(57)【要約】  レンズアセンブリーにおいて使用される装置であって、該装置は、軸、および変形可能な表面を持つ変形可能なレンズ要素、それの少なくとも一部はイメージ形成光線を送信する、および、力を前記変形可能な表面に分け与えるよう配置された力分け与え構造メンバーを備え、ここで、前記装置は、前記力分け与え構造メンバーが、押す力、または引く力の少なくとも一つを、前記変形可能表面に分け与えることができるよう、適合されている。
2010513952.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レンズアセンブリーにおいて使用される装置であって：
軸、および変形可能な表面を持つ変形可能なレンズ要素、それの少なくとも一部はイメージ形成光線を送信する；および、
力を前記変形可能な表面に分け与えるよう配置された力分け与え構造メンバーを備え；
ここで、該装置は、前記力分け与え構造メンバーが、押す力、または引く力の少なくとも一つを、前記変形可能な表面に分け与えることができるよう適合されている。
【請求項２】
請求項１の装置において、前記力分け与え構造メンバーは、前記軸から離れて、かつ軸の周りに周囲的に配置されたリングパターンに形成された複数の力分け与え点で、前記変形可能な表面に力を分け与えるよう適合されている。
【請求項３】
請求項１の装置において、前記力分け与え構造メンバーは、前記軸の周りのエリアパターン内に形成された複数の力分け与え点で、前記変形可能な表面に力を分け与えるよう適合されている。
【請求項４】
請求項１の装置において、前記力分け与え構造メンバーは、アクチュエータである。
【請求項５】
請求項１の装置において、前記力分け与え構造メンバーは、アクチュエータにより生成された力を伝達する構造メンバーである。
【請求項６】
請求項１の装置において、前記力分け与え構造メンバーは、一般に、前記軸の方向に力を分け与える。
【請求項７】
請求項１の装置において、前記変形可能な表面は、焦点流体を保持するキャビティーを部分的に定義する。
【請求項８】
請求項１の装置において、前記変形可能なレンズ要素の主要ボディーは、弾性的に変形可能な材料メンバーよりなり、かつ、前記変形可能なレンズ要素は、焦点流体を欠くものである。
【請求項９】
請求項１の装置において、前記装置は、前記構造メンバーが、前記押す力、及び前記引く力の両方を前記変形可能な表面に対して分け与えることができるよう適合されている。
【請求項１０】
請求項１の装置において、前記装置は、前記構造メンバーが、前記引く力を前記変形可能な表面に対して分け与えることができるよう適合されている。
【請求項１１】
レンズアセンブリーにおいて使用される装置であって：
該装置は、軸、および変形可能な表面を持つ変形可能なレンズ要素、それの少なくとも一部はイメージ形成光線を送信する；および、
力を前記変形可能な表面に分け与えるよう配置された力分け与え構造メンバーを備え；
ここで、該装置は、前記力分け与え構造メンバーが、押す力を前記変形可能表面に分け与えて、前記変形可能なレンズ要素の厚さを、前記撮像する軸と平行に走る複数の想像線に沿って減少せしめ得るよう適合されている。
【請求項１２】
請求項１１の装置において、前記装置は、前記押す力が前記変形可能な表面に分け与えられるとき、前記変形可能な要素が、前記軸の周りの前記変形可能表面の１つのエリア内で外方に膨らむよう適合されている。
【請求項１３】
請求項１の装置において、前記装置は、それに沿って前記変形可能レンズ要素の厚さが減少する複数の想像線は、前記撮像する軸と平行に走り、かつ、前記軸から離れて、かつ軸の周りに周囲的に配置されたリング形状のパターンにより限定された領域内で前記変形可能な表面と交差する複数の想像線を含まないよう適合されている。
【請求項１４】
請求項１１の装置において、前記複数の想像線は、前記軸の周り配置された想像線を含む。
【請求項１５】
レンズアセンブリーにおいて使用される装置であって：
該装置は、軸、および変形可能な表面を持つ変形可能なレンズ要素、それの少なくとも一部はイメージ形成光線を送信する；および、
力を前記変形可能な表面に分け与えるよう配置された力分け与え構造メンバーを備え；
ここで、該装置は、前記力分け与え構造メンバーが、以下のうちの１つ、またはそれ以上を、前記変形可能な表面に分け与えることができるよう適合されている：
(a) 前記変形可能な表面が、前記軸の周りの前記変形可能な表面の１つのエリア内で外方に膨らむ結果を生ぜしめる押す力；および、
(b) 前記変形可能な表面の形状が変化する結果を生ずる引く力。
【請求項１６】
請求項１５の装置において、前記変形可能な表面は、凹の形状が可能であり、かつ、前記引く力は、前記変形可能な表面の凹性を増大させる。
【請求項１７】
請求項１５の装置において、前記変形可能な表面は、凸の形状が可能であり、かつ、前記押す力は、前記変形可能な表面の凸性を増大させる。
【請求項１８】
請求項１５の装置において、前記装置は、前記力分け与えメンバーが、前記押す力、及び前記引く力のいずれかを、前記変形可能な表面上に分け与えることが可能であるよう、適合されている。
【請求項１９】
請求項１５の装置において、前記押す力、及び前記引く力の少なくとも１つは、電気−活性ポリマーアクチュエータにより生成される。
【請求項２０】
請求項１５の装置において、前記押す力、及び前記引く力の少なくとも１つは、一般に、前記軸の方向内の方向に分け与えられる。
【請求項２１】
請求項１５の装置において、前記変形可能なレンズメンバーの主要なボディーは、弾性的に変形可能な材料メンバーよりなる。
【請求項２２】
請求項１５の装置において、前記変形可能な表面は、焦点流体により充填されたキャビティーを部分的に定義する。
【請求項２３】
請求項１５の装置において、前記押す力は、前記変形可能なレンズ要素の厚さが、前記軸と平行に走る、かつ、前記軸と離れている想像線に沿って減少する結果を生ぜしめる。
【請求項２４】
請求項１５の装置において、前記押す力は、前記変形可能なレンズ要素の厚さが、前記軸と平行に走る、かつ、前記軸と離れている複数の想像線に沿って減少する結果を生ぜしめるものであり、前記複数の想像線は、前記軸の周りに周囲的に配置されている。
【請求項２５】
レンズアセンブリーにおいて使用される装置であって：
該装置は、軸、および変形可能な表面を持つ変形可能なレンズ要素、それの少なくとも一部はイメージ形成光線を送信する；および、
力を前記変形可能な表面に分け与えるよう配置された力分け与え構造メンバーを備え；
ここで、該装置は、前記力分け与え構造メンバーが、押す力を前記変形可能表面に分け与えて、前記変形可能なレンズ要素の厚さが、前記軸に沿って減少する結果を生じるように適合されている。
【請求項２６】
請求項２５の装置において、前記力分け与え要素は、前記軸の周りの１つの領域を含む複数の力分け与え点で、前記変形可能な表面に前記押す力を分け与える、ここで、前記力分け与えメンバーは、イメージ形成光線の送信について光学的に透明であるように構成されている。
【請求項２７】
請求項２５の装置において、前記変形可能レンズメンバーは、そのストレスの印加のない状態で公称的に凸である。
【請求項２８】
請求項２５の装置において、前記力分け与え構造メンバーは、前記変形可能な表面の全体エリアに渡って実質的に定義された複数の点で前記形可能な表面に力を分け与える。
【請求項２９】
請求項２５の装置において、前記変形可能なレンズ要素の主要な全体ボディーは、弾性的に変形可能な材料メンバーにより与えられる。
【請求項３０】
請求項２５の装置において、前記力は、前記軸の周りに配置された光学的に透明なエリアを持つ電気−活性ポリマーアクチュエーターにより生成される。
【請求項３１】
請求項２５の装置において、前記力は、前記変形可能な表面の形状に実質的に合う可撓性のメンバー、該可撓性のメンバーは前記軸の周りに配置された光学的に透明のエリアを持つ、よりなる電気−活性ポリマーアクチュエータにより生成される。
【請求項３２】
請求項２５の装置において、前記装置は、前記押す力が、一般に前記軸の方向における方向に分け与えられる。
【請求項３３】
以下のものよりなる方法：
変形可能なレンズ要素を、光学システム内に組み入れること、前記変形可能なレンズ要素は、それの少なくとも一部がイメージ形成光線を送信する変形可能な表面を持つ；および、
前記変形可能なレンズ要素の前記変形可能な表面に、前記表面の複数の力分け与え点で前記光学システムの光学特徴を変えるよう力を分け与えること、よりなり、ここで、前記分け与えステップは、前記力を分け与えるのに力分け与え構造メンバーを利用するステップを含む。
【請求項３４】
請求項３３の方法において、前記分け与えステップは、電気−活性ポリマーアクチュエータを利用するステップを含む。
【請求項３５】
請求項３３の方法において、前記変形可能レンズ要素は軸を持ち、前記分け与えステップは、前記力を、一般に前記軸の方向に分け与えるステップを含む。
【請求項３６】
請求項３３の方法において、前記複数の力分け与え点は、前記軸から離れて、軸の周りに周囲的に配置された前記表面上のリングパターン内に定義されている。
【請求項３７】
請求項３３の方法において、前記複数の力分け与え点は、前記軸の周りに２次元エリアを定義する。
【請求項３８】
請求項３３の方法において、前記力は、前記変形可能なレンズ要素に向けられた押す力である。
【請求項３９】
請求項３３の方法において、前記変形可能なレンズ要素から離れるように向かう引く力である。
【請求項４０】
以下のものよりなる方法：
軸を有する変形可能なレンズ要素を光学システム内に組み入れること、前記変形可能なレンズ要素は、それの少なくとも一部がイメージ形成光線を送信する変形可能な表面を持つ；および、
前記変形可能なレンズ要素の前記変形可能な表面に前記光学システムの光学特徴を変えるよう引く力を分け与えること、よりなり、ここで、前記分け与えステップは、前記引く力を一般に前記軸の方向に分け与えるステップを含む。
【請求項４１】
請求項４０の方法において、前記分け与えステップは、電気−活性ポリマーアクチュエータを利用するステップを含む。
【請求項４２】
請求項４０の方法において、前記分け与えステップは、前記力を、前記軸から離れた、かつ、軸の周りに周囲的に配置された複数の点で分け与えるステップを、含む。
【請求項４３】
請求項４０の方法において、前記分け与えステップは、構造的メンバーを利用するステップを含む。
【請求項４４】
以下のものよりなる光学撮像システム：
それの少なくとも一部がイメージ形成光線を送信する変形可能なレンズ要素；
前記表面に対向する力分け与え構造メンバーを備え；かつ、
そこでは、前記撮像システムは、力が、前記力分け与え構造要素により、前記変形可能なレンズ要素の前記変形可能表面の複数の力分け与え点で前記撮像システムの光学特徴を変えるために分け与えられるよう適合されている。
【請求項４５】
請求項４４の方法において、前記力分け与え点は、前記変形可能レンズ要素の軸の周りのエリアパターン内に定義されている。
【請求項４６】
請求項４４の方法において、前記力分け与え点は、前記軸から離れた、かつ軸の周りに周囲的に配置された位置で定義されたリングパターン内で定義されている。
【請求項４７】
以下のものよりなる光学撮像システム：
変形可能な膜、該変形可能な膜により限定されるキャビティー、および、該キャビティー内に配置された流体よりなる変形可能なレンズ要素を、前記流体は１より大きい屈折率を持ち、前記変形可能なレンズ要素は軸を持ち；かつ、
前記軸の周りに周囲的に定義された位置で前記変形可能なレンズ要素と接触することのできる力分け与え構造メンバーを備え；
該光学撮像システムは、前記力分け与え構造要素が、前記撮像システムの特徴が前記力分け与え構造要素の移動により変化するよう、一般に前記変形可能レンズ要素に向けて、または、から離れて、前記軸の方向に移動され得るよう構成されている。
【請求項４８】
請求項４７の光学撮像システムにおいて、前記力分け与え構造メンバーは、リング形状圧力要素により与えられる。
【請求項４９】
請求項４７の光学撮像システムにおいて、前記力分け与え構造メンバーは、電気−活性ポリマーアクチュエータの複数のタブ状要素により与えられる。
【請求項５０】
請求項４７の方法において、前記力分け与え構造メンバーは、電気−活性ポリマーアクチュエータの可撓性メンバーにより与えられる。
【請求項５１】
以下のものよりなる光学撮像システム：
変形可能な膜よりなる変形可能なレンズ要素、前記変形可能な膜により限定されるキャビティー、および、前記キャビティー内に配置される流体を備えた光学撮像システムであって、前記流体は、１より大きい屈折率を持ち、前記変形可能なレンズ要素は、軸を持ち、前記変形可能なレンズ要素と接触しており、かつ、前記軸の周りに周囲的に配置されたリング形状圧力要素；および、
前記リング形状圧力要素に機械的に結合された電気−活性ポリマーアクチュエータを備え、前記光学撮像システムは、前記電気−活性ポリマーアクチュエータが、前記リング形状圧力要素を、一般に前記軸の方向に、前記光学システムの光学特徴が前記リング形状圧力要素の移動により変化するよう移動させるよう構成されている。
【請求項５２】
請求項５１の光学撮像システムにおいて、前記電気−活性ポリマーアクチュエータは、複数のタブ状要素よりなるリング形状の変形可能要素を含み、前記変形可能要素は、前記軸の回りに周囲的に配置されており、前記複数のタブ状要素は、前記リング形状圧力要素と係合している。
【請求項５３】
以下のものよりなる光学撮像システム：
軸を有する変形可能なレンズ要素を備え、そこでは、前記変形可能レンズ要素の主要ボディーは、ショアＡ６０より小さい硬さ測定を持つ弾性的に変形可能なメンバーにより与えられ；かつ、
そこでは、前記撮像システムは、力が、前記撮像システムの光学特徴を変えるよう前記変形可能レンズの外部表面に印加されるよう構成されている。
【請求項５４】
請求項５３の光学撮像システムにおいて、該記光学撮像システムは、前記力を分け与えるための可撓性メンバーアクチュエータを含み、該アクチュエーターは、実質的に前記変形可能なレンズ要素の形状に合うように適合される可撓性メンバーを持つ。
【請求項５５】
オブジェクトを撮像するにおいて用いられる光学システムであって、該システムは：
変形されることのできる変形可能なレンズ要素を備え、ここで、前記変形可能なレンズ要素は、該変形可能なレンズ要素の外部と対面する変形可能な表面を持ち、前記変形可能なレンズ要素は、軸を持ち；
ここで、前記光学システムは、該システムが、前記変形可能なレンズ要素に、一般に前記変形可能なレンズ要素に向けて前記軸の方向に前記変形可能なレンズ要素の光学特性が前記力の分け与えにより変化されるような態様で力を分け与えることができるように、適合されている。
【請求項５６】
請求項５５の光学システムにおいて、該光学システムは、該システムが、前記撮像軸から離れた、かつ軸の周りに周囲的に配置された複数の位置で前記力を分け与えるように、適合されている。
【請求項５７】
請求項５５の光学システムにおいて、該光学システムは、前記力を前記変形可能なレンズ要素に一般に前記軸の方向に分け与えるための、前記軸の回りに配置された開口を含むアクチュエータを含む。
【請求項５８】
オブジェクトを撮像するにおいて用いられる光学システムであって、該システムは：
それの少なくとも一部がイメージ形成光線を送信する、かつ前記変形可能なレンズ要素の外部に面する、変形可能なレンズ表面を含む変形可能なレンズ要素を備え、前記変形可能なレンズ表面は、公称的に凸のもの、または凸の湾曲を表すことのできるものであり、前記変形可能レンズ要素は、軸を持ち；かつ、
前記変形可能表面に力を分け与えるアクチュエータを備え、該アクチュエータは、前記軸の周りに配置された開口をもち、該光学システムは、前記アクチュエータのアクチュエーションが力が前記変形可能な表面に印加されて前記変形可能レンズ要素の凸性を変える結果を生じるように適合されている。
【請求項５９】
請求項５８の光学システムにおいて、該光学システムは、アクチュエータにより生成された力を前記変形可能レンズ要素に伝達する圧力要素を含む。
【請求項６０】
請求項５８の光学システムにおいて、前記変形可能なレンズ要素は、その変形を達成するために、該変形可能なレンズ要素が前記軸から離れた、かつ軸の周りに周囲的に配置された複数の位置でコンタクトされるように構成されている。
【請求項６１】
請求項５８の光学システムにおいて、該光学システムは、前記アクチュエータにより生成された力を分け与えるための、および、前記アクチュエータにより生成された前記力を前記変形可能表面に分け与えるための力分け与え構造メンバーを含む。
【請求項６２】
請求項５８の焦点装置において、前記力分け与え構造要素は、前記アクチュエータである。
【請求項６３】
以下のものよりなるハンドヘルドデータ収集ターミナル：
複数の行および列のピクセルに形成された複数のピクセルよりなる２次元イメージセンサーよりなり；
撮像レンズアセンブリーは、イメージを前記２次元イメージセンサー上に焦点合わせさせるための変形可能なレンズ要素を備え、前記撮像レンズは、前記変形可能レンズ要素が力分け与え構造メンバーの使用により変形され得るよう適合されており、前記撮像レンズアセンブリーは、力が前記変形可能レンズ要素の外部表面上に印加されて前記変形可能レンズ要素の光学特性を変えることができるように、適合されており、前記撮像レンズ設定は、前記変形可能レンズ要素が第１の状態にある第１のレンズ設定と、前記変形可能レンズ要素が第２の状態にある第２のレンズ設定とを持ち；かつ、
トリガー信号を活性化させるトリガーを備え、前記データ収集ターミナルは、前記トリガー信号が、前記トリガーを押圧された位置に維持することにより活性状態に維持され得るよう適合されることができ；
ここで、前記データ収集ターミナルは、前記トリガー信号が前記活性状態に維持されているのに応答して、該データ収集ターミナルが連続して複数のフレームのイメージデータを獲得し、該複数のフレームのイメージデータのおのおのは、前記イメージセンサーに時間における瞬間に入射する光を表すものであり、ここで、前記データ収集ターミナルは、前記撮像レンズアセンブリーのレンズ設定が前記トリガー信号が前記活性状態に維持される間、前記レンズアセンブリーが、前記複数のフレームのイメージデータのうちの少なくとも１つに相当する露光期間に前記第１の設定にあり、かつ、前記レンズアセンブリーが、前記複数のフレームのイメージデータのうちの少なくとも１つに相当する露光期間に前記第２のレンズ設定にあるような態様で変化されるように適合されている。
【請求項６４】
請求項６３のハンドへヘルドデータ収集ターミナルであって、前記データ収集ターミナルは、該データ収集ターミナルが、前記複数のフレームのイメージデータのうちの１つより多い指数デコード試みを受けるよう適合されている。
【請求項６５】
以下のものよりなる焦点装置：
軸を持つ変形可能なレンズ要素を備え、ここで、前記変形可能なレンズ要素の主要ボディーは、少なくとも１つの公称的に凸のレンズ表面を持つ弾性的に変形可能なメンバー；および、
前記変形可能なレンズ要素を変形させるためのアクチュエータよりなり、前記アクチュエータは、実質的に前記表面の形に合うよう適合された、かつ、前記軸の周りに配置されたコートされた領域、または開口の１つを持つ、可撓性メンバーを持ち、該焦点装置は、前記可撓性のメンバーに印加される電圧を変えることにより前記公称的に凸のレンズ表面の凸性が変化するよう、適合されている。
【請求項６６】
請求項６５の焦点装置において、前記弾性的に変形可能なメンバーは、約ショアＡ６０より小さい硬さを持つ。
【請求項６７】
請求項６５の焦点装置において、前記弾性的に変形可能なメンバーは、約ショアＡ２０より小さい硬さを持つ。
【請求項６８】
請求項６５の焦点装置において、前記弾性的に変形可能なメンバーは、シリコンゲルよりなる。
【請求項６９】
請求項６５の焦点装置において、前記弾性的に変形可能なレンズ要素は、前記弾性的に変形可能なメンバーにより構成される１ピース要素である。
【請求項７０】
請求項６５の焦点装置において、前記可撓性メンバーは、一対の可撓性電極の間に介挿された可撓性メンバーである。
【請求項７１】
以下のものよりなる焦点装置：
軸を持つ変形可能なレンズ要素を備え、ここで、前記変形可能なレンズ要素の主要ボディーは、少なくとも１つの凸のレンズ表面を持つ弾性的に変形可能なメンバー、および、前記変形可能なレンズ要素に、該変形可能なレンズ要素を変形させ；かつ、
該変形可能レンズ要素の光学特性を変化させるよう力を分け与えるためのアクチュエータよりなる。
【請求項７２】
請求項７１の焦点装置において、前記アクチュエータは、前記軸の周りに配置された開口を持ち、前記アクチュエータは、イオン導電性電気−活性ポリマーアクチュエータ、誘電体電気―活性ポリマーアクチュエータ、および、中空ステッパーモータのグループの中から選択される。
【請求項７３】
請求項７１の焦点装置において、前記変形可能なレンズ要素は、それの少なくとも一部はイメージ形成光線を送信する変形可能な表面を持ち、かつ、該焦点装置は、前記アクチュエータにより生成された力を前記変形可能な表面に分け与える力分け与え構造要素を含む。
【請求項７４】
請求項７１の焦点装置において、前記力分け与え構造要素は、前記アクチュエータである。
【請求項７５】
光学撮像システムにおいて使用される焦点装置において：
該焦点装置は、変形可能な光入力表面および対向する変形可能な光出力表面を持つ変形可能なレンズ要素、前記変形可能なレンズ要素は、前記変形可能な光入力表面および前記対向する変形可能な光出力表面のおのおのの中心と交差する軸をもつ、を備え；
前記変形可能なレンズ要素の光学特性を変化させるよう前記変形可能な光入力表面を変形させるための第１のアクチュエータ；および、
前記変形可能なレンズ要素の光学特性を変化させるよう、前記変形可能な光出力表面を変形させるための第２のアクチュエータを備える。
【請求項７６】
請求項７５の焦点装置において、前記第１および第２のアクチュエータの少なくとも１つは、電気−活性ポリマーアクチュエータである。
【請求項７７】
請求項７５の焦点装置において、前記第１および第２のアクチュエータの少なくとも１つは、前記軸の周りに配置された開口を有する。
【請求項７８】
請求項７５の焦点装置において、該焦点装置は、前記第１および第２のアクチュエータの少なくとも１つにより生成された力が前記変形可能レンズ要素に押圧リングにより伝達されるよう適合されている。
【請求項７９】
請求項７５の焦点装置において、前記変形可能レンズ要素は、１ピースの弾性的に変形可能なレンズ要素により構成される。
【請求項８０】
請求項７５の焦点装置において、前記変形可能なレンズ要素は、キャビティー、および該キャビティー内に配置された焦点流体を有する。
【請求項８１】
請求項７５の焦点装置において、該焦点装置は、前記光入力表面を定義する第１の変形可能な膜および前記第２の光入力表面を定義する第２の変形可能な膜、窓、前記第１の変形可能な膜および前記窓により作られて第１のキャビティー、第２のキャビティーは、前記第２の変形可能な膜および前記窓により作られた第２のキャビティー、および、前記第１および第２のキャビティーのおのおの内に配置された焦点流体を含む。
【請求項８２】
請求項７５の焦点装置において、該焦点装置は、前記第１および第２のアクチュエータの少なくとも１つにより生成された力が、前記変形可能なレンズ要素に前記軸から離れた、かつ軸の周りに周囲的に配置された複数の点で分け与えられるよう適合されている。
【請求項８３】
以下のものよりなる変形可能なレンズ要素：
第１のクランプ要素を備え、該第１のクランプ要素は、光線をしてそれを通過せしめることを許す光学表面を持つリジッドな透明メンバー；
変形可能な膜；
該変形可能な膜を前記第１のクランプ要素に対して、該変形可能な要素が前記リジッドな透明光学表面と対向するようクランプする第２のクランプメンバー；
前記変形可能な膜と前記第１のクランプ要素により作られたキャビティー；および、
前記キャビティー内に配置された１より大きい屈折率を持つ変形可能な物質を含む。
【請求項８４】
請求項８３の変形可能なレンズ要素において、前記変形可能な物質は、弾性的に変形可能なメンバーにより与えられる。
【請求項８５】
請求項８３の変形可能なレンズ要素において、前記変形可能な物質は、焦点流体よりなる。
【請求項８６】
請求項８３の変形可能なレンズ要素において、前記光学表面は、光学的パワーを有するカーブした表面である。
【請求項８７】
請求項８３の変形可能なレンズ要素において、前記光学表面は、平面状の光学表面である。
【請求項８８】
請求項８３の変形可能なレンズ要素において、前記第２のクランプ要素は、前記第１のクランプ要素に超音波溶接されている。
【請求項８９】
請求項８３の変形可能なレンズ要素において、前記クランプ要素の少なくとも１つは、前記第１と第２のクランプ要素間の保持力を増大するための環状歯リングを有する。
【請求項９０】
以下のものよりなる焦点モデュール：
境界要素；
焦点要素、前記焦点要素は、さらに、
(i) 流体、および、
(ii) 変形可能な膜、前記流体は、前記境界要素と、前記変形可能な膜の間にエントラップされている、および、圧力要素を備え；ここで、
前記圧力要素は、前記焦点要素を、前記変形可能膜上に前記境界要素の方向に押圧することにより、前記焦点要素を変形させることが可能である。
【請求項９１】
以下のものよりなる焦点モデュール：
境界要素；
焦点膜；
前記境界要素と前記焦点膜とのエントラップされた焦点流体；および、
前記焦点膜と接触する変形する要素を備える。
【請求項９２】
以下のものよりなる焦点モデュール：
境界要素；
スペーサー要素；
焦点膜；
前記境界要素と前記焦点膜との間にエントラップされた焦点流体；および、
前記焦点膜と接触する変形する要素を備える。
【請求項９３】
以下のものよりなる焦点モデュール：
レンズ要素、該レンズ要素は、以下のものよりなる：
(i) 頂表面、
(ii) 底表面
(iii) 外壁、および、
(iv) それらの中の内体積；および、
前記シリンダーの外の変形する要素、前記変形する要素は、圧力を、前記頂表面上に作用させ、これにより、該頂表面を変形させることが可能である。
【請求項９４】
焦点モデュールは、順に：
境界要素；
焦点要素；および、
変形する要素を備える。
【請求項９５】
請求項９４の焦点モデュールにおいて、前記変形する要素は、前記焦点要素と直接接触している。
【請求項９６】
請求項９４の焦点モデュールにおいて、前記変形する要素は、少なくとも１つの中間要素を介して前記焦点要素に作用する。
【請求項９７】
請求項９６の焦点モデュールにおいて、前記少なくとも１つの中間要素は、圧力要素よりなる。
【請求項９８】
請求項９７の焦点モデュールにおいて、前記変形する要素は、前記圧力要素上に押圧し、かつ、前記圧力要素は、前記焦点要素と接触しており、これにより前記焦点要素に力を伝達する。
【請求項９９】
以下のものよりなるレンズモデュール：
レンズ要素、該レンズ要素は、以下のものよりなる
i. 実質的に光学的に透明な流体よりなる作動流体構成要素、および、
ii. 光学的な非流体構成要素、第１および第２の表面を持つ弾性的に変形可能なメンバーよりなり、かつ、その少なくとも一部上で実質的に光学的に透明であり、前記表面の１つのみが、前記作動流体構成要素に向けて対面している、かつ、
iii. 前記作動流体構成要素、および、前記光学非流体構成要素を通る光軸、
前記弾性的に変形可能なメンバーを変形させるに十分な印加された力を与えることができ、かつ、前記力要素により与えられた力が、前記弾性的に変形可能なメンバーに少なくとも部分的に伝達されるように、接続された力要素；
ここで、前記力要素により与えられた力は、順に、前記力要素から、前記弾性的に変形可能なメンバーの前記作動流体構成要素から離れて面する表面に、そののち、前記作動流体構成要素に通過する。
【請求項１００】
以下のものよりなるレンズモデュール：
レンズ要素、該レンズ要素は、以下のものよりなる：
i. 実質的に光学的に透明な流体よりなる作動流体構成要素、および、
ii. 光学的な非流体構成要素であって、弾性的に変形可能なメンバーよりなり、その少なくとも一部上で実質的に光学的に透明である、かつ、
iii. 前記作動流体構成要素、および、前記光学的非流体構成要素を通る光軸、
前記弾性的に変形可能なメンバーを変形させるに十分な印加された力を与えることができ、かつ、前記力要素により与えられた力が、前記弾性的に変形可能なメンバーに少なくとも部分的に伝達されるように接続された力要素；
前記力要素は、前記弾性的に変形可能なメンバーに対し、周縁的に対称の関係で配置されている。
【請求項１０１】
１Ｄバーコードを読む、２Ｄバーコードを読む、および撮像する、のうちの少なくとも１つを行うことのできるデータ収集装置において使用される焦点モデュールであって、以下のものからなる：
境界要素、
少なくとも１つの方向に変形可能な焦点要素、
前記境界要素と前記焦点要素との間に介挿されたスペーサー要素、
力を前記焦点要素に伝達するためのアクチュエータ要素、
力を前記アクチュエータ要素から前記焦点要素に伝達するための圧力要素、
電気信号を、前記アクチュエータ要素に導通させるための伝導体要素、および、
前記アクチュエータ要素にアクチュエート信号を与えるための電源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連する出願への相互参照
このＰＣＴ出願は、２００６年１２月１５日に出願された米国特許出願第６０／８７５，２４５号，名称“アクチュエーターポリマー制御を持つ焦点モデュールおよび構成要素”、２００７年７月１８日に出願された米国特許出願第６０／９６１，０３６号，名称“可変レンズ要素およびモデュール”、２００７年７月２３日に出願された米国特許出願第１１／７８１，９０１号，名称“アクチュエーターポリマー制御を持つ焦点モデュールおよび構成要素”であって、上記米国特許出願第６０／８７５，２４５号の優先権を主張するもの、および、２００７年８月３１日に出願された米国特許出願第１１／８９７，９２４号，名称“変形可能レンズ要素およびモデュール”であって、上記米国特許出願第６０／８７５，２４５号および米国特許出願第６０／９６１，０３６号の優先権を主張するもの、の優先権を主張する。上記特許出願のすべては、それらの全体が、ここに参照により組み入れられる。
【０００２】
本発明は、光学撮像システム内に組み入れられるレンズ要素に関係し、特に、変形可能要素を用いる装置および方法に関係する。
【背景技術】
【０００３】
可変レンズ、たとえば、多焦点レンズおよびズームレンズは、１つ、またはそれ以上の非変形可能な（たとえば、ガラス、またはポリカーボネートのように固い）レンズ要素であって、しばしばモータにより供給される力により撮像軸に沿って移動されるものを、歴史的に用いてきた。
【０００４】
最近、モータレス（モータのない）電気−応答レンズ要素が、光学システムの研究者および設計者の注目を集めてきた。１つのタイプのモータレス−電気応答レンズ要素は、１より大きい屈折率を持つ、１つ、またはそれ以上の流体で充たされた固い、またはエラストマーよりなる膜を、一般に含む“流体レンズ”レンズ要素である。流体レンズ要素技術は、光学システムの多くの設計者、彼らは一般に旧来の固体レンズ要素およびモータを備えたシステムを嵩張るものであり、エネルギー消費の多いものと看ている、の注意を集めてきた。流体レンズ要素の提案を受けて、流体レンズ要素の光学特性を、光学システム内への集積のために変化させる種々の方法が、提案されてきた。流体レンズ要素が提案されたところでは、このようなレンズ要素の光学特性を変化させるための提案された種々のものは、２つの広いカテゴリー、すなわち、エレクトロウェッティング、および流体注入に分類されることができる。
【０００５】
エレクトロウェッティングのプロセスによれば、流体レンズ要素は、少なくとも２つの混合しない流体をもって与えられ、電圧は、流体レンズ要素に印加される。流体レンズ要素の表面張力は、電圧が印加された結果として変化し、少なくとも２つの流体間の界面の湾曲の変化をもたらす。
【０００６】
流体注入のプロセスによれば、流体をレンズ要素内にポンプ入力し、かつそれから引き出すポンプが、流体レンズ要素に隣接して設けられている。流体が、レンズ要素内にポンプ入力され、かつ、それから引き出されるとき、レンズ要素の光学特性は変化する。
【０００７】
問題は、流体レンズ要素の光学特性を変化させるためのエレクトロウェッティングおよび流体注入法の両方について見られてきた。エレクトロウェッティングに関して気づかれた１つの問題は、レンズ要素を通して繰り返し流れる電流が、時間にわたってレンズ要素の特徴を変更し、レンズシステムが用いられている任意のシステムを、信頼性のない、かつ予測不能のものにしてしまうことであった。エレクトロウェッティングを含む提案において気づかれるもう１つの問題は、エレクトロウェッティングは、通常、２つのタイプの流体を与える、ことである。流体間の屈折率差が小さいほど、レンズ要素のパワーは低減される。
【０００８】
流体注入法に関して、このような流体注入を与えるポンプは、必然的に複雑で、かつ、込み入ったものであり、合理的に安価なシステム、および受け入れ可能な最小化を、達成することを困難にする。
【０００９】
変形可能なレンズ要素の光学特性を変化させるためのエレクトロウェッティング、および流体注入法の両方について見られる問題のために、商業的に使用されている光学システムの設計者は、光学システムの設計において、旧来のモータアクチュエートされるリジッドなレンズ要素に、ほとんど排他的に依拠し続けている。それでも、モータ活性化リジッドな要素を備えた光学システムで達成可能な、小型化、およびエネルギー節約は、制限されつづけている。
【００１０】
簡単に、流体レンズは、ときどきは、適応型レンズとも言われ、これは、非類似の光学指数を持つ２つの流体間に界面を備える。界面の形状は、外部力の印加により、界面を通る光が、所望の方向に伝播するよう方向付けされるよう、変化させることができる。結果として、レンズが拡散レンズとして働くか、あるいは収束レンズとして働くか、および、その焦点長さ、のような流体レンズの光学特徴は、印加された力に応じて変化させることができる。
【００１１】
流体レンズの動作を制御するために電気的信号を用いる流体レンズ技術は、マッツ,米国特許第２，０６２，４６８号明細書、バーゲら,米国特許第６，３６９，９５４号明細書、オーヌキら,米国特許第６，４４９，０８１号明細書、ツボイら,米国特許第６，７０２，４８３号明細書、オーヌキら,米国特許第６，８０６，９８８号明細書、ナガオカら，米国特許出願公開第２００４／０２１８２８３号明細書、タケヤマら，米国特許出願公開第２００４／０２２８００３号明細書、および、バーゲ，米国特許出願公開第２００５／０００２１１３号明細書、ばかりでなく、国際公開第９９／１８５４６号パンフレット、国際公開第００／５８７６３号パンフレット、および国際公開第０３／０６９３８０号パンフレットに、種々、記述されている。
【００１２】
流体レンズの動作を制御する付加的な方法は、液晶材料の使用（ニシオカ，米国特許第６，４３７，９２５号明細書）、圧力の印加（ウィドル，米国特許第６，０８１，３８８号明細書）、再構成可能レンズにおけるエラストマー材料の使用（ロジャーズ、米国特許第４，５１４，０４８号明細書）、および、マイクロ−エレクトロメカニカルシステム（また、頭文字語“ＭＥＭＳ”によっても知られる）の使用（ゲルバート，米国特許第６，７４７，８０６号明細書）、を含む。
【００１３】
流体レンズ制御モデュールを開発するさらなる試みは、たとえば、ササヤら，米国特許第６，１８８，５２６号明細書、デ  ルーカ，米国特許第３，１６１，７１８号明細書、フリント，米国特許第２，３００，２５１号明細書、ヤオら，米国特許出願公開第２００５／００１４３０６号明細書、オ’コンナーら，米国特許出願公開第２００５／０１００２７０号明細書、マシュー，米国特許出願公開第２００５／０２１８２３１号明細書、ミッシェル，米国特許第４，２８９，３７９号明細書、ヴィニカノーヤ，米国特許第６，９３６，８０９号明細書、欧州特許出願公開第１６７４８９２号明細書、英国特許出願公開第１３２７５０３号明細書、日本特許出願公開２００２−２４３９１８号公報（オリンパス光学、出願番号第２００１−０３７４５４号）、および、国際公開第０３／０７１３３５号パンフレット、に見られる。
【００１４】
さらなる例は、シャヒンプーア，米国特許第５，３８９，２２２号明細書、シャヒンプーアら，米国特許第６，１０９、８５２号明細書、ガイ，米国特許第６，５４２，３０９号明細書、ぺルリンら，米国特許第６，３７６，９７１号明細書、レン  Ｈ，フォックス  Ｄ，アンダーソン  Ａ，ウー  Ｂ，およびウー  Ｓ−Ｔ，“サーボモータを用いて制御された同調可能な焦点流体レンズ”、２００６、オプテイクス  エキスプレス  １４（１８）：８０３１−８０３６、サンティアゴ−アルヴァラド  Ａ，ゴンザレス−ガルシア  Ｊ，ガルシア−ルナ  Ｊ，フェルナンデス−モレノ  Ａ，およびヴェラ−ディアツ  Ｗ，“適応型レンズの解析および設計”、２００６、プロシーディングス  オブ  ＳＰＩＥ  オプティクス  アンド  フォトニクス  ６２８８：６２８８０Ｓ−１−６２８８０Ｓ−８、ゴーシュ  ＴＫ，コテク  Ｒ，およびムース  Ｊ，“層化機能ファイバーベースマイクロチューブの発展”、２００５、米国国立繊維センター アニュアルリポート  １−９、ぺルリン  Ｒ，コーンブルー  ＲＤ，ペイ  Ｑ，スタンフォード  Ｓ，オー  Ｓ，エッカーレ  Ｊ，フル  ＲＪ，ローゼンタール  ＭＡ，およびメイジャー  Ｋ、“生体模倣動きに向けた誘電体エラストマー人工筋肉アクチュエータ”、２００２、ＳＰＩＥ  プロシーディングス  ４６９５：１２６−１３７、クロニス  Ｎ，リュー  ＧＬ，ジェオン  Ｋ−Ｈ，およびリー  ＬＰ，“マイクロ流体ネットワークと一体化された、同調可能な液体充填マイクロレンズアレイ”、２００３、オプティクス  エキスプレス  １１（１９）：２３７０−２３７８、以上のもののおのおのは、それらの全体が参照によりここに組み入れられるものを含む。
【００１５】
しかしながら、今日のシステムにおいて流体レンズを用いる、改善されたシステムおよび方法についての継続する必要がある。
【００１６】
レンズおよびレンズシステムは、固定でも、または可変であってもよく、かつ、レンズシステムは、固定、および／または、可変レンズを含むことができる。固定レンズシステム、および固定レンズは、固定の、および安定な焦点を持つ、即ち、焦点長さ、および光軸の方向は、変化しない。たとえば、光学システムにリジッドに取り付けられた非変形可能な固体レンズは、その中に、かつそれ自身で、固定されており、かつ、もし、レンズシステムが、レンズシステムの焦点長さ、および／または光軸の方向、を変更できる任意の他の要素を含まなければ、レンズシステムは、同様に固定であろう。
【００１７】
従来の一対の眼鏡は、このような固定レンズシステムである。眼鏡における各レンズは、その焦点長さ、またはその光軸の方向を変えることができないので、固定レンズである。眼鏡は、このような変化を生ぜしめる任意の付加的なレンズ、又は他の方法を含まないので、眼鏡それ自身は、固定されたレンズシステムである。
【００１８】
これは、そのおのおのが、テレスコープハウジングの異なる、かつ同心の部分にリジッドに取り付けられた２つのガラスレンズを収容する簡単なテレスコープ、これにおいては、レンズは、ハウジングの同心の部分を互いにスライドさせることにより、互いに相向かうよう、かつ相離れるように移動可能である、と対比されることができる。各個々のレンズは、固定されており、それらは、焦点長さ、または光軸の方向を、その中でかつそれ自身、変更することができない。しかしながら、テレスコープ全体は、可変のレンズシステムである、なぜなら、ハウジングの同心部分を互いに対してスライドさせると、２つの固定のレンズ間の距離を変化させることとなり、焦点長さを変化させるからである。
【００１９】
可変レンズは、対照的に、本質的に可変であり、かつ、それを組み込んでいる任意のレンズシステムは、同様に本質的に可変である。固定レンズは、一般に、ガラス、またはプラスチック等の非変形可能材料よりなり、あるいは、もし弾性の、または変形可能材料よりなれば、それらをして、伸張し、圧縮し、曲がり、あるいはそれ以外に形状を変化させる、あるいは、変形せしめる任意の方法を含まないレンズシステムの一部である。可変レンズは、弾性の、または変形可能な材料よりなることができ、かつ、レンズが、伸張された、圧縮された、曲がった、他の形に変形した後に、その元の状態に戻る能力があることが望まれるところでは、１つ、またはそれ以上の弾性的に変形可能な要素よりなるであろう。
【００２０】
多くのタイプの付勢要素は、可変レンズ内のインタフェースの形状を変更するのに必要とされる力を与えるために用いることができる。流体レンズの動作を制御するために電気信号を用いる技術を使用する流体レンズは、マッツ，米国特許第２，０６２，４６８号明細書、バーゲら，米国特許第６，３６９，９５４号明細書、オーヌキら，米国特許第６，４４９，０８１号明細書、ツボイら，米国特許第６，７０２，４８３号明細書、オーヌキら，米国特許第６，８０６，９８８号明細書、ナガオカら，米国特許出願公開第２００４／０２１８２８３号明細書、タケヤマら，米国特許出願公開第２００４／０２２８００３号明細書、バーゲ，米国特許出願公開第２００５／０００２１１３号明細書、国際公開第９９／１８５４６号パンフレット、国際公開第００／５８７６３号パンフレット、および国際公開第０３／０６９３８０号パンフレット、および、ハーベンら，米国特許出願公開第２００７／００６３０４８号明細書に、記述されてきた。たとえば、流体レンズは、接触領域で接触しており、かつ誘電体チャンバー内に位置している、第１の絶縁流体および第２の導体流体を用いて構成することができる。第１の電極は、誘電体チャンバーの壁の外部表面上に位置しており、その上には絶縁流体が位置している。第２の電極は、導体流体と接触している。電圧が第１と第２の電極間で打ち立てられると、電界が作られて、これは、エレクトロ−ウェッティング原則にしたがって、容器の表面上の導電性流体のウェッティング特性を非導電性の流体に比較して変化させ、導体流体が移動して絶縁流体を変形させるようにする。２つの流体間の界面の形状が変化するので、焦点長さ、レンズの焦点、または光軸の方向、の変化が得られる。
【００２１】
マイクロポンプ制御システムは、また、たとえば、ハーベンら、米国特許出願公開第２００７／００８０２８０号明細書に開示されているように、流体レンズを制御するのにも用いられる。このようなシステムは、変形可能な膜と力通信する、流体のチャンバーまたは容器を含むことができる。ピストンのような機械的要素を、流体を膜に向けて押し出す、あるいはそれを膜から引き出すように含む、又はそれにより作用される、単一のこのようなチャンバーが、設けられ得る。代替的には、流体を、膜と力通信している１次チャンバーに加える、またはそれから引き出す、のに使用できる１つ、またはそれ以上の２次チャンバーを設けることができ、かつ、機械的な力要素を、１次と２次チャンバー間の流体の移動を有効とするよう用いることができる。これらのシステムにおいて、機械的な力要素は、電気により電力供給されることができ、その形状を変化させるためにインタフェース上に実際に作用する力は、機械的である。
【００２２】
流体レンズの動作を制御するさらなる方法は、液晶材料の使用（ニシオカ，米国特許第６，４３７，９２５号明細書）、圧力の印加（ウィドル，米国特許第６，０８１，３８８号明細書）、再構成可能レンズにおけるエラストマー材料の使用（ロジャーズ，米国特許第４，５１４，０４８号明細書）、および、マイクロ−エレクトロメカニカルシステム（また、頭文字語“ＭＥＭＳ”によっても知られる）の使用（ゲルバート，米国特許第６，７４７，８０６号明細書）、を含む。
【００２３】
流体制御モデュールを開発するさらなる試みは、たとえば、ササヤら，米国特許第６，１８８，５２６号明細書、デ  ルーカ，米国特許第３，１６１，７１８号明細書、フリント，米国特許第２，３００，２５１号明細書、ヤオら，米国特許出願公開第２００５／００１４３０６号明細書、オ’コンナーら，米国特許出願公開第２００５／０１００２７０号明細書、マシュー，米国特許出願公開第２００５／０２１８２３１号明細書、ミッシェル，米国特許第４，２８９，３７９号明細書、ヴィニカノーヤ，米国特許第６，９３６，８０９号明細書、欧州特許出願公開第１６７４８９２号明細書、英国特許出願公開第１３２７５０３号明細書、日本特許出願公開２００２−２４３９１８号公報（オリンパス光学、出願番号第２００１−００３７４５４号）、および、国際公開第０３／０７１３３５号パンフレット、に見られる。
【００２４】
さらなる例は、シャヒンプアー，米国特許第５，３８９，２２２号明細書、シャヒンプアーら，米国特許第６，１０９，８５２号明細書、ガイ，米国特許第６，５４２，３０９号明細書、ぺルリンら，米国特許第６，３７６，９７１号明細書、フリントら，米国特許第２，３００，２５１号明細書、デ  ルーカ，米国特許第３，１６１，７１８号明細書、アルヴァレツに、１９６７年２月２１日に発行されたアルヴァレツ，米国特許第３，３０５，２９４号明細書、ベーカー，米国特許第３，５８３，７９０号明細書、レン  Ｈ，フォックス  Ｄ，アンダーソン  Ａ，ウー  Ｂ，およびウー  Ｓ−Ｔ，“サーボモータを用いて制御される同調可能な液体レンズ”、２００６、オプティクス  エキスプレス  １４（１８）：８０３１−８０３６、サンティアゴ−アルヴァラド  Ａ，ゴンザレス−ガルシア  Ｊ，ガルシア−ルナ  Ｊ，フェルナンデス−モレノ  Ａ，およびヴェラ−ディアツ  Ｗ，“適応型レンズの解析および設計”、２００６、プロシーディングス  オブ  ＳＰＩＥ  オプティクス  アンド  フォトニクス  ６２８８：６２８８０Ｓ−１−６２８８０Ｓ−８、ゴーシュ  ＴＫ，コテク  Ｒ，およびムース  Ｊ，“層化機能ファイバーベースマイクロチューブの発展”、２００５、米国国立繊維センター  アニュアルリポート  １−９、ぺルリン  Ｒ，コーンブルー  ＲＤ，ペイ  Ｑ，スタンフォード  Ｓ，オー  Ｓ，エッカーレ  Ｊ，フル  ＲＪ，ローゼンタール  ＭＡ，およびメイジャー  Ｋ、“生体模倣動きに向けた誘電体エラストマー人工筋肉アクチュエータ”、２００２、ＳＰＩＥ  プロシーディングス  ４６９５：１２６−１３７、およびクロニス  Ｎ，リュー  ＧＬ，ジェオン  Ｋ−Ｈ，およびリー  ＬＰ，“ マイクロ流体ネットワークと一体化された、同調可能な液体充填マイクロレンズアレイ”、２００３、オプティクス  エキスプレス  １１（１９）：２３７０−２３７８、を含む。
上記文献のすべては、それらの全体が、ここに参照により組み入れられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２５】
【特許文献１】特開２００２−２４３９１８号公報
【特許文献２】国際公開第９９／０１８５４６号パンフレット
【特許文献３】国際公開第００／０５８７６３号パンフレット
【特許文献４】国際公開第０３／０６９３８０号パンフレット
【特許文献５】国際公開第０３／０７１３３５号パンフレット
【特許文献６】欧州特許出願公開第１６７４８９２号明細書
【特許文献７】英国特許出願公開第１３２７５０３号明細書
【特許文献８】米国特許第２，０６２，４６８号明細書
【特許文献９】米国特許第２，３００，２５１号明細書
【特許文献１０】米国特許第３，１６１，７１８号明細書
【特許文献１１】米国特許第３，３０５，２９４号明細書
【特許文献１２】米国特許第３，５８３，７９０号明細書
【特許文献１３】米国特許第４，２８９，３７９号明細書
【特許文献１４】米国特許第４，５１４，０４８号明細書
【特許文献１５】米国特許第５，３８９，２２２号明細書
【特許文献１６】米国特許第５，３９６，１４４号明細書
【特許文献１７】米国特許第６，０８１，３８８号明細書
【特許文献１８】米国特許第６，１０９、８５２号明細書
【特許文献１９】米国特許第６，１８８，５２６号明細書
【特許文献２０】米国特許第６，３６９，９５４号明細書
【特許文献２１】米国特許第６，３７６，９７１号明細書
【特許文献２２】米国特許第６，４３７，９２５号明細書
【特許文献２３】米国特許第６，４４９，０８１号明細書
【特許文献２４】米国特許第６，４７５，６３９号明細書
【特許文献２５】米国特許第６，５４２，３０９号明細書
【特許文献２６】米国特許第６，５８６，８５９号明細書
【特許文献２７】米国特許第６，６２８，０４０号明細書
【特許文献２８】米国特許第６，６６４，７１８号明細書
【特許文献２９】米国特許第６，７０２，４８３号明細書
【特許文献３０】米国特許第６，７３４，９０３号明細書
【特許文献３１】米国特許第６，７４７，８０６号明細書
【特許文献３２】米国特許第６，７６２，２１０号明細書
【特許文献３３】米国特許第６，８０６，６２１号明細書
【特許文献３４】米国特許第６，８０６，９８８号明細書
【特許文献３５】米国特許第６，８０９，４６２号明細書
【特許文献３６】米国特許第６，８１２，６２４号明細書
【特許文献３７】米国特許第６，８８２，０８６号明細書
【特許文献３８】米国特許第６，８９１，３１７号明細書
【特許文献３９】米国特許第６，９３６，８０９号明細書
【特許文献４０】米国特許第７，１６９，８２２号明細書
【特許文献４１】米国特許第７，２２４，１６６号明細書
【特許文献４２】米国特許出願公開第２００４／０００８８５３号明細書
【特許文献４３】米国特許出願公開第２００４／０２１８２８３号明細書
【特許文献４４】米国特許出願公開第２００４／０２２８００３号明細書
【特許文献４５】米国特許出願公開第２００５／０００２１１３号明細書
【特許文献４６】米国特許出願公開第２００５／００１４３０６号明細書
【特許文献４７】米国特許出願公開第２００５／０１００２７０号明細書
【特許文献４８】米国特許出願公開第２００５／０２１８２３１号明細書
【特許文献４９】米国特許出願公開第２００６／００７６５４０号明細書
【特許文献５０】米国特許出願公開第２００６／００８６５９６号明細書
【特許文献５１】米国特許出願公開第２００７／００６３０４８号明細書
【特許文献５２】米国特許出願公開第２００７／００８０２８０号明細書
【特許文献５３】米国特許出願公開第２００７／０１１６８５８号明細書
【特許文献５４】米国特許出願第１０／１５４,４４９号
【特許文献５５】米国特許出願第１０／４１５,６３１号
【特許文献５６】米国特許出願第１０／４９９,４２９号
【特許文献５７】米国特許出願第１０／５２８,５０３号
【特許文献５８】米国仮特許出願第６０／１４４,５５６号
【特許文献５９】米国仮特許出願第６０／１５３,３２９号
【特許文献６０】米国仮特許出願第６０／１６１,３２５号
【特許文献６１】米国仮特許出願第６０／１８１,４０４号
【特許文献６２】米国仮特許出願第６０／１８４,２１７号
【特許文献６３】米国仮特許出願第６０／１８７,８０９号
【特許文献６４】米国仮特許出願第６０／１９０,７１３号
【特許文献６５】米国仮特許出願第６０／１９２,２３７号
【特許文献６６】米国仮特許出願第６０／１９４,８１７号
【特許文献６７】米国仮特許出願第６０／２７３,１０８号
【特許文献６８】米国仮特許出願第６０／２９３,００３号
【特許文献６９】米国仮特許出願第６０／２９３,００４号
【特許文献７０】米国仮特許出願第６０／２９３,００５号
【特許文献７１】米国仮特許出願第６０／３２７,８４６号
【特許文献７２】米国仮特許出願第６０／３６５,４７２号
【発明の概要】
【００２６】
発明のサマリー
変形可能なレンズ要素を備える装置を、設けることができ、そこでは、変形可能なレンズ要素は、変形可能なレンズ要素に対する力の分け与えによりその光学的な特徴を変化させるよう、変形せられることができる。
【００２７】
ここで記述された特徴は、以下で記述される図面を参照して、よりよく理解されることができる。図面は、必ずしも実際の大きさとされているものではなく、代わりに、強調は、一般に、本発明の原則を、図面において図解することに置かれており、同様の数字は、種々の図を通して同様の部分を示すために用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】図１は、変形可能なレンズ要素が、該レンズ要素の光学的特長を変化させるよう変形されることが可能なように配列された、変形可能なレンズ要素を含む焦点装置（焦点化モデュール）の展開アセンブリー図である。
【図２】図２は、図１の焦点装置のアセンブルされた図であり、変形可能なレンズ要素が凸のレンズ表面を含む状態における装置を示している。
【図３】図３は、図１の焦点装置のアセンブルされた図であり、変形可能なレンズ要素が公称的に平面の表面を含む状態における装置を示している。
【図４】図４は、図１−３の変形可能なレンズ要素の代替的な実施形態を示す切断側面図である。
【図５】図５は、図１−３の変形可能なレンズ要素の代替的な実施形態を示す切断側面図である。
【図６】図６は、誘電エレクトロ−活性ポリマーアクチュエータを組み込んでいる、焦点装置の展開された斜視アセンブリー図である。
【図７】図７は、図１の焦点装置のアセンブルされた図であり、変形可能なレンズ要素、および、中空のステッパーモータを組み込んでいる焦点装置の展開斜視図である。
【図８】図８は、図７に示される焦点装置の切断側面図である。
【図９】図９は、１つの実施形態における中空ステッパーモータの動作を説明する斜視図である。
【図１０】図１０は、１つの実施形態における変形可能なレンズ要素の展開斜視アセンブリー図である。
【図１１】図１１は、図１０に示される変形可能なレンズ要素を図示する、アセンブルされた切断側面図である。
【図１２】図１２は、図１０に示される変形可能なレンズ要素のハイライトされた断面を示す詳細化された切断側面図である。
【図１３】図１３は、おのおのの変形可能な膜を備える、対向する光入力および光出力レンズ表面の対を持つ変形可能なレンズ要素を図示するアセンブルされた側面図である。
【図１４】図１４は、図１３に示される変形可能なレンズ要素を組み入れている焦点装置の１実施形態、変形可能なレンズ要素の第１の変形可能なレンズ表面を変形させるための第１のアクチュエータ、および、変形可能なレンズ要素の第２の変形可能なレンズ表面を変形させるための第２のアクチュエータを示すアセンブルされた側面図である。
【図１５】図１５は、弾性的に変形可能な材料メンバーを組み入れている変形可能なレンズ要素のアセンブルされた側面図である。
【図１６】図１６は、弾性的に変形可能な材料メンバーを組み入れている変形可能なレンズ要素のもう１つの実施形態のアセンブルされた側面図である。
【図１７】図１７は、弾性的に変形可能な材料メンバー、およびその上の保護コーティングを含む変形可能なレンズ要素の側面図である。
【図１８】図１８は、変形可能なレンズ要素、および一対の可撓性メンバーアクチュエータを持つ、それにおいては、可撓性メンバーは、変形可能なレンズ要素の形状に合うように適合されている、焦点装置のアセンブルされた側面図である。
【図１９】図１９は、図１８に示される焦点装置の展開された斜視アセンブリー図である。
【図２０】図２０は、変形可能なレンズ要素のための、好ましい力分け与え位置を図示する力分け与え図であり、撮像軸の方向に見ている変形可能なレンズ要素の正面図を示す。
【図２１】図２１は、変形可能なレンズ要素のための、好ましい力分け与え位置を図示する力分け与え図であり、撮像軸の方向に見ている変形可能なレンズ要素の正面図を示す。
【図２２】図２２は、少なくとも１つの変形可能レンズ要素を組み込んでいる、種々のレンズアセブリーを図示する側面模式図である。
【図２３】図２３は、少なくとも１つの変形可能レンズ要素を組み込んでいる、種々のレンズアセブリーを図示する側面模式図である。
【図２４】図２４は、少なくとも１つの変形可能レンズ要素を組み込んでいる、種々のレンズアセブリーを図示する側面模式図である。
【図２５】図２５は、変形可能なレンズ要素が組み込まれている好ましい撮像ターミナルの電気的ブロック図である。
【図２６】図２６は、１つの実施形態における、撮像ターミナルの動作の好ましい側面を図解するためのタイミング図である。
【図２７】図２７は、１つの実施形態における、撮像ターミナルにより実行される自動焦点アルゴリズムを図解するフロー図である。
【図２８】図２８は、図２５に示される構成要素がそれの中に組み込まれ、かつ、それにより支持されているハンドヘルドハウジングを持つハンドヘルドモバイルターミナルの正面斜視図である。  ［以下は、実質的に米国特許出願第６０／８７５,２４５号に提示されたのと同じテキストを含む、実質的に米国特許出願第１１／７８１,９０１号に提示されたテキストである。］
【図２９】図２９は、焦点モデュールの１実施形態の展開図である。
【図３０】図３０は、右側から見た図２９の焦点モデュールである。
【図３１】図３１は、左側から見た図２９の焦点モデュールである。
【図３２】図３２は、焦点膜の平面に実質的に垂直な方向にて焦点膜にかかる圧力の効果を示す
【図３３】図３３は、焦点膜の平面に実質的に垂直な方向にて焦点膜にかかる圧力の効果を示す。
【図３４】図３４は、焦点膜の平面に実質的に平行な方向にて焦点膜にかかる圧力の効果を示す。
【図３５】図３５は、焦点膜の平面に実質的に平行な方向にて焦点膜にかかる圧力の効果を示す。
【図３６】図３６は、変形する要素の図である。
【図３７】図３７は、非対称メニスカスを持つ焦点流体を示す。
【図３８】図３８は、焦点モデュールの円筒形状構成要素を示す。
【図３９】図３９は、シリンダーの高さの減少に応答した、流体内部体積を持つシリンダーの頂表面の凸歪みの側面斜視図である。
【図４０】図４０は、シリンダーの直径の減少に応答した、流体内部体積を持つシリンダーの頂表面の凸歪みの側面斜視図である。
【図４１】図４１は、垂直収縮／水平伸長により、図４１に示された最初の形状から図４２の状態に変形したときの、変形する要素を示す。
【図４２】図４２は、垂直収縮／水平伸長により、図４１に示された最初の形状から図４２の状態に変形したときの、変形する要素を示す。
【図４３】図４３は、ファンネル形状をとる変形する要素を示す。
【図４４】図４４は、変形する要素の動きの種々の範囲または方向を示す。
【図４５】図４５は、変形する要素の動きの種々の範囲または方向を示す。
【図４６】図４６は、変形する要素の動きの種々の範囲または方向を示す。
【図４７】図４７は、変形する要素の動きの種々の範囲または方向を示す。
【図４８】図４８は、２つの凸状の電気−アクチュエートポリマーレンズを示す。
【図４９】図４９は、２つの凸状の電気−アクチュエートポリマーレンズを示す。
【図５０】図５０は、多数の変形可能焦点膜を組み入れているレンズアセンブリーを示す。
【図５１】図５１は、電気−アクチュエートポリマー変形要素を持つ従来のレンズを示す。
【図５２】図５２は、電気−アクチュエートポリマー変形要素を持つ従来のレンズを示す。
【図５３】図５３は、読み取り機を示す図である。
【図５４】図５４は、図５３に示されるリーダーの制御回路網をより詳細に示す図である。
【図５５】図５５は、本発明の種々の実施形態で役に立つ汎用マイクロプロセッサーシステムを示す光学リーダーのブロック図である。
【図５６】図５６は、フィードバックを備える調整可能焦点システムを持つシステムを動作させるためのプロセスを示すフローチャートである。
【図５７】図５７は、フィードバックを備えない調整可能焦点システムを持つシステムを動作させるためのプロセスを示すフローチャートである。
【図５８】図５８は、流体レンズシステムのためのコミュテートする電源を示す回路図である。
【図５９】図５９は、図５８のコミュテートする電源の動作モードを示すタイミング図である。
【図６０】図６０は、ハンドヘルドリーダーの図面である。
【図６１】図６１は、ハンドヘルドリーダーの図面である。
【図６２】図６２は、コンピュータと通信するハンドヘルドリーダーの図である。
【図６３】図６３は、本発明の特徴を実施する校正装置に有用な校正プロセスのフローチャートである。
【図６４】図６４は、複数のハンドヘルドリーダーのための校正カーブを示す図である。
【図６５】図６５は、ハンドヘルドリーダーでの使用に適した電源の実施形態を示す図である。
【図６６】図６６は、ハンドヘルドリーダーの動作モードを図示するタイミング図である。
【図６７】図６７は、ハンドヘルドリーダー用のエラストマーよりなるマウントを持つ流体レンズを示す断面図である。
【図６８】図６８は、ハンドヘルドリーダー用のエラストマーよりなるマウントを持つ流体レンズを示す断面図である。
【図６９】図６９は、ハンドヘルドリーダー用のエラストマーよりなるマウントを持つ流体レンズを示す断面図である。
【図７０】図７０は、先行技術の可変角プリズムを図解する図である。
【図７１】図７１は、エレクトロウェッティング現象を用いて動作すると記述された先行技術の流体レンズの断面図である。
【図７２】図７２は、光学軸の調整を許すよう校正された流体レンズの実施形態を示す断面図２４００である。
【図７３】図７３は、同じ流体レンズの平面模式図である。
【図７４】図７４は、光軸方向の調整を許す、流体レンズと、種々の校正要素との間の関係を示す模式図である。
【図７５】図７５は、流体レンズの代替的な実施形態の模式図である。
【図７６】図７６は、分配器モデュールの代替的な実施形態の模式図である。
【図７７】図７７は、流体レンズと、一対の角速度センサーとの間の関係を示す模式図である。
【図７８】図７８は、本発明の原則にしたがっての使用に適合され得るもう１つの先行技術の断面図である。
【図７９】図７９は、本発明の原則にしたがっての使用に適合され得るもう１つの先行技術の断面図である。
【図８０】図８０は、本発明の原則にしたがっての使用に適合され得るもう１つの先行技術の断面図である。
【図８１】図８１は、本発明の原則にしたがっての使用に適合され得るもう１つの先行技術の断面図である。
【図８２】図８２は、本発明の原則にしたがっての使用に適合され得るもう１つの先行技術の断面図である。
【図８３】図８３は、好ましいドライバー回路を示す模式的ブロック図である。
【図８４】図８４は、エネルギーを、流体レンズを通る方向において放射するＬＥＤダイを示す図である。
【図８５】図８５は、エネルギーを、流体レンズを通る方向において放射するＬＥＤダイを示す図である。
【図８６】図８６は、種々の形状をしている、レーザー３１１０、コリメートレンズ３１２０、および、流体レンズ３１３０よりなるレーザスキャナーの図を示す。
【図８７】図８７は、種々の形状をしている、レーザー３１１０、コリメートレンズ３１２０、および、流体レンズ３１３０よりなるレーザスキャナーの図を示す。
【図８８】図８８は、種々の形状をしている、レーザー３１１０、コリメートレンズ３１２０、および、流体レンズ３１３０よりなるレーザスキャナーの図を示す。［実質的に米国特許出願第１１／７８１,９０１号に提示されたテキストの終わり］
【図８９】図８９は、膜を有する装置の模式的な図である。
【図９０】図９０は、凸形状をとった後の図８９の装置の模式図である。
【図９１】図９１、容器、および流体構成要素を持つ装置の模式図である。
【図９２】図９２は、もう１つの状態での図９１の装置の模式図である。
【図９３】図９３は、代替的な実施形態における力要素の位置を図解する変形可能なメンバーの模式図である。
【図９４】図９４は、代替的な実施形態における力要素の位置を図解する変形可能なメンバーの模式図である。
【図９５】図９５は、代替的な実施形態における力要素の位置を図解する変形可能なメンバーの模式図である。
【図９６】図９６は、代替的な実施形態における力要素の位置を図解する変形可能なメンバーの模式図である。
【図９７】図９７は、圧力要素を持つ装置の模式図である。
【図９８】図９８は、代替的な状態における図９７の装置の模式図である。
【図９９】図９９は、圧力要素を持つ装置のもう１つの実施形態を示す模式図である。
【図１００】図１００は、圧力要素を持つ装置のもう１つの実施形態を示す模式図である。
【図１０１】図１０１は、ピストンを持つ装置の模式図である。
【図１０２】図１０２は、もう１つの実施形態におけるピストンを持つ装置の模式図である。
【図１０３】図１０３は、１次流体容器、および２次流体容器を持つ模式図である。
【図１０４】図１０４は、もう１つの実施形態における２次流体容器を持つ装置の模式図である。
【図１０５】図１０５は、装置に印加される力の方向を示す模式図である。
【図１０６】図１０６は、圧力要素の形状を示す模式図である。
【図１０７】図１０７は、圧力要素の代替的な形状を図示する模式図である。
【図１０８】図１０８は、圧力要素の代替的な形状を図示する模式図である。
【図１０９】図１０９は、圧力要素の代替的な形状を図示する模式図である。
【図１１０】図１１０は、圧力要素の代替的な形状を図示する模式図である。
【図１１１】図１１１は、圧力要素を持つ装置を示す模式図である。
【図１１２】図１１２は、もう１つの実施形態における圧力要素を持つ装置を示す模式図である。
【図１１３】図１１３は、もう１つの状態における図１１１の装置を示す模式図である。
【図１１４】図１１４は、もう１つの状態における図１１３の装置を示す模式図である。
【図１１５】図１１５は、半径方向外側方向において力を印加する圧力要素を持つ装置を示す模式図である。
【図１１６】図１１６は、もう１つの状態における図１１５の装置を示す模式図である。
【図１１７】図１１７は、特に、対向する力を印加することのできる圧力要素を持つ装置を示す模式図である。
【図１１８】図１１８は、変形可能なメンバーを持つ装置の模式図である。
【図１１９】図１１９は、もう１つの流体要素を持つ装置の模式図である。
【図１２０】図１２０は、複数の離散的な力要素を持つ装置の模式図である。
【図１２１】図１２１は、１つの実施形態におけるコイルを持つ装置の模式図である。
【図１２２】図１２２は、もう１つの実施形態におけるコイルを持つ装置の模式図である。
【図１２３】図１２３は、もう１つの実施形態におけるヴォイスコイルを持つ装置の模式図である。
【図１２４】図１２４は、もう１つの実施形態におけるヴォイスコイルを持つ装置の模式図である。
【図１２５】図１２５は、図１２４の装置の第１の状態における模式図である。
【図１２６】図１２６は、図１２４の装置の第２の状態における模式図である。
【図１２７】図１２７は、１つの実施形態における複数の変形可能表面を持つ装置の模式図である。
【図１２８】図１２８は、もう１つの実施形態における複数の変形可能表面を持つ装置の模式図である。
【図１２９】図１２９は、境界要素を持つ装置の模式図である。
【図１３０】図１３０は、もう１つの実施形態における境界要素を持つ装置の模式図である。
【図１３１】図１３１は、凸表面を有する装置の模式図である。
【図１３２】図１３２は、ハウジングを持つ装置の模式図である。
【図１３３】図１３３は、本発明の特徴を実施するハンドヘルドリーダーの図である。
【図１３４】図１３４は、本発明の特徴を実施するハンドヘルドリーダーの図である。
【図１３５】図１３５は、すべて本発明の原則による、可変レンズと、光軸方向の調整を許す種々の構成要素との間の関係を示す模式図である。
【図１３６】図１３６は、本発明の原則による、可変レンズと、複数の角速度センサーとの間の関係を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
発明の詳細な説明
ここで、１つの実施形態において記述されるのは、光学撮像システム内に組み込まれる変形可能なレンズ要素であり、光学撮像システムにおいては、力が、レンズ要素の光学特性を変化させるために、変形可能なレンズ要素の表面に分け与えられる。したがってまた、変形可能なレンズ要素を光学撮像システム内に組み込む、および、レンズ要素の光学特性を変化させるためにレンズ要素の表面に力を分け与える、ステップを含む、光学撮像システムの光学特性を変化させるための方法が、ここで記述される。記述された装置、および方法により、変形可能なレンズ要素の形状における微小な変化が、変形可能なレンズ要素の光学特性の大きな変化を生ずる。
【００３０】
記述された、変形可能なレンズ要素装置、及び方法は、多くの利点を生ずる。たとえば、現在利用可能な全く変形可能でない（リジッドな）レンズ要素を組み込んでいる光学システムに比較して、ここで記述された装置および方法は、光学特性（たとえば、焦点長さ）の所望の変化を生ずるのに必要とされるレンズ要素の動きの量を実質的に減少させる一方、光学特性の重要な変化を与える。光学特性の所望の変化を生ずるためのレンズ要素の動きの量を実質的に減少させることにより、記述された装置、および方法は、撮像システムの増大された小型化、および、設計された光学システムの減少されたエネルギー消費を、促進する。上記の利点は、従来から提案されているエレクトロウェッティングの、かつ流体注入流体レンズベースの光学システムに関連しての信頼性および製造複雑性の不具合点を生じない、高度に信頼性のある、簡易に製造される光学システムにおいて、与えられる。
【００３１】
種々の装置は、ここで、その外部表面への力の印加により変形され得る変形可能なレンズ要素をもって記述される。記述された装置、および方法の図解的な実施形態は、図１に示される。図１の実施形態において、変形可能なレンズ要素１０は、変形可能な膜３、スペーサー要素２、および、１ピースの非変形可能なガラスにより与えられ得る境界要素１、および、１より大きい屈折率を持つ焦点流体（図示せず）又は他の変形可能物質（たとえば、弾性的に変形可能な体積）の結合により与えられる。焦点流体又は他の変形可能物質は、図２及び３に示されるように、変形可能な膜３、スペーサー要素２、および、透明な境界要素１の結合により定義される（図２および３に見られるような）キャビティー８内に配置されることができる。図１の残りの要素に関して、残りの要素は、レンズ要素１０の外部表面に対して力を印加するために設けられる。図１の特定の実施の形態に関して、変形可能な膜３と接触するために圧力要素４（その特定の実施形態は、ここでは“プッシュリング”と言われる。）が設けられ、かつ、圧力要素４をアクチュエートするために、アクチュエータ要素（アクチュエータ）２０が設けられる。図１の実施形態におけるアクチュエータ２０は、イオン導電性の電気−活性ポリマー（ＥＡＰ）により与えられる。図１の実施形態におけるアクチュエータ２０は、第１の導体要素６ａ、第２の導体要素６ｂ、および、第１の導体要素６ａと第２の導体要素６ｂ間に介挿された、複数のタブ状要素５ａよりなる変形可能な要素５を含む。第１の導体要素６ａは、電気的コンタクト（図１の外観では隠れている）を含み、かつ、第２の導体要素６ｂは、また、電気的コンタクト６ｃを含む。イメージをイメージ平面上に焦点合わせするのに用いられる、“焦点モデュール”または“焦点装置”と言うことのできる、図１の装置は、さらに、要素１０、４、および２０を収容するためのハウジング７を含む。再び、アクチュエータ２０の変形可能な要素５に言及して、変形可能な要素５は、電気信号が導体要素６ａおよび６ｂに印加されるのに応答して、タブ状要素５ａが、一般に、変形可能なレンズ要素１０に向けて軸１５の方向に曲がるように、１つ、またはそれ以上の導電性ポリマー材料の層を備えることができる。図１に記述された装置１００のアセンブルされた形態の側面図は、図２および３に示される。
【００３２】
変形可能レンズ要素１０の光学特性を変化させるために、電圧が、第１の導体要素６ａおよび第２の導体要素６ｂの電気的コンタクトに印加されて、タブ状要素５ａの曲がりを生じさせることができる。図２および３のアセンブルされた形態の側面図により示されるように、タブ状要素５ａは、タブ状要素５ａが変形可能な膜３に向けて曲がったときに、圧力要素４が変形可能な膜３の外表面に力を印加するよう、圧力要素４と係合するよう配置されることができる。図１から３の外観により示されるように、変形可能なレンズ要素１０は、実施形態において変形可能な膜３により示されるように与えられる一般に円形形状をした表面を含むことができ、かつ、対向するレンズ表面（実施形態において、膜３および境界要素１の外部表面により示されるように与えられる）の中心を交差する軸１５を含むことができる。さらに、圧力要素４は、圧力要素４が、レンズ要素１０の軸１５から離れて、かつ軸１５の周りに配置された複数の点で、一般に軸１５と同一の広がりをもつ方向に力を印加することができるよう、リング形状をしている。装置１００は、図２に示されるように、タブ状要素５ａが変形可能な膜３に向けて曲がったとき、膜３が印加された力と対向する方向に膨らんで凸のレンズ表面を定義するように、適合されることができる。
【００３３】
図２及び３に示される実施形態において、装置１００は、タブ状要素５ａが、圧力要素４を膜３に向けてバイアスし、膜３を膨らましめて凸のレンズ表面を定義せしめるようにする“パワーオフ状態”と、図３に描かれた、タブ状要素５ａが、圧力要素４を変形可能な膜３から引き離し、変形可能膜３をして図３に最もよく示される一般に平坦な、かつ非凸の形状をとらせしめる“パワーオン”状態、との２つの状態を持つ。図２および３に示された制御を与えるために、電気−活性ポリマーアクチュエータ２０が、与えられ、これにより、タブ状要素５ａは、通常、電圧がアクチュエータ２０のコンタクトに印加されることがないときは、変形可能な膜３に向けてバイアスされ、かつ、ある電圧が電気−活性ポリマーアクチュエータ２０の電気的コンタクトに印加されたときで、図３に最もよく示されるように平坦な形状をしているときは、一般に膜３の平面に平行な方向（一般に、軸１５に垂直）にバイアスされるようになる。図２および３に描かれた実施形態において、導体要素６ａおよび６ｂから電圧を除去すると、タブ状要素５ａは、圧力要素４を膜３に向けて付勢し、膜３を膨らましめ、これにより、変形可能なレンズ要素１０の光学特徴を変化させるようになる。
【００３４】
さらに図１から３の実施形態に関して、変形可能なレンズ要素１０は、それを通って水平に伸びる軸１５を含み、かつ、アクチュエータ２０は、一般に軸１５と同一の広がりを持つ方向の力を変形可能なレンズ要素１０の表面に与える、ことが示される。さらなる側面において、図１から３の実施形態における圧力要素４は、軸１５から離れて、かつ軸の周りに周囲的に配置された複数のコンタクト位置で変形可能なレンズ要素１０に接触するであろうことが、示される。図４および図５の実施形態に関係して、図４および図５の実施形態においては、図２および３に示されるような第１および第２の平面状の表面１１０および１１１を持つ透明の境界要素１が、光学的パワーを持つ境界要素１により置き換えられている。図４の実施形態の境界要素１は、カーブしていない（平面状の）第１の表面１１２、および凸の第２の表面１１３を持つ。図５の実施形態における境界要素は、凹の第１の表面１１４、および凸の第２の表面１１５を持つ。
【００３５】
図１から３において、レンズ要素の外部表面への力の印加により変形可能なレンズ要素１０を移動させる第１の装置が、記述される。力が、変形可能なレンズ要素１０に印加されて、変形可能なレンズ要素の光学的特徴（たとえば、レンズ要素表面曲率、焦点長さ）の変化を生ぜしめる代替的な装置が、今ここで記述される。
【００３６】
図６の展開されたアセンブリー図を、今参照して、焦点装置１００の代替的な実施形態が、示され、かつ記述される。図６の実施形態において、変形可能なレンズ要素１０は、ここでより十分に記述されるモデュラーアセンブリーにより与えられ、かつ、アクチュエータ２０（図１から３の実施形態においては、イオン伝導性電気−活性ポリマーアクチュエータにより与えられると示された）は、図６の実施形態においては、誘電体電気−活性ポリマーアクチュエータ２０により与えられる。
【００３７】
図６の実施形態におけるアクチュエータ２０を参照して、アクチュエータ２０は、可撓性メンバー２１、スプリング２３、ストッパー２５、および、電圧を可撓性メンバー２１に供給する可撓性回路基板２７よりなる。可撓性メンバー２１を参照して、可撓性メンバー２１は、たとえば、導電性カーボン粒子がポリマーマトリックス内に縣濁されることにより与えられる、可撓性電極間に介挿された誘電体膜材料を備えることができる。電圧が可撓性電極に印加されるとき、可撓性メンバー２１は、電界線に垂直な方向において伸びる。スプリング２３は、可撓性メンバー２１を、変形可能レンズ要素１０に向かう方向にバイアスするように動作する。従来のコイルスプリングにより与えられるように示されたスプリング２３は、加圧された流体、または弾力性のある泡状物質により、置き換えられ得る。ストッパー２５に関して、ストッパー２５は、スプリング２３を可撓性メンバー２１に対してある位置で保持するよう動作し、一方、フレキシブル回路２７は、電圧を、遠位端を有する可撓性メンバー２１に供給する。電力が、フレキシブル回路２７、その動作はここでより十分に記述される、に対して供給されるとき、可撓性メンバー２１は、レンズ要素１０の方向に伸張して可撓性メンバー２１を押す。より詳細には、電力がフレキシブル回路２７に供給されるとき、可撓性メンバー２１は、圧力リング４を、変形可能レンズ要素１０に向けて押す。アクチュエータ２０により駆動された圧力リング４は、これにより変形可能レンズ要素１０を変形させて、変形可能レンズ要素１０の光学的特徴を変化させる。図１から３の実施形態におけるように、圧力要素４は、（リング形状に形成されていることが示されているが）変形可能レンズ要素１０の周辺の周りの複数の位置で変形可能レンズ要素１０と接触するように適合されることができる。複数の接触位置は、変形可能レンズ要素１０の軸１５の周りの周囲で、かつ軸１５から離れて、定義されている。図１から３の実施形態におけるように、図６の実施の形態における装置１００は、変形可能レンズ要素１０の光学的特性が、一般に力を軸１５の方向に軸１５の周囲にて定義された変形可能レンズ要素１０上の複数のコンタクト点で印加することにより変化されるように、適合されている。
【００３８】
図６の焦点装置のさらなる側面を参照して、焦点装置１００は、図６の実施形態で示されたモデュラーアセンブリーの形態にある変形可能レンズ要素１０を受けるような大きさ、および形状のハウジング１７、および、ボルト１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、および１９ｄ上にスナップ嵌合するように適合されることのできるカバー１８を使用して、パッケージ化されることができる。ハウジング１７は、示されるように、要素２１、２５、およびフレキシブル回路２７の孔と位置合わせされた複数のねじ切りされた孔を持つことができる。ボルト１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、および１９ｄは、装置１００のアセンブリーのために、位置合わせされたスルーホールを通って駆動され、ハウジング１７の示されたねじの切られた孔内に螺合されることができる。焦点装置１００は、１つ、またはそれ以上のボルト１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、および１９ｄが、フレキシブル回路基板２７と可撓性メンバー２１との間に電流を導通させるように、適合化されることができる。たとえば、フレキシブル回路基板２７と可撓性メンバー２１とは、ボルト１９ｂが、フレキシブル回路基板２７の電圧端子を可撓性メンバー２１の第１の可撓性電極に接続するように適合されることができ、かつさらに、ボルト１９ｃが、可撓性メンバー２１の第２の可撓性電極とフレキシブル回路２７との間に導電性パスを完成するように適合されることができる。
【００３９】
今、図７から９の実施形態を参照して、図７から９の実施形態におけるアクチュエータ２０は、中空のステッパモータにより与えられる。中空のステッパモータにより与えられる図７から９の実施形態のアクチュエータ２０の動作を参照して、コイル３１、またはコイル３２の一方、または両方を通して電流を供給すると、固定バレル３７上にねじ締め可能に受け入れられた中空ロータ３５を、ロータ３５が回転によりコイル３１およびコイル３３に印加された信号に依存して軸１５に沿っていずれかの方向に進むように、回転させることとなる。図１から６の実施形態に示されるような態様で、ロータ３５は、ロータ３５の一端、またはロータ３５により生成される力を転送する構造要素が、変形可能レンズ要素１０の一表面に、それの軸１５の回りに周囲的に配置された、かつ、それから離れた複数の位置で接触するような形状とされることができる。図７から９の実施形態におけるロータ３５が回転せられるとき、ロータ３５は、上記したような位置で変形可能なレンズ要素１０と接触しながら、一般に軸１５の方向内の一方向に力を印加して、変形可能なレンズ要素１０の光学的特性を変化せしめる。アクチュエータ２０により生成される力は、図７から８に示されるように、圧力要素４によってレンズ要素１０に転送され得る。圧力要素４は、図７から９の実施形態において、バレル３７内に形成された相補的に形成された長いスロット３９の上に、圧力要素４の回転が抵抗されるように乗る、対向するピン４ａを持つことができる。さらに、図７から９の実施形態の焦点装置１００に関して、焦点装置１００は、さらに、バレル３７上に、示されるようにねじ締め可能に受け入れられるキャップ３８を、含むことができる。キャップ３８は、それを通って光が通過することを許す透明な内部（図示せず）を持ち、かつ、ロータ３５がアクチュエートされて変形可能なレンズ要素１０の外部表面に力を印加するとき、変形可能なレンズ要素１０の動きに抵抗するストッパーを形成する。
【００４０】
図７から９の中空ステッパーモータの実施形態におけるアクチュエータ２０の動作は、今、さらに記述される。中空ステッパーモータは、１つの実施形態においては、一般に、モータの回転部分を形成する、永久磁石を備えた内部バレルにより特徴付けられる。中空ステッパーモータは、１つの実施形態においては、さらに、内側バレル（ロータ）を支持する、コイルを備えた外側バレルにより特徴付けられ得る。中空ステッパーモータは、他のタイプのモータに比較して低減されたサイズを示し、かつ、レンズ要素位置の正確な調整を許す。１つの実施形態において、中空ステッパーモータの内側バレル部は、外側バレルのねじ内にねじ締め可能に受け入れられるスレッドを含むことができる。このようなねじ締め配列により、モータは、ギヤベースのモータ配列に比較し、高い衝撃に持ちこたえることができる。１つの実施形態において、外側バレルに関係して内側バレルを受け入れることのできるスレッドは、内側バレルが外側バレルに対して、摩擦力により、かつ外部エネルギーの印加なしに、ある位置に維持されるよう、相補的に構成されたスレッドを含むことができる。したがって、レンズ設定は、単に、電流をレンズ駆動コイルに対し供給することを避けることにより、ある設定を維持するよう制御されることができる。比較するに、代替的なアクチュエータは、いくらかの場合に望ましいが、固定レンズ設定を維持するために印加されるパワーを必要とする。したがって、中空ステッパーモータの主要な利点は、１つの実施形態においては、低減された電力消費である。
【００４１】
外側バレル３７に関して、外側バレル３７は、内側バレル３５に対応する１セットのコイル３２を備えることができる。１セットのコイル３２は、第１のコイル３１、および第２のコイル３３を含む。
【００４２】
さらに、外側バレル３７は、内側バレル３５の歯４３と係合する歯４１を含む。歯４１と歯４３の結合は、内側バレル３５が回転しようとするとき、軸１５に沿った内側バレル３５の動きを与える。
【００４３】
好ましい中空ステッパーモータの動作は、さらに、図９を参照して記述される。内側バレル３５は、内側バレル３５の外周の周りに交互に形成された交互する北、および南極を持つ永久磁石４５を、持つことができる。第１のコイル３１は、ギャップ５１により定義される交互する歯４７，４９を持つことができる。電流がコイル３１を順方向に流れるとき、反対極性の磁界が、連続的に隣接する歯、たとえば、コイル３１の歯４７，４９で形成される。電流がコイル３１を逆方向に流れるとき、反対極性の磁界が、再び、磁界の極性が順方向電流フローの間のその極性と反対であることを除いて、コイル３１の連続的に隣接する歯で形成される。同様に、第２のコイル３３は、ギャップ５９により定義される交互する歯５５，５７を持つことができる。電流がコイル３３を順方向に流れるとき、反対極性の磁界が、連続的に隣接する歯で形成される。電流がコイル３３を逆方向に流れるとき、反対極性の磁界が、再び、磁界の極性が順方向電流フローの間のその極性と反対であることを除いて、コイル３３の隣接する歯で連続的に形成される。
【００４４】
内側バレル３５を回転させるために、電流を、第１および第２のコイル３１内に、内側バレル３５をバレル３５の所望の位置が達成されるまで所望の方向にて付勢するようタイムシーケンス調整された態様で、順方向および逆方向に印加することができる。コイル３１またはコイル３３の歯がある極性を持つとき、内側バレル３５は、それの永久磁石がコイル３１またはコイル３３の歯と位置合わせされるよう、外側バレル３７に対してある位置を持つであろうことが見られる。このように、図７から９のアクチュエータ２０を用いて、レンズ要素の正確な位置決めを達成することができる。図７から９を参照して記述されたモータは、中空ステッパーモータと言われ、これは、内側バレル３５の外側バレル３７に対する、該内側バレルの永久磁石がある極性を持つコイル歯と位置合わせされる、離散的なステップごとの位置が達成されるためである。
【００４５】
内側バレル３５の端は、一般に、圧力要素４の形でリング形状をしており、図７から９の実施形態に示されるアクチュエータ２０は、実質的に、図１から３の、および図６の実施形態の態様で動作することができる。即ち、図７から図９に示されるアクチュエータ２０は、一般に軸１５の方向に力を印加することができる。力の印加のために、図５に示される変形可能なレンズ要素１０は、軸１５から離れた、かつ軸１５の周りに周囲的に配置された複数の点で、変形可能なレンズ要素１０の外部表面上に定義された複数のコンタクト位置でコンタクトされることができる。
【００４６】
記述された焦点装置１００の実施形態の任意の１つ内に相互交換され得る変形可能レンズ要素１０の種々の構成の特定の例が、図１０から１７と関連してここで記述される。
【００４７】
図１０の実施形態において、変形可能なレンズ要素１０は、第１のクランプ要素６３、第２のクランプ要素６５、および、第１のクランプ要素６３と第２のクランプ要素６５との間に介挿された変形可能膜３を備える。第１および第２のクランプ要素６３および６５のおのおのは、透明（光学的にクリア）で、かつ、示されるようにディスク形状をしており、かつ、おのおのの環状に配置されたインターロック歯を含み得る。特に、示された実施形態においては、クランプ要素６３は、３つの環状に形成された歯リング６４を含み、クランプ要素６５は、図１１から１２にもっともよく示されるように、クランプ要素６３の歯と噛合する一対の環状に配置された歯リング６６を含む。示された実施形態においては、複数の環状リングが、クランプ要素６３、及びクランプ要素６５のおのおの上に設けられているが、クランプ要素６３とクランプ要素６５との間の保持力は、より少ない数の歯リング、たとえば、クランプ要素の１つ上の１つのみの単一環状歯リング、の存在により助けられるであろう。このようにして、膜３は、クランプ要素６３とクランプ要素６５の間にクランプされる。
【００４８】
図１０から１２の変形可能なレンズ要素のアセンブリーのために、クランプ要素６５は、クランプ要素６３上にプレス嵌合されることができ、かつそののち、それに超音波溶接されることができる。もう１つの側面において、クランプ要素６３およびクランプ要素６５は、相補的な舌−溝係合表面、そこでは超音波溶接を形成することができる、を持つことができる。図１０から図１２の実施形態において、クランプ要素６３は、環状溝７１（図１０から１２）を含み、クランプ要素６５は、環状舌７３（図１０から１２）を含む。しかしながら、もう１つの実施形態においては、舌と溝の位置は、逆にできる。舌と溝の間の界面での超音波溶接は、クランプ要素の材料の使用に適した接着剤を補足し、あるいは、これにより置き換えることができる。図１１の実施形態に示されるような、平面状の光学的に透明な窓６７は、たとえば、光学的パワーを持つカーブした表面を持つメンバーにより、置き換えられることができる。図１０から１２に示されるような、変形可能なレンズ要素に使用されるもう１つの窓は、たとえば、ここで図４（表面１１２および１１３）、および図５（表面１１４および１１５）に示されるような、要素１のカーブした表面を持つことができる。
【００４９】
もう１つの側面において、クランプ要素６３は、光がそれを通ることを許す透明窓６７を持ち得、かつ、焦点流体または他の変形可能な物質を受けるための十分な厚さを持ち得る。クランプ要素６３とクランプ要素６５とが、超音波溶接されたのち、１より大きい屈折率を持つ焦点流体（ここで、レンズ要素は焦点流体を組み込んでいる）は、スルーホール７５を通ってキャビティー８内に入れられることができる。キャビティが充たされた後に、孔７５はシールされ得る。クランプ要素６３およびクランプ要素６５に関して、クランプ要素６３およびクランプ要素６５のおのおのは、固体非変形材料により形成されることができる。さらに、クランプ要素６５は、力供給要素（たとえば、圧力要素４、または、もし圧力要素４が削除されれば、アクチュエータ２０）をして、膜３に接触することを許す開口７７を定義することができる。
【００５０】
変形可能なレンズ要素１０のもう１つの実施形態は、図１３に示され、記述される。図１３の実施形態において、変形可能なレンズ要素１０は、一対の変形可能なレンズ表面、すなわち、第１の変形可能な膜３により定義される第１の表面、および第２の変形可能な膜３’により定義される第２の表面、を持つ。図１３の実施形態における変形可能なレンズ要素１０は、変形可能な膜３を保持するクランプ要素６３が、繰り返されており、かつ、クランプ要素６３が、第２の膜３’、およびそれ上の反対側上にある第２のクランプ要素６５を受けるよう修整されていることを除いて、図１０ないし１２の変形可能なレンズ要素１０の態様で、構築されている。図１３の実施形態において、変形可能なレンズ要素１０は、図１０から１２の実施形態に関連して記述されたように、膜を安全に保持するための歯、および、クランプ要素をクランプ要素に関連して安全に保持するための、その中に形成された環状の舌および溝ファスナーを、持つ。中央のクランプ要素６３’の窓６７’に関連して、かつ、前記レンズ要素１０が焦点流体を組み入れているところでは、窓６７’は、焦点流体を保持するための第１および第２流体緊密キャビティが図１３の変形可能レンズ要素１０内で定義されるように、形成されることができる。あるいは、前記第１及び第２のキャビティは、窓６７’内に形成されたスルーホールの手段により流体通信することができる。また、窓６７’は、削除することができ、かつ、キャビティーは、中央クランプ要素６３’の最内側の環状歯リングにより定義された開口を通って流体通信することができる。
【００５１】
図１４に関して、図１４は、レンズ要素１０の光入力および光出力表面の両方が変形可能である、図１３に示された変形可能なレンズ要素１０を組み込んでいる、焦点装置１００の一実施形態を示す。図１４の実施形態に関して、焦点装置１００は、変形可能な膜３、および変形可能な膜３’を含む変形可能なレンズ要素１０のいずれかの側上に配置された一対のアクチュエータ２０を持つことができる。第１のアクチュエータ２０は、示されたように変形可能なレンズ要素１０の光入力表面を定義する第１の膜３の外部表面上に力を分け与えるよう、配置されることができ、第２のアクチュエータ２０は、示されるようにレンズ要素１０の光出力表面を定義する第２の膜３’の外部表面上に力を分け与えるよう、配置されることができる。図１４の実施形態において、第１および第２のアクチュエータの両者は、図１から図３の実施形態を参照して記述された特徴を持つことができる。たとえば、アクチュエータ２０の両者は、アクチュエータ２０の開口１６が変形可能なレンズ要素１０の軸１５の周りに配置されるように、配置されることができる。アクチュエータ２０のおのおのは、さらに、アクチュエータ２０により生成される力が、一般に軸１５と同一の広がりを持つ方向においてレンズ要素１０に分け与えられるように、かつさらに、変形可能なレンズ１０の変形可能な表面が、軸１５から離れて、かつ軸１５の周りに周囲的に配置された複数のコンタクト位置で接触するように、配列されることができる。図１３のレンズ要素１０を組み入れている光学システムの１つの実施形態において、膜３はレンズ要素の光入力表面を形成することができ、膜３’は光出力表面を形成することができる。もう１つの実施形態において、レンズ膜３’はレンズ要素の光入力表面を形成し、膜３は光出力表面を形成する。
【００５２】
さらに焦点装置１００に関して、第１および第２のアクチュエータ２０は、前記アクチュエータのうちの第１のものが、前記レンズ要素の光入力変形可能レンズ表面上に一般に軸１５と同一の広がりを持つ方向に力を分け与え、他方、アクチュエータ２０のうちの第２のものが、変形可能なレンズ要素１０の光出力表面上に軸１５の一般的な方向に力を分け与えるように、変形可能なレンズ要素１０の軸１５の周りに、かつ１つの実施形態においては実質的に軸１５をセンターとして、配置された開口２０を持つことが見られる。
【００５３】
図１４に示されるような適切なアクチュエータを持って配置された図１３の変形可能なレンズ要素１０は、種々の主要なレンズ要素形状、たとえば、平面状の凸状、平面状の凹状、２つの凸状、２つの凹状、凹凸状、メニスカス、非等表面パワーを持つ２つの凸状、を表わすように制御されることができる。
【００５４】
変形可能なレンズ要素１０の種々の実施形態における変形可能な膜３および膜３’に関して、変形可能な膜は、非多孔性の光学的に透明なエラストマー材料よりなることができる。膜３、３’として使用に適した材料は、ＤＯＷ  ＣＯＲＮＩＮＧから入手可能なタイプの、ＳＹＬＧＡＲＤ  １８４  シリコンエラストマーである。
【００５５】
種々の実施形態において記述されたキャビティー８に関して、キャビティー８は、光学的に透明な焦点流体により充たされることができる。比較的に高屈折率の焦点流体を選択すると、与えられた焦点距離の変化を得るために必要とされる変形量を減少できるであろう。１つの例において、適切な屈折率は、約１３から約１７の範囲内にある。より小さい屈折率を持つ焦点流体を選択することは、与えられた焦点距離の変化を得るために必要とされる変形量を増大させることが望ましい場合、有利である。たとえば、選択されたアクチュエータ２０が比較的に粗い移動を生むいくつかの実施形態においては、より低い屈折率を持つ焦点流体を選択できるであろう。適切な焦点流体（光学的流体）の１つの例は、ＳＡＮＴＯＬＩＧＨＴから入手可能な、ＳＬ−５２６７  ＯＰＴＩＣＡＬ  ＦＬＵＩＤであり、屈折率＝１．６７である。
【００５６】
さらに、種々の実施形態のキャビティー８に関して、キャビティーは、１より大きい屈折率を持つ代替的な変形可能な光学的に透明な物質であって、その各キャビティ８の、該物質より大きい体積のときの形状を、流体の形ではとらないもの、により充たされることができる。たとえば、実質的にその寿命を通してそのストレス印加のない形状を保持することのできる変形可能な形状保持材料は、変形可能なレンズ要素１０の種々の実施形態のおのおのにおいて、キャビティー８内に配置されることができる。
【００５７】
１つの例において、シリコンゲルは、実質的にその寿命のコースにわたりそのストレス印加のない形状を保持する弾性的に変形可能な形状保持材料として設けることができる。弾性的に変形可能なシリコンゲルは、記述された実施形態の任意のもののキャビティー８内に配置することができる。ここで記述した変形可能なレンズ要素１０での使用に適したシリコンゲルの製造のために、液体シリコンを、完成したゲルメンバーの望まれる形状の容器内に充たし、そののち、キュアーすることができる。１つの例において、液体シリコンを、その中にシリコンゲルメンバーが配置されるであろうキャビティー８の形状をしたモールド内に充たし、そののち、シリコンゲル形態になるまでキュアーすることができる。
【００５８】
さらに、弾性的に変形可能なメンバーの製造に関して、モールドコアを、アルミニウムにより、単一点ダイアモンド旋盤およびニッケルプレーティングにより、準備することができる。キャビティー８は、作られるべき弾性的に変形可能なレンズ要素の負の形状を持つことができる。次に、シリコンゲル混合物は、ＤＯＷ  ＣＯＲＮＩＮＧ  ＪＣＲ６１１５  ２部品シリコン熱キュアーゲルのように準備することができる。この２部品、ＪＣＲ６１１５  ＣＬＥＡＲ  ＡおよびＪＣＲ６１１５  ＣＬＥＡＲ  Ｂは、混合物を形成するよう混合される。混合物は、その中に形成されるバブルを解放するよう真空吸引される。液体シリコンゲルが準備されて、液体シリコンゲルは、モールドコア内に注入モールドされる。液体シリコンゲルは、そののち、高い温度下でキュアーされる。ＤＯＷ  ＣＯＲＮＩＮＧから入手可能なＪＣＲ６１１５液体シリコンを用いるときは、液体ゲルは、１７５℃、５分間の加熱によりキュアーされる。完成したシリコンゲルレンズは、そののち、検査をして、それは欠陥がなく、かつ、余分な材料はゲート領域の周囲で除去することができるかを、決定することができる。任意に、完成した弾性的に変形可能なメンバーは、薄い膜材料、たとえば、ＤＯＷ  ＣＯＲＮＩＮＧからのＳＹＬＧＡＲＤ  １８４により、耐久性を改善するためにスピンコートされ得る。変形可能なレンズ要素、またはその構成要素における、のために、弾性的に変形可能なメンバーの形態で利用され得るいくらかの材料は、以下の表Ａにまとめられている。好ましい実施形態のおのおのにおいて、変形可能なレンズ要素の主要ボディーを構成する材料（いくらかの場合、全体の弾性的に変形可能なレンズ要素を含む）は、ショア  Ａ６０より少ない硬さ測定を持つ。
【表Ａ】
2010513952.tif 000003
【００５９】
好ましい実施形態のおのおのにおいて、弾性的に変形可能なメンバーを形成する材料は、１より大きい屈折率を持つ、光学的に透明なシリコンゲルエラストマーにより与えられる。しかしながら、１より大きい屈折率を持つ、任意の光学的に透明で弾性的に変形可能な材料が、変形可能なレンズ要素の製造において利用され得ることが理解されるであろう。
【００６０】
シリコンゲルの形にあるとき、形成されたシリコンゲルメンバーは、キャビティー８内に配置され得る。焦点流体を充たしシールすることは、通常、レンズ要素が流体を組み入れるレンズ要素製造方法では最後のステップであり得るが、ゲルメンバーをキャビティー内に配置することは、通常、ゲルベースの変形可能レンズ要素の製造においては中間のステップであり得る。
【００６１】
図１５を参照して、変形可能なレンズ要素１０のもう１つの実施形態が図解される。図１５の実施形態は、弾性的に変形可能なレンズメンバー８０（たとえば、シリコンゲルよりなる）がクランプ要素６３とクランプ要素６５により限定されたキャビティー内に、焦点流体に代えて、配置されている、図１０から１２の実施形態に類似した構成を持つ。さらに、図１５の実施形態に関して、押圧リングにより与えられる圧力要素４は、圧力要素４の変形可能な膜３との位置合わせを助ける目的で、クランプメンバー６５に機械的に結合されている。
【００６２】
変形可能なレンズ要素が、シリコンゲルにより与えられ得るような変形可能形状保持材料を組み込む場合、変形可能レンズ要素１０のキャビティー８のシールのための特徴は、任意に削除することができる。図１６の実施形態において、キャビティー８は削除され、変形可能なレンズ要素１０は、弾性的に変形可能な材料メンバー８０、変形可能な膜３、示されるように圧力要素４を機械的に結合するよう適合された後方プレート８１および前方プレート８２を、含むスタックされた層構成を備える。
【００６３】
変形可能なレンズ要素１０が、ここで述べたようなシリコンゲルよりなる変形可能なメンバーのような、形状を保持する弾性的に変形可能なメンバーを組み込む場合、変形可能な膜３は、任意に除去することができる。それでもやはり、膜３により、弾性的に変形可能なメンバー８０は、有利に保護されることができ、弾性的に変形可能なメンバー８０の表面上に引っかき傷が入ることは、低減され得る。弾性的に変形可能なメンバー８０を保護するために付加的に、または代替的に、メンバー８０は、コーティングプロセスを受けることができ、そこでは、ＤＯＷ  ＣＯＲＮＩＮＧより入手可能なＳＹＬＧＡＲＤ  ８４よりなるような、光学的に透明な保護コーティング８４が、ここですでに述べたように、ゲルメンバー８０に適用され得る。弾性的に変形可能なメンバー８０、および表面保護コーティング８４よりなる変形可能なレンズ要素１０の例は、図１７に示される。
【００６４】
形状を保持する弾性に変形可能な光学的に透明なメンバーの製造のためのプロセスは、完成したメンバーの所望の形状の容器を充たすこと、およびそののちキュアーすること、を含むことはすでに言われた。１つの実施形態において、ここで述べられたような、形状を保持する弾性的に変形可能なメンバーは、初期光学パワーを持つように形成され得る。１つの実施形態において、形状を保持する弾性的に変形可能なメンバーは、ストレス印加のない状態で、該変形可能なメンバーが少なくとも１つの凸レンズ表面を持つように形成され得る。
【００６５】
図１８に示されるような焦点装置１００の実施形態において、弾性的に変形可能なメンバー８０は、初期光学パワーを持つよう形成されることができ、かつ、特に、ストレス印加のない状態で、弾性的に変形可能なメンバー８０が、第１の通常の（ストレスのかけられていない状態）凸表面８５、および第２の通常の（ストレスの印加のない状態）凸表面８６を持つように、特定的に構成されることができる。レンズ表面８５または８６のうちの１つは、光入力表面と言われ、他は、光出力表面と見なされ得る。さらに、図１８の焦点装置１００に関して、第１および第２の電気−活性ポリマーアクチュエータ２０は、第１および第２の通常凸表面のおのおのを変形させるように配置されることができる。図１８の１つの実施形態において、レンズ要素１０は、弾性的に変形可能なメンバー８０よりなる１ピースのメンバーで与えられるものとして、示されている。変形可能なレンズ要素１０の主要ボディーが弾性的に変形可能な材料要素よりなると記述された残りの実施形態におけるばかりでなく、図１８の実施形態において、変形可能なレンズ要素１０は、焦点流体を欠くものであることができる。
【００６６】
図１８の好ましい実施形態において、変形可能なレンズ要素１０を変形させるためのアクチュエータ２０は、図６の実施形態と関連して以前に記述されたように、誘電体電気−活性ポリマー可撓性メンバー２１よりなり得る。図１８ないし１９に示される実施形態において、可撓性メンバー２１は、通常、弾性的に変形可能なメンバー８０により外方にバイアスされており、かつそれゆえ、スプリング２３は、図１８および１９の実施形態には含まれていない。また、圧力要素４は、図１８および１９の実施形態においては削除されており、かつ、該図１８および１９の実施形態における力分け与え構造要素は、アクチュエータ２０により与えられる。各可撓性メンバー２１は、図１８および１９の実施形態において、１つの実施形態においてはシリコンゲルよりなる、１ピースの弾性的に変形可能な要素により与えられる、変形可能なレンズ要素１０にコンタクトするよう配置され得る。特に、図１８および１９の実施形態を参照して、各可撓性メンバー２１は、示された実施形態においては、１ピースの弾性的に変形可能なメンバー８０により与えられる、変形可能なレンズ要素のストレス印加のない状態に実質的に合うよう適合され得る。図１８の実施形態においては、各可撓性メンバー２１は、一対の可撓性電極層９１および９２間に、該可撓性電極層間の電圧を変化させることにより、該可撓性メンバーが伸張し、または収縮するよう、介在された誘電体膜材料層９０を含むことができる。もう１つの実施形態においては、単一誘電体層９０は、多数誘電体層により置き換えられることができる。さらに、図１８の焦点装置１００を参照して、各可撓性メンバー２１は、光線が変形可能なレンズ要素１０を通ることを許すように、レンズ要素軸１５の周りに配置されたコートされていない領域１１６を含むことができる。
【００６７】
図１８の実施形態におけるコートされていない領域１１６は、該コートされていない領域１１６より他の領域において、可撓性メンバー２１の内部および外部表面の残りをカバーすることのできるコーティングである可撓性電極コーティングを持たない領域である。誘電体層９０を光がそれを通過することができる光学的に透明な形で与えるために、誘電体層９０は、適切な光学的に透明な材料よりなることができ、その例は、３Ｍから入手可能な、アクリリック、モデルナンバー  ＶＨＢ４０１０、および、ＮＵＳＩＬから入手可能な、モデルナンバー  ＣＦ１９−２１８６  シリコン、である。図１８の実施形態において示されるような可撓性メンバーの製造のために、光学的に透明な筋肉誘電体材料は、均一な薄膜を形成するよう、キャリヤ基板（ガラスプレート）上にスピンキュアーされることができる。膜は、その後、高い温度でキュアーされ得る。キュアーを行った後、膜は、基板から剥離され、かつ、コートされていないエリア１１６におけるを除いて、可撓性の電気的コーティングを形成するよう電気−化学的にコートされることができる。形成された可撓性メンバーは、適切な大きさにカットされ、かつマウントされ得る。さらなる側面において、電圧が可撓性メンバー２１を収縮させるよう印加されるとき、一般に軸１５に垂直な方向に最初に生成される、結果生じる力は、レンズ要素の凸性が増大されるような態様で、一般にレンズ要素１０に向かう軸１５の方向にて変形可能なレンズ要素１０に分け与えられる。開口１６がリング形状をして軸１５の周りに配置されており、かつ、可撓性メンバー２１が、変形可能なレンズ要素の形状に実質的に合うように適合されていると、可撓性メンバー２１は収縮し、一般に変形可能なレンズ要素に向けられた軸１５の方向の力が、軸１５の周りに周囲的に配置された、かつ軸１５から離れて配置された複数の点で分け与えられる結果を生じる。図１８の実施形態においてアクチュエータ２０によりレンズ要素１０に分け与えられる力は、一般にレンズ要素軸１５の方向にあると記述することができるが、もし、該分け与えられる力が、垂直の（軸方向の）、および水平の（軸１５に垂直の）構成成分に分解されれば、図１８の実施形態における力ベクトルは、図１から９を参照してここで記述された実施形態におけるより、より高いパーセントの水平方向成分力ベクトルを持つことが期待され得ることが理解される。
【００６８】
さらに、図１８に示される焦点装置１００に関して、電圧端子は、示された各々の第１及び第２の可撓性メンバー２１の可撓性電極層９１および９２間に適切に電圧を供給するような態様で設けられることができる。好ましい実施形態において記述されるであろうように、電圧端子が、また、可撓性メンバー２１をレンズ要素１０に関連してある位置に構造的に支持し、かつ、可撓性メンバー２１が、今度は、弾性的に変形可能なレンズ要素１０を支持するように、設けられ得る。図１８に示された実施形態において、端子接続インタフェース１２５およびインタフェース１２７（ここで、第１の可撓性メンバー２１は、導電性リング９４および９８に接続されており、第２の可撓性メンバーは、導電性リング９８および９６に接続されている）を接続する想像上の線は、変形可能なレンズ要素１０を両断することができる。このようにして、示された実施形態における可撓性メンバー２１は、収縮された状態に移動するよう制御されるとき、レンズ要素１０に対して一般に軸１５の方向の力を、レンズ要素１０に対して分け与えることができる。
【００６９】
図１８に示される実施形態の構成要素は、さらに、図１８による実施形態の展開されたアセンブリー外観を示す図１９を参照して記述される。図１９の外観を参照して、さらに、焦点装置１００は、ストレス印加のないとき、変形可能なレンズ要素１０の形状に実質的に合うよう適合された第１及び第２のアクチュエータ２０の一対の可撓性のメンバー２１間に介挿された、１ピースの変形可能な膜９０により与えられる２つの凸の弾性（形状保持）変形可能レンズ要素１０を含むことが、見られる。図１９に示されるような焦点装置１００のさらなる側面を参照して、焦点装置１００は、さらに、ハウジング要素９３、導電性リング９６および９４、絶縁スリーブ９７、および、中央導電リング９８を含むことができる。導電性リング９４、中央リング９８、および導電性リング９６は、ハウジング要素９３と導電性リング９４との間の、および、ハウジング要素９３と中央導電性リング９８との間のショートを防ぐために配置された、絶縁スリーブ９７の内側に適合されている。さらなる側面において、導電性リング９６は、導電性ハウジング要素９３と導電性接触していることができる。第１及び第２可撓性のメンバー２１を持つ第１及び第２のアクチュエータ２０を動作させるために、電圧が、（導電性リング９６と導電性接触している）ハウジング９３と、導電性リング９４間に印加されることができる。示された実施形態において、中央導電性リング９８は、第１の可撓性メンバー２１および第２の可撓性メンバー２１のおのおのの誘電体層を備えた直列回路におけるノード、ここで、該ノードは、記された要素を接続する、として動作する。電圧を、ハウジング９３（及び、それゆえリング９６）とリング９４間に印加すると、第１の（リング９４とリング９８間に配置された）、および第２の（リング９６とリング９８間に配置された）可撓性メンバー２１をして、同時にアクチュエートされるようにせしめることができる。もう１つの実施形態においては、中央導電性リング９８が、参照電圧と電気的に通信可能であり、かつ、電圧が、導電性リング９６とリング９８間に、かつ、リング９４とリング９８間にも、第１及び第２のアクチュエータ２０の第１及び第２の可撓性メンバー２１の独立の制御のために、印加され得る。図１８及び１９の種々の要素は、該要素が、装置１００が十分にアセンブルされたときある相対位置にあるよう、摩擦嵌合されるような大きさとされることができる。
【００７０】
もう１つの実施形態においては、図１８から１９に示されるような誘電体電気−活性ポリマーアクチュエータは、ここで以前に記述したような、イオン導電性電気−活性ポリマーアクチュエータにより置き換えることができる。イオン導電性ポリマーアクチュエータは、光学的に透明な誘電体層９０が、１つ、またはそれ以上の光学的にイオン導電性のポリマー層により置き換えられることを除いて、図１８から１９に描かれたアクチュエータの構造を持つことができる。
【００７１】
図１８から１９に示されるようなアクチュエータ２０が、誘電体電気−活性ポリマーアクチュエータを示す場合、該アクチュエータは、一般に軸１５に垂直な方向において力（アクチュエータの収縮による）を、生成することができ、該力は、一般に軸１５の方向内にある方向にてレンズ要素１０の変形可能な表面に分け与えられる。図１８から１９の実施形態におけるアクチュエータ２０が、イオン導電性ポリマーアクチュエータを表わす場合、該アクチュエータは、一般に軸１５の方向内にある方向の力を、（イオン導電性層を曲げることにより）生成することができ、該力は、一般に軸１５の方向にてレンズ要素の変形可能な表面に分け与えられる。焦点装置１００の電圧要件は、イオン導電性電気−活性ポリマーアクチュエータの選択により、（たとえば、１０ボルト以下に）減少されることができる。
【００７２】
コートされていないエリア領域１１６を有する電気−活性ポリマーアクチュエータ２０（たとえば、誘電体タイプ、またはイオン導電性タイプのいずれかの）を持つ実施形態において、該コートされていないエリア１１６は、アクチュエータ２０が、ここで記述されたような開口１６を持つ力分け与え構造要素の態様で動作するよう、開口１６により置き換えられることができる。
【００７３】
また、ここでの実施形態は、開口を含む力分け与え要素を持つが、該開口１６は、力分け与え構造要素が図１８から１９のアクチュエータの態様で動作するよう、光学的に透明な材料メンバーにより充たされることができる。ここで述べられたように、記述された実施形態の任意のものにおけるアクチュエータは、残りの実施形態の任意のものにおけるアクチュエータにより、置き換えられることができる。同様に、記述された実施形態の任意のものにおける変形可能なレンズ要素は、残りの実施形態の任意のものの変形可能なレンズ要素により、置き換えられることができる。
【００７４】
図１８から１９の実施形態が、変形可能な２つの凸のレンズ要素、および、一対のレンズ表面のおのおのを変形させるためのアクチュエータを含むところでは、焦点装置１００は、代替的に、平−凸の弾性的に変形可能な形状−保持レンズ要素、および、通常の凸のレンズ表面を変形させる単一のアクチュエータ、を備えることができることが見られる。
【００７５】
アクチュエータ２０により生成された力が、圧力要素４により変形可能なレンズ要素１０に転送される、記述された実施形態のいずれのものにおいても、圧力要素４は、削除することができ、アクチュエータ２０により生成された力は、アクチュエータ２０により直接、変形可能なレンズ要素１０に分け与えられることができることが、理解される。力を、変形可能なレンズ要素１０上に分け与えるために、構造的要素、つまり、圧力要素４、または（もし、焦点装置１００が圧力要素４を持たなければ）アクチュエータ２０は、変形可能なレンズ要素と複数のコンタクト位置で“コンタクト”することができ、またはそうでなければ、変形可能なレンズ要素に、複数の力分け与え点で力を分け与えることができることが、記述されてきた。
【００７６】
ここで記述された、構造的要素と変形可能なレンズ要素との間の“コンタクトする”関係の１つの実施形態において、力印加構造要素は、変形可能レンズ要素と分離可能なコンタクト状態にあることができ、これは、該力構造要素が、変形可能なレンズ要素から自由に分離され得ることを、意味する。ここで記述した“コンタクトする”関係のもう１つの実施形態において、力印加構造要素は、変形可能なレンズ要素と安定した接触状態にあることができ、これは、該力印加構造要素が、変形可能なレンズ要素に、接着され、溶接され、に向けてバイアスされ、あるいは、他の方法で接続される、ことを意味する。
【００７７】
もう１つの１つの実施形態において、力印加構造要素（たとえば、アクチュエータ、または圧力要素）は、変形可能なレンズ要素と一体に形成されており、これは、力印加構造要素が、１ピース要素、それの一部は力印加構造要素の一部を形成し、かつ、それの一部は変形可能なレンズ要素１０の少なくとも一部を形成する、の一部であることを意味する。
【００７８】
力印加構造要素が、変形可能なレンズ要素の変形可能な表面と確実な接触関係にある、または、変形可能表面と一体的に形成されている場合、アクチュエータ２０により生成される引っ張り力（すなわち、軸１５の方向、しかし、変形可能なレンズ要素１０から離れる方向における）は、変形可能なレンズ要素を変形させるよう、動作することができる。軸１５の周りに周囲的に、かつ、軸１５から離れて配置された複数の点で、変形可能なレンズ要素の表面上に分け与えられた引っ張り力は、力印加構造要素がリング形状をしている場合、該変形可能な表面の凸性を減少させる、または凹性を増大させることが、期待され得る。力印加構造要素（メンバー）が、ここで述べたように環状をしている場合、力印加構造要素は、変形可能レンズ要素に、レンズ要素１０の軸１５から離れた、かつその周囲に周囲的に配置された複数の点で力を分け与えることができる。力印加構造要素は、たとえ、該力印加要素が変形可能レンズ要素と分離可能な接触をしている、安定接触をしている、のいずれであっても、あるいは該力印加構造要素が変形可能レンズ要素と一体的に形成されていても、軸１５から離れた、かつ、その周りに周囲的に配置された複数の点で、力を分け与えることができる。力は、変形可能レンズ要素の変形可能表面に、力分け与え構造要素の形状に依存して変化する特性を持つ複数の力分け与え点で、分け与えられることができる。力分け与え要素が環状形状をしている場合、複数の力分け与え点は軸１５の周りの環状形状に形成され得る。ここで記述されたような環状形状の力分け与え要素は、円形形状であると示されて来たが、しかしながら、環状形状力印加要素は、また、長円形状、非対称アーチ状、または多角形形状であることができる。力分け与え要素が環状形状である場合、少なくともその一部はイメージ形成光線を送信する、変形可能表面の力分け与え点は、軸１５の周りに周囲的に配置された環状パターン内の複数の力分け与え点により限定される軸１５の周りの２次元エリア内の点を含まない。
【００７９】
図１８および１９の実施形態においては、アクチュエータは、変形可能レンズ要素の変形可能表面に、一般に軸１５の方向において力を分け与えることができるが、しかしながら、図１８および１９の実施形態においては、該力分け与え点は、軸１５の周りの２次元エリア内の点を排除する環状パターン内には、形成されていない。図１８および１９の実施形態において、力分け与え点は、少なくともそれの一部がイメージ形成光線を送信する変形可能な表面の軸１５の回りの２次元エリア内の点を含む。１つの実施形態において、力分け与え点は、変形可能なレンズ要素１０の外面に対面する、変形可能なレンズ要素１０の表面の点であることができる。種々の例における力分け与え点は、図２０および２１に描かれており、ここで、図２０は、軸１５の周りに周囲的に、かつ、軸から離れて配置された複数の点で、環状パターン２０２にあるよう定義されている力分け与え点の好ましい図であり、かつ、図２１は、エリアパターン２０４に定義された力分け与え点の好ましい描写であり、ここでは、力分け与え点は、軸１５の周りの２次元エリアを定義する点を含む。好ましい力分け与えプロファイルの特徴は、さらに、表Ｂと関連して記述される。力分け与え点がリング形状をしている場合、変形可能なレンズ要素１０の変形可能な表面に、該要素１０の方向において分け与えられる押す力は、該表面をして、軸に沿って外方に膨らむことを勇気づけることにより該表面の凸性を増大させることができ、かつ、軸に平行に走り、かつ、軸１５から離れて、かつ軸の周りに周囲的に配置された複数の想像線に沿って、厚さを減少させることができる。たとえば、図１８および１９の実施形態に示されるような、領域力分け与え要素が用いられて、押す力を変形可能なレンズ要素１０の方向に分け与えており、かつ、変形可能な要素が、通常の凸である場合、該分け与えられた力は、該表面の平坦化、または凸性の低減、を生じる。記述された好ましい力分け与えプロファイルを持つ実施形態のさらなる特徴は、表Ｂにまとめられている。
【表Ｂ】
2010513952.tif 000004
【００８０】
図１から１９の実施形態において、焦点装置１００は、アクチュエータ２０の位置の微小変化が、装置１００が組み込まれている光学撮像システムの焦点位置の重要な変化を与えるよう、適合されることができる。ここで記述されたような焦点装置１００を用いて実現することのできる特定の性能特性は、以下の例を参照して記述される。
【００８１】
図１から１９の実施形態から、アクチュエータおよびレンズ要素は、前記実施形態間での任意の結合において相互交換可能であることが見られるであろう。
【００８２】
例１
図６に示されたものに実質的にしたがった構造を持つ、焦点合わせをするにおいて使用される焦点装置が、構築され、かつ、５．８８ｍｍの焦点長さ、６．６のＦ＃、および、３６インチの公称固定最良焦点距離を持つ、ハンドヘルドプロダクツインコーポレーティッドから入手可能なタイプの、ＩＴ５０００  Ｉｍａｇｅ  Ｅｎｇｉｎｅの、レンズトリプレット撮像レンズアセンブリー上に適合される。ＡＲＴＩＦＩＣＩＡＬ  ＭＵＳＣＬＥ  ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ（“ＡＭＩ”）から入手可能な、ＭＬＰ−９５またはＭＳＰ−９５自動焦点筋肉アクチュエータの設計に基づくＡＭＩからのアクチュエータが、使用される。焦点要素が構築されたのち、種々の電圧がアクチュエータの可撓性電極に印加された。結果は、以下の表Ｃにまとめられている。
【表Ｃ】
2010513952.tif 000005
【００８３】
最良焦点距離の大きな変動が、変形可能レンズ要素に力を印加するアクチュエータの微小の動きにより実現され得ることが観察された。
［例１の終わり］
【００８４】
種々の撮像システムにおける記述された変形可能なレンズ要素の種々の配列が、今、記述される。
【００８５】
その外部表面に印加される力によって移動可能な変形可能なレンズ要素１０を備えた装置１００は、装置１００と、装置と直列に配置された１つ、又はそれ以上のレンズ要素とよりなる光学撮像システム（これは、代替的にレンズアセンブリーと言われる）内に組み込まれることができる。該１つ、またはそれ以上の付加的なレンズ要素は、変形可能な、または非変形可能な、レンズ要素よりなり得る。装置１００が、無限に焦点を合わされた遠焦点合わせ撮像レンズアセンブリー（図示せず）と直列に配列されているとき、たとえば、図３に描かれた状態（湾曲のない、あるいはプレーナーなレンズ）は、遠焦点を達成し、図２に描かれた状態（凸レンズ）は、近焦点を達成する。
【００８６】
図２２の実施形態において、イメージ形成光線を送信するためのレンズアセンブリー５００（これは、“光学的撮像システム”とも言われる）は、ここで議論された実施形態の任意の１つによる焦点装置１００、内に配置された単一の変形可能なレンズ要素１０を備える。単一の変形可能なレンズ要素を備える撮像レンズアセンブリーの光学パワーを増大させるために、レンズ要素は、２つの凸形状が可能な形態で設けられ得る。図２３の実施形態において、イメージ形成光線を送信するために、撮像システム５００は、ここで議論した実施形態のうちの任意の１つによる焦点装置１００でサブアセンブリー５０２と結合したもの、内に配置された単一の変形可能なレンズ要素１０を備える。より特定的には、図２３に示されるような焦点装置１００は、１つ、またはそれ以上の（要素内のダッシュ線により示されるように）リジッドな非変形可能レンズ要素１１を備えたレンズサブアセンブリー５０２と、直列に配置されている。図２３に示されるレンズアセンブリー５００に関して、焦点装置１００は、レンズサブアセンブリー５０２上に着脱可能に受けられたアド−オンユニットであり得る。図２４の実施形態において、レンズアセンブリー５００は、複数の変形可能なレンズ要素１０をアクチュエートするためのアクチュエータを含むよう修整された修整焦点装置１００’、内に配置された複数の変形可能レンズ要素を備える。図２４の実施形態におけるレンズアセンブリー５００は、さらに、複数のリジッドな非変形可能レンズ要素１１を備える。図２２、２３、および２４の実施形態の各々におけるレンズアセンブリー５００は、オブジェクトプレーン５４０、およびイメージセンサー１０３２により部分的に定義されたイメージプレーン５５０と関連して配置されている。イメージセンサー１３０２は、レンズアセンブリー５００のハウジングと一体に形成され得るシュラウド５６０により、ストレイ光線からシールドされることができる。レンズアセンブリー５００が、１つより多い単一の変形可能レンズ要素１０を含む場合、このような付加的なレンズ要素は、このような付加的な要素の軸が軸１５と一致するように位置合わせされることができる。したがって、レンズアセンブリー５００が複数のレンズ要素を含む場合、軸１５は、図２３および２４に示されるように、レンズアセンブリー５００の光学軸、または撮像軸と考慮することができる。
【００８７】
図２５に戻って、ここで記述されたレンズアセンブリー５００を組み込んでいる図解的な撮像ターミナル１０００のブロック図が、示され、かつ記述される。レンズアセンブリー５００は、撮像ターミナル１０００内に組み込まれ得る。
【００８８】
撮像ターミナル１０００の動作を支持する電気的構成要素回路図は、図２５に示されている。イメージセンサー１０３２は、イメージセンサーピクセルアレイ１０３３（イメージセンサーアレイ）、列回路網１０３４、行回路網１０３５、ゲインブロック１０３６、アナログ−デジタルコンバータ（ＡＤＣ）１０３７、およびタイミングおよび制御ブロック１０３８をもって、集積回路上に設けられ得る。イメージセンサー１０３３は、また、複数の行および列に形成された複数の光感受性ピクセルを持つ、２次元イメージアレイセンサーであり得る。イメージセンサーアレイ１０３３の各センサー要素は、光を明るさに比例する電圧信号に変換することができる。アナログ電圧信号は、そののちＡＤＣ１０３７に転送され、これは、電圧信号のゆらぎをデジタル形式に変換することができる。ＡＤＣ１０３７のデジタル出力は、イメージを、それをメモリーに送る前に、非圧縮のＲＧＢイメージファイル、および／または、標準のまたは所有者のイメージフォーマットに変換できるデジタルシグナルプロセッサー（ＤＳＰ）１０７０に送信され得る。ターミナル１０００は、さらに、プロセッサー１０６０、照明制御回路１０６２、レンズアセンブリー制御回路１０６４、撮像レンズアセンブリー５００、ダイレクトメモリーアクセス（ＤＭＡ）ユニット（図示せず）、揮発性システムメモリー１０８０（たとえば、ＲＡＭ）、不揮発性システムメモリー１０８２（たとえば、ＥＰＲＯＭ）、蓄積メモリー１０８４、ワイヤライン入／出力インタフェース１０９０（たとえば、イーサーネット）、短範囲ＲＦトランシーバーインタフェース１０９２（たとえば、ＩＥＥＥ８０２.１１）、および、携帯電話データ通信を与えるにおいて使用される、長範囲ラジオトランスミッターインタフェース１０９３（たとえば、ＧＰＲＳ、ＣＤＭＡ）を含む。照明制御回路１０６２に関して、照明制御回路１０６２は、プロセッサー１０６０からの照明制御信号を受信することができ、かつ、照明光源６０４のような１つ又はそれ以上の照明光源に、かつ、照準光源６１０のような１つ又はそれ以上の照準光源に、応答的に電力を分配することができる。ターミナル１０００は、光源６０４、６１０からの光がターミナル１０００の視野内で基板上に投射されるよう、適合されることができる。ターミナル１０００は、また、キーボード１０９４、トリガーボタン１０９５、および、データの入力のための、および種々の制御の開始のためのポインタコントローラー１０９６、および、オペレータへの情報の出力のためのディスプレイ１０９７を含むことができる。ターミナル１０００は、また、プロセッサー１０６０と、ターミナル１０００の種々の構成要素との間の通信を与えるためのシステムバス１０９８を含む。
【００８９】
１つの実施形態において、撮像ターミナル１０００は、ターミナル１０００をして携帯電話として動作せしめ得るソフトウェア及びハードウェアを持つことができる。たとえば、ターミナル１０００は、システムバス１０９８を介してプロセッサー１０６０と通信するマイクロホン１０７７およびスピーカー１０７８を含むことができる。ターミナル１０００は、また、長距離ラジオトランシーバーインタフェース１０９３をシステムバス１０９８に接続して、携帯電話通信ネットワーク上での音声パケットの送信および受信を可能としている。
【００９０】
ＤＳＰ１０７９は、マイクロホン１０７７から受信したアナログ音声信号を、プロセッサー１０６０に送信されるべきデジタルオーディオ信号に符号化することができる。ＤＳＰ１０７９は、また、プロセッサー１０６０から受信したデジタル音声信号から、スピーカー１０７８に送信されるべきアナログ音声信号を復号化することができる。１つの実施形態において、オーディオ信号の符号化および復号化のすべての本質的な機能は、ＤＳＰ１０７９により実行され得る。もう１つの実施形態において、オーディオ信号符号化／復号化機能の少なくともいくらかは、プロセッサー１０６０上を走るソフトウェアプログラムにより遂行することができる。
【００９１】
撮像ターミナル１０００は、また、ビデオカメラとして作動するよう適合化され得る。ビデオカメラとしての動作のために、ＤＳＰ１０７０は、イメージセンサ１０３２により獲得されたビデオフレームのシーケンスを、それを揮発性メモリー１０８０、または蓄積メモリー１０８４に送信する前に、標準のビデオストリーム、または所有者のビデオストリームフォーマット（たとえば、ＭＪＰＥＧ、ＭＰＥＧ−４、またはＲｅａｌ  Ｖｉｄｅｏ（登録商標））に変換するよう、適合されることができる。記録されたビデオファイルは、ディスプレイ１０９７を介して再生され、または、外部コンピュータに転送される。
【００９２】
好ましい撮像ターミナルの動作特徴、および、イメージ信号のその処理は、今、さらに記述される。プロセッサー１０６０から受け取った制御信号に応答して、タイミングおよび制御回路１０３８は、アレイ１０３３に対し、リセット、露光制御、および読み出しタイミング信号、等のイメージセンサーアレイタイミング信号を送ることができる。露光期間の後に、イメージデータのフレームは、読み出される。アレイ１０３３から読み出されたアナログイメージ信号は、ゲインブロック１０３６により増幅され、アナログ−デジタルコンバータ１０３７によりデジタル形式に変換され、かつ、デジタルシグナルプロセッサー（ＤＳＰ）に送られ、これは、イメージを、それを揮発性メモリー１０８０に送る前に、非圧縮のＲＧＢイメージフォーマット、または標準の、または所有者のイメージフォーマット（たとえば、ＪＰＥＧ）に、変換することができる。もう１つの実施形態においては、生のイメージは、ＡＤＣ１０３７によりメモリー１０８０に送られることができ、かつ、該イメージの、標準の、または所有者のイメージフォーマットへの変換は、プロセッサー１０６０により行われ得る。プロセッサー１０６０は、ＲＡＭ１０８０内に保持されているイメージデータのフレームを、アドレスして、その中に表わされるデコード可能な指数のデコードを行うことができる。
【００９３】
１つの実施形態における、ターミナル１０００の動作をさらに図解するタイミング図は、図２６に示される。タイムライン１２０２は、トリガーボタン１０９５の押圧により活性化され得るトリガー信号の状態を示す。ターミナル１０００は、また、該ターミナルが、目的物がその視野内に移動したことを感受することにより、または、外部コンピュータからのシリアルコマンドの受信により、トリガー信号が活性化され得るよう、適合化することができる。ターミナル１０００は、また、トリガー信号がターミナル１０００のパワーアップにより活性化されるよう、適合化することができる。たとえば、１つの実施形態においては、ターミナル１０００は、スキャンスタンド上に支持し、表示の読み取りに用いることができる。このような実施形態において、ターミナル１０００は、タイムライン１２０２により表わされるトリガー信号が、ターミナル１０００がパワーアップされている全時間の間、活性であり得るよう、適合化することができる。ターミナル１０００は、トリガーボタン１０９５を押圧された位置に維持することにより、トリガー信号１２０２が活性読み取り状態（信号１２０２がハイを維持していることにより示される）に維持され得るように、適合化することができる。１つの実施形態において、ターミナル１０００がデコード可能な指数を読み取るよう適合されている場合、ターミナル１０００は、トリガー１０９５を押圧すると、トリガー信号１２０２を活性状態に駆動するよう、適合化することができ、ここで、その活性状態では、(a) トリガーボタン１０９５が開放される、または、(b) デコード可能な指数が成功裏にデコードされる、のうちの早いものまで、その状態が維持される。
【００９４】
図２６のタイミング図をさらに参照して、ターミナル１０００は、トリガー信号が時間１２２０でアクティブとされたのちに、イメージセンサー１３０２のピクセルが、第１の時間期間の間起こる第１の露出期間ＥＸＰ１の間、それには、第２の時間期間の間起こる第２の露出期間ＥＸＰ２、第３の時間期間の間起こる第３の露出期間ＥＸＰ３、等が続く、露光される（時間１２２０の後に、かつ、第１の露出期間ＥＸＰ１に先立ち、パラメータ決定処理を受けるパラメータ決定フレームは、図２６には示されていないパラメータ決定露光期間につづいて、任意に獲得され得る。）ように、適合化することができる。図２６のタイミング図を参照して、ターミナル１０００は、露光期間ＥＸＰＮに対応するイメージデータのフレームを成功裏にデコードする前に、Ｎ−１フレームのイメージデータを、露光し、獲得し、かつ、不成功のデコード試みをさせることができる。１つの実施形態における露光制御信号は、図２６のタイムライン１２０４により表わされる。
【００９５】
ターミナル１０００は、イメージセンサーアレイ１０３３のピクセルがある露光時間の間露光されたのちに、読み出し制御パルスがアレイ１０３３に印加されて、１セットのピクセルアレイ１０３３の各ピクセル上に入射する光を表わす、イメージセンサー１０３２からのアナログ電圧を、先行する露光期間の間に読み出すように、適合化することができる。タイムライン１２０６は、イメージセンサーアレイ１３０３に印加される読み出し制御パルスのタイミングを、図解する。読み出し制御パルスは、イメージセンサーアレイ１０３３に、各露光期間ＥＸＰ１，ＥＸＰ２，ＥＸＰ３、ＥＸＰＮ−１，ＥＸＰＮの後に印加される。読み出し制御パルス１２３２は、第１の露光期間ＥＸＰ１の間に露光されたイメージデータのフレームを読み出すために印加される。読み出し制御パルス１２３４は、第１の露光期間ＥＸＰ２の間に露光されたイメージデータのフレームを読み出すために印加され、かつ、読み出し制御パルス１２３６は、第３の露光期間ＥＸＰ３の間に露光されたイメージデータのフレームを読み出すために印加される。読み出し制御パルス１２３８は、露光期間ＥＸＰＮ−１の間に露光されたイメージデータのフレームを読み出すために印加され、かつ、読み出し制御パルス１２４０は、露光期間ＥＸＰＮの間に露光されたイメージデータのフレームを読み出すために印加される。
【００９６】
イメージセンサーアレイ１０３３のピクセルに対応するアナログ電圧が読み出され、かつ、アナログ−デジタル変換器１０３７によりデジタル化された後に、該電圧値に相当するデジタルピクセル値はＤＳＰ１０７０により受信され、かつ、標準の、又は所有者のイメージフォーマット（たとえば、ＪＰＥＧ）に変換される。もう１つの実施形態において、イメージセンサーアレイ１０３３により獲得されたデジタルピクセル値は、システムの不揮発性メモリー１０８０内に受信される。ターミナル１０００は、ターミナル１０００が、イメージデータのフレームをフォーマット化できるよう、適合化することができる。たとえば、ターミナル１０００は、プロセッサー１０６０が選択されたフレームのイメージデータを圧縮されたイメージファイルフォーマット、たとえば、ＪＰＥＧにフォーマット化するよう、適合化することができる。もう１つの実施形態において、ターミナル１０００は、また、プロセッサー１０６０が、フレームのイメージデータを、外部コンピュータに転送するために、またはデジタルムービーへの記録のためにビデオストリームフォーマット（たとえば、ＭＪＰＥＧ，ＭＰＥＧ−４，またはＲＥＡＬ  ＶＩＤＥＯ（登録商標））にフォーマット化するよう、適合化することができる。
【００９７】
ターミナル１０００は、また、プロセッサー１０６０が、メモリー１０８０に保持されている１フレームのイメージデータを、デコードする試みを受けさせるよう、適合化することができる。たとえば、１フレームのイメージデータ内に表わされる１Ｄバーコードシンボルをデコードする試みにおいて、プロセッサー１０６０は、以下のプロセスを実行することができる。第１に、プロセッサー１０６０は、１フレームのイメージデータ内に、たとえば、フレームの中心にて、あるいはデコード可能な指数表現を含むよう決定された座標位置にて、スキャンラインを放出することができる。次に、プロセッサー１０６０は、エッジを検出するために第２の変分エッジ検出を行うことができる。エッジ検出を完了したのちに、プロセッサー１０６０は、エッジ間の幅を示すデータを決定することができる。プロセッサー１０６０は、そののち、スタート／ストップ文字要素シーケンスをサーチし、もし見つかれば、要素シーケンス文字を、文字設定テーブルと比較することにより、文字毎に引き出すことができる。あるシンボロジーのために、プロセッサーはまた、チェックサム計算を行うことができる。もし、プロセッサー１０６０が、スタート／ストップ文字シーケンス間のすべての文字を成功裏に決定し、かつ、チェックサムを成功裏に計算（もし適用可能であれば）すれば、プロセッサー１０６０は、デコードされたメッセージを出力することができる。デコードされたメッセージを出力するとき、プロセッサー１０６０は、(a) デコードされたメッセージの外部装置への転送を開始する、(b) デコードされたメッセージのターミナル１０００のディスプレイ１０９７上での表示を開始する、(c) プロセッサー１０６０により決定されたバッファーされたデコードメッセージに対しフラグを与える、および、(d) 長い用語メモリー、たとえば、１０８２および／または１０８４上のアドレスに対し、デコードされたメッセージを書き込む、のうちの、１つまたはそれ以上を行うことができる。デコードされたメッセージを出力する時点で、プロセッサー１０６０は、ターミナル１０００の音響出力装置１０７８に対し、信号を送ってビープを発するようにすることができる。
【００９８】
ターミナル１０００が、１つの実施形態において、１フレームのイメージデータにおいて表わされたデコード可能な指数をデコードする試みを行う時間が、図２６のタイミング図に示されたようなタイムライン１２０８の期間４３３２，４３３４，４３３６，４３３８、および４３４０により、図解されている。タイムライン１２０８に関して、期間４３３２は、ターミナル１０００が露光期間ＥＸＰ１と関連した第１のフレームのイメージデータのデコードを試みる期間を示し、期間４３３４は、ターミナル１０００が露光期間ＥＸＰ２を持つ第２のフレームのイメージデータのデコードを試みる期間を示し、期間４３３６は、ターミナル１０００が露光期間ＥＸＰ３を持つ第３のフレームのイメージデータのデコードを試みる期間を示し、期間４３３８は、ターミナル１０００が露光期間ＥＸＰＮ−１を持つフレームのイメージデータのデコードを試みる期間を示し、一方、期間４３４０は、ターミナル１０００が露光期間ＥＸＰＮを持つ第Ｎのフレームのイメージデータのデコードを試みる期間を示す。ターミナル１０００が、その間に１フレームのイメージデータのデコードを試みる“デコード時間”は、フレームからフレームで変化し得ることが見られる。
【００９９】
ターミナル１０００は、レンズアセンブリー５００が複数のレンズ設定をもつよう、適合かすることができる。レンズアセンブリー５００の種々のレンズ設定は、１つ、またはそれ以上の変形可能なレンズ要素に力を印加することにより実現し得る、ことが記述されてきた。１つの特定の例においては、ターミナル１０００は、７つのレンズ設定を持つことができる。各レンズ設定において、レンズアセンブリー５００は、かつそれゆえ、ターミナル１０００は、異なる光学焦点平面（ベストフォーカス距離）、および代表的にパラメータ“半ＦＯＶ”角で表現される異なる視野を、持つことができる。１つの特定の例における、７つのレンズ設定のおのおのでのターミナルベストフォーカス距離は、以下のように与えられる：“Ｌ１＝２”，“Ｌ２＝５”，“Ｌ３＝９”，“Ｌ４＝１４”，“Ｌ５＝２０”，“Ｌ６＝２７”，“Ｌ７＝３５”、ここで、“Ｌ１−Ｌ７”は、レンズ設定“１”から“７”である。各異なるレンズ設定は、異なる関連した焦点長さ、半ＦＯＶ角、および公称焦点平面を、持つことができる。１つの側面において、ターミナル１０００は、トリガー信号はアクティブであるままで、所定のパターンにしたがって、種々のレンズ設定間を“サイクル”することができる。もう１つの側面において、ターミナル１０００は、トリガー信号はアクティブであるままで、ある適応的なパターンにしたがって決定された種々のレンズ設定間で、設定を変化させるよう、適合かすることができる。たとえば、ターミナル１０００は、トリガー信号はアクティブであるままで、アセンブリー５００のレンズ設定を、一連のレンズ設定の各々の焦点度を単にテストすることなく、ターミナル１０００に合焦点レンズ設定を打ち立てせしめるパターンにしたがって変化させることができる。
【０１００】
もう１つの側面において、変形可能なレンズ要素１０の移動のタイミングは、該レンズ要素１０が露光期間の中間の時間を除いて移動しないように、露光期間ＥＸＰ１，ＥＸＰ２，ＥＸＰＮと、調整せられることができる。タイムライン１２１０を参照して、ターミナル１０００は、電気信号がアクチュエータに印加されて、アクチュエータ２０および変形可能なレンズ要素１０を、変形可能なレンズ要素１０が露光期間ＥＸＰ１，ＥＸＰ２，ＥＸＰＮの間の期間である期間１４３２，１４３４，１４３６，１４３８，１４４０の間にのみ移動状態にあるように、移動せしめるように、適合化することができる。変形可能なレンズ要素１０が、図２６のタイミング図に従って制御されるとき、変形可能なレンズ要素１０は、各露光期間ＥＸＰ１，ＥＸＰ２，ＥＸＰＮの間に、安定な、非移動状態にあることが見られる。
【０１０１】
好ましい自動焦点アルゴリズムは、図２７のフローダイヤグラムを用いて記述される。ブロック１５０２において、ターミナル１０００は、第１フレーム、即ち露光期間ＥＸＰ１を持つフレームが合焦点にあるかを、決定することができる。あるフレームが合焦点であるかの決定は、フレームのイメージデータの、“平坦性”の検査を含む。ヒストグラムにおけるフレームのピクセル値をプロットして、ある焦点外れフレームは、強度の範囲にわたって比較的に平坦な強度分布を持つ、比較的に“フラット”なピクセル値強度分布を、持つであろう。ある合焦点フレームは、他方、焦点外れフレームに比較して、ある強度のピクセル値の実質的に大きな生起、および他の強度での、ほとんど実質的には少ない生起、を持つことが期待される。もし、ターミナル１０００が、ブロック１５０２で現フレームは合焦点であることを決定すれば、ターミナル１０００はブロック１５１２に進んで、レンズ設定を合焦点であると決定された設定に維持するようにし、かつ、該フレームに処理を受けさせることができる。該処理は、たとえば、該フレームをして指数デコード試みを受けさせること、あるいは、該フレームをディスプレイに、おそらくは、フォーマット化された単一フレームとして、または、フォーマット化されたストリーミングビデオイメージの出力フレームとして、出力することを含み得る。
【０１０２】
もし、ブロック１５０２で検査されたフレームが合焦点でなければ、ターミナル１０００はブロック１５０６で、ブロック１５０２で検査されたフレームのイメージデータとは異なる焦点設定を持つフレームを検査することができる。“あるレンズ設定”を持つフレームにより、レンズアセンブリー５００の焦点設定は、該フレームに関連した露光期間の間、該ある設定に設定されたことが意味される。もし、ターミナル１０００がブロック１５０４で、ブロック１５０４で検査されたフレームが合焦点であることを決定すれば、ターミナル１０００はブロック１５１２に進んで、レンズアセンブリー５００を現在の設定（該フレームが合焦点であるとの決定を引き出す設定）に維持するようにし、かつ、該決定された合焦点設定でのレンズアセンブリー５００で露出されたフレームまたは複数フレームを処理することができる。
【０１０３】
図２７のタイミング図をさらに参照して、もしブロック１５０６で検査されたフレームがブロック１５０８で合焦点にないと決定されれば、ターミナル１０００はブロック１５１０に進んで、ブロック１５０２で検査された第１のフレームおよびブロック１５０４で検査された第２のフレームの処理に基づき、合焦点設定を決定するようにする。このような処理は、レンズ設定を変化させることによりフレームの平坦性に対する衝撃を評価することを含む（たとえば、アルゴリズムは、もし、獲得されたフレームが、レンズ設定を第１の設定から第１の設定よりより遠いベスト焦点距離を持つ第２の設定に移動させることにより、よりフラット［合焦点度がより小さい］になれば、レンズ設定が、該処理に応答して、前記第１の設定よりより短いベスト焦点距離を持つある設定に設定されるように、走ることができる。）。合焦点設定が決定されたとき、ターミナル１０００は、レンズアセンブリー５００を、前記決定された合焦点設定に設定し、かつ、ブロック１５１２に進んで、レンズ設定が、前記決定された合焦点設定に設定された時間と一致する露光期間を持つフレームまたは複数フレームを、処理することができる。もし、ブロック１５０６で検査されたフレームがブロック１５０８で合焦点であると決定されると、ターミナル１０００は、ブロック１５１２に進んで、レンズアセンブリー５００を現在の設定に維持し、かつ、前記決定された合焦点設定にあるレンズアセンブリー５００で露出されたフレームまたは複数フレームを処理することができる。
【０１０４】
今、図２８の外観図に戻って、図２５の構成要素を組み込み、かつ支持するためのモバイルハンドヘルドハウジング１０９１が、示され、かつ記述される。図２８の一般的なフォームファクターは、モバイル、たとえばセルラー電話、または、データ収集応用において用いられる携帯型データ収集ターミナルの共通フォームファクターを表わす。ターミナル１０００は、また、他のよく知られているフォームファクター、たとえば、デジタルカメラ、またはカムコーダのフォームファクターにおけるハウジングを組み込むことができる。
【０１０５】
図２８に示されるようなディスプレイ１０９７の表示されたメニューにより示されるように、ターミナル１０００は、複数のオペレーター−選択可能構造を持つことができる。各構造は、異なる関連するレンズ設定制御アルゴリズムを、持つことができる。即ち、それにより、ターミナル１０００が、レンズアセンブリー５００のレンズ設定をトリガー信号がアクティブとされるのに応答して制御する方法は、どの構造が選択されているかに依存して変化する。
【０１０６】
種々のオペレータ選択可能構造は、以下の表Ｄにまとめられている。構造１において、ターミナル１０００は、種々のレンズ設定の間を、所定のパターンにしたがって、サイクルする。特に、構造１において、ターミナル１０００は、レンズ設定を、各露光期間の後に次のレンズ設定に変化させ、かつそののちに、該レンズ設定を、１つのフレームが最大遠焦点設定（Ｌ７）を用いて獲得された後に、１だけ減少させる。構造２において、ターミナル１０００は、トリガー信号１２０２がアクティブとされるのに応答して、ターミナル１０００のレンズ設定を、適合的なパターンにしたがって変化させる。表Ｄにおいて、構造２の行エントリーは、自動焦点アルゴリズムを実行するときターミナル１０００により実現されることのできるレンズ設定変化パターンを、図解している。（関連した露光期間１および２を持つ）フレーム１およびフレーム２について、レンズ設定は、進められる。しかしながら、フレーム１および２が処理されたのちは、それに続くフレーム、たとえば、ＥＸＰ４に相当するフレーム４は、もし、フレーム１および２の処理が、設定Ｌ２が合焦点設定にあることを示していれば、Ｌ２のレンズ設定を持つであろう。構造３においては、ターミナル１０００は、レンズ設定を変化させるのではなく、むしろ、ターミナル１０００のレンズ設定を、固定の短焦点位置に維持する。構造３は、たとえば、ターミナル１０００が、固定位置近接ヴュー指数デコーディングに用いられることが知られている場合に、選択される。構造４においては、ターミナル１０００は、レンズ設定を、トリガー信号がアクティブ状態に維持されていることに応答して変化させるのではなく、むしろ、レンズ設定を、遠焦点位置に維持する。構造４は、たとえば、ターミナル１０００が、遠視野オブジェクトに対応するイメージデータのためにフレームを獲得するよう使用される場合に、有用であろう。構造５においては、ターミナル１０００は、合焦点レンズ設定が決定されるまで、適応的にレンズ設定を変化させ、そののち、該合焦点設定を用いて所定の数のフレームを獲得する。構造５は、たとえば、ターミナル１０００が、静止イメージフレームのイメージデータを獲得するのに用いられる場合に、有用であろう。表Ｄにおける構造５に相当する行データから、ターミナル１０００は、フレーム１および２を処理して、合焦点設定を決定し、レンズ設定を決定された合焦点に移動させ、該合焦点設定で複数のフレームを獲得し、該フレームを処理し、そののち、トリガー信号を非活性化させる、ことが見られる。決定された合焦点設定で獲得された複数のフレームは、雑音の低減のために、平均化、または他の処理が、なされる。構造６に関して、構造６は、ターミナル１０００が、構造６にしたがって動作するとき、レンズアセンブリー設定をスキップし、かつ、次の設定に進む前に、複数のフレームについてレンズ設定を各連続的な設定に維持することを除いて、構造１に類似している。構造７に関して、構造７は、単純化された自動焦点アルゴリズム、これにおいては、ターミナル１０００は、単に各新しいフレームについてのレンズ設定を順次に進め、各到来するフレームの焦点度をテストし、かつ、フレームを、合焦点にあると決定された最初のフレームに維持する、を行うときのターミナル１０００の動作を、図解している。露光期間ＥＸＰ４に関して、ターミナル１０００は、それが、露光期間ＥＸＰ３を持つフレームを処理する間、レンズ設定を非合焦点設定に進めるであろうことにお気づきください。
【表Ｄ】
2010513952.tif 000006
【０１０７】
［以下は、実質的に米国特許出願Ｎｏ．６０／８７５,２４５に提示されたテキストを含む、実質的に米国特許出願Ｎｏ．１１／７８１,９０１に提示されたのと同じテキストである。］
【０１０８】
焦点モデュールは、境界要素および焦点要素を含む。焦点要素は、流体および変形可能な膜を含み、流体は境界要素と記変形可能な膜との間にエントラップされている。焦点モデュールは、また、以下のものを含む。
【０１０９】
圧力要素であって、これは、変形可能な膜上に境界要素の方向において押圧することにより、焦点要素を変形させることができるもの。
【０１１０】
本発明は、特に、ほんの少しの移動部分しか持たず、レンズの流体構成要素のための多数のチャンバーまたはリザーバーの存在を要求しない、流体レンズにおいて使用される焦点モデュールを与える。
【０１１１】
より特定的に、本発明は、以下の要素を含む焦点モデュールに向けられている：
1) 境界要素、これは、リジッド（ガラスまたはプラスチック等）か、または、変形可能（エラストマー等）であり得る；
2) 境界要素と焦点要素との間に介挿された、スペーサー要素；
3) 少なくとも１つの寸法において変形可能（流体、またはエラストマー等）である、焦点要素；
4) 変形要素から焦点要素に力を伝達できる圧力要素；
5) 焦点要素上に作用する変形、またはアクチュエータ要素（人工筋肉または電気−アクチェートポリマー等）；
6) 電気的信号または刺激を、変形要素に伝導するための伝導体要素；
7) アセンブリーのための物理的なハウジングまたはアンカーを与えるハウジング要素、および；
8) 一般に焦点モデュールの外に配置されている、伝導体要素に電源供給をするための電源。
【０１１２】
ここでさらに記述されるように、これらの要素のすべてが動作可能な焦点モデュールに必要とされるわけではない。たとえば、変形する要素は、また、スペーサー要素としても機能することができ；スペーサー要素は、レンズが、以下で議論されるように単一の流体充填要素の使用により与えられるとき、のように、省略することができ；圧力要素は、変形する要素が、焦点要素上に直接作用して、これを省略することができ；かつ、ハウジング要素は、本質的に、その中に他の要素が置かれる、あるいは、その中にそれらがアセンブルされる、かつ、その機能が、焦点モデュールがその中で機能する装置、またはデバイス内の他の構造的要素により与えられる容器である。
【０１１３】
境界要素は、ガラスまたはプラスチックのようにリジッドであってよく、あるいは、エラストマーのように変形可能であってよい。境界要素が、変形させる力が焦点要素に印加された結果としてもなんらの変形を行わないことが望ましいとき、もし、境界要素の弾性が、該境界要素が、焦点要素が最大の変形にあるときそれに通信される力またはエネルギーに応答して変形することがないようなものであれば、それで充分である。たとえば、もし、焦点モデュールが、境界要素、スペーサー要素、および焦点要素を含み、焦点要素は、流体および変形可能な膜よりなり、ここで、流体は、境界要素と膜との間にエントラップされており、かつ、圧力要素が、流体上に力を、境界要素の方向にて膜上に押圧をすること、または、境界要素と膜の間の流体空間の直径を減少させる（たとえば、環状締め付けにより）こと、のいずれかにより与えることにより焦点要素を変形させるのに用いられれば、かつ、もし境界要素が変形しないことが望まれれば、そのときは、それは、圧力要素が最大圧力を流体上にかけているとき、プレーナのままであるよう充分にリジッドであるべきである。言い換えると、境界要素が、焦点モデュールの動作の間に変形しないことが望ましいとき、境界要素がこのような条件の下で変形しないことのみが必要であり、それが、完全にリジッドである、または変形不可能であることは、必要ではない。
【０１１４】
上記したように、ガラスを使用することができ、かつ、種々の光学的なガラス材料は、たとえば、米国、ニューヨーク州、コーニング、コーニング  ディスプレイテクノロジーズ、から入手可能なコーニング（登録商標）、ＥＡＧＬＥ  ２０００  ＴＭ  Ｄｉｓｐｌａｙ  Ｇｒａｄｅ  ガラス、および、米国、ペンシルベニア州、ダーイア、ショット  ノース  アメリカ  インコーポレーティッドから入手可能なＮ−ＢＫ．７  ガラスを含む。前記境界要素は、約０．１ｍｍから約１ｍｍ、たとえば、０．２、０．３、０．４ｍｍを含む任意の適切な厚さであることができる。
【０１１５】
スペーサー要素は、その所望の機能に依存して、金属、プラスチック、およびセラミックを含む、種々の材料の任材料のものであり得る。その機能が、境界要素を焦点要素から離して位置させることに限定されるとき、それは、ステンレススティール等の焦点流体を含み、それが接触する他の材料と置換可能性のある任意の材料であり得る。また、それ自身と、境界要素、および／または焦点要素との間のシールをも与えることが望まれるとき、スペーサーは両面テープであり得る。それが、変形する、またはアクチュエータ要素として働くことが望まれるとき、それは、ここでさらに記述されるように、人工筋肉、または電気−アクチュエートポリマーであり得る。スペーサー要素が、境界要素、および／または焦点要素に対してシールする、かつ、変形する、またはアクチュエータ要素として働く、の両方が望まれるとき、それは、電気的刺激に応答して変形する、またはアクチュエータ機能を付加的に与える両面テープ；たとえば、米国、テキサス州、フォートワースの、ヒラス  パケッジング  インコーポレーティッド、を含む多くの販売会社から入手可能な、Ｄｏｕｂｌｅ  Ｃｏａｔｅｄ  Ａｃｒｙｌｉｃ  Ｔａｐｅ  ４９１０等の、３ＭTM  ＶＨＢTM  テープ であり得る。
【０１１６】
流体チャンバーを焦点流体で充填することを促進するために、ギャップ、またはポートが、図２９において要素２ａとして示されるように、スペーサー要素内に存在することができる。流体チャンバーが焦点流体で充填された後に、このギャップ、またはポートは、流体がチャンバーから逃げることを妨げる、かつ、変形する要素のアクチュエーションに応答して、のように、そののちに焦点流体により行使される圧力に耐える、の両方を行うことのできる任意の手段によりシールされるであろう。たとえば、エポキシ接着剤が、このシールを与えるために用いられる。
【０１１７】
焦点要素は、流体−充填エラストマー、ポリマー、またはプラスチック、たとえば、弾性的メモリーを有する透明オイル−充填エラストマー材料、のような単一の構成要素であることができる。代替的に、焦点要素は、２つ、またはそれ以上の構成要素であって、焦点流体（水またはオイル等）が境界要素と変形可能な焦点膜との間にエントラップまたはサンドイッチされている、その構造においては、焦点流体と焦点膜とは一緒になって焦点要素を構成する、であることができる。膜が使用されるとき、適切な材料は、ポリジメチルシロキサン、または、米国、ミシガン州、ミッドランド、Ｄｏｗ  Ｃｏｒｎｉｎｇ  コーポレーションからのキットとして利用可能な、Ｓｙｌｇａｒｄ（登録商標）１８４  シリコーンエラストマー等のＰＤＭＳを含むであろう。膜の厚さは、問題の焦点モデュールの大きさ等の要因に基づき選択でき、かつ、たとえば、約１．０ｍｍから約１ｍｍ、たとえば、約０．２、０．３、または０.４ｍｍであることができる。
【０１１８】
焦点流体が用いられるとき、その特性は、他の材料との置換可能性、使用下での安定性、それが使用されるであろう予想される温度での耐久性、および、同様の要因について、選択されるであろう。光学的流体、および光学グレードミネラルオイル等の光学グレードオイルを用いることができる。１つの適切な光学流体は、米国  ニュージャージー州  セダー  グローブ、Ｃａｒｇｉｌｌｅ−Ｓａｃｈｅｒ  ラボラトリーズ  インコーポレーションテッドから入手可能なタイプＡ  潤滑オイルである。もう１つの適切な流体は、米国  ミズーリ州、セントチャールズのＡｒｃｈ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｈｏｌｄｉｎｇ  ＬＬＣから入手可能な、Ｓａｎｔｏｖａｃ（登録商標）ポリフェニールエーテルベース光学流体  ＳＬ−５２６７である。脱イオン化された水、等の水は、また、使用することができる。
【０１１９】
以前に述べたように、境界要素、および焦点要素は、少なくともそれのイメージ情報を送信するために用いられるその部分において、光学的に透明でなければならない。このように、このような各要素の全体は、通常、製造およびアセンブリーを簡単化するために光学的に透明であろうが、境界要素および焦点要素のいずれか又は両者の外方のリング部の少なくとも一部は、光学的に透明である内側部分を囲み、半透明または不透明であることができる。
【０１２０】
焦点モデュールを通って送信される光の反射ロスによる損失を最小化することが望ましいとき、境界要素および焦点要素のために選択される材料は、類似した屈折率を持つであろう。たとえば、焦点モデュールが、ガラスの境界要素、焦点流体、および焦点膜を含むとき、人は、境界要素に比較した焦点流体の、および、焦点膜に比較した焦点流体の、の両方の屈折率差を、考慮しなければならない。屈折率差がより大きいほど、より多くの光が、光は、１つの材料（ガラス等）から次の材料（潤滑オイル等）に通過しようとするので、より多くの光が、反射に対するロスとなるであろう。逆に、指数がより近いほど、反射に対してロスとなる光は、より少ないであろう。この文脈において、指数は同一であるのが理想であり、かつ、約０．００２等、約＋／−０．００１から０．０１内にあるのが好ましい。しかしながら、上記屈折率差があるタイプの狂いを低減する、のように、有利である状況もあり得る。
【０１２１】
焦点膜の厚さを、変形領域にわたって変化させることも可能であり、これは、本発明により、それ以外に可能とされる変化を保持しつつ、非球面の属性を持つ構造を生ずるであろう。
【０１２２】
比較的に高い屈折率を持つ焦点流体を選択することは、焦点距離の与えられた変化を得るのに必要とされる変形の量を、減少させる。たとえば、適切な屈折率は、約１５または約１６の屈折率等の、約１３または約１５から、約１６または約１７までの範囲内にあるであろう。
【０１２３】
圧力要素は、同様に、金属、プラスチック、およびセラミックを含む種々の材料のうちの任意のものであることができる。材料の選択は、他の材料との置換可能性に、および、変形する要素により行使される力に対して望まれる応答に、依存する。もし、圧力要素が、それ自身変形しないことが望まれるなら、それは金属、セラミック、またはプラスチック等の非弾性の材料であるべきである。しかしながら、もし、圧力要素がその形状または構造を、変形する要素に応答して変化させることが望まれる、または必要であるなら、それはエラストマー等の変形可能な材料で構成されるべきである。
【０１２４】
変形する要素は、焦点要素に、間接的に（圧力要素を通して等）、又は直接的に、のいずれかで印加される力を変化させることにより、制御信号に応答する構成要素である。特に、変形する要素としての使用に適したものは、電気−活性、または電気−伝導性ポリマーアクチュータである。１つの例は、米国、カリフォルニア州、メンロパークの、人工筋肉インコーポレーティッド、を通して入手可能な、エレクトロアクティブポリマー人工筋肉、及び／または、ユニバーサル筋肉アクチュエータ（登録商標）プラットフォームである。もう１つの例は、日本、大阪の、ＥＡ  ＭＥＸ  コーポレーションから入手可能な、導電性のポリマーアクチュエータである。
【０１２５】
変形する要素が、人工筋肉または電気−アクチュエートポリマーである場合、変形する要素を、筋肉ファイバーの層と類似した２つ、またはそれ以上の層として与えることが可能である。さらに、各層が、電気的刺激に応答して特定の方向に変形する場合、この効果は、全体の層化されたアセンブリーの動きの方向を選択するために用いられ得る。このように、かつ、それにおいては、ポリマーの人工筋肉の層が、図４４に示されるように、矩形ソリッドの形状にアセンブルされている変形要素を例にとり、１つまたはそれ以上の方向の動きを制限するために、または、動きを特定の態様のものに強制するためには、非弾性の構造の使用が要求されるであろうけれども、前記矩形ソリッドは、電気的刺激に対して、図４５に示されるようにカールアップし、図４６に示されるように水平に伸び、図４７に示されるようにカールダウンし、または、ねじりを起こすことさえ、するであろう。図４５および４７は、矩形ソリッドの非均一なカーブを描き、これは、矩形ソリッドの一部を、フレームまたは他の外部構造（図示せず）により、該ソリッドの一部を非弾性要素にアンカーする、または固定することにより、または、該ソリッドを構成する層の適切な構築または選択により、のいずれかにより、制限することにより達成されるものであろう。あるいは、前記矩形ソリッドは、その長さに沿って一定の湾曲の半径を表わすことができる、たとえば、より長い側辺により形成される湾曲は、円の周縁に沿ってのアークを表わすことができる。多数の電気回路が変形する要素内に存在する場合、電気的刺激は、該回路のすべてより少ないものに電圧を印加すること、および／または、それらの回路に反対極性の電圧を印加することを含むであろう。
【０１２６】
これらの形状の変化は、さらに、各層または層の結合が、そのあるいはそれら自身の電気的制御回路を持って上記したような層化を行うことにより達成されることができ、あるいは、前記変形する要素は、その動きを、１つ、またはそれ以上の方向に限定し、これにより、動きを所望の方向のものに強制する１つのフレーム、又は他の構造により制限されることができる。同様の効果は、等しくない寸法の層を、たとえば、２層構造につくることにより達成することができ、もし１つの層が他の層より特定の方向に長ければ、そのとき、層のアクチュエーションは、一般により短い層の方向でのカーリングを生成する。この動作モードは、図２９、３０、および３６に示されるような、変形要素５を参照してよりよく理解されるであろう。図３６において、たとえば、指またはタブ状要素５ａは、ポリマーの２つ、またはそれ以上の層を、焦点膜により近い層を境界要素により近いものより短くして、収容することにより、機能することができる。変形する要素５が活性化されるとき、この層の大きさまたは寸法の差は、各指要素５ａをして、圧力要素に向けてカール、または屈曲せしめて、それを焦点膜の方向にあるものに強制するようにし、かつ、この動きは今度は、焦点膜を凸レンズの形状に変形させるであろう。あるいは、非変形層は、構造内に含まれることができ、この場合には、変形する層または複数層は、一般に、変形しない層に向かって、または、の方向において、カールまたは移動するであろう。
【０１２７】
図４８および４９は、２つの凸の電気−アクチュエートポリマー膜レンズを、表わす。この実施形態において、両表面が変形可能な膜であるとき、２つの凸のレンズを構築することができる。さらに、膜の２つの表面は、異なる膜直径による異なる表面湾曲を持つ。膜の材料および厚さにおける差異は、また、異なる表面形状を作るのに用いることができる。
【０１２８】
図５０は、多数変形可能膜アセンブリーを示し、かつ、ズームレンズが、電気−アクチュエートポリマアクチュエートされる２つの（または、それ以上の）レンズ、および他の固定要素を用いて達成されることに気づくべきである。
【０１２９】
図５１および５２は、１つの従来のレンズを電気−アクチュエートポリマー機構内に置くことにより、可変位置レンズ要素が、付加的な固定要素とともに、コンパクトな自動焦点又はズーム応用のために作られることができることを示している。
【０１３０】
上記したように、変形する要素は、それと直接接触していることにより、のように、焦点要素上に直接作用することができる。あるいは、変形する要素の活性化により生成される力は、焦点要素に、１つ、又はそれ以上の中間の装置または要素を通して伝達されることができる。一例として、圧力要素は、焦点要素に隣接して、かつ接触しており、かつ、変形する要素は、その力を焦点要素にまで伝達する、圧力要素上に押圧している。１つの実施形態において、圧力要素は、アニュラス、またはドーナツの形状をしており、かつ、焦点要素の外方リング部分と、直接、又は間接に接触している。
【０１３１】
導電体要素は、変形する要素に制御信号を通信させる。電気−アクチュエートポリマーの場合のように、変形する要素が電気信号に応答する場合、それは、一般に、電源からの電気的な動力パワーを変形する要素に伝導させる導電体として作用する。それゆえ、それは、少なくとも関連する部分において導電的である、好ましくは高度に導電的であるべきであり、かつ、銅、導電性プラスチック等の導電性金属を含む導電性材料、又は、それを導電的にするよう処理され、またはカーボンによる等ドープされたエラストマーを含む。特定の例は、可撓性のある配線基板（ＦＰＣ）の使用、および、変形する要素の表面上に導電性金属をスパッタまたは蒸着することを含む。
【０１３２】
図２９に描かれたように、導電体要素は、２つの構成要素を備え、１つは、変形する要素の一方側上にあり、各構成要素は、電源への接続のための電気的なコンタクトアクセス６ｃを持っている。この実施形態において、変形する要素は、電気信号の存在または不存在に応答して、均一に、活性化または非活性化され、かつ、焦点要素により形成された凸状のメニスカスは対称であるであろう。
【０１３３】
しかしながら、導電体要素は、また、変形する要素の１つ、またはそれ以上の部分の選択的なアクチュエーションを可能とし、これにより、凸状のメニスカスが選択的に非対称であることを可能とすることにより、焦点要素の同調可能なステアリングを可能とする、複数の回路を含むことができる。たとえば、かつ、図３６を参照して、変形する要素は、単一の導電要素として示されている。あるいは、変形する要素は、フレキシブル回路間の絶縁要素の使用による等、各指（また、図３０において要素５ａとして示される）、またはそれらの結合が、分離した、かつ独立にエネルギー活性化可能な回路を与えるように、構築されることができる。
【０１３４】
どの回路をエネルギー活性させるかを、かつどれほど多くの制御信号を印加するかを、選択することにより、システムは、メニスカスの形成および大きさ、ばかりでなく、そのチルトをも制御することができる。この文脈において、チルトは、メニスカスを、境界要素に垂直な軸に関して対称であり、流体チャンバー内で中心をとった以外の形状を持つよう、構成するのに用いられ得る、ピッチおよび偏揺れの可能な結合のことを言う。簡単な例は、図３７に示されており、それにおいては、焦点流体３ｂは、さらに、制御信号の多数回路導体要素（図示せず）への選択的な印加に応答して非対称形状を持つ、ものとして示される、メニスカス要素３ｃを持つものとして表わされている。
【０１３５】
導電体要素は、変形する要素を、その動きの意図された全範囲を通して駆動するのに必要な電圧の範囲および極性を与えるよう選択された電源に接続されている。
【０１３６】
図面は、上記議論に対するさらなる文脈を与えるよう参照されることができ、それらは、単に、この議論の目的のための都合として、焦点モデュールの１つの特定の構成を単に提示するものであることが理解される。
【０１３７】
特に、図２９は、焦点モデュールの１つの実施形態の展開図を与える。この実施形態において、スペーサー要素２は、境界要素１と、焦点要素３との間の空間を開ける関係を作る。圧力要素４は、焦点要素３に対して休んでおり、かつ、それ自身、導電体要素６により作用される、変形する要素５により作用せられる。示された実施形態において、導電体要素６は、電気的制御信号を変形する要素５に伝達するように用いられる導電性要素である、２つのサブ要素６ａおよび６ｂを備える。要素６ｃは、導電体要素６のための電気的コンタクトアクセスである。相補的な電気的コンタクトアクセスは、要素６ａ上に存在するが、しかし図２９では見えない。要素７は、ハウジング要素であり、焦点モデュールのための物理的な環境を与えるように働く。
【０１３８】
図３０および３１は、アセンブルされた形態にある図２９の焦点モデュール実施形態を示し、これらにおいては、ハウジング要素７、電気的コンタクト要素６ｃ、変形する要素５、および、圧力要素４が、よく見える。図３０の斜視図において、アセンブルされた焦点モデュールは、境界要素が観察者に最も近くにあって図２９の右側から見られ、図３１においては、アセンブルされた焦点モデュールは、図２９の左側から見られる。
【０１３９】
アセンブルされた焦点モデュールの全体の大きさは、臨界的ではなく、利用可能な構成要素の大きさ、その中にそれが置かれ、又はアセンブルされる装置、および、ユーザの必要に依存して変化可能である。一般に、図３０および３１に示されるように円筒形状である焦点モデュールは、一般に、約５、７、または９ｍｍから、大きくて約１１，１３、１５、または２０ｍｍまでの直径を持つ。該大きさは、たとえば、カメラ付き携帯電話における現存する装置とのドロップイン置換可能性を最大化する、または達成するために選択することができ、約９、９．５、または１０ｍｍの直径が好ましい。
【０１４０】
例のために、図３２および３４は、おのおの、境界要素１、焦点流体３ｂ、焦点膜３ａ、および、変形する要素５、を含むアセブリーを、描く。図３２および３４において、最小圧力が焦点流体３ｂに印加されており、焦点膜３ａは、これに対応してプレーナである。図３３および３５において、圧力は変形する要素５により焦点流体３ｂに印加されており、結果として、焦点膜は、凸レンズ、またはメニスカスを形成している。図３２において、変形要素５により印加された圧力は、焦点膜３ａにより表わされる平面に実質的に垂直な方向に、かつ境界要素１に向かう方向に行使され、焦点流体を含むチャンバーの高さをその周縁において減少させ、かつこれにより、流体を流体チャンバーの周囲から中央に向かわせ、この効果は図３３に見られる凸状のメニスカスを生成する。
【０１４１】
以前にも述べたように、変形する要素は、焦点要素に直接的に、または間接的に作用することができる。また、以前にも述べたように、直接のアクションは、変形する要素を、焦点要素に直接隣接して置く、たとえば、焦点要素が、焦点膜と、焦点膜と境界要素との間にエントラップされた焦点流体とよりなり、スペーサー要素が焦点流体を保持するチャンバーの壁を定義しているとき、焦点膜に直接接触して置くことを意味する。もう１つの代替的な実施形態において、変形する要素は、それ自身、境界要素と、焦点膜とを分離することを備える。この実施形態は、図３４に示されており、そこでは、変形する要素５は、また、焦点流体３ｂを収容する円筒形状チャンバーの壁としても作用しており、そのチャンバーは、焦点膜３ａにより形成される‘頂面’壁と、境界要素１により形成される‘底面’壁とを持つ。
【０１４２】
この実施形態においては、変形する／スペーサー要素５により行使される圧力は、焦点膜３ａにより現される平面に実質的に平行な方向に、かつ、流体チャンバーの中央に向かう方向にて、行使される。前記変形する要素のために使用される材料の特性に依存して、この圧力は、流体チャンバーの高さの任意の変化を伴うものではなく、かつ、変形する要素は、単にその厚さを半径方向に増大させる。あるいは、変形する要素の半径方向内側への伸張は、図３５に示されるように、変形する要素の高さまたは厚みの内側への減少を伴い、焦点膜３ａと、境界要素１とを、有効に互いに引っ張りあうようにして、凸のメニスカスを形成するようにし、変形する要素の半径方向内側への動きが、焦点流体をより小さい直径の円筒形状をとるようにせしめるだけでなく、焦点膜と境界要素とが互いに引き合うことは、また、シリンダーの高さを低減する。
【０１４３】
さらに、一般に、かつ、図３８を参照して、焦点モデュールは、少なくとも、頂表面４１０１、底表面４１０２、外壁４１０３、流体内体積４１０４を持つシリンダー４１００、該シリンダーは直径ｄおよび高さｈを持つ、を含むことができる。アクチュエータ要素がこの構造の外側にあるとき、それは、前記頂表面、底表面、または外壁のうちの少なくとも１つに対し、高さｈおよび直径ｄの１つまたは両方を低減するために、圧力を行使するであろう。流体内側体積の内容は、圧縮不可能であるので、この高さ、および／または直径の低下は、該体積のある方向での対応する伸張、それは、該焦点モデュールの場合には、頂表面４１０１および底表面４１０２の１つまたは両方の変形を含む、によりオフセットされなければならない。図３９および４０は、この効果の単純化された、直線的な側面の外観を与える。特に、図３９は、高さの低減による変形の図示を与えるもので、今円筒は、同じ直径ｄを持ち、しかし高さｈ’＜ｈを持つものであり、図４０は、直径の低減による変形の図示を与えるもので、今円筒は、同じ高さｈを持ち、しかし直径ｄ’＜ｄを持つものであり、両図とも、必ずしもスケールは正確ではない。これらの図解の両者において、１つの方向における変形および対応する変化は、前記頂表面４１０１の凸歪みによりオフセットされている。これらの実施形態において、変形するまたはアクチュエータ要素は、図２９−３５に示されるように、内部の内部に対して圧力を印加しているであろう。もちろん、直径および高さの両者は同時に変化させることができ、かつ、これは比較的により大きいメニスカスをつくるために、かつ／または、メニスカスを形成するのに必要となる時間を減少させるために、用いることができる。
【０１４４】
あるいは、変形するまたはアクチュエータ要素は、図４１および４２に示されるように、外側壁の一部、またはすべてよりなることができる。ここで、該円筒は、変形する要素５の環状の性質を図解するために、断面にて示されている。図４１において、上側変形可能表面（図示せず）はプレーナーであるであろうが、一方、図４２において、変形する要素は、垂直の、または“ｈ”寸法において収縮し、かつ、水平の、または“ｄ”寸法において伸張する、または長く伸びることにより、アクチュエーションに対して応答した。図４２において、該効果は、変形する要素が、上側および下側表面を、それらの全体の表面領域にわたって均一にともに引っ張ることにより示されており、これは、１つ、または両方の外側周縁が、垂直方向に固定され、またはアンカーされているよりむしろ、移動可能、または摺動可能であることを要求している（この議論において、“水平”、“垂直”、等の方向の参照は、一般に、絶対的な意味でより、相対的な意味で使用されており、たとえば、垂直は、頂表面および底表面がプレーナーであるとき該両表面に垂直な線により定義されている方向を言及しており、かつ、水平は、該両者がプレーナーであるときそれらの表面に平行な線により定義される方向を言及している）。しかしながら、少なくとも１つの表面、または表面エッジは、アンカーされ、または固定され、これは、変形する要素がその寸法を変化させるとき、異なる効果を生ずるであろうことが、また理解されるであろう。たとえば、かつ図４２を参照して、もし、頂表面が変形可能であり、一方、底表面はリジッドであり、かつシリンダーの外側周囲が、金属、セラミック、又は、他のリジッドな材料のリング内に収容されていること等により制限されているとき、変形する材料の、垂直方向において収縮する、または圧縮する、かつ水平方向において伸張する、または長く伸びる動きは、均一および対称にはならず、逆に、図４３に示されるような、ファンネル状の形状を生ずるであろう。
【０１４５】
焦点モデュールを凹レンズを生成するよう構築することも、等しく可能であることに気づくべきである。たとえば、圧力リング、および変形する要素は、焦点膜の下に、その焦点膜とスペーサー要素の間に配置され得るであろうし、かつ、変形する要素の活性化は、その外周、または周囲の周りで流体チャンバーの高さを減少するよりむしろ、増大し得るであろう。同じ効果は、もし、変形する要素がまた、ここでどこかで議論したように、圧力要素が変形する要素と焦点膜との間に位置してスペーサー要素として働けば、達成されるであろう。圧力要素は、存在することは必要ではなく、その場合には、変形する要素が記焦点膜に直接作用するであろう。
【０１４６】
もう１つの凹レンズの実施形態は、流体チャンバーを準備し、充填する特定の方法を参照して考慮される。最初に、ガラスプレート等の、１つ、またはそれ以上の境界要素は、金属プレート等の支持構造内に設けられたリセス内に置かれる。両面テープ等のスペーサー要素は、そののち、各ガラスプレート上に置かれる。次に、ＰＤＭＳのシートまたは層が、ガラスプレート−スペーサー要素アセンブリー上に置かれ、このシートは、たとえば、ＰＤＭＳを既知の技術を用いて所望の厚さにスピンコートすることにより準備することができる。ガラスプレート境界要素、スペーサー要素、およびＰＤＭＳ膜要素よりなる、結果生じる、アセンブリーは、そののち真空下におかれ、焦点流体が加えられ、かつ、真空が開放されて焦点流体を流体チャンバー内に引く。もし、この充填プロセスが、流体チャンバーが完全に充たされる前に停止されれば、焦点膜の初期形状は凸となるであろう。選択された凹度、および焦点モデュールの残りのために選択されたパラメータに依存して、結果生ずるモデュールは、焦点要素の凹度を変化させることによってのみ機能し、あるいは、膜を凹の状態から平坦な状態に変形させることができ、かつそれを平坦な状態を超えて凸の状態にまで、さらに変形させることができる。
【０１４７】
変形する要素は、制御信号が印加されているか否かに依存して、能動、および受動状態を、持ち、かつ、好ましくは制御信号の強度に線形に応答して、２つの状態間の連続的な遷移を、持つことができる。制御信号がゼロか、最小入力にあるときの変形する要素の状態を記述する“deactivated”、および、制御信号が印加されているときの変形する要素の状態を記述する“activated”を用いて、システムは、前記非活性化された状態は、最大の力が焦点要素に印加されているときであるか、最小の力が印加されているときであるか、のいずれかであるよう構成されることができる。
【０１４８】
それゆえ、図３２および３４は、システムが、制御信号が印加されていないとき、変形する要素が最小の力を焦点流体に伝えているように構成される、非活性化状態を表わすものとして特徴付けられ、図３３および３５は、制御信号が、変形する要素をエネルギー活性化するように印加されている、活性化された状態を表わすことができる。しかしながら、また、システムを、図３２および３４が、制御信号が印加されているときのシステムの状態を表わし、図３３および３５が、制御信号がゼロか、最小強度であるときのその状態を表わすよう、反対の意味に構成することも可能である。より共通の用語において、変形する要素は、電源がオフであるとき（図３２および３４のように）緩和されており、電源がオンであるとき（図３３および３５のように）ストレッチされ、または伸張されている、のいずれかであることができ、また、逆も可である。これは、一般に、焦点モデュールの所望の“休憩している”状態が何であるかに、変換される。焦点膜がプレーナであるとき、焦点は無限大に設定されており、かつ、それが凸であるとき、焦点は、約５ｍｍから約５００ｍｍまでのように、約５０、１００、１５０、または２００ｍｍのようにそれらの間のすべての点を含む有限の距離にある、システムのこの側面を構成することは、それゆえ、ユーザが、‘通常の’または‘休憩している’状態が無限に焦点を合わされている、またはより近くに焦点を合わされているか、に依存することができる。
【０１４９】
上記の議論は、焦点流体と焦点膜とよりなる焦点要素の文脈で提示されたが、それはまた、焦点要素が、流体−充填された／オイル−充填されたエラストマーの場合のように単一であるもう１つの実施形態にも、適用することができる。この実施形態においては、焦点エラストマーの外側表面は焦点膜の機能を与え、かつ、焦点エラストマーの内部体は、焦点流体の機能を与える。
【０１５０】
本発明の変形する要素および関連するアセンブリーは、また、従来の、流体ではない、レンズの動きを制御するために用いることもできる。さらに、本発明の焦点モデュールを、１つ、またはそれ以上の従来の、または流体／適合型レンズ、及び／または、１つ、またはそれ以上の他の焦点モデュールと結合させることができる。このように、ズーム、または自動ズーム等のさらなる機能を実現することができる。これらの、および、関連する概念は、さらに、この開示と同時に提出されているＡｐｐｅｎｄｉｘに記述されている。
【０１５１】
焦点モデュールは、バーコードスキャナー等のデータ収集装置、携帯データターミナル（ＰＤＴ）、携帯データアシスタント（ＰＤＡ）、カメラ付き携帯電話、スティルピクチャーカメラ、移動ピクチャーカメラ等を含む、さらに、固定取り付け、および携帯、の両装置を含む、撮像する能力をもつ、または用いる広い範囲の装置において使用することができる。焦点モデュールは、このような装置の任意のサイズ、およびタイプのものにおいて使用することができるが、しかし、その小さい大きさ、および移動する部品の最少量使用により、それは特に、空間の最小使用が特に望ましい、かつ／または、高耐久化が、より多くのデリケートな移動部品を持つ構成要素の動作性、および／または、有効な寿命に影響を与え得る、衝撃、信号、及び他の環境的な影響に対して望ましい装置によく適している。
【０１５２】
１つの特定的な、しかし限定的でない例として、本発明は、バーコード（たとえば、１Ｄバーコード、２Ｄバーコード、およびスタックされたバーコード）のような符号化された指数、光学的に認識可能な文字（たとえば、あらかじめ定義された意味を有する、印刷された、タイプされた、または手書きの英数字記号、句読点、及び、他のＯＣＲ記号）ばかりでなく、アイコン、ロゴ、および写真等の選択されたグラフィックイメージ、により表わされる情報を、撮像し、獲得し、デコードし、かつ利用するに役立つ装置、および方法に適用することができる。該装置、及び方法は、ハンドヘルドバーコードリーダー等のリーダーを持つ１つまたはそれ以上の焦点モデュールを使用して、バーコードおよび他の光学的に読み取り可能な情報を、問題のイメージ上に焦点を合わせること、および本発明のリーダーを手動で操作しているユーザにより導入されたジッター等の人工物を除去することにより画像品質を改善することを含み、撮像する等の仕事を遂行することを含む。
【０１５３】
ここまでに記述された、かつ、種々の焦点長さを持つ、液体レンズと言われてきたデバイスは、多くの他の応用を、持つ。それは、たとえば、変換されたビームの拡散または収束の変更は、印加された電界の強度の関数であるので、静電電圧計として用いられることができる。該デバイスは、可聴のまたは他の信号を光ビーム上にて送信するのに適した装置と結合して用いることができる。該デバイスが、可聴サインの送信と結合して用いられるとき、それは、光ビームを可聴周波数で変調するもの、と言うことができ、かつ、このような表現がクレームで用いられるときは、そのように解釈されるべきである。それはまた、映画上で音記録を行うにおいて用いるのに適している。
【０１５４】
本発明の焦点モデュールは、一般に、電気的ポテンシャルとして特徴付けられるものにより駆動されるが、前記焦点モデュールを制御するのに用いられる電気的信号または刺激は、電圧（電気的ポテンシャル、または電気的ポテンシャル差）により、ばかりでなく、電流または電荷（電流の時間積分）のような他の電気的パラメータにより、特徴づけることができる。本発明の目的のために、焦点モデュール、及び、特に（導電要素を通して作用せられる）変形する要素は、任意のタイプの流体（または、再構成可能な）レンズ、該レンズは、光の、異なる光学指数を持つ２つ、またはそれ以上の流体（又は、流体及び体積）との相互作用に基づき、調整可能な行動を発揮することにより印加された信号に応答する、を駆動するための印加された電気的信号により制御されることができる。
【０１５５】
われわれは、今、イメージを獲得する、かつこのようなイメージを、検出し、解析し、かつデコードする能力を持つリーダーの形で、本発明の種々の特徴、および側面を実施する装置、および操作方法を記述する。特に、本発明のリーダーは、いくつかの実施形態においては、種々のタイプのバーコード（たとえば、１Ｄバーコード、２Ｄバーコード、および、スタックされたバーコード）のような符号化された指数、および、手書きの、印刷された、および、タイプされた（たとえば、光学文字認識装置を用いて）のようなシンボルを、撮像できるばかりでなく、特定されることに従順である撮像する表面またはオブジェクトを、光学照明を用いて撮像できるハンドヘルド、携帯装置であり得る。
【０１５６】
図５３は、本発明の特徴を実行する、バーコードスキャナー等の、リーダー９００を示す図である。リーダー９００は、リーダー９００の動作を制御するための光学的構成要素、および、リーダー９００で獲得された像を解析するためのハードウェアおよびソフトウェアの構成要素を備える。図５４は、図５３のリーダーの制御回路網をより詳細に示す図である。図５３において、ケース９０２は、破線の模式的アウトライン内に示されている。ケース９０２は、原則として、種々の構成要素を適切な相互方位にて支持するための、任意の都合のよい包囲体またはフレームであることができ、かついくつかの実施形態において、図５１および５２と結合して。以下により詳細に記述されるように、ユーザの手に把持されるよう適合されたケースである。リーダー９００は、ターゲットを照明するよう、かつ、照準信号を与えるよう、種々の環境において動作可能である照明源９０４、９０６を備える。照明源９０４は、一般に、そのイメージを獲得すべきターゲットを照明するために、赤または緑の照明等の、都合のいい波長での照明を与える、ランプまたはＬＥＤ等の１つ、またはそれ以上の光源を備える光源である。照準源９０６は、いくつかの実施形態においては、照準信号をつくるスリットを背景照明するために用いられる第２のＬＥＤである。このスリットはそののち、適切な撮像光学素子によりターゲット９１４上に撮像される。あるいは、照準源（ＬＥＤ）９０６は、それが、照明源９０４から容易に区別されるよう、照明源９０４（たとえば、照明源は照明のために赤であり、照準源は照準信号のために緑である）と異なる波長で動作する。照準源９０６は、リーダー９００で照準しているものを確認するためにリーダーの操作者により用いられる。光学素子９０８は、照明源９０４からの照明を、ターゲット９１４を照明するために計算されるパターンで供給するために設けられる。好ましい実施形態においては、ターゲットは最適に照明される。１つの実施形態において、コリメートレンズ９１０および屈折性要素９１２は、レーザー照準源９０６からの光をコリメートするように、かつ、照準源９０６からの光を拡散する、または屈折するように、それぞれ、任意に設けられ得る。図５３に見られるように、撮像されるべき対象物９１４は、リーダー９００から距離ｑ１に位置しているオブジェクトプレーン９１６上に位置している。オブジェクト９１４は、たとえば表面、つまりオブジェクトプレーン９１６に固定されたバーコードである。議論の目的のために、図５３には、また、リーダー９００からより大きい距離ｑ２に位置し、かつ、その上にオブジェクト９１４’（これは、バーコードでもあり得る）を持つ、第２のオブジェクトプレーン９１６’が、示されている。表面９１６および９１６’は、好ましくは、照明源９０４からの光により、または雰囲気光により、のいずれかにより、あるいはその結合により、照明される。図５３に見られるように、照準器９０６、収束レンズ９１０、および屈折性要素９１２は、結合して、所望のターゲットが、リーダー９００の照準領域内に落ちせしめられるよう、ユーザのために、リーダー９００が照準されている箇所を特定する、図５３の５つの要素９１８ａ−９１８e よりなる位置決めパターン９１８を、与える。ターゲットから反射される光（または代替的に、ターゲットで生成される光）は、リーダーによりレンズ９２０、これは、いくらかの実施形態においては、流体レンズおよび、おそらくは１つまたはそれ以上の固定レンズよりなり、かつ、流体レンズを介してイメージャー９２２にまで運ばれる、を用いて獲得される。種々の実施形態におけるイメージャー９２２は、ＣＭＯＳセンサー、ＣＣＤセンサー、等、のような任意の都合のよい処理技術を用いて構成される、１Ｄ、または２Ｄ半導体アレイセンサーである。イメージャー９２２は、それが受信する光学信号を、全体イメージ、またはフレーム、またはその一部の個々のピクセル、を表わす電気信号に変換する。種々の実施形態において、イメージャーは、カラーＣＣＤイメージャー、およびカラーＣＭＯＳイメージャー、の任意のものであり得る。
【０１５７】
リーダー９００は、また、図５３のリーダー９００からの信号を制御するための、および獲得するための信号制御要素９３０内に示される、種々のハードウェア要素をも含む。制御要素９３０の詳細は、図５４に示される。照明制御９３１は、照明源９０４により与えられる照明の、強度およびタイミングを制御するように与えられる。照明制御９３１は、導体よりなるケーブル９０５により、照明源９０４と電気的に通信している。照準制御９３２は、照準源９０６により与えられる照明の強度、色、およびタイミングを制御するように与えられる。照準制御９３２は、導体よりなるケーブル９０７により、照準源９０６と電気的に通信している。イメージャー制御９３４は、イメージャー９２２のタイミングおよび動作を、たとえば、イメージ、リセット信号、照明を獲得するためのスタート信号およびストップ信号、および電気的出力を、イメージアレイ９２２の任意のピクセルで受信した照明の強度を示すデータ、該データはアナログまたはデジタル信号として与えられる、として与えるための同期信号を動作させるためのクロック信号を与えることにより、制御するよう与えられる。イメージャー制御９３４は、導体よりなるケーブル９２３により、イメージャー９２２と電気的に通信している。レンズコントロール９３８は、流体レンズ９２０の行動を制御するように設けられている。レンズコントローラ９３８および流体レンズ９２０は、導体よりなるケーブル９２１により、電気的に通信している。
【０１５８】
アナログ−デジタル変換器９３６は、イメージャー９２２により出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換するために、設けられている。いくらかの実施形態において、ＤＭＡコントローラー９４８は、デジタルデータの蓄積メモリーへの直接転送を許すよう設けられている。一般に、照明制御９３１、照準制御９３２、イメージャー制御９３４、Ａ／Ｄ９３６、および、ＤＭＡ９４８の任意のものおよびすべては、１つ、またはそれ以上のバス９４５、該バス９４５は、もっとも都合がよく、また有利であると考えられる、シリアルバス、またはパラレルバスであり得る、により、汎用目的プログラマブルコンピュータ９４２に接続されている。汎用目的プログラマブルコンピュータ９４２は、いくらかの実施形態においてはマイクロプロセッサーであり得るＣＰＵ９４３、およびメモリー９４４（たとえば、ＲＡＭ、ＲＯＭ等の半導体メモリー、ディスク等の磁気メモリー、または、ＣＤ−ＲＯＭ等の光学メモリー）を、含む通常の構成要素よりなる。汎用目的コンピュータは、また、１つ、またはそれ以上のバス９４７を介して、広い範囲の、種々の入力、及び出力装置と通信することができる。たとえば、ディスプレイ、スピーカー９４８、または他の発表子等の出力装置９４６の任意のもの、またはすべて、キーボード９５０、タッチパッド９５２、マイクロフォン９５４、および、ハードワイヤード（たとえば、シリアル、パラレル、ＵＳＢ、ファイヤワイヤ、等）であり得る、あるいは、ワイヤレス（たとえば、無線の、ＷｉＦｉの、赤外線の、等）であり得る、１つ、又はそれ以上のＩ／Ｏポート９５６等の双方向装置等の、コンピュータにコマンド又はデータを入力するための装置、が設けられ得る。汎用目的プログラマブルコンピュータ９４２は、また、状態、又は他の情報を、ユーザに示すためのＬＥＤ等の指示器９６０よりなる、または、制御することができる。
【０１５９】
図５３に示されるように、リーダー９００、および／または、（図５４に示されるような）汎用目的コンピュータ９４２は、ユーザをして、コマンド、またはステータスを、リーダー９００に示すことを許す１つ、またはそれ以上のトリガースイッチ９６４を備えることができる。さらに、全体のシステムは、電源９７０、バッテリー９７２、および充電器９７４、のうちの１つ、またはそれ以上の使用により、電気的な電力を与えられる。リーダー９００、および、その関連する汎用目的プログラマブルコンピュータ９４２（図５４に示されるような）を動作させるよう用いることのできる、任意の都合のよい電気的なパワー源が、従来の電気的なグリッド（従来の壁プラグに対する接続によりアクセスされ得る）、および、緊急時発電機、太陽電池、風力タービン、および、水力発電機等の、代替的な電力源を含み、熟考されている。
【０１６０】
レーザバーコードスキャナーは、ステアリングするレンズ形状をもって実行されることができる。以下の図８６−８８を、見てください。現在バーコードスキャナーにおいて用いられている走査ミラーまたはモータを用いるよりむしろ、該走査の動きは、ステアー可能な流体レンズにより達成され得る。同時に、最も狭いビーム幅のレーザスポット位置が、また、同じ、又は異なる流体レンズにより、有効とされ得る。このような走査システムは、また、性質上同軸的であり得るものであり、そこでは、受信および送信光ビームは、ともに、走査されているバーコードパターンの同じ部分で焦点が合う。この受信光学的システムは示されていないが、しかし、これらは当業者によく知られている。円筒形状、または球体形状の走査流体レンズは、設計者が単一スキャン線、またはラスタースキャン線を望むか、に依存して用いることができる。また、光学的なパワーを持つことなく、走査のみを行う流体要素を開発することも可能である。このようなシステムは、また、熟考されている。
【０１６１】
図５３に見られるように、本発明のリーダーが動作し得る距離は、あるいは、等価的に、リーダーの光学システムの焦点距離は、レンズから撮像されるべきオブジェクトまでの距離ｑが変化するとき、変化することができる。特定の地理的な状況のための焦点長さは、以下の式から決定される：
１／ｆ ＝ １／ｐ ＋ １／ｑ
ここで、ｆはレンズの焦点長さであり、ｐはレンズから所望のイメージが観察される表面（撮像センサー、または写真フィルム、等）までの距離であり、かつ、ｑはレンズと観察されるオブジェクトとの間の距離である。
【０１６２】
リーダーのレンズから、より近い距離ｑ１、および、よりび遠い距離ｑ２にある（たとえば、ｑ２＞ｑ１）２つのオブジェクトを考える。廉価であり、かつ、構築するのがより簡便なシステムにおいて、距離ｐ（レンズ９２から撮像センサー９２２までの距離）は、固定されている。
１／ｆ１＝１／ｐ＋１／ｑ１ により与えられる焦点長さを持つレンズから距離ｑ１にあるオブジェクトを撮像することができ、かつ、 １／ｆ２＝１／ｐ＋１／ｑ２ により与えられる焦点長さを持つレンズから距離ｑ２にあるオブジェクトを撮像することができる。ｑ２＞ｑ１ であり、かつ、ｐは定数であるので、 ｆ１＜ｆ２ となる。特に、ｆ１の最小焦点長さ、およびｆ２の最大焦点長さを与えることのできる流体レンズよりなるリーダーについて、かつｐの固定値について、少なくともｑ１からｑ２に渡る距離にあるオブジェクトを適切な焦点で観察する能力を、レンズの特定の焦点長さ設定での視野深さ等の問題を考慮することなく、得ることができるであろう。例として、ｑ１は、オブジェクト内に存在する詳細のすべてを回復、またはデコードして、多くの詳細を有する目標オブジェクト（高密度バーコード等）を撮像することができるよう、４インチ（約１０ｃｍ）等の短い距離である。他方、ｑ２は、１２インチ（約３０ｃｍ）又はそれ以上等のより長い距離であることができ、これにより、リーダーは、オブジェクトをより長い距離、かつより少ない密度（たとえば、目標オブジェクトで観察される長さまたは領域の単位ごとのより少ないピクセル解像度）で撮像することができる。したがって、特定の撮像センサーを備えた本発明のリーダーは、流体レンズの焦点長さを制御する簡単な急場しのぎの手段により、ｑ２＞ｄ＞ｑ１の範囲内の意図された距離ｄでオブジェクトが正確に撮像されるように、高密度／短距離、または低密度／長距離、のいずれかの極（または、２つのリミットまでの中間の任意の変分）で動作するよう、構成することができる。
【０１６３】
レンズは、与えられた距離離れたオブジェクトについて最良焦点が得られるまで、手動で、または自動で、その焦点長さを変化させることができる。これを行う１つの方法は、視野内の点またはオブジェクトによりつくられる、いわゆるぼやけ円を最小化することである。これは、レンズの焦点長さを変化させ、かつ、ＣＣＤまたはＣＭＯＳイメージャー上のぼやけ円の大きさ、すなわち、ぼやけ円が充たすピクセルの数、を測定するマイクロプロセッサーにより、自動的に行うことができる。ぼやけ円が最小である焦点長さは最良焦点であり、レンズはその位置に保持される。もし、視野における何かが変化すれば、たとえば、オブジェクトがレンズからさらに遠くに行けば、そのとき、マイクロプロセッサーは、ぼやけ円の変化および大きさを検出し、自動焦点手続きを再開するであろう。
【０１６４】
ぼやけ円を測定するのに用いられるオブジェクトは、本質的に視野における詳細であろう、あるいはそれは、視野内の重畳されたオブジェクトであろう。例として、人は、ＩＲレーザスポットを視野内に投射することができる（ＩＲの波長は、人間の目の感度を超えているが、ＣＣＤまたはＣＭＯＳイメージセンサーのそれは超えていない）。ベスト焦点を達成するもう１つの手段は、イメージを、たとえばフーリエ変換により周波数領域内に変換し、そののち、流体レンズの焦点長さを調整して、その変換されたイメージの結果として生ずる高周波数成分を最大化することを、含む。イメージのウェーブレット変換は、同様の態様で用いることができる。周波数領域およびウェーブレット技術の両者は、単に、ＣＣＤまたはＣＭＯＳイメージセンサーのピクセルの中でコントラストの最大化を介してベスト焦点を達成するための技術である。隣接するピクセル間の強度差を最大化する等の、これらの、および同様の手続きは、技術において知られており、かつ、デジタルカメラの受動的焦点合わせに共通に用いられている。
【０１６５】
図５５は、本発明の種々の実施形態で使用される汎用目的マイクロプロセッサーを示す光学的リーダーのブロック図である。光学的リーダー４０１０は、１Ｄバーコードシンボル、２Ｄバーコードシンボル、等のターゲットオブジェクトＴを照明するための照明アセンブリー４０２０、および、オブジェクトＴのイメージを受信し、その中に光学的に符号化されたデータを示す電気的出力信号を生成するための撮像アセンブリー４０３０を、含む。照明アセンブリー４０２０は、照明源アセンブリー４０２２を、光源４０２２からの光を、ターゲットオブジェクトＴの方向に向けさせるための、たとえば、１つ、またはそれ以上のレンズ、拡散素子、ウェッジ、反射器、またはこのような要素の結合等の、照明光学素子アセンブリー４０２４とともに、含む。照明アセンブリー４０２０は、たとえば、レーザー、または、白色ＬＥＤまたは赤色ＬＥＤ等の発光ダイオード（ＬＥＤ）を備える、ことができる。照明アセンブリー４０２０は、ターゲットＴ上に照準パターン４２０７を投射するための、ターゲット照明、および光学素子を含むことができる。照明アセンブリー４０２０は、もし、雰囲気光レベルが、オブジェクトＴの高質イメージが撮像されることを許すよう充分高いようなものであるとき、削除されることができる。撮像アセンブリー４０３０は、１Ｄまたは２Ｄ  ＣＣＤ，ＣＭＯＳ，ＮＭＯＳ，ＰＭＯＳ，ＣＩＤ、またはＣＭＤ固体イメージセンサーのようなイメージセンサー４０３２を、オブジェクトＴのイメージを受信し、イメージセンサー４０３２上に、焦点合わせさせるための撮像光学アセンブリー１０３４とともに、含むことができる。
【０１６６】
図５５に示されるアレイベースの撮像アセンブリーは、少なくとも１つのレーザー源、スキャニング機構、送信および受信光学素子、少なくとも１つの光検出器および付随する信号処理回路網、を備えたレーザアレイベースの走査アセンブリーにより置き換えられることができる。以下の図８６、８７、および８８、および、関連する記述を見てください。
【０１６７】
部分フレームクロックアウトモードは、制御モデュールにより、イメージデータの部分フレームをクロックアウトするよう命令されることのできる、または、個々にアドレスされるピクセルを持つよう構成される、イメージセンサーを利用して容易に実行される。ＣＭＯＳ製造技術を用いて、イメージセンサーは、容易に、センサーのあるピクセルに対応する電気信号が、該センサーの残りのピクセルに対応して電気信号をクロックアウトすることなく、選択的にクロックアウトされるように、なされることができ、これにより、イメージャーの全体視野の一部のみと関連した部分的なフレームのデータのみの解析を許すようにできる。ＣＭＯＳイメージセンサーは、シマジェリー、オムニビジョン、シャープ、ミクロン、エスティーマイクロエレクトロニクス、コダック、東芝、および三菱のような製造業者から、入手可能である。部分フレームクロックアウトモードは、また、ＣＣＤイメージセンサーからの１フレームのイメージデータをクロックアウトするコースの間にフレーム放電信号を選択的に活性化することによっても実行することができ、Ａ／Ｄ１０３６および信号プロセッサー１０３５は、個々に、または、ともに任意に、単一の基板上にイメージセンサー１３０２とともに一体化されることができる。
【０１６８】
図５５の光学的リーダー４０１０は、また、プログラマブル制御回路（または、制御モデュール）１０４０、これは好ましくは、集積回路マイクロプロセッサー４０４２、およびアプリケーション専用集積回路（ＡＳＩＣ４０４４）よりなる、を含む。ＡＳＩＣ４０４４の機能は、また、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）により与えられ得る。プロセッサー４０４２、およびＡＳＩＣ４０４４は、ともに、データを、リード／ライトランダムアクセスメモリーまたはＲＡＭ４０４６、および消去可能なリードオンリーメモリーまたはＥＲＯＭ４０４７、等のメモリー要素よりなるメモリーユニット４０４５内に蓄積された蓄積プログラムにしたがって、受信し、出力し、かつ、処理することのできる、プログラマブ制御装置である。使用することのできる他のメモリーユニットは、ＥＰＲＯＭおよびＥＥＰＲＯＭを含む。ＲＡＭ４０４６は、代表的に、少なくとも１つの揮発性メモリー装置を含むが、しかし、１つ、又はそれ以上の長期間不揮発性メモリーデバイスを含み得る。プロセッサー４０４２およびＡＳＩＣ４０４４は、また、ともに、それを通って、プログラムデータ、およびアドレスデータを含む作業用データが、それにまた接続された任意の回路網に、いずれかの方向において、受信され、かつ送信され得る共通バス４０４８に接続されている。プロセッサー４０４２とＡＳＩＣ４０４４は、しかしながら、どのようにそれらが作られ、どのようにそれらが使用されるかにおいて、互いに異なる。符号化された指数により符号化される情報を抽出するよう構成された処理モデュールは、プロセッサー４０４２およびＡＳＩＣ４０４４の能力のいくらか、またはすべてを用いるものであり、かつ、必要に応じてイメージの生のデータを符号化された指数の中に符号化された情報に変換するデコードの仕事を含み、抽出の仕事を遂行するのに要求される、ハードウェア、及び必要であれば、ソフトウェアおよび又はファームウェアを含む。
【０１６９】
より特定的には、プロセッサー４０４２は、好ましくは、汎用目的の、オフ−ザ−シェルフＶＬＳＩ集積回路マイクロプロセッサーであって、これは、図５５の回路網の全体制御を持つが、しかし、その時間のほとんどを、ＲＡＭ４０４６に蓄積されたイメージデータをＥＲＯＭ１０４７に蓄積されたプログラムデータにしたがってデコードすることに費やすものである。ＡＳＩＣ４０４４は、他方、好ましくは、プログラマブルロジックアレイ、またはゲートアレイであって、その時間のほとんどをイメージデータをデコードすること意外の機能に費やすようにプログラムされたもの、のような特定目的ＶＬＳＩ集積回路であり、これにより、プロセッサー４０４２をして、これらの機能を遂行する責務から開放する。
【０１７０】
プロセッサー４０４２と４０４４間の仕事の実際の分配は、自然に、入手可能なオフ−ザ−シェルフマイクロプロセッサーのタイプ、使用されるイメージセンサーのタイプ、イメージデータが撮像アセンブリー４０３０により出力されるレート、等に依存する。しかしながら、原則として、プロセッサー４０４２と４０４４間で何らかの特定の仕事の分割がなされることを要求するものはなく、あるいは、このような分割さえなされることを要求するものは、何もない。これは、特定目的プロセッサー４０４４は、もし汎用目的プロセッサー４０４２が充分に早く、かつ本発明で熟考される機能のすべてを遂行するに充分パワフルであれば、まったく削減されるであろう、からである。それゆえ、使用されるプロセッサーの数も、それらの間での仕事の分割も、いずれも本発明の目的のためには、何らの重要な意義のあるものではない。
【０１７１】
図５５に示されるタイプのプロセッサーアーキテクチャーにつき、プロセッサー４０４２と４０４４間の代表的な仕事の分割は、以下のようになるであろう。プロセッサー４０４２は、主に、データをデコードすること、一度、このようなデータがＲＡＭ４０４６に蓄積されると、光学的文字認識（ＯＣＲ）スキームにしたがって蓄積されたイメージデータ内に表わされる文字を認識すること、メニューをつくるオプションおよび再プログラムする機能を扱うこと、トリガー１０７４およびキーボード１０７８等の要素を備える制御／データ入力ユニット１０３９から受け取ったコマンドおよびデータを処理すること、および、全体的なシステムレベル調整を与えること、等の仕事に没頭しているのが好ましい。
【０１７２】
プロセッサー４０４４は、主に、前記イメージ獲得プロセス、Ａ／Ｄ変換プロセス、および、イメージデータの蓄積、を制御すること、メモリー４０４６、および４０４７を、ＤＭＡチャネルを介してアクセスする能力を含む、に没頭していることが好ましい。Ａ／Ｄ変換プロセスは、アナログ信号を、８ビット（または、グレースケール）量で表わされるデジタル信号に変換することを、含む。Ａ／Ｄ変換技術は改善をしており、デジタル信号は、８より多いビットを用いて表わすことができる。プロセッサー４０４４は、また、多くのタイミングおよび通信動作を遂行することができる。プロセッサー４０４４は、たとえば、ＬＥＤ４０２２の照明、イメージセンサー４０３２およびアナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）変換器４０３６のタイミング、データのリーダー４０１０の外部のプロセッサーへの、およびからの、ＲＳ−２３２、イーサーネットまたは他のパケットベースの通信技術等のネットワーク、ＵＳＢ等のシリアルバス、および／または、ワイヤレス通信リンク（又は、他の）互換性のあるＩ／Ｏインタフェース４０３７、を介しての送信および受信を制御することができる。プロセッサー４０４４は、また、ユーザによる知覚が可能なデータの、ビーパー、読み取りの良いＬＥＤ、および／または、ディスプレイ４０８２等の液晶ディスプレイにより与えられるディスプレイモニター、等の出力装置４０３８を介しての、出力を制御することができる。出力、ディスプレイ、および、Ｉ／Ｏ機能の制御は、また、バスドライバーＩ／Ｏおよび出力／ディスプレイデバイス４０３７’および４０３８により示唆されるように、プロセッサー４０４２および４０４４間でシェアすることができ、あるいは、マイクロプロセッサーシリアルＩ／Ｏポート４０４２Ａおよび４０４２Ｂ、およびディスプレイデバイス４０３７”および４０３８’により示唆されるように、重複されることができる。以前に説明したように、この仕事の分割の詳細は、本発明に意義のあるものではない。
【０１７３】
図５６は、フィードバックを備えた自動焦点システムを持つシステム、たとえば、図５３に記述されたような構成要素を持つシステム、を動作させるためのプロセスを示すフローチャート１１００である。該プロセスは、ステップ１１１０で始まり、そこでは、イメージを獲得するコマンドが、たとえば、ユーザがトリガーを押圧することにより、あるいは、自動システムが、オブジェクトが撮像のための位置に来たことが検出される等、特定の条件に応答して獲得イメージコマンドを発行することにより生成される。一度、イメージがステップ１１１０で獲得されると、イメージの焦点が、ステップ１１２０で示されるように評価される。焦点の評価は、イメージの質の、イメージ内の特徴の感受されたエッジでのコントラストの鋭さ、又は他の標準、等の、特定の標準または条件との比較よりなることができる。
【０１７４】
平坦さ測定を用いて自動焦点動作を遂行するもう１つの手続きは、以下のステップを含む；
１. グレースケールイメージを獲得すること（即ち、ハンドヘルドリーダーでイメージを獲得し、かつ、該イメージを少なくとも２ビット解像度、または少なくとも４つの離散値を用いてデジタイズ化すること）；
２. 任意に、グレイスケールイメージをサンプルすること（即ち、イメージから、線、または一連の点を抽出すること、または代替的に、サンプルされたイメージは、もしそれが、選択的にアドレスされたピクセルに対応するイメージデータよりなる窓化されたフレームであれば、獲得されたイメージであり得る。）；
３. 特定のグレースケール値を持つデータ点の生起の数を、たとえば、グレースケール値を表すようＸ軸を用い、生起の周波数を表わすようＹ軸を用いてプロットすることによりヒストグラムを作ること；
４. 平坦性測定を出力として与えるよう、ヒストグラムを処理すること；
５. 平坦性測定に基づき、焦点レベル（焦点の質）を決定すること；
６. 平坦性測定から決定された焦点の質が、望まれるより小さい場合、焦点を変化させ、かつ、ステップ１から５を繰り返すこと。
【０１７５】
イメージの平坦性は、ヒストグラムにおける異なるグレースケール値の分布の均一さのことを言う。平坦な分布は、異なるグレースケール値での観察の数の変動をほとんど持たないもの、である。一般に、貧弱に焦点が合わされたイメージは、よりよく焦点が合わされたイメージより“より平坦”であり、即ち、グレースケール値の範囲にわたっての、グレースケール値の比較的平坦な出現が生じるであろう。一般に、よく焦点が合わされたイメージのヒストグラムは、高いグレースケール値を持つ多くのピクセル、低いグレースケール値を持つ多くのピクセル、および、少ない中間のピクセルを持つ。ルックアップテーブルにおける符号化された情報、またはファジー論理の原理を用いて与えられた情報を含む、バーコード等の種々のタイプのイメージのための、履歴情報の使用が熟考される。
【０１７６】
ステップ１１３０で、焦点評価の結果は、特定された量の、特定された数のピクセルに対する鋭さ（または、コントラスト変化）等の、受け入れ可能な評価基準と比較される。より高いデジタル解像度にデジタイズされた（たとえば、より大きい数のビットにより定義された範囲を用いて）は、受け入れ可能な焦点のより正確な決定を支持することができる。もし、焦点の評価の結果が否定的であれば、プロセスは、ステップ１１４０に進み、ここで、図５３のレンズ９２０の焦点が、修整される。焦点を調整したのちに、プロセスの動作はステップ１１１０に戻り、新しいイメージが獲得され、評価される。適切な焦点を持つことが発見されたイメージが獲得されたとき、プロセスは、ステップ１１３０から１１５０に移動し、ここで、適切な焦点特性を持つイメージが処理され、かつ、結果は、ユーザに前記イメージの獲得をコマンドした装置に利用可能とされ、および／または、結果はメモリー内に蓄積される。任意に、ステップ１１６０で示されたように、システムは、ステップ１１１０をルックバックすべきもう１つのイメージを得るよう、かつ、前記プロセスを再び繰り返すようコマンドされることができる。
【０１７７】
図５７は、フィードバックを備えない調整可能な焦点システムを持つシステムを、動作させるプロセスを示すフローチャートである。ステップ４２１０において、イメージを獲得するコマンドは、たとえば、ユーザがトリガーを押すことにより、または、オブジェクトが撮像のための位置に来たと検出される等の特定の条件に応答して自動化システムが獲得イメージコマンドを発光することにより、生成される。ステップ４２１５において、レンズ９２０は、たとえば、レンズ９２０を近似により７インチの焦点位置ｑ１で動作せしめるレンズ９２０に印加される電圧を用いて、デフォルト条件等の第１の条件に対応する第１の流体レンズ制御信号により駆動される。好ましい実施形態において、７インチで焦点が合わせられるよう印加された電圧は、ゼロの印加電圧である。この焦点条件を用いて、イメージはステップ４２２０で獲得され、かつ、処理される。ステップ４２２５において、前記獲得されたイメージから検索された情報が検査されて、バーコードの有効なデコーディングが達成されたかを決定する。もし、デコーディングが有効であれば、該デコードされたイメージにより表わされる情報またはデータは、ステップ４２６０で示されるように報告され、かつ、プロセスはステップ４２７０にて示されるように停止する。プロセスを繰り返すその後のコマンドは、必要であるか、あるいは有利であれば、与えられ得る。
【０１７８】
もし、ステップ４２２５で、よいデコードが達成されなかったと決定されたら、プロセスはステップ４２３０に続き、その時点で、レンズ９２０に印加される流体レンズ制御信号が、第１の代替的な値、たとえば、レンズ９２０をして近似により３０ｃｍのｑ２の距離に焦点をあわせしめる電圧に、調整される。この焦点条件を用いて、イメージはステップ４２３５で獲得され、かつ、処理される。ステップ４２４０で、前記獲得されたイメージから検索された情報は、バーコードの有効なデコーディングが達成されたかを決定するよう、検査される。もし、デコーディングが有効であれば、該デコードされたイメージにより表わされる情報またはデータは、ステップ４２６０で示されるように報告され、かつ、プロセスはステップ４２７０で示されるように停止する。
【０１７９】
もし、ステップ４２４０で良いデコードが達成されなかったと決定されたら、プロセスはステップ４２４５に続き、その時点で、レンズ９２０に印加される流体レンズ制御信号が、第２の代替的な値、たとえば、レンズ９２０をして近似により１００ｃｍのｑ３の距離に焦点をあわせしめる電圧に、調整される。この焦点条件を用いて、イメージはステップ４２５０で獲得され、かつ、処理される。ステップ４２５５で、前記獲得されたイメージから受信した情報は、バーコードの有効なデコーディングが達成されたかを決定するよう、検査される。もし、デコーディングが有効であれば、該デコードされたイメージにより表わされる情報またはデータは、ステップ４２６０で示されるように報告され、かつ、プロセスはステップ４２７０で示されるように停止する。もし、バーコードの有効なデコーディングがまだ達成されていなければ、プロセスはステップ４２１５に戻り、かつ、プロセスは有効なバーコード値を同定しようとするために繰り返される。他の実施形態においては、特定の、又は所定の数の繰り返しループが、成功裏の結果無しに起きた後に、あるいは、特定の、または所定の時間が徒過した後に、プロセスは、監督的な制御装置、それは、いくらかの実施形態においてはコンピュータプログラムにしたがって動作することができる、により中断せられることが可能である。あるいは、プロセスは、もしトリガーが解放されれば、停止することが可能である。図５７に描かれたプロセスは、レンズ９２０を、適切な焦点条件を求めるサーチにおいて駆動する３つの離散的な条件を用いるが、このようなプロセスの構成要素として、３つより多い、または、３つより少ないあらかじめ定義された駆動条件を、このようなプロセスの構成要素として用いることが可能である。たとえば、焦点距離が、あらかじめ定義された距離だけ、またはあらかじめ定義されたパーセントだけ、変化するプロセスを、定義することができる。あるいは、それにおいては、調整が、前記獲得されたイメージが、合焦点にあるかを評価するにおいて得られた情報（以上で述べたように）、または、前記デコードされた情報の質（たとえば、前記情報が完全にゆがめられているか、または、不正確にフォーマットされているか、または、有効であるに近いか）から決定される量に基づくプロセスを、定義することができる。一般に、特定された距離は、絶対的正確さにまでは、達成されないであろう（たとえば、３０ｃｍの距離は、３００００ｃｍの正確さにまで測定されなくてもよいが、しかし、単に、３０ｃｍから１センチメーターの１０分の１内にまで、測定され得る）が、しかしむしろ、テストは、レンズが、道程される距離で十分に動作する、というものである。研究室において、正確な距離は実験のために設定されるが、しかし現場での実際の使用においては、距離は研究室におけるより少ない正確さで測定される。
【０１８０】
流体レンズは、球体ずれ、および／または、色ずれ等の狂いを、持つものである。本発明の焦点モデュールにおいて、正のレンズ、または負のレンズ等の付加的なレンズは、レンズ９２０等の焦点モデュールと結合して使用され、１つ、またはそれ以上の球体の、カラーの、または、高次の狂いを訂正するようにすることができる。いくらかの実施形態において、付加的なレンズの構成の材料は、流体レンズにより導入された光学的不完全さや、狂いを補償するよう選択されることができる。
【０１８１】
図６０および６１は、本発明の特徴を実施するハンドヘルドリーダーの図面である。図６０は、実質的に線形形状を持つケースを備えたハンドヘルドリーダー４５００を示す。ハンドヘルドリーダー４５００は、データ処理能力、およびメモリーを含み、図５５に関して記述されたような回路網を備える。ハンドヘルドリーダー４５００は、ユーザによる使用のための、キーパッド等の入力装置４５１０を備え、それの１つ、またはそれ以上のボタンは、また、トリガー４５３４として用いられ、ユーザをしてトリガー信号を与えることを許す。ハンドヘルドリーダー４５００は、ユーザに情報を与えるための、ディスプレイ等の出力装置４５１２を備えることができる。いくらかの実施形態において、ディスプレイ４５１２は、ユーザをして、ディスプレイ４５１２上に表示されたプロンプトに応答することを許す、あるいは、アイコンまたグラフィカルシンボル、シミュレートされたキーパッド又はキーボードの任意のものを用いて、または手書き情報の認識を通して、情報またはコマンドを入力することを許すタッチスクリーンを備える。ハンドヘルドリーダー４５００は、また、情報を出力として表示し、かつ、情報を入力として受け入れることができる、たとえば、１つ、またはそれ以上のアイコンをユーザに表示し、かつ、ユーザがタッチパッドまたはタッチスクリーンに、指またはスタイラス４５０８でタッチすることによりアイコンのうちの１つを活性化することを受け入れることのできる、タッチパッド、又はタッチスクリーンを備える。ハンドヘルドリーダー４５００は、また、流体レンズを含むバーコードイメージエンジン４５１４を備える。イメージエンジン４５１４は、ハンドヘルドリーダー４５００が読み取るために用いられる問題の対象のイメージを獲得する。流体レンズは、以下でより詳細に記述されるように、イメージエンジン４５１４の焦点距離を調整する、かつ、光学軸を調整する能力を与える。ハンドヘルドリーダー４５００は、また、種々の実施形態において、クレジットカード上に見られるような磁気ストライプ上に符号化された情報を、および、ＰＣ、ＰＣＭＣＩＡ、またはスマートカードにおいて見られるような半導体メモリー内に符号化された情報を、載せているカードを読むよう構成されたカードリーダー４５２０を備える。ハンドヘルドリーダー４５００は、また、遠隔ベースステーション、コンピュータベースデータ処理システム、第２のハンドヘルドリーダー４５００’、または、ＰＤＡ等のデバイスと通信するためのラジオトランシーバー、および／または赤外線トランシーバー等の、無線通信装置４５３０を備える。ハンドヘルドリーダー４５００は、また、ＲＦＩＤタグと通信するためのＲＦＩＤトランシーバー４５３２を備える。ここで使用されるように、用語“ＲＦＩＤタグ”は、能動的であっても受動的であっても、標準通信プロトコル、または所有者の通信プロコルのいずれに従って動作するのであっても、ラジオ周波数同定タグを示すことが意図されている。ＲＦＩＤトランシーバーは、広い種々の範囲の通信プロトコルにしたがって動作するよう、プログラムされることができる。図６０は、また、異なる実施形態において、磁気テープ、半導体メモリー、スマートカード、およびＲＦＩＤタグの少なくとも１つ上に符号化された情報を含むカードを描いている。そこにおいて、流体レンズシステムを用いることのできるハンドヘルドリーダー４５００の例は、米国、ニューヨーク州、スカニーアテレスフォールズの、ハンドヘルドプロダクツ  インコーポレーティッド、から入手可能なＰＤＴ９５００である。１つの実施形態において、ＣＭＯＳイメージアレイは、８０００  サウス  フェデラル  ウェイ  ポストオフィスボックス  ６、５  ボイゼ、ＩＤ８３７０７−０００６の、ミクロンテクノロジー  インコーポレーティッドから入手可能な、ワイドＶＧＡ  ＭＴ９Ｖ０２２  イメージセンサー等の、ミクロンイメージセンサーで実行することができる。フルフレームシャッターを持つＭＴ９Ｖ０２２  イメージセンサーは、ミクロンテクノロジー({ HYPERLINK "http://www.micron.com"  ,www.micron.com}）から入手可能な、製品ＭＴ９Ｖ０９９プロダクトフライヤーにおいて、たとえば、http//download.micron.com/pdf/flyers/mt9v022_(mi-0350)_flyer.pdf. において、より詳細に記述されている。米国  カリフォルニア州  ９５０５４、サンタクララ  グレートアメリカパークウェイ  ５２０１  スイート  ４２２の、ＩＣ  Ｍｅｄｉａから入手可能な、ＩＣＭ  １０５Ｔ  ＣＭＯＳ  プログレッシブイメージャーも、また、用いることができる。このイメージャーは、http//www.ic-media.com/products/view.cfm?product=ICM%2D105T のウェブサイトにて見ることができる。このイメージャーは、ローリングシャッターを用いている。引用された両イメージャーは、技術においてよく知られている、プログレッシブイメージャーであるが、インターリーブイメージャーも、また、これらのシステムにおいて機能するであろう。
【０１８２】
図６１は、特に、入力４５１０、出力４５１２、イメージエンジン、および流体レンズ４５１４、カードリーダー４５２０、ラディオ４５３０、および、ＲＦＩＤトランシーバー４５３２を含み、ハンドヘルドリーダー４５００に関して数え上げられるほどの構成要素を備えたハンドヘルドリーダー４５５０のもう１つの実施形態を示す。ハンドヘルドリーダー４５５０は、データ処理能力、およびメモリーを含み、図５５に関して記述された回路網を備える。ハンドヘルドリーダー４５５０について、ケース４５６０は、リーダー４５５０の撮像エンジンおよび流体レンズの光学軸に対し、一般に９０°に近づく角度で配置された、“ピストルグリップ”または部分を備える。ハンドヘルドリーダー４５５０は、また、たとえば、リーダー４５５０のピストルグリップ部分上に位置する、かつ、ユーザの指により便宜に動作されるように位置せられた、トリガー４５３４を備える。ハンドヘルドリーダー４５５０は、また、有線でのベースステーション、コンピュータベースのデータ処理システム、または、ポイントオブセール装置への接続のために、ケーブル、またはコード４５７０を備える。あるいは、リーダー４５５０は、内部無線の手段（図示せず）によりベースステーションに通信されることができる。このような流体レンズシステムを用いることのできるリーダー４５５０の例は、すべて、米国  ニューヨーク州、スカニーアテレスフォールズの、ハンドヘルドプロダクツ  インコーポレーティッドから入手可能である、２ＤイメージセンサーアレイよりなるＩＴ４６００、および１ＤイメージセンサーアレイよりなるＩＴ５６００である。
【０１８３】
いくらかの実施形態において、ハンドヘルドリーダー４５００および１５００は、たとえば、固定のマウントである、あるいは再方位付けすることのできるマウントである制御される方位を持つマウント内に除去可能に保持されることにより、固定の位置にて用いられる。このような使用の例は、たとえば、ポイントオブセールにて、オフィスビル又は倉庫等のビルへの入口、または出口、の商業的設定内に、または、学校、または法廷等の政府ビル内にある。本発明のハンドヘルドリーダーは、バーコード、磁気ストライプ、ＲＦＩＤタグ、および、半導体メモリーの１つ、又はそれ以上を備えた識別子を載せている任意の対象物を同定するのに用いることができる。
【０１８４】
いくつかの実施形態において、ハンドヘルドリーダー４５００、４５５０は、“デコードモード”、または“写真撮影モード”のいずれかにおいて動作するよう構成されることができる。ハンドヘルドリーダー４５００、４５５０は、デコードモード、および写真撮影モードが、ユーザ選択可能であるよう構成されることができる。たとえば、リーダーは、たとえば、図６０および６１に描かれた入力および出力装置の両方であるタッチパッドまたはキーパッド上の、ユーザをしてデコードモードと写真撮影モードとの間で選択せしめることを可能とするグラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）を含むよう構成されることができる。１つの実施形態において、デコードモードは、図６０のディスプレイ４５１２のようなディスプレイ上に表示されるアイコン上をクリックすることにより選択され、これにより、リーダーは、デコードモードをデフォルトとして構成される。代替的に、動作モード（“デコードモード”または“写真撮影モード”のいずれか）は、遠隔装置からの通信により、または、リーダーの電源シーケンスの一部としての初期活性化に際してのデフォルトにより、設定されることができる。このように、リーダーは、トリガー４５３４の次の（及び、続いての）活性化によりデコードモードで動作し、トリガー信号を生成するように構成されている。デコードモードにおいては、ハンドヘルドリーダー４５００、４５５０は、トリガー信号の生成に応答してイメージを獲得し、１つ、またそれ以上のバーコードデコードアルゴリズムを利用して、イメージをデコードし、かつ、デコードされたメッセージを出力する。前記デコードされたメッセージは、たとえば、メモリーの１つ、またはそれ以上に、ディスプレイ４５１２に、または、遠隔装置に、たとえば、無線通信、またはハードワイヤード通信により、出力されることができる。
【０１８５】
１つの実施形態において、“写真撮影モード”は、アイコン（これは、トグルスイッチであり得る）上をクリックすることにより、選択される。あるいは、ハンドヘルドリーダー４５００，４５５０は、デフォルトモードが“写真撮影モード”にあるように構成されている。このように、ハンドヘルドリーダー４５００，４５５０は、トリガー信号を生成するトリガー４５３４の次の（及び、以降の）活性化により“写真撮影モード”で動作するように、構成されている。ハンドヘルドリーダー４５００、４５５０は、トリガー信号の生成に応答して、イメージを獲得し、かつ、メモリーの１つ、またはそれ以上に、ディスプレイ４５１２に、または遠隔装置にイメージを出力する。
【０１８６】
ハンドヘルドリーダー４５００、４５５０は、イメージ獲得モードが選択されたとき、ハンドヘルドリーダー４５００、４５５０が獲得されたイメージをデコードしようとすることを避けるように、構成されることができる。トリガー信号の受信に応答して、デコードのためのイメージを獲得するプロセスにおいて、ハンドヘルドリーダー４５００，４５５０は、複数の“テスト”フレームを獲得することができ、これらは、撮像するパラメータ（たとえば、露光、利得、フォーカス、ズーム）を打ち立てるにおいての使用のために、上記したように、フルフレームであっても、部分フレームのみであってもよく、かつ、デコードの試みののちに、デコード可能なシンボル表示を含まないと決定したフレームを破棄することができることが理解される。同様に、写真撮影モードにおけるトリガー信号の受信に対する応答的なイメージ出力のプロセスにおいて、ハンドヘルドリーダー４５００，４５５０は、テストフレームを獲得することができ、これらは、撮像するパラメータを打ち立てるにおいての使用のために、上記したようにフルフレームであっても、部分フレームのみであってもよく、かつ、出力に適さないと決定されたイメージを、破棄することができる。“写真撮影モード”において、獲得されたイメージは、たとえば、保険目的で、ベンダーからの出荷のときに、パッケージの条件の証拠を与えるにおいての使用のための、前記イメージの中に存在するバーコード、または他の符号化された指数（このイメージは、もしパッケージが安全に到着すれば、決してデコードされることはない）のデコーディングを含み、後の解析のために、アーカイブされ得ることが、また、理解される。同様の種類の他の例は、日付、時間および、写真家の同定（たとえば、名前、雇用者番号、または、他の個人識別子）等、該イメージとともに蓄積されることのできる他の情報を任意に含む、積載されたトラックの、たとえば、多くの可能なトラックの、ライセンスプレート、識別番号、又は同様の指示が、該写真の主題である、該ライセンスプレート、識別番号、又は、同様の指示を持つ、積載されたトラックの写真であることができる。
【０１８７】
もう１つの実施形態において、ハンドヘルドリーダー４５００、４５５０は、複数のアイコン（少なくとも１つは、デコードモード用であり、１つは、写真撮影モード用である）を表示するものであり、これにより、アイコンの活性化は、ハンドヘルドリーダー４５００、４５５０をして、選択された動作モード（デコード、または写真撮影）で動作するよう構成せしめるとともに、トリガー信号が自動的に生成されて、イメージ獲得／デコード（デコードモード）、またはイメージ獲得／イメージ出力プロセス（写真撮影モード）をはじめる結果を生ぜしめる。これにより、該もう１つの実施形態において、トリガー４５３４は、アイコンが活性化された後に、イメージ獲得を始めるようアクチュエートされる必要はない。
【０１８８】
図６２は、コンピュータと通信する、本発明のハンドヘルドリーダーの図４６００である。図６２において、上記で述べたタイプのハンドヘルドリーダー４５５０は、ケーブル４５７０により、該実施の形態においては、ラップトップまたは携帯コンピュータとして描かれているコンピュータ４６１０に接続されている。コンピュータ４６１０は、入力４６１２、これは、キーボード、キーパッド、およびマウス４６０８のようなポインティングデバイス、ディスプレイスクリーンのような、ユーザによる使用のための出力４６１４、および、１つ、または、それ以上の機械読み取り可能なメディア上に記録されたソフトウェア４６３０を含み得る、慣用のコンピュータ構成要素を、備える。コンピュータ４６１０上で動作するソフトウェアの例は、ハンドヘルドリーダー４５５０内のイメージエンジンおよび流体レンズにより、コンピュータ４６１０のディスプレイ４６１４上に“見られる”ように、該イメージのクィックビューを与えるプログラム４６３２、および、たとえば、機械読み取り可能媒体（図示せず）上に与えられる相互作用プログラム４６３４であって、ユーザをして、流体レンズに印加される（電圧、または電気的ポテンシャル等の）信号を制御すること、かつ、それに対する流体レンズの応答を、流体レンズ制御信号が変化されるとき、たとえばグラフでの表示として、または、リーダーにより読まれる１つ、またはそれ以上のイメージの表示として観察すること、を許すものである。図６２において、また、複数のテストターゲット１６２０，１６２２，１６２４、これらは、いくらかの実施形態においては、ウェブサイト http//www.sinepatterns.com./USAF_labels.htm に示され、記述されているように、かつ、商業的に種々の形で、１９５１ＵＳＡＦターゲットの製造業者である、米国  ニューヨーク州  １４６０９、ロチェスター  イーストマムストリート  １６５３の、サインパターンズ  ＬＬＣにより提供されるもの、および、ウェブサイトhttp//www.sinepatterns.com/i_Stdrds_htm でさらに示される、多くの他のタイプのターゲット、およびビジュアルパターンがある。
【０１８９】
図６２に描かれた例は、ハンドヘルドリーダー４５５０に対する３つの距離、および位置の各々でのターゲットを示す。１つの実施形態において、該３つのターゲット１６２０、１６２２、１６２４は、ハンドヘルドリーダー１５５０に対して区別される光学軸に沿って同じ距離にある。いくらかの実施形態において、ハンドヘルドリーダー４５５０とターゲットとの間の距離は、区別できるものであり、かつ、ハンドヘルドリーダー４５５０からターゲットまでの光軸は、また、区別できるものである。各ターゲット１６２０、１６２２、１６２４は、ハンドヘルドリーダー４５５０が撮像することのできる定義された地理の既知のテストパターン等の、オブジェクトを表す。ハンドヘルドリーダー４５５０における流体レンズの行動を制御することにより、流体レンズの動作を、各ロケーションまたは位置での、該ターゲットの受け入れ可能な（たとえば、イメージ品質の受け入れ可能な範囲内のイメージ、または、その中に符号化された情報を検索するよう正しくデコードすることのできるイメージ）、かつ、好ましくは最適なイメージを得るよう、要求される前記観察された制御信号（電圧、または印加された電気的ポテンシャル）を記録することにより、校正することができる。
【０１９０】
図６３は、本発明の特徴を実施する装置を校正するのに役立つ校正プロセスのフローチャート１７００である。図６３において、校正は、ステップ１７０５に示されるように、システム要素が適切に動作していることを確実にするためのすべての電源オンシーケンスを遂行することを含み、該システムを初期化することにより開始される。ステップ１７１０において、パターンまたは符号化されたシンボルを載せているテストターゲットは、第１のテスト位置に位置している。第１のテスト位置にあるとき、ターゲットは、一般に、流体レンズを備えるハンドヘルドリーダーに対して定義された距離および方位にある。ステップ１７１５において、流体レンズ制御信号（それは、いくらかの実施形態においては、電圧である）は、前記ターゲットについての受け入れ可能な、かつ、好ましくは最適の、焦点条件を得るように調整される。ステップ１７２０において、ターゲットの距離および方位、および、流体レンズ制御信号パラメータ（たとえば、電圧の大きさおよび符号、パルス期間、遷移時間、および繰り返しレート等の該信号のタイミング特徴）は、不揮発性メモリー、たとえばテーブル内に未来の使用のために記録される。
【０１９１】
人は、ターゲットを新しい位置および方位に位置させる、流体レンズに印加される流体レンズ制御信号を、満足のいく、かつ、好ましくは最適な焦点を得るよう制御すること、および、ターゲットのロケーションおよび方位、および流体レンズ制御信号パラメータについての情報を、より完全な、かつ詳細なセットの校正パラメーターを与えるようメモリー内に記録するプロセスステップを、反復的に繰り返すことができる。前記繰り返しの数は、人が、校正ステップの遂行を拡張しようとする時間および努力の量、および、観察された構成パラメータを記録するのに利用可能なメモリーの量によってのみ、制限される。図６２に提示された例において、図６３のフロー図による校正は、前記目標のために３つの区別できる位置にてステップ１７１０，１７１５、および１７２０により記述された校正ステップを遂行することを、含む。校正テストで得られた前記情報は、対応するイメージャー（または、いくつかの場合には、同様のタイプのもう１つのイメージャー）を動作させるときに、図５６と関連して説明された閉じたループモードにおける動作のための初期設定として、または、図５７と関連して説明されるような、オープンループ動作モードにおける離散的な点での固定された動作条件として、のいずれかにより、該校正条件を用いることにより用いることができる。
【０１９２】
図６４は、複数の好ましいハンドヘルドリーダーのための校正カーブを示すダイヤグラム１８００である。図６４において、水平軸１８０２は、電圧等の流体レンズ制御パラメータを表わし、垂直軸１８０４は、光学パワー等の流体レンズの光学的特性を、表わす。人は、また、その動作に関連のある、焦点長さ、ｆナンバー、およびデフォルトの光軸からの偏移（該デフォルトの光軸は、垂直軸またはアルチチュードのゼロ度、およびアジマスのゼロ度を表わす）等の、その動作に関連のある流体レンズの他の光学特性をも表す。図６４において、３つのカーブ１８１０、１８１２、１８１４が示されており、各カーブは、特定の流体レンズの印加された流体レンズ制御信号（たとえば、電圧）への応答を表わす。図６４に見られるように、第１の流体レンズの行動を表わすカーブ１８１０は、印加された電圧Ｖ１  １８３０で光学パワーＰ１８２０に到達する。しかしながら、他の流体レンズは、カーブ１８１２で表わされる第２の流体レンズが、いくぶんより大きい電圧Ｖ２  １８３２で光学パワーＰを得、カーブ１８１４で表わされる第３の流体レンズが、さらにより大きい電圧Ｖ３  １８３４で光学パワーＰを得るよう、わずかに異なって動作する。したがって、人は、図６４の情報から、たとえば、２つのハンドヘルドリーダーを実質的に同じ条件の下で動作させるために、あるいは、２つの流体レンズを同時に用いるバイノキュラーリーダーまたは他のデバイスを、たとえばターゲットの立体的なビューを生成するよう、動作させるために、同じ光学パワーＰを得るために、第１の流体レンズおよび第２の流体レンズに印加される流体レンズ制御信号間の関係を、抽出することができる。電力Ｐにおいて、Ｖ２−Ｖ１により与えられる第１のレンズと第２のレンズ間の駆動電圧差、ここで、該差は、Ｖ２−Ｖ１の絶対値により与えられる大きさ、および、もしＶ２がＶ１を大きさで超えれば正であり、もしＶ１がＶ２を大きさで超えれば負であり、Ｖ２＝Ｖ１であればゼロである符号を持つ、が存在する。動作において、第１および第２の流体レンズの両方において光学パワーＰを達成するために、第１および第２の流体レンズの両方に対して、Ｖ１に等しい流体レンズ制御信号を与え、かつ、第２の流体レンズに対して、Ｖ２−Ｖ１の符号付きの差に等しい差信号を与えることができる。あるいは、第１および第２の流体レンズに対して、それぞれ、信号Ｖ１およびＶ２を与える２つの電源を用いることができる。流体レンズの動作のために要求される光学パワーが変化するとき、流体レンズ制御信号は変化し、かつ、図６４の適切なカーブから引き出され、または読み出されることができる。一般に、流体レンズ、又は他の装置のパラメーターをある範囲内のすべての可能な値で測定されるものではないので、１８１０等のカーブは、また、離散的な数の対の光学的なパラメーター、および関連する流体レンズ制御信号を測定し、かつ、カーブをデータにフィッティングし、または、隣接データ点間で値を間挿することにより、得ることができ、これが、適切な校正カーブを準備するために、最も簡便であるようである。いくらかの場合には、流体レンズモデュールごとの単一の校正点のみが、要求される。異なる流体レンズについてのカーブをつくるよりむしろ、同じ流体レンズを異なる温度で測定することができる。そののち、適切な動作点を、種々の温度で決定することができる。他の動作点は、外挿または内挿のいずれかにより、適切なカーブフィッティング関係により、または、方程式の形での行動の表示を引き出すことにより、決定することができる。
【０１９３】
図６５は、ハンドヘルドリーダーでの使用に適した電源１９００の１実施形態を示すダイヤグラムである。一般に、流体レンズのための１次の電気的等価回路は、簡単なキャパシターである。図６５において、負荷１９１０は、１つの実施形態においては、電源、一般に１９２０への容量性負荷を表わす。該負荷は容量性であるので、消費される全電力は一般に小さい。図６５の電源１９２０は、１つの可能な実施形態であり、これは、まず、ハイレベルにあると、記述されている。この電源の出力は、スイッチ４３１０、４３１２、４３１４、および４３１６よりなる、図５８に示されるコミュテーターに入力されるものとして使用され得る。６ボルトバッテリー１９２２のような電力源は、電源の動作に充分である。前記電源の電圧は、検出端子を持つスイッチャーＩＣ  １９３０、（トランジスター等の）スイッチ１９４０のためのコントローラー（トランジスター等）、および、インダクター１９３５（これは、スイッチャーの外に設けられ得る）を備えたＤＣ−ＤＣコンバーターを用いて増大することができる。前記検出端子は、いくらかの実施形態においては、電圧分割器１９５５に接続されている。整流器１９４５は、単一極出力、これはスイッチャーのスイッチング動作により導入されるノイズを含む、を与えるために使用される。前記電源の第１のステージの出力電圧は、制御されることができ、一般に、たとえば、６０Ｖ  ＤＣのように、数十ボルトのオーダーのものであろう。低域通過ＲＣフィルター等のフィルター１９６０が、雑音を削減するように設けられており、これは、容量性要素は、周波数が増大すると小さいインピーダンスを表し、かつ、低周波数に対しては大きい（実質的に無限の）インピーダンスを表わすためである。高精度低雑音直列調整器１９７０は、たとえば、トランジスター１９７２を制御することにより、出力電圧を制御するように用いられ、ここで、該直列調整器への検出入力は、電圧分割器１９７５を介してフィードバックループを与れている。制御１９８４は、流体レンズに印加される電圧信号の調整を許すよう設けられており、これにより、流体レンズ１９１０の焦点距離または焦点平面の制御を与える。単一極出力を与えることのできる代替的な電源を、用いることができる。一対の電源（たとえば、１つは正の電圧を与え、１つは負の電圧を与える）、単一電源および適切にバイアスされたインバータ、を用いることにより、または、単一の電源および双対に動作可能な演算増幅器を用いることにより、グランドに対して対称である一対の出力を与えることができる。
【０１９４】
図６７から６９は、ハンドヘルドリーダーのための、エラストマーを備えたマウントを持つ好ましい流体レンズ２１００を示す断面図である。このようなエラストマーは、米国  マサチューセッツ州  ０１８０１、ドラゴンコート  ウォバーン  ７７の、コメリクス  ノース  アメリカ  ハンニフィン  コーポレーティッドにより作られる。図６７において、流体レンズ２１１０は、リングの形態の固体ボディー２１１２をもって示されており、かつ、電気的コンタクト２１１４、２１１６は、その対向する側上に配置されている。いくらかの実施形態において、流体レンズボディー２１１２は金属よりなり、かつ、また、コンタクト２１１４、２１１６のうちの１つを表わすことができ、かつ、他のコンタクトは、金属ボディー２１１２から絶縁されている。他の実施形態においては、該ボディー２１１２は、非導電性のからつくられ、あるいは、よりなる。
【０１９５】
図６８において、流体レンズボディー２１１２が、ホルダー２１２０内にマウントされているのが、示されている。１つの実施形態において、ホルダー２１２０は、チューブ状であり、かつ、内部にねじを切った表面２１３０、および、その中に、流体レンズの光学的に活性な部分をふさがないような充分な大きさの開口を定義した、部分的に閉じた端２１３２を持つ。流体レンズボディー２１１２は、ホルダー２１２０の内部にねじの切られた表面２１３０とねじ嵌合する、ねじの切られた保持リング２１２２により、所要位置に保持されている。ホルダー２１２０、および保持リング２１２２は、絶縁材料によりつくられている。いくらかの実施形態において、エラストマー材料２１４０，２１４２は、焦点レンズが、過剰の圧縮力に、またはエラストマーリング２１４０，２１４２がこれに順応することができる機械的擾乱に、さらされることなく、所望の方位にて保持されるように、“Ｏ”リング、または環状ワッシャーの形態で設けられている。いくらかの実施形態において、単一のエラストマーリング２１４０または２１４２は、流体レンズボディー２１２０の一方の側に設けられている。いくらかの実施形態において、１つのエラストマーリング２１４０は、流体レンズボディー２１２０の一方の側上に設けられており、第２のエラストマーリング２１４２は、流体レンズボディーの他方の側上に設けられている。コンタクト２１１４および２１１６との電気的コンタクトは、各コンタクトと接触する、かつ、ホルダーを出るワイヤー２１１４’および２１１６’により与えられる。これらのワイヤは、前記エラストマー材料２１２２および２１４０と緊密な電気的コンタクトをしている。必要に応じて、ワイヤ２１１４’および２１１６’は、絶縁され得る。図６９は、いくらかの実施形態においては、導電性であり得る、それの電気的コンタクト２１１６で流体レンズボディー２１１２と接触している、その流体レンズボディー２１１２は、それの部分的に閉じた端２１３２でホルダー２１２０内に保持されている、エラストマーワッシャー２１４０を示す。ワイヤ２１１６’は、導電性エラストマーワッシャー又はリング２１４０とコンタクトし、かつ、ホルダー２１２０をホルダー２１２０内に定義された開口２１３４により出射する。いくらかの実施形態において、ワイヤ２１１６’は、流体レンズボディーの電気的コンタクトと接触し、かつ、エラストマーリング又はワッシャーは、ワイヤ２１１６’と、ホルダー２１２０の部分的に閉じた２１３２の間に位置している。他の実施形態において、ワイヤ２１１６’は、エラストマー２１４０と、部分的に閉じた端２１３０との間にある。ホルダー２１２０、および、ねじ切りのあるリング２１２２は、任意の適切な材料により構成されることができ、かつ、適切に非導電性、または導電性であることができる。
【０１９６】
本発明は、また、ハンドヘルドイメージャー、またはリーダーにおけるハンドジッタリング、またはハンドモーションにより原因されるイメージスミアの有害な効果をも、扱う。イメージスミアは、イメージの質の劣化の主要な源の１つであった。イメージスミアおよび同様の劣化メカニズムは、バーコード読み取り応用における低減したデコードレート、または、イメージ獲得応用における低減したコントラストおよびブラーイメージを生ずる。いくらかの場合には、ハンドジッターまたはハンドモーションは、該イメージが、正しく処理されることを妨げるのに充分厳しいものであり得るイメージ劣化の原因となることができる。
【０１９７】
図７０は、タケダら、に対する米国特許Ｎｏ．６，７３４，９０３（以後、“９０３特許”と言う）に開示された先行技術の可変角プリズムを図解する図である。開示された装置は、２つの角速度センサー、２つの角度センサー、２つのアクチュエータ、および、レンズシステムを有する可変角度プリスムを用いて、揺れ防止光学システムを形成する。このタイプの光学システムは、ハンドヘルドビデオカムコーダーにおいて、ハンドジッター効果を訂正するのに広く使用される。しかしながら、このようなシステムは、１．多くの部品によるより高いコスト；２．機械的アクチュエータの使用による遅い応答時間；３．移動部品によるより低い信頼性；４．コスト及びシステム複雑性をさらに増大させる、分離した自動焦点および電気−機械的サブシステムの使用、および；５．アセンブリーの複雑さおよび困難さを増大させる機械的構成要素の使用、の種々の欠点をこうむる。
【０１９８】
‘９０３特許は、以下の１１のパラグラフに現わされたような、可変角プリズムの動作を記述している。
【０１９９】
カメラ揺れは、写真撮影されたイメージが、ユーザが写真を取っている間にビデオカメラを彼の、または彼女の手で持っていることによって、ユーザの手または体がユーザの意図とは独立に移動するため、垂直に、または水平に移動する現象である。このようにして写真撮影イメージは、観察者に対し、テレビジョンモニター上等で再生されたとき、かなりのいごこちの悪さを与える。
【０２００】
このカメラ揺れ現象を避けるために、従来のビデオカメラは、たとえば、可変角プリズム（以下、“ＶＡＰ”と言われる）を使用する。
【０２０１】
従来の、カメラ揺れ訂正のためのＶＡＰを含むイメージセンシング装置の配列の実際的な例は、以下に、図２９を参照して、記述されるであろう。
【０２０２】
図７０において、ＶＡＰ２２０４は、ベローズ状ばねメンバー２２０４ｃを介して２つのガラスプレート２２０４ａおよび２２０４ｂを結合させ、かつ、２つのガラスプレート２２０４ａおよび２２０４ｂとバネメンバー２２０４ｃにより囲まれた空間内に光学的に透明の液体２２０４ｄをシールすることにより、構成される。ガラスプレート２２０４ａおよび２２０４ｂ内に設けられたシャフト２２０４ｅおよび２２０４ｆは、それぞれ、水平駆動のためにアクチュエータ２２０３に、および垂直駆動のためにアクチュエータ２２０８に、接続されている。それゆえ、ガラスプレート２２０４ａは、水平に回転せられ、ガラスプレート２２０４ｂは、垂直に回転せられる。
【０２０３】
ＶＡＰ２２０４は、日本特許公開第２−１２５１８号公報に開示されており、したがって、その詳細な説明は省略する。
【０２０４】
水平角速度センサー２２０１は、カメラゆれ等から生ずるイメージセンシング装置の水平動により原因される角速度を検出する。制御ユニット２２０２は、角速度センサー２２０１からの検出信号についての算術演算を、イメージセンシング装置のこの水平方向の動きが訂正されるよう行い、かつ、加速度成分を検出し、アクチュエータ２２０３に供給する。このアクチュエータ２２０３は、ＶＡＰ２２０４のガラスプレート２２０４ａを水平方向に駆動する。
【０２０５】
アクチュエータ２２０３により水平方向に回転されることのできるガラスプレート２２０４ａの回転角は、角度センサー２２０５により検出される。制御ユニット２２０２は、この検出された回転角について算術演算を行い、かつ、結果をアクチュエータ２２０３に供給する。
【０２０６】
垂直角速度センサー２２０６は、カメラ揺れ等から生ずるイメージセンシング装置の垂直方向の動きにより原因される角速度を検出する。制御ユニット２２０７は、角速度センサー２２０６からの検出信号についての算術演算を、イメージセンシング装置のこの垂直な動きが訂正されるよう行い、かつ、加速度成分を検出し、アクチュエータ２２０８に供給する。このアクチュエータ２２０８は、ＶＡＰ２２０４のガラスプレート２２０４ｂを垂直方向に駆動する。
【０２０７】
アクチュエータ２２０８により垂直方向に回転されることのできるガラスプレート２２０４ｂの回転角は、角度センサー２２０９により検出される。制御ユニット２２０７は、この検出された回転角について算術演算を行い、かつ、結果をアクチュエータ２２０８に供給する。
【０２０８】
イメージセンシング光学システム２２１０は、イメージセンサー２２１１上に写真撮影されるオブジェクトのイメージを形成する。このイメージセンサー２２１１は、たとえば、ＣＣＤにより構築される。２次元固体ＣＣＤは、ビデオカメラ等の、従来のイメージセンシング装置において使用される。イメージセンサー２２１１よりの出力は、信号処理回路（図示せず）を通して、記録装置、またはテレビジョンモニターに出力される。
【０２０９】
上記の配列を有する従来のイメージセンシング装置においては、カメラゆれに起因する水平及び垂直角速度が、検出される。検出された角速度に基づき、該アクチュエータは、前記ＶＡＰを、水平方向、および垂直方向に移動させて入射光を屈折させ、これにより、写真撮影されるべきオブジェクトのイメージが、イメージセンサーのイメージセンシング平面上に移動しないように制御を行う。この結果、カメラゆれが訂正される。
【０２１０】
本発明において、自発的でない動きと相互作用するよう付加的な要素を備えた流体レンズ（“耐ハンドジッター流体レンズ”）は、自動焦点および可変角プリズム機能を、移動部品を持たない、かつ、早い応答時間を与える単一の低コスト構成要素内に結合している。
【０２１１】
図７１は、電気−ウェッティング現象を用いて動作すると記述された先行技術の流体レンズの断面図２３００である。流体レンズ２３００は、実質的に円形形状である。流体レンズは、その対向する側上に透明窓３２３０２，２３０４を有する。図７１において、導電性を増大させるために、または、導電性流体の濃度を、導電性流体（オイル等）と混ざらないもう１つの流体２３７０の濃度と整合するよう、調整するために、導電性流体（水等）、おそらくは溶解された電解質を含む、の水滴２３６０が、窓等の表面上に堆積される。薄膜絶縁層２３１２によりカバーされた、金属よりなるリング２３１０は、前記水滴に隣接している。電圧差は、バッテリー２３３０により図解されているように、電極２３２０（リングでもあり得る）と、絶縁された電極２３１０との間に印加される。いくらかの実施形態において、絶縁スペーサー２３３５（図示せず）は、リング２３１０と２３２０との間に位置している。前記電圧差は、前記液適のコンタクト角を修整する。流体レンズは、２つの密度の異なる混ざらない流体、１つは絶縁体（たとえば、オイル）で、他の１つは導体（たとえば、水、おそらくは塩がその中に溶解されている）で、それらの流体は、界面２３４０で互いに接触する、を用いる。電圧を変化させると、流体−流体界面２３４０のカーブの変化を導き、これは今度は、光が第１の光学指数を持つ媒体から第２の、異なる、光学指数を持つ媒体に通過するとき、光の屈折の結果として、該レンズの焦点長さ、またはパワーの変化を導く。示された実施形態において、光軸２３５０は、実質的に流体レンズ２３００の回転軸に沿ってある一点鎖線により示される。流体レンズのパワー、またはその焦点長さは、リング２３１０および２３２０への適切な信号、該信号は界面２３４０の湾曲を生じさせる、の印加により変化されるが、図７１に示される実施形態においては、光軸をして、流体レンズの回転軸から熟考した態様で、または所望の角度だけ、ずらせしめる都合のよい方法はない。
【０２１２】
本発明は、２つの流体間の界面形状を変化させる原則を用い、かつ、流体レンズに対する出射光軸の角度または方向を調整するよう、流体界面の光学的チルトを制御するよう、もう１つの電圧（又は、他の適切な流体レンズ制御信号）を与える。出射光軸角度のこのような調整の１つの応用は、ハンドジッタリングまたはハンドモーションにより原因される角度的な動きを補償するためのメカニズムおよび方法を与えることである。
【０２１３】
図７２は光軸の調整を許すよう構成された流体レンズの実施形態を示す断面図２４００であり、かつ、図７３は同じ流体レンズの平面模式図である。図７３は、図７１に示される先行技術流体レンズの２つの金属リング電極２３１０、２３２が、複数のセグメント、たとえば、４つのアークペアー（２４１０ａ、２４２０ａ）、（２４１０ｂ、２４２０ｂ）、（２４１０ｃ、２４２０ｃ）、および（２４１０ｄ、２４２０ｄ）に分割されていることを示す。電圧源Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、およびＶ４等の複数の制御可能な信号源は、おのおのの制御可能な信号源が、信号を、選択されたペアの電極上に、任意の他の電極ペアに印加されるのと独立して、印加することができるように、設けられる。流体レンズ２４００における流体界面２４４０の望ましい湾曲を生成するために、すべての４つの電圧制御Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、およびＶ４を、均一の焦点電圧Ｖｆを印加するよう、制御することができる。この動作モードにおいて、流体レンズ２４００は、図７１に示される先行技術の流体レンズと正に同じ態様で機能する。しかしながら、本発明の流体レンズを用いて光学チルトを生成するために（または、流体レンズ２４００の光軸を調整するために）、１つの実施形態においては、水平チルト電圧ｄｈおよび垂直チルト電圧ｄｖが、以下の方程式にしたがって焦点電圧Ｖf上にチルト電圧を重畳することにより、前記電圧制御のおのおの上に印加される。
Ｖ１ ＝ Ｖｆ ＋ ｄｖ
Ｖ２ ＝ Ｖｆ ＋ ｄｈ
Ｖ３ ＝ Ｖｆ − ｄｖ
Ｖ４ ＝ Ｖｆ − ｄｈ
【０２１４】
これらの新しい信号Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，およびＶ４の印加は、水平および垂直チルト角が、制御電圧ｄｈおよびｄｖの大きさ、および符号にしたがって決定される２次元チルト付き流体レンズをつくる。信号Ｖｆおよび調整する信号の重畳を含むこのような信号は、アナログ回路設計において“サム回路”と言われる既知の回路を用いて、かつ、マイクロプロセッサーベースのコントローラー等のデジタルコントローラー、およびデジタルアナログコンバーターを用いることにより、デジタル設計原則を用いて、適切な流体レンズ制御信号を生成するよう、生成することができる。図７２において、流体レンズ表面２４４５は、Ｖ１およびＶ３に対する示されたような信号ｄｖの印加により原因される、垂直方向におけるチルトをもって示されている。変位されていない流体レンズの光軸２４５０は、実質的に流体レンズの回転軸に沿って示されており、かつ、変位された、または調整された光軸は、回転軸に関して非対称である破線２４５５により示されている。表面２４４５は、所望の光学パワーまたは焦点長さを与えるよう、焦点合わせを行う湾曲を与えるばかりでなく、ハンドジッタリング又はハンドモーションを訂正するよう光軸を調整するメカニズムをも全体に行き渡らせる。他の実施形態においては、他の応用が熟考される。一例として、レンズの焦点長さを小さい値に設定し（たとえば、レンズを、広い視野、および大きい視野深さを持つ“魚眼”レンズのように動作させる）、かつ、光軸の調整を用いて視野に助言をして問題の特徴を、視野の中心により近い視野内に持ってくるようにすることができる。魚眼レンズにおいては、視野の端に比較して最小化された光学歪みで観察される視野の中心における特徴、したがって、問題のオブジェクトは、減少されたひずみで観察されることができる。さらに、魚眼レンズは、代表的に、オブジェクトを視野の端で広がらせ、このためこのような動作は、問題のオブジェクトが平坦なメージセンサー上を占めるピクセルの数を増大させ、これにより、解像することのできる詳細を増大することができる。
【０２１５】
図７４は、光軸方向の調整を許す、流体レンズと種々の構成要素間の関係を示す模式図である。光軸制御システムは、水平角速度センサー２５１０、水平チルト電圧ｄｈを生成する制御モデュール２５１２、垂直角速度センサー１５２０、垂直チルト電圧ｄｖを生成する制御モデュール２５２２、焦点電圧Ｖｆを生成する自動焦点制御モデュール２５３０、制御電圧を、流体レンズモデュール２４００をハンドジッタリングを受け入れるよう、または訂正するように制御するよう同期させる分配器モデュール２５４０を、備える。あるいは、光学システムの軸が方位を変化させるときは、イメージセンサー上のイメ−ジは動く。プロセッサーは、動くことが予期されていないオブジェクトの動きの大きさおよび方向を抽出することができる。これは、訂正回路への入力として用いることができる。
【０２１６】
いくらかの実施形態において、角速度センサー２５１０および２４２０は、米国  カリフォルニア州  ９４１０４、サンフランシスコ  ワンポストストリート  スイート  ２５００の、ＢＥＩテクノロジーズ  インコーポレーティッドにより製造される、ＧｙｒｏＣｈｉｐｓ等の、商業的に入手可能な低コスト、固体、ジャイロ−オン−チップ製品である。該ＧｙｒｏＣｈｉｐは、角回転速度を測定する、１ピースの、水晶の、マイクロマシーン化された慣性検出要素である。米国特許第５，３９６，１４４号明細書は、水晶のようなピエゾ電気材料から作られる、両端が同じ形の音叉よりなる回転速度センサーを、記述している。これらのセンサーは、検出された回転速度に比例する信号出力を生成する。水晶慣性センサーは、フォトリソグラフィープロセスを用いてマイクロマシーン化されたものであり、かつ、ＭＥＭＳ（マイクロエレクトロ−  メカニカルシステム）技術の最前線にある。これらのプロセスは、毎年、何百万のデジタル水晶腕時計を製造するのに用いられるものと類似している。ピエゾ電気水晶材料の使用は、検出要素を簡単化し、温度および時間に対する例外的な安定性、および増大した信頼性および耐久性を、生ずるものである。
【０２１７】
他の実施形態において、図７３の２つの金属リング２４１０および２４２０を、４以上の対称アークペアーに分割して、より円滑なチルト流体レンズを作ることが可能である。たとえば、該実施形態のうちの１つは、時計数字のトポロジーにて１２個の対称なアークペアーのレイアウトを持つことができる。図７４に示される全てのシステム構成要素は、分配器２５４０の出力が、流体レンズモデュールの１２個のアークペアーを駆動する１２個の電圧制御出力を持つであろう点を除いて、同じであろう。分配器２５４０における電圧合成アルゴリズムは、（ｄｈ、ｄｖ）ベクトルの勾配に基づいている。たとえば、流体レンズを時計であるかのように見れば、（ｄｈ、ｄｖ）＝（２．５、０）は３時のクロック位置にある電極対で、最も高い電圧出力を、９時のクロック位置にある電極対で、最も低い電圧出力を持ち、かつ１２時および６時のクロック位置に最も近い電極対には、何らの重畳された電圧も印加されないであろう。滑らかに変化する流体レンズ制御信号を印加するよう、円の周りの任意の中間の電極対間に勾配を、介挿することができる。原則として、従来設けられていたのと同じほど多くの電極対を持つ流体レンズをつくることができるであろう。いくらかの実施形態において、２つの環状電極のうちの１つは、すべてのペアに対して共通参照電圧を与える連続的なリングであることができ、各ペアの１つの要素は、たとえば、他の理由がなければ、マウンティングおよびアセンブリーの容易さのために実質的にグランド電位に保持される、連続的なリングであることができる。
【０２１８】
図７５は、流体レンズ２６００のもう１つの実施形態の模式図であり、図７６は、分配器モデュール２６４０のもう１つの実施形態の模式図である。図７５において、１つの連続的リング２６２０と結合された、リング２６１０上の設計された数の対称な接続点が、示されている。使用において、分配器モデュール２６４０は、ベクトル（ｄｈ、ｄｖ）にしたがって、一対の接続点、たとえば、２６１２ｃおよび２６１２ｉを選択し、チルト電圧ｔｖを、流体レンズの中心２６３０の周りに対称に配置された一対の接続点２６１２ｃおよび２６１２ｉに印加するよう、選択するであろう。印加される電圧信号は、（Ｖｆ＋ｔｖ、Ｖｆ−ｔｖ）であろう。チルト電圧ｔｖは、（ｄｈ、ｄｖ）の関数であり、数式、又はルックアップテーブルによりあらかじめ決定されることができる。リング２６１０のために適切な導電性（又は、抵抗性）を持つ材料を選択することにより、電圧が、リング２６１０に沿って点２６１２ｃから点２６１２ｉに均一に降下するように作られ、電圧勾配が、（ｄｈ、ｄｖ）の方向に沿って連続的にチルトを持つ流体レンズを制御するようにつくられるようにすることができる。原則として、材料の抵抗性は、リング２６１０内に流れる感知できる電流がなく、熱を最小化し、かつ、低電源又はバッテリーが使用されることを許すよう、高くあるべきである。リングは、所望の断面形状を持って準備された非導電性基板上に、導電性材料の薄層を塗布することにより、生成することができる。たとえば、内側直径、および、適切であれば、テーパーまたは他の形状の表面を、設計基準に合うように持つプラスティックリング２６１０をつくり、かつそののち、流体に隣接していると意図されている該表面を、共通に薄膜抵抗として使用される、カーボンまたはタンタル等の、高抵抗性の導体の薄層によりコートすることができる。いずれにしても、導体と流体との間には絶縁層が配置されているので、該絶縁層は、薄膜導電性層のための機械的保護をも与えることができる。
【０２１９】
図７７は、流体レンズ２７００と一対の角速度センサーとの間の関係を示す模式図である。好ましい実施形態において、角速度センサー２７１０，２７２０の２つは、流体レンズ２７００と集積化されて集積モデュール２７３０を形成することができる。角速度センサー２７１０および２７２０は、２つの直交する角速度を検出するよう直交関係に配置されている。いくつかの実施形態において、図７４に示されるような全体制御回路網を、また、モデュール２７３０内に集積することができる。この実施形態の利点は、モデュール２７３０をマウントする容易さである。垂直方向、又は水平方向の位置合わせは、必要ない。モデュールは、角速度センサー２７１０および２７２０により与えられる出力電圧ｄｈおよびｄｖにしたがって、レンズチルト角を自動的に調整する。
【０２２０】
図７８ないし８２は、本発明の原則による使用に適合されることのできるもう１つの先行技術の断面図である。図７８は、それに印加される制御信号を持たない、かつ、送信された光の拡散を発揮する先行技術の流体レンズの断面図である。図７９は、それに印加される制御信号を持たない、かつ、送信された光の拡散を発揮する先行技術の流体レンズの断面図である。図８０，８１、および８２は、各レンズの上の位置から見た凸、平坦、および、凹のインタフェース表面を、それぞれ持つ流体レンズの断面イメージである。
【０２２１】
１つの実施形態において、流体レンズ、イメージセンサー、および適切なメモリーを備えた装置を用いて、流体レンズを１つ又はそれ以上の動作条件下で用いて観察される複数のフレームを、記録することができる。デバイスは、さらに、たとえば、１つまたはそれ以上のフレーム内のデータを処理するために、ＣＰＵ、および、命令及びデータを記録するよう適合された関連したメモリー等の、計算エンジンを備えることができる。デバイスは付加的に、たとえば、流体レンズの動作を制御するための、イメージセンサーを動作させるための、イメージセンサーを制御するための、および照明源を制御するための、１つ、又はそれ以上の制御回路又は制御ユニットを、備えることができる。いくらかの実施形態において、イメージセンサー、ＣＰＵ、および１つまたはそれ以上のメモリー間でデータを通信するためのＤＭＡチャネルがある。通信されるべきデータは、生であってもよく、あるいは処理された形態であってもよい。いくらかの実施形態において、デバイスはさらに、ハンドワイヤード通信、無線通信、可視光又は赤外光を用いた通信、および、商用電話システム、インターネット、ＬＡＮ、または、ＷＡＮ等のネットワークを用いた通信のうちの１つ、またはそれ以上に適合した、１つ、またはそれ以上の通信ポートを備える。
【０２２２】
この実施形態において、適切な選択基準を適用することにより、さらなるデータ操作、イメージ処理のために、または、ディスプレイのために、複数のうちの１つの良いフレーム、あるいは、１つの最も適切なフレームのみを、使用し、または表示することができる。本発明のこの側面によれば、デバイスは、複数のフレームのデータ、ここで、１フレームは、単一の露光サイクルにおいてイメージャーから抽出することのできる信号内に収容されるある量のデータである、を獲得することができる。デバイスは、相対的基準であってもよい、あるいは絶対的基準であってもよい選択基準に対してフレームのおのおのの質を、評価することができる。選択基準の例は、平均露光レベルであり、極値露光レベル、コントラストレベル、カラーまたはクロマレベル、鋭さレベル、フレーム内シンボルのデコード可能性レベル、および、イメージまたはその部分の標準に対する準拠のレベルである。選択標準に基づき、デバイスは、複数のフレームから最善の、または最適にもっとも近いフレームを選択し、かつ、そのフレームを、ディスプレイに、イメージ処理に、および／または、データ操作に利用可能なようにするよう、プログラムされることができる。さらに、デバイスの動作条件は、その下で最適フレームが観察される条件が、さらなるフレームまたはイメージの獲得に再び用いられ得るよう、制御回路によりモニターすることができる。
【０２２３】
代替的な実施形態において、どのフレームが合焦点であるのに最も近いかを同定し、かつ、流体レンズの対応する焦点長さを観察することにより、複数のフレームを、範囲発見システムとして用いることができる。このような１つの実施形態において、流体レンズは、その焦点長さを、無限から最短の焦点長さまでの焦点長さの範囲にわたって変化させるよう、動作されることができる。デバイスは、選択される各焦点長さについての、１つ、またはそれ以上のフレームのデータを、各焦点長さに関係する情報は、記録されており、または、定義されたアルゴリズムまたは関係から計算可能であるが、各イメージに用いられる焦点長さが決定され得るように、得ることができる。複数のフレームのなかからベスト焦点にあると思われる１フレーム（または、１全フレーム）内にある問題のオブジェクトを決定するに際し、デバイスから該フレーム内の問題のオブジェクトまでの距離は、そのフレームに相当する流体レンズの焦点長さ設定についての情報から決定することができる。いくらかの場合に、もし、２つの隣接するフレームが適切な焦点にあると思われれば、距離は、該２つのフレームに相当する２つの焦点長さの平均であるとすることができ、あるいは代替的に、付加的なフレームを２つの隣接するフレーム間にあるよう選択された焦点長さを用いて観察し、距離の測定の正確さを改善するようにことができる。
【０２２４】
もう１つの実施形態において、装置および方法が、流体レンズを備えた装置を取り囲む環境における変化に対抗するように、設けられる。１つの実施形態において、装置は、付加的に、流体レンズの（または、その環境の）温度が変化することが観察されるとき流体レンズ動作信号に対し訂正を与えるよう、フィードバック（又は、フィードフォワード）制御回路を持つ温度センサーを備える。
【０２２５】
フィードバックシステムは、参照信号（設定点等）、または、適切な、または所望の動作パラメータ（温度、または圧力等）を定義する複数の信号（ある温度範囲についての最小値、又は最大値等）を与え、かつ、該パラメータの測定値を所望の値と比較する原則に依拠している。観察された（または、実際の）パラメータ値と、所望の値との間のずれが測定されたとき、観察された、または実際の値を、前記所望の値と一致させるように、訂正するアクションが行われる。温度の例では、ヒータ（抵抗ヒータ等）または、冷却装置（水のような冷却剤を運ぶ冷却コイル等）が、実際の温度を調整するように動作する。フィードバックループを用いて、装置は所望の設定点で、または所望の範囲内で動作するようにされる。フィードバックループは、デジタル及びアナログ信号処理の、いずれか又は両方を用いて、かつ、変分、積分、または比例（“Ｄ−Ｉ−Ｐ”）コントローラーの１つ、またはそれ以上を用いて、与えられる。
【０２２６】
いくつかの実施形態において、フィードフォワードシステムを用いることができ、それにおいては、実際の、または観察された温度等のパラメータの変化（または、変化率）が、測定される。もし、何らの訂正するアクションを適用せず、パラメータの観察された変化（又は、変化率）が、さらなる時間量の間、静まらずに続くこととされるとした場合には、受け入れ可能な動作条件の外の条件が達成されるであろうと思われるとき、訂正するアクションが取られる。フィードフォワードシステムは、デジタル、およびアナログ信号処理のいずれか、又は両方を用いて実行され得る。いくつかのシステムにおいて、フィードバックとフィードフォワードとの結合を適用することもできる。いくつかの実施形態において、多数のフィードバック、及びフィードフォワード制御を、実行することができる。
【０２２７】
熟考された実施形態において、流体レンズを備えた装置の、またはそれが置かれている環境の、温度等の動作パラメータは、モニターされ、かつ、観察されたパラメータは、１つ、又はそれ以上のあらかじめ定義された値に比較される。１つ、またはそれ以上のあらかじめ定義された値は、固定値（物質が、それ以上の温度ではある１つの圧力雰囲気で劣化し始める最大許容温度）であってよく、あるいは、該１つ、またはそれ以上のあらかじめ定義された値は、たとえば、圧力−温度−組成フェーズ図における関係（たとえば、流体レンズ内の物質、または化学組成物が、もし、圧力および温度が、相の境界が超えられる、または、共有結合からイオン性への、あるいはその逆の変化が行われるように変化すれば、相変化を起こすもの）を用いた圧力と温度の結合等の、１つ以上のパラメータに依存することができる。
【０２２８】
さらにもう１つの実施形態において、流体レンズを備えたシステムは、さらに、流体レンズ自身の、または、流体レンズの１つまたは他の光学的構成要素と結合しての、色、球体形状、昏睡、または他の狂い、を訂正する等、流体レンズの１つまたはそれ以上の特定の限定または欠陥を訂正するよう構成された非調整可能レンズ要素を備える。例として、流体レンズは、分散性の行動、またはカラーエラーを、発現し得る。１つの実施形態において、流体レンズにより表わされたものと反対の符号の分散を与える第２の光学要素が、流体レンズにより導入された分散的エラーを訂正するように、付加されている。１つの実施形態において、分散性の要素は、エンボスのある格子、またはエンボスのある屈折要素のような、屈折要素である。理解されるように、異なる光学材料は、異なる分散性特性を持ち、たとえば、２つのガラス構成要素は、異なる分散を持つことができ、あるいは、ガラス材料とプラスチック材料の化合物は、異なる分散を持つことができる。本発明においては、適切な分散性特徴を持つ材料、または、格子又は他の屈折性要素におけるように、材料の地理を制御することにより適切な分散性特徴を持つように作られた材料が、光学的トレインにおける流体レンズ、及び／または他の構成要素に属するエラーを訂正するよう、用いることができる。
【０２２９】
流体レンズにおいてあり得る狂いは、原則として、人間の目、または角膜においてあり得る狂いとほとんど同様に、任意のオーダーのものであることができる。人間の目も、流体レンズも、ともに、類似でない２つの流体間のインタフェースを用いて動作することができる。人間の目においては、神経システムにより作られる信号により制御される筋肉力の印加により、その膜に隣接する流体に力を印加するのに用いられる膜がある。流体レンズにおいては、ある場合には、流体または複数流体に電磁的信号により直接、かついくらかの場合には、流体に隣接する透明膜に印加される力により、印加される力がある。両種類のシステムは、重力および他の加速度的な力、雰囲気のまたは印加された圧力の変化、および、雰囲気または印加された温度の変化、により影響されることがあり得る。
【０２３０】
さらにもう１つの実施形態において、流体レンズを構成するための校正ツール、プロセス、又は方法が与えられる。１つの例として、流体レンズを備えたシステムは、１つ、または、それ以上の大きさ、または、１つ、またはそれ以上の焦点長さ等の、１つ、またはそれ以上の既知の条件で動作する。各既知の動作条件につき、駆動電圧の値等の動作パラメータが、観察され、又は測定される。観察された、または測定されたデータは、メモリー内に蓄積される。メモリー内のデータは、そののち、流体レンズの動作への適用されるための校正データを与えるよう用いられる。
【０２３１】
たとえもし、２つ、またはそれ以上の公称的に同一である流体レンズが与えられても、これまでに説明されて来たように、２つの流体レンズそれ自身内に存在する差が、あり得る。２つの公称的に同一の流体レンズの間に本質的な差が存在するとき、該２つのレンズへの実質的に同一の流体レンズ制御信号の印加は、各レンズの異なる動作行動を生じ得る。デフォルトの校正が、たとえば、制御された、または定義された条件の下でなされた校正に基き、与えられ得る。デフォルトの校正データは、記録され、後の時間に、それについて校正が得られた流体レンズを動作させるのに用いられ得る。このような校正を用いることは、与えられた流体レンズを、定義された動作範囲にわたって動作させるための、有効な、かつ効率のよい方法である。多くの目的のために、このような情報は、持っていることがよく価値のあるものであり、予測可能な態様で便宜に動作する流体レンズを与えるのに役立つ。校正ポイント間には、改善された解像度を達成するために、内挿を用いることができる。同様に、外挿は、測定された校正データの範囲を超える特徴の属性を評価するのに用いることができる。
【０２３２】
さらに、示されたように、印加電圧、雰囲気または印加された圧力、雰囲気または印加された温度、および加速度的な力等には、外部的に差を課すことができる。これらの力は、個々に、かつ結合して、１つの流体レンズをして、公称的に同一の流体レンズとは、幾分異なるように動作せしめることができる。このような動作条件の差異が存在するとき、該２つのレンズへの実質的に同一の流体レンズ制御信号の印加は、各レンズの異なる動作行動を生じ得る。したがって、流体レンズのための、簡単な、かつ容易に適用される校正方法を、各レンズが校正され、適切な流体レンズ制御信号が与えられてその流体レンズに関係する特定の条件の下で所望の態様で動作することができるように与えることは、役立つであろう。
【０２３３】
校正能力を与えるもう１つの理由は、与えられた流体レンズの時間にわたる動作の変化に関係する。個々の流体レンズの動作は、流体レンズの校正要素の化学的、機械的、および電気的特性、その特性は時間とともに、かつ使用とともに変化する、のうちの１つ、またはそれ以上に依拠する。たとえば、上記で示されたように、電気信号に応答して動作する流体レンズは、１つ、又はそれ以上の流体における電気化学的に駆動された反応を生ずることができる。さらに、流体は、繰り返される加熱および冷却サイクル、または温度の極への露出、等の熱的履歴の結果として、時間にわたる特性を変化させ得る。理解されるように、流体レンズの１つ、またはそれ以上の構成要素の特性が、時間とともに変化するとき、問題の動作条件を校正することは、有利であろう。
【０２３４】
まださらなる実施形態においては、加速度計等の慣性デバイスが、流体レンズの方位を決定するために設けられており、この方位情報は、流体レンズを、自身校正するために用いられる。重力的な、および他の加速度的な力は、流体をして、自由境界で、または、２つの流体が相互に接触する境界で、移動、または変化せしめることができる。例として、わずかに異なる密度を持つ２つの流体を備えた流体レンズを考える。異なる密度は、密度＝重量／体積であるので、等しい体積の２つの流体が、比例的に異なる重量を持つことを含蓄する。それゆえ、力（Ｆ）＝重量ｘ加速度であるので、等しい体積の２つの流体は、重力加速度による加速度、または、２つの流体を保持する容器に外部より印加される加速度的な力の加速度等の、等しい加速度の下でわずかに異なる力を経験する。このような印加された加速度の１つの結果は、流体の相対的な位置の変化であり、その結果、２つの流体間のコンタクト表面により定義される界面の形状の変化である。さらに、加速度の印加の方向は、また、流体の応答に我慢を持つであろう。たとえば、２つの流体間の平坦な界面に垂直に印加された加速度は、２つの流体間の界面の表面構成要素に平行な、または正接する加速度より、ずっと少ない効果を持つであろう。加速度的な力は、一般に、２つの流体間の界面に対して任意の角度で印加され得るので、一般に、応答には、印加された加速的な力の正確な方位に依存して差があるであろう。加速度計およびジャイロスコープ等の慣性センサーは、オブジェクトの位置を決定するにおいて、かつ、時間にわたって追跡するにおいて役立つであろう。このような慣性センサーの使用を通して、オブジェクトの方向を識別し、かつ、印加された加速度的な力の大きさ、および方向を測定することができる。レンズ内に存在する流体が、レンズに作用する力にどのように応答するかを、流体レンズおよび外部力の方位を、重力のそれを含み、知った上で計算し、またはモデル化することができる。上記で提示された記述は、重力のような線形の加速度的な力を記述するものと理解されるが、また、非線形成分を持つ力、回転成分を持つ力、または、時間変化する力に対する流体の応答の、追跡および計算を行うこともできる。いくらかの実施形態においては、種々の力のための適切なセンサーを用いて、印加された力と、２つの流体間の界面との相対的方位を決定し、かつ、どのような応答が期待されるかを、計算することができる。計算の結果として、情報は、回復のための力のタイムリーな印加のために与えられる。たとえば、電気信号の大きさ、および／または、電界方向を、もし必要であれば、時間の関数として修整することにより、流体界面の予期されるひずみに対抗することができる。１つの実施形態において、外部力の大きさ、および方向を決定するよう充分に高い速度で、動作するように、固体加速度計センサーが設けられる。少なくとも１０，０００Ｈｚの応答速度を有する加速度計は、米国  カリフォルニア州  ９５１３４、サンノゼ  Ｎ．ファーストストリート  ４１４５の、クロスバウ  テクノロジー  インコーポレーティッドから入手可能である。
【０２３５】
まだもう１つの付加的な実施形態においては、流体レンズを備えた装置において、流体レンズは、振動、レンズの位置又は方位、高次の光学欠陥により原因される色の狂い、歪み、および、圧力の変化等の環境的要因により引き起こされる狂い、により原因されるような歪みに関して訂正する特性を与えるよう動作する。今までに説明して来たように、例として加速度的な力を用いて、流体レンズは、いくらかの場合には、種々の歪みを生ずる力を、受け得る、あるいは、流体レンズの動作の望まれるものからの劣化を生ずる力を、受け得る。他の場合には、流体レンズは、クロマの狂い、または高次の光学欠陥等の、本質的な欠陥を持ち得る。このような光学的な欠陥を、源、少なくとも１つのイメージセンサー、および、光学的情報を解析して、エラーまたは欠陥がテスト下にある光学的構成要素内に存在するかを評価するように構成されたハードウェアおよび／又はソフトウェアを備えた、校正された撮像システムの使用等、種々の方法で、解析することができる。校正された撮像システムは、いくらかの場合には、高度に洗練された設備がテストを行うために用いられる研究室設定であり得る。他の場合には、校正されたテストシステムは、テスト下の光学的構成要素を通過せられる既知の光学信号、および、該テスト下の光学的構成要素から出射する結果信号の解析、を与える源を、備えることができる。校正されたテストシステムは、いくらかの実施形態においては、周期的な校正が、もし必要であれば、研究室設定での光学的テストの洗練さのすべてを知っていない人によって簡便な、かつ効率的な方法で行われ得るように、該分野での使用に適切なシステム又は装置である。
【０２３６】
１つの実施形態においては、光学的構成要素は、既知の印加された入力信号Ｉ（ｓ）が与えられ、観察された出力信号Ｏ（ｓ）が測定される遷移関数として、周波数ドメインにおいてモデル化され得る。観察された遷移関数、Ｈｏｂｓ（ｓ）＝Ｏ（ｓ）／Ｉ（ｓ）が、決定される。Ｈｏｂｓ（ｓ）は、そののち、所望の遷移関数Ｈ（ｓ）と比較され、システムが望まれるように動作を行うよう、テスト下のシステムに印加されるべき訂正する因子または関係Ｃ（ｓ）を決定するようにする、ここで、Ｃ（ｓ）Ｈｏｂｓ（ｓ）＝Ｈ（ｓ）、またはＣ（ｓ）＝Ｈ（ｓ）／Ｈｏｂｓ（ｓ）である。訂正する因子または関係Ｃ（ｓ）が一度決定されると、それ（または、その時間ドメイン等価物）は、流体レンズを、観測された欠陥または複数欠陥を低減するよう駆動するために、これを印加できる。要求される検出、解析、および計算を処理することのできる、かつ、訂正するアクションを適用するために用いることのできる、遷移関数概念、離散時間数学手続、デジタルフィルタおよびフィルタ方法、および、（ハードウェア及びソフトウェアを含む）回路網は、実時間デジタル信号処理についての多くのテキストに記述されている。デジタル信号プロセッサー等のハードウェアは、多くのベンダーから商業的に利用可能である。
【０２３７】
流体レンズの応用は、それらの、携帯電話内のカメラ等の１つ、またはそれ以上のタイプのカメラにおける使用、高パワーズームレンズを持つカメラ等の高画質デジタルカメラにおける使用、および、自動焦点、およびパン、チルト、及びズーム（“ＰＴＺ”）を与えることのできるカメラにおける使用を、含む。パンニングは、カメラを、代表的には一方側から他方側への水平方向にスイープする動きにて移動させることである。チルテイングは、たとえば、パンニングに直交する方向における、垂直方向のカメラ動きである。カメラの機械的な再方向付け、及びそのレンズの再焦点合わせを用いる、商業的に利用可能なＰＴＺビデオおよびデジタルカメラは、よく知られており、かつ、しばしば監視において使用される。チルトまたはパンのような特徴を遂行するためには、２つの光学的に非類似の流体間の界面を、光学軸がその元の方向から水平に再位置付け（パン）されるように、またはその元の方向から垂直に再位置付け（チルト）されるように、再方向付けすることが必要である。流体レンズによって、両者の再位置付けは、光軸の、水平および垂直の両方向へのある角度での同時の単一の再方向付けにおいて遂行することができる。このような再方向付けは、球体形状の地理座標を用いて容易に計算されるが、しかしまた、たとえば、例としてＸ線結晶学において共通になされているように、３次元から２次元への投射を用いることを含んで、任意の座標システムにおいて計算されることができる。自動焦点、パン、チルト、及びズームのすべてを遂行する１つの方法は、いくつかの特徴を単一デバイスにおいて適用することである。自動焦点およびズームは、これまでにアドレスされてきた。パンおよびチルト、またはより一般に、光軸の、元々の光軸と同一直線上にない新しい方位への再方向付けは、第１の複数の第１電極、及び少なくとも１つの第２の電極よりなる電極ペアーを与えること、および、前記第１の複数、および前記少なくとも１つの第２電極の少なくとも１つの電極に、電圧を、前記流体レンズ内の２つの流体間の界面の表面形状が、電圧の印加の前に、流体レンズの光軸に関して測定された対称性の示しを変化させることとなるように与えることにより、遂行することができる。一般に、非対称性を与えることを完遂するためには、印加された電圧のいずれかが、非対称の要素を含むか、あるいは、電圧が印加される電極が、非対称の地理関係に位置しているか、あるいは、その両方である。流体レンズ内の流体に対称性を有する電圧の電界を印加することにより、流体は、界面を横切る電圧勾配を、できるだけ均一であるように調整するような態様で応答し、これにより、流体をして、非対称成分を備える界面形状をとらしめ、かつこれにより、光を、電圧の印加に先立ち存在した光軸とは同一直線上にない新しい光軸に沿って方向付けするであろう。
【０２３８】
われわれは、今、流体レンズにパワーを与えるのに役立つ電源の例を簡単に記述する。１つの実施形態において、流体レンズを駆動するための適切な電源は、０からＶボルトの範囲内で動作するようバイアスされる矩形波電源であり、ここで、Ｖは正電圧、又は負電圧であり、これは、単一極電源と考慮できるものである。１つの実施形態は、＋Ｖ１／２ボルトの付加されたバイアス電圧（範囲を、０ボルト（＝＋Ｖ１／２ボルトバイアス＋［−Ｖ１／２ボルト］源）から＋Ｖ１ボルト（＝＋Ｖ１／２ボルトバイアス＋Ｖ１／２ボルト源）にわたるものとせしめる）をもって、あるいは代替的に、−Ｖ１／２ボルトの付加されたバイアス電圧（範囲を、−Ｖ１ボルト（＝−Ｖ１／２ボルトバイアス＋［−Ｖ１／２ボルト］源）から０ボルト（＝−Ｖ１／２ボルトバイアス＋Ｖ１／２ボルト源）にわたるものとせしめる）を用いて、＋Ｖ１／２と−Ｖ１／２ボルト間の電圧を与えることのできるバイポーラ電源を用いることである。２つの電圧の和をとることは、その多くの変形が知られている和回路により、容易に達成されることができる。１つの実施形態において、バイアス電圧源は、固定電圧で動作する。他の実施形態において、バイアス電圧源は、スイッチを設定することにより、またはマイクロプロセッサーの制御の下に与えられ得る、コマンドに基づき、複数の定義された電圧を与えるよう構成されている。いくらかの実施形態において、出力信号値を定義するのにデジタルコードにより制御されるデジタル−アナログ変換器等、デジタル信号を与えることにより制御され得る電圧源が、用いられ得る。もう１つの実施形態においては、たとえば、ナショナルセミコンダクター  ＬＭ２９０７、またはＬＭ２９１７周波数−電圧変換器等の、周波数−電圧変換器を用いて制御される電圧源は、制御信号として制御可能な周波数を持つパルストレインを用いて、用いられ得る。流体レンズ内の電気化学的効果は、充分に高い印加電圧の下で動作可能であり、これにより、ユニポーラ源の使用をいくらかの場合に有利にすると信じられる。
【０２３９】
他の実施形態において、１ボルトから数百ボルトのオーダーの正、および負のピーク電圧を持つ電圧信号を与える電源が、与えられる。いくらかの実施形態において、出力電圧は、携帯電話において見られるように、エレクトロルミネッセントランプを動作させるよう共通に用いられるようなドライバー集積回路により生成される矩形波として与えられる。
【０２４０】
図８３は、好ましい流体レンズドライバー回路２９００を示す模式的ブロック図である。該回路は、代表的に３から４．５ボルトの範囲内で動作するバッテリー源２９１０により電力供給されるが、他の電圧のバッテリーで動作する、かつまた、固定壁にマウントされた電源から動作する回路も、設計されることができる。参照電圧２９２０が、自身を低電圧降下電圧調整器と関連させて、与えられる。クロック信号（周波数、またはパルストレイン）の形の入力信号、およびデジタル信号線は、このドライバー回路の、図５５のマイクロプロセッサー４０４０等の外部デバイスによる制御のために、１２Ｃシリアスインタフェース２８３０に設けられる。シリアルインタフェース２９３０は、流体レンズ駆動回路２９００、発振器２９６０の動作を、出力周波数を設定するよう、かつ、デジタル−アナログ変換器２９５０の動作を、出力電圧を設定するよう調整するよう、調整するためのコントローラー２９４０（商業的に利用可能なマイクロコンピューター）と通信している。ＤＡＣは、電圧参照２９２０により参照電圧を与えられる。いくらかの実施形態においては、ＤＡＣは１０ビットＤＡＣである。
【０２４１】
コントローラー２９４０は、タイミング信号を与える発振器２９６０と通信している。この発振器２９６０は、２９６２にある外部源、それは、いくつかの実施形態においては、ユーザ、またはもう１つのコントローラーであり得る、から通信される適切な信号により、電源ダウン状態に入るよう信号通知される。ここで熟考されたコントローラーは、一般に、マイクロコントローラー、関連したメモリーおよびプログラムされた指令を持つマイクロプロセッサーを含む任意のマイクロプロセッサーベースのコントローラー、または、汎用目的デジタルコンピュータである。コントローラー２９４０は、また、ブリッジドライバー出力ステージ２９８０のために矩形波波形を作る波形発生器２９４５と通信している。波形発生器２９４５は、また、コントローラー２９４０を通して、ＤＡＣ遷移を出力波形と同期させる。
【０２４２】
ＤＡＣ２９５０の出力は、高電圧発生器２９７０の出力電圧レベルを、出力電圧が、ＤＡＣ２９２０の出力に比例するよう設定し、かつこれにより、コンピュータ等のデジタル源により高精度で制御されるように構成される。いくらかの実施形態において、適切なフィードバック回路網は、回路のこの部分内に収容され、出力電圧を、入力電圧、負荷、および環境条件の範囲にわたって一定に保つようにする。高電圧発生器２９７０によりつくられた高電圧は、ブリッジドライバー２９８０への入力である。高電圧発生器は、ヴァリオプティックＡＳＭ−１０００流体レンズのために、０から約４０ボルトにわたる安定な出力を持つ。この発生器は、より高電圧をつくるのに、インダクター２９７２、および／またはキャパシターを用いることができる。しかしながら、他の回路構成、たとえば、容量性電圧マルチプライヤーも、また利用することができる。ブリッジドライバー２９８０は、流体レンズ２９９５を駆動する高電圧スイッチ信号ＯＵＴＰおよびＯＵＴＭをつくる。いくらかの実施形態において、出力は、図５８のコミュテーター回路を用いて流体レンズ２９９５等の負荷に印加されることができる。
【０２４３】
流体レンズへの出力は、波形発生器からの波形信号を用いてブリッジドライバーにより波形整形される電圧信号である。用語“ブリッジドライバー”は、以下のように理解される。負荷は、２つの増幅器出力（たとえば、それは２つの出力端子を“ブリッジする”）に接続されている。このトポロジーは、グランドに接続された負荷に比較して、負荷での電圧スウィングを２倍にすることができる。グランド接地された負荷は、ゼロから増幅器の供給電圧までのスウィングを持つことができる。ブリッジ−駆動された負荷は、増幅器は負荷の＋端子または−端子のいずれかを駆動し、電圧スィングを有効に２倍にすることができるので、このスィングの２倍を見ることができる。２倍の電圧は、電力の４倍を意味するので、これは特に、バッテリーサイズが自動車での、又はハンドヘルドでの応用におけるように、より低い供給電圧を記述する応用において、重要な改善である。
【０２４４】
既に示されたように、また、記述された回路の出力を、適切な大きさ、および極性の参照信号と和を取り、負荷により経験される電圧スウィングがユニポーラではあるが、しかしグランドに対する正、又は負の電圧信号の大きさの２倍であるようにすることができる。丁度言われたようなパワーの利点は、また、このような場合にも存在する、なぜなら、電力Ｐは、Ｖ２／Ｒ、またはＶ２／Ｚ、ここで、Ｖは電圧、Ｒは抵抗、Ｚはインピーダンスである、の関係により与えられるからである。両実施形態における電圧スウィングは、同じｖボルト（たとえば、−ｖ／２から＋ｖ／２、０から＋ｖまで、または、−ｖから０まで）であるので、利用可能な電力は変わらない。電気工学の原則を獲得している人々によく知られている用語で言うと、電気システムの参照電圧（たとえば、グランドポテンシャル）は、任意の態様で選択することができ、単に、流体レンズに印加される電圧を、ある参照から異なる参照にシフトしても、流体レンズに供給される全電力は変化しない。しかしながら、電気化学的原則から考慮すると、異なる電気化学反応が、印加された電気信号が参照電圧に比して正に行く電圧か、負に行く電圧かに依存して生起され得る（または、抑圧され得る）ことが認識される。
【０２４５】
図８４および８５は、エネルギーを、流体レンズ３０２０を通る前方方向に放射するＬＥＤダイ３０１０を示す図である。出射された光の発散は、流体レンズにより修整される。図８４において、出射された光の発散は、流体レンズの光学的パワーのために修整される。示された例において、流体レンズを出る光は、たとえ、ＬＥＤを出る光が発散するものであっても、ほぼ収束された光と近似するよう考慮することができる。流体レンズの湾曲が、図８４に示されるよりより極端であるとき、光はより小さい領域上に焦点合わせされる。図８５において、流体レンズのパワーは、ＬＥＤにより出射される光の発散が実質的に変化しないよう、おおよそゼロに低減されている。図８４および８５の光パターンの比較は、このようなシステムが、問題のターゲット、たとえば、ハンドヘルドリーダーまたはイメージャーで読み取ろうとしているバーコード、でのカバリッジ（エリア内の）を制御するのに用いられ得ることを、示している。いくつかの実施形態において、リーダーまたはスキャナー上の１つ、またはそれ以上の窓は、また、流体レンズを不都合な環境条件から保護するために用いられる。
【０２４６】
詳細は変化するが、この概念は、また、包囲体内に収容されたＬＥＤ、ばかりでなく、球体形状の、非球体形状の、および円筒形状のレンズ要素等の付加的な光学要素を含む流体レンズアセンブリーにも当てはまることが理解される。
【０２４７】
１つの実施形態において、このようなシステムは、ＬＥＤにより出射される光のより高い屈折を、より有効に利用することが期待される。たとえば、イメージャーに近いバーコードパターンを見るとき、より発散する照明パターンが、より大きいバーコードパターンがそれらの全体範囲にわたって照明されることを確実にするために望ましく、かつ、バーコードパターンをイメージャーからより大きい距離で見るとき、より収束する照明パターンが、照明が問題の光学的視野外に落ちることにより浪費されることがないよう、望ましい。
【０２４８】
図８６、８７、および８８は、レーザー３１１０、コリメートレンズ３１２０、および種々の形状の流体レンズ３１３０よりなるレーザスキャナーの図を示す。図８６において、流体レンズは、第１の光学パワー、第１の焦点長さ、および第１の主ビーム方向を持つように構成されている。流体レンズを出る光は、流体レンズ３１３０から第１の焦点距離Ｄ１にある平面３１４０で最も狭いビーム幅を持つように焦点合わせされる。図８７において、流体レンズは、第２の光学パワー、第２の焦点長さ、および第１の主ビーム方向を持つように構成される。図８７において、流体レンズ３１３０を出る光は、流体レンズ３１３０から第２の距離Ｄ２にある平面３１４１で、ここで、Ｄ２はＤ１より大きく、かつ、第１の主ビーム方向は流体レンズ３１３０の焦点長さが変化するときも変化しないよう最も狭いビーム幅を持つように、最も狭いビーム幅を持つように、焦点合わせされる。図８８において、流体レンズは、第１の光学パワー、第１の焦点長さ、および第２の主ビーム方向を持つように構成される。図８８において、流体レンズ３１３０を出る光は、図８６の第２の主ビーム方向に沿って測定された、流体レンズ３１３０からの距離Ｄ１に相当する第１の距離にある平面３１４０で、最も狭いビーム幅を持つように焦点合わせされるが、しかし、図８８のビームはある角度で出射している（たとえば、第３の主ビーム方向は、第１の主ビーム方向とは同じでない。）ので、ビームが“軸オフ”である水平方向距離は、Ｌ１である。他の光学パワー、焦点長さ、および主ビーム方向は、流体レンズ３１３０を適切に構成し、かつエネルギー供給することにより、達成され得る。
【０２４９】
本発明は、流体レンズズーム光学システムの利点を得るように意図されている。流体ズームレンズ形状は、バーコードスキャナーから種々の距離にある異なるバーコードの撮像を可能にするよう、バーコードスキャナーにおいて用いることができる。今日製造されているバーコードスキャナーにおいて、しばしば大きい作動距離が、視野の光学的深さを増大するようレンズ開口を絞ることにより、達成される。しかしながら、これは、２つの欠点を持つ。第１に、レンズストップがより小さいとき、光学システム点拡散機能は増大し、これにより、バーコードパターンを幅の狭いバーコード要素でスキャンすることをより困難にする。第２に、レンズストップがより小さいときは、より少ない光がレンズに入り、システムの信号−雑音比を低下させる。より低いＳＮＲは、オペレータにリーダーをより長い時間の間静止して保持することを要求する。その効果は、バーコードスキャナーが手の動きに対しより大きい感度を持つことである。さらに、より長い時間期間が要求されるので、ユーザは疲れやすくなる。
【０２５０】
オブジェクトの距離測定は、もし、オブジェクトの範囲、またはそれまでの距離が既知であれば、これを行うことができる。流体レンズシステムは、範囲発見システムを実行するのに用いられる。１つの実施形態において、流体レンズは、多くの焦点位置で焦点合わせされるであろうが、かつ、多くの測定のうちのいずれかにより決定されるベスト焦点位置は、その流体レンズ位置と関連しているであろう。流体レンズをして、最適に焦点合わせされた画像を持つようにした流体レンズ駆動電圧を知ることにより、かつ、ルックアップテーブルを用いて、その特定の流体レンズ動作電圧のためのシステムからの関連する距離は、決定される。該範囲を知ることにより、大きさを計算することができ、かつこれにより、イメージャーでの与えられたピクセル数と関連したオブジェクト幅が、知られ、あるいは導き出される。このようにして、バーコードリーダーまたはイメージャー等のシステムは、バーコード要素幅、またはパッケージの寸法等の、特定のオブジェクト特徴の幅を計算することができる。
【０２５１】
流体レンズ可変開口は、バーコードシステムに加えられ得る。いくらかの実施形態において、開口は、光学システムの、光を受け、かつ該システムをして、光効率を、拡散機能幅および視野深さに対して最適に取引することを許す部分において、使用されるであろう。小さい開口が使用されるとき、光学システムは、より大きい視野深さを持つであろうが、しかし逆に、システムのスループットは低減し（すなわち、より少ない光がシステムを通過する）、かつ、点拡散機能（解像され得る最小要素サイズに比例する）は、また低減される。いくらかの実施形態において、バーコードシステムは、最初に、最適な光スループットに設定された光学システムを持つように構成されることが期待され、かつ、もし良い読み取りが得られなければ、そのときは、開口サイズを、バーコードスキャナーの視野内にある任意のバーコードパターンをデコードしようとする間に、視野の深さを拡張するために低下され得るであろう。
【０２５２】
１つの実施形態において、流体レンズは可変開口として用いられる。流体レンズのこの使用の１つの実行は、流体のうちの少なくとも１つに着色剤を加えて、その流体を、可視スペクトル内の特定の範囲で半透明である等、問題の電磁気的なスペクトル範囲の少なくとも１つの領域において不透明とすることを、含む。電圧は、電源から該レンズに印加され、特定の領域において吸収を行う着色剤を欠く流体が、対向する窓に対して“底に達し”、これにより、問題のそのスペクトル範囲において明確な開口を形成するようにされる。１つの実施形態において、着色剤は、オイル水流体レンズの水成分に加えられる。
【０２５３】
代替的な実施形態において、もし、窓が、それが水−オイル界面のカーブに有効に平行であるよう湾曲していれば、液体レンズは、いくらかの場合には、可変フィルターとして働くよう構成され得る。このような実施形態において、オイルは、対向する窓に対して底とはならないが、窓の一部を交差する半径の関数として本質的に一定である水の厚さを生むであろう。この厚さは、印加された電圧を変えることにより変えられる。光を吸収する水の電圧制御される厚さは、これにより、流体フィルタを通過する光の量を決定する。もし、着色剤が特定の波長で光吸収特性を持てば、そのとき、流体フィルタを通過するこれらの波長の光の振幅は、印加される電圧を変化させることにより変化できる。
【０２５４】
流体レンズとして構成された１以上のレンズ要素、たとえば、レンズトリプレットを持つことにより、単一要素内に存在する光学的狂いは、レンズの集まりについては低減され得、これは、より高品質の光学的イメージを生ずるであろう。トリプレットを最適化するための技術は、レンズ設計技術においてよく知られている。しかしながら、代表的に、任意の与えられたレンズは、与えられた焦点長さのシステムについて最適化される。代表的に、もし、レンズが光学的要素の１つの結合について最適化されれば、単一の流体要素が焦点長さ等の光学的パラメーターを変化させるよう動作するとき起こるであろうように、レンズ表面の１つが変更されたときは、システムは、最適には構成されていない。第２の流体レンズを加えることにより、第１のレンズと第２のレンズの結合は、システムの全体の狂いを最小化するよう最適化され得る。第１のレンズの異なる設定については、第２のレンズの設定の対応する変化が、最適の結合を得るよう、行うことができる。２つの流体レンズ表面の湾曲、すなわち、表面光学パワー、かつこのためまた、制御電圧、間のこれらの最適化された関係は、たとえば、機械読み取り可能なメモリー内に記録されたテーブル内に収容することができる。このように、所望のシステムの光学パワーの任意の与えられた設定について、２つの流体レンズのための適切な駆動電圧が開発され、かつ、記録された値にしたがって印加され得る。望まれる、あるいは有利であるところでは、テーブルの解像度の精度は、線形の、または高次の内挿および外挿を使用して増大することができる。
【０２５５】
流体レンズの形状および特性を制御するよう機械的な力を用いて動作する、他の先行技術の流体レンズシステムは、ロジャーズ、米国特許第４，５１４、０４８号明細書、それは、すでにその全体が参照によりここに組み入れられている、に記述されている。可変焦点レンズに関連する付加的な開示は、以下の、フリントに対し１９４２年１０月１７日に発行された米国特許第２，３００、２５１号明細書、デ  ルーカに対し１９６４年１２月１５日に発行された米国特許第３，１６１、７１８号明細書、アルヴァレツに対し１９６７年２月２１日に発行された米国特許第３，３０５、２９４号明細書、ベイカーらに対し１９７１年６月８日に発行された米国特許第３，５８３，７９０号明細書、それらのすべては、それらの全体がここに参照により組み入れられている、に提示されている。
【０２５６】
機械読み取り可能な蓄積メディアであって、本発明において使用可能なものは、電子的、磁気的、および／または光学的蓄積メディア、たとえば、磁気フロッピー（登録商標）ディスクおよびハードディスク、いくらかの実施形態においては、ＤＶＤディスク、ＣＤ−ＲＯＭディスク（即ち、リードオンリー光学蓄積ディスク）、ＣＤ−Ｒディスク（すなわち、１回−書き込み、多数回−読み出し光学蓄積ディスク）、およびＣＤ−ＲＷディスク（すなわち、書き込み可能光学蓄積ディスク）の任意のものを用いることのできるＤＶＤドライブ、ＣＤドライブ、および、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ，コンパクトフラッシュ（登録商標）カード、ＰＣＭＣＩＡカード、または、代替的にＳＤまたはＳＤＩＯメモリー等の電子的蓄積メディア、および、電子的構成要素（たとえば、フロッピー（登録商標）ディスクドライブ、ＤＶＤドライブ、ＣＤ／ＣＤ−Ｒ／ＣＤ−ＲＷドライブ、または、コンパクトフラッシュ（登録商標）／ＰＣＭＣＩＡ／ＳＤアダプター）であって、蓄積メディアを収容し、かつ、それから読み出し、および／または、書き込みをするもの、を含む。機械読み取り可能蓄積メディア技術において当業者に知られているものとして、データ蓄積のための新しいメディアおよびフォーマットは、連続的に工夫されており、かつ、任意の便利な、商業的に利用可能な蓄積媒体、および、対応する読み出し／書き込み装置であって、未来に利用可能となるものは、特に、もしそれがより大きい蓄積容量、より高いアクセススピード、および蓄積情報の１ビットあたりのより低いコスト、のいずれかを与えるものであれば、より使用に適切なものとなるであろう。よく知られているより古い機械読み取り可能メディアは、また、パンチされたペーパーテープまたはカード、テープ又はワイヤ上への磁気記録、印刷された文字（たとえば、ＯＣＲおよび磁気的に符号化されたシンボル）、および、１次元および２次元バーコード等の機械読み取り可能なシンボルの、光学的または磁気的な読み取り、等、ある条件下で使用に利用可能である。
【０２５７】
電気的、および電子的装置の多くの機能は、ハードウェア（たとえば、ハードワイヤードロジック）で、ソフトウェア（たとえば、汎用目的プロセッサー上で動作するプログラム内に符号化されたロジック）で、およびファームウェア（たとえば、要求されるように、プロセッサー上の動作のために呼び起こされる不揮発性メモリー内に符号化されたロジック）で、実行することができる。本発明は、ハードウェア、ファームウェア、およびソフトウェアの１つの実行を、ハードウェア、ファームウェア、およびソフトウェアの異なるものを用いた、等価な機能のもう１つの実行に置き換えて用いることを熟考する。実行が、数学的に遷移関数により表現され得る、即ち、特定された応答が、該遷移関数を表わす“ブラックボックス”の入力端子に印加される特定の励起に対して出力端子に生成される範囲で、該遷移関数の部分またはセグメントのハードウェア、ファームウェア、およびソフトウェアによる実行の任意の結合を含む、該遷移関数の任意の実行は、ここで熟考される。
［実質的に米国特許出願第１１／７８１,９０１号において提示されたテキストの終わり］
【０２５８】
［以下は、実質的に米国特許出願第６０／９６１,０３６号において提示されたテキストである］
【０２５９】
本発明は、レンズ要素、および力要素を収容するレンズモデュールに向けられている。レンズ要素は、２つの表面を備える変形可能なメンバーであって、弾性的に変形可能であり、該表面のうちの１つが流体と力通信している、変形可能膜のようなものを含む。用語“力通信”は、両表面が流体と接触しているが、一方、流体の一方のみが、レンズ要素の焦点長さ、および／または光軸の方向を選択的に変化させるために、力を変形可能膜に伝達するために使用される（この流体は、“作動流体”とも考慮される。）ため、ここで使用されている。したがって、“力通信”は、変形可能膜、または流体のいずれか一方に伝達される力が、他方のものにおいて実質的に比例する応答を生成するという意味を持つことができ、ここで、“実質的に比例する”は、流体および変形可能膜が閉じたシステムの１つであることを、単に意味している。たとえば、もし、大きなシリンジの針を、膨らまされた風船内に、それを跳ね上がることなく、挿入することができれば、シリンジプランジャーの、風船に空気を加える、またはそれから空気を引き抜く動きは、その弾性を、および、付加された、または引き抜かれた空気からの力のいくらかは、風船内の空気圧力の変化により影響されるという事実を考慮に入れて、風船の大きさ、および形状の実質的に比例する変化を生むであろう。対照的に、雰囲器空気圧力の変化は、また、風船の大きさ、および／または形状のいくらかの変化を生ずるであろうが、しかし、風船および周囲雰囲気は、閉じたシステムの一部ではないので、この変化は偶発的なものであり、かつ非選択的であろう。シリンジ内の、および風船の内側の空気は、周囲雰囲気に比較して、作動流体である。
【０２６０】
このようなレンズ要素の最も簡単な構成は、シールされた流体の体積、および、流体と直接接触している一方の側、および周囲雰囲気と直接接触しているもう１つの側を持つ変形可能なメンバーを含むが、この基本的な構成については多くの変更が可能であり、本発明の範囲内に落ちることにも、気づくべきである。たとえば、変形可能なメンバーの両側は、シールされた体積の流体と接触していることが可能であるが、一方の側のみが作動流体と力通信しており、他方、他方の側は、膜表面の汚染を防ぐため等、焦点長さ、および／または、光軸の方向を変えるために、またはフィルタとして、または付加的な光学要素として、変形可能なメンバーを変形させること以外の目的で用いられる流体体積と接触している、または対面のみしている、ことができる。あるいは、シールされた体積は、液体体積およびガスのヘッド空間の両方を、ガスは、液体よりむしろ膜と直接に接触して、おそらくは、それ自身もう１つの膜で液体と分離されている状態で、収容することができる。この理由のため、変形可能な膜の、シールされた流体体積と力通信している側は、また、変形可能な膜が、直接、光学流体とは接触していない構成をも包含するために、流体に対面する側と言うこともできる。
【０２６１】
本発明は、また、本発明のある側面を記述するために、“光学的パス”にも言及する。光学システムおよびイメージャーを含む撮像システムにおいて、もし光軸が（シャッター、インス、レンズカバー、または、その他により）ブロックされていなければ、かつ、もし十分な光が利用可能であれば、任意の与えられた時点で、イメージャーは、撮像システムの外の何らかのオブジェクトを表わすイメージを受信しているであろう。光学的パスは、それに沿って、光線が、外部オブジェクトから光学システムを通ってイメージセンサーに進むパスとして、広く定義することができる。しかしながら、光学的パスは、必ずしもイメージセンサーに到達するすべての光線を含むように境界を決められているわけではなく、しかし、それに沿って任意の単一の光線が、外部オブジェクトとイメージセンサーの検出領域との間を進行したパス、までの、およびこれを含むその任意の部分を含む。
【０２６２】
以前に述べたように、可変レンズは、非類似の光学指数を持つ２つの流体間の変形可能な界面を備えることができる。界面の形状は、界面を横切って通過する光が、所望の方向に伝播するよう方向付けられ得るよう、力要素により供給される力の印加により変更することができる。結果として、このようなレンズの、レンズが発散レンズとして働くか、収束レンズとして働くか、その焦点長さ、および、その光軸の方向等の光学的特徴は、一般に、レンズの少なくとも１つの顔、または表面として作用する変形可能な要素を、平坦、凸、および凹のプロファイルの間で変化させることにより、変更することができる。
【０２６３】
レンズ要素は、流体充填エラストマー、ポリマー、またはプラスチック等の単一構成要素、たとえば、弾性メモリーを有する透明なオイル−充填エラストマー、であることができる。代替的に、レンズ要素は、２つ、またはそれ以上の構成要素であり、ここで、光学流体（水、またはオイル等）が、ガラスまたはプラスチック等の境界層と、変形可能メンバーとの間に、エントラップまたはサンドイッチされており、この構造においては、光学流体と変形可能膜とは、一緒になってレンズ要素を構成している。膜が変形可能な要素として使用されるとき、適切な材料は、ポリジメチルシロキサン、または、米国  ミシガン州、ミッドランドの、Ｄｏｗ  Ｃｏｒｎｉｎｇ  コーポレーションからのキットとして利用可能な、Ｓｙｌｇａｒｄ（登録商標）１８４  シリコーンエラストマー等の、ＰＤＭＳを含むであろう。膜の厚さは、問題のレンズモデュールの大きさ等の要因に基づき、選択されることができ、たとえば、約０．０５ｍｍから約１ｍｍ、たとえば、０．１、０．２、０．３、または０.４ｍｍであることができる。
【０２６４】
本発明のレンズモデュールの全体サイズは、臨界的ではなく、利用可能な構成要素のサイズ、その中にそれが置かれ、またはアセンブルされるデバイス、およびユーザの必要に依存して、変更されることができる。レンズモデュールの大きさについてここで与えられるガイドラインは、光軸に沿って見られる（レンズ要素のみでなく）レンズモデュールの断面の主要寸法を参照することである。たとえば、レンズモュールが、図１３２に示されるように、レンズ要素５８０２およびハウジング５８０４を持ち、円筒形状であるとき、光軸５８１０に沿って見られる断面５８０８は、円であり、より大きい断面寸法は、該円（破線で示される）の直径５８０６であり、より小さい断面寸法はないであろう。もし、断面が、レンズ要素がそれ自身楕円であり、ハウジングがその形状に合うものであるところでのように、楕円であれば、主要寸法は、楕円の主軸となるであろう。一般に、そのとき、レンズ要素は、約５、７、または９ｍｍから、できるだけ大きくて約１１、１３、１５、または２０ｍｍまで、の主要寸法を持つであろう。該大きさは、たとえば、カメラ付携帯電話における現存するデバイスとのドロップイン置換可能性を大きくする、または達成するために選択することができ、約９、９．５、または、１０ｍｍの直径を持つ円筒形状レンズモデュールは、好ましいであろう。
【０２６５】
光学流体が使用されるとき、その特性は、他の材料との置換可能性、使用下での安定性、それが使用されるであろう予想される温度に対する耐性、および同様の要因によって選択されるべきである。光学グレードミネラルオイル等の光学グレードオイルを用いることができる。１つの適切な光学流体は、米国  ニュージャージー州、セダー  グローブの、Ｃａｒｇｉｌｌｅ−Ｓａｃｈｅｒ  ラボラトリーズ  インコーポレーティッド、から入手可能なタイプＡ潤滑オイルである。もう１つの適切な流体は、米国  ミズーリ州、セントチャールズの、Ａｒｃｈ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｈｏｌｄｉｎｇ  ＬＬＣから入手可能な、Ｓａｎｔｏｖａｃ（登録商標）ポリフェニールエーテルベース光学流体  ＳＬ−５２６７である。脱イオン化された水等の水は、また、使用することができる。
【０２６６】
レンズ要素を通って送信される光の反射ロスによる損失を最小化することが望ましいとき、光学流体、変形可能なメンバー、および、任意の境界層のために選択される材料は、類似した屈折率を持つであろう。たとえば、レンズ要素が、ガラスの境界層、光学流体、および変形可能な膜を含むとき、境界層に比較した光学流体の、および、変形可能膜に比較した光学流体の、の両方の屈折率差を、考慮しなければならない。指数の差が大きいほど、光が１つの材料（ガラス等）から次の材料（潤滑オイル等）に通過しようとするとき、より多くの光が反射に対するロスとなるであろう。逆に、指数がより近いほど、反射に対して失われる光はより少ないであろう。この文脈において、指数は同一であるのが理想であり、かつ、約０．００２等、約＋／−０．００１から０．０１まで内にあるのが、好ましい。しかしながら、屈折率差が有利である状況もあり得る。
【０２６７】
変形可能なメンバーの厚さを変形領域にわたって変化させることも可能であり、これは、本発明によりそれ以外に可能とされる可変性を保持しつつ、非球面の属性を持つ構造を生ずるであろう。
【０２６８】
比較的に高い屈折率を持つ光学流体を選択することは、焦点距離の与えられた変化を得るのに必要とされる変形の量を減少させる。たとえば、適切な屈折率は、約１５または約１６の屈折率等、約１３または約１５から約１６または約１７までの範囲内にあるであろう。
【０２６９】
可変レンズを収容するレンズシステムは、そののち、電気的な、機械的な、水圧の、空気圧の、熱的な、磁気的な、又は他の力の、直接的な、又は間接的な印加等により、レンズをして変形せしめる力要素を含むであろう。この文脈において、機械的な力は、たとえば金属、またはプラスチックよりなるピストン等の固体オブジェクトの動きにより与えられ、水圧の力は液体の動きにより生成され、空気圧の力は気体の動きにより生成され、熱的な力は温度の変化により生成され、かつ、磁気的な力は、ワイヤを通る電流の動きにより生成されるであろう。力は、該力を変形可能なメンバーに伝達するのに使われる流体要素に、外部的に、および／または、内部で印加されるであろう。たとえば、一端が変形可能なメンバーによりシールされた円筒形状容器内に流体を含む比較的に簡単な内部力の構成において、シリンダーは、該シリンダーの壁とシール結合しており、かつ、流体内で前方及び後方に移動されて変形可能なメンバーの形状の変化を生ぜしめるピストンを、含むことができる。あるいは、外部力の構成において、シリンダーの壁は変形可能であり、力要素は、該シリンダーの壁の少なくとも一部を、それを幾分歯磨きペーストのチューブのように外から絞ることにより、収縮することができるものである。
【０２７０】
力要素は、変形可能メンバーを変形させるに充分な力を与えることができ、かつ、そのメンバーに、力が力要素から変形可能なメンバーに進むことを許すように、動作可能に結合されている。比較的に簡単な構造において、力要素は、変形可能なメンバー上に直接作用することが可能であり、または、そののち変形可能なメンバー上に作用する流体上に作用することが可能であるが、しかし、これについての多くの変形は、本発明の範囲内で可能である。力要素と変形可能なメンバーとの間、力要素と流体との間、及び／または、流体と変形可能なメンバーとの間に、流体への、からの、または、内の、等での力の伝達を和らげる付加的な変形可能なメンバー、バルブ、構造等の、１つ、またはそれ以上のさらなる要素が、あることができる。１つの特定の実施形態において、力要素は、変形可能なメンバーの、作動流体から離れて面する側上に位置する圧力要素に作用し、該圧力要素は、一般に、環状形状を持ち、かつ、リングまたはワッシャーの形状におけるように、変形可能なメンバーの外側部分または周縁に接触しており、かつ、力要素は、圧力要素上に押圧し、または引っ張り、該圧力要素は、今度は、変形可能メンバー上に押圧し、または引っ張り、図９１から図９２への遷移において表わされるような変形を生じる。
【０２７１】
圧力要素は、金属、プラスチック、およびセラミックを含む、種々の材料であることができる。材料の選択は、他の材料との置換可能性、および変形する要素により行使される力に対する所望の応答、に依存する。もし、圧力要素が、それ自身変形しないことが望まれるなら、それは、金属、セラミック、またはプラスチック等の、非弾性の材料であるべきである。しかしながら、もし、圧力要素が、その形状または構造を、変形する要素に応答して変化させることが望まれる、または必要であるなら、それは、エラストマー等の変形可能な材料で構成されるべきである。
【０２７２】
制御システムは、力要素を制御するように設けられる。制御システムは、一般に、たとえば、機械的に、よりむしろ、電気的にパワー供給されるが、それはさらに、使用される力要素の性質に依存して、水圧の、空気圧の、機械的な、および／または磁気的な制御特徴を、含むことができる。たとえば、力要素が、電気−活性ポリマーよりなるとき、制御システムは、電気−活性ポリマーの変形を制御するために、電流または電圧が電気−活性ポリマーに供給されているかを制御することにより、かつ、このような電流または電圧の、レベルまたは量を制御することにより、電気−活性ポリマーを制御する電気的な制御システムであることができる。電気的な制御システムは、また、力要素がヴォイスコイルであるときにも、電流又は電圧の、レベル又は量、および／または極性が、ヴォイスコイル内に生成される磁界の強度、および／または方向を制御して、用いることができる。力要素が、水圧の、又は空気圧のものである場合、制御システムは、移動される流体の体積、力、および方向等の側面を調整するよう、ピストン、ポンプ、バルブ、ピエゾ電気素子、および同様の要素を含むことができる。
【０２７３】
レンズモデュールは、多数の力要素、そのおのおのは、それ自身の回路上でエネルギー被供給可能である多数の力要素をもって、あるいは、おのおのが、多数の、分離してエネルギー被供給可能である回路を持つ１つ、またはそれ以上の力要素をもって、構成されることができる。どの回路にエネルギー供給するかを、および制御信号をどれほど多く印加するかを、選択することにより、制御システムは、変形可能なメンバーにおける、凸および凹表面の形成および大きさのみでなく、かつ、それらの表面のチルトをも制御することができる。この文脈において、チルトは、変形可能なメンバーの形状を、該変形可能なメンバーの表面に垂直な軸に対して対称以外の表面形状を、その表面がフラットであり、かつその中心を通って通過しているとき、持つように構成するために、使用され得るピッチと偏揺れの可能な結合のことを言う。その簡単な例は、図１３１に示されており、それにおいては、焦点流体５７０２は、さらに、凸表面５７０４を持つように表わされており、図１２０に示されるもののように、制御信号の複数回路力要素への選択的印加に応答して、非対称形状を持つように示されている。
【０２７４】
１つの実施形態において、本発明は、ポリマーアクチュエータによりアクチュエートされる可変レンズに向けられており、かつ、このような可変レンズを収容する、レンズシステム、光学システム、およびデバイスに向けられている。もう１つの実施形態において、本発明は、以下にさらに説明されるであろうように、このようなレンズの光軸の周りに対称に配置された力要素によりアクチュエートされる可変レンズに向けられている。
【０２７５】
可変レンズは、焦点長さ、および／または、それを通過する光軸の方位を、印加された力に応答して変形することにより変化させることのできる少なくとも１つの構成要素を含む。変形は、もし、印加された力が除去されれば、または不連続であれば、構成要素がその元の形状に戻るという意味で、弾性的であっても、弾性的でなくてもよい。しかしながら、ほとんどの使用において、構成要素は、その元の形状に戻る、かつ、したがって、弾性的に変形可能であることが望ましいと考慮される。
【０２７６】
電気−活性ポリマーを含むポリマーアクチュエータは、適応型レンズにおける界面を変化させる機械的な力の源として使用することができる。用語“ポリマーアクチュエータ”は、ここで、電圧等の電気刺激の変化に物理的な移動でもって応答するポリマー材料のカテゴリーのことを言うのに用いられる。これらは、米国  カリフォルニア州、メンロパークの、アーティフィシャル  マッスル  インコーポレーティッドから入手可能な、電気−活性ポリマー材料、日本  大阪の、ＥＡ  ＭＥＸ  コーポレーションから入手可能な、イオン導電性アクチュエータおよび導電性ポリマーアクチュエータ、米国  ニューメキシコ州、アルブケルクの、エンバイロンメント  ロボッツ  インコーポレーティッドから入手可能なナノアクチュエータ／トランスデューサー、および、スウェーデン  リンコピングの、マイクロマッスル  ＡＢから入手可能な、電気−活性ポリマーを含む。
【０２７７】
電動−活性ポリマーおよび関連する技術の例は、以下の特許出願、特許、および文献に記述されている：  ぺルリンら，米国特許出願第１０／３９３,５０６号、２００３年３月１８日出願、、米国特許出願公開第２００４／０００８８５３号明細書、名称“移動流体のための電気−活性ポロマーデバイス”、２００４年１月１５日公開；  ぺルリンら，米国仮特許出願第６０／３６５,４７２号、名称“移動流体のための電気−活性ポリマーデバイス”、２００２年３月１８日出願；  米国特許出願第０９／７９２,４３１号、現在、ぺルリンら，米国特許第６，６２８，０４０号明細書、名称“電気−活性ポリマー熱的電気的発電機”、２００１年２月２３日出願；  米国仮特許出願第６０／１８４,２１７号、名称“電気エラストマー、およびそれらの電力発生のための使用”、２０００年２月２３日出願；  米国仮特許出願第６０／１９０,７１３号、名称“人工筋肉発電機”、２０００年３月１７日出願；  米国特許出願第１０／１５４,４４９号、現在、ぺイら，米国特許第６，８９１，３１７号明細書、名称“ロール化された電気−活性ポリマー”、２００２年５月２１日出願；  米国仮特許出願第６０／２９３,００３号、２００１年５月２２日出願；  米国特許出願第１０／０５３,５１１号、現在、コーンブルーら，米国特許第６，８８２，０８６号明細書、名称“可変堅さ電気−活性ポリマーシステム”、２００２年１月１６日出願；  米国仮特許出願第６０／２９３,００５号、２００１年５月２２日出願；  米国仮特許出願第６０／３２７,８４６号、名称“向上された多機能フットウェア”、２００１年５月２２日出願；  米国特許出願第０９／６１９,８４７号、現在、ペイら，米国特許第６，８１２，６２４号明細書、名称“電気−活性ポリマー”、２０００年７月２０日出願；  米国仮特許出願第６０／１４４,５５６号、名称“高速の電気的に活性化されたポリマーおよび使用方法”、１９９９年７月２０日出願；  米国仮特許出願第６０／１５３,３２９号、名称“マイクロアクチュエータとしての電歪ポリマー”、１９９９年９月１０日出願；  米国仮特許出願第６０／１６１,３２５号、名称“人工筋肉マイクロアクチュエータ”、１９９９年１０月２５日出願；  米国仮特許出願第６０／１８１,４０４号、名称“電界アクチュエートされるエラストマーポリマー”、２０００年２月９日出願；  米国仮特許出願第６０／１８７,８０９号、Ｒ．Ｅ.ぺルリンら、を発明者とし、名称“ポリマーアククエー他、および材料”、２０００年３月８日出願；  米国仮特許出願第６０／１９２,２３７号、名称“ポリマーアクチュエータ、および材料II”、２０００年３月２７日出願；  米国仮特許出願第６０／１８４,２１７号、名称“電気−エラストマー、およびそれらの発電のための使用”、２０００年２月２３日出願；  米国特許出願第１０／００７,７０５号、現在、ぺルリンら，米国特許第６，８０９，４６２号明細書、名称“電気−活性ポリマーセンサー”、２００１年１２月６日出願；  米国仮特許出願第６０／２９３,００４号、名称“電気−エラストマー、およびそれらの発電のための使用”、２００１年５月２２日出願；  米国特許出願第０９／８２８,４９６号、現在、コーンブルーら，米国特許第６，５８６，８５９号明細書、名称“電気−活性ポリマーにより模倣されたデバイス”；  米国仮特許出願第６０／１９４,８１７号、２０００年４月５日出願；  米国特許出願第１０／０６６,４０７号、名称“弾性シート偏移を用いて流体フローを制御するデバイス、および方法”、２００２年１月３１日出願；  米国特許出願第０９／７７９,２０３号、現在、ぺルリンら，米国特許第６，６６４，７１８号明細書、名称“モノリシック電気−活性ポリマー”、２００１年２月７日出願；  米国仮特許出願第６０／１８１,４０４号、２０００年２月９日出願；  米国特許出願第１０／０９０，４３０号、現在、ヘイムら，米国特許第６，８０６，６２１号明細書、名称“電気−活性ポリマーロータリーモータ”、２００２年２月２８日出願；  米国仮特許出願第６０／２７３,１０８号、名称“電気−活性ポリマーモータ”、２００１年３月２日出願；  ベンスリマンら，米国特許出願第１１／５９２,６７５号、２００６年１１月３日出願、米国特許出願公開第２００７／０１１６８５８号明細書、２００７年５月２４日公開、名称、“多層複合物、およびその製造方法”；  米国特許出願第１０／４１５,６３１号、２００３年８月１２日出願；  米国特許出願第１０／４９９,４２９号、２００４年１２月３０日出願；  米国特許出願第１０／５２８,５０３号、２００５年３月２７日出願；  ザマら，米国特許出願第１０／５２３,９８５号、米国特許出願公開第２００６／００７６５４０号明細書、２００６年４月１３日公開、名称“導電性ポリマーを製造するプロセス”；  リーら，米国特許出願第１１／０８０，２９４号、２００５年３月１５日出願、米国特許出願公開第２００６／００８６５９６号明細書、２００６年４月２７日公開；  オーグロら，米国特許第６，７６２，２１０号明細書、名称“ポリマーアクチュエータを製造するプロセス”、１９９９年２月１９日出願；  オーグロら，米国特許第７，１６９，８２２号明細書、名称“ポリマーアクチュエータ”、２００４年７月１４日出願；  ペイら，米国特許第７，２２４，１６６号明細書、名称“電気−活性ポリマー”、２００６年１月１８日出願；  米国特許第６，４７５，６３９号明細書、名称“イオン性ポリマーセンサーおよびアクチュエータ”、１９９９年２月２６日出願、および；  アロラ  Ｓ．，ゴーシュ  Ｔ．，および、ムース  Ｊ．，“誘電体エラストマー  ベース  プロトタイプ  ファイバー  アクチュエータ”、センサーズ  アンド  アクチュエーターズ  Ａ：フィジカル，１３６：１，ｐｐ３２１−３２８（２００７年５月）。上記文献のすべては、それらの全体がそれらへの参照によりここに組み入れられる。
【０２７８】
可変レンズ要素の基本構成は、図８９および９０に示され、これにおいては、流体は、実質的に光学的に透明であり、かつ、変形可能な膜の少なくとも一部は、また、実質的に光学的に透明である。膜は、第１、及び第２の表面を含み、それの少なくとも一つは、作動流体と対面しており、かつ、直接接触している。
【０２７９】
図８９において、膜は平坦であり、一方、図９０において、膜は凸形状を取っている。凸の形状は、正の圧力が作動流体から作用されることによって生じ、かつ、この圧力は、流体チャンバーの体積を低減させることから、あるいは、付加的な流体が流体チャンバー内に導入されることによって生じ得るであろう。しかしながら、それはまた、膜または膜の一部を、流体の方向に押す、このとき圧力は、図９１および９２に示されるように、膜の作動流体から離れて対面している側に対して行使されることにより、遂行されることができる。
【０２８０】
図９１は、容器５００４、それはハウジング５００６内にある、の中にある流体要素５００２を示す。レンズ要素は、さらに、支持又は境界要素５００８を含むことができる。与えられたレンズシステムおよびレンズモデュール内にある、システムの所望の光学パス内に横たわる全ての要素は、少なくとも実質的に光学的に透明であるべきことに、気づくべきである。たとえば、図９１において、変形可能なメンバー５０１０、流体構成要素５００２、容器５００４、および、支持または境界要素５００８は、すべて、レンズシステムのための光的パスの少なくとも一部に相当する少なくとも中央部分において、少なくとも実質的に光学的に透明であるべきである。
【０２８１】
変形可能なメンバー５０１０は、作動流体要素５００２に隣接している。力要素５０１４は、上部５０１６が圧力要素５０２０に隣接していて、下部５０１６で固定されている。圧力要素５０２０は、リング、ワッシャー、または同様の環状の形状をしており、ここでは、断面で示される。アクチュエーションに際して、力要素５０１４は、力を、部分５０１８を介して、圧力要素５０２０上に下方に作用させる。圧力要素５０２０は、変形可能なメンバー５０１０を作動流体要素５００２の方向に押圧し、図９３に示されるように、凸部５０２２を形成する。力要素５０１４が脱アクチュエートされるとき、変形可能なメンバー５０１０の弾性、および／または、流体要素の５００２の動力学は、変形可能なメンバーをして、実質的に、図９１のそのアクチュエーション前の形状に戻らしめる。この図解は、変形可能なメンバーが、そのデフォルト状態において平坦であること、かつ、力要素のアクチュエーションはそれをしてカーブ表面を提示せしめることを仮定しているが、しかし、図９２はデフォルト状態を示し、ここで、力要素のアクチュエーションは図９１の構造を生成することは、容易に理解されるであろう。
【０２８２】
以前に述べたように、変形可能なメンバーの両表面は、通常、流体と対面しており、かつ、しばしば、直接接触している。たとえば、１つの表面は、しばしば雰囲気空気と接触している。他の表面は、作動流体と接触していることができるが、しかし、両側上にガスを用いることができる。実際、ガス／ガス、ガス／液体、液体／ガス、および液体／液体、の任意の結合が可能である。しかしながら、変形可能なメンバーの少なくとも１つの側は、たとえば、周囲雰囲気に対向しているように、作動流体と対面している、あるいは、接触している。
【０２８３】
力要素は、変形可能なメンバーを変形させるために、かつこれにより、焦点長さ、および／または、光軸の方向を変更するために、力を導入する。本発明の力要素は、変形可能なメンバーの中央軸の周りに、対称的に、かつ周囲的に、の両方をもって、配置されている。この文脈において、対称性は、力要素の物理的位置付け、または配置によって決定されるのではなく、しかし、どのように力自身が変形可能な膜に関して行使されるかにより決定される。円形の変形可能なメンバーを例にとると、対称的に配置された力要素は、図９３の影を付けられた内側口環により表わされるように、変形可能なメンバーの全周囲の周りに連続的な力を行使するか、または、図９４から９６に示唆されるように、外周の周りに規則的に配置された不連続な力を行使する、のいずれかを行うことのできるもの、である。図９３から９６のおのおのにおいて、５０３０は、変形可能な膜の表面を表わし、影を付けられたエリア５０３２は、力がその膜の周囲の回りで力要素（図示せず）を介してその上に行使されるエリアを表わす。
【０２８４】
力要素は、レンズ要素の内側にあることができ、またはそれは、レンズ要素の１つ、またはそれ以上の壁を備えることができ、またはそれは、レンズ要素の外側にあることができる。
これらの形状の結合は、また、可能である。さらに、“周辺の“は、レンズ要素が、閉じた周辺であって、かつ、それは、全体がカーブ（円、長円、卵、砂時計、または楕円等におけるような）よりなる、または、線セグメント（三角形、矩形、または、他の正多角形、または不規則な多角形におけるような）よりなるものを、持つであろうことを、言及する。周辺は、また、カーブと線セグメントとを結合することもできる。
【０２８５】
レンズは、代替的に、作動流体と変形可能なメンバーとの結合よりむしろ、単一の構成要素であることができる。この実施形態においては、レンズは、少なくとも一部において光学的に透明であるシリコーンのように、変形可能であり、任意に弾性的に変形可能な、ソリッドである。この実施形態は、図９７から９８に示される。図９７は、変形可能なソリッドのディスク５０４０、その上には、ワッシャー形状の圧力要素５０４２が休む、を描く。図９８において、圧力は、圧力要素５０４２に作用されており、それを下方に移動させる。ソリッド５０４０は、単に、力の方向から比例的に離れるように動くように自由ではない−たとえば、それは、ガラス表面上に休み、かつ、側壁により周囲的に制限されることができ、−かつ、それゆえ、圧力要素５０４２はソリッド５０４０内に押下し、凸表面５０４４の形成を生じる。
【０２８６】
図９７および９８は、図解的であるのみであり、かつ、いくつかの変形が利用可能である。たとえば、下方に押下されるよりむしろ、圧力要素５０４２は、変形可能なメンバーの高さの下から作用する力により下方に引っ張られる。あるいは、圧力要素２は、ソリッド１の周囲の少なくとも一部を囲み、かつそののちその直径を、圧縮する、または絞るアクションにおいて低減した直径を持ち、凸部分５０４４をつくる。“ソリッド５０４０の周囲の少なくとも一部”により、圧力要素５０４２は外周の周りに完全に伸び、しかし、ソリッド５０４０の外壁の高さより低い高さを持つことが意図される。
【０２８７】
たとえば、図９９は、比較的狭い、ワッシャー形状をした圧力要素５０４６が、変形可能なメンバーの外壁の周りに伸びる実施形態を示しており、図１００は、比較的広いワッシャー形状をした圧力要素５０４８が使用されている実施形態を示している。
【０２８８】
以下の議論は、図１０１のことを言っており、ピストン５１０２、流体５１０４、および、３つの形状、平坦（４ａ）、凸（４ｂ）、凹（４ｃ）に示された変形可能なメンバー５１０８、を持つレンズ要素５１００を示す。この構成において、初期の機械的力は、ピストン５１０２が、電気的エネルギーがピストンを駆動するモータ（図示せず）に印加されるのに応答して移動し始めるとき、生成される。移動するピストンの機械的エネルギーは、そののち、それが直接接触している流体に伝達され、ピストンからの力をピストンヘッドをすぐ接して取り囲む流体に伝達する。この力は、次に、それが変形可能な膜に達するまで、流体を通って伝播される。これにより、このタイプのシステムにおいては、膜の変形を起こす機械的な力は、３つの流体ゾーン、第１のゾーンは、機械的な力が最初に発生されるところに近く、この例ではＦｔと表現される、第２のゾーンは、この例ではＦ２と表現され、これを通って、力は（矢印で示されるように）流体を通ってピストンから膜に伝達され、および、第３のゾーンは、そこでは、流体は、変形可能な膜と接触し、Ｆ３と示される、を通って伝播する。
【０２８９】
図１０１は、それにおいては、変形する力が、力要素と、変形可能なメンバーとの間で方向を変えるレンズ要素を、示している。最初の力は、５１０２の面から、表わされたように、右に伝播し、しかし、ピストンの面と、変形可能な膜５１０８の表面との間で流体チャンバーを横切っている間に水平方向から縦方向に遷移しなければならない。
【０２９０】
力が方向を変えるもう１つの形状は、膜の形状に影響を与えるために、流体を、１次流体容器に加え、または、それから引き出すように使用される、２次流体容器の使用を含む。１つの例が、図１０２に示され、これは、２方向セルフシールバルブ（図示せず）を組み入れており、流体体積を、１次流体容器５１１２と、２次流体容器５１１４とに分けるシールメンバー５１１０を付加している点を除いて、図１０１と同じである。ピストン５１０２の動きは、１次と２次容器の間の流体の移動を生じ、流体は、変形可能な膜に半径方向となる１次容器に付加され、または、から引き出される。
【０２９１】
類似の構成は、図１０３に示され、変形可能な膜５１２０、１次流体容器５１２４、および、１次流体容器５１２４とシール可能な２方向バルブ（図示せず）を介してインタフェースする２次流体容器５１２６、を示している。ピストンのような動きの力は、流体を、２次容器５１２６から１次容器５１２４に押す、かつ／または、流体を１次容器５１２４から２次容器５１２６内に引き、これにより変形可能要素を変形させるように、働く。ここで再び、膜を変形させる力は、２次容器５１２６内、かつ、変形可能な膜に水平、又は横方向である界面５１２２に隣接する１次容器５１２４内に初期要素を持ち、ここで、該力はそののち、それが１次容器５１２４を通って界面から膜に進む、または伝播されるとき、変形可能な膜に軸方向となる方向に変換される。
【０２９２】
代替的なアプローチにおいては、膜を変形させる力は、それが最初の生成の点から膜に伝播するとき、主に、又は全体的に、膜に対し軸方向となる。図１０１および１０２において、これは、レンズ要素の（示されるような）水平方向部分をとり、それを９０°時計方向に回転させ、かつ、それを、少なくともバルブが、１次流体容器と界面５１２２で直接通信するよう位置合わせさせることにより、可視化されることができる。しかしながら、これは、図１０４に示されるように、２次容器を、それが接続する１次容器の面より、直径または断面においてより小さくし、かつ、２次容器を、１次容器の光軸からオフセットすること、によるように、光軸を妨害しないような態様で、遂行されなければならない。
【０２９３】
人が、このようなレンズ要素を製造し、それをデバイス内での使用のためにマウントまたはハウジング内にフィットさせる実際的な側面を考慮するとき、図１０４に示されるようなレンズ要素の不規則な形状は、最適ではなく、２次容器を設けることは、付加的な機械加工、および、ピストンまたは流体を一次容器と２次容器との間で移動させる他の動的な力、等、の比較的複雑な配置を、生ずるであろう。この構造は、また、２次容器を、組み立て時、および使用中の両方において、２次容器が、シフトされて、これにより１次容器との界面を損傷し、破壊する前に、耐えることができるであろう力量に依存して、よりダメージに対して耐性のあるものにすることができる。また、図１０１および１０２に関して、レンズ要素の水平部分を単に回転して、これをして、膜との軸方向の位置合わせがなされるようにできるかは、ピストン要素は、そのときは、もし全体的にでなくとも、少なくとも部分的に光軸を妨害するであろうので、明らかではない。
【０２９４】
力要素によるその開始から、変形可能膜によるその吸収までの、力がたどるパスは、変形可能膜に対して横方向であるか、変形可能膜に対して軸方向であるか、両者の結合であることができる。この文脈において、用語“横方向の”、または“軸方向の”は、変形可能膜の表面を通って通過する、かつこれに垂直である線に関して、その表面が平坦（あるいは、もし決して平坦でなければ、中央点または軸でその表面に対して垂直）であるときに用いられ、“横方向の”力は、このような線に対して垂直、または実質的に垂直であり、“軸方向の”力は、このような線に対して、平行、または実質的に平行である。代替的に、均一のカーブを有する変形可能膜を与えられて、用語“横方向の”、または“軸方向の”は光軸に関して用いられ、用語“横方向の”力は、光軸に垂直、または実質的に垂直であり、“軸方向の”力は、光軸に平行、または実質的に平行である。このような力の図解的な例は、図１０５に示されており、円筒形状変形可能膜の円形表面５１５０、中央線５１５２（これは、変形可能膜５１５０が均一の湾曲を持つとき光軸と考慮される）、横方向の力Ｔ、および軸方向の力Ｌを、描いている。この表現において、横方向の力Ｔは、変形可能膜の円形表面に半径方向であり、軸方向の力Ｌは、中央線または光軸、それは、円に対する法線であり、かつその中心を通る、に、平行、又は実質的に平行である。当業者は、変形可能膜の表面に印加される任意の力、それは、その表面に純粋に横方向、または軸方向ではない、は、横方向成分、および軸方向成分に分解され得ることを、容易に理解するであろう。
【０２９５】
力要素からの力を伝達するよう変形可能なメンバーに接触する圧力要素を用いる実施形態においては、圧力要素の大きさ、形状、および組成は、それが接触している変形可能なメンバーの表面の材料との化学的置換可能性、磨耗、コスト、機械加工の容易さ、および機械加工の精度を最小化するために圧力要素と変形可能膜との接触点での最小の摩擦係数を得ること、を含む、種々のゴールを達成するために変更することができる。また、変形可能なメンバーに接触する圧力要素の表面のいずれも鋭いエッジでないことが、好ましく、該表面のいずれも、線により表現されるエッジ、あるいは、矩形ソリッドのエッジにおけるように、２つの平坦な表面の直接の交差により生ずるエッジ、ではないことが好ましい。むしろ、変形可能なメンバーに接触する圧力要素のすべての表面は、そうでなければ、２つの平坦な表面間の鋭いエッジであろうものを、図１０６に表わされるように、丸め、圧力要素５２００の断面詳細において、平坦な表面５２０２、平坦な表面５２０４、および、湾曲した交差する表面エリア５２０６を示すことにより、または、図１０７、１０８、１０９、および１０１、にそれぞれ示される、円形、長円、卵、又は楕円形状に、または、直線を持たない断面を持つ他の形状、にある断面を持つ形状を持つ、全体圧力要素を与えることにより、のいずれかにより、湾曲しているべきである。
【０２９６】
大きさおよび形状は、また、変形可能な膜の、これらの２つの要素の関係の変化に対する応答の速度および大きさに影響を与えるよう、変化させることができる。たとえば、図１１１および１１２は、相対的に幅の狭い、および幅の広い圧力要素５３０２、それぞれ、リングまたはワッシャー形状にある、の使用を示す。図１１２の圧力要素は図１１１の圧力要素より変形可能な膜のより大きい表面エリアをカバーしているので、かつ、該膜は変形可能であるので、図１１１および１１２の圧力要素を等しい量だけ下方に動かせると、図１１３および１１４に示されるように、実質的により大きい凸表面を生成する図１１２の圧力要素を、その結果生じる。代替的に、もし、両圧力要素に、同じ量のカーブ、又は凸を生成することが望ましければ、そのときは、図１１２の圧力要素は、図１１１に示される圧力要素よりより小さい距離移動して同じ効果を遂行する。
【０２９７】
リングを作るための、より重いまたはより軽い材料の選択は、また、レンズモデュールが与えられた量の力の入力に対しどれほど応答的であるかに、それらは、より軽い材料より、力の印加に対して異なって応答するので、影響を与えるであろう。同様に、光学流体構成要素の粘性、および／または、特定の重量は、システムの応答性に影響を及ぼし得る。
【０２９８】
ここで議論された実施形態のいくつかのは、主に変形可能な膜に軸方向である方向において作用する力要素を描いているが、力要素は、主に変形可能な膜に対して正弦方向の、または半径方向において作用することも可能である。たとえば、平坦な変形可能なメンバー上を押圧して凸表面をつくる圧力要素を用いるよりむしろ、何らの力が与えられておらず凸である表面を持つ変形可能なメンバーを構築し、かつ、そののち、図１１５および１１６に示されるように、該表面の凸性を減少させるために、変形可能なメンバー上に半径方向外方に力を作用させることが可能である。図１１５は、なんらの力も、圧力要素５３１６により作用されておらず凸である、レンズ要素の凸表面５３１２を示す。アクチュエーとされるとき、圧力要素５３０４は、半径方向外報に移動し、または伸張し、図１１６に示されるように、レンズ要素の上表面を伸張させ、かつ、凸表面４３１２を平坦化させる。
【０２９９】
圧力要素５３１６と変形可能な要素間の、このアプローチを遂行するのに必要な結合は、数々の方法で遂行することができる。たとえば、圧力リング５３１６は、圧力要素の半径方向外方への動きが、示されるように、変形可能な要素の直径を伸張させるよう、変形可能な要素の表面に接着される、または、変形可能な要素の内側に置かれることができる。圧力要素は、変形可能なメンバーの上表面の外側周囲内の溝内に、凸部分５３１２を囲むリジッドな、かつ少なくとも部分的に電気的に導電性のリングまたはワッシャー形状要素により所要位置に保持されて在り、該リング又はワッシャー形状要素は、圧力要素にエネルギー供給するために、電気的なコンタクトとして、または、１つ、又はそれ以上の電気的接続のための電線管として使用される。
【０３００】
もう１の実施形態において、圧力要素は、変形可能要素上に少なくとも部分的に対向する力を作用させることができる。これは、たとえば、変形において与えられた変化を作るのに必要な物理的動きを低減させるために、または、与えられた変形が達成される速度を増大させるために、用いることができる。このような構造の簡単化されたバージョンは、変形可能なメンバー５４０２、変形可能メンバーハウジング要素５４１８、圧力要素５４０８、および、ピボット点５４１０を備えたレンズ要素５４００を含んで、図１１７に示される。変形可能要素は、ハウジングと一体である、または、それに取り付けられており、たとえば、変形可能なメンバーの表面は、図１１８に描かれたように、ハウジングを上側および下側部分から構築し、上側部分５４１６と下側部分５４１８の間の膜５４０２のエッジ部分５４１２をシールすることによる、等により、そのエッジが、ハウジングに、接着され、クランプされ、シールされ、または他の方法で取り付けられた膜であることができる。
【０３０１】
この構成においては、１つの力要素は、その動きが、図１１７の上側のカーブした矢により示唆されるように、変形可能な膜上に一般に下方に押圧し、角度のついた直線矢印により示されるように、変形可能な膜に一般に下方への力を分け与えるように、配置されている。もう１つの力要素は、その動きが、図１１７の下側のカーブした矢、および直線の水平方向の矢により示唆されるように、変形可能な膜の下側エッジをして半径方向外方に移動せしめるように、構成されている。これらの２つの動きは、いずれかの力が単独で作用するときより、より早く変形可能膜を平坦化する累積的な効果を持つであろう。これは、示されるように、揺り椅子形状をしている単一の力要素を用いて遂行することができ、そこでは、力要素は、ピボット点５４１０の周りにピボットし、上側アームを変形可能要素上に下方に押圧し、一方、下側アームは、変形可能膜の外側エッジを半径方向外方に引く。代替的に、力要素は、２つ、又はそれ以上の別々に作用する要素として設けられることができ、これは、動きに対するより大きい制御を可能とするであろう。もし、たとえば、図１１７に示される力要素の上側および下側アームが、別々にアクチュエート可能であれば、レンズ要素は、与えられた電圧が印加されるのに応答して、３つの応答の電位レベル、１つは上側力要素のみに印加される電圧用のもの、第２は下側力要素のみに印加される電圧用のもの、および第３は両者に印加される電圧用のものを持つであろう。
【０３０２】
ここで、他のところでも気づかれるように、力要素は、変形可能なメンバーの周囲、または周縁の周りに完全に伸びる単一要素であることができ、または、複数の分離した、または離散的な要素であることができる。図１１９は、レンズ要素の上から見た、かつ、光軸に沿って見下ろした、単一要素の１実施形態の簡単化された表示である。ここで、５４３０は、変形可能な膜の上表面であり、５４３２は、変形可能膜の周囲の周りの環状力要素の物理的な配置を表わす。影を入れられたエリア５４３４は、変形可能な膜の表面のエリアであって、圧力要素により直接接触される、または、圧力要素からの力を、圧力要素の上側部分の変形可能な膜の表面（図示せず）との超配置を通して等により、受けるエリアを表わす。
【０３０３】
図１２０は、もう１つの実施形態を示し、これにおいては、力要素は、球体形状の変形可能な膜５４５４の周縁の周りのいくつかの離散的な力要素５４５０よりなり、これらは、変形可能なメンバーの外側表面の連続的な環状エリア５４６０にわたって力を作用させる。これは、おのおのの離散的な力要素の変形可能なメンバーの表面と接触する部分を、おのおののこのような部分が、変形可能なメンバーと同心の円のアークの形にあり、かつ、それらの間にギャップがほとんどない、または全くないような大きさであるように、適切に構成することにより、達成することができる。この構造においては、このようなアーチ形のコンタクト部が、それらが、単に変形可能な膜上に下向きの力を行使することなく休む位置にあるとき、おのおののこのようなアーチ形の部分間に、それらがアクチュエートされ、変形可能な膜内に押下するとき、それらが相互に干渉しないように、小さいギャップを許すことが必要である。代替的に、コンタクト部分は、おのおの、相対的に小さくあることができるが、しかし、変形可能なメンバーに直接接触することなく、それらは、ここまで他のところでも述べたように圧力要素と接触し、かつ、圧力要素は、各力要素から受けた相対的にポイントタイプの力を、変形可能な膜の周縁または周囲の周りに作用される比較的連続的な力に変換するように働く。
【０３０４】
もし、ここで記述された力要素形状のすべてでなくても、多くは、レンズ要素、または変形可能なメンバーの内側となる配置に適合されることができる。レンズ要素が光学流体要素を含むところでは、このような配置は、ミネラル、またはシリコンオイル等の、非導電性の光学流体の使用を、要求する、あるいは、により手助けされる。さらに、図１１７に関連して議論された双対動作する構成について、両内側および外側力要素の結合、これは、互いに独立に、互いに同時に、あるいは各モードを選択的に動作するよう構成され得る、が使用され得る。
【０３０５】
単一要素の使用は、変形可能な要素の力に対するより均一な、または対称な応答を促進するもので、一方、複数の離散的な要素の使用は、変形可能な要素の可撓性、または堅さに部分的に依存し、変形可能な要素のより非対称な変形を生む。比較的に剛性のある変形可能な要素は、比較的に可撓性のある変形可能要素より、該要素の一点に印加された力を隣接する領域により広く、かつより均一に伝達するであろう。たとえば、ゴールが、全体の変形可能膜にわたっての均一な、かつ対称な応答である場合、変形可能な膜をつくるための比較的に可撓性のある変形可能材料の使用は、変形可能な要素の周縁、または周囲の周りに均一に力を印加することのできる、リング、またはワッシャー形状を持つ等のような、単一の力要素の使用を好み、一方、変形可能な膜をつくるための比較的に硬い変形可能な材料の使用は、結合された使用においてさえも、変形可能な膜の不連続なエリアに力を作用させる、複数の力要素の試用を可能とするであろう。
【０３０６】
ここで議論されたアクチュエータポリマーに加えて、他の構成、またはデバイスが、力要素として使用され得る。ピエゾ電気要素は、伝達のための動きの力を、液体を通じて水圧的に、気体を通じて空気圧的に、または、押しリングのような１つ、またはそれ以上の伝達要素を通して機械的に、のいずれかで、生成するのに用いられる。ヴォイスコイル構成は、変形可能な膜を変形させるために、レンズ要素の磁気的な構成要素上に作用する磁界を、生成する、および変えるよう、使用され得る。図１２１は、コンテナー５５０２、これは、次にハウジング５５０３内にある、内に流体構成要素５５０１を持つレンズ要素を示す。ハウジング５５０３は、ヴォイスコイル５５０４、これは、変形可能な膜５５０６を変形させるよう磁気的圧力要素５５０５上に作用する、により取り囲まれている。
【０３０７】
図１２１の実施形態において、圧力要素は磁気的であり、ヴォイスコイルは、コイルが活性化されたとき、圧力要素が、変形可能要素を、それがヴォイスコイルにより生成された磁界に向けて引かれた、あるいはそれから反発されたとき、変形させるよう位置されている。ヴォイスコイルを組み込んでいるレンズ要素は、いくつかの形状パラメータを、たとえば；
a. ヴォイスコイルは、固定、または移動可能である；
b. ヴォイスコイルにより生成された磁界は、コイル自身を、または、磁気的であるレンズ要素のもう１つの部分を移動させることができる；
c. コイルそれ自身であっても、または、いくらかの他の構成要素であっても、ヴォイスコイルにより生成された磁界に応答して移動する要素は、直接に、または、１つ、またはそれ以上のリンクを介して、変形可能膜上に（変形可能膜の頂面上に位置する圧力要素を介して等）、または、それは次に変形可能膜上に作用する、光学流体要素上に作用する；
d. ヴォイスコイルは、光学流体要素の下を含み、変形可能な膜の高さより上、同じ高さ、または、その下に位置することができる；
e. ヴォイスコイルは、図１２１に示されるように、ハウジングの外に、図１２２に示されるように、ハウジング内に、しかし光学流体要素の外に、あるいは、光学流体要素内に、位置することができる；
f. ヴォイスコイルは、光学流体を収容するハウジングの底に、ヴォイスコイルの移動が流体容器を収縮させる、又は伸張するよう、取り付けられる、
を持っており、これにより、変形可能な要素を、凸、または凹のいずれかの方向に変形させることができる。この実施形態は、図１２４に示されており、変形可能要素５５０５を持つ容器５５０２内に流体要素５５０１を持つ、容器５５０２は今度はハウジング５５０３内にある、レンズ要素を、示している。ヴォイスコイル５５０４は、容器５５０２の底に取り付けられており、これは、少なくとも長軸方向に可撓性のある（たとえば、側壁は弾性的、または、ひだのあるもの）ものであり、かつ、ヴォイスコイル５５０４の下側部分は、もう１つのハウジング要素（図示せず）に固定されている。ヴォイスコイルを下方に引くための固定磁石の使用、およびヴォイスコイルへの電圧の印加は、図１２５に示されるように、凹の変形可能なメンバー５５０６ａを生じ、一方、ヴォイスコイルの上方への駆動は、図１２６に示すように、凸の変形可能なメンバー５５０６ｂを生ずる。
【０３０８】
代替的に、磁気−光学流体、すなわち、磁気的にも応答性のある光学流体、である工学流体構成要素の使用を、見ることもできる。もし、容器５５０２の壁が、十分に弾性的である、および／または、伸張および圧縮のために（アコーディオン形状にあるように、ひだのものである、のように）構成されていれば、ヴォイスコイル、および磁石は、磁気の変化に応答して、容器の伸張、または圧縮を有効とするよう位置せられることができ、このような容器の移動は、変形可能なメンバーの変化を有効とする。
【０３０９】
ヴォイスコイルは、たとえば、単一の、または２重のヴォイスコイルであり得る。それは、変形可能なメンバーの水平位置の上、その位置、またはその下に、在ることができ、かつ、ヴォイスコイルの水平位置の上、および／または、下に位置する１つ、または、それ以上の固定磁石と相互作用することができる。ヴォイスコイルは、変形可能なメンバー、および／または、光学流体用のハウジングまたは容器に、ヴォイスコイルの移動が変形可能なメンバーの変形に影響を与えるように、機械的に連結され得る。あるいは、ヴォイスコイルは、相対的に固定されていることができ、かつ、変形可能なメンバーの変形は、ヴォイスコイルにより生成される磁界の、磁気圧力要素、または磁気揺り椅子アーム等のレンズモデュールの１つ、又はそれ以上の部分上の磁気構成要素との相互作用により達成される。
【０３１０】
本発明は、また、ときどきは、レンズマーカーの方程式と言われる以下の方程式の文脈で、議論することができる。
2010513952.tif 000007
方程式において、
ｆ  は、レンズの焦点長さ、
Ｎ  は、レンズ材料の屈折率、
Ｒ1  は、光源に最も近いレンズ表面の曲率半径、
Ｒ2  は、光源に最も遠いレンズ表面の曲率半径、および
ｔ  は、レンズの中心厚さ（光軸に沿っての２つの表面頂点間の距離）
である。
【０３１１】
上記方程式を参照して、本発明の可変レンズは、焦点長さｆを、Ｒ１およびＲ２のいずれか、または両方を変化させることにより、変化させることができる。レンズ要素の一方の側が、ガラス、またはプラスチックプレート、または他の境界層が、レンズの一方側を限るのに用いられているところでのように、平坦のままであるそれらの実施形態においては、Ｒ２は、無限大（平面の曲率半径）になり、かつしたがって、
2010513952.tif 000008
は、ゼロに近づく。もし、レンズの中心厚さがＲ１および／またはＲ２の変化と同時に変化せられる、変形可能なソリッド、または流体／変形可能メンバー構造のいずれであっても、単一レンズ要素の使用を可能とすることが、本発明の可変レンズの特徴でもある。
【０３１２】
以前にも記したように、ゴールが、あるタイプの狂いを訂正する、あるいは低減することであり、かつ、この点に関して、変形可能な領域にわたって、変形可能なメンバーの厚さ、および／またはマイクロトポグラフィーを変化させることができ、非球体形状の属性を持つ構造を、それ例外に本発明により可能とされる可変性を維持しながら、結果生じることができる状況が、あり得る。平面構造のこの変形は、変形可能なメンバーが、使用において遭遇すると予想される変形の方向および度合に鑑み、実行されることができ、かつ、変形可能なメンバーの使用の間に起こる任意の均一でない薄層化を訂正するために、用いることもできる。たとえば、変形可能なメンバーのエッジ部分または領域が固定されており、内部部分のみが変形を行うと仮定して、変形可能な膜が比較的に平坦な又は水平の形状から、凸または凹の形状に変形するとき、内部領域の中央部分が隣接する領域よりより大きい薄層化を経験することが、あり得る。この現象を用いることは、望ましいであろうが、しかし代わりに、それを最小化し、または削減することも望ましいであろう。これは、単に、変形可能なメンバーのプロファイルを、エッジで比較的により薄いから中央で比較的により薄いに、２つの領域が変形されるとき厚さにおいて等しいように、進行させることにより、なされることができるか、あるいは、変形可能膜の微構造を、変形可能膜の光学的特徴が、それが平坦から凸または凹に変化するとき比例的に一定を維持するよう設計する、又は作用させることが可能であろう。
【０３１３】
変形可能なソリッドのレンズ要素、および流体を変形可能なレンズ要素と結合させるレンズ要素は、図１２７、および１２８に示されるように、レンズの両方の側、または表面上で使用において変形可能である。図１２７の変形可能なレンズ要素につき、変形可能なソリッド５６０１の“下側”表面５６０２ｂは、中央の開口領域５６０４を持つリジッドな境界要素５６０３（断面でのみ示される）により支持され、下側表面５６０２ｂをして、力要素からの力に応答して形状を変えることを許す。たとえば、下側表面５６０２ｂ、これは示されるように凸状である、は、上側表面５６０２ａの周囲にコンタクトする、かつ、変形可能ソリッド上に下方に、かつ／または内側に、押圧する圧力要素（図示せず）上に力要素により作用される力に応答して、より凸になることができる。下側表面５６０２ｂがどれくらい変形可能である、あるいは弾性的であるかに依存して、開口の大きさ、および／または形状は、下側表面が、力要素から入力される任意の力が無いとき実質的に平面状である、ようなものである。下側表面５６０２ｂは、また、付加的な力要素により、分離した力要素が独立に、かつ／または結合して、上側、および下側表面上に作用することができるように、分離して制御されることができる。代替的に、リジッドな境界要素５６０３は、リジッドである、すなわち、中央開口を持たない、ものであり、これにより、下側表面５６０２ｂを、力要素により与えられる力に応じても変化しない、平面状、凸、または凹である、所定の形状に維持することができる。
【０３１４】
変形可能なソリッドのレンズ要素、および流体を変形可能なレンズ要素と結合させるレンズ要素は、図１２７、および１２８に示されるように、レンズの両方の側、または表面上で使用において変形可能である。図１２７の変形可能なレンズ要素につき、変形可能なソリッド５６０１の“下側”表面５６０２ｂは、中央の開口領域５６０４を持つリジッドな境界要素５６０３（断面でのみ示される）により支持され、下側表面５６０２ｂをして、力要素からの力に応答して形状を変えることを許す。たとえば、下側表面５６０２ｂ、これは示されるように凸状である、は、上側表面５６０２ａの周囲にコンタクトする、かつ、変形可能ソリッド上に下方に、かつ／または内側に、押圧する圧力要素（図示せず）上に力要素により作用される力に応答して、より凸になることができる。下側表面５６０２ｂがどれくらい変形可能である、あるいは弾性的であるかに依存して、開口の大きさ、および／または形状は、下側表面が、力要素から入力される任意の力が無いとき実質的に平面状である、ようなものである。下側表面５６０２ｂは、また、付加的な力要素により、分離した力要素が独立に、かつ／または結合して、上側、および下側表面上に作用することができるように、分離して制御されることができる。代替的に、リジッドな境界要素５６０３は、リジッドである、すなわち、中央開口を持たない、ものであり、これにより、下側表面５６０２ｂを、力要素により与えられる力に応じても変化しない、平面状、凸、または凹である、所定の形状に維持することができる。
【０３１５】
同様に、図１２８の可変レンズ要素の下側表面５６０２ｂは、リジッドな境界要素であるよりむしろ、付加的な変形可能なメンバーであり、かつ、そののち、上側変形可能表面５６０２ａに対し同様に機能し、上側表面５６０２ａの形状に影響を与えるように用いられる力要素と同じである力要素に、またはこれに加えて、応答する。以前のパラグラフで議論した変形可能なソリッドの形状に類似して、下側変形可能表面５６０２ｂは、付加的な力要素により分離して制御されることができ、分離した力要素は、上側の、および下側の表面上に、独立に、及び結合して作用することができる。代替的に、下側変形可能要素５６０２ｂは、下側表面５６０２ｂを、平面状、凸、または凹であり得る、かつ力要素により与えられる力に応じても変化しない、所定の形状を維持するリジッドな境界要素（図示せず）により限定され、あるいは制限されることができる。
【０３１６】
さらなる代替物として、リジッドな境界要素それ自身は、凸、２つの凸、凹、２つの凹、平面−凹、凸−凹、等の任意のレンズ形状にて、または、メニスカスの形状にて設けられ得る。これにより、図１３０を参照して、レンズ要素は、ハウジング５６５０、および光学境界要素５６５４を含むことができる。ハウジング５６５０、および光学境界要素５６５４のいずれか、または両方は、レンズ要素の光学パスにおのおの対応するその領域において、上記でリストされたものを含み、任意のレンズ形状にて設けられ得る。
【０３１７】
境界要素それ自身は、以前に記述したように、ガラス、又はプラスチック等のようにリジッドであってよく、あるいは、エラストマーのように変形可能であってよい。境界要素が、変形する力がレンズ要素に印加された結果してもなんらの変形を行わないことが望まれるとき、もし、境界要素の弾性が、レンズ要素が最大変形にあるとき、境界要素がそれに通信されるであろう力またはエネルギーに応答しての変形をしないようなものであれば、十分である。たとえば、レンズモデュールが、レンズ要素および力要素を含み、レンズ要素が、流体が境界要素と膜間にエントラップされて、流体および変形可能膜よりなり、かつ、圧力要素が変形可能膜を変形させるよう用いられる場合、もし、境界要素が変形しないことが望まれるなら、そのときそれは、圧力要素が変形可能膜上に最大圧力を作用させているとき平面状のままを維持するよう、十分にリジッドであるべきである。言い換えると、境界要素がレンズモデュールの動作の間に変形しないことが望まれるとき、境界要素はこのような条件下では変形しないことのみが必要であり、それが、完全にリジッドである、あるいは変形不可能である、ということが必要なのではない。
【０３１８】
上記したように、ガラスは、境界要素として使用することができ、種々の光学ガラス材料が、米国  ニューヨーク州、コーニングの、コーニング  ディスプレイテクノロジーズから入手可能な、コーニング（登録商標）、ＥＡＧＬＥ  ２０００TM  Ｄｉｓｐｌａｙ  Ｇｒａｄｅ  ガラス、および、米国  ペンシルベニア州、ダーイアの、ショット  ノース  アメリカ  インコーポレーティッドから入手可能な、Ｎ−ＢＫ．７  ガラスを含む。境界要素は、約０．１ｍｍから約１ｍｍ、たとえば、０．２、０．３、０．４ｍｍを含む、任意の適切な厚さであることができる。
【０３１９】
また、変形可能膜の疲れ、または他の要因から生じる光学特性の可能な変化に対して保護するために、自動起動校正ルーティン、および／または、オンデマンドの、またはユーザ起動の校正ルーティン等の、種々の校正ルーティン又は能力を、レンズ要素を用いた装置内に組み込むことが望ましいであろう。
【０３２０】
校正プロセスは、本発明の特徴を用いた装置を校正するために役立つであろう。校正は、システム要素が適切に動作することを確かめるためのすべてのパワー−オン−シーケンステストを行うことを含み、システムを開始させることにより開始できる。パターンまたは符号化されたシンボルを載せているテストターゲットは、第１のテスト位置に置かれる。第１のテスト位置にあるとき、ターゲットは、一般に、可変レンズを備えたハンドヘルドリーダーに対して定義された距離、および方位にあるであろう。可変レンズ制御信号（いくらかの実施形態においては、電圧）は、ターゲットのための受け入れ可能な、かつ好ましくは最適の、焦点条件を得るよう調整される。ターゲットの距離および方位、および可変のレンズ制御信号パラメータ（たとえば、電圧の大きさおよび符号、パルス期間、遷移時間、繰り返しレート等のタイミング特徴）は、未来の使用のために不揮発性メモリー、たとえばテーブル内に記録される。
【０３２１】
ターゲットを、新しい位置および方位に位置させ、可変レンズに印加される可変レンズ制御信号を、満足のできる、かつ好ましくは最適な焦点を得るよう制御し、ターゲットの位置および方位、および可変レンズ制御信号パラメーターについての情報をメモリー内に記録するプロセスステップを、反復的に繰り返し、校正パラメーターのより完璧な、かつ詳細なセットを与えるようにすることができる。繰り返しの数は、校正ステップを遂行することを拡張したいと欲する時間および努力の量、および観察された構成パラメータを記録するのに利用可能なメモリーの量のみによって制限される。校正テストで得られた情報は、対応するイメージャー（またはいくらかの場合には、同様のタイプのもう１つのイメージャー）を、該校正情報を、閉じたループモードでの動作のための初期設定として、または、開ループ動作モードでの離散点のための固定した動作条件として用いて動作させるときに用いることができる。
【０３２２】
本発明は、２つの流体間の界面の形状を変更する原則を用い、流体界面の光学チルトを制御して、可変レンズに対する出射光学軸角または方位を調整する能力を与える。このような出射光学軸角の調整の１つの応用は、ハンドジッターまたはハンドモーションにより生じる角度的動きを補償するメカニズムおよび方法を、与えることである。本発明はそれゆえ、イメージャーまたはリーダーを含むハンドヘルドデバイスにおける、ハンドジッタリングまたはハンドモーションにより原因されるイメージセンサーの有害な効果をも、取り扱う。イメージスミアは、イメージ品質の劣化の主要な源の１つであった。イメージスミアおよび同様の劣化メカニズムは、バーコード読み取り応用における低下したデコードレート、またはイメージ獲得応用における低下したコントラストおよびブラーイメージを生じた。いくらかの場合には、ハンドジッターまたはハンドモーションは、イメージが正しく処理されることを妨げるに十分厳しいイメージ劣化を生じ得る。
【０３２３】
本発明においては、無意識の動きに対抗する付加的な要素を備えた可変レンズ（“耐−ハンドジッター可変レンズ”）は、先行技術において用いられた自動焦点および可変角プリズム機能（タケダら、に対する米国特許第６，７３４，９０３号明細書、および日本特許公開第２−１２５１８号公報に提示されるような）を、より少ない移動部を持ち、かつ早い応答時間を与える単一の低コスト構成要素に結合するのに用いることができる。
【０３２４】
図１３５は、光軸方向の調整を許す可変レンズと種々の構成要素間の関係を示す模式図６５００である。光軸制御システムは、水平方向角速度センサー６５１０、水平方向チルト電圧ｄｈを生成する制御モデュール６５１２、垂直方向角速度センサー６５２０、垂直方向チルト電圧ｄｖを生成する制御モデュール６５２２、焦点電圧Ｖｆを生成する自動焦点制御モデュール６５２２、可変レンズモデュール６４００を、ハンドジッタリングを受け入れるよう、またはこれを訂正するよう制御する制御電圧を同期させる分配器モデュール６４００を、備える。代替的に、光学システムの軸が方向を変えるとき、イメージセンサー上のイメージは、移動する。プロセッサーは、移動することが期待されていないオブジェクトの動きの大きさおよび方向を抽出することができる。これは、訂正回路への入力として用いることができる。
【０３２５】
いくらかの実施形態において、角速度センサー６５１０および６５２０は、米国  カリフォルニア州  ９４１０４、サンフランシスコ  ワンポストストリート  スイーツ  ２５００の、ＢＥＩ  テクノロジーズ  インコーポレーティッドにより製造される、Ｇｙｒｏ  Ｃｈｉｐｓ等の、商業的に入手可能な低コスト、固体、ジャイロ−オン−チップ製品である。該ジャイロチップは、回転角速度を測定する１ピースの、水晶の、マイクロマシーン化された慣性検出要素である。米国特許第５，３９６，１４４号明細書は、水晶のようなピエゾ電気材料から作られる、両端を有する音叉よりなる回転速度センサーを記述している。これらのセンサーは、検出された回転速度に比例する信号出力を生成する。水晶慣性センサーは、フォトリソグラフィープロセスを用いてマイクロマシーン化されたものであり、かつＭＥＭＳ（マイクロエレクトロ−  メカニカルシステム）技術の最前線にある。これらのプロセスは、毎年、何百万のデジタル水晶腕時計を製造するのに用いられるものと類似している。ピエゾ電気水晶材料の使用は、検出要素を簡単化し、温度および時間に対する例外的な安定性、および増大した信頼性および耐久性を生ずるものである。
【０３２６】
図１３６は、可変レンズ６７００と一対の角速度センサーとの間の関係を示す模式図である。好ましい実施形態において、角速度センサー６７１０，６７２０の２つは、可変レンズ６７００と一体化されて集積モデュール６７３０を形成することができる。角速度センサー６７１０および６７２０は、２つの直交する角速度を検出するよう直交関係に配置されている。いくつかの実施形態において、図１３５に示されるような全体制御回路網は、また、モデュール６７３０内に集積されることができる。この実施形態の利点は、モデュール６７３０をマウントする容易さである。垂直方向、又は水平方向の位置合わせは、必要ない。モデュールは、角速度センサー６７１０および６７２０により与えられた出力電圧ｄｈおよびｄｖにしたがってレンズチルト角を自動的に調整する。
【０３２７】
もう１つの実施形態において、装置および方法が、流体レンズを備えた装置を取り囲む環境における変化に対抗するように設けられる。１つの実施形態において、装置は、流体レンズの（または、その環境の）温度が変化することが観察されるとき、可変レンズ動作信号に対し訂正を与えるようフィードバック（又は、フィードフォワード）制御回路を持つ温度センサーを備える。もう１つの実施形態において、装置は、雰囲気環境における圧力が変化すると観察されるとき、可変レンズ動作信号に対し訂正を与えるよう、フィードバック（又は、フィードフォワード）制御回路を持つ圧力センサーを備える。これは、たとえば、高地（あるいは、真空内でさえも）等の低減した圧力条件下、または、圧力チャンバー内、または水の中等、増大した圧力条件下での可変レンズの動作を有効とする。
【０３２８】
さらにもう１つの実施形態において、可変レンズを備えたシステムは、さらに、可変レンズ自身の、または、可変レンズの１つまたは他の光学的構成要素と結合しての、色、球体形状、昏睡、または他の狂いを訂正する等、可変レンズの１つまたはそれ以上の特定の限定または欠陥を訂正するよう構成された非可変レンズ要素を備える。例として、可変レンズは、分散性の行動、またはカラーエラーを発現し得る。１つの実施形態において、可変レンズにより表わされた符号と反対の符号の分散を与える第２の光学要素が、可変レンズにより導入された分散的エラーを訂正するよう付加される。１つの実施形態においては、分散性要素は、エンボスのある格子、またはエンボスのある屈折要素のような屈折要素である。理解されるように、異なる光学材料は異なる分散性特性を持ち、たとえば、２つのガラス組成物は異なる分散を持つことができ、あるいは、ガラス材料とプラスチック材料の組成物は異なる分散を持つことができる。本発明においては、適切な分散性の特徴を持つ材料は、あるいは、格子又は他の回折素子におけるように、材料の地理を制御することにより適切な分散性特徴を持つように作られた材料は、光学的トレインにおける可変レンズ、及び／または他の構成要素に起因するエラーを訂正するよう用いることができる。
【０３２９】
可変レンズの応用は、それらの、携帯電話内のカメラ等の１つ、またはそれ以上のタイプのカメラにおける使用、高パワーズームレンズを持つカメラ等の高画質デジタルカメラにおける使用、および、自動焦点およびパン、チルト、及び、ズーム（“ＰＴＺ”）を与えることのできるカメラにおける使用を含む。パンニングは、カメラを、代表的には一方側から他方側への水平方向にスイープする動きにて移動させることである。チルテイングは、たとえば、パンニングに直交する方向における垂直方向のカメラ動きである。カメラの機械的な再方向付け、及び、そのレンズの再焦点合わせを用いる商業的に利用可能なＰＴＺビデオおよびデジタルカメラは、よく知られており、かつ、しばしば監視において使用される。チルトまたはパンのような特徴を遂行するためには、２つの光学的に非類似の流体間の界面を、光学軸が、その元の方向から水平に再位置付け（パン）されるように、またはその元の方向から垂直に再位置付け（チルト）されるように、再方向付けすることが必要である。可変レンズによって、両者の再位置付けは、光軸の、水平および垂直の両方向への、ある角度での同時の単一の再方向付けにて遂行することができる。このような再方向付けは、球体形状の地理座標を用いて容易に計算されるが、しかしまた、たとえば、例として、Ｘ線結晶学において共通になされているように、３次元から２次元への投射を用いることを含んで、任意の座標システムにおいて計算することができる。自動焦点、パン、チルト、及びズームのすべてを遂行する１つの方法は、単一デバイスにおいていくつかの特徴を適用することである。
【０３３０】
可変レンズとして構成された１以上のレンズ要素、たとえば、レンズトリプレットを持つことにより、単一要素内に存在する光学的狂いは、レンズの集まりについては低減され、これは、より高品質の光学的イメージを生ずるであろう。トリプレットを最適化するための技術は、レンズ設計技術においてよく知られている。しかしながら、代表的に、任意の与えられたレンズは、与えられた焦点長さシステムに最適化されるものである。代表的に、もし、レンズが光学的素子の１つの結合について最適化されれば、それは、レンズ表面の１つが、単一の流体要素が、焦点長さ等の光学的パラメータを変化させるよう動作するとき起こるであろうように変更されたときは、最適には構成されていない。第２の可変レンズを加えることにより、第１のレンズと第２のレンズの結合は、システムの全体の狂いを最小化するよう最適化され得る。第１のレンズの異なる設定について、第２のレンズの設定における対応する変化を、最適の結合を得るよう行うことができる。２つの可変レンズ表面の湾曲、すなわち、表面光学パワー、かつこのため、また制御電圧、間のこれらの最適化された関係は、たとえば、機械読み取り可能メモリー内に記録されたテーブル内に収容されることができる。このように、所望のシステムの光学パワーの任意の与えられた設定について、２つの可変レンズのための適切な駆動電圧が開発され、かつ、記録された値にしたがって、適用されることができる。望まれる、あるいは有利であるところでは、テーブルの解像度の精度は、線形の、または高次の内挿および外挿の使用を通して増大することができる。
【０３３１】
本発明のレンズモデュールは、広い範囲の種々のデバイスに組み込まれることができる。該デバイスは、ステーショナリーな／固定の、またはポータブルのものであってよく、かつバーコードスキャナーおよびポータブルデータターミナル等のデータ収集装置、ポータブルデータアシスタンツ、ノートブックおよびラップトップを含むポータブルコンピューター、カメラセルフォン、およびスマートフォンを含むコードレスおよびセルラー電話、後者は、無線電話能力を、ネットワーク接続性等（インターネット、ＷＬＡＮ，ＷＭＡＮ，ＷＷＡＮ、または他のもの、のいずれであっても）、音楽またビデオを表示する機能、e−メールを送り、かつ／または、受ける機能等と結合するハンドヘルドデバイスを含む、を含む。これらの製品は急速に変化しており、現在のこのようなデバイスの例は、パーム（登録商標）トレオ（登録商標）、ブラッドベリー（登録商標）スマートフォン（カーブ、８８００、パール、８７００シリーズ、等）；ヘリオ（登録商標）オーシャン、ハート、アンドドリフトデバイス；およびアップル（登録商標）アイフォン（登録商標）を含む。
［実質的に米国特許出願第６０／９６１,０３６号に提示されたテキスト部分の終わり］
【０３３２】
以下に記述されるシステム、方法、および、装置の小さい例は、以下のとおりである：
Ａ１. レンズアセンブリーにおいて使用される装置であって、該装置は:
軸、および変形可能な表面を持つ変形可能なレンズ要素、それの少なくとも一部はイメージ形成光線を送信する；および、
力を前記変形可能な表面に分け与えるよう配置された力分け与え構造メンバーを備え；
ここで、該装置は、前記力分け与え構造メンバーが、押す力、または引く力の少なくとも一つを、前記変形可能な表面に分け与えることができるよう適合されている。
Ａ２. クレームＡ１の装置において、前記力分け与え構造メンバーは、前記軸から離れて、かつ軸の周りに周囲的に配置されたリングパターンに形成された複数の力分け与え点で、前記変形可能な表面に力を分け与えるよう適合されている。
Ａ３. クレームＡ１の装置において、前記力分け与え構造メンバーは、前記軸の周りのエリアパターン内に形成された複数の力分け与え点で、前記変形可能表面に力を分け与えるよう適合されている。
Ａ４. クレームＡ１の装置において、前記力分け与え構造メンバーは、アクチュエータである。
Ａ５. クレームＡ１の装置において、前記力分け与え構造メンバーは、アクチュエータにより生成された力を伝達する構造メンバーである。
Ａ６. クレームＡ１の装置において、前記力分け与え構造メンバーは、一般に、前記軸の方向に力を分け与える。
Ａ７. クレームＡ１の装置において、前記変形可能な表面は、焦点流体を保持するキャビティーを部分的に定義する。
Ａ８. クレームＡ１の装置において、前記変形可能なレンズ要素の主要ボディーは、弾性的に変形可能な材料メンバーよりなり、かつ、前記変形可能なレンズ要素は、焦点流体を欠くものである。
Ａ９. クレームＡ１の装置において、前記装置は、前記構造メンバーが、前記押す力、及び前記引く力の両方を前記変形可能な表面に対して分け与えることができるよう適合されている。
Ａ１０. クレームＡ１の装置において、前記装置は、前記構造メンバーが、前記引く力を前記変形可能な表面に対して分け与えることができるよう、適合されている。
Ｂ１. レンズアセンブリーにおいて使用される装置であって、該装置は：
軸、および変形可能な表面を持つ変形可能なレンズ要素、それの少なくとも一部はイメージ形成光線を送信する；および、
力を前記変形可能な表面に分け与えるよう配置された力分け与え構造メンバーを備え；
ここで、該装置は、前記力分け与え構造メンバーが、押す力を前記変形可能表面に分け与えて、前記変形可能なレンズ要素の厚さを、前記撮像する軸と平行に走る複数の想像線に沿って減少せしめ得るよう適合されている。
Ｂ２. クレームＢ１の装置において、前記装置は、前記押す力が前記変形可能な表面に分け与えられるとき、前記変形可能要素が、前記軸の周りの前記変形可能表面の１つのエリア内で外方に膨らむよう適合されている。
Ｂ３. クレームＢ１の装置において、前記装置は、それに沿って前記変形可能レンズ要素の厚さが減少する複数の想像線は、前記撮像する軸と平行に走り、かつ、前記軸から離れて、かつ前の周りに周囲的に配置されたリング形状のパターンにより限定された領域内で前記変形可能な表面と交差する複数の想像線を含まないよう適合されている。
Ｂ４. クレームＢ１の装置において、前記複数の想像線は、前記軸の周り配置された想像線を含む。
Ｃ１. レンズアセンブリーにおいて使用される装置であって、該装置は：
軸、および変形可能な表面を持つ変形可能なレンズ要素、それの少なくとも一部はイメージ形成光線を送信する；および
力を前記変形可能な表面に分け与えるよう配置された力分け与え構造メンバーを備え；
ここで、該装置は、前記力分け与え構造メンバーが、以下のうちの１つ、またはそれ以上を、前記変形可能表面に分け与えることができるよう適合されている：
(a) 前記変形可能な表面が、前記軸の周りの前記変形可能な表面の１つのエリア内で外方に膨らむ結果を生ずる押す力；および、
(b) 前記変形可能表面の形状が変化する結果を生ずる引く力。
Ｃ２. クレームＣ１の装置において、前記変形可能な表面は、凹の形状が可能であり、かつ、前記引く力は、前記変形可能な表面の凹性を増大させる。
Ｃ３. クレームＣ１の装置において、前記変形可能な表面は、凸の形状が可能であり、かつ、前記押す力は、前記変形可能な表面の凸性を増大させる。
Ｃ４. クレームＣ１の装置において、前記装置は、前記力分け与えメンバーが、前記押す力、及び前記引く力のいずれかを、前記変形可能な表面上に分け与えることが可能であるよう適合されている。
Ｃ５. クレームＣ１の装置において、前記押す力、及び前記引く力の少なくとも１つは、電気−活性ポリマーアクチュエータにより生成される。
Ｃ６. クレームＣ１の装置において、前記押す力、及び前記引く力の少なくとも１つは、一般に、前記軸の方向内の方向に分け与えられる。
Ｃ７. クレームＣ１の装置において、前記変形可能なレンズメンバーの主要なボディーは、弾性的に変形可能な材料メンバーよりなる。
Ｃ８. クレームＣ１の装置において、前記変形可能な表面は、焦点流体により充填されたキャビティーを部分的に定義する。
Ｃ９. クレームＣ１の装置において、前記押す力は、前記変形可能なレンズ要素の厚さが、前記軸と平行に走る、かつ、前記軸と離れている想像線に沿って減少する結果を生ぜしめる。
Ｃ１０. クレームＣ１の装置において、前記押す力は、前記変形可能なレンズ要素の厚さが、前記軸と平行に走る、かつ、前記軸と離れている複数の想像線に沿って減少する結果を生ぜしめるものであり、前記複数の想像線は、前記軸の周りに周囲的に配置されている。
Ｄ１. レンズアセンブリーにおいて使用される装置であって、該装置は：
軸、および変形可能な表面を持つ変形可能なレンズ要素、それの少なくとも一部はイメージ形成光線を送信する；および、
力を前記変形可能な表面に分け与えるよう配置された力分け与え構造メンバーを備え；
ここで、該装置は、前記力分け与え構造メンバーが、押す力を前記変形可能表面に分け与えて、前記変形可能なレンズ要素の厚さが前記軸に沿って減少する結果を生ずるように適合されている。
Ｄ２. クレームＤ１の装置において、前記力分け与え要素は、前記軸の周りの１つの領域を含む複数の力分け与え点で、前記変形可能な表面に前記押す力を分け与える、ここで、前記力分け与えメンバーは、イメージ形成光線の送信について光学的に透明であるように構成されている。
Ｄ３. クレームＤ１の装置において、前記変形可能レンズメンバーは、そのストレスの印加の状態で公称的に凸である。
Ｄ４. クレームＤ１の装置において、前記力分け与え構造メンバーは、前記変形可能な表面の全体エリアに渡って実質的に定義された複数の点で前記形可能な表面に力を分け与える。
Ｄ５. クレームＤ１の装置において、前記変形可能なレンズ要素の主要な全体ボディーは、弾性的に変形可能な材料メンバーにより与えられる。
Ｄ６. クレームＤ１の装置において、前記力は、前記軸の周りに配置された光学的に透明なエリアを持つ電気−活性ポリマーアクチュエーターにより生成される。
Ｄ７. クレームＤ１の装置において、前記力は、前記変形可能な表面の形状に実質的に合う可撓性のメンバー、該可撓性のメンバーは前記軸の周りに配置された光学的に透明のエリアを持つ、よりなる電気−活性ポリマーアクチュエータにより生成される。
Ｄ８. クレームＤ１の装置において、前記装置は、前記押す力が、一般に前記軸の方向における方向において分け与えられる。
Ｅ１. 以下のものよりなる方法：
変形可能なレンズ要素を、光学システム内に組み入れること、前記変形可能なレンズ要素は、それの少なくとも一部がイメージ形成光線を送信する変形可能な表面を持つ；および、
前記変形可能なレンズ要素の前記変形可能な表面に、前記表面の複数の力分け与え点で前記光学システムの光学特徴を変えるよう力を分け与える、ことよりなり、ここで、前記分け与えステップは、前記力を分け与えるのに力分け与え構造メンバーを利用するステップを含む。
Ｅ２. クレームＥ１の方法において、前記分け与えステップは、電気−活性ポリマーアクチュエータを利用するステップを含む。
Ｅ３. クレームＥ１の方法において、前記変形可能レンズ要素は軸を持ち、前記分け与えステップは、前記力を一般に前記軸の方向において分け与えるステップを含む。
Ｅ４. クレームＥ１の方法において、前記複数の力分け与え点は、前記軸から離れて、軸の周りに周囲的に配置された前記表面上のリングパターン内に定義されている。
Ｅ５. クレームＥ１の方法において、前記複数の力分け与え点は、前記軸の周りに２次元エリアを定義する。
Ｅ７. クレームＥ１の方法において、前記力は、前記変形可能なレンズ要素に向けられた押す力である。
Ｅ８. クレームＥ１の方法において、前記変形可能なレンズ要素から離れるように向かう引く力である。
Ｆ１. 以下のものよりなる方法：
軸を有する変形可能なレンズ要素を光学システム内に組み入れること、前記変形可能なレンズ要素は、それの少なくとも一部がイメージ形成光線を送信する変形可能な表面を持つ；および、
前記変形可能なレンズ要素の前記変形可能な表面に前記光学システムの光学特徴を変えるよう引く力を分け与える、ことよりなり、ここで、前記分け与えステップは、前記引く力を一般に前記軸の方向に分け与えるステップを含む。
Ｆ２. クレームＦ１の方法において、前記分け与えステップは、電気−活性ポリマーアクチュエータを利用するステップを含む。
Ｆ３. クレームＦ１の方法において、前記分け与えステップは、前記力を前記軸から離れた、かつ軸の周りに周囲的に配置された複数の点で分け与えるステップを含む。
Ｆ４. クレームＦ１の方法において、前記分け与えステップは、構造的メンバーを利用するステップを含む。
Ｇ１. 以下のものよりなる光学撮像システム：
それの少なくとも一部がイメージ形成光線を送信する変形可能なレンズ要素；
前記表面に対向する力分け与え構造メンバーを備え；かつ、
そこでは、前記撮像システムは、力が、前記力分け与え構造要素により、前記変形可能なレンズ要素の前記変形可能表面の複数の力分け与え点で前記撮像システムの光学特徴を変えるために分け与えられるよう適合されている。
Ｇ２. クレームＧ１の方法において、前記力分け与え点は、前記変形可能レンズ要素の軸の周りのエリアパターン内に定義されている。
Ｇ３. クレームＧ１の方法において、前記力分け与え点は、前記軸から離れた、かつ軸の周りに周囲的に配置された位置で定義されたリングパターン内で定義されている。
Ｈ１. 以下のものよりなる光学撮像システム：
変形可能な膜、該変形可能な膜により限定されるキャビティー、および、該キャビティー内に配置された流体よりなる変形可能なレンズ要素を、前記流体は１より大きい屈折率を持ち、前記変形可能なレンズ要素は軸を持ち、かつ、前記軸の周りに周囲的に定義された位置で前記変形可能なレンズ要素と接触することのできる力分け与え構造メンバーを備え；かつ、
該光学撮像システムは、前記力分け与え構造要素が、前記撮像システムの特徴が前記力分け与え構造要素の移動により変化するよう、一般に前記変形可能レンズ要素に向けて、または、から離れて、前記軸の方向に移動され得るよう、構成されている。
Ｈ２. クレームＨ１の光学撮像システムにおいて、前記力分け与え構造メンバーは、リング形状圧力要素により与えられる。
Ｈ３. クレームＨ１の光学撮像システムにおいて、前記力分け与え構造メンバーは、電気−活性ポリマーアクチュエータの複数のタブ状要素により、与えられる。
Ｈ４. クレームＨ１の方法において、前記力分け与え構造メンバーは、電気−活性ポリマーアクチュエータの可撓性メンバーにより与えられる。
Ｉ１. 以下のものよりなる光学撮像システム：
変形可能な膜、該変形可能な膜により限定されるキャビティー、および、該キャビティー内に配置された流体よりなる変形可能なレンズ要素を、前記流体は１より大きい屈折率を持ち、前記変形可能なレンズ要素は軸を持ち；かつ、
前記変形可能レンズ要素と接触しており、かつ前記軸の周りに周囲的に配置されたリング形状圧力要素、および、前記リング形状圧力要素に機械的に結合された電気−活性ポリマーアクチュエータを備え；
該光学撮像システムは、前記電気−活性ポリマーアクチュエータが、前記リング形状圧力要素を、一般に前記軸の方向に、前記光学システムの光学特徴が前記リング形状圧力要素の移動により変化するよう移動させるよう構成されている。
Ｉ２. クレームＩ１の光学撮像システムにおいて、前記電気−活性ポリマーアクチュエータは、複数のタブ状要素よりなるリング形状の変形可能要素を含み、前記変形可能要素は、前記軸の回りに周囲的に配置されており、前記複数のタブ状要素は、前記リング形状圧力要素と係合している。
Ｊ１. 軸を有する変形可能なレンズ要素を備えた光学撮像システムにおいて：
そこでは、前記変形可能レンズ要素の主要ボディーは、ショアＡ６０より小さい硬さ測定を持つ弾性的に変形可能なメンバーにより与えられ；かつ、
そこでは、前記撮像システムは、力が、前記撮像システムの光学特徴を変えるよう前記変形可能レンズの外部表面に印加されるよう構成されている。
Ｊ２. クレームＪ１の光学撮像システムにおいて、該光学撮像システムは、前記力を分け与えるための可撓性メンバーアクチュエータを含み、該アクチュエーターは、実質的に前記変形可能なレンズ要素の形状に合うように適合される可撓性メンバーを持つ。
Ｋ１. オブジェクトを撮像するにおいて用いられる光学システムであって：
該システムは、変形されることのできる変形可能なレンズ要素を備え、ここで、前記変形可能なレンズ要素は、該変形可能なレンズ要素の外部と面する変形可能な表面を持ち、前記変形可能なレンズ要素は、軸を持ち；
ここで、前記光学システムは、該システムが、前記変形可能なレンズ要素に、一般に前記変形可能なレンズ要素に向けて前記軸の方向に前記変形可能なレンズ要素の光学特性が前記力の分け与えにより変化されるような態様で力を分け与えることができるように、適合されている。
Ｋ２. クレームＫ１の光学システムにおいて、前記光学システムは、該システムが、前記撮像軸から離れた、かつ軸の周りに周囲的に配置された複数の位置で前記力を分け与えるように適合されている。
Ｋ３. クレームＫ１の光学システムにおいて、前記光学システムは、前記力を前記変形可能なレンズ要素に一般に前記軸の方向に力を分け与えるための、前記軸の回りに配置された開口を含むアクチュエータを含む。
Ｌ１. オブジェクトを撮像するにおいて用いられる光学システムであって：
該システムは、それの少なくとも一部がイメージ形成光線を送信する、かつ前記変形可能なレンズ要素の外部に面する、変形可能なレンズ表面を含む変形可能なレンズ要素を備え、前記変形可能なレンズ表面は、公称的に凸のもの、または凸の湾曲を表すことのできるものであり、前記変形可能レンズ要素は、軸を持ち；および、
前記変形可能表面に力を分け与えるアクチュエータを備え、該アクチュエータは、前記軸の周りに配置された開口をもち、該光学システムは、前記アクチュエータのアクチュエーションが力が前記変形可能な表面に印加されて、前記変形可能レンズ要素の凸性を変える結果を生じるように適合されている。
Ｌ２. クレームＬ１の光学システムにおいて、該光学システムは、アクチュエータにより生成された力を前記変形可能レンズ要素に伝達する圧力要素を含む。
Ｌ３. クレームＬ１の光学システムにおいて、前記変形可能なレンズ要素は、その変形を達成するために、該変形可能レンズ要素が前記軸から離れた、かつ前記軸の周りに周囲的に配置された複数の位置でコンタクトされるように構成されている。
Ｌ４. クレームＬ１の光学システムにおいて、該光学システムは、前記アクチュエータにより生成された力を分け与えるための、および、前記アクチュエータにより生成された前記力を前記変形可能表面に分け与えるための力分け与え構造メンバーを含む。
Ｌ５. クレームＬ４の焦点装置において、前記力分け与え構造要素は、前記アクチュエータである。
Ｍ１. 以下のものよりなるハンドヘルドデータ収集ターミナル：
複数の行および列のピクセルに形成された複数のピクセルよりなる２次元イメージセンサーよりなり；
撮像レンズアセンブリーは、イメージを前記２次元イメージセンサー上に焦点合わせさせるための変形可能なレンズ要素を備え、前記撮像レンズは、前記変形可能レンズ要素が力分け与え構造メンバーの使用により変形され得るよう適合されており、前記撮像レンズアセンブリーは、力が前記変形可能レンズ要素の外部表面上に印加されて前記変形可能レンズ要素の光学特性を変えることができるように適合されており、記撮像レンズ設定は、前記変形可能レンズ要素が第１の状態にある第１のレンズ設定と、前記変形可能レンズ要素が第２の状態にある第２のレンズ設定とを持ち、かつ、トリガー信号を活性化させるトリガーを備え、前記データ収集ターミナルは、前記トリガー信号が前記トリガーを押圧された位置に維持することにより活性状態に維持され得るよう適合されることができ；
ここで、前記データ収集ターミナルは、前記トリガー信号が前記活性状態に維持されているのに応答して、該データ収集ターミナルが連続して複数のフレームのイメージデータを獲得し、該複数のフレームのイメージデータのおのおのは、前記イメージセンサーに時間における瞬間に入射する光を表すものであり；
ここで、前記データ収集ターミナルは、前記撮像レンズアセンブリーのレンズ設定が、前記トリガー信号が前記活性状態に維持される間、前記レンズアセンブリーが、前記複数のフレームのイメージデータのうちの少なくとも１つに相当する露光期間に前記第１の設定にあり、かつ、前記レンズアセンブリーが、前記複数のフレームのイメージデータのうちの少なくとも１つに相当する露光期間に前記第２のレンズ設定にあるような態様で変化されるように適合されている。
Ｍ２. クレームＭ１のハンドへヘルドデータ収集ターミナルであって、前記データ収集ターミナルは、該データ収集ターミナルが、前記複数のフレームのイメージデータのうちの１つより多い指数デコード試みを受けるよう適合されている。
Ｎ１. 以下のものよりなる焦点装置：
軸を持つ変形可能なレンズ要素を備え、ここで、前記変形可能なレンズ要素の主要ボディーは、少なくとも１つの公称的に凸のレンズ表面を持つ弾性的に変形可能なメンバー；および、
前記変形可能なレンズ要素を変形させるためのアクチュエータよりなり、前記アクチュエータは、実質的に前記表面の形に合うよう、適合され、かつ、前記軸の周りに配置されたコートされた領域、または開口の１つを持つ、可撓性メンバーを持ち、該焦点装置は、前記可撓性のメンバーに印加される電圧を変えることにより前記公称的に凸のレンズ表面の凸性が変化するよう適合されている。
Ｎ２. クレームＮ１の焦点装置において、前記弾性的に変形可能なメンバーは、約ショアＡ６０より小さい硬さを持つ。
Ｎ３. クレームＮ１の焦点装置において、前記弾性的に変形可能なメンバーは、約ショアＡ２０より小さい硬さを持つ。
Ｎ４. クレームＮ１の焦点装置において、前記弾性的に変形可能なメンバーは、シリコンゲルよりなる。
Ｎ５. クレームＮ１の焦点装置において、前記弾性的に変形可能なレンズ要素は、前記弾性的に変形可能なメンバーにより構成される１ピース要素である。
Ｎ６. クレームＮ１の焦点装置において、前記可撓性メンバーは、一対の可撓性電極の間に階層された可撓性メンバーである。
Ｏ１. 以下のものよりなる焦点装置：
軸を持つ変形可能なレンズ要素を備え、ここで、前記変形可能なレンズ要素の主要ボディーは、少なくとも１つの凸のレンズ表面を持つ、弾性的に変形可能なメンバー、および、前記変形可能なレンズ要素に、該変形可能なレンズ要素を変形させ；かつ、
該変形可能レンズ要素の光学特性を変化させるために力を分け与えるためのアクチュエータよりなる。
Ｏ２. クレームＯ１の焦点装置において、前記アクチュエーターは、前記軸の周りに配置された開口を持ち、前記アクチュエーターは、イオン導電性−活性ポリマーアクチュエーター、誘電体電気−活性ポリマーアクチュエーター、および、中空ステッパーモーターのグループの中から選択されている。
Ｏ３. クレームＯ１の焦点装置において、前記変形可能なレンズ要素は、それの少なくとも一部はイメージ形成光線を送信する変形可能な表面を持ち、かつ、該焦点装置は、前記アクチュエータにより生成された力を、前記変形可能な表面に分け与える力分け与え構造要素を含む。
Ｏ４. クレームＯ３の焦点装置において、前記力分け与え構造要素は、前記アクチュエータである。
Ｐ１. 光学撮像システムにおいて使用される焦点装置において、該焦点装置は：
変形可能な光入力表面および対向する変形可能な光出力表面を持つ変形可能なレンズ要素、前記変形可能なレンズ要素は、前記変形可能な光入力表面および前記対向する変形可能な光出力表面のおのおのの中心と交差する軸をもつ、を備え；
前記変形可能なレンズ要素の光学特性を変化させるよう前記変形可能な光入力表面を変形させるための第１のアクチュエータ；および、
前記変形可能なレンズ要素の光学特性を変化させるよう前記変形可能な光出力表面を変形させるための第２のアクチュエータを備える。
Ｐ２. クレームＰ１の焦点装置において、前記第１および第２のアクチュエータの少なくとも１つは、電気−活性ポリマーアクチュエータである。
Ｐ３. クレームＰ１の焦点装置において、前記第１および第２のアクチュエータの少なくとも１つは、前記軸の周りに配置された開口を有する。
Ｐ４. クレームＰ１の焦点装置において、前記焦点装置は、前記第１および第２のアクチュエータの少なくとも１つにより生成された力が、前記変形可能レンズ要素に押圧リングにより伝達されるよう適合されている。
Ｐ５. クレームＰ１の焦点装置において、前記変形可能レンズ要素は、１ピースの弾性的に変形可能なレンズ要素より構成される。
Ｐ６. クレームＰ１の焦点装置において、前記変形可能なレンズ要素は、キャビティー、および該キャビティー内に配置された焦点流体を有する。
Ｐ７. クレームＰ１の焦点装置において、該焦点装置は、前記光入力表面を定義する第１の変形可能な膜および前記第２の光入力表面を定義する第２の変形可能な膜、窓、前記第１の変形可能な膜および前記窓により作られて第１のキャビティー、第２のキャビティーは、前記第２の変形可能な膜および前記窓により作られた第２のキャビティー、および、前記第１および第２のキャビティーのおのおの内に配置された焦点流体を含む。
Ｐ８. クレームＰ１の焦点装置において、該焦点装置は、前記第１および第２のアクチュエータの少なくとも１つにより生成された力が、前記変形可能なレンズ要素に前記軸から離れた、かつ軸の周りに周囲的に配置された複数の点で分け与えられているよう適合されている。
Ｑ１. 以下のものよりなる変形可能なレンズ要素：
第１のクランプ要素を備え、該第１のクランプ要素は、光線をしてそれを通過せしめることを許す光学表面を持つリジッドな透明メンバー、変形可能な膜、該変形可能な膜を、前記第１のクランプ要素に対して；
該変形可能な要素が；
前記リジッドな透明光学表面と対向するようクランプする第２のクランプメンバー、前記変形可能な膜と前記第のクランプ要素により作られたキャビティー；および、
前記キャビティー内に配置された、１より大きい屈折率を持つ変形可能な物質を含む。
Ｑ２. クレームＱ１の変形可能なレンズ要素において、前記変形可能な物質は、弾性的に変形可能なメンバーにより与えられる。
Ｑ３. クレームＱ１の変形可能なレンズ要素において、前記変形可能な物質は、焦点流体よりなる。
Ｑ４. クレームＱ１の変形可能なレンズ要素において、前記光学表面は、光学的パワーを有するカーブした表面である。
Ｑ５. クレームＱ１の変形可能なレンズ要素において、前記光学表面は、プレーなーな工学表面である。
Ｑ６. クレームＱ１の変形可能なレンズ要素において、前記第２のクランプ要素は、前記前記第１のクランプ要素に超音波溶接されている。
Ｑ７. クレームＱ１の変形可能なレンズ要素において、前記クランプ要素の少なくとも１つは、前記第１と第２のクランプ要素間の保持力を増大するための環状歯リングを有する。
Ｒ１. 以下のものよりなる焦点モデュール；
境界要素；
焦点要素、前記焦点要素は、さらに、
(i) 流体、および、
(ii) 変形可能な膜、
前記流体は、前記境界要素と、前記変形可能な膜の間にエントラップされている、および、圧力要素を備え;
ここで、前記圧力要素は、前記焦点要素を前記変形可能膜上に前記境界要素の方向に押圧することにより、前記焦点要素を変形させることが可能である。
Ｓ１. 以下のものよりなる焦点モデュール：
境界要素；
焦点膜；
前記境界要素と前記焦点膜とのエントラップされた焦点流体；および、
前記焦点膜と接触する変形する要素を備える。
Ｔ１. 以下のものよりなる焦点モデュール：
境界要素；
スペーサー要素；
焦点膜；
前記境界要素と前記焦点膜との堪にエントラップされた焦点流体；および、
前記焦点膜と接触する変形する要素を備える。
Ｕ１. 以下のものよりなる焦点モデュール：
シリンダーが、
(i) 頂表面、
(ii) 底表面
(iii) 外壁、および、
(iv) それらの中の内体積を備え、および、
前記シリンダーの外の変形する要素、前記変形する要素は、圧力を前記頂表面上に作用させ、これにより、該頂表面を変形させることが可能である。
Ｖ１. 焦点モデュールは、順に：
境界要素；
焦点要素；および、
変形する要素を備える。
Ｖ２. クレームＶ１の焦点モデュールにおいて、前記変形する要素は、前記焦点要素と直接接触している。
Ｖ３. クレームＶ１の焦点モデュールにおいて、前記変形する要素は、少なくとも１つの中間要素を介して前記焦点要素に作用する。
Ｖ４. クレームＶ３の焦点モデュールにおいて、前記少なくとも１つの中間要素は、圧力要素よりなる。
Ｖ５. クレームＶ４の焦点モデュールにおいて、前記変形する要素は前記圧力要素上に押圧し、かつ前記圧力要素は、前記焦点要素と接触しており、これにより前記焦点要素に力を伝達する。
Ｗ１. 以下のものよりなるレンズモデュール：
レンズ要素、該レンズ要素は、以下のものよりなる：
i. 実質的に光学的に透明な流体よりなる作動流体構成要素；および、
ii. 光学的に非流体の構成要素、第１および第２の表面を持つ弾性的に変形可能なメンバーよりなり、かつ、その少なくとも一部上で実質的に光学的に透明であり、前記表面の１つのみが、前記差動流体構成要素に向けて対面している；かつ、
iii. 前記作動流体構成要素、および、前記光学非流体構成要素を通る光軸；
前記弾性的に変形可能なメンバーを変形させるに十分な印加された力を与えることができ、かつ、前記力要素により与えられた力が、前記弾性的に変形可能なメンバーに少なくとも部分的に伝達されるように接続された力要素；
ここで、前記力要素により与えられた力は、順に、前記力要素から、前記弾性的に変形可能なメンバーの前記作動流体構成要素から離れて面する表面に、そののち、前記作動流体構成要素に、通過する。
Ｘ１. 以下のものよりなるレンズモデュール：
レンズ要素、該レンズ要素は、以下のものよりなる：
i. 実質的に光学的に透明な流体よりなる作動流体構成要素；
ii. 光学的に非流体の構成要素、弾性的に変形可能なメンバーよりなり、その少なくとも一部上で実質的に光学的に透明である；かつ、
iii. 前記作動流体構成要素、および、前記光学非流体構成要素を通る光軸；
前記弾性的に変形可能なメンバーを変形させるに十分な印加された力を与えることができ、かつ、前記力要素により与えられた力が、前記弾性的に変形可能なメンバーに少なくとも部分的に伝達されるように接続された力要素；
前記力要素は、前記弾性的に変形可能なメンバーに対し、周縁的に対称の関係で配置されている。
Ｙ１. １Ｄバーコードを読む、２Ｄバーコードを読む、および、撮像する、のうちの少なくとも１つを、行うことのできるデータ収集装置において使用される焦点モデュールであって、以下のものからなる：
境界要素、
少なくとも１つの方向に変形可能な焦点要素、
前記境界要素と前記焦点要素との間に介挿されたスペーサー要素、
力を前記焦点要素に伝達するためのアクチュエータ要素、
力を前記アクチュエータ要素から前記焦点要素に伝達するための圧力要素、
電気信号を、前記アクチュエータ要素に導通させるための伝導体要素、および、
前記アクチュエータ要素にアクチュエート信号を与えるための電源。
【０３３３】
本発明は、特定の数の実施形態を参照して、述べられてきたが、本発明の芯の精神および範囲は、本明細書によって支持されることのできるクレームを参照して決定されるべきであることが理解されるべきである。さらに、ここでの多くの場合では、システム、及び、装置、および、方法は、ある数の要素を持つものとして記述されたが、このようなシステム、装置、および、法王は、記述されたある数の要素より少ない数の要素をもって、実行されることができることが理解されるべきである。
【図１】
2010513952.tif 000009
【図２】
2010513952.tif 000010
【図３】
2010513952.tif 000011
【図４】
2010513952.tif 000012
【図５】
2010513952.tif 000013
【図６】
2010513952.tif 000014
【図７】
2010513952.tif 000015
【図８】
2010513952.tif 000016
【図９】
2010513952.tif 000017
【図１０】
2010513952.tif 000018
【図１１】
2010513952.tif 000019
【図１２】
2010513952.tif 000020
【図１３】
2010513952.tif 000021
【図１４】
2010513952.tif 000022
【図１５】
2010513952.tif 000023
【図１６】
2010513952.tif 000024
【図１７】
2010513952.tif 000025
【図１８】
2010513952.tif 000026
【図１９】
2010513952.tif 000027
【図２０】
2010513952.tif 000028
【図２１】
2010513952.tif 000029
【図２２】
2010513952.tif 000030
【図２３】
2010513952.tif 000031
【図２４】
2010513952.tif 000032
【図２５】
2010513952.tif 000033
【図２６】
2010513952.tif 000034
【図２７】
2010513952.tif 000035
【図２８】
2010513952.tif 000036
【図２９】
2010513952.tif 000037
【図３０】
2010513952.tif 000038
【図３１】
2010513952.tif 000039
【図３２】
2010513952.tif 000040
【図３３】
2010513952.tif 000041
【図３４】
2010513952.tif 000042
【図３５】
2010513952.tif 000043
【図３６】
2010513952.tif 000044
【図３７】
2010513952.tif 000045
【図３８】
2010513952.tif 000046
【図３９】
2010513952.tif 000047
【図４０】
2010513952.tif 000048
【図４１】
2010513952.tif 000049
【図４２】
2010513952.tif 000050
【図４３】
2010513952.tif 000051
【図４４】
2010513952.tif 000052
【図４５】
2010513952.tif 000053
【図４６】
2010513952.tif 000054
【図４７】
2010513952.tif 000055
【図４８】
2010513952.tif 000056
【図４９】
2010513952.tif 000057
【図５０】
2010513952.tif 000058
【図５１】
2010513952.tif 000059
【図５２】
2010513952.tif 000060
【図５３】
2010513952.tif 000061
【図５４】
2010513952.tif 000062
【図５５】
2010513952.tif 000063
【図５６】
2010513952.tif 000064
【図５７】
2010513952.tif 000065
【図５８】
2010513952.tif 000066
【図５９】
2010513952.tif 000067
【図６０】
2010513952.tif 000068
【図６１】
2010513952.tif 000069
【図６２】
2010513952.tif 000070
【図６３】
2010513952.tif 000071
【図６４】
2010513952.tif 000072
【図６５】
2010513952.tif 000073
【図６６】
2010513952.tif 000074
【図６７】
2010513952.tif 000075
【図６８】
2010513952.tif 000076
【図６９】
2010513952.tif 000077
【図７０】
2010513952.tif 000078
【図７１】
2010513952.tif 000079
【図７２】
2010513952.tif 000080
【図７３】
2010513952.tif 000081
【図７４】
2010513952.tif 000082
【図７５】
2010513952.tif 000083
【図７６】
2010513952.tif 000084
【図７７】
2010513952.tif 000085
【図７８】
2010513952.tif 000086
【図７９】
2010513952.tif 000087
【図８０】
2010513952.tif 000088
【図８１】
2010513952.tif 000089
【図８２】
2010513952.tif 000090
【図８３】
2010513952.tif 000091
【図８４】
2010513952.tif 000092
【図８５】
2010513952.tif 000093
【図８６】
2010513952.tif 000094
【図８７】
2010513952.tif 000095
【図８８】
2010513952.tif 000096
【図８９】
2010513952.tif 000097
【図９０】
2010513952.tif 000098
【図９１】
2010513952.tif 000099
【図９２】
2010513952.tif 000100
【図９３】
2010513952.tif 000101
【図９４】
2010513952.tif 000102
【図９５】
2010513952.tif 000103
【図９６】
2010513952.tif 000104
【図９７】
2010513952.tif 000105
【図９８】
2010513952.tif 000106
【図９９】
2010513952.tif 000107
【図１００】
2010513952.tif 000108
【図１０１】
2010513952.tif 000109
【図１０２】
2010513952.tif 000110
【図１０３】
2010513952.tif 000111
【図１０４】
2010513952.tif 000112
【図１０５】
2010513952.tif 000113
【図１０６】
2010513952.tif 000114
【図１０７】
2010513952.tif 000115
【図１０８】
2010513952.tif 000116
【図１０９】
2010513952.tif 000117
【図１１０】
2010513952.tif 000118
【図１１１】
2010513952.tif 000119
【図１１２】
2010513952.tif 000120
【図１１３】
2010513952.tif 000121
【図１１４】
2010513952.tif 000122
【図１１５】
2010513952.tif 000123
【図１１６】
2010513952.tif 000124
【図１１７】
2010513952.tif 000125
【図１１８】
2010513952.tif 000126
【図１１９】
2010513952.tif 000127
【図１２０】
2010513952.tif 000128
【図１２１】
2010513952.tif 000129
【図１２２】
2010513952.tif 000130
【図１２３】
2010513952.tif 000131
【図１２４】
2010513952.tif 000132
【図１２５】
2010513952.tif 000133
【図１２６】
2010513952.tif 000134
【図１２７】
2010513952.tif 000135
【図１２８】
2010513952.tif 000136
【図１２９】
2010513952.tif 000137
【図１３０】
2010513952.tif 000138
【図１３１】
2010513952.tif 000139
【図１３２】
2010513952.tif 000140
【図１３３】
2010513952.tif 000141
【図１３４】
2010513952.tif 000142
【図１３５】
2010513952.tif 000143
【図１３６】
2010513952.tif 000144
【国際調査報告】
2010513952.tif 000145
2010513952.tif 000146
2010513952.tif 000147
2010513952.tif 000148
2010513952.tif 000149