特許 7414785 ＮＭＲ測定装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-01-05

(45)【発行日】2024-01-16

(54)【発明の名称】ＮＭＲ測定装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 24/00 20060101AFI20240109BHJP

   G01R 33/44 20060101ALI20240109BHJP

【ＦＩ】

G01N24/00 580B

G01N24/00 580E

G01R33/44

【請求項の数】 13

(21)【出願番号】P 2021176250

(22)【出願日】2021-10-28

(65)【公開番号】P2023065865

(43)【公開日】2023-05-15

【審査請求日】2022-12-19

(73)【特許権者】

【識別番号】000004271

【氏名又は名称】日本電子株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001210

【氏名又は名称】弁理士法人ＹＫＩ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】蜂谷 健一

(72)【発明者】

【氏名】根本 暢明

(72)【発明者】

【氏名】濱津 順平

(72)【発明者】

【氏名】山▲崎▼ 文寛

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 貴之

【審査官】嶋田 行志

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１４－１１９３４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－０２５８９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０２４１１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－３５２２０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開平０４－０８１０８２（ＪＰ，Ｕ）

【文献】米国特許第０５４４２２９２（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ ２４／００－Ｇ０１Ｎ ２４／１４

Ｇ０１Ｒ ３３／００－Ｇ０１Ｒ ３３／６４

Ａ６１Ｂ ５／０５５

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

ＪＳＴＣｈｉｎａ（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

ＡＰＳ Ｊｏｕｒｎａｌｓ

Ｏｘｆｏｒｄ Ｊｏｕｒｎａｌｓ

ＡＣＳ ＰＵＢＬＩＣＡＴＩＯＮＳ

Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｄｉｒｅｃｔ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の異なる周波数成分を有する送信信号に対して前記複数の異なる周波数成分に対して共通のローカル信号を乗算し、これにより周波数変換後の送信信号を生成するミキサと、
前記周波数変換後の送信信号を増幅し、増幅後の送信信号を出力するパワーアンプと、
互いに異なる通過帯域特性を有する並列配置された複数のフィルタを備え、前記増幅後の送信信号を前記複数のフィルタに通過させることにより複数の異なる照射周波数を有する複数の送信信号を並列的に生成し、前記複数の送信信号をＮＭＲ検出回路へ出力する分波器と、
前記ミキサによる周波数変換の条件として前記複数の異なる照射周波数を生じさせる条件を設定する制御部と、
を含み、
前記周波数変換の条件には前記ローカル信号の周波数が含まれる、
ことを特徴とするＮＭＲ測定装置。

【請求項2】

請求項１記載のＮＭＲ測定装置において、
前記複数の送信信号は、第１照射周波数を有する第１送信信号、及び、第２照射周波数を有する第２送信信号を含み、
前記ローカル信号の周波数は、前記第１照射周波数及び前記第２照射周波数の内の少なくとも１つに基づいて算出された周波数である、
ことを特徴とするＮＭＲ測定装置。

【請求項3】

請求項２記載のＮＭＲ測定装置において、
前記第１照射周波数及び前記第２照射周波数の内の一方が主参照周波数であり、
周波数変換方式として差方式又は和方式が採用されており、
前記ローカル信号の周波数は、前記主参照周波数及び前記周波数変換方式に基づいて算出された周波数である、
ことを特徴とするＮＭＲ測定装置。

【請求項4】

請求項３記載のＮＭＲ測定装置において、
前記複数の異なる周波数成分は、第１周波数を有する第１周波数成分、及び、第２周波数を有する第２周波数成分を含み、
前記第１照射周波数及び前記第２照射周波数の内の他方が副参照周波数であり、
前記周波数変換の条件には、前記第１周波数及び前記第２周波数が含まれ、
前記第１周波数及び前記第２周波数の内の少なくとも１つは、前記副参照周波数、前記ローカル信号の周波数及び前記周波数変換方式に基づいて算出された周波数である、
ことを特徴とするＮＭＲ測定装置。

【請求項5】

請求項４記載のＮＭＲ測定装置において、
前記第１周波数及び前記第２周波数の内で前記主参照周波数に対応する周波数は、生成可能な周波数範囲内の指定周波数であり、
前記第１周波数及び前記第２周波数の内で前記副参照周波数に対応する周波数は、前記生成可能な周波数範囲内の算出周波数であり、
前記ローカル信号の周波数は、前記主参照周波数、前記指定周波数及び前記周波数変換方式に基づいて算出された周波数であり、
前記算出周波数は、前記副参照周波数、前記ローカル信号の周波数及び前記周波数変換方式に基づいて算出された周波数である、
ことを特徴とするＮＭＲ測定装置。

【請求項6】

請求項５記載のＮＭＲ測定装置において、
前記周波数変換方式は前記差方式であり、
前記指定周波数は、前記生成可能な周波数範囲の１／２を超える周波数であり、
前記主参照周波数は、前記第１照射周波数及び前記第２照射周波数の内で低い方の周波数である、
ことを特徴とするＮＭＲ測定装置。

【請求項7】

請求項５記載のＮＭＲ測定装置において、
前記周波数変換方式は前記差方式であり、
前記指定周波数は、前記生成可能な周波数範囲の１／２に満たない周波数であり、
前記主参照周波数は、前記第１照射周波数及び前記第２照射周波数の内で高い方の周波数である、
ことを特徴とするＮＭＲ測定装置。

【請求項8】

請求項５記載のＮＭＲ測定装置において、
前記周波数変換方式は前記和方式であり、
前記指定周波数は、前記生成可能な周波数範囲の１／２に満たない周波数であり、
前記主参照周波数は、前記第１照射周波数及び前記第２照射周波数の内で低い方の周波数である、
ことを特徴とするＮＭＲ測定装置。

【請求項9】

請求項５記載のＮＭＲ測定装置において、
前記周波数変換方式は前記和方式であり、
前記指定周波数は、前記生成可能な周波数範囲の１／２を超える周波数であり、
前記主参照周波数は、前記第１照射周波数及び前記第２照射周波数の内で高い方の周波数である、
ことを特徴とするＮＭＲ測定装置。

【請求項10】

請求項５記載のＮＭＲ測定装置において、
前記算出周波数がマイナス周波数にならず且つ前記算出周波数が周波数上限を超過しないように、前記周波数変換方式として前記差方式又は前記和方式が選択され、且つ、前記指定周波数が指定される、
ことを特徴とするＮＭＲ測定装置。

【請求項11】

請求項２記載のＮＭＲ測定装置において、
前記複数のフィルタは、前記第１送信信号を生成するための第１通過帯域特性を有する第１フィルタ、及び、前記第２送信信号を生成するための第２通過帯域特性を有する第２フィルタを含む、
ことを特徴とするＮＭＲ測定装置。

【請求項12】

請求項１記載のＮＭＲ測定装置において、
前記ＮＭＲ検出回路を有するプローブと、
前記ミキサと前記パワーアンプとの間に設けられたフィルタバンクと、
前記ミキサと前記パワーアンプとの間に設けられ、前記フィルタバンクを迂回するバイパス路と、
を含み、
前記パワーアンプと前記プローブとの間で前記分波器を機能させる場合に前記バイパス路が機能し、
前記パワーアンプと前記プローブとの間で前記分波器を機能させない場合に前記フィルタバンクが機能する、
ことを特徴とするＮＭＲ測定装置。

【請求項13】

請求項１記載のＮＭＲ測定装置において、
受信時において前記分波器が混合器として機能し、
前記パワーアンプと前記分波器の間から混合受信信号が取り出される、
ことを特徴とするＮＭＲ測定装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明はＮＭＲ測定装置に関し、特に、複数の送信信号を生成する技術に関する。

【背景技術】

【0002】

ＮＭＲ測定装置は、試料で生じるＮＭＲ（核磁気共鳴：Nuclear Magnetic Resonance）現象を測定する装置である。ＮＭＲ装置は、分光計、及び、プローブを含む。プローブは検出器に相当する。分光計には、送信部及び受信部が含まれる。

【0003】

特許文献１にはＮＭＲ測定装置が開示されている。そのＮＭＲ測定装置内の送信部は、周波数変換器を有している。周波数変換器内のミキサにおいて、送信信号に対して局発発振器からのローカル信号が乗算されている。周波数変換器から出力された周波数変換後の送信信号がプローブへ送られている。特許文献２にもＮＭＲ測定装置が開示されている。そのＮＭＲ測定装置は、単一の送信信号から複数の送信信号を生成する分波回路を有している。

【0004】

特許文献１、２には、周波数変換技術と分波技術の組み合わせは開示されていない。特に、それらの特許文献には、周波数変換のための単一のローカル信号を利用しつつ複数の送信信号を生成する技術は開示されていない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１６－２４１１８号公報

【文献】特開２００２－３１６７３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ＮＭＲ測定においては、場合により、試料に対する複数の電磁波の同時照射が必要となる。例えば、観測核の励起と観測核・周辺核間のデカップリング（相互作用を弱める操作）のための周辺核の励起とを同時に行いたい場合に、そのような目的に適う複数の異なる照射周波数を有する複数の電磁波が同時に照射される。そういった複数の電磁波の照射のために、つまり互いに異なる複数の周波数を有する複数の送信信号の生成のために、複数の送信部（例えば、複数のパワーアンプや複数の周波数変換器）を並列的に設けると、装置構成が複雑化し、製造コストが増大してしまう。加えて、それら複数の送信部に対応する複数の受信部（例えば、複数のプリアンプや複数の周波数変換器）を並列的に設けるならば、装置構成の複雑化や製造コストの増大はより顕著になる。

【0007】

本発明の目的は、ＮＭＲ測定装置において、簡易な構成で、複数の異なる周波数を有する複数の送信信号を生成できるようにすることにある。あるいは、本発明の目的は、ＮＭＲ測定装置において、周波数変換を経て複数の送信信号を生成するに際して適切な周波数変換条件が設定されるようにすることにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明に係るＮＭＲ測定装置は、複数の異なる周波数成分を有する送信信号に対してローカル信号を乗算し、これにより周波数変換後の送信信号を生成するミキサと、前記周波数変換後の送信信号を増幅し、増幅後の送信信号を出力するパワーアンプと、互いに異なる通過帯域特性を有する複数のフィルタを備え、前記増幅後の送信信号を前記複数のフィルタに通過させることにより複数の異なる照射周波数を有する複数の送信信号を並列的に生成し、前記複数の送信信号をＮＭＲ検出回路へ出力する分波器と、前記ミキサによる周波数変換の条件として前記複数の異なる照射周波数を生じさせる条件を設定する制御部と、を含むことを特徴とする。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、簡易な構成で、複数の異なる周波数を有する複数の送信信号を生成できる。あるいは、本発明によれば、周波数変換を経て複数の送信信号を生成するに際して適切な周波数変換条件が設定される。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】実施形態に係るＮＭＲ測定装置を示すブロック図である。

【図2】複数の周波数セットを示す図である。

【図3】第１の組み合わせにおける周波数セットの計算例を示す図である。

【図4】第２の組み合わせにおける周波数セットの計算例を示す図である。

【図5】第３の組み合わせにおける周波数セットの計算例を示す図である。

【図6】第４の組み合わせにおける周波数セットの計算例を示す図である。

【図7】差方式を採用した場合における周波数セットの決定方法を示す図である。

【図8】和方式を採用した場合における周波数セットの決定方法を示す図である。

【図9】送信部の変形例を示す図である。

【図10】周波数変換器の変形例を示す図である。

【図11】分波器（混合器）についての幾つかの具体例を示す図である。

【図12】分波器（混合器）の変形例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、実施形態を図面に基づいて説明する。

【0012】

（１）実施形態の概要
実施形態に係るＮＭＲ測定装置は、ミキサ、パワーアンプ、分波器、及び、制御部を有する。ミキサにおいて、複数の異なる周波数成分を有する送信信号に対してローカル信号が乗算される。これにより周波数変換後の送信信号が生成される。パワーアンプにおいて、周波数変換後の送信信号が増幅され、パワーアンプから増幅後の送信信号が出力される。分波器は、互いに異なる通過帯域特性を有する複数のフィルタを備える。分波器において、増幅後の送信信号を複数のフィルタに通過させることにより複数の異なる照射周波数を有する複数の送信信号が並列的に生成される。複数の送信信号がＮＭＲ検出回路へ出力される。制御部は、ミキサによる周波数変換の条件として複数の異なる照射周波数を生じさせる条件を設定する。

【0013】

上記構成においては、複数の異なる照射周波数を有する複数の送信信号が適正に生成されるように、周波数変換の条件が設定される。その上で、ミキサにより、複数の周波数成分が周波数変換され、続いて、パワーアンプにより、周波数変換後の複数の周波数成分が増幅される。その後、分波器により、増幅後の複数の周波数成分が複数の送信信号として並列的に取り出される。よって、上記構成によれば、適正な条件の下で簡易な構成を動作させて、ＮＭＲ測定で必要となる複数の送信信号を生成できる。特に、複数の送信信号を生じさせる複数の周波数成分に対して、それらに共通の構成要素（例えば、単一のミキサ、単一のパワーアンプ）を適用できるので、装置構成の簡素化を図れる。

【0014】

ミキサを用いて行われる周波数変換の条件には、ローカル信号の周波数、複数の周波数成分の周波数、周波数変換方式、等が含まれ得る。事前に決定された条件が制御部より送信部に設定されてもよいし、制御部により算出された条件が制御部より送信部に設定されてもよい。複数の送信信号がＮＭＲ検出回路に送られると、複数の電磁波が試料に対して同時又は順次照射される。基本的に、複数の送信信号が有する複数の異なる照射周波数は、それぞれ、観測核（観測対象となる原子核）、測定目的、測定条件、等に基づいて定められる。上記のＮＭＲ検出回路は、電磁波照射機能を有する回路であり、その意味において、ＮＭＲ検出のための照射検出回路である。

【0015】

実施形態において、複数の送信信号は、第１照射周波数を有する第１送信信号、及び、第２照射周波数を有する第２送信信号を含む。周波数変換の条件には、ローカル信号の周波数が含まれる。ローカル信号の周波数は、第１照射周波数及び第２照射周波数の内の少なくとも１つに基づいて算出された周波数である。

【0016】

ローカル信号は、複数の周波数成分に乗算される共通の信号であり、ローカル信号の周波数が周波数変換後の複数の周波数を直接的に規定する。よって、ローカル信号の周波数は、周波数変換における重要なパラメータの１つである。そのようなパラメータが、第１照射周波数及び第２照射周波数の内の一方又は両方に基づいて算出される。

【0017】

実施形態において、第１照射周波数及び第２照射周波数の内の一方が主参照周波数である。周波数変換方式として、以下に説明する差方式又は和方式が採用されている。ローカル信号の周波数は、主参照周波数及び周波数変換方式に基づいて算出された周波数である。

【0018】

周知のように、ミキサの出力側には、入力された２つの周波数の乗算の結果として、差周波数成分（差成分）及び和周波数成分（和成分）が現れる。上記の差方式は差成分を抽出し和成分を除外する方式であり、一方、上記の和方式は和成分を抽出し差成分を除外する方式である。差方式及び和方式が選択的に採用されてもよいし、差方式及び和方式のいずれか一方が固定的に採用されてもよい。いずれにしても、ローカル信号の周波数の計算に際し、周波数変換方式が考慮される。

【0019】

ローカル信号の周波数の決定に当たって、第１照射周波数及び第２照射周波数の内の一方を基礎とすれば、つまり主参照周波数を基礎とすれば、ローカル信号の周波数を一義的に決定し得る。

【0020】

実施形態において、複数の異なる周波数成分は、第１周波数を有する第１周波数成分、及び、第２周波数を有する第２周波数成分を含む。第１照射周波数及び第２照射周波数の内の他方（つまり主参照周波数でない方）が副参照周波数である。周波数変換の条件には、更に、第１周波数及び第２周波数が含まれる。第１周波数及び第２周波数の内の少なくとも１つは、副参照周波数、ローカル信号の周波数及び周波数変換方式に基づいて算出された周波数である。

【0021】

実施形態において、第１周波数及び第２周波数の内で主参照周波数に対応する周波数は、生成可能な周波数範囲内の指定周波数である。第１周波数及び前記第２周波数の内で副参照周波数に対応する周波数は、生成可能な周波数範囲内の算出周波数である。ローカル信号の周波数は、主参照周波数、指定周波数及び周波数変換方式に基づいて算出された周波数である。算出周波数は、副参照周波数、ローカル信号の周波数及び周波数変換方式に基づいて算出された周波数である。

【0022】

第１周波数及び第２周波数の内の一方を指定すれば、その指定に基づいてローカル信号の周波数を算出し得る。続いて、第１周波数及び第２周波数の内の他方が算出される。そのような段階的な周波数決定により、周波数変換の条件を決定するプロセスを簡素化できる。実施形態において、上記の周波数範囲は、第１周波数を生成する第１周波数生成器が生成可能な第１周波数範囲、及び、第２周波数を生成する第２周波数生成器が生成可能な第２周波数範囲に一致する。指定周波数は、先に決められる周波数であり、算出周波数は、後から決まる周波数である。

【0023】

周波数変換方式が差方式であり、且つ、指定周波数が、生成可能な周波数範囲の１／２を超える周波数である場合、主参照周波数を、第１照射周波数及び第２照射周波数の内で低い方の周波数とした方がよい（低周波数基準）。一方、周波数変換方式が差方式であり、且つ、指定周波数が、生成可能な周波数範囲の１／２に満たない周波数である場合、主参照周波数を、第１照射周波数及び第２照射周波数の内で高い方の周波数とした方がよい（高周波数基準）。差方式及び指定周波数の高／低の組み合わせに応じて、低周波数基準又は高周波数基準を採用すれば、許容し得る周波数差（第１照射周波数と第２照射周波数の差）を拡大できる。換言すれば、差方式、及び、選択された基準（低周波数基準又は高周波数基準）の組み合わせに応じて、生成可能な周波数範囲内において高い指定周波数又は低い指定周波数を定めれば、許容し得る周波数差を拡大できる。

【0024】

周波数変換方式が和方式であり、指定周波数が、生成可能な周波数範囲の１／２に満たない周波数である場合、主参照周波数を、第１照射周波数及び第２照射周波数の内で低い方の周波数とした方がよい（低周波数基準）。一方、周波数変換方式が和方式であり、且つ、指定周波数が、生成可能な周波数範囲の１／２を超える周波数である場合、主参照周波数を、第１照射周波数及び第２照射周波数の内で高い方の周波数とした方がよい（高周波数基準）。和方式及び指定周波数の高／低の組み合わせに応じて、低周波数基準又は高周波数基準を採用すれば、容認可能な周波数差を拡大できる。換言すれば、和方式、及び、選択された基準（低周波数基準又は高周波数基準）の組み合わせに応じて、生成可能な周波数範囲内において高い指定周波数又は低い指定周波数を定めれば、許容し得る周波数差を拡大できる。

【0025】

第１照射周波数及び第２照射周波数が低周波数帯域に属する場合、一般に、周波数変換方式として差方式が採用される。第１照射周波数及び第２照射周波数が高周波数帯域に属する場合、一般に、周波数変換方式として和方式が採用される。ローカル信号の周波数を低く抑えることにより、装置設計上の難易度を下げられる、信号純度の悪化を回避できる、等の利点を得られる。低周波数帯域及び高周波数帯域は相対的な概念であり、高周波数帯は、低周波数帯域よりも高い周波数帯域である。

【0026】

実施形態においては、算出周波数がマイナス周波数にならず且つ算出周波数が周波数上限を超過しないように、周波数変換方式として差方式又は和方式が選択され、且つ、指定周波数が指定される。制御部が差方式又は和方式を選択してもよい。その場合に、第１周波数及び第２周波数の属する周波数帯域が考慮されてもよい。上記の周波数上限は、生成可能な周波数範囲の上限である。

【0027】

実施形態において、複数のフィルタは、第１送信信号を生成するため第１通過帯域特性を有する第１フィルタ、及び、第２送信信号を生成するための第２通過帯域特性を有する第２フィルタを含む。第１通過帯域特性及び第２通過帯域特性は互いに異なる特性である。

【0028】

実施形態に係るＮＭＲ測定装置は、ＮＭＲ検出回路を有するプローブと、ミキサとパワーアンプとの間に設けられたフィルタバンクと、ミキサとパワーアンプとの間に設けられフィルタバンクを迂回するバイパス路と、を含む。パワーアンプとプローブとの間で分波器を機能させる場合にバイパス路が機能する。パワーアンプとプローブとの間で分波器を機能させない場合にフィルタバンクが機能する。

【0029】

分波器における各フィルタは、差成分抽出器又は和成分抽出器としても機能し得る。すなわち、分波器における各フィルタは、フィルタバンクを構成する各フィルタと同じ機能を発揮し得る。そこで、ミキサから出力された送信信号を、フィルタバンクを通さずに、分波器へ送っても、差成分又は和成分を適切に抽出できる。これにより、送信信号の純度の低下を防止又は軽減できる。複数の照射周波数群に対応する複数の分波器を用意しておき、選択した照射周波数群に適合する分波器が選択的に使用されてもよい。一方、排除したい不要成分の抑圧が不十分である場合や、パワーアンプへ入力される信号に含まれる不要成分を抑圧したい場合には、フィルタバンクと分波器を同時に機能させた方がよい。

【0030】

実施形態においては、受信時において分波器が混合器として機能する。パワーアンプと分波器との間から混合受信信号が取り出される。例えば、混合受信信号に対して、送信信号の周波数変換で用いられたローカル信号と同じ信号が乗算され、これにより混合受信信号が周波数変換される。その後、周波数変換後の混合受信信号に対する信号処理が実行される。この構成を採用する場合、複数のプリアンプや複数の受信用周波数変換器を設けなくてもよいので、受信系の構成を簡素化できる。

【0031】

（２）実施形態の詳細
図１には、実施形態に係るＮＭＲ測定装置が示されている。ＮＭＲ測定装置は、試料分析装置の一種である。具体的には、ＮＭＲ測定装置は、試料においてＮＭＲ現象を生じさせ、それにより生じたＮＭＲ信号を観測・解析することで試料を分析する装置である。実施形態に係るＮＭＲ測定装置は、複数の異なる周波数を有する複数の電磁波を同時に照射する機能を備えている。

【0032】

図１において、ＮＭＲ測定装置は、分光計１０、静磁場発生器１２、プローブ１４等を有し、更に、中継器１６及び分波器１８を有する。静磁場発生器１２は、静磁場を生じさせる超伝導磁石、静磁場を補正する補正コイル、等を有する。プローブ１４は、挿入部１４Ａ及び基部１４Ｂにより構成される。挿入部１４Ａは、補正コイル等が有するボアの中に挿入される。挿入部１４Ａの中には、ＮＭＲ検出回路２０が設けられている。

【0033】

ＮＭＲ検出回路２０は、ＮＭＲ信号を検出するための電子回路であり、それはＮＭＲ信号を検出するために電磁波を照射する機能を備える。ＮＭＲ検出回路は２０は、例えば、送受信コイル、送信コイル等を有している。送受信コイルは、例えば、試料中の観測核に対して電磁波を照射し、観測核で生じたＮＭＲ信号を検出するものである。送信コイルは、例えば、観測核・周辺核の間のデカップリングのための電磁波を照射するものである。複数の送信信号が複数のコイルに対して個別的に供給されてもよいし、１つのコイルに対して複数の送信信号が供給されてもよい。ＮＭＲ検出回路２０は、同調回路（例えば、チューニング回路、及び、マッチング回路）も有している。ＮＭＲ検出回路２０を室温下又は極低温下で動作させてもよい。

【0034】

基部１４Ｂは、ボアの外側に配置される部分である。それには複数のポートＡ，Ｂ，Ｃが設けられている。図示の構成例では、ポートＡに、第１送信信号が供給されている。ポートＢに、第２送信信号が供給されている。ポートＡ及びポートＢは、２つの内部信号線を介して、ＮＭＲ検出回路２０に接続されている。また、図示の構成例では、基部１４ＢにポートＣも設けられている。ポートＣに他の送信信号が供給される。図１においては、当該他の送信信号を生成する送信部の図示が省略されている。実施形態においては、ポートＡ，Ｂが低周波数帯域用のポートであり、ポートＣが高周波数帯域用のポートである。もっとも、そのような割り付けは一例に過ぎないものである。

【0035】

図１においては、第１電磁波の周波数（第１照射周波数）及び第２電磁波の周波数（第２照射周波数）がＲＦ１及びＲＦ２で表現されている。例えば、観測核、周辺核、静磁場強度、測定目的、測定条件等に従って、照射周波数の組み合わせ、つまりＲＦ１，ＲＦ２が決定される。第１送信信号の周波数は第１照射周波数と同じくＲＦ１であり、第２送信信号の周波数は第２照射周波数と同じくＲＦ２である。以下、第１送信信号の周波数を単にＲＦ１と表現し、第２送信信号の周波数を単にＲＦ２と表現する。

【0036】

分光計１０は、コントローラ２５、送信部２２、受信部２４、発振器４８等を有する。コントローラ２５は、例えば、プロセッサを有するコンピュータにより構成され、それは制御部として機能する。コントローラ２５により、ＮＭＲ測定装置内の各要素の動作が制御される。実施形態に係るコントローラ２５は、送信部２２に対して、周波数変換条件（具体的には後述する周波数セット）を設定する機能を有する。実施形態に係るコントローラ２５は、フィルタ選択機能、ルーティング制御機能、等も備えている。コントローラ２５はメモリを有し、あるいは、コントローラ２５の外部にメモリが設けられている。そのメモリには、送受信において必要な条件が格納されている。その条件には周波数セットが含まれる。コントローラ２５は、メモリに格納された情報に基づいて送受信制御を行う。

【0037】

送信部２２は、信号生成部２６、加算器３６、周波数変換器２８、及び、パワーアンプ（電力増幅器）３０を有する。信号生成部２６は、図示の構成例において、第１信号生成器３２及び第２信号生成器３４を有する。第１信号生成器３２で生成される第１原送信信号の周波数（第１周波数）がＦ１で表現されている。第２信号生成器３４で生成される第２原送信信号の周波数（第２周波数）がＦ２で表現されている。以下、第１周波数を単にＦ１と表現し、第２周波数を単にＦ２と表現する。後述する周波数変換の観点から見て、Ｆ１，Ｆ２は、それぞれ中間周波数（ＩＦ）とも言い得る。Ｆ１及びＦ２は、コントローラ２５により設定される。

【0038】

第１信号生成器３２が生成可能な周波数範囲を第１周波数範囲と表現し、第２信号生成器３４が生成可能な周波数範囲を第２周波数範囲と表現した場合、実施形態において、第１周波数範囲と第２周波数範囲は同一である。以下、第１周波数範囲及び第２周波数範囲をいずれも単に周波数範囲と表現する。後に詳述するように、実施形態においては、Ｆ１及びＦ２の一方が周波数範囲内において指定される指定周波数であり、Ｆ１及びＦ２の他方が周波数範囲内において算出される算出周波数である。装置操作条件を決める過程において、指定周波数は、先に決まる周波数であり、算出周波数は、後から決まる周波数である。

【0039】

加算器３６は、第１原送信信号及び第２原送信信号を加算して混合原送信信号を生成する。その混合原送信信号は、Ｆ１を有する第１周波数成分、及び、Ｆ２を有する第２周波数成分、を含む単一の送信信号である。

【0040】

周波数変換器２８は、ミキサ３８、フィルタバンク（ＦＢ）４０、スイッチ４２、スイッチ４３等を有する。スイッチ４２及びスイッチ４３により、ミキシング路４４及びバイパス路４６のいずれかが選択される。ミキサ３８は、周波数変換のための乗算器である。すなわち、ミキサ３８において、混合原送信信号とローカル信号とが乗算される。これにより、ミキサ３８の出力側に差成分及び和成分が生じる。

【0041】

実施形態においては、周波数変換方式として差方式が採用されている。差方式においては、乗算後に生じる差成分及び和成分の内で差成分が利用される。具体的には、差成分が抽出され且つ和成分が除去されるように、フィルタバンク４０内のフィルタが選択される。選択されたフィルタに対して、ミキサから出力された周波数変換後の送信信号が送られる。フィルタバンク４０内の各フィルタは、例えば、ＬＰＦ（Low Pass Filter）又はＢＰＦ（Band Pass Filter）により構成される。

【0042】

なお、周波数変換方式として和方式が採用されてもよい。その場合、和成分が抽出され且つ差成分が除去されるように、フィルタバンク４０内のフィルタが選択される。その場合、フィルタバンク４０内の各フィルタが、例えば、ＨＰＦ（High Pass Filter）又はＢＰＦにより構成されてもよい。コントローラ２５により、ＲＦ１及びＲＦ２に従って、差方式及び和方式が選択されてもよい。

【0043】

周波数変換後の送信信号がパワーアンプ３０へ送られている。パワーアンプ３０は、送信信号の増幅を行うものである。実施形態においては、送信部２２内に、単一の周波数変換器２８及び単一のパワーアンプ３０が設けられており、送信部２２の構成が簡素化されている。パワーアンプ３０として様々な電力増幅デバイスを用い得る。なお、パワーアンプ３０が複数の増幅回路により構成されてもよい。

【0044】

実施形態に係る周波数変換器２８は、バイパス路４６を備えている。周波数変換が不要な場合、スイッチ４２及びスイッチ４３によりバイパス路４６が選択される。その場合、送信信号がバイパス路４６を経由してパワーアンプ３０に送られる。

【0045】

発振器４８は、周波数Ｆ０を有するローカル信号を生成する。発振器４８は、いわゆる局部発振器（Local Oscillator）である。ローカル信号は周波数変換のための信号である。ローカル信号の周波数Ｆ０は、コントローラ２５により設定される。ローカル信号は、送信部２２及び受信部２４の両者に対して供給されている。ローカル信号の供給路上に必要に応じて位相調整器が設けられてもよい。以下においては、ローカル信号の周波数を単にＦ０と表現する。

【0046】

中継器１６は、ヘッドアンプシャーシとも呼ばれる。中継器１６の内部には、Ｔ／Ｒスイッチ（送受信経路切替スイッチ）５０及びプリアンプ（前置増幅器）５２が設けられている。プリアンプ５２は、ＮＭＲ検出回路２０から得られた微小なＮＭＲ信号を増幅する回路を有する。Ｔ／Ｒスイッチ５０は、パワーアンプ３０から出力された送信信号を分波器１８へ送り、分波器１８から出力された受信信号をプリアンプ５２へ送る回路であり、つまり、送受信経路切替えのための電子回路である。Ｔ／Ｒスイッチ５０が方向性結合器等により構成されてもよい。分波器１８は、以下に説明するように、受信時において混合器として機能する。

【0047】

分波器１８は、並列的に設けられた第１フィルタ５４及び第２フィルタ５６を有する。第１フィルタ５４は、第１周波数帯域特性を有し、第２フィルタ５６は、第２周波数帯域特性を有する。第１周波数帯域特性及び第２周波数帯域特性は互いに異なる。第１フィルタ５４により、ＲＦ１を有する周波数成分（つまり第１送信信号）が抽出され、他の周波数成分が抑圧される。第２フィルタ５６により、ＲＦ２を有する周波数成分（つまり第２送信信号）が抽出され、他の周波数成分が抑圧される。ＲＦ１及びＲＦ２は互いに異なる。このように、分波器１８は、第１送信信号及び第２送信信号を並列的に生成し、また、第１送信信号及び第２送信信号を並列的に出力するものである。分波器１８はダイプレクサーとも呼ばれる。

【0048】

送信時においては、分波器１８から出力された第１送信信号がポートＡを介してＮＭＲ検出回路２０へ送られ、また、分波器１８から出力された第２送信信号がポートＢを介してＮＭＲ検出回路２０へ送られる。ＮＭＲ検出回路２０により、第１電磁波及び第２電磁波が試料に対して照射される。

【0049】

受信時において、分波器１８は混合器として機能する。詳しくは、第１受信信号がポートＡ及び第１フィルタ５４を介して分波器１８の出力側（Ｔ／Ｒスイッチ側）に現れる。また、第２受信信号がポートＢ及び第２フィルタ５６を介して分波器１８の出力側に現れる。分波器１８の出力側において、第１受信信号及び第２受信信号からなる混合受信信号が生じる。混合受信信号がＴ／Ｒスイッチ５０及びプリアンプ５２を介して受信部２４に送られる。通常、混合受信信号を構成する第１受信信号及び第２受信信号の内で一方の受信信号が処理対象となる。但し、それらの両方が処理対象とされてもよい。

【0050】

なお、実施形態において、分波器１８は挿抜可能である。第１フィルタ５４及び第２フィルタ５６が、それぞれ、複数のフィルタ要素により構成されてもよい。後述するように、分波器１８内に３つ以上のフィルタが設けられてもよい。中継器１６内に分波器１８が設けられてもよいし、プローブ１４内に分波器１８が設けられてもよい。分波器１８を取り除いた状態においては、送受信チャンネルごとに単一の周波数信号を送受信する一般的なＮＭＲ測定装置が構成される。分波器１８を挿入した状態においては、単一の送受信チャンネルで複数の送受信信号を送受信する特別なＮＭＲ測定装置が構成される。望ましくは、測定対象となった核種等に応じて、分波器１８の使用の有無、及び、ＮＭＲプローブの種類が選択される。

【0051】

受信部２４は、周波数変換器５８及び受信信号処理部７０を有する。周波数変換器５８は、ミキサ６０、バンドパスフィルタ６２、スイッチ６４、スイッチ６５等を有する。ミキサ６０において、混合受信信号に対して、ミキサ３８に供給されたローカル信号と同じ信号が乗算される。それにより生じた差成分及び和成分の内で差成分がバンドパスフィルタ６２において抽出される。バンドパスフィルタ６２は周波数変換後の観測周波数成分を通過させ、その他の周波数成分を除去する役割をもつ。バンドパスフィルタ６２として、通過帯域を可変できるものを設けてもよい。

【0052】

スイッチ６４及びスイッチ６５は、ミキシング路６６及びバイパス路６８のいずれかを選択するものである。周波数変換を行う場合にはミキシング路６６が選択され、周波数変換を行わない場合にはバイパス路６８が選択される。受信信号処理部７０は、ＡＤ変換器、直交検波回路、等を有する。受信信号処理部７０内において、受信信号の周波数解析が行われてＮＭＲスペクトルが生成されてもよい。

【0053】

図１に示した実施形態によれば、第１送信信号及び第２送信信号の生成に当たって、複数の周波数変換器や複数のパワーアンプを設ける必要がない。つまり、単一の周波数変換器及び単一のパワーアンプを用いて第１送信信号及び第２送信信号を生成できる。よって、送信部の構成を簡素化できる。また、第１受信信号及び第２受信信号の検波に当たって、複数の周波数変換器や複数のプリアンプを設ける必要がない。つまり、単一の周波数変換器及び単一のプリアンプを用いて第１受信信号及び第２受信信号を検波できる。よって、受信部の構成を簡素化できる。

【0054】

分波器１８は比較的に安価な部品であるから、実施形態によれば、送信部及び受信部の構成の簡素化により、大幅なコストダウンを図れる。なお、受信信号の処理に際しては、送信信号と受信信号との間で位相が同期した状態を保持する必要がある。複数の受信部を並列的に設ける場合、複数の受信部の性能をできる限り揃えることが求められるが、その要請を完全に満たすことは実際には容易ではない。複数の受信部を並列的に設ける場合、性能差に起因する処理精度低下という問題が生じ易くなる。これに対し、実施形態の構成によれば、そのような問題が生じない。

【0055】

ところで、実施形態の構成においては、ＲＦ１及びＲＦ２が適正に生成されるように、採用されている周波数変換方式に従って、Ｆ０、Ｆ１及びＦ２（つまり周波数セット）を適切に定める必要がある。以下、周波数変換の条件に関して詳述する。

【0056】

周波数変換方式として差方式が採用される場合、周波数変換において、Ｆ０－Ｆ１＝ＲＦ１、及び、Ｆ０－Ｆ２＝ＲＦ２、が成立する必要がある。一方、周波数変換方式として和方式が採用される場合、周波数変換において、Ｆ０＋Ｆ１＝ＲＦ１、及び、Ｆ０＋Ｆ２＝ＲＦ２、が成立する必要がある。

【0057】

既に説明したように、Ｆ１及びＦ２は、それぞれ、周波数範囲内において、指定され又は算出される周波数である。Ｆ１及びＦ２の内で一方が指定周波数であり、Ｆ１及びＦ２の内で他方が算出周波数である。周波数範囲は、例えば２００ＭＨｚである。周波数範囲の下限は例えば０又は１ＭＨｚであり、周波数範囲の上限は２００ＭＨｚである。それを前提とした場合、１２５ＭＨｚ、１５０ＭＨｚ、１７５ＭＨｚ等の比較的に高い周波数が指定周波数とされ、あるいは、２５ＭＨｚ、５０ＭＨｚ、７５ＭＨｚ等の比較的に低い周波数が指定周波数とされる。

【0058】

差方式において、指定周波数が周波数範囲の１／２を超える場合つまり高周波数指定の場合、ＲＦ１及びＲＦ２の内で低い方のＲＦが主参照周波数とされ、ＲＦ１及びＲＦ２の内で高い方のＲＦが副参照周波数とされる。端的に表現すると、差方式と高周波数指定の組み合わせ（以下「第１の組み合わせ」という。）の場合、低周波数基準が採用される。一方、差方式において、指定周波数が周波数範囲の１／２に満たない場合つまり低周波数指定の場合、ＲＦ１及びＲＦ２の内で高い方のＲＦが主参照周波数とされ、ＲＦ１及びＲＦ２の内で低い方のＲＦが副参照周波数とされる。端的に表現すると、差方式と低周波数指定の組み合わせ（以下「第２の組み合わせ」という。）の場合、高周波数基準が採用される。

【0059】

和方式において、指定周波数が周波数範囲の１／２に満たない場合つまり低周波数指定の場合、ＲＦ１及びＲＦ２の内で低い方のＲＦが主参照周波数とされ、ＲＦ１及びＲＦ２の内で高い方のＲＦが副参照周波数とされる。端的に表現すると、和方式と低周波数指定の組み合わせ（以下「第３の組み合わせ」という。）の場合、低周波数基準が採用される。一方、和方式において、指定周波数が周波数範囲の１／２を超える場合つまり高周波数指定の場合、ＲＦ１及びＲＦ２の内で高い方のＲＦが主参照周波数とされ、ＲＦ１及びＲＦ２の内で低い方のＲＦが副参照周波数とされる。端的に表現すると、和方式と低周波数指定の組み合わせ（以下「第４の組み合わせ」という。）の場合、高周波数基準が採用される。

【0060】

以上のような要件に従って周波数セットを定めることにより、後に図７及び図８を用いて説明するように、許容し得る周波数差（ＲＦ１とＲＦ２の差）を拡大することが可能となる。つまり、より多くの核種に対応した周波数生成を行なうことが可能となる。なお、実施形態においては第１の組み合わせが採用されているが、状況に応じて他の組み合わせが選択的に採用されてもよい。

【0061】

いずれの組み合わせにおいても、最初に、主参照周波数（ＲＦ１又はＲＦ２）及び指定周波数ＦＳ（＝Ｆ１又はＦ２）に基づいて、ローカル信号の周波数Ｆ０が算出される。次に、副参照周波数（ＲＦ２又はＲＦ１）及びＦ０に基づいて、算出周波数（Ｆ２又はＦ１）が算出される。以上のような段階的な過程を経て、周波数セット（Ｆ０，Ｆ１，Ｆ２）が特定される。

【0062】

なお、以上の説明では、ＲＦ１とＦ１を固定的に対応付け、ＲＦ２とＦ２を固定的に対応付けたが、ＲＦ１、ＲＦ２及びＦ１，Ｆ２の対応関係として他の対応関係を採用してもよい。例えば、ＲＦ１，ＲＦ２の内で低いＲＦをＦ１に割り付け、ＲＦ１，ＲＦ２の内で高いＲＦをＦ２に割り付けてもよい。

【0063】

図２には、４つの周波数セットが例示されている。すなわち、第１の組み合わせ（＃１）、第２の組み合わせ（＃２）、第３の組み合わせ（＃３）、及び、第４の組み合わせ（＃４）に対応する、４つの周波数セットが示されている。図２において、ＲＦ１及びＲＦ２の内で、グレー表現されているセル内の周波数が主参照周波数である。Ｆ１及びＦ２の内で、グレー表現されているセル内の周波数が指定周波数である。なお、周波数範囲ＦＲは０－２００ＭＨｚである。但し、本願明細書上の各数値は例示に過ぎないものである。

【0064】

第１の組み合わせ（＃１）に対応する周波数セットを参照すると、ＲＦ１が６０ＭＨｚであり、ＲＦ２が１５０ＭＨｚである。指定周波数は１２５ＭＨｚである。差方式の下で、低いＲＦであるＲＦ１が主参照周波数とされ、それに対応するＦ１に対して指定周波数である１２５ＭＨｚが割り当てられる。その結果、Ｆ０が１８５ＭＨｚと算出され、Ｆ２が３５ＭＨｚと算出されている。

【0065】

第２の組み合わせ（＃２）に対応する周波数セットを参照すると、上記同様、ＲＦ１が６０ＭＨｚであり、ＲＦ２が１５０ＭＨｚである。指定周波数は２５ＭＨｚである。差方式の下で、高いＲＦであるＲＦ２が主参照周波数とされ、それに対応するＦ２に対して指定周波数である２５ＭＨｚが割り当てられる。その結果、Ｆ０が１７５ＭＨｚと算出され、Ｆ１が１１５ＭＨｚと算出されている。

【0066】

第３の組み合わせ（＃３）に対応する周波数セットを参照すると、ＲＦ１が５６０ＭＨｚであり、ＲＦ２が６００ＭＨｚである。指定周波数は２５ＭＨｚである。和方式の下で、低いＲＦであるＲＦ１が主参照周波数とされ、それに対応するＦ１に対して指定周波数である２５ＭＨｚが割り当てられる。その結果、Ｆ０が５３５ＭＨｚと算出され、Ｆ２が６５ＭＨｚと算出されている。

【0067】

第４の組み合わせ（＃４）に対応する周波数セットを参照すると、上記同様、ＲＦ１が５６０ＭＨｚであり、ＲＦ２が６００ＭＨｚである。指定周波数は１２５ＭＨｚである。和方式の下で、高いＲＦであるＲＦ２が主参照周波数とされ、それに対応するＦ２に対して指定周波数である１２５ＭＨｚが割り当てられる。その結果、Ｆ０が４７５ＭＨｚと算出され、Ｆ１が８５ＭＨｚと算出される。

【0068】

実施形態においては、第１の組み合わせが採用されているが、４つの組み合わせの中から、使用する組み合わせが選択されてもよい。実施形態においては、指定周波数は、ＲＦ１及びＲＦ２の組み合わせによらずに固定される。もっとも、ＲＦ１及びＲＦ２の組み合わせに応じて、指定周波数を変化させてもよい。

【0069】

図３には、第1の組み合わせにおける周波数セット算出方法の一例が模式的に示されている。図３において、符号７４は、ＲＦ１，ＲＦ２の組み合わせを示している。符号７５で示すように、ＲＦ１は６０ＭＨｚであり、符号７６で示すように、ＲＦ２は１５０ＭＨｚである。相対的に見て低い周波数つまりＲＦ１が主参照周波数とされ、相対的に見て高い周波数つまりＲＦ２が副参照周波数とされる。符号７７で示すように、Ｆ１は指定周波数ＦＳであり、つまりＦ１は１２５ＭＨｚである。

【0070】

最初に、符号７８で示すように、Ｆ１及びＲＦ１に基づいて、Ｆ０が算出される。具体的には、Ｆ０＝Ｆ１＋ＲＦ１により、Ｆ０として１８５ＭＨｚが算出される。次に、符号８０で示すように、ＲＦ２及びＦ０に基づいて、Ｆ２が算出される。具体的には、Ｆ２＝Ｆ０－ＲＦ２により、Ｆ２として３５ＭＨｚが算出される。

【0071】

図４には、第２の組み合わせにおける周波数セット算出方法の一例が模式的に示されている。図４において、符号８１は、ＲＦ１，ＲＦ２の組み合わせを示している。符号８２で示すように、ＲＦ１は６０ＭＨｚであり、符号８３で示すように、ＲＦ２は１５０ＭＨｚである。相対的に見て高い周波数つまりＲＦ２が主参照周波数とされ、相対的に見て低い周波数つまりＲＦ１が副参照周波数とされる。符号８４で示すように、Ｆ２は指定周波数ＦＳであり、つまりＦ２は２５ＭＨｚである。

【0072】

最初に、符号８５で示すように、Ｆ２及びＲＦ２に基づいて、Ｆ０が算出される。具体的には、Ｆ０＝Ｆ２＋ＲＦ２により、Ｆ０として１７５ＭＨｚが算出される。次に、符号８６で示すように、ＲＦ１及びＦ０に基づいて、Ｆ１が算出される。具体的には、Ｆ１＝Ｆ０－ＲＦ１により、Ｆ１として１１５ＭＨｚが算出される。

【0073】

以上のように、差方式の下で、固定的に定める指定周波数を用意し、段階的な計算を行うことにより、ＲＦ１，ＲＦ２の組み合わせに適合した周波数セットを迅速かつ簡易に特定又は計算することが可能となる。

【0074】

図５には、第３の組み合わせにおける周波数セット算出方法の一例が模式的に示されている。図５において、符号８７は、ＲＦ１，ＲＦ２の組み合わせを示している。符号８８で示すように、ＲＦ１は５６０ＭＨｚであり、符号８９で示すように、ＲＦ２は６００ＭＨｚである。相対的に見て低い周波数つまりＲＦ１が主参照周波数とされ、相対的に見て高い周波数つまりＲＦ２が副参照周波数とされる。符号９０で示すように、Ｆ１は指定周波数ＦＳであり、つまりＦ１は２５ＭＨｚである。

【0075】

最初に、符号９１で示すように、Ｆ１及びＲＦ１に基づいて、Ｆ０が算出される。具体的には、Ｆ０＝ＲＦ１－Ｆ１により、Ｆ０として５３５ＭＨｚが算出される。次に、符号９２で示すように、ＲＦ２及びＦ０に基づいて、Ｆ２が算出される。具体的には、Ｆ２＝ＲＦ２－Ｆ０により、Ｆ２として６５ＭＨｚが算出される。

【0076】

図６には、第４の組み合わせにおける周波数セット算出方法の一例が模式的に示されている。図６において、符号９３は、ＲＦ１，ＲＦ２の組み合わせを示している。符号９４で示すように、ＲＦ１は５６０ＭＨｚであり、符号９５で示すように、ＲＦ２は６００ＭＨｚである。相対的に見て高い周波数つまりＲＦ２が主参照周波数とされ、相対的に見て低い周波数つまりＲＦ１が副参照周波数とされる。符号９６で示すように、Ｆ２は指定周波数ＦＳであり、つまりＦ２は１２５ＭＨｚである。

【0077】

最初に、符号９７で示すように、Ｆ２及びＲＦ２に基づいて、Ｆ０が算出される。具体的には、Ｆ０＝ＲＦ２－Ｆ２により、Ｆ０として４７５ＭＨｚが算出される。次に、符号９８で示すように、ＲＦ１及びＦ０に基づいて、Ｆ１が算出される。具体的には、Ｆ１＝ＲＦ１－Ｆ０により、Ｆ１として８５ＭＨｚが算出される。

【0078】

以上のように、和方式が採用された場合でも、固定的に定める指定周波数を利用し、段階的な計算を行うことにより、ＲＦ１，ＲＦ２の組み合わせに適合した周波数セットを迅速かつ簡易に特定又は計算することが可能となる。

【0079】

第１の組み合わせにおいて、不適切な設定値が算出されるケースとして、例えば、次のようなものが挙げられる。先の説明内容とは逆に、相対的に見て高い周波数つまりＲＦ２を主参照周波数とし、相対的に見て低い周波数つまりＲＦ１を副参照周波数とする場合を考えてみる。Ｆ２は指定周波数ＦＳであり、つまりＦ２は１２５ＭＨｚとなる。Ｆ２及びＲＦ２に基づいて、Ｆ０が算出される。具体的には、Ｆ０＝Ｆ２＋ＲＦ２により、Ｆ０として２７５ＭＨｚが算出される。次に、ＲＦ１及びＦ０に基づいてＦ１が算出される。具体的には、Ｆ１＝Ｆ０－ＲＦ１により、Ｆ１として２０５ＭＨｚが算出される。その周波数はＦＲを超えており、不適切なものである。

【0080】

図７には、差方式における周波数セットの計算、具体的には、第１の組み合わせ及び第２の組み合わせにおける周波数セットの計算が図解されている。差方式は、一般に、ＲＦ１，ＲＦ２が低周波数帯域に属する場合に採用される。符号１１４は、第1の組み合わせを示しており、符号１１６は、第２の組み合わせを示している。縦軸は周波数を示している。

【0081】

図示された第１の組み合わせ及び第２の組み合わせのいずれにおいても、ＲＦ１＜ＲＦ２が成立している。第１の組み合わせでは、指定周波数ＦＳは、周波数範囲ＦＲの１／２を超える高い周波数である。第２の組み合わせでは、指定周波数ＦＳは、周波数範囲ＦＲの１／２に満たない低い周波数である。当然ながら、指定周波数ＦＳは、周波数範囲ＦＲの上限値以下の周波数である。

【0082】

第１の組み合わせにおいては、低い方のＲＦ１が主参照周波数つまり基準周波数とされる。ＲＦ１に対してＦ１（＝ＦＳ）を加算することにより、Ｆ０が算出される。続いて、Ｆ０からＲＦ２を減算することにより、Ｆ２が算出される。図示の例では、Ｆ２は正の周波数である。ＲＦ１とＲＦ２の差がΔＲＦで示されている。

【0083】

例えば、ＲＦ２がＲＦ２’になった場合、ΔＲＦ’が大きくなる。ΔＲＦ’がＦ１（＝ＦＳ）を超えると、算出されるＦ２’が数値計算上、マイナスの周波数になってしまう。そのような事態を避けるためには、ＦＳに対してできるだけ大きな値を与えた方がよい。例えば、ＦＳに対して、周波数範囲ＦＲの上限値を与えることも考えられる。ＦＳに大きな値を与えた場合、ミキサから出力される和成分と差成分の差が大きくなるため、つまり必要な信号と不要な信号との間での周波数差が大きくなるため、不要な信号を排除し易くなる。つまり、ＦＳに大きな値を与えれば、フィルタ設計が容易となる。

【0084】

第２の組み合わせにおいては、高い方のＲＦ２が主参照周波数つまり基準周波数とされる。ＲＦ２に対してＦ２（＝ＦＳ）を加算することにより、Ｆ０が算出される。続いて、Ｆ０からＲＦ１を減算することにより、Ｆ１が算出される。ＲＦ１とＲＦ２の差がΔＲＦで示されている。ΔＲＦを大きくするためには、ＦＳはできるだけ小さい方がよい。周波数範囲ＦＲにおける最小値（下限値）をＦＳに与えてもよい。ＦＳに小さな値を与えた場合、高性能デバイスを用いる必要がなくなる、信号純度を大きく損なうことがない、といった利点を得られる。

【0085】

図８には、和方式における周波数セットの計算、具体的には、第３の組み合わせ及び第４の組み合わせにおける周波数セットの計算が図解されている。和方式は、一般に、ＲＦ１，ＲＦ２が高周波数帯域に属する場合に採用される。符号１２０は、第３の組み合わせを示しており、符号１２２は、第４の組み合わせを示している。縦軸は周波数を示している。

【0086】

図示された第３の組み合わせ及び第４の組み合わせのいずれにおいても、ＲＦ１＜ＲＦ２が成立している。第３の組み合わせでは、指定周波数ＦＳは、周波数範囲ＦＲの１／２に満たない低い周波数である。第４の組み合わせでは、指定周波数ＦＳは、周波数範囲ＦＲの１／２を超える高い周波数である。

【0087】

第３の組み合わせにおいては、ＲＦ１及びＲＦ２の内で低い方のＲＦ１が主参照周波数とされる。ＲＦ１からＦ１（＝ＦＳ）が減算され、これによりＦ０が算出される。ＲＦ２からＦ０を減算することによりＦ２が算出される。当然ながらＦ２は周波数範囲ＦＲ内に収まっている必要がある。第３の組み合わせにおいて、許容し得るΔＲＦを大きくするためには、ＦＳは小さい方がよく、ＦＳをＦＲの下限値に一致させてもよい。ＦＳが小さい場合には、第２の組み合わせにおいてＦＳを小さくした場合に得られる利点と同様の利点を得られる。

【0088】

第４の組み合わせにおいては、ＲＦ１及びＲＦ２の内で高い方のＲＦ２が主参照周波数とされる。ＲＦ２からＦ２（＝ＦＳ）が減算され、これによりＦ０が算出される。続いて、ＲＦ１からＦ０を減算することによりＦ１が算出される。第４の組み合わせにおいて、許容し得るΔＲＦを大きくするためには、ＦＳは大きい方がよく、ＦＳをＦＲの上限値に一致させてもよい。ＦＳが大きい場合には、第１の組み合わせにおいてＦＳを大きくした場合に得られる利点と同様の利点を得られる。

【0089】

図７及び図８に示した内容は例示に過ぎないものである。具体的な周波数関係に応じて、周波数変換方式、基準となるＲＦ、指定周波数、等を選択すればよい。なお、指定周波数が可変されてもよい。例えば、ΔＲＦに基づいて、指定周波数が適応的に決定されてもよい。

【0090】

図９には、送信部の変形例が示されている。図９は、送信部２２Ａの一部を示すものである。送信部２２Ａは、信号生成部２６Ａ及び加算器３６Ａを有する。信号生成部２６Ａは、複数の信号生成器３２Ａにより構成される。各信号生成器３２Ａは、シーケンサー１３０及びＤＤＳ（Direct Digital Synthesizer）１３２により構成される。シーケンサー１３０により、所望のパルス系列又はそれに対応するコマンド列が生成され、それに従ってＤＤＳ１３２が原送信信号を生成している。ＤＤＳ１３２は様々な波形を生成する機能を備えている。加算器３６Ａにおいて、複数の原送信信号が加算されている。加算後の混合原送信信号が図示されていない周波数変換器に送られる。

【0091】

図１０には、周波数変換器の変形例が示されている。なお、図１０において、図１に示した要素と同様の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。

【0092】

分波器内の複数のフィルタは、フィルタバンク４０の機能と同様の機能を発揮し得る。すなわち、分波器内の複数のフィルタは、差成分抽出器又は和成分抽出器としても機能し得る。それを前提として、スイッチ１３４及びスイッチ１３５により、バイパス路１３８を選択すれば、送信信号の純度を維持することが可能となる。送信信号をフィルタバンク４０に送り込みたい場合には、スイッチ１３４及びスイッチ１３５にフィルタリング路１３６を選択させればよい。

【0093】

図１１には、分波器の構成についての幾つかの具体例が示されている。ＴＹＰＥ１で特定される２つのＢＰＦの組み合わせは、符号１４０－１で示す周波数特性を有する。ＴＹＰＥ２で特定されるＨＰＦ及びＬＰＦの組み合わせは、符号１４０－２で示す周波数特性を有する。ＴＹＰＥ３で特定されるＢＰＦ及びＬＰＦの組み合わせは、符号１４０－３で示す周波数特性を有する。ＴＹＰＥ４で特定されるＨＰＦ及びＢＰＦの組み合わせは、符号１４０－４で示す周波数特性を有する。ＴＹＰＥｋで特定される２つのＢＲＦ（Band Rejection Filter）の組み合わせは、符号１４０－２で示す周波数特性を有する。ＢＲＦはＢＥＦ（Band Elimination Filter）とも称される。

【0094】

図１２には、分波器の変形例が示されている。分波器１８Ａは、並列配置された第１フィルタ１４２、第２フィルタ１４４、及び、第３フィルタ１４６を有する。分波器１８Ａは、トリプレクサーとも言い得る。第１フィルタ１４２により、周波数ＲＦ１を有する送信信号が生成され、第２フィルタ１４４により、周波数ＲＦ２を有する送信信号が生成され、第３フィルタ１４６により、周波数ＲＦ３を有する送信信号が生成される。

【0095】

ＲＦ１，ＲＦ２，ＲＦ３に従って、上記で説明した手法に基づき、周波数セットが算出される。具体的には、差方式と高周波数指定を前提とする場合、ＲＦ１，ＲＦ２，ＲＦ３の中で最も低い周波数が主参照周波数とされ、残りの２つの周波数がそれぞれ副参照周波数とされる。ＲＦ１，ＲＦ２，ＲＦ３に対応する３つの周波数の内で、主参照周波数に対応する周波数が指定周波数とされ、残りの２つの周波数がそれぞれ算出周波数とされる。上記は一例に過ぎず、本変形例において、和方式や低周波数指定を採用してもよい。

【0096】

上記実施形態では、２つのＲＦの内で低い側の周波数又は高い側の周波数が基準とされていたが、２つのＲＦに基づく平均周波数を基準とすることも考えられる。また、上記実施形態において、Ｆ０を決定するための指定周波数を測定目的や測定状況に応じて変動させてもよい。ユーザーによりＦ０が指定されてもよい。指定周波数を用いることなく、Ｆ１及びＦ２を適応的に決定する変形例も考えられる。複数の照射周波数群に対応する複数の分波器を用意しておき、選択した照射周波数群に適合する分波器が選択的に使用されてもよい。なお、送信部及び受信部に対して、それぞれ、直列に接続された複数の周波数変換器を設けてもよい。その場合、段階的な周波数変換が行われる。また、複数の分波器を並列的に設ける構成を採用してもよい。その場合、分波器ごとに図１に示した構成が設けられる。

【符号の説明】

【0097】

１０ 分光計、１２ 静磁場発生器、１４ プローブ、１６ 中継器、１８ 分波器、２２ 送信部、２４ 受信部、２５ コントローラ、２６ 信号生成部、２８ 周波数変換器、３０ パワーアンプ、３８ ミキサ、４８ 発振器、５４ 第１フィルタ、５６ 第２フィルタ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】