脉冲激光器和光声装置
阅读：191发布：2020-05-13
专利汇可以提供脉冲激光器和光声装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及脉冲 激光器 和光声装置。提供一种 脉冲激光器 ，该脉冲激光器包括激光介质、电荷蓄积单元、被配置为向电荷蓄积单元供给电荷的电源单元、被配置为通过被供给蓄积于电荷蓄积单元中的电荷使得用激励光照射激光介质的激励单元、被配置为向激励单元重复供给蓄积于电荷蓄积单元中的电荷的切换单元、被配置为监测蓄积于电荷蓄积单元中的 能量 的能量监测单元和被配置为当通过能量监测单元监测的能量大于 阈值 时防止切换单元向激励单元供给蓄积于电荷蓄积单元中的电荷的控制单元。，下面是脉冲激光器和光声装置专利的具体信息内容。
1.一种脉冲激光器，所述脉冲激光器被布置为重复发射脉冲光，所述脉冲激光器包含：
激光介质；
电荷蓄积单元；
电源单元，所述电源单元被配置为向电荷蓄积单元供给电荷；
激励单元，所述激励单元被配置为通过被供给蓄积于电荷蓄积单元中的电荷而使得用激励光照射激光介质；
切换单元，所述切换单元被配置为向激励单元重复供给蓄积于电荷蓄积单元中的电荷；
能量监测单元，所述能量监测单元被配置为监测蓄积于电荷蓄积单元中的能量；和控制单元，所述控制单元被配置为当在从所述电荷蓄积单元向所述激励单元供给电荷之前通过能量监测单元监测的能量大于阈值时执行以下操作：
防止切换单元向激励单元供给蓄积于电荷蓄积单元中的电荷；以及
减少蓄积于电荷蓄积单元中的电荷。
2.根据权利要求1所述的脉冲激光器，
其中，能量监测单元包含：
电压监测单元，所述电压监测单元用于监测电荷蓄积单元的端子电压值，并且，其中，控制单元被配置为控制切换单元以在由电压监测单元监测的端子电压值大于阈值电压时不向激励单元供给蓄积于电荷蓄积单元中的电荷。
3.根据权利要求1所述的脉冲激光器，
其中，电源单元被配置为以恒定的速率向电荷蓄积单元供给电荷，
其中，能量监测单元包含：
时间监测单元，所述时间监测单元被配置为监测从电源单元向电荷蓄积单元供给电荷的时间，
并且，其中，控制单元被配置为控制切换单元，以在由时间监测单元监测的时间大于阈值时间时不向激励单元供给蓄积于电荷蓄积单元中的电荷。
4.根据权利要求1所述的脉冲激光器，
其中，能量监测单元被配置为监测多个指标，以估计蓄积于电荷蓄积单元中的能量，其中，控制单元被配置为控制切换单元，以在多个指标中的至少一个不满足预定条件时不向激励单元供给蓄积于电荷蓄积单元中的电荷。
5.根据权利要求4所述的脉冲激光器，
其中，能量监测单元包含：
电压监测单元和时间监测单元，所述电压监测单元被配置为监测电荷蓄积单元的端子电压值，所述时间监测单元被配置为监测从电源单元向电荷蓄积单元供给电荷的时间，其中，控制单元被配置为控制切换单元，以在端子电压值大于阈值电压时或者时间大于阈值时间时不向激励单元供给蓄积于电荷蓄积单元中的电荷。
6.根据权利要求4所述的脉冲激光器，
其中，能量监测单元包含：
电压监测单元，所述电压监测单元被配置为监测电荷蓄积单元的端子电压值；
电流监测单元，所述电流监测单元被配置为监测从电源单元供给到电荷蓄积单元的电流值；
时间监测单元，所述时间监测单元被配置为监测从电源单元向电荷蓄积单元供给电荷的时间；和
电荷量计算单元，所述电荷量计算单元被配置为基于电流值和时间计算从电源单元供给到电荷蓄积单元的电荷量，
其中，控制单元被配置为控制切换单元，以在端子电压值大于阈值电压或者供给的电荷量大于阈值电荷时不向激励单元供给蓄积于电荷蓄积单元中的电荷。
7.根据权利要求1所述的脉冲激光器，
其中，控制单元被配置为控制电源单元，以在通过能量监测单元监测的能量大于阈值时不向电荷蓄积单元供给电荷。
8.根据权利要求1所述的脉冲激光器，还包括：
遮光单元，
其中，控制单元被配置为控制遮光单元的驱动，以在通过能量监测单元监测的能量大于阈值时遮蔽从激光介质发射的光的至少一部分。
9.根据权利要求1所述的脉冲激光器，还包括：
电荷减少单元，所述电荷减少单元被配置为减少蓄积于电荷蓄积单元中的电荷，其中，控制单元被配置为控制电荷减少单元，使得当通过能量监测单元监测的能量大于阈值时能量将等于或低于阈值。
10.根据权利要求1所述的脉冲激光器，
其中，切换单元被配置为周期性地向激励单元供给蓄积于电荷蓄积单元中的电荷。
11.根据权利要求10所述的脉冲激光器，
其中，切换单元被配置为以至少10Hz的重复频率向激励单元供给蓄积于电荷蓄积单元中的电荷。
12.一种光声装置，包括：
根据权利要求1所述的脉冲激光器；
探测器，所述探测器被配置为：通过将从脉冲激光器发射的光照射到被检体上来接收在被检体身体内产生的光声波，以及，输出电信号；和
信号处理单元，所述信号处理单元被配置为基于从探测器输出的电信号获得关于被检体的信息。
脉冲激光器和光声装置
技术领域
背景技术
[0002] 将来自脉冲激光器的光发射到被检体上并使用探测器以接收从被检体内产生的光声波以获得关于被检体内部的形态和功能的信息的光声装置在医疗领域中被广泛研究。当将这种光声装置应用于生物体时，照射到生物体上的光的强度必须受到控制以不大于预定的安全阈值。该阈值被称为最大允许曝光量(MPE)。可根据目的控制从这种脉冲激光器发射的光的强度。
[0003] 日本专利公开No.63-153875公开了控制从脉冲激光器发射的光的强度的方法的例子。日本专利公开No.63-153875公开了流向用于激励激光介质的灯的电流和向该灯施加的电压被检测以获得输入到灯的电力的值的方法。日本专利公开No.63-153875公开了基于获得的电力值控制下一次输入到灯的电力值使得该值停留于预定的范围内的方法。
发明内容
[0004] 但是，根据在日本专利公开No.63-153875中公开的方法，必须在可控制灯的驱动之前将电力输入到灯。出于这种原因，灯可通过发射光在执行控制之前激励激光介质，这产生可能会从激光介质产生不希望的光的问题。该不希望的光的强度具有超出预定范围的可能性。
[0006] 在本说明书中提供的脉冲激光器包括激光介质、电荷蓄积单元、被配置为向电荷蓄积单元供给电荷的电源单元、被配置为通过被供给蓄积于电荷蓄积单元中的电荷而导致用激励光照射激光介质的激励单元、被配置为向激励单元重复供给蓄积于电荷蓄积单元中的电荷的切换单元、被配置为监测蓄积于电荷蓄积单元中的能量的能量监测单元、以及被配置为当通过能量监测单元监测的能量大于阈值时防止切换单元向激励单元供给蓄积于电荷蓄积单元中的电荷的控制单元。
[0007] 参照附图对示例性实施例的以下描述，本发明的其它特征将变得清晰。以下描述的本发明的实施例中的每一个可被单独地实现，或者，在必要的情况下或者在单个实施例中组合来自各单个实施例的要素或特征有益的情况下，实现为多个实施例或其特征的组合。
附图说明
[0008] 图1是根据本实施例的脉冲激光器的构成框图。
[0009] 图2是根据第一实施例的脉冲激光器的构成框图。
[0010] 图3是根据第一实施例的激光器的动作的流程图。
[0011] 图4是根据第一实施例的电源的构成框图。
[0012] 图5A和图5B是示出根据第一实施例的电压检测电路的构成和动作的示图。
[0013] 图6是根据第二实施例的脉冲激光器的构成框图。
[0014] 图7A～7C是示出根据第二实施例的时间检测电路的构成和动作的示图。
[0015] 图8是根据第三实施例的光声装置的构成框图。
[0016] 图9是示出根据第三实施例的光声装置的动作的流程图。
具体实施方式
[0017] 将参照图1描述根据本实施例的脉冲激光器10。脉冲激光器10包含激光介质1、激励单元2、蓄积单元3、电力单元4、能量监测单元5、控制单元6、以及用于在向激励单元2供给蓄积于能量单元3中的能量与不向激励单元2供给蓄积于能量单元3中的能量之间切换的切换单元7。
[0018] 首先，通过从电力单元4向蓄积单元3供给电荷，电荷蓄积于蓄积单元3中。然后，通过切换单元7重复向激励单元2供给蓄积于蓄积单元3中的电荷，从激励单元2向激光介质1重复照射激励光。通过用从激励单元2照射的激励光激励激光介质1，重复地从脉冲激光器10发射激光11。
[0019] 以这种方式，可基于典型地蓄积于蓄积单元3中的能量估计从激光介质1发射的光的强度。如果蓄积单元3的电容C被假定为恒定，那么可基于典型地蓄积于蓄积单元3中的电荷估计从激光介质1发射的光的强度。例如，可以估计事先测量的电荷的量与发射的光的强度之间的关系。
[0020] 根据本实施例，通过能量监测单元5监测蓄积于蓄积单元3中的能量。能量监测单元5可通过监测蓄积单元3的暂时电压值、从电力单元4向蓄积单元3供给电荷的时间或从电力单元4到蓄积单元3的电流值等估计蓄积于蓄积单元3中的能量。作为能量监测单元5，可实现能够监测蓄积于蓄积单元3中的能量的其它装置。
[0021] 控制单元6基于通过能量监测单元5监测的电荷量控制从脉冲激光器10发射的激光11的强度。也就是说，控制单元6控制切换单元7，使得当通过能量监测单元5监测的能量大于阈值时不从蓄积单元3向激励单元2供给电荷。如后面的实施例将描述的那样，控制单元6通过关断对于用作切换单元7的晶闸管的驱动或者通过中断蓄积单元3与激励单元2之间的电连接来控制不供给电荷。对切换单元7的构成，可使用可控制从蓄积单元3到激励单元2的电荷供给的其它器件。控制单元6也可通过任何有效的方法控制从蓄积单元3到激励单元2的电荷供给。
[0022] 顺便说一句，当高频率地经由通过激励单元2重复地产生的光发射重复脉冲光时，变得难以通过在由激励单元2发射光之后关闭对脉冲激光器10设置的遮光部分来遮蔽脉冲光。但是，根据本实施例，控制单元6可基于蓄积于蓄积单元3中的能量控制从蓄积单元3到激励单元2的电荷供给。出于这种原因，从脉冲激光器10发射的光的强度被估计并然后被控制，使得在从蓄积单元3向激励单元2供给电荷之前即在通过激励单元2发射光之前不以意外的强度发射光。重复脉冲光的发射包含发射脉冲光的周期性重复。例如，这包括以至少10Hz的重复频率重复发射脉冲光。类似地，从蓄积单元3到激励单元2的重复电荷的供给包括以例如至少10Hz的重复频率周期性地供给电荷。
[0023] 根据本实施例的脉冲激光器监测多个指标以估计电荷量，并且，即使当一个指标不满足预定的条件时，也优选执行控制以不发射激光。这是由于，不能通过一个指标检测的脉冲激光器的失效可能通过另一指标被检测。出于这种原因，当仅基于某些指标执行控制时，可在出现不能通过这些指标检测的失效时发射激光，这可导致发射不希望的激光。因此，在根据本实施例的脉冲激光器中，优选构成基于不同的指标检测许多区域的失效。
[0024] 因此，根据后面描述的实施例，能量监测单元5监测诸如蓄积单元3的端子电压值、从电力单元4供给到蓄积单元3的电荷量、用于从电力单元4向蓄积单元3供给电荷的时间等的不同的指标。控制单元6通过独立地针对为多个指标中的每一个设定的阈值评价多个指标中的每一个并在对所有的指标满足预定的条件时发射激光来执行控制。相反，控制单元6执行控制，以即使在多个指标中的一个不满足预定条件时也不发射激光。例如，控制单元6执行控制，以在蓄积单元3的端子电压值大于第一阈值或者用于向蓄积单元3供给电荷的时间比第二阈值长时不从脉冲激光器10发射光。作为另一例子，控制单元6执行控制，以在蓄积单元3的端子电压值大于第一阈值时或者当供给到蓄积单元3的电荷量大于第三阈值时不从脉冲激光器10发射光。
[0025] 控制单元6优选将从脉冲激光器10发射的光11的强度控制为处于预定的范围内。优选根据照射对象设定该预定范围。如上所述，例如，当测量对象是生物体时，预定范围可被设定为不大于MPE。更优选根据由装置构成导致的约束设定预定范围。例如，更优选根据来自将从脉冲激光器10发射的光11引导到测量对象的光学系统的光强度的等级设定预定范围。可在装运时设定或者可由用户设定预定范围。
[0026] 控制单元6可通过控制激励单元2的驱动控制从激光介质1发射的光的强度。控制单元6可通过控制遮蔽从激光介质1发射的光的至少一部分的遮光部分的驱动，控制从脉冲激光器10发射的光的强度。控制单元6只要可控制从脉冲激光器10发射的光的强度就可执行任意类型的控制。
[0027] 根据这种关于本实施例的脉冲激光器，电力不需要被抢先输入到激励单元以控制光的发射，这使得能够抑制通过激励单元发射的不希望的光并控制从脉冲激光器发射的光。
[0028] 第一实施例
[0029] 根据第一实施例，将描述监测用作蓄积单元的电容器110的端子电压值并且基于监测的电压监测通过电容器110蓄积的电荷的例子。根据第一实施例的脉冲激光器根据基于端子电压值的电荷量控制用作遮光单元的快门125的驱动和用作激励单元的闪光灯116的驱动。根据本实施例，通过监测电容器110的端子电压值监测蓄积于电容器110中的电荷的构成被统称为能量监测单元。
[0030] 如果电容器110的端子电压值表示为VC且电容器110的电容表示为CC，那么蓄积于电容器110中的电荷QC可由下式1表达。
[0031] QC＝CC·VC 式(1)
[0032] 从该式可以看出，在蓄积于电容器110中的电荷量QC与电容器110的端子电压值VC之间存在比例关系。根据所述构成，电容器110的电容CC是已知的，因此，如果电容器110的端子电压值VC被监测，那么蓄积于电容器110中的电荷量QC可被监测。
[0033] 另外，还能够估计蓄积于电容器110中的电荷量QC与从激光头104发射的光的强度之间的关系。出于这种原因，通过监测电容器110的端子电压值VC，可估计从激光头104发射的光的强度。根据本实施例的脉冲激光器基于这些思想。
[0034] 图2是根据本实施例的脉冲激光器的框图。
[0035] 根据本实施例的脉冲激光器包括激光控制器101、作为电源的电源102、脉冲形成网络103和激光头104作为主要的构成要素。以下，脉冲形成网络被称为PFN。
[0036] 激光控制器101包含作为控制单元的处理器105、电压检测电路106、掩盖电路108和存储器126。激光控制器101控制电源102、PFN103和激光头104。激光控制器101可从用户接收动作命令，并可与主机控制器连接并根据来自主机控制器的指令动作。
[0037] 电源102是向电容器110供给电荷的可变电压电源。电源102具有用于基于来自激光控制器101的指令在直到电容器110的端子电压值达到设定电压之前以恒定的速率向电容器110供给电荷的功能。电源102具有向激光控制器101输出代表电容器110的端子电压值的信号的功能。电容器110的端子电压值是高电压值，并通过分割电压被监测。如上所述，电容器110的端子电压值与蓄积于电容器110中的电荷成比例。出于这种原因，监测电容器110的端子电压值等同于监测蓄积于电容器110中的电荷，因此，电源102与根据本实施例的电压监测单元对应。
[0038] PFN103包含用作电荷减少单元的放电电路109、电容器110、线圈111、晶闸管112、点火器电路113、预燃电路114和继电器115。PFN103蓄积来自电源102的电荷，并产生用于点亮闪光灯116的高电压脉冲。
[0039] 激光头104包含闪光灯116、激光介质117、反射镜118、波长切换机构119、Q开关120、输出镜121、波长传感器122、束分离器123、用作光强度接收单元的曝光计124和用作遮光单元的快门125。从激光头104发射的光变为由脉冲激光器发射的光。
[0040] 处理器105控制电源102、脉冲形成网络103和激光头104中的各传感器和致动器。处理器105是由微控制器和周边电路形成的半导体芯片，并且基于在芯片上运行的软件执行发射控制、诸如光量和波长的参数的改变、电源电压的设定和监测、以及异常时的断开。
[0041] 电压检测电路106获得关于电容器110的端子电压值的信息，并且在它超过第一阈值时向处理器105发送断开信号。电压检测电路106可根据为输出准备的激光波长不同地设定阈值。将在后面描述电压检测电路106的细节。
[0042] 掩盖电路108基于来自电压检测电路106的断开信号控制闪光灯116和快门125的驱动。结果，从激光头104发射的光的强度可被控制。掩盖电路108是与处理器105类似的根据本实施例的控制单元。将在电压检测电路106的详细描述中描述关于掩盖电路108的细节。
[0044] 电容器110蓄积用于照明闪光灯116的电荷。对电容器110使用具有大的电容的高电压用膜电容器。
[0045] 线圈111将来自电容器110的脉冲电流波形整形。
[0046] 用作开关单元的晶闸管112基于来自处理器105的控制信号控制蓄积于电容器110中的电荷向闪光灯116的供给。
[0049] 用作开关单元的继电器115中继高电压，以在点火器电路113向闪光灯116施加高电压的同时从闪光灯116断开晶闸管112。当继电器115被短路以向闪光灯116供给蓄积于电容器110中的电荷并点亮闪光灯116时，处理器105向晶闸管112发送控制信号。也就是说，继电器115控制电容器110与闪光灯116之间的电连接。
[0050] 闪光灯116是将从电容器110供给的电荷为激励光并将激励光照射到激光介质117上以激励激光介质117的激励单元。
[0052] Febry-Perot共振器由反射镜118和输出镜121构成。
[0053] 波长切换机构119从多个波长选择共振波长。例如，波长切换机构119由双折射滤波器和驱动马达构成。可基于来自处理器105的控制信号选择移动双折射滤波器的来自多个波长中的一个共振波长。根据本实施例，将描述选择两种类型的波长中的一种的情况。以后描述的两种类型的波长分别被称为第一波长和第二波长。
[0054] Q开关120是基于来自处理器105的控制信号执行Q切换的电光元件。
[0055] 波长传感器122向处理器105和电压检测电路106输出用于通知由波长切换机构119选择的波长的信号。例如，波长传感器122在波长切换机构119的位置与第一波长对应时输出高电平的电压，并在该位置与第二波长对应时输出低电平的电压。波长传感器122被安装于波长切换机构119上。
[0056] 束分离器123分离通过输出镜121输出的激光的一部分并将该入射光输入到曝光计124。大部分的光沿入射到快门125的直线行进。
[0057] 曝光计124测量各脉冲的激光的光强度，并向处理器105通知测量结果。根据本实施例，曝光计124被设置为即使当快门125被关闭时也能够检测激光的一部分。例如，曝光计124由热释电(pyroelectric)传感器或光电二极管与放大器电路形成。
[0058] 用作遮光单元的快门125基于来自处理器105的控制信号控制激光向激光头104外部的发射。可以使用可遮蔽激光的至少一部分的任何物体作为快门125。遮光方法可以是诸如反射或吸收的任何有效的方法。
[0059] 存储器126是存储各种设定参数的非易失性存储器。例如，存储器126存储事先对各波长测量的蓄积于电容器110中的电荷量与从脉冲激光器发射的光的强度之间的对应关系。电源102与这些电荷对应地输出的电压值也存储于存储器126中。结果，如果用户规定发射光的波长和强度，那么处理器105可从存储器126选择应对电源102设定的电压值。
[0060] 处理器105也可通过使用逻辑式和关于由用户规定的发射光的波长和强度的信息计算要设定的电压值和电荷量。
[0061] 开关127与用于启动脉冲激光器的键配对。
[0062] 温度调整机构128使激光介质117周边的温度稳定化。例如，温度调整机构128具有用于通过包含激光介质117和闪光灯116的框体循环恒定温度的水的泵。温度调整机构128还在内部具有温度控制器、温度计、冷却风扇和加热器以循环恒定温度的水。温度控制器通过温度计设定循环水的温度，并控制加热器和冷却风扇以使水温保持恒定。
[0063] 图3是示出根据本实施例的脉冲激光器的动作的流程图。
[0064] 在用户将键拧到开关127中时光源启动之后，在步骤S201中，处理器105读取由用户设定的发射光的波长和强度，并设定电源102的电压值。发射光的强度与电压之间的关系被记录到存储器126。处理器105基于由用户设定的波长向波长切换机构119发送控制指令，并选择用于输出设定的波长的双折射滤波器。在完成波长切换机构119的动作之后，代表选择的波长的信号从波长传感器122被输出到激光控制器101。在步骤S201中，处理器105读取由用户设定的脉冲光的重复次数并在内部存储它。
[0065] 然后，在步骤S202中，处理器105向预燃电路114发送控制信号，并然后开始从预燃电路114向闪光灯116输出电流。但是，此时还没有与闪光灯116形成导电路径，因此，大部分的预燃电流不流动。
[0066] 然后，在步骤S203中，处理器105向点火器电路113发送控制信号以向闪光灯116施加高电压。结果，闪光灯116放电，这在内部形成导电路径，并且，从预燃电路114输出的电流开始向闪光灯116流动。
[0067] 然后，在步骤S204中，处理器105向放电电路109发送控制信号以对放电电路109中的继电器放电。结果，电容器110的正端子和负端子被放电，使得电荷可蓄积于电容器110中。
[0068] 然后，在步骤S205中，处理器105向电源102发送控制信号，以按规则的间隔从电源102向电容器110供给电荷。结果，电荷按规定的间隔蓄积于电容器110中，并且，端子电压值在电容器110中逐渐增加。
[0069] 在步骤S206中，处理器105基于代表从电源102输出的电容器110的端子电压值的信号确定电容器110的端子电压值是否处于事先存储于存储器126中的范围内。根据本实施例，只有电容器110的端子电压值的上限被设定于存储器126中，但下限也可被设定。在这种情况下，预定范围是电容器110的端子电压值的上限和下限。电容器110的端子电压值的上限可以是对电源102设定的施加电压。可从由处理器105设定的发射光的强度的上限计算电容器110的端子电压值的上限。
[0070] 根据本实施例，电容器110的端子电压值与存储于存储器126中的阈值电压相比较，并且，如果电容器110的端子电压值等于或低于阈值电压，那么处理前进到步骤S207。如果电容器110的端子电压值等于或低于阈值，那么发射预定范围内的强度的激光。
[0071] 相反，如果电容器110的端子电压值高于阈值，那么从激光头104发射的光的强度具有超出预定范围的可能性。出于这种原因，处理前进到步骤S212以控制激光的强度。将在后面描述步骤S212的细节。
[0072] 如上所述，电容器110的端子电压值与蓄积于电容器110中的电荷成比例。出于这种原因，步骤S206中的电容器110的端子电压值与阈值电压之间的比较等同于电容器110中蓄积的电荷量与阈值之间的比较。将在后面描述在步骤S206中使用的阈值的细节。
[0073] 各波长的不同的阈值存储于存储器126中，使得可根据设定的波长使用这些不同的阈值。这是由于，点亮激光头104的效率根据波长而不同，因此，即使以相同的强度输出激光，蓄积于电容器110中的电荷量也不同。根据本实施例，该发光效率表示蓄积于电容器110中的电荷量与从激光头104发射的光的强度之间的比率。
[0074] 在步骤S207中，处理器105向继电器115发送控制信号以使线圈111与闪光灯116之间的距离缩短。也就是说，继电器115电连接电容器110与闪光灯116。结果，可从电容器110向闪光灯116供给电荷。
[0075] 然后，在步骤S208中，处理器105向快门125发送控制信号以打开快门125，以从激光头104向外面发射光。在这种情况下，前几个脉冲在快门被关闭的状态下被发射，使得可通过曝光计124测量激光的强度。处理器105读取曝光计124的测量结果，确认光强度是稳定的并处于存储于存储器126中的预定范围内，并然后打开快门125。激光在快门125被关闭的状态下被发射，以通过来自用户或主机控制器的命令确认光强度，但也可防止光发射到激光头104外面。
[0076] 然后，在步骤S209中，处理器105向晶闸管112发送控制信号以接通晶闸管。结果，通过线圈111连接从电容器110到闪光灯116的距离。蓄积于电容器110中的电荷被供给到闪光灯116以点亮闪光灯116。来自闪光灯116的激励光被激光介质117吸收，从而导致激光介质117的激励。
[0077] 然后，在步骤S210中，处理器105在激励激光介质117之后的几百微秒(具体而言，点亮闪光灯116之后的几百微秒)向Q开关驱动器电路(未示出)发送控制信号，以将事先处于具有大的损失的状态中的Q开关120设定为具有小的损失的状态。通过将Q开关120的端子电压值从高电压变为低电压，执行这一过程。结果，出现迅速的激光振荡，从而导致从输出镜121输出巨大的脉冲。
[0078] 然后，在步骤S211中，处理器105确定激光是否被点亮了在步骤S201中设定的重复次数。如果完成了这一过程，那么处理前进到步骤S213。相反，如果还没有完成这一过程，那么处理返回到步骤S205以再次在电容器110中蓄积电荷。
[0079] 在步骤S213中，处理器105向快门125发送控制信号以关闭快门。
[0080] 然后，在步骤S214中，处理器105向继电器115发送控制信号以释放(release)晶闸管112和闪光灯116。也就是说，继电器115电气断开电容器110与闪光灯116。结果，不能从电容器110向闪光灯116供给电荷。
[0081] 然后，在步骤S215中，处理器105向预燃电路114发送控制信号以停止辅助电流输出到闪光灯116。
[0082] 然后，在步骤S216中，处理器105向放电电路109发送控制信号以通过限流电阻器使电容器110的端子之间的距离缩短。结果，残留于电容器110中的电荷被放电。
[0083] 可按任意的次序执行步骤S213～S216。
[0084] 如上所述，如果电容器110的电荷量比阈值高，也就是说，如果在步骤S206中确定了电容器110的端子电压值比阈值高，那么处理前进到步骤S212。在步骤S212中，处理器105通过使用以下描述的方法控制构成，使得不从激光头104发射光。
[0085] 在步骤S212中，处理器105向继电器115发送控制信号以使晶闸管112与闪光灯116之间的距离断路。也就是说，继电器115电气断开电容器110与闪光灯116。结果，蓄积于电容器110中的电荷不能被供给到闪光灯116。
[0086] 根据本实施例，用作开关单元的继电器115通过短路和断路来控制电荷从电容器110向闪光灯116的供给，但供给电荷的控制不限于该方法。例如，可以使用用作开关单元的半导体开关。如果使用这种开关单元，那么可通过经由低电阻的连接和经由高电阻的连接来切换电容器110与闪光灯116之间的电连接。出于这种原因，可容易地控制电荷从电容器
110向闪光灯116的供给，这使得能够控制供给到闪光灯116的电荷量。另外，作为控制继电器115的替代，可掩盖来自晶闸管112的驱动信号，从而使得能够等同地接通和关断晶闸管
112。
110向闪光灯116的供给，这使得能够控制供给到闪光灯116的电荷量。另外，作为控制继电器115的替代，可掩盖来自晶闸管112的驱动信号，从而使得能够等同地接通和关断晶闸管
112。
[0087] 根据本实施例，描述的例子使用用作用于控制向闪光灯116供给电荷的元件的晶闸管112，但元件的类型不限于晶闸管。例如，可以使用可通过处理器关断的诸如绝缘栅极双极晶体管(IGBT)或金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的元件，在这种情况下，可在步骤S212中从处理器105发送关断信号。
[0088] 在步骤S212中，处理器105向用作电荷量减少单元的放电电路109发送控制信号以经由放电电路109内的限流电阻器将电容器110的端子之间的距离缩短。也就是说，放电电路109减少蓄积于电容器110中的电荷。结果，蓄积于电容器110中的电荷减少，这减少可供给到闪光灯116的电荷量。
[0089] 在步骤S212中，处理器105向电源102发送控制信号以减少电荷从电源102向电容器110的供给。处理器105优选停止减少电荷从电源102向电容器110的供给。结果，可进一步抑制在电容器110中蓄积电荷。出于这种原因，可通过放电电路109有效地执行电荷量的减少。
[0090] 在步骤S212中，处理器105可通过关闭用作遮光单元的快门125减少从激光头104发射的光。快门125只要可遮蔽从激光介质117发射的光的至少一部分就可减少从激光头104发射的光。但是，当通过经由曝光计124检测振荡激光来监测从激光头104发射的光时，快门125优选具有外部共振器。也就是说，它优选被设置，使得可遮蔽从输出镜121发射的光的至少一部分。
[0091] 在步骤S212中，处理器105可仅控制前面描述的控制的一部分，以防止从激光头104发射光。本发明不限于前面描述的控制，因此，只要防止从激光头104发射光就可使用任何控制。
[0092] 当通过连续点亮闪光灯116从激光头104连续发射激光时，难以在点亮闪光灯116之后关闭快门125以遮光。出于这种原因，根据在日本专利公开No.63-153875中公开的方法，不希望的光具有发射到激光头104的外面的可能性。相反，根据本实施例，处理器105可基于电容器110的端子电压值控制发射光的强度。根据该方法，从激光头104发射的光的强度可在点亮闪光灯116之前被估计，使得从激光头104发射的光的强度即使在连续发射激光时也可保持于预定范围内。激光的连续发射包含激光发射的周期性重复。例如，这包括以至少10Hz的重复频率重复发射激光以及连续发射激光。
[0093] 在步骤S212中，处理器105可向用户通知代表发射光的强度超出预定范围的可能性的信息。例如，处理器105可通过接通在显示单元(未示出)上显示发射光的强度超出预定范围的可能性的彩色灯通知信息。处理器105也可通过通过扬声器(未示出)播放声音以指示发射光的强度具有超出预定范围的可能性来通知信息。只要向用户通知信息，使用的方法就可以是任何有效的方法。处理器105也可在电荷量低于阈值时向用户通知发射光的强度处于预定范围内。
[0094] 根据本实施例，脉冲激光器的控制在步骤S212中执行发射光的控制之后完成，但步骤S212之后的控制不因而受到限制。例如，当在步骤S212中电容器110中的电荷量适于目标照射水平时，处理可在步骤S212之后前进到步骤S207，以控制光的发射。处理也可在步骤S212之后前进到步骤S206，以在再次与阈值比较之后执行强度处于预定范围内的光发射控制。
[0095] 根据关于本实施例的脉冲激光器，通过监测电容器110的端子电压值，可以抑制由激光头104发射的不希望的光，并且，从激光头104发射的光的强度也可被控制为处于预定范围内。
[0096] 以下，将详细描述构成根据本实施例的脉冲激光器的要素。图4是示出电源102的内部的构成的框图。
[0097] AC/DC转换器302将来自商业电源301的200VAC电力转换成直流。逆变器303将直流转换为交流。变压器304增加来自逆变器303的电压。电力控制器305接通/关断逆变器303中的场效应晶体管(FET)(未示出)，并通过控制逆变器输出的占空循环向PFN103输出恒定电流。分压电阻器306分割通过变换器304升高的电压并向电力控制器305提供反馈。
[0098] 下面将详细描述与在步骤S206中使用的电容器110的端子电压值对应的阈值电压。
[0099] 根据本实施例，通过具有电阻值R的分压电阻器306检测的电压Vm等于端子电压值的1/R倍，因此Vm＝Vc/R。由于电源102与处理器105之间的界面和放大器电路，因此从处理器105看到的电压为Vm的Nc倍。
[0100] 从激光头104发射的光的最大允许强度表示为Emax，第一波长的发光效率表示为Ef1，并且，第二波长的发光效率表示为Ef2。在这种情况下，分别通过下式获得关于第一波长的阈值电压V1和关于第二波长的阈值电压V2。
[0101] 式(2)
[0102] 式(3)
[0103] 例如，可基于MPE确定上述的最大允许强度Emax。上述的电压V1和V2可通过嵌入处理器105中的AD转换器被数字化并存储于存储器126中。在步骤S206中，处理器105在选择的波长是第一波长时使用电压V1作为阈值，并在选择的波长是第二波长时使用电压V2作为阈值。
[0105] 将参照图5A和图5B描述电压检测电路106的动作。
[0106] 图5A是电压检测电路106的内部的框图。图5B是示出用于描述电压检测电路106的动作的波形的例子的示图。
[0107] 在图5A中，缓冲器/放大器电路401通过接收代表从电源102输出的电容器110的端子电压值的信号调整电流电平。缓冲器/放大器电路401例如由通过运算放大器的电压跟随器电路、放大器电路和低通滤波器电路构成。来自缓冲器/放大器电路401的输出信号的电压被称为电荷电压407。电荷电压407代表电容器110的电荷量。
[0108] 可变电阻器电路402设定在第一波长上振荡激光时的阈值。可变电阻器电路402的输出是指示可蓄积于电容器110中以在第一波长上输出预定范围内的强度的激光的最大电荷的模拟信号。
[0109] 可变电阻器电路403设定在第二波长上振荡激光时的阈值。可变电阻器电路403的输出是代表为了在第二波长上输出处于预定范围内的强度的激光可蓄积于电容器110中的最大电荷量的模拟信号。
[0110] 选择器电路404选择和输出来自可变电阻器电路402和可变电阻器电路403的输出电压中的与波长传感器122的值对应的可变电阻器电路的输出电压。例如，选择器电路404由模拟多路复用器构成。当波长传感器122指示第一波长时，来自可变电阻器电路402的输出电压由选择器电路404选择。当波长传感器122指示第二波长时，来自可变电阻器电路403的输出电压由选择器电路404选择。由从选择器电路404输出的信号代表的电压是阈值电压。作为选择来自波长传感器122的信号的替代，选择器电路404可通过使用通过处理器105发送到波长切换机构119的控制信号选择阈值电压。
[0111] 比较器电路405比较电荷电压与阈值电压，并在电荷电压超出阈值电压时输出低电平的电压。当电荷电压等于或低于阈值电压时，它输出高电平的电压。由比较器电路405输出的信号被称为断开信号408。断开信号408被输入到掩盖电路108。
[0112] 当来自电压检测电路106的断开信号处于低电平时，掩盖电路108控制闪光灯116或快门125的驱动，使得从激光头104发射的光的强度处于预定范围内(步骤S212)。在这种情况下，掩盖电路108执行与在上述的步骤S212中由处理器105执行的控制类似的控制。
[0113] 相反，当来自电压检测电路106的断开信号处于高电平时，掩盖电路108向处理器105输出代表处理要前进到步骤S207的信号，然后，处理前进到步骤S207。
[0114] 可通过处理器105和掩盖电路108中的任一个或两个执行步骤S206。
[0115] 图5B是示出脉冲激光器的动作中的断开信号与电荷电压的电压波形的示图。横轴代表时间，纵轴代表电压。为了便于观看，电荷电压和断开信号电压的纵轴分开。
[0116] 在定时t409处，处理器105向电源102输出代表要开始蓄积电荷的控制信号，因此，电荷电压407从定时t409开始升高(步骤S205)。该比率与来自电源102的输出电流成比例。根据本实施例，电源102是恒定电源，因此，电荷电压407以恒定的速率升高。也就是说，电荷以恒定的速率从电源102被供给到电容器110。
[0117] 在电荷电压407达到设定电压之后，电源102停止向电容器110供给电荷，并且还向处理器105发送代表完成电荷蓄积的信号。在接收它之后，处理器105停止代表开始蓄积电荷的控制信号。在定时t410处，电荷电压407已达到设定电压，这停止电荷电压407的增加。
[0118] 然后，在定时t411处，处理器105接通晶闸管112，并且，电容器110中的电荷流向闪光灯116，这降低电荷电压407(步骤S209)。
[0119] 从t409到t411的定时代表电容器110的充电和放电循环，并且按规则的间隔重复该循环产生脉冲光。在定时t411处，电荷电压407不超过阈值电压406，因此，从激光头104发射处于预定范围内的强度的光。此时，比较器电路405以高电平向掩盖电路108输出断开信号408。
[0120] 然后，在步骤S205中，处理器105再次向电源102输出代表开始蓄积电荷的控制信号，并且，在定时t412处，电荷电压开始以恒定的速率增加。然后，在定时t413处，如果电荷电压407出于任何原因超过阈值电压406，那么比较器电路405以低电平向掩盖电路108输出断开信号408。接收低电平的断开信号408之后，掩盖电路108控制闪光灯116或快门125的驱动，使得从激光头104发射的光的强度处于预定范围内(步骤S212)。根据本实施例，放电电路109减少在步骤S212中蓄积于电容器110中的电荷量，这降低电荷电压407。
[0121] 下面将描述电压检测电路106使用的阈值。关于电压检测电路106的第一波长的阈值电压表示为V3，关于第二波长的阈值电压表示为V4。它是代表从缓冲器/放大器电路401输出到电源102的电荷电压407的端子电压值的信号的Ne倍。在这种情况下，与V1和V2类似，通过下式获得V3和V4。
[0122] 式(4)
[0123] 式(5)
[0124] 可变电阻器可被事先调整，使得从可变电阻器电路402输出的电压为V3且从可变电阻器电路403输出的电压为V4。选择器电路404和比较器电路405可在波长传感器122指示第一波长时通过使用V3执行比较，或者在波长传感器122指示第二波长时通过使用V4执行比较。
[0125] 根据本实施例，可在多个构成中实现用于监测电容器110的端子电压值且监测蓄积于电容器110中的电荷量的功能。在这种情况下，多个构成被统称为能量监测单元。也就是说，根据本实施例，电源102和电压检测电路106可被指定为能量监测单元。
[0126] 第二实施例
[0127] 下面，描述根据第二实施例的脉冲激光器。图6所示的根据第二实施例的脉冲激光器与根据第一实施例的脉冲激光器的不同在于，它包括时间检测电路107作为时间监测单元。与关于第一实施例描述的构成相同的构成的部分具有相同的附图标记，并且省略它们的详细的描述。
[0128] 除了在第一实施例中监测的电容器110的端子电压值以外，根据第二实施例的脉冲激光器监测用于向电容器110供给电荷的时间。基于这些监测结果估计蓄积于电容器110中的电荷量。根据第二实施例的脉冲激光器基于关于电容器110的端子电压值和电荷的供给时间这两个指标控制激光的发射。
[0129] 如果由电源102供给到电容器110的电流表示为IC且用于供给电荷的时间表示为TC，那么蓄积于电容器110中的电荷量QC可由下式6表达。
[0130] 式(6)
[0131] 从该式可以看出，蓄积于电容器110中的电荷量QC可基于电流IC和输出电流的时间TC被监测。当用作恒率电源的电源102向电容器110供给恒定电流时，可基于用于向电容器110供给电荷的时间监测蓄积于电容器110中的电荷量。由于供给到电容器110的电流恒定，因此也可基于用于向电容器110供给电荷的时间监测蓄积于电容器110中的电荷量。
[0132] 另外，也能够估计蓄积于电容器110中的电荷量QC与从激光头104发射的光的强度之间的关系。出于这种原因，可通过监测用于输出电流的时间TC和输出到电容器110的电流IC，估计从激光头104发射的光的强度。根据本实施例的脉冲激光器基于这些思想。
[0133] 根据本实施例，时间检测电路107监测用于向电容器110供给电荷的时间。如上所述，监测用于向电容器110供给电荷的时间等同于监测蓄积于电容器110中的电荷。出于这种原因，根据本实施例的时间检测电路107可被称为能量监测单元。
[0134] 将参照图7A～7C描述时间检测电路107的动作。时间检测电路107是使用与电压检测电路106不同的方法以监测电容器110中的电荷量的单元的例子。
[0135] 图7A是示出时间检测电路107的内部的框图。图7B是示出用于描述时间检测电路107的动作的波形的示图。图7C是示出作为时间检测电路107的构成要素的时间电压转换电路505的内部的框图。
[0136] 在图7A中，脉冲形成电路501在电源102在电容器110中蓄积电荷的周期中输出高电平的信号519，并在不蓄积电荷的周期中输出变为低电平的信号519。脉冲形成电路501例如接收从处理器105发送到电源102的代表开始蓄积电荷的控制信号和从电源102发送的代表完成电荷蓄积的信号，并然后仅在通过低通滤波器电路和AND电路蓄积电荷的周期中产生高电平的信号。由脉冲形成电路501输出的信号被输入到时间电压转换电路505。
[0137] 可变电阻器电路502、可变电阻器电路503和选择器电路504分别具有与图5A和图5B所示的可变电阻器电路402、可变电阻器电路403和选择器电路404相同的构成。选择器电路504输出阈值电压509。但是，设定的阈值电压与图5A和图5B中的例子不同。
[0138] 时间电压转换电路505输出代表来自脉冲形成电路501的信号519处于高电平的时间的模拟电压。从时间电压转换电路505输出的模拟电压被称为时间转换电压508。例如，时间电压转换电路505由基准电压产生电路、具有运算放大器和电容器的集成电路、以及复位电路构成。时间转换电压508在通过脉冲形成电路501输出的信号处于高电平时积分来自基准电压源的电压脉冲，并输出代表时间的时间转换电压508。时间电压转换电路505在停止由处理器105发送的代表开始蓄积电荷的信号时操作复位电路以复位积分电压。以这种方式，可通过时间电压转换电路505监测用于向电容器110供给电荷的时间。
[0139] 比较器电路506比较时间转换电压508与阈值电压509，并在时间转换电压508超出阈值电压509时输出低电平的电压。当时间转换电压508等于或低于阈值电压时，它输出高电平的电压。从比较器电路506输出的信号被输入到存储电路507中。
[0140] 存储电路507在来自比较器电路506的输出信号从未处于低电平上时输出高电平的电压，并在该输出信号至少一次处于低电平时使电压的输出保持于低电平。存储电路507在开关127中的键被按压的状态期间动作。可通过在存储电路507使电压输出保持于低电平的同时按回开关127中的键来清除通过存储电路507存储的状态。从存储电路507输出的电压被称为断开信号510。断开信号510被输入到掩盖电路108中。
[0141] 掩盖电路108与处理器105在前面描述的步骤S212中执行控制同样地控制各种构成，使得，当来自存储电路507的断开信号510处于低电平时，也就是说，当用于向电容器110供给电荷的时间超出第二阈值时，激光头104不发射光。相反，掩盖电路108控制各种构成，使得，当来自存储电路507的断开信号510处于高电平时，也就是说，当用于向电容器110供给电荷的时间等于或低于第二阈值时，从激光头104发射光。
[0142] 根据关于第二实施例的脉冲激光器，通过监测用于向电容器110供给电荷的时间，可以抑制由激光头104发射的不希望的光。
[0143] 图7B是示出脉冲激光器的动作期间时间转换电压508与断开信号510的电压波形的示图。横轴代表时间，纵轴代表电压。为了便于观看，各信号电压的纵轴分开。
[0144] 在定时t511处，处理器105向电源102输出代表要开始蓄积电荷的控制信号，因此，从定时t511开始从电源102向电容器110供给电荷(步骤S205)。此时，脉冲形成电路501向时间电压转换电路505输出高电平的输出信号。时间电压转换电路505积分基准电压，使得时间转换电压508以恒定的速率增加。电荷连续地被蓄积，直到时间转换电压508达到由设定的蓄积时间指示的电压。
[0145] 然后，在定时t512处，时间转换电压508达到由设定的蓄积时间指示的电压，并因此停止从电源102向电容器110供给电荷。在定时t513处，处理器105在停止代表开始蓄积电荷的控制信号之后操作时间电压转换电路505内的复位电路，以复位积分电压。然后，在步骤S209中，处理器105接通晶闸管112，并且，在定时t514处，电容器110中的电荷被发送到闪光灯116，并且，电容器110中的电荷量减少。
[0146] 从t511到t514的定时代表电容器110的充电和放电循环，并且按规则的间隔重复该循环产生脉冲光。在定时t513处，时间转换电压508不超过阈值电压509，因此，在定时t514处从激光头104发射处于预定范围内的强度的光。在定时t511～t514的循环期间，时间转换电压508不超出阈值电压509，因此，断开信号510停留于高电平。
[0147] 然后，在定时t515处，处理器105再次向电源102输出代表开始蓄积电荷的控制信号，并且，电荷电压开始以恒定的速率增加。
[0148] 此时，如果电容器110的蓄积时间出于任何原因加长，那么时间转换电压508具有超出阈值电压509的可能性。在定时t516处，时间转换电压508超出阈值电压509，因此，由比较器电路506输出的信号变为低电平，并且，该状态被存储于存储电路507中。结果，低电平的断开信号510被输出到掩盖电路108。
[0149] 掩盖电路108接收低电平的断开信号510，并执行各种构成的控制以防止从激光头104发射光(步骤S214)。掩盖电路108可允许在控制闪光灯116或快门125的驱动之后发射光，使得从激光头104发射的光的强度处于预定范围内。根据本实施例，在步骤S212停止电荷从电源102向电容器110的供给，因此时间转换电压508被复位。
[0150] 相反，时间转换电压508已超出阈值电压509的状态被存储于存储电路507中，因此，断开信号510保持于低电平。
[0151] 下面，将参照图7C详细描述时间电压转换电路505的内部。
[0152] 时间电压转换电路505由基准电压产生电路511、模拟多路复用器512、电阻器513、电容器514、运算放大器515、限流电阻器516、正常打开的半导体开关517和逆变器电路518构成。
[0153] 基准电压产生电路511输出恒定电压Vi。模拟多路复用器512在来自脉冲形成电路501的信号519处于低电平时选择来自基准电压产生电路511的电压Vi，并在信号519处于高电平时选择并输出0V的电压。
[0154] 模拟多路复用器512的输出经由电阻器513与运算放大器515的反相输入端子连接。基准电压产生电路511的输出与运算放大器515的非反相端子连接。
[0155] 当从电源102向电容器110供给电荷时，低电平的信号从逆变器电路518被输入到半导体开关517的控制端子中，并且，半导体开关517打开。当半导体开关517打开且信号519处于高电平时，出现电荷向电容器514的供给，并且，时间转换电压508以恒定的速率增加(定时t511～t512)。
[0156] 相反，当半导体开关517打开且信号519处于低电平时，停止电荷向电容器514的供给，并且，时间转换电压508不增加(定时t512～t513)。
[0157] 当停止电荷从电源102向电容器110的供给时，高电平的信号从逆变器电路518被输入到半导体开关517的控制端子，并且，半导体开关517短路。此时，电容器514的两个端子短路，并且，电荷被复位(定时t513～t515)。
[0158] 下面将描述由时间检测电路107使用的阈值电压。
[0159] 根据本实施例，电源102执行恒定电流控制，因此QC＝ICTC。出于这种原因，通过下式获得关于第一波长的蓄积时间的阈值T5和关于第二波长的蓄积时间的阈值T6：
[0160] 式(7)
[0161] 式(8)
[0162] 然后，如果关于时间电压转换电路505的积分电路的基准电压产生电路511的电压表示为Vi、电阻器513的电阻表示为Ri且电容器514的电容表示为Ci，那么可通过下式获得关于第一波长的阈值电压V5和关于第二波长的V6。但是，对Ri和Ci使用大的值，使得V5和V6的值不饱和。
[0163] 式(9)
[0164] 式(10)
[0165] 可变电阻器可被事先调整，使得从可变电阻器电路502输出的电压为V5且从可变电阻器电路503输出的电压为V6。选择器电路504和比较器电路506可在波长传感器122指示第一波长时通过使用V5执行阈值比较，或者在波长传感器122指示第二波长时通过使用V6执行阈值比较。
[0166] 根据第二实施例，给出的例子使用用于将向电容器110的蓄积时间转换成模拟电压的电路作为由时间检测电路107用于检测时间的方法，但不因而限制用于检测时间的电路构成。例如，可以使用包含基准时钟和计数器电路的构成以计数脉冲形成电路输出高电平的信号的周期的时间。当构成实现为数字电路时，脉冲形成电路、计数器电路、比较器电路和存储电路可构成为一个FPGA。也可通过诸如CPU的处理器监测电容器110的蓄积时间。
[0167] 根据第二实施例，给出的例子使用可变电阻器以调整时间检测电路107的阈值，但不因而限制用于调整阈值的方法。例如，阈值可被事先写入到存储器126，并且，可通过使用DC转换器等产生存储于存储器126中的阈值电压。
[0168] 根据第二实施例，时间检测电路107在通过电源102执行恒定电流控制的前提下基于蓄积时间测量供给到电容器110的电荷量。如果电源102不执行恒定电流控制，那么输出到电容器110的电流值和蓄积时间均被测量，然后，该电流值和积分时间值与预定阈值相比较，以产生断开信号。用于测量电流的方法包括使用电流传感器或测量蓄积电流流向的电阻器两端的电压。应用于这些方法的单元与电流监测单元对应。基于检测电流值和蓄积时间的积分时间值与供给到电容器110的电荷量对应。可通过用作电荷量计算单元的处理器105或时间检测电路107计算与该供给电荷量对应的积分时间值。
[0169] 根据第二实施例，处理器105、电压检测电路106和时间检测电路107是用于独立地估计电荷量并比较指标与阈值的三个机构，但不必使用所有的这些机构。能够仅使用它们中的一个以比较电荷量与阈值。但是，如上所述，优选通过监测用于估计电荷量的多个指标执行控制，以即使一个指标不满足预定条件也防止发射激光。也就是说，掩盖电路108优选执行控制，使得当电容器110的端子电压值大于第一阈值时或者当用于向电容器110供给电荷的蓄积时间大于第二阈值时不从激光头104发射激光。相反，掩盖电路108优选执行控制，以在电容器110的端子电压值小于第一阈值时或者在用于向电容器110供给电荷的蓄积时间小于第二阈值时允许从激光头104发射激光。
[0170] 用于监测向电容器110供给电荷的时间并监测蓄积于电容器110中的电荷量的功能可实现为多个构成。在这种情况下，多个构成被统称为能量监测单元。
[0171] 根据第一实施例和第二实施例，设置诸如电源102动作中的监测信号和输出完成信号的界面，但是，通过在脉冲形成网络(PEF)103中设置诸如分压电阻器的机构，本发明在没有这些界面时仍是适用的。
[0172] 根据第一实施例和第二实施例，描述了两种类型的波长，但不因而限制波长的数量。本发明可被应用于发射三个或更多个波长的光的脉冲激光器。本发明可被应用于可通过设定各波长的适当的阈值连续地设定波长范围的可变波长脉冲激光器。
[0173] 第三实施例
[0174] 根据第三实施例，将描述应用关于第二实施例描述的脉冲激光器的光声装置。
[0175] 图8是根据本实施例的光声装置的框图。
[0176] 根据本实施例的光声装置由激光控制器601、电源602、PFN603、激光头604、温度调整机构605、光学系统607、探测器610、信号处理单元611、控制器612、用户界面613和显示器614构成。激光控制器601、电源602、PFN603、激光头604和温度调整机构605与关于第二实施例描述的激光控制器101、电源102、PFN103、激光头104和温度调整机构128相同，并因此省略它们的描述。
[0177] 被检体606是通过光声装置测量的被检体。例如，被检体606是被检者的身体的一部分。根据本实施例，在描述中乳房被用作被检体606。被检体606通过保持机构(未示出)设定于某个位置，使得可在拍摄之前照射光。
[0178] 光学系统607将脉冲光照射到被检体606的测量部位上。光学系统607由例如以预定的倍率放大从激光光学系统发射的光以调整照射光的密度和照射区域的光学系统构成。通过光纤或空间传送执行从激光头604到光学系统607的光传送。
[0179] 光吸收体608代表吸收相对大量的光的被检者身体内的区域，例如，该区域与由乳癌导致的新血管对应。当脉冲光被照射到光吸收体608上时，通过光声效果产生光声波609。
[0180] 探测器610具有用于接收光声波609的换能器。换能器是诸如锆酸铅换能器(PZT)、电容微加工超声换能器(CMUT)或设置在阵列中的其他传感器元件，并将光声波609转换成电信号。根据本实施例，该电信号被称为光声信号。
[0181] 信号处理单元611对来自探测器610的光声信号执行信号处理。信号处理单元611由前置放大器、A/D转换器、接收存储器和场可编程门阵列(FPGA)构成。光声信号通过信号处理单元611中的前置放大器被放大，通过A/D转换器被转换成数字值，并然后被输入到FPGA中。FPGA执行诸如噪声减少处理和整相的处理。通过信号处理单元611处理的光声信号存储于信号处理单元611内部的存储器中。根据本实施例，存储于存储器中的数据被称为光声信号数据。信号处理单元611基于光声信号数据获得关于被检体606的信息。根据本实施例，关于被检体606的信息包含光声波的初始声压、光学能量吸收密度、吸收系数和构成被检体606的物质的浓度。物质的浓度包含氧饱和浓度、氧合血红蛋白的浓度、总还原氧合血红蛋白的浓度和总血红蛋白的浓度。总血红蛋白的浓度是氧合血红蛋白的浓度和还原血红蛋白的浓度的总和。根据本实施例，关于被检体606的信息可以是被检体内的各位置的分布信息而不仅仅是数值数据。也就是说，关于被检体606的信息可以是诸如氧饱和分布和吸收系数分布的分布信息。
[0182] 控制器612控制光声装置的总体动作，并由计算机和诸如图形处理单元(GPU)的图像处理电路构成。图像处理电路读取光声信号数据，执行图像重构处理，并在显示器614上产生和显示代表与被检体606上的脉冲光对应的吸收系数分布的图像。
[0183] 用户界面613使得用户能够设定光声装置的操作条件并提供操作开始命令。用户界面613由键盘、鼠标、按钮开关或其它的装置构成。操作条件包括被检体606的测量范围或光声信号的测量时间等。操作命令包括开始被检体606的拍摄或停止拍摄等。
[0184] 显示器614向用户显示诊断图像并向用户通知光声装置的状态。
[0185] 控制器612通过使用通信电缆615与激光控制器601连接，并可执行激光照射参数的设定、照射指令和状态监测。照射参数包含照射到被检体606上的激光的脉冲的数量、发射光的强度或波长等。用户可通过用户界面613设定照射参数。照射命令的内容包含启动暖气和启动激光照射等。用户可通过用户界面控制这些脉冲激光操作的操作。可通过经由通信电缆615向控制器612传送通过曝光计124测量的各脉冲的光强度值并使用信号校正来执行状态的监测。处理器105、电压检测电路106和时间检测电路107的状态可被传送到控制器612并然后在显示器614上被显示。
[0186] 图9是示出根据本实施例的光声装置的动作流程的流程图。
[0187] 在步骤S701中，激光控制器601启动暖气处理。激光控制器601在暖气处理中驱动温度调整机构605以使激光头604的温度稳定化。
[0188] 在步骤S703中，用户通过界面613设定光声参数，并然后等待执行照射开始命令。
[0189] 然后，在步骤S704中，控制器612将光声参数存储于内部存储器中。光声参数包含用于将激光照射到被检体606上的范围或照射的激光的波长的列表等。根据本实施例，照射波长包含照射100个脉冲的756nm和797nm的两个波长。根据本实施例，第一波长是756nm，第二波长是797nm。
[0190] 然后，在步骤S705中，控制器612向激光控制器601发送从光声参数取得的与光源有关的照射参数。第一次发送到激光控制器601的照射参数包含756nm的波长和100脉冲的照射次数。
[0191] 然后，在步骤S706中，控制器612向激光控制器601发送指令以开始激光的照射。结果，图3所示的步骤S201～S11的过程导致756nm波长的脉冲光将100个脉冲照射到被检体606上。关于步骤S706中的处理，如果由于电源波动蓄积于电容器110中的电荷量处于预定的范围内，那么处理前进到步骤S710。如果在预定范围外，那么处理前进到步骤S713。
[0192] 根据本实施例，电荷量的阈值被设定，使得发射光的强度不超过MPE。结果，优选执行控制，以防止当在光声装置中超过MPE的光具有照射到被检体上的可能性时从脉冲激光器发射光。此时，光声装置可被控制，使得从脉冲激光器发射的光的强度等于或低于MPE。发射光的强度的阈值可小于MPE。例如，优选设定电荷量的阈值，使得发射光的强度小于或等于MPE的一半。
[0193] 在步骤S710中，信号处理单元611在对脉冲光的各照射产生的由探测器接收的光声波609的光声信号上执行诸如放大、A/D转换和噪声减少的信号处理。处理的结果存储于内部存储器中，然后，处理前进到步骤S711。
[0194] 在步骤S711中，控制器612确定是否获得了所有规定光声参数的光声信号。如果还没有完成，那么处理返回到步骤S705，并且给予激光控制器601关于下一照射参数的指令。根据本实施例，通过756nm的波长该第一次执行照射，并且，由于还没有执行797nm的波长的照射，因此处理返回到步骤S705以设定797nm的波长的照射参数和100脉冲的照射次数。在获得756nm和797nm的波长上的光声信号之后，处理前进到步骤S712。
[0195] 在步骤S712上，控制器612读取存储于存储器中的光声信号，执行诸如图像重构处理或扫描转换处理等的图像处理，在显示器614上显示光声图像，然后处理结束。此时，用户可通过使用用户界面613提供指令以并排显示多个波长的光声图像，或者从各波长的不同的光吸收分布获得血液中的血红蛋白的氧饱和度并在显示器上显示它。
[0196] 相反，如果蓄积于电容器110中的电荷量处于预定范围外，那么从激光头604发射的光的强度具有处于预定范围外的可能性。出于这种原因，在步骤S713中，以与对步骤S212描述的方式相同的方式控制各种构成以防止从激光头604输出光。
[0197] 然后，如果蓄积于电容器110中的电荷量处于预定范围外，那么与发射光的强度的控制结合，激光控制器601在步骤S714中向控制器612显示代表发射光的强度具有超出预定范围的可能性的错误消息，以通知用户。
[0198] 根据本实施例，光声装置的控制在步骤S713和S714之后结束，但控制未必限于在步骤S713和S714之后结束。例如，在步骤S713中，可对发射的光执行控制，使得其强度达到目标照射(例如，等于或低于MPE的强度)，然后在步骤S714之后前进到步骤S706以控制光的发射。
[0199] 因此，根据关于本实施例的光声装置，可以抑制从脉冲激光器产生不希望的光，并且，可获得光声信号。
[0200] 如第一实施例和第二实施例所示，根据本实施例，基于电容器110的端子电压值或电容器110中的供给电荷量执行控制。出于这种原因，当存在发射光的强度处于预定范围外的可能性时，即使从脉冲激光器连续发射激光，也可在发射光之前抑制光的发射。结果，可减少不希望的光照射到诸如生物体的被检体上的可能性。
[0201] 根据本实施例，通过激光控制器601和控制器612执行各种构成的控制，但本发明不限于该构成，因而，可仅通过一个、三个或更多个控制器控制各种构成。
[0202] 信号处理单元611可控制各种构成。在这种情况下，光声装置不需要具有激光控制器601和控制器612。
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