Brevet FR2896317A3 — publié le 20070720

FR 2896317 A3 20070720 FR 0700190 A 20070111 Arrière-plan de l'invention 1. Domaine de l'invention La présente invention concerne généralement un module de focalisation pour un dispositif électronique ou d'imagerie numérique de petite taille, et plus particulièrement un module de focalisation qui fonctionne par le mouvement d'une membrane élastique induit par des forces magnétiques, pour réaliser un réglage précis de la focalisation. 2. Techniques apparentées Les dispositifs d'imagerie numériques ou électroniques, tels que les téléphones mobiles, les appareils photo numériques, les webcams, les appareils photo à trou d'aiguille, sont largement utilisés dans toute une variété d'applications. Ces dispositifs d'imagerie mettent en oeuvre une opération de focalisation aussi bien numérique qu'optique. La focalisation numérique est réalisée grâce à un traitement de données effectué par un circuit intégré (CI) d'images numériques. L'avantage de la focalisation numérique réside dans la réduction du nombre d'éléments optiques, et ainsi des coûts de fabrication, ainsi que la diminution de la taille globale. Cependant, la focalisation numérique souffre d'un retard d'affichage de l'image, ainsi que d'un flou et d'une distorsion de l'image. Ceci est dû au fait que le traitement des données prend énormément de temps, et 1 le résultat du traitement déforme souvent l'image, ce qui rend impossible l'affichage de l'image réelle. Pour ce qui est de la focalisation optique, un exemple est présenté dans le modèle d'utilité taïwanais N 588551, qui illustre un dispositif de focalisation automatique, dans lequel un support de lentille mobile et le boîtier d'un appareil photo numérique s'engagent l'un avec l'autre à l'aide de filetages. Un moyen d'entraînement électromagnétique, ayant une configuration similaire à un moteur, est utilisé pour faire tourner la lentille afin de la déplacer axialement pour réaliser une opération de focalisation. L'opération de focalisation des dispositifs classiques nécessite une rotation continue de la lentille, ce qui peut amener la lentille à se séparer par inadvertance du support, ou induit une erreur de focalisation à cause de la vibration ou du mouvement de la lentille provoqué par sa rotation. En outre, le filetage et le moyen d'entraînement électromagnétique ne peuvent pas être modularisés, ce qui rend le dispositif de focalisation très encombrant, et requiert un boîtier de grande taille pour loger les pièces. En conséquence, le processus de fabrication de l'appareil photo numérique est compliqué, et les coûts de fabrication sont plus élevés. En outre, la force d'inertie des pièces volumineuses et souvent lourdes du dispositif de focalisation optique rend difficile la commande du fonctionnement de celui-ci, et retarde l'intervalle temporel requis pour déplacer la lentille vers une position souhaitée. Les vibrations ou les mouvements provoqués par la rotation de la lentille, ainsi que le bruit mécanique et les vibrations provoqués par l'engagement par filetage génèrent également une erreur indésirable sur le résultat final de l'affichage de l'image, problème qui est souvent surmonté en utilisant un dispositif d'absorption des vibrations supplémentaire. Ceci augmente encore les coûts. La présente invention vise à surmonter les inconvénients des dispositifs de focalisation classiques. Résumé de l'invention Ainsi, un objet de la présente invention consiste à fournir un module de focalisation comprenant un boîtier, un premier élément magnétique fixe, une membrane, un deuxième élément magnétique mobile et une lentille. L'élément magnétique fixe est fixé en partie inférieure de l'intérieur du boîtier pour générer un premier champ magnétique ayant des lignes de force magnétique orientées vers le haut. La membrane est fixée dans une section supérieure du boîtier et forme un orifice central. L'élément magnétique mobile est attaché à une face inférieure de la membrane et entoure l'orifice central pour générer un deuxième champ magnétique ayant des lignes de force magnétique orientées vers le bas. La lentille est montée sur l'orifice central de la membrane. Grâce à l'attraction ou à la répulsion entre les premier et deuxième champs magnétiques des éléments magnétiques fixe et mobile, la membrane, l'élément magnétique mobile, et la lentille se déplacent vers le haut ou vers le bas, avec un déplacement précis le long de l'axe de l'élément magnétique fixe et de la membrane pour réaliser l'opération de focalisation de la lentille. Un deuxième objet de la présente invention consiste à fournir un module de focalisation dans lequel l'élément magnétique fixe et l'élément magnétique mobile sont commandés grâce à l'application de signaux de commande pour obtenir un champ magnétique uniforme et permanent, afin de déplacer l'élément magnétique mobile dans une direction axiale vers le haut ou vers le bas avec un déplacement commandé de façon très précise. Un troisième mode de réalisation de la présente invention consiste à fournir un module de focalisation dans lequel le boîtier est agencé pour loger le premier élément magnétique fixe, la membrane, le deuxième élément magnétique mobile, et la lentille, afin de créer un ensemble modularisé simple, de petite taille et à faible coût pour des dispositifs d'imagerie électroniques de petite taille. Un quatrième objet de la présente invention consiste à fournir un module de focalisation dans lequel la lentille et l'élément magnétique mobile n'ont pas d'engagement physique avec le boîtier dans l'état stationnaire ou lors du déplacement axial, de telle sorte qu'aucun bruit mécanique et aucune vibration n'est généré lors du déplacement axial de la lentille. Un cinquième objet de la présente invention consiste à fournir un module de focalisation dans lequel la lentille est déplacée axialement grâce à une déformation élastique de la membrane, qui est provoquée par le mouvement de l'élément magnétique mobile, et dans lequel, lorsque l'un des champs magnétiques en interaction est supprimé, la lentille reprend automatiquement sa position initiale grâce à l'élasticité de la membrane, sans qu'il soit nécessaire de prévoir une source d'alimentation supplémentaire pour atteindre cet objectif. Afin d'atteindre les objets susmentionnés, le module de focalisation selon la présente invention comprend un boîtier, un premier élément magnétique fixe, une membrane, un deuxième élément magnétique mobile, et une lentille. Le premier élément magnétique fixe est fixé dans une section inférieure à l'intérieur du boîtier pour générer un premier champ magnétique ayant des lignes de force magnétique orientées vers le haut. La membrane est reçue et fixée dans une section supérieure du boîtier, et elle présente un orifice central. Le deuxième élément magnétique mobile est attaché à une face inférieure de la membrane, en entourant l'orifice central de celle-ci pour générer un deuxième champ magnétique ayant des lignes de force magnétique orientées vers le bas. En appliquant un signal de commande au premier élément magnétique fixe ou au deuxième l'élément magnétique mobile, une interaction d'attraction ou de répulsion est induite entre les premier et deuxième champs magnétiques, ce qui a pour effet de déplacer la membrane et le deuxième élément magnétique mobile vers le haut ou vers le bas, le long de l'axe central de l'élément magnétique fixe, de la membrane, et de l'élément magnétique mobile, avec un déplacement très précis. La lentille est montée au niveau de l'orifice central de la membrane, de manière à être mobile à l'unisson avec la membrane et l'élément magnétique mobile, pour réaliser une opération de focalisation de la lentille, sans bruit, sans vibration, et de façon précise. Brève description des dessins Afin de montrer clairement et de mieux faire comprendre les caractéristiques et avantages précités de l'invention ainsi que d'autres, la présente invention va être décrite à titre d'exemple, en faisant référence aux modes de réalisation illustrés dans les dessins, parmi lesquels : la figure 1 est une vue en perspective, partiellement coupée, d'un module de focalisation configuré selon un premier mode de réalisation de la présente invention ; la figure 2 est une vue éclatée de la figure 1 ; la figure 3 est une vue en coupe transversale de la figure 1 ; la figure 4 est une vue en coupe transversale similaire à la figure 3, mais montrant la lentille qui est déplacée vers le haut pour réaliser une opération de focalisation ; la figure 5 est une vue en coupe transversale montrant une application du module de focalisation de la présente invention dans un dispositif d'imagerie ; la figure 6 est une vue en coupe transversale montrant une autre application du module de focalisation de la présente invention dans un dispositif d'imagerie ; la figure 7 est une vue en plan montrant une membrane du module de focalisation configuré selon un deuxième mode de réalisation de la présente invention ; et la figure 8 est une vue en coupe transversale d'un module de focalisation configuré selon un troisième mode de réalisation de la présente invention. Description détaillée des modes de réalisation préférés En faisant référence aux dessins et notamment aux figures 1 à 6, un module de focalisation configuré selon un premier mode de réalisation de la présente invention, désigné généralement par le numéro de référence 100, comprend un boîtier 10 qui, dans le mode de réalisation illustré, est un cylindre creux, sans se limiter à une telle géométrie, un premier élément magnétique 20, une membrane 30, un deuxième élément magnétique 40, et une lentille 50. Le boîtier 10 présente un alésage 11 ayant une ouverture sur laquelle est montée une lentille plate 111, servant de port d'entrée optique. L'alésage 11 est divisé en une section supérieure 112 et en une section inférieure (non référencée), avec un épaulement qui forme une fente de réception circonférentielle 113, établissant le lien entre les sections supérieure et inférieure. La section inférieure du boîtier présente une ouverture inférieure 12, servant de port de sortie optique. Le premier élément magnétique 20, qui est un élément magnétique fixe dans le mode de réalisation illustré, est reçu et fixé dans la section inférieure du boîtier 10, de préférence au fond du boîtier 10. L'élément magnétique fixe 20 peut être tout type d'aimant ou de dispositif générant un champ magnétique, qui comprend, dans le mode de réalisation illustré, un aimant annulaire. L'élément magnétique fixe 20 génère un premier champ magnétique ayant des lignes de force magnétique orientées axialement vers le haut ou vers le bas. Dans le mode de réalisation illustré, l'élément magnétique fixe 20 génère un premier champ magnétique dont les lignes de force magnétique sont orientées axialement vers le bas. L'élément magnétique fixe 20 peut être fixé dans le boîtier 10 grâce à tous moyens connus, tels que des adhésifs, des ajustements serrés, des filetages. L'élément magnétique fixe 20 présente un alésage central 21 qui s'étend le long de l'axe central Xl de l'élément magnétique fixe 20. En faisant référence à la figure 4, la membrane 30 est un élément de type bague ayant une circonférence externe reçue et fixée au niveau de la fente de réception 113 de la section supérieure 112 du boîtier 10, de manière à se trouver au-dessus de l'élément magnétique fixe 20. La membrane 30 peut être fixée au boîtier 10 grâce à tous moyens connus, tels que des adhésifs, ou tout autre moyen équivalent, tel que grâce à un boulon. La membrane 30 a un axe central X2 qui coïncide avec l'axe central Xl de l'élément magnétique fixe 20. La membrane 30 présente un orifice central 31 centré au niveau de l'axe X2. La membrane 30 peut être fabriquée en tout matériau approprié, incluant un caoutchouc élastique ou déformable de façon élastique, un film ou une membrane plastique, ainsi que tout autre élément déformable ayant des caractéristiques équivalentes. Le deuxième élément magnétique 40 est attaché à une face inférieure de la membrane 30, et il est sensiblement concentrique à l'orifice central 31, entourant et s'étendant de préférence le long d'une circonférence de l'orifice central 31. Le deuxième élément magnétique 40 peut être de tout type, qui comprend, dans le mode de réalisation illustré, une bobine qui s'étend le long de la circonférence de l'orifice central 31. La bobine 40 a deux bornes 41, 42 permettant de recevoir un signal de commande, tel qu'un signal de commande électrique, pour générer un deuxième champ magnétique ayant des lignes de force magnétique orientées axialement vers le haut ou vers le bas. Dans le mode de réalisation illustré, le deuxième champ magnétique généré par le deuxième élément magnétique 40 a des lignes de force magnétique orientées vers le bas. Le deuxième champ magnétique qui est généré par le deuxième élément magnétique 40, attaché à la membrane 30, interagit avec le champ magnétique généré par l'élément magnétique fixe 20, induisant une force d'attraction ou une force de répulsion entre eux, de sorte que le deuxième élément magnétique 40 est attiré .0 ou repoussé par l'élément magnétique fixe 20 pour se déplacer vers ou à distance de l'élément magnétique fixe 20. A cet égard, le deuxième élément magnétique 40 sert d'élément magnétique mobile. L'amplitude de la force d'attraction ou de la force de répulsion entre les éléments magnétiques 20, 40 dépend du signal de commande appliqué aux bornes 41, 42 de la bobine de l'élément magnétique mobile 40. De même, la force d'attraction ou la force de répulsion entre les éléments magnétiques 20, 40, qui provoque le déplacement de l'élément magnétique mobile 40 par rapport à l'élément magnétique fixe 20 fixé dans le boîtier 10, induit également une déformation de la membrane 30 dans la direction vers le haut ou vers le bas, de façon axiale, le long de l'axe central X2, comme le montre la figure 4. De préférence, l'alésage central 21 de l'élément magnétique fixe 20 est suffisamment grand pour recevoir de façon mobile au moins une partie du deuxième élément magnétique 40 avec un espace circonférentiel entre eux. La lentille 50 est montée sur l'orifice central 31 de la membrane 30, et est ainsi mobile avec la déformation de la membrane 30. Une image externe émise à travers la lentille plate 50 est reçue par la lentille 50, qui a des caractéristiques optiques propres à guider et focaliser l'image à travers l'ouverture inférieure 12 du boîtier 10, devant être reçue grâce à un dispositif de détection d'image que l'on va décrire plus en détail par la suite. Le mouvement de l'élément magnétique mobile 40 amène la membrane 30 à se déformer, laquelle, à son tour, déplace la lentille 50 par rapport au boîtier 10, dans une direction axiale vers le haut ou vers le bas pour réaliser un réglage précis de la focalisation, et ainsi une opération de focalisation qui est réalisée de façon classique dans un appareil photo numérique ou similaire. L'élasticité de la membrane 30 facilite le retour de la membrane 30 et de la lentille 50 attachée à celle-ci à leur position initiale, dans laquelle la membrane 30 n'est pas déformée, une fois que le signal de commande n'est plus appliqué aux bornes 41, 42. Aucun dispositif supplémentaire, qu'il soit mécanique ou électrique, ou autre composant, n'est requis pour l'opération de retour à la position initiale de la lentille 50. En faisant maintenant référence à la figure 5, un dispositif d'imagerie numérique, tel qu'un appareil photo numérique, qui met en oeuvre le module de focalisation 100 selon la présente invention, est montré. Outre l'appareil photo numérique, d'autres dispositifs d'imagerie numérique, tels que des téléphones mobiles ayant un appareil photo, une webcam, et un appareil photo à trou d'aiguille, peuvent également être utilisés pour mettre en oeuvre la présente invention. Comme le montre la figure 5, lorsqu'il est monté sur la section inférieure du boîtier 10, l'élément magnétique fixe 20 est espacé de la section inférieure du boîtier 10 pour laisser un espace permettant de loger un circuit intégré (CI) de prise d'images 200, qui reçoit une transmission d'image à travers la lentille 50. L'élément magnétique fixe 20 est alors fixé à la paroi latérale du boîtier 10 espacé de la section inférieure. L'élément magnétique fixe 20 peut être fixé au boîtier 10 grâce à tous moyens connus, tels que des adhésifs, un boulon ou similaires. Le circuit intégré de prise d'images 200 peut être un dispositif de traitement d'image connu, utilisé dans un appareil photo numérique classique, tel qu'un circuit intégré d'images CMOS. Le circuit intégré de prise d'images 200 comprend une section de formation d'images 210 et au moins deux sorties de signaux de commande 220, 230. La section de formation d'image 210 reçoit un signal optique qui provient de la lentille 50 et qui traverse l'alésage 21 de l'élément magnétique fixe 20, pour former une image correspondante pour le circuit intégré 200. Les sorties de signaux de commande 220, 230 sont reliées électriquement aux bornes de commande 41, 42 de l'élément magnétique mobile 40, moyennant quoi, en fonction du statut de l'image que la section de formation d'images 210 reçoit à partir de la lentille 50, le circuit intégré de prise d'images 200 peut appliquer des signaux de commande électriques appropriés à l'élément magnétique mobile 40 via les sorties 220, 230, afin d'induire une force d'attraction ou une force de répulsion entre l'élément magnétique fixe 20 et l'élément magnétique mobile 40, pour déplacer la lentille 50 le long des axes X2 et X3, et modifier ainsi la distance focale entre la lentille 50 et la section de formation d'image 210, réalisant ainsi l'opération de focalisation. Le circuit 200 est capable d'effectuer un calcul et une commande de l'opération de focalisation, d'après les logiciels ou les matériels qui sont bien connus dans l'art de la focalisation d'appareils photo. Aucun détail supplémentaire à cet égard n'est fourni dans la présente description. En faisant maintenant référence à la figure 6, qui montre une modification de l'application illustrée sur figure 5, le circuit de prise d'images 200 est désormais agencé à l'extérieur du boîtier 10, plutôt que d'être fixé à la section inférieure du boîtier 10 comme le dispositif unitaire montré sur la figure 5. Le circuit 200 est ainsi agencé en dessous de l'ouverture 12 du boîtier 10 pour recevoir le signal optique provenant de la lentille 50. Les sorties notées 240, 250 du circuit 200 sont reliées électriquement aux bornes 41, 42 de l'élément magnétique mobile 40 grâce a des fils ou conducteurs qui passent à travers l'ouverture 12. La figure 7 illustre un module de focalisation selon un deuxième mode de réalisation de la présente invention. Dans ce deuxième mode de réalisation du module de focalisation , la membrane 30 avec son orifice central 31 est composée d'une carte de circuit imprimé flexible, et l'élément magnétique mobile 40 comprend une piste conductrice imprimée sur cette carte de circuit imprimé flexible. La piste conductrice, qui constitue l'élément magnétique mobile 40, a deux bornes 41, 42, qui reçoivent les signaux de commande permettant de générer le deuxième champ magnétique, et de réaliser ainsi la même opération de focalisation que celle décrite en faisant référence au premier mode de réalisation de la présente invention. La figure 8 montre un module de focalisation selon un troisième mode de réalisation de la présente invention. Le module de focalisation du troisième mode de réalisation comprend un premier élément magnétique fixe 20' qui comprend une bobine électrique ou un solénoïde ayant deux bornes 21', 22' qui peuvent être raccordées pour commander les sorties de signaux du circuit de prise d'images :200 montré sur la figure 5. Le module de focalisation comprend également un deuxième élément magnétique mobile 40', qui comprend un aimant annulaire attaché à la membrane 30 et entourant l'orifice 31 de la membrane 30, et ainsi la lentille 50 est montée sur l'orifice 31. L'élément magnétique fixe 20' génère de façon sélective un premier champ magnétique, qui interagit avec un deuxième champ magnétique généré par l'aimant annulaire 40', induisant ainsi une force d'attraction ou une force de répulsion entre les éléments magnétiques 20', 40' pour déplacer l'élément magnétique mobile 40', et ainsi la lentille 50, vers le haut ou vers le bas, le long de l'axe X3 (qui est ici confondu avec les axes X1, X2 précités). L'agencement illustré sur la figure 8 peut être mis en oeuvre dans le module de focalisation montré sur les figures 5 et 6, ou bien sur celui montré sur la figure 7. Bien que la présente invention ait été décrite en faisant référence à ses modes de réalisation préférés, il sera apparent aux spécialistes de la technique qu'une variété de modifications et de changements peut être réalisée, sans s'éloigner de la portée de la présente invention. REVENDICATIONS 1. Module de focalisation, caractérisé en ce qu'il comprend : un boîtier (10), présentant un alésage (11) ; un premier élément magnétique fixe (20 ; 20') fixé dans le boîtier (10) et générant un premier champ magnétique ; une membrane élastique (30) reçue et retenue dans l'alésage (11), et présentant un orifice central (31) ; un deuxième élément magnétique mobile (40 ; 40') monté sur la membrane ((30) et entourant l'orifice central (31), ledit deuxième élément magnétique mobile générant un deuxième champ magnétique, qui interagit avec le premier champ magnétique du champ magnétique fixe pour induire une force agissant sur la membrane (30) afin de provoquer une déformation élastique de ladite membrane ; et une lentille (50) fixée à la membrane (30) au niveau de l'orifice central (31) de ladite membrane, moyennant quoi la lentille (50) est mobile par rapport au boîtier (10), du fait de la déformation élastique de la membrane (30) provoquée par l'interaction magnétique entre les premier et deuxième champs magnétiques générés par lesdits éléments magnétiques fixe et mobile. 2. Module de focalisation selon la revendication 1, dans lequel l'alésage (11) du boîtier (10) forme une ouverture du boîtier, et dans lequel une lentille plate (111) est reçue dans et fixée au niveau de l'ouverture de l'alésage (11). 3. Module de focalisation selon la revendication 1, dans lequel l'alésage (11) du boîtier (10) est divisé en des sections supérieure et inférieure, et dans lequel la membrane (30) est reçue dans la section supérieure (112). 4. Module de focalisation selon la revendication 3, dans lequel la section supérieure (112) de l'alésage (11) forme une fente de réception (113) qui reçoit la circonférence de la membrane. 5. Module de focalisation selon la revendication 1, dans lequel une ouverture (12) est formée dans une partie inférieure du boîtier (10), servant de port de sortie pour le signal optique provenant de la lentille (50). 6. Module de focalisation selon la revendication 1, dans lequel le premier élément magnétique (20) fixe comprend un aimant annulaire. 7. Module de focalisation selon la revendication 1, dans lequel le premier élément magnétique fixe (20 ; 20') présente un alésage central (21). 8. Module de focalisation selon la revendication 1, dans lequel le premier élément magnétique fixe (20') comprend un solénoïde. 9. Module de focalisation selon la revendication 1, dans lequel le premier élément (20') magnétique fixe a deux bornes d'entrée (21',22') permettant de recevoir des signaux de commande. 10. Module de focalisation selon la revendication 1, dans lequel la membrane (30) est une membrane en caoutchouc. 11. Module de focalisation selon la revendication 1, dans lequel la membrane (30) est une membrane en matière plastique. 12. Module de focalisation selon la revendication 1, dans lequel la membrane (30) présente une carte de circuit imprimé flexible. 13. Module de focalisation selon la revendication 1, dans lequel le deuxième élément magnétique mobile (40) comprend une bobine. 14. Module de focalisation selon la revendication 1, dans lequel le deuxième élément magnétique mobile (40) a deux bornes d'entrée (41, 42) permettant de recevoir des signaux de commande. 15. Module de focalisation selon la revendication 1, dans lequel la membrane (30) présente une piste conductrice (40) imprimée sur ladite membrane, qui constitue ledit deuxième élément magnétique mobile. 16. Module de focalisation selon la revendication 1, dans lequel le deuxième élément magnétique mobile (40') comprend un aimant annulaire.