JP2010501888A - 超音波及び／又は光を可変に屈折させるシステム - Google Patents

Abstract

本開示は、光に対してと同様に超音波に対して透過性があり且つ可変に屈折するシステムに向けられる。正しい光学的及び音響的特性を選択することによって、光の屈折に影響を与えることなく超音波を可変に屈折（合焦、偏向若しくはステアリングを含む）すること、又はその逆が可能である。直列の２つのレンズ、若しくは好ましくは１つのレンズは、超音波及び光を可変に屈折することを可能とする。

Description

本開示は、光に対してと同様に超音波に対して透過性があり且つ可変に屈折するシステムに向けられる。正しい光学的及び音響的特性を選択することによって、光の屈折に影響を与えることなく超音波を可変に屈折（合焦、偏向若しくはステアリングを含む）すること、又はその逆が可能である。直列の２つのレンズ、若しくは好ましくは１つのレンズは、超音波及び光を可変に屈折することを可能とする。

人体内の部位の光（即ち光学的）若しくは超音波（即ち音響的）撮像若しくは処置に対する技術は、現在の関心である。ある技術は、光学レンズ若しくは音響レンズとして２つの液体間のインタフェース（即ち境界）を使用することを伴うものがある。あるアプリケーションに対しては、光及び超音波に対して単一のレンズ系を使用することが望ましい。例えば、内視鏡では、画像を音響的だけでなく光学的にも撮像したいと望む場合がある。また、光学的に撮像し音響的に処置したり、音響的に撮像し光学的に処置したりすることを場合がある。内視鏡、カテーテル若しくは撮像若しくは処置用の経口摂取型電子カプセルのような、人体内での使用のための現在使用される医療デバイスでは、スペースが非常に制限されるので、光学的技術と音響的技術の双方に対して同一のレンズ系を用いることが望ましい場合がある。

２００５年１２月２２日に公開された特許文献１は、可変焦点距離の音響レンズを含む音響デバイスを開示する。音響レンズは、典型的には不混和性の、２つの液体の間の湾曲した境界と、境界の形状を変化させてレンズの焦点距離を可変する手段（例えば、電気的若しくは機械的な力を用いる）とを含む。この特許文献１は、また、１９９４年４月２６日に発行された特許文献２に開示されるような、音響波発生器を音響デバイス内に選択的に組み込むことができることを開示する。これらの特許文献のそれぞれの開示は、ここでの参照により、その全体がこの明細書に組み入れられる。

音響デバイス及びその撮像用途での使用を開示する他の先行技術は、特許文献３乃至１１である。

ＷＯ２００５／１２２１３９ 米国特許第５，３０５，７３１号 ＷＯ２００６０３０３２８（２００６年３月２３日に公開） 米国特許第４，７１８，４２１号 米国特許第３，９２７，５５７号 米国特許第５，４１９，３３５号 米国特許第３，９８２，２２３号 米国特許第４，３２７，７３８号 欧州特許公開１，６２１，１３５号（２００６年２月１日に公開） 独国特許第４，１２０，５９３号 独国特許第３，７３９，３９３号

しかしながら、先行技術で開示されるようなデバイスは、光学的及び音響的な撮像若しくは処置の双方を同時に用いることに関連した問題点を解決していない。かかる例として、一方の技術用のレンズを切り替えることは、他方の技術を妨害する。例えば、光学的に撮像しつつ、音響信号の焦点距離若しくは方向を変化させたい場合がある。音響信号用のレンズ形状における必要な変化は、光学信号を焦点から外させることになる。

これらの及び他の必要性は、本開示の可変屈折システムにより満足される。

本開示によれば、光と同様に超音波も可変に屈折することができるシステムが開示される。正しい光学的及び音響的特性を選択することによって、光の屈折に影響を与えることなく超音波を可変に屈折すること、又はその逆が可能である。直列の２つのレンズは超音波及び光を可変に屈折することを可能とする。用語“屈折”は、これらに限定されないが、合焦すること軸からずらすこと、偏向、光及び／又は超音波のステアリングを含む。

具体的には、本発明の目的は、光及び／又は超音波を可変に屈折することができるシステムであって、
液体間の境界を形成する２つの不混和液と、前記境界の一部の変位を選択的に誘起するように前記液体の一方の少なくとも一部に力を直接付与する手段とを含む少なくとも１つのレンズを含む、システムを提供することである。

本発明のその他の目的は、光及び／又は超音波を可変に合焦することができるシステムを提供することである。

本発明のその他の目的は、光及び／又は超音波を可変に偏向することができるシステムを提供することである。

本発明のその他の目的は、光波を実質的に屈折することなく超音波を可変に合焦する手段を有する第１のレンズと、
超音波を実質的に屈折することなく光波を可変に合焦する手段を有する第２のレンズとを含み、
前記第２のレンズは前記第１のレンズに直列に設けられる、可変焦点レンズ系を提供することである。

本発明のその他の目的は、前記第１のレンズは、光波に略同一の屈折率を有し超音波が異なる速度を有する第１及び第２の液体と、前記第１及び第２の液体間の第１の境界と、前記第１の境界の一部の変位を選択的に誘起するように前記第１及び第２の液体の一方の少なくとも一部に力を直接付与する手段とを含み、
前記第２のレンズは、光波に異なる屈折率を有し超音波が略同一の速度を有する第２及び第３の液体と、前記第２及び第３の液体間の第２の境界と、前記第２の境界の一部の変位を選択的に誘起するように前記第２及び第３の液体の一方の少なくとも一部に力を直接付与する手段とを含み、
前記第１、第２及び第３の液体は、互いに直列に設けられる、システムを提供することである。

本発明のその他の目的は、前記第１、第２及び第３の液体は、略同一の密度を有する、システムを提供することである。

本発明のその他の目的は、前記第１の液体は、ポリジメチルシロキサン２０ｃＳｔであり、前記第２の液体は、２４重量％のメタノールと７６重量％のアニリンの混合であり、前記第３の液体は、４７重量％の二硫化炭素と５３重量％のベンゼンの混合である、システムを提供することである。

本発明のその他の目的は、前記第１、第２及び第３の液体は、互いに混和性が無く、前記第１の境界は、前記第１及び第２の液体間の第１の接触メニスカスであり、前記第２の境界は、前記第２及び第３の液体間の第２の接触メニスカスである、システムを提供することである。

本発明のその他の目的は、前記第１、第２及び第３の液体の減衰係数は、１ｃｍ当たり約０．４５デシベルよりも小さい、システムを提供することである。

本発明のその他の目的は、前記第１のレンズは、光波に略同一の屈折率を有し超音波が異なる速度を有する第１及び第２の液体と、前記第１及び第２の液体間の第１の境界と、前記第１の境界の一部の変位を選択的に誘起するように前記第１及び第２の液体の一方の少なくとも一部に力を直接付与する手段とを含み、
前記第２のレンズは、光波に異なる屈折率を有し超音波が略同一の速度を有する第３及び第４の液体と、前記第３及び第４の液体間の第２の境界と、前記第２の境界の一部の変位を選択的に誘起するように前記第３及び第４の液体の一方の少なくとも一部に力を直接付与する手段とを含み、
前記第１、第２、第３及び第４の液体は、互いに直列に設けられる、システムを提供することである。

本発明のその他の目的は、前記レンズは、不混和性の第１及び第２の２つの液体を含み、前記第１の液体は、ｎ_１の光に対する屈折率、ｖ_１の音速を有し、前記第２の液体は、ｎ_２の光に対する屈折率、ｖ_２の音速を有し、前記第１及び第２の液体間の境界は、次の関係に従い、
｜ｎ_１／ｎ_２−ｖ_１／ｖ_２｜＜０．２
このとき、前記レンズは、空間内の略同一のポイントに超音波及び光波を同時に合焦することができる、システムを提供することである。

本発明のその他の目的は、｜ｎ_１／ｎ_２−ｖ_１／ｖ_２｜＜０．１である、システムを提供することである。

本発明のその他の目的は、ｎ_１／ｎ_２＝ｖ_１／ｖ_２である、システムを提供することである。

本発明のその他の目的は、前記第１の液体は、シスーデカリンであり、ｎ_１は１．４８１であり、ｖ_１は１．４２ｋｍ／ｓであり、
前記第２の液体は、４８．２重量％の水と５１．８重量％のメタノールの混合であり、ｎ_２は１．３３であり、ｖ_２は１．２７８ｋｍ／ｓであり、
｜ｎ_１／ｎ_２−ｖ_１／ｖ_２｜＝０である、システムを提供することである。

本発明のその他の目的は、前記第１の液体は、１，１，３，３−テトラフェニル−ジメチルジシロキサンであり、ｎ_１は１．５８６６であり、ｖ_１は１．３７ｋｍ／ｓであり、
前記第２の液体は、０＜ｘ＜０．７５の範囲でｘ重量％の水と（１−ｘ）重量％のメタノールの混合であり、ｎ_２は１．３３であり、１．０９ｋｍ／ｓ＜ｖ_２＜１．２８ｋｍ／ｓであり、
｜ｎ_１／ｎ_２−ｖ_１／ｖ_２｜＜０．２である、システムを提供することである。

本発明のその他の目的は、前記第１の液体は、シスーデカリンであり、ｎ_１は１．４８１であり、ｖ_１は１．４２ｋｍ／ｓであり、
前記第２の液体は、０．２２＜ｘ＜０．７９の範囲でｘ重量％の水と（１−ｘ）重量％のメタノールの混合であり、ｎ_２は１．３３であり、１．１７２ｋｍ／ｓ＜ｖ_２＜１．４０ｋｍ／ｓであり、
｜ｎ_１／ｎ_２−ｖ_１／ｖ_２｜＜０．１である、システムを提供することである。

本発明のこれら及び他の局面は、図面を参照して次の実施例を参照して詳説される。

２つの異なる形状で２つの不混和液間のインタフェースないし境界を示す図である。図中では屈折率が等しいので、光線は２つの異なる形状である。音響線は、液体内の音速の差に起因して屈折される。 液体１，２間の第１の境界若しくはレンズ、及び、液体２，３間の第２の境界若しくはレンズを形成する直列の３つの不混和液１，２，３を概念的に示す。超音波は、第１の境界により屈折されるだけであり、光波は、第２の境界により屈折されるだけである。 液体１，２間の第１の境界若しくはレンズ、及び、液体３，４間の第２の境界若しくはレンズを形成する直列の４つの不混和液１，２，３、４を概念的に示す。超音波は、第１の境界により屈折されるだけであり、光波は、第２の境界により屈折されるだけである。液体２，３間の直接の接触が必要でない（例えば、これらは、空間的に分離され、異なる容器に配置されてもよい）。 液体１，２間の境界若しくはレンズ形成する直列の２つの不混和液１，２を概念的に示す。光波及び超音波の双方は、空間内の同一のポイントに境界により屈折される。

超音波若しくは光可変焦点レンズを用いる先行技術に開示される医療用デバイスに関連した問題点を克服するため、ここで開示される可変焦点レンズは、光に対してだけでなく超音波に対しても透過性がある。正しい光学的及び音響的特性を選択することによって、光の屈折に影響を与えることなく超音波用のレンズを合焦すること、又はその逆が可能である。直列の２つのレンズは超音波及び光を独立して可変に屈折することを可能とする。

本発明によるレンズ系は、光学信号若しくは音響信号のいずれか一方を屈折し他方を屈折しない直列の２つのレンズを用いる。従って、それは、光学信号を妨害せずそのままにしつつ音響信号を屈折し、又は、音響信号を妨害せずそのままにしつつ光学信号を屈折する。図１は、どのようにして超音波が屈折される一方で光波が屈折されないかを概略的に示す。この例では、液体１は、光に対して液体２と同一の屈折率を有する。従って、光波の屈折は無い。しかし、一方の液体の音速（即ち音響特性）は、他方の液体の音響特性より高く、それにより、超音波の屈折を引き起こし、液体及び境界を通過した後に超音波の所与の焦点距離若しくは交点のポイントを生む。（例えば、境界の部位に電気的若しくは機械的な力を付与することによって）境界形状が変化する場合、レンズの焦点距離が超音波に対して変化する。

同様に、液体１，２が、音速が双方の液体に対して同一であるが、屈折率が異なるように選択される場合、超音波は、超音波は、境界を屈折無しで通過する一方、光波は、屈折されることになる。同様に、境界形状を変化させることは、光波に対して異なるレンズの焦点距離を生む。

本発明によるレンズ系が直列の２つの境界若しくはメニスカス（menisci）で作成される場合、超音波及び光の双方は、（図２に示すように）独立して可変に合焦されることができる。直列のレンズは、軸方向にアンプルスペースを提供する内視鏡のように、内視鏡検査法におけるスペースの問題を引き起こさない。１つが超音波用で１つが光用の並列の２つのレンズは、内視鏡の径が非常に制限されるので、スペースに関する問題をもたらす。このスペースの問題は、ここで開示される本発明により解決される。

直列に第１及び第２のレンズを有する本発明の一実施例、即ち以下の実施例１では、第１のレンズは、光に対して同一の屈折率を有する２つの不混和性の液体からなり、従って、超音波のみが屈折される（表１参照）。

第２のレンズは、音速が同一である２つの不混和性の液体からなり、従って、光波だけが屈折される（表２参照）。第１及び第２のレンズは、互いに対して近接してもよいが、物理的に別の容器若しくはハウジング内でもよく、若しくは、４つの全ての液体は、同一の容器若しくはハウジング内であり液体２，３も不混和性であり若しくは互いに混合しないように防止されてもよい。また、本発明により明らかなこととして、直列のレンズの順序は必須でなく、例えば、第１のレンズは、光波を屈折しさえすればよく、第２のレンズは、超音波を屈折しさえすればよく、逆も同様である。
［実施例１］
同一の屈折率で異なる音速の不混和液は、例えば表１の通りである。

表１のタイトル：同一の屈折率で異なる音速の不混和液
同一の音速で異なる屈折率の不混和液は、例えば表２の通りである。

表２のタイトル：異なる屈折率で同一の音速の不混和液
数ミリメートルよりも大きい直径のレンズに対して、レンズ形状を重力依存性の無いものにするために、双方の液体の密度を合致させることが望ましい。表２の液体は、既に密度が非常に近接する（３％の差異）。より多くの液体を混合することによって、略同等の密度を得ることが可能である。

３つの不混和液を直列で有する（図２参照）、本発明のその他の実施例、即ち以下の実施例２では、最初の２つの液体（即ち、ポリジメチルシロキサン、若しくは液体１；及びメタノール／アニリン、若しくは液体２）は、第１のレンズを形成し、超音波の屈折をもたらすが光の屈折を起こさない同一の屈折率を有する。第２及び第３の液体（即ち、メタノール／アニリン、若しくは液体２；及び二硫化炭素／ベンゼン、若しくは液体３）から形成される第２のレンズは、光波を屈折するが、超音波を屈折しない。
［実施例２］
直列の２つのレンズの場合、例えば無極性液体１／有極性液体／無極性液体２のような、３つの液体及び従って２つのメニスカスを備える１つの管を作成することが可能である。一例が表３に与えられる。

表３のタイトル：１つの管に２つのメニスカスを形成するために使用できる３つの液体。メタノール／アニリンは中間であるべきである。第１のメニスカスは音を屈折し、第２のメニスカスは光を屈折する。

本発明は、内視鏡、カテーテル及び経口摂取型カメラピルのような、非常に制限された空間を備える機器で特に有用である。近い将来の内視鏡及びカメラピルでは、超音波撮像及び／又は処置が光学的撮像及び／又は処置と組み合わせられる可能性は非常に高い。スペースは内視鏡では非常に制限される。それ故に、できるだけ小さい容積内に収まるように光学的及び音響的通路を縮小できることが理想的であるだろう。しかし、これは、合焦品質若しくはビームステアリング範囲の犠牲を伴うべきでない。ここで提唱される解決策は、同一のレンズを双方の通路が使用することに基づく。これをできるようにするため、音響信号及び光学信号は、レンズにより同様に屈折される必要がある。これは、対象が異なる位置に移動した場合若しくはレンズの形状が変化した場合、音響信号及び光学信号の双方が同程度に変化することを意味する。

内視鏡、カテーテル、カプセルカメラ等のような、人若しくは動物用の最小限の侵襲性のデバイス内では、非常に限られたスペースしかない。その結果、かかるデバイス内に２つの別のビーム経路と対応するレンズとを有することは明らかに現実的でない。本発明の好ましい実施例では、可視光と同時に超音波の可変の合焦（及び、必要な場合は、ステアリング）を可能とするためレンズ系が設けられる。これをなすためには、かかるレンズの構成媒体を慎重に選ぶことが重要である。しばしば、光学的な波長に対して機能するレンズは、非常に早く超音波周波数の全てを吸収する傾向（例えば、ポリエチレンプラスティック若しくはシリコンラバーに対して２５ｄＢ／ｃｍより大きい）があり、その逆も同様である。更に、双方の波長に対して実際に透過性のある典型的なレンズは、光周波数及び超音波周波数に対して広範な異なる焦点特性を有する傾向がある。

屈折率がｎ_１、ｎ_２の２つの媒体が半径Ｒの球面（レンズとして機能）を介して接触するとき、次のレンズ式を介して求められるように、レンズの一方の側のポイントｌ_１は、レンズの他方の側のポイントｌ_２に結像される。
−（ｎ_１／ｌ_１−ｎ_２／ｌ_２）＝（ｎ_２−ｎ_１）／Ｒ＝Ｋ_０ （１）
ここで、Ｋ_０は、光学パワーを指す。平面波（即ち、ｌ_１＝ ）から始めるとき、これは、次のように、レンズの焦点距離を与える。
ｆ_０＝Ｒｎ_２／（ｎ_２−ｎ_１） （２）
（音速ｖ_１、ｖ_２を用いて）超音波周波数に対する同様のレンズ式により、レンズの一方の側の音響ポイントｌ_１とレンズの他方の側の音響ポイントｌ_２とは、次の関係があることが分かる。
ｎ_２／ｌ_２−ｎ_１／ｌ_１＝（ｖ_２−ｖ_１）／Ｒ＝Ｋ_Ａ （３）
ここで、Ｋ_Ａは、音響パワーを指す。同様に平面波から始めるとき、これは、音響的な焦点距離に対して次式を与える。
ｆ_Ａ＝Ｒｖ_２／（ｖ_２−ｖ_１） （４）
それ故に、次の要件を生む、光学的及び音響的な焦点が同一のポイント（ｆ_０＝ｆ_Ａ）に位置するように、２つの媒体（屈折率がｎ_１、ｎ_２で音速ｖ_１、ｖ_２）を含むレンズを設計することができる。
ｎ_２／（ｎ_２−ｎ_１）＝ｖ_２／（ｖ_２−ｖ_１） （５）
又は
ｎ_１／ｎ_２−ｖ_１／ｖ_２＝０ （６）
これは、レンズの半径Ｒにもはや依存しない。明らかであるが、これは、レンズの曲率（図４参照）に無関係に、式（６）で示された設計要件を用いるときに同一位置に単一のレンズが光波及び超音波を合焦することになることを意味するので、非常に望ましい。また、ビームステアリングは、式（６）が満たされるときに超音波及び光波長に対して完全に同一に機能することになる。

それ故に、本発明の第３の実施例では、レンズは、少なくとも２つの不混和液（屈折率がｎ_１、ｎ_２で音速ｖ_１、ｖ_２）を含むように設けられ、その場合、媒体間の境界はレンズを構成し、次式を実質的に満たすことを特徴とする。
ｎ_１／ｎ_２＝ｖ_１／ｖ_２
かかるレンズは、任意のポイントに対して空間内の略同一のポイントで超音波及び可視光周波数の双方を、双方とも光軸上に若しくは光軸から外れて、結像する。

本発明の第４の実施例では、レンズが調整可能（チューナブル）であるシステムが設けられる。

本発明の第５の実施例では、レンズは、次式を実質的に満たすような２つの液体（屈折率がｎ_１、ｎ_２で音速ｖ_１、ｖ_２）を備える。
｜ｎ_１／ｎ_２−ｖ_１／ｖ_２｜＜０．２
これは、空間内の任意のポイントにて超音波及び可視光周波数の同時の合焦及びステアリングを可能とするだろう。

本発明の第６の実施例では、レンズは、より好ましくは次式を実質的に満たすような２つの液体（屈折率がｎ_１、ｎ_２で音速ｖ_１、ｖ_２）を備える。
｜ｎ_１／ｎ_２−ｖ_１／ｖ_２｜＜０．１
これは、空間内の任意のポイントにて超音波及び可視光周波数の同時の合焦及びステアリングを可能とするだろう。

典型的には、かかる実施例は、これらに限定されないが、略同様な屈折率を有するが超音波速度の差異が大きく（それぞれ１．４８ｋｍ／ｓ及び１．０９ｋｍ／ｓ）、任意の所望の比で混合できる、水とメタノールの種々の混合物を利用することができる。水／メタノール混合物は、線形的に変化する音速を有する。即ち、ｘの水及び（１−ｘ）のメタノール混合に対して、音速は、次式となる。
ｖ_mix＝ｘｖ_water＋（１−ｘ）ｖ_methanol.＝１．０９＋０．３９ｘ［ｋｍ／ｓ］
例えば、シスーデカリン（Ｃ_１０Ｈ_１８；ｎ_１＝１．４８１、ｖ_１＝１．４２ｋｍ／ｓ）と４８．２％の水＋５１．８％のメタノールの液体混合（４８．２％Ｈ_２Ｏ＋５１．８％ＣＨ_４Ｏ；ｎ_２＝１．３３、ｖ_２＝１．２７８ｋｍ／ｓ）は、次式を生む。
｜ｎ_１／ｎ_２−ｖ_１／ｖ_２｜＝０
これは、超音波周波数及び光周波数の双方が空間内の略同一のポイントに合焦される（双方とも光軸上に若しくは光軸から外れて）ことを意味する。

例えば、第３、第４及び第５の実施例に対しては、シリコンオイル（例えば、１，１，３，３−テトラフェニル−ジメチルジシロキサン、Ｃ_２６Ｈ_２６ＯＳｉ_２；ｎ_１＝１．５８６６、ｖ_１＝１．３７ｋｍ／ｓ）及び０＜ｘ＜０．７５の範囲で任意の水＋メタノール混合ｘＨ_２Ｏ＋（１−ｘ）ＣＨ_４Ｏ（ｎ_２＝１．３３、１．０９ｋｍ／ｓ＜ｖ_２＜１．２８ｋｍ／ｓ）を組み合わせることは、次式を生む。
０＝｜１．５８６６／１．３３−１．３７／１．１５１｜＜｜ｎ_１／ｎ_２−ｖ_１／ｖ_２｜＜｜１．５８６６／１．３３−１．３７／１．３８｜＝０．１９９＜０．２
例えば、第４及び第６の実施例に対して、シスーデカリン（Ｃ_１０Ｈ_１８；ｎ_１＝１．４８１、ｖ_１＝１．４２ｋｍ／ｓ）と０．２２＜ｘ＜０．７９の範囲で任意の水＋メタノール混合ｘＨ_２Ｏ＋（１−ｘ）ＣＨ_４Ｏ（ｎ_２＝１．３３、１．１７２ｋｍ／ｓ＜ｖ_２＜１．４０ｋｍ／ｓ）を組み合わせることは、次式を生む。
０＝｜１．４８１／１．３３−１．４２／１．２７５｜＜｜ｎ_１／ｎ_２−ｖ_１／ｖ_２｜＜｜１．４８１／１．３３−１．４２／１．４０｜＝０．０９９＜０．１
ここで開示されるようなデュアル式の光学／超音波レンズは、最小限の侵襲性の分野で非常に魅力的である。小さいサイズに起因して、例えばカメラピルでの適用性は、生物医学的用途の全領域内の論理的な選択肢となるだろう。例えば、かかるレンズは、手術（切除）目的のためのレーザービームの合焦を可能としつつ、切除は、同時に超音波で撮像される。レンズ系は、また、光及び／又は超音波を屈折することができる。これは、光及び／又は超音波のステアリング及び軸外れの合焦を含むことも考えられる。明らかに、最小限の侵襲性の用途に対して、これは効果的なものである。例えば、光学的に撮像しつつ、同時に、合焦された超音波を用いて所定の軌道を焼くことができる。

本発明によれば、好ましくは、液体１，２，３，４のような、レンズ内の液体のそれぞれは、可視のスペクトラル範囲内で十分に低い光吸収性（典型的には、略ゼロ付近）を有し、５メガヘルツ（ＭＨｚ）で約０．２デシベル／センチメートル（ｄＢ／ｃｍ）よりも小さい超音波減数係数を有する。減衰係数は、単に、如何に早く超音波がその強度を液体内の吸収の結果として喪失するかである。かかる係数の値は、標準のテーブルブックに見つけることができ、若しくは、簡易な機構で測定されることができる。幾つかの例は以下の通りである。
水＝０．００８２５ｄＢ／ｃｍ
メタノール＝０．０２６ｄＢ／ｃｍ
ポリジメチルシロキサン＝〜０．４５ｄＢ／ｃｍ
ｘ重量％の水と（１−ｘ）重量％のメタノール＝〜０．０１５ｄＢ／ｃｍ
２４％のメタノールと７６％のアニリン＝〜０．０１ｄＢ／ｃｍ
１，１，３，３−テトラフェニル−ジメチルジシロキサン＝〜０．４ｄＢ／ｃｍ
音響可変焦点レンズ及びその焦点距離を迅速に調整する手段は、上述の特許文献１の国際公開で開示されており、その全てがここでの開示によりここに組み込まれる。この特許文献１は、好ましくはレンズの２つの流体媒体若しくは液体が略同一の密度を有することを教示する。この際、境界の一部の変位は重力から独立しており、従って、レンズ系の向きに依存しない。２つの媒体が互いに不混和性であるとき、境界は、２つの流体媒体間の接触メニスカスである。この場合、双方の媒体間に壁が配置されない。或いは、異なる液体間の境界は、弾性フィルムを含む。かかるフィルムは、双方の流体媒体が互いに混合するのを防ぎ、また、比較的小さい力で伸ばすことができる。レンズは、また、その他の弾性フィルタを含んでよく、２つの弾性フィルムは、音響波の経路の２つのそれぞれの位置で２つの流体媒体の一方を保持するように配置される。従って、より高いパワー値のレンズを達成することができる。

流体媒体の一方の少なくとも一部上に直接的に力を付与する手段は、幾つかの種類であることができる。第１の種類によれば、２つの流体媒体の第１の流体媒体は、有極性及び／又は電導性の液体物質を含み、力付与手段は、当該第１の流体の少なくとも一部に電気力を印加するように配置された電極を含む。従って、音響レンズの焦点距離の非常に高速な変動を得ることができる。かかる手段は、境界の変位を電子的に制御するように適合される。電気力は、境界の近傍の第１の流体媒体の一部に効果的に印加される。この際、第１の流体媒体の全体の量が低減されてもよい。

第２の種類によれば、力付与手段は、流体媒体の当該部分に接触する可動本体を含む。この種の最適な実施例では、可動本体は、流体媒体の当該部分を含む容器の壁を含んでよい。

レンズ系は、デバイスの外に配置される対象を撮像するように設計されたデバイス内に組み込まれることができる。この際、デバイスは、その全てがここでの開示によりここに組み込まれる特許文献２に開示されるような、音響波生成器を更に含むだろう。

本発明は、その特別な実施例に関して説明されてきたが、当業者によれば、多くの修正、改良及び／又は変更が、本発明の精神と範囲から逸脱することなく達成できることを認識するだろう。それ故に、本発明は、クレームの範囲及びその均等物によって制限されるだけであることが明らかに意図される。

Claims (16)

1. 光及び／又は超音波を可変に屈折することができるシステムであって、
   液体間の境界を形成する２つの不混和液と、前記境界の一部の変位を選択的に誘起するように前記液体の一方の少なくとも一部に力を直接付与する手段とを含む少なくとも１つのレンズを含む、システム。
2. 当該システムは、光及び／又は超音波を可変に合焦することができる、請求項１記載のシステム。
3. 当該システムは、光及び／又は超音波を可変に偏向することができる、請求項１記載のシステム。
4. 光波を実質的に屈折することなく超音波を可変に合焦する手段を有する第１のレンズと、
   超音波を実質的に屈折することなく光波を可変に合焦する手段を有する第２のレンズとを含み、
   前記第２のレンズは前記第１のレンズに直列に設けられる、請求項１記載のシステム。
5. 前記第１のレンズは、光波に略同一の屈折率を有し超音波が異なる速度を有する第１及び第２の液体と、前記第１及び第２の液体間の第１の境界と、前記第１の境界の一部の変位を選択的に誘起するように前記第１及び第２の液体の一方の少なくとも一部に力を直接付与する手段とを含み、
   前記第２のレンズは、光波に異なる屈折率を有し超音波が略同一の速度を有する第２及び第３の液体と、前記第２及び第３の液体間の第２の境界と、前記第２の境界の一部の変位を選択的に誘起するように前記第２及び第３の液体の一方の少なくとも一部に力を直接付与する手段とを含み、
   前記第１、第２及び第３の液体は、互いに直列に設けられる、請求項４記載のシステム。
6. 前記第１、第２及び第３の液体は、略同一の密度を有する、請求項５記載のシステム。
7. 前記第１の液体は、ポリジメチルシロキサン２０ｃＳｔであり、前記第２の液体は、２４重量％のメタノールと７６重量％のアニリンの混合であり、前記第３の液体は、４７重量％の二硫化炭素と５３重量％のベンゼンの混合である、請求項６記載のシステム。
8. 前記第１、第２及び第３の液体は、互いに混和性が無く、前記第１の境界は、前記第１及び第２の液体間の第１の接触メニスカスであり、前記第２の境界は、前記第２及び第３の液体間の第２の接触メニスカスである、請求項５記載のシステム。
9. 前記第１、第２及び第３の液体の減衰係数は、１ｃｍ当たり約０．４５デシベルよりも小さい、請求項５記載のシステム。
10. 前記第１のレンズは、光波に略同一の屈折率を有し超音波が異なる速度を有する第１及び第２の液体と、前記第１及び第２の液体間の第１の境界と、前記第１の境界の一部の変位を選択的に誘起するように前記第１及び第２の液体の一方の少なくとも一部に力を直接付与する手段とを含み、
    前記第２のレンズは、光波に異なる屈折率を有し超音波が略同一の速度を有する第３及び第４の液体と、前記第３及び第４の液体間の第２の境界と、前記第２の境界の一部の変位を選択的に誘起するように前記第３及び第４の液体の一方の少なくとも一部に力を直接付与する手段とを含み、
    前記第１、第２、第３及び第４の液体は、互いに直列に設けられる、請求項４記載のシステム。
11. 前記レンズは、不混和性の第１及び第２の２つの液体を含み、前記第１の液体は、ｎ_１の光に対する屈折率、ｖ_１の音速を有し、前記第２の液体は、ｎ_２の光に対する屈折率、ｖ_２の音速を有し、前記第１及び第２の液体間の境界は、次の関係に従い、
    ｜ｎ_１／ｎ_２−ｖ_１／ｖ_２｜＜０．２
    このとき、前記レンズは、空間内の略同一のポイントに超音波及び光波を同時に合焦することができる、請求項１記載のシステム。
12. ｜ｎ_１／ｎ_２−ｖ_１／ｖ_２｜＜０．１である、請求項１１記載のシステム。
13. ｎ_１／ｎ_２＝ｖ_１／ｖ_２である、請求項１１記載のシステム。
14. 前記第１の液体は、シスーデカリンであり、ｎ_１は１．４８１であり、ｖ_１は１．４２ｋｍ／ｓであり、
    前記第２の液体は、４８．２重量％の水と５１．８重量％のメタノールの混合であり、ｎ_２は１．３３であり、ｖ_２は１．２７８ｋｍ／ｓであり、
    ｜ｎ_１／ｎ_２−ｖ_１／ｖ_２｜＝０である、請求項１２記載のシステム。
15. 前記第１の液体は、１，１，３，３−テトラフェニル−ジメチルジシロキサンであり、ｎ_１は１．５８６６であり、ｖ_１は１．３７ｋｍ／ｓであり、
    前記第２の液体は、０＜ｘ＜０．７５の範囲でｘ重量％の水と（１−ｘ）重量％のメタノールの混合であり、ｎ_２は１．３３であり、１．０９ｋｍ／ｓ＜ｖ_２＜１．２８ｋｍ／ｓであり、
    ｜ｎ_１／ｎ_２−ｖ_１／ｖ_２｜＜０．２である、請求項１２記載のシステム。
16. 前記第１の液体は、シスーデカリンであり、ｎ_１は１．４８１であり、ｖ_１は１．４２ｋｍ／ｓであり、
    前記第２の液体は、０．２２＜ｘ＜０．７９の範囲でｘ重量％の水と（１−ｘ）重量％のメタノールの混合であり、ｎ_２は１．３３であり、１．１７２ｋｍ／ｓ＜ｖ_２＜１．４０ｋｍ／ｓであり、
    ｜ｎ_１／ｎ_２−ｖ_１／ｖ_２｜＜０．１である、請求項１２記載のシステム。

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