JP2784580B2

JP2784580B2 - ピント合せ機構

Info

Publication number: JP2784580B2
Application number: JP63295466A
Authority: JP
Inventors: 康人竹内
Original assignee: GE Yokogawa Medical System Ltd
Current assignee: GE Healthcare Japan Corp
Priority date: 1988-11-22
Filing date: 1988-11-22
Publication date: 1998-08-06
Anticipated expiration: 2013-08-06
Also published as: JPH02141713A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、レンズ光学系及び超音波結像系のピント合
わせ機構に関する。

（従来の技術）ピント合わせは、レンズと結像面との間の光学的距離
を変えることによって成される。これを実現させるため
には、レンズと結像面との間の相対的な距離を変化させ
る方法と、レンズ自身の強さ（所謂“度”若しくは自己
の対∞点焦点距離）を何等かの方法でコントロールする
方法とがある。

レンズと結像面との相対的な距離を変化させてピント
合わせを行う方法は周知であるので、以下、レンズ自身
の強さを変化させる方法について説明する。

レンズ自身の強さを変える第１の従来例として、第３
図に示す特開昭60−51801号公報に開示されたものがあ
る。第３図において、1,2は透明で、球面状の殻であ
る。殻1,2は図に示すように接着剤３を用いて合わせら
れ、レンズ状となっている。４は殻1,2の内部に張られ
た弾性透明膜である。この弾性透明膜４によって、殻1,
2内に第１の液室５及び第２の液室６が形成されてい
る。7,8は殻1,2の一部から引き出されたパイプである。
パイプ７は第１の液溜９に、パイプ８は第２の液溜10に
にそれぞれ接続されている。第１及び第２の液溜9,10の
開放面には弾性膜11,12が設けられている。13,14は弾性
膜11,12を押圧する第1,第２のプランジャである。そし
て、第１の液室5,パイプ７及び第１の液溜９内には液体
Ａが、第２の液室6,パイプ８及び第２の液溜10内には液
体Ａと屈折率の異なる液体Ｂが充満されている。

上記構成によれば、例えば、第２のプランジャ14を図
において矢印方向に駆動すると、弾性膜12が押圧され
て、第２の液室６内の液体Ｂの量が増大し、反対に、第
１の液室５内の液体Ａの量が減少する。このようにし
て、レンズ状に形成された殻1,2内の液体A,Bの量を変え
ることによって、透過する光の屈折量が変化し、殻1,2
によって形成されたレンズの強さを変えることができ
る。

また、第２の従来例として、第４図に示す実用新案登
録第343335号公報に開示されたものがある。この図にお
いて、15は中空円筒形の枠体、16は枠体15の一方の開放
面に設けられた透明板、17は他方の開放面に設けられた
レンズである。18,19は枠体15に設けられた弾性体の袋
である。袋18又は19のどちらか一方には枠体15内を充満
するに十分な量の液体Ｃ（ある屈折率を有している）が
充填されている。

そして、袋18又は19を押圧することによって、液体Ｃ
を枠体15内に充満させる場合と、枠体15内に液体Ｃがな
い場合とでは、枠体15を透過する光の屈折が異なること
を利用して、レンズ17の強さを変えることができる。

（発明が解決しようとする課題）しかし、第１の従来例に示す構成を用いて、レンズの
ピント合わせを行う場合、第２のプランジャ14の駆動量
に応じて、第２の液室６に供給される液体Ａの量が変化
し、それに伴い弾性透明膜４がたわむ。しかし、たわん
だ透明膜４の形状が必ずしも光学的なレンズの球面条件
を満たしておらず、得られる像が歪むという問題点があ
る。

また、第２の従来例に示す構成を用いて、レンズのピ
ント合わせを行う場合、枠体15内に液体Ｃがある、又
は、液体Ｃがないかの２つの状態しか実現できず、光路
を連続的に変化させることにより、像を結像させる位置
を連続的に調節することができないという問題点があ
る。

本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、その目
的は、光学レンズ又は音響レンズの近傍に液室を設け、
この液室に屈折率または密度の異なる２種類の液体を選
択的に供給することにより、光路又は音の伝搬路を連続
的に変化させ、像を結像させる位置を連続的に調節する
ことができ、しかも得られる像が歪まないピント合わせ
機構を実現することにある。

（課題を解決するための手段）上記課題を解決する第一の発明は、光学レンズの近傍
に設けられた液室と、該液室内に屈折率が異なる液体を
選択的に供給する液供給手段と、前記液室内から液体を
排出する液排出手段とを設け、前記液室内の屈折率を変
化させることによって、前記液室を通過する光の光路を
変化させ、前記光学レンズのピント合わせを行うように
したものである。また、第２の発明は音響レンズの近傍
に設けられた液室と、該液室内に密度や圧縮比が異なる
液体を選択的に供給する液供給手段と、前記液室内から
液体を排出する液排出手段とを設け、前記液室内の密度
を変化させることによって、前記液室内の音速を変化さ
せ、前記音響レンズのピント合わせを行うようにしたも
のである。

（作用）第１の発明のピント合わせ機構において、液供給手段
によって屈折率が異なる液体が選択的に光学レンズの近
傍に設けられた液室に供給されると、液室内の屈折率が
変化し、液室を透過する光の光路が変化し、光学レンズ
のピント合わせがなされる。また、第２の発明のピント
合わせ機構において、液供給手段によって密度や圧縮比
が異なる液体が選択的に音響レンズの近傍に設けられた
液室に供給されると、液室内の密度が変化し、液室内の
音速が変化し、音響レンズのピント合わせがなされる。

（実施例）次に図面を用いて本発明の一実施例を説明する。第１
図は本発明の一実施例を示す構成図、第２図は第１図の
原理を説明する図である。

これらの図において、21は光学レンズ、22は光学レン
ズ21の近傍に配設され、上面が開放された液室である。
この液室22は等方性の透明媒質で作られている。23は液
室22の上方に設けられ、等方性及び透光性を有した液体
Ｄが貯蔵された第１の液供給手段、24は同じく液室22の
上方に設けられ、液体Ｄと屈折率が異なり、等方性及び
透光性を有した液体Ｅが貯蔵された第２の液供給手段で
ある。25は液室22の底面に設けられ、液室22内の液体を
外部に排出する液排出手段である。26は液室22に設けら
れ、液室22内の液体を撹拌する撹拌機であり、この撹拌
機26は液室22の下部に設けられ、液室22を透過する光束
を妨害しない位置に設けられている。

この様な構成によれば、第１の液供給装置23及び第２
の液供給装置24を用いて、液室22に入れる液体の屈折率
を任意に変えることができる。例えば、液室22にいれる
液体の屈折率が空気の屈折率である１よりも大の場合に
は、透過する光の伝搬時間は空気中に比べて遅くなり、
幾何光学的距離は見掛上より大となり、結果として、結
像面27が光学レンズ21から遠のく。ここで、液室22内の
液体が水であるとすると、水の屈折率は１よりも大（約
1.33）であるため、もし、光学レンズ21と結像面27との
間をほとんど水で占めるようにすると、その距離は4/3
倍伸びることになる。

このようにして、液室22に入れる液体の屈折率を変化
させることによって、被写体Ｓを結像面27上に結像させ
ることができ、ピント合わせが行える。またレンズの位
置等を動かすことなく光路を連続的に変化させ、像を結
像させる位置を連続的に調節することができる。しか
も、液室22は等方性の透明媒質で作られているので、得
られる像が歪むこともない。

次に、上記構成のピント合わせ機構の動作原理を理解
するために、一般例を第２図を用いて説明する。図にお
いて、30は厚みのない理想レンズである。理想レンズ30
の右方を自由空間Ｉ、左方を媒質空間IIとする。ここ
で、自由空間の屈折率n₀は１、媒質空間IIの屈折率ｎは
１以上の任意の値をとるものとする。そして、媒質空間
IIの屈折率がｎの時の理想レンズ30の焦点距離をｆ、媒
質空間IIの屈折率がｎ′の時の理想レンズ30の焦点距離
をｆ′とする。

結像される像の拡大率、乃至は縮小率を論じないとし
て、一般に、媒質の屈折率ｎと、その中における光学的
距離との関係は逆数関係で表せるので、ｄとｄ′の比、
乃至ｆとｆ′の比が屈折率ｎの逆数となる。そこで、S₀
の所に感光手段、乃至撮像手段を置き、ｄからｄ′まで
の間に物体の像を結像させるためには、屈折率ｎ〜ｎ′
の媒質を理想レンズ30の左側つまり媒質空間IIの媒質と
して用い、その屈折率を可変とすればよい。

ここで、ｄ′/n′＝d/n ｆ′/n′＝f/nである。

ｎ＝１まで考えると、媒質Ｉ、媒質IIは空気乃至真空
の状態になる。理想レンズ30の固有の焦点距離をf₀とす
ると、ｆ′/n′＝f/n＝f₀が成り立ち、これにより、ｎ′/d′＋1/d₀ ＝n/d＋1/d₀＝1/f₀ が成り立つ。

上述の説明では被写体側の空間の屈折率を可変とした
が、図を左右逆に考えて、結像側の空間を、また、場合
によっては、両方とも可変にしても良い。

尚、本発明は上記構成に限るものではない。先ず、第
１図に示した実施例においては液体ＤとＥが別々に液室
22に供給され、液室内で撹拌機26を用いて混合されるよ
うに述べたが、事前に所定比あるいは所望の屈折率とな
るような比率に混和撹拌され、均質化されて調整された
もの１つの液供給手段を用いて供給しても良い。

更に、液室22に出入りする液体の給排手段の数を少な
くする方法として、１つのパイプを調整済み、あるいは
未調整の２つの液体の供給及び排出に時分割的に共用す
るという方法もある。この場合、排出を行う際にはパイ
プ及び液室を加圧乃至減圧に耐える構造にしておき、パ
イプを液室の底面に接続し、真空（減圧）ポンプにより
液室内の液体を引くことが考えられる。また、排出量相
当の空気その他のガスを強制的に加圧しつつ送り込んで
から加圧を解く。すると、液室の上部にたまっているガ
スは、液室内の液体に圧力を加え、液体はパイプを介し
て液給排手段にもどることを利用しても良い。

また、母液のなかに溶けている物の濃度を調整するの
に、母液だけを選択的に蒸発乃至揮散せしめ（濃度が上
がる）、もしくは母液のみを追加する（濃度が下がる）
という方法もあり、この様な方法によっても、本発明は
実施できる。

次に、本発明を肪胱鏡等の内視鏡に用いた場合、結像
面にCCD素子乃至ファイバオプチックイメージガイドの
端面が配置される。そして、液室内の屈折率を変える液
体として食塩水を用い、その濃度により屈折率をコント
ロールすることが考えられる。ところで、内視鏡はすべ
からず寸法を小さくしなければならないので、第1,第２
の液供給手段及び液排出手段を設けるのはいかにも不適
切である。それゆえ、先に述べたように、液供給側で調
整済みの液を用意し、それを１本のパイプにより供給
し、液の排出を目的の体腔ないの現場で行うのが好まし
い。この様な内視鏡的観察に先だっては、観察部は水乃
至食塩水で満たされ、もしくは還流されるのが常である
から、濃度が異なる食塩水が多少追加されても無害であ
る。この場合、排出手段から体腔内液が液室内に逆流し
ないように限圧開放弁を用いると良い。そして、排出を
行う場合には液室内の液に対して限圧値を越える加圧を
行えば良い。

次に、屈折率を変える液体について説明する。この様
な場合、母液として水を用いるのが最も好ましい。その
ため、様々な塩類の水溶液が汎用性という点で好ましい
ものである。食塩、硫酸ナトリウム、硫酸マグネシウ
ム、硫酸アルミニウム及びカリみょうばん等の、水に良
くとけ、かつPH値が高すぎす低すぎす、しかも毒性の低
い物が好ましい。しかし、電解質であること自身が好ま
しくないこともあるので、その様な場合には砂糖水など
を用いても良い。また、水と、水に親和性の大なる低級
アルコール、ディオール、トリオール類との組み合わせ
も電解質でないという点からは好ましいものである。こ
のとき、用いるアルコールの価数は自由度の内の１つで
ある。しかし、母液を油性のものとし、親油性の範囲内
で色々な液体と、特に、同族の油の組み合わせを考える
こともできる。パラフィン乃至ひまし油、ケロシン（灯
油）などの沸点の高い、不揮発性の油が母液として好ま
しい。これらのうちから選択されたものに、他の油、親
和性の液体、乃至油性の物質（例えば、エーテル類、ケ
トン類）を組み合わせることにより、屈折率の値を調節
することができる。更に、天然の鉱油、植物油の代わり
に合成油（特に、シリコンオイル、フッ素オイル）など
も単独あるいは組み合わせにより用いることができる。
シリコンオイル（ポリアルキルシロキサン類）の仲間は
その重合度により、屈折率の値がかなり自由に選択でき
る。

本発明の実施に用いる屈折率が可変の液体が高価にし
て使い捨てにできないときは、液排出手段の先端に回収
液溜りを設け、回収した液体を再度精製分離して利用し
てもよい。

本発明の実施例に用いるレンズは、液室22の前にあっ
ても後にあっても良いことは既にのべたが、組み合わせ
レンズの場合、若しくは望遠鏡乃至顕微鏡の如くレンズ
の組み合わせとして機能する光学系の場合、単位レンズ
同志の間の区間に液室を設けてもよい。その様な場合に
おいても本発明は十分実施することができる。また、液
室の壁のうち一方あるいは両方がレンズ自身であるよな
構成であってもよい。

更に、本発明は用いる波動エネルギーとして、所謂光
乃至より広義的には電磁波に限定するものではなく、超
音波を用いる場合も含まれる。物質の光学的性質と、超
音波的性質とは相互に関連が少ないものの、趣旨目的に
そって作用効果は同様に解釈することができる。すなわ
ち、超音波結像系には超音波的な意味での屈折率、乃至
具体的には音速に、必要に応じて音響インピーダンスを
加味して考慮すれば良い。具体的には超音波プローブの
先端に設けられる超音波カプラに適応できる。

（発明の効果）以上述べたように本発明によれば、第１の発明におい
ては光学レンズの近傍に設けられた液室と、該液室内に
屈折率が異なる液体を選択的に供給する液供給手段と、
前記液室内から液体を排出する液排出手段とを設け、前
記液室内の屈折率を変化させることによって、前記液室
を通過する光の光路を変化させ、前記光学レンズのピン
ト合わせを行うようにし、また、第２の発明においては
音響レンズの近傍に設けられた液室と、該液室内に密度
や圧縮比が異なる液体を選択的に供給する液供給手段
と、前記液室内から液体を排出する液排出手段とを設
け、前記液室内の密度を変化させることによって、前記
液室における音速を変化させることにより、音の伝搬路
を連続的に変化させることができるので、音像を結像さ
せる位置を連続的に調節することができ、しかも得られ
る音像が歪まないピント合わせ機構を実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す構成図、第２図は第１
図の原理を説明する図、第３図及び第４図は従来例を説
明する構成図である。これらの図において、 21……光学レンズ、22……液室 23……第１の液供給手段 24……第２の液供給手段 25……液排出手段、26……撹拌機 30……理想レンズ

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】光学レンズの近傍に設けられた液室と、屈折率が異なる少なくとも２種類の液体を前記液室に選
択的に供給する液体供給手段とを備えていることを特徴
とするピント合わせ機構。
【請求項２】音響レンズの近傍に設けられた液室と、密度が異なる少なくとも２種類の液体を前記液室に選択
的に供給する液体供給手段とを備えていることを特徴と
するピント合わせ機構。