JP2012155347A - 超音波及び/又は光を可変に屈折させるシステム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 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、第1及び第2の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つのレンズを含み、前記第1の液体は、n1の光に対する屈折率、v1の音速を有し、前記第2の液体は、n2の光に対する屈折率、v2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、|n1/n2−v1/v2|<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。
【選択図】 図1
Description
|n1/n2−v1/v2|<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。
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、n2は1.33であり、v2は1.278km/sであり、
|n1/n2−v1/v2|=0である、システムを提供することである。
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、n2は1.33であり、1.09km/s<v2<1.28km/sであり、
|n1/n2−v1/v2|<0.2である、システムを提供することである。
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、n2は1.33であり、1.172km/s<v2<1.40km/sであり、
|n1/n2−v1/v2|<0.1である、システムを提供することである。
[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。
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。
[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。
−(n1/l1−n2/l2)=(n2−n1)/R=K0 (1)
ここで、K0は、光学パワーを指す。平面波(即ち、l1= )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。
f0=Rn2/(n2−n1) (2)
(音速v1、v2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l1とレンズの他方の側の音響ポイントl2とは、次の関係があることが分かる。
n2/l2−n1/l1=(v2−v1)/R=KA (3)
ここで、KA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。
fA=Rv2/(v2−v1) (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(f0=fA)に位置するように、2つの媒体(屈折率がn1、n2で音速v1、v2)を含むレンズを設計することができる。
n2/(n2−n1)=v2/(v2−v1) (5)
又は
n1/n2−v1/v2=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。
n1/n2=v1/v2
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。
|n1/n2−v1/v2|<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。
|n1/n2−v1/v2|<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。
vmix=xvwater+(1−x)vmethanol.=1.09+0.39x[km/s]
例えば、シスーデカリン(C10H18;n1=1.481、v1=1.42km/s)と48.2%の水+51.8%のメタノールの液体混合(48.2%H2O+51.8%CH4O;n2=1.33、v2=1.278km/s)は、次式を生む。
|n1/n2−v1/v2|=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。
0=|1.5866/1.33−1.37/1.151|<|n1/n2−v1/v2|<|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(C10H18;n1=1.481、v1=1.42km/s)と0.22<x<0.79の範囲で任意の水+メタノール混合xH2O+(1−x)CH4O(n2=1.33、1.172km/s<v2<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|<|n1/n2−v1/v2|<|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。
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。
Claims (6)
- 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、
第1及び第2の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つのレンズを含み、
前記第1の液体は、n1の光に対する屈折率、v1の音速を有し、前記第2の液体は、n2の光に対する屈折率、v2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、
|n1/n2−v1/v2|<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。 - |n1/n2−v1/v2|<0.1である、請求項1記載のシステム。
- n1/n2=v1/v2である、請求項1記載のシステム。
- 前記第1の液体は、シスーデカリンであり、n1は1.481であり、v1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、n2は1.33であり、v2は1.278km/sであり、
|n1/n2−v1/v2|=0である、請求項2記載のシステム。 - 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、n1は1.5866であり、v1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、n2は1.33であり、1.09km/s<v2<1.28km/sであり、
|n1/n2−v1/v2|<0.2である、請求項2記載のシステム。 - 前記第1の液体は、シスーデカリンであり、n1は1.481であり、v1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、n2は1.33であり、1.172km/s<v2<1.40km/sであり、
|n1/n2−v1/v2|<0.1である、請求項2記載のシステム。
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