(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の波長と該第１の波長よりも発光効率が高い第２の波長とに発振波長を有する固体のレーザ媒質と、
前記レーザ媒質を励起する励起部と、
前記第１の波長に対応した共振器であって前記レーザ媒質を内部の光路上に有する第１の共振器と、
前記第２の波長に対応した共振器であって、前記レーザ媒質が配置された光路を含む前記第１の共振器との共通光路を有する第２の共振器と、
少なくとも前記共通光路上に配置されたＱ値変更部を含み、前記第１又は第２の波長の光をＱスイッチ発振させるＱ値変更ユニットと、
前記励起部及び前記Ｑ値変更ユニットを制御する制御部とを備え、
前記励起部は励起光源を含み、
前記制御部は、
発振波長が第１の波長である場合、前記レーザ媒質の励起が開始されてから第１の遅延時間経過時に前記Ｑ値変更ユニットを制御して前記第１の波長の光をＱスイッチ発振させ、
発振波長が第２の波長である場合、前記レーザ媒質の励起が開始されてから、前記第２の波長の光の強度が可能最大強度未満となる第２の遅延時間経過時に、前記Ｑ値変更ユニットを制御して前記第２の波長の光をＱスイッチ発振させ、
前記励起部が前記レーザ媒質に与える励起エネルギー量に応じて各前記遅延時間の設定値を変更し、
前記励起光源の使用期間に応じて各前記遅延時間の設定値を変更するレーザ装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記使用期間と各前記遅延時間の設定値とが対応付けられた第２の参照テーブルを有し、該第２の参照テーブルに基づいて各前記遅延時間の設定値を変更する請求項１に記載のレーザ装置。
【請求項３】
前記第１及び第２の遅延時間は、各前記光の強度が互いに等しくなる値に設定されている請求項１又は２に記載のレーザ装置。
【請求項４】
前記第１の遅延時間は、前記第１の波長の光の強度が可能最大強度となる値に設定されている請求項１から３いずれか１項に記載のレーザ装置。
【請求項５】
前記励起部は励起光源としてフラッシュランプを含み、
前記制御部は、前記フラッシュランプの充電電圧に応じて各前記遅延時間の設定値を変更する請求項１から４いずれか１項に記載のレーザ装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記充電電圧と各前記遅延時間の設定値とが対応付けられた第１の参照テーブルを有し、該第１の参照テーブルに基づいて各前記遅延時間の設定値を変更する請求項５に記載のレーザ装置。
【請求項７】
前記第１の共振器は、前記レーザ媒質を挟んで互いに対向する第１のミラー及び第２のミラーから構成され、
前記第２の共振器は、前記第１のミラーと、前記レーザ媒質及び前記第２のミラーを挟んで前記第１のミラーに対向する第３のミラーとから構成され、
前記Ｑ値変更ユニットは、前記共通光路上に配置された第１のＱ値変更部と、前記第２のミラー及び前記第３のミラーの間に配置された第２のＱ値変更部とから構成される請求項１から６いずれか１項に記載のレーザ装置。
【請求項８】
前記第１のミラー、前記第２のミラー及び前記第３のミラーの少なくとも１つが光軸方向に沿って移動可能である請求項７に記載のレーザ装置。
【請求項９】
前記制御部は、各前記共振器の長さに応じて各前記遅延時間の設定値を変更する請求項８に記載のレーザ装置。
【請求項１０】
前記制御部は、前記第１の共振器の長さと前記第１の遅延時間の設定値とが対応付けられた第３の参照テーブル及び／又は前記第２の共振器の長さと前記第２の遅延時間の設定値とが対応付けられた第４の参照テーブルを有し、各前記参照テーブルに基づいて各前記遅延時間の設定値を変更する請求項９に記載のレーザ装置。
【請求項１１】
前記制御部は、前記第１及び第２のＱ値変更部の駆動状態を、
各前記共振器のＱ値が発振しきい値よりも低い低Ｑ状態である第１の駆動状態、
各前記共振器のＱ値が発振しきい値よりも高い高Ｑ状態である第２の駆動状態、及び、
前記第１の共振器のＱ値が高Ｑ状態でありかつ第２の共振器のＱ値が低Ｑ状態にある第３の駆動状態の間で切り替える請求項７から１０いずれか１項に記載のレーザ装置。
【請求項１２】
前記制御部は、前記レーザ媒質の励起時に前記第１及び第２のＱ値変更部の駆動状態を前記第１の駆動状態とする請求項１１に記載のレーザ装置。
【請求項１３】
前記制御部は、前記レーザ媒質の励起後、前記第１及び第２のＱ値変更部の駆動状態を、発振波長が第１の波長である場合には前記第１の駆動状態から前記第３の駆動状態へと切り替え、発振波長が第２の波長である場合には前記第１の駆動状態から前記第２の駆動状態へと切り替える請求項１２に記載のレーザ装置。
【請求項１４】
前記第１のＱ値変更部は、印加電圧に応じて前記第１の共振器のＱ値を変更する第１のＱスイッチを含み、
前記第２のＱ値変更部は、印加電圧に応じて前記第２の共振器のＱ値を変更する第２のＱスイッチを含み、
前記制御部は、各前記印加電圧を制御することで各前記Ｑ値変更部を駆動する請求項７から１３いずれか１項に記載のレーザ装置。
【請求項１５】
請求項１から１４いずれか１項に記載のレーザ装置と、
該レーザ装置から出射したレーザ光を利用して被検体内に発生させた光音響波を検出するプローブとを備える光音響計測装置。
【請求項１６】
前記プローブで検出した光音響波の信号を処理する信号処理部を備える請求項１５に記載の光音響計測装置。
【請求項１７】
前記信号処理部は、前記光音響波の信号に基づいて光音響画像を生成する音響画像生成部を有する請求項１６に記載の光音響計測装置。
【請求項１８】
前記音響画像生成部は、前記被検体に対して送信された音響波の反射波の信号に基づいて反射音響波画像を生成するものである請求項１７に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、レーザ装置に関し、更に詳しくは、第１の波長の光及び第２の波長の光を出射可能なレーザ装置に関する。また、本発明は、そのようなレーザ装置を備えた光音響計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１に示されているように、光音響効果を利用して生体の内部を画像化する光音響画像生成装置が知られている。この光音響画像生成装置においては、例えばパルスレーザ光等のパルス光が生体に照射される。このパルス光の照射を受けた生体内部では、パルス光のエネルギーを吸収した生体組織が熱によって体積膨張し、音響波が発生する。この音響波を超音波プローブなどで検出し、検出された信号（光音響信号）に基づいて生体内部を画像化することが可能となっている。光音響画像生成方法では、特定の光吸収体において音響波が発生するため、生体における特定の組織、例えば血管等を画像化することができる。
【０００３】
生体組織の多くは光吸収特性が光の波長に応じて変わり、また一般に、その光吸収特性も組織ごとに特有のものとなっている。例えば図１４に、ヒトの動脈に多く含まれる酸素化ヘモグロビン(酸素と結合したヘモグロビン:oxy-Hb)と、静脈に多く含まれる脱酸素化ヘモグロビン（酸素と結合していないヘモグロビンdeoxy-Hb)の光波長ごとの分子吸収係数を示す。動脈の光吸収特性は、酸素化ヘモグロビンのそれに対応し、静脈の光吸収特性は、脱酸素化ヘモグロビンのそれに対応する。この波長に応じた光吸収率の違いを利用して、互いに異なる２種の波長の光を血管部分に照射し、動脈と静脈とを区別して画像化する光音響画像生成方法が知られている（例えば特許文献２を参照）。
【０００４】
例えば特許文献３及び４には、上記のような２種の波長の光を出射可能な可変波長レーザ装置が記載されている。これらのレーザ装置は、フラッシュランプを励起源とするアレキサンドライトレーザ光源であり、波長７５５ｎｍと波長８００ｎｍのレーザ発振が可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２１３８０号公報
【特許文献２】特開２０１０−４６２１５号公報
【特許文献３】特開２０１３−８９６８０号公報
【特許文献４】特開２０１３−２１４７０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
アレキサンドライトレーザ光源では、波長７５５ｎｍの光と波長８００ｎｍの光の発光効率が異なる。図１５は、アレキサンドライトをレーザ媒質としたときの発振波長と発光効率（利得）との関係を示すグラフである。このグラフから分かるように、例えばアレキサンドライトの発光効率は、波長７５５ｎｍ付近で最大となり、波長７５５ｎｍを超える波長範囲では波長が長くなるにつれて低下していく。
【０００７】
このように発光効率が異なる２つの発振波長（例えば、発光効率の低い方の波長を「第１の波長」、発光効率の高い方の波長を「第２の波長」とする。）を有するレーザ媒質を使用する場合には、一般的に、異なる強度のレーザ光が発振されることになる。ここで、例えば第１の波長の光について充分な強度を確保しようとすると、第２の波長の光の強度が装置の損傷閾値を超えてしまう場合もある。この点、発振波長が第２の波長である場合にのみ、第２の波長の光の強度を下げるためにレーザ媒質の励起エネルギーを下げることができればよいが、励起光源の特性や装置の構成上、励起エネルギーの下げ幅にも限界があり、また下げること自体が好ましくない場合もある。その他、第２の波長の光の強度を下げる方法としては、例えば第２の波長の光のみを減光フィルタに通す方法が考えられる。しかしながらこの方法では、減光フィルタや光の分岐構造が必要になる等、装置の部品点数が増加し、コストの増加を招いてしまう。
【０００８】
そこで、例えばこのような場合において、装置の部品点数を増加させることなく、各波長の強度を独立して制御できる方法が望まれている。
【０００９】
本発明は上記要望に鑑みてなされたものであり、発光効率が異なる２つの発振波長を有するレーザ媒質を使用するレーザ装置において、装置の部品点数を増加させることなく、各波長の光の強度を独立して制御可能とするレーザ装置及びそれを備えた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】
上記課題を解決するために、本発明のレーザ装置は、
第１の波長と第１の波長よりも発光効率が高い第２の波長とに発振波長を有する固体のレーザ媒質と、
レーザ媒質を励起する励起部と、
第１の波長に対応した共振器であってレーザ媒質を内部の光路上に有する第１の共振器と、
第２の波長に対応した共振器であって、レーザ媒質が配置された光路を含む第１の共振器との共通光路を有する第２の共振器と、
少なくとも共通光路上に配置されたＱ値変更部を含み、第１又は第２の波長の光をＱスイッチ発振させるＱ値変更ユニットと、
励起部及びＱ値変更ユニットを制御する制御部とを備え、
制御部は、
発振波長が第１の波長である場合、レーザ媒質の励起が開始されてから第１の遅延時間経過時にＱ値変更ユニットを制御して第１の波長の光をＱスイッチ発振させ、
発振波長が第２の波長である場合、レーザ媒質の励起が開始されてから、第２の波長の光の強度が可能最大強度未満となる第２の遅延時間経過時に、Ｑ値変更ユニットを制御して第２の波長の光をＱスイッチ発振させるものである。
【００１１】
そして、本発明のレーザ装置において、第１及び第２の遅延時間は、各前記光の強度が互いに等しくなる値に設定されていることが好ましい。
【００１２】
また、本発明のレーザ装置において、第１の遅延時間は、第１の波長の光の強度が可能最大強度となる値に設定されていることが好ましい。
【００１３】
また、本発明のレーザ装置において、制御部は、励起部がレーザ媒質に与える励起エネルギー量に応じて各遅延時間の設定値を変更することが好ましい。この場合において、励起部は光源としてフラッシュランプを含み、制御部は、フラッシュランプの充電電圧に応じて各遅延時間の設定値を変更するものであることが好ましい。ここで、制御部は、充電電圧と各遅延時間の設定値とが対応付けられた第１の参照テーブルを有し、第１の参照テーブルに基づいて各遅延時間の設定値を変更するものである構成を採用できる。さらに、励起部は励起光源を含み、制御部は、励起光源の使用期間に応じて各遅延時間の設定値を変更するものであることが好ましい。ここで、制御部は、上記使用期間と各遅延時間の設定値とが対応付けられた第２の参照テーブルを有し、第２の参照テーブルに基づいて各遅延時間の設定値を変更するものである構成を採用できる。
【００１４】
また、本発明のレーザ装置において、第１の共振器は、レーザ媒質を挟んで互いに対向する第１のミラー及び第２のミラーから構成され、第２の共振器は、第１のミラーと、レーザ媒質及び第２のミラーを挟んで第１のミラーに対向する第３のミラーとから構成され、Ｑ値変更ユニットは、共通光路上に配置された第１のＱ値変更部と、第２のミラー及び第３のミラーの間に配置された第２のＱ値変更部とから構成されることが好ましい。
【００１５】
この場合において、第１のミラー、第２のミラー及び第３のミラーの少なくとも１つが光軸方向に沿って移動可能であることが好ましく、さらに制御部は、各共振器の長さに応じて各遅延時間の設定値を変更するものであることが好ましい。ここで、制御部は、第１の共振器の長さと第１の遅延時間の設定値とが対応付けられた第３の参照テーブル及び／又は第２の共振器の長さと第２の遅延時間の設定値とが対応付けられた第４の参照テーブルを有し、各参照テーブルに基づいて各遅延時間の設定値を変更するものであることが好ましい。
【００１６】
また、本発明のレーザ装置において、制御部は、第１及び第２のＱ値変更部の駆動状態を、各共振器のＱ値が発振しきい値よりも低い低Ｑ状態である第１の駆動状態、各共振器のＱ値が発振しきい値よりも高い高Ｑ状態である第２の駆動状態、及び、第１の共振器のＱ値が高Ｑ状態でありかつ第２の共振器のＱ値が低Ｑ状態にある第３の駆動状態の間で切り替えるものであることが好ましい。この場合において、制御部は、レーザ媒質の励起時に第１及び第２のＱ値変更部の駆動状態を第１の駆動状態とするものであることが好ましい。さらに、制御部は、レーザ媒質の励起後、第１及び第２のＱ値変更部の駆動状態を、発振波長が第１の波長である場合には第１の駆動状態から第３の駆動状態へと切り替え、発振波長が第２の波長である場合には第１の駆動状態から第２の駆動状態へと切り替えるものであることが好ましい。
【００１７】
また、本発明のレーザ装置において、第１のＱ値変更部は、印加電圧に応じて第１の共振器のＱ値を変更する第１のＱスイッチを含み、第２のＱ値変更部は、印加電圧に応じて第２の共振器のＱ値を変更する第２のＱスイッチを含み、制御部は、各印加電圧を制御することで各Ｑ値変更部を駆動するものであることが好ましい。
【００１８】
本発明の光音響計測装置は、上記に記載のレーザ装置と、
レーザ装置から出射したレーザ光を利用して被検体内に発生させた光音響波を検出するプローブとを備えるものである。
【００１９】
そして、本発明の光音響計測装置は、プローブで検出した光音響波の信号を処理する信号処理部を備えることが好ましい。
【００２０】
また、本発明の光音響計測装置において、信号処理部は、光音響波の信号に基づいて光音響画像を生成する音響画像生成部を有することが好ましく、音響画像生成部は、被検体に対して送信された音響波の反射波の信号に基づいて反射音響波画像を生成するものであることが好ましい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明のレーザ装置及び光音響計測装置は、第１の波長と第１の波長よりも発光効率が高い第２の波長とに発振波長を有する固体のレーザ媒質と、励起部と、第１の波長に対応した共振器であってレーザ媒質を内部の光路上に有する第１の共振器と、第２の波長に対応した共振器であって、レーザ媒質が配置された光路を含む第１の共振器との共通光路を有する第２の共振器と、少なくとも共通光路上に配置されたＱ値変更部を含み、第１又は第２の波長の光をＱスイッチ発振させるＱ値変更ユニットと、励起部及びＱ値変更ユニットを制御する制御部とを備える。そして、制御部は、発振波長が第１の波長である場合、レーザ媒質の励起が開始されてから第１の遅延時間経過時にＱ値変更ユニットを制御して第１の波長の光をＱスイッチ発振させ、発振波長が第２の波長である場合、レーザ媒質の励起が開始されてから、第２の波長の光の強度が可能最大強度未満となる第２の遅延時間経過時に、Ｑ値変更ユニットを制御して第２の波長の光をＱスイッチ発振させる。これにより、発光効率が異なる２つの発振波長を有するレーザ媒質を使用するレーザ装置において、装置の部品点数を増加させることなく、各波長の光の強度を独立して制御可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】第１の実施形態に係るレーザ装置の構成を示す概略図である。
【図２】励起エネルギーとレーザ光のパルス幅との関係を共振器長ごとに示したグラフである。
【図３】励起エネルギーとレーザ光の強度との関係を共振器長ごとに示したグラフである。
【図４】励起エネルギーとレーザ光のパルス幅との関係をミラー反射率ごとに示したグラフである。
【図５】励起エネルギーとレーザ光の強度との関係をミラー反射率ごとに示したグラフである。
【図６】励起エネルギーとレーザ光の強度との関係を発振波長ごとに示したグラフである。
【図７】遅延時間とレーザ光の強度との関係を示すタイミングチャートである。
【図８】遅延時間に応じて励起エネルギーとレーザ光の強度との関係が変化する様子を示したグラフである。
【図９】励起ランプの発光、Ｑスイッチに印加する電圧及びレーザ光の出力に関するタイミングチャートである。
【図１０】第２の実施形態に係るレーザ装置の構成を示す概略図である。
【図１１】第３の実施形態に係るレーザ装置の構成を示す概略図である。
【図１２】実施形態に係る光音響計測装置の構成を示す概略図である。
【図１３】光音響計測装置の動作手順を示すフローチャートである。
【図１４】酸素化ヘモグロビンと脱酸素化ヘモグロビンの光波長ごとの分子吸収係数を示すグラフである。
【図１５】アレキサンドライトの利得曲線を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明するが、本発明はこれに限られるものではない。なお、視認しやすくするため、図面中の各構成要素の縮尺等は実際のものとは適宜異ならせてある。
【００２４】
「レーザ装置の第１の実施形態」
レーザ装置の第１の実施形態について説明する。図１は、本実施形態に係るレーザ装置１の構成を示す概略図である。図１に示されるように、レーザ装置１は、レーザロッド５１、フラッシュランプ５２、第１のミラー５３、第２のミラー５４、第３のミラー５５、第１のＱ値変更部５６、第２のＱ値変更部５７及び制御回路６２を有する。第１のＱ値変更部５６及び第２のＱ値変更部５７が全体として本発明におけるＱ値変更ユニットに相当する。レーザ装置１は、第１の波長及び第２の波長を含む複数の波長のレーザ光Ｌを出射する。例えば本明細書においては、レーザ発振についての第２の波長における利得（発光効率）は第１の波長における利得よりも高いものとする。
【００２５】
レーザロッド５１は、レーザ媒質である。レーザロッド５１は、８００ｎｍと７５５ｎｍに発振波長を有する。レーザロッド５１には、例えばアレキサンドライト結晶を用いることができる。アレキサンドライトのレーザ発振についての利得は、前述の通り、波長７５５ｎｍ付近でピークとなる。利得は、波長７５５ｎｍよりも短い波長の範囲では波長が短くなるに連れて単調に減少していく。また、波長７５５ｎｍよりも長い波長の範囲では波長が長くなるに連れて単調に減少していく。アレキサンドライト結晶の波長８００ｎｍにおける利得は、波長７５５ｎｍにおける利得よりも低い。
【００２６】
例えば、第１の波長（中心波長）として約８００ｎｍを考え、第２の波長として約７５５ｎｍを考える。先に説明した図１４を参照すると、ヒトの動脈に多く含まれる酸素化ヘモグロビンの波長７５５ｎｍにおける分子吸収係数は、波長８００ｎｍにおける分子吸収係数よりも低い。一方、静脈に多く含まれる脱酸素化ヘモグロビンの波長７５５ｎｍにおける分子吸収係数は、波長８００ｎｍにおける分子吸収係数よりも高い。この性質を利用し、波長８００ｎｍで得られた光音響信号に対して、波長７５５ｎｍで得られた光音響信号が相対的に大きいのか小さいのかを調べることで、動脈からの光音響信号と静脈からの光音響信号とを判別することができる。あるいは、酸素飽和度を計測することができる。
【００２７】
なお、第１の波長と第２の波長の選択に関しては、理論上、選択される二波長において光吸収係数に差があればどのような二波長の組み合わせでもよく、上記した約７５５ｎｍと約８００ｎｍの組み合わせには限定されない。扱いやすさなどを考えると、選択される２つの波長は、酸素化ヘモグロビンと脱酸素化ヘモグロビンとで光吸収係数が同じになる波長約８００ｎｍ（正確には７９８ｎｍ）と、脱酸素化ヘモグロビンの光吸収係数が極大値となる波長約７５５ｎｍ（正確には７５７ｎｍ）との組み合わせが好ましい。第１の波長は、正確に７９８ｎｍである必要はなく、例えば７９３ｎｍ〜８０２ｎｍの範囲にあれば実用上問題はない。また、第２の波長は、正確に７５７ｎｍである必要はなく、例えば極大値（７５７ｎｍ）付近のピークの半値幅である７４８〜７７０ｎｍの範囲にあれば実用上問題はない。
【００２８】
フラッシュランプ５２は、本発明における励起部としての励起光源であり、レーザロッド５１に励起光を照射する。フラッシュランプ５２は間欠的に駆動される。フラッシュランプ５２は、制御回路６２から送信されるフラッシュランプトリガに連動して点灯する。フラッシュランプ５２以外の光源を、励起光源として用いてもよい。
【００２９】
第１のミラー５３、第２のミラー５４、及び第３のミラー５５は、レーザロッド５１の光軸上に沿って並べられている。第１のミラー５３及び第２のミラー５４は、レーザロッド５１を挟んで互いに対向する。第３のミラー５５は、第２のミラー５４から見てレーザロッド５１とは反対側に配置され、レーザロッド５１及び第２のミラー５４を挟んで第１のミラー５３と対向する。
【００３０】
第１のミラー５３は、波長８００ｎｍの光及び波長７５５ｎｍの光の出力ミラーである。第１のミラー５３の波長８００ｎｍの光に対する反射率は、波長７５５ｎｍの光に対する反射率よりも高い。例えば、第１のミラー５３の波長８００ｎｍの光に対する反射率は８０％であり、波長７５５ｎｍの光に対する反射率は７０％である。利得が低い波長８００ｎｍの光に対する反射率を高く設定することで、発振（投入）エネルギーしきい値が下がり、利得が増加する。これにより、パルスレーザ光の短パルス化が可能である。
【００３１】
第２のミラー５４は、波長８００ｎｍの光を反射し、波長７５５ｎｍの光を透過する。例えば、第２のミラー５４の波長８００ｎｍの光に対する反射率は９９．８％以上であり、波長７５５ｎｍの光に対する反射率は０．５％以下である。第３のミラー５５は、波長７５５ｎｍの光を反射する。第３のミラー５５の波長７５５ｎｍの光に対する反射率は例えば９９．８％以上である。
【００３２】
レーザロッド５１から出射した光のうち、波長８００ｎｍの光は第２のミラー５４で反射し、第１のミラー５３と第２のミラー５４との間を往復する。第１のミラー５３と第２のミラー５４とにより、波長８００ｎｍの光を発振する第１の共振器Ｃ１が構成される。一方、レーザロッド５１から出射した波長７５５ｎｍの光は第２のミラー５４を透過して第３のミラー５５で反射し、第１のミラー５３と第３のミラー５５との間を往復する。第１のミラー５３と第３のミラー５５とにより、波長７５５ｎｍの光を発振する第２の共振器Ｃ２が構成される。第１の共振器Ｃ１の共振器長は、第２の共振器Ｃ２の共振器長よりも短い。第１のミラー５３から第２のミラー５４までの光路は、第１の共振器Ｃ１と第２の共振器Ｃ２とに共通の光路であり、レーザロッド５１はこの共通光路上に配置されている。
【００３３】
第１のＱ値変更部５６は、第１の共振器Ｃ１と第２の共振器Ｃ２との共通光路上に配置され、第１の共振器Ｃ１及び第２の共振器Ｃ２のＱ値を制御する。第１のＱ値変更部５６は、例えば第１のミラー５３とレーザロッド５１との間に配置される。これに代えて、レーザロッド５１と第２のミラー５４との間に第１のＱ値変更部５６を配置してもよい。第１のＱ値変更部５６は、第１のＱスイッチ５８と偏光子５９とを含む。第１のＱスイッチ５８は、印加電圧に応じて、第１の共振器Ｃ１及び第２の共振器Ｃ２のＱ値を変化させる。第１のＱスイッチ５８には、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。
【００３４】
第１のＱスイッチ５８には例えばポッケルスセルが用いられる。第１のＱスイッチ５８は、印加電圧がＱスイッチオフに対応した第１の電圧のとき第１の共振器Ｃ１及び第２の共振器Ｃ２を低Ｑ状態にする。低Ｑ状態とは、共振器のＱ値がレーザ発振しきい値よりも低い状態を指す。第１の電圧は、例えば第１のＱスイッチ５８が１／４波長板として機能する電圧である。第１のＱスイッチ５８は、印加電圧がＱスイッチオンに対応した第２の電圧のとき、第１の共振器Ｃ１及び第２の共振器Ｃ２を高Ｑ状態にする。高Ｑ状態とは、共振器のＱ値がレーザ発振しきい値よりも高い状態を指す。第２の電圧の絶対値は、第１の電圧の絶対値よりも小さく、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、例えば０Ｖ（電圧印加なし）であり、このとき第１のＱスイッチ５８を透過する光の偏光状態は変化しない。なお、ポッケルスセルが１／４波長板として働く電圧は波長に依存して変化するため、Ｑスイッチオンに対応した第２の電圧は、波長８００ｎｍの発振時と波長７５５ｎｍの発振時とで異なる。すなわち、波長８００ｎｍの発振時と波長７５５ｎｍの発振時とで、ポッケルスセルへの印加電圧が異なる。このため、ポッケルスセルへの印加電圧０ＶがＱスイッチオンに対応する構成に比べて、そうでない構成の場合には、Ｑスイッチの制御回路やその制御手法がやや複雑になる。従って、第１のＱ値変更部５６は、印加電圧０ＶがＱスイッチオンに対応する構成とすることが好ましい。
【００３５】
偏光子５９は、レーザロッド５１と第１のＱスイッチ５８との間に配置される。偏光子５９は、所定方向の直線偏光のみを透過させる。偏光子５９には、例えば、所定方向の直線偏光（例えばｐ偏光）を透過し、この所定方向に直交する方向（例えばｓ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。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が出射する光がｐ偏光であれば、偏光子５９は省略してもよい。
【００３６】
具体的には、第１のＱスイッチ５８に第１の電圧が印加されたとき、第１のＱスイッチ５８は１／４波長板として機能する。このとき、偏光子５９から第１のＱスイッチ５８に入射したｐ偏光の光は、第１のＱスイッチ５８を通過する際に円偏光となる。その後、光は、第１のミラー５３で反射して第１のＱスイッチ５８に逆向きに入射する。第１のＱスイッチ５８に逆向きに入射した円偏光の光は、第１のＱスイッチ５８を通過する際にｓ偏光となる。その後、光は、ｓ偏光を反射する偏光子５９で反射して共振器の光路外へ放出される。一方、第１のＱスイッチ５８への印加電圧が０Ｖ（第２の電圧）のとき、偏光子５９から第１のＱスイッチ５８に入射したｐ偏光の光は、ｐ偏光のまま第１のＱスイッチ５８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ｐ偏光の光は、ｐ偏光のまま第１のＱスイッチ５８を透過し、ｐ偏光を透過する偏光子５９を透過してレーザロッド５１に入射する。
【００３７】
第２のＱ値変更部５７は、第２のミラー５４と第３のミラー５５との間の第２の共振器Ｃ２の光路上に配置され、第２の共振器Ｃ２のＱ値を制御する。第２のＱ値変更部５７は、第２のＱスイッチ６０と１／４波長板６１とを含む。第２のＱスイッチ６０は、印加電圧に応じて第２の共振器Ｃ２のＱ値を変化させる。第２のＱスイッチ６０には、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。１／４波長板６１は、第２のＱスイッチ６０と第３のミラー５５との間に配置される。
【００３８】
第２のＱスイッチ６０には例えばポッケルスセルが用いられる。第２のＱスイッチ６０は、印加電圧がＱスイッチオフに対応した第３の電圧のとき第２の共振器Ｃ２を低Ｑ状態にする。第３の電圧は、例えば０Ｖ（電圧印加なし）であり、このとき第２のＱスイッチ６０を透過する光の偏光状態は変化しない。第２のＱスイッチ６０は、印加電圧がＱスイッチオンに対応した第４の電圧のとき第２の共振器Ｃ２を高Ｑ状態にする。第４の電圧の絶対値は第３の電圧の絶対値よりも大きく、電圧は正の電圧であっても負の電圧であってもよい。第４の電圧は、例えば第２のＱスイッチ６０が１／４波長板として機能する電圧である。
【００３９】
具体的には、第２のＱスイッチ６０への印加電圧が０Ｖ（第３の電圧）のとき、レーザロッド５１側から第２のミラー５４を通して第２のＱスイッチ６０に入射したｐ偏光の光は、ｐ偏光のまま第２のＱスイッチ６０を通過し、１／４波長板６１を通過する際に円偏光となって第３のミラー５５で反射する。第３のミラー５５で反射した円偏光の光は、１／４波長板６１を逆向きに通過する際にｓ偏光となり、第２のＱスイッチ６０をｓ偏光のまま通過してレーザロッド５１へ戻る。ここで、第２のミラー５４は波長８００ｎｍの光を反射し、波長７５５ｎｍの光を透過する。このため、第２のミラー５４と第３のミラー５５との間を進行する光は波長７５５ｎｍの光であり、波長８００ｎｍの光は第２のミラー５４から第３のミラー５５側には進行しない。一方、第２のＱスイッチ６０に第４の電圧が印加されたとき、第２のＱスイッチ６０は１／４波長板として機能する。このとき、レーザロッド５１側から第２のミラー５４を通して第２のＱスイッチ６０に入射したｐ偏光の光は、第２のＱスイッチ６０を通過する際に円偏光となり、更に１／４波長板６１を通過する際にｓ偏光となる。その後、第３のミラー５５で反射した光は、１／４波長板６１を逆向きに通過する際に円偏光となり、更に第２のＱスイッチ６０を通過する際にｐ偏光となり、レーザロッド５１へ戻る。
【００４０】
制御回路６２は、本発明における制御部に相当し、第１のＱ値変更部５６及び第２のＱ値変更部５７を駆動する。制御回路６２は、第１の共振器Ｃ１及び第２の共振器Ｃ２の駆動状態を、各共振器のＱ値が共に発振しきい値よりも低い低Ｑ状態となる第１の駆動状態、各共振器のＱ値が共に発振しきい値よりも高い高Ｑ状態となる第２の駆動状態、及び、第１の共振器Ｃ１が高Ｑ状態となりかつ第２の共振器Ｃ２が低Ｑ状態となる第３の駆動状態の間で切り替える。制御回路６２は、第１のＱスイッチ５８への印加電圧を制御することで第１のＱ値変更部５６を駆動し、第２のＱスイッチ６０への印加電圧を制御することで第２のＱ値変更部５７を駆動する。制御回路６２は、第１のＱ値変更部及び／又は第２のＱ値変更部にＱスイッチトリガを送信し、上記３つの駆動状態の切り替えを利用してレーザ光を発振させる。また、制御回路６２は、フラッシュランプ５２の点灯を指示するフラッシュランプトリガを送信して、フラッシュランプ５２の駆動も行う。
【００４１】
第１の駆動状態では、第１のＱスイッチ５８に第１の電圧が印加され、第１のＱスイッチ５８は１／４波長板として機能する。また、第１の駆動状態では、第２のＱスイッチ６０への印加電圧は０Ｖ（第３の電圧）であり、第２のＱスイッチ６０を通過する光の偏光状態は変化しない。したがって、第１のＱスイッチ５８が１／４波長板として機能することで、第１のミラー５３で反射した光はレーザロッド５１に入射しない。また、第２のＱスイッチ６０を通過する光の偏光状態が変化しないことで、第３のミラー５５で反射した波長７５５ｎｍの光はｓ偏光でレーザロッド５１へ入射する。その結果、第１の共振器Ｃ１及び第２の共振器Ｃ２は低Ｑ状態となり、波長８００ｎｍと波長７５５ｎｍの双方について、レーザ発振が起こらない。なお、第１のＱスイッチ５８は共通光路上に配置されており、第１のＱスイッチ５８に第１の電圧を印加することで第２の共振器Ｃ２を低Ｑ状態にすることができる。このため、第１の駆動状態において、第２のＱスイッチ６０への印加電圧は特に第３の電圧には限定されず、第２のＱスイッチ６０に第４の電圧を印加し、第２のＱスイッチ６０を１／４波長板として働かせていてもよい。
【００４２】
第２の駆動状態では、第１のＱスイッチ５８への印加電圧は０Ｖ（第２の電圧）であり、第１のＱスイッチ５８を通過する光の偏光状態は変化しない。また、第２の駆動状態では、第２のＱスイッチ６０に第４の電圧が印加され、第２のＱスイッチ６０は１／４波長板として機能する。したがって、第１のＱスイッチ５８を通過する光の偏光状態が変化しないことで、第１のミラー５３で反射した光はｐ偏光でレーザロッド５１に入射する。また、第２のＱスイッチ６０が１／４波長板として機能することで、第３のミラー５５で反射した波長７５５ｎｍの光はｐ偏光でレーザロッド５１へ入射する。その結果、第１の共振器Ｃ１及び第２の共振器Ｃ２は高Ｑ状態となり、レーザ発振が起こる。波長８００ｎｍと波長７５５ｎｍとでは、波長７５５ｎｍの利得の方が波長８００ｎｍの利得よりも高いため、発振波長は利得が高い７５５ｎｍとなる。
【００４３】
第３の駆動状態では、第１のＱスイッチ５８への印加電圧は０Ｖ（第２の電圧）であり、第１のＱスイッチ５８を通過する光の偏光状態は変化しない。また、第３の駆動状態では、第２のＱスイッチ６０への印加電圧は０Ｖ（第３の電圧）であり、第２のＱスイッチ６０を通過する光の偏光状態を変化させない。第１のＱスイッチ５８を通過する光の偏光状態が変化しないことで、第１のミラー５３で反射した光はｐ偏光でレーザロッド５１に入射する。また、第２のＱスイッチ６０を通過する光の偏光状態が変化しないことで、第３のミラー５５で反射した波長７５５ｎｍの光はｓ偏光でレーザロッド５１へ入射する。その結果、第１の共振器Ｃ１は高Ｑ状態でかつ第２の共振器Ｃ２は低Ｑ状態となり、第１の共振器Ｃ１でレーザ発振が起こる。第１の共振器Ｃ１は波長８００ｎｍの共振器であり、発振波長は８００ｎｍとなる。
【００４４】
制御回路６２は、レーザロッド５１の励起時には、第１のＱ値変更部５６及び第２のＱ値変更部５７の駆動状態を第１の駆動状態とする。すなわち、第１の共振器Ｃ１及び第２の共振器Ｃ２が低Ｑ状態の下でフラッシュランプ５２が点灯し、レーザロッド５１の励起が行われる。制御回路６２は、レーザロッド５１の励起後、発振波長が８００ｎｍである場合には、第１のＱ値変更部５６及び第２のＱ値変更部５７の駆動状態を第１の駆動状態から第３の駆動状態へと切り替える。第３の駆動状態では、第１の共振器Ｃ１が高Ｑ状態でかつ第２の共振器Ｃ２が低Ｑ状態であるため、発振波長は波長８００ｎｍとなる。第１の共振器Ｃ１のＱ値を低Ｑ状態から高Ｑ状態へ急激に変化させることで、波長８００ｎｍのパルスレーザ光を得ることができる。すなわち、第１のＱ値変更部５６の駆動をきっかけに光のＱスイッチ発振が実現するため、この場合、制御回路６２による第１のＱ値変更部５６への駆動指示がＱスイッチトリガとなる。
【００４５】
制御回路６２は、レーザロッド５１の励起後、発振波長が７５５ｎｍである場合には、第１のＱ値変更部５６及び第２のＱ値変更部５７の駆動状態を第１の駆動状態から第２の駆動状態へと切り替える。このとき制御回路６２は、第２の共振器Ｃ２が高Ｑ状態となるように第２のＱ値変更部５７を駆動するのと同時に第１の共振器が高Ｑ状態となるように第１のＱ値変更部５６を駆動する。あるいは、制御回路６２は、第２の共振器Ｃ２が高Ｑ状態となるように第２のＱ値変更部５７を駆動した後に第１の共振器が高Ｑ状態となるように第１のＱ値変更部５６を駆動してもよい。第２の駆動状態では、双方の共振器が高Ｑ状態となるが、発振波長は、波長８００ｎｍと波長７５５ｎｍのうちで利得が高い７５５ｎｍとなる。第１の共振器及び第２の共振器Ｃ２（特に第２の共振器Ｃ２）のＱ値を低Ｑ状態から高Ｑ状態へ急激に変化させることで、波長７５５ｎｍのパルスレーザ光を得ることができる。すなわち、第２のＱ値変更部５７の駆動をきっかけに光のＱスイッチ発振が実現するため、この場合、制御回路６２による第２のＱ値変更部５７への駆動指示がＱスイッチトリガとなる。
【００４６】
また、制御回路６２は、レーザ媒質の励起が開始されてから光がＱスイッチ発振するまでの時間（遅延時間）に関して、波長ごとに設定された遅延時間を有し、各遅延時間に従って各波長の光をＱスイッチ発振させる。より具体的には、制御回路６２は、発振波長が第１の波長（本実施形態においては波長８００ｎｍ）である場合、レーザロッド５１の励起が開始されてから第１の遅延時間経過時に第１のＱ値変更部５６及び第２のＱ値変更部５７を制御して第１の波長の光をＱスイッチ発振させ、発振波長が第２の波長（本実施形態においては波長７５５ｎｍ）である場合、レーザロッド５１の励起が開始されてから、第２の波長の光の強度が可能最大強度未満（例えば可能最大強度の９０％、８０％又は５０％）となる第２の遅延時間経過時に、第１のＱ値変更部５６及び第２のＱ値変更部５７を制御して第２の波長の光をＱスイッチ発振させる。可能最大強度とは、ある励起エネルギーでレーザ媒質を励起した場合に、潜在的能力として出力することが可能な光の最大強度をいう。このように遅延時間を波長ごとに独立して設定することにより、各波長の光強度を独立して制御することが可能となる。なお、遅延時間を波長ごとに独立して設定したが、結果的に遅延時間が同じ値になることはありうる。遅延時間の設定による光強度の制御についての詳細は後述する。
【００４７】
図２は、励起エネルギーとレーザ光のパルス幅との関係を共振器長ごとに示したグラフである。同図には、２つの共振器長について、励起エネルギーとパルス幅との関係が示されている。グラフ（ａ）は共振器長が短い共振器を用いた場合の励起エネルギーとパルス幅との関係を示し、グラフ（ｂ）は共振器長が長い共振器を用いた場合の励起エネルギーとパルス幅との関係を示す。グラフ（ａ）とグラフ（ｂ）を参照すると、励起エネルギーを一定とした場合、共振器長が短い方が、共振器長が長い場合に比べてパルス幅を短くできることがわかる。レーザ装置１では、第１の共振器Ｃ１は第２の共振器Ｃ２よりも共振器長が短いため、波長８００ｎｍのパルスレーザ光のパルス幅を、波長７５５ｎｍのパルスレーザ光のパルス幅よりも短くできる。
【００４８】
図３は、励起エネルギーとレーザ光の強度との関係を共振器長ごとに示したグラフである。同図には、２つの共振器長について、励起エネルギーとレーザ光の強度との関係が示されている。グラフ（ａ）は共振器長が短い共振器を用いた場合の励起エネルギーと強度との関係を示し、グラフ（ｂ）は共振器長が長い共振器を用いた場合の励起エネルギーと強度との関係を示す。グラフ（ａ）とグラフ（ｂ）を参照すると、励起エネルギーを一定とした場合、共振器長が短い方が、共振器長が長い場合に比べてレーザ出力を上げることができることがわかる。レーザ装置１では、第１の共振器Ｃ１は第２の共振器Ｃ２よりも共振器長が短く、双方の共振器の共振器長を同じにした場合に比べて、波長８００ｎｍの光のレーザ出力を上げることができる。
【００４９】
図４は、励起エネルギーとレーザ光のパルス幅との関係をミラー反射率ごとに示したグラフである。同図において、グラフ（ａ）は、出力ミラーである第１のミラー５３の反射率を８０％とした場合の励起エネルギーとパルス幅との関係を示し、グラフ（ｂ）は第１のミラー５３の反射率を６０％とした場合の励起エネルギーとパルス幅との関係を示す。グラフ（ａ）とグラフ（ｂ）を参照すると、励起エネルギーを一定とした場合、出力ミラーの反射率が高い方が、出力ミラーの反射率を低くした場合に比べてパルス幅を短くできることがわかる。第１のミラー５３の波長８００ｎｍの光に対する反射率を、波長７５５ｎｍの光に対する反射率よりも高くすることで、波長８００ｎｍのパルスレーザ光のパルス幅を、波長７５５ｎｍのパルスレーザ光のパルス幅よりも短くできる。
【００５０】
図５は、励起エネルギーとレーザ光の強度との関係をミラー反射率ごとに示したグラフである。同図において、グラフ（ａ）は、第１のミラー５３の反射率を８０％とした場合の励起エネルギーと強度との関係を示し、グラフ（ｂ）は第１のミラー５３の反射率を６０％とした場合の励起エネルギーと強度との関係を示す。グラフ（ａ）とグラフ（ｂ）を参照すると、励起エネルギーを一定とした場合、出力ミラーの反射率が高い方が、出力ミラーの反射率を低くした場合に比べてレーザ出力を上げることができることがわかる。第１のミラー５３の波長８００ｎｍの光に対する反射率を、波長７５５ｎｍの光に対する反射率よりも高くすることで、双方の波長の反射率を同じにした場合に比べて、波長８００ｎｍの光のレーザ出力を上げることができる。
【００５１】
遅延時間の設定による光強度の制御について説明する。図６は、励起エネルギーとレーザ光の強度との関係を発振波長ごとに示したグラフである。図６のＸは利得の低い第１の波長の光に関するグラフであり、図６のＹは利得の高い第２の波長の光に関するグラフである。図６の（ａ）に示されるように、同じ励起エネルギーＥ０でレーザロッド５１を励起する場合、第１の波長の光の強度Ｉ１を確保するため励起エネルギーを大きくしようとすると、第２の波長の光の強度Ｉ２が、レーザ装置１内のレンズやミラー等の損傷閾値Ｉｔｈを超えてしまうという場合がある。そこで、本発明者らは、遅延時間の設定により第２の波長の光のみの利得を下げ、図６の（ｂ）のように、グラフＹを左側にシフトさせる方法を見出した。この方法によれは、第１の波長の光の強度Ｉ１を下げずに、第２の波長の光の強度Ｉ２を損傷閾値Ｉｔｈ未満に下げることが可能となる。
【００５２】
具体的には以下の通りである。図７は、遅延時間とレーザ光の強度との関係を示すタイミングチャートである。図７の（ａ）はフラッシュランプ（ＦＬ）トリガのタイミングを示し、（ｂ）はフラッシュランプの発光強度の時間変化を示し、（ｃ）はレーザロッド内における反転分布状態密度の時間変化を示す。また、（ｄ）はＱスイッチ（Ｑｓｗ）トリガのタイミングを示し、（ｅ）はＱスイッチトリガの各タイミングに対応して出力されるパルスレーザ光を示す。すなわち（ｄ）及び（ｅ）は、遅延時間Ｄ１のタイミングＴ１でＱスイッチトリガが出された場合にはパルスレーザ光Ｐ１が出力され、遅延時間Ｄ２のタイミングＴ２でＱスイッチトリガが出された場合にはパルスレーザ光Ｐ２が出力され、遅延時間Ｄ３のタイミングＴ３でＱスイッチトリガが出された場合にはパルスレーザ光Ｐ３が出力され、遅延時間Ｄ４のタイミングＴ４でＱスイッチトリガが出された場合にはパルスレーザ光Ｐ４が出力されることを示す。
【００５３】
まず、制御回路６２からフラッシュランプトリガが送信されると、それに連動してフラッシュランプが発光する。フラッシュランプの発光強度は、発光後しばらく増加し、ある時刻でピークに達するとその後は減少に転じる。フラッシュランプからの光を受けたレーザロッド内では、吸収した光量に応じて反転分布が形成されるため、この反転分布の状態密度も時間の経過と共に増加し、ある時刻でピークに達するとその後は緩やかに減少し、その後大きく減少する。すなわち、反転分布の状態密度は時間の経過と共に変化しているため、どのタイミングでＱスイッチトリガを出すかによってレーザ発振する光の強度が異なってくる。例えば、図７の（ｅ）では、反転分布状態密度が最も大きくなるタイミングＴ２で最大強度のパルスレーザ光Ｐ２が得られ、反転分布状態密度が小さいタイミングになるほどパルスレーザ光の強度（Ｐ１＜Ｐ４＜Ｐ３）が減少している。つまり、遅延時間Ｄ２が、光の強度が可能最大強度となる遅延時間であり、遅延時間Ｄ１、Ｄ３及びＤ４が、光の強度が可能最大強度未満となる遅延時間である。一般的に遅延時間Ｄ２はおよそ１５０〜２００μｓであり、本実施形態において隣接するＱスイッチトリガ同士の時間差（つまり、遅延時間Ｄ１及びＤ２の差、遅延時間Ｄ２及びＤ３の差並びに遅延時間Ｄ３及びＤ４の差）は例えば数十μｓである。なお、上記の図７の説明では、簡略化のために、フラッシュランプ及び各Ｑ値変更部が制御回路６２からのトリガに対して瞬時に応答するものとして説明したが、実際にはトリガを受けてから応答するまでの間には若干の遅延時間（これは、前述の励起から発振までの遅延時間とは異なる）が存在する。したがって、実際にはこのトリガ受信から応答までの遅延時間を考慮してフラッシュランプトリガ及びＱスイッチトリガを出力する必要がある。
【００５４】
図８は、遅延時間に応じて励起エネルギーとレーザ光の強度との関係が変化する様子を示したグラフである。図８において、Ｄ１からＤ４は第２の波長の光の強度を示すグラフであり、Ｘは第１の波長の光の強度を示すグラフである。具体的には、Ｄ１は遅延時間Ｄ１のときの光の強度を示すグラフであり、Ｄ２は遅延時間Ｄ２のときの光の強度を示すグラフであり、Ｄ３は遅延時間Ｄ３のときの光の強度を示すグラフであり、Ｄ４は遅延時間Ｄ４のときの光の強度を示すグラフである。なお、Ｄ２のグラフは、各励起エネルギーに対する最大強度Ｉｍａｘを与えるグラフである。図８の（ａ）より、例えば遅延時間Ｄ４又はＤ１のタイミングでＱスイッチトリガを出せば、第２の波長の光の強度Ｉ２を、可能最大強度未満の範囲で制御でき、さらに損傷閾値Ｉｔｈ未満に下げることが可能となる。なお、本実施形態では、波長切り替えを可能にするべく、第２の波長が第１の波長よりも常に高利得でなければならない。したがって、第２の波長に関する発振閾値励起エネルギーＥ２が第１の波長に関する発振閾値励起エネルギーＥ１よりも小さくなるように遅延時間を設定する。
【００５５】
また、例えば図８の（ｂ）のように、各波長の光の強度を揃えたいが、励起エネルギーに下限Ｅｍｉｎがあるために通常の設定（例えば遅延時間Ｄ２）では励起エネルギーを下げただけでは、各波長の光の強度が揃わない場合もある。そこで、このような場合でも、例えば遅延時間の設定をＤ２からＤ４へ変更すれば、Ｅｍｉｎ以上の励起エネルギーＥ３及びＥ０で各波長の光の強度Ｉ１及びＩ２を等しくすることができる。なお、本明細書において、各波長の光の強度が揃う又は等しいとは、各波長の光の強度差が第１の波長の光強度を基準にして１０％以内であることをいう。なお、上記では第２の波長の光の発振に関する遅延時間の設定を変更することについて説明したが、第１の波長の光の発振に関する遅延時間の設定を変更してもよい。
【００５６】
以下、図９を用いてＱ値変更部の動作と発振波長の切り替えについて説明する。図９は、励起ランプの発光、Ｑスイッチに印加する電圧及びレーザ光の出力に関するタイミングチャートである。制御回路６２は、フラッシュランプトリガを送信して時刻ｔ１でフラッシュランプ５２を点灯させる（ａ）。制御回路６２は、フラッシュランプ５２が点灯する前に、第１のＱスイッチ５８（Ｑ−ｓｗ１）に第１の電圧を印加し（ｂ）、第２のＱスイッチ６０（Ｑ−ｓｗ２）への印加電圧を０Ｖ（第３の電圧）とする（ｃ）。第１のＱスイッチ５８に第１の電圧を印加する時刻は、時刻ｔ１よりも少し前の時刻でよい。あるいは、前回のパルスレーザ光出射の後から第１のＱスイッチ５８に第１の電圧を印加し続けてもよい。第１のＱスイッチ５８に第１の電圧を印加することで、第１のＱスイッチ５８は１／４波長板として機能する。また、第２のＱスイッチ６０への電圧印加を行わないことで、第２のＱスイッチ６０を通過する光の偏光状態は変化しない。
【００５７】
時刻ｔ１でレーザロッド５１が励起されると、レーザロッド５１からはｐ偏光の光が出射する。しかしながら、レーザロッド５１から第１のミラー５３方向に出射した光は、１／４波長板として機能する第１のＱスイッチ５８を往復して偏光方向が９０°回転し、偏光子５９を通過することができず、レーザロッド５１に帰還しない。また、レーザロッド５１から第２のミラー５４方向に出射した光のうち、波長７５５ｎｍの光は、１／４波長板６１を往復して偏光方向が９０°回転するため、所定の偏光軸を持つレーザロッド５１のレーザ発振に寄与しない。従って、第１の共振器Ｃ１及び第２の共振器Ｃ２のＱ値は低Ｑ状態となり、第１の共振器Ｃ１及び第２の共振器Ｃ２は発振しない。
【００５８】
制御回路６２は、Ｑスイッチトリガとして第１のＱスイッチ５８の印加電圧を変更する指示を送信して、時刻ｔ１から遅延時間Ｄｘが経過した時刻ｔ２で、第１のＱスイッチ５８への印加電圧を第１の電圧から０Ｖ（第２の電圧）に変化させる（ｂ）。このとき、制御回路６２は、第２のＱスイッチ６０への印加電圧を０Ｖのまま変化させない（ｃ）。第１のＱスイッチ５８への印加電圧を０Ｖに変化させることで、第１の共振器Ｃ１のＱ値は低Ｑ状態から高Ｑ状態へと変化する。一方で、第２の共振器Ｃ２のＱ値は低Ｑ状態に保たれる。第１の共振器Ｃ１のみが高Ｑ状態となることで、波長８００ｎｍでレーザ発振が起こり、第１のミラー５３から波長８００ｎｍのパルスレーザ光が出射する（ｄ）。ここで、遅延時間Ｄｘは、波長８００ｎｍの光の発振用に設定された遅延時間であり、例えば利得が低い波長８００ｎｍの光の強度が可能最大強度となるように設定される。
【００５９】
制御回路６２は、波長８００ｎｍのパルスレーザ光の出射後、フラッシュランプトリガを送信して時刻ｔ３でフラッシュランプ５２を点灯させる（ａ）。制御回路６２は、時刻ｔ３よりも前の時刻に第１のＱスイッチ５８に第１の電圧を印加しており（ｂ）、第１の共振器Ｃ１及び第２の共振器Ｃ２のＱ値は低Ｑ状態となっている。制御回路６２は、時刻ｔ３から遅延時間Ｄｙが経過した時刻ｔ４で、第１のＱスイッチ５８の印加電圧を第１の電圧から０Ｖに変化させ、第２のＱスイッチ６０の印加電圧を０Ｖから第４の電圧に変化させる。第１のＱスイッチ５８の印加電圧と第２のＱスイッチ６０の印加電圧とを同時に変化させるか、又は第２のＱスイッチ６０の印加電圧を先に変化させてから第１のＱスイッチ５８の印加電圧を変化させると、波長８００ｎｍと波長７５５ｎｍとのうち利得が高い波長７５５ｎｍでレーザ発振が起こり、第１のミラー５３から波長７５５ｎｍのパルスレーザ光が出射する（ｄ）。ここで、遅延時間Ｄｙは、波長７５５ｎｍの光の発振用に遅延時間Ｄｘとは独立して設定された遅延時間であり、例えば利得が高い波長７５５ｎｍの光の強度が可能最大強度未満でかつ波長８００ｎｍの光の強度と等しくなるように設定される。
【００６０】
なお、第１のＱ値変更部５６及び第２のＱ値変更部５７は、上記第１、第２及び第３の駆動状態の３つの状態を切り替えられればよく、第１のＱ値変更部５６及び第２のＱ値変更部５７の具体的な構成は上記したものには限定されない。例えば第１のＱ値変更部５６を、第２のＱ値変更部５７と同様に、ポッケルスセルと１／４波長板とを組み合わせたもので構成としてもよいし、第２のＱ値変更部５７を、第１のＱ値変更部５６と同様に、ポッケルスセルと偏光子とを組み合わせたもので構成してもよい。
【００６１】
また、制御回路６２は、フラッシュランプ５２がレーザロッド５１に与える励起エネルギー量に応じて、第１の波長又は第２の波長の光の発振に関して設定する各遅延時間の設定値を自動で変更する構成を採用できる。これにより、例えば、出力される光の目標強度が決まっている場合であって、励起エネルギーを変更しなければならない或いは励起エネルギーが安定しないような場合に、制御回路６２が、その励起エネルギーの変化を相殺するように遅延時間の設定値を変更すれば、その目標強度を維持することが容易となる。例えば、励起光源がフラッシュランプ５２である場合、制御回路６２は、フラッシュランプ５２の充電電圧と励起エネルギー量の関係に基づき、フラッシュランプの充電電圧に応じて各遅延時間の設定値を変更することができる。この場合、制御回路６２は、充電電圧と第１又は第２の遅延時間の設定値（或いはその変更量）とが対応付けられた参照テーブル（第１の参照テーブル）を持っていてもよいし、それらが関係付けられた関係式を持っていてもよい。制御回路６２は、例えば、充電電圧を計測して又は充電電圧の設定値を読み取って充電電圧の値を取得し、上記第１の参照テーブルを参照して、取得した充電電圧に対応した第１又は第２の遅延時間の設定値（或いはその変更量）を読み取り、読み取った設定値を新たに第１又は第２の遅延時間に設定する（或いは読み取った変更量を第１又は第２の遅延時間の設定値に適用する）。また、制御回路６２は、フラッシュランプ５２等の励起光源の使用期間（使用時間を含む）と励起エネルギー量の関係に基づき、励起光源の使用期間に応じて各遅延時間の設定値を変更することもできる。この場合、制御回路６２は、使用期間と第１又は第２の遅延時間の設定値（或いはその変更量）とが対応付けられた参照テーブル（第２の参照テーブル）を持っていてもよいし、それらが関係付けられた関係式を持っていてもよい。制御回路６２は、例えば、使用期間を計測してその長さを取得し、上記第２の参照テーブルを参照して、取得した使用期間に対応した第１又は第２の遅延時間の設定値（或いはその変更量）を読み取り、読み取った設定値を新たに第１又は第２の遅延時間に設定する（或いは読み取った変更量を第１又は第２の遅延時間の設定値に適用する）。
【００６２】
また、第１のミラー５３、第２のミラー５４及び第３のミラー５５のうちの少なくとも１つを、光軸方向に沿って移動可能としてもよい。３つのミラーのうちの少なくとも１つを光軸方向に沿って移動可能とすることで、ミラー間の相対間隔が調整可能であり、第１の共振器Ｃ１の共振器長や第２の共振器Ｃ２の共振器長が変更可能である。第１の共振器Ｃ１の共振器長及び第２の共振器Ｃ２の共振器長の少なくとも一方を変更することで、波長８００ｎｍのパルスレーザ光のパルス幅及び波長７５５ｎｍのパルスレーザ光のパルス幅の少なくとも一方を変更することができる。この仕組みにより、例えば、ミラーの反射率によるパルス幅の変化を補正することもできる。この場合、制御回路６２は、第１の共振器Ｃ１の長さと遅延時間Ｄｘの設定値（或いはその変更量）とが対応付けられた参照テーブル（第３の参照テーブル）及び／又は第２の共振器Ｃ２の長さと遅延時間Ｄｙの設定値（或いはその変更量）とが対応付けられた参照テーブル（第４の参照テーブル）を持っていてもよいし、それらが関係付けられた関係式を持っていてもよい。制御回路６２は、例えば、各ミラーの移動量から各共振器の長さを取得し、上記第３及び／又は第４の参照テーブルを参照して、取得した共振器長に対応した第１又は第２の遅延時間の設定値（或いはその変更量）を読み取り、読み取った設定値を新たに第１又は第２の遅延時間に設定する（或いは読み取った変更量を第１又は第２の遅延時間の設定値に適用する）。
【００６３】
以上のように、本実施形態に係るレーザ装置１は、第１の波長（８００ｎｍ）と第１の波長よりも発光効率が高い第２の波長（７５５ｎｍ）とに発振波長を有する固体のレーザ媒質（レーザロッド５１）と、励起部（フラッシュランプ５２）と、第１の波長に対応した共振器であってレーザ媒質を内部の光路上に有する第１の共振器Ｃ１と、第２の波長に対応した共振器であって、レーザ媒質が配置された光路を含む第１の共振器との共通光路を有する第２の共振器Ｃ２と、少なくとも共通光路上に配置されたＱ値変更部を含み、第１又は第２の波長の光をＱスイッチ発振させるＱ値変更ユニット（第１のＱ値変更部５６及び第２のＱ値変更部５７）と、励起部及びＱ値変更ユニットを制御する制御部（制御回路６２）とを備える。そして、制御部は、発振波長が第１の波長である場合、レーザ媒質の励起が開始されてから第１の遅延時間経過時にＱ値変更ユニットを制御して第１の波長の光をＱスイッチ発振させ、発振波長が第２の波長である場合、レーザ媒質の励起が開始されてから、第２の波長の光の強度が可能最大強度未満となる第２の遅延時間経過時に、Ｑ値変更ユニットを制御して第２の波長の光をＱスイッチ発振させる。つまり、レーザ装置１には、第１の波長の光を発振させる際の遅延時間Ｄｘと第２の波長の光を発振させる際の遅延時間Ｄｙとが互いに独立して設定されている。これにより、発光効率が異なる２つの発振波長を有するレーザ媒質を使用するレーザ装置において、装置の部品点数を増加させることなくこれらの遅延時間の調整により、各波長の光の強度を独立して制御可能となる。
【００６４】
また、本実施形態では、第１のミラー５３と第２のミラー５４とで波長８００ｎｍの光を発振する第１の共振器Ｃ１を構成し、第１のミラー５３と第３のミラー５５とで波長７５５ｎｍの光を発振する第２の共振器Ｃ２を構成する。レーザロッド５１は波長８００ｎｍと波長７５５ｎｍとに発振波長を有し、波長７５５ｎｍの発光効率は波長８００ｎｍの発光効率よりも高い。第１の共振器Ｃ１と第２の共振器Ｃ２とに共通の部分に第１のＱ値変更部５６を配置し、第２のミラー５４と第３のミラー５５との間に第２のＱ値変更部５７を配置する。第１のＱ値変更部５６を駆動することで、第１の共振器Ｃ１及び第２の共振器Ｃ２のＱ値を制御することができる。また、第２のＱ値変更部５７を駆動することで、第２の共振器Ｃ２のＱ値のみを制御することができる。
【００６５】
本実施形態では、利得が低い波長８００ｎｍ用の第１の共振器Ｃ１には第１のＱスイッチ５８が挿入される。一方で、利得が高い波長７５５ｎｍ用の第２の共振器Ｃ２には、第１のＱスイッチ５８と第２のＱスイッチ６０とが挿入される。特許文献３では、双方の波長の共振器にポッケルスセルが２つ挿入されており、特に利得が低い波長８００ｎｍにおいて出力の低下が問題となった。本実施形態では、第１の共振器Ｃ１に挿入されるポッケルスセルは１つでよく、第１の共振器Ｃ１内に光の偏光状態を変化させる素子を複数個配置する必要がないため、特にレーザ出力が低い波長８００ｎｍについて、複数のポッケルスセルが挿入されることに伴うレーザ出力の低下を抑制することができる。
【００６６】
また、本実施形態では、波長８００ｎｍの光及び波長７５５ｎｍの光の光軸が平行となるよう、第１の共振器Ｃ１と第２の共振器Ｃ２とを一軸上に構成している。このようにすることで、ミラーやＱ値変更部の光学部材を波長８００ｎｍの光及び波長７５５ｎｍの光で共通に用いることができる。更に本実施形態では、第２のミラー５４よりもレーザロッド５１から見て遠い側に第３のミラー５５が配置されており、第１の共振器Ｃ１の共振器長が第２の共振器Ｃ２の共振器長よりも短い。第１の共振器Ｃ１の共振器長を短くすることで、利得が低い波長８００ｎｍにおいてパルスレーザ光の短パルス化が可能である。
【００６７】
「レーザ装置の第２の実施形態」
次に、レーザ装置の第２の実施形態について説明する。図１０は、第２の実施形態に係るレーザ装置２の構成を示す概略図である。本実施形態に係るレーザ装置２は、透過波長が相互に異なる複数のバンドパスフィルタを含む波長選択部を共振器内に有し、この波長選択部によって発振する波長を選択する。
【００６８】
具体的には、レーザ装置２は、共振器を構成する２つのミラー７０及び７１、レーザロッド７２、フラッシュランプ７３、電源回路７４、Ｑスイッチ７５、制御回路７６並びに波長選択部７７を有する。レーザロッド７２はレーザ媒質であり、レーザロッド７２としては第１の実施形態と同様に例えばアレキサンドライト結晶を用いることができる。本実施形態においても、例えば、利得が低い第１の波長は８００ｎｍであり、利得が高い第２の波長は７５５ｎｍである。フラッシュランプ７３は、電源回路７４が接続された励起光源であり、レーザロッド７２に励起光を照射する。フラッシュランプ７３以外の光源を励起光源として用いてもよい。
【００６９】
ミラー７０及び７１は、レーザロッド７２を挟んで互いに対向しており、これらのミラーにより共振器が構成される。本実施形態では、この共振器が第１及び第２の波長の両方に対応する。例えばミラー７０が出力側である。共振器内の光路上にはＱスイッチ７５及び波長選択部７７が配置されている。Ｑスイッチ７５により、共振器のＱ値が変更される。Ｑスイッチとしては例えばポッケルスセルを使用することができる。
【００７０】
波長選択部７７は、発振波長を第１の波長と第２の波長との間で切り替える際に使用される。波長選択部７７は、透過波長が相互に異なる複数のバンドパスフィルタ（ＢＰＦ：Band Pass Filter）７８及びロングパスフィルタ７８を回転駆動する駆動部７９を含む。波長選択部７７は、複数のバンドパスフィルタ７８のうち特定のバンドパスフィルタを共振器の光路上に選択的に挿入する。波長選択部７７は、例えば中心波長が７５５ｎｍの光を透過させる第１のバンドパスフィルタと、中心波長が８００ｎｍの光を透過させる第２のバンドパスフィルタとを含む。第１及び第２のバンドパスフィルタは、例えば、０°から１８０°の角度範囲及び１８０°から３６０°の角度範囲に分けて配置された回転体で構成されており、回転変位に伴って透過する光が変化するように構成されている。これにより、上記回転体を回転させながら、共振器の光路上に第１のバンドパスフィルタを挿入することで発振波長を７５５ｎｍとすることができ、共振器の光路上に第２のバンドパスフィルタを挿入することで発振波長を８００ｎｍとすることができる。
【００７１】
駆動部７９は、共振器の光路上に挿入されるバンドパスフィルタが順次切り替わるように、回転体で構成された複数のバンドパスフィルタ７８を回転駆動する。また、どのバンドパスフィルタが光路上にあるかという回転状態は、例えば図示しないロータリーエンコーダによって検出される。
【００７２】
制御回路７６は、フラッシュランプ７３の発光を制御するためのフラッシュランプトリガを送信し、フラッシュランプ７３からレーザロッド７２に励起光を照射させる。制御回路７６は、ＢＰＦの状態をモニタリングし、その状態に基づいて、フラッシュランプトリガを送信する。例えば制御回路７６は、ＢＰＦの状態が、出射すべき光の波長に対応したバンドパスフィルタが光路上に挿入される回転体の駆動位置から、レーザ媒質の励起からＱスイッチ発振するまでの遅延時間の間に回転体が変位する量を差し引いた位置になるとフラッシュランプトリガを送信する。この遅延時間は、出射すべき光の波長ごとに設定される。例えば、波長８００ｎｍについての遅延時間は、光の強度が可能最大強度となるように設定され、波長７５５ｎｍについての遅延時間は、光の強度が可能最大強度未満となるように設定される。制御回路７６は、フラッシュランプトリガの送信後、出射すべき光の波長ごとに設定された遅延時間の経過時にＱスイッチ７５にＱスイッチトリガを送信する。Ｑスイッチ７５が、Ｑスイッチトリガに応答して共振器を低Ｑ状態から高Ｑ状態に急激に変化させることで（Ｑスイッチがオンすることで）出力側のミラー７０から光が出力される。
【００７３】
以上のように、本実施形態に係るレーザ装置２は、第１の波長（８００ｎｍ）と第１の波長よりも発光効率が高い第２の波長（７５５ｎｍ）とに発振波長を有する固体のレーザ媒質（レーザロッド７２）と、励起部（フラッシュランプ７３）と、第１の波長に対応した共振器であってレーザ媒質を内部の光路上に有する第１の共振器（ミラー７０及び７１）と、第２の波長に対応した共振器であって、レーザ媒質が配置された光路を含む第１の共振器との共通光路を有する第２の共振器（ミラー７０及び７１）と、少なくとも共通光路上に配置されたＱ値変更部を含み、第１又は第２の波長の光をＱスイッチ発振させるＱ値変更ユニット（Ｑスイッチ７５）と、励起部及びＱ値変更ユニットを制御する制御部（制御回路７６）とを備える。そして、制御部は、発振波長が第１の波長である場合、レーザ媒質の励起が開始されてから第１の遅延時間経過時にＱ値変更ユニットを制御して第１の波長の光をＱスイッチ発振させ、発振波長が第２の波長である場合、レーザ媒質の励起が開始されてから、第２の波長の光の強度が可能最大強度未満となる第２の遅延時間経過時に、Ｑ値変更ユニットを制御して第２の波長の光をＱスイッチ発振させる。つまり、レーザ装置２には、第１の波長の光を発振させる際の遅延時間と第２の波長の光を発振させる際の遅延時間とが互いに独立して設定されている。これにより、発光効率が異なる２つの発振波長を有するレーザ媒質を使用するレーザ装置において、装置の部品点数を増加させることなくこれらの遅延時間の調整により、各波長の光の強度を独立して制御可能となる。
【００７４】
「レーザ装置の第３の実施形態」
次に、レーザ装置の第３の実施形態について説明する。図１１は、第３の実施形態に係るレーザ装置３の構成を示す概略図である。本実施形態に係るレーザ装置３は、分岐用偏光子と共振光路選択部とを用いて複数波長の発振を行う。
【００７５】
具体的には、レーザ装置３は、出力側ミラー８０、偏光子８１、第１の反射プリズム８２、第２の反射プリズム８３、レーザロッド８４、フラッシュランプ８５、２つのポッケルスセル８６及び８７、λ／４波長板８８及びトリガ制御部８９を有する。
【００７６】
ミラー８０と偏光子８１の間には、レーザロッド８４及びフラッシュランプ８５が配置されている。レーザロッド８４はレーザ媒質であり、レーザロッド８４としては第１の実施形態と同様に例えばアレキサンドライト結晶を用いることができる。本実施形態においても、例えば、利得が低い第１の波長は８００ｎｍであり、利得が高い第２の波長は７５５ｎｍである。フラッシュランプ８５は、励起光源であり、制御回路８９から送信されたフラッシュランプトリガに連動してレーザロッド８４に励起光を照射する。フラッシュランプ８５以外の光源を励起光源として用いてもよい。
【００７７】
レーザロッド８４と偏光子８１の間には、共振光路選択部を構成するポッケルスセル８７が配置されている。ポッケルスセル８７には、波長８００ｎｍを発振する際には入射した直線偏光の偏光方向を９０°回転させる電圧が印加され、波長７５５ｎｍを発振する際には電圧は印加されない。光路分岐部である偏光子８１は、ｐ偏光を透過しｓ偏光を反射する。偏光子８１を透過した光は、第１の分岐光路Ｌ２を進み、第１の反射プリズム８２で反射する。一方、偏光子８１で反射した光は、第２の分岐光路Ｌ３を進み、第２の反射プリズム８３で反射する。
【００７８】
第１の反射プリズム８２は、入射光に対してブリュースター角となるように配置される。第１の反射プリズム８２は、波長７５５ｎｍの光を選択的に反射する誘電体反射膜を有する。第２の反射プリズム８３は、波長８００ｎｍの光を選択的に反射する誘電体反射膜を有する。ミラー８０と第２の反射プリズム８３とにより、波長８００ｎｍの共振器（第１の共振器）が構成される。また、ミラー８０と第１の反射プリズム８２とにより、波長７５５ｎｍの共振器（第２の共振器）が構成される。これらの共振器は共通光路Ｌ１を有する。
【００７９】
共通光路Ｌ１上には、ポッケルスセル８６及びλ／４波長板８８により構成されるＱスイッチも配置されている。ポッケルスセル８６の印加電圧は制御回路８９によって制御される。フラッシュランプ８５を点灯するとき、Ｑスイッチを構成するポッケルスセル８６には電圧が印加されず、Ｑスイッチはオフしている。フラッシュランプ８５の点灯後、所定の遅延時間の経過時にＱスイッチをオンにする。これにより、ポッケルスセル８７の状態に応じて、第１の共振器又は第２の共振器でレーザ発振が起こり、ミラー８０から光が出力する。上記遅延時間は、出射すべき光の波長ごとに設定される。例えば、波長８００ｎｍについての遅延時間は、光の強度が可能最大強度となるように設定され、波長７５５ｎｍについての遅延時間は、光の強度が可能最大強度未満となるように設定される。
【００８０】
共振光路選択部を構成するポッケルスセル８７に電圧が印加されてない場合、レーザロッド８４から出射したｐ偏光の光は、ポッケルスセル８７をｐ偏光のまま透過し、ｐ偏光を透過する偏光子８１を透過して第１の分岐光路Ｌ２を通り、第１の反射プリズム８２で反射する。第１の反射プリズム８２で反射した光は、偏光子８１及びポッケルスセル８７をｐ偏光のまま逆向きに通り、レーザロッド８４に入射して、レーザ発振が起こり、レーザ光Ｌ４が出力される。第１の反射プリズム８２が波長７５５ｎｍの光を選択的に反射することで、波長７５５ｎｍの光が発振する。
【００８１】
ポッケルスセル８７に入射光の偏光方向を９０°回転させる電圧が印加される場合、レーザロッド８４から出射したｐ偏光の光は、ポッケルスセル８７を透過する際に偏光方向が９０°回転してｓ偏光となる。ｓ偏光となった光は、偏光子８１で反射して第２の分岐光路Ｌ３を通り、第２の反射プリズム８３で反射する。第２の反射プリズム８３で反射した光は、偏光子８１を逆向きに通り、ポッケルスセル８７に逆向きに入射する。ポッケルスセル８７にｓ偏光で入射した光は、ポッケルスセル８７を通過する際に偏光方向が９０°回転され、ｐ偏光となってレーザロッド８４に入射して、レーザ発振が起こり、レーザ光Ｌ４が出力される。第２の反射プリズム８３が波長８００ｎｍの光を選択的に反射することで、波長８００ｎｍの光が発振する。
【００８２】
以上のように、本実施形態に係るレーザ装置３は、第１の波長（８００ｎｍ）と第１の波長よりも発光効率が高い第２の波長（７５５ｎｍ）とに発振波長を有する固体のレーザ媒質（レーザロッド８４）と、励起部（フラッシュランプ８５）と、第１の波長に対応した共振器であってレーザ媒質を内部の光路上に有する第１の共振器（ミラー８０及び反射プリズム８３）と、第２の波長に対応した共振器であって、レーザ媒質が配置された光路を含む第１の共振器との共通光路を有する第２の共振器（ミラー８０及び反射プリズム８２）と、少なくとも共通光路上に配置されたＱ値変更部を含み、第１又は第２の波長の光をＱスイッチ発振させるＱ値変更ユニット（Ｑスイッチ８６）と、励起部及びＱ値変更ユニットを制御する制御部（制御回路８９）とを備える。そして、制御部は、発振波長が第１の波長である場合、レーザ媒質の励起が開始されてから第１の遅延時間経過時にＱ値変更ユニットを制御して第１の波長の光をＱスイッチ発振させ、発振波長が第２の波長である場合、レーザ媒質の励起が開始されてから、第２の波長の光の強度が可能最大強度未満となる第２の遅延時間経過時に、Ｑ値変更ユニットを制御して第２の波長の光をＱスイッチ発振させる。つまり、レーザ装置３には、第１の波長の光を発振させる際の遅延時間と第２の波長の光を発振させる際の遅延時間とが互いに独立して設定されている。これにより、発光効率が異なる２つの発振波長を有するレーザ媒質を使用するレーザ装置において、装置の部品点数を増加させることなくこれらの遅延時間の調整により、各波長の光の強度を独立して制御可能となる。
【００８３】
なお、第２及び第３の実施形態においても、制御部が、励起エネルギー量や共振器長に応じて、第１の波長又は第２の波長の光の発振に関して設定する各遅延時間の設定値を自動で変更する構成を採用できる。
【００８４】
「光音響計測装置の実施形態」
次に、光音響計測装置の実施形態について説明する。図１２は、実施形態に係る光音響計測装置１０の構成を示す概略図である。光音響計測装置１０は、超音波探触子（プローブ）１１と、超音波ユニット１２と、本発明のレーザ装置を含むレーザ光源ユニット１３とを備える。レーザ光源ユニット１３は、被検体に照射されるパルスレーザ光を出射する。レーザ光源ユニット１３は、第１の波長及び第２の波長を含む複数の波長のレーザ光を出射する。
【００８５】
レーザ光源ユニット１３は、例えば第１の実施形態に係るレーザ装置１及びレーザ装置１から出射したレーザ光を導光する導光手段（例えば光ファイバ等）を有する。レーザ光源ユニット１３から出射したレーザ光は、導光手段を用いてプローブ１１まで導光され、プローブ１１から被検体に向けて照射される。レーザ光の照射位置は特に限定されず、プローブ１１以外の場所からレーザ光の照射を行ってもよい。被検体内では、光吸収体が照射されたレーザ光のエネルギーを吸収することで超音波（光音響波）が生じる。プローブ１１は、超音波検出器を含む。プローブ１１は、例えば一次元的に配列された複数の超音波検出器素子（超音波振動子）を有し、その一次元配列された超音波振動子により、被検体内からの音響波（光音響信号）を検出する。
【００８６】
超音波ユニット１２は、受信回路２１、ＡＤ変換手段２２、受信メモリ２３、複素数化手段２４、光音響画像再構成手段２５、位相情報抽出手段２６、強度情報抽出手段２７、検波・対数変換手段２８、光音響画像構築手段２９、トリガ制御回路３０、及び制御手段３１を有する。受信回路２１は、プローブ１１が検出した光音響信号を受信する。ＡＤ変換手段２２は検出手段であり、受信回路２１が受信した光音響信号をサンプリングし、デジタルデータである光音響データを生成する。ＡＤ変換手段２２は、ＡＤクロック信号に同期して、所定のサンプリング周期で光音響信号のサンプリングを行う。
【００８７】
ＡＤ変換手段２２は、光音響データを受信メモリ２３に格納する。ＡＤ変換手段２２は、レーザ光源ユニット１３から出射されるパルスレーザ光の各波長に対応した光音響データを受信メモリ２３に格納する。つまり、ＡＤ変換手段２２は、被検体に第１の波長のパルスレーザ光が照射されたときにプローブ１１で検出された光音響信号をサンプリングした第１の光音響データと、第２の波長のパルスレーザ光が照射されたときにプローブ１１で検出された光音響信号をサンプリングした第２の光音響データとを、受信メモリ２３に格納する。
【００８８】
複素数化手段２４は、受信メモリ２３から第１の光音響データと第２の光音響データとを読み出し、何れか一方を実部、他方を虚部とした複素数データを生成する。以下では、複素数化手段２４が、第１の光音響データを虚部とし、第２の光音響データを実部とした複素数データを生成するものとして説明する。
【００８９】
光音響画像再構成手段２５は、複素数化手段２４から複素数データを入力する。光音響画像再構成手段２５は、入力された複素数データから、フーリエ変換法（ＦＴＡ法）により画像再構成を行う。フーリエ変換法による画像再構成には、例えば文献”Photoacoustic Image Reconstruction-A Quantitative Analysis”Jonathan I.Sperl et al. SPIE-OSA Vol.6631 663103  等に記載されている従来公知の方法を適用することができる。光音響画像再構成手段２５は、再構成画像を示すフーリエ変換のデータを位相情報抽出手段２６と強度情報抽出手段２７とに入力する。
【００９０】
位相情報抽出手段２６は、各波長に対応した光音響データ間の相対的な信号強度の大小関係を抽出する。本実施形態では、位相情報抽出手段２６は、光音響画像再構成手段２５で再構成された再構成画像を入力データとし、複素数データである入力データから、実部と虚部とを比較したときに、相対的に、どちらがどれくらい大きいかを示す位相情報を生成する。位相情報抽出手段２６は、例えば複素数データがＸ＋ｉＹで表わされるとき、θ＝ｔａｎ−１（Ｙ／Ｘ）を位相情報として生成する。なお、Ｘ＝０の場合はθ＝９０°とする。実部を構成する第２の光音響データ（Ｘ）と虚部を構成する第１の光音響データ（Ｙ）とが等しいとき、位相情報はθ＝４５°となる。位相情報は、相対的に第２の光音響データが大きいほどθ＝０°に近づいていき、第１の光音響データが大きいほどθ＝９０°に近づいていく。
【００９１】
強度情報抽出手段２７は、各波長に対応した光音響データに基づいて信号強度を示す強度情報を生成する。本実施形態では、強度情報抽出手段２７は、光音響画像再構成手段２５で再構成された再構成画像を入力データとし、複素数データである入力データから、強度情報を生成する。強度情報抽出手段２７は、例えば複素数データがＸ＋ｉＹで表わされるとき、（Ｘ２＋Ｙ２）１／２を、強度情報として抽出する。検波・対数変換手段２８は、強度情報抽出手段２７で抽出された強度情報を示すデータの包絡線を生成し、次いでその包絡線を対数変換してダイナミックレンジを広げる。
【００９２】
光音響画像構築手段２９は、位相情報抽出手段２６から位相情報を入力し、検波・対数変換手段２８から検波・対数変換処理後の強度情報を入力する。光音響画像構築手段２９は、入力された位相情報と強度情報とに基づいて、光吸収体の分布画像である光音響画像を生成する。光音響画像構築手段２９は、例えば入力された強度情報に基づいて、光吸収体の分布画像における各画素の輝度（階調値）を決定する。また、光音響画像構築手段２９は、例えば位相情報に基づいて、光吸収体の分布画像における各画素の色（表示色）を決定する。光音響画像構築手段２９は、例えば例えば位相０°から９０°の範囲を所定の色に対応させたカラーマップに用いて、入力された位相情報に基づいて各画素の色を決定する。
【００９３】
ここで、位相０°から４５°の範囲は、第２の光音響データが第１の光音響データよりも大きい範囲であるため、光音響信号の発生源は、波長７９８ｎｍに対する吸収よりも波長７５５ｎｍに対する吸収の方が大きい脱酸素化ヘモグロビンを主に含む血液が流れている静脈であると考えられる。一方、位相４５°から９０°の範囲は、第１の光音響データが第２の光音響データよりも大きい範囲であるため、光音響信号の発生源は、波長７９８ｎｍに対する吸収よりも波長７５５ｎｍに対する吸収の方が小さい酸素化ヘモグロビンを主に含む血液が流れている動脈であると考えられる。
【００９４】
そこで、カラーマップとして、例えば位相が０°が青色で、位相が４５°に近づくに連れて無色（白色）になるように色が徐々に変化すると共に、位相９０°が赤色で、位相が４５°に近づくに連れて白色になるように色が徐々に変化するようなカラーマップを用いる。この場合、光音響画像上で、動脈に対応した部分を赤色で表わし、静脈に対応した部分を青色で表わすことができる。強度情報を用いずに、階調値は一定として、位相情報に従って動脈に対応した部分と静脈に対応した部分との色分けを行うだけでもよい。画像表示手段１４は、光音響画像構築手段２９が生成した光音響画像を表示画面上に表示する。
【００９５】
制御手段３１は、超音波ユニット１２内の各部の制御を行う。トリガ制御回路３０は、レーザ光源ユニット１３に、フラッシュランプ５２（図１を参照）の発光を制御するためのフラッシュランプトリガを出力する。レーザ光源ユニット１３の制御回路６２は、トリガ制御回路３０からのフラッシュランプトリガを受けると、フラッシュランプトリガをフラッシュランプ５２に送信してフラッシュランプ５２を点灯し、フラッシュランプ５２からレーザロッド５１に励起光を照射させる。レーザ光源ユニット１３の制御回路６２は、フラッシュランプトリガの出力後、波長ごとに設定された遅延時間の経過時に第１のＱ値変更部５６又は第２のＱ値変更部５７にＱスイッチトリガを出力する。制御回路６２は、発振波長が８００ｎｍのときは第１の共振器のＱ値を低Ｑ状態から高Ｑ状態に変化させる。発振波長が７５５ｎｍのときは第１の共振器及び第２の共振器のＱ値を低Ｑ状態から高Ｑ状態に変化させる。
【００９６】
トリガ制御回路３０は、Ｑスイッチトリガのタイミング、すなわちパルスレーザ光の出射タイミングに合わせて、ＡＤ変換手段２２にサンプリングトリガ（ＡＤトリガ）を出力する。ＡＤ変換手段２２は、サンプリングトリガにと基づいて光音響信号のサンプリングを開始する。
【００９７】
次いで動作手順について説明する。図１３は、光音響計測装置１０の動作手順を示す。トリガ制御回路３０は、光音響信号の受信準備が整うと、第１の波長（８００ｎｍ）のパルスレーザ光を出射させるために、レーザ光源ユニット１３にフラッシュランプトリガを出力する（ステップＳ１）。レーザ光源ユニット１３の制御回路６２は、フラッシュランプトリガを受け取る前に、第１のＱスイッチ５８に第１の電圧を印加し、第１の共振器Ｃ１及び第２の共振器Ｃ２を低Ｑ状態にしている。制御回路６２は、トリガ制御回路３０からのフラッシュランプトリガに応答してフラッシュランプ５２を点灯し、レーザロッド５１を励起させる（ステップＳ２）。
【００９８】
制御回路６２は、フラッシュランプトリガの出力後、波長ごとに設定された遅延時間の経過時にＱスイッチトリガを第１のＱ値変更部５６又は第２のＱ値変更部５７に出力し、第１のＱスイッチ５８の印加電圧を第１の電圧から０Ｖに変化させる（ステップＳ３）。このとき制御回路６２は、第２のＱスイッチ６０には０Ｖを印加しており、第１の共振器Ｃ１は高Ｑ状態、第２の共振器Ｃ２は低Ｑ状態に制御される。第１の共振器及び第２の共振器のうち、第１の共振器のみが高Ｑ状態となることで、レーザ光源ユニット１３は、波長８００ｎｍのパルスレーザ光を出射する。また、制御回路６２は、Ｑスイッチトリガをトリガ制御回路３０にも送信し、Ｑスイッチのタイミングを伝える。
【００９９】
レーザ光源ユニット１３から出射した波長８００ｎｍのパルスレーザ光は、例えばプローブ１１まで導光され、プローブ１１から被検体に照射される。被検体内では、光吸収体が照射されたパルスレーザ光のエネルギーを吸収することで、光音響信号が発生する。プローブ１１は、被検体内で発生した光音響信号を検出する。プローブ１１で検出された光音響信号は、受信回路２１にて受信される。
【０１００】
トリガ制御回路３０は、Ｑスイッチのタイミングに合わせて、ＡＤ変換手段２２にサンプリングトリガを出力する。ＡＤ変換手段２２は、受信回路２１で受信された光音響信号を、所定のサンプリング周期でサンプリングする（ステップＳ４）。ＡＤ変換手段２２でサンプリングされた光音響信号は、受信メモリ２３に第１の光音響データとして格納される。
【０１０１】
トリガ制御回路３０は、次の光音響信号の受信準備が整うと、第２の波長（７５５ｎｍ）のパルスレーザ光を出射させるために、レーザ光源ユニット１３にフラッシュランプトリガを出力する（ステップＳ５）。制御回路６２は、フラッシュランプトリガを受け取る前に、第１のＱスイッチ５８に第１の電圧を印加し、第１の共振器及び第２の共振器を低Ｑ状態にしている。制御回路６２は、トリガ制御回路３０からのフラッシュランプトリガに応答してフラッシュランプ５２を点灯し、レーザロッド５１を励起させる（ステップＳ６）。
【０１０２】
制御回路６２は、フラッシュランプトリガの出力後、波長ごとに設定された遅延時間の経過時にＱスイッチトリガを第１のＱ値変更部５６又は第２のＱ値変更部５７に出力する。そして、制御回路６２は、第１のＱスイッチ５８の印加電圧を第１の電圧から０Ｖに変化させ、第２のＱスイッチ６０への印加電圧を０Ｖから第４の電圧に変化させる（ステップＳ７）。このとき制御回路６２は、第１のＱスイッチ５８と第２のＱスイッチ６０とで同時に印加電圧を変化させるか、又は、先に第２のＱスイッチ６０の印加電圧を変化させてから第１のＱスイッチ５８の印加電圧を変化させる。第１のＱスイッチ５８及び第２のＱスイッチ６０の印加電圧を変化させることで、第１の共振器Ｃ１及び第２の共振器Ｃ２は共に高Ｑ状態となる。双方の共振器が高Ｑ状態のときレーザ利得が高い波長７５５ｎｍで発振し、レーザ光源ユニット１３は、波長７５５ｎｍのパルスレーザ光を出射する。
【０１０３】
レーザ光源ユニット１３から出射した波長７５５ｎｍのパルスレーザ光は、例えばプローブ１１まで導光され、プローブ１１から被検体に照射される。被検体内では、光吸収体が照射されたパルスレーザ光のエネルギーを吸収することで、光音響信号が発生する。プローブ１１は、被検体内で発生した光音響信号を検出する。プローブ１１で検出された光音響信号は、受信回路２１にて受信される。
【０１０４】
トリガ制御回路３０は、Ｑスイッチのタイミングに合わせて、ＡＤ変換手段２２にサンプリングトリガを出力する。ＡＤ変換手段２２は、受信回路２１で受信された光音響信号を、所定のサンプリング周期でサンプリングする（ステップＳ８８）。ＡＤ変換手段２２でサンプリングされた光音響信号は、受信メモリ２３に第２の光音響データとして格納される。
【０１０５】
第１及び第２の光音響データが受信メモリに格納されることで、１フレーム分の光音響画像の生成に必要なデータが揃う。なお、光音響画像を生成する範囲が複数の部分領域に分割されているような場合は、部分領域ごとに、ステップＳ１からＳ８までの処理を実行すればよい。
【０１０６】
複素数化手段２４は、受信メモリ２３から第１の光音響データと第２の光音響データとを読み出し、第１の光音響画像データを虚部とし、第２の光音響画像データを実部とした複素数データを生成する（ステップＳ９）。光音響画像再構成手段２５は、ステップＳ９で複素数化された複素数データから、フーリエ変換法（ＦＴＡ法）により画像再構成を行う（ステップＳ１０）。
【０１０７】
位相情報抽出手段２６は、再構成された複素数データ（再構成画像）から位相情報を抽出する（ステップＳ１１）。位相情報抽出手段２６は、例えば再構成された複素数データがＸ＋ｉＹで表わされるとき、θ＝ｔａｎ−１（Ｙ／Ｘ）を位相情報として抽出する（ただし、Ｘ＝０の場合はθ＝９０°）。強度情報抽出手段２７は、再構成された複素数データから強度情報を抽出する（ステップＳ１２）。強度情報抽出手段２７は、例えば再構成された複素数データがＸ＋ｉＹで表わされるとき、（Ｘ２＋Ｙ２）１／２を強度情報として抽出する。
【０１０８】
検波・対数変換手段２８は、ステップＳ１２で抽出された強度情報に対して検波・対数変換処理を施す。光音響画像構築手段２９は、ステップＳ１１で抽出された位相情報と、ステップＳ１２で抽出された強度情報に対して検波・対数変換処理を施したものとに基づいて、光音響画像を生成する（ステップＳ１３）。光音響画像構築手段２９は、例えば強度情報に基づいて光吸収体の分布画像における各画素の輝度（階調値）を決定し、位相情報に基づいて各画素の色を決定することで、光音響画像を生成する。生成された光音響画像は、画像表示手段１４に表示される。
【０１０９】
なお、上記では波長８００ｎｍの光と波長７５５ｎｍの光とを交互に被検体に照射することとしているが、これには限定されない。波長８００ｎｍの発振の繰り返し周波数を、波長７５５ｎｍの発振の繰り返し周波数よりも高くしてもよい。例えばレーザ光源ユニット１３から波長７５５ｎｍの光を出射した後、波長８００ｎｍの光を複数回続けて出射してもよい。この場合、波長８００ｎｍの光に対する光音響信号を複数回取得し、複数回の光音響信号に対して加算平均などの処理を行ってもよい。そのようにすることで、波長８００ｎｍの光音響画像の信号対雑音比を高めることができる。結果として、波長７５５ｎｍの光に対する光音響信号とのコントラスト差を利用して得られる動脈／静脈の分離描出の画質を向上でき、或いは酸素飽和度の演算精度を向上できる。
【０１１０】
以上のように、本実施形態に係る光音響計測装置１０は、第１の実施形態に係るレーザ装置１を使用しているから、第１の実施形態と同様の効果を奏する。
【０１１１】
また、本実施形態では、２つの波長で得られた第１の光音響データと、第２の光音響データとの何れか一方を実部、他方を虚部とした複素数データを生成し、その複素数データからフーリエ変換法により再構成画像を生成している。このようにする場合、第１の光音響データと第２の光音響データとを別々に再構成する場合に比して、再構成を効率的に行うことができる。複数の波長のパルスレーザ光を照射し、各波長のパルスレーザ光を照射したときの光音響信号（光音響データ）を用いることで、各光吸収体の光吸収特性が波長に応じて異なることを利用した機能イメージングを行うことができる。
【０１１２】
なお、本実施形態に係る光音響計測装置１０において、プローブ１１から被検体に対して超音波を送信し、送信された音響波の反射波の信号に基づいて反射音響波画像を生成するように構成してもよい。光音響画像に加えて超音波画像を生成することにより、超音波画像を参照することで、光音響画像では画像化することができない部分を観察することができる。
【符号の説明】
【０１１３】
１、２、３    レーザ装置
１０   光音響計測装置
１１   プローブ
１２   超音波ユニット
１３   レーザ光源ユニット
１４   画像表示手段
２１   受信回路
２２   変換手段
２３   受信メモリ
２４   複素数化手段
２５   光音響画像再構成手段
２６   位相情報抽出手段
２７   強度情報抽出手段
２８   検波・対数変換手段
２９   光音響画像構築手段
３０   トリガ制御回路
３１   制御手段
５１   レーザロッド
５２   フラッシュランプ
５３、５４、５５      ミラー
５６、５７    Ｑ値変更部
６２   制御回路
Ｃ１   共振器
Ｃ２   共振器
Ｌ     レーザ光
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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