特許 6052802 レーザ装置、その制御方法、及び光音響計測装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6052802

(24)【登録日】2016年12月9日

(45)【発行日】2016年12月27日

(54)【発明の名称】レーザ装置、その制御方法、及び光音響計測装置

(51)【国際特許分類】

   H01S 3/115 20060101AFI20161219BHJP

   H01S 3/00 20060101ALI20161219BHJP

   A61B 8/00 20060101ALI20161219BHJP

【ＦＩ】

   H01S3/115

   H01S3/00 F

   A61B8/00

【請求項の数】15

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2013-169419(P2013-169419)

(22)【出願日】2013年8月19日

(65)【公開番号】特開2015-38922(P2015-38922A)

(43)【公開日】2015年2月26日

【審査請求日】2015年10月30日

(73)【特許権者】

【識別番号】306037311

【氏名又は名称】富士フイルム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100073184

【弁理士】

【氏名又は名称】柳田 征史

(74)【代理人】

【識別番号】100090468

【弁理士】

【氏名又は名称】佐久間 剛

(72)【発明者】

【氏名】中林 耕基

(72)【発明者】

【氏名】石井 裕康

(72)【発明者】

【氏名】多田 拓司

【審査官】 金高 敏康

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−０８９６８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１１９４２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−０４６１７３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｓ ３／００ − ３／３０

Ａ６１Ｂ ８／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

アレキサンドライトを含むレーザ媒質と、
前記レーザ媒質に励起光を照射する励起光源と、
前記レーザ媒質を挟んで設けられた一対のミラーを含む共振器と、
前記共振器の光路上に配置され、印加電圧に応じて前記共振器のＱ値を変化させるＱスイッチであって、印加電圧がＱスイッチオフに対応した第１の電圧のときの前記共振器のＱ値を、印加電圧が、前記第１の電圧よりも低い、Ｑスイッチオンに対応した第２の電圧のときの前記共振器のＱ値よりも低くするＱスイッチと、
前記Ｑスイッチへ電圧を印加し、前記Ｑスイッチを駆動するＱスイッチ駆動手段と、
前記Ｑスイッチへの印加電圧が前記第１の電圧のときに前記レーザ媒質に励起光を照射させ、該励起光の照射後に、前記Ｑスイッチへの印加電圧を前記第１の電圧から前記第２の電圧に変化させることでパルスレーザ光を出射させる発振制御手段と、
前記共振器から出力される光を計測する光検出器と、
前記Ｑスイッチに、前記共振器のＱ値をレーザ発振しきい値を超える値にさせる調整用電圧が印加された状態で前記レーザ媒質に励起光を照射させ、前記光検出器が計測した、前記励起光の照射に起因して前記共振器から出力された光の強度と前記調整用電圧とを用いて、前記第１の電圧を調整するオフ電圧調整手段とを備え、
前記オフ電圧調整手段が、前記Ｑスイッチに対して、前記調整後の第１の電圧が印加されたときの光共振器のＱ値がレーザ発振しきい値以下となるように、前記第１の電圧の調整を行うレーザ装置。

【請求項2】

前記調整用電圧が、基準となる電圧よりもΔＶ１だけ高い第１の調整用電圧と、前記基準となる電圧よりもΔＶ２だけ高い第２の調整用電圧とを含む請求項１に記載のレーザ装置。

【請求項3】

前記基準となる電圧が調整前の第１の電圧である請求項２に記載のレーザ装置。

【請求項4】

前記基準となる電圧が、前記共振器内の温度に応じて定められた電圧である請求項３に記載のレーザ装置。

【請求項5】

前記ΔＶ１及び前記ΔＶ２が、前記レーザ媒質に照射される励起光のエネルギーに依存して決定される請求項２から４何れか１項に記載のレーザ装置。

【請求項6】

前記オフ電圧調整手段が、前記Ｑスイッチに前記第１の調整用電圧が印加されているときに前記光検出器が計測した前記共振器から出力された光の強度と、前記Ｑスイッチに前記第２の調整用電圧が印加されているときに前記光検出器が計測した前記共振器から出力された光の強度との差に基づいて前記第１の電圧を調整する請求項２から５何れか１項に記載のレーザ装置。

【請求項7】

前記オフ電圧調整手段は、周期的に前記第１の電圧の調整を行う請求項１から６何れか１項に記載のレーザ装置。

【請求項8】

前記オフ電圧調整手段は、前回の第１の電圧の調整時の温度からの温度変化がしきい値を超えると、前記第１の電圧の調整を行う請求項１から７何れか１項に記載のレーザ装置。

【請求項9】

前記オフ電圧調整手段は、前記Ｑスイッチへの印加電圧が前記第１の電圧の状態で前記レーザ媒質に励起光が照射された後で、かつＱスイッチへの印加電圧が第２の電圧に変化される前に、前記光検出器が前記共振器から光が出力していることを検出すると、前記第１の電圧の調整を行う請求項１から８何れか１項に記載のレーザ装置。

【請求項10】

前記光検出器が、前記共振器外の光学素子からの散乱光を計測する請求項１から９何れか１項に記載のレーザ装置。

【請求項11】

前記光検出器が、前記共振器の出力光から分割された光を計測する請求項１から９何れか１項に記載のレーザ装置。

【請求項12】

前記光検出器が、前記共振器を構成する一対のミラーのうち出力ミラーではないミラーから出力される光を計測する請求項１から９何れか１項に記載のレーザ装置。

【請求項13】

アレキサンドライトを含むレーザ媒質と、
前記レーザ媒質に励起光を照射する励起光源と、
前記レーザ媒質を挟んで設けられた一対のミラーを含む共振器と、
前記共振器の光路上に配置され、印加電圧に応じて前記共振器のＱ値を変化させるＱスイッチであって、印加電圧がＱスイッチオフに対応した第１の電圧のときの前記共振器のＱ値を、印加電圧が、前記第１の電圧よりも低い、Ｑスイッチオンに対応した第２の電圧のときの前記共振器のＱ値よりも低くするＱスイッチと、
前記共振器から出力される光を計測する光検出器と、
前記Ｑスイッチへ電圧を印加し、前記Ｑスイッチを駆動するＱスイッチ駆動手段と、
前記Ｑスイッチへの印加電圧が前記第１の電圧のときに前記レーザ媒質に励起光を照射させ、該励起光の照射後に、前記Ｑスイッチへの印加電圧を前記第１の電圧から前記第２の電圧に変化させることでパルスレーザ光を出射させる発振制御手段と、
前記Ｑスイッチに、前記共振器のＱ値をレーザ発振しきい値を超える値にさせる調整用電圧が印加された状態で前記レーザ媒質に励起光を照射させ、前記光検出器が計測した、前記励起光の照射に起因して前記共振器から出力された光の強度と前記調整用電圧とを用いて、前記第１の電圧を調整するオフ電圧調整手段とを備え、
前記オフ電圧調整手段が、前記Ｑスイッチに対して、前記調整後の第１の電圧が印加されたときの光共振器のＱ値がレーザ発振しきい値以下となるように、前記第１の電圧の調整を行うレーザ装置と、
前記レーザ光を被検体に向けて出射した後に被検体内で生じた光音響波を検出する検出手段と、
前記検出された光音響波に基づいて信号処理を行う信号処理手段とを備えた光音響計測装置。

【請求項14】

前記信号処理手段が、前記検出された光音響波に基づいて光音響画像を生成する画像生成手段である請求項１３に記載の光音響計測装置。

【請求項15】

アレキサンドライトを含むレーザ媒質を挟んで設けられた一対のミラーを含む共振器の光路上に配置され、印加電圧に応じて前記共振器のＱ値を変化させるＱスイッチであって、印加電圧がＱスイッチオフに対応した第１の電圧のときの前記共振器のＱ値を、印加電圧が、前記第１の電圧よりも低い、Ｑスイッチオンに対応した第２の電圧のときの前記共振器のＱ値よりも低くするＱスイッチに、前記共振器のＱ値をレーザ発振しきい値を超える値にさせる調整用電圧を印加するステップと、
前記レーザ媒質に励起光を照射するステップと、
前記励起光の照射に起因して前記共振器から出力されるレーザ光を計測するステップと、
前記計測されたレーザ光の強度と前記調整用電圧とを用いて、前記第１の電圧を調整し、かつ前記Ｑスイッチに対して、前記調整後の第１の電圧が印加されたときの光共振器のＱ値がレーザ発振しきい値以下となるように、前記第１の電圧の調整を行うステップとを有するＱスイッチオフ電圧調整方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、レーザ装置及びその制御方法に関し、更に詳しくは、Ｑスイッチを用いてパルスレーザ光を出射するレーザ装置、及びその制御方法に関する。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（光音響波）が発生する。この光音響波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、光音響波に基づく生体内の可視化が可能である。

【0004】

ここで、光音響計測には、Ｑスイッチを用いてパルスレーザ光を出射するレーザ装置が用いられることが多い。特許文献１には、レーザ媒質にアレキサンドライト結晶を用い、波長８００ｎｍと波長７５５ｎｍのパルスレーザ光を出射可能なレーザ装置が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１３−８９６８０号公報

【非特許文献】

【0006】

【非特許文献1】Alexandrite Laser Technology, M.L. Shand, SPIE Vol. 610 Scientific and Engineering Applications of Commercial Laser Devices (1986)

【非特許文献2】Characteristics of alexandrite lasers in Q-switched and tuned operation, C.L Sam et al, SPIE Vol. 247 Advances in Laser Engineering and Applications (1980)

【非特許文献3】Tunable Alexandrite lasers, JOHN C. WALLING et al, IEEE JOURNAL OF QUANTUM ELECTRONICS VOL. QE-16 NO.12, DECEMBER 1980

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

ところで、アレキサンドライトレーザについては、共振器内の光学部品の損傷の確率が高いことが知られている。この原因について、非特許文献１では、マルチモードによる空間的及び時間的エネルギー集中が原因と分析されている。この問題に対し、非特許文献２には、ＴＥＭ００モードに近づけることで光学部品の損傷を低減することが記載されている。しかしながら、アレキサンドライトは、室温では誘導放出断面積が小さいため、開口などを用いてＴＥＭ００モードに制限すると、大きなエネルギー損失が生じる。別の試みとして、非特許文献３には、光学部品の損傷しきい値に対し十分弱いエネルギー密度で発振させることが記載されている。しかし、エネルギー密度を下げるためにはアレキサンドライトのロッドの径を太くしなければならない。アレキサンドライトは、ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）に比べて製造コストが高く、高コストとなるという問題がある。特許文献１においては、共振器内の光学部品の損傷を低減する手段は特に講じられていない。

【0008】

本発明は、上記に鑑み、アレキサンドライトをレーザ媒質とするレーザ装置であって、高効率かつ低コストで共振器内の光学部品の損傷の抑制が可能なレーザ装置及びその制御方法を提供することを目的とする。

【0009】

また、本発明は、上記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】

【0010】

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を含むレーザ媒質と、レーザ媒質に励起光を照射する励起光源と、レーザ媒質を挟んで設けられた一対のミラーを含む共振器と、共振器の光路上に配置され、印加電圧に応じて共振器のＱ値を変化させるＱスイッチであって、印加電圧がＱスイッチオフに対応した第１の電圧のときの共振器のＱ値を、印加電圧が、第１の電圧よりも低い、Ｑスイッチオンに対応した第２の電圧のときの共振器のＱ値よりも低くするＱスイッチと、Ｑスイッチへ電圧を印加し、Ｑスイッチを駆動するＱスイッチ駆動手段と、Ｑスイッチへの印加電圧が第１の電圧のときにレーザ媒質に励起光を照射させ、励起光の照射後に、Ｑスイッチへの印加電圧を第１の電圧から第２の電圧に変化させることでパルスレーザ光を出射させる発振制御手段と、共振器から出力される光を計測する光検出器と、前記Ｑスイッチに、共振器のＱ値をレーザ発振しきい値を超える値にさせる調整用電圧が印加された状態でレーザ媒質に励起光を照射させ、光検出器が計測した、励起光の照射に起因して共振器から出力された光の強度に基づいて、第１の電圧を調整するオフ電圧調整手段とを備えたレーザ装置を提供する。

【0011】

オフ電圧調整手段は、Ｑスイッチに第１の電圧が印加されたときの光共振器のＱ値がレーザ発振しきい値以下となるように、第１の電圧を調整することが好ましい。

【0012】

調整用電圧が、基準となる電圧よりもΔＶ１だけ高い第１の調整用電圧と、基準となる電圧よりもΔＶ２だけ高い第２の調整用電圧とを含んでいてもよい。ΔＶ１とΔＶ２とは同じ値であってもよいし、異なっていてもよい。

【0013】

上記において、基準となる電圧は調整前の第１の電圧であってもよいし、共振器内の温度に応じて定められた電圧であってもよい。

【0014】

ΔＶ１及びΔＶ２が、レーザ媒質に照射される励起光のエネルギーに依存して決定されてもよい。

【0015】

オフ電圧調整手段は、Ｑスイッチに第１の調整用電圧が印加されているときに光検出器が計測した共振器から出力された光の強度と、Ｑスイッチに第２の調整用電圧が印加されているときに光検出器が計測した共振器から出力された光の強度との差に基づいて第１の電圧を調整してもよい。

【0016】

オフ電圧調整手段が、周期的に第１の電圧の調整を行うこととしてもよい。

【0017】

オフ電圧調整手段は、前回の第１の電圧の調整時の温度からの温度変化がしきい値を超えると、第１の電圧の調整を行ってもよい。

【0018】

あるいは、オフ電圧調整手段が、Ｑスイッチへの印加電圧が第１の電圧の状態でレーザ媒質に励起光が照射された後で、かつＱスイッチへの印加電圧が第２の電圧に変化される前に、光検出器が共振器から光が出力していることを検出すると、第１の電圧の調整を行うこととしてもよい。

【0019】

光検出器は、共振器外の光学素子からの散乱光を計測してもよい。

【0020】

あるいは、光検出器が、共振器の出力光から分割された光を計測してもよい。

【0021】

光検出器が、共振器を構成する一対のミラーのうち出力ミラーではないミラーから出力される光を計測することとしてもよい。

【0022】

本発明は、また、アレキサンドライトを含むレーザ媒質と、レーザ媒質に励起光を照射する励起光源と、レーザ媒質を挟んで設けられた一対のミラーを含む共振器と、共振器の光路上に配置され、印加電圧に応じて共振器のＱ値を変化させるＱスイッチであって、印加電圧がＱスイッチオフに対応した第１の電圧のときの共振器のＱ値を、印加電圧が、第１の電圧よりも低い、Ｑスイッチオンに対応した第２の電圧のときの共振器のＱ値よりも低くするＱスイッチと、共振器から出力される光を計測する光検出器と、Ｑスイッチへ電圧を印加し、Ｑスイッチを駆動するＱスイッチ駆動手段と、Ｑスイッチへの印加電圧が第１の電圧のときにレーザ媒質に励起光を照射させ、励起光の照射後に、Ｑスイッチへの印加電圧を第１の電圧から第２の電圧に変化させることでパルスレーザ光を出射させる発振制御手段と、Ｑスイッチに、共振器のＱ値をレーザ発振しきい値を超える値にさせる調整用電圧が印加された状態でレーザ媒質に励起光を照射させ、光検出器が計測した、励起光の照射に起因して共振器から出力される光の強度に基づいて、第１の電圧を調整するオフ電圧調整手段とを備えたレーザ装置と、レーザ光を被検体に向けて出射した後に被検体内で生じた光音響波を検出する検出手段と、検出された光音響波に基づいて信号処理を行う信号処理手段とを備えた光音響計測装置を提供する。

【0023】

本発明の光音響計測装置において、信号処理手段は、検出された光音響波に基づいて光音響画像を生成する画像生成手段であってもよい。

【0024】

さらに、本発明は、アレキサンドライトを含むレーザ媒質を挟んで設けられた一対のミラーを含む共振器の光路上に配置され、印加電圧に応じて共振器のＱ値を変化させるＱスイッチであって、印加電圧がＱスイッチオフに対応した第１の電圧のときの共振器のＱ値を、印加電圧が、第１の電圧よりも低い、Ｑスイッチオンに対応した第２の電圧のときの共振器のＱ値よりも低くするＱスイッチに、共振器のＱ値をレーザ発振しきい値を超える値にさせる調整用電圧を印加するステップと、レーザ媒質に励起光を照射するステップと、励起光の照射に起因して共振器から出力されるレーザ光を計測するステップと、計測されたレーザ光の強度に基づいて、Ｑスイッチオフに対応した第１の電圧を調整するステップとを有するＱスイッチオフ電圧調整方法を提供する。

【発明の効果】

【0025】

本発明のレーザ装置及びその制御方法は、Ｑスイッチに、共振器のＱ値をレーザ発振しきい値を超える値にさせる調整用電圧を印加した状態でレーザ媒質に励起光を照射し、その励起光照射に起因して発生したレーザ光の強度を計測し、計測したレーザ光の強度に基づいてＱスイッチオフに対応した第１の電圧を調整する。Ｑスイッチの複屈折性は温度が変わると変化するため、第１の電圧を印加してＱスイッチをオフとするときに、ある温度下では共振器のＱ値をレーザ発振しきい値以下にできても、別の温度下では共振器のＱ値がレーザ発振しきい値を超えることがある。Ｑスイッチオフ時に共振器のＱ値がレーザ発振しきい値を超えると、Ｑスイッチがオフになりきらず、レーザ媒質に対する励起光の照射時に共振器において局所的にレーザ発振が生じることがある。局所的にレーザ発振が生じた状態でＱスイッチをオンに切り替えると、局所的にレーザ発振した部分に光が集中し、共振器内の光学部品の損傷を招く。本発明では、第１の電圧を調整することで、温度が変化した場合でもＱスイッチオフを維持することが可能となり、Ｑスイッチオフ時にＱスイッチがオフになりきらないことで生じる局所的なレーザ発振を抑制して、共振器内の光学部品の損傷を抑制できる。本発明では、開口などを用いてＴＥＭ００モードに制限しなくても共振器内の光学部品の損傷を抑制でき、エネルギー損失は少なくて済む。また、エネルギー密度を下げるためにレーザ媒質の径を太くする必要はなく、低コストで、共振器内の光学部品の損傷を抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】本発明の一実施形態のレーザ装置を示すブロック図。

【図2】Ｑスイッチへの印加電圧と共振器から出射する光の強度との関係を示すグラフ。

【図3】Ｑスイッチへの印加電圧と共振器から出射する光の強度との関係を示すグラフ。

【図4】温度とＱスイッチオフ電圧との関係を示すグラフ。

【図5】Ｑスイッチへの印加電圧と共振器から出射する光強度との関係を示すグラフ。

【図6】各部の動作波形を示すタイミングチャート。

【図7】光計測の第１の態様を示すブロック図。

【図8】光計測の第１の態様の変形例を示すブロック図。

【図9】光計測の第２の態様を示すブロック図。

【図10】光計測の第２の態様の変形例を示すブロック図。

【図11】光計測の第３の態様を示すブロック図。

【図12】光計測の第１の態様と第２の態様とを組み合わせた例を示すブロック図。

【図13】第１の電圧の調整の動作手順を示すフローチャート。

【図14】本発明の一実施形態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、本発明の一実施形態のレーザ装置を示す。レーザ光源ユニット１３は、レーザロッド５１、フラッシュランプ５２、ミラー５３、５４、Ｑスイッチ５５、駆動手段５６、発振制御手段５７、オフ電圧調整手段５８、及び光検出器５９を備える。レーザロッド５１は、レーザ媒質である。レーザロッド５１には、アレキサンドライト結晶が用いられる。レーザロッド５１から出射する光は所定の偏光軸を持つ。例えば、レーザロッド５１から出射する光はＰ偏光である。

【0028】

フラッシュランプ５２は、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以外の光源を、励起光源として用いてもよい。ミラー５３、５４は、レーザロッド５１を挟んで対向しており、ミラー５３、５４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５３、５４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５４はアウトプットカプラー（ＯＣ：output coupler）であり、ミラー５４からレーザ光が出射する。共振器内には、Ｑスイッチ５５が挿入される。Ｑスイッチ５５は、印加電圧に応じて通過する光の偏光状態を変化させることで、共振器のＱ値を変化させる。Ｑスイッチ５５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。共振器内に更に波長選択手段を挿入し、波長可変レーザとしてもよい。

【0029】

Ｑスイッチ５５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１の電圧は、例えばＱスイッチ５５を１／４波長板として働かせる電圧である。Ｑスイッチ５５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、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２の電圧は、第１の電圧よりも低い。第２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５５を透過する光の偏光状態は変化しない。

【0030】

Ｑスイッチ５５に第１の電圧が印加されるとき、Ｑスイッチ５５は１／４波長板として働き、レーザロッド５１からＱスイッチ５５に入射したＰ偏光の光は、Ｑスイッチ５５を通過して円偏光となり、ミラー５３で反射してＱスイッチ５５に逆向きに入射する。Ｑスイッチ５５に逆向きに入射した円偏光の光は、Ｑスイッチ５５を通過してＳ偏光となり、Ｓ偏光でレーザロッド５１に帰還する。レーザロッド５１のＳ偏光のゲインは低く、レーザ発振は起こらない。一方、Ｑスイッチ５５への印加電圧が０Ｖ（第２の電圧）のとき、レーザロッド５１からＱスイッチ５５に入射したＰ偏光の光はＰ偏光のままＱスイッチ５５を透過し、ミラー５３で反射する。ミラー５３で反射したＰ偏光の光は、偏光状態を変化させずにＱスイッチ５５を透過し、Ｐ偏光でレーザロッド５１に帰還する。レーザロッド５１のＰ偏光のゲインは高く、レーザ発振が起こる。

【0031】

駆動手段５６は、Ｑスイッチ５５へ電圧を印加し、Ｑスイッチ５５を駆動する。発振制御手段５７は、駆動手段５６を通じてＱスイッチ５５への印加電圧を制御する。また、フラッシュランプ５２の点灯を制御する。発振制御手段５７は、Ｑスイッチ５５への印加電圧が第１の電圧のときにフラッシュランプ５２を点灯し、レーザロッド５１に励起光を照射させる。レーザロッド５１の励起後、例えばアレキサンドライト結晶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５５への印加電圧を第１の電圧から第２の電圧に変化させる。共振器のＱ値を低Ｑから高Ｑ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。

【0032】

ここで、Ｑスイッチ５５に用いられる電気光学素子の複屈折性は温度依存性を有しており、Ｑスイッチ５５を１／４波長板として働かせる電圧は、温度に依存して変化する。共振器内の温度は時間経過と共に変化することがあり、ある時点では第１の電圧の印加時にＱスイッチ５５を１／４波長板として働かせることができても、別の時点では第１の電圧の印加時にＱスイッチ５５が１／４波長板として働かなくなることがある。Ｑスイッチオフ時にＱスイッチ５５が１／４波長板として働かなくなると、Ｑスイッチ５５がオフになりきらず、すなわち共振器のＱ値を十分に低くすることができなくなり、フラッシュランプ５２の点灯時に、局所的にレーザ発振が起こることがある。本発明者らは、このような局所発振が、共振器内の光学部品の損傷の原因になり得ると考えた。そこで、本実施形態では、Ｑスイッチオフに対応する第１の電圧を調整し、温度が変化したときでも、Ｑスイッチオフ時にレーザ発振が起こらないようにする。

【0033】

オフ電圧調整手段５８は、Ｑスイッチオフに対応した第１の電圧を調整する。光検出器５９は、共振器から出射する光を計測する。光検出器５９には、フォトダイオードやパワーモニタなどを用いることができる。オフ電圧調整手段５８は、Ｑスイッチ５５に、共振器のＱ値をレーザ発振しきい値を超える値にさせる調整用電圧が印加された状態でレーザロッド５１に励起光を照射させる。共振器のＱ値はレーザ発振しきい値を超えていているため、励起光照射に起因して、出力側のミラー５４からレーザ光が出射する。オフ電圧調整手段５８は、光検出器５９が検出した光の強度に基づいて、第１の電圧を調整する。オフ電圧調整手段５８は、Ｑスイッチ５５に第１の電圧が印加されたときに共振器のＱ値がレーザ発振しきい値以下となるように、第１の電圧を調整する。第１の電圧は、理想的には、調整時の温度下でＱスイッチ５５を１／４波長板として働かせる電圧に調整される。

【0034】

図２は、Ｑスイッチ５５の印加電圧と共振器から出射する光の強度との関係を示す。Ｑスイッチ５５の印加電圧を変化させながらフラッシュランプ５２を点灯し、各電圧のときに共振器から出射する光の強度を計測すると、図２に示す結果が得られた。励起エネルギーは１２．６Ｊである。この例では、Ｑスイッチ５５を１／４波長板として働かせる電圧は２．２ｋＶである。Ｑスイッチ５５への印加電圧が２．２ｋＶを中心とした０．８ｋＶの範囲（２．２ｋＶ±０．４ｋＶ）にあるときは、共振器のＱ値が十分に低く、レーザ発振は起こらない。

【0035】

Ｑスイッチ５５への印加電圧が１．８ｋＶよりも低い範囲、及び２．６ｋＶよりも高い範囲では、共振器のＱ値が十分に低くなく、レーザ発振が起こってミラー５４から光（漏れ光）が出射する。ミラー５４から出射する光の強度は、Ｑスイッチ５５を１／４波長板として働かせる電圧との差が大きいほど強くなる。Ｑスイッチ５５の印加電圧と共振器から出射する光の強度との関係を示すグラフは、Ｑスイッチ５５を１／４波長板として働かせる電圧である２．２ｋＶを中心として、電圧変化に対して対称性を有している。

【0036】

Ｑスイッチ５５の温度が変化し、Ｑスイッチ５５を１／４波長板として働かせる電圧が２．２ｋＶから変化すると、印加電圧と共振器から出射する光の強度との関係は、Ｑスイッチ５５を１／４波長板として働かせる電圧の変化の分だけ、電圧の高い側又は低い側にシフトする。励起時にＱスイッチ５５に印加される第１の電圧が、Ｑスイッチ５５を１／４波長板として働かせる電圧を中心とした０．８ｋＶの範囲から外れると、Ｑスイッチ５５が完全にオフしなくなり、Ｑスイッチオフ時に望ましくないレーザ発振が起こる。

【0037】

図３は、励起エネルギーが１３．５ＪのときのＱスイッチ５５の印加電圧と共振器から出射する光の強度との関係を示す。図２では、レーザ発振が起こらない電圧範囲は２．２ｋＶを中心とした０．８ｋＶであったのに対し、図３では、レーザ発振が起こらない電圧範囲は２．２ｋＶを中心とした０．４ｋＶとなっている。このように、励起エネルギーが増えると、レーザ発振が起こらない電圧範囲が狭くなる。

【0038】

図４は、温度とＱスイッチオフ電圧との関係を示す。実線は、Ｑスイッチ５５を１／４波長板として働かせる電圧を示す。Ｑスイッチ５５を１／４波長板として働かせる電圧は、温度変化に対して負の傾きを有する。その傾きは、Ｑスイッチ５５がＫＤ^＊Ｐ結晶を用いたポッケルスセルの場合、波長７５０ｎｍにおいて−３５Ｖ／℃である。破線は、レーザ発振が起こらない電圧の上限と下限とを示す。フラッシュランプ５２の点灯時にＱスイッチ５５に印加される電圧が上限と下限との間の範囲にあれば、Ｑスイッチオフ時にレーザ発振が起こらない。上限と下限の差は、調整裕度に相当する。

【0039】

ここで、オフ電圧調整手段５８が第１の電圧の調整時にＱスイッチ５５に印加する調整用電圧は、例えば基準となる電圧よりも所定の電圧（ΔＶ１）だけ高い第１の調整用電圧と、基準となる電圧よりも所定の電圧（ΔＶ２）だけ低い第２の調整用電圧とを含んでいてもよい。基準となる電圧は、例えば調整前の第１の電圧である。基準となる電圧は、共振器内の温度に応じて定められた電圧でもよい。例えば、温度と基準となる電圧とを対応付けて記憶するテーブルを参照し、テーブルから調整時の温度に対応する基準となる電圧を取得してもよい。

【0040】

上記のΔＶ１及びΔＶ２の値は、レーザロッド５１に照射される励起光のエネルギーに応じて変化させてもよい。例えば、励起エネルギーとΔＶ１及びΔＶ２の値とを対応付けて記憶するテーブルを参照し、テーブルからレーザロッド５１への励起エネルギーに対応するΔＶ１及びΔＶ２の値を取得してもよい。ΔＶ１とΔＶ２の値は互いに等しくてもよいし、異なっていてもよい。オフ電圧調整手段５８は、Ｑスイッチ５５に第１の調整用電圧が印加されているときに光検出器５９が計測した光の強度と、Ｑスイッチ５５に第２の調整用電圧が印加されているときに光検出器５９が計測した光の強度との差に基づいて第１の電圧を調整する。

【0041】

図５は、Ｑスイッチ５５への印加電圧と共振器から出射する光強度との関係を示す。図５を参照して、第１の電圧の調整について説明する。Ｑスイッチ５５への印加電圧が、Ｑスイッチ５５を１／４波長板として働かせる電圧を中心とした所定の範囲にあるときは、レーザ発振は起こらずに、共振器外部へ光が出射しない。Ｑスイッチ５５への印加電圧が、Ｑスイッチ５５を１／４波長板として働かせる電圧を中心とした所定の範囲よりも高い範囲における電圧変化に対する光強度の変化（傾き）をａ（ｍＪ／Ｖ）とする。また、Ｑスイッチ５５への印加電圧が、Ｑスイッチ５５を１／４波長板として働かせる電圧を中心とした所定の範囲よりも低い範囲における電圧変化に対する光強度の変化（傾き）を−ａ（ｍＪ／Ｖ）とする。傾きａ、−ａの値は、励起エネルギーに応じてあらかじめ設定されている。

【0042】

第１の調整用電圧Ｖ１は、調整前の第１の電圧（Ｖｏｆｆ）よりもαだけ高い電圧（Ｖｏｆｆ＋α）であり、第２の調整用電圧Ｖ２は、調整前の第１の電圧（Ｖｏｆｆ）よりもαだけ低い電圧（Ｖｏｆｆ−α）である。αの大きさは、レーザロッド５１の励起エネルギーや共振器損失などに応じて適宜決められる。例えば励起エネルギーが１３．５Ｊのとき、αは、共振器のＱ値がレーザ発振しきい値以下となる範囲の幅である０．４ｋＶ（図３参照）よりも高い０．６ｋＶに設定される。Ｑスイッチ５５に第１の調整用電圧Ｖ１が印加されている状態でフラッシュランプ５２を点灯したときに光検出器５９が計測した光の強度をＡ１とし、Ｑスイッチ５５に第２の調整用電圧Ｖ２が印加されている状態でフラッシュランプ５２を点灯したときに光検出器５９が計測した光の強度をＡ２とする。

【0043】

Ｑスイッチ５５に第１の調整用電圧Ｖ１が印加されているときに光検出器５９が計測した光の強度と、Ｑスイッチ５５に第２の調整用電圧Ｖ２が印加されているときに光検出器５９が計測した光の強度との差をＡ１−Ａ２と定義する。Ａ１−Ａ２＞０であれば、調整前の第１の電圧Ｖｏｆｆは、調整時の温度下でＱスイッチ５５を１／４波長板として働かせる電圧よりも高い電圧になっている。この場合、オフ電圧調整手段５８は、第１の電圧を下げる方向に調整すればよい。上記とは逆に、Ａ１−Ａ２＜０であれば、調整前の第１の電圧Ｖｏｆｆは、調整時の温度下でＱスイッチ５５を１／４波長板として働かせる電圧よりも低い電圧になっている。この場合、オフ電圧調整手段５８は、第１の電圧を上げる方向に調整すればよい。

【0044】

調整時の温度下でＱスイッチ５５を１／４波長板として働かせる電圧は、高電圧側と低電圧側とで計測される光強度が同じになる電圧、例えば計測される光強度がＡ１又はＡ２になる電圧を計算し、両電圧の中間の電圧を計算することで求めることができる。例えば、Ｑスイッチ５５を１／４波長板として働かせる電圧よりも高電圧側で、計測される光強度が第２の調整用電圧Ｖ２が印加されるときと同じ強度Ａ２となる電圧は、グラフの傾きと光強度の差とから、Ｖ１−（Ａ１−Ａ２）／ａと計算できる。この電圧と第２の調整用電圧Ｖ２との中間の電圧は、｛Ｖ１−（Ａ１−Ａ２）／ａ＋Ｖ２｝／２＝｛Ｖｏｆｆ＋α−（Ａ１−Ａ２）／ａ＋Ｖｏｆｆ−α｝／２＝Ｖｏｆｆ−（Ａ１−Ａ２）／２ａとなる。このようにして求めた電圧を、調整後の第１の電圧とすればよい。

【0045】

図６は、各部の動作波形を示す。レーザ出射時は、Ｑスイッチ５５に、第１の電圧、例えば２．２ｋＶの電圧が印加する（ｂ）。Ｑスイッチ５５に２．２ｋＶの電圧が印加された状態でフラッシュランプ５２を点灯し（ａ）、その後、一時的にＱスイッチ５５への印加電圧を０Ｖに下げる（ｂ）。共振器内のＱ値が変化することでＱスイッチパルス発振が起こり、ミラー５４からパルスレーザ光が出射する（ｃ）。

【0046】

第１の電圧の調整時は、まず、Ｑスイッチ５５に、第１の電圧よりも高い第１の調整用電圧、例えば２．８ｋＶを印加する（ｂ）。Ｑスイッチ５５に２．８ｋＶの電圧が印加された状態でフラッシュランプ５２を点灯する（ａ）。共振器のＱ値が発振しきい値を超えていることから、フラッシュランプ５２の点灯後、共振器においてレーザ発振が起こり、ミラー５４からロングパルス光が出射する（ｃ）。光検出器５９により、共振器から出射する光の強度を計測する。

【0047】

次いで、Ｑスイッチ５５に、第１の電圧よりも低い第２の調整用電圧、例えば２．２ｋＶを印加し（ｂ）、Ｑスイッチ５５に２．２ｋＶの電圧が印加された状態でフラッシュランプ５２を点灯する（ａ）。共振器のＱ値が発振しきい値を超えていることから、フラッシュランプ５２の点灯後、共振器においてレーザ発振が起こり、ミラー５４からロングパルス光が出射する（ｃ）。光検出器５９により、共振器から出射する光の強度を計測する。第１の調整用電圧が印加されたときの光強度と第２の調整用電圧が印加されたときの光強度とに基づいて第１の電圧を調整する。

【0048】

続いて、共振器から出射する光の強度の計測について説明する。光検出器５９は、共振器から出射した光の一部を分割し、分割された光を受光してその強度を計測してもよい。あるいは、共振器外部の光学素子からの散乱光を受光し、その強度を計測することとしてもよい。さらには、出力側のミラー５４ではなく、リア側のミラー５３から出射した光を受光し、その強度を計測してもよい。

【0049】

図７は、光計測の第１の態様を示す。この例では、ミラー５４から出射した光の光路上にビームスプリッタ６１が設けられる。ビームスプリッタ６１は、ミラー５４から出射した光の一部を反射し、残りを透過する。ビームスプリッタ６１は、ミラー５４から出射した光の多くを透過し、一部のみを光検出器５９方向へ反射する。光検出器５９は、ビームスプリッタ６１で反射した光を受光し、その強度を計測する。

【0050】

図８は、光計測の第１の態様の変形例を示す。この例では、ミラー５４から出射した光の光路上に１／２波長板６４と偏光子６５とが設けられる。１／２波長板６４は、光軸周りに回転可能に配置される。偏光子６５は、特定方向の直線偏光を透過する。偏光子６５には、例えば特定方向の直線偏光を透過し、それと直交する方向の直線偏光を反射する偏光ビームスプリッタを用いることができる。１／２波長板６４を光軸周りに回転させることで、後段の偏光子６５を透過・反射する光量の割合を変化させることができる。光検出器５９は、使用されない方の光路上に配置され、偏光子６５で分割された光の強度を計測する。

【0051】

図９は、光計測の第２の態様を示す。この例では、ミラー５４から出射した光の光路上にシャッタ６２が設けられる。シャッタ６２は、第１の電圧の調整時に、ミラー５４から出射した光の光路上に挿入される。第１の電圧の調整時にミラー５４から出射したロングパルス光はシャッタで遮られる。光検出器５９は、シャッタ６２で散乱した光を受光し、その強度を計測する。

【0052】

散乱光を生じさせる光学素子はシャッタには限定されず、光検出器５９が、シャッタ６２以外の光学素子からの散乱光を受光するように構成してもよい。図１０は、光計測の第２の態様の変形例を示す。この変形例では、ミラー５４から出射した光の光路上に、ミラーや、レンズ、拡散板などの光学素子６３が設けられる。光学素子６３は、例えばミラー５４から出射した光を、光ファイバなどの導光部材に入射する際に用いられる。光学素子６３に光が入射すると、一部が散乱され、散乱光が生じる。その散乱光を、光検出器５９で計測することとしてもよい。

【0053】

図１１は、光計測の第３の態様を示す。共振器内でレーザ発振が起こったとき、光の多くはアウトプットカプラーであるミラー５４から出射するが、一部はリア側のミラー５３からも出射する。光検出器５９は、リア側のミラー５３から出射した光を受光し、その強度を計測する。

【0054】

上記した光計測の各態様は、適宜組み合わせて使用することができる。図１２は、第１の態様と第２の態様とを組み合わせた例を示す。１／２波長板６４と偏光子６５とが設けられ、ミラー５４から出射した光の一部を偏光子６５で分割する点は第１の態様と同様である。図１２では、偏光子６５で分割された光の進行先に、光を吸収するためのビームダンパ６６が設けられる。光検出器５９は、ビームダンパ６６で散乱した光を受光し、その強度を計測する。

【0055】

次いで、第１の電圧の調整の動作手順を説明する。図１３は、第１の電圧の調整の動作手順を示す。オフ電圧調整手段５８は、駆動手段５６を通じて、Ｑスイッチ５５に第１の調整用電圧を印加する（ステップＳ１）。オフ電圧調整手段５８は、フラッシュランプ５２を点灯し、レーザロッド５１に励起光を照射させる（ステップＳ２）。レーザロッド５１に励起光を照射すると、共振器においてレーザ発振が起こり、出力側のミラー５４からロングパルス光が出射する。光検出器５９は、ミラー５４から出射する光の強度を計測する（ステップＳ３）。

【0056】

オフ電圧調整手段５８は、駆動手段５６を通じて、Ｑスイッチ５５に第２の調整用電圧を印加する（ステップＳ４）。オフ電圧調整手段５８は、フラッシュランプ５２を点灯し、レーザロッド５１に励起光を照射させる（ステップＳ５）。レーザロッド５１に励起光を照射すると、共振器においてレーザ発振が起こり、出力側のミラー５４からロングパルス光が出射する。光検出器５９は、ミラー５４から出射する光の強度を計測する（ステップＳ６）。

【0057】

オフ電圧調整手段５８は、ステップＳ３で計測された光強度と、ステップ６で計測された光強度とに基づいて、第１の電圧を調整する（ステップＳ７）。オフ電圧調整手段５８は、例えばステップＳ３で計測された光強度とステップ６で計測された光強度との差に基づいて第１の電圧の調整量を決定する。オフ電圧調整手段５８は、駆動手段５６に対し、調整された第１の電圧を設定する。駆動手段５６は、調整後の第１の電圧をＱスイッチ５５に印加する。

【0058】

オフ電圧調整手段５８は、周期的に第１の電圧の調整を行ってもよい。オフ電圧調整手段５８は、例えば１０分ごとや３０分ごとに、定期的に第１の電圧の調整を行う。周期的に第１の電圧の調整を行うのに代えて、又はこれに加えて、共振器内の温度を温度センサなどでモニタし、前回の調整時からの温度変化がしきい値を超えたときに第１の電圧の調整を行うこととしてもよい。あるいは、Ｑスイッチ５５への印加電圧が第１の電圧の状態でレーザロッド５１に励起光が照射された後で、かつＱスイッチ５５への印加電圧が第２の電圧に変化される前に、光検出器５９が共振器から光が出射しているか否かを検出し、出射している場合に第１の電圧の調整を行ってもよい。

【0059】

なお、第１の調整用電圧の印加と第２の調整用電圧の印加とは、どちらを先に行ってもよい。また、第１の調整用電圧の印加と第２の調整用電圧の印加は、必ずしも連続的に行う必要はなく、第１の調整用電圧を印加してロングパルス光を出射した後に通常のＱスイッチパルス発振を行ってパルスレーザ光の出射を行い、その後、第２の調整用電圧を印加してロングパルス光の出射を行うこととしてもよい。

【0060】

引き続き、本発明の一実施形態のレーザ装置を含む光音響計測装置を説明する。図１４は、レーザ光源ユニット１３を含む光音響計測装置を示す。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、レーザ光源ユニット１３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。

【0061】

レーザ光源ユニット１３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。レーザ光源ユニット１３において第１の電圧の調整を行う際には、例えばレーザ光源ユニット１３から被検体への光照射部までの間に設けられたシャッタなどを閉じ、Ｑスイッチ５５（図１）に調整用電圧を印加してフラッシュランプ５２を点灯することで発生するロングパルス光が被検体などに照射されることを防ぐとよい。

【0062】

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１１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１１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１１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。

【0063】

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、データ分離手段２４、光音響画像生成手段２５、超音波画像生成手段２６、画像合成手段２７、制御手段２８、及び送信制御回路２９を有する。受信回路２１は、プローブ１１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１１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２２は、受信回路２１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２２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２２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２３に格納する。

【0064】

データ分離手段２４は、受信メモリ２３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２４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２５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）２６に入力する。

【0065】

光音響画像生成手段２５は、プローブ１１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２６は、プローブ１１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。

【0066】

画像合成手段２７は、光音響画像と超音波画像とを合成する。画像合成手段２７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１４に表示される。画像合成を行わずに、画像表示手段１４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。

【0067】

制御手段２８は、超音波ユニット１２内の各部を制御する。制御手段２８は、例えばレーザ光源ユニット１３にトリガ信号を送る。レーザ光源ユニット１３の発振制御手段５７（図１）は、トリガ信号を受け取ると、フラッシュランプ５２を点灯し、その後、Ｑスイッチ５５への印加電圧を第１の電圧から第２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２８は、レーザ光の照射に合わせて、ＡＤ変換手段２２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。

【0068】

制御手段２８は、超音波画像の生成時は、送信制御回路２９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２９は、超音波送信トリガ信号を受けると、プローブ１１から超音波を送信させる。制御手段２８は、超音波送信のタイミングに合わせてＡＤ変換手段２２にサンプリ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。

【0069】

本実施形態では、Ｑスイッチ５５に第１の電圧が印加されるときがＱスイッチオフに対応し、Ｑスイッチ５５に第１の電圧よりも低い第２の電圧が印加されるときがＱスイッチオンに対応している。第１の電圧の調整では、Ｑスイッチ５５に、共振器のＱ値がレーザ発振しきい値を超える調整用電圧を印加した状態でレーザロッド５１に励起光を照射し、共振器から出射する光の強度を計測し、計測された光強度に基づいてＱスイッチオフに対応した第１の電圧を調整する。第１の電圧の調整を行うことで、温度変化に起因してＱスイッチ５５を１／４波長板として働かせる電圧が変化したときでも、第１の電圧を、共振器のＱ値をレーザ発振しきい値以下にする電圧に維持できる。

【0070】

Ｑスイッチ５５の複屈折性は温度に依存して変化するため、Ｑスイッチ５５に固定的に第１の電圧が印加し続けるとき、時間経過と共にＱスイッチ５５の温度が変化すると、ある時点で共振器のＱ値がレーザ発振しきい値を超え、Ｑスイッチがオフになりきらずに局所的にレーザ発振が起こることがある。Ｑスイッチオフ時に局所的にレーザ発振が起こっている状態でＱスイッチをオンに切り替えると、Ｑスイッチパルス発振時に光が局所的にレーザ発振していた部分に集中し、光学部品が損傷する可能性がある。本実施形態では、第１の電圧を調整することで、温度が変化したときでもＱスイッチオフを維持することができ、Ｑスイッチオフ時の局所的なレーザ発振を抑制して、共振器内の光学部品の損傷を抑制することができる。

【0071】

ここで、非特許文献２では、開口などを用いてＴＥＭ００モードに制限することで、共振器内の光学部品の損傷を低減している。しかし、アレキサンドライトは、室温では誘導放出断面積が小さいため、開口などを用いてＴＥＭ００モードに制限すると、大きなエネルギー損失が生じる。これに対し、本実施形態では、開口などを設ける必要がないため、非特許文献２に比べてエネルギーの利用効率を向上できる。また、非特許文献３では、光学部品の損傷しきい値に対し十分弱いエネルギー密度で発振させることで、共振器内の光学部品の損傷を低減している。しかし、エネルギー密度を下げるためにはアレキサンドライトのロッドの径を太くしなければならず、高コストとなる。本実施形態は、非特許文献３とは異なり、レーザロッド５１の径を太くする必要はなく、共振器内の光学部品の損傷の抑制を低コストで実現できる。

【0072】

なお、上記実施形態では、第１の電圧の調整時に２つの調整用電圧を印加し、それぞれにおいて共振器から出射する光の強度を計測することを説明したが、調整用電圧の印加は必ずしも２回必要ではなく、少なくとも１回印加すればよい。例えば、Ｑスイッチパルス発振を行うときで、Ｑスイッチオフ時に既に共振器から光が出射している場合、すなわちＱスイッチ５５への印加電圧が第１の電圧から第２の電圧に切り替えられる前に共振器から光が出射している場合は、そのときのＱスイッチ５５への印加電圧を調整用電圧の１つとみなし、調整用電圧をあと１回印加して第１の電圧を調整してもよい。

【0073】

Ｑスイッチオフ時に既に共振器から光が出射しており、そのときのＱスイッチ５５の印加電圧（調整前の第１の電圧）を調整用電圧の１つとみなす場合、調整前の第１の電圧が調整時の温度下でＱスイッチ５５を１／４波長板として働かせる電圧よりも高ければ、調整時の温度下でＱスイッチ５５を１／４波長板として働かせる電圧よりも低い側で共振器のＱ値をレーザ発振しきい値よりも高くする電圧を、調整用電圧として印加すればよい。これとは逆に、調整前の第１の電圧が調整時の温度下でＱスイッチ５５を１／４波長板として働かせる電圧よりも低ければ、調整時の温度下でＱスイッチ５５を１／４波長板として働かせる電圧よりも高い側で共振器のＱ値をレーザ発振しきい値よりも高くする電圧を、調整用電圧として印加すればよい。調整前の第１の電圧が、調整時の温度下でＱスイッチ５５を１／４波長板として働かせる電圧よりも高いか低いかは、共振器内の温度が高くなる方向へ変化しているか、低くなる方向へ変化しているかによって判断できる。

【0074】

上記実施形態では、光音響計測装置１０においてプローブ１１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。

【0075】

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、その制御方法、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】

【0076】

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：ＡＤ変換手段
２３：受信メモリ
２４：データ分離手段
２５：光音響画像生成手段
２６：超音波画像生成手段
２７：画像合成手段
２８：制御手段
２９：送信制御回路
５１：レーザロッド
５２：フラッシュランプ
５３、５４：ミラー
５５：Ｑスイッチ
５６：駆動手段
５７：発振制御手段
５８：オフ電圧調整手段
５９：光検出器
６１：ビームスプリッタ
６２：シャッタ
６３：光学素子
６４：１／２波長板
６５：偏光子
６６：ビームダンパ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】