激光光源单元及光声图像生成装置制造方法

激光光源单元及光声图像生成装置制造方法
【专利摘要】在激光光源单元中，通过简单的构成连续切换多个波长并获得Q开关脉冲振荡。激光光源单元13射出彼此不同的多个波长的脉冲激光。闪光灯52向激光棒51照射激励光。一对反光镜53、54隔着激光棒51而相向。由一对反光镜53、54构成光共振器。波长选择单元56将在光共振器内共振的光的波长控制为激光光源单元13应射出的多个波长中的任一波长。驱动单元57驱动波长选择单元56，以使光共振器进行Q开关脉冲振荡。
【专利说明】激光光源单元及光声图像生成装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种激光光源单元，更详细而言涉及一种切换并射出多个波长的激光的激光光源单兀。
[0002]并且，本发明涉及一种在将多个波长的激光照射到被检体时基于对各波长检测出的光声信号来生成光声图像的光声图像生成装置。
【背景技术】
[0003]一直以来，例如如专利文献1、非专利文献I所示，公知有利用光声效应将活体的内部图像化的光声图像化装置。在该光声图像化装置中，例如将脉冲激光等脉冲光照射到活体上。在受到该脉冲光照射的活体内部，吸收了脉冲光的能量的活体组织因热而体积膨胀，产生声波。能够用超声波探针等检测该声波，基于检测出的信号(光声信号)使活体内部可视图像化。在光声图像化方法中，在特定的光吸收体中产生声波，因此能够使活体中的特定的组织例如血管等图像化。
[0004]然而，多数活体组织的光吸收特性根据光的波长而变化，并且一般而言，该光吸收特性对应各组织也是特有的。例如图20表示在人的动脉中较多含有的氧合血红蛋白(与氧结合的血红蛋白:oxy-Hb)和静脉中较多含有的脱氧血红蛋白(未与氧结合的血红蛋白deoxy-Hb)的各光波波长下的分子吸收系数。动脉的光吸收特性与氧合血红蛋白的特性对应，静脉的光吸收特性与脱氧血红蛋白的特性对应。公知有如下的光声图像化方法:利用与该波长对应的光吸收率的不同，将彼此不同的两种波长的光照射到血管部分，区分动脉和静脉并进行图像化(例如参照专利文献2)。
[0005]射出多个波长的激光的激光装置公知为例如专利文献3、专利文献4所记载的装置。在专利文献3中，将仅使特定的峰值波长光选择性地透射的滤光器配置于激光活性介质和光共振器反光镜中的一个反光镜之间的光路上。以应选择的峰值波长准备滤光器，并将准备好的滤光器中的任一滤光器配置于光路上，从而能够切换并射出多个波长的激光。并且，专利文献4中记载了使构成光共振器的一个反光镜具有仅选择性地反射特定峰值波长光的特性。以应选择的峰值波长来准备具有该特性的反光镜，使用准备好的反光镜中的任一反光镜来构成光共振器，从而能够切换并射出多个波长的激光。
[0006]在光声中，一般向被检体照射脉冲激光。作为将激光脉冲化的技术，公知有Q开关法，作为Q开关的一种，公知有通过机械运动产生Q开关振荡的机械Q开关。作为机械Q开关，公知有例如使用旋转反光镜机械性地控制增益来产生Q开关动作的装置或使设有狭缝、开口的机械斩波器旋转来调节增益的装置。使用了旋转的机械斩波器的Q开关激光例如记载于专利文献5。
[0007]专利文献1:日本特开2005-21380号公报
[0008]专利文献2:日本特开2010-046215号公报
[0009]专利文献3:日本特开平10-65260号公报
[0010]专利文献4:日本特开平10-65238号公报[0011 ] 专利文献5:日本特开2007-235063号公报
[0012]非专利文献1:A High-Speed Photoacoustic Tomography System based ona Commercial Ultrasound and a Custom Transducer Array, Xueding Wang, JonathanCannata, Derek DeBusschere, Changhong Hu, J.Brian Fowlkes, and Paul Carson, Proc.SPIE Vol.7564，756424(Feb.23，2010)

【发明内容】

[0013]发明要解决的问题
[0014]在专利文献3所记载的激光装置中，能够切换多个波长。但是，专利文献3所记载的只是通过切换插入到光路中的滤光器来切换激光的波长，专利文献3并未提供用于连续切换并射出多个波长的激光的装置。专利文献4也同样，仅记载了通过切换构成光共振器的反光镜中的一个反光镜来切换激光的波长，并未提供用于连续切换并射出多个波长的激光的装置。
[0015]并且，专利文献5仅记载了通过机械斩波器的旋转来获得脉冲激光这一情况，在专利文献5中未考虑多个波长的切换。当假如考虑在专利文献5中获得多个波长的脉冲激光时，需要设置独立于机械斩波器的、用于选择波长的装置，构成元件会增加。
[0016]本发明鉴于以上情况，其目的在于提供一种能够通过简单的构成连续切换多个波长并获得Q开关脉冲振荡的激光光源单元。并且，本发明提供一种包括该激光光源单元的光声图像生成装置。
[0017]用于解决问题的方法
[0018]为了实现上述目的，本发明提供一种激光光源单元，射出彼此不同的多个波长的脉冲激光，激光光源单7Π的特征在于具备:激光棒；激励光源，向该激光棒照射激励光；光共振器，包括隔着激光棒而相向的一对反光镜；波长选择单兀，将在光共振器内共振的光的波长控制为多个波长中的任一波长；及驱动单元，驱动波长选择单元，以使光共振器进行Q开关脉冲振荡。
[0019]在本发明的激光光源单元中优选为，波长选择单元构成为，能够旋转驱动，随着该波长选择单元的旋转驱动，使光共振器内的插入损失从第一损失变化为比该第一损失小的
第二损失。
[0020]本发明的激光光源单元可以采用以下构成，还具备控制激励光源的发光控制部，在比波长选择单元将光共振器的插入损失从第一损失向第二损失切换的时刻提前预定时间的时刻该发光控制部使激励光源照射激励光。
[0021]在本发明的激光光源单元中优选为，在与波长选择单元将光共振器的插入损失从第一损失向第二损失切换的时刻相同的时刻，激励光源熄灭。
[0022]也可以为，在将波长选择单元旋转一圈的期间内能够使光共振器进行Q开关脉冲振荡的次数的上限设为m次、将驱动单元驱动波长选择单元旋转时的旋转频率设为F (转/秒)、将η设为预定的自然数时，发光控制部每I秒照射mXF/η次激励光。
[0023]在本发明的激光光源单元中优选为，随着波长选择单元的驱动，光共振器内的插入损失从第一损失向第二损失切换时的切换时间比Q开关脉冲的发生延迟时间短。
[0024]也可以采用以下构成:波长选择单元包括滤光器旋转体，该滤光器旋转体包括沿着圆周方向交替配置的多个透射区域和不透射区域，多个透射区域使与多个波长对应的预定波长的光选择性地透射，驱动单元使滤光器旋转体连续旋转，使得不透射区域和透射区域交替插入于光共振器的光路上，当插入到光共振器的光路上的区域从不透射区域向透射区域切换时，光共振器以与该切换的透射区域所透射的光的波长对应的波长进行Q开关脉冲振荡。在这种情况下，滤光器旋转体可以在相对于光共振器的光轴以预定角度倾斜的面内旋转。透射区域可以构成为包括带通滤光器。透射区域可以形成为扇形，也可以形成为圆形。
[0025]取代上述，也可以采用以下构成:波长选择单元包括反光镜旋转体，该反光镜旋转体包括沿着圆周方向交替配置的多个反射区域和不反射光的区域，多个反射区域选择性地反射与多个波长对应的预定波长的光，驱动单元使反光镜旋转体连续旋转，使得不反射光的区域和反射区域交替插入于光共振器的光路上，反光镜旋转体的反射区域作为一对反光镜中的一个反光镜发挥功能，当插入到光共振器的光路上的区域从不反射光的区域向反射区域切换时，光共振器以与该切换的反射区域所反射的光的波长对应的波长进行Q开关脉冲振荡。
[0026]或者也可以是,波长选择单元包括反光镜旋转体,该反光镜旋转体具有作为一对反光镜中的一个反光镜发挥功能的多个反射面，该多个反射面选择性地反射与多个波长对应的预定波长的光，驱动单元使反光镜旋转体连续旋转，使得与一对反光镜中的另一个反光镜相向的反射面依次切换，当反射面垂直于光共振器的光轴时，光共振器以与垂直于该光轴的反射面所反射的光的波长对应的波长进行Q开关脉冲振荡。
[0027]其构成优选为，还具有聚光透镜，该聚光透镜配置于光共振器内，并使在光共振器内向波长选择单元行进的光的射束直径缩小。
[0028]聚光透镜可以使波长选择单元的位置处的光的射束直径为100 μ m以下。
[0029]而且，本发明提供一种光声图像生成装置，其特征在于具备:激光光源单元，射出彼此不同的多个波长的脉冲激光，激光光源单元具有:激光棒；激励光源，向该激光棒照射激励光；光共振器，包括隔着激光棒而相向的一对反光镜；波长选择单兀，将在光共振器内共振的光的波长控制为多个波长中的任一波长；及驱动单元，驱动波长选择单元，以使光共振器进行Q开关脉冲振荡；检测单元，检测多个波长的脉冲激光照射到被检体时在被检体内产生的光声信号，并生成与各波长对应的光声数据；强度比提取单元，提取与各波长对应的光声数据间的相对的信号强度的大小关系；及光声图像构建单元，基于提取的大小关系而生成光声图像。
[0030]在本发明的光声图像生成装置中，可以采用以下构成:波长选择单元构成为，随着旋转驱动，使光共振器内的插入损失从第一损失变化为比该第一损失小的第二损失，光声图像生成装置还具备:驱动状态检测单元，检测波长选择单元的旋转位置；旋转控制部，控制驱动单元，使得波长选择单元以预定的转速旋转；及发光控制部，当驱动状态检测单元检测出的旋转位置成为比波长选择单元将光共振器的插入损失从第一损失向第二损失切换的旋转位置靠前预定量的位置时，发光控制部使激励光源照射激励光。
[0031]也可以是，旋转控制部控制驱动单元，使得驱动状态检测单元检测出的旋转位置每预定时间的变化量恒定。
[0032]其构成也可以是，当驱动状态检测单元检测出的旋转位置成为波长选择单元将光共振器的插入损失从第一损失向第二损失切换的旋转位置时，发光控制部生成同步信号，检测单元基于同步信号开始光声信号的检测。
[0033]也可以是，光声图像生成装置还具备强度信息提取单元，该强度信息提取单元基于与各波长对应的光声数据，生成表不信号强度的强度信息，光声图像构建单兀基于强度信息决定光声图像的各像素的灰度值，并且基于提取的大小关系决定各像素的显示色。
[0034]可以采用以下构成:激光光源单元射出的脉冲激光的多个波长包括第一波长和第二波长，光声图像生成装置还具备:复数化单元，生成将第一光声数据和第二光声数据中的任一方作为实部、将另一方作为虚部的复数数据，第一光声数据与照射第一波长的脉冲激光时所检测出的光声信号对应，第二光声数据与照射第二波长的脉冲激光时所检测出的光声信号对应；及光声图像重构单元，从复数数据通过傅里叶变换法来生成重构图像，强度比提取单元从重构图像提取作为大小关系的相位信息，强度信息提取单元从重构图像提取强度?目息。
[0035]其构成也可以是，检测单元还检测对发送到被检体的声波的反射声波并生成反射声波数据，光声图像生成装置还具备声波图像生成单元，该光声图像生成装置基于反射声波数据而生成声波图像。
[0036]发明效果
[0037]在本发明的激光光源单元中，驱动波长选择单元，以使光共振器进行Q开关脉冲振荡，该波长选择单元将在光共振器内共振的光的波长控制为多个波长中的任一波长。在本发明中，波长选择单元也作为Q开关发挥功能，因此在光共振器内无需分别配置Q开关和波长选择单元，能够减少元件个数。
【专利附图】

【附图说明】
`[0038]图1是表示本发明的第一实施方式的光声图像生成装置的框图。
[0039]图2是表示第一实施方式的激光光源单元的构成的框图。
[0040]图3是表示波长选择单元构成例的图。
[0041]图4是表示透射区域中的波长和透射率的关系的图。
[0042]图5是表示激光光源单元的一部分的框图。
[0043]图6是表示闪光灯发光的时序和脉冲激光的时序的时序图。
[0044]图7是表示脉冲激光射出的时序图。
[0045]图8是表示第一实施方式的光声图像生成装置的动作步骤的流程图。
[0046]图9是表示滤光器旋转体的其他构成例的图。
[0047]图10是表示透射区域附近的截面的剖视图。
[0048]图11是表示切换并射出4个波长时的波长选择单元的构成例的图。
[0049]图12是表示脉冲激光射出的时序图。
[0050]图13是表示波长选择单元兼用作后部反光镜时的激光光源单元的一部分的框图。
[0051]图14是表示反射区域中的波长和反射率的关系的图。
[0052]图15是表示将具有2个面的反光镜旋转体作为波长选择单元使用的激光光源单元的一部分的框图。[0053]图16是表示将具有5个面的反光镜旋转体(多面体)作为波长选择单元使用的激光光源单元的一部分的框图。
[0054]图17是表示本发明的第二实施方式的光声图像生成装置的框图。
[0055]图18是表示第二实施方式的光声图像生成装置的动作步骤的框图。
[0056]图19是表示使Q开关重复的频率小于滤光器旋转体的旋转频率的例子的时序图。
[0057]图20是表示氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白的各光波波长的分子吸收系数的图。
【具体实施方式】
[0058]以下，参照附图详细说明本发明的实施方式。图1表示本发明的第一实施方式的光声图像生成装置。光声图像生成装置10具有:超声波探头(探针)11、超声波单元12及激光光源单元13。激光光源单元13射出应照射到被检体的脉冲激光。激光光源单元13切换并射出彼此不同的多个波长的脉冲激光。在以下说明中，主要说明激光光源单元13依次射出第一波长的脉冲激光和第二波长的脉冲激光的情况。此外，在本发明的实施方式中，作为声波使用超声波，但不限于超声波，只要根据被检对象、测定条件等选择适当的频率，则也可以使用可听频率的声波。
[0059]例如，作为第一波长(中心波长)考虑约为750nm，作为第二波长考虑约为800nm。当参照之前说明的图20时，人的动脉中较多含有的氧合血红蛋白(与氧结合的血红蛋白:oxy-Hb)的波长750nm下的分子吸收系数小于波长800nm下的分子吸收系数。另一方面,静脉中较多含有的脱氧血红蛋白(未与氧结合的血红蛋白:deoxy-Hb)的波长750nm下的分子吸收系数大于波长SOOnm下的分子吸收系数。利用这一性质，通过调查波长750nm下获得的光声信号相对于波长SOOnm下获得的光声信号是相对较大还是较小，从而能够判别出来自动脉的光声信号和来自静脉的光声信号。
[0060]从激光光源单元13射出的脉冲激光例如使用光纤等导光单元被导光至探针11，从探针11向被检体照射。脉冲激光的照射位置无特别限定，也可以从探针11以外的场所进行脉冲激光的照射。在被检体内，通过光吸收体吸收所照射的脉冲激光的能量而产生超声波(声波)。探针11含有超声波检测器。探针11例如具有一维排列的多个超声波检测器元件(超声波振子)，通过该一维排列的超声波振子，检测出来自被检体内的声波(光声信号)。
[0061]超声波单元12具有:接收电路21、AD转换单元22、接收存储器23、复数化单元24、光声图像重构单元25、相位信息提取单元26、强度信息提取单元27、检波/对数变换单元
28、光声图像构建单元29、触发控制电路30及控制单元31。接收电路21接收探针11检测出的光声信号。AD转换单元22是检测单元，对接收电路21接收到的光声信号进行采样，生成作为数字数据的光声数据。AD转换单元22与AD时钟信号同步地以预定的采样周期进行光声信号的米样。
[0062]AD转换单元22将光声数据存储于接收存储器23中。AD转换单元22将与从激光光源单元13射出的脉冲激光的各波长所对应的光声数据存储于接收存储器23中。S卩，AD转换单兀22将第一光声数据和第二光声数据存储于接收存储器23中，上述第一光声数据是对向被检体照射第一波长的脉冲激光时由探针11检测出的光声信号进行采样而得到的数据，上述第二光声数据是对照射第二脉冲激光时由探针11检测出的光声信号进行采样而得到的数据。[0063]复数化单元24从接收存储器23读出第一光声数据和第二光声数据，生成将任一个作为实部、将另一个作为虚部的复数数据。以下，说明复数化单元24生成将第一光声数据作为实部、将第二光声数据作为虚部的复数数据的情况。
[0064]光声图像重构单元25从复数化单元24输入复数数据。光声图像重构单元25根据输入的复数数据通过傅里叶变换法(FTA法)进行图像重构。在基于傅里叶变换法的图像重构中，例如能够适用文献“Photoacoustic Image Reconstruction-A QuantitativeAnalysis’’Jonathan 1.Sperl et al.SPIE-OSA Vol.6631663103 等中记载的现有公知的方法。光声图像重构单元25将表示重构图像的傅里叶变换的数据输入到相位信息提取单元26和强度信息提取单元27。
[0065]相位信息提取单兀26提取与各波长对应的光声数据间的相对的信号强度的大小关系。在本实施方式中，相位信息提取单元26将由光声图像重构单元25重构的重构图像作为输入数据，根据作为复数数据的输入数据，生成表示比较了实部和虚部时相对地哪个大多少的相位信息。相位信息提取单元26例如在复数数据以X+iY表示时,生成Θ ZtarT1(Y/X)作为相位信息。此外，在X=O时，Θ =90°。当构成实部的第一光声数据(X)和构成虚部的第二光声数据(Y)相等时，相位信息是θ=45°。相位信息相对而言，第一光声数据越大则越接近9=0° ,第二光声数据越大则越接近θ=90°。
[0066]强度信息提取单兀27基于与各波长对应的光声数据生成表不信号强度的强度信息。在本实施方式中，强度信息提取单元27将由光声图像重构单元25重构的重构图像作为输入数据，根据作为复数数据的输入数据，生成强度信息。强度信息提取单元27例如在复数数据以X+iY表示时，提取(X2+Y2)1/2作为强度信息。检波/对数变换单元28生成表示由强度信息提取单元27提取出的强度信息的数据的包络线，接着将该包络线进行对数变换，扩大动态范围。
[0067]光声图像构建单元29从相位信息提取单元26输入相位信息，从检波/对数变换单元28输入检波/对数变换处理后的强度信息。光声图像构建单元29基于输入的相位信息和强度信息，生成作为光吸收体的分布图像的光声图像。光声图像构建单元29例如基于输入的强度信息，决定光吸收体的分布图像中的各像素的亮度(灰度值)。并且，光声图像构建单元29例如基于相位信息，决定光吸收体的分布图像中的各像素的颜色(显示色)。光声图像构建单元29例如将相位0°到90°的范围用于与预定颜色对应的色图，基于输入的相位信息决定各像素的颜色。
[0068]在此，相位0°到45°的范围是第一光声数据比第二光声数据大的范围，因此可认为光声信号的发生源是主要含有对波长756nm的吸收比对波长798nm的吸收大的氧合血红蛋白的血液在流动的静脉。另一方面，相位45°到90°的范围是第二光声数据比第一光声数据小的范围，因此可认为光声信号的发生源是主要含有对波长756nm的吸收比对波长798nm的吸收小的脱氧血红蛋白的血液在流动的动脉。
[0069]因此，作为色图使用如下色图:例如以在相位是0°时为蓝色、随着相位接近45°而变为无色(白色)的方式使颜色逐渐变化，并且以在相位是90°时为红色、随着相位接近45°而变为白色的方式使颜色逐渐变化。在这种情况下，在光声图像上，能够用红色表示与动脉对应的部分，用蓝色表示与静脉对应的部分。也可以不使用强度信息，使灰度值恒定，仅按照相位信息进行与动脉对应的部分及与静脉对应的部分的颜色区分。图像显示单元14将光声图像构建单元29生成的光声图像显示于显示画面上。
[0070]接着，详细说明激光光源单元13的构成。图2表示激光光源单元13的构成。激光光源单兀13具有:激光棒51、闪光灯52、反光镜53、54、聚光透镜55、波长选择单兀56、驱动单元57、驱动状态检测单元58及控制部59。激光棒51是激光介质。激光棒51例如可以使用变石结晶、Cr =LiSAF (Cr:LiSrAlF6)、Cr =LiCAF (Cr:LiCaAlF6)结晶、Ti =Sapphire结晶。闪光灯52是激励光源，向激光棒51照射激励光。也可以将闪光灯52以外的光源例如半导体激光、固定激光作为激励光源使用。
[0071]反光镜53、54隔着激光棒51而相向，由反光镜53、54构成光共振器。在此,反光镜54是输出侧反光镜。在光共振器内配置聚光透镜55和波长选择单兀56。波长选择单兀56将在光共振器内共振的光的波长控制为应射出的多个波长中的任一波长。聚光透镜55配置于激光棒51和波长选择单元56之间，聚集从激光棒51侧入射的光，并射出到波长选择单兀56侧。即，聚光透镜55使在光共振器内向波长选择单兀56行进的光的射束直径缩小。
[0072]波长选择单元56例如具有沿着圆周方向交替配置的多个透射区域和不透射区域。多个透射区域使与多个波长对应的预定波长的光选择性地透射。波长选择单元56例如具有2个透射区域和2个不透射区域。在透射区域中的一个设置例如使波长750nm (中心波长)的光透射的第一带通滤光器(BPF =Band Pass Filter)，在另一个设置使波长800nm(中心波长)的光透射的第二带通滤光器。
[0073]上述构成的波长选择单元56随着旋转而将多个带通滤光器中的任一个选择性地插入到光共振器的光路上。例如，波长选择单元56在光共振器的光路上依次插入:不透射区域一第一带通滤光器一不透射区域一第二带通滤光器。通过在光共振器的光路上插入第一带通滤光器，能够使光共振器的振荡波长为750nm，通过在光共振器的光路上插入第二带通滤光器，能够使光共振器的振荡波长为800nm。
[0074]波长选择单元56构成为，随着旋转驱动，使光共振器内的插入损失从损失大(第一损失)向损失小(第二损失)变化。当第一或第二带通滤光器插入到光共振器的光路上时，光共振器的插入损失变为损失小(高Q)，当在光路上插入不透射区域时，光共振器的插入损失变为损失大(低Q)。波长选择单元56兼用作Q开关，随着旋转驱动，波长选择单元56使光共振器内的插入损失从损失大(低Q)向损失小(高Q)急速变化，从而能够获得脉冲激光。
[0075]驱动单元57驱动波长选择单元56，以使光共振器进行Q开关脉冲振荡。即，驱动单元57驱动波长选择单元56，以便波长选择单元56使光共振器内的插入损失从损失大(低Q)向损失小(高Q)急速变化。例如，在波长选择单元56由沿着圆周方向交替配置有透射区域(带通滤光器)和不透射区域的滤光器旋转体构成时，驱动单元57使滤光器旋转体连续旋转，以便在光共振器的光路上交替插入不透射区域及透射区域。伴随着波长选择单元56的驱动的、将光共振器的插入损失从损失高向损失小切换时的切换时间优选小于Q开关脉冲的发生延迟时间。通过将插入到光共振器的光路上的区域从不透射区域向透射区域(第一或第二带通滤光器)切换，从而能够以与插入到光路上的透射区域(带通滤光器)所透射的光的波长对应的波长使光共振器进行Q开关脉冲振荡。
[0076]驱动状态检测单元58检测波长选择单元56的驱动状态。驱动状态检测单元58例如检测作为滤光器旋转体的波长选择单元56的旋转位移。驱动状态检测单元58将表示滤光器旋转体的旋转位移的BPF状态信息输出到控制部59。
[0077]控制部59包括旋转控制部60和发光控制部61。旋转控制部60控制驱动单元58，以使波长选择单元56以预定的转速旋转。波长选择单元56的转速例如基于应从激光光源单元13射出的脉冲激光的波长数(滤光器旋转体中的带通滤光器的个数)及每单位时间的脉冲激光的个数来决定。旋转控制部59控制驱动单元57，以使驱动状态检测单元58检测出的旋转位置的每预定时间的变化量恒定。旋转控制部59控制驱动单元57，例如使预定时间内的BPF状态信息的变化量变为与预定的带通滤光器的切换速度(滤光器旋转体的转速)对应的变化量。
[0078]发光控制部61控制闪光灯52。发光控制部61将闪光灯控制信号输出到闪光灯
52,从闪光灯52向激光棒51照射激励光。发光控制部61在比波长选择单兀56将光共振器的插入损失从损失大向损失小切换的时刻靠前预定时间的时刻，向闪光灯52输出闪光灯控制信号，照射激励光。即，发光控制部61在驱动状态检测单元58检测出的旋转位置变为比波长选择单元56将光共振器的插入损失从损失大向损失小切换的旋转位置靠前预定量的位置时，向闪光灯52发送闪光灯控制信号,照射激励光。
[0079]例如，发光控制部61在BPF状态信息变为表示以下位置的信息时输出闪光灯控制信号，从闪光灯52向激光棒51照射激励光:上述位置是从与应射出的脉冲激光的波长对应的带通滤光器插入到光共振器的光路上的波长选择单元56的驱动位置减去在激光棒51的激励所需的时间内波长选择单元56位移的量而得到的位置。发光控制部61在闪光灯控制信号输出后，当驱动状态检测单元58检测出的旋转位置变为波长选择单元56将光共振器的插入损失从损失大向损失小切换的旋转位置时，生成表示Q开关接通的时刻的Q开关同步信号，并输出到超声波单元12。
[0080]返回到图1，控制单元31进行超声波单元12内的各部件的控制。触发控制电路30向激光光源单元13输出用于控制波长选择单元56的转速的BPF控制信号。并且，触发控制电路30向激光光源单兀13输出用于控制闪光灯52的发光的闪光灯待机信号。触发控制电路30例如从激光光源单元13的旋转控制部60接收滤光器旋转体当前的旋转位移位置，在基于接收到的旋转位移位置的时刻，输出闪光灯待机信号。
[0081]触发控制电路30从激光光源单元13输入表示Q开关接通的时刻即激光发光时刻的Q开关同步信号。触发控制电路30在接收到Q开关同步信号时，向AD转换单元22输出采样触发信号(AD触发信号)。AD转换单元22基于采样触发信号开始光声信号的采样。
[0082]图3表示波长选择单元56的构成例。波长选择单元56例如作为图3所示的、包括透射波长彼此不同的多个透射区域(带通滤光器)的滤光器旋转体70而构成。滤光器旋转体70具有:第一透射区域71，使波长750nm的光选择性地透射；第二透射区域72，使波长SOOnm的光选择性地透射；及不透射区域73、74，不透射光。此外，不透射区域不要求达到完全遮光的能力。也可以以不产生不需要的激光振荡的程度略微地透射光。
[0083]第一透射区域71及第二透射区域72例如分别形成为中心角Θ的扇形。由聚光透镜55 (图2)聚集的光照射到滤光器旋转体的周缘部。当使滤光器旋转体70顺时针旋转时，能够够将第一透射区域71、不透射区域73、第二透射区域72及不透射区域74按此顺序依次插入到光共振器的光路上。通过在第一透射区域71和第二透射区域72改变透射各区域的光的波长即改变设于各透射区域上的带通滤光器的透射波长，能够获得波长对应各脉冲而不同的脉冲激光。
[0084]图4表示透射区域中的波长和透射率的关系。对第一透射区域(第一带通滤光器)71中的中心波长750nm的光的透射率为90%以上。带宽约为10nm。对第二透射区域(第二带通滤光器)72中的中心波长800nm的光的透射率为90%以上。带宽约为10nm。
[0085]在此，滤光器旋转体70的旋转频率为IOOHz (转速6000rpm)。在这种情况下，每旋转I圈通过2个透射区域，因此激光光源单元13射出的脉冲激光的个数是每I秒200个(200Hz动作)。作为滤光器旋转体可考虑半径2英寸(50.4_)的滤光器旋转体。并且，射束直径为 100 μ m。角速度 ω =2 31 f=628.3 [rad/sec],线速度 v=r ω =628.8 [rad/sec] X 50.4[mm] =31.7 [m/s]。横跨射束的时间(转换时间)为3.15 μ sec。
[0086]作为Q开关的特性，转换时间(例如从不透射区域向第一或第二透射区域的切换时间)约为数μ秒以下(比Q开关脉冲的发生延迟时间短)是用于获得单脉冲的条件。透射区域的中心角θ在横跨射束的时间+Q开关延迟时间内，在不妨碍射束的条件下被选择。在上述数值例中，只要在3.15 μ sec+数μ sec=约10 μ sec内透射区域连续即可。31.7[m/8]Χ10μ8θ(:=317μπι是横向的长度，角度设为0.35°。当考虑到制作时，中心角Θ只要为1°到数度即可。
[0087]图5表示激光光源单元13的一部分。波长选择单元56例如作为图3所示的、包括2个带通滤光器(透射的光的波长不同的2个透射区域)的滤光器旋转体70构成。滤光器旋转体70上的射束直径优选较小。因此，在本实施方式中，使用聚光透镜55来使射束聚集。滤光器旋转体70上的射束直径优选为100 μ m以下。下限取决于衍射界限，是数μηιφ 3此外，滤光器旋转体70相对于光轴例如倾斜0.5°到1°左右，以使在相对于光共振器的光轴以预定角度倾斜的面内旋转。通过如此相对于光共振器的光轴略微倾斜地配置，能够防止不必要的反射成分产生寄生振荡。
[0088]驱动单元57例如是伺服电动机，使波长选择单元56 (滤光器旋转体70)沿着旋转轴旋转。滤光器旋转体70的旋转频率可以较高。在机械性上能够达到IkHz左右。驱动状态检测单元58例如由旋转编码器构成。旋转编码器通过安装于伺服电动机的输出轴上的带狭缝的旋转板和透射型光电断路器来检测滤光器旋转体的旋转位移，将滤光器旋转体70的旋转转换为电信号(BPF状态信号)。将该电信号作为主时钟，作为同步信号向发光控制部61传送。发光控制部61根据高精度旋转的滤光器旋转体70的旋转，决定闪光灯发光的时序。
[0089]图6表不闪光灯发光的时序和脉冲激光的时序。时刻t2是与旋转的滤光器旋转体70 (波长选择单元56)从不透射区域向透射区域切换的旋转位置对应的时刻。时刻tl是从时刻t2减去激光棒51的激励所需的时间而得到的时刻。发光控制部61在滤光器旋转体70的旋转位置变为与时刻tl对应的位置时，使闪光灯52发光(图6 (a))。通过闪光灯52发光，激光棒51被激励。
[0090]闪光灯发光后，在时刻t2，在与闪光灯熄灭相同的时刻，滤光器旋转体70从不透射区域向透射区域(第一透射区域71或第二透射区域72)切换(图6 (b))。在此，相同的时刻也包括基本相同的时刻，是指闪光灯熄灭之后滤光器旋转体70从不透射区域向透射区域切换的期间的时间是对脉冲激光的产生没有影响的时间内。该从不透射区域向透射区域的切换所需的时间(转换时间)越短越好，为数μ秒以下，更优选为0.5 μ秒以下。当在光共振器的光路上插入透射750nm的光的透射区域时,在时刻t3,波长750nm的光进行Q开关脉冲振荡，可获得波长750nm的脉冲激光(图6 (C))。另一方面，当在光共振器的光路上插入的透射区域是透射800nm的光的透射区域时，波长800nm的光进行Q开关脉冲振荡，可获得波长800nm的脉冲激光。滤光器旋转体70的透射区域部分在持续了约10 μ秒左右后，在时刻t4再次向不透射区域切换。
[0091]图7表示脉冲激光的射出。当使用图3所示的、在不透射区域73、74之间设有第一透射区域71和第二透射区域72的滤光器旋转体70时，如图7所示，能够获得对应各脉冲在波长750nm和波长800nm之间进行切换的脉冲激光。若将滤光器旋转体的旋转频率设为100Hz，则能够交替切换波长并在I秒内获得200个脉冲激光。
[0092]图8表示光声图像生成装置10的动作步骤。在此，说明将被检体被激光照射的区域分割为多个局部区域的情况。触发控制电路30在对被检体进行脉冲激光照射前，将以预定的转速使激光光源单元13内的波长选择单元(滤光器旋转体)56旋转这一内容的BPF控制信号输出到激光光源单元13 (步骤Al)。
[0093]触发控制电路30在作好了光声信号的接收准备时，为了射出第一个波长(例如750nm)的脉冲激光，在预定的时刻向激光光源单元13输出闪光灯待机信号(步骤A2)。激光光源单兀13的发光控制部61在接收到闪光灯待机信号后，向闪光灯52发送闪光灯控制信号，使闪光灯52点亮(步骤A3)。发光控制部61基于BPF状态信息，例如在从波长选择单元56的旋转位移位置从不透射区域74 (图3)向使波长750nm的光透射的第一透射区域71切换的时刻反向算出的时刻，输出闪光灯控制信号。通过使闪光灯52点亮，开始激光棒51的激励。
[0094]在闪光灯点亮后，波长选择单元56继续旋转，当插入到光共振器的光路上的部分从不透射区域74向第一透射区域71切换时，光共振器内的插入损失从损失大(低Q)向损失小(高Q)急速变化，产生Q开关脉冲振荡(步骤A4)。此时，第一透射区域71使波长750nm的光选择性地透射，因此激光光源单元13射出波长750nm的脉冲激光。发光控制部61将表示Q开关接通的时刻换言之脉冲激光射出的时刻的Q开关同步信号输出到超声波单元12(步骤A5)。
[0095]从激光光源单元13射出的波长750nm的脉冲激光例如被导光至探针11，从探针11照射到被检体的第一个局部区域。在被检体内，光吸收体吸收所照射的脉冲激光的能量，从而产生光声信号。探针11检测在被检体内产生的光声信号。由探针11检测出的光声信号由接收电路21接收。
[0096]触发控制电路30在接收到Q开关同步信号时，向AD转换单元22输出采样触发信号。AD转换单元22以预定的采样周期对由接收电路21接收到的光声信号进行采样(步骤A6)。由AD转换单兀22米样所得的光声信号作为第一光声数据存储于接收存储器23中。
[0097]控制单元31判断是否存在剩余波长，即判断是否射出了应射出的全部多个波长的脉冲激光(步骤A7)。当存在剩余波长时，为了射出下一波长的脉冲激光，返回到步骤A2，从触发控制电路30向激光光源单元13输出闪光灯待机信号。发光控制部61在步骤A3中向闪光灯52发送闪光灯控制信号，使闪光灯52点亮。在闪光灯点亮后，在步骤A4，插入到光共振器的光路上的部分从不透射区域73向与第二个波长(SOOnm)对应的第二透射区域72切换，产生Q开关脉冲振荡。由此，射出波长800nm的脉冲激光。发光控制部61在步骤A5中，将Q开关同步信号输出到超声波单元12。
[0098]从激光光源单元13射出的波长800nm的脉冲激光例如被导光至探针11，从探针11照射到被检体的第一个局部区域。探针11检测被检体内的光吸收体通过吸收波长SOOnm的脉冲激光而产生的光声信号。触发控制电路30在接收到Q开关同步信号时，向AD转换单元22输出采样触发信号。AD转换单元22在步骤A6中进行光声信号的采样。将由AD转换单元22采样所得的光声信号作为第二光声数据存储于接收存储器23中。光声图像生成装置10对应照射到被检体的脉冲激光的各波长执行步骤Al到A6，将各波长的脉冲激光照射到被检体，从被检体中检测出光声信号。
[0099]控制单元31在步骤A7中若判断为不存在剩余波长，则判断是否选择了所有局部区域(步骤AS)。当应选择的局部区域有剩余时，返回到步骤A2。光声图像生成装置10对各局部区域执行步骤A2至A7，向各局部区域依次照射各波长(750nm、800nm)的脉冲激光，将与各局部区域对应的第一光声数据和第二光声数据存储于接收存储器23中。若对所有局部区域进行脉冲激光的照射及光声信号的检测，则备齐了用于生成I帧光声图像所需的光声数据。
[0100]控制单元31在步骤AS中若判断为选择了所有局部区域，则使处理转移到光声图像的生成。复数化单元24从接收存储器23读出第一光声数据和第二光声数据，生成以第一光声图像数据为实部、以第二光声图像数据为虚部的复数数据(步骤A9)。光声图像重构单元25根据由步骤A9复数化所得的复数数据，通过傅里叶变换法(FTA法)进行图像重构(步骤A10)。
[0101 ] 相位信息提取单元26从重构的复数数据(重构图像)提取相位信息(步骤Al I)。相位信息提取单元26例如在重构的复数数据以X+iY表示时,提取Θ ZtarT1 (Y/X)作为相位信息(其中，X=O时，Θ =90° )。强度信息提取单元27从重构的复数数据中提取出强度信息(步骤A12)。强度信息提取单元27例如在重构的复数数据以X+iY表示时，提取(X2+Y2)1/2作为强度信息。
[0102]检波/对数变换单元28对在步骤Α12提取出的强度信息实施检波/对数变换处理。光声图像构建单元29基于在步骤All中提取出的相位信息及对在步骤Α12中提取出的强度信息实施了检波/对数变换处理所得的信息，生成光声图像(步骤Α13)。光声图像构建单元29例如基于强度信息决定光吸收体的分布图像中的各像素的亮度(灰度值)，基于相位信息决定各像素的颜色，从而生成光声图像。生成的光声图像显示于图像显示单元14。
[0103]在本实施方式中，驱动将在光共振器内共振的光的波长控制为多个波长中的任一波长的波长选择单元56，以使光共振器进行Q开关脉冲振荡。例如，通过连续驱动包括透射波长不同的2个带通滤光器的波长选择单元56，能够将2个带通滤光器连续且选择性地插入到光共振器的光路上，能够从激光光源单元13连续切换并射出多个波长的激光。并且，在本实施方式中，波长选择单元56也作为Q开关发挥功能，因此无需在光共振器内另行设置Q开关也能够获得Q开关脉冲振荡。在本实施方式中，在光共振器内无需分别配置Q开关和波长选择单元，因此具有能够减少元件个数的效果。
[0104]在本实施方式中，生成将由2个波长获得的第一光声数据和第二光声数据中的任一方作为实部、将另一方作为虚部的复数数据，根据该复数数据通过傅里叶变换法生成重构图像。在这种情况下，与分别重构第一光声数据和第二光声数据时相比，能够高效地进行重构。通过照射多个波长的脉冲激光，并使用照射各波长的脉冲激光时的光声信号(光声数据)，能够进行利用了各光吸收体的光吸收特性根据波长而不同的功能成像。
[0105]并且，在本实施方式中，例如当光照射区域分为3个局部区域时，对第一局部区域依次照射第一波长的脉冲激光、第二波长的脉冲激光，接着对第二局部区域依次照射第一波长的脉冲激光、第二波长的脉冲激光，之后，对第三局部区域依次照射第一波长的脉冲激光、第二波长的脉冲激光。在本实施方式中，在对某个局部区域连续照射了第一波长的脉冲激光、第二波长的脉冲激光后，转移到下一个局部区域。在这种情况下，与将第一波长的脉冲激光照射到3个局部区域后将第二波长的脉冲激光照射到3个局部区域时相比，能够缩短在同一位置上从照射第一波长的脉冲激光到照射第二波长的脉冲激光之间的时间。通过缩短从照射第一波长的脉冲激光到照射第二波长的脉冲激光之间的时间，能够抑制第一光声数据和第二光声数据的不匹配。
[0106]在此，图9表示滤光器旋转体的其他构成例。在图3中，透射区域形成为扇形，但透射区域的形状不限于扇形。例如如图9所示，第一透射区域71a及第二透射区域72a也可以形成为圆形。滤光器旋转体70a例如由构成不透射区域73a的金属板构成。可以对金属板的表面(尤其是激光棒一侧)实施黑色处理，使其为低反射。图10表示透射区域附近的截面。也可以在构成不透射区域73a的金属板上设置多个开口，对这些开口贴附与各波长对应的滤光器75，从而形成第一透射区域71a和第二透射区域72a。开口(透射区域)的大小只要至少是射束直径的3倍到5倍左右即可。开口大小也可以比射束直径的3倍到5倍左右大。
[0107]波长选择单元(滤光器旋转体)56具有的透射区域的个数换言之激光光源单元13射出的激光的波长数不限于2个。激光光源单元13也可以对应各脉冲切换并射出3个以上波长的脉冲激光。图11表示切换并射出4个波长时的波长选择单元56的构成例。在该例中，波长选择单元56作为具有透射波长不同的4个透射区域81?84、4个不透射区域85?88的滤光器旋转体80而构成。例如，第一透射区域81选择性地透射波长740nm的光，第二透射区域82选择性地透射波长760nm的光。第三透射区域83选择性地透射780nm的光，第四透射区域84选择性地透射SOOnm的光。在滤光器旋转体80中，透射区域和不透射区域交替配置。
[0108]通过使上述滤光器旋转体80沿顺时针方向旋转，能够将第一透射区域81、不透射区域85、第二透射区域82、不透射区域86、第三透射区域83、不透射区域87、第四透射区域
84、不透射区域88按此顺序依次插入到在光共振器的光路上。图12表示脉冲激光的射出。在使用了图11所示的、在4个不透射区域85?88之间设有4个透射区域81?84的滤光器旋转体80时，如图12所示，能够获得对应各脉冲使波长依次变化为740nm、760nm、780nm、800nm的脉冲激光。若将滤光器旋转体的旋转频率设为100Hz，则能够交替切换波长并在I秒内获得400个脉冲激光(400Hz动作)。
[0109]此外，波长选择单元(滤光器旋转体)56具有的透射区域的个数和激光光源单元13射出的脉冲激光的波长数也可以不一致。例如在图11所示的具有4个透射区域的滤光器旋转体80中，第一透射区域81和第三透射区域83选择性地透射相同波长的光，第二透射区域82和第四透射区域84选择性地透射相同波长的光。具体而言，第一透射区域81及第三透射区域83选择性地透射波长750nm的光，第二透射区域82及第四透射区域84选择性地透射波长800nm的光。在这种情况下，在滤光器旋转体旋转I圈的期间，能够获得对应各脉冲波长在750nm和800nm之间切换的4个脉冲激光。
[0110]在上述实施方式中，作为波长选择单元56，说明了将滤光器配置于构成光共振器的一对反光镜53、54之间的情况，但不限于此。其构成也可以是，波长选择单元56兼作用构成光共振器的一对反光镜中的一个反光镜(例如后部反光镜)。图13表不波长选择单兀56兼用作后部反光镜时的激光光源单元13a的一部分。波长选择单元56例如作为包括沿着圆周方向交替配置的多个反射区域和不反射光的区域的反光镜旋转体而构成。反光镜旋转体的多个反射区域选择性地反射与多个波长对应的预定波长的光。反射区域作为光共振器的后部反光镜54发挥功能。
[0111]反光镜旋转体可以构成为，将图3所示的滤光器旋转体中的透射区域转换为反射区域，将不透射区域转换为不反射光的区域。图14表示反射区域中的波长和反射率的关系。例如，在切换并射出波长750nm和800nm的脉冲激光时，只要使第一反射区域选择性地反射波长750nm的光而构成，并使第二反射区域选择性地反射波长SOOnm的光而构成即可。对各反射区域的750nm/800nm的光的反射率是98%以上。带宽约为10nm。
[0112]驱动单元57使波长选择单元(反光镜旋转体)在相对于光共振器的光轴垂直的面内连续旋转。驱动单元57使反光镜旋转体旋转,使得在光共振器的光路上交替插入不反射反光镜旋转体的光的区域及反射区域。反射区域的形状可以是与图3中的透射区域相同的扇形，也可以是与图9中的透射区域相同的圆形。随着反光镜旋转体的驱动，当插入到光共振器的光路上的区域从不反射光的区域向反射区域切换时，光共振器内的插入损失从损失大向损失小急速变化，产生Q开关脉冲振荡。此时，光共振器以与切换的反射区域所反射的光的波长对应的波长进行Q开关脉冲振荡。
[0113]以上，说明了使用反射区域和不反射光的区域交替配置所得的反光镜旋转体的例子，但也可以使用如下反光镜旋转体:具有应作为后部反光镜发挥功能的多个反射面，该多个反射面选择性地反射与多个波长对应的预定波长的光。图15表示将具有2个面的反光镜旋转体作为波长选择单元使用的激光光源单元3b的一部分。波长选择单元(反光镜旋转体)56b的一个面选择性地反射波长750nm的光,另一个面选择性地反射波长800nm的光。
[0114]驱动单元57使反光镜旋转体连续旋转，以使与反光镜(输出镜)53相向的反射面依次切换。例如，反光镜旋转体进行旋转，当反射波长750nm的光的反射面相对于光共振器的光轴垂直时，在光共振器内，波长750nm的光进行共振。并且，当反射波长800nm的光的反射面相对于光共振器的光轴垂直时，在光共振器内，波长800nm的光进行共振。在除此以外的角度下不产生共振。通过这种驱动方法，也能够使光共振器内的插入损失从损失大向损失小急速切换，能够以与相对于光轴垂直的反射面所反射的光的波长对应的波长使光共振器进行Q开关脉冲振荡。
[0115]图16表示将具有5个面的反光镜旋转体(多面体)作为波长选择单元使用的激光光源单元13c的一部分。波长选择单元(反光镜旋转体)56c具有:选择性地反射波长740nm的光的面；选择性地反射760nm的光的面；选择性地反射波长780nm的光的面；选择性地反射波长800nm的光的面；及选择性地反射波长820nm的光的面。驱动单元57使波长选择单元(反光镜旋转多面体)56c连续旋转,使得与反光镜53相向的反射面依次切换。由此,能够获得对应各脉冲波长依次变化为820nm、800nm、780nm、760nm、740nm、720nm的脉冲激光。[0116]接着，说明本发明的第二实施方式。图17表示本发明的第二实施方式的光声图像生成装置。本实施方式的光声图像生成装置IOa中，超声波单元12a除了图1所示的第一实施方式的光声图像生成装置10中的超声波单元12的构成外还具有:数据分离单元32、超声波图像重构单元33、检波/对数变换单元34、超声波图像构建单元35、图像合成单元36及发送控制电路37。本实施方式的光声图像生成装置10与第一实施方式的不同点是，除了光声图像外还生成超声波图像。其他部分与第一实施方式相同。
[0117]在本实施方式中，探针11除了检测光声信号外，还进行对被检体的超声波的输出(发送)及与发送的超声波相对的来自被检体的反射超声波的检测(接收)。触发控制电路30在超声波图像生成时，向发送控制电路37发送指示超声波发送这一内容的超声波发送触发信号。发送控制电路37在接收到触发信号时，从探针11发送超声波。探针11在超声波发送后，检测来自被检体的反射超声波。
[0118]探针11检测出的反射超声波经由接收电路21输入到AD转换单元22。触发控制电路30与超声波发送的时刻对应地向AD转换单元22发送采样触发信号，开始反射超声波的采样。AD转换单元22将反射超声波的采样数据(反射超声波数据)存储于接收存储器23中。
[0119]数据分离单元32分离接收存储器23中存储的反射超声波数据和第一及第二光声数据。数据分离单元32将反射超声波数据传送到超声波图像重构单元33，将第一及第二光声数据传送到复数化单元24。基于第一及第二光声数据的光声图像的生成与第一实施方式相同。数据分离单元32将分离的反射超声波的采样数据输入到超声波图像重构单元33。
[0120]超声波图像重构单元33基于由探针11的多个超声波振子检测出的反射超声波(其采样数据)，生成超声波图像的各行数据。超声波图像重构单元33例如对来自探针11的64个超声波振子的数据加上与超声波振子的位置对应的延迟时间，生成I行数据(延迟相加法)。
[0121]检波/对数变换单元34求出超声波图像重构单元33输出的各行数据的包络线，对求出的包络线进行对数变换。超声波图像构建单元35基于实施了对数变换的各行数据，生成超声波图像。超声波图像重构单元33、检波/对数变换单元34及超声波图像再构建单元35构成基于反射超声波生成超声波图像的超声波图像生成单元。
[0122]图像合成单元36合成光声图像和超声波图像。图像合成单元36例如通过重叠光声图像和超声波图像而进行图像合成。此时，图像合成单元36优选在光声图像和超声波图像中以使对应点变为同一位置的方式进行对位。合成的图像显示于图像显示单元14。也可以不进行图像合成，而在图像显示单元14上并列显示光声图像和超声波图像，或者在光声图像和超声波图像之间进行切换并显示。
[0123]图18表示光声图像生成装置IOa的动作步骤。以下，说明将被检体的被照射激光的区域分割为多个局部区域的情况。触发控制电路30在对被检体进行脉冲激光照射前，将以预定的转速使激光光源单元13内的波长选择单元(滤光器旋转体)56旋转这一内容的BPF控制信号输出到激光光源单元13 (步骤BI)。
[0124]触发控制电路30在作好了光声信号的接收准备时，为了射出第一个波长(例如750nm)的脉冲激光，在预定的时刻向激光光源单元13输出闪光灯待机信号(步骤B2)。激光光源单兀13的发光控制部61在接收到闪光灯待机信号后，向闪光灯52发送闪光灯控制信号，使闪光灯52点亮(步骤B3)。发光控制部61基于BPF状态信息，例如在从波长选择单元56的旋转位移位置从不透射区域74 (图3)向使波长750nm的光透射的第一透射区域71切换的时刻反向算出的时刻，输出闪光灯控制信号。通过使闪光灯52点亮，开始激光棒51的激励。
[0125]在闪光灯点亮后，波长选择单元56继续旋转，当插入到光共振器的光路上的部分从不透射区域74向第一透射区域71切换时，光共振器内的插入损失从损失大(低Q)向损失小(高Q)急速变化，产生Q开关脉冲振荡(步骤B4)。此时，第一透射区域71选择性地透射波长750nm的光，因此激光光源单元13射出波长750nm的脉冲激光。发光控制部61将表示Q开关接通的时刻换言之脉冲激光射出的时刻的Q开关同步信号输出到超声波单元12(步骤B5)。
[0126]从激光光源单元13射出的波长750nm的脉冲激光例如被导光至探针11，从探针11照射到被检体的第一个区域。在被检体内，光吸收体吸收照射的脉冲激光的能量，从而产生光声信号。探针11检测在被检体内产生的光声信号。触发控制电路30在接收到Q开关同步信号时，向AD转换单元22输出采样触发信号。AD转换单元22经由接收电路21接收由探针11检测出的光声信号，以预定的采样周期对光声信号进行采样(步骤B6)。由AD转换单元22采样所得的光声信号作为第一光声数据存储于接收存储器23中。
[0127]控制单元31判断是否存在剩余波长，即判断是否射出了应射出的全部多个波长的脉冲激光(步骤B7)。当存在剩余波长时，为了射出下一波长的脉冲激光，返回到步骤B2，从触发控制电路30向激光光源单元13输出闪光灯待机信号。发光控制部61在步骤A3中向闪光灯52发送闪光灯控制信号，使闪光灯52点亮。在闪光灯点亮后，在步骤B4，插入到光共振器的光路上的部分从不透射区域73向与第二个波长(SOOnm)对应的第二透射区域72切换，产生Q开关脉冲振荡。由此，射出波长800nm的脉冲激光。发光控制部61在步骤B5中，将Q开关同步信号输出到超声波单元12。
[0128]从激光光源单元13射出的波长800nm的脉冲激光例如被导光至探针11，从探针11照射到被检体的第一个局部区域。探针11检测被检体内的光吸收体通过吸收波长SOOnm的脉冲激光而产生的光声信号。触发控制电路30在接收到Q开关同步信号时，向AD转换单元22输出采样触发信号。AD转换单元22在步骤B6中进行光声信号的采样。将由AD转换单元22采样所得的光声信号作为第二光声数据存储于接收存储器23中。光声图像生成装置10对应照射到被检体的脉冲激光的各波长执行步骤BI到B6，将各波长的脉冲激光照射到被检体，从被检体中检测出光声信号。步骤BI至B6也可以与图8的步骤Al至A6相同。
[0129]控制单元31在步骤B7中若判断为不存在剩余波长，则使处理转移到超声波的收发。触发控制电路30经由发送控制电路37从探针11向被检体发送超声波(步骤B8)。在步骤B8中，对与被检体的照射了脉冲激光的局部区域相同的区域发送超声波。探针11检测与发送的超声波相对的反射超声波(步骤B9)。检测出的反射超声波经过接收电路21由AD转换单元22采样，作为反射超声波数据存储于接收存储器23中。
[0130]控制单元31判断是否选择了所有局部区域(步骤B10)。当应选择的局部区域有剩余时，返回到步骤B2。光声图像生成装置10对各局部区域执行步骤B2至B7，对各局部区域依次照射各波长(750nm、800nm)的脉冲激光，将第一光声数据和第二光声数据存储于接收存储器23中。并且，执行步骤B8及B9，将反射超声波数据存储于接收存储器23中。若对所有局部区域进行脉冲激光的照射和光声信号的检测及超声波的收发，则备齐了用于生成I帧光声图像及超声波图像所需的数据。
[0131]控制单元31在步骤BlO中若判断为选择了所有局部区域，则使处理转移到光声图像及超声波图像的生成。数据分离单元32分离第一及第二光声数据和反射超声波数据。数据分离单元32将分离的第一及第二光声数据传送到复数化单元24，将反射超声波数据传送到超声波图像重构单元33。复数化单元24生成以第一光声图像数据为实部、以第二光声图像数据为虚部的复数数据(步骤B11)。光声图像重构单元25根据由步骤Bll复数化所得的复数数据，通过傅里叶变换法(FTA法)进行图像重构(步骤B12)。
[0132]相位信息提取单元26从重构的复数数据中提取相位信息(步骤B13)。强度信息提取单元27从重构的复数数据中提取出强度信息(步骤B14)。检波/对数变换单元28对在步骤B14提取出的强度信息实施检波/对数变换处理。光声图像构建单元29基于在步骤B13中提取出的相位信息及对在步骤B14中提取出的强度信息实施了检波/对数变换处理所得的信息，生成光声图像(步骤B15)。步骤Bll至B15可以与图8的步骤A9至A13相同。
[0133]超声波图像重构单元33例如通过延迟相加法生成超声波图像的各行数据。检波/对数变换单元34求出超声波图像重构单元33输出的各行数据的包络线，对求出的包络线进行对数变换。超声波图像构建单元35基于实施了对数变换的各行数据，生成超声波图像(步骤B16)。图像合成单元36合成光声图像和超声波图像，将合成后的图像显示于图像显示单元14 (步骤B17)。
[0134]在本实施方式中，光声图像生成装置除了光声图像外还生成超声波图像。通过参照超声波图像，能够观察在光声图像中无法图像化的部分。其他效果与第一实施方式相同。
[0135]此外，在上述各实施方式中，说明了对第一光声数据和第二光声数据进行复数化的例子，但也可以不进行复数化，而分别重构第一光声数据和第二光声数据。而且，在此，进行复数化并使用相位信息来计算第一光声数据与第二光声数据之比，但根据两者的强度信息来计算比值也可获得同样的效果。并且，强度信息能够基于第一重构图像中的信号强度和第二重构图像中的信号强度来生成。
[0136]在生成光声图像时，照射到被检体的脉冲激光的波长数不限于2个，也可以将3个以上的脉冲激光照射到被检体，基于与各波长对应的光声数据来生成光声图像。在这种情况下，例如，相位信息提取单元26只要将与各波长对应的光声数据之间的相对的信号强度的大小关系作为相位信息生成即可。并且，强度信息提取单元27例如只要生成将与各波长对应的光声数据中的信号强度统一为一个而得到的信号强度作为强度信息即可。
[0137]在此，通过提高滤光器旋转体的转数、尽量缩短转换时间，在射束直径大到不会在滤光器上造成损坏的程度的情况下(>100μπι)也能够使Q开关工作。但在这种情况下，若使闪光灯追随旋转，则Q开关重复也会提高，对光声而言不优选。在这种情况下，只要降低与滤光器旋转体的旋转频率相对的闪光灯发光的频率，将Q开关的重复控制为所期望的速率，防止Q开关脉冲的频率过度上升即可。
[0138]图19表示使Q开关的重复的频率小于滤光器旋转体的旋转频率的例子。在波长选择单元56由图3所示的滤光器旋转体70构成的情况下，当使滤光器旋转体70的旋转频率为IOOHz时，滤光器旋转体70具有2个透射区域，因此透射区域在I秒内插入到光共振器的光路上200次(图19的(a))。发光控制部61 (图2)替代每当透射区域插入到光共振器的光路上时使闪光灯发光，例如以每5次进行I次的比例使闪光灯发光(图19 (b))。在这种情况下，能够使激光光源单元13每I秒射出的脉冲激光的个数下降到40个(图19(c))。
[0139]如上所述，通过降低与滤光器旋转体的旋转频率(每I秒插入的透射区域的个数)相对的闪光灯发光的频率，能够降低Q开关脉冲的频率。如上述例子所示，在以每5次进行I次的比例使闪光灯发光的情况下，只要每当透射区域插入到光共振器的光路上时使闪光灯发光，则能够在变为200Hz动作时实现其1/5的40Hz动作。
[0140]例如，将在波长选择单元56旋转I圈的期间内能够使光共振器进行Q开关脉冲振荡的次数的上限(最大值)设为m次。例如在波长选择单元56由图11所示的具有4个透射区域的滤光器旋转体80构成时，在滤光器旋转体80中，从不透射区域向透射区域的切换每旋转I圈是4次，因此在波长选择单元旋转I圈的期间内能够使光共振器进行Q开关脉冲振荡的次数的上限是4次。并且，当波长选择单元由图16所示的具有5个反射面的反光镜旋转体构成时，在使反光镜旋转体旋转I圈的期间内，5个反射面依次相对于光共振器的光轴垂直，因此在波长选择单元旋转I圈的期间内能够使光共振器进行Q开关脉冲振荡的次数的上限变为5次。在将驱动单元57驱动波长选择单元56旋转时的旋转频率设为F (转/秒)、将η设为预定的自然数时，发光控制部每I秒照射mXF/η次上述激励光。在这种情况下，能够将Q开关脉冲的频率降低到1/n。
[0141]以上，基于优选实施方式说明了本发明，但本发明的激光光源单元及光声图像生成装置不限于上述实施方式，根据上述实施方式的构成实施了各种修正及变更的方式也包含在本发明的范围内。
[0142]附图标记说明
[0143]10:光声图像生成装置
[0144]11:探针
[0145]12超声波单元
[0146]13:激光光源单元
[0147]14:图像显示单元
[0148]21:接收电路
[0149]22:AD转换单元
[0150]23:接收存储器
[0151]24:复数化单元
[0152]25:光声图像重构单元
[0153]26:相位信息提取单元
[0154]27:强度信息提取单元
[0155]28:检波/对数变换单元
[0156]29:光声图像构建单元
[0157]30:触发控制电路
[0158]31:控制单元
[0159]32:数据分离单元[0160]33:超声波图像重构单元
[0161]34:检波/对数变换单元
[0162]35:超声波图像构建单元
[0163]36:图像合成单元
[0164]37:发送控制电路
[0165]51:激光棒
[0166]52:闪光灯
[0167]53、54:反光镜
[0168]55:聚光透镜
[0169]56:波长选择单元
[0170]57:驱动单元
[0171]58:驱动状态检测单元
[0172]59:控制部
[0173]60:旋转控制部
[0174]61:发光控制部
[0175]70:滤光器旋转体
[0176]71、72:透射区域
[0177]73、74:不透射区域
[0178]75:滤光器
[0179]80:滤光器旋转体
[0180]81?84:透射区域
[0181]85?88:不透射区域
【权利要求】
1.一种激光光源单元，射出彼此不同的多个波长的脉冲激光，上述激光光源单元的特征在于具备: 激光棒； 激励光源，向该激光棒照射激励光； 光共振器，包括隔着上述激光棒而相向的一对反光镜； 波长选择单元，将在上述光共振器内共振的光的波长控制为上述多个波长中的任一波长；及 驱动单元，驱动上述波长选择单元，以使上述光共振器进行Q开关脉冲振荡。
2.根据权利要求1所述的激光光源单元，其中， 上述波长选择单元构成为，能够旋转驱动，随着该波长选择单元的旋转驱动，使上述光共振器内的插入损失从第一损失变化为比该第一损失小的第二损失。
3.根据权利要求2所述的激光光源单元，其中， 还具备控制上述激励光源的发光控制部，在比上述波长选择单元将上述光共振器的插入损失从上述第一损失向上述第二损失切换的时刻提前预定时间的时刻该发光控制部使上述激励光源照射激励光。
4.根据权利要求3 所述的激光光源单元，其中， 在与上述波长选择单元将上述光共振器的插入损失从上述第一损失向上述第二损失切换的时刻相同的时刻，上述激励光源熄灭。
5.根据权利要求3或4所述的激光光源单元，其中， 在将上述波长选择单元旋转一圈的期间内能够使上述光共振器进行Q开关脉冲振荡的次数的上限设为m次、将上述驱动单元驱动上述波长选择单元旋转时的旋转频率设为F(转/秒)、将η设为预定的自然数的情况下，上述发光控制部使上述激励光每I秒照射mXF/η次。
6.根据权利要求2~5中任一项所述的激光光源单元，其中， 随着上述波长选择单元的驱动，上述光共振器内的插入损失从上述第一损失向上述第二损失切换时的切换时间比Q开关脉冲的发生延迟时间短。
7.根据权利要求1~6中任一项所述的激光光源单元，其中， 上述波长选择单元包括滤光器旋转体，该滤光器旋转体包括沿着圆周方向交替配置的多个透射区域和不透射区域，上述多个透射区域使与上述多个波长对应的预定波长的光选择性地透射， 上述驱动单元使上述滤光器旋转体连续旋转，使得上述不透射区域和上述透射区域交替插入于上述光共振器的光路上， 当插入到上述光共振器的光路上的区域从上述不透射区域向上述透射区域切换时，上述光共振器以与该切换的透射区域所透射的光的波长对应的波长进行Q开关脉冲振荡。
8.根据权利要求7所述的激光光源单元，其中， 上述透射区域包括带通滤光器。
9.根据权利要求7或8所述的激光光源单元，其中， 上述透射区域形成为扇形。
10.根据权利要求7或8所述的激光光源单元，其中，上述透射区域形成为圆形。
11.根据权利要求7~10中任一项所述的激光光源单元，其中， 上述滤光器旋转体在相对于上述光共振器的光轴以预定角度倾斜的面内旋转。
12.根据权利要求1~6中任一项所述的激光光源单元，其中， 上述波长选择单元包括反光镜旋转体，该反光镜旋转体包括沿着圆周方向交替配置的多个反射区域和不反射光的区域，上述多个反射区域选择性地反射与上述多个波长对应的预定波长的光， 上述驱动单元使上述反光镜旋转体连续旋转，使得上述不反射光的区域和上述反射区域交替插入于上述光共振器的光路上， 上述反光镜旋转体的反射区域作为上述一对反光镜中的一个反光镜而发挥功能，当插入到上述光共振器的光路上的区域从上述不反射光的区域向上述反射区域切换时，上述光共振器以与该切换的反射区域所反射的光的波长对应的波长进行Q开关脉冲振荡。
13.根据权利要求1~6中任一项所述的激光光源单元，其中， 上述波长选择单元包括反光镜旋转体，该反光镜旋转体具有作为上述一对反光镜中的一个反光镜而发挥功能的多个反射面，该多个反射面选择性地反射与上述多个波长对应的预定波长的光， 上述驱动单元使上述反光镜旋转体连续旋转，使得与上述一对反光镜中的另一个反光镜相向的反射面依次切换， 当上述反射面垂直于上述光共振器的光轴时，上述光共振器以与垂直于该光轴的反射面所反射的光的波长对应的波·长进行Q开关脉冲振荡。
14.根据权利要求1~13中任一项所述的激光光源单元，其中， 还具有聚光透镜，该聚光透镜配置于上述光共振器内，并使在上述光共振器内向上述波长选择单元行进的光的射束直径缩小。
15.根据权利要求14所述的激光光源单元，其中， 上述聚光透镜使上述波长选择单元的位置处的光的射束直径为100 μ m以下。
16.一种光声图像生成装置，其特征在于具备: 激光光源单元，射出彼此不同的多个波长的脉冲激光，上述激光光源单元具有:激光棒；激励光源，向该激光棒照射激励光；光共振器，包括隔着上述激光棒而相向的一对反光镜；波长选择单元，将在上述光共振器内共振的光的波长控制为上述多个波长中的任一波长；及驱动单元，驱动上述波长选择单元，以使上述光共振器进行Q开关脉冲振荡； 检测单元，检测上述多个波长的脉冲激光照射到被检体时在被检体内产生的光声信号，并生成与各波长对应的光声数据； 强度比提取单元，提取与上述各波长对应的光声数据间的相对的信号强度的大小关系；及 光声图像构建单元，基于上述提取出的大小关系而生成光声图像。
17.根据权利要求16所述的光声图像生成装置，其中， 上述波长选择单元构成为，随着旋转驱动而使上述光共振器内的插入损失从第一损失变化为比该第一损失小的第二损失， 上述光声图像生成装置还具备:驱动状态检测单元，检测上述波长选择单元的旋转位置； 旋转控制部，控制上述驱动单元，使得上述波长选择单元以预定的转速旋转；及发光控制部，当上述驱动状态检测单元检测出的旋转位置成为比上述波长选择单元将上述光共振器的插入损失从上述第一损失向上述第二损失切换的旋转位置靠前预定量的位置时，上述发光控制部使上述激励光源照射激励光。
18.根据权利要求17所述的光声图像生成装置，其中， 上述旋转控制部控制上述驱动单元，使得上述驱动状态检测单元检测的旋转位置每预定时间的变化量恒定。
19.根据权利要求17或18所述的光声图像生成装置，其中， 当上述驱动状态检测单元检测出的旋转位置成为上述波长选择单元将上述光共振器的插入损失从上述第一损失向上述第二损失切换的旋转位置时，上述发光控制部生成同步信号， 上述检测单元基于上述同步信号开始上述光声信号的检测。
20.根据权利要求16~19中任一项所述的光声图像生成装置，其中， 还具备强度信息提取单元，该强度信息提取单元基于与上述各波长对应的光声数据，生成表不信号强度的强度信息， 上述光声图像构建单元基于上述强度信息来决定上述光声图像的各像素的灰度值，并且基于上述提取出的大小关系来决定各像素的显示色。
21.根据权利要求20所述的光声图`像生成装置，其中， 上述激光光源单元射出的脉冲激光的多个波长包括第一波长和第二波长， 上述光声图像生成装置还具备: 复数化单元，生成将第一光声数据和第二光声数据中的任一方作为实部、将另一方作为虚部的复数数据，上述第一光声数据与照射上述第一波长的脉冲激光时所检测出的光声信号对应，上述第二光声数据与照射上述第二波长的脉冲激光时所检测出的光声信号对应；及 光声图像重构单元，从上述复数数据通过傅里叶变换法来生成重构图像， 上述强度比提取单元从上述重构图像提取作为上述大小关系的相位信息，上述强度信息提取单元从上述重构图像提取上述强度信息。
22.根据权利要求16~21中任一项所述的光声图像生成装置，其中， 上述检测单元还检测对发送到被检体的声波的反射声波并生成反射声波数据， 上述光声图像生成装置还具备声波图像生成单元，基于上述反射声波数据而生成声波图像。
【文档编号】H01S3/121GK103828145SQ201280047043
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2012年9月14日 优先权日:2011年9月27日
【发明者】笠松直史, 广田和弘 申请人:富士胶片株式会社