１０の和容量とは、ほぼ同程度になるように設定される。
【００５０】
また、ＬＦ２核の同調バリコン１２と整合バリコン１３は、インダクタンス２、または３のうち、どちらか一方の接地側端部に接続される。例えば、図４の例では、ＬＦ２核の同調バリコン１２と整合バリコン１３は、インダクタンス３の接地側端部に接続され、コンデンサー６と９とがほぼ同程度、またコンデンサー１５とバリコン１２との和容量とコンデンサー１４とがほぼ同程度になるように設定されている。
【００５１】
このとき、サンプルコイル１、インダクタンス２、３、同調コンデンサー６、９、４、７、１４、１５は、サンプルコイル１の中点付近で振幅電圧がゼロとなるような平衡共振回路を構成している。
【００５２】
尚、インダクタンス２、３は、電線をコイル状に巻いたヘリカルコイルのような集中インダクタンスであっても、導体棒のような分布インダクタンスであっても、インダクタンス成分の素子であれば何でも良い。
【００５３】
次に、この多重同調回路の動作について説明する。図５は、周波数ＬＦ１のＲＦに対して共振しているときの多重同調回路の等価回路を示している。ＬＦ２に対する４つの同調コンデンサー６、９、１４、および１５は容量が大きく、ＬＦ１の周波数では十分に小さなインピーダンスなので、２つのインダクタンス２、３は、図のように直列に接続されていると見なされる。また、同調コンデンサー１５の容量が大きいことにより、ＬＦ２側の同調バリコン１２と整合バリコン１３の寄与は小さい。
【００５４】
その結果、ＬＣ共振回路は、直列接続された２つのインダクタンス２、３に、サンプルコイル１が並列接続された合成インダクタンスと、ＬＦ１に対する同調コンデンサー４および７とで構成され、ＬＦ１側の同調バリコン１０と整合バリコン１１とでＬＦ１に対するＬＣ共振回路の同調および整合が行なわれる。ＬＦ１に対する同調と整合が取れて、共振電流が最大になったある時点でのＲＦ電流の向きの一例を、矢印２１、２２で示す。
【００５５】
次に、図６に、周波数ＬＦ２のＲＦに対して共振しているときの多重同調回路の等価回路を示す。ＬＦ１に対する同調コンデンサー４および７は容量が小さく、ＬＦ２の周波数では十分に大きなインピーダンスなので、２つの同調コンデンサ４および７の寄与は小さい。また、ＬＦ１側の同調バリコン１０と整合バリコン１１も、容量が小さいので寄与は小さい。
【００５６】
その結果、ＬＣ共振回路は、コンデンサー１４、インダクタンス２、コンデンサー６、サンプルコイル１、コンデンサー９、インダクタンス３、コンデンサー１５の順番に直列接続されたものとなり、ＬＦ２側の同調バリコン１２と整合バリコン１３とで、このＬＣ共振回路に対する同調・整合が行なわれる。
【００５７】
ＬＦ２に対する同調・整合が取れて、共振電流が最大になったある時点でのＲＦ電流の向きの一例を、矢印６１および６２で示す。
【００５８】
このとき、インダクタンス２にはＲＦ電圧が発生するが、一端がコンデンサー６、９よりも大容量のコンデンサー１４で接地されているので、６７の位置には、インダクタンス２に発生するＲＦ電圧分の電圧しか発生しない。インダクタンス３も同様で、インダクタンス３にはＲＦ電圧が発生するが、一端がコンデンサー６、９よりも大容量のコンデンサー１５で接地されているので、６８の位置には、インダクタンス３に発生するＲＦ電圧分の電圧しか発生しない。また、図６のＬＣ共振回路は平衡共振回路なので、サンプルコイル１の中点がほぼゼロ電位になり、６５と６６の位置には、サンプルコイル１に発生するＲＦ電圧の１／２が発生するに過ぎない。このため、ＬＣ共振回路内で、インダクタンス２に発生するＲＦ電圧、サンプルコイル１に発生するＲＦ電圧、インダクタンス３に発生するＲＦ電圧が加算されることはない。
【００５９】
ただ、同調コンデンサー６と同調コンデンサー９のそれぞれには、従来と同様に大きなＲＦ電圧差が印加されるが、これに対しては、複数のコンデンサーを直列に接続して使用することにより、ＲＦ電圧を分圧して放電を防止するように構成させる。
【００６０】
尚、本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、さまざまな変形が可能である。例えば、図７は、本発明にかかる核磁気共鳴装置の多重同調回路の別の実施例を示したもので、共鳴周波数がＬＦ１およびＬＦ２であるような、２種類の低周波共鳴核に対し、同時にＲＦの照射またはＮＭＲ信号の検出を行なえるように構成した多重同調回路である。ここで、ＬＦ１は、ＬＦ２よりも周波数が高いＲＦで、例えば、ＬＦ１は１３Ｃ核の共鳴周波数、ＬＦ２は１７Ｏの共鳴周波数に相当している。
【００６１】
図中１は、ソレノイドコイルやサドルコイルなどから成るサンプルコイルである。サンプルコイル１の両端には、インダクタンス２、３が、ＬＦ２の２つの同調コンデンサー６、９を介して間接的に接続されている。また、これらのインダクタンス２、３の他端は、ＬＦ２の同調コンデンサー１４および／または１５を介し間接的に、またはＬＦ２の同調コンデンサー１４、１５を介することなく直接的に接地して使用される。図では、２つのインダクタンスを共に間接的に接地させた例を示している。
【００６２】
サンプルコイル１の両端は、ＬＦ１の２つの同調コンデンサー４、７を介して接地されている。また、ＬＦ１の同調バリコン１０も、サンプルコイル１の一端に、同調コンデンサー７と並列に接続されている。このとき、ＬＦ１の同調コンデンサー４の容量と、ＬＦ１の同調コンデンサー７と同調バリコン１０の和容量とは、ほぼ同程度になるように設定される。
【００６３】
また、ＬＦ２の同調バリコン１２と整合バリコン１３は、インダクタンス２、または３のうち、どちらか一方の接地側端部に接続される。例えば、図７の例では、ＬＦ２の同調バリコン１２と整合バリコン１３は、インダクタンス３の接地側端部に接続され、コンデンサー６と９とがほぼ同程度、またコンデンサー１５とバリコン１２との和容量とコンデンサー１４とがほぼ同程度になるように設定されている。
【００６４】
このとき、サンプルコイル１、インダクタンス２、３、同調コンデンサー６、９、４、７、１４、１５は、サンプルコイル１の中点付近で振幅電圧がゼロとなるような平衡共振回路を構成している。
【００６５】
尚、インダクタンス２、３は、電線をコイル状に巻いたヘリカルコイルのような集中インダクタンスであっても、導体棒のような分布インダクタンスであっても、インダクタンス成分の素子であれば何でも良い。
【００６６】
この実施例では、インダクタンス２および３に、可変容量素子７１および７２を並列接続している。可変容量素子７１、７２の値をそれぞれ適宜な値に設定することにより、ＬＦ１の並列共振回路を構成させ、ＬＦ１のＲＦ電力がＬＦ２の同調・整合回路側に通過するのを防ぐようにさせる。これにより、ＬＦ２の同調と整合を取る際に、バリコン１２および１３の容量を変化させても、ＬＦ１側に与える影響はほとんどなくなる。
【００６７】
尚、このような可変容量素子７１、７２の用い方は、図７の場合に限らず、以下に述べる図８〜図１０のような例に用いられるインダクタンスに対しても適用できることは言うまでもない。
【００６８】
また、図８は、本発明にかかる核磁気共鳴装置の多重同調回路の更に別の実施例を示したもので、共鳴周波数がＬＦ１およびＬＦ２であるような、２種類の低周波共鳴核に対し、同時にＲＦの照射またはＮＭＲ信号の検出を行なえるように構成した多重同調回路である。ここで、ＬＦ１は、ＬＦ２よりも周波数が高いＲＦで、例えば、ＬＦ１は１３Ｃ核の共鳴周波数、ＬＦ２は１７Ｏの共鳴周波数に相当している。
【００６９】
図中１は、ソレノイドコイルやサドルコイルなどから成るサンプルコイルである。サンプルコイル１の両端には、インダクタンス２、３が、ＬＦ２の２つの同調コンデンサー８１、８２、８３、８４を介して間接的に接続されている。また、これらのインダクタンス２、３の他端は、ＬＦ２の同調コンデンサー１４および／または１５を介し間接的に、またはＬＦ２の同調コンデンサー１４、１５を介することなく直接的に接地して使用される。図では、２つのインダクタンスを共に間接的に接地させた例を示している。
【００７０】
このとき、サンプルコイル１、インダクタンス２、３、同調コンデンサー４、７、１４、１５、８１、８２、８３、８４は、サンプルコイル１の中点付近で振幅電圧がゼロとなるような平衡共振回路を構成している。
【００７１】
尚、インダクタンス２、３は、電線をコイル状に巻いたヘリカルコイルのような集中インダクタンスであっても、導体棒のような分布インダクタンスであっても、インダクタンス成分の素子であれば何でも良い。
【００７２】
この実施例では、サンプルコイル１の両端に接続されたＬＦ２の２つの同調コンデンサーをそれぞれ２分割して直列に接続している。そして、一方の直列接続されたコンデンサーである８１と８２の接続点には、ＬＦ１の同調コンデンサー４の一端が接続され、該同調コンデンサー４の他端側は接地されている。また、もう一方の直列接続されたコンデンサーである８３と８４の接続点には、ＬＦ１の同調コンデンサー７、同調バリコン１０、および整合バリコン１１の一端がそれぞれ接続され、該同調コンデンサー７、同調バリコン１０、および整合バリコン１１の他端側はそれぞれ接地されている。これにより、ＬＦ１側の同調・整合回路が接続されている同調コンデンサー８３と８４の接続点付近は、ＬＦ２共振時のＲＦ振幅電圧がほとんどゼロになり、接地電位とほぼ等しくなる。その結果、ＬＦ１の同調と整合を取る際に、バリコン１０および１１の容量を変化させても、ＬＦ２側に与える影響はほとんどなくなる。
【００７３】
また、図９は、本発明にかかる核磁気共鳴装置の多重同調回路の更に別の実施例を示したもので、共鳴周波数がＬＦ１およびＬＦ２であるような、２種類の低周波共鳴核に対し、同時にＲＦの照射またはＮＭＲ信号の検出を行なえるように構成した多重同調回路である。ここで、ＬＦ１は、ＬＦ２よりも周波数が高いＲＦで、例えば、ＬＦ１は１３Ｃ核の共鳴周波数、ＬＦ２は１７Ｏの共鳴周波数に相当している。
【００７４】
図中１は、ソレノイドコイルやサドルコイルなどから成るサンプルコイルである。サンプルコイル１の両端には、インダクタンス２、３が、ＬＦ２の同調コンデンサー６およびＬＦ２の同調バリコン９３を介して間接的に接続されている。また、これらのインダクタンス２、３の他端は、ＬＦ２の同調コンデンサー１４および／または１５を介し間接的に、またはＬＦ２の同調コンデンサー１４、１５を介することなく直接的に接地して使用される。図では、２つのインダクタンスを共に間接的に接地させた例を示している。
【００７５】
尚、ＬＦ２の同調コンデンサー６とＬＦ２の同調バリコン９３とは、互いに逆の位置に設けられていても良いし、同調バリコン９３と対の形で、もう１つのＬＦ２用同調バリコンが同調コンデンサー６の代わりに設けられていても良い。
【００７６】
また、インダクタンス２、３は、電線をコイル状に巻いたヘリカルコイルのような集中インダクタンスであっても、導体棒のような分布インダクタンスであっても、インダクタンス成分の素子であれば何でも良い。
【００７７】
このとき、サンプルコイル１、インダクタンス２、３、同調コンデンサー４、７、９１、９２、１４、１５、６、同調バリコン９３は、サンプルコイル１の中点付近で振幅電圧がゼロとなるような平衡共振回路を構成している。
【００７８】
この実施例では、サンプルコイル１とインダクタンス２の間にＬＦ２の同調バリコンを挿入することにより、より実際的にＬＦ１とＬＦ２の回路調整ができるように構成されている。すなわち、ＬＦ１とＬＦ２の同調を取るためには、まず最初に、サンプルコイル１と同調コンデンサー４、７で構成される部分を、同調バリコン１０と整合バリコン１１とを用いてＬＦ１に同調させる。次に、同調コンデンサー９１、９２、インダクタンス２、３、および同調コンデンサー１４、１５で構成される部分を、整合バリコン１３を用いてＬＦ１に同調させる。そして、最後に、サンプルコイル１と同調コンデンサー４、７で構成される部分と同調コンデンサー９１、９２、インダクタンス２、３、および同調コンデンサー１４、１５で構成される部分とをつなぎ合わせ、全体を同調バリコン９３を用いてＬＦ２に同調させる。このように、３段階でＬＦ１とＬＦ２の同調を取ることにより、多重同調回路全体の複雑な回路調整が効率良く行なえるようになる。
【００７９】
また、図１０は、本発明にかかる核磁気共鳴装置の多重同調回路の更に別の実施例を示したもので、共鳴周波数がＬＦ１およびＬＦ２であるような、２種類の低周波共鳴核に対し、同時にＲＦの照射またはＮＭＲ信号の検出を行なえるように構成した多重同調回路である。ここで、ＬＦ１は、ＬＦ２よりも周波数が高いＲＦで、例えば、ＬＦ１は１３Ｃ核の共鳴周波数、ＬＦ２は１７Ｏの共鳴周波数に相当している。
【００８０】
図中１は、ソレノイドコイルやサドルコイルなどから成るサンプルコイルである。サンプルコイル１の一端には、インダクタンス２がＬＦ２の同調バリコン１０１およびコンデンサー１０２を介して間接的に接続されている。また、サンプルコイル１の他端には、インダクタンス３がコンデンサー１０３および１０４を介して間接的に接続されている。インダクタンス２、３のもう一端は、ＬＦ２の同調コンデンサー１４および／または１５を介し間接的に、またはＬＦ２の同調コンデンサー１４、１５を介することなく直接的に接地して使用される。図では、２つのインダクタンスを共に間接的に接地させた例を示している。
【００８１】
また、ＬＦ２の同調バリコン１０１とコンデンサー１０２との接続点と、コンデンサー１０３とコンデンサー１０４との接続点との間は、コンデンサー１０５、１０６、１０７、およびＬＦ１の同調バリコン１０８で直接的に、または接地を介して間接的に接続されている。図では、２つの接続点間を、コンデンサー群で直接的に接続した例を示している。
【００８２】
尚、インダクタンス２、３は、電線をコイル状に巻いたヘリカルコイルのような集中インダクタンスであっても、導体棒のような分布インダクタンスであっても、インダクタンス成分の素子であれば何でも良い。
【００８３】
また、ＬＦ２の同調バリコン１０１は、コンデンサー１０２、１０３、１０４のうちのいずれかと置き換えられていても良い。また、コンデンサー１０５、１０６、１０７、およびＬＦ１の同調バリコン１０８には、その他の組み合わせ方が可能であり、また、コンデンサー１０５、１０６、１０７は、バリコンなどに置き換えられていても良い。
【００８４】
このような構成において、ＬＣ共振回路がＬＦ２に対して共振しているときには、ＬＦ２の同調バリコン１０１とコンデンサー１０２との接続点付近、および、コンデンサー１０３とコンデンサー１０４との接続点付近が、共にゼロ電位に近くなるように調整されている。その結果、ＬＦ１の同調バリコン１０８は、ＬＦ２の共振自体に影響を与えない。また、ＬＣ共振回路がＬＦ１に対して共振しているときには、コンデンサー１０６をコンデンサー１０５、１０７よりも大容量にしておけば、ＬＦ１の同調バリコン１０８にはＬＦ１の高電圧が加わらない。
【００８５】
以上、二重同調回路の実施例について述べたが、以下に述べる例は、三重同調回路の実施例である。
【００８６】
図１１は、本発明にかかる核磁気共鳴装置の三重同調回路の実施例を示したもので、共鳴周波数がＨＦ、ＬＦ１、およびＬＦ２であるような、１種類の高周波共鳴核と２種類の低周波共鳴核に対し、同時にＲＦの照射またはＮＭＲ信号の検出を行なえるように構成した多重同調回路である。ここで、ＨＦは、ＬＦ１やＬＦ２よりも周波数が高いＲＦで、例えば１Ｈ核や１９Ｆ核の共鳴周波数に相当し、ＬＦ１は、ＬＦ２よりも周波数が高いＲＦで、例えば、ＬＦ１は１３Ｃ核の共鳴周波数、ＬＦ２は１７Ｏの共鳴周波数に相当している。
【００８７】
図中１は、ソレノイドコイルやサドルコイルなどから成るサンプルコイルである。サンプルコイル１の一端は、ＬＦ２の同調バリコン１０１を介して導体１１０の一端に、また、サンプルコイル１の他端は、ＬＦ２の同調コンデンサー１０３を介して導体１１１の一端に、それぞれ間接的に接続されている。尚、ＬＦ２の同調バリコン１０１とＬＦ２の同調コンデンサー１０３とは、互いに逆の位置に置かれていても良いし、あるいは、コンデンサー１０２やコンデンサー１０４の位置と置き換えられていても良い。
【００８８】
また、導体１１１のサンプルコイル側端部から所定の距離だけ導体側に入った位置（すなわち、導体１１１の途中）には、ＨＦ用同調バリコン１１４の一端が接続され、このＨＦ用同調バリコン１１４の他端は接地されている。尚、このＨＦ用同調バリコン１１４は、導体１１０側に設けられていても良い。
【００８９】
２つの導体１１０、１１１は、互いに平行線路を形成している。導体１１０の端部Ｘは、ＨＦの整合コンデンサー１１２とＨＦの整合バリコン１１３とから成るＨＦ整合回路を介して、ＨＦの入力端子に接続されている。また、導体１１１の端部Ｙは、ＬＦ１の整合バリコン１１を介して、ＬＦ１の入力端子に接続されている。また、導体１１０の端部Ｘと導体１１１の端部Ｙの間は、ＬＦ１用同調コンデンサー１０５、ＬＦ１用同調バリコン１０８、ＬＦ１用同調コンデンサー１０７により接続されている。尚、導体１１０の端部Ｘと導体１１１の端部Ｙの間は、図１２のように、接地を介して、間接的にＬＦ１同調用の容量素子で接続されていても良い。また、このときのＨＦ整合回路とＬＦ１用整合バリコン１１の位置は、互いに逆であっても良い。
【００９０】
導体１１０の端部Ｘは、コンデンサー１０２を介してインダクタンス２の一端に接続され、インダクタンス２の他端は、コンデンサー１４を介して間接的に、またはコンデンサー１４を介さず直接的に接地されている。図１１は、コンデンサー１４を介して接地させた例を示している。また、導体１１１の端部Ｙは、コンデンサー１０４を介してインダクタンス３の一端に接続され、インダクタンス３の他端は、コンデンサー１５を介して間接的に、またはコンデンサー１５を介さず直接的に接地されている。図１１は、コンデンサー１５を介して接地させた例を示している。インダクタンス２とコンデンサー１４の接続部には、ＬＦ２の整合バリコン１３を介して、ＬＦ２の入力端子が接続されている。尚、このＬＦ２の整合バリコン１３とＬＦ２の入力端子は、インダクタンス３とコンデンサー１５の接続部側に設けられていても良い。
【００９１】
このとき、サンプルコイル１、ＬＦ２用同調バリコン１０１、同調コンデンサー１０３、導体１１０、導体１１１、同調コンデンサー１０２、同調コンデンサー１０４、インダクタンス２、インダクタンス３、同調コンデンサー１４、同調コンデンサー１５は、サンプルコイル１の中点付近で振幅電圧がゼロとなるような平衡共振回路を構成している。
【００９２】
尚、インダクタンス２、インダクタンス３は、電線をコイル状に巻いたヘリカルコイルのような集中インダクタンスであっても、導体棒のような分布インダクタンスであっても、インダクタンス成分の素子であれば何でも良い。また、導体１１０、導体１１１も、電線をコイル状に巻いたヘリカルコイルのような集中インダクタンスであっても、導体棒のような分布インダクタンスであっても、インダクタンス成分の素子であれば何でも良い。
【００９３】
次に、この三重同調回路の動作について説明する。図１３は、周波数ＨＦのＲＦに対して共振しているときの、ある瞬間におけるＨＦの振幅電圧を示す。ＬＦ２用同調バリコン１０１、同調コンデンサー１０３、同調コンデンサー１０５、同調コンデンサー１０７、ＬＦ１用同調バリコン１０８は、周波数ＨＦでは、インピーダンスが十分に小さくなるので、短絡していると見なして良い。その結果、導体１１０、導体１１１、ＬＦ２用同調バリコン１０１、コンデンサー１０３で、１／４波長平行線路共振器が形成され、サンプルコイル１の両端に、電圧振幅が等しく、符号が互いに逆のＲＦ電圧が発生し、ＨＦ共振する。サンプルコイル１から見た場合、このＨＦ共振は、逆符号で電圧振幅が同じになる平衡共振なので、同じＲＦ電力で比較した場合、不平衡共振回路に比べて、発生するＲＦ電圧は半分で済む。その結果、本実施例は、通常の不平衡回路の場合の４倍のＲＦ電力に耐えることができる。
【００９４】
次に、図１４は、周波数ＬＦ１のＲＦに対して共振しているときの三重同調回路を示している。ＬＦ２用同調バリコン１０１、コンデンサー１４、１５、１０２、１０３、１０４は、容量が大きく、ＬＦ１の周波数では十分に小さなインピーダンスなので、短絡に近い状態となる。また、導体１１０、１１１のインダクタンスの値は小さいので、誘導素子としての寄与は小さい。その結果、２つのインダクタンス２、３は直列に、また、２つのインダクタンス２、３とサンプルコイル１とは並列に、それぞれ接続されていると近似的に見なされる。
【００９５】
その結果、共振回路は、直列接続された２つのインダクタンス２、３に、サンプルコイル１が並列接続された合成インダクタンスと、ＬＦ１に対する同調コンデンサー１０５、１０７、およびＬＦ１用同調バリコン１０８とで構成され、ＬＦ１側の同調バリコン１０８と整合バリコン１１とでＬＦ１に対する共振回路の同調および整合が行なわれる。尚、ＨＦとＬＦ１とは、周波数が離れているため、ＨＦ整合回路がＬＦ１共振に与える影響は小さい。また、ＬＦ２整合回路は、ＬＦ１の振幅電圧がほぼゼロ電位となる位置に設けられているため、ＬＦ２整合回路がＬＦ１共振に与える影響は小さい。ＬＦ１に対する同調と整合が取れて、共振電流が最大になったある時点でのＲＦ電流の向きの一例を、矢印１２０、１２１で示す。矢印１２０はサンプルコイル１側を流れるＲＦ電流、矢印１２１は直列接続されたインダクタンス２、３側を流れるＲＦ電流で、両者は並列の関係にある。これは、図５で示した電流２１、２２の流れ方とまったく同じである。
【００９６】
次に、図１５は、周波数ＬＦ２のＲＦに対して共振しているときの三重同調回路を示している。ＬＦ１に対する２つの同調コンデンサー１０５、１０７、ＬＦ１用同調バリコン１０８、ＨＦ整合回路、ＬＦ１整合回路は、いずれもＬＦ２の振幅電圧がほぼゼロ電位となる位置に設けられているため、ＬＦ２共振への影響は小さい。また、コンデンサー１４、１５は、容量が大きく、ＬＦ２の周波数では十分に小さなインピーダンスなので、インダクタンス２、３は直列に接続されていると見なして良い。また、導体１１０、１１１のインダクタンスの値は小さいので、誘導素子としての寄与は小さい。その結果、サンプルコイル１と２つのインダクタンス２、３は直列に接続されていると近似的に見なされる。
【００９７】
その結果、共振回路は、直列接続されたサンプルコイル１と２つのインダクタンス２、３による合成インダクタンスと、ＬＦ２用同調バリコン１０１、ＬＦ２に対する３つの同調コンデンサー１０２、１０３、１０４とで構成され、ＬＦ２側の同調バリコン１０１と整合バリコン１３とでＬＦ２に対するＬＣ共振回路の同調および整合が行なわれる。直列接続されたサンプルコイル１、インダクタンス２、３による合成インダクタンスは、インダクタンスとしての値が大きいため、ＬＦ１よりも周波数の低いＬＦ２に対して共振させるのに適している。ＬＦ２に対する同調と整合が取れて、共振電流が最大になったある時点でのＲＦ電流の向きの一例を、矢印１２２、１２３で示す。矢印１２２はサンプルコイル１側を流れるＲＦ電流、矢印１２３は直列接続されたインダクタンス２、３側を流れるＲＦ電流で、両者は直列の関係にある。
【００９８】
これは、図６で示した電流６１、６２の流れ方とまったく同じである。したがって、共振回路内において、インダクタンス２に発生するＲＦ電圧、サンプルコイル１に発生するＲＦ電圧、および、インダクタンス３に発生するＲＦ電圧が加算されずに済むことも、図６の場合とまったく同じである。
【００９９】
次に、図１６は、本発明にかかる核磁気共鳴装置の三重同調回路の別の実施例を示したもので、共鳴周波数がＨＦ、ＬＦ１、およびＬＦ２であるような、１種類の高周波共鳴核と２種類の低周波共鳴核に対し、同時にＲＦの照射またはＮＭＲ信号の検出を行なえるように構成した三重同調回路である。ここで、ＨＦは、ＬＦ１やＬＦ２よりも周波数が高いＲＦで、例えば１Ｈ核や１９Ｆ核の共鳴周波数に相当し、ＬＦ１は、ＬＦ２よりも周波数が高いＲＦで、例えば、ＬＦ１は１３Ｃ核の共鳴周波数、ＬＦ２は１７Ｏの共鳴周波数に相当している。
【０１００】
図中１は、ソレノイドコイルやサドルコイルなどから成るサンプルコイルである。サンプルコイル１の一端は、ＬＦ２の同調バリコン１０１を介して導体１１０の一端に、また、サンプルコイル１の他端は、ＬＦ２の同調コンデンサー１０３を介して導体１１１の一端に、それぞれ間接的に接続されている。尚、ＬＦ２の同調バリコン１０１とＬＦ２の同調コンデンサー１０３とは、互いに逆の位置に置かれていても良いし、あるいは、コンデンサー１０２やコンデンサー１０４の位置と置き換えられていても良い。
【０１０１】
また、導体１１１のサンプルコイル側端部から所定の距離だけ導体側に入った位置（すなわち、導体１１１の途中）には、ＨＦ用同調バリコン１１４の一端が接続され、このＨＦ用同調バリコン１１４の他端は接地されている。尚、このＨＦ用同調バリコン１１４は、導体１１０側に設けられていても良い。
【０１０２】
２つの導体１１０、１１１は、互いに平行線路を形成している。導体１１０の端部Ｘは、ＨＦの整合コンデンサー１１２とＨＦの整合バリコン１１３とから成るＨＦ整合回路を介して、ＨＦの入力端子に接続されている。また、導体１１１の端部Ｙは、ＬＦ１の整合バリコン１１を介して、ＬＦ１の入力端子に接続されている。また、導体１１０の端部Ｘと導体１１１の端部Ｙの間は、ＬＦ１用同調コンデンサー１０５、ＬＦ１用同調バリコン１０８、ＬＦ１用同調コンデンサー１０７により接続されている。尚、このＨＦ整合回路とＬＦ１用整合バリコン１１の位置は、互いに逆であっても良い。
【０１０３】
導体１１０の端部Ｘは、コンデンサー１０２を介してインダクタンス２の一端に接続され、インダクタンス２の他端は、コンデンサー１４を介して間接的に、またはコンデンサー１４を介さず直接的に接地されている。図１６は、コンデンサー１４を介して接地させた例を示している。また、導体１１１の端部Ｙは、コンデンサー１０４を介してインダクタンス３の一端に接続され、インダクタンス３の他端は、コンデンサー１５を介して間接的に、またはコンデンサー１５を介さず直接的に接地されている。図１６は、コンデンサー１５を介して接地させた例を示している。インダクタンス２とコンデンサー１４の接続部には、ＬＦ２の整合バリコン１３を介して、ＬＦ２の入力端子が接続されている。尚、このＬＦ２の整合バリコン１３とＬＦ２の入力端子は、インダクタンス３とコンデンサー１５の接続部側に設けられていても良い。
【０１０４】
このとき、サンプルコイル１、ＬＦ２用同調バリコン１０１、同調コンデンサー１０３、導体１１０、導体１１１、同調コンデンサー１０２、同調コンデンサー１０４、インダクタンス２、インダクタンス３、同調コンデンサー１４、同調コンデンサー１５は、サンプルコイル１の中点付近で振幅電圧がゼロとなるような平衡共振回路を構成している。
【０１０５】
尚、インダクタンス２、インダクタンス３は、電線をコイル状に巻いたヘリカルコイルのような集中インダクタンスであっても、導体棒のような分布インダクタンスであっても、インダクタンス成分の素子であれば何でも良い。また、導体１１０、導体１１１も、電線をコイル状に巻いたヘリカルコイルのような集中インダクタンスであっても、導体棒のような分布インダクタンスであっても、インダクタンス成分の素子であれば何でも良い。
【０１０６】
この実施例では、インダクタンス２および３に、可変容量素子７１および７２を並列接続している。可変容量素子７１、７２の値をそれぞれ適宜な値に設定することにより、ＬＦ１の並列共振回路を構成させ、ＬＦ１のＲＦ電力がＬＦ２の同調・整合回路側に通過するのを防ぐようにさせる。これにより、ＬＦ２の同調と整合を取る際に、バリコン１２および１３の容量を変化させても、ＬＦ１側に与える影響はほとんどなくなる。尚、可変容量素子７１および７２は、固定容量素子であっても良い。
【０１０７】
次に、図１７は、本発明にかかる核磁気共鳴装置の三重同調回路の別の実施例を示したもので、共鳴周波数がＨＦ、ＬＦ１、およびＬＦ２であるような、１種類の高周波共鳴核と２種類の低周波共鳴核に対し、同時にＲＦの照射またはＮＭＲ信号の検出を行なえるように構成した三重同調回路である。ここで、ＨＦは、ＬＦ１やＬＦ２よりも周波数が高いＲＦで、例えば１Ｈ核や１９Ｆ核の共鳴周波数に相当し、ＬＦ１は、ＬＦ２よりも周波数が高いＲＦで、例えば、ＬＦ１は１３Ｃ核の共鳴周波数、ＬＦ２は１７Ｏの共鳴周波数に相当している。
【０１０８】
図中１は、ソレノイドコイルやサドルコイルなどから成るサンプルコイルである。サンプルコイル１の一端は、ＬＦ２の同調バリコン１０１を介して導体１１０の一端に、また、サンプルコイル１の他端は、ＬＦ２の同調コンデンサー１０３を介して導体１１１の一端に、それぞれ間接的に接続されている。尚、ＬＦ２の同調バリコン１０１とＬＦ２の同調コンデンサー１０３とは、互いに逆の位置に置かれていても良いし、あるいは、コンデンサー１０２やコンデンサー１０４の位置と置き換えられていても良い。
【０１０９】
また、導体１１１のサンプルコイル側端部から所定の距離だけ導体側に入った位置（すなわち、導体１１１の途中）には、ＨＦ用同調バリコン１１４の一端が接続され、このＨＦ用同調バリコン１１４の他端は接地されている。尚、このＨＦ用同調バリコン１１４は、導体１１０側に設けられていても良い。
【０１１０】
２つの導体１１０、１１１は、互いに平行線路を形成している。導体１１０の端部Ｘは、ＨＦの整合コンデンサー１１２とＨＦの整合バリコン１１３とから成るＨＦ整合回路を介して、ＨＦの入力端子に接続されている。また、導体１１０の端部Ｘと導体１１１の端部Ｙの間は、ＬＦ１用同調コンデンサー１０５、ＬＦ１用同調バリコン１０８、ＬＦ１用同調コンデンサー１０７により接続されている。尚、このＨＦ整合回路の位置は、端部Ｘ側であっても端部Ｙ側であっても良い。
【０１１１】
導体１１０の端部Ｘは、コンデンサー１０２を介してインダクタンス２の一端に接続され、インダクタンス２の他端は、コンデンサー１４を介して間接的に、またはコンデンサー１４を介さず直接的に接地されている。図１７は、コンデンサー１４を介して接地させた例を示している。また、導体１１１の端部Ｙは、コンデンサー１０４を介してインダクタンス３の一端に接続され、インダクタンス３の他端は、コンデンサー１５を介して間接的に、またはコンデンサー１５を介さず直接的に接地されている。図１７は、コンデンサー１５を介して接地させた例を示している。インダクタンス２とコンデンサー１４の接続部には、ＬＦ２の整合バリコン１３を介して、ＬＦ２の入力端子が接続されている。尚、このＬＦ２の整合バリコン１３とＬＦ２の入力端子は、インダクタンス３とコンデンサー１５の接続部側に設けられていても良い。また、インダクタンス３とコンデンサー１５の接続部には、ＬＦ１の整合バリコン１１を介して、ＬＦ１の入力端子が接続されている。尚、このＬＦ１の整合バリコン１１とＬＦ１の入力端子は、インダクタンス２とコンデンサー１４の接続部側に設けられていても良い。
【０１１２】
また、図１７の例では、ＨＦ整合回路は、導体１１０の端部Ｘに設けられているが、これは、導体１１１の端部Ｙに設けられていても良く、インダクタンス２とコンデンサー１４との接続点、すなわちＬＦ２の整合回路と同じ場所に設けられていても良く、あるいは、インダクタンス３とコンデンサー１５との接続点、すなわちＬＦ１の整合回路と同じ場所に設けられていても良い。これは、ＨＦ共振回路のＱ値が高いため、ＨＦ共振回路からやや離れた位置からでも、ＨＦのＲＦ電力を、ＨＦ共振回路に注入することが可能なためである。
【０１１３】
このとき、サンプルコイル１、ＬＦ２用同調バリコン１０１、同調コンデンサー１０３、導体１１０、導体１１１、同調コンデンサー１０２、同調コンデンサー１０４、インダクタンス２、インダクタンス３、同調コンデンサー１４、同調コンデンサー１５は、サンプルコイル１の中点付近で振幅電圧がゼロとなるような平衡共振回路を構成している。
【０１１４】
尚、インダクタンス２、インダクタンス３は、電線をコイル状に巻いたヘリカルコイルのような集中インダクタンスであっても、導体棒のような分布インダクタンスであっても、インダクタンス成分の素子であれば何でも良い。また、導体１１０、導体１１１も、電線をコイル状に巻いたヘリカルコイルのような集中インダクタンスであっても、導体棒のような分布インダクタンスであっても、インダクタンス成分の素子であれば何でも良い。
【０１１５】
この実施例では、ＬＦ１の入力端子とＬＦ１の整合バリコン１１との間には、ＬＦ２に並列共振するコイル１３０とコンデンサー１３１とから成り、ＬＦ２をリジェクトするバンド・リジェクト・フィルターが挿入されている。また、ＬＦ２の入力端子とＬＦ２の整合バリコン１３との間には、ＬＦ１に並列共振するコイル１３２とコンデンサー１３３とから成り、ＬＦ１をリジェクトするバンド・リジェクト・フィルターが挿入されている。これにより、ＬＦ２の入力端子へのＬＦ１の透過、およびＬＦ１の入力端子へのＬＦ２の透過を抑制することができ、強いＲＦ電力による送信器の破損を防ぐことができる。
【０１１６】
図１８は、本発明にかかる核磁気共鳴装置の多重同調回路を、プローブに実装した場合の電子部品の配置構造を示したものである。図１８（ａ）は、プローブの縦方向の断面図、（ｂ）は、プローブのカバーを取った様子を示す図、（ｃ）は、プローブの横方向の断面図である。尚、この実施例は、具体的には、外部磁場に対して所定の角度に傾斜させた試料管を高速回転させる、固体試料専用の核磁気共鳴測定プローブを想定している。
【０１１７】
図中、２００はプローブのカバーである。カバー２００の内側には、中空で円筒形をした筒状電極２０１が設けられており、更に、筒状電極２０１の上部内側には、外部磁場に対して所定の角度だけ傾斜させた試料回転機構２０２が設けられている。また、試料回転機構２０２の内部にはサンプルコイル１、更にその内側には固体試料を封入した試料管２０３が設けられている。また、試料回転機構２０２には、試料管２０３を高速回転させるために、エアー配管２０４が接続されており、加圧された駆動用のエアー・ジェットが、試料管２０３に対して適宜吹き付けられる構成になっている。また、筒状電極２０１には、上部に、試料管２０３を試料回転機構２０２から出し入れするための、プローブの内側と外側を連通させた窓２０５が設けられている。
【０１１８】
サンプルコイル１の両端には、ＬＦ２同調用バリコン１０１、ＬＦ２同調用コンデンサー１０３が接続されており、ＬＦ２同調用バリコン１０１は、シャフト２０６でその静電容量を可変させる構成になっている。そして、これらのＬＦ２用同調バリコン１０１、ＬＦ２同調用コンデンサー１０３の外に、導体１１０、１１１を内部導体、筒状電極２０１を外部導体として利用することにより、全体でＨＦに共振する１／４波長共振器を構成させている。また、筒状電極２０１を共通の接地電極として利用することにより、筒状電極２０１の内側に、ＬＦ１同調用コンデンサー１０５、１０７、ＬＦ１同調用バリコン１１４、ＨＦ整合用コンデンサー１１２、ＨＦ整合用バリコン１１３、ＨＦ同調用バリコン１１４、ＬＦ１整合用バリコン１１、ＬＦ２同調用コンデンサー１０２、１０４、インダクタンス２、３、コンデンサー１４、１５、ＬＦ２整合用バリコン１３、同軸ケーブル２０７、２０８をコンパクトに実装している。
【０１１９】
今回、中空の筒状電極２０１を接地電極として利用したことにより、従来の接地電極であった支柱と円板とから成るフレームが不要となり、電子部品を実装するための内部空間が広く取れるようになった。その結果、ＬＦ２同調用バリコン１０１、ＬＦ２同調用コンデンサー１０３に外径の大きな高耐圧容量素子を設置することが可能になり、ＬＦ２共振時、多重同調回路が従来よりも高電圧に耐えられるようになった。また、筒状電極２０１を接地電極に採用して、接地インピーダンスを従来よりも小さくした結果、高周波の電力損失を低減させることが可能になると共に、従来よりも高い共振周波数のＨＦが得られるようになった。また、共振器の外部導体として、大型の筒状電極２０１を採用したので、共振器のＱ値自体も高まった。
【０１２０】
尚、大型の容量素子１０１、１０３は、電極間の寸法が大きいので、導体１１０、１１１は、１／４波長の長さよりも短くして調整する必要がある。それゆえ、導体１１０、１１１は、１／４波長の長さである必要はない。導体１１０、１１１の一端をサンプルコイル１に接続する容量素子１０１、１０３と、導体１１０、１１１の他端をインダクタンス２、３に接続するするＬＦ２同調用コンデンサー１０２、１０４とを含めて、全体で１／４波長共振器として動作すれば良い。
【０１２１】
また、上記筒状電極２０１の形状は、必ずしも円筒形に制限されるものではない。また、筒状電極２０１は、必ずしもプローブ全体を覆っている必要はない。多重同調回路の電気回路部分を覆うのみであっても良い。
【０１２２】
以上、代表例として、図１１に示した多重同調回路を実装した核磁気共鳴装置のプローブについて説明したが、筒状電極２０１を外部電極および接地電極として用いる実装方法が、図４から図１７に示した他の実施例に対しても、同様に適用できる実装方法であることは言うまでもない。
【０１２３】
また、このような実装方法は、サンプルコイル以外にインダクタンス素子を持たない平衡共振型プローブ、例えば、共振回路のＲＦ振幅電圧がサンプルコイルの中点付近でゼロとなるようなＭＱ−ＭＡＳ（Multi Quantum−Magic Angle Spinning）プローブに対しても、応用することができる。
【０１２４】
図１９は、ＭＱ−ＭＡＳプローブの電気回路の一例を示す図である。図中、３０１は、サンプルコイルである。サンプルコイル３０１は、第１のコンデンサー３０２、第のコンデンサー３０３、同調バリコン３０４、および整合バリコン３０５と共に、サンプルコイル３０１の中点付近でＲＦの振幅電圧がゼロとなるような平衡動作をするＬＣ共振器を構成している。本回路では、同調バリコン３０４と整合バリコン３０５により、同調整合を行なわせている。
【０１２５】
また、図２０は、ＭＱ−ＭＡＳプローブに対して本発明の実装方法を実施した一実施例を示したものである。図２０（ａ）は、プローブの縦方向の断面図、（ｂ）は、プローブのカバーを取った様子を示す図、（ｃ）は、バリコン３０４、３０５付近の横方向の断面図である。
【０１２６】
図中、３１４はプローブのカバーである。カバー３１４の内側には、円筒形の筒状電極３４１が設けられ、電気回路共通の接地電極として利用されている。筒状電極３４１の内側の最上部には、外部磁場に対して所定の角度だけ傾斜させた試料回転機構３０６が設けられている。また、試料回転機構３０６の内部にはサンプルコイル３０１、更にその内側には固体試料を封入した試料管３１５が設けられている。また、試料回転機構３０６には、試料管３１５を高速回転させるために、エアー配管３０７が接続されており、加圧された駆動用のエアー・ジェットが、試料管３１５に対して適宜吹き付けられる構成になっている。また、筒状電極３４１には、上部に、試料管３１５を試料回転機構３０６から出し入れするための、プローブの内側と外側を連通させた窓３４２が設けられている。
【０１２７】
サンプルコイル３０１の両端には、同調用のコンデンサー３０２、３０３が接続されている。この同調用のコンデンサー３０２、３０３の片側の電極は、筒状電極３４１の内壁に直接はんだ付けされることにより、接地されている。また、これらの同調用コンデンサー３０２、３０３の外に、同調用バリコン３０４、整合用バリコン３０５が設けられ、シャフト３１２で可変させる構成になっている。また３１１は、外部の分光器とＭＱ−ＭＡＳプローブの電気回路とを接続する同軸ケーブルである。
【０１２８】
今回、中空の筒状電極３４１を接地電極として利用したことにより、従来の接地電極であった支柱と円板とから成るフレームが不要となり、同調用バリコン３０４と整合用バリコン３０５の実装空間を広く取ることが可能になった。その結果、外径の大きな高耐圧バリコンを採用することができ、ＲＦ回路の耐圧性を向上させることが可能になった。また、筒状電極３４１を接地電極に採用した結果、ＲＦの接地電流は、筒状電極３４１の広い表面を伝わって流れるようになり、接地インピーダンスが小さいので、ＲＦの電力損失が少なくて済むようになった。
【０１２９】
尚、上記筒状電極３４１の形状は、必ずしも円筒形に制限されるものではない。また、筒状電極３４１は、必ずしもＭＱ−ＭＡＳプローブ全体を覆っている必要はない。図２１に示すように、ＲＦ回路の電気回路部分を覆うのみであっても良い。
【０１３０】
【発明の効果】
以上述べたごとく、本発明の核磁気共鳴装置の多重同調回路およびプローブによれば、平衡共振回路を構成するサンプルコイルと２つのインダクタンスの間、またはサンプルコイルと２つの導体の間を、容量素子を介して接続したので、サンプルコイルと２つのインダクタンス、またはサンプルコイルと２つの導体それぞれに発生するＲＦ電圧が相互に加算されることがなく、多重同調回路の耐圧性が向上し、高電力のＲＦ注入を行なっても放電事故が起こりにくい核磁気共鳴装置の多重同調回路およびプローブを提供することが可能になった。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の核磁気共鳴装置の多重同調回路を示す図である。
【図２】従来の核磁気共鳴装置の多重同調回路における共振状態の一例を示す図である。
【図３】従来の核磁気共鳴装置の多重同調回路における共振状態の一例を示す図である。
【図４】本発明にかかる核磁気共鳴装置の多重同調回路の一実施例を示す図である。
【図５】本発明にかかる核磁気共鳴装置の多重同調回路の一実施例における共振状態の一例を示す図である。
【図６】本発明にかかる核磁気共鳴装置の多重同調回路の一実施例における共振状態の一例を示す図である。
【図７】本発明にかかる核磁気共鳴装置の多重同調回路の一実施例を示す図である。
【図８】本発明にかかる核磁気共鳴装置の多重同調回路の一実施例を示す図である。
【図９】本発明にかかる核磁気共鳴装置の多重同調回路の一実施例を示す図である。
【図１０】本発明にかかる核磁気共鳴装置の多重同調回路の一実施例を示す図である。
【図１１】本発明にかかる核磁気共鳴装置の三重同調回路の一実施例を示す図である。
【図１２】本発明にかかる核磁気共鳴装置の三重同調回路の一実施例を示す図である。
【図１３】本発明にかかる核磁気共鳴装置の三重同調回路の一実施例における共振状態の一例を示す図である。
【図１４】本発明にかかる核磁気共鳴装置の三重同調回路の一実施例における共振状態の一例を示す図である。
【図１５】本発明にかかる核磁気共鳴装置の三重同調回路の一実施例における共振状態の一例を示す図である。
【図１６】本発明にかかる核磁気共鳴装置の三重同調回路の一実施例を示す図である。
【図１７】本発明にかかる核磁気共鳴装置の三重同調回路の一実施例を示す図である。
【図１８】本発明にかかる核磁気共鳴装置のプローブの一実施例を示す図である。
【図１９】ＭＱ−ＭＡＳプローブの電気回路の一例を示す図である。
【図２０】本発明にかかるＭＱ−ＭＡＳプローブの一実施例を示す図である。
【図２１】本発明にかかるＭＱ−ＭＡＳプローブの一実施例を示す図である。
【符号の説明】
１・・・サンプルコイル、２・・・インダクタンス、３・・・インダクタンス、４・・・ＬＦ１用同調コンデンサー、６・・・ＬＦ２用同調コンデンサー、７・・・ＬＦ１用同調コンデンサー、９・・・ＬＦ２用同調コンデンサー、１０・・・ＬＦ１用同調バリコン、１１・・・ＬＦ１用整合バリコン、１２・・・ＬＦ２用同調バリコン、１３・・・ＬＦ２用整合バリコン、１４・・・ＬＦ２用同調コンデンサー、１５・・・ＬＦ２用同調コンデンサー、２１・・・ＲＦ電流、２２・・・ＲＦ電流、３１・・・ＲＦ電流、３２・・・ＲＦ電圧発生点、３３・・・ＲＦ電圧発生点、６１・・・ＲＦ電流、６２・・・ＲＦ電流、６５・・・ＲＦ電圧発生点、６６・・・ＲＦ電圧発生点、６７・・・ＲＦ電圧発生点、６８・・・ＲＦ電圧発生点、７１・・・可変容量素子、７２・・・可変容量素子、８１・・・ＬＦ２用同調コンデンサー、８２・・・ＬＦ２用同調コンデンサー、８３・・・ＬＦ２用同調コンデンサー、８４・・・ＬＦ２用同調コンデンサー、９１・・・ＬＦ１用同調コンデンサー、９２・・・ＬＦ１用同調コンデンサー、９３・・・ＬＦ２用同調バリコン、１０１・・・ＬＦ２用同調バリコン、１０２・・・ＬＦ２用同調コンデンサー、１０３・・・ＬＦ２用同調コンデンサー、１０４・・・ＬＦ２用同調コンデンサー、１０５・・・ＬＦ１用同調コンデンサー、１０６・・・ＬＦ１用同調コンデンサー、１０７・・・ＬＦ１用同調コンデンサー、１０８・・・ＬＦ１用同調バリコン、１１０・・・導体、１１１・・・導体、１１２・・・ＨＦ用整合コンデンサー、１１３・・・ＨＦ用整合バリコン、１１４・・・ＨＦ用同調バリコン、１２０・・・ＬＦ１の共振電流、１２１・・・ＬＦ１の共振電流、１２２・・・ＬＦ２の共振電流、１２３・・・ＬＦ２の共振電流、１３０・・・コイル、１３１・・・コンデンサー、１３２・・・コイル、１３３・・・コンデンサー、２００・・・プローブカバー、２０１・・・筒状電極、２０２・・・試料回転機構、２０３・・・試料管、２０４・・・エアー配管、２０５・・・窓、２０６・・・シャフト。３０１・・・サンプルコイル、３０２・・・第１のコンデンサー、３０３・・・第２のコンデンサー、３０４・・・同調バリコン、３０５・・・整合バリコン、３０６・・・試料回転装置、３０７・・・エアー配管、３０８・・・支柱、３０９・・・円板、３１０・・・バネ、３１１・・・同軸ケーブル、３１２・・・シャフト、３１３・・・ブラケット、３１４・・・カバー、３１５・・・試料管、３４１・・・筒状電極、３４２・・・窓。
【発明の属する技術分野】
本発明は、核磁気共鳴装置の多重同調回路に関し、特に、ＲＦ電圧に対する耐圧性を高めた核磁気共鳴装置の多重同調回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１は、共鳴周波数がＬＦ１およびＬＦ２であるような、２種類の低周波共鳴核に対し、同時にＲＦの照射またはＮＭＲ信号の検出を行なえるように構成した従来の多重同調回路を示すものである。ここで、ＬＦ１は、ＬＦ２よりも周波数が高いＲＦで、例えば、ＬＦ１は１３Ｃ核の共鳴周波数、ＬＦ２は１７Ｏの共鳴周波数に相当している。
【０００３】
図中１は、ソレノイドコイルやサドルコイルなどから成るサンプルコイルである。サンプルコイル１の両端には、インダクタンス２、３が直接接続されている。これらのインダクタンス２、３は、一端がサンプルコイル１に接続され、他端がコンデンサー６および／または９を介し間接的に、またはコンデンサー６、９を介することなく直接的に接地して使用される。図では、２つのインダクタンスを共に間接的に接地させた例を示している。
【０００４】
サンプルコイル１の両端は、ＬＦ１の２つの同調コンデンサー４、７を介して接地されている。また、ＬＦ１の同調バリコン１０も、サンプルコイル１の一端に、同調コンデンサー７と並列に接続されている。このとき、ＬＦ１の同調コンデンサー４の容量と、ＬＦ１の同調コンデンサー７とＬＦ１の同調バリコン１０の和容量とは、ほぼ同程度になるように設定される。
【０００５】
また、ＬＦ２の同調バリコン１２と整合バリコン１３は、インダクタンス２、または３のうち、どちらか一方の接地側端部に接続される。例えば、図１の例では、ＬＦ２の同調バリコン１２と整合バリコン１３は、インダクタンス３の接地側端部に接続され、ＬＦ２の同調コンデンサー６の容量と、ＬＦ２の同調コンデンサー９と同調バリコン１２の和容量とが、ほぼ同程度になるように設定されている。
【０００６】
このとき、サンプルコイル１、インダクタンス２、３、同調コンデンサー６、９、４、７は、サンプルコイル１の中点付近で振幅電圧がゼロとなるような平衡共振回路を構成している。
【０００７】
尚、インダクタンス２、３は、電線をコイル状に巻いたヘリカルコイルのような集中インダクタンスであっても、導体棒のような分布インダクタンスであっても、インダクタンス成分の素子であれば何でも良い。
【０００８】
次に、この多重同調回路の動作について説明する。図２は、周波数ＬＦ１のＲＦに対して共振しているときの多重同調回路の等価回路を示している。ＬＦ２に対する同調コンデンサー６および９は容量が大きく、ＬＦ１の周波数では十分に小さなインピーダンスなので、２つのインダクタンス２、３は、図のように直列に接続されていると見なされる。また、同調コンデンサー９の容量が大きいことにより、ＬＦ２側の同調バリコン１２と整合バリコン１３の寄与は小さい。
【０００９】
その結果、ＬＣ共振回路は、直列接続された２つのインダクタンス２、３に、サンプルコイル１が並列接続された合成インダクタンスと、ＬＦ１に対する同調コンデンサー４および７とで構成され、ＬＦ１側の同調バリコン１０と整合バリコン１１とでＬＦ１に対するＬＣ共振回路の同調および整合が行なわれる。ＬＦ１に対する同調と整合が取れて、共振電流が最大になったある時点でのＲＦ電流の向きの一例を、矢印２１、２２で示す。
【００１０】
次に、図３に、周波数ＬＦ２のＲＦに対して共振しているときの多重同調回路の等価回路を示す。ＬＦ１に対する同調コンデンサー４および７は容量が小さく、ＬＦ２の周波数では十分に大きなインピーダンスなので、２つの同調コンデンサー４および７の寄与は小さい。また、ＬＦ１側の同調バリコン１０と整合バリコン１１も、容量が小さいので寄与が小さい。
【００１１】
その結果、ＬＣ共振回路は、インダクタンス２、サンプルコイル１、インダクタンス３の順番に直列接続された合成インダクタンスと、ＬＦ２に対する同調コンデンサー６および９とで構成され、ＬＦ２側の同調バリコン１２と整合バリコン１３とでＬＦ２に対する同調・整合が行なわれる。
【００１２】
ＬＦ２に対する同調・整合が取れて、共振電流が最大になったある時点でのＲＦ電流の向きの一例を、矢印３１で示す。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ＬＦ２に対して共振しているときの多重同調回路の等価回路を示した図３では、インダクタンス２、サンプルコイル１、インダクタンス３が直列接続された合成インダクタンスとなるので、ＲＦ電流３１が流れた場合、インダクタンス２に発生するＲＦ電圧、サンプルコイル１に発生するＲＦ電圧、インダクタンス３に発生するＲＦ電圧が加算され、３２の位置と３３の位置に、接地に対して極めて高いＲＦ電圧が発生する。そのため、３２、３３と接地との間で放電事故が起こりやすいという問題があった。いったん放電事故が発生すると、コンデンサーなどの電子部品が焼損してしまい、高額な修理費用が必要となる。
【００１４】
本発明の目的は、上述した点に鑑み、多重同調回路の耐圧を向上させて、高電力のＲＦ注入を行なっても放電事故が起こりにくい核磁気共鳴装置の多重同調回路を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するため、本発明にかかる核磁気共鳴装置の多重同調回路は、
端部Ａ、Ｂを備え、端部Ａが第１の容量素子を介して接地され、また、端部Ｂが第２の容量素子を介して接地されたサンプルコイルと、
一端が第３の容量素子を介してサンプルコイルの端部Ａに接続され、他端が接地された第１のインダクタンスと、
一端が第４の容量素子を介してサンプルコイルの端部Ｂに接続され、他端が接地された第２のインダクタンスと、
前記サンプルコイルに第１の高周波を供給する整合回路および同調回路と、
前記サンプルコイルに第２の高周波を供給する整合回路および同調回路と
を備えた核磁気共鳴装置の多重同調回路であって、
接地、第１のインダクタンス、第３の容量素子、サンプルコイル、第４の容量素子、第２のインダクタンス、接地の順番で直列接続され、さらに第１の容量素子と第２の容量素子を介して前記サンプルコイルの両端を接地された回路全体で、前記第１の高周波と前記第２の高周波に対して、前記サンプルコイルの中点での振幅電圧がゼロとなるような平衡共振回路を構成し、前記第１のインダクタンスと前記サンプルコイルの間は前記第３の容量素子で、前記第２のインダクタンスと前記サンプルコイルの間は前記第４の容量素子で、それぞれ前記第２の高周波のＲＦ電圧を分圧していることを特徴としている。
【００１６】
また、前記第１のインダクタンスの接地端は、第５の容量素子を介して接地されていることを特徴としている。
【００１７】
また、前記第２のインダクタンスの接地端は、第６の容量素子を介して接地されていることを特徴としている。
【００１８】
また、前記第１の高周波のための整合回路および同調回路は、前記サンプルコイルの一端に直接接続されていることを特徴としている。
【００１９】
また、前記第２の高周波のための整合回路および同調回路は、前記第１のインダクタンスと前記第５の容量素子との間、または前記第２のインダクタンスと前記第６の容量素子との間に接続されていることを特徴としている。
【００２０】
また、前記第３の容量素子と第４の容量素子のうち、少なくとも一方が前記第２の高周波のための同調用可変容量素子であることを特徴としている。
【００２１】
また、前記第２の高周波のための同調用可変容量素子は、一端が前記サンプルコイルと第２の容量素子との接続点に接続され、他端が前記第２のインダクタンスに接続されると共に、前記第２の高周波のための同調用可変容量素子と前記第２のインダクタンスとの接続点は、前記第１の高周波を共振させるための第８の容量素子を介して接地されていることを特徴としている。
【００２２】
また、サンプルコイルの端部Ａに接続された前記第３の容量素子を少なくとも２つに分割して直列に接続し、該直列接続された容量素子同士の接続点に、第１の容量素子の一端および第１の高周波のための整合回路および同調回路の一端を接続すると共に、該第１の容量素子の他端および該第１の高周波のための整合回路および同調回路の他端を共に接地すると共に、
サンプルコイルの端部Ｂに接続された前記第４の容量素子を少なくとも２つに分割して直列に接続し、該直列接続された容量素子同士の接続点に、第１の高周波を共振させるための第２の容量素子の一端を接続すると共に、該第２の容量素子の他端を接地したことを特徴としている。
【００２３】
また、少なくとも前記第１のインダクタンスまたは第２のインダクタンスと並列に、可変または固定容量素子を接続したことを特徴としている。
【００２４】
また、端部Ａ、Ｂを備えたサンプルコイルと、
一端が第１の容量素子および第２の容量素子を介してサンプルコイルの端部Ａに接続され、他端が接地された第１のインダクタンスと、
一端が第３の容量素子および第４の容量素子を介してサンプルコイルの端部Ｂに接続され、他端が接地された第２のインダクタンスと、
前記第１の容量素子と前記第２の容量素子との接続点と、前記第３の容量素子と前記第４の容量素子との接続点との間を直接的に、または接地を介して間接的に結ぶ第５の容量素子または容量素子群と、
前記サンプルコイルに第１の高周波を供給する整合回路と、
前記サンプルコイルに第２の高周波を供給する整合回路と
を備えた核磁気共鳴装置の多重同調回路であって、
接地、第１のインダクタンス、第３の容量素子、サンプルコイル、第４の容量素子、第２のインダクタンス、接地の順番で直列接続され、さらに第１の容量素子と第２の容量素子を介して前記サンプルコイルの両端を接地された回路全体で、前記第１の高周波と前記第２の高周波に対して、前記サンプルコイルの中点での振幅電圧がゼロとなるような平衡共振回路を構成し、前記第１のインダクタンスと前記サンプルコイルの間は前記第３の容量素子で、前記第２のインダクタンスと前記サンプルコイルの間は前記第４の容量素子で、それぞれ前記第２の高周波のＲＦ電圧を分圧していることを特徴としている。
【００２５】
また、前記第１のインダクタンスの接地端は、第６の容量素子を介して接地されていることを特徴としている。
【００２６】
また、前記第２のインダクタンスの接地端は、第７の容量素子を介して接地されていることを特徴としている。
【００２７】
また、前記第１の容量素子ないし第４の容量素子のうち、少なくとも１つが、前記第２の高周波のための同調用可変容量素子であることを特徴としている。
【００２８】
また、前記第５の容量素子または容量素子群の中の少なくとも１つの容量素子が、前記第１の高周波のための同調用可変容量素子であることを特徴としている。
【００２９】
また、少なくとも前記第１のインダクタンスまたは第２のインダクタンスと並列に、可変または固定容量素子を接続したことを特徴としている。
【００３０】
また、第１の高周波は、第２の高周波よりも周波数が高いことを特徴としている。
【００３１】
また、端部Ａ、Ｂを備えたサンプルコイルと、
一端が第１の容量素子、第１のインダクタンス、および、第２の容量素子を介してサンプルコイルの端部Ａに接続され、他端が接地された第２のインダクタンスと、
一端が第３の容量素子、第３のインダクタンス、および、第４の容量素子を介してサンプルコイルの端部Ｂに接続され、他端が接地された第４のインダクタンスと、
前記第１のインダクタンスと前記第２の容量素子との接続点と、前記第３のインダクタンスと前記第４の容量素子との接続点との間を直接的に、または接地を介して間接的に結ぶ第５の容量素子または容量素子群と、
前記サンプルコイルに第１の高周波を供給する整合回路と、
前記サンプルコイルに第２の高周波を供給する整合回路と、
前記サンプルコイルに第３の高周波を供給する整合回路と
を備えた核磁気共鳴装置の多重同調回路であって、
接地、第２のインダクタンス、第２の容量素子、第１のインダクタンス、第１の容量素子、サンプルコイル、第３の容量素子、第３のインダクタンス、第４の容量素子、第４のインダクタンス、接地の順番で直列接続された回路全体で、前記第１の高周波、前記第２の高周波、前記第３の高周波に対して、前記サンプルコイルの中点での振幅電圧がゼロとなるような平衡共振回路を構成し、前記第１のインダクタンスと前記サンプルコイルの間および前記第３のインダクタンスと前記サンプルコイルの間は、前記第１の容量素子および前記第３の容量素子で前記第１の高周波のＲＦ電圧を分圧し、前記第２のインダクタンスと前記第１のインダクタンスの間および前記第４のインダクタンスと前記第３のインダクタンスの間は、前記第２の容量素子および前記第４の容量素子で前記第２の高周波のＲＦ電圧を分圧していることを特徴としている。
【００３２】
また、前記第２のインダクタンスの接地端は、第６の容量素子を介して接地されていることを特徴としている。
【００３３】
また、前記第４のインダクタンスの接地端は、第７の容量素子を介して接地されていることを特徴としている。
【００３４】
また、前記第１の容量素子ないし第４の容量素子のうち、少なくとも１つが、前記第２の高周波のための同調用可変容量素子であることを特徴としている。
【００３５】
また、前記第５の容量素子または容量素子群の中の少なくとも１つの容量素子が、前記第１の高周波のための同調用可変容量素子であることを特徴としている。
【００３６】
また、前記第３の高周波のための同調容量素子は、少なくとも前記第１のインダクタンスの所定の位置、または第３のインダクタンスの所定の位置に設けられていることを特徴としている。
【００３７】
また、少なくとも前記第２のインダクタンスまたは第４のインダクタンスと並列に、可変または固定容量素子を接続したことを特徴としている。
【００３８】
また、前記第１の高周波の入力端子と整合容量素子との間に、前記第２の高周波をリジェクトするバンド・リジェクト・フィルターを挿入したことを特徴としている。
【００３９】
また、前記第２の高周波の入力端子と整合容量素子との間に、前記第１の高周波をリジェクトするバンド・リジェクト・フィルターを挿入したことを特徴としている。
【００４０】
また、第３の高周波は、第１の高周波よりも周波数が高く、第１の高周波は、第２の高周波よりも周波数が高いことを特徴としている。
【００４１】
また、請求項１記載の多重同調回路を用いた核磁気共鳴装置のプローブにおいて、該多重同調回路の外側を包囲する筒状電極を設け、該筒状電極を該多重同調回路の接地電極として用いるようにしたことを特徴としている。
【００４２】
また、請求項１０記載の多重同調回路を用いた核磁気共鳴装置のプローブにおいて、該多重同調回路の外側を包囲する筒状電極を設け、該筒状電極を該多重同調回路の接地電極として用いるようにしたことを特徴としている。
【００４３】
また、請求項１７記載の多重同調回路を用いた核磁気共鳴装置のプローブにおいて、該多重同調回路の外側を包囲する筒状電極を設け、該筒状電極を該多重同調回路の接地電極として用いるようにしたことを特徴としている。
【００４４】
また、前記筒状電極は、所定の位置にプローブの内側と外側を連通させる窓を有することを特徴としている。
【００４７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。図４は、本発明にかかる核磁気共鳴装置の多重同調回路の一実施例を示したもので、共鳴周波数がＬＦ１およびＬＦ２であるような、２種類の低周波共鳴核に対し、同時にＲＦの照射またはＮＭＲ信号の検出を行なえるように構成した多重同調回路である。ここで、ＬＦ１は、ＬＦ２よりも周波数が高いＲＦで、例えば、ＬＦ１は１３Ｃ核の共鳴周波数、ＬＦ２は１７Ｏの共鳴周波数に相当している。
【００４８】
図中１は、ソレノイドコイルやサドルコイルなどから成るサンプルコイルである。サンプルコイル１の両端には、インダクタンス２、３が、ＬＦ２の２つの同調コンデンサー６、９を介して間接的に接続されている。また、これらのインダクタンス２、３の他端は、コンデンサー６、９よりも大容量のコンデンサー１４および／または１５を介し間接的に、またはコンデンサー１４、１５を介することなく直接的に接地して使用される。図では、２つのインダクタンスを共に間接的に接地させた例を示している。
【００４９】
サンプルコイル１の両端は、ＬＦ１核の２つの同調コンデンサー４、７を介して接地されている。また、ＬＦ１核の同調バリコン１０も、サンプルコイル１の一端に、同調コンデンサー７と並列に接続されている。このとき、ＬＦ１核の同調コンデンサー４の容量と、ＬＦ１核の同調コンデンサー７と同調バリコン１０の和容量とは、ほぼ同程度になるように設定される。
【００５０】
また、ＬＦ２核の同調バリコン１２と整合バリコン１３は、インダクタンス２、または３のうち、どちらか一方の接地側端部に接続される。例えば、図４の例では、ＬＦ２核の同調バリコン１２と整合バリコン１３は、インダクタンス３の接地側端部に接続され、コンデンサー６と９とがほぼ同程度、またコンデンサー１５とバリコン１２との和容量とコンデンサー１４とがほぼ同程度になるように設定されている。
【００５１】
このとき、サンプルコイル１、インダクタンス２、３、同調コンデンサー６、９、４、７、１４、１５は、サンプルコイル１の中点付近で振幅電圧がゼロとなるような平衡共振回路を構成している。
【００５２】
尚、インダクタンス２、３は、電線をコイル状に巻いたヘリカルコイルのような集中インダクタンスであっても、導体棒のような分布インダクタンスであっても、インダクタンス成分の素子であれば何でも良い。
【００５３】
次に、この多重同調回路の動作について説明する。図５は、周波数ＬＦ１のＲＦに対して共振しているときの多重同調回路の等価回路を示している。ＬＦ２に対する４つの同調コンデンサー６、９、１４、および１５は容量が大きく、ＬＦ１の周波数では十分に小さなインピーダンスなので、２つのインダクタンス２、３は、図のように直列に接続されていると見なされる。また、同調コンデンサー１５の容量が大きいことにより、ＬＦ２側の同調バリコン１２と整合バリコン１３の寄与は小さい。
【００５４】
その結果、ＬＣ共振回路は、直列接続された２つのインダクタンス２、３に、サンプルコイル１が並列接続された合成インダクタンスと、ＬＦ１に対する同調コンデンサー４および７とで構成され、ＬＦ１側の同調バリコン１０と整合バリコン１１とでＬＦ１に対するＬＣ共振回路の同調および整合が行なわれる。ＬＦ１に対する同調と整合が取れて、共振電流が最大になったある時点でのＲＦ電流の向きの一例を、矢印２１、２２で示す。
【００５５】
次に、図６に、周波数ＬＦ２のＲＦに対して共振しているときの多重同調回路の等価回路を示す。ＬＦ１に対する同調コンデンサー４および７は容量が小さく、ＬＦ２の周波数では十分に大きなインピーダンスなので、２つの同調コンデンサ４および７の寄与は小さい。また、ＬＦ１側の同調バリコン１０と整合バリコン１１も、容量が小さいので寄与は小さい。
【００５６】
その結果、ＬＣ共振回路は、コンデンサー１４、インダクタンス２、コンデンサー６、サンプルコイル１、コンデンサー９、インダクタンス３、コンデンサー１５の順番に直列接続されたものとなり、ＬＦ２側の同調バリコン１２と整合バリコン１３とで、このＬＣ共振回路に対する同調・整合が行なわれる。
【００５７】
ＬＦ２に対する同調・整合が取れて、共振電流が最大になったある時点でのＲＦ電流の向きの一例を、矢印６１および６２で示す。
【００５８】
このとき、インダクタンス２にはＲＦ電圧が発生するが、一端がコンデンサー６、９よりも大容量のコンデンサー１４で接地されているので、６７の位置には、インダクタンス２に発生するＲＦ電圧分の電圧しか発生しない。インダクタンス３も同様で、インダクタンス３にはＲＦ電圧が発生するが、一端がコンデンサー６、９よりも大容量のコンデンサー１５で接地されているので、６８の位置には、インダクタンス３に発生するＲＦ電圧分の電圧しか発生しない。また、図６のＬＣ共振回路は平衡共振回路なので、サンプルコイル１の中点がほぼゼロ電位になり、６５と６６の位置には、サンプルコイル１に発生するＲＦ電圧の１／２が発生するに過ぎない。このため、ＬＣ共振回路内で、インダクタンス２に発生するＲＦ電圧、サンプルコイル１に発生するＲＦ電圧、インダクタンス３に発生するＲＦ電圧が加算されることはない。
【００５９】
ただ、同調コンデンサー６と同調コンデンサー９のそれぞれには、従来と同様に大きなＲＦ電圧差が印加されるが、これに対しては、複数のコンデンサーを直列に接続して使用することにより、ＲＦ電圧を分圧して放電を防止するように構成させる。
【００６０】
尚、本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、さまざまな変形が可能である。例えば、図７は、本発明にかかる核磁気共鳴装置の多重同調回路の別の実施例を示したもので、共鳴周波数がＬＦ１およびＬＦ２であるような、２種類の低周波共鳴核に対し、同時にＲＦの照射またはＮＭＲ信号の検出を行なえるように構成した多重同調回路である。ここで、ＬＦ１は、ＬＦ２よりも周波数が高いＲＦで、例えば、ＬＦ１は１３Ｃ核の共鳴周波数、ＬＦ２は１７Ｏの共鳴周波数に相当している。
【００６１】
図中１は、ソレノイドコイルやサドルコイルなどから成るサンプルコイルである。サンプルコイル１の両端には、インダクタンス２、３が、ＬＦ２の２つの同調コンデンサー６、９を介して間接的に接続されている。また、これらのインダクタンス２、３の他端は、ＬＦ２の同調コンデンサー１４および／または１５を介し間接的に、またはＬＦ２の同調コンデンサー１４、１５を介することなく直接的に接地して使用される。図では、２つのインダクタンスを共に間接的に接地させた例を示している。
【００６２】
サンプルコイル１の両端は、ＬＦ１の２つの同調コンデンサー４、７を介して接地されている。また、ＬＦ１の同調バリコン１０も、サンプルコイル１の一端に、同調コンデンサー７と並列に接続されている。このとき、ＬＦ１の同調コンデンサー４の容量と、ＬＦ１の同調コンデンサー７と同調バリコン１０の和容量とは、ほぼ同程度になるように設定される。
【００６３】
また、ＬＦ２の同調バリコン１２と整合バリコン１３は、インダクタンス２、または３のうち、どちらか一方の接地側端部に接続される。例えば、図７の例では、ＬＦ２の同調バリコン１２と整合バリコン１３は、インダクタンス３の接地側端部に接続され、コンデンサー６と９とがほぼ同程度、またコンデンサー１５とバリコン１２との和容量とコンデンサー１４とがほぼ同程度になるように設定されている。
【００６４】
このとき、サンプルコイル１、インダクタンス２、３、同調コンデンサー６、９、４、７、１４、１５は、サンプルコイル１の中点付近で振幅電圧がゼロとなるような平衡共振回路を構成している。
【００６５】
尚、インダクタンス２、３は、電線をコイル状に巻いたヘリカルコイルのような集中インダクタンスであっても、導体棒のような分布インダクタンスであっても、インダクタンス成分の素子であれば何でも良い。
【００６６】
この実施例では、インダクタンス２および３に、可変容量素子７１および７２を並列接続している。可変容量素子７１、７２の値をそれぞれ適宜な値に設定することにより、ＬＦ１の並列共振回路を構成させ、ＬＦ１のＲＦ電力がＬＦ２の同調・整合回路側に通過するのを防ぐようにさせる。これにより、ＬＦ２の同調と整合を取る際に、バリコン１２および１３の容量を変化させても、ＬＦ１側に与える影響はほとんどなくなる。
【００６７】
尚、このような可変容量素子７１、７２の用い方は、図７の場合に限らず、以下に述べる図８〜図１０のような例に用いられるインダクタンスに対しても適用できることは言うまでもない。
【００６８】
また、図８は、本発明にかかる核磁気共鳴装置の多重同調回路の更に別の実施例を示したもので、共鳴周波数がＬＦ１およびＬＦ２であるような、２種類の低周波共鳴核に対し、同時にＲＦの照射またはＮＭＲ信号の検出を行なえるように構成した多重同調回路である。ここで、ＬＦ１は、ＬＦ２よりも周波数が高いＲＦで、例えば、ＬＦ１は１３Ｃ核の共鳴周波数、ＬＦ２は１７Ｏの共鳴周波数に相当している。
【００６９】
図中１は、ソレノイドコイルやサドルコイルなどから成るサンプルコイルである。サンプルコイル１の両端には、インダクタンス２、３が、ＬＦ２の２つの同調コンデンサー８１、８２、８３、８４を介して間接的に接続されている。また、これらのインダクタンス２、３の他端は、ＬＦ２の同調コンデンサー１４および／または１５を介し間接的に、またはＬＦ２の同調コンデンサー１４、１５を介することなく直接的に接地して使用される。図では、２つのインダクタンスを共に間接的に接地させた例を示している。
【００７０】
このとき、サンプルコイル１、インダクタンス２、３、同調コンデンサー４、７、１４、１５、８１、８２、８３、８４は、サンプルコイル１の中点付近で振幅電圧がゼロとなるような平衡共振回路を構成している。
【００７１】
尚、インダクタンス２、３は、電線をコイル状に巻いたヘリカルコイルのような集中インダクタンスであっても、導体棒のような分布インダクタンスであっても、インダクタンス成分の素子であれば何でも良い。
【００７２】
この実施例では、サンプルコイル１の両端に接続されたＬＦ２の２つの同調コンデンサーをそれぞれ２分割して直列に接続している。そして、一方の直列接続されたコンデンサーである８１と８２の接続点には、ＬＦ１の同調コンデンサー４の一端が接続され、該同調コンデンサー４の他端側は接地されている。また、もう一方の直列接続されたコンデンサーである８３と８４の接続点には、ＬＦ１の同調コンデンサー７、同調バリコン１０、および整合バリコン１１の一端がそれぞれ接続され、該同調コンデンサー７、同調バリコン１０、および整合バリコン１１の他端側はそれぞれ接地されている。これにより、ＬＦ１側の同調・整合回路が接続されている同調コンデンサー８３と８４の接続点付近は、ＬＦ２共振時のＲＦ振幅電圧がほとんどゼロになり、接地電位とほぼ等しくなる。その結果、ＬＦ１の同調と整合を取る際に、バリコン１０および１１の容量を変化させても、ＬＦ２側に与える影響はほとんどなくなる。
【００７３】
また、図９は、本発明にかかる核磁気共鳴装置の多重同調回路の更に別の実施例を示したもので、共鳴周波数がＬＦ１およびＬＦ２であるような、２種類の低周波共鳴核に対し、同時にＲＦの照射またはＮＭＲ信号の検出を行なえるように構成した多重同調回路である。ここで、ＬＦ１は、ＬＦ２よりも周波数が高いＲＦで、例えば、ＬＦ１は１３Ｃ核の共鳴周波数、ＬＦ２は１７Ｏの共鳴周波数に相当している。
【００７４】
図中１は、ソレノイドコイルやサドルコイルなどから成るサンプルコイルである。サンプルコイル１の両端には、インダクタンス２、３が、ＬＦ２の同調コンデンサー６およびＬＦ２の同調バリコン９３を介して間接的に接続されている。また、これらのインダクタンス２、３の他端は、ＬＦ２の同調コンデンサー１４および／または１５を介し間接的に、またはＬＦ２の同調コンデンサー１４、１５を介することなく直接的に接地して使用される。図では、２つのインダクタンスを共に間接的に接地させた例を示している。
【００７５】
尚、ＬＦ２の同調コンデンサー６とＬＦ２の同調バリコン９３とは、互いに逆の位置に設けられていても良いし、同調バリコン９３と対の形で、もう１つのＬＦ２用同調バリコンが同調コンデンサー６の代わりに設けられていても良い。
【００７６】
また、インダクタンス２、３は、電線をコイル状に巻いたヘリカルコイルのような集中インダクタンスであっても、導体棒のような分布インダクタンスであっても、インダクタンス成分の素子であれば何でも良い。
【００７７】
このとき、サンプルコイル１、インダクタンス２、３、同調コンデンサー４、７、９１、９２、１４、１５、６、同調バリコン９３は、サンプルコイル１の中点付近で振幅電圧がゼロとなるような平衡共振回路を構成している。
【００７８】
この実施例では、サンプルコイル１とインダクタンス２の間にＬＦ２の同調バリコンを挿入することにより、より実際的にＬＦ１とＬＦ２の回路調整ができるように構成されている。すなわち、ＬＦ１とＬＦ２の同調を取るためには、まず最初に、サンプルコイル１と同調コンデンサー４、７で構成される部分を、同調バリコン１０と整合バリコン１１とを用いてＬＦ１に同調させる。次に、同調コンデンサー９１、９２、インダクタンス２、３、および同調コンデンサー１４、１５で構成される部分を、整合バリコン１３を用いてＬＦ１に同調させる。そして、最後に、サンプルコイル１と同調コンデンサー４、７で構成される部分と同調コンデンサー９１、９２、インダクタンス２、３、および同調コンデンサー１４、１５で構成される部分とをつなぎ合わせ、全体を同調バリコン９３を用いてＬＦ２に同調させる。このように、３段階でＬＦ１とＬＦ２の同調を取ることにより、多重同調回路全体の複雑な回路調整が効率良く行なえるようになる。
【００７９】
また、図１０は、本発明にかかる核磁気共鳴装置の多重同調回路の更に別の実施例を示したもので、共鳴周波数がＬＦ１およびＬＦ２であるような、２種類の低周波共鳴核に対し、同時にＲＦの照射またはＮＭＲ信号の検出を行なえるように構成した多重同調回路である。ここで、ＬＦ１は、ＬＦ２よりも周波数が高いＲＦで、例えば、ＬＦ１は１３Ｃ核の共鳴周波数、ＬＦ２は１７Ｏの共鳴周波数に相当している。
【００８０】
図中１は、ソレノイドコイルやサドルコイルなどから成るサンプルコイルである。サンプルコイル１の一端には、インダクタンス２がＬＦ２の同調バリコン１０１およびコンデンサー１０２を介して間接的に接続されている。また、サンプルコイル１の他端には、インダクタンス３がコンデンサー１０３および１０４を介して間接的に接続されている。インダクタンス２、３のもう一端は、ＬＦ２の同調コンデンサー１４および／または１５を介し間接的に、またはＬＦ２の同調コンデンサー１４、１５を介することなく直接的に接地して使用される。図では、２つのインダクタンスを共に間接的に接地させた例を示している。
【００８１】
また、ＬＦ２の同調バリコン１０１とコンデンサー１０２との接続点と、コンデンサー１０３とコンデンサー１０４との接続点との間は、コンデンサー１０５、１０６、１０７、およびＬＦ１の同調バリコン１０８で直接的に、または接地を介して間接的に接続されている。図では、２つの接続点間を、コンデンサー群で直接的に接続した例を示している。
【００８２】
尚、インダクタンス２、３は、電線をコイル状に巻いたヘリカルコイルのような集中インダクタンスであっても、導体棒のような分布インダクタンスであっても、インダクタンス成分の素子であれば何でも良い。
【００８３】
また、ＬＦ２の同調バリコン１０１は、コンデンサー１０２、１０３、１０４のうちのいずれかと置き換えられていても良い。また、コンデンサー１０５、１０６、１０７、およびＬＦ１の同調バリコン１０８には、その他の組み合わせ方が可能であり、また、コンデンサー１０５、１０６、１０７は、バリコンなどに置き換えられていても良い。
【００８４】
このような構成において、ＬＣ共振回路がＬＦ２に対して共振しているときには、ＬＦ２の同調バリコン１０１とコンデンサー１０２との接続点付近、および、コンデンサー１０３とコンデンサー１０４との接続点付近が、共にゼロ電位に近くなるように調整されている。その結果、ＬＦ１の同調バリコン１０８は、ＬＦ２の共振自体に影響を与えない。また、ＬＣ共振回路がＬＦ１に対して共振しているときには、コンデンサー１０６をコンデンサー１０５、１０７よりも大容量にしておけば、ＬＦ１の同調バリコン１０８にはＬＦ１の高電圧が加わらない。
【００８５】
以上、二重同調回路の実施例について述べたが、以下に述べる例は、三重同調回路の実施例である。
【００８６】
図１１は、本発明にかかる核磁気共鳴装置の三重同調回路の実施例を示したもので、共鳴周波数がＨＦ、ＬＦ１、およびＬＦ２であるような、１種類の高周波共鳴核と２種類の低周波共鳴核に対し、同時にＲＦの照射またはＮＭＲ信号の検出を行なえるように構成した多重同調回路である。ここで、ＨＦは、ＬＦ１やＬＦ２よりも周波数が高いＲＦで、例えば１Ｈ核や１９Ｆ核の共鳴周波数に相当し、ＬＦ１は、ＬＦ２よりも周波数が高いＲＦで、例えば、ＬＦ１は１３Ｃ核の共鳴周波数、ＬＦ２は１７Ｏの共鳴周波数に相当している。
【００８７】
図中１は、ソレノイドコイルやサドルコイルなどから成るサンプルコイルである。サンプルコイル１の一端は、ＬＦ２の同調バリコン１０１を介して導体１１０の一端に、また、サンプルコイル１の他端は、ＬＦ２の同調コンデンサー１０３を介して導体１１１の一端に、それぞれ間接的に接続されている。尚、ＬＦ２の同調バリコン１０１とＬＦ２の同調コンデンサー１０３とは、互いに逆の位置に置かれていても良いし、あるいは、コンデンサー１０２やコンデンサー１０４の位置と置き換えられていても良い。
【００８８】
また、導体１１１のサンプルコイル側端部から所定の距離だけ導体側に入った位置（すなわち、導体１１１の途中）には、ＨＦ用同調バリコン１１４の一端が接続され、このＨＦ用同調バリコン１１４の他端は接地されている。尚、このＨＦ用同調バリコン１１４は、導体１１０側に設けられていても良い。
【００８９】
２つの導体１１０、１１１は、互いに平行線路を形成している。導体１１０の端部Ｘは、ＨＦの整合コンデンサー１１２とＨＦの整合バリコン１１３とから成るＨＦ整合回路を介して、ＨＦの入力端子に接続されている。また、導体１１１の端部Ｙは、ＬＦ１の整合バリコン１１を介して、ＬＦ１の入力端子に接続されている。また、導体１１０の端部Ｘと導体１１１の端部Ｙの間は、ＬＦ１用同調コンデンサー１０５、ＬＦ１用同調バリコン１０８、ＬＦ１用同調コンデンサー１０７により接続されている。尚、導体１１０の端部Ｘと導体１１１の端部Ｙの間は、図１２のように、接地を介して、間接的にＬＦ１同調用の容量素子で接続されていても良い。また、このときのＨＦ整合回路とＬＦ１用整合バリコン１１の位置は、互いに逆であっても良い。
【００９０】
導体１１０の端部Ｘは、コンデンサー１０２を介してインダクタンス２の一端に接続され、インダクタンス２の他端は、コンデンサー１４を介して間接的に、またはコンデンサー１４を介さず直接的に接地されている。図１１は、コンデンサー１４を介して接地させた例を示している。また、導体１１１の端部Ｙは、コンデンサー１０４を介してインダクタンス３の一端に接続され、インダクタンス３の他端は、コンデンサー１５を介して間接的に、またはコンデンサー１５を介さず直接的に接地されている。図１１は、コンデンサー１５を介して接地させた例を示している。インダクタンス２とコンデンサー１４の接続部には、ＬＦ２の整合バリコン１３を介して、ＬＦ２の入力端子が接続されている。尚、このＬＦ２の整合バリコン１３とＬＦ２の入力端子は、インダクタンス３とコンデンサー１５の接続部側に設けられていても良い。
【００９１】
このとき、サンプルコイル１、ＬＦ２用同調バリコン１０１、同調コンデンサー１０３、導体１１０、導体１１１、同調コンデンサー１０２、同調コンデンサー１０４、インダクタンス２、インダクタンス３、同調コンデンサー１４、同調コンデンサー１５は、サンプルコイル１の中点付近で振幅電圧がゼロとなるような平衡共振回路を構成している。
【００９２】
尚、インダクタンス２、インダクタンス３は、電線をコイル状に巻いたヘリカルコイルのような集中インダクタンスであっても、導体棒のような分布インダクタンスであっても、インダクタンス成分の素子であれば何でも良い。また、導体１１０、導体１１１も、電線をコイル状に巻いたヘリカルコイルのような集中インダクタンスであっても、導体棒のような分布インダクタンスであっても、インダクタンス成分の素子であれば何でも良い。
【００９３】
次に、この三重同調回路の動作について説明する。図１３は、周波数ＨＦのＲＦに対して共振しているときの、ある瞬間におけるＨＦの振幅電圧を示す。ＬＦ２用同調バリコン１０１、同調コンデンサー１０３、同調コンデンサー１０５、同調コンデンサー１０７、ＬＦ１用同調バリコン１０８は、周波数ＨＦでは、インピーダンスが十分に小さくなるので、短絡していると見なして良い。その結果、導体１１０、導体１１１、ＬＦ２用同調バリコン１０１、コンデンサー１０３で、１／４波長平行線路共振器が形成され、サンプルコイル１の両端に、電圧振幅が等しく、符号が互いに逆のＲＦ電圧が発生し、ＨＦ共振する。サンプルコイル１から見た場合、このＨＦ共振は、逆符号で電圧振幅が同じになる平衡共振なので、同じＲＦ電力で比較した場合、不平衡共振回路に比べて、発生するＲＦ電圧は半分で済む。その結果、本実施例は、通常の不平衡回路の場合の４倍のＲＦ電力に耐えることができる。
【００９４】
次に、図１４は、周波数ＬＦ１のＲＦに対して共振しているときの三重同調回路を示している。ＬＦ２用同調バリコン１０１、コンデンサー１４、１５、１０２、１０３、１０４は、容量が大きく、ＬＦ１の周波数では十分に小さなインピーダンスなので、短絡に近い状態となる。また、導体１１０、１１１のインダクタンスの値は小さいので、誘導素子としての寄与は小さい。その結果、２つのインダクタンス２、３は直列に、また、２つのインダクタンス２、３とサンプルコイル１とは並列に、それぞれ接続されていると近似的に見なされる。
【００９５】
その結果、共振回路は、直列接続された２つのインダクタンス２、３に、サンプルコイル１が並列接続された合成インダクタンスと、ＬＦ１に対する同調コンデンサー１０５、１０７、およびＬＦ１用同調バリコン１０８とで構成され、ＬＦ１側の同調バリコン１０８と整合バリコン１１とでＬＦ１に対する共振回路の同調および整合が行なわれる。尚、ＨＦとＬＦ１とは、周波数が離れているため、ＨＦ整合回路がＬＦ１共振に与える影響は小さい。また、ＬＦ２整合回路は、ＬＦ１の振幅電圧がほぼゼロ電位となる位置に設けられているため、ＬＦ２整合回路がＬＦ１共振に与える影響は小さい。ＬＦ１に対する同調と整合が取れて、共振電流が最大になったある時点でのＲＦ電流の向きの一例を、矢印１２０、１２１で示す。矢印１２０はサンプルコイル１側を流れるＲＦ電流、矢印１２１は直列接続されたインダクタンス２、３側を流れるＲＦ電流で、両者は並列の関係にある。これは、図５で示した電流２１、２２の流れ方とまったく同じである。
【００９６】
次に、図１５は、周波数ＬＦ２のＲＦに対して共振しているときの三重同調回路を示している。ＬＦ１に対する２つの同調コンデンサー１０５、１０７、ＬＦ１用同調バリコン１０８、ＨＦ整合回路、ＬＦ１整合回路は、いずれもＬＦ２の振幅電圧がほぼゼロ電位となる位置に設けられているため、ＬＦ２共振への影響は小さい。また、コンデンサー１４、１５は、容量が大きく、ＬＦ２の周波数では十分に小さなインピーダンスなので、インダクタンス２、３は直列に接続されていると見なして良い。また、導体１１０、１１１のインダクタンスの値は小さいので、誘導素子としての寄与は小さい。その結果、サンプルコイル１と２つのインダクタンス２、３は直列に接続されていると近似的に見なされる。
【００９７】
その結果、共振回路は、直列接続されたサンプルコイル１と２つのインダクタンス２、３による合成インダクタンスと、ＬＦ２用同調バリコン１０１、ＬＦ２に対する３つの同調コンデンサー１０２、１０３、１０４とで構成され、ＬＦ２側の同調バリコン１０１と整合バリコン１３とでＬＦ２に対するＬＣ共振回路の同調および整合が行なわれる。直列接続されたサンプルコイル１、インダクタンス２、３による合成インダクタンスは、インダクタンスとしての値が大きいため、ＬＦ１よりも周波数の低いＬＦ２に対して共振させるのに適している。ＬＦ２に対する同調と整合が取れて、共振電流が最大になったある時点でのＲＦ電流の向きの一例を、矢印１２２、１２３で示す。矢印１２２はサンプルコイル１側を流れるＲＦ電流、矢印１２３は直列接続されたインダクタンス２、３側を流れるＲＦ電流で、両者は直列の関係にある。
【００９８】
これは、図６で示した電流６１、６２の流れ方とまったく同じである。したがって、共振回路内において、インダクタンス２に発生するＲＦ電圧、サンプルコイル１に発生するＲＦ電圧、および、インダクタンス３に発生するＲＦ電圧が加算されずに済むことも、図６の場合とまったく同じである。
【００９９】
次に、図１６は、本発明にかかる核磁気共鳴装置の三重同調回路の別の実施例を示したもので、共鳴周波数がＨＦ、ＬＦ１、およびＬＦ２であるような、１種類の高周波共鳴核と２種類の低周波共鳴核に対し、同時にＲＦの照射またはＮＭＲ信号の検出を行なえるように構成した三重同調回路である。ここで、ＨＦは、ＬＦ１やＬＦ２よりも周波数が高いＲＦで、例えば１Ｈ核や１９Ｆ核の共鳴周波数に相当し、ＬＦ１は、ＬＦ２よりも周波数が高いＲＦで、例えば、ＬＦ１は１３Ｃ核の共鳴周波数、ＬＦ２は１７Ｏの共鳴周波数に相当している。
【０１００】
図中１は、ソレノイドコイルやサドルコイルなどから成るサンプルコイルである。サンプルコイル１の一端は、ＬＦ２の同調バリコン１０１を介して導体１１０の一端に、また、サンプルコイル１の他端は、ＬＦ２の同調コンデンサー１０３を介して導体１１１の一端に、それぞれ間接的に接続されている。尚、ＬＦ２の同調バリコン１０１とＬＦ２の同調コンデンサー１０３とは、互いに逆の位置に置かれていても良いし、あるいは、コンデンサー１０２やコンデンサー１０４の位置と置き換えられていても良い。
【０１０１】
また、導体１１１のサンプルコイル側端部から所定の距離だけ導体側に入った位置（すなわち、導体１１１の途中）には、ＨＦ用同調バリコン１１４の一端が接続され、このＨＦ用同調バリコン１１４の他端は接地されている。尚、このＨＦ用同調バリコン１１４は、導体１１０側に設けられていても良い。
【０１０２】
２つの導体１１０、１１１は、互いに平行線路を形成している。導体１１０の端部Ｘは、ＨＦの整合コンデンサー１１２とＨＦの整合バリコン１１３とから成るＨＦ整合回路を介して、ＨＦの入力端子に接続されている。また、導体１１１の端部Ｙは、ＬＦ１の整合バリコン１１を介して、ＬＦ１の入力端子に接続されている。また、導体１１０の端部Ｘと導体１１１の端部Ｙの間は、ＬＦ１用同調コンデンサー１０５、ＬＦ１用同調バリコン１０８、ＬＦ１用同調コンデンサー１０７により接続されている。尚、このＨＦ整合回路とＬＦ１用整合バリコン１１の位置は、互いに逆であっても良い。
【０１０３】
導体１１０の端部Ｘは、コンデンサー１０２を介してインダクタンス２の一端に接続され、インダクタンス２の他端は、コンデンサー１４を介して間接的に、またはコンデンサー１４を介さず直接的に接地されている。図１６は、コンデンサー１４を介して接地させた例を示している。また、導体１１１の端部Ｙは、コンデンサー１０４を介してインダクタンス３の一端に接続され、インダクタンス３の他端は、コンデンサー１５を介して間接的に、またはコンデンサー１５を介さず直接的に接地されている。図１６は、コンデンサー１５を介して接地させた例を示している。インダクタンス２とコンデンサー１４の接続部には、ＬＦ２の整合バリコン１３を介して、ＬＦ２の入力端子が接続されている。尚、このＬＦ２の整合バリコン１３とＬＦ２の入力端子は、インダクタンス３とコンデンサー１５の接続部側に設けられていても良い。
【０１０４】
このとき、サンプルコイル１、ＬＦ２用同調バリコン１０１、同調コンデンサー１０３、導体１１０、導体１１１、同調コンデンサー１０２、同調コンデンサー１０４、インダクタンス２、インダクタンス３、同調コンデンサー１４、同調コンデンサー１５は、サンプルコイル１の中点付近で振幅電圧がゼロとなるような平衡共振回路を構成している。
【０１０５】
尚、インダクタンス２、インダクタンス３は、電線をコイル状に巻いたヘリカルコイルのような集中インダクタンスであっても、導体棒のような分布インダクタンスであっても、インダクタンス成分の素子であれば何でも良い。また、導体１１０、導体１１１も、電線をコイル状に巻いたヘリカルコイルのような集中インダクタンスであっても、導体棒のような分布インダクタンスであっても、インダクタンス成分の素子であれば何でも良い。
【０１０６】
この実施例では、インダクタンス２および３に、可変容量素子７１および７２を並列接続している。可変容量素子７１、７２の値をそれぞれ適宜な値に設定することにより、ＬＦ１の並列共振回路を構成させ、ＬＦ１のＲＦ電力がＬＦ２の同調・整合回路側に通過するのを防ぐようにさせる。これにより、ＬＦ２の同調と整合を取る際に、バリコン１２および１３の容量を変化させても、ＬＦ１側に与える影響はほとんどなくなる。尚、可変容量素子７１および７２は、固定容量素子であっても良い。
【０１０７】
次に、図１７は、本発明にかかる核磁気共鳴装置の三重同調回路の別の実施例を示したもので、共鳴周波数がＨＦ、ＬＦ１、およびＬＦ２であるような、１種類の高周波共鳴核と２種類の低周波共鳴核に対し、同時にＲＦの照射またはＮＭＲ信号の検出を行なえるように構成した三重同調回路である。ここで、ＨＦは、ＬＦ１やＬＦ２よりも周波数が高いＲＦで、例えば１Ｈ核や１９Ｆ核の共鳴周波数に相当し、ＬＦ１は、ＬＦ２よりも周波数が高いＲＦで、例えば、ＬＦ１は１３Ｃ核の共鳴周波数、ＬＦ２は１７Ｏの共鳴周波数に相当している。
【０１０８】
図中１は、ソレノイドコイルやサドルコイルなどから成るサンプルコイルである。サンプルコイル１の一端は、ＬＦ２の同調バリコン１０１を介して導体１１０の一端に、また、サンプルコイル１の他端は、ＬＦ２の同調コンデンサー１０３を介して導体１１１の一端に、それぞれ間接的に接続されている。尚、ＬＦ２の同調バリコン１０１とＬＦ２の同調コンデンサー１０３とは、互いに逆の位置に置かれていても良いし、あるいは、コンデンサー１０２やコンデンサー１０４の位置と置き換えられていても良い。
【０１０９】
また、導体１１１のサンプルコイル側端部から所定の距離だけ導体側に入った位置（すなわち、導体１１１の途中）には、ＨＦ用同調バリコン１１４の一端が接続され、このＨＦ用同調バリコン１１４の他端は接地されている。尚、このＨＦ用同調バリコン１１４は、導体１１０側に設けられていても良い。
【０１１０】
２つの導体１１０、１１１は、互いに平行線路を形成している。導体１１０の端部Ｘは、ＨＦの整合コンデンサー１１２とＨＦの整合バリコン１１３とから成るＨＦ整合回路を介して、ＨＦの入力端子に接続されている。また、導体１１０の端部Ｘと導体１１１の端部Ｙの間は、ＬＦ１用同調コンデンサー１０５、ＬＦ１用同調バリコン１０８、ＬＦ１用同調コンデンサー１０７により接続されている。尚、このＨＦ整合回路の位置は、端部Ｘ側であっても端部Ｙ側であっても良い。
【０１１１】
導体１１０の端部Ｘは、コンデンサー１０２を介してインダクタンス２の一端に接続され、インダクタンス２の他端は、コンデンサー１４を介して間接的に、またはコンデンサー１４を介さず直接的に接地されている。図１７は、コンデンサー１４を介して接地させた例を示している。また、導体１１１の端部Ｙは、コンデンサー１０４を介してインダクタンス３の一端に接続され、インダクタンス３の他端は、コンデンサー１５を介して間接的に、またはコンデンサー１５を介さず直接的に接地されている。図１７は、コンデンサー１５を介して接地させた例を示している。インダクタンス２とコンデンサー１４の接続部には、ＬＦ２の整合バリコン１３を介して、ＬＦ２の入力端子が接続されている。尚、このＬＦ２の整合バリコン１３とＬＦ２の入力端子は、インダクタンス３とコンデンサー１５の接続部側に設けられていても良い。また、インダクタンス３とコンデンサー１５の接続部には、ＬＦ１の整合バリコン１１を介して、ＬＦ１の入力端子が接続されている。尚、このＬＦ１の整合バリコン１１とＬＦ１の入力端子は、インダクタンス２とコンデンサー１４の接続部側に設けられていても良い。
【０１１２】
また、図１７の例では、ＨＦ整合回路は、導体１１０の端部Ｘに設けられているが、これは、導体１１１の端部Ｙに設けられていても良く、インダクタンス２とコンデンサー１４との接続点、すなわちＬＦ２の整合回路と同じ場所に設けられていても良く、あるいは、インダクタンス３とコンデンサー１５との接続点、すなわちＬＦ１の整合回路と同じ場所に設けられていても良い。これは、ＨＦ共振回路のＱ値が高いため、ＨＦ共振回路からやや離れた位置からでも、ＨＦのＲＦ電力を、ＨＦ共振回路に注入することが可能なためである。
【０１１３】
このとき、サンプルコイル１、ＬＦ２用同調バリコン１０１、同調コンデンサー１０３、導体１１０、導体１１１、同調コンデンサー１０２、同調コンデンサー１０４、インダクタンス２、インダクタンス３、同調コンデンサー１４、同調コンデンサー１５は、サンプルコイル１の中点付近で振幅電圧がゼロとなるような平衡共振回路を構成している。
【０１１４】
尚、インダクタンス２、インダクタンス３は、電線をコイル状に巻いたヘリカルコイルのような集中インダクタンスであっても、導体棒のような分布インダクタンスであっても、インダクタンス成分の素子であれば何でも良い。また、導体１１０、導体１１１も、電線をコイル状に巻いたヘリカルコイルのような集中インダクタンスであっても、導体棒のような分布インダクタンスであっても、インダクタンス成分の素子であれば何でも良い。
【０１１５】
この実施例では、ＬＦ１の入力端子とＬＦ１の整合バリコン１１との間には、ＬＦ２に並列共振するコイル１３０とコンデンサー１３１とから成り、ＬＦ２をリジェクトするバンド・リジェクト・フィルターが挿入されている。また、ＬＦ２の入力端子とＬＦ２の整合バリコン１３との間には、ＬＦ１に並列共振するコイル１３２とコンデンサー１３３とから成り、ＬＦ１をリジェクトするバンド・リジェクト・フィルターが挿入されている。これにより、ＬＦ２の入力端子へのＬＦ１の透過、およびＬＦ１の入力端子へのＬＦ２の透過を抑制することができ、強いＲＦ電力による送信器の破損を防ぐことができる。
【０１１６】
図１８は、本発明にかかる核磁気共鳴装置の多重同調回路を、プローブに実装した場合の電子部品の配置構造を示したものである。図１８（ａ）は、プローブの縦方向の断面図、（ｂ）は、プローブのカバーを取った様子を示す図、（ｃ）は、プローブの横方向の断面図である。尚、この実施例は、具体的には、外部磁場に対して所定の角度に傾斜させた試料管を高速回転させる、固体試料専用の核磁気共鳴測定プローブを想定している。
【０１１７】
図中、２００はプローブのカバーである。カバー２００の内側には、中空で円筒形をした筒状電極２０１が設けられており、更に、筒状電極２０１の上部内側には、外部磁場に対して所定の角度だけ傾斜させた試料回転機構２０２が設けられている。また、試料回転機構２０２の内部にはサンプルコイル１、更にその内側には固体試料を封入した試料管２０３が設けられている。また、試料回転機構２０２には、試料管２０３を高速回転させるために、エアー配管２０４が接続されており、加圧された駆動用のエアー・ジェットが、試料管２０３に対して適宜吹き付けられる構成になっている。また、筒状電極２０１には、上部に、試料管２０３を試料回転機構２０２から出し入れするための、プローブの内側と外側を連通させた窓２０５が設けられている。
【０１１８】
サンプルコイル１の両端には、ＬＦ２同調用バリコン１０１、ＬＦ２同調用コンデンサー１０３が接続されており、ＬＦ２同調用バリコン１０１は、シャフト２０６でその静電容量を可変させる構成になっている。そして、これらのＬＦ２用同調バリコン１０１、ＬＦ２同調用コンデンサー１０３の外に、導体１１０、１１１を内部導体、筒状電極２０１を外部導体として利用することにより、全体でＨＦに共振する１／４波長共振器を構成させている。また、筒状電極２０１を共通の接地電極として利用することにより、筒状電極２０１の内側に、ＬＦ１同調用コンデンサー１０５、１０７、ＬＦ１同調用バリコン１１４、ＨＦ整合用コンデンサー１１２、ＨＦ整合用バリコン１１３、ＨＦ同調用バリコン１１４、ＬＦ１整合用バリコン１１、ＬＦ２同調用コンデンサー１０２、１０４、インダクタンス２、３、コンデンサー１４、１５、ＬＦ２整合用バリコン１３、同軸ケーブル２０７、２０８をコンパクトに実装している。
【０１１９】
今回、中空の筒状電極２０１を接地電極として利用したことにより、従来の接地電極であった支柱と円板とから成るフレームが不要となり、電子部品を実装するための内部空間が広く取れるようになった。その結果、ＬＦ２同調用バリコン１０１、ＬＦ２同調用コンデンサー１０３に外径の大きな高耐圧容量素子を設置することが可能になり、ＬＦ２共振時、多重同調回路が従来よりも高電圧に耐えられるようになった。また、筒状電極２０１を接地電極に採用して、接地インピーダンスを従来よりも小さくした結果、高周波の電力損失を低減させることが可能になると共に、従来よりも高い共振周波数のＨＦが得られるようになった。また、共振器の外部導体として、大型の筒状電極２０１を採用したので、共振器のＱ値自体も高まった。
【０１２０】
尚、大型の容量素子１０１、１０３は、電極間の寸法が大きいので、導体１１０、１１１は、１／４波長の長さよりも短くして調整する必要がある。それゆえ、導体１１０、１１１は、１／４波長の長さである必要はない。導体１１０、１１１の一端をサンプルコイル１に接続する容量素子１０１、１０３と、導体１１０、１１１の他端をインダクタンス２、３に接続するするＬＦ２同調用コンデンサー１０２、１０４とを含めて、全体で１／４波長共振器として動作すれば良い。
【０１２１】
また、上記筒状電極２０１の形状は、必ずしも円筒形に制限されるものではない。また、筒状電極２０１は、必ずしもプローブ全体を覆っている必要はない。多重同調回路の電気回路部分を覆うのみであっても良い。
【０１２２】
以上、代表例として、図１１に示した多重同調回路を実装した核磁気共鳴装置のプローブについて説明したが、筒状電極２０１を外部電極および接地電極として用いる実装方法が、図４から図１７に示した他の実施例に対しても、同様に適用できる実装方法であることは言うまでもない。
【０１２３】
また、このような実装方法は、サンプルコイル以外にインダクタンス素子を持たない平衡共振型プローブ、例えば、共振回路のＲＦ振幅電圧がサンプルコイルの中点付近でゼロとなるようなＭＱ−ＭＡＳ（Multi Quantum−Magic Angle Spinning）プローブに対しても、応用することができる。
【０１２４】
図１９は、ＭＱ−ＭＡＳプローブの電気回路の一例を示す図である。図中、３０１は、サンプルコイルである。サンプルコイル３０１は、第１のコンデンサー３０２、第のコンデンサー３０３、同調バリコン３０４、および整合バリコン３０５と共に、サンプルコイル３０１の中点付近でＲＦの振幅電圧がゼロとなるような平衡動作をするＬＣ共振器を構成している。本回路では、同調バリコン３０４と整合バリコン３０５により、同調整合を行なわせている。
【０１２５】
また、図２０は、ＭＱ−ＭＡＳプローブに対して本発明の実装方法を実施した一実施例を示したものである。図２０（ａ）は、プローブの縦方向の断面図、（ｂ）は、プローブのカバーを取った様子を示す図、（ｃ）は、バリコン３０４、３０５付近の横方向の断面図である。
【０１２６】
図中、３１４はプローブのカバーである。カバー３１４の内側には、円筒形の筒状電極３４１が設けられ、電気回路共通の接地電極として利用されている。筒状電極３４１の内側の最上部には、外部磁場に対して所定の角度だけ傾斜させた試料回転機構３０６が設けられている。また、試料回転機構３０６の内部にはサンプルコイル３０１、更にその内側には固体試料を封入した試料管３１５が設けられている。また、試料回転機構３０６には、試料管３１５を高速回転させるために、エアー配管３０７が接続されており、加圧された駆動用のエアー・ジェットが、試料管３１５に対して適宜吹き付けられる構成になっている。また、筒状電極３４１には、上部に、試料管３１５を試料回転機構３０６から出し入れするための、プローブの内側と外側を連通させた窓３４２が設けられている。
【０１２７】
サンプルコイル３０１の両端には、同調用のコンデンサー３０２、３０３が接続されている。この同調用のコンデンサー３０２、３０３の片側の電極は、筒状電極３４１の内壁に直接はんだ付けされることにより、接地されている。また、これらの同調用コンデンサー３０２、３０３の外に、同調用バリコン３０４、整合用バリコン３０５が設けられ、シャフト３１２で可変させる構成になっている。また３１１は、外部の分光器とＭＱ−ＭＡＳプローブの電気回路とを接続する同軸ケーブルである。
【０１２８】
今回、中空の筒状電極３４１を接地電極として利用したことにより、従来の接地電極であった支柱と円板とから成るフレームが不要となり、同調用バリコン３０４と整合用バリコン３０５の実装空間を広く取ることが可能になった。その結果、外径の大きな高耐圧バリコンを採用することができ、ＲＦ回路の耐圧性を向上させることが可能になった。また、筒状電極３４１を接地電極に採用した結果、ＲＦの接地電流は、筒状電極３４１の広い表面を伝わって流れるようになり、接地インピーダンスが小さいので、ＲＦの電力損失が少なくて済むようになった。
【０１２９】
尚、上記筒状電極３４１の形状は、必ずしも円筒形に制限されるものではない。また、筒状電極３４１は、必ずしもＭＱ−ＭＡＳプローブ全体を覆っている必要はない。図２１に示すように、ＲＦ回路の電気回路部分を覆うのみであっても良い。
【０１３０】
【発明の効果】
以上述べたごとく、本発明の核磁気共鳴装置の多重同調回路およびプローブによれば、平衡共振回路を構成するサンプルコイルと２つのインダクタンスの間、またはサンプルコイルと２つの導体の間を、容量素子を介して接続したので、サンプルコイルと２つのインダクタンス、またはサンプルコイルと２つの導体それぞれに発生するＲＦ電圧が相互に加算されることがなく、多重同調回路の耐圧性が向上し、高電力のＲＦ注入を行なっても放電事故が起こりにくい核磁気共鳴装置の多重同調回路およびプローブを提供することが可能になった。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の核磁気共鳴装置の多重同調回路を示す図である。
【図２】従来の核磁気共鳴装置の多重同調回路における共振状態の一例を示す図である。
【図３】従来の核磁気共鳴装置の多重同調回路における共振状態の一例を示す図である。
【図４】本発明にかかる核磁気共鳴装置の多重同調回路の一実施例を示す図である。
【図５】本発明にかかる核磁気共鳴装置の多重同調回路の一実施例における共振状態の一例を示す図である。
【図６】本発明にかかる核磁気共鳴装置の多重同調回路の一実施例における共振状態の一例を示す図である。
【図７】本発明にかかる核磁気共鳴装置の多重同調回路の一実施例を示す図である。
【図８】本発明にかかる核磁気共鳴装置の多重同調回路の一実施例を示す図である。
【図９】本発明にかかる核磁気共鳴装置の多重同調回路の一実施例を示す図である。
【図１０】本発明にかかる核磁気共鳴装置の多重同調回路の一実施例を示す図である。
【図１１】本発明にかかる核磁気共鳴装置の三重同調回路の一実施例を示す図である。
【図１２】本発明にかかる核磁気共鳴装置の三重同調回路の一実施例を示す図である。
【図１３】本発明にかかる核磁気共鳴装置の三重同調回路の一実施例における共振状態の一例を示す図である。
【図１４】本発明にかかる核磁気共鳴装置の三重同調回路の一実施例における共振状態の一例を示す図である。
【図１５】本発明にかかる核磁気共鳴装置の三重同調回路の一実施例における共振状態の一例を示す図である。
【図１６】本発明にかかる核磁気共鳴装置の三重同調回路の一実施例を示す図である。
【図１７】本発明にかかる核磁気共鳴装置の三重同調回路の一実施例を示す図である。
【図１８】本発明にかかる核磁気共鳴装置のプローブの一実施例を示す図である。
【図１９】ＭＱ−ＭＡＳプローブの電気回路の一例を示す図である。
【図２０】本発明にかかるＭＱ−ＭＡＳプローブの一実施例を示す図である。
【図２１】本発明にかかるＭＱ−ＭＡＳプローブの一実施例を示す図である。
【符号の説明】
１・・・サンプルコイル、２・・・インダクタンス、３・・・インダクタンス、４・・・ＬＦ１用同調コンデンサー、６・・・ＬＦ２用同調コンデンサー、７・・・ＬＦ１用同調コンデンサー、９・・・ＬＦ２用同調コンデンサー、１０・・・ＬＦ１用同調バリコン、１１・・・ＬＦ１用整合バリコン、１２・・・ＬＦ２用同調バリコン、１３・・・ＬＦ２用整合バリコン、１４・・・ＬＦ２用同調コンデンサー、１５・・・ＬＦ２用同調コンデンサー、２１・・・ＲＦ電流、２２・・・ＲＦ電流、３１・・・ＲＦ電流、３２・・・ＲＦ電圧発生点、３３・・・ＲＦ電圧発生点、６１・・・ＲＦ電流、６２・・・ＲＦ電流、６５・・・ＲＦ電圧発生点、６６・・・ＲＦ電圧発生点、６７・・・ＲＦ電圧発生点、６８・・・ＲＦ電圧発生点、７１・・・可変容量素子、７２・・・可変容量素子、８１・・・ＬＦ２用同調コンデンサー、８２・・・ＬＦ２用同調コンデンサー、８３・・・ＬＦ２用同調コンデンサー、８４・・・ＬＦ２用同調コンデンサー、９１・・・ＬＦ１用同調コンデンサー、９２・・・ＬＦ１用同調コンデンサー、９３・・・ＬＦ２用同調バリコン、１０１・・・ＬＦ２用同調バリコン、１０２・・・ＬＦ２用同調コンデンサー、１０３・・・ＬＦ２用同調コンデンサー、１０４・・・ＬＦ２用同調コンデンサー、１０５・・・ＬＦ１用同調コンデンサー、１０６・・・ＬＦ１用同調コンデンサー、１０７・・・ＬＦ１用同調コンデンサー、１０８・・・ＬＦ１用同調バリコン、１１０・・・導体、１１１・・・導体、１１２・・・ＨＦ用整合コンデンサー、１１３・・・ＨＦ用整合バリコン、１１４・・・ＨＦ用同調バリコン、１２０・・・ＬＦ１の共振電流、１２１・・・ＬＦ１の共振電流、１２２・・・ＬＦ２の共振電流、１２３・・・ＬＦ２の共振電流、１３０・・・コイル、１３１・・・コンデンサー、１３２・・・コイル、１３３・・・コンデンサー、２００・・・プローブカバー、２０１・・・筒状電極、２０２・・・試料回転機構、２０３・・・試料管、２０４・・・エアー配管、２０５・・・窓、２０６・・・シャフト。３０１・・・サンプルコイル、３０２・・・第１のコンデンサー、３０３・・・第２のコンデンサー、３０４・・・同調バリコン、３０５・・・整合バリコン、３０６・・・試料回転装置、３０７・・・エアー配管、３０８・・・支柱、３０９・・・円板、３１０・・・バネ、３１１・・・同軸ケーブル、３１２・・・シャフト、３１３・・・ブラケット、３１４・・・カバー、３１５・・・試料管、３４１・・・筒状電極、３４２・・・窓。
Claims (30)
- 端部Ａ、Ｂを備え、端部Ａが第１の容量素子を介して接地され、また、端部Ｂが第２の容量素子を介して接地されたサンプルコイルと、
一端が第３の容量素子を介してサンプルコイルの端部Ａに接続され、他端が接地された第１のインダクタンスと、
一端が第４の容量素子を介してサンプルコイルの端部Ｂに接続され、他端が接地された第２のインダクタンスと、
前記サンプルコイルに第１の高周波を供給する整合回路および同調回路と、
前記サンプルコイルに第２の高周波を供給する整合回路および同調回路と
を備えた核磁気共鳴装置の多重同調回路であって、
接地、第１のインダクタンス、第３の容量素子、サンプルコイル、第４の容量素子、第２のインダクタンス、接地の順番で直列接続され、さらに第１の容量素子と第２の容量素子を介して前記サンプルコイルの両端を接地された回路全体で、前記第１の高周波と前記第２の高周波に対して、前記サンプルコイルの中点での振幅電圧がゼロとなるような平衡共振回路を構成し、前記第１のインダクタンスと前記サンプルコイルの間は前記第３の容量素子で、前記第２のインダクタンスと前記サンプルコイルの間は前記第４の容量素子で、それぞれ前記第２の高周波のＲＦ電圧を分圧していることを特徴とする核磁気共鳴装置の多重同調回路。 - 前記第１のインダクタンスの接地端は、第５の容量素子を介して接地されていることを特徴とする請求項１記載の核磁気共鳴装置の多重同調回路。
- 前記第２のインダクタンスの接地端は、第６の容量素子を介して接地されていることを特徴とする請求項１記載の核磁気共鳴装置の多重同調回路。
- 前記第１の高周波のための整合回路および同調回路は、前記サンプルコイルの一端に直接接続されていることを特徴とする請求項１記載の核磁気共鳴装置の多重同調回路。
- 前記第２の高周波のための整合回路および同調回路は、前記第１のインダクタンスと前記第５の容量素子との間、または前記第２のインダクタンスと前記第６の容量素子との間に接続されていることを特徴とする請求項１、２、３、または４記載の核磁気共鳴装置の多重同調回路。
- 前記第３の容量素子と第４の容量素子のうち、少なくとも一方が前記第２の高周波のための同調用可変容量素子であることを特徴とする請求項１、２、３、または４記載の核磁気共鳴装置の多重同調回路。
- 前記第２の高周波のための同調用可変容量素子は、一端が前記サンプルコイルと第２の容量素子との接続点に接続され、他端が前記第２のインダクタンスに接続されると共に、前記第２の高周波のための同調用可変容量素子と前記第２のインダクタンスとの接続点は、前記第１の高周波を共振させるための第８の容量素子を介して接地されていることを特徴とする請求項１、２、３、または４記載の核磁気共鳴装置の多重同調回路。
- サンプルコイルの端部Ａに接続された前記第３の容量素子を少なくとも２つに分割して直列に接続し、該直列接続された容量素子同士の接続点に、第１の容量素子の一端および第１の高周波のための整合回路および同調回路の一端を接続すると共に、該第１の容量素子の他端および該第１の高周波のための整合回路および同調回路の他端を共に接地すると共に、
サンプルコイルの端部Ｂに接続された前記第４の容量素子を少なくとも２つに分割して直列に接続し、該直列接続された容量素子同士の接続点に、第１の高周波を共振させるための第２の容量素子の一端を接続すると共に、該第２の容量素子の他端を接地したことを特徴とする請求項１、２、３、４、または５記載の核磁気共鳴装置の多重同調回路。 - 少なくとも前記第１のインダクタンスまたは第２のインダクタンスと並列に、可変または固定容量素子を接続したことを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７、または８記載の核磁気共鳴装置の多重同調回路。
- 端部Ａ、Ｂを備えたサンプルコイルと、
一端が第１の容量素子および第２の容量素子を介してサンプルコイルの端部Ａに接続され、他端が接地された第１のインダクタンスと、
一端が第３の容量素子および第４の容量素子を介してサンプルコイルの端部Ｂに接続され、他端が接地された第２のインダクタンスと、
前記第１の容量素子と前記第２の容量素子との接続点と、前記第３の容量素子と前記第４の容量素子との接続点との間を直接的に、または接地を介して間接的に結ぶ第５の容量素子または容量素子群と、
前記サンプルコイルに第１の高周波を供給する整合回路と、
前記サンプルコイルに第２の高周波を供給する整合回路と
を備えた核磁気共鳴装置の多重同調回路であって、
接地、第１のインダクタンス、第３の容量素子、サンプルコイル、第４の容量素子、第２のインダクタンス、接地の順番で直列接続され、さらに第１の容量素子と第２の容量素子を介して前記サンプルコイルの両端を接地された回路全体で、前記第１の高周波と前記第２の高周波に対して、前記サンプルコイルの中点での振幅電圧がゼロとなるような平衡共振回路を構成し、前記第１のインダクタンスと前記サンプルコイルの間は前記第３の容量素子で、前記第２のインダクタンスと前記サンプルコイルの間は前記第４の容量素子で、それぞれ前記第２の高周波のＲＦ電圧を分圧していることを特徴とする核磁気共鳴装置の多重同調回路。 - 前記第１のインダクタンスの接地端は、第６の容量素子を介して接地されていることを特徴とする請求項１０記載の核磁気共鳴装置の多重同調回路。
- 前記第２のインダクタンスの接地端は、第７の容量素子を介して接地されていることを特徴とする請求項１０記載の核磁気共鳴装置の多重同調回路。
- 前記第１の容量素子ないし第４の容量素子のうち、少なくとも１つが、前記第２の高周波のための同調用可変容量素子であることを特徴とする請求項１０、１１、または１２記載の核磁気共鳴装置の多重同調回路。
- 前記第５の容量素子または容量素子群の中の少なくとも１つの容量素子が、前記第１の高周波のための同調用可変容量素子であることを特徴とする請求項１０、１１、１２、または１３記載の核磁気共鳴装置の多重同調回路。
- 少なくとも前記第１のインダクタンスまたは第２のインダクタンスと並列に、可変または固定容量素子を接続したことを特徴とする請求項１０、１１、１２、１３、または１４記載の核磁気共鳴装置の多重同調回路。
- 第１の高周波は、第２の高周波よりも周波数が高いことを特徴とする請求項１ないし１５のいずれかに記載の核磁気共鳴装置の多重同調回路。
- 端部Ａ、Ｂを備えたサンプルコイルと、
一端が第１の容量素子、第１のインダクタンス、および、第２の容量素子を介してサンプルコイルの端部Ａに接続され、他端が接地された第２のインダクタンスと、
一端が第３の容量素子、第３のインダクタンス、および、第４の容量素子を介してサンプルコイルの端部Ｂに接続され、他端が接地された第４のインダクタンスと、
前記第１のインダクタンスと前記第２の容量素子との接続点と、前記第３のインダクタンスと前記第４の容量素子との接続点との間を直接的に、または接地を介して間接的に結ぶ第５の容量素子または容量素子群と、
前記サンプルコイルに第１の高周波を供給する整合回路と、
前記サンプルコイルに第２の高周波を供給する整合回路と、
前記サンプルコイルに第３の高周波を供給する整合回路と
を備えた核磁気共鳴装置の多重同調回路であって、
接地、第２のインダクタンス、第２の容量素子、第１のインダクタンス、第１の容量素子、サンプルコイル、第３の容量素子、第３のインダクタンス、第４の容量素子、第４のインダクタンス、接地の順番で直列接続された回路全体で、前記第１の高周波、前記第２の高周波、前記第３の高周波に対して、前記サンプルコイルの中点での振幅電圧がゼロとなるような平衡共振回路を構成し、前記第１のインダクタンスと前記サンプルコイルの間および前記第３のインダクタンスと前記サンプルコイルの間は、前記第１の容量素子および前記第３の容量素子で前記第１の高周波のＲＦ電圧を分圧し、前記第２のインダクタンスと前記第１のインダクタンスの間および前記第４のインダクタンスと前記第３のインダクタンスの間は、前記第２の容量素子および前記第４の容量素子で前記第２の高周波のＲＦ電圧を分圧していることを特徴とする核磁気共鳴装置の多重同調回路。 - 前記第２のインダクタンスの接地端は、第６の容量素子を介して接地されていることを特徴とする請求項１７記載の核磁気共鳴装置の多重同調回路。
- 前記第４のインダクタンスの接地端は、第７の容量素子を介して接地されていることを特徴とする請求項１７記載の核磁気共鳴装置の多重同調回路。
- 前記第１の容量素子ないし第４の容量素子のうち、少なくとも１つが、前記第２の高周波のための同調用可変容量素子であることを特徴とする請求項１７、１８、または１９記載の核磁気共鳴装置の多重同調回路。
- 前記第５の容量素子または容量素子群の中の少なくとも１つの容量素子が、前記第１の高周波のための同調用可変容量素子であることを特徴とする請求項１７、１８、１９、または２０記載の核磁気共鳴装置の多重同調回路。
- 前記第３の高周波のための同調容量素子は、少なくとも前記第１のインダクタンスの所定の位置、または第３のインダクタンスの所定の位置に設けられていることを特徴とする請求項１７、１８、１９、２０、または２１記載の核磁気共鳴装置の多重同調回路。
- 少なくとも前記第２のインダクタンスまたは第４のインダクタンスと並列に、可変または固定容量素子を接続したことを特徴とする請求項１７、１８、１９、２０、２１、または２２記載の核磁気共鳴装置の多重同調回路。
- 前記第１の高周波の入力端子と整合容量素子との間に、前記第２の高周波をリジェクトするバンド・リジェクト・フィルターを挿入したことを特徴とする請求項１７、１８、１９、２０、２１、２２、または２３記載の核磁気共鳴装置の多重同調回路。
- 前記第２の高周波の入力端子と整合容量素子との間に、前記第１の高周波をリジェクトするバンド・リジェクト・フィルターを挿入したことを特徴とする請求項１７、１８、１９、２０、２１、２２、または２３記載の核磁気共鳴装置の多重同調回路。
- 第３の高周波は、第１の高周波よりも周波数が高く、第１の高周波は、第２の高周波よりも周波数が高いことを特徴とする請求項１７ないし２５のいずれかに記載の核磁気共鳴装置の多重同調回路。
- 請求項１記載の多重同調回路を用いた核磁気共鳴装置のプローブにおいて、該多重同調回路の外側を包囲する筒状電極を設け、該筒状電極を該多重同調回路の接地電極として用いるようにしたことを特徴とする核磁気共鳴装置のプローブ。
- 請求項１０記載の多重同調回路を用いた核磁気共鳴装置のプローブにおいて、該多重同調回路の外側を包囲する筒状電極を設け、該筒状電極を該多重同調回路の接地電極として用いるようにしたことを特徴とする核磁気共鳴装置のプローブ。
- 請求項１７記載の多重同調回路を用いた核磁気共鳴装置のプローブにおいて、該多重同調回路の外側を包囲する筒状電極を設け、該筒状電極を該多重同調回路の接地電極として用いるようにしたことを特徴とする核磁気共鳴装置のプローブ。
- 前記筒状電極は、所定の位置にプローブの内側と外側を連通させる窓を有することを特徴とする請求項２７、２８、または２９記載の核磁気共鳴装置のプローブ。
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