JP5227222B2 - 信号送受信回路、信号送受信装置、ｎｍｒプローブおよび核磁気共鳴装置 - Google Patents

Description

本発明は、信号送受信回路、信号送受信装置、ＮＭＲプローブおよび核磁気共鳴装置の技術に関する。

核磁気共鳴（Nuclear Magnetic Resonance:ＮＭＲ）における信号を検出するコイルを、送信側と受信側とで分離させたコイル（送受分離型コイル）がしばしば用いられる。
このような送受分離型コイルでは、送信側のコイルと、分離型のコイルとが、電気的、磁気的に結合してしまい、送信側のコイルと、分離型のコイルとに接続されている共振回路との整合をとることが困難となる。また、送信信号である振動磁場照射時に送信側のコイルから受信側のコイルへ磁場が漏れる場合があるが、このような場合、照射した振動磁場が受信コイルに接続されたプリアンプを飽和させ、このプリアンプを一時的、または恒久的に使用不可能な状態としてしまう。
このような問題を解決するために、送受分離型コイルにおける結合を低下させる必要がある。

このような送受分離型コイルの結合を低下させる技術として、特許文献１に記載の技術などがある。特許文献１には、スイッチ部としてのダイオードスイッチを用いて高周波送信状態と受信状態とを切り替える核磁気共鳴分光用送受信コイル（ＮＭＲプローブ）が開示されている。この技術は、高周波アンテナコイルを特定の周波数へ共振させる同調整合回路の中にダイオードスイッチを配置し、共振状態を変化させる回路である。

特開２００８−８９４９８号公報

ところで、ＮＭＲプローブは、強磁場中に設置される必要がある。しかしながら、磁場の強度が所定の強さを超えると、スイッチ部としてのダイオードスイッチの性能が低下する現象が知られている。特許文献１に記載の技術では、強磁場中に、高周波送受信回路の送信状態と受信状態を切り替えるためのダイオードスイッチを同調整合回路の内部、もしくは近傍に配置している。このため、ダイオードスイッチを正確に動作できる磁場中まで遠ざけて配置するような構成にすると、同調整合回路が巨大化してしまう。つまり、同調整合回路の回路長が長くなってしまい、同調整合回路のＱ値が劣化してしまうという問題がある。

このような背景に鑑みて本発明は、使用時・非使用時において、同調整合のオン・オフを容易に切り替えることができることを目的とする。

前記課題を解決するため、本発明は、核磁気共鳴に関する信号の送受信を行う信号送受信回路であって、前記信号を送受信する同調整合回路と、前記同調整合回路内に備えられ、一方が接地している第１のコンデンサと、前記信号を伝達する信号伝達線と、前記信号の波長をλとしたとき、Ｌ＝Ｎ・λ／４（Ｎ＝１，２，３，・・・）で規定される長さＬを有するλ線と、接地された接続先および接地されていない接続先を切り替えるスイッチ部と、を有し、前記信号伝達線は、一方の端部が、前記同調整合回路に接続されており、他方の端部が、外部装置に接続されており、前記λ線は、一方の端部が前記第１のコンデンサの非接地側に接続しており、他方の端部が、前記スイッチ部に接続されている構成を有することを特徴とする。なお、前記同調整合回路は、前記第１のコンデンサの容量値を含むインピーダンスが前記信号に対して同調整合するよう設定されているか、前記第１のコンデンサの容量値を含まないインピーダンスが前記信号に対して同調整合するよう設定されているか、のどちらかであるものとする。
その他の解決手段については、実施形態中で適宜記載する。

本発明によれば、使用時・非使用時を切り替えつつ、スイッチ部を確実に切り替えることができる。

本実施形態に係る高周波送受信回路の模式図である。 本実施形態に係る高周波送受信装置の構成例を示す図である。 本実施形態に係る高周波送受信装置の別の構成例を示す図である。 本実施形態に係る高周波送受信装置の別の構成例を示す図である。 本実施形態に係る高周波送受信装置の特性評価結果を示す図である。 本実施形態に係る高周波送受信装置の別の構成例を示す図である。 本実施形態に係るＮＭＲプローブの例を示す図である。 本実施形態に係るＮＭＲ測定システムの例を示す図である。 本実施形態に係るＮＭＲ測定システムの別の例を示す図である（その１）。 本実施形態に係るＮＭＲ測定システムの別の例を示す図である（その２）。

次に、本発明を実施するための形態（「実施形態」という）について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本実施形態中の図において、同様の構成要素に対しては、同一の符号を付して説明を省略することとする。

図１は、本実施形態に係る高周波送受信回路の模式図である。
高周波送受信回路１００（信号送受信回路）は、サンプルに対し、振動磁場（送信信号）を照射、または、サンプル内で励起されるＮＭＲの電磁波信号（受信信号）を受信する同調整合回路３と、一方が同調整合回路３に接続しており、他方が高周波端子５に接続されている信号伝達線４を有してなる。ＮＭＲ測定で用いられる送受信信号は、３００ＭＨｚ以上の高周波信号であることが多いので、送受信信号を適宜、高周波信号と記載する。信号伝達線４は、送信信号や、受信信号を伝達する導線である。高周波コイル１や、容量可変コンデンサ２などを含む同調整合回路３は、容量可変コンデンサ２の値を調整することで同調整合回路３を所定の周波数に同調整合させ、信号伝達線４を用いて高周波コイル１と外部回路とで高周波信号の送受信を行う。なお、同調整合回路３は、高周波コイル１と容量可変コンデンサ２などの組み合わせによる回路であるが、これらの組み合わせは自由であるため、図１では、同調整合回路３の具体的な構成は図示していない。

高周波送受信回路１００は、同調整合回路３内の容量可変コンデンサ６の非接地側端であるλ線接続点１０を有している。そして、一方がλ線接続点１０に接続され、他方がスイッチ部１２に接続されているλ線１１を有している。λ線１１に接続されているスイッチ部１２は、一方が接地され、他方は接地されていない（非接地）構成を有する。スイッチ部１２は、ダイオード１３が好適であるが、スイッチ部１２に超電導体を用いたり、機械的なスイッチを用いたりしてもよい。なお、容量可変コンデンサ６は、一方がλ線接続点１０に接続しており、他方が接地されている。また、容量可変コンデンサ６は、容量が固定されているコンデンサでもよい。

なお、本実施形態に係る高周波送受信回路１００は、低周波信号の送受信回路としても用いることができるが、３００ＭＨｚ以上の高周波信号の送受信回路として用いることが好適である。

高周波コイル１を含む同調整合回路３は、容量可変コンデンサ２などで送受信の対象である高周波信号の周波数に同調整合される。同調整合回路３にて送信される高周波信号は、高周波端子５に接続されている外部回路（不図示）から信号伝達線４を経由して同調整合回路３に送られる。同様に、同調整合回路３で受信された高周波信号は、信号伝達線４を経由して高周波端子５に接続されている外部回路（不図示）へ送られる。
λ線１１の長さは、後記するように、高周波送受信回路１００が設置される強磁場の影響をスイッチ部１２が受けないような長さに調節される。ただし、長さＬは以下の式（１）に従って調節される。なお、式（１）において、λは、高周波信号の波長である。

Ｌ ＝ Ｎ・λ／４（Ｎ ＝ １， ２， ・・・）・・・（１）

ここで、λ線１１の機能について説明する。
まず、式（１）中のＮが奇数である場合について記述する。この場合、λ線１１は、波長がλの信号に対しては、λ線１１の一端の電圧振幅がゼロであるとき、もう一端の電圧振幅は最大となる。逆に、λ線１１の一端の電圧振幅が最大であるとき、もう一端の電圧振幅はゼロとなる。
よって、λ線１１のスイッチ部１２側の一端をスイッチ部１２で非接地としている場合は、この一端の電圧振幅は最大となるため、反対側の一端、すなわちλ線接続点１０側の電圧振幅はゼロとなる。これは、λ線接続点１０がＧＮＤ（Ground）になることと等しい。
これに対し、λ線１１のスイッチ部１２側の一端をスイッチ部１２で接地している場合は、この一端の電圧振幅はゼロとなるため、反対側の一端、すなわちλ線接続点１０側の電圧振幅は最大となる。

よって、λ線接続点１０の特性をＧＮＤと非ＧＮＤとで切り替えることが可能となる。そこで例えば、λ線１１のスイッチ部１２側の一端をスイッチ部１２で接地した状態で、同調整合回路３を所望する周波数へ同調整合させておけば、スイッチ部１２を接地／非接地に切り替えることで、同調整合回路３を同調整合が整った状態と、同調整合が外れた状態とを切り替えることが可能となる。逆に、λ線１１のスイッチ部１２側の一端をスイッチ部１２で非接地とした状態を同調整合状態に、スイッチ部１２を接地とした状態を同調整合から外れた状態へと設定することも可能である。

なお、同調整合が外れた状態とは、受信側または送信側の同調整合回路３の共振周波数と，高周波信号の周波数とにずれが生じ、同調整合回路３が高周波信号の周波数で共振しなくなった状態をいう。逆に、同調整合が整った状態（または、同調整合状態）とは、受信側または送信側の同調整合回路３の共振周波数が高周波信号の周波数に一致しており、同調整合回路３が高周波信号の周波数で共振する状態をいう。

次に、式（１）中のＮが偶数である場合について記述する。この場合、λ線１１は、波長がλの信号に対しては、λ線１１の一端の電圧振幅がゼロであるとき、もう一端の電圧振幅もゼロになる。逆に、一端の電圧振幅が最大であるとき、もう一端の電圧振幅も最大となる。よって上記のＮが奇数の場合と同様に、スイッチ部１２を接地／非接地と切り替えることで、λ線接続点１０の特性をＧＮＤと非ＧＮＤとで切り替え、同調整合状態と同調整合から外れた状態へと切り替えることが可能となる。

このように、スイッチ部１２の接地／非接地を切り替えることで、λ線接続点１０のＧＮＤ／非ＧＮＤ状態を切り替えることが可能となる。これにより、λ線接続点１０がＧＮＤ状態となれば、容量可変コンデンサ６は機能しなくなる。また、λ線接続点１０が非ＧＮＤ状態となれば、容量可変コンデンサ６が機能する。これにより、同調整合回路３全体のコンデンサ容量が変化する。コンデンサ容量が変化すると、同調整合回路３のインピーダンスが変化して、高周波送受信回路１００が共振できる高周波周波数を変化させることが可能となる。つまり、高周波送受信回路１００は、スイッチ部１２の接地／非接地を切り替えることで、同調整合状態と、同調整合状態から外れた状態とを切り替えることができる。

以降、説明を簡単にするため、Ｎが奇数の場合について説明を行う。また、以下に示すスイッチ部１２の接地／非接地の記述は一例を示しており、使用方法を限定するものではない。前記したように、本実施形態にかかる高周波送受信回路１００は、このスイッチ部１２の切り替えを行うことで、同調整合状態と同調整合から外れた状態とを切り替えることが本質である。

図２は、本実施形態に係る高周波送受信装置の構成例を示す図である。
高周波送受信装置１１０（信号送受信装置）は、高周波送受信装置を送信専用の回路である送信側回路１０１（送信装置）および受信専用の回路である受信側回路１０２（受信装置）とに分けて、送信側回路１０１および受信側回路１０２のそれぞれに図１と同様の構成を有する高周波送受信回路１００を搭載する。
ここで、送信側回路１０１と受信側回路１０２では、使用状態／非使用状態となるタイミングが異なる。送信側回路１０１として用いる場合は、送信時が使用状態、受信時が非使用状態となる。受信側回路１０２として用いる場合は逆になり、送信時が非使用状態、受信時が使用状態となる。すなわち、送信側回路１０１および受信側回路１０２において、同調整合しているときを使用状態とし、同調整合していないときを非使用状態とする。

この切り替えは、スイッチ部１２の切り替えによって行われる。高周波送受信回路１００を使用状態とする場合は、スイッチ部１２を接地側に切り替え、容量可変コンデンサ６を機能させ、同調整合回路３を同調整合が整った状態とする。一方、非使用状態とする場合には、スイッチ部１２を非接地側に切り替え、容量可変コンデンサ６を機能させず、同調整合回路３を同調整合が外れた状態とする。
なお、同調整合回路３の可変コンデンサ２を変化させ、同調整合を調整するときには、スイッチ部１２を接地側に切り替えた状態としておく。

また、逆に、容量可変コンデンサ６が機能していないときに同調整合回路３が同調するように同調整合回路３のコンデンサ容量を調節し、スイッチ部１２が接地側に切り替わったときを同調整合から外れた状態とし、スイッチ部１２を非接地側に切り替えたときを同調整合が整った状態としてもよい。この場合，同調整合回路３の可変コンデンサ２を変化させ、同調整合を調整するときには、スイッチ部１２を非接地側に切り替えた状態としておく。

前記したように、一般的な送信側回路と受信側回路の同調整合回路における共振周波数は、ほぼ同一であるため、送信信号や受信信号が他方に伝達され、同調整合回路３や信号伝達線４などで、エネルギが消費されてしまい、送信信号や受信信号の損失が大きくなってしまう。また、送信信号が受信側回路に伝達されると、受信側回路の高周波コイルからも高周波信号が送信されることになり、意図した高周波信号の送信と異なる状態となってしまう。
そこで、例えば、図２に示す高周波送受信装置の構成例において、受信信号の送信側回路１０１への伝達を抑えるためには、受信時において、送信側回路１０１側の同調整合回路３の同調整合そのものが外れた状態とすれば、受信信号が送信側回路１０１に伝わることを防ぐことが可能となる。
例えば、送信時には、送信側回路１０１側のスイッチ部１２を接地することで、前記した理由により送信側回路１０１はλ線１１が接続されていない回路と等価となり、送信側回路１０１の同調整合状態はおよそλ線１１が接続される前の回路のまま維持される。

一方、送信時において、送信信号の受信側回路１０２への伝達を抑える場合も、送信側と受信側を入れ替えて同様の構成とすればよい。
なお、λ線１１の一端を接地・開放するためには、例えばλ線１１の一端にスイッチ部１２として、図３や図４に示すようなダイオード１３を含む回路を接続し、このダイオード１３に制御信号を送ればよい。

図３は、本実施形態に係る高周波送受信装置の別の構成例を示す図である。
高周波送受信装置１１０ａ（１１０）は、送信側回路１０１のみに高周波送受信回路１００ａ（１００）を搭載した例である。
高周波送受信装置１１０ａは、高周波送受信対象４００（サンプル）に対し、高周波信号を照射（送信）する送信側回路１０１（送信装置）と、高周波送受信対象４００（サンプル）からの高周波信号を受信する受信側回路１０２（受信装置）とを備えている。同調整合回路３ａ（３）は、送信側回路１０１および受信側回路１０２ともに、高周波コイル１と、容量可変コンデンサ２，６を備えている。
なお、図３の同調整合回路３ａ（３）では、１つの高周波コイル１、および２つの容量可変コンデンサ２，６を有しているが、必要に応じて高周波コイルや容量可変コンデンサを追加してもよい。
高周波端子１７（５）は、図示しない送信信号生成回路などの外部回路が接続される端子である。
なお、図が煩雑になるのを防ぐため、高周波コイル１と高周波送受信対象４００は別々に図示したが、実際には高周波コイル１の中に高周波送受信対象４００が装填される形態となる。

また、送信側回路１０１の高周波送受信回路１００ａは、ダイオード１３を有している。ダイオード１３に対し、送信側制御端子１６からダイオード制御電圧が印加されるため、高周波送受信回路１００ａには、直流成分カット用のＤＣカットコンデンサ６ａや電流調整用の抵抗１５が必要に応じて接続される。つまり、抵抗１５およびダイオード１３が、図１のスイッチ部１２に相当する。ＤＣカットコンデンサ６ａの容量を容量可変コンデンサ６の最大容量よりも十分大きく設定することで、ＤＣカットコンデンサ６ａを付加しても同調整合回路３a（３）の特性を保つことが可能となる。また、λ線１１にはセミリジットケーブルなどの信号伝達路を用いるので、その長さＬはセミリジットケーブルの絶縁体によって決まる波長短縮率を考慮し、式（１）によって規定される。
なお、λ線１１における波長短縮率の代表的な値は６６％〜７０％である。なお、図３におけるＤＣカットコンデンサ６ａは、コンデンサ６、λ線接続点１０、ＤＣカットコンデンサ６ａの順で接続されるよう配置されている。

また、受信側回路１０２は、容量可変コンデンサ６を含む同調整合回路３と、高周波端子１８との間に信号伝達線４を有してなる。なお、受信側回路１０２における同調整合回路３は、図１における同調整合回路３と同様の構成を有している。また、高周波端子１８は、図示しない受信信号解析回路などの外部回路が接続される端子である。

送信側回路１０１の高周波送受信回路１００ａでは、高周波信号送信時（送信回路使用状態かつ受信回路非使用状態時）に送信側制御端子１６に電圧を印加することでダイオード１３がＯＮ状態となり、図１のスイッチ部１２における接地状態と等価となる。また、送信側回路１０１の高周波送受信回路１００ａでは、高周波信号受信時（送信回路非使用状態かつ受信回路使用状態時）には送信側制御端子１６に電圧を印加しないので、ダイオード１３がＯＦＦ状態となり、図１のスイッチ部１２における非接地状態と等価となる。
このように、送信側の高周波送受信回路１００ａの同調整合のみを制御することで、高周波信号受信時に送信側回路１０１を同調整合から外れた状態とでき、受信信号の損失を抑制する効果を得ることができる。

図４は、本実施形態に係る高周波送受信装置の別の構成例を示す図である。
図４に示す高周波送受信装置１１０ｂ（１１０）は、送信側回路１０１および受信側回路１０２ｂともに高周波送受信回路１００ａ（１００）を有している構成となっている。
送信側回路１０１および受信側回路１０２ｂに搭載される高周波送受信回路１００ａの構成は、図３と同様であるので説明を省略する。さらに、送信側回路１０１における高周波送受信回路１００ａの動作は、図３と同様であるので説明を省略する。
また、受信側回路１０２ｂの高周波送受信回路１００ａでは、高周波信号受信時（送信回路非使用状態かつ受信回路使用状態時）に受信側制御端子２０に電圧を印加することでダイオード１３がＯＮ状態となり、図１のスイッチ部１２における接地状態と等価となる。また、受信側回路１０２ｂの高周波送受信回路１００ａでは、高周波信号送信時（送信回路使用状態かつ受信回路非使用状態時）には受信側制御端子２０に電圧を印加しないので、ダイオード１３がＯＦＦ状態となり、図１のスイッチ部１２における非接地状態と等価となる。
なお、高周波端子１９（５）は、図示しない受信信号解析回路などの外部回路が接続される端子である。

図３に示す受信側回路１０２は常に使用状態であったが、図４に示す例では受信側回路１０２ｂも、使用状態と不使用状態とを切り替えることが可能となる。受信側回路１０２ｂを不使用状態とすることで、送信側回路１０１からの高周波信号が受信側回路１０２ｂへ伝わることを防ぐことができる。これにより、送信側回路１０１の効率が高まるといった効果や、意図したとおりの高周波照射状態とできる効果や、受信開始時間を早められるといった効果を得ることができる。

なお、受信側回路１０２に高周波送受信回路１００（１００ａ）を搭載し、送信側回路１０１には、高周波送受信回路１００（１００ａ）を搭載しない構成としてもよい。この場合、送信側回路１０１の構成は、例えば、図３の受信側回路１０２と同様の構成となる。

図５は、受信側回路および送信側回路における同調整合状態と同調整合から外れた状態とで切り替えた場合の測定結果の一例を示す図である。
ここで、測定に用いた送信側回路１０１および受信側回路１０２は、図４に示す構成を有している。
図５において、横軸が周波数を、縦軸が回路の反射特性を表しており、谷になっている周波数が共振周波数である。図５（ａ）が、送信時の受信側回路１０２の特性を示し、図５（ｂ）が、送信時の送信側回路１０１の特性を示している。また、図５（ｃ）は、受信時の受信側回路１０２の特性を示し、図５（ｄ）は、受信時の送信側回路１０１の特性を示している。また、送受信対象である高周波信号の周波数は、グラフ横軸のほぼ中央となる周波数であり、図５（ｂ）図５（ｃ）で谷になっている周波数である。
図５（ａ）、図５（ｂ）を比較すると、送信時において受信側回路１０２と、送信側回路１０１のピーク位置が異なっていることが分かる。ピーク位置は、同調整合している周波数を示しているので、図５（ａ）、図５（ｂ）において、送信側回路１０１は、送受信対象である高周波信号の周波数で共振しており、受信側回路１０２は送受信対象である高周波信号の周波数で共振していない。図５（ｃ）、図５（ｄ）においては逆の関係である。これにより、ダイオード１３（スイッチ部１２）をＯＮ／ＯＦＦすることで、図５のように同調整合状態と、同調整合から外れた状態との切り替えが可能となっていることを実証した。

図６は、本実施形態に係る高周波送受信装置の別の構成例を示す図である。
高周波送受信回路１００ｂ（１００）は、ＤＣカットコンデンサ６ｂをλ線１１と同調整合回路３との間に配置した構成例である。なお、図６におけるＤＣカットコンデンサ６ｂは、コンデンサ６、ＤＣカットコンデンサ６ｂ、λ線接続点１０の順で接続されるよう配置されており、λ線接続点１０が接地（ＧＮＤ）されたとき、コンデンサ６と並列になるよう接続されている。この構成においても、λ線接続点１０をＧＮＤ／非ＧＮＤと切り替えることで、同調整合回路３を同調整合状態と同調整合から外れた状態とを切り替えることが可能となる。ただし、例えば、λ線接続点１０をＧＮＤとする場合、ＤＣカットコンデンサ６ｂと容量可変コンデンサ６は並列の関係であるため、ＤＣカットコンデンサ６ｂの容量値が、容量可変コンデンサ６の容量値へと加えられる形となる。よって、ＤＣカットコンデンサ６ｂの容量値は、コンデンサ６の容量値を考慮して、同調整合回路３が同調整合状態を取りうるような値としなければならない。

なお、図６において、送信側回路１０１のみに高周波送受信回路１００ｂを搭載させたり、受信側回路１０２ｂのみに高周波送受信回路１００ｂを搭載させたりすることも可能である。

図７は、本実施形態に係るＮＭＲプローブの例を示す図である。
図７に示すＮＭＲプローブ２００は、筐体２０１の中に高周波送受信回路１００ｃ（１００）が内蔵されている。高周波送受信回路１００ｃは、図１〜図４および図６に示す高周波送受信回路１００，１００ａ，１００ｂなどと同様の構成を有している。ただし図が煩雑になるのを防ぐため、容量可変コンデンサ６、λ線接続点１０、およびＤＣカットコンデンサ６ａ，６ｂは省略している。また、スイッチ部１２として、ダイオード１３が備えられた構成となっている。なお、図７において、図３、図４および図６における抵抗１５は省略されている。

高周波コイルを含む同調整合回路３が冷却されると、熱雑音が低減され、ＮＭＲ測定のシグナル対ノイズ比が向上する。このため、同調整合回路３を冷却するための図示しない熱交換器をＮＭＲプローブ２００の筐体２０１内に配置することにより、同調整合回路３の近辺を冷却する場合がある。温度の一例として、同調整合回路３の温度を２０Ｋとし、ダイオード１３の動作保証温度を１２０Ｋとする。本実施形態で示すように、λ線１１を用いることにより同調整合回路３近辺の低温領域２０２から、スイッチ部１２としてのダイオード１３を遠ざけることが可能である。これにより、ダイオード１３を動作保証温度領域に配置することができる。なお、図７では、送信側回路のみを図示しているが、この裏側には受信側回路がセットとなって設置されている。送信側回路と、受信側回路の構成は、図３のように送信側回路のみ高周波送受信回路１００ａを設けてもよいし、図４および図６のように、送信側回路１０１および受信側回路ともに高周波送受信回路１００ａ，１００ｂを設けてもよい。

図８は、本実施形態に係るＮＭＲ測定システムの例を示す図である。
ＮＭＲ測定システム３００（核磁気共鳴装置）は、静磁場発生用磁石３０１における測定用空間３０５に高周波送受信回路１００ｃが挿入された構造となっている。測定用空間３０５は、ボア３０７によって区切られている。静磁場発生用磁石３０１は、冷媒中に設置されており、ボア３０７と、静磁場発生用磁石３０１との間（空間３０６）も、冷媒で満たされている。なお、ボア３０７と冷媒の間には、真空断熱層などが配置されるが、図では省略している。
高周波送受信回路１００ｃの構成は、図７で示した高周波送受信回路１００ｃの構成と同様であるため、同一の符号を付して説明を省略する。なお、高周波送受信回路１００ｃにおいて信号伝達線４（図１）や、高周波端子５（図１）などは、煩雑になるのを避けるため省略している。また、高周波送受信回路１００ｃは、図７で示すような筐体２０１で覆われたプローブ２００内に設置されるが、図８〜図１０では、煩雑になるのを避けるためプローブ２００の構造は省略する。

一般的には、図８で示すように、静磁場発生用磁石３０１の軸と同軸上に測定用空間３０５が設けられている。なお、図８の例において、静磁場方向３０２は鉛直方向であるが水平方向でもよい。つまり、静磁場発生磁石３０１を横向きに設置してもよい。一例として静磁場中心付近（破線３０３で示される領域）における磁場強度を２０テスラであるとする。使用するダイオード１３の動作が保証される磁場強度が３テスラ以下であるとすると、最も磁場強度が大きい静磁場中心付近（領域３０３）に同調整合回路３を配置した場合、ダイオード１３が磁場強度３テスラの領域（破線３０４で示される領域）の外に配置されるよう、λ線１１の長さを調節する。なお、λ線１１の長さは、式（１）で規定されることは、前記した通りである。また、ここで記載した静磁場中心付近における磁場強度と、ダイオード１３の動作が保証される磁場強度は一例であって、ダイオード１３を確実に動作する磁場強度領域まで磁場中心から遠ざけることができるようλ線１１の長さを調節すればよい。つまり、λ線１１を用いることによって、ダイオード１３の動作が保証できる磁場強度の領域にダイオード１３を設置することが可能となる。

なお、図８の例では、送信側回路または受信側回路の一方しか図示されていないが、実際には送信側回路および受信側回路はペアとなってＮＭＲプローブ２００（図７）に内蔵され、測定用空間３０５に設置されている。

図９および図１０は、本実施形態に係るＮＭＲ測定システムの別の例を示す図である。図９においても、ＮＭＲ測定システム３００ａは、静磁場発生用磁石３０１ａにおける測定用空間４０４に高周波送受信回路１００ｃが挿入された構造となっている。測定用空間４０４は、ボア４０６によって区切られている。静磁場発生用磁石３０１ａは、冷媒中に設置されており、ボア４０６と、静磁場発生用磁石３０１ａとの間（空間４０５）も、冷媒で満たされている。なお、ボア４０６と冷媒の間には、真空断熱層などが配置されるが、ここでは省略している。
ここで、ＮＭＲ測定システム３００ａが、図８におけるＮＭＲ測定システム３００と異なる点は、測定用空間４０４が十字形をしており、静磁場方向４０３に対して平行方向にも、垂直方向にも高周波送受信回路１００ｃを挿入できるようになっていることである。

図９では、この十字形の測定用空間４０４に、静磁場方向４０３に対して垂直方向に高周波送受信回路１００ｃが挿入された図である。高周波送受信回路１００ｃの構成は、図７における高周波送受信回路１００ｃと同様であるため説明を省略する。また、高周波送受信回路１００ｃは、筐体２０１（図７）で囲まれたＮＭＲプローブ２００（図７）の構成となっているが、図が煩雑になるのをさけるためＮＭＲプローブ２００の構成は省略してある。さらに、図９において送信側回路または受信側回路の一方しか図示されていないが、実際には送信側回路および受信側回路はペアとなってＮＭＲプローブ２００（図７）に内蔵され、測定用空間４０４に設置されている。

図９において、図８と同様、静磁場中心付近の磁場強度を２０テスラ、ダイオード１３の動作が保証される磁場強度を３テスラ以下とする。すると、磁場強度が最も大きい静磁場中心付近（破線４０１で示される領域）に同調整合回路３を設置した場合、ダイオード１３を、ダイオード１３の動作が保証される磁場領域（破線４０２で示される領域の外側）に配置するためには、鉛直方向の測定用空間か、水平方向の測定用空間に沿った方向に、静磁場中心付近（領域４０１）から遠ざかるよう、λ線１１を用いてダイオード１３を配置する。

図１０におけるＮＭＲ測定システム３００ｂは、図９におけるＮＭＲ測定システム３００ａにおいて、高周波送受信回路１００ｃを静磁場方向４０３に対して水平方向に挿入したものである。それ以外の構成は、図９と同様であるため説明を省略する。

本実施形態で示した各例は、溶液状試料を測定対象とする溶液ＮＭＲ測定システム、固体状試料を測定対象とする固体ＮＭＲ測定システムの区別なく、双方に適用できる。

（効果）
本実施形態によれば、使用状態・非使用状態の切り替えが可能な高周波送受信回路１００において、使用状態・非使用状態の切り替え手段として弱磁場中でしか確実に動作できないダイオード１３を用いる場合でも、λ線１１の先にこのダイオード１３を接続することで、確実に動作できる領域にダイオード１３を設置することができる。これにより、強磁場中に配置された高周波送受信回路１００の送信・受信を余分な損失を発生させずに切り替えることを可能としつつ、スイッチ部１２としてのダイオード１３を確実に動作させることが可能となる。すなわち、送受信を一つの高周波コイル１で行う高周波送受信回路１００よりも送信能力や受信能力に優れた高周波送受信回路１００を提供できることに加え、スイッチ部１２としてのダイオード１３を確実に動作させることが可能な高周波送受信回路１００を提供することができる。

さらに、図１などで示すように、λ線１１を、同調整合回路３内の容量可変コンデンサ２の非接地側に接続することにより、同調整合回路３のインピーダンスを変化させることができ、同調整合を外すことができる。これにより、非使用側回路への信号伝達を防ぐことができる。
また、送信用回路１０１・受信用回路１０２のように、それぞれの役割に特化した回路となることで、溶液ＮＭＲ、固体ＮＭＲにおける測定感度を総合的に上げることが可能となる。

３，３ａ 同調整合回路
４ 信号伝達線
５ 高周波端子
６ 容量可変コンデンサ（第１のコンデンサ）
１１ λ線
１２ スイッチ部
１３ ダイオード
１４ ＤＣカットコンデンサ（第２のコンデンサ）
１５ 抵抗
１００，１００ａ，１００ｂ，１００ｃ 高周波送受信回路（信号受信回路）
１０１ 送信側回路
１０２，１０２ｂ 受信側回路
１１０，１１０ａ，１１０ｂ 高周波送受信装置
２００ プローブ
２０１ プローブ筐体
３００，３００ａ，３００ｂ ＮＭＲ測定システム（核磁気共鳴装置）
３０１ 静磁場発生用磁石
３０２ 静磁場方向
３０３ 静磁場中心付近

Claims (15)

1. 核磁気共鳴に関する信号の送受信を行う信号送受信回路であって、
   前記信号を送受信する同調整合回路と、前記同調整合回路内に備えられ、一方が接地している第１のコンデンサと、前記信号を伝達する信号伝達線と、前記信号の波長をλとしたとき、式（１）で規定される長さＬを有するλ線と、接地された接続先および接地されていない接続先を切り替えるスイッチ部と、を有し、
   前記同調整合回路は、前記第１のコンデンサの容量値を含むインピーダンスが前記信号に対して同調整合するよう設定されているか、前記第１のコンデンサの容量値を含まないインピーダンスが前記信号に対して同調整合するよう設定されているか、のどちらかであり、
   前記信号伝達線は、一方の端部が、前記同調整合回路に接続されており、他方の端部が、外部装置に接続されており、
   前記λ線は、一方の端部が前記第１のコンデンサの非接地側に接続しており、他方の端部が、前記スイッチ部に接続されている構成を有する
   ことを特徴とする信号送受信回路。
   Ｌ＝Ｎ・λ／４（Ｎ＝１，２，３，・・・）・・・（１）
2. 前記第１のコンデンサは、容量可変コンデンサである
   ことを特徴とする請求項１に記載の信号送受信回路。
3. 前記スイッチ部は、ダイオードを含む回路である
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の信号送受信回路。
4. 前記同調整合をしているときを使用状態とし、前記同調整合をしていないときを非使用状態とした場合、
   前記使用状態のとき、前記同調整合回路を送受信する信号の周波数で同調整合するよう前記スイッチ部を切り替え、
   前記非使用状態のとき、前記同調整合回路を送受信する信号の周波数で同調整合しないよう前記スイッチ部を切り替える
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の信号送受信回路。
5. 第２のコンデンサを有する信号送受信回路であって、
   前記第２のコンデンサは、前記第１のコンデンサ、前記λ線のスイッチ側ではない一端、前記第２のコンデンサの順に接続されるよう配置されるか、
   前記第２のコンデンサは、前記第１のコンデンサ、前記第２のコンデンサ、前記λ線のスイッチ側ではない一端、の順に接続されるよう配置されるかのどちらかである
   ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の信号送受信回路。
6. 前記同調整合回路が、磁場中に設置され、
   前記λ線の長さＬは、前記スイッチ部の動作が保証される磁場強度の領域に設置される長さである
   ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の信号送受信回路。
7. 前記同調整合回路が冷却される場合、前記λ線の長さＬは、前記スイッチ部の動作が保証される温度の領域に設置される長さである
   ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の信号送受信回路。
8. 前記信号は、１００ＭＨｚ以上の周波数を有する電磁波信号である
   ことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の信号送受信回路。
9. 核磁気共鳴を励起するための励起信号の送信を行う送信装置と、前記励起信号によって励起される核磁気共鳴信号の受信を行う受信装置とを有する信号送受信装置であって、
   前記送信装置および受信装置の少なくとも一方は、
   前記核磁気共鳴に関する信号を送受信する同調整合回路と、前記同調整合回路内に備えられ、一方が接地している第１のコンデンサと、前記信号を伝達する信号伝達線と、前記信号の波長をλとしたとき、式（１）で規定される長さＬを有するλ線と、接地された接続先および接地されていない接続先を切り替えるスイッチ部と、を有し、
   前記同調整合回路は、前記第１のコンデンサの容量値を含むインピーダンスが前記信号に対して同調整合するよう設定されているか、前記第１のコンデンサの容量値を含まないインピーダンスが前記信号に対して同調整合するよう設定されているか、のどちらかであり、
   前記信号伝達線は、一方の端部が、前記同調整合回路に接続されており、他方の端部が、外部装置に接続されており、
   前記λ線は、一方の端部が前記第１のコンデンサの非接地側に接続しており、他方の端部が、前記スイッチ部に接続されている構成を有する
   ことを特徴とする信号送受信装置。
   Ｌ＝Ｎ・λ／４（Ｎ＝１、２、３、・・・）・・・（１）
10. 核磁気共鳴を励起するための励起信号の送信を行う送信装置と、前記励起信号によって励起される核磁気共鳴信号の受信を行う受信装置とを有する信号送受信装置であって、
    前記送信装置は、
    前記核磁気共鳴に関する信号を送受信する同調整合回路と、前記同調整合回路内に備えられ、一方が接地している第１のコンデンサと、前記信号を伝達する信号伝達線と、前記信号の波長をλとしたとき、式（１）で規定される長さＬを有するλ線と、接地された接続先および接地されていない接続先を切り替えるスイッチ部と、を有し、
    前記同調整合回路は、前記第１のコンデンサの容量値を含むインピーダンスが前記信号に対して同調整合するよう設定されているか、前記第１のコンデンサの容量値を含まないインピーダンスが前記信号に対して同調整合するよう設定されているか、のどちらかであり、
    前記信号伝達線は、一方の端部が、前記同調整合回路に接続されており、他方の端部が、外部装置に接続されており、
    前記λ線は、一方の端部が前記第１のコンデンサの非接地側に接続しており、他方の端部が、前記スイッチ部に接続されている構成を有する
    信号送受信装置であって、
    前記同調整合をしているときを使用状態とし、前記同調整合をしていないときを非使用状態とした場合、
    前記使用状態のとき、前記同調整合回路を送受信する信号の周波数で同調整合するよう前記スイッチ部を切り替え、
    前記非使用状態のとき、前記同調整合回路を送受信する信号の周波数で同調整合しないよう前記スイッチ部を切り替える
    ことを特徴とする信号送受信装置。
    Ｌ＝Ｎ・λ／４（Ｎ＝１、２、３、・・・）・・・（１）
11. 核磁気共鳴を励起するための励起信号の送信を行う送信装置と、前記励起信号によって励起される核磁気共鳴信号の受信を行う受信装置とを有する信号送受信装置であって、
    前記受信装置は、
    前記核磁気共鳴に関する信号を送受信する同調整合回路と、前記同調整合回路内に備えられ、一方が接地している第１のコンデンサと、前記信号を伝達する信号伝達線と、前記信号の波長をλとしたとき、式（１）で規定される長さＬを有するλ線と、接地された接続先および接地されていない接続先を切り替えるスイッチ部と、を有し、
    前記同調整合回路は、前記第１のコンデンサの容量値を含むインピーダンスが前記信号に対して同調整合するよう設定されているか、前記第１のコンデンサの容量値を含まないインピーダンスが前記信号に対して同調整合するよう設定されているか、のどちらかであり、
    前記信号伝達線は、一方の端部が、前記同調整合回路に接続されており、他方の端部が、外部装置に接続されており、
    前記λ線は、一方の端部が前記第１のコンデンサの非接地側に接続しており、他方の端部が、前記スイッチ部に接続されている構成を有する
    信号送受信装置であって、
    前記同調整合をしているときを使用状態とし、前記同調整合をしていないときを非使用状態とした場合、
    前記使用状態のとき、前記同調整合回路を送受信する信号の周波数で同調整合するよう前記スイッチ部を切り替え、
    前記非使用状態のとき、前記同調整合回路を送受信する信号の周波数で同調整合しないよう前記スイッチ部を切り替える
    ことを特徴とする信号送受信装置。
    Ｌ＝Ｎ・λ／４（Ｎ＝１、２、３、・・・）・・・（１）
12. 核磁気共鳴に関する信号の送受信を行うＮＭＲプローブであって、
    前記信号を送受信する同調整合回路と、前記同調整合回路内に備えられ、一方が接地している第１のコンデンサと、前記信号を伝達する信号伝達線と、前記信号の波長をλとしたとき、式（１）で規定される長さＬを有するλ線と、接地された接続先および接地されていない接続先を切り替えるスイッチ部と、を有し、
    前記同調整合回路は、前記第１のコンデンサの容量値を含むインピーダンスが前記信号に対して同調整合するよう設定されているか、前記第１のコンデンサの容量値を含まないインピーダンスが前記信号に対して同調整合するよう設定されているか、のどちらかであり、
    前記信号伝達線は、一方の端部が、前記同調整合回路に接続されており、他方の端部が、外部装置に接続されており、
    前記λ線は、一方の端部が前記第１のコンデンサの非接地側に接続しており、他方の端部が、前記スイッチ部に接続されている構成を有する
    ことを特徴とするＮＭＲプローブ。
    Ｌ＝Ｎ・λ／４（Ｎ＝１、２、３、・・・）・・・（１）
13. サンプルに核磁気共鳴を励起するための励起信号を照射する送信装置と、前記励起信号によって前記サンプル内で励起される核磁気共鳴信号を受信する受信装置と、前記サンプルに静磁場を与える静磁場発生磁石と、を有する核磁気共鳴装置であって、
    前記送信装置および受信装置の少なくとも一方は、
    前記核磁気共鳴に関する信号を送受信する同調整合回路と、前記同調整合回路内に備えられ、一方が接地している第１のコンデンサと、前記信号を伝達する信号伝達線と、前記信号の波長をλとしたとき、式（１）で規定される長さＬを有するλ線と、接地された接続先および接地されていない接続先を切り替えるスイッチ部と、を有し、
    前記同調整合回路は、前記第１のコンデンサの容量値を含むインピーダンスが前記信号に対して同調整合するよう設定されているか、前記第１のコンデンサの容量値を含まないインピーダンスが前記信号に対して同調整合するよう設定されているか、のどちらかであり、
    前記信号伝達線は、一方の端部が、前記同調整合回路に接続されており、他方の端部が、外部装置に接続されており、
    前記λ線は、一方の端部が前記第１のコンデンサの非接地側に接続しており、他方の端部が、前記スイッチ部に接続されている構成を有する
    ことを特徴とする核磁気共鳴装置。
    Ｌ＝Ｎ・λ／４（Ｎ＝１、２、３、・・・）・・・（１）
14. 前記静磁場発生磁石は、前記静磁場の方向が鉛直方向または水平方向となるよう設置されている
    ことを特徴とする請求項１３に記載の核磁気共鳴装置。
15. 前記送信装置および前記受信装置は、前記静磁場に対し、水平方向または垂直方向に挿入されているとともに、前記静磁場発生磁石内側の空間を、測定空間と、前記測定空間以外の空間とに区切るためのボアが、前記静磁場に対し、水平方向および垂直方向に設置されている
    ことを特徴とする請求項１３または請求項１４に記載の核磁気共鳴装置。

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