CN104582581A - 光源单元及使用了该光源单元的光声计测装置 - Google Patents

光源单元及使用了该光源单元的光声计测装置 Download PDF

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Abstract

能够更稳定且高效地进行光源单元的壳体内部的光传送。向探头(11)的导光部(40)射出激光(L)的光源单元(13)具备：单元壳体(13b)，具有能够与导光部(40)的连接器部(51a)连接和断开的连接器座部(51b)；光源(30)，设置于单元壳体(13b)的内部且输出激光(L)；扩散部(80)，使从光源(30)输出的激光(L)扩散；聚光透镜系统(81)，对由扩散部(80)扩散后的激光(L)进行聚光；及光纤(82a)，将由聚光透镜系统(81)聚光后的激光(L)传送至连接器座部(51b)，连接器座部(51b)将光纤(82a)及导光部(40)光学连接。

Description

光源单元及使用了该光源单元的光声计测装置
技术领域
本发明涉及射出激光的光源单元及使用了该光源单元的光声计测装置。
背景技术
光声分光法为，将具有预定的波长(例如，可见光、近红外光或中间红外光的波长带)的光向被检体照射，检测被检体内的特定物质吸收该光的能量的结果所产生的弹性波即光声波，测定该特定物质的浓度或分布(例如专利文献1)。被检体内的特定物质例如在被检体为人体时，是指血液中含有的葡萄糖、血红蛋白等。而且，检测光声波并基于其检测信号来生成光声图像的技术被称为光声成像(PAI：Photoacoustic Imaging)或光声层析成像(PAT：Photo AcousticTomography)。
照射到被检体的激光的强度在被检体内传播的过程中因吸收、散射而显著减衰，因此在上述那样的利用了光声分光法的计测(光声计测)中，通常使用具有大的光能的激光。并且，例如如图20所示，光声计测装置1具备光声计测用的探头4、向该探头4供给激光L的光源单元3及对由探头4检测出的光声波的信号进行处理的音响信号处理单元2。而且，在使用情况上，探头4和音响信号处理单元2能够通过第一连接器5a连接和断开，探头4和光源单元3能够通过第二连接器5b连接和断开。在探头4内设置音响检测元件阵列4a，音响检测元件阵列4a通过控制信号线4c而与音响信号处理单元2的控制单元2a连接。从光源3a输出的激光L由光纤4b导光至探头4的前端，向被检体M照射。
然而，在如上述那样探头和光源单元能够连接和断开的情况下，作为光源单元的壳体内部的激光的传送，不使用光纤等导光部件而采用空间传送的情况较多。这是因为，在使用光纤进行壳体内部的传送的情况下，光纤无法承受光能而被破坏。例如在图20的光源单元3中，从光源3a到第二连接器5b为止的壳体内部的激光L的传送通过空间传送来进行。
专利文献
专利文献1：日本特开2010-12295号公报
发明内容
发明要解决的课题
然而，在如上述那样将壳体内部的激光的传送设为空间传送的情况下，光源单元的壳体内部和壳体壁伴随着温度变化及振动而分别进行不同的移动，因此有时会产生光向连接器座部的入射位置发生偏移，传送的能量不稳定，进而传送效率下降这样的问题。在这种情况下，结果是也存在与使用了导光部件的光传送相比传送效率下降的情况。
本发明鉴于上述问题而作出，目的在于提供能够更稳定且高效地进行光源单元的壳体内部的光传送的光源单元及使用了该光源单元的光声计测装置。
用于解决课题的方案
为了解决上述课题，本发明的光源单元是向探头的导光部射出激光的光源单元，其特征在于，具备：单元壳体，具有能够与导光部的连接器部连接和断开的连接器座部；光源，设置于单元壳体的内部且输出激光；扩散部，使从光源输出的激光扩散；聚光透镜系统，对由扩散部扩散后的激光进行聚光；及光传送部，包含将由聚光透镜系统聚光后的激光传送至连接器座部的光纤，连接器座部将光纤及导光部光学连接。
另一方面，本发明的光声装置具备：探头，具有对为了产生光声波而朝被检体射出的激光进行导光的导光部；及光源单元，向导光部射出激光，该光声计测装置的特征在于，光源单元具备：单元壳体，具有能够与导光部的连接器部连接和断开的连接器座部；光源，设置于单元壳体的内部且输出激光；扩散部，使从光源输出的激光扩散；聚光透镜系统，对由扩散部扩散后的激光进行聚光；及光传送部，包含将由聚光透镜系统聚光后的激光传送至连接器座部的光纤，连接器座部将光纤及导光部光学连接。
并且，在本发明的光源单元及光声计测装置中，优选的是，光纤为单纤维。
另外，在光纤为单纤维的情况下，优选的是，光传送部在光纤的光入射侧的端部具有耐光能结构，聚光透镜系统以使由下述式1规定的激光的最小光束直径D在与光纤的光入射侧的芯部直径din的关系中成为din/2以上的方式对激光进行聚光，光纤的光入射侧的芯部端面配置成在激光的光束直径为din/2以上的状态下使激光入射。在这种情况下，光传送部优选是具有被覆部件的气隙光缆，该被覆部件以使光纤的端面附近的侧面露出的方式被覆光纤。
[数学式1]
D = A · f · tan ( ( φ 2 ) 2 + ( θ 2 ) 2 )   式1
在式1中，A表示根据扩散部的种类而确定的系数，f表示聚光透镜系统的焦距，表示入射于扩散部时的激光的扩展角，θ表示扩散部的扩散角。
“扩展角”是激光的光束直径伴随着传播而扩展的角度。而且，扩散部的“扩散角”是设计上的扩散角、即作为平行光向该扩散部入射并透过的激光的光束直径伴随着传播而扩展的角度。另外，“扩展角”及“扩散角”由平面角的全角表示。在测定这些角度时，优选在从某光束直径起扩展为该光束直径的2.0倍的光束直径为止的传播距离的范围内，测定10个点左右的光束直径，根据此时的光束直径的变化的斜度来求出。
而且，“光束直径”是激光的能量曲线中的包含能量的大约86.5％且以光束中心(通常为光束强度的最大位置)为中心的圆的直径、即所谓1/e2直径。在这种情况下，在由于光束强度不规则分布等而难以求出光束中心时，可以在推定为光束中心的位置附近，网罗地生成能量为86.5％的圆，将其中面积最小的圆的直径作为光束直径。
或者在光纤为单纤维的情况下，优选的是，聚光透镜系统以使由上述式1预定的激光的最小光束直径D在与光纤的光入射侧的芯部直径din的关系中成为din/3以上且2din/3以下的方式对激光进行聚光，光纤的光入射侧的芯部端面配置成在激光的光束直径为din/3以上且2din/3以下的状态下使激光入射。
另外，在本发明的光源单元及光声计测装置中，优选的是，扩散部是将微小的透镜随机地配置于基板的表面的透镜扩散板。
另外，在本发明的光源单元及光声计测装置中，优选的是，扩散部对入射的激光的能量曲线进行平顶化。
另外，在本发明的光源单元及光声计测装置中，可以采用扩散部为工程扩散板且上述式中的系数A为2.5的结构。
另外，在本发明的光源单元及光声计测装置中，可以采用扩散部为全息扩散板且上述式中的系数A为2.4的结构。
另外，在本发明的光声计测装置中，优选的是，导光部为纤维束，光纤的光出射侧的芯部直径dout和纤维束的束径B满足下述式2。
0.8B≤dout≤1.2B  式2
另外，在本发明的光源单元及光声计测装置中，优选的是，连接器座部以使光纤的光出射侧的第一光轴的方向具有倾角的方式保持光纤。
此外，在第一光轴的方向具有倾角的情况下，优选的是，连接器部的插入部所插入的连接器座部的插入路具有以随着插入部插入而使导光部的光入射侧的第二光轴与第一光轴一致的方式进行引导的引导结构。在这种情况下，优选的是，引导结构是插入路的开口宽度比插入路的深处的宽度大且插入路的内壁面从开口侧朝深处弯曲的结构。另外，优选的是，在插入路的内壁面设置辊。
发明效果
本发明的光源单元及光声计测装置通过光纤进行向壳体内部的连接器座部的光传送，因此即使壳体内部和壳体壁伴随着温度变化及振动而分别进行不同的动作，也能够防止光向连接器座部的入射位置发生偏移。而且，本发明的光源单元及光声计测装置使激光一次通过扩散部，由此扩大激光含有的光束的传播角度的分布，通过聚光透镜系统的焦距对向光纤入射时的光束直径进行控制，由此能够防止由聚光透镜系统聚光而使激光向光纤入射时激光过度缩小的情况。由此，能够防止因局部的光能超过光纤的损伤阈值能量而引起的光纤的损伤。其结果是，能够更稳定且高效地进行光源单元的壳体内部的光传送。
而且，激光在光纤内进行传送期间使激光的能量曲线均匀化，因此也能得到能够向探头的导光部均匀地传送光这样的效果。
附图说明
图1是表示第一实施方式的光声计测装置的结构的简图。
图2是表示第一实施方式的光声计测装置的内部结构的框图。
图3是表示单元壳体内部的结构的简图。
图4是表示由扩散部、聚光透镜系统及光缆构成的光学系统的结构例的简图。
图5是表示在端部具有耐光能结构的光纤的实施方式的简要剖视图。
图6是表示在端部具有耐光能结构的光纤的另一实施方式的简要剖视图。
图7是表示在端部具有耐光能结构的光纤的另一实施方式的简要剖视图。
图8是表示通过聚光透镜系统对由扩散板扩散后的激光进行了聚光时的透镜焦点位置处的光束的能量曲线的图。
图9是表示未使用扩散板而通过聚光透镜系统对激光进行了聚光时的透镜焦点位置处的光束的能量曲线的图。
图10(a)是表示通过工程扩散板对能量曲线进行了平顶化之后，由透镜聚光后的激光的能量曲线的图。图10(b)是通过全息扩散板进行了扩散之后，由透镜聚光后的激光的能量曲线的图。
图11是表示透镜扩散板及聚光透镜系统的光学特性与最小光束直径的关系的坐标图。
图12是在行进方向与聚光透镜系统的光轴所成的角度具有分布的激光束由该聚光透镜系统进行了聚光的情况下，表示聚光范围的直径及最小光束直径的相关性的坐标图(使用了工程扩散板的情况)。
图13是在行进方向与聚光透镜系统的光轴所成的角度具有分布的激光束由该聚光透镜系统进行了聚光的情况下，表示聚光范围的直径及最小光束直径的相关性的坐标图(使用了全息扩散板的情况)。
图14是通过改变了扩散板及聚光透镜系统的条件的实验而表示透镜焦点位置处的光束直径与一般的光缆的芯部的损伤阈值能量的关系的坐标图。
图15是通过改变了扩散板及聚光透镜系统的条件的实验而表示透镜焦点位置处的光束直径与气隙光缆的芯部的损伤阈值能量的关系的坐标图。
图16是表示连接器的结构的另一例的简图。
图17是表示连接器的结构的另一例的简图。
图18是表示连接器的结构的另一例的简图。
图19是表示第二实施方式的光声计测装置的内部结构的框图。
图20是表示以往的光声计测装置的结构的简图。
具体实施方式
以下，使用附图来说明本发明的实施方式，但本发明并不局限于此。另外，为了便于观察，附图中的各结构要素的比例尺等与实际的情况适当不同。
“第一实施方式”
图1是表示第一实施方式的光声计测装置的结构的简图，图2是表示第一实施方式的光声计测装置的内部结构的框图。而且，图3是表示单元壳体内部的一部分的结构的简图。另外，在本实施方式中，光声计测装置是基于光声信号来生成光声图像的光声图像生成装置。
如图1所示，本实施方式的光声图像生成装置10包括探头11、超声波单元12、激光单元13及个人计算机(PC)17。并且，从激光单元13射出的光L通过探头11向被检体M照射，由该光的照射而产生的光声波由探头11检测。
<探头>
探头11如图1及图2所示，大体可以分为探头主体11a(探头的本来的功能汇总的部分)及线缆部11b。并且，在探头主体11a中，主要包含导光板41、音响检测部42及将它们收容的壳体45。另一方面，向线缆部11b主要插通光纤40及音响信号线44。探头11和超声波单元12通过连接器50以能够连接和断开的方式连接，探头11和激光单元13通过连接器51以能够连接和断开的方式连接。
光纤40经由连接器51而与输出激光L的激光单元13光学连接，将激光L导光至导光板41。光纤40相当于本发明的导光部。光纤40没有特别限定，可以使用石英纤维等公知的材料。作为光纤40，可以使用单纤维，也可以使用纤维束，但更优选纤维束。而且，在光纤40为纤维束的情况下，该纤维束优选为对光入射侧的端部进行热粘接加工而成的热粘接纤维束。在热粘接纤维束中，包层彼此被热粘接而将光纤捆束成六边形的蜂巢状，与使用了粘接剂的捆束加工相比，没有光纤间的多余的间隙。因此，具有每单位面积的芯部所占的面积提高这样的优点。而且，对光能较弱的材料不会在纤维束的入射端部露出，因此也具有能提高对光能的耐久性这样的优点。
导光板41例如是对丙烯酸板或石英板的表面实施特殊的加工而使从一端面进入的光从另一端面均匀地进行面发光的板。例如在本实施方式中，2个导光板41以隔着音响检测部42相向的方式配置。光纤40与导光板41相互光学结合。如图1所示，导光板41的例如与光纤40结合的一侧形成为尖细的锥形状。由此，能够扩大光的照射范围。
音响检测部42检测来自被检体的声波，并生成与检测出的声波的强度对应的电信号(音响信号)。另外在本说明书中，“声波”是指包含超声波及光声波的意思。在此，“超声波”是指由于压电元件等声波发生装置的振动而在被检体内产生的弹性波及其反射波，“光声波”是指由于光的照射所产生的光声效果而在被检体内产生的弹性波。音响检测部42例如由支撑件、音响检测元件阵列、音响检测元件阵列的控制电路、音响整合层及音响透镜构成。音响检测元件阵列是将多个音响检测元件进行一维或二维排列而成的结构，将实际检测出的声波转换成电信号。音响检测元件例如是压电陶瓷、或由聚偏氟乙烯(PVDF)那样的高分子膜构成的压电元件。
音响信号线44是将由音响检测部42生成的音响信号向超声波单元12传送，或者将来自超声波单元12的信号向音响检测元件阵列的控制电路传送的电气性的信号线。
<超声波单元>
超声波单元12经由连接器50，接收从探头11传送的光声信号，并基于该光声信号而生成光声图像。超声波单元12和激光单元13由控制信号线62连接。关于超声波单元12的详情，在后文叙述。
连接器50是将音响信号线44与超声波单元12的接收电路21电连接的连接部件。作为这样的连接器，可以使用例如公知的多芯连接器。连接器50包括插头50a及具有与该插头50a对应的结构且能够与插头50a连接和断开的插座50b。
控制信号线62是将超声波单元12的控制单元60与激光单元13的控制单元61之间连接的信号线，例如是电气性的信号线。超声波单元12及激光单元13通过经由该控制信号线62收发控制信号而能够相互通信。在本说明书中，“收发”控制信号包括从超声波单元12及激光单元13中的一方向另一方单向性地发送控制信号的情况、及两单元双向性地发送或接收控制信号的情况。
控制信号例如是用于取得激光的输出时机与光声的检测时机的同步的触发信号。该触发信号可以是激光单元13向超声波单元12发送的信号且是通知输出了激光的内容的信号(即，激光单元为上位的设定中的触发信号)，也可以是超声波单元12向激光单元13发送的信号且是以准备输出激光或执行输出的方式进行指示的信号(即，超声波单元为上位的设定中的触发信号)。
<激光单元>
激光单元13具有使激光L振荡的振荡器30、扩散部80、聚光透镜系统81、光缆82及将它们收容的单元壳体13b，作为向被检体M照射的光而射出激光L。激光单元13相当于本发明中的光源单元。激光单元13构成为例如接受来自超声波单元12的控制单元60的触发信号而射出激光L。激光单元13射出的激光L例如使用光纤40等导光部而导光至探头11的导光板41。在激光单元13的底面设有脚轮13a，以便能够容易地移动。而且，单元壳体13b具有构成连接器51的插座51b。
在本实施方式中，以使激光L向由连接器51连接的光纤40的端部入射的方式构成激光单元13内的光学系统。即，从振荡器30输出且之后入射到扩散部80的激光L经由聚光透镜系统81向光缆82的入射侧的端部82e入射。然后，由光缆82传送的激光L在连接器51处向探头11的光纤40射出。以下，详细说明上述光学系统。
振荡器30的结构没有特别限定，但例如如图3所示那样由激光杆70、激发灯71、激光腔室72、输出镜73、全反射镜74、Q开关32及将它们收容的壳体78构成。在本实施方式中，振荡器30相当于本发明中的光源。激光杆70是包含活性固体介质的固体元件，优选为变石。激发灯71是供给用于使激光杆70进行诱发放出的能量的光源。激发灯71可以采用例如封入有Xe气体的棒状的闪光灯。激光腔室72包含激光杆70及激发灯71，是用于将从激发灯71放射出的光向激光杆70聚光的部件。激光腔室72以从配管79a流入的冷却液通过激光腔室72的内部、然后从配管79b流出的方式构成。Q开关32在诱发放出的光Lo的光轴上，配置于激光杆70与全反射镜74之间。Q开关32例如由λ/4板75、普克尔盒76及起偏振镜77构成。壳体78在与输出镜73相向的部分的侧壁具有用于取出激光Lo的开口78a。另外，振荡器30根据需要而可以具备其他光学元件。
在本实施方式中，作为一例，上述的振荡器30是Q开关变石激光。振荡器30优选输出具有1～150nsec的脉冲宽度的脉冲光作为激光L。在这种情况下，激光L的脉冲宽度例如由Q开关控制。激光的波长由成为计测的对象的被检体内的物质的光吸收特性适当决定。例如在计测对象为活体内的血红蛋白的情况下(即，拍摄血管的情况下)，通常该波长优选是属于近红外波长带的波长。近红外波长带是指大约700～850nm的波长带。然而，激光的波长当然并不局限于此。而且，激光L可以是单波长，也可以包含多个波长(例如750nm及800nm)。此外，在激光L包含多个波长的情况下，这些波长的光可以同时向被检体M照射，也可以一边交替地切换一边照射。振荡器30除了变石激光之外，同样也可以设为能够输出近红外波长带的激光的YAG-SHG-OPO激光或Ti-Sapphire激光。
扩散部80使从振荡器30输出的激光L扩散而增大激光L的光束直径。即扩散部80发挥使激光L一次通过扩散部而扩展激光L中包含的光束的传播角度的分布的功能。由此，扩散部80的发光面成为激光L的2次光源，因此在通过聚光透镜系统81对激光L进行聚光时，能够防止激光L过度缩小。扩散部80配置于接受从振荡器30输出的激光L的位置。另外，在振荡器30与扩散部80之间根据需要可以具备其他光学元件。
扩散部80优选为扩散板，特别优选为透镜扩散板。而且，扩散部80的扩散角优选为0.2～5.0°，更优选为0.4～3.0°。这是为了使扩散效率高。例如扩散部80可以采用将微小的凸透镜随机地配置于基板的表面(例如单面)的透镜扩散板即全息扩散板。作为这样的全息扩散板，可以使用例如Edmunds公司制(型号：48513-L，材质：石英，扩散角：0.5°，透过效率：93％)。
另外，扩散部80优选为均化器。均化器是对从光学系统的上游侧入射的激光L的能量曲线(能量分布)进行平顶化并使激光L扩散的光学要素。被平顶化后的激光L被导向聚光透镜系统81，在具有平顶的能量曲线的状态下向光缆82的入射侧端部82e入射。对能量曲线进行“平顶化”换言之是将入射到均化器的激光成形为中心附近具有平顶的能量曲线的激光。在本说明书中，“平顶”是指在从均化器射出的激光的能量曲线中取得直径为光束直径的80％的同心圆，在对该同心圆内的各点的能量求出标准偏差的情况下，处于该标准偏差为该同心圆内的平均能量的25％以内的状态。通常，均化器以在无限远处光完全成为平顶(即上述标准偏差大致等于0)的方式进行结构设计。然而，在本发明中，激光向光缆82的入射侧端部82e入射时的能量曲线未必需要为完全平顶的状态，只要在上述范围的程度下为平顶的状态即可。通过对激光L的能量曲线进行平顶化，能进一步防止光强度局部变强的情况，也能进一步抑制光缆82的损伤。
均化器可以由单一的光学元件构成，也可以将多个光学元件组合而构成。在均化器由单一的光学元件构成的情况下，作为均化器，优选使用将微小的凹透镜等随机地配置于基板的表面(例如单面)的透镜扩散板。作为这样的透镜扩散板，可以使用例如RPC Photonics公司制的工程扩散板(Engineered Diffusers)(型号：EDC-2.0-A，扩散角：2.0°)。通过使用这样的元件，能够使激光L的能量曲线及形状大致任意地变化。这样一来，在均化器由单一的光学元件构成的情况下，能够简化扩散部的结构。
另一方面，在均化器由多个光学元件构成的情况下，只要与上述扩散板同样地具有能够控制光线的角度分布而将聚光后的光束直径调整成预定的值的效果即可，可列举例如下面的结构。图4是表示扩散部80的光学系统的结构例的简图。作为扩散部80的均化器例如可以将微型透镜阵列A85及微型透镜阵列B86如图4a所示那样配置而构成。而且，均化器可以如图4b所示那样通过例如装入了对光束能量曲线、角度分布进行校正那样的非球面透镜的平顶激光束整形器92构成。
聚光透镜系统81用于将通过了扩散部80的激光L向光缆82的入射侧端部82e导光。聚光透镜系统81的焦距(光缆82侧的主点与焦点的距离)优选为10～100mm，更优选为15～50mm。这是为了使光学系统能够小型化，并使焦距与芯部由石英构成且包层由掺氟石英构成的一般的光纤的开口数NA(最大为0.22左右)匹配。而且，聚光透镜系统81也可以设为由多个透镜构成的结合系透镜。在聚光透镜系统81为结合系透镜的情况下，聚光透镜系统81的焦距是指该结合系透镜的合成焦距。
扩散部80及聚光透镜系统81的距离以由扩散部80扩散后的激光L高效地与聚光透镜系统81结合的方式适当调整。此时，扩散部80优选相对于聚光透镜系统81配置于光学系统的上游侧且距聚光透镜系统81的中心为焦距的3倍的范围内。
光缆82将由聚光透镜系统81聚光后的激光L向后述的插座51b传送。光缆82相当于本发明的光传送部。另外，本发明的光传送部可以不需要由光纤和将该光纤被覆的被覆部件构成的光缆而仅由光纤构成。光缆82可以固定于插座51b，也可以构成为能够连接和断开。至少在从光缆82射出激光L时，只要能够将光缆82固定于插座51b，就能实现本发明的目的。光缆82具备由例如芯部及包层构成的光纤、将该光纤的周围被覆的套圈及护套等被覆部件。光缆82可以是单纤维，也可以是纤维束。然而，在纤维束的情况下，由于结合损失大，因此优选为单纤维。在光缆82为单纤维的情况下，该光纤的芯部直径优选为100～2000μm，更优选为200～1200μm。光缆82中的光纤没有特别限定，但优选为石英纤维。作为光缆82，可以使用Thorlabs公司制的SMA型光纤。
而且，光缆82优选在光入射侧的端部具有耐光能结构。在本说明书中，“耐光能结构”是指用于抑制由激光的能量引起的损伤的结构。具体而言，作为具有耐光能结构的光缆82，可以使用具有所谓气隙88的气隙光缆。作为气隙光缆，例如，可以使用：光缆82(图5)，具备包层84b的损伤阈值能量密度(因激光的能量而该结构开始损伤的每单位面积的能量的大小)与芯部84a的损伤阈值能量密度为相同程度的光纤82a(例如芯部由石英构成、包层由掺氟石英构成的光纤等)和以使包层84b的端面附近的侧面露出的方式将该光纤82a被覆的套圈87a；具备将端面附近的包层除去而使芯部的端面附近的侧面露出的光纤和以使芯部的端面附近的侧面露出的方式将该光纤被覆的套圈的光缆；以及光缆82(图6)，具备具有由损伤阈值能量密度与芯部84a的损伤阈值能量密度为相同程度的材料(石英等)构成的部件88a与端部连接的结构(端隙结构)的光纤82a和以使该部件88a的侧面露出的方式将该光纤82a被覆的套圈87a。
在光缆82是其端面的附近的芯部84a或包层84b的侧面露出的结构的气隙光缆的情况下，芯部84a或包层84b露出的范围优选从其末端为1～3mm。设为1mm以上是为了需要以向芯部的外侧偏离的光的能量密度下降而芯部84a或包层84b的周围的材料所吸收的能量小于该材料的损伤阈值能量的方式取得从光缆82的末端到芯部84a或包层84b的周围的材料为止的距离。而且，设为3mm以下是为了避免产生在对光缆82的端面的光入射面进行研磨时因挠曲而弯折等引起的损伤。光缆82中的光纤82a没有特别限定，但优选为石英纤维。气隙光缆例如能够通过向市售的气隙套圈插入石英纤维并粘接固定后对端面进行研磨而制作。
此外，作为具有耐光能结构的光缆82，可以使用光缆82(图7)，该光缆82具备芯部84a/包层84b结构的光纤82a、将该光纤被覆且由损伤阈值能量密度为芯部84a的损伤阈值能量密度的同等以上的材料(石英、氧化锆、蓝宝石等)构成的套圈87b，并将光纤82a的侧面和套圈87b的内周面在端面附近以外的部分通过粘接剂来固定。在图7所示的光缆82中，“端面附近”从基于光能的粘接剂的损伤及粘接固定的强度的观点出发，优选为1～3mm。
另外，在图5至图7所示的光缆82中，光纤82a与套圈87a或87b通过粘接剂82c而相互固定。
光缆82例如以其中的光纤的入射端位于聚光透镜系统81的焦点的方式进行位置调整。为了能够进行光缆82的位置的微调，可以设置使光缆82沿其光轴方向移动的光缆位置调整部。由此，在不损害平顶性的范围内，能够调整焦点位置附近的位置，而且也能够对向入射侧端部82e入射时的光束直径进行微调。
光传送部(光缆82)侧的光纤82a的芯部直径的大小与探头11侧的光纤40的直径的大小为相同程度或者比探头11侧的光纤40的直径稍小，将光纤82a的光出射端面与光纤40的光入射端面接近配置，由此，光不会向光纤周围扩展，能够抑制这些光纤82a及40的连接中的损失。由此，得到即使在单纤维的光出射侧也能提高能量的传送效率这样的效果。
尤其是在探头11侧的光纤40(导光部)为纤维束的情况下，光传送部侧的光纤82a的光出射侧的芯部直径dout和纤维束的束径B优选满足下述式3。束径是指纤维束中的多个光纤中的分离最远的光纤彼此的各自在芯部外周上的最大距离。
0.8B≤dout≤1.2B  式3
其理由如下。在本发明中，也具有激光在光纤82a内部反复进行反射而使激光的能量曲线平顶化这样的优点(第二效果)。这样尤其是在探头11侧的光纤40为纤维束的情况下，能够使相同程度的能量向纤维束包含的各纤维素线入射，因此带来能够进一步确保探头前端的光分布的均匀性这样的效果。本发明者在进行实验时，在不经由光纤而使通过工程扩散板(均化器)及聚光透镜进行了平顶化的激光直接入射到纤维束的情况下，从光源到纤维束的出射侧端部的整个系统的能量传送效率至多为50％左右。另一方面，在使经由全息扩散板及聚光透镜的激光在单纤维中传送而进行了平顶化之后入射到纤维束的情况下，即便不使用均化器，上述传送效率也惊人地最大提高至61％左右。尤其是在单纤维的芯部直径dout与纤维束的束径B的关系中，在满足了0.8B≤dout≤1.2B的情况下，能同时实现探头11侧的光纤40为单纤维时的对传送效率的优越性和上述光分布的均匀性。
连接器51是将光纤40与单元壳体13b内部的光学系统光学连接的连接部件。作为这样的连接器，可以使用例如公知的光连接器。连接器51包括插头51a及具有与该插头51a对应的结构且能够与插头51a连接和断开的插座51b。插头51a及插座51b分别相当于本发明中的连接器部及连接器座部。另外，插座51b自身也可以具有将光缆82的出射侧端面及光纤40的入射侧端面连接的光学部件。
<PC>
PC17具有作为输入单元16的使用者接口及作为图像显示单元14的监视器，并通过线缆17a而与超声波单元12连接。使用者能够使用PC17进行光声计测的条件的输入、光声图像的确认。另外，PC也可以与超声波单元进行一体化。
接着，说明超声波单元的详细结构和光声图像的生成工序。
如图2所示，超声波单元12具有接收电路21、AD转换单元22、接收存储器23、光声图像重构单元24、检波/对数变换单元27、光声图像构建单元28、控制单元60、图像合成单元38及观察方式选择单元39。
控制单元60对光声图像生成装置10的各部进行控制，在本实施方式中具备触发控制电路66。触发控制电路66例如在光声图像生成装置起动时，向激光单元13的控制单元61发送光触发信号作为控制信号。由此，在激光单元13中，闪光灯31点亮，激光杆的激发开始，激光输出用的准备开始。并且，维持激光杆的激发状态，激光单元13成为能够输出脉冲激光的状态。
并且，控制单元60之后从触发控制电路66向激光单元13的控制单元61发送Q开关触发信号作为控制信号。接收到Q开关触发信号的控制单元61对Q开关32进行控制而输出激光L。即，控制单元60根据该Q开关触发信号来控制脉冲激光从激光单元13的输出时机。而且，在本实施方式中，控制单元60在发送Q开关触发信号的同时，将采样触发信号向AD转换单元22发送。采样触发信号成为AD转换单元22中的光声信号的采样的开始时机的信号。这样一来，通过使用采样触发信号，能够与激光的输出同步地对光声信号进行采样。
接收电路21接收由探头11生成的光声信号。由接收电路21接收到的光声信号向AD转换单元22发送。
AD转换单元22是采样单元，对接收电路21接收到的光声信号进行采样而转换成数字信号。例如，AD转换单元22具有采样控制部及AD转换器。由接收电路21接收到的接收信号由AD转换器转换成数字化的采样信号。AD转换器由采样控制部控制，采样控制部在接收到采样触发信号时开始采样。AD转换单元22基于例如从外部输入的预定频率的AD时钟信号，以预定的采样周期对接收信号进行采样。
接收存储器23存储由AD转换单元22采样后的光声信号(即上述采样信号)。并且，接收存储器23将光声信号向光声图像重构单元24输出。
光声图像重构单元24从接收存储器23读出光声信号，基于由探头11的音响检测部42检测出的光声信号，生成光声图像的各行的数据。光声图像重构单元24例如以与音响检测元件的位置对应的延迟时间将来自探头11的64个音响检测元件的数据相加，生成1行量的数据(延迟相加法)。光声图像重构单元24也可以取代延迟相加法而通过CBP法(Circular Back Projection)进行重构。或者光声图像重构单元24可以使用霍夫变换法或傅立叶变换法进行重构。
检波/对数变换单元27求出各行的数据的包络线，并对求出的包络线进行对数变换。
光声图像构建单元28基于实施了对数变换后的各行的数据，构建1帧量的光声图像。光声图像构建单元28例如将光声信号(峰值部分)的时间轴方向的位置转换成光声图像中的深度方向的位置而构建光声图像。
观察方式选择单元39对光声图像的显示形态进行选择。作为关于光声信号的体积数据的显示形态，可列举例如作为三维图像的形态、作为剖视图像的形态及作为预定的轴上的坐标图的形态。通过哪一个形态进行显示按照初期设定或使用者从输入单元16的输入来选择。
图像合成单元38使用依次取得的光声信号，生成体积数据。体积数据的生成通过将各个光声信号的信号值按照与光声图像的各帧建立关联的坐标及光声图像中的像素坐标向假想空间分配来进行。在分配信号值时，在分配的场所重复的情况下，例如采用这些信号值的平均值或这些信号值中的最大值作为该重复的场所的信号值。而且，根据需要，在分配的信号值不存在的情况下，优选使用其周边的信号值进行插值。而且，图像合成单元38对生成的体积数据实施必要的处理(例如比例的校正及与体素值对应的着色等)。
另外，图像合成单元38按照由观察方式选择单元39选择的观察方式而生成光声图像。按照所选择的观察方法生成的光声图像成为用于显示在图像显示单元14的最终的图像(显示图像)。
图像显示单元14对由图像合成单元38生成的显示图像进行显示。
<作用效果>
以下说明本实施方式的光声图像生成装置的作用效果。
如前述那样，在将单元壳体13b内部的激光的传送设为空间传送的情况下，激光向连接器座部(插座51b)的入射位置发生偏移，传送的能量不稳定，而且也存在传送效率下降的问题。因此，在本发明中，为了防止激光L的入射位置的偏移，通过光缆82(光纤)进行向插座51b的传送。此时，光缆82的一端固定于壳体内部的光学系统，另一端固定于插座51b。这样的话，即使单元壳体13b内的振荡器30和壳体壁伴随着温度变化等而分别进行不同的动作，激光L向插座51b入射的入射位置也不会发生偏移。
但是，仅仅是设为光纤传送的话，在需要大的光能(1mJ以上)的光声计测中，无法避免光缆82的破坏这样的问题。
因此，在本发明中，进一步使激光L一次通过扩散部80，由此扩大激光L含有的光束的传播角度的分布，通过聚光透镜系统81的焦距对向光缆82入射时的光束直径进行控制，由此防止由聚光透镜系统81聚光后的激光向光纤入射时激光过度缩小的情况。
并且，在本实施方式中，在光缆82是在光入射侧的端部具有耐光能结构的光缆的情况下，聚光透镜系统81以使由下述式4规定的激光L的最小光束直径D(即，焦点面的聚光焦点光束直径)在与光缆82的光入射侧的芯部直径din的关系中成为din/2以上的方式对激光进行聚光，光缆82的光入射侧的芯部端面优选配置成在激光的光束直径为din/2以上的状态下使激光L入射。
[数学式2]
D = A &CenterDot; f &CenterDot; tan ( ( &phi; 2 ) 2 + ( &theta; 2 ) 2 )   式4
在式4中，A表示根据扩散部80的种类而确定的系数，f表示聚光透镜系统81的焦距，表示向扩散部80入射时的激光L的扩展角，θ表示扩散部80的扩散角。在此，“扩展角”是指激光L的光束直径伴随着传播而扩展的角度。而且，扩散部80的“扩散角”是设计上的扩散角、即作为平行光向扩散部80入射并透过的激光L的光束直径伴随着传播而扩展的角度。另外，“扩展角”及“扩散角”由平面角的全角表示。在测定这些角度的情况下，优选在从某光束直径起扩展为该光束直径的2.0倍的光束直径为止的传播距离的范围内，测定10个点左右的光束直径，根据此时的光束直径的变化的斜度来求出。而且，“光束直径”是激光L的能量曲线中的包含能量的大约86.5％且以光束中心(通常为光束强度的最大位置)为中心的圆的直径、即所谓1/e2直径。在这种情况下，在由于光束强度不规则分布等而难以求出光束中心时，可以在推定为光束中心的位置附近，网罗地生成能量为86.5％的圆，将其中面积最小的圆的直径作为光束直径。
将光束直径D设为光纤82a的芯部直径din的1/2以上是为了抑制由于光束直径缩小而能量集中使得光纤82a的芯部84a受到损伤的情况(芯部损伤模式)。而且，将光束直径设为光纤82a的芯部直径的1/2以上的范围也是为了增大使用在端部具有耐光能结构的光纤的优点。
另一方面，在光缆82不是在光入射侧的端部具有耐光能结构的光缆的情况下，聚光透镜系统81以使激光L的最小光束直径D在与光缆82的光入射侧的芯部直径din的关系中成为din/3以上且2din/3以下的方式对激光进行聚光，光缆82的光入射侧的芯部端面优选配置成在激光L的光束直径为din/3以上且2din/3以下的状态下使激光L入射。
将光束直径D设为光纤82a的芯部直径din的1/3以上是为了抑制由于光束直径缩小而能量集中使得产生芯部损伤模式的情况。
另外，将光束直径D设为光纤82a的芯部直径din的2/3以下是为了抑制如下情况：由于光束直径D扩展而光纤82a的芯部的周围的部件吸收激光的能量使得该部件损伤，从损伤的部位放出灰尘及气体等放出物。这样的放出物附着于光纤的端面而引发端面附近的芯部的破坏，成为妨碍能量的传送这样的问题(周围损伤模式)的原因。即，将光束直径设为光纤的芯部直径的2/3以下是为了抑制上述那样的周围损伤模式的产生。芯部的周围的部件是指例如树脂制的包层、将包层外表被覆的粘接剂及被膜、以及进而将其外周覆盖的金属制套圈等被覆部件。
以下，更详细地说明激光L的光束直径D的控制及上述数值范围。
图8是表示利用聚光透镜系统对由扩散板扩散后的激光进行了聚光时的透镜焦点位置处的光束的能量曲线的图，图9是表示不使用扩散板而利用聚光透镜系统对激光进行了聚光时的透镜焦点位置的光束的能量曲线的图。在图8及图9中均可知，聚光透镜系统的81的焦距是25mm，但是使用了扩散板的最小光束直径为330μm，比未使用扩散板的最小光束直径(31μm)大。通常，从振荡器输出时的激光的扩展角小(最大也就0.15°左右)，因此聚光后的激光在光缆82的入射端处被缩减得较小。其结果是，在光缆82的入射端处，激光的能量集中，产生光缆82的端面的芯部的损伤。而且，图10a是表示通过均化器对能量曲线进行了平顶化之后，由透镜聚光后的激光L的焦点面的能量曲线的图。而且，图10b是表示未使用均化器，在使用全息扩散板使激光扩散之后，由透镜聚光后的激光的焦点面的能量曲线的图。从图10可知，图10a中的半高全宽W1相对于激光的最小光束直径D1的比例大于图10b中的半高全宽W2相对于激光的最小光束直径D2的比例。通过形成为这样的平顶化了的曲线，能够进一步抑制能量的局部集中，即使更高的能量的光束入射也能够防止光纤的损伤。
因此，在本发明中，利用扩散部80使激光L扩散，由此来控制激光L的透镜焦点位置的光束直径。图11是表示例如透镜扩散板(工程扩散板)及聚光透镜系统的光学特性与最小光束直径的关系的坐标图。该坐标图中的横轴表示透镜扩散板的扩散角(deg.)，纵轴表示最小光束直径的直径(μm)。而且，该坐标图中的圆形的标绘表示聚光透镜系统的焦距为100mm时的数据，正方形的标绘表示聚光透镜系统的焦距为50mm时的数据，三角形的标绘表示聚光透镜系统的焦距为25mm时的数据。从图11可知，通过调整扩散板及聚光透镜系统的光学特性而能够调整最小光束直径。另外，关于工程扩散板那样的均化器以外的扩散板(例如全息扩散板)，最小光束直径的直径相对于透镜扩散板的扩散角的变化的倾向也相同。
本发明是将如下的原理利用于光束直径的控制方法的发明，该原理是：在与聚光透镜系统的光轴所成的角度为α的方向上行进的平行光入射到焦距f的该聚光透镜系统的情况下，该平行光被聚光的聚光点的位置从该聚光透镜系统的焦点的位置偏离，该聚光点与该焦点的距离可以由f·tanα来近似。
因此，在向聚光透镜系统入射的激光束的行进方向与聚光透镜系统的光轴所成的角度具有分布的情况下，激光束聚光于与各个角度对应的位置，使与各个角度对应的聚光点重合的激光整体的聚光范围增大。例如在聚光透镜系统的上游侧配置有扩散板的情况下，扩散板入射前大约以内的激光束的上述角度分布在扩散板透过后以半角在大致以内扩展，因此与之对应，之后由聚光透镜系统聚光后的激光整体的聚光范围比未透过扩散板时进一步增大。
并且，当考虑将聚光范围中的激光的1/e2径设为光束直径的情况时，可推定为聚光范围的直径及最小光束直径D相互具有一定的相关性。
图12是在行进方向与聚光透镜的光轴所成的角度具有分布的激光束由该聚光透镜聚光的情况下，表示聚光范围的直径 及实验性地得到的实际的最小光束直径D的相关性的坐标图。更具体而言，该坐标图是由光束廓线仪(Coherent公司制的LaserCam-HR)测定出使波长为532nm、脉冲宽度为3.5ns、向扩散板入射时的光束直径为3.5mm、扩展角为0.13°的激光入射到具有预定的扩散角θ的工程扩散板之后，通过具有预定的焦距f的聚光透镜对该激光进行了聚光时的聚光范围的实验结果。另外，在求出扩散板的扩散角时也同样利用光束廓线仪进行了测定。坐标图中的5个点的圆形的标绘是通过由焦距f为100mm的聚光透镜与扩散板的组合构成的光学系统进行了测定的结果，扩散板的扩散角θ从左下的标绘起分别为0.25、0.50、1.02、2.05及3.15°。而且，坐标图中的5个点的四边形的标绘是通过由焦距f为50mm的聚光透镜与扩散板的组合构成的光学系统进行了测定的结果，扩散板的扩散角θ从左下的标绘起分别为0.25、0.50、1.02、2.05及3.15°。而且，坐标图中的5个点的三角形的标绘是通过由焦距f为25mm的聚光透镜与扩散板的组合构成的光学系统进行了测定的结果，扩散板的扩散角θ从左下的标绘起分别为0.25、0.50、1.02、2.05及3.15°。
从图12可知，最小光束直径D相对于聚光范围的直径而处于一次函数的关系。并且，坐标图中的一次函数的斜度大致为1.25。因此，例如关于工程扩散板的上述式4的系数A可以被赋予2.5。
另外，图13同样是表示聚光范围的直径 及实验性地得到的实际的最小光束直径D的相关性的坐标图，是使用全息扩散板而得到的坐标图。更具体而言，该坐标图是由光束廓线仪测定出使波长为532nm、脉冲宽度为3.5ns、向扩散板入射时的光束直径为3.5mm、扩展角为0.13°的激光入射到具有预定的扩散角θ的全息扩散板之后，通过具有预定的焦距f的聚光透镜对该激光进行了聚光时的聚光范围的实验结果。坐标图中的3个点的圆形的标绘是通过由焦距f为40mm的聚光透镜与扩散板的组合构成的光学系统进行了测定的结果，扩散板的扩散角θ从左下的标绘起分别为0(即无扩散板)、0.65及0.95°。而且，坐标图中的5个点的菱形的标绘是通过由焦距f为25mm的聚光透镜与扩散板的组合构成的光学系统进行了测定的结果，扩散板的扩散角θ从左下的标绘起分别为0、0.65、0.95、1.15及1.35°。而且，坐标图中的3个点的四边形的标绘是通过由焦距f为18.3mm的聚光透镜与扩散板的组合构成的光学系统进行了测定的结果，扩散板的扩散角θ从左下的标绘起分别为0、0.65及1.80°。而且，坐标图中6个点的三角形的标绘是通过由焦距f为15.3mm的聚光透镜与扩散板的组合构成的光学系统进行了测定的结果，扩散板的扩散角θ从左下的标绘起分别为0、0.65、0.95、1.15、1.35及1.80°。
在图13中，坐标图中的一次函数的斜率为大约1.2。因此，例如关于全息扩散板的上述式4的系数A被赋予2.4。
即，关于预定的激光，并不局限于上述实验中使用的焦距及扩散角，通过适当地设定焦距f及扩散角θ，能够形成任意的光束直径D。因此，使用上述的关系来控制激光L的光束直径D，由此，能够以不超过光缆82中的光纤82a的芯部84a的损伤阈值能量密度的方式由光缆82传送高能量的激光L。
例如图14是通过改变了扩散板及聚光透镜的条件的实验而表示透镜焦点位置的光束直径与光缆的损伤阈值能量的关系的坐标图。更具体而言，该坐标图是标绘了使波长为532nm、脉冲宽度为3.5ns、向扩散板入射时的光束直径为3.5mm、扩展角为0.13°的激光入射到具有预定的扩散角θ的扩散板之后，通过具有预定的焦距f的聚光透镜使该激光聚光于光缆(芯部直径600μm或400μm)的端面，从而芯部损伤模式或周围损伤模式开始产生时的能量的图。在实验中，测定了使上述脉冲激光向光纤的一端部入射，并从另一端部射出的脉冲激光的能量。并且，使脉冲激光的入射能量增加至入射侧端部损伤为止，并将在出射侧测定出的能量的最大值作为损伤阈值能量。将扩散角θ为0.65或1.8°的扩散板及焦距f为11.0、15.3、18.3或25.0mm的聚光透镜适当组合而调整了透镜焦点位置的光束直径。在图14中，实线表示根据石英芯部的损伤阈值能量密度假定的光纤端面的损伤阈值能量曲线。而且虚线表示具有芯部直径为600μm的石英芯部的光缆的损伤阈值能量。而且单点划线表示具有芯部直径为400μm的石英芯部的光缆的损伤阈值能量。半幅值的开始点成为芯部直径d的大约1/3，结束点成为芯部直径d的大约2/3。
通过该坐标图可知，光纤的损伤的模式在光束直径增加的中途从芯部损伤模式向周围损伤模式切换，损伤阈值能量表示相对于光束直径而向上凸起的变化。这是因为，与由石英等构成的芯部相比，上述那样的周围的部件对于激光的耐久性低。即，光缆82不是在光入射侧的端部具有耐光能结构的光缆的情况下，光缆82的光入射侧的芯部端面优选配置成在激光L的光束直径为din/3以上且2din/3以下的状态下使激光L入射。
另外，在不经由扩散部80而使激光向光缆(芯部直径600μm)聚光的以往的方法中，光束直径的控制范围最大被限定为90μm左右，因此从图14的坐标图可知，能够传送的能量的极限约为1.0mJ。然而，在通过扩散部80及聚光透镜系统81的组合来控制光束直径D的本发明中，越对光束直径D进行扩大控制则越能够传送更大的能量。即，根据图14，例如若相对于芯部直径为400μm的光纤而将光束直径设为250μm，则能够传送约12mJ左右的能量，若相对于芯部直径为600μm的光纤而将光束直径设为350μm，则能够传送飞跃性地增大为约22mJ左右的能量。这样一来，根据本发明，能够飞跃性地增大可传送的能量。
另外，图15也是通过改变了扩散板及聚光透镜的条件的实验，表示透镜焦点位置的光束直径与光缆的损伤阈值能量的关系的坐标图。但是，该坐标图尤其是将具有耐光能结构的光缆及不具有该结构的光缆进行了对比的坐标图。更具体而言，该坐标图是标绘了使激光入射到具有预定的扩散角θ的扩散板之后，通过具有预定的焦距f的聚光透镜将该激光聚光于具有气隙的光缆82或通常的光缆的端面，从而芯部损伤模式或周围损伤模式开始发生时的能量的图。实验方法与图14中说明的方法同样。在图15中，实线表示根据石英芯部的损伤阈值能量密度而假定的光纤端面的损伤阈值能量。而且虚线表示具有直径为400μm的石英芯部及厚度为440μm的掺氟石英包层的气隙光缆(图5)的损伤阈值能量。而且单点划线表示具有直径为400μm的石英芯部的通常的(即端部的包层的侧面未露出而粘接剂及不锈钢制的套圈存在至端部的周围的)光缆的损伤阈值能量。
该坐标图中的损伤阈值能量的形迹表示的是如下情况：通常的光缆的损伤的模式以芯部直径的1/2左右的光束直径为交界从芯部损伤模式向周围损伤模式切换，相对于此，气隙光缆的损伤模式即使在芯部直径的1/2左右的光束直径下也不切换为周边损伤模式，直至更大的光束直径为止芯部损伤模式都为主导。这是因为，在通常的光缆中，与由石英等构成的芯部相比，上述那样的周围的部件的对激光L的耐久性低。
即，在光缆82是在光入射侧的端部具有耐光能结构的光缆的情况下，不产生光缆82的端面的周围损伤模式，因此从抑制光缆82的端面损伤这样的观点出发，光束直径D的上限值没有特别限定。然而，在使最小光束直径D比光纤82a的芯部直径din扩大的情况下，在光纤82a的周围虽然不产生损伤，但是在芯部84a的外侧，激光L扩展而能量的传送效率下降。因此，从高效地使激光L向光缆82中的光纤82a的芯部84a入射的观点出发，光束直径D的上限值优选为该芯部84a的芯部直径din以下。
如以上那样，本实施方式的光源单元及光声计测装置通过光纤进行向连接器座部的光传送，因此即使壳体内部和壳体壁伴随着温度变化及振动而分别进行不同的动作，也能够防止光的入射位置向连接器座部发生偏移。而且，本发明的光源单元及光声计测装置使激光一次通过扩散部，由此扩大激光含有的光束的传播角度的分布，通过聚光透镜系统的焦距对向光纤入射时的光束直径进行控制，由此防止由聚光透镜系统聚光而使激光向光纤入射时激光过度缩小的情况。由此，能够防止因局部的光能超过光纤的损伤阈值能量的情况而引起的光纤的损伤。其结果是，能够更稳定且高效地进行光源单元的壳体内部的光传送。
<设计变更>
而且，在本发明中，由于通过光纤进行单元壳体13b内的传送，因此也具有连接器的结构不易受到光路的影响而设计的自由度增加这样的优点(第三效果)。其结果是，可以采用例如下述那样的连接器结构。
在图16所示的连接器中，插座51b以光缆82(或光纤82a)的光出射侧的光轴C1(第一光轴)的方向具有倾角β的方式设于单元壳体13b。在上述插座51b设有供插头51a的插入部53插入的插入口52。在图16中，插入部53由光纤40及其被覆部件83b即光缆83构成。插入口52具有与光缆82的直径(包含光纤82a和被覆部件82b在内的整体的长度)相同程度的直径，光缆82固定于插入口52。并且，插座51b倾斜地设于单元壳体13b，由此以光轴C1的方向具有倾角β的方式固定光缆82。“具有倾角”是指光轴C1的方向以水平为基准而具有向下的角度。图16a是表示插头51a的插入部53向插座51b的插入口52插入之前的状态的简图，图16b是表示插头51a的插入部53插入到插座51b的插入口52时的状态的简图。另外，在图16中，未明示插头51a及插座51b的固定单元，但是关于固定单元，可以适当采用公知的单元。根据这样的连接器结构，能够防止激光意外地向单元壳体13b外的空间水平射出的情况，而且即使激光射出，也会与地板或地面等接触而被吸收，因此安全性提高。
图17所示的连接器结构与图16的连接器结构的不同点是：具有插入口52的开口宽度比深处的宽度大且内壁面52a从开口侧朝深处弯曲的引导结构；具有固定单元54及55；插入部53的前端带圆角。上述引导结构“弯曲”例如在考虑到光缆82的包含光轴C2的任意的平面的插入口52的截面时，只要在插入口52的至少一部分的壁面处弯曲即可。在图17中，显示与包含光轴C2的纸面平行的平面的插入口52的截面，可知该壁面52a弯曲。通过采用这样的引导结构，即使例如如图17a那样将插入部53以水平的状态插入，也能以随着插入部53插入而使光缆83(或光纤40)的光入射侧的光轴C3(第二光轴)与光轴C2一致的方式顺畅地进行引导(图17b)，因此与图16的连接器结构的情况相比，能够容易地安装插头51a及插座51b(图17c)。插入部53的前端带圆角是为了减小插入部53的前端在壁面52a上滑动时的阻力，不是必须的结构。而且，在图17中，为了通过使插头51a相对于插座51b仅进行滑动就能够安装，而具有相互卡合的突出部54及凹部55。另外，固定单元没有限定为上述的突出部54及凹部55，也可以使用推销或螺钉等其他公知的手段。
图18所示的连接器结构与图17的连接器结构的不同点是：在插入口52的开口部分设置有辊56。通过采用这样的引导结构，能够进一步减小插入部53在插入口52内的壁面上滑动时的阻力，与图17的连接器结构的情况相比，更容易安装插头51a及插座51b。辊的设置位置、个数没有特别限定，但优选沿着插入部53接触的可能性高的插入口52内的壁面设置。
“第二实施方式”
接着，说明光声计测装置的第二实施方式。在本实施方式中，也具体说明光声计测装置为光声图像生成装置10的情况。图19是表示本实施方式的光声图像生成装置10的结构的框图。本实施方式与第一实施方式的不同点是除了光声图像之外还生成超声波图像的点。因此，关于与第一实施方式同样的结构要素的详细的说明在没有特别需要时可以省略。
本实施方式的光声图像生成装置10与第一实施方式同样地具备本发明的探头11、超声波单元12、激光单元13、图像显示单元14及输入单元16。
<超声波单元>
本实施方式的超声波单元12除了图3所示的光声图像生成装置的结构之外，还具备发送控制电路33、数据分离单元34、超声波图像重构单元35、检波/对数变换单元36及超声波图像构建单元37。
在本实施方式中，探头11除了进行光声信号的检测之外，还进行对被检体的超声波的输出(发送)、及与发送的超声波相对的来自被检体的反射超声波的检测(接收)。作为进行超声波的收发的音响检测元件，可以使用前述的音响检测元件阵列，也可以使用为了超声波的收发而另行设置在探头11中的新的音响检测元件阵列。而且，超声波的收发可以分离。例如可以从与探头11不同的位置进行超声波的发送，通过探头11来接收与该发送的超声波相对的反射超声波。
触发控制电路66在生成超声波图像时，向发送控制电路33发送指示超声波发送的内容的超声波发送触发信号。发送控制电路33在接受到该触发信号时，从探头11发送超声波。探头11在超声波发送后，检测来自被检体的反射超声波。
探头11检测出的反射超声波经由接收电路21向AD转换单元22输入。触发控制电路66根据超声波发送的时机而向AD转换单元22发送采样触发信号，开始反射超声波的采样。在此，反射超声波在探头11与超声波反射位置之间往复移动，相对于此，光声信号是从其产生位置到探头11的单程。反射超声波的检测与在相同深度位置处产生的光声信号的检测相比，花费2倍的时间，因此AD转换单元22的采样时钟可以设为光声信号采样时的一半例如20MHz。AD转换单元22将反射超声波的采样信号存储于接收存储器23。光声信号的采样和反射超声波的采样哪一个先进行均可。
数据分离单元34使存储于接收存储器23的光声信号的采样信号与反射超声波的采样信号分离。数据分离单元34将分离后的光声信号的采样信号向光声图像重构单元24输入。光声图像的生成与第一实施方式同样。另一方面，数据分离单元34将分离后的反射超声波的采样信号向超声波图像重构单元35输入。
超声波图像重构单元35基于通过探头11的多个音响检测元件检测出的反射超声波(其采样信号)，生成超声波图像的各行的数据。各行的数据的生成与光声图像重构单元24的各行的数据的生成同样，可以使用延迟相加法等。检波/对数变换单元36求出超声波图像重构单元35输出的各行的数据的包络线，并对求出的包络线进行对数变换。
超声波图像构建单元37基于实施了对数变换的各行的数据，生成超声波图像。
图像合成单元38对光声图像与超声波图像进行合成。图像合成单元38例如通过使光声图像与超声波图像重叠而进行图像合成。合成后的图像显示于图像显示单元14。也可以不进行图像合成，在图像显示单元14并排显示光声图像和超声波图像，或者切换地显示光声图像与超声波图像。
如以上所述，本实施方式的光声计测装置由于也使用本发明的光源单元，因此起到与第一实施方式同样的效果。
而且，本实施方式的光声计测装置除了光声图像之外还生成超声波图像。因此，通过参照超声波图像，能够观察光声图像中无法进行图像化的部分。
另外，以上虽然说明了光声计测装置生成光声图像、超声波图像的情况，但这样的图像生成未必一定需要。例如光声计测装置也可以构成为基于光声信号的大小而仅计测测定对象的存在与否。
附图标记说明
10  光声图像生成装置
11  探头
12  超声波单元
13  激光单元
13b 单元壳体
14  图像显示单元
16  输入单元
21  接收电路
22  转换单元
23  接收存储器
24  光声图像重构单元
27  检波/对数变换单元
28  光声图像构建单元
30  振荡器(光源)
38  图像合成单元
39  观察方式选择单元
40  光纤(导光部)
41  导光板
42  音响检测部
44  音响信号线
51  连接器
51a 插头
51b 插座
52  插入口
53  插入部
56  辊
60  超声波单元的控制单元
61  激光单元的控制单元
62  控制信号线
66  触发控制电路
80  扩散部
81  聚光透镜系统
82  光缆
82a 光纤
82b 被覆部件
83  光缆
L   激光
M   被检体

Claims (20)

1.一种光源单元，向探头的导光部射出激光，所述光源单元的特征在于，具备：
单元壳体，具有能够与所述导光部的连接器部连接和断开的连接器座部；
光源，设置于该单元壳体的内部且输出所述激光；
扩散部，使从该光源输出的所述激光扩散；
聚光透镜系统，对由该扩散部扩散后的所述激光进行聚光；及
光传送部，包含将由所述聚光透镜系统聚光后的所述激光传送至所述连接器座部的光纤，
所述连接器座部将所述光纤及所述导光部光学连接。
2.根据权利要求1所述的光源单元，其特征在于，
所述光纤为单纤维。
3.根据权利要求2所述的光源单元，其特征在于，
所述光传送部在所述光纤的光入射侧的端部具有耐光能结构，
所述聚光透镜系统以使由下述式1规定的所述激光的最小光束直径D在与所述光纤的光入射侧的芯部直径din的关系中成为din/2以上的方式对所述激光进行聚光，
所述光纤的光入射侧的芯部端面配置成在所述激光的光束直径为din/2以上的状态下使所述激光入射，
[数学式1]
D = A &CenterDot; f &CenterDot; tan ( ( &phi; 2 ) 2 + ( &theta; 2 ) 2 )                    式1
(在式1中，A表示根据扩散部的种类而确定的系数，f表示所述聚光透镜系统的焦距，表示入射于所述扩散部时的所述激光的扩展角，θ表示所述扩散部的扩散角。)
4.根据权利要求3所述的光源单元，其特征在于，
所述光传送部是具有被覆部件的气隙光缆，所述被覆部件以使所述光纤的端面附近的侧面露出的方式被覆所述光纤。
5.根据权利要求2所述的光源单元，其特征在于，
所述聚光透镜系统以使由下述式2规定的所述激光的最小光束直径D在与所述光纤的光入射侧的芯部直径din的关系中成为din/3以上且2din/3以下的方式对所述激光进行聚光，
所述光纤的光入射侧的芯部端面配置成在所述激光的光束直径为din/3以上且2din/3以下的状态下使所述激光入射，
[数学式2]
D = A &CenterDot; f &CenterDot; tan ( ( &phi; 2 ) 2 + ( &theta; 2 ) 2 )                    式2
(在式2中，A表示根据扩散部的种类而确定的系数，f表示所述聚光透镜系统的焦距，表示入射于所述扩散部时的所述激光的扩展角，θ表示所述扩散部的扩散角。)
6.根据权利要求1～5中任一项所述的光源单元，其特征在于，
所述扩散部是将微小的透镜随机地配置于基板的表面的透镜扩散板。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的光源单元，其特征在于，
所述扩散部对入射的所述激光的能量曲线进行平顶化。
8.根据权利要求3～5中任一项所述的光源单元，其特征在于，
所述扩散部为工程扩散板，
所述系数A为2.5。
9.根据权利要求3～5中任一项所述的光源单元，其特征在于，
所述扩散部为全息扩散板，
所述系数A为2.4。
10.根据权利要求1～9中任一项所述的光源单元，其特征在于，
所述连接器座部以使所述光纤的光出射侧的第一光轴的方向具有倾角的方式保持所述光纤。
11.根据权利要求10所述的光源单元，其特征在于，
所述连接器部的插入部所插入的所述连接器座部的插入路具有以随着所述插入部插入而使所述导光部的光入射侧的第二光轴与所述第一光轴一致的方式进行引导的引导结构。
12.根据权利要求11所述的光源单元，其特征在于，
所述引导结构是所述插入路的开口宽度比该插入路的深处的宽度大且所述插入路的内壁面从开口侧朝深处弯曲的结构。
13.根据权利要求11或12所述的光源单元，其特征在于，
在所述插入路的内壁面设有辊。
14.一种光声计测装置，具备：
探头，具有对为了产生光声波而朝被检体射出的激光进行导光的导光部；及
光源单元，向所述导光部射出激光，
所述光声计测装置的特征在于，
所述光源单元具备：
单元壳体，具有能够与所述导光部的连接器部连接和断开的连接器座部；
光源，设置于该单元壳体的内部且输出所述激光；
扩散部，使从该光源输出的所述激光扩散；
聚光透镜系统，对由该扩散部扩散后的所述激光进行聚光；及
光传送部，包含将由所述聚光透镜系统聚光后的所述激光传送至所述连接器座部的光纤，
所述连接器座部将所述光纤及所述导光部光学连接。
15.根据权利要求14所述的光声计测装置，其特征在于，
所述光纤为单纤维。
16.根据权利要求15所述的光声计测装置，其特征在于，
所述光传送部在所述光纤的光入射侧的端部具有耐光能结构，
所述聚光透镜系统以使由下述式3规定的所述激光的最小光束直径D在与所述光纤的光入射侧的芯部直径din的关系中成为din/2以上的方式对所述激光进行聚光，
所述光纤的光入射侧的芯部端面配置成在所述激光的光束直径为din/2以上的状态下使所述激光入射，
[数学式3]
D = A &CenterDot; f &CenterDot; tan ( ( &phi; 2 ) 2 + ( &theta; 2 ) 2 )                    式3
(在式3中，A表示根据扩散部的种类而确定的系数，f表示所述聚光透镜系统的焦距，表示入射于所述扩散部时的所述激光的扩展角，θ表示所述扩散部的扩散角。)
17.根据权利要求15所述的光声计测装置，其特征在于，
所述聚光透镜系统以使由下述式4规定的所述激光的最小光束直径D在与所述光纤的光入射侧的芯部直径din的关系中成为din/3以上且2din/3以下的方式对所述激光进行聚光，
所述光纤的光入射侧的芯部端面配置成在所述激光的光束直径为din/3以上且2din/3以下的状态下使所述激光入射，
[数学式4]
D = A &CenterDot; f &CenterDot; tan ( ( &phi; 2 ) 2 + ( &theta; 2 ) 2 )                     式4
(在式4中，A表示根据扩散部的种类而确定的系数，f表示所述聚光透镜系统的焦距，表示入射于所述扩散部时的所述激光的扩展角，θ表示所述扩散部的扩散角。)
18.根据权利要求16或17所述的光声计测装置，其特征在于，
所述扩散部为工程扩散板，
所述系数A为2.5。
19.根据权利要求16或17所述的光声计测装置，其特征在于，
所述扩散部为全息扩散板，
所述系数A为2.4。
20.根据权利要求15～19中任一项所述的光声计测装置，其特征在于，
所述导光部为纤维束，
所述光纤的光出射侧的芯部直径dout和所述纤维束的束径B满足下述式5：0.8B≤dout≤1.2B。
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