JP5976613B2 - レーザチャンバ、固体レーザ装置、及び光音響計測装置 - Google Patents

Description

本発明は、レーザチャンバ及び固体レーザ装置に関し、更に詳しくは、レーザロッドと励起ランプとを収容するレーザチャンバ、及び、そのようなレーザチャンバを含む固体レーザ装置に関する。また、本発明は、固体レーザ装置を含む光音響計測装置に関する。

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。

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。

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、フラッシュランプ励起の固体レーザ装置が用いられることが多い。固体レーザ装置は、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。レーザロッド及び励起ランプは、レーザチャンバ内に収容される。レーザチャンバの内側には、フラッシュランプから出射した光を効率よくレーザロッドに照射するための反射面が設けられている。

ここで、フラッシュランプは消耗品であり、定期的に交換する必要がある。しかしながら、フラッシュランプはレーザロッドと共にレーザチャンバ内に収容されており、簡単には交換できない。この問題に対し、特許文献１には、分割可能に構成したレーザチャンバを用いることが記載されている。図１２は、特許文献１に記載のレーザチャンバを示す。レーザチャンバ２００は、上部反射筒２１０と下部反射筒２１１とを有する。上部反射筒２１０は励起ランプ２０２を保持し、下部反射筒２１１はレーザロッド２０１を保持する。

上部反射筒２１０の内側（励起ランプ２０２側）には反射面が形成される。下部反射筒２１１の内側（レーザロッド２０１側）にも反射面が形成される。特許文献１には、この反射面を拡散反射面とすることも記載されている。上部反射筒２１０と下部反射筒２１１とは、一体となって反射筒を構成し、励起ランプ２０２から出射した光が、効率よくレーザロッド２０１に入射するようになっている。レーザロッド２０１の光軸方向の両端には、共振器を構成する一対のミラー２０４、２０５が配置される。ミラー２０４、２０５などの光学素子は、レーザロッド２０１の光軸に対して正確に位置決めされている。

励起ランプ２０２を交換する際には、下部反射筒２１１を動かさずに、上部反射筒２１０を下部反射筒２１１から分離する。分離後、上部反射筒２１０から励起ランプ２０２を引き抜き、新しい励起ランプ２０２を上部反射筒２１０にセットする。励起ランプ２０２の交換後、上部反射筒２１０と下部反射筒２１１とを一体化させる。励起ランプ２０２の交換に際して、下部反射筒２１１は動かさなくてよいため、レーザロッド２０１の光軸とミラー２０４、２０５などの光学素子との位置関係は一定に保たれる。また、上部反射筒２１０の分離後に励起ランプ２０２を引き抜けばよく、レーザチャンバ２００の前後に励起ランプ２０２を引き抜くための空間を必要としない。

特開平５−２５９５３９号公報

ところで、特許部文献１に記載されるように反射筒を分割可能に構成すると、分割位置には隙間が生じる。図１３は、特許文献１に記載のレーザチャンバの中央付近の断面を示す。上部反射筒２１０と下部反射筒２１１とを一体化させたとき、上部反射筒２１０と下部反射筒２１１とは完全には接合せずに隙間が生じる。上部反射筒２１０と下部反射筒２１１との間に隙間が生じると、内部に形成された反射面に途切れた箇所が生じる。励起ランプ２０２から出射した光のうち、上部反射筒２１０と下部反射筒２１１との接合部分に到達した光は、その部分の反射面が途切れているため、反射筒内に反射しない。

反射筒が分割可能ではなく、反射面に途切れた箇所がない場合、励起ランプ２０２から出射した光は、反射筒内を反射して、最終的にレーザロッド２０１に入射可能である。一方、励起ランプ２０２の交換を容易にするために反射筒を分割可能に構成すると、反射筒内の反射面の一部が欠け、反射面で反射してレーザロッド２０１に向かうはずであった光の一部が失われる。特に、レーザロッド２０１と励起ランプ２０２との中間地点に分割位置があると、本来であればレーザロッド２０１側に強い散乱反射が生じる箇所で散乱反射が生じなくなる。このように、特許文献１では、励起ランプ２０２を出射した光のうち、レーザロッド２０１に入射する光の割合が低下し、励起のエネルギー効率が低下する。

本発明は、上記に鑑み、分割可能に構成しつつも、励起のエネルギー効率の低下を抑制可能なレーザチャンバを提供する。

また、本発明は、上記のレーザチャンバを含む固体レーザ装置、及びその固体レーザ装置を含む光音響計測装置を提供する。

上記目的を達成するために、本発明は、レーザロッドとそのレーザロッドを励起するための光を出射する励起ランプとを収容する空間を有する枠体と、枠体の内側に形成され、励起ランプから出射した光を反射する反射面とを備え、枠体が、所定の分割位置でレーザロッドと励起ランプとが並ぶ方向に分割可能であり、かつ、反射面が、レーザロッドの長手方向に対して垂直な断面から見たときに、励起ランプの位置を通り、レーザロッドの中心と励起ランプの中心とを結ぶ直線に対して垂直な直線と反射面とが交差する位置で、レーザロッドと励起ランプとが並ぶ方向に分割可能であることを特徴とするレーザチャンバを提供する。

本発明では、反射面が、レーザロッドの長手方向に対して垂直な断面から見たときに、励起ランプの中心を通り、レーザロッドの中心と励起ランプの中心とを結ぶ直線に対して垂直な直線と反射面とが交差する位置で分割可能であることが好ましい。

本発明のレーザチャンバにおいて、枠体の分割位置と反射面の分割位置とは互いに異なっていてもよい。

反射面は、入射した光を拡散反射する拡散材料を用いて形成されていてもよい。

反射面は、レーザロッド及び励起ランプを取り囲んでおり、レーザロッドの長手方向に対して垂直な断面から見たとき、レーザロッドの中心と励起ランプの中心とを結ぶ線に対して垂直な方向からレーザロッド及び励起ランプを挟む込む二つの側面が、少なくとも、励起ランプの中心からレーザロッドの中心と励起ランプの中心とを結ぶ線に対して垂直に伸ばした線と交わる位置において、レーザロッドの中心と励起ランプの中心とを結ぶ線に対して平行であることが好ましい。

空間が、例えば気体又は液体で満たされていてもよい。

本発明のレーザチャンバは、レーザロッドと励起ランプとを収容する空間内に、レーザロッドの外径よりも太い内径を有し、レーザロッドを内部に収容する第１のチューブと、励起ランプの外径よりも太い内径を有し、励起ランプを収容する第２のチューブとを更に備えていてもよい。

上記に代えて、空間内に、レーザロッドの外径よりも太い内径を有し、レーザロッドを内部に収容する第１の孔と、励起ランプの外径よりも太い内径を有し、励起ランプを収容する第２の孔とを有するガラス材を更に備えていてもよく、ガラス材が、所定の分割位置でレーザロッドと励起ランプとが並ぶ方向に分割可能である構成としてもよい。

本発明は、また、レーザロッドと、そのレーザロッドを励起するための光を出射する励起ランプと、レーザロッドと励起ランプとを収容する空間を有する枠体と、枠体の内側に形成され、励起ランプから出射した光を反射する反射面とを備えるレーザチャンバとを備え、枠体が、所定の分割位置でレーザロッドと励起ランプとが並ぶ方向に分割可能であり、かつ、反射面が、レーザロッドの長手方向に対して垂直な断面から見たときに、前記励起ランプを通り、レーザロッドの中心と励起ランプの中心とを結ぶ直線に対して垂直な直線と反射面とが交差する位置で、レーザロッドと励起ランプとが並ぶ方向に分割可能であることを特徴とする固体レーザ装置を提供する。

本発明の固体レーザ装置では、分割された枠体の一方がレーザロッドを保持し、分割された枠体の他方が励起ランプを保持するように構成してもよい。

本発明の固体レーザ装置において、レーザロッドを保持する枠体の一方が所定の位置に固定されており、励起ランプを保持する枠体の他方が枠体の一方から取り外し可能に構成されていることが好ましい。

本発明は、更に、本発明の固体レーザ装置と、固体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。

本発明のレーザチャンバ及び固体レーザ装置では、レーザチャンバの反射面が、レーザロッドの長手方向に対して垂直な断面から見たときに、励起ランプの位置を通り、レーザロッドの中心と励起ランプの中心とを結ぶ直線に対して垂直な直線と反射面とが交差する位置で、レーザロッドと励起ランプとが並ぶ方向に分割可能である。反射面を分割可能に構成すると、分割位置で反射面が途切れ、レーザロッドに入射する励起光の一部が失われる。本発明では、反射面の分割位置を、励起ランプから出射した光のうちで、レーザロッドの励起に寄与しにくい光が照射される位置としているため、レーザチャンバを分割可能に構成しつつも、励起のエネルギー効率の低下を抑制することができる。

本発明の第１実施形態の固体レーザ装置を示すブロック図。 固体レーザ装置の外観を示す斜視図。 レーザチャンバの中央付近の断面を示す断面図。 レーザチャンバを分割した状態を示す断面図。 散乱部材に対して垂直に入射した光に対する反射光の強度の角度依存性を示すグラフ。 本発明の第２実施形態のレーザチャンバの断面を示す断面図。 第２実施形態のレーザチャンバを分割した状態を示す断面図。 本発明の第３実施形態のレーザチャンバの断面を示す断面図。 第３実施形態のレーザチャンバを分割した状態を示す断面図。 変形例のレーザチャンバの断面を示す断面図。 本発明の固体レーザ装置を含む光音響計測装置を示すブロック図。 特許文献１に記載のレーザ装置を示す斜視図。 図１２のレーザ装置におけるレーザチャンバを示す断面図。

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実施形態の固体レーザ装置を示す。固体レーザ装置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、及びＱスイッチ１６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、例えば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に用いられるレーザ媒質は特には限定されず、ネオジウムＹＡＧ（Ｎｄ：ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット））などのＹＡＧ結晶であってもよい。

フラッシュランプ１２は、励起ランプであり、レーザロッド１１を励起するための励起光を出射する。フラッシュランプ以外のランプをレーザロッド１１の励起に用いてもよい。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、直接にレーザロッド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は、配管３１、３２を通じて冷却機器３０に接続されている。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。

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。出力光であるレーザ光はミラー１４から出射する。

共振器内には、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、例えば１／４波長板１７、ポッケルスセル１８、及びポラライザ１９を有する。ポラライザ１９は、偏光方向が所定方向の直線偏光の光を透過する。１／４波長板１７は、入射光が円偏光のときは、その円偏光の光を直線偏光の光に変換し、入射光が直線偏光のときは、その直線偏光の光を円偏光の光に変換する。ポッケルスセル１８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は、ポッケルスセル１８への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１６は、ポッケルスセル１８への印加電圧が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０Ｖ（電圧印加なし）であり、このときポッケルスセル１８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、例えばポッケルスセル１８を１／４波長板として働かせる電圧である。

ポッケルスセル１８には、ポラライザ１９側から偏光方向が所定方向の直線偏光の光が入射する。ポッケルスセル１８への印加電圧が０Ｖ（第１の電圧）のとき、ポッケルスセル１８に入射した直線偏光の光は偏光状態を変化させずに１／４波長板１７側へ透過し、１／４波長板１７を通過する際に直線偏光から円偏光へ変換される。この円偏光の光はミラー１５で反射した後に１／４波長板１７を逆向きに通り、往路の偏光方向から偏光方向が９０°回転した直線偏光となってポッケルスセル１８に入射する。この光は、ポッケルスセル１８を偏光状態を変化させずに通過し、ポラライザ１９で遮断される。この場合、共振器のＱ値は低く、レーザ発振は起こらない。

ポッケルスセル１８への印加電圧が第２の電圧のとき、ポッケルスセル１８は１／４波長板として働き、ポラライザ１９側からポッケルスセル１８へ入射した直線偏光の光は、ポッケルスセル１８を通過する際に円偏光となり、更に１／４波長板１７を透過して、偏光方向が９０°回転した直線偏光の光となる。この直線偏光の光は、ミラー１５で反射した後に、１／４波長板１７及びポッケルスセル１８を逆向きに通り、偏光方向が更に９０°回転した直線偏光の光となる。ポッケルスセル１８側からポラライザ１９に入射した光は、ポラライザ１９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。

図示しない制御手段（駆動手段）は、ポッケルスセル１８への印加電圧が第１の電圧（０Ｖ）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、ポッケルスセル１８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。

なお、レーザロッド１１から出射する光の偏光が所定方向の直線偏光の場合、ポラライザ１９は省略してもよい。また、１／４波長板１７を省いた構成とすることも可能である。その場合は、ポッケルスセル１８への印加電圧が、ポッケルスセルが１／４波長板として働かせる電圧（第２の電圧）としたときがＱスイッチオフに対応し、ポッケルスセル１８への印加電圧が０Ｖ（第１の電圧）のときがＱスイッチオンに対応する。さらに、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。

図２は、レーザチャンバ１３の外観を示す斜視図である。レーザチャンバ１３は、上部枠体５１と下部枠体５２とを有する。上部枠体５１と下部枠体５２とは、所定の分割位置で、レーザロッド１１とフラッシュランプ１２とが並ぶ方向に分割可能である。下部枠体５２には、配管３１、３２（図１）を接続するための穴３３、３４が設けられている。上部枠体５１はフラッシュランプ１２を保持し、下部枠体５２はレーザロッド１１を保持する。下部枠体５２は、所定の位置に固定されており、上部枠体５１は、フラッシュランプ１２ごと、下部枠体５２から分離可能になっている。

図３は、レーザチャンバ１３の中央部分の断面を示す。レーザチャンバ１３の枠体を構成する上部枠体５１及び下部枠体５２は、例えば金属などを用いて形成される。上部枠体５１と下部枠体５２との間には、気密性を高めるためのＯリング５３が設けられる。上部枠体５１の内側には、入射した光を拡散反射する上部拡散材料５４が形成され、下部枠体５２の内側には下部拡散材料５５が形成される。上部拡散材料５４及び下部拡散材料５５は、一体となってレーザロッド１１及びフラッシュランプ１２を取り囲むように形成される。

フラッシュランプ１２の直径は例えば５ｍｍ程度である。レーザロッド１１の中心とフラッシュランプ１２の中心との間の距離は例えば６ｍｍ〜７ｍｍ程度である。上部拡散材料５４及び下部拡散材料５５は、フラッシュランプ１２から出射した光を反射する反射面を構成する。上部拡散材料５４及び下部拡散材料５５には、例えば硫酸バリウムや酸化マグネシウムなどを用いることができる。あるいは、アルミナセラミックス、スペクトラロン（米国ラブスフェア社の商品名）を用いてもよい。反射面の内側は、冷却用の気体や液体などで満たされる。

上部拡散材料５４及び下部拡散材料５５によって形成される反射面のうち、レーザロッド１１の中心とフラッシュランプ１２の中心とを結ぶ線に対して垂直な方向からレーザロッド１１及びフラッシュランプ１２を挟み込む二つの側面は、少なくとも、フラッシュランプ１２の中心からレーザロッド１１の中心とフラッシュランプ１２の中心とを結ぶ線に対して垂直に伸ばした線と交わる位置において、レーザロッド１１の中心とフラッシュランプ１２の中心とを結ぶ線に対して平行である。図３では、側面は、少なくともレーザロッド１１の中心からフラッシュランプ１２の中心までの位置において、レーザロッド１１の中心とフラッシュランプ１２の中心とを結ぶ線に対して平行である。

図４は、レーザチャンバを分割した状態の断面を示す。上部拡散材料５４は、上部枠体５１に固定されている。一方、下部拡散材料５５は、下部枠体５２に固定されている。上部拡散材料５４と下部拡散材料５５とは、レーザロッド１１の長手方向に対して垂直な断面から見たときに、フラッシュランプ１２の中心を通り、レーザロッド１１の中心とフラッシュランプ１２の中心とを結ぶ直線に対して垂直な直線と拡散材料５４、５５とが交差する位置で、レーザロッド１１とフラッシュランプ１２が並ぶ方向に分割可能である。上部枠体５１と下部枠体５２との分割位置と、上部拡散材料５４と下部拡散材料５５との分割位置は、互いに異なっていてもよい。

フラッシュランプ１２を交換する際には、上部枠体５１を、固定されている下部枠体５２から分離する。分離後、上部枠体５１に保持されているフラッシュランプ１２を上部枠体５１から引き抜き、新しいフラッシュランプと交換する。交換後、新しいフラッシュランプ１２を取り付けた上部枠体５１を、下部枠体５２と一体化させる。交換作業の間、下部枠体５２及びそれに固定されているレーザロッド１１の位置は動かないため、フラッシュランプ１２の交換に際して、レーザロッド１１の光軸と、ミラー１４、１５やＱスイッチ１６との位置関係の調整は不要である。

ここで、レーザチャンバ１３は分割可能であるため、上部拡散材料５４と下部拡散材料５５とは完全に接合せず、その位置に隙間が生じる。別の言い方をすれば、反射面は、フラッシュランプ１２の中心からレーザロッド１１の中心とフラッシュランプ１２の中心とを結ぶ線に対して垂直に伸ばした線と交わる位置において部分的に途切れている。

図３において、フラッシュランプ１２を点灯すると、フラッシュランプ１２から放射状に出射した光のうちの一部は、直接にレーザロッド１１に入射する。残りは、上部拡散材料５４及び下部拡散材料５５で形成される反射面で反射し、最終的にレーザロッド１１に入射する。ここで、フラッシュランプ１２から放射状に出射する光のうち、レーザロッド１１とフラッシュランプ１２の中心とを結ぶ直線に対して垂直に出射する光を考える。フラッシュランプ１２から、レーザロッド１１とフラッシュランプ１２の中心とを結ぶ直線に対して垂直方向に出射した光は、反射面が途切れていなければ反射面（拡散部材）に対して垂直に入射する。

図５に、散乱部材に対して垂直に入射した光に対する反射光の強度の角度依存性を示す。同図において、縦軸は反射光の強度（相対強度）を表し、横軸は反射光の角度θを表す。ここでは、散乱部材に対して垂直な方向をθ＝０°としている。散乱反射の光強度分布には角度依存性があり、０°方向が常に強くなることが知られている。例えば、ランバート反射（完全拡散）の場合、散乱光強度はｃｏｓθに依存するため、θ＝０、つまり入射光と反対側に進む光の強度が最も高い。

上記の、フラッシュランプ１２から、レーザロッド１１とフラッシュランプ１２の中心とを結ぶ直線に対して垂直に出射した光は、その多くが反射面で垂直方向に反射してフラッシュランプ１２へ戻る。この光は、フラッシュランプ１２を突き抜けて反対側の反射面に垂直に入射し、その多くが垂直方向に反射する。このように、レーザロッド１１とフラッシュランプ１２の中心とを結ぶ直線に対して垂直な方向に出射した光は、フラッシュランプ１２を挟んで反射面の間を往復する成分が多く、レーザロッド１１の励起にあまり寄与しない。

本実施形態では、反射面（拡散部材）の分割位置を、フラッシュランプ１２の中心を通り、レーザロッド１１の中心とフラッシュランプ１２の中心とを結ぶ直線に対して垂直な直線と反射面とが交差する位置としている。反射面が途切れる位置を、レーザロッド１１の励起に寄与しない光が多く入射する位置とすることで、反射面が途切れたことに起因する励起効率の低下を最小化できる。本実施形態では、レーザチャンバを分割可能に構成してフラッシュランプ１２の交換の際にレーザロッド１１の光軸とミラー１４、１５やＱスイッチ１６との間の位置調整を不要にしつつも、励起効率の低下を抑制でき、励起効率の低下を抑制できる分だけ、レーザ出力の低下を抑制できる。

なお、上部拡散材料５４と下部拡散材料５５の分割位置は、厳密に、フラッシュランプ１２の“中心”を通り、レーザロッド１１の中心とフラッシュランプ１２の中心とを結ぶ直線に対して垂直な直線と拡散材料５４、５５とが交差する位置であることまでは要しない。分割位置は、上記の位置から、フラッシュランプ１２の直径と同じ長さ程度ずれていてもよい。別の言い方をすれば、反射面は、フラッシュランプ１２の位置を通り、レーザロッド１１の中心とフラッシュランプ１２の中心とを結ぶ直線に対して垂直な直線と拡散材料５４、５５とが交差する位置で分割可能であってもよい。フラッシュランプ１２の側方で、レーザロッド１１の中心とフラッシュランプ１２の中心とを結ぶ直線に対して垂直に近い角度で反射面に入射する光は、レーザロッド１１の励起に寄与しにくいため、フラッシュランプ１２からの光が垂直に近い角度で反射面に入射する位置に分割位置を設けることで、励起効率の低下を抑制可能である。

次いで、本発明の第２実施形態を説明する。図６は、本発明の第２実施形態のレーザチャンバの断面を示す。本実施形態のレーザチャンバ１３ａは、拡散材料５４と拡散材料５５とで形成される反射面内の空間に、第１のチューブ５６と第２のチューブ５７とを有する。その他の点は、図３に示す第１実施形態のレーザチャンバ１３と同様でよい。

第１のチューブ５６は、フラッシュランプ１２の外径よりも太い内径を有し、フラッシュランプ１２を内部に収容する。第１のチューブ５６とフラッシュランプ１２との間の空間は、冷却媒体で満たされる。第２のチューブ５７は、レーザロッド１１の外径よりも太い内径を有し、レーザロッド１１を内部に収容する。第２のチューブ５７とレーザロッド１１との間の空間は、冷却媒体で満たされる。拡散材料５４及び拡散材料５５と、第１のチューブ５６及び第２のチューブ５７との間の空間は、空気で満たされる。

図７は、レーザチャンバを分割した状態の断面を示す。上部拡散材料５４は上部枠体５１に固定されており、下部拡散材料５５は下部枠体５２に固定されている。上部拡散材料５４と下部拡散材料５５とは、レーザロッド１１の長手方向に対して垂直な断面から見たときに、フラッシュランプ１２の中心を通り、レーザロッド１１の中心とフラッシュランプ１２の中心とを結ぶ直線に対して垂直な直線と拡散材料５４、５５とが交差する位置で、レーザロッド１１とフラッシュランプ１２が並ぶ方向に分割可能である。

第２の枠体５２の位置は固定されている。フラッシュランプ１２を交換する際には、上部枠体５１を、固定されている下部枠体５２から分離する。分離後、上部枠体５１に保持されているフラッシュランプ１２を第１のチューブ５６から引き抜き、新しいフラッシュランプと交換する。交換後、新しいフラッシュランプ１２を取り付けた上部枠体５１を、下部枠体５２と一体化させる。交換作業の間、下部枠体５２及びそれに固定されているレーザロッド１１の位置は動かないため、フラッシュランプ１２の交換に際して、レーザロッド１１の光軸と、ミラー１４、１５やＱスイッチ１６との位置関係の調整は不要である。

本実施形態では、第１のチューブ５６にフラッシュランプ１２を収容し、第２のチューブにレーザロッド１１を収容する。このような構成とした場合でも、第１実施形態と同様な効果が得られる。すなわち、レーザチャンバを分割可能に構成してフラッシュランプ１２の交換の際にレーザロッド１１の光軸とミラー１４、１５やＱスイッチ１６との間の位置調整を不要にしつつも、励起効率の低下を抑制できる。

続いて、本発明の第３実施形態を説明する。図８は、本発明の第３実施形態のレーザチャンバの断面を示す。本実施形態のレーザチャンバ１３ｂは、拡散材料５４と拡散材料５５とで形成される反射面内に、ガラス材５８、５９が形成されている。ガラス材５８、５９は、所定の分割位置でレーザロッド１１とフラッシュランプ１２とが並ぶ方向に分割可能である。その他の点は、図３に示す第１実施形態のレーザチャンバ１３と同様でよい。

ガラス材５８は、レーザロッド１１の外径よりも太い内径を有し、レーザロッド１１を内部に収容する第１の孔を有する。第１の孔とフラッシュランプ１２との間の空間は、冷却媒体で満たされる。ガラス材５９は、フラッシュランプ１２の外径よりも太い内径を有し、フラッシュランプ１２を収容する第２の孔を有する。第２の孔とレーザロッド１１との間の空間は、冷却媒体で満たされる。

図９は、レーザチャンバを分割した状態の断面を示す。上部拡散材料５４は上部枠体５１に固定されており、下部拡散材料５５は下部枠体５２に固定されている。上部拡散材料５４と下部拡散材料５５とは、レーザロッド１１の長手方向に対して垂直な断面から見たときに、フラッシュランプ１２の中心を通り、レーザロッド１１の中心とフラッシュランプ１２の中心とを結ぶ直線に対して垂直な直線と拡散材料５４、５５とが交差する位置で、レーザロッド１１とフラッシュランプ１２が並ぶ方向に分割可能である。

上部枠体５１及びガラス材５８と下部枠体５２及びガラス材５９との分割位置と、上部拡散材料５４と下部拡散材料５５との分割位置は、互いに異なっていてもよい。また、ガラス材５８とガラス材５９との分割位置は、必ずしも上部枠体５１と下部枠体５２の分割位置と同じ位置である必要はない。上部枠体５１と下部枠体５２の分離後に、上部枠体５１と下部枠体５２とを一体化させる際には、ガラス材５８とガラス材５９とが接合する部分に気泡などが生じないように、ガラス材と同等な屈折率を有するジェル状の液体をガラス材の表面に塗布しておくとよい。

本実施形態では、ガラス材５８に設けられた第１の孔にフラッシュランプ１２を収容し、ガラス材５９に設けられた第２の孔にレーザロッド１１を収容する。このような構成とした場合でも、第１実施形態と同様な効果が得られる。すなわち、レーザチャンバを分割可能に構成してフラッシュランプ１２の交換の際にレーザロッド１１の光軸とミラー１４、１５やＱスイッチ１６との間の位置調整を不要にしつつも、励起効率の低下を抑制できる。

なお、上記各実施形態では、レーザロッド１１に励起光を照射するフラッシュランプ１２の本数が１本である例を説明したが、フラッシュランプ１２の数は１本には限定されず、フラッシュランプ１２を複数本用いてもよい。その場合、レーザチャンバの分割位置を複数設ければよい。

図１０は、変形例のレーザチャンバの断面を示す。この例では、フラッシュランプ１２の本数を２本としている。レーザチャンバ１３ｃの枠体は、第１の枠体５１ａ、第２の枠体５２、及び第３の枠体５１ｂで構成される。第１の枠体５１ａは、第２の枠体５２から、レーザロッド１１とフラッシュランプ１２とが並ぶ方向に分割可能である。第３の枠体５１ｂは、第２の枠体５２から、レーザロッド１１とフラッシュランプ１２とが並ぶ方向に分割可能である。第１の枠体５１ａはフラッシュランプ１２ａを保持し、第３の枠体５１ｂはフラッシュランプ１２ｂを保持する。第２の枠体５２は、レーザロッド１１を保持する。

枠体の内部には、第１の拡散材料５４ａ、第２の拡散材料５５、及び第３の拡散材料５４ｂが形成される。第１の拡散材料５４ａは第１の枠体５１ａに固定され、第２の拡散材料５５は第２の枠体５２に固定され、第３の拡散材料５４ｂは第３の枠体５１ｂに固定される。第１の拡散材料５４ａと第２の拡散材料５５とは、フラッシュランプ１２ａの中心を通り、レーザロッド１１の中心とフラッシュランプ１２ａの中心とを結ぶ直線に対して垂直な直線と拡散材料５４ａ、５５とが交差する位置で分割可能である。第３の拡散材料５４ｂと第２の拡散材料５５とは、フラッシュランプ１２ｂの中心を通り、レーザロッド１１の中心とフラッシュランプ１２ｂの中心とを結ぶ直線に対して垂直な直線と拡散材料５４ｂ、５５とが交差する位置で分割可能である。第２実施形態と同様に、レーザロッド１１とフラッシュランプ１２とをチューブ内に収容してもよいし、第３実施形態と同様に、反射面内にガラス材を形成してもよい。

第２の枠体５２の位置は固定されている。フラッシュランプ１２ａを交換する際には、第１の枠体５１ａを、固定されている第２の枠体５２から分離する。分離後、第１の枠体５１ａに保持されているフラッシュランプ１２ａを第１の枠体５１ａから引き抜いて、新しいフラッシュランプと交換する。フラッシュランプ１２ｂを交換する際には、第３の枠体５１ｂを、固定されている第２の枠体５２から分離する。分離後、第３の枠体５１ｂに保持されているフラッシュランプ１２ｂを第３の枠体５１ｂから引き抜いて、新しいフラッシュランプと交換する。交換作業の間、第２の枠体５２及びそれに固定されているレーザロッド１１の位置は動かないため、フラッシュランプ１２ａ及びフラッシュランプ１２ｂの交換に際して、レーザロッド１１の光軸と、ミラー１４、１５（図１）やＱスイッチ１６との位置関係の調整は不要である。

続いて、本発明の固体レーザ装置を含む光音響計測装置を説明する。図１１は、固体レーザ装置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、固体レーザ装置１０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。

固体レーザ装置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。

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。

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。

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。

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。

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。

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、例えば固体レーザ装置にトリガ信号を送る。固体レーザ装置１０内の図示しない制御手段は、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、ポッケルスセル１８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。

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。

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、固体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。本発明の固体レーザ装置を、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。

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、本発明のレーザチャンバ、固体レーザ装置、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。

１０：固体レーザ装置
１１：レーザロッド
１２：フラッシュランプ
１３：レーザチャンバ
１４、１５：ミラー
１６：Ｑスイッチ
１７：１／４波長板
１８：ポッケルスセル
１９：ポラライザ
３０：冷却機器
３１、３２：配管
３３、３４：穴
５１、５２：枠体
５３：Ｏリング
５４、５５：拡散材料
５６、５７：チューブ
５８、５９：ガラス材
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
２００：レーザチャンバ
２０１：レーザロッド
２０２：励起ランプ
２０４、２０５：ミラー
２１０：上部反射筒
２１１：下部反射筒

Claims (12)

1. レーザロッドと該レーザロッドを励起するための光を出射する励起ランプとを収容する空間を有する枠体と、
   前記枠体の内側に形成され、前記励起ランプから出射した光を反射する反射面とを備え、
   前記枠体が、所定の分割位置で前記レーザロッドと前記励起ランプとが並ぶ方向に分割可能であり、かつ、前記反射面が、前記レーザロッドの長手方向に対して垂直な断面から見たときに、前記励起ランプの位置を通り、前記レーザロッドの中心と前記励起ランプの中心とを結ぶ直線に対して垂直な直線と前記反射面とが交差する位置で、前記レーザロッドと前記励起ランプとが並ぶ方向に分割可能であることを特徴とするレーザチャンバ。
2. 前記反射面が、前記レーザロッドの長手方向に対して垂直な断面から見たときに、前記励起ランプの中心を通り、前記レーザロッドの中心と前記励起ランプの中心とを結ぶ直線に対して垂直な直線と前記反射面とが交差する位置で分割可能である請求項１に記載のレーザチャンバ。
3. 前記枠体の分割位置と前記反射面の分割位置とが互いに異なる請求項１又は２に記載のレーザチャンバ。
4. 前記反射面が、入射した光を拡散反射する拡散材料を用いて形成されている請求項１から３何れか１項に記載のレーザチャンバ。
5. 前記反射面が、前記レーザロッド及び前記励起ランプを取り囲んでおり、前記レーザロッドの長手方向に対して垂直な断面から見たとき、前記レーザロッドの中心と前記励起ランプの中心とを結ぶ線に対して垂直な方向から前記レーザロッド及び前記励起ランプを挟む込む二つの側面が、少なくとも前記励起ランプの中心から前記レーザロッドの中心と前記励起ランプの中心とを結ぶ線に対して垂直に伸ばした線と交わる位置において、前記レーザロッドの中心と前記励起ランプの中心とを結ぶ線に対して平行である請求項１から４何れか１項に記載のレーザチャンバ。
6. 前記空間が、気体又は液体で満たされる請求項１から４何れか１項に記載のレーザチャンバ。
7. 前記空間内に、前記レーザロッドの外径よりも太い内径を有し、前記レーザロッドを内部に収容する第１のチューブと、前記励起ランプの外径よりも太い内径を有し、前記励起ランプを収容する第２のチューブとを更に備える請求項１から５何れか１項に記載のレーザチャンバ。
8. 前記空間内に、前記レーザロッドの外径よりも太い内径を有し、前記レーザロッドを内部に収容する第１の孔と、前記励起ランプの外径よりも太い内径を有し、前記励起ランプを収容する第２の孔とを有するガラス材を更に備え、該ガラス材が、所定の分割位置で前記レーザロッドと前記励起ランプとが並ぶ方向に分割可能である請求項１から５何れか１項に記載のレーザチャンバ。
9. レーザロッドと、
   前記レーザロッドを励起するための光を出射する励起ランプと、
   前記レーザロッドと前記励起ランプとを収容する空間を有する枠体と、該枠体の内側に形成され、前記励起ランプから出射した光を反射する反射面とを備えるレーザチャンバとを備え、
   前記枠体が、所定の分割位置で前記レーザロッドと前記励起ランプとが並ぶ方向に分割可能であり、かつ、前記反射面が、前記レーザロッドの長手方向に対して垂直な断面から見たときに、前記励起ランプを通り、前記レーザロッドの中心と前記励起ランプの中心とを結ぶ直線に対して垂直な直線と前記反射面とが交差する位置で、前記レーザロッドと前記励起ランプとが並ぶ方向に分割可能であることを特徴とする固体レーザ装置。
10. 分割された前記枠体の一方は前記レーザロッドを保持し、分割された前記枠体の他方は前記励起ランプを保持する請求項９に記載の固体レーザ装置。
11. 前記レーザロッドを保持する前記枠体の一方が所定の位置に固定されており、前記励起ランプを保持する前記枠体の他方が前記枠体の一方から取り外し可能に構成されている請求項１０に記載の固体レーザ装置。
12. 請求項９から１１何れか１項に記載の固体レーザ装置と、
    前記固体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。

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