(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ある量の液体または気体の流体を、実質的に一定量で閉じ込めるのに寄与する支持体（１）上の固定領域（２．３）と、静止位置から可逆的に変形することができる中央領域（２．１）と、前記固定領域（２．３）と前記中央領域（２．１）との間の中間領域でメンブレン（２）に作用する流体（４）を変位させるための作動手段とを含む変形可能メンブレン（２）をもつ光学デバイスであって、前記作動手段が、前記中央領域（２．１）のまわりに取り付けられた少なくとも１つのリング（Ｃ）に配置された主圧電作動手段（５）であり、各リング（Ｃ）が１つまたは複数の圧電アクチュエータ（５．１）を含む、主圧電作動手段（５）と、前記中央領域（２．１）のまわりに取り付けられた少なくとも１つのリング（Ｃ）に配置されかつ前記主圧電作動手段（５）を囲む補足圧電作動手段（５’）であり、各リング（Ｃ）が１つまたは複数の圧電アクチュエータ（５．１’）を含む、補足圧電作動手段（５’）とを含み、前記主圧電作動手段が前記メンブレン（２）の前記中間領域（２．２）にのみ固定され、前記補足圧電作動手段が前記中間領域（２．２）に固定され、前記主圧電作動手段及び前記補足圧電作動手段（５’）は電極を有し前記メンブレン（２）に取り付けられた圧電層を少なくとも備え、前記主圧電作動手段および前記補足圧電作動手段が、前記メンブレンの静止位置に対して前記中央領域（２．１）を変形させることを目指して前記メンブレン（２）の前記中間領域（２．２）から前記中央領域（２．１）への、または逆への前記流体（４）の変位を生成するように、作動中、半径方向に収縮または拡張し、前記中央領域（２．１）には前記メンブレンに取り付けられた圧電層が存在しないことで前記中央領域（２．１）には主圧電作動手段及び補足圧電作動手段が存在せず、
強化層（２ｃ）にある前記中間領域（２．２）が前記中央領域（２．１）よりも堅くなるように、前記メンブレン（２）が前記中間領域（２．２）において前記強化層（２ｃ）を少なくとも局所的に含むことを特徴とする光学デバイス。
【請求項２】
前記主圧電作動手段および前記補足圧電作動手段が、独立に、同時に、または連続的に作動されうる、請求項１に記載の光学デバイス。
【請求項３】
前記主圧電作動手段および／または前記補足圧電作動手段（５、５’）のためのいくつかのリングがあり、それらが互いに同心となるように取り付けられる、請求項１に記載の光学デバイス。
【請求項４】
前記主圧電作動手段および／または前記補足圧電作動手段（５、５’）の圧電アクチュエータ（５．１、５．１’）が連続リングの形態である、請求項１から３の一項に記載の光学デバイス。
【請求項５】
単一リングの前記圧電アクチュエータ（５．１、５．１’）の前記電極が、前記半径方向に向けられ、互いの間に間隔を有するリングセクタ（ＳＣ）またはロッド（Ｂ）の形態であり、前記リングが切れ切れまたは連続的の圧電材料の層を少なくとも備える、請求項１から３の一項に記載の光学デバイス。
【請求項６】
単一リングまたは隣接するリングにおけるいくつかの圧電アクチュエータ（５．１’、５．１）が圧電材料の同じブロック（５０）を共有する、請求項５に記載の光学デバイス。
【請求項７】
前記補足作動手段（５’）が前記支持体（１）に直接にまたは間接に固定される、請求項２から６の一項に記載の光学デバイス。
【請求項８】
前記作動手段（５、５’）が、前記流体（４）に接触する前記メンブレン（２）の面に、または前記流体（４）に接触しない前記メンブレンの面に固定され、または前記メンブレン（２）内に配置される、請求項１から７の一項に記載の光学デバイス。
【請求項９】
前記メンブレン（２）が、前記中間領域（２．２）および前記固定領域（２．３）を占める連続層（２ｂ）を前記中央領域（２．１）に含む、請求項１から８の一項に記載の光学デバイス。
【請求項１０】
温度に応じて前記光学デバイスの焦点距離の変化を補償する手段（９５）を含む、請求項１から９の一項に記載の光学デバイス。
【請求項１１】
前記補償手段（９５）がリングの前記圧電アクチュエータと一致する、請求項１０に記載の光学デバイス。
【請求項１２】
前記補償手段（９５）が、前記中間領域（２．２）に突き出るように前記固定領域（２．３）で前記メンブレン（２）に固定され、または前記メンブレン（２）の前記流体（４）の反対を向く側で前記支持体（１）に取り付けられたリングに配置された１つまたは複数の熱バイモルフ素子（９５．１）を含み、
前記熱バイモルフ素子（９５．１）は異なる熱膨張係数をもつ材料から製作された２つの重畳された層から形成されている、請求項１０に記載の光学デバイス。
【請求項１３】
前記作動手段がいくつかの圧電アクチュエータを含み、それらは、互いに別々にもしくはすべて一緒に同時に作動させる、またはグループで同時に作動させることができる、請求項１から１２の一項に記載の光学デバイス。
【請求項１４】
前記作動手段が、内側外縁および外側外縁をもつリングに配置された１つまたは複数の圧電アクチュエータ（５．１、５．１’）を含み、前記リングが、前記半径方向に向けられたロッドの形態の圧電アクチュエータ（５．１、５．１’）によって前記リングの外縁の一方にわたって延びる、請求項１から１３の一項に記載の光学デバイス。
【請求項１５】
リングに配置され、前記中間領域で前記メンブレンに固定され、正圧電効果によって受動的に動作することができ、前記メンブレンの変形をモニタリングするために専用に設けられる１つまたは複数の圧電アクチュエータ（７０）を含む、請求項１から１４の一項に記載の光学デバイス。
【請求項１６】
前記支持体（１）に取り付けられた保護キャップ（２０１）をさらに含む、請求項１から１５の一項に記載の光学デバイス。
【請求項１７】
前記キャップ（２０１）が、前記中央領域（２．１）で開口（２０２）を備えるか、または封着され、別の流体（４’）を閉じ込める、請求項１６に記載の光学デバイス。
【請求項１８】
前記メンブレン（２）が、ポリジメチルシロキサン、ポリメチルメタクリレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、パリレン、エポキシ樹脂、感光性ポリマー、シリコーンの中から選択された有機材料に基づいて製作されるか、シリコン、酸化ケイ素、窒化ケイ素、炭化ケイ素、多結晶シリコン、窒化チタン、ダイヤモンド状炭素、スズインジウム酸化物、アルミニウム、銅、ニッケルの中から選択された無機質材料に基づいて製作される、請求項１から１７の一項に記載の光学デバイス。
【請求項１９】
前記流体（４、４’）の各々が、炭酸プロピレン、水、指標液体、光学オイル、もしくはイオン液体の中から選択された液体、または空気、窒素、ヘリウムの中から選択された気体である、請求項１から１８の一項に記載の光学デバイス。
【請求項２０】
前記圧電アクチュエータ（５．１、５．１’、７０）が、ＰＺＴ、窒化アルミニウム、ポリフッ化ビニリデンもしくはそのコポリマーのうちの１つ、トリフルオロエチレン、トリフルオロエチレン、酸化亜鉛、チタン酸バリウム、ニオブ酸鉛、シレナイト、またはチタン酸ビスマスに基づいて製作される、請求項１から１９の一項に記載の光学デバイス。
【請求項２１】
レンズまたはミラーであることを特徴とする、請求項１から２０の一項に記載の光学デバイス。
【請求項２２】
請求項１から２１の一項に記載の少なくとも１つの光学デバイス（Ｌ、Ｌ’）を含むことを特徴とするカメラ。
【請求項２３】
前記補足圧電作動手段（５’）が前記支持体（１）に固定される、請求項１に記載の光学デバイス。
【請求項２４】
前記メンブレンの変形をモニタリングするための前記圧電アクチュエータ（７０）が前記固定領域で前記メンブレンに固定される、請求項１５に記載の光学デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体を閉じ込め、メンブレン中央部分の曲率半径を調整するように圧電タイプのメンブレンを作動させる手段を備える変形可能メンブレンをもつ光学デバイスに関する。変形可能メンブレンをもつそのような光学デバイスは、可変焦点距離をもつ液体レンズ、補償光学のために光学収差を補正する液体レンズ、または可変焦点距離をもつミラーとすることができる。
【背景技術】
【０００２】
例えば、液体レンズは、カメラまたは映画用カメラ機能をもつ携帯電話に使用することができる。多数の開発、特に、自動焦点機能およびズーム機能の開発が進行中である。そこで、そのようなカメラの製造を複雑にすることなしに、できるだけ短い応答時間を得るために、しかし、さらに、作動中のエネルギー消費量を低減し、所与のエネルギー消費量で焦点距離の変化を増加させるために、これらの機能を導入しようと試みられている。より広範には、コスト、寸法、およびエネルギー消費量を低減するために、これらの小型カメラの構成要素をできるだけ統合しようと試みられている。可視波長で動作する小型カメラはＣＣＭ（コンパクトカメラモジュール）と呼ばれる。現時点でこの用途で最も高度化された液体レンズ技術はエレクトロウェッティング原理に基づく技術である。
【０００３】
別の用途は赤外（ＩＲ）で機能するカメラに関連する。統合に関する進捗はそれほど進んでおらず、ほとんどの場合、光学系はカメラから切り離されている。特に、光学系の統合（カメラモジュールの生成）、自動焦点機能の統合などを含むいくつかの開発が進行中である。関連する技術的解決策は現時点で知られておらず、明確にされる必要がある。
【０００４】
１つの変形可能メンブレンミラー用途では、メンブレンは反射性である。ミラーの焦点距離、したがって、その曲率半径を調整しようと試みることができる。そのようなミラーは眼科または補償光学で使用することができる。最後に、レンズまたはミラータイプとすることができるこれらの光学デバイスは画像を安定化させるのに使用することができる。
【０００５】
仏国特許出願公開第２９１９０７３号明細書は、支持体上の固定外縁領域をもつ可撓性メンブレンであり、メンブレンと支持体とが所与の体積の流体を閉じ込める、可撓性メンブレンと、メンブレンの中央領域を変形するためにメンブレンの中央領域で液体を変位させるための圧電作動手段とを含む光学デバイスを開示している。体積は所与の温度範囲内でほぼ一定である。作動手段は、支持体に一方の端部で取り付けられる複数の半径方向マイクロ梁から形成され、その他方の端部は中央領域と固定領域との間にある領域でメンブレンに作用する。この構成の１つの欠点は、作動手段が支持体に支えられているのでこの構成はコンパクトでないことである。別の欠点は、デバイスの光学性能が所与のサイズおよび作動中の所与のエネルギー消費量に対して最適でないことである。同様に、所与の寸法および所与の光学性能に対する作動中のエネルギー消費量が高い。
【０００６】
他の特許出願は、圧電作動手段をもつ光学デバイスを開示している。例えば、圧電材料で製作された円柱素子が弾性材料で製作された壁によって両端で閉じられ、組立体が固体弾性材料を含む空洞を画定する米国特許第４８０２７４６号明細書がある。
【０００７】
米国特許第４４０７５６７号明細書では、可変焦点距離をもつレンズが膨張室と連通する空洞を含み、空洞は支持体に固定された可動壁によって境界を定められている。
【０００８】
国際公開第２００８／０７６３９９号は、圧電作動手段が、デバイスの光軸にほぼ垂直な作動力を、メンブレンに支えられているスラストリングにより、メンブレンに送出する可変焦点距離をもつレンズを開示している。そのような光学デバイスは、圧電作動手段、スラストリング、メンブレン、および液体を含む空洞が積み重ねられなければならないので比較的厚い。作動手段はメンブレンに固定されない。
【０００９】
国際公開第２００７／０１７０８９号は光学収差を補正する光学デバイスを開示している。可撓性メンブレンは液体を閉じ込めるのに寄与する。メンブレンは、固定領域と中央領域との間にある中間領域に、いくつかのセクタに分割されたリングの形態の圧電作動手段を備える。各セクタ形状部分は接線方向に収縮または拡張し、力はデバイスの光軸にほぼ垂直な面に加えられることになる。そのような作動により、メンブレンを光軸のまわりで局所的におよび非対称的に変形させることができる。メンブレンは、デバイスの光学収差を補正するためにメンブレンを波状にするように外縁のまわりを隆起および沈降させて変形することができる。そのような作動手段は、メンブレンの中央領域下の液体の厚さを変化させ、したがって、光学デバイスの焦点距離を変化させることができない。
【００１０】
国際公開第２００８／１００１５４号は、透明なカバーによって閉じ込められたゲルまたはエラストマタイプの材料を含む空洞を含む光学デバイスを示している。圧電タイプの作動手段は、ガラスで製作されたカバーのうちの１つと協同する。このカバーの剛性は作動効率を低下させる傾向があり、空洞に含まれる材料は、ゲルまたはエラストマであるので、カバーの中央領域を変形させるために作動させたとき所要の逆動作を行わない。メンブレンの中央は作動の作用下でゲルまたはエラストマを変形し、このメンブレンは所与の変形を得るために堅くなければならない。そのような光学デバイスは、達成可能な光学直径に関して限定されるのでまったく効率的でない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】仏国特許出願公開第２９１９０７３号明細書
【特許文献２】米国特許第４８０２７４６号明細書
【特許文献３】米国特許第４４０７５６７号明細書
【特許文献４】国際公開第２００８／０７６３９９号
【特許文献５】国際公開第２００７／０１７０８９号
【特許文献６】国際公開第２００８／１００１５４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の目的は、上述の欠点、すなわち、サイズ、高いエネルギー消費量、および不十分な作動効率を有していないレンズまたはミラーなどの変形可能メンブレンをもつ光学デバイスを提供することである。
【００１３】
本発明の別の目的は、変形が光学デバイスの光軸のまわりで対称的である場合もあり、そうでない場合もあるメンブレンの変形形状が必要に応じて正確に調整されうる変形可能メンブレンをもつ光学デバイスを提供することである。
【００１４】
本発明のさらに別の目的は、画像安定化機能から自動焦点機能に極めて迅速に変化させることによって容易に制御することができ、これらの２つの機能を互いに独立に行うことができるレンズタイプ光学デバイスを製作することである。
【００１５】
本発明のさらに別の目的は、カメラに組み付けたとき、光学的な力の増加によりズーム機能を与えることができるレンズタイプ光学デバイスを製作することである。
【００１６】
本発明のさらに別の目的は、周囲温度が変化した場合でさえも同じ焦点距離を保持するように、温度に応じた能動補償を有する変形可能メンブレンをもつ光学デバイスを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
これを達成するために、本発明は、リングに配置され、中央領域と支持のための固定領域との間に配置された中間領域でメンブレンに固定される１つまたは複数の圧電アクチュエータから作動手段が形成されるべきであり、この作動手段が直接にまたは固定領域を介して支持体に固定されるべきでないことを提案する。
【００１８】
より正確には、本発明は、ある量の液体または気体の流体を閉じ込めるのに寄与する支持体上の固定領域と、静止位置から可逆的に変形することができる中央領域と、固定領域と中央領域との間の中間領域でメンブレンに作用する流体を変位させるための作動手段とをもつ変形可能メンブレンを有する光学デバイスである。作動手段は中央領域のまわりの少なくとも１つのリングに配置された主圧電作動手段であり、各リングが１つまたは複数の圧電アクチュエータを含む、主圧電作動手段と、中央領域のまわりの少なくとも１つのリングに配置された補足圧電作動手段であり、各リングが１つまたは複数の圧電アクチュエータを含む、補足圧電作動手段とを含み、この主圧電作動手段がメンブレンの中間領域にのみ固定され、この補足圧電作動手段が中間領域および場合によっては支持体に固定され、これら主圧電作動手段、これら補足圧電作動手段、およびそれらが固定されるメンブレンが少なくとも１つの圧電バイモルフを形成し、主圧電作動手段および補足圧電作動手段が、メンブレンの静止位置に対して中央領域を変形させるためにメンブレンの中間領域から中央領域の方への、または逆の方への前記流体の変位を引き起こすように、作動中、半径方向に収縮または拡大する。
【００１９】
主圧電作動手段および補足圧電作動手段は、好ましくは、異なる機能を行うために独立に作動される。
【００２０】
変形形態として、それらは、ズーム機能の要求事項を満たすために焦点距離の強力な変化を行わせるのに寄与するように同時にまたは交互に作動させることができる。
【００２１】
光学デバイスが主圧電作動手段および／または補足圧電作動手段のためのいくつかのリングを含む場合、それらは互いに同心となるように組み付けられる。
【００２２】
主圧電作動手段および／または補足圧電作動手段の圧電アクチュエータは連続リングの形態とすることができる。
【００２３】
変形形態として、単一リングの圧電アクチュエータは、互いの間に間隔を有するリングセクタまたは半径方向に向けられたロッドの形態であり、リングは切れ切れまたは連続的とすることができる。
【００２４】
単一リングまたは隣接するリングにおけるいくつかの圧電アクチュエータは、技術的統合および残留応力処理を容易にするために圧電材料の同じブロックを共有することができる。
【００２５】
補足作動手段は支持体に直接にまたは間接に固定することができ、それにより、光学デバイスの設計時、裁量の幅が大きく残される。
【００２６】
作動手段は前記流体に接触するメンブレンの１つの面に、および／または前記流体に接触しないメンブレンの１つの面に固定すること、および／またはメンブレンに統合することができる。
【００２７】
メンブレンは中間領域に強化層を少なくとも局所的に含み、その結果、この強化層のある中間領域は中央領域よりも堅くなることができる。
【００２８】
メンブレンは、中間領域および固定領域を占める連続層を中央領域に含むことができ、それは良好な封着を保証するのに寄与する。
【００２９】
光学デバイスは、温度に応じて光学デバイスの焦点距離の変化を補償する手段を含むことができ、その結果、例えば−２０℃と＋６０℃との間の温度範囲内で特別の調整なしに動作することができる。
【００３０】
補償手段はリングの圧電アクチュエータと一致することができる。
【００３１】
変形形態として、補償手段は、中間領域に突き出るように固定領域でメンブレンに固定され、またはメンブレンの前記流体の反対を向く側で支持体に取り付けられたリングに配置された１つまたは複数の熱バイモルフ素子を含むことができる。
【００３２】
作動手段がいくつかの圧電アクチュエータを含む場合、それらは互いに別々にもしくはすべて一緒に同時に作動させることができ、またはグループで同時に作動させることができる。これにより、中央領域でメンブレンの所要の変形を得るのに大きい柔軟性が与えられる。
【００３３】
１つの有利な構成によれば、作動手段は、内側外縁および外側外縁をもつリングに配置された１つまたは複数の圧電アクチュエータを含むことができ、リングは半径方向に向けられたロッドの圧電アクチュエータにより外縁のうちの１つに延ばされる。
【００３４】
光学デバイスは、リングに配置され、中間領域および場合によっては固定領域でメンブレンに固定され、正圧電効果によって受動的に動作することができ、メンブレンの変形をモニタリングするために専用に設けられる１つまたは複数の圧電アクチュエータを含むことができる。
【００３５】
光学デバイスは支持体に取り付けられた保護キャップをさらに含むことができる。キャップは中央領域に開口を備えることができ、または密閉することができ、別の流体を閉じ込めることができる。
【００３６】
メンブレンは、ポリジメチルシロキサン、ポリメチルメタクリレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、パリレン、エポキシ樹脂、感光性ポリマー、シリコーンの中から選択された有機材料に基づいて製作されるか、シリコン、酸化ケイ素、窒化ケイ素、炭化ケイ素、多結晶シリコン、窒化チタン、ダイヤモンド状炭素、スズインジウム酸化物、アルミニウム、銅、ニッケルの中から選択された無機質材料に基づいて製作されることができる。
【００３７】
流体の各々は、炭酸プロピレン、水、指標液体、光学オイル、もしくはイオン液体の中から選択された液体、または空気、窒素、もしくはヘリウムの中から選択された気体とすることができる。
【００３８】
作動手段はＰＺＴ、窒化アルミニウム、ポリフッ化ビニリデンもしくはそのコポリマーのうちの１つ、トリフルオロエチレン、トリフルオロエチレン、酸化亜鉛、チタン酸バリウム、ニオブ酸鉛、チタン酸ビスマスなどのシレナイトに基づいて製作することができる。
【００３９】
光学デバイスはレンズまたはミラーとすることができる。
【００４０】
本発明は、さらに、このように特徴づけられた少なくとも１つの光学デバイスを含むことができるカメラに関する。
【００４１】
本発明は、添付図面を参照しながら、決して限定ではなく純粋に情報を与える例示の実施形態の説明を読んだ後一層よく理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１Ａ】本発明を理解するのに有用な光学デバイスの第１の例の主作動手段の上面図である。
【図１Ｂ】本発明を理解するのに有用な光学デバイスの第１の例の主作動手段の断面図である。
【図２Ａ】本発明による光学デバイスの主作動手段の一例の上面図であり、作動手段は単一リングに分配される。
【図２Ｂ】本発明による光学デバイスの主作動手段の一例の上面図であり、作動手段は単一リングに分配される。
【図２Ｃ】本発明による光学デバイスの主作動手段の一例の上面図であり、作動手段は単一リングに分配される。
【図２Ｄ】本発明による光学デバイスの主作動手段の一例の上面図であり、作動手段は単一リングに分配される。
【図２Ｅ】本発明による光学デバイスの主作動手段の一例の上面図であり、作動手段は単一リングに分配される。
【図３Ａ】本発明による光学デバイスの主作動手段の一例の上面図であり、作動手段は２つの同心リングに分配され、この図は、さらに、主作動手段および補足作動手段をもつ本発明による光学デバイスを示し、補足作動手段は支持体に固定されない。
【図３Ｂ】本発明による光学デバイスの主作動手段の一例の上面図であり、作動手段は２つの同心リングに分配され、この図は、さらに、主作動手段および補足作動手段をもつ本発明による光学デバイスを示し、補足作動手段は支持体に固定されない。
【図３Ｃ】本発明による光学デバイスの主作動手段の一例の上面図であり、作動手段は２つの同心リングに分配され、この図は、さらに、主作動手段および補足作動手段をもつ本発明による光学デバイスを示し、補足作動手段は支持体に固定されない。
【図３Ｄ】本発明による光学デバイスの主作動手段の一例の上面図であり、作動手段は２つの同心リングに分配され、この図は、さらに、主作動手段および補足作動手段をもつ本発明による光学デバイスを示し、補足作動手段は支持体に固定されない。
【図４Ａ】２つの変曲点をもつ変形したメンブレンの断面図である。
【図４Ｂ】４つの変曲点をもつ変形したメンブレンの断面図である。
【図５Ａ】作動手段が主作動手段および補足作動手段を含み、補足作動手段が支持体に固定される本発明による光学デバイスの一例の上面図である。
【図５Ｂ】作動手段が主作動手段および補足作動手段を含み、補足作動手段が支持体に固定される本発明による光学デバイスの一例の上面図である。
【図５Ｃ】作動手段が主作動手段および補足作動手段を含み、補足作動手段が支持体に固定される本発明による光学デバイスの一例の上面図である。
【図５Ｄ】作動手段が主作動手段および補足作動手段を含み、補足作動手段が支持体に固定される本発明による光学デバイスの一例の上面図である。
【図６Ａ】アクチュエータが同じリングまたは別個のリングに配置されているかどうかにかかわらず、圧電材料の同じブロックを共有する本発明による光学デバイスの圧電アクチュエータを示す図である。
【図６Ｂ】アクチュエータが同じリングまたは別個のリングに配置されているかどうかにかかわらず、圧電材料の同じブロックを共有する本発明による光学デバイスの圧電アクチュエータを示す図である。
【図６Ｃ】アクチュエータが同じリングまたは別個のリングに配置されているかどうかにかかわらず、圧電材料の同じブロックを共有する本発明による光学デバイスの圧電アクチュエータを示す図である。
【図６Ｄ】アクチュエータが同じリングまたは別個のリングに配置されているかどうかにかかわらず、圧電材料の同じブロックを共有する本発明による光学デバイスの圧電アクチュエータを示す図である。
【図６Ｅ】正圧電効果によって受動的に動作することができ、メンブレンの変形をモニタリングするために専用に設けられた１つまたは複数の圧電アクチュエータを光学デバイスが備えることを示す図である。
【図７Ａ】補足作動手段を支持体に固定する構成の断面図である。
【図７Ｂ】補足作動手段を支持体に固定する構成の断面図である。
【図７Ｃ】補足作動手段を支持体に固定する構成の断面図である。
【図８Ａ】本発明による光学デバイスのメンブレンの構成を示す図であり、作動手段は省略されている。
【図８Ｂ】本発明による光学デバイスのメンブレンの構成を示す図であり、作動手段は省略されている。
【図８Ｃ】本発明による光学デバイスのメンブレンの構成を示す図であり、作動手段は省略されている。
【図９Ａ】本発明による光学デバイスの作動手段および多層メンブレンの構成を示す図である。
【図９Ｂ】本発明による光学デバイスの作動手段および多層メンブレンの構成を示す図である。
【図９Ｃ】本発明による光学デバイスの作動手段および多層メンブレンの構成を示す図である。
【図９Ｄ】本発明による光学デバイスの作動手段および多層メンブレンの構成を示す図である。
【図９Ｅ】本発明による光学デバイスの作動手段および多層メンブレンの構成を示す図である。
【図９Ｆ】本発明による光学デバイスの作動手段および多層メンブレンの構成を示す図であり、補足作動手段が示されている。
【図９Ｇ】本発明による光学デバイスの作動手段および多層メンブレンの構成を示す図であり、補足作動手段が示されている。
【図９Ｈ】本発明による光学デバイスの作動手段および多層メンブレンの構成を示す図であり、補足作動手段が示されている。
【図１０Ａ】主作動手段と強化層との間の配置の上面図である。
【図１０Ｂ】主作動手段と強化層との間の配置の上面図である。
【図１０Ｃ】主作動手段と強化層との間の配置の上面図であり、補足作動手段が図中に見える。
【図１０Ｄ】主作動手段と強化層との間の配置の上面図である。
【図１０Ｅ】主作動手段と強化層との間の配置の上面図であり、補足作動手段が図中に見える。
【図１０Ｆ】主作動手段と強化層との間の配置の上面図である。
【図１１Ａ】メンブレンで所与の変曲点を得るための作動手段の位置を示す図である。
【図１１Ｂ】メンブレンで所与の変曲点を得るための作動手段の位置を示す図である。
【図１２Ａ】本発明による光学デバイスのメンブレンが固定される支持体の構成を示す図であり、主作動手段のみが見える。
【図１２Ｂ】本発明による光学デバイスのメンブレンが固定される支持体の構成を示す図であり、主作動手段のみが見える。
【図１２Ｃ】本発明による光学デバイスのメンブレンが固定される支持体の構成を示す図であり、主作動手段のみが見える。
【図１２Ｄ】本発明による光学デバイスのメンブレンが固定される支持体の構成を示す図であり、主作動手段のみが見える。
【図１２Ｅ】本発明による光学デバイスのメンブレンが固定される支持体の構成を示す図であり、主作動手段のみが見える。
【図１３Ａ】温度変化に起因する焦点距離の変化を補償するための手段を備えた本発明による光学デバイスを示す図であり、補足作動手段は図を混乱させないために示されていない。
【図１３Ｂ】温度変化に起因する焦点距離の変化を補償するための手段を備えた本発明による光学デバイスを示す図であり、補足作動手段は図を混乱させないために示されていない。
【図１４Ａ】本発明を理解するのに有用な光学デバイスを製造するステップを示す図である。
【図１４Ｂ】本発明を理解するのに有用な光学デバイスを製造するステップを示す図である。
【図１４Ｃ】本発明を理解するのに有用な光学デバイスを製造するステップを示す図である。
【図１４Ｄ】本発明を理解するのに有用な光学デバイスを製造するステップを示す図である。
【図１４Ｅ】本発明を理解するのに有用な光学デバイスを製造するステップを示す図である。
【図１４Ｆ】本発明を理解するのに有用な光学デバイスを製造するステップを示す図である。
【図１４Ｇ】本発明を理解するのに有用な光学デバイスを製造するステップを示す図である。
【図１５Ａ】カメラに取り付けられる本発明による光学デバイスを示す図である。
【図１５Ｂ】カメラに取り付けられる本発明による光学デバイスを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
以下で説明される異なる図の同一、同様、または等価な部分は、異なる図の比較を容易にするために同じ参照番号を有する。
【００４４】
図に示される異なる部分は、図を読みやすくするために必ずしも同じ尺度ではない。
【００４５】
図１Ａおよび１Ｂは、本発明を理解するのに有用な光学デバイスの第１の実施形態を示す。この光学デバイスは光軸ＸＸ’と呼ばれる軸のまわりに製作される。それはメンブレン２を含み、その外縁は、この例では皿の形態である支持体１に密閉するように固定される。したがって、メンブレン２は２．３で参照される固定領域を含む。メンブレン２は、光学デバイスの光学場に対応する中央領域２．１をさらに含む。それは破線によって具体的に示される。皿部は第１の流体と呼ばれる流体４を捕集することになりこの第１の流体は液体または気体である。より一般的には、メンブレン２および支持体１は流体４が閉じ込められる空洞３の形成に寄与する。
【００４６】
メンブレン２の面の一方は空洞３に含まれる流体４に接触する。メンブレン２の他の面は、周囲空気とすることができる第２の流体４’に接触する。第２の流体４’が閉じ込められ、それが空気もしくは別の気体、または液体にさえすることができる変形形態が後で説明される。
【００４７】
メンブレン２は、第１の流体４と、第１の流体４の反対側の障壁の側の第２の流体４’との間の障壁として働く任意の可撓性薄膜を意味する。
【００４８】
光学デバイスがレンズである場合、空洞３は、レンズを通って伝搬することになる光ビーム（図示せず）にとって透明である底部３．１を有する。メンブレン２は、さらに、少なくとも中央領域２．１で光ビームにとって透明である。光学デバイスがミラーである場合、メンブレン２は少なくともその中央領域２．１で反射性である。
【００４９】
メンブレン２は、メンブレン２の中央領域２．１にある流体４の厚さを変化させ、それにより、メンブレンのこの領域を湾曲させるように、空洞３に含まれる流体４の変位の動作下で静止位置から可逆的に変形することができる。メンブレンが可撓性であるほど、その変形は大きくなることになる。空洞３に含まれる流体４は、力がメンブレン２に加えられると中央領域２．１の方に移動し、この力が中央領域２．１と固定領域２．３との間にある中間領域２．２でメンブレン２に加えられるように十分に非圧縮性である。流体４は所与の温度範囲内でほぼ一定の体積を有する。空洞に含まれる流体４は、作動手段とメンブレンの中央領域との間の「伝達部」として働く。この流体４は液体または気体とすることができる。
【００５０】
図１Ａでは、メンブレン２および支持体１の輪郭は正方形であるように示され、一方、中央領域２．１は円形のように示されていることが分かる。明らかに、これらの形状は限定的ではない。メンブレン２および支持体１は円形、長方形、卵形、または任意の他の形状とすることができ、中央領域２．１は正方形、長方形、卵形、またはその他とすることができる。
【００５１】
圧電作動手段は空洞３からの流体４を変位させるために設けられる。圧電作動手段は、中間領域２．２でメンブレン２に作用する、いわゆる、主作動手段５を含む。これらの作動手段５は、中央領域２．１のまわりに同心であるように取り付けられた少なくとも１つの円形リングＣで構成され、各リングＣは、いくつかの圧電アクチュエータが存在する場合の図２Ａから２Ｄで見ることができる１つまたは複数の圧電アクチュエータ５．１を含む。これらの圧電作動手段はメンブレン２の中間領域２．２にのみ固定される。メンブレンが平面である場合、各リングＣは水平面に延びる。メンブレンが固定部で湾曲される場合、圧電アクチュエータはメンブレンの曲率に従う。メンブレンの中央領域２．１は、作動中、中央領域の曲率と連続する曲率を有することができる。しかし、静止状態で、これらの２つの領域の曲率は異なることができる。
【００５２】
作動手段５が、例えば図３Ａで見ることができるようにいくつかのリングＣで構成される場合、作動手段５は互いに同心となるように取り付けられる。この図３Ａでは、リングの一方は主作動手段５を形成することができ、他方のリングＣは後で説明される補足作動手段５’を形成することができることを考えることができる。この理由で、参照番号５’は破線で表されている。
【００５３】
同じリングＣに属する主作動手段、より詳細には、圧電アクチュエータ５．１は、作動されると半径方向に変形する。主作動手段は、それに印加された分極に応じて半径方向に収縮または拡大し、この変形はメンブレンの曲率を変化させる効果がある。言い換えれば、圧電アクチュエータ５．１が作動されると、リングＣの外側半径と内側半径との間の差が少なくとも局所的に変化する。
【００５４】
圧電アクチュエータは、電力供給されたとき圧電材料に電界を印加することになる２つの電極の間に全体的にまたは部分的に挟まれた圧電材料のブロックを含むことを思い起こされたい。この電界を使用して、圧電材料のブロックの機械的変形を制御する。圧電材料のブロックは単層または多層とすることができ、電極を越えて延びることができる。圧電材料のブロックの各側の電極は図６Ａ、６Ｂで見ることができる。このように、逆圧電効果を説明した。
【００５５】
本発明によれば、主作動手段５はメンブレン２の中間領域２．２上にのみ固定される。したがって、主作動手段５は支持体１へのいかなる固定も有していない。また、主作動手段５は中央領域２．１にも固定されない。
【００５６】
補足作動手段５’はメンブレンの中間領域２．２で固定されるが、支持体１に固定される場合もあり、支持体１に固定されない場合もある。
【００５７】
この主圧電作動手段５と、それが固定されるメンブレン２とは、異質性または同質性とすることができる少なくとも１つの圧電バイモルフを形成する。圧電バイモルフは、バイモルフが同質性の場合に圧電材料であり、またはバイモルフが異質性である場合に非圧電材料である層に取り付けられた、電極を備えた圧電材料の層を含むことを思い起こされたい。この場合、この圧電材料または非圧電材料の層はメンブレン２の層である。
【００５８】
図１Ａ、１Ｂにおいて、主作動手段５は、連続リングＣの形態の単一の圧電アクチュエータ５．１を含むことが示されている。当然、主作動手段５は、リングに配置されたいくつかの基本圧電アクチュエータ５．１を含むことができ、その上、リングＣは圧電材料が不連続である可能性があり、または連続的とすることができる。基本圧電アクチュエータ５．１の各々は、図２Ａ、２Ｂ、２Ｃに示されるようにリングセクタＳＣの形態とすることができる。図２Ａでは、４つの基本圧電アクチュエータ５．１があり、リングは４つのセクタＳＣに分割され、図２Ｂでは８つのセクタＳＣがあり、図２Ｃでは２４個がある。基本圧電アクチュエータ５．１は隣接するリングセクタの形態である代わりに、図２Ｄに示されるようにリングの半径方向に配置されたロッドＢの形態とすることが可能である。同じリングＣに配置された基本圧電アクチュエータ５．１によって占められる空間が中間領域においてできるだけ大きくなり、その結果、作動の効率ができるだけ高くなることを確実にするように試みられることになる。ロッドＢによって占められる空間をできるだけ大きくし、したがって、２つの隣接するロッドＢの間の空間ができるだけ小さくなるように試みるとき、リングＣに約１００個またはさらに多くのロッドＢがあることがある。
【００５９】
図２Ｅは、互いに取り付けられた２つのリングに配置された主作動手段５を示す。リングの一方、この例では外側リングＣｅｘｔは、連続的である単一の圧電アクチュエータを含む。他方のリング、この例では内側リングＣｉｎｔは、半径方向にロッドで配置された複数の基本圧電アクチュエータを含む。各ロッドは外側リングＣｅｘｔに接続される。連続リングが部片に分割され、いくつかの基本圧電アクチュエータを含むことを想定することができる。外側リングが内側リングの代わりに複数のロッドを含むことも可能であろう。そのような構成は光学デバイスの効率を向上させる利点を有する。これにより、連続圧電表面による焦点距離の大幅な変化が保証され、一方、部片に分割されたリングにより、デバイスの光軸を傾斜させて、例えば、画像安定化機能を達成することができる。
【００６０】
主作動手段５は中央領域２．１のまわりで同心のいくつかのリングＣに分配することができることを既に説明した。この変形形態が図３Ａに示される。この構成では、リングＣ当たり１つの圧電アクチュエータ５．１のみが存在する。本発明によれば、２つのリングＣはメンブレン２に取り付けられるが、支持体１に固定されない。それらは固定領域２．３または中央領域２．１のいずれも占めていない。この図３Ａは、さらに、リングＣの一方によって概略的に示された主作動手段と、他方のリングＣによって概略的に示された補足作動手段とを示すことができることが分かる。この構成では、補足作動手段は中間領域２．２でのみメンブレン２に固定される。
【００６１】
図２Ａから２Ｄで説明したものと同様に、図３Ｂおよび３Ｃに示されるように、一方のリングＣにいくつかの基本圧電アクチュエータ５．１があり、別のリングＣまたは複数の他のリングに単一のアクチュエータがあることが可能である。図３Ｂにおいて、外側リングＣｅｘｔは、連続である単一の圧電アクチュエータ５．１に対応し、内側リングＣｉｎｔはいくつかの基本圧電アクチュエータ５．１を含み、圧電材料のいくつかのブロックがあり、リングは不連続である。逆の状況が図３Ｃに示され、外側リングＣｅｘｔはいくつかの基本圧電アクチュエータ５．１を含み、圧電材料のいくつかのブロックがあり、内側リングＣｉｎｔは単一の圧電アクチュエータ５．１に対応し、連続である。不連続リングはリングセクタの形態で基本圧電アクチュエータ５．１を含む。図３Ｄでは、２つのリングＣｉｎｔ、Ｃｅｘｔがいくつかの基本圧電アクチュエータ５．１を含み、それらは不連続であり、Ｃｉｎｔで参照されるリングの一方の基本圧電アクチュエータ５．１はリングセクタの形態であり、他方のリングＣｅｘｔの基本圧電アクチュエータ５．１は半径方向に向けられたロッドの形態である。すべての場合において、１つのリングＣｉｎｔ、Ｃｅｘｔの圧電アクチュエータまたは基本圧電アクチュエータ５．１はメンブレン２に固定され、支持体１へのいかなる固定も有していない。これは、リングが中間領域２．２にわたって延び、しかしメンブレン２の固定領域２．３の前で終わり、固定領域２．３または中央領域２．１の部分を占めないことを意味する。
【００６２】
いくつかの基本圧電アクチュエータ５．１を含む主作動手段５により、軸対称または非軸対称とすることができる中央領域２．１のメンブレン２の変形形状を得ることが可能であるが、主作動手段５がリング当たり単一の圧電アクチュエータ５．１を含む場合、メンブレン２の変形形状は軸対称でなければならない。軸対称または非軸対称とは、光学デバイスの光軸ＸＸ’のまわりで対称または非対称であることを意味する。
【００６３】
単一リングにいくつかの基本圧電アクチュエータ５．１がある場合、それらは、互いに別々にもしくはすべて一緒に同時に作動させることができ、またはそれらは、隣接または非隣接の圧電アクチュエータのいくつかのグループにグループ化することができ、グループ内のすべての圧電アクチュエータは同時に作動させることができ、各グループは別のグループと無関係に作動される。
【００６４】
中央非軸対称領域２．１でメンブレン２の変形形状を得ることにより、画像安定化機能を達成するための有利なジオプターを与えることができる。
【００６５】
主作動手段５が、不連続リングに配置されたいくつかの基本圧電アクチュエータと、連続リングに配置された圧電アクチュエータとの混合物を含む場合、作動表面は、非軸対称の変形の可能性を維持しながら増加される。作動中、メンブレン２を変形するためのエネルギーは、やはり、１つのリングしかない場合よりも高い。そのような構成は焦点距離変化と画像安定化機能とを組み合わせるのに有利である。これは、やはり、主作動手段がリングの一方に対応し、補足作動手段が他方のリングに対応する場合に該当する。
【００６６】
図４Ａ、４Ｂは、２つの異なるモードで主作動手段を作動した後のメンブレン２の変形形状の断面図を示す。図４Ａおよび４Ｂは作動手段を示していないことに留意されたい。
【００６７】
図４Ａおよび図４Ｂの変形形状は、それぞれ、２つおよび４つの変曲点４０を有しており、変曲点４０は星印によって示されている。図４Ａに示されたメンブレン２の変形形状は、図１Ａまたは図３Ａに示された作動手段により得ることができる。
【００６８】
４つの変曲点４０は、上述したような主作動手段５と、図５Ａに示されるような補足作動手段５’とを使用して得ることができる。
【００６９】
主作動手段５は図１Ａに示されたものと同様であり、言い換えれば、連続リングに配置された圧電アクチュエータ５．１の形態である。補足作動手段５’は、同様に、連続リングに配置された圧電アクチュエータ５．１’から形成されるが、ここで、リングは第１にメンブレン２におよび第２に支持体１に固定され、中間領域２．２にわたって延び、メンブレン２の固定領域２．３の一部を占める。補足作動手段５’は、図５Ｃに示されるように不連続リングに配置されたいくつかの基本圧電アクチュエータ５．１’を有することができる。補足作動手段の基本圧電アクチュエータ５．１’は、さらに、各々メンブレン２と圧電バイモルフを形成する。補足圧電作動手段５’および主作動手段５は、作動されると、メンブレンの静止位置に対して中央領域を変形させるためにメンブレンの中間領域から中央領域への、または逆への前記流体の変位を生成するように半径方向に収縮または拡張する。
【００７０】
主作動手段および補足作動手段は独立に制御することができる。主作動手段および補足作動手段が設けられることにより、中央領域のメンブレンの変形に微調整を行う手段が与えられる。例えば、主作動手段の作動により、自動焦点機能を行って、メンブレンの中央領域の軸対称変形をもたらすことが可能になる。補足作動手段の作動は画像安定化機能を行い、それはメンブレンの非軸対称の変形をもたらすことができる。２つの作動は独立におよび連続的に行うことができる。
【００７１】
当然、逆のことを想定することができ、主作動手段が画像安定化機能を行うことができ、補足作動手段が自動焦点機能を行うことができる。同様に、例えば、主作動手段の作動が、限定された振幅の変形形状をもたらす自動焦点機能を行い、補足作動手段の作動がズーム機能を行う場合、２つの作動手段が同時に作動されると、光学ズーム適用を行うことができる。
【００７２】
変形形態として、図５Ｂに示されるように、主作動手段５は不連続リングに配置されたいくつかの基本圧電アクチュエータ５．１を含むことができ、一方、補足作動手段５’は連続リングに配置された圧電アクチュエータ５．１’を含む。当然、図５Ｄに示されるように、不連続リングに配置されたいくつかの基本圧電アクチュエータ５．１を含む主作動手段５は、さらに、不連続リングに配置されたいくつかの基本圧電アクチュエータ５．１’を含む補足作動手段５’に関連することができる。
【００７３】
主作動手段または補足作動手段は所要の変曲点からオフセットされるように位置づけられる。図４Ｂに示されたような４つの変曲点がある場合、リングは、有利には、２つの隣接する変曲点間に配置される。
【００７４】
図６Ａ、６Ｂは、２つのリングＣｉｎｔ、Ｃｅｘｔに分配された圧電アクチュエータ５．１を含む作動手段５による断面を示し、これらの圧電アクチュエータ５．１は圧電材料の同じブロック５０を共有する。２組の電極５１、５２が描かれており、各組は圧電材料５０に電界を生成し、機械的変形を生成する。２組の電極（５１、５２）はリングに配置され、同心で配置される。そのような作動手段５は、図６Ｂに示されるように、同心で位置づけられた２連の圧電アクチュエータ５．１と同等であり、この連続のものの各々は１つまたは複数の圧電アクチュエータを含む。したがって、圧電材料のブロック５０は１組の極性電極では局所的にしか変形しない。図６Ｃに示すように、作動手段５はリングに配置されたいくつかの基本圧電アクチュエータ５．１を含み、これらの圧電アクチュエータは連続リングの形態で圧電材料の同じブロック５０を共有することを想定することができる。リングセクタに配置された４組の非隣接電極は圧電材料のこのブロック５０に配置される。図６Ｃは上面図であり、各組の単一の電極５１のみを示す。図６Ｄは、内側リングＣｉｎｔとして構成された圧電アクチュエータと、単一の外側リングＣｅｘｔに構成されたいくつかの基本圧電アクチュエータとを含む作動手段５の構成の上面図を示し、アクチュエータはすべて圧電材料の同じブロック５０を共有する。外側リングの圧電アクチュエータの電極はリングであり、一方、外側リングの基本圧電アクチュエータの電極はリングセクタの形状である。再度、図６では、リングＣｉｎｔまたはＣｅｘｔの一方は主作動手段として働くことができ、他方のリングＣｅｘｔまたはＣｉｎｔは補足作動手段として働くことができる。
【００７５】
圧電材料と電極の間の結合モードは、実施しやすいので横方向で示される。圧電材料層は１つまたは複数の対の電極間に少なくとも局所的に挟まれる。しかし、当然、任意の他の結合モード、例えば、縦または剪断モードを採用することができる。
【００７６】
各対の電極は他のものと無関係に電力供給されうるが、それは、すべての対の電極に異なる電圧を印加することができることを意味する。したがって、中央領域２．１におけるメンブレン２の変形は非軸対称とすることができ、多くの変形のバリエーションがありうる。
【００７７】
したがって、逆圧電効果を使用して、メンブレン２の中央領域２．１の変形を制御することになる。
【００７８】
正圧電効果を使用して、メンブレン２の変形をモニタすることができる。非作動の基本圧電アクチュエータの端子に発生する電圧を取得することができ、一方、同じリングの他の基本圧電アクチュエータは作動される。図６Ｅに示されるように、このモニタリングに特に専用に設けられたリングに配置された、正圧電効果によって受動的に動作することができる１つまたは複数の圧電アクチュエータを設けることも可能であることになる。内側リングＣｉｎｔは、正効果によってメンブレンの局所変形を検出する少なくとも１つの受動圧電アクチュエータ７０から形成される。作動手段５は、外側リングに配置されたいくつかの基本圧電アクチュエータ５．１から形成される。これらの圧電アクチュエータ５．１は逆効果によって作動することができる。このアクチュエータは中間領域および場合によっては固定領域でメンブレンに固定される。
【００７９】
当然、単一の圧電アクチュエータはメンブレンを断続的に変形し、メンブレンの変形を断続的にモニタすることができることになる。したがって、単一の圧電アクチュエータは、あるときは受動的であり、他のときは能動的でありうる。
【００８０】
さらに別の変形形態は、メンブレンの変形をモニタするために圧電アクチュエータの代わりに別のタイプの歪みゲージを使用することである。
【００８１】
光学デバイスが支持体１に固定された補足作動手段５’を備える場合、固定は、図７Ａおよび７Ｂに示されるように直接的とするか、または図７Ｃに示されるように間接的とすることができる。図７Ａでは、補足作動手段５’はメンブレン２の上にあり、中間領域２．２および固定領域２．３上を延び、支持体１上で直接に延びる。補足作動手段５’は、メンブレン２と支持体１との間に閉じ込められた流体４といかなる接触もしない。図７Ｂでは、補足作動手段５’はメンブレン２の下にあり、同じように中間領域２．２および固定領域２．３にわたって延び、支持体１上を直接に延びる。
【００８２】
図７Ｃでは、補足作動手段５’はメンブレン２の上にあり、中間領域２．２および固定領域２．３にわたって部分的に延びることがあるが、支持体１を直接に占めない。主作動手段は、見やすくするために、図７Ａ、７Ｂ、７Ｃでは示されていない。
【００８３】
次に、図８Ａから８Ｃを参照しながらメンブレン２のいくつかの特性を説明する。このメンブレン２は、既に説明したように、縁部から中心の方への方向に固定領域２．３、中間領域２．２、および中央領域２．１と呼ばれる少なくとも３つの領域を含む。中間領域２．２は、図示はされていない作動手段が直接に適用される領域である。光学場のために専用に設けられた中央領域２．１は流体４の移動によって変形される。この変形は可逆的であるので、この中央領域２．１の材料は弾性変形範囲で動作することになる。その透明の性質または反対に反射の性質は既に上記で説明した。メンブレン２は中央領域２．１から固定領域２．３まで単層で同質性である（図８Ａ）ことが可能である。変形形態として、図８Ｂに示されるように多層とすることができ、２つの層は２ａ、２ｂで参照される。メンブレンは、中央領域２．１、中間領域２．２、および固定領域２．３の一部で２つの重畳された層２ａ、２ｂを有する。この固定領域２．３では、スタックでの上にある層２ａは、下にある層２ｂを越えて支持体１上を直接に延ばされる。
【００８４】
メンブレン２の固定領域２．３は、支持体１への接合性を有していなければならない。図８Ｂでの上にある層２ａは、下にある層２ｂよりも支持体１への接合性が良好であるように選択することができる。
【００８５】
メンブレン２の中間領域２．２は、作動手段によって誘起された変形を強める性質を有することができ、それは、中間領域２．２が、好ましくは、中央領域２．１よりも堅いように選択されることを意味する。実際には、作動手段とメンブレン２自体との間に相互作用がある。メンブレン２は作動に寄与し、各圧電アクチュエータとともにバイメタル板を形成する。したがって、中間領域２．２は多層であることが可能であり、中間領域２．２の様々な層に対する作動手段の位置についていくつかの可能性がある。
【００８６】
メンブレン２は、中央領域２．１を占め、構成によってはメンブレン２の表面全体にわたって延びる少なくとも１つの主層２ｂと、少なくとも中間領域２．２を含むメンブレン２の一部にわたってのみ延びる少なくとも１つの強化層２ｃとによる異質性とすることができる。この場合を示す図８Ｃにおいて、主層２ｂはメンブレン２の表面全体にわたって延び、強化層２ｃは、この例では、固定領域２．３および中間領域２．２を延びる。強化層２ｃは、層２ｂをもつ図９Ｂにおけるのと同様に支持体１の一部を直接に占める。図９Ａ、９Ｂ、９Ｃでは、メンブレン２は表面全体にわたって延びる連続主層２ｂを含んでいるが、これは後で見るように強制ではない。
【００８７】
主作動手段または補足作動手段はメンブレン２の下にあり、メンブレン２が支持体１と協同して閉じ込める流体４に接触する場合があり、またはメンブレン２の上にある場合があり、またはメンブレン２に統合され、その結果、多層となる場合がある。
【００８８】
主作動手段または補足作動手段がいくつかのリングに分配される場合、異なるリングに配置された圧電アクチュエータは必ずしもすべてメンブレン２に対して同じ場所に位置づけられるとは限らない。図９Ａから９Ｈを参照しながら、メンブレン２に対して作動手段５、５’に関する様々な可能な位置を考えることになる。他の可能性がある。図９Ａから９Ｅは、作動手段が単一リングに配置された１つまたは複数の圧電アクチュエータを含む主作動手段５であり、その結果、支持体１に固定されていないことを示す。作動手段はメンブレン２の中間領域２．２にのみ固定される。
【００８９】
図９Ａでは、メンブレン２は、中央領域２．１から固定領域２．３まで延びる連続層２ｂと、中間領域２．２にのみ延びる上にある強化層２ｃとを含む。作動手段５は単一リングに配置され、強化層２ｃの上にある。作動手段５は、メンブレン２および支持体１が閉込めに寄与する流体４に接触しない。
【００９０】
図９Ｂは中央領域２．１から固定領域２．３まで延びる連続層２ｂを示し、メンブレン２の中間領域２．２に配置された作動手段５は連続層２ｂと強化層２ｃとの間に挟まれる。強化層２ｃおよび作動手段５は、メンブレン２および支持体１が閉込めに寄与する流体４に接触しない。強化層２ｃは、強化層２ｃを越えて延びる作動手段５と完全には一致しない。逆も可能であることになり、強化層２ｃは作動手段５を越えて延びることが可能である。
【００９１】
図９Ｃは連続層２ｂを示し、メンブレン２の中間領域２．２に配置された作動手段５は連続層２ｂと強化層２ｃとの間に挟まれる。しかし、この場合、強化層２ｃおよび作動手段５は、メンブレン２および支持体１が閉込めに寄与する流体４に接触する。
【００９２】
図９Ｄは連続層２ｂを示し、メンブレン２の中間領域２．２に配置された強化層２ｃは連続層２ｂと作動手段５との間に挟まれる。しかし、この場合、強化層２ｃおよび作動手段５は、メンブレン２および支持体１が閉込めに寄与する流体４に接触する。
【００９３】
図９Ａ、９Ｃ、９Ｄでは、強化層２ｃおよび作動手段５は一致した表面を有する。当然、これは、図９Ｂで見ることができるように強制ではない。図９Ｅでは、連続層２ｂと、連続層２ｂと作動手段５との間に挟まれた強化層２ｃとがある。強化層２ｃは作動手段５を越えて延び、固定領域２．３の一部を占める。一方、中央領域２．１を堅くしすぎないようにするために中央領域２．１の部分を占めないことが好ましい。
【００９４】
図９Ｆ、９Ｇ、９Ｈは、支持体１への固定なしにリングに配置された１つまたは複数の圧電アクチュエータを含む主作動手段５、および支持体１に直接に固定されたリングに配置された１つまたは複数の圧電アクチュエータを含む補足作動手段５’を示す。
【００９５】
図９Ｆでは、主作動手段５および補足作動手段５’は、メンブレン２と支持体１との間に閉じ込められた流体４に接触する。それらは共に連続層２ｂの上にある強化層２ｃの同じ側にある。強化層２ｃは、作動手段５、５’と連続層２ｂとの間にある。主作動手段５および補足作動手段５’は隣接しておらず、それらの間に空間が形成され、強化層２ｃがこの空間を占め、この空間で流体４に接触する。連続層２ｂは主作動手段５に接触しないが、それは、それらの間に形成された空間があるからであることが分かる。強化層２ｃがこの空間を占める。したがって、連続層２ｂは可変の厚さを有し、中間領域２．２および固定領域２．３よりも中央領域２．１において厚い。
【００９６】
図９Ｇでは、補足作動手段５’および主作動手段５は強化層２ｃの同じ側に配置されない。補足作動手段５’は、メンブレン２および支持体１が閉込めに寄与する流体４の側にある。主作動手段５は強化層２ｃを基準にして流体４の反対側にある。連続層２ｂは、図９Ｆに示された例におけるように中央領域２．１から固定領域２．３まで延びる。再度、強化層２ｃは、主作動手段５と補足作動手段５’との間の空間、および主作動手段５と連続層２ｂとの間の空間を占める。
【００９７】
図９Ｈは、主作動手段５および補足作動手段５’が強化層２ｃの同じ側に必ずしもあるとは限らないメンブレン２のさらに別の例である。主作動手段５は、支持体１とメンブレン２との間に閉じ込められた流体４に接触する。補足作動手段５’は、流体４の反対側の強化層２ｃの側にある。補足作動手段５’は強化層２ｃを通して支持体１に固定される。前の構成との別の差は、中央領域２．１の層２ｂが、以前そうであったように固定領域２．３まで連続しているのではないことである。それは中間領域２．２まで延びるが、固定領域２．３の前で終わる。再度、中央領域２．１で延びるこの層２ｂは、中間領域２．２よりも中央領域２．１において厚い。強化層２ｃと、中央領域２．１を占める層との間の組み立ては、作動手段５、５’が作動させるときでさえ、支持体１およびメンブレン２が閉じ込めに寄与する流体４が空洞から流出することができないように十分に密閉されなければならない。
【００９８】
図９Ｆから９Ｈでは、強化層２ｃは主作動手段５および補足作動手段５’に共通である。これらの作動手段のうちの１つが、いくつかのセクタまたはロッドに分割されたリングに配置された基本圧電アクチュエータを含む場合、強化層２ｃは連続とすることが可能である。変形形態として、それを不連続とすることができることを後で見ることになる。
【００９９】
これらのすべての例において、中央領域を占める層２ｂと、強化層２ｃとは単層であるように示されているが、それらの一方または両方を多層とすることができることは明らかである。
【０１００】
強化層２ｃは図１０Ｂに示されるように連続でないか、または図１０Ｄ、１０Ｆに示されるように部分的に不連続であることが可能である。これらの構成では、強化層２ｃの輪郭は主作動手段５の輪郭とほぼ同じである。
【０１０１】
図１０Ａは、リングに配置されたリングセクタにおけるいくつかの基本圧電アクチュエータ５．１から形成された主作動手段５の上面図を示す。図１０Ｂは４つのリングセクタに同様に分割された強化層２ｃを示すが、それは、固定領域２．３の一部を占めるのでより大きい。強化層２ｃの内側半径は主作動手段５のリングの内側半径とほぼ同じであり、一方、その外側半径は主作動手段５の外側半径よりも大きい。組み立て中に、主作動手段５は強化層２ｃに重畳され、次に、強化層２ｃは、中央領域２．１に延びる層２ｂと作動手段５との間に挟まれる。作動手段５の４つのセクタは強化層２ｃの４つのセクタに重畳される。作動手段５のセクタは強化層２ｃのセクタを越えて突き出ない。補足作動手段は、図を混乱させないために、この構成では示されない（図１０Ａ、１０Ｂ）。
【０１０２】
図１０Ｃは、２つのリングに配置された圧電アクチュエータ５．１から形成された主作動手段５を示し、内側のものは連続であり、外側の他方は不連続であり、４つのセクタに分割される。図１０Ｄに示された強化層２ｃは、その内側半径が内側リングの内側半径にほぼ等しく、外側半径が作動手段の外側リングの外側半径よりも大きいリングの形態である。この構成では、強化層２ｃは固定領域２．３の一部を占めることが仮定される。強化層２ｃのリングは、リングの外側に開いた半径方向切込み２０ａを備え、半径方向切込み２０ａは作動手段５の２つの隣接するセクタを分離する空間に関連して取り付けられる。これらの２つの図１０Ｃおよび１０Ｄは、さらに、リングの一方から形成された主作動手段および他方のリングから形成された補足作動手段を示すことができる。
【０１０３】
図１０Ｅは、２つの同心リングに配置されたいくつかの圧電アクチュエータ５．１から形成された主作動手段５を示し、その外側のものは連続であり、内側の他方は不連続であり、８つのセクタに分割される。図１０Ｆに示される強化層２ｃは、内側半径が内側リングの内側半径にほぼ等しく、外側半径が作動手段５の外側リングの外側半径にほぼ等しいリングの形態である。この構成では、強化層２ｃが固定領域２．３の一部を占めないことが仮定される。強化層２ｃのリングはリングの内側縁部に開かれた半径方向切込み２０ａを備え、半径方向切込み２０ａは作動手段の２つの隣接するセクタを分離する空間に関連して取り付けられる。これらの２つの図１０Ｅおよび１０Ｆは、さらに、リングの一方から形成された主作動手段、および他方のリングから形成された補足作動手段を示すことができる。
【０１０４】
図示の様々な構成は限定ではなく、他のものが明らかに可能である。
【０１０５】
次に、図１１Ａ、１１Ｂを参照しながら、メンブレン２の変形を得る方法を説明する。図１１Ａ、１１Ｂに示されたメンブレン２の変形形状は中間領域２．２で半径方向に２つの変曲点４０を有する。
【０１０６】
これらの２つの変曲点４０は、例えば図５Ａで示されたように、主作動手段５および補足作動手段５’を使用して得ることができる。
【０１０７】
図１１Ａでは、主作動手段５および補足作動手段５’は、メンブレン２の同じ側、この例では、メンブレン２と支持体１との間に閉じ込められた流体４と同じ側にある。作動中、これらの作動手段に関連する電極は、メンブレン２への異なる曲率を得るために逆に極性を与えられる。主作動手段５の圧電アクチュエータは半径方向に伸長され、補足作動手段５’の圧電アクチュエータは半径方向に収縮される。同じ効果は、メンブレン２の各側に主作動手段５および補足作動手段５’の圧電アクチュエータを配置することによって、および作動手段の一方の圧電アクチュエータの電極に他方の作動手段の圧電アクチュエータの電極と同じように極性を与えることによって得ることができる。主作動手段５および補足作動手段５’の圧電アクチュエータは同じように変形されて半径方向に伸長または収縮される。
【０１０８】
図１１Ａおよび１１Ｂでは、メンブレン２は単層であるように示されているが、当然、多層とすることができ、図１１Ａに記載された作動手段は図９Ｆの構成に置きかえることができる。同様に、図１１Ｂに記載された作動手段は図９Ｇまたは９Ｈの構成に置きかえることができる。補足作動手段は、図を混乱させないために、これらの図１２に示されていない。この図に記載されたすべてのものは本発明による光学デバイスに当然適用される。
【０１０９】
支持体１は、本明細書の最初で示されたように単一体とすることができる。図１２Ａに示される変形形態のように、支持体１はフレーム１．５がプレート１．１に取り付けられることによって形成され、皿部３を形成することができる。プレート１．１は、光学デバイスが透過で動作するとき通過する光放射にとって透明であり、光学デバイスが反射で動作するとき反射する皿部３の底部を具現する。メンブレン２または流体４については上述したものからの変更はない。作動手段５は、リングに配置された単一の圧電アクチュエータの形態である。
【０１１０】
透明プレート１．１は、図１２Ａに示されるようにほぼ平行の平面な面によりほぼ一定の厚さを有することができる。少なくとも１つの面は、外面が凸面または凹面である図１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄに示されるように構造化することができる。光学デバイスにとって必要な光学性能に応じて選択が行われる。それは、光放射がレンズを通過できるようにする。フレーム１．５はシリコンのような半導体材料で製作することができ、それにより、作動手段５の制御の処理に関連する回路を統合することが可能になる。回路は、図を混乱させないために示されていない。透明プレート１．１はガラスまたはプラスチックで製作することができる。
【０１１１】
図１２Ｂ、１２Ｃでは、透明プレート１．１は凸面構造を有し、図１２Ｄでは、凹面構造を有する。透明プレート１．１の構造は、例えば、機械加工または成型によって得ることができる。
【０１１２】
図１２Ｅでは、支持体１はフレーム１．５によって具現され、透明プレート１．１は第２のメンブレン２００と取り替えられている。第２のメンブレン２００は、第１のメンブレン２とほぼ同じ表面を有する層を含む。２つのメンブレン２、２００はフレーム１．５に固定され、各々主面の一方に固定される。それらは液体４の容器を製作するのに寄与する。これにより、メンブレン２の光学性能が向上する。説明される例では、作動手段５はメンブレン２の一方にのみ設けられる。他方のメンブレン２００は作動されないが、それにもかかわらず、作動手段５が作動されると変形する。変形形態として、２つのメンブレンを作動させることができる。
【０１１３】
作動手段５を備えたメンブレン２は、図９Ｈに示されるように支持体１に封着された保護キャップ２０１で覆われることが可能である。このキャップ２０１は空洞の境界を定める。例えば、取付けは、分子接合によって、有機接合によって、陽極接合によって、例えば、キャップ２０１と封着されるべき支持体１との間に挟まれる例えばＡｕ／ＳｉまたはＡｕ／Ｓｎの合金層の共晶接合によって行うことができる。これらの接合技法は、マイクロエレクトロニクス産業およびマイクロシステムで現在使用されている。
【０１１４】
キャップ２０１は第２の流体４’が閉じ込められる空洞６の境界を定め、メンブレン２の上面、言い換えれば、第１の流体４に接触していない面は第２の流体４’に接触する。キャップ２０１の少なくとも中央部分と、第２の流体４’とは、光学デバイスの性質に応じてメンブレン２で反射されるか、またはそれを通過することになる入射光放射にとって透明でなければならない。
【０１１５】
キャップ２０１は、可視の波長を透過させるべきである場合、ガラス、またはポリエチレンテレフタレートＰＥＴ、ポリエチレンナフタレート、ポリメチルメタクリレートＰＭＭＡ、もしくはポリカーボネートＰＣなどの有機材料で製作することができる。変形可能メンブレン２をもつそのような光学デバイスは操作するのが困難である壊れやすい物体であるので、キャップ２０１はメンブレン２を保護する。
【０１１６】
光学デバイスはマイクロエレクトロニクスで知られている技法によって製作することができる。化学蒸着、物理気相電着、エピタキシー、熱酸化、蒸着、およびフィルム貼合せなどの薄層堆積技法を使用することができる。有機材料またはゾルゲルタイプ材料はスピンコータによるスパッタリングによって堆積することができる。成型、エンボシング、熱エンボシング、ナノインプレッション技法を使用して、図１２Ｂから１２Ｄに示されたように基板の下面を構造化することができる。技法接合をさらに使用して、メンブレン２を支持体１に接合すること、または底部３をフレーム１．５に接合すること、またはキャップ２０１を支持体１に接合することができ、これらの技法は、例えば、直接接合、共晶接合、陽極接合、有機接合の中から選択することができる。底部をフレームに接合した後に、例えば、研削、化学的薄化、または２つのタイプの組合せによる薄化ステップを行うことができる。光学デバイスはバッチ式に製造することができ、異なるデバイスのキャップ２０１はすべてまとめて製作することができる。
【０１１７】
メンブレン２は、ポリジメチルシロキサン、ポリメチルメタクリレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、パリレン、エポキシ樹脂、感光性ポリマー、Ｓｈｉｎ−ＥｔｓｕによるＳｉＮＲまたはＤｏｗ  ＣｏｒｎｉｎｇによるＷＬ５１５０という名称で知られているもののようなシリコーンなどの有機材料、またはシリコン、酸化ケイ素、窒化ケイ素、炭化ケイ素、多結晶シリコン、窒化チタン、ダイヤモンド状炭素、スズインジウム酸化物、アルミニウム、銅、ニッケルなどの無機質材料から製作することができる。
【０１１８】
流体４、４’の各々は、炭酸プロピレン、水、指標液体、光学オイル、もしくはイオン液体のような液体、または例えば、空気、窒素、ヘリウムなどの気体とすることができる。
【０１１９】
作動手段５、５’の圧電材料は、ＰＺＴ、すなわち化学式Ｐｂ（Ｚｒｘ，Ｔｉ１−ｘ）Ｏ３をもつジルコン酸チタン酸鉛、窒化アルミニウムＡｌＮ、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）およびそのトリフルオロエチレン（ＴｒＦＥ）とのコポリマー、酸化亜鉛ＺｎＯ、チタン酸バリウムＢａＴｉＯ３、ニオブ酸鉛ＰＮｂＯ３、チタン酸ビスマスＢｉ４Ｔｉ３Ｏ１２、または２／３に等しい金属／酸素比をもつ酸化物である他のシレナイトの中から選択することができる。
【０１２０】
ＰＺＴなどの圧電材料で製作される層の堆積は約８００℃での高温アニーリングを必要とする。多くの場合、メンブレン２で使用される材料はこれらの温度に耐えないことになる。したがって、第１のステップは、圧電材料作動手段を製作し、それをメンブレンに後で組み立てることである。これらの制約は、本発明による光学デバイスの製造中にスタックを生成するとき考慮に入れられなければならない。
【０１２１】
発明者らは、本発明による光学デバイスが製作される異なる材料は同じ熱膨脹係数を有していないので、光学デバイスの焦点距離が望ましくないように変化することがあることが分かった。
【０１２２】
したがって、温度変化に起因する焦点距離の変化を補償するための手段を備えることができる。図１３Ａ、１３Ｂを参照されたい。
【０１２３】
これらの補償手段９５は、図１３Ａに示されるように中間領域２．２に突き出るように固定領域２．３でメンブレン２に、または図１３Ｂに示されるように皿部３の底部３．１に、リングに配置された１つまたは複数の熱バイモルフ素子９５．１から形成される。これらのバイモルフ素子９５．１はこの補償のために専用に設けられる。特に、メンブレン２と支持体１の間に閉じ込められた流体４の体積の増加を、したがって、メンブレン２の望ましくない変形を引き起こす温度の上昇の影響下で、バイモルフ素子９５．１は、その厚さを増加させることによって皿部３の体積を増加させるように変形する。異なる熱膨脹係数をもつ材料から製作された２つの重畳された層から形成されたバイモルフ素子９５．１は、当業者にいかなる問題ももたらさないであろう。
【０１２４】
図１３Ｂに示された構成では、支持体１は図１２Ｂで示された支持体と同様である。流体側４において、バイモルフ素子９５．１はフレーム１．５上にあり、透明プレート１．１まで突き出る。透明プレート１．１の中央部分は凹面であり、その周辺に細い溝を含む。光軸に沿って可撓性を与え、皿部３の体積の増加を可能にするために、膨張接続部９６がプレート１．１とフレーム１．５との間に挿入される。皿部３の体積の増加は、固定領域２．３および／または支持体１の端部のまわりのメンブレン２の変形によることになる。この目的は、メンブレン２と支持体１との間に閉じ込められた流体４の膨張が中央領域２．１におけるメンブレン２の偏位に、したがって光学デバイスの焦点距離にいかなる影響もないことである。
【０１２５】
変形形態として、温度変化の影響下で焦点距離の変化を補償するために設けられる手段９５は、主作動手段５または補足作動手段５’の少なくとも１つの単一リングに配置された圧電アクチュエータ５．１で行うことができる。例えば、それは、図６ＢのリングＣｉｎｔにより配置された圧電アクチュエータとすることができる。
【０１２６】
次のステップは、光学デバイスの動作温度、例えば、−２０℃から＋６０℃の範囲内で、圧電材料のブロックが光学デバイスの他の材料、すなわち、支持体１、キャップがあるならば場合によってはキャップ１、および圧電材料の他のブロック、第１の流体４および第２の流体４’、ならびに当然メンブレン２の熱膨張を相殺するように、適切な熱膨脹係数をもついくつかの圧電材料のスタックとして圧電材料から製作された圧電アクチュエータのブロックを製作することである。当然、この補償は、関係する圧電材料のブロックに電界を印加することなしに行われることになる。
【０１２７】
さらに、温度変化の影響下で焦点距離の変化を補償するための手段９５は、気候条件に関係なくメンブレン２に加えられた残留応力が確実にほぼ一定のままであるようにするのに寄与することができる可能性がある。したがって、これにより、光学デバイスの性能を劣化させる影響がある過度の圧縮応力または過度の引張応力の場合に、メンブレン２のバックリング（ｂｕｃｋｌｉｎｇ）またはクリンプリング（ｃｒｉｍｐｌｉｎｇ）の発生が避けられる。
【０１２８】
メンブレン２の材料は、製造方法の要求事項を満足させるように、または液体レンズもしくはミラーが特定の性能を達成するように選択される。
【０１２９】
中央領域２．１がより可撓性である場合、光学デバイスの効率は所与のエネルギー消費量に対してより良好である。シリコーン有機材料は特に好適である。次に、中央領域から少なくとも中間領域まで、またはさらに固定領域まで延びる有機層上に、例えば、酸化ケイ素および／または窒化ケイ素などの無機質材料で製作された強化層を設けることによって、メンブレンを中間領域でより堅くすることが好ましい。中央領域２．１が酸化ケイ素または窒化ケイ素で製作されるメンブレン２も好適であることになる。
【０１３０】
さらに、作動手段は、メンブレン２に取り付けられた後、メンブレン２の予定された挙動を乱さないように準備されることになる。静止状態のメンブレン２の変形形状は、光学デバイスの所要の使用目的に適合しなければならない。静止状態で、メンブレン２は、ほぼ平面、または凹面もしくは凸面ジオプターを形成することができる。
【０１３１】
さらに、静止状態のメンブレンは、いかなるクリンプリングまたはバックリングも引き起こさない十分に低い残留圧縮応力を受けるように準備されることになる。同様に、静止状態で、メンブレン引張応力は、メンブレンが作動手段の作動に効率的に反応するように十分に低くなければならないが、それは、過度の引張りがメンブレンに加えられている場合そうではないことになる。したがって、引張応力と圧縮応力との間で妥協を見つけなければならない。
【０１３２】
強化層は、作動手段によって印加された圧力を、メンブレンと支持体との間に閉じ込められた流体に印加し、その結果、所要の流体変位を生成するように十分堅くなければならない。強化層に使用することができる材料のリストが以下で与えられる。それは、ヤング率が数十ＧＰａと数百ＧＰａとの間にある数十ナノメートルから数マイクロメートルの程度の厚さのチタン、窒化チタン、アルミニウムなどの金属材料とすることができる。それは、数十ナノメートルから数マイクロメートルの程度の厚さを有し、ヤング率が数十ＧＰａと数百ＧＰａとの間にある酸化ケイ素、窒化ケイ素などの材料とすることができる。最後に、それは、数マイクロメートルの厚さを有し、ヤング率が数ＧＰａである感光性ポリマー、特にベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）などの有機材料からなることができる。
【０１３３】
次に、本発明による可変焦点距離をもつ光学デバイスの製造方法の一例を考える。犠牲層を使用することになる。図１４Ａから１４Ｇを参照されたい。
【０１３４】
出発点は皿部３がエッチングされた基板１００である。基板１００は、例えば、ガラスで製作することができる（図１４Ａ）。それは支持体を形成する。犠牲材料１０１が皿部３に堆積される（図１４Ｂ）。犠牲材料１０１は、有機体、例えば、感光性樹脂、または酸化ケイ素などの無機質材料とすることができる。
【０１３５】
メンブレン２が犠牲材料１０１上に形成され、その結果、メンブレン２は皿部３の縁部を越えて突き出し、それに固定される（図１４Ｃ）。上記で列記した材料から選択された材料をメンブレン２のために堆積させることができる。堆積はスピンコータまたは化学蒸着で行うことができる。
【０１３６】
次のステップは、支持体１に接触しない中間領域に作動手段５を形成することである（図１４Ｄ）。作動手段５は、薄層堆積、リソグラフィ、エッチングなどのマイクロシステムで使用される技法によって堆積される。次のステップは犠牲材料を除去することによってメンブレン２を解放することである。これは、光学場（中央領域）の外側で、基板１００に、犠牲材料１０１に達するまで少なくとも１つの孔１０７を孔あけすることによって行うことができる。孔１０７は貫通し、皿部３に通じる（図１４Ｅ）。除去は化学的もしくは熱的とすることができ、または酸素プラズマによることができる。次に、皿部３は流体４で充満される（図１４Ｆ）。充満は、流体４の浸透を促進し、液体の場合に泡の形成を妨げるように皿部３に負圧を与えることによって行うことができる。最後に、孔１０７は、流体４が流出することができないように閉じられる（図１４Ｆ）。有機材料を使用することができる。ステップの順序は限定的でない。
【０１３７】
主作動手段５は、例えば、メンブレン２が解放された後で充満する前または後に形成することもできる。主作動手段５が、最終的に、支持体１とメンブレン２との間に閉じ込められた流体４の側になければならない場合、主作動手段５はメンブレン２が形成される前に犠牲層１０１上に形成することもできる。そのような構成では、メンブレン２は作動手段５の上にある。補足作動手段は、当然、主作動手段と同じように形成することができる。補足作動手段は、図を混乱させないために図１２では示されていない。
【０１３８】
静止状態のメンブレン２が凹面または凸面に湾曲されることが必要とされる場合、犠牲層１０１がメンブレン２への金型として働くので、適切な曲率が犠牲層１０１の自由面に与えられる。湾曲したメンブレン２を得るための別の解決策は、メンブレン２を解放した後それをバックリングすることである。バックリングは熱的とすることができる。そのとき、制御パラメータは、メンブレン２と基板との間の熱膨脹係数の差、およびメンブレン２の堆積温度である。
【０１３９】
メンブレン２は、図９Ｈで説明したように支持体１およびキャップ２０１を組み立てることにより本発明による光学デバイスを製作することによって保護することができる。キャップ２０１は固体である必要はなく、図１４Ｇでは、それは中央部分が窪んでおり、開口が参照番号２０２として示されている。接着剤封着部Ｊを使用して支持体１およびキャップ２０１を組み立てる。
【０１４０】
可変焦点距離をもつそのような光学デバイスは、カメラ、特に携帯電話のカメラで使用することができる。図１５Ａを参照されたい。そのようなカメラは、本発明による可変焦点距離Ｌをもつ少なくとも１つの液体レンズタイプの光学デバイスを含む対物レンズ８０と、基板８２に支持された例えばＣＣＤまたはＣＭＯＳタイプの画像センサ８１とを縦続して含む。説明される例では、対物レンズ８０は、固定焦点距離をもつ少なくとも１つのレンズ８３と、本発明による液体レンズＬとを含む。以下では、固定焦点距離をもつこのレンズ８３は従来の光学ブロックと呼ばれることになる。液体レンズＬは従来の光学ブロック８３と画像センサ８１との間に配置される。変形形態として、従来の光学ブロック８３は液体レンズＬと画像センサ８１との間にあることができる。従来の光学ブロック８３は静的である。既に見たように、製造方法のために、液体レンズＬはＭＯＥＭＳ（微小光電子機械システム）であると考えることができる。可変焦点距離をもつ液体レンズＬは、対物レンズ８０の特性および画像センサ８１によって決まるある距離に配置されるが、この距離が小さい場合、液体レンズＬおよび画像センサ８１は、ＡＩＣ（集積回路上（ａｂｏｖｅ  ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｃｉｒｃｕｉｔ））技術またはＷＬＣＳＰ（ウェハレベルチップスケールパッケージ）技術を使用してそれらを統合することによって単一の構成要素として製作されなければならない。液体レンズＬの焦点距離は、静止状態の液体の圧力、さらに静止状態のメンブレン２の曲率、および液体の屈折率を最適化することによって適合される。
【０１４１】
カメラが図１５Ｂに示されるようなズーム機能をさらに含む場合、少なくとも２つの固定焦点距離レンズ８３．１、８３．２をもつ光学ブロック８３と、２つの液体レンズＬおよびＬ’が使用されることになり、図１５Ｂに示されるように、２つの液体レンズＬおよびＬ’の一方は光学ブロック８３の２つのレンズ８３．１と８３．２との間にあり、他方は画像センサ８１の近くにあることになる。これらの図１５Ａ、１５Ｂでは、ＬおよびＬ’で参照される本発明による光学デバイスは極めて概略的に示されており、それらの作動手段は示されていない。
【０１４２】
本発明による所与のサイズの光学デバイスでは、作動手段の表面は、いくつかのリングに配置されたいくつかの圧電アクチュエータを使用することによって最大にすることができる。作動手段によって供給されるエネルギーを最大にして、一定の電力供給電圧による流体変位を、したがって、光学デバイスの性能を改善し、または等価な光学性能に対する電力供給電圧を最小にすることができる。
【０１４３】
いくつかの圧電アクチュエータリングを有し、それの少なくとも１つが単一の圧電アクチュエータを含み、それの少なくとも１つがいくつかの基本圧電アクチュエータを含む構成は、リングの１つにおける単一の圧電アクチュエータによる高い作動パワーと、別のリングの基本圧電アクチュエータによる非軸対称変形とを与えることができる。
【０１４４】
主作動手段を中間領域でメンブレンにのみ固定することによって、デバイスのサイズは、作動手段が支持体に固定される構成により可能となるものよりも小さくすることができる。
【０１４５】
温度変化に起因する焦点距離の変化を補償する手段を設けると、所与の範囲内で温度に関係なくデバイスの焦点距離を一定に保持することが可能になる。
【０１４６】
本発明のいくつかの実施形態が詳細に説明されたが、本発明のフレームワークから逸脱することなく様々な改変および変更を行うことができ、特に、メンブレンおよび作動手段を製作するために他の方法を使用することができることが理解されよう。
【符号の説明】
【０１４７】
１  支持体
１．１  透明プレート
１．５  フレーム
２  メンブレン
２．１  中央領域
２．２  中間領域
２．３  固定領域
２ａ  上にある層
２ｂ  主層、下にある層、連続層
２ｃ  強化層
３  皿部、空洞
３．１  底部
４  第１の流体、流体
４’  第２の流体
５  主作動手段、主圧電作動手段、作動手段
５．１  圧電アクチュエータ、基本圧電アクチュエータ
５’  補足作動手段、補足圧電作動手段
５．１’  圧電アクチュエータ、基本圧電アクチュエータ
６  空洞
２０ａ  半径方向切込み
４０  変曲点
５０  圧電材料のブロック
５１、５２  電極
７０  受動圧電アクチュエータ
８０  対物レンズ
８１  画像センサ
８２  基板
８３  光学ブロック
８３．１、８３．２  固定焦点距離レンズ
９５  補償手段
９５．１  熱バイモルフ素子
９６  膨張接続部
１００  基板
１０１  犠牲材料、犠牲層
１０７  孔
２００  第２のメンブレン
２０１  キャップ
２０２  開口
Ｂ  ロッド
Ｃ  リング
Ｃｉｎｔ  内側リング
Ｃｅｘｔ  外側リング
Ｊ  接着剤封着部
Ｌ、Ｌ’  液体レンズ
ＳＣ  リングセクタ
【図１Ａ】
0005907871.tif 000002
【図１Ｂ】
0005907871.tif 000003
【図２Ａ】
0005907871.tif 000004
【図２Ｂ】
0005907871.tif 000005
【図２Ｃ】
0005907871.tif 000006
【図２Ｄ】
0005907871.tif 000007
【図２Ｅ】
0005907871.tif 000008
【図３Ａ】
0005907871.tif 000009
【図３Ｂ】
0005907871.tif 000010
【図３Ｃ】
0005907871.tif 000011
【図３Ｄ】
0005907871.tif 000012
【図４Ａ】
0005907871.tif 000013
【図４Ｂ】
0005907871.tif 000014
【図５Ａ】
0005907871.tif 000015
【図５Ｂ】
0005907871.tif 000016
【図５Ｃ】
0005907871.tif 000017
【図５Ｄ】
0005907871.tif 000018
【図６Ａ】
0005907871.tif 000019
【図６Ｂ】
0005907871.tif 000020
【図６Ｃ】
0005907871.tif 000021
【図６Ｄ】
0005907871.tif 000022
【図６Ｅ】
0005907871.tif 000023
【図７Ａ】
0005907871.tif 000024
【図７Ｂ】
0005907871.tif 000025
【図７Ｃ】
0005907871.tif 000026
【図８Ａ】
0005907871.tif 000027
【図８Ｂ】
0005907871.tif 000028
【図８Ｃ】
0005907871.tif 000029
【図９Ａ】
0005907871.tif 000030
【図９Ｂ】
0005907871.tif 000031
【図９Ｃ】
0005907871.tif 000032
【図９Ｄ】
0005907871.tif 000033
【図９Ｅ】
0005907871.tif 000034
【図９Ｆ】
0005907871.tif 000035
【図９Ｇ】
0005907871.tif 000036
【図９Ｈ】
0005907871.tif 000037
【図１０Ａ】
0005907871.tif 000038
【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１０Ｄ】
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【図１０Ｅ】
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【図１０Ｆ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１２Ｄ】
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【図１２Ｅ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１４Ｃ】
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【図１４Ｄ】
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【図１４Ｅ】
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【図１４Ｆ】
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【図１４Ｇ】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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