(57)【要約】  励起光を出射するフラッシュランプおよび励起光の照射を受けてレーザ光を出射するレーザロッドを有するレーザ光源ユニットと、電圧をフラッシュランプに対して供給するコンデンサバンク、コンデンサバンクに充電された電圧のフラッシュランプへの出力を制御するＩＧＢＴ、ＩＧＢＴを駆動する駆動パルスを生成する放電制御回路、および放電制御回路から出力された駆動パルスのパルス幅を制限する、受動素子から構成されたパルス幅制限回路を有する励起光源電源部と、レーザ光源ユニットから出射された光の被検体への照射によって被検体内で発生した光音響波を検出する光音響波検出部とを備える。
2018221111.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
励起光を出射する励起光源および前記励起光源から出射された前記励起光の照射を受けてレーザ光を出射するレーザ媒質を有するレーザ光源と、
充電された電圧を前記励起光源に対して供給するコンデンサ、前記コンデンサに充電された電圧の前記励起光源への出力を制御するスイッチ回路、前記スイッチ回路を駆動する駆動パルスを生成する放電制御回路、および前記放電制御回路から出力された前記駆動パルスのパルス幅を制限するパルス幅制限回路であって、受動素子から構成された前記パルス幅制限回路を有する励起光源電源部と、
前記レーザ光源から出射された光の被検体への照射によって前記被検体内で発生した光音響波を検出する光音響波検出部とを備えた光音響計測装置。
【請求項２】
前記受動素子が、パルストランスである請求項１記載の光音響計測装置。
【請求項３】
前記パルス幅制限回路が、前記パルストランスのＥＴ積を前記駆動パルスの電圧値で除算した時間以下に前記駆動パルスのパルス幅を制限する請求項２記載の光音響計測装置。
【請求項４】
前記放電制御回路が、予め設定されたパルス幅のパルス信号を出力するパルス幅設定回路と、前記パルス幅設定回路から出力されたパルス信号のパルス幅を予め設定された上限パルス幅以下に制限して前記駆動パルスを生成するパルス幅制御回路とを備えた請求項１から３いずれか１項記載の光音響計測装置。
【請求項５】
前記放電制御回路が、論理回路を有する請求項４記載の光音響計測装置。
【請求項６】
前記パルス幅制御回路が、前記上限パルス幅を変更可能に構成されたものである請求項４または５記載の光音響計測装置。
【請求項７】
前記コンデンサが、コンデンサバンクである請求項１から６いずれか１項記載の光音響計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、励起光源から出射された励起光の照射を受けてレーザ光を出射するレーザ光源を備えた光音響計測装置に関するものであり、特に、励起光源に電圧を供給する励起光源電源部に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
生体内部の状態を非侵襲で検査できる画像検査法の一種として、超音波検査法が知られている。超音波検査では、超音波の送信および受信が可能な超音波探触子を用いる。超音波探触子から被検体（生体）に超音波を送信させると、その超音波は生体内部を進んでいき、組織界面で反射する。超音波探触子でその反射超音波を受信し、反射超音波が超音波探触子に戻ってくるまでの時間に基づいて距離を計算することで、内部の様子を画像化することができる。【０００３】
また、光音響効果を利用して生体の内部を画像化する光音響イメージングが知られている。一般に光音響イメージングでは、レーザパルスなどのパルスレーザ光を生体内に照射する。生体内部では、生体組織がパルスレーザ光のエネルギーを吸収し、そのエネルギーによる断熱膨張により超音波（光音響信号）が発生する。この光音響信号を超音波探触子などで検出し、検出信号に基づいて光音響画像を構成することで、光音響信号に基づく生体内の可視化が可能である。【０００４】
光音響波の計測には、強度が強いパルスレーザ光を照射する必要があることが多く、光源には、Ｑスイッチパルス発振を行いジャイアントパルスとしたパルスレーザ光を出射させる固体レーザ装置が用いられることが多い。レーザ光源は、レーザロッドと、レーザロッドを励起するためのフラッシュランプとを有する。【０００５】
レーザ光源のフラッシュランプは、高圧電圧によって駆動されるが、そのような高圧電圧をフラッシュランプに供給する電源部として、たとえば特開昭６３−１１５３９０号公報には、コンデンサに充電された充電電圧をフラッシュランプに供給する電源部が提案されている。特開昭６３−１１５３９０号公報の電源部においては、コンデンサとフラッシュランプとの間にサイリスタが設けられ、サイリスタによるスイッチングによりコンデンサからフラッシュランプへ電圧が供給される。サイリスタは、パルス発生回路において発生したパルス信号に基づいて、導通状態と非導通状態とが切り替えられる。【０００６】
ここで、レーザ光源から出力されるパルスレーザ光の強度は、フラッシュランプの点灯時間に比例するものである。パルスレーザ光は、生体に対して照射されるものであるため、生体の安全性確保のために強度の上限値を設ける必要がある。すなわちフラッシュランプの点灯時間に上限値を設ける必要ある。【０００７】
特開昭６３−１１５３９０号公報には、フラッシュランプの点灯時間を制限するために、保護回路としてパルス幅制限回路を設けることが提案されている。特開昭６３−１１５３９０号公報のパルス幅制限回路は、フラッシュランプの点灯時間が予め設定された上限値を超えないように放電停止回路に対して信号を出力するものであり、放電停止回路は、入力された信号に基づいて、パルス発生回路からのパルス信号の出力を停止する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ここで、特開昭６３−１１５３９０号公報に記載の構成では、パルス発生回路またはパルス幅制限回路が故障した場合には、サイリスタが導通状態となり続けることがあり、その場合は、過大なレーザ光が出力される問題がある。また、特開昭６３−１１５３９０号公報のようにパルス発生回路およびパルス幅制限回路をＩＣ（Integrated circuit）などの論理回路によって構成した場合、静電気などの影響によって故障し易いという問題がある。また、これらの回路が故障していない場合でもＥＭＣ（electromagnetic compatibility）による誤動作で、サイリスタに対してパルス信号が出力され続けることも懸念される。【０００９】
本発明は、上記事情に鑑み、レーザ光源からの過大なレーザ光の出力を防止することができる光音響計測装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の光音響計測装置は、励起光を出射する励起光源および励起光源から出射された励起光の照射を受けてレーザ光を出射するレーザ媒質を有するレーザ光源と、充電された電圧を励起光源に対して供給するコンデンサ、コンデンサに充電された電圧の励起光源への出力を制御するスイッチ回路、スイッチ回路を駆動する駆動パルスを生成する放電制御回路、および放電制御回路から出力された駆動パルスのパルス幅を制限するパルス幅制限回路であって、受動素子から構成されたパルス幅制限回路を有する励起光源電源部と、レーザ光源から出射された光の被検体への照射によって被検体内で発生した光音響波を検出する光音響波検出部とを備える。【００１１】
また、上記本発明の光音響計測装置において、受動素子は、パルストランスであることが好ましい。【００１２】
また、上記本発明の光音響計測装置において、パルス幅制限回路は、パルストランスのＥＴ積を駆動パルスの電圧値で除算した時間以下に駆動パルスのパルス幅を制限するものとできる。【００１３】
また、上記本発明の光音響計測装置において、放電制御回路は、予め設定されたパルス幅のパルス信号を出力するパルス幅設定回路と、パルス幅設定回路から出力されたパルス信号のパルス幅を予め設定された上限パルス幅以下に制限して駆動パルスを生成するパルス幅制御回路とを備えることできる。【００１４】
また、上記本発明の光音響計測装置において、放電制御回路は、論理回路を有することが好ましい。【００１５】
また、上記本発明の光音響計測装置において、パルス幅制御回路は、上限パルス幅を変更可能に構成することが好ましい。【００１６】
また、上記本発明の光音響計測装置において、コンデンサは、コンデンサバンクであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の光音響計測装置によれば、励起光源およびレーザ媒質を有するレーザ光源と、励起光源に対して電圧を供給するコンデンサ、コンデンサに充電された電圧の励起光源への出力を制御するスイッチ回路、スイッチ回路を駆動する駆動パルスを生成する放電制御回路、および放電制御回路から出力された駆動パルスのパルス幅を制限するパルス幅制限回路であって、受動素子から構成されるパルス幅制限回路を有する励起光源電源部とを
きえる。【００１８】
本発明の光音響計測装置によれば、このようにパルス幅制限回路を受動素子から構成するようにしたので、レーザ光源からの過大なレーザ光の出力を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の光音響計測装置の一実施形態を用いた光音響画像生成装置の概略構成を示す図
【図２】レーザ光源ユニットの具体的な構成を示す図
【図３】励起光源電源部の具体的な構成を示す図
【図４】放電制御回路の具体的な構成を示す図
【図５】パルス幅制限回路の具体的な構成を示す図
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の光音響計測装置の一実施形態を用いた光音響画像生成装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本実施形態の光音響画像生成装置１０の概略構成を示す図である。なお、本実施形態の光音響画像生成装置１０は、レーザ光源ユニット１３の励起光源電源部５９の構成に特徴を有するものであるが、まずは、光音響画像生成装置１０の全体構成について説明する。
【００２１】
光音響画像生成装置１０は、超音波探触子（プローブ）１１と、超音波ユニット１２と、レーザ光源ユニット１３と、表示部１４とを備える。なお、本実施形態では、音響波として超音波を用いるが、超音波に限定されるものでは無く、被検対象や測定条件等に応じて適切な周波数を選択してさえいれば、可聴周波数の音響波を用いても良い。
【００２２】
レーザ光源ユニット１３は、たとえばレーザ光を発する固体レーザ光源を有し、被検体に照射する測定光としてレーザ光を出射する。本実施形態のレーザ光源ユニット１３は、超音波ユニット１２の制御部２８からのトリガ信号を受けてパルス状のレーザ光を出力するように構成されている。本実施形態では、レーザ光源ユニット１３として、Ｑスイッチを使用したアレキサンドライトレーザ光源を用いる。
【００２３】
レーザ光源ユニット１３から出射されたパルスレーザ光は、例えば光ファイバなどの導光手段を用いて超音波探触子１１まで導光され、超音波探触子１１から被検体に向けて照射される。パルスレーザ光の照射位置は特に限定されず、超音波探触子１１以外の場所からパルスレーザ光の照射を行ってもよい。
【００２４】
被検体内では、照射されたパルスレーザ光のエネルギーを光吸収体が吸収することで光音響波が生じる。超音波探触子１１は、例えば一次元的または二次元的に配列された複数の超音波振動子を有している。超音波探触子１１は、複数の超音波振動子により、被検体内からの光音響波を検出して光音響波信号を出力する。また、超音波探触子１１は、被検体に対して超音波を送信し、その送信した超音波に対する被検体からの反射超音波を検出して反射波信号を出力する。超音波探触子１１としては、リニア超音波探触子、コンベクス超音波探触子およびセクター超音波探触子などを用いることができる。本実施形態においては、超音波探触子１１が、本発明の光音響波検出部に相当するものである。なお、レーザ光源ユニット１３の具体的な構成については、後で詳述する。
【００２５】
超音波ユニット１２は、受信回路２１、ＡＤ変換部（Analog to Digital convertor）２２、受信メモリ２３、光音響画像生成部２４、超音波画像生成部２５、表示制御部２６、送信制御回路２７および制御部２８を有する。
【００２６】
超音波ユニット１２は、たとえばコンピュータから構成されるものであり、典型的にはプロセッサ、メモリ、およびバスなどを有する。超音波ユニット１２には、光音響画像生成および超音波画像生成に関するプログラムがメモリにインストールされている。プロセッサによって構成される制御部２８によってこれらのプログラムが動作することで、光音響画像生成部２４、超音波画像生成部２５および表示制御部２６の機能が実現する。すなわち、これらの各部は、プログラムが組み込まれたメモリとプロセッサにより構成されている。
【００２７】
なお、本実施形態においては、プログラムをプロセッサによって実行することによって各部を機能させるようにしたが、これに限らず、一部または全部の機能をハードウェアによって実現するようにしてもよい。ハードウェアの構成としては、特に限定されるものではなく、複数のＩＣ（Integrated Circuit）、ＡＳＩＣ（application specific integrated circuit）、ＦＰＧＡ（field-programmable gate array）、メモリおよびでディスクリート部品からなる回路などを適宜組み合わせることによって実現することができる。
【００２８】
受信回路２１は、超音波探触子１１から出力された光音響波信号および反射波信号を受信する。受信回路２１は、典型的には、低ノイズアンプ、可変ゲインアンプ、およびローパスフィルタを含む。超音波探触子１１から出力された光音響波信号および反射波信号は、低ノイズアンプで増幅された後に、可変ゲインアンプで深度に応じたゲイン調整がなされ、ローパスフィルタで高周波成分がカットされる。
【００２９】
ＡＤ変換部２２は、受信回路２１が受信した光音響波信号および反射波信号をデジタル信号に変換する。ＡＤ変換部２２は、たとえば所定の周期のサンプリングクロック信号に基づいて、所定のサンプリング周期で光音響波信号および反射波信号をサンプリングする。ＡＤ変換部２２は、サンプリングした光音響波信号および反射波信号（サンプリングデータ）を受信メモリ２３に格納する。受信回路２１とＡＤ変換部２２とは、例えば１つのＩＣとして構成されていてもよし、個別のＩＣとして構成されていてもよい。
【００３０】
光音響画像生成部２４は、受信メモリ２３に格納された光音響波信号に基づいて、光音響画像を生成する。光音響画像の生成は、例えば、ＦＴＡ（Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｅｒ ａｌｇｏｒｉｓｍ）法もしくは遅延加算（位相整合加算）法などの画像再構成、検波、および対数変換などを含む。
【００３１】
超音波画像生成部２５は、受信メモリ２３に格納された反射波信号に基づいて、超音波画像を生成する。超音波画像の生成も、位相整合加算などの画像再構成、検波、および対数変換などを含む。
【００３２】
制御部２８は、光音響画像生成装置１０の各部を制御するものであり、本実施形態ではトリガ制御回路（図示省略）を備える。トリガ制御回路は、たとえば光音響画像生成装置１０の起動の際に、レーザ光源ユニット１３にレーザトリガ信号を送る。これによりレーザ光源ユニット１３で、後述するフラッシュランプ５２が点灯し、レーザロッド５１の励起が開始される。そして、レーザロッド５１の励起状態は維持され、レーザ光源ユニット１３はパルスレーザ光を出力可能な状態となる。
【００３３】
また、制御部２８は、光音響画像の生成の際には、トリガ制御回路からレーザ光源ユニット１３へＱｓｗトリガ信号を送信する。つまり、制御部２８は、このＱｓｗトリガ信号によってレーザ光源ユニット１３からのパルスレーザ光の出力タイミングを制御する。また、本実施形態では、制御部２８は、Ｑｓｗトリガ信号の送信と同時にサンプリングトリガ信号をＡＤ変換部２２に送信する。サンプリングトリガ信号は、ＡＤ変換部２２における光音響波信号のサンプリングの開始タイミングの合図となる。このように、サンプリングトリガ信号を使用することにより、レーザ光の出力と同期して光音響波信号をサンプリングすることが可能となる。
【００３４】
また、制御部２８は、超音波画像の生成の際には、送信制御回路２７に超音波送信を指示する超音波送信トリガ信号を送る。送信制御回路２７は、このトリガ信号を受けると、超音波探触子１１から超音波を送信させる。超音波探触子１１は、超音波の送信後、被検体からの反射超音波を検出し、反射波信号を出力する。
【００３５】
超音波探触子１１から出力された反射波信号は、受信回路２１を介してＡＤ変換部２２に入力される。制御部２８は、超音波送信のタイミングに合わせてＡＤ変換部２２にサンプリングトリガ信号を送り、反射波信号のサンプリングを開始させる。
【００３６】
制御部２８は、たとえば光音響画像と超音波画像とが同じタイミングで取得されるように各部を制御する。なお、ここでいう同じタイミングとは、完全に同時ではなく、所定のタイミングの短い時間内において光音響画像と超音波画像とが順次取得されることを意味する。すなわち、光音響画像と超音波画像とは、同じフレームレートで順次取得される。
【００３７】
表示制御部２６は、例えば、光音響画像と超音波画像とを別々に、またはこれらの合成画像を表示部１４に表示させる。表示制御部２６は、たとえば光音響画像と超音波画像とを重畳することで画像合成を行う。
【００３８】
次に、上述したレーザ光源ユニット１３の具体的な構成について説明する。図２は、レーザ光源ユニット１３の具体的な構成を示す図である。
【００３９】
本実施形態のレーザ光源ユニット１３は、図２に示すように、レーザロッド５１、フラッシュランプ５２、レーザチャンバ５０、第１のミラー５３、第２のミラー５４、Ｑ値変更部５５、Ｑスイッチ駆動部５８および励起光源電源部５９を備えている。なお、本実施形態においては、レーザロッド５１、フラッシュランプ５２、レーザチャンバ５０、第１のミラー５３、第２のミラー５４およびＱ値変更部５５から本発明のレーザ光源が構成されている。
【００４０】
フラッシュランプ５２は、励起光を出射するものである。フラッシュランプ５２は、励起光源電源部５９から出力された高圧電圧によって間欠的に駆動され、パルス状の励起光を出射するものである。なお、フラッシュランプ５２は、本発明の励起光源に相当するものである。励起光源としては、フラッシュランプ５２に限らず、その他の励起光源を用いるようにしてもよい。
【００４１】
レーザロッド５１は、棒状のレーザ媒質であり、フラッシュランプ５２から出射された励起光の照射を受けてレーザ光を出射するものである。レーザロッド５１としては、例えばアレキサンドライト結晶を用いることができるが、これに限らず、Ｎｄ：ＹＡＧ結晶などその他の公知なレーザ媒質を用いることができる。本実施形態においては、レーザロッド５１が、本発明のレーザ媒質に相当するものである。
【００４２】
レーザチャンバ５０は、レーザロッド５１およびフラッシュランプ５２が収容されるものである。レーザチャンバ５０の内側には反射面が設けられており、フラッシュランプ５２から出射した光は、レーザロッド５１に直接照射されるか、または反射面で反射してレーザロッド５１に照射される。レーザチャンバ５０の内側は拡散反射面としてもよい。
【００４３】
第１のミラー５３および第２のミラー５４は、レーザロッド５１の光軸上に沿って並べられている。また、第１のミラー５３および第２のミラー５４は、レーザロッド５１を挟んで互いに対向して配置されている。レーザロッド５１から出射されたレーザ光は、第１のミラー５３および第２のミラー５４によって反射され、第１のミラー５３と第２のミラー５４との間を往復する。すなわち、第１のミラー５３および第２のミラー５４によって共振器Ｃが構成されている。第１のミラー５３は、アウトプットカプラー（ＯＣ（output coupler））である。そして、Ｑ値変更部５５による共振器ＣのＱ値の制御によって、第１のミラー５３からパルスレーザ光Ｌが出射される。
【００４４】
なお、本実施形態においては、第１のミラー５３および第２のミラー５４をレーザロッド５１の光軸上に沿って並べ、共振器Ｃの光路を直線状に構成したが、これに限らず、第１のミラー５３と第２のミラー５４との間の光路上にプリズムなどを設け、光軸を曲げてもよい。
【００４５】
Ｑ値変更部５５は、共振器Ｃの光路内に挿入され、共振器のＱ値を変更するものである。本実施形態においては、Ｑ値変更部５５は、第１のミラー５３とレーザロッド５１との間に配置される。ただし、これに限らず、レーザロッド５１と第２のミラー５４との間にＱ値変更部５５を配置してもよい。Ｑ値変更部５５は、Ｑスイッチ５６と偏光子５７とを備えている。
【００４６】
Ｑスイッチ５６は、印加電圧に応じて通過する光の偏光状態を変化させることによって、共振器ＣのＱ値を変更するものである。Ｑスイッチ５６としては、印加電圧に応じて通過する光の偏光状態を変化させる電気光学素子を用いることができる。たとえばＱスイッチ５６として、ポッケルスセルを用いることができる。
【００４７】
Ｑスイッチ５６は、Ｑスイッチオフに対応した第１の電圧が印加された場合、共振器Ｃを低Ｑ状態にする。低Ｑ状態とは、共振器ＣのＱ値がレーザ発振しきい値よりも低い状態を指す。また、Ｑスイッチオフとは、上述したように共振器Ｃを低Ｑ状態にするＱスイッチ５６の状態のことをいう。本実施形態のＱスイッチ５６は、第１の電圧が印加された場合、１／４波長板として機能する。
【００４８】
また、Ｑスイッチ５６は、Ｑスイッチオンに対応した第２の電圧が印加された場合、共振器Ｃを高Ｑ状態にする。高Ｑ状態とは、共振器ＣのＱ値がレーザ発振しきい値よりも高い状態を指す。また、Ｑスイッチオンとは、上述したように共振器Ｃを高Ｑ状態にするＱスイッチ５６の状態のことをいう。本実施形態のＱスイッチ５６は、第２の電圧が印加された場合、透過する光の偏光状態を変化させない。
【００４９】
なお、第１の電圧と第２の電圧との関係は、第１の電圧の絶対値の方が、第２の電圧の絶対値よりも大きい。電圧は正の電圧であっても負の電圧であってもよい。第２の電圧は、たとえば０Ｖ（電圧印加なし）とすることができる。
【００５０】
偏光子５７は、レーザロッド５１とＱスイッチ５６との間に配置される。偏光子５７は、所定方向の直線偏光のみを透過させる。偏光子５７としては、たとえば所定方向の直線偏光を透過し、所定方向に直交する方向の直線偏光を反射するビームスプリッタを用いることができる。本実施形態においては、偏光子５７として、ｐ偏光を透過し、ｓ偏光を反射するビームスプリッタを用いる。なお、レーザロッド５１にアレキサンドライト結晶を用いた場合など、レーザロッド５１自身が偏光選択性を持つ場合には、偏光子５７は省略してもよい。
【００５１】
具体的には、Ｑスイッチ５６に第１の電圧が印加された場合、上述したようにＱスイッチ５６は１／４波長板として機能する。まず、レーザロッド５１から偏光子５７に入射したp偏光の光はこれを透過し、Ｑスイッチ５６を通過する際に円偏光となる。そして、Ｑスイッチ５６を通過した円偏光の光は、第１のミラー５３で反射された後、再びＱスイッチ５６に逆向きから入射される。Ｑスイッチ５６に逆向きに入射した円偏光の光は、Ｑスイッチ５６を通過する際に再び直線偏光となるが、９０°回転したｓ偏光として偏光子５７に入射し、共振器Ｃの光路外へ放出される。したがって、レーザロッド５１においてレーザ発振は起こらない。
【００５２】
一方、Ｑスイッチ５６に対する印加電圧が第２の電圧（０Ｖ）である場合、レーザロッド５１から偏光子５７に入射したｐ偏光の光は、偏光状態を変化させずにＱスイッチ５６を透過し、第１のミラー５３で反射する。第１のミラー５３で反射した光も偏光状態を変化させずにＱスイッチ５６を透過し、さらに偏光子５７を透過してレーザロッド５１に帰還する。このようにしてレーザ発振が起こる。
【００５３】
上述したように、Ｑスイッチ５６に対して第１の電圧が印加されている場合には、Ｑスイッチ５６を１／４波長板として機能させて、レーザロッド５１から出射されたレーザ光を共振器Ｃの光路外へ放出し、これにより共振器Ｃを低Ｑ状態とすることができる。一方、Ｑスイッチ５６に対して第２の電圧が印加されている場合には、Ｑスイッチ５６を１／４波長板として機能させず、入射したレーザ光をそのまま透過させることによって、共振器Ｃを高Ｑ状態とすることができる。
【００５４】
Ｑスイッチ駆動部５８は、Ｑスイッチ５６に対して、上述した第１の電圧および第２の電圧を印加してＱスイッチ５６を駆動するものである。Ｑスイッチ駆動部５８は、超音波ユニット１２の制御部２８から出力されたＱｓｗトリガ信号に基づいて、Ｑスイッチ５６に印加する電圧を変更する。
【００５５】
励起光源電源部５９は、超音波ユニット１２から出力されたレーザトリガ信号に応じて、フラッシュランプ５２に高圧電圧を印加するものである。図３は、励起光源電源部５９の具体的な構成を示す図である。励起光源電源部５９は、図３に示すように、コンデンサバンク３０と、第１の分圧回路３１と、第２の分圧回路３２と、充電制御回路３３と、過充電検出回路３４と、充電回路３５と、力率改善回路３６と、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）３７と、ダイオード３８と、パルス幅制限回路４０と、放電制御回路４１とを備えている。
【００５６】
コンデンサバンク３０は、充電回路３５によって充電された電圧をフラッシュランプ５２に供給するものである。充電回路３５は、商用電源から供給されて力率改善回路３６を経由した電圧に基づいて、コンデンサバンク３０に電圧供給して充電するものである。なお、充電回路３５および力率改善回路３６としては、一般的な公知な回路を用いることができる。
【００５７】
第１の分圧回路３１は、コンデンサバンク３０に並列に接続されるものであり、第１の抵抗素子Ｒ１および第２の抵抗素子Ｒ２を備えている。第１の抵抗素子Ｒ１と第２の抵抗素子Ｒ２とは直列に接続されている。そして、第１の抵抗素子Ｒ１と第２の抵抗素子Ｒ２との間に配線Ｌ１が接続されており、第１の抵抗素子Ｒ１の抵抗値と第２の抵抗素子Ｒ２の抵抗値とによって決まる第１の分圧電圧Ｖｍｏｎ１が配線Ｌ１に出力される。配線Ｌ１の出力先には充電制御回路３３が接続されており、充電制御回路３３に対して第１の分圧電圧Ｖｍｏｎ１が供給される。
【００５８】
第２の分圧回路３２は、コンデンサバンク３０および第１の分圧回路３１に並列に接続されるものであり、第３の抵抗素子Ｒ３および第４の抵抗素子Ｒ４を備えている。第３の抵抗素子Ｒ３と第４の抵抗素子Ｒ４とは直列に接続されている。そして、第３の抵抗素子Ｒ３と第４の抵抗素子Ｒ４との間に配線Ｌ２が接続されており、第３の抵抗素子Ｒ３の抵抗値と第４の抵抗素子Ｒ４の抵抗値とによって決まる第２の分圧電圧Ｖｍｏｎ２が配線Ｌ２に出力される。配線Ｌ２の出力先には充電制御回路３３が接続されており、充電制御回路３３に対して第２の分圧電圧Ｖｍｏｎ２が供給される。
【００５９】
本実施形態においては、第１の抵抗素子Ｒ１の抵抗値ｒ１、第２の抵抗素子Ｒ２の抵抗値ｒ２、第３の抵抗素子Ｒ３の抵抗値ｒ３および第４の抵抗素子Ｒ４の抵抗値ｒ４の関係は、ｒ１：ｒ２＝ｒ３：ｒ４とし、第１の分圧電圧Ｖｍｏｎ１と第２の分圧電圧Ｖｍｏｎ２とは、ほぼ同じ大きさであるとする。ただし、これに限らず、ｒ１：ｒ２とｒ３：ｒ４とは異なっていてもよい。
【００６０】
また、本実施形態においては、ｒ１：ｒ２＝ｒ３：ｒ４＝９９：１とする。すなわち、高電位側の第１の抵抗素子Ｒ１の抵抗値ｒ１の方が低電位側の第２の抵抗素子Ｒ２の抵抗値ｒ２よりも大きく、高電位側の第３の抵抗素子Ｒ３の抵抗値ｒ３の方が低電位側の第４の抵抗素子Ｒ４の抵抗値ｒ４よりも大きい。
【００６１】
したがって、たとえばコンデンサバンク３０に充電される電圧が６００Ｖの場合、第１の分圧電圧Ｖｍｏｎ１と第２の分圧電圧Ｖｍｏｎ２は、６Ｖ程度となる。第１の分圧電圧Ｖｍｏｎ１が供給される充電制御回路３３および第２の分圧電圧Ｖｍｏｎ２が供給される過充電検出回路３４が、たとえばＩＣ（Integrated Circuit）によって構成される場合には、上述したように第１の分圧電圧Ｖｍｏｎ１と第２の分圧電圧Ｖｍｏｎ２を６Ｖ程度とすることによって、汎用ＩＣを用いることができ、コストの削減を図ることができる。ただし、ｒ１：ｒ２およびｒ３：ｒ４は９９：１に限らず、第１の分圧電圧Ｖｍｏｎ１と第２の分圧電圧Ｖｍｏｎ２の供給先である充電制御回路３３および過充電検出回路３４が許容可能な入力電圧に応じて、適宜変更可能である。また、ｒ１とｒ３の値を９９よりも小さくし、充電制御回路３３および過充電検出回路３４の前段にアッテネータまたはオペアンプなどを設けることによって、充電制御回路３３および過充電検出回路３４に入力される電圧を許容可能な入力電圧まで下げるようにしてもよい。
【００６２】
充電制御回路３３は、充電回路３５を制御することによってコンデンサバンク３０の充電電圧を制御するものである。具体的には、本実施形態の充電制御回路３３は、入力された第１の分圧電圧Ｖｍｏｎ１と予め設定された参照電圧Ｖｒｅｆとの差分電圧を求め、その差分電圧に基づいて充電回路３５を制御することによって、コンデンサバンク３０の充電電圧が予め設定された電圧値となるように制御するものである。すなわち、本実施形態の充電制御回路３３は、コンデンサバンク３０の充電電圧が６００Ｖとなるように制御するものである。
【００６３】
過充電検出回路３４は、コンデンサバンク３０の過充電を検出するものである。具体的には、本実施形態の過充電検出回路３４は、入力された第２の分圧電圧Ｖｍｏｎ２と予め設定された最大電圧Ｖｍａｘとに基づいて、コンデンサバンク３０の充電電圧が最大電圧Ｖｍａｘを超えて過充電となっていることを検出するものである。そして、過充電検出回路３４は、コンデンサバンク３０の過充電を検出した場合には、放電制御回路４１に制御信号を出力し、コンデンサバンク３０からフラッシュランプ５２への電力供給（放電）を停止させるものである。本実施形態においては、最大電圧Ｖｍａｘは６００Ｖに設定されている。
【００６４】
コンデンサバンク３０とフラッシュランプ５２との間には、ＩＧＢＴ３７が接続されている。ＩＧＢＴ３７は、半導体スイッチ回路であって、コンデンサバンク３０に充電された電圧のフラッシュランプ５２への出力を制御するものである。本実施形態においては、ＩＧＢＴ３７が、本発明のスイッチ回路に相当するものである。ＩＧＢＴ３８がＯＮ状態である間だけコンデンサバンク３０からフラッシュランプ５２に放電される。
【００６５】
放電制御回路４１は、超音波ユニット１２から出力されたレーザトリガ信号に応じて、ＩＧＢＴ３７を駆動する駆動パルスを生成するものである。図４は、放電制御回路４１の構成を示す図である。放電制御回路４１は、パルス幅設定回路４２と、パルス幅制御回路４３とを備えている。パルス幅設定回路４２は、レーザトリガ信号を受け付けた場合に、予め設定されたパルス幅のパルス信号を生成して出力するものである。
【００６６】
パルス幅制御回路４３は、パルス幅設定回路４２から出力されたパルス信号のパルス幅を予め設定された上限パルス幅以下に制限して駆動パルスを生成するものである。具体的には、パルス幅制御回路４３は、たとえばパルス幅設定回路４２の誤動作により、パルス信号のパルス幅が予め設定されたパルス幅よりも大きくなってしまった場合に、そのパルス幅が予め設定された上限パルス幅を超えないように制限するものである。
【００６７】
パルス幅制御回路４３は、論理回路から構成されるものであり、単安定マルチバイブレータ回路４３ｃ、アンド回路４３ｄおよびバッファ回路４３ａ，４３ｂ，４３ｅを備えたものである。パルス幅設定回路４２から出力されたパルス信号は、バッファ回路４３ａを経由してアンド回路４３ｄに入力されるとともに、バッファ回路４３ｂを経由して単安定マルチバイブレータ回路４３ｃに入力される。
【００６８】
単安定マルチバイブレータ回路４３ｃは、入力されたパルス信号を、安全を考慮して予め設定された上限パルス幅（たとえば２００μｓ）のパルス信号として出力するものである。上限パルス幅は、単安定マルチバイブレータ回路４３ｃに接続された抵抗素子Ｒの抵抗値とコンデンサＣ１の容量の積で規定される。
【００６９】
そして、アンド回路４３ｄには、パルス幅設定回路４２から出力されたパルス信号と、単安定マルチバイブレータ回路４３ｃから出力されたパルス信号とが入力され、アンド回路４３ｄは、入力された２つのパルス信号の論理積の演算結果を駆動パルスとして出力する。そのため、パルス幅設定回路４２から出力されたパルス信号のパルス幅が、上限パルス幅を超えた場合でも、単安定マルチバイブレータ回路４３ｃから出力される上限パルス幅のパルス信号との論理積を演算することによって、故障などが発生しない限りは、安全上の上限パルス幅以上のパルス幅の駆動パルスがパルス幅制御回路４３から出力されることはない。駆動パルスは、バッファ回路４３ｅを経由してパルス幅制限回路４０に出力される。
なお、パルス幅制御回路４３は、上記の構成に限らず、たとえばＦＰＧＡ（field-programmable gate array）などから構成するようにしてもよい。その場合、たとえば超音波ユニット１２の制御部２８から出力された制御信号に基づいて、上限パルス幅を変更可能に構成するようにしてもよい。
【００７０】
パルス幅制限回路４０は、受動素子から構成されるものであり、放電制御回路４１から出力された駆動パルスのパルス幅を制限するものである。パルス幅制限回路４０は、たとえば論理回路から構成されたパルス幅制御回路４３が故障して予め設定された閾値を超えたパルス幅の駆動パルスが放電制御回路４１から出力された場合に、その駆動パルスのパルス幅を制限して、閾値以下のパルス幅の駆動パルスとして出力するものである。
【００７１】
本実施形態のパルス幅制限回路４０は、具体的には、パルストランス４０ａと抵抗素子４０ｂとを備えている。パルストランス４０ａは、入力された駆動パルスを伝送する受動素子である。パルストランス４０ａは、そのＥＴ積で表されるパルス波形の信号を透過するものである。たとえばパルストランス４０ａに入力される駆動パルスの電圧値が５Ｖであり、パルストランス４０ａのＥＴ積が１０００Ｖμの場合、パルストランス４０ａは、ＥＴ積を駆動パルスの電圧値で除算した２００μｓのパルス幅の駆動パルスしか出力することができない。すなわちパルストランス４０ａは、入力された駆動パルスのパルス幅を２００μｓに制限するものである。なお、パルストランス４０ａとしては、これに限らず、駆動パルスの電圧値および制限するパルス幅に応じた所望のＥＴ積を有するパルストランスを適宜選択して用いることができる。
【００７２】
このようにパルス幅制限回路４０によって駆動パルスのパルス幅を制限することによって、たとえ故障により放電制御回路４１から予め設定された上限パルス幅を超えたパルス幅の駆動パルスが出力されとしても、パルス幅制限回路４０によってその駆動パルスのパルス幅を適切なパルス幅に制限することができる。パルス幅制限回路４０は、放電制御回路４１とは別に構成されたものであるので、放電制御回路４１の故障の影響を受け難い。また、放電制御回路４１のように論理回路から構成されたものではなく、受動素子から構成されたものであるので故障し難く、ＥＭＣの影響によって誤動作することもない。また、パルス幅制限回路４０は、放電制御回路４１と同じ原因によって故障することが少ないので、より確実に駆動パルスのパルス幅を制限することができる。
【００７３】
なお、本実施形態においては、パルス幅制限回路４０としてパルストランス４０ａを用いるようにしたが、これに限らず、インダクタとコンデンサなどの受動素子からなるフィルタ回路を用いることによって、駆動パルスのパルス幅を制限するようにしてもよい。
【００７４】
以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて説明したが、本発明の光音響計測装置は、上記実施形態にのみ限定されるものではなく、上記実施形態の構成から種々の修正及び変更を施したものも、本発明の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００７５】
１０ 光音響画像生成装置
１１ 超音波探触子
１２ 超音波ユニット
１３ レーザ光源ユニット
１４ 表示部
２１ 受信回路
２２ 変換部
２３ 受信メモリ
２４ 光音響画像生成部
２５ 超音波画像生成部
２６ 表示制御部
２７ 送信制御回路
２８ 制御部
３０ コンデンサバンク
３１ 第１の分圧回路
３２ 第２の分圧回路
３３ 充電制御回路
３４ 過充電検出回路
３５ 充電回路
３６ 力率改善回路
３８ ダイオード
４０ パルス幅制限回路
４０ａ パルストランス
４０ｂ 抵抗素子
４１ 放電制御回路
４２ パルス幅設定回路
４３ パルス幅制御回路
４３ａ，４３ｂ，４３ｅ バッファ回路
４３ｃ フリップフロップ回路
４３ｄ アンド回路
５０ レーザチャンバ
５１ レーザロッド
５２ フラッシュランプ
５３ 第１のミラー
５４ 第２のミラー
５５ Ｑ値変更部
５６ Ｑスイッチ
５７ 偏光子
５８ スイッチ駆動部
５９ 励起光源電源部
Ｃ 共振器
Ｌ パルスレーザ光
Ｌ１ 配線
Ｌ２ 配線
Ｒ１ 抵抗素子
Ｒ２ 抵抗素子
Ｒ３ 抵抗素子
Ｒ４ 抵抗素子
Ｖｍａｘ 最大電圧
Ｖｍｏｎ１ 第１の分圧電圧
Ｖｍｏｎ２ 第２の分圧電圧
Ｖｒｅｆ 参照電圧
【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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【国際調査報告】
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