固体レーザ発振器およびそれに用いられるレーザチャンバ並びにレーザを利用した装置
【課題】固体レーザ発振器において、エネルギー変換効率および小型軽量化の観点からバランスをとることを可能とする。
【解決手段】固体レーザ発振器１およびレーザチャンバ１４において、レーザチャンバ１４の内壁面１４ａのレーザロッド１０に垂直な断面における断面形状５０が、レーザロッド１０および励起ランプ１２のそれぞれの位置を焦点Ｆ１およびＦ２とする楕円５８を基本とした形状であって、この楕円５８の長軸ｘ上の少なくとも１つの頂点ａ１を含む楕円５８の一部が減縮した形状であり、内壁面１４ａのうち上記楕円５８の減縮した部分５６に対応する部分５４が拡散面を構成するものであり、内壁面１４ａのうち上記減縮した部分５６に対応する部分５４以外の部分５２が反射面を構成するものとする。
【解決手段】固体レーザ発振器１およびレーザチャンバ１４において、レーザチャンバ１４の内壁面１４ａのレーザロッド１０に垂直な断面における断面形状５０が、レーザロッド１０および励起ランプ１２のそれぞれの位置を焦点Ｆ１およびＦ２とする楕円５８を基本とした形状であって、この楕円５８の長軸ｘ上の少なくとも１つの頂点ａ１を含む楕円５８の一部が減縮した形状であり、内壁面１４ａのうち上記楕円５８の減縮した部分５６に対応する部分５４が拡散面を構成するものであり、内壁面１４ａのうち上記減縮した部分５６に対応する部分５４以外の部分５２が反射面を構成するものとする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ランプ励起による固体レーザ発振器およびそれに用いられるレーザチャンバ並びにレーザを利用した装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ランプ励起による固体レーザ発振器において、楕円型のレーザチャンバおよび拡散型のレーザチャンバが知られている。
【０００３】
楕円型のレーザチャンバは、例えば図１０のような構造を有する（特許文献１）。具体的には、このレーザチャンバ８は、図１０に示されるように、ロッド状に加工したレーザロッド８１およびこのレーザロッド８１を励起する励起ランプ８２のそれぞれの位置を焦点として内包する楕円筒形状の集光器８３である。そして、その集光器８３の内壁面８３ａは反射面を構成し、一方の焦点にある励起ランプ８２から出たすべての励起光が他方の焦点にあるレーザロッド８１に集光されるよう構成されている。例えばこのレーザロッド８１や励起ランプ８２が出す熱を除去するように、例えばレーザチャンバ８内に水が流される。
【０００４】
一方、拡散型のレーザチャンバは、例えば図１１のような構造を有する（特許文献２）。具体的には、このレーザチャンバ９は、図１１に示されるように、レーザロッドを内蔵するための挿通孔９２および励起ランプを内蔵するための挿通孔９３が形成された透明なガラス部材９１と、このガラス部材９１の周囲を覆い内壁面が拡散面を構成する長円筒形状の拡散部材９４とを備えるものである。
【０００５】
そして一般的に、楕円型のレーザチャンバを使用した固体レーザ発振器はエネルギー変換効率が高く、拡散型のレーザチャンバを使用した固体レーザ発振器は小型軽量化が可能であるという利点を有しているとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平６−１２０５８６号公報
【特許文献２】特開平１０−１２５９９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、一般的に、前者の固体レーザ発振器は小型軽量化に向かず、後者の固体レーザ発振器はエネルギー変換効率が低いという問題がある。そこで、それぞれの特性のみに特化せず、両方の特性を総合的に勘案してバランスのとれた固体レーザ発振器もあれば望ましい。
【０００８】
本発明は上記要望に応えてなされたものであり、固体レーザ発振器において、エネルギー変換効率および小型軽量化の観点からバランスのとれた固体レーザ発振器およびそれに用いられるレーザチャンバを提供することを目的とするものである。
【０００９】
また、本発明は、レーザを利用した装置において、エネルギー変換効率および小型軽量化の観点からバランスのとれた装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明に係る固体レーザ発振器は、
レーザロッドと、レーザロッドを励起する励起ランプと、レーザロッドおよび励起ランプを内包する筒形状のレーザチャンバとを備える固体レーザ発振器において、
レーザチャンバの内壁面のレーザロッドに垂直な断面における断面形状が、レーザロッドおよび励起ランプのそれぞれの位置を焦点とする楕円を基本とした形状であって、この楕円の長軸上の少なくとも１つの頂点を含む楕円の一部が減縮した形状であり、
内壁面のうち上記楕円の減縮した部分に対応する部分が拡散面を構成するものであり、
内壁面のうち上記減縮した部分に対応する部分以外の部分が反射面を構成するものであることを特徴とするものである。
【００１１】
本明細書において、楕円の部分が「減縮した」とは、内壁面の上記断面形状の面積が当該断面形状の基本となった楕円の面積よりも小さくなるように、楕円の当該部分を規定する線が当該楕円の範囲内で変形したことを意味する。
【００１２】
そして、本発明に係る固体レーザ発振器において、上記減縮した部分は、少なくとも、レーザロッド側の領域であって励起ランプ側の焦点を通りレーザロッドに接する２つの接線に挟まれた領域にある部分をすべて含むものであることが好ましい。
【００１３】
また、本発明に係る固体レーザ発振器において、上記減縮した部分は、少なくとも、励起ランプ側の領域であってレーザロッド側の焦点を通り励起ランプに接する２つの接線に挟まれた領域にある部分をすべて含むものであることが好ましい。
【００１４】
また、本発明に係る固体レーザ発振器において、楕円全体に対する上記減縮した部分の割合は５０％以下であることが好ましい。
【００１５】
また、本発明に係る固体レーザ発振器において、レーザロッドはアレキサンドライトであることが好ましい。
【００１６】
本発明に係るレーザチャンバは、
固体レーザ発振器に用いられる、レーザロッドおよびレーザロッドを励起する励起ランプを内包する筒形状のレーザチャンバにおいて、
レーザチャンバの内壁面のレーザロッドに垂直な断面における断面形状が、レーザロッドおよび励起ランプのそれぞれの位置を焦点とする楕円を基本とした形状であって、この楕円の長軸上の少なくとも１つの頂点を含む楕円の一部が減縮した形状であり、
内壁面のうち上記楕円の減縮した部分に対応する部分が拡散面を構成するものであり、
内壁面のうち上記減縮した部分に対応する部分以外の部分が反射面を構成するものであることを特徴とするものである。
【００１７】
そして、本発明に係るレーザチャンバにおいて、上記減縮した部分は、少なくとも、レーザロッド側の領域であって励起ランプ側の焦点を通りレーザロッドに接する２つの接線に挟まれた領域にある部分をすべて含むものであることが好ましい。
【００１８】
また、本発明に係るレーザチャンバにおいて、上記減縮した部分は、少なくとも、励起ランプ側の領域であってレーザロッド側の焦点を通り励起ランプに接する２つの接線に挟まれた領域にある部分をすべて含むものであることが好ましい。
【００１９】
また、本発明に係るレーザチャンバにおいて、楕円全体に対する上記減縮した部分の割合は５０％以下であることが好ましい。
【００２０】
本発明に係るレーザを利用した装置は、上記に記載の固体レーザ発振器をレーザ光源として備えることを特徴とするものである。
【００２１】
そして、本発明に係るレーザを利用した装置は、
レーザ光源からのレーザ光を測定光として被検体に照射する光照射部と、
光照射部が測定光を照射することにより被検体内で発生した光音響波を検出する電気音響変換部と、
電気音響変換部により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部と、
画像生成部により生成された光音響画像を表示する表示部とを備えることを特徴とするものとすることができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明に係る固体レーザ発振器およびレーザチャンバは、レーザチャンバの内壁面のレーザロッドに垂直な断面における断面形状が、レーザロッドおよび励起ランプのそれぞれの位置を焦点とする楕円を基本とした形状であって、この楕円の長軸上の少なくとも１つの頂点を含む楕円の一部が減縮した形状であり、内壁面のうち上記楕円の減縮した部分に対応する部分が拡散面を構成するものであり、内壁面のうち上記減縮した部分に対応する部分以外の部分が反射面を構成するものであることを特徴とする。このような構成の下では、従来の楕円型のレーザチャンバが減縮した分、従来のレーザチャンバに比べてレーザチャンバが占有する空間を削減することができる。一方、内壁面のうち上記楕円の減縮した部分に対応する部分が反射面のままでは、光路がずれるため当該部分で反射した励起ランプからの光がレーザロッドに集光されにくくなる場合があり得る。しかし本発明では、当該部分を拡散面で構成することにより、多少光路がずれても光がレーザロッドに当たることになる。この結果、固体レーザ発振器において、エネルギー変換効率および小型軽量化の観点からバランスをとることが可能となる。
【００２３】
また、本発明に係るレーザを利用した装置は、本発明の固体レーザ発振器を備えたものであるから、エネルギー変換効率および小型軽量化の観点からバランスをとることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】実施形態の固体レーザ発振器内部の構成を概略的に示す平面図である。
【図２】実施形態のレーザロッド、励起ランプおよびレーザチャンバを概略的に示す斜視図である。
【図３】実施形態のレーザロッド、励起ランプおよびレーザチャンバを概略的に示す断面図である。
【図４】レーザチャンバの他の例を概略的に示す断面図である。
【図５】レーザチャンバの他の例を概略的に示す断面図である。
【図６】レーザチャンバの他の例を概略的に示す断面図である。
【図７】レーザチャンバの他の例を概略的に示す断面図である。
【図８】レーザチャンバの他の例を概略的に示す断面図である。
【図９】実施形態におけるレーザを利用した装置の構成を概略的に示す図である。
【図１０】従来のレーザチャンバを概略的に示す斜視図である。
【図１１】従来のレーザチャンバを概略的に示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明するが、本発明はこれに限られるものではない。なお、視認しやすくするため、図面中の各構成要素の縮尺等は実際のものとは適宜異ならせてある。
【００２６】
「固体レーザ発振器およびレーザチャンバの実施形態」
図１は、実施形態の固体レーザ発振器内部の構成を概略的に示す平面図である。図２は、実施形態のレーザロッド、励起ランプおよびレーザチャンバを概略的に示す斜視図である。図３は、実施形態のレーザロッド、励起ランプおよびレーザチャンバの１つの例を概略的に示す、レーザロッドの長さ方向に垂直なＡ−Ａ断面における断面図である。図３ａは当該断面の全体図であり、図３ｂは図３ａにおけるレーザロッド近傍領域Ｂの拡大図である。なお、図３では、レーザチャンバに関しては内壁面のみが抽出されて示されている。
【００２７】
実施形態の固体レーザ発振器１は、レーザロッド１０、励起ランプ１２、レーザチャンバ１４、出力ミラー１６、全反射ミラー１８、Ｑスイッチ２０およびこれらを収容する筐体２８並びに筐体外部からレーザチャンバ１４へ接続された冷却機器３０を備えるものである。
【００２８】
（レーザロッド）
レーザロッド１０は、活性固体媒体を含む固体素子であり、例えば、活性媒体であるＮｄ３−が添加されたイットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ：Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２）結晶から構成されたＹＡＧロッドである。レーザロッド１０は棒状に形成されている。レーザロッド１０は、励起ランプ１２からの光エネルギーを受け取って、特定の波長の光を増幅するレーザ媒質として機能する。このレーザロッド１０から誘導放出された光Ｌ１は、出力ミラー１６および全反射ミラー１８から構成される共振器内で共振しながら増幅され、その後レーザＬ２として出力される（図１）。なお、レーザロッド１０はアレキサンドライトであることが好ましい。
【００２９】
（励起ランプ）
励起ランプ１２は、レーザロッド１０が誘導放出するためのエネルギーを供給する光源である。励起ランプ１２は、例えば、Ｘｅガスが封入された棒状のフラッシュランプを採用することができる。励起ランプ１２は、図示しない筐体２８の外部に配置された電源に接続されている。
【００３０】
（レーザチャンバ）
レーザチャンバ１４は、レーザロッド１０および励起ランプ１２を包含し、励起ランプ１２から放射された光をレーザロッド１０へ集光するための部材である。レーザチャンバ１４は、レーザロッド１０および励起ランプ１２の長さ方向に伸びた筒形状を有する（図２）。レーザチャンバ１４は、例えば金属板や、内壁が金属コーティングされたセラミックから構成される。
【００３１】
さらに、レーザチャンバ１４の内壁面１４ａのレーザロッド１０に垂直な断面における断面形状５０は、レーザロッド１０および励起ランプ１２のそれぞれの位置（例えば棒状の中心軸の位置）を焦点Ｆ１およびＦ２とする楕円５８を基本とした形状であって、この楕円５８の長軸ｘ上の少なくとも１つの頂点（つまり、頂点ａ１および頂点ａ２の少なくともいずれか）を含む楕円５８の一部が減縮した形状を有する（図３）。
【００３２】
「楕円を基本とした形状」とは、レーザチャンバ１４の断面形状５０が、当該楕円の５０％以上の部分を残しつつ、その他の部分が変形した形状であることを意味する。そして、楕円の部分が「減縮した」とは、内壁面１４ａの上記断面形状５０の面積が当該断面形状５０の基本となった楕円５８の面積よりも小さくなるように、楕円５８の当該部分を規定する線５６が当該楕円５８の範囲内で変形したことを意味する。
【００３３】
さらに、レーザチャンバ１４の内壁面１４ａには、反射面および拡散面が形成されている。具体的には、レーザチャンバ１４の内壁面１４ａのうち上記楕円５８の減縮した部分５６に対応する部分５４が拡散面を構成するものであり、内壁面１４ａのうち上記減縮した部分５６に対応する部分５４以外の部分５２が反射面を構成するものである。拡散面は、例えば、ＢａＳＯ４で構成したり金属の表面を酸で荒らしたり等することにより実現される。
【００３４】
「減縮した部分」とは、内壁面１４ａの断面形状５０の基本となった楕円５８のうち減縮する対象となった部分を意味し、「減縮した部分に対応する部分」とは、内壁面１４ａの断面形状５０のうち減縮した結果得られる部分を意味する。また、「減縮した部分に対応する部分以外の部分」とは、上記２つの定義に基づいて、減縮する対象とならなかった部分５２、すなわち内壁面１４ａの断面形状５０とその基本となった楕円５８との共有部分であると言える。
【００３５】
このような構成の下では、従来の楕円型のレーザチャンバが減縮した分、従来のレーザチャンバに比べてレーザチャンバ１４が占有する空間を削減することができる。一方、内壁面１４ａのうち上記楕円５８の減縮した部分５６に対応する部分５４が反射面のままでは、光路がずれるため当該部分５４で反射した励起ランプ１２からの光がレーザロッド１０に集光されにくくなる場合があり得る。しかし本発明では、当該部分５４を拡散面で構成することにより、多少光路がずれても光がレーザロッドに当たることになる。
【００３６】
本発明に係る固体レーザ発振器１およびレーザチャンバ１４において、上記減縮した部分５６は、少なくとも、レーザロッド１０側の領域Ｒ１であって励起ランプ１２側の焦点Ｆ２を通りレーザロッド１０に接する２つの接線Ｔ１に挟まれた領域にある部分をすべて含むものであることが好ましい（図３）。この場合において例えば、減縮した部分に対応する部分は、図３における符号５４の太線部分の全体となる。なお、「レーザロッド側の領域」とは、頂点ａ１を通り長軸ｘに垂直な直線ｍと短軸ｙとの間の領域を意味する。
【００３７】
当該部分は、励起ランプ１２から放射された光が当該部分で反射せずともレーザロッドに吸収されることがあるため、レーザロッド１０の励起に寄与する程度が比較的低い。そのため、当該部分においてレーザチャンバの断面形状が従来の楕円から減縮しても、エネルギー変換効率に与える悪影響は比較的少なくて済むと考えられる。
【００３８】
しかしながら、本発明の固体レーザ発振器１およびレーザチャンバ１４は、図３に示される態様に限定されない。
【００３９】
例えば、内壁面１４ａの断面形状５０は、図４に示されるように、減縮した部分に対応する部分５４が、レーザロッド１０および頂点ａ１の間の長軸ｘ上の任意の点を通り長軸ｘに垂直な線ｎ１と楕円５８との交点ｉ１およびｉ２を結ぶ線となるように、楕円５８が減縮した形状とすることもできる。例えば図４では、交点ｉ１およびｉ２を結ぶ線は直線（図４における符号５４の太線部分）で構成されている。このような構成により、従来のレーザチャンバに比べてレーザチャンバ１４が占有する空間をより削減することができる。
【００４０】
また、内壁面１４ａの断面形状５０は、図５に示されるように、減縮した部分に対応する部分５４が、焦点Ｆ１を通り長軸ｘに垂直な直線ｎ２と楕円５８との交点ｉ３およびｉ４を結ぶ線となるように、楕円５８が減縮した形状とすることもできる。例えば図５では、交点ｉ３およびｉ４を結ぶ線は曲線（図５における符号５４の太線部分）で構成されている。このような構成により、従来のレーザチャンバに比べてレーザチャンバ１４が占有する空間をより削減することができる。
【００４１】
また、内壁面１４ａの断面形状５０は、図６に示されるように、減縮した部分に対応する部分５４が、楕円５８の中心ｃおよびレーザロッド１０の間の長軸ｘ上の任意の点を通り長軸ｘに垂直な線ｎ３と楕円５８との交点ｉ５およびｉ６を結ぶ線となるように、楕円５８が減縮した形状とすることもできる。例えば図６では、交点ｉ５およびｉ６を結ぶ線は複数の直線（図６における符号５４の太線部分）で構成されている。このような構成により、従来のレーザチャンバに比べてレーザチャンバ１４が占有する空間をより削減することができる。
【００４２】
本発明に係る固体レーザ発振器１およびレーザチャンバ１４において、上記減縮した部分は、少なくとも、励起ランプ１２側の領域Ｒ２であってレーザロッド１０側の焦点Ｆ１を通り励起ランプ１２に接する２つの接線Ｔ２に挟まれた領域にある部分をすべて含むものであることが好ましい（図７）。なお、「励起ランプ側の領域」とは、頂点ａ２を通り長軸ｘに垂直な直線ｏと短軸ｙとの間の領域を意味する。
【００４３】
当該部分は、励起ランプ１２から放射された光が当該部分で反射しても励起ランプ１２にその光路を阻害されることがあるため、レーザロッド１０の励起に寄与する程度が比較的低い。そのため、当該部分においてレーザチャンバの断面形状が従来の楕円から減縮しても、エネルギー変換効率に与える悪影響は比較的少なくて済むと考えられる。
【００４４】
さらに、断面形状が減縮したことおよびその内壁面１４ａが拡散面によって構成されたことにより、本来レーザロッド１０に到達することができなかった光がレーザロッド１０にまで到達することができるようになるため、むしろ光エネルギーの利用効率が向上する場合もありうる。したがって、このような観点からも、当該部分においてレーザチャンバの断面形状が従来の楕円から減縮しても、エネルギー変換効率に与える悪影響は比較的少なくて済むと考えられる。
【００４５】
この場合において、減縮した部分に対応する部分は、図７における符号５４の太線部分および符号６０の太線部分の全体となる。このような構成により、従来のレーザチャンバに比べてレーザチャンバ１４が占有する空間をより削減することができる。
【００４６】
また、内壁面１４ａの断面形状は、図８に示されるように、断面形状のうち上記２つの接線Ｔ２に挟まれた領域にある部分６０（つまり、励起ランプ１２側の領域Ｒ２における上記減縮した部分６２に対応する部分）が、励起ランプ１２に向かって凸形状となるように、楕円が減縮した形状とすることもできる。このような構成にすれば、励起ランプ１２から放射された光のうち当該部分で反射した光が励起ランプ１２に戻ることを抑制することができるため、より光エネルギーの利用効率を向上させることができると考えられる。
【００４７】
本発明に係る固体レーザ発振器１およびレーザチャンバ１４において、楕円全体に対する上記減縮した部分の割合は５０％以下であることが好ましい。レーザロッド１０までの距離が短い側の楕円部分を減縮する方が励起効率の観点から望ましく、さらに上記割合が５０％を超えると著しくエネルギー変換効率が低下するためである。
【００４８】
（Ｑスイッチ）
Ｑスイッチ２０は、誘導放出された光Ｌ１の光軸上であって、レーザロッド１０と全反射ミラー１８との間に配置されている。Ｑスイッチ２０は、例えばλ／４板２２、ポッケルスセル２４およびポラライザ２６から構成される。
【００４９】
（筐体）
筐体２８は、例えば直方体形状に形成されており、出力ミラー１６に対向する部分の側壁にレーザＬ２を取り出すための開口２８ａを有する。
【００５０】
（冷却機器）
冷却機器３０は、レーザロッド１０および励起ランプ１２を冷却するための機器である。冷却機器３０は、例えば、純水等の冷却媒体を収容しこの冷却媒体の循環を制御す冷却制御部３２、配管３４ａおよび配管３４ｂを備え、冷却媒体の往路となる配管３４ａおよび冷却媒体の復路となる配管３４ｂを介してレーザチャンバ１４に接続されている。
【００５１】
例えば、配管３４ａを通って供給された冷却媒体は、レーザチャンバ１４の内部を通りながらレーザロッド１０および励起ランプ１２の熱を奪い、その後配管３４ｂを通って冷却制御部３２に戻ってくる。そして、冷却制御部３２で冷却された冷却媒体は、再度レーザチャンバ１４および冷却制御部３２の相互間で循環することになる。
【００５２】
（作用効果）
以上のように、本発明に係る固体レーザ発振器およびレーザチャンバは、レーザチャンバの内壁面のレーザロッドに垂直な断面における断面形状が、レーザロッドおよび励起ランプのそれぞれの位置を焦点とする楕円を基本とした形状であって、この楕円の長軸上の少なくとも１つの頂点を含む楕円の一部が減縮した形状であり、内壁面のうち上記楕円の減縮した部分に対応する部分が拡散面を構成するものであり、内壁面のうち上記減縮した部分に対応する部分以外の部分が反射面を構成するものであることを特徴とする。このような構成の下では、従来の楕円型のレーザチャンバが減縮した分、従来のレーザチャンバに比べてレーザチャンバが占有する空間を削減することができる。一方、内壁面のうち上記楕円の減縮した部分に対応する部分が反射面のままでは、光路がずれるため当該部分で反射した励起ランプからの光がレーザロッドに集光されにくくなる場合があり得る。しかし本発明では、当該部分を拡散面で構成することにより、多少光路がずれても光がレーザロッドに当たることになる。この結果、固体レーザ発振器において、エネルギー変換効率および小型軽量化の観点からバランスをとることが可能となる。
【００５３】
「レーザを利用した装置の実施形態」
次に、レーザを利用した装置の実施形態について説明する。本実施形態では、レーザを利用した装置は、例えば、光が被検体に照射されることにより被検体内で発生した光音響波を検出して光音響画像を生成する光音響撮像装置である。図９は、実施形態におけるレーザを利用した装置（光音響撮像装置７０）の構成を概略的に示す図である。
【００５４】
本実施形態の光音響撮像装置７０は、図９に示されるように、システム制御部７１、本発明の固体レーザ発振器を含むレーザ光源７２、画像生成部７３、表示部７４、操作部７５（ユーザインタフェース）および超音波探触子８０を備えるものである。
【００５５】
システム制御部７１は、レーザ光源７２、画像生成部７３、表示部７４および操作部７５を制御するものである。システム制御部７１は、例えばこれらが同期をとるためのトリガ信号を出力する。
【００５６】
レーザ光源７２は、被検部位Ｍに照射すべきレーザ光Ｌを測定光として出力するものである。レーザ光源７２は、例えば、血液の吸収ピークに含まれる波長のレーザ光を発生させる１以上の光源を有する。本発明においては、光源として、前述した本発明の固体レーザ発振器を備える。
【００５７】
レーザ光の波長は、撮像対象となる被検体Ｍ内の物質の光吸収特性に合わせて適宜決定される。例えば撮像対象が生体内のヘモグロビンである場合（つまり、生体内部の血管を撮像する場合）には、生体の光透過性が良く、かつ各種ヘモグロビンが光の吸収ピークを持つ６００〜１０００ｎｍ程度とすることが好ましい。
【００５８】
画像生成部７３は、超音波探触子８０によって検出した音響信号から光音響画像を生成するものである。例えば、１ライン分の上記音響信号のデータにおける時間軸の位置を、断層画像における深さを表す変位軸の位置に変換して１フレーム分の画像データを構築する。さらに、必要に応じて、超音波探触子８０の走査位置ごとに生成された１フレーム分の画像データに基づいて、１フレーム分の画像データを重畳させて仮想的な空間座標に並べたり、取得したデータの間を補間しながら三次元の光音響画像用のボリュームデータを構築したりする。
【００５９】
表示部７４は、画像生成部７３によって生成された画像データに基づく光音響画像を表示するものである。
【００６０】
操作部７５は、ユーザが撮像に必要な情報を入力するためのものである。例えば、ユーザは、操作部７５を用いて、光音響画像が表示される際の視点方向を指定したり、患者の情報や撮像条件についての情報を入力したりする。
【００６１】
超音波探触子８０は、光照射部８１およびアレイ振動子８２から構成され、被検部位Ｍに対して測定光としてレーザ光Ｌを照射し、被検部位Ｍからの光音響波Ｕを検出するものである。アレイ振動子８２が本発明における電気音響変換部に相当する。
【００６２】
光照射部８１は、アレイ振動子８２の近傍からレーザ光Ｌを被検部位Ｍに向けて照射する光学要素である。例えば、光照射部８１は、アレイ振動子７２の近傍に配置された光ファイバの先端部から、レーザ光源７２から出力されたレーザ光Ｌをそのまま被検部位Ｍに照射する場合には、光照射部８１は光ファイバの当該先端部となる。光照射部８１は、例えばアレイ振動子８２の周囲に沿って配列される。
【００６３】
アレイ振動子８２は、被検部位Ｍ内で発生した光音響波Ｕを検出する検出素子である。アレイ振動子８２は、例えば、１次元状に配列された複数の超音波振動子から構成される。超音波振動子は、例えば、圧電セラミクス、またはポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）のような高分子フィルムから構成される圧電素子である。
【００６４】
以上のように、本実施形態に係るレーザを利用した装置は、本発明の固体レーザ発振器を備えたものであるから、エネルギー変換効率および小型軽量化の観点からバランスをとることが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
上記の実施形態では、本発明のレーザを利用した装置が光音響撮像装置である場合について説明したが、本発明はこれに限られるものではない。例えば本発明のレーザを利用した装置は、レーザを利用して材料の加工を行う加工装置、レーザを利用して試料の分析を行う分析装置等、その他の装置に適用することも可能である。
【符号の説明】
【００６６】
１ 固体レーザ発振器
１０ レーザロッド
１２ 励起ランプ
１４ レーザチャンバ
１４ａ 内壁面
１６ 出力ミラー
１８ 全反射ミラー
２０ Ｑスイッチ
２８ 筐体
３０ 冷却機器
３２ 冷却制御部
３４ａ、３４ｂ 配管
５０ レーザチャンバの内壁面の断面形状
５２ 減縮した部分に対応する部分以外の部分
５４ 減縮した部分に対応する部分
５６ 減縮した部分
５８ 基本となった楕円
７０ 光音響撮像装置
７１ システム制御部
７２ レーザ光源
７３ 画像生成部
７４ 表示部
７５ 操作部
８０ 超音波探触子
ａ１、ａ２ 楕円の頂点
ｃ 楕円の中心
Ｆ１、Ｆ２ 楕円の焦点
Ｌ１ 誘導放出された光
Ｌ２ レーザ
ｘ 楕円の長軸
ｙ 楕円の短軸
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ランプ励起による固体レーザ発振器およびそれに用いられるレーザチャンバ並びにレーザを利用した装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ランプ励起による固体レーザ発振器において、楕円型のレーザチャンバおよび拡散型のレーザチャンバが知られている。
【０００３】
楕円型のレーザチャンバは、例えば図１０のような構造を有する（特許文献１）。具体的には、このレーザチャンバ８は、図１０に示されるように、ロッド状に加工したレーザロッド８１およびこのレーザロッド８１を励起する励起ランプ８２のそれぞれの位置を焦点として内包する楕円筒形状の集光器８３である。そして、その集光器８３の内壁面８３ａは反射面を構成し、一方の焦点にある励起ランプ８２から出たすべての励起光が他方の焦点にあるレーザロッド８１に集光されるよう構成されている。例えばこのレーザロッド８１や励起ランプ８２が出す熱を除去するように、例えばレーザチャンバ８内に水が流される。
【０００４】
一方、拡散型のレーザチャンバは、例えば図１１のような構造を有する（特許文献２）。具体的には、このレーザチャンバ９は、図１１に示されるように、レーザロッドを内蔵するための挿通孔９２および励起ランプを内蔵するための挿通孔９３が形成された透明なガラス部材９１と、このガラス部材９１の周囲を覆い内壁面が拡散面を構成する長円筒形状の拡散部材９４とを備えるものである。
【０００５】
そして一般的に、楕円型のレーザチャンバを使用した固体レーザ発振器はエネルギー変換効率が高く、拡散型のレーザチャンバを使用した固体レーザ発振器は小型軽量化が可能であるという利点を有しているとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平６−１２０５８６号公報
【特許文献２】特開平１０−１２５９９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、一般的に、前者の固体レーザ発振器は小型軽量化に向かず、後者の固体レーザ発振器はエネルギー変換効率が低いという問題がある。そこで、それぞれの特性のみに特化せず、両方の特性を総合的に勘案してバランスのとれた固体レーザ発振器もあれば望ましい。
【０００８】
本発明は上記要望に応えてなされたものであり、固体レーザ発振器において、エネルギー変換効率および小型軽量化の観点からバランスのとれた固体レーザ発振器およびそれに用いられるレーザチャンバを提供することを目的とするものである。
【０００９】
また、本発明は、レーザを利用した装置において、エネルギー変換効率および小型軽量化の観点からバランスのとれた装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明に係る固体レーザ発振器は、
レーザロッドと、レーザロッドを励起する励起ランプと、レーザロッドおよび励起ランプを内包する筒形状のレーザチャンバとを備える固体レーザ発振器において、
レーザチャンバの内壁面のレーザロッドに垂直な断面における断面形状が、レーザロッドおよび励起ランプのそれぞれの位置を焦点とする楕円を基本とした形状であって、この楕円の長軸上の少なくとも１つの頂点を含む楕円の一部が減縮した形状であり、
内壁面のうち上記楕円の減縮した部分に対応する部分が拡散面を構成するものであり、
内壁面のうち上記減縮した部分に対応する部分以外の部分が反射面を構成するものであることを特徴とするものである。
【００１１】
本明細書において、楕円の部分が「減縮した」とは、内壁面の上記断面形状の面積が当該断面形状の基本となった楕円の面積よりも小さくなるように、楕円の当該部分を規定する線が当該楕円の範囲内で変形したことを意味する。
【００１２】
そして、本発明に係る固体レーザ発振器において、上記減縮した部分は、少なくとも、レーザロッド側の領域であって励起ランプ側の焦点を通りレーザロッドに接する２つの接線に挟まれた領域にある部分をすべて含むものであることが好ましい。
【００１３】
また、本発明に係る固体レーザ発振器において、上記減縮した部分は、少なくとも、励起ランプ側の領域であってレーザロッド側の焦点を通り励起ランプに接する２つの接線に挟まれた領域にある部分をすべて含むものであることが好ましい。
【００１４】
また、本発明に係る固体レーザ発振器において、楕円全体に対する上記減縮した部分の割合は５０％以下であることが好ましい。
【００１５】
また、本発明に係る固体レーザ発振器において、レーザロッドはアレキサンドライトであることが好ましい。
【００１６】
本発明に係るレーザチャンバは、
固体レーザ発振器に用いられる、レーザロッドおよびレーザロッドを励起する励起ランプを内包する筒形状のレーザチャンバにおいて、
レーザチャンバの内壁面のレーザロッドに垂直な断面における断面形状が、レーザロッドおよび励起ランプのそれぞれの位置を焦点とする楕円を基本とした形状であって、この楕円の長軸上の少なくとも１つの頂点を含む楕円の一部が減縮した形状であり、
内壁面のうち上記楕円の減縮した部分に対応する部分が拡散面を構成するものであり、
内壁面のうち上記減縮した部分に対応する部分以外の部分が反射面を構成するものであることを特徴とするものである。
【００１７】
そして、本発明に係るレーザチャンバにおいて、上記減縮した部分は、少なくとも、レーザロッド側の領域であって励起ランプ側の焦点を通りレーザロッドに接する２つの接線に挟まれた領域にある部分をすべて含むものであることが好ましい。
【００１８】
また、本発明に係るレーザチャンバにおいて、上記減縮した部分は、少なくとも、励起ランプ側の領域であってレーザロッド側の焦点を通り励起ランプに接する２つの接線に挟まれた領域にある部分をすべて含むものであることが好ましい。
【００１９】
また、本発明に係るレーザチャンバにおいて、楕円全体に対する上記減縮した部分の割合は５０％以下であることが好ましい。
【００２０】
本発明に係るレーザを利用した装置は、上記に記載の固体レーザ発振器をレーザ光源として備えることを特徴とするものである。
【００２１】
そして、本発明に係るレーザを利用した装置は、
レーザ光源からのレーザ光を測定光として被検体に照射する光照射部と、
光照射部が測定光を照射することにより被検体内で発生した光音響波を検出する電気音響変換部と、
電気音響変換部により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部と、
画像生成部により生成された光音響画像を表示する表示部とを備えることを特徴とするものとすることができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明に係る固体レーザ発振器およびレーザチャンバは、レーザチャンバの内壁面のレーザロッドに垂直な断面における断面形状が、レーザロッドおよび励起ランプのそれぞれの位置を焦点とする楕円を基本とした形状であって、この楕円の長軸上の少なくとも１つの頂点を含む楕円の一部が減縮した形状であり、内壁面のうち上記楕円の減縮した部分に対応する部分が拡散面を構成するものであり、内壁面のうち上記減縮した部分に対応する部分以外の部分が反射面を構成するものであることを特徴とする。このような構成の下では、従来の楕円型のレーザチャンバが減縮した分、従来のレーザチャンバに比べてレーザチャンバが占有する空間を削減することができる。一方、内壁面のうち上記楕円の減縮した部分に対応する部分が反射面のままでは、光路がずれるため当該部分で反射した励起ランプからの光がレーザロッドに集光されにくくなる場合があり得る。しかし本発明では、当該部分を拡散面で構成することにより、多少光路がずれても光がレーザロッドに当たることになる。この結果、固体レーザ発振器において、エネルギー変換効率および小型軽量化の観点からバランスをとることが可能となる。
【００２３】
また、本発明に係るレーザを利用した装置は、本発明の固体レーザ発振器を備えたものであるから、エネルギー変換効率および小型軽量化の観点からバランスをとることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】実施形態の固体レーザ発振器内部の構成を概略的に示す平面図である。
【図２】実施形態のレーザロッド、励起ランプおよびレーザチャンバを概略的に示す斜視図である。
【図３】実施形態のレーザロッド、励起ランプおよびレーザチャンバを概略的に示す断面図である。
【図４】レーザチャンバの他の例を概略的に示す断面図である。
【図５】レーザチャンバの他の例を概略的に示す断面図である。
【図６】レーザチャンバの他の例を概略的に示す断面図である。
【図７】レーザチャンバの他の例を概略的に示す断面図である。
【図８】レーザチャンバの他の例を概略的に示す断面図である。
【図９】実施形態におけるレーザを利用した装置の構成を概略的に示す図である。
【図１０】従来のレーザチャンバを概略的に示す斜視図である。
【図１１】従来のレーザチャンバを概略的に示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明するが、本発明はこれに限られるものではない。なお、視認しやすくするため、図面中の各構成要素の縮尺等は実際のものとは適宜異ならせてある。
【００２６】
「固体レーザ発振器およびレーザチャンバの実施形態」
図１は、実施形態の固体レーザ発振器内部の構成を概略的に示す平面図である。図２は、実施形態のレーザロッド、励起ランプおよびレーザチャンバを概略的に示す斜視図である。図３は、実施形態のレーザロッド、励起ランプおよびレーザチャンバの１つの例を概略的に示す、レーザロッドの長さ方向に垂直なＡ−Ａ断面における断面図である。図３ａは当該断面の全体図であり、図３ｂは図３ａにおけるレーザロッド近傍領域Ｂの拡大図である。なお、図３では、レーザチャンバに関しては内壁面のみが抽出されて示されている。
【００２７】
実施形態の固体レーザ発振器１は、レーザロッド１０、励起ランプ１２、レーザチャンバ１４、出力ミラー１６、全反射ミラー１８、Ｑスイッチ２０およびこれらを収容する筐体２８並びに筐体外部からレーザチャンバ１４へ接続された冷却機器３０を備えるものである。
【００２８】
（レーザロッド）
レーザロッド１０は、活性固体媒体を含む固体素子であり、例えば、活性媒体であるＮｄ３−が添加されたイットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ：Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２）結晶から構成されたＹＡＧロッドである。レーザロッド１０は棒状に形成されている。レーザロッド１０は、励起ランプ１２からの光エネルギーを受け取って、特定の波長の光を増幅するレーザ媒質として機能する。このレーザロッド１０から誘導放出された光Ｌ１は、出力ミラー１６および全反射ミラー１８から構成される共振器内で共振しながら増幅され、その後レーザＬ２として出力される（図１）。なお、レーザロッド１０はアレキサンドライトであることが好ましい。
【００２９】
（励起ランプ）
励起ランプ１２は、レーザロッド１０が誘導放出するためのエネルギーを供給する光源である。励起ランプ１２は、例えば、Ｘｅガスが封入された棒状のフラッシュランプを採用することができる。励起ランプ１２は、図示しない筐体２８の外部に配置された電源に接続されている。
【００３０】
（レーザチャンバ）
レーザチャンバ１４は、レーザロッド１０および励起ランプ１２を包含し、励起ランプ１２から放射された光をレーザロッド１０へ集光するための部材である。レーザチャンバ１４は、レーザロッド１０および励起ランプ１２の長さ方向に伸びた筒形状を有する（図２）。レーザチャンバ１４は、例えば金属板や、内壁が金属コーティングされたセラミックから構成される。
【００３１】
さらに、レーザチャンバ１４の内壁面１４ａのレーザロッド１０に垂直な断面における断面形状５０は、レーザロッド１０および励起ランプ１２のそれぞれの位置（例えば棒状の中心軸の位置）を焦点Ｆ１およびＦ２とする楕円５８を基本とした形状であって、この楕円５８の長軸ｘ上の少なくとも１つの頂点（つまり、頂点ａ１および頂点ａ２の少なくともいずれか）を含む楕円５８の一部が減縮した形状を有する（図３）。
【００３２】
「楕円を基本とした形状」とは、レーザチャンバ１４の断面形状５０が、当該楕円の５０％以上の部分を残しつつ、その他の部分が変形した形状であることを意味する。そして、楕円の部分が「減縮した」とは、内壁面１４ａの上記断面形状５０の面積が当該断面形状５０の基本となった楕円５８の面積よりも小さくなるように、楕円５８の当該部分を規定する線５６が当該楕円５８の範囲内で変形したことを意味する。
【００３３】
さらに、レーザチャンバ１４の内壁面１４ａには、反射面および拡散面が形成されている。具体的には、レーザチャンバ１４の内壁面１４ａのうち上記楕円５８の減縮した部分５６に対応する部分５４が拡散面を構成するものであり、内壁面１４ａのうち上記減縮した部分５６に対応する部分５４以外の部分５２が反射面を構成するものである。拡散面は、例えば、ＢａＳＯ４で構成したり金属の表面を酸で荒らしたり等することにより実現される。
【００３４】
「減縮した部分」とは、内壁面１４ａの断面形状５０の基本となった楕円５８のうち減縮する対象となった部分を意味し、「減縮した部分に対応する部分」とは、内壁面１４ａの断面形状５０のうち減縮した結果得られる部分を意味する。また、「減縮した部分に対応する部分以外の部分」とは、上記２つの定義に基づいて、減縮する対象とならなかった部分５２、すなわち内壁面１４ａの断面形状５０とその基本となった楕円５８との共有部分であると言える。
【００３５】
このような構成の下では、従来の楕円型のレーザチャンバが減縮した分、従来のレーザチャンバに比べてレーザチャンバ１４が占有する空間を削減することができる。一方、内壁面１４ａのうち上記楕円５８の減縮した部分５６に対応する部分５４が反射面のままでは、光路がずれるため当該部分５４で反射した励起ランプ１２からの光がレーザロッド１０に集光されにくくなる場合があり得る。しかし本発明では、当該部分５４を拡散面で構成することにより、多少光路がずれても光がレーザロッドに当たることになる。
【００３６】
本発明に係る固体レーザ発振器１およびレーザチャンバ１４において、上記減縮した部分５６は、少なくとも、レーザロッド１０側の領域Ｒ１であって励起ランプ１２側の焦点Ｆ２を通りレーザロッド１０に接する２つの接線Ｔ１に挟まれた領域にある部分をすべて含むものであることが好ましい（図３）。この場合において例えば、減縮した部分に対応する部分は、図３における符号５４の太線部分の全体となる。なお、「レーザロッド側の領域」とは、頂点ａ１を通り長軸ｘに垂直な直線ｍと短軸ｙとの間の領域を意味する。
【００３７】
当該部分は、励起ランプ１２から放射された光が当該部分で反射せずともレーザロッドに吸収されることがあるため、レーザロッド１０の励起に寄与する程度が比較的低い。そのため、当該部分においてレーザチャンバの断面形状が従来の楕円から減縮しても、エネルギー変換効率に与える悪影響は比較的少なくて済むと考えられる。
【００３８】
しかしながら、本発明の固体レーザ発振器１およびレーザチャンバ１４は、図３に示される態様に限定されない。
【００３９】
例えば、内壁面１４ａの断面形状５０は、図４に示されるように、減縮した部分に対応する部分５４が、レーザロッド１０および頂点ａ１の間の長軸ｘ上の任意の点を通り長軸ｘに垂直な線ｎ１と楕円５８との交点ｉ１およびｉ２を結ぶ線となるように、楕円５８が減縮した形状とすることもできる。例えば図４では、交点ｉ１およびｉ２を結ぶ線は直線（図４における符号５４の太線部分）で構成されている。このような構成により、従来のレーザチャンバに比べてレーザチャンバ１４が占有する空間をより削減することができる。
【００４０】
また、内壁面１４ａの断面形状５０は、図５に示されるように、減縮した部分に対応する部分５４が、焦点Ｆ１を通り長軸ｘに垂直な直線ｎ２と楕円５８との交点ｉ３およびｉ４を結ぶ線となるように、楕円５８が減縮した形状とすることもできる。例えば図５では、交点ｉ３およびｉ４を結ぶ線は曲線（図５における符号５４の太線部分）で構成されている。このような構成により、従来のレーザチャンバに比べてレーザチャンバ１４が占有する空間をより削減することができる。
【００４１】
また、内壁面１４ａの断面形状５０は、図６に示されるように、減縮した部分に対応する部分５４が、楕円５８の中心ｃおよびレーザロッド１０の間の長軸ｘ上の任意の点を通り長軸ｘに垂直な線ｎ３と楕円５８との交点ｉ５およびｉ６を結ぶ線となるように、楕円５８が減縮した形状とすることもできる。例えば図６では、交点ｉ５およびｉ６を結ぶ線は複数の直線（図６における符号５４の太線部分）で構成されている。このような構成により、従来のレーザチャンバに比べてレーザチャンバ１４が占有する空間をより削減することができる。
【００４２】
本発明に係る固体レーザ発振器１およびレーザチャンバ１４において、上記減縮した部分は、少なくとも、励起ランプ１２側の領域Ｒ２であってレーザロッド１０側の焦点Ｆ１を通り励起ランプ１２に接する２つの接線Ｔ２に挟まれた領域にある部分をすべて含むものであることが好ましい（図７）。なお、「励起ランプ側の領域」とは、頂点ａ２を通り長軸ｘに垂直な直線ｏと短軸ｙとの間の領域を意味する。
【００４３】
当該部分は、励起ランプ１２から放射された光が当該部分で反射しても励起ランプ１２にその光路を阻害されることがあるため、レーザロッド１０の励起に寄与する程度が比較的低い。そのため、当該部分においてレーザチャンバの断面形状が従来の楕円から減縮しても、エネルギー変換効率に与える悪影響は比較的少なくて済むと考えられる。
【００４４】
さらに、断面形状が減縮したことおよびその内壁面１４ａが拡散面によって構成されたことにより、本来レーザロッド１０に到達することができなかった光がレーザロッド１０にまで到達することができるようになるため、むしろ光エネルギーの利用効率が向上する場合もありうる。したがって、このような観点からも、当該部分においてレーザチャンバの断面形状が従来の楕円から減縮しても、エネルギー変換効率に与える悪影響は比較的少なくて済むと考えられる。
【００４５】
この場合において、減縮した部分に対応する部分は、図７における符号５４の太線部分および符号６０の太線部分の全体となる。このような構成により、従来のレーザチャンバに比べてレーザチャンバ１４が占有する空間をより削減することができる。
【００４６】
また、内壁面１４ａの断面形状は、図８に示されるように、断面形状のうち上記２つの接線Ｔ２に挟まれた領域にある部分６０（つまり、励起ランプ１２側の領域Ｒ２における上記減縮した部分６２に対応する部分）が、励起ランプ１２に向かって凸形状となるように、楕円が減縮した形状とすることもできる。このような構成にすれば、励起ランプ１２から放射された光のうち当該部分で反射した光が励起ランプ１２に戻ることを抑制することができるため、より光エネルギーの利用効率を向上させることができると考えられる。
【００４７】
本発明に係る固体レーザ発振器１およびレーザチャンバ１４において、楕円全体に対する上記減縮した部分の割合は５０％以下であることが好ましい。レーザロッド１０までの距離が短い側の楕円部分を減縮する方が励起効率の観点から望ましく、さらに上記割合が５０％を超えると著しくエネルギー変換効率が低下するためである。
【００４８】
（Ｑスイッチ）
Ｑスイッチ２０は、誘導放出された光Ｌ１の光軸上であって、レーザロッド１０と全反射ミラー１８との間に配置されている。Ｑスイッチ２０は、例えばλ／４板２２、ポッケルスセル２４およびポラライザ２６から構成される。
【００４９】
（筐体）
筐体２８は、例えば直方体形状に形成されており、出力ミラー１６に対向する部分の側壁にレーザＬ２を取り出すための開口２８ａを有する。
【００５０】
（冷却機器）
冷却機器３０は、レーザロッド１０および励起ランプ１２を冷却するための機器である。冷却機器３０は、例えば、純水等の冷却媒体を収容しこの冷却媒体の循環を制御す冷却制御部３２、配管３４ａおよび配管３４ｂを備え、冷却媒体の往路となる配管３４ａおよび冷却媒体の復路となる配管３４ｂを介してレーザチャンバ１４に接続されている。
【００５１】
例えば、配管３４ａを通って供給された冷却媒体は、レーザチャンバ１４の内部を通りながらレーザロッド１０および励起ランプ１２の熱を奪い、その後配管３４ｂを通って冷却制御部３２に戻ってくる。そして、冷却制御部３２で冷却された冷却媒体は、再度レーザチャンバ１４および冷却制御部３２の相互間で循環することになる。
【００５２】
（作用効果）
以上のように、本発明に係る固体レーザ発振器およびレーザチャンバは、レーザチャンバの内壁面のレーザロッドに垂直な断面における断面形状が、レーザロッドおよび励起ランプのそれぞれの位置を焦点とする楕円を基本とした形状であって、この楕円の長軸上の少なくとも１つの頂点を含む楕円の一部が減縮した形状であり、内壁面のうち上記楕円の減縮した部分に対応する部分が拡散面を構成するものであり、内壁面のうち上記減縮した部分に対応する部分以外の部分が反射面を構成するものであることを特徴とする。このような構成の下では、従来の楕円型のレーザチャンバが減縮した分、従来のレーザチャンバに比べてレーザチャンバが占有する空間を削減することができる。一方、内壁面のうち上記楕円の減縮した部分に対応する部分が反射面のままでは、光路がずれるため当該部分で反射した励起ランプからの光がレーザロッドに集光されにくくなる場合があり得る。しかし本発明では、当該部分を拡散面で構成することにより、多少光路がずれても光がレーザロッドに当たることになる。この結果、固体レーザ発振器において、エネルギー変換効率および小型軽量化の観点からバランスをとることが可能となる。
【００５３】
「レーザを利用した装置の実施形態」
次に、レーザを利用した装置の実施形態について説明する。本実施形態では、レーザを利用した装置は、例えば、光が被検体に照射されることにより被検体内で発生した光音響波を検出して光音響画像を生成する光音響撮像装置である。図９は、実施形態におけるレーザを利用した装置（光音響撮像装置７０）の構成を概略的に示す図である。
【００５４】
本実施形態の光音響撮像装置７０は、図９に示されるように、システム制御部７１、本発明の固体レーザ発振器を含むレーザ光源７２、画像生成部７３、表示部７４、操作部７５（ユーザインタフェース）および超音波探触子８０を備えるものである。
【００５５】
システム制御部７１は、レーザ光源７２、画像生成部７３、表示部７４および操作部７５を制御するものである。システム制御部７１は、例えばこれらが同期をとるためのトリガ信号を出力する。
【００５６】
レーザ光源７２は、被検部位Ｍに照射すべきレーザ光Ｌを測定光として出力するものである。レーザ光源７２は、例えば、血液の吸収ピークに含まれる波長のレーザ光を発生させる１以上の光源を有する。本発明においては、光源として、前述した本発明の固体レーザ発振器を備える。
【００５７】
レーザ光の波長は、撮像対象となる被検体Ｍ内の物質の光吸収特性に合わせて適宜決定される。例えば撮像対象が生体内のヘモグロビンである場合（つまり、生体内部の血管を撮像する場合）には、生体の光透過性が良く、かつ各種ヘモグロビンが光の吸収ピークを持つ６００〜１０００ｎｍ程度とすることが好ましい。
【００５８】
画像生成部７３は、超音波探触子８０によって検出した音響信号から光音響画像を生成するものである。例えば、１ライン分の上記音響信号のデータにおける時間軸の位置を、断層画像における深さを表す変位軸の位置に変換して１フレーム分の画像データを構築する。さらに、必要に応じて、超音波探触子８０の走査位置ごとに生成された１フレーム分の画像データに基づいて、１フレーム分の画像データを重畳させて仮想的な空間座標に並べたり、取得したデータの間を補間しながら三次元の光音響画像用のボリュームデータを構築したりする。
【００５９】
表示部７４は、画像生成部７３によって生成された画像データに基づく光音響画像を表示するものである。
【００６０】
操作部７５は、ユーザが撮像に必要な情報を入力するためのものである。例えば、ユーザは、操作部７５を用いて、光音響画像が表示される際の視点方向を指定したり、患者の情報や撮像条件についての情報を入力したりする。
【００６１】
超音波探触子８０は、光照射部８１およびアレイ振動子８２から構成され、被検部位Ｍに対して測定光としてレーザ光Ｌを照射し、被検部位Ｍからの光音響波Ｕを検出するものである。アレイ振動子８２が本発明における電気音響変換部に相当する。
【００６２】
光照射部８１は、アレイ振動子８２の近傍からレーザ光Ｌを被検部位Ｍに向けて照射する光学要素である。例えば、光照射部８１は、アレイ振動子７２の近傍に配置された光ファイバの先端部から、レーザ光源７２から出力されたレーザ光Ｌをそのまま被検部位Ｍに照射する場合には、光照射部８１は光ファイバの当該先端部となる。光照射部８１は、例えばアレイ振動子８２の周囲に沿って配列される。
【００６３】
アレイ振動子８２は、被検部位Ｍ内で発生した光音響波Ｕを検出する検出素子である。アレイ振動子８２は、例えば、１次元状に配列された複数の超音波振動子から構成される。超音波振動子は、例えば、圧電セラミクス、またはポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）のような高分子フィルムから構成される圧電素子である。
【００６４】
以上のように、本実施形態に係るレーザを利用した装置は、本発明の固体レーザ発振器を備えたものであるから、エネルギー変換効率および小型軽量化の観点からバランスをとることが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
上記の実施形態では、本発明のレーザを利用した装置が光音響撮像装置である場合について説明したが、本発明はこれに限られるものではない。例えば本発明のレーザを利用した装置は、レーザを利用して材料の加工を行う加工装置、レーザを利用して試料の分析を行う分析装置等、その他の装置に適用することも可能である。
【符号の説明】
【００６６】
１ 固体レーザ発振器
１０ レーザロッド
１２ 励起ランプ
１４ レーザチャンバ
１４ａ 内壁面
１６ 出力ミラー
１８ 全反射ミラー
２０ Ｑスイッチ
２８ 筐体
３０ 冷却機器
３２ 冷却制御部
３４ａ、３４ｂ 配管
５０ レーザチャンバの内壁面の断面形状
５２ 減縮した部分に対応する部分以外の部分
５４ 減縮した部分に対応する部分
５６ 減縮した部分
５８ 基本となった楕円
７０ 光音響撮像装置
７１ システム制御部
７２ レーザ光源
７３ 画像生成部
７４ 表示部
７５ 操作部
８０ 超音波探触子
ａ１、ａ２ 楕円の頂点
ｃ 楕円の中心
Ｆ１、Ｆ２ 楕円の焦点
Ｌ１ 誘導放出された光
Ｌ２ レーザ
ｘ 楕円の長軸
ｙ 楕円の短軸
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザロッドと、該レーザロッドを励起する励起ランプと、前記レーザロッドおよび前記励起ランプを内包する筒形状のレーザチャンバとを備える固体レーザ発振器において、
前記レーザチャンバの内壁面の前記レーザロッドに垂直な断面における断面形状が、前記レーザロッドおよび前記励起ランプのそれぞれの位置を焦点とする楕円を基本とした形状であって、該楕円の長軸上の少なくとも１つの頂点を含む前記楕円の一部が減縮した形状であり、
前記内壁面のうち前記楕円の減縮した部分に対応する部分が拡散面を構成するものであり、
前記内壁面のうち前記減縮した部分に対応する部分以外の部分が反射面を構成するものであることを特徴とする固体レーザ発振器。
【請求項２】
前記減縮した部分が、少なくとも、前記レーザロッド側の領域であって前記励起ランプ側の焦点を通り前記レーザロッドに接する２つの接線に挟まれた領域にある部分をすべて含むものであることを特徴とする請求項１に記載の固体レーザ発振器。
【請求項３】
前記減縮した部分が、少なくとも、前記励起ランプ側の領域であって前記レーザロッド側の焦点を通り前記励起ランプに接する２つの接線に挟まれた領域にある部分をすべて含むものであることを特徴とする請求項１または２いずれかに記載の固体レーザ発振器。
【請求項４】
前記楕円全体に対する前記減縮した部分の割合が５０％以下であることを特徴とする請求項１から３いずれかに記載の固体レーザ発振器。
【請求項５】
前記レーザロッドがアレキサンドライトであることを特徴とする請求項１から４いずれかに記載の固体レーザ発振器。
【請求項６】
固体レーザ発振器に用いられる、レーザロッドおよび該レーザロッドを励起する励起ランプを内包する筒形状のレーザチャンバにおいて、
前記レーザチャンバの内壁面の前記レーザロッドに垂直な断面における断面形状が、前記レーザロッドおよび前記励起ランプのそれぞれの位置を焦点とする楕円を基本とした形状であって、該楕円の長軸上の少なくとも１つの頂点を含む前記楕円の一部が減縮した形状であり、
前記内壁面のうち前記楕円の減縮した部分に対応する部分が拡散面を構成するものであり、
前記内壁面のうち前記減縮した部分に対応する部分以外の部分が反射面を構成するものであることを特徴とするレーザチャンバ。
【請求項７】
前記減縮した部分が、少なくとも、前記レーザロッド側の領域であって前記励起ランプ側の焦点を通り前記レーザロッドに接する２つの接線に挟まれた領域にある部分をすべて含むものであることを特徴とする請求項６に記載のレーザチャンバ。
【請求項８】
前記減縮した部分が、少なくとも、前記励起ランプ側の領域であって前記レーザロッド側の焦点を通り前記励起ランプに接する２つの接線に挟まれた領域にある部分をすべて含むものであることを特徴とする請求項６または７に記載のレーザチャンバ。
【請求項９】
前記楕円全体に対する前記減縮した部分の割合が５０％以下であることを特徴とする請求項６から８いずれかに記載のレーザチャンバ。
【請求項１０】
請求項１から５いずれかに記載の固体レーザ発振器をレーザ光源として備えることを特徴とするレーザを利用した装置。
【請求項１１】
前記レーザ光源からのレーザ光を測定光として被検体に照射する光照射部と、
該光照射部が前記測定光を照射することにより前記被検体内で発生した光音響波を検出する電気音響変換部と、
該電気音響変換部により検出された前記光音響波に基づいて光音響画像を生成する画像生成部と、
該画像生成部により生成された前記光音響画像を表示する表示部とを備えることを特徴とする請求項１０に記載のレーザを利用した装置。
【請求項１】
レーザロッドと、該レーザロッドを励起する励起ランプと、前記レーザロッドおよび前記励起ランプを内包する筒形状のレーザチャンバとを備える固体レーザ発振器において、
前記レーザチャンバの内壁面の前記レーザロッドに垂直な断面における断面形状が、前記レーザロッドおよび前記励起ランプのそれぞれの位置を焦点とする楕円を基本とした形状であって、該楕円の長軸上の少なくとも１つの頂点を含む前記楕円の一部が減縮した形状であり、
前記内壁面のうち前記楕円の減縮した部分に対応する部分が拡散面を構成するものであり、
前記内壁面のうち前記減縮した部分に対応する部分以外の部分が反射面を構成するものであることを特徴とする固体レーザ発振器。
【請求項２】
前記減縮した部分が、少なくとも、前記レーザロッド側の領域であって前記励起ランプ側の焦点を通り前記レーザロッドに接する２つの接線に挟まれた領域にある部分をすべて含むものであることを特徴とする請求項１に記載の固体レーザ発振器。
【請求項３】
前記減縮した部分が、少なくとも、前記励起ランプ側の領域であって前記レーザロッド側の焦点を通り前記励起ランプに接する２つの接線に挟まれた領域にある部分をすべて含むものであることを特徴とする請求項１または２いずれかに記載の固体レーザ発振器。
【請求項４】
前記楕円全体に対する前記減縮した部分の割合が５０％以下であることを特徴とする請求項１から３いずれかに記載の固体レーザ発振器。
【請求項５】
前記レーザロッドがアレキサンドライトであることを特徴とする請求項１から４いずれかに記載の固体レーザ発振器。
【請求項６】
固体レーザ発振器に用いられる、レーザロッドおよび該レーザロッドを励起する励起ランプを内包する筒形状のレーザチャンバにおいて、
前記レーザチャンバの内壁面の前記レーザロッドに垂直な断面における断面形状が、前記レーザロッドおよび前記励起ランプのそれぞれの位置を焦点とする楕円を基本とした形状であって、該楕円の長軸上の少なくとも１つの頂点を含む前記楕円の一部が減縮した形状であり、
前記内壁面のうち前記楕円の減縮した部分に対応する部分が拡散面を構成するものであり、
前記内壁面のうち前記減縮した部分に対応する部分以外の部分が反射面を構成するものであることを特徴とするレーザチャンバ。
【請求項７】
前記減縮した部分が、少なくとも、前記レーザロッド側の領域であって前記励起ランプ側の焦点を通り前記レーザロッドに接する２つの接線に挟まれた領域にある部分をすべて含むものであることを特徴とする請求項６に記載のレーザチャンバ。
【請求項８】
前記減縮した部分が、少なくとも、前記励起ランプ側の領域であって前記レーザロッド側の焦点を通り前記励起ランプに接する２つの接線に挟まれた領域にある部分をすべて含むものであることを特徴とする請求項６または７に記載のレーザチャンバ。
【請求項９】
前記楕円全体に対する前記減縮した部分の割合が５０％以下であることを特徴とする請求項６から８いずれかに記載のレーザチャンバ。
【請求項１０】
請求項１から５いずれかに記載の固体レーザ発振器をレーザ光源として備えることを特徴とするレーザを利用した装置。
【請求項１１】
前記レーザ光源からのレーザ光を測定光として被検体に照射する光照射部と、
該光照射部が前記測定光を照射することにより前記被検体内で発生した光音響波を検出する電気音響変換部と、
該電気音響変換部により検出された前記光音響波に基づいて光音響画像を生成する画像生成部と、
該画像生成部により生成された前記光音響画像を表示する表示部とを備えることを特徴とする請求項１０に記載のレーザを利用した装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１３−７４１８０（Ｐ２０１３−７４１８０Ａ）
【公開日】平成２５年４月２２日（２０１３．４．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２１２９９９（Ｐ２０１１−２１２９９９）
【出願日】平成２３年９月２８日（２０１１．９．２８）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月２２日（２０１３．４．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２８日（２０１１．９．２８）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
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