JPH0584472B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は電子スピン共鳴装置に用いられるルー
プギヤツプ共振器に関するものである。

［従来技術］ 近時、電子スピン共鳴装置で用いる共振器とし
てループギヤツプ共振器が注目されている。

ループギヤツプ共振器は、第１５図に斜視図、
第１６図に横断面図を夫々示すように、導電材料
により形成される円筒型のループ１と、該ループ
を一定幅で中心軸Ｏの方向に切り欠くこれにより
形成されるスリツト２とから成り、試料は中心軸
に沿つてループ内に挿入される。３は全体をシー
ルドするための金属円筒、４は共振器を外部回路
と接続するためのループアンテナ、５は同軸線路
である。

従来用いられて来た空胴共振器では、電場との
相互作用を最小とし、誘電損失によるＱの低下を
防ぐため、空胴の中心部のマイクロ波磁界の最も
強い位置に試料を挿入するので、空胴内のマイク
ロ波磁界の一部しか利用できないのに比べ、この
ループギヤツプ共振器では、共振器内のマイクロ
波磁界をすべて利用でき、感度的に有利であると
いう特徴がある。又、ループギヤツプ共振器のマ
イクロ波磁界はスリツト部に集まつているので、
試料に含まれる水分によるマイクロ波の損失が少
なく、水分を多く含む試料の測定に適していると
いう特徴もある。

［発明が解決しようとする問題点］ ところが、このように優れた特徴を持つループ
ギヤツプ共振器であるが、試料を共振器内部に挿
入すると、共振周波数が大幅に変化してしまうと
いう問題点があつた。

本発明は、試料の有無あるいは挿入量による共
振周波数の変化を少なくし得るループギヤツプ共
振器を提供することを目的としている。

［問題点を解決するための手段］ この目的を達成するため、本発明は、導電材料
により形成される円筒型のループと、該ループの
中心軸の方向に形成されるスリツトとを有する電
子スピン共鳴装置のループギヤツプ共振器におい
て、前記ループの内側表面に前記スリツトを前記
ループの内側から覆うように該スリツトよりも幅
広で導電材料により形成されるシールド部材を前
記ループに対して絶縁して配置したことを特徴し
ている。以下、図面を用いて本発明の実施例を詳
述する。

［実施例 １］ 第１図は本発明を実施したループギヤツプ共振
器の一例を示す断面図であり、第１６図と同一の
構成要素には同一番号が付されている。第１図に
おいて６はスリツト部２をループ１の内側からシ
ールドするため、ループ１の内面に該スリツト部
を覆うように配置されるシールド体で、絶縁スペ
ーサ７によつて該シールド体とループ１との間の
絶縁が図られている。この絶縁スペーサとしては
例えば紙の筒が用いられ、その表面にシールド体
として例えばアルミニウム箔が取付けられる。

第１図に示す各部の寸法は、例えばro＝10.0
mm，r1＝26.0mm，ｔ＝1.6mm，ｗ＝1.2mm、ループ
１の軸方向の長さｌ＝103.0mmである。その寸法
で、絶縁スペーサとシールド体を抜き出した無装
着の場合、この共振器の共振周波数は1.61GHzで
あつた。

第２図はこの無装着状態で、共振器内に生理食
塩水を挿入し、その挿入量と共振周波数の関係を
測定した結果を示す。測定はマイクロ波掃引発振
器と共振器との間にネツトワークアナライザを接
続して行つた。

この結果から、挿入試料量がゼロから４mlに増
加するのに従つて共振周波数は1.61GHzから、
1.56GHzへと徐々に低下し、例えば試料量1.5mlの
場合には約0.022GHz低下することが分る。

この共振周波数の低下について説明すると、ル
ープギヤツプ共振器は等価回路として第３図ａの
ように表わされる。スリツト部２が容量Ｃのコン
デンサに対応し、ループ部１がインダクタンスＬ
のコイルと抵抗Ｒに対応する。

高周波回路では、コイルはインダクタンスのみ
を生じるのではなく、浮遊容量も生じる。従つ
て、ループギヤツプ共振器のループ部にも第４図
ａに示すような電気力線が生じており、そのた
め、同図ｂのようにスリツト部のコンデンサＣに
ループ部のコンデンサを並列接続したものと等価
になる。等価回路的にも第３図ｂのように浮遊容
量C′が付加されたかたちで表わされる。

このループの内部に水分の多い試料を挿入する
と、挿入された試料による影響で浮遊容量が増
し、そのため共振周波数が低下するのである。

次に、本発明のようにスリツト部分の内側にシ
ールド体６を配置した場合について考慮すると、
このシールド体によりループ部に生じる電気力線
は第４図a′のようにスリツト部分に集中する。そ
のため、ループ部のコンデンサも第４図b′のよう
にスリツト部分に集中する。その結果、試料をル
ープ内部に挿入しても、挿入された試料による影
響は少なくなり、浮遊容量の増加も抑えられるた
め、共振周波数の変化は抑制されることになる。

第５図ａは、シールド体６の幅（第１図におけ
るＤ）をループ１の内周長（2πro）の1/4倍に設
定した場合における、試料（生理食塩水1.5ml）
挿入時の共振器の共振特性を示し、同図a′は同じ
く試料挿入前の共振特性を示す。試料挿入前に、
1.264GHzの位置にあつた第１の共振点、1.646G
Hzの位置にあつた第２の共振点は、試料挿入後、
1.262GHz、1.642GHzへと夫々0.002GHz、0.004G
Hz変化したにとどまつている。

シールド体６を装着しない場合には、第２図に
示したように生理食塩水1.5mlを挿入するとほぼ
0.022GHzも変化するのに比べれば、試料挿入に
よる共振周波数の変化を極めて小さくすることが
できる。

第５図ｂ，ｃは、シールド体６の幅Ｄをループ
１の内周長（2πr）の2/4，3/4倍に変えたものに
ついて同様に1.5mlの試料（生理食塩水）挿入時
の共振器の共振特性を示し、同図b′，c′は同じく
試料挿入前の共振特性を示す。第５図ａ，a′の場
合と同様に、試料挿入時の共振周波数の変化は少
ないことが分る。しかしながら、シールド体６の
幅が大きくなるにつれて共振特性が悪くなりＱの
低下が著しく、そのため、シールド体６の幅はル
ープ１の内周の1/4程度が望ましい。

第６図はこのＱの低下にも対処した実施例を示
す。本実施例は、シールド体６とループ１との間
に誘電体スペーサ８を介在させたことを特徴とし
ている。第６図に示す各部の寸法は、ro＝14.5
mm，r1＝40.0mm，ｔ＝5.0mm，ｗ＝0.5mm、ループ
１の軸方向の長さｌ＝28.0mmである。

このように誘電体を介在させると、ループ１内
の電気力線はこの誘電体内に更に集中的に通るた
め、試料が挿入される部分に存在する電気力線は
更に少なくなり、その結果、共振器内部に水分を
多く含む試料が配置されても該試料による誘電損
失は極めて小さくなる。そのため、共振器のＱの
低下を極めて小さくなし得る。

第７図は、第６図の実施例で共振器内の試料挿
入量（具体的には共振器内への試料充填率η＝
Ｙ／Yo（ここでYoはループ内断面積、Ｙは試料
断面積））に対する共振周波数の変化を調べた結
果を示す。●印は誘電体スペーサ８として誘電率
が10.3のアルミナを用いた場合、○印は誘電率が
2.0のテフロンを用いた場合で、×印は誘電体スペ
ーサ及びシールド体を装着しない場合の測定結果
である。尚、試料としては生理食塩水を用いてい
る。

第７図から、変化率（直線の傾き）は無装着の
場合に比べ緩やかになり、試料挿入量が変化して
も共振周波数の変化量は小さくなつていることが
分る。特に誘電率が大きな誘電体を用いると効果
が大きい。

第８図は、第６図の実施例で同様にＹ／Yoに
対する共振器のＱの変化を調べた結果を示す。第
７図と同様、黒丸は誘電体スペーサの誘電率が
10.3、白丸は誘電率が2.0の場合で、×印は無装着
の場合である。無装着の場合、Ｙ／Yoが増加す
るにつれて（換言すれば試料量が増加するにつれ
て）急激にＱが低下するに対し、第６図の実施例
ではＱの低下は極めて少なくなつていることが分
る。Ｑの変化に関しても、誘電率の大きな誘電体
スペーサを用いた方が効果が大きい傾向が見られ
る。

尚、上記実施例でスリツトが１つのループギヤ
ツプ共振器に本発明を適用したが、複数のスリツ
トを持つループギヤツプ共振器の場合には、各ス
リツトにシールド体を装着すれば良い。

又、上述した実施例ではループ内にシールド部
材あるいはシールド部材と誘電体スペーサによる
段差が出来ており、試料をループ内へ挿脱する際
に邪魔になつたり、試料との接触によりシールド
部材や誘電体スペーサが破損するようなことも考
えられる。そこで、ループ１の厚みに余裕がある
場合には、第９図に示すように、ループ１内面の
シールド部材及び誘電体スペーサを配置すべき部
分にそれらの厚み及び大きさに合わせて溝を掘
り、そこでシールド部材あるいはシールド部材と
誘電体スペーサを収容するようにすれば、ループ
１の内面に段差がなくなり、上述した不都合を除
くことが可能である。

第１０図は試料を挿入した際に生じる前述した
共振周波数の変化を補正する手段を備えた実施例
を示す。第１１図は、そのループの部分を外側か
ら見た斜視図である。

本実施例では、スリツト２を外側から覆うよう
に誘電材料で形成されるシールド体９を配置し、
該シールド体９とループ１との間に誘電体スペー
サを介挿すると共に、該シールド体９と誘電体ス
ペーサ１０を一体としてスリツト２を横切る方向
に移動可能に設けている。上記誘電体スペーサ１
０としては、例えばテフロンの薄板が用いられ、
その表面にシールド体９として例えばアルミ箔が
取付けられる。

上記シールド体９及び誘電体スペーサの形状
を、第１１図のような長方形ではなく、第１２図
に示すような台形とし、その斜辺がスリツト２を
横切るようにしても良い。

このような構成となせば、第４図ｃに示すよう
にループ部の外側にコンデンサＣ１，Ｃ２が形成
され、その結果等価回路的にも第３図ｃに示すよ
うにコンデンサＣ１，Ｃ２を直列接続した合成コ
ンデンサC″がループの外側に付加されたかたち
で表わされる。

そして、シールド体９及び誘電体スペーサ１０
をスリツト２を横切るように移動させれば、スリ
ツト２との重なり具合が変化するため、上記Ｃ
１，Ｃ２の値が変化し、従つて共振器の共振周波
数を変化させることができる。

第１３図ａ，ｂは、第１１図及び第１２図の例
について夫々第１４図ａ，ｂに示すような寸法を
与えると共に、スリツトとの重なり長さΔlを設
定した時、Δlによつて共振周波数がどのように
変化するかを測定した結果を示し、●印が誘電体
スペーサ１０の厚さ1.0mm、■印が同じく厚さ0.5
mm、▲印が同じく厚さ0.1mmの場合である。

第１３図ａ，ｂから、Δlが大きくなるにつれ
てＣ１，Ｃ２の合成容量C″が増加し、それによ
り共振周波数が低下することが分る。又、その共
振周波数の変化は、第１３図ｂの方が緩やかであ
り、従つて、台形状のものを用いた方が共振周波
数の微調整に適している。

［効果］ 以上詳述した如く、本発明によれば、試料の挿
入量による共振周波数の変化が少ないループギヤ
ツプ共振器が実現される。

更に、第６図の実施例のようにシールド体とル
ープとの間に誘電体を介在させれば、共振周波数
の変化ばかりでなく、併せて試料の挿入量による
Ｑの変化を少なくすることも可能である。

更に、第１０図の実施例のようにスリツトの外
側に誘電体スペーサとシールド体を移動可能に配
置すれば共振周波数を変化させることができ、試
料挿入による共振周波数の変化を補正することも
可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施したループギヤツプ共振
器の一例を示す断面図、第２図はシールド体無装
着の状態で試料挿入量による共振周波数の変化を
測定した結果を示す図、第３図はループギヤツプ
共振器の等価回路を示す図、第４図はループ部に
おける電気力線の状態と浮遊容量の分布を説明す
るための図、第５図はシールド体６の幅を変えた
場合における、試料挿入時と非挿入時の共振器の
共振特性を示す図、第６図は本発明の他の実施例
を示す断面図、第７図は第６図の実施例で共振器
内の試料挿入量に対する共振周波数の変化を調べ
た結果を示す図、第８図は第６図の実施例共振器
内の試料挿入量に対するＱの変化を調べた結果を
示す図、第９図はループ内に段差をなくした実施
例を示す断面図、第１０図は共振周波数を変化さ
せる手段を備えた実施例を示す断面図、第１１図
及び第１２図は第１０図に示すた実施例において
ループ１の部分を外側から見た斜視図、第１３図
はΔlと共振周波数との関係を測定した結果を示
す図、第１４図は第１３図の測定の際の寸法及び
Δlを示す図、第１５図及び第１６図はループギ
ヤツプ共振器を説明するための斜視図及び横断面
図である。 １……ループ、２……スリツト、３……金属円
筒、４……ループアンテナ、６……シールド体、
７……絶縁スペーサ、８……誘電体スペーサ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 導電材料により形成される円筒型のループ
   と、該ループの中心軸の方向に形成されるスリツ
   トとを有する電子スピン共鳴装置のループギヤツ
   プ共振器において、前記ループの内側表面に前記
   スリツトを前記ループの内側から覆うように該ス
   リツトよりも幅広で導電材料により形成されるシ
   ールド部材を前記ループに対して絶縁して配置し
   たことを特徴とするループギヤツプ共振器。