(57)【要約】【課題】高効率で安定したレーザー発振が可能なフラッシュランプ励起の固体レーザー装置を提供する。【解決手段】レーザー光を出力する共振器と、共振器内部に配置された固体レーザー媒質と、レーザー媒質に励起光を照射するフラッシュランプと、レーザー媒質の少なくとも一部を覆うように設けられた、レーザー媒質を加熱する加熱手段を有する固体レーザー装置を用いる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザー光を出力する共振器と、
前記共振器内部に配置されたレーザー媒質と、
前記レーザー媒質に励起光を照射するフラッシュランプと、
前記レーザー媒質の少なくとも一部を覆うように設けられた、前記レーザー媒質を加熱する加熱手段と、
を有する固体レーザー装置。
【請求項２】
前記加熱手段は、前記励起光を透過させる材料からなる
請求項１に記載の固体レーザー装置。
【請求項３】
前記加熱手段の前記励起光に対する透過率は７５％以上である
請求項２に記載の固体レーザー装置。
【請求項４】
前記加熱手段は、ガラスと、前記ガラスの少なくとも一部を覆うように設けられた、前記励起光を透過させる材料からなる抵抗膜と、から構成される
請求項２または３に記載の固体レーザー装置。
【請求項５】
前記ガラスは石英ガラスである
請求項４に記載の固体レーザー装置。
【請求項６】
前記加熱手段は、前記レーザー媒質の少なくとも一部を覆うように設けられた、前記励起光を透過させる材料からなる抵抗膜から構成される
請求項２または３に記載の固体レーザー装置。
【請求項７】
前記抵抗膜は、前記励起光を透過させる材料からなる
請求項４ないし６のいずれか１項に記載の固体レーザー装置。
【請求項８】
前記抵抗膜の材料としてＩＴＯまたはＺｎＯが用いられる
請求項７に記載の固体レーザー装置。
【請求項９】
前記加熱手段は、前記共振器の共振方向に垂直な断面において、前記レーザー媒質の全周を覆っている
請求項４ないし８のいずれか１項に記載の固体レーザー装置。
【請求項１０】
前記加熱手段は、前記共振器の共振方向に垂直な断面において、前記レーザー媒質を覆っていない部分を有している
請求項１に記載の固体レーザー装置。
【請求項１１】
前記フラッシュランプは、前記加熱手段が前記レーザー媒質を覆っていない部分を通して、前記励起光を前記レーザー媒質に照射する
請求項１０に記載の固体レーザー装置。
【請求項１２】
前記加熱手段は、前記励起光を反射させる材料で覆われている
請求項１１に記載の固体レーザー装置。
【請求項１３】
前記加熱手段は、電熱線を埋め込んだセラミックで構成されている
請求項１２に記載の固体レーザー装置。
【請求項１４】
前記加熱手段への投入電力を制御する電力制御手段をさらに有する
請求項１ないし１３のいずれか１項に記載の固体レーザー装置。
【請求項１５】
前記レーザー媒質の温度を測定する温度測定手段をさらに有し、
前記電力制御手段は、前記レーザー媒質の温度を一定に保つように電力を制御する
請求項１４に記載の固体レーザー装置。
【請求項１６】
前記共振器から出力されるレーザー光の光量を測定する光量測定手段をさらに有し
前記電力制御手段は、前記レーザー光の光量を一定に保つように電力を制御する
請求項１４に記載の固体レーザー装置。
【請求項１７】
前記レーザー光の波長を選択する波長選択手段をさらに有する
請求項１ないし１６のいずれか１項に記載の固体レーザー装置。
【請求項１８】
前記電力制御手段は、前記波長選択手段により選択されるそれぞれの波長における前記加熱手段への投入電力とレーザー出力の関係に基づいて、前記波長選択手段により選択された波長における投入電力を制御する
請求項１７に記載の固体レーザー装置。
【請求項１９】
前記波長選択手段により選択された波長を検知する波長検知手段をさらに有する
請求項１７または１８に記載の固体レーザー装置。
【請求項２０】
請求項１ないし１９のいずれか１項に記載の固体レーザー装置と、
前記固体レーザー装置から前記レーザー光を照射された被検体から伝搬する音響波を検出する音響波検出器と、
前記音響波に基づいて前記被検体内の特性情報を生成する信号処理部と、
を有する被検体情報取得装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体レーザー装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザーなどの光源から生体等の被検体に光を照射し、入射した光に基づいて得られる被検体内の情報を画像化する光イメージング装置の研究が医療分野で積極的に進められている。この光イメージング技術の一つとして、ＰＡＴ（Ｐｈｏｔｏ  Ａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ：光音響トモグラフィー）がある。ＰＡＴでは、光源から発生したパルス光を被検体に照射し、被検体内で伝搬、拡散したパルス光のエネルギーを吸収した被検体内の組織から発生した音響波を検出する。この音響波発生現象を光音響効果と呼び、光音響効果により発生した音響波を光音響波と呼ぶ。
【０００３】
腫瘍などの被検部位は、その周辺組織に対して光エネルギーの吸収率が高いことが多いため、周辺組織よりも多くの光を吸収して瞬間的に膨張する。この膨張の際に発生する光音響波を音響波検出器で検出し、受信信号を得る。この受信信号を数学的に解析処理することにより、被検体内の、光音響効果により発生した光音響波の音圧分布を画像化できる（以下、光音響画像と呼ぶ）。このようにして得られる光音響画像を基にして、被検体内の光学特性分布、特に、吸収係数分布を取得できる。これらの情報は、被検体内の特定物質、例えば血液中に含まれるグルコースやヘモグロビンなどの定量的計測にも利用できる。近年、ＰＡＴを用いて小動物の血管像をイメージングする、あるいは、乳がんなどの診断に応用することを目的とした光音響画像装置の研究が積極的に進められている。
【０００４】
グルコースやヘモグロビン等の生体内物質は、入射する光の波長によりその吸収率が異なる。したがって、波長の異なる光を照射し、吸収係数分布の差分を解析することにより、生体内の物質の分布をより正確に測定できる。一般に、照射光には５００ｎｍ〜１２００ｎｍの波長を持つ光が使用される。特に、メラニンや水の吸収を避ける必要がある場合は、入射光には波長７００ｎｍ〜９００ｎｍの近赤外光が用いられる。
【０００５】
アレキサンドライトレーザーは、上記の波長範囲において利得帯域を有する、波長可変な固体レーザーである。アレキサンドライト結晶の利得は温度依存性があり、結晶温度が高いほど利得が大きいことが知られている（非特許文献１）。そこで、６０°Ｃから８０°Ｃ程度の温水を循環してアレキサンドライト結晶を加熱することで高利得化を図ることが行われている。一方、一般に、結晶の励起に用いるフラッシュランプは水冷が必要である。そのため、ランプの水冷のために、３０°Ｃから４０°Ｃ程度の水を循環することが行われている。結晶用の水の循環とランプ用の水の循環を独立に設ける例は特許文献１で開示されている。また、レーザー結晶をヒーターで加熱する例は特許文献２で開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平５−１３８４０号公報
【特許文献２】特開２０１２−３３８１８号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】IEEE J. Quantum Electron., Vol. QE-19, pp.480-483, Mar. 1983
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１のように結晶用の水の循環とランプ用の水の循環を独立に設けた場合、それぞれに温度調整機構や循環のためのポンプが必要であり、装置が大型化、高コスト化するといった課題がある。また、水によってレーザー結晶を加熱する場合は１００°Ｃ以上にすることはできず、さらなる高利得化には限界がある。また、特許文献２は、共振方向に沿って半導体レーザーによる励起光を結晶に照射するものであり、フラッシュランプ励起のように結晶の側面から励起光を照射するものには適応できない。
【０００９】
本発明は上記課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、高効率で安定したレーザー発振が可能なフラッシュランプ励起の固体レーザー装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、以下の構成を採用する。すなわち、
レーザー光を出力する共振器と、
前記共振器内部に配置された固体レーザー媒質と、
前記レーザー媒質に励起光を照射するフラッシュランプと、
前記レーザー媒質の少なくとも一部を覆うように設けられた、前記レーザー媒質を加熱する加熱手段と、
を有する固体レーザー装置である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、高効率で安定したレーザー発振が可能なフラッシュランプ励起の固体レーザー装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１の実施例を説明する模式図。
【図２】第１の実施例における抵抗膜の形状を説明する図。
【図３】第２の実施例を説明する模式図。
【図４】第３の実施例を説明する模式図。
【図５】第４の実施例を説明する模式図。
【図６】第５の実施例を説明する模式図。
【図７】第６の実施例を説明する模式図。
【図８】第７の実施例を説明する模式図。
【図９】第８の実施例を説明する模式図。
【図１０】第９の実施例を説明する模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に図面を参照しつつ、本発明の好適な実施の形態について説明する。ただし、以下に記載されている構成部品の寸法、材質、形状およびそれらの相対配置などは、発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものであり、この発明の範囲を以下の記載に限定する趣旨のものではない。
【００１４】
本発明は、固体レーザー装置に適用できる。本発明はまた、パルスレーザー照射により被検体から発生した光音響波を取得し、被検体内の特性情報を生成する被検体情報取得装置に適用できる。
以下、本発明に係る固体レーザー装置の各構成要素と、レーザー出力の仕組みについて説明する。
【００１５】
（レーザー媒質）
レーザー媒質は、フラッシュランプからの励起光を吸収して所望の波長の光を発する。
以下の実施例ではアレキサンドライト結晶を用いた例を示しているが、そのほかの結晶であってもよい。
【００１６】
（フラッシュランプ）
フラッシュランプは、レーザー媒質の励起光となる光を発する。フラッシュランプは通常、寿命の観点から、３０°Ｃから４０°Ｃの水を循環することで水冷されている。
【００１７】
（加熱手段）
加熱手段は、レーザー媒質を加熱する。加熱手段は、レーザー媒質の少なくとも一部を覆うように設置されている。
ひとつの形態では、加熱手段が励起光に対して透明であり、励起光は加熱手段を通過してレーザー媒質に照射される。加熱手段として例えば、石英ガラスにＩＴＯもしくはＺｎＯを主体とする抵抗膜を成膜したものや、レーザー媒質の側面に直接抵抗膜を成膜したものを使用できる。励起光に対する加熱手段の透過率は７５％以上であることが望ましい。これより透過率が小さいと、所望の出力のレーザー光を得るために、フラッシュランプの投入電力を大きくしたり、レーザー媒質を過度に加熱したりする必要があり現実的でない。なお、この形態であっても、必ずしも加熱手段がレーザー媒質全体を覆う必要はない。また、加熱手段の抵抗膜は、必ずしもガラス全体を覆う必要はない。
【００１８】
また、別の形態では、加熱手段がレーザー媒質の一部を覆っており、励起光は加熱手段で覆われていない領域を通してレーザー媒質に照射される。この場合の加熱手段は励起光に対して透明である必要はない。レーザー媒質を通過した光を再びレーザー媒質に戻すため、加熱手段の表面が、レーザー媒質を励起する波長の光に対して高い反射率もしくは高い拡散反射率を有する材料で覆われていることが望ましい。例えば、アルミナなどの白色のセラミックを表面に配置することが好適である。
【００１９】
（ランプチャンバー）
ランプチャンバーは、フラッシュランプからの光を効率よくレーザー媒質に伝達させる。ランプチャンバーは、中空構造で、内部にフラッシュランプおよびレーザー媒質が配置される。ランプチャンバーの表面は、拡散反射率の高い材料（例えば硫酸バリウムなど）、または反射率の高い金属（例えば金など）で覆われている。その他、マセライト（日本コークス工業株式会社の登録商標）などのセラミックを中空構造に加工したものでもよい。
【００２０】
（アウトプットカップラ）
アウトプットカップラは、共振器内部の光の一部を共振器外部に取り出し、残りを共振器内部に戻す。アウトプットカップラは、所望の波長の光に対して適切な反射率を有するミラーで構成される。
【００２１】
（波長選択手段）
波長選択手段は、所望の波長の光を選択的に共振させる。波長選択手段は、光学軸が板面に平行になるように加工された単軸結晶（例えば石英）からなる１枚の複屈折板もしくは複数の複屈折板で構成される。またはプリズムの波長分散を利用したものでもよい。
【００２２】
（リアミラー）
リアミラーは、共振器内部の光を反射して共振器内部に戻す。リアミラーは、一般に、９５％以上の反射率を有する誘電体多層膜によって構成される。
【００２３】
（電力制御手段）
電力制御手段は、測定手段からの出力に応じて前記加熱手段への投入電力を調整し、温
度測定手段からの出力を一定に保つように制御する。
【００２４】
（温度測定手段）
温度測定手段は、レーザー媒質もしくは加熱手段の温度を測定する。温度測定手段は例えばサーミスタなどで構成される。
【００２５】
（光量測定手段）
光量測定手段は、レーザー共振器の外部に設けられ、レーザー出力（光量）をモニターする。
【００２６】
（波長検知手段）
波長検知手段は、波長選択手段が選択する波長を検知する。波長選択手段の状態（例えば位置や角度など）と波長とに相関がある場合は、その状態を検知するものであってもよい。
【００２７】
（装置全体の制御）
フラッシュランプによる光照射、波長選択手段の動作、温度測定手段による計測、光量測定手段によるモニター、波長検知手段による計測などは、制御回路等のハードウェアや、各種の制御が予めプログラムされたソフトウェアによって制御される。ハードウェア制御の場合、各構成要素の制御回路や、それらに動作タイミングを制御する回路を含めて、レーザー装置全体の制御手段と考えてもよい。またソフトウェア制御の場合、ＣＰＵ等の情報処理装置や、その上で動作するソフトウェアを含めて制御手段と考えてもよい。制御にあたっては、所定のフローやタイミングチャートに従い、各構成要素の動作が連動して実行される。またその際に、作業者からの数値設定や動作指示に関する入力を受け付け、動作に反映してもよい。また、装置全体の制御の中に、上述の電力制御手段による投入電力の調整を含めてもよい。
より詳細な構成については、以下の実施例の中で述べる。
【００２８】
＜第１の実施例＞
図１は本発明のレーザー装置の第１の実施例を説明する模式図である。図１（ａ）は、共振方向に平行な面での断面図を、図１（ｂ）は、共振方向に垂直な面での断面図を示している。
【００２９】
（装置の構成）
図中、符号１０１は直径６．２５ｍｍの円柱状のアレキサンドライト結晶からなるレーザー媒質である。符号１０３は加熱手段であり、内径８．５ｍｍの石英ガラス管１０５と、石英ガラス管１０５の表面全体に成膜されたＩＴＯ薄膜からなる抵抗膜１０７で構成される。抵抗膜１０７は、シート抵抗が約１５０Ωになるように膜厚が調整されている。加熱手段１０３の可視光の透過率は概ね７５から８０％である。符号１０９は抵抗膜１０７の両端に設けられたＡｌからなる電極である。図中示されていないが、電極１０９は、電流源と電気的に接続されている。抵抗膜１０７に所望の電流を流すことで石英ガラス管１０５は１２０°Ｃ程度にまで加熱され、石英ガラス管１０５の内部に設けられたレーザー媒質１０１も同程度の温度にまで加熱される。
【００３０】
符号１１３はフラッシュランプであり、石英からなるガラス管１１５内に配置されている。図中示されていないが、フラッシュランプ１１３はパルス電源と接続されており、励起光を発する。符号１１７は冷却水である。図中示されていないが、ガラス管１１５はポンプおよび恒温槽と接続されており、冷却水１１７は約４０°Ｃに調整されて循環している。符号１１１はランプチャンバーであり、内壁は硫酸バリウムからなる拡散反射材で覆われている。フラッシュランプ１１３から発せられた励起光は、ランプチャンバー１１１
の表面で拡散反射され、加熱手段１０３を透過してレーザー媒質１０１に到達する。
【００３１】
符号１１９は筐体である。レーザー媒質１０１および加熱手段１０３は、耐熱性に優れた弗素樹脂からなる支持部材１２１、１２３によって筐体１１９に固定されている。また、ガラス管１１５は冷却水１１７をシールするシール材１２５、１２７によって筐体１１９に固定されている。フラッシュランプ１１３は筐体１１９に支持されており、両端に設けられたゴム製のＯリング１２９、１３１によって密閉されている。
【００３２】
符号１３３は、９９％の反射率を有するリアミラーである。符号１３５は、５０％の反射率を有するアウトプットカップラである。符号１３７は３枚の複屈折板からなる波長選択手段である。波長選択手段１３７が複屈折板に垂直な軸を中心に回転することで、所望の波長の光のみを選択的に透過させられる。
【００３３】
（装置の動作）
このような装置の動作例を説明する。フラッシュランプ１１３には、エネルギー７０Ｊ、パルス幅１５０μｓのパルスを印加した。波長選択手段１３７の選択波長を７５０ｎｍ、レーザー媒質の温度を約１２０°Ｃに設定した。この場合、パルスエネルギー約２００ｍＪのレーザー光が得られた。
また別の動作例では、ランプへの投入エネルギーは同じで、波長選択手段１３３の選択波長を７８０ｎｍ、レーザー媒質の温度を約１３５°Ｃに設定した。この場合、パルスエネルギー約２００ｍＪのレーザー光が得られた。
【００３４】
（効果）
本実施例においては、加熱手段１０３の存在により、アレキサンドライト結晶を１００°Ｃ以上の高温にできるので、高利得化が可能となる。そのため、温水を用いた方式に比べ、少ない投入電力で大きいレーザー出力を得られる。また、高利得領域を用いることから、パルスごとのレーザー出力のばらつきを低減できる。さらに、温水の循環機構が不要になるので装置の小型化が可能となる。以上より本発明によれば、高効率で安定したレーザー発振が可能となる。
【００３５】
本実施例による固体レーザーをＰＡＴ装置に適応する場合、解像度の観点からパルス幅は１００ｎｓ以下であることが望ましい。パルス幅を狭くするには、レーザー共振器中にポッケルスセルを挿入して、ポッケルスセルに印加する高電圧のＯＮ／ＯＦＦを切り替えることでジャイアントパルスを発生する、いわゆるＱスイッチ構造にすればよい。
【００３６】
（変形例）
本実施例においては、図２（ａ）のようなパターンの抵抗体を設けた加熱手段を用いた。しかし抵抗膜の形状はこれに限られない。例えば、図２（ｂ）〜図２（ｄ）に示すように、抵抗膜が存在しない領域を設けてもよい。これにより、励起光の透過率のさらなる向上が期待できる。図２（ｂ）の構造は製造が比較的容易である。一方、共振方向に一定で円周方向に周期性を持った構造となるのでレーザー光の高次モード発振を誘発する可能性がある。図２（ｃ）、図２（ｄ）では、共振方向に伝搬する際に利得が平均化される効果がある。
【００３７】
さらに、本実施例では、レーザー共振器内に波長選択手段を設けた例を示したが、当該手段を設けなくてもよい。この場合、最も利得の大きい波長域である７５５ｎｍ付近で発振するが、結晶温度向上による高利得化の効果があることは言うまでもない。
【００３８】
＜第２の実施例＞
図３は本発明のレーザー装置の第２の実施例を説明する模式図である。第１の実施例と
共通する部分の説明は省略し、同じ図番を付加する。第１の実施例との違いは、温度制御機構を備えている点である。
【００３９】
図３中、符号２０１は電流制御が可能な電流源（制御手段に相当）であり、電気配線２０５、２０７を介して加熱手段１０３に電流を注入する。符号２０３はサーミスタからなる温度測定手段であり、センサー部は加熱手段１０３の内壁に固定されている。
【００４０】
本実施例では、温度測定手段からの出力に応じて加熱手段への投入電力を制御することで、レーザー媒質１０１の温度を一定に保つことが可能となる。例えば、測定された温度が所定の値より低ければ加熱を行い、所定値に達した時点で加熱を停止する。また、所定値との差に応じて、加熱の程度を制御してもよい。このような制御の結果、レーザー出力を安定化できる。
【００４１】
＜第３の実施例＞
図４は本発明のレーザー装置の第３の実施例を説明する模式図である。第１の実施例と共通する部分の説明は省略し、同じ図番を付加する。第１の実施例との違いは、レーザー出力制御機構を備えている点である。
【００４２】
図４中、符号２４１は電流制御が可能な電流源（制御手段に相当）であり、電気配線２０５、２０７を介して加熱手段１０３に電流を注入する。符号２４３はビームサンプラーであり、レーザー光を取り出す。ビームサンプラー２４３で取り出されたレーザー光はパイロエレクトリックセンサーからなる光量測定手段２４５によって検出される。
【００４３】
アレキサンドライト結晶の利得と温度の間には、温度が上昇すると利得が上昇するという、単調増加の関係がある。したがって、レーザー出力を増やしたい場合は結晶温度を上昇、減らしたい場合は結晶温度を低下させればよい。
【００４４】
よって、本実施例では、光量測定手段からの出力に応じて加熱手段への投入電力を制御することで、レーザー出力を一定に保つことが可能となる。例えば、測定された光量が所定の値より低ければ結晶温度を上昇させるために加熱を行い、所定値に達した時点で加熱を停止する。このような制御の結果、レーザー出力を安定化できる。
【００４５】
＜第４の実施例＞
図５は本発明のレーザー装置の第４の実施例を説明する模式図である。第１の実施例と共通する部分の説明は省略し、同じ図番を付加する。第１の実施例との違いは、レーザー出力モニターが不要なレーザー出力安定化機構を備えている点である。
【００４６】
図５中、符号２６１は電流制御が可能な電流源（制御手段に相当）であり、電気配線２０５、２０７を介して加熱手段１０３に電流を注入する。符号２６３は波長検知手段であるところの回転ステージであり、波長選択手段１３７の角度を検出する機能も有している。波長選択手段１３７の角度と透過する波長の関係はほぼ線形な関係であり、角度をモニターすればレーザー光の波長を把握できる。
波長選択手段１３７の角度（すなわち発振波長）と所望のレーザー出力を得るための結晶温度の関係は予め測定されテーブル化されている。
【００４７】
本実施例では、波長検知手段からの出力（角度情報）に応じて、上記テーブルを利用して加熱手段への投入電力を制御することで、波長を変化させた場合でもレーザー出力を一定に保つことが可能となる。このような制御の結果、レーザー出力を安定化できる。したがって、波長可変レーザーを用いた複数波長による測定結果に基づき、被検体内の物質の濃度分布を求める場合に特に有効である。
【００４８】
＜第５の実施例＞
図６は本発明のレーザー装置の第５の実施例を説明する模式図である。第１の実施例と共通する部分の説明は省略し、同じ図番を付加する。第１の実施例との違いは、レーザー媒質に直接加熱機構が付いている点である。
図６（ａ）は、共振方向に平行な面での断面を、図６（ｂ）は、共振方向に垂直な面での断面図を示している。
【００４９】
図中、符号３０１は直径６．２５ｍｍの円柱状のアレキサンドライト結晶からなるレーザー媒質である。符号３０３は加熱手段であり、レーザー媒質３０１の表面全体に成膜されたＩＴＯ薄膜からなる抵抗膜３０７で構成される。抵抗膜３０７は、シート抵抗が約１５０Ωになるように膜厚が調整されている。符号３０９は抵抗膜３０７の両端に設けられたＡｌからなる電極である。図中示されていないが、電極３０９は、電流源と電気的に接続されている。抵抗膜３０７に所望の電流を流すことでレーザー媒質３０１は１２０°Ｃ程度にまで加熱される。符号３１１はランプチャンバーであり、内壁は硫酸バリウムからなる拡散反射材で覆われている。フラッシュランプ１１３から発せられた励起光は、ランプチャンバー３１１の表面で拡散反射され、加熱手段３０３を透過してレーザー媒質３０１に到達する。
【００５０】
符号３１９は筐体である。レーザー媒質１０１は、耐熱性に優れた弗素樹脂からなる支持部材３２１、３２３によって筐体３１９に固定されている。また、ガラス管１１５は冷却水１１７をシールするシール材１２５、１２７によって筐体３１９に固定されている。フラッシュランプ１１３は筐体３１９に支持されており、両端に設けられたゴム製のＯリング１２９、１３１によって密閉されている。
【００５１】
本実施例では、レーザー媒質に直接加熱手段が付いていることから、加熱した際の応答特性が早いという利点がある。したがって、加熱手段がレーザー媒質を高温にすることで高利得が得られるという効果が早く発揮される。そして、レーザー出力のばらつきの低減、装置の小型化、高効率で安定したレーザー発振という利点はそのまま享受できる。
【００５２】
＜第６の実施例＞
図７は本発明のレーザー装置の第６の実施例を説明する模式図である。第１の実施例と共通する部分の説明は省略し、同じ図番を付加する。
図７（ａ）は、共振方向に平行な面での断面を、図７（ｂ）は、共振方向に垂直な面での断面図を示している。
【００５３】
図中、符号４０１は直径６．２５ｍｍの円柱状のアレキサンドライト結晶からなるレーザー媒質である。符号４０３は加熱手段であり、電熱線を埋め込んだ酸化アルミニウムの焼結体で構成されている。加熱手段４０３は、フラッシュランプ１１３が存在する側を除いてレーザー媒質４０１を取り囲むように配置されている。図中示されていないが、加熱手段４０３は、電流源と電気的に接続されている。符号４１１はランプチャンバーであり、内壁は硫酸バリウムからなる拡散反射材で覆われている。
【００５４】
符号４１９は筐体である。レーザー媒質４０１は、耐熱性に優れた弗素樹脂からなる支持部材４２１、４２３によって筐体４１９に固定されている。また、ガラス管１１５は冷却水１１７をシールするシール材１２５、１２７によって筐体４１９に固定されている。フラッシュランプ１１３は筐体４１９に支持されており、両端に設けられたゴム製のＯリング１２９、１３１によって密閉されている。
【００５５】
加熱手段４０３の内壁とランプチャンバー４１１の内壁とがほぼ連続して繋がるように
それぞれの形状が定められている。フラッシュランプ１１３から発せられた励起光は、ランプチャンバー４１１の表面で拡散反射され、レーザー媒質４０１に到達する。また、加熱手段４０３の内壁に当たった光もその表面で拡散反射され、レーザー媒質４０１に到達する。
【００５６】
このような装置の動作例を説明する。フラッシュランプ１１３には、エネルギー７０Ｊ、パルス幅１５０μｓのパルスを印加した。波長選択手段１３３の選択波長を７５０ｎｍ、レーザー媒質の温度を約１２０°Ｃに設定した。この場合、パルスエネルギー約１５０ｍＪのレーザー光が得られた。
また別の動作例では、ランプへの投入エネルギーは同じで、波長選択手段１３３の選択波長を７８０ｎｍ、レーザー媒質の温度を約１３５°Ｃに設定した。この場合、パルスエネルギー約１５０ｍＪのレーザー光が得られた。
【００５７】
本実施例によれば、光を透過しないヒーターによるレーザー媒質の加熱と、フラッシュランプ光によるレーザー媒質の励起を両立可能なレーザー装置を提供できる。
【００５８】
＜第７の実施例＞
図８は本発明のレーザー装置の第７の実施例を説明する模式図である。第６の実施例と共通する部分の説明は省略し、同じ図番を付加する。第６の実施例との違いは、筺体を不要にして小型化を可能にしている点である。
図８（ａ）は、共振方向に平行な面での断面を、図８（ｂ）は、共振方向に垂直な面での断面図を示している。
【００５９】
図中、符号５０１は直径６．２５ｍｍの円柱状のアレキサンドライト結晶からなるレーザー媒質である。符号５０３は加熱手段であり、電熱線を埋め込んだ酸化アルミニウムの焼結体で構成されている。加熱手段５０３は、フラッシュランプ５１３が存在する側を除いてレーザー媒質５０１を取り囲むように配置されている。図中示されていないが、加熱手段５０３は、電流源と電気的に接続されている。符号５１１はランプチャンバーであり、内壁は硫酸バリウムからなる拡散反射材で覆われている。
【００６０】
レーザー媒質５０１は、耐熱性に優れた弗素樹脂からなる支持部材５２１、５２３によって加熱手段５０３もしくはランプチャンバー５１１に固定されている。また、符号５１５は石英からなるガラス板であり、ガラス板５１５は冷却水５１７をシールするシール材５２７によってランプチャンバー５１１に固定されている。このシール材５２７はガラス板５１５の全周に設けられている。フラッシュランプ５１３はランプチャンバー５１１に支持されており、両端に設けられたゴム製のＯリング５２９、５３１によって密閉されている。
【００６１】
加熱手段５０３の内壁とランプチャンバー５１１の内壁とがほぼ連続して繋がるようにそれぞれの形状が定められている。フラッシュランプ５１３から発せられた励起光は、ランプチャンバー５１１の表面で拡散反射され、レーザー媒質５０１に到達する。また、加熱手段５０３の内壁に当たった光もその表面で拡散反射され、レーザー媒質５０１に到達する。
【００６２】
本実施例においては、第６の実施例に比べ小型化に適している。
【００６３】
＜第８の実施例＞
図９は本発明のレーザー装置の第８の実施例を説明する模式図である。第７の実施例と共通する部分の説明は省略し、同じ図番を付加する。第７の実施例との違いは、フラッシュランプを２本にしている点である。
図９（ａ）は、共振方向に平行な面での断面を、図９（ｂ）は、共振方向に垂直な面での断面図を示している。
【００６４】
図中、符号６０１は断面が１辺７ｍｍの正方形である角柱状のアレキサンドライト結晶からなるレーザー媒質である。符号６０３は加熱手段であり、電熱線を埋め込んだ酸化アルミニウムの焼結体で構成されている。加熱手段６０３は、レーザー媒質６０１を上下から加熱可能なように配置されている。図中示されていないが、加熱手段６０３は、電流源と電気的に接続されている。符号５１１、６１１はランプチャンバーであり、内壁は硫酸バリウムからなる拡散反射材で覆われている。
【００６５】
レーザー媒質６０１は、耐熱性に優れた弗素樹脂からなる支持部材６２１、６２３によって加熱手段６０３もしくはランプチャンバー５１１、６１１に固定されている。また、符号５１５、６１５は石英からなるガラス板であり、ガラス板５１５、６１５は冷却水５１７、６１７をシールするシール材５２７、６２７によってランプチャンバー５１１、６１１に固定されている。このシール材５２７、６２７はガラス板５１５、６１５の全周に設けられている。フラッシュランプ５１３、６１３はランプチャンバー５１１、６１１に支持されており、両端に設けられたゴム製のＯリング５２９、５３１、６２９、６３１によって密閉されている。
【００６６】
加熱手段６０３の内壁とランプチャンバー５１１、６１１の内壁とがほぼ連続して繋がるようにそれぞれの形状が定められている。フラッシュランプ５１３から発せられた励起光は、ランプチャンバー５１１の表面で拡散反射され、レーザー媒質６０１に到達する。フラッシュランプ６１３から発せられた励起光は、ランプチャンバー６１１の表面で拡散反射され、レーザー媒質６０１に到達する。加熱手段６０３の内壁に当たった光もその表面で拡散反射され、レーザー媒質６０１に到達する。
【００６７】
本実施例においては、第７の実施例に比べ、励起が２本のフラッシュランプで行われるので、レーザー光の高出力化が可能である。また、左右対称な構造になるのでモード安定性に優れたレーザー光を得ることができる。
【００６８】
＜第９の実施例＞
図１０に本発明によるレーザー装置を光音響画像装置に組み込んだ例を示す。
図中、符号１００１は第１の実施例で示したアレキサンドライト結晶を用いたレーザー装置である。１００３はバンドルファイバで構成された光伝送手段であり、符号１００５は光照射手段である。符号１００７は被検体、符号１００９および１０１１は被検体を挟んで保持する保持板である。保持板１００９および１０１１は、例えば、厚さ１０ｍｍのポリメチルペンテン樹脂で構成されている。
【００６９】
符号１０１３は、素子が２次元アレイ状に配置されている音響波検出器である。符号１００６は光照射手段１０５より発せられた照射光である。音響波検出器１０１３の前面で被検体１００７に照射光１００６が当たるように、光照射手段１００５の内部に設けられた図中不図示の光学系、例えばレンズなどで照射面積が調整されている。また、音響波検出器１０１３と保持板１０１１の間には音響波を伝搬しやすくするため水が充填されている（図中不指示）。
【００７０】
本実施例では、レーザー装置１００１は、波長域７４０ｎｍから７８０ｎｍの範囲で波長ごとに最適なレーザー媒質の温度を設定することで、パルス幅約８０ｎｓｅｃ、パルスエネルギー約２００ｍＪのレーザー光を発振可能な構成である。
音響波検出器１０１３としては、素子サイズ２ｍｍ角、素子ピッチ２ｍｍ、中心検出周波数１ＭＨｚの圧電素子からなるトランスデューサを横１０個、縦１５個の２次元アレイ状
に並べたものを用いている。
【００７１】
音響波検出器１０１３で受信された時系列の受信信号は、信号処理部１０１５によって、例えばディレイアンドサム（ＤｅｌａｙａｎｄＳｕｍ）アルゴリズムを用いて被検体内部の特性情報に変換される。また、被検体内部での特性情報の分布に基づき画像データが生成される。そして、光音響画像をディスプレイ（図中不指示）に表示することでオペレーターが観察可能となる。ここで、レーザー装置全体の制御手段となる情報処理装置が存在する場合、その情報処理装置を信号処理部として動作させてもよい。
【００７２】
この光音響画像は被検体内部の音圧分布を表しており、音圧分布は光の吸収率に比例するので、２つの波長の光を用いて取得した２つの光音響画像を比較、演算すれば、被検体内部で吸収率の波長依存が大きい部位と、波長依存が小さい部位を識別できる。
【００７３】
この例では、被検体１００７として、生体模擬サンプル（ファントム）を、生体表面から３０ｍｍの深さに配置する。サンプルとして具体的には、酸化型ヘモグロビン及び還元型ヘモグロビンを含んだ血管を模擬したチューブを使用する。まず、レーザー装置１００１の発振波長を７５０ｎｍにして繰り返し周波数１０Ｈｚでサンプルにレーザー光を照射して光音響画像を取得する。次に、発振波長を７８０ｎｍに切り替えてり替えて光音響画像を取得する。取得した２つの光音響画像を比較、演算した結果、酸化型ヘモグロビンの濃度の差を可視化することが可能になる。
【００７４】
本実施例において上記のようにＰＡＴにより得られた特性情報に基づき光音響画像を生成する際に、本発明にかかる高利得なレーザー装置が用いられる。そのため高効率で光音響波を発生可能である。また、光音響波の強度から初期音圧値を算出する際には、被検体内の光吸収体などの被検部位における光量値を用いる。ここで、本発明においてはレーザー装置から出力される光強度が安定しているため、光吸収体などの位置での光量推定の精度が向上し、初期音圧値あるいはそれから求められる吸収係数をより正確に算出可能になる。
【符号の説明】
【００７５】
１０１：レーザー媒質，１０３：加熱手段，１１３：フラッシュランプ，１３３：リアミラー，１３５：アウトプットカップラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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