(57)【要約】【課題】アレキサンドライト結晶を用いたレーザ装置において、小型化した場合でも異常発振を抑制でき、Ｑスイッチやアレキサンドライト結晶のＡＲコートの破壊を抑制するレーザ装置及び光音響計測装置を提供する。【解決手段】レーザロッド１１は、アレキサンドライト結晶を含む。フラッシュランプ１２ｊは、レーザロッド１１に励起光を照射する。共振器は、レーザロッド１１を挟み込む一対のミラー１４、１５を含む。Ｑスイッチ１６は、共振器の光路内に挿入され、共振器のＱ値を制御する。偏光子１７は、共振器内に挿入され、レーザロッドから出射した光のうち偏光方向が所定方向の光を選択的に透過するノンコートのブリュースター型の偏光子である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アレキサンドライト結晶を含むレーザロッドと、
前記レーザロッドに励起光を照射する励起光源と、
前記レーザロッドを挟み込む一対のミラーを含む共振器と、
前記共振器の光路内に挿入され、前記共振器のＱ値を制御するＱスイッチと、
前記レーザロッドと前記Ｑスイッチとの間及び前記レーザロッドと前記一対のミラーのうちの一方との間の少なくとも一方に挿入され、前記レーザロッドから出射した光のうち偏光方向が所定方向の光を選択的に透過するノンコートのブリュースター型の偏光子とを備えたことを特徴とするレーザ装置。
【請求項２】
前記共振器の光路は、該共振器の範囲内において密閉される請求項１に記載のレーザ装置。
【請求項３】
前記レーザロッド及び前記Ｑスイッチの少なくとも一方が、光入射端に反射防止膜を有する請求項１又は２に記載のレーザ装置。
【請求項４】
前記Ｑスイッチがポッケルスセルを含み、該ポッケルスセルへの印加電圧が第１の電圧のとき、前記共振器のＱ値がレーザ発振しきい値より高くなり、印加電圧が前記第１の電圧よりも高い第２の電圧のとき、前記共振器のＱ値がレーザ発振しきい値以下となる請求項１から３何れか１項に記載のレーザ装置。
【請求項５】
前記第１の電圧が０Ｖであり、前記第２の電圧が前記ポッケルスセルを１／４波長板として働かせる電圧である請求項４に記載のレーザ装置。
【請求項６】
投入エネルギーが２０Ｊのとき、前記共振器のＱ値をレーザ発振しきい値以下にするＱスイッチへの印加電圧の範囲が０．５ｋＶ以上である請求項４又は５に記載のレーザ装置。
【請求項７】
前記偏光子が、前記レーザロッドから出射した光の光軸に対してブリュースター角で配置されたガラス板で構成される請求項１から６何れか１項に記載のレーザ装置。
【請求項８】
投入エネルギーが２０Ｊのとき、レーザの出力エネルギーが１４０ｍＪ以上である請求項１から７何れか１項に記載のレーザ装置。
【請求項９】
前記偏光子が、前記レーザロッドと前記一対のミラーのうちの出力側のミラーとの間に挿入される請求項１から８何れか１項に記載のレーザ装置。
【請求項１０】
前記偏光子が、前記レーザロッドと前記Ｑスイッチとの間及び前記レーザロッドと前記一対のミラーのうちの一方との間の双方に挿入される請求項１から８何れか１項に記載のレーザ装置。
【請求項１１】
アレキサンドライト結晶を含むレーザロッドと、
前記レーザロッドに励起光を照射する励起光源と、
前記レーザロッドを挟み込む一対のミラーを含む共振器と、
前記共振器の光路内に挿入され、前記共振器のＱ値を制御するＱスイッチと、
前記レーザロッドと前記Ｑスイッチとの間及び前記レーザロッドと前記一対のミラーのうちの一方との間の少なくとも一方に挿入され、前記レーザロッドから出射した光のうち偏光方向が所定方向の光を選択的に透過する偏光子ブリュースター型の偏光子であって、偏光方向が前記所定方向の光と偏光方向が前記所定の方向と直交する方向の光とを分離する膜を有するブリュースター型の偏光子とを備えたことを特徴とするレーザ装置。
【請求項１２】
前記Ｑスイッチがポッケルスセルを含み、該ポッケルスセルへの印加電圧が第１の電圧のとき、前記共振器のＱ値がレーザ発振しきい値よりも高くなり、印加電圧が前記第１の電圧よりも高い第２の電圧のとき、前記共振器のＱ値がレーザ発振しきい値以下となる請求項１１に記載のレーザ装置。
【請求項１３】
投入エネルギーが２０Ｊのとき、前記共振器のＱ値をレーザ発振しきい値以下にするＱスイッチへの印加電圧の範囲が２．５ｋＶ以上である請求項１２に記載のレーザ装置。
【請求項１４】
投入エネルギーが２０Ｊのとき、レーザの出力エネルギーが１４０ｍＪ以上である請求項１１から１３何れか１項に記載のレーザ装置。
【請求項１５】
請求項１から１４何れか１項に記載のレーザ装置と、
前記レーザ装置から出射したレーザ光が被検体に照射された後に被検体内で生じた光音響波を検出する光音響波検出手段と、
前記検出された光音響波に基づいて信号処理を実施する信号処理手段とを備えたことを特徴とする光音響計測装置。
【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、アレキサンドライト結晶を含むレーザロッドを有し、Ｑスイッチパルス発振を行う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含む光音響計測装置に関する。
【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、超音波の送信及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プローブなどで検出し、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う固体レーザ装置が用いられることが多い。レーザ装置は、レーザロッド（レーザ媒質）と、レーザロッドを励起するためのフラッシュランプ（励起ランプ）とを有する。また、レーザ装置は、Ｑスイッチパルス発振のためのＱスイッチを有する。光音響計測に用いることができるレーザ装置が、例えば特許文献１や特許文献２に記載されている。これら文献には、レーザ媒質にアレキサンドライト結晶を用いた例が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−０８９６８０号公報
【特許文献２】特開２０１３−０７４１８０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結晶は、誘導放出断面積が小さく、上準位寿命が比較的長いことからＱスイッチパルスレーザに好適に使用できる。しかし、アレキサンドライト結晶は宝石の一種であり、それ自体が非常に高価である。従って、アレキサンドライトレーザを安価に作製するためには、アレキサンドライト結晶の小体積化が必須である。
【０００７】
アレキサンドライト結晶を小体積化した場合に、光音響用に十分な出力（例えば１００ｍＪ度以上）と十分なパルス長（例えば１００ｎ秒程度以下）とをＱスイッチ発振で得るためには、出力ミラーの反射率を７０％程度以上に高めてレーザの閉じ込めを強くする必要がある。しかしながら、その場合に、共振器内に所望の出力まで光を閉じ込めきることができず、異常発振が発生し、Ｑスイッチの反射防止コート（ＡＲ（antireflection）コート）やレーザ媒質のＡＲコートが破壊されることがあることが判明した。すなわち、アレキサンドライトレーザを小型化すると、高出力・短パルスで正常にＱスイッチ発振させることが困難であるということが判明した。
【０００８】
また、ミラーの反射率を高めてレーザの閉じ込めを強くすると、閉じ込められている状況でも異常発振が発生し、レーザ結晶のＡＲコートやＱスイッチのＡＲコートが破壊されることがたびたび発生するという新たな事実が判明した。このような状況は信頼性の上で特に大きな問題であり、製品として許容できるレベルにはない。
【０００９】
さらに、Ｑスイッチは温度特性を持っており、周辺環境の温度変化や装置温度の変化などによってＱスイッチの温度が変化すると、レーザを閉じ込められる（レーザ発振を抑制した状態に維持できる）印加電圧が変化する。温度変化が大きいと、レーザを閉じ込めることができずにＱスイッチから漏れ始めるが、その漏れの際に巨大なエネルギー密度の異常発振が起こることがわかった。この巨大なエネルギー密度の発振によってＱスイッチのＡＲコートやアレキサンドライト結晶のＡＲコートが破壊に至るため、このことが製品化の大きな障壁となる。
【００１０】
本発明は、上記に鑑み、アレキサンドライト結晶を用いたレーザ装置において、小型化した場合でも異常発振を抑制でき、Ｑスイッチやアレキサンドライト結晶のＡＲコートの破壊を抑制することができるレーザ装置を提供することを目的とする。
【００１１】
また、本発明は、上記のレーザ装置を含む光音響計測装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明は、アレキサンドライト結晶を含むレーザロッドと、レーザロッドに励起光を照射する励起光源と、レーザロッドを挟み込む一対のミラーを含む共振器と、共振器の光路内に挿入され、共振器のＱ値を制御するＱスイッチと、レーザロッドとＱスイッチとの間及びレーザロッドと一対のミラーのうちの一方との間の少なくとも一方に挿入され、レーザロッドから出射した光のうち偏光方向が所定方向の光を選択的に透過するノンコートのブリュースター型の偏光子とを備えたことを特徴とするレーザ装置を提供する。
【００１３】
本発明のレーザ装置では、共振器の光路は、その範囲内において密閉されることが好ましい。
【００１４】
本発明のレーザ装置では、レーザロッド及びＱスイッチの少なくとも一方が、その光入射端に反射防止膜を有していてもよい。
【００１５】
Ｑスイッチはポッケルスセルを含んでいてもよく、ポッケルスセルへの印加電圧が第１の電圧のときに共振器のＱ値がレーザ発振しきい値よりも高くなり、印加電圧が第１の電圧よりも高い第２の電圧のときに共振器のＱ値がレーザ発振しきい値以下となるように構成してもよい。第１の電圧は例えば０Ｖ（電圧無印加）であり、第２の電圧は例えばポッケルスセルを１／４波長板として働かせる電圧であってもよい。
【００１６】
本発明では、投入エネルギーが２０Ｊのとき、共振器のＱ値をレーザ発振しきい値以下にするＱスイッチへの印加電圧の範囲が０．５ｋＶ以上であることが好ましい。
【００１７】
本発明の好ましい態様では、偏光子が、レーザロッドから出射した光の光軸に対してブリュースター角で配置されたガラス板で構成される。
【００１８】
本発明では、投入エネルギーが２０Ｊのとき、レーザの出力エネルギーが１４０ｍＪ以上であることが好ましい。
【００１９】
本発明のレーザ装置では、偏光子が、レーザロッドと一対のミラーのうちの出力側のミラーとの間の挿入される構成を採用してもよい。あるいは、偏光子が、レーザロッドとＱスイッチとの間及びレーザロッドと一対のミラーのうちの一方との間の双方に挿入される構成でもよい。
【００２０】
本発明は、また、アレキサンドライト結晶を含むレーザロッドと、レーザロッドに励起光を照射する励起光源と、レーザロッドを挟み込む一対のミラーを含む共振器と、共振器の光路内に挿入され、共振器のＱ値を制御するＱスイッチと、レーザロッドとＱスイッチとの間及びレーザロッドと一対のミラーのうちの一方との間の少なくとも一方に挿入され、レーザロッドから出射した光のうち偏光方向が所定方向の光を選択的に透過する偏光子ブリュースター型の偏光子であって、偏光方向が所定方向の光と偏光方向が所定の方向と直交する方向の光とを分離する膜を有するブリュースター型の偏光子とを備えたことを特徴とするレーザ装置を提供する。
【００２１】
上記において、Ｑスイッチがポッケルスセルを含んでいてもよく、ポッケルスセルへの印加電圧が第１の電圧のときに共振器のＱ値がレーザ発振しきい値よりも高くなり、印加電圧が第１の電圧よりも高い第２の電圧のときに共振器のＱ値がレーザ発振しきい値以下となるように構成してもよい。
【００２２】
上記のレーザ装置では、投入エネルギーが２０Ｊのとき、共振器のＱ値をレーザ発振しきい値以下にするＱスイッチへの印加電圧の範囲が２．５ｋＶ以上であることが好ましい。
【００２３】
また、上記のレーザ装置では、投入エネルギーが２０Ｊのとき、レーザの出力エネルギーが１４０ｍＪ以上であることが好ましい。
【００２４】
本発明は、更に、本発明のレーザ装置と、レーザ装置から出射したレーザ光が被検体に照射された後に被検体内で生じた光音響波を検出する光音響波検出手段と、検出された光音響波に基づいて信号処理を実施する信号処理手段とを備えたことを特徴とする光音響計測装置を提供する。
【発明の効果】
【００２５】
本発明のレーザ装置は、共振器内にブリュースター型の偏光子を有する。アレキサンドライト結晶を用いたレーザ装置において、コスト低減のためにアレキサンドライトを含むレーザロッドを小体積化すると、異常発振が起きやすくなり、Ｑスイッチやアレキサンドライト結晶のＡＲコートが破壊されることがある。共振器内にブリュースター型の偏光子を設けることで、レーザロッドを小体積化した場合でも異常発振を抑制でき、Ｑスイッチやアレキサンドライト結晶のＡＲコートの破壊を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第１実施形態のレーザ装置を示すブロック図。
【図２】（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ偏光子を有しないレーザ装置におけるビームプロファイルを示す図。
【図３】（ａ）及び（ｂ）は、第１実施形態のレーザ装置におけるビームプロファイルを示す図。
【図４】投入エネルギーとＱスイッチをオフに維持できる電圧範囲との関係を示すグラフ。
【図５】投入エネルギーと出力エネルギーとの関係を示すグラフ。
【図６】本発明の第２実施形態のレーザ装置に用いられる偏光子を示す図。
【図７】第２実施形態における投入エネルギーとＱスイッチをオフに維持できる電圧範囲との関係を示すグラフ。
【図８】第２実施形態における投入エネルギーと出力エネルギーとの関係を示すグラフ。
【図９】本発明の第３実施形態に係るレーザ装置を示すブロック図。
【図１０】レーザ装置の中央付近の断面を示す断面図。
【図１１】共振器の光路を密閉しない場合のレーザの出力強度の揺らぎを示すグラフ。
【図１２】共振器の光路を密閉した場合のレーザの出力強度の揺らぎを示すグラフ。
【図１３】本発明のレーザ装置を含む光音響計測装置を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明の第１実施形態のレーザ装置を示す。レーザ装置１０は、レーザロッド１１、フラッシュランプ１２、レーザチャンバ１３、ミラー１４、１５、Ｑスイッチ１６、及び偏光子１７を有する。レーザロッド１１はレーザ媒質である。レーザロッド１１には、棒状に形成されたアレキサンドライト結晶が用いられる。レーザロッド１１の端部（光入射面）には、反射防止コート（ＡＲコート）が施されている。すなわち、レーザロッド１１は、光入射端に反射防止膜を有する。
【００２８】
フラッシュランプ１２は、励起光源であり、レーザロッド１１を励起するための励起光を出射する。レーザロッド１１及びフラッシュランプ１２は、レーザチャンバ１３内に収容されている。レーザチャンバ１３は、内部にレーザロッド１１及びフラッシュランプ１２を収容するための空間を有している。また、レーザチャンバ１３の内側には反射面が形成されており、フラッシュランプ１２から出射した光は、直接レーザロッド１１に照射されるか、又は反射面で反射してレーザロッド１１に照射される。レーザチャンバ１３の内側は拡散反射面としてもよい。
【００２９】
ミラー１４、１５は、レーザロッド１１を挟んで対向しており、ミラー１４、１５により共振器が構成される。光共振器内の光路は必ずしも直線状である必要はなく、ミラー１４、１５間の光路上にプリズムなどを設け、光軸を曲げてもよい。ミラー１４はアウトプットカプラー（ＯＣ：output coupler）であり、ミラー１５は全反射ミラーである。ミラー１４の反射率は好ましくは７０％以上である。出力光であるレーザ光はミラー１４から出射する。
【００３０】
共振器の光路上には、共振器のＱ値を制御するためのＱスイッチ１６が挿入される。図１では、Ｑスイッチ１６は、レーザロッド１１とミラー１５との間の、レーザロッド１１から誘導放出された光の光軸上に配置されている。Ｑスイッチ１６は、印加電圧に応じて透過する光の偏光状態を変化させる。Ｑスイッチ１６には、例えばポッケルスセルを用いられる。Ｑスイッチ１６の光入射面を構成する側面には、レーザロッド１１と同様にＡＲコートが施されている。より詳細には、Ｑスイッチ１６のポッケルスセルを覆うガラスにＡＲコートが施されている。すなわち、Ｑスイッチ１６は、光入射端に反射防止膜を有する。
【００３１】
共振器のＱ値は、Ｑスイッチ１６への印加電圧を変化させることで変化させることで制御される。Ｑスイッチ１６は、印加電圧がＱスイッチオンに対応した第１の電圧のとき共振器を高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１の電圧は、例えば０Ｖ（電圧印加なし）であり、このときＱスイッチ１６を透過する光の偏光状態は変化しない。一方、Ｑスイッチ１６は、印加電圧がＱスイッチオフに対応した第２の電圧のとき、共振器を低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２の電圧は、例えばＱスイッチ１６を１／４波長板として働かせる電圧であり、例えば２ｋＶである。
【００３２】
Ｑスイッチ１６には、レーザロッド１１側から偏光方向が所定方向の直線偏光の光が入射する。Ｑスイッチ１６への印加電圧が０Ｖ（第１の電圧）のとき、Ｑスイッチ１６に入射した直線偏光の光は偏光状態を変化させずにミラー１５に入射し、ミラー１５で反射してＱスイッチ１６に逆向きに入射する。この光は、偏光状態を変化させずにＱスイッチ１６を通過し、レーザロッド１１に帰還する。この場合、共振器のＱ値は高く、レーザ発振が起こる。
【００３３】
Ｑスイッチ１６への印加電圧が第２の電圧のとき、Ｑスイッチ１６は１／４波長板として働き、レーザロッド１１側からＱスイッチ１６へ入射した直線偏光の光は、Ｑスイッチ１６を通過する際に円偏光となってミラー１５に入射し、ミラー１５で反射してＱスイッチ１６に逆向きに入射する。この光は、Ｑスイッチ１６を通過する際に円偏光から直線偏光となり、レーザロッド１１に帰還する。Ｑスイッチ１６を往路とは逆向きに通過した直線偏光の偏光方向は、往路の偏光方向とは９０°異なっており、この場合、共振器のＱ値は低く、レーザ発振は起こらない。
【００３４】
図示しない制御手段（駆動手段）は、Ｑスイッチ１６への印加電圧が第２の電圧の状態でフラッシュランプ１２を点灯させる。フラッシュランプ１２の点灯後、レーザロッド１１における反転分布密度が十分に高くなるタイミングで、Ｑスイッチ１６への印加電圧を第２の電圧から第１の電圧に変化させる。共振器のＱ値を低Ｑ状態から高Ｑ状態に急速に変化させることで、ジャイアントパルスが得られる。共振器から出力されるパルスレーザ光のレーザの出力エネルギーは好ましくは１００ｍＪ以上、更に好ましくは１４０ｍＪ以上である。パルスレーザ光のパルス時間幅は好ましくは１００ｎ秒以下、更に好ましくは６０ｎ秒以下である。
【００３５】
なお、上記では第１の電圧の印加時がＱスイッチオンに対応し、第２の電圧の印加時がＱスイッチオフに対応することとしたが、Ｑスイッチのオン・オフと、印加電圧との関係は逆であってもよい。すなわち、Ｑスイッチ１６への印加電圧が、Ｑスイッチ１６を１／４波長板として働かせる電圧（第２の電圧）としたときをＱスイッチオンに対応させ、Ｑスイッチ１６への印加電圧が０Ｖ（第１の電圧）のときをＱスイッチオフに対応させてもよい。その場合は、Ｑスイッチ１６とミラー１５との間に１／４波長板を挿入すればよい。
【００３６】
ここで、レーザ装置を安価に製造するためには、高価なアレキサンドライト結晶をできるだけ小体積化することが好ましい。しかしながら、アレキサンドライト結晶を小体積化すると、エネルギー密度が非常に高くなり、高い出力で短いパルス時間幅のパルスレーザ光を得ようとしたときに異常発振が起こりやすくなり、異常発振により、レーザロッド１１やＱスイッチ１６のＡＲコートが破壊されることがあることがわかった。従って、レーザ装置を長期にわたって安定的に使用することが困難である。
【００３７】
アレキサンドライト結晶を用いたレーザでは、アレキサンドライト結晶が異方性を持ち、それ自身が偏光子の役割を果たすため、本来、共振器内に偏光子を導入する必要はない。しかし、本発明者らは、共振器内にポラライザ（偏光子）を挿入することで、小体積のアレキサンドライト結晶を用い、高い出力で短いパルス時間幅のパルスレーザ光を得ようとした場合でも異常発振を抑制でき、レーザ装置を長期にわたって安定的に使用することが可能であることを見出した。
【００３８】
偏光子１７は、共振器内のレーザロッド１１と出力側のミラー１４との間に挿入される。偏光子１７は、コーティングなしの石英ガラスやホウケイ酸ガラスなどの素のガラス板をブリュースター角に配置したものであり、レーザロッド１１から出射した光のうち偏光方向が所定方向の光を選択的に透過する。石英ガラスとホウケイ酸ガラスでは、石英ガラスの方がレーザの透過率が高く、好適である。なお、偏光子１７は、上記に代えて、レーザロッド１１とＱスイッチ１６との間に挿入されていてもよい。または、双方に挿入されていてもよい。
【００３９】
共振器内に挿入される偏光子の種類について考察する。二色性（選択吸収型）の偏光子は、有機材料が高エネルギー密度のレーザに耐えられないために、使用不可である。複屈折型の偏光子は、２つの複屈折結晶を組み合わせているために不連続境界を持っており、高エネルギー密度のレーザ光で境界面にダメージが発生するために、使用不可である。本実施形態において使用可能な偏光子は、反射・散乱型のブリュースター型の偏光子である。特に、ノンコートのガラス板では、高エネルギー密度の光によって破壊される要素が存在せず、好適に用いることができる。なお、用語「ノンコート」については、最低限、偏光方向が所定方向の光と、偏光方向が所定の方向と直交する方向の光とを分離するための膜や反射防止膜、保護膜などの、高いエネルギー密度の光によって破壊され得る膜を有していないという意味で使用されており、いかなる膜をも有していないことまでは要しない。
【００４０】
本実施形態では、ブリュースター型の偏光子１７を用いることで、小型低コストのためにレーザロッド１１を小体積化したレーザ装置において高い出力で短いパルス時間幅のレーザ光を得ようとする場合でも、異常発振を抑制できる。レーザロッド１１は、好ましくは直径が４ｍｍ以下、望ましくは３ｍｍ以下である。また、ロッド長は好ましくは７０ｍｍ以下、望ましくは６０ｍｍ以下である。
【００４１】
レーザの投入エネルギー、つまり励起のときに励起光源であるフラッシュランプ１２に投入するエネルギーについては、フラッシュランプ１２に電力を供給する電源部分のコストに直結し、全体の装置コストに大きく影響するため、２２Ｊ以下が好ましい。そのような低投入エネルギーで、所望の出力とパルス時間幅、例えばレーザの出力エネルギー１００ｍＪ以上、更に好ましくは１５０ｍＪ以上で、かつ、パルス時間幅１００ｎ秒以下、更に好ましくは６０ｎ秒以下を得るために、投入エネルギーに対する出力エネルギーの効率は０．００７以上であることが好ましく、０．００８以上であることが更に好ましい。すなわち、投入エネルギーが２２Ｊであれば、おおよそ１５０ｍＪ以上のレーザの出力エネルギーが得られることが好ましく、おおよそ１８０ｍＪ以上のレーザの出力エネルギーが得られることが更に好ましい。
【００４２】
図２（ａ）及び（ｂ）は、偏光子１７を有しないレーザ装置におけるビームプロファイルを示す。同図（ａ）は、レーザロッド１１の端部から２００ｍｍの位置におけるビームプロファイルを示し、（ｂ）は、レーザロッド１１の端部から６００ｍｍの位置におけるビームプロファイルを示す。双方において、投入エネルギーは１４Ｊであり、パルス時間幅は４７ｎ秒で、出力側のミラー１４の反射率は７０％である。同図（ａ）及び（ｂ）を参照すると、偏光子１７が設けられていない場合、ビーム中心部分のエネルギー密度が高いことがわかる。
【００４３】
図３（ａ）及び（ｂ）は、偏光子１７を有するレーザ装置におけるビームプロファイルを示す。同図（ａ）は、レーザロッド１１の端部から２００ｍｍの位置におけるビームプロファイルを示し、（ｂ）は、レーザロッド１１の端部から６００ｍｍの位置におけるビームプロファイルを示す。双方において、投入エネルギーは１４Ｊであり、パルス時間幅は４７ｎ秒で、出力側のミラー１４の反射率は７０％である。図３（ａ）及び（ｂ）と図２（ａ）及び（ｂ）とを比較すると、偏光子１７が設けられることでエネルギー密度を均一化できていることがわかる。レーザロッド１１を小体積化し、かつ出力側のミラー１４の反射率を高めて閉じ込めを強くした場合でも、局所的にエネルギー密度が高い個所の発生を抑制できることから、異常発振を防ぐことができ、ＡＲコートなどが破壊される危険性を低下させることができる。
【００４４】
図４は、投入エネルギーとＱスイッチ１６をオフに維持できる電圧範囲（ホールド・オフウィンドウ）との関係を示す。Ｑスイッチ１６は、印加電圧０ＶのときがＱスイッチオンに対応し、印加電圧がＱスイッチ１６を１／４波長板として働かせる電圧のときがＱスイッチオフに対応する。同図には、偏光子１７が存在する場合の投入エネルギーとホールド・オフウィンドウとの関係と（黒丸のプロット）、偏光子１７が存在しない場合の投入エネルギーとホールド・オフウィンドウとの関係（白丸のプロット）とが描かれている。Ｑスイッチ１６をオフにできる電圧範囲が狭いほど、Ｑスイッチ１６の印加電圧を、Ｑスイッチ１６を１／４波長板として働かせる電圧に正確に制御する必要があり、温度変化に起因してＱスイッチ１６を１／４波長板として働かせる電圧が変化すると、Ｑスイッチ１６をオフに維持しにくくなる。ホールド・オフウィンドウの幅は、温度変化に対する余裕度と関連する。
【００４５】
偏光子１７が存在する場合と存在しない場合とを比較すると、同じ投入エネルギーに対して、偏光子１７が存在する構成ではホールド・オフウィンドウの幅を広く取れていることがわかる。例えば投入エネルギーが２０Ｊのとき、偏光子１７が存在する構成では、ホールド・オフウィンドウの幅を０．５ｋＶ以上とすることができている。従って、偏光子１７が存在する構成とした場合、温度変化に起因してＱスイッチ１６を１／４波長板として働かせる電圧が多少変動したときでも、レーザを閉じ込めきれずにＱスイッチ１６から漏れだすことを抑制でき、温度変化に起因する異常発振を抑制することができる。異常発振を抑制することで、レーザロッド１１やＱスイッチ１６のＡＲコートなどの破壊を防止できる。
【００４６】
図５は、投入エネルギーと出力エネルギーとの関係を示す。ここでも、Ｑスイッチ１６は、印加電圧０ＶのときがＱスイッチオンに対応し、印加電圧がＱスイッチ１６を１／４波長板として働かせる電圧のときがＱスイッチオフに対応する。レーザの出力エネルギーは、オフィールフォトニクスソリューションズ社製パイロエレクトリックセンサPE25BF-Cで測定した。同図には、偏光子１７が存在する場合の投入エネルギーと出力エネルギーとの関係と（黒丸のプロット）、偏光子１７が存在しない場合の投入エネルギーと出力エネルギーとの関係（白丸のプロット）とが描かれている。図４も参照すると、偏光子１７が存在しない構成の場合、Ｑスイッチ１６をオフに維持できないことから入力エネルギーをあまり上げることができず、従って１５０ｍＪの出力を得ることは困難である。一方、偏光子１７が存在する構成の場合、２０Ｊを超えるエネルギーを投入することができ、１５０ｍＪの出力を得ることも可能である。
【００４７】
本実施形態では、特に偏光子１７にノンコートのガラス板などをブリュースター角に配置した偏光子を用いている。ノンコートのガラス板は、高エネルギー密度のレーザでも破壊のおそれなく安定に使用することができる。本来、偏光子が必要ないアレキサンドライトレーザにおいてそのような偏光子１７を用いることで、エネルギーの閉じ込めを飛躍的に向上させることができ、かつ異常発振の発生が抑制されるという劇的な効果が見られる。特に、出力側のミラー１４の反射率を７０％とし、共振器内の閉じ込めを強くした場合に、偏光子１７なしで高出力・短パルスのパルスレーザ光を実現することは困難である。また、温度に対する許容幅も劇的に向上でき、室温レベルの変化ではＱスイッチ１６からの漏れ光も発生しなくなる。
【００４８】
本実施形態では、アレキサンドライト結晶で構成されるレーザロッド１１が好ましくはロッド径４ｍｍ×ロッド長７０ｍｍ以下、更に好ましくはロッド径３ｍｍ×ロッド長６０ｍｍ以下で形成される。これほどまでに小体積の結晶を用いたアレキサンドライトレーザは前例がなく、非常に低コストでレーザ装置を実現できる。レーザロッド１１を小体積化した場合、レーザロッド１１のロッド長が短くなり、それに起因して偏光方向が所定の方向と直交した成分が増加する。この直交成分の光によって漏れ光が発生しやすくなり異常発振を誘引する。本実施形態では、偏光子１７により直交成分の光を抑制できるため、漏れ光の発生を抑制でき、異常発振を抑制できる。
【００４９】
特許文献１との比較では、特許文献１は二波長発振のレーザ装置を開示しており、ブリュースター型偏光子は波長ごとに光路を分岐するための分岐手段として用いられている。これに対し、本実施形態ではブリュースター型の偏光子１７は、レーザロッド１１やＱスイッチ１６のＡＲコートが破壊されることを防ぐために設けられており、特許文献１と本実施形態とでは、明らかにブリュースター型偏光子の使用目的が異なる。また、特許文献１においては、ノンコートのブリュースター型偏光子を用いることは記載されていない。
【００５０】
特許文献２については、Ｑスイッチの一部として偏光子（ポラライザ）が用いられる構成が記載されるのみである。小体積化したアレキサンドライト結晶を用いたレーザにおいて異常発振が起こり、それに起因してＡＲコートなどの破壊が生じることは、特許文献２では一切議論されていない。特許文献２には、特に偏光子のタイプは限定されておらず、ブリュースター型偏光子を用いることで、レーザロッド１１やＱスイッチ１６のＡＲコートが破壊されることを防ぎ、レーザ装置を長期にわたって安定的に使用できることは記載されていない。
【００５１】
次いで、本発明の第２実施形態を説明する。本実施形態のレーザ装置は、図１に示す第１実施形態のレーザ装置１０と同様な構成である。本実施形態のレーザ装置は、偏光子１７に、ブリュースター型の薄膜偏光子、すなわち偏光方向が所定方向の光と偏光方向が所定の方向に直交する方向の光とを分離する膜（分離膜）を有するブリュースター型の偏光子を用いる点が第１実施形態のレーザ装置１０と相違する。その他の点は第１実施形態と同様でよい。
【００５２】
図６は、本実施形態で用いられる偏光子１７ａを示す。偏光子１７ａは、ガラス板１７１と、分離膜１７２とを有する。ガラス板１７１は、石英ガラスやホウケイ酸ガラスなどガラス板である。石英ガラスとホウケイ酸ガラスでは、石英ガラスの方がレーザの透過率が高く、好適である。分離膜１７２は、ガラス板１７１に積層された誘電体膜などの膜であり、偏光方向が所定方向の光と、偏光方向が所定の方向に直交する方向の光とを分離する膜である。分離膜１７２により、偏光子１７ａを透過する光に含まれる、所定の方向に直交する成分の光が減少する。偏光子１７ａには、例えばLattice Electro Optics社製の製品名TP-800-B-1025を用いることができる。
【００５３】
図７は、投入エネルギーとＱスイッチ１６をオフに維持できる電圧範囲（ホールド・オフウィンドウ）との関係を示す。Ｑスイッチ１６は、印加電圧０ＶのときがＱスイッチオンに対応し、印加電圧がＱスイッチ１６を１／４波長板として働かせる電圧のときがＱスイッチオフに対応する。同図には、偏光子１７ａが存在する場合の投入エネルギーとホールド・オフウィンドウとの関係と（黒丸のプロット）、偏光子１７ａが存在しない場合の投入エネルギーとホールド・オフウィンドウとの関係（白丸のプロット）とが描かれている。
【００５４】
偏光子１７ａが存在する場合と存在しない場合とを比較すると、同じ投入エネルギーに対して、偏光子１７が存在する構成ではホールド・オフウィンドウの幅をかなり広く取れていることがわかる。例えば投入エネルギーが２０Ｊのとき、偏光子１７ａが存在する構成では、ホールド・オフウィンドウの幅を２．５ｋＶ以上とすることができている。従って、偏光子１７ａが存在する構成とした場合、温度変化に起因してＱスイッチ１６を１／４波長板として働かせる電圧が変動したときでも、レーザを閉じ込めきれずにＱスイッチ１６から漏れだすことを抑制でき、温度変化に起因する異常発振を抑制することができる。異常発振を抑制することで、レーザロッド１１やＱスイッチ１６のＡＲコートなどの破壊を防止できる。
【００５５】
図８は、投入エネルギーと出力エネルギーとの関係を示す。ここでも、Ｑスイッチ１６は、印加電圧０ＶのときがＱスイッチオンに対応し、印加電圧がＱスイッチ１６を１／４波長板として働かせる電圧のときがＱスイッチオフに対応する。レーザの出力エネルギーは、オフィールフォトニクスソリューションズ社製パイロエレクトリックセンサPE25BF-Cで測定した。同図には、偏光子１７ａが存在する場合の投入エネルギーと出力エネルギーとの関係と（黒丸のプロット）、偏光子１７ａが存在しない場合の投入エネルギーと出力エネルギーとの関係（白丸のプロット）とが描かれている。図７も参照すると、偏光子１７ａが存在しない構成の場合、Ｑスイッチ１６をオフに維持できないことから入力エネルギーをあまり上げることができず、従って１５０ｍＪの出力を得ることは困難である。一方、偏光子１７ａが存在する構成の場合、２０Ｊを超えるエネルギーを投入することができ、１５０ｍＪ以上の出力を得ることも可能である。
【００５６】
本実施形態では、偏光方向が所定方向の光と偏光方向がそれに直交する光とを分離する分離膜１７２を有するブリュースター型の偏光子１７ａを用いる。ブリュースター型の偏光子を用いることで異常発振を抑制してレーザロッド１１やＱスイッチ１６のＡＲコートの破壊を抑制できる点、及び、偏光子を用いない場合に比べて温度に対する許容幅を向上できる点は第１実施形態と同様である。
【００５７】
第１実施形態と第２実施形態とを比較すると、第２実施形態では分離膜１７２を有する偏光子１７ａを用いているため、第１実施形態に比べて、偏光子１７ａにより所定の方向に直交する成分の光を更に抑制でき、Ｑスイッチ１６における漏れ光の発生を更に抑制できる。また、図４と図７を比較すると明らかなように、第１実施形態に比べて、温度に対する許容幅を更に向上することができる。
【００５８】
一方で、第２実施形態では偏光子１７ａが分離膜１７２を有しており、エネルギー密度が高くなりすぎると、この分離膜１７２が破壊されるおそれはある。これに対し、第１実施形態においてはノンコートのブリュースター型偏光子が用いられるため、高エネルギー密度の光により偏光子１７に破壊が起こる可能性はほとんどない。また、レーザの出力エネルギーは、偏光子１７ａと、レーザロッド１１、ミラー１４、１５、及びＱスイッチ１６などの光学部品との間の回転角度に応じて変化し得るが、第２実施形態において高いレーザの出力エネルギーが得られる回転角度の範囲は、第１実施形態における範囲に比べて狭くなる。すなわち、高いレーザの出力エネルギーが得られる最適な回転角度の調整範囲が狭い。さらに、分離膜を有しない偏光子１７を用いる第１実施形態の方が、分離膜を有する偏光子１７ａを用いる第２実施形態よりもフラッシュランプへの投入エネルギーに対するレーザの出力エネルギーの効率は高い。
【００５９】
次いで、本発明の第３実施形態を説明する。図９は、本発明の第３実施形態に係るレーザ装置を示す。第３実施形態に係るレーザ装置１０ａは、レーザロッド１１、フラッシュランプ１２、レーザチャンバ１３、ミラー１４、１５、Ｑスイッチ１６、偏光子１７、及びプリズム１８を有する。レーザロッド１１、フラッシュランプ１２、レーザチャンバ１３、ミラー１４、１５、Ｑスイッチ１６、偏光子１７、及びプリズム１８は、箱状の筐体１９の内部に配置される。図９では図示を省略するが、レーザ装置１０ａは、筐体１９の内部の空間を外部から遮蔽する板状の遮蔽蓋も有している。なお、図９は、レーザ装置１０ａの構成要素を説明するための図であり、図９において構成要素間の空間的な位置関係は必ずしも正確に描かれていない。
【００６０】
レーザロッド１１、フラッシュランプ１２、レーザチャンバ１３、ミラー１４、１５、Ｑスイッチ１６、及び偏光子１７は、第１実施形態又は第２実施形態で説明したものと同様でよい。図９に示すレーザ装置１０ａでは、Ｑスイッチ１６は、レーザロッド１１とミラー１４との間の、レーザロッド１１から誘導放出された光の光軸上に配置されている。また、偏光子１７は、レーザロッド１１とＱスイッチ１６との間の、レーザロッド１１から誘導放出された光の光軸上に配置されている。
【００６１】
図９に示すレーザ装置１０ａでは、ミラー１４は、筐体１９の短手方向の側面に取り付けられ、ミラー１５は、短手方向の側面と直交する筐体１９の長手方向の側面に取り付けられている。レーザロッド１１とミラー１５との間にはプリズムが配置されており、レーザロッド１１から出射した光はプリズム１８で向きを変えてミラー１５に向かう。プリズム１８を省略し、光共振器内の光路を直線状にしてもよい。
【００６２】
レーザチャンバ１３は、配管３１、３２を通じて冷却機器３０に接続される。冷却機器３０は、レーザロッド１１及びフラッシュランプ１２を冷却するための機器である。冷却機器３０は、例えば純水などの冷却媒体を、配管３１を通じてレーザチャンバ１３に送り込む。冷却機器３０は、配管３２を通じてレーザチャンバ１３からの排水を受け取り、冷却媒体の温度を下げた上で、再びレーザチャンバ１３に送り込む。このように冷却媒体を循環させることで、レーザチャンバ１３内のレーザロッド１１の温度を所望の温度範囲に保つことができる。
【００６３】
レーザチャンバ１３は、例えば金属材料から成る枠体を含む。レーザチャンバ１３は、フラッシュランプ１２を収容する第１の部分１３ａと、レーザロッド１１を収容する第２の部分１３ｂとを有する。第１の部分１３ａは、フラッシュランプ１２の外径よりも径が大きな孔部を有しており、フラッシュランプ１２は、その孔部を通してレーザチャンバ１３に対して長手方向に抜き差し可能である。第２の部分１３ｂは、レーザロッド１１を内部に挿通する孔部を有する。第１の部分１３ａの長手方向の長さは、第２の部分１３ｂの長手方向の長さよりも長い。第１の部分１３ａと第２の部分１３ｂの長手方向の長さは同じでもよい。
【００６４】
ここで、レーザロッド１１に用いるアレキサンドライト結晶を小体積化した場合、励起光を照射するフラッシュランプ（励起光源）１２も小型化される。励起光源を小型化すると、励起光源の単位長さ当たりのエネルギー密度が高くなり、励起光源の端部で温度が著しく上昇する。この温度上昇に起因して、共振器内の光路において、暖められた空気による陽炎現象が発生すると、レーザの出力強度が大きく揺らぐことが判明した。本実施形態では、レーザの出力強度の揺らぎを抑制するために、共振器の光路が共振器の範囲内で密閉されている構造を採用する。
【００６５】
図１０は、レーザ装置の中央付近の断面を示す。ミラー１４やＱスイッチ１６、プリズム１８などは筐体１９に取り付けられる。また、レーザチャンバ１３は、絶縁部材２３を介して筐体１９に取り付けられる。遮蔽蓋（遮蔽部）２０は、筐体１９を覆い、ミラー１４、Ｑスイッチ１６、偏光子、プリズム１８、及びレーザロッドから出射した光ビームの光路を外部から遮蔽する。つまり、共振器の光路は、筐体１９と遮蔽蓋とにより、共振器の範囲内で密閉される。遮蔽蓋２０は、例えばポリカーボネート、ナイロン、ＡＢＳ樹脂などの絶縁性を有する樹脂から成る。
【００６６】
レーザチャンバ１３のうち、第１の部分１３ａは遮蔽蓋２０から露出する。外部に露出した第１の部分１３ａには、フラッシュランプ１２（図９を参照）の電極を絶縁するための絶縁ブロック２２がＯリングを介して取り付けられる。遮蔽蓋２０は、第１の部分１３ａよりも長手方向外側で、レーザ光の光路を覆う領域のうちの少なくとも一部に、厚みが、遮蔽蓋２０の他の部分の厚みよりも薄い薄膜部分２１を有していてもよい。
【００６７】
絶縁ブロック２２は、例えばＡＢＳ樹脂やアセタール樹脂（ＰＯＭ）などの樹脂から成る。絶縁ブロック２２は、レーザ装置の使用状態では、レーザチャンバ１３にＯリングを介してねじ止めされる。絶縁ブロック２２は、フラッシュランプ１２を交換するときは、レーザチャンバ１３から取り外される。遮蔽蓋２０は、レーザチャンバの第１の部分１３ａの端部から、レーザチャンバ１３の長手方向に沿って、レーザ光の光軸を中心としたある範囲に薄膜部分２１を有する。薄膜部分２１は、遮蔽蓋２０と同一部材である必要はなく、別部材であってもよい。
【００６８】
図１０を参照すると、遮蔽蓋２０のうち、絶縁ブロック２２の下方に位置する部分は薄膜部分２１となっている。遮蔽蓋２０の薄膜部分２１の厚みは例えば０．５ｍｍであり、他の部分の厚みは６ｍｍである。仮に、遮蔽蓋２０の、レーザチャンバの第１の部分１３ａの端部と接触する部分の厚みが他の部分と同じ６ｍｍであったとすると、薄膜部分２１を設けた場合に比べ、薄膜部分２１との厚みの差の分だけ、絶縁ブロック２２及び第１の部分１３ａにおける孔部の位置が、レーザロッド１１（図９を参照）から離れる方向に移動することになる。絶縁ブロック２２及び第１の部分１３ａにおける孔部を移動させずに、薄膜部分２１の厚みを通常の厚み（６ｍｍ）にすると、今度は遮蔽蓋２０がレーザ光に干渉する。
【００６９】
レーザチャンバの第１の部分１３ａを遮蔽蓋２０から露出させる場合、特に端部のＯリングを取り付ける部分が遮蔽蓋２０と干渉しやすい。遮蔽蓋２０のうち、Ｏリングが取り付けられる部分を有するレーザチャンバ１３の第１の部分１３ａの端部からある程度の範囲を薄膜部分２１とした場合は、共振器内部の光学部材を露出させることなくフラッシュランプ１２の交換を可能としつつも、遮蔽蓋２０を一定の厚みとする場合に比べてレーザロッド１１とフラッシュランプ１２との間の距離を縮めることができる。従って、励起効率を向上させることができる。
【００７０】
ここで、遮蔽蓋２０の全体の厚みを薄くすればレーザロッド１１とフラッシュランプ１２との間の距離を狭めることはできる。しかし、遮蔽蓋２０の全てを薄膜部分２１と同じ厚みとすると、遮蔽蓋２０の強度が不足する。遮蔽蓋２０のうちで、特に、レーザチャンバ１３の第１の部分１３ａから延び、レーザ光の光路を覆う一部の領域の厚みを薄くすれば、全体的な強度を保ちつつ、レーザロッド１１とフラッシュランプ１２との間の距離を狭めることができる。
【００７１】
図１１は、共振器の光路を密閉しない場合のレーザの出力強度の揺らぎを示すグラフである。グラフにおいて、縦軸はレーザの出力強度を示し、横軸は時間を示す。パルスレーザ光を１０Ｈｚの繰り返し周期で出射し、各パルスレーザ光の出力強度を測定してプロットすると、図１１に示すグラフが得られた。共振器の光路を密閉せず、かつ、偏光子１７を挿入しない場合は、図１１に示すように、各回のレーザ発光の間で出力強度が大きく揺らぎ、レーザの出力強度が安定しない。レーザの出力強度の平均値Ｍは１００ｍＪであり、標準偏差σは７．６９ｍＪである。変動係数ＣＶ（Coefficient of variation）をσ／Ｍと定義すれば、その３倍である３ＣＶ（３σの平均値Ｍに対する割合）は２３．１％となる。
【００７２】
図１２は、共振器の光路を密閉した場合のレーザの出力強度の揺らぎを示すグラフである。このグラフにおいても、縦軸はレーザの出力強度を示し、横軸は時間を示す。また、パルスレーザ光の繰り返し周期は１０Ｈｚである。共振器の光路を密閉し、かつ偏光子１７が挿入される場合は、図１２に示すように、レーザの出力強度がほぼ１００ｍＪで一定となり、各回のレーザ発光の間でレーザの出力強度が安定している。レーザの出力強度の平均値Ｍは１００ｍＪであり、標準偏差σは０．５７ｍＪである。上記した３ＣＶは１．７％となる。光路を密閉しない場合と比較すると、変動係数の３倍である３ＣＶを２３．１％から１．７％へ大きく改善できていることがわかる。光路を密閉することによってレーザの出力強度が安定する理由は、共振器において局所的に温度が高い個所が存在しても、急速な空気の流れがほとんど生じず、従って陽炎が発生することがないためと考えられる。
【００７３】
本実施形態では、共振器の光路が共振器の範囲内で密閉された構造を採用する。光路を密閉することで、フラッシュランプ１２の端部で温度が上昇したときでも、レーザの出力強度が揺らぐ原因である陽炎現象を抑えることができる。本実施形態では、レーザロッド１１を小体積化したことに伴い、フラッシュランプ１２の単位長さ当たりのエネルギー密度が高くなった場合でも、陽炎の発生を抑えることができ、レーザの出力強度の揺らぎを抑えることができる。なお、本実施形態では、共振器の構成要素及び共振器の光路が密閉されていればよく、その密閉の構造は特に上記したものには限定されない。
【００７４】
引き続き、本発明のレーザ装置を含む光音響計測装置を説明する。図１３は、レーザ装置１０を含む光音響計測装置を示す。光音響計測装置１００は、超音波探触子（プローブ）１０１と、超音波ユニット１０２と、レーザ装置（レーザユニット）１０３とを備える。なお、本発明の実施形態では、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。
【００７５】
レーザ装置１０から出射したレーザ光は、例えば光ファイバなどの導光手段を用いてプローブ１０１まで導光され、プローブ１０１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１０１以外の場所からレーザ光の照射を行ってもよい。
【００７６】
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（音響波）が生じる。プローブ１０１は、音響波検出手段であり、例えば一次元的に配列された複数の超音波振動子を有している。プローブ１０１は、一次元配列された複数の超音波振動子により、被検体内からの音響波（光音響波）を検出する。また、プローブ１０１は、被検体に対する音響波（超音波）の送信、及び送信した超音波に対する被検体からの反射音響波（反射超音波）の受信を行う。
【００７７】
超音波ユニット１０２は、信号処理手段であり、受信回路１２１、ＡＤ変換手段１２２、受信メモリ１２３、データ分離手段１２４、光音響画像生成手段１２５、超音波画像生成手段１２６、画像合成手段１２７、制御手段１２８、及び送信制御回路１２９を有する。受信回路１２１は、プローブ１０１で検出された光音響波の検出信号を受信する。また、プローブ１０１で検出された反射超音波の検出信号を受信する。ＡＤ変換手段１２２は、受信回路１２１が受信した光音響波及び反射超音波の検出信号をデジタル信号に変換する。ＡＤ変換手段１２２は、例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及び反射超音波の検出信号をサンプリングする。ＡＤ変換手段１２２は、サンプリングした光音響波及び反射超音波の検出信号（サンプリングデータ）を受信メモリ１２３に格納する。
【００７８】
データ分離手段１２４は、受信メモリ１２３に格納された光音響波の検出信号のサンプリングデータと反射超音波の検出信号のサンプリングデータとを分離する。データ分離手段１２４は、光音響波の検出信号のサンプリングデータを光音響画像生成手段１２５に入力する。また、分離した反射超音波のサンプリングデータを、超音波画像生成手段（反射音響波画像生成手段）１２６に入力する。
【００７９】
光音響画像生成手段１２５は、プローブ１０１で検出された光音響波の検出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、位相整合加算などの画像再構成や、検波、対数変換などを含む。超音波画像生成手段１２６は、プローブ１０１で検出された反射超音波の検出信号に基づいて超音波画像（反射音響波画像）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や、検波、対数変換などを含む。
【００８０】
画像合成手段１２７は、光音響画像と超音波画像とを合成する。画像合成手段１２７は、例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。合成された画像は、ディスプレイなどの画像表示手段１０３に表示される。画像合成を行わずに、画像表示手段１０３に、光音響画像と超音波画像とを並べて表示し、或いは光音響画像と超音波画像とを切り替えてすることも可能である。
【００８１】
制御手段１２８は、超音波ユニット１０２内の各部を制御する。制御手段１２８は、例えばレーザ装置にトリガ信号を送る。レーザ装置１０内の図示しない駆動手段は、トリガ信号を受け取ると、フラッシュランプ１２を点灯し、その後、Ｑスイッチ１６への印加電圧を第２の電圧から第１の電圧に切り替えてパルスレーザ光を出射させる。制御手段１２８は、レーザ光の照射に合わせて、ＡＤ変換手段１２２にサンプリングトリガ信号を送り、光音響波のサンプリング開始タイミングを制御する。
【００８２】
制御手段１２８は、超音波画像の生成時は、送信制御回路１２９に超音波送信を指示する旨の超音波送信トリガ信号を送る。送信制御回路１２９は、超音波送信トリガ信号を受けると、プローブ１０１から超音波を送信させる。制御手段１２８は、超音波送信のタイミングに合わせてＡＤ変換手段１２２にサンプリングトリガ信号を送り、反射超音波のサンプリングを開始させる。
【００８３】
上記では、光音響計測装置１００においてプローブ１０１が光音響波と反射超音波の双方を検出するものとして説明したが、超音波画像の生成に用いるプローブと光音響画像の生成に用いるプローブとは、必ずしも同一である必要はない。光音響波と反射超音波とを、それぞれ別個のプローブで検出するようにしてもよい。また、上記実施形態では、レーザ装置が光音響計測装置の一部を構成する例について説明したが、これには限定されない。本発明のレーザ装置を、光音響計測装置とは異なる装置に用いることも可能である。
【００８４】
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、本発明のレーザ装置及び光音響計測装置は、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】
【００８５】
１０：レーザ装置
１１：レーザロッド
１２：フラッシュランプ
１３：レーザチャンバ
１３ａ：第１の部分
１３ｂ：第２の部分
１４、１５：ミラー
１６：Ｑスイッチ
１７：偏光子
１８：プリズム
１９：筐体
２０：遮蔽蓋
２１：薄膜部分
２２：絶縁ブロック
２３：絶縁部材
３０：冷却機器
３１、３２：配管
１００：光音響計測装置
１０１：プローブ
１０２：超音波ユニット
１０３：画像表示手段
１２１：受信回路
１２２：ＡＤ変換手段
１２３：受信メモリ
１２４：データ分離手段
１２５：光音響画像生成手段
１２６：超音波画像生成手段
１２７：画像合成手段
１２８：制御手段
１２９：送信制御回路
１７１：ガラス板
１７２：分離膜
【図１】
2015111660.tif 000003
【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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