JPH02141713A

JPH02141713A - ピント合せ機構

Info

Publication number: JPH02141713A
Application number: JP29546688A
Authority: JP
Inventors: Yasuto Takeuchi; 康人竹内
Original assignee: Yokogawa Medical Systems Ltd
Current assignee: GE Healthcare Japan Corp
Priority date: 1988-11-22
Filing date: 1988-11-22
Publication date: 1990-05-31
Anticipated expiration: 2013-08-06
Also published as: JP2784580B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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
対閃点焦点距離）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の液溜り、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酸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〕９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、レンズ
の強さを連続的に変え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、レンズ自身の強さを連続的に変えることができ、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、咳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
有した液体りが貯蔵された第１の液供給手段、２４は同
じく液室２２の上方に設けられ、液体りと屈折率が異な
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１３３）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４７３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。そして、機械
的に動く部分がなく、レンズ自身の強さを連続的に変え
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３
０の右方を自由空間１１左方を媒質空間■とする。ここ
で、自由空間の屈折率ｎ。は１、媒質空間Ｈ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Ｈの屈折率がｎの時の理想レンズ３０の焦点距離をｆ
１媒媒質間■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、Ｓｏ
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■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／ｎｆ’　／ｎ’　　−ｆ／ｎ　　　である。

ｙｌ　−−１まで考えると、媒質１１媒質■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
ｆ。とすると、ｆ　’　／　ｎ　’　＝　ｆ　／　ｎ　−ｆ　Ｏが成り
立ち、これにより、ｎ’　／ｄ’　　＋１／ｄ。

−ｎ／ｄ＋１／ｄｏ　−１／ｆ。

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りとＥが別々に液室２
２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
たものを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（′ａ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、もしくは環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
ないように眼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眼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、かっＰＨ値が高すぎず低すぎず、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、デイオール、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、親油性の液体、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かできる。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、咳液室内に屈
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
うようにしたことにより、レンズ自身の強さを連続的に
変えることができ、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８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・・
・理想レンズ特許出願人　横河メディカルシステム株式会社第３区第　１　図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）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ことを特徴と
するピント合わせ機構。
（２）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ことを特徴とするピント合
わせ機構。