JPH08500436A

JPH08500436A - 超伝導磁気共鳴プローブコイル

Info

Publication number: JPH08500436A
Application number: JP6500835A
Authority: JP
Inventors: ウイザーズ、リチャード・エス; リャン、グオ・チュン
Original assignee: Conductus Inc
Current assignee: Conductus Inc
Priority date: 1992-06-01
Filing date: 1993-05-28
Publication date: 1996-01-16
Also published as: WO1993024848A1; KR100277570B1; EP0654147B1; ATE213547T1; AU677590B2; US5276398A; CA2137079A1; AU4400493A; EP0654147A1; EP0654147A4; DE69331604D1

Abstract

(57)【要約】磁気共鳴プローブコイル（２０）が、超伝導フィルム（２４）を数回ターンしたもので構成されるらせんインダクタ（２２）で作られる。インダクタ全体にわたって互い違いの容量性要素（２６）が分布する。超伝導フィルム（２４）のターンは、文字通りらせんとするか、または、それらを、それらの周上の短い部分にわたってスリットを形成されかつ機能的らせんを実現するために接合される基本的に放射状のセグメントに接続された同心円とすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】超伝導磁気共鳴プローブコイル発明の分野この発明は、磁気共鳴を検出するために用いられる超伝導磁気共鳴プローブコイルに関する。特に、医療または他の用途のための磁気共鳴イメージングシステムにおける検出器として用いるのに好適な超伝導コイルのデザインに関する。発明の背景用途によっては、１−１０００ＭＨｚの周波数範囲において共鳴するためにキャパシタンスの付加によって同調させられる磁気ループセンサを有することが望ましい。極めて弱い磁場を検出するためには、そのようなセンサは生じる雑音が極めて低いレベルのものでなければならず、結果として、極めて低いレベルの抵抗およびしたがって低損失のものでなければならない。損失の最も低いセンサは、超伝導体材料で作られる。最近まで、超伝導体材料は、すべて、超伝導体として動作するためには３０Ｋ以下まで冷却しなければならなかった。この必要が、これらの材料に依存するシステムのコストおよび複雑さを著しく増大させていた。ここで説明されるセンサデザインは、高温超伝導体、すなわち、超伝導遷移温度（臨界温度またはＴｃ）が３０Ｋよりも高い超伝導材料に適するものである。ｃｕｐｒａｔｅｓ酸化物超伝導体およびｐｅｒｏｖｓｋｉｔｅｓとしても知られるこの後者の種類の材料は、バルク形状よりも薄膜として用いるのに適している。この物理化学的相違から、これらの材料を超伝導の用途において有用とするためには、新たな装置および回路デザインを必要としている。このデザインは、薄膜形状で入手可能なニオブ等の従来の超伝導体を用いて作成することもできる。磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）の用途によっては、約５ＭＨｚの共鳴周波数と、１０⁴そして高いときには１０⁶もの共鳴クォリティーファクタ（Ｑ）をコイルが有するような充分に低い抵抗とが望ましい。これらの高い値のＱによって示唆される低い抵抗は、コイルの内部的に生成された熱雑音が、撮像されている組織または物体、またはコイルに結合する前置増幅器等のイメージングシステム内の他の雑音源によって生成される雑音よりも小さくなることを確保するものである。このような高Ｑを達成するためには、ＬＣ共振器の等価直列抵抗が１００μ Ωから１ｍΩよりも小さいことが必要である。このような低い抵抗は、コイルおよびキャパシタの両方において超伝導薄膜のメタライゼーションを用いることによって達成される。このアプローチの主要な効果は、センサを単一の超伝導フィルムによって作成することができ、結果として、それをより容易かつ再現可能に製造することができることにある。この発明のいくつかの実施例をここにおいて開示する。この発明のある実施例は、（キャパシタンスＣを有する）内部分布する互い違い櫛歯状のインタディジタルキャパシタを備えた（インダクタンスＬを有する）複数ターンらせんコイルで構成される。この装置は自己共鳴モードで動作する。このデザインの１変化例においては、インダクタコイルの内側端とその外側端とは接続されていない。このような構成は、クロスオーバーのない、すなわち介在する誘電体層のない単一層の超伝導体において作成することが可能である。別のデザインは、櫛歯を交互に絡ませた形状のキャパシタの単一ターンを用い、インダクタらせんの内側端とその外側端との間でクロスオーバー接続を有している。この実施例は、（キャパシタンスＣを有する）周囲のインタディジタルキャパシタに接続する複数ターンらせんコイルで構成される。これは、約５ＭＨｚの共鳴周波数を用い、１μＨ程度のインダクタンスおよび１ｍΩ以下の等価直列抵抗を有する磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）の一定の用途において有用である。対応する共鳴Ｑ（Ｑｓ）は、１０¹⁴−１０¹⁶である。このような低損失は、コイルおよびキャパシタの両方において、超伝導薄膜メタライゼーションを用いることによって達成される。（らせんコイルの内側端に接続し、かつコイルのもう１つのターンと交差してキャパシタの１端子に達する）クロスオーバーも、超伝導でなければならず、このことは、絶縁薄膜の介在層を備えた超伝導体の２枚の薄膜を用いることによって達成される。このデザインは、単一層の変化例よりもより高い実効キャパシタンスを有し、より低い共鳴周波数を結果として生じる。それが回路全体を通してインタディジタルキャパシタを必要としないことから、それを単一層変化例よりも高いインダクタンスを備えて作ることもでき、クロスオーバーを犠牲にしてそれをより低い周波数で動作させることを可能にする。本発明の別の実施例は、互いに近接しかつそれらの相互インダクタンスがそれらの自己インダクタンスを強めるような電流の向きを備えて配置され、共鳴回路を形成するためにそれらの内側および外側極端において２個の環状キャパシタによって結合される、２個の複数ターンらせんコイルを用いる。そして、動作周波数を低下させるために、この構造のキャパシタンスを増大する。これらの実施例においての、主要な効果は、環状キャパシタの誘電体が好適な材料であればどのような層でも良く、共鳴周波数を低下させるために任意の薄さにすることができることにある。従来技術の説明１−１０００ＭＨｚの周波数範囲の場の検出のための従来の共鳴磁気センサは、超伝導ではない銅等の通常の金属を用いて作られていた。銅の抵抗率のため、これらのセンサは、大きな数のｍΩを超える抵抗および大きくても数千のＱに限定されたいた。これは、例えば極めて強力な磁場（約１テスラ以上）を備えたＭＲＩ装置等のほとんどのアプリケーションにおいては充分なものであるが、信号レベルの低いアプリケーションにおいてはそうではない。通常の金属で作られた薄膜型のセンサはさらに低いＱを有し、薄膜技術の利用を妨げていた。この発明は、共鳴センサのＱを飛躍的に向上させる為に超伝導材料を用いている点において異なっている。高温度種の高品質超伝導体は、むしろ（バルクまたは電線としてではなく）薄膜形状で最も容易に入手可能である。このことは、バルクの通常金属のものに用いられるものとは異なるインダクタおよびキャパシタの物体的デザインを必要とする。図１に示した実施例においては、（磁気信号を実際に受信する）インダクタが、２，３回から数回のターンのらせんでなっており、キャパシタはインダクタ全体に分布する互い違いにされた櫛歯状のものでなっている。このらせんは、真のらせん、らせん状に接続された同心円またはらせん状に接続された線分でなすことができる。超伝導メタライゼーションの利用は、インダクタおよびキャパシタの両方の低損失（およびしたがって高Ｑ）性を達成するために重要である。数十ミクロンの寸法に回路をパターン化するために写真平板技術が用いられ、それによって共鳴周波数を正確に制御している。このような技術の利用は、従来のバルク技術でも、これら新しい高温度超伝導体材料に適用可能な従来技術のバルク技術でも可能ではない。図１の実施例は単一層の超伝導材料から作られた超伝導コイルを示しているが、２層の超伝導材料から形成されたコイル構造を用いることも効果的となり得る。これらの２層が誘電体層によって分離されている場合、装置の共鳴キャパシタは、その層の両側において超伝導電極を形成することによって誘電体層を介して形成される。ここでは、キャパシタのためのデザイン基準がより従来的な形状のために幾分緩やかとなる一方で、超伝導材料の効果が保たれる。用途によっては、キャパシタのデザインフレキシビリティーをより享受するために、２つの超伝導層を作成することが効果的である。発明の課題および効果したがって、この発明の課題は、医療の用途においてあるいは非破壊評価（ＮＤＥ）等の他の非接触用途において、小さな磁場の検出器として用いられる極めて高いＱの磁気共鳴プローブコイルを得るために高温超伝導体を利用することにある。超伝導体の利用は、低損失（高Ｑ）動作の効果をもたらすばかりでなく、磁気共鳴イメージングに最も有用な１−１０００ＭＨｚの比較的低い周波数範囲において高いＱを提供する。超伝導体の高い臨界温度が、低臨界温度材料で作られた以前の磁気共鳴検出器システムよりもずっと緩やかな冷却条件での動作を可能にしている。以前のシステムは、本発明の高Ｑを達成することができなかったから、同様の感度のためには極めて高い磁場が必要であった。このことは、必然的に３０Ｋ以下にまで冷却された超伝導磁石の利用を必要とした。そのような極端な冷却条件は、冷却サブシステムがときとして検出サブシステム自体よりも大きい大規模かつ扱いにくいシステムを結果として生じた。本発明のより高い動作温度は、単に冷凍機を収容するための過大な場所の必要を減じている。この発明の別の目的は、製造が容易な磁気共鳴プローブコイルを提供することにある。互い違いのデザインの、１実施例を、超伝導材料の単一層において実施することができる。これは、２個以上の超伝導構成要素が電気的接触なしに互いの上を通過することを必要とせず、したがって、これは、中間絶縁層を用いることを必要としない。このクロスオーバーをなくしたことによって、必要とされる成膜ステップの回数を１回に削減しており、プロセスの製造収量を大幅に増加している。製造の容易さのためのこのデザインは、磁気共鳴プローブコイルに対して提案されることは以前には全くなかった。２重フィルムデザインの第２の好ましい実施例も、超伝導クロスオーバー、すなわち、２個以上の超伝導構成要素が電気的接触をすることなしに互いの上を通過する領域をなくしている。このデザインにおいては、超伝導材料の２つの別個の単層が成膜され、やはり製造の容易さから利益を受けている。そして、これらの層は、材料の超伝導層との適合性またはそのプロセスステップに対する条件がないことから、これの用途に最適な誘電特性に対して選択することのできる中間誘電体の両側に配置される。さらに、共鳴キャパシタが中間誘電体層を通して形成されることから、超伝導層がその上に成膜される基板は、それらが結晶成長および以降のプロセスにおける機械的支持体としてのみ用いられるから、最適な誘電特性を有する必要がない。そして、クロスオーバーを備えた単一層デザインが開示される。この実施例はより大きなインダクタンスを有し、より低い周波数で動作することを可能にしている。クロスオーバーはプロセスの複雑さを増すが、全体としてのデザインは簡単なままであり、用途によっては、低周波数動作が重要である。本発明のさらなる課題は、受け入れることのできる低損失を維持しながら、動作の周波数のより広い範囲を提供することにある。やはり超伝導材料で作られる整合ネットワークを付加することで、わずか１３ｄＢの損失を加える一方、プローブコイルのＱの逆数の１００倍までの周波数範囲にわたって動作を可能にする。このフレキシビリティーをもたらすものは、超伝導コイルおよびネットワークにおける固有の極めて小さな損失である。発明の概要そして、簡単にいって、この願書は、１−１０００ＭＨｚの範囲における磁気共鳴を検出するために有用な超伝導プローブコイルを開示するものである。実施例の１つにおいては、コイルが高温超伝導体の単一層から形成され、３０Ｋよりも高い温度で動作する。このコイルは、互い違い櫛歯状のらせんであり、したがって超伝導体がそれ自体と交差する必要はない。別の実施例は、誘電体層によって離間する超伝導体の２つの別個に成膜された層を用いている。このコイルも、３０Ｋ以上の温度で動作し、低信号ＭＲＩの医療および他の用途において用いるのに好適な同様の高いＱ性能をもたらす。さらに別の実施例は、クロスオーバーを備えたコイルである。この場合のキャパシタも、やはり誘導らせんの各ターンの間で互い違の櫛歯状にされているが、ここでは、互い違いの先端は、らせんの外側２つのターンの間にのみ存在する。そして、らせんの内側端は、クロスオーバーを介してインダクタの外側端に接続する。また、プローブコイルを外部前置増幅器に結合する超伝導整合ネットワークを開示する。このネットワークは、受け入れることのできる低損失の数字を維持しながら、１００またはそれ以上のファクタで、システムのバンド幅を広げる。図面の簡単な説明図１は、５回ターンらせんインダクタを備えた磁気共鳴プローブコイルの概略図である。図２は、同心の円弧でなる２回ターンらせんインダクタを備えた磁気共鳴プローブコイル概略図である。図３は、互い違いの櫛歯状にされたキャパシタをより明確に示す図２のプローブコイルの部分の拡大図である。図４は、繰り返し中間構成要素のいくつかを簡明のために省略して示すプローブコイルの等価回路図である。図５は、回路パラメータのいくつかを示す図４の等価回路図の詳細である。図６は、各ターンのキャパシタンスのすべてを集中キャパシタに組み込んだプローブコイルの簡単等価回路図である。図７は、基板がＬａＡｌＯ₃でありかつコイルがＹＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ_7-δの薄膜でパターン化された場合の、図２のプローブコイルの周波数応答を示す。図８は、前置増幅器に結合する広帯域整合ネットワークと共に示すプローブコイルの動作形状の概略図である。図９は、図８の整合ネットワークの等価回路図である。図１０は、図９の整合ネットワークの計算されたバンド幅応答を示す。図１１は、２重フィルム磁気共鳴プローブコイルの一層を形成する超伝導材料のパターンの概略図である。図１２は、コイルの作用部分を示す二重フィルム磁気共鳴プローブコイルの概略的部分断面図を示す。図１３は、それぞれの基板によって支持されるコイルの作用部分を示す二重フィルム磁気共鳴プローブコイルの概略断面図である。図１４は、二重フィルム磁気共鳴プローブコイルの等価回路である。図１４（ａ）は、２つの超伝導層の相互インダクタンスを明確に示す等価回路である。図１４（ｂ）は、相互インダクタンスおよび自己インダクタンスが、すべてのキャパシタンスと同様に集中させられたより簡単な等価回路である。図１５は、基板および超伝導フィルムが環を形成するようにパターン化された二重フィルム磁気共鳴プローブコイルの、概略断面図である。図１６は、基板がＬａＡｌＯ₃であり、コイルがＹＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ_7-δの薄膜でパターン化され、かつ中間誘電体が０．０１２”の厚さのサファイアウェーハである場合の、図２のプローブコイルの周波数応答を示す。図１７は、クロスオーバーデザインを用いた磁気共鳴プローブコイルを概略的に表す図である。図１７（ａ）はパターン化された超伝導層の上面図であり、図１７（ｂ）は概略的部分断面図である。好ましい実施例の説明この発明の第１の実施例のプローブコイル（２０）を図１に示す。共鳴センサの主要部分は、超伝導フィルム（２４）を数回ターンさせたもので構成されるらせんインダクタ（２２）である。これらのターンは文字通りのらせんとするか、または円周上の短い部分が切り込まれ機能的らせんを実現するために一次放射セグメントで接続される同心円とするか、または機能的らせんを実現するために接合された長さの短くなる複数の直線セグメントとすることもできる。図１に示した実施例は５回ターンのらせんであり、図２はスリット同心円で作られた２回ターンらせんを示している。インダクタ全体を通して配置されているのは容量性要素（２６）である。これらの要素は、例えば、らせんの各ターンから隣接するターンに向けて交互に細い指状電極（２８）を出すことによって形成することができきる。これらの指の拡大図を図３において示す。より従来型の共鳴プローブコイル構成では、別個のインダクタおよびキャパシタを用いることになる。この従来のデザインは、伝導体の第２の層が、電気的接触なし第１の層の上を通過することを必要とする。この出願においては、第２の層も、最大許容抵抗を超えないために超伝導でなければならないことから、その構造は製造するのがもっと難しくなる。本発明においては、センサコイルのインダクタンス全体にわたってキャパシタンスを配分することによって、自己共鳴モードの動作が達成される。図４は、本発明の等価回路モデルである。らせんインダクタ（２２）は、配分されたキャパシタ（３６）の要素（３４）によって多数の地点（３２）においてタップされている。最初の２，３の要素の拡大図を図５に示す。第１の端子（３８）は上端にあり、ｖｏのラベルが付けられている。各要素キャパシタ（３４）の第２ターミナル（４０）は、インダクタ（３０）上の別のタップ（３２）に接続されている。すべての場合、任意の要素キャパシタ（３４）が接続されるタップ（３２）の離隔距離は、インダクタ（２２）のターン１回分に相当する。最終ターミナル（４２）は底部にある。第１および最終端子（３８，４２）は、キャパシタを介して前置増幅器（４４）に接続するか、または電磁結合による以外は何にも接続しないようにすることができる。この回路の性能は、合理的な数（おそらく１０から数千）の要素キャパシタを想定し、図４の等価回路に良く知られた標準回路理論を適用することによって分析することができる。らせんにＮ回のターンがあり、各ターンがキャパシタンスＣ（７）Ｋ個の互い違いキャパシタ（タップにつき１個）を有し、タップからタップまでの自己インダクタンスＬおよび相互インダクタンスＭがほぼ等しいようにすべてのターンがほぼ同じ直径である特定の場合に対しては、以下の差分方程式が適用される：Ｎに対してはｖ_ｐ＝ｖ_KN）は、図５に定義した通りである。Ｍ_sampleおよびＭ_co _up は、各ループ要素と検査中の試料および前置増幅器とのそれぞれの間の相互インダクタンスであり、ｉ_sampleおよびｉ_coupはこれらの要素における電流である。なお、図４においてはＫ＝５である。また、この理想プレーナコイルに対しては、Ｌ＝Ｍ＝Ｌ_s／Ｋ²であり、ただしＬ_sは単ループのインダクタンスである。式（１）および（２）を、Ｃ，ＭおよびＬの値がタップとタップの間で異なる場合に対して一般化することができることは明らかである。ｖ_p＝Ｒｅ［Ｖ_p ｅ^jωt］およびｉ_p＝Ｒｅ［Ｉ_p ｅ^jωt］の正弦定常状態の仮定をし、ただしＶ_pおよびＩ_Pは複素数、ｊを√(-1)とするなら、（１）および（２）は以下のように書き直すことができる。あるいは、この離散的モデルを連続的なものにして、（３）および（４）にそれぞれ対応する以下の差分方程式（５）および（６）を求めることができる。式（６）は、らせんの隣り合わせのターン間の急激な変化がない場合のみ有効であり、プローブコイルの内側および外側ターンにおいては正確ではない。しかし、これら２つの式は、（対応する差分方程式がそうであるように）、電流が、内側および外側ターンにおけるものを除いて線の長さにそってほぼ一定であることを明らかにしている。さらに近似値化することによって、一層のことを見抜くことができる。らせんの単一ターン内のすべてのキャパシタンスが単一の集中キャパシタンスに集積されるものと仮定すれば、これは上記分析においてＫ−１の場合になる。図６の集中要素回路が結果として生じる。この回路について、Ｌ_p ＝Ｍ＝Ｌ_s、単一ターンインダクタンス、かつＣ_p ＝Ｃなら、複素振幅についての以下の差分方程式を生じる：かつ、終端においては、Ｉ₁＝ｊωＣ（Ｖ₁ −Ｖ₀）これを（８）に適用して、式によって、Ｉ_p＝ｊωＣ（Ｖ_p− Ｖ_p-1）ｆｏｒ 1〈p＜Nを生じ、この式から、式（７）は、これから、らせんの長さにそって電流が一定であることおよびこのコイルが ω_res＝ω_s／Ｎ^0.5 （１０）によって表される共鳴周波数を有することがわかり、ω_s＝（ＭＣ^)-0.5は単一ターン共鳴周波数である。これらの原理を用いて装置が設計され、直径５ｃｍのＬａＡｌＯ₃の上にＹＢａ₂ ＣｕＯ_7-δ（ＹＢＣＯ）の薄膜として成膜した。このデザインを図２において示す。この２回ターンコイルに対しては、０．１μＨの単一ターンインダクタンスおよび０．６ｎＦの集中単一ターンキャパシタンス（全装置キャパシタンスの半分）が想定され、これから式（１０）は約１５ＭＨｚの共鳴周波数を予測する。完全に配分されたキャパシタンス（および式５および６に類似した差分方程式）に基づいたより正確な分析は、２０ＭＨｚの共鳴周波数、およびらせんインダクタの各端においてゼロかつコイルの長さの中間点近くで単一の最大値を有するほぼ正弦の電流分布を予測している。電流分布が単向（すなわち、任意の時点において、インダクタの全地点における電流は同じ時計回りかまたは半時計回りの向きを有する）ことは、コイルの外部の場に対する感度を最大にするのに極めて重要である。基本的自己共鳴モードがこの特質を有しているとの認識は明白ではなく、事実、この分野の専門家による意見とは反対に、自己共鳴モードは、非単向電流のため、この目的のためには有用ではない。実際には、センサは、図８において概略的に示すように、磁気信号の源近くに配置されることになる。ＭＲＩにおいては、これは、撮像すべき物体（４８）になる。信号処理、表示、および記録システムへのセンサにおける信号の転送は、好適な整合ネットワーク（５０）によって達成することができる。例えば、インダクタの外側ターンの２つの端子（５２，５４）にオーム接触を配置することができる。比較的低い値のキャパシタを介してこれらの端子に直接に電気的に接触して、共振器が過大な負荷を受けないことおよび回路からの信号が適切な低雑音増幅器に印加されることを確実にすることができる。あるいは、回路への結合を、おそらく回路の低温用容器の外部にある小さな通常金属コイルに対して（図４，６および８に示すように）誘導的に達成することができる。上述した結合配列は、図８に示したもの以外は、１／Ｑ_Iの断片的結合バンド幅を生じるものであり、ただし、Ｑ_Iは、撮像への応用のためには十分となり得るプローブの負荷時のＱである。さらにバンド幅が必要な場合、図９に概略的に示したものに類似した広帯域整合ネットワークを用いることができる。この図において、電流源Ｉｓ，コンダクタンスＧｓおよびインダクタンスＬｓによって表されるソースが、インダクタンスＭｓによってプローブコイルＬｐに結合している。二部分整合ネットワーク（Ｌ₂およびＬ₃）が、プローブコイルおよび前置増幅器に磁気的に結合させられる。このネットワークは、（無関係なインピーダンス整合およびフィルタへの応用のために開発された技術を用いて）設計され、前置増幅器における信号エネルギーの付加的な損失を犠牲にして、プローブバンド幅Ｑ₁の１００倍またはそれ以上のバンド幅を生じることができる。ソースからの雑音も抑制されるから、このことは、前置増幅器の雑音またはプローブおよび整合ネットワークの雑音が支配的にならない限りは性能の低下に結び付かない。図１０は、図９に示した回路の計算上の性能を示す。この場合、信号の強さを１３ｄＢを犠牲にして、バンド幅の１００倍の拡大が達成される。やはり超伝導であることを求められる低損失整合部Ｌ₂ およびＬ₃が必要となる。これらの整合部は、実際、構造がプローブコイルに類似し、多分図８において示したような超伝導面の開口を介してプローブコイルに結合することができる。図８において概略的に示した整合ネットワーク（５０）は、プローブ結合ループ（５６）と、２個の整合コイル（５８，６０）と、２個の伝導シールド（６２，６４）と、出力結合コイル（６６）とでなっている。伝導シールド（６２，６４）は、相互インダクタンスを変化させることによって整合コイル間の結合の程度を調節する。整合ネットワーク（５０）における損失を最小にするためには、シールドおよび整合コイルは、すべて超伝導でなければならない。整合ネットワークは（５０）は、通常（非超伝導）の出力結合コイル（６６）を介して、出力、すなわち増幅器に結合する。このような低損失インダクタおよひＬＣ回路の他の用途には、ＲＦ加熱装置に用いられるようなスイッチングＲＦ電源が含まれる。低損失の加えて、これらの用途は、インダクタが比較的大きな電流を取り扱うことができることを必要とする。極めて低損失の基板が必要であることが、単一の超伝導層だけとする必要をより一層重要なことにしている。サファイア、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）の単結晶状のものが、容易に人手可能な基板材料の中では最も低い誘電損を有している。サファイアは、安価で、機械的に極めて安定し、多様な形状および大きさで入手可能である。しかし、その熱膨張係数は、高温超伝導体のものとうまく整合しない。そのため、サファイア基板上で成長させた超伝導フィルムは、熱サイクルを経た場合に、機械的応力を呈する。２，３百ナノメータまでの薄膜はこの応力に耐え得るが、フィルムの超伝導特性が損なわれる可能性は、フィルムの厚さと共に増大する。２層以上の超伝導体が必要とされる場合、超伝導構造の厚さの合計は、それを超えた場合にき裂や他の種類の機械的破壊によって超伝導特性が劣化する厚さの臨界を超えることがある。さらに、この単一層デザインの効果は、クロスオーバーが存在しないことである。１つの伝導層が電気的接触なしに別のものの上を通過する構造は、エピタキシャル的に達成することが難しい。２つの伝導層の成膜およびパターン化に加えて、絶縁層の成膜およびパターン化の段階が必要である。この製造プロセスは、単一の伝導層の成膜のみを必要とするプロセスよりもずっと複雑である。この発明の第２の実施例のデザインを図１１に示す。コイル（７０）は、らせん型の多くの場合において、超伝導材料の一層で形成されている。上から見ると、これは、右または左手の性質、すなわちらせんを外側にたどるにしたがって時計回りまたは半時計回りの方向に動く性質を有している。その内側および外側端（７６，７４）は、内側容量性電極（７６）および外側容量性電極（７４）の２つの電極の上部電極を形成するところの、好ましくは円弧形状の比較的大きな電極として終端している。これら２つの電極（７４，７６）の間にらせんインダクタ（７８）がある。図１２の横断面図において示すように、誘電体層（７２）の上側には、上部コイル（８０）が配置される。やはり超伝導材料の１層で形成される底部コイル８８２）が、誘電体（７２）の底に配置される。このコイル（８２）は、超伝導体−誘電体−超伝導体の積み重ね（８８）の上から見ると、上部コイル（８０）と底部コイル（８２）とが反対の手の性質を有するようにパターン化されている。この相対的な手の性質は、コイル（７０）の動作に重要である。また、これら２つのコイル（８０，８２）は、両方のフィルムの電極（７４，７６）が互いに面するようにパターン化されている。（端ををなす電極（７４，７６）によって形成される２個のキャパシタ（９０，９２）によって直列に接続される）２個のインダクタ（７８）の直列の組み合わせの合計のインダクタンスが単一層のインダクタンスの４倍近くになることを確保するために、電極（７４，７６）が互いに面することが重要である。用途によって、超伝導フィルム（８０，８２）を、図１２に示すように同じ誘電体（７２）の両側に成膜するか、あるいは、それらを、図１３に示すように、別個の基板（８４，８６）上に成膜し、次に超伝導フィルム（８０，８２）を誘電体層（７２）の両側に接触させて配置させることができる。フィルム（８０，８２）が同じ誘電体（７２）の両側に成膜される場合、誘電体（７２）は、超伝導材料のエピタキシャル成膜と両立するものに限定される。結果として生じる構造は、各界面がすべてエピタキシャルであることから物理的に頑丈で、マイクロフォン効果の影響をほとんど受けない。あるいは、超伝導フィルム（８０，８２）が別個の基板（８４，８６）上に成膜される場合、これらは次に誘電体層に対して配置され、機械的手段によって位置決めされる。この構造は、基板（８４，８６）および誘電体（７２）の別々の最適化を可能にする。基板（８４，８６）は、その誘電正接に関わりなく、超伝導材料の高品質の結晶成長との適合性について選択をすることができる。その一方、誘電体（７２）は、必ずしも超伝導処理と適合するものではないポリテトラフルオロエチレン等の極めて薄い層の低損失材料とすることができる。この装置の等価回路を図１４（ａ）において示す。各コイル（８０，８２）の自己インダクタンスはＬの値を有し、コイル（８０，８２）間の相互インダクタンスはＭの値を有する。実際には、コイル（８０，８２）をＭがＬにほぼ等しくなるように設計、配置することができ、その場合、全回路インダクタンスＬ^tは、図１４（ｂ）のさらに簡単な等価回路において示すように、４Ｌ近くになる。最適化されたデザインにおいては、図１４（ｂ）においてＣｔとして示した実効回路キャパシタンスが、Ｃ／２と等しくなるように、環状キャパシタ（９０，９２）のそれぞれのキャパシタンスをＣに等しくする。したがって、プローブコイルの共鳴周波数は、ω＝（２ＬＣ）^-0.5のラジアン値を有する。図１５は、図１３に示した実施例の変化例を示す。基板材料は、超伝導フィルムを支持するための必要がなく、かつ磁界が強力であるところのウェーハの中央部から取り除かれている。これは、ＬａＡｌＯ₃等の材料が、かなりの磁気損失正接を有し、回路における損失したがって雑音の避けることのできる増大を生じることからなされる。また、損失および雑音をさらに低下させるために、中央の円形状領域から誘電体層を取り除くこともできる。らせんインダクタパターンは、それらの間隔よりもずっと幅の広い線を有するように作ることができ、らせんの各ターン間のフリンジング磁場を削減する。このことが、基板内の磁気エネルギーの量をさらに削減することになる。図１６は、図１３に示したプローブコイルの性能を示している。各基板（８４，８６）は、直径５ｃｍのＬａＡ１０₃である。超伝導材料は、高温超伝導体であるところのＹＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ_7-δである。２つの超伝導フィルム（８０，８２）を、厚さ０．０１２インチのサファイアウェーハの両側に接触させて配置すると、６．５２ＭＨｚの基本共鳴周波数において１４，０００のＱが実測される。本発明の第３の実施例を図１７に示す。上面図、図１７（ａ）は、互い違いにされたキャパシタ（１０２）と、らせんインダクタ（１０４）と、らせんインダクタ（１０４）の内側および外側端を電気的に接続するクロスオーバーリード（１０６）とでなるクロスオーバーコイル（１００）を示している。図１７（ｂ）の部分断面図は、この構造の各層の性格を示している。基板１０８の上に第１の超伝導層（１１０）が成膜され、そしてキャパシタ（１０２）およびインダクタ（１０４）を形成するようにパターン化される。次に、誘電体層（１１２）が成膜される。この層は、パターン化するか、またはウェハの全面を覆うことができる。そして、第２の超伝導層（１１４）が成膜され、クロスオーバーリード（１０６）を形成するためにパターン化される。所望のＱを維持するために、クロスオーバーリード（１０６）は、超伝導材料で形成されなければならないが、第１の超伝導層（１１０）に用いたものと同じ材料とする必要はない。第２の超伝導層（１１４）を誘電体層（１１２）の上に形成する必要が、誘電体層（１１２）に用いることのできる材料に対して制限を加えている。これは、低誘電正接に、超伝導材料の高品質層の成膜に適合する格子パラメータおよび化学組成等の物理的特質を組み合わせたものでなければならない。第２超伝導層（１１４）がＹＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ_7-δ等の高Ｔｃ超伝導体である場合には、ＣｅＯ₂が良い選択である。超伝導層でウェーハ全体を覆うことはプローブコイルの動作の妨げとなることから、第２超伝導層（１１４）は、誘導らせん（１０４）の内側および外側端の間に線を形成するためにパターン化されなければならない。共鳴センサの主要部分は、超伝導フィルム（１１０）を数回ターンさせたものでなるらせんインダクタ（１０４）である。当業者に知られるところの設計技術を用いて、インダクタ（１０４）を、信号源に対する必要な実効面積を表すように設計することができ、かつそのインダクタンスＬを決定することができきる。所望の角周波数ω＝１／ｓｑｒｔ（ＬＣ）における共鳴を達成するために、適切なキャパシタンスＣを備えた互い違いキャパシタ（１０２）を、インダクタ（１０４）の外周の周りで環状パターンに形成する。この環の幅および互い違いの指間の幅および間隔は、当業者に知られりるところの設計技術によって決定される。この好ましい実施例においては、キャパシタ（１０２）は、インダクタ１０４と同じ超伝導フィルムを用いて形成される。インダクタ（１０４）とキャパシタ（１０２）とは、インダクタ（１０４）の外側ターンをキャパシタ（１０２）の内側端子に接続すること、および第２超伝導層（１１４）から形成されたクロスオーバー（１０６）を用いてインダクタ（１０４）の内側ターンをキャパシタ（１０２）の外側電極に接続することによって、並列に接続されている。この好ましい実施例においては、キャパシタ（１０２）は完全な環ではなく、むしろスリット環であり、インダクタ（１０４）の外側端子は、図示するように、キャパシタ（１０２）の内側端子における電流の方向（時計回りまたは半時計回り）がインダクタ（１０４）における電流の向きと同じとなるように、キャパシタ（１０２）の内側環状端子の１側端に接続されている。同様に、インダクタ（１０４）の内側端子は、キャパシタ（１０２）の外側端子における電流がインダクタ（１０４）におけるそれと同じ向きを有するように、キャパシタ（１０２）の外側環状端子の１側端に接続する。このようにして、外部の磁場に対する装置の実効面積および感度が最大にされ、キャパシタにおけるより大きな幾何学的形状で低共鳴周波数が達成される。クロスオーバー（１０６）は、キャパシタ（１０２）およびインダクタ（１０４）を形成する超伝導フィルム（１１０）の成膜およびパターン化、および２つの超伝導体（１１０，１１４）を隔てる絶縁フィルム（１１２）の成膜およびパターン化の後に成膜される第２の超伝導フィルム（１１４）から形成することができる。あるいは、実際には、これを、まず成膜およびパターン化し、続いて絶縁フィルムの成膜およびパターン化、そして最後にインダクタおよびキャパシタを形成する第２の超伝導フィルムの成膜およびパターン化をするクロスアンダーとすることもできる。好ましい実施例においては、超伝導フィルムは、７７Ｋ以上の温度において低無線周波表面抵抗を有する高温超伝導体である。これらの材料には、ＹＢａＣｕＯ，ＴＩＢａＣａＣｕＯ，ＢｉＳｒＣａＣｕＯおよび関連するペロブスカイト化合物を含む。成膜は、スパッタリング、レーザアブレーション、蒸発、または化学蒸着とすることができる。介在する誘電体層は、ＬａＡｌＯ₃，ＳｒＴｉＯ₃，ＭｇＯ，ＣｅＯ₂または他の材料、またはこれらの材料の層の組み合わせとすることができる。好ましい実施例の１つにおいては、第１の超伝導層は、レーザアブレーションによって成膜され、典型的な長さが１から３ｃｍの単一線であるところのクロスアンダーを形成するためにパターン化される。この層に対してレーザアブレーションが選択される理由は、それが、これらの小さな領域にわたって（次の層をその上に成膜することのできる）滑らかなフィルムを作ることができるからである。また、絶縁フィルムも、レーザアブレーションによって成膜され、パターン化される。第２の超伝導フィルムは、スパッタリングによって成膜され、これは、この技術が、必要な大きな領域（多分５から１０ｃｍ）にわたって低表面抵抗フィルムを作り出すことができることが示されたことから用いられる。信号処理、表示、および記録システムへのセンサ内における信号の転送は、当業者によって知られるところの手段によって達成される。並列ＬＣ回路の２つの端子上にオーム接触を配置することができる。比較的値の低いキャパシタを介してこの回路に直接的電気接触をし、共振器が過大な負荷を受けないことおよび回路からの信号が適切な低雑音増幅器に印加されることを確保することができる。あるいは、回路との結合を、例えば回路の低温エンクロージャの外部にある小型の通常金属コイルに対して、またはまず（低温エンクロージャ内の）超伝導広帯域整合ネットワークにそして次に通常金属コイルに対して誘導的に達成することができる。作用の説明実用に際しては、プローブコイルは、ソースと出力装置または信号処理電子機構との間に配置される。ソースは、生物組織、航空機翼における溶接部、あるいは交番磁界を生じ得る何か他の物体とすることができる。ソース磁場の周波数がプローブコイルの共鳴周波数から大きくずれている場合、信号エネルギーは出力端にほとんど転送されない。しかし、この共鳴周波数の近くでは、プローブコイルには大きな電流が誘導され、出力端に結合する。プローブコイルはソースにも出力端にも物理的に接続する必要はないから、プローブコイル（およびある場合には整合ネットワーク）のみが冷却を必要とする。図７は、図２に示したセンサの作用を、その基本共鳴モードにわたって示している。このセンサは、ＬａＡｌＯ₃の基板上に、約９０Ｋの臨界温度の高温超伝導材料であるＹＢａ₂Ｃｕ₃ Ｏ₇-δをエピタキシャル的に成膜することによって作成された。次に、この超伝導体フィルムを、従来の写真平版技術で処理して、図２に示すパターンを形成した。約７７Ｋの液体窒素においてセンサを保持する低温エンクロージャのすぐ外側において、１個の室温単ループコイルを合成周波数源によって駆動した。エンクロージャーの遠隔側において、第２のコイルを、出力機構として機能させるためにオシロスコープに接続した。第２コイルからの信号がスコープのｙ軸を駆動し、シンセサイザによって生成された周波数がＸ軸を駆動する。Ｑ（Ｑ）は、ピーク周波数（ｆ）を、最大出力の半分で測定した周波数応答（△ｆ）の全幅によって割ったものに等しい。図７は、（式１０によって予測された１５ＭＨｚおよび式５および６によって予測された２０ＭＨｚと比較して）１８．５ＭＨｚの基本周波数において、約１０，０００のＱが達成されたことを示している。同じ設計の第２の装置は、１８．７ＭＨｚの基本共鳴周波数において、同様のＱを示した。このわずかに高い周波数は、キャパシタにおける指が数本折れていたことによるのではないかと推測される。これらの実験の結果は、所望の範囲内のＱファクタが達成可能であることを明らかに示している。サファイア等の低誘電損失の基板を用いて、さらに高い値のＱが得られることが予想される。図１３の二重フィルム磁気共鳴プローブコイルは同様な態様で動作する。やはり、プローブコイル（７０）は、上述したように、信号ソースおよび前置増幅器に結合する。しかし、ここでは、ソースへの結合は誘導性のものであることを必要とし、前置増幅器への結合は、小さな値の直列キャパシタまたは小さな値の並列インダクタンスを介して直接になすこともできるが、誘導性のものであることが好ましい。さらに、プローブコイルは、上述したように、複数の結合した共振器を用いることによって整合される広帯域のものとすることができる。（この文脈における広帯域とは、プローブのＱによって分割した共鳴周波数よりもバンド幅が大きいことを意味する。）この場合、整合共振器並びにプローブは、２コイル、２重フィルム構造のものである。図１６は、図１３に示したセンサのその基本共鳴モードにわたる性質を示している。このセンサは、ＬａＡｌＯ。の２個の基板上に、約９０Ｋの臨界温度の高温超伝導材料であるところのＹＢａ₂ Ｃｕ₃ Ｏ₇-δをエピキシャル的に成膜することによって作成された。次に、この超伝導体フィルムを、従来の写真平版技術で処理して、図１１に示すパターンを形成した。約７７Ｋの液体窒素においてセンサを保持する低温エンクロージャのすぐ外側において、１個の室温単ループコイルを合成周波数源によって駆動した。エンクロージャーの遠隔側において、第２のコイルを、出力機構として機能させるためにオシロスコープに接続した。第２コイルからの信号がスコープのｙ軸を駆動し、シンセサイザによって生成された周波数がｘ軸を駆動する。Ｑ（Ｑ）は、ピーク周波数（ｆ）を、最大出力の半分で測定した周波数応答（△ｆ）の全幅によって割ったものに等しい。図１６は、６．５２ＭＨｚの基本周波数において、約１４，０００のＱが達成されたことを示している。これらの実験の結果は、所望の範囲内のＱファクタが達成可能であることを明らかに示している。図１７のプローブコイルは、誘導性らせんの内側および外側端の接続以外は、図２のものと同様の態様で動作する。この接続は、装置のインダクタンスを増大し、したがってプローブコイルの動作周波数を低下させる。互い違いのキャパシタを用いるこの実施例においては、回路がその上に構築される誘電体基板が、充分に小さい損失のものであることが必要である。そのような多重レべル構造をその上に作成することができるＬａＡｌＯ₃。またはＹＳＺが充分な低損失を有することは明らかではない。サファイアはそのような低損失を有することが知られているが、しかし、その小さな熱膨張係数が、多重レべル構造を作ることを難しくしている。企図された回路を作るためには、極めて薄い（０．１ミクロン）のクロスアンダーを用いることが必要となるか、または、別のプロセスが必要となるかもしれない。結論、展開および範囲したがって、本発明の磁気共鳴プローブコイルは、今まで利用可能であったものに優る性能および製造の容易さをもたらすものであることが明らかである。プローブコイルとしての超伝導体の利用は、今までになかった感度を提供する。したがって、ずっと小さな信号も検出することができ、極端に強い磁場を用いる必要をなくしている。このことが、今度は、ＭＲＩシステムにおける低温冷却サブシステムの条件を緩和している。超伝導磁石の大きなバンクを冷却する代わりに、比較的小さなプローブコイルのみを冷却する必要がある。さらに、高温超伝導体を利用することで、冷却の必要がなお一層緩和される。３０Ｋ以下の温度での動作に必要な高価で扱いにくい冷却機器ではなく、安価で豊富な液体窒素を用いることができる。この磁気共鳴プローブコイルがもたらす別の効果は、製造の容易さである。好ましい実施例の１つにおいては、その構造は、基板上の単一の超伝導層のみを含んでいる。多重成膜およびパターン化段階は、複雑な多層構造に付随する可能な機械的不安定さと共に避けられる。この実施例は、ある程度低い動作周波数を可能にする。第２の実施例も、より一層低い周波数で動作しながら、クロスオーバー構造の利用を避けるものである。この二重フィルムデザインは、２層のみの超伝導材料の成膜およびパターン化を伴う。製造業者の技術的能力および経済的理由により、この構造を、単一の誘電体の両側に超伝導フィルムを成膜することによって、あるいは、別個の基板上において２つの超伝導層を成膜し、その後のそれらを介在誘電体に接触させて取り付けることによって作成することができる。第３の実施例は、誘電体フィルムによって離隔される２層の超伝導材料でなる多層構造として形成される。成熟した多層成膜プロセスを備えた製造業者は、３層構造はまだかなり加工するのが簡単であるとして、これを極低周波動作を達成する最善の方法と考えるかもしれない。プローブの極めて高いＱは、整合ネットワークを用いることによって、バンド幅を広げることさえ可能にする。より大きなバンド幅によって損なわれるものは一般に整合損失であるから、バンド幅は、低損失整合ネットワークおよびより重要なことには低雑音前置増幅器によってのみ広げることができる。であるから、本発明の磁気共鳴プローブコイルと上述した低損失整合ネットワークとのこの組み合わせは、前置増幅器が充分に低雑音のものである限りにおいて、より狭い範囲にわたって極端に弱い信号の検出をもたらす一方で、広い周波数範囲にわたって弱い信号を検出するフレキシビリティーを可能にしている。このような低損失インダクタおよびＬＣ回路の他の用途には、ＲＦ加熱システムにおいて用いられるようなスイッチングＲＦ電源が含まれる。これらの用途は、低損失に加えて、インダクタが、比較的大きな電流を取り扱うことができることを必要とする。上の説明は特定的な詳細を多数含むものであるが、これらは、本発明を限定するものとしてではなく、むしろその好ましい実施例の１つの例示として解釈されるべきものである。多数の他の変化例が可能であり、先行の説明を読み、理解すことによって他の者がそれらを思い浮かべるであろうことは疑いない。したがって、本発明の範囲は示した実施例によってではなく、添付の請求の範囲およびそれらと法的に同等のものによって定められるべきものである。

【手続補正書】特許法第１８４条の８【提出日】１９９３年１２月２３日【補正内容】請求の範囲２．２回ターン以上のらせん形状の誘導要素と、容量性要素とを備え、前記誘導および容量性要素は少なくとも１つの薄層の超伝導材料から形成され、前記容量性要素は、前記らせんの連続するターン間にのびる複数の互い違いの櫛歯状の電極で形成されていることを特徴とする磁気共鳴プローブコイル。３．前記超伝導材料は、３０Ｋより高い臨界温度を有する酸化物超伝導体であることを特徴とする請求項２に記載のプローブコイル。４．前記誘導要素および前記容量性要素は、平坦な基板の上に成膜された前記超伝導材料の薄膜から形成されることを特徴とする請求項３に記載のプローブコイル。５．共鳴周波数を有することを特徴とする請求項２に記載のプローブコイル。６．前記共鳴周波数は、１−１０００ＭＨｚの範囲にあることを特徴とする請求項５に記載のプローブコイル。７．前記プローブコイルは、自己共鳴モードで動作することを特徴とする請求項５に記載のプローブコイル。８．前記誘導要素は、ほぼ２回ターンのらせん形状であり、したがって外側ターンおよび内側ターンを有し、前記容量性要素は前記外側ターンに電気的に接続する複数の外側電極で形成され、前記外側電極は前記らせんの中心に向かって放射状内向きに延び、かつ複数の内側電極が前記内側ターンに電気的に接続し、前記内側電極は前記らせんの中心から遠ざかる放射状外向きに延び、前記内側電極は前記外側電極と互い違いになっていることを特徴とする請求項２に記載のプローブコイル。９．前記外側電極は前記外側ターンにそって均等に分布し、前記内側電極は前記内側ターンにそって均等に分布することを特徴とする請求項８に記載のプローブコイル。１０．前記らせんは直径の減少し続けるらせんでなることを特徴とする請求項２に記載のプローブコイル。１１．前記らせんは、機能上のらせんを形成するために相互接続された一連の円弧でなることを特徴とする請求項２に記載のプローブコイル。１２．前記らせんは、機能上のらせんを形成するために相互接続された一連の線分でなることを特徴とする請求項２に記載のプローブコイル。１３．前記誘導要素は複数回のターンを有するらせんの形状であり、前記容量性要素は前記らせんの連続するターン間において延びる複数の互い違いの櫛歯状の電極から形成されることを特徴とする請求項２に記載のプローブコイル。１４．複数の内側電極が前記らせんの連続するターンの各対の内側ターンから外向きに延び、複数の外側電極が前記らせんの連続するターンの各対の外側ターンから内向きに延び、前記内側電極は前記外側電極と互い違いになっていることを特徴とする請求項１３に記載のプローブコイル。１５．前記プローブコイルとの電気的接触を形成するための少なくとも１つのボンディングパッドをさらに備えることを特徴とする請求項２に記載のプローブコイル。１６．前記プローブコイルを前置増幅器に有効に結合する手段をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載のプローブコイル。１７．前記手段は、前記プローブコイルと前記前置増幅器との間の容量結合でなることを特徴とする請求項１６に記載のプローブコイル。１８．前記手段は、前記プローブコイルと前記前置増幅器との間の誘導結合でなることを特徴とする請求項１６に記載のプローブコイル。１９．前記手段は、前記プローブコイルを前記前置増幅器に結合する広帯域整合ネットワークでなることを特徴とする請求項１６に記載のプローブコイル。２０．前記プローブコイルは負荷時のＱを有し、前記広帯域整合ネットワークは、前記プローブコイルの負荷時のＱの逆数よりもずっと大きな部分バンド幅にわたって前記前置増幅器に前記プローブコイルを結合することを特徴とする請求項１９に記載のプローブコイル。２１．２回ターン以上のらせん形状の誘導要素と、容量性要素とを備え、前記誘導および容量性要素は少なくとも１つの薄層の超伝導材料から形成され、前記誘導要素は２回以上のターンを有するらせんで構成され、前記らせんは内側端と外側端とを有し、前記容量性要素は同心電極と複数の互い違いの櫛歯状の電極とで形成され、前記同心電極は前記誘導要素と前記同心電極において前記らせんの外側ターンの間に延びる前記互い違いの櫛歯状の電極とを囲み、前記らせんの前記内側端が前記容量性要素の前記同心電極と電気的に接触することを特徴とする磁気共鳴プローブコイル。２２．２回ターン以上のらせん形状の誘導要素と、容量性要素とを備え、前記誘導および容量性要素は少なくとも１つの薄層の超伝導材料から形成され、前記誘導要素は第１のインダクタでありかつ前記容量性要素は第１のキャパシタであり、さらに、上側と底側とを有する誘電体層を備え、２回ターン以上のらせんの形状の第２のインダクタを備え、前記インダクタのそれぞれが内側端と外側端とを有し、第２のキャパシタを備え、前記キャパシタのそれぞれが第１電極と第２電極とで構成され、【手続補正書】特許法第１８４条の８【提出日】１９９４年４月４日【補正内容】前記第１キャパシタの前記第１電極は前記第１インダクタの前記内側端と同一の超伝導材料の薄層から形成されかつそこに接続し、前記第２キャパシタの前記第１電極は前記第１インダクタの前記外側端と同一の超伝導材料の薄層から形成されかつそこに接続し、前記第１キャパシタの前記第２電極は前記第２インダクタの前記内側端と同一の超伝導材料の薄層から形成されかつそこに接続し、前記第２キャパシタの前記第２電極は前記第２インダクタの前記外側端と同一の超伝導材料の薄層から形成されかつそこに接続し、前記誘電体は前記第１および第２インダクタの間および前記第１および第２キャパシタの前記第１および第２電極の間に介在することを特徴とする磁気共鳴プローブコイル。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩＨ０１Ｆ 5/00 Ｃ 4231−5Ｅ 6/00 ＺＡＡ 0807−2ＪＡ６１Ｂ 5/05 ３５５ 7135−5ＥＨ０１Ｆ 7/22 ＺＡＡＣ (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＨＵ，ＪＰ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＵ，ＭＧ，ＭＮ，ＭＷ，ＮＬ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＫ，ＵＡ，ＵＳ，ＶＮ

Claims

【特許請求の範囲】１．２回ターン以上のらせん形状の誘導要素と、容量性要素と、を備える磁気共鳴プローブコイルにおいて、前記誘導および容量性要素は少なくとも１つの薄層の超伝導材料から形成されることを特徴とするプローブコイル。２．前記容量性要素は、前記らせんの連続するターン間にのびる複数の互い違いの電極で形成されることを特徴とする請求の範囲第１項に記載のプローブコイル。３．前記超伝導材料は、３０Ｋより高い臨界温度を有する酸化物超伝導体であることを特徴とする請求の範囲第２項に記載のプローブコイル。４．前記誘導要素および前記容量性要素は、平坦な基板の上に成膜された前記超伝導材料の薄膜から形成されることを特徴とする請求の範囲第３項に記載のプローブコイル。５．共鳴周波数を有する請求の範囲第２項に記載のプローブコイル。６．前記共鳴周波数は、１−１０００ＭＨｚの範囲にあることを特徴とする請求の範囲第５項に記載のプローブコイル。７．前記プローブコイルは、自己共鳴モードで動作することを特徴とする請求の範囲第５項に記載のプローブコイル。８．前記プローブコイルにおいて、前記誘導要素はほぼ２回ターンのらせん形状であり、したがって外側ターンおよび内側ターンを有し、前記容量性要素は前記外側ターンに電気的に接続する複数の外側電極で形成され、前記外側電極は前記らせんの中心に向かって放射状内向きに延び、かつ複数の内側電極が前記内側ターンに電気的に接続し、前記内側電極は前記らせんの中心から遠ざかる放射状外向きに延び、前記内側電極は前記外側電極と互い違いになっていることを特徴とする請求の範囲第２項に記載のプローブコイル。９．前記外側電極は前記外側ターンにそって均等に分布し、前記内側電極は前記内側ターンにそって均等に分布することを特徴とする請求の範囲第８項に記載のプローブコイル。１０．前記らせんは直径の減少し続けるらせんでなることを特徴とする請求の範囲第２項に記載のプローブコイル。１１．前記らせんは、機能上のらせんを形成するために相互接続された一連の円弧でなることを特徴とする請求の範囲第２項に記載のプローブコイル。１２．前記らせんは、機能上のらせんを形成するために相互接続された一連の線分でなることを特徴とする請求の範囲第２項に記載のプローブコイル。１３．請求の範囲第２項に記載のプローブコイルにおいて、前記誘導要素は複数回のターンを有するらせんの形状であり、前記容量性要素は前記らせんの連続するターン間において延びる複数の互い違いの電極から形成される。１４．前記プローブコイルにおいて、複数の内側電極が前記らせんの連続するターンの各対の内側ターンから外向きに延び、複数の外側電極が前記らせんの連続するターンの各対の外側ターンから内向きに延び、前記内側電極は前記外側電極と互い違いになっている、ことを特徴とする請求の範囲第１３項に記載のプローブコイル。１５．前記プローブコイルとの電気的接触を形成するための少なくとも１つのボンディングパッドをさらに備えることを特徴とする請求の範囲第２項に記載のプローブコイル。１６．前記プローブコイルを前置増幅器に有効に結合する手段をさらに備えることを特徴とする請求の範囲第２項に記載のプローブコイル。１７．前記手段は、前記プローブコイルと前記前置増幅器との間の容量結合でなることを特徴とする請求の範囲第１６項に記載のプローブコイル。１８．前記手段は、前記プローブコイルと前記前置増幅器との間の誘導結合でなることを特徴とする請求の範囲第１６項に記載のプローブコイル。１９．前記手段は、前記プローブコイルを前記前置増幅器に結合する広帯域整合ネットワークでなることを特徴とする請求の範囲第１６項に記載のプローブコイル。２０．前記プローブコイルは負荷時のＱを有し、前記広帯域整合ネットワークは、前記プローブコイルの負荷時のＱの逆数よりもずっと大きな部分バンド幅にわたって前記前置増幅器に前記プローブコイルを結合することを特徴とする請求の範囲第１９項に記載のプローブコイル。２１．前記プローブコイルにおいて、前記誘導要素は２回ターン以上を有するらせんでなり、前記らせんは内側端および外側端を有し、前記容量性要素は同心電極と複数の互い違い電極とから形成され、前記同心電極は前記誘導要素と前記同心電極において前記らせんの外側ターンの間に延びる前記互い違い電極とを囲み、かつ前記らせんの前記内側端は前記容量性要素の前記同心電極と電気的に接触する、ことを特徴とする請求の範囲第１項に記載のプローブコイル。２２．前記誘導要素は第１のインダクタであり、前記容量性要素は第１のキャパシタであり、上部側と底部側とを有する誘電体層と、それぞれのインダクタが内側端および外側端を有するように２回ターン以上のらせんの形状をした第２のインダクタと、それぞれのキャパシタが第１の電極および第２の電極で構成されるように第２のキャパシタとをさらに備え、前記第１キャパシタの前記第１電極は前記第１インダクタと同一の超伝導材料の薄層から形成されかつその前記内側端に接続し、前記第２キャパシタの前記第１電極は前記第１インダクタと同一の超伝導材料の薄層から形成されかつその前記外側端に接続し、また前記第１キャパシタの前記第２電極は前記第２インダクタと同一の超伝導材料の薄層から形成されかつその前記内側端に接続し、前記第２キャパシタの前記第２電極は前記第２インダクタと同一の超伝導材料の薄層から形成されかつその前記外側端に接続し、前記誘電体は前記第１および第２インダクタの間および前記第１および第２キャパシタの前記第１および第２電極の間に介在する、ことを特徴とする請求の範囲第１項に記載のプローブコイル。