静電駆動によって変形可能な膜を備えた光学素子
後面と称される膜の一方の面と接触する一定体積の液体（４）の収容に寄与する支持体（１．５）上の固定領域（２．３）と、休止位置から可逆的に変形することが可能な実質的な中央領域（２．１）と、厳密に前記中央領域（２．１）と前記固定領域（２．３）との間に位置する少なくとも１つの領域（２．２）において膜に応力を加えることによって、前記中央領域（２．２）において液体（４）を移動させる駆動手段（５）と、を備えた変形可能な膜（２）を有する光学素子であって、前記駆動手段（５）が静電性であり、少なくとも一対の対向する電極を備え、前記電極の対のうちの一方が前記膜の後面の位置に配置されるかまたは前記膜内に埋設され、他方が前記支持体の位置に配置され、これらの電極（５．１１、５．１２）が誘電体によって分離され、前記誘電体が少なくとも前記液体（４）によって形成されていることを特徴とする光学素子に関する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可変焦点距離液体レンズ、補償光学において光学収差を補正する液体レンズまたは膜可変鏡など、静電駆動手段によって変形されることができる膜を備えた光学素子に関する。
【０００２】
あらゆる型の可変焦点距離液体レンズのうちで、少なくとも一方が移動し得る壁の間で一定量で動作する光学液体からなるものがある。光学液体とは、光の屈折に適した光学特性を有し、１より大きく、典型的に１．４または１．５の屈折率を有する液体を意味する。以降、単に液体との用語を使用する。しかしながら、焦点距離を変化させる機械構造が複雑であり、サイズ、価格、及び信頼性に不利益をもたらすため、この型のレンズは、電話に組み込まれるカメラなどの小型カメラにはほとんど使用されない。
【０００３】
可視で動作するこれらの小型写真装置は、ＣＣＭ（小型カメラモジュール）として知られている。当該ＣＣＭにはかわりに、湿潤性を変更するために電圧が印加される１または２の液体を有するレンズが備えられている。
【０００４】
それにもかかわらず、特にオートフォーカス機能及びズーム機能を含む多くの開発が進行中である。これらの機能の導入における目的は、応答時間をできるだけ短縮することである。より一般的には、目的は、価格、サイズ及びエネルギー消費を低減するために、これらのＣＣＭの構成要素をできるだけ集積することである。
【０００５】
別の用途は、赤外（ＩＲ）で動作するカメラに関する。集積に関する進歩は少なく、ほとんどの場合において光学系はカメラから分離されている。特に光学系の集積（カメラモジュールの形成）、オートフォーカス機能の集積など、いくつかの開発が進行中である。現在のところ、関連する技術的解決策は知られておらず、明確にされる必要がある。
【０００６】
膜可変鏡の用途では、後者は反射性を有する。鏡の焦点距離ひいては曲率半径を調節することが望まれているかもしれない。このような鏡は、眼科学または補償光学において使用され得る。
【背景技術】
【０００７】
少なくとも一方が移動し得る壁の間で一定量で動作する光学液体を含む可変焦点距離液体レンズなどの可変焦点距離を備えた光学素子は、例えばＵＳ−Ｂ−５ ９１７ ６５７（特許文献１）、ＵＳ−Ｂ−６ ３４４ ９３０（特許文献２）、ＪＰ−Ａ−１０−１４４９７５（特許文献３）、ＪＰ−Ａ−０８−１１４７０３（特許文献４）、ＵＳ−Ａ−５ １３８ ４９４（特許文献５）、ＷＯ２００３／１０２６３６（特許文献６）、ＪＰ２００２−２４３９１８（特許文献７）、ＪＰ−Ａ−６０−２２０３０１（特許文献８）など、いくつか特許の対象となっている。
【０００８】
これらの特許文献のいずれも携帯電話カメラへの適用には言及されておらず、代わりに例えば望遠鏡、光学顕微鏡、及びデジタルカメラへの適用が言及されている。実際、膜に関連する機械構造は全て非常に複雑であり、この種の用途には高価すぎるものである。
【０００９】
図１６Ａ及び１６Ｂは、ＵＳ−Ｂ−５ ９１７ ６５７（特許文献１）に記載されている可変焦点距離液体レンズの２つの実施例である。もっとも単純なレンズが図示されているため、これらのレンズを選択した。
【００１０】
図１６Ａの液体レンズ１０００は、第１中央透明弾性フィルム１０６ａと、第２中央透明弾性フィルム１０６ｂと、周囲弾性フィルム１０４と、周囲容器１０５と、を備える。第１及び第２透明弾性フィルム１０６ａ、１０６ｂは、互いに対向して配置される。周囲弾性フィルム１０４は、第１透明弾性フィルム１０６ａの周囲に固定され、全体が第１膜を形成する。第２壁は、第２弾性フィルムを備える。これらの要素は全て密閉され、液体１０３を包含する。液体１０３に圧力を及ぼしてレンズ１０２を操作する手段は、クラウン形状の容器２０３に配置された複数のアクチュエータ２０１から形成される。これらの動作は弾性フィルム１０４上で行われる。２つの容器１０５、２０３は向かい合わせて組み立てられる。
【００１１】
図１６Ｂの変形例では、弾性フィルム１０６ａは透明プレート１０４ｂに置き換えられる。レンズ１０００を操作する手段は、ユニモルフ構造を形成するように周囲弾性フィルム１０４上に移動された環状圧電素子によって形成される。
【００１２】
これらの液体レンズ１０００は、以下に挙げる欠点を有する。いくつかのプレート及び／またはフィルムは、液体を封入するために互いに且つ容器と密閉される。特に、レンズの壁の１つが、フィルムと連結されたプレートまたは互いに連結された２つのフィルムのいずれかを備える。密閉される部分の数が増えると、リークのリスクが高くなる。
【００１３】
ＪＰ−Ａ−６０‐２２０３０１（特許文献８）では、膜は中央から縁部まで連続しているが、駆動手段は磁性によるものであり、これはサイズに関しても性能及び製造に関しても満足するものではない。実際、駆動装置は支持体に内蔵された電流が供給されなければならないコイルと、膜と連結され、その縁部と中央部との間でクラウンに配置された磁性材料からなるプレートとを備える。プレートの磁性材料など、異なる性質のいくつかの材料は、汚染の理由からマイクロエレクトロニクスの環境に適合しないため、この構成は、特に製造に関して不利である。一側上にコイル、他側上にプレートを形成することを可能にするために、装置の二面処理が必要とされる。さらに、コイルはかさ高い。また、磁性駆動は電力消費及び熱放散の両方に関して不利である。磁性駆動の欠点は、非特許文献１に記載されている。
【００１４】
これらのレンズの製造方法は、統一され、多くの専門分野にわたる。この方法は、フィルムを合成及び成形して処理するプラスチックから生じる技術、容器を形成するための注入及び機械加工技術を含む。フィルムまたはプレートを容器と密閉して組み立てる方法は、シーリングの性質（プラスチック−プラスチック、プラスチック−ガラス、プラスチック−金属）によって異なる。さらに、実施されるシーリングは同一平面上に位置するとは限らないため、採用される方法及び必要な道具を非常に複雑にし、フィルムまたはプレートの取り扱いが困難なものとなる。これらの技術は、マイクロエレクトロメカニカルシステムＭＥＭＳまたはマイクロオプトエレクトロメカニカルシステムＭＯＥＭＳの作製に採用される従来のバッチ製法と適合しない。その結果として、コストは依然として高く、サイズも大きい。
【００１５】
液体レンズは、変形可能な壁の周囲と容器の縁部との間に可能な限り優れた平行性を必要とする。欠陥があれば、レンズを利用して得られる画像の品質を劣化させる光学収差が現れる。現在の液体レンズの製造方法ではこの平行性を確保することができない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明の目的は、上述の欠点、つまり駆動の複雑性及び体積、マイクロエレクトロニクス環境との不適合性、バッチでの製造が不可能であること、リーク及び光学収差の高いリスクを有さない液体レンズまたは鏡などの変形可能な膜を備えた光学素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
より詳細には、本発明は、後面と称される膜の一方の面と接触する一定体積の液体の収容に寄与する支持体上の固定領域と、休止位置から可逆的に変形することが可能な実質的な中央領域と、厳密に前記中央領域と前記固定領域との間に位置する少なくとも１つの領域において膜に応力を加えることによって、前記中央領域において液体を移動させるための駆動手段と、備えた変形可能な膜を有する光学素子に関する。前記駆動手段は静電性であり、少なくとも一対の対向する電極を備え、前記電極の対うちの一方は前記膜の後面の位置に配置されるかまたは前記膜内に埋設され、他方は前記支持体の位置に配置され、これらの電極は誘電体によって分離され、前記誘電体は液体によって形成される。
【００１８】
短絡のリスクを防止するために、液体に加えて、液体によって浸漬された追加の誘電体が備えられることができる。
【００１９】
追加の誘電体は膜であり得る。
【００２０】
変形例では、追加の誘電体は支持体の位置に配置された電極の対を被覆する誘電層であり得る。
【００２１】
駆動手段は、膜が凹状、凸状または実質的に平坦であり得る休止位置を有する。
【００２２】
膜は、光場と応力領域との間で均一であり得る。
【００２３】
応力領域は、中央領域に侵入することなく中央領域まで延びるかまたは中央領域より前で停止し得る。
【００２４】
応力領域は、固定領域に侵入することなく固定領域まで延びるかまたは固定領域より前で停止し得る。
【００２５】
膜の位置に配置された電極は、液体に対向する膜の前面と接触するかまたは液体と接触している膜の後面と接触し得る。
【００２６】
駆動の間に一対の電極の２つの電極が接触する状態となることを防止するために、一対の電極が機械的ストッパと連携するように備えられ得る。
【００２７】
膜は、単層または多層であり得る。
【００２８】
膜が多層である場合、膜の位置に配置される電極は、膜の２層の間に挿入され得る。
【００２９】
リークのリスクを防ぐために、膜は膜の前表面にわたって広がる少なくとも１つの連続層を備え得る。
【００３０】
１実施形態では、膜は導電材料からなり、電極として作用し得る。
【００３１】
膜の位置に配置される電極は、固定領域と、必要であれば支持体と接触する状態となる応力領域を超えて延び得る。
【００３２】
応力領域が単一である場合、応力領域は中央領域を取り囲み、応力領域が複数ある場合、応力領域のそれぞれが中央領域を取り囲むかまたは全ての応力領域が中央領域を取り囲むことができる。
【００３３】
応力領域は、クラウンであるかまたはクラウンの一部であってよく、必要であれば固定領域または中央領域に向かって突出する放射状の突出部を備える。
【００３４】
応力領域は実質的に円形、多角形、三日月形、角状セクター、放射状ストリップである。
【００３５】
応力領域は中央領域の周囲に不連続のクラウンを形成し、膜は、応力領域よりも硬く、中央領域と応力領域との間に配置され、中央領域を取り囲む連続した補強領域をさらに備え得る。
【００３６】
支持体は、実質的に平坦であるかまたは液体を収容する皿状部を備える。
【００３７】
液体は、皿状部から溢れることができる。
【００３８】
支持体は、底部及び傾斜側面を有する皿状部を備えてよく、支持体の位置の電極は底部及び傾斜側面上に延び得る。
【００３９】
支持体は、少なくとも１つの段差が設けられた底部を有する皿状部を備えてよく、支持体の位置の電極は段差上に延び得る。
【００４０】
支持体は、フレームと、フレーム上に固定された第２膜とを備えてよく、支持体の位置に配置された電極は第２膜と接触し得る。
【００４１】
支持体は、フレームと、フレームに固定されて液体のための皿状部の形成に寄与する透明プレートとを備えてよく、透明プレートは実質的に平坦且つ平行な面を有するかまたは皿状部の外側の１つの面が凹状であるかまたは皿状部の外側の１つの面が実質的に凸状であり得る。
【００４２】
支持体は、一体に組み立てられた２つの基板を備えてよく、膜は基板のうちの一方と連結され、支持体の位置に配置された電極は基板のうちの他方と連結され得る。
【００４３】
応力領域の位置において液体の厚さを測定するための容量性手段が備えられることができる。
【００４４】
容量測定手段は、駆動手段の電極と統合されるかまたは一部統合され得る。
【００４５】
光学素子は、測定される液体の厚さに応じて駆動手段を自動的に制御するための手段を備えてよい。
【００４６】
素子は、マイクロエレクトロニクスまたはマイクロシステム技術によって形成され得る。
【００４７】
膜は、ポリジメチルシロキサン、ポリメチルメタクリレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、パリレン、エポキシ樹脂などの有機系材料またはシリコン、シリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコンカーバイド、多結晶シリコン、窒化チタン、ダイヤモンド状炭素、酸化インジウムスズ、アルミニウムなどの無機系材料からなってよい。
【００４８】
液体は、プロピレンカーボネート、水、インデックスリキッド、シリコーンオイルなどに光学オイルであってよい。
【００４９】
光学素子は、調節可能な曲率を有する鏡または液体レンズであってよい。
【００５０】
本発明はさらに、上記の特徴を有する少なくとも１つの光学素子を備えたカメラ装置に関する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００５１】
【特許文献１】米国特許第５９１７６５７号明細書
【特許文献２】米国特許第６３４４９３０号明細書
【特許文献３】特開１０−１４４９７５号公報
【特許文献４】特開０８−１１４７０３号公報
【特許文献５】米国特許第５１３８４９４号明細書
【特許文献６】国際公開第２００３／１０２６３６号
【特許文献７】特開２００２−２４３９１８号公報
【特許文献８】特開昭６０−２２０３０１号公報
【非特許文献】
【００５２】
【非特許文献１】Ｇｉｌｂｅｒｔ ＲＥＹＮＥ、“Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ａｃｔｕａｔｉｏｎｓ ｆｏｒ ＭＯＥＭＳ， ｅｘａｍｐｌｅｓ， ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ａｎｄ ｄｒａｗｂａｃｋｓ ｏｆ ＭＡＧＭＡＳ”、ＪＥＭＳ’０１ Ｊｏｉｎｔ Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｓｙｍｐｏｓｉａ Ｎｏ．１、Ｇｒｅｎｏｂｌｅ Ｆｒａｎｃｅ ２００２年、ｖｏｌ．２４２−４５（２）、ｐ．１１１９−１１２５
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１Ａ】本発明による静電駆動を有する変形可能な膜の光学素子の断面図及び上面図を示す。
【図１Ｂ】本発明による静電駆動を有する変形可能な膜の光学素子の断面図及び上面図を示す。
【図１Ｃ】本発明による静電駆動を有する変形可能な膜の光学素子の断面図及び上面図を示す。
【図２Ａ】本発明による光学素子の応力領域の範囲を示す。
【図２Ｂ】本発明による光学素子の応力領域の範囲を示す。
【図２Ｃ】本発明による光学素子の応力領域の範囲を示す。
【図３Ａ】本発明による光学素子の単一の応力領域の異なる形状を示す。
【図３Ｂ】本発明による光学素子の単一の応力領域の異なる形状を示す。
【図３Ｃ】本発明による光学素子の単一の応力領域の異なる形状を示す。
【図３Ｄ】本発明による光学素子の単一の応力領域の異なる形状を示す。
【図４Ａ】本発明による光学素子の一連の応力領域の異なる形状を示す。
【図４Ｂ】本発明による光学素子の一連の応力領域の異なる形状を示す。
【図４Ｃ】本発明による光学素子の一連の応力領域の異なる形状を示す。
【図４Ｄ】本発明による光学素子の一連の応力領域の異なる形状を示す。
【図４Ｅ】本発明による光学素子の一連の応力領域の異なる形状を示す。
【図４Ｆ】本発明による光学素子の一連の応力領域の異なる形状を示す。
【図４Ｇ】本発明による光学素子の一連の応力領域の異なる形状を示す。
【図４Ｈ】本発明による光学素子の一連の応力領域の異なる形状を示す。
【図４Ｉ】本発明による光学素子の一連の応力領域の異なる形状を示す。
【図５Ａ】本発明による光学素子の駆動手段の異なる変形例を示す。
【図５Ｂ】本発明による光学素子の駆動手段の異なる変形例を示す。
【図５Ｃ】本発明による光学素子の駆動手段の異なる変形例を示す。
【図５Ｄ】本発明による光学素子の駆動手段の異なる変形例を示す。
【図５Ｅ】本発明による光学素子の駆動手段の異なる変形例を示す。
【図５Ｆ】本発明による光学素子の駆動手段の異なる変形例を示す。
【図５Ｇ】本発明による光学素子の駆動手段の異なる変形例を示す。
【図５Ｈ】本発明による光学素子の駆動手段の異なる変形例を示す。
【図５Ｉ】本発明による光学素子の駆動手段の異なる変形例を示す。
【図５Ｊ】本発明による光学素子の駆動手段の異なる変形例を示す。
【図６Ａ】本発明による光学素子の支持体の位置に配置された電極の異なる構成を示す。
【図６Ｂ】本発明による光学素子の支持体の位置に配置された電極の異なる構成を示す。
【図７Ａ】様々な大きさが推測される本発明による光学素子の２つの変形例を図示する。
【図７Ｂ】様々な大きさが推測される本発明による光学素子の２つの変形例を図示する。
【図８Ａ】本発明による光学素子の休止状態の静電駆動手段をより詳細に示す。
【図８Ｂ】本発明による光学素子の駆動状態の静電駆動手段をより詳細に示す。
【図９Ａ】休止状態の静電駆動手段の別の実施例をより詳細に示す。
【図９Ｂ】駆動状態の静電駆動手段の別の実施例をより詳細に示す。
【図１０】液体が皿状部から溢れた本発明による光学素子の実施例を示す。
【図１１Ａ】本発明による光学素子の実施形態の実施例の段階を図示する。
【図１１Ｂ】本発明による光学素子の実施形態の実施例の段階を図示する。
【図１１Ｃ】本発明による光学素子の実施形態の実施例の段階を図示する。
【図１１Ｄ】本発明による光学素子の実施形態の実施例の段階を図示する。
【図１１Ｅ】本発明による光学素子の実施形態の実施例の段階を図示する。
【図１２】液体の厚さに応じて駆動手段を制御するための自動手段と連携する液体の厚さを測定する容量手段を備えた本発明による光学素子を示す。
【図１３】組み立てられた２つの支持体を備えて形成された本発明による光学素子を示す。
【図１４Ａ】本発明による光学素子の異なる支持体を示す。
【図１４Ｂ】本発明による光学素子の異なる支持体を示す。
【図１４Ｃ】本発明による光学素子の異なる支持体を示す。
【図１４Ｄ】本発明による光学素子の異なる支持体を示す。
【図１４Ｅ】本発明による光学素子の異なる支持体を示す。
【図１４Ｆ】本発明による光学素子の異なる支持体を示す。
【図１５Ａ】本発明の少なくとも１つの光学素子を採用した２つのカメラ装置を示す。
【図１５Ｂ】本発明の少なくとも１つの光学素子を採用した２つのカメラ装置を示す。
【図１６Ａ】従来の液体レンズを示す。
【図１６Ｂ】従来の液体レンズを示す。
【発明を実施するための形態】
【００５４】
本発明は、添付の図面を参照して、単に表示の目的で与えられ、限定的でない実施形態の説明を読むことでより深く理解されるであろう。
【００５５】
以降説明される異なる図面の同一、類似、または同等の部分には、１図面から次の図面に容易に移動できるように同一の参照符号が付される。
【００５６】
図面を見易くするために、図面中の別々の部分は必ずしも均一なスケールで表示されているとは限らない。
【００５７】
本発明による変形可能な膜を備えた光学素子の第１実施形態を図１Ａを参照して説明する。液体レンズと仮定するがそれに限定されるものではなく、膜可変鏡であってもよい。
【００５８】
液体レンズ１０は膜２を備え、膜の周囲は支持体１．５上にシール手段において固定されている。支持体１．５上に固定された膜の領域は、固定領域と称され、参照符号２．３で示されている。本実施形態において、固定は支持体１．５のフレーム１において行われる。フレーム１は、ライニングによって支持体１．５に形成された皿状部３の画定を促す。皿状皿状部３は、一定の容量の液体４を含有するためのものである。支持体１．５は、主平面ｘ、ｙに沿って広がる。皿状部３は底部３．１を備える。光ビーム（図示せず）は、皿状部３の底部３．１の位置で、膜２と、液体４と、支持体１．５とを介して伝播して液体レンズ１０を通過するよう意図されている。フレーム１及び皿状部３は必須ではなく、支持体１．５は実質的に平坦な基板であることができる。底部３．１は光ビームが使用されるために透明である。
【００５９】
光学素子が膜可変鏡であったならば、そのような膜は入射する光ビームを反射するよう設計されているため、膜は反射するだろう。
【００６０】
膜は、液体４と液体４に対してバリアの反対側に配置された流体媒体との間のバリアとして作用する任意の柔軟性フィルムの役割を果たす。この流体は非常に単純に空気または別の気体あるいは別の液体でもよい。膜２は、液体レンズだけでなく膜可変鏡の場合も、一側で液体４と接し、他側で、少なくとも光場と呼ばれる中央領域２．１で流体と接する。以降、中央領域との表現が使用されることもあれば、光場との表現が使用されることもある。本文脈中においてこれらの表現は同等である。液体レンズの用途において、光ビームが通過するのは光場であり、光ビームのために透明である。鏡用途において、膜は光ビームが入射する中央領域で反射する。
【００６１】
光学素子の焦点距離を変化させることができるように、少なくとも１つの静電アクチュエータ５を備えた駆動手段５が提供され、駆動手段は厳密に中央領域２．１と固定領域２．３との間に位置する応力領域２．２において膜２に応力を及ぼす。複数のアクチュエータ５がある場合、それらの各々は膜２の領域２．２に応力を加える。アクチュエータ５は、活性化されて休止位置から活性位置、及び逆もまた同様に取るようにことができる。応力領域の数は、アクチュエータの数に依存する。１つの場合、応力領域は図２に示すような連続したクラウン形状であり得る。後で説明する図３Ａから３Ｄに示されるようなその他の形状をとることも可能である。
【００６２】
図４に示すように応力領域２．２が複数ある場合、後者は多数の形状をとることができる。この種類に含まれる応力領域のいくつかの例を図４Ａから４Ｉに示す。いずれの応力領域２．２も中央領域２．１を取り囲む。異なる応力領域２．２は、好ましくは実質的に一定の間隔で光場２．１の周囲に分布される。各々のアクチュエータ５は対向する一対の電極５．１１、５．１２を備える。膜２に配置された参照符号５．１２で示される電極の一方は移動する。支持体１．５に配置された他方の電極５．１１は、支持体が電極５．１１の位置で剛性を有する限りそこに固定される。支持体が電極５．１１の位置で柔軟性を有する場合、電極もまた移動する。静電アクチュエータは非常に単純で特に小型である。
【００６３】
図１Ａ、１Ｂにおいて、電極５．１２は膜に連結され、さらに膜２と接触している。液体誘電体は、膜と比較して高い誘電率を有する。
【００６４】
これは図５Ａから５Ｅに示されるように拘束されるものではない。図１の構成は特に単純であり、焦点距離の変化において優れた効率を有する。
【００６５】
複数のアクチュエータ５がある場合、好ましくは、配置が実質的に規則的に行われることができるように、異なるアクチュエータ５は実質的に一定の間隔で膜２の中央領域２．１の周囲に分布される。
【００６６】
アクチュエータ５の２つの電極５．１１、５．２２は、誘電体によって分離され、前記誘電体は少なくとも液体４によって形成されている。液体４に加えて、追加の誘電体を提供することができる。追加の誘電体は、膜２によって形成されることができ、より詳細には図１Ａにおいてアクチュエータ５によって応力が加えられる膜の領域２．２によって形成され得る。追加の誘電体は、液体４で浸漬される。アクチュエータ５によって応力が加えられる膜の領域２．２は、電極５．１１、５．１２の少なくとも一方の上またはアクチュエータの２つの電極の間の共通部分の上に位置する。後に説明されるような追加の誘電体のその他の変形も想定され得ることは明らかに理解される。液体４に加えて追加の誘電体を提供することによって、アクチュエータが駆動する間に、電極５．１１、５．１２が互いに押されて液体が横方向に移動するような場合に、アクチュエータ５の２つの電極５．１１、５．１２の間で短絡することを防止することが可能となる。静電アクチュエータの駆動の間、電極が近接するほど不安定になり、互いに突然押しあう傾向がある。
【００６７】
液体４が唯一の誘電体である場合、駆動の間に２つの電極５．１１、５．１２が互いに押しあって短絡することを防ぐことを目的として、少なくとも１つの機械的ストッパＢを提供することができる。図１Ｂ、１Ｃを参照すると、複数の機械的ストッパＢがある。機械的ストッパＢの厚さは、２つの電極５．１１、５．１２の厚さの合計より厚い。１アクチュエータ５あたり１つのストッパが提供され得る。これらのストッパは、固定された電極５．１１に隣接して支持体１．５上に配置され得る。図１Ｃにおいて電極は図示されていない。
【００６８】
図１の構成において、膜２は誘電体材料からなる必要はなく、シリコン、シリコンカーバイド、多結晶シリコン、窒化チタン、ダイヤモンド状炭素、酸化インジウムスズ、アルミニウムに基づいてよい。
【００６９】
図５Ａの構成において、例えば膜２は誘電体材料からなり、より詳細には例えばポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、さらにポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、パリレン、エポキシ樹脂等の有機材料、またはシリコン酸化物、シリコン窒化物等の無機材料からなる。
【００７０】
図１の実施例において、膜２は光場２．１及び応力領域２．２において均一である。膜２は、図１に示すように光場２．１及び応力領域２．２において単層であってよく、図５Ｉに示すように多層であってもよい。固定領域で光場の膜の全ての表面を覆う連続的な少なくとも１つの層で形成される。
【００７１】
本発明の文脈中において、膜が２つの領域において均一であるということは、その物理特性が２つの領域において一定且つ同一であることを意味する。
【００７２】
膜が光場と応力領域とで均一でないことは明らかに考えられるものであり、これらの２つの領域が異なる剛性を有することもできるが、いかなる場合においても、その全ての表面を覆う少なくとも１つの連続した層を備える。その結果、リークのリスクは軽減される。
【００７３】
支持体１は、図１に示すようにモノリシックであってよく、図１３に示すように皿状部３の底部３．１に組み立てられたフレーム１によって形成されてもよい。
【００７４】
液体４は誘電体であり、プロピレンカーボネート、水、インデックスリキッド、シリコーンオイルなどの光学オイルであってよい。液体４は、特に誘電特性で選択され且つ、液体レンズの場合光学特性で選択されることは明らかである。
【００７５】
図２において、膜２は円形に示されているがその他の形状をとることも可能であり、図３Ｂに示すように例えば楕円形のような縦長の形状、または図３Ａに示すように例えば正方形のような四角形の形状、あるいはその他の形状をなすこともできる。
【００７６】
光学素子の焦点距離を変更する原理は以下の通りである。駆動手段５の影響下で、アクチュエータの電極５．１１、５．１２は互いに引き合い、液体４と接触している膜の応力領域２．２は支持体１．５の底部に近づき、液体４が膜２の中央に向かって押し出され、光場２．１が変形することによって、光学素子の焦点距離が変更される。膜２と支持体１．５との間に挟まれ、実質的に非圧縮性であると考えられる液体４の容量が維持されることで、膜の変形は制御される。
【００７７】
駆動手段の各々の静電アクチュエータ５は従来のものであってよく、言い換えると図１に示されるような休止位置で実質的に平行な電極５．１１、５．１２を備えるかあるいは“ジッピング（ｚｉｐｐｉｎｇ）”または進行開放またはスライド型でもよく、言い換えると図６Ｂに示されるような休止位置で互いに傾斜した電極を備えてもよい。“ジッピング”型駆動の利点は、従来の実質的に平行な電極の構成よりも大きな移動量を得ることである。駆動手段５のパラメータを決定するものは、膜２の応力領域２．２の表面積であり、アクチュエータの電極５．１１、５．１２の少なくとも一方の表面及び膜２上の駆動手段５によって生じる応力に対応する。
【００７８】
次に、図２を参照して応力領域２．２の別の可能な構成について説明する。応力領域２．２はいかなる場合も光場２．１より前までで停止し、そこに侵入することはない。固定領域２．３までのびることは可能であるが、固定領域２．３には液体がなく、膜は移動することができないため、そこに侵入することもない。その一方で、駆動手段５は、固定領域２．３の位置で膜と接触してもよい。応力領域２．２は、アクチュエータ５によって移動される領域であり、固定領域２．３は応力領域２．２に含まれなくてよい。
【００７９】
駆動手段が、固定領域と中央領域との間の厳密に限定された少なくとも１つの応力領域において膜に応力を加えるということは、中央領域が移動された液体の圧力のみによって変形され、中央領域が駆動手段によって直接応力を加えられた場合よりも効果的に焦点距離の変更が得られる。
【００８０】
これら図２において駆動手段は図示されていない。図２において、応力領域２．２は１つだけであり、光場２．１を取り囲む連続したクラウン形状である。開示される内容は、複数の応力領域がある場合にも同様に当てはまる。図２Ｂに示すように、応力領域２．２は光場２．１の端部から開始されることができる。点線は光場２．１の端部を示す。
【００８１】
図２Ａ及び図２Ｃに示されるように、駆動手段によって光場２．１と応力領域２．２との間に中間保護領域２．４を挿入することができることは明らかである。これによって光場２．１の光学性能のいかなる劣化も防止することが可能となる。
【００８２】
図２Ａに示されるように、中間保護領域２．５は応力領域２．２と固定領域２．３との間に挿入され得る。この領域は液体４の上部に位置する。図２Ｂ及び図２Ｃに示されるように、応力領域２．２は固定領域２．３に侵入することなく到達してよい。その場合中間保護領域２．５は存在しない。
【００８３】
図３Ａ、３Ｂはそれぞれ正方形または縦長形、この場合は楕円形の膜の構成を示す。これらの２つの構成において、光場２．１は円形である。応力領域２．２は内側に限っては円形であり、外側はそれぞれ正方形または楕円形である。
【００８４】
図３Ｃにおいて、膜２は円形であり、単一の応力領域２．２は光場２．１に向かって突出する放射状の突出部を有するクラウン形状をなしている。前記突出部は、クラウンセクターの形状をとっているが、その他の形状も可能であり、その形状は限定されない。応力領域２．２と固定領域２．３との間に保護領域２．５がある。
【００８５】
図３Ｄにおいて、膜２は円形であり、応力領域２．２は単一であって光場２．１の側でクラウン形状であり、クラウンは固定領域２．３に向かって突出する放射状の突出部を有する。突出部はストリップ形状であるがその他の形状も可能である。放射状の突出部の間であり応力領域２．２のクラウンと固定領域２．３との間に中間分割保護領域２．５がある。単一のアクチュエータの形状をとる静電駆動手段５は、応力領域２．２を占有し、且つ固定領域２．３及び支持体１．５上に続き、放射状の突出部を応力領域２．２を超えて広げる。アクチュエータ５が固定領域２．３及び支持体１．５と接触する表面は、応力領域２．２とは異なる模様で図示されている。アクチュエータの部分は、支持体１．５上に広がる膜と接触している可動電極の一部に対応する。
【００８６】
ここまで、単一の応力領域２．２を備えた構成のみについて説明しており、駆動手段が単一のアクチュエータのみを備えることを意味している。
【００８７】
駆動手段５は、同時に駆動される複数アクチュエータを備え得る。この場合、膜は複数の応力領域を備える。
【００８８】
複数の応力領域２．２を有する結果として複数のアクチュエータを備える膜２の構成をここで説明する。図４Ａにおいて、応力領域２．２はクラウンセクターであり、非限定的な例においてクラウンは円形である。図４Ａでは８、図４Ｂでは２４の部分がある。別の数の応力領域２．２も可能であることは明らかである。図４Ｃでは、応力領域２．２は三日月形の部分であり、その外縁部は膜の縁部と同心円である。４つの実質的に同一の応力領域２．２がある。それらが同一でないことも想定され得る。図４Ｄでは、応力領域２．２は同心クラウンである。同心クラウンは２つある。図３Ｃ、３Ｄと同様に、そのうちの一方が放射状の突出部を備えることも想定され得る。不必要に図面の数を増加させないように、この変形例は示していない。これら２つの後者の突出部において、固定領域２．３と応力領域２．２との間に中間保護領域２．５がある。
【００８９】
図４Ｅにおいて、応力領域２．２は、この円形の例では内側が光場２．１によって限定された角状セクターであり、外部は固定領域２．３を支持する支持体１．５の縁部によって限定されるものであり、この例では正方形である。角状セクターは頂点で実質的に同一の角度を有するが、これに限定されるものではない。
【００９０】
図４Ｆにおいて、応力領域２．２は、内側が光場に対応する円形、外側は固定領域２．３を支持する支持体１．５の縁部に対応する楕円によって限定された角状セクターの部分である。これらの２つの例において、別々の応力領域２は全て同一ではない。
【００９１】
図４Ｇにおいて、応力領域２．２は、固定領域２．３の直前で停止した放射状ストリップである。
【００９２】
図４Ｈにおいて、応力領域２．２は、放射状突出部を備えたクラウンの部分である。この構成は、応力領域が単一ではなく複数であることを除いて図３Ｄと類似している。この例では、放射状の突出部は固定領域２．３に向かって突出しているが、光場２．１に向かって突出することも想定され得る。後者の変形例は図面の数を不必要に増加させないために図示していない。
【００９３】
複数の隣接する応力領域２．２があり、複数の応力領域２．２が光場２．１の周囲に不連続のクラウンを形成する場合、好ましくは、応力領域２．２と光場２．１との間に光場２．１よりも硬い補強領域２．６を提供する。補強領域２．６は光場２．１を取り囲み、連続している。駆動手段は直接補強領域に応力を加えない。駆動手段は、それぞれのアクチュエータの膜２と接触している電極５．１２によって具体化される。補強領域２．６の機能は、駆動手段が作動する間、光場２．１における膜の変形を均等にすることである。補強領域２．６は、ｚ軸の周囲の駆動手段の駆動によって引き起こされる膜の回転偏位による不変性を確保する。ここでｚ軸は対称軸である。図４Ｉについて述べる。応力領域２．２は実質的に多角形である。
【００９４】
図５には、駆動手段５の異なる構成を示す。図５Ａにおいて、駆動手段５は膜と接する少なくとも１つの電極５．１２を介して、応力領域２．２の位置（応力領域が複数ある場合は複数の応力領域の位置）でのみ膜２を保持する。図５Ｃでは、駆動手段５は膜と接する少なくとも１つの電極５．１２を介して、応力領域２．２の位置（応力領域が複数ある場合は複数の応力領域の位置）及び固定領域２．３の位置で膜２を保持する。
【００９５】
図５Ｂにおいて、電極５．１２は応力領域２．２及び固定領域２．３の位置で膜２と接触しているが、さらに膜２を超えて支持体１．５上にも広がる。膜２を超えて支持体１．５上に位置する電極５．１２の部分は、駆動手段５の電気供給パッドとして作用し得る。
【００９６】
図５Ａ、５Ｂ、５Ｃにおいて、可動電極５．１２は、液体４とは接触せず、膜の後面が液体４と接触している場合、前記電極は膜２の前面上に位置する。
【００９７】
これらの構成では、応力２．２領域は、静電アクチュエータ５及び液体の両者と接触する膜２の領域に対応する。
【００９８】
図５Ａから５Ｃにおいて、駆動手段５は休止状態で図示されている。
【００９９】
図５Ａから５Ｃに示すように駆動手段５が休止状態の場合、膜２は平坦であり得る。この場合、皿状部３が必要である。これは、無限の曲率半径に相当する。この皿状部３を備えた構成において、電極は休止状態で実質的に平行である。この構成は、液体を中央領域に向かって効率的に移動させるのに有利であるため、焦点距離を効果的に変更することができる。駆動手段５が休止状態であると同時に膜２が一方向または他方向に隆起し得ることは明らかである。その結果、有限の曲率半径を有するため、より小さい。図５Ｄ及び５Ｅは、それぞれドーム状（凸状）膜４と皿状（凹状）膜４を示す。図５Ｄ、５Ｅにおいて膜は反射し、光学素子が鏡であることが想定される。膜２の前面上で、少なくとも中央領域２．１には反射コーティングＲＲが図示され、この反射コーティングは例えばアルミニウム薄膜である。
【０１００】
皿状部３が図示されている。これらの２図において、アクチュエータは“ジッピング”型のものであり、電極５．１１、５．１２は休止位置で平行ではない。これらの２図において、少なくとも光場において膜が反射し、光学素子が調整可能な曲率半径を有する鏡であることが想定される。
【０１０１】
図５Ａから５Ｅに示される実施例は、膜２の前面、つまり液体４と接触する側の反対側と連携する駆動手段５を示す。既に示したように、駆動手段５が、液体４と接触する面の位置で膜２とも連携することができることは明らかである。
【０１０２】
図５Ｆでは、電極５．１２は膜２と接触し、さらに液体４とも接触している。接触しているのは、膜２の後面である。したがって、膜２は追加の誘電体として作用しない。液体４に対して（固定された）他方の電極５．１１をマスクするために、追加の誘電体５３として誘電材料の層が提供され得る。誘電材料は、例えばシリコン酸化物またはシリコン窒化物であってよい。この追加の誘電材料が、支持体１．５と接触する電極５．１１のみと並べられるのであれば、光場の外側であるため、液体レンズの用途において透明材料で形成される必要はない。
【０１０３】
休止位置から駆動される場合、応力領域２．２を皿状部３の底部３．１に近付けるため、またはより一般的に液体４の厚さを減少させるために、アクチュエータ５は膜２を引張らなければならない。この図５Ｆにおいて、膜２は均一であり、光場２．１と応力領域２．２との間で同一の厚さ及び同一の剛性を有する。
【０１０４】
図５Ｇにおいて、膜２と連結された電極５．１２は、膜２の内部に組み込まれている。電極５．１２は依然として液体４と接触する。駆動手段５によって応力を加えられる領域２．２における膜２の厚さは、光場２．１における厚さよりも薄い。応力領域２．２における膜の剛性は、光場２．１の位置の膜が有するものよりも小さい。電極５．１２とあわせた応力領域２．２の厚さは、実質的に光場２．１の厚さである。この図５Ｇにおいて、電極５．１２はさらに支持体１．５と接触するようになり、膜２は電極５．１２を覆い、さらに支持体１．５と接触する状態になる。
【０１０５】
追加の誘電体５３は、皿状部３の底部３．１全体、またはより一般的に、支持体が液体４と接触すべき箇所に配置される。この場合、光学素子が液体レンズの場合、追加の誘電体５３は透過機能を果たすように透明でなければならない。透明との用語が、使用される光ビームを透過することを意味するのは明らかである。反射作用の場合は、この条件を満たさなくてよい。
【０１０６】
皿状部３は、前述の通りでなくてもよい。液体４が実質的に平坦な支持体１．５上に配置され、膜２が液体４を包含することも可能である。特許文献ＥＰ−Ａ−１ ６７２ ３９４は、膜が液体を包含する構成を示している。この変形例は、図５Ｈ及び５Ｉに図示され、膜２と連携する電極５．１２は、膜２の前面上または後面上のいずれかに配置されている。これらの構成において、駆動手段５が休止の場合、膜２は隆起している。膜２は、例えばパリレンなどの有機フィルムを液体４の液滴上へ直接堆積させるかまたは犠牲層を使用した方法によって形成され得る。必要に応じて、支持体１．５は領域によって局所的に親水性または疎水性に処理され得る。
【０１０７】
図５Ｊでは、電極５．１１は膜２の内部に埋め込まれ、膜２の２つのサブ層２０．１、２０．２の間に挟持されている。液体４と接触している膜２のサブ層２０．２は、誘電材料から成る場合、追加の誘電体として作用することができる。他方のサブ層２０．１は、膜２が光場に必要な機能を有するように、第１サブ層２０．２の機械強度を達成する。
【０１０８】
アクチュエータ５の電極５．１１の別の構成である支持体１．５と接触する構成について説明する。
【０１０９】
図６Ａ、６Ｂを参照する。図６Ａにおいて、皿状部３の底部３．１は、段差Ｍを備え、非限定的な実施例において３段を有し、支持体と接触する電極５．１２は段差Ｍに配置される。
【０１１０】
図６Ｂにおいて、皿状部３は底部３．１と傾斜側面３．２とを備え、支持体１．５と接触する電極５．１１は皿状部の底部３．１と傾斜側面３．２との両方の上に配置される。この構成において、アクチュエータの電極は休止状態で傾斜しているため、“ジッピング”型である。
【０１１１】
光学素子の焦点距離の変化は光場の移動に直接依存するため、膜２の寸法は、光場２．１における挙動によって決定される。
【０１１２】
膜２の材料は、その弾性限界が弾性領域において機能し、可逆的に変形するのに十分であるように選択される。休止位置に戻った場合に、駆動手段５の駆動によって変形されるとすぐに初期位置に戻らなければならない。様々な有機材料だけでなく無機材料も膜の組成に入り得る。膜は、特に固定領域の位置で、密閉して液体４を包含することができなければならない。用途及び構造に応じて、透過動作の場合は使用される波長を透過しなければならず、鏡の場合は反射しなければならない。誘電体または後に示されるように正反対に導電体でなければならない。
【０１１３】
選択され得る有機材料は例えば、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、さらに、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、パリレン、エポキシ樹脂であり、それらのヤング率は数百ＭＰａから数ＧＰａの間である。選択され得る誘電材料は例えば、シリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコンカーバイドである。選択され得る導電材料は例えば、可視で透明な酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）または反射性を有するアルミニウムである。その他材料は既に挙げられている。本発明による光学素子の構成に、膜が導電性であり且つ透明または反射性のいずれかであるものについて以下で説明する。
【０１１４】
本発明の可変の焦点距離の光学素子を正確に作動するために、その光学特性はその方向性と独立して確保されることが望ましい。
【０１１５】
これを達成するためには、光場２．１における膜２への液体４の重量による圧力が、光学特性を劣化させるいかなる変形も引き起こしてはならない。
【０１１６】
膜２の外形は、光場のジオプターの形状に大きな影響を与える。平坦な外形、つまり表面全体にわたって実質的に厚さが一定の場合、ジオプターの形状は、「Ｓ．Ｔｉｍｏｓｈｅｎｋｏ“Ｔｈｅｏｒｙ ｏｆ ｐｌａｔｅｓ ａｎｄ ｓｈｅｌｌｓ”、Ｌｉｂｒａｉｒｉｅ Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｑｕｅ、Ｃｈ Ｂｅｒａｎｇｅｒ、１９５１」から引用された以下の数式によって求められる。
【０１１７】
【数１】
【０１１８】
ここで、ω（ｒ）は、中心（レンズの光心）からの距離ｒに応じた膜の変形を表し、ａはその半径を表し、ω０は中央の最大偏位を表す。
【０１１９】
膜がその周囲で固定され、一定の圧力を受けているものとして近似される。変形の点において、ジオプターの実際の形状は、例えばＡＮＳＹＳなどの機械的シミュレーションソフトを利用するなどしてより詳細に測定されなければならない。実際の変形は、近似変形と球状変形との間にある可能性が高い。
【０１２０】
膜の厚さの変更及び駆動手段によってなされる変形の性質によって、変形を制御し、その結果ジオプターの形状及び焦点距離を変化させることが可能である。
【０１２１】
膜の機械的挙動は特に、駆動手段５によって応力が加えられる領域２．２の表面積に依存する。光場２．１における膜の剛性つまりパラメータＥ、ｖ及びｈは、駆動手段５によって応力が加えられる領域２．２の表面積及び駆動手段５が発生させる力を維持し続けるように調製される。実際に、液体４によって光場２．１に及ぼされる圧力に液体と接触している膜の総表面積を乗じたものは、第一近似において液体を非圧縮性と考えると、アクチュエータの電極間の静電力と等しい。
【０１２２】
光場における膜の機械的挙動は、膜の最大偏位、駆動手段５によって加えられる力、それらの移動量、及び応力領域２．２の表面積に依存する。光場２．１の機械的挙動を前述の大きさに適合させるには数回の反復が必要とされ得る。
【０１２３】
有意義な妥協点を見出すためには、まず所望の焦点距離及び光場の形状の変更、膜及び駆動手段の作製方法、膜の厚さに応じて１つ以上の膜の材料を選択しなければならず、さまざまな厚さで測定され得る。その後、光場の最大圧力は決定されなければならない。応力領域の表面積は、減少させることを目的としている外形寸法を考慮して、駆動技術と適合する焦点距離の必要変動量を得るために駆動に必要とされる変形及び移動を比較することによって、応力領域が光場の周囲で連続且つ均一であるような最も好適な状態をとることによって、最適化される。行き詰った場合、膜の材料を変更して再度反復を開始する。
【０１２４】
材料に関する候補が多数あるため、膜の厚さは大幅に変更することができ、その結果必要とされる最大圧力は懸命な方法で調節され得る。
【０１２５】
応力領域がいくつかある場合、応力領域の数もまた本発明の目的である光学素子の精緻化にとって重要なパラメータである。これらの領域のそれぞれは、この領域専用のアクチュエータによって制御される。
【０１２６】
応力領域２．２がいくつかある場合、２つのパラメータが重要であって、一方は２つの連続した応力領域２．２を分離する距離ｄｚであり、もう一方は応力領域と支持体１．５への固定領域との距離ｄａｎｃｒである。距離ｄｚ及びｄａｎｃｒは図７Ａ、７Ｂに図示されている。
【０１２７】
目的は、これらの部分は駆動手段５によって隣接する応力領域上に加えられる圧力に抵抗しなければならないため、これらの距離ｄｚ及びｄａｎｃｒは、大きすぎないかまたは膜の柔軟すぎる部分には適用されないことである。これらの部分は、隣接する応力領域２．２の移動を妨げないように硬すぎてはならない。目的は、応力領域２．２にできるだけ近く機能することである。
【０１２８】
静電駆動手段５に関して、それらは当業者にいかなる問題も提起しない。“ジッピング”型静電アクチュエータに関する文献「“Ａ ｎｏｖｅｌ ｅｘｔｅｒｎａｌ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ ａｃｔｕａｔｉｏｎ ｏｆ ＭＥＭＳ ｂａｓｅｄ ｄｅｖｉｃｅｓ”Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍｉｃｒｏｍｅｃｈａｎｉｃｓ ａｎｄ Ｍｉｃｒｏｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎｏ．１４、２００４年、ｐ．４４６‐４５１」を参照する。この文献では、図８において４００マイクロメートルのビームによって、本発明による光学素子において必要とされるものと完全に適合する移動量が得られることに言及されている。
【０１２９】
“ジッピング”型静電駆動手段の典型的な実施例は、図８Ａ、８Ｂに詳細に示されている。駆動手段５は、いくつかのアクチュエータ５から形成され、図８には、２つの正反対に向かい合うアクチュエータが示されている。それぞれが、支持体１．５によって支持された固定電極５．１２と、膜２によって支持された可動電極５．１１とを備え、膜２は液体４に加えて、２つの電極５．１１、５．１２の間の追加の絶縁体として作用する。膜２の応力領域２．２は、可動電極５．１２が膜２上に保持される領域に対応する。２つの電極５．１１、５．１２の間に印加される電位差の影響下で、可動電極５．１２は固定電極５．１１に近付き、膜２を支持体１．５に近付けるように移動させる。膜の移動によって、応力領域２．２の位置で膜２と支持体１．５との間に包含される液体４は光場２．１の方向に押出される。図８Ａは、休止位置の駆動手段５を示し、図８Ｂは駆動された駆動手段５を示す。膜２は２つの電極５．１１、５．１２の間で絶縁体として作用するため、駆動手段５内に含まれている。これらの図では、皿状部はなく支持体１．５は実質的に平坦である。液体４及び膜は、駆動手段の駆動に寄与する。それらは誘電体である。液体４及び膜２の誘電率が高いほど可動電極５．１２の固定電極５．１１方向への移動は容易に開始され、その結果駆動性能は向上する。液体及び追加の誘電体にとって考慮すべきパラメータは、誘電率及び絶縁破壊電圧である。それらは十分高くなければならない。
【０１３０】
図９Ａ、９Ｂに図示された変形例において、膜２は導電材料からなる。固定電極５．１１は支持体１．５によって保持される。それらは応力領域の形状に押し込まれる。誘電層５３はそれらを覆い、前記誘電層５３は、液体４と接触して光学素子の光場の位置まで延びるように支持体１．５上に配置されることができる。変形例において、前記誘電層は局在化されて光場を空けることもある。支持体１．５がガラスからなる場合、誘電層５３は、例えばシリコン酸化物またはシリコン窒化物からなることができる。膜２は導電材料からなり、例えば酸化インジウムスズからなる。この材料は液晶素子において電極を形成するために広く使用されている。膜２は、可動電極として作用し、より詳細には、固定電極５．１１に面する膜２の部分がこの役割を有する。駆動手段５によって応力を加えられる領域２．２は、固定電極５．１１が膜２上に保持される領域に対応する。図９Ａは休止位置の駆動手段５を示し、図９Ｂは駆動された駆動手段５を示す。膜２は、可動電極として作用するため、駆動手段５に包含されている。
【０１３１】
膜２は、例えばＩＴＯ（酸化インジウムスズ）フィルムで被覆されたＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルムから形成され得る。ＩＴＯは、液体４側に位置する。膜はフィルムをラミネートすることによって付着され得る。
【０１３２】
支持体が実質的に平坦であるような図８における変形例では、駆動手段５の位置で、液体４を保つ一方で皿状部３による利点を有する価値あるものであり得る。膜の支持体１．５上への固定は、皿状部３から非常に離れた場所で実施され、応力領域及び駆動手段は皿状部３の縁部３．２に位置し、液体４は膜２によって保持されたまま皿状部３からあふれ出して皿状部３の縁部３．２まで広がる。図１０Ａ、１０Ｂを参照する。応力領域２．２と光場２との間に保護領域２．４が備えられている。図１０Ａは休止位置の駆動手段５を示し、図１０Ｂは駆動された駆動手段５を示す。この構成は、皿状部を備えず実質的に平坦な支持体を備えた構成の利点及び光場の位置に皿状部を備えた構成の利点を一体化する。
【０１３３】
静電駆動手段を使用する利点は、衝撃の影響を受けにくいためである。衝撃を受けると、液体の重量が膜を変形し、膜はこれらの変形に抵抗するような寸法であるため、駆動手段はその他の追加の変形を加えない。サイズは最小まで減少され得る。
【０１３４】
本発明によるこのような光学素子は、マイクロエレクトロニクス及びマイクロシステムを採用した技術を使用して製造され得る。化学気相成長法（ＣＶＤ）、電着、エピタキシャル成長法、熱酸化、物理気相成長法（ＰＶＤ）、または蒸着による薄膜堆積法を膜及び駆動手段の両方に採用することができる。フィルムのラミネート、有機またはゾルゲル材料のスピンコート堆積法、成形、熱エンボス加工、ナノプリント、直接接合、共晶接合、アノード接合、有機接合による２つの基板の接合、を使用することもできる。
【０１３５】
ここで、本発明による可変の焦点距離を有する光学素子の製造方法の実施例について説明する。犠牲層が使用される。図１１Ａから１１Ｅを参照する。
【０１３６】
皿状部３がエッチングされた基板１００から開始される。基板１００は、例えばガラスからなる。１つ以上の固定電極５．１１（図１１Ａ）が皿状部の底部の位置に堆積される。犠牲材料１０１（図１１Ｂ）が皿状部３内及び固定電極上に堆積される。犠牲材料１０１は、例えば感光性樹脂などの有機材料またはシリコン酸化物などの無機材料であってよい。
【０１３７】
膜２は、皿状部３の縁部から突出してそこに膜自体を固定するように、犠牲層１０１上に形成される（図１１Ｃ）。シリコン酸化物、シリコン窒化物などの無機材料が堆積され得る。この材料は誘電体である。堆積は、スピンコート法または化学気相堆積法によって実施され得る。駆動手段５を満たすための１つ以上の可動電極５．１２は、膜２上に局所的に形成される。その後、犠牲層１０１を除去することによって膜２は解放される。このために、少なくとも１つの穴１０７が犠牲層１０１に到達するまで基板１００を貫通して形成され得る。穴１０２は、貫通して皿状部３内に穴を開ける（図１１Ｄ）。除去は化学的、熱的または酸素プラズマによってなされ得る。その後、皿状部３に液体４が充填される（図１１Ｅ）。充填は、液体４の浸透に有利に働き、気泡の形成を避けるために、皿状部３を真空化に配置することによって実施されることができる。最後に、液体４が漏出しないように穴１０７が充填される（図１１Ｅ）。有機材料が使用され得る。これらの段階の順序は限定されるものではない。
【０１３８】
可動電極５．１２は、たとえば充填の前または後など膜２を解放した後でも形成されることができる。また、液体４側に配置されなければならない場合、膜２を形成する前に犠牲層１０１上に形成されることもできる。そのような構成の場合、可動電極５．１２は犠牲層１０１と基板１００とにまたがって堆積され、膜２は完全にまたは部分的に可動電極５．１２を覆い得る。
【０１３９】
図１１において、可動電極５．１２は基板１００と接触して図示されているが、それに限定されるものではなく、膜２から突出していなくてもよい。
【０１４０】
休止位置で膜２が隆起、凹状または凸状であることが望ましい場合、犠牲層は膜２のモールドとして作用するため、犠牲層１０１に適切な曲率が与えられる。隆起した膜２を得るための別の方法は、膜２が解放された後に湾曲させることである。湾曲は、熱でなされ得る。決定パラメータは、膜と基板との熱膨張係数の差及び膜の堆積温度である。
【０１４１】
本発明による光学素子は、膜２を保護するために、膜２及び１つ以上の可動電極５．１２を支持する第１支持体１１０と、１つ以上の固定電極５．１１及び液体４を支持する第２支持体１００との２つの支持体の組み立てによって形成されることができる。第１支持体１１０は、本発明の光学素子を機械的に保護するように作用する。接着剤の結合部Ｊを使用して２つの支持体１００、１１０が組み立てられ、空洞に液体４が包含される。固定電極５．１１は、追加の誘電体５３で被覆される。支持体１００、１１０が組み立てられると、第１支持体１１０は中央部を空洞化され、前記空洞１１５は少なくとも膜２の光場２．１に対応する。図１３を参照する。
【０１４２】
本発明による可変の焦点距離を有する光学素子の膜の有利な構成について、ここで形状に関して説明する。液体４は平坦な底部上に配置されることが想定される。図７Ａを参照する。膜は円形であり、その光場２．１は円形であり、応力領域２．２を含む光場２．１を取り囲む領域は同心クラウンである。
【０１４３】
膜の特性を計算するために、周囲を固定され、プレートの厚さに関してかなりの偏位にさらされる均一に搭載された円板モデルが使用される。このモデルは上述したＳ． Ｔｉｍｏｓｈｅｎｋｏの文献に示されている。
【０１４４】
光場の最大偏位ω０は、以下の数式によって与えられる。
【０１４５】
【数２】
【０１４６】
ここで、Ｐは光場上に及ぼされる圧力、ａは光場の半径、Ｅは光場において膜を構成する材料のヤング率、ｖは光場において膜を構成する材料のポアソン比、ｈは光場における膜の厚さである。
【０１４７】
光場２．１は、直径２．５ｍｍを有してよく、光場２．１と応力領域２．２との間には保護領域は存在しないが、光場２．１と固定領域２．３との間には中間保護領域２．５が存在する。固定領域の幅は２００マイクロメートル程度である。応力領域２．２は、１．２５ｍｍの内径Ｒ’と１．３５から２．０５ｍｍの間で変化する外径Ｒとの間にある。従って、応力領域２．２の表面積は０．８から８．３平方ミリメートルの間で変化する。膜はパリレンからなり、厚さは１マイクロメートルであり、光場の中央領域における必要最大偏位は２０マイクロメートルであることが想定される。ｚ軸に沿って駆動手段によって及ぼされる力は、０．２から０．４ｍＮの間で変化する。この力から電極間に印加する電圧を決定するためには、例えば「“Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓ ｂａｓｅｄ Ｄｅｓｉｇｎ ｆｏｒ Ｌａｒｇｅ Ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃａｌｌｙ Ａｃｔｕａｔｅｄ Ｍｉｃｒｏｒｅｌａｙ”Ｇｏｏｉ Ｂｏｏｎ Ｃｈｏｎｇ、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇ ｏｆ ＳＰＩＥ、ｖｏｌ．４４０８（２００１）、ｐ．２５４−２６２」など静電気力を取り扱う従来技術の文献を参照すればよい。
【０１４８】
応力領域２．２の移動量は、表面積８．３ｍｍ２では３マイクロメートル、表面積０．８ｍｍ２では７マイクロメートルまで変化する。中間保護領域２．５の幅ｄａｎｃｒは、最大０．２ｍｍまで拡張され得る。
【０１４９】
実験的もしくは機械的及び光学的シミュレーションのいずれかによってなされた近似及び寸法の精密化を考慮すると、力及び移動量を減少させることが可能であり、駆動手段の寸法を簡略化して光学素子をさらに小型化することが可能である。
【０１５０】
別の実施例を以下で説明する。図７Ｂを参照する。図７Ａとの相違点は、複数の応力領域２．２が提供されていることであり、実際には中央領域２．１の周囲に８箇所の円形クラウンが配置されている。円形クラウンの別々の部分は、数十から数百マイクロメートルと同等である距離ｄｚによって分離される。強化領域２．２の表面積は、
Π（Ｒ２−１．２５２）-８ｄｚ（Ｒ-１．２５）
で表される。
【０１５１】
距離ｄｚは、焦点距離の変化の正確な動作を妨げるものであってはならない。
【０１５２】
応力領域２．２の数とそれらの表面積つまり駆動手段のサイズとの間で妥協点を見つけなければならない。応力領域２．２の数の選択はまた、それぞれの応力領域で実質的に同一の方法で駆動される駆動手段の容量及び駆動手段によって及ぼされる変形の性質に依存する。
【０１５３】
光学素子には光学収差が現れ得る。これは、変形した膜２の縁部と固定領域の位置の支持体１．５との間が平行でないことに起因する。結果として最大偏位ω０は光場２．１の中央ではなくなる。光学素子の光軸は、光場２．１の中央を通過する。画像の品質は劣化する。
【０１５４】
従来の液体レンズのこのような現象を制限するために、膜の支持体への組み立てを最適化することを目的とした。この組み立ては、休止位置で必要な平行が得られるようなシーリング技術に基づく。しかしながら、レンズの作動中に、駆動手段５を駆動させるために供給電圧Ｖ０を使用して焦点距離を変化させることが必要かもしれない。駆動手段５によって引き起こされる移動が液体レンズの周囲全体にわたって均一でない場合、この現象が現れて画層の品質が低下する。皿状部３の底部３．１と膜２の応力領域２．２との間の空間は、膜の周囲全体にわたって一定ではない。駆動手段５の命令の間に何もなされなければ、本発明による光学素子においてもこの偏差は起こり得る。駆動手段が複数のアクチュエータ５を備える場合、完全に同一の電圧Ｖ０が供給されるとは限らない。特定のアクチュエータ５の方向にずれが生じ得る。液体４の圧力は、膜の周囲全体にわたって完全に均一でない可能性があり、素子がわずかに一側に傾くとこの現象が起こり得る。従って、作動中にこの現象を制御することは困難であり、この種の光学素子を非常に不利にする。この影響に対処するために、駆動手段５のコマンドの制御手段を提供することができる。
【０１５５】
図１２を参照する。固定電極５．１１と可動電極５．１２との間に供給電圧Ｖ０を印加することによってそれらが駆動されると、静電駆動手段５の作用を利用して光学素子の焦点距離の変更が得られる。さらに、応力領域２．２の位置での液体の厚さｄに応じて駆動手段５に印加される電圧を自動的に制御する手段８が提供される。自動制御手段８は、応力領域２．２の位置、好ましくはアクチュエータ５の位置に複数個所配置され、液体の厚さを測定するための容量性手段８．１と連携する。測定手段８．１は、応力領域２．２の位置に分散された複数の電極の対７を備え得る。一対の電極のうちの少なくとも一方は、駆動手段５の固定電極５．１１と統合されることができる。一対７の他方の電極Ｅは、液体４側の膜２上に配置される。変形例では、一対の２つの電極がアクチュエータの２つの電極と統合されることができる。アクチュエータ及び電極の対７を測定手段８．１から分離する別の構成もあり得る。電極５．１１及びＥの対７の各々のうちの２つの電極５．１１及びＥに電位差Ｖ’を印加すること、並びに電極５．１１及びＥの対７の各々で電極５．１１及びＥの対７の各々の容量を測定することによって、電極５．１１と電極Ｅとの間に位置する液体４の量が得られ、その結果膜２と皿状部３の底部３．１との間の液体の厚さが得られる。
【０１５６】
図１２において、図面を過密化しすぎないように、自動制御手段８は図式化されており、さらに２対の電極５．１１及びＥ並びに２つのアクチュエータ５のみが示されている。
【０１５７】
本発明の光学素子が作動する間、ある箇所と別の箇所とで例えばｄ及びｄ+εなど異なる容量測定値が得られた場合、自動制御手段８は測定手段８．１から容量測定値を受信し、間隔ｄに対応する参照値と比較して、容量測定値が参照値と相違した箇所で、参照電圧Ｖ０に加えて補足補正電圧ΔＶ０が対応するアクチュエータ５に印加されるように命令する。従って、アクチュエータ５の供給電圧を調節することによって、全ての容量測定値は参照値と同等にされるため、全ての膜２と皿状部３の底部３．１との距離も等しくなる。
【０１５８】
従って、レンズまたは鏡の正確な動作のために必要な平行が、自動移動制御によって確保される。当該自動制御は当業者にいかなる問題も提起しない。
【０１５９】
光学素子の焦点距離を変化させたい場合、図１２に示されるように、測定手段８．１を使用して、膜２と皿状部３の底部３．１との間の間隔ｄが測定され、測定値が自動制御手段８へと供給され、全ての駆動手段のアクチュエータ５に電圧Ｖ０が印加される。一対以上の電極５．１１、Ｅの対７が寄生変化εを検出する場合、自動制御手段８は、寄生変化εを検出した電極の対７に最も近い１つ以上のアクチュエータ５に追加の補正電圧ΔＶ０を印加するように命令する。１つ以上のアクチュエータ５追加の補正電圧ΔＶ０を印加することは、変化εが相殺されるように膜２を局所的に移動させることを意味する。
【０１６０】
電極の対７の数は、アクチュエータ５の数及び膜２との接点の数、応力領域２．２の表面積及び剛性の関数である。電極の対７の位置もまた、アクチュエータ５の接点に応じて最適化されなければならない。電極の対７によって検出される変化を相殺することが目的であるため、電極の対７をそれぞれのアクチュエータ５に配置することが適切なようである。測定手段の電極の対の電極がアクチュエータの電極と統合された構成は、特に単純で安価であるため、特に有利である。電極の対７をアクチュエータ５の間に配置することが想定されるのは明らかであるが、自動制御手段の形成はより困難になるだろう。
【０１６１】
電極５．１１、Ｅの表面は、休止位置で液体４の厚さに直接連結され、液体４の厚さが厚いほど電極５．１１、Ｅの表面積は大きくなる。
【０１６２】
それらの寸法に関して言うと、光学素子の正確な動作に必要な精度を組み込むことも必要である。実際、対向する電極５．１１、Ｅによって形成される平坦なキャパシタの容量Ｃは、Ｃ＝ε’Ｓ’／ｅによって表され、ここでＳ’は電極の表面積、ｅは液体の厚さ、ε’は液体の誘電率である。キャパシタＱの電荷は、Ｑ＝ＣＶ’によって表され、ここでＶ’はキャパシタの電極に印加された電位差である。結果として、Ｑ＝ε’Ｓ’Ｖ’／ｅが導かれる。Ｖ及びε’が一定の場合、Ｓ’が大きくｅが小さければＱが大きくなり、その結果電極Ｅ１及びＥ２の精度が上がる。目的とする光学素子の性能を考慮すると、電極間の最大変化εｍａｘは画像の品質に影響を与えることなく許容され得る。電極の対の測定精度はεｍａｘより小さくなければならない。
【０１６３】
オートフォーカス及びズームの用途では、光学素子の焦点距離は高速、言い換えると、より短い応答時間が確保される高い頻度で修正されなければならない。カメラまたはフィルムカメラの用途では依然として、焦点距離の変化の間に光学素子がとるいくつかの距離のために、必要とされる焦点距離が見つかるまでイメージテストを実施するためにイメージセンサが使用され得る。このような動態的作用では、所定の焦点距離のための容量測定値が複数回測定される。実際に、必要な光学品質を確保するためには、それぞれの焦点距離において、容量測定値を収集する複数回のサイクル、参照値との比較、データの処理及びアクチュエータの命令が必要とされる。従って、容量測定値の収集回数が、焦点距離の変更の回数より著しく多いことが必要である。
【０１６４】
光学性能の許容される範囲内で、液体レンズの応答時間を低減すると同時に移動の均一性を確保するために、容量測定値による移動の制御に関連する信号の処理の全体が最適化されなければならない。これは当業者にいかなる問題も提起しない。
【０１６５】
焦点距離の変更は、駆動手段５によって生じる力によって制御されるが、移動は自動制御手段８を使用することによって制御される。このような移動の制御、つまり膜の変形によって、光学素子の光学品質を著しく向上させることが可能となる。
【０１６６】
本発明の光学素子を使用した位置付けの望ましくない影響は、以下の２つの因子が推測される。１つ目は、液体４の体積の制限、ひいては液体４の重量の最小化であり、２つ目は、容量性測定を使用した膜２の移動の制御である。
【０１６７】
ここで、液体レンズ型の光学素子の別の実施形態について説明する。図１４Ａから１４Ｅを参照する。図１４Ａにおいて、ここでは膜２の支持体１．５は、プレート１．１に接合されたフレーム１から形成されて皿状部３を形成している。プレート１．１は皿状部３の底部を実体化しており、透明である。前述のものと比較して、膜２の位置、静電駆動手段２の位置、液体４の位置はいずれも変更されていない。
【０１６８】
図１４Ａに示されるように、透明プレート１．１は、実質的に平行な平坦な面を有して実質的に一定の厚さからなり得る。少なくとも１つの面は、図１４Ｂ、図１４Ｃ、図１４Ｄのように、外側の面が凹状または凸状に構成されることができる。必要な光学性能に応じて選択される。レンズを横切る光学的放射を通過させる。フレーム１はシリコンなどの半導体材料からなってよく、特に自動制御が備えられている場合、駆動手段の命令の処理に関連する回路を集積することが可能となる。図面を過度に複雑にしないために回路は図示されていない。一方で、図１４Ａには、電力供給パッド１５０及び駆動手段５の可動電極５．１２と電気的に接続された導電通路１５１が示され、当該通路１５１及び当該パッド１５０は、可動電極５．１２に適切な電圧を印加する駆動の間に使用される。固定電極に関連する通路及びパッドは図示されていないが、当業者がそれらを想定することに何の支障もない。前記パッド及び前記トラックは、以前の図面では図面を過度に複雑にしないように省略されていたが、それらが備えられていることは明らかである。透明プレート１．１は。ガラスまたはプラスチック材料からなり得る。
【０１６９】
図１４Ｂ、１４Ｃにおいて、透明プレート１．１は凸状構造であり、図１４Ｄにおいては凹状構造である。透明プレート１．１は、例えば機械加工または成形によって得られることができる。
【０１７０】
図１４Ｅにおいて、支持体１．５はフレーム１によって実態化され、透明プレート１．１は第２膜２０によって置き換えられる。２つの膜２、２０は、フレーム１上に、それぞれその主面の１つ上に固定される。それらは液体４のためのハウジングの形成に寄与する。これによって膜の光学性能が強化されることができる。静電駆動手段５は膜２の１つのみに備えられる。固定電極５．１１は、フレーム１．１の段上に配置される。膜２の３領域に駆動手段が備えられた状態が示されている。他方の膜２０は駆動されないが、それにもかかわらず、駆動手段５が駆動された場合に変形する。
【０１７１】
図１４Ｆに示された変形例では、膜２に接触する電極と他方の膜２０に接触する電極とにそれぞれアクチュエータが備えられることができる。この構成において、駆動手段５は単一のアクチュエータを備える。この構成では、２つの膜２、２０が駆動され、電極５．１１は固定電極として考慮されない。フレーム１と第２膜２０とを備えた支持体１．５に連結される。
【０１７２】
このような可変の焦点距離を有する光学素子は、特に単一の膜のみを備える場合、従来の素子よりもかなり簡略化されている。簡略化の利点に加えて、特にリークのリスクが制限されるため、小型、製造コスト、全体の信頼性が最適化される。
【０１７３】
本発明の目的である光学素子が形成される規模は、従来の液体レンズが形成される規模よりもずっと小さい。ウエハを製造する技術は正確且つ再現可能であるため、液体の量は数百ｍｍ３から数ｍｍ３程度まで低減され得る。この利点によって２つの従来の問題を防ぐことが可能となる。これらの問題は、光学素子の作動上の温度及び圧力の変動の影響並びにその耐衝撃性である。実際に、定容レンズにおいて液体の量を最小化することによって、温度及び圧力の変動によるこの液体の膨張現象が制限される。
【０１７４】
さらに、液体の容量が少ないほど、光学素子の耐衝撃性は向上する。実際に、液体の質量が減少すると、衝撃を受けた場合に膜が受ける力は減少する。
【０１７５】
このような可変の焦点距離を有する光学素子は、カメラ装置、特に携帯電話カメラに採用され得る。図１５Ａを参照する。このようなカメラ装置は、本発明の液体型による可変の焦点距離を有する少なくとも１つの光学素子Ｌを含む対物レンズ８０と、基板８２に埋め込まれた例えばＣＣＤまたはＣＭＯＳ型などのイメージセンサとを備える。開示された実施例において、対物レンズ８０は、固定焦点距離を有する少なくとも１つのレンズ８３と、本発明による液体レンズＬとを備える。以降、固定焦点距離を有するレンズ８３は、従来の光学セットと称される。液体レンズＬは従来の光学セット８３とイメージセンサ８１との間に配置される。変形例では、従来の光学セット８３は、液体レンズＬとイメージセンサ８１との間に配置され得る。従来の光学セット８３は固定される。製造方法の利点によって、液体レンズＬはＭＯＥＭＳ（マイクロオプトエレクトロメカニカルシステム）と比較され得る。可変の焦点距離を有する液体レンズＬは特定の距離で配置され、その距離は対物レンズ８０、イメージセンサ８１の特性に依存するが、この距離が小さい場合は、液体レンズＬ及びイメージセンサ８１は、ＡＩＣ（上部集積回路）技術またはＷＬＣＳＰ（ウエハレベルチップスケールパッケージ）技術のいずれかに集積することによって単一の部材のみを形成することができる。液体レンズＬの焦点距離は、休止位置での液体の圧力を最適化することによって調節されるが、休止位置での膜の曲率及び液体の屈折率によっても調節され得る。
【０１７６】
図１５Ｂのようにカメラ装置がさらにズーム機能を有する場合、光学セット８３は、固定焦点距離を有する少なくも２つのレンズ８３．１及び８３．２と、２つの液体レンズＬ及びＬ’とを備えて使用され、図１５Ｂのようにその一方は光学セット８３の２つのレンズ８３．１、８３．２の間に配置され、他方はイメージセンサ８１に隣接して配置される。
【０１７７】
本発明のいくつかの実施形態が詳細に説明されたが、本発明の範囲を逸脱することなく別の変更及び修正がなされ、特に多数の別の方法を使用して膜及び駆動手段が形成され得ることを理解されたい。
【符号の説明】
【０１７８】
１ フレーム
１．１ 透明プレート
１．５ 支持体
２ 膜
２．１ 光場／中央領域
２．２ 応力領域
２．３ 固定領域
２．４ 保護領域
２．５ 保護領域
２．６ 補強領域
３ 皿状部
３．１ 底部
３．２ 傾斜側面
４ 液体
５ 駆動手段
５．１１ 固定電極
５．１２ 可動電極
８ 自動制御手段
８．１ 容量性測定手段
１０ 液体レンズ
５３ 誘電層
２０ 第２膜
２０．１ サブ層
２０．２ サブ層
８０ 対物レンズ
８１ イメージセンサ
８２ 基板
８３ レンズ
Ｌ 液体レンズ
１００ 基板
１０１ 犠牲層
１０２ レンズ
１０３ 液体
１０４ 周囲弾性フィルム
１０５ 周囲容器
１０６ 弾性フィルム
１０７ 穴
１１０ 基板
１１５ 空洞
１５０ 電力供給パッド
１５１ 導電通路
１０００ 液体レンズ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可変焦点距離液体レンズ、補償光学において光学収差を補正する液体レンズまたは膜可変鏡など、静電駆動手段によって変形されることができる膜を備えた光学素子に関する。
【０００２】
あらゆる型の可変焦点距離液体レンズのうちで、少なくとも一方が移動し得る壁の間で一定量で動作する光学液体からなるものがある。光学液体とは、光の屈折に適した光学特性を有し、１より大きく、典型的に１．４または１．５の屈折率を有する液体を意味する。以降、単に液体との用語を使用する。しかしながら、焦点距離を変化させる機械構造が複雑であり、サイズ、価格、及び信頼性に不利益をもたらすため、この型のレンズは、電話に組み込まれるカメラなどの小型カメラにはほとんど使用されない。
【０００３】
可視で動作するこれらの小型写真装置は、ＣＣＭ（小型カメラモジュール）として知られている。当該ＣＣＭにはかわりに、湿潤性を変更するために電圧が印加される１または２の液体を有するレンズが備えられている。
【０００４】
それにもかかわらず、特にオートフォーカス機能及びズーム機能を含む多くの開発が進行中である。これらの機能の導入における目的は、応答時間をできるだけ短縮することである。より一般的には、目的は、価格、サイズ及びエネルギー消費を低減するために、これらのＣＣＭの構成要素をできるだけ集積することである。
【０００５】
別の用途は、赤外（ＩＲ）で動作するカメラに関する。集積に関する進歩は少なく、ほとんどの場合において光学系はカメラから分離されている。特に光学系の集積（カメラモジュールの形成）、オートフォーカス機能の集積など、いくつかの開発が進行中である。現在のところ、関連する技術的解決策は知られておらず、明確にされる必要がある。
【０００６】
膜可変鏡の用途では、後者は反射性を有する。鏡の焦点距離ひいては曲率半径を調節することが望まれているかもしれない。このような鏡は、眼科学または補償光学において使用され得る。
【背景技術】
【０００７】
少なくとも一方が移動し得る壁の間で一定量で動作する光学液体を含む可変焦点距離液体レンズなどの可変焦点距離を備えた光学素子は、例えばＵＳ−Ｂ−５ ９１７ ６５７（特許文献１）、ＵＳ−Ｂ−６ ３４４ ９３０（特許文献２）、ＪＰ−Ａ−１０−１４４９７５（特許文献３）、ＪＰ−Ａ−０８−１１４７０３（特許文献４）、ＵＳ−Ａ−５ １３８ ４９４（特許文献５）、ＷＯ２００３／１０２６３６（特許文献６）、ＪＰ２００２−２４３９１８（特許文献７）、ＪＰ−Ａ−６０−２２０３０１（特許文献８）など、いくつか特許の対象となっている。
【０００８】
これらの特許文献のいずれも携帯電話カメラへの適用には言及されておらず、代わりに例えば望遠鏡、光学顕微鏡、及びデジタルカメラへの適用が言及されている。実際、膜に関連する機械構造は全て非常に複雑であり、この種の用途には高価すぎるものである。
【０００９】
図１６Ａ及び１６Ｂは、ＵＳ−Ｂ−５ ９１７ ６５７（特許文献１）に記載されている可変焦点距離液体レンズの２つの実施例である。もっとも単純なレンズが図示されているため、これらのレンズを選択した。
【００１０】
図１６Ａの液体レンズ１０００は、第１中央透明弾性フィルム１０６ａと、第２中央透明弾性フィルム１０６ｂと、周囲弾性フィルム１０４と、周囲容器１０５と、を備える。第１及び第２透明弾性フィルム１０６ａ、１０６ｂは、互いに対向して配置される。周囲弾性フィルム１０４は、第１透明弾性フィルム１０６ａの周囲に固定され、全体が第１膜を形成する。第２壁は、第２弾性フィルムを備える。これらの要素は全て密閉され、液体１０３を包含する。液体１０３に圧力を及ぼしてレンズ１０２を操作する手段は、クラウン形状の容器２０３に配置された複数のアクチュエータ２０１から形成される。これらの動作は弾性フィルム１０４上で行われる。２つの容器１０５、２０３は向かい合わせて組み立てられる。
【００１１】
図１６Ｂの変形例では、弾性フィルム１０６ａは透明プレート１０４ｂに置き換えられる。レンズ１０００を操作する手段は、ユニモルフ構造を形成するように周囲弾性フィルム１０４上に移動された環状圧電素子によって形成される。
【００１２】
これらの液体レンズ１０００は、以下に挙げる欠点を有する。いくつかのプレート及び／またはフィルムは、液体を封入するために互いに且つ容器と密閉される。特に、レンズの壁の１つが、フィルムと連結されたプレートまたは互いに連結された２つのフィルムのいずれかを備える。密閉される部分の数が増えると、リークのリスクが高くなる。
【００１３】
ＪＰ−Ａ−６０‐２２０３０１（特許文献８）では、膜は中央から縁部まで連続しているが、駆動手段は磁性によるものであり、これはサイズに関しても性能及び製造に関しても満足するものではない。実際、駆動装置は支持体に内蔵された電流が供給されなければならないコイルと、膜と連結され、その縁部と中央部との間でクラウンに配置された磁性材料からなるプレートとを備える。プレートの磁性材料など、異なる性質のいくつかの材料は、汚染の理由からマイクロエレクトロニクスの環境に適合しないため、この構成は、特に製造に関して不利である。一側上にコイル、他側上にプレートを形成することを可能にするために、装置の二面処理が必要とされる。さらに、コイルはかさ高い。また、磁性駆動は電力消費及び熱放散の両方に関して不利である。磁性駆動の欠点は、非特許文献１に記載されている。
【００１４】
これらのレンズの製造方法は、統一され、多くの専門分野にわたる。この方法は、フィルムを合成及び成形して処理するプラスチックから生じる技術、容器を形成するための注入及び機械加工技術を含む。フィルムまたはプレートを容器と密閉して組み立てる方法は、シーリングの性質（プラスチック−プラスチック、プラスチック−ガラス、プラスチック−金属）によって異なる。さらに、実施されるシーリングは同一平面上に位置するとは限らないため、採用される方法及び必要な道具を非常に複雑にし、フィルムまたはプレートの取り扱いが困難なものとなる。これらの技術は、マイクロエレクトロメカニカルシステムＭＥＭＳまたはマイクロオプトエレクトロメカニカルシステムＭＯＥＭＳの作製に採用される従来のバッチ製法と適合しない。その結果として、コストは依然として高く、サイズも大きい。
【００１５】
液体レンズは、変形可能な壁の周囲と容器の縁部との間に可能な限り優れた平行性を必要とする。欠陥があれば、レンズを利用して得られる画像の品質を劣化させる光学収差が現れる。現在の液体レンズの製造方法ではこの平行性を確保することができない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明の目的は、上述の欠点、つまり駆動の複雑性及び体積、マイクロエレクトロニクス環境との不適合性、バッチでの製造が不可能であること、リーク及び光学収差の高いリスクを有さない液体レンズまたは鏡などの変形可能な膜を備えた光学素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
より詳細には、本発明は、後面と称される膜の一方の面と接触する一定体積の液体の収容に寄与する支持体上の固定領域と、休止位置から可逆的に変形することが可能な実質的な中央領域と、厳密に前記中央領域と前記固定領域との間に位置する少なくとも１つの領域において膜に応力を加えることによって、前記中央領域において液体を移動させるための駆動手段と、備えた変形可能な膜を有する光学素子に関する。前記駆動手段は静電性であり、少なくとも一対の対向する電極を備え、前記電極の対うちの一方は前記膜の後面の位置に配置されるかまたは前記膜内に埋設され、他方は前記支持体の位置に配置され、これらの電極は誘電体によって分離され、前記誘電体は液体によって形成される。
【００１８】
短絡のリスクを防止するために、液体に加えて、液体によって浸漬された追加の誘電体が備えられることができる。
【００１９】
追加の誘電体は膜であり得る。
【００２０】
変形例では、追加の誘電体は支持体の位置に配置された電極の対を被覆する誘電層であり得る。
【００２１】
駆動手段は、膜が凹状、凸状または実質的に平坦であり得る休止位置を有する。
【００２２】
膜は、光場と応力領域との間で均一であり得る。
【００２３】
応力領域は、中央領域に侵入することなく中央領域まで延びるかまたは中央領域より前で停止し得る。
【００２４】
応力領域は、固定領域に侵入することなく固定領域まで延びるかまたは固定領域より前で停止し得る。
【００２５】
膜の位置に配置された電極は、液体に対向する膜の前面と接触するかまたは液体と接触している膜の後面と接触し得る。
【００２６】
駆動の間に一対の電極の２つの電極が接触する状態となることを防止するために、一対の電極が機械的ストッパと連携するように備えられ得る。
【００２７】
膜は、単層または多層であり得る。
【００２８】
膜が多層である場合、膜の位置に配置される電極は、膜の２層の間に挿入され得る。
【００２９】
リークのリスクを防ぐために、膜は膜の前表面にわたって広がる少なくとも１つの連続層を備え得る。
【００３０】
１実施形態では、膜は導電材料からなり、電極として作用し得る。
【００３１】
膜の位置に配置される電極は、固定領域と、必要であれば支持体と接触する状態となる応力領域を超えて延び得る。
【００３２】
応力領域が単一である場合、応力領域は中央領域を取り囲み、応力領域が複数ある場合、応力領域のそれぞれが中央領域を取り囲むかまたは全ての応力領域が中央領域を取り囲むことができる。
【００３３】
応力領域は、クラウンであるかまたはクラウンの一部であってよく、必要であれば固定領域または中央領域に向かって突出する放射状の突出部を備える。
【００３４】
応力領域は実質的に円形、多角形、三日月形、角状セクター、放射状ストリップである。
【００３５】
応力領域は中央領域の周囲に不連続のクラウンを形成し、膜は、応力領域よりも硬く、中央領域と応力領域との間に配置され、中央領域を取り囲む連続した補強領域をさらに備え得る。
【００３６】
支持体は、実質的に平坦であるかまたは液体を収容する皿状部を備える。
【００３７】
液体は、皿状部から溢れることができる。
【００３８】
支持体は、底部及び傾斜側面を有する皿状部を備えてよく、支持体の位置の電極は底部及び傾斜側面上に延び得る。
【００３９】
支持体は、少なくとも１つの段差が設けられた底部を有する皿状部を備えてよく、支持体の位置の電極は段差上に延び得る。
【００４０】
支持体は、フレームと、フレーム上に固定された第２膜とを備えてよく、支持体の位置に配置された電極は第２膜と接触し得る。
【００４１】
支持体は、フレームと、フレームに固定されて液体のための皿状部の形成に寄与する透明プレートとを備えてよく、透明プレートは実質的に平坦且つ平行な面を有するかまたは皿状部の外側の１つの面が凹状であるかまたは皿状部の外側の１つの面が実質的に凸状であり得る。
【００４２】
支持体は、一体に組み立てられた２つの基板を備えてよく、膜は基板のうちの一方と連結され、支持体の位置に配置された電極は基板のうちの他方と連結され得る。
【００４３】
応力領域の位置において液体の厚さを測定するための容量性手段が備えられることができる。
【００４４】
容量測定手段は、駆動手段の電極と統合されるかまたは一部統合され得る。
【００４５】
光学素子は、測定される液体の厚さに応じて駆動手段を自動的に制御するための手段を備えてよい。
【００４６】
素子は、マイクロエレクトロニクスまたはマイクロシステム技術によって形成され得る。
【００４７】
膜は、ポリジメチルシロキサン、ポリメチルメタクリレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、パリレン、エポキシ樹脂などの有機系材料またはシリコン、シリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコンカーバイド、多結晶シリコン、窒化チタン、ダイヤモンド状炭素、酸化インジウムスズ、アルミニウムなどの無機系材料からなってよい。
【００４８】
液体は、プロピレンカーボネート、水、インデックスリキッド、シリコーンオイルなどに光学オイルであってよい。
【００４９】
光学素子は、調節可能な曲率を有する鏡または液体レンズであってよい。
【００５０】
本発明はさらに、上記の特徴を有する少なくとも１つの光学素子を備えたカメラ装置に関する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００５１】
【特許文献１】米国特許第５９１７６５７号明細書
【特許文献２】米国特許第６３４４９３０号明細書
【特許文献３】特開１０−１４４９７５号公報
【特許文献４】特開０８−１１４７０３号公報
【特許文献５】米国特許第５１３８４９４号明細書
【特許文献６】国際公開第２００３／１０２６３６号
【特許文献７】特開２００２−２４３９１８号公報
【特許文献８】特開昭６０−２２０３０１号公報
【非特許文献】
【００５２】
【非特許文献１】Ｇｉｌｂｅｒｔ ＲＥＹＮＥ、“Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ａｃｔｕａｔｉｏｎｓ ｆｏｒ ＭＯＥＭＳ， ｅｘａｍｐｌｅｓ， ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ａｎｄ ｄｒａｗｂａｃｋｓ ｏｆ ＭＡＧＭＡＳ”、ＪＥＭＳ’０１ Ｊｏｉｎｔ Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｓｙｍｐｏｓｉａ Ｎｏ．１、Ｇｒｅｎｏｂｌｅ Ｆｒａｎｃｅ ２００２年、ｖｏｌ．２４２−４５（２）、ｐ．１１１９−１１２５
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１Ａ】本発明による静電駆動を有する変形可能な膜の光学素子の断面図及び上面図を示す。
【図１Ｂ】本発明による静電駆動を有する変形可能な膜の光学素子の断面図及び上面図を示す。
【図１Ｃ】本発明による静電駆動を有する変形可能な膜の光学素子の断面図及び上面図を示す。
【図２Ａ】本発明による光学素子の応力領域の範囲を示す。
【図２Ｂ】本発明による光学素子の応力領域の範囲を示す。
【図２Ｃ】本発明による光学素子の応力領域の範囲を示す。
【図３Ａ】本発明による光学素子の単一の応力領域の異なる形状を示す。
【図３Ｂ】本発明による光学素子の単一の応力領域の異なる形状を示す。
【図３Ｃ】本発明による光学素子の単一の応力領域の異なる形状を示す。
【図３Ｄ】本発明による光学素子の単一の応力領域の異なる形状を示す。
【図４Ａ】本発明による光学素子の一連の応力領域の異なる形状を示す。
【図４Ｂ】本発明による光学素子の一連の応力領域の異なる形状を示す。
【図４Ｃ】本発明による光学素子の一連の応力領域の異なる形状を示す。
【図４Ｄ】本発明による光学素子の一連の応力領域の異なる形状を示す。
【図４Ｅ】本発明による光学素子の一連の応力領域の異なる形状を示す。
【図４Ｆ】本発明による光学素子の一連の応力領域の異なる形状を示す。
【図４Ｇ】本発明による光学素子の一連の応力領域の異なる形状を示す。
【図４Ｈ】本発明による光学素子の一連の応力領域の異なる形状を示す。
【図４Ｉ】本発明による光学素子の一連の応力領域の異なる形状を示す。
【図５Ａ】本発明による光学素子の駆動手段の異なる変形例を示す。
【図５Ｂ】本発明による光学素子の駆動手段の異なる変形例を示す。
【図５Ｃ】本発明による光学素子の駆動手段の異なる変形例を示す。
【図５Ｄ】本発明による光学素子の駆動手段の異なる変形例を示す。
【図５Ｅ】本発明による光学素子の駆動手段の異なる変形例を示す。
【図５Ｆ】本発明による光学素子の駆動手段の異なる変形例を示す。
【図５Ｇ】本発明による光学素子の駆動手段の異なる変形例を示す。
【図５Ｈ】本発明による光学素子の駆動手段の異なる変形例を示す。
【図５Ｉ】本発明による光学素子の駆動手段の異なる変形例を示す。
【図５Ｊ】本発明による光学素子の駆動手段の異なる変形例を示す。
【図６Ａ】本発明による光学素子の支持体の位置に配置された電極の異なる構成を示す。
【図６Ｂ】本発明による光学素子の支持体の位置に配置された電極の異なる構成を示す。
【図７Ａ】様々な大きさが推測される本発明による光学素子の２つの変形例を図示する。
【図７Ｂ】様々な大きさが推測される本発明による光学素子の２つの変形例を図示する。
【図８Ａ】本発明による光学素子の休止状態の静電駆動手段をより詳細に示す。
【図８Ｂ】本発明による光学素子の駆動状態の静電駆動手段をより詳細に示す。
【図９Ａ】休止状態の静電駆動手段の別の実施例をより詳細に示す。
【図９Ｂ】駆動状態の静電駆動手段の別の実施例をより詳細に示す。
【図１０】液体が皿状部から溢れた本発明による光学素子の実施例を示す。
【図１１Ａ】本発明による光学素子の実施形態の実施例の段階を図示する。
【図１１Ｂ】本発明による光学素子の実施形態の実施例の段階を図示する。
【図１１Ｃ】本発明による光学素子の実施形態の実施例の段階を図示する。
【図１１Ｄ】本発明による光学素子の実施形態の実施例の段階を図示する。
【図１１Ｅ】本発明による光学素子の実施形態の実施例の段階を図示する。
【図１２】液体の厚さに応じて駆動手段を制御するための自動手段と連携する液体の厚さを測定する容量手段を備えた本発明による光学素子を示す。
【図１３】組み立てられた２つの支持体を備えて形成された本発明による光学素子を示す。
【図１４Ａ】本発明による光学素子の異なる支持体を示す。
【図１４Ｂ】本発明による光学素子の異なる支持体を示す。
【図１４Ｃ】本発明による光学素子の異なる支持体を示す。
【図１４Ｄ】本発明による光学素子の異なる支持体を示す。
【図１４Ｅ】本発明による光学素子の異なる支持体を示す。
【図１４Ｆ】本発明による光学素子の異なる支持体を示す。
【図１５Ａ】本発明の少なくとも１つの光学素子を採用した２つのカメラ装置を示す。
【図１５Ｂ】本発明の少なくとも１つの光学素子を採用した２つのカメラ装置を示す。
【図１６Ａ】従来の液体レンズを示す。
【図１６Ｂ】従来の液体レンズを示す。
【発明を実施するための形態】
【００５４】
本発明は、添付の図面を参照して、単に表示の目的で与えられ、限定的でない実施形態の説明を読むことでより深く理解されるであろう。
【００５５】
以降説明される異なる図面の同一、類似、または同等の部分には、１図面から次の図面に容易に移動できるように同一の参照符号が付される。
【００５６】
図面を見易くするために、図面中の別々の部分は必ずしも均一なスケールで表示されているとは限らない。
【００５７】
本発明による変形可能な膜を備えた光学素子の第１実施形態を図１Ａを参照して説明する。液体レンズと仮定するがそれに限定されるものではなく、膜可変鏡であってもよい。
【００５８】
液体レンズ１０は膜２を備え、膜の周囲は支持体１．５上にシール手段において固定されている。支持体１．５上に固定された膜の領域は、固定領域と称され、参照符号２．３で示されている。本実施形態において、固定は支持体１．５のフレーム１において行われる。フレーム１は、ライニングによって支持体１．５に形成された皿状部３の画定を促す。皿状皿状部３は、一定の容量の液体４を含有するためのものである。支持体１．５は、主平面ｘ、ｙに沿って広がる。皿状部３は底部３．１を備える。光ビーム（図示せず）は、皿状部３の底部３．１の位置で、膜２と、液体４と、支持体１．５とを介して伝播して液体レンズ１０を通過するよう意図されている。フレーム１及び皿状部３は必須ではなく、支持体１．５は実質的に平坦な基板であることができる。底部３．１は光ビームが使用されるために透明である。
【００５９】
光学素子が膜可変鏡であったならば、そのような膜は入射する光ビームを反射するよう設計されているため、膜は反射するだろう。
【００６０】
膜は、液体４と液体４に対してバリアの反対側に配置された流体媒体との間のバリアとして作用する任意の柔軟性フィルムの役割を果たす。この流体は非常に単純に空気または別の気体あるいは別の液体でもよい。膜２は、液体レンズだけでなく膜可変鏡の場合も、一側で液体４と接し、他側で、少なくとも光場と呼ばれる中央領域２．１で流体と接する。以降、中央領域との表現が使用されることもあれば、光場との表現が使用されることもある。本文脈中においてこれらの表現は同等である。液体レンズの用途において、光ビームが通過するのは光場であり、光ビームのために透明である。鏡用途において、膜は光ビームが入射する中央領域で反射する。
【００６１】
光学素子の焦点距離を変化させることができるように、少なくとも１つの静電アクチュエータ５を備えた駆動手段５が提供され、駆動手段は厳密に中央領域２．１と固定領域２．３との間に位置する応力領域２．２において膜２に応力を及ぼす。複数のアクチュエータ５がある場合、それらの各々は膜２の領域２．２に応力を加える。アクチュエータ５は、活性化されて休止位置から活性位置、及び逆もまた同様に取るようにことができる。応力領域の数は、アクチュエータの数に依存する。１つの場合、応力領域は図２に示すような連続したクラウン形状であり得る。後で説明する図３Ａから３Ｄに示されるようなその他の形状をとることも可能である。
【００６２】
図４に示すように応力領域２．２が複数ある場合、後者は多数の形状をとることができる。この種類に含まれる応力領域のいくつかの例を図４Ａから４Ｉに示す。いずれの応力領域２．２も中央領域２．１を取り囲む。異なる応力領域２．２は、好ましくは実質的に一定の間隔で光場２．１の周囲に分布される。各々のアクチュエータ５は対向する一対の電極５．１１、５．１２を備える。膜２に配置された参照符号５．１２で示される電極の一方は移動する。支持体１．５に配置された他方の電極５．１１は、支持体が電極５．１１の位置で剛性を有する限りそこに固定される。支持体が電極５．１１の位置で柔軟性を有する場合、電極もまた移動する。静電アクチュエータは非常に単純で特に小型である。
【００６３】
図１Ａ、１Ｂにおいて、電極５．１２は膜に連結され、さらに膜２と接触している。液体誘電体は、膜と比較して高い誘電率を有する。
【００６４】
これは図５Ａから５Ｅに示されるように拘束されるものではない。図１の構成は特に単純であり、焦点距離の変化において優れた効率を有する。
【００６５】
複数のアクチュエータ５がある場合、好ましくは、配置が実質的に規則的に行われることができるように、異なるアクチュエータ５は実質的に一定の間隔で膜２の中央領域２．１の周囲に分布される。
【００６６】
アクチュエータ５の２つの電極５．１１、５．２２は、誘電体によって分離され、前記誘電体は少なくとも液体４によって形成されている。液体４に加えて、追加の誘電体を提供することができる。追加の誘電体は、膜２によって形成されることができ、より詳細には図１Ａにおいてアクチュエータ５によって応力が加えられる膜の領域２．２によって形成され得る。追加の誘電体は、液体４で浸漬される。アクチュエータ５によって応力が加えられる膜の領域２．２は、電極５．１１、５．１２の少なくとも一方の上またはアクチュエータの２つの電極の間の共通部分の上に位置する。後に説明されるような追加の誘電体のその他の変形も想定され得ることは明らかに理解される。液体４に加えて追加の誘電体を提供することによって、アクチュエータが駆動する間に、電極５．１１、５．１２が互いに押されて液体が横方向に移動するような場合に、アクチュエータ５の２つの電極５．１１、５．１２の間で短絡することを防止することが可能となる。静電アクチュエータの駆動の間、電極が近接するほど不安定になり、互いに突然押しあう傾向がある。
【００６７】
液体４が唯一の誘電体である場合、駆動の間に２つの電極５．１１、５．１２が互いに押しあって短絡することを防ぐことを目的として、少なくとも１つの機械的ストッパＢを提供することができる。図１Ｂ、１Ｃを参照すると、複数の機械的ストッパＢがある。機械的ストッパＢの厚さは、２つの電極５．１１、５．１２の厚さの合計より厚い。１アクチュエータ５あたり１つのストッパが提供され得る。これらのストッパは、固定された電極５．１１に隣接して支持体１．５上に配置され得る。図１Ｃにおいて電極は図示されていない。
【００６８】
図１の構成において、膜２は誘電体材料からなる必要はなく、シリコン、シリコンカーバイド、多結晶シリコン、窒化チタン、ダイヤモンド状炭素、酸化インジウムスズ、アルミニウムに基づいてよい。
【００６９】
図５Ａの構成において、例えば膜２は誘電体材料からなり、より詳細には例えばポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、さらにポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、パリレン、エポキシ樹脂等の有機材料、またはシリコン酸化物、シリコン窒化物等の無機材料からなる。
【００７０】
図１の実施例において、膜２は光場２．１及び応力領域２．２において均一である。膜２は、図１に示すように光場２．１及び応力領域２．２において単層であってよく、図５Ｉに示すように多層であってもよい。固定領域で光場の膜の全ての表面を覆う連続的な少なくとも１つの層で形成される。
【００７１】
本発明の文脈中において、膜が２つの領域において均一であるということは、その物理特性が２つの領域において一定且つ同一であることを意味する。
【００７２】
膜が光場と応力領域とで均一でないことは明らかに考えられるものであり、これらの２つの領域が異なる剛性を有することもできるが、いかなる場合においても、その全ての表面を覆う少なくとも１つの連続した層を備える。その結果、リークのリスクは軽減される。
【００７３】
支持体１は、図１に示すようにモノリシックであってよく、図１３に示すように皿状部３の底部３．１に組み立てられたフレーム１によって形成されてもよい。
【００７４】
液体４は誘電体であり、プロピレンカーボネート、水、インデックスリキッド、シリコーンオイルなどの光学オイルであってよい。液体４は、特に誘電特性で選択され且つ、液体レンズの場合光学特性で選択されることは明らかである。
【００７５】
図２において、膜２は円形に示されているがその他の形状をとることも可能であり、図３Ｂに示すように例えば楕円形のような縦長の形状、または図３Ａに示すように例えば正方形のような四角形の形状、あるいはその他の形状をなすこともできる。
【００７６】
光学素子の焦点距離を変更する原理は以下の通りである。駆動手段５の影響下で、アクチュエータの電極５．１１、５．１２は互いに引き合い、液体４と接触している膜の応力領域２．２は支持体１．５の底部に近づき、液体４が膜２の中央に向かって押し出され、光場２．１が変形することによって、光学素子の焦点距離が変更される。膜２と支持体１．５との間に挟まれ、実質的に非圧縮性であると考えられる液体４の容量が維持されることで、膜の変形は制御される。
【００７７】
駆動手段の各々の静電アクチュエータ５は従来のものであってよく、言い換えると図１に示されるような休止位置で実質的に平行な電極５．１１、５．１２を備えるかあるいは“ジッピング（ｚｉｐｐｉｎｇ）”または進行開放またはスライド型でもよく、言い換えると図６Ｂに示されるような休止位置で互いに傾斜した電極を備えてもよい。“ジッピング”型駆動の利点は、従来の実質的に平行な電極の構成よりも大きな移動量を得ることである。駆動手段５のパラメータを決定するものは、膜２の応力領域２．２の表面積であり、アクチュエータの電極５．１１、５．１２の少なくとも一方の表面及び膜２上の駆動手段５によって生じる応力に対応する。
【００７８】
次に、図２を参照して応力領域２．２の別の可能な構成について説明する。応力領域２．２はいかなる場合も光場２．１より前までで停止し、そこに侵入することはない。固定領域２．３までのびることは可能であるが、固定領域２．３には液体がなく、膜は移動することができないため、そこに侵入することもない。その一方で、駆動手段５は、固定領域２．３の位置で膜と接触してもよい。応力領域２．２は、アクチュエータ５によって移動される領域であり、固定領域２．３は応力領域２．２に含まれなくてよい。
【００７９】
駆動手段が、固定領域と中央領域との間の厳密に限定された少なくとも１つの応力領域において膜に応力を加えるということは、中央領域が移動された液体の圧力のみによって変形され、中央領域が駆動手段によって直接応力を加えられた場合よりも効果的に焦点距離の変更が得られる。
【００８０】
これら図２において駆動手段は図示されていない。図２において、応力領域２．２は１つだけであり、光場２．１を取り囲む連続したクラウン形状である。開示される内容は、複数の応力領域がある場合にも同様に当てはまる。図２Ｂに示すように、応力領域２．２は光場２．１の端部から開始されることができる。点線は光場２．１の端部を示す。
【００８１】
図２Ａ及び図２Ｃに示されるように、駆動手段によって光場２．１と応力領域２．２との間に中間保護領域２．４を挿入することができることは明らかである。これによって光場２．１の光学性能のいかなる劣化も防止することが可能となる。
【００８２】
図２Ａに示されるように、中間保護領域２．５は応力領域２．２と固定領域２．３との間に挿入され得る。この領域は液体４の上部に位置する。図２Ｂ及び図２Ｃに示されるように、応力領域２．２は固定領域２．３に侵入することなく到達してよい。その場合中間保護領域２．５は存在しない。
【００８３】
図３Ａ、３Ｂはそれぞれ正方形または縦長形、この場合は楕円形の膜の構成を示す。これらの２つの構成において、光場２．１は円形である。応力領域２．２は内側に限っては円形であり、外側はそれぞれ正方形または楕円形である。
【００８４】
図３Ｃにおいて、膜２は円形であり、単一の応力領域２．２は光場２．１に向かって突出する放射状の突出部を有するクラウン形状をなしている。前記突出部は、クラウンセクターの形状をとっているが、その他の形状も可能であり、その形状は限定されない。応力領域２．２と固定領域２．３との間に保護領域２．５がある。
【００８５】
図３Ｄにおいて、膜２は円形であり、応力領域２．２は単一であって光場２．１の側でクラウン形状であり、クラウンは固定領域２．３に向かって突出する放射状の突出部を有する。突出部はストリップ形状であるがその他の形状も可能である。放射状の突出部の間であり応力領域２．２のクラウンと固定領域２．３との間に中間分割保護領域２．５がある。単一のアクチュエータの形状をとる静電駆動手段５は、応力領域２．２を占有し、且つ固定領域２．３及び支持体１．５上に続き、放射状の突出部を応力領域２．２を超えて広げる。アクチュエータ５が固定領域２．３及び支持体１．５と接触する表面は、応力領域２．２とは異なる模様で図示されている。アクチュエータの部分は、支持体１．５上に広がる膜と接触している可動電極の一部に対応する。
【００８６】
ここまで、単一の応力領域２．２を備えた構成のみについて説明しており、駆動手段が単一のアクチュエータのみを備えることを意味している。
【００８７】
駆動手段５は、同時に駆動される複数アクチュエータを備え得る。この場合、膜は複数の応力領域を備える。
【００８８】
複数の応力領域２．２を有する結果として複数のアクチュエータを備える膜２の構成をここで説明する。図４Ａにおいて、応力領域２．２はクラウンセクターであり、非限定的な例においてクラウンは円形である。図４Ａでは８、図４Ｂでは２４の部分がある。別の数の応力領域２．２も可能であることは明らかである。図４Ｃでは、応力領域２．２は三日月形の部分であり、その外縁部は膜の縁部と同心円である。４つの実質的に同一の応力領域２．２がある。それらが同一でないことも想定され得る。図４Ｄでは、応力領域２．２は同心クラウンである。同心クラウンは２つある。図３Ｃ、３Ｄと同様に、そのうちの一方が放射状の突出部を備えることも想定され得る。不必要に図面の数を増加させないように、この変形例は示していない。これら２つの後者の突出部において、固定領域２．３と応力領域２．２との間に中間保護領域２．５がある。
【００８９】
図４Ｅにおいて、応力領域２．２は、この円形の例では内側が光場２．１によって限定された角状セクターであり、外部は固定領域２．３を支持する支持体１．５の縁部によって限定されるものであり、この例では正方形である。角状セクターは頂点で実質的に同一の角度を有するが、これに限定されるものではない。
【００９０】
図４Ｆにおいて、応力領域２．２は、内側が光場に対応する円形、外側は固定領域２．３を支持する支持体１．５の縁部に対応する楕円によって限定された角状セクターの部分である。これらの２つの例において、別々の応力領域２は全て同一ではない。
【００９１】
図４Ｇにおいて、応力領域２．２は、固定領域２．３の直前で停止した放射状ストリップである。
【００９２】
図４Ｈにおいて、応力領域２．２は、放射状突出部を備えたクラウンの部分である。この構成は、応力領域が単一ではなく複数であることを除いて図３Ｄと類似している。この例では、放射状の突出部は固定領域２．３に向かって突出しているが、光場２．１に向かって突出することも想定され得る。後者の変形例は図面の数を不必要に増加させないために図示していない。
【００９３】
複数の隣接する応力領域２．２があり、複数の応力領域２．２が光場２．１の周囲に不連続のクラウンを形成する場合、好ましくは、応力領域２．２と光場２．１との間に光場２．１よりも硬い補強領域２．６を提供する。補強領域２．６は光場２．１を取り囲み、連続している。駆動手段は直接補強領域に応力を加えない。駆動手段は、それぞれのアクチュエータの膜２と接触している電極５．１２によって具体化される。補強領域２．６の機能は、駆動手段が作動する間、光場２．１における膜の変形を均等にすることである。補強領域２．６は、ｚ軸の周囲の駆動手段の駆動によって引き起こされる膜の回転偏位による不変性を確保する。ここでｚ軸は対称軸である。図４Ｉについて述べる。応力領域２．２は実質的に多角形である。
【００９４】
図５には、駆動手段５の異なる構成を示す。図５Ａにおいて、駆動手段５は膜と接する少なくとも１つの電極５．１２を介して、応力領域２．２の位置（応力領域が複数ある場合は複数の応力領域の位置）でのみ膜２を保持する。図５Ｃでは、駆動手段５は膜と接する少なくとも１つの電極５．１２を介して、応力領域２．２の位置（応力領域が複数ある場合は複数の応力領域の位置）及び固定領域２．３の位置で膜２を保持する。
【００９５】
図５Ｂにおいて、電極５．１２は応力領域２．２及び固定領域２．３の位置で膜２と接触しているが、さらに膜２を超えて支持体１．５上にも広がる。膜２を超えて支持体１．５上に位置する電極５．１２の部分は、駆動手段５の電気供給パッドとして作用し得る。
【００９６】
図５Ａ、５Ｂ、５Ｃにおいて、可動電極５．１２は、液体４とは接触せず、膜の後面が液体４と接触している場合、前記電極は膜２の前面上に位置する。
【００９７】
これらの構成では、応力２．２領域は、静電アクチュエータ５及び液体の両者と接触する膜２の領域に対応する。
【００９８】
図５Ａから５Ｃにおいて、駆動手段５は休止状態で図示されている。
【００９９】
図５Ａから５Ｃに示すように駆動手段５が休止状態の場合、膜２は平坦であり得る。この場合、皿状部３が必要である。これは、無限の曲率半径に相当する。この皿状部３を備えた構成において、電極は休止状態で実質的に平行である。この構成は、液体を中央領域に向かって効率的に移動させるのに有利であるため、焦点距離を効果的に変更することができる。駆動手段５が休止状態であると同時に膜２が一方向または他方向に隆起し得ることは明らかである。その結果、有限の曲率半径を有するため、より小さい。図５Ｄ及び５Ｅは、それぞれドーム状（凸状）膜４と皿状（凹状）膜４を示す。図５Ｄ、５Ｅにおいて膜は反射し、光学素子が鏡であることが想定される。膜２の前面上で、少なくとも中央領域２．１には反射コーティングＲＲが図示され、この反射コーティングは例えばアルミニウム薄膜である。
【０１００】
皿状部３が図示されている。これらの２図において、アクチュエータは“ジッピング”型のものであり、電極５．１１、５．１２は休止位置で平行ではない。これらの２図において、少なくとも光場において膜が反射し、光学素子が調整可能な曲率半径を有する鏡であることが想定される。
【０１０１】
図５Ａから５Ｅに示される実施例は、膜２の前面、つまり液体４と接触する側の反対側と連携する駆動手段５を示す。既に示したように、駆動手段５が、液体４と接触する面の位置で膜２とも連携することができることは明らかである。
【０１０２】
図５Ｆでは、電極５．１２は膜２と接触し、さらに液体４とも接触している。接触しているのは、膜２の後面である。したがって、膜２は追加の誘電体として作用しない。液体４に対して（固定された）他方の電極５．１１をマスクするために、追加の誘電体５３として誘電材料の層が提供され得る。誘電材料は、例えばシリコン酸化物またはシリコン窒化物であってよい。この追加の誘電材料が、支持体１．５と接触する電極５．１１のみと並べられるのであれば、光場の外側であるため、液体レンズの用途において透明材料で形成される必要はない。
【０１０３】
休止位置から駆動される場合、応力領域２．２を皿状部３の底部３．１に近付けるため、またはより一般的に液体４の厚さを減少させるために、アクチュエータ５は膜２を引張らなければならない。この図５Ｆにおいて、膜２は均一であり、光場２．１と応力領域２．２との間で同一の厚さ及び同一の剛性を有する。
【０１０４】
図５Ｇにおいて、膜２と連結された電極５．１２は、膜２の内部に組み込まれている。電極５．１２は依然として液体４と接触する。駆動手段５によって応力を加えられる領域２．２における膜２の厚さは、光場２．１における厚さよりも薄い。応力領域２．２における膜の剛性は、光場２．１の位置の膜が有するものよりも小さい。電極５．１２とあわせた応力領域２．２の厚さは、実質的に光場２．１の厚さである。この図５Ｇにおいて、電極５．１２はさらに支持体１．５と接触するようになり、膜２は電極５．１２を覆い、さらに支持体１．５と接触する状態になる。
【０１０５】
追加の誘電体５３は、皿状部３の底部３．１全体、またはより一般的に、支持体が液体４と接触すべき箇所に配置される。この場合、光学素子が液体レンズの場合、追加の誘電体５３は透過機能を果たすように透明でなければならない。透明との用語が、使用される光ビームを透過することを意味するのは明らかである。反射作用の場合は、この条件を満たさなくてよい。
【０１０６】
皿状部３は、前述の通りでなくてもよい。液体４が実質的に平坦な支持体１．５上に配置され、膜２が液体４を包含することも可能である。特許文献ＥＰ−Ａ−１ ６７２ ３９４は、膜が液体を包含する構成を示している。この変形例は、図５Ｈ及び５Ｉに図示され、膜２と連携する電極５．１２は、膜２の前面上または後面上のいずれかに配置されている。これらの構成において、駆動手段５が休止の場合、膜２は隆起している。膜２は、例えばパリレンなどの有機フィルムを液体４の液滴上へ直接堆積させるかまたは犠牲層を使用した方法によって形成され得る。必要に応じて、支持体１．５は領域によって局所的に親水性または疎水性に処理され得る。
【０１０７】
図５Ｊでは、電極５．１１は膜２の内部に埋め込まれ、膜２の２つのサブ層２０．１、２０．２の間に挟持されている。液体４と接触している膜２のサブ層２０．２は、誘電材料から成る場合、追加の誘電体として作用することができる。他方のサブ層２０．１は、膜２が光場に必要な機能を有するように、第１サブ層２０．２の機械強度を達成する。
【０１０８】
アクチュエータ５の電極５．１１の別の構成である支持体１．５と接触する構成について説明する。
【０１０９】
図６Ａ、６Ｂを参照する。図６Ａにおいて、皿状部３の底部３．１は、段差Ｍを備え、非限定的な実施例において３段を有し、支持体と接触する電極５．１２は段差Ｍに配置される。
【０１１０】
図６Ｂにおいて、皿状部３は底部３．１と傾斜側面３．２とを備え、支持体１．５と接触する電極５．１１は皿状部の底部３．１と傾斜側面３．２との両方の上に配置される。この構成において、アクチュエータの電極は休止状態で傾斜しているため、“ジッピング”型である。
【０１１１】
光学素子の焦点距離の変化は光場の移動に直接依存するため、膜２の寸法は、光場２．１における挙動によって決定される。
【０１１２】
膜２の材料は、その弾性限界が弾性領域において機能し、可逆的に変形するのに十分であるように選択される。休止位置に戻った場合に、駆動手段５の駆動によって変形されるとすぐに初期位置に戻らなければならない。様々な有機材料だけでなく無機材料も膜の組成に入り得る。膜は、特に固定領域の位置で、密閉して液体４を包含することができなければならない。用途及び構造に応じて、透過動作の場合は使用される波長を透過しなければならず、鏡の場合は反射しなければならない。誘電体または後に示されるように正反対に導電体でなければならない。
【０１１３】
選択され得る有機材料は例えば、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、さらに、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、パリレン、エポキシ樹脂であり、それらのヤング率は数百ＭＰａから数ＧＰａの間である。選択され得る誘電材料は例えば、シリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコンカーバイドである。選択され得る導電材料は例えば、可視で透明な酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）または反射性を有するアルミニウムである。その他材料は既に挙げられている。本発明による光学素子の構成に、膜が導電性であり且つ透明または反射性のいずれかであるものについて以下で説明する。
【０１１４】
本発明の可変の焦点距離の光学素子を正確に作動するために、その光学特性はその方向性と独立して確保されることが望ましい。
【０１１５】
これを達成するためには、光場２．１における膜２への液体４の重量による圧力が、光学特性を劣化させるいかなる変形も引き起こしてはならない。
【０１１６】
膜２の外形は、光場のジオプターの形状に大きな影響を与える。平坦な外形、つまり表面全体にわたって実質的に厚さが一定の場合、ジオプターの形状は、「Ｓ．Ｔｉｍｏｓｈｅｎｋｏ“Ｔｈｅｏｒｙ ｏｆ ｐｌａｔｅｓ ａｎｄ ｓｈｅｌｌｓ”、Ｌｉｂｒａｉｒｉｅ Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｑｕｅ、Ｃｈ Ｂｅｒａｎｇｅｒ、１９５１」から引用された以下の数式によって求められる。
【０１１７】
【数１】
【０１１８】
ここで、ω（ｒ）は、中心（レンズの光心）からの距離ｒに応じた膜の変形を表し、ａはその半径を表し、ω０は中央の最大偏位を表す。
【０１１９】
膜がその周囲で固定され、一定の圧力を受けているものとして近似される。変形の点において、ジオプターの実際の形状は、例えばＡＮＳＹＳなどの機械的シミュレーションソフトを利用するなどしてより詳細に測定されなければならない。実際の変形は、近似変形と球状変形との間にある可能性が高い。
【０１２０】
膜の厚さの変更及び駆動手段によってなされる変形の性質によって、変形を制御し、その結果ジオプターの形状及び焦点距離を変化させることが可能である。
【０１２１】
膜の機械的挙動は特に、駆動手段５によって応力が加えられる領域２．２の表面積に依存する。光場２．１における膜の剛性つまりパラメータＥ、ｖ及びｈは、駆動手段５によって応力が加えられる領域２．２の表面積及び駆動手段５が発生させる力を維持し続けるように調製される。実際に、液体４によって光場２．１に及ぼされる圧力に液体と接触している膜の総表面積を乗じたものは、第一近似において液体を非圧縮性と考えると、アクチュエータの電極間の静電力と等しい。
【０１２２】
光場における膜の機械的挙動は、膜の最大偏位、駆動手段５によって加えられる力、それらの移動量、及び応力領域２．２の表面積に依存する。光場２．１の機械的挙動を前述の大きさに適合させるには数回の反復が必要とされ得る。
【０１２３】
有意義な妥協点を見出すためには、まず所望の焦点距離及び光場の形状の変更、膜及び駆動手段の作製方法、膜の厚さに応じて１つ以上の膜の材料を選択しなければならず、さまざまな厚さで測定され得る。その後、光場の最大圧力は決定されなければならない。応力領域の表面積は、減少させることを目的としている外形寸法を考慮して、駆動技術と適合する焦点距離の必要変動量を得るために駆動に必要とされる変形及び移動を比較することによって、応力領域が光場の周囲で連続且つ均一であるような最も好適な状態をとることによって、最適化される。行き詰った場合、膜の材料を変更して再度反復を開始する。
【０１２４】
材料に関する候補が多数あるため、膜の厚さは大幅に変更することができ、その結果必要とされる最大圧力は懸命な方法で調節され得る。
【０１２５】
応力領域がいくつかある場合、応力領域の数もまた本発明の目的である光学素子の精緻化にとって重要なパラメータである。これらの領域のそれぞれは、この領域専用のアクチュエータによって制御される。
【０１２６】
応力領域２．２がいくつかある場合、２つのパラメータが重要であって、一方は２つの連続した応力領域２．２を分離する距離ｄｚであり、もう一方は応力領域と支持体１．５への固定領域との距離ｄａｎｃｒである。距離ｄｚ及びｄａｎｃｒは図７Ａ、７Ｂに図示されている。
【０１２７】
目的は、これらの部分は駆動手段５によって隣接する応力領域上に加えられる圧力に抵抗しなければならないため、これらの距離ｄｚ及びｄａｎｃｒは、大きすぎないかまたは膜の柔軟すぎる部分には適用されないことである。これらの部分は、隣接する応力領域２．２の移動を妨げないように硬すぎてはならない。目的は、応力領域２．２にできるだけ近く機能することである。
【０１２８】
静電駆動手段５に関して、それらは当業者にいかなる問題も提起しない。“ジッピング”型静電アクチュエータに関する文献「“Ａ ｎｏｖｅｌ ｅｘｔｅｒｎａｌ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ ａｃｔｕａｔｉｏｎ ｏｆ ＭＥＭＳ ｂａｓｅｄ ｄｅｖｉｃｅｓ”Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍｉｃｒｏｍｅｃｈａｎｉｃｓ ａｎｄ Ｍｉｃｒｏｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎｏ．１４、２００４年、ｐ．４４６‐４５１」を参照する。この文献では、図８において４００マイクロメートルのビームによって、本発明による光学素子において必要とされるものと完全に適合する移動量が得られることに言及されている。
【０１２９】
“ジッピング”型静電駆動手段の典型的な実施例は、図８Ａ、８Ｂに詳細に示されている。駆動手段５は、いくつかのアクチュエータ５から形成され、図８には、２つの正反対に向かい合うアクチュエータが示されている。それぞれが、支持体１．５によって支持された固定電極５．１２と、膜２によって支持された可動電極５．１１とを備え、膜２は液体４に加えて、２つの電極５．１１、５．１２の間の追加の絶縁体として作用する。膜２の応力領域２．２は、可動電極５．１２が膜２上に保持される領域に対応する。２つの電極５．１１、５．１２の間に印加される電位差の影響下で、可動電極５．１２は固定電極５．１１に近付き、膜２を支持体１．５に近付けるように移動させる。膜の移動によって、応力領域２．２の位置で膜２と支持体１．５との間に包含される液体４は光場２．１の方向に押出される。図８Ａは、休止位置の駆動手段５を示し、図８Ｂは駆動された駆動手段５を示す。膜２は２つの電極５．１１、５．１２の間で絶縁体として作用するため、駆動手段５内に含まれている。これらの図では、皿状部はなく支持体１．５は実質的に平坦である。液体４及び膜は、駆動手段の駆動に寄与する。それらは誘電体である。液体４及び膜２の誘電率が高いほど可動電極５．１２の固定電極５．１１方向への移動は容易に開始され、その結果駆動性能は向上する。液体及び追加の誘電体にとって考慮すべきパラメータは、誘電率及び絶縁破壊電圧である。それらは十分高くなければならない。
【０１３０】
図９Ａ、９Ｂに図示された変形例において、膜２は導電材料からなる。固定電極５．１１は支持体１．５によって保持される。それらは応力領域の形状に押し込まれる。誘電層５３はそれらを覆い、前記誘電層５３は、液体４と接触して光学素子の光場の位置まで延びるように支持体１．５上に配置されることができる。変形例において、前記誘電層は局在化されて光場を空けることもある。支持体１．５がガラスからなる場合、誘電層５３は、例えばシリコン酸化物またはシリコン窒化物からなることができる。膜２は導電材料からなり、例えば酸化インジウムスズからなる。この材料は液晶素子において電極を形成するために広く使用されている。膜２は、可動電極として作用し、より詳細には、固定電極５．１１に面する膜２の部分がこの役割を有する。駆動手段５によって応力を加えられる領域２．２は、固定電極５．１１が膜２上に保持される領域に対応する。図９Ａは休止位置の駆動手段５を示し、図９Ｂは駆動された駆動手段５を示す。膜２は、可動電極として作用するため、駆動手段５に包含されている。
【０１３１】
膜２は、例えばＩＴＯ（酸化インジウムスズ）フィルムで被覆されたＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルムから形成され得る。ＩＴＯは、液体４側に位置する。膜はフィルムをラミネートすることによって付着され得る。
【０１３２】
支持体が実質的に平坦であるような図８における変形例では、駆動手段５の位置で、液体４を保つ一方で皿状部３による利点を有する価値あるものであり得る。膜の支持体１．５上への固定は、皿状部３から非常に離れた場所で実施され、応力領域及び駆動手段は皿状部３の縁部３．２に位置し、液体４は膜２によって保持されたまま皿状部３からあふれ出して皿状部３の縁部３．２まで広がる。図１０Ａ、１０Ｂを参照する。応力領域２．２と光場２との間に保護領域２．４が備えられている。図１０Ａは休止位置の駆動手段５を示し、図１０Ｂは駆動された駆動手段５を示す。この構成は、皿状部を備えず実質的に平坦な支持体を備えた構成の利点及び光場の位置に皿状部を備えた構成の利点を一体化する。
【０１３３】
静電駆動手段を使用する利点は、衝撃の影響を受けにくいためである。衝撃を受けると、液体の重量が膜を変形し、膜はこれらの変形に抵抗するような寸法であるため、駆動手段はその他の追加の変形を加えない。サイズは最小まで減少され得る。
【０１３４】
本発明によるこのような光学素子は、マイクロエレクトロニクス及びマイクロシステムを採用した技術を使用して製造され得る。化学気相成長法（ＣＶＤ）、電着、エピタキシャル成長法、熱酸化、物理気相成長法（ＰＶＤ）、または蒸着による薄膜堆積法を膜及び駆動手段の両方に採用することができる。フィルムのラミネート、有機またはゾルゲル材料のスピンコート堆積法、成形、熱エンボス加工、ナノプリント、直接接合、共晶接合、アノード接合、有機接合による２つの基板の接合、を使用することもできる。
【０１３５】
ここで、本発明による可変の焦点距離を有する光学素子の製造方法の実施例について説明する。犠牲層が使用される。図１１Ａから１１Ｅを参照する。
【０１３６】
皿状部３がエッチングされた基板１００から開始される。基板１００は、例えばガラスからなる。１つ以上の固定電極５．１１（図１１Ａ）が皿状部の底部の位置に堆積される。犠牲材料１０１（図１１Ｂ）が皿状部３内及び固定電極上に堆積される。犠牲材料１０１は、例えば感光性樹脂などの有機材料またはシリコン酸化物などの無機材料であってよい。
【０１３７】
膜２は、皿状部３の縁部から突出してそこに膜自体を固定するように、犠牲層１０１上に形成される（図１１Ｃ）。シリコン酸化物、シリコン窒化物などの無機材料が堆積され得る。この材料は誘電体である。堆積は、スピンコート法または化学気相堆積法によって実施され得る。駆動手段５を満たすための１つ以上の可動電極５．１２は、膜２上に局所的に形成される。その後、犠牲層１０１を除去することによって膜２は解放される。このために、少なくとも１つの穴１０７が犠牲層１０１に到達するまで基板１００を貫通して形成され得る。穴１０２は、貫通して皿状部３内に穴を開ける（図１１Ｄ）。除去は化学的、熱的または酸素プラズマによってなされ得る。その後、皿状部３に液体４が充填される（図１１Ｅ）。充填は、液体４の浸透に有利に働き、気泡の形成を避けるために、皿状部３を真空化に配置することによって実施されることができる。最後に、液体４が漏出しないように穴１０７が充填される（図１１Ｅ）。有機材料が使用され得る。これらの段階の順序は限定されるものではない。
【０１３８】
可動電極５．１２は、たとえば充填の前または後など膜２を解放した後でも形成されることができる。また、液体４側に配置されなければならない場合、膜２を形成する前に犠牲層１０１上に形成されることもできる。そのような構成の場合、可動電極５．１２は犠牲層１０１と基板１００とにまたがって堆積され、膜２は完全にまたは部分的に可動電極５．１２を覆い得る。
【０１３９】
図１１において、可動電極５．１２は基板１００と接触して図示されているが、それに限定されるものではなく、膜２から突出していなくてもよい。
【０１４０】
休止位置で膜２が隆起、凹状または凸状であることが望ましい場合、犠牲層は膜２のモールドとして作用するため、犠牲層１０１に適切な曲率が与えられる。隆起した膜２を得るための別の方法は、膜２が解放された後に湾曲させることである。湾曲は、熱でなされ得る。決定パラメータは、膜と基板との熱膨張係数の差及び膜の堆積温度である。
【０１４１】
本発明による光学素子は、膜２を保護するために、膜２及び１つ以上の可動電極５．１２を支持する第１支持体１１０と、１つ以上の固定電極５．１１及び液体４を支持する第２支持体１００との２つの支持体の組み立てによって形成されることができる。第１支持体１１０は、本発明の光学素子を機械的に保護するように作用する。接着剤の結合部Ｊを使用して２つの支持体１００、１１０が組み立てられ、空洞に液体４が包含される。固定電極５．１１は、追加の誘電体５３で被覆される。支持体１００、１１０が組み立てられると、第１支持体１１０は中央部を空洞化され、前記空洞１１５は少なくとも膜２の光場２．１に対応する。図１３を参照する。
【０１４２】
本発明による可変の焦点距離を有する光学素子の膜の有利な構成について、ここで形状に関して説明する。液体４は平坦な底部上に配置されることが想定される。図７Ａを参照する。膜は円形であり、その光場２．１は円形であり、応力領域２．２を含む光場２．１を取り囲む領域は同心クラウンである。
【０１４３】
膜の特性を計算するために、周囲を固定され、プレートの厚さに関してかなりの偏位にさらされる均一に搭載された円板モデルが使用される。このモデルは上述したＳ． Ｔｉｍｏｓｈｅｎｋｏの文献に示されている。
【０１４４】
光場の最大偏位ω０は、以下の数式によって与えられる。
【０１４５】
【数２】
【０１４６】
ここで、Ｐは光場上に及ぼされる圧力、ａは光場の半径、Ｅは光場において膜を構成する材料のヤング率、ｖは光場において膜を構成する材料のポアソン比、ｈは光場における膜の厚さである。
【０１４７】
光場２．１は、直径２．５ｍｍを有してよく、光場２．１と応力領域２．２との間には保護領域は存在しないが、光場２．１と固定領域２．３との間には中間保護領域２．５が存在する。固定領域の幅は２００マイクロメートル程度である。応力領域２．２は、１．２５ｍｍの内径Ｒ’と１．３５から２．０５ｍｍの間で変化する外径Ｒとの間にある。従って、応力領域２．２の表面積は０．８から８．３平方ミリメートルの間で変化する。膜はパリレンからなり、厚さは１マイクロメートルであり、光場の中央領域における必要最大偏位は２０マイクロメートルであることが想定される。ｚ軸に沿って駆動手段によって及ぼされる力は、０．２から０．４ｍＮの間で変化する。この力から電極間に印加する電圧を決定するためには、例えば「“Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓ ｂａｓｅｄ Ｄｅｓｉｇｎ ｆｏｒ Ｌａｒｇｅ Ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃａｌｌｙ Ａｃｔｕａｔｅｄ Ｍｉｃｒｏｒｅｌａｙ”Ｇｏｏｉ Ｂｏｏｎ Ｃｈｏｎｇ、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇ ｏｆ ＳＰＩＥ、ｖｏｌ．４４０８（２００１）、ｐ．２５４−２６２」など静電気力を取り扱う従来技術の文献を参照すればよい。
【０１４８】
応力領域２．２の移動量は、表面積８．３ｍｍ２では３マイクロメートル、表面積０．８ｍｍ２では７マイクロメートルまで変化する。中間保護領域２．５の幅ｄａｎｃｒは、最大０．２ｍｍまで拡張され得る。
【０１４９】
実験的もしくは機械的及び光学的シミュレーションのいずれかによってなされた近似及び寸法の精密化を考慮すると、力及び移動量を減少させることが可能であり、駆動手段の寸法を簡略化して光学素子をさらに小型化することが可能である。
【０１５０】
別の実施例を以下で説明する。図７Ｂを参照する。図７Ａとの相違点は、複数の応力領域２．２が提供されていることであり、実際には中央領域２．１の周囲に８箇所の円形クラウンが配置されている。円形クラウンの別々の部分は、数十から数百マイクロメートルと同等である距離ｄｚによって分離される。強化領域２．２の表面積は、
Π（Ｒ２−１．２５２）-８ｄｚ（Ｒ-１．２５）
で表される。
【０１５１】
距離ｄｚは、焦点距離の変化の正確な動作を妨げるものであってはならない。
【０１５２】
応力領域２．２の数とそれらの表面積つまり駆動手段のサイズとの間で妥協点を見つけなければならない。応力領域２．２の数の選択はまた、それぞれの応力領域で実質的に同一の方法で駆動される駆動手段の容量及び駆動手段によって及ぼされる変形の性質に依存する。
【０１５３】
光学素子には光学収差が現れ得る。これは、変形した膜２の縁部と固定領域の位置の支持体１．５との間が平行でないことに起因する。結果として最大偏位ω０は光場２．１の中央ではなくなる。光学素子の光軸は、光場２．１の中央を通過する。画像の品質は劣化する。
【０１５４】
従来の液体レンズのこのような現象を制限するために、膜の支持体への組み立てを最適化することを目的とした。この組み立ては、休止位置で必要な平行が得られるようなシーリング技術に基づく。しかしながら、レンズの作動中に、駆動手段５を駆動させるために供給電圧Ｖ０を使用して焦点距離を変化させることが必要かもしれない。駆動手段５によって引き起こされる移動が液体レンズの周囲全体にわたって均一でない場合、この現象が現れて画層の品質が低下する。皿状部３の底部３．１と膜２の応力領域２．２との間の空間は、膜の周囲全体にわたって一定ではない。駆動手段５の命令の間に何もなされなければ、本発明による光学素子においてもこの偏差は起こり得る。駆動手段が複数のアクチュエータ５を備える場合、完全に同一の電圧Ｖ０が供給されるとは限らない。特定のアクチュエータ５の方向にずれが生じ得る。液体４の圧力は、膜の周囲全体にわたって完全に均一でない可能性があり、素子がわずかに一側に傾くとこの現象が起こり得る。従って、作動中にこの現象を制御することは困難であり、この種の光学素子を非常に不利にする。この影響に対処するために、駆動手段５のコマンドの制御手段を提供することができる。
【０１５５】
図１２を参照する。固定電極５．１１と可動電極５．１２との間に供給電圧Ｖ０を印加することによってそれらが駆動されると、静電駆動手段５の作用を利用して光学素子の焦点距離の変更が得られる。さらに、応力領域２．２の位置での液体の厚さｄに応じて駆動手段５に印加される電圧を自動的に制御する手段８が提供される。自動制御手段８は、応力領域２．２の位置、好ましくはアクチュエータ５の位置に複数個所配置され、液体の厚さを測定するための容量性手段８．１と連携する。測定手段８．１は、応力領域２．２の位置に分散された複数の電極の対７を備え得る。一対の電極のうちの少なくとも一方は、駆動手段５の固定電極５．１１と統合されることができる。一対７の他方の電極Ｅは、液体４側の膜２上に配置される。変形例では、一対の２つの電極がアクチュエータの２つの電極と統合されることができる。アクチュエータ及び電極の対７を測定手段８．１から分離する別の構成もあり得る。電極５．１１及びＥの対７の各々のうちの２つの電極５．１１及びＥに電位差Ｖ’を印加すること、並びに電極５．１１及びＥの対７の各々で電極５．１１及びＥの対７の各々の容量を測定することによって、電極５．１１と電極Ｅとの間に位置する液体４の量が得られ、その結果膜２と皿状部３の底部３．１との間の液体の厚さが得られる。
【０１５６】
図１２において、図面を過密化しすぎないように、自動制御手段８は図式化されており、さらに２対の電極５．１１及びＥ並びに２つのアクチュエータ５のみが示されている。
【０１５７】
本発明の光学素子が作動する間、ある箇所と別の箇所とで例えばｄ及びｄ+εなど異なる容量測定値が得られた場合、自動制御手段８は測定手段８．１から容量測定値を受信し、間隔ｄに対応する参照値と比較して、容量測定値が参照値と相違した箇所で、参照電圧Ｖ０に加えて補足補正電圧ΔＶ０が対応するアクチュエータ５に印加されるように命令する。従って、アクチュエータ５の供給電圧を調節することによって、全ての容量測定値は参照値と同等にされるため、全ての膜２と皿状部３の底部３．１との距離も等しくなる。
【０１５８】
従って、レンズまたは鏡の正確な動作のために必要な平行が、自動移動制御によって確保される。当該自動制御は当業者にいかなる問題も提起しない。
【０１５９】
光学素子の焦点距離を変化させたい場合、図１２に示されるように、測定手段８．１を使用して、膜２と皿状部３の底部３．１との間の間隔ｄが測定され、測定値が自動制御手段８へと供給され、全ての駆動手段のアクチュエータ５に電圧Ｖ０が印加される。一対以上の電極５．１１、Ｅの対７が寄生変化εを検出する場合、自動制御手段８は、寄生変化εを検出した電極の対７に最も近い１つ以上のアクチュエータ５に追加の補正電圧ΔＶ０を印加するように命令する。１つ以上のアクチュエータ５追加の補正電圧ΔＶ０を印加することは、変化εが相殺されるように膜２を局所的に移動させることを意味する。
【０１６０】
電極の対７の数は、アクチュエータ５の数及び膜２との接点の数、応力領域２．２の表面積及び剛性の関数である。電極の対７の位置もまた、アクチュエータ５の接点に応じて最適化されなければならない。電極の対７によって検出される変化を相殺することが目的であるため、電極の対７をそれぞれのアクチュエータ５に配置することが適切なようである。測定手段の電極の対の電極がアクチュエータの電極と統合された構成は、特に単純で安価であるため、特に有利である。電極の対７をアクチュエータ５の間に配置することが想定されるのは明らかであるが、自動制御手段の形成はより困難になるだろう。
【０１６１】
電極５．１１、Ｅの表面は、休止位置で液体４の厚さに直接連結され、液体４の厚さが厚いほど電極５．１１、Ｅの表面積は大きくなる。
【０１６２】
それらの寸法に関して言うと、光学素子の正確な動作に必要な精度を組み込むことも必要である。実際、対向する電極５．１１、Ｅによって形成される平坦なキャパシタの容量Ｃは、Ｃ＝ε’Ｓ’／ｅによって表され、ここでＳ’は電極の表面積、ｅは液体の厚さ、ε’は液体の誘電率である。キャパシタＱの電荷は、Ｑ＝ＣＶ’によって表され、ここでＶ’はキャパシタの電極に印加された電位差である。結果として、Ｑ＝ε’Ｓ’Ｖ’／ｅが導かれる。Ｖ及びε’が一定の場合、Ｓ’が大きくｅが小さければＱが大きくなり、その結果電極Ｅ１及びＥ２の精度が上がる。目的とする光学素子の性能を考慮すると、電極間の最大変化εｍａｘは画像の品質に影響を与えることなく許容され得る。電極の対の測定精度はεｍａｘより小さくなければならない。
【０１６３】
オートフォーカス及びズームの用途では、光学素子の焦点距離は高速、言い換えると、より短い応答時間が確保される高い頻度で修正されなければならない。カメラまたはフィルムカメラの用途では依然として、焦点距離の変化の間に光学素子がとるいくつかの距離のために、必要とされる焦点距離が見つかるまでイメージテストを実施するためにイメージセンサが使用され得る。このような動態的作用では、所定の焦点距離のための容量測定値が複数回測定される。実際に、必要な光学品質を確保するためには、それぞれの焦点距離において、容量測定値を収集する複数回のサイクル、参照値との比較、データの処理及びアクチュエータの命令が必要とされる。従って、容量測定値の収集回数が、焦点距離の変更の回数より著しく多いことが必要である。
【０１６４】
光学性能の許容される範囲内で、液体レンズの応答時間を低減すると同時に移動の均一性を確保するために、容量測定値による移動の制御に関連する信号の処理の全体が最適化されなければならない。これは当業者にいかなる問題も提起しない。
【０１６５】
焦点距離の変更は、駆動手段５によって生じる力によって制御されるが、移動は自動制御手段８を使用することによって制御される。このような移動の制御、つまり膜の変形によって、光学素子の光学品質を著しく向上させることが可能となる。
【０１６６】
本発明の光学素子を使用した位置付けの望ましくない影響は、以下の２つの因子が推測される。１つ目は、液体４の体積の制限、ひいては液体４の重量の最小化であり、２つ目は、容量性測定を使用した膜２の移動の制御である。
【０１６７】
ここで、液体レンズ型の光学素子の別の実施形態について説明する。図１４Ａから１４Ｅを参照する。図１４Ａにおいて、ここでは膜２の支持体１．５は、プレート１．１に接合されたフレーム１から形成されて皿状部３を形成している。プレート１．１は皿状部３の底部を実体化しており、透明である。前述のものと比較して、膜２の位置、静電駆動手段２の位置、液体４の位置はいずれも変更されていない。
【０１６８】
図１４Ａに示されるように、透明プレート１．１は、実質的に平行な平坦な面を有して実質的に一定の厚さからなり得る。少なくとも１つの面は、図１４Ｂ、図１４Ｃ、図１４Ｄのように、外側の面が凹状または凸状に構成されることができる。必要な光学性能に応じて選択される。レンズを横切る光学的放射を通過させる。フレーム１はシリコンなどの半導体材料からなってよく、特に自動制御が備えられている場合、駆動手段の命令の処理に関連する回路を集積することが可能となる。図面を過度に複雑にしないために回路は図示されていない。一方で、図１４Ａには、電力供給パッド１５０及び駆動手段５の可動電極５．１２と電気的に接続された導電通路１５１が示され、当該通路１５１及び当該パッド１５０は、可動電極５．１２に適切な電圧を印加する駆動の間に使用される。固定電極に関連する通路及びパッドは図示されていないが、当業者がそれらを想定することに何の支障もない。前記パッド及び前記トラックは、以前の図面では図面を過度に複雑にしないように省略されていたが、それらが備えられていることは明らかである。透明プレート１．１は。ガラスまたはプラスチック材料からなり得る。
【０１６９】
図１４Ｂ、１４Ｃにおいて、透明プレート１．１は凸状構造であり、図１４Ｄにおいては凹状構造である。透明プレート１．１は、例えば機械加工または成形によって得られることができる。
【０１７０】
図１４Ｅにおいて、支持体１．５はフレーム１によって実態化され、透明プレート１．１は第２膜２０によって置き換えられる。２つの膜２、２０は、フレーム１上に、それぞれその主面の１つ上に固定される。それらは液体４のためのハウジングの形成に寄与する。これによって膜の光学性能が強化されることができる。静電駆動手段５は膜２の１つのみに備えられる。固定電極５．１１は、フレーム１．１の段上に配置される。膜２の３領域に駆動手段が備えられた状態が示されている。他方の膜２０は駆動されないが、それにもかかわらず、駆動手段５が駆動された場合に変形する。
【０１７１】
図１４Ｆに示された変形例では、膜２に接触する電極と他方の膜２０に接触する電極とにそれぞれアクチュエータが備えられることができる。この構成において、駆動手段５は単一のアクチュエータを備える。この構成では、２つの膜２、２０が駆動され、電極５．１１は固定電極として考慮されない。フレーム１と第２膜２０とを備えた支持体１．５に連結される。
【０１７２】
このような可変の焦点距離を有する光学素子は、特に単一の膜のみを備える場合、従来の素子よりもかなり簡略化されている。簡略化の利点に加えて、特にリークのリスクが制限されるため、小型、製造コスト、全体の信頼性が最適化される。
【０１７３】
本発明の目的である光学素子が形成される規模は、従来の液体レンズが形成される規模よりもずっと小さい。ウエハを製造する技術は正確且つ再現可能であるため、液体の量は数百ｍｍ３から数ｍｍ３程度まで低減され得る。この利点によって２つの従来の問題を防ぐことが可能となる。これらの問題は、光学素子の作動上の温度及び圧力の変動の影響並びにその耐衝撃性である。実際に、定容レンズにおいて液体の量を最小化することによって、温度及び圧力の変動によるこの液体の膨張現象が制限される。
【０１７４】
さらに、液体の容量が少ないほど、光学素子の耐衝撃性は向上する。実際に、液体の質量が減少すると、衝撃を受けた場合に膜が受ける力は減少する。
【０１７５】
このような可変の焦点距離を有する光学素子は、カメラ装置、特に携帯電話カメラに採用され得る。図１５Ａを参照する。このようなカメラ装置は、本発明の液体型による可変の焦点距離を有する少なくとも１つの光学素子Ｌを含む対物レンズ８０と、基板８２に埋め込まれた例えばＣＣＤまたはＣＭＯＳ型などのイメージセンサとを備える。開示された実施例において、対物レンズ８０は、固定焦点距離を有する少なくとも１つのレンズ８３と、本発明による液体レンズＬとを備える。以降、固定焦点距離を有するレンズ８３は、従来の光学セットと称される。液体レンズＬは従来の光学セット８３とイメージセンサ８１との間に配置される。変形例では、従来の光学セット８３は、液体レンズＬとイメージセンサ８１との間に配置され得る。従来の光学セット８３は固定される。製造方法の利点によって、液体レンズＬはＭＯＥＭＳ（マイクロオプトエレクトロメカニカルシステム）と比較され得る。可変の焦点距離を有する液体レンズＬは特定の距離で配置され、その距離は対物レンズ８０、イメージセンサ８１の特性に依存するが、この距離が小さい場合は、液体レンズＬ及びイメージセンサ８１は、ＡＩＣ（上部集積回路）技術またはＷＬＣＳＰ（ウエハレベルチップスケールパッケージ）技術のいずれかに集積することによって単一の部材のみを形成することができる。液体レンズＬの焦点距離は、休止位置での液体の圧力を最適化することによって調節されるが、休止位置での膜の曲率及び液体の屈折率によっても調節され得る。
【０１７６】
図１５Ｂのようにカメラ装置がさらにズーム機能を有する場合、光学セット８３は、固定焦点距離を有する少なくも２つのレンズ８３．１及び８３．２と、２つの液体レンズＬ及びＬ’とを備えて使用され、図１５Ｂのようにその一方は光学セット８３の２つのレンズ８３．１、８３．２の間に配置され、他方はイメージセンサ８１に隣接して配置される。
【０１７７】
本発明のいくつかの実施形態が詳細に説明されたが、本発明の範囲を逸脱することなく別の変更及び修正がなされ、特に多数の別の方法を使用して膜及び駆動手段が形成され得ることを理解されたい。
【符号の説明】
【０１７８】
１ フレーム
１．１ 透明プレート
１．５ 支持体
２ 膜
２．１ 光場／中央領域
２．２ 応力領域
２．３ 固定領域
２．４ 保護領域
２．５ 保護領域
２．６ 補強領域
３ 皿状部
３．１ 底部
３．２ 傾斜側面
４ 液体
５ 駆動手段
５．１１ 固定電極
５．１２ 可動電極
８ 自動制御手段
８．１ 容量性測定手段
１０ 液体レンズ
５３ 誘電層
２０ 第２膜
２０．１ サブ層
２０．２ サブ層
８０ 対物レンズ
８１ イメージセンサ
８２ 基板
８３ レンズ
Ｌ 液体レンズ
１００ 基板
１０１ 犠牲層
１０２ レンズ
１０３ 液体
１０４ 周囲弾性フィルム
１０５ 周囲容器
１０６ 弾性フィルム
１０７ 穴
１１０ 基板
１１５ 空洞
１５０ 電力供給パッド
１５１ 導電通路
１０００ 液体レンズ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
後面と称される膜の一方の面と接触する一定体積の液体（４）の収容に寄与する支持体（１．５）上の固定領域（２．３）と、休止位置から可逆的に変形することが可能な実質的な中央領域（２．１）と、厳密に前記中央領域（２．１）と前記固定領域（２．３）との間に位置する少なくとも１つの領域（２．２）において膜に応力を加えることによって、前記中央領域（２．２）において液体（４）を移動させる駆動手段（５）と、を備えた変形可能な膜（２）を有する光学素子であって、
前記駆動手段（５）が静電性であり、少なくとも一対の対向する電極を備え、前記電極の対のうちの一方が前記膜の後面の位置に配置されるかまたは前記膜内に埋設され、他方が前記支持体の位置に配置され、これらの電極（５．１１、５．１２）が誘電体によって分離され、前記誘電体が少なくとも前記液体（４）によって形成されていることを特徴とする光学素子。
【請求項２】
前記誘電体が、前記液体に加えて、前記対向する電極の内の少なくとも一方の上に配置された追加の誘電体（５３）から形成され、前記誘電体が前記液体（４）と接触していることを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
【請求項３】
前記膜（２）が光場（２．１）と応力領域（２．２）との間で均一であることを特徴とする請求項１または２に記載の素子。
【請求項４】
前記応力領域（２．２）が、前記中央領域に侵入することなく前記中央領域（２．１）まで延びるかまたは前記中央領域より前で停止することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の素子。
【請求項５】
前記応力領域（２．２）が、前記固定領域に侵入することなく前記固定領域（２．３）まで延びるかまたは前記固定領域より前で停止することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の素子。
【請求項６】
駆動の間に前記一対の電極の２つの電極が接触する状態となることを防止するために、一対の電極（５．１１、５．１２）が機械的ストッパ（Ｂ）と連携することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項７】
前記膜（２）が、単層または多層であることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項８】
前記膜（２）が、前記膜の全表面を占める少なくとも１つの連続層（２０．２）を備えることを特徴とする請求項７に記載の光学素子。
【請求項９】
前記膜（２）の位置に配置された前記電極（５．１２）が、前記応力領域（２．２）を超えて、前記固定領域（２．３）と、必要であれば前記支持体（１．５）と接触する状態となることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項１０】
応力領域（２．２）が単一である場合、前記応力領域（２．２）が前記中央領域（２．１）を取り囲み、応力領域（２．２）が複数ある場合、前記応力領域のそれぞれが前記中央領域（２．１）を取り囲むかまたは全ての前記応力領域が前記中央領域（２．１）を取り囲むことを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項１１】
前記応力領域（２．２）がクラウンであるかまたはクラウンの一部であり、必要であれば前記固定領域（２．３）または前記中央領域（２．１）に向かって突出する放射状の突出部を備えたことを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項１２】
いくつかの応力領域（２．２）が、前記中央領域（２．１）の周囲に不連続のクラウンを形成し、前記膜が、前記中央領域（２．１）を取り囲み、前記応力領域よりも硬く前記中央領域と前記応力領域との間に配置された、連続した補強領域（２．６）をさらに備えることを特徴とする請求項１から１１に記載の素子。
【請求項１３】
前記支持体（１．５）が実質的に平坦であるかまたは前記液体（４）を収容する皿状部（３）を備えることを特徴とする請求項１から１２のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項１４】
前記支持体が、底部及び傾斜側面を有する皿状部（３）を備え、前記支持体の位置の前記電極（５．１１）が前記底部及び前記傾斜側面上に延びることを特徴とする請求項１から１３のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項１５】
前記支持体（１．５）が、フレーム（１）と、前記フレーム上に固定された第２膜（２０）と、を備え、前記支持体（１．５）の位置に配置された前記電極（５．１１）が前記第２膜と接触していることを特徴とする請求項１から１４のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項１６】
前記支持体（１．５）が、フレーム（１）と、前記フレームに固定されて前記液体（４）のための皿状部（３）の形成に寄与する透明プレート（１．１）と、を備え、前記透明プレートが実質的に平坦且つ平行な面を有するかまたは前記皿状部の外側の１つの面が実質的に凹状であるかまたは前記皿状部の外側の１つの面が実質的に凸状であることを特徴とする請求項１から１５のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項１７】
前記支持体（１．５）が、一体に組み立てられた２つの基板（１００、１１０）を備え、前記膜（２０）が前記基板のうちの一方（１００）と連結され、前記支持体の位置に配置された前記電極（５．１１）が前記基板のうちの他方（１１０）と連結されたことを特徴とする請求項１から１６のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項１８】
前記応力領域（２．２）の位置に液体（４）の厚さを測定するための容量性手段（５．１１、Ｅ）が備えられたことを特徴とする請求項１から１７のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項１９】
前記容量測定手段（５．１１、Ｅ）が、前記駆動手段（５）の前記電極と統合されたかまたは一部統合されたことを特徴とする請求項１８に記載の光学素子。
【請求項２０】
測定された液体（４）の厚さに応じて、前記駆動手段（５）を自動的に制御するための手段（８）を備えることを特徴とする請求項１８または１９に記載の光学素子。
【請求項２１】
前記膜（２）が、ポリジメチルシロキサン、ポリメチルメタクリレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、パリレン、エポキシ樹脂などの有機系材料またはシリコン、シリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコンカーバイド、多結晶シリコン、窒化チタン、ダイヤモンド状炭素、酸化インジウムスズ、アルミニウムなどの無機系材料からなることを特徴とする請求項１から２０のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項２２】
前記液体（４）が、プロピレンカーボネート、水、インデックスリキッド、光学オイルであることを特徴とする請求項１から２１に記載の光学素子。
【請求項２３】
液体レンズまたは鏡であることを特徴とする請求項１から２２に記載の光学素子。
【請求項２４】
請求項１から２３に記載の光学素子（Ｌ、Ｌ’）を少なくとも１つ備えることを特徴とするカメラ装置。
【請求項１】
後面と称される膜の一方の面と接触する一定体積の液体（４）の収容に寄与する支持体（１．５）上の固定領域（２．３）と、休止位置から可逆的に変形することが可能な実質的な中央領域（２．１）と、厳密に前記中央領域（２．１）と前記固定領域（２．３）との間に位置する少なくとも１つの領域（２．２）において膜に応力を加えることによって、前記中央領域（２．２）において液体（４）を移動させる駆動手段（５）と、を備えた変形可能な膜（２）を有する光学素子であって、
前記駆動手段（５）が静電性であり、少なくとも一対の対向する電極を備え、前記電極の対のうちの一方が前記膜の後面の位置に配置されるかまたは前記膜内に埋設され、他方が前記支持体の位置に配置され、これらの電極（５．１１、５．１２）が誘電体によって分離され、前記誘電体が少なくとも前記液体（４）によって形成されていることを特徴とする光学素子。
【請求項２】
前記誘電体が、前記液体に加えて、前記対向する電極の内の少なくとも一方の上に配置された追加の誘電体（５３）から形成され、前記誘電体が前記液体（４）と接触していることを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
【請求項３】
前記膜（２）が光場（２．１）と応力領域（２．２）との間で均一であることを特徴とする請求項１または２に記載の素子。
【請求項４】
前記応力領域（２．２）が、前記中央領域に侵入することなく前記中央領域（２．１）まで延びるかまたは前記中央領域より前で停止することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の素子。
【請求項５】
前記応力領域（２．２）が、前記固定領域に侵入することなく前記固定領域（２．３）まで延びるかまたは前記固定領域より前で停止することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の素子。
【請求項６】
駆動の間に前記一対の電極の２つの電極が接触する状態となることを防止するために、一対の電極（５．１１、５．１２）が機械的ストッパ（Ｂ）と連携することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項７】
前記膜（２）が、単層または多層であることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項８】
前記膜（２）が、前記膜の全表面を占める少なくとも１つの連続層（２０．２）を備えることを特徴とする請求項７に記載の光学素子。
【請求項９】
前記膜（２）の位置に配置された前記電極（５．１２）が、前記応力領域（２．２）を超えて、前記固定領域（２．３）と、必要であれば前記支持体（１．５）と接触する状態となることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項１０】
応力領域（２．２）が単一である場合、前記応力領域（２．２）が前記中央領域（２．１）を取り囲み、応力領域（２．２）が複数ある場合、前記応力領域のそれぞれが前記中央領域（２．１）を取り囲むかまたは全ての前記応力領域が前記中央領域（２．１）を取り囲むことを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項１１】
前記応力領域（２．２）がクラウンであるかまたはクラウンの一部であり、必要であれば前記固定領域（２．３）または前記中央領域（２．１）に向かって突出する放射状の突出部を備えたことを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項１２】
いくつかの応力領域（２．２）が、前記中央領域（２．１）の周囲に不連続のクラウンを形成し、前記膜が、前記中央領域（２．１）を取り囲み、前記応力領域よりも硬く前記中央領域と前記応力領域との間に配置された、連続した補強領域（２．６）をさらに備えることを特徴とする請求項１から１１に記載の素子。
【請求項１３】
前記支持体（１．５）が実質的に平坦であるかまたは前記液体（４）を収容する皿状部（３）を備えることを特徴とする請求項１から１２のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項１４】
前記支持体が、底部及び傾斜側面を有する皿状部（３）を備え、前記支持体の位置の前記電極（５．１１）が前記底部及び前記傾斜側面上に延びることを特徴とする請求項１から１３のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項１５】
前記支持体（１．５）が、フレーム（１）と、前記フレーム上に固定された第２膜（２０）と、を備え、前記支持体（１．５）の位置に配置された前記電極（５．１１）が前記第２膜と接触していることを特徴とする請求項１から１４のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項１６】
前記支持体（１．５）が、フレーム（１）と、前記フレームに固定されて前記液体（４）のための皿状部（３）の形成に寄与する透明プレート（１．１）と、を備え、前記透明プレートが実質的に平坦且つ平行な面を有するかまたは前記皿状部の外側の１つの面が実質的に凹状であるかまたは前記皿状部の外側の１つの面が実質的に凸状であることを特徴とする請求項１から１５のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項１７】
前記支持体（１．５）が、一体に組み立てられた２つの基板（１００、１１０）を備え、前記膜（２０）が前記基板のうちの一方（１００）と連結され、前記支持体の位置に配置された前記電極（５．１１）が前記基板のうちの他方（１１０）と連結されたことを特徴とする請求項１から１６のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項１８】
前記応力領域（２．２）の位置に液体（４）の厚さを測定するための容量性手段（５．１１、Ｅ）が備えられたことを特徴とする請求項１から１７のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項１９】
前記容量測定手段（５．１１、Ｅ）が、前記駆動手段（５）の前記電極と統合されたかまたは一部統合されたことを特徴とする請求項１８に記載の光学素子。
【請求項２０】
測定された液体（４）の厚さに応じて、前記駆動手段（５）を自動的に制御するための手段（８）を備えることを特徴とする請求項１８または１９に記載の光学素子。
【請求項２１】
前記膜（２）が、ポリジメチルシロキサン、ポリメチルメタクリレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、パリレン、エポキシ樹脂などの有機系材料またはシリコン、シリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコンカーバイド、多結晶シリコン、窒化チタン、ダイヤモンド状炭素、酸化インジウムスズ、アルミニウムなどの無機系材料からなることを特徴とする請求項１から２０のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項２２】
前記液体（４）が、プロピレンカーボネート、水、インデックスリキッド、光学オイルであることを特徴とする請求項１から２１に記載の光学素子。
【請求項２３】
液体レンズまたは鏡であることを特徴とする請求項１から２２に記載の光学素子。
【請求項２４】
請求項１から２３に記載の光学素子（Ｌ、Ｌ’）を少なくとも１つ備えることを特徴とするカメラ装置。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図３Ｄ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図４Ｄ】
【図４Ｅ】
【図４Ｆ】
【図４Ｇ】
【図４Ｈ】
【図４Ｉ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図５Ｄ】
【図５Ｅ】
【図５Ｆ】
【図５Ｇ】
【図５Ｈ】
【図５Ｉ】
【図５Ｊ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図１０】
【図１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【図１１Ｃ】
【図１１Ｄ】
【図１１Ｅ】
【図１２】
【図１３】
【図１４Ａ】
【図１４Ｂ】
【図１４Ｃ】
【図１４Ｄ】
【図１４Ｅ】
【図１４Ｆ】
【図１５Ａ】
【図１５Ｂ】
【図１６Ａ】
【図１６Ｂ】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図３Ｄ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図４Ｄ】
【図４Ｅ】
【図４Ｆ】
【図４Ｇ】
【図４Ｈ】
【図４Ｉ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図５Ｄ】
【図５Ｅ】
【図５Ｆ】
【図５Ｇ】
【図５Ｈ】
【図５Ｉ】
【図５Ｊ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図１０】
【図１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【図１１Ｃ】
【図１１Ｄ】
【図１１Ｅ】
【図１２】
【図１３】
【図１４Ａ】
【図１４Ｂ】
【図１４Ｃ】
【図１４Ｄ】
【図１４Ｅ】
【図１４Ｆ】
【図１５Ａ】
【図１５Ｂ】
【図１６Ａ】
【図１６Ｂ】
【公表番号】特表２０１０−５３３８８７（Ｐ２０１０−５３３８８７Ａ）
【公表日】平成２２年１０月２８日（２０１０．１０．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５１６５０９（Ｐ２０１０−５１６５０９）
【出願日】平成２０年７月１７日（２００８．７．１７）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００８／０５９３９２
【国際公開番号】ＷＯ２００９／０１０５６２
【国際公開日】平成２１年１月２２日（２００９．１．２２）
【出願人】（５０２１２４４４４）コミッサリア ア レネルジー アトミーク エ オ ゼネルジ ザルタナテイヴ (383)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２２年１０月２８日（２０１０．１０．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年７月１７日（２００８．７．１７）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００８／０５９３９２
【国際公開番号】ＷＯ２００９／０１０５６２
【国際公開日】平成２１年１月２２日（２００９．１．２２）
【出願人】（５０２１２４４４４）コミッサリア ア レネルジー アトミーク エ オ ゼネルジ ザルタナテイヴ (383)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]