(57)【要約】【課題】本明細書は、励起部の不要な発光を抑えることのできるパルスレーザを提供することを目的とする。【解決手段】  本明細書が開示するパルスレーザは、レーザ媒質と、蓄電部と、蓄電部に電荷を供給する電源部と、蓄電部に蓄積された電荷が供給されることによりレーザ媒質に励起光を照射する励起部と、蓄電部に蓄積された電荷を励起部に繰り返し供給する切り替え部と、蓄電部に蓄積されたエネルギーを監視するエネルギー監視部と、エネルギー監視部により監視されたエネルギーが閾値よりも大きいときに、切り替え部が蓄電部に蓄積された電荷を励起部に供給しないように制御する制御部と、を有する。【選択図】  図１
2015029086.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルス光を繰り返し出射するパルスレーザであって、
レーザ媒質と、
蓄電部と、
前記蓄電部に電荷を供給する電源部と、
前記蓄電部に蓄積された電荷が供給されることにより前記レーザ媒質に励起光を照射する励起部と、
前記蓄電部に蓄積された電荷を前記励起部に繰り返し供給する切り替え部と、
前記蓄電部に蓄積されたエネルギーを監視するエネルギー監視部と、
前記エネルギー監視部により監視された前記エネルギーが閾値よりも大きいときに、前記切り替え部が前記蓄電部に蓄積された電荷を前記励起部に供給しないように制御する制御部と、
を有することを特徴とするパルスレーザ。
【請求項２】
前記エネルギー監視部は、前記蓄電部の端子電圧値を監視する電圧監視部を含み、
前記制御部は、前記電圧監視部により監視された前記端子電圧値が第１の閾値よりも大きいときに、前記切り替え部が前記蓄電部に蓄積された電荷を前記励起部に供給しないように前記切り替え部を制御する
ことを特徴とする請求項１に記載のパルスレーザ。
【請求項３】
前記電源部は、一定の割合で前記蓄電部に電荷を供給し、
前記エネルギー監視部は、前記電源部から前記蓄電部に電荷が供給された時間を監視する時間監視部を含み、
前記制御部は、前記時間監視部により監視された前記時間が第２の閾値よりも大きいときに、前記切り替え部が前記蓄電部に蓄積された電荷を前記励起部に供給しないように前記切り替え部を制御する
ことを特徴とする請求項１または２に記載のパルスレーザ。
【請求項４】
前記エネルギー監視部は、前記蓄電部に蓄積された前記エネルギーを推定することのできる複数の指標を監視し、
前記制御部は、前記複数の指標の少なくとも１つの指標が所望の条件でないときに、前記切り替え部が前記蓄電部に蓄積された電荷を前記励起部に供給しないように前記切り替え部を制御し、
前記複数の指標のすべての指標が所望の条件であるときに、前記切り替え部が前記蓄電部に蓄積された電荷を前記励起部に供給するように前記切り替え部を制御する
ことを特徴とする請求項１に記載のパルスレーザ。
【請求項５】
前記エネルギー監視部は、
前記蓄電部の端子電圧値を監視する電圧監視部と、前記電源部から前記蓄電部に電荷が供給された時間を監視する時間監視部と、を含み、
前記制御部は、
前記端子電圧値が第１の閾値よりも大きいまたは前記時間が第２の閾値よりも大きいときに、前記切り替え部が前記蓄電部に蓄積された電荷を前記励起部に供給しないように前記切り替え部を制御し、
前記端子電圧値が前記第１の閾値より以下でありかつ前記時間が前記第２の閾値以下であるときに、前記切り替え部が前記蓄電部に蓄積された電荷を前記励起部に供給するように前記切り替え部を制御する
ことを特徴とする請求項４に記載のパルスレーザ。
【請求項６】
前記エネルギー監視部は、
前記蓄電部の端子電圧値を監視する電圧監視部と、前記電源部から前記蓄電部に供給された電流値を監視する電流監視部と、前記電源部から前記蓄電部に電荷が供給された時間を監視する時間監視部と、前記電流値と前記時間とに基づいて前記電源部から前記蓄電部に供給された供給電荷量を算出する電荷量算出部と、を含み、
前記制御部は、
前記端子電圧値が第１の閾値よりも大きいまたは前記供給電荷量が第３の閾値よりも大きいときに、前記切り替え部が前記蓄電部に蓄積された電荷を前記励起部に供給しないように前記切り替え部を制御し、
前記電圧が前記第１の閾値以下でありかつ前記電流値と前記時間との前記積が前記第３の閾値以下であるときに、前記切り替え部が前記蓄電部に蓄積された電荷を前記励起部に供給するように前記切り替え部を制御する
ことを特徴とする請求項４に記載のパルスレーザ。
【請求項７】
前記制御部は、前記エネルギー監視部により監視された前記エネルギーが前記閾値よりも大きいときに、前記電源部から前記蓄電部に電荷を供給しないように前記電源部を制御することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のパルスレーザ。
【請求項８】
遮光部を更に有し、
前記制御部は、前記エネルギー監視部により監視された前記エネルギーが前記閾値よりも大きいときに、前記遮光部が前記レーザ媒質から発生する光の少なくとも一部を遮光できるように前記遮光部の駆動を制御することを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載のパルスレーザ。
【請求項９】
前記蓄電部に蓄積された電荷を低減させる電荷低減部を更に有し、
前記制御部は、前記エネルギー監視部により監視された前記エネルギーが前記閾値よりも大きいときに、前記エネルギーが前記閾値以下となるように前記電荷低減部を制御することを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載のパルスレーザ。
【請求項１０】
前記切り替え部は、前記蓄電部に蓄電された電荷を前記励起部へ周期的に供給することを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載のパルスレーザ。
【請求項１１】
前記切り替え部は、前記蓄電部に蓄電された電荷を前記励起部へ１０Ｈｚ以上の繰り返し周波数で供給することを特徴とする請求項１０に記載のパルスレーザ。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれか１項に記載のパルスレーザと、
前記パルスレーザから出射された光が被検体に照射されることにより前記被検体内部で発生した光音響波を受信して電気信号を出力する探触子と、
前記探触子から出力された電気信号に基づいて前記被検体の情報を取得する信号処理部と、
を有する光音響装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パルス光を繰り返し出射するパルスレーザおよび光音響装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
パルスレーザから出射された光を被検体に照射し、被検体内部から発生する光音響波を探触子で受信して被検体内部の形態や機能を取得する光音響装置が医療分野で多く研究されている。このような光音響装置を生体に適用する際には生体に照射する光の強度を所定の閾値以下に制限する必要がある。この閾値はＭＰＥ（ｍａｘｉｍｕｍ  ｐｅｒｍｉｓｓｉｂｌｅ  ｅｘｐｏｓｕｒｅ）と呼ばれている。このようにパルスレーザから出射される光の強度は、その目的に応じて制限される場合がある。
【０００３】
パルスレーザの出射光の強度を制御する方法の例として特許文献１がある。特許文献１はレーザ媒質を励起するためのランプに流れる電流とランプに印加される電圧を検出し、ランプに投入される電力値を取得することを開示する。そして特許文献１は、取得した電力値に基づいてその後ランプに投入される電力値が所定の範囲内になるように制御することを開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６３−１５３８７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、特許文献１の方法では、ランプの駆動を制御する前にランプに電力を投入する必要がある。そのため、制御前にランプが発光することによりレーザ媒質が励起してしまい、レーザ媒質から不要な光が発生してしまう可能性がある。そしてこの不要な光の強度が所定の範囲外となっている可能性がある。
そこで、本明細書は、励起部の不要な発光を抑えることのできるパルスレーザ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】
本明細書が開示するパルスレーザは、レーザ媒質と、蓄電部と、蓄電部に電荷を供給する電源部と、蓄電部に蓄積された電荷が供給されることによりレーザ媒質に励起光を照射する励起部と、蓄電部に蓄積された電荷を励起部に繰り返し供給する切り替え部と、蓄電部に蓄積されたエネルギーを監視するエネルギー監視部と、エネルギー監視部により監視されたエネルギーが閾値よりも大きいときに、切り替え部が蓄電部に蓄積された電荷を励起部に供給しないように制御する制御部と、を有する。
【発明の効果】
【０００７】
本明細書に記載されたパルスレーザによれば、励起部の不要な発光を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本実施形態におけるパルスレーザのブロック構成図
【図２】実施例１におけるパルスレーザのブロック構成図
【図３】実施例１におけるパルスレーザの動作フローチャート
【図４】実施例１における電源のブロック構成図
【図５】実施例１における電圧検出回路の構成と動作を示す図
【図６】実施例２におけるパルスレーザのブロック構成図
【図７】実施例２における時間検出回路の構成と動作を示す図
【図８】実施例３における光音響装置のブロック構成図
【図９】実施例３における光音響装置の動作フローチャート
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１を用いて本実施形態に係るパルスレーザ１０について説明する。
【００１０】
パルスレーザ１０は、レーザ媒質１、励起部２、蓄電部３、電源部４、エネルギー監視部５、制御部６、および蓄電部３に蓄積されたエネルギーを励起部２に供給するか否かを切り替える切り替え部７を有する。
【００１１】
まず、電源部４から蓄電部３に電荷が供給されることにより、蓄電部３に電荷が蓄電される。続いて、切り替え部７が蓄電部３に蓄積された電荷を繰り返し励起部２に供給することにより、励起部２から励起光が繰り返しレーザ媒質１に照射される。続いて、励起部２から照射された励起光によりレーザ媒質１が励起されることによってレーザ媒質１から光が出射され、レーザ光１１がパルスレーザ１０から繰り返し出射される。
【００１２】
このようにしてレーザ媒質１から出射される光の強度は、典型的に蓄電部３に蓄積されたエネルギーに基づいて推定することができる。また、蓄電部３の静電容量Ｃが一定であると仮定すると、典型的に蓄電部３に蓄積された電荷量に基づいてレーザ媒質１から出射される光の強度を推定することができる。例えば、予め測定して得られた電荷量と出射光の強度との関係から推定することができる。
【００１３】
本実施形態においては、エネルギー監視部５が蓄電部３に蓄積されたエネルギーを監視している。なお、エネルギー監視部５は、蓄電部３の端子電圧値、電源部４から蓄電部３に電荷を供給する時間、または電源部４から蓄電部３への電流値などを監視することにより、蓄電部３に蓄積されたエネルギーを推し量ることができる。その他、蓄電部３に蓄積されたエネルギーを監視できるものであれば、エネルギー監視部５とすることができる。
【００１４】
制御部６は、エネルギー監視部５により監視された電荷量に基づいて、パルスレーザ１０から出射されるレーザ光１１の強度を制御する。すなわち、制御部６は、エネルギー監視部５により監視されたエネルギーが閾値よりも大きいときに蓄電部３から励起部２に電荷を供給しないように切り替え部７を制御する。後述する実施例で説明するように制御部６は、切り替え部７としてのサイリスタの駆動をオフとすることや蓄電部３と励起部２との電気的な接続を断つように制御することにより電荷を供給しないように制御する。なお、その他、蓄電部３から励起部２への電荷の供給を制御することができるものであれば、いかなる構成を切り替え部７として採用してもよい。また、制御部６は、いかなる方法で蓄電部３から励起部２への電荷の供給を制御してもよい。
【００１５】
ところで、励起部２を高い繰り返し周波数で発光させて繰り返しパルス光を出射する場合には、励起部２が発光した後にパルスレーザ１０に備えられた遮光部を閉じてそのパルス光を遮光することは困難である。一方、本実施形態においては、制御部６が蓄電部３に蓄積されたエネルギーに基づいて蓄電部３から励起部２への電荷の供給を制御することができる。そのため、蓄電部３から励起部２へ電荷を供給する前、すなわち励起部２を発光させる前にパルスレーザ１０から出射される光１１の強度を推定し、予期せず強度の光を出射しないように制御することができる。なお、繰り返しパルス光を出射するとは、周期的にパルス光の出射を繰り返すことも含む。例えば、１０Ｈｚ以上の繰り返し周波数でパルス光を繰り返し出射することも含む。また、同様に蓄電部３から励起部２に繰り返し電荷を供給するとは、例えば１０Ｈｚ以上の繰り返し周波数で周期的に電荷を供給することを含む。
【００１６】
なお、本実施形態に係るパルスレーザは、電荷量を推し量ることのできる複数の指標を監視し、所望の条件を満たさない指標が１つでもある場合は、レーザ光を出射しないという制御をおこなうことが望ましい。なぜならば、ある指標では検知することのできないパルスレーザ内の不良を、別の指標では検知できる可能性がある。そのため、ある指標のみに基づいて制御した場合、その指標では検知することのできない不良が生じた状態でレーザ光を出射してしまう可能性があるため、予期せぬレーザ光が出射される可能性がある。そこで、本実施形態に係るパルスレーザにおいては、異なる指標に基づいて多くの箇所の不良を検知することができるように構成することが好ましい。
【００１７】
そこで、後述する実施例では、エネルギー監視部５は、蓄電部３の端子電圧値、電源部４から蓄電部３に供給される供給電荷量、または電源部４から蓄電部３に電荷を供給する時間などの異なる指標を監視する。そして、制御部６は、複数の指標のそれぞれに対して閾値を設けて、複数の指標のそれぞれを独立に評価し、複数の指標の全てが所望の条件に満たしている場合にレーザ光を出射するという制御を行う。一方、制御部６は、複数の指標のうち１つでも所望の条件を満たしていない場合には、レーザ光を出射しないという制御を行う。例えば、制御部６は、蓄電部３の端子電圧値が第１の閾値よりも大きいまたは蓄電部３に電荷が供給された時間が第２の閾値よりも大きいときにパルスレーザ１０から光が出射されないように制御する。また、例えば、制御部６は、蓄電部３の端子電圧値が第１の閾値よりも大きいまたは蓄電部３に供給された供給電荷量が第３の閾値よりも大きいときにパルスレーザ１０から光が出射されないように制御する。
【００１８】
また、制御部６は、パルスレーザ１０から出射される光１１の強度が所定の範囲内となるように制御することが好ましい。また、所定の範囲は照射対象に応じて設定されることが好ましい。例えば、前述したように測定対象が生体である場合はＭＰＥ以下の範囲を所定の範囲内としてもよい。また、装置構成による制約に応じても所定の範囲を設定することがより好ましい。例えば、パルスレーザ１０からの出射光１１を測定対象に導く光学系の光強度に対する定格などに応じて所定の範囲を設定してもよい。なお、所定の範囲は予め出荷時等に設定してもよいし、ユーザが設定してもよい。
【００１９】
また、制御部６は、励起部２の駆動を制御することによりレーザ媒質１から出射される光の強度を制御することができる。また、制御部６は、レーザ媒質１から出射された光の少なくとも一部を遮光可能な遮光部の駆動を制御することにより、パルスレーザ１０から出射される光の強度を制御することができる。なお、パルスレーザ１０から出射される光の強度を制御できる限り、制御部６はどのような制御を行ってもよい。
【００２０】
このように本実施形態におけるパルスレーザによれば、出射される光の制御を行うために予め励起部に電力を投入する必要がないため、励起部が不要な光を発することを抑制し、パルスレーザから出射される光を制御することができる。
【実施例１】
【００２１】
実施例１では、蓄電部としてのキャパシタ１１０の端子電圧値を監視し、監視された電圧に基づいてキャパシタ１１０に蓄積された電荷量を監視する例を説明する。実施例１におけるパルスレーザは、端子電圧値に基づいて監視された電荷量に基づいて、励起部としてのフラッシュランプ１１６の駆動および遮光部としてのシャッター１２５の駆動を制御する。本実施例では、キャパシタ１１０の端子電圧値を監視してキャパシタ１１０に蓄積された電荷量を監視するための構成を総称してエネルギー監視部とする。
【００２２】
キャパシタ１１０の端子電圧値をＶＣ、キャパシタ１１０の容量をＣＣとすると、キャパシタ１１０に蓄積された電荷量ＱＣは式（１）で表わすことができる。
ＱＣ＝ＣＣ・ＶＣ・・・式（１）
この式より、キャパシタ１１０に蓄積された電荷量ＱＣとキャパシタ１１０の端子電圧値ＶＣとは比例関係であることが理解される。また、キャパシタ１１０の容量ＣＣは構造から既知であるため、キャパシタ１１０の端子電圧値ＶＣを監視すればキャパシタ１１０に蓄積された電荷量ＱＣを監視することができることが理解される。
【００２３】
一方、前述したようにキャパシタ１１０に蓄積された電荷量ＱＣとレーザヘッド１０４から出射される光の強度との関係は推定することができる。そのため、キャパシタ１１０の端子電圧値ＶＣを監視することにより、レーザヘッド１０４から出射される光の強度を推定することができる。本実施例におけるパルスレーザは以上の着想に基づきなされたものである。
【００２４】
図２は本実施例におけるパルスレーザのブロック構成図である。
【００２５】
本実施例におけるパルスレーザは、主な構成要素として、レーザコントローラ１０１、電源部としての電源１０２、パルスフォーミングネットワーク１０３、およびレーザヘッド１０４を有する。以下パルスフォーミングネットワークをＰＦＮと呼ぶ。
【００２６】
レーザコントローラ１０１は、制御部としてのプロセッサ１０５、電圧検出回路１０６、マスク回路１０８、およびメモリ１２６を有する。レーザコントローラ１０１は、電源１０２、ＰＦＮ１０３、およびレーザヘッド１０４の制御を行う。レーザコントローラ１０１は使用者からの操作を受けることが可能であり、上位のコントローラと接続し、上位コントローラからの指令をもとに動くことも可能である。
【００２７】
電源１０２は、キャパシタ１１０に電荷を供給する可変電圧電源である。電源１０２は、レーザコントローラ１０１からの指令に基づき、キャパシタ１１０の端子電圧値が設定電圧になるまでの間、一定の割合で電荷をキャパシタ１１０に供給する機能を備える。また、電源１０２は、キャパシタ１１０の端子電圧値を示す信号をレーザコントローラ１０１に出力する機能を備える。なお、キャパシタ１１０の端子電圧値は高電圧であるため、分圧することにより監視している。前述したようにキャパシタ１１０の端子電圧値はキャパシタ１１０に蓄積された電荷量に比例する値である。そのため、キャパシタ１１０の端子電圧値を監視することは、実質的にキャパシタ１１０に蓄積された電荷量を監視することと等価であるため、電源１０２は本実施例における電圧監視部に相当する。
【００２８】
ＰＦＮ１０３は、電荷低減部としての放電回路１０９、キャパシタ１１０、コイル１１１、サイリスタ１１２、イグナイタ回路１１３、シマー回路１１４、およびリレー１１５を有する。ＰＦＮ１０３は、電源１０２からの電荷を蓄積し、フラッシュランプ１１６を発光させるための高電流パルスを発生させる。
【００２９】
レーザヘッド１０４は、フラッシュランプ１１６、レーザ媒質１１７、反射鏡１１８、波長切替機構１１９、Ｑスイッチ１２０、出力鏡１２１、波長センサ１２２、ビームスプリッタ１２３、光強度取得部としての光量計１２４、および遮光部としてのシャッター１２５を有する。レーザヘッド１０４から出射される光は、パルスレーザの出射光となる。
【００３０】
プロセッサ１０５は、電源１０２、パルスフォーミングネットワーク１０３、およびレーザヘッド１０４の各種センサおよびアクチュエータを制御するプロセッサである。プロセッサ１０５は、マイクロコントローラおよび周辺回路からなる半導体チップであり、チップ上で動くソフトウェアに基づいて、発光制御、光量や波長などのパラメータの変更、電源電圧の設定と監視、異常時の遮断などを行う。
【００３１】
電圧検出回路１０６は、キャパシタ１１０の端子電圧値の情報を取得し、第１の閾値を越えた場合にはプロセッサ１０５に対し遮断信号を送る。電圧検出回路１０６は出力しようとしているレーザ光の波長に応じて異なる閾値を設定することができるものとする。電圧検出回路１０６の詳細については後述する。
【００３２】
マスク回路１０８は、電圧検出回路１０６からの遮断信号に基づき、フラッシュランプ１１６またはシャッター１２５の駆動を制御する。これにより、レーザヘッド１０４から出射される光の強度を制御することができる。マスク回路１０８は、プロセッサ１０５と同様に本実施例における制御部である。マスク回路１０８の詳細については電圧検出回路１０６の詳細な説明と併せて説明する。
【００３３】
放電回路１０９は、プロセッサ１０５からの制御信号に基づいてリレーを短絡させ、キャパシタ１１０の電荷を放電させることができる。これによりキャパシタ１１０に蓄積された電荷量を低減させることができる。
【００３４】
キャパシタ１１０は、フラッシュランプ１１６を発光させるための電荷を蓄積する。キャパシタ１１０には、高耐圧かつ大容量のフィルムコンデンサなどが用いられる。
【００３５】
コイル１１１は、キャパシタ１１０からのパルス電流波形を整形する。
【００３６】
切り替え部としてのサイリスタ１１２は、プロセッサ１０５からの制御信号に基づき、キャパシタ１１０に蓄電した電荷のフラッシュランプ１１６への供給を制御する。
【００３７】
イグナイタ回路１１３は、プロセッサ１０５からの制御信号に基づき、フラッシュランプ１１６に高電圧を印加し、導電路を形成させる。例えばイグナイタ回路１１３は、高電圧のＤＣ−ＤＣコンバータおよび電流制限抵抗から構成される。
【００３８】
シマー回路１１４は、フラッシュランプ１１６に形成された導電路を維持するためにフラッシュランプ１１６に一定の予備電流を流す回路である。例えばシマー回路１１４は、定電流回路と逆流防止用のダイオードから構成される。
【００３９】
切り替え部としてのリレー１１５は、イグナイタ回路１１３がフラッシュランプ１１６に高電圧を印加している間、サイリスタ１１２をフラッシュランプ１１６から遮断するための高電圧リレーである。リレー１１５を短絡させた状態でプロセッサ１０５がサイリスタ１１２に制御信号を送ることにより、キャパシタ１１０の電荷がフラッシュランプ１１６に供給されフラッシュランプ１１６が発光する。すなわち、リレー１１５は、キャパシタ１１０とフラッシュランプ１１６との電気的な接続を制御している。
【００４０】
フラッシュランプ１１６は、キャパシタ１１０から供給された電荷を励起光に変換し、励起光をレーザ媒質１１７に照射してレーザ媒質１１７を励起するための励起部である。
【００４１】
レーザ媒質１１７は、ＹＡＧ、チタンサファイア、アレキサンドライトなどの固体レーザ結晶である。レーザ媒質１１７は、フラッシュランプ１１６の近傍に配置されることが好ましい。
【００４２】
反射鏡１１８および出力鏡１２１によりファブリペロー共振器が構成されている。
【００４３】
波長切替機構１１９は、複数の波長の中から共振する波長を選択する機構である。例えば波長切替機構１１９は複屈折フィルタおよび駆動用モータから構成される。プロセッサ１０５からの制御信号に基づき、複屈折フィルタが動き複数の波長の中から共振する波長を一つ選択することができる。本実施例では二種類の波長から一つを選択した場合について説明する。以後の説明では二種類の波長のそれぞれを第一の波長、第二の波長と呼ぶ。
【００４４】
Ｑスイッチ１２０は、プロセッサ１０５からの制御信号に基づき、Ｑスイッチングを行う電気光学素子である。
【００４５】
波長センサ１２２は、波長切替機構１１９により選択されている波長を通知する信号をプロセッサ１０５、および電圧検出回路１０６に出力するものである。例えば波長センサ１２２は、波長切替機構１１９の位置が第一の波長に対応する位置のときにハイレベルの電圧を出力し、第二の波長に対応する位置のときにローレベルの電圧を出力するものとする。波長センサ１２２は、波長切替機構１１９に取り付けられている。
【００４６】
ビームスプリッタ１２３は、出力鏡１２１を介して出力されたレーザ光の一部を分岐し、光量計１２４に入射させるものである。大部分の光は直進し、シャッター１２５へ入射する。
【００４７】
光量計１２４は、パルスごとのレーザ光の光強度を測定し、測定結果をプロセッサ１０５に通知する回路である。本実施例において光量計１２４は、シャッター１２５を閉じた場合でもレーザ光の一部を検出できるように配置されている。例えば光量計１２４は、パイロエレクトリックセンサまたはフォトダイオードとアンプ回路で構成される。
【００４８】
遮光部としてのシャッター１２５は、プロセッサ１０５からの制御信号に基づき、レーザヘッド１０４の外部へのレーザ光の出射を制御する。シャッター１２５は、レーザ光の少なくとも一部を遮光可能なものを用いることができる。遮光の手段としては、吸収や反射などいかなるものであってもよい。
【００４９】
メモリ１２６は各種設定パラメータを格納する不揮発メモリである。例えば、各波長毎に予め測定されたキャパシタ１１０に蓄積された電荷量とパルスレーザの出射光の強度との対応関係がメモリ１２６に格納されている。また、これらの電荷量に対応する電源１０２が出力すべき電圧がメモリ１２６に格納されている。これにより、プロセッサ１０５は使用者が出射光の強度と波長を指定すると、メモリ１２６から電源１０２に設定すべき電圧を選択して設定することができる。なお、プロセッサ１０５が、ユーザにより指定された出射光の強度と波長の情報を用いて、理論式から設定すべき電圧や電荷量を算出してもよい。
【００５０】
スイッチ１２７はパルスレーザを始動する際に用いる鍵のついたスイッチである。
【００５１】
温度調節機構１２８は、レーザ媒質１１７近傍の温度を安定化させるための機構である。例えば、温度調節機構１２８は、レーザ媒質１１７およびフラッシュランプ１１６が格納された筺体に対し一定温度の水を循環させるポンプを備える。また、温度調節機構１２８は、一定温度の水を循環させるために内部にヒーター、冷却ファン、温度計、温度コントローラを備えている。そして温度コントローラは温度計で循環水の温度を測定し、ヒーターおよび冷却ファンにて水温を一定に保つ制御を行う。
【００５２】
図３は本実施例におけるパルスレーザの動作フローである。
【００５３】
使用者がスイッチ１２７の鍵を回し光源を始動させると、ステップＳ２０１においてプロセッサ１０５は使用者が設定した出射光の強度および波長を読み込み、電源１０２に対し電圧値を設定する。出射光の強度と電圧の関係はメモリ１２６に記録されているものとする。また、プロセッサ１０５は使用者の設定した波長に基づいて波長切替機構１１９に制御指令を送り、設定波長を出力するための複屈折フィルタを選択する。波長切替機構１１９の動作が完了すると波長センサ１２２からレーザコントローラ１０１に対し、選択されている波長を示す信号が出力される。また、ステップＳ２０１においてプロセッサ１０５は使用者が設定したパルス光の繰り返し回数を読み込み、内部に記憶しておく。
【００５４】
続いてステップＳ２０２においてプロセッサ１０５はシマー回路１１４に制御信号を送り、シマー回路１１４からのフラッシュランプ１１６へ電流出力を開始する。ただし、この段階ではフラッシュランプ１１６に導電路が形成されていないので、シマー電流はほとんど流れない。
【００５５】
続いてステップＳ２０３においてプロセッサ１０５はイグナイタ回路１１３に制御信号を送り、フラッシュランプ１１６へ高電圧を印加させる。これによりフラッシュランプ１１６が放電し、内部に導電路が形成され、シマー回路１１４から出力された電流がフラッシュランプ１１６に流れるようになる。
【００５６】
続いてステップＳ２０４にてプロセッサ１０５は放電回路１０９に制御信号を送り、放電回路１０９のリレーを開放させる。これによりキャパシタ１１０のプラス側端子とマイナス側端子が開放され、キャパシタ１１０に電荷を蓄積することができるようになる。
【００５７】
続いてステップＳ２０５にてプロセッサ１０５は電源１０２に制御信号を送り、電源１０２からキャパシタ１１０に一定の割合で電荷を供給させる。これにより、キャパシタ１１０に一定の割合で電荷が蓄積されキャパシタ１１０の端子電圧値が上昇していく。
【００５８】
ステップＳ２０６にてプロセッサ１０５は、電源１０２から出力されたキャパシタ１１０の端子電圧値を示す信号をもとに、キャパシタ１１０の端子電圧値が予めメモリ１２６に保存された範囲内であるか否かを判定する。なお、本実施例では、キャパシタ１１０の端子電圧値の上限のみをメモリ１２６に設定しているが、下限を設定してもよい。その場合、キャパシタ１１０の端子電圧値の上限と下限との間を所定の範囲内とする。なお、キャパシタ１１０の端子電圧値の上限は、電源１０２に設定された印加電圧であってもよい。また、プロセッサ１０５が設定された出射光の強度の上限からキャパシタ１１０の端子電圧値の上限を算出してもよい。
【００５９】
本実施例ではメモリ１２６に保存された閾値電圧とキャパシタ１１０の端子電圧値を比較し、キャパシタ１１０の端子電圧値が閾値電圧以下である場合にはステップＳ２０７に進む。キャパシタ１１０の端子電圧値が閾値以下である場合には、所定の範囲内の強度のレーザ光を出射することができる。
【００６０】
一方、キャパシタ１１０の端子電圧値が閾値よりも高い場合には、レーザヘッド１０４から出射される光の強度が所定の範囲外となる可能性がある。そのため、レーザ光の強度を制御するために、ステップＳ２１２に進む。なお、ステップＳ２１２の詳細については後述する。
【００６１】
前述したようにキャパシタ１１０の端子電圧値はキャパシタ１１０に蓄積された電荷量に比例する値である。そのため、ステップＳ２０６においてキャパシタ１１０の端子電圧値と閾値電圧とを比較することは、キャパシタ１１０に蓄積された電荷量とある閾値とを比較することと等価である。ステップＳ２０６で用いる閾値の詳細については後述する。
【００６２】
なお、この際に波長ごとに異なる閾値をメモリ１２６に保存しておき、設定された波長に応じて異なる閾値を用いることができる。これは、波長に応じてレーザヘッド１０４の発光効率が異なり、同じ強度のレーザ光を出射する場合でもキャパシタ１１０に蓄電すべき電荷量が異なることがあるためである。本実施形態において発光効率とは、キャパシタ１１０に蓄積された電荷量とレーザヘッド１０４からの出射光の強度との比のことを指す。
【００６３】
ステップＳ２０７ではプロセッサ１０５は、リレー１１５に制御信号を送り、コイル１１１とフラッシュランプ１１６の間を短絡させる。すなわち、リレー１１５はキャパシタ１１０とフラッシュランプ１１６とを電気的に接続させる。これにより、キャパシタ１１０からフラッシュランプ１１６に電荷を供給することが可能となる。
【００６４】
続いてステップＳ２０８にてプロセッサ１０５はシャッター１２５に制御信号を送り、シャッター１２５を開きレーザヘッド１０４から光を外部に出射させる。この際に最初の数パルスはシャッターを閉じておいてレーザ光の光強度を光量計１２４で測定する。プロセッサ１０５は光量計１２４の測定結果を読み出し、光強度がメモリ１２６に保存された所定の範囲内で安定していることを確認したのちにシャッター１２５を開く。なお、使用者または上位コントローラからの指定により、シャッター１２５を閉じておきレーザ光を発光させ光強度を確認するがレーザヘッド１０４の外部に出射させないこともできる。
【００６５】
続いてステップＳ２０９にてプロセッサ１０５はサイリスタ１１２に制御信号を送り、サイリスタをオンにする。これによりキャパシタ１１０からフラッシュランプ１１６までの間がコイル１１１を介して接続される。そして、キャパシタ１１０に蓄積された電荷がフラッシュランプ１１６へ供給され、フラッシュランプ１１６が発光する。なお、フラッシュランプ１１６からの励起光はレーザ媒質１１７に吸収され、レーザ媒質１１７が励起される。
【００６６】
続いてステップＳ２１０にてプロセッサ１０５は、レーザ媒質１１７が励起してから数１００マイクロ秒後（実質的にはフラッシュランプ１１６の発光から数１００マイクロ秒後）に不図示のＱスイッチドライバ回路に制御信号を送り、それまで損失の大きい状態であったＱスイッチ１２０を損失の小さい状態にする。これはＱスイッチ１２０の端子電圧値を高電圧から低電圧に変化させることにより行う。これにより急激なレーザ発振が起こり、ジャイアントパルスが出力鏡１２１から出力される。
【００６７】
続いて、ステップＳ２１１にてプロセッサ１０５は、ステップＳ２０１で設定された回数のレーザ発光が完了したか否かを判定する。完了した場合にはステップＳ２１３に進む。一方、完了しなかった場合にはステップＳ２０５に進み、再度キャパシタ１１０に電荷を蓄電する。
【００６８】
ステップＳ２１３ではプロセッサ１０５はシャッター１２５に制御信号を送り、シャッターを閉じる。
【００６９】
続いてステップＳ２１４ではプロセッサ１０５はリレー１１５に制御信号を送り、サイリスタ１１２とフラッシュランプ１１６を開放する。すなわち、リレー１１５はキャパシタ１１０とフラッシュランプ１１６とを電気的に非接続とする。これにより、キャパシタ１１０からフラッシュランプ１１６に電荷を供給できなくなる。
【００７０】
続いてステップＳ２１５ではプロセッサ１０５はシマー回路１１４に制御信号を送り、フラッシュランプ１１６への予備電流出力を停止させる。
【００７１】
続いてステップＳ２１６ではプロセッサ１０５は放電回路１０９に制御信号を送り、キャパシタ１１０の端子間を放電回路１０９内の電流制限抵抗を介して短絡させる。これにより、キャパシタ１１０に残っている電荷が放電される。
【００７２】
なお、Ｓ２１３〜Ｓ２１６の工程はどの順番で行われてもよい。
【００７３】
前述したように、キャパシタ１１０の電荷量が閾値より高い場合、すなわち、ステップＳ２０６にてキャパシタ１１０の端子電圧値が閾値より高いと判定された場合には、ステップＳ２１２に進む。ステップＳ２１２においてプロセッサ１０５は、レーザヘッド１０４から光が出射しないように以下に示す方法で各構成を制御する。
【００７４】
ステップＳ２１２においてプロセッサ１０５は、リレー１１５に制御信号を送り、サイリスタ１１２とフラッシュランプ１１６の間を開放させる。すなわち、リレー１１５は、キャパシタ１１０とフラッシュランプ１１６とを電気的に非接続とする。これにより、キャパシタ１１０に蓄積された電荷がフラッシュランプ１１６に供給できなくなる。
【００７５】
なお、本実施例においては切り替え部としてのリレー１１５が短絡と開放を行うことによってキャパシタ１１０からフラッシュランプ１１６への電荷の供給を制御したが、電荷の供給を制御できる限りこの方法に限らない。例えば、切り替え部としては半導体スイッチなどを用いることもできる。このような切り替え部によれば、キャパシタ１１０とフラッシュランプ１１６との電気的な接続を低抵抗で接続することと高抵抗で接続することとを切り替えることができる。そのため、キャパシタ１１０からフラッシュランプ１１６への電荷の供給のしやすさを制御することができるので、フラッシュランプ１１６に供給される電荷量を制御することができる。また、リレー１１５を制御する代わりにサイリスタ１１２の駆動信号をマスクし、サイリスタ１１２をオンしないようにすることもできる。
【００７６】
なお、本実施例ではフラッシュランプ１１６への電荷の供給を制御する素子としてサイリスタ１１２を用いる例を示したが、素子の種類はサイリスタに限定されるものではない。例えばＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴなど、プロセッサからオフ可能な素子を用い、ステップ２１２にてプロセッサ１０５からオフ信号を送信してもよい。
【００７７】
また、ステップＳ２１２においてプロセッサ１０５は、電荷量低減部としての放電回路１０９に制御信号を送り、キャパシタ１１０の端子間を放電回路１０９内の電流制限抵抗を介して短絡させる。すなわち、放電回路１０９は、キャパシタ１１０に蓄電されている電荷を低減させる。これにより、キャパシタ１１０に蓄電される電荷量が低下するので、フラッシュランプ１１６に供給することのできる電荷量を低減することができる。
【００７８】
また、ステップＳ２１２においてプロセッサ１０５は、電源１０２に制御信号を送り、電源１０２からキャパシタ１１０への電荷の供給を低減させる。なお、プロセッサ１０５は、電源１０２からキャパシタ１１０への電荷の供給を停止させることがより好ましい。これにより、キャパシタ１１０にさらなる電荷が蓄積することを抑制できる。そのため、放電回路１０９による電荷量の低減を効率よく行うことができる。
【００７９】
また、ステップＳ２１２においてプロセッサ１０５は、遮光部としてのシャッター１２５を閉じることにより、レーザヘッド１０４から出射する光を低減することができる。なお、シャッター１２５はレーザ媒質１１７から出射される光の少なくとも一部を遮光することができる限り、レーザヘッド１０４から出射される光を低減することができる。ただし、レーザ発振した光を光量計１２４で検出してレーザヘッド１０４から出射される光をモニタする場合、シャッター１２５は共振器の外部に設けられることが好ましい。すなわち、出力鏡１２１から出射された光の少なくとも一部を遮光することができるように配置することが好ましい。
【００８０】
なお、Ｓ２１２においてプロセッサ１０５は、レーザヘッド１０４から光が出射しないように上記したすべての制御を行わずに、一部の制御を行ってもよい。また、上記の制御に限らず、レーザヘッド１０４から光が出射しない限り、いかなる制御を行ってもよい。
【００８１】
ところで、連続的にフラッシュランプ１１６を発光させて連続的にレーザヘッド１０４からレーザ光を出射する場合には、フラッシュランプ１１６が発光した後にシャッター１２５を閉じてその光を遮光することは困難である。そのため、特許文献１のような方法では、レーザヘッド１０４の外部に不要な光が出射してしまう可能性ある。一方、本実施形態においては、プロセッサ１０５がキャパシタ１１０の端子電圧値に基づいて出射光の強度を制御することができる。この方法によれば、フラッシュランプ１１６を発光させる前にレーザヘッド１０４からの出射光の強度を推定することができるため、連続的にレーザ光を出射している場合にもレーザヘッド１０４から出射される光の強度を所定の範囲内とすることができる。なお、連続的にレーザ光を出射するとは、周期的にレーザ光の出射を繰り返すことも含む。例えば、１０Ｈｚ以上の繰り返し周波数でレーザ光を繰り返し出射することも連続的にレーザ光を出射することに含む。
【００８２】
また、ステップＳ２１２においてプロセッサ１０５は、出射光の強度が所定の範囲を超える可能性があることを示す情報を使用者に通知してもよい。例えば、プロセッサ１０５は、カラーランプを点灯させたり、出射光の強度が所定の範囲を超える可能性があることを不図示の表示部に表示させたりすることにより情報を通知することができる。また、プロセッサ１０５は、出射光の強度が所定の範囲を超える可能性があることを不図示のスピーカーに音を発生させることにより情報を通知することができる。なお、情報を使用者に通知できる限り、その方法はいかなるものであってもよい。また、プロセッサ１０５は、電荷量が閾値より低い場合も、出射光の強度が所定の範囲内であることを使用者に通知してよい。
【００８３】
なお、本実施例においては、Ｓ２１２において出射光の制御を行った後にパルスレーザの制御を終えているが、Ｓ２１２の後の制御はこれに限らない。例えば、Ｓ２１２において照射目的に適したキャパシタ１１０の電荷量となった場合、Ｓ２１２の後にＳ２０７に進み、光を出射する制御を行ってもよい。また、Ｓ２１２の後にＳ２０６に進み、再度閾値との比較を行った後に所定の範囲内の強度となった光を出射する制御を行ってもよい。
【００８４】
以上、本実施例におけるパルスレーザによれば、キャパシタ１１０の端子電圧値を監視することで、レーザヘッド１０４が不要な光を発することを抑制しつつ、レーザヘッド１０４から出射される光の強度を所定の範囲内に制御することができる。
【００８５】
以下、本実施例におけるパルスレーザを構成する要素について詳細に説明する。図４は電源１０２の内部の構造を示すブロック図である。
【００８６】
ＡＣ−ＤＣコンバータ３０２は、商用電源３０１からのＡＣ２００Ｖを直流に変換する。インバータ３０３は直流を交流に変換する。トランス３０４はインバータ３０３からの電圧を昇圧する。電源コントローラ３０５は、インバータ３０３内の不図示のＦＥＴをオンオフし、インバータ出力のＤＵＴＹ比を制御することで一定の電流をＰＦＮ１０３に出力させる。分圧抵抗３０６は、トランス３０４で昇圧された電圧を分圧し、電源コントローラ３０５にフィードバックする。
【００８７】
次に、ステップＳ２０６で用いるキャパシタ１１０の端子電圧値に対する閾値電圧について詳しく説明する。
【００８８】
本実施形態においては、抵抗値がＲの分圧抵抗３０６により検出される電圧Ｖｍは端子電圧値の１／Ｒ倍になり、Ｖｍ＝Ｖｃ／Ｒになるものとする。また、電源１０２とプロセッサ１０５の間のインタフェースや増幅回路などにより、プロセッサ１０５から見た電圧はＶｍのＮｃ倍になるものとする。
【００８９】
また、レーザヘッド１０４から出射される光の最大許容強度をＥｍａｘ、第一の波長のときの発光効率をＥｆ１、第二の波長のときの発光効率をＥｆ２とする。このとき、第一の波長における閾値電圧Ｖ１および第二の波長における閾値電圧Ｖ２はそれぞれ以下の式で与えられる。
【００９０】
【数１】
2015029086.tif 000003
【００９１】
【数２】
2015029086.tif 000004
【００９２】
例えば、前述したように最大許容強度Ｅｍａｘは、ＭＰＥに基づいて決定することができる。上記電圧Ｖ１とＶ２をプロセッサ１０５に内蔵されたＡＤコンバータでデジタル化してメモリ１２６に保存しておく。そしてＳ２０６においてプロセッサ１０５は、選択している波長が第一の波長であるときにはＶ１を、第二の波長であるときにはＶ２を閾値として使用する。
【００９３】
なお、ステップＳ２０６においてプロセッサ１０５が行ったキャパシタ１１０の端子電圧値と閾値電圧との比較を、電圧検出回路１０６のような別のハードウェアによって実現することもできる。
【００９４】
図５を用いて、電圧検出回路１０６の動作について説明する。
【００９５】
図５（ａ）は電圧検出回路１０６の内部ブロック図、図５（ｂ）は電圧検出回路１０６の動作を説明するための波形の一例を示す図である。
【００９６】
図５（ａ）において、バッファ・増幅回路４０１は、電源１０２から出力されたキャパシタ１１０の端子電圧値を示す信号を受けて電圧レベルを調整する回路である。例えばバッファ・増幅回路４０１は、オペアンプによるボルテージフォロワ回路、増幅回路、ローパスフィルタ回路などで構成される。バッファ・増幅回路４０１からの出力信号の電圧をチャージ電圧４０７と呼ぶ。チャージ電圧４０７はキャパシタ１１０の電荷量を示す電圧である。
【００９７】
可変抵抗回路４０２は、第一の波長でレーザ光を発振させる際の閾値を設定するための回路である。可変抵抗回路４０２の出力は第一の波長で所定の範囲内の強度のレーザ光を出力するためにキャパシタ１１０に蓄電可能な最大電荷量を示すアナログ信号である。
【００９８】
可変抵抗回路４０３は、第二の波長でレーザ光を発振させる際の閾値を設定するための可変抵抗回路である。可変抵抗回路４０３の出力は第二の波長で所定の範囲内の強度のレーザ光を出力するためにキャパシタ１１０に蓄電可能な最大電荷量を示すアナログ信号である。
【００９９】
選択回路４０４は、可変抵抗回路４０２および可変抵抗回路４０３からの出力電圧のうち、波長センサ１２２の値に応じて対応する可変抵抗回路からの出力電圧を選択し出力する回路である。例えば選択回路４０４はアナログマルチプレクサで構成される。選択回路４０４により波長センサ１２２が第一の波長を示しているときには可変抵抗回路４０２の出力電圧が選択される。選択回路４０４により波長センサ１２２が第二の波長を示しているときには可変抵抗回路４０３の出力電圧が選択される。選択回路４０４から出力された信号の示す電圧を閾値電圧とする。なお、選択回路４０４は波長センサ１２２からの信号ではなく、プロセッサ１０５から波長切替機構１１９への制御信号を用いて閾値電圧を選択してもよい。
【０１００】
比較回路４０５はチャージ電圧と閾値電圧を比較し、チャージ電圧が閾値電圧を超えた場合にローレベルの電圧を出力し、チャージ電圧が閾値電圧以下の場合にハイレベルの電圧を出力する回路である。比較回路４０５からの出力信号を遮断信号４０８と呼ぶ。遮断信号４０８はマスク回路１０８に入力される。
【０１０１】
電圧検出回路１０６からの遮断信号がローレベルのときには、マスク回路１０８は、レーザヘッド１０４から出射される光の強度が所定の範囲内となるようにフラッシュランプ１１６またはシャッター１２５の駆動を制御する（ステップＳ２１２）。この場合、マスク回路１０８は、先に説明したステップＳ２１２でプロセッサ１０５が行った制御と同様の制御を行う。
【０１０２】
一方、電圧検出回路１０６からの遮断信号がハイレベルのときには、マスク回路１０８は、プロセッサ１０５にステップＳ２０７に進むことを示す信号を出力し、ステップＳ２０７に進む。
【０１０３】
なお、ステップＳ２０６は、プロセッサ１０５およびマスク回路１０８の一方、あるいは両方によって行われることができる。
【０１０４】
図５（ｂ）は、パルスレーザが動作中のチャージ電圧および遮断信号の電圧波形を示す図である。横軸は時間であり、縦軸は電圧である。また、見やすくするためにチャージ電圧と遮断信号の電圧の縦軸はずらしてある。
【０１０５】
時刻ｔ４０９にプロセッサ１０５が電源１０２に蓄電の開始を示す制御信号を出力すると、時刻ｔ４０９からチャージ電圧４０７が上昇し始める（ステップＳ２０５）。この割合は、電源１０２の出力電流に比例する。本実施例では電源１０２は定電流源であるため、一定の割合でチャージ電圧４０７が上昇する。すなわち、キャパシタ１１０に電源１０２から一定の割合で電荷が供給されていく。
【０１０６】
そして、チャージ電圧４０７が設定した電圧に達したところで、電源１０２はキャパシタ１１０への電荷の供給を停止するとともに、蓄電の完了を示す信号をプロセッサ１０５に送信する。これを受けてプロセッサ１０５は蓄電の開始を示す制御信号を停止する。ここでは、時刻ｔ４１０にチャージ電圧４０７が設定した電圧に達したため、チャージ電圧４０７の上昇は止められた。
【０１０７】
続いて時刻ｔ４１１にプロセッサ１０５がサイリスタ１１２をオンすると、時刻ｔ４１１において、キャパシタ１１０の電荷がフラッシュランプ１１６に流れチャージ電圧４０７が低下する（ステップＳ２０９）。
【０１０８】
時刻ｔ４０９から時刻ｔ４１１までがキャパシタ１１０の充放電サイクルであり、これを一定周期で繰り返しパルス光を発光させる。時刻ｔ４１１では、チャージ電圧４０７が閾値電圧４０６を超えていないので、レーザヘッド１０４から所定の範囲内の強度の光が出射される。このとき、比較回路４０５は、ハイレベルの遮断信号４０８をマスク回路１０８に出力している。
【０１０９】
次にステップＳ２０５において再度プロセッサ１０５が電源１０２に蓄電の開始を示す制御信号を出力すると、時刻ｔ４１２においてチャージ電圧が一定の割合で上昇し始める。そして、時刻ｔ４１３において何らかの原因によりチャージ電圧４０７が閾値電圧４０６を超えた場合、比較回路４０５がローレベルの遮断信号４０８をマスク回路１０８に出力する。そして、ローレベルの遮断信号４０８を受けたマスク回路１０８は、レーザヘッド１０４から出射される光の強度が所定の範囲内となるようにフラッシュランプ１１６またはシャッター１２５の駆動を制御する（ステップＳ２１２）。本実施例では、Ｓ２１２において放電回路１０９がキャパシタ１１０に蓄積された電荷量を低減させるので、チャージ電圧４０７は低下する。
【０１１０】
続いて、電圧検出回路１０６で用いられる閾値について説明する。電圧検出回路１０６の第一の波長における閾値電圧をＶ３、第二の波長における閾値電圧をＶ４とする。また、バッファ・増幅回路４０１によりチャージ電圧４０７が電源１０２から出力された端子電圧値を示す信号のＮｅ倍になるとする。この場合、Ｖ３、Ｖ４はＶ１、Ｖ２の場合と同様に以下の式で与えられる。
【０１１１】
【数３】
2015029086.tif 000005
【０１１２】
【数４】
2015029086.tif 000006
【０１１３】
可変抵抗回路４０２の出力電圧がＶ３、可変抵抗回路４０３の出力電圧がＶ４になるように予め可変抵抗を調整しておく。そして、選択回路４０４と比較回路４０５により、波長センサ１２２が第一の波長を示しているときにはＶ３、第二の波長を示しているときにはＶ４を使用して比較を行うことができる。
【０１１４】
なお、本実施例では、キャパシタ１１０の端子電圧値を監視して、キャパシタ１１０に蓄積された電荷量を監視するための機能を複数の構成で実現してもよい。この場合、複数の構成を総称してエネルギー監視部とする。すなわち、本実施例においては、電源１０２および電圧検出回路１０６を総称してエネルギー監視部とすることができる。
【実施例２】
【０１１５】
次に、実施例２におけるパルスレーザについて説明する。図６に示す実施例２におけるパルスレーザは、時間監視部としての時間検出回路１０７を有する点で図１に示す実施例１におけるパルスレーザと異なる。なお、実施例１で説明した構成と同じ構成については同じ符号を付して詳細な説明は省略する。
【０１１６】
実施例２におけるパルスレーザは、実施例１で監視したキャパシタ１１０の端子電圧値に加えて、キャパシタ１１０に電荷を供給する時間を監視し、その監視結果に基づいてキャパシタ１１０に蓄積された電荷量を推定する。続いて、実施例２におけるパルスレーザは、キャパシタ１１０の端子電圧値と電荷の供給時間との両方の指標に基づいてレーザ光の出射を制御する。
【０１１７】
電源１０２がキャパシタ１１０に供給する電流をＩＣ、電荷を供給する時間をＴＣとすると、キャパシタ１１０に蓄電される電荷量ＱＣは式（６）で表すことができる。
【０１１８】
【数５】
2015029086.tif 000007
【０１１９】
この式より、キャパシタ１１０に供給する電流ＩＣと電流を出力する時間ＴＣとに基づいて、キャパシタ１１０に蓄電される電荷量ＱＣを監視することができることが理解される。なお、定電流源としての電源１０２によってキャパシタ１１０に一定の電流を供給する場合には、キャパシタ１１０に電荷を供給する時間に基づいてキャパシタ１１０に蓄電される電荷量を監視することができる。また、キャパシタ１１０に供給される電流を一定とみなして、キャパシタ１１０に電荷を供給する時間に基づいてキャパシタ１１０に蓄電される電荷量を監視してもよい。
【０１２０】
ところで、前述したようにキャパシタ１１０に蓄積された電荷量ＱＣとレーザヘッド１０４から出射される光の強度との関係は推定することができる。そのため、キャパシタ１１０のキャパシタ１１０に出力する電流ＩＣと電流を出力する時間ＴＣを監視することにより、レーザヘッド１０４から出射される光の強度を推定することができる。本実施例におけるパルスレーザは以上の着想に基づきなされたものである。
【０１２１】
本実施例では、時間検出回路１０７がキャパシタ１１０に電荷を供給する時間を監視する。前述したように、キャパシタ１１０に電荷を供給する時間を監視することはキャパシタ１１０に蓄積された電荷量を監視することと実質的に等価である。そのため、本実施例において時間検出回路１０７はエネルギー監視部といえる。
【０１２２】
図７を用いて時間検出回路１０７の動作について説明する。時間検出回路１０７は、電圧検出回路１０６とは異なる方法でキャパシタ１１０の電荷量を監視する手段の一例である。
【０１２３】
図７（ａ）は時間検出回路１０７の内部ブロック図、図７（ｂ）は時間検出回路１０７の動作を説明するための波形である。また、図７（ｃ）は時間検出回路１０７の構成要素である時間電圧変換回路５０５の内部のブロック図である。
【０１２４】
図７（ａ）において、パルス形成回路５０１は、電源１０２がキャパシタ１１０に蓄電を行っている期間にハイレベルになり、蓄電を行っていない期間にはローレベルになる信号５１９を出力する。例えばパルス形成回路５０１は、プロセッサ１０５が電源１０２に蓄電の開始を示す制御信号と、電源１０２からの蓄電の完了を示す信号を取得し、ローパスフィルタ回路およびＡＮＤ回路で蓄電を行った期間のみハイレベルになる信号を生成する。パルス形成回路５０１の出力信号は時間電圧変換回路５０５に入力される。
【０１２５】
可変抵抗回路５０２、可変抵抗回路５０３、選択回路５０４は、それぞれ図５に示す可変抵抗回路４０２、可変抵抗回路４０３、選択回路４０４と同様の構成である。また、選択回路５０４は閾値電圧５０９を出力する回路である。ただし、設定される閾値電圧は図５の例とは異なる。
【０１２６】
時間電圧変換回路５０５は、パルス形成回路５０１からの信号５１９がハイレベルになっている時間を示すアナログ電圧を出力する回路である。この時間電圧変換回路５０５から出力されるアナログ電圧を時間変換電圧５０８と呼ぶ。例えば時間電圧変換回路５０５は、基準電圧生成回路、オペアンプおよびキャパシタによる積分回路、リセット回路などからなる。時間電圧変換回路５０５は、パルス形成回路５０１からの出力信号がハイレベルのときには基準電圧源からの電圧パルスを積分し、時間を示す時間変換電圧５０８を出力する。また、時間電圧変換回路５０５は、プロセッサ１０５が蓄電の開始を示す信号を停止したときにリセット回路が働き、積分されていた電圧をリセットする。このように時間電圧変換回路５０５によって、キャパシタ１１０に電荷が供給された時間を監視することができる。
【０１２７】
比較回路５０６は時間変換電圧５０８と閾値電圧５０９を比較し、時間変換電圧５０８が閾値電圧５０９を超えた場合にローレベルの電圧を出力し、時間変換電圧５０８が閾値電圧以下の場合にハイレベルの電圧を出力する回路である。比較回路５０６からの出力信号は記憶回路５０７へ入力される。
【０１２８】
記憶回路５０７は、比較回路５０６からの出力信号が一度もローレベルになっていない時にはハイレベルの電圧を出力し、一度でもローレベルになったときにはローレベルの電圧の出力を維持する回路である。記憶回路５０７はスイッチ１２７の鍵を回した状態で動作する。例えば記憶回路５０７がローレベルの電圧の出力を維持することとなった場合にはスイッチ１２７の鍵を戻すことにより記憶された状態をクリアすることができる。記憶回路５０７からの出力する電圧を遮断信号５１０と呼ぶ。また遮断信号５１０はマスク回路１０８に入力される。
【０１２９】
マスク回路１０８は、記憶回路５０７からの遮断信号５１０がローレベルである場合、すなわちキャパシタ１１０に電荷が供給された時間が第二の閾値を超えた場合、レーザヘッド１０４から光が出射しないように前述したＳ２１２でプロセッサ１０５が行った制御と同様に各構成を制御する。一方、マスク回路１０８は、記憶回路５０７からの遮断信号５１０がハイレベルである場合、すなわちキャパシタ１１０に電荷が供給された時間が第二の閾値以下である場合、レーザヘッド１０４から光を出射するように各構成を制御する。
【０１３０】
以上、実施例２におけるパルスレーザによれば、キャパシタ１１０に電荷が供給される時間を監視することで、レーザヘッド１０４が不要な光を発することを抑制することができる。
【０１３１】
図７（ｂ）は、パルスレーザが動作中の遮断信号５１０、時間変換電圧５０８の電圧波形を示す図である。横軸は時間であり、縦軸は電圧である。また見やすくするために各信号電圧の縦軸はずらしてある。
【０１３２】
時刻ｔ５１１にプロセッサ１０５が電源１０２に蓄電の開始を示す制御信号を出力すると、時刻ｔ５１１から電源１０２からキャパシタ１１０への電荷の供給が開始する（ステップＳ２０５）。このとき、パルス形成回路５０１は時間電圧変換回路５０５にハイレベルの出力信号を出力し、時間電圧変換回路５０５が基準電圧を積分するため、時間変換電圧５０８は一定の割合で上昇する。そして、時間変換電圧５０８が設定した蓄電時間を示す電圧に達するまで蓄電は続けられる。
【０１３３】
続いて時刻ｔ５１２に、時間変換電圧５０８が設定した蓄電時間を示す電圧に達したため、電源１０２からキャパシタ１１０への電荷の供給は停止された。時刻ｔ５１３にプロセッサ１０５が蓄電の開始を示す制御信号を停止すると時間電圧変換回路５０５内のリセット回路が働き、積分されていた電圧をリセットする。続いてステップＳ２０９において、プロセッサ１０５がサイリスタ１１２をオンすると、時刻ｔ５１４において、キャパシタ１１０の電荷がフラッシュランプ１１６にキャパシタ１１０の電荷量が減少する。
【０１３４】
時刻ｔ５１１から時刻ｔ５１４までがキャパシタ１１０の充放電サイクルであり、これを一定の周期で繰り返しパルス光を発光させる。時刻ｔ５１３において、時間変換電圧５０８が閾値電圧５０９を超えていないので、時刻ｔ５１４においてレーザヘッド１０４からは所定の範囲内の強度の光が出射される。時刻ｔ５１１から時刻ｔ５１４までのサイクルでは時間変換電圧５０８が閾値電圧５０９を超えていないので、遮断信号５１０はハイレベルのままである。
【０１３５】
次に時刻ｔ５１５に、再度プロセッサ１０５が電源１０２に蓄電の開始を示す制御信号を出力すると、時間変換電圧が一定の割合で上昇し始める。
【０１３６】
このとき、何らかの原因でキャパシタ１１０の蓄電時間が長くなった場合には、時間変換電圧５０８が閾値電圧５０９を上回ってしまう可能性がある。例えば時刻ｔ５１６では、時間変換電圧５０８が閾値電圧５０９を超えているため、比較回路５０６の出力がローレベルになり、その状態が記憶回路５０７に記憶される。その結果、ローレベルの遮断信号５１０がマスク回路１０８に出力される。
【０１３７】
マスク回路１０８はローレベルの遮断信号５１０を受けて、レーザヘッド１０４から光が出射されないように各構成を制御する（ステップＳ２１４）。なお、マスク回路１０８は、レーザヘッド１０４から出射される光の強度が所定の範囲内となるようにフラッシュランプ１１６またはシャッター１２５の駆動を制御した後に光を出射させてもよい。本実施例ではＳ２１２において電源１０２からキャパシタ１１０への電荷の供給を停止するため、時間変換電圧５０８はリセットされる。
【０１３８】
一方、時間変換電圧５０８が閾値電圧５０９を上回ったことは記憶回路５０７によって保持されており、遮断信号５１０はローレベルのまま保持される。
【０１３９】
次に、時間電圧変換回路５０５の内部の詳細を、図７（ｃ）を用いて説明する。
【０１４０】
時間電圧変換回路５０５は、基準電圧生成回路５１１、アナログマルチプレクサ５１２、抵抗５１３、キャパシタ５１４、オペアンプ５１５、電流制限抵抗５１６、ノーマリオープン型の半導体スイッチ５１７、インバータ回路５１８から構成されている。
【０１４１】
基準電圧生成回路５１１は一定電圧Ｖｉを出力する。アナログマルチプレクサ５１２は、パルス形成回路５０１からの信号５１９がローレベルのときには基準電圧生成回路５１１の電圧Ｖｉを選択し、ハイレベルのときには０Ｖを選択して出力する回路である。
【０１４２】
オペアンプ５１５の反転入力端子にはアナログマルチプレクサ５１２の出力が抵抗５１３を介して接続される。オペアンプ５１５の非反転入力端子には基準電圧生成回路５１１の出力が接続される。
【０１４３】
電源１０２からキャパシタ１１０に電荷が供給されるときには、インバータ回路５１８により半導体スイッチ５１７の制御端子にはローレベルが入力され、半導体スイッチ５１７は開放される。半導体スイッチ５１７が開放され、かつ信号５１９がハイレベルのときはキャパシタ５１４への電荷供給が起こり、時間変換電圧５０８が一定の割合で上昇する（時刻ｔ５１１−５１２）。
【０１４４】
一方、半導体スイッチ５１７が開放され、かつ信号５１９がローレベルのときはキャパシタ５１４への電荷供給が止まり、時間変換電圧５０８が上昇しない（時刻ｔ５１２−時刻ｔ５１３）。
【０１４５】
また、電源１０２からキャパシタ１１０への電荷の供給を停止したときには、インバータ回路５１８により半導体スイッチ５１７の制御端子にはハイレベルが入力され、半導体スイッチ５１７は短絡される。このときにはキャパシタ５１４の両端が短絡され電荷がリセットされる（時刻ｔ５１３−時刻ｔ５１５）。
【０１４６】
次に、時間検出回路１０７で用いる閾値電圧について説明する。
【０１４７】
本実施例において電源１０２は定電流制御を行っているため、Ｑｃ＝ＩｃＴｃとなる。そのため、第一の波長における蓄電時間の閾値Ｔ５および第二の波長における蓄電時間の閾値Ｔ６は以下の式で与えられる。
【０１４８】
【数６】
2015029086.tif 000008
【０１４９】
【数７】
2015029086.tif 000009
【０１５０】
続いて、時間電圧変換回路５０５の積分回路の基準電圧生成回路５１１の電圧をＶｉ、抵抗５１３の抵抗値をＲｉ、キャパシタ５１４の容量をＣｉとすると、第一の波長における閾値電圧Ｖ５とおよび第二の波長における閾値電圧Ｖ６は、次の式で与えられる。ただし、ＲｉとＣｉは下記のＶ５、Ｖ６の値が飽和しないような大きな値を用いる。
【０１５１】
【数８】
2015029086.tif 000010
【０１５２】
【数９】
2015029086.tif 000011
【０１５３】
本実施例においては、可変抵抗回路５０２の出力電圧がＶ５、可変抵抗回路５０３の出力電圧がＶ６になるように予め可変抵抗を調整しておく。そして、選択回路５０４と比較回路５０６により、波長センサ１２２が第一の波長を示しているときにはＶ５、第二の波長を示しているときにはＶ６を用いて閾値比較を行う。
【０１５４】
なお、実施例２では時間検出回路１０７の時間検出方法としてキャパシタ１１０への蓄電時間をアナログ電圧に変換する回路の例を用いて説明したが、時間検出の回路構成はこれに限定されるものではない。例えば、基準クロックおよびカウンタ回路を用いて、パルス形成回路の出力がハイレベルの間の時間を計数する構成であってもよい。また、デジタル回路で実装する際にはパルス形成回路、カウンタ回路、比較回路、記憶回路などを一つのＦＰＧＡで構成してもよい。また、ＣＰＵなどのプロセッサにより、キャパシタ１１０への蓄電時間を監視してもよい。
【０１５５】
また、実施例２では時間検出回路１０７の閾値の調整は可変抵抗で行う例を用いて説明したが。閾値調整方法はこれに限定されるものではない。例えばメモリ１２６内部に閾値を予め書き込んでおき、メモリ１２６に保存された閾値電圧をＤＡコンバータなどで生成してもよい。
【０１５６】
実施例２では時間検出回路１０７は電源１０２が定電流制御を行っていることを前提として、蓄電時間に基づいてキャパシタ１１０に供給された電荷量を測定した。なお、電源１０２が定電流制御を行っていない場合には、キャパシタ１１０へ出力する電流値と蓄電時間の両方を測定し、それらの電流値の時間積分値を所定の閾値と比較して遮断信号を生成してもよい。電流の測定方法の例としては電流センサで測定する方法や抵抗に蓄電電流を流し両端の電圧を測定する方法などがある。これらの電流を測定する方法に用いられる部材が電流監視部に相当する。また、検出された電流値と蓄電時間とに基づいた時間積分値は、キャパシタ１１０に供給された供給電荷量に相当する。この供給電荷量に相当する時間積分値は、電荷量算出部としてのプロセッサ１０５や時間検出回路１０７などで算出されることができる。
【０１５７】
また、実施例２ではプロセッサ１０５、電圧検出回路１０６、時間検出回路１０７による３つの機構がそれぞれ独立して電荷量を推定できる指標と閾値との比較を行っていたが、全ての機構を使用しなくてもよい。電荷量と閾値との比較には、これらの一部を使用することも可能である。ただし、前述したように電荷量を推し量ることのできる複数の指標を監視し、所望の条件を満たさない指標が１つでもある場合は、レーザ光を出射しないという制御をおこなうことが望ましい。すなわち、マスク回路１０８は、キャパシタ１１０の端子電圧値が第１の閾値よりも大きいまたはキャパシタ１１０に電荷が供給される蓄電時間が第２の閾値よりも大きいときに、レーザヘッド１０４からレーザ光が出射しないように制御することが望ましい。一方、マスク回路１０８は、キャパシタ１１０の端子電圧値が第１の閾値よりも小さいかつキャパシタ１１０に電荷が供給される蓄電時間が第２の閾値よりも小さいときに、レーザヘッド１０４からレーザ光が出射するように制御することが望ましい。
【０１５８】
また、キャパシタ１１０に電荷が供給された時間を監視して、キャパシタ１１０に蓄積された電荷量を監視するための機能を複数の構成で実現してもよい。この場合、複数の構成を総称してエネルギー監視部とする。
【０１５９】
なお、実施例１及び実施例２では電源１０２の中でモニタ信号、出力完了信号などのインタフェースを備えていたが、これらのインタフェースを持たない場合にも、ＰＦＮ１０３で分圧抵抗などの仕組みを備えることにより本発明を適用する事が可能である。
【０１６０】
また、実施例１および実施例２では２種類の波長について説明したが、波長の数は２種類に限らない。本発明は、３種類以上の波長の光を出射するパルスレーザにも適用することができる。また、本発明はある波長範囲を連続的に設定可能な波長可変パルスレーザにも、各波長において適切に閾値を設定することで適用することができる。
【実施例３】
【０１６１】
実施例３では、実施例２で説明したパルスレーザを適用した光音響装置について説明する。
【０１６２】
図８は本実施例における光音響装置のブロック図である。
【０１６３】
本実施例における光音響装置は、レーザコントローラ６０１、電源６０２、ＰＦＮ６０３、レーザヘッド６０４、温度調節機構６０５、光学系６０７、探触子６１０、信号処理部６１１、コントローラ６１２、ユーザインタフェース６１３、ディスプレイ６１４から構成される。なお、レーザコントローラ６０１、電源６０２、ＰＦＮ６０３、レーザヘッド６０４、温度調節機構６０５はそれぞれ実施例２で説明したレーザコントローラ１０１、電源１０２、ＰＦＮ１０３、レーザヘッド１０４、温度調節機構１２８と同様であるので説明を省略する。
【０１６４】
被検体６０６は光音響装置の測定対象である。例えば被検体６０６は被験者の体の一部である。本実施例では乳房を被検体６０６として説明する。被検体６０６は不図示の保持機構によって撮影前に光を照射可能な位置にセットされる。
【０１６５】
光学系６０７は被検体６０６の測定部位にパルス光を照射するための光学系である。例えば光学系６０７は、レーザ光学系からの出射光を所定の倍率で拡大し、照射光の密度および照射領域を調整するための光学系から構成されている。レーザヘッド６０４から光学系６０７までの光の伝送はバンドルファイバーまたは空間伝送にて行われる。
【０１６６】
光吸収体６０８は被検体内部に存在する相対的に光吸収の大きな部位を表したものであり、例えば乳がんに起因する新生血管がこれにあたる。光吸収体６０８にパルス光が照射されると、光音響効果により光音響波６０９が生じる。
【０１６７】
探触子６１０は光音響波６０９を受信するための振動子を備えている。この振動子はＰＺＴ、ＣＭＵＴなどのセンサ素子をアレイ状に並べたものであり、光音響波６０９を電気信号に変換する。本実施例ではこの電気信号を光音響信号と呼ぶ。
【０１６８】
信号処理部６１１は探触子６１０からの光音響信号に信号処理を施す回路であり。例えば信号処理部６１１は、プリアンプ、Ａ／Ｄコンバータ、受信メモリ、ＦＰＧＡから構成される。信号処理部６１１において光音響信号はプリアンプで増幅され、Ａ／Ｄコンバータにてデジタル値に変換され、ＦＰＧＡへ入力される。ＦＰＧＡではノイズ除去処理や整相加算などの信号処理を行う。信号処理部６１１で信号処理を施された光音響信号は信号処理部６１１内部のメモリに保存される。本実施例ではメモリに保存されたデータを光音響信号データと呼ぶ。信号処理部６１１は、光音響信号データに基づいて被検体６０６の情報を取得する。本実施例において被検体６０６の情報としては、光音響波の初期音圧、光エネルギー吸収密度、吸収係数、および被検体６０６を構成する物質の濃度などがある。ここで、物質の濃度とは、酸素飽和度、オキシヘモグロビン濃度、デオキシヘモグロビン濃度、および総ヘモグロビン濃度などである。総ヘモグロビン濃度とは、オキシヘモグロビン濃度およびデオキシヘモグロビン濃度の和である。また、本実施例において被検体６０６の情報は、数値データとしてではなく、被検体内の各位置の分布情報であってもよい。すなわち、吸収係数分布や酸素飽和度分布などの分布情報を被検体６０６の情報としてもよい。
【０１６９】
コントローラ６１２は光音響装置の全体の動作を制御するコントローラであり、パソコン、ＧＰＵなどの画像処理回路などで構成される。画像処理回路では、光音響信号データを読み出して画像再構成処理を行い、被検体６０６のパルス光に対する吸収係数分布を示す画像を生成しディスプレイ６１４へ表示させる。
【０１７０】
ユーザインタフェース６１３は、使用者が光音響装置の動作条件の設定や動作開始指示を行うためのユーザインタフェースであり、キーボード、マウス、ボタンスイッチなどで構成される。動作条件としては、被検体６０６の測定範囲や光音響信号の測定時間などがある。また、動作指示としては被検体６０６の撮影開始および撮影中断などがある。
【０１７１】
ディスプレイ６１４は使用者に診断画像を表示したり、光音響装置の状態を通知したりするためのディスプレイである。
【０１７２】
コントローラ６１２はレーザコントローラ６０１と通信ケーブル６１５を用いて接続されており、レーザの照射パラメータの設定や、照射指示、状態のモニタリングを行うことができる。照射パラメータとしては被検体６０６に照射するレーザ光のパルス数、出射光の強度、波長などがある。使用者はユーザインタフェース６１３を介して照射パラメータを設定する事ができる。また、照射指示の内容としては暖気の開始やレーザ照射の開始などがあり、使用者はユーザインタフェースを介してこれらのパルスレーザの動作を制御することが出来る。また、状態のモニタリングとしては、光量計１２４により測定されたパルスごとの光強度の値を通信ケーブル６１５経由でコントローラ６１２に伝送し、信号の補正に利用することができる。また、プロセッサ１０５、電圧検出回路１０６、時間検出回路１０７の状態をコントローラ６１２に伝送し、ディスプレイ６１４に表示させることができる。
【０１７３】
図９は本実施例における光音響装置の動作フローを示すフローチャートである。
【０１７４】
ステップＳ７０１においてレーザコントローラ６０１に対して暖気を開始させる。暖気の際にはレーザコントローラ６０１は温度調節機構６０５を駆動し、レーザヘッド６０４の温度を安定させる。
【０１７５】
ステップＳ７０３において使用者がユーザインタフェース６１３を通じて撮影パラメータを設定し、照射開始指示を行うのを待つ。
【０１７６】
続いてステップＳ７０４にてコントローラ６１２は撮影パラメータを読み取り内部のメモリに保存する。撮影パラメータとしては、被検体６０６におけるレーザ光を照射する範囲や、照射するレーザ光の波長のリストが挙げられる。本実施例では照射する波長として、７５６ｎｍと７９７ｎｍの２つの波長でおのおの１００パルスずつ照射するものとする。本実施例では７５６ｎｍを第一の波長、７９７ｎｍを第二の波長とする。
【０１７７】
続いてステップＳ７０５においてコントローラ６１２は撮影パラメータのうちの光源にかかわる照射パラメータをレーザコントローラ６０１に送信する。１回目にレーザコントローラ６０１に送信される照射パラメータとしては波長７５６ｎｍ、照射回数１００パルスとする。
【０１７８】
続いてステップＳ７０６において、コントローラ６１２は、レーザコントローラ６０１に対しレーザ光の照射を開始するように指示を行う。これにより、図３のステップＳ２０１からステップＳ２１１までの手順により７５６ｎｍのパルス光が１００回、被検体６０６に照射される。ステップＳ７０６の工程において電源変動等によりキャパシタ１１０に蓄積された電荷量が所定の範囲内である場合はステップＳ７１０に進み、所定の範囲外である場合はステップＳ７１３に進む。
【０１７９】
なお本実施例においては、出射光の強度がＭＰＥを超えないように電荷量の閾値を設定されている。これにより、光音響装置においてＭＰＥを超える光が被検体に照射される可能性があるときに、パルスレーザから光を出射しないように制御することが望ましい。また、このとき、パルスレーザから出射される光の強度がＭＰＥ以下となるように光音響装置を制御することができる。さらに、出射光の強度の閾値をＭＰＥよりも低い値としてもよい。例えば、出射光の強度がＭＰＥの半分以下となるように電荷量の閾値を設定することが好ましい。
【０１８０】
ステップＳ７１０において信号処理部６１１はパルス光の照射ごとに発生する光音響波６０９を探触子で受信して得た光音響信号に対し、増幅、Ａ／Ｄ変換およびノイズ除去などの信号処理を行った後に内部のメモリに保存し、ステップＳ７１１に進む。
【０１８１】
ステップＳ７１１において、コントローラ６１２は指定された全撮影パラメータでの光音響信号の取得が完了しているか否かを判定する。完了していない場合にはステップＳ７０５に戻り、次の照射パラメータをレーザコントローラ６０１に対して指定する。本実施例では１回目は波長７５６ｎｍでの照射を行ったが、まだ波長７９７ｎｍでの照射を行っていないのでステップＳ７０５に戻り、波長７９７ｎｍで照射回数を１００回と設定する。７５６ｎｍと７９７ｎｍの両方の波長での光音響信号取得が終わった後にはステップＳ７１２に進む。
【０１８２】
ステップＳ７１２においてコントローラ６１２はメモリに保存されている光音響信号データを読み出し、画像再構成処理、スキャン変換処理などの画像処理を行い、ディスプレイ６１４に光音響画像を表示し、処理を終了する。この際に複数の波長の光音響画像を並べて表示したり、波長ごとの光吸収分布の違いから血液中のヘモグロビンの酸素飽和度を取得し、ディスプレイに表示したりすることもユーザインタフェース６１３を介した使用者の指示により可能である。
【０１８３】
一方、キャパシタ１１０に蓄積された電荷量が所定の範囲外である場合、レーザヘッド６０４から出射される光の強度が所定の範囲外となる可能性がある。そのため、ステップＳ７１３においてＳ２１２で説明したようにレーザヘッド６０４から光が出社しないように各構成を制御する。
【０１８４】
続いて、キャパシタ１１０に蓄積された電荷量が所定の範囲外である場合は出射光の強度の制御と併せて、ステップＳ７１４においてレーザコントローラ６０１が、出射光の強度が所定の範囲を超える可能性があることを示すエラーメッセージをコントローラ６１２に表示させ、使用者に注意を促す。
【０１８５】
なお、本実施例においては、Ｓ７１３およびＳ７１４を行った後に光音響装置の制御を終えているが、Ｓ７１３およびＳ７１４を行った後の制御はこれに限らない。例えば、Ｓ７１３において照射目的に適した強度（例えば、ＭＰＥ以下の強度）に出射光を制御し、Ｓ７１４の後にＳ７０６に進み、光を出射する制御を行ってもよい。
【０１８６】
以上、本実施例における光音響装置によれば、パルスレーザからの不要な光の発生を抑えて光音響信号を取得することができる。
【０１８７】
また、本実施例においても実施例１または２に示すようにキャパシタ１１０の端子電圧値またはキャパシタ１１０への供給電荷量に基づいて制御している。そのため、パルスレーザから連続的に光を出射する場合であっても、出射光の強度が所望の範囲外となる可能性があるときに光を出射する前に光の出射を抑制することができる。これにより、生体などの被検体に予期せぬ光が照射される事態が生じる可能性を低くすることができる。
【０１８８】
なお、本実施例では、各構成の制御をレーザコントローラ６０１およびコントローラ６１２によって行っているがこの構成に限らず、１つあるいは３つ以上のコントローラによって各構成を制御してもよい。
【０１８９】
また、信号処理部６１１が各構成の制御を行ってもよい。この場合、光音響装置はレーザコントローラ６０１およびコントローラ６１２を備える必要はない。
【０１９０】
以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、上述した実施形態はあらゆる点で単なる例示にすぎず、本発明の範囲を限定するものではない。
【符号の説明】
【０１９１】
１  レーザ媒質
２  励起部
３  蓄電部
４  電源部
５  エネルギー監視部
６  制御部
７  切り替え部
１０  パルスレーザ
【図１】
2015029086.tif 000012
【図２】
2015029086.tif 000013
【図３】
2015029086.tif 000014
【図４】
2015029086.tif 000015
【図５】
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【図６】
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【図７】
2015029086.tif 000018
【図８】
2015029086.tif 000019
【図９】
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