(57)【要約】【課題】レーザー装置において、プレレージングの発生を低減して安定したジャイアントパルス発振を行う技術を提供する。【解決手段】二つの反射体と、二つの反射体の間に設けられ、印加される電圧に基づいてＱ値を決定するＱスイッチとを含むレーザー共振器と、レーザー媒質を光励起する励起部とを備える。さらに、反射体の一方から出るプレレージング光を検出する検出部と、検出部の検出結果に基づいて電圧の値を決定し、この電圧をＱスイッチに印加する制御部とを備える。さらに、反射体の一方から出力するレーザー光を被検体に照射する照射部と、レーザー光の照射に基づいて被検体から伝播する音響波を受信する受信部と、受信部の受信結果に基づいて被検体についての情報を取得する取得部とを備える。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
二つの反射体と、前記二つの反射体の間に設けられ、印加される電圧に基づいてＱ値を決定するＱスイッチとを含むレーザー共振器と、
レーザー媒質を光励起する励起部と、
前記反射体の一方から出るプレレージング光を検出する検出部と、
前記検出部の検出結果に基づいて前記電圧の値を決定し、該電圧を前記Ｑスイッチに印加する制御部と、
前記反射体の一方から出力するレーザー光を被検体に照射する照射部と、
前記レーザー光の照射に基づいて前記被検体から伝播する音響波を受信する受信部と、
前記受信部の受信結果に基づいて前記被検体についての情報を取得する取得部とを備える被検体情報取得装置。
【請求項２】
前記検出部の前段に設けられ、前記反射体の一方から出るレーザー光の一部を前記検出部に導く分岐光学素子をさらに備え、
前記検出部は前記レーザー光の一部に基づいて前記検出を行う請求項１に記載の被検体情報取得装置。
【請求項３】
前記制御部は前記検出結果に基づいて前記プレレージング光が発生しないときの前記印加される電圧の最小値および最大値を取得し、その取得結果に基づいて前記決定を行う請求項１または２に記載の被検体情報取得装置。
【請求項４】
前記決定される電圧の値は前記最小値と前記最大値との間の値である請求項３に記載の被検体情報取得装置。
【請求項５】
前記決定される電圧の値は前記最小値と前記最大値との平均値である請求項４に記載の被検体情報取得装置。
【請求項６】
前記検出部は光の強度を検出する請求項１ないし５のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
【請求項７】
前記レーザー光を偏光する偏光部をさらに備え、
前記検出部は光の波長を検出する請求項１ないし５のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
【請求項８】
前記偏光部は前記Ｑスイッチと前記レーザー媒質との間に設けられる請求項７に記載の被検体情報取得装置。
【請求項９】
前記レーザー光は波長が可変に制御される請求項８に記載の被検体情報取得装置。
【請求項１０】
二つの反射体と、前記二つの反射体の間に設けられ、印加される電圧に基づいてＱ値を決定するＱスイッチとを含むレーザー共振器と、
レーザー媒質を光励起する励起部と、
前記反射体の一方から出るプレレージング光を検出する検出部と、
前記検出部の検出結果に基づいて前記電圧の値を決定し、該電圧を前記Ｑスイッチに印加する制御部とを備えるレーザー装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検体情報取得装置およびレーザー装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光音響トモグラフィー（Ｐｈｏｔｏａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ：ＰＡＴ）とは、光源にパルスレーザーを用いて測定部位に光束を照射する。その照射により発生する光音響波を探触子で受信して信号処理を施し、画像の形成（画像再構成を含む）を行う手法である。生体組織の吸収スペクトルに対応する波長のレーザー光を用いる事により、生体機能を解析できる。
生体に入射した光束は生体内部で急激に拡散するため高いエネルギー出力であるとともに生体組織から大きな光音響波を得るためパルス幅の短いレーザー光が必要である。光音響診断装置用のレーザーは、ポッケルスセルを用いたＱスイッチパルスレーザーが適する。アレキサンドライトレーザーは、その波長を可変に制御できるとともにレーザー媒質の蛍光寿命が長くフラッシュランプによる直接励起が可能である。そのため上記生体機能解析に用いるには好適なレーザーである。
レーザー媒質を励起するフラッシュランプは、安価で高出力レーザー発振を容易に得られる利点を有するが、励起光の光エネルギーが熱エネルギーに変換され共振器内部の温度上昇をもたらす。共振器内部の温度変化は、共振器のアライメントやポッケルスセルの偏光特性に影響を及ぼす。その結果、プレレージング発振が生じる可能性がある。この点、プレレージング光を検出し発振制御を行う方法が提案されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第５３５５３８３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１では、安定発振に影響するプレレージング光を検出して、その検出に基づきレーザー発振を停止する手法が開示されている。しかしながら、被検体情報取得装置においてはプレレージングの発生を抑制しつつレーザー装置を安定的に利用するほうが望ましい。
【０００５】
本発明は上記に鑑み、レーザー装置において、プレレージングの発生を低減して安定したジャイアントパルス発振を行う技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を達成するため、本発明は以下の構成を採用する。すなわち、二つの反射体と、前記二つの反射体の間に設けられ、印加される電圧に基づいてＱ値を決定するＱスイッチとを含むレーザー共振器と、レーザー媒質を光励起する励起部と、前記反射体の一方から出るプレレージング光を検出する検出部と、前記検出部の検出結果に基づいて前記電圧の値を決定し、該電圧を前記Ｑスイッチに印加する制御部と、前記反射体の一方から出力するレーザー光を被検体に照射する照射部と、前記レーザー光の照射に基づいて前記被検体から伝播する音響波を受信する受信部と、前記受信部の受信結果に基づいて前記被検体についての情報を取得する取得部とを備える被検体情報取得装置である。
本発明はまた、以下の構成を採用する。すなわち、二つの反射体と、前記二つの反射体の間に設けられ、印加される電圧に基づいてＱ値を決定するＱスイッチとを含むレーザー共振器と、レーザー媒質を光励起する励起部と、前記反射体の一方から出るプレレージン
グ光を検出する検出部と、前記検出部の検出結果に基づいて前記電圧の値を決定し、該電圧を前記Ｑスイッチに印加する制御部とを備えるレーザー装置である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、レーザー装置において、プレレージングの発生を低減して安定したジャイアントパルス発振を行う技術を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明に対する比較技術に係るレーザー装置を示すブロック図
【図２】比較技術の正常発振時のレーザー出力と時間との関係を示す図
【図３】比較技術の異常発振時のレーザー出力と時間との関係を示す図
【図４】本発明のレーザー装置の実施例１を示すブロック図
【図５】本発明のレーザー装置と被検体を含むブロック図
【図６】本発明のレーザー装置の実施例２を示すブロック図
【図７】本発明のレーザー装置の実施例３を示す図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に図面を参照しつつ、本発明の実施の形態を詳しく説明する。なお、同一の構成要素には原則として同一の参照番号を付して、説明を省略する。ただし、以下に記載されている詳細な計算式、計算手順、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。
本発明の被検体情報取得装置には、被検体に近赤外線等の光（電磁波）を照射することにより被検体内で発生した音響波を受信して、被検体情報を画像データとして取得する光音響効果を利用した装置を含む。光音響効果を利用した装置の場合、取得される被検体情報とは、光照射によって生じた音響波の発生源分布、被検体内の初期音圧分布、あるいは初期音圧分布から導かれる光エネルギー吸収密度分布や吸収係数分布、組織を構成する物質の濃度分布を示す。物質の濃度分布とは、例えば、酸素飽和度分布、トータルヘモグロビン濃度分布、酸化・還元ヘモグロビン濃度分布などである。
また、複数位置の被検体情報である特性情報を、２次元または３次元の特性分布として取得してもよい。特性分布は被検体内の特性情報を示す画像データとして生成され得る。本発明でいう音響波とは、典型的には超音波であり、音波、超音波と呼ばれるものを含む。光音響効果により発生した音響波のことを、光音響波または光超音波と呼ぶ。音響検出器（例えば探触子）は、被検体内で発生または反射した音響波を受信する。
また、変換素子により光音響波から変換された電気信号や、この電気信号に信号処理（増幅、ＡＤ変換）や情報処理を施した信号を光音響信号と呼ぶ。
【００１０】
＜比較技術＞
図１は、本発明に対する比較技術に係るレーザー装置を示すブロック図である。この比較技術に係るレーザー装置１１０との対比により本発明に係るレーザー装置の特徴がより明確となる。よってまず、比較技術の説明をする。比較技術に係るレーザー装置１１０は図１に示すように、二つの反射体である出力鏡１０１と反射鏡１０２からなるレーザー共振器１０３を備える。さらに、制御部であるレーザーコントローラー１１１と、レーザー装置１１０に電源を供給するレーザー電源１１２を備える。なお、レーザー電源１１２の配線等は省略している。ここではレーザーコントローラー１１１はレーザー装置１１０内に設けられる。
【００１１】
共振器１０３内には、励起部１０４とレーザー媒質１０５とＱスイッチ１０６を配置する。レーザーコントローラー１１１は、励起部１０４及びＱスイッチ１０６に印加する電圧を制御する。励起部１０４はフラッシュランプや半導体レーザーを用い、ロッド状のレ
ーザー媒質１０５を利用する場合はレーザー媒質１０５の側面から光励起する。Ｑスイッチ１０６にはリン酸二水素カリウム（ＫＤＰ）やリン酸重水素カリウム（ＤＫＤＰ）等の光学結晶であるポッケルスセルを用いる。ポッケルスセルは、電場の強さに比例して屈折率が変化し、透過する光の偏光方向が回転する素子である。そのため、発振パルス幅が狭く出力強度の強いレーザー光１１４を得るために広く用いられる。レーザー媒質の種類、共振器長、光共振状態によりパルス幅は異なるが１００ｎｓ以下のパルス幅が得られる。レーザー媒質に、Ｎｄ：ＹＡＧ結晶やアレキサンドライト結晶を用いる場合は図１の構成となる。一方、チタンサファイアレーザーの場合は、Ｎｄ：ＹＡＧレーザーの第二高調波をチタンサファイア結晶の励起源とする。チタンサファイアレーザーでは励起源となるＮｄ：ＹＡＧレーザー部分に本発明を適用する。なお、以降では、レーザー装置という場合は主にフラッシュランプでレーザー媒質を励起するアレキサンドライトレーザーを参考にして説明するがこれに限られず他のレーザー装置であっても構わない。
アレキサンドライトレーザーは７００ｎｍ−８００ｎｍの範囲で利得を有し、共振器１０３内部のレーザー媒質１０５とポッケルスセルすなわちＱスイッチ１０６の間に複屈折フィルターからなる波長選択機構を設置することにより波長可変レーザーとなる。
【００１２】
図２は、比較技術の正常発振時のレーザー出力と時間との関係を示す図である。図２を用いて、Ｑスイッチを用いたジャイアントパルス発振を説明する。図２（ａ）は、縦軸をフラッシュランプの出力とし、横軸を時間としてそれらの関係を示した図である。図２（ａ）に示すように、Ｑスイッチ１０６をＯＮ状態にして共振器１０３内のＱ値を低く維持した状態でレーザー媒質を励起し、反転分布エネルギー密度を増加させる。次に図２（ｂ）に示すように、ＱスイッチをＯＦＦ状態にして共振器のＱ値を瞬間的に高くする。次に図２（ｃ）に示すように、レーザー媒質１０５に蓄えられたエネルギーが共振器１０３内部で光共振し、レーザー発振閾値を超えて短パルスのレーザー光１１４が発振する。このようなレーザー光１１４をジャイアントパルス発振と呼ぶ。一方、共振器のＱ値が高い状態で励起光によりレーザー媒質を励起することで得られる時間的に広がりをもったレーザー光１１４をノーマルパルス発振と呼ぶ。ジャイアントパルスは１００ｎｓ以下のパルス幅のレーザー光である。一方、ノーマルパルスは励起源の発光時間幅に依存し、フラッシュランプを用いる場合は数１００ｕｓ程度のパルス幅となる。
【００１３】
このレーザー装置１１０は、Ｑスイッチ１０６であるポッケルスセルに電圧を印加する。そうすることにより共振器１０３のＱ値を低く（図２（ｂ）のＬｏｗの状態）する。その後、電圧を印加しない状態にする。そうすることで共振器１０３のＱ値を高く（図２（ｂ）のＨｉｇｈの状態）する。そうしてジャイアントパルスを発振させる。この技術は、ポッケルスセルに印加する電圧を変更してジャイアントパルス発振直前の偏光状態を任意に制御できる利点がある。
【００１４】
図３は、比較技術の異常発振時のレーザー出力と時間との関係を示す図である。図３を用いてプレレージング発振を説明する。図３（ａ）と図３（ｂ）はそれぞれ図２（ａ）と図２（ｂ）と同一の図である。図３（ｃ）は、レーザー光１１４の発振時に異常発振であるプレレージングが、ジャイアントパルス発振が開始される前に発生する状態を示している。プレレージング発振とは、ジャイアントパルス発振の前に共振器１０３の一部よりレーザー光が漏洩する現象である。この現象により以下のような問題が生じ得る。すなわち、プレレージング発振は局所的なジャイアントパルス発振を誘発して共振器内部にエネルギー集中をもたらす可能性がある。また、プレレージング発振は制御されたレーザー光ではないので、これが発生するとジャイアントパルス発振が不安定化する。以下に詳述するが、ジャイアントパルス発振前の共振器１０３のＱ値を常に低くしてプレレージングを抑制するには共振器内部の温度変化に基づく偏光特性制御が重要である。
【００１５】
＜検証結果＞
このレーザー装置１１０のポッケルスセルに印加する電圧を２０００Ｖとするとともにポッケルスセルの温度を上げた。後述する本発明の電圧決定方法を実施せずに印加電圧２０００Ｖでジャイアントパルス発振を実施した。その結果、ジャイアントパルス発振時に光検出器でプレレージング発振を検出した。そして、レーザー装置１１０からのレーザー光１１４の出力及び強度分布の測定を実施した。その結果、レーザー光１１４の出力及び強度分布ともに不安定になった。
【００１６】
なお、本発明と比較される他の比較技術として共振器内に偏光部である複屈折フィルターを用いた波長可変レーザーがある。このレーザー装置の複屈折フィルターは偏光特性を利用した波長選択機構である。そのため、共振器内部の光束の偏光状態の変化によって生じるプレレージング発振が複屈折フィルターによる波長の選択性に影響を及ぼす。その結果、所望のジャイアントパルス発振の波長とは異なる波長の異常発振が起こる。例えばポッケルスセル印加電圧２０００Ｖで波長７５５ｎｍのジャイアントパルスが発振する場合、ポッケルスセル印加電圧を低電圧側に変化させると短波長側７５０ｎｍ程度のプレレージング発振が生じる。一方、高電圧側に変化させると長波長側７６０ｎｍ程度のプレレージング発振が生じる。
【００１７】
（実施例１）
図４は、本発明のレーザー装置の実施例１を示すブロック図である。レーザー装置４１０は、共振器４２０の外部に出力鏡４０１から放出するプレレージング光を検出する検出部である光検出器４１４を備える。ここで光検出器４１４は光の強度を測定できる強度センサーである。そして、この検出結果である検出信号をレーザーコントローラー４１１に出力して、レーザーコントローラー４１１でＱスイッチ電圧の制御を行う。レーザー電源４１２はレーザー装置４１０の各ブロックに電源を供給する。光検出器４１４はレーザー装置４１０の内部に配置しているが、これに限られずレーザー装置４１０の外部に配置してもよい。レーザー装置４１０では、レーザー光１１４ａの光束の分岐光１１４ｂを光検出器４１４に導入しているが、これに限定されるものではない。すなわち、Ｓｉセンサー等の汎用的な光センサーは充分に光感度が高い。そのため、レーザー光束１１４ａの光路内部の部分拡散光や、反射鏡４０２を透過した微弱な透過光などの光束の一部を検出する構成であれば良い。なお、本実施例では光源にアレキサンドライト結晶を用いたレーザー装置４１０を用いたが、これに限られず他の光源を用いても良い。
【００１８】
本実施例のレーザー装置４１０であるアレキサンドライトレーザーは波長７５５ｎｍで繰り返し周波数は２０Ｈｚである。出力鏡４０１と反射鏡４０２からなる共振器４２０と、アレキサンドライト結晶４０５と励起手段であるフラッシュランプ４０４を含むランプハウス４０３を配置する。アレキサンドライト結晶は７５℃の循環水装置でその温度が維持される。反射鏡４０２とアレキサンドライト結晶４０５の間の光軸上にポッケルスセルから成るＱスイッチ４０６を配置する。出力鏡４０１から発振するプレレージング光をまず光検出器４１４の前段に設けられた分岐光学素子４１３で分岐して、その分岐光１１４ｂを分岐光学素子４１３の後段に設けられる光検出器４１４で検出する構成とした。
【００１９】
＜電圧決定方法＞
図４のレーザー装置４１０を用いたジャイアントパルス発振時の最適印加電圧を決定する手段を以下に詳述する。まず第１の工程として、ポッケルスセルに印加する暫定電圧として初期電圧２０００Ｖとした。次に第２の工程として、ジャイアントパルス発振をさせずに電圧２０００Ｖとし、電圧を印加したまま印加電圧を±５００Ｖの範囲で変化させて共振器外部に設置した光検出器を用いてプレレージング発生の有無を判断した。具体的にはレーザーコントローラー４１１が、２０００Ｖから１５００Ｖまで段階的に印加電圧を変化させた。同様にして、２０００Ｖから２５００Ｖまで段階的に印加電圧を変化させた。上記を実行するとプレレージングがポッケルスセル印加電圧１６００Ｖ以下と２３００
Ｖ以上で発生した。次に第３の工程として、検出した電圧の最大値である上限値と最小値である下限値の平均値１９５０Ｖ（相加平均）をジャイアントパルス発振時の最終印加電圧に決定した。次に第４の工程としてこの最終印加電圧１９５０Ｖでジャイアントパルス発振を行った。なお、これら第１から第４の一連の工程をファームウエアで連続的に制御した。
【００２０】
＜検証結果＞
上記電圧決定方法を用いたジャイアントパルス発振のレーザー光の出力及びその光強度分布の測定を行った。その結果、本実施例のレーザー装置４１０は上記第４の工程でジャイアントパルスが発振される直前にプレレージング光は発振せずに、ジャイアントパルス発振のレーザー光の出力及びその光強度分布が安定したレーザー特性を有することを確認した。
【００２１】
＜実施例１の電圧決定方法の効果の再確認＞
実施例１の環境条件を一部変えて、本実施例の電圧決定方法の効果を再確認した。以下に詳述する。
【００２２】
＜電圧決定方法＞
まず、第１の工程として同様にポッケルスセルに印加する暫定電圧として初期電圧２０００Ｖとした。さらに本電圧決定方法の効果を確認するためにポッケルスセルを温めて（Ｑスイッチの偏光特性に悪影響を与えた状態で）上記検証とは異なる偏光特性に変えて以下の工程を続けた。すなわち、第２の工程としてジャイアントパルス発振をさせずに電圧２０００Ｖとし、電圧を印加したまま印加電圧を±５００Ｖの範囲で上記のように変化させて共振器外部に設置した光検出器を用いてプレレージング発生の有無を判断した。すると上記検証とは異なり、プレレージングがポッケルスセルに供給される印加電圧が１５００Ｖ以下と１９００Ｖ以上で発生した。次に第３の工程として検出した電圧の上限値と下限値の平均値１７００Ｖ（相加平均）をジャイアントパルス発振時の最終印加電圧に決定した。次に第４の工程として上記最終印加電圧１７００Ｖでジャイアントパルス発振を行った。なお、第１から第４の一連の工程をファームウエアで連続的に制御した。
【００２３】
＜検証結果＞
本実施例の電圧決定方法を用いたジャイアントパルス発振のレーザー光１１４ａの出力及びその光強度分布の測定を行った。その結果、この実験においても本実施例に係るレーザー装置４１０は第４の工程のジャイアントパルス発振の直前にプレレージング光は発振せず、レーザー光１１４ａの出力及びその光強度分布が安定したレーザー特性を有することを確認した。
【００２４】
＜電圧決定方法のより詳しい説明＞
本発明のジャイアントパルス発振時におけるＱスイッチを構成するポッケルスセルへの印加電圧を決定する方法について以下に説明する。第１に、暫定電圧としてポッケルスセルに印加する初期電圧を決定する。ポッケルスセルを通過する光束の偏光は印加電圧と波長に比例し、共振器の調整時に決定する。
【００２５】
第２に、ジャイアントパルス発振しないようにポッケルスセルに電圧を印加したまますなわちＱスイッチをＯＮにしたまま初期電圧を変化させる。そして、共振器外部に設置した光検出器を用いて印加電圧の変動時にプレレージングが発生したか否かの判断を行う。印加電圧を変動させる範囲は共振器の状態により異なるが、初期電圧に対して±５００Ｖ以内で変動させれば足りる。共振器の偏光状態が比較的安定なレーザー装置の場合は電圧変動範囲を±２００Ｖ以内としてもよく、安定な共振器ほどその範囲を狭くすることが可能である。共振器の調整時に外部雰囲気温度を変えて安定性を確認して必要な電圧変動範
囲を予め決定する。
【００２６】
第３に、上記最終的に決定される印加電圧である最終印加電圧を決定する。ジャイアントパルス発振を行うときにその最適化された印加電圧である最終印加電圧をＱスイッチに印加する。上記のように印加電圧を暫定電圧から変動させてもプレレージングが発生しない場合は、暫定電圧を最終印加電圧としてもよい。プレレージングが発生した場合は、プレレージングが発生しなかった電圧を最終印加電圧とする。例えば、初期印加電圧をＶ＿ｉｎｉｔｉａｌ、最終印加電圧をＶ＿ｌａｓｔとする。すると、電圧変化＋２００Ｖ時点と電圧変化−５００Ｖ時点でプレレージングが発生した場合、プレレージングが発生しない電圧範囲はＶ＿ｉｎｉｔｉａｌ−５００［Ｖ］＜Ｖ＿ｌａｓｔ＜Ｖ＿ｉｎｉｔｉａｌ＋２００［Ｖ］となる。ここで、最終印加電圧Ｖ＿ｌａｓｔは上限値（Ｖ＿ｉｎｉｔｉａｌ−５００［Ｖ］）と下限値（Ｖ＿ｉｎｉｔｉａｌ＋２００［Ｖ］）の相加平均として最終印加電圧Ｖ＿ｌａｓｔ＝Ｖ＿ｉｎｉｔｉａｌ−１５０［Ｖ］とすることが好ましい。電圧変動範囲の限度値でプレレージングが発生しない場合、限度値を上限値または下限値とする。ジャイアントパルス発振させる上記第１から第３の一連の手段を連続的に実行することで安定してレーザー発振させることが可能である。本印加電圧決定方法はレーザー共振状態が変化しないように数１０秒以下の短時間、より好ましくは数１００ｍｓ以下で行われる。
【００２７】
＜効果＞
本発明は特にフラッシュランプ励起アレキサンドライトレーザーで良好に適用される。アレキサンドライト結晶は温度に比例して利得係数が増加することによりレーザー出力が増大する。このため６０℃〜８０℃の循環水を用いてレーザー結晶温度を高温にすることでレーザー出力を増大させる。その一方で、共振器内部の温度が不安定になりやすい。本発明を用いることで、共振器内に複雑な温度安定機構を用いなくてもプレレージングの発生を低減した安定したジャイアントパルス発振を得られる。
以上より、本発明のレーザー装置を用いて図５のような被検体情報取得装置を作成すれば、安定的に大出力のレーザー光を用いた光音響測定が実施できる。よって高コントラストで良好な被検体画像を取得できる。
【００２８】
＜被検体の測定＞
図５は、本発明のレーザー装置と被検体を含むブロック図を説明する。ここでは図４のレーザー装置４１０と被検体５０２との間にシャッター５０１を設け、そのシャッター５０１を介してレーザー光１１４ｄを被検体５０２に照射する構成とする。図４のレーザー装置と共通する構成については、同じ符号を付けて説明を省略する。本構成において、プレレージング光を検出するときにはシャッター５０１を閉じて被検体５０２にレーザー光１１４ｃが照射されないようにする。そして、分岐光１１４ｂを検出器４１４へ導き、プレレージング光を検出器４１４で検出する。なお、シャッター５０１はレーザー装置４１０の内部に配置しても良い。
【００２９】
（実施例２）
図６は、本発明のレーザー装置の実施例２を示すブロック図である。本実施例では、光源に波長７８５ｎｍが発振するアレキサンドライトレーザーを用いた。出力鏡６０１と反射鏡６０２からなる共振器６２０と、アレキサンドライト結晶６０５と励起手段であるフラッシュランプ６０４を含むランプハウス６０３を配置する。アレキサンドライト結晶は７５℃の循環水装置で温度を維持する。反射鏡６０２とアレキサンドライト結晶６０５の間の光軸上にポッケルスセルから成るＱスイッチ６０６と波長選択素子である複屈折フィルター６０７を配置することで、出力するレーザー光１１４ｃの波長を可変に制御できるようにした。出力鏡６０１から発振するプレレージング光を分岐光学素子６１３で分岐するとともに実施例１の光検出器４１４を波長計６１４に変更して分岐光１１４ｂを波長計
６１４に導き、プレレージング光の波長を検出した。レーザーコントローラー６１１はＱスイッチ電圧の制御を行い、レーザー電源６１２はレーザー装置６１０の各ブロックに電源を供給する。なお、レーザー電源６１２の配線等は省略している。
【００３０】
＜電圧決定方法＞
本実施例のレーザー装置６１０を用いたジャイアントパルス発振時の最終印加電圧を決定する手段を以下に詳述する。まず、第１の工程としてポッケルスセルに印加する暫定電圧として初期電圧２３００Ｖとした。次にポッケルスセルを温めて偏光特性を変えて（アレキサンドライト結晶は温度に比例して利得係数が増加することによりレーザー出力が増大する。このため、６０℃〜８０℃の循環水を用いてレーザー結晶温度を高温にすることでレーザー出力を増大させる。しかしその一方で、共振器内部の温度が不安定になりやすい。その結果Ｑスイッチの特性が変化してプレレージングが発生しやすくなる。この状態を模擬している。）、以下の工程を続けた。すなわち、第２の工程としてジャイアントパルス発振をさせずに電圧２３００Ｖとし、電圧を印加したまま印加電圧を±５００Ｖ変化させて共振器６２０の外部に設置した波長計６１４を用いてプレレージング発生の有無を判断した。その結果、プレレージングに相当する波長７７８ｎｍの発振がポッケルスセルへの印加電圧１９００Ｖ（下限値）以下で発生した。また、プレレージングに相当する波長７９２ｎｍの発振がポッケルスセルへの印加電圧２６００Ｖ（上限値）以上で発生した。次に第３の工程として、検出した電圧の上限値と下限値の平均値２２５０Ｖ（相加平均）をジャイアントパルス発振時の最終印加電圧に決定した。次に第４の工程として、上記最終印加電圧でジャイアントパルス発振を行った。なお、上記各実施例同様に第１から第４の一連の工程をファームウエアで連続的に制御した。
【００３１】
＜検証結果＞
上記電圧決定方法を用いたジャイアントパルス発振の発振波長は所望の波長７８５ｎｍであり、レーザー光１１４ｃの出力及び光強度分布の測定を行った結果、安定したレーザー特性を有することを確認した。
【００３２】
＜効果＞
以上より、本発明のレーザー装置６１０によれば安定的に所望の波長からなるジャイアントパルスを出力できる。
【００３３】
（実施例３）
図７は、本発明のレーザー装置の実施例３を示す図である。図７を用いて実施例１のレーザー装置４１０を被検体情報取得装置７００に適用した場合の実施例を説明する。なお、実施例１のレーザー装置４１０はアレキサンドライトレーザーであり、その出力は波長７５５ｎｍで繰り返し周波数は２０Ｈｚのレーザー光１１４ｃである。この被検体情報取得装置７００は大きく分けて入力系７２０と出力系７４０から成る。
【００３４】
入力系７２０はレーザー装置４１０と、シャッター７１５と、照射部である照明光学部７１６を含む。光源である共振器４２０から発振されるレーザー光束１１４ａは、ファイバーまたは多関節アーム等の光伝送光学系を通る。その後、レーザー装置４１０から射出されるレーザー光１１４ｃをレンズや拡散板等の照明光学部７１６を用いて所望の形状に形成される。形成した照射光１１４ｄを被検体７３０に照射する。光伝送光学系には、後述する取得部である信号処理部７４２での信号処理に必要なタイミングで照射光１１４ｄを照射できるようにタイミングトリガーを適宜配置する。
【００３５】
出力系７４０は、音響波受信部７４１と信号処理部７４２からなる。被検体７３０の内部で発生して伝播した光音響波を音響波受信部７４１にある超音波探触子で受信する。この超音波探触子がその受信結果であるアナログ電気信号を信号線を介して信号処理部７４
２へ送出する。送出されたアナログ電気信号は信号処理部７４２でデジタルの光音響信号に変換され、その光音響信号に基づいて画像の形成（画像再構成）を行う。そして、画像再構成により生成されたデータを画像情報及び生体情報として出力する。上記探触子は圧電現象を用いた探触子、光の共振を用いた探触子、または静電容量の変化を用いた探触子等の音響波を受信できるものであればどのような探触子を用いてもよい。本実施例の探触子は、典型的には複数の受信素子が１次元あるいは２次元に配置されたものやお椀型の固定部品の底部にらせん状に配置された探触子がよい。このような多次元配列素子を用いることで同時に複数の場所で音響波を受信することができる。信号処理部７４２はコンピュータ等の情報処理装置や回路により構成され、電気信号の処理や演算を行う。信号処理部７４２は、音響波受信部７４１に含まれる探触子により得られた電気信号をアナログ信号からデジタル信号に変換する変換部であるＡ／Ｄコンバータ等を信号処理部７４２内の探触子側に有する。また、信号処理部７４２は同時に複数の信号を処理するパラレル処理を行う。これにより信号処理速度を上げることができる。Ａ／Ｄコンバータ等により変換されたデジタル信号は信号処理部７４２内のメモリに格納され、格納したデジタル信号に基づいてタイムドメイン等の逆投影などの処理をすることにより光学特性値分布などの被検体情報を生成する。
【００３６】
ここで、共振器４２０の周辺をさらに具体的に説明すると、出力鏡４０１と反射鏡４０２からなる共振器４２０と、アレキサンドライト結晶４０５を励起手段であるフラッシュランプ４０４を含むランプハウス４０３を配置する。アレキサンドライト結晶は７５℃の循環水装置で温度を維持する。反射鏡４０２とアレキサンドライト結晶４０５の間の光軸上に、ポッケルスセルから成るＱスイッチ４０６を配置する。出力鏡４０１から発振するプレレージング光を分岐光学素子４１３で分岐して光検出器４１４で検出した。入力系は、アレキサンドライトレーザーすなわちレーザー装置４１０とシャッター７１５と拡散板を用いた照射部である照明光学部７１６とした。出力系７４０は音響波受信部７４１と信号処理部７４２で構成した。
【００３７】
＜電圧決定方法＞
図７の実施例１のレーザー装置４１０を用いたジャイアントパルス発振時の印加電圧を決定する手段を以下に詳述する。まず、第１の工程としてポッケルスセルに印加する暫定電圧として初期電圧２０００Ｖとした。第２の工程としてジャイアントパルス発振をさせずに電圧２０００Ｖとし、電圧を印加したまま印加電圧を±５００Ｖ変化させて共振器４２０外部に設置した光検出器４１４を用いてプレレージング発生の有無を判断した。その結果、プレレージングがポッケルスセルへの印加電圧が１６００Ｖ以下と２３００Ｖ以上で発生した。次に第３の工程として検出した電圧の上限値（２３００Ｖ）と下限値（１６００Ｖ）の平均値１９５０Ｖ（相加平均）をジャイアントパルス発振時の最終印加電圧に決定した。次に第４の工程として上記最終印加電圧でジャイアントパルス発振を行った。第１から第４の一連の工程を連続的に制御した。
【００３８】
＜被検体情報取得結果＞
図示しない被検体保持部で形状を固定した被検体ファントム７３０に上記電圧決定方法を用いて発振させたレーザー光１１４ｄを照射する。その照射に基づき被検体７３０内部で発生して伝播した光音響波を音響波受信部７４１にある静電容量変化を用いたｃＭＵＴ探触子で検出した。探触子はお椀型固定部材の底部にらせん状に配置された探触子を用いた。信号処理部７４２で探触子より得られた電気信号をアナログ信号からデジタル信号に変換して光音響信号を生成し、その信号に基づきタイムドメインにより画像再構成を行った。その再構成画像に基づき画像情報及び光学特性値分布などの被検体情報として出力した。
【００３９】
＜効果＞
本実施例の被検体情報取得装置を用いることによりプレレージングの発生が低減され、安定して所望の波長と強度からなるレーザー光の照射を行うことができる。その結果、正確な被検体情報を取得できた。
【符号の説明】
【００４０】
４０１  出力鏡、４０２  反射鏡、４０４  励起手段、４０５  レーザー媒質、４０６
ポッケルスセル、４１０  レーザー装置、４１１  レーザーコントローラー、４１２  レーザー電源、４１４  光検出器、４２０  共振器
【図１】
2018125539.tif 000003
【図２】
2018125539.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2018125539.tif 000007
【図６】
2018125539.tif 000008
【図７】
2018125539.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成30年3月23日(2018.3.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二つの反射体と、前記二つの反射体の間に設けられたレーザー媒質とを含む共振器と、
前記レーザー媒質を光励起して光を発生させる励起部と、
前記二つの反射体の間に設けられ、印加される電圧に基づいて前記共振器のＱ値を変えるＱスイッチと、を備え、
前記レーザー媒質で発生した光が共振することで前記共振器からレーザー光が出力されるレーザー装置であって、
前記二つの反射体のうちの一方から出る光を検出する検出部と、
前記検出部で検出される光にプレレージング光が含まれないような電圧の範囲に関する情報を取得し、前記電圧の範囲に関する情報に基づいて、前記Ｑスイッチに印加する電圧を制御する制御部と、
をさらに有するレーザー装置。
【請求項２】
前記共振器と前記検出部の間に設けられ、前記共振器から出る光の一部を前記検出部に導く分岐光学素子をさらに備え、
前記検出部は前記光の一部の検出を行う請求項１に記載のレーザー装置。
【請求項３】
前記Ｑスイッチに印加する電圧の値は前記電圧の範囲の平均値である請求項１または２に記載のレーザー装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記共振器によるジャイアントパルスの発生を抑制するときは、前記Ｑスイッチに電圧を印加して前記共振器のＱ値を低くし、前記共振器からジャイアントパルスを発生させるときは、前記Ｑスイッチへの電圧の印加を停止して前記共振器のＱ値を高くする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のレーザー装置。
【請求項５】
前記検出部は光の強度を検出する請求項１ないし４のいずれか１項に記載のレーザー装置。
【請求項６】
前記検出部は光の波長を検出する請求項１ないし４のいずれか１項に記載のレーザー装置。
【請求項７】
前記レーザー光を偏光する偏光部をさらに備え、
前記偏光部は前記Ｑスイッチと前記レーザー媒質との間に設けられる請求項１ないし６のいずれか１項に記載のレーザー装置。
【請求項８】
前記レーザー光は波長が可変に制御される請求項１ないし７のいずれか１項に記載のレーザー装置。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれか１項に記載のレーザー装置と、
前記レーザー光が被検体に照射されることで発生する音響波を受信して、受信信号を出力する受信部と、
前記受信信号に基づいて前記被検体に関する情報を取得する取得部と、
を備える情報取得装置。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本発明は、レーザー装置および情報取得装置に関する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
上記課題を達成するため、本発明は以下の構成を採用する。すなわち、
二つの反射体と、前記二つの反射体の間に設けられたレーザー媒質とを含む共振器と、
前記レーザー媒質を光励起して光を発生させる励起部と、
前記二つの反射体の間に設けられ、印加される電圧に基づいて前記共振器のＱ値を変えるＱスイッチと、を備え、
前記レーザー媒質で発生した光が共振することで前記共振器からレーザー光が出力されるレーザー装置であって、
前記二つの反射体のうちの一方から出る光を検出する検出部と、
前記検出部で検出される光にプレレージング光が含まれないような電圧の範囲に関する情報を取得し、前記電圧の範囲に関する情報に基づいて、前記Ｑスイッチに印加する電圧を制御する制御部と、
をさらに有するレーザー装置である。
本発明はまた、以下の構成を採用する。すなわち、
上記記載のレーザー装置と、
前記レーザー光が被検体に照射されることで発生する音響波を受信して、受信信号を出力する受信部と、
前記受信信号に基づいて前記被検体に関する情報を取得する取得部と、
を備える情報取得装置である。