JP7112652B2 - High frequency magnetic field generator - Google Patents
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Description
本発明は、高周波磁場発生装置に関するものである。 The present invention relates to a high frequency magnetic field generator.
光検出磁気共鳴(ODMR:Optically Detected Magnetic Resonance)では、サブレベルの準位と光学遷移準位とをもつ媒質に高周波磁場(マイクロ波)と光を同時に照射することで、サブレベル間の磁気共鳴による占有数の変化などが光信号により高感度で検出される。 In Optically Detected Magnetic Resonance (ODMR), a medium with sub-level levels and optical transition levels is simultaneously irradiated with a high-frequency magnetic field (microwave) and light to generate magnetic resonance between sub-levels. A change in the number of occupancies due to the light signal is detected with high sensitivity.
通常、基底状態の電子が緑光で励起された後、基底状態に戻る際に赤光を発する。一方、例えば、ダイヤモンド構造中の窒素と格子欠陥(NVC:Nitrogen Vacancy Center)中の電子は、2.87GHz前後の高周波磁場の照射により、基底状態中の3つのサブレベルの中で一番低いレベル(ms=0)から、基底状態中のそれより高いエネルギー軌道のレベル(ms=±1)に遷移する。その状態の電子が緑光で励起されると、無輻射で基底状態中の3つのサブレベルの中で一番低いレベル(ms=0)に戻るため発光量が減少し、この光検出より、高周波磁場により磁気共鳴が起こったかどうかを知ることができる。ODMRでは、このような、NVCといった光検出磁気共鳴材料が使用される。 Normally, ground-state electrons emit red light when returning to the ground state after being excited by green light. On the other hand, for example, nitrogen in the diamond structure and electrons in lattice defects (NVC: Nitrogen Vacancy Center) are at the lowest level among the three sublevels in the ground state by irradiation with a high frequency magnetic field around 2.87 GHz. (m s =0) to higher energy orbital levels (m s =±1) in the ground state. When the electrons in that state are excited by green light, they return to the lowest level (m s =0) among the three sublevels in the ground state without radiation, so the amount of light emitted decreases. It is possible to know whether or not magnetic resonance has occurred due to the high-frequency magnetic field. ODMR uses such a light-detecting magnetic resonance material, such as NVC.
ある測定系では、ダイヤモンドサンプルの下に、スプリットリング式の共振器、あるいは、コイルまたはワイヤ式アンテナが設置され、その共振器からサンプルに対して、2.87GHz前後のマイクロ波領域の高周波磁場が照射され、高周波磁場および励起光を掃引して、検出装置により電子からの赤色光の減少点を検出することにより、上述のダイヤモンド構造の近くにある細胞の情報を獲得している(例えば非特許文献1参照)。 In one measurement system, a split-ring resonator or a coil or wire antenna is installed under a diamond sample, and a high-frequency magnetic field in the microwave region around 2.87 GHz is applied from the resonator to the sample. Information of cells near the diamond structure described above is obtained by sweeping the irradiated, high-frequency magnetic field and excitation light and detecting the depletion point of red light from the electrons with a detector (e.g., non-patented Reference 1).
また、ある磁気計測装置は、電子スピン共鳴を利用したODMRで磁気計測を行っている(例えば特許文献1参照)。この磁気計測装置においても1つのコイルでマイクロ波の磁場を生じさせている。
Also, a certain magnetic measurement device performs magnetic measurement by ODMR using electron spin resonance (see
しかしながら、上述のコイルやアンテナでは、非常に狭い範囲でしか3次元的に均一な高周波磁場を生成することができず、ODMRの検出感度を高めることが困難である。例えば非特許文献1の場合では、図20に示すように、半径がR(約7mm)である円形銅板のリングアンテナ式共振器が使用され、その中心にスリットが形成されており、さらに、そのスリットの先端に、半径r(約0.5mm)の貫通穴が形成されている。そして、高周波電源から約2.87GHzの電流を流すと、図21に示すように、その円心から半径約1mmの領域においては、均一の磁場が発生できるが、それ以外の領域、すなわち、この銅板面積の98%の領域においては、磁場の強度がコイルの中心から徐々に下がり、ODMRの検出に使用できない領域になる。なお、電気的検出磁気共鳴(EDMR:Electrically Detected Magnetic Resonance)など、電子スピン共鳴を利用した他の計測においても同様の問題がある。
However, the coils and antennas described above can generate a three-dimensionally uniform high-frequency magnetic field only in a very narrow range, making it difficult to increase the detection sensitivity of the ODMR. For example, in the case of Non-Patent
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、3次元的に広い範囲でほぼ均一な高周波磁場を生成し、電子スピン共鳴を利用した計測での検出感度を高めることができる高周波磁場生成装置を得ることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and generates a substantially uniform high-frequency magnetic field in a three-dimensional wide range, and a high-frequency magnetic field that can increase the detection sensitivity in measurement using electron spin resonance. The object is to obtain a generator.
本発明に係る高周波磁場発生装置は、電子スピン共鳴材料を挟むように、もしくは電子スピン共鳴材料の一方側において、所定の間隔で互いに平行に配置された2つのコイルと、その2つのコイルに導通するマイクロ波の電流を生成する高周波電源と、その2つのコイルに接続された伝送線路部とを備える。そして、上述の2つのコイルおよび上述の伝送線路部において定在波が形成され、上述の伝送線路部は、上述の2つのコイルがその定在波の節以外に位置するように電流分布を設定する。 A high-frequency magnetic field generator according to the present invention includes two coils arranged parallel to each other at a predetermined interval so as to sandwich an electron spin resonance material or on one side of the electron spin resonance material, and the two coils are electrically connected. A high-frequency power source for generating a microwave current to generate a current, and a transmission line section connected to the two coils. Then, a standing wave is formed in the two coils and the transmission line section, and the transmission line section sets the current distribution such that the two coils are positioned outside the node of the standing wave. do.
また、本発明に係る高周波磁場発生装置は、高周波電源と、少なくとも2対のコイルと、その2対のコイルのそれぞれ一方のコイルの間の伝送線路とその2対のコイルのそれぞれ他方のコイルの間の伝送線路とを含む少なくとも2つの伝送線路とを備える。高周波電源は、その少なくとも2対のコイルのそれぞれの対となる2つのコイルに導通するマイクロ波の電流を生成する。そして、上述の少なくとも2対のコイルのそれぞれの対は、電子スピン共鳴材料を挟むように、もしくは電子スピン共鳴材料の一方側において、所定の間隔で互いに平行に配置され、上述の少なくとも2対のコイルにおける各対のコイルおよび前記伝送線路部において定在波が形成される。そして、上述の少なくとも2つの伝送線路は、上述の少なくとも2対のコイルのそれぞれのコイルが定在波の節以外に位置するように電流分布を設定する。 Further, the high-frequency magnetic field generator according to the present invention includes a high-frequency power supply, at least two pairs of coils, a transmission line between one of the two pairs of coils, and the other coil of the two pairs of coils. and at least two transmission lines, including a transmission line between. A radio frequency power source produces a microwave current that conducts through two respective pairs of the at least two pairs of coils. Each pair of the at least two pairs of coils is arranged in parallel with each other at a predetermined interval so as to sandwich the electron spin resonance material or on one side of the electron spin resonance material . A standing wave is formed in each pair of coils in the coil and the transmission line section. Then , the at least two transmission lines set the current distribution such that each coil of the at least two pairs of coils is located outside the node of the standing wave.
また、本発明に係る高周波磁場発生装置は、基板と、基板における貫通孔と、貫通孔内に配置された板状コイルと、板状コイルに導通するマイクロ波の電流を生成する高周波電源と、板状コイルに接続された伝送線路部とを備える。そして、上述の板状コイルおよび伝送線路部において定在波が形成され、伝送線路部は、前記板状コイルが前記定在波の節以外に位置するように電流分布を設定する。板状コイルの断面の長手方向は、板状コイルの高さ方向であって、基板の垂直方向であり、板状コイルの4本のエッジ部分のうちの上端側の1本および下端側の1本は、電子スピン共鳴材料を挟むように、もしくは電子スピン共鳴材料の一方側において、所定の間隔で互いに平行に配置された2つのコイルとして機能する。
Further, a high-frequency magnetic field generator according to the present invention includes a substrate, a through hole in the substrate, a plate-like coil arranged in the through-hole, a high-frequency power source that generates a microwave current conducting to the plate-like coil, and a transmission line portion connected to the plate-like coil. Then, a standing wave is formed in the plate-like coil and the transmission line section, and the transmission line section sets the current distribution such that the plate-like coil is located outside the node of the standing wave. The longitudinal direction of the cross section of the plate-like coil is the height direction of the plate-like coil and the vertical direction of the substrate. The book functions as two coils placed parallel to each other with a predetermined spacing between them, or on one side of the electron spin resonant material.
本発明によれば、3次元的に広い範囲でほぼ均一な高周波磁場を生成し、電子スピン共鳴を利用した計測での検出感度を高めることができる高周波磁場生成装置が得られる。 According to the present invention, it is possible to obtain a high-frequency magnetic field generator that can generate a substantially uniform high-frequency magnetic field over a three-dimensionally wide range and that can increase the detection sensitivity in measurement using electron spin resonance.
以下、図に基づいて本発明の実施の形態を説明する。 Embodiments of the present invention will be described below based on the drawings.
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態に係る高周波磁場発生装置におけるコイルの配置を説明する斜視図である。 FIG. 1 is a perspective view illustrating the arrangement of coils in a high-frequency magnetic field generator according to an embodiment of the present invention.
本発明の実施の形態に係る高周波磁場発生装置は、少なくとも2つのコイルL1,L2を備える。2つのコイルL1,L2は、図1に示すように、所定の間隔(例えば、各コイルL1,L2の直径程度)で互いに平行に配置される。また、試料101は、光検出磁気共鳴材料(以下、ODMR材料という)としてのNVCを有するダイヤモンドなどの板材102上に配置され、さらに、板材102は、試料板103に固定されている。そして、2つのコイルL1,L2は、ODMR材料としてのNVCを有する板材102を挟んで配置されている。なお、ODMR材料は、電子スピン共鳴材料の一種である。
A high-frequency magnetic field generator according to an embodiment of the present invention includes at least two coils L1 and L2. As shown in FIG. 1, the two coils L1 and L2 are arranged parallel to each other at a predetermined interval (for example, about the diameter of each coil L1 and L2). A
2つのコイルL1,L2は、互いに同一の形状を有し、互いに同一の中心軸を有するように配置されている。また、ここでは、各コイルL1,L2の巻数は、ほぼ1ターン(1ターン未満)とされる。2つのコイルL1,L2には、マイクロ波の電流が導通し、2つのコイルL1,L2は、それぞれ、同相で(つまり、各時点で同じ向きに)、マイクロ波としての交番磁場を生成する。この交番磁場がODMR材料に印加されるとともに、コイルL1,L2により生成される交番磁場とは別に、図示せぬ静磁場が印加される。そして、図示せぬ光学系によって、所定波長のレーザ光などの測定光がODMR材料に照射され、例えば特定波長の輻射光を観測することで、光検出磁気共鳴に基づく測定(磁気測定、NVCなどの方位、NVCなどの温度など)が行われる。 The two coils L1 and L2 have the same shape and are arranged to have the same center axis. Also, here, the number of turns of each of the coils L1 and L2 is approximately one turn (less than one turn). A microwave current is conducted through the two coils L1 and L2, and the two coils L1 and L2 each generate an alternating magnetic field as microwaves in phase (that is, in the same direction at each point in time). This alternating magnetic field is applied to the ODMR material, and a static magnetic field (not shown) is applied separately from the alternating magnetic field generated by the coils L1 and L2. Then, an optical system (not shown) irradiates the ODMR material with measurement light such as a laser beam of a predetermined wavelength, and for example, by observing radiation light of a specific wavelength, measurement based on photodetection magnetic resonance (magnetic measurement, NVC, etc.) orientation, temperature of NVC, etc.) are performed.
図2は、本発明の実施の形態1に係る高周波磁場発生装置の構成を示す回路図である。
FIG. 2 is a circuit diagram showing the configuration of the high-frequency magnetic field generator according to
図2に示すように、実施の形態1に係る高周波磁場発生装置は、さらに、高周波電源1と、2つの線路体S1,S2とを備える。
As shown in FIG. 2, the high-frequency magnetic field generator according to
高周波電源1は、2つのコイルL1,L2に導通するマイクロ波の電流を生成する。具体的には、高周波電源1は、光検出磁気共鳴に必要な帯域(ここでは2.87GHz程度)のマイクロ波の電流を生成する。
A high-
2つの線路体S1,S2は、2つのコイルL1,L2にそれぞれ接続された伝送線路部であって、2つのコイルL1,L2が定在波の節以外に位置するように電流分布を設定する。 The two line bodies S1 and S2 are transmission line sections connected to the two coils L1 and L2, respectively, and set the current distribution such that the two coils L1 and L2 are positioned outside the nodes of the standing wave. .
なお、各線路体S1,S2は、1本の導電体の線路として構成されていてもよいし、抵抗素子、コンデンサ素子などを使用した分布定数回路として構成されていてもよい。 Each of the line bodies S1 and S2 may be configured as a single conductor line, or may be configured as a distributed constant circuit using resistor elements, capacitor elements, and the like.
具体的には、実施の形態1では、図2に示すように、2つの線路体S1,S2のそれぞれの一端が開放されており、2つの線路体S1,S2のそれぞれの他端が2つのコイルL1,L2のそれぞれの一端に接続されている。また、2つのコイルL1,L2のそれぞれの他端は電気的に互いに接続されており、その接続点に高周波電源1が接続されている。したがって、マイクロ波の電流が高周波電源1から2つのコイルL1,L2のそれぞれの他端へ流入する。また、2つのコイルL1,L2は、互いに同じ形状を有し、線路体S1,S2も、互いに同じ形状を有している。このようにすることで、高周波電源1から見て、コイルL1および線路体S1とコイルL2および線路体S2とは、互いに同じ高周波特性(つまり、同じ電気長)を有する。
Specifically, in
例えば、コイルL1および線路体S1の電気長、並びにコイルL2および線路体S2の電気長が、λ/4(λ:マイクロ波の波長)である場合には、図2に示すような電流分布となり、コイルL1,L2は、定在波の節ではなく、定在波の腹の近傍に位置し、コイルL1,L2に十分なマイクロ波の電流が流れ、マイクロ波の磁場が誘起される。 For example, when the electrical length of the coil L1 and the line body S1 and the electrical length of the coil L2 and the line body S2 are λ/4 (λ is the wavelength of the microwave), the current distribution is as shown in FIG. , the coils L1 and L2 are located near the antinodes of the standing wave, not the nodes of the standing wave, and sufficient microwave current flows through the coils L1 and L2 to induce a microwave magnetic field.
例えば、高周波電源1が2.87GHzのマイクロ波を生成する場合、波長が約10cmとなるため、コイルL1および線路体S1の電気長、並びにコイルL2および線路体S2の電気長は、約2.5cmとされる。また、チューニングをしやすくするために、コイルL1,L2の長さは、線路体S1,S2の長さの1/2以下に設定されることが好ましい。
For example, when the high-
次に、実施の形態1に係る高周波磁場発生装置の動作について説明する。
Next, operation of the high-frequency magnetic field generator according to
高周波電源1がマイクロ波の交流電力を生成すると、マイクロ波の電流が、コイルL1および線路体S1、並びにコイルL2および線路体S2に進行していく。ここで、コイルL1および線路体S1の終端、並びにコイルL2および線路体S2の終端においてインピーダンスマッチングが取られていないので、コイルL1および線路体S1、並びにコイルL2および線路体S2において、図2に示すような定在波が形成される。
When the high-
これにより、コイルL1,L2には、同相で同一の大きさの交番電流が導通する。コイルL1,L2に導通する電流によって、マイクロ波の磁場が形成される。コイルL1,L2が同軸でほぼ平行に配置されているため、コイルL1とコイルL2との間の空間では、磁場の方向がコイルL1,L2の中心軸に対してほぼ平行となり、磁場がほぼ一様となる。 As a result, alternating currents of the same phase and magnitude are conducted to the coils L1 and L2. A microwave magnetic field is generated by currents conducted in the coils L1 and L2. Since the coils L1 and L2 are arranged coaxially and substantially parallel, in the space between the coils L1 and L2, the directions of the magnetic fields are substantially parallel to the central axes of the coils L1 and L2, and the magnetic fields are substantially uniform. like.
以上のように、上記実施の形態1によれば、2つのコイルL1,L2は、ODMR材料を挟んで所定の間隔で互いに平行に配置されている。高周波電源1は、その2つのコイルL1,L2に導通するマイクロ波の電流を生成する。2つの線路体S1,S2は、その2つのコイルL1,L2にそれぞれ接続され、その2つのコイルL1,L2が定在波の節以外に位置するように電流分布を設定する。
As described above, according to the first embodiment, the two coils L1 and L2 are arranged parallel to each other with the ODMR material interposed therebetween at a predetermined interval. A high-
これにより、コイルL1とコイルL2との間の空間に3次元的に広い範囲でほぼ均一な高周波磁場が生成される。これにより、ODMRの検出感度を高めることができる。 As a result, a substantially uniform high-frequency magnetic field is generated in a three-dimensionally wide range in the space between the coils L1 and L2. Thereby, the detection sensitivity of ODMR can be improved.
なお、この実施の形態では、線路体S1,S2のそれぞれの一端が開放されているが、その開放端とグランドとの間に、例えば、同一電源(発振)周波数の下で十分高いインピーダンスを有する回路が接続されていてもよい。 In this embodiment, one end of each of the line bodies S1 and S2 is open. A circuit may be connected.
また、図1に示すように、2つのコイルL1、L2はODMR材料を挟んで所定の間隔で互いに平行に配置されているが、ODMR材料は2つのコイルのL1、L2の一方側に配置されるようにしてもよい。この場合、共振の帯域が少し狭くなるが、ODMR材料の設置自由度が高くなるメリットがある。 Also, as shown in FIG. 1, the two coils L1 and L2 are arranged parallel to each other with the ODMR material sandwiched therebetween, but the ODMR material is arranged on one side of the two coils L1 and L2. You may do so. In this case, although the resonance band becomes a little narrower, there is an advantage that the degree of freedom in setting the ODMR material increases.
また、図1では、板材102および試料板103は、磁場の向き(コイルL1,L2の中心軸の方向)に対して垂直に配置されているが、板材102および試料板103は、磁場の向き(コイルL1,L2の中心軸の方向)に対して傾斜して配置されるようにしてもよく、その場合でも一様な磁場が板材102に印加される。
In FIG. 1, the
実施の形態2. Embodiment 2.
図3は、本発明の実施の形態2に係る高周波磁場発生装置の構成を示す回路図である。実施の形態2に係る高周波磁場発生装置は、実施の形態1に係る高周波磁場発生装置と同様の構成を有するとともに、高周波電源1と2つのコイルL1,L2との間にインピーダンスマッチング部11をさらに備える。
FIG. 3 is a circuit diagram showing the configuration of a high-frequency magnetic field generator according to Embodiment 2 of the present invention. The high-frequency magnetic field generator according to the second embodiment has the same configuration as the high-frequency magnetic field generator according to the first embodiment, and further includes an
高周波電源1とコイルL1,L2との間にインピーダンスマッチングが取れていない場合には、高周波電源1からのマイクロ波がコイルL1,L2で反射してしまい、コイルL1,L2に十分なマイクロ波の電流が流れないため、高周波電源1とコイルL1,L2との間にインピーダンスマッチングが取れていない場合には、インピーダンスマッチング部11が設けられる。これにより、インピーダンスマッチングが取られ、高周波電源1からのマイクロ波がコイルL1,L2へ伝播する。インピーダンスマッチング部11としては、例えば抵抗素子(R)、容量素子(C)、インダクタンス素子(L)またはそれらの組み合わせなどが使用される。
If there is no impedance matching between the high-
なお、図3では、インピーダンスマッチング部11が、コイルL1およびコイルL2の接続点と高周波電源1との間に配置されているが、2つのインピーダンスマッチング部11を、コイルL1と高周波電源1との間、およびコイルL2と高周波電源1との間にそれぞれ配置するようにしてもよい。
In FIG. 3, the
また、後述の他の実施の形態に係る高周波磁場発生装置においても、同様のインピーダンスマッチング部を設けることが勿論可能である。その際、高周波電源1と2つの線路体とが接続されている場合には、高周波電源1と2つの線路体との間に同様のインピーダンスマッチング部が設けてもよい。
Further, it is of course possible to provide a similar impedance matching section in a high-frequency magnetic field generator according to another embodiment described later. At that time, when the high-
以上のように、上記実施の形態2によれば、コイルL1,L2や線路体S1,S2のみではインピーダンスマッチングが取られない場合でも、インピーダンスマッチングを取ることができる。 As described above, according to the second embodiment, impedance matching can be achieved even when impedance matching cannot be achieved only with the coils L1 and L2 and the line bodies S1 and S2.
実施の形態3. Embodiment 3.
図4は、本発明の実施の形態3に係る高周波磁場発生装置の構成を示す回路図である。実施の形態3に係る高周波磁場発生装置は、少なくとも2対のコイル(L1-i,L2-i)(i=1,・・・,n;n>1)と、その2対のコイルのそれぞれ一方のコイルL1-iの間の線路体S1-jと2対のコイルのそれぞれ他方のコイルL2-iの間の線路体S2-jとを含む少なくとも2つの線路体S1-j,S2-jとを備える。 FIG. 4 is a circuit diagram showing the configuration of a high-frequency magnetic field generator according to Embodiment 3 of the present invention. The high-frequency magnetic field generator according to Embodiment 3 includes at least two pairs of coils (L1-i, L2-i) (i=1, . . . , n; n>1), and each of the two pairs of coils At least two line bodies S1-j and S2-j including a line body S1-j between one coil L1-i and a line body S2-j between the other coils L2-i of the two pairs of coils and
実施の形態3では、高周波電源1は、上述の少なくとも2対のコイル(L1-i,L2-i)(i=1,・・・,n)のそれぞれの対となる2つのコイルL1-i,L2-iに導通するマイクロ波の電流を生成する。
In Embodiment 3, the high-
上述の少なくとも2対のコイル(L1-i,L2-i)のそれぞれの対は、ODMR材料を挟んで所定の間隔で互いに平行に配置される。例えば、コイルL1-1~L1-nは、誘起されるマイクロ波の磁場が同相になるように配置され、コイルL2-1~L2-nは、誘起されるマイクロ波の磁場が同相になるように配置される。つまり、コイルL1-1~L1-n,L2-1~L2-nにより誘起されるマイクロ波の磁場が互いに同一の方向となる。 Each pair of the at least two pairs of coils (L1-i, L2-i) mentioned above are arranged parallel to each other with a predetermined spacing between the ODMR materials. For example, the coils L1-1 to L1-n are arranged so that the magnetic fields of the induced microwaves are in phase, and the coils L2-1 to L2-n are arranged so that the magnetic fields of the induced microwaves are in phase. placed in That is, the magnetic fields of the microwaves induced by the coils L1-1 to L1-n and L2-1 to L2-n are in the same direction.
また、上述の少なくとも2つの線路体S1-j,S2-jは、少なくとも2対のコイルL1-i,L2-iのそれぞれのコイルが定在波の節以外に位置するように電流分布を設定する伝送線路部である。例えば、すべての線路体S1-j,S2-jの電気長はすべて互いに同一とされ、線路体S1-jとコイルL1-jとが交互に配置され、線路体S2-jとコイルL2-jとが交互に配置される。具体的には、線路体S1-jは、コイルL1-jとコイルL1-(j+1)との間に配置され、線路体S2-jは、コイルL2-jとコイルL2-(j+1)との間に配置され、末端の線路体S1-nおよび線路体S2-nの終端は、それぞれ、開放とされている。 Further, the at least two line bodies S1-j and S2-j set the current distribution such that each of the at least two pairs of coils L1-i and L2-i is located outside the node of the standing wave. This is the transmission line section that For example, all the line bodies S1-j and S2-j have the same electrical length, the line bodies S1-j and the coils L1-j are arranged alternately, and the line bodies S2-j and the coils L2-j are arranged alternately. are arranged alternately. Specifically, the line body S1-j is arranged between the coil L1-j and the coil L1-(j+1), and the line body S2-j is arranged between the coil L2-j and the coil L2-(j+1). The ends of the intermediate and terminal line bodies S1-n and S2-n are respectively open.
例えば、コイルL1-i,L2-iは、互いに同一の形状を有し、互いに同一の中心軸を有するように配置される。ここでは、各コイルL1-i,L2-iの巻数は、ほぼ1ターン(1ターン未満)とされ、コイルL1-1~L1-nおよびそれらの間の線路体S1-jの電気長、並びにコイルL2-1~L2-nおよびそれらの間の線路体S2-jの電気長が、(2n-1)λ/4である場合には、図4に示すような電流分布となり、すべてのコイルL1-i,L2-iは、定在波の節ではない位置に位置し、コイルL1,L2に十分なマイクロ波の電流が流れ、マイクロ波の磁場が誘起される。 For example, the coils L1-i and L2-i have the same shape and are arranged to have the same center axis. Here, the number of turns of each coil L1-i, L2-i is approximately 1 turn (less than 1 turn), the electrical length of the coils L1-1 to L1-n and the line body S1-j therebetween, and When the electrical length of the coils L2-1 to L2-n and the line body S2-j between them is (2n-1)λ/4, the current distribution is as shown in FIG. L1-i and L2-i are located at positions other than nodes of the standing wave, sufficient microwave currents flow through the coils L1 and L2, and microwave magnetic fields are induced.
以上のように、上記実施の形態3によれば、コイルL1-i,L2-iの数が多いので、誘起される高周波磁場の強度を高くすることができる。 As described above, according to the third embodiment, since the number of coils L1-i and L2-i is large, the strength of the induced high-frequency magnetic field can be increased.
実施の形態4. Embodiment 4.
図5は、本発明の実施の形態4に係る高周波磁場発生装置の構成を示す回路図である。図5に示すように、実施の形態4に係る高周波磁場発生装置は、2対のコイル(L11,L21),(L12,L22)と、伝送線路部としての2つの線路体S11,S21とを備える。 FIG. 5 is a circuit diagram showing the configuration of a high-frequency magnetic field generator according to Embodiment 4 of the present invention. As shown in FIG. 5, the high-frequency magnetic field generator according to Embodiment 4 includes two pairs of coils (L11, L21) and (L12, L22) and two line bodies S11 and S21 as transmission line sections. Prepare.
図6は、本発明の実施の形態4に係る高周波磁場発生装置におけるコイルL11,L12,L21,L22の配置の一例を説明する斜視図である。図6に示すように、各コイルL11,L21,L12,L22の巻数は、ほぼ半ターンとなっており、コイルL11とコイルL22とが、対となり、同相でマイクロ波の磁場を誘起し、コイルL12とコイルL21とが、対となり、同相でマイクロ波の磁場を誘起する。 FIG. 6 is a perspective view illustrating an example of arrangement of coils L11, L12, L21, and L22 in the high-frequency magnetic field generator according to Embodiment 4 of the present invention. As shown in FIG. 6, the number of turns of each of the coils L11, L21, L12, and L22 is approximately half a turn. L12 and coil L21 form a pair and induce microwave magnetic fields in phase.
なお、各コイルL11,L21,L12,L22の巻数を、実施の形態1~3と同様にほぼ1ターンとして、同相のコイルL11,L22を互いに近接して配置し(つまり、合計でほぼ2ターンとし)、同相のコイルL12,L21を互いに近接して配置するようにしてもよい。 The number of turns of each of the coils L11, L21, L12, and L22 is approximately one turn as in the first to third embodiments, and the in-phase coils L11 and L22 are arranged close to each other (that is, approximately two turns in total). ), and in-phase coils L12 and L21 may be arranged close to each other.
また、実施の形態4では、2つのコイルL12,L22のそれぞれの一端が接地され、2つのコイルL12,L22のそれぞれの他端が2つの線路体S11,S21のそれぞれの一端に接続されており、また、2つの線路体S11,S21のそれぞれの他端が2つのコイルL11,L21のそれぞれの一端に接続され、2つのコイルL11,L21のそれぞれの他端が、互いに接続され、その接続点に高周波電源1に接続される。そして、マイクロ波の電流が、高周波電源1から、コイルL11,L21を介して、2つの線路体S11,S21のそれぞれの他端へ流入する。したがって、コイルL12,L22の一端(短絡されている端部)が電流分布の腹となり、図5に示すように各コイルL11,L12,L21,L22が電流分布の節以外に位置する。
In the fourth embodiment, one end of each of the two coils L12 and L22 is grounded, and the other end of each of the two coils L12 and L22 is connected to one end of each of the two line bodies S11 and S21. , The other ends of the two line bodies S11 and S21 are connected to one ends of the two coils L11 and L21, the other ends of the two coils L11 and L21 are connected to each other, and the connection point is connected to the high
実施の形態5. Embodiment 5.
図7は、本発明の実施の形態5に係る高周波磁場発生装置におけるコイルおよび線路体を説明する斜視図である。 FIG. 7 is a perspective view illustrating a coil and a line body in a high-frequency magnetic field generator according to Embodiment 5 of the present invention.
実施の形態5に係る高周波磁場発生装置は、実施の形態1または実施の形態2(図2または図3)に示すような回路構成を有し、基板21を備える。そして、2つのコイルL1,L2は、基板21の一方の面に、その面に対して略垂直に配置される。また、この実施の形態5では、2つの線路体S1,S2は、それぞれ、切欠リング状の線路部材であり、基板21の他方の面に、その面に対して略垂直に配置される。
A high-frequency magnetic field generator according to Embodiment 5 has a circuit configuration as shown in
そして、図2または図3に示すようにコイルL1,L2、線路体S1,S2、および高周波電源1が電気的に接続され、その電気的接続は、基板21上の配線パターン、基板21のスルーホールなどによる。
2 or 3, the coils L1 and L2, the line bodies S1 and S2, and the high-
なお、実施の形態5に係る高周波磁場発生装置の動作については、実施の形態1または実施の形態2と同様であるので、その説明を省略する。
The operation of the high-frequency magnetic field generator according to Embodiment 5 is the same as that of
実施の形態6. Embodiment 6.
図8は、本発明の実施の形態6に係る高周波磁場発生装置におけるコイルおよび線路体を説明する斜視図である。 FIG. 8 is a perspective view illustrating coils and a line body in a high-frequency magnetic field generator according to Embodiment 6 of the present invention.
実施の形態6に係る高周波磁場発生装置は、実施の形態1または実施の形態2(図2または図3)に示すような回路構成を有し、基板21を備える。そして、2つのコイルL1,L2は、基板21の一方の面に、その面に対して略垂直に配置される。また、この実施の形態6では、2つの線路体S1,S2は、それぞれ、配線パターンであり、基板21のいずれかの面に形成されている。
A high-frequency magnetic field generator according to Embodiment 6 has a circuit configuration as shown in
図9は、本発明の実施の形態6に係る高周波磁場発生装置における線路体の別の例を示す斜視図である。図9に示すように、線路体S1,S2には、互いに同一の分岐路31,32をそれぞれ設けるようにしてもよい。このようにすることで、コイルL1,L2および線路体S1,S2において電流分布を調整することができるし、その上、入力帯域の幅を調整することもできる。
FIG. 9 is a perspective view showing another example of the line body in the high-frequency magnetic field generator according to Embodiment 6 of the present invention. As shown in FIG. 9, the
なお、実施の形態6に係る高周波磁場発生装置の動作については、実施の形態1または実施の形態2と同様であるので、その説明を省略する。
The operation of the high-frequency magnetic field generator according to Embodiment 6 is the same as that of
実施の形態7. Embodiment 7.
図10は、本発明の実施の形態7に係る高周波磁場発生装置におけるコイルおよび線路体を説明する斜視図である。 FIG. 10 is a perspective view illustrating coils and a line body in a high-frequency magnetic field generator according to Embodiment 7 of the present invention.
実施の形態7に係る高周波磁場発生装置は、実施の形態4(図5)に示すような回路構成を有し、基板21を備える。図10に示すように、実施の形態7では、基板上21に、基板21に対して垂直にコイルL11,L12,L21,L22が配置され、コイルL11の一端とコイルL12の一端とに、切欠リング状の線路体S11が接続され、コイルL21の一端とコイルL22の一端とに、切欠リング状の線路体S21が接続されている。
A high-frequency magnetic field generator according to Embodiment 7 has a circuit configuration as shown in Embodiment 4 (FIG. 5) and includes
図10に示すように、線路体S11,S21は、コイルL11,L22の開口方向およびコイルL12,L21の開口方向(つまり、コイルL11,L22,L12,L21により形成される磁場の方向)に対して垂直に配置されており、コイルL11,L22,L12,L21と線路体S11,S21とが磁気結合しにくくなっている。 As shown in FIG. 10, the line bodies S11 and S21 are arranged with respect to the opening direction of the coils L11 and L22 and the opening direction of the coils L12 and L21 (that is, the direction of the magnetic field formed by the coils L11, L22, L12 and L21). The coils L11, L22, L12, L21 and the line bodies S11, S21 are less likely to be magnetically coupled.
なお、実施の形態7に係る高周波磁場発生装置の動作については、実施の形態4と同様であるので、その説明を省略する。 Since the operation of the high-frequency magnetic field generator according to Embodiment 7 is the same as that of Embodiment 4, the explanation thereof will be omitted.
実施の形態8. Embodiment 8.
図11は、本発明の実施の形態8に係る高周波磁場発生装置の構成を示す回路図である。 FIG. 11 is a circuit diagram showing the configuration of a high-frequency magnetic field generator according to Embodiment 8 of the present invention.
実施の形態8に係る高周波磁場発生装置では、図11に示すように、2つのコイルL1,L2が、並列接続され、2つのコイルL1,L2の接続点に、伝送線路部としての1つの伝送線路S1sが接続されている。実施の形態8では、1つの伝送線路S1sによって、2つのコイルL1,L2が定在波の節以外に位置するように電流分布が設定される。 In the high-frequency magnetic field generator according to the eighth embodiment, as shown in FIG. 11, two coils L1 and L2 are connected in parallel, and a connection point between the two coils L1 and L2 is provided with one transmission line as a transmission line section. A line S1s is connected. In the eighth embodiment, one transmission line S1s sets the current distribution such that the two coils L1 and L2 are located outside the node of the standing wave.
具体的には、実施の形態8では、図11に示すように、線路体S1sの一端が開放されており、線路体S1sの他端が2つのコイルL1,L2の一方の接続点に接続されている。また、2つのコイルL1,L2の他方の接続点に高周波電源1が接続されている。したがって、マイクロ波の電流が高周波電源1から2つのコイルL1,L2のそれぞれの他端へ流入する。また、2つのコイルL1,L2は、互いに同じ形状を有し、線路体S1,S2も、互いに同じ形状を有している。このようにすることで、高周波電源1から見て、コイルL1および線路体S1とコイルL2および線路体S2とは、互いに同じ高周波特性(つまり、同じ電気長)を有する。
Specifically, in the eighth embodiment, as shown in FIG. 11, one end of the line body S1s is open, and the other end of the line body S1s is connected to one connection point of the two coils L1 and L2. ing. A high-
例えば、コイルL1,L2および線路体S1sの電気長の電気長が、λ/4(λ:マイクロ波の波長)である場合には、図11に示すような電流分布となり、コイルL1,L2は、定在波の節ではなく、定在波の腹の近傍に位置し、コイルL1,L2に十分なマイクロ波の電流が流れ、マイクロ波の磁場が誘起される。 For example, when the electrical lengths of the coils L1 and L2 and the line body S1s are λ/4 (λ is the wavelength of the microwave), the current distribution is as shown in FIG. , near the antinodes of the standing wave, rather than the nodes of the standing wave, sufficient microwave current flows through the coils L1 and L2 to induce a microwave magnetic field.
なお、実施の形態8に係る高周波磁場発生装置の動作については、実施の形態1と同様であるので、その説明を省略する。
Since the operation of the high-frequency magnetic field generator according to Embodiment 8 is the same as that of
なお、図11に示す実施の形態8に係る高周波磁場発生装置の構成については、図12または図13に示すような変形例を採用してもよい。 12 or 13 may be adopted for the configuration of the high-frequency magnetic field generator according to the eighth embodiment shown in FIG.
図12は、本発明の実施の形態8の変形例1に係る高周波磁場発生装置の構成を示す回路図である。図12に示す変形例1では、線路体S1sのコイルL1,L2に接続していない一端に、可変容量素子41の一端が接続され、この可変容量素子41の他端が接地されている。これにより、中心軸からのズレが生じても、この可変容量素子41の静電容量を変動させることにより、コイルL1とL2の共振周波数の中心が所望の周波数に限りなく近づけるように調整することができる。また、この可変容量素子41は非常に小さい静電容量値を有すればよく、例えば、線路体S1sの一部の位置を少し移動させるような可動装置でもよい。あるいは、この可変容量素子41は、例えば微小の静電容量を有する可動コンデンサなどとしてもよい。
FIG. 12 is a circuit diagram showing the configuration of a high-frequency magnetic field generator according to
図13は、本発明の実施の形態8の変形例2に係る高周波磁場発生装置の構成を示す回路図である。図13に示す変形例2では、線路体S1sのコイルL1、L2に接続していない他端に(すなわち電源側に)、可変容量素子51の一端が接続され、この可変容量素子51の他端が接地されている。これにより、上述の変形例1と同様に、たとえコイルL1,L2の形状の変化や、中心軸からのズレが生じても、この可変容量素子51の静電容量を変動させることにより、コイルL1とL2の共振周波数の中心が所望の周波数に限りなく近づけるように調整することができる。また、この可変容量素子51は非常に小さい静電容量値を有すればよく、例えば、微小の静電容量を有する可動コンデンサや、電源とコイルL1、L2との間の導電線の一部を動かす装置などとしてもよい。
FIG. 13 is a circuit diagram showing the configuration of a high-frequency magnetic field generator according to Modification 2 of Embodiment 8 of the present invention. In Modification 2 shown in FIG. 13, one end of the
実施の形態9. Embodiment 9.
図14は、本発明の実施の形態9に係る高周波磁場発生装置の構成を示す回路図である。 FIG. 14 is a circuit diagram showing the configuration of a high-frequency magnetic field generator according to Embodiment 9 of the present invention.
実施の形態9に係る高周波磁場発生装置では、図14に示すように、2つのコイルL1,L2が、並列接続され、2つのコイルL1,L2の接続点に、伝送線路部としての1つの伝送線路S1sが接続されている。実施の形態9では、1つの伝送線路S1sによって、2つのコイルL1,L2が定在波の節以外に位置するように電流分布が設定される。 In the high-frequency magnetic field generator according to Embodiment 9, as shown in FIG. 14, two coils L1 and L2 are connected in parallel, and a connection point between the two coils L1 and L2 is provided with one transmission line as a transmission line section. A line S1s is connected. In the ninth embodiment, one transmission line S1s sets the current distribution so that the two coils L1 and L2 are located outside the node of the standing wave.
具体的には、実施の形態9では、図14に示すように、線路体S1sの一端が第1インピーダンスマッチング部11を介して高周波電源1が接続されており、線路体S1sの他端が2つのコイルL1,L2の一方の接続点に接続されている。また、2つのコイルL1,L2の他方の接続点に第2インピーダンスマッチング部11の一端部に接続する。更に、第2インピーダンスマッチング部11の一端部が開放されている。したがって、マイクロ波の電流が高周波電源1から第1インピーダンスマッチング部11および線路体S1sを通して2つのコイルL1,L2のそれぞれの一端へ流入する。また、2つのコイルL1,L2は、互いに同じ形状を有し、線路体S1,S2も、互いに同じ形状を有している。このようにすることで、高周波電源1から見て、コイルL1および線路体S1とコイルL2および線路体S2とは、互いに同じ高周波特性(つまり、同じ電気長)を有する。
Specifically, in the ninth embodiment, as shown in FIG. 14, one end of the line body S1s is connected to the high-
例えば、コイルL1,L2および線路体S1sの電気長の電気長が、λ/4(λ:マイクロ波の波長)である場合には、図14に示すような電流分布となり、コイルL1,L2は、定在波の節ではなく、定在波の腹の近傍に位置し、コイルL1,L2に十分なマイクロ波の電流が流れ、マイクロ波の磁場が誘起される。 For example, when the electrical lengths of the coils L1 and L2 and the line body S1s are λ/4 (λ is the wavelength of the microwave), the current distribution is as shown in FIG. , near the antinodes of the standing wave, rather than the nodes of the standing wave, sufficient microwave current flows through the coils L1 and L2 to induce a microwave magnetic field.
実施の形態10. Embodiment 10.
図15は、本発明の実施の形態10に係る高周波磁場発生装置の構成を示す回路図である。 FIG. 15 is a circuit diagram showing the configuration of a high-frequency magnetic field generator according to Embodiment 10 of the present invention.
実施の形態10に係る高周波磁場発生装置では、図15に示すように、2つのコイルL1,L2が、並列接続され、2つのコイルL1,L2の接続点に、それぞれ伝送線路部としての伝送線路S1sが接続されている。実施の形態10では、1つの伝送線路S1sによって、2つのコイルL1,L2が定在波の節以外に位置するように電流分布が設定される。 In the high-frequency magnetic field generator according to the tenth embodiment, as shown in FIG. 15, two coils L1 and L2 are connected in parallel, and a connection point between the two coils L1 and L2 is provided with a transmission line as a transmission line section. S1s are connected. In the tenth embodiment, one transmission line S1s sets the current distribution such that the two coils L1 and L2 are located outside the nodes of the standing wave.
具体的には、実施の形態10では、図15に示すように、第1線路体S1sの一端が第1インピーダンスマッチング部11を介して高周波電源1が接続されており、第1線路体S1sの他端が2つのコイルL1,L2の一方の接続点に接続されている。また、2つのコイルL1,L2の他方の接続点に第1線路体S1sの一端が接続されている。また、第1線路体の他端が第2インピーダンスマッチング部11の一端部に接続する。更に、第2インピーダンスマッチング部11の一端部が開放されている。したがって、マイクロ波の電流が高周波電源1から第1インピーダンスマッチング部11および第1線路体S1sを通して2つのコイルL1,L2のそれぞれの一端へ流入する。また、2つのコイルL1,L2は、互いに同じ形状を有し、線路体S1,S2も、互いに同じ形状を有している。このようにすることで、高周波電源1から見て、コイルL1および線路体S1とコイルL2および線路体S2とは、互いに同じ高周波特性(つまり、同じ電気長)を有する。
Specifically, in the tenth embodiment, as shown in FIG. 15, one end of the first line body S1s is connected to the high-
例えば、コイルL1,L2および線路体S1sの電気長の電気長が、λ/2(λ:マイクロ波の波長)である場合には、図15に示すような電流分布となり、コイルL1,L2は、定在波の節ではなく、定在波の腹の近傍に位置し、コイルL1,L2に十分なマイクロ波の電流が流れ、マイクロ波の磁場が誘起される。 For example, when the electrical lengths of the coils L1 and L2 and the line body S1s are λ/2 (λ is the wavelength of the microwave), the current distribution is as shown in FIG. , near the antinodes of the standing wave, rather than the nodes of the standing wave, sufficient microwave current flows through the coils L1 and L2 to induce a microwave magnetic field.
実施の形態11.
図16は、本発明の実施の形態11に係る高周波磁場発生装置の構成を示す図である。
FIG. 16 is a diagram showing the configuration of a high-frequency magnetic field generator according to
この実施の形態11では、コイルL1,L2が、所定の厚みを有する基板61の表裏面に、互いに平行な金属パターンとして形成されている。また、コイルL1,L2の中心を貫くような貫通孔62が設けられている。この貫通孔62により、試料の一方側において、一対のコイルL1,L2の両方が所定距離だけ離間して配置される場合だけではなく、コイルL1,L2の間の任意の位置に試料が配置される場合でも、試料に対して高周波交流磁場を印加することができる。
In the eleventh embodiment, coils L1 and L2 are formed as mutually parallel metal patterns on the front and rear surfaces of a
さらに、図16に示すように、基板61の肉厚内において、コイルL1,L2の径方向に平行な貫通孔63,64が形成されるようにしてもよい。その場合、貫通孔63からレーザ光が入射し、その光は上記貫通孔62内の試料(未図示)に照射され、その反射光がこの貫通孔62を通し、上下方向に反射され、顕微鏡で検出できる。一方、レーザ光のうち、試料を貫いた光が貫通孔64から出射する。そのため、その出射光を観測するようにしてもよい。また、光の屈折のことを考慮し、貫通孔64の径を貫通孔63の径より大きくしてもよい。
Further, as shown in FIG. 16, through
また、この実施の形態11では、基板61がコイルL1とコイルL2により挟まれているため、コイルL1,L2の安定な形状形成、両者間の安定な距離の保持など、様々の面において機械的な正常および電気的な性能が優れている。
Further, in the eleventh embodiment, since the
実施の形態12. Embodiment 12.
図17は、本発明の実施の形態12に係る高周波磁場発生装置の構成を示す図である。 FIG. 17 is a diagram showing the configuration of a high-frequency magnetic field generator according to Embodiment 12 of the present invention.
実施の形態12では、実施の形態11における上述のコイルL1,L2の代わり、板状コイルLaを備える。所定の厚みを有する基板81に貫通孔82が設けられている。板状コイルLaは、貫通孔内に配置されている。実施の形態12では、板状コイルLaの断面の長手方向が基板81の垂直方向となるように、板状コイルLaが、貫通孔82に面する基板81の内壁上に固定されている。板状コイルLaの断面は、略矩形となっている。なお、貫通孔82は、スルーホールでもよく、板状コイルLaは、例えば銅板などといった薄い金属板を折り曲げて成形してものでもよく、貫通孔82としてのスルーホールの内周面に、メッキなどで形成された金属箔でもよい。
The twelfth embodiment includes a plate-like coil La instead of the coils L1 and L2 described above in the eleventh embodiment. A through
また、実施の形態12では、貫通孔82は、断面が円形である観測孔部82aを有する。そして、板状コイルLaの4本のエッジ部分LaEU,LaEL(特に観測孔部82aにおけるエッジ部分)のうちの上端側のエッジ部分LaEUの1本および下端側のエッジ部分LaELの1本は、電子スピン共鳴材料を挟むように、もしくは電子スピン共鳴材料の一方側において、所定の間隔で互いに平行に配置された2つのコイルとして機能する。つまり、高周波(特にMHzオーダー以上)に起因する表皮効果によって、板状コイルLaのエッジ部分LaEU,LaELに集中して電流が流れるため、実質的に、上端側のエッジ部分LaEUと下端側のエッジ部分LeELとが別々のコイルとして機能する。なお、ヘルムホルツコイルのレイアウトと同様にするために、板状コイルLaの高さ(断面の長辺長さ)を板状コイルLaの円形部分の半径と略同一とすることが好ましい。また、板状コイルLaと顕微鏡の鏡筒との間の浮遊容量の変動を抑制するために、板状コイルLaの幅(断面の短辺長さ)は、板状コイルLaの高さより十分小さいほうが好ましい。
Further, in the twelfth embodiment, the through
そして、この貫通孔82により、試料の一方側において、板状コイルLaの上端側のエッジ部分LaEUおよび下端側のエッジ部分LaELの両方が所定距離だけ離間して配置される場合だけではなく、板状コイルLaの上端側のエッジ部分LaEUおよび下端側のエッジ部分LaULの間の任意の位置に試料が配置される場合でも、試料に対して高周波交流磁場を印加することができる。
With this through
さらに、図17に示すように、基板61の肉厚内において、板状コイルLaの円形部分の径方向に平行な貫通孔83,84が形成され、貫通孔83,84の延長線上に板状コイルLaの貫通孔85a,85bが形成されるようにしてもよい。その場合、貫通孔83および貫通孔85aからレーザ光が入射し、その光は上記貫通孔82内の試料(未図示)に照射され、その反射光がこの貫通孔82を通し、上下方向に反射され、顕微鏡で検出できる。一方、レーザ光のうち、試料を貫いた光が貫通孔85bおよび貫通孔84から出射する。そのため、その出射光を観測するようにしてもよい。また、光の屈折のことを考慮し、貫通孔85b,84の径を貫通孔83,85aの径より大きくしてもよい。
Further, as shown in FIG. 17, through-
なお、実施の形態12に係る高周波磁場発生装置のその他の構成および動作については、実施の形態9および実施の形態11のいずれか、またはそれらの組み合わせと同様であるので、その説明を省略する。 Other configurations and operations of the high-frequency magnetic field generator according to the twelfth embodiment are the same as those of the ninth and eleventh embodiments, or a combination thereof, and thus descriptions thereof will be omitted.
以上のように、上記実施の形態12によれば、上述の板状コイルLaを適用することで、コイルでの直流抵抗が低くなる。また、観測用の顕微鏡の筐体などの金属製の物体やサンプル台などの誘電体の物体がコイルの周囲に存在している場合、そのような物体の存在に起因する共鳴周波数が変動することがあるが、上述の板状コイルLaを適用することで、そのような共鳴周波数の変動を抑制することができる。 As described above, according to the twelfth embodiment, by applying the plate-like coil La described above, the DC resistance in the coil is reduced. In addition, if metallic objects such as the housing of a microscope for observation or dielectric objects such as a sample table exist around the coil, the resonance frequency due to the presence of such objects will fluctuate. However, by applying the above-described plate-shaped coil La, it is possible to suppress such fluctuations in the resonance frequency.
例えば、基板の厚みが1.6mmであり、板状コイルLaの円形部分の半径2mmである場合、本実施の形態12での共鳴周波数は、試料が貫通孔82内に配置された状態では2.96GHzであり、顕微鏡のレンズが1.5mmの距離に配置された状態では、2.965GHzであった。一方、比較例の場合、試料が貫通孔内に配置された状態では2.84GHzであり、顕微鏡のレンズが1.5mmの距離に配置された状態では、2.89GHzであった。このように、共鳴周波数の変動が抑制されている。
For example, when the thickness of the substrate is 1.6 mm and the radius of the circular portion of the plate-shaped coil La is 2 mm, the resonance frequency in the twelfth embodiment is 2 mm when the sample is placed in the through-
実施の形態13.
図18は、本発明の実施の形態13に係る高周波磁場発生装置の構成を示す図である。実施の形態13では、貫通孔82が略矩形形状を有し、板状コイルLaは、貫通孔82内に配置されている。実施の形態13では、板状コイルLaが、貫通孔82に面する基板81の内壁から突出するように固定されている。
Embodiment 13.
FIG. 18 is a diagram showing the configuration of a high-frequency magnetic field generator according to Embodiment 13 of the present invention. In the thirteenth embodiment, the through
なお、実施の形態13に係る高周波磁場発生装置のその他の構成および動作については、実施の形態12と同様であるので、その説明を省略する。 Other configurations and operations of the high-frequency magnetic field generator according to the thirteenth embodiment are the same as those of the twelfth embodiment, so description thereof will be omitted.
なお、上述の実施の形態に対する様々な変更および修正については、当業者には明らかである。そのような変更および修正は、その主題の趣旨および範囲から離れることなく、かつ、意図された利点を弱めることなく行われてもよい。つまり、そのような変更および修正が請求の範囲に含まれることを意図している。 Various changes and modifications to the above-described embodiments will be apparent to those skilled in the art. Such changes and modifications may be made without departing from the spirit and scope of its subject matter and without diminishing its intended advantages. It is therefore intended that such changes and modifications be covered by the claims.
例えば、上記実施の形態において、上述の2つの線路体の端部を開放または短絡せずに、2つの線路体を所定の抵抗値で終端するようにしてもよい。 For example, in the above embodiment, the two line bodies may be terminated with a predetermined resistance value without opening or short-circuiting the ends of the two line bodies.
また、上記実施の形態4において、コイルL11,L21を取り除き、線路体S11,S21を互いに接続し、その接続点に高周波電源1を接続するようにしてもよい。
Further, in the fourth embodiment, the coils L11 and L21 may be removed, the line bodies S11 and S21 may be connected to each other, and the high-
また、上記実施の形態では、伝送線路部として線路体が使用しているが、必要に応じて、上述の線路体を集中定数回路に置き換えてもよい。 Further, in the above embodiments, the line body is used as the transmission line section, but the above-described line body may be replaced with a lumped constant circuit, if necessary.
また、上記実施の形態では、ODMR材料としてNVCを有するダイヤモンドを例示しているが、その代わりに、他のカラーセンター(例えば、SiCカラーセンターや、ZnO、GaN、Si、有機物などのカラーセンター)を有するODMR材料を使用してもよい。なお、高周波電源1は、各カラーセンターに応じた周波数のマイクロ波の電流を生成する。
Further, in the above embodiments, diamond having NVC is exemplified as the ODMR material, but other color centers (for example, SiC color centers, ZnO, GaN, Si, organic color centers, etc.) can be used instead. ODMR material may be used. The high-
また、上記実施の形態では、高周波磁場発生装置が、コイルの開口面積とほぼ同じ領域で均一の磁場を形成することができる。そのため、特に100MHz以上の高周波領域においては、ODMRに適用されているが、EDMRなど、電子スピン共鳴を利用した他の計測に適用してもよい。図19は、本発明の実施の形態6に係る高周波磁場発生装置から発する磁場に関するシミュレーション結果を示す図である。このシミュレーションでは、電源からコイルL1、L2には約3GHzの電流が供給される条件で実施され、その結果、図19に示すように、コイルL1,L2の円心からその開口面積のほぼ全領域においては、均一の磁場(例えば、磁場強度の中心値から10%の誤差を有する領域)が発生されることが示されている。 Further, in the above embodiment, the high-frequency magnetic field generator can form a uniform magnetic field in an area substantially equal to the open area of the coil. Therefore, especially in the high frequency region of 100 MHz or higher, although it is applied to ODMR, it may be applied to other measurements using electron spin resonance such as EDMR. FIG. 19 is a diagram showing simulation results regarding the magnetic field emitted from the high-frequency magnetic field generator according to Embodiment 6 of the present invention. This simulation was performed under the condition that a current of about 3 GHz was supplied from the power supply to the coils L1 and L2. As a result, as shown in FIG. have been shown to generate a uniform magnetic field (eg, regions with 10% error from the central value of the magnetic field strength).
また、100MHz以下の領域においても、本発明の各実施の形態に係る高周波磁場発生装置も従来のコイル型発振器と同様に使える。 Also, in the region of 100 MHz or less, the high-frequency magnetic field generators according to the embodiments of the present invention can be used in the same manner as the conventional coil-type oscillator.
本発明は、例えば、光検出磁気共鳴用の高周波磁場発生装置に適用可能である。 The present invention is applicable, for example, to a high-frequency magnetic field generator for photodetection magnetic resonance.
1 高周波電源
11 インピーダンスマッチング部
21,81 基板
82 貫通孔
L1,L2,L1-i,L2-i,L11,L12,L21,L22 コイル
La 板状コイル
S1,S1s,S2,S11,S21 線路体(伝送線路部の例)
1 high-
Claims (9)
前記2つのコイルに導通するマイクロ波の電流を生成する高周波電源と、
前記2つのコイルに接続された伝送線路部と、
を備え、
前記2つのコイルおよび前記伝送線路部において定在波が形成され、
前記伝送線路部は、前記2つのコイルが前記定在波の節以外に位置するように電流分布を設定すること、
を特徴とする高周波磁場発生装置。 two coils arranged parallel to each other at a predetermined interval so as to sandwich the electron spin resonance material or on one side of the electron spin resonance material;
a high frequency power source that generates a microwave current that conducts through the two coils;
a transmission line section connected to the two coils;
with
A standing wave is formed in the two coils and the transmission line section,
The transmission line section sets the current distribution such that the two coils are positioned outside the node of the standing wave;
A high-frequency magnetic field generator characterized by:
前記2つの伝送線路は、前記2つのコイルにそれぞれ接続されており、
前記2つの伝送線路のそれぞれの一端が開放されるか、もしくは同一周波数で所定のインピーダンスを有する回路と接続され、
前記2つの伝送線路のそれぞれの他端が前記2つのコイルのそれぞれの一端に接続され、
前記マイクロ波の電流が前記高周波電源から前記2つのコイルのそれぞれの他端へ流入すること、
を特徴とする請求項1記載の高周波磁場発生装置。 The transmission line section is two transmission lines,
The two transmission lines are respectively connected to the two coils,
one end of each of the two transmission lines is open or connected to a circuit having a predetermined impedance at the same frequency,
The other end of each of the two transmission lines is connected to one end of each of the two coils,
the microwave current flowing from the high-frequency power supply to the other end of each of the two coils;
The high-frequency magnetic field generator according to claim 1, characterized by:
前記2つの伝送線路は、前記2つのコイルにそれぞれ接続されており、
前記2つのコイルのそれぞれの一端が短絡されており、
前記2つのコイルのそれぞれの他端が前記2つの伝送線路のそれぞれの一端に接続され、
前記マイクロ波の電流が前記高周波電源から前記2つの伝送線路のそれぞれの他端へ流入すること、
を特徴とする請求項1記載の高周波磁場発生装置。 The transmission line section is two transmission lines,
The two transmission lines are respectively connected to the two coils,
one end of each of the two coils is short-circuited;
The other end of each of the two coils is connected to one end of each of the two transmission lines,
the microwave current flowing from the high-frequency power supply to the other end of each of the two transmission lines;
The high-frequency magnetic field generator according to claim 1, characterized by:
前記2つのコイルは、前記基板の一方の面に配置され、
前記伝送線路部は、切欠リング状の線路部材であり、前記基板の他方の面に配置されること、
を特徴とする請求項1記載の高周波磁場発生装置。 further comprising a substrate,
the two coils are arranged on one side of the substrate;
The transmission line portion is a notched ring-shaped line member and is arranged on the other surface of the substrate;
The high-frequency magnetic field generator according to claim 1, characterized by:
前記伝送線路部は、それぞれ、前記基板上の配線パターンであること、
を特徴とする請求項1載の高周波磁場発生装置。 further comprising a substrate,
each of the transmission line portions is a wiring pattern on the substrate;
The high-frequency magnetic field generator according to claim 1, characterized by:
前記2つのコイルは、並列接続されており、
前記1つの伝送線路は、前記2つのコイルの接続点に接続されていること、
を特徴とする請求項1載の高周波磁場発生装置。 The transmission line section is one transmission line,
The two coils are connected in parallel,
The one transmission line is connected to a connection point of the two coils;
The high-frequency magnetic field generator according to claim 1, characterized by:
少なくとも2対のコイルと、
前記2対のコイルのそれぞれ一方のコイルの間の伝送線路と前記2対のコイルのそれぞれ他方のコイルの間の伝送線路とを含む少なくとも2つの伝送線路とを備え、
前記高周波電源は、前記少なくとも2対のコイルのそれぞれの対となる2つのコイルに導通するマイクロ波の電流を生成し、
前記少なくとも2対のコイルのそれぞれの対は、電子スピン共鳴材料を挟むように、もしくは電子スピン共鳴材料の一方側において、所定の間隔で互いに平行に配置され、
前記少なくとも2対のコイルにおける各対のコイルおよび前記伝送線路部において定在波が形成され、
前記少なくとも2つの伝送線路は、前記少なくとも2対のコイルのそれぞれのコイルが前記定在波の節以外に位置するように電流分布を設定すること、
を特徴とする高周波磁場発生装置。 a high frequency power supply;
at least two pairs of coils;
At least two transmission lines including a transmission line between one of the two pairs of coils and a transmission line between the other of the two pairs of coils,
The high-frequency power source generates a microwave current that conducts through two coils of each of the at least two pairs of coils;
each pair of the at least two pairs of coils are arranged parallel to each other with a predetermined spacing on either side of the electron spin resonant material or on one side of the electron spin resonant material;
standing waves are formed in each pair of coils in the at least two pairs of coils and in the transmission line section;
setting the current distribution of the at least two transmission lines so that each coil of the at least two pairs of coils is located outside a node of the standing wave;
A high-frequency magnetic field generator characterized by:
前記基板における貫通孔と、
前記貫通孔内に配置された板状コイルと、
前記板状コイルに導通するマイクロ波の電流を生成する高周波電源と、
前記板状コイルに接続された伝送線路部とを備え、
前記板状コイルおよび前記伝送線路部において定在波が形成され、
前記伝送線路部は、前記板状コイルが前記定在波の節以外に位置するように電流分布を設定し、
前記板状コイルの断面の長手方向は、前記板状コイルの高さ方向であって、前記基板の垂直方向であり、
前記板状コイルの4本のエッジ部分のうちの上端側の1本および下端側の1本は、電子スピン共鳴材料を挟むように、もしくは電子スピン共鳴材料の一方側において、所定の間隔で互いに平行に配置された2つのコイルとして機能すること、
を特徴とする高周波磁場発生装置。 a substrate;
a through hole in the substrate;
a plate-like coil arranged in the through hole;
a high-frequency power source that generates a microwave current that conducts to the plate-shaped coil;
A transmission line unit connected to the plate-shaped coil,
A standing wave is formed in the plate-like coil and the transmission line portion,
wherein the transmission line section sets a current distribution such that the plate-like coil is located outside the node of the standing wave;
the longitudinal direction of the cross section of the plate-like coil is the height direction of the plate-like coil and the vertical direction of the substrate;
Of the four edge portions of the plate-like coil, one on the upper end side and one on the lower end side are arranged at a predetermined interval so as to sandwich the electron spin resonance material or on one side of the electron spin resonance material. functioning as two coils arranged in parallel;
A high-frequency magnetic field generator characterized by:
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