FR3015699A1 - Dispositif optique pour stabilisation d'images - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un dispositif optique (100) pour la stabilisation d'images, comprenant : - une première et une deuxième membranes (1, 2) déformables, - un support (3) auquel une zone d'ancrage périphérique respective (1c, 2c) de chacune desdites membranes (1, 2) est liée, - un volume constant d'un fluide (4) enfermé entre la première et la deuxième membrane, ledit fluide (4) procurant un couplage mécanique desdites première et deuxième membranes, - un premier dispositif (5) d'actionnement d'une région (1a) de la première membrane située entre la zone d'ancrage périphérique (1c) et une partie centrale (1b) de la première membrane (1), - un deuxième dispositif (5') d'actionnement d'une région (2a) de la deuxième membrane située entre la zone d'ancrage périphérique (2c) et une partie centrale (2b) de la deuxième membrane (2), - des moyens de commande des premier et deuxième dispositifs d'actionnement, configurés pour, à partir d'une position de repos dans laquelle les premier et deuxième dispositifs (5, 5') d'actionnement sont inactifs : - dans un premier mode de fonctionnement, appliquer une tension électrique d'actionnement respective à au moins un actionneur du premier dispositif d'actionnement (5) et, le cas échéant, à au moins un actionneur du deuxième dispositif d'actionnement (5') de sorte à compenser un déplacement d'une partie du volume de fluide par la première membrane par un déplacement d'une partie correspondante du volume de fluide par la première et/ou la deuxième membrane, la partie centrale (1b) de la première membrane se déplaçant sans se déformer, - dans un deuxième mode de fonctionnement, appliquer à au moins un actionneur du premier et/ou du deuxième dispositif d'actionnement une tension électrique d'actionnement respective de sorte à déplacer une partie du volume de fluide (4) vers le centre ou vers la périphérie du dispositif (100), la partie centrale (1b) de la première membrane se déformant sous l'effet de la pression de fluide induite par ledit déplacement.
Description
DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention concerne un dispositif optique destiné à la stabilisation d'images ainsi qu'un procédé de fonctionnement d'un tel dispositif optique.
ARRIERE PLAN DE L'INVENTION Dans les systèmes de capture d'image tels que les caméras embarquées dans les téléphones mobiles, il est nécessaire d'assurer une fonction de stabilisation d'images, en particulier pour compenser le bouger de la main de l'utilisateur.
On recherche à cet effet un dispositif optique capable de dévier un faisceau incident dans une amplitude angulaire de l'ordre de ± 1° à une fréquence comprise entre 5 et 30 Hz. Il existe des dispositifs optiques à base de membranes actionnables capables de dévier un faisceau incident et/ou de faire varier la focale.
La figure lA illustre un dispositif optique comprenant une membrane 1 deformable au contact d'un volume constant d'un fluide 4 et un dispositif d'actionnement 5 d'une région la de la membrane située entre une zone périphérique le au niveau de laquelle la membrane est ancrée dans ou sur un support 3, et une partie centrale 1 b de ladite membrane. Le dispositif d'actionnement a pour principale fonction de chasser une partie du volume de fluide 4 de la périphérie vers le centre du dispositif optique. La configuration illustrée sur la figure lA correspond au dispositif optique au repos, c'est-à-dire sans qu'une tension électrique ne soit appliquée au dispositif d'actionnement. Un tel principe de déplacement du fluide permet de faire varier une distance focale du dispositif optique en exerçant un actionnement symétrique autour de la région centrale de la membrane, comme illustré sur la figure 1B, ou de dévier un faisceau optique en exerçant un actionnement dissymétrique, comme illustré sur la figure 1C. Sur la figure 1B, le dispositif d'actionnement fléchit de manière uniforme sur toute la région périphérique de la membrane. La déformation de la partie centrale 1 b de la membrane causée par le déplacement du fluide induit une variation de focale du dispositif. Sur la figure 1C, le dispositif d'actionnement ne fléchit pas de manière uniforme sur toute la région d'actionnement la de la membrane, mais présente au contraire des déflections différentes selon l'emplacement sur cette région d'actionnement. Cette configuration peut par exemple être obtenue en plaçant plusieurs actionneurs dans la région d'actionnement la de la membrane. La déformation de la membrane induit ainsi une variation de focale et une déviation angulaire (angle a) du faisceau incident par rapport à la position au repos.
La figure 1D illustre une configuration du dispositif optique dans lequel la position au repos (non représentée) est divergente et un fléchissement non uniforme du dispositif d'actionnement permet d'obtenir uniquement une déflexion du faisceau incident, sans variation de focale.
L'aptitude du dispositif optique à procurer une double variation de la focale et de la déviation angulaire est recherchée pour assurer la fonction de stabilisation d'images dans les caméras ou autres systèmes optiques embarqués. Il existe par ailleurs des dispositifs optiques comprenant deux membranes déformables couplées mécaniquement par un volume constant de fluide emprisonné entre elles. Un faisceau lumineux incident est donc destiné à traverser la première membrane, le fluide puis la seconde membrane, chaque membrane formant un dioptre. Le document JP 11-1332110 décrit un tel dispositif optique, qui comprend un dispositif d'actionnement pour une seule des deux membranes, l'autre membrane pouvant se déformer librement en fonction de la pression de fluide appliquée.
Dans ce dispositif, la membrane actionnée présente une partie centrale rigide, sensiblement indéformable, et une région d'actionnement deformable. Les actionneurs du dispositif d'actionnement étant capables de fléchir dans deux sens opposés, ce dispositif permet d'assurer les deux fonctions de déviation et de variation de focale. Pour assurer la fonction de déviation, la membrane actionnée doit pivoter sans chasser de fluide vers la seconde membrane qui est plus souple, afin d'éviter toute variation de focale. A cet effet, on active les actionneurs de telle sorte que la partie centrale de la membrane se lève d'un côté et s'abaisse de l'autre avec la même amplitude afin d'assurer la conservation de volume à son niveau. Dès lors que la conservation de volume n'est plus assurée au niveau de la membrane actionnée, le fluide chassé vers la membrane non actionnée induit une déformation de ladite membrane et par conséquent une variation de la focale du dispositif optique. Dans le cas où les membranes sont assimilables à deux dioptres plans, le dispositif optique est assimilable à un prisme. La déviation prismatique, à savoir l'angle D entre le faisceau entrant dans le prisme et le faisceau sortant du prisme est donné par la formule : D = (n-1) x A, où n est l'indice optique du prisme et A est l'angle entre les deux faces du prismes par lesquelles entre et sort le faisceau. Pour maximiser la déviation pour un indice optique donné, il faut donc maximiser l'angle A entre les deux faces du prisme (donc entre les deux membranes).
On cherche donc à concevoir un dispositif optique capable d'augmenter la déviation possible par rapport à celle des dispositifs optiques existants.
BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION Un but de l'invention est donc de concevoir un dispositif optique pour la stabilisation d'images, remplissant de manière indépendante l'une de l'autre une fonction de déviation d'un faisceau lumineux et une fonction de variation de focale, procurant une gamme étendue de déviation et/ou de variation de focale, permettant un actionnement qui minimise la tension électrique d'actionnement, et qui soit compact et simple à fabriquer. Conformément à l'invention, il est proposé un dispositif optique pour la stabilisation d'images, comprenant : - une première membrane déformable, - une deuxième membrane déformable, - un support auquel une zone d'ancrage périphérique respective de chacune desdites membranes est liée, - un volume constant d'un fluide enfermé entre la première et la deuxième membrane, ledit fluide procurant un couplage mécanique desdites première et deuxième 15 membranes, - au moins un premier dispositif d'actionnement d'une région de la première membrane située entre la zone d'ancrage périphérique et une partie centrale de la première membrane comprenant au moins un actionneur configuré pour fléchir par application d'une tension électrique d'actionnement de sorte à déplacer une partie du 20 volume de fluide, - au moins un deuxième dispositif d'actionnement d'une région de la deuxième membrane située entre la zone d'ancrage périphérique et une partie centrale de la deuxième membrane comprenant au moins un actionneur configuré pour fléchir par application d'une tension électrique d'actionnement de sorte à déplacer une partie du 25 volume de fluide, - des moyens de commande des premier et deuxième dispositifs d'actionnement, configurés pour, à partir d'une position de repos dans laquelle les premier et deuxième dispositifs d'actionnement sont inactifs : - dans un premier mode de fonctionnement, appliquer une tension électrique 30 d'actionnement respective à au moins un actionneur du premier dispositif d'actionnement et, le cas échéant, à au moins un actionneur du deuxième dispositif d'actionnement de sorte à compenser un déplacement d'une partie du volume de fluide par la première membrane par un déplacement d'une partie correspondante du volume de fluide par la première et/ou la deuxième membrane, la partie centrale de la première membrane se 35 déplaçant sans se déformer, - dans un deuxième mode de fonctionnement, appliquer à au moins un actionneur du premier et/ou du deuxième dispositif d'actionnement une tension électrique d'actionnement respective de sorte à déplacer une partie du volume de fluide vers le centre ou vers la périphérie du dispositif, la partie centrale de la première membrane se déformant sous l'effet de la pression de fluide induite par ledit déplacement. De manière particulièrement avantageuse, la première membrane présente une raideur suffisamment faible pour qu'en l'absence d'une pression de fluide, l'activation du premier dispositif d'actionnement entraîne la partie centrale de la première membrane en déplacement sans la déformer. Selon un mode de réalisation, chaque actionneur du premier dispositif d'actionnement est configuré pour fléchir dans un unique sens. De manière avantageuse, ledit au moins un actionneur du premier dispositif d'actionnement comprend une couronne piézoélectrique. Selon un mode de réalisation, le deuxième dispositif d'actionnement comprend au moins un actionneur configuré pour fléchir dans un premier sens et un deuxième actionneur configuré pour fléchir dans un deuxième sens opposé au premier sens. Le deuxième dispositif d'actionnement comprend avantageusement des actionneurs en forme de poutres. Selon un mode de réalisation préféré, le diamètre de la partie centrale de la deuxième membrane est inférieur au diamètre de la partie centrale de la première membrane et/ou la largeur de la région d'actionnement de la deuxième membrane est plus grande que la largeur de la région d'actionnement de la première membrane.
Selon un mode de réalisation, le dispositif d'actionnement de la première membrane comprend au moins un premier actionneur configuré pour fléchir dans un premier sens et un deuxième actionneur configuré pour fléchir dans un deuxième sens opposé au premier sens. Un autre objet de l'invention concerne un dispositif de prise de vue comprenant au moins un dispositif optique tel que décrit ci-dessus. Un autre objet concerne un procédé de variation de la focale et/ou de la déviation d'un dispositif optique comprenant : - une première membrane déformable, - une deuxième membrane déformable, - un support auquel une zone d'ancrage périphérique respective de chacune desdites membranes est liée, - un volume constant d'un fluide enfermé entre la première et la deuxième membrane, ledit fluide procurant un couplage mécanique desdites première et deuxième membranes, - un premier dispositif d'actionnement d'une région de la première membrane située entre la zone d'ancrage périphérique et une partie centrale de ladite membrane, comprenant au moins un actionneur configuré pour fléchir par application d'une tension électrique d'actionnement de sorte à déplacer une partie du volume de fluide, ledit déplacement du fluide étant susceptible d'induire une déformation de la partie centrale de la première membrane, - un deuxième dispositif d'actionnement d'une région de la deuxième membrane située entre la zone d'ancrage périphérique et une partie centrale de ladite membrane (2), comprenant au moins un actionneur configuré pour fléchir par application d'une tension électrique d'actionnement de sorte à déplacer une partie du volume de fluide (4), ledit déplacement du fluide étant susceptible d'induire une déformation de la partie centrale (2b) de la deuxième membrane, ledit procédé comprenant : - un premier mode de fonctionnement dans lequel on applique à au moins un actionneur du premier dispositif d'actionnement et, le cas échéant, à au moins un actionneur du deuxième dispositif d'actionnement une tension électrique d'actionnement respective de sorte à compenser un déplacement d'une partie du volume de fluide induit par le déplacement de la première membrane par un déplacement d'une partie correspondante du volume de fluide par la première et/ou la deuxième membrane, la partie centrale de la première membrane se déplaçant sans se déformer, - un deuxième mode de fonctionnement dans lequel on applique à au moins un actionneur du premier et/ou du deuxième dispositif d'actionnement une tension électrique d'actionnement respective de sorte à provoquer un déplacement d'une partie du volume de fluide vers le centre ou vers la périphérie du dispositif, ledit déplacement de fluide induisant une déformation de la partie centrale de la première et/ou de la deuxième membrane. Selon un mode de réalisation, chaque actionneur du dispositif d'actionnement de la première membrane est configuré pour fléchir dans un unique sens et, dans le premier mode de fonctionnement, on active au moins un actionneur du premier dispositif d'actionnement et au moins un actionneur du deuxième dispositif d'actionnement dans ledit sens. Dans le deuxième mode de fonctionnement on n'actionne pas le deuxième dispositif d'actionnement ou on actionne le deuxième dispositif d'actionnement dans le sens opposé au sens de fléchissement du premier dispositif d'actionnement.
Selon un mode de réalisation, le dispositif d'actionnement de la première membrane comprend au moins un premier actionneur configuré pour fléchir dans un premier sens et un deuxième actionneur configuré pour fléchir dans un deuxième sens opposé au premier sens et, dans le premier mode de fonctionnement, on actionne lesdits actionneurs dans les deux sens opposés de sorte à compenser le volume de fluide déplacé au niveau de la première membrane, le deuxième dispositif d'actionnement n'étant pas activé. Selon un mode de réalisation, le premier et le deuxième dispositif d'actionnement comprennent chacun au moins un premier actionneur configuré pour fléchir dans un premier sens et un deuxième actionneur configuré pour fléchir dans un deuxième sens opposé au premier sens et, dans le premier mode de fonctionnement, on active lesdits actionneurs dans les deux sens opposés de sorte à compenser le volume de fluide déplacé par la première membrane par un volume de fluide déplacé par la deuxième membrane.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée qui va suivre, en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1A est une vue en coupe d'un dispositif connu comprenant une membrane deformable, au repos, - la figure 1B est une vue en coupe du dispositif de la figure 1A, en fonctionnement de type variation de focale, - la figure 1C est une vue en coupe du dispositif de la figure 1A, en fonctionnement de type variation de focale et déviation du faisceau incident, - la figure 1D est une vue en coupe d'un dispositif connu comprenant une membrane divergente au repos, en fonctionnement de type déviation, - la figure 2A illustre la déformation à vide (c'est-à-dire non soumise à une pression de fluide) de la première membrane d'un dispositif optique selon l'invention ; la figure 2B illustre à titre de comparaison la déformation à vide d'une membrane ne convenant pas pour la mise en oeuvre de l'invention en raison d'une raideur trop élevée, - les figures 3A à 3C sont des vues en coupe d'un dispositif optique conforme à une forme d'exécution de l'invention dans laquelle les actionneurs de chaque membrane sont conçus pour fléchir dans un même et unique sens, ledit dispositif étant représenté dans un premier mode de fonctionnement dans lequel au moins un actionneur de chaque membrane est activé de sorte à compenser le volume de fluide déplacé par la première membrane par un volume de fluide déplacé par la deuxième membrane, - la figure 3D est une vue en coupe d'un dispositif optique conforme à une forme d'exécution de l'invention dans laquelle les actionneurs de chaque membrane sont adaptés pour fléchir dans deux sens opposés, dans ledit premier mode de fonctionnement, la compensation du volume de fluide déplacé étant réalisée au niveau de chaque membrane, - la figure 3E est une vue en coupe d'un dispositif optique conforme à une forme d'exécution de l'invention dans laquelle les actionneurs de chaque membrane sont adaptés pour fléchir dans deux sens opposés, dans ledit premier mode de fonctionnement, la compensation du volume de fluide déplacé étant réalisée de manière globale entre les deux membranes, - la figure 4A est une vue en coupe d'un dispositif optique conforme à une forme d'exécution de l'invention dans laquelle les actionneurs de la première membrane sont adaptés pour fléchir dans deux sens opposés, dans ledit premier mode de fonctionnement ; les actionneurs de la deuxième membrane n'étant pas activés, la compensation du volume de fluide déplacé est réalisée au niveau de la première membrane, - la figure 4B est une vue en coupe d'un dispositif optique conforme à une forme d'exécution de l'invention dans laquelle les actionneurs de la première membrane sont adaptés pour fléchir dans deux sens opposés, dans ledit premier mode de fonctionnement, le dispositif optique ne procurant dans ce cas ni déviation d'un faisceau incident ni variation de focale, - la figure 5 est une vue en coupe d'un dispositif optique similaire à celui des figures 3A-3C dans lequel les actionneurs de chaque membrane sont conçus pour fléchir dans un même et unique sens, ledit dispositif étant représenté dans un deuxième mode de fonctionnement dans lequel au moins un actionneur de la première membrane est activé de sorte à déplacer un volume de fluide vers le centre du dispositif optique, - la figure 6 est une vue en coupe d'un dispositif optique similaire à celui des figures 3D-3D dans lequel les actionneurs de chaque membrane sont adaptés pour fléchir dans deux sens opposés, dans ledit deuxième mode de fonctionnement, - les figures 7A-7B sont des vues en coupe d'un dispositif optique similaire à celui des figures 3A-3C et 5 dans lequel les actionneurs de chaque membrane sont conçus pour fléchir dans un même et unique sens, ledit dispositif étant représenté dans deux variantes d'un troisième mode de fonctionnement combinant la déviation d'un faisceau incident et la variation de focale du dispositif, - la figure 8 est une vue en coupe d'un dispositif optique similaire à celui des figures 3D-4D et 6 dans lequel les actionneurs de chaque membrane sont adaptés pour fléchir dans deux sens opposés, dans ledit troisième mode de fonctionnement, - les figures 9A et 9B illustrent un dispositif optique dans lequel le diamètre de la partie centrale des deux membranes est sensiblement identique mais où la largeur de la zone d'actionnement de la deuxième membrane est plus grande que celle de la zone d'actionnement de la première membrane, respectivement dans le second et dans le premier mode de fonctionnement, - la figure 10 est un schéma de principe d'un dispositif de prise de vue comprenant un dispositif optique de stabilisation d'images selon l'invention. Pour des raisons de lisibilité des figures, les différents éléments illustrés ne sont pas nécessairement représentés à la même échelle.
Les signes de référence sont utilisés d'une figure à l'autre pour désigner les mêmes éléments.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION Les figures 3A à 4B illustrent différentes implémentations d'un premier mode d'actionnement d'un dispositif optique 100, selon différents modes de réalisation des dispositifs d'actionnement des deux membranes.
Le dispositif optique 100 possède un axe optique X. Le dispositif 100 comprend deux membranes déformables 1, 2, dont la périphérie est ancrée de manière étanche sur un support 3. Dans cet exemple, le support 3 se présente sous la forme d'une couronne annulaire dont le centre est destiné à recevoir un volume d'un fluide 4 contenu dans une cavité étanche délimitée par les deux membranes 1, 2 et le support 3. Le fluide 4 peut être un liquide ou un gaz. Les membranes 1 et 2 sont alors ancrées de part et d'autre du support 3. De manière avantageuse, les membranes s'étendent sensiblement parallèlement l'une à l'autre.
Chaque membrane comprend une zone d'ancrage respective lc, 2c. Chaque membrane comprend par ailleurs une partie centrale respective 1 b, 2b qui correspond à un champ optique du dispositif optique. Chaque membrane comprend donc une face, dite face intérieure, qui est en contact avec le fluide 4, et une face opposée, dite face extérieure, qui est en contact avec un second fluide, non référencé, qui peut être l'air ambiant. Par membrane, on entend tout film souple et étanche, de sorte que la membrane forme une barrière entre le fluide 4 et le fluide se situant sur la face opposée de la membrane. Dans le cas où le dispositif optique 100 est une lentille, qui fonctionne donc en transmission, les deux membranes 1, 2 sont transparentes, au moins dans leur partie centrale 1 b, 2b, à un faisceau optique (non représenté) destiné à se propager à travers la lentille, en traversant successivement la partie centrale d'une première lentille, le fluide et la partie centrale de la seconde lentille. Dans le cas où le dispositif optique 100 est un miroir, la partie centrale de l'une des deux membranes est réfléchissante. Chaque membrane 1, 2 est apte à se déformer de manière réversible, depuis une position de repos (qui peut être plane ou non), sous l'action d'un déplacement du fluide 4 qui fait varier l'épaisseur de fluide se trouvant au niveau de la partie centrale de chaque membrane.
Plus une membrane est souple (en d'autres termes, plus sa raideur est faible), plus la déformation induite par une pression de fluide sera grande. Le fluide 4 est enfermé entre les deux membranes 1, 2 et procure un couplage mécanique desdites membranes, de sorte que l'effet d'un déplacement de fluide ne peut être évalué indépendamment pour chacune des membranes mais de manière combinée selon les propriétés respectives de chacune des membranes. Le fluide 4 est suffisamment incompressible pour se déplacer vers la partie centrale du dispositif lorsque l'on applique un effort sur une membrane dans la direction du fluide, cet effort étant appliqué dans une partie intermédiaire entre la zone d'ancrage et la partie centrale de la membrane. La forme du support 3 et des membranes 1 et 2 peut présenter avantageusement une forme de révolution autour de l'axe optique X, mais l'homme du métier pourra choisir toute autre forme sans pour autant sortir de la portée de la présente invention.
Dans le dispositif, chacune des deux membranes 1 et 2 est munie d'un dispositif d'actionnement respectif 5, 5'. L'homme du métier connaît différents dispositifs d'actionnement utilisables pour actionner des membranes. Ces dispositifs reposent sur différentes technologies, parmi lesquelles on peut citer 15 l'actionnement piézoélectrique, l'actionnement électrostatique, électromagnétique, thermique ou encore à base de polymères électro-actifs. On pourra à cet égard se référer à une description détaillée de tels dispositifs d'actionnement dans les documents FR2919073, FR2950154 et FR2950153. Le choix de la technologie d'actionnement et le dimensionnement du dispositif 20 d'actionnement dépend des performances attendues (par exemple, la capacité à fléchir dans un unique sens ou dans deux sens opposés), des contraintes auxquelles il sera soumis pendant le fonctionnement du dispositif, ainsi que des considérations relatives à la tension électrique d'actionnement à appliquer. Par exemple, un dispositif d'actionnement particulièrement adapté à l'obtention d'un 25 unique sens d'actionnement repose sur la technologie piézoélectrique. On rappelle qu'un actionneur piézoélectrique comporte un bloc de matériau piézoélectrique pris en sandwich totalement ou partiellement entre deux électrodes destinées, lorsqu'elles sont alimentées, à appliquer un champ électrique au matériau piézoélectrique. Ce champ électrique est utilisé pour commander une déformation 30 mécanique du bloc de matériau piézoélectrique. Le bloc de matériau piézoélectrique peut être monocouche ou multicouche et s'étendre au-delà d'une électrode. Le dispositif d'actionnement peut comprendre un unique actionneur sous la forme d'une couronne ou bien de plusieurs actionneurs distincts (par exemple sous forme de poutres) régulièrement répartis sur la circonférence de la membrane. Ce deuxième mode 35 de réalisation permet de déformer la membrane de manière non symétrique. Eventuellement, les actionneurs peuvent être capables de fléchir dans deux sens opposés, ce qui permet d'accéder à des performances optiques supérieures à celles des dispositifs ne présentant qu'un seul sens de fléchissement ; en revanche, l'actionnement de ces dispositifs à double sens est plus complexe. Un tel actionnement dans deux sens opposés peut être obtenu de deux manières différentes. Une première solution consiste à faire en sorte que chaque actionneur du dispositif d'actionnement soit capable de fléchir dans un sens puis dans l'autre en fonction de la tension électrique qui lui est appliquée. Ceci nécessite l'utilisation de matériaux spécifiques comme l'AIN qui fonctionne dans les deux sens de déflection mais qui est moins performant en termes de déflection. Une deuxième solution consiste à mettre en oeuvre dans la région d'actionnement des actionneurs qui fléchissent uniquement dans un sens et d'autres actionneurs qui fléchissent uniquement dans l'autre sens. Cette deuxième solution présente l'avantage de permettre l'utilisation de matériaux performants en termes de déflection ; en revanche, sa mise en oeuvre peut compliquer la fabrication et augmenter le coût du dispositif d'actionnement. Le dispositif d'actionnement 5, 5' de chaque membrane est agencé dans une région respective 1a, 2a, dite région d'actionnement, située entre la zone d'ancrage périphérique respective 1c, 2c et la partie centrale respective 1b, 2b de chaque membrane. Eventuellement, le dispositif d'actionnement peut s'étendre en partie sur la zone d'ancrage périphérique. Sur les figures décrites ci-après, le dispositif d'actionnement est représenté sur la face extérieure de chaque membrane. Cependant, l'invention n'est pas limitée à ce mode de réalisation mais permet également que le dispositif d'actionnement soit agencé sur la face intérieure de chaque membrane, ou encore à l'intérieur de chaque membrane. Le dispositif optique comprend des moyens de commande (non illustrés) qui permettent d'activer le dispositif d'actionnement de la première membrane et le dispositif d'actionnement de la deuxième membrane l'un en fonction de l'autre, de sorte à, selon le mode de fonctionnement recherché, soit compenser un volume de fluide déplacé par une membrane par un volume de fluide déplacé par ladite membrane ou l'autre membrane afin de ne pas modifier la pression de fluide exercée sur cette membrane, soit au contraire imposer un déplacement de fluide susceptible d'induire une variation de la pression de fluide exercée sur une membrane. Lesdits moyens de commande peuvent comprendre avantageusement un circuit intégré spécifique qui, à partir de données d'entrée pouvant provenir de l'imageur ou de capteurs de mouvements type gyroscope, délivre une tension appropriée sur le(s) électrode(s) des dispositifs d'actionnement.
Dans les modes de réalisation illustrés sur les figures 3A à 9B, on suppose qu'au repos, c'est-à-dire lorsque le dispositif d'actionnement 5 de la première membrane n'est pas activé, la première et la deuxième membrane sont planes (configuration non illustrée). Néanmoins, on pourrait concevoir chacune des deux membranes de sorte qu'elle présente au repos une forme concave ou convexe sans pour autant sortir du cadre de la présente invention. Dans un premier mode de fonctionnement, destiné à faire varier la déviation sans modifier la focale du dispositif, on active au moins un actionneur de la première membrane et, le cas échéant, de la deuxième membrane de manière à conserver une différence de pression nulle au niveau de chaque membrane (par différence de pression, on entend la différence entre la pression exercée par le fluide 4 en contact avec la face intérieure de chaque membrane et la pression exercée par le fluide en contact avec la face extérieure de ladite membrane).
Ce maintien d'une différence de pression nulle est obtenu en faisant en sorte qu'un volume de fluide déplacé dans un sens par une membrane corresponde à un volume de fluide déplacé dans le même sens par l'autre membrane et/ou à un volume déplacé dans le sens opposé par la même membrane. Ainsi, les mouvements de fluide induits par les mouvements des actionneurs de chacune des membranes se compensent, de manière globale entre les deux membranes, et/ou au niveau de chaque membrane. Il résulte de la compensation réalisée dans ce premier mode de fonctionnement que la partie centrale 1 b, 2b de chaque membrane est susceptible de pivoter ou de se translater par rapport à sa position de repos, mais ne subit aucune déformation.
Ainsi, le dispositif optique peut dévier un faisceau incident mais sa focale ne varie pas. Les figures 3A à 3E représentent différentes configurations d'actionnement correspondant audit premier mode de fonctionnement du dispositif. Sur la figure 3A, le dispositif d'actionnement 5 de la première membrane 1 est commandé de telle sorte qu'un actionneur situé dans une première partie de la région d'actionnement 1 a ne fléchit pas, tandis qu'un actionneur situé dans une deuxième partie de la région d'actionnement diamétralement opposée à la première fléchit vers le fluide 4. La partie centrale 1b de la première membrane pivote par rapport à la position de repos, tout en restant plane comme dans la position de repos. Le volume déplacé par la première membrane est représenté par la zone hachurée V1. Le dispositif d'actionnement 5' de la deuxième membrane est commandé simultanément de telle sorte qu'un actionneur situé dans une première partie de la région d'actionnement 2a située en vis-à-vis de la deuxième partie de la région d'actionnement 1 a ne fléchit pas, tandis qu'un actionneur situé dans une deuxième partie de la région d'actionnement 2a diamétralement opposée à la première fléchit dans le sens opposé au fluide 4. La partie centrale 2b de la deuxième membrane pivote par rapport à la position de repos, tout en restant plane comme dans la position de repos. Le volume déplacé par la deuxième membrane est représenté par la zone hachurée V2.
Les volumes V1 et V2 sont identiques. Sur la figure 3B, le dispositif d'actionnement 5 de la première membrane 1 est commandé de manière symétrique de telle sorte que tous les actionneurs fléchissent d'une même amplitude vers le fluide 4. La partie centrale 1 b de la première membrane se translate par rapport à la position de repos, tout en restant plane comme dans cette position de repos. Le volume déplacé par la première membrane est représenté par la zone hachurée Vl. Le dispositif d'actionnement 5' de la deuxième membrane est commandé conjointement de telle sorte qu'un actionneur situé dans une première partie de la région d'actionnement 2a ne fléchit pas, tandis qu'un actionneur situé dans une deuxième partie de la région d'actionnement 2a diamétralement opposée à la première fléchit dans un sens opposé au fluide 4. La partie centrale 2b de la deuxième membrane pivote par rapport à la position de repos, tout en restant plane comme dans la position de repos. Le volume déplacé par la deuxième membrane est représenté par la zone hachurée V2.
Les volumes V1 et V2 sont identiques. Sur la figure 3C, le dispositif d'actionnement 5 de la première membrane 1 est activé de telle sorte qu'un actionneur situé dans une première partie de la région d'actionnement 1 a ne fléchit pas, tandis qu'un actionneur dans une deuxième partie de la région d'actionnement 1 a diamétralement opposée à la première fléchit vers le fluide 4. La partie centrale 1 b de la première membrane pivote par rapport à la position de repos, tout en restant plane comme dans la position de repos. Le volume déplacé par la première membrane est représenté par la zone hachurée Vl. Le dispositif d'actionnement 5' de la deuxième membrane 2 est commandé conjointement de manière symétrique de telle sorte que tous les actionneurs fléchissent d'une même amplitude dans la direction opposée à celle du fluide 4. La partie centrale 2b de la deuxième membrane se translate par rapport à la position de repos, tout en restant plane comme dans cette position de repos. Le volume déplacé par la deuxième membrane est représenté par la zone hachurée V2. Les volumes V1 et V2 sont identiques.
Les situations illustrées sur les figures 3A à 3C correspondent à des modes de réalisation du dispositif optique dans lequel les actionneurs de chacun des dispositifs d'actionnement fléchissent dans un unique sens lorsqu'on leur applique une tension électrique d'actionnement. Dans ces cas, le volume de fluide déplacé par une membrane est compensé par le volume déplacé par l'autre membrane.
D'autres situations sont également possibles - toujours pour le premier mode de fonctionnement - si l'on conçoit les actionneurs de chaque dispositif d'actionnement de sorte qu'ils fléchissent dans deux sens opposés en fonction de la tension électrique d'actionnement qui leur est appliquée. Dans ces cas, dont des exemples sont illustrés sur les figures 3D et 3E, le volume de fluide déplacé par une membrane peut être compensé par cette même membrane et/ou par l'autre membrane. Sur la figure 3D, le dispositif d'actionnement 5 de la première membrane est actionné de telle sorte que, dans une première partie de la région d'actionnement la (représentée ici à gauche de la figure), les actionneurs fléchissent dans une direction opposée à celle du fluide 4, tandis que dans une deuxième partie de la région d'actionnement la diamétralement opposée à la première (représentée ici à gauche de la figure), les actionneurs fléchissent dans la direction du fluide 4. La partie centrale 1 b de la première membrane pivote par rapport à la position de repos, tout en restant plane comme dans la position de repos. Le volume déplacé par la première membrane est représenté par les zones hachurées V1' et V1". Dans la mesure où l'amplitude de fléchissement des actionneurs est égale dans les deux sens, les volumes V1' et Vl" sont égaux : la conservation du volume est donc réalisée au niveau de la première membrane elle-même.
Le dispositif d'actionnement 5' de la deuxième membrane 2 est activé simultanément de telle sorte qu'un actionneur situé dans une première partie de la région d'actionnement 2a en vis-à-vis de la première partie de la région d'actionnement la fléchit dans un sens opposé au fluide 4, tandis qu'un actionneur situé dans une deuxième partie de la région 2a diamétralement opposée à la première fléchit vers le fluide 4. La partie centrale 2b de la deuxième membrane se translate par rapport à la position de repos, tout en restant plane comme dans cette position de repos. Le volume déplacé par la deuxième membrane est représenté par les zones hachurées V2' et V2". Dans la mesure où l'amplitude de fléchissement des actionneurs est égale dans les deux sens, les volumes V2' et V2" sont égaux : la conservation du volume est donc réalisée au niveau de la deuxième membrane elle-même. Sur la figure 3E, le dispositif d'actionnement 5 de la première membrane est activé de telle sorte qu'un actionneur situé dans une première partie de la région d'actionnement la (représentée ici à gauche de la figure) fléchit dans un sens opposé au fluide 4, tandis qu'un actionneur situé dans une deuxième partie de la région d'actionnement la diamétralement opposée à la première (représentée ici à droite de la figure) fléchit vers le fluide 4, l'amplitude du fléchissement vers le fluide étant inférieure à celle du fléchissement dans le sens au fluide. La partie centrale 1b de la première membrane pivote par rapport à la position de repos, tout en restant plane comme dans la position de repos. Le volume déplacé par la première membrane est représenté par les zones hachurées V1' et V1", qui ne sont pas égales du fait de la différence d'amplitude du fléchissement des actionneurs dans les deux sens. Le dispositif d'actionnement 5' de la deuxième membrane 2 est commandé simultanément de telle sorte qu'un actionneur situé dans une première partie de la région d'actionnement 2a en vis-à-vis de la première partie de la région d'actionnement 1 a fléchit dans un sens opposé au fluide 4, tandis qu'un actionneur situé dans une deuxième partie de la région 2a diamétralement opposée à la première fléchit vers le fluide 4, l'amplitude du fléchissement vers le fluide étant inférieure à celle du fléchissement dans le sens opposé au fluide. La partie centrale 2b de la deuxième membrane se translate par rapport à la position de repos, tout en restant plane comme dans cette position de repos. Le volume déplacé par la deuxième membrane est représenté par les zones hachurées V2' et V2", qui ne sont pas égales du fait de la différence d'amplitude du fléchissement des actionneurs dans les deux sens.
La somme des volumes V1' et V2' est égale à la somme des volumes Vl" et V2", la conservation du volume de fluide déplacé étant dans ce cas réalisée entre les deux membranes. D'autres configurations, qui entrent également dans le cadre de la présente invention, sont également accessibles en conservant le volume de fluide déplacé et sans modifier la différence de pression dans la partie centrale de chaque membrane. Sur la figure 4A, seul le dispositif d'actionnement 5 de la première membrane est activé ; le dispositif d'actionnement 5' de la deuxième membrane est au repos, aucune tension électrique ne lui étant appliquée. Le dispositif d'actionnement 5 de la première membrane est activé de telle sorte qu'un actionneur situé dans une première partie de la région d'actionnement la (représentée ici à gauche de la figure) fléchit dans un sens opposé au fluide 4, tandis qu'un actionneur situé dans une deuxième partie de la région d'actionnement la diamétralement opposée à la première (représentée ici à droite de la figure) fléchit vers le fluide 4, l'amplitude de fléchissement étant la même dans les deux sens. La partie centrale 1b de la première membrane pivote par rapport à la position de repos, tout en restant plane comme dans la position de repos. Le volume déplacé par la première membrane est représenté par les zones hachurées V1' et V1", qui sont égales : la conservation du volume est donc réalisée au niveau de la première membrane elle-même. La deuxième membrane reste quant à elle dans sa position de repos sans se déformer. Sur la figure 4B, le dispositif d'actionnement 5 de la première membrane est activé de telle sorte qu'un actionneur situé dans une première partie de la région d'actionnement 1a (représentée ici à gauche de la figure) fléchit dans un sens opposé au fluide 4, tandis qu'un actionneur situé dans une deuxième partie de la région d'actionnement la diamétralement opposée à la première (représentée ici à droite de la figure) fléchit vers le fluide 4, l'amplitude de fléchissement étant la même dans les deux sens. La partie centrale 1b de la première membrane pivote par rapport à la position de repos, tout en restant plane comme dans la position de repos. Le volume déplacé par la première membrane est représenté par les zones hachurées V1' et V1". Le dispositif d'actionnement 5' de la deuxième membrane est activé de telle sorte qu'un actionneur situé dans une première partie de la région d'actionnement 2a en vis-à- vis de la première partie de la région d'actionnement 1a fléchit vers le fluide 4, tandis qu'un actionneur situé dans une deuxième partie de la région d'actionnement la diamétralement opposée à la première fléchit dans le sens opposé au fluide 4. La partie centrale 2b de la deuxième membrane pivote par rapport à la position de repos, parallèlement à la partie centrale 1 b de la première membrane, tout en restant plane comme dans la position de repos. Le volume déplacé par la deuxième membrane est représenté par les zones hachurées V2' et V2". La somme des volumes V1' et V2" est égale à la somme des volumes Vl" et V2', la conservation du volume de fluide déplacé étant dans ce cas réalisée entre les deux membranes.
Le dispositif de la figure 4B ne présente alors ni déviation ni variation de focale par rapport à la position de repos. Quelle que soit la configuration choisie pour la mise en oeuvre du premier mode de fonctionnement, on peut, en alternant au cours du temps avec une fréquence appropriée (typiquement de l'ordre de 10 à 30 Hz) le côté de la ou les membrane(s) actionnée(s), dévier le faisceau incident pour compenser le bouger de la main. Le dispositif optique 100 est par ailleurs conçu pour que, dans un deuxième mode de fonctionnement, la partie centrale d'au moins la première membrane se déforme sous l'effet d'une pression de fluide induite par le fléchissement des actionneurs, de manière à modifier la focale dudit dispositif.
Les figures 5 et 6 illustrent différentes implémentations de ce deuxième mode de fonctionnement. La figure 5 illustre un dispositif optique 100 dans lequel les actionneurs d'une même membrane fléchissent tous dans un même et unique sens (comme le dispositif des figures 3A à 3C).
Dans ce deuxième mode de fonctionnement, on active uniquement le dispositif d'actionnement 5 de la première membrane ; aucune tension électrique n'étant appliquée au dispositif d'actionnement 5' de la deuxième membrane. La tension électrique d'actionnement du dispositif 5 peut être égale à ou différente de la tension électrique appliquée audit dispositif dans le premier mode de 35 fonctionnement. Le fléchissement des actionneurs du dispositif 5 vers le fluide induit un déplacement de fluide vers le centre du dispositif.
La deuxième membrane n'étant pas actionnée, la conservation du volume de fluide implique une déformation de la partie centrale 1 b, 2b de chacune des deux membranes, cette déformation étant plus ou moins prononcée selon la raideur respective des deux membranes.
La figure 6 illustre un dispositif optique 100 dans lequel les actionneurs d'une même membrane peuvent fléchir dans les deux sens (comme le dispositif des figures 3D-4B). Dans ce deuxième mode de fonctionnement, on active les dispositifs d'actionnement 5, 5' des membranes dans des sens opposés, de sorte que tous les actionneurs fléchissent vers le fluide, ce qui induit un déplacement du fluide vers le centre du dispositif. La conservation du volume de fluide implique alors une déformation de la partie centrale 1b, 2b de chacune des deux membranes. Bien que cela ne soit pas représenté sur les figures annexées, il est également possible, dans le deuxième mode de fonctionnement, d'activer le dispositif d'actionnement de la première membrane et, le cas échéant, de la deuxième membrane de façon à induire un déplacement du fluide vers la périphérie du dispositif optique. Ainsi, au lieu d'obtenir un dispositif optique convergent comme sur les figures 5 et 6, on peut obtenir un dispositif optique divergent. Il existe également un troisième mode de fonctionnement qui combine la variation de focale et la déviation du faisceau incident. A cet effet, à partir d'un dispositif 100 dont les actionneurs d'une même membrane fléchissent tous dans un même et unique sens (comme le dispositif des figures 3A à 3C), on peut activer les actionneurs comme illustré sur les figures 7A et 7B. Dans le cas de la figure 7A, le dispositif d'actionnement 5' de la deuxième membrane n'est pas activé tandis que le dispositif d'actionnement 5 de la première membrane est activé de manière non symétrique. Par exemple, un actionneur situé dans une partie de la zone d'actionnement (partie gauche de la figure 7A) ne fléchit pas, tandis qu'un actionneur situé dans la zone diamétralement opposée (partie droite de la figure 7A) fléchit vers le fluide.
Dans ce cas, la partie centrale des deux membranes se déforme, le dioptre formé par la première membrane présentant en outre un axe optique incliné par rapport à celui de la position de repos du dispositif. La figure 7B illustre une variante d'implémentation du troisième mode de fonctionnement, dans lequel les dispositifs d'actionnement des deux membranes sont activés. Par exemple, les actionneurs de la première membrane fléchissent vers le fluide d'une même amplitude, tandis que le dispositif d'actionnement 5' est activé de manière non symétrique, un actionneur situé dans une partie de la zone d'actionnement de la deuxième membrane (partie droite de la figure 7B) ne fléchissant pas, tandis qu'un actionneur situé dans la zone diamétralement opposée (partie gauche de la figure 7B) fléchit dans le sens opposé au fluide 4. Dans la mesure où le volume de fluide déplacé par la première membrane est supérieur au volume déplacé par la deuxième membrane, la conservation du volume de fluide induit une déformation de la partie centrale de chaque membrane, le dioptre formé par la deuxième membrane présentant en outre un axe optique incliné par rapport à celui de la position de repos du dispositif. A partir d'un dispositif 100 dont les actionneurs d'une même membrane fléchissent dans les deux sens sens (comme le dispositif des figures 3D à 4B), on peut activer les actionneurs comme illustré sur la figure 8.
Le dispositif d'actionnement 5 de la première membrane est activé de telle sorte qu'un actionneur situé dans une partie de la zone d'actionnement fléchit dans le sens opposé au fluide 5 (partie de gauche de la figure 8) tandis qu'un actionneur situé dans la partie diamétralement opposée de la zone d'actionnement fléchit vers le fluide 4. Le dispositif d'actionnement 5' de la deuxième membrane est activé de telle sorte que tous les actionneurs fléchissent vers le fluide. Dans ce cas, la partie centrale des deux membranes se déforme, le dioptre formé par la première membrane présentant en outre un axe optique incliné par rapport à celui de la position de repos du dispositif. Il est possible d'assigner à chaque membrane du dispositif une fonction spécifique, et concevoir à cet effet un dispositif d'actionnement optimisé pour chacune des membranes. Ainsi, par exemple, on peut affecter à la première membrane la fonction de variation de focale et à la deuxième membrane la fonction de déviation. Dans cette hypothèse, on choisira avantageusement pour le premier dispositif d'actionnement une couronne piézoélectrique et pour le deuxième dispositif d'actionnement une pluralité de poutres de type MEMS (acronyme du terme microsystème électromécanique), dont l'actionnement peut également être piézoélectrique. Par ailleurs, bien que les figures décrites précédemment présentent des membranes 1 et 2 de même diamètre, il peut être avantageux de choisir des membranes de dimensions différentes pour maximiser la déviation possible. En effet, le fait de diminuer le diamètre de la partie centrale 2b de la deuxième membrane et/ou d'augmenter la largeur de la zone d'actionnement 2a de ladite membrane permet d'augmenter le fléchissement des actionneurs et ainsi d'augmenter la déviation. On précise que par « diamètre » on entend le diamètre de la partie déformable d'une membrane, comprenant la partie centrale et la région d'actionnement, mais excluant la zone d'ancrage périphérique qui est fixe.
Cette approche est particulièrement intéressante car aucune pression de fluide n'est appliquée sur les actionneurs de la deuxième membrane dans le premier mode de fonctionnement (déviation). Ceci autorise l'utilisation d'actionneurs en forme de poutres, qui sont particulièrement flexibles et performants en termes de fléchissement, mais qui sont sensibles à la pression. Les figures 9A-9B illustrent en coupe un dispositif optique 100 dans lequel le diamètre de la partie centrale 1 b, 2b des deux membranes est sensiblement identique, mais où la largeur de la zone d'actionnement 2a de la deuxième membrane est plus grande que celle de la zone d'actionnement la de la première membrane. Pour des membranes dont le diamètre total est identique, ceci peut être réalisé en conformant le support 3 de sorte que la zone d'ancrage lc de la première membrane soit plus large que la zone d'ancrage 2c de la deuxième membrane. Au repos, les deux membranes sont supposées planes, cette configuration n'étant cependant pas limitative. La figure 9A correspond au deuxième mode de fonctionnement (variation de focale).
La couronne d'actionneur de la première membrane fléchit uniformément vers le fluide 4. Les actionneurs de la deuxième membrane fléchissent d'une même amplitude dans le sens opposé au fluide 4. Le fléchissement relatif des deux dispositifs d'actionnement est tel qu'un mouvement de fluide est induit vers le centre. Ce déplacement provoque une déformation de la partie centrale 1 b de la première membrane et, dans une moindre mesure, de la partie centrale 2b de la deuxième membrane, conduisant ainsi à un dispositif convergent. La figure 9B correspond au premier mode de fonctionnement (déviation). La couronne d'actionneur de la première membrane fléchit uniformément vers le fluide 4. Les actionneurs de la deuxième membrane fléchissent de manière non symétrique dans le sens opposé au fluide 4, un actionneur situé dans une partie de la zone d'actionnement 2a n'étant pas activé tandis qu'un actionneur situé dans une partie diamétralement opposée de la zone d'actionnement fléchit dans le sens opposé au fluide 4 avec une amplitude suffisante pour que le volume de fluide déplacé par la première membrane soit compensé par le volume de fluide déplacé par la deuxième membrane. Dans ce mode de fonctionnement, aucune des deux membranes ne se déforme, la première membrane se translatant par rapport à sa position de repos tandis que la deuxième membrane pivote par rapport à sa position de repos. Pour pouvoir obtenir les modes de fonctionnement décrits ci-dessus, permettant d'une part une déviation et d'autre part une variation de focale, éventuellement combinées, la première membrane doit présenter une raideur suffisamment faible pour les raisons exposées ci-dessous.
Les figures 2A et 2B présentent deux exemples de membranes présentant des raideurs différentes, représentées ici ancrées sur un support mais non soumises à une pression de fluide. On suppose dans ces deux cas que la membrane est plane au repos. Sur la figure 2A est représentée une membrane présentant une raideur suffisamment faible pour la mise en oeuvre de l'invention. Cette membrane 1 se déforme uniquement dans la zone intermédiaire 1a où se trouve le dispositif d'actionnement, mais sa partie centrale 1 b reste plane, se contentant de se translater par rapport à sa position de repos. La figure 2B illustre en revanche une membrane 1 présentant une raideur trop élevée pour la mise en oeuvre de l'invention, ce qui se traduit par le fait que lorsque le dispositif d'actionnement 5 de ladite membrane est activé, la partie centrale 1 b de la membrane 1 se déforme dans le prolongement de la zone intermédiaire 1 a sur laquelle est agencé le dispositif d'actionnement 5. En présence du fluide 4, une membrane 1 présentant une raideur suffisamment faible telle que celle de la figure 2A est capable de se déplacer sans se déformer à condition que la deuxième membrane assure la compensation du volume de fluide déplacé par le dispositif d'actionnement de la première membrane et/ou que ladite première membrane soit actionnée de sorte à compenser elle-même le volume de fluide déplacé (premier mode de fonctionnement). Par ailleurs, le fait que la raideur de la première membrane soit suffisamment faible permet à la partie centrale de ladite membrane de se déformer lorsque le volume déplacé par le dispositif d'actionnement de ladite membrane n'est pas compensé par la deuxième membrane ni par la première membrane (deuxième mode de fonctionnement). Au contraire, une membrane présentant une raideur trop grande serait susceptible de se déformer malgré la compensation du volume de fluide déplacé assuré par la deuxième membrane dans le premier mode de fonctionnement et ne permettrait pas d'obtenir uniquement une déviation. Pour s'assurer que la membrane 1 possède une raideur suffisamment faible, l'homme du métier peut utiliser un logiciel de modélisation par éléments finis (Comsol par exemple) pour déterminer la déformation à vide de la membrane (sans pression de fluide) sous l'effet de l'actionnement (figure 2A). Pour étudier le comportement des membranes 1 et 2 sous l'effet de la pression du fluide et ajuster leur raideur pour obtenir les déformations souhaitées, l'homme du métier peut utiliser un modèle de déformation de membrane circulaire tel que celui décrit dans [1]. La relation entre une pression p de fluide appliquée de manière uniforme sur la membrane et différents paramètres représentatifs de la membrane est donnée par la formule : P 2,83 (1) 4 où : h est l'épaisseur de la membrane, R est le rayon de la membrane soumis à la pression p, a, est la contrainte résiduelle dans la membrane, w est la déflection au centre de la membrane, v est le coefficient de Poisson du matériau constitutif de la membrane, E est le module d'Young du matériau constitutif de la membrane. Pour chacune des deux membranes, on peut ainsi ajuster le matériau constitutif, la géométrie et la contrainte résiduelle dans la membrane pour obtenir une raideur et des déformations conformes aux attentes décrites ci-dessus. Dans un mode de fonctionnement où une membrane est actionnée, le rayon de ladite membrane est assimilé au rayon de la partie centrale sans prendre en compte la largeur de la région d'actionnement.
Au repos ou dans un mode de fonctionnement où une membrane n'est pas actionnée, le rayon de ladite membrane est assimilé au rayon de la partie centrale et de la région d'actionnement, si l'on fait l'hypothèse que la raideur du dispositif d'actionnement est du même ordre de grandeur que la raideur de la membrane. En utilisant l'indice 1 pour une membrane et l'indice 2 pour l'autre, on établit l'équation ci-dessous, dans laquelle les déflections w1 et w2 sont les deux inconnues : 2,8,3 E,2 , 3 = _ _ 4 - (2) Pour un volume de fluide chassé au centre du dispositif, les volumes se partagent entre les deux membranes. Le volume chassé au centre du dispositif est calculé en faisant la différence entre les volumes déplacés par chacune des membranes, en supposant que la partie centrale de chaque membrane reste plan. Pour une membrane soumise à une pression de fluide, le volume de fluide sous la partie centrale courbée est calculé selon l'équation ci-dessous : V = : 12R- + 4w- (3) On obtient ainsi par la conservation du volume une deuxième équation à deux inconnues : 24 CO (1281 2 (4) La résolution des équations (2) et (4) permet de déterminer les inconnues w1 et w2. En ajustant les caractéristiques de chaque membrane et en les reprenant dans les équations décrites ci-dessus, on peut ainsi ajuster la déformation et la courbure de chaque membrane.
De manière optionnelle, le dispositif optique peut comprendre un substrat présentant une fonction optique (par exemple diaphragme, filtre infra-rouge, etc.) entre les deux membranes. Le substrat délimite alors deux cavités de fluide. Pour conserver le couplage mécanique exercé par le fluide sur les deux membranes, on fait en sorte que le substrat permette le passage du fluide d'une cavité à l'autre, de manière à obtenir une pression de fluide égale dans les deux cavités. A cet effet, on prévoit un ou plusieurs orifices de dimensions suffisantes dans le substrat. Le dispositif optique peut être réalisé par des techniques de microélectronique bien connues de l'homme du métier, notamment des techniques de dépôt en couche mince de type dépôt chimique en phase vapeur, dépôt physique en phase vapeur, électrodéposition, épitaxie, oxydation thermique, évaporation, laminage de films. Par ailleurs, l'ancrage des membranes sur le support peut impliquer des techniques de collage. Les membranes 1, 2 peuvent être réalisées à base de matériaux organiques tels que le polydiméthylsiloxane, le polymétacrylate de méthyle, le polyéthylène téréphtalate, le polycarbonate, le parylène, les résines époxydes, les polymères photosensibles, les silicones, ou de matériaux minéraux tels que le silicium, l'oxyde de silicium, le nitrure de silicium, le silicium polycristallin, le carbone diamant. Les membranes peuvent être constituées d'une seule couche d'un même matériau ou d'un empilement de couches de matériaux différents. Par ailleurs, les membranes peuvent présenter une raideur identique en tout point de leur surface, ou au contraire présenter des raideurs différentes dans différentes régions. Dans ce cas, c'est la partie centrale qui doit respecter les conditions de raideur exposées plus haut.
Le fluide 4 peut être un liquide comme le carbonate de propylène, l'eau, un liquide d'indice, une huile optique ou un liquide ionique, une huile silicone, un liquide inerte à forte stabilité thermique et à faible pression de vapeur saturante. Le fluide peut éventuellement être un gaz tel que l'air, l'azote ou l'hélium principalement pour un dispositif optique fonctionnant en réflexion.
Si le dispositif optique fonctionne en transmission, l'homme du métier choisira l'indice de réfraction du fluide en fonction des performances optiques souhaitées. Selon une forme d'exécution avantageuse de l'invention, le dispositif optique peut incorporer des moyens de compensation d'une variation de la distance focale due à une variation de la température à laquelle est soumis le dispositif. En effet, une différence de coefficient de dilatation thermique entre les différents composants peut conduire à une modification de la distance focale du dispositif optique lorsque la température varie d'une amplitude significative.
De tels moyens de compensation sont décrits en détail dans le document WO 2011/032925. Exemple de réalisation d'un dispositif optique Le dispositif 100 peut par exemple être fabriqué selon le procédé suivant.
On produit tout d'abord deux sous-ensembles formés chacun d'un substrat de silicium et d'une membrane. On pourra à cet égard se référer au document FR 2 962 557, qui décrit un procédé de fabrication d'un tel sous-ensemble. Le matériau de chaque membrane est avantageusement un polymère (tel qu'une résine siloxane) ou un matériau minéral (tel qu'un oxyde de silicium, du silicium polycristallin, du nitrure de silicium). La fabrication de chaque membrane implique de contrôler la contrainte résiduelle dans la membrane, de sorte qu'elle ne soit pas excessivement compressive (pour éviter tout flambage de la membrane) ni excessivement tensile (pour éviter de pénaliser sa déformation en fonctionnement). Avantageusement, la contrainte résiduelle dans chaque membrane est légèrement tensile. Le dispositif d'actionnement de la première membrane est avantageusement un dispositif piézoélectrique, de préférence à base de PZT. Ensuite, les deux sous-ensembles sont assemblés en encapsulant le fluide. Cette technique est classiquement utilisée dans la fabrication des écrans LCD et ne sera donc pas décrite en détail ici. Avantageusement, on utilise une colle pour assembler les deux substrats et garantir la distance les séparant. Le fluide, par exemple un liquide d'indice ou une huile optique, est préalablement dispensé sur l'un des substrats.
Enfin, les deux membranes sont successivement libérées en gravant les substrats de silicium dans la partie centrale et la zone d'actionnement. Un dispositif optique tel que décrit ci-dessus peut avantageusement être incorporé à un dispositif de prise de vue en vue de remplir la fonction de stabilisation d'images. A titre purement illustratif, la figure 10 représente un dispositif de prise de vue comprenant une caméra C à focale fixe conventionnelle et un dispositif optique 100 selon l'invention, par exemple agencé à l'avant de ladite caméra. Il existe de nombreuses autres configurations possibles de tels dispositifs de prise de vue et l'invention n'est pas limitée à celui-ci.35 REFERENCES JP 11-1332110 WO 2011/032925 WO 2011/032927 [1] The design, Fabrication and Testing of Corrugated Silicon Nitride Diaphragms, Journal of Microelectromechanical Systems, Vol. 3, No. 1, March 1994
Claims (14)
- REVENDICATIONS1. Dispositif optique (100) pour la stabilisation d'images, comprenant : - une première membrane (1) déformable, - une deuxième membrane (2) déformable, - un support (3) auquel une zone d'ancrage périphérique respective (1c, 2c) de chacune desdites membranes (1,
- 2) est liée, - un volume constant d'un fluide (4) enfermé entre la première et la deuxième membrane, ledit fluide (4) procurant un couplage mécanique desdites première et 10 deuxième membranes, - au moins un premier dispositif (5) d'actionnement d'une région (1a) de la première membrane située entre la zone d'ancrage périphérique (1c) et une partie centrale (lb) de la première membrane (1) comprenant au moins un actionneur configuré pour fléchir par application d'une tension électrique d'actionnement de sorte à déplacer une partie du 15 volume de fluide (4), - au moins un deuxième dispositif (5') d'actionnement d'une région (2a) de la deuxième membrane située entre la zone d'ancrage périphérique (2c) et une partie centrale (2b) de la deuxième membrane (2) comprenant au moins un actionneur configuré pour fléchir par application d'une tension électrique d'actionnement de sorte à déplacer 20 une partie du volume de fluide (4), - des moyens de commande des premier et deuxième dispositifs d'actionnement, configurés pour, à partir d'une position de repos dans laquelle les premier et deuxième dispositifs (5, 5') d'actionnement sont inactifs : - dans un premier mode de fonctionnement, appliquer une tension électrique 25 d'actionnement respective à au moins un actionneur du premier dispositif d'actionnement (5) et, le cas échéant, à au moins un actionneur du deuxième dispositif d'actionnement (5') de sorte à compenser un déplacement d'une partie du volume de fluide par la première membrane par un déplacement d'une partie correspondante du volume de fluide par la première et/ou la deuxième membrane, la partie centrale (1 b) de la première 30 membrane se déplaçant sans se déformer, - dans un deuxième mode de fonctionnement, appliquer à au moins un actionneur du premier et/ou du deuxième dispositif d'actionnement une tension électrique d'actionnement respective de sorte à déplacer une partie du volume de fluide (4) vers le centre ou vers la périphérie du dispositif (100), la partie centrale (1 b) de la première 35 membrane se déformant sous l'effet de la pression de fluide induite par ledit déplacement. 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel la première membrane présente une raideur suffisamment faible pour qu'en l'absence d'une pression de fluide, l'activationdu premier dispositif d'actionnement entraîne la partie centrale de la première membrane en déplacement sans la déformer.
- 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel chaque actionneur du premier dispositif d'actionnement est configuré pour fléchir dans un unique sens.
- 4. Dispositif selon la revendication 3, dans lequel ledit au moins un actionneur du premier dispositif d'actionnement comprend une couronne piézoélectrique.
- 5. Dispositif selon l'une des revendications 3 ou 4, dans lequel le deuxième dispositif d'actionnement comprend au moins un actionneur configuré pour fléchir dans un premier sens et un deuxième actionneur configuré pour fléchir dans un deuxième sens opposé au premier sens.
- 6. Dispositif selon la revendication 5, dans lequel le deuxième dispositif d'actionnement comprend des actionneurs en forme de poutres.
- 7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel le diamètre de la partie centrale (2b) de la deuxième membrane est inférieur au diamètre de la partie centrale (1 b) de la première membrane et/ou la largeur de la région d'actionnement (2a) de la deuxième membrane est plus grande que la largeur de la région d'actionnement (1a) de la première membrane.
- 8. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel le dispositif d'actionnement de la première membrane comprend au moins un premier actionneur configuré pour fléchir dans un premier sens et un deuxième actionneur configuré pour fléchir dans un deuxième sens opposé au premier sens.
- 9. Dispositif de prise de vue comprenant au moins un dispositif optique selon l'une des revendications 1 à 8.
- 10. Procédé de variation de la focale et/ou de la déviation d'un dispositif optique (100) comprenant : - une première membrane (1) déformable, - une deuxième membrane (2) déformable, - un support (3) auquel une zone d'ancrage périphérique respective (1c, 2c) de chacune desdites membranes (1, 2) est liée,- un volume constant d'un fluide (4) enfermé entre la première et la deuxième membrane, ledit fluide (4) procurant un couplage mécanique desdites première et deuxième membranes, - un premier dispositif (5) d'actionnement d'une région (1a) de la première membrane (1) située entre la zone d'ancrage périphérique (1c) et une partie centrale (1 b) de ladite membrane (1), comprenant au moins un actionneur configuré pour fléchir par application d'une tension électrique d'actionnement de sorte à déplacer une partie du volume de fluide (4), ledit déplacement du fluide étant susceptible d'induire une déformation de la partie centrale (1 b) de la première membrane, - un deuxième dispositif (5') d'actionnement d'une région (2a) de la deuxième membrane (2) située entre la zone d'ancrage périphérique (2c) et une partie centrale (2b) de ladite membrane (2), comprenant au moins un actionneur configuré pour fléchir par application d'une tension électrique d'actionnement de sorte à déplacer une partie du volume de fluide (4), ledit déplacement du fluide étant susceptible d'induire une déformation de la partie centrale (2b) de la deuxième membrane, ledit procédé comprenant : - un premier mode de fonctionnement dans lequel on applique à au moins un actionneur du premier dispositif d'actionnement (5) et, le cas échéant, à au moins un actionneur du deuxième dispositif d'actionnement (5') une tension électrique d'actionnement respective de sorte à compenser un déplacement d'une partie du volume de fluide induit par le déplacement de la première membrane par un déplacement d'une partie correspondante du volume de fluide par la première et/ou la deuxième membrane, la partie centrale de la première membrane se déplaçant sans se déformer, - un deuxième mode de fonctionnement dans lequel on applique à au moins un actionneur du premier et/ou du deuxième dispositif d'actionnement une tension électrique d'actionnement respective de sorte à provoquer un déplacement d'une partie du volume de fluide vers le centre ou vers la périphérie du dispositif, ledit déplacement de fluide induisant une déformation de la partie centrale de la première et/ou de la deuxième membrane.
- 11. Procédé selon la revendication 10, dans lequel chaque actionneur du dispositif d'actionnement de la première membrane est configuré pour fléchir dans un unique sens et, dans le premier mode de fonctionnement, on active au moins un actionneur du premier dispositif d'actionnement et au moins un actionneur du deuxième dispositif d'actionnement dans ledit sens.
- 12. Procédé selon la revendication 11, dans lequel dans le deuxième mode de fonctionnement on n'actionne pas le deuxième dispositif d'actionnement ou on actionne ledeuxième dispositif d'actionnement dans le sens opposé au sens de fléchissement du premier dispositif d'actionnement.
- 13. Procédé selon la revendication 10, dans lequel le dispositif d'actionnement de la première membrane comprend au moins un premier actionneur configuré pour fléchir dans un premier sens et un deuxième actionneur configuré pour fléchir dans un deuxième sens opposé au premier sens et, dans le premier mode de fonctionnement, on actionne lesdits actionneurs dans les deux sens opposés de sorte à compenser le volume de fluide déplacé au niveau de la première membrane, le deuxième dispositif d'actionnement n'étant pas activé.
- 14. Procédé selon la revendication 10, dans lequel le premier et le deuxième dispositif d'actionnement comprennent chacun au moins un premier actionneur configuré pour fléchir dans un premier sens et un deuxième actionneur configuré pour fléchir dans un deuxième sens opposé au premier sens et, dans le premier mode de fonctionnement, on active lesdits actionneurs dans les deux sens opposés de sorte à compenser le volume de fluide déplacé par la première membrane par un volume de fluide déplacé par la deuxième membrane.20
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