JPH0584473B2 - - 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１３図に斜視図、
第１４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とにより
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マイクロ波磁界が共振器
内全域に存在するので、これをすべて利用でき、
感度的に有利であるという特徴がある。

［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、例えば生体関連試料の
ように水分の多い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、共振器のＱも大
幅に低下してしまうという問題点があつた。その
ため、水分の多い試料については高い感度の測定
は望めなかつた。

本発明は、水分の多い試料を挿入しても共振周
波数の変化が少なく、Ｑの低下も少なくし得るル
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、第１の本発明は、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の誘電体板を前
記ループに直接接するように配置したことを特徴
としている。

さらに、第２の本発明は、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
ツトよりも幅広の誘電体板を前記ループに直接接
するように配置すると共に、前記スリツトを前記
ループの外側から覆うように導電材料により形成
される第２のシールド板を前記ループと絶縁して
配置し、該第２のシールド板と前記ループとの間
に誘電体スペーサを介挿すると共に、該第２のシ
ールド板及び誘電体スペーサを前記スリツトを横
切る方向に移動可能に設けたことを特徴としてい
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１４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よりも幅広で、ループ１
の内側から該スリツト部を覆うように配置される
誘電体板である。この誘電体板の材料としては、
テフロンやアルミナのように低損失の誘電体が用
いられる。

ところで、ループギヤツプ共振器は等価回路と
して基本的に第２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３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２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。試
料によるマイクロ波の吸収もあつて、Ｑも低下す
るのである。

ところが、本発明のようにスリツト部分を内側
から誘電体板で覆うと、ループ部に生じる電気力
線は第３図a′のように誘電体内を集中的に通るよ
うになり、ループ中心部を通る電気力線の数は減
少し、ループ部の浮遊容量も第３図b′のように誘
電体部分に集中することになる。その結果、試料
をループ内部に挿入しても、挿入された試料が切
る電気力線の数が減少するため、試料挿入による
影響は少なくなり、共振周波数の変化が抑制され
ると共に、Ｑの低下も抑制される。

第１図に示す各部の寸法は、例えばr₀＝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。

第４図は生理食塩水を満たした同一長さで径の
異なる４種の試料管を順次この寸法の共振器内へ
挿入し、共振器内への試料挿入量と共振周波数の
関係を測定した結果を示す。試料量のパラメータ
としては、共振器内への試料充填率η＝Ｙ／Y₀
（ここで、Y₀はループ内断面積、Ｙは試料が占め
る断面積）を用い、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。

第４図において△印が第１図の共振器の場合
で、×印は誘電体６を抜き出した無装着の場合
（即ち従来通りの構成）である。第４図から、変
化率（直線の傾き）は誘電体板６を装着した本発
明の共振器の方が無装着の場合よりも緩やかにな
り、試料挿入量の変化による共振周波数の変化量
が小さくなつていることが分る。

第５図は共振器内への試料挿入量とＱの関係を
第４図の場合と同様にして測定した結果を示す。
△印が第１図の共振器の場合で、×印は誘電体６
を抜き出した無装着の場合（即ち従来通りの構
成）である。第５図から、誘電体板６を装着する
ことによりＱの低下が改善されていることが分
る。

上述の如く、誘電体板６によりスリツト部をル
ープ内側から覆うことにより、共振周波数の変化
及びＱの低下を少なくできるが、第６図に示す本
発明の他の実施例のように、誘電体板６の表面に
誘電材料により形成されるシールド板７を重ねる
ことにより、共振周波数の変化及びＱの低下を更
に少なくすることができる。

このような構成となせば、シールド板７が加わ
つたことにより、ループ１内の電気力線は第３図
a″に示すようにスリツト部とシールド板７との間
に更に集中するので、ループ内の残留電気力線は
極めて少なくなる。そのため、共振器内に試料を
挿入しても、共振周波数の変化もＱの低下も更に
少なくなる。

第４図及び第５図における○印が誘電体として
テフロン（誘電率2.0）を用いた場合、●印が誘
電体としてアルミナ（誘電率10.3）を用いた場合
の測定結果である。シールド板と誘電体板を併用
することにより、共振周波数の変化率は更に緩や
かになり、Ｑの低下も著しく改善されていること
が分る。又、両図から高い誘電率を持つ材料を誘
電体板として用いる程効果があることも分る。

尚、上記実施例ではスリツトが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
スリツトを誘電体で覆うようにすれば良い。

又、上述した実施例ではループ内に誘電体板あ
るいは誘電体板とシールド板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誘電体板やシールド板
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７図に示
すように、ループ１内面の誘電体板及びシールド
板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、そこに誘電体板あるいは誘電
体板とシールド板を収容するようにすれば、ルー
プ内面に段差がなくなり、上述した不都合をなく
すことが可能である。

上述の如く、本発明によれば、試料を挿入した
場合の共振周波数の変化が小さいループギヤツプ
共振器が実現されるが、共振周波数の変化を完全
になくすことは不可能である。第８図はその点を
考慮し、共振周波数の変化を補正することのでき
る手段を備えた実施例を示す。第９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
に導電材料で形成されるシールド板８を配置し、
このシールド板８とループ１の間に誘電体板９を
介挿すると共に、シールド板８と誘電体９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。上記誘電体板９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板８と
して例えばアルミ箔が取付けられる。

上記シールド板８及び誘電体板９の形状を、第
９図のような長方形ではなく、第１０図のような
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３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２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るかたち
で表わされる。

そして、シールド板８及び誘電体板９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Ｃ１，Ｃ２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１１図ａ，ｂは、第９図及び第１０図の例に
ついて夫々第１１図ａ，ｂに示すような寸法と、
スリツトとの重なり△ｌを設定した時、△ｌ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、●印が誘電体板９の厚さ1.0mm、
■印が同じく厚さ0.5mm、▲印が同じく厚さ01.mm
の場合である。

第１１図ａ，ｂから、△ｌ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１１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及びＱの低下が少な
いループギヤツプ共振器が実現される。

更に、第８図の実施例のようにスリツトの外側
に誘電体板とシールド板を移動可能に配置すれ
ば、共振周波数を可変でき、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図はループギヤツプ
共振器の等価回路を示す図、第３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４図は共振器内への試料挿入量と
共振周波数との関係を測定した結果を示す図、第
５図は共振器内への試料挿入量とＱとの関係を測
定した結果を示す図、第６図は本発明の他の実施
例を示す断面図、第７図はループ内に段差をなく
した実施例を示す図、第８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図、第９図及び
第１０図は第８図に示し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１１図は△ｌ
と共振周波数の関係を測定した結果を示す図、第
１２図は第１１図の測定の際の寸法及び△ｌを示
す図、第１３図及び第１４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……誘電体板、７
……シールド板。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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の誘電
   体板を前記ループに直接接するように配置したこ
   とを特徴とするループギヤツプ共振器。 ２ 前記誘電体板の上に導電材料より形成される
   シールド板を前記ループと絶縁して重ねて配置し
   たことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   ループギヤツプ共振器。 ３ 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の誘電
   体板を前記ループに直接接するように配置すると
   共に、前記スリツトを前記ループの外側から覆う
   ように導電材料により形成される第２のシールド
   板を前記ループと絶縁して配置し、該第２のシー
   ルド板と前記ループとの間に誘電体スペーサを介
   挿すると共に、該第２のシールド板及び誘電体ス
   ペーサを前記スリツトを横切る方向に移動可能に
   設けたことを特徴とするループギヤツプ共振器。