WO2012011312A1 - 光学素子及び光学装置 - Google Patents

光学素子及び光学装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2012011312A1
WO2012011312A1 PCT/JP2011/061097 JP2011061097W WO2012011312A1 WO 2012011312 A1 WO2012011312 A1 WO 2012011312A1 JP 2011061097 W JP2011061097 W JP 2011061097W WO 2012011312 A1 WO2012011312 A1 WO 2012011312A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
optical
optical element
interface
optical axis
frame
Prior art date
Application number
PCT/JP2011/061097
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
史知 和家
池田　裕一
倉　康人
鵜澤　勉
正弘 片倉
Original Assignee
オリンパスメディカルシステムズ株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by オリンパスメディカルシステムズ株式会社 filed Critical オリンパスメディカルシステムズ株式会社
Publication of WO2012011312A1 publication Critical patent/WO2012011312A1/ja

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/12—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor with cooling or rinsing arrangements
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/00163—Optical arrangements
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/00163—Optical arrangements
    • A61B1/00188—Optical arrangements with focusing or zooming features
    • A61B1/0019—Optical arrangements with focusing or zooming features characterised by variable lenses
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/04—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor combined with photographic or television appliances
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/004—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements based on a displacement or a deformation of a fluid
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/0875—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more refracting elements
    • G02B26/0883—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more refracting elements the refracting element being a prism
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00—Simple or compound lenses
    • G02B3/12—Fluid-filled or evacuated lenses
    • G02B3/14—Fluid-filled or evacuated lenses of variable focal length
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/12—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor with cooling or rinsing arrangements
    • A61B1/128—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor with cooling or rinsing arrangements provided with means for regulating temperature

Definitions

  • the present invention relates to an optical element that changes an optical path or an optical focus according to a temperature change, and an optical device including the optical element.
  • an endoscope that can be used for observation and the like by inserting an elongated insertion portion into a deep portion of a test portion is used.
  • endoscopic surgery has been performed in which a body tissue is removed using a treatment tool while performing endoscopic observation.
  • the treatment can be efficiently performed by capturing the entire lesion while looking down on the treatment portion. Therefore, it is desirable that the viewing field of the endoscope in the polypectomy procedure is a down-direction squint with the viewing field facing forward and downward in the insertion direction, compared to a direct viewing field in which the viewing field of a general endoscope is forward in the insertion direction.
  • Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2007-052382 discloses a magnetic field actuated refractive variable lens that can freely change its optical focus or optical path by controlling the distribution of the magnetic field or the strength of the magnetic field.
  • this magnetic field actuated variable refractive lens it is possible to realize an endoscope in which the observation field of view can be switched according to the examination situation.
  • the magnetic fluid has low transparency, and it may be difficult to obtain a clear field of view suitable for endoscopic observation by using a magnetic field operated variable refractive lens for the endoscope.
  • a magnetic field operated variable refractive lens for the endoscope.
  • the coil device that generates a strong magnetic field is likely to hinder the downsizing of the endoscope due to its large size, and the coil device becomes a noise generation source and noise is radiated to the outside. May cause malfunction of electronic equipment.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide an optical element that can change an optical path or an optical focus without applying a magnetic field, and a small optical device including the optical element. ing.
  • An optical element includes a frame that forms a sealed space, and two or more types of optical materials that fill the sealed space of the frame and form an interface that intersects the optical axis. And a heating / cooling device that is provided at a predetermined position of the frame and heats or cools at least one of the optical members.
  • An optical device includes the optical element according to the aspect.
  • FIG. 1 to 5 are related to a first embodiment of an optical element
  • FIG. 1 is a diagram for explaining an objective optical system including the optical element.
  • Optical axis direction sectional view for explaining the configuration and operation of an optical element having a plurality of optical materials in the sealed space of the frame
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line Y3-Y3 of FIG. 2, illustrating a configuration of the optical element.
  • An optical element whose interface is inclined to the right with respect to the optical axis, and a diagram for explaining the action thereof 6 to 9 are diagrams illustrating the configuration and operation of an endoscope including an optical element, and FIG.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an observation optical system having the optical element of the endoscope.
  • Front schematic diagram explaining the observation area of the objective optical system The figure explaining the observation area
  • a diagram illustrating the state in which all the heaters are turned on and the interface of the optical element is changed to a concave spherical shape, and the operation thereof The figure explaining the state which changed the interface of an optical element into the convex spherical surface, and the effect
  • Optical axis direction sectional view for explaining the configuration and operation of an optical element having a transparent thin film and a plurality of optical materials as an interface forming member in the sealed space of the frame
  • the figure explaining the optical element which has a transparent disc and several optical material as an interface formation member in the sealed space of a frame The figure explaining the effect
  • the optical element 1 of this embodiment is provided in an objective optical system 2, for example.
  • the objective optical system 2 includes, for example, a plurality of optical lenses 3 a, 3 b,... 3 f and one optical element 1.
  • the optical element 1 is disposed, for example, between the fifth optical lens 3e and the sixth optical lens 3f.
  • the optical element 1 includes a frame 4, for example, two types of optical materials 5 ⁇ / b> A and 5 ⁇ / b> B, and heating / cooling devices 6 ⁇ / b> A, 6 ⁇ / b> B, 6 ⁇ / b> C, and 6 ⁇ / b> D.
  • the frame 4 constitutes a sealed space.
  • the two types of optical materials 5A and 5B are filled in the sealed space of the frame body 4, respectively.
  • the heating / cooling devices 6A, 6B, 6C, and 6D heat, for example, the second optical material 5B.
  • the frame body 4 includes a frame body 4A and a pair of lid members 4B.
  • 4A of frame main bodies are metal pipe shapes, such as stainless steel, for example.
  • the lid member 4B is, for example, a transparent optical member, for example, a disk member.
  • the disc lid member 4B is joined to the openings 4c and 4d in which the cross-sectional shape of the frame body 4A is circular, for example, in an airtight state. By closing the openings 4c and 4d by the lid member 4B, a sealed space 4S is formed inside the frame body 4A.
  • the first optical material 5A is a gel-like substance such as silicone hydrogel having a refractive index na and a thermal expansion coefficient ⁇ a, for example, so-called silicone.
  • the second optical material 5B is a liquid such as liquid paraffin, silicone oil, or water glass having a refractive index nb and a thermal expansion coefficient ⁇ b.
  • the first optical material 5A and the second optical material 5B are filled in the sealed space 4S of the frame 4 so as to form an interface 5I orthogonal to the optical axis OA.
  • the heating / cooling devices 6A, 6B, 6C, and 6D are, for example, heaters 6Ar, 6Br, 6Cr, and 6Dr having resistances that generate heat when energized.
  • the heaters 6Ar, 6Br, 6Cr, 6Dr are provided on the outer peripheral surface of the frame main body 4A filled with the second optical material 5B, for example, at intervals of 90 degrees in the circumferential direction.
  • the heaters 6Ar, 6Br, 6Cr, and 6Dr are configured to operate independently by a switch operation (not shown). Further, electric wires (not shown) extend from the heaters 6Ar, 6Br, 6Cr, and 6Dr.
  • the optical element 1 configured as described above will be described.
  • the interface 5I intersects perpendicularly to the optical axis OA as shown in FIG. Yes.
  • the observation light that has passed through the optical lenses 3a, 3b, 3c, 3d, and 3e and entered the first optical material 5A of the optical element 1 in parallel with the optical axis OA is shown by a broken line arrow Y2 in FIG.
  • the first optical material 5A goes straight, and then the second optical material 5B goes straight without being bent at the interface 5I.
  • the observation light is emitted from the optical element 1 in parallel with the optical axis OA and travels toward the sixth optical lens 3f.
  • the third heater 6Cr positioned below in FIG.
  • the heater 6Cr generates heat
  • the volume on the lower side of the second optical material 5B in the drawing thermally expands as the heater 6Cr generates heat.
  • the interface 5I crosses with an inclination to the right with respect to the optical axis OA.
  • the observation light that has passed through the optical lenses 3a, 3b, 3c, 3d, and 3e and entered the first optical material 5A of the optical element 1 in parallel with the optical axis OA is shown by an arrow Y4 in FIG. It goes straight in the first optical material 5A, and then is bent upward and inclined at the interface 5I, and proceeds in the second optical material 5B. Then, the observation light is emitted from the optical element 1 at a right upward inclination with respect to the optical axis OA as indicated by an arrow Y4 and travels toward the sixth optical lens 3f.
  • embodiment mentioned above is an effect
  • the volume on the upper side of the second optical material 5B in the drawing thermally expands as the heater 6Ar generates heat.
  • the interface 5I crosses with an inclination to the right with respect to the optical axis OA.
  • the observation light that has passed through the optical lenses 3a, 3b, 3c, 3d, and 3e and entered the first optical material 5A of the optical element 1 in parallel with the optical axis OA is shown by an arrow Y5 in FIG.
  • the observation light is emitted from the optical element 1 at a right-down inclination with respect to the optical axis OA as indicated by an arrow Y5 and travels toward the sixth optical lens 3f.
  • the optical element 1 including the optical materials 5A and 5B having a predetermined refractive index and a thermal expansion coefficient and the heating and cooling devices 6A, 6B, 6C, and 6D is configured.
  • this optical element 1 for example, in the initial state, the interface 5I of the two types of optical materials 5A and 5B is orthogonal to the optical axis OA, so that the optical element 1 is parallel to the optical axis OA. Can be emitted from the optical element 1 in parallel to the optical axis OA.
  • the interface 5I is inclined with respect to the optical axis OA, and the observation light incident on the optical element 1 parallel to the optical axis OA. Can be emitted from the optical element 1 while being inclined with respect to the optical axis OA.
  • the sealed space may be filled with more optical material.
  • four heating / cooling devices are provided on the outer peripheral surface of the frame body.
  • the number of heating and cooling devices provided on the outer peripheral surface of the frame body is not limited to four, and may be more or less.
  • the heating / cooling device is provided on the outer peripheral surface of the frame body filled with the second optical material.
  • the heating / cooling device may be provided on the outer peripheral surface of the frame main body filled with the first optical material.
  • an observation optical system 11 is provided at the distal end portion 10 of an endoscope 9 which is an optical device, for example.
  • the observation optical system 11 includes a lens frame 12 and an imaging frame 13.
  • the lens frame 12 is provided with an objective optical system 2A including a plurality of optical lenses 14a, 14b, ..., 14f and one optical element 1.
  • a CCD 15, which is an image sensor is fixed to the imaging frame 13.
  • a cover lens, a cover glass, etc. are provided on the front surface of the imaging surface of the CCD 15.
  • the optical element 1 is configured as described above.
  • the operation unit (not shown) of the endoscope 9 is provided with a plurality of switches for turning on / off the first heater 6Ar, the second heater 6Br, the third heater 6Cr, and the fourth heater 6Dr. It has been.
  • the observation optical system 11 of the endoscope 9 includes an observation range 16 indicated by an arrow Y6, and the observation range 16 is circular as shown in FIG.
  • the operator When observing the direct visual field in the endoscope 9, the operator turns off the heaters 6Ar, 6Br, 6Cr, 6Dr without operating the switch of the operation unit.
  • the interface 5I of the optical element 1 is orthogonal to the optical axis OA.
  • the observation light indicated by the solid line that passes through the optical lenses 14a, 14b, 14c, 14d, and 14e and enters the optical element 1 parallel to the optical axis OA is bent at the interface 5I. Without being emitted from the optical element 1 in parallel to the optical axis OA. Thereafter, the observation light passes through the sixth optical lens 3 f and forms an image on the imaging surface 15 i of the CCD 15.
  • the operator when observing a down perspective view with the endoscope 9, the operator operates a switch for turning on the heater 6Cr provided in the operation unit. Then, as described with reference to FIG. 4, the interface 5I of the optical element 1 intersects the optical axis OA while inclining to the right.
  • the observation light indicated by a sparse broken line that passes through the optical lenses 14a, 14b, 14c, 14d, and 14e and enters the optical element 1 parallel to the optical axis OA is bent at the interface 5I. Then, the light is emitted from the optical element 1 while being inclined with respect to the optical axis OA as indicated by the arrow Y9, and then bent by the sixth optical lens 3f to form an image on the imaging surface of the CCD 15.
  • a down-direction perspective observation range 16D indicated by a sparse broken line in the observation range 16 in FIG. 7 is imaged on the imaging surface of the CCD 15. That is, an endoscope image of the down direction perspective observation range 16D that is a down direction perspective is displayed on the screen of a display device (not shown). Therefore, the surgeon can observe the entire lesion in a state where the treatment portion is looked down.
  • the surgeon turns on the heater 6Ar by a switch operation so that the up-direction perspective observation range 16U indicated by the broken line in FIG. An up-side perspective endoscopic image can be displayed on the screen.
  • the light direction perspective observation range 16R indicated by the one-dot chain line in FIG. 7 is imaged on the imaging surface of the CCD 15, and the light direction perspective is formed on the screen.
  • the left direction perspective observation range 16L shown in FIG. 7 indicated by the two-dot chain line is imaged on the imaging surface of the CCD 15, and the left direction perspective is displayed on the screen. Can be displayed.
  • the operator changes the observation visual field direction in various directions by appropriately performing the switch operation of the operation unit.
  • a mirror image can be obtained.
  • one of the four heaters is turned on, and the down direction A perspective endoscopic image, an up-direction perspective endoscopic image, a right-direction perspective endoscopic image, or a left-direction perspective endoscopic image is obtained.
  • the four heaters 6Ar, 6Br, 6Cr, 6Dr may be turned on simultaneously.
  • the volume of the second optical material 5B is thermally expanded as shown in FIG. 10 by simultaneously turning on the four heaters 6Ar, 6Br, 6Cr, and 6Dr. Then, the linear interface 5I orthogonal to the optical axis shown by the broken line can be changed to the concave spherical interface 5Ia.
  • the observation light indicated by the arrow Y10 that passes through the optical lenses 3a, 3b, 3c, 3d, and 3e and enters the first optical material 5A of the optical element 1 parallel to the optical axis OA has the same interface 5Ia as the concave lens.
  • the viewing angle of the observation optical system 11 can be changed by producing an effect.
  • the four optical coolers 6Ac, 6Bc, 6Cc, and 6Dc are simultaneously turned on to cool the second optical material 5B, whereby the volume of the second optical material 5B is thermally contracted as shown in FIG. .
  • the linear interface 5I orthogonal to the optical axis shown by the broken line can be changed to a convex spherical interface 5Ib.
  • the observation light indicated by the arrow Y11 that passes through the optical lenses 3a, 3b, 3c, 3d, and 3e and enters the first optical material 5A of the optical element 1 parallel to the optical axis OA has the same interface 5Ib as the convex lens.
  • the focal length of the observation optical system 11 can be changed by producing an effect. That is, in the optical element 1 including the four heating and cooling devices 6Ac, 6Bc, 6Cc, and 6Dc having the heater and the cooler, in addition to the change of the viewing direction and the adjustment of the viewing angle by the heating, the focal length by the cooling can be adjusted. Adjustments can also be made.
  • the optical element 1 is configured by filling the sealed space 4S with a gel substance as the first optical material 5A and with a liquid such as liquid paraffin as the second optical material 5B. Yes.
  • the combination of the optical materials arranged in the sealed space 4S is not limited to the combination of the gel substance and the liquid, and the optical elements 1A and 1B may be configured as described below.
  • the configuration of the optical element 1A will be described with reference to FIG.
  • the optical element 1A shown in FIG. 12 has a transparent thin film 20 that is a soft partition member in the frame body 4A.
  • the transparent thin film 20 is an interface forming member.
  • the transparent thin film 20 is fixed to the inner peripheral surface of the frame body 4A while maintaining watertightness, and divides the sealed space 4S into two spaces 4S1 and 4S2.
  • the first space 4S1 divided by the transparent thin film 20 is filled with a first fluid 21 having a refractive index nc and a thermal expansion coefficient ⁇ c as the first optical material 5A1.
  • the second space 4S2 is filled with a second fluid 22 having a refractive index nd and a thermal expansion coefficient ⁇ d as the second optical material 5B1.
  • the first fluid 21 and the second fluid 22 are filled in the first space 4S1 and the second space 4S2 so as to form an interface 5Ic indicated by a solid line in which the transparent thin film 20 is orthogonal to the optical axis OA. Is done.
  • the frame body 4A is provided with an inlet (not shown) that communicates with the first space 4S1 and an inlet (not shown) that communicates with the second space 4S2. These inlets are closed after injecting fluids 21 and 22.
  • Other configurations are the same as those of the above-described embodiment, and the same members are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
  • the interface 5Ic is orthogonal to the optical axis OA.
  • the observation light indicated by the arrow Y12a incident on the first fluid 21 of the optical element 1A in parallel with the optical axis OA is not bent at the interface 5Ic, but the second fluid 22 Then, the light travels straight from the optical element 1A and is then emitted parallel to the optical axis OA.
  • the second fluid 22 is generated along with the heat generated by the heater 6Cr.
  • the lower volume in the figure expands thermally.
  • the transparent thin film 20 is deformed, and the interface 5Ic crosses the optical axis OA so as to incline to the right.
  • the observation light indicated by the arrow Y12a incident on the first fluid 21 of the optical element 1A parallel to the optical axis OA is applied to the arrow Y12b at the interface 5Ic formed by the transparent thin film 20. As shown, it is bent upward to the right with respect to the optical axis OA and proceeds in the second fluid 22. Then, the light is emitted from the optical element 1A with an upward inclination with respect to the optical axis OA as indicated by an arrow Y12b.
  • the optical element 1A when the optical element 1A is configured by filling a plurality of fluids 21 and 22, the transparent thin film 20 that divides the sealed space 4S in the frame body 4A into a plurality of spaces 4S1 and 4S2 is provided, and each space 4S1, The fluids 21 and 22 are filled in 4S2. Thereby, the same operation and effect as the optical element 1 described above can be obtained.
  • the configuration of the optical element 1B will be described with reference to FIGS.
  • the optical element 1B shown in FIGS. 13 and 14 includes a frame 4C that forms a sealed space, a transparent disc 30, and a plurality of fluids 21 and 22.
  • the transparent disk 30 is a hard partition member and is disposed in the frame 4C.
  • 4 C of frame bodies are comprised with metal and substantially spherical frame main bodies 4D, such as stainless steel, for example, and a pair of cover members 4E which are transparent optical members, for example.
  • the frame body 4D has a spherical space inside, and has openings 4f and 4g having a circular cross section on both sides.
  • the pair of lid members 4E are, for example, disk members, and are joined to the end surfaces of the openings 4f, 4g in an airtight state. Then, by sealing the openings 4f and 4g with the lid member 4E, the spherical space of the frame body 4D is configured as the sealed space 4Sa.
  • the transparent disk 30 is an interface forming member.
  • the transparent disk 30 is water-tight in the spherical space of the frame body 4D and is disposed so as to be rotatable about the shaft member 31.
  • the transparent disk 30 divides the inside of the sealed space 4Sa into two spaces 4Sa1 and 4Sa2.
  • the first space 4Sa1 divided by the transparent disk 30 is filled with the first fluid 21, and the second space 4Sa2 is filled with the second fluid 22.
  • the first fluid 21 and the second fluid 22 are filled in the first space 4Sa1 and the second space 4Sa2 so that the transparent disk 30 is orthogonal to the optical axis OA to form the interface 5Id.
  • the frame body 4D is provided with an inlet (not shown) communicating with the first space 4Sa1 and an inlet (not shown) communicating with the second space 4Sa2. These inlets are closed after injecting fluids 21 and 22.
  • the frame body 4D is provided with a first heating / cooling device 6A and a third heating / cooling device 6C.
  • Other configurations are the same as those of the above-described embodiment, and the same members are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
  • the interface 5Id is orthogonal to the optical axis OA.
  • the observation light indicated by the arrow Y14 incident on the first fluid 21 of the optical element 1B parallel to the optical axis OA is not bent at the interface 5Id.
  • the fluid 22 travels straight, and then is emitted from the optical element 1B in parallel to the optical axis OA.
  • the heater 6Cr of the third heating / cooling device 6C provided in the optical element 1B is turned on to generate heat
  • the lower volume of the second fluid 22 in the figure thermally expands along with this heat generation.
  • the transparent disk 30 that is orthogonal to the optical axis OA as shown by the broken line in FIG. 15 is rotated around the shaft member 31, and the interface 5Id is relative to the optical axis OA as shown by the solid line. Slope to the right and cross.
  • the observation light indicated by the arrow Y15a incident on the first fluid 21 of the optical element 1B in parallel with the optical axis OA is at the interface 5Id formed by the transparent disk 30.
  • the arrow Y15b it is bent to the right with respect to the optical axis OA and proceeds in the second fluid 22.
  • the light is emitted from the optical element 1B with a right upward inclination with respect to the optical axis OA as indicated by an arrow Y15b.
  • the heater 6Ar of the first heating / cooling device 6A provided in the optical element 1B is turned on to generate heat
  • the volume on the upper side of the second fluid 22 in the drawing is thermally expanded due to this heat generation.
  • the transparent disk 30 is rotated around the shaft member 31, and the interface 5Id crosses the optical axis OA while being inclined downward to the right.
  • the observation light indicated by the arrow Y15a that has entered the first fluid 21 of the optical element 1B in parallel with the optical axis OA is indicated by the arrow Y15c at the interface 5Id formed by the transparent disk 30.
  • the second fluid 22 is bent to the right with respect to the optical axis OA. Then, the light is emitted from the optical element 1B with a right downward inclination with respect to the optical axis OA as indicated by an arrow Y15c.
  • the optical element 1B is configured by filling the plurality of fluids 21 and 22, the transparent space 30 that rotates around the shaft member 31 is provided in the sealed space 4Sa in the frame body 4D, and the plurality of spaces is provided.
  • the fluids 21 and 22 are filled into the spaces 4Sa1 and 4Sa2 by dividing into 4Sa1 and 4Sa2. This makes it possible to obtain the same operations and effects as the optical elements 1 and 1A described above.
  • the transparent disk 30 rotates around the shaft around the shaft member 31.
  • an endoscopic image with a direct visual field, an endoscopic image with a down perspective, and an endoscopic image with an up perspective are displayed on a screen of a display device (not shown).
  • the optical material in the sealed space is a gel substance such as silicone, a liquid such as paraffin, silicone oil, water glass, or a plurality of fluids.
  • a shape memory resin formed body is used. It may be.
  • the optical device is an endoscope.
  • the optical device is not limited to an endoscope, and an optical element may be used for a camera, a photographing device, or the like.

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Instruments For Viewing The Inside Of Hollow Bodies (AREA)

Abstract

　光学素子は、密閉空間を構成する枠体と、枠体の密閉空間内に充填されて、光軸に対して交叉する界面を形成する２種類以上の光学材料と、枠体の予め定められた位置に設けられ光学部材のうち少なくとも一方を加熱、或いは冷却する加熱冷却装置と、を具備している。

Description

光学素子及び光学装置
　本発明は、温度変化により光路、或いは光学的焦点を可変する光学素子、及びその光学素子を備える光学装置に関する。
　医療分野において、細長の挿入部を被検部の深部に挿入して、観察等を行える内視鏡が利用されている。近年、内視鏡観察を行いつつ処置具を用いて体組織を剥離する内視鏡下外科手術が行われている。例えば、ポリープ等を剥離するポリペクトミー処置においては、処置部を見下ろす状態にして病変全体を捉えることによって効率良く処置を行える。そのため、一般の内視鏡の観察視野が挿入方向前方である直視視野に対して、ポリペクトミー処置における内視鏡では、観察視野が挿入方向の前方且つ下方を向いたダウン方向斜視となることが望ましい。
　しかし、ダウン方向斜視の内視鏡では、内視鏡挿入部を口腔、或いは肛門から深部に向けて挿入する際、観察視野が前方下方に偏る。この結果、直視視野の内視鏡に比べて挿入性及び観察性が劣ってしまう。このため、検査状況に応じて、観察視野を直視視野、或いはダウン方向視野、等に切り換え可能な内視鏡が望まれている。
　例えば、 日本国特開２００７－０５２３８２号公報には、磁界の分布あるいは磁界の強度を制御することにより自在に光学的焦点あるいは光路を可変とする磁界作動型屈折可変レンズが示されている。この磁界作動型屈折可変レンズを用いることによって、検査状況に応じて観察視野を切り換えられる内視鏡が実現可能になる。
　しかしながら、磁性流体は、透明性が低く、磁界作動型屈折可変レンズを内視鏡に用いることにより、内視鏡観察に適したクリアな視界を得ることが困難になるおそれがある。また、磁界作動型屈折可変レンズでは、視野方向を変化させるために強力な磁場を印加する必要がある。そして、強力な磁場を発生するコイル装置が、大型になることにより内視鏡の小型化に支障を来すおそれがあるとともに、コイル装置がノイズ発生源になってノイズが外部に輻射されて他の電子機器を誤動作させる原因になるおそれがある。
　本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、磁場を印加することなく光路、或いは光学的焦点を可変する光学素子、及びその光学素子を備えた小型の光学装置を提供することを目的にしている。
　本発明の一態様に係る光学素子は、密閉空間を構成する枠体と、前記枠体の密閉空間内に充填されて、光軸に対して交叉する界面を形成する２種類以上の光学材料と、前記枠体の予め定められた位置に設けられ前記光学部材のうち少なくとも一方を加熱、或いは冷却する加熱冷却装置と、を具備している。
　本発明の一態様に係る光学装置は、前記一態様に係る光学素子を有する。
図１－図５は光学素子の第１実施形態にかかり、図１は光学素子を備える対物光学系を説明する図 枠体の密閉空間内に複数の光学材料を有する光学素子の構成及び作用を説明する光軸方向断面図 図２のＹ３－Ｙ３線断面図であり、光学素子の構成を説明する正面図 界面が光軸に対して右上がりに傾斜して交叉した光学素子、及びその作用を説明する図 界面が光軸に対して右下がりに傾斜して交叉した光学素子、及びその作用を説明する図 図６－図９は光学素子を備える内視鏡の構成及び作用を説明する図であり、図６は内視鏡の光学素子を有する観察光学系を説明する図 対物光学系の観察領域を説明する正面模式図 対物光学系の光学素子の界面を光軸ＯＡに対して直交させた状態における撮像素子の撮像領域に結像する観察領域を説明する図 第３加熱器をオン状態にして対物光学系の光学素子の界面を光軸ＯＡに対して右上がりに傾けた状態における撮像素子の撮像領域に結像する観察領域を説明する図 全ての加熱器をオン状態にして光学素子の界面を凹球面状に変化させた状態、及びその作用を説明する図 全ての加熱冷却装置を冷却状態にして光学素子の界面を凸球面状に変化させた状態、及びその作用を説明する図 枠体の密閉空間内に界面形成部材として透明薄膜と複数の光学材料と有する光学素子の構成及び作用を説明する光軸方向断面図 枠体の密閉空間内に界面形成部材として透明円板と複数の光学材料と有する光学素子を説明する図 透明円板を光軸ＯＡに対して直交させた状態における光学素子の作用を説明する図 透明円板を光軸ＯＡに対して軸回りに傾けた状態における光学素子の作用を説明する図
　以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。　
　図１に示すように本実施形態の光学素子１は、例えば対物光学系２に備えられている。対物光学系２は、例えば、複数の光学レンズ３ａ、３ｂ、…３ｆと、１つの光学素子１と、を備えて構成されている。光学素子１は、例えば第５光学レンズ３ｅと第６光学レンズ３ｆとの間に配置されている。
　図２－図４を参照して光学素子１の構成及びその作用を説明する。　
　図２、３に示すように光学素子１は、枠体４と、例えば２種類の光学材料５Ａ、５Ｂと、加熱冷却装置６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄと、を具備して構成されている。枠体４は、密閉空間を構成する。２種類の光学材料５Ａ、５Ｂは、それぞれ枠体４の密閉空間内に充填される。加熱冷却装置６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄは、例えば第２光学材料５Ｂを加熱する。
　枠体４は、枠本体４Ａと、一対の蓋部材４Ｂとで構成されている。枠本体４Ａは、例えばステンレス等、金属製のパイプ形状である。蓋部材４Ｂは、例えば、透明な光学部材で例えば円板部材である。円板の蓋部材４Ｂは、枠本体４Ａの断面形状が例えば円形の開口４ｃ、４ｄに、気密状態で接合される。蓋部材４Ｂによって開口４ｃ、４ｄが密閉されることによって、枠本体４Ａの内部に密閉空間４Ｓが構成される。
　第１光学材料５Ａは、屈折率ｎａ、熱膨張係数βａの例えばシリコーンハイドロゲル、いわゆるシリコーン等のゲル状物質である。これに対して、第２光学材料５Ｂは、屈折率ｎｂ、熱膨張係数βｂの例えば流動パラフィン、シリコーンオイル、水ガラス等の液体である。第１光学材料５Ａ及び第２光学材料５Ｂは、光軸ＯＡに対して直交する界面５Ｉを構成するように枠体４の密閉空間４Ｓ内に充填される。
　加熱冷却装置６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄは、例えば、通電することによって発熱する抵抗を備えた加熱器６Ａｒ、６Ｂｒ、６Ｃｒ、６Ｄｒである。加熱器６Ａｒ、６Ｂｒ、６Ｃｒ、６Ｄｒは、第２光学材料５Ｂが充填されている枠本体４Ａの外周面に、例えば周方向に９０度間隔で設けられている。加熱器６Ａｒ、６Ｂｒ、６Ｃｒ、６Ｄｒは、図示しないスイッチ操作によってそれぞれ単独で動作する構成になっている。また、各加熱器６Ａｒ、６Ｂｒ、６Ｃｒ、６Ｄｒからは、図示しない電線が延出している。
　上述のように構成した光学素子１の作用を説明する。　
　光学素子１は、全ての加熱器６Ａｒ、６Ｂｒ、６Ｃｒ、６Ｄｒが、非動作状態、いわゆるオフ状態のとき、界面５Ｉが、前記図２で示したように光軸ＯＡに直交して交叉している。この結果、光学レンズ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅを通過して光学素子１の第１光学材料５Ａに光軸ＯＡに平行に入射した観察光は、図２中の破線矢印Ｙ２に示すように第１光学材料５Ａ内を直進し、その後、界面５Ｉで曲げられることなく第２光学材料５Ｂ内を直進する。そして、観察光は、光学素子１から光軸ＯＡに平行に出射されて第６光学レンズ３ｆに向かっていく。
　一方、光学素子１に設けられた複数の加熱器６Ａｒ、６Ｂｒ、６Ｃｒ、６Ｄｒのうち、例えば図３中の下方に位置する第３加熱器６Ｃｒを動作状態、いわゆるオン状態にする。加熱器６Ｃｒは、発熱し、この加熱器６Ｃｒの発熱に伴って第２光学材料５Ｂの図中下側の体積が熱膨張する。すると、図４に示すように界面５Ｉが光軸ＯＡに対して右上がりに傾斜して交叉する。
　この結果、光学レンズ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅを通過して光学素子１の第１光学材料５Ａに光軸ＯＡに平行に入射した観察光は、図４中の矢印Ｙ４に示すように第１光学材料５Ａ内を直進し、その後、界面５Ｉで右上がり傾斜に折り曲げられ、第２光学材料５Ｂ内を進んでいく。そして、観察光は、光学素子１から矢印Ｙ４に示すように光軸ＯＡに対して右上がり傾斜で出射されて第６光学レンズ３ｆに向かっていく。
なお、上述した実施形態は、第３加熱器６Ｃｒをオン状態にしたときの作用である。しかし、第１加熱器６Ａｒをオン状態にしたときには、加熱器６Ａｒの発熱に伴って第２光学材料５Ｂの図中上側の体積が熱膨張する。すると、図５に示すように界面５Ｉが光軸ＯＡに対して右下がりに傾斜して交叉する。　
この結果、光学レンズ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅを通過して光学素子１の第１光学材料５Ａに光軸ＯＡに平行に入射した観察光は、図５中の矢印Ｙ５に示すように第１光学材料５Ａ内を直進し、その後、界面５Ｉで右下がりに折り曲げられ、第２光学材料５Ｂ内を進んでいく。そして、観察光は、光学素子１から矢印Ｙ５に示すように光軸ＯＡに対して右下がり傾斜で出射されて第６光学レンズ３ｆに向かっていく。
　このように、予め定めた屈折率及び熱膨張係数の光学材料５Ａ、５Ｂと、加熱冷却装置６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄとを備えた光学素子１を構成する。この光学素子１によれば、例えば、初期状態において、２種類の光学材料５Ａ、５Ｂの界面５Ｉを光軸ＯＡに対して直交させておくことによって、光軸ＯＡに対して平行に光学素子１に入射する観察光を、光学素子１から光軸ＯＡに対して平行に出射することができる。　
　そして、加熱冷却装置６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄを適宜オン状態に切り換えることによって、界面５Ｉを光軸ＯＡに対して傾斜させて、光軸ＯＡに対して平行に光学素子１に入射する観察光を、光学素子１から光軸ＯＡに対して傾斜させて出射することができる。
　なお、上述した実施形態においては、密閉空間内に２種類の光学材料を充填するとしている。しかし、密閉空間内にそれ以上の光学材料を充填するようにしてもよい。また、上述した実施形態においては、枠本体の外周面に４つの加熱冷却装置を設けるとしている。しかし、枠本体の外周面に設ける加熱冷却装置の数は、４つに限定されるものではなく、それ以上であっても、それ以下であってもよい。さらに、上述した実施形態においては、加熱冷却装置を第２光学材料が充填されている枠本体の外周面に設けるとしている。しかし、加熱冷却装置を第１光学材料が充填されている枠本体の外周面に設けるようにしてもよい。また、第１光学材料が充填されている枠本体の外周面及び第２光学材料が充填されている枠本体の外周面のそれぞれに加熱冷却装置を設けるようにしてもよい。
　図６－図９を参照して光学素子１を有する観察光学系を備える内視鏡の構成及び作用を説明する。　
　図６に示すように光学装置である例えば内視鏡９の先端部１０には観察光学系１１が備えられている。観察光学系１１は、レンズ枠１２と、撮像枠１３とを備えている。レンズ枠１２には、複数の光学レンズ１４ａ、１４ｂ、…、１４ｆと、１つの光学素子１とで構成された対物光学系２Ａが設けられている。撮像枠１３には撮像素子である例えばＣＣＤ１５が固設されている。　
なお、ＣＣＤ１５の撮像面の前面には図示しないカバーレンズ、カバーガラス等が設けられている。
　光学素子１は、上述したように構成されている。内視鏡９の図示しない操作部には、第１加熱器６Ａｒ、第２加熱器６Ｂｒ、第３加熱器６Ｃｒ、及び第４加熱器６Ｄｒをそれぞれオン／オフ操作するための複数のスイッチが設けられている。内視鏡９の観察光学系１１は、矢印Ｙ６で示す観察範囲１６を備え、その観察範囲１６は図７に示すように円形である。
　内視鏡９において、直視視野の観察を行う場合、術者は、操作部のスイッチを操作することなく、各加熱器６Ａｒ、６Ｂｒ、６Ｃｒ、６Ｄｒをオフ状態にしておく。この初期状態において、前記図２で説明したように光学素子１の界面５Ｉは、光軸ＯＡに直交している。
　この結果、図８に示すように光学レンズ１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅを通過して光学素子１に対して光軸ＯＡに平行に入射した実線で示す観察光は、界面５Ｉで曲げられることなく光学素子１から光軸ＯＡに対して平行に出射される。その後、観察光は、第６光学レンズ３ｆを通過して、ＣＣＤ１５の撮像面１５ｉに結像する。
　このとき、ＣＣＤ１５の撮像面には図７の観察範囲１６中の実線に示す直視観察範囲１６Ｓが結像される。即ち、図示しない表示装置の画面上には、直視視野である直視観察範囲１６Ｓの内視鏡画像が表示される。したがって、術者は、表示装置の画面に表示される直視の内視鏡画像を観察して、挿入部をスムーズに例えば大腸内に挿入すること、或いは大腸内の観察を行うことができる。
　一方、内視鏡９において、ダウン方向斜視の観察を行う場合、術者は、操作部に設けられている加熱器６Ｃｒをオン状態にするスイッチを操作する。すると、前記図４を用いて説明したように光学素子１の界面５Ｉは、光軸ＯＡに対して右上がりに傾斜して交叉する。
　この結果、図９に示すように光学レンズ１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅを通過して光学素子１に対して光軸ＯＡに平行に入射した疎破線で示す観察光は、界面５Ｉで曲げられて、光学素子１から矢印Ｙ９に示すように光軸ＯＡに対して傾斜して出射され、その後、第６光学レンズ３ｆで折り曲げられて、ＣＣＤ１５の撮像面に結像する。
　このとき、ＣＣＤ１５の撮像面には図７の観察範囲１６中の疎破線に示すダウン方向斜視観察範囲１６Ｄが結像される。即ち、図示しない表示装置の画面上には、ダウン方向斜視であるダウン方向斜視観察範囲１６Ｄの内視鏡画像が表示される。したがって、術者は、処置部を見下ろす状態にして病変全体の観察を行うことができる。
　なお、内視鏡９においては、術者が、スイッチ操作によって加熱器６Ａｒをオン状態にすることにより、ＣＣＤ１５の撮像面に図７の破線に示すアップ方向斜視観察範囲１６Ｕを結像させて、画面上にアップ方向斜視の内視鏡画像を表示させることができる。また、術者が、スイッチ操作によって加熱器６Ｂｒをオン状態にすることにより、ＣＣＤ１５の撮像面に図７の一点鎖線に示すライト方向斜視観察範囲１６Ｒを結像させて、画面上にライト方向斜視の内視鏡画像を表示させることができる。さらに、術者が、スイッチ操作によって加熱器６Ｄｒをオン状態にすることにより、ＣＣＤ１５の撮像面に図７二点鎖線に示すレフト方向斜視観察範囲１６Ｌを結像させて、画面上にレフト方向斜視の内視鏡画像を表示させることができる。
　このように、光学素子１を有する観察光学系１１を備える内視鏡９によれば、術者が操作部のスイッチ操作を適宜行うことによって、観察視野方向を様々な方向に変化させた内視鏡画像を得ることができる。
　なお、上述した実施形態においては、４つの加熱器である第１加熱器６Ａｒ、第２加熱器６Ｂｒ、第３加熱器６Ｃｒ、第４加熱器６Ｄｒのうち１つをオン状態にして、ダウン方向斜視の内視鏡画像、アップ方向斜視の内視鏡画像、ライト方向斜視の内視鏡画像、或いはレフト方向斜視の内視鏡画像を得ている。しかし、４つの加熱器６Ａｒ、６Ｂｒ、６Ｃｒ、６Ｄｒを同時にオン状態にするようにしても良い。
　４つの加熱器６Ａｒ、６Ｂｒ、６Ｃｒ、６Ｄｒを同時にオン状態にすることによって、図１０に示すように第２光学材料５Ｂの体積を熱膨張させる。すると、破線に示す光軸に直交する直線状の界面５Ｉを凹球面状の界面５Ｉａに変化させることができる。
　この結果、光学レンズ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅを通過して光学素子１の第１光学材料５Ａに光軸ＯＡに平行に入射した矢印Ｙ１０に示す観察光は、界面５Ｉａが凹レンズと同じ効果を生んで、観察光学系１１の視野角度を変えることができる。
なお、上述の実施形態においては、４つの加熱器６Ａｒ、６Ｂｒ、６Ｃｒ、６Ｄｒを用いる構成を説明している。しかし、４つの加熱器６Ａｒ、６Ｂｒ、６Ｃｒ、６Ｄｒの代わりに４つの冷却器６Ａｃ、６Ｂｃ、６Ｃｃ、６Ｄｃであってもよい。
　この構成においては、４つの冷却器６Ａｃ、６Ｂｃ、６Ｃｃ、６Ｄｃを同時にオン状態にして第２光学材料５Ｂを冷却することによって、図１１に示すように第２光学材料５Ｂの体積を熱収縮させる。すると、破線に示す光軸に直交する直線状の界面５Ｉを凸球面状の界面５Ｉｂに変化させることができる。
　この結果、光学レンズ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅを通過して光学素子１の第１光学材料５Ａに光軸ＯＡに平行に入射した矢印Ｙ１１に示す観察光は、界面５Ｉｂが凸レンズと同じ効果を生んで、観察光学系１１の焦点距離を変えることができる。　
つまり、加熱器と冷却器とを有する４つの加熱冷却装置６Ａｃ、６Ｂｃ、６Ｃｃ、６Ｄｃを備える光学素子１においては、加熱による視野方向の可変及び視野角度の調整に加えて、冷却による焦点距離の調整をも行える。
　また、上述した実施形態においては、密閉空間４Ｓ内に、第１光学材料５Ａとしてゲル状物質を充填し、第２光学材料５Ｂとして流動パラフィン等の液体を充填して光学素子１を構成している。しかし、密閉空間４Ｓ内に配置される光学材料の組合せはゲル状物質と液体との組合せに限定されるものではなく、以下に示すように光学素子１Ａ、１Ｂを構成するようにしてもよい。
　図１２を参照して、光学素子１Ａの構成を説明する。　
　図１２に示す光学素子１Ａは、枠本体４Ａ内に軟性仕切り部材である透明薄膜２０を有している。透明薄膜２０は、界面形成部材である。透明薄膜２０は、枠本体４Ａの内周面に水密を保持して固定され、密閉空間４Ｓ内を２つの空間４Ｓ１、４Ｓ２に区分する。
透明薄膜２０によって区分された第１空間４Ｓ１内には、第１光学材料５Ａ１として、屈折率ｎｃ、熱膨張係数βｃの第１の流体２１が充填される。第２空間４Ｓ２内には、第２光学材料５Ｂ１として、屈折率ｎｄ、熱膨張係数βｄの第２の流体２２が充填される。　
なお、第１の流体２１及び第２の流体２２は、光軸ＯＡに対して透明薄膜２０が直交する実線に示す界面５Ｉｃを構成するように第１空間４Ｓ１内及び第２空間４Ｓ２内に充填される。枠本体４Ａには第１空間４Ｓ１に連通する注入口（不図示）及び第２空間４Ｓ２に連通する注入口（不図示）が設けられている。それら注入口は、流体２１、２２を注入した後、閉塞される。その他の構成は上述した実施形態と同様であり、同部材には同符号を付して説明を省略する。
　本実施形態の光学素子１Ａによれば、例えば、全ての加熱器６Ａｒ、６Ｂｒ、６Ｃｒ、６Ｄｒがオフ状態のとき、界面５Ｉｃが光軸ＯＡに直交する。
　この結果、上述した光学素子１と同様に、光学素子１Ａの第１の流体２１に光軸ＯＡに平行に入射した矢印Ｙ１２ａで示す観察光は、界面５Ｉｃで曲げられることなく第２の流体２２内を直進し、その後、光学素子１Ａから光軸ＯＡに平行に出射されていく。
　一方、光学素子１Ａに設けられた複数の加熱器６Ａｒ、６Ｂｒ、６Ｃｒ、６Ｄｒのうち、例えば、第３加熱器６Ｃｒをオン状態にすると、加熱器６Ｃｒの発熱に伴って第２の流体２２の図中下側の体積が熱膨張する。すると、図中の破線に示すように透明薄膜２０が変形されて界面５Ｉｃが光軸ＯＡに対して右上がりに傾斜して交叉する。
　この結果、上述した光学素子１と同様に、光学素子１Ａの第１の流体２１に光軸ＯＡに平行に入射した矢印Ｙ１２ａで示す観察光は、透明薄膜２０が形成する界面５Ｉｃで矢印Ｙ１２ｂに示すように光軸ＯＡに対して右上がりに折り曲げられて、第２の流体２２内を進んでいく。そして、光学素子１Ａから矢印Ｙ１２ｂに示すように光軸ＯＡに対して右上がり傾斜で出射されていく。
　このように、複数の流体２１、２２を充填して光学素子１Ａを構成する場合、枠本体４Ａ内の密閉空間４Ｓを複数の空間４Ｓ１、４Ｓ２に区分する透明薄膜２０を設け、各空間４Ｓ１、４Ｓ２に流体２１、２２を充填する。このことによって、上述した光学素子１と同様の作用及び効果を得ることができる。
　図１３－図１５を参照して、光学素子１Ｂの構成を説明する。　
　図１３、図１４に示す光学素子１Ｂは、密閉空間を構成する枠体４Ｃと、透明円板３０と、複数の流体２１、２２とを備えて構成される。透明円板３０は、硬性仕切り部材であって、枠体４Ｃ内に配置される。枠体４Ｃは、例えばステンレス等、金属製で略球形状の枠本体４Ｄと、例えば、透明な光学部材である一対の蓋部材４Ｅとで構成されている。
　枠本体４Ｄは、その内部に球状の空間を備え、両側部には断面形状が円形の開口４ｆ、４ｇを有する。一対の蓋部材４Ｅは、例えば円板部材であり、開口４ｆ、４ｇの端面に気密状態で接合される。そして、蓋部材４Ｅによって開口４ｆ、４ｇを密閉することによって、枠本体４Ｄの球状空間が密閉空間４Ｓａとして構成される。
　透明円板３０は、界面形成部材である。透明円板３０は、枠本体４Ｄの球状空間内に水密を保持し、軸部材３１を中心に回動自在に配置される。透明円板３０は、密閉空間４Ｓａ内を２つの空間４Ｓａ１、４Ｓａ２に区分する。透明円板３０によって区分された第１空間４Ｓａ１内には、第１の流体２１が充填され、第２空間４Ｓａ２内には第２の流体２２が充填される。
　なお、第１の流体２１及び第２の流体２２は、光軸ＯＡに対して透明円板３０が直交して界面５Ｉｄを構成するように第１空間４Ｓａ１内及び第２空間４Ｓａ２内に充填される。　
　枠本体４Ｄには第１空間４Ｓａ１に連通する注入口（不図示）及び第２空間４Ｓａ２に連通する注入口（不図示）が設けられている。それら注入口は、流体２１、２２を注入した後、閉塞される。また、枠本体４Ｄには、第１加熱冷却装置６Ａと第３加熱冷却装置６Ｃとが設けられている。その他の構成は上述した実施形態と同様であり、同部材には同符号を付して説明を省略する。
　本実施形態の光学素子１Ｂによれば、例えば、全ての加熱冷却装置６Ａ、６Ｃがオフ状態のとき、界面５Ｉｄが光軸ＯＡに直交する。　
　この結果、上述した光学素子１、１Ａと同様に、光学素子１Ｂの第１の流体２１に光軸ＯＡに平行に入射した矢印Ｙ１４で示す観察光は、界面５Ｉｄで曲げられることなく第２の流体２２内を直進し、その後、光学素子１Ｂから光軸ＯＡに平行に出射されていく。
　一方、光学素子１Ｂに設けられた第３加熱冷却装置６Ｃの加熱器６Ｃｒをオン状態にして発熱させると、この発熱に伴って第２の流体２２の図中下側の体積が熱膨張する。すると、図１５中の破線に示すように光軸ＯＡに直交していた透明円板３０が、軸部材３１を中心に回動されて、実線に示すように界面５Ｉｄが光軸ＯＡに対して右上がりに傾斜して交叉する。
　この結果、上述した光学素子１、１Ａと同様に、光学素子１Ｂの第１の流体２１に光軸ＯＡに平行に入射した矢印Ｙ１５ａで示す観察光は、透明円板３０が形成する界面５Ｉｄで矢印Ｙ１５ｂに示すように光軸ＯＡに対して右上がりに折り曲げられて、第２の流体２２内を進んでいく。そして、光学素子１Ｂから矢印Ｙ１５ｂに示すように光軸ＯＡに対して右上がり傾斜で出射されていく。
　一方、光学素子１Ｂに設けられた第１加熱冷却装置６Ａの加熱器６Ａｒをオン状態にして発熱させた場合には、この発熱に伴って第２の流体２２の図中上側の体積が熱膨張する。すると、図１５中の二点鎖線に示すように透明円板３０が軸部材３１を中心に回動されて、界面５Ｉｄが光軸ＯＡに対して右下がりに傾斜して交叉する。
　この結果、上述した光学素子１と同様に、光学素子１Ｂの第１の流体２１に光軸ＯＡに平行に入射した矢印Ｙ１５ａで示す観察光は、透明円板３０が形成する界面５Ｉｄで矢印Ｙ１５ｃに示すように光軸ＯＡに対して右下がりに折り曲げられて、第２の流体２２内を進んでいく。そして、光学素子１Ｂから矢印Ｙ１５ｃに示すように光軸ＯＡに対して右下がり傾斜で出射されていく。
　このように、複数の流体２１、２２を充填して光学素子１Ｂを構成する場合、枠本体４Ｄ内の密閉空間４Ｓａに軸部材３１を中心に回動する透明円板３０を設け、複数の空間４Ｓａ１、４Ｓａ２に区分して各空間４Ｓａ１、４Ｓａ２に流体２１、２２を充填する。このことによって、上述した光学素子１、１Ａと同様の作用及び効果を得ることができる。
　なお、本実施形態の光学素子１Ｂを備える内視鏡９では、透明円板３０が軸部材３１を中心に軸廻りに回転する。この結果、図示しない表示装置の画面上には直視視野の内視鏡画像、ダウン方向斜視の内視鏡画像、及びアップ方向斜視の内視鏡画像が表示される。
　また、上述した実施形態においては、密閉空間内に光学材料として、シリコーン等のゲル状物質、パラフィン、シリコーンオイル、水ガラス等の液体、複数の流体としているが、形状記憶樹脂形成体を用いるようにしてもよい。　
　さらに、上述した実施形態においては、光学装置を内視鏡としている。しかし、光学装置は、内視鏡に限定されるものではなく、カメラ、撮影器等に光学素子を用いるようにしてもよい。
　尚、本発明は、以上述べた実施形態のみに限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能である。
　本出願は、２０１０年７月２１日に日本国に出願された特願２０１０－１６４２３７号を優先権主張の基礎として出願するものであり、上記の開示内容は、本願明細書、請求の範囲、図面に引用されたものとする。

Claims (6)

  1. 　密閉空間を構成する枠体と、
    　前記枠体の密閉空間内に充填されて、光軸に対して交叉する界面を形成する２種類以上の光学材料と、
    　前記枠体の予め定められた位置に設けられ前記光学部材のうち少なくとも一方を加熱、或いは冷却する加熱冷却装置と、
    　を具備することを特徴とする光学素子。
  2. 　前記枠体の密閉空間内に、屈折率及び熱膨張係数の異なる複数の光学材料を充填することを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
  3. 　前記枠体の密閉空間内に仕切り部材を設けて、該密閉空間を複数の空間に区分し、区分されたそれぞれの空間内に屈折率及び熱膨張係数の異なる光学材料を充填することを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
  4. 　前記仕切り部材は、軟性な透明薄膜であることを特徴とする請求項３に記載の光学素子。
  5. 前記仕切り部材は、硬性な透明板であることを特徴とする請求項３に記載の光学素子。
  6. 　請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載した光学素子を有する対物光学系を備えることを特徴とする光学装置。
PCT/JP2011/061097 2010-07-21 2011-05-13 光学素子及び光学装置 WO2012011312A1 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010-164237 2010-07-21
JP2010164237 2010-07-21

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2012011312A1 true WO2012011312A1 (ja) 2012-01-26

Family

ID=45496741

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2011/061097 WO2012011312A1 (ja) 2010-07-21 2011-05-13 光学素子及び光学装置

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2012011312A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110716302A (zh) * 2019-10-25 2020-01-21 德淮半导体有限公司 光学元件、像差校正装置、光刻机系统和像差校正方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11133210A (ja) * 1997-10-30 1999-05-21 Denso Corp 可変焦点レンズ
JP2005351971A (ja) * 2004-06-08 2005-12-22 Casio Comput Co Ltd レンズ装置
JP2009025523A (ja) * 2007-07-19 2009-02-05 Nikon Corp 光学素子、光学系および光学装置、並びに結像方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11133210A (ja) * 1997-10-30 1999-05-21 Denso Corp 可変焦点レンズ
JP2005351971A (ja) * 2004-06-08 2005-12-22 Casio Comput Co Ltd レンズ装置
JP2009025523A (ja) * 2007-07-19 2009-02-05 Nikon Corp 光学素子、光学系および光学装置、並びに結像方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110716302A (zh) * 2019-10-25 2020-01-21 德淮半导体有限公司 光学元件、像差校正装置、光刻机系统和像差校正方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
ES2901382T3 (es) Acoplador óptico para un endoscopio
US9521946B2 (en) Transparent endoscope head defining a focal length
JP2020142110A (ja) パン撮り可能なカメラ付き内視鏡
US8366603B2 (en) Endoscope including a multifunction conductor
US5492126A (en) Probe for medical imaging and therapy using ultrasound
JP5819962B2 (ja) 関節鏡システム
KR100556232B1 (ko) 이격조절이 가능한 양안구조 복강경
US9661987B2 (en) Disposable sheath
JPWO2019044328A1 (ja) 医療用画像処理装置、医療用画像処理システム、及び医療用画像処理装置の駆動方法
US8040612B2 (en) Fluid lens with pressure release system
JP5511890B2 (ja) 超音波及び／又は光を可変に屈折させるシステム
US20090299137A1 (en) Abdominal observation device
US20130053645A1 (en) Disposable sheath with lighting
CA2307434A1 (en) Method for preventing laparoscope fogging
WO2012011312A1 (ja) 光学素子及び光学装置
Tamadazte et al. Enhanced vision system for laparoscopic surgery
KR101819976B1 (ko) 내시경 카메라 및 이를 포함하는 내시경 장치
Payne et al. Rigid and flexible ureteroscopes: technical features
JP3584643B2 (ja) レンズ装置
WO2020080450A1 (ja) 内視鏡装置および内視鏡システム
JP3245389B2 (ja) 立体視スコープ
JP2009069575A (ja) 内視鏡の可変絞り装置
EP4373380A1 (en) Imaging systems with mutiple fold optical path
Pankratov et al. Endoscopy of the middle ear
SCHLEEF Rigid endoscopes

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 11809486

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 11809486

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: JP