Система регулируемого преломления ультразвука и/или света

Система для изменяемого преломления как световых, так и ультразвуковых волн содержит по меньшей мере одну линзу с двумя несмешивающимися жидкостями, образующими границу между жидкостями, и средство для приложения силы непосредственно по меньшей мере к части одной жидкости для перемещения части границы. По меньшей мере одна линза содержит линзу, выбранную из: (i) первой линзы, имеющей средство для изменяемого фокусирования ультразвуковых волн, без по существу преломления световых волн, и второй линзы, имеющей средство для изменения фокусирования световых волн, без по существу преломления ультразвуковых волн, при этом вторая линза установлена последовательно с первой линзой, и (ii) линзы, в которой две несмешивающиеся жидкости содержат жидкость 1 и жидкость 2, причем жидкость 1 имеет показатель преломления для света n₁ и скорость звука v₁, и жидкость 2 имеет показатель преломления n₂ и скорость звука v₂, при этом граница между двумя жидкостями 1 и 2 удовлетворяет выражению:

Линзы выполнены с возможностью одновременного изменяемого фокусирования как ультразвуковых, так и световых волн по существу в одной и той же точке в пространстве. Технический результат - одновременное изменение преломления как ультразвуковых, так и световых волн. 14 з.п. ф-лы, 4 ил., 3 табл.

 

Настоящее изобретение относится к системам регулируемого преломления, являющимся прозрачными как для ультразвука, так и для света. Путем выбора жидкостей, с подходящими оптическими и акустическими свойствами, возможно изменять преломление (включая фокусировку, отклонение и управление) ультразвука, не влияя на преломление света, или наоборот. Две последовательные линзы, или, предпочтительно, одна линза, позволяют регулировать преломление ультразвука и света.

В настоящее время представляют интерес способы формирования и обработки изображения отдельных участков тела человека с использованием света (так называемые оптические) или ультразвука (так называемые акустические). Некоторые способы могут включать использование границы раздела (т.е. границы) между двумя жидкостями оптических или акустических линз. В некоторых применениях желательно использовать систему из одной линзы как для света, так и для ультразвука. Например, в эндоскопе желательно получить данные в оптическом виде и в акустическом виде. Также желательно иметь возможность формировать изображение оптическим путем и обрабатывать или формировать изображение акустическим образом и обрабатывать его оптическим путем. Так в использующихся в настоящее время медицинских приборах для исследования внутри человеческого тела, таких как эндоскоп, катетер или заглатываемая электронная капсула, пространство ограничено, и желательно использовать одну и ту же систему линз как для оптического, так и для акустического способа.

В международной публикации WO 2005/122139, опубликованной 22 декабря 2005 г., описано акустическое устройство, содержащее акустическую линзу с изменяемым фокусным расстоянием. Акустическая линза имеет криволинейную границу между двумя жидкостями, обычно несмешиваемыми, и средство (с использованием электрических или механических сил) для изменения формы границы, которое в свою очередь меняет фокусное расстояние линзы. В публикации также раскрыт генератор акустических волн, такой как в патенте США 5,305,731, выданном 26 апреля 1994 г., который опционально может быть встроен в акустическое устройство. Описание каждой из этих публикаций и патента США включены в настоящее описание в качестве ссылки во всей их полноте.

Другие известные из уровня техники акустические устройства и их использование для применения при формировании изображений описываются в следующих патентах: Международная публикация WO 20006030328 (опубликован 23 марта 2006 г.); патенты США 4,718,421; 3,927,557; 5,419,335, 3,982,223 и 4,327,738; Европейский патент 1,621,135, опубликованный 1 февраля 2006 г., и патенты Германии 4,120,593 и 3,739,393.

Однако такие приборы, разработанные ранее, не решают проблем, связанных с одновременной оптической и акустической обработкой изображения. В таких случаях переключение линз на один метод нарушает использование другого метода. Например, при просмотре оптического изображения нужно изменить фокусное расстояние или направление акустического сигнала. Требуемое изменение формы линзы акустического сигнала может вывести из фокуса оптический сигнал.

Этим и некоторым другим потребностям удовлетворяет система регулируемого преломления, представленная в данном изобретении.

Согласно данному изобретению разработана система, выполненная с возможностью изменения преломления как ультразвука, так и света. Путем выбора жидкостей с подходящими оптическими и акустическими свойствами возможно изменять преломление ультразвука, не влияя при этом на преломление света, и наоборот. Две последовательные линзы позволяют регулировать преломление ультразвука и света. Термин «преломление» включает фокусировку на оси и вне ее, отклонение и управление световыми и/или звуковыми волнами, но не ограничен только этими понятиями.

В частности, целью изобретения является разработка системы, выполненной с возможностью изменения преломлением световых и/или ультразвуковых волн, содержащей по меньшей мере одну линзу с двумя несмешивающимися жидкостями, которые формируют границу между ними, и средство для выборочного смещения участка границы путем приложения силы непосредственно к части одной из жидкостей.

Другой целью изобретения является создание системы, способной изменять фокусирование световых и/или ультразвуковых волн.

Целью изобретения является также создание системы с регулируемым отклонением световых и/или ультразвуковых волн.

Еще одной целью изобретения является разработка системы линз с переменным фокусом, способной осуществлять регулируемую фокусировку световых и/или ультразвуковых волн и содержащей:

первую линзу, имеющую средство для изменения фокусировки ультразвуковых волн без существенного преломления световых волн; и

вторую линзу, имеющую средство для изменения фокусировки световых волн без существенного преломления ультразвуковых волн, причем вторая линза установлена последовательно с первой.

Другой целью является создание системы, содержащей:

первую линзу, содержащую две жидкости 1 и 2 с по существу одинаковым коэффициентом преломления световых волн, в которых ультразвуковые волны имеют разную скорость, первую границу между жидкостями 1 и 2 и средство для приложения силы непосредственно по меньшей мере к части одной из жидкостей 1 и 2, чтобы избирательно вызывать перемещение участка первой границы; и

вторую линзу, содержащую две жидкости 2 и 3 с различными коэффициентами преломления световых волн, в которых ультразвуковые волны имеют по существу одинаковую скорость, вторую границу между жидкостями 2 и 3 и средство для приложения силы непосредственно по меньшей мере к части одной из жидкостей 2 и 3, чтобы избирательно вызывать перемещение участка второй границы;

причем жидкости 1, 2 и 3 расположены последовательно одна за другой.

Целью данного изобретения явилось создание системы, в которой жидкости 1, 2 и 3 имеют по существу одинаковые плотности.

Другой целью изобретения является создание системы, в которой первой жидкостью 1 является полидиметилсилоксан с вязкостью 20 сСт; жидкостью 2 - смесь, состоящая по весу из 24% метилового спирта и 76% анилина, а жидкостью 3 - смесь, состоящая по весу из 47% сероуглерода и 53% бензола.

Другой целью изобретения является создание системы, в которой жидкости 1, 2 и 3 не смешиваются между собой, а первой границей является первый контактный мениск между жидкостями 1 и 2, а второй границей - второй контактный мениск между жидкостями 2 и 3.

Еще одной целью изобретения является создание системы, в которой коэффициенты ослабления жидкостей 1, 2 и 3 меньше, чем 0,45 децибел на сантиметр.

Целью изобретения также является создание системы, содержащей

первую линзу, содержащую две жидкости 1 и 2, имеющие по существу одинаковый коэффициент преломления световых волн и в которых ультразвуковые волны имеют разную скорость, первую границу между жидкостями 1 и 2 и средство для приложения силы непосредственно по меньшей мере к части одной из жидкостей 1 и 2, чтобы избирательно вызывать перемещение участка первой границы; и

вторую линзу, содержащую две жидкости 3 и 4 с различными коэффициентами преломления световых волн, в которых ультразвуковые волны имеют по существу одинаковую скорость, вторую границу между жидкостями 3 и 4 и средство для приложения силы непосредственно по меньшей мере к части одной из жидкостей 3 и 4, чтобы избирательно вызывать перемещение участка второй границы;

причем жидкости 1, 2, 3 и 4 расположены последовательно одна за другой.

Другой целью является создание системы, в которой линза содержит две несмешивающиеся жидкости 1 и 2, причем жидкость 1 имеет коэффициент преломления света n₁ и скорость звука v₁, а жидкость 2 имеет коэффициент преломления света n₂ и скорость звука v₂, причем граница между жидкостями 1 и 2 удовлетворяет следующему уравнению:

причем линза может осуществлять одновременную фокусировку ультразвуковых и световых волн по существу в одной точке в пространстве.

Другой целью является создание системы, в которой

Другой целью является создание системы, в которой

Другой целью является создание системы, в которой

жидкостью 1 является цис-декалин, причем n₁ составляет 1,481, а v₁ составляет 1,42 км/с;

жидкостью 2 является смесь с весовым процентным содержанием воды 48,2, метилового спирта 51,8, причем n₂ составляет 1,33, а v₂ составляет 1,278 км/с; и

Другой целью является создание системы, в которой

жидкостью 1 является 1,1,3,3 тетрафенил-диметилдисилоксан, причем n₁ составляет 1,5866, а v₁ составляет 1,37 км/с;

жидкостью 2 является смесь с весовым процентным содержанием воды x, метилового спирта (1-x), так что 0 < x < 0,75, причем n₂ составляет 1,33, и 1,09 < v₂ < 1,28 км/с; и

Другой целью является создание системы, в которой

жидкостью 1 является цис-декалин, причем n₁ составляет 1,481, а v₁ составляет 1,42 км/с;

жидкостью 2 является смесь с весовым процентным содержанием воды x, метилового спирта (1-x), так что 0,22 < x < 0,79, причем n₂ составляет 1,33, и 1,172 < v₂ < 1,40 км/с; и

Эти и другие аспекты изобретения обсуждены более подробно в следующих вариантах осуществления, представленных на чертежах.

На фигуре 1 изображены две различные формы границы раздела между двумя несмешивающимися жидкостями. Так как коэффициенты преломления равны, путь световых лучей не нарушен. Акустические лучи преломляются в зависимости от различия скорости звука в жидкостях.

На фигуре 2 концептуально изображены три несмешивающиеся жидкости 1, 2 и 3, последовательно образовывающие первую границу, или линзу, между жидкостями 1 и 2, и вторую границу, или линзу, между жидкостями 2 и 3. Ультразвуковые волны преломляются только на первой границе, а световые волны только на второй.

На фигуре 3 концептуально изображены четыре несмешивающиеся жидкости 1, 2, 3 и 4, последовательно образовывающие первую границу, или линзу, между жидкостями 1 и 2, и вторую границу, или линзу, между жидкостями 3 и 4. Ультразвуковые волны преломляются только на первой границе, а световые волны только на второй. При этом нет необходимости прямого контакта между жидкостями 2 и 3 (то есть они могут быть разделены в пространстве и расположены в разных контейнерах).

На фигуре 4 концептуально изображены две несмешивающиеся жидкости 1 и 2, последовательно образовывающие границу или линзу между жидкостями 1 и 2. И световые, и ультразвуковые волны преломляются на границе в одну и ту же точку пространства.

Чтобы решить проблемы, связанные с обсуждавшимися выше медицинскими приборами, использующими ультразвуковые или оптические линзы с переменным фокусом, здесь рассматриваются линзы с переменным фокусом, прозрачные как для ультразвука, так и для света. Путем подбора жидкостей с подходящими оптическими и акустическими свойствами возможно регулировать фокус линзы для ультразвука, не влияя на преломление света, или наоборот. Две последовательные линзы позволяют регулировать фокусировку ультразвука и света независимо друг от друга.

В системе линз, предложенной в изобретении, используются две последовательные линзы, которые преломляют либо оптический, либо акустический сигнал, и не преломляют другой. Таким образом, либо преломляются акустические сигналы, а оптические остаются неизменными, либо преломляются оптические сигналы, оставляя неизменными акустические. На фигуре 1 схематически изображено преломление ультразвуковой волны, в то время как световая волна остается неизменной. В этом примере жидкость 1 имеет такой же коэффициент преломления света, как и жидкость 2; следовательно преломление световых волн отсутствует. Однако скорость звука (т.е. акустические свойства) одной жидкости существенно выше, чем у другой, в результате чего происходит преломление ультразвуковых волн и пересечение их в заданной точке фокусного расстояния после прохождения границы жидкостей. Если форма границы изменяется (например, при приложении электрического или механического усилия к участку границы), фокусное расстояние линзы для акустических волн изменяется.

Подобным образом в случае, если подобраны такие жидкости 1 и 2, в которых одинаковая скорость звука, но различные коэффициенты преломления, ультразвуковые волны проходят границу без преломления, в то время как происходит преломление световых волн. Таким образом, изменение формы границы приводит к другому фокусному расстоянию световых волн.

Если система последовательных линз согласно изобретению выполнена с двумя границами, или менисками, ультразвук и свет могут иметь независимую регулируемую фокусировку (как показано на фигуре 2). Последовательные линзы позволяют не увеличивать размер эндоскопа, так как эндоскоп имеет достаточный размер в осевом направлении. При использовании двух параллельных линз, одной для ультразвука и одной для света, возникают проблемы, касающиеся объема, так как диаметр эндоскопа очень ограничен. Эта пространственная проблема решена в данном изобретении.

В одном из вариантов осуществления изобретения, обозначенном ниже как вариант 1, имеются первая и вторая последовательные линзы (см. фигуру 3), причем первая линза содержит две несмешивающиеся жидкости с одинаковым коэффициентом преломления для света, так что преломляются только ультразвуковые волны (см. Таблицу 1).

Вторая линза содержит две несмешивающиеся жидкости, в которых скорость звуковых волн одинакова, так что преломляются только световые волны (см. Таблицу 2). Первая и вторая линза могут находиться в непосредственной близости, но физически в отдельных емкостях или корпусах или все четыре жидкости могут находиться в той же емкости или корпусе с жидкостями 2 и 3 и также быть несмешивающимися или должно быть предотвращено их смешивание. Также, согласно изобретению, очевидно, что порядок последовательных линз не важен; например, первая линза может преломлять только световые волны, а вторая только звуковые волны, и наоборот.

Вариант осуществления изобретения 1.

Например, взяты несмешивающиеся жидкости с одинаковым коэффициентом преломления и различными скоростями звука:

Таблица 1 Несмешивающиеся жидкости с одинаковым коэффициентом преломления и различной скоростью звука
Жидкость	Скорость звука (м/с)	Коэффициент преломления	Плотность (г/см 3 )
Полидиметилсилоксан, 20 сСт	947	1,40	0,95
50% воды/ 50% глицерина	1705	1,40	1,13

Несмешивающиеся жидкости с одинаковой скоростью звука и разными коэффициентами преломления, например:

Таблица 2 Несмешивающиеся жидкости с разными коэффициентами преломления и одинаковой скоростью звука
Жидкость	Скорость звука (м/с)	Коэффициент преломления	Плотность (г/см 3 )
Бензол	1320	1,50	0,88
55,6% воды/ 44,4% метилового спирта	1320	1,34	0,91

Для линз диаметром больше нескольких миллиметров желательно, чтобы плотности обеих жидкостей были равны, чтобы не было зависимости от силы, вызванной формой линзы. Жидкости, приведенные во второй таблице, имеют почти одинаковую плотность (разница составляет 3%). При смешивании с другими жидкостями можно получить практически равные плотности.

В другом варианте осуществления изобретения, обозначенном ниже как вариант 2, имеются три последовательные несмешивающиеся жидкости (см. фигуру 2), причем первые две жидкости (а именно полидиметилсилоксан, или жидкость 1, и метиловый спирт/анилин, или жидкость 2), образуют первую линзу и имеют одинаковый коэффициент преломления ультразвука без преломления света. Вторая линза, состоящая из второй и третьей жидкости, (а именно метиловый спирт/анилин, или жидкость 2; и сероуглерод/бензол, или жидкость 3), преломляет световые волны без преломления ультразвука.

Вариант осуществления изобретения 2.

В случае двух последовательных линз можно изготовить одну трубку с тремя жидкостями и таким образом с двумя менисками, то есть: неполярная жидкость 1/полярная жидкость/неполярная жидкость 2. Пример дан в таблице 3.

Таблица 3 Три жидкости, которые могут быть использованы для образования двух менисков в одной трубке. Первый мениск преломляет звук, а второй преломляет свет
Жидкость	Скорость звука (м/с)	Коэффициент преломления	Плотность (г/см 3 )
Полидиметилсилоксан, 20 сСт	947	1,40	0,95
24% метилового спирта/76% анилина	1250	1,40	0,97
47% сероуглерода/ 53% бензола	1250	1,56	1,05

Изобретение особенно полезно для инструментов с очень ограниченным объемом, таких как эндоскопы, катетеры и заглатываемые капсулы-видеокамеры. Весьма вероятно, что в ближайшем будущем будут использоваться эндоскопы и фотокамеры-таблетки, сочетающие получение ультразвукового изображения и/или обработку совместно с получением оптического изображения и/или обработкой. Пространство в эндоскопе очень ограничено. Следовательно, было бы идеальным иметь возможность постепенно уменьшать траекторию оптических и акустических лучей, чтобы объем внутри был как можно меньше. Однако это не должно происходить за счет качества фокусировки или диапазона управления лучом. Предложенное здесь решение основывается на том, чтобы иметь обе траектории с использованием той же линзы. Чтобы иметь возможность сделать это, преломление линзой акустических и оптических сигналов должно быть одинаковым. Это означает, что в том случае, если объект перемещается в другое положение или линза изменяет форму, в такой же степени должны изменяться как оптический, так и акустический сигналы.

В приборах для малоинвазивной хирургии человека и животных, таких как эндоскоп, катетер, капсула-видеокамера и т.п., имеется очень ограниченное пространство. Поэтому в таком приборе чрезвычайно непрактично иметь два отдельных пути луча, а следовательно, и связанных с ними линз. В предпочтительном варианте осуществления изобретения система линз допускает регулируемую фокусировку (и при необходимости отклонение) как видимого света, так и ультразвука. Чтобы это выполнить, важно тщательно подобрать для такой линзы состав среды. Часто линзы, работающие в оптическом диапазоне, поглощают все ультразвуковые частоты очень быстро (например, >25 дБ/см для полиэтиленового пластика или силиконового каучука) и наоборот. Далее, обычные линзы, действительно прозрачные для обеих длин волн, имеют разные характеристики фокуса для оптических и ультразвуковых частот.

Если контакт двух сред с коэффициентами преломления n₁ и n₂ происходит по сферической поверхности (как в линзе) с радиусом R, точка l₁ с одной стороны линзы отображается точкой l₂ на другой стороне линзы в соответствии с уравнением линзы,

(1),

где K_o обозначает оптическую силу. Исходя из волны с плоским фронтом (т.е. l₁=∝) для фокусного расстояния линзы она уменьшается до

(2)

Подобное уравнение линзы для ультразвуковых волн (с обозначением скоростей звука v₁ и v₂) означает, что акустическая точка l₁ с одной стороны линзы связана с акустической точкой l₂ следующим соотношением

(3),

где K_A обозначает мощность акустического излучения. Исходя из волны с плоским фронтом она уменьшается до

(4)

для акустического фокусного расстояния.

Следовательно, можно создать линзу, содержащую две среды (с коэффициентами преломления n₁ и n₂ и скоростями звука v₁ и v₂)_, так, чтобы фокусы находились в одной и той же точке (f_O=f_A), чтобы удовлетворялось соотношение

(5)

или

(6)

которое больше не зависит от радиуса кривизны линзы R. Понятно, что крайне желательно, чтобы при выполнении требований к конструкции, как указано в уравнении (6), отдельная линза фокусировала оптические и ультразвуковые волны в одном месте, невзирая на кривизну линзы (см. фигуру 4). Если выполняется уравнение (6), то управление лучом будет происходить точно так же как для ультразвуковых, так и оптических лучей.

Поэтому в третьем варианте осуществления изобретения предусмотрена линза, содержащая по меньшей мере две несмешивающиеся среды (коэффициенты преломления n₁ и n₂, скорости звука v₁ и v₂)_, где граница раздела между средами образует линзу, которая в основном удовлетворяет требованию

Таким образом, изображения линзы как для ультразвуковых, так и видимых оптических волн по существу будут находиться в одной и той же точке пространства для любой точки на оптической оси или вне ее.

В четвертом варианте осуществления предусмотрена система, в которой линза является настраиваемой.

В пятом варианте осуществления изобретения линза образована двумя жидкостями (коэффициенты преломления n₁ и n₂, скорости звука v₁ и v₂), чтобы в основном выполнялось уравнение

которое допускает одновременную фокусировку и управление оптическими и ультразвуковыми частотами в любой точке пространства.

В шестом варианте осуществления изобретения линза образована двумя жидкостями (коэффициенты преломления n₁ и n₂, скорости звука v₁ и v₂), чтобы предпочтительно выполнялось уравнение

которое допускает одновременную фокусировку и управление оптическими и ультразвуковыми волнами в любой точке пространства.

Обычно могут использоваться эти варианты, но их применение не ограничено, могут использоваться различные смеси с любым соотношением воды и метилового спирта, которые имеют почти одинаковые коэффициенты преломления, но существенно различные скорости ультразвука (1,48 и 1,09 км/с, соответственно). Смесь вода/метиловый спирт имеет линейную зависимость скорости звука: для смеси, состоящей из x количества воды и (1-x) метилового спирта, скорость звука будет иметь следующее значение

Например, для третьего и четвертого вариантов осуществления изобретения, используя комбинацию жидкостей цис-декалина (C₁₀H₁₈; n₁=1,481, v₁=1,42 км/с) и смеси 48,2% воды+51,8% метилового спирта (48,2% H₂O+ 51,8%CH₄O; n₂=1,33, v₂=1,278 км/с), получаем

которое означает, что ультразвуковые и оптические волны фокусируются в одной и той же точке пространства (на оптической оси или вне ее).

Например, для третьего, четвертого и пятого вариантов осуществления изобретения, используя комбинацию фенилированного силиконового масла (1,1,3,3-тетрафинил-диметилсилоксан, C₂₆H₂₆OSi₂; n₁=1,5866, v₁=1,37 км/с) и любой воды, плюс смесь метилового спирта x H₂O+(1-x)CH₄O, так чтобы 0<x<0,75 (n₂=1,33, 1,09<v₂<1,28 км/с) удовлетворяли соотношению

Например, для третьего, четвертого и пятого вариантов осуществления изобретения при комбинации цис-декалина (c₁₀H₁₈; n₁=1,481, v₁=1,42 км/с) и любой воды, плюс смесь метилового спирта xH₂O, плюс (1-x)CH₄O, так чтобы 0,22<x<0,79 (n₂=1,33, 1,172<v₂<1,40 км/с) удовлетворяли соотношению

Таким образом, как здесь выявлено, использование двойных оптико-ультразвуковых линз весьма привлекательно в малоинвазивной области. Благодаря маленькому размеру их использование в камерах-таблетках является логическим выбором во всем спектре биомедицинских приборов. Например, такая линза позволяет сфокусировать лазерный луч в хирургии (для резки), в то же время, как резка будет произведена ультразвуком. Система линз может также преломлять свет и/или ультразвук. Рассматривается также включение управления и фокусировки вне оси света и/или ультразвука. Ясно, что в малоинвазивных областях это является преимуществом, например, можно увидеть оптическое изображение, осуществляя одновременно прожигание по заданной траектории с помощью сфокусированного ультразвука.

Согласно изобретению, предпочтительно, чтобы каждая из жидкостей в линзе, например 1, 2, 3 и 4, имела достаточно низкое оптическое поглощение в видимой области спектра (обычно около нуля) и коэффициент ослабления ультразвука был менее 0,2 децибел на сантиметр (дБ/см) при частоте 5 мегагерц (МГц); более желательно, чтобы коэффициент ослабления ультразвука был близок к нулю. Коэффициент ослабления показывает, как быстро ультразвук теряет свою интенсивность в жидкости в результате поглощения. Значения коэффициента могут быть найдены в стандартной таблице или измерены простым способом.

Некоторые примеры:

Вода = 0,00825 дБ/см

Метиловый спирт = 0,026 дБ/см

Полидиметилсилоксан = 0,45 дБ/см,

х весовое процентное содержание воды и (1-х) весовое процентное содержание метилового спирта = ~0,015 дБ/см

24% метилового спирта и 76% анилина = ~0,01 дБ/см

1,1,3,3-тетрафинил-диметилдисилоксан = ~0,4 дБ/см

Линзы с изменяемым акустическим фокусом и, следовательно, быстрой настройкой фокусного расстояния описаны в упомянутой выше публикации РСТ WO 2005/122139, раскрытие которой включено здесь в качестве ссылки. В публикации раскрыто, что предпочтительно, чтобы две жидкие среды или жидкости линзы имели преимущественно одинаковые плотности. Тогда смещение участка границы является независимым от гравитации и, следовательно, независимым от ориентации системы линз. Если две жидкие среды не смешиваются друг с другом, граница является контактным мениском между двумя жидкими средами. В этом случае между двумя жидкими средами не имеется стенки. В качестве альтернативы между двумя различными жидкостями имеется эластичная пленка. Такая пленка предотвращает смешивание жидкостей друг с другом и может удерживаться относительно небольшим усилием. Линза может содержать также другую эластичную пленку, две эластичные пленки могут быть расположены так, чтобы удерживать одну из двух жидких сред в определенном положении на пути акустических волн. Таким образом, может быть получен более высокий коэффициент усиления линзы.

Средства для приложения усилия непосредственно по меньшей мере к участку одной из жидких сред могут быть различных типов. В соответствии с первым типом, первая из двух жидких сред содержит полярную и/или электропроводную жидкость, а устройство приложения силы содержит электрод, выполненный с возможностью приложения электрической силы по меньшей мере к части первой жидкой среды. Такие устройства приспособлены для электронного контроля границы перемещения. Могут быть получены очень быстрые изменения фокусного расстояния акустической линзы. Электрическая сила применяется преимущественно к части первой жидкой среды, которая прилегает к границе. Поэтому общее количество первой жидкости может быть уменьшено.

В соответствии со вторым типом, устройство для приложения силы содержит подвижное тело, находящееся в контакте с упомянутой частью жидкой среды. В оптимизированном варианте этого типа подвижное тело может содержать стенку сосуда с частью жидкой среды.

Система линз может быть объединена с устройством для получения изображения объекта, расположенного вне устройства. Устройство может содержать генератор акустических волн, как описано в патенте США 5,305,731, описание которого включено здесь в качестве ссылки.

Так как данное изобретение описано с учетом специфики вариантов осуществления изобретения, специалистами в данной области может быть использовано множество модификаций, усовершенствований и/или изменений, не выходящих за рамки данного изобретения. Следовательно, очевидно, что изобретение может быть ограничено только объемом формулы изобретения и ее эквивалентов.

1. Система для изменяемого преломления как световых, так и ультразвуковых волн в одно и тоже время, содержащая по меньшей мере одну линзу с двумя несмешивающимися жидкостями, образующими границу между жидкостями, и средство для приложения силы непосредственно по меньшей мере к части одной жидкости, таким образом, чтобы избирательно вызывать перемещение части границы, при этом по меньшей мере одна линза содержит одну, выбранную из группы, состоящей из:
(i) первой линзы, имеющей средство для изменяемого фокусирования ультразвуковых волн, без по существу преломления световых волн и второй линзы, имеющей средство для изменения фокусирования световых волн, без по существу преломления ультразвуковых волн, при этом вторая линза установлена последовательно с первой линзой, и
(ii) линзы, в которой две несмешивающиеся жидкости содержат жидкость 1 и жидкость 2, причем жидкость 1 имеет показатель преломления для света n₁ и скорость звука v₁, и жидкость 2 имеет показатель преломления n₂ и скорость звука v₂, при этом граница между двумя жидкостями 1 и 2 удовлетворяет выражению:
,
и причем линзы выполнены с возможностью одновременного изменяемого фокусирования как ультразвуковых, так и световых волн по существу в одной и той же точке в пространстве.

2. Система по п.1, которая способна к изменению отклонения световых и/или ультразвуковых волн.

3. Система по п.1, в которой по меньшей мере одна линза содержит:
указанную первую линзу, имеющую средство для изменяемого фокусирования ультразвуковых волн, без по существу преломления световых волн и указанную вторую линзу, имеющую средство для изменяемого фокусирования световых волн, без по существу преломления ультразвуковых волн, при этом вторая линза установлена последовательно с первой линзой.

4. Система по п.3, содержащая:
указанную первую линзу, содержащую две жидкости 1 и 2, имеющие по существу одинаковые показатели преломления световых волн, и в которой ультразвуковые волны имеют разные скорости, первую границу между жидкостями 1 и 2 и средство для приложения силы непосредственно по меньшей мере к части одной из жидкостей 1 и 2, так, чтобы избирательно вызывать перемещение части первой границы; и
указанную вторую линзу, содержащую две жидкости 2 и 3, имеющие различные показатели преломления световых волн, и в которой ультразвуковые волны имеют по существу одинаковую скорость, вторую границу между жидкостями 2 и 3, и средство для приложения силы непосредственно по меньшей мере, к части одной из жидкостей 2 и 3, так, чтобы избирательно вызывать перемещение части второй границы;
причем жидкости 1, 2 и 3 расположены последовательно одна за другой.

5. Система по п.4, в которой жидкости 1, 2 и 3 имеют по существу равные плотности.

6. Система по п.4, в которой жидкости 1, 2 и 3 не смешиваются друг с другом, и первая граница является первым контактным мениском между жидкостями 1 и 2, а вторая граница - вторым контактным мениском между жидкостями 2 и 3.

7. Система по п.6, в которой коэффициенты ослабления жидкостей 1, 2 и 3 составляют менее 0,45 децибел на сантиметр.

8. Система по п.3, содержащая:
указанную первую линзу, содержащую две жидкости 1 и 2, имеющие по существу одинаковые показатели преломления световых волн, и в которой ультразвуковые волны имеют разные скорости, первую границу между жидкостями 1 и 2 и средство для приложения силы непосредственно по меньшей мере к части одной из жидкостей 1 и 2, так, чтобы избирательно вызывать перемещение части первой границы; и
указанную вторую линзу, содержащую две жидкости 3 и 4, имеющие различные показатели преломления световых волн, и в которой ультразвуковые волны имеют по существу одинаковые скорости, вторую границу между жидкостями 3 и 4 и средство для приложения силы непосредственно по меньшей мере к части одной из жидкостей 3 и 4, так, чтобы избирательно вызывать перемещение части второй границы;
причем жидкости 1, 2 и 3 и 4 расположены последовательно одна за другой.

9. Система по п.1, в которой по меньшей мере одна линза содержит две несмешивающиеся жидкости 1 и 2, причем жидкость 1 имеет показатель преломления света n₁ и скорость звука v₁, а жидкость 2 имеет показатель преломления света n₂ и скорость звука v₂, причем граница между жидкостями 1 и 2 удовлетворяет выражению:
,
причем линзы выполнены с возможностью одновременного изменяемого фокусирования как ультразвуковых, так и световых волн по существу в одной и той же точке в пространстве.

10. Система по п.9, в которой
.

11. Система по п.9, в которой
.

12. Система по п.10, в которой
жидкость 1 является цис-декалином, где n₁ составляет 1,481, a v₁=1,42 км/с;
жидкость 2 является смесью, содержащей по весу 48,2% воды и 51,8% метилового спирта, причем n₂ составляет 1,33, a v₂=1,278 км/с, и
.

13. Система по п.10, в которой:
жидкость 1 является 1,1,3,3 тетрафенилдиметилдисилоксаном, где n₁ составляет 1,5866, а v₁=1,37 км/с;
жидкость 2 является смесью с весовым процентным содержанием воды х, метилового спирта (1-х), так, что 0<х<0,75, причем n₂ составляет 1,33, и 1,09<v₂<1,28 км/с; и
.

14. Система по п.10, в которой:
жидкость 1 является цис-декалином, где n₁ составляет 1,481, а v₁=1,42 км/с; жидкость 2 является смесью с весовым процентным содержанием воды х, метилового спирта (1-х), так, что 0,22<х<0,79, причем n₂ составляет 1,33, и 1,172<v₂<1,40 км/с; и
.

15. Система по п.5, причем жидкость 1 представляет собой полидиметилсилоксан с вязкостью 20 сСт, жидкость 2 является смесью 24% метилового спирта и 76% анилина по весу, а жидкость 3 является смесью 47% сероуглерода и 53% бензола по весу.