JPH1126857A - レーザーダイオード励起固体レーザー装置および放射線画像読取装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 レーザーダイオード励起固体レーザー装置に
おいて、ＳＨＧレーザー等の高調波レーザーの寿命の短
縮を抑制しつつ、しかも高調波レーザーの立上がり時間
を短縮する。 【解決手段】 ＳＨＧレーザーを出射していない間は、
Ｎｄ：ＹＬＦ結晶11cをレーザー発振させない範囲で、
半導体レーザー11a に電流を注入して励起用レーザーを
Ｎｄ：ＹＬＦ結晶11c に照射してこれを励起する待機状
態となるよう、制御手段11g が注入電流を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、固体レーザー結晶
をレーザーダイオード（半導体レーザー）によって励起
するレーザーダイオード励起固体レーザー装置、半導体
レーザー装置および放射線画像読取装置に関し、詳細に
は、固体レーザー結晶の高調波をレーザー発振せしめる
レーザー装置および放射線画像読取装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】放射線（Ｘ線、α線、β線、γ線、電子
線、紫外線等）を照射すると、この放射線エネルギーの
一部が蓄積され、その後可視光等の励起光を照射すると
蓄積されたエネルギーに応じて輝尽発光を示す蓄積性蛍
光体（輝尽性蛍光体）を利用して、人体等の被写体の放
射線画像情報を一旦シート状の蓄積性蛍光体（蓄積性蛍
光体シート）に記録し、この蓄積性蛍光体シートにレー
ザー光を走査して輝尽発光光を生じせしめ、得られた輝
尽発光光を光電的に読み取って画像信号を得、この画像
信号に基づき写真感光材料等の記録媒体、ＣＲＴ等の表
示装置に被写体の放射線画像を可視像として出力させる
放射線画像情報記録再生システムがすでに知られている
（特開昭55-12429号、同56-11395号、同56-11397号な
ど）。

【０００３】このシステムは、従来の銀塩写真を用いる
放射線写真システムと比較して極めて広い放射線露出域
にわたって画像を記録しうるという実用的な利点を有し
ている。

【０００４】上記放射線画像情報記録再生システムにお
いて、蓄積性蛍光体シートから放射線画像情報を読み取
る具体的な方法としては、画像情報が記録された蓄積性
蛍光体シートをレーザビーム等の光ビームで２次元的に
走査し、そのときシートから発せられた輝尽発光光を、
主走査線に沿って延びる光入射端面を有する集光体を介
してフォトマルチプライヤー等の光検出器に伝え、この
光検出器によって輝尽発光光を時系列的に検出して画素
単位の画像信号を得るようにしている。

【０００５】ところでこのシステムにおいて使用されて
いる励起光は、出力が高々30ｍＷ程度の赤色ＬＤ（レー
ザーダイオード）であり、蓄積性蛍光体シートに記録さ
れた画像情報を高速に読み取り、かつ高画質の再生画像
を得るためには、蓄積性蛍光体シートに記録された放射
線画像エネルギーの輝尽発光光への変換効率を高める必
要があり、そのためには、より高出力の励起光が求めら
れている。

【０００６】ここで、例えば特開昭62-189783 号公報に
示されるように、ネオジウム等の希土類が添加された固
体レーザー結晶を、レーザーダイオードから発せられた
光によって励起するレーザーダイオード励起固体レーザ
ー装置が公知となっている。さらにこの種のレーザー装
置においては、基本波よりも短波長のレーザービームを
得、または高出力のレーザービームを得るために、その
共振器構造内に非線形光学結晶を配置して、固体レーザ
ービームの第２高調波（ＳＨＧ）等の高調波を選択的に
レーザー発振させることも広く行なわれている。そし
て、この高調波は、300 ｍＷ以上の出力を得ることも可
能である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この第
２高調波（ＳＨＧ）等の高調波の安定性は、共振器の影
響を受けやすく、特に共振器が熱的に安定するまではレ
ーザー出力も不安定になることが認められている。

【０００８】すなわち、例えば図３（１）に示すよう
に、オフ状態（注入電流がゼロの状態）の励起用のレー
ザーダイオード（励起レーザー）にレーザー発振を起こ
させるしきい値電流以上の電流（３〜４Ａ）をいきなり
注入する（オン状態）と、第２高調波（ＳＨＧ）のレー
ザーパワーは急激に増大するものの、フルパワー（図３
（１）の例では300 ｍＷ）に到達する前にフルパワーの
半分程度のパワーで一旦は安定し、その後再び急激に増
大してフルパワーに到達し安定する。このように、励起
レーザーをオン状態としてからレーザー出力がフルパワ
ーで安定するまでの時間（以下、立上がり時間という）
ｔ１はレーザー媒質や注入電流に応じて変化するが、例
えばＳＨＧレーザーでは３〜４秒程度を要している。

【０００９】このため、上記放射線画像情報記録再生シ
ステム等高速の処理が要求される場合には、立上がりの
ための時間的ロスを排除するため、ＳＨＧレーザーを連
続発光させておくことが考えられる。この方法によれば
ＳＨＧレーザーは常にオン状態であるため、確かに立上
がり時間のロスを解消することはできるが、その一方
で、このような連続発光はレーザーの寿命を極端に短縮
させることとなり、また経済性の面においても不利であ
る。

【００１０】本発明は上記事情に鑑みなされたものであ
って、ＳＨＧレーザー等の高調波レーザーの寿命の短縮
を抑制しつつ、しかも高調波レーザーの立上がり時間を
短縮することができるレーザーダイオード励起固体レー
ザー装置を提供することを目的とするものである。

【００１１】また本発明の他の目的は、上記レーザーダ
イオード励起固体レーザー装置と同様の作用効果を達成
しうる半導体レーザー装置を提供することを目的とする
ものである。

【００１２】さらに本発明の他の目的は、放射線画像情
報が蓄積記録された蓄積性蛍光体シートから画像情報を
読み取る際に使用されるレーザーの寿命の短縮が抑えら
れ、かつレーザーの立ち上がり時間も短縮された、従来
よりも高出力のレーザー光である高調波レーザーを適用
した、または半導体レーザーを適用した放射線画像読取
装置を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の第１のレーザー
ダイオード励起固体レーザー装置は、レーザーダイオー
ドから発せられた励起用レーザー光により固体レーザー
結晶を励起し、該励起された固体レーザー結晶から発せ
られた光を、内部に非線形光学結晶を有する共振器構造
により、前記固体レーザー結晶の高調波（例えばＳＨＧ
等）をレーザー発振せしめるレーザーダイオード励起固
体レーザー装置において、前記励起用レーザー光を、前
記固体レーザー結晶を励起させるがレーザー発振させな
い範囲の出力で維持する（待機状態）ように、前記レー
ザーダイオードに注入する電流を制御する制御手段を備
えたこと特徴とするものである。

【００１４】ここで、レーザー発振させるとは、レーザ
ー光を外部に出射することを意味するものであり、いか
なる場合も共振器から外部にレーザー光が出射していな
い場合はレーザー発振しているものとはみなさない。

【００１５】本発明の第２のレーザーダイオード励起固
体レーザー装置は、レーザーダイオードから発せられた
励起用レーザー光により固体レーザー結晶を励起し、該
励起された固体レーザー結晶から発せられた光を、内部
に非線形光学結晶を有する共振器構造により、前記固体
レーザー結晶の高調波をレーザー発振せしめるレーザー
ダイオード励起固体レーザー装置において、前記レーザ
ーダイオードを励起させるが前記励起用レーザー光をレ
ーザー発振させない（待機状態）ように、前記レーザー
ダイオードに注入する電流を制御する制御手段を備えた
ことを特徴とするものである。

【００１６】具体的には、制御手段は、レーザーダイオ
ードに注入する電流を、その発光特性のしきい値電流未
満に制御するものであればよい。

【００１７】本発明の第１の放射線画像読取装置は、被
写体の放射線画像情報が蓄積記録されている蓄積性蛍光
体シートに励起光を走査して該シートの各走査点から輝
尽発光光を発光せしめ、該輝尽発光光を光電的に読み取
って前記放射線画像情報を得る放射線画像読取装置にお
いて、前記励起光を出射する励起光光源を、本発明の第
１のレーザーダイオード励起固体レーザー装置または第
２のレーザーダイオード励起固体レーザー装置とし、前
記励起光を、これらのレーザーダイオード励起固体レー
ザー装置からレーザー発振により出射されるＳＨＧ等の
高調波としたことを特徴とするものである。

【００１８】なお上記本発明の第１または第２のレーザ
ーダイオード励起固体レーザー装置は、上述した本発明
の放射線画像読取装置のように、画像読取部を備えた他
の装置、例えば、循環通路に沿って撮影部、画像読取部
および消去部が設けられ、この循環通路に沿って複数の
蓄積性蛍光体シートが搬送され、装置内部でこれらのシ
ートが繰り返し使用されるようにされた、いわゆるビル
トイン形式の放射線画像記録再生装置に適用することも
できる。

【００１９】本発明の半導体レーザー装置は、マスター
オシレーター・パワーアンプリファイアー型の半導体レ
ーザ装置において、該半導体レーザ装置自体を励起させ
るがレーザー発振させない範囲の出力で維持するよう
に、該半導体レーザ装置に注入する電流を制御する制御
手段を備えたことを特徴とするものである。

【００２０】ここで、マスターオシレーター・パワーア
ンプリファイアー型の半導体レーザ装置とは、ＭＯＰＡ
（Master Oscillator Power Amplifiers）レーザ（モパ
レーザーと称する）を意味し、例えば「Ｅlectronics
Ｌetters（エレクトロニクス・レターズ）Vol.28 No.2
p2011〜2013」や「Ｏptics ＆ Ｐhotonics Ｎews（オ
プティクス＆フォトニクス・ニュース）Mch. '93 p11〜
13」等に紹介されており、図６にこのモパレーザーのチ
ップ部分を示すように、活性領域10a 、シングルモード
光導波路10b 、マスターオシレーター部10c とパワーア
ンプリファイアー部10d とを有する。

【００２１】さらに特開平６−２９１４００号には、マ
スターオシレーター部分10c から発せられた基本波が、
ＴＷＡ（Ｔraveling Ｗave Ａmplifier）を用いたパワ
ーアンプリファイアー部分10d によって光増幅されて、
その前面10e から発光するもので、例えば、その発光幅
ｗが200 μｍ、発振波長λ₁ が860 ｎｍ、出力が３Ｗの
モパレーザーが紹介されている。

【００２２】本発明の第２の放射線画像読取装置は、被
写体の放射線画像情報が蓄積記録されている蓄積性蛍光
体シートに励起光を走査して該シートの各走査点から輝
尽発光光を発光せしめ、該輝尽発光光を光電的に読み取
って前記放射線画像情報を得る放射線画像読取装置にお
いて、前記励起光を出射する励起光光源を、上記マスタ
ーオシレーター・パワーアンプリファイアー型の半導体
レーザ装置とし、前記励起光を、この半導体レーザ装置
からレーザー発振により出射されるレーザー光としたこ
とを特徴とするものである。

【００２３】

【発明の効果】本発明の第１のレーザーダイオード励起
固体レーザー装置によれば、レーザーダイオードに注入
する電流を制御手段により、固体レーザー結晶を励起さ
せるがレーザー発振させない範囲の出力で維持するよう
に制御することによって、共振器構造は励起エネルギー
に基づく熱によって温度が上昇せしめられる。この結
果、全く励起を行っていない固体レーザー結晶と比べる
と、共振器構造が熱的に安定するまでの時間を三分の一
程度に短縮することができる。

【００２４】一方、待機状態においてレーザーダイオー
ドに注入する電流は、固体レーザー結晶がレーザー発振
するための注入電流値（３〜４アンペア）に対して、そ
の三分の一程度（略１アンペア）で足り、レーザーダイ
オードの寿命においても、連続的に固体レーザーの発振
をさせている場合の５倍程度の寿命延長が認められる。

【００２５】したがって、本発明の第１のレーザーダイ
オード励起固体レーザー装置によれば、高調波レーザー
の寿命の短縮を抑制しつつ、しかも高調波レーザーの立
上がり時間を短縮することができる。

【００２６】本発明の第２のレーザーダイオード励起固
体レーザー装置によれば、レーザーダイオードに注入す
る電流を制御手段により、レーザーダイオード自体を励
起させるが励起用レーザー光を出射するまでには至らな
い範囲（しきい値電流未満）で維持するように制御する
ことによって、レーザーダイオードはレーザー発振しな
いが、全く励起を行っていないレーザーダイオードと比
べると、レーザー光の発光特性において発光の立上がり
時間が短縮される。この結果、励起用レーザー光による
励起を基礎とする固体レーザーの高調波レーザーの出力
が安定までに要する時間も、レーザーダイオード自体を
全く励起していないものに比べて短縮することができ
る。

【００２７】一方、レーザーダイオードを励起するため
に注入する電流は、レーザーダイオードのしきい値電流
に比べて極小さいレベルのものであるため、連続的に固
体レーザーの発振をさせている場合よりも寿命延長が認
められる。

【００２８】したがって、本発明の第２のレーザーダイ
オード励起固体レーザー装置によれば、高調波レーザー
の寿命の短縮を抑制しつつ、しかも高調波レーザーの立
上がり時間を短縮することができる。

【００２９】本発明の第１の放射線画像読取装置によれ
ば、画像読取部における励起光光源を上記本発明の第１
の又は第２のレーザーダイオード励起固体レーザー装置
とし、被写体の放射線画像情報が蓄積記録されている蓄
積性蛍光体シートに照射する励起光を、これらのレーザ
ー装置から出力されたレーザー光とすることにより、従
来よりも高出力のレーザー光である高調波レーザーを使
用することができ、シートにより多くの励起エネルギー
を付与することにより、シートに蓄積された放射線エネ
ルギーをより多く輝尽発光光に変換させて放出させつ
つ、高速にその輝尽発光光発光光を読み取ることもでき
る。

【００３０】さらに、放射線画像情報が蓄積記録された
蓄積性蛍光体シートから画像情報を読み取る際に使用さ
れるレーザーの寿命の短縮を抑えつつ、レーザーの立ち
上がり時間を短縮することができる。

【００３１】なお、放射線画像読取装置においては、上
述したように待機状態からオン状態に切り換えられてか
ら１秒程度の間に励起光の出力が安定することが望まし
いが、循環通路に沿って撮影部、画像読取部および消去
部が設けられ、この循環通路に沿って複数の蓄積性蛍光
体シートが搬送され、装置内部でこれらのシートが繰り
返し使用されるようにされた、いわゆるビルトイン形式
の放射線画像記録再生装置の画像読取部において、上記
本発明の第１または第２のレーザーダイオード励起固体
レーザー装置を適用した場合には、撮影部から画像読取
部にシートが搬送されるまでの時間が通常２秒程度かか
るため、このような装置に適用した場合は、待機状態か
らオン状態に切り換えられてから２秒程度の間に励起光
の出力が安定すればよい。

【００３２】また本発明の半導体レーザー装置によれ
ば、モパレーザーに注入する電流を制御手段により、モ
パレーザーを励起させるがレーザー発振させない範囲の
出力で維持するように制御することによって、モパレー
ザーは励起エネルギーに基づく熱によって温度が上昇せ
しめられる。この結果、全く励起を行っていない半導体
レーザー装置と比べると、モパレーザー自体が熱的に安
定するまでの時間を短縮することができる。

【００３３】一方、待機状態においてモパレーザーに注
入する電流は、モパレーザー自体がレーザー発振するた
めの注入電流値に対して、低いレベルで足り、レーザー
ダイオードの寿命においても、連続的に固体レーザーの
発振をさせている場合よりも延長されることが認められ
る。

【００３４】したがって、本発明の半導体レーザー装置
によれば、高調波レーザーの寿命の短縮を抑制しつつ、
しかも高調波レーザーの立上がり時間を短縮することが
できる。

【００３５】また本発明の第２の放射線画像読取装置に
よれば、画像読取部における励起光光源を上記本発明の
半導体レーザー装置とし、被写体の放射線画像情報が蓄
積記録されている蓄積性蛍光体シートに照射する励起光
を、この半導体レーザー装置から出力されたレーザー光
とすることにより、従来よりも高出力のレーザー光を使
用することができ、シートにより多くの励起エネルギー
を付与することにより、シートに蓄積された放射線エネ
ルギーをより多く輝尽発光光に変換させて放出させつ
つ、高速にその輝尽発光光発光光を読み取ることもでき
る。

【００３６】さらに、放射線画像情報が蓄積記録された
蓄積性蛍光体シートから画像情報を読み取る際に使用さ
れるレーザーの寿命の短縮を抑えつつ、レーザーの立ち
上がり時間を短縮することができる。

【００３７】なお、放射線画像読取装置においては、上
述したように待機状態からオン状態に切り換えられてか
ら１秒程度の間に励起光の出力が安定することが望まし
いが、循環通路に沿って撮影部、画像読取部および消去
部が設けられ、この循環通路に沿って複数の蓄積性蛍光
体シートが搬送され、装置内部でこれらのシートが繰り
返し使用されるようにされた、いわゆるビルトイン形式
の放射線画像記録再生装置の画像読取部において、上記
本発明の半導体レーザー装置を適用した場合には、撮影
部から画像読取部にシートが搬送されるまでの時間が通
常２秒程度かかるため、このような装置に適用した場合
は、待機状態からオン状態に切り換えられてから２秒程
度の間に励起光の出力が安定すればよい。

【００３８】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施例を詳細に説明する。

【００３９】図１は、本発明の第１のレーザーダイオー
ド励起固体レーザー装置の基本的な一実施形態を示す概
略構成図である。図示のレーザーダイオード励起固体レ
ーザー装置11は、励起光としてのレーザービームL1を発
するチップ状態の半導体レーザー11a と、発散光である
上記レーザービームL1を集光する例えば屈折率分布型ロ
ッドレンズ等からなる集光レンズ11b と、ネオジウム
（Ｎｄ）がドーピングされた固体レーザー媒質であるＹ
ＬＦ結晶（以下、Ｎｄ：ＹＬＦ結晶と称する）11c と、
このＮｄ：ＹＬＦ結晶11c の前方側（図中右方側）に配
された共振器ミラー11e と、この共振器ミラー11e とＮ
ｄ：ＹＬＦ結晶11c との間に配されたＫＮｂＯ₃ 結晶
（以下、ＫＮ結晶と称する）11d と、レーザービームL1
を、Ｎｄ：ＹＬＦ結晶11c を励起させるがレーザー発振
させない範囲の出力で維持するように、半導体レーザー
11a に注入する電流を制御する制御手段11g とを有して
いる。

【００４０】半導体レーザー11としては、波長797 ｎｍ
のレーザービームL1を発するものが用いられている。Ｎ
ｄ：ＹＬＦ結晶11c は入射したレーザービームL1によっ
てネオジウムイオンが励起されて、波長1313ｎｍの光を
発する。Ｎｄ：ＹＬＦ結晶11c の励起光入射側の端面11
c ′には、波長1313ｎｍの光は良好に反射させ（反射率
99.9％以上）、波長797 ｎｍの励起用レーザービームL1
は良好に透過させる（透過率99％以上）コーティングが
施されている。一方、共振器ミラー11e のミラー面11e
′には波長1313ｎｍの光は良好に反射させ下記の波長6
57 ｎｍの光は透過させるコーティングが施されてい
る。

【００４１】したがって、波長1313ｎｍの光は上記各面
11c ′、11e ′間に閉じ込められてレーザー発振を引き
起こし、こうして発生したレーザービームL2はＫＮ結晶
11dにより波長が１／２、すなわち657 ｎｍの第２高調
波L3に変換され、主にこの第２高調波L3が共振器ミラー
11e から出射する。

【００４２】半導体レーザー11a および集光レンズ11b
は図示しないホルダーに固定され、一方Ｎｄ：ＹＬＦ結
晶11c 、ＫＮ結晶11d および共振器ミラー11e は別のホ
ルダーに固定され、これら２つのホルダーは銅等からな
る基準板に固定される。

【００４３】共振器ミラー11e の後段には部分透過ミラ
ー11f が設けられており、この部分透過ミラー11f は、
入射した第２高調波L3の大半を使用光として透過させる
一方、一部を検出光として反射させる。そしてこの検出
光として反射された第２高調波L3の一部は制御手段11g
に入力され、制御手段11g は、半導体レーザー11a に注
入する電流を、Ｎｄ：ＹＬＦ結晶11cを励起させるがレ
ーザー発振させない範囲（例えば１Ａ）の出力で維持す
るように制御しうる他、半導体レーザー11a に注入する
電流をゼロとしてＮｄ：ＹＬＦ結晶11cを励起させるこ
ともなく、またはＮｄ：ＹＬＦ結晶11cをレーザー発振
させるさせるのに十分な電流（例えば３〜４Ａ）を半導
体レーザー11a に注入するだけの制御をも成し得るもの
である。

【００４４】次に本実施形態のレーザーダイオード励起
固体レーザー装置11の作用について説明する。

【００４５】まず、半導体レーザー11a に対して制御手
段11g が所定の電流を注入する制御をなす。半導体レー
ザー11a の発光特性は図２のグラフに示すものであり、
注入される電流値は、例えば 1.2Ａ程度である。この電
流値は図２から解されるように、半導体レーザー11a
（波長797 ｎｍ）がレーザー発振するしきい値電流をわ
ずかに超えている値である。したがって半導体レーザー
11a からは、注入電流に応じた発光強度（光量）の励起
用レーザービームL1が発せられる。

【００４６】発せられたレーザービームL1は、集光レン
ズ11b により集光され、Ｎｄ：ＹＬＦ結晶11c に入射
し、このＮｄ：ＹＬＦ結晶11c を励起する。

【００４７】レーザービームL1により励起されたＮｄ：
ＹＬＦ結晶11c は波長1313ｎｍの光（基本波）L2を発す
る。そしてこの基本波L2はＫＮ結晶11d に入射し、ＫＮ
結晶11d によって、波長が半分である657 ｎｍの第２高
調波L3に変換される。

【００４８】ここで、励起用レーザービームL1の強度
（注入電流に応じた）が大きい場合は、それだけＮｄ：
ＹＬＦ結晶11c を励起させるエネルギーが大きいことを
意味し、Ｎｄ：ＹＬＦ結晶11c の準安定励起状態の活性
イオン数を増加させやすく、レーザー発振を生じせしめ
やすい。

【００４９】しかし、レーザービームL1は上述したよう
に注入電流がしきい値電流をわずかに超えた程度のもの
であるため、発振したレーザーの光強度は小さく、した
がって、Ｎｄ：ＹＬＦ結晶11c を励起して基本波L2を出
射させるものの、励起エネルギーが一定のしきい値Th未
満であるため、Ｎｄ：ＹＬＦ結晶11c の端面11c ′と、
共振器ミラー11e のミラー面11e ′とで形成される共振
器構造を往復するうちに励起エネルギーが減衰して基本
波L2（実際には共振器構造内部に設けられたＫＮ結晶11
d による第２高調波発生に基づく第２高調波L3）が共振
器ミラー11e から出射することがない。このようにＮ
ｄ：ＹＬＦ結晶11c を、励起はするがレーザー発振させ
ない状態を待機状態と称するものとする。

【００５０】この待機状態では、上述したように、Ｎ
ｄ：ＹＬＦ結晶11c をレーザー発振させるものではない
が、受けた励起作用により、共振器構造がある程度発熱
する。このため、後にＮｄ：ＹＬＦ結晶11c のレーザー
発振が行われる場合にも共振器構造に予熱を与えている
という効果があり、熱的に安定しやすい状態に保つこと
ができる。

【００５１】なお、上記説明においては、制御手段11g
により所定の電流が注入されるとの説明だけをしたが、
実際には共振器ミラー11e から第２高調波L3が出射して
いないことを検出しつつ、その検出結果に基づいてフィ
ードバック制御を行っているものである。すなわち、共
振器ミラー11e から第２高調波L3が出射しているのを検
出した場合は、制御手段11g は半導体レーザー11a に注
入する電流を減少させる。

【００５２】次に、この待機状態から、第２高調波L3を
レーザー発振させたときの作用を説明する。

【００５３】第２高調波L3を用いるために、当該第２高
調波L3を共振器構造の外部にレーザー発振させる場合
は、例えば図示しない切換信号が制御手段11g に入力さ
れ、制御手段11g は、出力される第２高調波L3のレーザ
ーパワーが所望のものとなるように、対応する電流を半
導体レーザー11a に注入する。ここで第２高調波L3のレ
ーザーパワーを所望のものとするために半導体レーザー
11a に注入する電流値は、半導体レーザー11a の発光特
性（図２）、Ｎｄ：ＹＬＦ結晶11c の発光特性、ＫＮ結
晶11d 、共振器構造の光学的特性、および部分透過ミラ
ー11f の光学的特性を求めて、出力される第２高調波L3
のレーザーパワーとの対応関係を予めテーブル化してお
けばよい。

【００５４】半導体レーザー11a は注入された電流値
（例えば３Ａ）に対応した強度のレーザー光L1′を出射
し、この光L1′はＮｄ：ＹＬＦ結晶11c を励起する。こ
のときの励起光L1′の励起エネルギーは待機状態のとき
のそれよりも十分大きく、しきい値Thを超えるものであ
る。したがって、Ｎｄ：ＹＬＦ結晶11c は基本波L2を出
射し、この基本波L2はＫＮ結晶11d により第２高調波L3
に変換され、Ｎｄ：ＹＬＦ結晶11c の端面11c ′と、共
振器ミラー11e のミラー面11e ′とで形成される共振器
構造を往復する間、第２高調波L3は増幅されて共振器ミ
ラー11e から出射する。このように第２高調波L3が共振
器構造から出射された状態をオン状態と称する。

【００５５】ここで、従来のレーザーダイオード励起固
体レーザー装置においては、オン状態以外の状態では、
半導体レーザー11a に電流を注入することはなかったと
ころ、本実施形態のレーザーダイオード励起固体レーザ
ー装置11では、オン状態以外の状態では、Ｎｄ：ＹＬＦ
結晶11c を励起する待機状態をとっているため、Ｎｄ：
ＹＬＦ結晶11c の共振器構造を予熱することができ、こ
れにより、従来のレーザーダイオード励起固体レーザー
装置に比べて、共振器構造が熱的に安定するまでの時間
を短縮してレーザーパワーが安定するまでの時間を三分
の一程度に短縮することができる。この結果を図３
（１）および（２）に示す。

【００５６】すなわち、図３（１）は従来のレーザー装
置において、オフ状態（注入電流がゼロの状態）の励起
用の半導体レーザー11a にレーザー発振を起こさせる電
流（３〜４Ａ）をいきなり注入（オン状態）した場合
の、経過時間と第２高調波（ＳＨＧ）のレーザーパワー
の関係を示す図、同図（２）は、本実施形態のレーザー
装置において、待機状態の励起用の半導体レーザー11a
にレーザー発振を起こさせる電流（３〜４Ａ）を注入
（オン状態）した場合の、経過時間と第２高調波（ＳＨ
Ｇ）のレーザーパワーの関係を示す図である。

【００５７】図３（１）に示した従来のレーザー装置で
は、オン状態に切り換えると、第２高調波のレーザーパ
ワーは急激に増大するものの、フルパワー（図３の例で
は３００ｍＷ）に到達する前にフルパワーの半分程度の
パワーで一旦は安定し、その後再び急激に増大してフル
パワーに到達し安定する。このように、励起レーザーを
オン状態としてからレーザー出力がフルパワーで安定す
るまでの立上がり時間ｔ１はレーザー媒質や注入電流に
応じて変化するが、例えば図３（１）に示した例では３
〜４秒程度を要していた。

【００５８】一方、図３（２）に示した本実施形態のレ
ーザー装置では、オン状態に切り換えると、第２高調波
のレーザーパワーは急激に増大し、フルパワー（図３の
例では３００ｍＷ）手前でわずかに息継ぎするような傾
向を示すものの、その後すぐにフルパワーまで上昇し、
安定するまでの時間ｔ１′はわずかに約１秒であり、従
来の三分の一に短縮することができる。

【００５９】さらに、待機状態において半導体レーザー
に注入する電流は、Ｎｄ：ＹＬＦ結晶がレーザー発振す
るためのしきい値Thより小さくてよいため、半導体レー
ザーの寿命においても、連続的に第２高調波レーザーの
発振をさせている場合よりも寿命延長が認められる。

【００６０】したがって、本発明の第１のレーザーダイ
オード励起固体レーザー装置によれば、高調波レーザー
の寿命の短縮を抑制しつつ、しかも高調波レーザーの立
上がり時間を短縮することができる。

【００６１】図４は、本発明の放射線画像読取装置の一
実施形態を示す構成図である。図示の被写体の放射線画
像読取装置10は、放射線画像情報が蓄積記録されている
蓄積性蛍光体シート30に励起光L3を走査して、このシー
トの各走査点から輝尽発光光Ｍを発光させ、得られた輝
尽発光光Ｍを光電的に読み取って放射線画像情報ｙを得
るようにした放射線画像読取装置であって、励起光を出
射する励起光光源として上記本発明の第１のレーザーダ
イオード励起固体レーザー装置と、励起光を、このレー
ザ装置からレーザー発振により出射される第２高調波L3
としたものである。

【００６２】さらに詳しくは、図示しないモータにより
回転せしめられるエンドレスベルト21上に蓄積性蛍光体
シート（以下、シートという）30が配置され、シート30
の上方には、シート30を励起する出力300 ｍＷのＳＨＧ
レーザ光L3を発する前述した実施形態のレーザーダイオ
ード励起固体レーザー装置11と、後述する回転多面鏡に
Ｓ偏光でＳＨＧレーザ光L3を入射させるために、入射し
たＳＨＧレーザ光L3にπだけ位相差を与える１／２波長
板12と、１／２波長板12から出射した光L3を反射するミ
ラー13と、ビーム径を拡大するビームエキスパンダー14
と、ミラー15と、シート30の搬送方向である副走査方向
Ｙに対応する方向への回転多面鏡17の面倒れを補正する
ために副走査方向Ｙに対応する方向にのみ屈折力を有す
るシリンドリカルレンズ16と、反射面をアルミ（Al）と
多層膜コートで処理した回転多面鏡17と、この回転多面
鏡17を回転駆動するモーター18と、回転多面鏡17で反射
偏向されたＳＨＧレーザ光L3をシート30上に収束し、か
つ等速度で走査させる ｆθレンズ19およびシリンドリ
カルミラー20とを備えた構成である。

【００６３】さらに、前記ＳＨＧレーザ光L3が走査され
るシート30の直上には、そのレーザ光L3による励起でシ
ート30の上面から発せられる輝尽発光光Ｍを上方より集
光する光ガイド22が近接して配置されている。光ガイド
22にはそれぞれ、集光した輝尽発光光Ｍを光電的に検出
してアナログ画像信号ｙに変換するフォトマルチプライ
ヤ（光電子増倍管）23が接続されている。

【００６４】また、フォトマルチプライヤ23には対数増
幅器24が接続され、対数増幅器24はアナログ画像信号ｙ
をログ変換して対数化画像信号ｑを出力する。対数増幅
器24にはさらにアナログ／デジタル変換回路（以下、Ａ
／Ｄ変換回路という）25が接続され、このＡ／Ｄ変換回
路25により対数化画像信号ｑはデジタル画像データＱに
変換される。

【００６５】次に本実施形態の放射線画像読取装置の作
用について説明する。

【００６６】まず待機状態においては、光源たるレーザ
ーダイオード励起固体レーザー装置11からは第２高調波
L3、その他の光は出射されることはなく、しかしレーザ
ー装置11内部では共振器が予熱されている。

【００６７】次にオン状態では、図示しないモーターに
よって駆動されるエンドレスベルト21上に載置されたシ
ート30が矢印Ｙ方向に搬送される（副走査）とともに、
レーザーダイオード励起固体レーザー装置11からＳＨＧ
レーザ光L3が出射される。このときレーザー装置11がオ
ン状態とされてから実際にＳＨＧレーザ光L3がフルパワ
ーで安定して出力されるまでに要する立上り時間は、前
述したレーザーダイオード励起固体レーザー装置11の作
用により、従来に比べて三分の一に短縮されているた
め、本実施形態の放射線画像読取装置10によれば、オン
状態とされてからより短時間で画像情報の読取り開始を
することができる。

【００６８】レーザー装置11から出力されたＳＨＧレー
ザ光L3は、１／２波長板12に入射して位相差πが与えら
れる。１／２波長板12を出射したＳＨＧレーザ光L3はミ
ラー13により反射され、ビームエキスパンダー14により
ビーム径が拡大され、さらにミラー15により反射されて
シリンドリカルレンズ16に入射する。

【００６９】シリンドリカルレンズ16は、入射したＳＨ
Ｇ光L3を、副走査方向Ｙに対応する方向に屈折し、回転
多面鏡17にＳＨＧ光L3をＳ偏光で入射させる。このよう
に回転多面鏡17にＳ偏光で入射させた場合、Ｐ偏光で入
射させた場合に比べて、反射率を向上させることがで
き、より効率よくＳＨＧ光L3の励起エネルギーをシート
30に付与することができる。

【００７０】回転多面鏡17に入射したＳＨＧ光L3は、そ
の反射面でｆθレンズ19の方向に反射され一定方向（主
走査方向）に走査する走査光とされる。この走査光L3は
ｆθレンズ19およびシリンドリカルミラー20により、蓄
積性蛍光体シート30を副走査方向Ｙとほぼ直交するＸ方
向に主走査する。ＳＨＧ光L3の主走査とシート50の副走
査とにより、シート50は全面に亘ってＳＨＧ光L3が照射
されることになる。そしてこのＳＨＧ光L3は300 ｍＷと
いう高出力であるため、シート30により多くの励起エネ
ルギーを付与することができ、シート30に蓄積された放
射線エネルギーをより多く輝尽発光光に変換させて放出
させることができる。

【００７１】シート30を照射したＳＨＧ光L3はシート30
の蓄積性蛍光体を励起し、シート30に蓄積記録されてい
る放射線画像情報に応じた輝尽発光光Ｍを発光せしめ
る。

【００７２】シート30から発光した輝尽発光光Ｍはシー
ト30の上面に近接して配された光ガイド22によってフォ
トマルチプライヤ23に導かれ、フォトマルチプライヤ23
によって光電的に検出される。光ガイド22はアクリル板
等の導光性材料を成形して作られたものであり、直線状
をなす入射端面が蓄積性蛍光体シート30上の主走査線に
沿って延びるように配され、円環状に形成された出射端
面に上記フォトマルチプライヤ23の受光面が結合されて
いる。上記入射端面から光ガイド22内に入射した輝尽発
光光Ｍは、該光ガイド22の内部を全反射を繰り返して進
み、出射端面から出射してフォトマルチプライヤ23に受
光され、放射線画像情報を表わす輝尽発光光Ｍの光量ｐ
がフォトマルチプライヤ23によってアナログ画像信号ｙ
に変換される。

【００７３】フォトマルチプライヤ23から出力されたア
ナログ信号ｙは対数増幅器24で対数的に増幅されて、対
数化画像信号ｑに変換される。

【００７４】このように対数増幅された対数化画像信号
ｑはＡ／Ｄ変換回路25に入力され、Ａ／Ｄ変換回路25は
ＳＨＧ光L3の走査に同期してこの対数化画像信号ｑを所
定のサンプリング間隔でサンプリングし量子化により画
素ごとのデジタル画像データＱに変換する。

【００７５】この変換されたデジタル画像データＱは外
部の画像処理装置に出力され、可視画像として再生され
て医師等の診断に供される。

【００７６】このように本実施形態の放射線画像読取装
置10によれば、励起光光源を上記本発明の第１のレーザ
ーダイオード励起固体レーザー装置とし、被写体の放射
線画像情報が蓄積記録されている蓄積性蛍光体シートに
照射する励起光を、このレーザー装置から出力されたＳ
ＨＧ光とすることにより、従来よりも高出力のレーザー
光を使用することができ、シートにより多くの励起エネ
ルギーを付与することにより、シートに蓄積された放射
線エネルギーをより多く輝尽発光光に変換させて放出さ
せることができる。

【００７７】さらに、放射線画像情報が蓄積記録された
蓄積性蛍光体シートから画像情報を読み取る際に使用さ
れるレーザーの寿命の短縮を抑えつつ、レーザーの立ち
上がり時間を短縮することができる。

【００７８】図５は、本発明の第２のレーザーダイオー
ド励起固体レーザー装置の基本的な一実施形態を示す概
略構成図である。図示のレーザーダイオード励起固体レ
ーザー装置11′は、図１に示したレーザーダイオード励
起固体レーザー装置11と類似する構成を採る。すなわ
ち、部分透過ミラー11f が、図１に示したものでは共振
器ミラー11e の後段に配されているのに対し、図５に示
したものでは集光レンズ11b とＮｄ：ＹＬＦ結晶11c と
の間に設けられている点、 制御手段が、図１に示した
もの11g では、Ｎｄ：ＹＬＦ結晶11c を励起して基本波
L2を出射させるものの、基本波L2（実際には共振器構造
内部に設けられたＫＮ結晶11d による第２高調波発生に
基づく第２高調波L3）を共振器ミラー11e から出射させ
ることがないように制御を行うものであるのに対して、
図５に示したもの11g ′では、半導体レーザー11a を励
起させるが励起用レーザー光L1をレーザー発振させない
範囲で、半導体レーザー11a に注入する電流を制御する
点でそれぞれ相違する以外、両者の他の構成要素は同一
である。したがって、他の構成要素の説明は以下、省略
する。

【００７９】まず、構成上相違する制御手段11g ′に
は、集光レンズ11b から出射した光のうち部分透過ミラ
ー11f を反射した光（検出光）が入力される。制御手段
11g ′は、半導体レーザー11a に注入する電流を、半導
体レーザー11a 自体を励起させるがそれによって励起用
レーザー光L1をレーザー発振させない範囲の出力で維持
するように制御しうる他、半導体レーザー11a に注入す
る電流をゼロとして半導体レーザー11a を励起させるこ
ともなく、またはＮｄ：ＹＬＦ結晶11cをレーザー発振
させるさせるのに十分な電流（例えば３〜４Ａ）を半導
体レーザー11a に注入するだけの制御をも成し得るもの
である。

【００８０】次に本実施形態のレーザーダイオード励起
固体レーザー装置11′の作用について説明する。

【００８１】まず、半導体レーザー11a に対して制御手
段11g ′が所定の電流を注入する制御をなす。半導体レ
ーザー11a の発光特性は図２のグラフに示すものであ
り、注入される電流値は、しきい値電流以下の電流値
（ゼロではない）である。したがって半導体レーザー11
a からは、注入電流に応じた発光強度（光量）の自然発
光だけが生じレーザー発振は生じないが、半導体レーザ
ー11a 自体はこの注入電流により予熱される。このよう
に半導体レーザー11a 自体は予熱されるがレーザー発振
させない状態を待機状態と称するものとする。

【００８２】この待機状態では、上述したように、半導
体レーザー11a はレーザー発振されるものではないが、
注入された電流により、半導体レーザー11a 自体がある
程度発熱する。このため、後に半導体レーザー11a のレ
ーザー発振が行われる場合にもこの予熱を与えていると
いう効果により、熱的に安定しやすい状態に保つことが
できる。

【００８３】なお、上記説明においては、制御手段11g
′により半導体レーザー11a に所定の電流が注入され
るとの説明だけをしたが、実際には集光レンズ11b から
励起用レーザービームL1が出射していないことを検出し
つつ、その検出結果に基づいてフィードバック制御を行
っているものである。すなわち、集光レンズ11b から励
起用レーザービームL1が出射しているのを検出した場合
は、制御手段11g ′は半導体レーザー11a に注入する電
流を減少させる。

【００８４】次に、この待機状態から、第２高調波L3を
レーザー発振させたときの作用を説明する。

【００８５】第２高調波L3を用いるために、第２高調波
L3を共振器構造の外部にレーザー発振させる場合は、例
えば図示しない切換信号が制御手段11g ′に入力され、
制御手段11g ′は、出力される第２高調波L3のレーザー
パワーが所望のものとなるように、対応する電流を半導
体レーザー11a に注入する。ここで第２高調波L3のレー
ザーパワーを所望のものとするために半導体レーザー11
a に注入する電流値は、半導体レーザー11a の発光特性
（図２）、Ｎｄ：ＹＬＦ結晶11c の発光特性、ＫＮ結晶
11d 、共振器構造の光学的特性、および部分透過ミラー
11f の光学的特性を求めて、出力される第２高調波L3の
レーザーパワーとの対応関係を予めテーブル化しておけ
ばよい。

【００８６】半導体レーザー11a は注入された電流値
（例えば３Ａ）に対応した強度のレーザー光L1′を出射
し、この光L1′はＮｄ：ＹＬＦ結晶11c を励起する。こ
のときの励起光L1′の励起エネルギーはしきい値Thを超
えるものである。したがって、Ｎｄ：ＹＬＦ結晶11c は
基本波L2を出射し、この基本波L2はＫＮ結晶11d により
第２高調波L3に変換され、Ｎｄ：ＹＬＦ結晶11c の端面
11c'と、共振器ミラー11e のミラー面11e'とで形成され
る共振器構造を往復する間、第２高調波L3は増幅されて
共振器ミラー11e から出射する。このように第２高調波
L3が共振器構造から出射された状態をオン状態と称す
る。

【００８７】ここで、従来のレーザーダイオード励起固
体レーザー装置においては、オン状態以外の状態では、
半導体レーザー11a に電流を注入することはなかったと
ころ、本実施形態のレーザーダイオード励起固体レーザ
ー装置11′では、オン状態以外の状態では、半導体レー
ザー11a を励起する待機状態をとっているため、半導体
レーザー11a を予熱することができ、これにより、従来
のレーザーダイオード励起固体レーザー装置に比べて、
半導体レーザー11a が熱的に安定するまでの時間を短縮
してレーザーパワーが安定するまでの時間を短縮するこ
とができる。

【００８８】このように、本発明の第２のレーザーダイ
オード励起固体レーザ装置によれば、高調波レーザーの
寿命の短縮を抑制しつつ、しかも高調波レーザーの立上
がり時間を短縮することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１のレーザーダイオード励起固体レ
ーザ装置の一実施形態の概略構成を示す構成図

【図２】励起用レーザーの発光特性を示すグラフ

【図３】レーザーパワーの時系列的な安定性を示すグラ
フ

【図４】本発明の放射線画像読取装置の主要構成を示す
図

【図５】本発明の第２のレーザーダイオード励起固体レ
ーザ装置の一実施形態の概略構成を示す構成図

【図６】本発明の半導体レーザー装置を構成するＭＯＰ
Ａレーザーの一例を示す図

【符号の説明】

11 レーザーダイオード励起固体レーザ装置 11a レーザーダイオード 11b 集光レンズ 11c Ｎｄ：ＹＬＦ結晶 11d ＫＮ結晶 11e 共振器ミラー 11f 部分透過ミラー 11g 制御手段 L1 励起光 L2 基本波 L3 第２高調波

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成９年７月２３日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２０】ここで、マスターオシレーター・パワーア
ンプリファイアー型の半導体レーザ装置とは、ＭＯＰＡ
（Master Oscillator Power Amplifiers）レーザーを意
味し、例えば「Electronics Letters （エレクトロニク
ス・レターズ）Vol.28 No.2p2011 〜2013」や「Optics
＆Photonics News（オプティクス＆フォトニクス・ニュ
ース）Mch. '93 p11〜13」等に紹介されており、図６に
このＭＯＰＡレーザーのチップ部分を示すように、活性
領域10a 、シングルモード光導波路10b 、マスターオシ
レーター部10c とパワーアンプリファイアー部10d とを
有する。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２１】さらに特開平６−２９１４００号には、マ
スターオシレーター部分10c から発せられた基本波が、
ＴＷＡ（Ｔraveling Ｗave Ａmplifier）を用いたパワ
ーアンプリファイアー部分10d によって光増幅されて、
その前面10e から発光するもので、例えば、その発光幅
ｗが200 μｍ、発振波長λ₁ が860 ｎｍ、出力が３Ｗの
ＭＯＰＡレーザーが紹介されている。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３２】また本発明の半導体レーザー装置によれ
ば、ＭＯＰＡレーザーに注入する電流を制御手段によ
り、ＭＯＰＡレーザーを励起させるがレーザー発振させ
ない範囲の出力で維持するように制御することによっ
て、ＭＯＰＡレーザーは励起エネルギーに基づく熱によ
って温度が上昇せしめられる。この結果、全く励起を行
っていない半導体レーザー装置と比べると、ＭＯＰＡレ
ーザー自体が熱的に安定するまでの時間を短縮すること
ができる。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３３】一方、待機状態においてＭＯＰＡレーザー
に注入する電流は、ＭＯＰＡレーザー自体がレーザー発
振するための注入電流値に対して、低いレベルで足り、
レーザーダイオードの寿命においても、連続的に固体レ
ーザーの発振をさせている場合よりも延長されることが
認められる。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザーダイオードから発せられた励起
   用レーザー光により固体レーザー結晶を励起し、該励起
   された固体レーザー結晶から発せられた光を、内部に非
   線形光学結晶を有する共振器構造により、前記固体レー
   ザー結晶の高調波をレーザー発振せしめるレーザーダイ
   オード励起固体レーザー装置において、 前記励起用レーザー光を、前記固体レーザー結晶を励起
   させるがレーザー発振させない範囲の出力で維持するよ
   うに、前記レーザーダイオードに注入する電流を制御す
   る制御手段を備えたことを特徴とするレーザーダイオー
   ド励起固体レーザー装置。
2. 【請求項２】 レーザーダイオードから発せられた励起
   用レーザー光により固体レーザー結晶を励起し、該励起
   された固体レーザー結晶から発せられた光を、内部に非
   線形光学結晶を有する共振器構造により、前記固体レー
   ザー結晶の高調波をレーザー発振せしめるレーザーダイ
   オード励起固体レーザー装置において、 前記レーザーダイオードを励起させるが前記励起用レー
   ザー光をレーザー発振させないように、前記レーザーダ
   イオードに注入する電流を制御する制御手段を備えたこ
   とを特徴とするレーザーダイオード励起固体レーザー装
   置。
3. 【請求項３】 被写体の放射線画像情報が蓄積記録され
   ている蓄積性蛍光体シートに励起光を走査して該シート
   の各走査点から輝尽発光光を発光せしめ、該輝尽発光光
   を光電的に読み取って前記放射線画像情報を得る放射線
   画像読取装置において、 前記励起光を出射する励起光光源が、請求項１または２
   記載のレーザーダイオード励起固体レーザー装置であ
   り、前記励起光が、該レーザーダイオード励起固体レー
   ザー装置から前記レーザー発振により出射される高調波
   であることを特徴とする放射線画像読取装置。
4. 【請求項４】 マスターオシレーター・パワーアンプリ
   ファイアー型の半導体レーザ装置において、 該半導体レーザ装置自体を励起させるがレーザー発振さ
   せない範囲の出力で維持するように、該半導体レーザ装
   置に注入する電流を制御する制御手段を備えたことを特
   徴とする半導体レーザ装置。
5. 【請求項５】 被写体の放射線画像情報が蓄積記録され
   ている蓄積性蛍光体シートに励起光を走査して該シート
   の各走査点から輝尽発光光を発光せしめ、該輝尽発光光
   を光電的に読み取って前記放射線画像情報を得る放射線
   画像読取装置において、 前記励起光を出射する励起光光源が、請求項４記載の半
   導体レーザ装置であり、前記励起光が、該半導体レーザ
   装置から前記レーザー発振により出射されるレーザー光
   であることを特徴とする放射線画像読取装置。