レーザ光源ユニット及び光音響画像生成装置
【課題】レーザ光源ユニットにおいて、簡易な構成で、複数の波長を連続的に切り替えながらＱスイッチパルス発振を得る。
【解決手段】レーザ光源ユニット１３は、相互に異なる複数の波長のパルスレーザ光を出射する。フラッシュランプ５２は、レーザロッド５１に励起光を照射する。一対のミラー５３、５４は、レーザロッド５１を挟んで対向する。一対のミラー５３、５４により、光共振器が構成される。波長選択手段５６は、光共振器内で共振する光の波長を、レーザ光源ユニット１３が出射すべき複数の波長のうちの何れかに制御する。駆動手段５７は、光共振器がＱスイッチパルス発振するように波長選択手段５６を駆動する。
【解決手段】レーザ光源ユニット１３は、相互に異なる複数の波長のパルスレーザ光を出射する。フラッシュランプ５２は、レーザロッド５１に励起光を照射する。一対のミラー５３、５４は、レーザロッド５１を挟んで対向する。一対のミラー５３、５４により、光共振器が構成される。波長選択手段５６は、光共振器内で共振する光の波長を、レーザ光源ユニット１３が出射すべき複数の波長のうちの何れかに制御する。駆動手段５７は、光共振器がＱスイッチパルス発振するように波長選択手段５６を駆動する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光源ユニットに関し、更に詳しくは、複数波長のレーザ光を切り替えて出射するレーザ光源ユニットに関する。
【０００２】
また、本発明は、複数の波長のレーザ光を被検体に照射したときに各波長に対して検出された光音響信号に基づいて光音響画像を生成する光音響画像生成装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
従来、例えば特許文献１や非特許文献１に示されているように、光音響効果を利用して生体の内部を画像化する光音響画像化装置が知られている。この光音響画像化装置においては、例えばパルスレーザ光等のパルス光が生体に照射される。このパルス光の照射を受けた生体内部では、パルス光のエネルギーを吸収した生体組織が熱によって体積膨張し、音響波が発生する。この音響波を超音波プローブなどで検出し、検出された信号（光音響信号）に基づいて生体内部を可視像化することが可能となっている。光音響画像化方法では、特定の光吸収体において音響波が発生するため、生体における特定の組織、例えば血管等を画像化することができる。
【０００４】
ところで、生体組織の多くは光吸収特性が光の波長に応じて変わり、また一般に、その光吸収特性も組織ごとに特有のものとなっている。例えば図２０に、ヒトの動脈に多く含まれる酸素化ヘモグロビン(酸素と結合したヘモグロビン:oxy-Hb)と、静脈に多く含まれる脱酸素化ヘモグロビン（酸素と結合していないヘモグロビンdeoxy-Hb)の光波長ごとの分子吸収係数を示す。動脈の光吸収特性は、酸素化ヘモグロビンのそれに対応し、静脈の光吸収特性は、脱酸素化ヘモグロビンのそれに対応する。この波長に応じた光吸収率の違いを利用して、互いに異なる２種の波長の光を血管部分に照射し、動脈と静脈とを区別して画像化する光音響画像化方法が知られている（例えば特許文献２参照）。
【０００５】
複数波長のレーザ光を出射するレーザ装置は、例えば特許文献３や特許文献４に記載されたものが知られている。特許文献３では、特定のピーク波長光だけを選択的に透過させるフィルタを、レーザ活性媒体と光共振器ミラーのうちの一方との間の光路上に配置する。選択すべきピーク波長の分だけフィルタを用意し、用意されたフィルタのうちの何れかを光路上に配置することで、複数の波長のレーザ光を切り替えて出射することができる。また、特許文献４には、光共振器を構成する一方のミラーに、特定のピーク波長光だけを選択的に反射する特性を持たせることが記載されている。そのような特性を持つミラーを選択すべきピーク波長の分だけ用意し、用意されたミラーの何れかを用いて光共振器を構成することで、複数の波長のレーザ光を切り替えて出射することができる。
【０００６】
光音響では、一般に、被検体にパルスレーザ光を照射する。レーザをパルス化する技術として、Ｑスイッチ法が知られており、Ｑスイッチの一種として、機械的な運動によりＱスイッチ発振を生じさせるメカニカルＱスイッチが知られている。メカニカルＱスイッチとしては、例えば回転ミラーを使用して機械的にゲインを制御してＱスイッチ動作を生じさせるものや、スリットや開口を設けたメカニカル・チョッパを回転させてゲインを調整するものなどが知られている。回転するメカニカル・チョッパを用いたＱスイッチレーザは、例えば特許文献５に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−２１３８０号公報
【特許文献２】特開２０１０−０４６２１５号公報
【特許文献３】特開平１０−６５２６０号公報
【特許文献４】特開平１０−６５２３８号公報
【特許文献５】特開２００７−２３５０６３号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】A High-Speed Photoacoustic Tomography System based on a Commercial Ultrasound and a Custom Transducer Array, Xueding Wang, Jonathan Cannata, Derek DeBusschere, Changhong Hu, J. Brian Fowlkes, and Paul Carson, Proc. SPIE Vol. 7564, 756424 (Feb.23, 2010)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献３に記載されるレーザ装置では、複数の波長を切り替えることができる。しかしながら、特許文献３に記載されるのは、単に、光路中に挿入されるフィルタを切り替えることでレーザ光の波長を切り替えることでしかなく、特許文献３は、複数波長のレーザ光を連続的に切り換えて出射するための手段を提供していない。特許文献４も同様に、光共振器を構成するミラーの一方を切り替えることでレーザ光の波長を切り替えることが記載されるのみで、複数波長のレーザ光を連続的に切り換えて出射するための手段を提供していない。
【００１０】
また、特許文献５は、メカニカル・チョッパの回転によりパルスレーザ光を得ることが記載されているだけであり、特許文献５においては、複数波長の切り替えは考慮されていない。仮に、引用文献５において、複数の波長のパルスレーザ光を得ることを考えると、メカニカル・チョッパとは別個に、波長を選択するための手段を設ける必要があり、構成部品が増加することとなる。
【００１１】
本発明は、上記に鑑み、簡易な構成で、複数の波長を連続的に切り替えながらＱスイッチパルス発振を得ることができるレーザ光源ユニットを提供することを目的とする。また、本発明は、そのようなレーザ光源ユニットを含む光音響画像生成装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明は、相互に異なる複数の波長のパルスレーザ光を出射するレーザ光源ユニットであって、レーザロッドと、該レーザロッドに励起光を照射する励起光源と、レーザロッドを挟んで対向する一対のミラーを含む光共振器と、光共振器内で共振する光の波長を、複数の波長のうちの何れかに制御する波長選択手段と、光共振器がＱスイッチパルス発振するように波長選択手段を駆動する駆動手段とを備えたことを特徴とするレーザ光源ユニットを提供する。
【００１３】
本発明のレーザ光源ユニットにおいて、波長選択手段は、回転駆動可能で有り、波長選択手段の回転駆動に伴って、光共振器内の挿入損失を第１の損失から該第１の損失よりも小さい第２の損失に変化させるように構成されていることが好ましい。
【００１４】
本発明のレーザ光源ユニットが、励起光源を制御する発光制御部を更に備え、該発光制御部が、波長選択手段が光共振器の挿入損失を第１の損失から第２の損失へと切り替える時刻よりも所定時間だけ前の時刻で励起光源に励起光を照射させる構成を採用することができる。
【００１５】
本発明のレーザ光源ユニットでは、波長選択手段が光共振器の挿入損失を第１の損失から第２の損失へと切り替える時刻と同時刻に励起光源が消灯することが好ましい。
【００１６】
波長選択手段が１回転する間に光共振器をＱスイッチパルス発振させることができる回数の上限をｍ回とし、駆動手段が波長選択手段を回転駆動する際の回転周波数をＦ［回転／秒］とし、ｎを所定の自然数としたとき、発光制御部が、１秒あたりｍ×Ｆ／ｎ回励起光を照射させることとしてもよい。
【００１７】
本発明のレーザ光源ユニットにおいて、波長選択手段の駆動に伴って光共振器内の挿入損失が第１の損失から第２の損失へと切り替わる際の切り替え時間が、Ｑスイッチパルスの発生遅延時間よりも短いことが好ましい。
【００１８】
波長選択手段が、円周方向に沿って交互に配置された複数の透過領域と不透過領域とを含み、複数の透過領域が複数の波長に対応した所定の波長の光を選択的に透過させるフィルタ回転体を含み、駆動手段が、光共振器の光路上に不透過領域及び透過領域が交互に挿入されるようにフィルタ回転体を連続的に回転させるものであり、光共振器の光路上に挿入される領域が不透過領域から透過領域へと切り替わると、該切り替わった透過領域が透過させる光の波長に対応した波長で光共振器がＱスイッチパルス発振する構成を採用できる。この場合、フィルタ回転体が、光共振器の光軸に対して所定の角度で傾いた面内で回転するようにしてもよい。透過領域がバンドパスフィルタを含む構成としてもよい。透過領域は、扇型に形成されていてもよいし、円形に形成されていてもよい。
【００１９】
上記に代えて、波長選択手段が、円周方向に沿って交互に配置された複数の反射領域と光を反射しない領域とを含み、複数の反射領域が複数の波長に対応した所定の波長の光を選択的に反射するミラー回転体を含み、駆動手段が、光共振器の光路上に光を反射しない領域及び反射領域が交互に挿入されるようにミラー回転体を連続的に回転させるものであり、ミラー回転体の反射領域が一対のミラーのうちの一方として働き、光共振器の光路上に挿入される領域が光を反射しない領域から反射領域へと切り替わると、該切り替わった反射領域が反射する光の波長に対応した波長で光共振器がＱスイッチパルス発振すること構成を採用してもよい。
【００２０】
あるいは、波長選択手段が、一対のミラーのうちの一方として機能する複数の反射面を有し、該複数の反射面が複数の波長に対応した所定の波長の光を選択的に反射するミラー回転体を含み、駆動手段が、一対のミラーのうちの他方と向かい合わせになる反射面が順次に切り替わるようにミラー回転体を連続的に回転させるものであり、反射面が光共振器の光軸に対して垂直になるとき、該光軸に対して垂直になった反射面が反射する光の波長に対応した波長で光共振器がＱスイッチパルス発振することとしてもよい。
【００２１】
光共振器内に配置され、光共振器内を波長選択手段に向けて進行する光のビーム径を縮小させる集光レンズを更に有する構成とすることが好ましい。
【００２２】
集光レンズが、波長選択手段の位置における光のビーム径を１００μｍ以下とすることとしてもよい。
【００２３】
本発明は、また、相互に異なる複数の波長のパルスレーザ光を出射するレーザ光源ユニットであって、レーザロッドと、該レーザロッドに励起光を照射する励起光源と、レーザロッドを挟んで対向する一対のミラーを含む光共振器と、光共振器内で共振する光の波長を、複数の波長のうちの何れかに制御する波長選択手段と、光共振器がＱスイッチパルス発振するように波長選択手段を駆動する駆動手段とを有するレーザ光源ユニットと、複数の波長のパルスレーザ光が被検体に照射されたときに被検体内で生じた光音響信号を検出し、各波長に対応した光音響データを生成する検出手段と、各波長に対応した光音響データ間の相対的な信号強度の大小関係を抽出する強度比抽出手段と、抽出された大小関係に基づいて光音響画像を生成する光音響画像構築手段とを備えたことを特徴とする光音響画像生成装置を提供する。
【００２４】
本発明の光音響画像生成装置では、波長選択手段が、回転駆動に伴って、光共振器内の挿入損失を第１の損失から該第１の損失よりも小さい第２の損失に変化させるように構成されており、波長選択手段の回転位置を検出する駆動状態検出手段と、波長選択手段が所定の回転速度で回転するように駆動手段を制御する回転制御部と、駆動状態検出手段が検出した回転位置が、波長選択手段が光共振器の挿入損失を第１の損失から第２の損失へと切り替える回転位置よりも所定の量だけ前の位置になると、励起光源に励起光を照射させる発光制御部とを更に備える構成を採用することができる。
【００２５】
回転制御部が、駆動状態検出手段が検出する回転位置の所定時間あたりの変化量が一定となるように駆動手段を制御することとしてもよい。
【００２６】
発光制御部が、駆動状態検出手段が検出した回転位置が、波長選択手段が光共振器の挿入損失を第１の損失から第２の損失へと切り替える回転位置になると同期信号を生成し、検出手段が、同期信号に基づいて光音響信号の検出を開始する構成としてもよい。
【００２７】
各波長に対応した光音響データに基づいて信号強度を示す強度情報を生成する強度情報抽出手段を更に備え、光音響画像構築手段が、光音響画像の各画素の階調値を強度情報に基づいて決定すると共に、各画素の表示色を抽出された大小関係に基づいて決定することとしてもよい。
【００２８】
レーザ光源ユニットが出射するパルスレーザ光の複数の波長が第１の波長と第２の波長を含み、第１の波長のパルスレーザ光が照射されたときに検出された光音響信号に対応する第１の光音響データと、第２の波長のパルスレーザ光が照射されたときに検出された光音響信号に対応する第２の光音響データとのうちの何れか一方を実部、他方を虚部とした複素数データを生成する複素数化手段と、複素数データからフーリエ変換法により再構成画像を生成する光音響画像再構成手段とを更に備え、強度比抽出手段が再構成画像から大小関係としての位相情報を抽出し、強度情報抽出手段が再構成画像から強度情報を抽出する構成を採用することができる。
【００２９】
検出手段が、更に、被検体に送信された音響波に対する反射音響波を検出して反射音響波データを生成するものであり、反射音響波データに基づいて音響波画像を生成する音響波画像生成手段を更に備える構成としてもよい。
【発明の効果】
【００３０】
本発明のレーザ光源ユニットでは、光共振器内で共振する光の波長を複数の波長のうちの何れかに制御する波長選択手段を、光共振器がＱスイッチパルス発振するように駆動する。本発明では波長選択手段がＱスイッチとしても働くため、光共振器内に、Ｑスイッチと波長選択手段とを別個に配置する必要がなく、部品点数を削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の第１実施形態の光音響画像生成装置を示すブロック図。
【図２】第１実施形態のレーザ光源ユニットの構成を示すブロック図。
【図３】波長選択手段構成例を示す図。
【図４】透過領域における波長と透過率との関係を示すグラフ。
【図５】レーザ光源ユニットの一部を示しているブロック図。
【図６】フラッシュランプ発光のタイミングとパルスレーザ光のタイミングとを示すタイミングチャート。
【図７】パルスレーザ光出射を示すタイミングチャート。
【図８】第１実施形態の光音響画像生成装置の動作手順を示すフローチャート。
【図９】フィルタ回転体の別の構成例を示す図。
【図１０】透過領域付近の断面を示す断面図。
【図１１】４つの波長を切り替えて出射する場合の波長選択手段の構成例を示す図。
【図１２】パルスレーザ光出射を示すタイミングチャート。
【図１３】波長選択手段がリアミラーを兼ねる場合のレーザ光源ユニットの一部を示すブロック図。
【図１４】反射領域における波長と反射率との関係を示すグラフ。
【図１５】２つの面を持つミラー回転体を波長選択手段として用いたレーザ光源ユニットの一部を示すブロック図。
【図１６】５つの面を持つミラー回転体（多面体）を波長選択手段として用いたレーザ光源ユニットの一部を示すブロック図。
【図１７】本発明の第２実施形態の光音響画像生成装置を示すブロック図。
【図１８】第２実施形態の光音響画像生成装置の動作手順を示すブロック図。
【図１９】Ｑスイッチ繰り返しの周波数をフィルタ回転体の回転周波数よりも低くした例を示すタイミングチャート。
【図２０】酸素化ヘモグロビンと脱酸素化ヘモグロビンの光波長ごとの分子吸収係数を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
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実施形態の光音響画像生成装置を示す。光音響画像生成装置１０は、超音波探触子（プローブ）１１と、超音波ユニット１２と、レーザ光源ユニット１３とを備える。レーザ光源ユニット１３は、被検体に照射すべきパルスレーザ光を出射する。レーザ光源ユニット１３は、相互に異なる複数の波長のパルスレーザ光を切り替えて出射する。以下の説明においては、主に、レーザ光源ユニット１３が、第１の波長のパルスレーザ光と第２の波長のパルスレーザ光とを順次に出射するものとして説明する。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。
【００３３】
例えば、第１の波長（中心波長）として約７５０ｎｍを考え、第２の波長として約８００ｎｍを考える。先に説明した図２０を参照すると、ヒトの動脈に多く含まれる酸素化ヘモグロビン(酸素と結合したヘモグロビン:oxy-Hb)の波長７５０ｎｍにおける分子吸収係数は、波長８００ｎｍにおける分子吸収係数よりも低い。一方、静脈に多く含まれる脱酸素化ヘモグロビン（酸素と結合していないヘモグロビンdeoxy-Hb)の波長７５０ｎｍにおける分子吸収係数は、波長８００ｎｍにおける分子吸収係数よりも高い。この性質を利用し、波長８００ｎｍで得られた光音響信号に対して、波長７５０ｎｍで得られた光音響信号が相対的に大きいのか小さいのかを調べることで、動脈からの光音響信号と静脈からの光音響信号とを判別することができる。
【００３４】
レーザ光源ユニット１３から出射したパルスレーザ光は、例えば光ファイバなどの導光手段を用いてプローブ１１まで導光され、プローブ１１から被検体に向けて照射される。パルスレーザ光の照射位置は特に限定されず、プローブ１１以外の場所からパルス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パルスレーザ光のエネルギーを吸収することで超音波（音響波）が生じる。プローブ１１は、超音波検出器を含む。プローブ１１は、例えば一次元的に配列された複数の超音波検出器素子（超音波振動子）を有し、その一次元配列された超音波振動子により、被検体内からの音響波（光音響信号）を検出する。
【００３５】
超音波ユニット１２は、受信回路２１、ＡＤ変換手段２２、受信メモリ２３、複素数化手段２４、光音響画像再構成手段２５、位相情報抽出手段２６、強度情報抽出手段２７、検波・対数変換手段２８、光音響画像構築手段２９、トリガ制御回路３０、及び制御手段３１を有する。受信回路２１は、プローブ１１が検出した光音響信号を受信する。ＡＤ変換手段２２は検出手段であり、受信回路２１が受信した光音響信号をサンプリングし、デジタルデータである光音響データを生成する。ＡＤ変換手段２２は、ＡＤクロック信号に同期して、所定のサンプリング周期で光音響信号のサンプリングを行う。
【００３６】
ＡＤ変換手段２２は、光音響データを受信メモリ２３に格納する。ＡＤ変換手段２２は、レーザ光源ユニット１３から出射されるパルスレーザ光の各波長に対応した光音響データを受信メモリ２３に格納する。つまり、ＡＤ変換手段２２は、被検体に第１の波長のパルスレーザ光が照射されたときにプローブ１１で検出された光音響信号をサンプリングした第１の光音響データと、第２の波長のパルスレーザ光が照射されたときにプローブ１１で検出された光音響信号をサンプリングした第２の光音響データとを、受信メモリ２３に格納する。
【００３７】
複素数化手段２４は、受信メモリ２３から第１の光音響データと第２の光音響データとを読み出し、何れか一方を実部、他方を虚部とした複素数データを生成する。以下では、複素数化手段２４が、第１の光音響データを実部とし、第２の光音響データを虚部とした複素数データを生成するものとして説明する。
【００３８】
光音響画像再構成手段２５は、複素数化手段２４から複素数データを入力する。光音響画像再構成手段２５は、入力された複素数データから、フーリエ変換法（ＦＴＡ法）により画像再構成を行う。フーリエ変換法による画像再構成には、例えば文献”Photoacoustic Image Reconstruction-A Quantitative Analysis”Jonathan I.Sperl et al. SPIE-OSA Vol.6631 663103等に記載されている従来公知の方法を適用することができる。光音響画像再構成手段２５は、再構成画像を示すフーリエ変換のデータを位相情報抽出手段２６と強度情報抽出手段２７とに入力する。
【００３９】
位相情報抽出手段２６は、各波長に対応した光音響データ間の相対的な信号強度の大小関係を抽出する。本実施形態では、位相情報抽出手段２６は、光音響画像再構成手段２５で再構成された再構成画像を入力データとし、複素数データである入力データから、実部と虚部とを比較したときに、相対的に、どちらがどれくらい大きいかを示す位相情報を抽出する。位相情報抽出手段２６は、例えば複素数データがＸ＋ｉＹで表わされるとき、θ＝ｔａｎ−１（Ｙ／Ｘ）を位相情報として生成する。なお、Ｘ＝０の場合はθ＝９０°とする。実部を構成する第１の光音響データ（Ｘ）と虚部を構成する第２の光音響データ（Ｙ）とが等しいとき、位相情報はθ＝４５°となる。位相情報は、相対的に第１の光音響データが大きいほどθ＝０°に近づいていき、第２の光音響データが大きいほどθ＝９０°に近づいていく。
【００４０】
強度情報抽出手段２７は、各波長に対応した光音響データに基づいて信号強度を示す強度情報を生成する。本実施形態では、強度情報抽出手段２７は、光音響画像再構成手段２５で再構成された再構成画像を入力データとし、複素数データである入力データから、強度情報を生成する。強度情報抽出手段２７は、例えば複素数データがＸ＋ｉＹで表わされるとき、（Ｘ２＋Ｙ２）１／２を、強度情報として抽出する。検波・対数変換手段２８は、強度情報抽出手段２７で抽出された強度情報を示すデータの包絡線を生成し、次いでその包絡線を対数変換してダイナミックレンジを広げる。
【００４１】
光音響画像構築手段２９は、位相情報抽出手段２６から位相情報を入力し、検波・対数変換手段２８から検波・対数変換処理後の強度情報を入力する。光音響画像構築手段２９は、入力された位相情報と強度情報とに基づいて、光吸収体の分布画像である光音響画像を生成する。光音響画像構築手段２９は、例えば入力された強度情報に基づいて、光吸収体の分布画像における各画素の輝度（階調値）を決定する。また、光音響画像構築手段２９は、例えば位相情報に基づいて、光吸収体の分布画像における各画素の色（表示色）を決定する。光音響画像構築手段２９は、例えば例えば位相０°から９０°の範囲を所定の色に対応させたカラーマップに用いて、入力された位相情報に基づいて各画素の色を決定する。
【００４２】
ここで、位相０°から４５°の範囲は、第１の光音響データが第２の光音響データよりも大きい範囲であるため、光音響信号の発生源は、波長７９８ｎｍに対する吸収よりも波長７５６ｎｍに対する吸収の方が大きい酸素化ヘモグロビンを主に含む血液が流れている静脈であると考えられる。一方、位相４５°から９０°の範囲は、第２の光音響データが第１の光音響データよりも小さい範囲であるため、光音響信号の発生源は、波長７９８ｎｍに対する吸収よりも波長７５６ｎｍに対する吸収の方が小さい脱酸素化ヘモグロビンを主に含む血液が流れている動脈であると考えられる。
【００４３】
そこで、カラーマップとして、例えば位相が０°が青色で、位相が４５°に近づくに連れて無色（白色）になるように色が徐々に変化すると共に、位相９０°が赤色で、位相が４５°に近づくに連れて白色になるように色が徐々に変化するようなカラーマップを用いる。この場合、光音響画像上で、動脈に対応した部分を赤色で表わし、静脈に対応した部分を青色で表わすことができる。強度情報を用いずに、階調値は一定として、位相情報に従って動脈に対応した部分と静脈に対応した部分との色分けを行うだけでもよい。画像表示手段１４は、光音響画像構築手段２９が生成した光音響画像を表示画面上に表示する。
【００４４】
次いで、レーザ光源ユニット１３の構成を詳細に説明する。図２は、レーザ光源ユニット１３の構成を示す。レーザ光源ユニット１３は、レーザロッド５１、フラッシュランプ５２、ミラー５３、５４、集光レンズ５５、波長選択手段５６、駆動手段５７、駆動状態検出手段５８、及び制御部５９を有する。レーザロッド５１は、レーザ媒質である。レーザロッド５１には、例えばアレキサンドライト結晶やＣｒ：ＬｉＳＡＦ（Ｃｒ：ＬｉＳｒＡｌＦ６），Ｃｒ：ＬｉＣＡＦ（Ｃｒ：ＬｉＣａＡｌＦ６）結晶，Ｔｉ：Ｓａｐｐｈｉｒｅ結晶を用いることができる。フラッシュランプ５２は、励起光源であり、レーザロッド５１に励起光を照射する。フラッシュランプ５２以外の光源、例えば半導体レーザや固体レーザを、励起光源として用いてもよい。
【００４５】
ミラー５３、５４は、レーザロッド５１を挟んで対向しており、ミラー５３、５４により光共振器が構成される。ここではミラー５４が、出力側ミラーであるものとする。光共振器内には、集光レンズ５５と波長選択手段５６とが配置される。波長選択手段５６は、光共振器内で共振する光の波長を、出射すべき複数の波長のうちの何れかに制御する。集光レンズ５５は、レーザロッド５１と波長選択手段５６との間に配置され、レーザロッド５１側から入射した光を収束して波長選択手段５６側に出射する。つまり、集光レンズ５５は、光共振器内を波長選択手段５６に向けて進行する光のビーム径を縮小させる。
【００４６】
波長選択手段５６は、例えば、円周方向に沿って交互に配置された複数の透過領域と不透過領域とを有する。複数の透過領域は、複数の波長に対応した所定の波長の光を選択的に透過させる。波長選択手段５６は、例えば２つの透過領域と２つの不透過領域とを有する。透過領域のうちの１つには、例えば波長７５０ｎｍ（中心波長）の光を透過させる第１のバンドパスフィルタ（ＢＰＦ：Band Pass Filter）が設けられ、もう１つには波長８００ｎｍ（中心波長）の光を透過させる第２のバンドパスフィルタが設けられる。
【００４７】
上記構成の波長選択手段５６は、回転に伴って、複数のバンドパスフィルタの何れかを光共振器の光路上に選択的に挿入する。例えば波長選択手段５６は、光共振器の光路上に、不透過領域→第１のバンドパスフィルタ→不透過領域→第２のバンドパスフィルタを順次に挿入する。光共振器の光路上に第１のバンドパスフィルタを挿入することで、光発振器の発振波長を７５０ｎｍとすることができ、光共振器の光路上に第２のバンドパスフィルタを挿入することで、光発振器の発振波長を８００ｎｍとすることができる。
【００４８】
波長選択手段５６は、回転駆動に伴って、光共振器内の挿入損失を損失大（第１の損失）から損失小（第２の損失）に変化させるように構成されている。第１又は第２のバンドパスフィルタが光共振器の光路上に挿入されるとき、光共振器の挿入損失は損失小（高Ｑ）となり、光路上に不透過領域が挿入されるとき、光共振器の挿入損失は損失大（低Ｑ）となる。波長選択手段５６はＱスイッチを兼ねており、回転駆動に伴って、波長選択手段５６が光共振器内の挿入損失を損失大（低Ｑ）から損失小（高Ｑ）へと急速に変化させることで、パルスレーザ光を得ることができる。
【００４９】
駆動手段５７は、波長選択手段５６を、光共振器がＱスイッチパルス発振するように駆動する。つまり、駆動手段５７は、波長選択手段５６が光共振器内の挿入損失を損失大（低Ｑ）から損失小（高Ｑ）へと急速に変化させるように、波長選択手段５６を駆動する。例えば波長選択手段５６が円周方向に沿って透過領域（バンドパスフィルタ）と不透過領域とが交互に配置されたフィルタ回転体で構成される場合、駆動手段５７は、光共振器の光路上に不透過領域及び透過領域が交互に挿入されるようにフィルタ回転体を連続的に回転させる。波長選択手段５６の駆動に伴う、光共振器内の挿入損失が損失高から損失小へと切り替わる際の切り替え時間は、Ｑスイッチパルスの発生遅延時間よりも短いことが好ましい。光共振器の光路上に挿入される領域を不透過領域から透過領域（第１又は第２のバンドパスフィルタ）へと切り替えることで、光路上に挿入された透過領域（バンドパスフィルタ）が透過させる光の波長に対応した波長で、光共振器をＱスイッチパルス発振させることができる。
【００５０】
駆動状態検出手段５８は、波長選択手段５６の駆動状態を検出する。駆動状態検出手段５８は、例えばフィルタ回転体である波長選択手段５６の回転変位を検出する。駆動状態検出手段５８は、フィルタ回転体の回転変位を示すＢＰＦ状態情報を制御部５９に出力する。
【００５１】
制御部５９は、回転制御部６０と発光制御部６１とを含む。回転制御部６０は、波長選択手段５６が所定の回転速度で回転するように駆動手段５８を制御する。波長選択手段５６の回転速度は、例えばレーザ光源ユニット１３から出射すべきパルスレーザ光の波長の数（フィルタ回転体におけるバンドパスフィルタの数）と、単位時間当たりのパルスレーザ光の個数とに基づいて決定できる。回転制御部５９は、駆動状態検出手段５８が検出する回転位置の所定時間あたりの変化量が一定となるように駆動手段５７を制御する。回転制御部５９は、例えば所定時間の間におけるＢＰＦ状態情報の変化の量が所定のバンドパスフィルタの切替え速度（フィルタ回転体の回転速度）に応じた変化量となるように、駆動手段５７を制御する。
【００５２】
発光制御部６１は、フラッシュランプ５２を制御する。発光制御部６１は、フラッシュランプ制御信号をフラッシュランプ５２に出力し、フラッシュランプ５２からレーザロッド５１に励起光を照射させる。発光制御部６１は、波長選択手段５６が光共振器の挿入損失を損失大から損失小へと切り替える時刻よりも所定時間だけ前の時刻でフラッシュランプ５２にフラッシュランプ制御信号を出力し、励起光を照射させる。つまり、発光制御部６１は、駆動状態検出手段５８が検出した回転位置が、波長選択手段５６が光共振器の挿入損失を損失大から損失小へと切り替える回転位置よりも所定の量だけ前の位置になると、フラッシュランプ５２にフラッシュランプ制御信号を送り、励起光を照射させる。
【００５３】
例えば発光制御部６１は、ＢＰＦ状態情報が、出射すべきパルスレーザ光の波長に対応したバンドパスフィルタが光共振器の光路上に挿入される波長選択手段５６の駆動位置から、レーザロッド５１の励起に要する時間の間に波長選択手段５６が変位する量を差し引いた位置を示す情報になるとフラッシュランプ制御信号を出力し、フラッシュランプ５２からレーザロッド５１に励起光を照射させる。発光制御部６１は、フラッシュランプ制御信号の出力後、駆動状態検出手段５８が検出した回転位置が、波長選択手段５６が光共振器の挿入損失を損失大から損失小へと切り替える回転位置になると、Ｑスイッチがオンになるタイミングを示すＱスイッチ同期信号を生成し、超音波ユニット１２に出力する。
【００５４】
図１に戻り、制御手段３１は、超音波ユニット１２内の各部の制御を行う。トリガ制御回路３０は、レーザ光源ユニット１３に対して、波長選択手段５６の回転速度を制御するためのＢＰＦ制御信号を出力する。また、トリガ制御回路３０は、レーザ光源ユニット１３に、フラッシュランプ５２の発光を制御するためのフラッシュランプスタンバイ信号を出力する。トリガ制御回路３０は、例えばレーザ光源ユニット１３の回転制御部６０からフィルタ回転体の現在の回転変位位置を受け取っており、受け取った回転変位位置に基づくタイミングでフラッシュランプスタンバイ信号を出力する。
【００５５】
トリガ制御回路３０は、レーザ光源ユニット１３から、Ｑスイッチがオンになるタイミング、すなわちレーザ発光タイミングを示すＱスイッチ同期信号を入力する。トリガ制御回路３０は、Ｑスイッチ同期信号を受け取ると、ＡＤ変換手段２２にサンプリングトリガ信号（ＡＤトリガ信号）を出力する。ＡＤ変換手段２２は、サンプリングトリガ信号に基づいて光音響信号のサンプリングを開始する。
【００５６】
図３は、波長選択手段５６の構成例を示す。波長選択手段５６は、例えば図３に示すような、透過波長が相互に異なる複数の透過領域（バンドパスフィルタ）を含むフィルタ回転体７０として構成される。フィルタ回転体７０は、波長７５０ｎｍの光を選択的に透過させる第１の透過領域７１と、波長８００ｎｍの光を選択的に透過させる第２の透過領域７２と、光を透過しない不透過領域７３、７４とを有する。なお、不透過領域は、完全に光を遮光するまでの能力は要求されない。不要なレーザ発振が生じない程度に、わずかに光が透過してもよい。
【００５７】
第１の透過領域７１及び第２の透過領域７２は、例えばそれぞれ中心角θの扇型に形成される。集光レンズ５５（図２）で集光された光は、フィルタ回転体の周縁部に照射される。フィルタ回転体７０を時計回りに回転させると、光共振器の光路上に、第１の透過領域７１、不透過領域７３、第２の透過領域７２、及び不透過領域７４をこの順に挿入できる。第１の透過領域７１と第２の透過領域７２とで、各領域を透過する光の波長を変える、すなわち各透過領域に設けるバンドパスフィルタの透過波長を変えることで、パルスごとに波長が異なるパルスレーザ光を得ることができる。
【００５８】
図４は、透過領域における波長と透過率との関係を示す。第１の透過領域（第１のバンドパスフィルタ）７１における中心波長７５０ｎｍの光に対する透過率は９０％以上あるものとする。帯域幅はおよそ１０ｎｍである。第２の透過領域（第２のバンドパスフィルタ）７２における中心波長８００ｎｍの光に対する透過率は９０％以上である。帯域幅はおよそ１０ｎｍである。
【００５９】
ここで、フィルタ回転体７０の回転周波数が１００Ｈｚ（回転速度６０００ｒｐｍ）であるとする。その場合、１回転あたり２つの透過領域を通過することから、レーザ光源ユニット１３が出射するパルスレーザ光の個数は１秒あたり２００個となる（２００Ｈｚ動作）。フィルタ回転体７０として半径２インチ（５０．４ｍｍ）のフィルタ回転体を考える。また、ビーム径は１００μｍとする。角速度はω＝２πｆ＝６２８．３［ｒａｄ／ｓｅｃ］となり、線速度はｖ＝ｒω＝６２８．８［ｒａｄ／ｓｅｃ］×５０．４［ｍｍ］＝３１．７［ｍ／ｓ］となる。ビームを横切る時間（スイッチング時間）は３．１５μｓｅｃとなる。
【００６０】
Ｑスイッチの特性として、スイッチング時間（例えば不透過領域から第１又は第２の透過領域への切替時間）はおおよそ数μ秒以下であること（Ｑスイッチパルスの発生遅延時間よりも小さいこと）が、シングルパルスを得るための条件である。透過領域の中心角θは、ビームを横切る時間＋Ｑスイッチ遅延時間の間、ビームを妨げない条件で選ばれる。上記数値例では、３．１５μｓｅｃ＋数μｓｅｃ＝おおよそ１０μｓｅｃの間、透過領域が続けばよい。３１．７［ｍ／ｓ］×１０μｓｅｃ＝３１７μｍが横幅の長さであり、角度にすると０．３５°である。製作のことを考えると、中心角θは１°から数度あればよい。
【００６１】
図５は、レーザ光源ユニット１３の一部を示している。波長選択手段５６は、例えば図３に示すような、２つのバンドパスフィルタ（透過する光の波長が異なる２つの透過領域）を含むフィルタ回転体７０として構成される。フィルタ回転体７０上でのビーム径は小さい方がよい。そこで、本実施形態では集光レンズ５５を用いてビームを収束させている。フィルタ回転体７０上でのビーム径は望ましくは１００μｍ以下である。下限は回折限界で決まり、数μｍφである。なお、フィルタ回転体７０は、光共振器の光軸に対して所定の角度で傾いた面内で回転するように、光軸に対して例えば０．５°から１°程度だけ傾けられる。このように光共振器の光軸に対してわずかに斜めに配置することで、不要な反射成分が寄生発振を起こすことを防止できる。
【００６２】
駆動手段５７は例えばサーボモータであり、波長選択手段５６（フィルタ回転体７０）を回転軸に沿って回転させる。フィルタ回転体７０の回転周波数は高い方がよい。機械的には１ｋＨｚ程度まで可能である。駆動状態検出手段５８は、例えばロータリーエンコーダーで構成される。ロータリーエンコーダーは、サーボモータの出力軸に取り付けられたスリット入りの回転板と透過型フォトインタラプタとでフィルタ回転体の回転変位を検出し、フィルタ回転体７０の回転を電気信号（ＢＰＦ状態信号）に変換する。この電気信号をマスタークロックとし、発光制御部６１に同期信号として送る。発光制御部６１は、高精度に回転しているフィルタ回転体７０の回転に合わせて、フラッシュランプ発光のタイミングを決定する。
【００６３】
図６は、フラッシュランプ発光のタイミングとパルスレーザ光のタイミングとを示す。時刻ｔ２は、回転しているフィルタ回転体７０（波長選択手段５６）が不透過領域から透過領域へと切り替わる回転位置に対応した時刻であるとする。時刻ｔ１は、時刻ｔ２から、レーザロッド５１の励起に必要な時間を差し引いた時刻である。発光制御部６１は、フィルタ回転体７０の回転位置が時刻ｔ１に対応した位置になると、フラッシュランプ５２を発光させる（図６の（ａ））。フラッシュランプ５２が発光することで、レーザロッド５１が励起される。
【００６４】
フラッシュランプ発光後、時刻ｔ２で、フラッシュランプが消灯するのと同時刻に、フィルタ回転体７０が不透過領域から透過領域（第１の透過領域７１又は第２の透過領域７２）へと切り替わっていく（図６の（ｂ））。ここで、同時刻とは、ほぼ同じ時刻も含むものであり、フラッシュランプが消灯してから、フィルタ回転体７０が不透過領域から透過領域へと切り替わっていく間の時間が、パルスレーザ光の発生に影響が無い時間内であることを意味する。この不透過領域から透過領域への替わりに要する時間（スイッチング時間）はできるだけ短い方がよく、数μ秒以下、より望ましくは０．５μ秒以下である。光共振器の光路上に７５０ｎｍの光を透過する透過領域が挿入されると、時刻ｔ３で、波長７５０ｎｍの光がＱスイッチパルス発振し、波長７５０ｎｍのパルスレーザ光が得られる（図６の（ｃ））。一方、光共振器の光路上に挿入された透過領域が８００ｎｍの光を透過する透過領域であった場合、波長８００ｎｍの光がＱスイッチパルス発振し、波長８００ｎｍのパルスレーザ光が得られる。フィルタ回転体７０の透過領域部分がおよそ１０μ秒程度続いた後、時刻ｔ４で、再び不透過領域へと切り替わる。
【００６５】
図７は、パルスレーザ光出射を示す。図３に示すような、不透過領域７３、７４の間に第１の透過領域７１と第２の透過領域７２とが設けられているフィルタ回転体７０を用いた場合、図７に示すように、パルスごとに、波長７５０ｎｍと波長８００ｎｍとを切り替えたパルスレーザ光を得ることができる。フィルタ回転体の回転周波数を１００Ｈｚとすれば、波長を交互に切り替えつつ、１秒間に２００個のパルスレーザ光を得ることができる。
【００６６】
図８は、光音響画像生成装置１０の動作手順を示す。ここでは、被検体のレーザ光が照射される領域が複数の部分領域に分割されているものとして説明する。トリガ制御回路３０は、被検体に対するパルスレーザ光照射に先立って、所定の回転速度でレーザ光源ユニット１３内の波長選択手段（フィルタ回転体）５６を回転させる旨のＢＰＦ制御信号をレーザ光源ユニット１３に出力する（ステップＡ１）。
【００６７】
トリガ制御回路３０は、光音響信号の受信準備が整うと、１つ目の波長（例えば７５０ｎｍ）のパルスレーザ光を出射させるべく、所定のタイミングでレーザ光源ユニット１３にフラッシュランプスタンバイ信号を出力する（ステップＡ２）。レーザ光源ユニット１３の発光制御部６１は、フラッシュランプスタンバイ信号を受け取った後、フラッシュランプ５２にフラッシュランプ制御信号を送り、フラッシュランプ５２を点灯させる（ステップＡ３）。発光制御部６１は、ＢＰＦ状態情報に基づいて、例えば波長選択手段５６の回転変位位置が不透過領域７４（図３）から波長７５０ｎｍの光を透過させる第１の透過領域７１へと切り替わるタイミングから逆算されたタイミングで、フラッシュランプ制御信号を出力する。フラッシュランプ５２が点灯することで、レーザロッド５１の励起が開始される。
【００６８】
フラッシュランプの点灯後、波長選択手段５６が回転を続け、光共振器の光路上に挿入される部分が不透過領域７４から第１の透過領域７１へと切り替わると、光共振器内の挿入損失が損失大（低Ｑ）から損失小（高Ｑ）へと急速に変化し、Ｑスイッチパルス発振が起こる（ステップＡ４）。このとき第１の透過領域７１は波長７５０ｎｍの光を選択的に透過させるため、レーザ光源ユニット１３は、波長７５０ｎｍのパルスレーザ光を出射する。発光制御部６１は、Ｑスイッチがオンになるタイミング、言い換えるとパルスレーザ光が出射するタイミングを示すＱスイッチ同期信号を超音波ユニット１２に出力する（ステップＡ５）。
【００６９】
レーザ光源ユニット１３から出射した波長７５０ｎｍのパルスレーザ光は、例えばプローブ１１まで導光され、プローブ１１から被検体の１つ目の部分領域に照射される。被検体内では、光吸収体が照射されたパルスレーザ光のエネルギーを吸収することで、光音響信号が発生する。プローブ１１は、被検体内で発生した光音響信号を検出する。プローブ１１で検出された光音響信号は、受信回路２１にて受信される。
【００７０】
トリガ制御回路３０は、Ｑスイッチ同期信号を受け取ると、ＡＤ変換手段２２にサンプリングトリガ信号を出力する。ＡＤ変換手段２２は、受信回路２１で受信された光音響信号を、所定のサンプリング周期でサンプリングする（ステップＡ６）。ＡＤ変換手段２２でサンプリングされた光音響信号は、受信メモリ２３に第１の光音響データとして格納される。
【００７１】
制御手段３１は、残りの波長があるか、つまり出射すべき複数の波長のパルスレーザ光の全てを出射したか否かを判断する（ステップＡ７）。残りの波長がある場合、次の波長のパルスレーザ光を出射させるために、ステップＡ２に戻り、トリガ制御回路３０からレーザ光源ユニット１３にフラッシュランプスタンバイ信号を出力する。発光制御部６１は、ステップＡ３でフラッシュランプ５２にフラッシュランプ制御信号を送り、フラッシュランプ５２を点灯させる。フラッシュランプの点灯後、ステップＡ４で、光共振器の光路上に挿入される部分が、不透過領域７３から２つめの波長（８００ｎｍ）に対応した第２の透過領域７２へと切り替わり、Ｑスイッチパルス発振が起こる。これにより、波長８００ｎｍのパルスレーザ光が出射する。発光制御部６１は、ステップＡ５で、Ｑスイッチ同期信号を超音波ユニット１２に出力する。
【００７２】
レーザ光源ユニット１３から出射した波長８００ｎｍのパルスレーザ光は、例えばプローブ１１まで導光され、プローブ１１から被検体の１つ目の部分領域に照射される。プローブ１１は、被検体内の光吸収体が波長８００ｎｍのパルスレーザ光を吸収することで発生した光音響信号を検出する。トリガ制御回路３０は、Ｑスイッチ同期信号を受け取ると、ＡＤ変換手段２２にサンプリングトリガ信号を出力する。ＡＤ変換手段２２は、ステップＡ６で光音響信号のサンプリングを行う。ＡＤ変換手段２２でサンプリングされた光音響信号は、受信メモリ２３に第２の光音響データとして格納される。光音響画像生成装置１０は、被検体に照射すべきパルスレーザ光の各波長に対してステップＡ１からＡ６を実行し、各波長のパルスレーザ光を被検体に照射して、被検体から光音響信号を検出する。
【００７３】
制御手段３１は、ステップＡ７で残りの波長がないと判断すると、部分領域を全て選択したか否かを判断する（ステップＡ８）。選択すべき部分領域が残っているときは、ステップＡ２に戻る。光音響画像生成装置１０は、各部分領域に対してステップＡ２からＡ７を実行し、各部分領域に各波長（７５０ｎｍ、８００ｎｍ）のパルスレーザ光を順次照射し、各部分領域に対応した第１の光音響データと第２の光音響データとを受信メモリ２３に格納する。全ての部分領域に対してパルスレーザ光の照射及び光音響信号の検出を行うと、１フレームの光音響画像を生成するために必要な光音響データが揃う。
【００７４】
制御手段３１は、ステップＡ８で全ての部分領域を選択したと判断すると、光音響画像の生成に処理を移す。複素数化手段２４は、受信メモリ２３から第１の光音響データと第２の光音響データとを読み出し、第１の光音響画像データを実部とし、第２の光音響画像データを虚部とした複素数データを生成する（ステップＡ９）。光音響画像再構成手段２５は、ステップＡ８で複素数化された複素数データから、フーリエ変換法（ＦＴＡ法）により画像再構成を行う（ステップＡ１０）。
【００７５】
位相情報抽出手段２６は、再構成された複素数データ（再構成画像）から位相情報を抽出する（ステップＡ１１）。位相情報抽出手段２６は、例えば再構成された複素数データがＸ＋ｉＹで表わされるとき、θ＝ｔａｎ−１（Ｙ／Ｘ）を位相情報として抽出する（ただし、Ｘ＝０の場合はθ＝９０°）。強度情報抽出手段２７は、再構成された複素数データから強度情報を抽出する（ステップＡ１２）。強度情報抽出手段２７は、例えば再構成された複素数データがＸ＋ｉＹで表わされるとき、（Ｘ２＋Ｙ２）１／２を強度情報として抽出する。
【００７６】
検波・対数変換手段２８は、ステップＡ１２で抽出された強度情報に対して検波・対数変換処理を施す。光音響画像構築手段２９は、ステップＡ１１で抽出された位相情報と、ステップＡ１２で抽出された強度情報に対して検波・対数変換処理を施したものとに基づいて、光音響画像を生成する（ステップＡ１３）。光音響画像構築手段２９は、例えば強度情報に基づいて光吸収体の分布画像における各画素の輝度（階調値）を決定し、位相情報に基づいて各画素の色を決定することで、光音響画像を生成する。生成された光音響画像は、画像表示手段１４に表示される。
【００７７】
本実施形態では、光共振器内で共振する光の波長を複数の波長のうちの何れかに制御する波長選択手段５６を、光共振器がＱスイッチパルス発振するように駆動する。例えば、透過波長が異なる２つのバンドパスフィルタを含む波長選択手段５６を連続的に駆動することで、２つのバンドパスフィルタを連続的、かつ選択的に光共振器の光路上に挿入することができ、レーザ光源ユニット１３から複数波長のレーザ光を連続的に切り換えて出射することができる。また、本実施形態では波長選択手段５６がＱスイッチとしても働くため、光共振器内に別途Ｑスイッチを設けなくても、Ｑスイッチパルス発振を得ることができる。本実施形態では、光共振器内に、Ｑスイッチと波長選択手段とを別個に配置する必要がないため、部品点数を削減することができる効果がある。
【００７８】
本実施形態では、２つの波長で得られた第１の光音響データと、第２の光音響データとの何れか一方を実部、他方を虚部とした複素数データを生成し、その複素数データからフーリエ変換法により再構成画像を生成している。このようにする場合、第１の光音響データと第２の光音響データとを別々に再構成する場合に比して、再構成を効率的に行うことができる。複数の波長のパルスレーザ光を照射し、各波長のパルスレーザ光を照射したときの光音響信号（光音響データ）を用いることで、各光吸収体の光吸収特性が波長に応じて異なることを利用した機能イメージングを行うことができる。
【００７９】
また、本実施形態では、例えば光照射領域が３つの部分領域に分かれているときには、第１の部分領域に対して第１の波長のパルスレーザ光、第２の波長のパルスレーザ光を順次に照射し、次いで、第２の部分領域に対して第１の波長のパルスレーザ光、第２の波長のパルスレーザ光を順次に照射し、その後、第３の部分領域に対して第１の波長のパルスレーザ光、第２の波長のパルスレーザ光を順次に照射する。本実施形態では、ある部分領域に対して第１の波長のパルスレーザ光、第２の波長のパルスレーザ光を連続的に照射した後に、次の部分領域に移っている。この場合、第１の波長のパルスレーザ光を３つの部分領域に照射した後に、第２の波長のパルスレーザ光を３つの部分領域に照射する場合に比して、同じ位置において第１の波長のパルスレーザ光を照射してから第２の波長のパルスレーザ光が照射されるまでの間の時間を短くすることができる。第１の波長のパルスレーザ光が照射されてから第２の波長のパルスレーザ光が照射されるまでの間の時間を短縮することで、第１の光音響データと第２の光音響データとの不整合を抑制することができる。
【００８０】
ここで、図９に、フィルタ回転体の別の構成例を示す。図３では、透過領域を扇型に形成したが、透過領域の形状は扇型には限定されない。例えば図９に示すように、第１の透過領域７１ａ及び第２の透過領域７２ａを、円形に形成することもできる。フィルタ回転体７０ａは、例えば不透過領域７３ａを構成する金属板で構成される。金属板の表面（特にレーザロッド側）には黒色処理を施し、低反射にしておくとよい。図１０に、透過領域付近の断面を示す。不透過領域７３ａを構成する金属板に複数の開口を設け、それら開口に各波長に対応した光フィルタ７５を貼り付けることで、第１の透過領域７１ａと第２の透過領域７２ａとを形成してもよい。開口（透過領域）の大きさは、少なくともビーム径の３倍から５倍程度あればよい。開口の大きさは、それより大きくても構わない。
【００８１】
波長選択手段（フィルタ回転体）５６が有する透過領域の数、言い換えると、レーザ光源ユニット１３が出射するレーザ光の波長の数は２つには限定されない。レーザ光源ユニット１３は、３つ以上の波長のパルスレーザ光を、パルスごとに切り替えて出射してもよい。図１１に、４つの波長を切り替えて出射する場合の波長選択手段５６の構成例を示す。この例では、波長選択手段５６は、透過波長が異なる４つの透過領域８１〜８４と、４つの不透過領域８５〜８８とを有するフィルタ回転体８０として構成される。例えば第１の透過領域８１は波長７４０ｎｍの光を選択的に透過し、第２の透過領域８２は波長７６０ｎｍの光を選択的に透過する。第３の透過領域８３は波長７８０ｎｍの光を選択的に透過し、第４の透過領域８４は波長８００ｎｍの光を選択的に透過する。フィルタ回転体８０において、透過領域と不透過領域とは交互に配置される。
【００８２】
上記フィルタ回転体８０を時計方向に回転させることで、光共振器の光路上に、第１の透過領域８１、不透過領域８５、第２の透過領域８２、不透過領域８６、第３の透過領域８３、不透過領域８７、第４の透過領域８４、不透過領域８８を順次にこの順で挿入できる。図１２は、パルスレーザ光出射を示す。図１１に示すような、４つの不透過領域８５〜８８の間に４つの透過領域８１〜８４が設けられているフィルタ回転体８０を用いた場合、図１２に示すように、パルスごとに、波長が７４０ｎｍ、７６０ｎｍ、７８０ｎｍ、８００ｎｍと順次に変化するパルスレーザ光を得ることができる。フィルタ回転体の回転周波数を１００Ｈｚとすれば、波長を交互に切り替えつつ、１秒間に４００個のパルスレーザ光を得ることができる（４００Ｈｚ動作）。
【００８３】
なお、波長選択手段（フィルタ回転体）５６が有する透過領域の数と、レーザ光源ユニット１３が出射するパルスレーザ光の波長の数とは、必ずしも一致していなくてもよい。例えば図１１に示した４つの透過領域を有するフィルタ回転体８０において、第１の透過領域８１と第３の透過領域８３とが同じ波長の光を選択的に透過し、第２の透過領域８２と第４の透過領域８４とが同じ波長の光を選択的に透過するようにしてもよい。具体的には、第１の透過領域８１及び第３の透過領域８３が波長７５０ｎｍの光を選択的に透過し、第２の透過領域８２及び第４の透過領域８４が波長８００ｎｍの光を選択的に透過するようにしてもよい。この場合、フィルタ回転体が１回転する間に、パルスごとに波長が７５０ｎｍと８００ｎｍとの間で切り替わる４つのパルスレーザ光を得ることができる。
【００８４】
上記実施形態では、波長選択手段５６として、フィルタを光共振器を構成する一対のミラー５３、５４の間に配置するものとして説明したが、これには限定されない。波長選択手段５６が光共振器を構成する一対のミラーのうちの１つ（例えばリアミラー）を兼ねる構成としてもよい。図１３は、波長選択手段５６がリアミラーを兼ねる場合のレーザ光源ユニット１３ａの一部を示す。波長選択手段５６は、例えば円周方向に沿って交互に配置された複数の反射領域と光を反射しない領域とを含むミラー回転体として構成される。ミラー回転体の複数の反射領域は、複数の波長に対応した所定の波長の光を選択的に反射する。反射領域は、光共振器のリアミラー５４として働く。
【００８５】
ミラー回転体は、図３に示したフィルタ回転体における透過領域を反射領域に置き換え、不透過領域を光を反射しない領域に置き換えた構成とすることができる。図１４は、反射領域における波長と反射率との関係を示す。例えば波長７５０ｎｍと８００ｎｍのパルスレーザ光を切り替えて出射する場合、第１の反射領域が波長７５０ｎｍの光を選択的に反射するように構成し、第２の反射領域が波長８００ｎｍの光を選択的に反射するように構成すればよい。各反射領域の７５０ｎｍ／８００ｎｍの光に対する反射率は９８％以上であるとする。帯域幅はおよそ１０ｎｍである。
【００８６】
駆動手段５７は、波長選択手段（ミラー回転体）を、光共振器の光軸に対して垂直な面内で連続的に回転させる。駆動手段５７は、光共振器の光路上に、ミラー回転体の光を反射しない領域及び反射領域が交互に挿入される挿入されるように、ミラー回転体を回転させる。反射領域の形状は、図３における透過領域と同様に扇型でもよいし、図９における透過領域と同様に円形でもよい。ミラー回転体の駆動に伴い、光共振器の光路上に挿入される領域が光を反射しない領域から反射領域へと切り替わると、光共振器内の挿入損失が損失大から損失小へと急速に変化し、Ｑスイッチパルス発振が起こる。このとき、光共振器は、切り替わった反射領域が反射する光の波長に対応した波長でＱスイッチパルス発振する。
【００８７】
上記では、反射領域と光を反射しない領域とが交互に配置されたミラー回転体を用いる例について説明したが、リアミラーとして機能すべき複数の反射面を持ち、それら複数の反射面が複数の波長に対応した所定の波長の光を選択的に反射するミラー回転体を用いることも可能である。図１５に、２つの面を持つミラー回転体を波長選択手段として用いたレーザ光源ユニット１３ｂの一部を示す。波長選択手段（ミラー回転体）５６ｂの一方の面は波長７５０ｎｍの光を選択的に反射し、他方の面は波長８００ｎｍの光を選択的に反射する。
【００８８】
駆動手段５７は、ミラー（出力鏡）５３と向かい合わせになる反射面が順次に切り替わるようにミラー回転体を連続的に回転させる。例えばミラー回転体が回転していき、波長７５０ｎｍの光を反射する反射面が光共振器の光軸に対して垂直となると、光共振器内で波長７５０ｎｍの光が共振する。また、波長８００ｎｍの光を反射する反射面が光共振器の光軸に対して垂直となると、光共振器内で波長８００ｎｍの光が共振する。それ以外の角度では共振は起こらない。このような駆動の仕方でも、光共振器内の挿入損失を急速に損失大から損失小へと急速に切り換えることができ、光軸に対して垂直になった反射面が反射する光の波長に対応した波長で光共振器をＱスイッチパルス発振させることができる。
【００８９】
図１６に、５つの面を持つミラー回転体（多面体）を波長選択手段として用いたレーザ光源ユニット１３ｃの一部を示す。波長選択手段（ミラー回転体）５６ｃは、波長７４０ｎｍの光を選択的に反射する面と、波長７６０ｎｍの光を選択的に反射する面と、波長７８０ｎｍの光を選択的に反射する面と、波長８００ｎｍの光を選択的に反射する面と、波長８２０ｎｍの光を選択的に反射する面とを有する。駆動手段５７は、波長選択手段（ミラー回転多面体）５６ｃを、ミラー５３と向かい合わせになる反射面が順次に切り替わるように連続的に回転させる。このようにすることで、パルスごとに、波長が８２０ｎｍ、８００ｎｍ、７８０ｎｍ、７６０ｎｍ、７４０ｎｍ、７２０ｎｍと順次に変化するパルスレーザ光を得ることができる。
【００９０】
引き続き、本発明の第２実施形態を説明する。図１７は、本発明の第２実施形態の光音響画像生成装置を示す。本実施形態の光音響画像生成装置１０ａは、超音波ユニット１２ａが、図１に示す第１実施形態の光音響画像生成装置１０における超音波ユニット１２の構成に加えて、データ分離手段３２、超音波画像再構成手段３３、検波・対数変換手段３４、超音波画像構築手段３５、画像合成手段３６、及び送信制御回路３７を有する。本実施形態の光音響画像生成装置１０は、光音響画像に加えて、超音波画像を生成する点で第１実施形態と相違する。その他の部分は、第１実施形態と同様でよい。
【００９１】
本実施形態では、プローブ１１は、光音響信号の検出に加えて、被検体に対する超音波の出力（送信）、及び送信した超音波に対する被検体からの反射超音波の検出（受信）を行う。トリガ制御回路３０は、超音波画像の生成時は、送信制御回路３７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３７は、トリガ信号を受けると、プローブ１１から超音波を送信させる。プローブ１１は、超音波の送信後、被検体からの反射超音波を検出する。
【００９２】
プローブ１１が検出した反射超音波は、受信回路２１を介してＡＤ変換手段２２に入力される。トリガ制御回路３０は、超音波送信のタイミングに合わせてＡＤ変換手段２２にサンプリグトリガ信号を送り、反射超音波のサンプリングを開始させる。ＡＤ変換手段２２は、反射超音波のサンプリングデータ（反射超音波データ）を受信メモリ２３に格納する。
【００９３】
データ分離手段３２は、受信メモリ２３に格納された反射超音波データと、第１及び第２の光音響データとを分離する。データ分離手段３２は、反射超音波データを超音波画像再構成手段３３に渡し、第１及び第２の光音響データを複素数化手段２４に渡す。第１及び第２の光音響データに基づく光音響画像の生成は第１実施形態と同様である。データ分離手段３２は、分離した反射超音波のサンプリングデータを、超音波画像再構成手段３３に入力する。
【００９４】
超音波画像再構成手段３３は、プローブ１１の複数の超音波振動子で検出された反射超音波（そのサンプリングデータ）に基づいて、超音波画像の各ラインのデータを生成する。超音波画像再構成手段３３は、例えばプローブ１１の６４個の超音波振動子からのデータを、超音波振動子の位置に応じた遅延時間で加算し、１ライン分のデータを生成する（遅延加算法）。
【００９５】
検波・対数変換手段３４は、超音波画像再構成手段３３が出力する各ラインのデータの包絡線を求め、求めた包絡線を対数変換する。超音波画像構築手段３５は、対数変換が施された各ラインのデータに基づいて、超音波画像を生成する。超音波画像再構成手段３３、検波・対数変換手段３４、及び超音波画像構築手段３５は、反射超音波に基づいて超音波画像を生成する超音波画像生成手段を構成する。
【００９６】
画像合成手段３６は、光音響画像と超音波画像とを合成する。画像合成手段３６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。その際、画像合成手段３６は、光音響画像と超音波画像とで、対応点が同一の位置となるように位置合わせをすることが好ましい。合成された画像は、画像表示手段１４に表示される。画像合成を行わずに、画像表示手段１４に、光音響画像と超音波画像とを並べて表示し、或いは光音響画像と超音波画像とを切り替えて表示することも可能である。
【００９７】
図１８は、光音響画像生成装置１０ａの動作手順を示している。以下では、被検体のレーザ光が照射される領域が複数の部分領域に分割されているものとして説明する。トリガ制御回路３０は、被検体に対するパルスレーザ光照射に先立って、所定の回転速度でレーザ光源ユニット１３内の波長選択手段（フィルタ回転体）５６を回転させる旨のＢＰＦ制御信号をレーザ光源ユニット１３に出力する（ステップＢ１）。
【００９８】
トリガ制御回路３０は、光音響信号の受信準備が整うと、１つ目の波長（例えば７５０ｎｍ）のパルスレーザ光を出射させるべく、所定のタイミングでレーザ光源ユニット１３にフラッシュランプスタンバイ信号を出力する（ステップＢ２）。レーザ光源ユニット１３の発光制御部６１は、フラッシュランプスタンバイ信号を受け取った後、フラッシュランプ５２にフラッシュランプ制御信号を送り、フラッシュランプ５２を点灯させる（ステップＢ３）。発光制御部６１は、ＢＰＦ状態情報に基づいて、例えば波長選択手段５６の回転変位位置が不透過領域７４（図３）から波長７５０ｎｍの光を透過させる第１の透過領域７１へと切り替わるタイミングから逆算されたタイミングで、フラッシュランプ制御信号を出力する。フラッシュランプ５２が点灯することで、レーザロッド５１の励起が開始される。
【００９９】
フラッシュランプの点灯後、波長選択手段５６が回転を続け、光共振器の光路上に挿入される部分が不透過領域７４から第１の透過領域７１へと切り替わると、光共振器内の挿入損失が損失大（低Ｑ）から損失小（高Ｑ）へと急速に変化し、Ｑスイッチパルス発振が起こる（ステップＢ４）。このとき第１の透過領域７１は波長７５０ｎｍの光を選択的に透過させるため、レーザ光源ユニット１３は、波長７５０ｎｍのパルスレーザ光を出射する。発光制御部６１は、Ｑスイッチがオンになるタイミング、言い換えるとパルスレーザ光が出射するタイミングを示すＱスイッチ同期信号を超音波ユニット１２に出力する（ステップＢ５）。
【０１００】
レーザ光源ユニット１３から出射した波長７５０ｎｍのパルスレーザ光は、例えばプローブ１１まで導光され、プローブ１１から被検体の１つ目の領域に照射される。被検体内では、光吸収体が照射されたパルスレーザ光のエネルギーを吸収することで、光音響信号が発生する。プローブ１１は、被検体内で発生した光音響信号を検出する。トリガ制御回路３０は、Ｑスイッチ同期信号を受けると、ＡＤ変換手段２２にサンプリングトリガ信号を出力する。ＡＤ変換手段２２は、受信回路２１を介してプローブ１１で検出された光音響信号を受信し、所定のサンプリング周期で光音響信号をサンプリングする（ステップＢ６）。ＡＤ変換手段２２でサンプリングされた光音響信号は、受信メモリ２３に第１の光音響データとして格納される。
【０１０１】
制御手段３１は、残りの波長があるか、つまり出射すべき複数の波長のパルスレーザ光の全てを出射させたか否かを判断する（ステップＢ７）。残りの波長がある場合、次の波長のパルスレーザ光を出射させるために、ステップＢ２に戻り、トリガ制御回路３０からレーザ光源ユニット１３にフラッシュランプスタンバイ信号を出力する。発光制御部６１は、ステップＡ３でフラッシュランプ５２にフラッシュランプ制御信号を送り、フラッシュランプ５２を点灯させる。フラッシュランプの点灯後、ステップＢ４で、光共振器の光路上に挿入される部分が、不透過領域７３から２つめの波長（８００ｎｍ）に対応した第２の透過領域７２へと切り替わり、Ｑスイッチパルス発振が起こる。これにより、波長８００ｎｍのパルスレーザ光が出射する。発光制御部６１は、ステップＢ５で、Ｑスイッチ同期信号を超音波ユニット１２に出力する。
【０１０２】
レーザ光源ユニット１３から出射した波長８００ｎｍのパルスレーザ光は、例えばプローブ１１まで導光され、プローブ１１から被検体の１つ目の部分領域に照射される。プローブ１１は、被検体内の光吸収体が波長８００ｎｍのパルスレーザ光を吸収することで発生した光音響信号を検出する。トリガ制御回路３０は、Ｑスイッチ同期信号を受けるとＡＤ変換手段２２にサンプリングトリガ信号を出力し、ＡＤ変換手段２２は、ステップＢ６で光音響信号のサンプリングを行う。ＡＤ変換手段２２でサンプリングされた光音響信号は、受信メモリ２３に第２の光音響データとして格納される。光音響画像生成装置１０は、被検体に照射すべきパルスレーザ光の各波長に対してステップＢ１からＢ６を実行し、各波長のパルスレーザ光を被検体に照射して、被検体から光音響信号を検出する。ステップＢ１からＢ６は、図８のステップＡ１からＡ６と同様でよい。
【０１０３】
制御手段３１は、ステップＢ７で残りの波長がないと判断すると、超音波の送受信に処理を移す。トリガ制御回路３０は、送信制御回路３７を介してプローブ１１から被検体に超音波を送信させる（ステップＢ８）。ステップＢ８では、被検体のパルスレーザ光が照射された部分領域と同じ領域に対して超音波を送信する。プローブ１１は、送信した超音波に対する反射超音波を検出する（ステップＢ９）。検出された反射超音波は、受信回路２１を経てＡＤ変換手段２２でサンプリングされ、受信メモリ２３に反射超音波データとして格納される。
【０１０４】
制御手段３１は、部分領域を全て選択したか否かを判断する（ステップＢ１０）。選択すべき部分領域が残っているときは、ステップＢ２に戻る。光音響画像生成装置１０は、各部分領域に対してステップＢ２からＢ７を実行し、各部分領域に各波長（７５０ｎｍ、８００ｎｍ）のパルスレーザ光を順次照射して、第１の光音響データと第２の光音響データとを受信メモリ２３に格納する。また、ステップＢ８及びＢ９を実行して、反射超音波データを受信メモリ２３に格納する。全ての部分領域に対してパルスレーザ光の照射と光音響信号の検出、及び超音波の送受信を行うと、１フレームの光音響画像及び超音波画像を生成するために必要なデータが揃う。
【０１０５】
制御手段３１は、ステップＢ１０で全ての部分領域を選択したと判断すると、光音響画像及び超音波画像の生成に処理を移す。データ分離手段３２は、第１及び第２の光音響データと反射超音波データとを分離する。データ分離手段３２は、分離した第１及び第２の光音響データを複素数化手段２４に渡し、反射超音波データを超音波画像再構成手段３３に渡す。複素数化手段２４は、第１の光音響画像データを実部とし、第２の光音響画像データを虚部とした複素数データを生成する（ステップＢ１１）。光音響画像再構成手段２５は、ステップＢ１１で複素数化された複素数データから、フーリエ変換法（ＦＴＡ法）により画像再構成を行う（ステップＢ１２）。
【０１０６】
位相情報抽出手段２６は、再構成された複素数データから位相情報を抽出する（ステップＢ１３）。強度情報抽出手段２７は、再構成された複素数データから強度情報を抽出する（ステップＢ１４）。検波・対数変換手段２８は、ステップＢ１４で抽出された強度情報に対して検波・対数変換処理を施す。光音響画像構築手段２９は、ステップＢ１３で抽出された位相情報と、ステップＢ１４で抽出された強度情報に対して検波・対数変換処理を施したものとに基づいて、光音響画像を生成する（ステップＢ１５）。ステップＢ１１からＢ１５は、図８のステップＡ９からＡ１３と同様でよい。
【０１０７】
超音波画像再構成手段３３は、例えば遅延加算法により、超音波画像の各ラインのデータを生成する。検波・対数変換手段３４は、超音波画像再構成手段３３が出力する各ラインのデータの包絡線を求め、求めた包絡線を対数変換する。超音波画像構築手段３５は、対数変換が施された各ラインのデータに基づいて、超音波画像を生成する（ステップＢ１６）。画像合成手段３６は、光音響画像と超音波画像とを合成し、合成した画像を画像表示手段１４に表示する（ステップＢ１７）。
【０１０８】
本実施形態では、光音響画像生成装置は、光音響画像に加えて超音波画像を生成する。超音波画像を参照することで、光音響画像では画像化することができない部分を観察することができる。その他の効果は、第１実施形態と同様である。
【０１０９】
なお、上記各実施形態では、第１の光音響データと第２の光音響データとを複素数化する例について説明したが、複素数化せずに、第１の光音響データと第２の光音響データとを別々に再構成してもよい。さらに、ここでは、複素数化して位相情報を用いて第１の光音響データと第２の光音響データの比を計算しているが、両者の強度情報から比を計算しても同様の効果が得られる。また、強度情報は、第１の再構成画像における信号強度と、第２の再構成画像における信号強度とに基づいて生成できる。
【０１１０】
光音響画像の生成に際して、被検体に照射されるパルスレーザ光の波長の数は２つには限られず、３以上のパルスレーザ光を被検体に照射し、各波長に対応する光音響データに基づいて光音響画像を生成してもよい。その場合、例えば位相情報抽出手段２６は、各波長に対応する光音響データ間での相対的な信号強度の大小関係を位相情報として生成すればよい。また、強度情報抽出手段２７は、例えば各波長に対応する光音響データにおける信号強度を１つにまとめたものを強度情報として生成すればよい。
【０１１１】
ここで、フィルタ回転体の回転数を上げ、スイッチング時間をできるだけ短くすることで、ビーム径がフィルタ上にダメージを起こさない程度に大きい場合でも（＞１００μｍ）、Ｑスイッチを掛けることができる。しかしながら、そのような場合に、回転にフラッシュランプを追随させると、Ｑスイッチ繰り返しも上がり光音響に望ましくない。そのような場合は、フィルタ回転体の回転周波数に対するフラッシュランプ発光の周波数を下げ、Ｑスイッチ繰り返しを所望のレートに制御して、Ｑスイッチパルスの周波数が上がりすぎることを防げばよい。
【０１１２】
図１９に、Ｑスイッチ繰り返しの周波数をフィルタ回転体の回転周波数よりも低くした例を示す。波長選択手段５６が、図３に示すフィルタ回転体７０で構成される場合、フィルタ回転体７０の回転周波数を１００Ｈｚとすると、フィルタ回転体７０は２つの透過領域を有するため、光共振器の光路上に透過領域が１秒間に２００回挿入される（図１９の（ａ））。発光制御部６１（図２）は、透過領域が光共振器の光路上に挿入されるたびにフラッシュランプを発光するのに代えて、例えば５回に１回の割合いでフラッシュランプを発光させる（図１９の（ｂ））。この場合、レーザ光源ユニット１３が１秒間あたりに出射するパルスレーザ光の個数を４０個に落とすことができる（図１９の（ｃ））。
【０１１３】
上記のように、フィルタ回転体の回転周波数（１秒間あたりに挿入される透過領域の数）に対するフラッシュランプ発光の周波数を下げることで、Ｑスイッチパルスの周波数を低下させることができる。上記例のように、５回に１回の割合いでフラッシュランプを発光させた場合、透過領域が光共振器の光路上に挿入されるたびにフラッシュランプを発光すれば２００Ｈｚ動作となるところ、その１／５の４０Ｈｚ動作を実現できる。
【０１１４】
例えば波長選択手段５６が１回転する間に光共振器をＱスイッチパルス発振させることができる回数の上限（最大値）をｍ回とする。例えば波長選択手段５６が図１１に示した４つの透過領域を有するフィルタ回転体８０で構成されるとき、フィルタ回転体８０では不透過領域から透過領域への切り替えが１回転につき４回あるため、波長選択手段が１回転する間に光共振器をＱスイッチパルス発振させることができる回数の上限は４回である。また、波長選択手段が図１６に示した５つの反射面を有するミラー回転体で構成される場合、ミラー回転体を１回転させる間に、順次、５つの反射面が光共振器の光軸に対して垂直になるため、波長選択手段が１回転する間に光共振器をＱスイッチパルス発振させることができる回数の上限は５回となる。駆動手段５７が波長選択手段５６を回転駆動する際の回転周波数をＦ［回転／秒］とし、ｎを所定の自然数としたとき、発光制御部は、１秒あたりｍ×Ｆ／ｎ回前記励起光を照射させる。その場合、Ｑスイッチパルスの周波数を１／ｎに下げることができる。
【０１１５】
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、本発明のレーザ光源ユニット及び光音響画像生成装置は、上記実施形態にのみ限定されるものではなく、上記実施形態の構成から種々の修正及び変更を施したものも、本発明の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１１６】
１０：光音響画像生成装置
１１：プローブ
１２：超音波ユニット
１３：レーザ光源ユニット
１４：画像表示手段
２１：受信回路
２２：ＡＤ変換手段
２３：受信メモリ
２４：複素数化手段
２５：光音響画像再構成手段
２６：位相情報抽出手段
２７：強度情報抽出手段
２８：検波・対数変換手段
２９：光音響画像構築手段
３０：トリガ制御回路
３１：制御手段
３２：データ分離手段
３３：超音波画像再構成手段
３４：検波・対数変換手段
３５：超音波画像構築手段
３６：画像合成手段
３７：送信制御回路
５１：レーザロッド
５２：フラッシュランプ
５３、５４：ミラー
５５：集光レンズ
５６：波長選択手段
５７：駆動手段
５８：駆動状態検出手段
５９：制御部
６０：回転制御部
６１；発光制御部
７０：フィルタ回転体
７１、７２：透過領域
７３、７４：不透過領域
７５：光フィルタ
８０：フィルタ回転体
８１〜８４：透過領域
８５〜８８：不透過領域
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光源ユニットに関し、更に詳しくは、複数波長のレーザ光を切り替えて出射するレーザ光源ユニットに関する。
【０００２】
また、本発明は、複数の波長のレーザ光を被検体に照射したときに各波長に対して検出された光音響信号に基づいて光音響画像を生成する光音響画像生成装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
従来、例えば特許文献１や非特許文献１に示されているように、光音響効果を利用して生体の内部を画像化する光音響画像化装置が知られている。この光音響画像化装置においては、例えばパルスレーザ光等のパルス光が生体に照射される。このパルス光の照射を受けた生体内部では、パルス光のエネルギーを吸収した生体組織が熱によって体積膨張し、音響波が発生する。この音響波を超音波プローブなどで検出し、検出された信号（光音響信号）に基づいて生体内部を可視像化することが可能となっている。光音響画像化方法では、特定の光吸収体において音響波が発生するため、生体における特定の組織、例えば血管等を画像化することができる。
【０００４】
ところで、生体組織の多くは光吸収特性が光の波長に応じて変わり、また一般に、その光吸収特性も組織ごとに特有のものとなっている。例えば図２０に、ヒトの動脈に多く含まれる酸素化ヘモグロビン(酸素と結合したヘモグロビン:oxy-Hb)と、静脈に多く含まれる脱酸素化ヘモグロビン（酸素と結合していないヘモグロビンdeoxy-Hb)の光波長ごとの分子吸収係数を示す。動脈の光吸収特性は、酸素化ヘモグロビンのそれに対応し、静脈の光吸収特性は、脱酸素化ヘモグロビンのそれに対応する。この波長に応じた光吸収率の違いを利用して、互いに異なる２種の波長の光を血管部分に照射し、動脈と静脈とを区別して画像化する光音響画像化方法が知られている（例えば特許文献２参照）。
【０００５】
複数波長のレーザ光を出射するレーザ装置は、例えば特許文献３や特許文献４に記載されたものが知られている。特許文献３では、特定のピーク波長光だけを選択的に透過させるフィルタを、レーザ活性媒体と光共振器ミラーのうちの一方との間の光路上に配置する。選択すべきピーク波長の分だけフィルタを用意し、用意されたフィルタのうちの何れかを光路上に配置することで、複数の波長のレーザ光を切り替えて出射することができる。また、特許文献４には、光共振器を構成する一方のミラーに、特定のピーク波長光だけを選択的に反射する特性を持たせることが記載されている。そのような特性を持つミラーを選択すべきピーク波長の分だけ用意し、用意されたミラーの何れかを用いて光共振器を構成することで、複数の波長のレーザ光を切り替えて出射することができる。
【０００６】
光音響では、一般に、被検体にパルスレーザ光を照射する。レーザをパルス化する技術として、Ｑスイッチ法が知られており、Ｑスイッチの一種として、機械的な運動によりＱスイッチ発振を生じさせるメカニカルＱスイッチが知られている。メカニカルＱスイッチとしては、例えば回転ミラーを使用して機械的にゲインを制御してＱスイッチ動作を生じさせるものや、スリットや開口を設けたメカニカル・チョッパを回転させてゲインを調整するものなどが知られている。回転するメカニカル・チョッパを用いたＱスイッチレーザは、例えば特許文献５に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−２１３８０号公報
【特許文献２】特開２０１０−０４６２１５号公報
【特許文献３】特開平１０−６５２６０号公報
【特許文献４】特開平１０−６５２３８号公報
【特許文献５】特開２００７−２３５０６３号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】A High-Speed Photoacoustic Tomography System based on a Commercial Ultrasound and a Custom Transducer Array, Xueding Wang, Jonathan Cannata, Derek DeBusschere, Changhong Hu, J. Brian Fowlkes, and Paul Carson, Proc. SPIE Vol. 7564, 756424 (Feb.23, 2010)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献３に記載されるレーザ装置では、複数の波長を切り替えることができる。しかしながら、特許文献３に記載されるのは、単に、光路中に挿入されるフィルタを切り替えることでレーザ光の波長を切り替えることでしかなく、特許文献３は、複数波長のレーザ光を連続的に切り換えて出射するための手段を提供していない。特許文献４も同様に、光共振器を構成するミラーの一方を切り替えることでレーザ光の波長を切り替えることが記載されるのみで、複数波長のレーザ光を連続的に切り換えて出射するための手段を提供していない。
【００１０】
また、特許文献５は、メカニカル・チョッパの回転によりパルスレーザ光を得ることが記載されているだけであり、特許文献５においては、複数波長の切り替えは考慮されていない。仮に、引用文献５において、複数の波長のパルスレーザ光を得ることを考えると、メカニカル・チョッパとは別個に、波長を選択するための手段を設ける必要があり、構成部品が増加することとなる。
【００１１】
本発明は、上記に鑑み、簡易な構成で、複数の波長を連続的に切り替えながらＱスイッチパルス発振を得ることができるレーザ光源ユニットを提供することを目的とする。また、本発明は、そのようなレーザ光源ユニットを含む光音響画像生成装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明は、相互に異なる複数の波長のパルスレーザ光を出射するレーザ光源ユニットであって、レーザロッドと、該レーザロッドに励起光を照射する励起光源と、レーザロッドを挟んで対向する一対のミラーを含む光共振器と、光共振器内で共振する光の波長を、複数の波長のうちの何れかに制御する波長選択手段と、光共振器がＱスイッチパルス発振するように波長選択手段を駆動する駆動手段とを備えたことを特徴とするレーザ光源ユニットを提供する。
【００１３】
本発明のレーザ光源ユニットにおいて、波長選択手段は、回転駆動可能で有り、波長選択手段の回転駆動に伴って、光共振器内の挿入損失を第１の損失から該第１の損失よりも小さい第２の損失に変化させるように構成されていることが好ましい。
【００１４】
本発明のレーザ光源ユニットが、励起光源を制御する発光制御部を更に備え、該発光制御部が、波長選択手段が光共振器の挿入損失を第１の損失から第２の損失へと切り替える時刻よりも所定時間だけ前の時刻で励起光源に励起光を照射させる構成を採用することができる。
【００１５】
本発明のレーザ光源ユニットでは、波長選択手段が光共振器の挿入損失を第１の損失から第２の損失へと切り替える時刻と同時刻に励起光源が消灯することが好ましい。
【００１６】
波長選択手段が１回転する間に光共振器をＱスイッチパルス発振させることができる回数の上限をｍ回とし、駆動手段が波長選択手段を回転駆動する際の回転周波数をＦ［回転／秒］とし、ｎを所定の自然数としたとき、発光制御部が、１秒あたりｍ×Ｆ／ｎ回励起光を照射させることとしてもよい。
【００１７】
本発明のレーザ光源ユニットにおいて、波長選択手段の駆動に伴って光共振器内の挿入損失が第１の損失から第２の損失へと切り替わる際の切り替え時間が、Ｑスイッチパルスの発生遅延時間よりも短いことが好ましい。
【００１８】
波長選択手段が、円周方向に沿って交互に配置された複数の透過領域と不透過領域とを含み、複数の透過領域が複数の波長に対応した所定の波長の光を選択的に透過させるフィルタ回転体を含み、駆動手段が、光共振器の光路上に不透過領域及び透過領域が交互に挿入されるようにフィルタ回転体を連続的に回転させるものであり、光共振器の光路上に挿入される領域が不透過領域から透過領域へと切り替わると、該切り替わった透過領域が透過させる光の波長に対応した波長で光共振器がＱスイッチパルス発振する構成を採用できる。この場合、フィルタ回転体が、光共振器の光軸に対して所定の角度で傾いた面内で回転するようにしてもよい。透過領域がバンドパスフィルタを含む構成としてもよい。透過領域は、扇型に形成されていてもよいし、円形に形成されていてもよい。
【００１９】
上記に代えて、波長選択手段が、円周方向に沿って交互に配置された複数の反射領域と光を反射しない領域とを含み、複数の反射領域が複数の波長に対応した所定の波長の光を選択的に反射するミラー回転体を含み、駆動手段が、光共振器の光路上に光を反射しない領域及び反射領域が交互に挿入されるようにミラー回転体を連続的に回転させるものであり、ミラー回転体の反射領域が一対のミラーのうちの一方として働き、光共振器の光路上に挿入される領域が光を反射しない領域から反射領域へと切り替わると、該切り替わった反射領域が反射する光の波長に対応した波長で光共振器がＱスイッチパルス発振すること構成を採用してもよい。
【００２０】
あるいは、波長選択手段が、一対のミラーのうちの一方として機能する複数の反射面を有し、該複数の反射面が複数の波長に対応した所定の波長の光を選択的に反射するミラー回転体を含み、駆動手段が、一対のミラーのうちの他方と向かい合わせになる反射面が順次に切り替わるようにミラー回転体を連続的に回転させるものであり、反射面が光共振器の光軸に対して垂直になるとき、該光軸に対して垂直になった反射面が反射する光の波長に対応した波長で光共振器がＱスイッチパルス発振することとしてもよい。
【００２１】
光共振器内に配置され、光共振器内を波長選択手段に向けて進行する光のビーム径を縮小させる集光レンズを更に有する構成とすることが好ましい。
【００２２】
集光レンズが、波長選択手段の位置における光のビーム径を１００μｍ以下とすることとしてもよい。
【００２３】
本発明は、また、相互に異なる複数の波長のパルスレーザ光を出射するレーザ光源ユニットであって、レーザロッドと、該レーザロッドに励起光を照射する励起光源と、レーザロッドを挟んで対向する一対のミラーを含む光共振器と、光共振器内で共振する光の波長を、複数の波長のうちの何れかに制御する波長選択手段と、光共振器がＱスイッチパルス発振するように波長選択手段を駆動する駆動手段とを有するレーザ光源ユニットと、複数の波長のパルスレーザ光が被検体に照射されたときに被検体内で生じた光音響信号を検出し、各波長に対応した光音響データを生成する検出手段と、各波長に対応した光音響データ間の相対的な信号強度の大小関係を抽出する強度比抽出手段と、抽出された大小関係に基づいて光音響画像を生成する光音響画像構築手段とを備えたことを特徴とする光音響画像生成装置を提供する。
【００２４】
本発明の光音響画像生成装置では、波長選択手段が、回転駆動に伴って、光共振器内の挿入損失を第１の損失から該第１の損失よりも小さい第２の損失に変化させるように構成されており、波長選択手段の回転位置を検出する駆動状態検出手段と、波長選択手段が所定の回転速度で回転するように駆動手段を制御する回転制御部と、駆動状態検出手段が検出した回転位置が、波長選択手段が光共振器の挿入損失を第１の損失から第２の損失へと切り替える回転位置よりも所定の量だけ前の位置になると、励起光源に励起光を照射させる発光制御部とを更に備える構成を採用することができる。
【００２５】
回転制御部が、駆動状態検出手段が検出する回転位置の所定時間あたりの変化量が一定となるように駆動手段を制御することとしてもよい。
【００２６】
発光制御部が、駆動状態検出手段が検出した回転位置が、波長選択手段が光共振器の挿入損失を第１の損失から第２の損失へと切り替える回転位置になると同期信号を生成し、検出手段が、同期信号に基づいて光音響信号の検出を開始する構成としてもよい。
【００２７】
各波長に対応した光音響データに基づいて信号強度を示す強度情報を生成する強度情報抽出手段を更に備え、光音響画像構築手段が、光音響画像の各画素の階調値を強度情報に基づいて決定すると共に、各画素の表示色を抽出された大小関係に基づいて決定することとしてもよい。
【００２８】
レーザ光源ユニットが出射するパルスレーザ光の複数の波長が第１の波長と第２の波長を含み、第１の波長のパルスレーザ光が照射されたときに検出された光音響信号に対応する第１の光音響データと、第２の波長のパルスレーザ光が照射されたときに検出された光音響信号に対応する第２の光音響データとのうちの何れか一方を実部、他方を虚部とした複素数データを生成する複素数化手段と、複素数データからフーリエ変換法により再構成画像を生成する光音響画像再構成手段とを更に備え、強度比抽出手段が再構成画像から大小関係としての位相情報を抽出し、強度情報抽出手段が再構成画像から強度情報を抽出する構成を採用することができる。
【００２９】
検出手段が、更に、被検体に送信された音響波に対する反射音響波を検出して反射音響波データを生成するものであり、反射音響波データに基づいて音響波画像を生成する音響波画像生成手段を更に備える構成としてもよい。
【発明の効果】
【００３０】
本発明のレーザ光源ユニットでは、光共振器内で共振する光の波長を複数の波長のうちの何れかに制御する波長選択手段を、光共振器がＱスイッチパルス発振するように駆動する。本発明では波長選択手段がＱスイッチとしても働くため、光共振器内に、Ｑスイッチと波長選択手段とを別個に配置する必要がなく、部品点数を削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の第１実施形態の光音響画像生成装置を示すブロック図。
【図２】第１実施形態のレーザ光源ユニットの構成を示すブロック図。
【図３】波長選択手段構成例を示す図。
【図４】透過領域における波長と透過率との関係を示すグラフ。
【図５】レーザ光源ユニットの一部を示しているブロック図。
【図６】フラッシュランプ発光のタイミングとパルスレーザ光のタイミングとを示すタイミングチャート。
【図７】パルスレーザ光出射を示すタイミングチャート。
【図８】第１実施形態の光音響画像生成装置の動作手順を示すフローチャート。
【図９】フィルタ回転体の別の構成例を示す図。
【図１０】透過領域付近の断面を示す断面図。
【図１１】４つの波長を切り替えて出射する場合の波長選択手段の構成例を示す図。
【図１２】パルスレーザ光出射を示すタイミングチャート。
【図１３】波長選択手段がリアミラーを兼ねる場合のレーザ光源ユニットの一部を示すブロック図。
【図１４】反射領域における波長と反射率との関係を示すグラフ。
【図１５】２つの面を持つミラー回転体を波長選択手段として用いたレーザ光源ユニットの一部を示すブロック図。
【図１６】５つの面を持つミラー回転体（多面体）を波長選択手段として用いたレーザ光源ユニットの一部を示すブロック図。
【図１７】本発明の第２実施形態の光音響画像生成装置を示すブロック図。
【図１８】第２実施形態の光音響画像生成装置の動作手順を示すブロック図。
【図１９】Ｑスイッチ繰り返しの周波数をフィルタ回転体の回転周波数よりも低くした例を示すタイミングチャート。
【図２０】酸素化ヘモグロビンと脱酸素化ヘモグロビンの光波長ごとの分子吸収係数を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
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実施形態の光音響画像生成装置を示す。光音響画像生成装置１０は、超音波探触子（プローブ）１１と、超音波ユニット１２と、レーザ光源ユニット１３とを備える。レーザ光源ユニット１３は、被検体に照射すべきパルスレーザ光を出射する。レーザ光源ユニット１３は、相互に異なる複数の波長のパルスレーザ光を切り替えて出射する。以下の説明においては、主に、レーザ光源ユニット１３が、第１の波長のパルスレーザ光と第２の波長のパルスレーザ光とを順次に出射するものとして説明する。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。
【００３３】
例えば、第１の波長（中心波長）として約７５０ｎｍを考え、第２の波長として約８００ｎｍを考える。先に説明した図２０を参照すると、ヒトの動脈に多く含まれる酸素化ヘモグロビン(酸素と結合したヘモグロビン:oxy-Hb)の波長７５０ｎｍにおける分子吸収係数は、波長８００ｎｍにおける分子吸収係数よりも低い。一方、静脈に多く含まれる脱酸素化ヘモグロビン（酸素と結合していないヘモグロビンdeoxy-Hb)の波長７５０ｎｍにおける分子吸収係数は、波長８００ｎｍにおける分子吸収係数よりも高い。この性質を利用し、波長８００ｎｍで得られた光音響信号に対して、波長７５０ｎｍで得られた光音響信号が相対的に大きいのか小さいのかを調べることで、動脈からの光音響信号と静脈からの光音響信号とを判別することができる。
【００３４】
レーザ光源ユニット１３から出射したパルスレーザ光は、例えば光ファイバなどの導光手段を用いてプローブ１１まで導光され、プローブ１１から被検体に向けて照射される。パルスレーザ光の照射位置は特に限定されず、プローブ１１以外の場所からパルス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パルスレーザ光のエネルギーを吸収することで超音波（音響波）が生じる。プローブ１１は、超音波検出器を含む。プローブ１１は、例えば一次元的に配列された複数の超音波検出器素子（超音波振動子）を有し、その一次元配列された超音波振動子により、被検体内からの音響波（光音響信号）を検出する。
【００３５】
超音波ユニット１２は、受信回路２１、ＡＤ変換手段２２、受信メモリ２３、複素数化手段２４、光音響画像再構成手段２５、位相情報抽出手段２６、強度情報抽出手段２７、検波・対数変換手段２８、光音響画像構築手段２９、トリガ制御回路３０、及び制御手段３１を有する。受信回路２１は、プローブ１１が検出した光音響信号を受信する。ＡＤ変換手段２２は検出手段であり、受信回路２１が受信した光音響信号をサンプリングし、デジタルデータである光音響データを生成する。ＡＤ変換手段２２は、ＡＤクロック信号に同期して、所定のサンプリング周期で光音響信号のサンプリングを行う。
【００３６】
ＡＤ変換手段２２は、光音響データを受信メモリ２３に格納する。ＡＤ変換手段２２は、レーザ光源ユニット１３から出射されるパルスレーザ光の各波長に対応した光音響データを受信メモリ２３に格納する。つまり、ＡＤ変換手段２２は、被検体に第１の波長のパルスレーザ光が照射されたときにプローブ１１で検出された光音響信号をサンプリングした第１の光音響データと、第２の波長のパルスレーザ光が照射されたときにプローブ１１で検出された光音響信号をサンプリングした第２の光音響データとを、受信メモリ２３に格納する。
【００３７】
複素数化手段２４は、受信メモリ２３から第１の光音響データと第２の光音響データとを読み出し、何れか一方を実部、他方を虚部とした複素数データを生成する。以下では、複素数化手段２４が、第１の光音響データを実部とし、第２の光音響データを虚部とした複素数データを生成するものとして説明する。
【００３８】
光音響画像再構成手段２５は、複素数化手段２４から複素数データを入力する。光音響画像再構成手段２５は、入力された複素数データから、フーリエ変換法（ＦＴＡ法）により画像再構成を行う。フーリエ変換法による画像再構成には、例えば文献”Photoacoustic Image Reconstruction-A Quantitative Analysis”Jonathan I.Sperl et al. SPIE-OSA Vol.6631 663103等に記載されている従来公知の方法を適用することができる。光音響画像再構成手段２５は、再構成画像を示すフーリエ変換のデータを位相情報抽出手段２６と強度情報抽出手段２７とに入力する。
【００３９】
位相情報抽出手段２６は、各波長に対応した光音響データ間の相対的な信号強度の大小関係を抽出する。本実施形態では、位相情報抽出手段２６は、光音響画像再構成手段２５で再構成された再構成画像を入力データとし、複素数データである入力データから、実部と虚部とを比較したときに、相対的に、どちらがどれくらい大きいかを示す位相情報を抽出する。位相情報抽出手段２６は、例えば複素数データがＸ＋ｉＹで表わされるとき、θ＝ｔａｎ−１（Ｙ／Ｘ）を位相情報として生成する。なお、Ｘ＝０の場合はθ＝９０°とする。実部を構成する第１の光音響データ（Ｘ）と虚部を構成する第２の光音響データ（Ｙ）とが等しいとき、位相情報はθ＝４５°となる。位相情報は、相対的に第１の光音響データが大きいほどθ＝０°に近づいていき、第２の光音響データが大きいほどθ＝９０°に近づいていく。
【００４０】
強度情報抽出手段２７は、各波長に対応した光音響データに基づいて信号強度を示す強度情報を生成する。本実施形態では、強度情報抽出手段２７は、光音響画像再構成手段２５で再構成された再構成画像を入力データとし、複素数データである入力データから、強度情報を生成する。強度情報抽出手段２７は、例えば複素数データがＸ＋ｉＹで表わされるとき、（Ｘ２＋Ｙ２）１／２を、強度情報として抽出する。検波・対数変換手段２８は、強度情報抽出手段２７で抽出された強度情報を示すデータの包絡線を生成し、次いでその包絡線を対数変換してダイナミックレンジを広げる。
【００４１】
光音響画像構築手段２９は、位相情報抽出手段２６から位相情報を入力し、検波・対数変換手段２８から検波・対数変換処理後の強度情報を入力する。光音響画像構築手段２９は、入力された位相情報と強度情報とに基づいて、光吸収体の分布画像である光音響画像を生成する。光音響画像構築手段２９は、例えば入力された強度情報に基づいて、光吸収体の分布画像における各画素の輝度（階調値）を決定する。また、光音響画像構築手段２９は、例えば位相情報に基づいて、光吸収体の分布画像における各画素の色（表示色）を決定する。光音響画像構築手段２９は、例えば例えば位相０°から９０°の範囲を所定の色に対応させたカラーマップに用いて、入力された位相情報に基づいて各画素の色を決定する。
【００４２】
ここで、位相０°から４５°の範囲は、第１の光音響データが第２の光音響データよりも大きい範囲であるため、光音響信号の発生源は、波長７９８ｎｍに対する吸収よりも波長７５６ｎｍに対する吸収の方が大きい酸素化ヘモグロビンを主に含む血液が流れている静脈であると考えられる。一方、位相４５°から９０°の範囲は、第２の光音響データが第１の光音響データよりも小さい範囲であるため、光音響信号の発生源は、波長７９８ｎｍに対する吸収よりも波長７５６ｎｍに対する吸収の方が小さい脱酸素化ヘモグロビンを主に含む血液が流れている動脈であると考えられる。
【００４３】
そこで、カラーマップとして、例えば位相が０°が青色で、位相が４５°に近づくに連れて無色（白色）になるように色が徐々に変化すると共に、位相９０°が赤色で、位相が４５°に近づくに連れて白色になるように色が徐々に変化するようなカラーマップを用いる。この場合、光音響画像上で、動脈に対応した部分を赤色で表わし、静脈に対応した部分を青色で表わすことができる。強度情報を用いずに、階調値は一定として、位相情報に従って動脈に対応した部分と静脈に対応した部分との色分けを行うだけでもよい。画像表示手段１４は、光音響画像構築手段２９が生成した光音響画像を表示画面上に表示する。
【００４４】
次いで、レーザ光源ユニット１３の構成を詳細に説明する。図２は、レーザ光源ユニット１３の構成を示す。レーザ光源ユニット１３は、レーザロッド５１、フラッシュランプ５２、ミラー５３、５４、集光レンズ５５、波長選択手段５６、駆動手段５７、駆動状態検出手段５８、及び制御部５９を有する。レーザロッド５１は、レーザ媒質である。レーザロッド５１には、例えばアレキサンドライト結晶やＣｒ：ＬｉＳＡＦ（Ｃｒ：ＬｉＳｒＡｌＦ６），Ｃｒ：ＬｉＣＡＦ（Ｃｒ：ＬｉＣａＡｌＦ６）結晶，Ｔｉ：Ｓａｐｐｈｉｒｅ結晶を用いることができる。フラッシュランプ５２は、励起光源であり、レーザロッド５１に励起光を照射する。フラッシュランプ５２以外の光源、例えば半導体レーザや固体レーザを、励起光源として用いてもよい。
【００４５】
ミラー５３、５４は、レーザロッド５１を挟んで対向しており、ミラー５３、５４により光共振器が構成される。ここではミラー５４が、出力側ミラーであるものとする。光共振器内には、集光レンズ５５と波長選択手段５６とが配置される。波長選択手段５６は、光共振器内で共振する光の波長を、出射すべき複数の波長のうちの何れかに制御する。集光レンズ５５は、レーザロッド５１と波長選択手段５６との間に配置され、レーザロッド５１側から入射した光を収束して波長選択手段５６側に出射する。つまり、集光レンズ５５は、光共振器内を波長選択手段５６に向けて進行する光のビーム径を縮小させる。
【００４６】
波長選択手段５６は、例えば、円周方向に沿って交互に配置された複数の透過領域と不透過領域とを有する。複数の透過領域は、複数の波長に対応した所定の波長の光を選択的に透過させる。波長選択手段５６は、例えば２つの透過領域と２つの不透過領域とを有する。透過領域のうちの１つには、例えば波長７５０ｎｍ（中心波長）の光を透過させる第１のバンドパスフィルタ（ＢＰＦ：Band Pass Filter）が設けられ、もう１つには波長８００ｎｍ（中心波長）の光を透過させる第２のバンドパスフィルタが設けられる。
【００４７】
上記構成の波長選択手段５６は、回転に伴って、複数のバンドパスフィルタの何れかを光共振器の光路上に選択的に挿入する。例えば波長選択手段５６は、光共振器の光路上に、不透過領域→第１のバンドパスフィルタ→不透過領域→第２のバンドパスフィルタを順次に挿入する。光共振器の光路上に第１のバンドパスフィルタを挿入することで、光発振器の発振波長を７５０ｎｍとすることができ、光共振器の光路上に第２のバンドパスフィルタを挿入することで、光発振器の発振波長を８００ｎｍとすることができる。
【００４８】
波長選択手段５６は、回転駆動に伴って、光共振器内の挿入損失を損失大（第１の損失）から損失小（第２の損失）に変化させるように構成されている。第１又は第２のバンドパスフィルタが光共振器の光路上に挿入されるとき、光共振器の挿入損失は損失小（高Ｑ）となり、光路上に不透過領域が挿入されるとき、光共振器の挿入損失は損失大（低Ｑ）となる。波長選択手段５６はＱスイッチを兼ねており、回転駆動に伴って、波長選択手段５６が光共振器内の挿入損失を損失大（低Ｑ）から損失小（高Ｑ）へと急速に変化させることで、パルスレーザ光を得ることができる。
【００４９】
駆動手段５７は、波長選択手段５６を、光共振器がＱスイッチパルス発振するように駆動する。つまり、駆動手段５７は、波長選択手段５６が光共振器内の挿入損失を損失大（低Ｑ）から損失小（高Ｑ）へと急速に変化させるように、波長選択手段５６を駆動する。例えば波長選択手段５６が円周方向に沿って透過領域（バンドパスフィルタ）と不透過領域とが交互に配置されたフィルタ回転体で構成される場合、駆動手段５７は、光共振器の光路上に不透過領域及び透過領域が交互に挿入されるようにフィルタ回転体を連続的に回転させる。波長選択手段５６の駆動に伴う、光共振器内の挿入損失が損失高から損失小へと切り替わる際の切り替え時間は、Ｑスイッチパルスの発生遅延時間よりも短いことが好ましい。光共振器の光路上に挿入される領域を不透過領域から透過領域（第１又は第２のバンドパスフィルタ）へと切り替えることで、光路上に挿入された透過領域（バンドパスフィルタ）が透過させる光の波長に対応した波長で、光共振器をＱスイッチパルス発振させることができる。
【００５０】
駆動状態検出手段５８は、波長選択手段５６の駆動状態を検出する。駆動状態検出手段５８は、例えばフィルタ回転体である波長選択手段５６の回転変位を検出する。駆動状態検出手段５８は、フィルタ回転体の回転変位を示すＢＰＦ状態情報を制御部５９に出力する。
【００５１】
制御部５９は、回転制御部６０と発光制御部６１とを含む。回転制御部６０は、波長選択手段５６が所定の回転速度で回転するように駆動手段５８を制御する。波長選択手段５６の回転速度は、例えばレーザ光源ユニット１３から出射すべきパルスレーザ光の波長の数（フィルタ回転体におけるバンドパスフィルタの数）と、単位時間当たりのパルスレーザ光の個数とに基づいて決定できる。回転制御部５９は、駆動状態検出手段５８が検出する回転位置の所定時間あたりの変化量が一定となるように駆動手段５７を制御する。回転制御部５９は、例えば所定時間の間におけるＢＰＦ状態情報の変化の量が所定のバンドパスフィルタの切替え速度（フィルタ回転体の回転速度）に応じた変化量となるように、駆動手段５７を制御する。
【００５２】
発光制御部６１は、フラッシュランプ５２を制御する。発光制御部６１は、フラッシュランプ制御信号をフラッシュランプ５２に出力し、フラッシュランプ５２からレーザロッド５１に励起光を照射させる。発光制御部６１は、波長選択手段５６が光共振器の挿入損失を損失大から損失小へと切り替える時刻よりも所定時間だけ前の時刻でフラッシュランプ５２にフラッシュランプ制御信号を出力し、励起光を照射させる。つまり、発光制御部６１は、駆動状態検出手段５８が検出した回転位置が、波長選択手段５６が光共振器の挿入損失を損失大から損失小へと切り替える回転位置よりも所定の量だけ前の位置になると、フラッシュランプ５２にフラッシュランプ制御信号を送り、励起光を照射させる。
【００５３】
例えば発光制御部６１は、ＢＰＦ状態情報が、出射すべきパルスレーザ光の波長に対応したバンドパスフィルタが光共振器の光路上に挿入される波長選択手段５６の駆動位置から、レーザロッド５１の励起に要する時間の間に波長選択手段５６が変位する量を差し引いた位置を示す情報になるとフラッシュランプ制御信号を出力し、フラッシュランプ５２からレーザロッド５１に励起光を照射させる。発光制御部６１は、フラッシュランプ制御信号の出力後、駆動状態検出手段５８が検出した回転位置が、波長選択手段５６が光共振器の挿入損失を損失大から損失小へと切り替える回転位置になると、Ｑスイッチがオンになるタイミングを示すＱスイッチ同期信号を生成し、超音波ユニット１２に出力する。
【００５４】
図１に戻り、制御手段３１は、超音波ユニット１２内の各部の制御を行う。トリガ制御回路３０は、レーザ光源ユニット１３に対して、波長選択手段５６の回転速度を制御するためのＢＰＦ制御信号を出力する。また、トリガ制御回路３０は、レーザ光源ユニット１３に、フラッシュランプ５２の発光を制御するためのフラッシュランプスタンバイ信号を出力する。トリガ制御回路３０は、例えばレーザ光源ユニット１３の回転制御部６０からフィルタ回転体の現在の回転変位位置を受け取っており、受け取った回転変位位置に基づくタイミングでフラッシュランプスタンバイ信号を出力する。
【００５５】
トリガ制御回路３０は、レーザ光源ユニット１３から、Ｑスイッチがオンになるタイミング、すなわちレーザ発光タイミングを示すＱスイッチ同期信号を入力する。トリガ制御回路３０は、Ｑスイッチ同期信号を受け取ると、ＡＤ変換手段２２にサンプリングトリガ信号（ＡＤトリガ信号）を出力する。ＡＤ変換手段２２は、サンプリングトリガ信号に基づいて光音響信号のサンプリングを開始する。
【００５６】
図３は、波長選択手段５６の構成例を示す。波長選択手段５６は、例えば図３に示すような、透過波長が相互に異なる複数の透過領域（バンドパスフィルタ）を含むフィルタ回転体７０として構成される。フィルタ回転体７０は、波長７５０ｎｍの光を選択的に透過させる第１の透過領域７１と、波長８００ｎｍの光を選択的に透過させる第２の透過領域７２と、光を透過しない不透過領域７３、７４とを有する。なお、不透過領域は、完全に光を遮光するまでの能力は要求されない。不要なレーザ発振が生じない程度に、わずかに光が透過してもよい。
【００５７】
第１の透過領域７１及び第２の透過領域７２は、例えばそれぞれ中心角θの扇型に形成される。集光レンズ５５（図２）で集光された光は、フィルタ回転体の周縁部に照射される。フィルタ回転体７０を時計回りに回転させると、光共振器の光路上に、第１の透過領域７１、不透過領域７３、第２の透過領域７２、及び不透過領域７４をこの順に挿入できる。第１の透過領域７１と第２の透過領域７２とで、各領域を透過する光の波長を変える、すなわち各透過領域に設けるバンドパスフィルタの透過波長を変えることで、パルスごとに波長が異なるパルスレーザ光を得ることができる。
【００５８】
図４は、透過領域における波長と透過率との関係を示す。第１の透過領域（第１のバンドパスフィルタ）７１における中心波長７５０ｎｍの光に対する透過率は９０％以上あるものとする。帯域幅はおよそ１０ｎｍである。第２の透過領域（第２のバンドパスフィルタ）７２における中心波長８００ｎｍの光に対する透過率は９０％以上である。帯域幅はおよそ１０ｎｍである。
【００５９】
ここで、フィルタ回転体７０の回転周波数が１００Ｈｚ（回転速度６０００ｒｐｍ）であるとする。その場合、１回転あたり２つの透過領域を通過することから、レーザ光源ユニット１３が出射するパルスレーザ光の個数は１秒あたり２００個となる（２００Ｈｚ動作）。フィルタ回転体７０として半径２インチ（５０．４ｍｍ）のフィルタ回転体を考える。また、ビーム径は１００μｍとする。角速度はω＝２πｆ＝６２８．３［ｒａｄ／ｓｅｃ］となり、線速度はｖ＝ｒω＝６２８．８［ｒａｄ／ｓｅｃ］×５０．４［ｍｍ］＝３１．７［ｍ／ｓ］となる。ビームを横切る時間（スイッチング時間）は３．１５μｓｅｃとなる。
【００６０】
Ｑスイッチの特性として、スイッチング時間（例えば不透過領域から第１又は第２の透過領域への切替時間）はおおよそ数μ秒以下であること（Ｑスイッチパルスの発生遅延時間よりも小さいこと）が、シングルパルスを得るための条件である。透過領域の中心角θは、ビームを横切る時間＋Ｑスイッチ遅延時間の間、ビームを妨げない条件で選ばれる。上記数値例では、３．１５μｓｅｃ＋数μｓｅｃ＝おおよそ１０μｓｅｃの間、透過領域が続けばよい。３１．７［ｍ／ｓ］×１０μｓｅｃ＝３１７μｍが横幅の長さであり、角度にすると０．３５°である。製作のことを考えると、中心角θは１°から数度あればよい。
【００６１】
図５は、レーザ光源ユニット１３の一部を示している。波長選択手段５６は、例えば図３に示すような、２つのバンドパスフィルタ（透過する光の波長が異なる２つの透過領域）を含むフィルタ回転体７０として構成される。フィルタ回転体７０上でのビーム径は小さい方がよい。そこで、本実施形態では集光レンズ５５を用いてビームを収束させている。フィルタ回転体７０上でのビーム径は望ましくは１００μｍ以下である。下限は回折限界で決まり、数μｍφである。なお、フィルタ回転体７０は、光共振器の光軸に対して所定の角度で傾いた面内で回転するように、光軸に対して例えば０．５°から１°程度だけ傾けられる。このように光共振器の光軸に対してわずかに斜めに配置することで、不要な反射成分が寄生発振を起こすことを防止できる。
【００６２】
駆動手段５７は例えばサーボモータであり、波長選択手段５６（フィルタ回転体７０）を回転軸に沿って回転させる。フィルタ回転体７０の回転周波数は高い方がよい。機械的には１ｋＨｚ程度まで可能である。駆動状態検出手段５８は、例えばロータリーエンコーダーで構成される。ロータリーエンコーダーは、サーボモータの出力軸に取り付けられたスリット入りの回転板と透過型フォトインタラプタとでフィルタ回転体の回転変位を検出し、フィルタ回転体７０の回転を電気信号（ＢＰＦ状態信号）に変換する。この電気信号をマスタークロックとし、発光制御部６１に同期信号として送る。発光制御部６１は、高精度に回転しているフィルタ回転体７０の回転に合わせて、フラッシュランプ発光のタイミングを決定する。
【００６３】
図６は、フラッシュランプ発光のタイミングとパルスレーザ光のタイミングとを示す。時刻ｔ２は、回転しているフィルタ回転体７０（波長選択手段５６）が不透過領域から透過領域へと切り替わる回転位置に対応した時刻であるとする。時刻ｔ１は、時刻ｔ２から、レーザロッド５１の励起に必要な時間を差し引いた時刻である。発光制御部６１は、フィルタ回転体７０の回転位置が時刻ｔ１に対応した位置になると、フラッシュランプ５２を発光させる（図６の（ａ））。フラッシュランプ５２が発光することで、レーザロッド５１が励起される。
【００６４】
フラッシュランプ発光後、時刻ｔ２で、フラッシュランプが消灯するのと同時刻に、フィルタ回転体７０が不透過領域から透過領域（第１の透過領域７１又は第２の透過領域７２）へと切り替わっていく（図６の（ｂ））。ここで、同時刻とは、ほぼ同じ時刻も含むものであり、フラッシュランプが消灯してから、フィルタ回転体７０が不透過領域から透過領域へと切り替わっていく間の時間が、パルスレーザ光の発生に影響が無い時間内であることを意味する。この不透過領域から透過領域への替わりに要する時間（スイッチング時間）はできるだけ短い方がよく、数μ秒以下、より望ましくは０．５μ秒以下である。光共振器の光路上に７５０ｎｍの光を透過する透過領域が挿入されると、時刻ｔ３で、波長７５０ｎｍの光がＱスイッチパルス発振し、波長７５０ｎｍのパルスレーザ光が得られる（図６の（ｃ））。一方、光共振器の光路上に挿入された透過領域が８００ｎｍの光を透過する透過領域であった場合、波長８００ｎｍの光がＱスイッチパルス発振し、波長８００ｎｍのパルスレーザ光が得られる。フィルタ回転体７０の透過領域部分がおよそ１０μ秒程度続いた後、時刻ｔ４で、再び不透過領域へと切り替わる。
【００６５】
図７は、パルスレーザ光出射を示す。図３に示すような、不透過領域７３、７４の間に第１の透過領域７１と第２の透過領域７２とが設けられているフィルタ回転体７０を用いた場合、図７に示すように、パルスごとに、波長７５０ｎｍと波長８００ｎｍとを切り替えたパルスレーザ光を得ることができる。フィルタ回転体の回転周波数を１００Ｈｚとすれば、波長を交互に切り替えつつ、１秒間に２００個のパルスレーザ光を得ることができる。
【００６６】
図８は、光音響画像生成装置１０の動作手順を示す。ここでは、被検体のレーザ光が照射される領域が複数の部分領域に分割されているものとして説明する。トリガ制御回路３０は、被検体に対するパルスレーザ光照射に先立って、所定の回転速度でレーザ光源ユニット１３内の波長選択手段（フィルタ回転体）５６を回転させる旨のＢＰＦ制御信号をレーザ光源ユニット１３に出力する（ステップＡ１）。
【００６７】
トリガ制御回路３０は、光音響信号の受信準備が整うと、１つ目の波長（例えば７５０ｎｍ）のパルスレーザ光を出射させるべく、所定のタイミングでレーザ光源ユニット１３にフラッシュランプスタンバイ信号を出力する（ステップＡ２）。レーザ光源ユニット１３の発光制御部６１は、フラッシュランプスタンバイ信号を受け取った後、フラッシュランプ５２にフラッシュランプ制御信号を送り、フラッシュランプ５２を点灯させる（ステップＡ３）。発光制御部６１は、ＢＰＦ状態情報に基づいて、例えば波長選択手段５６の回転変位位置が不透過領域７４（図３）から波長７５０ｎｍの光を透過させる第１の透過領域７１へと切り替わるタイミングから逆算されたタイミングで、フラッシュランプ制御信号を出力する。フラッシュランプ５２が点灯することで、レーザロッド５１の励起が開始される。
【００６８】
フラッシュランプの点灯後、波長選択手段５６が回転を続け、光共振器の光路上に挿入される部分が不透過領域７４から第１の透過領域７１へと切り替わると、光共振器内の挿入損失が損失大（低Ｑ）から損失小（高Ｑ）へと急速に変化し、Ｑスイッチパルス発振が起こる（ステップＡ４）。このとき第１の透過領域７１は波長７５０ｎｍの光を選択的に透過させるため、レーザ光源ユニット１３は、波長７５０ｎｍのパルスレーザ光を出射する。発光制御部６１は、Ｑスイッチがオンになるタイミング、言い換えるとパルスレーザ光が出射するタイミングを示すＱスイッチ同期信号を超音波ユニット１２に出力する（ステップＡ５）。
【００６９】
レーザ光源ユニット１３から出射した波長７５０ｎｍのパルスレーザ光は、例えばプローブ１１まで導光され、プローブ１１から被検体の１つ目の部分領域に照射される。被検体内では、光吸収体が照射されたパルスレーザ光のエネルギーを吸収することで、光音響信号が発生する。プローブ１１は、被検体内で発生した光音響信号を検出する。プローブ１１で検出された光音響信号は、受信回路２１にて受信される。
【００７０】
トリガ制御回路３０は、Ｑスイッチ同期信号を受け取ると、ＡＤ変換手段２２にサンプリングトリガ信号を出力する。ＡＤ変換手段２２は、受信回路２１で受信された光音響信号を、所定のサンプリング周期でサンプリングする（ステップＡ６）。ＡＤ変換手段２２でサンプリングされた光音響信号は、受信メモリ２３に第１の光音響データとして格納される。
【００７１】
制御手段３１は、残りの波長があるか、つまり出射すべき複数の波長のパルスレーザ光の全てを出射したか否かを判断する（ステップＡ７）。残りの波長がある場合、次の波長のパルスレーザ光を出射させるために、ステップＡ２に戻り、トリガ制御回路３０からレーザ光源ユニット１３にフラッシュランプスタンバイ信号を出力する。発光制御部６１は、ステップＡ３でフラッシュランプ５２にフラッシュランプ制御信号を送り、フラッシュランプ５２を点灯させる。フラッシュランプの点灯後、ステップＡ４で、光共振器の光路上に挿入される部分が、不透過領域７３から２つめの波長（８００ｎｍ）に対応した第２の透過領域７２へと切り替わり、Ｑスイッチパルス発振が起こる。これにより、波長８００ｎｍのパルスレーザ光が出射する。発光制御部６１は、ステップＡ５で、Ｑスイッチ同期信号を超音波ユニット１２に出力する。
【００７２】
レーザ光源ユニット１３から出射した波長８００ｎｍのパルスレーザ光は、例えばプローブ１１まで導光され、プローブ１１から被検体の１つ目の部分領域に照射される。プローブ１１は、被検体内の光吸収体が波長８００ｎｍのパルスレーザ光を吸収することで発生した光音響信号を検出する。トリガ制御回路３０は、Ｑスイッチ同期信号を受け取ると、ＡＤ変換手段２２にサンプリングトリガ信号を出力する。ＡＤ変換手段２２は、ステップＡ６で光音響信号のサンプリングを行う。ＡＤ変換手段２２でサンプリングされた光音響信号は、受信メモリ２３に第２の光音響データとして格納される。光音響画像生成装置１０は、被検体に照射すべきパルスレーザ光の各波長に対してステップＡ１からＡ６を実行し、各波長のパルスレーザ光を被検体に照射して、被検体から光音響信号を検出する。
【００７３】
制御手段３１は、ステップＡ７で残りの波長がないと判断すると、部分領域を全て選択したか否かを判断する（ステップＡ８）。選択すべき部分領域が残っているときは、ステップＡ２に戻る。光音響画像生成装置１０は、各部分領域に対してステップＡ２からＡ７を実行し、各部分領域に各波長（７５０ｎｍ、８００ｎｍ）のパルスレーザ光を順次照射し、各部分領域に対応した第１の光音響データと第２の光音響データとを受信メモリ２３に格納する。全ての部分領域に対してパルスレーザ光の照射及び光音響信号の検出を行うと、１フレームの光音響画像を生成するために必要な光音響データが揃う。
【００７４】
制御手段３１は、ステップＡ８で全ての部分領域を選択したと判断すると、光音響画像の生成に処理を移す。複素数化手段２４は、受信メモリ２３から第１の光音響データと第２の光音響データとを読み出し、第１の光音響画像データを実部とし、第２の光音響画像データを虚部とした複素数データを生成する（ステップＡ９）。光音響画像再構成手段２５は、ステップＡ８で複素数化された複素数データから、フーリエ変換法（ＦＴＡ法）により画像再構成を行う（ステップＡ１０）。
【００７５】
位相情報抽出手段２６は、再構成された複素数データ（再構成画像）から位相情報を抽出する（ステップＡ１１）。位相情報抽出手段２６は、例えば再構成された複素数データがＸ＋ｉＹで表わされるとき、θ＝ｔａｎ−１（Ｙ／Ｘ）を位相情報として抽出する（ただし、Ｘ＝０の場合はθ＝９０°）。強度情報抽出手段２７は、再構成された複素数データから強度情報を抽出する（ステップＡ１２）。強度情報抽出手段２７は、例えば再構成された複素数データがＸ＋ｉＹで表わされるとき、（Ｘ２＋Ｙ２）１／２を強度情報として抽出する。
【００７６】
検波・対数変換手段２８は、ステップＡ１２で抽出された強度情報に対して検波・対数変換処理を施す。光音響画像構築手段２９は、ステップＡ１１で抽出された位相情報と、ステップＡ１２で抽出された強度情報に対して検波・対数変換処理を施したものとに基づいて、光音響画像を生成する（ステップＡ１３）。光音響画像構築手段２９は、例えば強度情報に基づいて光吸収体の分布画像における各画素の輝度（階調値）を決定し、位相情報に基づいて各画素の色を決定することで、光音響画像を生成する。生成された光音響画像は、画像表示手段１４に表示される。
【００７７】
本実施形態では、光共振器内で共振する光の波長を複数の波長のうちの何れかに制御する波長選択手段５６を、光共振器がＱスイッチパルス発振するように駆動する。例えば、透過波長が異なる２つのバンドパスフィルタを含む波長選択手段５６を連続的に駆動することで、２つのバンドパスフィルタを連続的、かつ選択的に光共振器の光路上に挿入することができ、レーザ光源ユニット１３から複数波長のレーザ光を連続的に切り換えて出射することができる。また、本実施形態では波長選択手段５６がＱスイッチとしても働くため、光共振器内に別途Ｑスイッチを設けなくても、Ｑスイッチパルス発振を得ることができる。本実施形態では、光共振器内に、Ｑスイッチと波長選択手段とを別個に配置する必要がないため、部品点数を削減することができる効果がある。
【００７８】
本実施形態では、２つの波長で得られた第１の光音響データと、第２の光音響データとの何れか一方を実部、他方を虚部とした複素数データを生成し、その複素数データからフーリエ変換法により再構成画像を生成している。このようにする場合、第１の光音響データと第２の光音響データとを別々に再構成する場合に比して、再構成を効率的に行うことができる。複数の波長のパルスレーザ光を照射し、各波長のパルスレーザ光を照射したときの光音響信号（光音響データ）を用いることで、各光吸収体の光吸収特性が波長に応じて異なることを利用した機能イメージングを行うことができる。
【００７９】
また、本実施形態では、例えば光照射領域が３つの部分領域に分かれているときには、第１の部分領域に対して第１の波長のパルスレーザ光、第２の波長のパルスレーザ光を順次に照射し、次いで、第２の部分領域に対して第１の波長のパルスレーザ光、第２の波長のパルスレーザ光を順次に照射し、その後、第３の部分領域に対して第１の波長のパルスレーザ光、第２の波長のパルスレーザ光を順次に照射する。本実施形態では、ある部分領域に対して第１の波長のパルスレーザ光、第２の波長のパルスレーザ光を連続的に照射した後に、次の部分領域に移っている。この場合、第１の波長のパルスレーザ光を３つの部分領域に照射した後に、第２の波長のパルスレーザ光を３つの部分領域に照射する場合に比して、同じ位置において第１の波長のパルスレーザ光を照射してから第２の波長のパルスレーザ光が照射されるまでの間の時間を短くすることができる。第１の波長のパルスレーザ光が照射されてから第２の波長のパルスレーザ光が照射されるまでの間の時間を短縮することで、第１の光音響データと第２の光音響データとの不整合を抑制することができる。
【００８０】
ここで、図９に、フィルタ回転体の別の構成例を示す。図３では、透過領域を扇型に形成したが、透過領域の形状は扇型には限定されない。例えば図９に示すように、第１の透過領域７１ａ及び第２の透過領域７２ａを、円形に形成することもできる。フィルタ回転体７０ａは、例えば不透過領域７３ａを構成する金属板で構成される。金属板の表面（特にレーザロッド側）には黒色処理を施し、低反射にしておくとよい。図１０に、透過領域付近の断面を示す。不透過領域７３ａを構成する金属板に複数の開口を設け、それら開口に各波長に対応した光フィルタ７５を貼り付けることで、第１の透過領域７１ａと第２の透過領域７２ａとを形成してもよい。開口（透過領域）の大きさは、少なくともビーム径の３倍から５倍程度あればよい。開口の大きさは、それより大きくても構わない。
【００８１】
波長選択手段（フィルタ回転体）５６が有する透過領域の数、言い換えると、レーザ光源ユニット１３が出射するレーザ光の波長の数は２つには限定されない。レーザ光源ユニット１３は、３つ以上の波長のパルスレーザ光を、パルスごとに切り替えて出射してもよい。図１１に、４つの波長を切り替えて出射する場合の波長選択手段５６の構成例を示す。この例では、波長選択手段５６は、透過波長が異なる４つの透過領域８１〜８４と、４つの不透過領域８５〜８８とを有するフィルタ回転体８０として構成される。例えば第１の透過領域８１は波長７４０ｎｍの光を選択的に透過し、第２の透過領域８２は波長７６０ｎｍの光を選択的に透過する。第３の透過領域８３は波長７８０ｎｍの光を選択的に透過し、第４の透過領域８４は波長８００ｎｍの光を選択的に透過する。フィルタ回転体８０において、透過領域と不透過領域とは交互に配置される。
【００８２】
上記フィルタ回転体８０を時計方向に回転させることで、光共振器の光路上に、第１の透過領域８１、不透過領域８５、第２の透過領域８２、不透過領域８６、第３の透過領域８３、不透過領域８７、第４の透過領域８４、不透過領域８８を順次にこの順で挿入できる。図１２は、パルスレーザ光出射を示す。図１１に示すような、４つの不透過領域８５〜８８の間に４つの透過領域８１〜８４が設けられているフィルタ回転体８０を用いた場合、図１２に示すように、パルスごとに、波長が７４０ｎｍ、７６０ｎｍ、７８０ｎｍ、８００ｎｍと順次に変化するパルスレーザ光を得ることができる。フィルタ回転体の回転周波数を１００Ｈｚとすれば、波長を交互に切り替えつつ、１秒間に４００個のパルスレーザ光を得ることができる（４００Ｈｚ動作）。
【００８３】
なお、波長選択手段（フィルタ回転体）５６が有する透過領域の数と、レーザ光源ユニット１３が出射するパルスレーザ光の波長の数とは、必ずしも一致していなくてもよい。例えば図１１に示した４つの透過領域を有するフィルタ回転体８０において、第１の透過領域８１と第３の透過領域８３とが同じ波長の光を選択的に透過し、第２の透過領域８２と第４の透過領域８４とが同じ波長の光を選択的に透過するようにしてもよい。具体的には、第１の透過領域８１及び第３の透過領域８３が波長７５０ｎｍの光を選択的に透過し、第２の透過領域８２及び第４の透過領域８４が波長８００ｎｍの光を選択的に透過するようにしてもよい。この場合、フィルタ回転体が１回転する間に、パルスごとに波長が７５０ｎｍと８００ｎｍとの間で切り替わる４つのパルスレーザ光を得ることができる。
【００８４】
上記実施形態では、波長選択手段５６として、フィルタを光共振器を構成する一対のミラー５３、５４の間に配置するものとして説明したが、これには限定されない。波長選択手段５６が光共振器を構成する一対のミラーのうちの１つ（例えばリアミラー）を兼ねる構成としてもよい。図１３は、波長選択手段５６がリアミラーを兼ねる場合のレーザ光源ユニット１３ａの一部を示す。波長選択手段５６は、例えば円周方向に沿って交互に配置された複数の反射領域と光を反射しない領域とを含むミラー回転体として構成される。ミラー回転体の複数の反射領域は、複数の波長に対応した所定の波長の光を選択的に反射する。反射領域は、光共振器のリアミラー５４として働く。
【００８５】
ミラー回転体は、図３に示したフィルタ回転体における透過領域を反射領域に置き換え、不透過領域を光を反射しない領域に置き換えた構成とすることができる。図１４は、反射領域における波長と反射率との関係を示す。例えば波長７５０ｎｍと８００ｎｍのパルスレーザ光を切り替えて出射する場合、第１の反射領域が波長７５０ｎｍの光を選択的に反射するように構成し、第２の反射領域が波長８００ｎｍの光を選択的に反射するように構成すればよい。各反射領域の７５０ｎｍ／８００ｎｍの光に対する反射率は９８％以上であるとする。帯域幅はおよそ１０ｎｍである。
【００８６】
駆動手段５７は、波長選択手段（ミラー回転体）を、光共振器の光軸に対して垂直な面内で連続的に回転させる。駆動手段５７は、光共振器の光路上に、ミラー回転体の光を反射しない領域及び反射領域が交互に挿入される挿入されるように、ミラー回転体を回転させる。反射領域の形状は、図３における透過領域と同様に扇型でもよいし、図９における透過領域と同様に円形でもよい。ミラー回転体の駆動に伴い、光共振器の光路上に挿入される領域が光を反射しない領域から反射領域へと切り替わると、光共振器内の挿入損失が損失大から損失小へと急速に変化し、Ｑスイッチパルス発振が起こる。このとき、光共振器は、切り替わった反射領域が反射する光の波長に対応した波長でＱスイッチパルス発振する。
【００８７】
上記では、反射領域と光を反射しない領域とが交互に配置されたミラー回転体を用いる例について説明したが、リアミラーとして機能すべき複数の反射面を持ち、それら複数の反射面が複数の波長に対応した所定の波長の光を選択的に反射するミラー回転体を用いることも可能である。図１５に、２つの面を持つミラー回転体を波長選択手段として用いたレーザ光源ユニット１３ｂの一部を示す。波長選択手段（ミラー回転体）５６ｂの一方の面は波長７５０ｎｍの光を選択的に反射し、他方の面は波長８００ｎｍの光を選択的に反射する。
【００８８】
駆動手段５７は、ミラー（出力鏡）５３と向かい合わせになる反射面が順次に切り替わるようにミラー回転体を連続的に回転させる。例えばミラー回転体が回転していき、波長７５０ｎｍの光を反射する反射面が光共振器の光軸に対して垂直となると、光共振器内で波長７５０ｎｍの光が共振する。また、波長８００ｎｍの光を反射する反射面が光共振器の光軸に対して垂直となると、光共振器内で波長８００ｎｍの光が共振する。それ以外の角度では共振は起こらない。このような駆動の仕方でも、光共振器内の挿入損失を急速に損失大から損失小へと急速に切り換えることができ、光軸に対して垂直になった反射面が反射する光の波長に対応した波長で光共振器をＱスイッチパルス発振させることができる。
【００８９】
図１６に、５つの面を持つミラー回転体（多面体）を波長選択手段として用いたレーザ光源ユニット１３ｃの一部を示す。波長選択手段（ミラー回転体）５６ｃは、波長７４０ｎｍの光を選択的に反射する面と、波長７６０ｎｍの光を選択的に反射する面と、波長７８０ｎｍの光を選択的に反射する面と、波長８００ｎｍの光を選択的に反射する面と、波長８２０ｎｍの光を選択的に反射する面とを有する。駆動手段５７は、波長選択手段（ミラー回転多面体）５６ｃを、ミラー５３と向かい合わせになる反射面が順次に切り替わるように連続的に回転させる。このようにすることで、パルスごとに、波長が８２０ｎｍ、８００ｎｍ、７８０ｎｍ、７６０ｎｍ、７４０ｎｍ、７２０ｎｍと順次に変化するパルスレーザ光を得ることができる。
【００９０】
引き続き、本発明の第２実施形態を説明する。図１７は、本発明の第２実施形態の光音響画像生成装置を示す。本実施形態の光音響画像生成装置１０ａは、超音波ユニット１２ａが、図１に示す第１実施形態の光音響画像生成装置１０における超音波ユニット１２の構成に加えて、データ分離手段３２、超音波画像再構成手段３３、検波・対数変換手段３４、超音波画像構築手段３５、画像合成手段３６、及び送信制御回路３７を有する。本実施形態の光音響画像生成装置１０は、光音響画像に加えて、超音波画像を生成する点で第１実施形態と相違する。その他の部分は、第１実施形態と同様でよい。
【００９１】
本実施形態では、プローブ１１は、光音響信号の検出に加えて、被検体に対する超音波の出力（送信）、及び送信した超音波に対する被検体からの反射超音波の検出（受信）を行う。トリガ制御回路３０は、超音波画像の生成時は、送信制御回路３７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３７は、トリガ信号を受けると、プローブ１１から超音波を送信させる。プローブ１１は、超音波の送信後、被検体からの反射超音波を検出する。
【００９２】
プローブ１１が検出した反射超音波は、受信回路２１を介してＡＤ変換手段２２に入力される。トリガ制御回路３０は、超音波送信のタイミングに合わせてＡＤ変換手段２２にサンプリグトリガ信号を送り、反射超音波のサンプリングを開始させる。ＡＤ変換手段２２は、反射超音波のサンプリングデータ（反射超音波データ）を受信メモリ２３に格納する。
【００９３】
データ分離手段３２は、受信メモリ２３に格納された反射超音波データと、第１及び第２の光音響データとを分離する。データ分離手段３２は、反射超音波データを超音波画像再構成手段３３に渡し、第１及び第２の光音響データを複素数化手段２４に渡す。第１及び第２の光音響データに基づく光音響画像の生成は第１実施形態と同様である。データ分離手段３２は、分離した反射超音波のサンプリングデータを、超音波画像再構成手段３３に入力する。
【００９４】
超音波画像再構成手段３３は、プローブ１１の複数の超音波振動子で検出された反射超音波（そのサンプリングデータ）に基づいて、超音波画像の各ラインのデータを生成する。超音波画像再構成手段３３は、例えばプローブ１１の６４個の超音波振動子からのデータを、超音波振動子の位置に応じた遅延時間で加算し、１ライン分のデータを生成する（遅延加算法）。
【００９５】
検波・対数変換手段３４は、超音波画像再構成手段３３が出力する各ラインのデータの包絡線を求め、求めた包絡線を対数変換する。超音波画像構築手段３５は、対数変換が施された各ラインのデータに基づいて、超音波画像を生成する。超音波画像再構成手段３３、検波・対数変換手段３４、及び超音波画像構築手段３５は、反射超音波に基づいて超音波画像を生成する超音波画像生成手段を構成する。
【００９６】
画像合成手段３６は、光音響画像と超音波画像とを合成する。画像合成手段３６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。その際、画像合成手段３６は、光音響画像と超音波画像とで、対応点が同一の位置となるように位置合わせをすることが好ましい。合成された画像は、画像表示手段１４に表示される。画像合成を行わずに、画像表示手段１４に、光音響画像と超音波画像とを並べて表示し、或いは光音響画像と超音波画像とを切り替えて表示することも可能である。
【００９７】
図１８は、光音響画像生成装置１０ａの動作手順を示している。以下では、被検体のレーザ光が照射される領域が複数の部分領域に分割されているものとして説明する。トリガ制御回路３０は、被検体に対するパルスレーザ光照射に先立って、所定の回転速度でレーザ光源ユニット１３内の波長選択手段（フィルタ回転体）５６を回転させる旨のＢＰＦ制御信号をレーザ光源ユニット１３に出力する（ステップＢ１）。
【００９８】
トリガ制御回路３０は、光音響信号の受信準備が整うと、１つ目の波長（例えば７５０ｎｍ）のパルスレーザ光を出射させるべく、所定のタイミングでレーザ光源ユニット１３にフラッシュランプスタンバイ信号を出力する（ステップＢ２）。レーザ光源ユニット１３の発光制御部６１は、フラッシュランプスタンバイ信号を受け取った後、フラッシュランプ５２にフラッシュランプ制御信号を送り、フラッシュランプ５２を点灯させる（ステップＢ３）。発光制御部６１は、ＢＰＦ状態情報に基づいて、例えば波長選択手段５６の回転変位位置が不透過領域７４（図３）から波長７５０ｎｍの光を透過させる第１の透過領域７１へと切り替わるタイミングから逆算されたタイミングで、フラッシュランプ制御信号を出力する。フラッシュランプ５２が点灯することで、レーザロッド５１の励起が開始される。
【００９９】
フラッシュランプの点灯後、波長選択手段５６が回転を続け、光共振器の光路上に挿入される部分が不透過領域７４から第１の透過領域７１へと切り替わると、光共振器内の挿入損失が損失大（低Ｑ）から損失小（高Ｑ）へと急速に変化し、Ｑスイッチパルス発振が起こる（ステップＢ４）。このとき第１の透過領域７１は波長７５０ｎｍの光を選択的に透過させるため、レーザ光源ユニット１３は、波長７５０ｎｍのパルスレーザ光を出射する。発光制御部６１は、Ｑスイッチがオンになるタイミング、言い換えるとパルスレーザ光が出射するタイミングを示すＱスイッチ同期信号を超音波ユニット１２に出力する（ステップＢ５）。
【０１００】
レーザ光源ユニット１３から出射した波長７５０ｎｍのパルスレーザ光は、例えばプローブ１１まで導光され、プローブ１１から被検体の１つ目の領域に照射される。被検体内では、光吸収体が照射されたパルスレーザ光のエネルギーを吸収することで、光音響信号が発生する。プローブ１１は、被検体内で発生した光音響信号を検出する。トリガ制御回路３０は、Ｑスイッチ同期信号を受けると、ＡＤ変換手段２２にサンプリングトリガ信号を出力する。ＡＤ変換手段２２は、受信回路２１を介してプローブ１１で検出された光音響信号を受信し、所定のサンプリング周期で光音響信号をサンプリングする（ステップＢ６）。ＡＤ変換手段２２でサンプリングされた光音響信号は、受信メモリ２３に第１の光音響データとして格納される。
【０１０１】
制御手段３１は、残りの波長があるか、つまり出射すべき複数の波長のパルスレーザ光の全てを出射させたか否かを判断する（ステップＢ７）。残りの波長がある場合、次の波長のパルスレーザ光を出射させるために、ステップＢ２に戻り、トリガ制御回路３０からレーザ光源ユニット１３にフラッシュランプスタンバイ信号を出力する。発光制御部６１は、ステップＡ３でフラッシュランプ５２にフラッシュランプ制御信号を送り、フラッシュランプ５２を点灯させる。フラッシュランプの点灯後、ステップＢ４で、光共振器の光路上に挿入される部分が、不透過領域７３から２つめの波長（８００ｎｍ）に対応した第２の透過領域７２へと切り替わり、Ｑスイッチパルス発振が起こる。これにより、波長８００ｎｍのパルスレーザ光が出射する。発光制御部６１は、ステップＢ５で、Ｑスイッチ同期信号を超音波ユニット１２に出力する。
【０１０２】
レーザ光源ユニット１３から出射した波長８００ｎｍのパルスレーザ光は、例えばプローブ１１まで導光され、プローブ１１から被検体の１つ目の部分領域に照射される。プローブ１１は、被検体内の光吸収体が波長８００ｎｍのパルスレーザ光を吸収することで発生した光音響信号を検出する。トリガ制御回路３０は、Ｑスイッチ同期信号を受けるとＡＤ変換手段２２にサンプリングトリガ信号を出力し、ＡＤ変換手段２２は、ステップＢ６で光音響信号のサンプリングを行う。ＡＤ変換手段２２でサンプリングされた光音響信号は、受信メモリ２３に第２の光音響データとして格納される。光音響画像生成装置１０は、被検体に照射すべきパルスレーザ光の各波長に対してステップＢ１からＢ６を実行し、各波長のパルスレーザ光を被検体に照射して、被検体から光音響信号を検出する。ステップＢ１からＢ６は、図８のステップＡ１からＡ６と同様でよい。
【０１０３】
制御手段３１は、ステップＢ７で残りの波長がないと判断すると、超音波の送受信に処理を移す。トリガ制御回路３０は、送信制御回路３７を介してプローブ１１から被検体に超音波を送信させる（ステップＢ８）。ステップＢ８では、被検体のパルスレーザ光が照射された部分領域と同じ領域に対して超音波を送信する。プローブ１１は、送信した超音波に対する反射超音波を検出する（ステップＢ９）。検出された反射超音波は、受信回路２１を経てＡＤ変換手段２２でサンプリングされ、受信メモリ２３に反射超音波データとして格納される。
【０１０４】
制御手段３１は、部分領域を全て選択したか否かを判断する（ステップＢ１０）。選択すべき部分領域が残っているときは、ステップＢ２に戻る。光音響画像生成装置１０は、各部分領域に対してステップＢ２からＢ７を実行し、各部分領域に各波長（７５０ｎｍ、８００ｎｍ）のパルスレーザ光を順次照射して、第１の光音響データと第２の光音響データとを受信メモリ２３に格納する。また、ステップＢ８及びＢ９を実行して、反射超音波データを受信メモリ２３に格納する。全ての部分領域に対してパルスレーザ光の照射と光音響信号の検出、及び超音波の送受信を行うと、１フレームの光音響画像及び超音波画像を生成するために必要なデータが揃う。
【０１０５】
制御手段３１は、ステップＢ１０で全ての部分領域を選択したと判断すると、光音響画像及び超音波画像の生成に処理を移す。データ分離手段３２は、第１及び第２の光音響データと反射超音波データとを分離する。データ分離手段３２は、分離した第１及び第２の光音響データを複素数化手段２４に渡し、反射超音波データを超音波画像再構成手段３３に渡す。複素数化手段２４は、第１の光音響画像データを実部とし、第２の光音響画像データを虚部とした複素数データを生成する（ステップＢ１１）。光音響画像再構成手段２５は、ステップＢ１１で複素数化された複素数データから、フーリエ変換法（ＦＴＡ法）により画像再構成を行う（ステップＢ１２）。
【０１０６】
位相情報抽出手段２６は、再構成された複素数データから位相情報を抽出する（ステップＢ１３）。強度情報抽出手段２７は、再構成された複素数データから強度情報を抽出する（ステップＢ１４）。検波・対数変換手段２８は、ステップＢ１４で抽出された強度情報に対して検波・対数変換処理を施す。光音響画像構築手段２９は、ステップＢ１３で抽出された位相情報と、ステップＢ１４で抽出された強度情報に対して検波・対数変換処理を施したものとに基づいて、光音響画像を生成する（ステップＢ１５）。ステップＢ１１からＢ１５は、図８のステップＡ９からＡ１３と同様でよい。
【０１０７】
超音波画像再構成手段３３は、例えば遅延加算法により、超音波画像の各ラインのデータを生成する。検波・対数変換手段３４は、超音波画像再構成手段３３が出力する各ラインのデータの包絡線を求め、求めた包絡線を対数変換する。超音波画像構築手段３５は、対数変換が施された各ラインのデータに基づいて、超音波画像を生成する（ステップＢ１６）。画像合成手段３６は、光音響画像と超音波画像とを合成し、合成した画像を画像表示手段１４に表示する（ステップＢ１７）。
【０１０８】
本実施形態では、光音響画像生成装置は、光音響画像に加えて超音波画像を生成する。超音波画像を参照することで、光音響画像では画像化することができない部分を観察することができる。その他の効果は、第１実施形態と同様である。
【０１０９】
なお、上記各実施形態では、第１の光音響データと第２の光音響データとを複素数化する例について説明したが、複素数化せずに、第１の光音響データと第２の光音響データとを別々に再構成してもよい。さらに、ここでは、複素数化して位相情報を用いて第１の光音響データと第２の光音響データの比を計算しているが、両者の強度情報から比を計算しても同様の効果が得られる。また、強度情報は、第１の再構成画像における信号強度と、第２の再構成画像における信号強度とに基づいて生成できる。
【０１１０】
光音響画像の生成に際して、被検体に照射されるパルスレーザ光の波長の数は２つには限られず、３以上のパルスレーザ光を被検体に照射し、各波長に対応する光音響データに基づいて光音響画像を生成してもよい。その場合、例えば位相情報抽出手段２６は、各波長に対応する光音響データ間での相対的な信号強度の大小関係を位相情報として生成すればよい。また、強度情報抽出手段２７は、例えば各波長に対応する光音響データにおける信号強度を１つにまとめたものを強度情報として生成すればよい。
【０１１１】
ここで、フィルタ回転体の回転数を上げ、スイッチング時間をできるだけ短くすることで、ビーム径がフィルタ上にダメージを起こさない程度に大きい場合でも（＞１００μｍ）、Ｑスイッチを掛けることができる。しかしながら、そのような場合に、回転にフラッシュランプを追随させると、Ｑスイッチ繰り返しも上がり光音響に望ましくない。そのような場合は、フィルタ回転体の回転周波数に対するフラッシュランプ発光の周波数を下げ、Ｑスイッチ繰り返しを所望のレートに制御して、Ｑスイッチパルスの周波数が上がりすぎることを防げばよい。
【０１１２】
図１９に、Ｑスイッチ繰り返しの周波数をフィルタ回転体の回転周波数よりも低くした例を示す。波長選択手段５６が、図３に示すフィルタ回転体７０で構成される場合、フィルタ回転体７０の回転周波数を１００Ｈｚとすると、フィルタ回転体７０は２つの透過領域を有するため、光共振器の光路上に透過領域が１秒間に２００回挿入される（図１９の（ａ））。発光制御部６１（図２）は、透過領域が光共振器の光路上に挿入されるたびにフラッシュランプを発光するのに代えて、例えば５回に１回の割合いでフラッシュランプを発光させる（図１９の（ｂ））。この場合、レーザ光源ユニット１３が１秒間あたりに出射するパルスレーザ光の個数を４０個に落とすことができる（図１９の（ｃ））。
【０１１３】
上記のように、フィルタ回転体の回転周波数（１秒間あたりに挿入される透過領域の数）に対するフラッシュランプ発光の周波数を下げることで、Ｑスイッチパルスの周波数を低下させることができる。上記例のように、５回に１回の割合いでフラッシュランプを発光させた場合、透過領域が光共振器の光路上に挿入されるたびにフラッシュランプを発光すれば２００Ｈｚ動作となるところ、その１／５の４０Ｈｚ動作を実現できる。
【０１１４】
例えば波長選択手段５６が１回転する間に光共振器をＱスイッチパルス発振させることができる回数の上限（最大値）をｍ回とする。例えば波長選択手段５６が図１１に示した４つの透過領域を有するフィルタ回転体８０で構成されるとき、フィルタ回転体８０では不透過領域から透過領域への切り替えが１回転につき４回あるため、波長選択手段が１回転する間に光共振器をＱスイッチパルス発振させることができる回数の上限は４回である。また、波長選択手段が図１６に示した５つの反射面を有するミラー回転体で構成される場合、ミラー回転体を１回転させる間に、順次、５つの反射面が光共振器の光軸に対して垂直になるため、波長選択手段が１回転する間に光共振器をＱスイッチパルス発振させることができる回数の上限は５回となる。駆動手段５７が波長選択手段５６を回転駆動する際の回転周波数をＦ［回転／秒］とし、ｎを所定の自然数としたとき、発光制御部は、１秒あたりｍ×Ｆ／ｎ回前記励起光を照射させる。その場合、Ｑスイッチパルスの周波数を１／ｎに下げることができる。
【０１１５】
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、本発明のレーザ光源ユニット及び光音響画像生成装置は、上記実施形態にのみ限定されるものではなく、上記実施形態の構成から種々の修正及び変更を施したものも、本発明の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１１６】
１０：光音響画像生成装置
１１：プローブ
１２：超音波ユニット
１３：レーザ光源ユニット
１４：画像表示手段
２１：受信回路
２２：ＡＤ変換手段
２３：受信メモリ
２４：複素数化手段
２５：光音響画像再構成手段
２６：位相情報抽出手段
２７：強度情報抽出手段
２８：検波・対数変換手段
２９：光音響画像構築手段
３０：トリガ制御回路
３１：制御手段
３２：データ分離手段
３３：超音波画像再構成手段
３４：検波・対数変換手段
３５：超音波画像構築手段
３６：画像合成手段
３７：送信制御回路
５１：レーザロッド
５２：フラッシュランプ
５３、５４：ミラー
５５：集光レンズ
５６：波長選択手段
５７：駆動手段
５８：駆動状態検出手段
５９：制御部
６０：回転制御部
６１；発光制御部
７０：フィルタ回転体
７１、７２：透過領域
７３、７４：不透過領域
７５：光フィルタ
８０：フィルタ回転体
８１〜８４：透過領域
８５〜８８：不透過領域
【特許請求の範囲】
【請求項１】
相互に異なる複数の波長のパルスレーザ光を出射するレーザ光源ユニットであって、
レーザロッドと、
該レーザロッドに励起光を照射する励起光源と、
前記レーザロッドを挟んで対向する一対のミラーを含む光共振器と、
前記光共振器内で共振する光の波長を、前記複数の波長のうちの何れかに制御する波長選択手段と、
前記光共振器がＱスイッチパルス発振するように前記波長選択手段を駆動する駆動手段とを備えたことを特徴とするレーザ光源ユニット。
【請求項２】
前記波長選択手段は、回転駆動可能であり、該波長選択手段の回転駆動に伴って、前記光共振器内の挿入損失を第１の損失から該第１の損失よりも小さい第２の損失に変化させるように構成されているものである請求項１に記載のレーザ光源ユニット。
【請求項３】
前記励起光源を制御する発光制御部を更に備え、該発光制御部が、前記波長選択手段が前記光共振器の挿入損失を前記第１の損失から前記第２の損失へと切り替える時刻よりも所定時間だけ前の時刻で前記励起光源に励起光を照射させるものである請求項２に記載のレーザ光源ユニット。
【請求項４】
前記波長選択手段が前記光共振器の挿入損失を前記第１の損失から前記第２の損失へと切り替える時刻と同時刻に前記励起光源が消灯する請求項３に記載のレーザ光源ユニット。
【請求項５】
前記波長選択手段が１回転する間に前記光共振器をＱスイッチパルス発振させることができる回数の上限をｍ回とし、前記駆動手段が前記波長選択手段を回転駆動する際の回転周波数をＦ［回転／秒］とし、ｎを所定の自然数とした場合、前記発光制御部が、１秒あたりｍ×Ｆ／ｎ回前記励起光を照射させるものである請求項３又は４に記載のレーザ光源ユニット。
【請求項６】
前記波長選択手段の駆動に伴って前記光共振器内の挿入損失が第１の前記損失から前記第２の損失へと切り替わる際の切り替え時間が、Ｑスイッチパルスの発生遅延時間よりも短い請求項２から５何れか一項に記載のレーザ光源ユニット。
【請求項７】
前記波長選択手段が、円周方向に沿って交互に配置された複数の透過領域と不透過領域とを含み、前記複数の透過領域が前記複数の波長に対応した所定の波長の光を選択的に透過させるフィルタ回転体を含み、
前記駆動手段が、前記光共振器の光路上に前記不透過領域及び前記透過領域が交互に挿入されるように前記フィルタ回転体を連続的に回転させるものであり、
前記光共振器の光路上に挿入される領域が前記不透過領域から前記透過領域へと切り替わると、該切り替わった透過領域が透過させる光の波長に対応した波長で前記光共振器がＱスイッチパルス発振する請求項１から６のいずれか一項に記載のレーザ光源ユニット。
【請求項８】
前記透過領域がバンドパスフィルタを含む請求項７に記載のレーザ光源ユニット。
【請求項９】
前記透過領域が扇型に形成されている請求項７又は８に記載のレーザ光源ユニット。
【請求項１０】
前記透過領域が円形に形成されている請求項７又は８に記載のレーザ光源ユニット。
【請求項１１】
前記フィルタ回転体が、前記光共振器の光軸に対して所定の角度で傾いた面内で回転させられるものである請求項７から１０何れか一項に記載のレーザ光源ユニット。
【請求項１２】
前記波長選択手段が、円周方向に沿って交互に配置された複数の反射領域と光を反射しない領域とを含み、前記複数の反射領域が前記複数の波長に対応した所定の波長の光を選択的に反射するミラー回転体を含み、
前記駆動手段が、前記光共振器の光路上に前記光を反射しない領域及び前記反射領域が交互に挿入されるように前記ミラー回転体を連続的に回転させるものであり、
前記ミラー回転体の反射領域が前記一対のミラーのうちの一方として働き、前記光共振器の光路上に挿入される領域が前記光を反射しない領域から前記反射領域へと切り替わると、該切り替わった反射領域が反射する光の波長に対応した波長で前記光共振器がＱスイッチパルス発振する請求項１から６何れか一項に記載のレーザ光源ユニット。
【請求項１３】
前記波長選択手段が、前記一対のミラーのうちの一方として機能する複数の反射面を有し、該複数の反射面が前記複数の波長に対応した所定の波長の光を選択的に反射するミラー回転体を含み、
前記駆動手段が、前記一対のミラーのうちの他方と向かい合わせになる反射面が順次に切り替わるように前記ミラー回転体を連続的に回転させるものであり、
前記反射面が前記光共振器の光軸に対して垂直になるとき、該光軸に対して垂直になった反射面が反射する光の波長に対応した波長で前記光共振器がＱスイッチパルス発振する請求項１から６何れか一項に記載のレーザ光源ユニット。
【請求項１４】
前記光共振器内に配置され、前記光共振器内を前記波長選択手段に向けて進行する光のビーム径を縮小させる集光レンズを更に有する請求項１から１３何れか一項に記載のレーザ光源ユニット。
【請求項１５】
前記集光レンズが、前記波長選択手段の位置における光のビーム径を１００μｍ以下とする請求項１４に記載のレーザ光源ユニット。
【請求項１６】
相互に異なる複数の波長のパルスレーザ光を出射するレーザ光源ユニットであって、レーザロッドと、該レーザロッドに励起光を照射する励起光源と、前記レーザロッドを挟んで対向する一対のミラーを含む光共振器と、前記光共振器内で共振する光の波長を、前記複数の波長のうちの何れかに制御する波長選択手段と、前記光共振器がＱスイッチパルス発振するように前記波長選択手段を駆動する駆動手段とを有するレーザ光源ユニットと、
前記複数の波長のパルスレーザ光が被検体に照射されたときに被検体内で生じた光音響信号を検出し、各波長に対応した光音響データを生成する検出手段と、
前記各波長に対応した光音響データ間の相対的な信号強度の大小関係を抽出する強度比抽出手段と、
前記抽出された大小関係に基づいて光音響画像を生成する光音響画像構築手段とを備えたことを特徴とする光音響画像生成装置。
【請求項１７】
前記波長選択手段が、回転駆動に伴って、前記光共振器内の挿入損失を第１の損失から該第１の損失よりも小さい第２の損失に変化させるように構成されており、
前記波長選択手段の回転位置を検出する駆動状態検出手段と、
前記波長選択手段が所定の回転速度で回転するように前記駆動手段を制御する回転制御部と、
前記駆動状態検出手段が検出した回転位置が、前記波長選択手段が前記光共振器の挿入損失を前記第１の損失から前記第２の損失へと切り替える回転位置よりも所定の量だけ前の位置になると、前記励起光源に励起光を照射させる発光制御部とを更に備える請求項１６に記載の光音響画像生成装置。
【請求項１８】
前記回転制御部が、前記駆動状態検出手段が検出する回転位置の所定時間あたりの変化量が一定となるように前記駆動手段を制御するものである請求項１７に記載の光音響画像生成装置。
【請求項１９】
前記発光制御部が、前記駆動状態検出手段が検出した回転位置が、前記波長選択手段が前記光共振器の挿入損失を前記第１の損失から前記第２の損失へと切り替える回転位置になると同期信号を生成し、
前記検出手段が、前記同期信号に基づいて前記光音響信号の検出を開始するものである請求項１７又は１８に記載の光音響画像生成装置。
【請求項２０】
前記各波長に対応した光音響データに基づいて信号強度を示す強度情報を生成する強度情報抽出手段を更に備え、
前記光音響画像構築手段が、前記光音響画像の各画素の階調値を前記強度情報に基づいて決定すると共に、各画素の表示色を前記抽出された大小関係に基づいて決定するものである請求項１６から１９何れか一項に記載の光音響画像生成装置。
【請求項２１】
前記前記レーザ光源ユニットが出射するパルスレーザ光の複数の波長が第１の波長と第２の波長を含み、
前記第１の波長のパルスレーザ光が照射されたときに検出された光音響信号に対応する第１の光音響データと、前記第２の波長のパルスレーザ光が照射されたときに検出された光音響信号に対応する第２の光音響データとのうちの何れか一方を実部、他方を虚部とした複素数データを生成する複素数化手段と、
前記複素数データからフーリエ変換法により再構成画像を生成する光音響画像再構成手段とを更に備え、
前記強度比抽出手段が前記再構成画像から前記大小関係としての位相情報を抽出し、前記強度情報抽出手段が前記再構成画像から前記強度情報を抽出するものである請求項２０に記載の光音響画像生成装置。
【請求項２２】
前記検出手段が、更に、被検体に送信された音響波に対する反射音響波を検出して反射音響波データを生成するものであり、
前記反射音響波データに基づいて音響波画像を生成する音響波画像生成手段を更に備える請求項１６から２１何れか一項に記載の光音響画像生成装置。
【請求項１】
相互に異なる複数の波長のパルスレーザ光を出射するレーザ光源ユニットであって、
レーザロッドと、
該レーザロッドに励起光を照射する励起光源と、
前記レーザロッドを挟んで対向する一対のミラーを含む光共振器と、
前記光共振器内で共振する光の波長を、前記複数の波長のうちの何れかに制御する波長選択手段と、
前記光共振器がＱスイッチパルス発振するように前記波長選択手段を駆動する駆動手段とを備えたことを特徴とするレーザ光源ユニット。
【請求項２】
前記波長選択手段は、回転駆動可能であり、該波長選択手段の回転駆動に伴って、前記光共振器内の挿入損失を第１の損失から該第１の損失よりも小さい第２の損失に変化させるように構成されているものである請求項１に記載のレーザ光源ユニット。
【請求項３】
前記励起光源を制御する発光制御部を更に備え、該発光制御部が、前記波長選択手段が前記光共振器の挿入損失を前記第１の損失から前記第２の損失へと切り替える時刻よりも所定時間だけ前の時刻で前記励起光源に励起光を照射させるものである請求項２に記載のレーザ光源ユニット。
【請求項４】
前記波長選択手段が前記光共振器の挿入損失を前記第１の損失から前記第２の損失へと切り替える時刻と同時刻に前記励起光源が消灯する請求項３に記載のレーザ光源ユニット。
【請求項５】
前記波長選択手段が１回転する間に前記光共振器をＱスイッチパルス発振させることができる回数の上限をｍ回とし、前記駆動手段が前記波長選択手段を回転駆動する際の回転周波数をＦ［回転／秒］とし、ｎを所定の自然数とした場合、前記発光制御部が、１秒あたりｍ×Ｆ／ｎ回前記励起光を照射させるものである請求項３又は４に記載のレーザ光源ユニット。
【請求項６】
前記波長選択手段の駆動に伴って前記光共振器内の挿入損失が第１の前記損失から前記第２の損失へと切り替わる際の切り替え時間が、Ｑスイッチパルスの発生遅延時間よりも短い請求項２から５何れか一項に記載のレーザ光源ユニット。
【請求項７】
前記波長選択手段が、円周方向に沿って交互に配置された複数の透過領域と不透過領域とを含み、前記複数の透過領域が前記複数の波長に対応した所定の波長の光を選択的に透過させるフィルタ回転体を含み、
前記駆動手段が、前記光共振器の光路上に前記不透過領域及び前記透過領域が交互に挿入されるように前記フィルタ回転体を連続的に回転させるものであり、
前記光共振器の光路上に挿入される領域が前記不透過領域から前記透過領域へと切り替わると、該切り替わった透過領域が透過させる光の波長に対応した波長で前記光共振器がＱスイッチパルス発振する請求項１から６のいずれか一項に記載のレーザ光源ユニット。
【請求項８】
前記透過領域がバンドパスフィルタを含む請求項７に記載のレーザ光源ユニット。
【請求項９】
前記透過領域が扇型に形成されている請求項７又は８に記載のレーザ光源ユニット。
【請求項１０】
前記透過領域が円形に形成されている請求項７又は８に記載のレーザ光源ユニット。
【請求項１１】
前記フィルタ回転体が、前記光共振器の光軸に対して所定の角度で傾いた面内で回転させられるものである請求項７から１０何れか一項に記載のレーザ光源ユニット。
【請求項１２】
前記波長選択手段が、円周方向に沿って交互に配置された複数の反射領域と光を反射しない領域とを含み、前記複数の反射領域が前記複数の波長に対応した所定の波長の光を選択的に反射するミラー回転体を含み、
前記駆動手段が、前記光共振器の光路上に前記光を反射しない領域及び前記反射領域が交互に挿入されるように前記ミラー回転体を連続的に回転させるものであり、
前記ミラー回転体の反射領域が前記一対のミラーのうちの一方として働き、前記光共振器の光路上に挿入される領域が前記光を反射しない領域から前記反射領域へと切り替わると、該切り替わった反射領域が反射する光の波長に対応した波長で前記光共振器がＱスイッチパルス発振する請求項１から６何れか一項に記載のレーザ光源ユニット。
【請求項１３】
前記波長選択手段が、前記一対のミラーのうちの一方として機能する複数の反射面を有し、該複数の反射面が前記複数の波長に対応した所定の波長の光を選択的に反射するミラー回転体を含み、
前記駆動手段が、前記一対のミラーのうちの他方と向かい合わせになる反射面が順次に切り替わるように前記ミラー回転体を連続的に回転させるものであり、
前記反射面が前記光共振器の光軸に対して垂直になるとき、該光軸に対して垂直になった反射面が反射する光の波長に対応した波長で前記光共振器がＱスイッチパルス発振する請求項１から６何れか一項に記載のレーザ光源ユニット。
【請求項１４】
前記光共振器内に配置され、前記光共振器内を前記波長選択手段に向けて進行する光のビーム径を縮小させる集光レンズを更に有する請求項１から１３何れか一項に記載のレーザ光源ユニット。
【請求項１５】
前記集光レンズが、前記波長選択手段の位置における光のビーム径を１００μｍ以下とする請求項１４に記載のレーザ光源ユニット。
【請求項１６】
相互に異なる複数の波長のパルスレーザ光を出射するレーザ光源ユニットであって、レーザロッドと、該レーザロッドに励起光を照射する励起光源と、前記レーザロッドを挟んで対向する一対のミラーを含む光共振器と、前記光共振器内で共振する光の波長を、前記複数の波長のうちの何れかに制御する波長選択手段と、前記光共振器がＱスイッチパルス発振するように前記波長選択手段を駆動する駆動手段とを有するレーザ光源ユニットと、
前記複数の波長のパルスレーザ光が被検体に照射されたときに被検体内で生じた光音響信号を検出し、各波長に対応した光音響データを生成する検出手段と、
前記各波長に対応した光音響データ間の相対的な信号強度の大小関係を抽出する強度比抽出手段と、
前記抽出された大小関係に基づいて光音響画像を生成する光音響画像構築手段とを備えたことを特徴とする光音響画像生成装置。
【請求項１７】
前記波長選択手段が、回転駆動に伴って、前記光共振器内の挿入損失を第１の損失から該第１の損失よりも小さい第２の損失に変化させるように構成されており、
前記波長選択手段の回転位置を検出する駆動状態検出手段と、
前記波長選択手段が所定の回転速度で回転するように前記駆動手段を制御する回転制御部と、
前記駆動状態検出手段が検出した回転位置が、前記波長選択手段が前記光共振器の挿入損失を前記第１の損失から前記第２の損失へと切り替える回転位置よりも所定の量だけ前の位置になると、前記励起光源に励起光を照射させる発光制御部とを更に備える請求項１６に記載の光音響画像生成装置。
【請求項１８】
前記回転制御部が、前記駆動状態検出手段が検出する回転位置の所定時間あたりの変化量が一定となるように前記駆動手段を制御するものである請求項１７に記載の光音響画像生成装置。
【請求項１９】
前記発光制御部が、前記駆動状態検出手段が検出した回転位置が、前記波長選択手段が前記光共振器の挿入損失を前記第１の損失から前記第２の損失へと切り替える回転位置になると同期信号を生成し、
前記検出手段が、前記同期信号に基づいて前記光音響信号の検出を開始するものである請求項１７又は１８に記載の光音響画像生成装置。
【請求項２０】
前記各波長に対応した光音響データに基づいて信号強度を示す強度情報を生成する強度情報抽出手段を更に備え、
前記光音響画像構築手段が、前記光音響画像の各画素の階調値を前記強度情報に基づいて決定すると共に、各画素の表示色を前記抽出された大小関係に基づいて決定するものである請求項１６から１９何れか一項に記載の光音響画像生成装置。
【請求項２１】
前記前記レーザ光源ユニットが出射するパルスレーザ光の複数の波長が第１の波長と第２の波長を含み、
前記第１の波長のパルスレーザ光が照射されたときに検出された光音響信号に対応する第１の光音響データと、前記第２の波長のパルスレーザ光が照射されたときに検出された光音響信号に対応する第２の光音響データとのうちの何れか一方を実部、他方を虚部とした複素数データを生成する複素数化手段と、
前記複素数データからフーリエ変換法により再構成画像を生成する光音響画像再構成手段とを更に備え、
前記強度比抽出手段が前記再構成画像から前記大小関係としての位相情報を抽出し、前記強度情報抽出手段が前記再構成画像から前記強度情報を抽出するものである請求項２０に記載の光音響画像生成装置。
【請求項２２】
前記検出手段が、更に、被検体に送信された音響波に対する反射音響波を検出して反射音響波データを生成するものであり、
前記反射音響波データに基づいて音響波画像を生成する音響波画像生成手段を更に備える請求項１６から２１何れか一項に記載の光音響画像生成装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【公開番号】特開２０１３−８４９２３（Ｐ２０１３−８４９２３Ａ）
【公開日】平成２５年５月９日（２０１３．５．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１９８０９９（Ｐ２０１２−１９８０９９）
【出願日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【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５月９日（２０１３．５．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【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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